KR20100042590A - 통합된 다중모드 다중밴드 전력 증폭기의 장치 및 방법 - Google Patents

통합된 다중모드 다중밴드 전력 증폭기의 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 통합된 다중모드 다중밴드 전력 증폭기의 장치 및 방법에 관한 것으로서, 무선 통신 휴대용 단말에서 신호 증폭 장치는, 입력 신호를 수신하도록 구성된 제 1 인터페이스와, 상기 제 1 인터페이스에 입력이 연결되고, 출력하는 제 1 단계 전력 증폭기와, 제 1 입력이 상기 제 1 단계 전력 증폭기의 출력과 연결되는 제 1 가변 정합 네트워크와, 입력이 상기 제 1 가변 정합 네트워크의 출력과 연결되고, 출력하는 제 2 단계 전력 증폭기와, 입력이 상기 제 2 단계 전력 증폭기와 연결되는 제 2 가변 정합 네트워크와, 상기 제 2 가변 정합 네트워크의 출력과 연결되고, 상기 신호의 증폭된 버전을 출력하도록 구성된 제 2 인터페이스를 포함한다.
전력 증폭기(Power Amplifier), MEMS(Micro Electro Mechanical Systems), 다중모드(Multi Mode), 다중대역(Multi Band)

Description

통합된 다중모드 다중밴드 전력 증폭기의 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR AN INTEGRATED MULTI-MODE MULTI-BAND POWER AMPLIFIER}
본 발명은 무선 통신 장치에 관한 것으로서, 특히 무선 통신 장치의 전력 증폭기(Power Amplifier)에 관한 것이다.
무선 휴대용 단말은 GSM/GPRS(Global System for Mobile communications/Global Packet Radio Service), 개선된 EDGE(Enhanced Data rates for Global Evolution), CDMA(Code Division Multiple Access), WCDMA/HSPA(Wideband Code Division Multiple Access/High-Speed Packet Access) 및 LTE(Long Term Evolution) 와 같이 다중모드에서 동작할 필요성이 점점 더 증가되고 있다. 즉, 상기 휴대용 단말이 700MHz, 800MHz, 900MHz, 1700MHz, 1800MHz, 1900MHz, 2100MHz 및 2600MHz와 같은 다중 주파수 대역에서 동작할 필요성이 증가되고 있다. 다중모드와 다중대역 휴대용 단말 모델은 현재 사용중인 각각의 모드 및 동작 대역을 위해 별도의 전용 전력 증폭기를 포함한다.
상기 각각의 모드와 대역을 위한 전용 전력 증폭기 회로의 사용 목적은 주어진 모드와 동작 대역에 대한 최선형 및/혹은 효율성을 획득하기 위하여 회로의 입력과 출력을 최적으로 정합시키기 위한 것이다. 비록 증폭기 회로의 메인 트랜지스터가 본질적으로 광대역이지만, 증폭기 회로의 대역폭은 전형적으로 입력과 출력 정합 회로(matching circuit)에 의해 좁아지게 된다. 그러므로, 만족할만한 선형성과 효율성을 획득하기 위해서는 무선 휴대용 단말에서 각각 다른 대역과 동작 모드 각각에 대해 조정된 고정 정합 네트워크(fixed matching network)를 사용하는 전력 증폭기 회로를 사용해야 한다. 고정 정합 네트워크를 사용하면, 반도체 전력 트랜지스터(semiconductor power transistor) 장치는 단일 모드와 단일 대역에서만 효율적으로 RF 신호를 전송할 수 있다.
종래에는 GSM과 CDMA 모드를 모두 커버하는 단일 전력 증폭기를 위한 실행 가능한 솔루션이 존재하지 않는다. 이는, 상기 전력 증폭기 트랜지스터가 상기 GSM 시스템에서는 과잉 지역에서 훨씬 더 좁은 대역폭 신호와 시간 슬롯으로 동작하고, 상기 CDMA 시스템에서는 보다 선형적인 영역에서 연속적인 시간으로 동작하기 때문이다. 이러한 차이점은 전력 증폭기 장치의 출력에서 매우 다른 임피던스 정합 솔루션을 도출해낸다. 고정된 임피던스 시스템 디자인에서 예를 들어, 50옴 시스템에서, 고정된 정합 네트워크는 상기 두 모드를 동시에 만족시킬 수 없다.
주파수 범위에서, 단일 전력 증폭기 회로는 전형적으로 낮은 대역(800MHz, 900MHz), 높은 대역(1700MHz/1800MHz/1900MHz) 혹은 UMTS 대역(2100MHz)을 커버한다. 전력 증폭기 트랜지스터의 출력에서 나타나는 로드 임피던스는 다양한 동작 주 파수들에서 완전이 달라지고, 단일 고정 정합 네트워크는 모든 가능성 있는 주파수 대역들에 대한 최적 정합을 제공할 수 없다. 그러므로, 다중모드 다중대역 휴대용 단말에서는 복수의 전력 증폭기들이 필요된다.
무선 단말이 요구하는 항상 감소하는 형태의 요소와 항상 증가하는 형태의 기능성은 복수의 전력 증폭기와 같은 전단 장치들(front-end devices)에 상반하는 문제들을 발생시킨다. 현재, 휴대용 단말 보드 공간은 가장 복잡한 휴대용 단말 유닛일지라도 전력 증폭기의 수가 4개 이상이 되지 않도록 제한된다. 업계 내에서 장치 크기를 감소시키기 위한 적극적인 노력에도 불구하고, 기초적인 물리학과 제조 문제들은 휴대용 단말 유닛 내에서 복수의 추가적인 기능을 제공하기 위해 필요한 장치 크기를 감소시키는 것을 금지하고 있다. 따라서, 추가적인 전력 증폭기 장치들을 위해 더 많은 보드 공간을 필요로할 뿐만 아니라, 각 전력 증폭기 장치의 주변에 있는 수동적 구송 요소들은 보드 공간을 필요로 하고 사용되는 복수의 전력 증폭기들의 수에 비례하여 증가한다.
