KR20040034462A - 복수의 목표 전력 출력 레벨로 전력을 공급하는 전력 증폭회로 및 방법 - Google Patents

복수의 목표 전력 출력 레벨로 전력을 공급하는 전력 증폭회로 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복수의 서로 다른 전력 레벨로 부하에 전력을 공급하는 방법 및 장치를 제공한다. 본 방법은 일반적인 변조 포맷을 갖는 신호를 증폭할 때에 전력 증폭기의 고전력 및 저전력 출력 간에서 변화하는 것을 포함한다. 고전력 출력에서 전력 증폭기에 인가되는 바이어스와 다른 바이어스가 저전력 출력에서 전력 증폭기에 인가된다. 전력 증폭기의 출력은 저전력 출력에서는, 고전력 출력에서 전력 증폭기의 출력부의 출력에 가해지는 임피던스와는 다른 임피던스가 가해진다. 적어도 하나의 실시예에 있어서, 전력 증폭기는 전력 증폭기가 고전력 출력에서 저전력 출력으로 변화하는지, 또는 전력 증폭기가 저전력 출력에서 고전력 출력으로 변화하는지에 따라서, 서로 다른 임계 레벨에서 고전력과 저전력 출력 간에 변화한다.

Description

복수의 목표 전력 출력 레벨로 전력을 공급하는 전력 증폭 회로 및 방법{POWER AMPLIFICATION CIRCUIT AND METHOD FOR SUPPLYING POWER AT A PLURALITY OF DESIRED POWER OUTPUT LEVELS}
본 발명은 복수의 목표 전력 출력 레벨로 전력을 공급하는 전력 증폭 회로 및 방법에 관한 것으로, 특히 선정된 왜곡 한계를 넘지 않으면서 증폭기 바이어스 신호(bias signal)를 더 감소시킬 수 있게 하기 위하여 목표 전력 출력 레벨에 응답하여 전력 증폭기의 출력에 연결된 부하(load)를 조정하는 전력 증폭 회로에 관한 것이다.
다수의 무선 통신 프로토콜이 통신 네트워크에서 동작하는 송신기를 위하여 제공되는데, 송신기는 출력 전력을 가변 레벨로 송신할 수 있다. 출력 전력의 가변 레벨을 갖는 한 가지 이유는 기지국(base station)으로부터 가변 거리에 위치할 수 있는 이동 송신기(mobile transmitter)를 수용하기 위함이다. 몇몇 예에서, 무선 통신 프로토콜은, 기지국에 의하여 수신되고 있는 신호가 상대적으로 일정하거나 고정된 전력 레벨로 수신될 것을 요구한다. 이러한 프로토콜의 두 가지 예에는, 코드 분할 다중 액세스(Code Division Multiple Access; CDMA) 또는 광대역 코드 분할 다중 액세스(Wideband Code Division Multiple Access; WCDMA)가 있다. 이러한 요건을 만족시키기 위하여, 이동 송신기는, 신호가 수신되고 있는 레벨에 따라 여러 전력 출력 레벨 중 하나의 레벨로 송신할 것이다.
송신되는 출력 전력이 변할 수 있는 다른 예로는, 2dB의 단계로 제어 가능한, 20dB 내지 30dB 사이의 이동 송신기의 출력 전력 제어의 범위를 제공하는 GSM(Global System for Mobile communications)과, 무선 송신기(radio transmitter)의 전력 출력에서 7개의 4dB 단계를 요구하는 이전의 아날로그 셀룰러 표준(analog cellular standards)이 있다.
종래에 있어서, 선정된 범위의 전력 출력을 전달할 수 있었던 전력 증폭기는 흔히 가장 높은 전력 레벨에서 효율적으로 동작하도록 설계되었다. 이는, 전력 증폭기가 더 낮은 전력 레벨에서 동작할 때보다 가장 높은 전력 레벨에서 동작할 때, 상대적으로 더 많은 양의 전력이 소모되기 때문이다. 결과적으로, 이는, 더 낮은 전력 레벨에서 전력 효율을 나쁘게 하는 전력 증폭기를 유발하였다. 그러나, 일반적으로 이동국(mobile station)은 경로 손실(path loss)이 최대이면, 최대 전력 레벨로 송신하도록 요구된다. 따라서, 일반적으로 이동국은, 이동국이 송신하는 시간 중 더 많은 부분을 더 낮은 전력 레벨에서 송신할 것이다.
더 낮은 전력 출력 값에서의 동작 효율을 향상시키기 위하여 사용된 종래의 기술은 증폭기에 공급된 바이어스 신호를 감소시키는 것을 포함한다. 그러나, 바이어스 신호가 감소될 수 있는 양에는 한계가 있다. 바이어스를 너무 많이 감소시키면, 왜곡이 유발될 것이고, 인접 채널 전력 요건이 만족되지 않을 가능성이 커진다.
더 낮은 전력 출력 값에서 동작 효율을 향상시키기 위하여 사용된 다른 기술은 전력 증폭기의 출력에 연결된 부하 임피던스(load impedance)를 조정하는 것이다. 그러나, 전력 출력 값은 본래 요구되는 최대 값으로부터 더 멀어지면, 성능을 유지하기 위하여 더 큰 임피던스 변화가 필요해진다.
