KR20160096288A - 스퓨리어스 및 수신 밴드 잡음을 감소시키는 포락선 모듈레이터 및 이를 구비한 포락선 추적 전력 증폭장치 - Google Patents

스퓨리어스 및 수신 밴드 잡음을 감소시키는 포락선 모듈레이터 및 이를 구비한 포락선 추적 전력 증폭장치 Download PDF

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Abstract

무선 통신 단말기 및/또는 무선 통신 시스템에 장착되는 고효율, 고선형성의 전력증폭장치의 전원공급부에 선형 및 스위칭 신호를 인가하는 포락선 모듈레이터 및 이를 구비한 포락선 추적 전력 증폭장치가 개시된다. 포락선 추적 전력 증폭장치는 포락선 입력 신호를 증폭하여 증폭된 포락선 신호를 출력하는 넓은 대역폭을 가지는 포락선 모듈레이터와, 상기 증폭된 포락선 신호에 따라 RF 신호를 증폭하여 증폭된 RF 신호를 출력하는 전력증폭기, 그리고 상기 포락선 모듈레이터의 출력단에 병렬로 연결된 커패시터를 포함할 수 있다.

Description

스퓨리어스 및 수신 밴드 잡음을 감소시키는 포락선 모듈레이터 및 이를 구비한 포락선 추적 전력 증폭장치{Envelope-tracking modulator for reducing spurious noise and receiver band noise and power amplifier with envelope-tracking modulator}
본 발명은 무선 통신에 관한 것으로서, 무선 통신 단말기 및/또는 무선 통신 시스템에 장착되는 고효율, 고선형성의 전력증폭장치의 전원공급부에 선형 및 스위칭 신호를 인가하는 포락선 모듈레이터 및 이를 구비한 포락선 추적 전력 증폭장치에 관한 것이다.
일반적인 단독 전력 증폭기는 고정된 공급전압으로 구동되며, 입력된 RF 신호를 증폭하여 증폭된 RF 신호를 안테나를 통해 송신하는 단순한 구조이다. 전력 증폭기의 효율 및 선형성을 향상시키기 위하여 포락선 추적 전력 증폭장치(Envelope-tracking power amplifier)가 개발되었다. 포락선 추적 전력 증폭장치는 전력 증폭기의 공급전압을 제어하는 포락선 모듈레이터를 이용하여 전력 손실을 줄임으로써 높은 효율을 얻을 수 있게 된다.
미국 특허등록번호 제8681898호
무선통신 및 무선통신시스템, 초고속 무선 인터넷 시스템 등에 사용되는 휴대용 단말기의 송신 부품으로 포락선 추적 전력 증폭장치(Envelope-tracking power amplifier)를 사용하기 위해서는 포락선 추적 전력 증폭장치의 출력 스펙트럼에 나타나는 스퓨리어스 및 수신 밴드 잡음을 체크하고, 이 잡음을 줄이는 방법을 고안하여 설계하여야 한다.
본 발명에서는 이러한 전력증폭 장치 출력의 스퓨리어스 및 수신 밴드 잡음(noise)을 크게 감소시켜 효율이 좋고 선형성이 높은 전력증폭 장치를 구현하여 저잡음의 무선 통신이 가능할 수 있도록 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 스퓨리어스 및 수신 밴드 잡음을 감소시키는 포락선 추적 전력 증폭장치가 제공된다. 포락선 추적 전력 증폭장치는 포락선 입력 신호를 증폭하여 증폭된 포락선 신호를 출력하는 넓은 대역폭을 가지는 포락선 모듈레이터와, 상기 증폭된 포락선 신호에 따라 RF 신호를 증폭하여 증폭된 RF 신호를 출력하는 전력증폭기, 그리고 상기 포락선 모듈레이터의 출력단에 병렬로 연결된 커패시터를 포함할 수 있다.
일 실시예로서, 상기 커패시터는 상기 포락선 모듈레이터와 상기 전력증폭기로부터 나오는 잡음을 필터링할 수 있다.
