KR20160089129A - 송신 전력 효율을 개선하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 송신 전력효율을 개선하기 위한 송신기 및 방법에 관한 것으로, 송신기는, 송신출력전력에 기반하여, 제어신호를 생성하는 스위칭 제어부, 상기 제어신호에 따라, 상기 송신기를 위한 전원 전압을 결정하는 전원 변환부, 상기 제어신호에 따라, 상기 송신기의 출력 임피던스를 결정하는 가변 임피던스 변환부; 및 상기 결정된 출력 임피던스에 기반하여 임피던스 매칭을 수행하고, 상기 매칭된 임피던스에 기반하여 상기 송신출력전력으로 송신신호를 전력증폭기로 전달하는 임피던스 매칭부를 포함할 수 있다.

Description

송신 전력 효율을 개선하기 위한 장치 및 방법{METHOD AND APPARATUS FOR TRANSMITTER IMPROVING TRANSMIT POWER EFFICIENCY}

본 발명은 무선통신 시스템에서 송신 전력효율을 개선하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

무선 통신 시스템에서 전력 소비량 및 배터리 사용량은 각종 IT 기기의 다기능화, 고성능화에 따라 지속적으로 증가하는 추세이며, 이에 대응하여 집적화, 미세공정화, 저전력 설계 및 효율적인 전력 관리 소프트웨어 기술을 통해 전력효율을 높이기 위한 노력을 하고 있다. 최근 스마트폰과 태블릿 같은 모바일 디바이스는 빠르게 보급되어 대중화 되었으며, 모바일 디바이스의 고성능 다기능화, 다양한 서비스 요구 사항을 충족시키기 위하여 제한된 배터리 리소스의 효율적인 전력 제어 및 관리 기능이 중요 하게 부각되고 있다. 무선 통신 시스템에서 모바일 디바이스 칩셋(chipset)의 전력 소모는 송신기와 수신기를 포함하는 RF 트랜시버가 큰 비중을 차지하며, 그 중에서도 송신기가 높은 비중을 차지한다. 상기 RF 트랜시버의 송신기는 무선 통신 환경에서 기저대역(baseband) 신호를 RF 대역으로 주파수 변환을 시킨 후, 선형적으로 증폭하여 송신하는 장치이다. 이러한 주파수 변환 및 증폭 동작은 최소한의 전력 소모로 수행되는 것이 필요하다.

일반적으로, RF 트랜시버에서 서로 다른 전압을 송신기에 공급하는 전원 변환부가 낮은 전압의 전원을 송신기로 공급함으로써, 송신기의 전력효율이 높아 질 수 있다. 하지만, 전원 전압을 낮추면 선형성 열화가 발생하기 때문에, 낮은 전압은 낮은 출력전력 영역에서 사용해야 한다.

종래 기술은 전원 전압을 낮추어 전력 효율을 높이는 방법으로, 전원 전압이 낮아진 만큼 선형성 문제가 없는 낮은 출력전력 영역에서 사용하고 있다. 따라서, 사용 가능한 모든 출력전력에서 선형성을 만족하며 전력 효율을 높이기 위해서는 출력전력에 따라 송신부 전원의 전압을 연속적으로 낮추는 것이 효과적일 것이다.

하지만, 대부분의 경우 RF 트랜시버에 제공되는 전원의 수는 한정적이고, 전압 또한 정해져 있기 때문에 원하는 출력전력에 맞추어 송신기의 전압을 바꿀 수 없는 문제가 있다.

그러므로, 효과적으로 송신기의 전력효율을 개선하기 위한 장치 및 방법이 필요하다.

본 발명의 다양한 실시 예는, 송신기의 전력효율을 개선하기 위한 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시 예는, 제한된 전원으로 사용빈도가 높거나 원하는 출력전력에서 전력효율을 높이기 위해서, 전원의 전압 변환과 임피던스 변환을 연계하는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시 예는, 출력 임피던스 변환과 전원 전압 변환을 수행하여 출력전력의 사용 가능 영역을 높이는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시 예는, 원하는 출력전력에서 송신기 전원 전압을 낮추어 사용할 수 있도록 하여 제한된 전원에서 전력 효율을 최적화하는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 송신기에 있어서, 송신출력전력에 기반하여, 제어신호를 생성하는 스위칭 제어부 상기 제어신호에 따라, 상기 송신기를 위한 전원 전압을 결정하는 전원 변환부; 상기 제어신호에 따라, 상기 송신기의 출력 임피던스를 결정하는 가변 임피던스 변환부 및 상기 결정된 출력 임피던스에 기반하여 임피던스 매칭을 수행하고, 상기 매칭된 임피던스에 기반하여 상기 송신출력전력으로 송신신호를 전력증폭기로 전달하는 임피던스 매칭부를 포함하고, 상기 송신신호에 대한 전압은 결정된 상기 전원 전압보다 작을 수 있다.

본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 송신기의 동작 방법에 있어서, 송신출력전력에 기반하여, 제어신호를 생성하는 동작 상기 제어신호에 따라, 상기 송신기를 위한 전원 전압 및 상기 송신기의 출력 임피던스 중 적어도 하나를 결정하는 동작, 상기 결정된 출력 임피던스에 기반하여 임피던스 매칭을 수행하는 동작, 상기 매칭된 임피던스에 기반하여 상기 송신출력전력으로 송신신호를 전력증폭기로 전달하는 동작을 포함하고, 상기 송신신호에 대한 전압은 결정된 상기 전원 전압보다 작을 수 있다.

