KR20140126671A - 전력 증폭기 시스템에서의 엔벨로프 정형화 장치 및 방법 - Google Patents

전력 증폭기 시스템에서의 엔벨로프 정형화 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

전력 증폭기 시스템에서의 엔벨로프 정형화 장치 및 방법이 제공된다. 특정 구현에서, 전력 증폭기 시스템은 RF 신호를 생성하는 변조기, RF 신호를 증폭하는 전력 증폭기, 전력 증폭기의 이득을 제어하는 이득 제어 회로, 및 RF 신호의 엔벨로프에 대응하는 엔벨로프 신호에 기초하여 전력 증폭기의 공급 전압의 전압 레벨을 제어하는 엔벨로프 추적 시스템을 포함한다. 이득 제어 회로는 이득 조정 테이블을 포함하고, 엔벨로프 추적 시스템은 동왜곡(isodistortion) 테이블을 포함하는 엔벨로프 정형화 회로를 포함한다. 동왜곡 테이블은 엔벨로프 신호를 정형화된 엔벨로프 신호에 매핑하여 엔벨로프 신호의 범위에 걸쳐 시스템의 송신 및/또는 수신 대역에서 실질적으로 일정한 왜곡을 유지하는데 사용될 수 있다.

Description

전력 증폭기 시스템에서의 엔벨로프 정형화 장치 및 방법{APPARATUS AND METHODS FOR ENVELOPE SHAPING IN POWER AMPLIFIER SYSTEMS}
본 발명의 실시예는 전자 시스템에 관한 것으로, 특히, 무선 주파수(RF) 전자장치용 전력 증폭기에 관한 것이다.
모바일 장치에는 안테나를 통한 전송을 위해 RF 신호를 증폭하는 전력 증폭기가 포함될 수 있다. 예를 들어, 이동 통신 세계화 시스템(GSM:Global System for Mobile Communications)에서 볼 수 있는 것과 같은 시분할 다중 접속(TDMA:time division multiple access) 아키텍처, 코드 분할 다중 접속(CDMA:code division multiple access), 및 광대역 코드 분할 다중 접속(W-CDMA:wideband code division multiple access) 시스템를 갖는 모바일 장치에서, 전력 증폭기는 비교적 저전력을 갖는 RF 신호를 증폭하는데 사용될 수 있다. 바람직한 송신 전력 레벨은 사용자가 기지국 및/또는 모바일 환경에서 얼마나 멀리 떨어져 있는가에 의존할 수 있기 때문에, RF 신호의 증폭을 관리하는 것이 중요할 수 있다. 전력 증폭기는 또한 시간의 경과에 따른 RF 신호의 전력 레벨을 조절하여, 할당된 수신 타임 슬롯(time slot) 동안 신호 간섭의 전송을 방지하는데 도움을 주기 위해 사용될 수 있다.
전력 증폭기의 소비 전력은 중요한 고려사항일 수 있다. 전력 증폭기의 소비 전력의 저감을 위한 한가지 기술은 전력 증폭기의 전원 공급장치의 전압 레벨을 RF 신호의 엔벨로프(envelope)와 관련하여 제어하는 엔벨로프 트랙킹(envelope tracking)이다. 따라서, RF 신호의 엔벨로프가 증가하면, 전력 증폭기에 공급되는 전압은 증가될 수 있다. 마찬가지로, RF 신호의 엔벨로프가 감소하면, 전력 증폭기에 공급되는 전압은 감소되어 소비 전력을 저감할 수 있다.
특정 실시예에서, 본 발명은 전력 증폭기 시스템과 관련된다. 전력 증폭기 시스템은 무선 주파수(RF) 신호를 생성하도록 구성된 변조기 및 RF 신호를 증폭하여 증폭된 RF 신호를 생성하도록 구성된 전력 증폭기를 포함한다. 전력 증폭기는 전력 증폭기에 전력을 공급하기 위한 전력 증폭기 공급 전압(supply voltage)을 수신하도록 구성된다. 전력 증폭기 시스템은 전력 증폭기 공급 전압을 생성하고, 정형화된 엔벨로프(shaped envelope) 신호에 기초하여 전력 증폭기 공급 전압의 전압 레벨을 제어하도록 구성된 엔벨로프 추적기(tracker)를 더 포함한다. 전력 증폭기 시스템은 RF 신호의 엔벨로프에 대응하는 엔벨로프 신호를 정형화하여 정형화된 엔벨로프 신호를 생성하도록 구성된 엔벨로프 정형화 회로를 더 포함한다. 엔벨로프 정형화 회로는 엔벨로프 신호의 전압 변화에 걸쳐 송신 대역 또는 수신 대역 중 적어도 하나에서 실질적으로 일정한 왜곡(distortion)을 유지하도록 구성된 정형화 테이블(shaping table)을 포함한다. 정형화 테이블은 제1 전력 레벨에서 캘리브레이팅된다(calibrated). 전력 증폭기 시스템은 제1 전력 레벨보다 큰 하나 이상의 출력 전력 레벨에 대해 전력 증폭기의 이득을 상승(boost)시키도록 구성된 이득 조정 테이블(gain adjustment table)을 포함하는 이득 제어 회로를 더 포함한다. 이득 제어 회로는 변조기 및 전력 증폭기의 결합된(combined) 전력 효율을 향상시키도록 구성된다.
다양한 실시예에서, 정형화 테이블은 엔벨로프 신호의 전압 변화에 걸쳐 송신 대역 및 수신 대역 둘 다에서 실질적으로 일정한 왜곡을 유지하도록 더 구성된다.
여러 실시예에서, 이득 조정 테이블은 제1 전력 레벨보다 작은 하나 이상의 출력 전력 레벨에 대해 전력 증폭기의 이득을 감소시키도록 더 구성된다.
특정 실시예에 따르면, 정형화 테이블은 전력 증폭기 시스템의 왜곡을 송신 대역에 대해 약 -38dBc보다 작게 그리고 수신 대역에 대해 약 -130dBm/Hz보다 작게 유지하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 정형화 테이블은 디지털 입력 신호를 수신하고 디지털 출력 신호를 생성하도록 구성된 룩업(look-up) 테이블을 포함한다. 디지털 입력 신호는 엔벨로프 신호의 전압 레벨을 나타내고, 디지털 출력 신호는 정형화된 엔벨로프 신호의 전압 레벨을 나타낸다. 일부 실시예에 따르면, 전력 증폭기 시스템은 정형화 테이블의 디지털 출력을 변환하여 정형화된 엔벨로프 신호를 생성하도록 구성된 디지털-아날로그 변환기(DAC)를 더 포함한다.
다양한 실시예에서, 이득 조정 테이블은 디지털 입력 신호를 수신하고 디지털 출력 신호를 생성하도록 구성된 룩업 테이블을 포함한다. 디지털 입력 신호는 전력 피드백(feedback) 신호의 전압 레벨을 나타내고, 디지털 출력 신호는 전력 증폭기 바이어스(bias) 신호의 전압 레벨을 나타낸다. 일부 실시예에서, 전력 증폭기 시스템은 이득 조정 테이블의 디지털 출력을 변환하여 아날로그 바이어스 제어 신호를 생성하도록 구성된 DAC를 더 포함한다. 특정 실시예에서, 전력 증폭기 시스템은 아날로그 바이어스 제어 신호를 이용하여 전력 증폭기의 이득을 제어하도록 구성된 전력 증폭기 바이어스 회로를 더 포함한다. 일부 실시예에서, 전력 증폭기는 바이폴라(bipolar) 트랜지스터를 포함하고, 전력 증폭기 바이어스 회로는 바이폴라 트랜지스터의 베이스(base) 바이어스 전류 또는 베이스 바이어스 전압 중 적어도 하나를 제어하도록 구성된다. 특정 실시예에서, 전력 증폭기 시스템은 전력 증폭기의 전력 출력 레벨을 감지하도록 구성된 방향성 결합기(directional coupler)를 더 포함하고, 전력 피드백 신호는 방향성 결합기에 의해 감지된 전력 출력 레벨에 기초한다.
