KR20190096616A - 이중 출력 및 이중 모드 서플라이 변조 장치, 이를 이용한 이단 전력 증폭기 그리고 그의 서플라이 변조 방법 - Google Patents

이중 출력 및 이중 모드 서플라이 변조 장치, 이를 이용한 이단 전력 증폭기 그리고 그의 서플라이 변조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이중 출력 및 이중 모드 서플라이 변조 장치, 이를 이용한 이단 전력 증폭기 그리고 그의 서플라이 변조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 이중 출력 및 이중 모드 서플라이 변조 장치는 무선 통신 시스템의 송신기에 사용되는 이단 전력 증폭기의 성능 개선을 위하여, 이단 전력 증폭기의 주 증폭단으로 포락선 추적 신호를 공급하고, 보조 증폭단으로 평균 전력 추적 신호를 동시에 공급할 수 있도록 한다. 이를 위해 이중 출력 및 이중 모드 서플라이 변조 장치는 두 개의 서플라이 전압을 출력하며 두 개의 동작 모드를 지원한다. 이를 통해 하나의 서플라이 변조 장치로 높은 출력 전력 영역에서는 주 증폭단에 포락선 추적 방식을 적용하고 보조 증폭단에는 평균 전력 추적 방식을 적용하며, 낮은 출력 전력 영역에서는 주 증폭단 및 보조 증폭단 모두에 평균 전력 추적 방식을 적용하여 넓은 출력 전력 영역에서 이단 전력 증폭기의 효율을 개선시킨다.

Description

이중 출력 및 이중 모드 서플라이 변조 장치, 이를 이용한 이단 전력 증폭기 그리고 그의 서플라이 변조 방법{DUAL-OUTPUT AND DUAL-MODE SUPPLY MODULATOR, TWO-STAGE POWER AMPLIFIER USING THE SAME, AND SUPPLY MODULATION METHOD THEROF}
본 발명은 이중 출력 및 이중 모드 서플라이 변조 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 이중 출력 및 이중 모드 서플라이 변조 장치, 이를 이용한 이단 전력 증폭기 그리고 그의 서플라이 변조 방법에 관한 것이다.
현대 무선 통신 시스템은 많은 데이터 용량을 처리하기 위하여 높은 첨두치 대비 평균 전력비(Peak to Average Power Ratio, PAPR)을 갖는 변조 방식을 이용하고 있다. 이러한 높은 PAPR을 갖는 변조 신호를 선형적으로 증폭하기 위해서 전력 증폭기는 최대 출력 영역이 아닌 백오프(back-off) 영역에서 주로 동작하게 되는데, 이 경우 전력 증폭기의 효율이 최대 출력 영역에서 동작할 때의 효율에 비해 급격히 감소하게 된다.
일반적으로, 백오프(back-off) 영역 및 그보다 낮은 전력 영역에서 동작하는 전력 증폭기의 효율을 개선하기 위하여, 무선 입력 신호의 포락선(envelope)에 따라 전압 레벨을 변조시켜 전력 증폭기에 공급하는 방식인 포락선 추적(Envelope Tracking, ET) 전력 증폭 방식과, 전력 증폭기의 낮은 출력 레벨에서 전력 증폭기의 서플라이 전압을 낮춰 전력 소모를 줄이는 방식인 평균 전력 추적(APT, average power tracking) 전력 증폭 방식 등이 제안되어 있다.
포락선 추적 방식은 간단한 구조의 서플라이 변조 장치를 이용하여 선형성을 저하시키지 않으면서 전력 증폭기의 효율을 개선할 수 있다는 이점이 있다. 평균 전력 추적 방식 역시 DC/DC 변환기를 이용하여 간단한 방법으로 낮은 전력 영역에서 전력 증폭기의 효율을 개선할 수 있다. 두 방법 모두 비교적 간단한 서플라이 공급 장치를 통하여 전력 증폭기의 효율을 개선할 수 있다는 점 때문에 모바일용 송신기에서 널리 사용되고 있다.
일반적으로 모바일용 송신기의 전력 증폭기는 높은 이득이 요구되기 때문에 이단으로 설계되는데, 이 경우 보조 증폭단은 높은 이득과 높은 선형성이 요구되기 때문에 주 증폭단에 비해 효율이 매우 낮아지게 된다. 이러한 낮은 효율의 보조 증폭단은 이단 전력 증폭기의 효율을 감소시키며, 결과적으로 전체 송신 시스템의 효율을 떨어트리게 된다.
또한 기존의 포락식 추적 방식의 서플라이 변조 장치를 이용하여 주 증폭단의 효율을 개선시키고자 하는 경우, 보조 증폭단에 안정적인 서플라이를 인가하기 위해서는 추가적인 DC/DC 변환기가 필요하게 된다. 이는 송신기 회로의 크기를 증가시키며 서플라이 회로의 복잡성을 높이게 된다.
도 1을 참조하면, 종래기술의 일 실시예에 따른 이단 전력 증폭기(10)는 주증폭단(14)과 보조 증폭단(12) 및, 포락선 추적 방식의 서플라이 변조 장치(11 : 16 ~ 26, L1)를 구비한다. 이 서플라이 변조 장치(11)는 주 증폭단(14)으로 출력되는 하나의 출력 전압(VMAIN)을 갖고, 주 증폭단(14)에 변조 서플라이 신호를 인가하여 주 증폭단(14)의 효율을 개선한다. 보조 증폭단(12)에는 안정적인 고정 전압(VDRV)을 공급하기 위하여 DC/DC 변환기(16)를 이용하여 서플라이를 공급한다. 이러한 경우, 주 증폭단(14)의 효율은 개선할 수 있지만 보조 증폭단(12)의 효율은 개선할 수 없으며, 추가적인 DC/DC 변환기(16)로 인하여 서플라이 변조 장치(16 ~ 26) 전체 회로의 크기가 증가되는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1664718호(공고일 2016.10.12.) 대한민국 등록특허공보 제10-1467231호(공고일 2014.12.01.) 대한민국 등록특허공보 제10-1350731호(공고일 2014.01.13.)
본 발명에 따른 이중 출력 및 이중 모드 서플라이 변조 장치, 이를 이용한 이단 전력 증폭기 그리고 그의 서플라이 변조 방법은 다음과 같은 해결과제를 가진다.
첫째, 본 발명은 무선 통신 시스템의 송신기에 사용되는 이단 전력 증폭기의 시스템 효율을 향상시키기 위한 서플라이 변조 장치를 제공하고자 한다.
둘째, 본 발명은 하나의 서플라이 변조 장치를 이용하여 두 개의 서플라이 변조와 두개의 모드 변환을 통해 이단 전력 증폭기의 효율을 개선하고자 한다.
셋째, 본 발명은 서플라이 변조 장치의 회로를 간소화하고 전력 증폭기의 넓은 출력 전력 영역에서 효율을 개선하고자 한다.
넷째, 본 발명은 하나의 서플라이 변조 장치로 높은 출력 전력 영역에서는 주 증폭단에 포락선 추적 방식을 적용하고 보조 증폭단에는 평균 전력 추적 방식을 적용하며, 낮은 출력 전력 영역에서는 주 증폭기 및 보조 증폭기에 모두 평균 전력 추적 방식을 적용하여 넓은 출력 전력 영역에서 이단 전력증폭기의 효율을 개선시키는 이단 전력 증폭기의 서플라이 변조 방법을 제안하고자 한다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.
