KR20050037588A - 피드 포워드 증폭기에 기초한 강화 효율 측면 확산 금속 산화물 반도체 - Google Patents

피드 포워드 증폭기에 기초한 강화 효율 측면 확산 금속 산화물 반도체 Download PDF

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Abstract

더 낮은 바이어스 등급으로 바이어스된 증폭기 디바이스들을 가진 높은 효율 주 증폭기(16) 및 오차 증폭기(34)를 사용하는 피드포워드 증폭기(10). 증폭기 디바이스들의 이득에 응답에서 소신호 비선형성들은 소신호 이득 조정 신호(22, 24)에 의해 보상된다. 그 결과 이득 응답은 RF 입력 전력(RF IN)의 전체 사용가능 범위상에 걸쳐 실질적으로 선형이다.

Description

피드 포워드 증폭기에 기초한 강화 효율 측면 확산 금속 산화물 반도체{Enhanced efficiency LDMOS based feed forward amplifier}
본 발명은 일반적으로 RF 전력 증폭기들 및 RF 신호를 증폭하는 방법들에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 피드 포워드 전력 증폭기들 및 관련된 방법에 관한 것이다.
본 출원은 2002년 8월 26일에 제출된 가출원 번호 제 60/405,942 호의 35 USC 119 (e)하의 우선권을 주장하며, 그 명세서는 여기에 완전히 참조함에 의해 통합된다.
RF 전력 설계의 두 개의 주 목표들은 전력 작동 범위상에서 선형성과 효율성이다. 선형성은 단순하게 왜곡없이 증폭하는 능력이고 반면에 효율성은 DC를 최소의 낭비 전력 및 열 발생을 가진 RF 에너지로 변환하는 능력이다. 이들 모두의 요구들은 현대의 무선 통신 시스템들에 대해 중요하지만 둘 모두를 제공하는 것은 상당히 어렵다. 이것은 주로 증폭기 선형성의 요구들이 증가하는 상황에 있는 현대의 무선 통신 시스템들의 대역폭 요구들 때문이다. 실질적인 문제 때문에, 바람직한 선형성을 제공하기 위한 유일한 방법은 그들이 더 선형인 그들의 작동 범위의 낮은 효율점에서 작동하는 매우 큰 증폭기들이 사용하는 것이었다.
RF 전력 증폭기들에서 더 높은 선형성 및 좋은 효율성을 달성하기 위한 하나의 접근법은 피드 포워드 증폭기들에 의해 제공된다. 피드 포워드 RF 전력 증폭기들에서, 오차 증폭기는 그 후 주 증폭기 IMD들을 소거하기 위해서 주 증폭기 출력과 결합하는 IMD 제품들만 증폭시키기 위해 사용된다. 도 1은 주 증폭기(1) 및 오차 증폭기(2)를 가지는 종래의 피드 포워드 증폭기 설계를 도시한다. 기본 요소들은 또한 주 경로 및 오차 경로에서 각각 지연들(3, 4), 및 주 경로 대 오차 경로 결합기들(5, 6, 7, 8)을 포함한다. 도시되지 않은 추가적인 요소들은 또한 일반적으로 당업자들에게 공지된 것과 같이 종래의 피드 포워드 아키텍쳐에 존재한다. 지연들, 결합기들 및 오차 증폭기는 주 증폭기 경로에서 IMD들을 실질적으로 제거하기 위해서 오차 경로로부터 결합기(8)에서 주 증폭기 출력으로 위상이 다른 IMD들을 주입하도록 설계된다.
일반적으로, 피드 포워드 전력 증폭기 설계는, 주 증폭기 및 오차 증폭기 모두에서, 트랜지스터들을 바이어싱하는 등급 A 또는 등급 AB 사용에 기초한다. 증폭기에서 출력 스테이지 LDMOS 디바이스들로부터 더 높은 효율을 얻기 위해서, 그들은 더 낮은 등급 AB 또는 등급 B에 바이어싱되어야 한다. 그러나, 이 모드로 바이어싱될 때, 상당한 이득 확장은 특히 더 낮은 전력 출력들에서 발생한다. 이것은 종래의 더 높은 AB 바이어싱 및 더 낮은 등급 AB 또는 등급 B 바이어싱 둘 모두를 도시하는 도 2에 도시된다. 도시된 것과 같이, 비선형 이득 확장은 소신호 영역(입력 전력 Psst 이하-소신호 임계값)에서 발생한다. 이 이득 확장은 또한 상당량의 소신호 상호 변조 왜곡 기생 신호들(SSIMDs)을 생성한다. 오차 증폭기(2)는 본질적으로 펄스 모드에서 작동하고, 실질적으로 정지 전류(quiescent current)만을 드로우한다. 더 낮은 등급 AB 또는 등급 B에서 오차 증폭기의 출력 디바이스들을 바이어싱하는 것은 정지 전류를 더 감소시킨다. 그러나, 더 낮은 등급 AB 또는 등급 B 바이어싱은 결합기(8)에서 오차 루프 소거(error loop cancellation)를 입력 전력 의존하게 한다. 이것은 피드 포워드 증폭기 작동의 기본적인 개념에 대해 모순되고 본질적으로 처리하기 어렵다.