그러므로, 종래에는 전력 증폭기를 향상시키기 위한 방법이 필요하다. 특히, 보드 공간 요구를 최소화하여 다중 모드와 다중 대역으로 증폭시킬 수 있는 전력 증폭기가 필요하다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 무선 통신 장치의 전력 증폭기(Power Amplifier)를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 무선 통신 장치에서 다중모드 다중대역을 위한 전력 증폭기 장치를 제공함에 있다.
상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 무선 통신 휴대용 단말에서 신호를 증폭시키는 장치는 입력 신호를 수신하는 제 1 인터페이스를 형성하고, 1 단계 전력 증폭기 제 1 인터페이스에 연결되며, 제 1 가변 정합 네트워크는 상기 제 1 단계 전력 증폭기에 연결되고, 제 2 단계 전력 증폭기는 상기 제 1 가변 정합 네트워크에 연결되고, 상기 제 2 단계 전력 증폭기에 연결된 제 2 가변 정합 네트워크를 추가로 포함하며, 상기 제 2 가변 정합 네트워크에 연결되는 제 2 인터페이스를 추가로 포함하며, 상기 제 2 인터페이스는 증폭된 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 무선 통신 휴대용 단말 다중 모드 다중 대역의 가변 전력 증폭기 모듈을 포함하고, 상기 다중 모드 다중 대역의 가변 전력 증폭기 모듈은 입력 신호를 수신하는 제 1 인터페이스와 입력 신호의 증폭된 버전을 출력하는 제 2 인터페이스를 포함하고, 상기 다중 모드 다중 대역 가변 전력 증폭기 모듈은 광대역의 전력 증폭기 단계와 최종 증폭기 단계를 포함하며, 추가적으로 상기 다중 모드 다중 대역 가변 전력 증폭기 모듈은 상기 다중모드 다중대역의 가변 파워 전력 증폭기의 임피던스 값을 변경하는 복수의 가변 정합 네트워크를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 3 견지에 따르면, 전송 신호를 증폭시키는 방법은 폭을 위한 신호를 수신하고, 증폭 경로를 통해 신호를 증폭시키고 증폭 경로의 임피던스를 변경하는 것을 포함하며, 추가적으로 신호의 증폭된 버전을 출력하는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 다중모드 다중대역을 위한 전력 증폭기 장치를 제공함으로써, 전체적인 휴대용 단말의 설계에서 크기와 비용을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1a 및 1b는 본 발명에 따른 무선 휴대용 단말 장치의 회로 보드를 도시하 고 있다. 상기 무선 휴대용 단말 장치(이하에서 ‘휴대용 단말’ 이라 칭함, 미도시)는 복수의 신호 프로토콜을 통해 복수의 모드들 및 복수의 대역들과 같은 통신이 필요할 수 있다.
상기 휴대용 단말의 일 예로, 쿼드 대역(quad-band) GSM과 트리 대역(tri-band) 휴대용 단말이 있다. 상기 휴대용 단말은 회로 보드(100)를 포함하며, 상기 회로 보드(100)는 앞면(110)과 뒷면(150)을 가지며, 상기 앞면(110)과 뒷면(150)은 휴대용 단말기의 정면과 뒷면에 관련한 구체적인 방향을 나타내는 전형적인 용어이다.
상기 도 1a 와 1c를 참조하면, 상기 앞면(100)은 GSM 전력 증폭기(Power Amplifier: 이하 'PA'라 칭함) 모듈(115)을 포함한다. 상기 GSM PA 모듈(115)은 디지털 셀룰러 통신 시스템(DCS: Digital Cellular Communications System)과 퍼스널 통신 서비스(PCS: Personal Communication Service) 대역을 커버하는 GSM PA(120)와 US 셀룰러와 유러피언(European) 셀룰러 대역을 커버하는 GSM PA(125), 및 송수신 스위치(140)를 포함한다.
도 1b를 참조하면, 상기 뒷면(150)은 US 셀룰러 대역을 위한 제 1 WCDMA PA(155)와, PCS 대역을 위한 제 2 WCDMA(160), 및 IMT-2000 대역을 위한 제 3 WCDMA(165)를 포함한다.
도 1c를 참조하면, 무선 휴대용 단말 장치의 회로 보드 설계도를 도시하고 있다. 비록 두 개의 GSM 대역 PA(120, 125)가 함께 단일 PA 모듈(115)에 포함되어 있으나, 상기 단일 PA 모듈(115)은 두 개의 별도 PA 회로를 포함하며, 하나는 높은 대역(HB: High Band)(142)을 위한 것이고, 다른 하나는 낮은 대역(LB: Low Band)(144)을 위한 것이다. 추가적으로, 상기 휴대용 단말은 제 1 WCDMA PA(155)를 위한 제 1 PA 회로(170)와 제 2 WCDMA PA(160)를 위한 제 2 PA 회로(172)와 제 3 WCDMA PA(165)를 위한 제 3 PA 회로(174)를 포함한다. 즉, 상기 휴대용 단말은 다섯개의 완벽한 별개의 PA 회로를 가진다. 완벽한 별개의 PA 회로를 갖는 것은 전체적인 휴대용 단말의 설계에서 크기와 비용에 상당한 영향을 미친다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가변 PA 모듈의 간략한 블록 구성을 도시하고 있다. 상기 가변 PA 모듈(200)은 현재 휴대용 단말 구조에 적합한 치수를 갖는다. 상기 가변 PA 모듈(200)은 실제적으로 개별 모드 혹은 동작 대역을 위한 전용의 PA 중 적어도 하나의 회로 보드 공간 조건과 정합하는 치수를 갖는다. 예를 들어, 상기 가변 PA 모듈(200)은 실제적으로 GSM PA 모듈(115)(혹은 GSM PA(120) 혹은 GSM PA(125)), GSM PA 제 1 WCDMA PA(155), 제 2 WCDMA PA(130) 및 제 3 WCDMA PA(165) 중 적어도 하나의 치수와 실직적으로 정합하는 치수이다.
