KR20190027714A - 반도체 장치, 반도체 시스템 및 반도체 장치의 동작 방법 - Google Patents

반도체 장치, 반도체 시스템 및 반도체 장치의 동작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 장치는, 벅-부스트(buck-boost) 컨버터와, 벅-부스트 컨버터의 출력 단자에 연결되는 제1 벅(buck) 컨버터와, 벅-부스트 컨버터의 출력 단자에 연결되는 제2 벅 컨버터와, 벅-부스트 컨버터의 출력 단자에 연결되는 제1 공급 전압 입력 단자 및 제1 벅 컨버터의 출력 단자에 연결되는 제1 출력 단자를 포함하고 제1 출력 단자를 통해 제1 송신기의 제1 전력 증폭기로 제1 변조 공급 전압을 공급하는 제1 선형 증폭기와, 벅-부스트 컨버터의 출력 단자에 연결되는 제2 공급 전압 입력 단자 및 상기 제2 벅 컨버터의 출력 단자에 연결되는 제2 출력 단자를 포함하고 제2 출력 단자를 통해 제2 송신기의 제2 전력 증폭기로 제2 변조 공급 전압을 공급하는 제2 선형 증폭기를 포함한다.

Description

반도체 장치, 반도체 시스템 및 반도체 장치의 동작 방법{SEMICONDUCTOR DEVICE, SEMICONDUCTOR SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING THE SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전력 증폭기와 연결되는 전원 변조기를 포함하는 반도체 장치, 이를 포함하는 시스템 및 동작 방법에 관한 것이다.
스위칭 모드 전원 장치(switched mode power supply, SMPS)는 전원 장치의 크기, 비용 및 무게에 따라 더 많은 전력을 공급할 수 있는 규격화된 DC 전원을 제공하고, 안정적이고 효율적인 전원 공급을 요구하는 컴퓨터 및 기타 민감한 장비를 비롯한 다양한 전자 장비에 사용된다. SMPS는 높은 효율을 가지고, 높은 주파수에서 온/오프되는 스위칭 장치 및 스위칭 장치가 비-도통 상태(non-conduction state)에 있을 때 전원을 공급하는 저장 장치를 사용하여 전력을 변환한다.
배경 기술 항목에서 개시된 상기 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해를 높이기 위한 것일 뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예는, 독립적으로 제어되는 두 개의 TX 출력을 갖는 단일 칩 전원 변조기 IC를 사용하여 상대적으로 높은 시스템 전력 효율 및 상대적으로 낮은 수신기 대역 잡음을 달성할 수 있는 반도체 장치, 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
아래의 과제 해결 수단은 후술할 상세한 설명에서 구체적으로 설명되는 본 발명의 실시 예의 특징 및 개념을 소개하기 위해 제공된다. 아래의 과제 해결 수단은 청구된 발명의 핵심 또는 필수적인 특징을 식별하기위한 것이 아니며 청구된 발명의 범위를 제한하는데 사용되지 않는다. 설명된 특징 중 하나 이상은 구현 가능한 장치를 제공하기 위해 하나 이상의 다른 특징과 결합될 수 있다.
본 발명의 실시 예는, 전력 증폭기와 연결되는 전원 변조기와 관련된 장치, 시스템 및 동작 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 장치는, 벅-부스트(buck-boost) 컨버터와, 벅-부스트 컨버터의 출력 단자에 연결되는 제1 벅(buck) 컨버터와, 벅-부스트 컨버터의 출력 단자에 연결되는 제2 벅 컨버터와, 벅-부스트 컨버터의 출력 단자에 연결되는 제1 공급 전압 입력 단자 및 제1 벅 컨버터의 출력 단자에 연결되는 제1 출력 단자를 포함하되, 제1 출력 단자를 통해 제1 송신기의 제1 전력 증폭기로 제1 변조 공급 전압을 공급하는 제1 선형 증폭기와, 벅-부스트 컨버터의 출력 단자에 연결되는 제2 공급 전압 입력 단자 및 제2 벅 컨버터의 출력 단자에 연결되는 제2 출력 단자를 포함하되, 제2 출력 단자를 통해 제2 송신기의 제2 전력 증폭기로 제2 변조 공급 전압을 공급하는 제2 선형 증폭기를 포함할 수 있다.
실시 예에 따라, 장치는 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함하는 제1 스위치 모듈과, 제3 스위치 및 제4 스위치를 포함하는 제2 스위치 모듈을 더 포함할 수 있고, 제1 스위치의 첫번째 단자 및 제2 스위치의 첫번째 단자는 제1 벅 컨버터의 제1 출력 단자에 연결되고, 제3 스위치의 첫번째 단자 및 제4 스위치의 첫번째 단자는 제2 벅 컨버터의 제2 출력 단자에 연결되고, 제1 스위치의 두번째 단자 및 제3 스위치의 두번째 단자는 벅-부스트 컨버터의 출력 단자에 연결되고, 제2 스위치의 두번째 단자 및 제4 스위치의 두번째 단자는 서로 연결될 수 있다.
실시 예에 따라, 제1 스위치, 제2 스위치, 제3 스위치 및 제4 스위치는 PMOS 트랜지스터, NMOS 트랜지스터 또는 CMOS 트랜지스터일 수 있다.
실시 예에 따라, 장치는, 접지와, 제1 스위치의 두번째 단자 또는 제3 스위치의 두번째 단자에 연결되는 제1 캐패시터 및 접지와, 제2 스위치의 두번째 단자 또는 제4 스위치의 두번째 단자에 연결되는 제2 캐패시터를 더 포함할 수 있고, 제1 스위치의 두번째 단자 및 제3 스위치의 두번째 단자는 서로 연결될 수 있다.
실시 예에 따라, 제1 캐패시터의 정전용량(capacitance)은 0.1μF 내지 10μF이고, 제2 캐패시터의 정전용량은 0.1μF 내지 10μF일 수 있다.
실시 예에 따라, 벅-부스트 컨버터는, 배터리 전압에 연결되는 소오스 단자를 갖는 제1 P형 또는 CMOS 트랜지스터와, 제1 P형 또는 CMOS 트랜지스터의 드레인 단자에 연결되는 드레인 단자와, 접지에 연결되는 소오스 단자를 갖는 제1 N형 트랜지스터와, 벅-부스트 컨버터의 출력 단자에 연결되는 소오스 단자를 갖는 제2 P형 또는 CMOS 트랜지스터와, 제2 P형 또는 CMOS 트랜지스터의 드레인 단자에 연결되는 드레인 단자와, 접지에 연결되는 소오스 단자를 갖는 제2 N형 트랜지스터와, 제1 P형 또는 CMOS 트랜지스터의 드레인 단자와 제2 P형 또는 CMOS 트랜지스터의 드레인 단자 사이에 연결되는 제1 인덕터를 포함할 수 있고, 제1 인덕터의 인덕턴스(inductance)는 0.1μH 내지 10μH이고, 제1 인덕터의 전류 수송 용량(current carrying capability)은 1A보다 클 수 있다.
실시 예에 따라, 제1 벅 컨버터는, 배터리 전압에 연결되는 소오스 단자를 갖는 제1 P형 트랜지스터와, 제1 P형 트랜지스터의 드레인 단자에 연결되는 드레인 단자 및 접지에 연결되는 소오스 단자를 갖는 제1 N형 트랜지스터와, 제1 P형 트랜지스터의 드레인 단자 및 제1 N형 트랜지스터의 드레인 단자에 연결되는 드레인 단자와, 벅-부스트 컨버터의 출력 단자에 연결되는 소오스 단자를 갖는 제2 P형 트랜지스터와, 제2 P형 트랜지스터의 드레인 단자 및 제1 벅 컨버터의 제1 출력 단자 사이에 연결되는 제2 인덕터를 포함할 수 있고, 제2 인덕터의 인덕턴스는 0.1μH 내지 10μH이고, 제2 인덕터의 전류 수송 용량은 1A보다 클 수 있다.
실시 예에 따라, 제2 벅 컨버터는, 배터리 전압에 연결되는 소오스 단자를 갖는 제1 P형 트랜지스터와, 제1 P형 트랜지스터의 드레인 단자에 연결되는 드레인 단자 및 접지에 연결되는 소오스 단자를 갖는 제1 N형 트랜지스터와, 제1 P형 트랜지스터의 드레인 단자 및 제1 N형 트랜지스터의 드레인 단자에 연결되는 드레인 단자와, 벅-부스트 컨버터의 출력 단자에 연결되는 소오스 단자를 갖는 제2 P형 트랜지스터와, 제2 P형 트랜지스터의 드레인 단자 및 제2 벅 컨버터의 제2 출력 단자 사이에 연결되는 제3 인덕터를 포함할 수 있고, 제3 인덕터의 인덕턴스는 0.1μH 내지 10μH이고, 제3 인덕터의 전류 수송 용량은 1A보다 클 수 있다.
실시 예에 따라, 장치는 평균 전력 추적(average power tracking) 모드 또는 포락선 추적(envelope tracking) 모드에서 동작할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 시스템은, 벅-부스트 컨버터, 벅-부스트 컨버터의 출력 단자에 연결되는 제1 벅 컨버터 및 벅-부스트 컨버터의 출력 단자에 연결되는 제2 벅 컨버터를 포함할 수 있다.
실시 예에 따라, 시스템은, 벅-부스트 컨버터의 출력 단자에 연결되는 제1 공급 전압 입력 및 제1 벅 컨버터의 출력 단자에 연결되는 출력 단자를 포함하는 제1 선형 증폭기 및 벅-부스트 컨버터의 출력 단자에 연결되는 제2 공급 전압 입력 및 제2 벅 컨버터의 출력 단자에 연결되는 출력 단자를 포함하는 제2 선형 증폭기를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 따라, 제1 선형 증폭기는 제1 선형 증폭기의 출력 단자를 통해 제1 송신기의 제1 전력 증폭기로 제1 변조 공급 전압을 공급하도록 구성될 수 있고, 제2 선형 증폭기는 제2 선형 증폭기의 출력 단자를 동해 제2 송신기의 제2 전력 증폭기로 제2 변조 공급 전압을 공급하도록 구성될 수 있다.
실시 예에 따라, 시스템은, 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함하는 제1 스위치 모듈 및 제3 스위치 및 제4 스위치를 포함하는 제2 스위치 모듈을 더 포함할 수 있고, 제1 스위치의 첫번째 단자 및 제2 스위치의 첫번째 단자는 제1 벅 컨버터의 출력 단자에 연결되고, 제3 스위치의 첫번째 단자 및 제4 스위치의 첫번째 단자는 제2 벅 컨버터의 출력 단자에 연결되고, 제1 스위치의 두번째 단자 및 제3 스위치의 두번째 단자는 벅-부스트 컨버터의 출력 단자에 연결되고, 제2 스위치의 두번째 단자 및 제4 스위치의 두번째 단자는 서로 연결될 수 있고, 제1 스위치, 제2 스위치, 제3 스위치 및 제4 스위치는 PMOS 트랜지스터, NMOS 트랜지스터 또는 CMOS 트랜지스터일 수 있다.
실시 예에 따라, 시스템은, 접지와, 제1 스위치의 두번째 단자 또는 제3 스위치의 두번째 단자에 연결되는 제1 캐패시터 및 접지와, 제2 스위치의 두번째 단자 또는 제4 스위치의 두번째 단자에 연결되는 제2 캐패시터를 더 포함할 수 있고, 제1 스위치의 두번째 단자 및 제3 스위치의 두번째 단자는 서로 연결될 수 있고, 제1 캐패시터의 정전용량(capacitance)은 0.1μF 내지 10μF이고, 제2 캐패시터의 정전용량은 0.1μF 내지 10μF일 수 있다.