그러므로, 주 증폭기가 더 낮은 등급 AB 또는 등급 B로 바이어싱될 때, 그것은 실질적으로 소신호 IMD들을 생성한다. 이들 IMD 기생 신호들은 어느 효율 개선이 시스템 계층에서 유실되도록 보상하기 위해 차례로 오차 증폭기가 실질상으로 더 높은 전류를 드로우하게 한다. 결과로서, 더 낮은 등급 AB 또는 등급 B에서 증폭기 디바이스들을 바이어싱함에 의해 효율을 증가시키기 위한 시도는 이와 같이 실패한다.
그러므로, 필요는 높은 효율과 감소된 신호 왜곡 모두를 제공하는 RF 전력 증폭기 설계를 위해 필연적으로 존재한다.
도 1은 종래의 피드 포워드 전력 증폭기의 블록도.
도 2는 소신호 비선형성을 보이는 작동 범위상에서 이득 특성을 도시하는 도 1의 피드 포워드 전력 증폭기에서 사용되는 LDMOS 증폭기 디바이스의 전송 특성의 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 피드 포워드 전력 증폭기의 최선예의 블록도.
도 4는 작동 전력 범위상에서 도 3의 피드 포워드 전력 증폭기에서 사용되는 소프트 이득 압축기의 일반적인 이득 특성의 구성도.
도 5는 감소된 소신호 비선형성을 보여주는 작동 범위상에서 이득 특성을 도시하는 도 3의 피드 포워드 전력 증폭기에서 사용되는 LDMOS 증폭기 디바이스의 전송 특성의 구성도.
도 6은 본 발명에 따라서, 도 3의 피드 포워드 전력 증폭기에서 사용되는 소프트 이득 압축기의 제 1 최선예의 개략도.
도 7은 본 발명에 따라서, 도 3의 피드 포워드 전력 증폭기에서 사용되는 소프트 이득 압축기의 또 다른 최선예의 블록 개략도.
도 8은 특정 작동 범위상에 도시된 도 3의 피드 포워드 전력 증폭기에서 사용되는 소프트 이득 압축기의 하나의 특정예에서 특정 이득 특성값들의 구성도.
제 1 양태에서 본 발명은 증폭된 신호를 수신하는 입력을 가지는 증폭기와 소신호 영역에서 비선형 이득 특성을 갖도록 바이어싱된 증폭기 디바이스를 제공한다. 소신호 선형화 회로는 입력과 증폭기 디바이스의 소신호 비선형성에 대하여 보상하는 증폭기 디바이스의 사이에 연결된다. 증폭기는 증폭된 신호를 출력하는 증폭기 디바이스에 연결된 출력을 더 포함한다.
증폭기 디바이스는 바람직하게는 높은 효율을 위해서 더 낮은 등급 AB 또는 등급 B로 바이어싱된다. 바람직한 실시예에서, 증폭기 디바이스는 LDMOS 트랜지스터이다. 소신호 이득 조정 회로는 바람직하게 증폭기 디바이스의 이득 응답에 실질적으로 반대인 이득 응답을 가진다. 특히, 증폭기 디바이스는 소신호 영역에서 이득 확장을 가질 수 있고 소신호 선형화 회로는 소신호 영역에 대응하는 증폭기 디바이스의 이득 응답의 부분위에 입력 신호 크기를 감소시킨다. 소신호 영역에 대응하는 증폭기 디바이스의 이득 응답의 부분은 예를 들면, 증폭기 디바이스의 최대 입력 전력의 약 -15 dB 내지 -5 dB의 범위를 포함할 수 있다.
