KR20150123815A - 피드백을 갖는 인벨로프 추적 변조기 - Google Patents

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Abstract

레퍼런스 신호에서 저 주파수 변동들을 추적하고 스위치 모드 전력 서플라이를 포함하는 저 주파수 경로, 레퍼런스 신호에서 고 주파수 변동들을 추적하고 선형 증폭기를 포함하는 수정 경로, 선형 증폭기의 출력으로부터 선형 증폭기의 입력으로의 피드백 경로, 및 스위치 모드 전력 서플라이의 출력 및 선형 증폭기의 출력을 결합하여 변조된 공급 전압을 생성하는 결합기를 포함하는, 레퍼런스 신호에 의존하여 변조된 공급 전압을 생성하도록 배열된 인벨로프 추적 변조된 서플라이가 개시된다.

Description

피드백을 갖는 인벨로프 추적 변조기{ENVELOPE TRACKING MODULATOR WITH FEEDBACK}
본 발명은 무선 주파수 전력 증폭기 애플리케이션들에 적합한 인벨로프 추적 변조된 전력 서플라이들에 관한 것이다. 본 발명은 특히, 저 주파수 경로 및 고 주파수 경로에 대한 입력으로서 레퍼런스 신호가 사용되고, 각각의 경로가 공급 전압을 형성하기 위해 결합되는 별개의 출력들을 생성하는 그러한 전력 서플라이들에 관한 것이다.
무선 주파수 전력 증폭기들에 대한 인벨로프 추적 전력 서플라이들은 이 기술 분야에 잘 알려져 있다. 통상적으로, 증폭될 입력 신호의 인벨로프에 기초하여 레퍼런스 신호가 생성된다. 인벨로프 추적 전력 서플라이는 레퍼런스 신호를 추적하는 전력 증폭기에 대한 공급 전압을 생성한다.
도 1 은 주파수 스플리터 (12) 가 사용되어 라인 (10) 상의 인커밍 인벨로프 레퍼런스 신호를 라인 (14) 상의 고 주파수 (HF) 경로 신호 및 라인 (16) 상의 저 주파수 (LF) 경로 신호로 분할하는, 종래 기술의 인벨로프 추적 (envelope tracking; ET) 변조기 아키텍처를 나타낸다. 주파수 스플리터 (12) 는 저 주파수 경로에 저역 통과 필터 (18) 및 고 주파수 경로에 고역 통과 필터 (20) 를 포함할 수도 있다. 라인 (16) 상의 LF 경로에서의 신호는 효율적인 스위치 모드 증폭기 (22) 에 의해 증폭되고, 라인 (14) 상의 HF 경로에서의 신호는 광대역 선형 증폭기 (24) 에 의해 증폭된다. 주파수 선택적 결합기 (26) 는 그 각각의 증폭 후에 LF 및 HF 에서의 신호들을 결합하는데 사용된다. 도 1 에서, 결합기 (26) 는 저 주파수 경로에서의 저 주파수 결합 엘리먼트 (및 고 주파수 블록 엘리먼트)(28) 및 고 주파수 경로에서의 고 주파수 결합 엘리먼트 (및 저 주파수 블록 엘리먼트)(30) 를 포함하는 것으로서 예시된다. 라인 (32) 상의 결합기 (26) 로부터 결합된 신호는, 예시를 위해 저항기로서 예시되는 부하 (34) 에 피드를 제공한다. 통상의 애플리케이션에서, 부하는 전력 증폭기 (PA) 이고, 레퍼런스 신호는 이 전력 증폭기에 의해 증폭될 입력 신호로부터 도출된다.
도 1 에 예시된 바와 같은 서플라이 아키텍처를 통합하는 전력 증폭기 시스템의 예는 Yousefzadeh 등의 "Band Separation and Efficiency Optimisation in Linear-Assisted Switching Power Amplifiers" [IEEE Power Electronics Specialists Conference 2006] 에서 알게 될 수 있다.
도 2 는 주파수 선택적 결합기 (26) 가 인덕터-커패시터 (LC) 결합기인 대안의 종래 기술의 어레인지먼트를 나타낸다. 저 주파수 결합 엘리먼트는 인덕터 (28a) 이고, 고 주파수 결합 엘리먼트는 커패시터 (30a) 이다. 이 어레인지먼트에서, 피드백 경로 (36) 는 라인 (32) 상의 결합기 (또는 변조기) 출력으로부터 선형 증폭기 (24) 의 입력으로 신호를 가져간다. 피드백 경로 (36) 상의 신호는 감산기 (38) 라인 (14) 상의 고 주파수 경로에서 신호로부터 감산되어, 선형 증폭기 (24) 에 입력을 제공한다. 피드백 경로 (36) 의 포함은 도 1 의 어레인지먼트에 비해 개선된 추적 정확도를 달성한다.