적어도 하나의 종래 기술, 즉 본 명세서에 참조로서 포함되고 Motorola에 양도된, Klomsdorf 등의 미국 특허 제6,281,748호 "Method And Apparatus for Modulation Dependent Signal Amplification"는, 전력 증폭기 회로에서 조정함으로써 송신기 동작 환경의 변화를 수용하려고 시도하였다. 상기 미국특허는 상이한 변조 포맷(modulation format), 예를 들어 QPSK(quaternary phase shift keying), BPSK(binary phase shift keying), 및/또는 QAM(quadrature amplitude modulation)을 갖는 신호를 송신할 수 있는 멀티 모드 통신 송신기(multi-mode communications transmitter)를 개시한다. 그 송신기는 상이한 통신 변조 포맷에 대하여 상이한 임피던스 값을 갖는 변조 포맷 스위치를 구비한 증폭기를 포함한다.
또한 상기 미국특허는 증폭기에 인가되는 바이어스를 조정함으로써 전력 증폭기에서의 전력 소비를 감소시키는 것을 개시한다. 다른 예로는, 다른 특허 중 미국 특허 제5,625,322호 "Amplifier Bias Control Device"를 참조할 수 있다.
그러나, 본 발명자들은, 인접 채널에서 송신된 노이즈 또는 전력의 합이 인접 채널 전력 요건 하에 있으면서, 저전력 출력 레벨에 있어서 전력 증폭기의 출력에 연결된 임피던스를 감소시킴으로써, 바이어스 신호가 더 감소될 수 있다는 것을 인식하였다. 결과적으로 더 높은 전력 출력 레벨에서의 전력 효율을 나쁘게 하지 않으면서 더 낮은 전력 출력 레벨에서 더 큰 효율을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 따른 전력 증폭 회로의 블록도.
도 2는 도 1에 도시된 전력 증폭 회로를 더 상세히 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 따른 선정된 전력 출력 레벨간의 이력 현상 스위칭(hysteretic switching)을 도시하는 그래프 및 예시적인 회로도.
도 4는 적어도 하나의 실시예에 따른, 중복되는 구역을 갖는 목표 전력 출력 레벨의 범위에 대응하는, 복수의 선정된 목표 전력 출력 레벨의 세트의 그래프를 도시하는 도면.
도 5는 적어도 하나의 실시예에 따른, 부하 임피던스 네트워크에 이미 존재하는 임피던스와 병렬인 하나 또는 두 개의 추가적인 임피던스를 선택적으로 연결할 수 있는 가변 임피던스 회로의 회로도.
도 6은 적어도 하나의 실시예에 따른, 부하 임피던스 네트워크에 이미 존재하는 임피던스와 직렬인 추가적인 임피던스를 선택적으로 연결할 수 있는 선택적인 임피던스 회로의 회로도.
도 7은 적어도 하나의 실시예에 따른, 기존의 임피던스와 병렬로 선택적으로연결될 수 있는 추가적인 임피던스와, 기존의 임피던스와 직렬로 선택적으로 연결될 수 있는 다른 추가적인 임피던스를 포함하는, 또 다른 선택적인 임피던스 회로의 회로도.
도 8은 도 1에서 도시된 전력 증폭 회로를 포함하는 송신기의 블록도.
도 9는 도 8의 송신기 및 도 1의 전력 증폭 회로가 통합될 수 있는 무선 통신 장치의 블록도.
도 10은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 따라 복수의 목표 전력 출력 레벨로 전력을 공급하는 방법의 흐름도.
도 11은 새로운 목표 전력 출력 레벨을 선택하는 단계를 포함하는, 도 10에서 도시된 방법의 더 상세한 흐름도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
102 전력 증폭기
110 가변 임피던스 회로
116 가변 바이어스 회로
120 제어 회로
122 바이어스 조정 회로
124 임피던스 선택 회로
본 발명은 전력 증폭기에서 복수의 상이한 전력 레벨로 부하에 전력을 공급하는 방법을 제공한다. 본 방법은, 일반 변조 포맷을 갖는 신호를 증폭할 때 전력 증폭기의 고전력 출력과 저전력 출력간에서 변하는 것을 포함한다. 고전력 출력에서 전력 증폭기에 인가되는 바이어스와는 상이한 바이어스가 저전력 출력에서 증폭기에 인가된다. 또한, 고전력 출력에서 전력 증폭기 출력에 로드(load)되는 임피던스와는 상이한 임피던스가 전력 증폭기의 출력이 저전력 출력에서 로드된다.
적어도 하나의 실시예에서, 전력 증폭기는, 고전력 출력으로부터 저전력 출력으로 변하는지, 또는 저전력 출력으로부터 고전력 출력으로 변하는지에 따라, 상이한 임계 레벨(threshold level)에서 고전력 출력과 저전력 출력간에 변화한다.
다른 실시예에서, 확장된 범위로 전력 증폭 회로를 통하여 부하에 전력을 공급하는 방법은, 각각의 전력 출력 레벨이 확장된 범위의 부분 세트(subset)인 복수의 목표 전력 출력 레벨의 세트를 정의하는 것을 포함한다. 바이어스 신호 공급 레벨 및 출력 임피던스는 목표 전력 출력 레벨과 연관된다. 그 후 목표 전력 출력 레벨이 선택된다. 그 후 바이어스 신호 공급 레벨이 조정되고, 선택된 목표 전력 출력 레벨에 대응하여 출력 임피던스가 선택된다. 그 후 신호가 전력 증폭 회로에 의하여 수신되고 증폭된다.
