KR20220122517A - 공급 커패시터 스위칭을 갖는 전력 증폭기들 - Google Patents
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Abstract
공급 커패시터 스위칭을 갖는 전력 증폭기들이 본 명세서에 제공된다. 특정 실시예들에서, 전력 증폭기 시스템은 무선 주파수(RF) 신호에 증폭을 제공하는 전력 증폭기, 전력 증폭기의 공급 전압의 전압 레벨을 제어하는 전력 관리 회로, 공급 전압에 접속된 제1 단부를 갖는 공급 커패시터, 및 벌크 n-형 전계-효과 트랜지스터(NFET) 스위치를 포함한다. 전력 관리 회로는 다수의 공급 제어 모드(예를 들어, 평균 전력 추적 모드 및 포락선 추적 모드)에서 동작가능하다. 또한, 벌크 NFET 스위치는 전력 관리 회로의 공급 제어 모드에 기초하여 제어된다. 벌크 NFET 스위치는 공급 커패시터의 제2 단부 및 접지 전압과 직렬인 접지 NFET, 및 공급 커패시터의 제2 단부와 공급 전압 사이에 접속된 방전 NFET를 포함한다.
Description
본 발명의 실시예들은 전자 시스템에 관한 것으로서, 구체적으로는 무선 주파수(RF) 전자 장치용 전력 증폭기에 관한 것이다.
전력 증폭기들은 안테나들을 통한 송신을 위해 RF 신호들을 증폭하기 위해 무선 주파수(RF) 통신 시스템들에서 사용된다. 배터리 수명을 연장시키고 그리고/또는 적절한 송신 전력 레벨을 제공하도록 RF 신호 송신들의 전력을 관리하는 것이 중요할 수 있다.
하나 이상의 전력 증폭기를 갖는 RF 통신 시스템들의 예들은 모바일 전화기들, 태블릿들, 기지국들, 네트워크 액세스 포인트들, 랩톱들, 및 착용가능한 전자기기를 포함하지만, 이들에 제한되지 않는다. 전력 증폭기들은, 주파수 범위 1(FR1)을 사용한 5세대(5G) 통신에 대해 약 410MHz 내지 약 7.125GHz의 범위 또는 주파수 범위 2(FR2)를 사용한 5G 통신에 대해 약 24.25GHz 내지 52.6GHz의 범위 등의, 약 30kHz 내지 300GHz 범위의 주파수를 가질 수 있는 RF 신호에 증폭을 제공한다.
특정 실시예들에서, 본 개시내용은 모바일 디바이스에 관한 것이다. 모바일 디바이스는 무선 주파수 신호를 증폭하도록 구성된 전력 증폭기, 전력 증폭기의 공급 전압의 전압 레벨을 제어하도록 구성되고 복수의 공급 제어 모드로부터 선정되는 선택된 공급 제어 모드에서 동작가능한 전력 관리 회로, 및 공급 전압에 접속된 제1 단부를 갖는 공급 커패시터, 공급 커패시터의 제2 단부와 접지 전압 사이에 접속된 n-형 전계-효과 트랜지스터 접지 스위치, 및 공급 커패시터의 제2 단부와 공급 전압 사이에 접속된 n-형 전계-효과 트랜지스터 방전 스위치를 포함하는 프론트 엔드 시스템을 포함한다. n-형 전계-효과 트랜지스터 접지 스위치 및 n-형 전계-효과 트랜지스터 방전 스위치는 선택된 공급 제어 모드에 기초하여 제어된다.
일부 실시예들에서, 복수의 공급 제어 모드는 평균 전력 추적 모드 및 포락선 추적 모드를 포함한다. 다수의 실시예에 따르면, n-형 전계-효과 트랜지스터 접지 스위치는 평균 전력 추적 모드에서 턴온되고 포락선 추적 모드에서 턴오프되도록 구성되고, n-형 전계-효과 트랜지스터 방전 스위치는 평균 전력 추적 모드에서 턴오프되고 포락선 추적 모드에서 턴온되도록 구성된다.
다양한 실시예들에서, n-형 전계-효과 트랜지스터 방전 스위치는 직렬인 2개 이상의 n-형 전계-효과 트랜지스터를 포함한다. 몇몇 실시예들에 따라, 프론트 엔드 시스템은 2개 이상의 n-형 전계-효과 트랜지스터들을 바이어싱하도록 구성된 전압 분배기(voltage divider)를 추가로 포함한다. 다수의 실시예에 따르면, 전압 분배기는 공급 전압에 접속된 제1 단자 및 모드 트랜지스터를 통해 접지 전압에 접속된 제2 단자를 포함한다. 일부 실시예들에 따르면, 복수의 공급 제어 모드는 평균 전력 추적 모드 및 포락선 추적 모드를 포함하고, 모드 트랜지스터는 포락선 추적 모드에서 턴온되고 평균 전력 추적 모드에서 턴오프되도록 구성된다.
몇몇 실시예들에서, n-형 전계-효과 트랜지스터 접지 스위치 및 n-형 전계-효과 트랜지스터 방전 스위치는 벌크 실리콘 프로세스를 사용하여 제조된 반도체 다이 상에 구현된다.
특정 실시예들에서, 본 개시내용은 패키징된 모듈에 관한 것이다. 패키징된 모듈은 패키지 기판, 및 패키지 기판에 부착되고, 무선 주파수 신호를 증폭하고 전력 관리 회로에 의해 제어되는 공급 전압으로부터 전력을 수신하도록 구성되는 전력 증폭기를 포함하는 제1 다이를 포함한다. 패키징된 모듈은 패키지 기판에 부착되고 공급 전압에 접속된 제1 단부를 갖는 공급 커패시터, 및 패키지 기판에 부착되고 벌크 실리콘 프로세스를 사용하여 제조된 제2 다이를 추가로 포함한다. 제2 다이는 공급 커패시터의 제2 단부와 접지 전압 사이에 접속된 n-형 전계-효과 트랜지스터 접지 스위치, 및 공급 커패시터의 제2 단부와 공급 전압 사이에 접속된 n-형 전계-효과 트랜지스터 방전 스위치를 포함한다.
다양한 실시예들에서, 전력 관리 회로는 평균 전력 추적 모드 또는 포락선 추적 모드 중 하나를 표시하는 선택된 공급 제어 모드에서 동작가능하고, n-형 전계-효과 트랜지스터 접지 스위치 및 n-형 전계-효과 트랜지스터 방전 스위치는 선택된 공급 제어 모드에 기초하여 제어된다. 몇몇 실시예들에 따르면, n-형 전계-효과 트랜지스터 접지 스위치는 평균 전력 추적 모드에서 턴온되고 포락선 추적 모드에서 턴오프되도록 구성되고, n-형 전계-효과 트랜지스터 방전 스위치는 평균 전력 추적 모드에서 턴오프되고 포락선 추적 모드에서 턴온되도록 구성된다.
일부 실시예들에서, n-형 전계-효과 트랜지스터 방전 스위치는 직렬인 2개 이상의 n-형 전계-효과 트랜지스터를 포함한다. 다수의 실시예에 따르면, 제2 다이는 2개 이상의 n-형 전계-효과 트랜지스터들을 바이어싱하도록 구성되는 전압 분배기를 추가로 포함한다. 몇몇 실시예에 따르면, 전압 분배기는 공급 전압에 접속된 제1 단자 및 모드 트랜지스터를 통해 접지 전압에 접속된 제2 단자를 포함한다.
다양한 실시예들에서, 패키징된 모듈은 공급 전압을 수신하도록 구성된 공급 핀을 추가로 포함하고, 전력 관리 회로는 패키지 모듈 외부에 있다.