본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 전자장치에 있어서, 기저대역 신호를 처리하는 모뎀, 상기 기저대역 신호를 RF 대역의 송신신호로 변환하는 송신기 및 RF 수신신호를 상기 기저대역 신호로 변환하는 수신기를 포함하는 RF 트랜시버 및 상기 송신신호를 증폭하는 전력증폭기를 포함하되, 상기 송신기는, 송신출력전력에 기반하여, 제어신호를 생성하는 스위칭 제어부, 상기 제어신호에 따라, 상기 송신기를 위한 전원 전압을 결정하는 전원 변환부, 상기 제어신호에 따라, 상기 송신기의 출력 임피던스를 결정하는 가변 임피던스 변환부 및 상기 결정된 출력 임피던스에 기반하여 임피던스 매칭을 수행하고, 상기 매칭된 임피던스에 기반하여 상기 송신출력전력으로 송신신호를 전력증폭기로 전달하는 임피던스 매칭부를 포함하고, 상기 송신신호에 대한 전압은 결정된 상기 전원 전압보다 작을 수 있다.

상술한 바와 같이, 송신기의 전원 전압 변환과 출력 임피던스 변환을 통해서, 제한된 수의 전원 전압 조건에서도 선형성 열화 없이 낮은 전압을 사용하는 출력 전력 영역을 높일 수 있게 하여 전력 효율을 개선할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 다양한 실시 예에 따른 전원 전압만을 이용하였을 때 전력손실을 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 전원 전압 및 임피던스 변환을 이용하였을 때 전력손실을 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 전자장치의 블럭도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 전자장치에서 RF 트랜시버의 송신기 블럭도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 전자장치에서 RF 트랜시버의 송신기 블럭도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 전자장치의 RF 트랜시버의 송신기 블럭도를 도시한다.
도 7은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 송신기의 전원변환부를 구성하는 회로도이다.
도 8(a)은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 송신기의 스위칭 제어부를 구성하는 블럭도이다.
도 8(b)은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 상기 도 8(a)의 스위칭 제어부의 동작에 따른 출력 제어신호를 도시한다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 종래기술과 본 발명의 전력효율을 비교한 도면이다.
도 10은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 전자장치의 동작 흐름도를 도시한다.
도 11은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 전자장치의 동작 흐름도를 도시한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명의 다양한 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있다. 그러나, 이는 본 발명의 다양한 실시 예를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 다양한 실시 예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경 및/또는 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조부호가 사용되었다.

본 발명의 다양한 실시 예에서 사용될 수 있는“포함한다” 또는“포함할 수 있다” 등의 표현은 개시(disclosure)된 해당 기능, 동작 또는 구성요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작 또는 구성요소 등을 제한하지 않는다. 또한, 본 발명의 다양한 실시 예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 다양한 실시 예에서 “또는” 등의 표현은 함께 나열된 단어들의 어떠한, 그리고 모든 조합을 포함한다. 예를 들어, “A 또는 B”는, A를 포함할 수도, B를 포함할 수도, 또는 A 와 B 모두를 포함할 수도 있다.

본 발명의 다양한 실시 예에서 사용된 “제 1,”“제2,”“첫째,”또는“둘째,”등의 표현들은 다양한 실시 예들의 다양한 구성요소들을 수식할 수 있지만, 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들어, 상기 표현들은 해당 구성요소들의 순서 및/또는 중요도 등을 한정하지 않는다. 상기 표현들은 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 사용자 기기와 제 2 사용자 기기는 모두 사용자 기기이며, 서로 다른 사용자 기기를 나타낸다. 예를 들어, 본 발명의 다양한 실시 예의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.

본 발명의 다양한 실시 예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명의 다양한 실시 예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명의 다양한 실시 예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명의 다양한 실시 예에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 발명의 다양한 실시 예는 송신 전력효율을 개선하기 위한 장치 및 방법에 관해 설명하기로 한다. 특히, 본 발명은 무선통신 시스템에서 송신기의 전원 전압 변환과 출력 임피던스 변환을 통해 송신 전력 효율을 개선하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

도 1은 다양한 실시 예에 따른 전원 전압만을 이용하였을 때 송신기의 전력손실을 나타내는 그래프이다. 전원 전압을 낮추어 전력 효율을 높이는 방법은 전원 전압이 낮아진 만큼 선형성 문제가 없는 낮은 출력전력 영역에서 동작해야 한다. 도 1를 참조하면, 무선 통신 시스템에서 송신기의 출력전력 영역의 사용 빈도는 가우시안 분포(Gaussian distribution)의 형태로 나타날 수 있다. 여기서, 선형성 열화가 발생하지 않도록, 출력전력이 임계치보다 작은 경우, 제1 전압이 송신기에 공급되고(100), 출력전력이 임계치보다 큰 경우, 상기 제1 전압보다 큰 제2 전압이 송신기에 공급되는 것(102, 104)이 바람직하다. 다시 말해, 송신기에 공급되는 전압은 출력전압신호 보다 높아야 선형성 열화가 발생하지 않는다.

만약, 전력효율을 높이기 위해, 사용빈도가 높은 출력전력 영역 혹은 원하는 출력전력 영역에서, 제2 전압을 제1 전압으로 낮추는 경우(102)에 출력전압신호 보다 전원 전압이 낮기 때문에 선형성의 열화가 발생할 수 있다.