도 2 에 예시된 바와 같은 서플라이 아키텍처를 통합하는 전력 증폭기 시스템의 예는 Yousefzadeh 등의 "Efficiency Optimization in Linear-Assisted Switching Power Converters for Envelope Tracking in RF Power Amplifiers" [IEEE Symposium on Circuits and Systems 2005] 에서 알게 될 수 있다.
본 발명의 목적은 도 1 및 도 2 의 어레인지먼트들과 같은 종래 기술에 비해, 개선된 효율성을 포함하는 개선된 성능 특징을 제공하는 인벨로프 추적 변조된 전력 서플라이를 제공하는 것이다.
본 발명은, 레퍼런스 신호에 의존하여 변조된 공급 전압을 생성하도록 배열된 인벨로프 추적 변조된 서플라이를 제공하고, 이 서플라이는 레퍼런스 신호에서 저 주파수 변동들을 추적하고 스위치 모드 전력 서플라이를 포함하는 저 주파수 경로, 레퍼런스 신호에서 고 주파수 변동들을 추적하고 선형 증폭기를 포함하는 수정 경로, 선형 증폭기의 출력으로부터 선형 증폭기의 입력으로의 피드백 경로, 및 스위치 모드 전력 서플라이의 출력 및 선형 증폭기의 출력을 결합하여 변조된 공급 전압을 생성하는 결합기를 포함한다.
수정 경로에서의 선형 증폭기는 레퍼런스 신호에서 주파수들의 전체 (full) 스펙트럼을 포함하는 신호를 증폭시킬 수도 있다.
인벨로프 추적 변조된 서플라이는 수정 경로에서의 신호에 오프셋 전압을 제공하기 위한 전압 소스를 더 포함할 수도 있다. 오프셋 전압의 값은 선형 증폭기에 대해 최저의 가능한 공급 전압을 허용하기 위해 선형 증폭기에 신호 입력을 포지셔닝하도록 선택될 수도 있다.
결합기는 저 주파수 경로의 출력에서 인덕터 및 수정 경로의 출력에서 커패시터를 상기 경로의 출력 신호들을 결합하기 위해 포함할 수도 있다. 인덕터는 스위치 모드 전력 서플라이의 출력과 서플라이 출력 사이에 접속될 수도 있고, 커패시터는 선형 증폭기의 출력과 서플라이 출력 사이에 접속된다. 결합기는 스위치 모드 전력 서플라이의 출력과 인덕터 사이에 접속된 인덕터, 및 2 개의 인덕터들의 접속과 전기적 접지 사이에 접속된 커패시터를 더 포함할 수도 있고, 여기서 스위치 모드 전력 서플라이의 스위칭의 결과로서 임의의 리플 전류가 추가의 인덕터에서 생성되고 커패시터를 통해 접지로 쇼트된다.
저 주파수 경로는 저 주파수 경로로부터 소정의 주파수 위의 주파수 성분들을 제거하기 위한 저역 통과 필터를 포함하여, 저 주파수 경로에 대해 필터링된 레퍼런스 신호를 생성할 수도 있다. 스위치 모드 전력 서플라이는 저역 통과 필터링된 레퍼런스 신호에 의존하여 스위칭된 공급 전압을 생성할 수도 있다. 스위치 모드 전력 서플라이는 피크-전류-모드 스위칭된 서플라이를 포함할 수도 있다.
인벨로프 추적 변조된 서플라이는, 저역 통과 필터링된 레퍼런스 신호에 의존하여 출력된 스위치 모드 전압을 생성하기 위해 스위치들을 제어하는 펄스 폭 변조기; 스위치들의 출력 전류에 의존하여 펄스 폭 변조기에 대한 제어를 적응시키는 내측 피드백 제어 루프; 및 스위치 모드 전력 서플라이의 출력 전압에 의존하여 펄스 폭 변조기에 대한 제어를 적응시키는 외측 피드백 제어 루프를 포함한다.
인벨로프 추적 변조된 서플라이는 수정 경로에서 지연을 더 포함할 수도 있다. 이 지연은 저 주파수 경로에서 스위치 모드 전력 서플라이와 연관된 지연을 보상하도록 설정될 수도 있다.
본 발명은 인벨로프 추적 변조된 서플라이를 포함하는 RF 증폭기를 제공할 수도 있다.
본 발명은 인벨로프 추적 변조된 전력 서플라이를 포함하는 무선 통신 시스템을 제공할 수도 있다.