상기 목적들을 달성하기 위한, 본 발명의 이중 출력 및 이중 모드 서플라이 변조 장치는 이단 전력 증폭기의 주 증폭단으로 포락선 추적 신호를 공급하고, 보조 증폭단으로 평균 전력 추적 신호를 동시에 공급할 수 있도록 하는데 그 한 특징이 있다. 이와 같은 이중 출력 및 이중 모드 서플라이 변조 장치는 무선 통신 시스템의 송신기에 사용되는 이단 전력 증폭기의 효율을 개선시킬 수 있다.
이 특징에 따른 본 발명의 이중 출력 및 이중 모드 서플라이 변조 장치는, 제1 내지 제4 기준 전압과, 제1 및 제2 모드 중 어느 하나를 선택하도록 하는 모드 신호를 입력받아서 상기 제1 모드에서는 하나의 포락선 추적 신호와 하나의 평균 전력 추적 신호를 출력하도록 제어하고, 상기 제2 모드에서는 두 개의 평균 전력 추적 신호를 출력하도록 제어하는 이중 출력 및 이중 모드 제어 회로; 상기 이중 출력 및 이중 모드 제어 회로의 제어를 받아서 상기 제1 또는 상기 제2 모드에 대응하여 출력되는 상기 포락선 추적 신호와 상기 평균 전력 추적 신호의 전류량을 조절하는 스위칭 증폭단; 상기 제1 기준 전압을 입력받아서 상기 제1 모드에서 상기 포락선 추적 신호의 출력 전압이 상기 제1 기준 전압을 트래킹 할 수 있도록 상기 포락선 추적 신호에 전류를 더 공급하는 선형 증폭단; 및 상기 이중 출력 및 이중 모드 제어 회로의 제어를 받아서 상기 제1 모드에서 상기 포락선 추적 신호와 상기 평균 전력 추적 신호를 출력하도록 스위칭하고 상기 제2 모드에서 두 개의 상기 평균 전력 추적 신호를 출력하도록 스위칭하는 스위칭 회로;를 포함한다.
이 특징의 한 실시예에 있어서, 상기 이중 출력 및 이중 모드 제어 회로는, 상기 서플라이 변조 장치가 상기 제1 모드로 동작하도록 하는 제1 모드 제어 신호를 출력하는 제1 모드 제어 블록; 상기 서플라이 변조 장치가 상기 제2 모드로 동작하도록 하는 제2 모드 제어 신호를 출력하는 제2 모드 제어 블록; 및 상기 모드 신호에 대응하여 상기 제1 또는 상기 제2 모드 제어 신호를 선택적으로 출력하는 모드 선택 블록;을 포함한다.
다른 실시예에 있어서, 상기 스위칭 회로는 제1 및 제2 스위칭 소자를 포함하고; 상기 제1 스위칭 소자는 상기 제1 모드에서 상기 하나의 평균 전력 추적 신호가 출력되도록 스위칭되고, 상기 제2 모드에서 다른 하나의 상기 평균 전력 추적 신호가 출력되도록 스위칭되며; 상기 제2 스위칭 소자는 상기 제1 모드에서 상기 하나의 포락선 추적 신호가 출력되도록 스위칭되고, 상기 제2 모드에서 또 다른 하나의 상기 평균 전력 추적 신호가 출력되도록 스위칭된다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 서플라이 변조 장치는, 주 증폭단과 보조 증폭단을 포함하는 이단 전력 증폭기의 제1 출력 전력 영역에서는 상기 제1 모드로 동작되어 상기 주 증폭단에 상기 포락선 추적 신호를 공급하고 상기 보조 증폭단에 상기 평균 전력 추적 신호를 공급하며; 상기 제1 출력 전력 영역 보다 낮은 상기 이단 전력 증폭기의 제2 출력 전력 영역에서는 상기 제2 모드로 동작되어 상기 주 증폭단과 상기 보조 증폭단 각각에 상기 평균 전력 추적 신호를 공급한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 이중 출력 및 이중 모드 서플라이 변조 장치를 이용한 이단 전력 증폭기가 제공된다.
이 특징에 따른 이중 출력 및 이중 모드 서플라이 변조 장치를 이용한 이단 전력 증폭기는, 입력단과 출력단 사이에 구비되는 주 증폭단; 상기 입력단과 상기 주 증폭단 사이에 구비되어 상기 주 증폭단과 상호 직렬로 연결되는 보조 증폭단; 및 복수 개의 기준 전압과, 동작 모드를 선택하는 모드 신호에 대응하여 제1 모드 또는 제2 모드로 동작되고, 상기 제1 모드에서는 상기 주 증폭단으로 포락선 추적 신호를 출력하고 상기 보조 증폭단으로 평균 전력 추적 신호를 출력하며, 상기 제2 모드에서는 상기 주 증폭단과 상기 보조 증폭단 각각으로 평균 전력 추적 신호를 출력하는 이중 출력 및 이중 모드 서플라이 변조 장치;를 포함한다.
이 특징의 한 실시예에 있어서, 상기 서플라이 변조 장치는, 제1 내지 제4 기준 전압과, 상기 제1 및 상기 제2 모드 중 어느 하나를 선택하도록 하는 상기 모드 신호를 입력받아서 상기 제1 모드에서는 상기 주 증폭단으로 공급되는 제1 출력 전압을 포락선 추적 신호로 공급하고 상기 보조 증폭단으로 공급되는 제2 출력 전압을 평균 전력 추적 신호로 공급하도록 제어하고, 상기 제2 모드에서는 상기 주 증폭단과 상기 보조 증폭단 각각으로 공급되는 상기 제1 및 상기 제2 출력 전압 모두를 평균 전력 추적 신호로 공급하도록 제어하는 이중 출력 및 이중 모드 제어 회로; 상기 이중 출력 및 이중 모드 제어 회로의 제어를 받아서 상기 주 증폭단과 상기 보조 증폭단 각각으로 공급되는 전류량을 조절하는 스위칭 증폭단; 상기 제1 기준 전압을 입력받아서 상기 주 증폭단으로 공급되는 상기 제1 출력 전압이 상기 제1 기준 전압을 트래킹 할 수 있도록 상기 주 증폭단으로 전류를 공급하는 선형 증폭단; 및 상기 이중 출력 및 이중 모드 제어 회로의 제어를 받아서 상기 주 증폭단으로 상기 제1 출력 전압을 공급하고 상기 보조 증폭단으로 상기 제2 출력 전압을 공급하도록 스위칭하는 스위칭 회로;를 포함한다.