일 실시예로서, 상기 커패시터는 100pF 이상일 수 있다.
일 실시예로서, 상기 증폭된 포락선 신호는 상기 전력증폭기의 공급전압으로 제공될 수 있다.
일 실시예로서, 상기 포락선 모듈레이터는 상기 포락선 입력 신호에 의해 선형 전류를 출력하는 선형증폭기와, 상기 선형 전류를 감지하는 선형 전류 감지기, 그리고 상기 선형 전류 감지기에 의해 스위치 전류를 출력하는 스위치 증폭기를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 선형증폭기는, 상기 포락선 입력 신호를 입력 받는 OTA(Operational Transconductance Amplifier)와, 상기 OTA의 출력단에 결합되며 소스 팔로워로 구성된 클래스 AB 바이어스 회로와, 상기 클래스 AB 바이어스 회로에 의해 바이어스되며 common source로 구성된 버퍼, 그리고 상기 OTA의 출력단과 상기 버퍼 사이에 결합되며 상기 선형증폭기의 Phase Margin을 결정하는 RC 보상 회로를 포함할 수 있다.
일 실시예로서, 상기 전력증폭기는 드라이브 스테이지와 파워 스테이지를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 드라이브 스테이지는 복수일 수 있다. 또한, 상기 증폭된 포락선 신호는 상기 파워 스테이지에만 공급될 수 있다.
일 실시예로서, 상기 RF 신호를 생성하는 신호 생성기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 포락선 입력 신호를 증폭하여 증폭된 포락선 신호를 출력하는 포락선 모듈레이터가 제공된다. 포락선 모듈레이터는, 포락선 입력 신호에 의해 선형 전류를 출력하는 넓은 대역폭을 가지는 선형증폭기와, 상기 선형 전류를 감지하는 선형 전류 감지기, 그리고 상기 선형 전류 감지기에 의해 스위치 전류를 출력하는 스위치 증폭기를 포함할 수 있다.
일 실시예로서, 상기 선형증폭기는, 상기 포락선 입력 신호를 입력 받는 OTA(Operational Transconductance Amplifier)와, 상기 OTA의 출력단에 결합되며 소스 팔로워로 구성된 클래스 AB 바이어스 회로와, 상기 클래스 AB 바이어스 회로에 의해 바이어스되며 common source로 구성된 버퍼, 그리고 상기 OTA의 출력단과 상기 버퍼 사이에 결합되며 상기 선형증폭기의 Phase Margin을 결정하는 RC 보상 회로를 포함할 수 있다.
일 실시예로서, 상기 포락선 모듈레이터의 출력단에 병렬로 연결되는 커패시터를 더 포함할 수 있다.
일 실시예로서, 상기 포락선 모듈레이터는 전력증폭기에 연결되며, 상기 커패시터는 상기 전력증폭기의 출력 임피던스 및 주파수 대역폭에 따라 스퓨리어스 잡음 및 수신 밴드 잡음을 조절할 수 있다.
일 실시예로서, 상기 포락선 모듈레이터는 전력증폭기에 연결되며, 상기 커패시터는 상기 포락선 모듈레이터와 상기 전력증폭기로부터 나오는 잡음을 필터링할 수 있다.
종래의 포락선 추적 전력 증폭장치의 출력 스펙트럼에는 수신 밴드에 잡음(Noise)가 나타난다. 이러한 현상은 무선통신 단말기 및 시스템에서 신호를 수신할 때 원하는 신호와 수신 밴드의 잡음이 합쳐지기 때문에 큰 문제가 된다. 포락선 추적 전력 증폭장치(Envelope-tracking power amplifier)의 수신 밴드 잡음도 단독 전력 증폭기와 같이 전력 증폭기 잡음 사양에 맞출 수 있어야 한다.
