KR20070042582A - 송신기의 임피던스를 동적으로 조정하고 선형 및 직렬스위치 모드 전력 증폭기를 선택적으로 연결하는하이브리드 전력 증폭기를 구현하는 방법 및 장치 - Google Patents

송신기의 임피던스를 동적으로 조정하고 선형 및 직렬스위치 모드 전력 증폭기를 선택적으로 연결하는하이브리드 전력 증폭기를 구현하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 PA에서 안테나로 전력을 효율적으로 전송하도록 송신기 전력 증폭기(PA)와 안테나 사에의 임피던스를 동적으로 조정하는 방법 및 장치에 관한 것이다. PA와 안테나 사이의 임피던스는 PA가 선형 PA인지 또는 스위치 모드 PA인지에 따라, 전력 레벨 측정 및/또는 PA 직류(DC) 소비 측정에 기초하여 조정된다. 또 다른 실시예에서, 제1 단계 선형 PA와 제2 단계 스위치 모드 PA를 포함하는 하이브리드 PA가 송신기에 구현된다. 하이브리드 PA는 제1 단계 선형 PA의 출력 전력 레벨, 하이브리드 PA의 출력 전력 레벨, 또는 송신 전력 제어(TPC) 명령에 의해 지시되는 요구에 따라, 제1 단계 선형 PA의 출력을 제2 단계 스위치 모드의 입력 및 하이브리드 PA의 출력 중 한 개에 선택적으로 연결한다.

Description

송신기의 임피던스를 동적으로 조정하고 선형 및 직렬 스위치 모드 전력 증폭기를 선택적으로 연결하는 하이브리드 전력 증폭기를 구현하는 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR DYNAMICALLY ADJUSTING A TRANSMITTER'S IMPEDANCE AND IMPLEMENTING A HYBRID POWER AMPLIFIER THEREIN WHICH SELECTIVELY CONNECTS LINEAR AND SWITCH-MODE POWER AMPLIFIERS IN SERIES}
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따라 슬라이딩 바이어스 클래스 AB급 PA 유닛의 동적 부하를 조절하는 장치의 블록도.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 스위치 모드 PA 유닛의 동적 부하를 조절하는 장치의 블록도.
도 3a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 하이브리드 PA 유닛의 제1 및 제2 단계 PA를 모두 사용하는 두 개의 PA 모드 중 하나를 구현하는 장치의 블록도.
도 3b는 도 3a의 장치에 있어서 제1 단계 PA만 사용하고 하이브리드 PA 유닛의 제2 단계 PA는 바이패스하여 두 개의 PA 모드 중 또 다른 하나를 구현하는 경우의 블록도.
도 4는 전력 레벨 피드백에 기초하여, 도 1의 장치에서 PA와 안테나 사이의 임피던스를 매칭하는 방법 단계를 포함하는 프로세스의 흐름도.
도 5는 전력 레벨 피드백에 기초하여, 도 2의 장치에서 PA와 안테나 사이의 임피던스를 매칭하는 방법 단계를 포함하는 프로세스의 흐름도.
도 6은 전력 레벨 피드백과 TPC 명령에 기초하여, 도 3a 및 도 3b의 장치에서 PA 유닛의 제2 증폭 단계를 선택적으로 바이패스하는 방법 단계를 포함하는 프로세스의 흐름도.
본 발명은 송신기 동작의 개선에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 송신기 전력 증폭기(PA)와 송신기 안테나 사이의 임피던스를 동적으로 조정하고, 송신기에서 스위치 모드 PA의 입력을 선형 PA의 출력에 선택적으로 연결하는 하이브리드 PA의 구현에 관한 것이다.
무선 통신 시스템에서, 전송 신호는 안테나를 통해 송신되기 전에 PA에 의해 증폭된다. 일반적으로, 저전도각 AB급 PA(즉, 클래스 B와 유사)는 정진폭 변조방식에 사용되고, 고전도각 AB급 PA(클래스 A와 유사)는 정진폭이 아닌 변조방식에 사용된다. 슬라이딩 바이어스(즉, 전류와 전압)를 적용한 클래스 AB급 PA도 송신기 효율을 개선하고 배터리 소비를 줄이는데 사용된다. 종래 PA의 대표적인 전력부가효율(PAE)은 대략 최대 출력 전력의 35% 정도이다.
이론적으로, 스위치 모드 PA는 100% 효율을 획득할 수 있다. 스위치 모드 PA를 실제 구현하면 50% 이상(통상 60%-70%)의 PAE를 획득하는 것으로 나타난다. 그 러나, 사용자 장비(UE) 등급의 송신기에 적합한 저가 스위치 모드 PA의 동작 범위는 통상 40dB 이하이다.