특정 실시예들에서, 본 개시내용은 전력 증폭기 시스템에 관한 것이다. 전력 증폭기 시스템은 무선 주파수 신호를 증폭하도록 구성된 전력 증폭기, 전력 증폭기의 공급 전압의 전압 레벨을 제어하도록 구성되고 복수의 공급 제어 모드로부터 선정되는 선택된 공급 제어 모드에서 동작가능한 전력 관리 회로, 공급 전압에 접속된 제1 단부를 갖는 공급 커패시터, 공급 커패시터의 제2 단부와 접지 전압 사이에 접속된 n-형 전계-효과 트랜지스터 접지 스위치, 및 공급 커패시터의 제2 단부와 공급 전압 사이에 접속된 n-형 전계-효과 트랜지스터 방전 스위치를 포함한다. n-형 전계-효과 트랜지스터 접지 스위치 및 n-형 전계-효과 트랜지스터 방전 스위치는 선택된 공급 제어 모드에 기초하여 제어된다.
다양한 실시예들에서, 복수의 공급 제어 모드는 평균 전력 추적 모드 및 포락선 추적 모드를 포함한다. 다수의 실시예에 따르면, n-형 전계-효과 트랜지스터 접지 스위치는 평균 전력 추적 모드에서 턴온되고 포락선 추적 모드에서 턴오프되도록 구성되고, n-형 전계-효과 트랜지스터 방전 스위치는 평균 전력 추적 모드에서 턴오프되고 포락선 추적 모드에서 턴온되도록 구성된다.
몇몇 실시예들에서, n-형 전계-효과 트랜지스터 방전 스위치는 직렬인 2개 이상의 n-형 전계-효과 트랜지스터를 포함한다. 다수의 실시예에 따르면, 전력 증폭기 시스템은 2개 이상의 n-형 전계-효과 트랜지스터들을 바이어싱하도록 구성된 전압 분배기를 추가로 포함한다. 다양한 실시예들에 따르면, 전압 분배기는 공급 전압에 접속된 제1 단자 및 모드 트랜지스터를 통해 접지 전압에 접속된 제2 단자를 포함한다. 일부 실시예들에 따르면, 복수의 공급 제어 모드는 평균 전력 추적 모드 및 포락선 추적 모드를 포함하고, 모드 트랜지스터는 포락선 추적 모드에서 턴온되고 평균 전력 추적 모드에서 턴오프되도록 구성된다.
다양한 실시예들에서, n-형 전계-효과 트랜지스터 접지 스위치 및 n-형 전계-효과 트랜지스터 방전 스위치는 벌크 실리콘 프로세스를 사용하여 제조된 반도체 다이 상에 구현된다.
특정 실시예들에서, 본 개시내용은 전력 증폭 방법에 관한 것이다. 본 방법은 전력 증폭기를 사용하여 무선 주파수 신호를 증폭하는 단계, 및 전력 관리 회로를 사용하여 전력 증폭기의 공급 전압의 전압 레벨을 제어하는 단계를 포함하고, 공급 전압은 공급 커패시터의 제1 단부에 결합된다. 본 방법은 복수의 공급 제어 모드로부터 선정되는 선택된 공급 제어 모드에서 전력 관리 회로를 동작시키는 단계, 및 선택된 공급 제어 모드에 기초하여 n-형 전계-효과 트랜지스터 접지 스위치를 제어하는 단계를 추가로 포함하고, n-형 전계-효과 트랜지스터 접지 스위치는 공급 커패시터의 제2 단부와 접지 전압 사이에 접속된다. 본 방법은 선택된 공급 제어 모드에 기초하여 n-형 전계-효과 트랜지스터 방전 스위치를 제어하는 단계를 추가로 포함하고, n-형 전계-효과 트랜지스터 접지 스위치는 공급 커패시터의 제2 단부와 공급 전압 사이에 접속된다.
다양한 실시예들에서, 복수의 공급 제어 모드는 평균 전력 추적 모드 및 포락선 추적 모드를 포함한다. 몇몇 실시예들에 따르면, 본 방법은 평균 전력 추적 모드에서 n-형 전계-효과 트랜지스터 접지 스위치를 턴온하는 단계 및 포락선 추적 모드에서 n-형 전계-효과 트랜지스터 접지 스위치를 턴오프하는 단계를 추가로 포함한다. 일부 실시예들에 따르면, 본 방법은 평균 전력 추적 모드에서 n-형 전계-효과 트랜지스터 방전 스위치를 턴오프하고 포락선 추적 모드에서 n-형 전계-효과 트랜지스터 방전 스위치를 턴온하는 단계를 추가로 포함한다.
도 1은 통신 네트워크의 한 예의 개략도이다.
도 2a는 캐리어 집성을 사용하는 통신 링크의 한 예의 개략도이다.
도 2b는 도 2a의 통신 링크에 대한 업링크 캐리어 집성의 다양한 예들을 예시한다.
도 2c는 도 2a의 통신 링크에 대한 다운링크 캐리어 집성의 다양한 예들을 도시한다.
도 3a는 전력 증폭기 공급 전압 대 시간의 제1 예를 보여주는 그래프이다.
도 3b는 전력 증폭기 공급 전압 대 시간의 제2 예를 보여주는 그래프이다.
도 3c는 전력 증폭기 공급 전압 대 시간의 제3 예를 보여주는 그래프이다.
도 4는 전력 증폭기 시스템의 한 실시예의 개략도이다.
도 5는 전력 증폭기 시스템의 다른 실시예의 개략도이다.
도 6a는 전력 증폭기 시스템의 다른 실시예의 개략도이다.
도 6b는 도 6a의 전력 증폭기 시스템에 대한 공급 모드 스위칭 파형들의 한 예의 그래프이다.
도 7a는 패키징된 모듈의 한 실시예의 개략도이다.
도 7b는 라인 7B-7B를 따라 취해지는 도 7a의 패키징된 모듈의 단면의 개략도이다.
도 8은 모바일 디바이스의 한 실시예의 개략도이다.
도 2a는 캐리어 집성을 사용하는 통신 링크의 한 예의 개략도이다.
도 2b는 도 2a의 통신 링크에 대한 업링크 캐리어 집성의 다양한 예들을 예시한다.
도 2c는 도 2a의 통신 링크에 대한 다운링크 캐리어 집성의 다양한 예들을 도시한다.
도 3a는 전력 증폭기 공급 전압 대 시간의 제1 예를 보여주는 그래프이다.
도 3b는 전력 증폭기 공급 전압 대 시간의 제2 예를 보여주는 그래프이다.
도 3c는 전력 증폭기 공급 전압 대 시간의 제3 예를 보여주는 그래프이다.
도 4는 전력 증폭기 시스템의 한 실시예의 개략도이다.
도 5는 전력 증폭기 시스템의 다른 실시예의 개략도이다.
도 6a는 전력 증폭기 시스템의 다른 실시예의 개략도이다.
도 6b는 도 6a의 전력 증폭기 시스템에 대한 공급 모드 스위칭 파형들의 한 예의 그래프이다.
도 7a는 패키징된 모듈의 한 실시예의 개략도이다.
도 7b는 라인 7B-7B를 따라 취해지는 도 7a의 패키징된 모듈의 단면의 개략도이다.
도 8은 모바일 디바이스의 한 실시예의 개략도이다.
특정 실시예들의 이하의 상세한 설명은 특정한 실시예의 다양한 설명을 제공한다. 그러나, 본 명세서에 설명된 혁신은 예로서, 청구범위에 정의되고 포함되는 다수의 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 이 설명에서, 유사한 참조 번호는 동일하거나 기능적으로 유사한 요소들을 나타내는 도면들을 참조한다. 도면들에 예시된 요소들은 반드시 축척대로 그려진 것은 아님을 이해할 것이다. 또한, 어떤 실시예들은 도면에서 예시된 것보다 더 많은 요소들, 및/또는 도면에서 예시된 요소들의 서브세트(subset)를 포함할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 또한, 일부 실시예들은 2개 이상의 도면으로부터의 특징들의 임의의 적합한 조합을 포함할 수 있다.
