KR20200084693A - 전원 변조기 및 이를 포함하는 무선 통신 장치 - Google Patents

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Abstract

본 개시의 기술적 사상의 일 측면에 따른 전원 변조기에 있어서, 선형 레귤레이터, 스위칭 레귤레이터 및 변조 모드에 부합하는 전원 변조기의 출력 신호를 생성하기 위해 상기 변조 모드를 기반으로 상기 선형 레귤레이터 및 상기 스위칭 레귤레이터 사이의 연결을 제어하도록 구성된 모드 기반 연결 회로를 포함하고, 상기 모드 기반 연결 회로는, ET(Envelope Tracking) 변조 모드에서 상기 선형 레귤레이터의 출력 신호로부터 AC(Alternating Current) 신호를 커플링하여 상기 선형 레귤레이터의 출력 신호를 타겟 커플링 전압만큼 낮추도록 구성된 커플링 회로 및 다른 변조 모드에서 상기 커플링 회로의 커플링 전압을 모니터링하고, 상기 모니터링 결과를 기반으로 상기 커플링 전압을 상기 타겟 커플링 전압으로 유지하기 위한 선택적 전압 인가 동작을 수행하도록 구성된 커플링 전압 관리 회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전원 변조기 및 이를 포함하는 무선 통신 장치{A power supply modulator and an wireless communication apparatus including the same}
본 개시의 기술적 사상은 무선 통신 시스템에서 사용되는 무선 통신 장치의 전원 변조기(power supply modulator)에 관한 것이다.
무선 통신 장치, 특히, 휴대용 단말과 같이 배터리 전력소모가 중요시 되는 어플리케이션에서는 긴 배터리 사용시간을 위하여 고효율 RF(Radio Frequency)/아날로그 출력 증폭기를 요구한다. 최근 무선 통신은 차세대 통신 기술로 진화하면서 높은 PAPR(Peak-to-Average Power Ratio) 특성에도 고효율 특성을 얻을 수 있는 기술이 필요하다. 최근, 차세대 통신 기술로 인하여, 높은 선형 특성 및 넓은 대역폭을 지원할 수 있는 단말의 하드웨어가 필요하다. 따라서, 무선 통신 장치에 필요한 RF/아날로그 출력 증폭기는 모든 요구조건을 충족하여야 하지만, 공정 및 회로구조상의 한계로 인하여 동시에 모든 요구조건을 충족시키기 어렵다. 한편, 무선 주파수 전력 증폭기(Radio Frequency Power Amplifier, 이하 RF PA 또는 RF 전력 증폭기)의 효율은 입력 신호의 PAPR이 클수록 낮아진다. 그런데 높은 PAPR 특성은 RF 전력 증폭기의 높은 P1dB(1dB Gain Compression Point) 및 포화 전력(saturated power)을 요구하므로, 배터리와 같이 한정된 전원(fixed supply)으로 동작하는 기존의 RF 전력 증폭기는 피크 전력(peak power)과 백오프 전력(back-off power) 영역에서 모두 낮은 전력효율을 가지게 된다. 따라서, 백오프 전력 영역에서의 낮은 전력효율 특성을 개선하기 위하여 평균 전력(Average Power)을 추적(tracking)하면서 전원 전압을 조절하는 APT(Average Power Tracking) 기술이 개발되었다. 하지만 APT 기술을 적용할 경우, 전원 전압이 순시적으로 포락선 신호(envelope signal)을 따라가지 못하기 때문에 이로 인해 RF 전력 증폭기는 추가적인 전력 손실(power loss)을 가지게 된다. 이를 보완하기 위하여 개발된 기술이 포락선 추적(Envelope Tracking, 이하 ET) 기술이다. ET 기술은 RF 전력 증폭기의 효율을 향상시키는 기술의 하나로, 입력되는 포락선 신호를 순시적으로 따라가면서 RF 전력 증폭기의 전력 효율 특성을 개선하는 기술이다. 따라서 RF 전력 증폭기에 ET 기술을 적용하기 위해서는 배터리 전원을 포락선 신호로 정규화하는 전원 변조기(Supply Modulator)가 필요하다. 전원 변조기는 높은 대역폭(bandwidth)과 높은 효율을 동시에 가져야 하며, 이를 위해 일반적으로 선형(Linear) 증폭기로 이루어진 선형 레귤레이터와 스위칭 레귤레이터의 조합인 하이브리드(hybrid) 구조를 사용한다. 다만, 종래의 하이브리드 구조를 이용하는 경우, 선형 레귤레이터와 스위칭 레귤레이터 사이에 연결된 커플링 회로의 양단 전압은 플로팅 상태, 주변 노이즈 등으로 인해 소정의 레벨로 유지되기 어려워 효과적인 변조 동작을 수행할 수 없는 문제가 있었다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하려는 과제는 전력을 효율적으로 사용하고, 변조 동작의 성능을 향상시키기 전원 변조기 및 이를 포함하는 무선 통신 장치를 제공하는 데에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 개시의 기술적 사상의 일 측면에 따른 전원 변조기에 있어서, 선형 레귤레이터, 스위칭 레귤레이터 및 변조 모드에 부합하는 전원 변조기의 출력 신호를 생성하기 위해 상기 변조 모드를 기반으로 상기 선형 레귤레이터 및 상기 스위칭 레귤레이터 사이의 연결을 제어하도록 구성된 모드 기반 연결 회로를 포함하고, 상기 모드 기반 연결 회로는, ET(Envelope Tracking) 변조 모드에서 상기 선형 레귤레이터의 출력 신호로부터 AC(Alternating Current) 신호를 커플링하여 상기 선형 레귤레이터의 출력 신호를 타겟 커플링 전압만큼 낮추도록 구성된 커플링 회로 및 다른 변조 모드에서 상기 커플링 회로의 커플링 전압을 모니터링하고, 상기 모니터링 결과를 기반으로 상기 커플링 전압을 상기 타겟 커플링 전압으로 유지하기 위한 선택적 전압 인가 동작을 수행하도록 구성된 커플링 전압 관리 회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 개시의 기술적 사상의 다른 측면에 따른 복수의 변조 모드들로 동작하는 전원 변조기에 있어서, ET 변조 모드에서 포락선 신호를 출력하도록 구성된 선형 레귤레이터, 상기 ET 변조 모드 또는 APT 변조 모드에서 DC(Direct Current) 신호를 출력하도록 구성된 스위칭 레귤레이터, 상기 ET 변조 모드에서 상기 선형 레귤레이터의 상기 포락선 신호로부터 AC 신호를 커플링하여 상기 선형 레귤레이터의 출력 신호를 타겟 커플링 전압만큼 낮추도록 구성된 커플링 회로 및 상기 ET 변조 모드 외의 나머지 상기 변조 모드들에서 상기 커플링 회로의 커플링 전압을 타겟 커플링 전압으로 유지하기 위하여 상기 전원 변조기의 상기 변조 모드에 따라 상기 커플링 회로의 일단 또는 양단에 다양한 레벨을 갖는 전압들을 선택적으로 인가하도록 구성된 커플링 전압 관리 회로를 포함한다.
한편, 본 개시의 기술적 사상의 또 다른 일 측면에 따른 무선 통신 장치에 있어서, 복수의 변조 모드들로 동작하기 위하여 선형 레귤레이터, 스위칭 레귤레이터 및, 상기 선형 레귤레이터의 출력단과 상기 스위칭 레귤레이터 출력단 사이에 연결된, 커플링 회로가 구비된 전원 변조기, 상기 전원 변조기의 변조 모드를 제어하도록 구성된 모뎀 및 상기 전원 변조기로부터 공급받은 전압을 이용해 RF 신호를 증폭하고, 증폭된 상기 RF 신호를 출력하도록 구성된 RF 전력 증폭기를 포함하며, 상기 전원 변조기는, ET 변조 모드 외의 나머지 적어도 하나의 변조 모드에서 상기 커플링 회로의 양단 전압을 모니터링하고, 상기 모니터링 결과를 기반으로 상기 ET 변조 모드에서의 타겟 커플링 전압을 갖도록 상기 커플링 회로에 대한 선택적인 전압 인가 동작을 수행하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
본 개시의 기술적 사상에 따른 커플링 전압 관리 회로는 복수의 변조 모드들을 지원하는 전원 변조기의 커플링 회로가 미리 타겟 커플링 전압을 갖도록 관리함으로써 전원 변조기가 ET 변조 모드를 기반으로 전원 변조 동작을 수행할 때에, 전력을 효율적으로 사용할 수 있는 동시에 변조 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 전원 변조기를 포함하는 무선 통신 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 도 1의 커플링 전압 관리 회로의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 전원 변조기를 나타내는 블록도이다.
