KR20150104213A

KR20150104213A - 스위칭 회로를 위한 노이즈 쉐이핑

Info

Publication number: KR20150104213A
Application number: KR1020157022908A
Authority: KR
Inventors: 송 에스. 시; 레나르트 칼-악셀 마테; 리앙 다이
Original assignee: 퀄컴 인코포레이티드
Priority date: 2013-01-28
Filing date: 2014-01-23
Publication date: 2015-09-14
Also published as: CN104937826B; CN104937826A; KR101639747B1; WO2014116839A2; US9059793B2; EP2949030B1; JP2016506214A; JP6046273B2; US20140213208A1; WO2014116839A3; EP2949030A2

Abstract

스위칭 회로에 의해 생성되는 출력 전압의 전력 밀도 스펙트럼에 하나 또는 그 초과의 노치 주파수들을 생성하기 위한 기술들이 기재된다. 일 양상에서, 하이-사이드 및 로우-사이드 스위치들은 인덕터를 통하여 출력 전압에 커플링된다. 하나 또는 그 초과의 주파수들에서의 출력 전압의 스펙트럼 전력이 추정되며, 추정된 스펙트럼 전력은 스위치들을 제어하는 스위치 제어기에 제공된다. 스위치 제어기는, 노치 주파수에서의 추정된 스펙트럼 전력이 최소에 있다고 검출하는 것에만 응답하여 스위치들을 스위칭하도록 구성될 수도 있다. 특정한 예시적인 양상들에서, 기술들은 포락선-추적 시스템에 포함될 수도 있으며, 여기서, 스위칭 회로는, 저-주파수 전력을 전력 증폭기 로드에 공급하는 스위치-모드 전력 공급부(SMPS)의 일부를 형성한다.

Description

스위칭 회로를 위한 노이즈 쉐이핑{NOISE SHAPING FOR SWITCHING CIRCUITRY}

관련 출원들에 대한 상호 참조

[0001] 본 개시는, 2013년 1월 28일자로 출원된 미국 정규출원 제 13/752,159호를 우선권으로 주장하며, 모든 목적들을 위해 상기 정규출원의 내용들은 그 전체가 인용에 의해 본 명세서에 포함된다.

[0002] 본 개시는, 스위칭 회로에 의해 생성되는 출력 전압의 전력 밀도 스펙트럼을 노이즈 쉐이핑(noise shaping)하기 위한 기술들에 관한 것이다.

[0003] 스위치-모드 전력 공급부(switched-mode power supply)(SMPS)들은 일반적으로 그들의 효율적인 전력-전달 능력들 때문에 이용된다. SMPS에서, 하이-사이드(high-side) 및 로우-사이드(low-side) 스위치들이 출력 전압을 조정하도록 동작될 수도 있으며, 스위치들은 이상적으로 어떠한 DC 전력도 소산(dissipate)시키지 않는다. 그러나, 몇몇 경우들에서, 스위칭 동작은 바람직하지 않게 특정한 주파수들에서 노이즈를 생성하며, 이러한 노이즈는 SMPS가 제공된 회로의 다른 부분들과 간섭할 수도 있다. 예를 들어, 무선 트랜시버에서, SMPS는 송신기 전력 증폭기에 대한 포락선-추적(envelope-tracking)(ET) 시스템의 일부로서 제공될 수도 있다. 이러한 경우에서, 하이-사이드 및 로우-사이드 스위치들의 동작은, 바람직하지 않게, 하나 또는 그 초과의 수신(RX) 주파수들에서 집적 수신기와의 간섭을 야기할 수도 있다.

[0004] 하나 또는 그 초과의 주파수들에서 스위칭 회로에 의해 생성되는 노이즈를 감소시키기 위한 간단하고 표적화된 기술들을 제공하는 것이 바람직할 것이다.

[0005] 도 1은, 로드에 전력을 공급하기 위한 선형 증폭기와 스위치-모드 전력 공급부를 결합시킨 종래 기술 시스템을 예시한다.
[0006] 도 2는 스위칭 제어기에 의해 적용될 수도 있는 종래 기술 스위칭 방식의 상태도를 예시한다.
[0007] 도 3은 본 개시에 따른 신호 파형들의 예시적인 전력 스펙트럼들을 예시한다.
[0008] 도 4는, 하나 또는 그 초과의 노치(notch)들이 스위처(switcher) 출력 스펙트럼 내에 도입될 수도 있는 본 개시의 예시적인 실시예를 예시한다.
[0009] 도 5는 스위칭 제어기에 의해 적용될 수도 있는 스위칭 방식의 예시적인 상태도를 예시한다.
[0010] 도 6은 스펙트럼 추정 블록의 대안적인 실시예를 예시한다.
[0011] 도 7은 스펙트럼 추정 블록의 대안적인 예시적 실시예를 예시한다.
[0012] 도 8은 본 개시에 따른 방법의 예시적인 실시예를 예시한다.
[0013] 도 9는 본 개시의 기술들이 적용될 수도 있는 일반화된 상태 머신의 예시적인 실시예를 예시한다.

