KR20150054792A - 클래스-ａｂ 전력 증폭기의 전력 손실을 감소시키기 위한 고-주파 드레인 전력 공급기 - Google Patents

클래스-ａｂ 전력 증폭기의 전력 손실을 감소시키기 위한 고-주파 드레인 전력 공급기 Download PDF

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아미르 후샹 파라하니 사마니
알렉산더 그레버
제이란 헤자베
알리 아스가르 탈레비
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이노바라디오 에스.에이.
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Abstract

본 발명은 입력 신호의 포락선을 추적하고 최종단 잔력 트랜지스터의 드레인 전압으로 동일한 포락선을 인가함으로써 증폭기의 효율을 개선하기 위한 전력 증폭기의 제어에 관한 것이다. 이 발명은 각각의 그리고 모든 무선 통신 전송기에 사용될 수 있는데, 안테나 앞의 전송기의 마지막 부분에 전력 증폭기가 분명히 존재하고, 모든 전력 증폭기가 그 입력-출력 곡선으로 인해 변조의 유형에 따라 제한된 전력 성능을 갖기 때문이다. 우리는 전력 증폭기 안으로 전력을 공급하기 위한 새로운 방법 및 회로의 소개를 통해 상이한 애플리케이션에서 전력 증폭기의 전력 효용을 개선하는 것을 목적으로 하는데, 여기에서 전력 증폭기의 드레인에 공급된 전력은 전송된 RF 신호의 포락선을 따르도록 만들어진다. 본 발명의 실시예들에는 전력 증폭기의 드레인을 구동하기 위해 드레인 전력 공급 모듈이 제공되는데, 여기에서 병렬 증폭기의 어레이는 포락선에 따라 상이한 위상에서 스위치되도록 제어된다.

Description

클래스-ＡＢ 전력 증폭기의 전력 손실을 감소시키기 위한 고-주파 드레인 전력 공급기{HIGH-FREQUENCY DRAIN POWER SUPPLY TO DECREASE POWER DISSIPATION IN CLASS-AB POWER AMPLIFIERS}
본 발명은 전력 증폭기 분야에 관한 것으로 특히 증폭기의 효율성을 개선하기 위해 전력 출력단의 공급의 변조를 통한 증폭기 제어에 관한 것이다. 본 발명은 특히 무선 전송기 분야에서 유용하다.
디지털 텔레비전 방송, FET와 같은 무선 주파수 반도체, 트랜지스터 및 그들의 조합뿐만 아니라 원격통신, 디지털 무선, 3G 및 4G "일반적인 기지국"과 같은 진보적인 모바일 애플리케이션이 고전력 증폭기, 그렇지 않으면 전력 증폭기(PA)를 설치하기 위해 사용된다. 이 부품들은 전압 및 전류를 특정 레벨까지 증폭하기 위해 사용된다. 이러한 전력 증폭기는 일반적으로 클래스 A, 클래스 AB 또는 클래스 B 모드에서 작동한다. 이들의 출력단은 낮은 레벨의 신호 왜곡이지만 높은 정도의 손실 전력을 보인다. 제어 유닛의 동작 손실뿐만 아니라 일반적인 전도 및 스위칭 손실로 인해, 추가 전력량이 필요하다. 손실 전력으로도 불리는 초과 전력은 결국 열로 전환된다. 손실된 전력은 공급 전압, 전기 부하, 조종가능성, 신호 진폭 및 출력 주파수에 의해 반드시 판단된다.
손실 전력의 결과로서, 소정의 출력 전력량에 대해, 많은 공급 전력량이 필요하다. RF 출력 전력과 공급 전력 사이의 비율은 0%에서 100%의 범위에 이르는 전력 증폭기의 효율(η)이라고 불린다. 전력 증폭기의 효율은 몇 개의 파라미터에 의해 좌우되는데, 가장 중요한 것은 변조 유형, 바이어스 회로(biasing circuitry)(증폭기이 클래스) 및 출력 전력이다. 요즈음의 가장 진보된 애플리케이션에서, 고정된 공급 전압을 갖는 전력 증폭기의 효율에 대한 일반적인 값은 15%에서 30% 사이이다. 이 낮은 효율은 전기 요금 형태의, 더 높은 무선 시스템 소유 비용으로 직접 바꾼다,
몇 개의 효율 개선 기술은 최근 십 년 동안 조사되었는데, 도허티 등폭기, 클래스 F 증폭기, 포락선 제거 및 복원/포락선 추적(envelope elimination and restoration/envelope-tracking, EER/ET) 및 LINC 증폭기를 포함한다. 이들 대부분의 기술이 수년 동안 논리적으로 유지되어오고 있지만, 상업화는 최근 몇 년까지도 찾기 힘들다. 특히, 포락선-추적 기술은 대부분의 애플리케이션에서 약 15%의 전류로부터 최대 60%까지의 효율을 달성하기 위한 방식을 보장할 것이다. 다음의 도면은 어떻게 일반적인 포락선-추적 전력 증폭기가 동작하는지를 나타낸다.