특정 실시예에서, 본 발명은 모바일 장치와 관련된다. 모바일 장치는 동위상(in-phase)(I) 신호, 직교 위상(quadrature-phase)(Q) 신호, 및 I 신호 및 Q 신호의 엔벨로프를 나타내는 엔벨로프 신호를 생성하도록 구성된 기저대역(baseband) 프로세서를 포함한다. 모바일 장치는 I 신호 및 Q 신호를 수신하고 RF 신호를 생성하도록 구성된 I/Q 변조기를 더 포함한다. 모바일 장치는 RF 신호를 증폭하여 증폭된 RF 신호를 생성하도록 구성된 전력 증폭기를 더 포함하고, 전력 증폭기는 전력 증폭기에 전력을 공급하기 위한 전력 증폭기 공급 전압을 수신하도록 구성된다. 모바일 장치는 엔벨로프 신호를 정형화하여 정형화된 엔벨로프 신호를 생성하도록 구성된 엔벨로프 정형화 회로를 더 포함한다. 엔벨로프 정형화 회로는 엔벨로프 신호의 전압 변화에 걸쳐 송신 대역 또는 수신 대역 중 적어도 하나에서 실질적으로 일정한 왜곡을 유지하도록 구성된 정형화 테이블을 포함하고, 정형화 테이블은 제1 전력 레벨에서 캘리브레이팅된다. 모바일 장치는 전력 증폭기 공급 전압을 생성하도록 구성된 엔벨로프 추적기 - 엔벨로프 추적기는 정형화된 엔벨로프 신호에 기초하여 전력 증폭기 공급 전압의 전압 레벨을 제어하도록 구성됨 - , 및 제1 전력 레벨보다 큰 하나 이상의 출력 전력 레벨에 대해 전력 증폭기의 이득을 상승시키도록 구성된 이득 조정 테이블을 포함하는 이득 제어 회로를 더 포함한다.
다양한 실시예에서, 정형화 테이블은 엔벨로프 신호의 전압 변화에 걸쳐 송신 대역 및 수신 대역 둘 다에서 실질적으로 일정한 왜곡을 유지하도록 더 구성된다.
특정 실시예에서, 모바일 장치는 배터리 전압을 엔벨로프 추적기에 제공하도록 구성된 배터리를 더 포함한다.
일부 실시예에 따르면, 모바일 장치는 전력 증폭기로부터 증폭된 RF 신호를 수신하도록 구성된 스위치 및 스위치에 전기적으로 접속된 안테나를 더 포함한다.
다양한 실시예에서, 이득 조정 테이블은 디지털 입력 신호를 수신하고 디지털 출력 신호를 생성하도록 구성된 룩업 테이블을 포함한다. 디지털 입력 신호는 전력 피드백 신호의 전압 레벨을 나타내고, 디지털 출력 신호는 전력 증폭기 바이어스 신호의 전압 레벨을 나타낸다. 특정 실시예에서, 모바일 장치는 전력 증폭기의 전력 출력 레벨을 감지하도록 구성된 방향성 결합기를 더 포함하고, 전력 피드백 신호는 방향성 결합기에 의해 감지된 전력 출력 레벨에 기초한다.
특정 실시예에서, 본 발명은 전력 증폭기 시스템에서의 증폭 방법과 관련된다. 방법은 변조기를 이용하여 RF 신호를 생성하는 단계, 전력 증폭기를 이용하여 RF 신호를 증폭하여 증폭된 RF 신호를 생성하는 단계, 및 엔벨로프 정형화 회로를 이용하여 RF 신호의 엔벨로프에 대응하는 엔벨로프 신호를 정형화하여 정형화된 엔벨로프 신호를 생성하는 단계를 포함한다. 엔벨로프 정형화 회로는 엔벨로프 신호의 전압 변화에 걸쳐 송신 대역 또는 수신 대역 중 적어도 하나에서 실질적으로 일정한 왜곡을 유지함으로써 엔벨로프 신호의 복수의 전압 레벨을 정형화된 엔벨로프 신호의 복수의 전압 레벨에 매핑하기 위한 정형화 테이블을 포함한다. 정형화 테이블은 제1 전력 레벨에서 캘리브레이팅된다. 방법은 엔벨로프 추적기를 이용하여 전력 증폭기용의 전력 증폭기 공급 전압을 생성하는 단계, 엔벨로프 추적기를 이용하여 정형화된 엔벨로프 신호에 기초하여 전력 증폭기 공급 전압의 전압 레벨을 제어하는 단계, 및 이득 제어 회로를 이용하여 전력 증폭기의 이득을 제어하는 단계를 더 포함한다. 이득 제어 회로는 제1 전력 레벨보다 큰 하나 이상의 출력 전력 레벨에 대해 전력 증폭기의 이득을 상승시켜 변조기 및 전력 증폭기의 결합된 전력 효율을 향상시키기 위한 이득 조정 테이블을 포함한다.
다양한 실시예에서, 방법은 정형화 테이블을 이용하여 전력 증폭기 시스템의 왜곡을 송신 대역에 대해 약 -38dBc보다 작게 그리고 수신 대역에 대해 약 -130dBm/Hz보다 작게 유지하는 단계를 더 포함한다.
특정 실시예에 따르면, 전력 증폭기의 이득을 제어하는 단계는 이득 조정 테이블을 이용하여 제1 전력 레벨보다 작은 하나 이상의 출력 전력 레벨에 대해 전력 증폭기의 이득을 감소시키는 단계를 더 포함한다.
도 1은 무선 주파수(RF) 신호를 증폭하는 전력 증폭기 모듈의 개략도이다.
도 2는 도 1의 전력 증폭기 모듈들 중 하나 이상을 포함할 수 있는 예시적인 무선 장치의 개략적인 블록도이다.
도 3은 엔벨로프 추적 시스템을 포함하는 전력 증폭기 시스템의 일례의 개략적인 블록도이다.
도 4는 전력 증폭기 시스템의 일 실시예의 회로도이다.
도 5는 이득 대 출력 전력을 보여주는 일례의 그래프이다.
도 6은 효율 대 출력 전력을 보여주는 일례의 그래프이다.
도 7은 여러 전력 증폭기 바이어스 전압에 대한 이득 대 출력 전력을 보여주는 일례의 그래프이다.
도 8은 다양한 전력 증폭기 바이어스 전압에 대한 순시 이득(instantaneous gain)(AM/AM) 대 출력 전력을 보여주는 일례의 그래프이다.
만일 본 명세서에 제목이 제공되더라도 이것은 단지 편의를 위한 것이며 반드시 청구된 발명의 범주 또는 의미에 영향을 미치는 것은 아니다.
도 1은 무선 주파수(RF) 신호를 증폭하는 전력 증폭기 모듈(10)의 개략도이다. 예시된 전력 증폭기 모듈(10)은 RF 신호 RF_IN을 증폭하여 증폭된 RF 신호 RF_OUT을 생성하도록 구성될 수 있다. 본 명세서에 설명된 바와 같이, 전력 증폭기 모듈(10)은 하나 이상의 전력 증폭기를 포함할 수 있다.
도 2는 도 1의 전력 증폭기 모듈들(10) 중 하나 이상을 포함할 수 있는 예시적인 무선 장치(11)의 개략적인 블록도이다. 무선 장치(11)는 본 발명의 하나 이상의 특징을 구현하는 전력 증폭기를 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 예시적인 무선 장치(11)는 다중 대역/다중 모드 모바일폰과 같은 다중 대역 및/또는 다중 모드 장치를 대표할 수 있다. 예를 들면, 이동 통신 세계화 시스템(GSM) 표준은 세계의 많은 지역에서 이용되는 디지털 셀룰러 통신의 한 모드이다. GSM 모드의 모바일폰은 네 개의 주파수 대역, 즉 850MHz(대략 Tx에 대해 824-849MHz, Rx에 대해 869-894MHz), 900MHz(대략 Tx에 대해 880-915MHz, Rx에 대해 925-960MHz), 1800MHz(대략 Tx에 대해 1710-1785MHz, Rx에 대해 1805-1880MHz), 및 1900MHz(대략 Tx에 대해 1850-1910MHz, Rx에 대해 1930-1990MHz) 중 하나 이상에서 동작할 수 있다. 또한 GSM 대역의 변경 및/또는 지역적/국가적 구현도 세계의 다른 지역에서 이용되고 있다.
코드 분할 다중 접속(CDMA)은 모바일폰 장치에서 구현될 수 있는 또 다른 표준이다. 특정 구현에서, CDMA 장치는 800MHz, 900MHz, 1800MHz 및 1900MHz 대역 중 하나 이상에서 동작할 수 있는 반면, 특정 W-CDMA 및 롱 텀 에볼루션(LTE) 장치는, 예를 들어, 약 22개의 무선 주파수 스펙트럼 대역에 걸쳐 동작할 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 특징은 전술한 예시적인 모드 및/또는 대역, 및 다른 통신 표준에서 구현될 수 있다. 예를 들어, 3G 및 4G는 그러한 표준의 비제한적인 예이다.
특정 실시예에서, 무선 장치(11)는 스위치(12), 송수신기(13), 안테나(14), 전력 증폭기(17), 제어 컴포넌트(18), 컴퓨터 판독가능 매체(19), 프로세서(20), 배터리(21), 및 엔벨로프 추적기(30)를 포함할 수 있다.