[0014] 본 개시의 다양한 양상들이 첨부된 도면들을 참조하여 아래에서 더 완전히 설명된다. 그러나 본 개시는 많은 상이한 형태들로 구현될 수도 있으며, 본 개시 전반에 걸쳐 제시된 임의의 특정한 구조 또는 기능으로 제한되는 것으로서 해석되지는 않아야 한다. 오히려, 이들 양상들은, 본 개시가 철저하고 완전하며, 당업자들에게 본 개시의 범위를 완전히 전달하기 위해 제공된다. 본 명세서에서의 교시들에 기초하여, 당업자는, 본 개시의 임의의 다른 양상과 독립적으로 구현되든지 또는 그 양상과 결합되든지에 관계없이, 본 개시의 범위가 본 명세서에 기재된 본 개시의 임의의 양상을 커버하도록 의도됨을 인식해야 한다. 예를 들어, 본 명세서에 기재된 임의의 수의 양상들을 사용하여 장치가 구현될 수도 있거나 방법이 실시될 수도 있다. 부가적으로, 본 개시의 범위는, 본 명세서에 기재된 본 개시의 다양한 양상들에 부가하여 또는 그 이외에 다른 구조, 기능, 또는 구조 및 기능을 사용하여 실시되는 그러한 장치 또는 방법을 커버하도록 의도된다. 본 명세서에 기재된 본 개시의 임의의 양상이 청구항의 하나 또는 그 초과의 엘리먼트들에 의해 구현될 수도 있음이 이해되어야 한다.

[0015] 첨부된 도면들과 관련하여 아래에 기재되는 상세한 설명은, 본 발명의 예시적인 양상들의 설명으로서 의도되며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 예시적인 양상들만을 표현하도록 의도되지 않는다. 본 명세서 전반에 걸쳐 사용된 용어 "예시적인"은 "예, 예시, 또는 예증으로서 기능하는 것"을 의미하고, 다른 예시적인 양상들에 비해 반드시 바람직하거나 유리한 것으로서 해석되지는 않아야 한다. 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 양상들의 철저한 이해를 제공하려는 목적을 위해 특정한 세부사항들을 포함한다. 본 발명의 예시적인 양상들이 이들 특정한 세부사항들 없이 실시될 수도 있다는 것은 당업자들에게 명백할 것이다. 몇몇 예시들에서, 본 명세서에 제시된 예시적인 양상들의 신규성을 불명료하게 하는 것을 회피하기 위해, 잘-알려진 구조들 및 디바이스들은 블록도 형태로 도시되어 있다. 본 명세서에서 및 청구항들에서, 용어 "모듈" 및 "블록"은 설명된 동작들을 수행하도록 구성된 엔티티를 나타내기 위해 상호교환가능하게 사용될 수도 있다.

[0016] 도 1은, 로드에 전력을 공급하기 위한 선형 증폭기와 스위치-모드 전력 공급부(SMPS)를 결합시킨 종래 기술 시스템(100)을 예시한다. 도 1은 예시적인 목적들만을 위해 도시되었으며, 스위치-모드 전력 공급부들 또는 선형 증폭기들과 결합된 스위치-모드 전력 공급부들로 본 개시의 범위를 제한하도록 의도되지 않음을 유의한다. 대안적인 예시적 실시예들에서, 임의의 타입들의 증폭기들, 예컨대 클래스 D, E, 또는 F 타입 증폭기들과 결합된 임의의 타입의 스위칭 회로에 의해 생성된 노이즈를 제어하는데 그 기술들이 적용될 수도 있음이 인식될 것이다. 그러한 대안적인 예시적 실시예들은 본 개시의 범위 내인 것으로 고려된다.

[0017] 도 1에서, 선형 증폭기 부분(102)은, 출력 전압 Vamp를 생성하도록 입력 전압 Vin에 의해 드라이빙(drive)되는 증폭기(110)를 포함한다. 증폭기(110)의 출력은 로드 RL에 커플링된다. 증폭기(110)는, 전류 IAB를 로드 RL로 또는 로드 RL로부터 소싱(source) 또는 싱킹(sink)하도록 구성됨을 유의한다. 선형 증폭기 부분(102)은 당업계에 알려져 있는 다양한 기술들을 사용하여 구현될 수 있음이 인식될 것이다. 예를 들어, 선형 증폭기(110)는, 통합(unity) 버퍼로서 Vin에 후속하도록 구성된 차동 입력들을 갖는 연산 증폭기(op amp)로서 설계될 수도 있다. 일반적으로, 선형 증폭기 부분(102)은, 본 개시의 원리들과 일관되는 당업계에 알려져 있는 임의의 증폭기 설계 기술들을 사용하여 설계될 수도 있다.

[0018] 선형 증폭기 부분(102)과 함께, 로드 RL에 부가적인 전류를 공급하도록 동작가능한 스위치-모드 전력 공급부(104)가 도 1에 추가로 도시된다. 스위칭 부분(104)은, 하이-사이드 스위치 P1 및 로우-사이드 스위치 N1을 포함하는 트랜지스터 스위치들에 커플링되는 인덕터 L을 포함한다. 스위치들 P1, N1의 개방 및 폐쇄(예를 들어, 턴 오프 및 온)는 로드 RL의 요건들에 기초하여 스위치 제어기(120)에 의해 구성되며, 도 2를 참조하여 추가로 후술되는 바와 같은 방식에 따라 수행될 수도 있다.

[0019] 도 1에 도시된 구현에서, 스위치 제어기(120)는 전류 IAB의 감지된 값을 입력으로서 수신한다. 개념적으로, 전류 IAB는 직렬-커플링된 전류계를 사용하여 감지될 수도 있음이 인식될 것이다. 실제 구현에서, 증폭기(110)의 출력과 Vamp 사이에 저항기가 직렬로 제공될 수도 있으며, 저항기에 걸친 전압 강하가 증폭될 수도 있다.

