KR20100063766A - 극성 송신기를 수반하는 전력 증폭기 제어기 - Google Patents

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Abstract

전력 증폭기 제어기는 전력 증폭기를 조절하고, 극성 변조기에 연결된다. 상기 극성 변조기는 전송하고자하는 무선 주파수 변조 신호의 크기 성분 및 위상 성분을 생성하고, 전력 증폭기 제어기로 출력한다. 상기 전력 증폭기 제어기는 원하는 무선 주파수 변조 신호의 크기 성분에 기초하여 가변 게인 증폭기의 게인을 조절함으로써, 위상 및 크기가 조합된 변조 무선 주파수 신호를 재생하여 전력 증폭기로의 입력 신호를 생성한다. 동시에, 상기 전력 증폭기 제어기는 크기 보정 신호 또는 크기 에러 신호에 기초하여, 상기 전력 증폭기로의 조절된 공급 전원을 제어하고, 가변 게인 증폭기의 게인을 조절한다.

Description

극성 송신기를 수반하는 전력 증폭기 제어기{POWER AMPLIFIER CONTROLLER WITH POLAR TRANSMITTER}
본 발명은 무선 주파수 전력 증폭기(RF PA: Radio Frequency Power Amplifier)들을 제어하는 회로에 관한 것이며, 구체적으로 복수의 송신기를 작동하는 무선 주파수 전력 증폭기에 관한 것이다.
무선 주파수(RF:Radio Frequency) 송신기들 및 무선 주파수 전력 증폭기들은 셀룰러 폰(cellular phone), 랩탑 컴퓨터(laptop computer) 및 다른 전자 장치들과 같은 휴대형 전자 장치들에 널리 사용되고 있다. 무선 주파수 송신기들 및 무선 주파수전력 증폭기들은 이러한 장치들에서 무선 주파수 신호들을 원격으로 증폭하고 전송하는데 사용된다. 무선 주파수 전력 증폭기들은 이러한 전자 장치들에서 전력 소비의 가장 큰 원인들 중의 하나이고, 무선 주파수 전력 증폭기들의 효율은 이러한 휴대형 전자 장치들의 배터리 수명에 큰 영향을 준다. 예를 들어, 셀룰러 폰 제조업체들은 무선 주파수 전력 증폭기 회로들의 효율을 증가시키기 위해 매우 노력을 기울이는데, 이는 무선 주파수 전력 증폭기들의 효율이 셀룰러 폰의 배터리 수명 및 통화 시간을 결정하는데 가장 중요한 요소들 중의 하나이기 때문이다.
도 1은 종래의 무선 주파수 송신기 회로의 예를 도시하고, 상기 무선 주파수 송신기 회로는 극성 변조기(102)(종종 극성 송신기로 언급되기도 함) 및 외부 전력 증폭기(PA: Power Amplifier)(104)를 포함한다. 예를 들어, 무선 주파수 송신 회로는 EDGE, 범용 이동 텔레포니 시스템(UMTS:Universal Mobile Telephony System) 또는 코드 분할 다중 접속(CDMA:Code Division Multiple Access)와 같은 하나 이상의 셀룰러 폰 표준들(변조 기술들)을 사용하여 셀룰러 폰 장치 내에 포함될 수 있고, 무선 주파수 송신 회로는 다른 형태의 무선 주파수 전자 장치 내에 포함될 수도 있다. 단순히 설명을 위해서, 여기서는 무선 주파수 송신기 회로는 셀롤러 폰 장치의 일부인 것으로 기재한다. 극성 변조기(102)는 송신하고자 하는 무선 주파수 변조 신호의 크기 성분(105)을 생성하는 포락선 생성기(304) 및 송신하고자 하는 무선 주파수 변조 신호의 위상 성분(307)을 생성하는 위상 생성기(305)를 포함한다. 상기 위상 변조기(306)는 상기 위상 성분(307)을 수신하고, 상기 위상 변조 신호(108)와 같이 상기 신호를 가변 게인 증폭기(VGA:Variable Gain Amplifier)로 출력하기 위한 무선 주파수 반송파(RF carrier)로 변조한다. 상기 크기 성분(105)은 상기 VGA(107)의 게인을 변조하고, 상기 크기 성분(105) 및 위상 변조 성분(108)을 결합함으로써 상기 전력 증폭기(104)에 의해 증폭되고 안테나(도시되지 않음)에 의해 원격으로 송신될(110) 무선 주파수 신호(106)를 생성한다. 예를 들어, 상기 무선 주파수 신호(106)는 상기 EDGE, UMTS, CDMA 표준에 따라 상기 극성 송신기(102)에서 변조되는 무선 주파수 신호가 될 수 있다.
일반적으로, 무선 주파수 전력 증폭기(104)는 최종 증폭단으로 출력 트랜지스터(도시되지 않음)를 포함한다. 무선 주파수 변조 신호(106)가 무선 주파수 전력 증폭기(104)에 의해 증폭될 때 출력 트랜지스터는 무선 주파수 변조 신호(106)를 왜곡시키는 경향이 있어, 입력 신호(106)보다 출력 신호(110)에서 더 넓은 스펙트럼 상의 분포를 초래한다. 무선 주파수 스펙트럼은 셀룰러 폰의 사용자들간에 공유되기 때문에, 넓은 스펙트럼 상의 분포는 바람직하지 않다. 따라서, 셀룰러 폰 표준들은 허용가능한 왜곡의 양을 조절함으로써, 출력 트랜지스터가 높은 선형 요구조건들을 충족시키는 것이 필요하다. 이러한 관점에서, 무선 주파수 입력 신호(106)가 크기 변조될 때, 전력 증폭기(104)의 출력 트랜지스터는 전송되는 피크 전력에서 선형으로 유지되도록 바이어싱될 필요가 있다. 이는 무선 주파수 출력 신호(106)의 크기의 오프 피크 동안 전력이 낭비되는 결과를 초래하는데, 이는 바이어싱이 피크 전력 레벨에서 허용 가능한 왜곡에 대해 고정되기 때문이다.
몇몇의 무선 주파수 변조 기술들이 더 많은 스펙트럼 상의 효율을 얻기 위해 개발되어 왔고, 그 결과 무선 주파수 전력 증폭기(104)는 효율이 떨어지는 결과를 초래하였다. 예를 들어, WCDMA와 같은 변조 포맷이 사용될 때, 전력 증폭기(104)의 출력 트랜지스터의 피크 전력에서의 효율이 60% 이상일 수 있는 반면에, 무선 주파수 전력 증폭기(104)의 효율은 30% 이하로 떨어진다. 이러한 성능의 변화는 무선 주파수 전력 증폭기(104)의 무선 주파수 트랜지스터(들)가 무선 주파수 입력 신호(106)의 크기의 오프 피크 동안 거의 고정되어 유지된다는 사실에 기인한다.
몇몇의 종래 기술들은 무선 주파수 전력 증폭기(104)의 효율을 높이기 위해 존재한다. 종래 기술의 하나는 도 2에 도시되는 LSP(Large Signal Polar)이다. 상기 LSP 기술은 도 1에 설명된 극성 변조기의 변형이다. 송신하고자 하는 무선 주파수 변조 신호의 크기 성분(105) 및 위상 변조 신호(108)는 각각 공급 전압 포트(Vcc)(109) 및 무선 주파수 입력 포트(107)의 2포트에 분리되어 인가된다. 무선 주파수 입력 신호의 크기가 변화하는 동안, 전력 증폭기(104)의 공급 전압 변조는 다양하게 바이어스를 조절하여, 이론적으로 전력 증폭기(104)의 효율을 상승시킨다. 그러나, 상기 LSP 기술은 상당히 효율을 높이는 것에 실패하는데, 이는 전력 증폭기(104)로의 공급 전압(109)이 무선 주파수 변조 신호의 크기 신호에서 큰 변화를 수용하는 에너지 효율적인 방법으로 변화될 수 없음으로써, 무선 주파수 전력 증폭기(104)에서 무선 주파수 신호의 필요한 선형 증폭을 유지하면서 충분한 에너지 효율을 높일 수 없기 때문이다. 이는 무선 주파수 전력 증폭기(104)의 공급 전압을 구동하는 신속하고 정확하고 넓은 범위이며 에너지 효율적인 전압 컨버터를 실현하는데 어려움이 있기 때문이다.