송수신기(13)는 RF 신호를 생성하여 안테나(14)를 통해 전송할 수 있다. 또한, 송수신기(13)는 안테나(14)로부터 인입되는 RF 신호를 수신할 수 있다.
RF 신호의 송신 및 수신과 관련된 다양한 기능은 도 2에서 송수신기(13)로 총칭하여 표현된 하나 이상의 컴포넌트에 의해 성취될 수 있음이 이해될 것이다. 예를 들어, 단일 컴포넌트가 송신 및 수신 기능 둘 다를 제공하도록 구성될 수 있다. 다른 예로, 송신 및 수신 기능은 별개의 컴포넌트에 의해 제공될 수 있다.
마찬가지로, RF 신호의 송신 및 수신과 관련된 다양한 안테나 기능은 도 2에서 안테나(14)로 총칭하여 표현된 하나 이상의 컴포넌트에 의해 성취될 수 있음이 이해될 것이다. 예를 들어, 단일 안테나가 송신 및 수신 기능 둘 다를 제공하도록 구성될 수 있다. 다른 예로, 송신 및 수신 기능은 별개의 안테나에 의해 제공될 수 있다. 또 다른 예로, 무선 장치(11)와 관련된 다른 대역에는 다른 안테나가 제공될 수 있다.
도 2에서, 송수신기(13)로부터의 하나 이상의 출력 신호는 하나 이상의 송신 경로(15)를 통해 안테나(14)에 제공되는 것으로 도시되어 있다. 도시된 예에서, 다른 송신 경로(15)는 다른 대역 및/또는 다른 전력 출력과 관련된 출력 경로를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 도시된 두 개의 예시적인 전력 증폭기(17)는 다른 전력 출력 구성(예컨대, 저전력 출력 및 고전력 출력)과 관련된 증폭, 및/또는 다른 대역과 관련된 증폭을 나타낼 수 있다. 비록 도 2에는 무선 장치(11)가 두 개의 송신 경로(15)를 포함하는 것으로 예시되지만, 무선 장치(11)는 더 많거나 더 적은 송신 경로(15)를 포함하도록 적응될 수 있다.
도 2에서, 안테나(14)로부터의 하나 이상의 검출된 신호는 하나 이상의 수신 경로(16)를 통해 송수신기(13)에 제공되는 것으로 도시된다. 도시된 예에서, 다른 수신 경로(16)는 다른 대역과 관련된 경로를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 도시된 네 개의 예시적인 경로(16)는 일부의 무선 장치에 제공된 4중 대역(quad-band) 능력을 나타낼 수 있다. 비록 도 2에는 무선 장치(11)가 네 개의 수신 경로(16)를 포함하는 것으로 예시되지만, 무선 장치(11)는 더 많거나 더 적은 수신 경로(16)를 포함하도록 적응될 수 있다.
수신 및 송신 경로 사이를 용이하게 전환하기 위해, 스위치(12)는 안테나(14)를 선택된 송신 또는 수신 경로에 전기적으로 접속하도록 구성될 수 있다. 따라서, 스위치(12)는 무선 장치(11)의 동작과 관련된 많은 전환 기능을 제공할 수 있다. 특정 실시예에서, 스위치(12)는, 예를 들어, 여러 대역들 사이의 전환, 여러 전력 모드들 사이의 전환, 송신 및 수신 모드들 사이의 전환, 또는 이들의 어떤 조합과 관련된 기능을 제공하도록 구성된 많은 스위치를 포함할 수 있다. 스위치(12)는 또한 신호의 필터링 및/또는 이중화(duplexing)를 포함하여 추가 기능을 제공하도록 구성될 수 있다.
도 2는 특정 실시예에서 제어 컴포넌트(18)가 스위치(12), 전력 증폭기(17), 엔벨로프 추적기(30), 및/또는 다른 동작 컴포넌트의 동작과 관련된 다양한 제어 기능을 제어하기 위해 제공될 수 있음을 보여준다.
특정 실시예에서, 프로세서(20)는 본 명세서에 설명된 다양한 처리를 용이하게 구현하도록 구성될 수 있다. 특정 구현에서, 프로세서(20)는 컴퓨터 프로그램 명령을 이용하여 동작할 수 있다. 특정 실시예에서, 이러한 컴퓨터 프로그램 명령은 또한 컴퓨터 판독가능 매체(19)에 저장되고 이는 컴퓨터 또는 다른 프로그램가능 데이터 처리 장치에게 특정 방식으로 동작하도록 지시할 수 있다.
예시된 무선 장치(11)는 또한 전력 증폭기 공급 전압을 전력 증폭기들(17) 중 하나 이상에 제공하는데 사용될 수 있는 엔벨로프 추적기(30)를 포함한다. 예를 들어, 엔벨로프 추적기(30)는 RF 신호의 엔벨로프에 기초하여 전력 증폭기(17)에 제공된 전력 증폭기 공급 전압의 전력 레벨을 증폭하도록 제어하거나 변경할 수 있다.
비록 도 2에는 예시되지 않지만, 엔벨로프 추적기(30)는 배터리(21)로부터 배터리 전압을 수신할 수 있다. 배터리(21)는, 예를 들어, 리튬 이온 배터리를 포함하여 무선 장치(11)에 사용하기에 적합한 어떤 배터리라도 될 수 있다. 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 엔벨로프 추적기(30)를 이용하여 전력 증폭기에 제공된 전력 증폭기 공급 전압의 전압 레벨을 제어함으로써, 배터리(21)로부터 소모되는 전력은 저감되고, 그럼으로써 무선 장치(11)의 배터리 수명의 성능을 향상시킬 수 있다. 특정 구현에서, 엔벨로프 추적기(30)는 송수신기(13)로부터 엔벨로프 신호를 수신할 수 있다. 그러나, RF 신호의 엔벨로프는 다른 방식으로, 이를 테면 어떤 적절한 엔벨로프 검출기를 이용하여 RF 신호의 엔벨로프를 검출함으로써 결정될 수 있다.
도 3은 엔벨로프 추적 시스템을 포함하는 전력 증폭기 시스템(26)의 일례의 개략적인 블록도이다. 예시된 전력 증폭기 시스템(26)은 스위치(12), 안테나(14), 배터리(21), 방향성 결합기(directional coupler)(24), 엔벨로프 추적기(30), 전력 증폭기(32), 및 송수신기(33)를 포함한다. 예시된 송수신기(33)는 기저대역(baseband) 프로세서(34), 엔벨로프 정형화 블록 또는 회로(35), 디지털-아날로그 변환기(DAC)(36), I/Q 변조기(37), 혼합기(mixer)(38), 및 아날로그-디지털 변환기(ADC)(39)를 포함한다.
기저대역 프로세서(34)는 사인파(sinusoidal wave)의 신호 성분 또는 원하는 진폭, 주파수, 및 위상의 신호에 대응하는 I 신호 및 Q 신호를 생성하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, I 신호는 사인파의 동위상(in-phase) 성분을 나타내는데 사용될 수 있고 Q 신호는 사인파의 직교 성분(quadrature component)을 나타내는데 사용될 수 있으며, 이는 사인파의 등가 표현일 수 있다. 특정 구현에서, I 및 Q 신호는 디지털 포맷으로 I/Q 변조기(37)에 제공될 수 있다. 기저대역 프로세서(34)는 기저대역 신호를 처리하도록 구성된 어떤 적절한 프로세서라도 될 수 있다. 예를 들어, 기저대역 프로세서(34)는 디지털 신호 프로세서, 마이크로프로세서, 프로그램가능 코어, 또는 이들의 어떤 조합을 포함할 수 있다. 또한, 일부 구현에서, 두 개 이상의 기저대역 프로세서(34)가 전력 증폭기 시스템(26)에 포함될 수 있다.
I/Q 변조기(37)는 기저대역 프로세서(34)로부터 I 및 Q 신호를 수신하고 I 및 Q 신호를 처리하여 RF 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, I/Q 변조기(37)는 I 및 Q 신호를 아날로그 포맷으로 변환하도록 구성된 DAC, I 및 Q 신호를 무선 주파수로 상향변환(upconverting)하는 혼합기, 및 상향변환된 I 및 Q 신호를 전력 증폭기(32)에 의해 증폭하기에 적합한 RF 신호로 결합하는 신호 결합기(signal combiner)를 포함할 수 있다. 특정 구현에서, I/Q 변조기(37)는 여기서 처리된 신호의 주파수 내용을 필터하도록 구성된 하나 이상의 필터를 포함할 수 있다.
