KR20040078174A - 저전력 고 선형 수신기의 직접 변환 - Google Patents

저전력 고 선형 수신기의 직접 변환 Download PDF

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KR20040078174A KR10-2004-7011201A KR20047011201A KR20040078174A KR 20040078174 A KR20040078174 A KR 20040078174A KR 20047011201 A KR20047011201 A KR 20047011201A KR 20040078174 A KR20040078174 A KR 20040078174A
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Abstract

무선 주파수 수신기는 증폭기 및 수신기가 현재 동작하는 곳의 신호 환경의 레벨을 나타내는 바이어스 제어 신호를 산출하는 검출기를 포함한다. 바이어스 생성기는 바이어스 제어 신호에 따라 증폭기의 바이어스 레벨을 설정하고, 여기서 바이어스 레벨은 신호 레벨이 증가함에 따라 증가하는 경향이 있다. 게다가, 수신기는 무선 주파수 입력 신호를 수신하도록 적응된 제1 회로를 포함하고, 상기 회로는 조정가능한 바이어스 레벨을 갖고, 바이어스 제어는, 제1 회로를 제어하고 출력 신호를 생성하기 위한 기저 대역 신호에 기초하여 바이어스 제어 신호를 생성하기 위한 하나 이상의 제어 레벨을 가지며, 상기 피드백 수단에 의해 생성된 전체 전력에 대응하는 DC 신호를 송신하기 위해 제1 회로를 지나는 대체 바이패스 스위치도 포함한다.

Description

저전력 고 선형 수신기의 직접 변환{DIRECT CONVERSION OF LOW POWER HIGH LINEARITY RECEIVER}
전자 증폭기는 전자 신호를 입력으로 수용하며, 보다 강력한 그 전자 신호를 그 출력으로 생성한다. 예컨대, 챠트상에 심전도를 기록하려면, 종이 챠트가 펜을 지나쳐 이동할 때 신호가 펜을 위아래로 이동시킬 만큼 충분히 강력할 때까지, 심장 박동에 의해 생성된 미약한 전기 신호를 증폭할 것을 요구한다.
선형 증폭기는 입력으로서 수신하는 전기 신호와 출력으로서 생성하는 전기 신호 사이에 선형 관계가 있다. 즉, 입력 전압 또는 전류에서 X 유닛의 변화에서는, 입력값이 작거나 큰 것에 무관하게 일부 상수값 k에 대한 k*X(k 곱하기 X)의 출력 전압 또는 전류에서의 변화를 생성한다.
모든 전자 회로는 일부 제한치보다 큰 출력을 생성할 수 없다. 모든 전자 회로는 일부 제한치보다 크거나 또는 일부 다른 제한치보다 작은 입력들을 효율적으로 조절할 수 없다. 그럼에도 불구하고, 전자 회로의 많은 어플리케이션에서는, 이들이 그 입력에서의 변화에 대한 선형 응답을 생성하는 중간 범위내에서만 동작할 필요가 있다.
무선 주파수 증폭기에서 비선형 응답은 소정 신호와, 동시에 그러나 다른 주파수 또는 채널상에서 운연히 존재하는 다른 외부 무선 신호 사이에 크로스토크(cross talk) 또는 상호변조를 생성할 수 있다. 이런 원치않는 신호는 간섭이 고의인지 여부에 따라 재밍(jamming) 소스로 불린다. 증폭기가 비선형적으로 동작할 때, 예컨대, 입력 신호에서의 X의 변화가 그 출력 신호에서 k*X 변화 보다 작게 생성될 때, 이런 비선형의 효과는 증폭하는 신호의 주파수를 시프트시킨다. 소정 신호와 다른 주파수에서의 재밍 소스가 동시에 존재하는 경우(무선 수신기에 대한 전형적인 동작 환경인), 이런 주파수는 2개의 신호 사이에서 크로스토크 또는 상호변조를 가져온다.
많은 수의 전자 증폭기들은 그들의 입력을 상수 또는 바이어스 전압 또는 전류와 전기적으로 결합시킨다. 사용되는 바이어스량은 증폭기에 대한 적당한 동작 포인트를 설정하기 위하여 선택된다. 전자 증폭기가 설계될 때, 당해 선택은 상수 바이어스가 비교적 큰 또는 비교적 작은 값을 갖게 하는 여부에 있다. 증폭기 설계시 선택되는 바이어스값은 증폭기가 어떻게 동작하며 얼마나 잘 동작하는지에 대한 주요한 결과들을 가질 수 있다.
선형 증폭기 설계시 하나의 표준 기술은 먼저 증폭기가 선형으로 응답해야만 하는 입력 신호의 범위 및 증폭기가 원치않는 소스로부터의 상호변조를 거부해야만하는 정도를 특정하는데 있다. 이때, 바이어스 전류 또는 전압의 양은 이들 명세를 만족하도록 설정된다. 소정의 선형 범위가 커지며 수용가능한 상호변조의 양이 적을수록, 바이어스는 커져야만 한다.
불행하게도, 증폭기의 바이어스가 커질수록, 소비되는 전력은 많아진다. 따라서, 한쪽에서의 증폭기의 전력 소비와 다른 쪽에서의 선형의 범위 및 상호변조에 대한 민감성(susceptibility) 사이에는 트레이드오프(tradeoff)가 있다. 전력 소비를 최소화하는 설계 목적은 수용가능한 선형성을 유지하는 설계 목적에 대립한다.
전력 보존은 항상 바람직하다. 그러나, 폭넓게 사용되는 이동, 핸드헬드 및 포켓 무선 디바이스, 예컨대 페이저 및 셀룰러 전화의 도래로, 그 중요성이 증대된다.
페이저 또는 셀룰러 또는 다른 이동 전화의 수신기부에서 무선 주파수 증폭기, 버퍼 및 다른 프론트 엔드회로는 디바이스가 이에 대한 페이지 또는 전화 호출 방송에 응답하게 하기 위하여 동작해야만 한다. 따라서, 디바이스가 페이지 또는 전화 호출에 대해 대기하는 동안 배터리가 지속되는 시간 길이는 그 수신기에 의해 얼마나 많은 전력이 소비되는지여 달려있다. 많은 수의 소비자에 있어서, 디바이스에 의해 소비되는 전력은 대기 모드에서 소비된다 - 예컨대, 이동 전화는 호출을 위해 많은 시간 대기하지만 호출에는 매일 단지 몇분이 사용된다-.
보다 긴 배터리 수명은 비용을 감소시키며, 예컨대 제한적이지 않게 이동 디바이스, 핸드헬드 디바이스, 페이저, 이동 전화, 디지털 전화, PCS 전화 및 AMPS전화를 사용하는 소비자에 대한 편리성을 증가시킨다. 이러한 매우 경쟁이 심한 시장에서, 대기 모드에서의 배터리 수명은 소비자 선택에 대한 제품 경쟁에 관한 차이를 만들 수 있게 된다. 따라서, 이동, 휴대용 및 핸드헬드 수신기의 시장 성공은 특히 대기 모드에서 이런 수신기가 최소한의 전력을 소비하는 것이 결정적이다.
이동 수신기의 대기 배터리 수명은 그 전력 소비를 낮추고 증폭기 및 버퍼와 같은 프론트 엔드회로에 사용되는 바이어스 레벨을 낮춤으로써 크게 증가될 수 있다. 그러나, 이를 수행하는 종래 기술은 수신기의 범위를 또한 감소시켜, 재밍 소스로부터의 상호변조에 대한 민감성을 증가시킨다.
본 발명은 일반적으로 저전력 고 선형 수신기에 대한 전력 제어 분야에 관한 것으로, 특히 직접 변환에 관한 것이며, 그 프론트 엔드(front-end) 회로에 의해 사용되는 바이어스를 반응적으로 조절하는 수단에 의해 저 전력 및 고 선형 수신기를 달성하는 것에 관한 것이다.
본 발명의 여러 실시예들은 공지된 회로가 명확화를 위해 블럭도 형태로 도시되는 다음 도면에서 예시된다. 이들 도면은 이해를 돕기 위한 예시적이다. 본 발명은 실시예 및 예시된 대안적인 설계에 제한되는 것으로 취급해서는 안된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예를 달성하는 빌딩 블럭 또는 기능 컴포넌트를 도시한다. 이런 실시예는 그 환경내에서 전류 신호 강도에 반응하여 그 자신의 바이어스 레벨을 조절하는 수신기 증폭기이다. 이는 또한 이들 기능 컴포넌트의 상호접속을 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 기능 컴포넌트 각각을 만드는데 사용될 수 있는 전자 회로 컴포넌트 및 이들의 상호접속을 도시한다. 도시된 본 발명의 실시예는 소신호 또는 저잡음 어플리케이션에 적합하다. 또한, 본 실시예는 본 발명의 모듈러, 멀티 스테이지 실시예에 적합하다. 도 2(A)에서 가변 저항(204-A)로 도시된 기능 컴포넌트는 도 2(B)에서 가변 저항(204-B)로 또는 도 2(C)에서는 가변 저항(204-C)로 대체된다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 대한, 특히 단순화된 자기조절 RF 증폭기에 대한 전자 회로 컴포넌트 및 이들의 상호접속을 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예, 특히 자기 조절 IF 증폭기에 대한 전자 회로 컴포넌트 및 이들의 상호접속을 도시한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 대한 기능 컴포넌트 및 이들의 상호접속을 도시한다. 본 실시예는 셀룰러 전화와 같은 이동 디바이스내의 수신기의 제1 스테이지이다. 본 실시예는 각각의 스테이지가 그 자신의 바이어스 레벨을 자기조절하는, 다수의 스테이지의 증폭과 하나의 스테이지의 주파수 변환을 구비한다. 도 5는 또한 송수신기, 즉 송신 및 수신 모두를 행하는 디바이스에서 본 발명의 일 실시예에 대한 기능 컴포넌트 및 상호접속을 도시한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 대한 기능 컴포넌트 및 이들의 상호접속을 도시한다. 본 실시예는 각각의 스테이지 내에서 사용되는 바이어스 레벨이 단일 신호 레벨 검출기 및 단일 바이어스 조절 회로에 의해 조절되는, 증폭기와 같은 다수의 스테이지의 활성 회로를 구비한 수신기의 제1 스테이지이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 대한 기능 컴포넌트 및 이들의 상호접속을 도시한다. 본 실시예는 제1 필터 및 RF 증폭기가 수신기의 신호 경로에 선택적으로 포함되거나 이로부터 스위칭되는 수신기의 제1 스테이지이다.
도 8은 회로 컴포넌트의 임계에서의 변동을 보상함에 의해 반응적 바이어스의 정확도를 개선할 수 있는 샘플 및 홀드 회로를 사용하는 본 발명의 다른 실시예를 수행하는데 사용될 수 있는 전자 회로 컴포넌트 및 이들의 상호접속을 도시한다.
도 9는 본 발명이 10 핀을 갖는 단일 집적 회로를 이용하여 형성된 많은 수의 전자 회로 컴포넌트로 이루어질 수 있는 방법을 도시한다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 대한 기능 컴포넌트 및 이들의 상호접속을 도시한다. 본 실시예는 이동 전화 어플리케이션에서 사용되는 여러 모드에서 동작할 수 있는 수신기를 구축하도록 이전 도면에서의 집적 회로를 이용하는 수신기의 제1 스테이지이다. 이들 모드는 셀룰러 및 진보된 이동 전화 서비스(Advanced Mobile Phone Service;AMPS)와 같은 아날로그 모드들과, CDMA 및 PCS(PersonalCommunication Service)와 같은 디지털 모드를 포함한다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 대한 기능 컴포넌트 및 이들의 상호접속을 도시한다. 본 실시예는 RSSI 신호에 의해 제어되는 프론트 엔드바이어스 제어의 직접 변환이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 대한 기능 블럭도 및 이들의 상호접속을 도시한다. 본 실시예는 활성 믹서에 연결된 프론트 엔드LNA의 직접 변환이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에서 입력에서 출력 스펙트럼까지의 스테이지별 직접 변환이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에서 전력 제어 및 재밍 전력의 3차원 도를 도시한다.
따라서, 불리한 신호 환경에서 선형성을 감소시키거나 상호변조 민감성을 증가시킴이 없이 전력 소비가 선호 신호 환경에서 감소될 수 있는 수신기용의 증폭기, 버퍼 및 다른 프론트 엔드회로에 대한 요구가 생기게 되었다. 이런 요구는 이런 회로가 동작하는 바이어스 레벨을 반응적으로 조절하는 수단에 의해서, 즉 불리한 또는 강력한 신호 환경에 대한 방응에서의 바이러스 레벨을 증가시킴에 의해 보다 약한 또는 전형적인 신호 환경에서 보다 적은 전력을 사용하면서 동작하게 함으로써 만족될 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 무선 주파수 입력 신호를 수신하도록 적응된 제1 회로를 포함하는 무선 주파수 통신용 방법, 장치 및 수신기를 포함하며, 이런 회로는 조절가능한 바이어스 레벨을 구비하고, 바이어스 제어는 피드백 제어와, 제1 회로를 제어하고 출력 신호를 발생시키는 베이스밴드 회로에 종속하는 신호에 기초하여 바이어스 제어 신호를 발생시키기 위한 하나 이상의 제어 레벨과, 피드백 제어에 의해 발생된 전체 전력에 대응하는 DC 신호를 전송하기 위하여 제1 회로를 통한 바이패스 스위치를 구비한다. 이에 따라, 출력 신호는 신호 자체의 믹싱 또는 누설이 최소화되는 동안 발생될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 무선 주파수 입력 신호를 수신하도록 적응된 회로 디바이스를 구비한 무선 주파수 발생용 방법 및 장치를 포함하며, 제1 회로는 조절가능한 바이어스 레벨을 구비하고, 바이어스 제어 및 피드백 제어는 제1 회로를 제어하고 출력 신호를 출력하는 베이스밴드 회로에 기초하여 바이어스 제어 신호를 발생시키기 위한 하나 이상의 제어 레벨과, 무선 주파수 입력 신호를 수신하며 제1 회로에 의해 수신된 바이어스 전력에 대응하는 DC 신호를 출력하도록 적응된 피드백 수단을 통한 바이패스 스위치를 구비한다.