다른 실시예에 있어서, 상기 이중 출력 및 이중 모드 제어 회로는, 상기 제1 내지 상기 제2 기준 전압과 상기 제4 기준 전압을 받아서 상기 서플라이 변조 장치가 상기 제1 모드로 동작하도록 하는 제1 모드 제어 신호를 출력하는 제1 모드 제어 블록; 상기 제3 및 상기 제4 기준 전압을 받아서 상기 서플라이 변조 장치가 상기 제2 모드로 동작하도록 하는 제2 모드 제어 신호를 출력하는 제2 모드 제어 블록; 및 상기 모드 신호에 대응하여 상기 제1 또는 상기 제2 모드 제어 신호를 선택적으로 출력하는 모드 선택 블록;을 포함한다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 스위칭 증폭단은, 제1 및 제2 스위칭 소자를 포함하고; 상기 이중 출력 및 이중 모드 제어 회로의 제어에 의해 로우 레벨의 출력 전압을 받아서 상기 제1 스위칭 소자가 스위칭 온되고, 상기 제2 스위칭 소자는 스위칭 오프되어 전류 공급량을 증가시키고; 그리고 상기 이중 출력 및 이중 모드 제어 회로의 제어에 의해 하이 레벨의 출력 전압을 받아서 상기 제1 스위칭 소자가 스위칭 오프되고, 상기 제2 스위칭 소자는 스위칭 온되어 전류 공급량을 감소시킨다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 스위칭 회로는, 제3 및 제4 스위칭 소자를 포함하고; 상기 제3 스위칭 소자는 상기 스위칭 증폭단으로부터 공급되는 전류를 상기 보조 증폭단으로 공급 및 차단하도록 스위칭되며; 상기 제4 스위칭 소자는 상기 스위칭 증폭단으로부터 공급되는 전류를 상기 주 증폭단으로 공급 및 차단하도록 스위칭된다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 선형 증폭단은, 상기 제1 모드에서 동작되어 상기 제1 출력 전압이 상기 제1 기준 전압을 트래킹 할 수 있도록 상기 주 증폭단에 전류를 공급한다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 서플라이 변조 장치는, 상기 제1 모드에서 상기 선형 증폭단이 켜져서 상기 제1 출력 전압을 상기 주 증폭단과 분리시키고, 상기 제2 모드에서 상기 선형 증폭단이 꺼지며 상기 제1 출력 전압을 상기 주 증폭단과 연결하는 트랜스미션 게이트 스위치;를 더 포함한다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 서플라이 변조 장치는, 상기 이단 전력 증폭기의 제1 출력 전력 영역에서는 상기 제1 모드로 동작되어 상기 주 증폭단에 상기 포락선 추적 신호를 공급하고 상기 보조 증폭단에 상기 평균 전력 추적 신호를 공급하며; 상기 제1 출력 전력 영역 보다 낮은 상기 이단 전력 증폭기의 제2 출력 전력 영역에서는 상기 제2 모드로 동작되어 상기 주 증폭단과 상기 보조 증폭단 각각에 상기 평균 전력 추적 신호를 공급한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 이중 출력 및 이중 모드 서플라이 변조 장치를 이용한 이단 전력 증폭기의 서플라이 변조 방법이 제공된다.
이 특징에 따른 이중 출력 및 이중 모드 서플라이 변조 장치를 이용한 이단 전력 증폭기의 서플라이 변조 방법은, 본 발명의 서플라이 변조 장치를 구비하는 이단 전력 증폭기에서의 서플라이 변조 방법을 제공한다.
이 특징의 서플라이 변조 방법은, 제1 내지 제4 기준 전압과, 상기 이단 전력 증폭기가 제1 출력 전력 영역에서 동작하는 경우, 상기 이단 전력 증폭기의 서플라이 변조 장치가 제1 모드로 동작하도록 하고, 상기 이단 전력 증폭기가 상기 제1 출력 전력 영역보다 낮은 제2 출력 전력 영역에서 동작하는 경우, 상기 서플라이 변조 장치가 제2 모드로 동작하도록 하는 모드 신호를 입력받는 단계; 상기 서플라이 변조 장치가 상기 제1 모드로 동작하면, 제1 기준 전압과 제2 기준 전압을 비교하여, 상기 제1 기준 전압이 상기 제2 기준 전압 보다 높은 구간이면, 상기 서플라이 변조 장치의 스위칭 증폭단의 제1 트랜지스터를 온(ON)시켜서 전류의 공급량을 증가시키고, 상기 서플라이 변조 장치의 스위칭 회로의 제4 트랜지스터를 온(ON)시켜서 상기 주 증폭단으로 전류를 공급하는 단계; 상기 제1 기준 전압이 상기 제2 기준 전압 보다 낮은 구간이고, 제2 출력 전압과 상기 제4 기준 전압을 비교하여 상기 제2 출력 전압이 상기 제4 기준 전압 보다 낮은 구간이면, 상기 스위칭 증폭단의 상기 제1 트랜지스터를 온(ON)시켜서 전류의 공급량을 증가시키고, 상기 스위칭 회로의 제3 트랜지스터를 온(ON)시켜서 상기 보조 증폭단으로 전류를 공급하는 단계; 및 상기 제2 출력 전압이 상기 제4 기준 전압 보다 높은 구간이면, 상기 스위칭 증폭단의 제2 트랜지스터를 온(ON)시켜서 전류의 공급량을 감소시키고, 상기 스위칭 회로의 제4 트랜지스터를 온(ON)시켜서 상기 주 증폭단으로 전류를 공급하는 단계;를 포함한다.
이 특징의 한 실시예에 있어서, 상기 서플라이 변조 방법은, 상기 서플라이 변조 장치가 상기 제2 모드로 동작하면, 상기 제2 출력 전압과 상기 제4 기준 전압을 비교하여, 상기 제2 출력 전압이 상기 제4 기준 전압 보다 높은 구간이면 상기 스위칭 증폭단의 제1 트랜지스터를 온(ON)시켜서 전류의 공급량을 증가시키고, 상기 스위칭 회로의 제3 트랜지스터를 온(ON)시켜서 상기 보조 증폭단으로 전류를 공급하는 단계; 상기 제2 출력 전압이 제4 기준 전압 보다 낮은 구간이고, 상기 제1 출력 전압과 상기 제3 기준 전압을 비교하여, 상기 제1 출력 전압이 상기 제3 기준 전압 보다 낮은 구간이면, 상기 스위칭 증폭단의 제1 트랜지스터(MP1)를 온(ON)시켜서 전류의 공급량을 증가시키고, 상기 스위칭 회로의 제4 트랜지스터를 온(ON)시켜서 상기 주 증폭단으로 전류를 공급하는 단계;를 더 포함한다.
다른 실시예에 있어서, 상기 서플라이 변조 방법은, 상기 제1 출력 전압이 상기 제3 기준 전압 보다 높은 구간이면 상기 스위칭 증폭단의 제2 트랜지스터를 온(ON)시켜서 전류의 공급량을 감소시키고, 상기 스위칭 회로의 제4 트랜지스터를 온(ON)시켜서 남는 전류를 상기 주 증폭단로 공급하는 단계;를 더 포함한다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 서플라이 변조 방법은, 상기 이단 전력 증폭기의 상기 제1 출력 전력 영역에서는 상기 서플라이 변조 장치가 상기 제1 모드로 동작되어 상기 주 증폭단에 상기 포락선 추적 신호를 공급하고 상기 보조 증폭단에 상기 평균 전력 추적 신호를 공급하며; 상기 제2 출력 전력 영역에서는 상기 서플라이 변조 장치가 상기 제2 모드로 동작되어 상기 주 증폭단과 상기 보조 증폭단 각각에 상기 평균 전력 추적 신호를 공급한다.
본 발명에 따른 이중 출력 및 이중 모드 서플라이 변조 장치, 이를 이용한 이단 전력 증폭기 그리고 그의 서플라이 변조 방법은 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 본 발명은 하나의 서플라이 변조 장치를 이용하여 이단 전력 증폭기의 서플라이 공급을 위해 두 개의 서플라이 전압을 출력하고 두 개의 모드를 지원함으로써, 이단 전력 증폭기의 효율을 개선시킬 수 있다.
둘째, 본 발명은 서플라이 변조 장치의 회로 구성을 간소화할 수 있으며, 이단 전력 증폭기의 넓은 출력 전력 영역에서 효율을 개선할 수 있다.
셋째, 본 발명은 서플라이 변조 장치를 이용하여 무선 통신 시스템에서 이단 전력 증폭기의 효율을 개선시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 종래기술의 일 실시예에 따른 포락선 추적 서플라이 변조 장치를 구비하는 이단 전력 증폭기의 구성을 도시한 회로도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이중 출력 및 이중 모드 서플라이 변조 장치를 구비하는 이단 전력 증폭기의 구성을 도시한 회로도,
도 3은 도 2에 도시된 이중 출력 및 이중 모드 제어 회로의 동작 구성을 나타내는 회로도,
도 4는 본 발명에 따른 이중 출력 및 이중 모드 서플라이 변조 장치를 구비하는 이단 전력 증폭기의 동작 수순을 도시한 흐름도,
도 5 및 도 6은 도 2에 도시된 제1 및 제2 모드의 동작 상태를 나타내는 파형도들,
도 7 및 도 8은 도 2에 도시된 제1 및 제2 모드의 출력 상태를 나타내는 파형도들, 그리고
도 9는 도 7 및 도 8에 도시된 제1 및 제2 모드의 출력 전압에 따른 효율을 나타내는 파형도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.