[0020] 당업계에 알려져 있는 원리들에 따라, 선형 증폭기(102)는, 더 높은 대역폭을 가질 수도 있기 때문에 로드 전류의 고-주파수 컨텐츠를 공급할 수도 있으며, 그에 의해, 타겟 전압 Vin에 대한 변화들에 더 신속하게 응답할 수 있음이 인식될 것이다. 반면, 스위칭 부분(104)은, 인덕터 L이 일반적으로 낮은 주파수에서 선형 증폭기(102)보다 더 많은 로드 전류를 공급할 수 있기 때문에 DC 및 저-주파수 전력을 공급할 수도 있다.

[0021] 당업계에 알려져 있는 특정한 구성들에서, 시스템(100)은 포락선 추적(ET) 시스템에 포함될 수도 있으며, 여기서, 로드 RL은 전력 증폭기(또는 PA, 도 1에 도시되지 않음)이고, PA에 공급되는 전압 Vamp는 PA에 의해 생성되는 출력 신호의 포락선을 추적하도록 구성된다. 이러한 방식에서, PA의 전력 트랜지스터들은 완전 포화로 계속적으로 동작하도록 구성될 수도 있으며, 그에 의해, PA의 효율성을 최대화한다. ET 시스템에서, 증폭기(110)는, 필요한 경우 증폭기(110)의 출력 전압이 전압 공급을 초과하는 것을 가능하게 하기 위해, 부스트 변환기(도시되지 않음)에 의해 공급되는 공급 전압 Vboost에 그 자체로 커플링될 수도 있다.

[0022] 도 2는 스위칭 제어기(120)에 의해 적용될 수도 있는 종래 기술 스위칭 방식의 상태도(200)를 예시한다. 도 2의 "오프 상태"(210)에서, P1은 오프이고 N1은 온이다. 감지된 IAB 전류가 포지티브이면(즉, 포지티브 전류가 증폭기(110)의 출력으로부터 Vamp로 흐름), 도 2의 조건(230)에 따라 스위치 제어기(120)는 "온 상태"(220)로 트랜지션(transition)할 수도 있으며, 여기서, P1은 온이고 N1은 오프이다. 감지된 IAB 전류가 네거티브이면, 조건(240)에 따라, 스위치 제어기(120)는 상태(220)로부터 상태(210)로 다시 트랜지션할 수도 있다.

[0023] 바람직하지 않게, 상태도(200)에 따른 트랜지스터들 P1, N1의 스위칭이 스위칭 전압 VSW에서 노이즈를 생성할 수도 있음이 인식될 것이다. 그러한 스위칭 노이즈가 적절히 감쇠되지 않으면, 그 노이즈는 로드 RL을 드라이빙하는 전압 Vamp 상에 또한 나타날 수도 있다. 예를 들어, 로드 RL이 PA인 구현들에서, 스위칭 노이즈는 PA의 출력 신호에 직접 작용할 수도 있으며, 그에 의해, 바람직하지 않게, 예를 들어, 시스템(100)과 함께 집적된 라디오 수신기의 RX 대역 내에 흘러들어갈 수 있는 대역외(out-of-band) 노이즈를 PA가 생성하게 한다.

[0024] 도 3은 본 개시에 따른 신호 파형들의 예시적인 전력 스펙트럼들을 예시한다. 도 3은 예시적인 목적들만을 위해 도시되었으며, 동일하거나 또는 유사한 전력 스펙트럼들을 갖는 신호 파형들로 본 개시의 범위를 제한하도록 의도되지 않음을 유의한다. 특히, 플롯(310)은 스위칭 전압 VSW의 전력 스펙트럼 밀도를 도시한다. 플롯(310)에서, 상당한 전력 스펙트럼 컴포넌트들이 주파수 f0 주변에서 관측되며, 전력 스펙트럼 밀도는 주파수가 증가하는 경우 감소한다. 주파수 f1, f2, f3 등은, 관심 있는 수신(RX) 주파수들, 예를 들어, 시스템(100)과 함께 집적되었거나 그렇지 않으면 시스템(100)에 근접해 있는 수신기에 의해 수신되고 있는 하나 또는 그 초과의 라디오 채널들에 대응하는 주파수들에 대응할 수도 있음을 유의한다. 스위칭 전압 VSW로 인한 f1, f2, f3 등에서의 전력 스펙트럼 컴포넌트들의 존재는, 바람직하지 않게, 그 주파수들에서의 원하는 신호 컴포넌트들과 간섭할 수도 있으며, 그에 의해, 통신 링크 비용에 부정적으로 작용한다.

[0025] 시스템의 노이즈 특성들을 개선하기 위해, 스위칭 전압 VSW의 스펙트럼을 쉐이핑하기 위한 기술들을 제공하는 것이 바람직할 것이다. 특히, 하나 또는 그 초과의 "노치들"이 VSW의 노이즈 전력 스펙트럼 밀도에서 생성되는 그러한 방식으로 스위치들 P1, N1을 동작시키는 것이 바람직할 것이다. 예를 들어, 도 3의 플롯(320)은 대안적인 스위칭 전압 VSW_notch의 예시적인 스펙트럼을 도시하며, 여기서, 노치들은 주파수들 f1, f2, f3 등에서 전력 스펙트럼 밀도에 존재한다. 플롯(320)에 도시된 3개의 예시적인 노치들은 예시적인 목적들만을 위한 것이며, 임의의 특정한 개수의 노치 주파수들 또는 그러한 노치 주파수들 사이의 관계들로 본 개시의 범위를 제한하도록 의도되지 않음을 유의한다.