실시 예에 따라, 벅-부스트 컨버터는, 배터리 전압에 연결되는 소오스 단자를 갖는 제1 P형 또는 CMOS 트랜지스터, 제1 P형 또는 CMOS 트랜지스터의 드레인 단자에 연결되는 드레인 단자와, 접지에 연결되는 소오스 단자를 갖는 제1 N형 트랜지스터, 벅-부스트 컨버터의 출력 단자에 연결되는 소오스 단자를 갖는 제2 P형 또는 CMOS 트랜지스터, 제2 P형 또는 CMOS 트랜지스터의 드레인 단자에 연결되는 드레인 단자와, 접지에 연결되는 소오스 단자를 갖는 제2 N형 트랜지스터 및 제1 P형 또는 CMOS 트랜지스터의 드레인 단자와 제2 P형 또는 CMOS 트랜지스터의 드레인 단자 사이에 연결되는 제1 인덕터를 포함할 수 있고, 제1 인덕터의 인덕턴스(inductance)는 0.1μH 내지 10μH이고, 제1 인덕터의 전류 수송 용량(current carrying capability)은 1A보다 클 수 있다.
실시 예에 따라, 제1 벅 컨버터는, 배터리 전압에 연결되는 소오스 단자를 갖는 제1 P형 트랜지스터, 제1 P형 트랜지스터의 드레인 단자에 연결되는 드레인 단자 및 접지에 연결되는 소오스 단자를 갖는 제1 N형 트랜지스터, 제1 P형 트랜지스터의 드레인 단자 및 제1 N형 트랜지스터의 드레인 단자에 연결되는 드레인 단자와, 벅-부스트 컨버터의 출력 단자에 연결되는 소오스 단자를 갖는 제2 P형 트랜지스터 및 제2 P형 트랜지스터의 드레인 단자 및 제1 벅 컨버터의 출력 단자 사이에 연결되는 제2 인덕터를 포함할 수 있고, 제2 인덕터의 인덕턴스는 0.1μH 내지 10μH이고, 제2 인덕터의 전류 수송 용량은 1A보다 클 수 있다.
실시 예에 따라, 제2 벅 컨버터는, 배터리 전압에 연결되는 소오스 단자를 갖는 제1 P형 트랜지스터, 제1 P형 트랜지스터의 드레인 단자에 연결되는 드레인 단자 및 접지에 연결되는 소오스 단자를 갖는 제1 N형 트랜지스터, 제1 P형 트랜지스터의 드레인 단자 및 제1 N형 트랜지스터의 드레인 단자에 연결되는 드레인 단자와, 벅-부스트 컨버터의 출력 단자에 연결되는 소오스 단자를 갖는 제2 P형 트랜지스터 및 제2 P형 트랜지스터의 드레인 단자 및 제2 벅 컨버터의 출력 단자 사이에 연결되는 제3 인덕터를 포함할 수 있고, 제3 인덕터의 인덕턴스는 0.1μH 내지 10μH이고, 제3 인덕터의 전류 수송 용량은 1A보다 클 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 방법은, 장치의 입력 단자에서, 배터리 소오스로부터 입력 전압을 수신하는 단계, 사용자 장치의 제1 송신기 내의 제1 전력 증폭기로 제1 공급 전압을 공급하기 위해, 입력 전압을 변조하여 제1 출력 전압을 생성하는 단계 및 사용자 장치의 제2 송신기 내의 제2 전력 증폭기로 제2 공급 전압을 공급하기 위해, 입력 전압을 변조하여 제2 출력 전압을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
실시 예에 따라, 제1 출력 전압을 생성하는 단계는, 제1 공급 전압의 원하는 값(desired value)에 대응하는 제1 출력 전압을 생성하기 위해, 입력 전압을 벅(Buck, Stepping Down) 방식 또는 부스트(Boost, Stepping Up) 방식으로 변조하는 단계를 포함하되, 장치 내의 벅-부스트 컨버터 및 적어도 두개의 벅 컨버터들을 이용하여 입력 전압을 변조할 수 있고, 제2 출력 전압을 생성하는 단계는, 제2 공급 전압의 원하는 값에 대응하는 제2 출력 전압을 생성하기 위해, 입력 전압을 벅 방식 또는 부스트 방식으로 변조하는 단계를 포함하되, 장치 내의 벅-부스트 컨버터 및 적어도 두개의 벅 컨버터들을 이용하여 입력 전압을 변조할 수 있다.
실시 예에 따라, 제1 출력 전압은 제1 선형 증폭기의 출력 단자에서 생성되고, 제2 출력 전압은 제2 선형 증폭기의 출력 단자에서 생성될 수 있고, 제1 선형 증폭기 및 제2 선형 증폭기 각각은 벅-부스트 컨버터의 출력 단자로부터 공급 전압을 수신할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 특징은 명세서, 청구 범위 및 도면을 참조하여 이해될 것이다.
도 1a는 본 발명의 실시 예에 따른 벅 컨버터를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1b는 도 1a의 벅 컨버터의 출력 특성을 설명하기 위한 그래프를 도시한다.
도 2a는 본 발명의 실시 예에 따른 부스트 컨버터를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2b는 도 2a의 부스트 컨버터의 출력 특성을 설명하기 위한 그래프를 도시한다.
도 3a는 본 발명의 실시 예에 따른 벅-부스트 컨버터를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3b는 도 3a의 벅-부스트 컨버터의 출력 특성을 설명하기 위한 그래프를 도시한다.
도 4a는 본 발명의 실시 예에 따른 선형 증폭기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4b는 도 4a의 선형 증폭기의 출력 특성을 설명하기 위한 그래프를 도시한다.
도 5a는 본 발명의 실시 예에 따른 전력 증폭기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5b는 도 5a의 전력 증폭기의 공급 전압에 따른 도 5a의 전력 증폭기의 RF 주파수 출력(RF_out)을 설명하기 위한 그래프를 도시한다.
도 6a는 본 발명의 실시 예에 따른 전력 증폭기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6b는 도 6a의 전력 증폭기의 제1 공급 전압 및 제2 공급 전압에 따른 RF 주파수 출력(RF_out)을 설명하기 위한 그래프를 도시한다.
도 7a는 본 발명의 실시 예에 따른 전력 증폭기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7b는 공급 전압 파형에 따른 도 7a의 전력 증폭기의 출력 신호(RF_out)를 설명하기 위한 그래프이다.
도 8a는 본 발명의 실시 예에 따라, 전력 증폭기의 저전력 동작(LP-PA) 하에서의 출력 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 8b는 본 발명의 실시 예에 따라, 전력 증폭기의 고전력 동작(HP-PA) 하에서의 출력 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 9a는 본 발명의 실시 예에 따른 전력 증폭기와 연결되는 전원 변조기를 설명하기 위한 블록도이다.
도 9b는 저전압 전력 증폭기(LV-PA)를 지원하기 위한 평균 전력 추적(APT) 모드에서의 도 9a의 전원 변조기를 설명하기 위한 블록도이다.
도 9c는 고전압 전력 증폭기(HV-PA)를 지원하기 위한 평균 전력 추적 모드에서의 도 9a의 전원 변조기를 설명하기 위한 블록도이다.
도 9d는 고전압 전력 증폭기(HV-PA)를 지원하기 위한 포락선 추적(ET) 모드에서의 도 9a의 전원 변조기를 설명하기 위한 블록도이다.
도 10a는 본 발명의 실시 예에 따른 전원 변조기를 설명하기 위한 블록도이다.
도 10b는 본 발명의 실시 예에 따라, 서로 다른 동작 모드 동안 도 10a의 전원 변조기의 구성들의 상태(온/오프) 및 출력 단자에서의 도 10a의 전원 변조기의 출력을 나타내는 테이블이다.
첨부된 도면과 관련하여 이하에 설명될 상세한 설명은 본 발명에 따라 제공된 전력 증폭기용 전원 변조기에 관한 시스템 및 방법에 대한 예시적인 일부의 실시 예의 설명으로서 의도되며, 본 발명이 구성되거나 이용되는 형태를 한정하지는 않는다. 아래의 설명은 본 발명의 예시적인 실시 예와 관련한 특징을 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위 내에 포함되도록 의도된 다른 실시 예에 의해 동일하거나 등가의 기능 및 구조가 달성될 수 있음이 이해되어야 한다. 본 명세서의 다른 곳에서 언급된 바와 같이, 동일한 도면부호는 동일한 구성 또는 특징을 나타내기 위한 것이다.
포락선 추적(envelope tracking, ET) 기술은 무선 통신 장치(예를 들어, LTE 사용자 장치(UE))의 상당한 전력 절감을 제공함으로써 무선 통신 분야(예를 들어, LTE)에서 인기를 얻고 있고, 라디오 주파수(radio frequency, RF) 증폭기의 효율을 향상시킨다. ET 시스템에서, 기저대역 신호(baseband signal) 및 포락선 신호는 신호 프로세서(예를 들어, DSP)에 의해 생성되고, 전력 증폭기에 대한 공급 전압은 DC-DC(direct-current-to-direct-current) 컨버터를 이용하는 전원 변조기에 의해 생성된다. 전력 증폭기의 출력은 전원 변조기에 의해 생성되는 ET 신호에 상응한다. 또한, ET 시스템에서 최상의 추적을 달성하기 위해서는, 스위칭 고조파에 대한 감쇠를 제공하기 위하여 전원 변조기의 대역폭을 스위칭 주파수보다 훨씬 낮춰야 하고, 이를 위해 인-밴드(in-band) 신호의 대역폭보다 큰 DC-DC 컨버터의 대역폭이 요구된다. 전원 변조기의 대역폭 및 클럭 주파수를 낮춤으로써 스위칭 손실이 줄어들 수 있다.
업링크(uplink, UL) 캐리어 병합(carrier aggregation, CA) 및 고 전력(HP) UE는 최신 LTE 3GPP 표준에서 제안된다. UL-CA은 밴드 간(intra-band) 또는 밴드 내(inter-band) 캐리어를 병합함으로써 데이터 전송률을 향상시키고, 독립적으로 제어되는 송신기(TX) 경로용 공급 전압을 생성하기 위한 전원 변조기 IC를 사용한다. 시분할 듀플렉스(time division duplex, TDD) LTE Band 41을 위해 고안된 "Power Class 2"라는 새로운 HP UE 표준은 26dBm의 출력을 허용하며 이는 Power Class 3의 출력보다 3dB가 높다. Power Class 2를 타겟으로 하는 고전압 RF 전력 증폭기에 대해 26dBm 출력을 달성하려면, 전원 변조기가 배터리 범위보다 큰 전류 구동능력(current drivability) 및 전압 부스트 능력(voltage boosting capability)의 구비가 요구될 수 있다. 그러나, 종래의 전원 변조기 집적 회로(integrated circuits, ICs)는 ET 동작에서 40MHz 대역폭까지의 대역 내 연속 CA를 갖는 Power Class 3 RF-전력 증폭기만을 지원한다. 따라서 대역 내 및 대역 외 비-연속(non-contiguous) CA를 지원하기 위해 일반적인 ET 시스템은 UE(예를 들어, 셀룰러 핸드셋) 내의 인쇄회로기판(PCB) 영역의 대부분을 점유하는 두 개의 외부 부품으로써 두 개의 전원 변조기-IC를 요구할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예는 Power Class 2를 지원하고 전체 시스템 비용 및 PCB 점유 영역을 세이브할 수 있는, 독립적으로 제어되는 두 개의 TX 출력을 갖는 단일 칩 전원 변조기-IC를 포함할 수 있으며, 상대적으로 높은 시스템 전력 효율 및 낮은 수신기 대역 잡음을 달성할 수 있다.
스위칭 모드 전원 장치(switched mode power supply, SMPS)는 전원 장치의 크기, 비용 및 무게에 대해 더 많은 전력을 공급할 수 있는 규정된 DC 전원 공급 장치를 제공하고, 안정적이고 효율적인 전원 공급이 필요한 컴퓨터 및 기타 민감한 장치를 포함한 다양한 전자 장치에 사용된다. SMPS는 높은 효율을 가지고, 높은 주파수에서 온/오프되는 스위칭 장치와 스위칭 장치가 비-도통 상태(non-conduction state)에 있을 때 전원을 공급하는 저장 장치를 사용하여 전력을 변환한다.
도 1a는 본 발명의 실시 예에 따른 벅(step-down) 컨버터(100)를 개략적으로 도시한 도면이다. 벅 컨버터(100)는 SMPS 회로 내에서 DC 입력 전압(Vin)보다 낮은 DC 출력 전압(Vout)을 획득하기 위해서 사용된다. 벅 컨버터(100)는 PMOS 트랜지스터(101), NMOS 트랜지스터(102), 인덕터(103), 캐패시터(104) 및 저항(105)으로 도시된 부하를 포함한다.