이 그림에서 예측되는 것과 유사한 적합한 추적 파형을 달성하기 위해, 그 전력 공급 모듈의 디자인(적어도 디자인의 일부)에 선형 증폭기를 사용하여야 한다. 이 선형 증폭기는 낮은 효율을 가져서, 일반적인 포락선-추적 전력 증폭기의 더 낮은 전체 효율을 야기한다.
우리는 고-효율 전력 증폭기에서 사용될 다양한 드레인 전력 공급기에 대한 시스템 및 새로운 방법을 제공하는데. 여기에서 어떤 선형 증폭기도 사용하지 않으며 따라서 정규 포락선-추적 전력 공급보다 훨씬 높은 효율을 달성할 수 있다. 다음 도면은 그 개념을 나타낸다.
전력 증폭기 회로(출력단)는 증폭 디바이스를 통한 입력 신호의 전도 각도 또는 '흐름 각도'(θ), 즉, 증폭 디바이스가 전도하는 동안 입력 신호 주기의 일부를 기반으로 하여 아날로그 디자인에 대해 A, B, AB 및 C 로 분류되고, 스위칭 디자인에 대해 클래스 D 및 E로 분류된다. 전도 각도의 이미지는 정현파 신호의 증폭으로 유도된다(디바이스가 항상 θ=360°상에 존재하는 경우). 흐름 각도는 증폭기 전력 효율과 밀접하게 연관된다. 다양한 클래스의 전력 증폭기가 이하 소개된다.
클래스 A
입력 신호의 100%가 사용된다(전도 각도(θ)=360°또는 2π, 즉, 활성 소자가 선형 범위에서 항상 동작한다). 효율을 고려하지 않으면, 대부분의 소형 신호 선형 증폭기는 클래스 A로 설계되는데, 이것은 출력 디바이스가 항상 전도 구역에 존재한다는 것을 의미한다. 클래스 A 증폭기는 일반적으로 다른 종류보다 더 선형이고 덜 복잡하지만, 매우 비효율적이다. 이 종류의 증폭기는 소형-신호 단에서 또는 저-전력애플리케이션(헤드폰 구동과 같은)에 대해 대부분 일반적으로 사용된다.
클래스 B
입력 신호의 50%가 사용된다(θ=180°또는 π, 즉, 활성 소자는 시간의 절반 의 선형 범위에서 동작하고 다른 절반 동안 더욱 또는 덜 꺼진다. 대부분의 클래스 B에는, 두 개의 출력 디바이스(또는 출력 디바이스 셋)가 존재하는데, 그 각각은 입력 신호의 정확히 180도(또는 절반의 주기)에 대해 교호적으로 전도하며; 선택적인 RF 증폭기는 또한 단일 활성 소자를 사용하여 구현될 수 있다.
이 증폭기들은 두 개의 상보적 트랜지스터(즉, 하나의 PNP, 하나의 NPN)가 그들의 베이스 및 에미터 단자를 공통으로 하고, 양쪽 디바이스가 꺼지는 영역을 가로질러 기울어지게하기 위해(slew) 베이스 전압을 필요로 하는 두 개의 에미터 팔로워(emitter follower)로서 연결되는 경우처럼, 하나의 활성 소자로부터 다른 소자로의 핸드오프(handoff)가 완벽하지 않은 경우 교차 왜곡의 영향을 받는다.
클래스 AB
여기에서 두 개의 활성 소자는 클래스 B 증폭기의 교차 왜곡을 감소시키는 수단으로서 시간의 절반 이상을 전도한다. 상보적 에미터 팔로워의 예에서, 바이어스 네트워크는 다소의 대기 전류를 허용하여 클래스 A 및 클래스 B 사이의 어떤 곳에 동작점을 제공한다. 예를 들어, AB1 또는 AB2처럼 때로는 숫자가 부가되는데, 더 높은 숫자는 더 높은 대기 전류를 의미하며 따라서 클래스 A의 특성을 더 많이 갖는다.