본 발명은, 전력 증폭 회로의 동작 범위 내에서 고출력 및 저출력 출력 레벨의 출력을 갖는 전력 증폭기를 포함하는 전력 증폭 회로를 더 제공한다. 전력 증폭 회로는 전력 증폭기에 연결되고 적어도 제1 및 제2 전력 증폭기 바이어스 구성을 갖는 가변 바이어스 회로와, 전력 증폭기의 출력에 연결되고 적어도 제1 및 제2 전력 증폭기 임피던스 구성을 갖는 가변 임피던스 회로를 더 포함한다. 전력 증폭기는, 고출력 전력 레벨에서 전력 증폭기의 바이어스 구성에 비하여 저출력 전력 레벨에서는 감소된 바이어스 구성으로 구성되고, 전력 증폭기는 고출력 전력 레벨에서의 전력 증폭기의 로딩에 비하여여 저출력 전력 레벨에서는 증가된 임피던스로로드된다.
다른 실시예에서, 전력 증폭 회로는, 목표 출력 전력 레벨 중 하나를 선택하는 신호를 수신하고, 가변 바이어스 회로 및 가변 임피던스 회로에 의해 각각 수신되는 바이어스 조정 제어 신호 및 임피던스 선택 제어 신호를 생성하기 위하여, 바이어스 조정 회로 및 임피던스 선택 회로를 포함하는 제어회로를 포함한다.
본 발명의 다양한 형태, 특징 및 이점은 첨부된 도면과 함께 발명의 상세한 설명을 참조하면 당업자에게 명백하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 적어도 일실시예에 따라 복수의 선정된 목표 전력 출력 레벨의 세트을 포함하는 확장된 범위에 걸쳐 부하에 전력을 전달하기 위한 전력 증폭 회로(100)를 도시한다. 전력 증폭 회로(100)는 전력 증폭기(102)를 포함하는데, 이것은 증폭된 신호를 수신하기 위한 입력(104), 바이어스 신호를 수신하기 위한 제2 입력(106) 및 증폭된 신호가 생성되는 출력(108)을 갖는다.
전력 증폭기(102)의 출력은 가변 임피던스 회로(110)와 연결된다. 가변 임피던스 회로(110)는 복수의 임피던스 상태를 포함하는데, 이것은 각각 선택 가능하고, 각 임피던스 상태는 잠재적으로 다른 임피던스를 전력 증폭기(102)의 출력(108)에 제공한다. 특정 임피던스 상태의 선택은 임피던스 선택 제어 신호(112)에 의하여 제어된다. 가변 임피던스 회로의 출력은 전력 증폭 회로(100)의 증폭된 출력 신호(114)를 생성하고, 이것은 무선 통신 신호를 방사하기 위한 안테나에 전달될 수 있다.
제2 입력(106)을 통하여 전력 증폭기에 수신되는 바이어스 신호는 가변 바이어스 회로(116)에 의하여 생성된다. 가변 바이어스 회로는 가변 공급 레벨을 생성할 수 있고, 여기에서 공급 레벨은 일반적으로 바이어스 조정 제어 신호(118)에 의하여 제어된다. 적어도 도시된 실시예에 있어서는, 바이어스 조정 제어 신호(118) 및 임피던스 선택 제어 신호(112)는 제어 회로(120)에 의하여 생성된다. 바이어스 조정 제어 신호(118)는 바이어스 조정 회로(122)에 의하여 생성되고, 임피던스 선택 제어 신호(112)는 임피던스 선택 회로(124)에 의하여 생성된다. 바이어스 조정 회로(122) 및 임피던스 선택 회로(124)는 목표 출력 전력 레벨 신호를 수신하여, 이로부터 임피던스 선택 제어 신호 및 바이어스 조정 제어 신호(118)가 생성된다.
도 1의 전력 증폭 회로(100)의 적어도 하나의 실시예의 보다 상세한 회로도(130)가 도 2에 도시되어 있다. 더 상세한 회로도(130)의 전력 증폭기(102)는 입력(104)에 연결된 입력 정합 회로(132)를 포함한다. 입력 정합 회로는 전력 증폭기(102)의 입력 임피던스를 드라이버 단 증폭기(134)의 입력 임피던스에 정합시킨다. 드라이버 단 증폭기는 드라이버 단 증폭기(134)의 바이어스 입력에 연결된 입력(106A)과 전압 공급원(138)에 연결된 공급 입력(136)을 포함한다. 전압 공급원(138)은 인덕터(140)를 통하여 드라이버 단 증폭기(134)의 공급 입력에 연결되고, 이것은 택일적인 전류 신호 요소를 갖는 신호의 일부를 필터링한다. 전압 공급 레벨(138) 및 그라운드(144) 사이에 연결된 커패시터(142)는 추가적인 필터링을 제공한다.
드라이버 단 증폭기(134)의 출력은 중간단 정합 회로(148)를 통하여 최종 단 증폭기(146)의 입력에 연결된다. 중간단 정합 회로(148)는 증폭기 단 사이에 정합되는 무선 주파수를 제공하기 위하여 인덕터 및 커패시터와 같은 임피던스 요소를 포함하는 임피던스 네트워크이다.
드라이버 단(134)과 유사하게, 최종 단 증폭기(146)는 가변 바이어스 회로(116)에 연결된 바이어스 신호 입력(106B)을 포함한다. 어떤 예에 있어서, 최종 단에 의하여 수신된 바이어스 신호는 드라이버 단에 제공되는 바이어스 신호와 동인한 신호이거나 다를 수 있다. 바이어스 신호가 다른 경우에, 가변 바이어스 회로는 다른 바이어스 신호를 각각 생성하기 위하여 분리된 또는 추가적인 신호 요소를 요구할 수 있다. 본 실시예에 개시된 전력 증폭기(102)는 적어도 2개의 증폭 단(134 및 146)를 갖는 전력 증폭기를 도시하고 있으나, 전력 증폭기(102)는 한 단을 갖는 전력 증폭기 또는 2개를 넘는 다수의 단을 갖는 전력 증폭기를 포함하는 임의의 수의 단을 포함할 수 있다. 일반적으로, 중간단 정합 회로(148)는 전력 증폭기(102)의 각 순차적인 증폭 단 간에 존재할 것이다.