본 발명은 인벨로프 추적 변조된 전력 서플라이를 포함하는 무선 모바일 디바이스를 제공할 수도 있다.
본 발명은 또한, 레퍼런스 신호에 의존하여 변조된 공급 전압을 생성하도록 배열되고, 레퍼런스 신호에서 저 주파수 변동들을 추적하고 스위치 모드 전력 서플라이를 포함하는 저 주파수 경로, 레퍼런스 신호의 고 주파수 변동들을 추적하고 선형 증폭기를 포함하는 수정 경로를 포함하는 인벨로프 추적 변조된 서플라이의 방법을 제공하고, 이 방법은 선형 증폭기의 출력으로부터 선형 증폭기의 입력으로의 피드백 경로를 제공하는 단계를 포함하고, 인벨로프 추적 변조기는, 스위치 모드 전력 서플라이의 출력 및 선형 증폭기의 출력을 결합하여 변조된 공급 전압을 생성하는 결합기를 더 포함한다.
본 발명은 이제, 첨부한 도면들을 참조하여 예로서 설명된다.
도 1 은 저 주파수 경로 및 고 주파수 수정 경로를 포함하는 종래 기술의 인벨로프 추적 변조된 서플라이를 예시한다.
도 2 는 고 주파수 수정 경로에서 피드백을 통합하는 종래 기술의 인벨로프 추적 변조된 서플라이를 예시한다.
도 3 은 예시적인 전체-스펙트럼 신호의 전력 변동을 예시한다.
도 4 는 저 주파수 성분이 제거된 예시적인 전체-스펙트럼 신호의 전력 변동을 예시한다.
도 5 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 고 주파수 수정 경로에 피드백 어레인지먼트를 통합하는 개선된 인벨로프 추적 변조된 서플라이를 예시한다.
도 6 은 본 발명의 일 실시형태에 따라 고 주파수 수정 경로에 피드백을 그리고 고 주파수 수정 경로에 추가적으로 DC 오프셋을 통합하는 개선된 인벨로프 추적 변조된 서플라이를 예시한다.
도 7 은 본 발명의 일 실시형태에 따라 고 주파수 수정 경로에 피드백을 그리고 저 주파수 경로에 스위처 리플 전류 제거를 통합하는 개선된 인벨로프 추적 변조된 서플라이를 예시한다.
도 8 은 본 발명의 일 실시형태에 따라 고 주파수 수정 경로에 피드백을 그리고 고 주파수 수정 경로에 지연을 통합하는 개선된 인벨로프 추적 변조된 서플라이를 예시한다.
도 9 는 스위치 모드 서플라이의 예시적인 구현 및 고 주파수 수정 경로에서 피드백을 통합하는 개선된 인벨로프 추적 변조된 서플라이를 예시한다.
본 발명의 다음의 설명은 예시적인 실시형태들 및 구현들을 참조하여 설명된다. 본 발명은, 본 발명을 이해하기 위해 제공되는, 설정된 바와 같은 임의의 어레인지먼트들의 특정 상세들에 제한되지 않는다.
도 1 의 종래 기술의 어레인지먼트를 참조하면, 라인 (14) 상의 선형 증폭기 (24) 에 대한 입력에서 고 주파수 경로에서의 신호들은 고역 통과 필터 (20) 의 효과로 인해 소정의 컷-오프 주파수 아래의 주파수들을 크게 포함하지 않는다. 따라서, 저 주파수 신호들 (필터 (20) 의 컷-오프 주파수 아래의 신호들) 은 실질적으로 없다.
도 1 의 어레인지먼트에서, 특정 주파수들 아래의 신호들의 부재는 선형 증폭기 (24) 의 출력에서 신호의 피크-투-피크 진폭을 초래하고, 이것은 전체 스펙트럼 인벨로프 신호가 존재한 경우 피크-투-피크 진폭보다 크다. 이것은 선형 증폭기 (24) 의 효율성을 감소시키는데, 그 서플라이 레일들이 이 더 큰 피크-투-피크 신호의 선형 증폭을 허용하도록 설정되어야 하기 때문이다.
도 3 및 도 4 를 참조하면, 이것은 더 잘 이해될 수 있다.
도 3 은 도 1 의 라인 (10) 상의 전체 대역폭 인벨로프 레퍼런스 파형이 최소 피크 (VpkL2) 와 최대 피크 (VpkU2) 사이에서 변하는 방법을 예시한다.