상기 가변 PA 모듈(200)은 증폭할 입력 신호를 수신하는 제 1 인터페이스(202)를 포함한다. 상기 제 1 인터페이스(202)는 복수의 입력 단자(204)와 단일 극 출력 단자(single pole output terminal)(206)로 이루어진다. 예를 들어, 상기 제 1 인터페이스(202)는 MEMS(Micro-Electro-Mechanical System) 기술 혹은 반도체 기술에 의해 단일 극 다중 쓰로우 스위치(SPnT: Single Pole Multi Throw switch)로 동작한다. 그러므로, 상기 제 1 인터페이스(202)는 복수의 입력 신호원에 연결되며, 복수의 신호 타입을 수신한다. 상기 복수의 입력 신호원들은 휴대용 단말의 동작에 필요한 다중 모드와 다중 주파수 대역을 포함하는 복수의 신호 타입에 대응된다. 상기 제 1 인터페이스(202)는 복수의 입력 단자(204)를 통해 복수의 신호원에 연관된 복수의 신호 타입을 수신하도록 구성된다.
상기 단일 극 출력 단자(206)는 광대역 PA(208)의 입력에 연결된다. 상기 광대역 PA(208)는 전체 파워 증폭 경로(210)에 따라 입력 신호의 파워를 증폭하는 제 1 단계이다. 상기 광대역 PA(208)는 입력 신호를 저 전력 증폭하여 제공한다. 상기 광대역 PA(208)는 출력 단자를 통해 저전력 증폭된 신호를 출력한다.
제 1 임피던스 가변 정합 네트워크(TMN: Tunable Matching Network)(212)는 광대역 PA(208)의 출력 단자로부터 저 전력 증폭된 신호를 수신한다. 상기 제 1 TMN(212)의 입력은 광대역 PA(208)의 출력 단자에 연결되어 출력한다. 구체적으로 말해서, 제 1 TMN(212)는 삼성 전자에 의해 개발된 U.S Patent No. 7,332,980, “SYSTEM AND METHOD FOR A DIGITALLY TUNABLE IMPEDANCE MATCHING METWORK’”에 설명된 디지털 임피던스 가변 정합 네트워크이다. 이 구현에서 상기 제 1 TMN(212)은 MEMS 장치이다.
상기 제 1 TMN(212)은 SPI/I2C 복호기(Decoder)(214)로부터 수신되는 구성 신호에 따라 상기 제 1 TMN(212)의 임피던스 값을 조정할 수 있도록 구성된다. 예를 들어, 낮은 임피던스에서 높은 임피던스로, 높은 임피던스에서 낮은 임피던스로, 혹은 임피던스 값들 사이의 임피던스 값으로 변경한다. 따라서, 상기 제 1 TMN(212)은 SPI/I2C 복호기(214)에 연결된다. 그러므로, 상기 제 1 TMN(212)은 다중 대역과 동작 모드들에 대해 조정할 수 있다.
최종 PA(216)는 입력 신호의 파워를 증폭하는 제 2 단계이다. 상기 최종 PA(216)는 입력이 제 1 TMN(212)의 출력과 연결된다. 상기 최종 PA(216)는 증폭 경로(210)에 따른 입력 신호의 고 전력 증폭을 제공하기 위해 형성된 고 전력 증폭기이다. 즉, 상기 최종 PA(216)는 고 전력 증폭된 신호를 출력한다.
상기 고 전력 증폭된 신호는 제 2 TMN(218)의 입력으로 제공된다. 상기 제 2 TMN(218)의 입력은 상기 최종 PA(216)의 출력 단자에 연결되어 출력한다. 구체적으로 말해서, 상기 제 2 TMN(218) 또한 삼성 전자에 의해 개발된 U.S Patent No. 7,332,980, “SYSTEM AND METHOD FOR A DIGITALLY TUNABLE IMPEDANCE MATCHING METWORK”에 설명된 디지털 임피던스 가변 정합 네트워크이다. 이 구현에서 상기 제 2 TMN(218)은 MEMS 장치이다.
상기 제 2 TMN(218)은 SPI/I2C 복호기(214)로부터 수신되는 구성 신호에 따라 상기 제 2 TMN(218)의 임피던스 값을 조정할 수 있도록 구성된다. 예를 들어, 낮은 임피던스에서 높은 임피던스로, 높은 임피던스에서 낮은 임피던스로, 혹은 임피던스 값들 사이의 임피던스 값으로 변경한다. 따라서, 상기 제 2 TMN(218)은 SPI/I2C 복호기(214)에 연결된다. 그러므로, 상기 제 2 TMN(218)은 다중 대역과 동작 모드들에 대해 조정할 수 있다.
상기 제 2 TMN(218)의 출력은 제 2 인터페이스(220)에 연결된다. 상기 제 2 인터페이스(220)는 단일극 입력 단자(222)와 복수의 출력 단자(224)로 구성된다. 예를 들면, 상기 제 2 인터페이스(220)는 MEMS 기술에 의해 SPnT로 동작한다. 그러므로, 상기 제 2 인터페이스(220)는 복수의 신호 전송 경로에 연결되고, 복수의 신호 타입을 출력한다. 상기 복수의 신호 전송 경로는 휴대용 단말 동작에 필요한 다중 모드와 다중 주파수 대역에 대응된다. 이를테면, 상기 제 2 인터페이스(220)는 복수의 출력 단자(224)를 통해 복수의 신호원에 연관된 복수의 신호 타입들을 출력하도록 형성된다.