클래스 D
이 증폭기는 매우 높은 전력 효율(최신 디자인에서 90% 이상)을 달성하기 위해 스위칭을 사용한다. 각각의 출력 디바이스가 완전히 켜지거나 꺼지도록 허용함으로써, 손실이 최소화된다. 아날로그 출력은 펄스 폭 변조(PWM)에 의해 생성되는데, 즉, 활성 소자는 그 저항을 조정하는 대신 더 짧거나 더 긴 간격으로 스위칭된다. 더 낮은 왜곡 또는 더 우수한 효율과 같은 일부 성능 면을 개선하기 위해, 시그마-델타 변조와 같은 더욱 복잡한 스위칭 체계가 존재한다.
다른 클래스
복수의 다른 증폭기 클래스가 존재하지만, 이들은 대부분 이전의 클래스의 변형이다. 예를 들어, 클래스 H 및 클래스 G 증폭기는 입력 신호를 따르는 공급 레일의 변형(각각, 이산 단계 또는 연속 방식의)에 의해 표시된다. 초과 전압이 최소로 유지되는 동안 출력 디바이스상에서 낭비된 열은 줄어들 수 있다. 이 레일 자체가 주어지는 증폭기는 어떤 클래스의 증폭기일 수도 있다. 이 증폭기의 종류는 더욱 복잡하고, 매우 높은-전력 유닛과 같은 특별한 애플리케이션에 주로 사용된다. 또한, 클래스 E 및 클래스 F 증폭기는 일반적으로 전통적인 클래스의 효율이 그 이상적인 값으로부터 대체로 벗어나는 무선 주파수 애플리케이션에 대한 문헌에 기재되어 있다. 이 클래스는 더 높은 효율을 달성하기 위해 그들의 출력 네트워크의 하모닉 튜닝을 사용하고 그들의 전도 각도 특성으로 인해 클래스 C의 서브셋으로 여겨질 수 있다.
각각의 그리고 모든 RF 전력 증폭기는 입력 신호 전력이 PA의 포화 레벨에 가까워질 경우 입력 신호를 왜곡한다. 이 왜곡은 수많은 통신 문헌에 기재되어 있는 AM/AM 및 AM/PM 왜곡으로서 모델화될 수 있다. OFDM 시스템과 같은 일부 애플리케이션에서, 이러한 유형의 왜곡에 대한 수신기의 감도 때문에, 전체 통신 시스템의 설계자는 출력 신호가 수용가능한 문턱값 이상으로 왜곡되지 않도록 하기 위해 포화 지점으로부터 충분히 차이가 있는 PA를 사용한다. 상이한 전치-왜곡(pre-distortion) 방법을 사용하여, 이 차이는 줄어들 수 있고 PA의 전력 활용도는 증가할 수 있다.
미국특허공보번호 제7482869B2는 RF 증폭기를 구동하기 위한 무선 주파수 증폭단을 개시한다. 이 특허는 RF 증폭기에 의해 증폭될 신호의 포락선의 변화를 따르는 포락선 신호에 따르는 시간에 걸쳐 선택될 다수의 사전결정된 전력 공급 레벨의 사용에 대해 관한 것이다. 회로는 포락선을 추적하기 위해 선형 증폭기를 사용하고 다수의 사전결정된 전력 공급 장치 사이의 보간을 허용하기 위해 합산(summation)을 사용한다. 이 특징 모두는 낮은 효율의 원인이 된다. 또한, 불리하게는, 합산 회로는 일반적으로 큰 인덕턴스를 포함한다.
미국특허출원공개번호 2012/0309333A1에서, 전력 증폭기에 전력을 공급하기 위한 드레인 변조 전력 공급기를 포함하는 무선 송신기가 개시되어 있다. 위에서 간략히 기재된 공보와 마찬가지로, 이 공개특허의 드레인 변조 전력 공급기도 또한 복수의 단계로 출력 전압을 변화시키기 위해 직렬의 구조의 다수의 전압 공급기를 포함한다. 전력 공급 컨트롤러는 수신된 전송 베이스 밴드 신호의 전압 분배에 기반하여 메인 전력 공급 전압을 정확하게 분배하도록 다수의 전류 증폭 모듈을 제어한다. 이 회로의 최대 속도는 각각의 전류 증폭 모듈의 최대 스위칭 회수에 국한된다.