매우 큰 변화 범위를 가지는 가변 전원이, 전원 자체에 의해 소비되는 전원에 의해 무선 주파수 송신기의 효율을 감소시키지 않으면서 무선 주파수 변조 신호의 크기 성분(105)에 기초하여 공급 전압을 조절하는데 사용되기만 하면, 종래의 LSP 기술은 더 나은 성능을 발휘할 수 있다. 그러나, 선형 모드에서의 전력 증폭기(104)와 같은 고정 전류 부하 상에서 출력 전압이 변화하는 선형 레귤레이터(111)로 이루어지는 가변 전원은, 원칙적으로 일정한 전류에서 공급 전압(109)을 감소시키고, 무선 주파수 변호의 크기 성분(105)의 큰 강하가 있을 때, 선형 레귤레이터(111) 양단간의 전체 배터리 전력에 어떠한 변화도 초래하지 않는데, 이는 무선 주파수 전력 증폭기(104)에서 얻어지는 효율이 선형 레귤레이터(111) 자체에서 대부분 소모되기 때문이다.
전력 증폭기를 제어하는 종래의 방법들은 전력 증폭기와 같은 비주파수 선형 장치에서 발생하는 크기 대 위상 재변조(AM-to-PM)를 해결하는데 종종 실패한다. 따라서, 요구되는 스펙트럼 상의 분포 성능이 크기 대 위상 변조의 왜곡에 의해 타협되기 때문에, 종래의 방법들은 통상의 이동 텔레포니 또는 이동 데이터 시스템들에 사용하기 위한 통상이 형태의 전력 증폭기들에는 적당하지 않다.
따라서, 변조기술들의 다양한 변화에 대해 효율적이고 무선 주파수 전력 증폭기 회로에 의한 전력 소비를 상당히 감소시키는 무선 주파수 전력 증폭기 시스템이 요구된다. 또한, 진폭 대 위상 변조 효과를 보정할 수 있는 전력 증폭기 제어기도 역시 필요하다.
전력 증폭기 제어 시스템은 전력 증폭기를 제어하고, 극성 변조기에 연결된다. 상기 극성 변조기는 송신하고자 하는 무선 주파수 변조 신호의 크기 성분 및 위상 변조 성분을 생성하고, 이를 상기 전력 증폭기 제어 시스템으로 출력한다. 상기 전력 증폭기 제어 시스템은 송신하고자 하는 무선 주파수 변조 신호의 크기 성분에 기초하여 가변 게인 증폭기의 게인을 조절함으로써, 위상 및 크기가 결합된 무선 주파수 변조 신호를 재생하여, 전력 증폭기로의 입력을 생성한다. 상기 전력 증폭기는 입력 신호를 수신하고 증폭하며, 출력 신호를 생성한다.
제 1 실시예에서, 크기 보정 신호는 송신하고자하는 무선 주파수 변조 신호의 크기 성분 및 출력 신호의 크기 사이의 차이를 나타낸다. 위상 보정 신호는 송신하고자 하는 무선 주파수 신호의 위상 및 출력 신호의 위상 차이를 나타낸다. 전력 증폭기의 전력 공급은 고효율을 위해 스위칭 레귤레이터를 포함할 수 있다. 상기 실시예에서, 가변 게인 증폭기의 게인은 송신하고자 하는 무선 주파수 변조 신호의 크기 성분에 의해 직접 제어되고, 크기 보정 신호에 의해 더 조절된다.
제 2 실시예에서, 크기 성분 및 위상 변조 신호의 지연 성본은 출력 신호와 비교되어, 크기 보정 신호 및 위상 보정 신호를 각각 생성한다. 상기 지연은 신호의 배열 오류로 인해 발생하는 결함을 감소시키는 무선 주파수 경로를 통해 지연을 보상한다. 또한, 전력 효율을 상승시키기 위하여 분리된 전원이 사용된다. 상기 분리된 전원은 선형 레귤레이터 및 스위치 모드 전원을 포함하고, 각각은 크기 보정 신호의 상이한 주파수 범위를 갖는 전력 증폭기 전원의 일부를 공급한다.
제 3 실시예에서, 상기 제 2 실시예는 극성 송신기로 위상 보정 신호를 제공하기 위한 선택적인 위상 보정 루프와 결합된다. 상기 극성 변조기는 위상 보정 신호에 따라서 위상 변조에 앞서 송신하고자하는 무선 주파수 신호의 위상을 쉬프트한다. 따라서, 상기 실시예는 바람직하게 무선 주파수 경로로부터 위상 쉬프터를 제거하고, 상기 이 위상 쉬프터의 결합에 의한 총체적인 결합 복잡성을 감소시킨다.
본 명세서에 기재된 특징 및 이점은 모두를 포함하는 것이 아니며, 특히 다른 추가적인 특징들 및 이점들이 도면, 명세서 및 청구범위로부터 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진자에게 명백하다. 또한, 명세서에서 사용되는 용어는 읽기 용이하게 하고 설명을 위해서 선택된 것일 뿐, 본 발명의 범위를 설정하거나 한계를 정하기 위해서 선택된 것은 아니다.
상기 전력 증폭기 제어 시스템은 크기 보정 루프에서 생성된 크기 보정 신호에 기초하여, 효율적인 방법으로 전력 증폭기로 적절한 공급 전압을 제어하고, 가변 게인 증폭기의 게인을 조절한다. 상기 크기 보정 루프는 크기 왜곡을 감소시키기 위하여 출력 신호의 크기 및 상기 극성 송신기에 의해 생성되는 크기 성분 사이의 차이를 최소화하기 위해 노력한다. 부가적으로, 상기 전력 증폭기 제어 시스템은 전력 증폭기 입력 신호의 위상을 조절하는 위상 쉬프터를 포함할 수 있다. 상기 위상 쉬프터는 위상 보정 루프에서 생성되는 위상 보정 신호에 대응하여 위상을 쉬프트한다. 상기 위상 보정 루프는 출력 신호의 위상 및 상기 극성 송신기에 의해 생성되는 위상 변조 성분의 위상 사이의 위상차를 유지하도록 노력한다. 상기 위상 보정 루프는 전력 증폭기의 비이상적인 크기 대 위상 변조에 의한 원치않는 위상 변조를 보정함으로써, 전력 증폭기에 의해 생성되는 위상 왜곡을 감소시킨다. 바람직하게, 상기 전력 증폭기 제어 회로는 전력 증폭기를 제어하여, 왜곡을 감소시키는 동안 효율적인 형태로 작동하도록 한다.
본 발명의 기술은 첨부 도면들과 함께 후술하는 상세한 설명을 고려하면 용이하게 이해될 수 있다.
도 1은 종래의 무선 주파수 송신기 회로를 도시한다.
도 2는 LSP 구성에서 종래의 무선 주파수 송신기 회로의 제 2 실시예를 도시한다.
도 3a는 본 발명의 제 1 실시예에 따라 전력 증폭기 제어기를 포함하는 무선 주파수 송신기를 도시한다.
도 3b는 본 발명에 따른 상세한 게인 제어 블록 및 외부 회로를 도시한다.
도 3c는 본 발명에 따른 상세한 게인 제어 블록 및 외부 회로를 도시한다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따라 지연 블록 및 분리된 전원을 포함하는 무선 주파수 송신기 회로를 도시한다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따라 선택적인 위상 보정 루프 구성을 갖는 무선 주파수 송신기 회를 도시한다.
도시된 방법에 의해서, 도면 및 설명은 본 발명의 우선되는 실시예와 관련된다. 아래의 논의로부터, 개시된 구조 및 방법의 대체 가능한 실시예는 청구된 발명의 원리로부터 용이하게 실시될 수 있는 실행가능한 대안으로서 인식될 수 있다.