상기 가변 PA 모듈(200)은 증폭 경로(210)를 포함한다. 상기 증폭 경로(210)는 상기 광대역 PA(208), 상기 제 1 TMN(212), 상기 최종 PA(216) 및 상기 제 2 TMN(218)을 포함한다. 구체적인 실시 예를 살펴보면, 상기 증폭 경로(210)는 바이패스 스위치(226)를 포함한다. 상기 바이패스 스위치(226)는 증폭 경로(210)의 리 라우팅에 의해 입력 신호의 증폭을 변경시키는데 적용된다. 상기 바이패스 스위치(226)는 MEMS 기술 혹은 반도체 기술에 의해 바이패스 동작을 수행한다. 상기 바이패스 스위치(226)는 SPI/I2C 복호기(214)로부터 수신된 바이패스 신호에 대한 응답으로 증폭 경로(210)의 리 라우트를 형성한다. 구체적으로 설명하면, 상기 바이패스 스위치(226)의 제 1 단자는 광대역 PA(208)의 출력에 연결되고, 제 2 단자는 제 2 TMN(218)의 출력에 연결된다. 그러므로, 바이패스 스위치(226)가 닫히면, 상기 제 1 TMN(212), 상기 최종 PA(216) 및 상기 제 2 TMN(218)은 바이패스된다. 상기 입력 신호는 오직 광대역 PA(208)에 의해 증폭되고 회로의 출력 임피던스는 고정된다. 이러한 실시 예에서, 상기 가변 PA 모듈(200)은 저 전력 신호를 제공하도 록 구성된다.
다른 실시 예를 살펴보면, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 바이패스 스위치(226)의 제 1 단자는 광대역 PA(208)의 출력에 연결되고, 제 2 단자는 최종 PA(216)의 출력에 연결된다. 그러므로, 상기 바이패스 스위치(226)가 닫히면, 상기 제 1 TMN (212)와 상기 최종 PA(216)는 바이패스된다. 상기 입력 신호는 광대역 PA(208)에 의해 증폭되고 회로의 출력 임피던스는 제 2 TMN(218)에 대해 조정된다. 그러나, 상기 입력 신호는 최종 PA(216)에 의해 증폭되지 않고 회로 임피던스는 제 1 TMN(212)에 의해 조정되지 않는다. 이러한 실시 예에서, 상기 가변 PA 모듈(200)은 가변 저 전력 신호를 제공하도록 구성된다.
또 다른 실시 예를 살펴보면, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 바이패스 스위치(226)의 제 1 단자는 제 1 TMN(212)의 출력에 연결되고, 제 2 단자는 제 2 TMN(218)의 출력에 연결된다. 그러므로, 상기 바이패스 스위치(226)가 닫히면, 상기 최종 PA(216)와 제 2 TMN(218)은 바이패스된다. 상기 입력 신호는 광대역 PA(208)에 의해 증폭되고 회로의 출력 임피던스는 제 1 TMN(212)에 대해 조정된다. 그러나, 상기 입력 신호는 최종 PA(216)에 의해 증폭되지 않고 회로 임피던스는 제 2 TMN(218)에 의해 조정되지 않는다. 이러한 실시 예에서, 상기 가변 PA 모듈(200)은 가변 저 전력 신호를 제공하도록 구성된다
선행하는 실시 예들에서, 상기 바이패스 스위치(226)가 오픈 위치에 있을 때, 예를 들어, 바이패스 동작을 수행하지 않을 때, 상기 입력 신호는 상기 광대역 PA(208), 상기 제 1 TMN(212), 상기 최종 PA(216) 및 상기 제 2 TMN(218) 각각에 의해 처리된다. 그러므로, 상기 입력 신호는 광대역 PA(208)와 최종 PA(216)에 의해 증폭되고 상기 회로의 출력 임피던스는 상기 제 1 TMN(212)과 상기 제 2TMN(218)에 의해 조정된다.
상기 도 2를 참조하면, 상기 가변 PA 모듈(200)은 감지 회로(228)를 포함한다. 상기 감지 회로(228)는 증폭 경로(210)의 센서(230)에 연결된다. 상기 감지 회로(228)는 GSM 파워 제어 램프(234)에 연결된다. 상기 감지 회로(228)는 증폭된 신호에 연관된 파라미터들(예: 주파수, 바이어스, 파워 레벨, 잡음 모양, 이득 및 선형성)을 감지하도록 구성된다. 상기 감지 회로(228)는 가변 PA 모듈(200)의 출력의 실시간 피드백을 제공한다. 상기 감지 회로(228)는 감지 인터페이스(232)를 통해 상기 실시간 피드백을 프로세서(미도시)로 제공한다.
상기 프로세서는 종래에 알려진 프로세서일 수 있으며, 다중 프로세서들일 수도 있다. 상기 프로세서는 복수의 명령들과 알고리즘들을 저장하는 메모리(예: 저장 수단)를 포함한다. 상기 저장 수단은 어떤 컴퓨터 독출 매체일 수 있다. 예를 들어, 상기 저장 수단은 마이크로 프로세서 혹은 다른 컴퓨터에 관계된 시스템 혹은 방법으로 사용하기 위해 저장, 통신, 전파, 혹은 전송하는 컴퓨터 프로그램, 소프트웨어, 펌웨어 혹은 데이터를 포함하는 전기적, 자기적, 전자기적, 광학적, 전기-광학적, 전기-기계적, 및/혹은 다른 물리적 장치일 수 있다. 상기 프로세서는 감지 인터페이스(232)를 통해 상기 실시간 피드백을 수신한다. 상기 실시간 피드백에 대한 응답으로 상기 프로세서는 상기 가변 PA 모듈(200)의 성능을 최적화시키는 복수의 명령 및 복수의 알고리즘들을 실행하도록 구성된다. 상기 프로세서는 복수 의 제어 신호와 상기 제 1 및 제 2 TMN(212, 218)들을 위한 구성 신호, 상기 광대역 PA(208)와 상기 최종 PA(216)를 위한 바이어스와 제어 신호, 및 바이패스 스위치(226)를 위한 바이패스 신호를 출력한다.
