KR20070032308A - Power amplifier and pulse width modulated amplifier - Google Patents
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Abstract
본 발명은 위상 증폭 경로내에 위상 증폭 스테이지를 구비한 위상 증폭 경로를 갖는 전력 증폭기에 관련된 것이다. 여기서, 상기 위상 증폭 스테이지는 전력 증폭된 출력신호의 크기 요소를 수신하며, 상기 전력 증폭된 출력신호를 생성하기 위해 상기 위상 증폭 스테이지는 입력신호의 위상 요소, 입력신호의 크기 요소 및 전력 증폭된 출력신호의 수신된 상기 크기 요소에 응답한다. 또한, 본 발명은 입력신호의 크기 요소에 대한 크기 증폭 경로를 갖는 전력 증폭기에 관련된 것이다. 상기 크기 증폭 경로는 크기 증폭기 스테이지를 구비한다. 또한, 본 발명은 위상 증폭 경로내에 위상 증폭 스테이지를 구비한 위상 증폭 경로를 갖는 전력 증폭기에 관련된 것이다.The present invention relates to a power amplifier having a phase amplification path having a phase amplification stage in the phase amplification path. Here, the phase amplification stage receives the magnitude component of the power amplified output signal, and to generate the power amplified output signal, the phase amplification stage is a phase component of the input signal, the magnitude component of the input signal and the power amplified output. Responsive to the received magnitude component of the signal. The invention also relates to a power amplifier having a magnitude amplification path for the magnitude component of the input signal. The magnitude amplification path has a magnitude amplifier stage. The invention also relates to a power amplifier having a phase amplification path with a phase amplification stage in the phase amplification path.
전력 증폭기, 위상 증폭, 크기 증폭, 펄스 폭 변조 Power amplifier, phase amplification, magnitude amplification, pulse width modulation
Description
본 발명은 전력(power) 증폭기들에 관련된 것이다. 더 상세하게는 본 발명은 위상 증폭 경로(path)를 갖는 증폭기에 관련된 것이다. 본 발명은 또한, 크기(magnitude) 증폭 경로 및 위상 증폭 경로를 갖는 증폭기에 관련된 것이다. 더 나아가 본 발명은 펄스 폭 변조된 증폭기에 관련된 것이다.The present invention relates to power amplifiers. More particularly, the present invention relates to an amplifier having a phase amplification path. The invention also relates to an amplifier having a magnitude amplification path and a phase amplification path. The invention further relates to a pulse width modulated amplifier.
RF 전력 증폭기의 효율성은 가령, 휴대가능한 전송기(transmitter)와 같은 휴대용 디바이스(potable device)의 배터리 수명에 중대한 영향을 미치는 바, 상기 증폭기가 디바이스가 사용하는 대부분의 전력을 소모하기 때문이다.The efficiency of an RF power amplifier has a significant impact on the battery life of a portable device, such as a portable transmitter, for example, because the amplifier consumes most of the power used by the device.
기지국(base station) 전력 증폭기의 경우, 파워 소모는 더욱 더 크며, 신뢰성을 감소시키는 열 또한 발생시키고 있으므로, 능동적인 냉각 장치를 필요로 할 수도 있으며, 이는 또한 전력 소모를 더욱 더 증가시킨다.In the case of base station power amplifiers, the power consumption is even greater, generating heat that also reduces reliability, which may require active cooling, which also increases power consumption even further.
따라서, 파워 전송기에 있어서 효율성 있는 전력 증폭기들이 매우 바람직하다. 효율성 있는 C,D, E 및 F 급 전력 증폭기들은 일정-진폭(constant-amplitude)의 출력들만을 생산할 수 있다. 하지만, 최근의 많은 전송기 디자인들에서는 주어진 채널 대역폭내에서 데이터 비율을 최대로 하기 위해 일정하지 않는(non- constant) 진폭의 RF 출력을 필요로 한다.Therefore, efficient power amplifiers are very desirable for power transmitters. Efficient C, D, E and F power amplifiers can only produce constant-amplitude outputs. However, many recent transmitter designs require a non-constant amplitude RF output to maximize the data rate within a given channel bandwidth.
전통적인 선형 전력 증폭기들의 디자인에서는 효율성과 선형성 사이의 트레이드 오프(trade-off)를 수반하는 것이 일반적이다. 극성 변조(polar modulatiion)는 RF 전력 증폭기에서 선형성과 효율성을 동시에 획득할 수 있는 기술로서 해당 기술분야에 알려져 있다. 극성 변조는 또한 포락선 제거 및 복원(envelope elimination and restoration : EER)으로도 알려져 있다. 이러한 접근법에서는, RF 입력 신호가 극성 요소, 즉 위상 및 크기로 분해된다. 이러한 2개의 극성 요소들은 각각 증폭되며 이후에 재 결합되어 증폭되고 선형적인 RF 출력 신호를 만들어 낸다. RF 입력 신호의 위상 요소는 효율성을 위해 최적화된 일정-진폭 증폭기에 의해 증폭되는 것이 전형적이다. RF 입력 신호의 크기 요소(또는 포락선 요소)는, 일정 진폭를 갖는 적어도 하나의 출력 스테이지를 위한 전원 공급기(power supply)로서 동작하는 스위칭 모드 전원 공급기에 의해 증폭되는 것이 전형적이다.In the design of traditional linear power amplifiers, it is common to involve a trade-off between efficiency and linearity. Polar modulatiion is known in the art as a technique for simultaneously obtaining linearity and efficiency in an RF power amplifier. Polarity modulation is also known as envelope elimination and restoration (EER). In this approach, the RF input signal is decomposed into polar components, namely phase and magnitude. These two polar components are each amplified and then recombined to produce an amplified, linear RF output signal. The phase component of the RF input signal is typically amplified by a constant-amplitude amplifier optimized for efficiency. The magnitude element (or envelope element) of the RF input signal is typically amplified by a switching mode power supply that acts as a power supply for at least one output stage having a constant amplitude.
극성 변조를 이용하는 다양한 접근법들은 1952년 7월에 L. Kahn에 의한 Proc. IRE, pp803 ~ 806의 "Single-Sided Transmission by Envelope Elimination and Restoration"에 개시되었고, 또한, 1989년 5월 3일에 M. Koch 와 M. Fisher에 의한 "A High-Frequency 835MHZ Linear Power Amplifier for Digital Cellular Telephony" 39th IEEE Vehicular Technology Conference, 에 개시되었다.Various approaches using polarization are described by L. Kahn in Proc. IRE, pp803-806, "Single-Sided Transmission by Envelope Elimination and Restoration," and also on May 3, 1989 by M. Koch and M. Fisher, "A High-Frequency 835MHZ Linear Power Amplifier for Digital." Cellular Telephony "39th IEEE Vehicular Technology Conference.
도1은 전통적인 RF 증폭기(10)의 블록 다이어그램으로, 전술한 포락선 제거 및 복원 기술을 채용한 것이다. 도1에 도시된 증폭기에서, RF 입력 신호(12)는 먼저 극성 요소들로 분해된다. 이러한 극성 요소들은 일정 진폭 신호인 위상과 저주 파수 포락선 신호인 크기로 이루어진다. 위상 및 크기 요소들은 별개의 경로(15, 11)를 따라 독립적으로 각각 증폭된다. 위상 및 크기 요소들은 이후 재결합되어 선형적으로 증폭된 RF 출력신호(19)를 만든다.1 is a block diagram of a
위상 요소는 리미터(16)에 의해 입력신호로부터 추출되며, 비 선형 선행증폭기(preamplifier)(17) 및 효율성의 비 선형 출력 스테이지(18)를 포함하여 이루어질 수도 있는 효율성 좋은 일정 진폭 증폭기에 의해 증폭된다. 채널 대역폭과 비교될 만한 대역폭을 갖는 크기 요소는, 포락선 검출기(13)에 의해 입력신호로부터 추출되며, 선형 기저대역(baseband) 증폭기(14)에 의해 증폭된다. 효율성을 최대로 하기 위해, 상기 선형 기저대역 증폭기(14)는 출력 스테이지로서 D급 증폭기를 갖는 스위칭 모드 전력 공급기를 이용하여 구현된다.The phase component is extracted from the input signal by the
펄스 폭 변조를 이용하여 스위칭 모드 전력 공급기를 구현하는 기술은 알려져 있다. 이러한 전력 공급기의 출력은 구형파(square wave)이며, 그 mark/space 비율이 RF 입력 신호의 크기 요소를 나타낸다. 하지만 크기 요소를 증폭하기 위해 펄스 폭 변조를 이용하는 것은, RF 출력에 변조중 왜곡(inter-modulation distortion)을 초래할 수도 있다. Techniques for implementing a switched mode power supply using pulse width modulation are known. The output of such a power supply is a square wave whose mark / space ratio represents the magnitude component of the RF input signal. However, using pulse width modulation to amplify the magnitude factor may result in inter-modulation distortion in the RF output.
펄스 폭 변조를 이용하는 D급 증폭기에서 변조중 왜곡을 감소시키기 위해서, 필터링된 출력신호에 기반하는 부궤한(negative feedback) 경로를 적용하는 것을 당업계에서 알려진 기술이다. 하지만, 공개번호 No. 2002/0070799 A1 을 갖는 미국 특허출원에는 펄스 폭 변조된 디지털 증폭기가 개시되어 있는 바, 전력 스위치의 출력을 필터링하는 저역통과 필터를 구비한 고 전력 스위치를 구동하는 PWM 변조기 가 개시되어 있다. 여기서, 상기 디지털 증폭기는, 고 전력 스위치의 출력으로부터 아날로그 입력신호로 직접 제공되는 피드백 신호를 갖는 피드백 제어 루프를 구비하고 있다. 상기 아날로그 입력신호 및 피드백 신호는 모두 적분기의 반전 입력으로 제공되며, 적분기의 비반전 입력은 접지되는 바, 이에 의해 상기 피드백 신호가 상기 아날로그 입력 신호에 직접 작용한다.It is known in the art to apply a negative feedback path based on the filtered output signal to reduce distortion during modulation in a class-D amplifier using pulse width modulation. However, public number no. A U.S. patent application with 2002/0070799 A1 discloses a pulse width modulated digital amplifier, which discloses a PWM modulator for driving a high power switch with a low pass filter that filters the output of the power switch. Here, the digital amplifier has a feedback control loop having a feedback signal provided directly from the output of the high power switch as an analog input signal. Both the analog input signal and the feedback signal are provided to the inverting input of the integrator, and the inverting input of the integrator is grounded, whereby the feedback signal acts directly on the analog input signal.
미국 등록특허 US 5,973,556에는 크기 증폭 경로와 위상 증폭 경로를 갖는 델타 변조된 RF 전력 공급기가 개시되어 있다. 델타 변조 증폭기는 포락선 제거 및 복원을 채용한 RF 전력 증폭기의 크기 요소를 증폭하는데 사용된다. 상기 크기 증폭 경로는 RF 출력신호로부터의 피드백 경로를 포함하지만, 위상 증폭 경로에는 프드백 경로가 없다.US 5,973,556 discloses a delta modulated RF power supply having a magnitude amplification path and a phase amplification path. Delta modulation amplifiers are used to amplify the magnitude components of RF power amplifiers with envelope rejection and reconstruction. The magnitude amplification path includes a feedback path from the RF output signal, but there is no feedback path in the phase amplification path.