본 발명의 몇몇의 실시예들이 아래의 도면에서 도시된다. 실질적으로 유사하거나 동일한 참조 부호가 도면에서 사용되어 유사하거나 동일한 기능을 지시할 수 있다. 도면은 도시의 목적으로 본 발명의 실시예를 묘사한다. 당업자는 상세한 설명으로부터 여기에 도시된 구조 및 방법의 대체적인 실시예들이 여기에 도시된 발명의 원리로부터 용이하게 실시될 수 있음을 인식할 수 있다.
도 3a는 본 발명의 제 1 실시예에 따라 극성 변조기(102)를 작동하는 전력 증폭기(PA:Power Amplifier) 제어기를 포함하는 무선 주파수 송신기 회로를 도시한다. 상기 극성 변조기(102)는 I, Q 기저대(baseband) 신호(302, 303)를 수신하고, 원하는 무선 주파수 신호의 크기 성분(105) 및 위상 변조 신호(108)를 생성한다. 가변 게인 증폭기(VGA: Variable Gain Amplifier)(308)는 상기 위상 변조 신호(108)와 상기 크기 성분(105)를 재조합함으로써, 원하는 무선 주파수 신호를 재생한다. 전력 증폭기(104)는 상기 재생된 무선 주파수 신호(321)로부터 증폭된 무선 주파수 출력 신호(110)를 생성한다. 상기 전력 증폭기 제어기의 부가적인 회로는 상기 무선 주파수 출력 신호(110)의 왜곡을 감소시키고, 상기 전력 증폭기(104)의 전력 효율을 증가시키는 피드백 제어 신호를 제공한다. 제어 회로의 작동은 아래에서 더 상세하게 설명된다.
일 실시예에서, 상기 극성 변조기(102)는 포락선 생성기(envelope generator)(304), 위상 생성기(305) 및 위상 변조기(306)로 구성된다. 상기 포락선 생성기(304)는 상기 I, Q 기저대 신호(302, 303)을 수신하고, 상기 크기 성분(105)를 생성한다. 일 실시예에서, 크기 성분(r)(105)은
Figure pct00001
에 따라 생성된다. 상기 위상 생성기(305)는 상기 I, Q 기저대 신호(302, 303)을 수신하고, 위상 성분(307)을 생성한다. 일 실시예에서, 상기 위상 성분(θ)(307)은
Figure pct00002
에 따라 연산된다. 상기 포락선 생성기(304) 및 위상 생성기(305)는 디지털 또는 아날로그 구성을 사용함으로써 구현될 수 있다.
상기 위상 변조기(306)는 위상 성분(307)을 수신하고, 상기 위상 성분(307)을 무선 주파수 반송파(RF carrier) 신호로 변조하여, 위상 변조 신호(108)를 생성한다. 상기 실시예에서, 상기 위상 변조기(306)는 상기 기저대 신호(302, 303)의 위상 성분(307)에 따라서, 시그마-델타 변조 단편-N 합성기(sigma-delta modulated fractional-N synthesizer)(도시되지 않음)에 의해 제어되는 전압 제어 오실레이터(VCO: Voltage Controlled Oscillator)로 구성되고, 상기 전압 제어 오실레이터를 변조하기 위해 프로그램될 수 있다.
상기 실시예에서, 상기 극성 변조기(102)는 상기 I, Q 기저대 신호(302, 303)를 수신하는 대신, 기저대 프로세서(baseband processor)로부터 직접 크기 성분(105) 및 위상 성분(307)을 수신한다. 따라서, 상기 실시예에서, I, Q 변환은 필요하지 않다.
상기 가변 게인 증폭기(308)는 상기 극성 변조기(102)로부터 상기 위상 변조 신호(108)를 수신한다. 상기 가변 게인 증폭기(308)는 게인 제어 신호(325)에 따라 상기 위상 변조 신호(108)를 증폭한다. 상기 게인 제어 신호(325)는 상기 크기 성분(105)의 일부분 및 가변 게인 증폭기 보정 신호(318)의 일부분에 기초된다. 따라서, 상기 가변 게인 증폭기 보정 신호(318)가 아래에 설명되는 것과 같이 크기 왜곡을 보정하기 위해서 상기 가변 게인 증폭기(308)의 게인 제어 신호(325)를 변조하는 동안, 상기 게인 제어 신호(325)는 상기 크기 성분(105)에 기초하여 상기 가변 게인 증폭기(308)의 게인을 다양화함으로써, 상기 가변 게인 증폭기(308)가 원하는 무선 주파수 신호를 재생하도록 제어한다. 상기 게인 제어 신호(325)는 상기 크기 성분(105) 및 상기 가변 게인 증폭기 보정 신호(318)를 가산하는 가산기(309)에 의해 생성된다. 상기 가산기(309)는 여기서 간단하게 도시되어 있지만, 다양한 실시예에 따라서 다양한 기능으로 대체될 수 있다. 따라서, 단일 가변 게인 증폭기(308)는 극성 송신기(전진 방향)에서 송신하고자 하는 무선 주파수 신호를 재생하고 크기 보정 루프(피드백 방향)에서 크기 왜곡을 보정하는 양기능을 수행할 수 있다.
상기 가변 게인 증폭기(308)는 선형-투-대수(linear to logarithmic) 제어로 작동할 수 있다.(즉, 제어 전압(325)에서 선형 변화는 게인에서 대수(logarithmic) 변화로 영향을 준다.) 따라서, 일 실시예에서, 크기 변환기(도시되지 않음)는 송신하고자 하는 무선 주파수 신호의 크기 성분(105)에서 변화는 상기 가변 게인 증폭기(308)에서 이득의 선형 변화를 야기한다는 것을 보증한다. 상기 가변 게인 증폭기(308)의 설계 특징에 따라 크기의 조절 및 오프셋(offset)이 요구될 수 있다. 또한, 상기 가변 게인 증폭기(308)의 설계는 제한된 게인 제어 범위를 초래할 수 있고, 따라서 상기 송신하고자 하는 무선 주파수 신호의 크기 성분(105)에 정확하게 그 크기로 대응되지 않을 수 있다. 따라서, 실제로, 상기 가변 게인 증폭기(308)는 상기 송신하고자 하는 무선 주파수 신호의 크기 성분(105)의 "적어도 일부분"에 대응할 수 있다.
상기 가변 게인 증폭기(308)는 위상 쉬프터(320)로 출력된다. 상기 위상 쉬프터(320)는 위상 보정 신호(337)에 대응하여 상기 무선 주파수 신호에서 위상 왜곡을 보정한다. 상기 위상 보정 신호(337)는 아래에서 더 상세하게 설명되는 것처럼 위상 보정 루프에 따라 생성된다. 상기 위상 쉬프팅된 신호(321)는 전력 증폭기(104)의 입력으로 통과되고(321) 상기 전력 증폭기(104)에 이해 증폭되어, 증폭된 무선 주파수 출력 신호(110)를 생성한다.
전압 V+(381)로부터 구동되는 고대역폭 및 고효율 전원(310)(예를 들어, 스위치 모드 전력 증폭기를 포함하는 것)은 전원 제어 신호(324)에 따라 상기 전력 증폭기(104)로 전력 증폭기 공급 전압(319)을 제공한다. V+(381)는 배터리로부터 공급될 수 있다. 선택적으로, 크기 성분(105)도 상기 전원 제어 신호(324)에 이바지할 수 있다(도시되지 않음). 상기 고대역폭 전원(310)은 상기 가변 게인 증폭기(308)와 같이 그 출력 전압 범위가 제한된 대역폭으로 제한될 수 있다. 따라서, 상기 고대역폭 전원(310)은 상기 송신하고자 하는 무선 주파수 신호의 크기 성분(105)에 정확하게 그 크기로 대응되지 않을 수 있다. 따라서, 실제로, 상기 경우는 상기 고대역폭 전원(310)은 상기 송신하고자하는 무선 주파수 신호의 크기 성분(105)에 "적어도 일부분"에 대응할 수 있다.
상기에서 설명한 것처럼, 원하는 무선 주파수 신호의 크기 성분(105)은 가변 게인 증폭기(308)의 게인 또는 가변 게인 증폭기(308)의 게인 및 고대역폭 전원(310)의 출력 전압(319)이 크기 및 위상 변조를 모두 포함하는 출력(110)에서의 원하는 무선 주파수 신호의 근사치를 생산하도록 인가된다.