가변 PA 모듈(200)은 SPI/I2C 복호기(214)를 포함한다. 상기 SPI/I2C 복호기(214)는 프로세서에 연결되고, SPI 인터페이스(215)를 통해 상기 프로세서로부터 복수의 제어 신호를 수신한다. 추가적으로, 상기 SPI/I2C 복호기(214)는 제 1 인터페이스(202), 제 2 인터페이스(220), 제 1 TMN(212), 제 2 TMN(218), 바이패스 스위치(226) 및 PA 제어부(236) 각각에 연결된다. 상기 SPI/I2C 복호기(214)는 복수의 제어 신호 각각을 복호하고 상기 제 1 인터페이스(202), 제 1 TMN(212), 제 2 TMN(218), 제 2 인터페이스(220), 바이패스 스위치(226) 및 PA 제어부(236) 각각에 대응되는 구성 신호를 전송 하도록 구성된다.
상기 PA 제어부(236)는 트랜지스터 바이어스 제어 회로로 구성된다. 상기 PA 제어부(236)는 바이어스와 제어 정보를 광대역 PA(208)와 최종 PA(216)에 제공한다. 상기 PA 제어부(236)는 상기 광대역 PA(208)와 최종 PA(216) 각각에 연결된다. 상기 광대역 PA(208)와 최종 PA(216) 각각은 PA 제어부(236)로부터 수신된 바이어스와 제어 정보의 응답으로 바이어스(bias) 및 게인(gain)과 같은 설정을 조절하도록 구성된다.
도 5a에 도시된 바와 같은 또 다른 실시 예에서, 가변 PA 모듈(200)은 제 3 TMN(502)을 포함한다. 상기 제 3 TMN(502)의 입력은 단일 극 출력 단자(206)에 연 결된다. 상기 제 3TMN(502)의 출력은 광대역 PA(028)의 입력에 연결된다. 구체적으로 말해서, 상기 제 2 TMN(502)는 삼성 전자에 의해 개발된 U.S Patent No. 7,332,980, “SYSTEM AND METHOD FOR A DIGITALLY TUNABLE IMPEDANCE MATCHING METWORK’”에 설명된 디지털 임피던스 가변 정합 네트워크이다. 이 구현에서 상기 제 1 TMN(212)은 MEMS 장치이다.
상기 제 3 TMN(502)은 SPI/I2C 복호기(214)로부터 수신되는 구성 신호에 따라 상기 제 3 TMN(502)의 임피던스 값을 조정할 수 있도록 구성된다. 예를 들어, 낮은 임피던스에서 높은 임피던스로, 높은 임피던스에서 낮은 임피던스로, 혹은 임피던스 값들 사이의 임피던스 값으로 변경한다. 따라서, 상기 제 3 TMN(502)은 SPI/I2C 복호기(214)에 연결된다. 그러므로, 상기 제 3 TMN(502)은 다중 대역과 동작 모드들에 대해 조정할 수 있다. 이러한 예에서, 상기 프로세서는 증폭 경로(210)의 임피던스를 조정하기 위해 상기 TMN들(212, 218 및 502) 각각에 가변하는 임피던스를 활용한다.
상기 가변 PA 모듈(200)은 바이패스 스위치(226)을 포함한다. 상기 도 2 내지 5에 도시된 바와 같이 상기 바이패스 스위치(226)는 증폭 경로(210)의 리 라우팅에 의해 입력 신호의 증폭을 변경시키는데 적용된다. 상기 바이패스 스위치(226)는 MEMS 기술에 의해 바이패스 동작을 수행한다. 상기 바이패스 스위치(226)는 SPI/I2C 복호기(214)로부터 수신된 바이패스 신호에 대한 응답으로 증폭 경로(210)의 리 라우트를 형성한다. 구체적으로 설명하면, 상기 바이패스 스위치(226)의 제 1 단자는 광대역 PA(208)의 출력에 연결되고, 제 2 단자는 최종 PA (216)의 출력에 연결된다. 그러므로, 바이패스 스위치(226)가 닫히면, 상기 제 1 TMN(212)와 상기 최종 PA(216)는 바이패스된다. 상기 입력 신호는 오직 광대역 PA(208)에 의해 증폭되고 회로의 출력 임피던스는 상기 제 2 TMN(218)과 제 3 TMN(502)에 의해 변화된다. 이러한 실시 예에서, 상기 가변 PA 모듈(200)은 저 전력 신호를 제공하도록 구성된다.
도 5b는 제 3 TMN(502)을 포함하는 가변 PA 모듈(200)의 또 다른 실시 예를 도시하고 있다. 이러한 실시 예에서, 상기 바이패스 스위치(226)의 제 1 단자는 제 1 TMN(212)의 출력에 연결되며 제 2 단자는 제 2 TMN(218)의 출력에 연결된다. 상기 실시 예에서 상기 바이패스 스위치(226)가 닫히면, 상기 입력 신호는 오직 상기 광대역 PA(208)에 의해 증폭되고 상기 회로의 임피던스는 상기 제 1 TMN(212)과 제 3 TMN(502)에 의해 변경된다.
도 5a와 도 5b에서 바이패스 스위치의 연결 단자에 대한 설명은 단지 모범적 예이며, 다중 연결 구성은 이 설명의 범위로부터 출발하지 않고 완성될 수도 있다.