시분할 다중접속(TDD)과 주파수분할 다중접속(FDD)을 모두 지원하는 3세대 이동전화를 위한 협력 협정(3GPP)의 대표적인 송신기는 출력 전력 제어 범위로 적어도 80dB 정도는 지원이 가능해야 한다. 그러므로, 스위치 모드 전력 증폭기는 UE 등급의 송신기의 마지막 단계에서 단독으로 사용될 수 없다.
PA에 관련되는 또 다른 중요한 파라미터는 안테나에 최대 전력으로 전송하는데 부합하는 임피던스이다. PA의 출력 임피던스가 안테나의 입력 임피던스에 부합되는지를 확실히 하는 것이 중요하다. 불일치가 발생하는 경우, PA에서 안테나로의 전력 전송이 감소되어, 송신기의 효율성을 떨어트리고 배터리 전력 소모를 증가시킨다.
슬라이딩 바이어스를 적용한 클래스 AB급 PA 경우, PA 출력은 최대 정격 출력에서 부하에 결합하게 매칭된다. 부하 조건은 안테나의 동작 조건에 기초하여 변경된다. 슬라이딩 바이어스 클래스 AB급 PA에서, PA의 출력 임피던스는 직류(DC) 바이어스에 기반하여 변경된다. 출력 부하는 물론 DC 바이어스도 클래스 AB급 PA 출력 매칭을 최적화하여 효율을 최대로 하도록 출력 전력 레벨을 변경하여 동적으로 조정되는 것이 필요하다. 부하는 안테나에 의해 나타나는 부하 조건의 변경은 물론 PA의 바이어스 조건의 변경으로 인한 모든 현상을 보상하도록 동적으로 조정되어야 한다.
본 발명은 송신기 PA에서 송신기 안테나로 전력을 효율적으로 전송하도록 송신기 PA와 송신기 안테나 사이의 임피던스를 동적으로 조정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
한 실시예에서, 임피던스는 선형 PA의 순방향 전력 레벨과 안테나로부터 반사되는 역방향 전력 레벨의 측정에 기초하여 조정된다. 선형 PA와 안테나 사이의 임피던스는 측정 결과에 기초하여 조정된다.
또 다른 실시예에서, 임피던스는 안테나로부터 반사되는 역방향 전력 레벨과 스위치 모드 PA에 의해서 소비되는 직류(DC) 레벨의 측정에 기초하여 조정된다.
또 다른 실시예에서, 제1 단계 선형 PA와 제2 단계 스위치 모드 PA를 포함하는 하이브리드 PA가 송신기에 구현된다. 하이브리드 PA는 제1 단계 선형 PA의 출력 전력 레벨, 하이브리드 PA의 출력 전력 레벨, 또는 송신 전력 제어(TPC) 명령에 의해 지시되는 요구 사항에 따라, 제1 단계 선형 PA의 출력을 제2 단계 스위치 모드 PA의 입력과 하이브리드 PA의 출력 중 하나에 선택적으로 연결한다.
본 발명을 구현하는데 사용되는 장치는 송신기, 기지국, 무선 송수신 유닛(WTRU), 집적 회로(IC) 등일 수 있다.
명세서에 부속되는 도면과 함께 예로서 제공되는 이하 설명으로 본 발명을 더욱 자세히 이해할 수 있다.
이하, 용어 "WTRU"는 UE, 이동국, 고정 또는 이동 가입자 유닛, 무선 호출기, 또는 무선 환경에서 동작이 가능한 다른 종류의 장치를 포함하나 이에 국한되지는 않는다.
이하에서 언급되는 경우, 용어 기지국은 액세스 포인트(AP), 노드 B, 제어기 또는 무선 환경에 있는 다른 종류의 인터페이스 장치를 포함하나 이에 국한되지는 않는다. 본 발명은 무선 근거리 통신망(WLAN)에 특별히 적용이 가능하다.
본 발명의 특징은 IC에 통합되거나 또는 다수의 상호 접속 구성 요소를 포함하는 회로에 구성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따라 슬라이딩 바이어스 클래스 AB급 PA 유닛(110)의 동적 부하를 조절하는 장치(즉, 송신기)(100)의 블록도이다. 장치는 슬라이딩 바이어스 클래스 AB급 PA 유닛(110), 임피던스 매칭 네트워크(120)와 피드백 네트워크(130)를 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같이, PA 유닛(110)은 무선 주파수(RF) 입력 포트(112)를 통해 입력 신호를 수신하고 임피던스 매칭 네트워크(120)를 통해 증폭된 신호를 안테나(150)(또는 안테나 배열)에 출력한다. PA 유닛(110)은 어떤 종류의 증폭기여도 괜찮다(즉, 양극 접합 트랜지스터 증폭기 또는 MOSFET 증폭기). 안테나(150)는 증폭된 신호를 수신하고 무선 인터페이스를 통하여 증폭된 신호를 무선으로 송신한다. 임피던스 매칭 네트워크(120)는 PA 유닛(110)의 출력 임피던스를 안테나(150)의 입력 임피던스에 매칭시키기 위한 것이다. 안테나(150)에 최대 전력으로 전송하도록, PA 유닛(110)의 출력 임피던스는 안테나(150)의 입력 임피던스에 매칭되어야 한다.