본 발명의 다른 실시예는 제한적이지 않게 로우 노이즈 증폭기, 선형 증폭기, 믹서 및 무선 주파수와 중간 주파수간의 변환기를 포함하는 무선 주파수 수신기내의 다른 반응적 바이어스 회로에 대한 방법 및 장치를 포함한다.
본 발명의 여러 실시예들은 제한적이지 않게 페이저 수신기, 무선 인터넷 수신기, 무선 전화 수신기, 셀룰러 전화 수신기, 및 CDMA(code division multiple access) 수신기를 포함하는 어플리케이션에 사용하는데 적합하다.
이하에서는 본 발명에 대한 여러 대안적인 실시예와 설계가 개시된다. 그러나, 본 발명은 개시된 실시예 및 그 대안들에 제한되지 않음을 이해해야 한다. 본 기술 분야의 전문가들은 또 다른 대안적인 실시예와 여러 변형례들을 이해할 것이다. 이들은 본 발명의 원리, 사상 또는 범위를 벗어남이 없이 본 발명을 실시하는 동안 적용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 수신기 증폭기(100)의 기능 블럭도이다. 본 증폭기는 반응적 바이어싱을 구비한다. 즉, 현재 동작하고 있는 신호 강도에 응답하여 바이어스 레벨을 조절한다.
RF/IF 수신기 증폭기(101)는 입력 신호(120)를 출력 신호(121)로 증폭한다.증폭기(101)의 바이어스는 바이어스 레벨(143)에 의해 설정되며, 바이어스 발생기(103)에 의해 생성된다.
RF/IF 증폭기(101)는 무선 주파수(RF), 중간 주파수(IF) 또는 다른 어플리케이션에 적합한 특성을 갖는 소정 타입의 선형 증폭기일 수 있다. RF/IF 수신기 증폭기(101)는 제한적이지 않게 공통 에미터 증폭기, 공통 베이스 증폭기, 공통 콜렉터 증폭기, 전압 증폭기, 전류 증폭기, 트랜스컨덕턴스 증폭기, 트랜스레지스턴스 증폭기, 피드백을 갖춘 증폭기, 또는 피드백없는 증폭기일 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에서, 반응적 바이어싱은 단지 RF 스테이지에 또는 초기 RF 스테이지의 일부에만 적용되며, IF 스테이지상의 바이어스 레벨은 종래의 기술에 따라 고정된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 레벨 검출기(102)는 RF/IF 출력 신호(121)의 신호 레벨을 검출하여, RF/IF 입력 신호(120)의 신호 레벨을 비간접적으로 검출한다. 대안적으로, 레벨 검출기(102)는 RF/IF 입력 신호(120) 또는 입력과 출력 신호 사이의 중간 신호의 신호 레벨을 직접적으로 검출할 수 있다. 레벨 검출기(102)는 검출하는 신호 레벨에 따라 바이어스 제어 신호(140)를 생성한다.
레벨 검출기(102)는 수신기가 현재 동작하고 있는 신호 레벨에서 적당한 시간 프레임을 통해 변화를 검출할 수 있는 소정 타입의 회로일 수 있다. 예컨대, 레벨 검출기(102)는 정류기, 또는 써미스터와 같은 열 모니터에 연결된 몇몇 타입의 열 발생기일 수 있다.
검출된 신호 레벨은 수신기가 현재 동작중인 신호 환경에 종속하는 평균화된신호 레벨을 나타낼 수 있으며, 평균이란 적당한 시간 주기를 통해 취해진다. 일반적으로, 바이어스 레벨(143)의 주파수는 당해 신호의 주파수 보다 낮은 크기 정도로 제한되야 한다. 제1 예로서, 바이어스 레벨에서의 2MHz 응답은 CDMA 신호에서 사용되는 2GHz 캐리어 신호에 대한 바이어스 레벨을 조절하며 신호 레벨을 평균화하는 적당한 시간 프레임을 제공한다.
또한, 바이어스 레벨 전달 함수의 대역폭과 당해 신호의 대역폭 사이에서 일어나는 의사 사이드밴드(spurious sideband)의 가능성에 대한 고려가 주어져야 한다. 계속해서, 소정의 CDMA 신호가 1.25MHz로 제한된 대역폭을 갖는 CDMA 예에서, 2MHz 근처로 제한되는 바이어스 레벨에서의 응답은 임의의 이런 사이드밴드가 수신기의 대역폭을 벗어나게 유지하여, CDMA 신호와의 간섭을 최소화하게 한다.
대안적으로, 바이어스 레벨에서의 응답은 수신기의 대역폭 이하로 제한될 수 있다. 제2 예로서, 100Hz 바이어스 조절 응답은 500과 3,000Hz 사이로 제한되는 음성 신호와의 간섭을 최소화할 수 있다. 그러나, 바이어스 레벨(143)의 주파수를 당해 신호의 범위 이하로 제한하는 것은 수신기의 응답 시간을 느리게 하여 신호 강도를 변경시킨다. 이는 전류 신호 환경이 단지 간헐적으로 존재하는 재밍 신호를 포함하는 경우 시스템 성능에 큰 영향을 미친다.
따라서, 바이어스 레벨(143)은 반응적으로 바이어스되는 증폭기가 사용되는 전체 시스템의 성능이 래그(lag) 또는 히스테리시스 효과에 의해 해를 입지 않는, 즉 고 신호 환경이 저 신호 환경으로 변화할 때 또는 그 역에서 일어날 만큼 충분히 빠르게 변할 수 있어야 한다.
바이어스 발생기(103)는 적당한 바이어스 제어 신호에 따라 바이어스 레벨(143)을 생성한다. 바이어스 조절 회로(105)가 사용되는 경우, 바이어스 발생기(103)는 조절된 바이어스 제어 신호9141)에 다라 바이어스 레벨(143)을 변화하며, 그렇치 않으면 바이어스 제어 신호(140)가 사용된다. 바이어스 발생기(103)는 적당한 바이어스 제어 신호에 따라 타겟 범위내에서 바이어스 레벨(143)을 변경시키는 임의의 회로일 수 있다.
반응적 바이어싱을 갖는 증폭기에서, 바이어스가 RF/IF 수신기 증폭기(101)에 인가되도록 동작하는 레벨 검출기(102) 및 바이어스 발생기(103)는 입력/출력 신호 레벨이 증가하는 동안, 즉 수신기가 보다 강력한 신호 조건을 갖는 환경에서 사용되는 동안 증가하게 된다. 그러나, 이런 증가는 선형 또는 심지어 단조 증가일 필요는 없다. 일부 설계에서, 바이어스 레벨은 신호 레벨이 증가하는 동안 일반적으로 증가하게 된다. 바람직하게, 이런 증가하는 일반적인 경향은 특정 어플리케이션에 대한 상호변조 거부 및 충분한 선형성으로 동작하는 RF/IF 수신기 증폭기를 유지하는데 충분하다.
바이어스 조절 회로(105)를 사용하는 본 발명의 실시예에서는 필터 및 증폭기를 조절하고 그리고/또는 바이어 제어 신호(140)를 바이어스 레벨(143)을 발생시키기 위해 바이어스 발생기(103)에 의해 사용되는 조절된 바이어스 제어 신호(141)로 조절(conditioning)한다. 적용되는 조절 또는 조절들은 임의의 전달함수를 포함하며, 바람직하게는 반드시 단조이지 않고 제한적이지 않게 조절, 필터링, 클리핑, 확장, 증폭, 댐핑, 스케일링, 오프세팅, 밴드 제한, 샘플링 및 홀딩 및/또는DC 오프셋과의 합산을 포함한다.
바이어스 조절 회로(708)는 또한 제한적이지 않게 전계효과 트랜지스터(FET)의 임계치에서의 변동을 포함하는 반응적 바이어싱 시스템내의 활성 디바이스의 임계치 변동을 보상하는 회로를 포함한다. FET의 선형 범위가 좁기 때문에, 그 선형 범위내에서 회로의 동작을 유지하기 위하여 레벨을 교정 또는 설정하는 것이 중요하게 된다.
바이어스 조절 회로(105)는 바이어스 제어 신호(140)의 함수로서 조절된 바이어스 제어 신호(141)를 생성하는 임의의 회로일 수 있다. 레귤레이팅(regulating) 피드백 신호(142)가 사용된다면, 바이어스 조절 회로(105)는 또한 레귤레이팅 피드백 신호(142)에 따라서 바이어스 레벨(143)을 변동시킨다.
바이어스 조절 회로(105)의 여러 실시예는 제한적이지 않게 스케일링하며, 기준 레벨과 비교하고, 적당한 레벨을 샘플 및 홀딩하여 주어진 신호 환경(비교적 재밍 신호에 자유로운 환경)에 대응하는 기준 레벨을 교정하는 바이어스 제어 신호(140)를 조절하는 회로를 포함한다. 다른 실시예는 이런 회로의 조합을 포함한다.
저항(104)을 사용하는 본 발명의 실시예에서는 바이어스 발생기(103)내에서의 회로 엘리먼트로서 작용할 수 있다. 그 저항을 변동시킴에 의해, 가변 저항(104)은 바이어스 레벨(143)을 변경시킨다. 가변 저항(104)은 그 저항을 제어 신호(140)의 함수로서 변동되거나, 또는 이용가능할 때 조절된 바이어스 제어 신호(141)의 함수로서 변동되는 임의의 회로일 수 있다. 가변 저항(104)은 바이어스 레벨(143)의 전류, 바이어스 레벨(143)의 전압, 또는 이둘 모두를 변동시키기 위해바이어스 발생기(103)내에 적용될 수 있다.
바이어스 피드백 신호(142)를 사용하는 본 발명의 실시예에서는 단순히 바이어스 레벨이거나, 바이어스 레벨(143)로부터 유도된 신호이거나, 또는 바이어스 레벨(143)의 프리디세서(predecessor)인 신호일 수 있다. 그 사용은 선택적이나, 이는 바이어스 레벨(143)의 안전성을 증가시킨다. 특히, 회로가 넓은 범위의 전압 또는 온도 조건하에서 동작할 때, 또는 바이어스 발생기(103) 또는 수신기의 다른 부분의 제조 공차가 바이어스 레벨(143)상에 중대한 영향을 미치거나 또는 바이어스 레벨(143)이 설정되야 할때 그 바이어스 레벨의 안정성이 증가한다. 바이어스 피드백 신호(142)를 사용하는 본 발명의 실시예는 또한 바이어스 레벨(143)에서 생성되는 변동량에 대해 자체 교정될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 레벨 검출기(102), 바이어스 조절 회로(105) 및 바이어스 발생기(103)간의 구별은 깨지고, 특정 회로 컴포넌트는 다수의 기능을 생성하도록 동작한다.
일부 어플리케이션에서 하나의 검출기가 바이어스 제어 신호를 다수의 컨디션너에 제공하거나, 하나의 바이어스 조절 회로가 바이어스 제어 신호를 다수의 바이어스 발생기에 제공하는 것이 가능하며 또한 바람직하다.
반응적 바이어싱은 증폭기(100)가, 전형적인 신호 환경에서 그 전력 소비가 강력한 신호 환경에서 선형성 또는 상호변조 면역성을 감소시킴이 없이 감소되도록, 설계되게 한다. 증폭기(100)는 사용될 수 있는 최대 신호 환경에 비해 낮은 바이어스 레벨로 설계될 수 있다. 강력한 신호 환경에서 사용될 때, 강력한 신호환경이 존재하는 시간 주기 동안 그 선형성 및 상호변조 면역성을 증가시키는 그 바이어스를 상향으로 조절한다.
전형적인 신호 환경에서 저 전력 소비를 갖는 이런 선형 증폭기는 이동, 핸드헬드, 또는 전화 또는 무선 데이터 연결과 같은 페이저에 대해 특히 이롭다. 이런 디바이스의 도래로, 이들에 어드레싱되는 신호를 대기하는 동안 가능한 적은 전력을 소비하는 선형 증폭기를 설계하는 것이 중요하게 되었다. 이런 대기 모드는 이런 디바이스의 사용 사이클을 억제하여, 이런 모드 동안의 전력 절약이 배터리 수명에 큰 영향을 미치게 된다.
셀룰러 전화, 페이저 또는 데이터 수신기에서 RF 및 IF 증폭기는 디바이스가 전화 호출, e-메일 또는 이들에 방송되는 다른 송신에 응답하도록 동작해야만 한다. 따라서, 디바이스가 이에 어드레싱되는 송신을 대기하는 동안 배터리가 지속하는 시간 길이는 증폭기 및 그 수신기부에서의 다른 회로에 의해 얼마나 많은 전력이 소비되는지에 달려있다.
일부 이동 디바이스의 전력 소비는 이동 디바이스의 수신기에서 본 발명을 구현하는 증폭기, 버퍼, 믹서 및 다른 회로에 의해 크게 감소될 수 있다. 일부 어플리케이션에서, 본 발명은 이동 디바이스가 대기 모드에 있을 때 배터리가 지속하는 시간 길이를 크게 증가시킨다.
많은 수의 이동 디바이스는 많은 시간 동안 대기 모드에 있다. 예컨대, 이동 전화 사용자는 하루에 10시간 동안 전화를 들고 있으며, 30분 정도만 전화 연결을 실제 이용하는데 소비하고 있다. 이 경우, 그들의 셀룰러, PCS, 앰프 또는 다른 이동 전화는 수신, 즉 이들을 향한 호출을 듣는데에만 하루에 9 1/2 시간을 소비하며, 수신 및 송신 모두에 하루에 30분 소비한다. 이런 사용 패턴에서, 전화 수신기부는 그 송신기부보다 19배 길게 활성화된다. 따라서, 수신기 전력 감소는 실질적으로 감소되어, 이동 디바이스에서 배터리 또는 다른 에너지 저장 디바이스를 충전 또는 재충전해야하며, 사용자 편의에서 대응하는 이득과 사용자 비용에서의 감소를 낳을 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 반응성 바이어싱은 선형 증폭기(101)가, 그 선형성 및 상호변조 면역성이 증가되도록 설계되게 할 수 있다. 이런 증폭기가 강력한 신호 환경에서 사용될 때, 그 자신의 바이어스를 상향으로 조절하여, 그 선형성 및 상호변조 면역성을 증가시킨다. 수신기의 전력 소비를 감소시키기 위한 반응적 바이어싱을 활용하기 보다는, 본 발명의 이들 실시예는 선형성의 수신기 범위를 증가시키 위해 이를 활용한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따르는 저잡음 무선 주파수(RF) 반응성 바이어싱된 수신기 증폭기의 회로도이다.