도 4 는 동일한 신호지만 저 주파수 성분이 필터링 오프된 파형을 예시한다. 이것은 라인 (14) 상의 신호를 나타낸다. 이 파형은 최소 피크 (VpkL1) 와 최대 피크 (VpkU1) 사이에서 변한다. 도 4 에서 알 수 있는 바와 같이, 도 3 의 파형에 비해 증가된 피크-투-피크 신호 진폭을 초래하는 파형의 하한 및 상한의 상당한 변동량이 존재한다. 도 3 의 피크들 (VpkL2 과 VpkU2) 사이에서의 변동은 도 4 의 피크들 (VpkL1 과 VpkU1) 사이에서의 변동보다 작다.
도 2 의 어레인지먼트와 유사한 문제가 발생한다. 이 문제는, 고역 통과 필터 (20) 가 존재하지 않더라도 도 2 의 어레인지먼트에서 발생한다. 이 경우에서, 피드백 경로 (36) 상의 피드백의 액션은 선형 증폭기 (24) 에 대한 입력으로부터 라인 (14) 상의 신호의 저 주파수 성분을 제거하는 것이다. 이것은, 스위치 모드 증폭기 경로에 의해 제공되는 바와 같이, 라인 (32) 상의 결합된 출력에서 신호의 저 주파수 성분이 라인 (10) 상의 인벨로프 레퍼런스 신호의 저 주파수 성분과 동일하기 때문에 발생한다. 이것은, 저 주파수 성분 없이 신호를 증폭시키기 위해 선형 증폭기 (24) 가 요구되도록 도 2 의 어레인지먼트의 감산기 (38) 의 출력에서 저 주파수 신호 성분이 제거되는 것을 초래한다.
따라서, 도 1 또는 도 2 의 어레인지먼트들 중 어느 하나에서 선형 증폭기 (24) 는 전체 스펙트럼 신호가 아닌 그 출력 상에서 증폭된 신호를 제공하도록 요구되고, 따라서 증폭기에 대한 더 큰 피크-투-피크 전력 서플라이를 요구한다.
도 5 를 참조하면, 전술된 문제들을 어드레스하는 본 발명의 실시형태에 따른 인벨로프 추적 변조기의 아키텍처가 예시된다. 도면들에서 다른 도면들에서의 엘리먼트들에 대응하는 전체 엘리먼트들은 유사한 참조 부호들에 의해 지칭된다.
본 발명에 따르면, 인벨로프 추적 변조된 서플라이는 레퍼런스 신호에서 저 주파수 변동을 추적하고 스위치 모드 전압을 생성하기 위한 스위치 모드 증폭기를 포함하는 저 주파수 경로를 포함한다. 또한, 레퍼런스 신호에서의 고 주파수 변동들을 추적하고 보정 전압을 생성하기 위한 선형 증폭기를 포함하는 수정 경로가 제공된다. 보정 전압은 스위치 모드 전압과 결합되어, 변조된 공급 전압을 제공한다. 피드백 경로는 선형 증폭기의 출력으로부터 선형 증폭기의 입력에 제공된다.
바람직한 실시형태에서, 수정 경로는 레퍼런스 신호의 전체 스펙트럼을 나타내는 신호를 선형 증폭기로 전달한다. 따라서, 도 5 에 예시된 바와 같이 도 1 및 도 2 의 고역 통과 필터 (20) 는 바람직하게 제거되어, 라인 (14) 상의 신호를 포함하는 경로는 고 주파수 경로보다 더 이상 길지 않고, 따라서 이제 수정 경로로서 간략히 지칭될 수도 있다. 라인 (14) 상의 신호는 라인 (10) 상의 레퍼런스 신호의 전체 스펙트럼이고, 대안으로 필터링되지 않은 레퍼런스 신호로서 지칭될 수도 있다.
또한, 도 5 에 예시된 바와 같이 본 발명에 따르면 피드백 경로 (40) 는 선형 증폭기의 출력을 감산기 (38) 의 입력에 접속한다. 선형 증폭기 (24) 에 대한 입력은 따라서, 수정 경로에서의 라인 (14) 상의 전체 대역폭 신호 마이너스 피드백 경로 (40) 상의 신호이다. 피드백 신호는, 결합하기 전에 수정 경로의 출력으로부터 취해지고, 따라서 출력에서의 저 주파수 성분이 감산 동작에 의해 제거되지 않는다.
선형 증폭기 (24) 의 출력으로부터 취해진 피드백 경로 (40) 는, 보정 신호를 도출하기 위해 레퍼런스 신호로부터 감산되는 피드백 신호를 제공한다. 이것은 결합 엘리먼트 (커패시터 (30a)) 후 보다는 결합 엘리먼트 (커패시터 (30a)) 전에 선형 증폭기의 출력에서 피드백 경로의 접속에 의해 달성된다.