임피던스 매칭 네트워크(120)는 자신의 임피던스를 조정하는 임피던스 조정 장치(122)(즉, 가변 커패시터)를 적어도 한 개 포함하여 스위치 모드 PA 유닛(110) 의 출력 임피던스를 안테나(150)의 입력 임피던스에 매칭한다. 임피던스 매칭 네트워크(120)는 커패시터, 인덕터, 저항, 도파관 등과 같은 장치들의 알려진 조합을 포함하여 PA 유닛(110)과 안테나(150) 사이에 부합하는 임피던스를 구현할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 임피던스 조정 장치(122)는 피드백 네트워크(130)에서 생성되는 피드백 신호(142)에 의해 조정된다. 피드백 네트워크(130)는 PA 유닛(110)으로부터 전송되는 순방향 전력 레벨과 안테나(150)로부터 반사되는 역방향 전력 레벨을 검출한 후에 피드백 신호를 생성한다. 도 1에 도시된 대표적인 피드백 네트워크(130)는 결합기(132a, 132b), 전력 검출기(134a, 134b)와 프로세서(140)를 포함한다. 결합기(132a, 132b)는 안테나(150)로 모여드는 임피던스 매칭 네트워크(120)의 전송선으로부터의 신호를 결합한다. 두 개의 결합기 132a, 132b는 전송 신호와 반사 신호를 결합하는데 제공된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 결합기(132a, 132b)에 의해 결합되는 신호의 전력 레벨은 전력 검출기(134a, 134b)에 의해 검출된다. 두 개의 전력 검출기 134a, 134b는 순방향 전력 레벨(136a)과 역방향 전력 레벨(136b)에 각각 제공된다. 대안으로는, 한 개의 전력 검출기가 스위치와 함께 사용되어, 순방향 및 역방향 전력 레벨(136a, 136b)을 하나씩 선택적으로 제공한다. 검출된 순방향 및 역방향 전력 레벨은 각각 아날로그-디지털 변환기(ADC) 138a 및 138b에 의해 변환되어, 프로세서(140)에 전송되고, 프로세서(140)는 차례로 디지털-아날로그 변환기(DAC)(142)를 통해 피드백 신호(144)를 임피던스 조정 장치(122)에 제공한다. 임피던스가 불일치 하는 경우, 순방향 전력 레벨(136a)에 비교하여 역방향 전력 레벨(136b)이 증가한다. 그러므로 프로세서(140)는 부하 조건의 변화를 보상하도록 순방향 전력 레벨(136a)과 비교하듯이 역방향 전력 레벨(136b)의 증가에 따라 피드백 신호(144)를 생성한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 피드백 신호(144)는 임피던스 조정 장치(122)를 통해 임피던스 매칭 네트워크(120)로 들어가며, 임피던스 매칭 네트워크(120)의 임피던스는 피드백 신호(144)에 따라 조정된다. 임피던스 조정 장치(122)의 임피던스는 연속적으로 또는 주기적으로 조정될 수 있다. 대안으로, 임피던스 조정 장치(122)의 임피던스는 순방향 전력 레벨(136a)과 역방향 전력 레벨(136b) 중 적어도 한 개가 미리 결정된 임계값을 초과하는 경우에 조정될 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따라 스위치 모드 PA 유닛(210)의 동적 부하를 조절하는 장치(즉, 송신기)(200)의 대표적인 블록도이다. 장치(200)는 스위치 모드 PA 유닛(210), 임피던스 매칭 네트워크(220), 및 피드백 네트워크(230)를 포함한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 스위치 모드 PA 유닛(210)은 RF 입력 포트(212)를 통하여 입력 신호를 수신하고 임피던스 매칭 네트워크(220)를 통하여 안테나(250)(또는 안테나 배열)로 증폭된 신호를 출력한다. 안테나(250)는 증폭된 신호를 수신하고 무선 인터페이스를 통하여 증폭된 신호를 무선으로 송신한다. 임피던스 매칭 네트워크(220)는 스위치 모드 PA 유닛(210)의 출력 임피던스를 안테나(250)의 입력 임피던스에 매칭한다.