크기 보정 루프는 원하는 무선 주파수 신호의 크기 성분(105) 및 상기 출력 신호(110)의 크기 사이의 크기차에 기초하여 가변 게인 증폭기(308)의 게인 및 전력 증폭기(104)로의 전력 증폭기 공급 전압(319)를 조절한다. 상기 출력 신호(110)는 예를 들어, -20dB의 커플링 요소(coupling factor)를 갖는 방향성 결합기(directional coupler)가 될 수 있는 샘플링 모듈(323)에 의해 샘플링된다. 샘플링된 출력 신호는 다시 감쇄기(attenuator)(370)에 의해 감쇄될 수 있다. 검출기(detector)(315)는 상기 샘플링되어 감쇄된 출력 신호(371)를 검출하고, 비교기(312)로 크기(314)를 출력한다. 상기 검출기(315)는 예를 들어, 대수 기초(logarithmic-based) 무선 주파수 검출기가 될 수 있다. 크기 스케일링 블록(amplitude scaling block)(391)은 상기 검출기(315)의 크기 검출 특성에 대응하도록 원하는 무선 주파수 신호의 크기 성분(105)의 크기를 조절하고, 상기 비교기(312)의 제 2 입력으로 크기(392)를 출력한다. 상기 비교기(312)는 상기 크기들(314,392)을 비교하고, 게인 제어 블록(gain control block)(317)으로 상기 크기 보정 신호(316)를 출력한다. 상기 게인 제어 블록(317)은 상기 고대역폭 전원(310) 및 가변 게인 증폭기(308)을 제어하기 위해 크기 보정 신호(316)을 할당한다. 일반적으로, 상기 크기 보정 신호(316)는, 만약 출력 크기가 송신하고자 하는 무선 주파수 신호의 크기 성분(105)보다 적으면 상기 전력 증폭기 공급 전압(319) 및 상기 가변 게인 증폭기(308)의 게인을 각각 상승시키고, 만약 출력 크기가 상기 송신하고자 하는 무선 주파수 신호의 크기 성분(105)보다 크면 상기 전력 증폭기 공급 전압(319) 및 상기 가변 게인 증폭기(308)의 게인을 각각 저하시키도록 지시한다.
상기 게인 제어 블록(317)은 상기 크기 보정 신호(316)를 할당하고, 상기 가변 게인 정폭기(308)의 게인을 제어하기 위한 가변 게인 증폭기 제어 신호(318) 및 상기 고대역폭 전원(310)의 출력 전압을 제어하기 위한 전력 공급 제어 신호(324)를 생성한다. 일 실시예에서, 상기 크기 보정 신호(316)의 두가지 상이한 주파수 범위는 상기 전원 보정 신호(324)보다 높은 주파수 성분을 포함하는 상기 가변 게인 증폭기 보정 신호(318)와 같이, 상기 가변 게인 증폭기(308) 및 고대역폭 전원(310)으로 할당된다. 이는, 상기 고대역폭 전원(310)의 대역폭 요구를 용이하게 한다. 또한, 상이한 이득, 스케일링(scaling) 및 오프셋(offset)은 상기 전력 증폭기(104)로의 입력에서 구동 레벨을 최적화하도록 인가될 수 있고, 상기 전력 증폭기(104)의 압축점(compression point)에서 또는 이를 지나더라도 효율적으로 작동하도록 할 수 있다. 따라서, 기초적인 저대역 필터링은 상기 크기 보정 루프의 총체적인 안정성을 보증하기 위해 상기 게인 제어 블록(317)에 적용될 수 있다.
도 3b는 게인 제어 블록(317)의 예시적인 구성을 도시한다. 도시된 실시예에서, 필터들(601, 602)은 이전에 도시되었던 이유로 인하여, 각각 가변 게인 증폭기(308) 및 고대역폭 전원(310)을 제어하도록 크기 보정 신호(316)의 두가지 상이한 주파수 범위를 통과시킨다. 상이한 게인, 스케일링 및 오프셋이 필터들(601, 602)에 포함될 수 있다. 부가적으로, 상기 필터(601) 및 가산기(309) 사이에 삽입된 캐패시터(605)는 DC 블록을 제공하여, 효율적으로 상기 크기 보정 신호(316)는 상기 가변 게인 증폭기 보정 신호(318)로, 결국은 상기 가변 게인 증폭기 게인 제어 신호(325)로 DC가 통과되는 것을 효율적으로 차단하여, 상기 크기 보정 신호(316)가 상기 가변 게인 증폭기(308)의 평균 게인에 영향을 주지 않도록 한다. 대신, 저항(606)에 연결된 Vctrl(604)가 DC 레벨을 상기 가변 게인 증폭기 보정 신호(318)에 연결한다. 따라서, Vctrl(604)는 상기 가변 게인 증폭기(308)의 평균 게인에 영향을 주어, 상기 가산기(309)에서 원하는 무선 주파수 신호의 크기 성분(105)에 의해 공급되는 게인 제어와 관련된 게인 오프셋을 제공하고, DC 피드백 시스템에 의해 제어될 수 있다. Vctrl을 높이거나 낮춤으로 인하여, 가변 게인 증폭기(308)의 출력은 더 높거나 더 낮은 평균 크기에서 전력 증폭기(104)의 입력(321)을 구동하도록 만들어지고, 따라서, 상기 전력 증폭기(104)의 압축 레벨을 제어할 수 있다. 높은 압축 레벨에서, 전력 증폭기 공급 전압(319)이 상기 전력 증폭기(104)에서 크기를 크게 변조하기 때문에, 크기 보정 루프의 동작은 상기 고대역폭 전원(310)이 높은 동작 레벨에서 작동하도록 한다. 상기 작동 모드가 고효율을 발생하는 동안, 상기 고대역폭 전원(310)의 대역폭 및 전압 스윙 범위 한계로 인해 왜곡은 증가할 수 있다. 낮은 압축 레벨에서, 상기 전력 증폭기(104)는 낮은 효율로 동작하지만, 상기 고대역폭 전원(310)의 부담은 감소시킨다. 따라서, 압축 레벨의 조절은 상기 전력 증폭기(104)의 효율 및 스펙트럼 사용 기능 사이의 균형을 유지하면서, 상기 전력 증폭기(104)의 효율 및 상기 고대역폭 전력 증폭기(310)로부터 요구되는 전압 스윙 및 대역폭 사이의 균형을 유지하도록 한다.
캐패시터(605) 및 저항(606)이 각각 크기 보정 신호(316)로부터 DC를 차단하고, Vctrl 신호(604)로부터 DC를 연결하도록 사용되는 것에서, 상기 성분들의 사용은 예시적이다. 다른 실시예에 따라서, 상기 크기 보정 신호(316)로부터 DC를 차단하고, 상기 Vctrl(604)로부터 DC를 연결하는 다른 어떠한 회로도 사용될 수 있다.