본 명세서에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지는 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명에 따른 이중 출력 및 이중 모드 서플라이 변조 장치는 무선 통신 시스템의 송신기에 사용되는 이단 전력 증폭기의 성능 개선을 위하여, 이단 전력 증폭기의 주 증폭단으로 포락선 추적(Envelope Tracking) 신호를 공급하고, 보조 증폭단으로 평균 전력 추적(average power tracking) 신호를 동시에 공급할 수 있도록 한다.
이를 위해 본 발명의 이중 출력 및 이중 모드 서플라이 변조 장치는 두 개의 서플라이 전압을 출력하며 두 개의 동작 모드를 지원한다. 이를 통해 하나의 서플라이 변조 장치로 높은 출력 전력 영역에서는 주 증폭단에 포락선 추적 방식을 적용하고 보조 증폭단에는 평균 전력 추적 방식을 적용하며, 낮은 출력 전력 영역에서는 주 증폭단 및 보조 증폭단 모두에 평균 전력 추적 방식을 적용하여 넓은 출력 전력 영역에서 이단 전력 증폭기의 효율을 개선시킨다.
이러한 본 발명의 이중 출력 및 이중 모드 서플라이 변조 장치는 이단 전력 증폭기의 높은 전력 영역에서는 포락선 추적 방식을 이용하여 주 증폭단의 서플라이를 변조하여 효율을 개선하는 동시에, 평균 전력 추적 방식을 이용하여 보조 증폭단의 서플라이를 변조하여 효율을 개선한다. 하지만 낮은 전력 영역에서는 포락선의 크기가 작아 서플라이 변조 장치에 의해 변조된 출력 서플라이 전압이 작아져 서플라이 변조 장치의 효율이 감소하게 된다. 따라서 낮은 전력 영역에서는 모드를 변경하여 주 증폭단 및 보조 증폭단 모두에 평균 전력 추적 방식을 이용하여 서플라이를 변조하며, 이러한 동작은 넓은 전력 영역에서 이단 전력 증폭기의 보다 더 큰 효율 향상을 기대할 수 있다.
이하에서는 도면을 중심으로 본 발명을 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이중 출력 및 이중 모드 서플라이 변조 장치를 구비하는 이단 전력 증폭기의 구성을 도시한 회로도이고, 도 3은 도 2에 도시된 이중 출력 및 이중 모드 제어 회로의 동작 구성을 나타내는 회로도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 이단 전력 증폭기(100)는 무선 통신 시스템의 송신기에 사용되는 것으로, 성능 개선을 위한 이중 출력 및 이중 모드 서플라이 변조 장치(102)를 구비한다.
즉, 본 발명의 이단 전력 증폭기(100)는 주 증폭단(130), 보조 증폭단(120) 및, 서플라이 변조 장치(102)를 포함한다.
서플라이 변조 장치(102)는 두 개의 모드(Mode1, Mode0)를 제공하며 두 개의 출력 전압(VMAIN, VDRV)을 제공한다. 제1 모드(Mode1, ET/APT)에서는 하나의 포락선 추적(Envelope Tracking, ET) 전압 및 하나의 평균 전력 추적(APT) 전압을 제공한다. 포락선 추적(ET) 전압은 주 증폭단(130)에 인가되어 효율을 개선하며, 평균 전력 추적(Average Power Tracking, APT) 전압은 보조 증폭단(120)에 공급되어 효율을 개선한다. 제2 모드(Mode0, APT/APT)에서는 두 개의 평균 전력 추적(APT) 전압을 제공한다. 두 개의 평균 전력 추적(APT) 전압은 주 증폭단(130) 및 보조 증폭단(120)에 각각 인가되어 효율을 개선한다.
따라서 본 발명은 하나의 서플라이 변조 장치(102)를 이용하여 주 증폭단(130) 및 보조 증폭단(120)의 효율을 동시에 개선할 수 있다. 또한 보조 증폭단(120)에 추가적인 DC/DC 변환기를 사용하지 않아도 되기 때문에 기존에 비해 회로의 크기 및 복잡도가 감소하게 된다.
구체적으로, 서플라이 변조 장치(102)는 이중 출력 및 이중 모드 제어 회로(110), 스위칭 증폭단(140), 선형 증폭단(150), 스위칭 회로(MN.D, MN.M) 및 주변 회로(L1, TG1, C1, C2)들을 포함한다. 스위칭 증폭단(140)은 게이트 드라이버(Gate Driver)(142), 복수 개의 트랜지스터(MP1, MN1)를 포함한다. 선형 증폭단(150)은 연산 트랜스컨덕턴스 증폭기(Operational Transconductance Amplifier, OTA)(152), 복수 개의 멀티플렉서(MUX1, MUX2) 및 복수 개의 트랜지스터(MP2, MN2)를 포함한다. 스위칭 회로(MN.D, MN.M)는 복수 개의 트랜지스터들을 포함한다. 이러한 트랜지스터(MP1, MN1, MP2, MN2, MN.D, MN.M)들 각각은 스위칭 소자로 구비된다.
이중 출력 및 이중 모드 제어 회로(Dual-output dual-mode controller)(110)는 외부(예를 들어, 이단 전력 증폭기를 이용하는 무선 전력 시스템의 송신기 등)(미도시됨)로부터 복수 개의 기준 전압(VTH, VREF.M, VREF.D 및 VENV)들과 모드 신호(Mode)를 입력받아서 입력된 모드 신호(Mode)에 따라 서플라이 변조 장치(102)의 회로를 제어하여 주 증폭단(130) 및 보조 증폭단(120)으로 출력되는 두 출력의 형태를 결정하도록 제어한다.
여기서 제1 기준 전압(VENV)은 이단 전력 증폭기(100)의 RF 입력 신호(RFIN)의 포락선(envelope) 신호를 검출(detection)하기 위한 전압이고, 제1 모드(Mode1) 동작 시 주 증폭단(130)으로 출력되는 제1 출력 전압(VMAIN)을 결정하는 기준 전압이다. 제2 기준 전압(VTH)은 제1 모드(Mode1) 동작 시 제1 기준 전압(VENV)의 크기에 따라 스위칭 증폭단(140)의 전류를 주 증폭단(130)에 공급할 것인지 보조 증폭단(120)에 공급할 것인지를 결정하는 기준 전압이다. 제3 기준 전압(VREF.M)은 제2 모드(Mode0) 동작 시 제1 출력 전압(VMAIN)을 결정하는 기준 전압이고, 제4 기준 전압(VREF.D)은 제1 및 제2 모드(Mode1, Mode0) 동작 시 제2 출력 전압(VDRV)을 결정하는 기준 전압이다. 그리고 공급 전압(VBAT)은 배터리(미도시됨)로부터 서플라이 변조 장치(102)로 공급되는 배터리 전압이다.
또 모드 신호(Mode)는 이단 전력 증폭기(100)의 출력 레벨에 따라 서플라이 변조 장치(102)의 출력 형태를 결정한다. 즉, 모드 신호(Mode)에 의해, 제1 모드(Mode1)가 선택되면, 이단 전력 증폭기(100)가 높은 전력 영역으로 동작하도록 주 증폭단(130)으로 포락선 추적(ET) 전압을 공급하고, 보조 증폭단(120)으로 평균 전력 추적(APT) 전압을 공급한다. 또 모드 신호(Mode)에 의해, 제2 모드(Mode0)가 선택되면, 이단 전력 증폭기(100)가 낮은 전력 영역으로 동작하도록 주 증폭단(130) 및 보조 증폭단(120)에 각각 평균 전력 추적(APT) 전압을 공급한다.