도 2(a)는 도 1에 도시된 것에 대응하는 기능 블럭도로 분할된 증폭기의 컴포넌트를 도시한다. 본 기술 분야의 전문가에게는 이들 기능 블럭 각각을 구현하는 수많은 방식이 있으며, 다른 방식도 개발될 것임을 이해할 것이다. 이들은 본 발명의 원리, 정신 및 범위내에 모두 있다.
증폭기(200)내의 가변 저항 블럭은 제한적이지 않게 도 2(a)에 도시된 가변 저항(204-A)와, 도 2(b)에 도시된 가변 저항(204-B)와, 도 2(c)에 도시된 가변 저항(204-C)를 포함하는 수많은 방식으로 구현될 수 있다.
도 2의 증폭기의 컴포넌트에서, 이들의 바람직한 값 및 기능 설명은 다음의 표에 주어진다.
저잡음 반응적 바이어싱된 RF 증폭기
기준 지명자 적당한 값 기능
RF 증폭기(201)
C1 ~1.0-22pF RF 튜닝 및 DC 블럭 캐패시터
C2 ~10-1000pF RF 디커플링 캐패시터
C3 ~1.0-22pF RF 튜닝 및 DC 블럭 캐패시터
C4 ~10-1000pF RF 디커플링 캐패시터
L1 ~1.5-22nF RF 튜닝 및 DC 바이어스 피드 인덕터
L2 ~1.5-22nF RF 튜닝 및 DC 바이어스 피드 인덕터
R1 0-27 nH 옴 안정에 도움을 주기위한 손실있는 저항
Q1 RF 주파수, 고선형 FET, 바람직하게는 저잡음
검출기(202)
C5 ~1-22pF DC 블럭킹의 제공과, RF 증폭기(201)의 출력과 레벨 검출기(202)의 출력간에 RF 커플링 제공. 이 값이 작을수록 커플링이 작아진다.
C6 ~22-100pF RF 디커플링 캐패시터
D1 소정의 검출기 특성에 대해 선택된 정류 다이오드
D2 소정의 검출기 특성에 대해 선택된 정류 다이오드
L3 ~22-39nF RF 쵸크
바이어스 컨디셔너(205)
C7 27-1000pF 바이어스 제어 신호의 시상수(또는 컷오프 주파수)를 설정하는 캐패시터
U1 신호 스윙 범위 및 응답 시간 특정에 대해 선택된 op 앰프
R2 ~1-100 K 옴 바이어스 레벨 조절에 대한 이득/스케일링을 설정하는 저항
R3 ~1-100 K 옴 바이어스 레벨 조절에 대한 이득/스케일링을 설정하는 저항
도시 안됨 다이오드는 이런 스테이지의 입출력 특성을 성형하는데 선택적으로 사용된다.
가변 저항(204)
Q3 드레인-소스 저항대 바이어스의 특성에 대해 선택된 FET
R4 ~51-100 K 옴 가변 저항 네트워크를 스케일링하는 저항
R5 10-!51 K 옴 가변 저항 네트워크를 스케일링하는 저항
바이어스 발생기(203)
Q4 듀얼 PNP 트랜지스터
R6 ~27-10 K 옴 Q4내에서 좌축 PNP 트랜지스터상에 전류 설정, Q1의 값이 신호 강도에서 얼마나 변화하는지를 설정하는데 도움을 준다.
R7 ~10-100 K 옴 DC 바이어스를 Q1을 통해 설정
R8 ~10-100 K 옴 DC 바이스 네트워크의 안정성에 도움을 준다.
R9 ~10-100 K 옴 DC 바이어스 네트우크의 안정성에 도움을 준다.
op 앰프 또는 바이어스 제어 회로에서 소정 타입의 활성 증폭의 사용은 수신기에 대한 비용, 복잡성 및 전력 소비에 더해진다. 그럼에도 불구하고, U1은 본 발명의 이런 실시예의 여러 잠재적인 이점을 지원할 수 있다.
op 앰프를 이용하는 하나의 이점은 상대적인 정확한 제어가 바이어스 레벨및 이득과, 제한, 그 조절의 필터링 및 히스테리시스에 대해 얻어질 수 있다는데 있다.
또한, U1과 같은 op 앰프를 이용함에 의해, 피드백은 온도 변화 또는 컴포넌트 공차에 기인한 변동을 보상하는데 사용될 수 있다.
이런 피드백은 예컨대 R7을 통한 전압강화를 감지함에 의해 증폭 디바이스에서 바이어스 전류로부터 직접 이루어질 수 있다.
이런 정확성을 얻기위한 다른 방법은 검출된 디지털 신호 레벨을 디지털화하는 것이다. 디지털 신호 레벨은 룩업 테이블에 인덱스로서 사용될 수 있어, 각각의 디지털 신호 레벨에 대해 정확하게 교정된 디지털 바이어스 레벨을 얻을 수 있게 된다. 디지털 바이어스 레벨은 아날로그 바이어스 레벨로 다시 변환될 수 있다.
U1과 같은 op 앰프를 이용하는 다른 이점은 바이어스 제어 경로에서 증폭 엘리먼트를 제공하는데 있다.
반응적 바이어싱된 RF 증폭기의 설계에서 고려되야하는 하나의 팩터는 수신기의 RF 전단에서 비선형성이 매우 작은 기본 피크 신호 레벨에서 커다란 시스템 영향을 미칠 수 있다는데 있다. 이들 피크 신호 레벨은 RF 증폭기의 바이어스 레벨 보다 훨씬 적게 된다. 비교적 작은 검출된 신호 레벨의 U1의 증폭은 RF 증폭기의 바이어스 레벨이 적당한 범위를 통해 변동하게 한다.
본 발명에 따르는 반응적 바이어싱된 RF 증폭기의 설계에서 중요한 역활을하는 다른 팩터는 IIP3, 3차 입력 상호변조 프로덕트로 알려진 상호변조의 측정이다. 증폭기가 비선형이면, 입력 신호의 에너지는 입력 신호의 주파수의 하모닉으로 시프트된다. 다른 주파수에서 2개의 신호가 비선형으로 증폭된 신호에 존재한다면, 이들 하모닉은 상호변조 프로덕트, 즉 존재하는 주파수 모두의 합 및 차이에서의 다수의 주파수를 생성하기 위해 상호변조 또는 믹싱된다. 이들 프로덕트가 당해 신호의 대역폭내에 있고 충분한 진폭을 가진다면, 수신기의 사용능력은 열화된다. IIP3은 이들 상호변조 프로덕트의 진폭의 측정이다.
수신기의 IIP3은 그 회로 구성 및 컴포넌트 값에 기초하여 본 기술분야의 전문가에 의해 추정될 수 있다. 또한, 가설 신호 환경에 기초한 회로 시뮬레이션을 통해, 소정 신호 및 임의의 재밍 또는 외부 신호의 신호 강도, 주파수 및 대역폭을 결정할 수 있다. 또한, 실제 프로토타입 또는 생산 수신기의 성능에 기초하여 측정될 수 있다.
고려되야할 또 다른 설계 팩터는, 즉 송수신기로부터 송신된 신호가 수신된 신호 경로에 들어가며 수신기의 신호 환경의 일부가 되는 크로스토크이다. 적당한 필터링과 크로스토크되는 역효과를 감소시키는 방법에 대한 구체적인 내용은 본 기술 분야의 전문가에게는, 필터링이 송신기부와 수신기 사이에 있거나, 수신기부내에 있거나, 또는 이들 모두에 있는 경우에 용이하게 결정될 수 있다.
그럼에도 불구하고, 크로스토크는 상호변조와 상호작용할 수 있다. 이런 상호작용은 스태틱 계산을 통해 예측하는데 어려울 수 있다. 이들 상호작용은 아마도 상호변조 거부에 대한 타겟 명세에 기초하여 신호 환경의 실제 모델을 이용하는 회로 설계의 동적 시뮬레이션에 의해 본 기술 분야의 당업자에 의해 조사될 수 있다. 이들은 또한 회로 설계 및 프로토타입 송수신기 또는 생산 송수신기의 브레드 보드(bread board)의 실험적 테스팅에 의해 조사될 수 있다. 반응적 바이어싱된 증폭기가 상호변조 거부를 동적으로 변동시키기 때문에, 이런 시뮬레이션 및 테스팅은 다른 신호 환경에서 바이어스 레벨을 얼마나 변동시키는지를 결정하는데 중요한 역활을 담당한다.
고려될 또다른 디자인 요소는 반응적인 바이어싱(biasing)의 효과를 고려하지 않는 수신기에 대해 공개된 타겟 명세들이다. 공개된 명세들은 높은-잡음 환경이 수신기에게 가장 좋지 않다고 가정할 수 있으므로 그들은 이러한 컨디션들 하에서 타겟 상호변조 파라미터들을 열거하기만 한다. 반응적으로 바이어스된 수신기는 강한 신호 환경을 탐지하고 그에 따라 자신의 바이어스 레벨들을 증가시키기 때문에 공개된 테스트 컨디션 하에서 잘 동작할 수 있었다. 그러나, 같은 수신기가 이러한 컨디션 하에서 그것의 바이어스 레벨들을 낮주는데 너무 적극적이면, 이 같은 수신기는 방해 신호의 중간 레벨들(또는 방해 신호의 하위 레벨들 하에서 조차)의 존재에 문제점을 가질 수 있다.
그러므로, 반증적으로 바이어스된 수신기는 방해 신호의 높은 레벨들에서부터 최소한의 또는 존재하지 않는 방해 신호까지의 전체 범위에 대해 디자인되야하고 이 전체 범위에 대해 테스트되어야 한다.
고려될 또다른 디자인 요소는 증폭기의 바이어스 레벨이 반응적으로 조정될때 증폭기의 획득에 가능한 효과이다. 반응적으로 바이어스되면서 그 증폭기의 획득에 어떤 수정도 없도록 하기 위해, 바이어스 레벨의 범위 및 증폭기의 다른 특성들을 선택하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 접근법의 한 이익은, 특히 증폭기가 일찍이 신호 힘이 낮은 수신기의 프론트 엔드에 있으면, 최대의 획득에서 또는 그 근처에서 증폭기가 계속 동작하는 것이 바람직할 수 있다는 것이다.
이러한 접근법의 또다른 이익은 그것이 수신기의 획득에 관련된 긍정적 피드백 루프의 가능성을 최소화한다는 것이다. 획득 피드백 루프는 다음을 일으킨다. 탐지된 보다 강한 신호 레벨이 증폭기의 바이어스 레벨 및 획득을 증가시키고, 바이어스 레벨을 또다시 증가시키고 획득을 또다시 증가시킬, 여전히 보다 강한 신호 레벨이 탐지되는 것 등을 일으킨다. 1dB(예를 들어)의 획득 내의 이러한 수정이 1dB보다 상당히 적은 획득 내에 수반되는 수정을 결과로 낳으면, 이 피드백 효과는 고정된다. 이 경우에, 이 피드백 효과는 바이어스 범위를 통한 전송 기능의 모양 상의 바람직한 효과를 가질 수 있다 - 예를 들어, 증폭할 필요를 또는 바이어스 제어 신호 컨디션을 줄이거나 제거할 수 있다.
한편, 1dB(예를 들어)의 획득 내의 수정이 1dB 정도의 또는 그 이상의 획득에 수반되는 수정을 낳으면, 이 피드백 효과는 고정되지 않을 것이다. 그러므로, 반응적 바이어싱 및 아마도 수신기 자신은 올바르게 동작하지 않을 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단순화된 RF 증폭기의 회로도이다. 이 회로는 도 2에 있는 회로의 OP 증폭기의 비용, 복잡성, 및 전력 소비를 피한다. 이는 상당한 감소이다. 단일 통합 회로의 구현에 대한 회로 지역의 용어, 및 전력소비의 용어들에서, U1의 지역 및 전력 요구는 도2 에 함께 있는 나머지 것들의 모두와 비슷할 수 있다.
이 실시예는 또한 회로가 다수의 방식에서 이러한 기능적 블럭들의 경계들을 통과하여 어떻게 기능하는지에 영향을 주는 이 회로의 컴포넌트들의 몇몇 내의 도1 및 도2 에 보여진 기능적 블럭들 간의 구별들을 블러하기도 한다.
자가-조정의 컴포넌트들, 도3의 반응적으로 바이어스된 RF 증폭기, 그들의 적절한 값들, 및 그들의 기능 설명들은 다음의 표에 의해 주어진다.
단순화된 컴포넌트들, 반응적으로 바이어스된 RF 증폭기
레퍼런스 지정 적절한 값 기능
C1 ~0.1 uF 탐지기 회로의 시간 콘텐츠의 설정을 도움. 또한 RF 디커플링을 도움.
C2 ~22 pF RF 바이패스를 제공하여 RF 피드백을 방지.
C3 ~22 pF 선택적. Q1의 소스에서 RF 바이패스를 제공.
C4 ~22 pF DC 블럭킹 및 탐지기 회로에 매칭하는 임피턴스 제공.
C5 ~2-22 pF DC 블럭킹 및 증폭기의 입력에 매칭하는 임피턴스 제공.
C6 ~2-22 pF DC 블럭킹 및 증폭기의 출력에 매칭하는 임피턴스 제공.
C7 ~22 pF Q2의 에미터에서 RF 바이패스를 제공.