도 4는 ET 변조 모드 및 APT 변조 모드에서의 전원 변조기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a는 ET 변조 모드에서의 전원 변조기를 설명하기 위한 블록도이고, 도 5b는 APT 변조 모드에서의 전원 변조기를 설명하기 위한 블록도이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 개시의 사상이 적용된 전원 변조기의 효과를 설명하기 위한 타임 차트이다.
도 7은 본 개시의 일 실시 예에 따른 커플링 전압 관리 회로를 구체적으로 나타내는 블록도이다.
도 8은 본 개시의 일 실시 예에 따른 커플링 전압 관리 회로의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 9a는 본 개시의 일 실시 예에 따른 커플링 전압 관리 회로의 스위칭 제어 조건을 설명하기 위한 도면이고, 도 9b는 도 9a의 동작을 수행할 수 있는 커플링 전압 관리 회로의 일 구현 예를 나타내는 회로도이다.
도 10은 스탠바이 모드에서의 전원 변조기를 설명하기 위한 블록도이다.
도 11a 및 도 11b는 본 개시의 일 실시 예에 다른 커플링 전압 관리 회로를 구체적으로 나타내는 블록도이다.
도 12는 본 개시의 일 실시 예에 따른 무선 통신 장치를 나타내는 블록도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 전원 변조기(100)를 포함하는 무선 통신 장치(1)를 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 무선 통신 장치(1)는 모뎀(10), RFIC(Radio Frequency Integrated Circuit; 20), RF 전력 증폭기(30) 및 전원 변조기(100)를 포함할 수 있다. 모뎀(10)은 송신하고자 하는 정보를 포함하는 송신 신호를 RFIC(20)로 제공할 수 있다. 모뎀(10)은 송신 신호의 진폭 변조(Amplitude Modulation)를 통해 생성한 포락선 신호를 전원 변조기(100)에 제공할 수 있다. 이 때, 전원 변조기(100)는 복수의 변조 모드들로 동작할 수 있으며, 모뎀(10)은 전원 변조기(100)의 변조 모드 제어를 위한 변조 모드 제어신호를 전원 변조기(100)에 제공할 수 있다.
RFIC(20)는 송신 신호를 시스템 대역의 반송파로 변조하여 RF(Radio Frequency) 신호를 출력하며, RF 전력 증폭기(30)는 RF 신호를 요구되는 전력 레벨로 증폭하여 안테나(40)를 통해 다른 무선 통신 장치, 기지국 등으로 송신할 수 있다.
본 개시의 실시 예들에 따른 전원 변조기(100)는 모뎀(10)으로부터 입력되는 포락선 신호를 증폭하고, 정규화하는 과정을 통해 전원(power supply)(예를 들면, 무선 통신 장치(1)의 내부 전원)의 전압을 설정된 변조 모드에 따라 변조하고, 변조된 전압을 RF 전력 증폭기(30)에 제공할 수 있다. 전원 변조기(100)는 무선 통신 장치(1)의 내부 전원(예를 들면, 배터리)으로부터 제공되는 고정된 공급 전압을 포락선 신호에 따라 제어하여 전원 변조기(100) 및 RF 전력 증폭기(30)가 최적의 선형성 및 에너지 효율을 가지도록 한다.
복수의 변조 모드들을 지원하기 위한 전원 변조기(100)는 선형 레귤레이터(110), 스위칭 레귤레이터(120) 및 모드 기반 연결 회로(130)를 포함할 수 있다. 일 실시 예로, 변조 모드들은 APT(Average Power Tracking) 변조 모드, ET(Envelope Tracking) 변조 모드 및 스탠바이(standby) 모드 등을 포함할 수 있다. 이하에서는, 전원 변조기(100)가 APT 변조 모드, ET 변조 모드 및 스탠바이 모드를 지원하는 것을 중심으로 기술하였으나, 이는 예시적인 실시 예에 불과하며, 이에 국한되지 않고, 더 다양한 변조 모드들을 지원할 수 있음은 분명하다.
전원 변조기(100)는 선형 레귤레이터(110)와 스위칭 레귤레이터(120)의 조합인 하이브리드 구조를 가질 수 있으며, 선형 레귤레이터(110)와 스위칭 레귤레이터(120)의 출력들은 결합되어 공급 전압으로서 RF 전력 증폭기(30)에 제공될 수 있다. 선형 레귤레이터(110)는 포락선 신호의 높은 주파수 영역을 추적하여 RF 전력 증폭기(30)의 공급 전압에 대한 높은 출력 정확도를 보장하고, 스위칭 레귤레이터(120)는 넓은 범위의 출력 전압을 제공하기 위하여 포락선 신호의 낮은 주파수 영역을 추적할 수 있다. 선형 레귤레이터(110) 및 스위칭 레귤레이터(120)는 전원 변조기(100)의 변조 모드에 따라 각각 활성화/비활성화될 수 있으며, 모드 기반 연결 회로(130)는 변조 모드에 따라 선형 레귤레이터(110)와 스위칭 레귤레이터(120) 사이의 연결을 제어할 수 있다. 모드 기반 연결 회로(130)의 구조 및 동작과 관련해서 도 5a 및 도 5b 등에서 구체적으로 서술한다.
모드 기반 연결 회로(130)는 전원 변조기(100)의 ET 변조 모드에서 선형 레귤레이터(110)의 출력 신호로부터 AC(Alternating Current) 신호를 커플링하여 선형 레귤레이터(110)의 출력 신호를 원하는 커플링 전압(이하에서는, 원하는 커플링 전압을 타겟 커플링 전압으로 지칭함)만큼 낮추기 위한 커플링 회로(미도시)를 포함할 수 있다. 커플링 회로(미도시)는 전원 변조기(100)가 ET 변조 모드에서 다른 변조 모드로 전환될 때에, 회로 연결의 변화, 노이즈 발생 등의 다양한 요인으로 인하여 커플링 회로(미도시)의 양단에 걸리는 커플링 전압을 타겟 커플링 전압으로 유지하기가 어려웠다. 이로 인하여 전원 변조기(100)가 ET 변조 모드로 다시 전환될 때에, 커플링 회로(미도시)의 커플링 전압이 타겟 커플링 전압에 도달하기까지 소정의 시간이 필요하였고, 이러한 시간은 선형 레귤레이터(110)의 출력 신호에 부정적 영향을 줌으로써 전원 변조기(100)가 원활한 ET 변조 모드로 동작하기 어려운 문제가 있었다.
이러한 문제를 사전에 방지하기 위하여 모드 기반 연결 회로(130)는 커플링 전압 관리 회로(135)를 포함함으로써 커플링 회로(미도시)의 커플링 전압이 ET 변조 모드 이외의 변조 모드들에서도 타겟 커플링 전압을 유지할 수 있도록 관리할 수 있다. 커플링 전압 관리 회로(135)는 선형 레귤레이터(110)와 스위칭 레귤레이터(120) 간의 변조 모드에 따른 연결을 제어하는 모드 기반 연결 회로(130)의 회로 구성에 따라 다양하게 구현될 수 있다. 커플링 전압 관리 회로(135)는 ET 변조 모드 이외의 변조 모드들에서 커플링 회로(미도시)의 커플링 전압이 타겟 커플링 전압으로 유지될 수 있도록 커플링 회로(미도시)의 양단에 선택적 전압 인가 동작을 수행할 수 있다.
일 실시 예로, 커플링 전압 관리 회로(135)는 커플링 회로(미도시)의 양단과 연결되어 커플링 회로(미도시)의 커플링 전압을 모니터링할 수 있다. 즉, 커플링 전압 관리 회로(135)는 ET 변조 모드 이외의 변조 모드에서 커플링 회로(미도시)의 커플링 전압이 타겟 커플링 전압을 유지 또는 도달하였는지를 지속적으로 모니터링할 수 있으며, 모니터링 결과를 기반으로 커플링 회로(미도시)에 대한 선택적인 전압 인가 동작을 수행할 수 있다.