도 1은 통신 네트워크(10)의 한 예에 대한 개략도이다. 통신 네트워크(10)는 매크로 셀 기지국(1), 소형 셀 기지국(3), 및 제1 모바일 디바이스(2a), 무선 연결된 자동차(2b), 랩톱(2c), 고정 무선 디바이스(2d), 무선 연결된 기차(2e), 제2 모바일 디바이스(2f), 및 제3 모바일 디바이스(2g)를 포함하는, 사용자 장비(user equipment)(UE)의 다양한 예들을 포함한다.
기지국 및 사용자 장비의 특정한 예가 도 1에 예시되어 있지만, 통신 네트워크는 다양한 유형 및/또는 개수의 기지국 및 사용자 장비를 포함할 수 있다.
예를 들어, 도시된 예에서, 통신 네트워크(10)는 매크로 셀 기지국(1) 및 소형 셀 기지국(3)을 포함한다. 소형 셀 기지국(3)은, 매크로 셀 기지국(1)에 비해 비교적 낮은 전력, 더 짧은 범위, 및/또는 더 적은 수의 동시 사용자와 함께 동작할 수 있다. 소형 셀 기지국(3)은 펨토셀(femtocell), 피코셀(picocell), 또는 마이크로셀(microcell)로서 또한 지칭될 수 있다. 통신 네트워크(10)가 2개의 기지국을 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 통신 네트워크(10)는 더 많거나 더 적은 수의 기지국 및/또는 다른 유형의 기지국을 포함하도록 구현될 수 있다.
사용자 장비의 다양한 예가 도시되어 있지만, 여기서 설명된 교시는, 모바일 전화, 태블릿, 랩톱, IoT 디바이스, 착용형 전자기기, CPE(customer premises equipment), 무선-접속된 차량, 무선 중계기 및/또는 다양한 기타의 통신 디바이스를 포함한 그러나 이것으로 제한되지 않는 다양한 사용자 장비에 적용가능하다. 또한, 사용자 장비는, 셀룰러 네트워크에서 동작하는 현재 이용가능한 통신 디바이스뿐만 아니라, 본 명세서에서 설명되고 청구되는 본 발명의 시스템, 프로세스, 방법 및 디바이스와 함께 용이하게 구현될 수 있는 후속 개발된 통신 디바이스를 포함한다.
도 1의 예시된 통신 네트워크(10)는, 예를 들어, 4G LTE 및 5G NR을 포함한 다양한 셀룰러 기술을 사용하는 통신을 지원한다. 어떤 구현예들에서, 통신 네트워크(10)는 WiFi와 같은 무선 로컬 영역 네트워크(wireless local area network)(WLAN)를 제공하도록 추가로 구비된다. 통신 기술의 다양한 예가 제공되었지만, 통신 네트워크(10)는 다양한 통신 기술을 지원하도록 적합화될 수 있다.
통신 네트워크(10)의 다양한 통신 링크가 도 1에 도시된다. 통신 링크는, 예를 들어, 주파수 분할 듀플렉싱(FDD) 및/또는 시분할 듀플렉싱(TDD)을 사용하는 것을 포함한, 다양한 방식으로 듀플렉싱될 수 있다. FDD는 신호를 송신 및 수신하기 위해 상이한 주파수들을 사용하는 무선 주파수 통신의 한 유형이다. FDD는, 높은 데이터 레이트 및 낮은 레이턴시 등의 다수의 이점을 제공할 수 있다. 대조적으로, TDD는 신호를 송신 및 수신하기 위해 거의 동일한 주파수를 사용하고 송신 및 수신 통신이 시간적으로 스위칭되는 무선 주파수 통신의 한 유형이다. TDD는, 스펙트럼의 효율적 사용 및 송신 및 수신 방향 사이에서의 처리량의 가변적 할당 등의, 다수의 이점을 제공할 수 있다.
소정 구현에서, 사용자 장비는, 4G LTE, 5G NR, 및 WiFi 기술 중의 하나 이상을 사용하여 기지국과 통신할 수 있다. 어떤 구현예들에서, 강화된 인가 보조형 액세스(enhanced license assisted access)(eLAA)는 하나 이상의 인가된 주파수 캐리어들(예를 들어, 인가된 4G LTE 및/또는 5G NR 주파수들)을 하나 이상의 비인가된 캐리어들(예를 들어, 비인가된 WiFi 주파수들)과 집성(aggregate)하기 위하여 사용된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 통신 링크는, UE와 기지국 사이의 통신 링크뿐만 아니라, UE-UE 통신 및 기지국-기지국 통신을 포함한다. 예를 들어, 통신 네트워크(10)는 (예를 들어, 모바일 디바이스(2g)와 모바일 디바이스(2f) 사이에서와 같이) 자체-프론트홀(self-fronthaul) 및/또는 자체-백홀(self-backhaul)을 지원하도록 구현될 수 있다.
통신 링크는 다양한 주파수에 걸쳐 동작할 수 있다. 어떤 구현예들에서, 통신들은 6 기가헤르쯔(Gigahertz)(GHz) 미만인 하나 이상의 주파수 대역들 상에서, 및/또는 6GHz 초과인 하나 이상의 주파수 대역들 상에서 5G NR 기술을 사용하여 지원된다. 예를 들어, 통신 링크들은 주파수 범위 1(FR1), 주파수 범위 2(FR2), 또는 그 조합을 서빙할 수 있다. 한 실시예에서, 모바일 디바이스들 중 하나 이상은 HPUE 전력 등급 명세를 지원한다.
소정 구현에서, 기지국 및/또는 사용자 장비는 빔포밍을 사용하여 통신한다. 예를 들어, 빔포밍은 높은 신호 주파수들 상에서 통신하는 것과 연관된 높은 손실과 같은 경로 손실들을 극복하기 위한 신호 강도를 포커싱(focus)하기 위하여 사용될 수 있다. 소정 실시예에서, 하나 이상의 모바일 전화 등의 사용자 장비는, 30GHz 내지 300GHz 범위의 밀리미터파 주파수 대역 및/또는 6GHz 내지 30GHz, 더 구체적으로는 24GHz 내지 30GHz 범위의 상위 센티미터파 주파수에서 빔포밍을 사용하여 통신한다.
통신 네트워크(10)의 상이한 사용자들은, 다양한 방식으로, 가용 주파수 스펙트럼 등의 가용 네트워크 자원을 공유할 수 있다.
일 예에서, 주파수 분할 다중 액세스(frequency division multiple access)(FDMA)는 주파수 대역을 다중 주파수 캐리어들로 분할하기 위해 사용된다. 추가로, 하나 이상의 캐리어가 특정한 사용자에게 할당된다. FDMA의 예들은 단일 캐리어 FDMA(single carrier FDMA)(SC-FDMA) 및 직교 FDMA(orthogonal FDMA)(OFDMA)를 포함하지만, 이들에 제한되지 않는다. OFDMA는 가용 대역폭을 상이한 사용자들에게 개별적으로 할당될 수 있는 다수의 상호 직교 협대역 서브캐리어들로 세분하는 멀티캐리어 기술이다.
공유 액세스의 다른 예들은, 이에 제한되는 것은 아니지만, 사용자가 주파수 리소스를 사용하기 위한 특정 시간 슬롯들을 할당받은 TDMA(time division multiple access), 각각의 사용자에게 고유 코드를 할당하는 것에 의해 주파수 리소스가 상이한 사용자들 사이에 공유되는 CDMA(code division multiple access), 빔포밍을 사용하여 공간 분할에 의해 공유 액세스를 제공하는 SDMA(space-divisional multiple access), 및 전력 도메인이 다중 액세스에 사용되는 NOMA(non-orthogonal multiple access)를 포함한다. 예를 들어, NOMA는, 전력 레벨은 상이하지만, 동일한 주파수, 시간 및/또는 코드로 복수의 사용자를 서빙하는데 사용될 수 있다.