[0026] 도 4는 본 개시의 예시적인 실시예를 예시하며, 여기서, 하나 또는 그 초과의 노치들이 스위칭 전압 전력 스펙트럼 내에 도입될 수도 있다. 도 1 및 4에서 유사하게 라벨링된 엘리먼트들은, 달리 언급되지 않으면, 유사한 기능들을 수행하는 엘리먼트들에 대응할 수도 있음을 유의한다. 도 4에서, 스위칭 섹션(404)의 스위칭 전압은, 자신의 스펙트럼 특성들이, 예를 들어, 도 1의 VSW의 스펙트럼 특성들과는 상이할 수도 있음을 표시하기 위해 VSW_notch로 라벨링된다. VSW_notch는 스펙트럼 추정 블록(420)에 커플링된다. 블록(420)은, VSW_notch의 하나 또는 그 초과의 미리결정된 주파수들에서 존재하는 스펙트럼 에너지를 표시하는 신호 Est_power를 출력하도록 구성된다. 예시적인 실시예들에서, 블록(420)은, 예를 들어, 도 7 및 8을 참조하여 추가로 후술되는 예시적인 기술들을 사용하여 구현될 수도 있다.

[0027] 스위치 제어기(410)는, 신호 Est_power를 입력으로서 수신하고, Est_power를 이용하여 스위치들 P1, N1을 드라이빙한다. 특히, 도 5는, 스위칭 제어기(410)에 의해 적용될 수도 있는 스위칭 방식의 예시적인 상태도를 예시한다. 도 5의 "오프 상태"(510)에서, P1은 오프이고 N1은 온이다. 감지된 IAB 전류가 포지티브이고 신호 Est_power가 최소(예를 들어, 극소 최소(local minumum))에 있으면, 도 5의 조건(530)에 따라, 스위치 제어기(410)는 "온 상태"(520)로 트랜지션할 수도 있으며, 여기서, P1은 온이고 N1은 오프이다. 감지된 IAB 전류가 네거티브이고 신호 Est_power가 최소에 있으면, 조건(540)에 따라, 스위치 제어기(410)는 "온 상태"(520)로부터 "오프 상태"(510)로 다시 트랜지션할 수도 있다.

[0028] 일 예시적인 실시예에서, Est_power가 최소에 있는지의 조건들(530, 540)에서의 결정은, 당업자에 의해 용이하게 도출될 수도 있는 원리들에 따라 이루어질 수도 있다. 예를 들어, Est_power는, 시퀀스의 값들 Est_power(k), Est_power(k+1) 등(여기서, k는 정수 인덱스임)을 생성하기 위해 이산-시간 간격들에서 연속적으로 샘플링될 수도 있다(예를 들어, 스펙트럼 추정 블록(420)에 의해 이산 시간으로 직접 생성되거나 또는 도시되지 않은 이산-시간 샘플러(sampler)를 사용하여 스펙트럼 추정 블록(420)의 연속-시간 출력으로부터 샘플링됨). 일 예시적인 실시예에서, Est_power가 임의의 인스턴트 k = K에서 최소 값에 도달했는지를 결정하기 위해, Est_power(K-1) > Est_power(K) 및 Est_power(K+1) > Est_power(K)인지가 결정될 수도 있다.

[0029] 이전 설명의 관점에서, 도 4의 스펙트럼 추정 블록(420)을 제공하는 것은, 효과적으로, 스위칭 전압 VSW_notch의 네거티브-피드백 폐쇄-루프 제어가 VSW_notch의 전력 스펙트럼에서 노치들을 생성하는 것을 가능하게 함이 인식될 것이다.

[0030] 도 6은 스펙트럼 추정 블록(420)의 예시적인 실시예(420.1)를 예시한다. 도 6에서, VSW_notch가 믹서들(610.1, 610.2)에 제공된다. 믹서(610.1)는 VSW를 함수 cos(2πf1 t)와 믹싱하고, 믹서(610.2)는 VSW를 함수 sin(2πf1 t)와 믹싱하며, 여기서, f1은 노치를 배치하기를 원하는 주파수를 표현한다. 믹서들에 후속하여, 필터들(620.1, 620.2)은 하향-변환된 출력들을 (예를 들어, BW1의 대역폭으로) 저역-통과 필터링하여 기저대역에서의 스펙트럼 밀도를 추출하고, 필터들의 출력들은 제곱 블록들(630.1, 630.2)에 제공된다. 제곱 블록들(630.1, 630.2)의 출력들은 (640)에서 더해져 신호 Est_power를 생성한다. 따라서, Est_power는 f1 주변, 예컨대 +/- BW1의 대역폭 내에 존재하는 에너지를 표현함이 인식될 것이다.

[0031] 도 7은 스펙트럼 추정 블록(420)의 대안적인 예시적 실시예(420.2)를 예시한다. 도 7에서, f1의 중심 주파수를 갖는 대역-통과 필터(BPF)(710)가 제공되어 VSW_notch를 필터링하며, DC 정류기(720)는 BPF(710)의 출력을 DC 신호 Est_power로 변환하는데 사용된다. 스펙트럼 추정 블록(420.2)이 스펙트럼 추정 블록(420.1)보다 더 적은 컴포넌트들을 요구하지만, 특정한 예시적인 실시예들에서, BPF(710) 전달 특성에서 소망되는 롤-오프(roll-off)의 선명도(shapness)에 의존하여, 주어진 노치 주파수 f1 및 대역폭 BW1에 대해 (420.1)의 하향-변환 회로는 대역-통과 필터(710)보다 구현하는데 비용이 더 적게 들 수도 있음이 인식될 것이다.