엔벨로프 정형화 블록(35)은 I 및 Q 신호와 관련된 엔벨로프 또는 진폭 신호를 정형화된 엔벨로프 신호로 변환하는데 사용될 수 있다. 기저대역 프로세서(34)로부터의 엔벨로프 신호를 정형화하면 전력 증폭기 시스템(26)의 성능 향상에 도움을 줄 수 있다. 특정 구현에서, 엔벨로프 정형화 블록(35)은 디지털 정형화된 엔벨로 신호를 생성하도록 구성된 디지털 회로이고, DAC(36)는 디지털 정형화된 엔벨로프 신호를 엔벨로프 추적기(30)에 의해 사용하기에 적합한 아날로그 정형화된 엔벨로프 신호로 변환하는데 사용된다. 그러나, 다른 구현에서, DAC(36)는 디지털 엔벨로프 신호를 엔벨로프 추적기(30)에 제공하여 엔벨로프 추적기(30)가 엔벨로프 신호를 더 처리하는데 도움을 주기 위해 생략될 수 있다.
엔벨로프 추적기(30)는 송수신기(33)로부터의 엔벨로프 신호와 배터리(21)로부터의 배터리 전압 VBATT을 수신할 수 있고, 그 엔벨로프 신호를 이용하여 엔벨로프와 관련하여 변화하는 전력 증폭기(32)용의 전력 증폭기 공급 전압 VCC _ PA를 생성할 수 있다. 전력 증폭기(32)는 송수신기(33)의 I/Q 변조기(37)로부터 RF 신호를 수신할 수 있고, 증폭된 RF 신호를 스위치(12)를 통해 안테나(14)에 제공할 수 있다.
방향성 결합기(24)는 전력 증폭기(32)의 출력과 스위치(12)의 입력 사이에 배치되어, 스위치(12)의 삽입 손실을 포함하지 않는 전력 증폭기(32)의 출력 전력의 측정을 가능하게 할 수 있다. 방향성 결합기(24)로부터 감지된 출력 신호는 혼합기(38)에 제공될 수 있고, 이 혼합기는 감지된 출력 신호에 제어 주파수(controlled frequency)의 기준 신호(도 3에 미예시)를 곱하여 감지된 출력 신호의 주파수 스펙트럼을 다운 시프트(downshift)할 수 있다. 다운 시프트된 신호는 ADC(39)에 제공될 수 있고, 이 ADC는 다운 시프트된 신호를 기저대역 프로세서(34)에 의해 처리하기에 적합한 디지털 포맷으로 변환할 수 있다. 전력 증폭기(32)의 출력과 기저대역 프로세서(34)의 입력 사이에 피드백 경로를 포함함으로써, 기저대역 프로세서(34)는 I 및 Q 신호 및/또는 I 및 Q 신호와 관련된 엔벨로프 신호를 동적으로 조절하여 전력 증폭기 시스템(26)의 동작을 최적화하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 이러한 방식으로 전력 증폭기 시스템(26)을 구성하면 전력 부가 효율(PAE:power added efficiency) 및/또는 전력 증폭기(32)의 선형성을 제어하는데 도움을 줄 수 있다.
비록 전력 증폭기 시스템(26)이 단일 전력 증폭기를 포함하는 것으로 예시되지만, 본 명세서의 개시내용은, 예를 들어, 다중 모드 및/또는 다중 모드 전력 증폭기 시스템을 포함하여, 다중 전력 증폭기를 포함하는 전력 증폭기 시스템에도 적용가능하다.
또한, 비록 도 2에는 송수신기의 특정 구성이 예시되지만, 예를 들어, 송수신기(33)가 더 많거나 더 적은 컴포넌트 및/또는 다른 컴포넌트 배열을 포함하는 구성을 포함하여 다른 구성도 가능하다.
동왜곡 테이블(Isodistortion Table) 및 이득 조정 테이블을 포함하는 전력 증폭기 시스템의 개요
전력 부가 효율(PAE)은 전력 증폭기를 평가하는 한가지 측정법(metric)으로 출력 및 입력 신호 전력 간의 차 대 전력 증폭기에 의해 소비되는 DC 전력의 비에 대응할 수 있다. 또한, 선형성은 전력 증폭기를 평가하는 또 다른 측정법일 수 있다. PAE 및 선형성은 소비자가 어느 전력 증폭기를 구매할지를 판단하는 측정법일 수 있는데, 그 이유는 PAE가 모바일 장치의 배터리 수명에 영향을 미칠 수 있고 선형성이 모바일 장치의 신호 품질에 영향을 미치고 및/또는 특정 통신 표준에 따르기 때문이다. 비록 고 PAE 및 고 선형성은 모두 바람직한 것이지만, 선형성 향상은 PAE 저감을 대가로 하는 반면, PAE 증가는 선형성을 저하시킬 수 있다.
엔벨로프 트랙킹은 시간의 경과에 따른 전력 증폭기 공급 전압의 전압 레벨을 효율적으로 제어함으로써 전력 증폭기 시스템의 PAE를 증가시키는데 사용될 수 있는 기술이다. 전력 증폭기 공급 전압의 변화에 걸쳐 선형성을 유지하기 위해, 통상의 엔벨로프 추적 시스템은 엔벨로프 신호를 정형화된 엔벨로프 신호에 매핑하거나 이로 변환하여 엔벨로프 신호 범위에 걸쳐 실질적으로 일정한 이득을 유지하도록 하는 동이득(isogain) 테이블을 이용할 수 있다. 이러한 방식으로 엔벨로프 추적 시스템을 구성하면 신호의 엔벨로프의 범위에 걸쳐 매우 높은 선형성을 제공하고, 그럼으로써 전력 증폭기가 특정 통신 표준에 확실하게 따르도록 하는데 도움을 줄 수 있다.
본 명세서에는 전력 증폭기 시스템용 장치 및 방법이 제공된다. 특정 구현에서, 전력 증폭기 시스템은 RF 신호를 생성하는 I/Q 변조기, RF 신호를 증폭하는 전력 증폭기, 전력 증폭기의 이득을 제어하는 이득 제어 회로, 및 RF 신호의 엔벨로프에 대응하는 엔벨로프 신호에 기초하여 전력 증폭기의 공급 전압의 전압 레벨을 제어하는 엔벨로프 추적 시스템을 포함한다. 이득 제어 회로는 이득 조정 테이블을 포함하고, 엔벨로프 추적 시스템은 동왜곡 테이블을 포함하는 엔벨로프 정형화 회로를 포함한다. 동왜곡 테이블은 엔벨로프 신호를 정형화된 엔벨로프 신호에 매핑하여 엔벨로프 신호의 범위에 걸쳐 시스템의 송신 및/또는 수신 대역에서 실질적으로 일정한 왜곡을 유지하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 롱 텀 에볼루션(LTE)과 같은 특정 통신 표준에서, 송신 신호의 대역폭은 비교적 넓을 수 있어, 결과적으로 전력 증폭기 시스템은 송신 및 수신 대역 둘 다에서 왜곡을 발생시킬 수 있다. 따라서, 특정 구현에서, 동왜곡 테이블은 송신 왜곡 및/또는 수신 왜곡에 기초하여 캘리브레이팅된다.
동왜곡 테이블은 특정 전력 레벨에서 캘리브레이팅될 수 있고, 엔벨로프 신호를 정형화하여 송신 및/또는 수신 대역에서 특정 통신 표준에 의해 허용되는 최대 왜곡보다 작은 왜곡 레벨과 같은 특정 왜곡 레벨을 얻을 수 있다. 예를 들어, 3GPP와 같은 전형적인 셀룰러 통신 표준은 소정 레벨 또는 양의 왜곡을 허용하고, 동왜곡 테이블은 엔벨로프 신호값들에 걸쳐 실질적으로 일정한 왜곡을 제공하여 백오프(back-off) 전력 레벨에서 전력 효율을 유리하게 높일 수 있다. 또한, 이득 제어 회로의 이득 조정 테이블은 동왜곡 테이블의 캘리브레이션 전력 레벨 이상의 고전력 레벨에서 전력 증폭기의 이득을 상승시키는데 사용될 수 있고, 일부 구현에서, 동왜곡 테이블의 캘리브레이션 전력 레벨 아래의 저전력 레벨에서 이득은 더 낮아지거나 감소된다. 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 이러한 방식으로 이득 조정 테이블을 구성하면 I/Q 변조기의 동작 제약을 완화하고 전체 시스템 PAE를 향상시킨다.