본 발명의 목적은 전력 증폭기 안으로 전력을 공급하기 위한 새로운 방법 및 회로를 통해 상이한 애플리케이션에서 전력 증폭기의 전력 효용을 개선하는 것이다.
드레인 변조 회로 및 방법이 본 발명의 실시예에 의해 다뤄지는 현재의 다양한 문제의 상태에서 설명된다. 매우 빠른 스위칭 속도가 문제의 RF 신호의 포락선을 정확하게 추적하기 위해 달성될 필요가 있다. 더욱이, 적합한 전류를 갖는 충분한 전압 레벨이 전력 증폭기단에 제공될 필요가 있다.
이를 위해, 제 1 양태에 따라 본 발명은 전력 공급기에 변조된 전력 신호를 공급하기 위한 방법에 대해 제공하는데, 이 방법은:
전력 증폭기를 구동시키기 위해 사용된 입력 신호의 변조에 기반하는 포락선 신호를 수신하는 단계;
적어도 두 개의 증폭 소자의 배열을 구동하는 단계로서, 상기 증폭 소자는 증폭 소자 각각에 대체로 일정한 DC 전력 공급기에 의해 공급되도록 병렬로 연결되고, 각각의 증폭 소자는 적어도 하나의 상태 동안에 구동되고, 상기 적어도 하나의 상태는 임의의 다른 증폭 소자와 무관하고, 상기 적어도 하나의 상태는 변조된 전력 신호의 적어도 일부에 기반하는 피드백 신호 및 포락선 신호에 기반하는, 단계를 포함한다.
제 2 양태에 따르면, 전력 증폭기에 전력을 공급하기 위한 변조 전력 공급 모듈에 대한 규정이 만들어지는데, 상기 드레인 변조 전력 공급 모듈은:
대체로 일정한 DC 전력 공급을 수신하기 위한 일정한 전력 입력;
전력 증폭기를 구동하는데 사용되는 입력 신호에 기반하여 처리된 디지털 포락선-신호를 수신하기 위한 디지털 입력; 및
증폭 소자를 스위치 온/오프하기 위해 다수의 시간 신호를 발생시키기 위한 제어 회로를 포함하고,
상기 드레인 변조 전력 공급 모듈은 각각 다른 것과 병렬로 연결되는 증폿 소자의 배열을 추가로 포함하고, 상기 배열은 적어도 두 개의 증폭 소자를 포함하고, 증폭 소자 각각은 다수의 시간 신호 중 하나에 의해 구동되고, 제어 회로는 처리된 디지털 포락선 신호에 따라 위상 마다의 기준으로 각각의 시간 신호를 발생시키도록 추가로 구성되는 것을 특징으로 한다.
제 3 양태에 따르면,
본 발명의 실시예에 따르는 드레인 변조 전력 공급 모듈로서, 전력 증폭기에 변조된 전력을 공급하기 위한 드레인 변조 전력 공급 모듈; 및
변조기를 포함하고,
상기 변조기는 상기 전력 증폭기를 구동하기 위해 사용되는 입력 신호를 처리하고, 디지털 입력을 통해 드레인 변조 전력 공급 모듈에 포락선 신호를 제공하기 위해 구성되고, 상기 입력 신호의 처리는 포락선 신호를 야기하고;
상기 변조기는 상기 포락선 신호를 제공하기 위해 상기 증폭기 모듈에 변조된 전력에 기반하는 피드백 신호를 받아들이도록 추가로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르는 드레인 변조 전력 공급 모듈은 새로운 방법 및 회로를 통하여 전력 증폭기 안으로 전력을 공급함으로써 상이한 애플리케이션에서 개선된 전력 효율을 갖는 전력 증폭기를 제공할 수 있다.
도1은 종래 기술 드레인 변조 전력 공급의 주요 개념을 예시한다.
도2는 디바이스의 전체적인 스위칭-기반 구현으로부터 이득을 얻는 새로운 이산-시간 드레인 변조 전력 공급의 주요 개념을 예시한다.