하나의 최선예에서, 소신호 선형화 회로는 단일 신호 경로와 접지 사이에 병렬로 연결된 제 1 및 제 2 다이오드와 제 1 및 제 2 다이오드와 직렬로 연결된 그라운드 및 저항기를 포함할 수 있다. 대안적인 실시예에서, 소신호 선형화 회로는 엔벨로프 검출기 및 엔벨로프 검출기에 의해 검출된 입력 신호의 엔벨로프에 응답하여 제어되는 이득 제어 회로를 포함할 수 있다. 이런 실시예에서, 소신호 선형화 회로는 엔벨로프 검출기 및 이득 제어 회로 사이에 연결된 비디오 증폭기를 더 포함할 수 있다.
다른 양태에서, 본 발명은 RF 신호를 수신하는 RF 입력을 가지는 RF 피드 포워드 증폭기 및 RF 신호를 수신하고 증폭하는 주 증폭기를 제공하며, 상기 주 증폭기는 소신호 영역에서 비선형 이득 특성을 갖도록 바이어싱되는 하나 이상의 증폭기 장치들을 포함한다. 주 경로 소신호 이득 조정 회로는 RF 입력과 주 증폭기에서 하나 이상의 증폭기 디바이스들의 소신호 비선형성에 대해 보상하는 주 증폭기 사이에 연결된다. 피드 포워드 증폭기는 주 증폭기 출력 샘플링 결합기, RF 입력에 연결되고 지연된 RF 신호를 제공하는 제 1 지연, 및 지연된 RF 신호를 주 증폭기로부터 샘플링된 출력에 연결하고 오차 신호를 제공하는 캐리어 소거 조합기(carrier cancellation combiner)를 포함한다. 오차 증폭기는 오차 신호를 수신하고 증폭하는 것이 제공된다. 제 2 지연은 주 증폭기의 출력에 연결되고 제어 주입 결합기는 오차 증폭기로부터 출력을 결합하고 지연된 주 증폭기는 주 증폭기에 의해 도입된 왜곡을 소거하도록 제 2 지연으로부터 출력된다. RF 출력은 오차 주입 결합기 출력에 연결되고 증폭된 RF 출력을 제공한다. 오차 증폭기는 또한 소신호 영역에서 비선형 이득 특성을 갖도록 바이어싱된 하나 이상의 증폭기 디바이스들을 포함할 수 있고 RF 피드 포워드 증폭기는 캐리어 소거 조합기와 오차 증폭기에서 하나 이상의 디바이스들의 소신호 비선형성에 대해 보상하는 오차 증폭기 사이에 연결된 오차 경로 소신호 이득 조정 회로를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 주 증폭기 및 오차 증폭기 디바이스들은 높은 효율성을 위해 보다 낮은 등급 AB 또는 등급 B로 바이어싱된다. 주 증폭기 디바이스 비선형 이득 특성은 입력 신호의 소신호 부분상에 이득 확장을 포함할 수 있고 주 경로 소신호 이득 조정 회로는 입력 신호의 소신호 부분상에서 RF 입력 신호를 압축한다. 예를 들면, 입력 신호의 소신호 부분은, Pin(max)은 주 증폭기 디바이스들의 포화 레벨(saturation level)인, Pin(max) -5 db보다 적은 입력 신호 전력 영역을 포함할 수 있다. 오차 증폭기 디바이스 비선형 이득 특성은 유사하게는 오차 신호의 소신호 부분상에서 이득 확장을 포함하고 오차 경로 소신호 이득 조정 회로는 오차 신호의 소신호 부분상에서 오차 신호를 압축한다.
다른 양태에서, 본 발명은 증폭기 디바이스의 소신호 영역에서 비선형성에 대하여 보상하는 방법을 제공한다. 방법은 증폭기 디바이스에 의해 증폭되는 입력 신호를 수신하는 단계, 입력 신호가 소신호 영역에 있을 때만 입력 신호에 비선형의 보상 이득을 적용하고, 이득 보상된 신호를 출력하는 단계를 포함한다. 이득 보상된 신호는 그 후 증폭기 디바이스들에 제공된다.
예를 들면, 증폭기 디바이스의 소신호 영역에서 비선형성에 대하여 보상하는 방법은 증폭기 디바이스가 LDMOS 디바이스일 때 사용될 수 있다. 바람직하게는, 증폭기 디바이스는 높은 효율성을 위해 보다 낮은 등급 AB 또는 등급 B로 바이어싱될 수 있다. 입력 신호의 소신호 영역은, 예를 들면, Pin(max)가 증폭기 디바이스의 포화 레벨일 때, 약 Pin(max) -5 db보다 작은 입력 신호 전력 영역을 포함한다. 증폭기 디바이스 비선형성은 소신호 영역에서 이득 확장을 포함할 수 있고 입력 신호에 비선형 보상 이득을 적용하는 것은 이득 압축을 입력 신호에 적용하는 것을 포함한다.