따라서, 본 명세서의 개시내용은 송신 및/또는 수신 대역에서의 동왜곡 테이블과 이득 조정 테이블의 조합을 이용하여 전체 PAE를 향상시킴으로써, 동이득 테이블을 이용하는 구성 또는 전력 증폭기 시스템 전체의 동작을 고려하지 않고 전력 증폭기를 별개로 최적화함으로써 최대 PAE를 얻으려고 시도하는 구성에 비해 성능을 최적화할 수 있다.
도 4는 전력 증폭기 시스템(50)의 일 실시예의 회로도이다. 전력 증폭기 시스템(50)은 스위치(12), 안테나(14), 엔벨로프 추적기(30), 전력 증폭기(32), I/Q 변조기(37), 엔벨로프 정형화 회로(51), 매칭 회로(52), 인덕터(53), 제1 및 제2 DAC(36, 62), 전력 증폭기 이득 제어 회로(61), 및 전력 증폭기 바이어스 회로(63)를 포함한다.
엔벨로프 정형화 회로(51)는 동왜곡 테이블(55)을 포함하고 전력 증폭기 이득 제어 회로는 이득 조정 테이블(65)을 포함한다. 엔벨로프 정형화 회로(51), 제1 DAC(36), 및 엔벨로프 추적기(30)는 전력 증폭기 시스템(50)의 엔벨로프 추적 시스템과 관련된다. 전력 증폭기 이득 제어 회로(61), 제2 DAC(62), 및 전력 증폭기 바이어스 회로(63)는 전력 증폭기 시스템(50)의 이득 제어 시스템과 관련된다.
엔벨로프 정형화 회로(51)는 엔벨로프 신호를 수신하고, 동왜곡 테이블(55)을 이용하여 엔벨로프 신호를 정형화하여 정형화된 엔벨로프 신호를 생성하도록 구성되고, 그 정형화된 엔벨로프 신호는 엔벨로프 추적기(30)에 의해 전력 증폭기 공급 전압 VCC _ PA의 전압 레벨을 제어하는데 사용될 수 있다. 특정 구현에서, 엔벨로프 정형화 회로(51)에 의해 생성된 정형화된 엔벨로프 신호는 디지털 신호일 수 있다. 이러한 구성에서, 제1 DAC(36)는 디지털 정형화된 엔벨로프 신호를 아날로그 정형화된 엔벨로프 신호로 변환하는데 사용될 수 있고, 엔벨로프 추적기(30)는 전력 증폭기 공급 전압 VCC _ PA의 전압 레벨을 제어하는데 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 동왜곡 테이블(55)은 프로그램가능 메모리와 같은 룩업(look-up) 테이블로 구현된다. 예를 들어, 룩업 테이블은 엔벨로프 신호의 전압 레벨을 나타내는 디지털 입력 신호를 수신할 수 있고, 정형화된 엔벨로프 신호의 전압 레벨을 나타내는 디지털 출력 신호를 생성할 수 있다.
전력 증폭기 이득 제어 회로(61)는 전력 피드백 신호를 수신하도록 구성된 입력 및 이득 조정 테이블(65)에 기초하여 전력 증폭기 바이어스 회로(63)에 대한 전력 제어 신호를 생성하도록 구성된 출력을 포함한다. 특정 구현에서, 전력 증폭기 이득 제어 회로(61)에 의해 생성된 정형화된 전력 제어 신호는 디지털 신호일 수 있다. 이러한 구성에서, 제2 DAC(62)는 디지털 이득 제어 신호를 아날로그 이득 제어 신호로 변환하는데 사용될 수 있고, 그 아날로그 이득 제어 신호는 전력 증폭기 바이어스 회로(63)에 의해 전력 증폭기의 이득을 제어할 수 있는 바이어스 신호를 생성하는데 사용될 수 있다.
따라서, 이득 조정 테이블(65)은 전력 피드백 신호를 소정의 전력 증폭기 바이어스 레벨에 매핑하는데 사용되어, 전력 증폭기의 이득을 제어할 수 있다. 특정 구현에서, 피드백 신호는 부분적으로 도 3의 방향성 결합기(24)와 같은 방향성 결합기의 감지된 전력에 기초한다. 고전력 레벨에서, 이득 조정 테이블(65)은 전력 증폭기(32)의 이득을 증가시킴으로써, I/Q 변조기(37)의 전류/전력 요건을 완화할 수 있다. 또한, 특정 구현에서, 출력 전력이 감소되거나 백오프됨에 따라, 이득 조정 테이블(65)은 전력 증폭기의 이득을 저감하거나 떨어트려(buck), 증폭기의 효율을 향상시킬 수 있다.
일 실시예에서, 이득 조정 테이블(65)은 프로그램가능 메모리와 같은 룩업 테이블로 구현된다. 예를 들어, 룩업 테이블은 전력 피드백 신호의 전압 레벨을 나타내는 디지털 입력 신호를 수신할 수 있고 바이어스 신호의 전압 레벨을 나타내는 디지털 출력 신호를 생성할 수 있다.
I/Q 변조기(37)는 I 신호 및 Q 신호를 수신하고 RF 신호를 생성하도록 구성된다. I/Q 변조기(37)에 대한 추가적인 세부사항은 전술한 바와 같을 수 있다.
전력 증폭기(32)는 바이폴라 트랜지스터(59)를 포함할 수 있고, 이 바이폴라 트랜지스터는 전력 증폭기 바이어스 회로(63)로부터 RF 신호 및 바이어스 신호를 수신하도록 구성된 베이스를 포함한다. 특정 구현에서, 바이어스 신호는 베이스 바이어스 전압 및/또는 베이스 바이어스 전류에 대응할 수 있다. 바이폴라 트랜지스터(59)는 접지 또는 저전력 공급장치에 전기적으로 접속된 에미터, 및 증폭된 RF 신호를 스위치(12)를 통해 안테나(14)에 제공하도록 구성된 컬렉터를 더 포함한다. 바이폴라 트랜지스터(59)의 컬렉터는 또한 인덕터(53)에도 접속되고, 이 인덕터는 전력 증폭기(32)에 엔벨로프 추적기(30)에 의해 생성된 전력 증폭기 공급 전압 VCC_PA를 제공하는데 사용된다. 인덕터(53)는 저 임피던스를 저주파 신호 성분에 제공하는 반면, 증폭된 RF 신호와 관련된 고주파 신호 성분을 억제(choking)하거나 차단하는데 사용될 수 있다.
매칭 회로(52)는 전력 증폭기(32)의 출력과 스위치(12) 간의 전기적 접속을 차단하는데 사용될 수 있다. 매칭 회로(52)는 RF 신호의 기본 주파수에서 전력 증폭기(32)의 원하는 로드 라인 임피던스를 제공하는데 사용될 수 있다. 특정 구현에서, 매칭 회로(52)는 또한, 예를 들어, 제2 고조파 단락(short) 및/또는 제3 고조파 개방(open)을 포함하여 고조파 차단(harmonic terminations)을 제공하는데 사용될 수 있다.
통상의 엔벨로프 추적 시스템은 전력 증폭기의 순시 이득(AM/AM)을 실질적으로 일정한 이득값 또는 동이득으로 미리 왜곡할 수 있는 정형화 테이블을 이용하여 전력 증폭기의 선형성을 유지할 수 있다. 동이득 테이블을 이용하여 엔벨로프 추적 시스템을 구현함으로써, 전력 증폭기는 선형화될 수 있고 왜곡은 가능한 최소값 정도로 제어될 수 있다.
도 4의 전력 증폭기 시스템(50)은 순시 동이득이 전형적인 통신 표준의 요건이 아니며 일부 왜곡이 PAE 향상을 위해 허용될 수 있다는 인식에 기초하여 구현되었다. 예를 들어, 동왜곡 테이블(55)은 전력 증폭기의 공급 전압을 단지 요구되는 선형성 및 수신 왜곡을 제공하기에 충분한 레벨로 제어하여 소비 전류를 저감함으로써, 저입력 전력 레벨에서 향상된 PAE를 제공할 수 있다. 비록 동왜곡 테이블(55)이 RF 신호를 왜곡할 수 있지만, 제공되는 왜곡은 특정 통신 표준에 의해 허용되는 최대 왜곡보다 작게 선택될 수 있다. 왜곡과 선형성 사이에는 상충관계(tradeoff)가 존재하기 때문에, 동왜곡 테이블(55)은 왜곡을 증가시키지만 PAE를 향상시킬 수 있다.