도3은 본 바령의 일 실시예에 따르는 드레인 전력 공급 모듈 및 전력 증폭 회로를 포함하는 무선 송신기의 일반적인 실시예를 예시한다.
도4는 디지털 처리 포락선을 입력으로서 사용하고 그 출력단에 필터를 갖는, 본 발명의 일 실시예에 따르는 드레인 변조 전력 공급 모듈을 예시한다.
도5a, 5b, 및 5c는 원치않는 포텐셜 발진을 방지하는, 일 실시예에 따르는 드레인 전력 공급 모듈의 출력단용 필터에 대해 가능한 여러 회로 형태를 예시한다.
전력 증폭기 회로의 일 실시예 내의 드레인 전력 공급 모듈(Drain Power Supply Module, DPSM)이 도3에 제시된다.
드레인 전력 공급 모듈은 전력 공급기 모듈내의 집적 모듈 또는 단독 모듈로서 구현될 수 있다.
도4에 그려진 바와 같이, "제어회로(Control Circuit, CC)"는 디지털 링크(Digital Link, DL)를 통해 디지털 처리된 포락선 데이터를 수신한다. 그러면 제어회로는 드라이버 회로망(Driver Circuitry, DVR)을 구동시켜, 여러개의 고속 MOSFET(AMP)(또는 FET 또는 트랜지스터(AMP)를 구동하여 도2에 그려진 신호를 발생시키도록 한다. 여기에 기재된바와 같은, 고속 MOSFET(AMP)는 증폭기(AMP)(또는 본 발명의 실시예에 따르는 증폭 디바이스(AMP) 또는 증폭 소자(AMP))의 예이다.
출력 전압(VOUT)으로부터의 피드백 샘플(FBK)을 사용하여, 제어회로(CC)는 출력 전압이 신호의 포락선을 정확하게 추적하는 것을 보장하기 위해 그 출력을 정정할 것이다.
도3에 예시된, DPSM과 전력 증폭기 유닛(PA) 사이의 접속은 출력 신호의 일부 공진을 야기하고 존재하는 공진은 쉽게 유도되어 유효 신호의 품질을 악화시킨다. 이러한 영향을 대폭 줄이기 위해, 연성 인쇄(Flexible Print) 또는 플렉스 인쇄(Flex Print)(ETC)로서 알려진 특정 접속 유형이 개발되어 도입되고 있다. 연성 인쇄(ETC)는 임의의 전역 공급 변조기 및 전력 증폭기 사이에 사용될 수 있는 새로운 접속이다. 이 접속은 다층 플렉스 인쇄를 구성하고 다음의 장점을 특징으로 한다:
1. 직렬 유도의 대폭 감소;
2. 방사 방해(radiated interference)의 감소;
3. 추가적인 필터로서 작용; 및
4. 우수한 시스템 통합을 위한 플렉시블 접속 허용.
공칭값의 과도신호에 신속하게 반응하고 동시에 전압 및 전류 리플(ripple)을 가능한 한 낮게 유지하기 위해, 잔일 또는 다단의 출력 필터(FLT)가 필요하다. 가장 높은 효율 및 가장 우수한 리플 억제를 달성하기 위해 필터(FLT)의 공진 주파수에 가깝게 이 필터(FLT)를 동작시키는 것이 유리하다. 본 발명에 따르는 전력 증폭기를 구비한 복합장치에서의 임의의 가능한 발진을 감소시키기 위해, 스너버(snubber, SNB)(RC의 조합으로 구성되는 감쇠기)가 필터 초크(CHK)에 병렬로 연결되면, 스너버는 필터의 일부를 구성한다. 스너버(SNB)는 물론 코일(CHK) 입력 또는 출력으로부터 접지 또는 +V에 연결되어, 거의 동일한 감쇠를 야기할 수 있다. 필터 초크(CHK)와 직렬인 저항기(RES)는 초크(CHK)의 구리 저항기에 대한 플레이스홀더(placeholder)로서 삽입되고 시스템 내에서의 감쇠를 위한 중요한 역할을 한다. 저항기(RES)는 감쇠의 추가적인 개선을 위한 단일 부품으로 여겨질 수도 있다. 필터 및 스너버(SNB)의 조합을 위한 상이한 회로 형태가 도5a, 5b 및 5c에 그려진다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전력 증폭기 회로(PA)에 대한 드레인 전압(VOUT)을 발생시키기 위한 방법이 제공되는데, 이 방법은 전력 증폭기(PA)에 대해 정해진 입력 RF 신호(VIN)의 포락선을 따르는 가변 이산-시간 신호를 사용한다. 이 방법은,
처리 모듈(PS)로부터 디지털 처리 포락선 신호(ENVPA)를 수신하는 단계;
규칙적인 정전압 전력 공급기(PS)로부터 일정한 공급 전압(VPS)을 수신하는 단계;
출력 FET들(증폭기(AMP))을 켜거나 끄기 위해 펄스-폭-변조된(PWM) 제어 신호를 발생시키는 단계로서, 출력 FET들은 필요한 출력 전압 및 전류(VOUT) 및 매우 높은 스위칭 주파수를 달성하기 위해 병렬이고, 제어 신호는 포락선을 인접하게 따르기 위해 필요한, 단계;
PWM 제어 신호를 적절하게 조정하기 위해 출력 전압 및 전류(VOUT)로부터 피드백 샘플(FBK)을 수신하는 단계; 및
원치않는 발진 및 포텐셜 공진을 방지하기 위해 FET(증폭기(AMP))의 결합된 출력 전압(VOUT)을 전력 증폭기 등가 인덕턴스를 사용하여 필터링하는 단계를 포함한다.