선형 증폭기 (24) 의 출력에서 신호는 전체 스펙트럼 신호이다. 따라서, 도 5 의 선형 증폭기 (24) 에 의해 프로세싱된 신호는, 도 1 및 도 2 의 어레인지먼트들에서 핸들링해야하는 도 4 의 더 큰 피크-투-피크 신호를 프로세싱하지 않아도 된다.
바람직한 어레인지먼트에서, 최대 선형 증폭기 효율성을 달성하기 위해, 선형 증폭기 (24) 는 바람직하게, 항상 최소의 가능한 공급 전압으로 동작되고, 이것은 효율적인 스위치 모드 서플라이 (도면들에는 예시되지 않음) 에 의해 제공된다. 도 5 의 어레인지먼트에서 선형 증폭기에 대한 공급 전압은 개선된 효율성을 제공하기 위해 도 1 및 도 2 의 종래 기술의 어레인지먼트에 비해 감소될 수 있다.
도 5 에서, 도 1 및 도 2 의 어레인지먼트에서 필터 (20) 와 같은, 수정 경로에서의 고역 통과 필터의 부재는 필수적이지 않을 수도 있다. 효율성 이점은, 고역 통과 필터 (20) 가 존재하더라도 출력 보다는 결합기 (26) 의 입력으로부터 피드백이 직접 취해지는 경우 생길 수도 있다. 특히, 이러한 고역 통과 필터의 컷-오프 주파수가 스위치 모드 증폭기 경로의 컷-오프 주파수보다 낮은 경우, 효율성 이점이 보여질 것이다.
그러나, 전술된 바와 같이, 바람직한 어레인지먼트는 (i) 스테이지를 결합하기 전에 선형 증폭기의 출력으로부터의 피드백을 선형 증폭기의 입력에 제공하는 것; 및 (ii) 선형 증폭기의 입력으로 전체 스펙트럼 레퍼런스 신호를 전달하는 것이다. 이것은 수정 경로에서 선형 증폭기에 필요한 공급 전압을 축소시킨다.
도 5 의 어레인지먼트에서, 그리고 후속의 설명된 어레인지먼트에서, 수정 경로에서의 선형 증폭기는 단위 이득을 갖는 것으로서 예시된다. 이것은 설명의 간략화를 위한 것이고, 다른 어레인지먼트들에서 선형 증폭기는 비-단위 이득을 가질 수도 있다.
소정의 추가의 개선들은 도 6 내지 도 9 를 참조하여 본원에 추가로 설명된 바와 같이, 도 5 에 예시된 바와 같은 유리한 피드백 아키텍처를 포함하는 인벨로프 추적 변조기에 이루어질 수도 있다. 이들 개선들은 개별적으로 또는 결합하여 적용될 수도 있다.
효율성을 최대화시키기 위해, 도 6 에 도시된 바와 같이 DC 오프셋은 바람직하게, 수정 경로에서의 입력 신호에 추가되어 선형 증폭기 (24) 의 레일-투-레일 ( rail-to-rail) 동작을 허용한다. 따라서, 예시된 바와 같이 감산기 (42) 는 라인 (14) 상의 수정 경로에서 신호를 수신하고, 거기로부터 전압 소스 (44) 에 의해 제공된 DC 오프셋 전압 (VOS) 을 감산하도록 배열된다. 감산기 (42) 의 출력은 감산기 (38) 에 입력을 제공하여, 감산기 (38) 는 감산기 (42) 의 출력에서 오프셋 전체-스펙트럼 신호로부터 피드백 경로 (40) 상의 피드백 신호를 감산한다. DC 오프셋 전압의 값은, 여전히 선형 동작을 유지하면서, 최저의 가능한 공급 전압이 선형 증폭기 (24) 에 대해 사용되는 것을 허용하도록 감산기 (42) 의 출력에서 DC 전압을 포지셔닝하도록 선택된다.
도 5 및 도 6 의 어레인지먼트들의 단점은 스위치 모드 증폭기 (22) 의 스위칭의 결과로서 인덕터 (28a) 에서 삼각형 리플 전류가 유동한다는 것이다. 인덕터 (28a) 에서 유동하는 이 삼각형 리플 전류는 결합기 (26) 의 출력에서 그리고 따라서 라인 (32) 상에서 변조기 출력 상에서 원하지 않는 전압 에러들을 생성하는 것을 방지하기 위해 선형 증폭기 (24), 즉 커패시터 (30a) 의 출력 스테이지를 통해 션트되어야 한다. 선형 증폭기 (24) 의 출력을 통해 유동하는 결과의 리플 전류는 그 효율성을 감소시킨다.