따라서, 사용빈도가 가장 높은 지점에서 원하는 출력전력을 제공하기 위해서 출력전압신호보다 큰 제2 전압이 송신기에 공급되어야 한다. 하지만, 제1 전압보다 높은 제2 전압이 필요이상 공급됨으로써, 송신기의 손실전력은 증가하게 된다. 따라서 제한된 전원 전압만으로 송신기의 전력효율을 높이는데 한계가 있을 수 있다.

그러므로, 본 발명의 다양한 실시예에서는, 송신기의 전원 전압 변환과 임피던스의 변환을 이용하여 송신기의 전력효율을 개선시키는 장치 및 방법을 제안하기로 한다.

도 2는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 전원 전압 및 임피던스 변환을 이용하였을 때 송신기의 전력손실을 나타내는 그래프이다.

출력전력이 낮은 영역(210)에 있을 때, 제1 전압이 송신기에 공급되고(200), 출력전력이 높은 영역(230)에 있을 때, 제2 전압이 송신기에 공급될 수 있다(204).

사용빈도가 높은 출력전력 영역(220)에서, 제2 전압이 송신기에 공급될 수 있다. 하지만, 사용빈도가 높은 출력전력 영역(220)에서 전력효율을 개선하기 위해 전원 전압과 출력 임피던스를 가변시킬 수 있다(202), 예컨대, 제2 전압보다 낮은 전압이 송신기에 공급되고 출력 임피던스가 감소될 수 있다. 또한, 출력전압 신호의 증가없이 출력 임피던스를 감소하여 출력전력을 증가시킬 수 있기 때문에, 출력전압신호가 제1 전압 보다 높지 않게 된다. 따라서, 선형성의 열화 없이 제2 전압보다 낮은 제1 전압 사용이 가능하여 손실전력을 줄일 수 있다.

도 3은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 전자장치의 블럭도를 도시한다.

상기 도 3를 참조하면, 전자장치(300)는 배터리(350), 전원관리부(310), RF 트랜시버(320), 전력증폭기(330), 듀플렉서(340)를 포함한다.

상기 배터리(350)는 상기 전자장치(300)의 전반적인 동작에 필요한 전원을 공급한다.

상기 전원관리부(310)는 상기 배터리(350)로부터 주전원을 제공받아 시스템에서 요구하는 안정적이고 효율적인 전원으로 변환한 후 해당 모듈로 전원을 공급한다. 예컨대, 상기 전원관리부(310)는 상기 배터리(350)의 전원을 변환하여 RF 트랜시버(320)에 필요한 구동 전원을 공급할 수 있다. 상기 전원관리부(310)는 또한 LCD, AMOLED와 같은 디스플레이 및 키패드, 플래시와 같은 조명 기기(미도시함)에 전원을 공급하고 구동하는 역할을 할 수 있다. 디스플레이나 조명의 경우 고전압을 이용하기 때문에 저전력 시스템을 요구하는 상황에서는 효율적인 전력 관리를 필요로 하게 되며 단순한 전원 관리부터 주변광에 의한 밝기 조절과 같은 스마트한 기능을 통해 전력관리를 하게 된다.

또한, 상기 전원관리부(310)는 일정한 온도 이상에서 회로를 보호하기 위한 온도 보호기능, 프로세서와 통신하기 위한 I2C 인터페이스 기능, 과전압 보호기능, 과전류 보호기능, 배터리 전극이 잘못 연결되었을 때 회로를 보호하기 위한 리버스 배터리 프로텍션 기능을 수행할 수 있다.

RF 트랜시버(320)는 모뎀(미도시됨)으로부터의 기저대역 신호를 RF 신호로 변환하여 전력증폭기(330)로 출력하거나, 듀플렉서(340)로부터의 RF 신호를 기저대역 신호로 변환하여 상기 모뎀(미도시됨)으로 출력할 수 있다.

상기 RF 트랜시버(320)는 송신기(325), 수신기(326), 합성기(mixer)(327)를 포함하여 구성될 수 있다.

송신기(325)는 모뎀으로부터 기저대역신호를 받아 신호를 선형적으로 증폭하여 전력증폭기(330)와 듀플렉서(340)를 통해 안테나로 송신한다.

상기 송신기(325)는 상기 송신기(325)의 출력전력에 따라 전원 변환부(321)와 가변 임피던스 변환부(324)에 스위칭 제어 신호를 제공하는 스위칭 제어부(322), 상기 전원관리부(310)로부터 적어도 하나 이상의 전원을 수신하고, 상기 스위칭 제어부(322)의 제1 제어 신호에 따라 송신기(325)의 전력효율을 높이기 위해 전원을 선택적으로 송신부(323)으로 제공하는 전원 변환부(321), 상기 스위칭 제어부(322)의 제2 제어 신호에 따라 상기 송신기(325)의 출력 임피던스를 변환하는 가변 임피던스 변환부(324), 그리고 상기 전원 변환부(321)에 의한 전원 전압 변환과 가변 임피던스 변환부(324)의 출력 임피던스 변환에 기반하여, RF 신호를 해당 처리하여 출력하는 송신부(323)를 포함할 수 있다. 예컨대, 송신부(323)는 상기 합성기(mixer) (327)로부터의 RF 신호를 필터링하여 불필요한 대역의 신호들을 제거한 후, 전원 전압 및 출력 임피던스에 기반한 출력전력으로, 필터링된 RF 신호를 상기 전력증폭기(330)으로 출력할 수 있다. 상기 전원 전압 및 출력 임피던스에 기반한 상기 송신기(325)의 출력전력은 상기 전력증폭기(330)의 출력전력보다 작을 수 있다.