일 예로, 커플링 전압 관리 회로(135)는 ET 변조 모드 이외의 다른 변조 모드(예를 들면, APT 변조 모드)에서 커플링 회로(미도시)의 커플링 전압이 타겟 커플링 전압보다 높을 때는, 커플링 전압을 낮추어 타겟 커플링 전압에 도달할 수 있도록 커플링 회로(미도시)의 일단에 제1 전압을 인가할 수 있고, 커플링 전압이 타겟 커플링 전압보다 낮은 때는, 커플링 전압을 높여 타겟 커플링 전압에 도달할 수 있도록 커플링 회로(미도시)의 일단에 제2 전압을 인가할 수 있다. 즉, 커플링 전압 관리 회로(135)는 커플링 회로(미도시)의 동일한 단(terminal)에 서로 다른 전압을 선택적으로 인가함으로써 커플링 회로(미도시)의 커플링 전압을 타겟 커플링 전압으로 유지하도록 할 수 있다.
다른 예로, 커플링 전압 관리 회로(135)는 ET 변조 모드 이외의 또 다른 변조 모드(예들 들면, 스탠바이 모드)에서 커플링 회로(미도시)의 커플링 전압이 타겟 커플링 전압에 도달할 수 있도록 커플링 회로(미도시)의 일단에 제3 전압을 인가할 수 있고, 커플링 회로(미도시)의 타단에 제4 전압을 인가할 수 있다. 즉, 커플링 전압 관리 회로(135)는 커플링 회로(미도시)의 서로 다른 단에 서로 다른 전압을 인가함으로써 커플링 회로(미도시)의 커플링 전압을 타겟 커플링 전압으로 유지(또는, 도달)하도록 할 수 있다. 제1 내지 제4 전압은 각각 서로 동일 또는 상이한 전압 레벨을 가질 수 있으며, 전원 변조기(100)에 제공되는 전압에 따라 다양하게 구현될 수 있다. 제1 내지 제4 전압에 대한 구체적인 내용은 도 7 등에서 서술하도록 한다. 이하에서, 전원 변조기(100)의 스탠바이 모드는 다른 변조 모드(예를 들면, ET 변조 모드 또는 APT 변조 모드)의 동작을 준비하기 위한 모드일 수 있다. 일 예로, 전원 변조기(100)는 무선 통신 장치(1)가 파워 오프(power off) 상태에서 파워 온(power on) 상태로 전환된지 얼마 안된 시점, 또는, RF 전력 증폭기(30)를 통해 출력하려는 RF 신호가 존재하지 않을 때에, 스탠바이 모드로 동작할 수 있다.
위에서 서술한 바와 같이, 본 개시의 일 실시 예에 따른 커플링 전압 관리 회로(135)는 ET 변조 모드 이외의 변조 모드의 종류에 따라 커플링 회로(미도시)의 커플링 전압을 타겟 커플링 전압으로 유지하기 위한 전압 인가 동작 방법을 상이하게 수행할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따른 커플링 전압 관리 회로(135)는 복수의 변조 모드들을 지원하는 전원 변조기(100)의 커플링 회로(미도시)가 미리 타겟 커플링 전압을 갖도록 관리함으로써 전원 변조기(100)가 ET 변조 모드를 기반으로 전원 변조 동작을 수행할 때에, 전력을 효율적으로 사용할 수 있는 동시에 변조 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 도 1의 커플링 전압 관리 회로(135)의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 커플링 전압 관리 회로(135)는 전원 변조기(100)가 소정의 변조 모드일 때에, 커플링 회로의 커플링 전압을 모니터링할 수 있다. 구체적으로, 커플링 전압 관리 회로(135)는 커플링 회로의 양단과 연결되어 커플링 회로의 양단 전압(커플링 전압)을 모니터링할 수 있다(S100). 일 실시 예로, 커플링 전압 관리 회로(135)는 ET 변조 모드 이외의 적어도 하나의 변조 모드에서 커플링 회로의 커플링 전압을 모니터링할 수 있다. 커플링 전압 관리 회로(135)가 커플링 회로의 커플링 전압을 모니터링하는 변조 모드는 미리 설정될 수 있다. 예를 들면, 커플링 전압을 모니터링하는 변조 모드는 APT 변조 모드 또는 스탠바이 모드로 설정될 수 있다.
커플링 전압 관리 회로(135)는 모니터링 결과를 기반하여 커플링 회로의 커플링 전압을 타겟 커플링 전압으로 유지하기 위한 관리를 수행할 수 있다(S120). 다만, 실시 예에 따라, 커플링 전압 관리 회로(135)는 소정의 변조 모드(예를 들면, 스탠바이 모드)에서는 커플링 회로의 커플링 전압을 모니터링하지 않을 수 있으며, 바로 커플링 회로의 일단 또는 양단에 소정의 전압을 인가하여 커플링 회로의 양단 전압이 타겟 커플링 전압에 도달하도록 제어할 수 있다.
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 전원 변조기(200)를 나타내는 블록도이다.
도 3을 참조하면, 전원 변조기(200)는 선형 레귤레이터(210), 스위칭 레귤레이터(220), 모드 기반 연결 회로(230)를 포함할 수 있다. 모드 기반 연결 회로(230)는 커플링 회로(231), DC(Direct Current) 검출 회로(232), 결합기(233, 235), 버퍼(234) (내부에 기재된 '-1'은 네거티브 피드백(negative feedback)을 제공하기 위한 버퍼인 것을 의미함), 멀티플렉서(236) 및 커플링 전압 관리 회로(240)를 포함할 수 있다. 특히, ET 변조 동작을 위한 DC 검출 회로(232), 결합기(233, 235), 버퍼(234), 멀티플렉서(236)의 구성은 예시적인 실시 예에 불과한 바, 이에 국한되지 않으며, 효과적인 ET 변조 동작을 수행할 수 있도록 다양한 회로 구성들로 구현될 수 있다. 더 나아가, 도 3에 도시된 실시 예는 예시적인 것에 불과한 바, 이에 국한되지 않고, 선형 레귤레이터(210) 및 스위칭 레귤레이터(220)를 이용한 복수의 변조 모드들을 지원할 수 있도록 모드 기반 연결 회로(230)는 다양한 회로 구성으로 구현될 수 있다. 이하에서는, 이해를 돕기 위해 도 3에 도시된 전원 변조기(200)의 구성을 중심으로 서술하나, 본 개시의 커플링 전압 관리 회로(240)의 구성 및 동작은 다양하게 구현된 전원 변조기(200)의 구성에 적용될 수 있음은 분명하다.
모드 기반 연결 회로(230)는 선형 레귤레이터(210)의 출력단, 스위칭 레귤레이터(220)의 입력단 및 출력단에 각각 연결될 수 있다. 구체적으로, 선형 레귤레이터(210)의 출력단 및 커플링 회로(231)의 일단이 만나는 제1 노드(N1)를 통해 선형 레귤레이터(210)와 모드 기반 연결 회로(230)가 연결될 수 있다. 또한, 스위칭 레귤레이터(220)의 출력단 및 커플링 회로(231)의 타단이 만나는 제2 노드(N2)와 멀티플렉서(236)의 출력단을 통해 스위칭 레귤레이터(220)와 모드 기반 연결 회로(230)가 연결될 수 있다. 일 실시 예로, 커플링 회로(231)는 커플링 커패시터(CC)를 포함할 수 있으며, 커플링 회로(231)의 양단은 DC 검출 회로(232)와 커플링 전압 관리 회로(240)가 각각 연결될 수 있다. 일 예로, ET 변조 모드일 때에, 선형 레귤레이터(210)는 모뎀(10, 도 1)으로부터 제1 포락선 신호(VET_IN)를 수신할 수 있으며, 스위칭 레귤레이터(220)는 멀티플렉서(236)를 통해 모드 기반 연결 회로(230) 내에서 생성된 신호를 수신할 수 있다. 다른 예로, APT 변조 모드일 때에, 스위칭 레귤레이터(220)는 멀티플렉서(236)를 통해 모뎀(10, 도 1)으로부터 제공된 제2 포락선 신호(VAPT_IN)를 수신할 수 있다. 각 변조 모드에 대한 모드 기반 연결 회로(230)의 구체적인 내용은 도 5a 및 도 5b에서 서술한다.
선형 레귤레이터(210)는 무선 통신 장치(1, 도 1)의 내부의 전원(예를 들면, 배터리) 전압으로부터 레벨이 조정된 제1 공급 전압(VIN1)을 제공받을 수 있다. 전원 변조기(200)는 제1 공급 전압(VIN1)을 생성하기 위한 DC-DC 컨버터(예를 들면, 벅 부스트 컨버터)를 더 포함할 수 있다. 스위칭 레귤레이터(220)는 무선 통신 장치(1, 도 1)의 내부의 전원 전압을 제2 공급 전압(VIN2)으로서 제공받을 수 있다. 일 실시 예로, 제1 공급 전압(VIN1)의 레벨과 제2 공급 전압(VIN2)의 레벨은 상이할 수 있다. 다만, 이는 예시적인 실시 예에 불과한 바, 제1 공급 전압(VIN1) 및 제2 공급 전압(VIN2)의 생성 방법은 전원 변조기(200)의 구성 또는 무선 통신 장치(1, 도 1)의 구성에 따라 다양할 수 있다.
