KR20080012376A - 전력 제어 폐루프 내의 공급 전압 제어된 전력 증폭기를위한 듀얼 전압 조정기 - Google Patents

전력 제어 폐루프 내의 공급 전압 제어된 전력 증폭기를위한 듀얼 전압 조정기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전력 증폭기, 전력 제어 신호를 발생시키도록 구성되는 전력 제어 피드백 폐루프 및 전력 제어 피드백 루프에 결합되는, 제1 조정기 스테이지 및 제2 조정기 스테이지를 포함하는 듀얼 전압 조정기를 포함하고, 전력 제어 폐루프는 제1 조정기 스테이지에 의해 발생되는 노이즈를 최소화하는 것인, 공급 전압 제어된 전력 증폭기에 관한 것이다.

Description

전력 제어 폐루프 내의 공급 전압 제어된 전력 증폭기를 위한 듀얼 전압 조정기{DUAL VOLTAGE REGULATOR FOR A SUPPLY VOLTAGE CONTROLLED POWER AMPLIFIER IN A CLOSED POWER CONTROL LOOP}
본 발명은 일반적으로 전력 증폭 제어에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 전력 제어 폐루프 내의 공급 전압 제어된(supply voltage controlled) 전력 증폭기를 위한 듀얼 전압 조정기에 관한 것이다.
효율적이고, 저비용의 전자 모듈의 이용가능성이 커짐에 따라, 휴대용 통신 장치가 더욱더 널리 이용되고 있다. 휴대용 통신 장치는 이 휴대용 통신 장치로부터 전송되는 신호의 전력을 증폭하기 위해 하나 이상의 증폭기를 포함한다.
휴대용 통신 장치의 크기가 작아짐에 따라, 전력 효율이 가장 중요한 설계 기준 중 하나이다. 전력 소모 감소로 인해 전원 수명을 연장시키고, 휴대용 통신 장치의 대기 및 통화 시간을 연장시킨다. 일정하지 않은 진폭(amplitude)의 출력을 사용하는 휴대용 통신 장치(즉, 위상 성분 및 진폭 성분 모두를 변조 및 증폭하는 장치)에서, 선형 전력 증폭기가 통상적으로 사용된다. 전력 증폭기의 효율은 전송 출력 전력이 최대 레벨로부터 감소함에 따라 급격하게 감소한다. 이는 파라독스(paradox)를 야기한다. 전력 소모를 감소시키기 위해, 조건들이 허용될 때 전 력 증폭기의 전력 출력이 감소한다. 불행하게도, 전력 출력이 감소함에 따라 전력 증폭 효율은 급격히 감소해서, 전력 소모의 증가 및 전원 수명의 감소를 야기한다.
전력 증폭기 중 하나의 유형은 "공급 전압 제어된(supply voltage controlled)" 전력 증폭기로 언급된다. 이 전력 증폭기 기법은 전력 증폭기에 대한 공급 전압을 제어함으로써 전력 증폭기의 전력 출력을 변화시킨다. 공급 전압 제어된 전력 증폭기(PA: power amplifier)의 출력 전압은, 전력 증폭기의 하나 이상의 스테이지들 중 바이폴라 접합 트랜지스터의 콜렉터 단자(또는, 전계 효과 트랜지스터(FET)에서 구현되는 경우에 드레인 단자)에 가해지는 제어된 전압에 의해 결정된다. 바이폴라 기술을 이용하여 구현되는 경우, 이 전력 증폭기는 또한 콜렉터 전압 증폭기 제어(COVAC: collector voltage amplifier control) 전력 증폭기로서 언급된다.
저전력 출력 레벨에서 공급 전압 제어된 전력 증폭기 동작의 효율을 개선하기 위해, 스위칭 전압 조정기가 전력 증폭기에 공급 전압을 제공하기 위해 구현될 수 있다. 불행하게도, 스위칭 전압 조정기는 노이즈 및 스퓨리어스(spurious) 성분들을 전송 신호에 삽입할 수 있다. 스위칭 전압 조정기의 제어 대역폭(bandwidth)은 또한 전송 신호의 대역폭을 넘어 동작할 수 있어야 한다.
따라서, 노이즈, 스퓨리어스 신호 발생 및 스위칭 트랜지언트(switching transient)를 최소화하여 스펙트럼 재성장(spectral regrowth)을 최소화하기 위해, 전력 증폭기의 공급 제어 포트에 가해지는 전압을 제어하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명의 실시예들은 전력 증폭기, 전력 제어 신호를 발생시키도록 구성되는 전력 제어 피드백 폐루프, 및 상기 전력 제어 피드백 폐루프에 결합된 듀얼 전압 조정기를 포함하는 공급 전압 제어된 전력 증폭기를 포함하며, 상기 듀얼 전압 조정기는 제1 조정기 스테이지 및 제2 조정기 스테이지를 포함하고, 상기 전력 제어 폐루프는 상기 제1 조정기 스테이지에 의해 발생하는 노이즈를 최소화한다.
이와 관련된 동작 방법이 또한 제공된다. 본 발명의 다른 시스템, 방법, 특징, 및 이점들은 이하의 도면 및 상세한 설명을 검토함으로써 당업자에게 명백해질 것이다. 이와 같은 추가적인 시스템, 방법, 특징, 및 이점들은 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서, 발명의 상세한 설명 내에 포함되고, 또한 첨부된 특허 청구 범위에 의해 보호되도록 의도된다.
본 발명은 이하의 도면을 참조하여 더욱 명확하게 이해될 수 있다. 도면 내의 구성 소자들은 본 발명의 원리를 명확하게 도시하도록 배치되는 대신에, 스케일링(scaling) 또는 강조될 필요는 없다. 또한, 도면에서 유사한 참조 번호는 상이한 시야를 통한 대응하는 부분들을 가리킨다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 증폭기 제어 소자를 포함하는 간략화된 휴대용 송수신기를 도시하는 블록도.
도 2는 도 1의 업컨버터, 전력 증폭기 제어 소자 및 공급 제어 소자를 도시하는 블록도.
도 3은 도 2의 공급 제어 소자의 실시예를 도시하는 블록도.
도 4는 듀얼 전압 조정기의 동작을 도시하는 예시적인 전송 엔빌로프(envelope)(400)를 도시하는 개략도.
도 5는 전력 증폭기 제어 소자의 실시예의 동작을 도시하는 플로우 차트.
본 발명이 특정 휴대용 송수신기를 참조하여 설명되고 있지만, 전력 증폭 제어 소자는 피드백 전력 제어 폐루프 및 공급 전압 제어된 전력 증폭기를 이용하는 임의의 통신 장치에서 구현될 수 있다.
전력 증폭기 제어 소자는 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로 구현될 수 있다. 하드웨어로 구현될 때, 전력 증폭기 제어 소자는 특정 하드웨어 소자 및 로직을 이용하여 구현될 수 있다. 전력 증폭기 제어 소자가 소프트웨어로 부분적으로 구현되는 경우에는, 소프트웨어 부분은 다양한 동작의 양태가 소프트웨어 제어(software-controlled)될 수 있도록 전력 증폭기 제어 구성 요소 내의 컴포넌트를 제어하기 위해서 사용될 수 있다. 상기 소프트웨어는 메모리에 저장되고, 적합한 명령 실행 시스템(마이크로프로세서)에 의하여 실행될 수 있다. 전력 증폭기 제어 소자의 하드웨어 구현은 당업자들에게 모두 잘 알려져 있는 이하의 기술들 중 어느 하나 또는 그 기술들의 조합을 포함할 수 있는데, 이 기술들에는 분리형 전자 부품, 데이터 신호 상에 논리 기능을 구현하기 위한 논리 게이트를 갖는 이산 논리 회로(들), 적절한 논리 게이트, 프로그래머블 게이트 어레이(들)(PGA), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 등을 갖는 주문형 반도체(ASIC) 등이 있다.