도시하지 않았지만, 하기 도 4에서처럼, 송신부(323)와 가변 임피던스 변환부(324) 사이에 임피던스를 매칭시키는 구성요소가 추가될 수 있다.

상기 수신기(326)는 안테나(360)와 듀플렉서(340)를 통해 수신된 RF 신호를 저잡음 증폭기(Low-noise amplifier)를 이용하여 증폭하여 상기 합성기(mixer)(327)로 제공하고, 상기 합성기(mixer)(327)로부터 기저대역 신호로 모뎀(미도시함)으로 제공할 수 있다.

상기 합성기(mixer)(327)는 송신기(325)와 수신기(326)에 주파수 합성을 위한 신호를 제공한다. 예컨대, 상기 합성기(mixer)(327)는 기저대역 신호를 RF 신호로 변환(upconverting)하여 송신기(325)로 출력하고 수신기(326)로부터의 RF 신호를 기저대역 신호로 변환하여(downconverting) 상기 수신기(326)로 출력할 수 있다.

구현에 따라서, 상기 합성기(mixer)(327)는 송신 합성기와 수신 합성기로 각각 분리되어 존재할 수 있다.

상기 전력증폭기(330)는 송신기(325)로부터의 RF 신호를 기결정된 출력전력으로 증폭하여 상기 듀플렉서(340)로 출력한다. 상기 기결정된 출력전력은 전력제어에 기반하여 결정된 전자장치의 송신전력일 수 있다.

상기 듀플렉서(340)는 안테나(360)와 전기적으로 연결되어 전자장치(300)의 송수신 주파수를 분리하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 듀플렉서(340)는 상기 전력증폭기(330)에서 증폭된 RF 신호를 안테나(360)를 통해 방사할 수 있다. 또한, 상기 듀플렉서(340)는 안테나(360)로부터 수신된 RF 신호를 상기 수신기(326)로 출력할 수 있다.

도 4는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 RF 트랜시버의 송신기(325)의 블럭도를 도시한다.

도 4를 참조하면, 상기 송신기(325)는 송신부(323), 전원 변환부(321), 가변 임피던스 변환부(324), 임피던스 매칭부(400), 스위칭 제어부(322)를 포함할 수 있다. 임피던스 매칭부(400)는 트랜스포머로 구성될 수 있지만, 본원 발명에서 임피던스 매칭 회로는 트랜스포머로 제한되지 않으며 다양한 형태의 임피던스 매칭 회로로 구현 가능하다.

임피던스 매칭부(400)는 변압기로 구성될 때, 전원 변환부(321)는 트랜스포머의 1차측 코일의 center-tap(P3)에 연결될 수 있다. 그리고, 송신부(323)는 트랜스포머의 1차측 코일의 P1 및 P2 단자에 연결될 수 있다. 이때, 전원 변환부(321)의 제1 전원 혹은 제2 전원은 center-tap(P3)을 통해 트랜스포머의 1차측 P1 및 P2 단자에 연결된 송신부(323)로 공급된다. 여기서, 제1 전원 혹은 제2 전원은 DC 성분이기 때문에 트랜스포머의 2차측 코일로 전달되지 않는다. 대신, 송신부(323)로부터의 RF 신호는 트랜스포머의 1차측 코일의 P1 및 P2 단자를 통해 2차측 코일로 유입되어 가변 임피던스 변환부(324)로 전달될 수 있다.

상기 가변 임피던스 변환부(324)는 트랜스포머의 2차측과 상기 송신기(325)의 출력단자 사이에 연결되어 임피던스를 변경할 수 있다. 또한, 전원 변환부(321)는 스위칭 제어부(322)의 제어신호에 따라 원하는 전원 전압을 송신부(323)로 제공할 수 있다.

다양한 실시 예에서, 상기 가변 임피던스 변환부(324)는 스위칭 제어부(322)의 제어신호에 따라 커패시터 값을 가변시키거나(하기 도 6 참조) 트랜스포머의 권선비를 변경시킴으로써(하기 도 7 참조) 임피던스를 변경할 수 있다.

도 5는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 RF 트랜시버의 송신기(325)의 블럭도를 도시한다.

도 5를 참조하면, 상기 송신기(325)는 송신부(323), 전원 변환부(321), 가변 임피던스 변환부(324), 임피던스 매칭부(400), 스위칭 제어부(322)를 포함할 수 있다. 임피던스 매칭부(400)는 트랜스포머로 구성될 수 있다.

여기서, 가변 임피던스 변환부(324)는 트랜스포머의 2차측 코일 S1 단자와 출력단자(전력증폭기의 입력단으로 연결되는 단자) 사이에 연결되며, 커패시터 뱅크로 구성될 수 있다. 예컨대, 커패시터 뱅크는 다수의 커패시터(502, 506, 510)와 다수의 트랜지스터(500, 504, 508)로 구성될 수 있다. 여기서, 다수의 커패시터(502, 506, 510)는 병렬로 연결되고 각각의 트랜지스터(500, 504, 508)는 각각의 커패시터(502, 506, 510)와 직렬로 연결될 수 있다. 그리고, 각각의 트랜지스터(500, 504, 508)는 스위칭 제어부(322)의 제어 신호에 따라 off/on될 수 있다. 트랜지스터(500, 504, 508)의 on/off 여부에 따라, 커패시터 뱅크의 출력 커패시터 값이 결정될 수 있다. 또한, 트랜지스터는 N채널 MOSFET로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

임피던스를 변경하기 위해 커패시터와 스위치 쌍은 병렬로 연결되어 스위치가 온/오프 되면서 커패시터 값이 변경된다. 출력단자에 연결된 커패시터 값이 증가할 수록 전체 출력 임피던스는 감소할 수 있다. 반대로 출력단자에 연결된 커패시터 값이 감소할 수록 전체 출력 임피던스는 증가할 수 있다

도 6는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 RF 트랜시버의 송신기(325) 블럭도를 도시한다.