미국 등록특허 US 5,675,288에는 크기 증폭 경로와 위상 증폭 경로를 갖는 비 선형 증폭기를 선형화하는 회로가 개시되어 있다. 크기 증폭 경로는 출력신호로부터의 피드백 경로를 포함하며, 위상 증폭 경로 역시 출력신호로부터의 피드백 경로를 포함한다. 위상 증폭 경로의 피드백 경로는 위상 비교기를 포함하며, 피드백 신호의 위상은 입력 신호의 위상과 비교된다. 여기서는 위상 증폭 경로내에서 출력신호의 크기 요소 또는 위상 요소를 이용하지 않는다. U. S. Patent No. 5,675, 288 discloses a circuit for linearizing a non-linear amplifier having a magnitude amplification path and a phase amplification path. The magnitude amplification path includes a feedback path from the output signal, and the phase amplification path also includes a feedback path from the output signal. The feedback path of the phase amplification path includes a phase comparator, where the phase of the feedback signal is compared with the phase of the input signal. Here, the magnitude factor or phase factor of the output signal is not used in the phase amplification path.
본 발명의 제 1 양상에 따르면, 입력신호로부터 전력 증폭된 출력신호를 생성하는 전력 증폭기가 제공되며, 상기 전력 증폭기는, 위상 증폭 경로 및 상기 위상 증폭 경로내의 위상 증폭 스테이지; 상기 위상 증폭 스테이지는 전력 증폭된 출력신호의 크기 요소를 수신함; 상기 전력 증폭된 출력신호를 생성하기 위해 상기 위상 증폭 스테이지는 입력신호의 위상 요소, 입력신호의 크기 요소 및 전력 증폭된 출력신호의 수신된 상기 크기 요소에 응답함 을 포함하여 이루어진다.According to a first aspect of the present invention, there is provided a power amplifier for generating a power amplified output signal from an input signal, the power amplifier comprising: a phase amplification path and a phase amplification stage in the phase amplification path; The phase amplification stage receives a magnitude component of the power amplified output signal; To generate the power amplified output signal, the phase amplification stage comprises responsive to a phase component of an input signal, a magnitude component of the input signal, and a received magnitude component of the power amplified output signal.
본 발명의 제 2 양상에 따르면, 입력신호로부터 전력 증폭된 출력신호를 생성하는 전력 증폭기가 제공되며, 상기 전력 증폭기는, 입력신호의 크기요소에 대한 크기 증폭 경로; 상기 크기 증폭 경로내의 크기 증폭 스테이지; 위상 증폭 경로; 및 상기 위상 증폭 경로내의 위상 증폭 스테이지 를 포함하여 이루어진다. 여기서, 상기 위상 증폭 스테이지는 전력 증폭된 출력신호의 크기 요소 및 크기 증폭 스테이지로부터의 입력신호의 증폭된 크기 요소를 수신한다. 상기 위상 증폭 스테이지는 상기 전력 증폭된 출력신호를 생성하기 위해, 입력신호의 위상 요소, 입력신호의 크기 요소, 전력 증폭된 출력신호의 수신된 크기 요소 및 입력신호의 상기 수신된 증폭된 크기 요소에 응답한다.According to a second aspect of the invention, there is provided a power amplifier for generating a power amplified output signal from an input signal, the power amplifier comprising: a magnitude amplification path for a magnitude component of the input signal; A magnitude amplification stage in the magnitude amplification path; Phase amplification paths; And a phase amplification stage in the phase amplification path. Here, the phase amplification stage receives the magnitude component of the power amplified output signal and the amplified magnitude component of the input signal from the magnitude amplification stage. The phase amplification stage comprises a phase component of an input signal, a magnitude component of an input signal, a received magnitude component of a power amplified output signal and the received amplified magnitude component of an input signal to produce the power amplified output signal. Answer.
본 발명의 제 1 양상 및 제 2 양상에 있어서, 위상 증폭 스테이지에 의해 수신되는 전력 증폭된 출력신호의 상기 크기 요소는, 전력 증폭된 출력신호에 대응하는 크기 요소일 수도 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 만일 상기 전력 증폭기의 출력 신호가 필터링된다면, 상기 크기 요소는 필터링되지 않은 출력신호에 대응할 수 도 있으며, 또는 필터링된 출력신호에 대응할 수도 있다.In the first and second aspects of the invention, it should be understood that the magnitude factor of the power amplified output signal received by the phase amplification stage may be a magnitude factor corresponding to the power amplified output signal. Thus, if the output signal of the power amplifier is filtered, the magnitude factor may correspond to an unfiltered output signal or may correspond to a filtered output signal.
본 발명의 제 1 양상 및 제 2 양상에 따르면, 위상 증폭 스테이지에 의해 생성되는 전력 증폭된 신호는, 위상 및 크기에 있어 입력신호에 실질적, 선형적으로 관계된다.According to the first and second aspects of the invention, the power amplified signal produced by the phase amplification stage is substantially and linearly related to the input signal in phase and magnitude.
본 발명의 제 1 양상 및 제 2 양상에 따르면, 위상 증폭 스테이지는, 전력 증폭된 출력신호의 수신된 크기 요소와 입력신호의 수신된 크기 요소 사이의 차이(difference)에 의존하는 출력을 생성하도록 차이 감지기(difference detector)를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. 여기서, 위상 증폭 경로는 크기 피드백 경로를 포함하여 이루어지는 것이 바람직한 바, 이는 전력 증폭된 출력신호 또는 전력 증폭된 출력신호에 상응하는 신호를, 상기 전력 증폭된 출력신호의 크기 요소로서 상기 차이 감지기에 결합하기 위함이다. 상기 위상 증폭 경로의 크기 피드백 경로는, 전력 증폭된 출력신호의 크기 요소를 검출하도록 출력 포락선 검출기를 포함하여 이루어질 수도 있다. 또한, 상기 위상 증폭 경로의 크기 피드백 경로는, 전력 증폭된 출력신호의 크기 요소의 진폭을 감소시키기 위한 감쇠기(attenuator)를 포함하여 이루어질 수도 있다.According to the first and second aspects of the invention, the phase amplification stage is adapted to produce an output that depends on the difference between the received magnitude component of the power amplified output signal and the received magnitude component of the input signal. It is preferable to include a detector (difference detector). Here, the phase amplification path preferably comprises a magnitude feedback path, which combines a signal corresponding to a power amplified output signal or a power amplified output signal with the difference detector as a magnitude factor of the power amplified output signal. To do this. The magnitude feedback path of the phase amplification path may comprise an output envelope detector to detect the magnitude component of the power amplified output signal. The magnitude feedback path of the phase amplification path may also comprise an attenuator for reducing the amplitude of the magnitude component of the power amplified output signal.
본 발명의 제 1 양상 및 제 2 양상에 따르면, 전력 증폭기는, 입력 신호의 제 1 입력 크기 요소를 검출하고 상기 입력 신호의 제 1 입력 크기 요소를 위상 증폭 스테이지로 결합하기 위한 입력 포락선 검출기를 더 포함하여 이루어질 수도 있다. 여기서, 상기 제 1 입력 크기 요소는, 입력 신호의 수신된 크기 요소로서 위상 증폭 스테이지의 차이 감지기에 결합될 수도 있다. According to the first and second aspects of the invention, the power amplifier further comprises an input envelope detector for detecting a first input magnitude element of the input signal and combining the first input magnitude element of the input signal into a phase amplification stage. It may be made, including. Here, the first input magnitude element may be coupled to the difference detector of the phase amplification stage as a received magnitude element of the input signal.
본 발명의 제 1 양상 및 제 2 양상에 따르면, 위상 증폭 스테이지는, 차이 감지기의 출력을 위상 차이 신호로 변환하기 위한 진폭-위상 변환기를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.According to the first and second aspects of the invention, the phase amplification stage preferably comprises an amplitude-phase converter for converting the output of the difference detector into a phase difference signal.
본 발명의 제 1 양상 및 제 2 양상에 따른 실시예들에서는, 위상 증폭 스테이지는 전력 증폭된 출력신호의 위상 요소를 더 수신할 수도 있으며, 상기 위상 증폭 스테이지는 전력 증폭된 출력신호를 생성하기 위해서 상기 전력 증폭된 출력신호의 수신된 위상 요소에 응답할 수도 있다. 상기 위상 증폭 스테이지는, 입력신호의 위상 요소 및 전력 증폭된 출력신호의 수신된 위상 요소에 의존하는 출력신호를 생성하기 위해 믹서(mixer), 곱셈기(multiplier) 또는 위상 판별기(phase discriminator)를 포함하여 이루어질 수도 있다. 위상 증폭 스테이지는, 전력 증폭된 출력신호를 위상 판별기에 결합하도록 위상 피드백 경로를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 위상 피드백 경로는, 전력 증폭된 출력신호의 위상 요소를 생성하기 위해 제한기(limiter)를 포함하여 이루어질 수도 있다. 위상 피드백 경로는 또한, 전력 증폭된 출력신호를 감소시키기 위한 감쇠기를 포함할 수도 있다. 위상 증폭 스테이지는, 위상 판별기로부터 출력되는 신호의 함수로서 입력 위상 요소의 위상을 편이시킴으로써 제 1 위상 편이된 신호를 생성하기 위한, 위상 편이기(phase shifter)를 포함하는 것이 바람직하다.In embodiments according to the first and second aspects of the present invention, the phase amplification stage may further receive a phase component of the power amplified output signal, the phase amplification stage to generate a power amplified output signal. It may also be responsive to the received phase component of the power amplified output signal. The phase amplification stage comprises a mixer, a multiplier or a phase discriminator to generate an output signal that depends on the phase component of the input signal and the received phase component of the power amplified output signal. It can also be done. The phase amplification stage preferably comprises a phase feedback path to couple the power amplified output signal to a phase discriminator. The phase feedback path may comprise a limiter to generate a phase component of the power amplified output signal. The phase feedback path may also include an attenuator for reducing the power amplified output signal. The phase amplification stage preferably includes a phase shifter for generating the first phase shifted signal by shifting the phase of the input phase element as a function of the signal output from the phase discriminator.
본 발명의 제 1 양상 및 제 2 양상에 따른 실시예들에서는, 위상 증폭 스테이지는, 입력 신호의 위상 요소를 생성하기 위한 제한기를 포함하는 것이 바람직하다.In embodiments according to the first and second aspects of the invention, the phase amplification stage preferably comprises a limiter for generating a phase element of the input signal.
수신된 크기 요소들로부터 차이 신호를 생성하는 차이 감지기를 구비한 본 발명의 제 1 양상 및 제 2 양상에 따른 실시예들에서, 상기 위상 증폭 스테이지는, 입력 위상 요소의 위상 또는 차이 감지기로부터 출력되는 신호의 함수로서의 제 1 위상 편이된 신호의 위상을 편이시키는 위상 편이기를 포함할 수도 있다. 상기 위상 증폭 스테이지가, 차이 감지기의 출력을 위상 차이 신호로 변환하는 진폭-위상 변환기를 포함하여 이루어질 때, 상기 입력 위상 요소 또는 제 1 위상 편이된 신호는, 상기 생성된 위상 차이 신호에 의해 편이될 수도 있다. 상기 위상 편이기는, 입력 위상 요소의 위상을 편이시키거나 또는 차이 감지기로부터 출력되는 신호의 함수로서 제 1 위상 편이된 신호의 위상을 편이시키거나 또는 진폭-위상 변환기에 의해 생성되는 위상 차이 신호에 의해 편이시키는 제 1 위상 편이기를 포함할 수도 있으며, 상기 위상 편이기는, 입력 위상 요소의 위상을 편이시키거나 또는 차이 감지기로부터 출력되는 신호의 역함수로서 제 1 위상 편이된 신호의 위상을 편이시키거나 또는 생성된 위상 차이 신호의 역(inverse)에 의해 편이시키는 제 2 위상 편이기를 더 포함할 수도 있다. 따라서, 상기 제 2 위상 편이기에 의해 얻어지는 위상 편이는, 상기 제 1 위상 편이기에 의해 얻어지는 위상 편이와는 실질적으로 역(inverse) 또는 반대이다. 상기 제 1 및 제 2 위상 편이기는, 입력 위상 요소의 위상 또는 제 1 위상 편이된 신호의 위상을 위상 차이 신호 및 상기 위상 차이 신호의 역에 의해 각각 편이시키기 위한 제 1 및 제 2 곱셈기/믹서일 수도 있다.In embodiments according to the first and second aspects of the invention having a difference detector for generating a difference signal from received magnitude elements, the phase amplification stage is output from a phase or difference detector of an input phase element. And a phase shifter for shifting the phase of the first phase shifted signal as a function of the signal. When the phase amplification stage comprises an amplitude-phase converter for converting the output of the difference detector into a phase difference signal, the input phase element or the first phase shifted signal may be shifted by the generated phase difference signal. It may be. The phase shifter shifts the phase of the input phase element or shifts the phase of the first phase shifted signal as a function of the signal output from the difference detector or by a phase difference signal generated by an amplitude-phase converter. And may include a first phase shifter for shifting, wherein the phase shifter shifts or generates a phase of the first phase shifted signal as a function of shifting a phase of an input phase element or an inverse function of a signal output from a difference detector. It may further include a second phase shifter which is shifted by the inverse of the phase difference signal. Therefore, the phase shift obtained by the second phase shifter is substantially inverse or opposite to the phase shift obtained by the first phase shifter. The first and second phase shifters are first and second multipliers / mixers for shifting a phase of an input phase element or a phase of a first phase shifted signal by a phase difference signal and an inverse of the phase difference signal, respectively. It may be.