다른 특징들 및 이점들은 본 발명의 후속하는 자세한 설명의 재고에 의해 인식될 것이다.
본 발명은 피드 포워드 증폭기와 실질적으로 모든 상기 언급된 문제들을 제거하고 주 증폭기 및/또는 오차 증폭기가 보다 높은 효율성을 위해 실질적으로 보다 낮은 바이어스 등급으로 바이어싱될 때 더 좋은 전체 시스템 효율성을 달성하는 신호 선형화 방법을 제공한다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 피드 포워드 전력 증폭기의 최선예의 블록도가 도시된다. 비록 피드 포워드 증폭기가 도시되었지만 본 발명이 또한 다른 증폭기 설계들에서 실행될 수 있는 것을 이해할 것이다. 피드 포워드 증폭기(10)는 증폭된 입력 RF 신호를 수신하는 입력(12) 및 증폭된 RF 신호를 출력하는 출력(14)를 포함한다. 입력 RF 신호는 공지된 피드 포워드 증폭기 설계에 따라 입력 결합기(30)에서 주 증폭기 신호 경로 및 오차 증폭기 신호 경로로 분할된다.
주 증폭기 신호 경로는 바람직하게는 LDMOS 증폭기인 주 증폭기(16), 또는 작동의 고 효율성 모드로 바이어싱된, 몇 개의 LDMOS 증폭기 디바이스들 또는 스테이지들로 구성된 증폭기 모듈을 포함한다. 특히, 주 증폭기(16)는 바람직하게는 좋은 DC-RF 변환기 효율성이 제공되고, 낭비된 전력 및 열은 최소화되도록 보다 낮은 AB 또는 등급 B와 같은 바이어스 등급에서 바이어싱된 LDMOS 디바이스들을 이용한다. 결과적으로, 그러나, 이것은 또한 도 2에 관하여 상기에 논의된 것과 같이 소신호 상호 변조 제품(SSIMDs)의 실질적인 양을 생성한다. 이 문제를 처리하기 위해, 소신호 선형화 회로(22)는, LDMOS 디바이스(들)의 소신호 이득 확장(AM/AM 이득 특성)이 보상되도록, 상기의 주 증폭기가 사용된다. 비선형성이 이득 확장 효과이기 때문에, 이 선형화 회로는 이득 압축을 보상하는 것을 제공하고, 소프트 이득 압축기 회로로서 최선예로 도시된다. 즉, 소프트 이득 압축기(22)는 회선(18)에서 RF 입력 신호를 수신하고 소신호 영역에서 감소된 이득을 갖는 회선(19)에서 보상된 RF 신호를 출력하고 주 증폭기(16)는 이 보상된 신호를 증폭한다. 그 결과는 주 증폭기 디바이스들에 대한 선형화된 이득 응답이다. 소프트 이득 압축기(22)의 작동은 도 4 내지 도 8에 관하여 이하에 더 자세하게 설명될 것이다. 주 증폭기 신호 경로는 입력 드라이버 회로(20)와 같은 종래의 회로를 더 포함할 수 있다. 입력 회로는 일반적으로 종래의 피드 포워드 설계에 따른 전치 증폭기(preamplifier), 그룹 지연 회로, 및 이득 및 위상 제어 회로를 포함할 수 있다. 주 증폭기 신호 경로는, 일반적으로 종래의 피드 포워드 설계에 따라 주 증폭기 출력 샘플 결합기(26) 및 지연(28)을 더 포함한다. 주 증폭기 신호 경로는 당업자에게 잘 알려진 (파일럿 신호 발생기 및 제어 회로와 같은-도시되지 않음) 추가적인 종래의 회로를 더 포함할 수 있다.