D1 Schottkey 탐지기 회로에 대한 다이오드 정류.
D2 Schottkey pair 탐지기 전류에 대한 전압 더블러(doubler) 다이오드 및 복귀 패스(path).
L1 ~6.8 nH RF 쵸크 및 로드 매칭 유도자.
L2 ~4.7 nH 출력 매칭 유도자.
R2 ~1 K ohms 탐지기 회로의 바이어스 설정.
R3 ~5 K ohms 탐지기 회로의 시간 콘텐츠 및 바이어스 전압 설정.
R4 ~30 K ohms 선택적. 바이어스 레벨 스케일러스.
R5 ~50 K ohms Q1에 대한 바이어스 피드백 설정. 또한 바이어스 제어의 조절을 도움. 또한 바이어스 레벨 설정을 도움.
R6 10-20K ohms R7와 함께 동작하여 Q2에 대한 바이어스 피드백을 설정.
R7 ~10 K ohms Q1 및 Q2에 대한 피드백 설정. 또한 바이어스 레벨 설정을 도움.
R8 ~10 ohms Q1에 대한 바이어스 피드백의 파트. 또한 Q2에 대한 집전기 바이어스 설정 도움.
R9 ~140 ohms Q1의 가변 저항 스케일러스.
R10 0-~10 ohms 선택적. Q1 상의 피드백 제공 없이 Q2의 집전기 바이어스 설정.
R11 0-~20 ohms 선택적. Q2 에미터 안정화 저항 제공.
Q1 N-channelpower FET 가변 저항 회로를 형성하기 위해 구성된 바이어싱 트랜지스터.
Q2 Bipolar RFtransistor 트랜지스터 증폭.
본 발명에 따른 반응적으로 바이어스된 RF 증폭기의 디자인에서 고려되야할 한 요소는 RF 또는 수신기의 프론트 엔드 내의 비-직선성이 RF 증폭기의 바이어스 레벨보다 훨씬 작은 기본 피크 신호 레벨에서 상당한 시스템 충격을 갖을 수 있다는 것이다. 그러므로, 탐지기가 작은 신호를 감지하고 충분한 바이어스 제어를 제공하여 이 신호 컨디션을 수용할 수 있는 것이 바람직하다. 이것을 수행할 수 있는 한 방식은 매칭 구성요소들이, 증폭기의 출력에서 매칭 구성요소들에 대응한, 탐지기의 입력에 추가되는 것이다. 이것이 몇몇 상황에서 효과적인 기술이 될 수 있는 반면, 이전 피겨(figure)의 라인들을 따르는 활성 증폭은 몇몇의 낮은-잡음 또는 작은-신호 어플리케이션에서 요구될 수 있다.
도4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 자가-조정, 반응적으로 바이어스된 중간 주파스(IF) 증폭기의 회로도이다. 그것의 컴포넌트들, 그들의 선호된 값들, 및 그들의 기능 설명들이 다음의 표에 의해 주어진다.
반응적으로 바이어스된 IF 증폭기의 컴포넌트
레퍼런스 지정 적절한 값 기능
C1 ~0.1 uF 탐지기 회로의 시간 콘텐츠 설정.
C2 ~100 pF IF 바이패스를 제공하여 IF 피드백을 방지.
C3 ~100 pF 선택적. Q1의 소스에서 IF 바이패스를 제공.
C4 ~100 pF DC 블럭킹 및 탐지기에 매칭하는 임피던스 제공. 그러나, C4 없이, DC 존재는 탐지기를 바이어스하기 위해 사용될 수 있었음.
C5 ~2-22 pF DC 블럭킹 및 증폭기의 입력에 매칭하는 임피던스 제공.
C6 ~2-22 pF DC 블럭킹 및 증폭기의 출력에 매칭하는 임피던스 제공.
C7 ~100 pF Q2의 에미터에서 IF 파이패스 제공.
D1 Schottkey 탐지기 회로에 대한 정류 다이오드.
D2 Schottkey pair 선택적. 높은 엔드에서 신호 컨디션 내의 수정에 대해 시스템의 응답 촉구.
L1 ~560 nH IF 초크 및 로드 매칭 유도자.
L2 ~330 nH 출력 매칭 유도자.
L3 22-39 nH RF 초크.
R0 ~30 K ohms 선택적. 탐지기 회로에 대한, 바람직하거나 바람직하지 않은, 활성 바이어스 구축.
R1 ~100 K ohms 선택적. 탐지기에 IF 입력을 스케일러스.
R2 ~30 K ohms 선택적. 탐지기에 IF 입력을 스케일러스.
R3 ~5 K ohms 선택적. DC 복귀 패스 구축 및 탐지기에 대한 누출 바이어스 설정.
R4 ~30 K ohms 선택적. 바이어스 레벨 스케일러스.
R5 ~50 K ohms Q1에 대한 바이어스 피드백 설정 및 탐지기의 시간 콘텐츠 설정.
R6 ~10-20 K ohms R7과 함께 동작하여 Q2에 대한 바이어스 패드백 설정.
R7 ~10 K ohms Q1 및 Q2에 대한 패드백 설정.
R8 ~10 ohms Q1에 대한 바이어스 피드백의 파트. 또한 Q2에 대한 집전기 바이어스 설정 도움.
R9 ~140 ohm Q1의 가변 저항 스케일러스.
R10 0-~10 ohms 선택적. Q1 상의 피드백 제공 없이 Q2의 집전기 바이어스 설정.
R11 0-~20 ohms 선택적. Q2 에미터 안정화 저항 제공.
Q1 N-channelpower FET 가변 저항 회로를 형성하기 위해 구성된 트랜스레이터 바이어싱.
Q2 Bipolar IFtransistor IF 증폭 트랜지스터.
본 발명에 따른 반응적으로 바이어스된 IF 증폭기의 대안적 실시예에서, R0는 탐지기 바이어스를 제공할 수 있었다.
본 발명에 따른 반응적으로 바이어스된 IF 증폭기의 디자인에서 고려되야할 한 요소는 그것의 직선성 요구가 프론트-엔드 RF 증폭기만큼 크지 않을 수 있다는 것이며, 즉, 상당히 강한 방해 신호가 상호변조의 바람직스럽지 않은 양을 생성하기 위해 IF 스테이지에서 요구될 수 있다. 그러므로, IF 증폭기에 적절한 바이어스 레벨에서 조정의 상대적인 범위는 RF 증폭기보다 작을 수 있다.
본 발명에 따른 반응적으로 바이어스된 IF 증폭기의 디자인에서 고려되야할 또다른 요소는 그것의 출력의 신호 힘이 RF 스테이지보다 상당히 높을 수 있다는 것이다. 그러므로, 그것의 출력 신호가 스케일러스 될 수 있고, 정류될 수 있고, 또 한번 스케일러스된 신호를 낳을 수 있다. 이것은 IF 증폭기가 바람직한 전송 기능에 따른 자가-조정이 되도록 허용할 수 있다. 역으로, RF 레벨의 상대적으로 약한 신호는 이러한 2-스테이지 스케일링을 허용하지 않을 수 있다.
도5 는 트랜스시버 어플리케이션 내의 본 발명의 일 실시예의 어플리케이션을 나타내지만, 이동 전화 디바이스 또는 양방향 페이저에 한정된 것은 아니다. 전송부(550)에서, 최종 전력 증폭기(503)는 안테나 신호 라인(521) 및 듀플랙서(502)를 통해 RF 전송 신호를 안테나(501)에 제공한다. 듀플랙서(502)는 최종 전력 증폭기(503)의 RF 에너지 출력이 디바이스의 수신기 부를 기입하는 양을 감소하기 위해 이 에너지를 필터링하는 동안 안테나(501)에 결합되도록 허용하는, 필터, 필터들의 세트가 될 수 있다.
도5 는 또한, 증폭의 각각 자가-조정 반응적 바이어싱을 갖는 복수의 스테이지를 갖는, 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기의 프론트 엔드의 기능적 블럭도이다. 수신기 부(551)는 듀플랙서(502)를 통해 안테나(501)로부터 RF 입력 신호(523)를 수신한다. 그것은 IF 출력 신호(533)를 생성한다. 나타낸 것처럼, 그것은 각각 자가 조정 바이어스를 갖는 활성 회로의 4 스테이지를 갖지만, 다른 실시예들은 보다 많거나 적은 활성 회로 스테이지를 가질 수 있다. 또한 다른 실시예에서, 몇몇의 활성 회로들은 자가 조정 바이어스보다 고정된, 또는 일반적으로 제어된 바이어스 레벨을 가질 수 있다.
수신기 부(551)는 완전한 수신기는 아니지만, 본 발명의 특정 어플리케이션에 요구된 다른 회로의 디자인 세부사항들은 본 발명에 숙련된 사람들에 의해서 쉽게 결정될 것이다. 그것은 로컬 발진기, 로컬 발진기 버퍼, 오디오/디지털 변환기로의 IF, 오디오/디지털 증폭기/처리, 자동 획득 제어, 사용자 인터페이스, 및 오디오/비디오 입력/출력을 포함할 수 있지만 이것에 한정된 것은 아니다.
초기 저잡음 증폭기(504)는 RF 입력 신호(523)를 수신하여 내부 RF 신호(525)를 생성한다. 초기 저잡음 증폭기(504)의 바이어스는 초기 저잡음 증폭기(504)(도시된 바와 같이)에 내부적으로 생성될 수 있거나 내부 RF 신호(525)에 기초하여 생성될 수 있는, 제1 자기 조정(self-adjusting) 바이어스 레벨(524)에 의해 설정될 수 있다.
초기 저잡음 증폭기(504)는 특정 어플리케이션에 적합한 특성을 가진 소정 타입의 RF 증폭기일 수 있다. 특히, 초기 저잡음 증폭기(504)는 도 2에 도시된 RF 증폭기, 또는 그 변종일 수 있다. op-앰프 Q2를 포함하는 바이어스 조정 회로(205)는 수신기의 초기 RF 단계에서 비교적 낮은 신호 레벨로의 변화에 따라 증폭기 단계를 반응적으로 바이어스할 수 있다. 즉, RF 입력 신호(523)의 RF 신호 레벨의 비교적 작은 변화는 op-앰프 Q2에 의해 증폭되어, 초기 저잡음 증폭기(504)의 선형/상호변조 거부(rejection)가 높은 신호 환경에서 유지될 수 있는 만큼 충분히 큰 제1 자기 조정 바이어스 레벨(524)로 조정된다.
필터(505)는 내부 RF 신호(525)를 수신하고 내부 RF 신호(526)를 생성한다. 필터(505)는 수신기부로의 송신 에너지의 소정 누설(듀플렉서(502)를 거쳐)을 포함하지만, 이에 국한되지 않는 RF 신호내의 대역외 컴포넌트를 감쇠시킬 수 있다.
제2 RF 증폭기(506)는 내부 RF 신호(526)를 수신하여 내부 RF 신호(528)를 생성한다. 제2 RF 증폭기(506)의 바이어스는 도시된 바와 같은 제2 RF 증폭기(506)에 내부적으로 생성될 수 있거나 내부 RF 신호(526 또는 528)에 기초하여 생성될 수 있는 제2 자기 조정 바이어스 레벨(527)에 의해 설정될 수 있다.
제2 RF 증폭기(506)는 특정 어플리케이션에 적합한 특성을 가진 소정 타입의 RF 증폭기일 수 있다. 특히, 제2 RF 증폭기(506)는 도 3에 나타난 RF 증폭기, 또는 그 변종일 수 있다. 이 수신기의 바이어스 조정 기능이 op-앰프를 포함하지 않지만, 수신기내의 제2 스테이지로서의 이 증폭기의 위치는 이 증폭기 스테이지에 동작하게 하는 더 높은 신호 레벨을 제공한다. 따라서, 제2 RF 스테이지는 op-앰프의 추가적인 비용, 복잡성 및 전력 소모없이 그 바이어스를 적절하게 조절할 만큼 충분히 민감할 수 있다.
RF 대 IF 변환기(507)는 내부 RF 신호(528)를 수신하여 내부 IF 신호(530)를 생성한다. RF 대 IF 변환기(507)의 바이어스는 도시된 바와 같은 RF 대 IF 변환기(507)에 내부적으로 생성될 수 있거나 내부 RF 신호(528) 또는 내부 IF 신호(530)에 기초하여 생성될 수 있는 제3 자기 조정 바이어스 레벨(529)에 의해 설정될 수 있다.
RF 대 IF 변환기(507)는 특정 어플리케이션에 적합한 특성을 가진 소정 타입의 RF 대 IF 변환기 또는 믹서(mixer)일 수 있다.
IF 증폭기(508)는 내부 IF 신호(530)를 수신하여 내부 IF 신호(532)를 생성한다. IF 증폭기(508)의 바이어스는 IF 증폭기(508)에 내부적으로 생성될 수 있거나 내부 RF 신호(530) 또는 내부 IF 신호(532)에 기초하여 생성될 수 있는 제4 자기 조정 바이어스 레벨(531)에 의해 설정될 수 있다.
IF 증폭기(508)는 특정 어플리케이션에 적합한 특성을 가진 소정 타입의 IF 증폭기일 수 있다. 특히, IF 증폭기(508)는 도 4에 도시된 IF 증폭기, 또는 그 변종일 수 있다. 이 IF 스테이지는 op-앰프의 추가적인 비용, 복잡성 및 전력 소모없이 그 바이어스를 적절하게 조절할 만큼 충분히 민감할 수 있다.
필터(509)는 내부 IF 신호(532)를 수신하여 IF 출력 신호(633)를 생성한다. 필터(509)는 신호내의 대역외 컴포넌트를 감쇠시킬 수 있다.