본 발명에서는 송신기에 있는 전력증폭 장치의 공급전압을 제어하여 출력의 스퓨리어스 및 수신 밴드의 잡음(noise)을 크게 감소시켜 효율이 좋고 선형성이 높은 전력증폭 장치를 구현할 수 있도록 하여 저잡음의 무선 통신이 가능하도록 한 포락선 모듈레이터 및 이를 구비한 포락선 추적 전력 증폭장치에 관한 것으로, 수신 밴드 잡음을 줄이기 위해서 전력 증폭기의 공급전압을 제어하는 포락선 모듈레이터에 병렬로 연결된 캐피시터와 넓은 대역폭을 가지는 선형증폭기에 의해서 포락선 추적 전력 증폭장치의 출력 스펙트럼에 생기는 수신 밴드 잡음을 줄일 수 있어 저잡음의 무선통신 단말기 및 시스템의 구현이 가능하다.
이하에서, 본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명된다. 이해를 돕기 위해, 첨부된 전체 도면에 걸쳐, 동일한 구성 요소에는 동일한 도면 부호가 할당되었다. 첨부된 도면에 도시된 구성은 본 발명을 설명하기 위해 예시적으로 구현된 실시예에 불과하며, 본 발명의 범위를 이에 한정하기 위한 것은 아니다.
도 1은 포락선 추적 전력 증폭장치를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 2는 종래의 단독 전력 증폭기 및 커패시터를 구비하지 않은 포락선 추적 전력 증폭장치의 출력 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 3은 종래의 단독 전력 증폭기, 커패시터를 구비하지 않은 포락선 추적 전력 증폭장치, 및 커패시터를 구비한 포락선 추적 전력 증폭장치의 출력 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 4는 포락선 추적 전력증폭장치에서 포락선 모듈레이터의 구성을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 5는 병렬로 연결된 커패시터에 의한 포락선 모듈레이터의 출력 임피던스가 낮아지는 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 포락선 추적 전력증폭장치에서 선형증폭기의 구성을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 7은 포락선 추적 전력 증폭장치가 다수 개의 스테이지(stage)를 가진 전력증폭기에 적용될 실시예를 예시적으로 나타낸 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 포락선 추적 전력 증폭장치를 예시적으로 도시한 도면이고, 도 2는 종래의 단독 전력 증폭기 및 커패시터를 구비하지 않은 포락선 추적 전력 증폭장치의 출력 스펙트럼을 나타낸 그래프이고, 도 3은 종래의 단독 전력 증폭기, 커패시터를 구비하지 않은 포락선 추적 전력 증폭장치, 및 커패시터를 구비한 포락선 추적 전력 증폭장치의 출력 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 1을 참조하면, 포락선 추적 전력 증폭장치는 입력된 디지털 신호(100)를 RF 신호(300)로 변환하여 출력하는 신호 생성기(200), 신호 생성기(200)로부터 출력된 포락선 입력 신호(600)를 증폭하는 넓은 대역폭을 가지는 포락선 모듈레이터(700), 및 증폭된 포락선 신호(800)에 따라 RF 신호(300)를 증폭하여 증폭된 RF 신호(500)를 출력하는 전력증폭기(400), 및 포락선 모듈레이터의 출력단에 일단이 연결되고 타단은 접지에 연결되어 수신밴드 잡음을 줄이는 커패시터(900)로 구성된다.
포락선 모듈레이터(700)는 선형증폭기(710)와 스위치 증폭기(730)로 구성되며, 넓은 대역폭을 가진다. 포락선 모듈레이터(700)에서, 포락선 입력 신호(600)의 저주파 성분들은 스위치 증폭기(730)에 의해서 증폭이 되고, 고주파 성분들은 선형증폭기(710)에 의해서 증폭된다. 따라서 더 넓은 대역폭을 가지는 포락선 모듈레이터(700)는 더 넓은 대역폭을 가지는, 즉 더 빠른 스피드를 가지는 선형증폭기(710)를 설계함으로써 가능하다. 포락선 모듈레이터(700)는 도 4를 참조하여 설명한다.