강화된 모바일 광대역(eMBB; enhanced mobile broadband)이란, LTE 네트워크의 시스템 용량을 성장시키기 위한 기술을 말한다. 예를 들어, eMBB란, 각각의 사용자에 대해 적어도 10Gbps의 피크 데이터 레이트 및 최소 100Mbps의 통신을 말할 수 있다. uRLLC(ultra-reliable low latency communications)란, 예를 들어, 2 밀리초 미만의 매우 낮은 레이턴시를 동반한 통신을 위한 기술을 지칭한다. uRLLC는, 이를테면 자율 주행 및/또는 원격 수술 응용들을 위한 임무 불가결(mission-critical) 통신들에 사용될 수 있다. 대용량 머신-유형 통신들(massive machine-type communications)(mMTC)은 사물 인터넷(Internet of Things)(IoT) 애플리케이션들과 연관된 것들과 같은 일상 객체들로의 무선 접속들과 연관된 낮은 비용 및 낮은 데이터 레이트 통신들을 지칭한다.
도 1의 통신 네트워크(10)는, eMBB, uRLLC 및/또는 mMTC를 포함한 그러나 이것으로 제한되지 않는 다양한 고급 통신 특징을 지원하는데 사용될 수 있다.
도 2a는 캐리어 집성을 사용하는 통신 링크의 한 예의 개략도이다. 캐리어 집성은 복수의 주파수 캐리어를 통한 통신을 지원함으로써 통신 링크의 대역폭을 넓힘으로써, 단편화된 스펙트럼 할당을 사용하여 사용자 데이터 레이트를 증가시키고 네트워크 용량을 향상시키는데 사용될 수 있다.
도시된 예에서, 통신 링크는 기지국(21)과 모바일 디바이스(22) 사이에 제공된다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 통신 링크는, 기지국(21)으로부터 모바일 디바이스(22)로의 RF 통신들에 사용되는 다운링크 채널, 및 모바일 디바이스(22)로부터 기지국(21)으로의 RF 통신들에 사용되는 업링크 채널을 포함한다.
도 2a가 FDD 통신들의 맥락에서 캐리어 집성을 예시하지만, 캐리어 집성은 TDD 통신들에 또한 사용될 수 있다.
소정의 구현에서, 통신 링크는 다운링크 채널과 업링크 채널에 대해 비대칭 데이터 레이트를 제공할 수 있다. 예를 들어, 통신 링크는, 모바일 디바이스로부터 클라우드로 데이터를 업로드하기 위해 비교적 더 느린 데이터 레이트를 제공하면서, 모바일 디바이스로의 멀티미디어 콘텐츠의 고속 스트리밍을 가능케하는 비교적 더 높은 다운링크 데이터 레이트를 지원하는데 사용될 수 있다.
도시된 예에서, 기지국(21) 및 모바일 디바이스(22)는, 통신 링크의 대역폭을 선택적으로 증가시키는데 사용될 수 있는 캐리어 집성을 통해 통신한다. 캐리어 집성은 인접 집성(contiguous aggregation)을 포함하는데, 여기서, 동일한 동작 주파수 대역 내의 인접 캐리어들이 집성된다. 캐리어 집성은 또한 불연속적(non-contiguous)일 수 있으며, 공통 대역 또는 상이한 대역 내의 주파수에서 분리된 캐리어들을 포함할 수 있다.
도 2a에 도시된 예에서, 업링크 채널은 3개의 집성된 컴포넌트 캐리어 fUL1, fUL2, 및 fUL3를 포함한다. 또한, 다운링크 채널은 5개의 집성된 컴포넌트 캐리어 fDL1, fDL2, fDL3, fDL4, 및 fDL5를 포함한다. 컴포넌트 캐리어 집성의 한 예가 도시되어 있지만, 업링크 및/또는 다운링크에 대해 더 많거나 더 적은 수의 캐리어가 집성될 수 있다. 더욱이, 집성된 캐리어의 수는 원하는 업링크 및 다운링크 데이터 레이트를 달성하기 위해 시간 경과에 따라 달라질 수 있다.
예를 들어, 특정한 모바일 디바이스에 관한 업링크 및/또는 다운링크 통신을 위한 집성된 캐리어의 수는 시간 경과에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 집성된 캐리어들의 수는 디바이스가 통신 네트워크를 통해 이동함에 따라, 및/또는 네트워크 사용량(network usage)이 시간이 지남에 따라 변경됨에 따라 변경될 수 있다.
도 2b는 도 2a의 통신 링크에 대한 업링크 캐리어 집성의 다양한 예들을 예시한다. 도 2b는, 제1 캐리어 집성 시나리오(31), 제2 캐리어 집성 시나리오(32), 및 제3 캐리어 집성 시나리오(33)를 포함하며, 이들은 캐리어 집성의 3개의 유형을 개략적으로 도시한다.
캐리어 집성 시나리오들(31-33)은 제1 컴포넌트 캐리어 fUL1, 제2 컴포넌트 캐리어 fUL2, 및 제3 컴포넌트 캐리어 fUL3에 대한 상이한 스펙트럼 할당들을 예시한다. 도 2b가 3개의 컴포넌트 캐리어를 집성하는 맥락에서 예시되지만, 캐리어 집성은 더 많거나 더 적은 캐리어들을 집성하기 위해 사용될 수 있다. 더욱이, 업링크의 맥락에서 예시되지만, 집성 시나리오는 다운링크에도 적용가능하다.
제1 캐리어 집성 시나리오(31)는 주파수 및 공통 주파수 대역에서 인접한 컴포넌트 캐리어들이 집성되는 인트라-대역 인접 캐리어 집성(intra-band contiguous carrier aggregation)을 예시한다. 예를 들어, 제1 캐리어 집성 시나리오(31)는 인접하고 제1 주파수 대역 BAND1 내에 위치되는 컴포넌트 캐리어들 fUL1, fUL2, 및 fUL3의 집성을 도시한다.
도 2b를 계속 참조하면, 제2 캐리어 집성 시나리오(32)는 대역-내 비-인접 캐리어 집성을 예시하며, 여기서, 주파수가 비-인접해 있고 공통 주파수 대역 내에 있는 2개 이상의 컴포넌트 캐리어가 집성된다. 예를 들어, 제2 캐리어 집성 시나리오(32)는 비-인접하지만 제1 주파수 대역 BAND1 내에 위치하는 컴포넌트 캐리어들 fUL1, fUL2, 및 fUL3의 집성을 도시한다.
제3 캐리어 집성 시나리오(33)는 주파수가 비-인접해 있고 다수의 주파수 대역 내에 있는 컴포넌트 캐리어들이 집성되는 대역간 불연속 캐리어 집성을 예시한다. 예를 들어, 제3 캐리어 집성 시나리오(33)는 제2 주파수 대역 BAND2의 컴포넌트 캐리어 fUL3와 제1 주파수 대역 BAND1의 컴포넌트 캐리어 fUL1 및 fUL2의 집성을 도시한다.
도 2c는 도 2a의 통신 링크에 대한 다운링크 캐리어 집성의 다양한 예들을 도시한다. 예들은 제1 컴포넌트 캐리어 fDL1, 제2 컴포넌트 캐리어 fDL2, 제3 컴포넌트 캐리어 fDL3, 제4 컴포넌트 캐리어 fDL4, 및 제5 컴포넌트 캐리어 fDL5의 상이한 스펙트럼 할당들에 대한 다양한 캐리어 집성 시나리오들(34-38)을 도시한다. 도 2c가 5개의 컴포넌트 캐리어를 집성하는 맥락에서 예시되지만, 캐리어 집성은 더 많거나 더 적은 캐리어들을 집성하기 위해 사용될 수 있다. 더욱이, 다운링크 맥락에서 예시되지만, 집성 시나리오는 업링크에도 적용가능하다.