제 1 및 제 2 위상 편이기를 갖는 실시예들에서, 상기 위상 증폭 스테이지는, 제 1 및 제 2 위상 편이기의 출력 신호들을 각각 증폭하는 제 1 및 제 2 위상 증폭기를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 제 1 양상 및 제 2 양상에 따른 실시예들에서 위상 증폭 스테이지는, 제 1 및 제 2 위상 편이기의 출력신호들을 각각 제한하는 제 1 및 제 2 위상 제한기를 포함한다. 상기 제 1 및 제 2 위상 제한기의 출력은, 제 1 및 제 2 위상 증폭기로 각각 입력될 수도 있다. 상기 제 1 및 제 2 위상 증폭기는 F급 또는 E급 증폭기들일 수도 있다. F급 증폭기라면, 상기 제 1 및 제 2 위상 증폭기는 스위치 모드 증폭기일 수도 있다.In embodiments with first and second phase shifters, the phase amplification stage preferably comprises first and second phase amplifiers that amplify the output signals of the first and second phase shifters, respectively. Further, in the embodiments according to the first and second aspects of the present invention, the phase amplification stage includes first and second phase limiters for respectively limiting output signals of the first and second phase shifters. The outputs of the first and second phase limiters may be input to the first and second phase amplifiers, respectively. The first and second phase amplifiers may be class F or class E amplifiers. If the class F amplifier, the first and second phase amplifiers may be switch mode amplifiers.
위상 증폭 스테이지는, 전력 증폭된 출력신호를 생성하기 위해 제 1 및 제 2 위상 증폭기의 출력들을 더하거나 또는 믹싱하는 합산기 또는 파워 믹서를 포함할 수도 있다. 또한, 위상 증폭 스테이지는, 전력 증폭된 출력신호를 얻기위해 상기 합산기 또는 파워 믹서의 출력을 필터링하는 필터를 포함하는 것이 바람직하다. 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서, 전력 증폭된 출력신호의 크기 요소를 생성하기 위해, 필터의 입력신호가 사용될 수도 있으며 또는 필터의 출력신호가 사용될 수 있음을 유의해야 한다.The phase amplification stage may include a summer or a power mixer that adds or mixes the outputs of the first and second phase amplifiers to produce a power amplified output signal. The phase amplification stage also preferably includes a filter for filtering the output of the summer or power mixer to obtain a power amplified output signal. It should be noted that, within the scope of the inventive concept, the input signal of the filter may be used or the output signal of the filter may be used to generate the magnitude factor of the power amplified output signal.
본 발명의 제 2 양상에 따른 실시예들에서, 제 1 및 제 2 위상 증폭기는 크기 증폭기의 출력에 결합되는 것이 바람직하며, 여기서 위상 증폭기의 이득은 상기 크기 증폭기에 의해 조절되거나(regulate)또는 수정(modify)된다. In embodiments according to the second aspect of the invention, the first and second phase amplifiers are preferably coupled to the output of the magnitude amplifier, where the gain of the phase amplifier is regulated or modified by the magnitude amplifier. (modify)
본 발명의 제 2 양상에 따른 실시예들에서, 크기 증폭 경로는, 입력 신호의 입력 크기 요소를 검출하고 상기 입력 크기 요소를 크기 증폭기로 결합하기 위한 입력 포락선 검출기를 포함하는 것이 바람직하다. 여기서, 제 1 입력 크기 요소를 검출하는 상기 입력 포락선 검출기는 크기 증폭 경로의 일부분일 수도 있으며, 이때 상기 제 1 입력 크기 요소는 상기 크기 증폭기에 결합되어 있다. In embodiments according to the second aspect of the invention, the magnitude amplification path preferably comprises an input envelope detector for detecting an input magnitude element of the input signal and coupling the input magnitude element to a magnitude amplifier. Here, the input envelope detector for detecting a first input magnitude element may be part of a magnitude amplification path, wherein the first input magnitude element is coupled to the magnitude amplifier.
본 발명의 제 2 양상에 따른 실시예들에서는, 크기 증폭기 스테이지는 D급 증폭기를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 크기 증폭기 스테이지는 펄스 폭 변조된 증폭기를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 크기 증폭기 스테이지는 또한, 저역 통과 필터를 포함할 수도 있으며, 여기서 크기 증폭기 스테이지에 의해 전달되는 출력은 저역 통과 필터링된 신호이다.In embodiments according to the second aspect of the invention, the magnitude amplifier stage preferably comprises a class D amplifier. Also, the magnitude amplifier stage preferably includes a pulse width modulated amplifier. The magnitude amplifier stage may also include a low pass filter, where the output delivered by the magnitude amplifier stage is a low pass filtered signal.
본 발명의 제 2 양상에 따른 대안적인 실시예에서, 위상 증폭 스테이지는, 위상 편이기의 출력을 증폭하는 비선형 증폭기를 포함할 수도 있는데, 상기 비선형 증폭기는 크기 증폭기의 출력에 연결되어 있으며, 이에 의해 비선형 증폭기의 이득은 상기 크기 증폭기에 의해 조절되거나 또는 수정되는 바, 이는 상기 비선형 증폭기가 전력 증폭된 출력신호를 생성하도록 하기 위함이다. 상기 비선형 증폭기는, 크기 증폭기의 출력을 제 1 및 제 2 곱셈기/믹서의 출력과 각각 믹스(mix)하는 제 3 및 제 4 곱셈기/믹서를 포함할 수도 있으며, 제 3 및 제 4 곱셈기/믹서의 출력을 믹싱하기 위한 파워 믹서(power mixer)를 더 포함할 수도 있다. 상기 비선형 증폭기는, 전력 증폭된 출력신호를 얻기 위해 상기 파워 믹서의 출력을 필터링하는 필터를 포함하는 것이 바람직하다. In an alternative embodiment according to the second aspect of the invention, the phase amplification stage may comprise a nonlinear amplifier for amplifying the output of the phase shifter, which is connected to the output of the magnitude amplifier, thereby The gain of the nonlinear amplifier is adjusted or modified by the magnitude amplifier so that the nonlinear amplifier produces a power amplified output signal. The nonlinear amplifier may include third and fourth multipliers / mixers that mix the output of the magnitude amplifier with the outputs of the first and second multipliers / mixers, respectively, wherein the third and fourth multipliers / mixers It may further include a power mixer for mixing the outputs. The nonlinear amplifier preferably includes a filter for filtering the output of the power mixer to obtain a power amplified output signal.
본 발명의 제 3 양상에 따르면, 펄스 폭 변조된 증폭기가 제공되는 바, 상기 증폭기는, 입력신호와 피드백 신호와의 차이에 의존하는 하나 이상의 출력들을 생성하는 차이 감지기 또는 증폭기; 상기 차이 감지기와 결합되어 펄스 폭 변조된 신호를 출력으로서 생성하는 펄스 폭 변조기(PWM modulator); 상기 PWM 변조기의 출력을 증폭하는 파워 스위치 회로; 및 상기 파워 스위치 회로의 하나 이상의 출력을 피드백 신호로서 상기 차이 감지기에 결합하는 피드백 경로를 포함하여 이루어진다.According to a third aspect of the present invention, there is provided a pulse width modulated amplifier, comprising: a difference detector or amplifier for generating one or more outputs dependent upon a difference between an input signal and a feedback signal; A pulse width modulator coupled to the difference detector to generate a pulse width modulated signal as an output; A power switch circuit for amplifying the output of the PWM modulator; And a feedback path coupling the one or more outputs of the power switch circuit to the difference detector as a feedback signal.
본 발명의 제 3 양상에 따르면, 펄스 폭 변조된 증폭기는, 파워 스위치 회로의 출력(들)에 결합된 저역 통과 필터링 회로를 더 포함하는 것이 바람직하다. 여기서, 파워 스위치 회로의 출력(들)은 피드백 경로 및 저역 통과 필터 모두에 결합될 수도 있음을 유의해야 한다. According to a third aspect of the invention, the pulse width modulated amplifier preferably further comprises a low pass filtering circuit coupled to the output (s) of the power switch circuit. It should be noted here that the output (s) of the power switch circuit may be coupled to both the feedback path and the low pass filter.
본 발명의 제 3 양상에 따르면 피드백 경로는, 차이 감지기로 전달되는 피드백 신호의 진폭을 감소시키는 감쇠기를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 파워 스위치 회로는 풀-업(pull-up) 출력을 갖는 풀-업 스위치와 풀-다운(pull-down) 출력을 갖는 풀-다운 스위치를 포함하는 것이 바람직하다. 여기서, 파워 스위치 회로는, 파워 스위치 회로가 ON 상태일 때 풀-업 스위치는 개방되고 풀 다운 스위치는 단락되며, 파워 스위치 회로가 OFF 상태일 때 풀-업 스위치는 단락되고 풀 다운 스위치는 개방되도록, PWM 변조기의 출력에 의해 제어될 수도 있다. 피드백 경로는 풀-업 출력 및 풀-다운 출력을 합하여 하나의 피드백 신호를 만들기 위한 합산기를 포함하는 것이 바람직하다. 여기서, 합산기의 출력은 감쇠기로 공급될 수도 있으며 감쇠기를 통해 차이 증폭기로 공급될 수도 있다.According to a third aspect of the invention, the feedback path preferably comprises an attenuator for reducing the amplitude of the feedback signal to the difference detector. In addition, the power switch circuit preferably includes a pull-up switch having a pull-up output and a pull-down switch having a pull-down output. Here, the power switch circuit is such that the pull-up switch is open and the pull-down switch is shorted when the power switch circuit is ON, and the pull-up switch is shorted and the pull-down switch is opened when the power switch circuit is OFF. May be controlled by the output of a PWM modulator. The feedback path preferably includes an adder for combining the pull-up output and the pull-down output to produce one feedback signal. Here, the output of the summer may be supplied to the attenuator or may be supplied to the difference amplifier through the attenuator.
저역 통과 필터를 갖는 본 발명의 제 3 양상에 따른 실시예들에서, 저역 통과 필터는, 제 1 단자가 풀-업 출력에 결합된 제 1 인덕터 및 제 1 단자가 풀-다운 출력에 결합된 제 2 인덕터를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. 여기서, 제 1 인덕터의 제 2 단자 및 제 2 인덕터의 제 2 단자는, 펄스 폭 변조된 증폭기의 출력 신호를 전달하도록, 둘 다 모두 출력 캐패시터의 동일 단자에 연결될 수도 있다.In embodiments according to the third aspect of the invention having a low pass filter, the low pass filter comprises a first inductor having a first terminal coupled to a pull-up output and a first inductor coupled to a pull-down output. It is preferred to include two inductors. Here, the second terminal of the first inductor and the second terminal of the second inductor may both be connected to the same terminal of the output capacitor so as to carry the output signal of the pulse width modulated amplifier.