PMOS 트랜지스터(101)의 소오스는 노드(107)에 연결될 수 있는 PMOS 트랜지스터(101)의 드레인 및 입력 전압(Vin)과 연결될 수 있다. 게이트 전압은 PMOS 트랜지스터(101)를 턴-온시키기 위해 PMOS 트랜지스터(101)의 게이트에 적용될 수 있다. NMOS 트랜지스터(102)의 드레인은 접지(Gnd)에 연결될 수 있는 NMOS 트랜지스터(102)의 소오스 및 노드(107)에 연결될 수 있다. 게이트 전압은 NMOS 트랜지스터(102)를 턴-온시키기 위해 NMOS 트랜지스터(102)의 게이트에 적용될 수 있다. 인덕터(103)는 노드(107) 및 노드(108) 사이에 연결될 수 있다. 캐패시터(104)는 노드(108) 및 접지(Gnd) 사이에 연결될 수 있다. 저항 부하(105) 역시 노드(108) 및 접지(Gnd) 사이에 연결될 수 있다. 벅 컨버터(100)의 출력 전압(Vout)은 저항 부하(105)에 걸쳐서 측정되거나, 노드(108)에서 측정될 수 있다.
도 1b는 도 1a의 벅 컨버터(100)의 출력 특성을 설명하기 위한 그래프를 도시한다. 도 1b에서, 벅 컨버터(100)의 스텝 다운(step down) 특성을 설명하기 위해 벅 컨버터(100)의 출력 전압(Vout)은 Y축을 따라 도시되고, 벅 컨버터(100)의 입력 전압(Vin)은 X축을 따라 도시된다. 도 1b를 참조하면, 벅 컨버터(100)의 출력 전압(Vout)은 입력 전압(Vin)보다 낮은 값을 갖는다.
도 2a는 본 발명의 실시 예에 따른 부스트(스텝 업) 컨버터(200)를 개략적으로 도시한 도면이다. 부스트 컨버터(200)는 SMPS 회로 내에서 DC 입력 전압(Vin)보다 높은 DC 출력 전압(Vout)을 획득하기 위해서 사용된다. 부스트 컨버터(200)는 인덕터(201), PMOS 트랜지스터(203), NMOS 트랜지스터(204), 캐패시터(205) 및 저항(206)으로 도시된 부하를 포함한다.
인덕터(201)는 입력 전압 소오스(Vin) 및 노드(202) 사이에 연결될 수 있다. PMOS 트랜지스터(203)의 소오스는 노드(202)에 연결될 수 있는 PMOS 트랜지스터(203)의 드레인 및 노드(207)에 연결될 수 있다. 게이트 전압은 PMOS 트랜지스터(203)를 턴-온시키기 위해 PMOS 트랜지스터(203)의 게이트에 적용될 수 있다. NMOS 트랜지스터(204)의 드레인은 접지(Gnd)에 연결될 수 있는 NMOS 트랜지스터(204)의 소오스 및 노드(202)에 연결될 수 있다. 캐패시터(205)는 노드(207) 및 접지(Gnd) 사이에 연결될 수 있다. 저항 부하(206) 또한 노드(207) 및 접지(Gnd) 사이에 연결될 수 있다. 부스트 컨버터(200)의 출력 전압(Vout)은 저항 부하(206)에 걸쳐서 측정되거나, 노드(207)에서 측정될 수 있다. PMOS 트랜지스터(203) 및 NMOS 트랜지스터(204)는 교차적으로 턴-온/턴-오프될 수 있다.
도 2b는 도 2a의 부스트 컨버터(200)의 출력 특성을 설명하기 위한 그래프를 도시한다. 도 2b에서, 부스트 컨버터(200)의 스텝 업(step up) 특성을 설명하기 위해 부스트 컨버터(200)의 출력 전압(Vout)은 Y축을 따라 도시되고, 부스트 컨버터(200)의 입력 전압(Vin)은 X축을 따라 도시된다. 도 2b를 참조하면, 부스트 컨버터(200)의 출력 전압(Vout)은 입력 전압(Vin)보다 높은 값을 갖는다.
도 3a는 본 발명의 실시 예에 따른 벅-부스트(step up/step down) 컨버터(300)를 개략적으로 도시한 도면이다. 벅-부스트 컨버터(300)는 SMPS 회로 내에서 DC 입력 전압(Vin)보다 높거나 낮은 DC 출력 전압(Vout)을 획득하기 위해서 사용된다. 벅-부스트 컨버터(300)는 벅 모드에서 벅(step down) 컨버터로 동작하거나, 부스트 모드에서 부스트(step up) 컨버터로 동작할 수 있다.
벅-부스트 컨버터(300)는 제1 PMOS 트랜지스터(301), 제1 NMOS 트랜지스터(302), 제2 PMOS 트랜지스터(304), 제2 NMOS 트랜지스터(305), 인덕터(303), 캐패시터(306) 및 저항(307)으로 도시된 부하를 포함한다. 제1 PMOS 트랜지스터(301)의 소오스는 노드(309)에 연결될 수 있는 제1 PMOS 트랜지스터(301)의 드레인 및 입력 전압(Vin)에 연결될 수 있다. 게이트 전압은 제1 PMOS 트랜지스터(301)를 턴-온시키기 위해 제1 PMOS 트랜지스터(301)의 게이트에 적용될 수 있다. 제1 NMOS 트랜지스터(302)의 드레인은 접지(Gnd)에 연결될 수 있는 제1 NMOS 트랜지스터(302)의 소오스 및 노드(309)에 연결될 수 있다. 게이트 전압은 제1 NMOS 트랜지스터(302)를 턴-온시키기 위해 제1 NMOS 트랜지스터(302)의 게이트에 적용될 수 있다. 인덕터(303)는 노드(309) 및 노드(310) 사이에 연결될 수 있다. 제2 PMOS 트랜지스터(304)의 소오스는 노드(310)에 연결될 수 있는 제2 PMOS 트랜지스터(304)의 드레인 및 노드(308)에 연결될 수 있다. 게이트 전압은 제2 PMOS 트랜지스터(304)를 턴-온시키기 위해 제2 PMOS 트랜지스터(304)의 게이트에 적용될 수 있다. 제2 NMOS 트랜지스터(305)의 드레인은 접지(Gnd)에 연결될 수 있는 제2 NMOS 트랜지스터(305)의 소오스 및 노드(310)에 연결될 수 있다. 캐패시터(306)는 노드(308) 및 접지(Gnd) 사이에 연결될 수 있다. 저항 부하(307) 또한 노드(308) 및 접지(Gnd) 사이에 연결될 수 있다. 벅-부스트 컨버터(300)의 출력 전압(Vout)은 저항 부하(307)에 걸쳐서 측정되거나, 노드(308)에서 측정될 수 있다.
벅-부스트 컨버터(300)가 벅 모드에서 동작할 때, 제1 PMOS 트랜지스터(301) 및 제1 NMOS 트랜지스터(302)는 교차적으로 턴-온/턴-오프될 수 있다. 벅-부스트 컨버터(300)가 부스트 모드에서 동작할 때, 제2 PMOS 트랜지스터(304) 및 제2 NMOS 트랜지스터(305)는 교차적으로 턴-온/턴-오프될 수 있다. 부스트 모드에서, 제1 PMOS 트랜지스터(301) 및 제1 NMOS 트랜지스터(302)는 턴-오프된다.
도 3b는 도 3a의 벅-부스트 컨버터(300)의 출력 특성을 설명하기 위한 그래프를 도시한다. 도 3b에서, 벅-부스트 컨버터(300)의 스텝 다운(step down)/스텝 업(step up) 특성을 설명하기 위해 벅-부스트 컨버터(300)의 출력 전압(Vout)은 Y축을 따라 도시되고, 벅-부스트 컨버터(300)의 입력 전압(Vin)은 X축을 따라 도시된다. 도 3b를 참조하면, 벅-부스트 컨버터(300)의 출력 전압(Vout)은 입력 전압(Vin)보다 작거나, 같거나, 높은 값을 가질 수 있다.
실시 예에 따라, 벅 컨버터(100), 부스트 컨버터(200) 및 벅-부스트 컨버터(300) 각각의 효율은 이론상으로 100%이다. 하지만, 경로 저항(path resistance) 및 기생 캐패시턴스(parasitic capacitance)로 인하여 손실이 발생한다. 벅 컨버터(100), 부스트 컨버터(200) 및 벅-부스트 컨버터(300)는 높은 효율을 갖지만, 낮은 속도가 나타날 수 있다.
도 4a는 본 발명의 실시 예에 따른 선형 증폭기(400)를 개략적으로 도시한 도면이다. 선형 증폭기는 전자 회로로서, 선형 증폭기의 출력은 입력에 비례하고(예를 들어, 출력 전압(Vout)은 입력 전압(Vin)보다 상당히 작을 수 있음), 부하에 더 많은 전력을 전달할 수 있다. 이하에서 다른 종류(예를 들어, 클래스 A, 클래스 B, 클래스 AB 등)의 선형 증폭기를 설명한다. 클래스 A의 선형 증폭기는 단일 종단(single-ended) 및 푸시-풀 토폴로지(push-pull topologies) 모두에서 우수한 선형성을 나타낸다. 클래스 B 및 클래스 AB의 선형 증폭기들은 푸시-풀 토폴로지에서만 선형성을 나타내고, 두 개의 능동 소자(예를 들어, 트랜지스터)가 RF 사이클의 양의 부분(positive part) 및 음의 부분(negative part)을 각각 증폭하는데 사용된다.
도 4a의 선형 증폭기(400)는 PMOS 트랜지스터(401), NMOS 트랜지스터(402) 및 저항(403)으로 표현된 부하를 포함한다. PMOS 트랜지스터(401)의 소오스는 노드(404)에 연결될 수 있는 PMOS 트랜지스터(401)의 드레인 및 입력 전압(Vin)에 연결될 수 있다. 게이트 전압은 PMOS 트랜지스터(401)를 턴-온시키기 위해 PMOS 트랜지스터(401)의 게이트에 적용될 수 있다. NMOS 트랜지스터(402)의 드레인은 접지(Gnd)에 연결될 수 있는 NMOS 트랜지스터(402)의 소오스 및 노드(404)에 연결될 수 있다. 게이트 전압은 NMOS 트랜지스터(402)를 턴-온시키기 위해 NMOS 트랜지스터(402)의 게이트에 적용될 수 있다. 저항 부하(403)는 노드(404) 및 접지(Gnd) 사이에 연결될 수 있다. 선형 증폭기(400)의 출력 전압(Vout)은 저항 부하(403)에 걸쳐서 측정되거나, 노드(404)에서 측정될 수 있다.
도 4b는 도 4a의 선형 증폭기(400)의 출력 특성을 설명하기 위한 그래프를 도시한다. 도 4b에서, 선형 증폭기(400)의 출력 전압(Vout)은 Y축을 따라 도시되고, 선형 증폭기(400)의 입력 전압(Vin)은 X축을 따라 도시된다. 선형 증폭기(400)의 출력은 입력에 비례하고, 선형 증폭기(400)의 효율은 선형 증폭기(400)가 구현되는 기술(예를 들어, CMOS)에 따른 전압 강하로 인해 이론적으로 0% 내지 약78.5%(π/4)일 수 있다. 선형 증폭기(400)는 낮은 효율을 가질 수 있지만 고속을 나타낼 수 있다. 대조적으로, 스위칭 컨버터(예를 들어, 벅 컨버터(100), 부스트 컨버터(200), 벅-부스트 컨버터(300))는 저속이지만 높은 효율을 가질 수 있다. 따라서, 고속 및 고효율 모두를 달성하기 위해, 스위칭 컨버터와 선형 증폭기의 조합일 수 있는 하이브리드 컨버터가 요구될 수 있다.
도 5a는 본 발명의 실시 예에 따라, 고정된 공급 전압(예를 들어, Vmax)을 갖는 전력 증폭기(501)를 개략적으로 도시한 도면이다. 전력 증폭기(501)는, 전력 증폭기(501)의 입력으로 제공되는 RF 입력 신호(RF_in)에 대하여 고정된 공급 전압을 갖는다. RF 입력 신호(RF_in) 각각에 대하여, 전력 증폭기(501)는 RF 출력 신호(RF_out)를 출력한다.