오차 증폭기 신호 경로는 RF 입력 신호를 샘플링하는 입력 신호 결합기(30)를 포함하고, 지연(32), 감쇠기/조합기(36), 선행-오차/입력 회로(38)를 통해 오차 증폭기(34)에 그것을 제공한다. 특히, 지연(32) 및 감쇠기/조합기(36)는 주 증폭기(16)의 샘플링된 출력이 감쇠되고 주 신호 경로로부터 샘플링된 신호의 왜곡 요소를 실질적으로 거의 소거하기 위해서 감쇠기/조합기(36)에서 지연된 입력 신호에 상이한 위상으로 결합되도록 종래의 피드 포워드 증폭기에서와 같이 작동한다. 어떤 적용들 및 실행들에서, 결과 신호에서 몇 개의 RF 캐리어 요소를 유지하기 위해 감쇠기/조합기(36)에서 소거를 제어하는 것은 이로울 수 있고, 결과 신호는 단순히 주 증폭기의 왜곡 요소가 아니다. 그럼에도 불구하고, 본 적용의 목적들을 위해 결과 신호는 왜곡 요소로서 참조될 것이고, 몇 개의 캐리어 요소가 포함될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이 신호의 왜곡 요소는 선행-오차/입력 회로(38)로 제공된다. 선행-오차/입력 회로(38)는 전치 증폭기, 그룹 지연 회로, 및 회로(20)와 유사하게 작동하는 이득 및 위상 제어 회로를 포함할 수 있다. 회로(38)의 출력은 주 신호 경로로 샘플링된 왜곡 요소들(IMDs)을 그곳에 저장하는 오차 증폭기(34)로 제공된다. 오차 증폭기(34)는 좋은 DC-RF 변환기 효율성이 제공되고 낭비된 전력 및 열은 최소화되도록 보다 낮은 AB 또는 등급 B와 같은 바이어스 등급에서 바이어싱된 하나 이상의 LDMOS 증폭기 디바이스들 또는 스테이지들을 또한 바람직하게 이용한다. 그러나, 결과로서, 이것은 또한 상기에 논의된 것처럼 소신호 상호 변조 제품(SSIMDs)의 실질적인 양을 생성할 수 있다. 따라서, 소프트 이득 압축기 회로로서 바람직하게 실행되는, 소신호 선형화 회로(24)는, 오차 증폭기(34)의 LDMOS 디바이스(들)(AM/AM 이득 특성)의 소신호 이득 확장이 보상되도록, 상기 오차 증폭기(34)가 또한 이용된다. 오차 증폭기(34)로부터 증폭된 왜곡 요소 출력은 주 신호 경로에서 왜곡 요소를 소거하기 위해서 오차 주입 결합기(42)에서 주 증폭기 출력 신호와 180도(다른 위상으로)에서 지연된 주 신호와 결합된다. 실질적으로 왜곡없는 증폭된 신호는 이후 아이솔레이터(isolator)(40)와 출력(14)에 제공된다.
다음의 도 4 및 도 5를 참조하면, 소신호 선형화 회로(22, 24)의 일반적인 작동이 설명될 것이다. 최선예는 이득 압축 회로 및 도 4에 도시된 이득 압축기 이득 응답의 일반적인 형태이다. 도 4와 도 2를 비교함에 의해 보이는 것처럼, 이득 압축기 이득 응답은 소프트 (소신호) (Psst)영역에서만 비선형이고 도 2에서 도시된 LDMOS 이득 응답에 일반적으로 반대이다. 그것은, 이득 응답은, 이득 압축을 제공하는 음의 기울기를 가지고, 입력 전력의 소신호 영역에 대응하는 제 1 비선형 부분(50), 및 소신호 영역 밖의 제 2 실질적으로 선형의 부분(52)을 가진다. 주 증폭기 출력의 결과 이득 응답은 도 5에 도시된 것과 같이 전력 범위에 걸쳐서 일정하게 보정한다.
소프트 이득 압축기(22)(또는 24)의 두 개의 실행들은 도 6 및 도 7에 도시된다. 이들 특정 실행들은 갖가지 다른 특정한 회로 실행들이 가능하기 때문에 단지 예들로써 제공된다.
도 6을 참조하면, 소프트 이득 압축기(22)(또는 24)의 제 1 실행은 개략도에 도시된다. 이 실행에서 소프트 이득 압축 회로는 도시된 것처럼 RF 신호 경로 및 접지(66) 사이에 연결된 다이오드들(60, 62) 및 저항기(64)를 포함한다. 다이오드들(60, 62)은 회선(18)에 제공된 RF 신호 엔벨로프를 탐지할 것이고 입력 RF 신호의 전력이 증가함에 따라 그들은 증가된 전력을 회선(19)에 이득 보상된 신호를 제공하는 접지로 분로할 것이다. 다이오드들(60, 62)의 임계값들 및 저항기(64)의 저항(resistance)은 이 분로 전류가 도 4에서 도시된 선형 부분(52)의 시작에서(즉, Psst에서) 포화되도록 선택될 것이다. 도 6의 회로는 그러므로 일반적으로 상기 도 4에서 도시된 바람직한 소프트 이득 압축 곡선에 대응하는 이득 응답을 가질 것이다. 다이오드들(60, 62) 및 저항기(64)의 특정한 값들은 특정한 주 증폭기와 오차 증폭기, 사용된 LDMOS 디바이스들, 및 그들의 바이어스 포인트의 수 및 크기를 포함하는 특정한 실행에 의존할 것이다. 단순히 도시적인 목적들을 위해 특정 이득 응답의 일례는 이하에 논의될 도 8에 표시되었다.