본 발명의 제 3 양상에 따른 실시예에서, PWM 변조기는 링 오실레이터(ring oscillator)를 포함할 수도 있으며, 상기 링 오실레이터는 반전 증폭기(inverting amplifier)와 제 1 및 제 2 위상 편이기를 포함하는 바, 상기 제 1 및 제 2 위상 편이기의 위상 편이는 차이 증폭기의 출력(들)에 응답하여 제어된다. 여기서, 상기 차이 증폭기는, 2개의 차이 출력들(difference outputs)을 갖는 바, 입력신호와 수신된 피드백 신호사이의 차이가 증폭된 것을 나타내는 상기 2개의 차이 출력들 사이에는 신호 차이가 있으며, 여기서 상기 제 1 위상 편이기는 제 1 차이 출력에 응답하여 제어될 수도 있으며, 상기 제 2 위상 편이기는 제 2 차이 출력에 응답하여 제어될 수도 있다. 상기 제 1 위상 편이기로부터의 제 1 위상 출력과 제 2 위상 편이기로부터의 제 2 위상 출력은, PWM 변조기의 출력을 생성하기 위해 결합되는 것이 바람직한 바, 상기 PWM 변조기의 출력은 파워 스위치 회로에 의해 수신된다. 여기서 상기 제 1 및 제 2 위상 출력은, PWM 변조기의 출력을 생성하기 위해 함께 곱해질 수도 있다. 바람직하게, 이러한 곱셈은 배타적 논리합(exclusive OR) 함수를 이용하여 수행된다.In an embodiment according to the third aspect of the invention, the PWM modulator may comprise a ring oscillator, the ring oscillator comprising an inverting amplifier and first and second phase shifters, The phase shift of the first and second phase shifters is controlled in response to the output (s) of the differential amplifier. Here, the difference amplifier has two difference outputs, and there is a signal difference between the two difference outputs indicating that the difference between the input signal and the received feedback signal is amplified. The first phase shifter may be controlled in response to the first difference output, and the second phase shifter may be controlled in response to the second difference output. The first phase output from the first phase shifter and the second phase output from the second phase shifter are preferably coupled to produce an output of the PWM modulator, the output of the PWM modulator being coupled to a power switch circuit. Is received by. Wherein the first and second phase outputs may be multiplied together to produce an output of a PWM modulator. Preferably, this multiplication is performed using an exclusive OR function.
본 발명의 제 3 양상에 의한 실시예에 따르면, 펄스 폭 변조된 증폭기는, 차이 증폭기의 출력(들)을 필터링하기 위한 하나 이상의 필터들을 더 포함할 수도 있는데, 차이 증폭기의 필터된 출력들은 PWM 변조기의 입력들로서 결합된다. 본 발명의 제 3 양상에 따른 실시예에서는, 파워 스위치 회로는 적어도 2개의 MOSFET 스위치 트랜지스터들을 포함하여 이루어진다. 본 발명의 제 3 양상에 속한 임의의 실시예들에 따른 펄스 폭 변조된 증폭기가, 본 발명의 제 2 양상에 따른 전력 증폭기의 크기 증폭 경로내에서 크기 증폭기로서도 사용될 수도 있다는 사실이 본 발명의 범주에 속한다는 것을 유의해야 한다.According to an embodiment according to the third aspect of the invention, the pulse width modulated amplifier may further comprise one or more filters for filtering the output (s) of the difference amplifier, wherein the filtered outputs of the difference amplifier are PWM modulators. Are combined as inputs. In an embodiment according to the third aspect of the invention, the power switch circuit comprises at least two MOSFET switch transistors. It is the scope of the present invention that the pulse width modulated amplifier according to any embodiments pertaining to the third aspect of the invention may also be used as a magnitude amplifier in the magnitude amplification path of the power amplifier according to the second aspect of the invention. Note that it belongs to.
본 발명의 다른 목적들, 특징들, 장점들은 첨부된 도면과 더불어 하기에서 설명될 바람직한 실시예들에 관한 본 발명의 상세한 설명으로부터 좀더 명확해질 것이다. Other objects, features, and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention with respect to the preferred embodiments which will be described below in conjunction with the accompanying drawings.
도1은 포락선 제거 및 복원을 채용한 통상적인 RF 증폭기의 블록 다이어그램을 도시한 도면이다.1 shows a block diagram of a conventional RF amplifier employing envelope removal and restoration.
도2는 크기 증폭 경로와 위상 증폭 경로를 갖는 본 발명의 실시예에 따른 전력 증폭기에 대한 간략화된 블록 다이어그램을 도시한 도면이다.2 shows a simplified block diagram of a power amplifier according to an embodiment of the present invention having a magnitude amplification path and a phase amplification path.
도3은 도2에 대응하여, 본 발명의 일실시예에 따른 전력 증폭기의 좀더 상세한 블록 다이어그램을 도시한 도면이다.3 is a more detailed block diagram of a power amplifier according to an embodiment of the present invention, corresponding to FIG.
도4는 도3에 도시된 전력 증폭기의 위상 증폭 경로에 상응하는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 증폭 스테이지의 상세한 다이어그램을 도시한 도면이다.4 is a detailed diagram of a phase amplification stage according to an embodiment of the present invention corresponding to the phase amplification path of the power amplifier shown in FIG.
도5는 본 발명에 따른 펄스 폭 변조된 증폭기의 일례에 대한 상세한 다이어그램을 도시한 도면이다.Figure 5 shows a detailed diagram of an example of a pulse width modulated amplifier according to the present invention.
도6은, 본 발명의 일실시예에 따라 전력 증폭기 출력신호의 크기 또는 진폭 요소에 대한 크기 피드백 경로를 포함하는 위상 증폭 경로를 구비한 전력 증폭기에 대한 블록 다이어그램이다.Figure 6 is a block diagram of a power amplifier with a phase amplification path that includes a magnitude feedback path for the magnitude or amplitude component of the power amplifier output signal in accordance with one embodiment of the present invention.
도7a 및 도7b는 본 발명의 일실시예에 따라, 전력 증폭기 출력신호의 위상 요소 및 크기 또는 진폭 요소 모두를 위한 피드백 경로들을 포함하는 위상 증폭 경로를 구비한 전력 증폭기의 실시예들을 도시한 블록 다이어그램이다.7A and 7B are block diagrams illustrating embodiments of a power amplifier having a phase amplification path including feedback paths for both phase and amplitude or amplitude components of the power amplifier output signal, in accordance with an embodiment of the invention. It is a diagram.
도8은 합산기 출력을 구비한 위상 증폭 스테이지에 관한 제 1 실시예를 도시한 도면으로, 도6, 도7a 및 도7b의 전력 증폭기들에 관련하여 사용될 수도 있다. FIG. 8 shows a first embodiment of a phase amplification stage with a summer output, which may be used in conjunction with the power amplifiers of FIGS. 6, 7A and 7B.
도9는 합산기 출력을 구비한 위상 증폭 스테이지에 관한 제 2 실시예를 도시한 도면으로, 도6, 도7a 및 도7b의 전력 증폭기들에 관련하여 사용될 수도 있다.FIG. 9 shows a second embodiment of a phase amplification stage with a summer output, which may be used in conjunction with the power amplifiers of FIGS. 6, 7A and 7B.
본 발명의 제 2 양상에 따르면, 효율적인 RF 전력 증폭기로서 사용될 수도 있는 효율적이고 매우 선형적인 전력 증폭기가 제공되는 바, 이는 포락선 제거 및 복원을 채용한 전통적인 RF 증폭기에 관한 블록 다이어그램인 도1과 관련되어 앞서 설명된 극성 변조 개념에 부분적으로 기초한다.According to a second aspect of the present invention, there is provided an efficient and very linear power amplifier that may be used as an efficient RF power amplifier, which is related to Figure 1, which is a block diagram of a traditional RF amplifier employing envelope cancellation and restoration. It is based in part on the polarity modulation concept described above.
본 발명의 제 2 양상에 따른 바람직한 실시예가 도2에 도시되어 있는 바, 도2에는 크기 증폭 경로(201)와 위상 증폭 경로(202)를 구비한 전력 증폭기(200)에 관한 간략화된 블록 다이어그램이 도시되어 있다. 크기 증폭 경로(201)는 포락선 검출기(204) 및 크기 증폭 스테이지(205)를 포함하며, 입력 신호(203)는 포락선 검출기(204)에 연결되어 있는 바, 상기 포락선 검출기는 입력 신호로부터 크기 요소를 추출하고 상기 크기 요소를 크기 증폭 스테이지(205)로 공급한다. 바람직한 실시예에서, 상기 크기 증폭 스테이지(205)는 D급 증폭기를 포함할 수도 있다.A preferred embodiment according to the second aspect of the invention is shown in FIG. 2, which shows a simplified block diagram of a
위상 증폭 경로(202)는 위상 증폭 스테이지(206)와 포락선 검출기(208)를 구비한 크기 피드백 경로(207)를 포함하며, 포락선 검출기(208)는 전력 증폭된 출력신호(210)의 크기 요소를 추출하여 상기 출력신호(210)의 크기 요소를 위상 증폭 스테이지(206)로 공급한다. 입력신호(203)는 위상 증폭 스테이지(206)로 공급되며, 여기서 입력신호(203)의 위상 요소가 추출된다. 위상 증폭 스테이지(206)는 입력신호(203)의 추출된 크기 요소(209)를 또한 입력으로 갖는다. 여기서, 입력신호(203)의 추출된 크기 요소(209)는 별개의 포락선 검출기에 의해 추출될 수도 있지만, 포락선 검출기(204)에 의해 추출되는 것이 바람직하다. 또한, 크기 증폭 스테이지(205)의 출력은, 위상 증폭 스테이지(206)의 전원 입력 단자(211)에 연결된다. 위상 증폭 스테이지(206)는 고 효율의 비-선형 위상 출력 스테이지를 포함할 수도 있는 바, 이는 C급 출력 스테이지, D급 출력 스테이지, E급 출력 스테이지의 형태 또는 F급 출력 스테이지의 형태일 수 있다. 바람직한 실시예에서는, 상기 위상 증폭 스테이지(206)는 E급 증폭기를 포함한다.The