최종 단 증폭기(146)의 출력은 출력 임피던스 회로에 연결된다. 도시된 실시예에서, 출력 임피던스 회로는 가변 임피던스 회로(110)이다. 출력 임피던스 회로는 하나 이상의 임피던스 단을 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서, 가변 임피던스 회로(110)는 두 단(150 및 152)을 포함한다. 도시된 예에서, 제2 단(152)만이 가변적으로 조정될 수 있다. 다른 예에서, 가변적으로 조정될 수 있는 추가적인 임피던스 단을 적용하는 것이 유리할 수도 있다.
가변 임피던스 회로(110)의 제1 단(150)는 전력 증폭기(102)와 직렬로 연결된 전송 라인 요소(154)를 포함한다. 전력 증폭기(102)의 출력에 직접 연결되지않은 전송 라인 요소(154)의 말단부는 커패시터(156)를 거쳐 그라운드에 연결되고, 인덕터(158)를 통하여 공급 전력 소스에 연결된다. 전압 공급 소스(138) 및 드라이버 단의 공급 입력(136) 사이에 연결된 인덕터(140)와 유사하게, 인덕터(158)는 AC 신호 성분을 갖는 신호의 일부를 필터링한다. 커패시터(160)는, 커패시터(142)와 유사하게, 추가적인 필터링을 제공한다.
가변 임피던스 회로(110)의 제2 단(152)는 제1 스테이지와 유사하게, 전송 라인 요소(162)를 포함한다. 전송 라인 요소(162)는 가변 임피던스 회로(110)의 제1 단(150)의 전송 라인 요소(154)와 직렬로 연결되어 있다. 커패시터(164)는 추가적인 임피던스 요소의 기능을 수행하면서, 제1 단(150)의 전송 라인 요소(154)에 직접 연결되지 않은 전송 라인 요소(162)의 말단부를 그라운드에 연결한다. 제2 커패시터(166)는 추가적인 임피던스 요소의 기능을 수행하고, 핀 다이오드(168)가 인에이블될 때, 가변 임피던스 네트워크(110)의 제2 단(152)의 효과적인 임피던스 네트워크에 선택적으로 연결될 수 있다.
핀 다이오드(168)가 인에이블될 때, 제2 커패시터(166)는 커패시터(164)와 병렬로 효과적으로 연결된다. 핀 다이오드(168)는 충분한 DC 전압 미분을 다이오드(168)에 인가함으로써 인에이블된다. 다이오드의 일 말단부가 그라운드에 연결된다. 다이오드(168)의 다른 말단부는 AC 신호 요소를 필터링하기 위하여 사용되는 인덕터(172)를 통하여 제어 회로(120)에 의하여 생성된 제어 신호(170)에 연결된다. 다른 유형의 스위칭 요소가 선택적으로 핀 다이오드(168)를 대체하여 사용될 수 있다. 예를 들어 전계 효과 트랜지스터나 바이폴라 트랜지스터와 같은 트랜지스터, 또는 마이크로 일렉트로 미캐니컬 시스템(microelectromechanical systems; MEMs)이 선택적으로 사용될 수 있다. DC 차단 커패시터(174)는 가변 임피던스 회로(110)의 최종(제2) 단(152)의 출력 및 전력 증폭 회로(100)의 출력(114) 사이에 연결된다.
도시된 실시예에서, 제어 회로(120)는 마이크로 프로세서(174)에 연결되고, 이것은 목표 전력 출력 레벨에 대응하는 신호를 제어 회로(120)에 공급한다. 제어 회로(120)는 마이크로 프로세서(174)로부터 수신된 목표 출력 레벨을 바이어스 조정 신호 및 임피던스 선택 제어 신호로 변환되는데, 이것은 가변 바이어스 회로 및 가변 임피던스 네트워크에 의하여 사용되기에 적합하다. 선택적으로, 전자기 커플러(electromagnetic coupler)와 같은 방향 커플러(175)가 입력 신호의 신호 레벨을 탐지하기 위하여 사용될 수 있고, 입력 신호에 대응하는 탐지된 신호(177)는 바이어스 조정 제어 신호 및 임피던스 선택 제어 신호를 결정하기 위하여 제어 회로(120)에 의하여 사용될 수 있는데, 특히 목표 전력 출력 레벨은 입력 신호(104)의 선형 증폭에 기초하는 경우에 그러하다. 도시된 실시예에서, 제어 회로(120)는 마이크로프로세서(174)와 분리되어 있으나, 다른 실시예에서 당업자는 제어 회로(120) 및 마이크로 프로세서(174)가 하나의 조합 요소로 통합될 수 있다는 사실을 쉽게 인식할 것이다.