도 5b는 도 5a의 전력 증폭기(501)의 공급 전압에 따른 RF 출력(RF_out)을 설명하기 위한 그래프를 도시한다. 도 5b에 예시적으로 표현된 그래프에서, 전력 증폭기(501)의 공급 전압은 계속 유지되고, RF 출력 신호(RF_out)와 독립적이다. 고정된 공급 전압을 갖는 전력 증폭기(501)는, 공급 전압 레벨과 RF 출력 신호(RF_out)의 전압 레벨 간의 차이가 동작의 목적으로 사용되는 대신 전력 증폭기(501)에서 열로서 소멸되기 때문에 비효율적이다.
도 6a는 본 발명의 실시 예에 따라, 고정된 공급 전압(예를 들어, Vmax)에 기반한 제1 공급 전압 및 평균 전력 추적(average power tracking, APT)에 기반한 제2 공급 전압을 갖는 전력 증폭기(601)를 개략적으로 도시한 도면이다.
전력 증폭기(601)는, RF 출력 신호(RF_OUT)가 제1 기설정(predetermined) 전압 레벨보다 높을 때 제1 공급 전압을 제공받고, RF 출력 신호(RF_out)가 제2 기설정 전압 레벨보다 낮을 때 제2 공급 전압을 제공받는다. 제2 공급 전압은 제1 공급 전압보다 작고, 제1 기설정 전압 레벨 및 제2 기설정 전압 레벨은 동일하거나 상이할 수 있다. 실시 예에 따라, 제2 공급 전압은 전력 증폭기(601)의 APT(average power tracking)로 불리는 평균 전력 추적에 의해 결정될 수 있고, 결정된 평균 전력에 따라 공급 전압을 조정할 수 있다.
실시 예에 따라, 전력 증폭기(601)는 스위칭 컨버터(603)를 통해 제2 공급 전압을 수신할 수 있다. 스위칭 컨버터(603)의 공급 전압은 배터리 전압(Vbat)일 수 있다. 전력 증폭기(601)의 동작이 APT 모드인 동안에, RF 출력 신호(RF_out)가 제1 기설정 전압 레벨보다 높을 때 높은(high) 전압이 제1 공급 전압으로서 제공되고, RF 출력 신호(RF_out)가 제2 기설정 전압 레벨보다 낮을 때 낮은(low) 전압이 제2 공급 전압으로서 제공된다.
도 6b는 도 6a의 전력 증폭기(601)의 제1 공급 전압 및 제2 공급 전압에 따른 RF 출력(RF_out)을 설명하기 위한 그래프를 도시한다. 실시 예에 따라, RF 출력 신호(RF_out)가 제1 기설정 전압 레벨보다 높을 때 공급 전압(예를 들어, 제1 공급 전압 및 제2 공급 전압)은 높고(high), RF 출력 신호(RF_out)가 제2 기설정 전압 레벨보다 낮을 때 감소할 수 있다. 전력 증폭기(601) 내에서, APT 모드에서의 공급 전압은 RF 출력 신호(RF_out)가 제2 기설정 전압 레벨보다 낮을 때, 낮아진다.
전력 증폭기(601)는 도 5a의 전력 증폭기(501)에 비해 낮은 전력 손실을 나타낸다. 이와 같이, 전력 증폭기(601)은 전력 증폭기(501)에 비하여 더 효율적일 수 있다.
도 7a는 본 발명의 실시 예에 따라, ET에 기초한 공급 전압 파형을 갖는 전력 증폭기(701)의 블록도를 도시한다. 도 7a의 전력 증폭기(701)는 RF 출력 신호(RF_out)를 추적하는 공급 전압을 제공받는다. 즉, 도 7a의 실시 예에 따라, 전력 증폭기의(701) 공급 전압은 RF 출력 신호(RF_out)의 포락선을 추적하기 위해 변조된다. 이러한 동작을 통상적으로 포락선 추적(envelope tracking, ET)이라고 한다. 전력 증폭기(701)는 가변 공급 전압(Vvar)이 적용되는 선형 증폭기(703) 및 공급 전압(Vbat)이 적용되는 스위칭 컨버터(705)를 포함한다. 전력 증폭기(701)가 ET 모드에서 동작할 때, RF 출력 신호(RF_out)를 추적하는 공급 전압 파형이 전력 증폭기(701)로 제공된다.
도 7b는 공급 전압 파형에 따른 전력 증폭기(701)의 출력 신호(RF_out)를 설명하기 위한 그래프이다. ET 모드로 동작되는 동안 전력 증폭기(701)의 공급 전압이 RF 출력 신호(RF_out)를 추적하기 때문에, 전력 증폭기(701)는 도 5a의 전력 증폭기(501) 및 도 6a의 전력 증폭기(601)보다 적은 전력 손실을 나타낸다. 이와 같이, 전력 증폭기(701)는 전력 증폭기(501) 및 전력 증폭기(601)보다 높은 효율을 가질 수 있다.
도 8a는 본 발명의 실시 예에 따라, 저전력 동작 하에서의 전력 증폭기(예를 들어, 도 5a의 501, 도 6a의 601, 도 7a의 701)(LP-PA)의 출력 특성을 설명하기 위한 그래프이다. 예를 들어, 전력 증폭기(LP-PA)의 최대 공급 전압(Vmax)은 최소 배터리 전압(예를 들어, Vbat, min)보다 낮을 수 있다. 도 8a에서, 전력 증폭기(LP-PA)의 출력 전압(RF_out)은 X축을 따라 도시되고, 전력 증폭기(LP-PA)의 공급 전압(Vcc)은 Y축을 따라 도시된다. 전력 증폭기(LP-PA)는 APT 모드(예를 들어, 저전력 APT) 또는 ET 모드(예를 들어, 저전력 ET)에서 동작할 수 있다.
도 8b는 본 발명의 실시 예에 따라, 고전력 동작 하에서의 전력 증폭기(예를 들어, 도 5a의 501, 도 6a의 601, 도 7a의 701)(HP-PA)의 출력 특성을 설명하기 위한 그래프이다. 예를 들어, 전력 증폭기(HP-PA)의 최대 공급 전압(Vmax, 4.8V)은 최소 배터리 전압(Vbat, min)보다 높을 수 있다. 전력 증폭기(HP-PA)는 APT 모드(예를 들어, 고전력 APT) 또는 ET 모드(예를 들어, 고전력 ET)에서 동작할 수 있다.
도 9a는 전력 증폭기(901)와 연결되는 전원 변조기(900)를 설명하기 위한 블록도이다. 전원 변조기(900)는 전력 증폭기(901)와 연결될 수 있다. 전원 변조기(900)는 벅-부스트 컨버터(903), 벅(듀얼) 컨버터(905), 스위치 및 캐패시터 모듈(907) 및 선형 증폭기(909)를 포함할 수 있다.
도 9a의 벅-부스트 컨버터(903)는 제1 인덕터(911), 통과 전류(passing current)를 위한 통과 트랜지스터(pass transistor)(915), 제1 PMOS 트랜지스터(902), 제1 NMOS 트랜지스터(904), 제2 PMOS 트랜지스터(906) 및 제2 NMOS 트랜지스터(908)를 포함할 수 있다. 통과 트랜지스터(915)는 NMOS 트랜지스터, PMOS 트랜지스터 또는 CMOS 스위치로 연결된 NMOS 트랜지스터 및 PMOS 트랜지스터일 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 트랜지스터는 특정 트랜지스터로 제한되지 않으나, 임의의 적합한 타입의 트랜지스터(예를 들어, NMOS 트랜지스터, PMOS 트랜지스터 또는 CMOS 스위치로 연결된 NMOS 트랜지스터 및 PMOS 트랜지스터)를 포함할 수 있다.
도 9a에서, 제1 PMOS 트랜지스터(902)의 소오스는 노드(918)에 연결될 수 있는 제1 PMOS 트랜지스터(902)의 드레인 및 배터리 전압(Vbat)에 연결될 수 있다. 게이트 전압은 제1 PMOS 트랜지스터(902)를 턴-온시키기 위해 제1 PMOS 트랜지스터(902)의 게이트에 적용될 수 잇다. 제1 NMOS 트랜지스터(904)의 드레인은 접지(Gnd)에 연결될 수 있는 제1 NMOS 트랜지스터(904)의 소오스 및 노드(918)에 연결될 수 있다. 게이트 전압은 제1 NMOS 트랜지스터(904)를 턴-온시키기 위해 제1 NMOS 트랜지스터(904)의 게이트에 적용될 수 있다. 제1 인덕터(911)는 노드(918) 및 노드(920) 사이에 연결될 수 있다. 제2 PMOS 트랜지스터(906)의 소오스는 노드(920)에 연결될 수 있는 제2 PMOS 트랜지스터(906)의 드레인 및 노드(922)에 연결될 수 있다. 게이트 전압은 제2 PMOS 트랜지스터(906)를 턴-온시키기 위해 제2 PMOS 트랜지스터(906)의 게이트에 적용될 수 있다. 제2 NMOS 트랜지스터(908)의 드레인은 접지(Gnd)에 연결될 수 있는 제2 NMOS 트랜지스터(908)의 소오스 및 노드(920)에 연결될 수 있다. 벅-부스트 컨버터(903)의 출력 전압(Vbb)는 노드(922)에서 측정될 수 있다.
도 9a의 벅-부스트 컨버터(903)에서, 제1 인덕터(911)의 인덕턴스(inductance)는 0.1μH 내지 10μH일 수 있고, 제1 인덕터(911)의 전류 전송 용량(current carrying capability)은 1A보다 클 수 있다. 제1 인덕터(911)는 대략 2mm의 길이 및 2mm의 폭을 갖는 물리적인 크기로 인해 "대형 인덕터"로 불리울 수 있다. 그러나, 기술의 발전 및 인덕터 크기의 변화에 의하여, 실시 예에 따라 다른 크기의 인덕터가 사용될 수 있다. 예시적으로, 벅-부스트 컨버터(903)는 0.1μH 내지 10μH의 인덕턴스 및 1A보다 큰 전류 전송 용량을 갖는 제1 인덕터(911)로 인해 "대형 벅-부스트 컨버터"로 불리울 수 있다.
벅 모드에서, 벅-부스트 컨버터(903)는 전압(Vbat)보다 낮은 전압(Vbb)을 출력하도록 제어될 수 있다. 부스트 모드에서, 벅-부스트 컨버터(903)는 전압(Vbat)보다 높은 전압(Vbb)을 출력하도록 제어될 수 있다. 트랜지스터의 크기에 의존하여, 수백 mA 범위 내의 평균 출력 전압이 벅-부스트 컨버터(903)에서 생산될 수 있다. 예시적으로, APT 모드의 고전압 전력 증폭기(HV-PA) 내에서 동작할 때, 벅-부스트 컨버터(903)는 전압(Vbat)보다 높은 출력 전압을 생산할 수 있다. 그러나, ET 모드에서 동작할 때, 벅-부스트 컨버터(903)는, 대형 벅(듀얼) 컨버터(905)의 제4 PMOS 트랜지스터(912)의 소오스 및 선형 증폭기(909) 모두에 대해 전압(Vbat)보다 높은 출력 전압을 생성할 수 있다. 그리하여, 대형 벅(듀얼) 컨버터(905)는 전압(Vbat)보다 높은 전압을 출력할 수 있다.
도 9a의 실시 예에 따라, 벅(듀얼) 컨버터(905)는 제2 인덕터(913), 제3 PMOS 트랜지스터(914), 제4 PMOS 트랜지스터(912) 및 제3 NMOS 트랜지스터(916)를 포함한다. 제4 PMOS 트랜지스터(912)의 소오스는 노드(922)에서의 벅-부스트 컨버터(903)의 출력 및 노드(926)에 연결되는 제4 PMOS 트랜지스터(912)의 드레인에 연결된다. 제3 PMOS 트랜지스터(914)의 소오스는 노드(926)에 연결되는 제3 PMOS 트랜지스터(914)의 드레인 및 전압(Vbat)에 연결된다. 제3 NMOS 트랜지스터(916)의 드레인은 접지(Gnd)에 연결되는 제2 NMOS 트랜지스터(908)의 소오스 및 노드(926)에 연결된다. 제2 인덕터(913)의 일단은 노드(926)에 연결될 수 있고, 제2 인덕터(913)의 타단은 벅(듀얼) 컨버터(905)의 출력인 노드(924)에 연결될 수 있다.