상기 방법에는, 포락선을 추적하기 위한 어떤 선형 증폭도 존재하지 않는다. 본 발명의 일 실시예에서 회로는 선형 증폭기가 필요없이 구현된다. 본 발명의 드레인 전력 공급 모듈(DPSM)에서 증폭기는 전류 증폭기일 수 있으며, 따라서 다수의 FET 또는 트랜지스터를 사용하여 구현될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 매우 높은 스위칭 속도를 달성하기 위해 2 내지 48개의 FET 또는 트랜지스터가 병렬로 존재할 수 있다. 각각의 FET 또는 트랜지스터는 그 자체에 필요한 최대 전압을 제공할 수 있다. 상이한 위상에서 N FET 또는 트랜지스터의 스위칭 온 및 오프를 통해, 최종 스위칭 속도가 얻어질 수 있으며, 이 스위칭 속도는 각각의 FET의 최대 스위칭 속도의 N배인데, 여기에서 FET의 전체 수는 N이다. 증폭기(또는 증폭 소자(AMP))는 접지와 대체로 일정한 DC 전력 공급(VPS) 사이에 병렬로 연결되고, 각각 적어도 하나의 위상 도중의 구동에 의해 제어되는데, 적어도 하나의 위상은 임의의 다른 증폭 소자와 별개이며, 적어도 하나의 위상은 변조된 전력 신호(VOUT)의 적어도 일부에 기반하는 피드백 신호(FBK) 및 포락선 신호에 기반한다.
포락선 신호(ENVPA)는 이 기술 단계에 공지된 임의의 기술을 사용하는 전력 증폭기의 입력으로부터 얻어된다.
도3에 표시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예는 본 발명의 드레인 전력 공급 모듈(DPSM)에 대해 대체로 일정한 DC 전력 공급(VPS)을 제공하기 위해 전력 공급기(PS), 입력 신호(VIN)로부터 추출된 포락선 신호(ENVPA)로부터 얻어진 펄스-폭 변조 데이터(PWM) 포락선 데이터를 제공하기 위한 변조기(MOD) 및 입력 신호(VIN)(또는 유도된 신호)에 의해 구동되는 전력 증폭기를 포함하는 시스템안에 구현될 수 있다. 특정 실시예에 따르면, 피드백 신호는 드레인 전력 공급 모듈(DPSMMMM)의 출력(VOUT)으로부터 얻어져 변조기(MOD)안의 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 사용하여 변환된 다음 변조기(MOD)의 신호 프로세서(DSP)에서 처리된다.