임피던스 매칭 네트워크(220)는 자신의 임피던스 조정하는 임피던스 조정 장치(222)(즉, 가변 커패시터)를 적어도 한 개 포함하여 스위치 모드 PA 유닛(210)의 출력 임피던스를 안테나(250)의 입력 임피던스에 매칭한다. 임피던스 매칭 네트워크(220)는 커패시터, 인덕터, 저항, 도파관 등과 같은 장치들의 알려진 조합을 포함하여 스위치 모드 PA 유닛(210)과 안테나(250) 사이에 부합하는 임피던스를 구현할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 임피던스 조정 장치(222)는 피드백 네트워크(230)에 의해 생성되는 피드백 신호(244)에 의해 조정된다. 피드백 네트워크(230)는 안테나(250)로부터 반사되는 역방향 전력 레벨(255)과 스위치 모드 PA 유닛(210)에서 소비되는 직류(DC) 레벨(260)을 검출한 후에 피드백 신호(244)를 생성한다. 도 2에 도시된 대표적인 피드백 네트워크(230)는 결합기(232), 전력 검출기(234)와 프로세서(236)를 포함한다. 결합기(232)는 임피던스 매칭 네트워크(220)를 안테나(250)에 결합하고 안테나(250)에 의해 반사되는 신호의 표본을 전력 검출기(234)에 제공한다.
결합기(232)에서 결합되는 신호의 전력 레벨은 전력 검출기(234)에 의해 검출된다. 검출된 전력 레벨은 프로세서(236)에 전송된다. 프로세서(236)는 DC 레벨도 검출한다. 프로세서(236)는 검출된 역방향 전력 레벨과 DC 레벨로부터 피드백 신호(244)를 생성한다. 임피던스가 불일치 하는 경우, 역방향 전력 레벨(255)는 증가하고 스위치 모드 PA 유닛(210)에서 소비되는 DC 레벨(260)도 이상적인 출력 부하로부터 벗어나서 증가한다. 그러므로, 프로세서(236)는 역방향 전력 레벨(255)과 DC 레벨(260)의 증가에 따라 피드백 신호(144)를 생성하여 부하 조건의 변화를 보상한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 피드백 신호(244)는 임피던스 조정 장치(222)를 통하여 임피던스 매칭 네트워크(220)에 입력되고, 임피던스 매칭 네트워크(220)의 임피던스는 피드백 신호(244)에 따라 조정된다. 임피던스 조정 장치(222)의 임피던스는 연속적으로 또는 주기적으로 조정될 수 있다. 대안으로, 임피던스 조정 장치(222)의 임피던스는 역방향 전력 레벨(255)과 DC 레벨(260) 중 적어도 한 개가 미리 결정된 임계값을 초과하는 경우에 조정될 수 있다.
도 3a 및 3b는 본 발명에 따라 하이브리드 다단계 PA 유닛(310)의 최적 PA 모드를 결정하는 장치(즉, 송신기)(300)의 블록도이다. 장치(300)는 하이브리드 PA 유닛(310)과 모드 스위칭 네트워크(320)를 포함한다. 하이브리드 PA 유닛(310)은 제2 단계 PA(312b)에 직렬로 연결되는 제1 단계 PA(312a), 바이패스 네트워크(314), 전력 검출기(338), 임계값 비교기(340)와 로직 유닛(342)을 포함한다. 모드 스위칭 네트워크(320)는 프로세서(325), 모뎀(330), 보정 유닛(332), DAC(334)와 입력 신호(350)를 하이브리드 PA 유닛(310)에 제공하는 무선 송신기(336)를 포함한다. 하이브리드 PA 유닛(310)으로부터의 출력 전력은 출력 전력 레벨을 각각 검출하고 측정하는 결합기(322)와 전력 검출기(324)를 통하여 안테나(380)로 모여들고, 하이브리드 PA 유닛(310)의 출력의 디지털 측정을 프로세서(325)에 제공하는 ADC(328)를 사용하여 디지털 신호로 바람직하게 변환하고, 차례로, 프로세서(325)는 PA 모드 선택 신호(355)를 생성한다. 바이패스 네트워크(314)는 PA 모드 선택 신호(355)에 따라 "턴온" 및 "턴오프" 된다.
바이패스 네트워크(314)는 적어도 두 개의 스위치 S1과 S2를 포함한다. 바이패스 네트워크(314)가 오프인 경우, 도 3a에 도시된 바와 같이, 스위치 S1은 제1 단계 PA(312a)의 출력을 제2 단계 PA(312b)의 입력에 연결하고, 스위치 S2는 제2 단계 PA(312b)의 출력을 결합기(322)의 입력에 연결한다. 바이패스 네트워크(314)가 턴온 되는 경우, 도 3b에 도시된 바와 같이, 스위치 S1과 S2는 제2 단계 PA(312b)를 바이패스 하고, 제1 단계 PA(312a)의 출력을 결합기(322)에 직접 연결한다.