제1 캐리어 집성 시나리오(34)는 연속적이고 동일한 주파수 대역 내에 위치하는 컴포넌트 캐리어들의 집성을 도시한다. 추가로, 제2 캐리어 집성 시나리오(35) 및 제3 캐리어 집성 시나리오(36)는 불연속적이지만 동일한 주파수 대역 내에 위치하는 2개의 집성 예를 나타낸다. 더욱이, 제4 캐리어 집성 시나리오(37) 및 제5 캐리어 집성 시나리오(38)는 주파수에서 및 복수의 주파수 대역에서 인접하지 않는 컴포넌트 캐리어들이 집성되는 2개의 집성 예를 나타낸다. 집성된 컴포넌트 캐리어의 수가 증가함에 따라, 가능한 캐리어 집성 시나리오의 복잡성도 증가한다.
도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 캐리어 집성에 사용되는 개별 컴포넌트 캐리어들은, 예컨대, 동일한 대역 내의 또는 다수의 대역 내의 주파수 캐리어들을 포함하는 다양한 주파수들일 수 있다. 추가적으로, 캐리어 집성은, 개개의 컴포넌트 캐리어가 거의 동일한 대역폭을 갖는 구현뿐만 아니라 개개의 컴포넌트 캐리어가 상이한 대역폭을 갖는 구현에도 적용될 수 있다.
소정의 통신 네트워크는, 업링크에 대해 1차 컴포넌트 캐리어(primary component carrier)(PCC) 또는 앵커 캐리어를 및 다운링크에 대해 PCC를 특정한 사용자 디바이스에 할당한다. 추가로, 모바일 디바이스가 업링크 또는 다운링크를 위해 단일 주파수 캐리어를 사용하여 통신할 때, 사용자 디바이스는 PCC를 사용하여 통신한다. 업링크 통신을 위한 대역폭을 향상시키기 위해, 업링크 PCC는 하나 이상의 업링크 2차 컴포넌트 캐리어(SCC)와 함께 집성될 수 있다. 추가로, 다운링크 통신을 위한 대역폭을 향상시키기 위해, 다운링크 PCC는 하나 이상의 다운링크 SCC와 함께 집성될 수 있다.
소정 구현에서, 통신 네트워크는 각각의 컴포넌트 캐리어에 대한 네트워크 셀을 제공한다. 추가로, 1차 셀은 PCC를 사용하여 동작할 수 있는 반면, 2차 셀은 SCC를 사용하여 동작할 수 있다. 1차 및 2차 셀들은, 예를 들면, 네트워크 환경 및/또는 캐리어들의 주파수들에서의 차이들로 인해, 상이한 통달범위(coverage) 영역들을 가질 수 있다.
LAA(License assisted access)란, 모바일 운영자와 연관된 인가형 주파수 캐리어가 WiFi 등의 비인가형 스펙트럼 내의 주파수 캐리어와 집성되는 다운링크 캐리어 집성을 말한다. LAA는 통신 링크와 연관된 제어 및 시그널링 정보를 운반하는 인가형 스펙트럼 내의 다운링크 PCC를 사용하는 반면, 비인가형 스펙트럼은 이용가능한 경우 더 넓은 다운링크 대역폭을 위해 집성된다. LAA는 WiFi 사용자를 피하거나 및/또는 WiFi 사용자와 공존하기 위해 2차 캐리어의 동적 조정과 함께 동작할 수 있다. eLAA(Enhanced license assisted access)란, 다운링크 및 업링크 양쪽 모두에 대해 인가형 스펙트럼과 비인가형 스펙트럼을 집성하는 LAA의 진화를 말한다.
공급 커패시터 스위칭을 갖는 전력 증폭기
셀룰러 통신 시스템들과 같은 모바일 응용들에서, 배터리 수명을 연장하는 것이 중요하다. 상당한 양의 배터리 충전을 소비하는 하나의 동작은 전력 증폭, 또는 무선 송신을 위한 RF 신호들의 증폭이다.
효율을 증가시키고 그에 의해 배터리 수명을 연장시키기 위해, 모바일 디바이스는 전력 증폭기의 공급 전압의 전압 레벨을 제어하기 위한 전력 관리 회로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전력 관리 회로는 전력 증폭기의 공급 전압의 전압 레벨을 시간에 따라 변경하여 전력 증폭기의 전력 부가 효율(PAE)을 개선하기 위해 다양한 전력 관리 기술들을 채택할 수 있고, 그에 의해 전력 소비를 감소시키고 배터리 수명을 연장시킨다.
전력 증폭기의 전력 관리를 위한 한 가지 기법은 DC-DC 변환기 또는 다른 적절한 전압 조절기가 전력 증폭기의 평균 출력 전력에 기초하여 전력 증폭기에 대한 공급 전압을 생성하도록 사용되는 평균 전력 추적(average power tracking)(APT)이다. 예를 들어, APT를 제공할 때, 공급 전압은 시간 간격에 걸친 평균 출력 전력에 기초하여 시간 간격에 걸쳐 특정 전압 레벨로 설정될 수 있다(예를 들어, 송신 프레임에 걸쳐 고정 전압 레벨로 설정됨).
전력 증폭기의 효율을 향상시키는 또 다른 기술은, 전력 증폭기의 공급 전압이 RF 신호의 포락선과 관련하여 제어되는 포락선 추적(envelope tracking)(ET)이다. 따라서, RF 신호의 포락선의 전압 레벨이 증가하면, 전력 증폭기의 공급 전압의 전압 레벨이 증가될 수 있다. 마찬가지로, RF 신호의 포락선의 전압 레벨이 감소하면, 전력 증폭기의 공급 전압의 전압 레벨이 감소되어 전력 소비를 감소시킬 수 있다.
전력 증폭기 시스템은 다중-모드일 수 있고, 정적 DC 공급을 갖는 선형 모드(APT 모드) 또는 동적으로 변하는 공급을 갖는 준-압축 모드(ET 모드)에서 동작하도록 특정될 수 있다.
4G/5G 파형들은 전력 증폭기에서의 전류 특성들의 급속한 변화를 초래하는 진폭 변조(AM) 특성들을 포함한다. 또한, 전력 증폭기 공급 네트워크의 유한 임피던스들은 전력 증폭기 선형성의 저하를 초래할 수 있고, 따라서 APT 동작 동안 공급 네트워크 상에 큰 값의 커패시턴스를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 반대로, ET 동작 동안, 전력 증폭기 공급은 고주파수 변조를 지원하도록 특정되고, 전력 증폭기 공급 네트워크 상의 다량의 커패시턴스를 견딜 수 없다.
예를 들어, 모바일 디바이스는 신호 전력 레벨 및 동작 특성들, 예를 들어, 3G, 4G, 및/또는 5G 파형들을 사용하는지에 따라 APT 모드에서 또는 ET 모드에서 구성될 수 있는 공유 전력 관리 회로를 포함할 수 있다. APT 모드에서, 전력 관리 회로가 큰 커패시턴스(예를 들어, 1uF의 범위에서)를 구동하는 것이 바람직한 반면, ET 모드에서(특히, 5G 응용들의 경우), 부하 커패시턴스가 넓은 포락선 추적 대역폭에 대해 수백 pF로 제한되는 것이 바람직할 수 있다. APT 모드에서의 5G 응용의 경우, 인접 채널 전력비(ACPR) 및/또는 인접 채널 누설비(ACLR) 사양을 충족시키기 위해 전력 증폭기가 수 나노패럿(nF)의 범위에서 큰 공급 커패시턴스로 동작하는 것이 바람직하다.