또 이중 출력 및 이중 모드 제어 회로(110)는 제3 내지 제5 출력 전압(VDUTY, VSW.D 및 VSW.M)들 각각을 조정하여 보조 증폭단(120) 및 주 증폭단(130) 각각에 필요한 전류(IMAIN, IDRV)를 조절한다. 여기서 제3 출력 전압(VDUTY)은 로우 레벨에서 스위칭 증폭단(140)의 제1 트랜지스터(MP1)를 온(ON)시키고 제2 트랜지스터(MN1)를 오프(OFF)시켜서 스위칭 증폭단(140)의 전류 공급량을 증가시키고, 하이 레벨에서 스위칭 증폭단(140)의 제1 트랜지스터(MP1)을 오프(OFF)시키고 제2 트랜지스터(MN1)를 온(OFF)시켜서 스위칭 증폭단(140)의 전류 공급량을 감소시킨다. 제4 출력 전압(VSW.D)은 제3 트랜지스터(MN.D)를 온/오프(ON/OFF)시켜서 스위칭 증폭단(140)으로부터 공급되는 전류(ISW.D)를 보조 증폭단(120)에 공급하거나 차단한다. 그리고 제5 출력 전압(VSW.M)은 제4 트랜지스터(MN.M)를 온/오프(ON/OFF)시켜서 스위칭 증폭단(140)으로부터 공급되는 전류(ISW.M)를 주 증폭단(130)에 공급하거나 차단한다.
이를 위해 이중 출력 및 이중 모드 제어 회로(110)는 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 모드 제어 블록(112, 114)와 모드 선택 블록(116)을 포함한다.
제1 모드 제어(Mode1 control) 블록(112)은 제1 모드(Mode1) 동작 시, 기준 전압(VDUTY1, VSW.D1 및 VSW.M1) 신호를 생성하여 트랜지스터(MP1, MN1, MN.D, MN.M)들 각각의 동작을 조절하며, 제2 모드 제어(Mode0 control) 블록(114)은 제2 모드(Mode0) 동작 시, 기준 전압(VDUTY2, VSW.D2 및 VSW.M2) 신호를 생성하여 트랜지스터(MP1, MN1, MN.D, MN.M)들 각각의 동작을 조절한다. 기준 전압(VDUTY1, VSW.D1, VSW.M1, VDUTY2, VSW.D2, VSW.M2) 신호들은 모드 제어 신호로 작용한다. 그리고 모드 선택(Mode selection) 블록(116)은 제1 및 제2 모드 제어 블록(112, 114)로부터 출력되는 모드 제어 신호에 따라 제1 또는 제2 모드 제어 블록(112, 114)에서 출력되는 신호들을 통과시킬 것인지를 선택한다.
따라서 제1 모드(Mode1)에서는 선형 증폭단(150)이 켜지며, 트랜스미션 게이트 스위치(TG1)가 꺼져서 커패시터(C1)를 제1 출력 전압(VMAIN)으로부터 분리한다. 이 때, 스위칭 증폭단(130)은 주 증폭단(130) 및 보조 증폭단(120)에 전류(ISW.D, ISW.M)를 공급하며, 이중 출력 및 이중 모드 제어 회로(110)에서 제3 내지 제5 출력 전압(VDUTY, VSW.D 및 VSW.M)들 각각을 조절하여 공급하는 전류(ISW.D, ISW.M)의 양을 조절한다. 또 선형 증폭단(150)은 제1 출력 전압(VMAIN)이 제1 기준 전압(VENV)을 트래킹(tracking) 할 수 있도록 주 증폭단(130)에 전류(ILIN)를 공급한다. 이에 따라 제 출력 전압(VDRV)은 제4 기준 전압(VREF.D)과 같은 전압으로 조절되며, 제1 출력 전압(VMAIN)은 제1 기준 전압(VENV)과 같은 전압으로 조절된다.
제2 모드(Mode0)에서는 선형 증폭단(150)이 꺼지며, 트랜스미션 게이트 스위치(TG1)가 켜져서 커패시터(C1)를 제1 출력 전압(VMAIN)과 연결한다. 이중 출력 및 이중 모드 제어 회로(110)는 제3 내지 제5 출력 전압(VDUTY, VSW.D 및 VSW.M)들 각각을 조절하여 보조 증폭단(120) 및 주 증폭단(130) 각각에 필요한 전류(ISW.D, ISW.M)를 공급한다. 이에 따라 제2 출력 전압(VDRV)은 제4 기준 전압(VREF.D)과 같은 전압으로 조절되며, 제1 출력 전압(VMAIN)은 제3 기준 전압(VREF.M)과 같은 전압으로 조절된다.
여기서 제2 출력 전압(VDRV)은 제4 기준 전압(VREF.D)에 의해 결정되는 보조 증폭단(120)의 평균 전력 추적(APT) 전압이고, 제1 출력 전압(VMAIN)은 제1 모드(Mode1) 동작 시의 제1 기준 전압(VENV)에 의해 결정되는 주 증폭단(130)의 포락선 추적(ET) 전압 또는 제2 모드(Mode0) 동작 시의 제4 기준 전압(VREF.D)에 의해 결정되는 주 증폭단(130)의 평균 전력 추적(APT) 전압이다.
도 4는 본 발명에 따른 이중 출력 및 이중 모드 서플라이 변조 장치를 구비하는 이단 전력 증폭기의 동작 수순을 도시한 흐름도이다. 이 수순은 이중 출력 및 이중 모드 제어 회로(110)가 제어하는 프로그램으로, 이중 출력 및 이중 모드 제어 회로(110)의 내부 메모리(미도시됨)에 저장된다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 이단 전력 증폭기(100)는 단계 S200에서 높은 전력 영역에서 동작하는 경우, 서플라이 변조 장치(102)의 이중 출력 및 이중 모드 제어 회로(110)로 하이 레벨(1)의 모드 신호(Mode)를 입력하고, 낮은 전력 영역에서 동작하는 경우, 이중 출력 및 이중 모드 제어 회로(110)로 로우 레벨(0)의 모드 신호(Mode)를 입력한다. 이에 서플라이 변조 장치(102)는 이중 출력 및 이중 모드 제어 회로(110)의 제어를 받아서 하이 레벨(1)의 모드 신호(Mode)에 의해 제1 모드(Mode1)로 동작하고, 로우 레벨(0)의 모드 신호(Mode)에 의해 제2 모드(Mode0)로 동작한다.
즉, 서플라이 변조 장치(102)가 제1 모드(Mode1)로 동작하면, 이중 출력 및 이중 모드 제어 회로(110)는 단계 S210에서 제1 기준 전압(VENV)과 제2 기준 전압(VTH)을 비교하여, 제1 기준 전압(VENV)이 제2 기준 전압(VTH) 보다 높은 구간이면, 단계 S212에서 스위칭 증폭단(130)의 제1 트랜지스터(MP1)를 온(ON)시켜서 전류의 공급량을 증가시키고, 제4 트랜지스터(MN.M)를 온(ON)시켜서 주 증폭단(130)으로 전류를 공급한다(VDUTY = 0, VSW.M = 1, VSW.D = 0).