입력 신호(VIN)는 디지털 링크(DL)를 거쳐 드리이버 전력 공급 모듈(DPSM)에 의해 수신되기 전에 변조기(MOD)안에서 변조될 수 있다. 본 발명의 실시예가 구현될 수 있는 상이한 시스템에 따르면, 변조기는 입력 신호(VIN)를 디지털 형태로 변활하기 위해 아날로그-디지털 변환기(ADC), 변환된 입력 신호를 처리하기 위한 DSP 및 전력 증폭기에 입력 신호를 제공하기 위해 디지털-아날로그 변환기(DAC)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에는 처리 모듈(DSP)로부터 디지털 포락선 데이터를 수신하고 처리 모듈(DSP)와 통신하기 위한 디지털 링크(DL)를 갖는 드레인 전력 공급 모듈 회로(DPSM)이 제공되는데, 드레인 전력 공급 모듈 회로(DPSM)은,
FET(증폭기(AMP))를 최대 스위칭 속도 및 상이한 위상에서 스위칭 온 및 스위칭 오프하기 위한 PWM 제어 신호를 발생시키기 위한 제어 회로(Control Circuit, CC);
FET(증폭기(AMP))를 제어하기 위해 적합한 신호전송(signalling)을 구동시키기 위한 구동 회로(DRV);
전력 증폭기(PA)에 공급하기에 충분한 전류 및 필요한 전압을 발생시키기에 충분한 수의 FET(증폭기(AMP))를 포함하는 FET(증폭기(AMP)) 어레이;
충분히 짧은 기간내에, FET 회로에 필요한 매우 충분한 전류를 제공하고 규칙적인 전력 공급기(PS)로부터 일정한 공급 전압을 수신하기 위해 포함될 수 있는 커패시터 뱅크; 및
전력 증폭기 회로(PA)를 사용하여 포텐셜 공진 및 원하지 않는 발진을 완충시키기에 충분한 소자를 포함하는 필터(FLT)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전술된 FET 어레이에는 2 에서 48 사이의 FET가 존재할 수 있다.
연성 인쇄 회로 보드(플렉스 인쇄(ETC))는 전력 증폭기(PA)의 입력 드레인 공급기에 드레인 전력 공급 모듈(DPSM)의 출력단을 연결하기 위해 기재되었는데, 직렬 경로 인덕션을 상당히 감소시키고 시스템 통합 프로세스를 단순화하기 위한 것이다. 이 플렉스 인쇄는 2개의 병렬 보호 플레이트를 포함하는데, 하나는 출력단을 위한 것이고 하나는 접지를 위한 것이다. 플렉스 인쇄(ETC)는 전력 증폭기의 드레인 공급기로의 경로내에 RLC 필터 장착 가능성을 제공한다.
도3은 본 발명의 실시예가 구현되는 시스템의 전력 증폭기(PA)를 나타낸다. 전력 증폭기(PA)는 임의의 반도체 기술을 사용하여 설계된 솔리드-스테이트 전력 증폭기(Solid State Power Amplifier, SSPA)중에서 선택된 임의의 종류일 수 있는데, VHF, UHF, 4G 모바일/LTE, 3G 모바일, C-밴드, X-밴드 및 임의의 출력 전력 범위를 포함하지만 이에 국한되지는 않는 임의의 무선 주파수 대역에서 동작시키도록 적용된다. 덧붙여, 변조기(MOD) 및 신호 처리 모듈(DSP)는 DVB-T/H, ISDB-T, LTE/LTE 어드밴스트, DMB-T, DVB-T2, WCDMA, CDMA2000, 및 WiMax 표준 중에서 선택된 유형의 RF 전기통신 신호를 발생시키도록 구성될 수 있다.

Claims (11)

  1. 전력 증폭기(PA)를 구동하기 위해 사용되는 입력 신호(VIN)의 변조에 기반하여 포락선 신호를 수신하는 단계;
    적어도 두 개의 증폭 소자(AMP)의 어레이를 구동하는 단계로서, 상기 증폭 소자(AMP)는 병렬로 연결되어 각각의 증폭 소자에 대체로 일정한 DC 전력 공급기(VPS)가 제공되고, 각각의 증폭기 소자(AMP)는 적어도 하나의 위상 도중에 구동되고, 상기 적어도 하나의 위상은 임의의 다른 증폭기 소자와 별개이고, 상기 적어도 하나의 위상은 변조된 전력 신호(VOUT)의 적어도 일부에 기반하는 피드백 신호(FBK) 및 포락선 신호에 기반하는, 적어도 두 개의 증폭 소자(AMP)의 어레이를 구동하는 단계를 포함하는 전력 증폭기(PA)에 변조된 전력 신호(VOUT)를 공급하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 포락선 신호는 상기 변조된 전력 신호(VOUT)의 적어도 일부에 추가로 기반하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기(PA)에 변조된 전력 신호(VOUT)를 공급하는 방법.