전력 증폭기 제어 소자용 소프트웨어는 논리 기능을 실시하기 위해 실행 가능한 명령의 순서화된 리스팅을 포함하고, 또한 컴퓨터 기반 시스템, 프로세서 내장 시스템 등과 같은 명령 실행 시스템, 장치, 또는 디바이스, 또는 상기 명령 실행 시스템, 장치 또는 디바이스로부터 명령을 취출하여 상기 명령을 실행할 수 있는 기타의 다른 시스템에 의하여 또는 이들과 관련하여 사용하기 위한 임의의 컴퓨터 판독가능한 매체에 구현될 수 있다.
이 문서와 관련해서, "컴퓨터 판독가능한 매체"는 명령 실행 시스템, 장치, 또는 디바이스에 의하거나 또는 그들과 관련되어 사용하기 위한 프로그램을 내장하거나, 저장하거나, 통신하거나, 전파하거나, 또는 전달할 수 있는 임의의 수단일 수 있다. 컴퓨터 판독가능한 매체에는 예를 들면 전자, 자기, 광학, 전자기, 적외선, 또는 반도체 시스템, 장치, 디바이스, 또는 전파 매체일 수 있지만, 이들로 제한되는 것은 아니다. 컴퓨터 판독가능한 매체의 보다 구체적인 예(비한정적 리스트)에는 다음과 같은 예들, 즉 하나 이상의 유선을 갖는 전기 접속(전자), 휴대용 컴퓨터 디스켓(자기), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 소거가능한 프로그래머블 판독 전용 메모리(EPROM 또는 플래시 메모리)(자기), 광섬유(광학), 및 휴대용 콤팩트 디스크 판독 전용 메모리(CDROM)(광학)를 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독가능한 매체는 프로그램이 프린트되는 종이 또는 다른 적당한 매체가 될 수도 있으며, 그 프로그램은 예를 들면 종이 또는 다른 매체의 광학적 주사를 통해 전자적으로 캡쳐된 후에, 컴파일되거나, 해석되거나 또는 그렇지 않으면 필요할 경우 적당한 방법으로 처리되며, 다음에 컴퓨터 메모리에 저장될 수 있음에 주목할 필요가 있다.
도 1은 공급 제어 소자를 갖는 전력 증폭기 제어 소자의 실시예를 포함하는 간략화된 휴대용 송수신기(100)를 도시하는 블록도이다. 휴대용 송수신기(100)는 스피커(102), 디스플레이(104), 키보드(106), 및 마이크로폰(108)을 포함하고, 이들 모두 기저대역 서브시스템(110)에 접속된다. 직류(DC) 배터리 또는 다른 전원일 수 있는 전원(142)은 휴대용 송수신기(100)에 전력을 제공하기 위해서 커넥션(144)을 통해 기저대역 서브시스템(110)에 또한 접속되고 있다. 특정 실시예에서, 휴대용 송수신기(100)는, 예를 들면 모바일 셀룰러 타입 전화기와 같은 휴대용 원격 통신 장치일 수 있지만, 이와 같은 장치로 제한되는 것은 아니다. 스피커(102)와 디스플레이(104)는 이 기술 분야에 숙련된 당업자들에게 알려진 바와 같이 각각의 커넥션(112,114)을 통해 기저대역 서브시스템(110)으로부터 신호들을 수신한다. 이와 유사하게, 키보드(106)와 마이크로폰(108)은 각각의 커넥션(116,118)을 통해 기저대역 서브시스템(110)에 신호들을 공급한다. 기저대역 서브시스템(110)은 버스(128)를 통해 통신하는 마이크로프로세서(μP)(120), 메모리(122), 아날로그 회로(124), 및 디지털 신호 프로세서(DSP)(126)를 포함한다. 버스(128)는 단일 버스로서 도시되어 있지만, 기저대역 서브시스템(110) 내의 서브시스템들 사이에서 필요한 만큼 접속된 다중 버스들을 사용하여 구현될 수도 있다.
전력 증폭기 제어 소자가 구현되는 방법에 따라서, 기저대역 서브시스템(110)은 주문형 반도체(ASIC)(135) 및 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA)(133)를 포함할 수도 있다.
마이크로프로세서(120)와 메모리(122)는 휴대용 송수신기(100)에 대한 신호 타이밍, 처리 및 저장 기능을 제공한다. 아날로그 회로(124)는 기저대역 서브시스템(110) 내의 신호를 위한 아날로그 처리 기능을 제공한다. 기저대역 서브시스템(110)은 제어 신호들을, 예컨대 커넥션(132)을 통하는 것과 같이 송신기(150) 및 수신기(170), 전력 증폭기(180) 및 전력 증폭기 제어 소자(285)에 제공한다.
기저대역 서브시스템(110)은 커넥션(146)을 통해 전력 증폭기 제어 소자(285)로 공급되는, VAPC로 언급되는 전력 제어 신호를 발생시킨다. 이 신호 VAPC는 기저대역 서브시스템(110)에 의해 발생되고, 일반적으로 이하에서 설명될 디지털 아날로그 변환기(DAC)(136 또는 138) 중 하나에 의해 아날로그 제어 신호로 변환된다. 전력 제어 신호 VAPC는 이 기술 분야에 숙련된 당업자들에게 알려진 바와 같이 신호가 상이한 방식으로 생성될 수 있는 것을 나타내기 위해 버스(128)로부터 공급되는 것으로 설명되고 있다. 일반적으로, 상기 전력 제어 신호 VAPC는 교정 중에 결정된 전력 증폭기의 피크 전압의 함수로서 전력 증폭기를 제어하고, 전력 증폭기 출력 전력에 대응하고 있다.
커넥션(132,146) 상의 제어 신호들이 DSP(126), ASIC(135), FPGA(133) 또는 마이크로프로세서(120)로부터 생성되어, 송신기(150), 수신기(170), 전력 증폭기(180) 및 전력 증폭기 제어 소자(285) 내의 다양한 커넥션으로 공급될 수 있다. 본원 명세서에서는 간략화를 위해 휴대용 송수신기(100)의 기본적인 컴포넌트들만을 도시하고 있다는 점을 알아야 한다. 기저대역 서브시스템(110)에 의하여 제공 된 제어 신호들은 휴대용 송수신기(100) 내의 다양한 컴포넌트들을 제어한다. 또한, 송신기(150)와 수신기(170)의 기능은 송수신기에 통합될 수 있다.
만약 전력 증폭기 제어 소자(285)의 일부분들이 마이크로프로세서(120)에 의해 실행되는 소프트웨어로 구현되는 경우라면, 메모리(122)는 또한 전력 증폭기 제어 소프트웨어(255)도 포함할 것이다. 전력 증폭기 제어 소프트웨어(255)는 메모리에 저장되어 마이크로프로세서(120)에서 실행될 수 있는 하나 이상의 실행 가능한 코드 세그먼트를 포함한다. 대안적으로, 전력 증폭기 제어 소프트웨어(255)의 기능은 ASIC(135)에 코드화될 수 있거나, FPGA(133) 또는 다른 장치에 의해 실행될 수 있다. 메모리(122)는 재기록될 수 있고 FPGA(133)는 재프로그램 가능하기 때문에, 전력 증폭기 제어 소프트웨어(255)에 대한 업데이트는 이러한 방법들 중 어느 하나를 사용하여 구현될 때, 원격으로 전송되어 휴대용 송수신기(100)에 저장될 수 있다.
기저대역 서브시스템(110)은 아날로그 디지털 변환기(ADC)(134)와 디지털 아날로그 변환기(DAC)(136,138)를 또한 포함한다. DAC(136,138)가 2 개의 분리된 장치로서 도시되어 있지만, DAC(136,138)의 기능을 실행하는 데에 단일의 디지털 아날로그 변환기가 사용될 수 있는 점이 이해될 것이다. ADC(134), DAC(136) 및 DAC(138)는 또한 버스(128)를 통하여 마이크로프로세서(120), 메모리(122), 아날로그 회로(124) 및 DSP(126)와 통신한다. DAC(136)는 기저대역 서브시스템(110) 내의 디지털 통신 정보를 커넥션(140)을 통하여 변조기(152)에 전송하기 위한 아날로그 신호로 변환한다. 2개의 지향 화살표로서 나타낸 커넥션(140)은 디지털 영역에 서 아날로그 영역으로의 변환 후에 송신기(150)에 의해 송신되는 정보를 포함한다.