[0032] 대안적인 예시적 실시예(도시되지 않음)에서, 어떠한 DC 정류기(720)도 BPF(710) 이후에 제공될 필요가 없으며, BPF(710)의 출력이 신호 Est_power로서 직접 제공될 수도 있음이 인식될 것이다. 그에 의해, 이러한 경우에서, VSW_notch에 도입된 노치의 주파수는 BPF(710)의 중심 주파수에 대응하지 않을 수도 있으며, 대신, 다른 주파수에 대응할 수도 있다. 스펙트럼 추정기는 도시되지 않은 기술들을 사용하여 구현될 수도 있는데, 예를 들어, VSW_notch는 디지털화될 수도 있고, 당업계에 알려져 있는 디지털 스펙트럼 추정 기술들이 적용될 수도 있음이 추가로 인식될 것이다. 일반적으로, 본 명세서에 설명된 동작들, 예컨대 스펙트럼 추정은, 당업자에게 알려져 있는 바와 같이, 아날로그 또는 디지털 도메인 중 어느 하나로 구현될 수도 있다. 그러한 대안적인 예시적 실시예들 전부는 본 개시의 범위 내인 것으로 고려된다.

[0033] 도 8은 본 개시에 따른 방법(800)의 예시적인 실시예를 예시한다. 방법(800)은 예시적인 목적들만을 위해 설명되며, 도시된 임의의 특정한 예시적인 실시예의 방법으로 본 개시의 범위를 제한하도록 의도되지 않음을 유의한다.

[0034] 도 8의 블록(810)에서, 출력 전압(Vamp)을 드라이빙하는 선형 증폭기(110)의 출력 전류가 감지된다.

[0035] 블록(820)에서, 추정된 전력(Est_power)을 생성하기 위해 제 1 주파수(f1)에서의 스위칭 전압(VSW)의 전력 스펙트럼이 추정된다. 일 예시적인 실시예에서, 스위칭 전압은, 예를 들어, 인덕터(L)를 통하여 출력 전압에 커플링된다.

[0036] 블록(830)에서, 스위칭 전압에 커플링된 하이-사이드 스위치(P1) 및 로우-사이드 스위치(N1)가, 제 1 주파수에서의 스위칭 전압의 추정된 전력을 감소시키기 위해, 추정된 전력 스펙트럼 및 감지된 출력 전류에 기초하여 구성된다.

[0037] 일반적으로, 본 명세서에 기재된 기술들은 포락선 추적 시스템의 맥락을 벗어나서도 또한 적용될 수도 있으며, 그러한 대안적인 예시적 실시예들이 본 개시의 범위 내인 것으로 고려됨이 인식될 것이다. 예를 들어, 대안적인 예시적 실시예들에서, 도 4의 선형 증폭기(110)는 생략될 수도 있고, 위에 기재된 원리들이 단지 도 4의 시스템(400)의 스위칭 섹션(404)에만 용이하게 적용될 수도 있다. 또한, 임의의 타입들의 벅 변환기, 부스트 변환기, 또는 다른 스위치-모드 회로가 위에 설명된 노이즈 쉐이핑 기술들을 이용할 수도 있다.

[0038] 도 9는 본 개시의 기술들이 적용될 수도 있는 일반화된 상태 머신(900)의 예시적인 실시예를 예시한다. 도 9에서, 상태(910)는 스위치가 오프인 것에 대응하고, 상태(920)는 스위치가 온인 것에 대응한다. 상태(910)는 조건(930)에 기초하여 상태(920)로 트랜지션하고, 조건(930)은, 트랜지션이 발생하기 위해서는 제 1 기준(기준 1)이 충족되어야 하고 그리고 추정된 전력(Est_power)이 최소에 있어야 함을 명시한다. 유사하게, 상태(920)는 조건(940)에 기초하여 상태(910)로 트랜지션하며, 조건(940)은, 트랜지션이 발생하기 위해서는 제 2 기준(기준 2)이 충족되어야 하고 그리고 추정된 전력(Est_power)이 최소에 있어야 함을 명시한다. 일 예시적인 실시예에서, 추정된 전력은, 예를 들어, 도 4의 스펙트럼 추정 블록(420)을 참조하여 설명된 바와 같이 계산될 수도 있는데, 최소 값의 결정은 또한, 예를 들어, 앞서 상술된 바와 같이 이루어질 수도 있다.

[0039] 당업자는, 관심 있는 출력 스위칭 전압에 하나 또는 그 초과의 주파수 노치들을 생성하기 위한 다양한 스위칭 애플리케이션들에 일반화된 상태 머신(900)이 적용가능할 수도 있음을 인식할 것이다. 예를 들어, 전압-모드 제어를 이용하는 벅 변환기에서, 기준 1은 출력 전압이 임계 전압 아래로 강하되는 것에 대응할 수도 있지만, 기준 2는 출력 전압이 임계 전압 위인 것에 대응할 수도 있다. 본 개시의 관점에서, 당업자는 본 명세서에 기재된 기술들의 대안적인 애플리케이션들을 용이하게 도출할 수도 있다. 그러한 대안적인 예시적 실시예들은 본 개시의 범위 내인 것으로 고려된다.