바이패스 네트워크(314)는 로직 유닛(342)에서 출력하는 바이패스 네트워크 제어 신호(370)에 의해 제어된다. 제1 단계 PA(312a)와 제2 단계 PA(312b)는 하이브리드 PA 유닛(310)의 송신 전력 범위의 서로 다른 부분을 지원한다. 제1 단계 PA(312a)과 제2 단계 PA(312b)는 서로 다른 클래스에 속한다. 예를 들면, 제1 단계 PA(312a)는 선형, 클래스 AB급 PA 일 수 있고, 제2 단계 PA(312b)는 스위치 모드, 클래스 D, E, 또는 F급 PA일 수 있다. 제1 단계 PA(312a)는 송신기 동작, (출력 전력), 범위의 낮은 부분을 지원하는데 사용되고, 제2 단계 PA(312b)는 송신기 동작 범위의 높은 부분을 지원하는데 사용된다. 그러므로, 종합 효율
모드 스위칭 네트워크(320)는 출력 전력 요구 사항에 따라 바이패스 네트워크(314)의 온 및 오프를 (스위칭 히스테리시스에 기초하여) 선택적으로 스위치 한다. 송신 전력 요구 사항이 하위 레벨에 있는 경우, 도 3b에 도시된 바와 같이, 모드 스위칭 네트워크(320)는 바이패스 네트워크(314)를 턴온 하여, 입력 신호(350) 는 제1 단계 PA(312a)에 의해서만 증폭된다. 송신 전력 요구 사항이 미리 결정된 임계값보다 높을 경우에는, 모드 스위칭 네트워크(320)는 바이패스 네트워크(314)를 턴오프 하여, 입력 신호(350)는 제1 단계 PA(312a)와 제2 단계 PA(312b)에 의해서 모두 증폭되어, 하이브리드 PA 유닛(310)은 서로 다른 모드에서 동작한다.
모드 스위칭 네트워크(320)는 하이브리드 PA 유닛(310)의 출력 전력 레벨에 기초하여 바이패스 네트워크(314)를 턴온 및 턴오프 할 수 있다. 하이브리드 PA 유닛(310)으로부터의 출력 전력이 미리 결정된 임계값보다 낮을 경우, 모드 스위칭 네트워크(320)는 바이패스 네트워크(314)를 턴온 하여, 입력 신호는 제1 단계 PA(312a)에 의해서만 증폭된다. 하이브리드 PA 유닛(310)으로부터의 출력 전력이 미리 결정된 임계값보다 높을 경우에는, 모드 스위칭 네트워크(320)는 바이패스 네트워크(314)를 턴오프 하여, 입력 신호는 제1 단계 PA(312a)와 제2 단계 PA(312b)에 의해서 모두 증폭된다.
제1 단계 PA(312a)는 무선 송신기(336)로부터 입력 신호를 수신하고 증폭된 신호를 출력한다. 제2 단계 PA(312b)의 입력은 제1 단계 PA(312a)의 출력에 연결된다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 바이패스 네트워크(314)가 오프인 경우, 제2 단계 PA(312b)는 제1 단계 PA(312a)에서 출력한 증폭 신호를 더 증폭한다.
대안으로, 모드 스위칭 네트워크(320)는 모뎀(330)에서 제공하는 송신 전력 제어(TPC) 명령 신호(365)에 기초하여 바이패스 네트워크(314)를 턴온 및 턴오프 할 수 있다. 폐쇄 반복 전력 제어 시스템에서, 수신기는 송신기로부터 신호를 수신하고 송신기의 송신 전력을 제어하도록 TPC 명령을 송신기에 반환한다. 본 발명은 최적 증폭 모드를 선택하는데 TPC 명령을 활용한다. 만약 TPC 명령 신호(365)에 따른 전송 전력이 미리 결정된 임계값을 초과하지 않는다면, 모드 스위칭 네트워크(320)는 바이패스 네트워크(314)를 턴온 하여, 입력 신호는 제1 단계 PA(312a)에 의해서만 증폭된다. TPC 명령에 의한 송신 전력 요구 사항이 미리 결정된 임계값보다 높을 경우, 모드 스위칭 네트워크(320)는 바이패스 네트워크(314)를 턴오프 하여, 입력 신호(350)는 PA 312a와 PA 312b에 의해서 모두 증폭된다. 턴온 및 턴 오프를 위한 임계값은 히스테리시스에 의해 서로 다르게 설정될 수 있다.
TPC 명령은 모드 스위칭 네트워크(320)에 있는 모뎀(330)에 의해 검출되고, TPC 명령은 TPC 명령 신호(365)를 통해서 프로세서(325)에 입력된다. 프로세서(325)는 TPC 명령 신호(365)에 기초하여 PA 모드 선택 신호(355)를 생성한다. 바이패스 네트워크(314)는 PA 모드 선택 신호(355)에 따라 턴온 및 턴오프 된다.