공급 커패시터 스위칭을 갖는 전력 증폭기들이 본 명세서에 제공된다. 특정 실시예들에서, 전력 증폭기 시스템은 RF 신호에 증폭을 제공하는 전력 증폭기, 전력 증폭기의 공급 전압의 전압 레벨을 제어하는 전력 관리 회로, 공급 전압에 접속된 제1 단부를 갖는 공급 커패시터, 및 벌크 n-형 전계-효과 트랜지스터(NFET) 스위치를 포함한다. 전력 관리 회로는 예를 들어, APT 모드 및 ET 모드를 포함하는 다수의 공급 제어 모드들에서 동작가능하다. 또한, 벌크 NFET 스위치는 전력 관리 회로의 공급 제어 모드에 기초하여 제어된다. 벌크 NFET 스위치는 공급 커패시터의 제2 단부 및 접지 전압과 직렬인 접지 NFET, 및 공급 커패시터의 제2 단부와 공급 전압 사이에 접속된 방전 NFET를 포함한다.
따라서, 전력 증폭기는 APT 및 ET 모드들과 같은 다수의 공급 제어 모드들을 지원하고, 그러한 모드들에 걸쳐 최적의 또는 거의 최적의 성능으로 동작하도록 설계될 수 있다. 또한, 공급 커패시터는 벌크 실리콘 기술에서 NFET 디바이스들만을 사용하는 저비용 및 저복잡도 스위치 해결책을 사용하여 스위칭될 수 있다.
대조적으로, 벌크 실리콘에서 p-타입 전계-효과 트랜지스터(PFET)를 사용하는 접근법은 기판 기생(substrate parasitic)의 접지 및/또는 순방향 바이어싱 아래의 전압 스윙을 피하기 위해 (예를 들어, 3중 웰 CMOS 프로세스를 사용하여) 격리를 제공할 수 있지만, 저전압 DC 공급 조건들을 지원하는데 있어서 상당한 도전으로 어려움을 겪을 수 있고/있거나 큰 PFET의 추가 웰 커패시턴스는 ET 모드 동안 최소 커패시턴스 상태를 현저하게 제한한다. 다른 예에서, NFET 스위치는 공급 커패시터와 접지 사이에 접속될 수 있고, 전하 펌프는 NFET 스위치의 게이트를 공급 전압 위로 바이어싱하기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 이 접근법은 전하 펌프 회로에 공급하기 위해 추가적인 핀 인터페이스를 필요로 하고, 전력 증폭기 송신 스펙트럼을 손상시키는 클록 스퓨리어스 신호들(클록 스퍼들)의 위험을 증가시킨다. 또 다른 예에서, SOI 기술은 기판 효과들을 회피하기 위해 사용될 수 있지만, 복잡한 반도체 프로세스로 인해 상당한 비용을 추가한다.
도 3a는 전력 증폭기 공급 전압 대 시간의 제1 예를 도시하는 그래프(47)이다. 그래프(47)는 RF 신호(41)의 전압, RF 신호의 포락선(42), 및 전력 증폭기 공급 전압(43) 대 시간을 예시한다. 그래프(47)는 전력 증폭기 공급 전압(43)이 실질적으로 고정되는 구현에 대한 파형들의 일례에 대응한다.
전력 증폭기의 전력 증폭기 공급 전압(43)은 RF 신호(41)의 전압보다 높은 전압을 갖는다는 것이 중요할 수 있다. 예를 들어, RF 신호의 크기보다 작은 크기를 갖는 전력 증폭기 공급 전압을 사용하여 전력 증폭기에 전력을 공급하는 것은 RF 신호를 클리핑할 수 있고, 이에 의해 신호 왜곡 및/또는 다른 문제들을 발생시킬 수 있다. 따라서, 전력 증폭기 공급 전압(43)이 포락선(42)의 전압보다 큰 것이 중요할 수 있다. 그러나, 전력 증폭기 공급 전압(43)과 RF 신호(41)의 포락선(42) 사이의 전압차를 줄이는 것이 바람직할 수 있는데, 그 이유는 전력 증폭기 공급 전압(43)과 포락선(42) 사이의 면적이 에너지 손실을 나타낼 수 있으며, 이는 배터리 수명을 줄이고, 무선 디바이스 내에 생성되는 열을 증가시킬 수 있기 때문이다.
도 3b는 전력 증폭기 공급 전압 대 시간의 제2 예를 보여주는 그래프(48)이다. 그래프(48)는 RF 신호(41)의 전압, RF 신호의 포락선(42), 및 전력 증폭기 공급 전압(44) 대 시간을 예시한다. 그래프(48)는 전력 증폭기 공급 전압(44)이 포락선 추적에 의해 생성되는 한 구현에 대한 파형들의 한 예에 대응한다.
포락선 추적은, 전력 증폭기에 의해 증폭된 RF 신호의 포락선과 관련하여 전력 증폭기 공급 전압의 전압 레벨을 효율적으로 제어함으로써 전력 증폭기 시스템의 전력 추가된 효율(PAE)을 증가시키는데 사용될 수 있는 기술이다. 따라서, RF 신호의 포락선이 증가할 때, 전력 증폭기에 공급되는 전압이 증가할 수 있다. 마찬가지로, RF 신호의 포락선이 감소할 때, 전력 증폭기에 공급되는 전압이 감소되어 전력 소비를 줄일 수 있다.
도 3a의 전력 증폭기 공급 전압(43)과 달리, 도 3b의 전력 증폭기 공급 전압(44)은 RF 신호(41)의 포락선(42)에 대해 변한다. 도 3b에서의 전력 증폭기 공급 전압(44)과 포락선(42) 사이의 면적은 도 3a에서의 전력 증폭기 공급 전압(43)과 포락선(42) 사이의 면적보다 작으며, 따라서 도 3b의 그래프(48)는 더 큰 에너지 효율을 갖는 전력 증폭기 시스템과 관련될 수 있다.
도 3c는 전력 증폭기 공급 전압 대 시간의 제3 예를 도시하는 그래프(49)이다. 그래프(49)는 RF 신호(41)의 전압, RF 신호의 포락선(42), 및 전력 증폭기 공급 전압(45) 대 시간을 예시한다. 그래프(49)는 전력 증폭기 공급 전압(45)이 평균 전력 추적(APT)에 의해 생성되는 구현에 대한 파형들의 한 예에 대응한다.
APT는, 전력 증폭기의 공급 전압의 전압 레벨이 전력 증폭기의 평균 출력 전력에 기초하여 제어되는, 전력 증폭기의 효율을 향상시키기 위한 한 기술이다. APT를 사용하여 동작할 때, 전력 증폭기 공급 전압의 전압 레벨은 특정한 시간 슬롯 또는 간격 동안 실질적으로 고정될 수 있지만, 평균 출력 전력(예를 들어, 송신 전력 제어 레벨)에 기초하여 후속 시간 슬롯 동안 조정될 수 있다. APT는 고정된 전력 증폭기 공급 전압에 비해 효율에 있어서 이득을 달성할 수 있지만, 포락선 추적에 비해 효율 이득은 낮다. 그러나, 포락선 추적은 APT에 비해 높은 복잡성, 비용 및/또는 오버헤드를 가질 수 있다.
도 4는 전력 증폭기 시스템(70)의 일 실시예의 개략도이다. 도시된 전력 증폭기 시스템(70)은 스위치들(51), 안테나(52), 방향성 결합기(54), 전력 관리 회로(60), 바이어스 제어 회로(61), 전력 증폭기(62), 트랜시버(63), 및 기저대역 프로세서(64)를 포함한다.
도 4가 전력 증폭기 시스템의 일 실시예를 예시하지만, 본 명세서의 교시들은 매우 다양한 방식들로 구현된 전력 증폭기 시스템들에 적용가능하다. 예를 들어, 전력 증폭기 시스템은 더 많거나 더 적은 컴포넌트들, 상이한 배열의 컴포넌트들, 및/또는 상이한 방식들로 구현되는 컴포넌트들을 포함할 수 있다.