도시된 바와 같이, 수신기부(551)내의 각 액티브 스테이지는 그 자신의 자기 조정 바이어스 레벨을 갖는다. 일부 신호 환경에서 수신기 전력의 이용의 실질적인 감소는 도 5에 도시된 본 발명의 실시예에 의해 달성될 수 있다. 예를 들면, 에너지가 소스(듀플렉서(502)를 통해 최종 전력 증폭기(503)로부터 누설된 에너지를 포함하지만 이에 국한되지 않음)로부터 전파방해받는 정도까지 액티브 스테이지들간에 필터링함으로써 감쇠되고나서, 필터링 이후의 스테이지는 필터링 이전의 스테이지에 비해 감소된 바이어스 레벨로 그리고 감소된 전력 소비로 동작할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 수신기부(551)내의 액티브 스테이지들 중 일부는 고정된 바이어스 레벨, 또는 공통 제어되는 바이어스 레벨로 수행될 수 있을 것이다.
도 6은 공통 제어를 갖는 멀티-스테이지 반응 바이어스를 이용한, 본 발명의 일실시예에 따른, 수신기 프론트 엔드의 기능 블럭도이다. 반응 바이어스를 갖는 모든 액티브 스테이지들이 현재 신호 환경의 세기에 따른 동일 상대 바이어스 레벨로 동작한다는 점에서 이전 도면의 실시예와는 상이하다. 또한, 로컬 발진기 및 버퍼(608)의 바이어스 레벨이 신호 레벨에 대한 반응시 조정된다는 점에서 이전 도면과는 상이하다.
도 6은 수신기 프론트 엔드(600)의 기능 블럭도이다. 수신기 프론트 엔드(600)은 안테나(601)로부터 RF 입력 신호(631)를 수신하여 IF 출력 신호(635)를 생성한다. 도시된 바와 같이, 각기 반응적으로 조정된 바이어스를 갖는 5개의 액티브 회로의 스테이지를 갖는다. 그러나, 다른 실시예들은 그 이상의 또는 그 이하의 액티브 회로 스테이지를 가질 수 있거나, 액티브 회로들 중 일부는 반응적으로 조정된 바이어스라기 보다 고정된 바이어스를 가질 수 있으며, 또는 액티브 회로들 중 일부는 자기 조정 바이어스를 가질 수 있다.
수신기 프론트 엔드(600)는 완벽한 수신기는 아니지만, 본 발명의 특정 어플리케이션에 필요한 다른 회로의 설계 상세는 본 분야의 숙련된 자에 의해 쉽게 결정될 것이다. IF에 대한 오디오/디지털 변환기, 오디오/디지털 증폭/처리, 자동 이득 제어, 사용자 인터페이스 및 오디오 입력/출력을 포함하지만 이에 국한되지 않을 수 있다.
제1 RF 증폭기(602)는 RF 입력 신호(631)를 내부 RF 신호(632)로 증폭한다. RF 증폭기(602)의 바이어스는 제1 바이어스 생성기(612)에 의해 생성될 수 있는 바이어스 레벨(642)로 설정될 수 있다. 제1 RF 증폭기(602)는 특정 어플리케이션에 적합한 특성을 가진 소정 타입의 RF 증폭기일 수 있다. 예를 들면, 도 2의 (a)에 나타난 바와 같은 RF 증폭기(201)일 수 있다.
제2 RF 증폭기(603)는 내부 RF 신호(632)(제1 RF 증폭기(602)에 의해 또는 적합한 필터링 이후에 직접적으로 생성될 수 있는)를 내부 RF 신호(633)로 증폭한다. 제2 RF 증폭기(603)의 바이어스는 제2 바이어스 생성기(613)에 의해 생성될 수 있는 바이어스 레벨(643)로 설정될 수 있다. 제2 RF 증폭기(603)는 특정 어플리케이션에 적합한 특성을 가진 소정 타입의 RF 증폭기일 수 있다. 예를 들면, 도 3에 나타난 RF 증폭기일 수 있다.
RF 대 IF 변환기(604)는 내부 RF 신호(633)를 내부 IF 신호(634)로 변환한다. RF 대 IF 변환기(602)는 특정 어플리케이션에 적합한 특성을 가진 소정 타입의 RF 대 IF 변환기 또는 믹서일 수 있다.
IF 주파수 신호(654)는 로컬 발진기 및 버퍼(624)에 의해 생성될 수 있다. 로컬 발진기 및 버퍼(624)에 사용된 바이어스는 수신기가 현재 동작하고 있는 신호 환경의 세기에 대한 반응시 가변될 수 있다. 로컬 발진기 및 버퍼(624)에 의해 사용된 바이어스 레벨은 제3 바이어스 생성기(614)에 의해 생성될 수 있는 바이어스 레벨(644)일 수 있다.
로컬 발진기 및 버퍼(624)는 IF 주파수 신호(654)를 생성할 수 있는 소정 타입의 발진기 및/또는 버퍼일 수 있다. 일부 실시예에서, 로컬 발진기부는 선택된 IF 주파수의 신호를 생성하고, RF 대 IF 변환기(604)의 이용 이전에 이 IF 신호를 증폭 및/또는 버퍼링하는 액티브 스테이지는 조정가능한 바이어스 레벨(644)을 이용할 수 있다.
이러한 로컬 발진기 및 버퍼의 반응성 바이어스는 통상적인 신호 환경, 외부 또는 전파 방해 신호들이 최악의 구동 조건하에 있을 만큼 강하지 않다는 조건에서 전력을 세이브하기 위해 동작한다는 점에서 RF 및 IF 증폭 스테이지의 반응성 바이어스와 유사하다. 그러나, 이러한 반응성 바이어스는 압축 포인트 그리고 아마도 로컬 발진기(624) 또는 로컬 발진기(624)내의 버퍼/증폭 스테이지의 이득을 가변시킴으로써 동작한다는 점에서 증폭 스테이지의 것과는 상이하다. 로컬 발진기 및 버퍼(608)의 설계 상세는 본 분야의 숙련된 자에 의해 즉시 결정될 것이다. 반응적으로 바이어스된 증폭 스테이지에 비해, 이득의 소정 변화가 적게 또는 최소화되도록 로컬 발진기 및 버퍼(624)에 대한 바이어스 레벨 범위 및 다른 파라미터들을 선택하는 것이 바람직할 수 있다.
IF 증폭기(605)는 내부 IF 신호(634)를 IF 출력 신호(635)로 증폭한다. IF 증폭기(605)의 바이어스는 제4 바이어스 생성기(615)에 의해 생성될 수 있는 바이어스 레벨(646)에 의해 설정될 수 있다. IF 증폭기(605)는 특정 어플리케이션용으로 적합한 특성을 가진 소정 타입의 IF 증폭기일 수 있다. 예를 들면, 도 4에 도시된 IF 증폭기일 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 레벨 검출기(606)는 IF 출력 신호(625)를 수신한다. IF 출력 신호(625)의 신호 레벨을 검출하기 때문에 간접적으로 RF 입력 신호(631)의 신호 레벨을 검출한다. 다른 실시예에서, 레벨 검출기(606)는 RF 입력 신호(631)와 IF 출력 신호(635)간의 중간자인 신호를 수신할 수 있다. 이 신호 레벨에 따르면, 레벨 검출기(606)는 바이어스 제어 신호(636)를 생성한다.
레벨 검출기(606)는 적당한 시간 프레임을 넘어서 발생하는 평균 입력 및 출력 신호 레벨의 변화를 검출할 수 있는 소정 타입의 회로일 수 있다. 특히, 회로를 IF 주파수에 맞추는 적합한 변형을 가진 도 2의 (a)에 나타난 레벨 검출기(202)일 수 있다.
바이어스 조정 회로(607)는 바이어스 제어 신호(636)에 따라 조정된 바이어스 제어 신호(637)를 생성한다. 바이어스 조정 회로(607)는 바이어스가 반응적으로 제어되는 액티브 스테이지에 의해 요구되는 바이어스 변동에 레벨 검출기(605)의 응답을 매칭시키는 방식으로 바이어스 제어 신호(637)를 조정할 수 있는 임의의 회로일 수 있다.
예를 들면, 바이어스 조정 회로(607)는 도 2의 (a)에 도시된 바이어스 컨디셔너(bias conditioner)(205)일 수 있다. 다른 예로서, 바이어스 조정 회로는 바아이스 제어 신호(636)를 조절(condition)하고, 이를 스케일(scale)하고, 이를 기준 레벨과 비교하고, 이를 샘플링 및 홀딩하고, 보유된 레벨과 가변 레벨을 합산하거나 이들의 조합을 합산하는 회로를 포함할 수 있다. 또한, 모니터들이 바이어스를 통한 향상된 제어를 제공하기 위해 하나 또는 그 이상의 반응성 바이어스 레벨의 실제 레벨로 피드백하는 회로를 포함할 수 있다.
바이어스 조정 회로(708)는 전계 효과 트랜지스터들(FETs)의 임계치의 변동을 포함하지만, 이에 국한되지 않는, 반응성 바이어스 시스템내의 액티브 디바이스의 임계치 변동에 대해 보상하는 회로를 포함할 수도 있다. FET의 선형 범위가 좁을 수도 있기 때문에, 그 선형 범위내의 회로 동작을 유지하기 위해 사용된 레벨을 조정하거나 설정하는 것이 중요할 수도 있다
대안적으로, 바이어스 조정 회로(607)는 제거 또는 간소화될 수 있다. 이것은 레벨 검출기(606)가 함께 동작하는 비교적 강한 신호(예를 들면, IF 신호)를 갖는 경우에 적용될 수 있기 때문에 직접적으로 함께 동작하는 바이어스 생성기들(612) 내지 (616)에 대한 적당한 변동 레벨 및 범위의 바이어스 제어 신호를 생성할 수 있다.
제1 바이어스 생성기(612)는 조정된 바이어스 제어 신호(627)와 선택적으로, 제1 바이어스 생성기(612)에 내부적인 제1 조정 피드백 신호에 따라 제1 바이어스 레벨(632)을 생성할 수 있다. 유사하게, 제2 바이어스 생성기(613)는 조정된 바이어스 제어 신호(627)와 선택적으로, 제2 바이어스 생성기(613)에 내부적인 제2 조정 피드백 신호에 따라 제2 바이어스 레벨(633)을 생성할 수 있다. 유사한 원리가 바이어스 생성기들(614) 내지 (615)에 적용된다.
바이어스 생성기들(612) 내지 (615)은 조정된 바이어스 제어 신호(637) 또는 바이어스 제어 신호(636)에 따라 적당한 범위내에서 가변되는 바이어스 레벨을 생성할 수 있는 임의의 회로들일 수 있다. 일례로서, 가변 저항(204-A), (204-B) 또는 (204-C)을 이용하는 바이어스 생성기(203)(도 2에 도시된 바와 같은)일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 각 바이어스 생성기는 대응하는 바이어스 조정 회로를 가질 수 있다. 대안적으로, 2개 이상의 바이어스 생성기들은 제1 바이어스 조정 회로로부터 동작할 수 있으며 다른 바이어스 생성기들은 하나 이상의 다른 바이어스 조정 회로를 가질 수 있거나 바이어스 제어 신호(636)를 직접적으로 이용할 수 있기 때문에 바이어스 조정 회로를 필요로 하지 않는다.
도 6에 나타난 바와 같은, 공통적으로 제어된 반응적으로 바이어스된 증폭기들의 시리즈는 일부 신호 환경에서 수신기 전력의 이용시 실질적인 감소를 제공할 수 있다. 이전 도면에 나타난 자기 조정 증폭 스테이지에 비해, 더 적은 컴포넌트를 갖기 때문에 제조 비용이 덜 든다. 이것은 덜 복잡하기 대문에 테스트가 더 용이하고 실패할 확률이 더 적다. 그 유일한 레벨 검출기는 증폭의 다중 스테이지 이후에 배치되기 때문에, 그 바이어스 컨디셔너는 액티브 증폭을 포함할 필요가 없을 수 있으며, 이는 함께 작동하는 비교적 강한 신호를 갖기 때문이다. 또한, 하나의 레벨 검출기(606)만을 가지고, 하나의 바이어스 조정 회로(607)만을 갖거나, 또는 바이어스 제어 신호를 조절(condition)하기 위한 증폭을 필요치 않기 때문에 전력을 덜 소비한다.
도 6의 증폭기는 RF 또는 다른 초기 필터링이 전파방해 신호를 감쇠시키는데 효과적이지 않은 경우에 적합할 수도 있다. 이 증폭기는 또한 각 스테이지 자기 조정을 하기 위해 -즉, 각 증폭 스테이지가 그 자신의 전용 레벨 검출기 및 아마도 그 자신의 전용 바이어스 조정 회로를 갖기 위해, 비용, 복잡성 및 전력 소비를 추가하는 것이 바람직하기 않은 경우에 적절할 수 있다.
본 분야의 숙련된 자라면 도 5의 자기 조정 스테이지 및 도 6의 공통 제어된 스테이지의 이종인 수신기의 설계 상세를 용이하게 결정할 수 있을 것이다. 예를 들면, 하나의 바이어스 제어 신호는 2개 이상의 증폭기 또는 다른 액티브 스테이지에 사용될 수 있는 반면 자기 조정 바이어스 제어는 다른 액티브 스테이지에 사용될 수 있을 것이다. 더욱이, 멀티-스테이지 수신기는 또한 고정된 바이어스 레벨을 가진 액티브 스테이지를 포함할 수 있다.
도 7은 필터 및 RF 증폭기 둘다 수신기의 신호 경로에 선택적으로 포함되거나 그 스위칭 아웃되는 수신기 프론트 엔드(700)의, 본 발명의 일 실시예에 따른기능 블럭도이다. 수신기 프론트 엔드(700)는 RF 입력 신호(720)를 수신하고 IF 출력 신호(732)를 생성한다.
도시된 바와 같이, 수신기 프론트 엔드(700)는 공통 제어하의 반응적으로 조정된 바이어스 및 하나의 스위치를 각기 구비한 액티브 회로의 2개의 스테이지를 갖는다. 그러나, 다른 실시예들은 더 많은 스위치들, 더 많은 또는 더 적인 액티브 회로 스테이지를 가질 수 있거나, 액티브 회로들 중 일부는 반응적으로 조정된 바이어스라기 보다는 고정된 바이어스를 가질 수 있거나, 액티브 회로들 중 일부는 자기 조정 바이어스를 가질 수 있다.