도 6를 참조하면, 상기 송신기(325)는 송신부(323), 전원 변환부(321), 가변 임피던스 변환부(324), 임피던스 매칭부(400), 스위칭 제어부(322)를 포함할 수 있다. 임피던스 매칭부(400)는 트랜스포머로 구성될 수 있다.

여기서, 가변 임피던스 변환부(324)는 트랜스포머의 2차측 코일의 S3 및 S2 단자를 on/off하는 스위치(602, 604)를 포함할 수 있다. S3 는 2차측 코일의 center-tap일 수 있다. 구현에 따라, 가변 임피던스 변환부(324)는 2개 이상의 스위치로 구현될 수 도 있다. 그리고, 트랜스포머의 2차측 코일 S1 단자와 출력단자(전력증폭기의 입력단으로 연결되는 단자) 사이에 커패시터(600)가 연결될 수 있다.

한편, 트랜스포머의 2차측 코일의 S3에 연결된 스위치(602)와 S2에 연결된 스위치(604)는 스위칭 제어부(322)의 제어 신호에 의해 온/오프(on/off) 된다. 그에 따라 2차측 코일의 인덕턴스(inductance)가 변경되고 2차측 코일의 인덕턴스에 따라 트랜스포머의 턴(turn) 비(혹은 권선비)가 변경되어, 출력 임피던스가 변경될 수 있다.

다양한 실시 예에서, 상기 두 가지 방법(즉, 커패시터를 가변시키는 방법과 트랜스포머의 권선비를 변경하는 방법)은 동시에 또는 따로 적용 가능하다.

도 7은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 송신기의 전원변환부를 구성하는 회로도이다.

상기 도 7을 참조하면, 전원 변환부(321)는 트랜지스터로 구성된 제1 스위치 블록(710)과 제2 스위치 블록(720)으로 구성될 수 있다.

스위치 블록이 P채널 MOSFET로 구현되는 경우를 예로 들면, 스위칭 제어부(322)의 제1 및 제2 스위칭 제어신호에 따라, 제1 스위치 블록(710)의 스위치가 온/오프되어, 원하는 전압이 트랜스포머(730)의 1차측 코일의 center-tap을 통해 송신부(323)에 공급될 수 있다.

그리고, 각기 다른 전원과 크로스 커플드된(cross-coupled) P채널 MOSFET의 제2 스위치 블록(720)은 제1 스위치 블록(710)에 연결되어, 제1 스위치 블록(710)의 스위치가 동작할 시 제1 스위치 블록(710)의 전압을 항상 높은 전압으로 유지시켜주는 역할을 수행한다. 따라서, 제1 스위치 블록(710)에 과전류가 흘러 스위치가 손상되는 현상을 방지할 수 있다. 또한, cross-coupled로 연결된 P채널 MOSFET 의 게이트(gate)에 저항이 연결되어 과전압에 의한 MOSFET의 손상을 방지할 수 한다.

도 8(a)은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 송신기의 스위칭 제어부(322)를 구성하는 블럭도이다.

도 8(a)은 스위칭 제어부(322)는 두 개의 NAND 게이트(810, 820), 스위칭 지연시간 조절부(830), 그리고 전원 기울기 조절부(840)로 구성될 수 있다.

스위칭 제어부(322)는 각기 다른 전원에 연결된 스위치가 동시에 켜지지 않도록 제어하여 회로에 과전류가 흐르지 않도록 하는 역할을 수행한다. 지연시간 조절부(830)는 동시에 스위치가 켜지지 않도록 스위칭 지연시간을 조절할 수 있으며, 지연시간은 병렬로 연결된 커패시터 값을 가변 또는 병렬로 연결된 인버터(inverter)의 수를 가변하여 조절할 수 있다. 또한 전압 기울기 조절부(840)는 병렬로 연결된 인버터의 수를 가변하여 전압 상승 기울기와 전압 하강 기울기를 조절할 수 있다.

도 8(b)은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 상기 도 8(a)의 스위칭 제어부의 동작에 따른 출력 스위칭 제어신호를 도시한다.

상기 도 8(b)를 참조하면, 제1 스위칭 제어 전압 신호은 조절된 지연시간 및 전압 상승 기울기와 전압 하강 기울기에 따라 출력되고, 제2 스위칭 제어 전압 신호는 상기 제1 스위칭 제어 전압신호에 반전되어 출력될 수 있다.

도 9는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 종래기술과 본 발명의 전력효율을 비교한 도면이다.

도 9의 (a)는 전원 전압만을 이용하였을 때 출력전력에 따른 전력효율을 나타내는 그래프이다.

도 9의 (a)에 참조하면, 낮은 전압에서 높은 전압으로 변환될 때 전력효율이 떨어질 수 있다.