제1 기준 전압(VENV)이 제2 기준 전압(VTH) 보다 낮은 구간이면, 단계 S214에서 제2 출력 전압(VDRV)과 제4 기준 전압(VREF.D)을 비교하여 보조 증폭단(120)에 전류 공급이 필요하면, 즉, 제2 출력 전압(VDRV)이 제4 기준 전압(VREF.D) 보다 낮은 구간이면, 단계 S216으로 진행하여 스위칭 증폭단(130)의 제1 트랜지스터(MP1)를 온(ON)시켜서 전류의 공급량을 증가시키고, 제3 트랜지스터(MN.D)를 온(ON)시켜서 보조 증폭단(120)으로 전류를 공급한다(VDUTY = 0, VSW.M = 0, VSW.D = 1). 또 단계 S214에서 보조 증폭단(120)에 전류 공급이 필요 없으면(VDRV > VREF.D), 단계 S218으로 진행하여 스위칭 증폭단(130)의 제2 트랜지스터(MN1)를 온(ON)시켜서 전류의 공급량을 감소시키고, 제4 트랜지스터(MN.M)를 온(ON)시켜서 주 증폭단(130)으로 전류를 공급한다(VDUTY = 1, VSW.M = 1, VSW.D = 0).
그리고 서플라이 변조 장치(102)가 제2 모드(Mode0)로 동작하면, 이중 출력 및 이중 모드 제어 회로(110)는 단계 S220에서 제2 출력 전압(VDRV)과 제4 기준 전압(VREF.D)을 비교하여, 제2 출력 전압(VDRV)이 제4 기준 전압(VREF.D) 보다 높은 구간이면 즉, 보조 증폭단(120)에 전류 공급이 필요하면(VDRV < VREF.D), 단계 S222에서 스위칭 증폭단(130)의 제1 트랜지스터(MP1)를 온(ON)시켜서 전류의 공급량을 증가시키고 제3 트랜지스터(MN.D)를 온(ON)시켜서 보조 증폭단(120)으로 전류를 공급한다(VDUTY = 0, VSW.M = 0, VSW.D = 1).
제2 출력 전압(VDRV)과 제4 기준 전압(VREF.D)을 비교하여, 제2 출력 전압(VDRV)이 제4 기준 전압(VREF.D) 보다 낮은 구간이면 즉, 보조 증폭단(120)에 전류 공급이 필요하지 않으면(VDRV > VREF.D), 단계 S224에서 제1 출력 전압(VMAIN)과 제3 기준 전압(VREF.M)을 비교하여, 제1 출력 전압(VMAIN)이 제3 기준 전압(VREF.M) 보다 낮은 구간이면 즉, 주 증폭단(130)에 전류 공급이 필요하면(VMAIN < VREF.M), 단계 S226으로 진행하여 스위칭 증폭단(130)의 제1 트랜지스터(MP1)를 온(ON)시켜서 전류의 공급량을 증가시키고, 제4 트랜지스터(MN.M)를 온(ON)시켜서 주 증폭단(130)으로 전류를 공급한다(VDUTY = 0, VSW.M = 1, VSW.D = 0).
그러나 단계 S224에서 제1 출력 전압(VMAIN)이 제3 기준 전압(VREF.M) 보다 높은 구간이면 즉, 주 증폭단(130) 및 보조 증폭단(120) 모두에 전류 공급이 필요하지 않으면(VDRV > VREF.D, VMAIN > VREF.M), 단계 S228로 진행하여 스위칭 증폭단(130)의 제2 트랜지스터(MN1)를 온(ON)시켜서 전류의 공급량을 감소시키고, 제4 트랜지스터(MN.M)를 온(ON)시켜서 남는 전류를 주 증폭단(130)로 공급한다(VDUTY = 1, VSW.M = 1, VSW.D = 0).
도 5 및 도 6은 도 2에 도시된 제1 및 제2 모드의 동작 상태를 나타내는 파형도들이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 서플라이 변조 장치(102)는 이중 출력 및 이중 모드 제어 회로(110)의 제어에 의해 스위칭 증폭단(130)에서 공급되는 전류는 제1 및 제2 트랜지스터(MN.M, MN.D)들 각각의 스위칭 동작에 따라 주 증폭단(130) 및 보조 증폭단(120)으로 나누어 공급되며, 제1 모드(Mode1)에서는 선형 증폭단(150)이 주 증폭단(130)에 전류를 공급하고, 제2 모드(Mode0)에서는 선형 증폭단(150)이 동작하지 않는다.
최종적으로 제1 모드(Mode1)에서는 포락선 추적(ET) 신호인 제1 출력 전압(VMAIN)이 주 증폭단(130)에 공급되고, 평균 전력 추적(APT) 신호인 제2 출력 전압(VDRV)이 보조 증폭단(120)에 공급된다. 그리고 제2 모드(Mode0)에서는 두 개의 평균 전력 추적(APT) 신호인 제1 및 제2 출력 전압(VMAIN, VDRV) 각각이 주 증폭단(130) 및 보조 증폭단(120) 각각에 공급된다.
기존의 포락선 추적 서플라이 변조 장치(11)는 도 1에 도시된 바와 같이, 스위칭 증폭단(20)에서 일정한 전류를 공급하고, 선형 증폭단(18)에서 포락선의 크기가 큰 구간은 전류를 공급하고 포락선의 크기가 작은 구간에서는 전류를 접지(ground)로 배출하여 포락선 신호를 만들어낸다. 그러나 본 발명의 이중 출력 및 이중 모드 서플라이 변조 장치(102)는 포락선의 크기가 큰 구간(VENV > VTH)에서는 제4 트랜지스터(MN.M)를 온(ON)시켜서 스위칭 증폭단(140)의 전류 및 선형 증폭단(150)의 전류를 모두 주 증폭단(130)에 공급하고, 포락선의 크기가 작은 구간(VENV > VTH)에서는 제3 트랜지스터(MN.D)를 온(ON)시켜서 스위칭 증폭단(140)의 전류는 보조 증폭단(120)에 공급하고 주 증폭단(130)에서 필요한 전류는 모두 선형 증폭단(150)에서 공급한다. 이렇게 동작하면 포락선의 크기가 작은 경우, 주 증폭단(130)에서 배출해야 하는 전류를 보조 증폭단(120)에 공급하는 방식으로 동작하기 때문에, 추가적이 전력 소모 없이 보조 증폭단(120)의 평균 전력 추적(APT) 신호를 만들어 낼 수 있다.
도 7 및 도 8은 도 2에 도시된 제1 및 제2 모드의 출력 상태를 나타내는 파형도들이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 이중 출력 및 이중 모드 서플라이 변조 장치(102)의 출력은 제1 모드(Mode1)에서 하나의 포락선 전압과 하나의 DC 전압이 출력된다. 포락선 추적 전압은 입력 포락선 전압에 의해 결정되며 DC 전압은 입력 DC 기준 전압에 의해 결정된다. 포락선 전압은 주 증폭단(130)으로 공급되어 포락선 추적 서플라이 변조 동작을 하며, DC 전압은 보조 증폭단(120)에 공급되어 평균 전력 추적 서플라이 변조 동작을 한다.
또 이중 출력 및 이중 모드 서플라이 변조 장치(102)의 출력은 제2 모드(Mode0)에서 두 개의 DC 전압이 출력된다. 두 개의 DC 전압은 각각 두 개의 입력 DC 기준 전압에 의해 결정된다. 두 개의 DC 전압은 각각 주 증폭단(130) 및 보조 증폭단(120)에 공급되어 각각의 평균 전력 추적 서플라이 변조 동작을 한다.
그리고 도 9는 도 7 및 도 8에 도시된 제1 및 제2 모드의 출력 전압에 따른 효율을 나타내는 파형도이다.