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 입력 신호(203)는 RF 입력신호임을 유의해야 한다.According to a preferred embodiment of the present invention, it should be noted that the
도3에는 도2의 간략화된 블록도에 대응하는 본 발명에 따른 전력 증폭기의 일례에 대한 상세한 블록도가 도시되어 있다. 도3의 전력 증폭기(300)는, 도2에 도시된 크기 증폭 경로와 유사한 크기 증폭 경로(301)를 갖는 바, 포락선 검출기(304)와 크기 증폭 스테이지(305)를 포함하고 있으며, RF 신호인 입력신호(303)는 포락선 검출기(304)에 결합되어 있으며, 포락선 검출기(304)는 RF 입력신호의 크기 요소를 크기 증폭 스테이지(305)로 공급한다.3 shows a detailed block diagram of an example of a power amplifier according to the present invention corresponding to the simplified block diagram of FIG. The
전력 증폭기(300)는 또한, 위상 증폭 스테이지(306)와 전력 증폭된 RF 출력신호(310)의 크기 요소를 추출하는 포락선 검출기(308)를 구비한 크기 피드백 경로(307)를 포함하는 위상 증폭 경로(302)를 가지고 있다.The
크기 피드백 경로(307)는 또한, 포락선 검출기(308)의 출력의 진폭을 감소시키는 감쇠기(312)를 갖고 있다. 도3에서, 상기 감쇠기(312)는 포락선 검출기(308) 이후에 구성되어 있지만, 감쇠기(312)는 포락선 검출기(308) 전단에도 구성될 수도 있다. 위상 증폭 스테이지(306)는, RF 입력 신호(303)의 위상 요소를 생성하기 위한 제한기(313)를 포함하여 이루어진다. RF 입력신호를 제한(limiting) 즉, 클리핑(clipping)하여 크기 요소를 제거함으로써, 위상 요소가 입력신호(303)로부터 추출될 수도 있다. 제한기(313)의 출력은, RF 입력신호의 위상에 따라 변화하는 위상을 갖는 일정 포락선 신호이다. 또한, 상기 위상 증폭 스테이지(306)는 차이 감지기(314)를 포함하여 이루어진다. 차이 감지기(314)는 포락선 검출기(304)의 출력(309)을 입력신호로서 수신하며, RF 출력신호(310)의 감소된 크기 요소를 나타내는 감쇠기(312)의 출력을 입력신호로서 수신한다. 수신된 크기 요소 신호들 사이의 차이를 나타내는 차이 감지기(314)의 출력은, 수신된 크기 차이 신호를 위상 신호로 변환하는 진폭-위상 변환기(315)로 제공된다. 변환기(315)의 위상 출력은, 위상 편이기들(316, 317)로 공급되며, 위상 편이기들(316, 317)은 제한기(313)로부터 출력되는 RF 입력신호의 위상 요소를 입력으로서 더 수신한다. 위상 편이기(316)의 출력신호는 변환기(315)의 위상 출력에 의해 위상에서 편이되는 반면에, 위상 편이기(317)의 출력신호는 변환기(315)의 위상 출력의 역(inverse)에 의해 위상에서 편이된다.The
위상 증폭 스테이지(306)는 또한, 제 1 및 제 2 곱셈기/믹서(319, 320), 파워 믹서(321) 및 필터(322)를 구비한 비-선형 증폭기(318)를 더 포함하여 이루어진 다. 제 1 곱셈기(319)는 위상 편이기(316)로부터의 출력을 입력으로 갖으며, 곱셈기(319)의 파워 입력 단자는 크기 증폭 스테이지(305)의 출력으로부터 공급된다. 이와 유사하게, 제 2 곱셈기(320)는 위상 편이기(317)로부터의 출력을 입력으로 갖으며, 곱셈기(320)의 파워 입력 단자는 또한 크기 증폭 스테이지(305)의 출력으로부터 공급된다. 곱셈기들(319 및 320)의 출력들은 파워 믹서(321)에 의해 함께 합산되며, 믹서(321)의 출력은 필터(322)에 의해 필터링되며, 상기 필터(322)는 전력 증폭된 RF 출력신호(310)를 전달한다.Phase amplification stage 306 further comprises a
도4에는 도3에 도시된 전력 증폭기의 위상 증폭 스테이지(306)에 대응하는 본 발명에 따른 위상 증폭 스테이지(406)의 일례에 관한 상세한 도면이 도시되어 있다. 도4에서, RF 입력 신호는 제한기(413)로 공급되며, 제한기의 출력은 위상 편이기(416, 417)로 공급된다. 포락선 검출기(304)의 출력 및 감쇠기(312)의 출력은 차이 감지기(414)로 공급된다. 4 is a detailed diagram of an example of a
차이 감지기(414)는 도3의 변환기(315)에 대응하는 진폭-위상 변환기로 입력되는 2개의 출력(414a, 414b)을 갖는다. 도4에서, 상기 변환기는, RF 입력 신호의 구형파(square wave) 신호인 구형파 신호들 CP+ 및 CP- 를 입력으로 갖는 2개의 D형 플립 플롭(415a, 415b)를 포함하여 이루어진다. 플립 플롭(415a, 415b)의 출력들은, 차이 감지기(414)의 출력들(414a, 414b)을 스위칭하는 스위치(415d)를 차례로 제어하는 OR 게이트(415c)에 의해 함께 곱해지며, 이에 의해 감지된 진폭 차이에 상응하는 위상 차이 출력들이 얻어진다. 상기 스위칭된 차이 감지기 출력들은 필터(415e)로 공급되며, 필터링된 양성(positive) 위상 차이 출력은 위상 편이 기(416)로 공급되고, 필터링된 음성(negative) 위상 차이 출력은 위상 편이기(417)로 공급된다.The
위상 편이기(416)의 출력은 곱셈기(319)의 일부인 제한기(419a)로 공급되며, 제한기(419a)의 출력은 제 1 NMOS 트랜지스터(419b)의 게이트로 공급되는 바, 상기 제 1 NMOS 트랜지스터(419b)는 곱셈기(319)의 전력 부분(power part)을 형성하며, 상기 제 1 NMOS 트랜지스터(419b)의 소스는 접지되어 있고 드레인은 인덕터(421a)를 통해 크기 증폭 스테이지(305)의 출력에 전원입력으로 결합되어 있다. 이와 동일한 방식으로, 위상 편이기(417)의 출력은 곱셈기(320)의 일부인 제한기(420a)로 공급되며, 제한기(420a)의 출력은 제 2 NMOS 트랜지스터(420b)의 게이트로 공급되는 바, 상기 제 2 NMOS 트랜지스터(420b)는 곱셈기(320)의 전력 부분(power part)을 형성하며, 상기 제 2 NMOS 트랜지스터(420b)의 소스는 접지되어 있고 드레인은 인덕터(421a)를 통해 크기 증폭 스테이지(305)의 출력에 전원입력으로 결합되어 있다.The output of the
도3의 파워 믹서(321)에 대응하는 도4의 파워 믹서는, NMOS 트랜지스터들(419b, 420b)의 드레인을 인덕터(421a)에 함께 결합시킴으로써 얻어지며, 크기 증폭 스테이지(305)의 출력신호를 입력으로 갖는다. 인덕터(421a)는 변압기(transformer)의 일부를 형성하며, 변압기의 다른 일측에는 인덕터(422a)를 갖는 다. 변압기의 출력은 인덕터(422b)에 결합되어 있는 바, 인덕터(422b)는 도3의 필터(322)에 대응하는 필터의 일부분으로서, 상기 필터는 캐패시터(422c)를 또한 포함하고 있다. 상기 필터의 출력은 전력 증폭된 RF 출력신호(430) 이다.The power mixer of FIG. 4, corresponding to the
본 발명의 제 3 양상에 따르면 펄스 폭 변조된 증폭기가 제공되며, 이는 먼저 논의된 본 발명의 제 2 양상에 따른 전력 증폭기의 크기 증폭 스테이지에 대한 해결책을 제공할 수도 있다. 본 발명의 제 3 양상에 따른 펄스 폭 변조된 증폭기에 대한 일실시예가 도5에 도시되어 있다. 도5에서는, RF 입력신호의 크기 요소일 수도 있는 입력신호(501)가 차이 감지기 또는 증폭기(502)로 공급되며, 상기 차이 감지기(502)는 피드백 신호(503)를 제 2 입력으로 갖는다. 차이 감지기(502)는 저역 통과 필터 회로(504)에 의해 필터링되는 2개의 출력들을 갖으며, 상기 2개의 필터링된 차이 출력들은 제 1 위상 편이기(505) 및 제 2 위상 편이기(506)에 대한 제어 입력으로 사용되며, 상기 제 1 및 제 2 위상 편이기는 PWM 변조기(507)의 일부분이다.According to a third aspect of the invention there is provided a pulse width modulated amplifier, which may provide a solution to the magnitude amplification stage of a power amplifier according to the second aspect of the invention discussed above. An embodiment of a pulse width modulated amplifier according to a third aspect of the present invention is shown in FIG. In Figure 5, an
PWM 변조기(507) 또는 생성기는, 제 1 위상 편이기(505)의 출력이 제 2 위상 편이기(506)의 입력으로 제공되도록 직렬로 배열된 위상 편이기들(505, 506)을 가지며, 제 2 위상 편이기(506)의 출력은 반전 증폭기(508)의 입력으로 제공되며, 인버터(508)의 출력은 제 1 위상 편이기(505)의 입력으로 제공된다. 따라서, 상기 위상 편이기들(505, 506)에 의해 제공되는 위상 편이는 차이 감지기(502)의 출력들에 의해 제어된다. 제 1 위상 편이기(505)의 출력인 R1과 제 2 위상 편이기(506)의 출력인 R2는 곱셈회로 또는 배타적 논리합 기능(509)에 의해 함께 곱해지며, PWM 변조기의 출력인 P1을 생성한다. The PWM modulator 507 or generator has
PWM 변조기의 출력인 P1은 파워 스위치 회로(510)에 대한 제어 입력으로 사용된다. 파워 스위치 회로(510)는 CMOS 기술을 이용하여 구현될 수 있으며, 도5에 도시된 파워 스위치 회로(510)는 소스가 양의 공급전원에 연결된 PMOS 트랜지스터(511)와 소스가 접지된 NMOS 트랜지스터(512)를 포함하여 이루어진다. 트랜지스터들(511, 512)의 게이트들은 출력 P1에 의해 제어된다. PMOS 트랜지스터(511)의 드레인인 DP 단자에서 파워 스위치 회로(510)의 제 1 출력이 제공되며, NMOS 트랜지스터(512)의 드레인인 DN 단자에서 파워 스위치 회로(510)의 제 2 출력이 제공된다. PMOS 트랜지스터(511)가 ON 상태일 때, NMOS 트랜지스터(512)는 OFF 상태이며 DP 단자에서의 출력은 공급전원에 의해 풀-업된다. 그리고, NMOS 트랜지스터(512)가 ON 상태일 때, PMOS 트랜지스터(511)는 OFF 상태이며 DN 단자에서의 출력은 그라운드로 풀-다운된다. DP 및 DN 단자에서의 파워 스위치 출력들은 합산기 회로(513)에 의해 함께 합산되며, 합산기 회로의 출력은 감쇠기(514)로 공급된다. 감쇠기의 출력은 피드백 신호(503)를 제공하며 이는 차이 감지기(502)로 전달된다.P1, the output of the PWM modulator, is used as a control input to the
도5에 도시된 PWM 변조된 증폭기에 대한 일실시예에 있어서, 파워 스위치 회로(510)의 DP 및 DN 단자에서의 출력들은 또한, 저역 통과 필터(515)에 결합되며, 이는 증폭기의 필터링된 출력(519)을 얻기 위함이다. 여기서, 필터(515)는 그 제 1 단자는 DP 단자에 연결된 제 1 인덕터(516)와 그 제 1 단자는 DN 단자에 연결된 제 2 인덕터(517)를 포함하여 이루어진다. 인덕터들(516, 517)의 제 2 단자는 출력 캐패시터(518)의 출력 단자에 함께 연결되어 있다. In one embodiment for the PWM modulated amplifier shown in FIG. 5, the outputs at the DP and DN terminals of the
도6은 본 발명의 제 1 양상에 따른 전력 증폭기에 대한 블록 다이어그램으로, 전력 증폭기 출력신호의 크기 또는 진폭 요소에 대한 크기 피드백 경로를 포함하는 위상 증폭 경로를 갖는 전력 증폭기가 도시되어 있다.6 is a block diagram of a power amplifier according to a first aspect of the present invention, in which a power amplifier having a phase amplification path including magnitude feedback paths for magnitude or amplitude components of the power amplifier output signal is shown.
도6의 블록 다이어그램에 도시된 구조는 간섭성 진폭 선형화 피드백(coherent amplitude linearisation feedback)으로 호칭될 수도 있다. 도6에서, RF 입력 신호일 수도 있는 입력신호 Si(t)는 본 발명의 제 1 양상에 따른 원리를 사용하여 AvSi(t)로 증폭된다.The structure shown in the block diagram of FIG. 6 may be referred to as coherent amplitude linearization feedback. In Fig. 6, the input signal S i (t), which may be an RF input signal, is amplified to A v S i (t) using the principle according to the first aspect of the invention.