도 7 은 도 5 의 주파수 결합기 (26) 가 저 주파수 결합 엘리먼트의 부분으로서 추가의 커패시터 (28c) 및 인덕터 (28b) 를 포함하도록 적응되는 본 발명의 추가의 실시형태를 나타낸다. 인덕터들 (28a 와 28b) 사이의 커플링 팩터의 크기는 0 과 1 사이의 범위일 수도 있다. 인덕터 (28b) 는 스위치 모드 증폭기 (22) 와 인덕터 (28a) 의 출력 사이에 접속된다. 커패시터 (28c) 는 인덕터들 (28a 및 28b) 의 접합과 전기 접지 사이에 접속된다.
도 7 의 변형된 어레인지먼트에서, 스위치 모드 증폭기 (22) 로 인한 리플 전류는 이제, 인덕터 (28b) 에서 유동하고, 이제 커패시터 (28c) 를 통해 전기 접지로 션트된다. 도 5 또는 도 6 의 어레인지먼트에서 인덕터 (28a) 에서 유동하고 선형 출력 스테이지를 통과하는 리플 전류와 연관된 손실이 이제, 방지된다.
더 추가의 어레인지먼트에서, 도 8 에 예시된 바와 같이 저 주파수 경로에서의 스위치 모드 증폭기 (22) 와 연관된 지연은 선형 증폭기 (24) 를 포함하는 고 주파수 경로에서 지연 매칭 엘리먼트를 사용하여 수정 경로에서 선택적으로 보상될 수도 있다. 이것은 수정 경로에서 가변 지연 엘리먼트 (21) 의 포함에 의해 도 8 에 예시된다. 라인 (10) 상의 레퍼런스 신호는 지연 매칭 엘리먼트 (21) 를 통해 감산기 (38) 로 전달된다.
바람직한 어레인지먼트에서, LF 경로 스위치 모드 증폭기 (22) 는 바람직하게 고 대역폭 스위치 모드 전력 서플라이들을 구현하기 위한 알려져 있는 종래 기술의 기법인 피크-전류-모드 벅-컨버터로서 구현된다. 스위치 모드 증폭기 (22) 에 대한 피크-전류-모드 벅-컨버터의 예시적인 구현은 도 9 에 예시된다.
도 9 에 예시된 바와 같이, 스위치 모드 증폭기 (22) 는 라인 (56) 상에서 제어 신호를 수신하고 스위치들 (52a 및 52b) 의 쌍을 제어하는 펄스 폭 변조기 (PWM, 50) 를 포함한다. 스위치 (52a) 는 공급 전압과 공통 노드 (54) 사이에 접속되고, 스위치 (52b) 는 공통 노드 (54) 와 전기 접지 사이에 접속된다. 공급 전압은 배터리에 의해 제공되고, Vbat 로 표기된다. 펄스 폭 변조기 (50) 는 라인 (56) 상의 제어 신호에 의존하여 결합기 (26) 에 저 주파수 경로 출력을 제공하도록 스위치들 (52a 및 52b) 을 제어한다. 펄스 폭 변조기 및 출력 스위치들의 어레인지먼트는 이 기술 분야에 알려져 있다.
스위치 모드 증폭기 (22) 는 내측 전류 제어 피드백 루프 및 외측 전압 제어 피드백 루프를 포함한다.
내측 전류 제어 피드백 루프는 스위치 (52a) 또는 스위치 (52b) 에서 전류를 감지함으로써 직접적으로 또는 간접적으로 인덕터 (28b) 에서 유동하는 인덕터 전류를 감지하고, 피드백 경로 (58) 를 결합기 (61) 에 제공한다. 결합기 (61) 는 피드백 경로 (58) 상의 피드백 신호를 라인 (63) 상의 보상 램프 신호와 결합한다. 결합기 (61) 의 출력은 증폭기 (59) 의 반전 입력 (inverting input) 에 입력을 제공한다. 증폭기 (59) 는 증폭기 (60) 로부터의 출력을 그 비-반전 입력에서 수신한다. 증폭기 (59) 는 라인 (56) 상에서 제어 신호를 생성한다.
외측 전압 제어 피드백 루프는 인덕터 (28b) 의 제 2 단자로부터 전압 피드백 경로 (62) 를 제공하고, 여기서 인덕터 (28b) 는 인덕터 (28a) 및 커패시터 (28c) 에 접속한다. 피드백 경로 (62) 는 증폭기 (60) 의 반전 입력에 피드백 신호를 제공한다. 증폭기 (60) 는 그 비-반전 입력에서 라인 (16) 상의 저 주파수 경로 신호를 수신한다.