도 9a의 벅(듀얼) 컨버터(905)에서, 제2 인덕터(913)의 인덕턴스(inductance)는 0.1μH 내지 10μH일 수 있고, 제2 인덕터(913)의 전류 전송 용량(current carrying capability)은 1A보다 클 수 있다. 제2 인덕터(913)는 대략 2mm의 길이 및 2mm의 폭을 갖는 물리적인 크기로 인해 "대형 인덕터"로 불리울 수 있다. 그러나, 기술의 발전 및 인덕터 크기의 변화에 의하여, 실시 예에 따라 다른 크기의 인덕터가 사용될 수 있다. 예시적으로, 벅(듀얼) 컨버터(905)는 0.1μH 내지 10μH 의 인덕턴스 및 1A보다 큰 전류 전송 용량을 갖는 제2 인덕터(913)로 인해 "대형 벅(듀얼) 컨버터"로 불리울 수 있다.
예시적으로, APT 모드의 저전압 전력 증폭기(LV-PA) 내에서 동작할 때, 벅(듀얼) 컨버터(905)는 전압(Vbat)보다 낮은 출력 전압(Vcc)을 생산할 수 있다. 그러나, ET 모드에서 동작할 때, 벅(듀얼) 컨버터(905)는, 전력 증폭기(901)의 RF 출력 신호(RF_out)의 포락선을 추적하기 위해, 전압(Vbat)보다 낮거나 높은 출력 전압(Vcc)을 생산할 수 있다. 트랜지스터의 크기에 의존하여, 수백 mA 범위 내의 평균 출력 전류가 벅(듀얼) 컨버터(905)에서 생산될 수 있다. 예시적으로, 벅(듀얼) 컨버터(905)는 0.1μH 내지 10μH 의 인덕턴스 및 1A보다 큰 전류 전송 용량을 갖는 제2 인덕터(913)로 인해 "대형 벅(듀얼) 컨버터"로 불리울 수 있다. 대형 벅-부스트 컨버터(903)가 공급 배터리 전압(Vbat)보다 높은 출력 전압(Vbb)을 생산하고, 대형 벅(듀얼) 컨버터(905)가 대형 벅-부스트 컨버터(903)의 노드(922)에서의 출력에 연결되는 제4 PMOS 트랜지스터(912)를 통해 공급 배터리 전압(Vbat)보다 높은 출력 전압(Vcc)를 생산하기 때문에, 전원 변조기(900)는 전력 손실이 감소함으로써 전통적인 전원 변조기들보다 향상된 효율을 나타낼 수 있다.
실시 예에 따라, 스위치 및 캐패시터 모듈(907)은 트랜지스터(910), 제1 캐패시터(917) 및 제2 캐패시터(919)를 포함한다. 트랜지스터(910)는 임의의 적합한 타입의 트랜지스터(예를 들어, NMOS 트랜지스터, PMOS 트랜지스터 또는 CMOS 스위치로 연결된 NMOS 트랜지스터 및 PMOS 트랜지스터)일 수 있다. 제1 캐패시터(917)는 대형 벅-부스트 컨버터(903)의 노드(922)에서의 출력 및 접지(Gnd) 사이에 연결될 수 있다. 제1 캐패시터(917)는 0.1μF 내지 10μF 범위 내의 캐패시턴스 값을 가질 수 있다. 제2 캐패시터(919)는 대형 벅(듀얼) 컨버터(905)의 노드(924)에서의 출력 및 접지(Gnd) 사이에 연결될 수 있다. 제2 캐패시터(919)는 수 nF 범위의 캐패시턴스 값을 가질 수 있다. 실시 예에 따라, 스위치 및 캐패시터 모듈(907)은 반도체 IC 또는 반도체 칩 상에서 전원 변조기(900)의 다른 구성과 결합되지 않는 별도의 캐패시터들을 포함할 수 있다. 다른 실시 예에 따라, 스위치 및 캐패시터 모듈(907)은 반도체 IC 또는 반도체 칩의 일부분으로서, 전원 변조기(900)의 다른 구성과 결합될 수 있다. 실시 예에 따라, 스위치 및 캐패시터 모듈(907)의 제1 캐패시터(917) 및 제2 캐패시터(919)는, APT 모드에서의 저전압 전력 증폭기(LV-PA) 및 고전압 전력 증폭기(HV-PA)를 지원하기 위하여, 전원 변조기(900)에 대해 서로 병렬적으로 연결될 수 있다. 트랜지스터(910)가 턴-온된 때, 트랜지스터(910)는 제1 캐패시터(917) 및 제2 캐패시터(919)와 연결될 수 있다. 그러나, 도 9c에 도시된 바와 같이 ET 모드일 때, 트랜지스터(910)가 턴-오프됨에 따라, 제1 캐패시터(917) 및 제2 캐패시터(919)는 분리되어 사용될 수 있다.
실시 예에 따라, 선형 증폭기(909)는 대형 벅-부스트 컨버터(903)의 노트(922)에서의 출력에 연결되는 공급 전압 입력단, 접지(Gnd)와 연결되는 접지 입력단, 입력 신호를 수신하는 입력단 및 출력단을 포함할 수 있다. 전력 증폭기(901)는 대형 벅(듀얼) 컨버터(905)의 노드(924)에서의 출력과 선형 증폭기(909)의 출력에 연결되는 공급 전압 입력단, 접지(Gnd)에 연결되는 접지 입력단, RF 입력 신호(RF_in)를 수신하는 입력단 및 RF 출력 신호(RF_out)를 생성하는 출력단을 포함한다.
도 9b는 본 발명의 실시 예에 따라, 저전압 전력 증폭기(LV-PA)를 지원하기 위한 평균 전력 추적(APT) 모드에서의 도 9a의 전원 변조기(900)를 설명하기 위한 블록도이다. APT 모드에서의 저전압 전력 증폭기(LV-PA)를 위해, 전원 변조기(900)는 전력 증폭기(901), 대형 벅(듀얼) 컨버터(905) 및 스위치 및 캐패시터 모듈(907)을 활성화(activate)하고, 대형 벅-부스트 컨버터(903) 및 선형 증폭기(909)를 비활성화(deactivate)하도록 제어될 수 있다. 예시적으로, 전원 변조기(900)가 APT 모드에서 동작할 때, 대형 벅(듀얼) 컨버터(905)가 벅 컨버터로서 동작하기 때문에, 비활성화된 대형 벅-부스트 컨버터(903)의 노드(922)에서의 출력과 연결되는 소오스 단자인 제4 PMOS 트랜지스터(912)는 턴-오프된다. 또한, 전원 변조기(900)가 APT 모드에서 동작하는 동안에, 스위치 및 캐패시터 모듈(907)의 트랜지스터(910)는 제1 캐패시터(917)와 제2 캐패시터(919)를 연결시키기 위해서 턴-온되고, 따라서 스위치 및 캐패시터 모듈(907)의 캐패시턴스는, 제1 캐패시터(917)와 제2 캐패시터(919)의 캐패시턴스 값들의 합과 같을 수 있다. 실시 예에 따라, APT 모드에서, 대형 벅(듀얼) 컨버터(905)는 공급 배터리 전압(Vbat)보다 낮을 수 있는 노드(924)에서의 출력 전압(Vcc)을 생성할 수 있고, 이에 따라 APT 모드에서의 전원 변조기(900)는 저전압 전력 증폭기(LV-PA)를 지원할 수 있다. 실시 예에 따라, 트랜지스터 크기에 의존하여, 벅(듀얼) 컨버터(905)는 수백 mA 범위 내의 평균 전류를 출력할 수 있다.
도 9c는 본 발명의 실시 예에 따라, 고전압 전력 증폭기(HV-PA)를 지원하기 위한 평균 전력 추적(APT) 모드에서의 도 9a의 전원 변조기(900)를 설명하기 위한 블록도이다. APT 모드에서의 고전압 전력 증폭기(HV-PA)를 위해, 전원 변조기(900)는 전력 증폭기(901), 대형 벅-부스트 컨버터(903) 및 스위치 및 캐패시터 모듈(907)을 활성화하고, 대형 벅(듀얼) 컨버터(905) 및 선형 증폭기(909)를 비활성화하도록 제어될 수 있다. 예시적으로, 전원 변조기(900)가 APT 모드에서 동작할 때, 스위치 및 캐패시터 모듈(907)의 트랜지스터(910)은, 제1 캐패시터(917)와 제2 캐패시터(919)를 연결시키기 위해 턴-온되고, 이에 따라 스위치 및 캐패시터 모듈(907)의 캐패시턴스는 제1 캐패시터(917) 및 제2 캐패시터(919)의 캐패시턴스의 합과 같을 수 있다. 실시 예에 따라, 대형 벅-부스트 컨버터(903)는 공급 배터리 전압(Vbat)보다 높은 노드(922)에서의 출력 전압(Vbb)를 생성할 수 있고, 이에 따라 APT 모드에서의 전원 변조기(900)는 고전압 전력 증폭기(HV-PA)를 지원할 수 있다. 실시 예에 따라, 트랜지스터의 크기에 의존하여, 대형 벅-부스트 컨버터(903)는 수백 mA 범위 내의 평균 전류를 출력할 수 있다.
도 9d는, 본 발명의 실시 예에 따라 고전압 전력 증폭기(HV-PA)를 지원하기 위한 포락선 추적(ET) 모드에서의 도 9a의 전력 증폭기(901)와 연결되는 전원 변조기(900)를 설명하기 위한 블록도이다. ET 모드에서 고전압 전력 증폭기(HV-PA)를 지원하기 위해서, 전원 변조기(900)는 전력 증폭기(901), 대형 벅-부스트 컨버터(903), 대형 벅(듀얼) 컨버터(905), 스위치 및 캐패시터 모듈(907) 및 선형 증폭기(909)를 활성화시키도록 제어될 수 있다. 실시 예에 따라, 전원 변조기(900)가 ET 모드에서 동작할 때, 대형 벅(듀얼) 컨버터(905)의 제4 PMOS 트랜지스터(912)는 대형 벅-부스트 컨버터(903)에 연결하기 위해서 턴-온될 수 있다. 도 9d에 의한 실시 예에 따라, ET 모드에서, 전원 변조기(900)의 대형 벅(듀얼) 컨버터(905)는 공급 배터리 전압(Vbat)보다 높은 노드(924)에서의 출력 전압(Vcc)을 생성할 수 있다.
실시 예에 따라, 도 9a 내지 도 9c에 도시된 스위치 및 캐패시터 모듈(907)의 트랜지스터(910)는, 제1 캐패시터(917)와 제2 캐패시터(919)가 분리되어 동작할 수 있도록 하기 위해서 턴-오프될 수 있다. 그리하여, ET 모드에서 동작할 때, 대형 벅-부스트 컨버터(903)는 공급 배터리 전압(Vbat)보다 높은 노드(922)에서의 전압(Vbb)을 출력할 수 있고, 대형 벅(듀얼) 컨버터(905)는 공급 배터리 전압(Vbat)보다 높은 노드(924)에서의 전압(Vcc)을 출력할 수 있다. 실시 예에 따라, 트랜지스터 크기에 의존하여, 대형 벅-부스트 컨버터(903) 및 벅(듀얼) 컨버터(905) 각각은 수백 mA 범위 내의 평균 전류를 출력할 수 있다. ET 모드에서 동작할 때, 대형 벅-부스트 컨버터(903) 및 대형 벅(듀얼) 컨버터(905)가 각각 공급 배터리 전압(Vbat)보다 높은 전압(Vbb 또는 Vcc)을 출력할 수 있기 때문에, ET 모드에서 동작하는 전원 변조기(900)는, 전력 증폭기(901)의 RF 출력 신호(RF_out)에 대한 포락선 추적에 사용되는 선형 증폭기(909)로 전압을 제공할 수 있다.