포락선 모듈레이터(700)가 출력한 증폭된 포락선 신호(800)는 전력 증폭기(400)의 전원공급부(Vdd)(810)에 공급된다. 이때 포락선 모듈레이터(100)와 병렬로 연결된 커패시터(900)는 전력 증폭기(400)의 출력 및 수신 밴드의 잡음을 조절할 수 있다. 넓은 대역폭을 가지는 포락선 모듈레이터(100)와 병렬로 연결되어 있는 커패시터(900)는 포락선 추적 전력 증폭장치에서 출력되는 증폭된 RF 신호에 발생하는 스퓨리어스 및 수신 밴드 잡음을 필터링을 통해 제거할 수 있다.
전력 증폭기(400)의 공급전압을 제어하는 포락선 모듈레이터(100)와 병렬로 연결되어 있는 커패시터(900)의 값은 적절히 선택되어야 한다. 커패시터(900)의 값이 지나치게 작으면, 스퓨리어스 및 수신 밴드 잡음 감소의 효과가 미미해진다. 반대로, 커패시터(900)의 값이 지나치게 크면, 증폭된 포락선 신호(800)가 원하는 크기로 출력되지 않는다. 따라서, 커패시터(900)의 값은 기대하는 잡음 감소 효과와 증폭된 포락선 신호(800)의 크기를 모두 만족할 수 있도록 선택되어야 한다. 예를 들어, 커패시터(900)의 값, 즉, 커패시턴스는 100 pF 이상 수 nF일 수 있다.
포락선 모듈레이터(700)를 이용하여 전력 증폭기(400)의 전원공급부(Vdd)(810)에 공급전압을 제어하기 위해 도 1과 같이 연결하되, 포락선 모듈레이터(700)에 병렬로 커패시터를 연결하지 않은 포락선 추적 전력 증폭장치와 종래의 단독 전력 증폭기의 출력 스펙트럼을 나타낸 그래프가 도 2에 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 그래프 (a)는 커패시터가 병렬로 연결되지 않은 포락선 추적 전력 증폭장치의 출력 스펙트럼이고, 그래프 (b)는 공급전압 Vdd가 고정된 3.4V인 종래의 단독 전력 증폭기의 출력 스펙트럼이며, 그래프 (c)는 공급전압 Vdd가 고정된 4.5V인 종래의 단독 전력 증폭기의 출력 스펙트럼이 도시되어 있다. 그래프 (b)와 (c)의 경우, 중심 주파수 fc에 전력이 집중되는 반면, 그래프 (a)의 경우 종래의 단독 전력 증폭기에서는 볼 수 없었던 수신 밴드 잡음(receiver band noise)이 발생함을 확인할 수 있다. 휴대용 단말기 및 무선 통신단말기의 전력 증폭기에서 수신 밴드 잡음이 생기게 될 경우 수신을 할 때 원하는 신호와 합쳐지게 되기 때문에 잡음이 발생하게 되어 무선 통신에 있어서 큰 문제가 생기게 된다. 따라서 포락선 추적 전력 증폭장치를 실질적으로 사용하기 위해서는 수신 밴드에 생기는 잡음을 꼭 제거해야 한다.
도 3은 커패시터(900)의 추가로 인한 포락선 추적 전력증폭장치의 수신 밴드 잡음이 감소한 최종 실험 결과를 나타낸 그래프이다. 도 3을 참조하면, 그래프 (a)는 단독 전력 증폭기의 출력 스펙트럼이고, 그래프 (b)는 커패시터가 병렬로 연결되지 않은 포락선 추적 전력 증폭장치의 출력 스펙트럼이며, 그래프 (c)는 커패시터가 병렬로 연결된 포락선 추적 전력 증폭장치의 출력 스펙트럼이다. 그래프 (b)를 보면, 포락선 추적 전력 증폭장치의 출력 스펙트럼의 중심 주파수 fc 주위에 스퓨리어스 잡음(spurious noise)이 발생함을 확인할 수 있다. 이에 반해, 그래프 (c)를 보면, 전력 증폭기(200)의 공급전압을 제어하는 포락선 모듈레이터(700)에 병렬로 연결된 커패시터(900)에 의해서 포락선 추적 전력 증폭장치는 출력 스펙트럼에 생기는 수신 밴드 잡음이 크게 줄어들어 저잡음(Low Noise)의 무선통신 단말기 및 시스템의 구현이 가능함을 알 수 있다.