송신기(150)는 커넥션(140) 상의 아날로그 정보를 변조하는 변조기(152)를 포함하고, 변조된 신호를 커넥션(158)을 통해 업 컨버터(upconverter)(154)에 제공한다. 업 컨버터(154)는 커넥션(158) 상의 변조된 신호를 적당한 송신 주파수로 변환하고, 그 업(up) 변환된 신호를 커넥션(184)을 통하여 전력 증폭기(180)에 제공한다. 전력 증폭기(180)는 휴대용 송수신기(100)가 동작하도록 설계된 시스템을 위해 적절한 전력 레벨로 신호를 증폭한다.
변조기(152) 및 업 컨버터(154)에 대한 상세한 설명은 당업자들에 의해 이해될 수 있기 때문에 생략되었다. 예를 들면, 커넥션(140) 상의 데이터는 일반적으로 기저대역 서브시스템(110)에 의해 I(in-phase) 및 Q(quadrature) 성분으로 포맷된다. I 및 Q 성분은 상이한 형태를 취하고, 사용되고 있는 통신 규격에 따라 상이하게 포맷된다. 예를 들면, 전력 증폭기 모듈이 모바일 통신(GSM)을 위한 글로벌 시스템과 같은 일정한 진폭, 위상(또는 주파수) 변조 어플리케이션에 이용되는 경우에는, 위상 변조된 정보는 변조기(152)에 의해 제공된다. 상기 전력 증폭기 모듈이, 예컨대 EDGE로서 칭하는 GSM 개선용 확장 데이터 속도(extended data rates for GSM evolution)와 같은 위상 및 진폭 변조의 양쪽 모두를 필요로 하는 어플리케이션에 이용되는 경우에는, 송신 신호의 직교 좌표계에서의 I 및 Q 성분들은 자신들의 극좌표계에서의 대응 성분인, 진폭 및 위상으로 변환된다. 진폭 변조가 전력 제어 소자(285)에 의하여 실행되는 동안, 위상 변조는 변조기(152)에 의하여 실행되는데, 여기서 진폭 엔빌로프는, 전력 증폭기 제어 소자(285)에 의해 발생 되는 전력 제어 전압 VPC에 의해 정의된다. 전력 증폭기 모듈(180)의 순간 전력 레벨은 VPC를 추적함으로써, 위상 및 진폭 성분들 모두를 갖는 전송 신호를 생성한다. 극성 변조(polar modulation)로서 알려진 이 기술에 의하여 전력 증폭기 모듈에 의한 선형 증폭의 필요성이 제거되고, 위상 및 진폭 변조 모두를 제공하면서, 보다 효율적인 포화 동작 모드의 사용을 가능하게 한다.
전력 증폭기(180)는 커넥션(156)을 통해 프론트 엔드 모듈(162)에 증폭된 신호를 공급한다. 이 프론트 엔드 모듈은 당업자들에게 공지된 바와 같이, 예컨대 송신 신호들 및 수신 신호들 모두의 동시 통과를 가능하게 하는 필터 쌍을 포함하는 디플렉서(diplexer)를 포함하는 안테나 시스템 인터페이스를 포함한다. 송신 신호는 프론트 엔드 모듈(162)로부터 안테나(160)로 공급된다.
전력 증폭기 제어 소자(285)에 의해 발생된 전력 제어 신호 VPC를 사용하여, 전력 증폭기 제어 소자(285)는 전송 신호를 증폭하기 위해 전력 증폭기(180)가 동작하는 적절한 전력 레벨을 결정한다. 이 전력 제어 신호, VPC는 또한 변조 표준(modulation standard)에 의해 요구될 때 엔빌로프, 또는 진폭, 변조를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 전력 증폭기 제어 소자(285)는 또한 이하에서 기술될 공급 제어 소자(300)를 포함한다. 전력 증폭기 제어 소자(285)는 커넥션(250)을 통해 전력 증폭기(180)에 조정된 공급 전압(VCC로 언급)을 제공하며, 이는 전력 증폭기(180)에 전달되는 공급 전압을 제어함으로써 전력 증폭기의 출력을 결정한다. 전력 증폭기 제어 소자(285) 및 공급 제어 소자(300)는 이하에서 더 자세히 기술될 것이다.
안테나(160)에 의하여 수신된 신호는 프론트 엔드 모듈(162)로부터 수신기(170)로 향할 것이다. 수신기(170)는 다운 컨버터(downconverter)(172), 필터(182) 및 복조기(178)를 포함한다. 직접 변환 수신기(DCR)를 사용하여 구현되는 경우, 다운 컨버터(172)는 수신된 신호를 RF 레벨로부터 기저대역 레벨(DC)로 변환한다. 대안적으로, 수신된 RF 신호는 어플리케이션에 따라서 중간 주파수(IF) 신호로 다운 변환될 수 있다. 다운 변환된 신호는 커넥션(174)을 통해 필터(182)로 전송된다. 필터는 당업계에 알려진 바와 같이 수신된 다운 변환된 신호를 필터링하기 위해 적어도 하나의 필터 스테이지를 포함한다.
필터링된 신호는 커넥션(176)을 통해 필터(182)로부터 복조기(178)로 전송된다. 복조기(178)는 전송된 아날로그 정보를 복구하고, 이 아날로그 정보를 나타내는 신호를 접속(186)부를 통해 ADC(134)에 공급한다. ADC(134)는 기저대역 주파수에서 이러한 아날로그 신호들을 디지털 신호로 변환하고, 그 신호를 추가 처리를 위하여 버스(128)를 통해 DSP(126)로 전달한다.
도 2는 도 1의 업 컨버터(154), 전력 증폭기 제어 소자(285) 및 공급 제어 소자(300)를 도시하는 블록도이다. 전력 제어 폐루프(265)를 형성하는 전력 증폭기 제어 소자(285), 또는 "AM 제어 루프"의 설명부터 시작하면, 커넥션(157) 상의 전력 증폭기(180)의 출력에 존재하는 출력 전력의 일부는 커넥션(157) 및 혼합기(mixer)(226)로의 입력을 통해 결합기(coupler)(222)에 의해 전환된다. 혼합 기(226)는 또한 커넥션(198)을 통해 합성기(synthesizer)(148)로부터의 국부 발진기(LO; local oscillator) 신호를 수신한다.
혼합기(226)는 커넥션(157) 상의 RF 신호를 커넥션(228) 상의 중간 주파수(IF) 신호로 다운 변환한다. 예컨대, 혼합기(226)는 커넥션(157) 상의 약 2 GHz의 주파수를 갖는 신호를 획득하고, 그것을 가변 이득 소자(232)에의 입력을 위해 커넥션(228) 상의 약 100 MHz의 주파수로 다운 변환한다. 가변 이득 소자(232)는 ,예컨대 가변 이득 증폭기 또는 감쇠기(attenuator)가 될 수 있으나, 이들에 제한되지 않는다. 그러한 구성에서, 가변 이득 소자(232)는 약 70 데시벨(dB), 즉 +35dB/-35dB의 동적 범위를 가질 수 있다. 가변 이득 소자(232)는 증폭기(236)의 비반전 출력으로부터의 제어 신호 입력을 커넥션(234)을 통해 수신한다. 증폭기(236)에의 입력은 커넥션(146)을 통해 도 1의 기저대역 서브시스템(110)으로부터 공급된다. 커넥션(146) 상의 신호는, 전송 전력 레벨을 정의하고 전력 프로파일을 제공하는 기준 전압인 전력 제어 신호 VAPC이다. 커넥션(146) 상의 이 신호는 저항기(240) 및 캐패시터(242)를 포함하는 재구성 필터에 공급된다. 이 방법으로, 전송 전력 레벨 및 전력 프로파일을 위한 기준 전압이 커넥션(234)을 통해 가변 이득 소자(232)의 제어 입력에 공급된다.