도 3c는 게인 제어 블록(317)의 다른 예시적인 구조이다. 도 3b의 실시예와 같이, 필터들(601, 602)은 이전에 도시된 것과 같이 각각 가변 게인 증폭기(308) 및 고대역폭 전원(310)을 제어하도록 크기 보정 신호(316)의 두가지 상이한 주파수 범위를 통과시킨다. 그러나, 이 실시예에서, 상기 가변 게인 증폭기 보정 신호(318)는 제 1 가산기(613)에 의해 Vctrl(611)과 가산되고, 저대역통과 필터(610)를 이용하여 평균된 후, 제 2 가산기(615)에 의해 가산되어 전원 제어 신호(324)로 감지된다. 상기 구성은 전력 증폭기(104)의 압축 레벨을 제어하는 능력을 생산하지만, 도 3b에서 도시되는 예와 두가지 방법에서 상이하다. 첫번째, 상기 가변 게인 증폭기(308)의 제어는 더 이상 차단된 DC가 아니고, 게인 오프셋은 상기 가변 게인 증폭기(308)의 제어 경로보다 고대역폭 전원(310)의 제어 경로에 부과된다. 둘째, 상기 고대역폭 전원(310)의 제어 경로에 부과되는 상기 오프셋은 Vctrl(611)의 기능이고, 상기 가변 게인 증폭기 보정 신호(318)의 평균에 의해 더 오프셋된다. 상기 가변 게인 증폭기 보정 신호(318)는 상기 크기 보정 루프("보정 게인"이라 명명됨)에 의해 수행되는 가변 게인 증폭기(308)의 게인 일부분을 제어하기 때문에, 상기 가변 게인 증폭기 보정 신호(318)의 평균은 직접 상기 가변 게인 증폭기(308)의 평균 보정 게인을 나타낸다. 또한, 만약, 상기 가변 게인 증폭기 보정 신호(318)가 선형-인-대수(linear-in-logfunction)으로 상기 가변 게인 증폭기(308)의 보정 게인을 나타낸다면, 상기 가변 게인 증폭기 보정 신호(318)에서의 선형 변화는 가변 게인 증폭기(308)의 게인의 대수에서 변화를 생성하고, 미리 설정된 Vctrl(611)은 상기 전력 증폭기(104)의 평균 전력 레벨이 변화하더라도, 전력 증폭기(140)의 일정한 압축 레벨(dB 단위)가 된다. 예를 들어, 만약, Vctrl(611)이 -0.5V의 값으로 설정된다면(만약, 상기 실시예에서, 가변 게인 증폭기 보정 신호(318)에서 0.1V 변화는 가변 게인 증폭기(308)의 보정 게인에서 1dB 변화를 나타내고, 만약 전력 증폭기(104)의 게인 및 감쇄기(370)의 감쇄의 균형이 맞추어져, 비교기(312)로의 입력이 대략 가변 게인 증폭기(308)가 0dB일때와 동일해진다면(도 3a 참조)) , 크기 보정 루프는 가변 게인 증폭기(30)의 보정 게인이 +5dB이 되도록 한다. 이는 전력 증폭기 평균 출력 전력이 변화해도, Vctrl(611)은 조절되지 않아도 되는 이점이 있다.
도 3a를 참조하면, 전력 증폭기(104)로의 무선 주파수 입력 전력을 통과하는 크기 보정 루프의 총체적인 작동은 아래와 같다. 상기 전력 증폭기(104)로의 입력(321)이 증가하면, 상기 전력 증폭기(104)의 출력(110)도 함께 증가한다. 상기 전력 증폭기(104)가 작은 입력 신호에 대응하는 작동의 선형 단계에 있는 동안, 그 출력(110)은 입력(321)에 대해 선형적으로 증가한다. 따라서, 비교기(312)로의 두 입력(105, 314)은 동일한 양에 의해 상승함으로써, 상기 고대역폭 전원(310) 또는 가변 게인 증폭기(308)로 어떠한 에러 보정도 발생시키지 않는다. 이는 출력 전력이 상대적으로 작고 포화점(saturation point) 아래인 경우에 해당한다.
입력 전력이 전력 증폭기(104)의 입력(321)에서 계속해서 상승하면, 상기 전력 증폭기(104)의 출력이 더 이상 상기 전력 증폭기(104)의 입력에 직접 비례하지 않는 지점 아래에 도달된다. 상기 크기 보정 루프는 상기 전력 증폭기(104)의 출력(110) 및 입력(321) 사이의 이 에러를 검출하여, 상기 전력 증폭기(104)로의 공급 전압(319)을 상승키시고, 가변 게인 증폭기(308)의 게인을 상승시켜 비선형적인 전력 증폭기(104)로도 선형 시스템에서 작동하도록 하여 최초 희망하는 출력 전력을 전송하도록 한다.
도시된 총체적인 무선 주파수 송신기 회로는 다양한 범위 및 가변 게인 증폭기(308)의 제어 대역폭에 놓여지고, 크기 성분(105)에 기초하여 송신하고자 하는 무선 주파수 신호 크기의 재생 및 전력 증폭기(104)의 크기 에러의 고주파 성분을 보정하도록 한다. 따라서, 상기 고대역폭 전원(310)이 매우 협소한범위의 변화 또는 변동을 조절하고, 저대역폭에서 작동하는 동안 상기 가변 게인 증폭기(308)는 대부분의 신속하고 깊은 크기 변화를 조절한다.
종래의 많은 극성 변조 기술은 크기 성분(105) 그 자신을 따르는 전원(310)을 요구했다. 종래의 위상 및 크기 변조 신호에서, 크기 성분(105) 자체는 40dB 정도로 가변되며, 0dBc에서 -10dBc 사이에 있는 것보다 -10dBc에서 -40dBc 사이에서 더 빨리 변화한다. 따라서, 상기 전원(310)에서 요구되는 대역폭(출력 전압의 변화 비율) 및 출력 전압 범위 요구는 중요해지고, 광대역 무선 주파수 신호에서 전원(310)을 위해 효율적인 스위칭 레귤레이터(SMPS)의 사용을 지양한다. 따라서, 종래의 무선 주파수 전력 증폭기 제어 시스템은 일반적으로 상기 전력 증폭기(104)로의 공급 전압을 조절하기 위하여 선형 레귤레이터(SMPS보다)를 사용하였다. 상기와 같은 선형 레귤레이터는 그 자체로 선형 레귤레이터 양단간의 전압 강하에 의해 증가되는 전류로부터 기인하는 전력을 소비한다. 크기 신호에서 큰 강하가 있을 때, 상당한 전력이 소비될 수 있고, 무선 주파수 송신기에 의해 소비되는 전체 배터리 전력의 감소가 전혀 없거나 거의 없는 결과를 가져온다. 이는 무선 주파수 전력 증폭기에서 얻어지는 효율이 선형 레귤레이터 자체에서 대부분 잃어버리기 때문이다.
이와는 반대로, 본 발명은, 크기 보정 신호(316)에 기초하여, 변화의 좁은 범위 및 변화의 낮은 비율을 갖는 신호로 쉽게 구현될 수 있다. 따라서, 높은 효율을 갖는 스위칭 레귤레이터가 사용될 수 있고, 상기 무선 주파수 송신기에 의해 소비되는 총 배터리 전력에서 실질적인 감소를 가져온다.
상기 전력 증폭기(104)로의 공급 전압(319)의 다양화는 위상 변화를 초래한다. 따라서, 상기 전력 증폭기(104)의 출력 신호에서 무선 주파수 변조의 정확성을 유지하도록 크기 보정 루프와 함께 위상 보정 루프도 작동한다. 위상 보정 루프는 에러 보정 루프가 될 수 있고, 따라서 잡음을 최소화할 수 있다.
위상 보정 루프는 극성 변조기(102)로부터 위상 변조 신호(108)를 모니터링하고, 상기 위상 변조 신호(108)의 위상 및 상기 전력 증폭기(104)의 출력 신호(110)의 위상을 비교하여, 위상 쉬프터(320)로 나오는 전력 증폭기 입력 신호(321)의 위상을 다양화하는 제어 신호(337)를 발생시킨다. 더 구체적으로, 리미터(332)는 상기 전력 증폭기(104)의 출력 신호(110)(이 실시예에서, 감쇄기(370)에 의해 감쇄된)를 수신하고, 위상 비교기(334)로 그 위상 신호(333)를 출력한다. 이후, 상기 위상 신호(333)는 상기 위상 비교기(334)에 의해 극성 변조기(102)로부터의 위상 변조 신호(108)와 비교된다(선택적으로 상기 리미터(330)에 의해 더 제한된다). 상기 비교기(334)는 신호의 위상들(331, 333) 사이의 차이에 기초하여 위상 에러 신호(335)를 생성한다. 여기서, "위상 에러 신호"라는 명칭은 동의어로서 "위상 보정 신호"로 사용된다. 상기 위상 에러 신호(335)는 위상 루프 필터(PLF: Phase Loop Filter)(336)에 의해 필터링되고, 위상 제어 신호(337)를 생성한다. 상기 루프 필터(336)는 위상 루프를 완성하고, 위상 루프가 기능하도록 적절히 요구되는 필요한 게인, 대역폭 제한 및 루프 안정성을 제공한다. 여기서 사용되는 특정 루프 필터는 어떤 형태도 될 수 있고, 최적의 루프 성능을 만족시키기 위해서 다수의 집적 및 편향 스테이지들을 포함할 수 있다. 상기 루프 필터의 형태는 클래시컬(classical) 형태 Ⅰ,Ⅱ 등을 포함할 수 있다. 상기 위상 루프 설계의 특이성은 전력 증폭기(104)를 통한 그룹 지연이 안정성을 이유로 고려되어야 한다는 점이다. 이는 루프 필터에서 적절한 극-영점 배치(pole-zero placement)를 선택함으로써 성취될 수 있고, 지연 보상을 포함할 수 있다. 상기 위상 제어 신호(337)는 위상 쉬프터(320)로 입력되어 입력된 무선 주파수 신호의 위상의 쉬프팅을 제어하여, 출력 신호(110)의 위상 및 극성 변조기(102)로부터의 위상 변조 신호(108) 사이의 차이가 대략적으로 일정하게 유지되도록 한다.