도 4는 포락선 추적 전력증폭장치에서 포락선 모듈레이터의 구성을 예시적으로 도시한 도면이고, 도 5는 병렬로 연결된 커패시터에 의한 포락선 모듈레이터의 출력 임피던스가 낮아지는 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4를 참조하면, 포락선 추적 전력증폭장치는 전력증폭기(400)와 포락선 모듈레이터(700)로 구성된다. 전력증폭기(400)는 드라이브 스테이지(410)와 파워 스테이지(420)로 구성될 수 있다. 포락선 모듈레이터(700)는 선형증폭기(710), 선형 전류 감지기(720) 및 스위치 증폭기(730)로 구성될 수 있다. 선형증폭기(710)는 피드백(780)에 의해 포락선 입력 신호(600)를 증폭시키는 독립적인 전압 소스이다. 스위치 증폭기(730)는 출력 전류(770)에 필요한 대부분의 전류를 공급해주는 의존적인 전류 소스이다. 선형 전류 감지기(720)는 선형증폭기(710)에서 출력으로 흐르는 선형 전류(750)의 크기와 방향을 감지하여 스위치 증폭기(730)의 상태를 ON 또는 OFF로 변화시킴으로써 스위치 전류(760)를 조절한다.
포락선 모듈레이터(700)의 전체 효율은 상대적으로 효율이 낮지만 빠른 스피드를 가지는 선형증폭기(710)의 효율과 낮은 스피드를 갖지만 효율이 높은 스위치 증폭기(730)의 효율에 의해 결정된다. 또한, 높은 효율의 포락선 모듈레이터(700)를 설계하기 위해서는 높은 효율의 선형증폭기(710)와 스위치 증폭기(730)를 설계하는 것도 중요하지만 선형증폭기(710)에서 출력되는 선형 전류(750)와 스위치 증폭기(730)에서 출력되는 스위치 전류(760)의 비율도 역시 중요하다. 한편, 포락선 모듈레이터(700)의 동작 가능한 포락선 입력신호(600)의 대역폭은 빠른 스피드를 가지는 선형증폭기(710)에 의해서 정해진다. 다시 말해, 선형증폭기(710)의 대역폭이 넓으면 더 넓은 대역폭을 가지는 포락선 입력신호(600)를 포락선 모듈레이터(700)에 입력할 수 있다는 의미이다. 따라서 포락선 입력신호(600)는 높은 효율의 스위치 증폭기(730)에 의해서 저주파 성분들이 증폭이 되고, 낮은 효율의 선형증폭기(710)에 의해서 고주파 성분들이 증폭된다. 만일 선형증폭기(710)의 대역폭이 좁아서 포락선 입력신호(600)의 고주파 성분을 증폭시킬 수 없다면 포락선 모듈레이터(700)의 출력에 왜곡이 발생하게 된다.
종래의 고정된 공급전압을 사용하는 단독 전력 증폭기는 공급전압을 제공하는 Vdd 선을 통해 들어 오는 잡음을 제거 하기 위해 DC de-coupling 커패시터를 사용한다. 하지만, 포락선 추적 전력 증폭장치는 변조된 포락선이 전력 증폭기의 공급전압으로 사용되기 때문에 DC de-coupling 커패시터를 사용할 수가 없다. 이를 대신하는 것이 포락선 모듈레이터의 선형증폭기(710)이다. 선형증폭기(710)의 출력 임피던스는 아래의 식과 같다.