도시된 실시예에서, 트랜시버(63)는 전력 증폭기 제어 회로(66), I/Q 변조기(67), 믹서(68), 및 아날로그 디지털 변환기(ADC)(69)를 포함한다. 명확함을 위해 도 4에 예시되지 않지만, 트랜시버(63)는 또한 하나 이상의 수신 경로를 거쳐 하나 이상의 안테나(예를 들어, 안테나(52) 및/또는 다른 안테나(들))로부터 수신되는 신호들을 처리할 수 있다. 더욱이, 트랜시버(63)는 송신 경로(들), 관찰 경로(들), 및/또는 전력 증폭기 제어 회로의 상이한 구현들을 사용하는 것을 포함하지만, 이들에 제한되지 않는 다른 방식들로 구현될 수 있다.
기저대역 신호 프로세서(64)는, 원하는 진폭, 주파수 및 위상의 정현파 또는 신호를 나타내는데 사용될 수 있는, 동상(in-phase)(I) 신호와 직교 위상(Q) 신호를 생성하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, I 신호는 정현파의 동상 컴포넌트를 표현하기 위해 사용될 수 있고, Q 신호는 정현파의 직교-위상 컴포넌트를 표현하기 위해 사용될 수 있는데, 이는 정현파의 등가적 표현일 수 있다. 특정 구현예들에서, I 및 Q 신호들은 디지털 포맷으로 I/Q 변조기(67)에 제공될 수 있다. 기저대역 프로세서(64)는 기저대역 신호를 처리하도록 구성되는 임의의 적절한 프로세서일 수 있다. 예를 들어, 기저대역 프로세서(64)는 디지털 신호 프로세서, 마이크로프로세서, 프로그래밍가능 코어, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 더욱이, 일부 구현들에서는, 전력 증폭기 시스템(70) 내에 둘 이상의 기저대역 프로세서(64)가 포함될 수 있다.
I/Q 변조기(67)는 기저대역 프로세서(64)로부터 I 및 Q 신호들을 수신하고, I 및 Q 신호들을 프로세싱하여 RF 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, I/Q 변조기(67)는 I 및 Q 신호들을 아날로그 포맷으로 전환시키도록 구성되는 디지털-대-아날로그 변환기(DAC)들, I 및 Q 신호들을 RF로 상향변환시키기 위한 믹서들, 및 상향변환된 I 및 Q 신호들을 전력 증폭기(62)에 의한 증폭을 위해 적합한 RF 신호로 결합시키기 위한 신호 결합기를 포함할 수 있다. 특정 구현들에서, I/Q 변조기(67)는 그 내부에서 처리된 신호의 주파수 콘텐츠를 필터링하도록 구성된 하나 이상의 필터를 포함할 수 있다.
전력 증폭기(62)는 I/Q 변조기(67)로부터 RF 신호를 수신할 수 있고, 인에이블될 때, 증폭된 RF 신호를 스위치들(51)을 통해 안테나(52)에 제공할 수 있다. 방향성 커플러(54)는 전력 증폭기(62)의 출력과 스위치들(51)의 입력 사이에 배치될 수 있으며, 따라서 스위치들(51)의 삽입 손실을 포함하지 않는 전력 증폭기(62)의 출력 전력 측정을 가능하게 한다. 그러나, 전력 측정의 다른 구성들이 가능하다.
이 실시예에서, 스위치들(51)은 안테나 스위치 및/또는 대역 스위치를 포함한다. 스위치들(51)은 본 명세서의 교시에 따라 구현된 하나 이상의 공급 제어 스위치(각각 대응하는 공급 커패시터에 접속됨)를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 공급 제어 스위치들은 전력 증폭기(62)의 스테이지들 중 임의의 것 또는 전부를 위해 사용될 수 있다.
예시된 구성에서, 방향성 결합기(54)로부터의 감지된 출력 신호는 믹서(68)에 제공되며, 이는 감지된 출력 신호에 제어된 주파수의 기준 신호를 곱한다. 믹서(68)는 감지된 출력 신호의 주파수 콘텐츠를 다운시프트함으로써 다운시프트된 신호를 생성하도록 동작한다. 다운시프트된 신호는 ADC(69)에 제공될 수 있으며, 이 ADC는 다운시프트된 신호를 기저대역 프로세서(64)에 의한 처리에 적합한 디지털 포맷으로 변환할 수 있다. 전력 증폭기(62)의 출력과 기저대역 프로세서(64) 사이에 피드백 경로를 포함시킴으로써, 기저대역 프로세서(64)는 I 및 Q 신호들을 동적으로 조정하여 전력 증폭기 시스템(70)의 동작을 최적화하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 이러한 방식으로 전력 증폭기 시스템(70)을 구성하는 것은 전력 증폭기(62)의 PAE 및/또는 선형성을 제어하는 것을 보조할 수 있다.
예시된 실시예에서, 전력 관리 회로(60)는 트랜시버(63)로부터 전력 제어 신호를 수신하고, 전력 증폭기(62)의 공급 전압들을 제어한다. 특정 구현들에서, 트랜시버(63)는 직렬 인터페이스를 통해 전력 관리 회로(60)에 전기적으로 접속되고, 전력 관리 회로(60)는 직렬 인터페이스를 통해 전력 제어 신호를 수신한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 전력 관리 회로(60)는 전력 증폭기(62)의 입력 스테이지에 전력을 공급하기 위한 제1 공급 전압 VCC1 및 전력 증폭기(62)의 출력 스테이지에 전력을 공급하기 위한 제2 공급 전압 VCC2를 생성한다. 전력 관리 회로(60)는 전력 증폭기 시스템의 PAE를 향상시키기 위해 제1 공급 전압 VCC1 및/또는 제2 공급 전압 VCC2의 전압 레벨을 제어할 수 있다. 2개의 제어가능 공급 전압을 갖는 일 실시예가 도시되지만, 전력 관리 회로는 더 많거나 더 적은 공급 전압들의 전압 레벨들을 제어할 수 있다. 특정 구현들에서, 전력 증폭기는 하나 이상의 제어가능한 공급 전압 및 하나 이상의 실질적으로 고정된 공급 전압으로 동작한다.
예시된 실시예에서, 전력 제어 신호는 전력 관리 회로(60)에게 APT 모드 또는 ET 모드와 같은 특정 공급 제어 모드에서 동작하도록 지시한다. 따라서, 트랜시버(63)의 전력 증폭기 제어 회로(66)는 이러한 실시예에서, 선택된 공급 제어 모드를 제어한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 바이어스 제어 회로(61)는 트랜시버(63)로부터 바이어스 제어 신호를 수신하고, 전력 증폭기(62)에 대한 바이어스 제어 신호들을 생성한다. 추가적으로, 바이어스 제어 회로(61)는 바이어스 제어 신호에 기초하여 바이어스 제어 신호들을 생성한다.
바이어스 제어 신호는 전력 관리 회로(60)가 동작하고 있는 공급 제어 모드를 식별하고, 바이어스 제어 회로(61)는 표시된 공급 제어 모드에 기초하여 바이어스 제어 신호들을 생성한다. 특정 구현들에서, 트랜시버(63)는 직렬 인터페이스를 통해 바이어스 제어 회로(61)에 전기적으로 접속되고, 바이어스 제어 회로(61)는 직렬 인터페이스를 통해 선택된 공급 제어 모드를 표시하는 제어 워드를 수신한다.