커플링 전압 관리 회로(240)는 제1 노드(N1) 및 제2 노드(N2)를 통해 커플링 회로(231)와 연결될 수 있다. 도 3에서는 커플링 전압 관리 회로(240)와 커플링 회로(231)는 두 개의 라인들로 연결되는 것으로 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것으로, 더 많은 라인들을 통해 커플링 전압 관리 회로(240)와 커플링 회로(231)가 연결될 수 있다. 일 실시 예로, 커플링 회로(231)의 커플링 전압을 모니터링하기 위한 라인들 및, 커플링 회로(231)의 커플링 전압을 타겟 커플링 전압으로 유지(또는, 도달)하게 하기 위한 라인들로 커플링 전압 관리 회로(240)와 커플링 회로(231)가 연결될 수 있다.
커플링 전압 관리 회로(240)의 커플링 회로(231)가 타겟 커플링 전압을 갖도록 하기 위한 선택적 전압 인가 동작에 대한 구체적인 내용은 도 5a 및 도 5b에서 서술한다.
도 4는 ET 변조 모드 및 APT 변조 모드에서의 전원 변조기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 전원 변조기(100)는 ET 변조 모드(ET_mode)에서 RF 전력 증폭기(30)에 입력되는 RF 신호(RFOUT)를 순시적으로 추적하여 추적 결과로 생성된 제1 공급 전압을 RF 전력 증폭기(30)에 제공할 수 있다. 전원 변조기(100)는 APT 변조 모드(APT_mode)에서 RF 전력 증폭기(30)에 입력되는 RF 신호(RFOUT)의 소정의 구간에서의 평균 전력을 추적하여 추적 결과로 생성된 제2 공급 전압을 RF 전력 증폭기(30)에 제공할 수 있다. 즉, 전원 변조기(100)는 통신 환경, RF 신호에 포함된 데이터 양 등에 따라 ET 변조 모드(ET_mode) 또는 APT 변조 모드(APT_mode)로 동작할 수 있으며, 더 나아가, 전원 변조기(100)는 ET 변조 모드(ET_mode) 또는 APT 변조 모드(APT_mode)로 동작을 준비하기 위한 스탠바이 모드로 동작할 수 있다. 이 때, 커플링 전압 관리 회로(135)는 ET 변조 모드(ET_mode)에서 전원 변조기(100)가 정확한 전원 변조 동작을 수행할 수 있도록, ET 변조 모드(ET_mode) 이외의 변조 모드에서 커플링 회로의 커플링 전압을 관리할 수 있다. 다만, 이는 예시적 실시 예에 불과한 바, 전원 변조기(100)는 더 다양한 변조 모드들로 동작할 수 있다.
도 5a는 ET 변조 모드에서의 전원 변조기(200)를 설명하기 위한 블록도이고, 도 5b는 APT 변조 모드에서의 전원 변조기(200)를 설명하기 위한 블록도이다. 이하에서, 전원 변조기(200)의 구성은 도 3에서 서술한 바, 전원 변조기(200)의 각 변조 모드에 따른 동작을 중심으로 서술한다.
도 5a를 참조하면, ET 변조 모드에서 선형 레귤레이터(210)는 제1 포락선 신호(VET_IN)를 수신하고, 제1 공급 전압(VIN1)을 이용해 제1 포락선 신호(VET_IN)를 증폭하여 모드 기반 연결 회로(230)로 출력할 수 있다. 커플링 회로(231)의 커플링 전압은 ET 변조 모드에서 타겟 커플링 전압(VTG)을 유지할 수 있으며, 제1 노드(N1)를 통해 수신한 선형 레귤레이터(210)의 출력 신호에서 AC 신호만을 커플링하여 제2 노드(N2)로 출력할 수 있다. 또한, 선형 레귤레이터(210)의 출력 신호, DC 검출 회로(232)에 의해 검출된 타겟 커플링 전압(VTG) 및 비교 전압(VAC_REF)을 이용하여 결합기(233, 235) 및 버퍼(234)의 구성을 통해 스위칭 레귤레이터(220)를 제어하기 위한 출력 신호를 생성할 수 있다. 이렇게 생성된 신호는 멀티플렉서(236)를 통해 스위칭 레귤레이터(220)에 제공될 수 있으며, 스위칭 레귤레이터(220)는 제2 공급 전압(VIN2)을 이용해 수신한 신호를 증폭하여 제2 노드(N2)로 출력할 수 있다. 즉, 모드 기반 변경 회로(230)는 선형 레귤레이터(210)의 출력 신호에서 AC 신호만을 커플링한 신호와 스위칭 레귤레이터(220)에서 출력되는 신호를 결합하여 공급 전압(VOUT)으로서 RF 전력 증폭기(30, 도 1)에 출력할 수 있다.
도 5b를 참조하면, APT 변조 모드에서 선형 레귤레이터(210)는 비활성화된 상태이고, ET 변조 동작을 수행하기 위한 DC 검출 회로(232), 결합기(233, 235) 및 버퍼(235)의 구성도 멀티플렉서(236)에 의해 비활성화될 수 있다. 비활성화란 소정의 변조 모드에 기반한 변조 동작 시에 이용(또는, 선택)되지 않는 상태를 의미할 수 있다. 멀티플렉서(236)는 모뎀(10, 도 1)으로부터 제2 포락선 신호(VAPT_IN)를 수신하여 스위칭 레귤레이터(220)로 출력할 수 있다. 스위칭 레귤레이터(220)는 제2 포락선 신호(VAPT_IN)를 증폭하여 제2 노드(N2)를 통해 RF 전력 증폭기(30, 도 1)에 출력할 수 있다.
선형 레귤레이터(210)가 비활성화 상태임에 따라 커플링 전압 관리 회로(240)의 구성이 없이는 제1 노드(N1)는 플로팅(floating)될 수 있으며, 이에 따라, 커플링 회로(231)의 커플링 전압(VAC)은 주변의 노이즈 등의 다양한 요인으로 인하여 타겟 커플링 전압(VTG, 도 5a)으로 유지되기 어렵다. 커플링 회로(231)의 커플링 전압(VAC)이 타겟 커플링 전압(VTG, 도 5a)으로 유지되지 않으면, 다시 ET 변조 모드로 전환되었을 때에, 커플링 회로(231)의 커플링 전압(VAC)을 타겟 커플링 전압(VTG, 도 5a)으로 도달시키기 위한 시간이 필요하며, 이러한 시간 동안에는 ET 변조 동작을 원활하게 수행할 수 없는 문제가 있을 수 있다. 이에 대한 내용은 도 6a 내지 도 6c에서 구체적으로 서술한다.
일 실시 예에 따른, 커플링 전압 관리 회로(240)는 커플링 회로(231)의 커플링 전압(VAC)을 모니터링하여, 모니터링 결과를 기반으로 커플링 전압(VAC)을 타겟 커플링 전압(VTG, 도 5a)으로 유지시키기 위한 관리 동작을 수행할 수 있다. 구체적으로, 커플링 전압 관리 회로(240)는 커플링 전압(VTG)과 비교 전압(타겟 커플링 전압과 동일한 레벨을 가짐)을 비교할 수 있으며, 커플링 전압 관리 회로(240)는 커플링 전압(VAC)의 크기에 따라 커플링 회로(231)의 일단 또는 제1 노드(N-1)에 상이한 레벨을 갖는 전압들을 각각 선택적으로 인가할 수 있다. 예를 들어, 커플링 전압(VAC)이 비교 전압보다 큰 때에, 커플링 전압 관리 회로(240)는 제1 노드(N1)에 커플링 전압(VAC)을 비교 전압으로 낮추기 위한 제1 전압을 인가할 수 있고, 커플링 전압(VAC)이 비교 전압보다 작은 때에, 커플링 전압 관리 회로(240)는 제1 노드(N1)에 커플링 전압(VAC)을 비교 전압으로 높이기 위한 제2 전압을 인가할 수 있다. 일 실시 예로, 제1 전압은 스위칭 레귤레이터(220)의 출력 전압 또는 스위칭 레귤레이터(220)에 제공되는 제2 공급 전압(VIN2)에 대응할 수 있다. 즉, 커플링 전압 관리 회로(240)는 제2 노드(N2)로부터 출력되는 스위칭 레귤레이터(220)의 출력 전압을 제1 노드(N1)에 인가하거나, 제2 공급 전압(VIN2)을 제1 노드(N1)에 인가할 수 있도록 구현될 수 있다. 스위칭 레귤레이터(220)의 출력 전압의 레벨은 제2 공급 전압(VIN2)의 레벨과 상이할 수 있으며, 커플링 전압 관리 회로(240)는 좀 더 효과적인 커플링 전압 관리를 수행할 수 있는 레벨을 갖는 전압이 제1 노드(N1)에 인가될 수 있도록 구현될 수 있다. 다만, 이는 예시적인 실시 예에 불과한 바, 이에 국한되지 않고, 커플링 전압 관리 회로(240)는 커플링 전압 관리에 적합한 전압을 생성하기 위하여 무선 통신 장치(1, 도 1)의 내부 전원의 전압을 직접 변조하는 DC-DC 컨버터를 더 포함할 수 있다.