상기 위상 보정 루프는 트랜지스터 기반 증폭기(transistor-based amplifier)의 일반 왜곡 특성들의 일부인 전력 증폭기(104)의 크기 변조 대 위상 변조 특징에 대응한다. 상기 위상 보정 루프는 전력 력 증폭기(104)의 출력(110)에서 무선 주파수 신호의 위상이 송신하고자 하는 무선 주파수 신호(108)의 위상 변조 성분을 추적하도록 하여, 상기 전력 증폭기(104)에 의해 생성되는 위상 왜곡을 감소시킨다. 상기 위상 보정 루프는, 전력 증폭기(104)의 크기 변조 대 위상 변조의 위상 쉬프팅이 더 높은 전력 레벨에서 더 높아지는 경향 때문에, 전력 증폭기(104)를 선형화하는데 공헌한다. 상기 전력 증폭기(104)의 크기 변조대 위상 변조의 효과를 제한함으로써, 위성 보정 루프는 상기 전력 증폭기가 출력 신호에 대한 낮은 왜곡으로 높은 전력 레벨에서 기능하도록 하여, 더욱 바람직한 효율 조건에서 전력 증폭기(104)를 사용할 수 있도록 한다. 또한, 위상 제어 루프는 크기 제어 루프가 야기하는 추가적인 크기 변조 대 위상 변조 특성을 보정하도록 도와준다.
결과적으로, 가변 게인 증폭기(308)는 피드 전진(feed-forward) 신호(크기 성분(105)) 및 피드백(feedback) 신호(가변 게인 증폭기 제어 신호(318))의 두신호에 의해 제어되고, 따라서, 양기능을 제공한다. 두가지 피드 전진 및 피드백 제어를 조절하는 단일 가변 게인 증폭기(308)의 사용은 두개의 가변 게인 증폭기들을 사용하는 구조에 비해서, 시스템의 복잡성을 간소화하고, 잡음을 감소시키는 이점이 있다. 그러나, 분리하여 피드 전진 및 피드백 제어를 조절하는 두개의 분리된 가변 게인 증폭기들의 사용도 상술된 본 발명의 범위 내에 있다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 무선 주파수 송신기 회로를 도시한다. 도 4의 회로는 상술될 몇가지 변화가 있고, 도 3a의 회로와 유사하다. 첫번째, 원하는 무선 주파수 신호의 크기 성분(105) 및 위상 변조 신호(108)의 지연된 버전(346,344)이 각각 크기 및 위상 보정 루프로 인가된다. 일 실시예에서, 지연 블록(301)은 크기 보정 루프에서 포락선 생성기(304) 및 비교기(312) 사이에 삽입된다. 다른 위상 변조기(342)에 직렬 연결된 지연 블록(340)은 위상 보정 루프의 위상 생성기(305) 및 리미터(330) 사이에도 삽입된다. 상기 위상 변조기(342)는 위상 변조(306)의 복제품(duplicate)이 될 수 있다. 선택적으로, 상기 지연 블록(340)은 상기 복제된 위상 변조기(342)의 필요를 제거하도록 위상 변조기(306) 이후에 삽입될 수 있다. 그러나, 상기 위상 변조기(306) 이후에 삽입된 지연 블록은 무선 주파수 위상 쉬프터(320)의 복잡성을 증가시킨다. 따라서, 구현의 용이성을 위해 도시된것 처럼 위상 변조기(342)에 앞서 상기 지연(340)을 삽입하는 것이 바람직하다.
지연(301, 340)은 상기 전력 증폭기(104), 가변 게인 증폭기(308) 및 위상 쉬프터(320)(제시되는 경우)를 통한 지연을 보상한다. 이는, 피득백 신호들(예를 들어 출력(110)에 기초한)이 참조 신호들(344, 346)에 더 근접하도록 배열되고, 배열 오류로 인해 발생하는 결함을 제거하도록 한다. 상기 지연 블록(301, 340)은 디지털 및/또는 아날로그 성분을 사용하여 구현될 수 있다.
도 4의 실시예에 포함된 두번째 차이점은 고대역폭 전원(310)을 대체하여 분리된 전원이 삽입된다는 점이다. 이 실시예에서, 전원 제어 신호(324)는 필터들(360, 361)을 이용하여 두개의 신호-공급 전압 VREG(383)에 의해 구동되는 선형 레귤레이터(352)를 포함하는 고주파수 경로로 반영되는 고주파수 크기 보정 신호(351) 및 공급 전압 V+(382)에 의해 구동되는 스위치 모드 전원(SMPS: Switched Mode Power Supply)를 포함하는 저주파수 경로에 반영되는 저주파수 크기 보정 신호(353)-로 분리된다. 선형 레귤레이터(352) 및 스위치 모드 전원(354)의 출력은 가산기 블록(356)에서 결합되어, 전력 증폭기(104)로의 전력 증폭기 공급 전압(319)를 생성한다. 예를 들어, 단일 전류 애딩 노드, 소형 고주파수 트랜스포머 또는 다른 형태의 능동형 전자 솔루션들이 가산기 블록(356)으로 사용될 수 있다.
상기 고주파수 크기 보정 신호(351)는 전력 증폭기 공급 전압(319)의 고주파수 부분(355)을 생성하는 선형 레귤레이터(352)로 입력된다. 저주파수 크기 보정 신호(353)는 전력 증폭기 공급 전압(319)의 저주파수 부분(357)을 생성하는 스위치 모드 전원(354)으로 입력된다. 상기 가산기 블록(356)은 상기 가산 증폭기(104)가 효율적인 작동 범위에서 유지되도록, 고주파수 부분(355) 및 저주파수 부분(357)을 결합하여, 전력 증폭기(104)로의 전력 증폭기 공급 전압(319)을 생성한다. 일 실시예에서, 저주파수 크기 보정 신호(353)의 상단은 무선 주파수 신호를 위해 스펙트럼적으로 적용되는 대역폭의 1/20 정도로 작다. 몇몇의 실시예에서, 저주파수 크기 보정 신호(353)의 상단은 고정되지 않고, 무선 주파수 송신기 회로의 최적의 수행을 달성하기 위해 동적으로 조절될 수 있다.