도 9를 참조하면, 이 파형도는 이중 출력 및 이중 모드 서플라이 변조 장치(102)의 모드에 따른 효율을 나타낸 것으로, 제1 모드(Mode1)의 포락선 출력 동작은 주 증폭단(130)의 효율을 크게 개선하지만 공급 전압이 낮아지는 경우, 서플라이 변조 장치(102)의 선형 증폭단(150)의 효율이 낮아지면서 서플라이 변조 장치(102)의 전체 효율이 급격히 하락한다. 반면 제2 모드(Mode0)의 DC 출력 동작은 주 증폭단(130)의 효율 개선량이 비교적 적지만 낮은 전압 공급 시에도 서플라이 변조 장치(102)의 효율이 크게 감소하지 않는다.
따라서 이단 전력 증폭기(100)의 출력 전압이 높을 때에는 서플라이 변조 장치(102)를 제1 모드(Mode1)로 동작시켜 이단 전력 증폭기(100)의 효율을 개선하고. 이단 전력 증폭기(100)의 출력 전압이 낮을 때에는 서플라이 변조 장치(102)를 제2 모드(Mode0)로 동작시켜 서플라이 변조 장치(102)의 효율을 높임으로써, 높은 전력 및 낮은 전력 구간에서 모두 서플라이가 변조된 이단 전력 증폭기(100)의 효율을 개선할 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 이단 전력 증폭기
102 : 서플라이 변조 장치
110 : 이중 출력 및 이중 모드 제어 회로
112 : 제1 모드 제어 블록
114 : 제2 모드 제어 블록
116 : 모드 선택 블록
120 : 보조 증폭단
130 : 주 증폭단
140 : 스위칭 증폭단
150 : 선형 증폭단
MN.D, MN.M : 스위칭 회로

Claims (16)

  1. 이중 출력 및 이중 모드 서플라이 변조 장치에 있어서:
    제1 내지 제4 기준 전압과, 제1 및 제2 모드 중 어느 하나를 선택하도록 하는 모드 신호를 입력받아서 상기 제1 모드에서는 하나의 포락선 추적 신호와 하나의 평균 전력 추적 신호를 출력하도록 제어하고, 상기 제2 모드에서는 두 개의 평균 전력 추적 신호를 출력하도록 제어하는 이중 출력 및 이중 모드 제어 회로;
    상기 이중 출력 및 이중 모드 제어 회로의 제어를 받아서 상기 제1 또는 상기 제2 모드에 대응하여 출력되는 상기 포락선 추적 신호와 상기 평균 전력 추적 신호의 전류량을 조절하는 스위칭 증폭단;
    상기 제1 기준 전압을 입력받아서 상기 제1 모드에서 상기 포락선 추적 신호의 출력 전압이 상기 제1 기준 전압을 트래킹 할 수 있도록 상기 포락선 추적 신호에 전류를 더 공급하는 선형 증폭단; 및
    상기 이중 출력 및 이중 모드 제어 회로의 제어를 받아서 상기 제1 모드에서 상기 포락선 추적 신호와 상기 평균 전력 추적 신호를 출력하도록 스위칭하고 상기 제2 모드에서 두 개의 상기 평균 전력 추적 신호를 출력하도록 스위칭하는 스위칭 회로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 출력 및 이중 모드 서플라이 변조 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 이중 출력 및 이중 모드 제어 회로는,
    상기 서플라이 변조 장치가 상기 제1 모드로 동작하도록 하는 제1 모드 제어 신호를 출력하는 제1 모드 제어 블록;
    상기 서플라이 변조 장치가 상기 제2 모드로 동작하도록 하는 제2 모드 제어 신호를 출력하는 제2 모드 제어 블록; 및
    상기 모드 신호에 대응하여 상기 제1 또는 상기 제2 모드 제어 신호를 선택적으로 출력하는 모드 선택 블록;을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 출력 및 이중 모드 서플라이 변조 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 스위칭 회로는 제1 및 제2 스위칭 소자를 포함하고;
    상기 제1 스위칭 소자는 상기 제1 모드에서 상기 하나의 평균 전력 추적 신호가 출력되도록 스위칭되고, 상기 제2 모드에서 다른 하나의 상기 평균 전력 추적 신호가 출력되도록 스위칭되며;
    상기 제2 스위칭 소자는 상기 제1 모드에서 상기 하나의 포락선 추적 신호가 출력되도록 스위칭되고, 상기 제2 모드에서 또 다른 하나의 상기 평균 전력 추적 신호가 출력되도록 스위칭되는; 것을 특징으로 하는 이중 출력 및 이중 모드 서플라이 변조 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서플라이 변조 장치는,
    주 증폭단과 보조 증폭단을 포함하는 이단 전력 증폭기의 제1 출력 전력 영역에서는 상기 제1 모드로 동작되어 상기 주 증폭단에 상기 포락선 추적 신호를 공급하고 상기 보조 증폭단에 상기 평균 전력 추적 신호를 공급하며;
    상기 제1 출력 전력 영역 보다 낮은 상기 이단 전력 증폭기의 제2 출력 전력 영역에서는 상기 제2 모드로 동작되어 상기 주 증폭단과 상기 보조 증폭단 각각에 상기 평균 전력 추적 신호를 공급하는; 것을 특징으로 하는 이중 출력 및 이중 모드 서플라이 변조 장치.
  5. 이단 전력 증폭기에 있어서:
    입력단과 출력단 사이에 구비되는 주 증폭단;
    상기 입력단과 상기 주 증폭단 사이에 구비되어 상기 주 증폭단과 상호 직렬로 연결되는 보조 증폭단; 및
    복수 개의 기준 전압과, 동작 모드를 선택하는 모드 신호에 대응하여 제1 모드 또는 제2 모드로 동작되고, 상기 제1 모드에서는 상기 주 증폭단으로 포락선 추적 신호를 출력하고 상기 보조 증폭단으로 평균 전력 추적 신호를 출력하며, 상기 제2 모드에서는 상기 주 증폭단과 상기 보조 증폭단 각각으로 평균 전력 추적 신호를 출력하는 이중 출력 및 이중 모드 서플라이 변조 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이단 전력 증폭기.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 서플라이 변조 장치는,
    제1 내지 제4 기준 전압과, 상기 제1 및 상기 제2 모드 중 어느 하나를 선택하도록 하는 상기 모드 신호를 입력받아서 상기 제1 모드에서는 상기 주 증폭단으로 공급되는 제1 출력 전압을 포락선 추적 신호로 공급하고 상기 보조 증폭단으로 공급되는 제2 출력 전압을 평균 전력 추적 신호로 공급하도록 제어하고, 상기 제2 모드에서는 상기 주 증폭단과 상기 보조 증폭단 각각으로 공급되는 상기 제1 및 상기 제2 출력 전압 모두를 평균 전력 추적 신호로 공급하도록 제어하는 이중 출력 및 이중 모드 제어 회로;
    상기 이중 출력 및 이중 모드 제어 회로의 제어를 받아서 상기 주 증폭단과 상기 보조 증폭단 각각으로 공급되는 전류량을 조절하는 스위칭 증폭단;
    상기 제1 기준 전압을 입력받아서 상기 주 증폭단으로 공급되는 상기 제1 출력 전압이 상기 제1 기준 전압을 트래킹 할 수 있도록 상기 주 증폭단으로 전류를 공급하는 선형 증폭단; 및
    상기 이중 출력 및 이중 모드 제어 회로의 제어를 받아서 상기 주 증폭단으로 상기 제1 출력 전압을 공급하고 상기 보조 증폭단으로 상기 제2 출력 전압을 공급하도록 스위칭하는 스위칭 회로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이단 전력 증폭기.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 이중 출력 및 이중 모드 제어 회로는,