입력신호의 위상은, 제한기 블록 Ai를 사용하여 신호 Si(t)를 제한함으로써 추출된다. The phase of the input signal is extracted by limiting the signal Si (t) using the limiter block A i .
식(2) 에서, x> 0 이면 ∏(x) = 1, 다른 모든 x 값에 대해서 ∏(x) = -1.In equation (2), if x> 0, then ∏ (x) = 1, ∏ (x) = -1 for all other x values.
2개의 위상 편이기들 PF+ 및 PF- 의 사용에 의해 신호의 위상이 편이된다.The phase of the signal is shifted by the use of two phase shifters P F + and P F− .
식(3)에서, φc = φK Ac(t) 이다.In equation (3), φ c = φ K A c (t).
신호들 PP+ 및 PP- 는 제한 블록들 LF+ 및 LF- 를 각각 통해서 증폭기 블록 AF+ 및 AF- 에 공급되며, 증폭된 신호 PF+ 및 PF- 는 합산기 블록 SF 에서 함께 더해지거나 또는 합산되어 신호 SF(t)를 제공한다. 상기 신호 SF(t)는 필터를 통해 공급되어 출력 신호인 SO(t)를 제공한다. 상기 신호 SO(t)는 SF(t)의 기본적인 고조파(harmonic)로 주어질 수도 있으며, 다음과 같이 표현될 수 있다.Signals P P + and P P- are fed to amplifier blocks A F + and A F- via limiting blocks L F + and L F- , respectively, and the amplified signals P F + and P F- are joined together in summer block S F. Is added or summed to provide a signal S F (t). The signal S F (t) is supplied through a filter to provide an output signal S O (t). The signal S O (t) may be given as a fundamental harmonic of S F (t), and may be expressed as follows.
식(4)로부터, 출력신호인 SO(t)는 신호 AC(t)를 통해 제어될 수 있음을 알 수 있다. 여기서 신호 AC(t)는 차이 감지기의 출력으로, 차이 감지기는 입력신호 Si(t)의 크기 요소인 Ao(t)와 출력신호의 크기 요소인 AF(t)를 입력으로 갖는다. 입력신호 Si(t)의 크기 요소인 Ao(t)는 믹서 블럭 Mi 에 의해 생성될 수 있으며, 출력신호의 크기 요소인 AF(t)는 믹서 블럭 Mfb, 제한기 Afb, 및 감쇠기 블럭을 사용하여 얻어질 수 있다. 감쇠기 블럭으로의 피드백 입력은 필터링 되지 않은 출력신호 SF(t)이거나 또는 필터링된 출력신호 SO(t)일 수도 있다. 도6을 참조하면, 크기 피드백 경로는 감쇠기 블럭, 제한기 Afb 및 믹서 블럭 Mfb 을 포함하는 바, 따라서 필터링되지 않은 출력신호인 SF(t)로부터 차이 감지기로의 피드백 경로를 제공하고 있으며, 차이 감지기는 위상 편이기들(PF+, PF-)로 신호 AC(t)를 공급한다. 도6에서, 제한기 Afb 및 믹서 블럭 Mfb 은 포락선 검출기 기능을 수행하는 것으로 고려될 수 있다.From equation (4), it can be seen that the output signal S O (t) can be controlled via the signal A C (t). Here, the signal A C (t) is an output of the difference detector, and the difference detector has A o (t), which is a magnitude factor of the input signal S i (t), and A F (t), which is a magnitude factor of the output signal. The magnitude component A o (t) of the input signal S i (t) can be generated by the mixer block M i , and the magnitude factor A F (t) of the output signal is the mixer block M fb , the limiter A fb , And attenuator blocks. The feedback input to the attenuator block may be an unfiltered output signal S F (t) or a filtered output signal S O (t). Referring to Figure 6, the magnitude feedback path includes an attenuator block, a limiter A fb and a mixer block M fb , thus providing a feedback path from the unfiltered output signal S F (t) to the difference detector. The difference detector supplies the signal A C (t) with phase shifters (P F + , P F− ). In Fig. 6, the limiter A fb and the mixer block M fb can be considered to perform the envelope detector function.
만일, 신호들 PP+, PP- 에서의 위상 편이가 정확하게 반대가 아니라면, 차이 감지기로 출력신호의 크기 요소를 전달하는 크기 피드백 경로는 출력에서 처프(chirp)(위상-오차)를 일으킬 수도 있다. 이는 위상 피드백을 부가함으로써 보정될 수 있다. 이러한 것이 도7a에 도시되어 있으며, 도7a에는 전력 증폭기 출력신호의 위상 요소 및 크기 요소(또는 진폭 요소) 둘 다에 대한 피드백 경로를 포함하는 위상 증폭 경로를 구비한 본 발명에 따른 전력 증폭기가 도시되어 있다.If the phase shifts in signals P P + and P P- are not exactly opposite, a magnitude feedback path that delivers the magnitude component of the output signal to the difference detector may cause chirp (phase-error) at the output. . This can be corrected by adding phase feedback. This is illustrated in FIG. 7A, which shows a power amplifier in accordance with the present invention having a phase amplification path comprising a feedback path for both phase and magnitude (or amplitude) elements of the power amplifier output signal. It is.
도7a에서 크기 피드백 경로는 도6과 동일하다. 하지만, 상기 크기 피드백 경로와 감쇠기 블럭 및 제한기 Afb를 공유하는 위상 피드백 경로가 제공되고 있으며, 위상 피드백 경로의 출력은 제한기 Afb의 출력신호인 PFp(t) 이다. 여기서, 신호 PFp(t)는 필터링 되지않은 출력신호인 SF(t)로부터 추출된 위상신호를 나타낸다. 신호 PFp(t)는 믹서 블럭(또는 위상 판별기)(MO)로 공급되며, 믹서 블럭(MO)은 제한기 Afb로부터의 출력신호인 PP(t)를 입력으로 더 갖는 바, 여기서 신호 PP(t)는 입력신호 Si(t)로부터 추출된 위상신호를 나타낸다. 위상 판별기 블럭(MO) 의 출력은 위상 편이기 블럭 PO로 공급되며, 위상 편이기 블럭 PO은 제한기 Ai로부터의 출력신호인 PP(t)를 입력으로 더 갖는다. 위상 편이기 블럭 PO의 위상 편이된 출력신호는 위상 편이기들(PF+, PF-)의 입력신호로 사용된다. In FIG. 7A the magnitude feedback path is the same as in FIG. However, a phase feedback path sharing the magnitude feedback path, the attenuator block and the limiter A fb is provided, and the output of the phase feedback path is P Fp (t) which is the output signal of the limiter A fb . Here, the signal P Fp (t) represents a phase signal extracted from S F (t) which is an unfiltered output signal. Signal P Fp (t), the mixer block (or phase discriminator) is supplied to the (M O), the mixer block (M O) is a restrictor bar further has as input the output signal of P P (t) from A fb Here, the signal P P (t) represents a phase signal extracted from the input signal S i (t). The output of the phase discriminator block (M O) is supplied to the phase section is block P O, P O is the phase side is block limiter further has as input a P P (t) the output signal from the A i. The phase shifted output signal of the phase shifter block P O is used as an input signal of the phase shifters P F + , P F− .
도7a의 블록 다이어그램에 도시된 구조는, 간섭성 진폭 및 위상 선형화 피드백(coherent amplitude and phase linearisation feedback)으로 호칭될 수도 있다.The structure shown in the block diagram of FIG. 7A may be referred to as coherent amplitude and phase linearization feedback.
도6 또는 도7a에 도시된 도면에 대응하는 회로를 사용함으로써, 크기 증폭 파트의 일부분인 크기(또는 진폭) 증폭기는 생략될 수도 있다.By using a circuit corresponding to the diagram shown in Fig. 6 or 7A, the magnitude (or amplitude) amplifier which is part of the magnitude amplification part may be omitted.
도7a에 도시된 구조는, 위상 편이기 블럭 PO 앞에 믹서 블럭 Mup을 삽입함으로써 헤테로다인 업 컨버터(heterodyne up converter)로 변환될 수도 있다. 이러한 헤테로다인 시스템이 도7b에 도시되어 있다. 믹서 Mup 로 입력되는 입력신호 PP(t)는 국부 발진기 신호인 L(t)를 통해 신호 Pup(t) 로 업 컨버터되어 위상 편이기 PO로 입력된다. 여기서, 신호 L(t)는 국부 발진기 블럭 LO에 의해 생성된다. 도7b에서는, 도7a에서 사용되었던 PP(t) 대신에, 업 컨버터된 출력신호인 Pup(t)가 위상 판별기 블럭인 MO 로 공급된다는 점을 유의해야 한다.The structure shown in FIG. 7A may be converted to a heterodyne up converter by inserting the mixer block M up before the phase shifter block P O. Such a heterodyne system is shown in Figure 7b. The input signal P P (t) input to the mixer M up is up-converted to the signal P up (t) via the local oscillator signal L (t) and input to the phase shifter P O. Here, signal L (t) is generated by local oscillator block LO. In Figure 7b, it is in place of P P (t) that were used in Figure 7a, the up up P (t) the output signal converter should be noted that the supply to the M O phase discriminator block.
도6, 도7a 및 도7b에서, 이름이 M(Mi, MO, Mfb, Mup)으로 표기되는 블럭들은 2개의 입력신호들을 곱하는 곱셈기임이 이해되어야 한다. M 블럭은 또한 믹서로 호칭될 수도 있다. P 로 표기되는 블럭들(PP, PF+, PF-) 은 위상 편이기들이다. P 블럭의 출력신호는 제 1 입력신호가 위상 편이된 신호이다. P 블럭의 제 2 입력신호는 출력에서 위상 편이되는 정도를 제어한다. S 로 호칭되는 블럭들(SF, SA)은 합산기 또는 감산기 블럭들이다. S 블럭의 출력신호는 합한 값 또는 입력 신호들의 차이로 주어진다.6, 7A and 7B, it should be understood that the blocks whose names are denoted M (M i , M O , M fb , M up ) are multipliers that multiply two input signals. The M block may also be called a mixer. The blocks P P , P F + , P F- denoted P are phase shifters. The output signal of the P block is a signal in which the first input signal is phase shifted. The second input signal of the P block controls the degree of phase shift at the output. The blocks S F , S A , called S, are adder or subtractor blocks. The output signal of the S block is given by the sum or difference of the input signals.
도6, 도7a 및 도7b에 도시된 도면에서, 신호들 (PP+, PP-)에 의해 제어되는 증폭기들(AF+, AF-)은 출력 신호들 PF+, PF- 을 합산기 유닛 SF으로 전달하며, 합산기 유닛 SF은 신호 SF(t)를 출력필터로 전달한다. 출력필터는 그 출력을 부하 ZL에 전달한다. 제한기 블럭들 LF+, LF- 로부터의 신호들은 증폭기들 AF+, AF- 을 제어하며, 상기 증폭기들(AF+, AF-)은 F급 증폭기들일 수도 있다.6, 7A and 7B, the amplifiers A F + and A F- controlled by signals P P + and P P- sum the output signals P F + and P F- . group, and transmitted to the unit S F, S F summer unit delivers the signal S F (t) to the output filter. The output filter delivers its output to the load Z L. The limiter blocks L F +, F- are the signals from the L and controls the A F +, F- A amplifier, the amplifier (A F +, F- A) may accept F class amplifier.