적어도 하나의 실시예에 따라, 적어도 하나의 임피던스 선택 제어 신호 및 가변 바이어스 조정 신호는 이력 현상의 스위칭(hysteretic switching)을 포함한다. 특히, 임피던스 선택 제어 신호 및 가변 바이어스 조정 신호는 목표 출력 전력 레벨이 고전력 레벨에서 저전력 레벨로 전이(176)시키는지 또는 목표 출력 전력 레벨이 저레벨에서 고레벨로 전이(178)시키는지에 따라 상이한 임계점에서 값을 변화시킬 것이다. 임피던스의 변화 또는 바이어스의 변화를 제어하는 회로를 스위칭하는 임계 레벨에서 이력 현상 스위칭을 포함함으로써, 전력 증폭 회로(100)는 전력 레벨이 전이점 중의 하나 또는 근처에서 동작할 때 발생하는 스위치의 수를 제한할 수 있다. 이것은 스위치가 발생하는 때마다, 신호로 도입되는 불연속 또는 추가적인 잡음과 같은 전송된 신호에서 때때로 발생하는 나쁜 효과의 발생을 없애거나 감소시킬 수 있다.
이력 현상 스위칭을 포함하기 위하여 사용될 수 있는 회로 요소의 예는 이력현상 비교기(180)를 포함한다. 도 3에 도시된 예시적인 실시예에서, 이력 현상 비교기의 하나의 입력은 목표 출력 전력 값에 연결되고, 다른 입력은 기준 전압에 연결된다. 대응하는 제어 신호, 예를 들어 임피던스 선택 제어 신호(170)는 이력 현상의 비교기(180)의 출력에서 생성된다. 이 실시예는 두 가지 가능한 임피던스 상태간의 스위칭이 일어날 때 특히 적합하다. 다른 예에서, 마이크로 프로세서는 상당히 많은 수의 임피던스 상태를 구분하기 위한 제어 신호를 쉽게 생성할 뿐만 아니라, 동일하거나 유사한 결과를 생성하기 위하여 프로그래밍될 수 있다.
도 4는 복수의 선정된 목표 전력 출력 레벨의 세트(190)의 예를 도시하는 그래프이다. 일반적으로, 각 선정된 목표 전력 출력 레벨은 선정된 목표 전력 출력 레벨의 지정된 동작 범위에 걸쳐 더 효율적으로 작동하게 하기 위하여 최적화된, 대응하는 바이어스 조정 값 및 임피던스 선택 값과 연관된다.
목표 전력 출력이 변동할 때, 새로운 목표 전력 출력은 현재 선택된 선정된 목표 전력 출력 레벨의 동작 범위와 비교된다. 만일, 새로운 목표 전력 출력이 현재 선택된 선정된 목표 전력 출력 레벨의 하한보다 작으면, 새로운 목표 전력 출력을 포함하는 더 낮은 선정된 목표 전력 출력 레벨이 선택된다. 만일, 새로운 목표 전력 출력이 현재 선택된 선정된 목표 전력 출력 레벨의 상한보다 크면, 새로운 목표 전력 출력을 포함하는 더 높은 선정된 목표 전력 출력 레벨이 선택된다. 선정된 목표 전력 출력 레벨들의 범위의 적어도 일부분을 중첩시킴으로써, 이력 현상 스윙 효과(hysteretic swing effect)가 유사하게 실현될 수 있다.
몇몇 예에 있어서, 동일한 임피던스 선택 값 및/또는 바이어스 조정 값이 하나 이상의 선정된 목표 출력 전압 레벨과 연관될 수 있다. 이는, 현재 선택된 선정된 목표 전력 출력 레벨이 변동하고 있는 어떤 환경에서, 임피던스 값과 바이어스 값의 양쪽 이하가 변동할 수 있도록 한다.
일반적으로, 목표 전력 출력 레벨이 증가할수록, 바이어스 신호 값은 증가하며, 전력 증폭기의 출력에 연결되는 임피던스 값은 감소한다. 출력 임피던스와 바이어스 신호 양쪽을 함께 제어함으로써, 노이즈 제한이나 근접 채널에서 생성되는 누설 전력의 양을 초과하지 않고 출력 임피던스와 바이어스 신호의 일부 제한들을 초과할 수 있다. 예를 들어, 저전력 증폭 레벨에서 전력 증폭기의 출력부의 부하 임피던스를 증가시킴으로써, 출력 임피던스가 변동하지 않을 때보다 낮은 레벨로 바이어스 신호를 감소시킬 수 있다. 이는 더욱 높은 전력 효율의 기회를 제공한다.
도 5는 제2 단(202)을 포함하는 가변 임피던스 회로(200)의 선택적인 실시예를 도시하며, 상기 제2 단(202)은 하나 이상의 추가적 임피던스(208, 210)를 각각 별도로, 그리고 선택적으로 기존의 임피던스(212)에 병렬 연결시키기 위한 하나 이상의 제어 라인(204, 206)을 구비한다.
도 6은 제2 단(222)을 포함하는 가변 임피던스 회로(220)의 또 다른 선택적인 실시예를 도시하며, 상기 제2 단(222)은 임피던스(228)를 선택적으로 직렬 연결시키기 위한 한 쌍의 제어 라인(224, 226)을 구비한다. 특히, 제어 라인(224, 226)을 통하여 충분한 차동 전압이 인가되면, 핀 다이오드(pin diode; 230)를 통하여 낮은 임피던스의 대체 신호 경로가 선택적으로 인에이블되며, 이는 임피던스(228)가 충분히 바이패스될 수 있도록 한다. 본 실시예에서 임피던스(228)는 전송 라인 요소(234)와 직렬인 DC 차단 커패시터(232)와, 핀 다이오드(230)와 직렬인 DC 차단 커패시터(233)를 포함한다.