도 7을 참조하면, 소프트 이득 압축기의 다른 실행은 블록 개략도에 도시된다.
도 7에 도시된 것과 같이, 소프트 이득 압축기(22)(또는 24)는 회선(18)을 따라 RF 입력 신호를 수신하고 샘플링된 입력 신호를 신호 엔벨로프 검출기(72)로 제공하고 RF 입력 신호를 이득 제어 회로(76)로 제공하는 방향성 결합기(directional coupler)(70)를 포함한다. 검출기 또는 다른 공지된 엔벨로프 검출기에 기초하는 단일 다이오드일 수 있는, 신호 엔벨로프 검출기(72)는 RF 신호 엔벨로프에 대응하는 신호를 증폭기(74)에 제공한다. 엔벨로프는 비디오(또는 변조) 주파수에 의해 변하기 때문에, 증폭기(74)는 비디오 증폭기로 표시되고 제어 신호로서 증폭된 비디오 엔벨로프 신호를 이득 제어 회로(76)에 제공한다. 이득 제어 회로(76)는 통상상 이용가능한 형식(예를 들면, 파트 제 AD8345 호로서 아날로그 디바이스들) 또는 특정 적용을 위한 RF 신호의 특정 비디오 주파수에 대하여 분리 회로(discrete circuit)로서 당업자에 의해 이미 설계될 수 있는 형식의 고속 이득 제어 회로이다. 이득 제어 회로(76)는 도 4의 이득 응답 곡선을 재생하기 위해 비디오 엔벨로프 제어 신호에 응답하여 입력 RF 신호의 이득을 감소시킨다.
도 8을 참조하면, 소프트 이득 압축기(22)의 이득 응답 곡선의 하나의 특정예가 도시된다. 도시된 것과 같이 이득 응답은, Pin(max)는 주 증폭기 디바이스들의 포화 레벨인, 약 Pin(max) -15 db부터 Pin(max) -5 db까지 비선형 부분을 가진다. 그러므로 Pin(max) -5 db는 일반적으로, 보다 낮은 등급 AB 또는 등급 B로 바이어싱된 일반적인 LDMOS 전력 증폭기 디바이스의 소신호 영역(50)의 임계인, Psst에 응답한다. 약 Pin(max) -5 db에서, 이득 응답은 (도 4의 영역(52)에 대응하여) 도시된 것과 같이 실질적으로 선형이다.
아래의 표 1에서, 주 증폭기(16) 및 오차 증폭기(34)의 특정 작동 특성들은 일례의 LDMOS(측면 확산 금속 산화물 반도체) 증폭기 디바이스에 대하여 나타낸다. 상기에 논의된 도 8 및 표 1은, 특히 약 1 dB에서 포화인 100 와트(Watt) LDMOS 증폭기 디바이스들인, 100 와트 P1dB 디바이스가 주 증폭기 및 오차 증폭기들로 사용된다는 것을 가정한다. 표 1은 증폭기 디바이스들에 대해 포화 전류의 비율과 같은 정지 바이어 전류들(Idd)에 의하여 주 증폭기 및 오차 증폭기에 대한 바이어스 등급들을 제공한다. 최선의 높은 효율성 범위들은 표의 어두운 영역들에서 종래의 선형(비효율적인) 범위들 이상으로 도시된다. 비록 이들 특정값들이 하나의 디바이스 예, 즉 100 와트 LDMOS P1dB 디바이스들에 대응하더라도, 이들 바이어스 등급 특성들 및 작동 범위들은 일반적으로 보다 높거나 보다 낮은 디바이스들을 거쳐서 전적으로 지정될 것이다. 결과적으로, 이들 바이어스 등급 정의들 및 작동 범위들은 특정 전력예에 한정되지 않는다. 그럼에도 불구하고, 표 1의 바이어스 등급 정의들은 모든 증폭기 디바이스 형식들에 대하여 표 1 디바이스 파라미터들에 특히 대응하지 않을 수 있다. 바이어스 등급들 및 등급 C, 등급 B, 보다 낮은 등급 AB(AB2), 보다 높은 등급 AB(AB1) 및 등급 A의 정의 사이의 구분은 일반적으로 갖가지의 디바이스들에 대하여 본 기술에서 이해될 것이지만, 그러므로 표 1 디바이스 파라미터값들은 도시적으로 보여지고 사실상 한정되지 않을 것이다.