커플링 전압 관리 회로(240)는 전원 변조기(200)가 APT 변조 모드에서 ET 변조 모드로 전환될 때까지, 지속적으로 커플링 전압(VAC)을 모니터링하고, 모니터링 결과를 기반으로 커플링 전압(VAC)을 관리하는 동작을 수행할 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 본 개시의 사상이 적용된 전원 변조기의 효과를 설명하기 위한 타임 차트이다.
도 3 및 도 6a를 참조하면, 커플링 전압 관리 회로(240)가 없는 경우, 커플링 회로(231)의 양단 전압인 커플링 전압(VAC)은 전원 변조기(200)가 제1 ET 변조 모드(ET_mode_1)에서 APT 변조 모드(APT_mode)로 전환될 때에, 제1 노드(N1)가 플로팅된 상태가 됨에 따라 전압 강하되어 타겟 커플링 전압(VTG)보다 작아지게 되면, 전원 변조기(200)가 APT 변조 모드(APT_mode)에서 제2 ET 변조 모드(ET_mode_2)로 전환될 때에, 선형 레귤레이터(210)의 출력 신호(VOUT_LA)는 선형 레귤레이터(210)에 제공되는 제1 공급 전압(VIN1)의 한계로 인해 선형 레귤레이터(210)의 출력 신호(VOUT_LA)에 왜곡이 생기는 구간이 발생할 수 있다. 이에 따라, 전원 변조기(200)는 제2 변조 모드(ET_mode_2)에서의 전원 변조 성능은 열화될 수 있다.
도 3 및 도 6b를 참조하면, 커플링 전압 관리 회로(240)가 없는 경우, 커플링 회로(231)의 양단 전압인 커플링 전압(VAC)은 전원 변조기(200)가 제1 ET 변조 모드(ET_mode_1)에서 APT 변조 모드(APT_mode)로 전환될 때에, 제1 노드(N1)가 플로팅된 상태가 됨에 따라 전압 상승되어 타겟 커플링 전압(VTG)보다 커지게 되면, 전원 변조기(200)가 APT 변조 모드(APT_mode)에서 제2 ET 변조 모드(ET_mode_2)로 전환될 때에, 선형 레귤레이터(210)의 출력 신호(VOUT_LA)는 선형 레귤레이터(210)에 제공되는 그라운드 전압(0V)의 한계에 의해 선형 레귤레이터(210)의 출력 신호(VOUT_LA)에 왜곡이 생기는 구간이 발생할 수 있다. 이에 따라, 전원 변조기(200)는 제2 변조 모드(ET_mode_2)에서의 전원 변조 성능은 열화될 수 있다.
도 3 및 도 6c를 참조하면, 위와 같은 문제를 해결하기 위하여, 커플링 전압 관리 회로(240)는 APT 변조 모드(APT_mode)에서 커플링 회로(231)의 양단 전압인 커플링 전압(VAC)을 타겟 커플링 전압(VTG)으로 유지하도록 관리하는 동작을 수행하기 때문에, 도 6a 및 도 6b와 달리 전원 변조기(200)는 제2 변조 모드(ET_mode_2)에서 원활한 전원 변조 동작을 수행할 수 있다.
도 7는 본 개시의 일 실시 예에 따른 커플링 전압 관리 회로(240)를 구체적으로 나타내는 블록도이다. 이하에서는, 커플링 회로는 커플링 커패시터(CC)로 구현된 것을 가정하고, 전원 변조기가 APT 변조 모드로 동작하는 것을 가정하여 서술한다.
도 7을 참조하면, 커플링 전압 관리 회로(240)는 DC 검출 회로(241), 제어 회로(242) 및 스위치 소자들(SW1, SW2)을 포함할 수 있다. DC 검출 회로(241)는 커플링 전압 관리 회로(240)가 별도로 포함하는 회로일 수 있으며, 도 3의 DC 검출 회로(232)와 동일한 회로를 의미할 수 있다. 즉, 전원 변조기(200)가 ET 변조 모드로 동작할 때에는 도 3의 DC 검출 회로(232)는 변조 동작을 위해 사용될 수 있으며, 전원 변조기(200)가 APT 변조 모드로 동작할 때에는 도 3의 DC 검출 회로(232)는 커플링 전압 관리 동작을 위해 사용될 수 있다. DC 검출 회로(241)는 커플링 커패시터(CC)의 양단(또는, 제1 노드(N1) 및 제2 노드(N2))과 연결되어 커플링 커패시터(CC)의 커플링 전압(VAC)을 검출할 수 있다. 제1 노드(N1) 및 제2 노드(N2)의 구성은 도 3 등에서 서술한 바, 구체적인 내용은 생략한다.
DC 검출 회로(241)는 검출된 커플링 전압(VAC)을 제어 회로(242)에 제공할 수 있다. 제어 회로(242)는 커플링 전압(VAC)을 타겟 커플링 전압으로 유지되도록 커플링 전압(VAC)을 기반으로 제1 스위치 소자(SW1) 및 제2 스위치 소자(SW2)의 온/오프를 제어할 수 있다. 제1 스위치 소자(SW1)는 제1 노드(N1)에 제1 전압(VIN3)을 선택적으로 인가할 수 있도록 구현되고, 제2 스위치 소자(SW2)는 제1 노드(N1)에 그라운드 전압(0V)을 선택적으로 인가할 수 있도록 구현될 수 있다(다시 말해, 제2 스위치 소자(SW2)는 제1 노드(N1)가 접지되도록 구현됨). 일 실시 예로, 제1 전압(VIN3)은 스위칭 레귤레이터(220, 도 5b)의 제2 공급 전압(VIN2)과 동일하거나, 스위칭 레귤레이터(220, 도 5b)의 출력 전압(VOUT)과 동일할 수 있다. 또한, 다른 실시 예로, 제2 스위치 소자(SW2)를 통해 그라운드 전압(0V)에 가까운 DC 전압이 제1 노드(N1)에 선택적으로 인가될 수 있도록 구현될 수 있다. 즉, 도 7에 도시된 구성에 국한되지 않고, 본 개시의 실시 예에 따른 커플링 전압 관리 회로(240)는 커플링 전압(VAC)을 작게 또는 크게 조절할 수 있는 이상적인 전압들이 동일한 노드에 선택적으로 인가될 수 있도록 다양하게 구현될 수 있다.
제어 회로(242)는 타겟 커플링 전압과 동일한 비교 전압(VAC_REF)과 커플링 전압(VAC)을 비교하여, 비교 결과를 기반으로 제1 스위치 소자(SW1) 및 제2 스위치 소자(SW2) 각각을 제어하기 위한 제어 신호(CS_SW1, CS_SW2)를 생성할 수 있다. 일 실시 예로, 제어 회로(242)는 커플링 전압(VAC)이 비교 전압(VAC_REF)보다 큰 때에, 제1 전압(VIN3)을 제1 노드(N1)에 인가할 수 있도록 제1 스위치 소자(SW1)를 온, 제2 스위치 소자(SW2)를 오프시켜, 커플링 전압(VAC)을 비교 전압(VAC_REF)과 동일해지도록 낮출 수 있다. 또한, 제어 회로(242)는 커플링 전압(VAC)이 비교 전압(VAC_REF)보다 작은 때에, 그라운드 전압을 제1 노드(N1)에 인가할 수 있도록 제1 스위치 소자(SW1)를 오프, 제2 스위치 소자(SW2)를 온 시켜, 커플링 전압(VAC)을 비교 전압(VAC_REF)과 동일해지도록 높일 수 있다.