저잡음 증폭기(701)는 입력 신호(720)를 제1 내부 RF 신호(721)로 증폭한다. 저잡음 증폭기(701)의 바이어스는 제1 바이어스 생성기(709)에 의해 생성될 수 있는 제1 바이어스 레벨(729)에 의해 설정될 수 있다. 저잡음 증폭기(701)는 특정 어플리케이션에 적합한 특성을 가진 소정 타입의 RF 증폭기일 수 있다. 예를 들면, 도 2의 (a)에 나타난 바와 같은 RF 증폭기(201)일 수 있다.
RF 스위치 및 바이패스 회로(702)는 제1 내부 RF 신호(721)를 수신하고 스위칭된 RF 신호(725)를 생성한다. 바이패스 모드에서, 즉 바이패스 제어 신호(731)가 지원될 때, 스위칭된 RF 신호(725)는 일부 스위칭 손실이 RF 스위치 및 바이패스 회로(702)내에서 발생할 수 있다고 할지라도 실질적으로 제1 내부 RF 신호(721)이다. 바이패스 제어 신호(&31)가 지원되지 않을 경우, 스위칭된 RF 신호(726)는 제1 필터(703)에 의해 제1 내부 RF 신호(721)를 필터링하고 RF 증폭기(704)에 의한 결과를 증폭한 결과물일 수 있다. 대안적으로, 스위칭된 RF 신호(725)는 RF 증폭기(704)에 의해 제1 내부 RF 신호(721)를 증폭하고 제1 필터(703)에 의한 결과를 필터링한 결과물일 수 있다.
RF 스위치 및 바이패스 회로(702)는 제1 내부 RF 신호(721) 또는 제4 내부 RF 신호(724) 중 어느 하나를 스위칭된 RF 신호(725)에 전송할 수 있는 임의의 회로일 수 있다. 또한, 바이패스 모드에서 동작할 때 제1 내부 RF 신호(721)를 불필요하게 로드하기 않기 위해, 제2 내부 RF 신호(722) 또는 스위칭된 RF 신호(725) 중 어느 하나(둘다는 아님)에 제1 내부 RF 신호(721)를 전송할 수 있는 회로가 바람직하다.
제1 필터(703)는 RF 스위치 및 바이패스 회로(702)로부터 제2 내부 RF 신호(722)를 수신하고 제3 내부 RF 신호(723)를 생성한다. 제1 필터(703)는 제2 RF 신호(722)의 바람직하지 않은 또는 전파방해 컴포넌트를 감소시킬 수 있는 임의의 회로일 수 있다. 일부 실시예에서, 수신기 프론트 엔드(700)는 송수신기 디바이스에 사용되고 제1 필터(703)는 송신 블럭킹 필터이다.
RF 증폭기(704)는 제3 내부 RF 신호(723)를 제4 내부 RF 신호(724)로 증폭한다. 제2 RF 증폭기(704)의 바이어스는 제2 바이어스 발생기(710)에 의해 생성될 수 있는 제2 바이어스 레벨(730)에 의해 설정될 수 있다. 제2 RF 증폭기(704)는 특정한 애플리케이션에 적합한 특징을 갖는 임의의 타입의 RF 증폭기일 수 있다. 예를 들면, 도 3에 도시된 RF 증폭기일 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서는, 제2 필터(705)가 RF 스위치 및 바이패스 회로(702)로부터 스위칭된 RF 신호(725)를 수신하여, 제5 내부 RF 신호(726)를 생성한다. 다른 실시예에서는, 제2 필터는 없고, 스위칭된 RF 신호(725)가 직접 RF-IF 변환기(706) 및 레벨 검출기(707)에 제공된다. 제2 필터(705)는 스위칭된 RF 신호(724)의 원하지 않는 또는 재밍(jamming) 성분을 저감할 수 있는 임의의 회로일 수 있다. 일부 실시예에서는, 트랜시버 디바이스 내에 수신기 프론트 엔드(700)를 이용하고, 제2 필터(705)는 전송 차단 필터이다.
RF-IF 변환기(706)는 제5 내부 RF 신호(726) 또는 스위칭된 RF 신호(725)를 내부 IF 출력 신호(732)로 변환한다. RF-IF 변환기(726)는 특정한 애플리케이션에 적합한 특징을 갖는 임의의 타입의 RF-IF 변환기일 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 레벨 검출기(707)는 제5 내부 RF 신호(726) 또는 스위칭된 RF 신호(725)를 수신한다. 이 신호의 신호 레벨을 검출하고, 간접적으로 RF 입력 신호(720)의 신호 레벨을 검출한다. 다른 실시예에서는, 레벨 검출기(606)가 RF 입력 신호(720)와 스위칭된 RF 신호(725) 간의 중간인 신호를 수신하거나, IF 출력 신호(732)를 수신할 수 있다. 이 신호 레벨에 따르면, 레벨 검출기(606)는 바이어스 제어 신호(727) 및 바이패스 제어 신호(731)를 생성한다.
레벨 검출기(707)는 적당한 시간 프레임에 걸쳐 발생하는 평균 입출력 신호 레벨의 변화를 검출할 수 있는 임의의 타입의 회로일 수 있다. 특히, 바이어스 제어 신호(727)는 도 2a에 도시된 레벨 검출기(202)에 의해 생성될 수 있고, 바이패스 제어 신호(731)는 바이어스 제어 신호(727)를 임계값과 비교함에 의해 생성될 수 있다.
바이어스 조정 회로(708)는 바이어스 제어 신호(727)에 따라 조정된 바이어스 제어 신호(728)를 생성한다. 바이어스 조정 회로(708)는, 레벨 검출기(707)의 응답을, 바이어스가 반응적으로(reactively) 제어되고 있는 액티브 스테이지가 필요로 하는 바이어스 변동에 일치시키는 방식으로, 바이어스 제어 신호(637)를 조정할 수 있는 임의의 회로일 수 있다.
예를 들면, 바이어스 조정 회로(708)는 도 2a에 도시된 바이어스 컨디셔너(205)일 수 있다. 다른 예로서, 바이어스 조정 회로는 바이어스 제어 신호(727)를 조절(condition)하고, 스케일링하고, 기준값과 비교하고, 샘플링하여 보유하고, 보유한 레벨과 가변 레벨을 합하거나 또는 이들의 임의의 조합을 행하는 회로를 포함할 수 있다. 바이어스에 대해 개선된 제어를 제공하기 위해, 하나 이상의 반응 바이어스 레벨의 실제 레벨에 대한 피드백을 감시하는 회로를 포함할 수도 있다.
바이어스 조정 회로(708)는, 이에 제한되는 것은 아니지만, 그 전계 효과 트랜지스터(FET)의 임계치 변동을 포함하여, 반응적 바이어싱 시스템 내의 액티브 디바이스들의 임계치 변동을 보상하는 회로를 또한 포함할 수 있다. FET의 선형 범위가 좁은 경우가 있기 때문에, 그 선형 범위 내에서 회로 동작을 유지하도록 하기 위해 레벨을 캘리브레이팅하거나 설정하는 것이 중요할 수 있다.
대안적으로, 바이어스 조정 회로(708)는 제거되거나 단순화될 수 있다. 이는, 레벨 검출기(707)가 작업을 할 (IF 신호 등의) 비교적 강한 신호를 가져서, 직접적으로 작업을 할 바이어스 발생기(709 및 710)를 위한 적당한 레벨의 바이어스 제어 신호 및 변동 범위를 생성할 수 있으면, 적용할 수 있다.
제1 바이어스 발생기(709)는 조정된 바이어스 제어 신호(728)에 따라, 그리고 선택적으로 제1 바이어스 발생기(709) 내에 있는 제1 조정 피드백 신호에 따라 제1 바이어스 레벨(729)을 생성할 수 있다. 마찬가지로, 제2 바이어스 발생기(710)는 조정된 바이어스 제어 신호(728)에 따라, 선택적으로는, 제2 바이어스 발생기(710) 내의 제2 조정 피드백 신호에 따라 제2 바이어스 레벨(730)을 생성할 수 있다.
바이어스 발생기(709 및 710)는 조정된 바이어스 제어 신호(728) 또는 바이어스 제어 신호(727)에 따라 적당한 범위 내에서 가변하는 바이어스 레벨을 생성할 수 있는 임의의 회로일 수 있다. 예를 들면, 이들은 (도 2에 도시된 바와 같이) 가변 저항(204-A, 204-B 또는 204-C)을 이용하는 바이어스 발생기(203)일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서는, 각 바이어스 발생기가 대응하는 바이어스 조정 회로를 가질 수 있다.
부호 분할 다중 접속(CDMA) 수신기는, 스위치에 의해 바이패스될 수 있는 저잡음 증폭기(LNA), 후속하여 전송 거부 필터, 후속하여 스위치에 의해 바이패스될 수 있는 RF 증폭기를 포함하는 수신기 체인을 포함할 수 있다.
셀룰러폰 분야에서는, 사용자가 인지하는 볼륨 레벨이 신호 강도에 따라 변화하지 않는 것이 중요하다. 이를 충족시키기 위해서는, 수신기 체인의 이득, 때로는 후속하는 복조 및 오디오 증폭의 이득이, 현재의 신호 강도를 나타내는 신호를, 예를 들면 -106에서 -21dBm 범위의 신호 강도를 나타내는 8 비트 신호 강도값으로 디지털화함으로써 비교적 정확하게 캘리브레이팅될 수 있다. 이 신호 강도값은, 룩업 테이블로의 인덱스로서 사용될 수 있으며, 각 엔트리는 이득을 제어하기위해 이용되는 캘리브레이션 인자를 나타낸다. 이러한 룩업 테이블 장치는, 자동 이득 제어(AGC) 레벨 대 수신된 신호 강도 레벨의 비선형성을 보정하기 때문에, "선형화기(linearizer)"라고 부른다.
수신기 체인 내의 증폭기들 중 하나가 바이패스되면, 선형화기 곡선은 증폭기를 바이패싱함으로 인한 이득의 변화에 의해 시프트되어야만 한다. 상기한 예와 관련하여, 증폭기를 바이패싱함으로써 선형화기의 하단부 곡선이 -106 dBm에서 -106으로 시프트하며, 이득이 변화한다.
이러한 이득의 변화를 다음과 같이 추정할 수 있다 각 증폭기는, 예를 들면, 15 내지 16dB의 이득을 가질 수 있다. 바이패스 경로에는, 어느 정도의 손실, 예를 들면, 0.5dB 이상의 손실이 있을 수 있다. 또한, 캘리브레이션 과정에서 통상 1dB 정도의 불확실성이 있고, 이는 여기서 마진으로서 부가되어야 한다. 이로서 선형화기 곡선단이 -106 + 15.5 + 0.5 + 1 = -89dBm이 된다.
제안된 연장된 재밍 신호 테스트는, 각 톤에 대하여 -32dBm의 신호 강도를 갖는 2 톤 재밍 신호와 함께 -90dBm의 강도를 갖는 바람직한 신호를 요구한다.
이 테스트는, 바이패스된 증폭기들 중 하나에 의해 동작이 불가능한 경우에는, 수신기에 대하여 문제가 생길 수 있다. 구체적으로는, RF 증폭기의 선형성 또는 IIP3는, RF 증폭기가 이 테스트에 해당하는 동작 지점(즉, 신호 강도)에서 바이패스되면 상당히 더 높게 되어야 한다.
질적으로는, 제2 증폭기가 체인에 그 자신의 비선형성을 기여할 뿐만 아니라, 제1 증폭기의 비선형성의 바람직하지 않은 효과를 증폭한다. 양적으로는, II3의 차가 요구될 수 있고, 바이패스될 수 있는 이득에 등가로서 대략 추정될 수 있다.
그러나, 인터레스트의 동작 지점이 선형화기를 떨어뜨리면, 즉 대응하는 디지털 강도 값에 대해 룩업 테이블 내에 엔트리가 없으면, LAN 또는 RF 증폭기 중 하나를 바이패스하는 것이 문제가 될 수 있다.
이러한 문제를 다루는 첫 번째 접근 방법으로서, 증폭기에 자동으로 이득으로 되돌려 놓는 것(put-back), 즉 증폭기로 스위칭하는 것(switch back)이 있다. 이는, 수신된 신호를 다시, 선형화기가 중요한 동작 지점에서의 비선형성을 보상할 수 있는 범위로 가져다 놓는다. 이러한 접근법은, 이러한 동작으로 인해 디지털화된 신호 강도가 선형화기 테이블의 단부 아래에 있게 되는 결과를 초래할 때, 수신기가 바이패스된 그 증폭 스테이지들 중 하나에 의해 동작하는 것을 방해한다.
이러한 첫 번째 접근법의 결점은, 스위칭되는 2개의 증폭기들이, 후술하는 바와 같이, 제2 증폭기가 충족시켜야 하는 선형성 요구 조건을 상당히 증가시킬 수 있다는 점이다.
두 번째 접근 방법은, 전송 거부 필터를 바이패스 경로로 옮겨 놓는 것이다. 이러한 구조를 이용하여, 증폭기들 중 하나가 스위칭인 또는 스위칭 아웃되는 지점, 즉 바이패스 지점이 필터의 삽입 손실로 낮아지고, 이는 약 2dBm 정도일 수 있다. 이는, 바이패스 포인트가 약 -91dBm이 되게 할 수 있다. 이러한 바이패스 포인트는 전술한 -90dBm 연장된 재밍 신호 테스트보다도 작을 수 있다.
두 번째 접근 방법을 이용하면 이 테스트를 위한 증폭기들 중 하나를 스위칭 아웃하는 목적을 용이하게 할 수 있다. 즉, 필터를 바이패싱함으로써 제2 스테이지 증폭기의 IIP3이 상당히 낮아질 수 있다.