커넥션(246) 상의 가변 이득 소자(232)의 출력은 IF 신호이고 AM 성분 및 PM 성분 모두를 갖는 변조를 포함하고 "전력 측정 신호"로 불린다. 이 전력 측정 신호는 전력 증폭기(180)의 절대 출력 전력과 관련되고, 신호에 존재하는 AM 및 PM 성분과 관련된 매우 작은 에러를 포함한다. 커넥션(246) 상의 가변 이득 소자(232)의 출력은 전력 검출기(262)의 입력에 공급되고 또한 제한기(limiter)(248)에 공급된다. 커넥션(246) 상의 IF 신호는 AM 신호 및 PM 신호 모두를 포함한다. 커넥션(246) 상의 신호는, 커넥션(246) 상에 존재하는 IF 전력의 순간 레벨을 나타내는 기저대역 신호를 커넥션(264) 상에 제공하는 전력 검출기(262)에 공급된다. 커넥션(264) 상의 전력 검출기(262)의 출력은 증폭기(268)의 반전 입력에 공급된다.
증폭기(268), 캐패시터(266) 및 캐패시터(270)는, 커넥션(272)을 통해 전력 증폭기(180)를 제어하기 위해 사용되는 에러 신호를 제공하는 비교기(284)를 형성한다. 증폭기(268)에의 비반전 입력은 커넥션(138)을 통해 변조기(152)의 출력으로부터 전력 검출기(276)을 지나 공급된다. 커넥션(138) 상의 신호는 증폭기(268)의 비반전 입력에 공급되고, 전력 증폭기(180)의 제어 포트(250)에 대한 입력을 위해 변조기(152)에 의해 개발되는 AM 변조를 포함한다.
전력 증폭기 제어 소자(285)의 이득은 증폭기(268)에의 입력인, 커넥션(264) 및 커넥션(138) 상의 신호들간의 차이가, 전력 증폭기(180)의 출력을 제어하는데 사용되는 커넥션(272) 상의 에러 신호를 제공하도록 커넥션(272) 상의 신호를 증폭한다. 커넥션(272) 상의 에러 신호는 가변 이득 소자(232)와 그 구조가 유사할 수 있는 가변 이득 소자(274)에 공급된다. 그러나, 가변 이득 소자(274)는 가변 이득 소자(232)의 함수와 역함수를 갖는다. 가변 이득 소자(274)에 대한 제어 입력은 증폭기(236)의 반전 출력으로부터 공급된다. 이러한 방법으로, 전력 증폭기(180) 의 제어 포트에 공급되는 커넥션(250) 상의 전력 증폭기 제어 신호는 전력 증폭기(180)를 구동시켜 커넥션(156) 상의 적당한 출력을 제공한다.
커넥션(264) 상의 신호의 레벨 및 커넥션(138) 상의 신호의 레벨은 동일해야 한다. 예컨대, 가변 이득 소자(232)의 출력 레벨이 10 인자 만큼 증가된다면, 전력 증폭기(180)의 출력 레벨은 그에 따라 감소하여, 증폭기(268)의 입력에서 평형을 유지하게 된다. 전력 증폭기(180)의 출력은 가변 이득 소자(232)의 이득 변화를 상쇄하기 위해 변화된다. 이러한 방법으로, 커넥션(264) 상의 신호 크기는 커넥션(138) 상의 신호 크기와 동일하게 유지된다. 그러나, 이는 커넥션(228) 상의 신호가 커넥션(234) 상의 신호에 뒤떨어져서 2개의 신호가 완전히 상쇄될 수 없음을 의미한다. 이러한 방법에서, AM 부분과 PM 부분을 갖는 에러 신호가 커넥션(246) 상에 존재한다. 커넥션(246) 상의 신호는 전력 검출기(262)에 의해 IF 신호로부터 커넥션(264) 상의 기저대역 신호로 변환된다. 커넥션(264) 상의 신호는 증폭기(268) 및 증폭기(274)에 의해 증폭되고, 커넥션(168) 상의 공급 제어 소자(300)에의 입력으로서 제공된다. 공급 제어 소자(300)는 원하는 신호가 커넥션(156) 상의 전력 증폭기(180)의 출력에서 얻어지도록 커넥션(250)을 통해 전력 증폭기(180)에의 공급 전압을 제어한다. 전력 증폭기 제어 소자(285)는 커넥션(264) 상의 에러 신호가 작게 유지될 수 있도록 충분한 이득을 갖는다. 그러한 경우, 가변 이득 소자(232) 및 전력 증폭기(180)의 이득 변화는 실질적으로 서로에 대해 반대일 것이다.
커넥션(264) 상의 에러 신호를 증폭하는 것 외에, 증폭기(268)는 또한 커넥 션(264) 상의 전력 측정 신호와, 변조기(152)에 의해 공급되는 커넥션(138) 상의 AM 부분을 포함하는 기준 전압 신호를 비교한다. 커넥션(138) 상의 DC 전압 레벨은 AM 변조와는 관계없이 전력 증폭기(268)를 위한, 원하는 정적 출력 전력에 영향을 미친다. 증폭기(268)는 커넥션(264) 상의 신호 레벨과 커넥션(138) 상의 신호 레벨을 비교하여, 그 차이를 증폭시켜 커넥션(272) 상의 전력 제어 신호를 제공하게 된다. 비교기(284)는 역시 저역 통과 필터인 적분기로서 기능한다. 대안적으로 신호의 AM 부분은 예컨대, 가변 이득 소자(232)를 통하는 것과 같이, 다른 방법으로 전력 증폭기 제어 소자(285)에 도입될 수 있다.
커넥션(272) 상의 전력 제어 신호는 가변 이득 증폭기(274)를 구동시키는데, 이 가변 이득 증폭기(274)는 가변 이득 소자(232)가 전력 증폭기 제어 소자(285)의 전달 함수 상에 갖는 영향을 보정한다. 가변 이득 소자(232) 및 가변 이득 소자(274)의 가변 이득은 상보적이다. 전력 측정 신호는 커넥션(264) 상에 존재하고, AM 에러 신호는 커넥션(138) 상에 존재하기 때문에, 증폭기(268)는 듀얼 함수; (1) 정확한 양의 AM을 갖기 위해 커넥션(250)을 통해 전력 증폭기(180)의 전력 출력을 변조시키기 위해 커넥션(138) 상의 AM 에러 신호를 증폭하고, (2) 평균 전력 비교를 수행하고 그 결과를 증폭하여 가변 이득 증폭기(274)를 구동시키는 커넥션(272) 상의 제어 신호를 제공하게 된다. 가변 이득 증폭기(274)는 커넥션(168) 상의 전압 신호 VPC를 제공하는데, 이 전압 신호 VPC는 AM 부분을 포함하고 전력 증폭기(180)에 전달되는 공급 전압을 제어하기 위해 공급 제어 소자(300)를 구동시킨 다. 공급 제어 소자(285)는 전력 증폭기(180)를 정확한 평균 전력 출력으로 구동시킨다. 이러한 방법으로 전력 출력이 제어되고, 신호의 원하는 AM 부분이 전력 증폭기(180)의 제어 입력(250)에 공급되고, 커넥션(156) 상의 전력 증폭기 출력 상에 존재하게 한다. 혼합기(226), 가변 이득 소자(232), 전력 검출기(262), 증폭기(268) 및 가변 이득 소자(274)는 커넥션(138)을 통해 전송 신호의 AM 부분의 도입을 허용하면서, 전력 증폭기(180)의 전력 출력을 제어하기 위해 연속적인 전력 제어 폐루프(265)를 제공한다.