표 1로부터 도시될 수 있는 것처럼, 주 증폭기 및 오차 증폭기는 고 효율성 등급, 특히 보다 낮은 등급 AB(AB2) 또는 등급 B로 바이어싱된다. 이것은 주어진 디바이스 크기에 대해 바람직한 최대 DC-RF 변환 효율을 제공한다. 낭비 전력을 감소함에 더하여, 이 DC-RF 변환 효율은 신뢰도가 증가한다. 특히, LDMOS 증폭기 디바이스들과 같은 현대의 RF 전력 디바이스들이 보다 놓은 효율성 등급들에서 작동할 때, 이것은 직접적으로 보다 낮은 채널 온도로 된다. 채널 온도의 저하는 디바이스의 평균 수명을 크게 증가시키고 그러므로 피드 포워드 전력 증폭기 시스템의 전체의 신뢰도를 개선한다. 모든 이들 이점들은 소신호 선형화 회로 및 상기 언급된 방법의 사용에 의해 소신호 이득 확장에 의해 선형성을 희생함이 없이 제공된다.
고 효율성 및 감소된 소신호 왜곡을 제공하는 RF 전력 증폭기 설계에서 본 발명의 최선예는 다양한 도면들에 관하여 설명된다. 그럼에도 불구하고, 갖가지 변형들 및 부가적인 실시예들이 본 발명의 지침들 내에서 가능하다는 것이 당업자에 의해 인식될 것이다. 예를 들면, 소프트 이득 압축기에 대한 갖가지 특정 회로 실행들은 본 발명의 지침들을 사용하는 것이 제공될 수 있고 공간의 제한들은 모든 가능한 회로 실행들의 소모적인 목록 또는 모든 가능한 제어 실행들의 목록을 보호한다. 갖가지 다른 가능한 변형들 및 부가적인 실시예들은 또한 명백하게 가능하고 본 발명의 범위 내에 있다. 따라서, 설명된 특정 실시예들 및 실행들은 사실상 어떤 한계로서 도시되지 않고 단지 본 발명의 예시이다.

Claims (20)

  1. 증폭기에 있어서,
    증폭된 신호를 수신하는 입력;
    소신호 영역에서 비선형 이득 특성을 갖도록 바이어싱되는 증폭기 디바이스;
    상기 증폭기 디바이스의 상기 소신호 비선형에 대하여 보상하기 하기 위해 상기 입력 및 상기 증폭기 디바이스 사이에 연결되는 소신호 선형화 회로; 및
    상기 증폭된 신호를 출력하는 상기 증폭기 디바이스에 연결된 출력을 포함하는, 증폭기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 증폭기 디바이스는 LDMOS 트랜지스터인, 증폭기.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 증폭기 디바이스는 더 낮은 등급 AB 또는 등급 B로 바이어싱되는, 증폭기.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 소신호 선형화 회로는 상기 소신호 영역에 대응하는 상기 증폭기 디바이스의 상기 이득 응답의 일부에 걸쳐 상기 입력 신호 크기를 줄이는, 증폭기.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 소신호 이득 조정 회로는 상기 증폭기 디바이스의 상기 이득 응답에 실질적으로 반대인 이득 응답을 가지는, 증폭기.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 소신호 영역에 대응하는 상기 증폭기 디바이스의 상기 이득 응답의 일부는 최대 입력 전력의 약 -15 dB 내지 -5 dB의 범위를 포함하는, 증폭기.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 소신호 선형화 회로는 상기 신호 입력 경로 및 접지 사이에 병렬로 연결된 제 1 및 제 2 다이오드, 및 제 1 및 제 2 다이오드 및 접지와 직렬로 연결된 저항기를 포함하는, 증폭기.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 소신호 선형화 회로는 엔벨로프 검출기 및 상기 엔벨로프 검출기에 의해 검출된 상기 입력 신호의 상기 엔벨로프에 응답하여 제어되는 이득 제어 회로를 포함하는, 증폭기.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 소신호 선형화 회로는 상기 엔벨로프 검출기 및 상기 이득 제어 회로 사이에 연결된 비디오 증폭기를 더 포함하는, 증폭기.