[0040] 도 5 및 9는 예시적인 목적들만을 위해 도시되었으며, 본 개시의 범위를 제한하도록 의도되지 않음을 유의한다. 대안적인 예시적 실시예들에서, 2개 초과의 상태들을 갖는 상태 머신들이 본 개시의 노이즈 쉐이핑 기술들을 용이하게 수용할 수도 있다. 예를 들어, 일 대안적인 예시적 실시예에서, 본 명세서에 설명된 기술들은, N1 및 P1 둘 모두가 오프인 것에 대응하는 제 3 상태를 갖는 3개-상태 상태 머신을 수용하도록 용이하게 적응될 수도 있다. 그러한 대안적인 예시적 실시예들은 본 개시의 범위 내인 것으로 고려된다.

[0041] 본 명세서에서 그리고 청구항들에서, 엘리먼트가 다른 엘리먼트 "에 접속된" 또는 "에 커플링된" 것으로서 지칭되는 경우, 그것이 다른 엘리먼트에 직접 접속 또는 커플링될 수 있거나 개재(intervening) 엘리먼트들이 존재할 수도 있음이 이해될 것이다. 대조적으로, 엘리먼트가 다른 엘리먼트 "에 직접 접속된" 또는 "에 직접 커플링된" 것으로서 지칭되는 경우, 어느 개재 엘리먼트들도 존재하지 않는다. 또한, 엘리먼트가 다른 엘리먼트에 "전기적으로 커플링된" 것으로서 지칭되는 경우, 그것은 그러한 엘리먼트들 사이에 낮은 저항 경로가 존재한다는 것을 나타내지만, 엘리먼트가 다른 엘리먼트에 단순히 "커플링된" 것으로서 지칭되는 경우, 그러한 엘리먼트들 사이에 낮은 저항 경로가 존재할 수도 있거나 존재하지 않을 수도 있다.

[0042] 당업자들은, 정보 및 신호들이 다양한 상이한 기술들 및 기법들 중 임의의 기술 및 기법을 사용하여 표현될 수도 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 상기 설명 전반에 걸쳐 참조될 수도 있는 데이터, 명령들, 커맨드들, 정보, 신호들, 비트들, 심볼들, 및 칩들은 전압들, 전류들, 전자기파들, 자기장들 또는 자기 입자들, 광학 필드들 또는 광학 입자들, 또는 이들의 임의의 결합에 의해 표현될 수도 있다.

[0043] 당업자들은 본 명세서에 기재된 예시적인 양상들과 관련하여 설명된 다양한 예시적인 로직 블록들, 모듈들, 회로들, 및 알고리즘 단계들이 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 또는 이 둘의 결합들로서 구현될 수도 있음을 추가적으로 인식할 것이다. 하드웨어와 소프트웨어의 이러한 상호교환가능성을 명확히 예시하기 위해, 다양한 예시적인 컴포넌트들, 블록들, 모듈들, 회로들, 및 단계들은 그들의 기능의 관점들에서 일반적으로 상술되었다. 그러한 기능이 하드웨어로서 구현되는지 또는 소프트웨어로서 구현되는지는 특정 애플리케이션 및 전체 시스템에 부과된 설계 제한들에 의존한다. 당업자들은 설명된 기능을 각각의 특정한 애플리케이션에 대해 다양한 방식들로 구현할 수도 있지만, 그러한 구현 결정들이 본 발명의 예시적인 양상들의 범위를 벗어나게 하는 것으로서 해석되지는 않아야 한다.

[0044] 본 명세서에 기재된 예시적인 양상들과 관련하여 설명된 다양한 예시적인 로직 블록들, 모듈들, 및 회로들은 범용 프로세서, 디지털 신호 프로세서(DSP), 주문형 집적회로(ASIC), 필드 프로그래밍가능 게이트 어레이(FPGA) 또는 다른 프로그래밍가능 로직 디바이스, 이산 게이트 또는 트랜지스터 로직, 이산 하드웨어 컴포넌트들, 또는 본 명세서에 설명된 기능들을 수행하도록 설계된 이들의 임의의 결합으로 구현되거나 수행될 수도 있다. 범용 프로세서는 마이크로프로세서일 수도 있지만, 대안적으로, 프로세서는 임의의 종래의 프로세서, 제어기, 마이크로제어기, 또는 상태 머신일 수도 있다. 또한, 프로세서는 컴퓨팅 디바이스들의 결합, 예를 들어 DSP와 마이크로프로세서의 결합, 복수의 마이크로프로세서들, DSP 코어와 결합된 하나 또는 그 초과의 마이크로프로세서들, 또는 임의의 다른 그러한 구성으로서 구현될 수도 있다.

[0045] 본 명세서에 기재된 예시적인 양상들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은 직접 하드웨어로, 프로세서에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈로, 또는 이 둘의 결합으로 구현될 수도 있다. 소프트웨어 모듈은 랜덤 액세스 메모리(RAM), 플래시 메모리, 판독 전용 메모리(ROM), 전기적으로 프로그래밍가능 ROM(EPROM), 전기적으로 소거가능한 프로그래밍가능 ROM(EEPROM), 레지스터들, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM, 또는 당업계에 알려진 임의의 다른 형태의 저장 매체에 상주할 수도 있다. 예시적인 저장 매체는, 프로세서가 저장 매체로부터 정보를 판독하고, 저장 매체에 정보를 기입할 수 있도록 프로세서에 커플링된다. 대안적으로, 저장 매체는 프로세서에 통합될 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 ASIC에 상주할 수도 있다. ASIC은 사용자 단말에 상주할 수도 있다. 대안적으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말 내의 별개의 컴포넌트들로서 상주할 수도 있다.