항상, 전력 제어 폐루프(265)는 전력 증폭기(180)에 의해 발생하는 임의의 위상 변이를 보정할 수 있게 한다. 위상 고정 루프(220)는 이제 위상/주파수 검출기(208)의 입력에 전력 증폭기(180)의 출력을 루핑 백(looping back)하기 위한 전력 제어 피드백 폐루프를 포함한다. 전력 증폭기(180)에 의해 발생되는 임의의 원치 않는 위상 변이는 위상 고정 루프(220)에 의해 보정될 것이다. 가변 이득 소자(232)의 출력은 커넥션(246)을 통해 존재하는 임의의 위상 왜곡을 위상 고정 루프(220)에 의한 보정을 위한 제한기(248)에 전달한다. 그리하여, 전력 증폭기(180)의 출력의 위상은 커넥션(155) 상의 LO 신호의 위상을 따르도록 한다.
가변 이득 소자(232)의 출력으로부터 AM을 제거하기 위해, 가변 이득 소자(232)는 커넥션(246) 및 커넥션(144)을 통해 제한기(248)의 입력에 접속된다. 제한기(248)는 커넥션(258) 상의 PM 성분만을 포함하는 국부 발진기 신호를 개발한다. 이 LO 신호는 커넥션(258)을 통해 분배기(260)로 공급되고, 이 분배기는 커넥션(258) 상의 신호를 숫자 "y"로 분배한다. 숫자 "y"는 합성기(148)의 설계 복잡 도를 최소화하기 위해 선택된다. 분배기(260)의 출력은 위상/주파수 검출기(208)에 공급된다.
합성기(148)로부터의 변조되지 않은 입력 신호는 커넥션(155)을 통해 분배기(202)에 공급된다. 변조되지 않은 입력 신호는 커넥션(204) 상에 적당한 주파수를 갖는 신호를 제공하기 위해 숫자 "x"에 의해 나누어진 주파수이다. 숫자 "x"는 합성기(148)의 설계 복잡도를 최소화하기 위해 선택되고, 예컨대 합성기(148)의 출력을 100MHz의 주파수로 변환하도록 선택될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 커넥션(204) 상의 분배기의 출력은 변조기(152)에 공급된다. 또한, 기저대역 I 및 Q 정보 신호들은 커넥션(278) 및 커넥션(282)을 통해 각각 변조기(152)에 공급된다. I 및 Q 기저대역 정보 신호 인터페이스는 당업자에게 이해될 수 있다. 변조기(152)의 동작에 의해, 커넥션(252) 상의 출력은 AM 기준 신호 및 작은 PM 에러 신호의 형태인 AM 성분을 포함하는 중간 주파수 신호이다. 변조기(152)의 출력은 커넥션(252)을 통해 전력 검출기(276)에 공급된다. 전력 검출기(276)의 출력은 또한 원하는 전송 신호의 AM 부분을 포함한다. 커넥션(138) 상에 제공되는 신호는 전력 증폭기 제어 소자(285)에의 입력을 위한 기준 신호이다. 전력 증폭기 제어 소자(285)는 제한된 대역폭을 갖기 때문에, 커넥션(138) 상에서 진폭 변조가 일어나는 레이트(rate)는 바람직하게는 전력 제어 피드백 루프(265)의 대역폭 이내이다.
위상 고정 루프(220) 내의 컴포넌트들은 커넥션(258) 상의 PM 및 변조기 커넥션(278,282)의 비교에 대한 이득을 제공하여, 커넥션(252) 상의 변조기(152)의 위상 에러 출력을 제공한다. 이 위상 에러 신호는 그 후 작은 PM 위상 에러 성분을 포함하는 커넥션(258) 상의 신호를 출력하는 제한기(248)에 공급된다.
위상 에러를 포함하는 커넥션(252) 상의 변조기(152)의 에러 신호 출력은 위상 고정 루프(220)의 이득이 증가함에 따라 더욱 작아질 것이다. 그러나, 항상 약간의 에러 신호가 존재할 것이고, 이로 인해 위상 고정 루프(220)가 위상 고정을 달성할 수 있게 할 것이다. 전력 증폭기(180)가 동작하지 않을 때에도, 항상 커넥션(156) 상으로 전력 증폭기(180)를 통한 약간의 작은 리키지(leakage)가 존재할 것임을 알아야 한다. 이 작은 리키지는 가변 이득 소자(232)를 통해서, 또 위상 고정 루프(220)가 전력 증폭기(180)의 리키지 출력만을 이용하여 고정될 수 있도록 위상 고정 루프(220)로 피드백 신호를 제공하기에 충분하다. 이러한 방법에서, 증폭기(180)가 오프(off)된 때부터 증폭기(180)가 풀(full) 출력 전력을 제공할 때까지 전력 증폭기(180)의 출력 전력을 계속하여 제어하는데 단일 피드백 루프가 사용될 수 있다.
변조기(152)의 출력은 커넥션(252)을 통해 제한기(249)에 공급된다. 제한기(249)는 커넥션(252) 상에 존재하는 AM 성분을 제거하여, 위상/주파수 검출기(208)에서의 임의의 AM-PM 변환(AM-to-PM conversion)을 방지한다. 위상/주파수 검출기(208)는 제한기(249)로부터의 변조되지 않은 입력 신호를 수신한다. 위상/주파수 검출기(208)는 또한 커넥션(206)을 통해 분배기(260)의 출력을 수신한다. 위상/주파수 검출기(208)는 커넥션(256) 상의 신호 및 커넥션(206) 상의 신호 사이의 임의의 위상 차이를 검출하고, 그 차이에 비례하는 진폭을 갖는 커넥션(210) 상 의 신호를 배치한다. 위상 차이가 360°에 이르면, 커넥션(210) 상의 위상/주파수 검출기(208)의 출력은 커넥션(256) 및 커넥션(206) 상의 신호들 간의 주파수 차이에 비례하게 된다.
커넥션(210) 상의 위상/주파수 검출기(208)의 출력은 2가지 출력 상태들 사이에 매우 작은 전이 시간(transition time)을 갖는 0 또는 1 중 하나의 값을 갖는 디지털 신호이다. 커넥션(210) 상의 이 신호는 이를 적분하는 저역 통과 필터(212)에 공급되고, 전송 전압 제어 발진기(TX VCO)(216)의 주파수를 제어하는 커넥션(214) 상의 DC 신호를 배치한다. TX VCO(216)의 출력은 커넥션(184)을 통해 직접 전력 증폭기(180)로 공급된다. 이러한 방법에서, 합성기(148), 제한기(248), 변조기(152), 제한기(256), 분배기(260), 분배기(202), 위상/주파수 검출기(208), 저역 통과 필터(212) 및 TX VCO(216)은 커넥션(184) 상의 전송 주파수를 결정하는데 사용되는 위상 고정 루프(PLL)(220)을 형성한다. 대안적으로, 변조기(152)는 PLL(220)의 외부에 위치할 수 있다. PLL(220)이 결착 또는 "고정"될 때, 커넥션(256,206) 상의 위상/주파수 검출기(208)로 들어가는 2개의 신호들은 실질적으로 동일한 위상 및 주파수를 갖고, 커넥션(210) 상의 위상/주파수 검출기(208)의 출력은 0으로 된다. 커넥션(214) 상의 통합 저역 통과 필터(212)의 출력은 안정화되어, TX VCO(216) 밖으로 고정된 주파수를 발생시킨다. 예컨대, 합성기(148) 및 혼합기(226)는 커넥션(184) 상의 TX VCO(216)로부터의 신호 출력의 주파수가, 합성기(148)에 의해 공급되는 국부 발진기 신호의 주파수 및 커넥션(206) 상의 IF 주파수의 합을 추적하는 것을 보장한다.