도 6a, 6b 및 6c를 참조하면, 상기 가변 PA 모듈(200)은 신호를 위한 적어도 하나의 단일 단자 인터페이스를 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 제 1 인터페이스(602)는 증폭될 입력 신호를 수신하기 위한 단일 극 단자로 구성된다. 상기 입력 신호는 복수의 신호원으로부터 선택된 신호이거나 다중 모드들과 다중 대역들에 적용할 수 있는 보편적 신호일 수 있다. 제 2 인터페이스(604)는 가변 PA 모듈(200)로부터 신호의 증폭된 버전을 출력하기 위한 단일 극 단자로 구성된다. 일 실시 예에서, 상기 가변 PA 모듈(200)은 단일 단자 연결을 통해 입력 신호를 수신하고, 단일 단자 연결을 통해 증폭된 신호를 출력하도록 구성된다. 따라서 가변 PA 모듈(200)을 포함하는 회로 보드는 휴대용 단말의 동작에 필요로하는 모드와 대역 각각에 대한 하나의 입력 단자와 하나의 수신 단자에 대조적으로 모든 모드들과 모든 대역들을 위해 하나의 입력 단자와 하나의 수신 단자만을 요구하도록 설계된다.
도 6b는 가변 PA모듈(200)의 다른 실시 예를 도시하고 있다. 일 실시 예에서, 상기 제 1 인터페이스(602)는 증폭될 입력 신호를 수신하기 위한 단일 극 단자로 구성된다. 상기 입력 신호는 복수의 신호원으로부터 선택된 신호이거나 다중 모드들과 다중 대역들에 적용할 수 있는 보편적 신호일 수 있다. 제 2 인터페이스(222)는 SPnT이다.
도 6c는 가변 PA 모듈(200)의 또 다른 실시 예를 도시하고 있다. 일 실시 예에서, 상기 제 1 인터페이스(202)는 SPnT이고 제 2 인터페이스(604)는 가변 PA 모듈(200)로부터 신호의 증폭된 버전을 출력하기 위해 단일 극 단자로 구성된다. 일 실시 예에서, 상기 가변 PA 모듈(200)은 복수의 입력 단자(204) 중 적어도 하나를 통해 입력 신호를 수신하고 단일 단자 연결을 통해 증폭된 신호를 출력한다.
도 6d 내지 6k는 가변 PA 모듈(200)의 다양한 구성을 도시하고 있다. 예를 들어, 도 6d는 상기 제 1 인터페이스(602)와 상기 제 2 인터페이스(604)가 각각 단일극 단자이고, 상기 바이패스 스위치(226)는 상기 제 1 TMN(212)과 상기 최종 PA(216)를 바이패스하기 위해 연결된 구성을 도시하고 있다.
도 6e는 상기 제 1 인터페이스(602)와 상기 제 2 인터페이스(604)가 각각 단 일극 단자이고, 상기 바이패스 스위치(226)가 상기 제 2 TMN(218)과 상기 최종 PA(216)를 바이패스하기 위해 연결된 구성을 도시하고 있다.
도 6f는 상기 제 3 TMN(502)을 포함하고 상기 제 1 인터페이스(602)와 상기 제 2 인터페이스(604)가 각각 단일극 단자이고 상기 바이패스 스위치(226)가 상기 제 1 TMN(212)과 상기 최종 PA(216)를 바이패스하기 위해 연결된 구성을 도시하고 있다.
도 6g는 상기 제 3 TMN(502)을 포함하고, 상기 제 1 인터페이스(602)와 상기 제 2 인터페이스(604)가 각각 단일극 단자이고 상기 바이패스 스위치(226)가 상기 제 2 TMN(218)과 상기 최종 PA(216)를 바이패스하기 위해 연결된 구성을 도시하고 있다.
도 6h는 상기 제 1 인터페이스(602)가 단일극 단자이고, 상기 제 2 인터페이스(220)가 SPnT이고, 상기 바이패스 스위치(226)가 제 1 TMN(212)과 상기 최종 PA(216)를 바이패스하기 위해 연결되는 구성을 도시하고 있다.
도 6i는 상기 제 1 인터페이스(602)가 단일극 단자이고, 상기 제 2 인터페이스(220)가 SPnT이고, 상기 바이패스 스위치(226)가 제 2 TMN(218)과 상기 최종 PA(216)를 바이패스하기 위해 연결되는 구성을 도시하고 있다.
도 6j는 상기 제 3 TMN(502)을 포함하고 상기 제 1 인터페이스(602)가 단일극 단자이고, 상기 제 2 인터페이스(220)가 SPnT이며 상기 바이패스 스위치(226)가 상기 제 1 TMN(212)과 상기 최종 PA(216)를 바이패스하기 위해 연결된 구성을 도시하고 있다.
도 6k는 상기 제 3 TMN(502)을 포함하고 상기 제 1 인터페이스(602)가 단일극 단자이고, 상기 제 2 인터페이스(220)가 SPnT이며 상기 바이패스 스위치(226)가 상기 제 2 TMN(218)과 상기 최종 PA(216)를 바이패스하기 위해 연결된 구성을 도시하고 있다.
상기 가변 PA 모듈의 구성은 상기 도 6a 내지 6k에서 도시한 것들로 제한되지 않는다. 상기 도 6a 내지 6k는 단지 모범적인 예이며, 이 설명의 범위로부터 출발하지 않은 다른 어떤 구성으로부터 완성될 수도 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 가변 PA 모듈의 연결 설계도를 도시하고 있다.
상기 가변 PA 모듈(200)은 휴대용 단말의 다른 구성과 통신하기 위한 복수의 인터페이스를 가진다. 이러한 실시 예에서, 가변 PA 모듈(200)을 포함하는 하나의 통합된 기판 모듈은 다중 고정 PA 시스템 대신에 사용된다.