도 10a는 본 발명의 실시 예에 따른 전원 변조기(1000)를 설명하기 위한 블록도이다. 전원 변조기(1000)는 제1 듀얼 서플라이 벅 컨버터(1003), 벅-부스트 컨버터(1004), 제2 듀얼 서플라이 벅 컨버터(1005), 제1 스위치 모듈(1006), 제2 스위치 모듈(1007), 제1 캐패시터(Cbb, 1026), 제2 캐패시터(Cbk, 1020), 클래스 AB기 적용되는 제1 선형 증폭기(1001) 및 제2 선형 증폭기(1002)를 포함할 수 있다. 제1 선형 증폭기(1001)의 출력 및 제2 선형 증폭기(1002)의 출력은 전력 증폭기들에 연결될 수 있다.
제1 벅 컨버터(1003)는 제1 PMOS 트랜지스터(P1a), 제2 PMOS 트랜지스터(P1b), 제1 NMOS 트랜지스터(N1a) 및 제2 인덕터(L1)를 포함할 수 있다. 제1 PMOS 트랜지스터(P1a)의 소오스 단자는 배터리 전압(Vbat)에 연결될 수 있다. 제1 PMOS 트랜지스터(P1a)의 드레인 단자는 제1 NMOS 트랜지스터(N1a)의 드레인 단자에 연결될 수 있다. 제1 NMOS 트랜지스터(N1a)의 소오스 단자는 접지(GND)에 연결될 수 있다. 제1 PMOS 트랜지스터(P1a)의 드레인 및 제1 NMOS 트랜지스터(N1a)의 드레인은 노드(1012)에서의 제2 PMOS 트랜지스터(P1b)의 드레인 단자에도 연결될 수 있다. 제2 PMOS 트랜지스터(P1b)의 소오스 단자는 제1 선형 증폭기(1001)의 공급 전압 입력 및 벅-부스트 컨버터(1004)의 노드(1010)에서의 출력에 연결될 수 있다. 제1 벅 컨버터(1003)의 제2 인덕터(L1)는 노드(1012) 및 노드(1008) 사이에 연결될 수 있다. 제1 벅 컨버터(1003)의 출력 전압은 노드(1008)에서 측정될 수 있다.
벅-부스트 컨버터(1004)는 제3 PMOS 트랜지스터(P0a), 제4 PMOS 트랜지스터(P0b), 제2 NMOS 트랜지스터(N0a), 제3 NMOS 트랜지스터(N0b) 및 제1 인덕터(L0)를 포함할 수 있다. 제3 PMOS 트랜지스터(P0a)의 소오스 단자는 배터리 전압(Vbat)에 연결될 수 있고, 제3 PMOS 트랜지스터(P0a)의 드레인 단자는 노드(1016)에 연결될 수 있다. 제2 NMOS 트랜지스터(N0a)의 드레인 단자는 노드(1016)에 연결될 수 있고, 제2 NMOS 트랜지스터(N0a)의 소오스 단자는 접지(GND)에 연결될 수 있다. 제4 PMOS 트랜지스터(P0b)의 소오스 단자는 노드(1010)에 연결될 수 있고, 제4 PMOS 트랜지스터(P0b)의 드레인 단자는 노드(1018)에 연결될 수 있다. 제3 NMOS 트랜지스터(N0b)의 드레인 단자는 노드(1018)에 연결될 수 있고, 제3 NMOS 트랜지스터(N0b)의 소오스 단자는 접지(GND)에 연결될 수 있다. 벅-부스트 컨버터(1004)의 출력 전압(VBB)은 노드(1010)에서 측정될 수 있다. 실시 예에 따라, 노드(1010)은 제1 선형 증폭기(1001) 및 제2 선형 증폭기(1002)의 공급 전압 입력단에 연결될 수 있고, 또한 노드(1022)에 연결될 수 있다. 실시 예에 따라, 노드(1022)에서의 전압은 벅-부스트 컨버터(1004)의 출력 전압(VBB)와 동일할 수 있다. 다른 실시 예에 따라, 출력(TXB)는 노드(1022)에서 측정될 수 있다.
제2 벅 컨버터(1005)는 제5 PMOS 트랜지스터(P2a), 제6 PMOS 트랜지스터(P2b), 제4 NMOS 트랜지스터(N2a) 및 제3 인덕터(L2)를 포함할 수 있다. 제5 PMOS 트랜지스터(P2a)의 소오스 단자는 배터리 전압(Vbat)에 연결될 수 있다. 제5 PMOS 트랜지스터(P2a)의 드레인 단자는 제4 NMOS 트랜지스터(N2a)의 드레인 단자에 연결될 수 있다. 제6 PMOS 트랜지스터(P2b)의 드레인 및 제4 NMOS 트랜지스터(N2a)의 드레인은 제6 PMOS 트랜지스터(P2b)의 드레인과도 노드(1014)에서 연결될 수 있다. 제6 PMOS 트랜지스터(P2b)의 소오스 단자는 제2 선형 증폭기(1002)의 공급 전압 입력 및 벅-부스트 컨버터(1004)의 노드(1010)에서의 출력과 연결될 수 있다. 제2 벅 컨버터(1005)의 제3 인덕터(L2)는 노드(1014)와 노드(1009) 사이에 연결될 수 있다. 제2 벅 컨버터(1005)의 출력 전압은 노드(1009)에서 측정도리 수 있다.
실시 예에 따라, 제1 인덕터(L0), 제2 인덕터(L1) 및 제3 인덕터(L2) 각각의 인덕턴스는, 0.1μH 내지 10μH 사이일 수 있고, 인덕터들(L0, L1, L2) 각각의 전류 전송 용량은 1A보다 클 수 있다. 제1 인덕터(L0), 제2 인덕터(L1) 및 제3 인덕터(L2) 각각은 대략 2mm의 길이 및 2mm의 폭을 갖는 물리적인 크기로 인해 "대형 인덕터"로 불리울 수 있다. 그러나, 기술의 발전 및 인덕터 크기의 변화에 의하여, 실시 예에 따라 다른 크기의 인덕터가 사용될 수 있다.
제1 스위치 모듈(1006)은 APT 스위치인 제1 스위치(Sbb1) 및 제2 스위치(Sbk1)를 포함할 수 있다. 제1 스위치(Sbb1)의 제1 단자는 노드(1008)에 연결될 수 있고, 제1 스위치(Sbb1)의 제2 단자는 노드(1022)에 연결될 수 있다. 제1 스위치(Sbb1)의 제2 단자는 제2 PMOS 트랜지스터(P1b)의 소오스 단자, 제4 PMOS 트랜지스터(P0b)의 소오스 단자 및 제1 선형 증폭기(1001)의 공급 전압 입력에도 연결될 수 있다. 실시 예에 따라, 노드(1022)에서의 전압은 벅-부스트 컨버터(1004)의 출력 전압(VBB)과 동일할 수 있다. 다른 실시 예에 따라, 출력(TXB)는 노드(1022)에서 측정될 수 있다. 제2 스위치(Sbk1)의 제1 단자는 노드(1008)에도 연결될 수 있고, 제2 스위치(Sbk1)의 제2 단자는 노드(1024)에 연결될 수 있다. 실시 예에 따라, 제2 스위치(Sbk1) 및 제4 스위치(Sbk2)가 닫혔다고 가정할 때, 노드(1024)에서의 전압은 제1 벅 컨버터(1003) 또는 제2 벅 컨버터(1005)의 출력 전압(VBK)과 동일할 수 있다. 다른 실시 예에 따라, 출력(TXK)은 노드(1024)에서 측정될 수 있다.
제2 스위치 모듈(1007)은 APT 스위치인 제3 스위치(Sbb2) 및 제4 스위치(Sbk2)를 포함할 수 있다. 제3 스위치(Sbb2)의 제1 단자는 노드(1009)에 연결될 수 있고, 제3 스위치(Sbb2)의 제2 단자는 노드(1022)에 연결될 수 있다. 제3 스위치(Sbb2)의 제2 단자는 제6 PMOS 트랜지스터(P2b)의 소오스 단자, 제4 PMOS 트랜지스터(P0b)의 소오스 단자 및 제2 선형 증폭기(1002)의 공급 전압 입력에도 연결될 수 있다. 제4 스위치(Sbk2)의 제1 단자 역시 노드(1009)에 연결될 수 있고, 제4 스위치(Sbk2)의 제2 단자는 노드(1024)에 연결될 수 있다.
실시 예에 따라, 전원 변조기(1000)의 제3 PMOS 트랜지스터(P0a) 및 제4 PMOS 트랜지스터(P0b)는 CMOS 트랜지스터일 수 있다. 다른 실시 예에 따라, 4개의 APT 스위치들(Sbb1, Sbb2, Sbk1, Sbk2)는 PMOS 트랜지스터 또는 CMOS 트랜지스터일 수 있다.
전원 변조기(1000)의 실시 예에 따라, 제1 캐패시터(Cbb, 1026)는 노드(1022) 및 접지(GND) 사이에 연결될 수 있고, 제2 캐패시터(Cbk, 1020)는 노드(1024) 및 접지(GND) 사이에 연결될 수 있다. 제1 캐패시터(Cbb, 1026)는 0.1μF 내지 10μF 범위의 캐패시턴스 값을 가질 수 있다. 제2 캐패시터(Cbk, 1020)는 0.1μF 내지 10μF 범위의 캐패시턴스 값을 가질 수 있다.
실시 예에 따라, 제1 선형 증폭기(1001)는 벅-부스트 컨버터(1004)의 노드(1010)에서의 출력에 연결되는 공급 전압 입력단, 접지(GND)에 연결되는 접지 입력단, 입력 신호를 수신하는 입력단 및 출력단(TX1)을 포함한다. 실시 예에 따라, 제1 선형 증폭기(1001)의 출력단(TX1)은 제1 벅 컨버터(1003)의 노드(1008)에서의 출력에 연결되므로, 제1 선형 증폭기(1001)의 출력단(TX1)에서의 전압(VCC1)은, 제1 벅 컨버터(1003)의 출력 전압과 동일할 수 있다. 실시 예에 따라, 제2 선형 증폭기(1002)는 벅-부스트 컨버터(1004)의 노드(1010)에서의 출력에 연결되는 공급 전압 입력단, 접지(GND)에 연결되는 접지 입력단, 입력 신호를 수신하기 위한 입력단 및 출력단(TX2)을 포함한다. 실시 예에 따라, 제2 선형 증폭기(1002)의 출력단(TX2)에서의 전압(VCC2)는, 제2 선형 증폭기(1002)의 출력단(TX2)이 노드(1009)에서의 제2 벅 컨버터(1005)의 출력에 연결되므로, 제2 벅 컨버터(1005)의 출력 전압과 동일할 수 있다.
실시 예에 따라, power class 2 표준 하에서 동작하는 UE의 RF 전력 증폭기에 대한 공급 전압은 5.0V까지 도달할 수 있다. 이러한 RF 전력 증폭기의 공급 전압 값은 3.2V 내지 4.2V 범위의 일반적인 배터리 전압 범위보다 높을 수 있다. 벅-부스트 컨버터는, power class 2 하에서 동작하는 고전력 UE의 송신기 내의 RF 전력 증폭기에 5.0V의 요구되는 공급 전압을 제공하기 위해, 배터리 전압(Vbat)을 승압(step up)하는데 사용될 수 있다. 실시 예에 따라, 벅-부스트 컨버터는 제1 벅 컨버터 및 제2 벅 컨버터에 대한 추가적인 전력원으로서 동작할 수 있다.
UE에서, 단일(single) 다이 내에 두 개의 송신기(TX1, TX2)를 구현하기 위해, 각각 벅-부스트 컨버터, 벅 컨버터 및 선형 증폭기를 포함하는 두 개의 개별 전원 변조기를 사용하는 것이 더 간단할 수 있고, 이 때 각각의 송신기는 전용 전원 변조기를 가질 수 있다. 벅-부스트 컨버터는 크기가 매우 크고(다이 면적의 상당 부분을 차지함), 외부 전력 인덕터(예를 들어, 도 10a의 L0)를 포함한다. 각각이 전용 전원 변조기를 갖는 두 개의 송신기가 UE의 단일 다이에 구현되는 경우, 이러한 구조는 다이 영역의 상당한 부분이 요구될 수 있고, 외부 컴포넌트의 수 또한 상당히 증가할 수 있다.