하이브리드 PA 유닛(310)은 자동적으로 모드 스위칭을 하도록 전력 검출기(338)와 임계값 비교기(340)를 사용한다. 전력 검출기(338)는 제1 단계 PA(312a)로부터 출력되는 송신 전력 레벨을 검출하고 검출된 전력 레벨은 임계값 비교기(340)에서 미리 결정된 임계값과 비교된다. 제1 단계 PA(312a)로부터 출력되는 송신 전력이 미리 결정된 임계값을 초과한다면, 임계값 비교기(340)는 바이패스 네트워크(314)를 턴오프 하도록 PA 모드 선택 신호(360)를 생성한다. 제1 단계 PA(312a)로부터 출력되는 송신 전력이 미리 결정된 임계값 이하로 떨어지면, 임계값 비교기(340)는 바이패스 네트워크(314)를 턴온 하도록 PA 모드 선택 신호(355)를 생성하고, 제2 단계 PA(312b)는 바이패스 된다. 턴온 및 턴 오프를 위한 임계값 은 히스테리시스에 의해 서로 다르게 설정될 수 있다.
하이브리드 PA 유닛(310)은 프로세서(325)에 의해 생성된 PA 모드 선택 신호(355)와 임계값 비교기(340)에 의해 생성된 PA 모드 선택 신호(360)를 결합하는 로직 유닛(342)을 사용한다.
순간 이득과 하이브리드 PA 유닛(310)의 모드 스위칭으로 인한 삽입 위상 변화는 디지털 기저대역에서 보정 유닛(332)에 의해 보정된다. 보정 유닛(332)은 모뎀(330)에 의해 생성된 신호(331)의 동상(in-phase: I) 및 구적(quadrature: Q) 성분을 보정 한다. 프로세서(325)로부터 수신된 신호 중 적어도 한 개에 기초하여, 보정 유닛(332)은 입력 신호(350)의 출력 전력 레벨을 증가 또는 감소시키도록 무선 송신기(336)를 명령하는 DAC(334)를 거쳐 무선 송신기(336)에 신호를 출력한다. 예를 들면, 바이패스 네트워크(314)가 턴온 상태인 경우, 보정 유닛은 입력 신호(350)의 전력 레벨을 증가시킬 것을 무선 송신기(336)에 지시한다.
본 발명은 PA 복잡성, 크기, 및 열손실을 감소시키는 단일 칩 송수신기 솔루션의 사용 가능성 및 고집적화의 장점이 있다. 본 발명은 성능은 유지하면서, 요소 변동에 내성을 증가시킴으로써 수율을 높이고, 종합적인 송신기 효율을 개선하고 배터리 수명을 연장한다.
도 4는 전력 레벨 피드백에 기초하여, 도 1에 도시된 장치(100)에서 PA 유닛(110)과 안테나(150) 사이의 임피던스를 매칭하는 방법 단계를 포함하는 프로세스(400)의 흐름도이다. PA 유닛(110)은 입력 신호(112)를 수신하고(단계 402), 입력 신호(112)를 증폭하고(단계 404), 임피던스 매칭 네트워크(120)를 통하여 증폭 된 신호를 안테나(150)에 전송한다(단계 406). PA 유닛(110)으로부터의 순방향 전력 레벨(136a)과 안테나(140)로부터 반사되는 역방향 전력 레벨(136b)이 측정된다(단계 408). 피드백 신호(144)는 순방향 전력 레벨(136a)과 역방향 전력 레벨(136b) 측정에 기초하여 생성된다(단계 410). 임피던스 매칭 네트워크(120)의 임피던스는 피드백 신호(144)에 따라서 조정되어 PA 유닛(110)의 출력 임피던스는 안테나(150)의 입력 임피던스에 매칭된다(단계 412).
순방향 전력 레벨(136a)과 역방향 전력 레벨(136b)은 각각 ADC 138a와 138b를 통해서 아날로그에서 디지털 신호로 변환될 수 있고, 프로세서(140)에 입력된다. 그리고 나서 프로세서(140)는 디지털 피드백 신호를 출력하고, 디지털 피드백 신호는 임피던스 매칭 네트워크(120)의 임피던스 조정 장치(122)를 조정하도록 DAC(142)를 통해 아날로그 피드백 신호(144)로 변환될 수 있다. 임피던스 매칭 네트워크(120)에 있는 임피던스 조정 장치(122)의 임피던스는 연속적으로 또는 주기적으로 조정될 수 있다. 대안으로, 임피던스 조정 장치(122)는 순방향 전력 레벨(136a)과 역방향 전력 레벨(136b) 중 적어도 한 개가 미리 결정된 임계값을 초과하는 경우에 조정될 수 있다.