제2 접근 방법 및 낮은 바이패스 포인트의 또 다른 장점은, 수신기의 실제 동작시에, 증폭기들 중 하나가 동작 시간의 큰 부분 동안 바이패스되기 쉽다는 것이다. 증폭기에 의해 소모되는 전력은, 사용하지 않으면, 감소되거나 제거될 수 있다. 이는 또한 전력을 절감하고 배터리 수명을 연장할 수 있다.
입력 CDMA 레벨(dBm) 입력 톤 레벨(dBm) 톤의 #
-101 -30 1
-101 -43 2
-90 -32 2
-79 -21 2
다음의 표에서는, RF 증폭기 상태가 스위치 포인트 위 또는 아래에 있는 CDMA 신호 레벨에 따라서 결정된다. 경우 1은 -90 이하의 전환점이고, 경우 5는 -90dBm 이상의 전환점이다.
경우 입력 CDMA 레벨(dBm) 입력 톤 레벨(dBm) RF 증폭기 상태
1 -90 -32 바이패스됨
2 -101 -43 연관됨
3 -79 -21 바이패스됨
4 -101 -30 연관됨
5 -90 -32 연관됨
주어진 각 디바이스에 대한 입력 레벨을 고려하면 다음의 표가 만들어진다. 3dB 삽입 손실 및 50dB 전송 거부를 듀플렉서에 대하여 사용하였다. 2dB 삽입 손실및 25dB 전송 거부를 전송 거부 필터에 대하여 사용하였다. IIP3는 잘 알려진 공식 IIP3=1/2(3*톤 레벨-인터모듈레이션 프로덕트 레벨)에 의해 계산할 수 있다. IIP3는 CDMA 신호의 복조를 위해 약간 허용 가능한 인터모듈레이션 프로덕트 레벨에 대하여 계산되었다. 전송 결여 및 단일-톤을 이용한 크로스-변조에 대한 IIP3는 측정 및 시뮬레이션에 의해 예견된 최상의 현상이다. 인터 모듈레이션 및 크로스 모듈레이션은 모두 1 타입 이상의 필요한 IIP3를 상승시키는데 기여한다. LNA에 사용되는 이득은 16dB이고, RF 증폭기에 사용되는 이득은 15dB이며, 스위치에 사용되는 것은 1dB의 손실이었다. 검출기 레벨은 기여하고 있는 2개의 동일한 레벨 재밍 톤의 경우에 3dB만큼 증가한다.
경우 LNA IIP3 RF 증폭기 IIP3 믹서 IIP3 검출기 레벨
1 -4.5 바이패스 sed 10.5 -15.5
2 1.5 -2.7 12.3 -13.2
3 3.5 바이패스 sed 18.5 -6
4 8.0 -1.0 14.0 -3.9
5 -4.5 6.5 21.5 -3.0
경우 5에서 RF 증폭기를 바이패스하지 않음으로써 RF 증폭기 및 믹서로부터 IIP3에 대한 훨씬 높은 요구가 생성된다는 것이 명백하다. 믹서에 대하여 두 번째로 가장 높은 요구가 경우 3으로부터 나오는데, 경우 3에서는, 전송기로부터 크로스 변조가 역할을 하지 않고, 이는 바이패스 경로 내에 전송 거부 필터를 가짐으로 인해, 성능 저하가 없음을 보여준다.
도 8은 회로 구성 요소 및 동작 조건 또는 이 둘 다의 변동을 보상함에 의해 반응적 바이어스 기능의 정확도 및 효율성을 개선하도록 샘플 및 홀드 회로를 이용하는 본 발명의 실시예에 대한 회로도이다. 이들 변동에는, 이에 제한되는 것은 아니지만, 사용되는 전계 효과 트랜지스터(FET)의 임계값의 변동을 포함한다. FET의 선형 동작의 범위는 좁고, 그 임계값(선형적으로 동작하는 지점)은 제조 허용 오차, 온도 변동 또는 전압 변동에 의해 영향을 받을 수 있다. 따라서, 수신기의 현재 동작 환경의 신호 강도를 다이나믹하게 보상하는 것과 동일한 시간만큼 행해졌으면, 이러한 변동을 동적으로 보상할 수 있다는 것이 장점이다.
도 8의 회로예에서는, RF 증폭기(801)가 도 2에 도시된 RF 증폭기(201)와 등가이거나 동일할 수 있다. 검출기(802)는 동도에 도시된 바와 같은 검출기(202)로부터의 사소한 변동(즉, R20 추가)일 수 있다.
바이어스 발생기(803)의 기능은 동도에 도시된 바와 같은 바이어스 발생기203)의 기능과 유사하나, 바이어스 전압 레벨은 실제 일정하게 유지하면서, 바이어스 전류 레벨을 변화시킴에 의해 RF 증폭기(201)의 바이어스를 변경한다. 이를 구현하기 위해, 바이어스 발생기(803) 내의 가변 저항 회로를 바이어스 발생기(803)의 저면부로 이동시킨다. 또 다른 차이점은, 바이어스 발생기(803)에서, 셧다운 신호(851)가 표명(assert)되면, 모든 바이어스 전압 및 전류가 RF 증폭기(801)에 대하여 셧오프된다는 것이다.
이들 바이어스 발생기들(203 및 803) 간의 변동은 수신기(800)의 임계값 보상 특징과는 무관하며, 임계값 보상 수신기는 바이어스 발생기(203) 또는 유사한회로의 범위를 이용하여 설계될 수 있다.
바이어스 조정 기능은, 바이어스 레벨 비교기(810), 샘플 및 홀드 회로(811) 및 바이어스 차이 회로(812)에 의해 행해진다.
바이어스 레벨 비교기(810)는 조정 피드백 신호(842)를 생성할 수 있는 임의의 타입의 회로일 수 있다. 특히, 기준 전압을 바이어스 발생기(803) 내부의 신호와 비교함에 의해 조정 피드백 신호(842)를 발생할 수 있다. 도시된 실시예에서는, 기준 전압을, Vcc의 변동의 보상을 도와주는, Vcc와 접지 간의 2-저항 전압 분배기에 의해 형성된다.
샘플 및 홀드 회로(811)는, 수신기가 충분히 정지하고 있는 신호 환경일 때 조정 피드백 신호(842)를 샘플링하고, 신호 환경이 더 강한 신호값을 홀드할 수 있는 임의의 타입의 회로일 수 있다. 도시된 환경에서, 바이어스 제어 신호(840)가 검출기 기준 신호(850)에 의해 설정된 임계값 이하일 때, 조정 피드백 신호(842)의 현재 값이 샘플링되거나 캐패시터 C20으로 전달되고, 설정된 임계값 위일 때는, 값이 C20에 유지된다.
바이어스 차이 회로는 바이어스 제어 신호(840)를 조정된 바이어스 제어값(841)으로 적당하게 조정하는 임의의 타입의 회로일 수 있다. 조정은, 이에 제한되는 것은 아니지만, 바이어스 제어 신호(840)와 캐패시터 C20을 통해 샘플링되거나 캐패시터 C20에 유지되어 있는 값 간의 차를 발생하는 것을 포함할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 바이어스 제어를 위한 애플리케이션 특정 집적 회로(ASIC)의 회로도 및 핀 아웃(pin out)도이다. 도시된 바와 같이, 도 8의많은 전자 회로 구성 요소들은 10개의 핀을 구비한 단일의 집적 회로 내에 형성되어 있다. 이들 회로 구성 요소들을 ASIC로서 구현하면, 제조 비용 및 반응적으로 바이어스된 프론트 엔드 회로를 이용하는 수신기의 복잡성을 저감할 수 있다.
당업자에게는, 도 8 또는 본 발명의 다른 실시예 내의 회로 구성 요소들에 대하여 다른 회로 구성 요소를 선택하여 집적할 수 있다는 것이 자명할 것이다. 예를 들면, 바이어스 조정 및 셧다웃 신호 핀을 생략하고, 8 핀 실시예를 설계할 수 있다
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 있어서의 기능적 구성 요소 및 그들의 상호 연결 관계를 도시한다. 본 실시예는, 이동 전화 분야에서 사용되는 몇 개의 모드에서 동작할 수 있는 수신기를 구축하기 위해 이전 도면의 집적 회로를 이용하는 수신기의 제1 스테이지이다. 이들 모드들은, 부호 분할 다중 접속(CDMA) 및 퍼스널 커뮤니케이션 서비스(PCS) 등의 디지털 모드 뿐만 아니라, 셀룰러 및 어드밴스드 이동 전화 서비스 등의 아날로그 모드를 포함한다.
본 발명에 따른 반응적으로 바이어스된 프론트 엔드 회로는, 제2 스테이지 RF 증폭기가 스위치 인 및 아웃될 때, 전송 거부 필터에 스위칭 인 및 아웃될 수 있는 것과 같이 다양한 유형의 이동 전화 수신기내에서 이용될 수 있다.
도 10에 도시된 실시예에서, 안테나(1001)는 다이플렉서(1002)를 통해, RF 신호를 PCS 듀플렉서(1003) 및 셀룰러 듀플렉서(1004) 모두에 제공한다. PCS 듀플렉서(1003) 및 셀룰러 듀플렉서(1004)는 각각 RF 신호를 PCS 저 잡음 증폭기(LNA)(1005) 및 셀룰러 LNA(1006)에 제공한다. 이들은 차례로 각각 RF 신호를 선택적 전송 거부 필터(1007a 및 1007b)에 제공하고, 이들은 차례로 RF 신호를 스위치(SW1)에 제공한다.
SW1은 현재 중요성이 있는 RF 신호(예컨대, PCS 또는 셀룰러)가 스위치(SW2)로 가기전에 전송 거부 필터(1007c) 및 제2 스테이지 RF 증폭기(1008)를 통과하는지를 판정한다. 선택적인 전송 거부 필터(1007c)는 듀얼 밴드 필터, 즉, 그 필터링이 셀룰러 및 PCS 신호에 인가되는 필터이다.
SW1과 결합된 스위치(SW2)는 중요성이 있는 신호를 선택하고, 그 신호를 RF상에서 IF 컨버터(1009)로 전달한다. 로컬 오실레이터(1010)는 RF에 대한 중간 주파수 신호를 IF 컨버터(1009)에 제공한다.
스위치(SW3)는 IF 컨버터(1003)으로의 RF의 출력을 AMPS SAW 필터(1011) 또는 CDMA SAW 필터(1012)중 하나에 대해 경로를 설정한다.
로컬 오실레이터 거부 필터(1013)는 도입 레벨 검출기(1014)로부터의 로컬 오실레이터 신호를 감쇄시킨다. 레벨 검출기(1014)는 검출 및 홀드 신호(1041)를 산출한다. 바이어스 Asics(1015 내지 1017)은 검출 및 홀드 신호(1041)를 이용하여 그들 각각의 액티브 회로에 대한 바이어스 레벨을 생성한다.
PCS 저 잡음 증폭기(1005) 및 셀룰러 증폭기(1006)의 바이어스는 각각 검출 및 홀드 신호(1041)에 따른 바이어스 ASIC(1011)에 의해 설정된다. 제2 스테이지 RF 증폭기(1008)의 바이어스는 검출 및 홀드 신호(1041)에 따른 바이어스 ASIC(1016)에 의해 설정된다. 유사하게, 로컬 오실레이터(1010)의 바이어스는 검출 및 홀드 신호(1041)에 따른 바이어스 ASIC(1017)에 의해 각각 설정된다.
도 11은 단일-대역 CDMA 슈퍼-헤테로다인 수신기에 적용된 반응적 바이어스 기능을 도시한다. 유입 신호는 안테나(1101)에서 수신되고, 듀플렉서(1102)는 유입 수신 신호로부터 유출 전송 신호를 분리한다. 수신 신호는 다음에 LNA(1103)으로 전달되고, 이것은 제어신호 모드(1)를 통해, 스위치(1116) 및 바이어스 제어 회로(1113)에 의해 각각 바이패스 및 셧 오프(shut off) 될 수 있다. LNA(1103)의 출력은 RF 필터(1104)로 전달되고, 다음에 RF 증폭기(1105)에도 전달된다. RF 증폭기의 바이어스 제어는, 더 낮은 바이어스로의 검출기 전력 감소에 의존해서라기보다는 제1 스테이트가 바이패스되는 직접적인 사실로부터 이득을 얻을 수 있다. 이러한 구현례는 RF 필터(1004) 및 RF 증폭기(1105) 모두가, 제어 신호 모드(2)를 통해, 스위치(1115)에 의해 바이패스될 수 있어, 효과적으로 RF 증폭기가 바이패스되고 셧오프 될 수 있는 지점에서의 전력을 낮출 수 있게 된다. RF 증폭기의 출력은 혼합기(1106)로 전달되고, 이것은 RF 신호를 IF 신호롤 다운 컨버트한다. 혼합기로부터 IF 신호는 IF SAW 필터(1107)을 통해 전달되고, 이것은 중요한 신호만을 포함하는채널 BW에 대해서만 스펙트럼을 제한한다.
혼합기에 대한 RF 입력 스펙트럼은 또한 탭(1109)을 통해 전력 검출기로 송신되고, 이것은 직접적 커플러, 필터, 매칭 네트워크, 또는 이들의 조합일 수 있다. 이전의 증폭기에 의해 체험되는 신호의 스펙트럼을 검출하고, 부주의적으로 검출될 수 있는 임의의 LO 누설을 방지하는 것이 주요 관심사이다. 탭(1109)내의 필터링은 혼합기의 LO 거부에 의존한다. 탭(1109)을 지나는 스펙트럼은 검출기(1110)에 공급되고, 이것은 비교기(1111)에 대한 전체 신호 전력에 대응하는 dc 신호를 전달하고, 이것은 검출기 출력을 검출기 기준 레벨과 비교하여 유입 신호 전력이, 바이어스 제어 회로(1113, 1112 및 1114)각각을 지나 LNA(1103), RF 증폭기(1105), LO 버퍼(1108)의 바이어스를 증가시키기에 충분히 큰지를 판정한다. 혼합기(1106) 이후에 IF 신호를 탭하는 것이 가능하고, IF 스펙트럼 내의 신호 전력을 검출하여 동일한 결과를 얻을 수 있지만, 그 키 포인트는, 검출기(1110)가 대역 제한 IF SAW(1107)전에 신호를 탭하여, 프론트 엔드 증폭기에 의해 체험된 임의의 재머(jammer)를 스트립 오프하는 것이다.