도 9의 (b)는 전원 전압 및 출력 임피던스를 이용하였을 때 출력전력에 따른 전력효율을 나타내는 그래프이다.

도 9의 (b)에 참조하면, 전원 전압 변환 없이 임피던스를 변환할 때 도 9의 (a)와 같이 전력효율이 떨어질 수 있다. 하지만, 전력효율이 떨어지는 크기가 도 9의 (a)의 전력효율이 떨어지는 크기보다 작다.

이후, 낮은 전압에서 높은 전압으로 변환될 때 전력효율이 떨어질 수 있지만, 전력효율이 떨어지는 크기가 도 9의 (a)의 전력효율이 떨어지는 크기보다 작다.

도 9의 (c)는 도 9의 (a) 및 도 9의 (b)의 출력전력에 따른 전력효율을 나타내는 결과를 비교하여 보여주는 그래프이다.

상술한 바와 같이, 도 9의 (b)의 전력효율이 떨어지는 크기가 도 9의 (a)의 전력효율이 떨어지는 크기보다 작다(800). 따라서, 도 9의 (b)의 전력효율이 도 9의 (a)의 전력효율보다 좋다.

도 10은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 전자장치의 동작 흐름도를 도시한다.

상기 도 10을 참조하면, 전자장치(300)는 900 동작에서 요구되는 송신출력전력을 확인한다. 여기서, 송신출력전력은 전력증폭기의 입력단으로 제공되는 RF 송신신호의 제1 출력전력일 수 있다. 전력증폭기를 통해 증폭되어 출력되는 RF 송신신호의 제2 출력전력과 상이할 수 있다. 즉, 상기 제1 출력전력은 송신기(325)에서 출력되는 전력이고, 상기 제2 출력전력은 전력증폭기 (330)에서 출력되는 전력일 수 있다. 일반적으로, 상기 제1 출력전력은 상기 제2 출력전력보다 작을 수 있다.

다양한 실시예에서, 상기 송신출력전력은 전력증폭기를 통해 증폭되어 출력되는 RF 송신신호의 제2 출력전력을 기반으로 결정될 수 있다. 예컨대, 전력제어에 기반하여 전력증폭기의 출력전력이 결정될 때, 전력증폭기의 출력전력에 대응하는 상기 송신출력전력이 결정될 수 있다.

전자장치(300)는 902 동작에서 테이블을 통해 상기 송신출력전력 레벨에 출력전력에 따라 신호 증폭 정도와 전원 전압 및 출력 임피던스가 하기 <표 1>과 같이 기결정될 수 있다.

송신출력전력	-12dB	-9dB	-6dB	-3dB	max(최대)
전원 전압	제1 전압	제1 전압	제1 전압	제1 전압	제2 전압
출력 임피던스	D	C	B	A	D

여기서, 제1 전압은 제2 전압보다 작다. 예컨대, 제1 전압은 1.2V이고 제1 전압은 1.8V일 수 있다. 그리고, 출력 임피던스 크기는 A<B<C<D일 수 있다.

예컨대, 상기 송신출력전력의 제1 범위 내에서 즉, -9dB 내지 -3dB에서, 제1 전원 전압이 사용될 때, 상기 송신출력전력이 커질수록 상기 출력 임피던스는 낮아지고(C>B>A), 상기 송신출력전력이 작아질수록 상기 출력 임피던스는 커질 수 있다(A<B<CA).

상기 송신출력전력의 제2 범위 내에서, 즉, -3dB 이상에서, 제1 전원 전압보다 높은 제2 전원 전압 및 특정 출력 임피던스(D)가 선택될 수 있다.

상기 송신출력전력의 제3 범위 내에서, 즉, -12dB 이하에서, 제1 전원 전압 및 특정 출력 임피던스(D) 가 선택될 수 있다.

전자장치(300)는 904 동작에서 스위칭 제어부를 통해 전원 변환부와 가변 임피던스 변환부로 스위칭 제어신호를 제공할 수 있다.

전자장치(300)는 906 동작에서 전원 변환부를 통해 상기 송신출력전력에 대응하는 전원 전압으로 설정하고 가변 임피던스 변환부를 통해 상기 송신출력전력에 대응하는 출력 임피던스를 설정할 수 있다.

전자장치(300)는 908 동작에서 상기 송신출력전력에 대응하는 전원 전압 및 출력 임피던스에 기반하여 RF 송신신호를 전력증폭기로 전달할 수 있다.

이때, 상기 RF 송신신호는 상기 출력 임피던스에 상기 송신출력전력이 최대로 전달되도록 임피던스 매칭이 수행될 수 있다. 예컨대, 임피던스 매칭은 트랜스포머의 권선비를 조정함으로써 할 수 있다.

도 11은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 전자장치의 동작 흐름도를 도시한다.

상기 도 11을 참조하면, 전자장치(300)는 1100 동작에서 제2 전원 전압에 기반하여 RF 송신신호를 전력증폭기로 전달할 수 있다. 이때, 출력 임피던스는 기결정된 임피던스 값으로 설정될 수 있다.전자장치(300)는 1102 동작에서 전력효율을 높이기 위해서, 상기 제2 전원 전압보다 낮은 제1 전원 전압으로 변환할지를 판단할 수 있다.

전자장치(300)는 1104 동작에서 전력효율을 높이기 위해서, 상기 제2 전원 전압보다 낮은 제1 전원 전압으로 변환 또는 변경할 수 있다.