도 8은 본 개시의 일 실시 예에 따른 커플링 전압 관리 회로(240, 도 7)의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, DC 검출 회로(241)는 커플링 커패시터(CC)의 커플링 전압(VAC)을 검출하여 제어 회로(242)에 제공할 수 있다. 제어 회로(242)는 커플링 전압(VAC)이 비교 전압(VAC_REF)보다 큰 지 여부를 판별할 수 있다(S122). 제어 회로(242)는 커플링 전압(VAC)이 비교 전압(VAC_REF)보다 큰 경우에는(S122, YES), 제1 스위치 소자(SW1)를 온 시키고, 제2 스위치 소자(SW2)를 오프 시킬 수 있다(S124). 또한, 제어 회로(242)는 커플링 전압(VAC)이 비교 전압(VAC_REF)보다 작은 경우에는(S122, NO), 제1 스위치 소자(SW1)를 오프 시키고, 제2 스위치 소자(SW2)를 온 시킬 수 있다(S126). 이와 같이, 커플링 전압 관리 회로(240)는 커플링 전압(VAC)을 모니터링하여, 모니터링 결과를 기반으로 커플링 커패시터(C-C)의 일단(또는, 제1 노드(N1))에 상이한 전압을 선택적으로 인가할 수 있다.
도 9a는 본 개시의 일 실시 예에 따른 커플링 전압 관리 회로(240, 도 7)의 스위칭 제어 조건을 설명하기 위한 도면이고, 도 9b는 도 9a의 동작을 수행할 수 있는 커플링 전압 관리 회로(240)의 일 구현 예를 나타내는 회로도이다.
도 7 및 도 9a를 참조하면, 제어 회로(242)는 커플링 전압(VAC)과 비교 전압(VAC_REF)간의 차이가 임계치를 초과하였을 때에, 제1 노드(N1)에 제1 전압(VIN3) 또는 그라운드 전압이 인가되도록 제어할 수 있다. 일 실시 예로, 제어 회로(242)는 미리 설정된 윈도우에 따라 스위치 소자들(SW1, SW2)을 제어할 수 있다.
일 실시 예로, 제1 윈도우(WD1)는 커플링 전압(VAC)이 비교 전압(VAC_REF)과 임계 값(VTH)을 합한 값보다 작고, 비교 전압(VAC_REF)에서 임계 값(VTH)을 뺀 값보다 큰 경우를 포함하며, 제어 회로(242)는 제1 윈도우(WD1)에서 제1 스위치 소자(SW1)를 오프, 제2 스위치 소자(SW2)를 오프 시킴으로써, 제1 노드(N1)에는 어떠한 전압도 인가되지 않을 수 있다.
제2 윈도우(WD2)는 커플링 전압(VAC)이 비교 전압(VAC_REF)과 임계 값(VTH)을 합한 값보다 큰 경우를 포함하며, 제어 회로(242)는 제1 윈도우(WD1)에서 제1 스위치 소자(SW1)를 온, 제2 스위치 소자(SW2)를 오프 시킴으로써, 제1 노드(N1)에는 제1 전압(VIN3)이 인가될 수 있다.
제3 윈도우(WD3)는 커플링 전압(VAC)이 비교 전압(VAC_REF)과 임계 값(VTH)을 뺀 값보다 작은 경우를 포함하며, 제어 회로(242)는 제1 윈도우(WD1)에서 제1 스위치 소자(SW1)를 오프, 제2 스위치 소자(SW2)를 온 시킴으로써, 제1 노드(N1)에는 그라운드 전압이 인가될 수 있다.
이하, 도 9b에서는 도 9a에서 서술된 동작을 수행하기 위한 DC 검출 회로(241), 제어 회로(242) 및 스위치 소자들(SW1, SW2)의 구현 예를 중심으로 서술한다. 도 9b에서와 같이, DC 검출 회로(241)는 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이의 커플링 전압(VAC)을 검출할 수 있는 비교기(241a)를 포함할 수 있다. 제어 회로(242)는 결합기들(242a, 242b), 비교기들(242c, 242d) 및 로직 게이트들(242e, 242f)을 포함할 수 있다. 로직 게이트들(242e, 242f)은 비교기들(242c, 242d)로부터 비교 결과들을 수신하여 스위치 소자들(SW1, SW2)에 대한 제어신호들을 생성할 수 있으며, 로직 게이트들(242e, 242f)의 구성은 제어신호 생성회로로 지칭될 수 있다.
제1 스위치 소자(SW1)는 제1 트랜지스터(또는, PMOS 트랜지스터)(TR1)를 포함하고, 제2 스위치 소자(SW2)는 제2 트랜지스터(또는, NMOS 트랜지스터)(TR2)를 포함할 수 있다. 제1 결합기(242a)는 비교 전압(VAC_REF)을 수신하여, 비교 전압(VAC_REF)과 임계 값(VTH)을 합산한 후, 합산 결과를 제1 비교기(242c)에 제공할 수 있다. 제1 비교기(242c)는 비교기(241a)로부터 커플링 전압(VAC)을 더 수신할 수 있으며, 커플링 전압(VAC)과 제1 결합기(242a)로부터 수신한 합산 결과를 비교하여, 반전된(inverted) 비교 결과를 OR 게이트(242e)에 제공할 수 있다. 제2 결합기(242b)는 비교 전압(VAC_REF)을 수신하여, 비교 전압(VAC_REF)에서 임계 값(VTH)을 감산한 후, 감산 결과를 제2 비교기(242d)에 제공할 수 있다. 제2 비교기(242d)는 비교기(241a)로부터 커플링 전압(VAC)을 더 수신할 수 있으며, 커플링 전압(VAC)과 제2 결합기(242b)로부터 수신한 감산 결과를 비교하여, 비교 결과를 AND 게이트(242f)에 제공할 수 있다. OR 게이트(242e)의 하나의 입력단은 AND 게이트(242f)의 출력단과 연결됨으로써, OR 게이트(242e)는 AND 게이트(242f)로부터 출력된 신호를 피드백 신호로서 수신할 수 있다. 또한, AND 게이트(242f)의 하나의 입력단은 OR 게이트(242e)의 출력단과 연결됨으로써, AND 게이트(242f)는 OR 게이트(242e)로부터 출력된 신호를 피드백 신호로서 수신할 수 있다. 제1 트랜지스터(TR1)는 게이트 단을 통해 OR 게이트(242e)로부터 출력된 신호를 수신하여, 이를 기반으로 제1 노드(N-1)에 제1 전압(VIN3)을 선택적으로 인가할 수 있다. 제2 트랜지스터(TR2)는 게이트 단을 통해 AND 게이트(242f)로부터 출력된 신호를 수신하여, 이를 기반으로 제1 노드(N1)에 그라운드 전압을 선택적으로 인가할 수 있다.
도 9b에 도시된 커플링 전압 관리 회로(240)의 구성을 통해, 제어 회로(242)는 커플링 전압(VAC)이 비교 전압(VAC_REF)에서부터 임계 값(VTH) 이상으로 벗어난 때에 한하여, 스위치 소자들(SW1, SW2)를 제어함으로써 스위칭 동작에 의해 소모되는 전력을 최소화하는 동시에 전원 변조기의 ET 변조 모드에서의 원활한 동작을 보장할 수 있다.
도 10은 스탠바이 모드에서의 전원 변조기(200)를 설명하기 위한 블록도이다. 이하에서, 전원 변조기(200)의 구성은 도 3에서 서술한 바, 전원 변조기(200)의 스탠바이 모드에 따른 동작을 중심으로 서술한다.
도 10을 참조하면, 스탠바이 모드에서 선형 레귤레이터(210) 및 스위칭 레귤레이터(220)는 모두 비활성화된 상태임에 따라 커플링 회로(231)의 양단(또는, 제1 노드(N1), 제2 노드(N2))는 플로팅될 수 있으며, 이에 따라, 커플링 회로(231)의 커플링 전압(VAC)은 주변의 노이즈 등의 다양한 요인으로 인하여 타겟 커플링 전압(VTG, 도 5a)으로 유지되기 어렵다. 또한, 새롭게 무선 통신 장치가 파워 온 된 때에, 전원 변조기(200)가 스탠바이 모드에 돌입한 것이라면 ET 변환 모드로의 전환을 대비하여 커플링 회로(231)를 타겟 커플링 전압(VTG, 도 5a)으로 미리 충전할 필요가 있을 수 있다.