상기 휴대용 단말은 HEDGE(HSDPA/WCDMA/EDGE) RFIC 송수신기(702)를 포함한다. 상기 HEDGE RFIC(702)는 복수의 신호 타입을 출력한다. 여기서, 상기 복수의 신호 타입은 GSM 고 대역(HB)(704) 및 GSM 저 대역(LB)(706) 신호와 WCDMA 대역 I (708), 대역 IV(710) 및 대역 V(712) 신호를 포함할 수 있으며, 이들 신호 타입으로 한정되지는 않는다.
상기 가변 PA 모듈(200)은 복수의 신호 타입, 예를 들어, GSM 고 대역(HB)(704) 및 GSM 저 대역(LB)(706) 신호와 WCDMA 대역 I(708), 대역 IV(710) 및 대역 V(712) 신호들 각각을 제 1 인터페이스(202)를 통해 수신하기 위해 구성된다. 상기 가변 PA 모듈(200)은 상기 제 2 인터페이스(200)를 통해 복수의 출력 경로들로 증폭된 신호를 출력하기 위해 구성된다. 상기 복수의 출력 경로는 GSM 경로(714), WCDMA 대역 I 경로(718), WCDMA 대역 IV경로(720) 및 WCDMA 대역 V경로(722)를 포함할 수 있으며, 이들 경로로 한정되지는 않는다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 조절 가능한 전력 증폭기 모듈을 포함하는 무선 휴대용 단말 장치의 동작 절차를 도시하고 있다.
상기 휴대용 단말은 800단계에서 WCDMA 대역 IV환경으로 진입한다. 상기 휴대용 단말이 WCDMA 대역 IV 환경에서 동작할 필요가 있을 때, 상기 프로세서는 802단계에서 가변 PA 모듈(200)로 복수의 구성 신호를 전송한다. 상기 복수의 구성 신호는 WCDMA 대역 IV 신호를 전송하는데 필요한 값으로 상기 TMN들(212, 218) 각각의 임피던스를 설정하기 위한 임피던스 구성 신호를 포함한다. 상기 복수의 구성 신호는 상기 대역 IV 신호(710)를 수신하는 상기 제 1 인터페이스(202)를 설정하고, 상기 WCDMA 대역 IV 경로(720)를 따라 증폭된 신호를 출력하는 상기 제 2 인터페이스(220)를 설정하기 위한 제어 신호를 포함한다.
상기 가변 PA 모듈(200)은 804단계에서 상기 대역 IV 입력 신호(710)를 수신하고 806단계에서 상기 도 2에 도시된 바와 같은 증폭 경로(210)를 통해 상기 신호를 처리한다. 상기 가변 PA 모듈(200)은 808단계에서 증폭된 신호를 상기 제 2 인터페이스(220)를 통해 상기 WCDMA 대역 IV 경로(720)로 출력한다. 동시에 상기 감지 회로(228)는 810단계에서 대역 IV 신호(710)의 증폭된 버전의 파라미터들을 감지한다. 이후, 상기 감지 회로(228)는 감지 인터페이스(232)를 통해 감지된 파라미 터들을 프로세서로 전송한다.
이후, 상기 프로세서는 812단계에서 상기 파라미터들을 수신한다. 상기 프로새서는 감지된 파라미터들을 바탕으로 최적의 임피던스 설정을 계산하기 위해 필요한 명령들과 알고리즘들을 실행한다. 만일 상기 프로세서가 816단계에서 임피던스 조정이 필요하다고 결정하면, 818단계에서 상기 프로세서는 가변 PA 모듈(200)로 구성 신호의 다른 설정을 전송한다. 반면, 상기 816단계에서 상기 프로세서가 임피던스 조정이 필요하지 않다고 결정하면, 상기 806단계로 되돌아가 상기 가변 PA 모듈(200)이 수신된 신호를 계속해서 증폭시키고, 상기 감지 회로(228)가 증폭된 신호의 파라미더들의 실시간 피드백을 계속해서 제공한다.
따라서, 상기 제 1 및 제 2인터페이스(202, 220)의 구성, 상기 TMN들(212, 218, 502)의 수와 설정, 광대역 PA(208) 및 최종 PA(216)의 설정, 그리고 바이패스 스위치(226)의 설정에 따라 본 발명에서는 다중모드 다중대역 PA를 산출해내기 위해 전반적인 증폭 경로(210)의 PA의 임피던스 값을 조정하도록 동작할 수 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1a와 1b는 본 발명에 따른 무선 휴대용 단말 장치의 회로 보드를 도시하는 도면,
도 1c는 본 발명에 따른 무선 휴대용 단말 장치의 회로 보드 설계도를 도시하는 도면,
도 2 내지 4는 본 발명의 실시 예에 따른 가변 전력 증폭 모듈을 도시하는 도면,
도 5a 내지 5b는 본 발명의 실시 예에 따른 가변 전력 증폭 모듈과 세 개의 정합 네트워크를 도시하는 도면,
도 6a 내지 6k는 본 발명의 실시 예에 따른 가변 전력 증폭 모듈의 블록 구성을 도시하는 도면,
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 가변 전력 증폭 모듈의 연결 설계도를 도시하는 도면, 및
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 가변 전력 증폭 모듈을 포함하는 무선 휴대용 단말 장치의 동작 절차를 도시하는 도면.