도 5는 전력 레벨 피드백에 기초하여, 도 2에 도시된 장치(200)에서 PA 유닛(210)과 안테나(250) 사이의 임피던스를 매칭하는 방법 단계를 포함하는 프로세스(500)의 흐름도이다. PA 유닛(210)은 입력 신호(212)를 수신하고(단계 502), 입력 신호를 증폭한다(단계 504). 증폭된 신호는 안테나에 전송된다(단계 506). 안테나(250)로부터 반사되는 역방향 전력 레벨(255)과 PA 유닛(210)에서 소비되는 DC 레벨(260)이 측정된다(단계 508). 역방향 전력 레벨(255)과 DC 레벨(260)에 기초하여, 피드백 신호(244)가 생성된다(단계 510). 임피던스 매칭 네트워크(220)의 임피던스는 피드백 신호(244)에 따라서 조정되어 PA 유닛(210)의 출력 임피던스는 안테나(250)의 입력 임피던스에 매칭된다(단계 512).
역방향 전력 레벨(255)과 DC 레벨(260)은 아날로그에서 디지털 신호로 변환될 수 있다. 디지털 형태의 피드백 신호(244)는 아날로그 신호로 다시 변환 되어 임피던스 매칭 네트워크(220)의 임피던스 조정 장치(222)를 조정할 수 있다. 임피던스 매칭 네트워크(220)에 있는 임피던스 조정 장치(222)는 연속적으로 또는 주기적으로 조정될 수 있다. 대안으로, 임피던스 조정 장치(222)는 역방향 전력 레벨(255)과 DC 레벨(260) 중 적어도 한 개가 미리 결정된 임계값을 초과하는 경우에 조정될 수 있다.
도 6은 도 3에 도시된 장치(300)에서 하이브리드 PA 유닛(310)의 최적 PA 모드를 결정하는 방법 단계를 포함하는 프로세스(600)의 흐름도이다. 단계 602에서, 제1 단계 PA(312a)와 제2 단계 PA(312b)를 포함하는 하이브리드 PA 유닛(310)이 제공된다. 제1 단계 PA(312a)의 출력은 제2 단계 PA(312b)의 입력에 연결된다. PA 312a, 312b는 서로 다른 클래스에 속하며 직렬로 연결된다. 각각의 PA 312a, 312b는 하이브리드 PA 유닛(310)의 송신 전력 범위의 서로 다른 부분을 지원한다.
하이브리드 PA 유닛(310)에 의해 제공되는 이득은 수신되는 TPC 명령에 의해 제어되어, 제2 단계 PA(312b)는 선택적으로 바이패스 되고/또는 TPC 명령의 요구 사항에 기초하여 기능이 억제된다.
도 6을 계속 참조하면, TPC 명령은 모뎀(330)에서 수신되고 프로세서(325)로 전달된다(단계 604). 단계 606에서, 제1 단계 PA(312a)의 출력의 전력 레벨은 전력 검출기(338)에서 측정되어 임계값 비교기(340)에서 사용된다(단계 608). 단계 608에서, 전체 하이브리드 PA 유닛(310)의 출력 전력 레벨(즉, 송신 전력)은 전력 검출기(324)에서 측정되어 프로세서(325)에서 사용한다. 단계 610에서, 로직 유닛(342)은 단계 604에서 수신된 수신 TPC 명령[즉, PA 모드 선택 신호(355)], 제1 단계 PA(312a)의 출력 전력 레벨 측정[즉, PA 모드 선택 신호(360)], 및 전력 검출기(324)에 의해 검출되는 전체 하이브리드 PA(310)의 출력 전력 레벨 측정 중 적어도 한 개에 기초하여 제2 단계 PA(312b)를 바이패스 할 것인지 아닌지를 결정한다.
본 발명의 특징 및 구성 요소가 특별하게 조합되어 바람직한 실시예에 기술되었지만, 각 특징 또는 구성 요소는 바람직한 실시예의 다른 특징 및 구성 요소 없이 단독으로 사용될 수 있고 또는 본 발명의 다른 특징 및 구성 요소가 있든 없든 다양한 조합으로 사용될 수 있다.
본 발명이 바람직한 실시형태로 기술되고 있지만, 이하 청구의 범위에 나와있는 바와 같이 본 발명의 범위 내에 있는 다른 변형을 당업자는 명백히 이해할 수 있을 것이다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 송신기 전력 증폭기(PA)와 안테나 사에의 임피던스를 PA가 선형 PA인지 또는 스위치 모드 PA인지에 따라, 전력 레벨 측정 및/또는 PA 직류(DC) 소비 측정에 기초하여 동적으로 조정하여, PA에서 안테 나로 전력을 효율적으로 전송할 수 있고, 또는, 제1 단계 선형 PA와 제2 단계 스위치 모드 PA를 포함하는 하이브리드 PA가 송신기에 구현되어 PA에서 안테나로 전력을 효율적으로 전송할 수 있다.