  10. RF 피드 포워드 증폭기에 있어서,
    RF 신호를 수신하는 RF 입력;
    상기 RF 신호를 수신하고 증폭하는 주 증폭기로서, 상기 주 증폭기는 상기 소신호 영역에서 비선형 이득 특성을 갖도록 바이어싱된 하나 이상의 증폭기 디바이스들을 포함하는 상기 주 증폭기;
    상기 주 증폭기에서 하나 이상의 상기 디바이스들의 상기 소신호 비선형성에 대한 보상을 위해 상기 입력 및 상기 주 증폭기 사이에 연결된 주 경로 소신호 이득 조정 회로;
    주 증폭기 출력 샘플링 결합기;
    RF 입력에 연결되고 지연된 입력 RF 신호를 제공하는 제 1 지연;
    상기 주 증폭기로부터 샘플링된 출력에 대해 지연된 RF 신호를 연결하고 오차 신호를 제공하는 캐리어 소거 조합기;
    상기 오차 신호를 수신하고 증폭하는 오차 증폭기;
    상기 주 증폭기의 상기 출력에 연결된 제 2 지연;
    상기 주 증폭기에 의해 도입되는 왜곡을 소거하도록 상기 오차 증폭기로부터 상기 출력과 제 2 지연으로부터 상기 지연된 주 증폭기 출력을 결합하는 오차 주입 결합기; 및
    상기 오차 주입 결합기 출력에 연결되고 증폭된 RF 출력을 제공하는 RF 출력을 포함하는, RF 피드 포워드 증폭기.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 오차 증폭기는 상기 소신호 영역에서 비선형 이득 특성을 갖도록 바이어싱된 하나 이상의 증폭기 디바이스들을 포함하고, 상기 RF 피드 포워드 증폭기는 상기 오차 증폭기에서 상기 하나 이상의 디바이스들의 소신호 비선형성에 대해 보상을 위하여 상기 캐리어 소거 조합기 및 상기 오차 증폭기 사이에 연결된 오차 경로 소신호 이득 조정 회로를 더 포함하는, RF 피드 포워드 증폭기.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 주 증폭기 및 오차 증폭기 디바이스들은 더 낮은 등급 AB 또는 등급 B로 바이어싱되는, RF 피드 포워드 증폭기.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 주경로 소신호 이득 조정 회로는 상기 입력 신호의 소신호 일부에 대해 상기 RF 입력 신호를 압축하는, RF 피드 포워드 증폭기.
  14. 제 10 항에 있어서, 상기 입력 신호의 상기 소신호 일부는 대략 Pin(max) -5 db보다 작은 상기 입력 신호 전력 영역을 포함하며, Pin(max)는 상기 주 증폭기 디바이스들의 포화 레벨인, RF 피드 포워드 증폭기.
  15. 제 11 항에 있어서, 상기 오차 경로 소신호 이득 조정 회로는 상기 오차 신호의 소신호 일부에 대해 상기 오차 신호를 압축하는, RF 피드 포워드 증폭기.
  16. 증폭기 디바이스의 상기 소신호 영역에서 비선형성에 대한 보상하는 방법에 있어서,
    상기 증폭기 디바이스에 의해 증폭되는 입력 신호를 수신하는 단계;
    상기 입력 신호는 상기 소신호 영역에 있을 때만 상기 입력 신호에 비선형 보상 이득을 적용하고 이득 보상된 신호를 출력하는 단계; 및
    상기 증폭기 디바이스에 상기 이득 보상된 신호를 제공하는 단계를 포함하는, 증폭기 디바이스의 상기 소신호 영역에서 비선형성에 대한 보상 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 증폭기 디바이스는 LDMOS디바이스인, 증폭기 디바이스의 상기 소신호 영역에서 비선형성에 대한 보상 방법.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 증폭기 디바이스는 더 낮은 등급 AB 및 등급 B에 바이어싱되는 단계인, 증폭기 디바이스의 상기 소신호 영역에서 비선형성에 대한 보상 방법.
  19. 제 16 항에 있어서, 상기 입력 신호의 상기 소신호 영역은 대략 Pin(max) -5 db보다 작은 상기 신호 전력 영역을 포함하며, Pin(max)는 상기 증폭기 디바이스의 포화 레벨인, 증폭기 디바이스의 상기 소신호 영역에서 비선형성에 대한 보상 방법.
  20. 제 16 항에 있어서, 상기 증폭기 디바이스 비선형성은 상기 소신호 영역에서 이득 확장을 포함하고 비선형 보상 이득을 상기 소신호 영역에 적용하는 것은 상기 입력 신호에 이득 보상을 적용하는 단계를 포함하는, 증폭기 디바이스의 상기 소신호 영역에서 비선형성에 대한 보상 방법.
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