인덕터 (28b) 는 피드백 경로 (58) 에 의해 제공된 내측 전류 피드백 루프의 액션으로 인해 전류 소스로서 거동한다. 보상 램프가, 이 내측 전류 피드백 루프에서 라인 (63) 상에 제공되고, 높은 듀티 사이클들에서 주파수가 거동하는 것을 방지하는데 사용된다.
피드백 경로 (62) 에 의해 제공된 외측 전압 피드백 루프는 인덕터 (28b), 인덕터 (28a), 및 커패시터 (28c) 의 접합에서 전압을 제어하는데 사용된다.
도 9 에 예시된 바와 같은 피크-전류-모드 벅-컨버터는 일반적으로 다음과 같이 동작한다.
저역 통과 필터 (18) 는 레퍼런스 신호에서 저 주파수 변동을 나타내는 신호를 생성한다. 라인 (16) 상에서 이 신호는 그 후, 제어 신호에 의해 결정된 듀티 사이클을 갖는, 스위치들 (52a 및 52b) 을 포함하는, 벅 스위처에 대해 펄스 신호에 대한 제어 신호를 포함하므로, 벅 스위처의 출력에서 전압은 라인 (16) 상의 신호, 즉 레퍼런스 신호에서의 저 주파수 변동을 추적한다.
그러나, 또한 라인 (16) 상의 이 제어 신호는 내측 피드백 전류 제어 루프 및 외측 피드백 전압 제어 루프에 의해 변형된다.
외측 피드백 전압 제어 루프는 우선, 증폭기 (60) 에서 제어 신호를 조정한다. 제어 신호 (즉, 저 주파수 레퍼런스 신호) 는 거기로부터 제거된 피드백 경로 (62) 상에서 피드백 신호를 갖는다. 피드백 경로 (62) 상의 피드백 전압은 저 주파수 경로의 출력에서 전압을 나타내고, 라인 (16) 상의 저 주파수 레퍼런스 신호로부터 이 전압의 제거는 출력 전압과 레퍼런스 전압 사이의 에러를 나타내는 신호를 제공한다.
내측 피드백 제어 루프는 두 번째로, 증폭기 (59) 에서 제어 신호를 조정한다. 제 2 조정된 제어 신호 (증폭기 (59) 로부터의 출력) 는 거기로부터 제거된 피드백 경로 (58) 상의 피드백 신호를 갖는다. 피드백 경로 (58) 상의 피드백 신호는 출력 전류에서의 에러를 나타낸다.
도 6 내지 도 9 의 추가의 어레인지먼트들 각각은, 피드백 어레인지먼트에 하나 이상의 추가의 개선들을 제공하기 위해 도 5 에 예시된 피드백 아키텍처에서 별개로 또는 임의의 결합으로 구현될 수도 있다.
본 발명 및 그 실시형태들은 무선 주파수 (RF) 전력 증폭기들에의 인벨로프 추적 (ET) 의 적용에 관한 것이고, 셀룰러 핸드셋들, 무선 인프라스트럭처, 및 고 주파수들에서 마이크로파 주파수들까지 밀리터리 전력 증폭기 애플리케이션들을 포함하는 광범위한 구현들에 적용 가능하다.
본 발명은 실시형태들을 참조하여 예로서 본원에 설명되어 있다. 본 발명은 설명된 실시형태들에 제한되지도 않고, 실시형태들에서 피처들의 특정 조합들에 제한되지도 않는다. 본 발명의 범위 내에서 실시형태들에 대한 변형들이 이루어질 수도 있다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항들에 의해 정의된다.