전원 보정 신호(324)의 저주파수 부분(353)을 전달하는 스위치 모드 전원(354)으로 구성된 고효율 경로 및 전원 보정 신호(324)의 고주파수 부분(351)을 전달하는 선형 레귤레이터(352)로 구성된 저주파수 경로를 모두 사용하는 것은, 제한된 주파수 응답을 갖는 스위치 모드 전원(354)을 할 수 있는 이점이 있다. 즉, 상기 스위치 모드 전원(354)은 매우 높은 주파수를 수용할 필요없이, 전원 보정 신호(324)의 저주파수의 제한된 영역만을 수용하도록 하여, 스위치 모드 전원(354)을 더욱 용이하고 더욱 비용 절감적으로 구현하게 한다. 전원 보정 신호(324)의 저주파수 부분(353)에 포함된 전원 보정 신호(324)의 대부분의 에너지는 덜 효율적인 선형 레귤레이터(352)보다 더 효율적인 스위치 모드 전원(354)에 의해 처리되기 때문에, 상기 스위치 모드 전원(354)을 선형 레귤레이터(352)에 결합하는 것은 무선 주파수 전력 증폭기 회로를 어떠한 방법으로도 희생시키지 않으면서 동작의 고대역폭이 전원 보정 신호(324)의 전체 주파수 범위를 수용하도록 한다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따라 또다른 무선 주파수 송신기를 도시한다. 상기 회로는 도 4의 실시예와 유사하지만, 위상 보정 루프의 구현에 있어 차이가 있다. 이 실시예에서는, 도 4의 위상 쉬프터(320)가 제거되고, 가변 게인 증폭기(308)의 출력이 전력 증폭기의 입력(321)에 직접 연결된다. 루프 위상 에러를 나타내는 위상 루프 필터 출력(502)은 가산기(504)에서 위상 생성기(305)의 출력으로 가산됨으로써, 위상 변조기(452)로 선 쉬프트(pre-shift)된 위상 성분(507)을 제공한다. 따라서, 위상 변조 신호(108)는 위상 쉬프터(320)를 요구하지 않고 도 3a 및 도 4에 도시된 실시예에서 위상 쉬프터(320) 이후에 제시된 동일한 위상 쉬프트들을 포함한다. 상기 실시예는 무선 주파수 경로에서보다 위상 변조기(452)에 앞서 위상을 쉬프팅하는 것이 바람직하다. 이는 무선 주파수 신호 경로로부터 잠재적인 잡은 원인 및 설계 복잡성을 제거한다.
일 실시예에서, 위상 쉬프팅은 "루프를 통해서" 위상 루프 필터 출력(205)전원 제어 오실레이터(VCO: Voltage Controlled Oscillator)(450)에 의해 가산기(551)를 이용하여 가산됨에 의해 작동되어, 이는 위상 변조기(452)의 제어를 일반적인 PLL 루프 대역폭 밖으로 허용하며, 상기 PLL 루프 필터(550)에 의해 일반적으로 제한된다. 당업계에서 알려진 바와 같이, 가산된 위상 에러 신호(502)는 전압 제어 오실레이터(450)의 위상에서 다양한 변화를 생성할 수 있기 때문에, 온도, 진행 및 작동 주파수를 통한 전압 제어 오실레이터(450)의 Kvco 요소의 다양성으로 인하여, 이 "루프를 통해서" 기술에서 정확하게 요구하는 위상 쉬프트를 생성하기 위하여 가산된 위상 에러 신호(502)의 스케일링(scaling) 및 교정(calibration)이 요구된다. 그러나, 상기 교정의 정도는 위상 변조기 자체가 위상 보정 루프를 포함하기 때문에 본 발명에서 제거되거나 감소된다. 따라서, "루프를 통한" 변조에서 기대되는 위상 반응으로부터 편차는 위상 보정 루프에 의해 더 크게 보정된다.
본 발명의 특정한 실시예들 및 애플리케이션들을 설명하였지만, 본 발명은 여기서 개시된 간결한 구성 및 구성 요소들에 의해 제한되지 않고, 첨부된 청구범위에서 정의한 본 발명의 범위 및 정신을 벗어나지 않으면서 여기서 개시된 본 발명의 장치 및 방법의 배열, 동작 및 설명에서 다양한 변형예 및 변화예들이 당업자에게 가능하다.

Claims (24)

  1. 극성 송신기로부터 송신하고자하는 신호의 위상 성분 및 크기 성분을 수신하고, 입력 신호를 수신하고 증폭하여 출력 신호를 생성하도록 연결되는 전력 증폭기를 제어하는 전력 증폭기 제어 회로에 있어서,
    상기 극성 송신기로부터 송신하고자하는 신호의 크기 성분 및 출력 신호의 감쇄된 크기 사이의 크기차를 나타내는 크기 보정 신호를 결정하는 크기 보정 루프;
    적어도 상기 크기 보정 신호의 일부분에 의해 결정되는 전력 증폭기에 공급 전압을 제공하는 전원; 및
    상기 크기 보정 신호의 일부분 및 상기 극성 송신기로부터 송신하고자하는 신호의 크기 성분의 적어도 일부분에 기초하여, 입력 신호의 크기를 총괄하여 조절하는 하나 이상의 가변 게인 증폭기들;을 포함하는 전력 증폭기 제어 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 극성 송신기로부터 송신하고자 하는 신호의 위상 성분 및 출력 신호의 위상 사이의 위상차를 나타내는 위상 에러 신호를 결정하고, 상기 전력 증폭기에 의해 생성되는 위상 왜곡을 감소시키기 위해 상기 극성 송신기로부터 송신하고자 하는 신호의 위상 성분을 조절하는 위상 보정 루프;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기 제어 회로.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 위상 보정 루프는,
    상기 극성 송신기로부터 송신하고자 하는 신호의 위상 성분을 출력 신호의 위상과 비교하여 상기 위상 에러 신호를 생성하는 위상 비교기; 및
    상기 위상 비교기 및 상기 전력 증폭기의 입력에 연결되고, 상기 위상 에러 신호에 기초하여 상기 극성 송신기로부터 송신하고자 하는 신호의 위상 성분의 위상을 쉬프팅하는 위상 쉬프터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기 제어 회로.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 위상 보정 루프는,
    극성 변조기로부터 송신하고자 하는 신호의 지연된 위상 성분을 생성하는 위상 지연 블록;을 더 포함하고,
    상기 위상 보정 루프는 극성 송신기로부터 송신하고자 하는 신호의 지연된 위상 성분 및 상기 출력 신호의 위상을 비교하여 위상 보정 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기 제어 회로.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 크기 보정 루프는,
    상기 전력 증폭기에 연결되어, 상기 전력 증폭기의 출력 신호를 감쇄시키는 가변 감쇄기;
    상기 가변 감쇄기에 연결되어, 상기 가변 감쇄기로부터 출력 신호의 감쇄된 크기를 검출하는 크기 검출기; 및
    상기 크기 검출기에 연결되어, 상기 극성 송신기로부터 송신하고자 하는 신호의 크기 성분 및 상기 출력 신호의 감쇄되어 검출된 크기를 비교하는 크기 비교기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기 제어 회로.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 크기 보정 루프는,
    상기 크기 보정 신호를 수신하여, 상기 전원을 제어하기 위해 상기 크기 보정 신호의 제 1 부분을 할당하고, 상기 하나 이상의 가변 게인 증폭기들을 제어하기 위해 상기 크기 보정 신호의 제 2 부분을 할당하는 게인 제어 블록;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기 제어 회로.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 게인 제어 블록은,
    상기 크기 보정 신호를 수신하고, 상기 전원을 제어하기 위해 상기 크기 보정 신호의 제 1 주파수 범위를 출력하는 제 1 필터; 및
    상기 크기 보정 신호를 수신하고, 하나 이상의 가변 게인 증폭기들을 제어하기 위해 상기 크기 보정 신호의 제 2 주파수 범위로 구성된 가변 게인 증폭기 보정 신호를 출력하는 제 2 필터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기 제어 회로.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 게인 제어 블록은 상기 제 2 필터의 출력에 연결된 제어 신호를 수신하고, 상기 제어 신호는 상기 하나 이상의 가변 게인 증폭기들의 게인 평균을 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기 제어 회로.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 게인 제어 블록은 상기 크기 보정 신호의 제 2 주파수 범위 및 입력되는 제어 신호에 기초하여, 크기 보정 신호의 제 1 주파수 범위로부터 오프셋을 감산하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기 제어 회로.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 게인 제어 블록은,
    상기 제 2 필터에 연결되고, 상기 가변 게인 증폭기 보정 신호 및 입력되는 제어 신호를 가산하여 가산된 출력을 생성하는 제 1 가산기;
    상기 제 1 가산기로부터 상기 가산된 출력을 수신하고, 상기 가산된 출력의 평균을 생성하는 저역 통과 필터; 및