[수학식 1]
Figure pat00001
수학식 1에서, Rout은 선형증폭기(710)의 버퍼의 출력 저항이고, β는 피드백(780)의 이득이고, A(s)는 선형증폭기의 주파수 응답이다. 수학식 1에서 알 수 있듯이, 선형증폭기(710)의 출력 임피던스 Zout(s)는 A(s)와 반비례 관계이다. 즉, 선형증폭기(710)의 대역폭이 넓어지면 출력 임피던스 Zout(s)가 낮아지게 된다. 하지만 이것은 한계가 있고, 출력 임피던스 Zout(s)는 주파수가 높아질수록 작아지는 특성을 가지는 것이 아니라 주파수가 높아질수록 출력 임피던스가 커지는 특성을 가지고 있다. 이러한 현상은 A(s)가 주파수가 높아질수록 낮아지기 때문이다.
이를 해결하기 위해 도 1과 같이 포락선 모듈레이터(700)에 병렬로 추가적인 커패시터(900)를 연결해주면 포락선 입력신호(600)가 존재하는 0 내지 수십 MHz영역에서는 기존의 포락선 모듈레이터(100)의 특성을 나타내는 그래프 (a)와 유사한 특성을 보이는 반면에, 도 5의 그래프 (b) 및 (c)와 같이 임의의 지점 이후로부터는 추가 커패시터(900) 특성을 갖게 된다. 커패시터의 특성이 나타나는 지점은 커패시터(900)의 크기에 의해 조절될 수 있다. 큰 값을 갖는 커패시터를 병렬로 연결할 경우 수신 밴드에서의 출력 임피던스가 더 낮아져서 잡음이 줄어들 수 있지만, 지나치게 큰 값을 갖는 커패시터를 연결하게 될 경우 포락선 모듈레이터에서 변조된 공급전압을 전력 증폭기에 제대로 전달할 수가 없게 된다. 반대로, 작은 값을 갖는 커패시터를 연결할 경우 잡음 제거 효과가 줄어들게 된다. 따라서 커패시터(900)의 크기는 실험 및/또는 시뮬레이션을 통해 위의 두 가지 경우를 잘 고려하여 적절한 값으로 선택 되어야 한다.
도 6은 포락선 추적 전력증폭장치에서 선형증폭기의 구성을 예시적으로 도시한 도면이다.
선형증폭기(710)는 Operational Transconductance Amplifier(OTA)(711), 클래스 AB 바이어스 회로(712), RC 보상 회로(713), 버퍼(714)로 구성된다. OTA(711)는 넓은 대역폭과 높은 DC 이득(gain)을 위해 이득 스테이지로서, 포락선 입력 신호를 수신하며, 출력단은 클래스 AB 바이어스 회로(712)의 입력단에 결합된다. 클래스 AB 바이어스 회로(712)는 PMOS 소스 팔로워와 NMOS 소스 팔로워로 구성되며, 각 게이트가 OTA(711)의 출력단에 결합된다. 버퍼(714)는 큰 전류 전달 능력과 rail-to-rail 동작을 위해 common source 구조로 사용되며, Vdd와 접지 사이에 위치하며, 소스가 서로 연결된 PMOS와 NMOS로 구성된다. 버퍼(714)의 PMOS 및 NMOS의 소스는 출력단으로 동작한다. 버퍼(714)는 높은 효율로 포락선 입력 신호를 왜곡 없이 추적하기 위해서 클래스 AB 바이어스 회로(712)의 소스 팔로워를 이용하여 적절히 바이어스 시킨다. RC 보상 회로(713)는 OTA(711)의 출력단과 버퍼(714)의 출력단 사이에 연결된다.