Claims (17)

  1. 레퍼런스 신호에 의존하여 변조된 공급 전압을 생성하도록 배열된 인벨로프 추적 변조된 서플라이로서,
    상기 레퍼런스 신호에서 저 주파수 변동들을 추적하고 스위치 모드 전력 서플라이를 포함하는 저 주파수 경로,
    상기 레퍼런스 신호에서 고 주파수 변동들을 추적하고 선형 증폭기를 포함하는 수정 경로,
    상기 선형 증폭기의 출력으로부터 상기 선형 증폭기의 입력으로의 피드백 경로, 및
    상기 스위치 모드 전력 서플라이의 출력 및 상기 선형 증폭기의 출력을 결합하여 변조된 공급 전압을 생성하는 결합기를 포함하는, 인벨로프 추적 변조된 서플라이.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수정 경로에서의 상기 선형 증폭기는 상기 레퍼런스 신호에서 주파수들의 전체 (full) 스펙트럼을 포함하는 신호를 증폭시키는, 인벨로프 추적 변조된 서플라이.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 수정 경로에서 상기 신호에 오프셋 전압을 제공하는 전압 소스를 더 포함하는, 인벨로프 추적 변조된 서플라이.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 오프셋 전압의 값은 상기 선형 증폭기에 대한 최저의 가능한 공급 전압을 허용하도록 상기 선형 증폭기에 대한 신호 입력을 포지셔닝하도록 선택되는, 인벨로프 추적 변조된 서플라이.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결합기는 상기 저 주파수 경로의 출력에서 인덕터를 그리고 상기 수정 경로의 출력에서 커패시터를, 상기 경로의 출력 신호들을 결합하기 위해 포함하는, 인벨로프 추적 변조된 서플라이.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 인덕터는 상기 스위치 모드 전력 서플라이의 출력과 서플라이 출력 사이에 접속되고, 상기 커패시터는 상기 선형 증폭기의 출력과 상기 서플라이 출력 사이에 접속되는, 인벨로프 추적 변조된 서플라이.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 결합기는 상기 스위치 모드 전력 서플라이의 출력과 상기 인덕터 사이에 접속된 추가의 인덕터, 및 2 개의 상기 인덕터들의 접속과 전기 접지 사이에 접속된 커패시터를 더 포함하고,
    상기 스위치 모드 전력 서플라이의 스위칭의 결과로서 임의의 리플 전류가 상기 추가의 인덕터에서 생성되고 상기 커패시터를 통해 상기 접지로 쇼트되는, 인벨로프 추적 변조된 서플라이.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저 주파수 경로는 상기 저 주파수 경로로부터 소정 주파수 위의 주파수 성분들을 제거하여, 상기 저 주파수 경로에 대해 필터링된 레퍼런스 신호를 생성하기 위한 저역 통과 필터를 포함하는, 인벨로프 추적 변조된 서플라이.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 스위치 모드 전력 서플라이는 저역 통과 필터링된 레퍼런스 신호에 의존하여 스위칭된 공급 전압을 생성하는, 인벨로프 추적 변조된 서플라이.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 스위치 모드 전력 서플라이는 피크-전류-모드 스위칭된 서플라이를 포함하는, 인벨로프 추적 변조된 서플라이.
  11. 제 10 항에 있어서,
    저역 통과 필터링된 레퍼런스 신호에 의존하여 출력된 스위치 모드 전압을 생성하기 위해 스위치들을 제어하는 펄스 폭 변조기;
    상기 스위치들의 출력 전류에 의존하여 상기 펄스 폭 변조기에 대한 제어를 적응시키는 내측 피드백 제어 루프; 및
    상기 스위치 모드 전력 서플라이의 출력 전압에 의존하여 상기 펄스 폭 변조기에 대한 제어를 적응시키는 외측 피드백 제어 루프를 포함하는, 인벨로프 추적 변조된 서플라이.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수정 경로에 지연을 더 포함하는, 인벨로프 추적 변조된 서플라이.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 지연은 상기 저 주파수 경로에서 상기 스위치 모드 전력 서플라이와 연관된 지연을 보상하도록 설정되는, 인벨로프 추적 변조된 서플라이.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 기재된 인벨로프 추적 변조된 서플라이를 포함하는, RF 증폭기.
  15. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 기재된 인벨로프 추적 변조된 전력 서플라이를 포함하는, 무선 통신 시스템.
  16. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 기재된 인벨로프 추적 변조된 전력 서플라이를 포함하는, 무선 모바일 디바이스.
  17. 레퍼런스 신호에 의존하여 변조된 공급 전압을 생성하도록 배열된 인벨로프 추적 변조된 서플라이의 방법으로서,
    상기 인벨로프 추적 변조된 서플라이는, 상기 레퍼런스 신호에서 저 주파수 변동들을 추적하고 스위치 모드 전력 서플라이를 포함하는 저 주파수 경로, 상기 레퍼런스 신호에서 고 주파수 변동들을 추적하고 선형 증폭기를 포함하는 수정 경로를 포함하고,
    상기 방법은,
    상기 선형 증폭기의 출력으로부터 상기 선형 증폭기의 입력으로의 피드백 경로를 제공하는 단계를 포함하고,
    인벨로프 추적 변조기는, 상기 스위치 모드 전력 서플라이의 출력 및 상기 선형 증폭기의 출력을 결합하여 변조된 공급 전압을 생성하는 결합기를 더 포함하는, 인벨로프 추적 변조된 서플라이의 방법.
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