전자장치(300)는 1106 동작에서 상기 제2 전원 전압보다 낮은 제1 전원 전압으로 변환되는 경우, 허여 가능한 범위 내에서 출력 임피던스를 변환할 수 있는지를 판단한다.

전자장치(300)는 허여 가능한 범위 내에서 출력 임피던스를 변환할 수 있는 경우, 1108 동작에서 상기 제1 전원 전압에 대응하는 출력 임피던스로 변환하고, 제2 상기 제1 전원 전압 및 상기 제1 전원 전압에 따른 변환된 출력 임피던스를 기반으로 RF 송신신호를 출력할 수 있다.

전자장치(300)는 허여 가능한 범위 내에서 출력 임피던스를 변환할 수 없는 경우, 1100 동작을 수행할 수 있다.

예컨대, 전원 전압을 낮추고 그에 따라 출력 임피던스를 낮추어 선형성을 보장할 수 있지만, 변환된 출력 임피던스가 허여 가능한 범위를 벗어나면, 임피던스 매칭이 되지 않아 개선된 전력효율을 기대할 수 없기 때문이다. 따라서, 변환된 출력 임피던스가 허여 가능한 범위를 벗어나는 경우에는, 전원 전압을 낮추고 출력 임피던스를 낮추는 것보다는 높은 전원 전압을 사용하는 것이 전력효율이 좋을 수 있다.

상술한 바와 같이, 출력 임피던스 값(Rtank)을 작게 할 때, 출력 임피던스를 조절할 수 있는 범위까지는 AC 교류 전압(Vac) 즉, 출력전압신호가 커지지 않기 때문에, 하기 <수학식 1>에 기반하여, 송신출력전력(Pout)를 증가시킬 수 있다.

본 발명의 청구항 및/또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합의 형태로 구현될(implemented) 수 있다.

소프트웨어로 구현하는 경우, 하나 이상의 프로그램(소프트웨어 모듈)을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 제공될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장되는 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치(device) 내의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행 가능하도록 구성된다(configured for execution). 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치로 하여금, 본 발명의 청구항 및/또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들을 실행하게 하는 명령어(instructions)를 포함한다.

이러한 프로그램(소프트웨어 모듈, 소프트웨어)은 랜덤 액세스 메모리 (random access memory), 플래시(flash) 메모리를 포함하는 불휘발성(non-volatile) 메모리, 롬(ROM, Read Only Memory), 전기적 삭제가능 프로그램가능 롬(EEPROM, Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), 자기 디스크 저장 장치(magnetic disc storage device), 컴팩트 디스크 롬(CD-ROM, Compact Disc-ROM), 디지털 다목적 디스크(DVDs, Digital Versatile Discs) 또는 다른 형태의 광학 저장 장치, 마그네틱 카세트(magnetic cassette)에 저장될 수 있다. 또는, 이들의 일부 또는 전부의 조합으로 구성된 메모리에 저장될 수 있다. 또한, 각각의 구성 메모리는 다수 개 포함될 수도 있다.

또한, 전자 장치에 인터넷(Internet), 인트라넷(Intranet), LAN(Local Area Network), WLAN(Wide LAN), 또는 SAN(Storage Area Network)과 같은 통신 네트워크, 또는 이들의 조합으로 구성된 통신 네트워크를 통하여 접근(access)할 수 있는 부착 가능한(attachable) 저장 장치(storage device)에 저장될 수 있다. 이러한 저장 장치는 외부 포트를 통하여 전자 장치에 접속할 수 있다.

또한, 통신 네트워크상의 별도의 저장장치가 휴대용 전자 장치에 접속할 수도 있다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

300: 전자장치, 350: 배터리(350),
310: 전원관리부, 320: RF 트랜시버,
325: 송신기, 326: 수신기,
327: 합성기, 330: 전력증폭기,
340: 듀플렉서, 360: 안테나,
400: 임피던스 매칭부

Claims (20)

1. 송신기에 있어서,
   송신출력전력에 기반하여, 제어신호를 생성하는 스위칭 제어부;
   상기 제어신호에 따라, 상기 송신기를 위한 전원 전압을 결정하는 전원 변환부;
   상기 제어신호에 따라, 상기 송신기의 출력 임피던스를 결정하는 가변 임피던스 변환부; 및
   상기 결정된 출력 임피던스에 기반하여 임피던스 매칭을 수행하고, 상기 매칭된 임피던스에 기반하여 상기 송신출력전력으로 송신신호를 전력증폭기로 전달하는 임피던스 매칭부를 포함하고,
   상기 송신신호에 대한 전압은 결정된 상기 전원 전압보다 작을 것을 특징으로 하는 송신기.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 가변 임피던스 변환부는,
   상기 송신출력전력의 제1 범위 내에서, 제1 전원 전압이 사용될 때, 상기 송신출력전력이 커질수록 상기 출력 임피던스는 낮아지고, 상기 송신출력전력이 작아질수록 상기 출력 임피던스는 커지도록 조절하는 것을 특징으로 하는 송신기.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 가변 임피던스 변환부는,
   상기 송신출력전력의 제2 범위 내에서, 제1 전원 전압보다 높은 제2 전원 전압 및 고정된 출력 임피던스를 선택하는 것을 특징으로 하는 송신기.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 가변 임피던스 변환부는,
   상기 송신출력전력의 제3 범위 내에서, 제1 전원 전압 및 고정된 출력 임피던스를 선택하는 것을 특징으로 하는 송신기.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 임피던스 매칭부가, 트랜스포머인 경우,
   상기 전원 변환부는 상기 트랜스포머의 1차측 센터 탭(center-tap)에 연결되는 것을 특징으로 하는 송신기.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 임피던스 매칭부가, 트랜스포머인 경우,
   상기 가변 임피던스 변환부는 상기 트랜스포머의 2차측과 상기 송신기의 출력단자 사이에 적어도 하나의 커패시터가 병렬로 연결되어 구성되는 것을 특징으로 하는 송신기.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 송신기의 출력단자의 커패시터 값이 증가하면 상기 출력 임피던스는 감소하고, 상기 송신기의 출력단자의 커패시터 값이 감소하면 상기 출력 임피던스는 증가하는 것을 특징으로 하는 송신기.
   