일 실시 예에 따른 커플링 전압 관리 회로(240')는 선형 레귤레이터(210)의 출력단과 커플링 회로(231)의 일단이 연결된 제1 노드(N1)에 그라운드 전압을 인가하고, 스위칭 레귤레이터(220)의 출력단과 커플링 회로(231)의 타단이 연결된 제2 노드(N2)에 제2 전압을 인가할 수 있다. 일 실시 예로, 제2 전압은 스위칭 레귤레이터에 제공되는 공급 전압(VIN2)과 동일할 수 있다. 즉, 스탠바이 모드에서 커플링 전압 관리 회로(240')는 커플링 회로(231)의 커플링 전압(VAC)이 타겟 커플링 전압(VTG, 도 5a)으로 도달 또는 유지되도록 커플링 회로(231)의 양단에 각각 적절한 전압을 제공할 수 있다.
도 11a 및 도 11b는 본 개시의 일 실시 예에 다른 커플링 전압 관리 회로(240')를 구체적으로 나타내는 블록도이다. 이하에서는, 커플링 회로는 커플링 커패시터(CC)로 구현된 것을 가정하고, 전원 변조기가 스탠바이 모드로 동작하는 것을 가정하여 서술한다.
도 11a를 참조하면, 커플링 전압 관리 회로(240')는 DC 검출 회로(241'), 제어 회로(242') 및 스위치 소자들(SW1, SW2, SW3)을 포함할 수 있다. DC 검출 회로(241')는 커플링 커패시터(CC)의 양단(또는, 제1 노드(N1) 및 제2 노드(N2))과 연결되어 커플링 커패시터(CC)의 커플링 전압(VAC)을 검출할 수 있다.
DC 검출 회로(241')는 검출된 커플링 전압(VAC)을 제어 회로(242')에 제공할 수 있다. 제어 회로(242')는 커플링 전압(VAC)이 타겟 커플링 전압에 도달 또는 유지되도록 커플링 전압(VAC)을 기반으로 제1 스위치 소자(SW1) 내지 제3 스위치 소자(SW3)의 온/오프를 제어할 수 있다. 제2 스위치 소자(SW2)는 제1 노드(N1)에 그라운드 전압(0V)을 선택적으로 인가할 수 있도록 구현되고, 제3 스위치 소자(SW3)는 제2 노드(N2)에 제2 전압(VIN4)을 선택적으로 인가할 수 있도록 구현될 수 있다. 일 실시 예로, 제2 전압(VIN4)은 스위칭 레귤레이터(220, 도 5b)의 제2 공급 전압(VIN2)과 동일할 수 있다. 더 나아가, 제3 스위치 소자(SW3)는 제2 노드(N2)에 제1 전압(VIN3)을 선택적으로 인가할 수 있도록 구현될 수 있다. 즉, 도 11a에 도시된 구성에 국한되지 않고, 본 개시의 실시 예에 따른 커플링 전압 관리 회로(240')는 커플링 전압(VAC)이 타겟 커플링 전압에 도달 또는 유지되도록 이상적인 전압들이 각각의 노드(N-1, N2)에 선택적으로 인가될 수 있도록 다양하게 구현될 수 있다.
제어 회로(242')는 타겟 커플링 전압과 동일한 비교 전압(VAC_REF)과 커플링 전압(VAC)을 비교하여, 비교 결과를 기반으로 제1 스위치 소자(SW1) 내지 제2 스위치 소자(SW3) 각각을 제어하기 위한 제어 신호(CS_SW1-CS_SW3)를 생성할 수 있다. 일 실시 예로, 제어 회로(242')는 커플링 전압(VAC)이 타겟 커플링 전압으로 도달 또는 유지될 때까지 제1 스위치 소자(SW1)를 오프, 제2 스위치 소자(SW2)를 온, 제3 스위치 소자(SW3)를 온 시킬 수 있다.
도 11b를 참조하면, 커플링 전압 관리 회로(240'')는 DC 검출 회로(241''), 제어 회로(242''), 프리차지 회로(243'') 및 스위치 소자들(SW1, SW2, SW3)을 포함할 수 있다. 도 11b에서의 커플링 전압 관리 회로(240'')는 도 11a의 커플링 전압 관리 회로(240')보다 프리차지 회로(243'')를 더 포함하고, DC 검출 회로(241'')는 비활성화된 상태일 수 있다. 프리차지 회로(243'')는 트랜지스터(TR) 및 비교기(CP)를 포함하는 LDO(Low Drop Out) 회로로 구현될 수 있다. 프리차지 회로(243'')는 비교기(CP)를 통해 커플링 커패시터(CC)의 커플링 전압과 비교 전압(VAC_REF)을 비교하고, 커플링 전압과 비교 전압(VAC_REF)이 동일해질 때까지, 제2 전압(VIN4)을 제2 노드(N2)에 인가하도록 구현될 수 있다. 다만, 이는 예시적인 실시 예에 불과한 바, 이에 국한되지 않고, 프리차지 회로(243'')는 커플링 전압(VAC)이 타겟 커플링 전압으로 도달될 수 있도록 커플링 커패시터(CC)를 충전할 수 있는 다양한 회로 구성으로 구현될 수 있다.
제어 회로(242'')는 전원 변조기가 스탠바이 모드일 때에, 제1 스위치 소자(SW1) 내지 제2 스위치 소자(SW3) 각각을 제어하기 위한 제어 신호(CS_SW1-CS_SW3)를 생성할 수 있다. 일 실시 예로, 제어 회로(242'')는 커플링 전압이 타겟 커플링 전압으로 도달 또는 유지될 때까지 제1 스위치 소자(SW1)를 오프, 제2 스위치 소자(SW2)를 온, 제3 스위치 소자(SW3)를 온 시킬 수 있다.
도 11a 및 도 11b와 같은 구성을 통하여, 전원 변조기가 ET 변조 모드로 동작할 때에, 원활한 ET 변조 동작을 바로 수행할 수 있도록, 전원 변조기가 스탠바이 모드일 때에, 미리 커플링 커패시터(CC)를 충전시킬 수 있다.
도 12는 본 개시의 일 실시 예에 따른 무선 통신 장치(1000)를 나타내는 블록도이다.
도 12를 참조하면, 통신 장치의 예시로서 무선 통신 장치(1000)는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)(1010), 파워 관리 모듈(1020), ASIP(Application Specific Instruction set Processor)(1030), 메모리(1050), 메인 프로세서(1070) 및 메인 메모리(1090)를 포함할 수 있다. ASIC(1010), 파워 관리 모듈(1020), ASIP(1030) 및 메인 프로세서(1070) 중 2개 이상은 상호 통신할 수 있다. 또한, ASIC(1010), ASIP(1030), 메모리(1050), 메인 프로세서(1070) 및 메인 메모리(1090) 중 적어도 2개 이상은 하나의 칩에 내장될 수 있다.
ASIP(1030)은 특정한 용도를 위하여 커스텀화된 집적 회로로서, 특정 어플리케이션을 위한 전용의 명령어 세트(instruction set)를 지원할 수 있고, 명령어 세트에 포함된 명령어를 실행할 수 있다. 메모리(1050)는 ASIP(1030)와 통신할 수 있고, 비일시적인 저장 장치로서 ASIP(1030)에 의해서 실행되는 복수의 명령어들을 저장할 수 있고, 일부 실시 예들에 따른 커플링 전압 관리 동작을 위해 필요한 명령어들을 저장할 수 있다. 메모리(1050)는, 비제한적인 예시로서 RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), 테이프, 자기디스크, 광학디스크, 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리 및 이들의 조합과 같이, ASIP(1030)에 의해서 접근가능한 임의의 유형의 메모리를 포함할 수 있다. ASIP(1030) 또는 메인 프로세서(1070)는 메모리(1050)에 저장된 일련의 명령어들을 실행함으로써 본 개시의 실시 예들에 따른 커플링 전압 관리 동작을 수행할 수 있다.
파워 관리 모듈(1020)은 본 개시의 일 실시 예에 따른 전원 변조기를 포함할 수 있으며, 전원 변조기는 커플링 회로의 커플링 전압을 ET 변조 모드 이외의 다른 변조 모드에서 타겟 커플링 전압으로 일정하게 유지하도록 관리할 수 있다.