    상기 저역 통과 필터 및 상기 제 1 필터 사이에 연결되고, 상기 제 1 필터로부터 출력되는 제 1 주파수 범위 및 상기 저역 필터로부터 출력되어 가산되는 평균을 가산하여 상기 전원을 제어하기 위한 전원 보정 신호를 생성하는 제 2 가산기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기 제어 회로.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 크기 보정 루프는,
    극성 변조기로부터 송신하고자하는 신호의 지연된 크기 성분을 생성하는 크기 지연 블록;을 더 포함하고,
    상기 크기 보정 루프는 상기 극성 송신기로부터 송신하고자 하는 신호의 지연된 크기 성분 및 출력 신호의 감쇄된 크기를 비교하여 크기 보정 신호를 결정하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기 제어 회로.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 전원은 스위치 모드 전원인 것을 특징으로 하는 전력 증폭기 제어 회로.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 전원은,
    제 1 효율을 가지고, 제 1 주파수 범위에서 상기 크기 보정 신호의 제 1 부분을 수신하고, 상기 크기 보정 신호의 제 1 부분에 기초하여 제 1 조절된 공급 출력을 생성하는 제 1 전원; 및
    상기 제 1 효율보다 높은 제 2 효율을 가지고, 상기 제 1 주파수 범위보다 낮은 제 2 주파수 범위에서 상기 크기 보정 신호의 제 2 부분을 수신하고, 상기 크기 보정 신호의 제 2 부분에 기초하여 제 2 조절된 공급 출력을 생성하는 제 2 전원;을 더 포함하고,
    상기 공급 전압은 상기 제 1 조절된 공급 출력 및 상기 제 2 조절된 공급 출력의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기 제어 회로.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 전원은 선형 레귤레이터이고,
    상기 제 2 전원은 스위치 모드 전원인 것을 특징으로 하는 전력 증폭기 제어 회로.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 크기 보정 루프는,
    상기 제 1 전원 및 상기 제 2 전원에 연결되고, 상기 제 1 조절된 공급 출력 및 상기 제 2 조절된 공급 출력을 조합하여 상기 전력 증폭기로 제공되는 공급 전압을 생성하는 전력 조합기 회로;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기 제어 회로.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 증폭기에 의해 생성되는 위상 왜곡을 감소시키는 위상 보정 루프를 더 포함하고,
    상기 위상 보정 루프는 상기 극성 송신기로부터 송신하고자 하는 신호의 위상 성분 및 상기 출력 신호의 위상 성분 사이의 차이를 결정하여 피드백 위상 보정 신호를 생성하고,
    상기 극성 송신기는 상기 피드백 위상 보정 신호에 대응하여 송신하고자 하는 신호의 위상 성분을 조절하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기 제어 회로.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 극성 송신기로부터 송신하고자 하는 신호의 위상 성분을 수신하고, 상기 송신하고자 하는 신호의 지연된 위상 성분을 생성하는 위상 지연 블록;
    상기 송신하고자 하는 신호의 지연된 위상 성분을 수신하고, 상기 지연된 위상 변조 신호를 생성하는 제 1 위상 변조기;
    상기 지연된 위상 변조 신호 및 상기 출력 신호의 위상을 비교하여 위상 에러 신호를 생성하는 위상 비교기; 및
    상기 극성 송신기로부터 송신하고자 하는 신호 및 상기 위상 에러 신호의 위상 성분을 수신하고, 상기 전력 증폭기에 의해 생성되는 위상 왜곡을 감소시키기 위하여 상기 위상 성분의 위상을 쉬프팅하고, 상기 쉬프팅된 위상 성분을 변조하여 상기 송신하고자 하는 신호의 위상 변조 성분을 생성하는 제 2 위상 변조기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기 제어 회로.
  18. 송신하고자 하는 신호의 위상 성분 및 크기 성분을 생성하는 극성 송신기;
    입력 신호를 수신하여 증폭하고 출력 신호를 생성하도록 연결되는 전력 증폭기;
    상기 극성 송신기로부터 송신하고자하는 신호의 크기 성분 및 출력 신호의 감쇄된 크기 사이의 크기차를 나타내는 크기 보정 신호를 결정하는 크기 보정 루프;
    상기 크기 보정 신호의 적어도 일부분에 의해서 결정되는 전력 증폭기로 공급 전압을 제공하는 전원; 및
    상기 크기 보정 신호의 일부분 및 상기 송신기로부터 송신하고자 하는 신호의 크기 성분의 적어도 일부분에 기초하여 입력 신호의 크기를 총괄하여 조절하는 하나 이상의 가변 게인 증폭기들;을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 주파수 송신기 회로.
  19. 입력 신호를 수신하여 증폭하고, 출력 신호를 생성하는 전력 증폭기 제어 방법으로,
    극성 송신기로부터 송신하고자 하는 신호의 위상 성분 및 크기 성분을 수신하는 단계;
    상기 극성 송신기로부터 송신하고자 하는 신호의 크기 성분 및 출력 신호의 감쇄된 크기를 비교하여 상기 극성 송신기로부터 송신하고자 하는 신호의 크기 성분 및 출력 신호의 감쇄된 크기 사이의 크기차를 나타내는 크기 보정 신호를 생성하는 단계;
    상기 크기 보정 신호의 적어도 일부분에 기초하여 상기 전력 증폭기로 전원 전압 또는 바이어스를 조절하는 단계; 및
    상기 크기 보정 신호의 일부분 및 상기 극성 송신기로부터 송신하고자 하는 신호의 크기 성분의 적어도 일부분에 기초하여 입력 신호의 크기를 조절하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기 제어 방법.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 극성 송신기로부터 송신하고자 하는 신호의 크기 성분 및 출력 신호의 감쇄된 크기를 비교하는 단계는,
    입력 신호 및 출력 신호 사이의 무선 주파수 경로 지연에 기초하여 전송하고자 하는 신호의 지연된 크기 성분을 생성하는 단계; 및
    상기 전송하고자 하는 신호의 지연된 크기 성분 및 출력 신호의 감쇄된 크기 성분을 비교하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기 제어 방법.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 크기 보정 신호를 필터링하여, 상기 크기 보정 신호의 제 1 주파수 범위 및 상기 크기 보정 신호의 제 2 주파수 범위를 생성하는 단계;
    공급 전압 또는 바이어스를 조절하기 위하여 상기 크기 보정 신호의 제 1 주파수 범위를 할당하는 단계; 및
    상기 입력 신호의 크기를 조절하기 위하여 상기 크기 보정 신호의 제 2 주파수 범위를 할당하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기 제어 방법.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 극성 송신기로부터 송신하고자 하는 신호의 위상 성분 및 상기 출력 신호의 위상을 비교하여, 상기 극성 송신기로부터 송신하고자 하는 신호의 위상 성분 및 상기 출력 신호의 위상 사이의 위상 차를 나타내는 위상 에러 신호를 생성하는 단계;
    상기 전력 증폭기에 의해서 생성되는 위상 왜곡을 감소시키기 위해, 상기 위상 에러 신호에 대응하여 송신하고자하는 신호의 위상을 쉬프팅하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기 제어 방법.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 극성 송신기로부터 송신하고자 하는 신호의 위상 성분 및 상기 출력 신호의 위상을 비교하는 단계는,
    상기 입력 신호 및 상기 출력 신호 사이에서 무선 주파수 경로 지연에 기초하여 송신하고자 하는 신호의 지연된 위상 성분을 생성하는 단계; 및
    상기 송신하고자 하는 신호의 지연된 위상 성분 및 상기 출력 신호의 위상을 비교하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기 제어 방법.
  24. 제 19 항에 있어서,
    상기 입력 신호 및 상기 출력 신호 사이의 무선 주파수 경로 지연에 기초하여 송신하고자 하는 신호의 지연된 위상 성분을 생성하는 단계;
    상기 송신하고자 하는 신호의 지연된 위상 성분을 반송파 신호로 변조하여 지연된 위상 변조 신호를 생성하는 단계;
    상기 지연된 위상 변조 신호 및 상기 출력 신호의 위상을 비교하여 위상 에러 신호를 생성하는 단계;
    상기 위상 에러 신호에 대응하여 상기 극성 송신기로부터 송신하고자 하는 신호의 위상 성분의 위상을 쉬프팅하여, 위상 쉬프팅된 위상 성분을 생성하는 단계; 및
    상기 위상 쉬프팅된 위상 성분을 반송파 신호로 변조하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기 제어 방법.
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