위상 고정 회로(220)가 고정될 때, 커넥션(256) 상의 신호의 위상 및 커넥션(206) 상의 신호의 위상은 실질적으로 동일할 것이다. 커넥션(206) 상의 PM의 양이 매우 작아야 하기 때문에, 위상 고정 루프(220)에서의 이득은 커넥션(206) 상의 에러 신호를 위상/주파수 검출기(208)가 비교할 수 있는 레벨로 증폭시키기 위해 충분히 커야 한다. I 및 Q 정보 신호를, TX VCO의 위상에 대해 이동하기에 바람직한 방향과 반대 방향으로, 커넥션(204) 상의 신호에 부과하기 위해 변조기(152)를 사용함으로써, 또한 위상 고정 루프(220)가 고정된 상태로 유지되는 것이 바람직하기 때문에, 커넥션(184) 상의 TX VCO(216)로부터의 신호 출력의 위상은 변조기(152)에 의해 부과되는 위상과 반대로 이동할 것이다. 이 방법에서, 커넥션(206) 상에 존재하는 PM 에러 신호는 TX VCO(216)의 수 MHz/volt 정도의 매우 높은 감도(sensitivity)를 갖는다.
전력 증폭기 제어 소자(285)는 커넥션(138)에서의 AM 신호를 위한 폐루프이기 때문에, 비선형의, 또한 이로 인한 높은 효율의 전력 증폭기(180)를 사용하는 것이 가능하다. 게다가, 바람직하지 않고 해로운, 증폭기의 위상 변이의 진폭 의존성 때문에 일어나는 AM - PM 변환이, 위상 고정 루프(220) 내에 포함되어 있는 전력 증폭기(180)에 의해 정류된다. AM 및 PM 변조를 분리시키고, AM 및 PM 변조 모두를 위해 폐루프 제어를 제공함으로써, 비선형의, 또한 이로 인한 높은 효율의 전력 증폭기가 사용될 수 있다. 이하에서 기술될, 공급 제어 소자(300)는 신호의 AM 부분을 제공하고, 낮은 전력 비능률(inefficiency)을 최소화하기 위한 방식으로 전력 증폭기(180)의 출력을 제어한다.
도 3은 도 2의 공급 제어 소자(300)의 실시예를 도시하는 블록도이다. 이 실시예에서, 공급 제어 소자(300)는 듀얼 전압 조정기(310)로서 구현된다. 듀얼 전압 조정기는 전력 증폭기 제어 소자(285)에 의해 생성되는 전력 제어 폐루프(265) 내에 위치한다. 전력 증폭기(180)는 이 예에서, (320)에서 총체적으로 나타나는 복수의 스테이지의 전력 증폭기 모듈을 포함한다. 이 예에서, 전력 증폭기 스테이지는 직렬로 배열된다. 무선 주파수 입력 신호(RFIN)는 커넥션(184)을 통해 공급되고, 무선 주파수 출력 신호(RFOUT)는 커넥션(156)을 통해 공급된다. 커넥션(156) 상의 신호는 커넥션(184) 상의 신호의 증폭된 버전(version)이다. 본 발명의 실시예에 따라, 커넥션(184) 상의 입력 신호의 레벨은 커넥션(156) 상의 출력 신호의 레벨과 비례적으로 관계되지 않는다. 이 실시예에서, 전력 증폭기(180)는, 커넥션(250) 상의 듀얼 전압 조정기(310)로부터 공급되는 VCC로 언급되는 기준 신호에 의해 제어된다.
듀얼 전압 조정기(310)는 선형 전압 조정기(322) 및 스위칭 전압 조정기(324)를 포함한다. 일 실시예에서, 선형 전압 조정기(322) 및 스위칭 전압 조정기(324)는 동일한 다이(die) 상에 위치할 수 있고, 또한 전력 증폭기(180)로서 동일하거나 상이한 다이 상에 위치할 수 있다. 전력 증폭기(180) 내의 전력 증폭기 모듈은 포화 모드에서 동작하고, 여기서 출력 전력은 입력 전력에 선형으로 관계되지 않는다. 포화된 동작을 위해 적당히 바이어싱될 때, 커넥션(156)에서의 출력 전력은 커넥션(250) 상의 VCC 신호와 관계된다. 일 실시예에서, 전력 증폭기 모듈 은, 커넥션 상의 공급 전압 제어 신호가 전력 증폭기(180) 내의 각각의 바이폴라(bi-polar) 증폭기 모듈의 콜렉터 단자에 전달되는 일련의 바이폴라 트랜지스터로서 구현될 수 있다. 이것은 하나의 가능한 구현예이고, 단지 예시로서 도 3에서 도시되어 있다.
선형 전압 조정기(322)는 연산 증폭기(op amp)(326), n 타입 전계 효과 트랜지스터(NFET)(332) 및 피드백 커넥션(335)을 포함한다. 피드백 커넥션은 일반적으로 전력 제어 신호 VPC의 전달 함수 H를 포함한다. 전력 증폭기 제어 소자(285)(도 2)는 진폭 변조를 제공하기 위해 사용되므로, 듀얼 전압 조정기(300)의 대역폭은 변조된 신호의 엔빌로프 대역폭을 지원하기 위해 충분하다. 연산 증폭기(326)의 반전 입력은 전력 증폭기 제어 소자(285)(도 2)에 의해 발생되는 전력 제어 신호 VPC에 결합되어 있다. 선택적으로, 레벨 쉬프터(level shifter)(364)가 커넥션(168) 및 선형 전압 조정기(322)의 입력 사이에 구현되어, 선형 전압 조정기(322)에 공급되는 VPC 신호의 레벨을 변경할 수 있다. 연산 증폭기(326)의 비반전 입력은 커넥션(335)을 통해 피드백 네트워크(337)의 출력(VFB)을 수신한다. 연산 증폭기(326)의 출력은 커넥션(328)을 통해 트랜지스터(332)의 게이트 단자로 공급된다. 트랜지스터(332)의 소스 단자(334)는 캐패시턴스(352)에 결합된다. 트랜지스터(332)의 드레인 단자는 전력 증폭기(180)의 콜렉터 단자에, 커넥션(250) 상의 듀얼 전압 조정기(300)의 출력 VCC를 제공한다. 드레인 단자(250)의 출력은 또 한 피드팩 경로(335)에 대한 입력으로 공급된다.
본 발명의 실시예에 따라, 듀얼 전압 조정기(310)는 스위칭 전압 조정기(324)를 포함한다. 스위칭 전압 조정기(324)는 조정기 컴포넌트(336) 및 트랜지스터(338)를 포함한다. 이 실시예에서, 트랜지스터(338)는 p 타입 전계 효과 트랜지스터(PFET)로서 도시된다. 조정기 컴포넌트(336)는 커넥션(168)을 통해 VPC 신호를 수신하고, 출력을 트랜지스터(338)의 게이트 단자(340)에 공급한다. 트랜지스터(338)의 소스 단자(344)는 커넥션(346) 상의 배터리 전압, VBATT에 접속된다. 드레인 단자(346)는 로드 인덕턴스(load inductance)(348) 및 로드 캐패시턴스(load capacitance)(352)에 결합된다.
트랜지스터(332)의 소스 단자(334)도 로드 인덕턴스(348) 및 로드 캐패시턴스(352)에 결합된다. 스위칭 전압 조정기(324)는, 이 실시예에서, 배터리 전압을 약 4V의 값으로부터 약 0.8V의 값으로 감소시키기 위해 높은 효율에서 동작한다. 높은 전압 값 및 낮은 전압 값은 여기서 기술된 것과 다를 수 있고, 통상 설계에 의해 선택된다. 그 후, 선형 전압 조정기(322)는 스위칭 전압 조정기(324)의 출력 전압을 전력 제어 폐루프(265)가 지시하는 적당한 레벨로 감소시킨다. 이 실시예에서, 선형 전압 조정기(322)는 커넥션(334) 상의 전압을 약 0.5 V로 감소시키며, 이는 전력 증폭기(180)를 제어하기 위한 커넥션(250) 상의 출력이다. 커넥션(250) 상의 VCC 신호는 하나 이상의 전력 증폭기 모듈(320)의 공급 단자로 공급된다. 전력 증폭기(180)가 공급 전압 제어된 구성에서 바이폴라 기술을 이용하여 구현되는 경우, 전력 증폭기(180)는 "콜렉터 전압 제어된" 전원 공급 장치로 언급된다.