도8 및 도9에는, 도6, 도7a 및 도7b의 증폭기들(AF+, AF-) 및 합산기(SF)의 기능들을 제공하기 위해 사용될 수도 있는, 합산기 출력을 갖는 위상 증폭 스테이지에 대한 실시예들이 도시되어 있다. 다음에서 설명될 도8 및 도9에 대한 설명으로부터 알 수 있는 바와같이, 제한기 블럭들 LF+, LF- 로부터의 신호들은 닫힘 및 열림의 2가지 상태들 사이에서 스위칭하는 특성을 갖는 2개의 스위칭 디바이스들을 제어할 수도 있다. 도8 및 도9의 위상 증폭 스테이지들은 고 효율 증폭 구조에 기반하고 있다. 이러한 구조들은 고효율을 획득할 수도 있는데, 이는 이들이 고정된 파워 출력 레벨만을 전달하기 때문이다.8 and 9, phase amplification with a summer output, which may be used to provide the functions of the amplifiers A F + , A F− and summer S F of FIGS. 6, 7A, and 7B. Embodiments for the stage are shown. As can be seen from the description of Figures 8 and 9, which will be described below, the signals from the limiter blocks L F + , L F- have two characteristics that switch between two states of closed and open. It may control the switching devices. The phase amplification stages of Figures 8 and 9 are based on a high efficiency amplification scheme. These structures may achieve high efficiency because they deliver only a fixed power output level.
도8에 도시된 합산기를 구비한 위상 증폭 스테이지에 대한 일실시예에서, 출력신호 합산 및 소거는 정현파 신호들(sinusoidal signals)에 대해 수행됨이 바람직하며, 예를 들면, In one embodiment for the phase amplification stage with a summer shown in Figure 8, the summation and cancellation of the output signal is preferably performed on sinusoidal signals, for example,
여기서, S(out)은 출력 신호이며, S1 및 S2 는 각각의 F급 증폭기로부터 전달되는 신호들이다.Here, S (out) is an output signal, and S1 and S2 are signals transmitted from each class F amplifier.
식(5)에서 2개의 사인파들은 더해져서 위상 φc 와 관련되는 진폭을 갖는 하나의 사인파를 형성할 수도 있음을 알 수 있다. 도8의 실시예들은 F급 증폭기에 기초한 해결책이다. 당업계에서 다년간 알려져 있는 바와같이, 상기 F급 증폭기는, 반송 주파수 fc(또는 반송 주파수의 1st 고조파라고도 호칭됨)에서 정합되거나(matched) 또는 적어도 실질적인 임피던스가 나타나도록 요구함으로써 동작한다. 짝수 고조파들(even harmonics) 예를 들면, 2·fc, 4·fc, 6·fc 등등 은 낮은 임피던스 또는 단락된 것에 실질적으로 유사한 임피던스를 나타내어야 하며, 반면에 홀수 고조파들 예를 들면, 3·fc, 5·fc, 7·fc 등등 은 높은 임피던스 또는 개방회로에 실질적으로 유사한 임피던스를 나타내어야 한다. 이러한 조건들이 만족된다면, 기본적인 F급 증폭기는 정현파 출력 전압을 전달할 것이다.It can be seen that in equation (5) two sine waves may be added to form one sine wave with an amplitude related to phase φ c. 8 are solutions based on class F amplifiers. As has been known for many years in the art, the class F amplifier operates by matching at least the carrier frequency fc (or also referred to as 1 st harmonic of the carrier frequency) or requiring at least a substantial impedance to appear. Even harmonics, for example 2 · fc, 4 · fc, 6 · fc, etc., should exhibit a low impedance or a substantially similar impedance to shorted, while odd harmonics, for example 3 · fc, 5 · fc, 7 · fc, etc. shall exhibit a high impedance or substantially similar impedance to an open circuit. If these conditions are met, the basic Class-F amplifier will deliver a sinusoidal output voltage.
도8의 시스템은 "하모닉 쇼트 스터브 시스템(harmonic short stub system)"이라고 알려진 스터브 시스템(stub system)을 포함하여 이루어진다. "하모닉 스터브 시스템"의 각각의 1/4 파는, 구조적 노드(schematic node)인 '신호 합산 노드' 에서 바라본 경우 쇼트(short) 또는 실질적으로 낮은 임피던스를 나타낸다. 1st 고조파(상기 반송 주파수)에서,The system of Figure 8 comprises a stub system known as a "harmonic short stub system". Each quarter wave of the "harmonic stub system" exhibits a short or substantially low impedance when viewed from a 'summing signal node' which is a structural node. At 1st harmonic (the carrier frequency),
도8의 Z(stubsystem) 라고 표기된 방향으로 바라본 '신호 합산 노드'에서, 상기 부하()는 복소 임피던스 R + jX 를 나타내며, 여기서 R은 양수이고, X는 -∞ 에서 +∞ 사이이며, 바람직하게는 X=0 이다.In the 'signal summing node' viewed in the direction indicated by Z (stubsystem) in FIG. 8, the load () represents complex impedance R + jX, where R is positive and X is between -∞ and + ∞, preferably Is X = 0.
각각의 스위칭 디바이스들로부터 바라보았을 때, 각각의 스위칭 디바이스는 짝수 고조파들 즉, 2·fc, 4·fc, 6·fc 등등에서는 단락된 것으로 나타날 것이며, 반면에 홀수 고조파들 즉, 3·fc, 5·fc, 7·fc 등등에서는 개방된 부하들(고 임피던스)로서 나타날 것임을 해당 기술분야의 당업자는 인식할 수 있을 것이다. 도8의 805 및 806을 참조하면 RF 쵸크(choke) 대신에, 람다(lamda)/4 길이 전송 라인을 사용하는 때에, 만일 전력 공급 디바이스(power giving device)가 문제가 되는 주파수들에서 실질적으로 낮은 임피던스를 갖는다면, 상기 짝수 고조파들은 이러한 스트립들(strip)을 통해 단락될 것이다. 이러한 케이스에서, '하모닉 쇼트 스터브-시스템' 내의 짝수 고조파 스트립 라인들은 사용되지 않을 수도 있다(can be spared). fc 이상인 모든 고조파들을 '신호 합산 노드' 에서 단락시킴으로써, 이러한 고조파들에서 하나의 스위칭 디바이스로부터 보여지는 임피던스는 R(부하)의 값 뿐만 아니라, 다른 스위칭 디바이스의 동작에도 영향을 미치지 않는다. 제 1 고조파 사인파 신호들은 상기에서 논의된 공식에 따라 첫번째 고조파에서 합산되어, 위상 φc 에 의해 진폭이 주어지는 사인파 신호를 생성한다. When viewed from the respective switching devices, each switching device will appear short-circuited at even harmonics, 2 · fc, 4 · fc, 6 · fc, etc., while odd harmonics, 3 · fc, It will be appreciated by those skilled in the art that 5 fc, 7 fc and the like will appear as open loads (high impedance). Referring to 805 and 806 of FIG. 8, when using a lambda / 4 length transmission line instead of an RF choke, if a power giving device is substantially low at the frequencies at issue If it has an impedance, the even harmonics will be shorted through these strips. In such a case, even harmonic strip lines in the 'harmonic short stub-system' may not be spared. By shorting all harmonics above fc at the 'signal summing node', the impedance seen from one switching device in these harmonics does not affect the value of R (load) as well as the operation of the other switching device. The first harmonic sinusoidal signals are summed at the first harmonic according to the formula discussed above, producing a sinusoidal signal whose amplitude is given by the phase φ c.
도8에서, 참조번호 801과 802에 해당하는 디바이스는 전력 공급기들이다. 이들은 일정할 수도 있으며(즉, 고정된 전압을 제공) 또는 가변적일 수도 있다. 이들 전력 공급기들은 개방-루프 배열에 연결될 수도 있으며, 또는 이들의 가변 전압이 출력 전력에 의존하는 경우에는 폐쇄-루프(피드백)에 연결될 수도 있다. 이들의 전 압이 변화하는 구성에서, 전압의 변화는 전력 레벨에서의 조정에 적응하도록 느릴 수도 있으며, 출력 신호에서 진폭 변조를 생성하도록 빠를 수도 있다. 후자의 케이스에서, 전압 레벨은 위상 증폭기에 의해 주어지는 것처럼 결과적인 출력 전압에 의존하거나 의존하지 않을 수도 있다.In Fig. 8, the devices corresponding to 801 and 802 are power supplies. They may be constant (ie provide a fixed voltage) or may be variable. These power supplies may be connected to an open-loop arrangement, or may be connected to a closed-loop (feedback) if their variable voltage depends on the output power. In configurations where their voltage changes, the change in voltage may be slow to adapt to the adjustment in power level and may be fast to produce amplitude modulation in the output signal. In the latter case, the voltage level may or may not depend on the resulting output voltage as given by the phase amplifier.
참조번호 803 및 804에 해당하는 디바이스들은 2개의 상태들 사이에서 빠른 스위칭이 가능한 스위칭 디바이스들이며, 하나의 상태는 디바이스가 단락된 상태이며, 다른 하나의 상태는 디바이스가 개방된 즉, 도통되지 않은 상태이다.이러한 디바이스들은 MOSFET 트랜지스터들이 될 수 있으며, 또는 바이폴라, LDMOS/VDMOS, HBT, GaAs, 라디오-튜브(radio-tube), 또는 실질적인 단락 임피던스와 개방 임피던스 사이에서 빠르게 변화할 수 있는 임의의 종류의 스위칭 디바이스들 일 수 있다.이들은 도6, 도7a 및 도7b에 도시된 제한기 블럭들(LF+, LF-)로부터 오는 제어신호에 의해 온 상태와 오프 상태 사이에서 스위치된다.Devices corresponding to reference
참조번호 805 및 806에 해당하는 디바이스들은 RF 블로킹(blocking) 디바이스(예를 들면 초크 코일)일 수 있지만, 전송되는 주파수에서 찾을 수 있는 파장의 1/4 의 길이를 갖는 전송 라인(transmission line)일 수 있다. 알려진 바와같이, 전송 라인들은 전송라인이 사용하는 주파수의 파장에 근접한 길이들을 갖는 도전성 물질의 라인들이다. 전송라인내에서 신호의 파장은 '람다(lamda)' 라고 표시된다.Devices corresponding to reference
소정 주파수에서 람다/4 의 길이를 갖는 전송 라인은, 그 끝단에 부하가 연결되지 않은 상태인(개방회로(open circuited) 상태)에서는, 전송라인의 다른쪽 끝 단에서 바라본 경우에는 실질적으로 단락된 상태이다. 이와 유사하게, 한쪽 끝단이 단락된 상태는 다른쪽 끝단에서 바라보았을 때 실질적으로 개방회로 부하(open-circuited load) 상태로 보여질 것이다. 파장 및 주파수의 관계는 다음과 같다.A transmission line with a length of lambda / 4 at a given frequency is substantially short-circuited when viewed from the other end of the transmission line, with no load connected at its end (open circuited). It is a state. Similarly, the shorted state of one end will be seen as a substantially open-circuited load when viewed from the other end. The relationship between the wavelength and the frequency is as follows.
2번째 고조파는 첫번째 고조파 사이즈의 절반에 해당하는 사이즈를 가질 것이며, 3번째 고조파는 첫번째 고조파 사이즈의 1/3 에 해당하는 사이즈를 가질 것이며, 이와 유사한 관계가 4번째 고조파, 5번째 고조파 등등에 적용된다. 따라서, 전송라인은 서로 다른 주파수들에서 바라보았을 때 가변하는 길이를 갖는다.The second harmonic will have half the size of the first harmonic size, the third harmonic will have one third the size of the first harmonic size, and a similar relationship applies to the fourth harmonic, fifth harmonic, etc. do. Thus, the transmission line has a variable length when viewed at different frequencies.