도 7은 제2 단(242)을 포함하는 가변 임피던스 회로(240)의 또 다른 실시예를 도시하며, 상기 제2 단(242)은 도 6에서 도시된 바와 같이 임피던스(228)를 선택적으로 직렬 연결시킬 뿐만 아니라, 도 2와 도 5에서 도시된 바와 같이 임피던스(208)가 선택적으로 기존의 임피던스(212)에 병렬 연결될 수 있도록 한다.
도 8은 본 발명의 특징들을 결합하는 송신기의 실시예이다. 특히, 도 8은 도 1과 도 2에서 도시된 RF 입력 회로(252)와 전력 증폭기 회로(100)를 포함하는 송신기의 블록도(250)를 도시한다. 특히, 전압 제어 발진기(voltage controlled oscillator; VCO; 254)는 정보 신호를 선정된 주파수의 발진 신호와 결합시켜 주파수 변조된 정보 신호를 생성하는 데에 사용된다. 이어서 주파수 변조된 정보 신호는 버퍼(256)에 연결되는데, 상기 버퍼(256)는 필터 - 전형적으로 대역통과 필터(passband filter) - 와, 주파수 변조된 정보 신호의 강도를 증가시키는 증폭 장치 양쪽의 기능을 수행한다. 버퍼(256)에 의한 증폭 후, 버퍼의 출력은 가변 감쇠기(variable attenuator; 258)를 통하여 연결되는데, 상기 가변 감쇠기(258)는 증폭기 제어 신호(260)에 의하여 조정되고, 송신기(250)가 송신하고 있지 않을 때에는 많이 감쇠시키고, RF 입력 신호(262)를 송신할 때에는 조금만 감쇠시킨다.
이어서 RF 입력 신호(262)는 드라이버 단(134)에 연결되며, 상기 드라이버 단(134)은 전력 증폭기(102)의 시작단을 형성한다. 드라이버 단(134)의 출력은 증폭기(146)의 입력과 결합하여 전력 증폭기(102)의 최종단을 형성한다. 전력 증폭기(102)의 드라이버 단(134)으로부터 RF 신호를 수신하면, 전력 증폭기(102)의 최종 단(146)은 RF 신호를 다시 증폭하여 RF 출력 신호를 생성하며, 상기 RF 출력 신호는 전력 증폭기(102)의 출력과 연결되는 가변 임피던스(110)를 통하여 안테나(264)에 연결된다.
도 9는 셀룰러 폰과 같은 무선 통신 장치(300)의 블록도를 도시하며, 상기 무선 통신 장치(300)의 내에서 도 8의 송신기와 도 1의 증폭기 회로를 결합함으로써 무선 통신 장치(300)가 본 발명의 이점을 갖도록 할 수 있다. 도 9에서 도시되는 무선 통신 장치(300)에서, 특정 무선 주파수가 마이크로프로세서(302)에 의하여 결정된다. 상기 특정 무선 주파수는 인터페이스 회로(306)를 통하여 주파수 합성기(304)로 전달된다. 수신기(308)에 의하여 수신되는 데이터 신호는 디코딩되고,인터페이스 회로(306)에 의하여 마이크로프로세서(302)로 연결되며, 송신기(250)에 의하여 송신될 데이터 신호는 마이크로프로세서(302)에 의하여 생성되고 인터페이스 회로(306)에 의하여 포맷된 후에 송신기(250)에 의하여 송신된다. 송신기(250)와 수신기(308)의 동작 상태는 인터페이스 회로(306)에 의하여 인에이블 또는 디스에이블된다.
바람직한 실시예에서, 마이크로프로세서(302)는 처리 장치(174)의 일부를 형성하며, 상기 처리 장치(174)는 메모리 섹션(310)에 저장된 프로그램의 제어 하에서 인터페이스 회로(306)와 결합하여 필요한 처리 기능들을 수행한다. 마이크로프로세서(302)와 인터페이스 회로(306)는 함께 하나 이상의 마이크로프로세서들을 포함할 수 있으며, 상기 마이크로프로세서들 중 하나 이상은 디지털 신호 프로세서(digital signal processor; DSP)를 포함할 수 있다. 메모리 섹션(310)은 종래의 ROM(312), EPROM(314), RAM(316), 또는 EEPROM(318)을 포함하는 하나 이상의 형태의 휘발성 및/또는 비휘발성 메모리를 포함한다. 당업자는 다른 유형의 메모리를 사용할 수도 있다는 것을 용이하게 인식할 수 있을 것이다.
무선 통신 장치를 특징짓는 기능들은 일반적으로 EEPROM(318)에 저장되고(온-보드 EEPROM의 마이크로프로세서에 저장될 수도 있음), 종래의 셀룰러 시스템에서의 동작에 요구되는 번호 할당(number assignment; NAM) 및/또는 무선 기지(codeless base)와의 동작에 요구되는 기지 식별자(base identification; BID)를 포함할 수 있다. 선택된 목표 전력 출력 레벨에 따라 바이어스 신호 공급 레벨을 조정하고 출력 임피던스를 선택하는 것을 포함하여 확장된 범위에 걸쳐 부하에전력을 공급하는 데에 사용되는 미리 저장된 다수의 명령어 세트가 추가적으로 메모리 섹션(310)에 저장된다.
사용자 오디오, 마이크로폰(320)과 스피커(322)는 오디오 처리 회로(324)에 의하여 제어되며, 상기 오디오 처리 회로(324)는 사용자 인터페이스 회로(326)의 일부를 형성한다. 사용자 인터페이스 회로(326)는 추가적으로 사용자 인터페이스 처리 회로(328)를 포함하며, 상기 사용자 인터페이스 처리 회로(328)는 임의의 키패드(330) 및/또는 디스플레이(332)의 동작을 관리한다. 임의의 키패드 동작은 감촉 디스플레이(touch sensitive display)의 일부로서 포함될 수 있다는 것을 예상할 수 있다.