외부 컴포넌트의 총 수를 과도하게 증가시키지 않고 단일 다이 내에 두 개의 송신기를 구현함으로써 단일 칩의 이점을 도출하거나 다이의 공간을 효율적으로 이용하기 위해, 도 10a에 따른 실시 예는 두 개의 송신기들(TX1 및 TX2) 사이에서 공유되는 하나의 전원 변조기(1000)을 이용한다. 도 10a의 전원 변조기(1000)는, 제1 송신기(TX1)의 전력 증폭기로 변조된 공급 전압을 제공하는 제1 선형 증폭기(1001)에 할당되는 제1 벅 컨버터(1003), 제2 송신기(TX2)의 전력 증폭기로 변조된 공급 전압을 제공하는 제2 선형 증폭기(1002)에 할당되는 제2 벅 컨버터(1005) 및 제1 선형 증폭기(1001)와 제2 선형 증폭기(1002) 사이에서 공유되는 벅-부스트 컨버터(1004)를 포함한다. 그리하여, 도 10a에 따른 실시 예는, 두 개의 송신기들(TX1, TX2) 각각에 할당되는 분리된 벅-부스트 컨버터들을 갖는 대신에, 두 개의 송신기들(TX1, TX2) 사이에서 벅-부스트 컨버터(1004)를 공유함으로써 외부 컴포넌드의 수를 줄이고, 차지하는 다이 면적을 감소시킨다. 게다가, 도 10a의 전원 변조기(1000)는 두 개의 송신 경로들(TX1, TX2) 사이에서 제1 캐패시터(Cbb, 1026) 및 제2 캐패시터(Cbk, 1020)을 공유함으로써, 외부 부하 캐패시터를 제거할 수 있다. 제1 캐패시터(Cbb, 1026) 및 제2 캐패시터(Cbk, 1020)의 공유는, 4개의 APT 스위치들(Sbb1, Sbb2, Sbk1, Sbk2)각각에 의해서 실현된다.
도 10b는 전원 변조기(1000)가 다른 모드로 동작하는 동안에 도 10a의 전원 변조기(1000)의 다른 컴포넌트들의 상태(온/오프) 및 출력 단자들(TXB, TXK, TX1, TX2)에서의 전원 변조기(1000)의 출력들을 설명하기 위한 테이블을 도시한다. 도 10a의 전원 변조기(1000)는 7개의 동작 모드들을 가질 수 있다. 예를 들어, 출력 단자(TX1) 또는 출력 단자(TX2) 중 오직 하나만 활성화되는 ET 모드에서의 동작일 때, 도 10b의 테이블의 모드 7 및 8에 도시된 바와 같이, 벅-부스트 컨버터(1004)는 턴-온(on)될 수 있으나, 제1 벅 컨버터(1003) 또는 제2 벅 컨버터(1005) 중 오직 하나만이 턴-온될 수 있다. 도 10b의 테이블에 도시된 바와 같이, 모드 7(ET 1x TX)으로 동작할 때, 벅-부스트 컨버터(1004), 제1 벅 컨버터(1003) 및 제1 선형 증폭기(1001)는 턴-온되나, 제2 벅 컨버터(1005) 및 제2 선형 증폭기(1002)는 턴-오프(off)된다. 모드 7이 적용되는 동안에, 제1 선형 증폭기(1001)의 출력 단자(TX1)에서의 출력은 포락선 신호(ET1)일 수 있고, 포락선 신호(ET1)은 전력 증폭기의 RF 출력 신호(RF_out)의 포락선 추적에 사용될 수 있다. 도 10b의 테이블에 도시된 바와 같이, 모드 8(ET 1x TX)이 적용되는 동안에, 벅-부스트 컨버터(1004), 제2 벅 컨버터(1005) 및 제2 선형 증폭기(1002)는 턴-온되나, 제1 벅 컨버터(1003) 및 제1 선형 증폭기(1001)는 턴-오프된다. 모드 8이 적용되는 동안에, 제2 선형 증폭기(1002)의 출력 단자(TX2)에서의 출력은 포락선 신호(ET2)일 수 있고, 포락선 신호(ET2)는 전력 증폭기의 RF 출력 신호(RF_out)의 포락선 추적에 사용될 수 있다.
"제1", "제2", "제3" 등의 용어는 본 명세서에서 다양한 구성 요소, 영역, 계층 및/또는 섹션을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이들 구성 요소, 영역, 계층 및/또는 섹션은 상기 "제1", "제2", "제3" 등의 용어에 의해 제한되지 않는다. 상기 용어는 하나의 구성 요소, 영역, 계층 또는 섹션을 다른 구성 요소, 영역, 계층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 본 명세서에서 기재된 제1 구성 요소, 영역, 계층 또는 섹션은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 제2 구성 요소, 영역, 계층 또는 섹션으로 지칭될 수 있다.
"아래", "하부", "낮은", "위", "상부", "높은" 등과 같이 공간적으로 상대적인 용어는, 도면에 도시된 하나의 요소 또는 특징을 다른 요소(들) 또는 특징(들)의 관계를 설명하기 위해서 사용된다. 이러한 공간에 관계되는 용어는 도면에 도시된 방향에 추가하여, 상치의 사용 또는 동작 중의 상이한 방향들을 포함하도록 의도된 것으로 이해될 것이다. 예를 들어, 도면의 장치가 뒤집힌다면, 다른 구성의 "아래", "하부" 또는 "낮은"으로 설명된 구성은 상기 다른 구성의 "위", "상부" 또는 "높은" 위치에 배치될 것이다. 따라서, "아래" 및 "하부" 등의 예시적인 용어는 위와 아래의 방향 모두를 포함할 수 있다. 실시 예에 따라, 장치는 다른 방향으로 배향될 수 있고(예를 들어, 90도 또는 다른 배향으로 회전될 수 있음), 본 명세서에서 사용된 공간적으로 상대적인 표현은 그에 따라 해석되어야 한다. 또한, 하나의 층이 2 개의 층 사이에 배치되는 것으로 표현되는 경우, 2 개의 층 사이의 유일한 층이거나, 하나 또는 그 이상의 층이 존재할 수 있음이 이해될 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시 예를 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 개념 또는 범위를 제한하려는 것은 아니다. 본 명세서에서 사용되는 "상당한", "약" 및 이와 유사한 용어는 근사한 값을 대략적으로 나타내는 용어로 사용되며 정도/등급을 의미하는 용어로 사용되지 않고, 측정 또는 계산된 값의 오차/편차를 설명하기 위한 것임이 당업자에게 자명하다.
본 명세서에서 사용된 단수 형태 "하나" 및 "단일"은 문맥 상 다르게 지시하지 않는 한 복수 형태를 포함하는 것으로 의도된다. 본 명세서에서 사용되는 "포함하는" 및/또는 "구성하는"이라는 용어는 명시된 특징, 결합, 단계, 동작 및/또는 구성 요소의 존재를 의미하나, 하나 이상의 다른 특징, 결합, 단계, 동작, 구성 요소 및/또는 그룹의 추가를 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "및/또는"이라는 용어는 하나 이상의 열거된 항목의 임의의 조합 및 모든 조합을 포함한다. 복수의 구성 요소들에 선행하여 기재된 "적어도 하나"와 같은 표현은 구성 요소의 전체 리스트를 변형하여 적용할 수 있고, 개별 구성 요소를 변형하지 않는다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명할 때 "할 수 있다"를 사용하는 것은 "본 발명의 하나 이상의 실시 예"를 의미한다. 또한, "예시적인" 및/또는 "예를 들어"의 표현은 예 또는 설명을 의미한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "사용", "사용하는" 및 "사용된"의 표현은 각각 "이용", "이용하는" 및 "이용된"과 동의어로 간주될 수 있다.
구성 요소 또는 계층이 다른 구성 요소 또는 다른 계층의 "위에", "연결된", "결합된" 또는 "인접한"으로 표현될 때, 이러한 표현은 직접적으로 연결되거나, 다른 구성 요소 또는 계층에 인접하거나, 개입된 하나 이상의 구성 요소 또는 계층이 존재할 수 있다. 반대로, 구성 요소 또는 계층이 다른 구성 요소 또는 계층에 "직접적으로", "직접 연결된다" 또는 "바로(immediately) 인접한"으로 표현될 때, 개입된 구성 요소 또는 계층은 존재하지 않는다.
본 명세서에서 인용된 임의의 수치 범위는 인용된 범위 내에 포함된 동일한 수치 정밀도의 모든 하위 범위를 포함한다. 　예를 들어, "1.0 내지 10.0"의 범위에는, 지정된 최소치의 1.0과 최대의 10.0의 사이의 모든 부분 범위(예를 들어, 2.4 내지 7.6과 같은 10.0 이하의 최대 값)가 포함된다(최소치가 1.0 이상). 본 명세서에 표현된 최대 수치 한계 값은 본 명세서에 포함되는 더 낮은 모든 수치 한계를 포함하도록 의도되며, 본 명세서에 인용된 임의의 최소 수치 한계 값은 여기에 포함되는 모든 더 높은 수치 한계를 포함한다.
전력 증폭기용 공급 변조기의 예시적인 실시 예가 본 명세서에 구체적으로 설명되고 예시되었지만, 다양한 변형 및 변경된 예가 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따라 구성된 전력 증폭기용 전원 변조기에 관한 장치, 시스템 및 방법은 본 명세서에 구체적으로 설명된 예 이외에 구현될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 또한, 본 발명의 범위는 후술되는 청구 범위 및 그 등가물에 의하여 정의된다.