특정 구현에서, 동왜곡 테이블(55)은 엔벨로프 신호의 전압을 나타내는 데이터를 정형화된 엔벨로프 신호의 전압을 나타내는 데이터에 매핑 또는 이로 변환하여 실질적으로 일정한 왜곡을 유지하는 데 사용된다. 동왜곡 테이블(55)은 엔벨로프 신호의 전압 변화에 걸쳐 송신 대역 및/또는 수신 대역에서 실질적으로 일정한 왜곡을 유지할 수 있고, 특정 전력 레벨에서 캘리브레이팅될 수 있다. 일 실시예에서, 동왜곡 테이블(55)은 전력 증폭기의 왜곡이 엔벨로프 신호의 범위에 걸쳐 송신 대역에 대해 캐리어(dBc)를 기준으로 약 -38 데시벨, 그리고 수신 대역 dB에 대해 헤르쯔(hertz) 당 -130 데시벨 밀리와트(dBm/Hz) 미만 변화하도록 구성된다.
동왜곡 테이블(55)은 특정 전력 레벨(이를 테면 출력 전력 레벨)에 대해 그리고 특정 선형성 및 수신 왜곡에 대해 캘리브레이팅될 수 있다. 동왜곡 테이블(55)은 캘리브레이팅된 출력 전력 레벨에 대해 최적으로 동작할 수 있지만 성능은 전력 증폭기(32)의 이득이 압축 기준을 충족하도록 압축되기 때문에 고평균 전압 출력 전력에서 떨어질 수 있다. 이러한 상태에서, 소정의 출력 전력을 얻기 위해, I/Q 변조기(37)는 전력 증폭기(32)에 제공되는 RF 신호의 전력을 증가시킬 수 있다. 그러나, I/Q 변조기(37)는 또한 RF 신호의 전력을 증가시킬 때 더 많이 동작할 수 있고, 따라서 시스템의 총 전류를 크게 증가시킬 수 있다. 또한, 전력 증폭기 시스템(50)의 출력 전력 레벨이 동왜곡 테이블(55)의 캘리브레이팅된 전력 레벨보다 작으면, 전력 증폭기의 평균 이득은 시스템에 의해 요구되는 이득보다 높을 수 있고, 이는 배터리로부터 요구되는 전류를 증가시킬 수 있다.
전체 PAE를 향상시키기 위해, 전력 증폭기 시스템(50)은 동왜곡 테이블(55)뿐만 아니라, 고전력 레벨에서 전력 증폭기의 이득을 증가시켜 전력 증폭기(32)를 구동하는 I/Q 변조기(37)의 전력/전류 요건을 저감하는 이득 조정 테이블(65)도 포함한다. 이득 조정 테이블(65)은 동왜곡 테이블(55)이 캘리브레이팅된 캘리브레이션 전력 레벨보다 큰 전력 레벨 중 적어도 일부에 대해 전력 증폭기의 이득을 증가시키거나 상승시킬 수 있다. 또한, 특정 구현에서, 이득 조정 테이블(65)은 동왜곡 테이블(55)이 캘리브레이팅된 캘리브레이션 전력 레벨보다 작은 전력 레벨에서 전력 증폭기의 이득을 감소시킬 수 있다. 비록 전력 증폭기(32)의 이득을 감소시키면 전력 증폭기의 효율을 별개로 감소시킬 수 있지만, 전력 증폭기(32) 및 I/Q 변조기(37)의 전체 결합된 효율은 증가될 수 있다.
예시된 구성에서, 전력 증폭기(32)의 이득은 전력 증폭기 바이어스 회로(63)를 이용하여 바이폴라 트랜지스터(59)의 바이어스를 제어함으로써 조절된다. 예를 들어, 전력 증폭기 바이어스 회로(63)는 바이폴라 트랜지스터(59)의 베이스 전류 및/또는 베이스 전압을 제어하여, 전력 증폭기의 이득을 제어하는데 사용될 수 있다. 그러나, 다른 구성도 가능하다. 또한, 비록 전력 증폭기 시스템(50)이 단일 단(single stage) 구성의 문맥에서 예시되지만, 본 명세서의 개시내용은 단들 중 하나 이상의 단의 이득을 전력 증폭기 바이어스 회로(63)를 이용하여 조절하는 다단 구성에도 적용가능하다.
도 5는 이득 대 출력 전력을 보여주는 일례의 그래프(70)이다. 그래프(70)는 일정한 고이득 전력 증폭기의 일례의 이득 대 출력 전력의 제1 플롯(71), 더 낮은 일정한 압축(compressed) 이득 전력 증폭기의 일례의 이득 대 출력 전력의 제2 플롯(72), 및 가변 평균 이득 전력 증폭기의 일례의 이득 대 출력 전력의 제3 플롯(73)을 포함한다. 이득 대 출력 전력의 제3 플롯(73)은 본 명세서에 기술된 특정 전력 증폭기의 이득에 대응할 수 있다.
도 6은 전력 증폭기의 효율 대 출력 전력을 보여주는 일례의 그래프(80)이다. 그래프(80)는 일정한 고이득 전력 증폭기의 효율 대 출력 전력의 제1 플롯(81), 일정한 동왜곡 압축 이득 전력 증폭기의 효율 대 출력 전력의 제2 플롯(82), 및 가변 이득 동왜곡 전력 증폭기의 효율 대 출력 전력의 제3 플롯(83)을 포함한다.
효율 대 출력 전력의 제3 플롯(83)은 본 명세서에 기술된 특정 전력 증폭기 시스템의 효율에 대응할 수 있으며, 이는 동왜곡 테이블 및 이득 조정 테이블 둘 다를 이용할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 명세서의 특정 실시예에서 전력 증폭기의 효율은 고전력 레벨에서 감소할 수 있는데, 그 이유는 그러한 상태에서 전력 증폭기가 이득을 증가시키기 위해 바이어스될 수 있기 때문이다. 비록 이러한 상태에서 전력 증폭기의 효율이 별개로 감소할 수 있지만, 전력 증폭기 및 I/Q 변조기의 전체 결합된 효율(도 6에 미도시)은 이득 조정 없이 동이득 테이블 또는 동왜곡 테이블을 이용하는 전력 증폭기 시스템에 비해 증가될 수 있다.
도 7은 여러 전력 증폭기 바이어스 전압에 대한 이득 대 출력 전력을 보여주는 일례의 그래프(90)이다. 그래프(90)는 약 3.4V의 전력 증폭기 공급 전압으로 동작하는 전력 증폭기의 일 구성에 대한 여러 전력 증폭기 바이어스 전압의 이득 대 출력 전력에 대응하는 복수의 플롯을 포함한다. 그래프(90)는 약 1.5V의 전력 증폭기 바이어스 전압에 대응하는 제1 플롯(91), 약 1.4V의 전력 증폭기 바이어스 전압에 대응하는 제2 플롯(92), 약 1.3V의 전력 증폭기 바이어스 전압에 대응하는 제3 플롯(93), 약 1.2V의 전력 증폭기 바이어스 전압에 대응하는 제4 플롯(94), 약 1.1V의 전력 증폭기 바이어스 전압에 대응하는 제5 플롯(95), 약 1.0V의 전력 증폭기 바이어스 전압에 대응하는 제6 플롯(96), 약 0.9V의 전력 증폭기 바이어스 전압에 대응하는 제7 플롯(97), 및 약 0.8V의 전력 증폭기 바이어스 전압에 대응하는 제8 플롯(98)을 포함한다.
도 8은 여러 전력 증폭기 바이어스 전압에 대한 순시 이득(AM/AM) 대 출력 전력을 보여주는 일례의 그래프(100)이다. 그래프(100)는 복수의 이득 대 출력 전력 플롯을 포함하고, 두 개의 다른 일정한 동왜곡 값들에 대응하는 제1 플롯(101) 및 제2 플롯(102)을 포함하는 것으로 주석이 달렸다. 그래프(100)는 본 명세서에 기술된 특정 실시예에 따른 이득 대 출력 전력에 대응할 수 있는 총 동왜곡 플롯(103)을 더 포함한다.
전술한 바와 같이, 본 명세서에서 전력 증폭기 시스템은 캘리브레이션 전력 레벨에서 캘리브레이팅된 동왜곡 테이블, 및 전력 레벨에 기초하여 전력 증폭기의 이득을 변경하는 정형화 테이블을 포함할 수 있다. 도 8에 도시된 총 동왜곡의 플롯(103)은 동왜곡 테이블 및 이득 조정 테이블 둘 다를 포함하는 전력 증폭기 시스템의 이득 대 출력 전력의 일 실시예에 대응한다.
비록 도 5 내지 도 8에는 전력 증폭기 성능 특성에 대한 다양한 그래프가 예시되지만, 전력 증폭기는 특정 적용 및/또는 통신 표준에 적합한 것과 같은 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 따라서, 이러한 그래프는 단지 예시 목적으로만 포함되고, 다른 시뮬레이션 및/또는 측정 결과도 가능하다.