도 12는 CDMA 직접 변환 수신기에 적용된 반응적 바이어스 기능을 도시한다. 프론트 엔드 증폭기 구조는 도 11과 유사하지만, IF AGC의 부족을 보상하는 LNADML 어떤 프로그래머블 이득 제어(AGC)의 부가는 도시하지 않는다. 다운 컨버팅 혼합기(1209)는 직접 변환 구조에서 가장 중요한 엘리먼트인데, 이는 LO 신호가 RF 경로로 다시 누설되는 것을 방지하기 위해 슈페리어(superior) LO 거부를 요구한다. LO 누설에 대한 포텐셜을 최소화하기 위해, LO는 마지막의 가능한 포인트에서 2개의 1207 및 위상 시프트(1206)에 의해 분할되어 쿼드러쳐(quadrature) LO로 분할된다. LO 버퍼(1208)는 RF 경로상의 임의의 교란을 방지하기 위해 RF 주파수에서 2회 신호를 버퍼링한다. LO 버퍼를 바이어스 다운하여, 2개의 1207에 의해 분할 설계에 기초하여 더 낮은 신호 레벨에서 누설을 감소시키는 것이 가능하다는 것은 주목할만한 일이다. 혼합기의 증가된 LO 거부 요구의 결과로서, 검출기(1210)는 혼합기 입력 스펙트럼의 탭상에서 LO 거부 필터를 요구하지 않는다. 매우 낮은 주파수 콘텐츠에 기인하여 쿼드러쳐 다운 변환 이후에 전력 레벨 검출기를 구현하는 것은 바람직할 수 있으나, 임의의 dc 오프셋은 검출기 출력에서 적절하게 보상되지 않으면 난제(challenge)를 제공할 수 있다.
반응적 바이어싱 기능을 구현하는 다른 방법은 디지털 바이어스 제어기(1213)에서와 같이 도시된다. 하나의 방법은 A/D 컨버터를 이용하여 검출기 출력을 샘플링하는 것인데, 여기서 검출기 기준과의 비교는 디지털 방식으로 구현될 수 있다. 룩업 테이블(LUT)이 구성되어, 임의의 바이어스 대 원하는 검출된 전력 함수가 제공된다. 다른 룩업 데이블은 RF 증폭기 및 동일한 A/D 출력에 대한 LO 버퍼 오프(buffer off)에 대해 프로그래머블 바이어스 제어기로 작용하도록 구성될 수 있다. 이러한 전략은 상당한 부가적인 설계 노력 없이 사용자 제어 프로그래머블 바이어스와 결합되어 이용될 수 있다.
바이어스 피드백 루프의 다른 변형례는, 임의의 필터링이 적용되기 전에, A/D 컨버터가 혼합기(1209)의 I/Q 출력을 직접 샘플링하도록 한다. 이러한 A/D 컨버터의 입력의 에일리어싱 및 오버드라이빙은 전력의 이동 평균만이 요구되기 때문에 이슈가 되지 않고, A/D 컨버터의 감도의 더 낮은 범위는 입력에서 약 -55dBm에 대응하는 비교적 높은 신호 레벨로 설정될 수 있다. 25dB과 같이 적은 동적 범위는 입력 신호 전력에 대한 바이어싱 전류의 여축을 최적화하기 위한 충분한 해상도를 얻기에 충분하다. 이러한 구현례는 아날로그 검출기, 비교기, 및 바이어스 제어기를 디지털 신호-처리 대응물로 교체할 수 있게한다.
도 13은 반응성 바이어싱이 왜곡이 발생하기 전에 왜곡에 대해 유효할 수 있는 방법을 도시한다. 우측상에는 좌측상의 수신기의 각각의 스테이지에 대응하는가능한 스펙트럼을 도시한다. 듀플렉서(1302)에 의해 정의된 바와 같은 RF 시스템 BW 내의 신호는 필터링되지 않고 LNA(1303)으로 전송된다. 예시적 입력 스펙트럼(1309)은 더 강한 재밍 신호에 의해 둘러싸인 중요한 작은 신호를 도시한다. 입력 스펙트럼은 LNA(1303) 및 RF 증폭기(1305)에 의해 증폭되지만, 필터(1304)에 의해 선택적으로 필터링되지는 않는데, 그 이유는 RF 시스템 BW를 스팬(span)하기 때문이다. 검출기(1306)는 프론트 엔드 증폭기에서와 동일한 신호 환경에 노출되어, 중요성이 있는 약한 신호 중에서 강한 신호 환경을 구별할 수 있게 된다. 이러한 실시예에서, LO 주파수는 직접 변환에서와 같이 RF 주파수(1311)과 동일하다. 슈퍼헤테로다인 수신기내에서, LO는 IF 주파수에 의해 오프셋될 수 있다. 양자 모두의 경우에, 다운 변환후에, 대역 제한 필터(1312)는 원래의 재밍 에너지의 대부분을 제거하고, 중요한 신호(1312) 및 더 강한 신호에 의해 생성된 인-밴드(in-band) 왜곡 신호만을 남겨둔다. 결과적인 스펙트럼(1313)은 수신 신호 강도 표시(RSSI)(1314)에서 이용되는 것이고, 이것은 프론트 엔드에서 언제 LNA 및/또는 RF 증폭기 신호를 바이패스할 지를 판정하는데 이용된다. RSSI는, 대역 제한 신호로부터 도출되기 때문에, 스펙트럼에 접속되지 않고, 왜곡을 생성할 수 있고, 왜곡을 방지하기 위한 임의의 조정을 할 수 없다. 다른 측면의 검출기(1306)는 증가하는 재머(jammer) 환경을 감지할 수 있고, 임의의 중대한 왜곡이 발생하기 전에 프론트 엔트 증폭기의 바이어스를 조정할 수 있다.
도 14는 전류 소비 대 반응성 바이어스를 이용하는 상이한 모드에 대한 RX 전력을 나타내는 플롯도이다. 후방부(S1)내의 수평선은 매우 강한 검출 전력하에서 피크 바이어스 조건을 나타낸다. 이것은 CDMA 수신기가 이용되는 분야의 현재 상태의 바이어스를 나타낸다. 반응성 바이어스는 이러한 전류가, 전방부내에서 S1 으로부터 S16으로 이동하는 것과 같은 감소된 전류에 의해 나타나는 바와 같은 감소된 재머 전력으로 상당히 감소될 수 있도록 한다. 검출기 아래에서 바이어스 임계값은 최소이다. RX 전력 축을 따라 좌측에서 우측으로 이동하면, 제1 및 최고의 전류 상태는 LNA 및 RF 증폭기 모두가 관련되었음을 나타낸다. 다음 상태는 RF 증폭기가 바이패스되고, 피크 전류 소비가 감소되는 것을 나타낸다. 최우측 상태는 LNA 및 RF 증폭기가 모두 바이패스될 때의 상태이다. 재머 전력이 없음에도 불구하고, 중요한 신호가 증가함에 따라, LO 버퍼의 바이어스 레벨이 검출되고 증가될 수 있다. 유사하게, 매우 낮은 RX 전력에서, 높은 TX 레벨이 수신기로 누설되어, 외부 재머가 존재하지 않아도 상승하는 바이어스 레벨을 검출할 수 있게 된다.
당업자는 여기에 명백히 설명된 것을 제외한 다른 수신기의 프론트 엔드내의 스테이지 및 회로가 본 발명의 원리, 사상 및 범주에 따른 반응성 바이어싱으로 설계되는 방법을 쉽게 결정할 수 있게 된다.
여기에 도시된 바와 같이, 본 발명은 반응적으로 바이어스된 증폭, 오실레이션 및 다른 회로를 수신기의 프론트 엔드 스테이지용의 신규하고, 장점이 있는 방법 및 장치를 제공하여, 저 전력, 높은 선형성 및 낮은 상호 변조를 제공한다. 당업자는 본 발명의 다양한 실시예, 본 발명의 대안적 설계, 및 그 형태의 변경 및 상세를 채용할 수 있다는 것을 알 수 있다. 특히, 도 2, 3, 4, 8, 및 9에 도시된 회로는 본 발명의 다양한 실시예내에서 간단화, 확대, 또는 변경될 수 있다. 또한, 도 5, 6, 7 및 10의 증폭기는 더 많은 스테이지로 혼합 확정되거나, 간단화 확대 또는 변경될 수 있다.
이러한 변경 및 다른 변형례는 다음의 특허청구범위의 사상인 본 발명의 원리 및 사상으로부터 벗어나지는 않는다.

Claims (18)

  1. 무선 주파수 통신용 수신기에 있어서,
    무선 주파수 입력 신호를 수신하도록 적응된 제1 회로 - 상기 회로는 조정가능한 바이어스(bias) 레벨을 가짐 -;
    피드백 수단을 갖고, 상기 제1 회로에 의해 수신된 전체 무선 주파수 전력에 의존하는 신호에 기초하여 바이어스 제어 신호를 생성하기 위한 하나 이상의 제어 레벨을 갖는 바이어스 제어; 및
    상기 피드백 수단에 의해 생성된 상기 바이어스 제어 신호를 변화시키기 위해 기저대역(baseband) 회로에 의해 제어되는 상기 제1 회로를 지나는 임의의 수의 이패스(bypass) 스위치를 포함하는 수신기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 회로는 증폭기, 저 잡음(low noise) 증폭기, 선형 증폭기, 혼합기(mixer) 및 중간 주파수를 변환하는 무선 주파수 변환기(converter)로부터 선택되는 수신기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 바이패스 회로는 상기 저 잡음 증폭기와 상기 혼합기간에 직접 접속되는 수신기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 바이어스 제어는 RSSI 회로로부터 선택되는 회로를 포함하는 수신기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 바이어스 제어의 구성은, 상기 바이어스 제어 신호를 조절(condition)하는 구성, 조절 피드백으로서 바이어스 레벨에 반응하는 구성, 특정 레벨에서 상기 바이어스 레벨을 유지하는 구성중에서 선택되는 수신기.
  6. 무선 주파수 회로에 있어서,
    무선 주파수 입력 신호를 수신하도록 적응된 회로 수단, 상기 회로는 조정 가능한 바이어스 레벨을 가짐 -;
    상기 회로 수단을 제어하기 위한 기저 대역 신호에 기초하여 바이어스 제어 신호를 생성하고, 출력 신호를 출력하기 위한 하나 이상의 제어 레벨을 갖는 바이어스 제어 및 피드백 수단; 및
    상기 무선 주파수 입력 신호를 수신하고, 상기 회로 수단에 의해 수신된 바이어스 전력에 대응하는 DC 성분 신호를 출력하도록 적응된 상기 회로 수단을 지나는 바이패스 스위치를 포함하는 무선 주파수 회로.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 회로 수단은, 증폭기, 저 잡음 증폭기, 선형 증폭기, 혼합기 및 중간 주파수를 변환하는 무선 주파수 변환기로부터 선택되는 수신기.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 바이패스 스위치는 상기 무선 주파수 신호와 상기 출력 신호간의 직접 변환을 인에이블링하는 수신기.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 바이어스 제어는 RSSI 회로로부터 선택되는 회로를 포함하는 수신기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 바이어스 제어의 구성은, 상기 바이어스 제어 신호를 조절하는 구성, 조절 피드백으로서 바이어스 레벨에 반응하는 구성, 특정 레벨에서 상기 바이어스 레벨을 유지하는 구성중에서 선택되는 수신기.
  11. 무선 주파수 신호를 증폭하는 방법에 있어서,
    조정 가능한 바이어스 레벨 및 피드백 전력 신호를 이용하여, 무선 주파수 입력 신호를 출력 신호로 증폭하는 단계;
    기저 대역 신호를 검출하여 상기 조정 가능한 바이어스 레벨을 제어하기 위한 바이어스 제어 신호를 생성하는 단계;
    바이패스 스위치를 이용하여 상기 입력 무선 주파수 신호와 출력 신호를 접속하여, 상기 출력 신호가 임의의 잔여 과도 신호가 발생함이 없이 상기 피드백 전력 신호의 세기에 대응하도록 하는 단계를 포함하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 RSSI 디바이스의 출력에 기초하여 바이어스 제어 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 출력 신호 세기에 기초하여 바이어스 제어 신호로 조정하는 단계를 포함하는 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 증폭 단계는 단일 단계에서 발생하고,
    상기 단일 단계는 복수의 바이어스 레벨을 갖는 방법.
  14. 무선 주파수 신호를 수신하기 위한 수신기에 있어서,
    무선 주파수 입력 신호 및 피드백 전력 검출을 수신하고, 이들을 제1 내부 신호로 증폭하도록 구성된 제1 바이어스 레벨을 갖는 제1 증폭기;
    상기 바이어스 제어 신호를 수신하고, 이에 따라 상기 제1 바이어스 레벨을 생성하도록 구성된 제1 바이어스 생성기; 및
    상기 입력 신호의 신호 세기를 나타내는 신호를 수신하고, 이에 따라 상기피드백 전력 검출을 포함하는 기저 대역 회로에 의존하는 RSSI에 의존하는 바이어스 제어 신호를 산출하도록 구성된 검출기를 포함하는 수신기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 무선 주파수 신호를 수신하고, 상기 제1 바이어스 생성기를 바이패싱하며, 제1 내부 신호를 출력하기 위한 대체(alternative) 수단을 더 포함하는 수신기.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 바이어스 조정 회로는 선택적 증폭기 회로 및 샘플 및 홀드 회로로부터 선택되는 회로를 포함하는 수신기.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 대체 수단은 상기 무선 주파수 신호를 제1 내부 신호로 직접 변환하는 것을 제공하는 수신기.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 대체 수단은, 오실레이터 셀프 믹싱(self mixing), 수신기 신호 셀프 믹싱 및 오실레이터 누설(leakage)을 최소화하는 수신기.
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