RC 보상 회로(713)는 선형증폭기(110)의 Gain Bandwidth Product(GBW)와 Phase Margin(PM)을 결정하는 중요한 요소로서, 선형증폭기(110)가 안정적으로 동작하도록 한다. 큰 커패시터(900)가 포락선 모듈레이터(100)의 출력노드에 추가적으로 연결 되었기 때문에 선형증폭기(110)의 Phase Margin(PM)이 매우 나빠지게 되어 불안전한 동작을 할 수 있다. 따라서, 선형증폭기(110)는 도 6과 같이 RC 보상 회로(713)를 통해서 안정적인 동작을 보장받을 수 있게 된다. 하지만, 일반적으로 대역폭 특성과 Phase Margin(PM) 특성은 trade-off 관계이기 때문에, 추가적인 커패시터를 출력 노드에 연결하고 RC 보상 회로(713)를 통해 안정적인 동작을 보장 받기 위해서는 선형증폭기(110)의 대역폭 특성이 매우 좋아야 한다. 따라서 넓은 대역폭을 가지는 선형증폭기가 필요하다. 대역폭이 넓지 않을 경우, 출력노드에 큰 커패시터가 연결되기 때문에 Phase Margin(PM)을 좋게 하기 위한 RC 보상 회로(713)에 의해 대역폭이 좁아지게 되므로, 고주파를 증폭시키는 선형증폭기(110)가 역할을 제대로 할 수 없게 된다.
도 7은 포락선 추적 전력 증폭장치가 다수 개의 스테이지(stage)를 가진 전력증폭기에 적용될 실시예를 예시적으로 나타낸 도면이다.
드라이브 스테이지(410)와 파워 스테이지(420)로 구성된 도 4의 전력증폭기와 비교할 때, 도 7의 전력증폭기는 다수 개의 스테이지로 구성되어 있다. 제안된 포락선 모듈레이터(700) 및 그 출력단에 병렬로 연결되는 커패시터(900)에 의한 잡음 제거 방식은 도 7에서 도시된 바와 같이 단독 혹은 2개의 스테이지를 가진 전력증폭기뿐만 아니라 다수 개의 스테이지를 가진 전력증폭기에도 적용될 수 있다. 도 7과 같이 다수개의 드라이브 스테이지를 가진 전력증폭기의 경우 마지막 스테이지인 파워 스테이지의 전원공급부(Vdd)(810)에 포락선 모듈레이터(100)에서 증폭된 포락선 신호(800)가 공급될 수 있다. 병렬로 연결된 커패시터(900)는 포락선 추적 전력 증폭장치의 출력에 생기는 스퓨리어스 및 수신 밴드 잡음를 필터링을 통해 제거할 수 있다. 다수 개의 스테이지로 구성된 전력 증폭기 역시 상기 언급한 바와 같이 가장 마지막 단의 파워 스테이지의 전원공급부(Vdd)(810)에만 추가 커패시터를 연결하면 스퓨리어스 잡음과 수신 밴드 잡음이 크게 감소될 수 있다.