전송라인(805 및 806)으로 돌아가서, 이러한 실시예에서 모든 주파수들 N*f(transmit)(N은 양의 정수)에서 전력 공급 디바이스들(801, 802)을 단락시키게 되면, 전송라인의 성질때문에 전력 공급 디바이스에서의 단락회로는 제 1 고조파에서는 개방된 것으로 보여질 것이며, 여기서 전송라인의 길이 l(trans)= 람다/4, 2번째 고조파에서는 단락회로로 보여질 것이며, 여기서 전송라인의 길이는 l(trans)= 2 * 람다/4, 3번째 고조파에서는 개방회로로 보여질 것이며, 여기서 전송라인의 길이는 3 * 람다/4 이다. 이하, 4번째, 5번째 고조파 등등에서도 유사하다.Returning to the
전송라인들의 집합(811)은, 주파수 2*f(transmit), 3*f(transmit), 4*f(transmit), 5*f(transmit) 등등에서 실질적으로 개방회로로 나타나도록, 개별적으로 조절될 수도 있다. 얼마나 많은 전송라인들을 811에 부가할 것인가를 선택 하는 것은 실시예에 달린 것이지만, 소정의 주파수, N*f(transmit)에 도달할때, 보다 더 높은 주파수들에 조정된 추가적인 전송라인들을 부가하는 것은 성과를 거두지 못한다.The set of
이러한 실시예에서, 전송라인(810)은, 도8에 도시된 방향으로 바라보았을 때 첫번째 고조파에서 임피던스 Z(stubsystem)를 만드는 길이를 갖는 것이 바람직한 바, 여기서 Z(stubsystem) = R(load) + j*0 , 즉 실수 임피던스로 나타난다.In this embodiment, the
반복하면, Z(stubsystem)로 보여지는 임피던스는 : Repeatedly, the impedance seen by Z (stubsystem) is:
전송라인들(807, 808)은 임피던스 Z(stubsystem)를 일련의 교변하는 단락-개방-단락-개방 임피던스로 변환시키며, 따라서 스위칭 디바이스들(803, 804) 각각은 개별적으로 이러한 임피던스들을 보게된다.The
- 이러한 교번을 Nth 고조파까지 계속한다.-Continue this alternation to the N th harmonic.
이러한 임피던스 요구사항들을 충분히 만족시키는 것은 F급 증폭기를 구체화하는 것이다. 만일, 전송라인들(805, 806)이 RF 쵸크가 아닌 진정한 전송라인들이 면, 전송라인 시스템(811)은 짝수 번호의 전송라인들 2, 4, 6 등등을 요구하지 않는데, 전송라인들(805, 806)은 이미 짝수 고조파 임피던스에서 단락회로이기 때문이다.Fully satisfying these impedance requirements is the specification of a Class F amplifier. If the
'신호 합산 노드' (809)라고 불리우는 노드에서, 각각의 스위칭 디바이스로부터 전달되는 첫번째 고조파들이 합산된다. Z(stubsystem)가 첫번째 이상인 모든 고조파들에서 단락되었기 때문에, 스위칭 디바이스들(803, 804)은 이러한 주파수들에서 서로의 동작에 대해 영향을 줄 수 없다. 첫번째 고조파에서 스위칭 디바이스(803)은 R(부하)(813) 및 스위칭 디바이스(804)로 구성된 임피던스를 볼 것이다. 스위칭 디바이스(804)는 R(부하)(813) 및 스위칭 디바이스(803)로 구성된 임피던스를 볼 것이다. 각각의 브랜치로부터의 싸인파 신호는 '신호 합산 노드'에서 함께 합산될 것이다.At a node called a 'signal summing node' 809, the first harmonics delivered from each switching device are summed. Since Z (stubsystem) is shorted at all harmonics above the first, switching
전력 공급 디바이스(801, 802)로부터 부하(813)로 흐르는 DC 전력을 피하기 위해, DC 차단 캐패시터(812)가 증폭기와 부하 사이에 위치한다. 부하(813)는, 임의의 사이즈일 수 있으며, 더 작은(absmaller) 저항은 더 큰 파워가 전달되도록 야기할 것이다.In order to avoid DC power flowing from the
도8의 회로를 요약하면, 스위칭 디바이스들(803, 804)은 '신호 합산 노드'인 노드(809)에서 합산되는 싸인파들을 생성한다. 결론적인 신호는, 디바이스들(803, 804)을 제어하는 스위칭 신호들 사이의 위상 차이를 가변함으로써 조절가능한 진폭을 갖는 싸인파이다. 부하(813)는 상기 신호로부터 이익을 얻는다.Summarizing the circuit of FIG. 8, the switching
도9에 도시된 합산기를 구비한 위상 증폭 스테이지에 대한 2번째 실시예에 서, 합산되는 상기 정현파들은 E급 증폭기들로부터 생성된다. 증폭기는 최대 효율로 조정되는 것이 바람직하다.In a second embodiment of the phase amplification stage with a summer shown in Fig. 9, the sine waves to be summed are generated from the class E amplifiers. The amplifier is preferably adjusted to maximum efficiency.
2개의 E급 증폭기들(912, 913)의 정현파 출력신호는 식(5)의 공식에 도시된 방법에 의해 이들 출력들을 결합함으로써 합산되는 바:The sinusoidal output signals of the two
여기서, S(out)은 출력신호이고, S1, S2는 각각의 E급 증폭기들로부터 전달되는 신호들이다.Here, S (out) is an output signal, and S1 and S2 are signals transmitted from respective class E amplifiers.
이미 언급된 바와같이, 2개의 사인파들은 합산되어 위상 φc 와 관련되는 진폭을 갖는 하나의 사인파를 형성함을 쉽게 알 수 있다.As already mentioned, it can be easily seen that the two sine waves add up to form one sine wave with an amplitude related to the phase φ c.
도9의 회로에서, 기본적인 E급 증폭기는 스위칭 디바이스(903, 904)에 연결된 공진기(905, 906)를 포함하여 이루어진다. 스위칭 디바이스(903, 904)는 2개의 상태들 사이에서 빠른 스위칭이 가능한 디바이스들이며, 여기서 하나의 상태는 디바이스가 단락된 상태를 의미하며, 다른 하나 상태는 디바이스가 개방된 상태, 즉 도통되지 않는 상태를 의미한다. 이러한 디바이스들은 MOSFET 트랜지스터들이 될 수 있으며, 또는 바이폴라, LDMOS/VDMOS, HBT, GaAs, 라디오-튜브(radio-tube), 또는 실질적인 단락 임피던스와 개방 임피던스 사이에서 빠르게 변화할 수 있는 임의의 종류의 스위칭 디바이스들 일 수 있다. 이들 스위칭 디바이스들은 도6, 도7a 및 도7b에 도시된 제한기 블럭들(LF+, LF-)로부터 오는 제어신호에 의해 온 상태와 오프 상태 사이에서 스위치된다.In the circuit of Figure 9, a basic Class E amplifier comprises
공진기 시스템은, 전송되는 신호의 반송 주파수인 f(carrier) 부근에서 공진하도록 조정되는 것이 바람직하다. 상기 공진기는 이러한 주파수에서 무한한(infinite) 임피던스를 나타내기 때문에, 이러한 주파수에서 스위치되었을 때, 스위칭 디바이스(903)는 공진기(905)의 양단에서 매우 큰 정현파 유사한(sinusoidal-like) 전압 스윙을 생성할 것이다. 이와 비슷한 현상이 스위칭 디바이스(904) 및 관련된 공진기(906)에서도 발생한다.The resonator system is preferably adjusted to resonate near f (carrier), which is the carrier frequency of the transmitted signal. Since the resonator exhibits infinite impedance at this frequency, when switched at this frequency, the
전력 공급 디바이스들(901, 902)는 본질적으로 전력 공급기들(power suppliers)이다. 이들은 일정한(constant) 전력 공급기들(즉, 고정된 전압을 제공하는) 일 수도 있으며 또는 가변적인 전력 공급기들일 수도 있다. 이들 전력 공급기들은 개방-루프 배열에 연결될 수도 있으며, 또는 이들의 가변 전압이 출력 전력에 의존하는 경우에는 폐쇄-루프(피드백)에 연결될 수도 있다. 이들의 전압이 변화하는 구성에서, 전압의 변화는 전력 레벨에서의 조정에 적응하도록 느릴 수도 있으며, 출력 신호에서 진폭 변조를 생성하도록 빠를 수도 있다. 후자의 케이스에서, 전압 레벨은 위상 증폭기에 의해 주어지는 것처럼 결과적인 출력 전압에 의존하거나 의존하지 않을 수도 있다. 이러한 전력 공급 디바이스들는, 반송 주파수 주위 및 그 이상의 주파수들에서는 실질적으로 낮은 임피던스를 나타낸다.The
대역 통과 필터들(907, 908)은, 변조된 반송 주파수인 f(carrier) 이외의 임의의 신호를 제거하는 기본적인 기능을 갖는다. 해당 기술분야에서, 실존하는 비-이상적인 E급 증폭기들을 최적화하는 것은 추가적인 조정을 요구할 수도 있다; 설계 원리들은 가령 영 전압 스위칭(Zero Voltage Switching : ZVS), 영 전류 스위 칭(Zero Current Switching : ZCS)과 같은 개념들에 초점을 맞출수도 있다. 공진기, 스위칭 디바이스, 대역 통과 필터들은 이러한 목적을 달성하도록 조정될 수도 있으며, 또는 조정되지 않을 수도 있다.Band pass filters 907 and 908 have a basic function of removing any signal other than f (carrier), which is a modulated carrier frequency. In the art, optimizing existing non-ideal Class E amplifiers may require additional adjustments; The design principles may focus on concepts such as zero voltage switching (ZVS) and zero current switching (ZCS). Resonators, switching devices, band pass filters may or may not be adjusted to achieve this purpose.
각각의 E급 증폭기(912, 913)로부터 생성된 정현파들은 '신호 합산 노드'인 노드(909)에서 합쳐진다. 전력 공급 디바이스(901, 902)로부터 부하(911)로의 전류 흐름을 피하기 위해서 DC 차단 구성요소(910)가 노드(909)에 뒤이어 위치한다.The sinusoids generated from each of the
부하 저항(911)은 임의의 사이즈일 수 있으며, 더 작은 저항값을 가질수록 더 큰 전력을 전달할 것이다.The
비록 본 발명이, 특정한 실시예들을 따라 소개되고 설명되었지만, 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않고도 형식과 상세한 부분에서 다양한 변형이 이루어질 수도 있음이 해당기술분야의 당업자에게 이해될 것이다. 또한 이러한 변형들은 다음에 이어질 청구항들의 범위내에 있도록 의도된다.Although the present invention has been introduced and described in accordance with specific embodiments, it will be understood by those skilled in the art that various modifications may be made in form and detail without departing from the spirit and scope of the invention. Such modifications are also intended to be within the scope of the following claims.
Claims (43)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020077000245A KR20070032308A (en) | 2004-06-04 | 2005-06-06 | Power amplifier and pulse width modulated amplifier |
Applications Claiming Priority (2)
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DKPA200400878 | 2004-06-04 | ||
KR1020077000245A KR20070032308A (en) | 2004-06-04 | 2005-06-06 | Power amplifier and pulse width modulated amplifier |
Publications (1)
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KR20070032308A true KR20070032308A (en) | 2007-03-21 |
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KR1020077000245A KR20070032308A (en) | 2004-06-04 | 2005-06-06 | Power amplifier and pulse width modulated amplifier |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2010008188A2 (en) * | 2008-07-18 | 2010-01-21 | (주)디라직 | Combination-type amplifier with multiple power sources |
-
2005
- 2005-06-06 KR KR1020077000245A patent/KR20070032308A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2010008188A2 (en) * | 2008-07-18 | 2010-01-21 | (주)디라직 | Combination-type amplifier with multiple power sources |
WO2010008188A3 (en) * | 2008-07-18 | 2010-05-14 | (주)디라직 | Combination-type amplifier with multiple power sources |
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