그러나, 스위칭 전압 조정기(324)는, 전력 증폭기 제어 소자(285) 및 전력 제어 폐루프(265)와 같은, 높은 동작 대역폭 요건을 갖는 시스템에서 구현되기가 상대적으로 어렵다. 스위칭 전압 조정기(324)는 약 500kHz의 스위칭 주파수를 갖는 스위칭 전압 조정기를 위한 합리적인 대역폭인, 약 100kHz의 제어 대역폭을 가진다. 선형 전압 조정기(322)는 약 5MHz 내지 10MHz의 대역폭을 갖고, 전력 제어 폐루프(265)는 약 1.8MHz의 대역폭을 갖는다. 스위칭 전압 조정기(324)의 제어 포트(커넥션 168)는 커넥션(168)을 통해 전력 제어 신호 VPC에 직접 접속된다. 전술한 바와 같이, 스위칭 전압 조정기(324)의 입력에서 레벨 쉬프터(364)에 의해 부가 전압 쉬프트가 제공된다. 레벨 쉬프터(364)는 스위칭 전압 조정기(324) 및 선형 전압 조정기(322) 간에 전압 오프셋(offset)을 제공한다.
도 3에서 도시되는 바와 같이 구현될 때, 휴대용 통신 장치(100)의 전송 체인(chain) 내의 컴포넌트는 듀얼 전압 조정기(310)가 스위칭 전압 조정기(324)를 포함하지 않는 것과 동일하게 동작한다. 커넥션(346) 상의 스위칭 전압 조정기(324)의 출력은 진폭 변조로 인한 엔빌로프 변화를 개략적으로(coarsely) 따라가서, 선형 전압 조정기(322) 사이의 전압 강하를 최소화한다. 정확한 진폭 변조는 커넥션(250)을 지나 공급 전압 제어 신호를 통해 전력 증폭기(180)에 전달된다. 필수적으로, 스위칭 전압 조정기(324)는 선형 전압 조정기(322)의 정확한 동작을 위해 요구되는 전압 헤드룸(headroom)을 최소화한다. 스위칭 전압 조정기(324)는 개략적인 전압 조정을 제공하고, 선형 전압 조정기(322)는 미세한 전압 조정을 제공하며, 전력 증폭기 제어 소자(285) 및 전력 제어 폐루프(265)는 부가적인 미세 전압 조정을 제공한다. 스위칭 전압 조정기(324) 및 선형 전압 조정기(322)는 전력 증폭기 제어 소자(285)에 의해 공급되는 전력 제어 신호 VPC의 값에 기초하여 동적으로 조정 가능하다.
선형 전압 조정기(322)는 상대적으로 넓은 대역폭을 갖는 반면에, 스위칭 전압 조정기(324)는 상대적으로 좁은 대역폭을 갖는다. 따라서, 스위칭 전압 조정기(324)가 입력 신호 VPC를 개략적으로 따라가는 동안, 입력 신호에서의 높은 주파수 변화를 모사(replicate)할 수 없다. 선형 전압 조정기(322)는 입력 신호 VPC의 변화의 대역폭보다 더 넓은 대역폭을 갖고, 입력 신호 VPC 내의 변화를 따라갈 수 있다. 스위칭 전압 조정기(324)의 대역폭은 그 출력에서 임의의 전압 리플(ripple)을 감소시키도록 의도적으로 작게 선택된다. 선형 전압 조정기(322)의 대역폭은 스위칭 전압 조정기(324)의 출력 내의 노이즈 및 리플을 모두 여과하고, 입력 신호 VPC를 따라갈 수 있기 위해 의도적으로 크게 선택된다. 전력 증폭기 제어 소자(285)에 의해 수행되는 폐쇄 AM 전력 제어에 의해, 스위칭 전압 조정기(324) 및 선형 전압 조정기(322)의 출력 내의 노이즈 및 리플의 감소가 이루어진다.
전력 증폭기 제어 소자(285)의 폐루프 동작으로 인해, 스위칭 전압 조정 기(324) 및 선형 전압 조정기(322)의 제어가 폐루프 구조 내에서 일어난다. 따라서, 듀얼 전압 조정기(310)의 제어는 개루프 전력 제어 시스템을 이용하여 구현된 경우보다 더 정확하다. 또한, 전력 제어 폐루프 내에 있는 듀얼 전압 조정기(310)를 구현하는 것은 듀얼 전압 조정기가 다양한 파라미터 변형을 허용하도록 하고, 스위칭 전압 조정기(324), 선형 전압 조정기(322) 및 선형 전압 조정기(322)에 의해 보상되지 않은 스위칭 전압 조정기(324)의 임의의 잔여 생성물들로부터의 노이즈를 포함하는, 그 루프 대역폭 내의 에러 보정을 제공한다.
도 4는 듀얼 전압 조정기(310)의 동작을 도시하는 예시적인 전송 엔빌로프(400)를 도시하는 개략도이다. 수평 축(402)은 시간을 나타내고, 수직 축(404)은 전력 증폭기(180)의 제어 단자 상의 전압을 나타낸다. 커브(406)는 배터리 전압을 나타낸다. 커브(410)는 스위칭 전압 조정기(324)가 (422)에 나타나는 영역에 의해 도시되는 다수의 전압 조정을 수행하는, 스위칭 전압 조정기(324)의 동작을 도시한다. 이 예에서, 다수의 전압 조정기는 선형 전압 조정기(322)보다 상당히 더 효율적인 스위칭 전압 조정기(324)에 의해 수행된다. 커브(420)는 선형 전압 조정기(322)의 동작을 도시하고, 선형 전압 조정기(322)에 의해 수행되는 미세한 전압 조정을 도시한다. 영역(424)은 선형 전압 조정기(422)에 의해 수행되는 전압 조정을 나타낸다.
도 5는 전력 증폭기 제어 소자의 실시예의 동작을 도시하는 플로우 차트이다. 플로우 차트 내의 블록들은 도시된 순서로, 또는 도시된 순서와 다르게 수행되거나, 병렬적으로 수행될 수 있다. 블록(502)에서, 스위칭 전압 조정기(324)는 전력 증폭기 제어 소자(285)로부터 VPC 신호를 수신한다. 블록(504)에서, 스위칭 전압 조정기(324)는 배터리 전압을 개략적으로 조정한다. 스위칭 전압 조정기(324)에 의해 제공되는 전압 조정의 예시에서 배터리 전압을 약 4 V로부터 약 0.8 V로 조정하고 있으며, 이는 영역(422)과 같이 도 4에서 나타난다. 스위칭 전압 조정기는 약 90%의 효율에서 이 조정을 제공한다.
블록(506)에서, 선형 전압 조정기(322)는 전력 증폭기 제어 소자(285)로부터 VPC 신호를 수신한다. 블록(508)에서, 선형 전압 조정기(322)는 배터리 전압을 미세하게 조정한다. 선형 전압 조정기(322)에 의해 제공되는 전압 조정의 예시에서 스위칭 전압 조정기(324)의 출력을 약 0.8 V로부터 약 0.5 V로 조정하고 있으며, 이는 영역(424)에서와 같이 도 4에서 나타난다. 선형 전압 조정기(322)는 스위칭 전압 조정기(324)의 효율보다 작은 효율로 이 조정을 제공하나, 선형 전압 조정기(322)에 의해 제공되는 조정은 스위칭 전압 조정기(322)에 의해 제공되는 조정보다 실질적으로 작고, 듀얼 전압 조정기(310)의 전체 효율은 효율적인 전압 조정을 제공한다. 이 선형 전압 조정기(322)는 전력 증폭기 제어 소자(285)를 통한 AM 전력 제어에 의해 제공되는 보정을 통해 스위칭 전압 조정기(324)의 출력 내의 노이즈 및 리플을 감소시킨다.
블록(512)에서, 전력 제어 폐루프(265) 내에서의 전력 증폭기 제어 소자(285)의 동작은 연속하여 조정되는 VPC 전력 제어 신호를 제공함으로써 듀얼 전압 조정기(310)의 출력을 연속하여 미조정(fine tune)한다.