메인 프로세서(1070)는 복수의 명령어들을 실행함으로써 무선 통신 장치(1000)를 제어할 수 있다. 예를 들면, 메인 프로세서(1070)는 ASIC(1010) 및 ASIP(1030)를 제어할 수도 있고, 무선 통신 네트워크를 통해서 수신된 데이터를 처리하거나 무선 통신 기기(1000)에 대한 사용자의 입력을 처리할 수도 있다. 메인 메모리(1090)는 메인 프로세서(1070)와 통신할 수 있고, 비일시적인 저장장치로서 메인 프로세서(1070)에 의해서 실행되는 복수의 명령어들을 저장할 수도 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 전원 변조기에 있어서,
    선형 레귤레이터;
    스위칭 레귤레이터; 및
    변조 모드에 부합하는 전원 변조기의 출력 신호를 생성하기 위해 상기 변조 모드를 기반으로 상기 선형 레귤레이터 및 상기 스위칭 레귤레이터 사이의 연결을 제어하도록 구성된 모드 기반 연결 회로를 포함하고,
    상기 모드 기반 연결 회로는,
    ET(Envelope Tracking) 변조 모드에서 상기 선형 레귤레이터의 출력 신호로부터 AC(Alternating Current) 신호를 커플링하여 상기 선형 레귤레이터의 출력 신호를 타겟 커플링 전압만큼 낮추도록 구성된 커플링 회로; 및
    다른 변조 모드에서 상기 커플링 회로의 커플링 전압을 모니터링하고, 상기 모니터링 결과를 기반으로 상기 커플링 전압을 상기 타겟 커플링 전압으로 유지하기 위한 선택적 전압 인가 동작을 수행하도록 구성된 커플링 전압 관리 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 변조기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 커플링 전압 관리 회로는,
    상기 모니터링 결과를 기반으로 상기 선형 레귤레이터의 출력단과 상기 커플링 회로의 일단이 연결된 노드에 제1 전압 및 그라운드 전압 중 어느 하나를 선택적으로 인가하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전원 변조기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 전압은,
    상기 스위칭 레귤레이터의 출력 전압 또는 상기 스위칭 레귤레이터에 제공되는 공급 전압에 대응하는 것을 특징으로 하는 전원 변조기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 커플링 전압 관리 회로는,
    상기 커플링 전압이 상기 타겟 커플링 전압보다 큰 때에, 상기 제1 전압을 상기 노드에 인가하고, 상기 커플링 전압이 타겟 커플링 전압보다 작은 때에, 상기 그라운드 전압을 상기 노드에 인가하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전원 변조기.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 커플링 전압 관리 회로는,
    상기 커플링 전압과 타겟 커플링 전압 간의 차이가 임계 값을 초과하였을 때, 상기 노드에 상기 선택적 전원 인가 동작을 수행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전원 변조기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 커플링 전압 관리 회로는,
    상기 모니터링 결과를 기반으로 상기 선형 레귤레이터의 출력단과 상기 커플링 회로의 일단이 연결된 제1 노드에 그라운드 전압을 인가하고, 상기 스위칭 레귤레이터의 출력단과 상기 커플링 회로의 타단이 연결된 제2 노드에 제2 전압을 인가하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전원 변조기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 전압은,
    상기 스위칭 레귤레이터에 제공되는 공급 전압에 대응하는 것을 특징으로 하는 전원 변조기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 다른 변조 모드는, APT(Average Power Tracking) 변조 모드 또는 스탠바이 모드인 것을 특징으로 하는 전원 변조기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 커플링 전압 관리 회로는,
    상기 선형 레귤레이터의 출력단과 상기 커플링 회로의 일단이 연결된 제1 노드에 제1 전압을 선택적으로 인가하도록 구성된 제1 스위치 소자;
    상기 제1 노드에 그라운드 전압을 선택적으로 인가하도록 구성된 제2 스위치 소자;
    상기 커플링 회로의 양단에 연결되어 상기 커플링 전압을 검출하도록 구성된 검출 회로; 및
    상기 검출 회로로부터 검출된 상기 커플링 전압을 수신하고, 검출된 상기 커플링 전압과 타겟 커플링 전압을 비교하여, 상기 비교 결과를 기반으로 상기 제1 스위치 소자 및 상기 제2 스위치 소자의 온/오프를 제어하도록 구성된 제어 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 변조기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어 회로는, 상기 ET 변조 모드에서,
    상기 제1 스위치 소자 및 상기 제2 스위치 소자가 모두 오프되도록 구성된 것을 특징으로 하는 전원 변조기.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제어 회로는, APT 변조 모드에서,
    검출된 상기 커플링 전압이 상기 타겟 커플링 전압보다 더 클 때, 상기 제1 스위치 소자를 온 시키고, 상기 제2 스위치 소자를 오프시키며,
    검출된 상기 커플링 전압이 상기 타겟 커플링 전압보다 더 작을 때, 상기 제1 스위치 소자를 오프 시키고, 상기 제2 스위치 소자를 온 시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 전원 변조기.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 커플링 전압 관리 회로는,
    상기 스위칭 레귤레이터의 출력단과 상기 커플링 회로의 타단이 연결된 제2 노드에 제2 전압을 선택적으로 인가하도록 구성된 제3 스위치 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 변조기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제어 회로는, 스탠바이 모드에서,
    상기 제1 스위치 소자를 오프 시키고, 상기 제2 스위치 소자를 온 시키며, 상기 제3 스위치 소자를 온 시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 전원 변조기.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제1 전압의 레벨은, 상기 제2 전압의 레벨보다 큰 것을 특징으로 하는 전원 변조기.
  15. 복수의 변조 모드들로 동작하는 전원 변조기에 있어서,
    ET 변조 모드에서 포락선 신호를 출력하도록 구성된 선형 레귤레이터;
    상기 ET 변조 모드 또는 APT 변조 모드에서 DC(Direct Current) 신호를 출력하도록 구성된 스위칭 레귤레이터;
    상기 ET 변조 모드에서 상기 선형 레귤레이터의 상기 포락선 신호로부터 AC 신호를 커플링하여 상기 선형 레귤레이터의 출력 신호를 타겟 커플링 전압만큼 낮추도록 구성된 커플링 회로; 및
    상기 ET 변조 모드 외의 나머지 상기 변조 모드들에서 상기 커플링 회로의 커플링 전압을 타겟 커플링 전압으로 유지하기 위하여 상기 전원 변조기의 상기 변조 모드에 따라 상기 커플링 회로의 일단 또는 양단에 다양한 레벨을 갖는 전압들을 선택적으로 인가하도록 구성된 커플링 전압 관리 회로를 포함하는 전원 변조기.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 커플링 전압 관리 회로는, 상기 APT 변조 모드에서,
    상기 선형 레귤레이터의 출력단과 상기 커플링 회로의 일단이 연결된 제1 노드에 제1 전압 및 그라운드 전압 중 어느 하나를 선택적으로 인가하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전원 변조기.
  17. 제17항에 있어서,
    상기 커플링 전압 관리 회로는, 스탠바이 모드에서,
    상기 선형 레귤레이터의 출력단과 상기 커플링 회로의 일단이 연결된 제1 노드에 그라운드 전압을 인가하고, 상기 스위칭 레귤레이터의 출력단과 상기 커플링 회로의 타단이 연결된 제2 노드에 제2 전압을 인가하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전원 변조기.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 커플링 전압 관리 회로는,
    나머지 상기 변조 모드들 중 적어도 하나의 변조 모드에서 상기 커플링 회로의 양단과 연결되어 상기 커플링 전압을 검출하도록 구성된 검출 회로를 더 포함하고, 검출된 상기 커플링 전압을 타겟 커플링 전압과 비교하고, 상기 비교 결과를 기반으로 상기 전압들을 선택적으로 인가하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전원 변조기.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 커플링 전압 관리 회로는,
    상기 커플링 전압을 검출하기 위한 제1 라인들 및 상기 커플링 회로의 양단에 상기 전압들을 인가하기 위한 제2 라인들을 통해 상기 커플링 회로와 연결되도록 구성된 것을 특징으로 하는 전원 변조기.
  20. 무선 통신 장치에 있어서,
    복수의 변조 모드들로 동작하기 위하여 선형 레귤레이터, 스위칭 레귤레이터 및, 상기 선형 레귤레이터의 출력단과 상기 스위칭 레귤레이터 출력단 사이에 연결된, 커플링 회로가 구비된 전원 변조기;
    상기 전원 변조기의 변조 모드를 제어하도록 구성된 모뎀; 및
    상기 전원 변조기로부터 공급받은 전압을 이용해 RF 신호를 증폭하고, 증폭된 상기 RF 신호를 출력하도록 구성된 RF 전력 증폭기를 포함하며,
    상기 전원 변조기는,
    ET 변조 모드 외의 나머지 적어도 하나의 변조 모드에서 상기 커플링 회로의 양단 전압을 모니터링하고, 상기 모니터링 결과를 기반으로 상기 ET 변조 모드에서의 타겟 커플링 전압을 갖도록 상기 커플링 회로에 대한 선택적인 전압 인가 동작을 수행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치.
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