    상기 제1 내지 상기 제2 기준 전압과 상기 제4 기준 전압을 받아서 상기 서플라이 변조 장치가 상기 제1 모드로 동작하도록 하는 제1 모드 제어 신호를 출력하는 제1 모드 제어 블록;
    상기 제3 및 상기 제4 기준 전압을 받아서 상기 서플라이 변조 장치가 상기 제2 모드로 동작하도록 하는 제2 모드 제어 신호를 출력하는 제2 모드 제어 블록; 및
    상기 모드 신호에 대응하여 상기 제1 또는 상기 제2 모드 제어 신호를 선택적으로 출력하는 모드 선택 블록;을 포함하는 것을 특징으로 하는 이단 전력 증폭기.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 스위칭 증폭단은,
    제1 및 제2 스위칭 소자를 포함하고;
    상기 이중 출력 및 이중 모드 제어 회로의 제어에 의해 로우 레벨의 출력 전압을 받아서 상기 제1 스위칭 소자가 스위칭 온되고, 상기 제2 스위칭 소자는 스위칭 오프되어 전류 공급량을 증가시키고; 그리고
    상기 이중 출력 및 이중 모드 제어 회로의 제어에 의해 하이 레벨의 출력 전압을 받아서 상기 제1 스위칭 소자가 스위칭 오프되고, 상기 제2 스위칭 소자는 스위칭 온되어 전류 공급량을 감소시키는; 것을 특징으로 하는 이단 전력 증폭기.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 스위칭 회로는,
    제3 및 제4 스위칭 소자를 포함하고;
    상기 제3 스위칭 소자는 상기 스위칭 증폭단으로부터 공급되는 전류를 상기 보조 증폭단으로 공급 및 차단하도록 스위칭되며;
    상기 제4 스위칭 소자는 상기 스위칭 증폭단으로부터 공급되는 전류를 상기 주 증폭단으로 공급 및 차단하도록 스위칭되는; 것을 특징으로 하는 이단 전력 증폭기.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 선형 증폭단은,
    상기 제1 모드에서 동작되어 상기 제1 출력 전압이 상기 제1 기준 전압을 트래킹 할 수 있도록 상기 주 증폭단에 전류를 공급하는; 것을 특징으로 하는 이단 전력 증폭기.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 서플라이 변조 장치는,
    상기 제1 모드에서 상기 선형 증폭단이 켜져서 상기 제1 출력 전압을 상기 주 증폭단과 분리시키고, 상기 제2 모드에서 상기 선형 증폭단이 꺼지며 상기 제1 출력 전압을 상기 주 증폭단과 연결하는 트랜스미션 게이트 스위치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이단 전력 증폭기.
  12. 청구항 5 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서플라이 변조 장치는,
    상기 이단 전력 증폭기의 제1 출력 전력 영역에서는 상기 제1 모드로 동작되어 상기 주 증폭단에 상기 포락선 추적 신호를 공급하고 상기 보조 증폭단에 상기 평균 전력 추적 신호를 공급하며;
    상기 제1 출력 전력 영역 보다 낮은 상기 이단 전력 증폭기의 제2 출력 전력 영역에서는 상기 제2 모드로 동작되어 상기 주 증폭단과 상기 보조 증폭단 각각에 상기 평균 전력 추적 신호를 공급하는; 것을 특징으로 하는 이단 전력 증폭기.
  13. 청구항 6 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 기재된 이단 전력 증폭기의 서플라이 변조 방법에 있어서:
    제1 내지 제4 기준 전압과, 상기 이단 전력 증폭기가 제1 출력 전력 영역에서 동작하는 경우, 상기 이단 전력 증폭기의 서플라이 변조 장치가 제1 모드로 동작하도록 하고, 상기 이단 전력 증폭기가 상기 제1 출력 전력 영역보다 낮은 제2 출력 전력 영역에서 동작하는 경우, 상기 서플라이 변조 장치가 제2 모드로 동작하도록 하는 모드 신호를 입력받는 단계;
    상기 서플라이 변조 장치가 상기 제1 모드로 동작하면, 제1 기준 전압과 제2 기준 전압을 비교하여, 상기 제1 기준 전압이 상기 제2 기준 전압 보다 높은 구간이면, 상기 서플라이 변조 장치의 스위칭 증폭단의 제1 트랜지스터를 온(ON)시켜서 전류의 공급량을 증가시키고, 상기 서플라이 변조 장치의 스위칭 회로의 제4 트랜지스터를 온(ON)시켜서 상기 주 증폭단으로 전류를 공급하는 단계;
    상기 제1 기준 전압이 상기 제2 기준 전압 보다 낮은 구간이고, 제2 출력 전압과 상기 제4 기준 전압을 비교하여 상기 제2 출력 전압이 상기 제4 기준 전압 보다 낮은 구간이면, 상기 스위칭 증폭단의 상기 제1 트랜지스터를 온(ON)시켜서 전류의 공급량을 증가시키고, 상기 스위칭 회로의 제3 트랜지스터를 온(ON)시켜서 상기 보조 증폭단으로 전류를 공급하는 단계; 및
    상기 제2 출력 전압이 상기 제4 기준 전압 보다 높은 구간이면, 상기 스위칭 증폭단의 제2 트랜지스터를 온(ON)시켜서 전류의 공급량을 감소시키고, 상기 스위칭 회로의 제4 트랜지스터를 온(ON)시켜서 상기 주 증폭단으로 전류를 공급하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기의 서플라이 변조 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 서플라이 변조 방법은,
    상기 서플라이 변조 장치가 상기 제2 모드로 동작하면, 상기 제2 출력 전압과 상기 제4 기준 전압을 비교하여, 상기 제2 출력 전압이 상기 제4 기준 전압 보다 높은 구간이면 상기 스위칭 증폭단의 제1 트랜지스터를 온(ON)시켜서 전류의 공급량을 증가시키고, 상기 스위칭 회로의 제3 트랜지스터를 온(ON)시켜서 상기 보조 증폭단으로 전류를 공급하는 단계;
    상기 제2 출력 전압이 제4 기준 전압 보다 낮은 구간이고, 상기 제1 출력 전압과 상기 제3 기준 전압을 비교하여, 상기 제1 출력 전압이 상기 제3 기준 전압 보다 낮은 구간이면, 상기 스위칭 증폭단의 제1 트랜지스터(MP1)를 온(ON)시켜서 전류의 공급량을 증가시키고, 상기 스위칭 회로의 제4 트랜지스터를 온(ON)시켜서 상기 주 증폭단으로 전류를 공급하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기의 서플라이 변조 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 서플라이 변조 방법은,
    상기 제1 출력 전압이 상기 제3 기준 전압 보다 높은 구간이면 상기 스위칭 증폭단의 제2 트랜지스터를 온(ON)시켜서 전류의 공급량을 감소시키고, 상기 스위칭 회로의 제4 트랜지스터를 온(ON)시켜서 남는 전류를 상기 주 증폭단로 공급하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기의 서플라이 변조 방법.
  16. 청구항 13 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서플라이 변조 방법은,
    상기 이단 전력 증폭기의 상기 제1 출력 전력 영역에서는 상기 서플라이 변조 장치가 상기 제1 모드로 동작되어 상기 주 증폭단에 상기 포락선 추적 신호를 공급하고 상기 보조 증폭단에 상기 평균 전력 추적 신호를 공급하며;
    상기 제2 출력 전력 영역에서는 상기 서플라이 변조 장치가 상기 제2 모드로 동작되어 상기 주 증폭단과 상기 보조 증폭단 각각에 상기 평균 전력 추적 신호를 공급하는; 것을 특징으로 하는 전력 증폭기의 서플라이 변조 방법.
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