1000: 전원 변조기 1001: 제1 선형 증폭기
1002: 제2 선형 증폭기 1003: 제1 벅 컨버터
1004: 벅-부스트 컨버터 1005: 제2 벅 컨버터
1006: 제1 스위치 모듈 1007: 제2 스위치 모듈
1020: 제2 캐패시터 1026: 제1 캐패시터

Claims (20)

  1. 벅-부스트(buck-boost) 컨버터;
    상기 벅-부스트 컨버터의 출력 단자에 연결되는 제1 벅(buck) 컨버터;
    상기 벅-부스트 컨버터의 상기 출력 단자에 연결되는 제2 벅 컨버터;
    상기 벅-부스트 컨버터의 상기 출력 단자에 연결되는 제1 공급 전압 입력 단자 및 상기 제1 벅 컨버터의 출력 단자에 연결되는 제1 출력 단자를 포함하되, 상기 제1 출력 단자를 통해 제1 송신기의 제1 전력 증폭기로 제1 변조 공급 전압을 공급하는 제1 선형 증폭기; 및
    상기 벅-부스트 컨버터의 상기 출력 단자에 연결되는 제2 공급 전압 입력 단자 및 상기 제2 벅 컨버터의 출력 단자에 연결되는 제2 출력 단자를 포함하되, 상기 제2 출력 단자를 통해 제2 송신기의 제2 전력 증폭기로 제2 변조 공급 전압을 공급하는 제2 선형 증폭기를 포함하는, 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    제1 스위치 및 제2 스위치를 포함하는 제1 스위치 모듈; 및
    제3 스위치 및 제4 스위치를 포함하는 제2 스위치 모듈을 더 포함하되,
    상기 제1 스위치의 첫번째 단자 및 상기 제2 스위치의 첫번째 단자는 상기 제1 벅 컨버터의 상기 제1 출력 단자에 연결되고,
    상기 제3 스위치의 첫번째 단자 및 상기 제4 스위치의 첫번째 단자는 상기 제2 벅 컨버터의 상기 제2 출력 단자에 연결되고,
    상기 제1 스위치의 두번째 단자 및 상기 제3 스위치의 두번째 단자는 상기 벅-부스트 컨버터의 상기 출력 단자에 연결되고,
    상기 제2 스위치의 두번째 단자 및 상기 제4 스위치의 두번째 단자는 서로 연결되는, 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치, 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치는 PMOS 트랜지스터, NMOS 트랜지스터 또는 CMOS 트랜지스터인, 장치
  4. 제2항에 있어서,
    접지와, 상기 제1 스위치의 상기 두번째 단자 또는 상기 제3 스위치의 상기 두번째 단자에 연결되는 제1 캐패시터; 및
    상기 접지와, 상기 제2 스위치의 상기 두번째 단자 또는 상기 제4 스위치의 상기 두번째 단자에 연결되는 제2 캐패시터를 더 포함하되,
    상기 제1 스위치의 상기 두번째 단자 및 상기 제3 스위치의 상기 두번째 단자는 서로 연결되는, 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 캐패시터의 정전용량(capacitance)은 0.1μF 내지 10μF의 범위를 갖고, 상기 제2 캐패시터의 정전용량은 0.1μF 내지 10μF의 범위를 갖는, 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 벅-부스트 컨버터는,
    배터리 전압에 연결되는 소오스 단자를 갖는 제1 P형 또는 CMOS 트랜지스터;
    상기 제1 P형 또는 CMOS 트랜지스터의 드레인 단자에 연결되는 드레인 단자와, 접지에 연결되는 소오스 단자를 갖는 제1 N형 트랜지스터;
    상기 벅-부스트 컨버터의 상기 출력 단자에 연결되는 소오스 단자를 갖는 제2 P형 또는 CMOS 트랜지스터;
    상기 제2 P형 또는 CMOS 트랜지스터의 드레인 단자에 연결되는 드레인 단자와, 접지에 연결되는 소오스 단자를 갖는 제2 N형 트랜지스터; 및
    상기 제1 P형 또는 CMOS 트랜지스터의 상기 드레인 단자와 상기 제2 P형 또는 CMOS 트랜지스터의 상기 드레인 단자 사이에 연결되는 제1 인덕터를 포함하되,
    상기 제1 인덕터의 인덕턴스(inductance)는 0.1μH 내지 10μH의 범위를 갖고, 상기 제1 인덕터의 전류 수송 용량(current carrying capability)은 1A보다 큰, 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 벅 컨버터는,
    배터리 전압에 연결되는 소오스 단자를 갖는 제1 P형 트랜지스터;
    상기 제1 P형 트랜지스터의 드레인 단자에 연결되는 드레인 단자 및 접지에 연결되는 소오스 단자를 갖는 제1 N형 트랜지스터;
    상기 제1 P형 트랜지스터의 상기 드레인 단자 및 상기 제1 N형 트랜지스터의 상기 드레인 단자에 연결되는 드레인 단자와, 상기 벅-부스트 컨버터의 상기 출력 단자에 연결되는 소오스 단자를 갖는 제2 P형 트랜지스터; 및
    상기 제2 P형 트랜지스터의 상기 드레인 단자 및 상기 제1 벅 컨버터의 상기 제1 출력 단자 사이에 연결되는 제2 인덕터를 포함하되,
    상기 제2 인덕터의 인덕턴스는 0.1μH 내지 10μH의 범위를 갖고, 상기 제2 인덕터의 전류 수송 용량은 1A보다 큰, 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 벅 컨버터는,
    배터리 전압에 연결되는 소오스 단자를 갖는 제1 P형 트랜지스터;
    상기 제1 P형 트랜지스터의 드레인 단자에 연결되는 드레인 단자 및 접지에 연결되는 소오스 단자를 갖는 제1 N형 트랜지스터;
    상기 제1 P형 트랜지스터의 상기 드레인 단자 및 상기 제1 N형 트랜지스터의 상기 드레인 단자에 연결되는 드레인 단자와, 상기 벅-부스트 컨버터의 상기 출력 단자에 연결되는 소오스 단자를 갖는 제2 P형 트랜지스터; 및
    상기 제2 P형 트랜지스터의 상기 드레인 단자 및 상기 제2 벅 컨버터의 상기 제2 출력 단자 사이에 연결되는 제3 인덕터를 포함하되,
    상기 제3 인덕터의 인덕턴스는 0.1μH 내지 10μH의 범위를 갖고, 상기 제3 인덕터의 전류 수송 용량은 1A보다 큰, 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 장치는 평균 전력 추적(average power tracking) 모드 또는 포락선 추적(envelope tracking) 모드에서 동작하는, 장치.
  10. 벅-부스트 컨버터;
    상기 벅-부스트 컨버터의 출력 단자에 연결되는 제1 벅 컨버터; 및
    상기 벅-부스트 컨버터의 상기 출력 단자에 연결되는 제2 벅 컨버터를 포함하는, 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 벅-부스트 컨버터의 상기 출력 단자에 연결되는 제1 공급 전압 입력 단자 및 상기 제1 벅 컨버터의 출력 단자에 연결되는 출력 단자를 포함하는 제1 선형 증폭기; 및
    상기 벅-부스트 컨버터의 상기 출력 단자에 연결되는 제2 공급 전압 입력 단자 및 상기 제2 벅 컨버터의 출력 단자에 연결되는 출력 단자를 포함하는 제2 선형 증폭기를 더 포함하는, 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 선형 증폭기는 상기 제1 선형 증폭기의 상기 출력 단자를 통해 제1 송신기의 제1 전력 증폭기로 제1 변조 공급 전압을 공급하도록 구성되고,
    상기 제2 선형 증폭기는 상기 제2 선형 증폭기의 상기 출력 단자를 동해 제2 송신기의 제2 전력 증폭기로 제2 변조 공급 전압을 공급하도록 구성되는, 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    제1 스위치 및 제2 스위치를 포함하는 제1 스위치 모듈; 및
    제3 스위치 및 제4 스위치를 포함하는 제2 스위치 모듈을 더 포함하되,
    상기 제1 스위치의 첫번째 단자 및 상기 제2 스위치의 첫번째 단자는 상기 제1 벅 컨버터의 상기 출력 단자에 연결되고,
    상기 제3 스위치의 첫번째 단자 및 상기 제4 스위치의 첫번째 단자는 상기 제2 벅 컨버터의 상기 출력 단자에 연결되고,
    상기 제1 스위치의 두번째 단자 및 상기 제3 스위치의 두번째 단자는 상기 벅-부스트 컨버터의 상기 출력 단자에 연결되고,
    상기 제2 스위치의 두번째 단자 및 상기 제4 스위치의 두번째 단자는 서로 연결되고,
    상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치, 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치는 PMOS 트랜지스터, NMOS 트랜지스터 또는 CMOS 트랜지스터인, 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    접지와, 상기 제1 스위치의 상기 두번째 단자 또는 상기 제3 스위치의 상기 두번째 단자에 연결되는 제1 캐패시터; 및
    상기 접지와, 상기 제2 스위치의 상기 두번째 단자 또는 상기 제4 스위치의 상기 두번째 단자에 연결되는 제2 캐패시터를 더 포함하되,
    상기 제1 스위치의 상기 두번째 단자 및 상기 제3 스위치의 상기 두번째 단자는 서로 연결되고,
    상기 제1 캐패시터의 정전용량(capacitance)은 0.1μF 내지 10μF의 범위를 갖고, 상기 제2 캐패시터의 정전용량은 0.1μF 내지 10μF의 범위를 갖는, 시스템.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 벅-부스트 컨버터는,
    배터리 전압에 연결되는 소오스 단자를 갖는 제1 P형 또는 CMOS 트랜지스터;
    상기 제1 P형 또는 CMOS 트랜지스터의 드레인 단자에 연결되는 드레인 단자와, 접지에 연결되는 소오스 단자를 갖는 제1 N형 트랜지스터;
    상기 벅-부스트 컨버터의 상기 출력 단자에 연결되는 소오스 단자를 갖는 제2 P형 또는 CMOS 트랜지스터;
    상기 제2 P형 또는 CMOS 트랜지스터의 드레인 단자에 연결되는 드레인 단자와, 접지에 연결되는 소오스 단자를 갖는 제2 N형 트랜지스터; 및
    상기 제1 P형 또는 CMOS 트랜지스터의 상기 드레인 단자와 상기 제2 P형 또는 CMOS 트랜지스터의 상기 드레인 단자 사이에 연결되는 제1 인덕터를 포함하되,
    상기 제1 인덕터의 인덕턴스(inductance)는 0.1μH 내지 10μH의 범위를 갖고, 상기 제1 인덕터의 전류 수송 용량(current carrying capability)은 1A보다 큰, 시스템.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 제1 벅 컨버터는,
    배터리 전압에 연결되는 소오스 단자를 갖는 제1 P형 트랜지스터;
    상기 제1 P형 트랜지스터의 드레인 단자에 연결되는 드레인 단자 및 접지에 연결되는 소오스 단자를 갖는 제1 N형 트랜지스터;
    상기 제1 P형 트랜지스터의 상기 드레인 단자 및 상기 제1 N형 트랜지스터의 상기 드레인 단자에 연결되는 드레인 단자와, 상기 벅-부스트 컨버터의 상기 출력 단자에 연결되는 소오스 단자를 갖는 제2 P형 트랜지스터; 및
    상기 제2 P형 트랜지스터의 상기 드레인 단자 및 상기 제1 벅 컨버터의 상기 출력 단자 사이에 연결되는 제2 인덕터를 포함하되,
    상기 제2 인덕터의 인덕턴스는 0.1μH 내지 10μH의 범위를 갖고, 상기 제2 인덕터의 전류 수송 용량은 1A보다 큰, 시스템.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 제2 벅 컨버터는,
    배터리 전압에 연결되는 소오스 단자를 갖는 제1 P형 트랜지스터;
    상기 제1 P형 트랜지스터의 드레인 단자에 연결되는 드레인 단자 및 접지에 연결되는 소오스 단자를 갖는 제1 N형 트랜지스터;
    상기 제1 P형 트랜지스터의 상기 드레인 단자 및 상기 제1 N형 트랜지스터의 상기 드레인 단자에 연결되는 드레인 단자와, 상기 벅-부스트 컨버터의 상기 출력 단자에 연결되는 소오스 단자를 갖는 제2 P형 트랜지스터; 및
    상기 제2 P형 트랜지스터의 상기 드레인 단자 및 상기 제2 벅 컨버터의 상기 출력 단자 사이에 연결되는 제3 인덕터를 포함하되,
    상기 제3 인덕터의 인덕턴스는 0.1μH 내지 10μH의 범위를 갖고, 상기 제3 인덕터의 전류 수송 용량은 1A보다 큰, 시스템.
  18. 장치의 입력 단자에서, 배터리 소오스로부터 입력 전압을 수신하는 단계;
    사용자 장치의 제1 송신기 내의 제1 전력 증폭기로 제1 공급 전압을 공급하기 위해, 상기 입력 전압을 변조하여 제1 출력 전압을 생성하는 단계; 및
    상기 사용자 장치의 제2 송신기 내의 제2 전력 증폭기로 제2 공급 전압을 공급하기 위해, 상기 입력 전압을 변조하여 제2 출력 전압을 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 출력 전압을 생성하는 단계는, 상기 제1 공급 전압의 원하는 값(desired value)에 대응하는 상기 제1 출력 전압을 생성하기 위해, 상기 입력 전압을 벅(Buck, Stepping Down) 방식 또는 부스트(Boost, Stepping Up) 방식으로 변조하는 단계를 포함하되, 상기 장치 내의 벅-부스트 컨버터 및 적어도 두개의 벅 컨버터들을 이용하여 상기 입력 전압을 변조하고,
    상기 제2 출력 전압을 생성하는 단계는, 상기 제2 공급 전압의 원하는 값에 대응하는 상기 제2 출력 전압을 생성하기 위해, 상기 입력 전압을 상기 벅 방식 또는 상기 부스트 방식으로 변조하는 단계를 포함하되, 상기 장치 내의 상기 벅-부스트 컨버터 및 적어도 두개의 상기 벅 컨버터들을 이용하여 상기 입력 전압을 변조하는, 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제1 출력 전압은 제1 선형 증폭기의 출력 단자에서 생성되고,
    상기 제2 출력 전압은 제2 선형 증폭기의 출력 단자에서 생성되되,
    상기 제1 선형 증폭기 및 상기 제2 선형 증폭기 각각은 상기 벅-부스트 컨버터의 출력 단자로부터 공급 전압을 수신하는, 방법.
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