적용예
전술한 실시예들 중 일부는 모바일폰과 관련된 예를 제공하였다. 그러나, 이러한 실시예의 원리 및 이점은 전력 증폭기 시스템을 필요로 하는 어떤 다른 시스템 또는 장치에도 사용될 수 있다.
그러한 전력 증폭기 시스템은 다양한 전자 장치에서 구현될 수 있다. 이러한 전자 장치의 예는, 다음으로 한정되는 것은 아니지만, 소비자 전자 제품, 소비자 전자 제품의 일부, 전자 검사 장비 등을 포함할 수 있다. 이러한 전자 장치의 예는 또한, 다음으로 한정되는 것은 아니지만, 메모리 칩, 메모리 모듈, 광 네트워크 또는 다른 통신 네트워크의 회로, 및 디스크 드라이버 회로를 포함할 수 있다. 소비자 전자 제품은, 다음으로 한정되는 것은 아니지만, 모바일폰, 전화기, 텔레비전, 컴퓨터 모니터, 컴퓨터, 핸드헬드 컴퓨터, 개인 휴대정보 단말기(PDA), 전자레인지(microwave), 냉장고, 자동차, 스테레오 시스템, 카세트 레코더 또는 플레이어, DVD 플레이어, CD 플레이어, VCR, MP3 플레이어, 라디오, 캠코더, 카메라, 디지털 카메라, 휴대용 메모리칩, 세탁기(washer), 드라이어(dryer), 세탁기 겸 건조기(washer/dryer), 복사기, 팩시밀리기, 스캐너, 다기능 주변 장치, 손목 시계, 시계 등을 포함할 수 있다. 또한, 전자 장치는 미완성 제품도 포함할 수 있다.
결론
문맥이 명백히 달리 요구하지 않는 한, 본 명세서 및 청구항 전체에 걸쳐, 단어 "포함하다", 및 "포함하는" 등은 배타적 또는 완전한 의미와 상반된 것으로서 포괄적 의미, 즉, "다음으로 한정되는 것은 아니지만 포함하는(including, but not limited to)"이라는 의미로 해석될 것이다. 본 명세서에서 일반적으로 사용된 바와 같은 단어 "결합된(coupled)"은 두 개 이상의 구성 요소가 직접 접속되거나, 하나 이상의 중간 구성 요소를 경유하여 접속될 수 있는 것을 지칭한다. 마찬가지로, 본 명세서에서 일반적으로 사용된 바와 같은 단어 "접속된(connected)"은 두 개 이상의 구성 요소가 직접 접속되거나, 하나 이상의 중간 구성 요소를 경유하여 접속될 수 있는 것을 지칭한다. 또한, 단어 "본 명세서에서(herein)", "이상의(above)", "아래의(below)", 및 유사 의미의 단어는 본원에서 사용될 때 본원을 전체적으로 지칭하고 본원의 어떤 특정한 부분을 지칭하지 않는다. 문맥이 허용하는 경우, 전술한 상세한 설명에서 단수 또는 복수를 이용하는 단어들은 또한 각각 복수 또는 단수를 포함할 수 있다. 두 개 이상의 항목들로 된 목록과 관련하여 단어 "또는"은 다음과 같은 단어의 해석, 즉 목록 내의 항목들 중 어떤 것, 목록 내의 항목들 모두, 및 목록 내의 항목들의 어떤 조합을 모두 망라한다.
또한, 본 명세서에서 사용된 조건부 언어, 이를 테면, 특히, "할 수 있다(can)", "할 수도 있다(could)", "일 수도 있다(might)", "할 수 있다(can)", "예컨대(e.g.)", "예를 들어", 및 "와 같은" 등은 특별히 달리 언급되지 않거나, 사용된 문맥 내에서 달리 이해되지 않는 한, 일반적으로 다른 실시예가 포함하지 않지만 특정 실시예가 특정 특징, 구성 요소 및/또는 상태를 포함한다는 것을 전달하는 것으로 의도된다. 따라서, 그러한 조건부 언어는 일반적으로 특징, 구성 요소 및/또는 상태가 하나 이상의 실시예에 필요한 어떤 방식이거나 하나 이상의 실시예가 오서(author)의 입력 또는 프롬프팅이 있든 없든, 이러한 특징, 구성 요소 및/또는 상태가 어떤 특정 실시예에 포함되든 또는 그러한 어떤 특정 실시예에서 수행되든 간에 반드시 판단 논리를 포함한다는 것을 의미하는 것으로 의도되지 않는다.
전술한 본 발명의 실시예의 상세한 설명은 완전하거나 본 발명을 앞에서 개시된 바로 그 형태로 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 본 발명의 특정 실시예, 및 예는 예시 목적으로 전술되었지만, 당업자가 인식하는 바와 같이 본 발명의 범주 내에서 다양한 등가의 변형들도 가능하다. 예를 들어, 프로세스 또는 블록들이 소정의 순서로 제시되었지만, 대안의 실시예는 다른 순서로, 단계를 갖는 루틴을 수행할 수 있거나, 블록을 갖는 시스템을 이용할 수 있고, 일부 프로세스 또는 블록들은 삭제되고, 이동되고, 추가되고, 세부분할되고, 결합되고, 및/또는 변형될 수 있다. 이러한 프로세스 또는 블록들은 각각 다양한 다른 방식으로 구현될 수 있다. 또한, 프로세스 또는 블록들이 때때로 연속적으로 수행되는 것으로 도시되지만, 이러한 프로세스 또는 블록들은 그대신 동시에 수행될 수 있거나, 다른 시간에 수행될 수 있다.
본 명세서에 제공된 본 발명의 가르침은 반드시 전술한 시스템이 아니라 다른 시스템에도 적용될 수 있다. 전술한 다양한 실시예의 구성 요소 및 동작은 다른 실시예를 제공하기 위해 결합될 수 있다.
본 발명의 특정 실시예가 설명되었지만, 이러한 실시예는 단지 예를 들어 제시되었고, 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 실제로, 본 명세서에 설명된 신규한 방법 및 시스템은 다양한 다른 형태로 구현될 수 있고; 또한, 본 발명의 정신으로부터 벗어남이 없이 본 명세서에 설명된 방법 및 시스템의 형태에 있어서 여러 가지 생략, 대체 및 변경이 이루어질 수 있다. 첨부의 청구항들 및 이들의 등가물은 본 발명의 범주 및 정신 내에 속하는 것으로서 그러한 형태 또는 변형을 망라하는 것으로 의도된다.