커패시터의 크기가 100 pF 내지 수 nF단위의 큰 값이기 때문에 전력증폭기의 드라이브 스테이지와 파워 스테이지에서 가장 마지막 스테이지인 파워 스테이지의 전원공급부(Vdd)(810)에 연결이 되면 스퓨리어스 잡음과 수신 밴드 잡음을 크게 감소시킬 수 있다. 여러 인덕터와 커패시터를 사용하는 구조와 비교하였을 때 파워 스테이지의 추가 커패시터만으로도 불필요한 잡음 성분을 제거하는 구조는 칩 사이즈 측면과 가격적인 측면에서 큰 장점을 가질 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 디지털 신호
200: 신호 생성기
300: RF 신호
400: 전력증폭기
500: 증폭된 RF 신호
600: 포락선 입력 신호
700: 포락선 모듈레이터
800: 증폭된 포락선 신호
900: 커패시터

Claims (15)

  1. 포락선 입력 신호를 증폭하여 증폭된 포락선 신호를 출력하는 넓은 대역폭을 가지는 포락선 모듈레이터;
    상기 증폭된 포락선 신호에 따라 RF 신호를 증폭하여 증폭된 RF 신호를 출력하는 전력증폭기; 및
    상기 포락선 모듈레이터의 출력단에 병렬로 연결된 커패시터를 포함하는 포락선 추적 전력 증폭장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 커패시터는 상기 포락선 모듈레이터와 상기 전력증폭기로부터 나오는 잡음을 필터링하는 포락선 추적 전력 증폭장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 커패시터는 100pF 이상인 포락선 추적 전력 증폭장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 증폭된 포락선 신호는 상기 전력증폭기의 공급전압으로 제공되는 포락선 추적 전력 증폭장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 포락선 모듈레이터는
    상기 포락선 입력 신호에 의해 선형 전류를 출력하는 선형증폭기;
    상기 선형 전류를 감지하는 선형 전류 감지기; 및
    상기 선형 전류 감지기에 의해 스위치 전류를 출력하는 스위치 증폭기를 포함하는 포락선 추적 전력 증폭장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 선형증폭기는,
    상기 포락선 입력 신호를 입력 받는 OTA(Operational Transconductance Amplifier);
    상기 OTA의 출력단에 결합되며 소스 팔로워로 구성된 클래스 AB 바이어스 회로;
    상기 클래스 AB 바이어스 회로에 의해 바이어스되며 common source로 구성된 버퍼; 및
    상기 OTA의 출력단과 상기 버퍼 사이에 결합되며 상기 선형증폭기의 Phase Margin을 결정하는 RC 보상 회로를 포함하는 포락선 추적 전력 증폭장치.
  7. 제2항에 있어서, 상기 전력증폭기는 드라이브 스테이지와 파워 스테이지를 포함하는 포락선 추적 전력 증폭장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 드라이브 스테이지는 복수인 포락선 추적 전력 증폭장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 증폭된 포락선 신호는 상기 파워 스테이지에만 공급되는 포락선 추적 전력 증폭장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 RF 신호를 생성하는 신호 생성기를 더 포함하는 포락선 추적 전력 증폭장치.
  11. 포락선 입력 신호를 증폭하여 증폭된 포락선 신호를 출력하는 포락선 모듈레이터에 있어서,
    포락선 입력 신호에 의해 선형 전류를 출력하는 넓은 대역폭을 가지는 선형증폭기;
    상기 선형 전류를 감지하는 선형 전류 감지기;
    상기 선형 전류 감지기에 의해 스위치 전류를 출력하는 스위치 증폭기를 포함하는 포락선 모듈레이터.
  12. 제11항에 있어서, 상기 선형증폭기는,
    상기 포락선 입력 신호를 입력 받는 OTA(Operational Transconductance Amplifier);
    상기 OTA의 출력단에 결합되며 소스 팔로워로 구성된 클래스 AB 바이어스 회로;
    상기 클래스 AB 바이어스 회로에 의해 바이어스되며 common source로 구성된 버퍼; 및
    상기 OTA의 출력단과 상기 버퍼 사이에 결합되며 상기 선형증폭기의 Phase Margin을 결정하는 RC 보상 회로를 포함하는 포락선 모듈레이터.
  13. 제11항에 있어서, 상기 포락선 모듈레이터의 출력단에 병렬로 연결되는 커패시터를 더 포함하는 포락선 모듈레이터.
  14. 제13항에 있어서, 상기 포락선 모듈레이터는 전력증폭기에 연결되며,
    상기 커패시터는 상기 전력증폭기의 출력 임피던스 및 주파수 대역폭에 따라 스퓨리어스 잡음 및 수신 밴드 잡음을 조절하는 포락선 모듈레이터.
  15. 제13항에 있어서, 상기 포락선 모듈레이터는 전력증폭기에 연결되며,
    상기 커패시터는 상기 포락선 모듈레이터와 상기 전력증폭기로부터 나오는 잡음을 필터링하는 포락선 모듈레이터.
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