[0046] 하나 또는 그 초과의 예시적인 양상들에서, 설명된 기능들은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 이들의 임의의 결합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어로 구현되면, 기능들은 컴퓨터-판독가능 매체 상에 하나 또는 그 초과의 명령들 또는 코드로서 저장되거나 이들을 통해 송신될 수도 있다. 컴퓨터-판독가능 매체들은, 일 장소에서 다른 장소로의 컴퓨터 프로그램의 전달을 용이하게 하는 임의의 매체를 포함한 통신 매체들 및 컴퓨터 저장 매체들 양자를 포함한다. 저장 매체들은 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 이용가능한 매체들일 수도 있다. 제한이 아닌 예로서, 그러한 컴퓨터-판독가능 매체들은 RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM 또는 다른 광학 디스크 저장부, 자기 디스크 저장 또는 다른 자기 저장 디바이스들, 또는 명령들 또는 데이터 구조들의 형태로 원하는 프로그램 코드를 반송 또는 저장하는데 사용될 수 있고, 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다. 또한, 임의의 접속수단(connection)이 컴퓨터-판독가능 매체로 적절히 지칭된다. 예를 들어, 소프트웨어가 동축 케이블, 광섬유 케이블, 연선(twisted pair), 디지털 가입자 라인(DSL), 또는 (적외선, 라디오, 및 마이크로파와 같은) 무선 기술들을 사용하여 웹사이트, 서버, 또는 다른 원격 소스로부터 송신되면, 동축 케이블, 광섬유 케이블, 연선, DSL, 또는 (적외선, 라디오, 및 마이크로파와 같은) 무선 기술들이 매체의 정의에 포함된다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 디스크(disk) 및 디스크(disc)는 컴팩트 디스크(disc)(CD), 레이저 디스크(disc), 광학 디스크(disc), 디지털 다목적 디스크(digital versatile disc)(DVD), 플로피 디스크(disk) 및 Blu-Ray 디스크(disc)를 포함하며, 여기서 디스크(disk)들은 일반적으로 데이터를 자기적으로 재생하지만, 디스크(disc)들은 레이저들을 이용하여 광학적으로 데이터를 재생한다. 또한, 상기의 것들의 결합들은 컴퓨터-판독가능 매체들의 범위 내에 포함되어야 한다.

[0047] 기재된 예시적인 양상들의 이전 설명은 임의의 당업자가 본 발명을 사용 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이들 예시적인 양상들에 대한 다양한 변형들은 당업자들에게 용이하게 명백할 것이며, 본 명세서에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 사상 또는 범위를 벗어나지 않으면서 다른 예시적인 양상들에 적용될 수도 있다. 따라서, 본 개시는 본 명세서에 설명된 예시적인 양상들로 제한되도록 의도되는 것이 아니라, 본 명세서에 기재된 원리들 및 신규한 특성들과 일치하는 가장 넓은 범위에 부합할 것이다.