8. 제6항에 있어서,
   상기 가변 임피던스 변환부는 상기 적어도 하나의 커패시터를 on/off시키는 적어도 하나의 스위치를 더 포함하는 송신기.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 임피던스 매칭부가, 트랜스포머인 경우,
   상기 가변 임피던스 변환부는 상기 트랜스포머의 권선비를 변경시키는 적어도 하나 이상의 스위치를 포함하는 송신기.
   
10. 제1항에 있어서,
    결정된 상기 전원 전압에 기반하여, 상기 송신신호를 생성하는 송신부를 더 포함하는 송신기.
    
11. 송신기의 동작 방법에 있어서,
    송신출력전력에 기반하여, 제어신호를 생성하는 동작;
    상기 제어신호에 따라, 상기 송신기를 위한 전원 전압 및 상기 송신기의 출력 임피던스 중 적어도 하나를 결정하는 동작;
    상기 결정된 출력 임피던스에 기반하여 임피던스 매칭을 수행하는 동작;
    상기 매칭된 임피던스에 기반하여 상기 송신출력전력으로 송신신호를 전력증폭기로 전달하는 동작을 포함하고,
    상기 송신신호에 대한 전압은 결정된 상기 전원 전압보다 작을 것을 특징으로 하는 방법.
    
12. 제11항에 있어서,
    상기 송신출력전력의 제1 범위 내에서, 제1 전원 전압이 사용될 때, 상기 송신출력전력이 커질수록 상기 출력 임피던스는 낮아지고, 상기 송신출력전력이 작아질수록 상기 출력 임피던스는 커지는 것을 특징으로 하는 방법.
    
13. 제11항에 있어서,
    상기 송신출력전력의 제2 범위 내에서, 제1 전원 전압보다 높은 제2 전원 전압 및 고정된 출력 임피던스가 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
    
14. 제11항에 있어서,
    상기 송신출력전력의 제3 범위 내에서, 제1 전원 전압 및 고정된 출력 임피던스가 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
    
15. 제11항에 있어서,
    상기 임피던스 매칭은 트랜스포머에 의해 수행되고,
    상기 출력 임피던스는 상기 트랜스포머의 권선수 비에 기반하여 변경되는 것을 특징으로 하는 방법.
    
16. 제11항에 있어서,
    상기 임피던스 매칭은 트랜스포머에 의해 수행되고,
    상기 출력 임피던스는 상기 트랜스포머의 2차측과 상기 송신기의 출력단자 사이에 연결된 적어도 하나의 커패시터 값을 기반하여 변경되는 것을 특징으로 하는 방법.
    
17. 전자장치에 있어서,
    기저대역 신호를 처리하는 모뎀;
    상기 기저대역 신호를 RF 대역의 송신신호로 변환하는 송신기 및 RF 수신신호를 상기 기저대역 신호로 변환하는 수신기를 포함하는 RF 트랜시버; 및
    상기 송신신호를 증폭하는 전력증폭기를 포함하되,
    상기 송신기는,
    송신출력전력에 기반하여, 제어신호를 생성하는 스위칭 제어부;
    상기 제어신호에 따라, 상기 송신기를 위한 전원 전압을 결정하는 전원 변환부;
    상기 제어신호에 따라, 상기 송신기의 출력 임피던스를 결정하는 가변 임피던스 변환부; 및
    상기 결정된 출력 임피던스에 기반하여 임피던스 매칭을 수행하고, 상기 매칭된 임피던스에 기반하여 상기 송신출력전력으로 송신신호를 전력증폭기로 전달하는 임피던스 매칭부를 포함하고,
    상기 송신신호에 대한 전압은 결정된 상기 전원 전압보다 작을 것을 특징으로 하는 전자장치.
    
18. 제17항에 있어서,
    상기 가변 임피던스 변환부는,
    상기 송신출력전력의 제1 범위 내에서, 제1 전원 전압이 사용될 때, 상기 송신출력전력이 커질수록 상기 출력 임피던스는 낮아지고, 상기 송신출력전력이 작아질수록 상기 출력 임피던스는 커지도록 조절하는 것을 특징으로 하는 전자장치.
    
19. 제17항에 있어서,
    상기 가변 임피던스 변환부는,
    상기 송신출력전력의 제2 범위 내에서, 제1 전원 전압보다 높은 제2 전원 전압 및 고정된 출력 임피던스를 선택하는 것을 특징으로 하는 전자장치.
    
20. 제17항에 있어서,
    상기 가변 임피던스 변환부는,
    상기 송신출력전력의 제3 범위 내에서, 제1 전원 전압 및 고정된 출력 임피던스를 선택하는 것을 특징으로 하는 전자장치.
    

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