Claims (7)

  1. 안테나와 상기 안테나와 통신하는 출력을 포함하는 하이브리드 전력 증폭기(PA)를 포함하는 송신기의 출력 전력 레벨을 제어하는 방법으로서, 상기 하이브리드 PA는 제1 스위치, 제2 스위치, 제1 단계 선형 PA, 및 제2 단계 스위치 모드 PA를 포함하며, 상기 제1 및 제2 스위치가 상기 제1 위치에 있는 경우, 상기 제1 단계 선형 PA의 출력은 상기 제2 단계 스위치 모드 PA의 입력에 연결되고, 상기 제2 단계 스위치 모드 PA의 출력은 하이브리드 PA의 상기 출력에 연결되고, 상기 제1 및 제2 스위치가 상기 제2 위치에 있는 경우, 상기 제1 단계 선형 PA의 상기 출력은 상기 하이브리드 PA의 상기 출력에 직접 연결되고,
    (a) 상기 제1 및 제2 스위치가 상기 제1 위치에 있도록 제어하는 방법과;
    (b) 상기 제1 단계 선형 PA의 출력 전력 레벨을 측정하는 방법과;
    (c) 상기 하이브리드 PA의 출력 전력 레벨을 측정하는 방법과;
    (d) (ⅰ) 상기 제1 단계 선형 PA의 상기 출력 전력 레벨이 미리 결정된 임계값 이하로 떨어지는 경우와,
    (ⅱ) 상기 하이브리드 PA의 상기 출력 전력 레벨이 미리 결정된 임계값 이하로 떨어지는 경우와,
    (ⅲ) 상기 하이브리드 PA의 출력 전력 레벨이 조정될 것을 요구하는 송신 전력 제어(TPC) 명령이 수신되는 경우
    상기 이벤트 중 적어도 한 개가 발생한다면 상기 제1 위치에서 상기 제2 위치로 스위치 하도록 상기 제1 및 제2 스위치를 제어하는 방법
    을 포함하는 송신기의 출력 전력 레벨 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 단계 PA는 클래스 AB급 증폭기이고 상기 제2 단계 PA는 클래스 D, E, 또는 F급 PA인 것인 송신기의 출력 전력 레벨 제어 방법.
  3. 송신기의 출력 전력 레벨을 제어하는 집적 회로(IC)로서,
    (a) (ⅰ) 제1 단계 선형 PA와,
    (ⅱ) 제2 단계 스위치 모드 PA와,
    (ⅲ) 상기 제1 단계 선형 PA의 출력에 전기적으로 결합되는 제1 스위치와,
    (ⅳ) 하이브리드 PA의 출력에 전기적으로 결합되는 제2 스위치
    를 포함하는 하이브리드 전력 증폭기(PA)와;
    (b) 상기 제1과 제2 스위치의 위치를 제어하는 로직 수단
    을 포함하는 집적 회로로서, 상기 로직 수단이 상기 제1 및 제2 스위치를 제1 위치로 스위치 하는 경우, 상기 제1 단계 선형 PA의 상기 출력은 상기 제2 단계 스위치 모드 PA의 입력에 연결되고, 상기 제2 단계 스위치 모드 PA의 출력은 상기 하이브리드 PA의 상기 출력에 연결되고, 상기 로직 수단이 상기 제1 및 제2 스위치를 제2 위치로 스위치 하는 경우, 상기 제1 단계 선형 PA의 상기 출력은 상기 하이브리드 PA의 상기 출력에 직접 연결되는 것인 집적 회로.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 단계 선형 PA의 상기 출력 전력 레벨이 미리 결정된 임계값 이하로 떨어지는 경우 상기 로직 수단은 상기 제2 위치로 스위치 하는 것인 집적 회로.
  5. 제3항에 있어서, 상기 하이브리드 PA의 상기 출력 전력 레벨이 미리 결정된 임계값 이하로 떨어지는 경우 상기 로직 수단은 상기 제2 위치로 스위치 하는 것인 집적 회로.
  6. 제3항에 있어서, 상기 하이브리드 PA의 출력 전력 레벨이 조정될 것을 요구하는 송신 전력 제어(TPC) 명령이 수신되는 경우 상기 로직 수단은 상기 제2 위치로 스위치 하는 것인 집적 회로.
  7. 제3항에 있어서, 상기 제1 단계 선형 PA는 클래스 AB급 증폭기이고 상기 제2 단계 PA는 클래스 D, E, 또는 F급 PA인 것인 집적 회로.
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