도 10은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 따라 복수의 목표 전력 출력 레벨로 전력을 공급하는 방법(400)의 흐름도를 도시한다. 본 방법은 복수의 목표 전력 출력 레벨들의 세트를 정의하는 단계(402)와, 바이어스 신호 공급 레벨과 출력 임피던스를 각각의 목표 전력 출력 레벨과 연관시키는 단계(404)를 포함한다. 일반적으로, 각각의 목표 전력 출력 레벨은 전력 증폭 회로의 확장된 동작 범위의 부분 세트이다. 적어도 하나의 실시예에서, 각각의 지정된 전력 출력 레벨은 목표 출력 전력 값의 범위에 대응한다.
목표 전력 출력 레벨들의 세트가 정의되고 바이어스 신호 공급 레벨 및 출력 임피던스가 각각의 목표 전력 출력 레벨과 연관된 후, 단계(406)에서 특정 목표 전력 출력 레벨이 선택된다. 선택된 목표 전력 출력 레벨에 따라, 단계(408)에서 선택된 목표 전력 출력 레벨에 대응하는 바이어스 신호 공급 레벨이 조정되고,단계(410)에서 출력 임피던스가 선택된다. 선택된 목표 전력 출력 레벨에 대응된다. 이어서, 단계(412)에서 증폭될 신호가 수신되고 단계(414)에서 수신된 신호가 증폭된다. 본 방법은, 단계(416)에서 새로운 목표 전력 출력 레벨이 선택될 때까지 수신된 신호를 계속 증폭한다.
도 11은 도 10에서 도시된 방법과 결합하여 새로운 목표 전력 출력 레벨을 선택하는 더욱 상세한 흐름도를 도시한다. 특히, 본 방법은 새로운 목표 전력 출력 값을 선택하는 단계(418)를 포함한다. 새로운 목표 전력 출력 레벨은, 이어서 단계(420)에서 종전에 선택된 목표 전력 출력 레벨과 비교된다. 만일, 단계(422)에서 새로운 목표 전력 출력 레벨이 종전의 전력 출력 레벨과 실질적으로 동일하지 않으면, 단계(424)에서 새로운 전력 출력 레벨에 대응하는 출력 임피던스가 선택되고, 단계(426)에서 새로운 전력 출력 레벨에 대응하는 바이어스 신호 공급 레벨이 조정된다. 정의된 목표 전력 출력 레벨이 전력 출력 값의 범위에 대응될 때, 새로운 목표 전력 출력 값이 현재 선택된 목표 전력 출력 레벨에 포함되는 값의 범위 내에 존재하는지에 대한 결정이 이루어진다. 만일 새로운 전력 출력 값이 종전에 선택된 전력 출력 레벨과 실질적으로 동일하면, 현재 선택된 출력 임피던스와 바이어스 신호 공급 레벨은 유지된다.
본 발명과, 현재 본 발명의 최적의 모드라고 여겨지는 실시예들이 발명자의 권리를 확립하고 당업자가 본 발명을 사용할 수 있도록 하기 위하여 설명되었지만, 본 명세서에서 개시된 실시예의 많은 균등 발명들이 존재하며, 본 발명의 범위 및 사상을 벗어나지 않고 본 발명에 대한 무수한 수정 및 변형이 가능하다는 점이 이해될 것이다. 본 발명의 범위 및 사상은 실시예에 의하여 제한되는 것이 아니며, 첨부된 청구 범위에 의하여 제한되어야 한다.
본 발명에 따르면, 인접 채널에서 송신된 노이즈 또는 전력의 합이 인접 채널 전력 요건 하에 있으면서, 저전력 출력 레벨에 있어서 전력 증폭기의 출력에 연결된 임피던스를 감소시킴으로써 바이어스 신호가 더 감소될 수 있다는 것을 이용하여, 결과적으로 더 높은 전력 출력 레벨에서의 전력 효율을 나쁘게 하지 않으면서 더 낮은 전력 출력 레벨에서 더 큰 효율을 얻을 수 있다.

Claims (16)

  1. 복수의 선정된 목표 전력 출력 레벨의 세트를 포함하는 확장된 범위에 걸쳐 부하로 전력을 공급하는 전력 증폭 회로에 있어서, 각 목표 전력 출력 레벨은 확장된 범위의 부분 세트이며, 상기 전력 증폭 회로는,
    증폭할 신호를 수신하는 제1 입력부, 바이어스 신호를 수신하는 제2 입력부, 및 증폭된 신호를 생성하는 출력부를 포함하는 전력 증폭기;
    목표 출력 전력 레벨 중 하나를 선택하는 신호를 수신하고 바이어스 조정 제어 신호 및 임피던스 선택 제어 신호를 생성하는, 바이어스 조정 회로 및 임피던스 선택 회로를 포함하는 제어 회로;
    상기 전력 증폭기의 출력부 및 상기 제어 회로의 상기 임피던스 선택 회로에 연결되고, 개별적으로 선택 가능한 복수의 임피던스 상태를 포함하는 가변 임피던스 회로 - 상기 복수의 임피던스 상태의 각각은 상기 목표 전력 출력 레벨의 범위 중 적어도 하나에 대응함 -; 및
    상기 전력 증폭기 및 상기 제어 회로의 상기 바이어스 조정 회로에 연결되어, 상기 바이어스 조정 신호를 수신하고 조정된 바이어스 신호를 상기 전력 증폭기의 상기 제2 입력부로 공급하는 가변 공급기
    를 포함하는 전력 증폭 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가변 임피던스 회로는 상기 전력 증폭기의 출력부에연결된 하나 이상의 출력 임피던스 단을 포함하고, 각 출력 임피던스 단은 부하 임피던스 네트워크를 포함하는 전력 증폭 회로.