Claims

장치로서,
추정된 전력을 생성하기 위해 제 1 주파수에서의 스위칭 전압(switching voltage)의 전력 스펙트럼(spectrum)을 추정하도록 구성되는 스펙트럼 추정기 ― 상기 스위칭 전압은 출력 전압에 커플링됨 ―; 및
상기 제 1 주파수에서의 추정된 전력 스펙트럼을 감소시키기 위해, 상기 추정된 전력 스펙트럼 및 스위칭 기준들의 세트에 기초하여, 상기 스위칭 전압에 커플링된 하이-사이드(high-side) 스위치 및 로우-사이드(low-side) 스위치를 제어하도록 구성되는 스위치 제어기를 포함하는, 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 스위칭 기준은, 출력 전압을 드라이빙(drive)하는 선형 증폭기의 감지된 출력 전류에 기초하며,
상기 스위치 제어기는,
상기 감지된 출력 전류가 0보다 더 크고, 상기 추정된 전력 스펙트럼이 최소에 있다는 조건들에 기초하여, 상기 하이-사이드 스위치가 오프(off)이고 상기 로우-사이드 스위치가 온(on)인 제 1 상태로부터 상기 하이-사이드 스위치가 온이고 상기 로우-사이드 스위치가 오프인 제 2 상태로 트랜지션(transition)하고; 그리고
상기 감지된 출력 전류가 0보다 더 작고, 상기 추정된 전력 스펙트럼이 최소에 있다는 조건들에 기초하여, 상기 제 2 상태로부터 상기 제 1 상태로 트랜지션하도록
구성되는, 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 스위치 제어기는 추가로,
상기 추정된 전력 스펙트럼의 제 1 값이 제 2 값보다 더 큰 경우 ― 상기 제 2 값은 시간적으로 상기 제 1 값에 후속함 ―; 및
상기 추정된 전력 스펙트럼의 제 2 값이 제 3 값보다 더 작은 경우 ― 상기 제 3 값은 시간적으로 상기 제 2 값에 후속함 ―
에 상기 추정된 전력 스펙트럼이 최소에 있는 것으로 검출하도록 구성되는, 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 스펙트럼 추정기는,
제 1 주파수를 갖는 적어도 하나의 로컬 오실레이터(local oscillator)를 사용하여 상기 스위칭 전압을 하향-변환하도록 구성되는 적어도 하나의 믹서(mixer);
하향-변환된 전압을 필터링(filter)하도록 구성되는 적어도 하나의 저역-통과(low-pass) 필터; 및
적어도 하나의 저역-통과 필터 출력에서의 에너지를 추정하도록 구성되는 에너지 추정기
를 포함하는, 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 스위치 제어기는 추가로, 전력 증폭기 출력의 검출된 포락선에 기초하여 스위치들을 제어하도록 구성되며,
상기 선형 증폭기는 추가로, 로드의 검출된 포락선을 추적하는 입력 전압에 응답하여 상기 출력 전압을 드라이빙하도록 구성되는, 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 스펙트럼 추정기는 상기 스위칭 전압에 커플링된 대역-통과(band-pass) 필터를 포함하는, 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 스펙트럼 추정기는,
상기 스위칭 전압을 디지털화하도록 구성되는 아날로그-투-디지털(analog-to-digital) 변환기;
디지털화된 스위칭 전압의 스펙트럼 컴포넌트들을 추정하기 위한 디지털 스펙트럼 추정기
를 포함하는, 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 스펙트럼 추정기 및 상기 스위치 제어기는 집적 회로 상에 제공되고,
상기 대역-통과 필터는 상기 집적 회로로부터 오프-칩(off-chip)으로 제공되는, 장치.
제 1 항에 있어서,
하나 또는 그 초과의 수신 주파수들에서 수신하도록 구성되는 수신기를 더 포함하며,
상기 제 1 주파수는 상기 하나 또는 그 초과의 수신 주파수들 중 하나에 대응하는, 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 스펙트럼 추정기는 추가로, 상기 제 1 주파수를 포함하는 복수의 주파수들에서 상기 스위칭 전압의 전력 스펙트럼을 추정하도록 구성되는, 장치.
방법으로서,
출력 전압을 드라이빙하는 선형 증폭기의 출력 전류를 감지하는 단계;
추정된 전력을 생성하기 위해, 제 1 주파수에서 스위칭 전압의 전력 스펙트럼을 추정하는 단계 ― 상기 스위칭 전압은 상기 출력 전압에 커플링됨 ―; 및
상기 제 1 주파수에서의 추정된 전력 스펙트럼을 감소시키기 위해, 감지된 출력 전류 및 상기 추정된 전력 스펙트럼에 기초하여, 상기 스위칭 전압에 커플링된 하이-사이드 스위치 및 로우-사이드 스위치를 구성하는 단계를 포함하는, 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 스위치들을 구성하는 단계는,
상기 감지된 출력 전류가 0보다 더 크고, 상기 추정된 전력 스펙트럼이 최소에 있다는 조건들에 기초하여, 상기 하이-사이드 스위치가 오프이고 상기 로우-사이드 스위치가 온인 제 1 상태로부터 상기 하이-사이드 스위치가 온이고 상기 로우-사이드 스위치가 오프인 제 2 상태로 트랜지션하는 단계; 및
상기 감지된 출력 전류가 0보다 더 작고, 상기 추정된 전력 스펙트럼이 최소에 있다는 조건들에 기초하여, 상기 제 2 상태로부터 상기 제 1 상태로 트랜지션하는 단계
를 포함하는, 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 추정된 전력 스펙트럼의 제 1 값이 제 2 값보다 더 큰 경우 ― 상기 제 2 값은 시간적으로 상기 제 1 값에 후속함 ―; 및
상기 추정된 전력 스펙트럼의 제 2 값이 제 3 값보다 더 작은 경우 ― 상기 제 3 값은 시간적으로 상기 제 2 값에 후속함 ―
에 상기 추정된 전력 스펙트럼이 최소에 있는 것으로 검출하는 단계를 더 포함하는, 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 전력 스펙트럼을 추정하는 단계는,
제 1 주파수를 갖는 적어도 하나의 로컬 오실레이터를 사용하여 상기 스위칭 전압을 하향-변환하는 단계;
하향-변환된 스위칭 전압을 저역-통과 필터링하는 단계; 및
저역-통과 필터링된 출력의 에너지를 계산하는 단계
를 포함하는, 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 전력 스펙트럼을 추정하는 단계는,
상기 스위칭 전압을 대역-통과 필터링하는 단계; 및
상기 추정된 전력을 생성하기 위해, 대역-통과 필터링된 스위칭 전압을 DC 정류하는(DC rectifying) 단계
를 포함하는, 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 전력 스펙트럼을 추정하는 단계는, 상기 추정된 전력을 생성하기 위해, 상기 스위칭 전압을 대역-통과 필터링하는 단계를 포함하는, 방법.
장치로서,
적어도 하나의 주파수에 대응하는 스위칭 전압의 전력 스펙트럼을 추정하기 위한 수단;
상기 적어도 하나의 주파수에 대응하는 상기 스위칭 전압의 스펙트럼 컨텐츠를 최소화하도록 추정하기 위한 출력에 기초하여 상기 스위칭 전압을 생성하기 위한 수단을 포함하는, 장치.
제 17 항에 있어서,
상기 스위칭 전압에 커플링된 출력 전압에 커플링된 로드의 검출된 포락선을 추적하는 입력 전압에 응답하여, 상기 출력 전압을 부가적으로 드라이빙하기 위한 수단을 더 포함하는, 장치.
제 17 항에 있어서,
수신 주파수에서 수신(RX) 신호를 수신하기 위한 수단을 더 포함하며,
상기 수신 주파수는 상기 적어도 하나의 주파수 중 하나의 주파수에 대응하는, 장치.
제 17 항에 있어서,
상기 스위칭 전압을 생성하기 위한 수단은, 벅 변환기(buck converter)를 포함하는, 장치.