블록(514)에서, 듀얼 전압 조정기(310)는 전력 증폭기(180)로 전달되는 공급 전압 VCC를 제어함으로써, 전력 증폭기(180)의 출력 전력을 제어한다.
본 발명의 다양한 실시예들이 기술되어 있지만, 다수의 다른 실시예들 및 구현이 가능한 것임은 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 특허청구범위 및 그 균등범위의 관점에 의해서만 제한될 것이다.

Claims (27)

  1. 전력 증폭기의 전력 출력을 동적으로 제어하는 방법에 있어서,
    무선 주파수(RF) 신호를 전력 증폭기에 제공하는 단계;
    전력 제어 폐루프(closed power control loop)에서 전력 제어 신호를 발생시키는 단계;
    상기 전력 제어 신호를 제1 전압 조정기에 제공하는 단계; 및
    상기 전력 제어 신호를 제2 전압 조정기에 제공하는 단계를 포함하고,
    상기 전력 제어 폐루프는 상기 제1 전압 조정기에 의해 발생되는 노이즈를 최소화하는 것인, 전력 증폭기의 전력 출력을 동적으로 제어하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 스위칭 전압 조정기로서 상기 제1 전압 조정기를 구현하는 단계를 더 포함하는, 전력 증폭기의 전력 출력을 동적으로 제어하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 선형 전압 조정기로서 상기 제2 전압 조정기를 구현하는 단계를 더 포함하는, 전력 증폭기의 전력 출력을 동적으로 제어하는 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 스위칭 전압 조정기를 동적으로 제어하기 위해 상기 전력 제어 신호를 이용하는 단계를 더 포함하는, 전력 증폭기의 전력 출력을 동적으로 제어하는 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 선형 전압 조정기를 동적으로 제어하기 위해 상기 전력 제어 신호를 이용하는 단계를 더 포함하는, 전력 증폭기의 전력 출력을 동적으로 제어하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 전력 제어 신호는 상기 선형 전압 조정기의 출력의 미세 제어(fine control)를 제공하는 것인, 전력 증폭기의 전력 출력을 동적으로 제어하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 전압 조정기 및 상기 제2 전압 조정기를 상기 전력 제어 피드백 폐루프 내에 위치시키는 단계를 더 포함하는, 전력 증폭기의 전력 출력을 동적으로 제어하는 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 스위칭 전압 조정기의 출력에서 전압 리플(ripple)을 필터링(filtering)하는 단계; 및
    상기 전력 제어 신호를 이용하여 상기 필터링을 제어하는 단계
    를 더 포함하는, 전력 증폭기의 전력 출력을 동적으로 제어하는 방법.
  9. 공급 전압 제어된(supply voltage controlled) 전력 증폭기에 있어서,
    전력 증폭기;
    전력 제어 신호를 발생시키도록 구성된 전력 제어 피드백 폐루프; 및
    제1 조정기 스테이지 및 제2 소정기 스테이지를 포함하는, 상기 전력 제어 피드백 폐루프에 결합된 듀얼 전압 조정기를 포함하며,
    상기 전력 제어 피드백 폐루프는 상기 제1 조정기 스테이지에 의해 발생되는 노이즈를 최소화하는 것인, 공급 전압 제어된 전력 증폭기.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 조정기 스테이지는 좁은 대역폭을 갖는 스위칭 전압 조정기인 것인, 공급 전압 제어된 전력 증폭기.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제2 조정기 스테이지는 넓은 대역폭을 갖는 선형 전압 조정기인 것인, 공급 전압 제어된 전력 증폭기.
  12. 제10항에 있어서, 상기 전력 제어 신호는 상기 스위칭 전압 조정기를 동적으로 제어하는 것인, 공급 전압 제어된 전력 증폭기.
  13. 제11항에 있어서, 상기 전력 제어 신호는 상기 선형 전압 조정기를 동적으로 제어하는 것인, 공급 전압 제어된 전력 증폭기.
  14. 제13항에 있어서, 상기 전력 제어 신호는 상기 선형 전압 조정기의 출력의 미세 제어를 제공하는 것인, 공급 전압 제어된 전력 증폭기.
  15. 제9항에 있어서, 상기 제1 조정기 스테이지 및 상기 제2 조정기 스테이지는 상기 전력 제어 피드백 폐루프 내에 위치하는 것인, 공급 전압 제어된 전력 증폭기.
  16. 제14항에 있어서, 상기 선형 전압 조정기는 상기 스위칭 전압 조정기의 출력에서 전압 리플을 필터링하고, 상기 필터링은 상기 전력 제어 신호에 의해 제어되는 것인, 공급 전압 제어된 전력 증폭기.
  17. 휴대용 송수신기(transceiver)에 있어서,
    무선 주파수(RF) 신호를 송신 및 수신하는 송수신기;
    전력 증폭기;
    전력 제어 신호를 발생시키도록 구성된 전력 제어 피드백 폐루프; 및
    제1 조정기 스테이지 및 제2 조정기 스테이지를 포함하는, 상기 전력 제어 피드백 루프에 결합되는 듀얼 전압 조정기를 포함하고,
    상기 전력 제어 피드백 폐루프는 상기 제1 조정기 스테이지에서 발생된 노이즈를 최소화하는 것인, 휴대용 송수신기.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제1 조정기 스테이지는 좁은 대역폭을 갖는 스위칭 전압 조정기인 것인, 휴대용 송수신기.
  19. 제17항에 있어서, 상기 제2 조정기 스테이지 스테이지는 넓은 대역폭을 갖는 선형 전압 조정기인 것인, 휴대용 송수신기.
  20. 제18항에 있어서, 상기 전력 제어 신호는 상기 스위칭 전압 조정기를 동적으로 제어하는 것인, 휴대용 송수신기.
  21. 제19항에 있어서, 상기 전력 제어 신호는 상기 선형 전압 조정기를 동적으로 제어하는 것인, 휴대용 송수신기.
  22. 제21항에 있어서, 상기 전력 제어 신호는 상기 선형 전압 제어기의 출력의 미세 조정을 제공하는 것인, 휴대용 송수신기.
  23. 제17항에 있어서, 상기 제1 조정기 스테이지 및 상기 제2 조정기 스테이지는 상기 전력 제어 피드백 폐루프 내에 위치되는 것인, 휴대용 송수신기.
  24. 제22항에 있어서, 상기 선형 전압 조정기는 상기 스위칭 전압 조정기의 출력에서 전압 리플을 필터링하고, 상기 필터링은 상기 전력 제어 신호에 의해 제어되는 것인, 휴대용 송수신기.
  25. 휴대용 송수신기에 있어서,
    무선 주파수(RF) 신호를 송신 및 수신하는 수단;
    상기 RF 신호를 증폭하는 증폭 수단;
    전력 제어 신호를 발생시키는 수단; 및
    상기 증폭 수단의 출력을 조정하는 조정 수단을 포함하며,
    상기 전력 제어 신호를 발생시키는 상기 수단은 상기 조정 수단에 의해 발생되는 노이즈를 최소화하고, 상기 조정 수단은 제1 조정기 수단 및 제2 조정기 수단을 포함하는 것인, 휴대용 송수신기.
  26. 제25항에 있어서, 상기 조정 수단은
    스위칭 조정기 수단; 및
    선형 조정기 수단을 포함하고,
    상기 스위칭 조정기 수단은 전압 신호를 개략적으로 조정하고, 상기 선형 조정기 수단은 상기 전압 신호를 미세하게 조정하며, 상기 전력 제어 신호를 발생시키는 상기 수단은 상기 제1 및 제2 조정기 수단을 미세하게 조정하는 것인, 휴대용 송수신기.
  27. 제26항에 있어서, 상기 선형 조정기 수단은 상기 스위칭 조정기 수단의 출력에서 전압 리플을 필터링하고, 상기 필터링은 상기 전력 제어 신호에 의해 제어되 는 것인, 휴대용 송수신기.
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