  3. 제2항에 있어서, 상기 가변 임피던스 회로는 하나 이상의 임피던스와 상기 하나 이상의 임피던스 중 어느 하나에 대응하는 스위치를 하나 이상 포함하고, 상기 스위치는 상기 대응하는 스위치를 상기 하나 이상의 출력 임피던스 단 중 어느 하나에 있는, 하나 이상의 부하 임피던스 네트워크 중 어느 하나에 연결하기 위하여 선택적으로 인에이블되는 전력 증폭 회로.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전력 증폭기는 직렬로 연결된 하나 이상의 증폭기를 포함하고, 바로 앞의 증폭기의 출력은 임의의 바로 다음의 증폭기의 입력으로 연결되는 전력 증폭 회로.
  5. 제4항에 있어서, 상기 바로 앞의 증폭기의 출력은 중간단 정합 회로를 통하여 임의의 바로 다음의 증폭기의 입력으로 연결되는 전력 증폭 회로.
  6. 제5항에 있어서, 상기 중간단 정합 회로는 부하 임피던스 네트워크를 포함하는 전력 증폭 회로.
  7. 제6항에 있어서, 상기 부하 임피던스 네트워크는 상기 임피던스 선택 제어신호로 연결되고, 상기 중간단 정합 회로의 상기 부하 임피던스의 상기 임피던스 값은 상기 임피던스 선택 회로 제어 신호에 기초하여 조정될 수 있는 전력 증폭 회로.
  8. 제1항에 있어서, 상기 선정된 전력 출력 레벨의 각각은 상기 목표 전력 출력 레벨의 범위인 전력 증폭 회로.
  9. 제8항에 있어서, 각각의 상기 목표 전력 출력 레벨 범위의 일부는 선정된 전력 출력 레벨 세트 중에서 다른 목표 출력 레벨 범위의 일부와 중첩되는 전력 증폭 회로.
  10. 제1항에 있어서, 상기 전력 증폭 회로는 무선 통신 장치의 송신기에서 사용되는 전력 증폭 회로.
  11. 확장된 범위에 걸쳐 전력 증폭 회로를 통해 전력을 공급하는 방법에 있어서,
    복수의 목표 전력 출력 레벨의 세트를 정의하는 단계 - 각 전력 출력 레벨은 확장된 범위의 부분 세트임 -;
    바이어스 신호 공급 레벨 및 출력 임피던스를 각 목표 전력 출력 레벨과 연관시키는 단계;
    목표 전력 출력 레벨을 선택하는 단계;
    상기 선택된 목표 전력 출력 레벨에 따라 상기 바이어스 신호 공급 레벨을 조정하는 단계;
    상기 선택된 목표 전력 출력 레벨에 따라 출력 임피던스를 선택하는 단계;
    증폭할 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 수신된 신호를 증폭하는 단계
    를 포함하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 새로운 목표 전력 출력 레벨이 선택될 때,
    새로운 목표 전력 레벨이 종전의 목표 전력 레벨보다 높으면 바이어스 전류는 증가되고, 더 작은 출력 임피던스가 선택되며,
    새로운 목표 전력 레벨이 이전의 목표 전력 레벨보다 낮으면, 바이어스 전류는 감소되고, 더 큰 출력 임피던스가 선택되는 방법.
  13. 제11항에 있어서, 각각의 선정된 목표 전력 출력 레벨은, 상기 전력 증폭 회로가 동작하는 확장된 범위의 부분 세트에 대응하는 목표 전력 출력 레벨의 범위인 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 복수의 목표 전력 레벨의 세트를 정의하는 단계는, 복수의 목표 전력 레벨의 범위를 정의하는 단계를 포함하고, 상기 복수의 범위의 각각의 일부는 다른 목표 출력 레벨 범위의 일부와 중첩되는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    새로운 목표 전력 출력 값을 선택하는 단계;
    상기 새로운 목표 전력 출력 값과 현재 선택된 목표 전력 출력 레벨의 범위를 비교하는 단계; 및
    상기 새로운 목표 전력 출력 값이 상기 현재 선택된 전력 출력 레벨의 범위에 포함되지 않으면, 상기 새로운 목표 전력 출력 값을 포함하는 새로운 범위의 목표 전력 출력 레벨의 새로운 범위를 선택하고, 상기 목표 전력 출력 레벨의 새로 선택된 범위에 따라 상기 바이어스 신호 공급 레벨을 조정하고, 출력 임피던스를 선택하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    새로운 목표 전력 출력 값을 선택하는 단계;
    상기 새로운 선정된 전력 출력 값과 종전에 선택된 목표 전력 출력 레벨을 비교하는 단계; 및
    상기 새로운 목표 전력 출력 값이 종전에 선택된 전력 출력 레벨과 실질적으로 동일하지 않으면, 상기 새로운 목표 전력 출력 값에 따라 새로운 목표 전력 출력 레벨을 선택하고, 상기 새로운 목표 전력 출력 레벨에 따라 상기 바이어스 신호 공급 레벨을 조정하고 출력 임피던스를 선택하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
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