11: 무선 장치
12: 스위치
13: 송수신기
14: 안테나
18: 제어
19: 컴퓨터 판독가능 매체
20: 프로세서
21: 배터리
30: 엔벨로프 추적기
envelope: 엔벨로프
path(s): 경로(들)

Claims (20)

  1. 전력 증폭기 시스템으로서,
    무선 주파수(RF) 신호를 생성하도록 구성된 변조기;
    상기 RF 신호를 증폭하여 증폭된 RF 신호를 생성하도록 구성된 전력 증폭기 - 상기 전력 증폭기는 상기 전력 증폭기에 전력을 공급하기 위한 전력 증폭기 공급 전압(supply voltage)을 수신하도록 구성됨 - ;
    상기 전력 증폭기 공급 전압을 생성하도록 구성된 엔벨로프 추적기(envelope tracker) - 상기 엔벨로프 추적기는 정형화된(shaped) 엔벨로프 신호에 기초하여 상기 전력 증폭기 공급 전압의 전압 레벨을 제어하도록 구성됨 - ;
    상기 RF 신호의 엔벨로프에 대응하는 엔벨로프 신호를 정형화하여 상기 정형화된 엔벨로프 신호를 생성하도록 구성된 엔벨로프 정형화 회로 - 상기 엔벨로프 정형화 회로는 상기 엔벨로프 신호의 전압 변화에 걸쳐 송신 대역 또는 수신 대역 중 적어도 하나에서 실질적으로 일정한 왜곡(distortion)을 유지하도록 구성된 정형화 테이블(shaping table)을 포함하고, 상기 정형화 테이블은 제1 전력 레벨에서 캘리브레이팅됨(calibrated) - ; 및
    상기 제1 전력 레벨보다 큰 하나 이상의 출력 전력 레벨에 대해 상기 전력 증폭기의 이득을 상승(boost)시키도록 구성된 이득 조정 테이블(gain adjustment table)을 포함하는 이득 제어 회로 - 상기 이득 제어 회로는 상기 변조기 및 상기 전력 증폭기의 결합된(combined) 전력 효율을 향상시키도록 구성됨 -
    를 포함하는 전력 증폭기 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 정형화 테이블은 상기 엔벨로프 신호의 전압 변화에 걸쳐 상기 송신 대역 및 상기 수신 대역 둘 다에서 실질적으로 일정한 왜곡을 유지하도록 더 구성된 전력 증폭기 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 이득 조정 테이블은 상기 제1 전력 레벨보다 작은 하나 이상의 출력 전력 레벨에 대해 상기 전력 증폭기의 이득을 감소시키도록 더 구성된 전력 증폭기 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 정형화 테이블은 상기 전력 증폭기 시스템의 왜곡을 상기 송신 대역에 대해 약 -38dBc보다 작게 그리고 상기 수신 대역에 대해 약 -130dBm/Hz보다 작게 유지하도록 구성된 전력 증폭기 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 정형화 테이블은 디지털 입력 신호를 수신하고 디지털 출력 신호를 생성하도록 구성된 룩업(look-up) 테이블을 포함하고, 상기 디지털 입력 신호는 상기 엔벨로프 신호의 전압 레벨을 나타내고, 상기 디지털 출력 신호는 상기 정형화된 엔벨로프 신호의 전압 레벨을 나타내는 전력 증폭기 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 정형화 테이블의 디지털 출력을 변환하여 상기 정형화된 엔벨로프 신호를 생성하도록 구성된 디지털-아날로그 변환기(DAC)를 더 포함하는 전력 증폭기 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 이득 조정 테이블은 디지털 입력 신호를 수신하고 디지털 출력 신호를 생성하도록 구성된 룩업 테이블을 포함하고, 상기 디지털 입력 신호는 전력 피드백(feedback) 신호의 전압 레벨을 나타내고, 상기 디지털 출력 신호는 전력 증폭기 바이어스(bias) 신호의 전압 레벨을 나타내는 전력 증폭기 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 이득 조정 테이블의 디지털 출력을 변환하여 아날로그 바이어스 제어 신호를 생성하도록 구성된 DAC를 더 포함하는 전력 증폭기 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 아날로그 바이어스 제어 신호를 이용하여 상기 전력 증폭기의 이득을 제어하도록 구성된 전력 증폭기 바이어스 회로를 더 포함하는 전력 증폭기 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 전력 증폭기는 바이폴라(bipolar) 트랜지스터를 포함하고, 상기 전력 증폭기 바이어스 회로는 상기 바이폴라 트랜지스터의 베이스(base) 바이어스 전류 또는 베이스 바이어스 전압 중 적어도 하나를 제어하도록 구성된 전력 증폭기 시스템.
  11. 제7항에 있어서, 상기 전력 증폭기의 전력 출력 레벨을 감지하도록 구성된 방향성 결합기(directional coupler)를 더 포함하고, 상기 전력 피드백 신호는 상기 방향성 결합기에 의해 감지된 상기 전력 출력 레벨에 기초한 전력 증폭기 시스템.
  12. 모바일 장치로서,
    동위상(in-phase)(I) 신호, 직교 위상(quadrature-phase)(Q) 신호, 및 엔벨로프 신호를 생성하도록 구성된 기저대역(baseband) 프로세서 - 상기 엔벨로프 신호는 상기 I 신호 및 상기 Q 신호의 엔벨로프(envelope)를 나타냄 - ;
    상기 I 신호 및 상기 Q 신호를 수신하고 무선 주파수(RF) 신호를 생성하도록 구성된 I/Q 변조기;
    상기 RF 신호를 증폭하여 증폭된 RF 신호를 생성하도록 구성된 전력 증폭기 - 상기 전력 증폭기는 상기 전력 증폭기에 전력을 공급하기 위한 전력 증폭기 공급 전압(supply voltage)을 수신하도록 구성됨 - ;
    상기 엔벨로프 신호를 정형화(shaping)하여 정형화된 엔벨로프 신호를 생성하도록 구성된 엔벨로프 정형화 회로 - 상기 엔벨로프 정형화 회로는 상기 엔벨로프 신호의 전압 변화에 걸쳐 송신 대역 또는 수신 대역 중 적어도 하나에서 실질적으로 일정한 왜곡(distortion)을 유지하도록 구성된 정형화 테이블(shaping table)을 포함하고, 상기 정형화 테이블은 제1 전력 레벨에서 캘리브레이팅됨(calibrated) - ;
    상기 전력 증폭기 공급 전압을 생성하도록 구성된 엔벨로프 추적기(tracker) - 상기 엔벨로프 추적기는 정형화된 엔벨로프 신호에 기초하여 상기 전력 증폭기 공급 전압의 전압 레벨을 제어하도록 구성됨 - ; 및
    상기 제1 전력 레벨보다 큰 하나 이상의 출력 전력 레벨에 대해 상기 전력 증폭기의 이득을 상승(boost)시키도록 구성된 이득 조정 테이블(gain adjustment table)을 포함하는 이득 제어 회로
    를 포함하는 모바일 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 정형화 테이블은 상기 엔벨로프 신호의 전압 변화에 걸쳐 상기 송신 대역 및 상기 수신 대역 둘 다에서 실질적으로 일정한 왜곡을 유지하도록 더 구성된 모바일 장치.
  14. 제12항에 있어서, 배터리 전압을 상기 엔벨로프 추적기에 제공하도록 구성된 배터리를 더 포함하는 모바일 장치.
  15. 제12항에 있어서, 상기 전력 증폭기로부터 상기 증폭된 RF 신호를 수신하도록 구성된 스위치 및 상기 스위치에 전기적으로 접속된 안테나를 더 포함하는 모바일 장치.
  16. 제12항에 있어서, 상기 이득 조정 테이블은 디지털 입력 신호를 수신하고 디지털 출력 신호를 생성하도록 구성된 룩업(look-up) 테이블을 포함하고, 상기 디지털 입력 신호는 전력 피드백(feedback) 신호의 전압 레벨을 나타내고, 상기 디지털 출력 신호는 전력 증폭기 바이어스(bias) 신호의 전압 레벨을 나타내는 모바일 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 전력 증폭기의 전력 출력 레벨을 감지하도록 구성된 방향성 결합기(directional coupler)를 더 포함하고, 상기 전력 피드백 신호는 상기 방향성 결합기에 의해 감지된 상기 전력 출력 레벨에 기초한 모바일 장치.
  18. 전력 증폭기 시스템에서의 증폭 방법으로서,
    변조기를 이용하여 무선 주파수(RF) 신호를 생성하는 단계;
    전력 증폭기를 이용하여 상기 RF 신호를 증폭하여 증폭된 RF 신호를 생성하는 단계;
    엔벨로프 정형화(envelope shaping) 회로를 이용하여 상기 RF 신호의 엔벨로프에 대응하는 엔벨로프 신호를 정형화하여 정형화된 엔벨로프 신호를 생성하는 단계 - 상기 엔벨로프 정형화 회로는 상기 엔벨로프 신호의 전압 변화에 걸쳐 송신 대역 또는 수신 대역 중 적어도 하나에서 실질적으로 일정한 왜곡(distortion)을 유지함으로써 상기 엔벨로프 신호의 복수의 전압 레벨을 상기 정형화된 엔벨로프 신호의 복수의 전압 레벨에 매핑하기 위한 정형화 테이블(shaping table)을 포함하고, 상기 정형화 테이블은 제1 전력 레벨에서 캘리브레이팅됨(calibrated) - ;
    엔벨로프 추적기(tracker)를 이용하여 상기 전력 증폭기용의 전력 증폭기 공급 전압(supply voltage)을 생성하는 단계;
    상기 엔벨로프 추적기를 이용하여 상기 정형화된 엔벨로프 신호에 기초하여 상기 전력 증폭기 공급 전압의 전압 레벨을 제어하는 단계; 및
    이득 제어 회로를 이용하여 상기 전력 증폭기의 이득을 제어하는 단계 - 상기 이득 제어 회로는 상기 제1 전력 레벨보다 큰 하나 이상의 출력 전력 레벨에 대해 상기 전력 증폭기의 이득을 상승시켜 상기 변조기 및 상기 전력 증폭기의 결합된 전력 효율을 향상시키기 위한 이득 조정 테이블(gain adjustment table)을 포함함 -
    를 포함하는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 정형화 테이블을 이용하여 상기 전력 증폭기 시스템의 왜곡을 상기 송신 대역에 대해 약 -38dBc보다 작게 그리고 상기 수신 대역에 대해 약 -130dBm/Hz보다 작게 유지하는 단계를 더 포함하는 방법.
  20. 제18항에 있어서, 상기 전력 증폭기의 이득을 제어하는 단계는 상기 이득 조정 테이블을 이용하여 상기 제1 전력 레벨보다 작은 하나 이상의 출력 전력 레벨에 대해 상기 전력 증폭기의 이득을 감소시키는 단계를 더 포함하는 방법.
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