Claims (21)

  1. 무선 통신 휴대용 단말에서 신호 증폭 장치에 있어서,
    입력 신호를 수신하도록 구성된 제 1 인터페이스와,
    상기 제 1 인터페이스에 입력이 연결되고, 출력하는 제 1 단계 전력 증폭기와,
    제 1 입력이 상기 제 1 단계 전력 증폭기의 출력과 연결되는 제 1 가변 정합 네트워크와,
    입력이 상기 제 1 가변 정합 네트워크의 출력과 연결되고, 출력하는 제 2 단계 전력 증폭기와,
    입력이 상기 제 2 단계 전력 증폭기와 연결되는 제 2 가변 정합 네트워크와,
    상기 제 2 가변 정합 네트워크의 출력과 연결되고, 상기 신호의 증폭된 버전을 출력하도록 구성된 제 2 인터페이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    감지부에 연결되는 제 3 인터페이스와,
    상기 제 3 인터페이스를 통해 증폭된 신호의 동작 파라미터들 중 적어도 하나를 전송하도록 동작하는 상기 감지부와,
    복호부에 연결된 제 4 인터페이스와,
    상기 제 4 인터페이스를 통해 적어도 하나의 구성 신호를 수신 및 복호하고, 복호된 적어도 하나의 구성 신호를 상기 제 1 및 제 2 가변 정합 네트워크 중 적어도 하나에 출력하는 복호부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 가변 정합 네트워크 중 적어도 하나는 MEMS(Micro- Electro-Mechanical system) 장치인 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 인터페이스는 복수의 신호원 중 하나로부터 입력 신호를 수신하고 단일 극 신호를 상기 제 1 단계 전력 증폭기로 출력하는데 적합한 단일 극 멀티 쓰로우 인터페이스인 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 인터페이스는 단일 극 단으로 증폭된 신호를 수신하고 복수의 출력 경로 중 하나로 상기 증폭된 신호를 출력하는데 적합한 단일 극 멀티 쓰로우 인터페이스인 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 단계 전력 증폭기와 상기 제 1 가변 정합 네트워크와 제 2 가변 정합 네트워크 중 적어도 하나를 바이패스하도록 구성된 바이패스 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 바이패스 스위치는 MEMS 장치인 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 무선 통신 네트워크에서 보편적인 증폭 경로를 통해 증폭 가능한 복수의 신호 타입을 전송하기 위한 복수의 전송 프로토콜을 포함하는 무선 통신 휴대용 단말에 있어서,
    다중모드 다중대역 가변 전력 증폭기 모듈은,
    복수의 신호 타입 중 적어도 하나를 수신하도록 구성된 제 1 인터페이스와,
    저 전력 신호를 출력하도록 구성된 광대역 앰프 단계와,
    고 전력 신호를 출력하도록 구성된 최종 앰프 단계와,
    증폭 경로의 임피던스를 변경하도록 구성된 복수의 가변 정합 네트워크와,
    복수의 신호 전송 경로 중 하나로 증폭된 신호를 출력하도록 구성된 제 2 인터페이스와,
    제 3 인터페이스를 포함하며,
    복수의 가변 정합 네트워크가 상기 증폭 경로의 임피던스를 변경하도록 하는 상기 제 3 인터페이스에 연결된 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 프로세서에 연결된 컴퓨터 독출 매체와,
    상기 컴퓨터 독출 매체에서 저장 가능한 복수의 명령들 중 일부를 포함하고, 상기 프로세서를 수행시키기 위한 복수의 명령어들을 포함하며,
    상기 프로세서는, 감지부로부터 상기 증폭된 신호에 대한 적어도 하나의 파라미터를 포함하는 감지 신호를 수신하고,
    최적 경로 임피던스를 산출하기 위한 알고리즘을 수행하고,
    상기 임피던스를 가변하기 위한 복수의 가변 정합 네트워크 중 적어도 하나로 구성 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 최종 앰프 단계는 복수의 가변 정합 네트워크들 중 제 1 가변 정합 네 트워크와 제 2 가변 정합 네트워크 사이에 연결된 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 광대역 앰프 단계는 상기 복수의 가변 정합 네트워크들 중 제 3 가변 정합 네트워크와 제 2 가변 정합 네트워크 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 다중모드 다중대역 전력 증폭기 모듈은 상기 복수의 가변 정합 네트워크 중 적어도 하나와 상기 최종 앰프 단계를 바이패스하도록 구성된 바이패스 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 바이패스 스위치는 MEMS 장치인 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 8항에 있어서,
    상기 복수의 가변 정합 네트워크 중 적어도 하나는 MEMS 장치인 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 전송 신호 증폭 방법에 있어서,
    증폭을 위한 신호를 수신하는 과정과,
    증폭 경로를 통해 신호를 증폭하는 과정과,
    증폭 경로의 임피던스를 조정하는 과정과,
    증폭된 신호를 출력하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    증폭된 신호에 대한 적어도 하나의 파라미터를 감지하는 과정과,
    감지된 적어도 하나의 파라미터에 대한 응답으로 임피던스를 조정하는 과정을 더
    포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 임피던스를 조정하는 과정은,
    구성 신호를 수신하는 과정과,
    구성 신호를 복호하는 과정과,
    복호된 구성 신호를 바탕으로 가변 정합 네트워크들 중 적어도 하나의 임피던스를 조정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 15항에 있어서, 상기 증폭 경로는, 광대역 단계, 최종 단계 및 복수의 가변 정합 네트워크를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 17항에 있어서,
    상기 최종 단계와 상기 복수의 가변 정합 네트워크 중 적어도 하나를 바이패스하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 15항에 있어서,
    상기 신호를 수신하는 과정은,
    복수의 단 중에서 적어도 하나의 단을 선택하는 과정과,
    상기 복수의 단 중 선택된 적어도 하나의 단을 통해 신호를 수신하는 과정과,
    단일 극 단을 통해 상기 신호를 증폭 경로로 출력하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 15항에 있어서, 상기 증폭된 신호를 출력하는 과정은,
    단일 극 단을 통해 증폭된 신호를 수신하는 과정과,
    복수의 출력 단 중 적어도 하나의 단을 선택하는 과정과,
    상기 복수의 단 중 선택된 하나의 단을 통해 상기 증폭된 신호를 출력하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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