  3. 전력 증폭기(PA)에 변조된 전력(VOUT)을 공급하기 위한 드레인 변조 전력 공급 모듈(DPSM)에 있어서,
    대체로 일정한 DC 전력 공급을 수신하기 위한 일정 전력 입력(VPS);
    상기 전력 증폭기(PA)를 구동하기 위해 사용되는 입력 신호(VIN)에 기반하여 처리된 디지털 포락선 신호를 수신하기 위한 디지털 입력(DL); 및
    다수의 시간 신호를 발생시키기 위한 제어 회로(CC)를 포함하고,
    상기 드레인 변조 전력 공급 모듈(DPSM)은 서로 병렬로 연결된 증폭 소자(AMP)의 어레이를 추가로 포함하고, 상기 어레이는 적어도 두개의 증폭 소자(AMP)를 포함하고, 각각의 증폭 소자(AMP)는 상기 다수의 시간 신호로부터의 하나에 의해 구동되고, 상기 제어 회로(CC)는 상기 처리된 디지털 포락선 신호에 따르는 위상마다의 기준으로 각각의 시간 신호를 발생시키도록 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는 드레인 변조 전력 공급 모듈(DPSM).
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어 회로(CC)는 상기 변조된 전력(VOUT)에 기반하는 피드백 신호(FBK)를 전력 증폭기(PA)에 반영하도록 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는 드레인 변조 전력 공급 모듈(DPSM).
  5. 제 3 항 또는 제 4 항 중 한 항에 있어서,
    상기 일정 전력 입력(VPS)에 연결되는 커패시터 뱅크를 추가로 포함하는 드레인 변조 전력 공급 모듈(DPSM).
  6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력 증폭기 회로 내의 발진을 완충시키기 위해 필터를 추가로 포함하고, 상기 필터는 상기 전력 증폭기(PA)에 변조된 전력을 제공하는 출력에 연결되는 것을 특징으로 하는 드레인 변조 전력 공급 모듈(DPSM).
  7. 전력 증폭기(PA)에 변조된 전력(VOUT)를 공급하기 위한 제 1 항에 따르는 드레인 변조 전력 공급 모듈(DPSM); 및
    변조기(MOD)를 포함하고,
    상기 변조기(MOD)는 상기 전력 증폭기(PA)를 구동하기 위해 사용되는 입력 신호를 처리(상기 입력 신호의 처리는 포락선 신호를 야기하고)하고 디지털 입력(DL)을 거쳐 상기 드레인 변조 전력 공급 모듈(DPSM)에 포락선 신호를 제공하기 위해 구성되고,
    상기 변조기는 상기 포락선 신호를 추적하기 위해 상기 증폭기 모듈에 변조된 전력(VOUT)에 기반하는 피드백 신호를 전하기 위해 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는 드레인 변조 전력 공급 모듈(DPSM).
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 변조된 전력(VOUT)은 연성 인쇄 회로 보드 플렉스 인쇄(ETC)을 거쳐 상기 전력 증폭기(PA)에 제공되고, 상기 연성 인쇄 회로 보드 플렉스 인쇄(ETC)는 두 개의 병렬 보호 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 드레인 변조 전력 공급 모듈(DPSM).
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 연성 인쇄 회로 보드 플렉스 인쇄(ETC)는 상기 전력 증폭기의 드레인 공급으로의 경로안에 적어도 하나의 RLC 필터의 장착을 허용하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 드레인 변조 전력 공급 모듈(DPSM).
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력 증폭기(PA)는 LDMOS, GaN 또는 GaAs로부터 선택된 반도체 기술을 사용하여 설계된 솔리드 스테이트 전력 증폭기 유형(SSPA)의 전력 증폭기인 것을 특징으로 하는 드레인 변조 전력 공급 모듈(DPSM).
  11. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변조기(MOD)는 변조된 신호를 제공하기 위해 포락선 신호를 적어도 처리하기 위한 신호 처리 모듈(DSP)를 포함하고, 상기 변조기(MOD) 및 상기 신호 처리 모듈(DSP)은 DVB-T/H, ISDB-T, LTE/LTE 어드밴스트, DMB-T, DVB-T2, WCDMA, CDMA2000, 및 WiMax 표준 중에서 선택되는 유형의 RF 전기통신 신호를 발생시키기 위해 구성되는 것을 특징으로 하는 드레인 변조 전력 공급 모듈(DPSM).
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