도 5는 전력 증폭기 시스템(110)의 다른 실시예의 개략도이다. 전력 증폭기 시스템(110)은 전력 관리 회로(101), 전력 증폭기(102), 공급 커패시터(103), 및 스위치 다이(104)를 포함한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 전력 증폭기(102)는 RF 입력 신호 RFIN를 수신하고, 전력 증폭기(102)는 이를 증폭하여 RF 출력 신호 RFOUT를 생성한다. 단일 스테이지를 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 전력 증폭기(102)는 부가의 스테이지들을 포함할 수 있다. 전력 증폭기(102)는 전력 관리 회로(101)로부터 전력 증폭기 공급 전압 VCC를 수신하며, 이는 본 명세서에서 전력 관리 집적 회로(PMIC)로도 지칭된다. 특정 구현들에서, 전력 증폭기(102)는 초크 인덕터를 통해 전력 증폭기 공급 전압 VCC를 수신하는 컬렉터를 갖는 바이폴라 트랜지스터, 또는 초크 인덕터를 통해 전력 증폭기 공급 전압 VCC를 수신하는 드레인을 갖는 전계-효과 트랜지스터(FET)를 포함한다.
전력 관리 회로(101)는 전력 증폭기(102)의 전력 증폭기 공급 전압 VCC의 전압 레벨을 제어한다. 전력 관리 회로(101)는 APT 모드 및 ET 모드를 포함할 수 있는 2개 이상의 모드에서 동작가능한 멀티-모드 전력 관리 회로이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 스위치 다이(104)는 본원의 실시예들 중 임의의 것에 따라 구현될 수 있는 공급 커패시터 스위치(105)를 포함한다. 특정 실시예들에서, 스위치 다이(104)는 집적을 향상시키기 위해 하나 이상의 다른 컴포넌트를 포함한다.
공급 커패시터 스위치(105)는 모드 신호 MODE에 의해 표시되는 전력 관리 회로(101)의 모드에 기초하여 제어(예를 들어, 개방 또는 폐쇄)된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 공급 커패시터(103)는 전력 증폭기 공급 전압 VCC에 접속된 제1 단자(본 명세서에서 제1 단부라고도 함) 및 공급 커패시터 스위치(105)에 접속된 제2 단자(본 명세서에서 제2 단부라고도 함)를 포함한다.
공급 커패시터 스위치(105)의 상태를 제어함으로써, 전력 증폭기 공급 전압 VCC를 필터링/안정화하기 위해 공급 커패시터(103)가 선택적으로 포함될 수 있다.
도 6a는 전력 증폭기 시스템(210)의 다른 실시예의 개략도이다. 전력 증폭기 시스템(210)은 전력 증폭기 공급 전압 VCC를 생성하는 전력 관리 집적 회로(PMIC)(도 6a에 도시되지 않음), 전력 증폭기 공급 전압 VCC에 의해 전력을 공급받는 전력 증폭기(도 6a에 도시되지 않음), 벌크 실리콘 스위치 다이(201), 제1 공급 커패시터 C1, 및 제2 공급 커패시터 C2를 포함한다. 이 예에서, 벌크 실리콘 스위치 다이(201)는 플립-칩 다이이고, 범프 인덕턴스들(L1, L2, 및 L3)(다이의 범프 패드들의 인덕턴스에 대응함)은 다이(201)의 특정 패드들에 대해 도시된다.
예시된 실시예에서, 벌크 실리콘 스위치 다이(201)는 핀들 또는 패드들(202a, 202b, 202c, 및 202d), 제1 NFET M1, 제2 NFET들 M2A/M2B, 제3 NFET M3, 게이트 저항기들 RG1 및 RG2, 전압 분배기 저항기들 R1 및 R2, 게이트 커패시터 CG, 및 순방향 다이오드 D1 및 역방향 다이오드들 D2A, D2B, ... D2M, D2N을 포함하는 정전기 방전(ESD) 보호 회로를 포함한다.
핀(202b)은 (범프 인덕턴스 L2를 통해) 공급 전압 VCC 및 공급 커패시터 C1의 제1 단부에 접속되는 한편, 핀(202a)은 (범프 인덕턴스 L1을 통해) 공급 커패시터 C1의 제2 단부에 접속된다. 또한, 핀(202c)은 (범프 인덕턴스 L3를 통해) 접지에 접속하고, 핀(202d)은 APT 인에이블 신호 APT_EN를 수신한다.
예시된 실시예에서, NFET M1은 커패시터 C1의 접지 측을 스위칭한다. 이것은 APD 인에이블 신호 APT_EN이 스위치 FET의 게이트를 바이어싱하기 위해 전하 펌프와 같은 복잡한 회로를 필요로 하지 않고 NFET 스위치의 게이트를 직접 제어할 수 있다는 점에서 설계를 크게 단순화한다.
ET 동작 동안, 커패시터 C1가 완전히 충전될 수 있고 전원 상의 낮은 전압 값들이 NFET 접지 스위치(M1)의 드레인을 칩 접지 전압 아래로 강제하고 기판 기생들을 순방향 바이어싱할 수 있기 때문에 주의를 기울여야 한다.
예시된 실시예에서, 방전 NFET(이 예에서, M2A 및 M2B의 직렬 조합을 사용하여 구현됨)는 ET 모드 동안 활성화되고 커패시터 C1을 단락시키고, 그에 의해 커패시터 C1을 단일 다이오드 전압으로 방전시킨다. 그 결과, 커패시터 C1 상에 전하가 거의 남아있지 않고, 전원 VCC의 저전압 천이가 기판 기생의 순방향 바이어싱을 야기하지 않는다. 방전 NFET는 방전 스위치라고도 한다.
방전 스위치의 강건성을 증가시키기 위한 노력으로, 이 디바이스는 이 실시예에서, 적층된 구성 M2A/M2B로 분할되고 구성된다. 마찬가지로, 게이트 바이어스는 저항성 분할기 R1 및 R2를 사용하여 바이어싱된다. 그 결과는 모든 드레인-게이트, 소스-게이트 및 드레인-소스 전압들을 분할하여, 단일 트랜지스터 구성에 비해 방전 스위치의 전압 처리를 효과적으로 배가시킨다. 그러나, 방전 스위치는 더 많거나 더 적은 트랜지스터를 사용하여 구현될 수 있다.
방전 스위치와 병렬로 배치된 추가의 다이오드 구조는 이 비교적 작은 NFET 구조를 위한 ESD 보호 경로를 제공한다. NFET M1은 크고, 이 예에서, 자연 스냅-백 브레이크-다운 메커니즘(natural snap-back break-down mechanism)을 통해 자기 보호를 제공한다.
방전 스위치를 사용하는 것은 NFET 전용 스위칭 아키텍처의 사용을 통해 저비용 프로세스 기술을 사용하는 이점을 제공한다. 또한, 비교적 작은 FET 크기 및 바이어스 웰 구조의 부재는 낮은 오프-상태 커패시턴스를 제공한다.
도 6b는 도 6a의 전력 증폭기 시스템에 대한 공급 모드 스위칭 파형들의 한 예의 그래프이다.
APT 인에이블 신호 APT_EN 및 공급 전압 VCC의 예시적인 파형들이 도시된다. 공급 전압 VCC는 도시된 바와 같이 다양한 1μs 및 3μs 천이로 동작한다.
도 7a는 패키징된 모듈(300)의 일 실시예의 개략도이다. 도 7b는 라인 7B-7B를 따라 취해지는 도 7a의 패키징된 모듈(300)의 단면의 개략도이다.
패키징된 모듈(300)은 전력 증폭기 다이(301), 스위치 다이(302), 표면 실장 컴포넌트들(303), 와이어본드들(308), 패키지 기판(320), 및 캡슐화 구조(340)를 포함한다. 패키지 기판(320)은 그 안에 배치된 전도체들로 형성된 패드들(306)을 포함한다. 추가적으로, 다이들(301, 302)은 패드들(304)을 포함하고, 와이어본드들(308)은 다이들(301, 302)의 패드들(304)을 패키지 기판(320)의 패드들(306)에 접속하기 위해 사용되었다.
전력 증폭기 다이(301) 및 스위치 다이(302)는 본 개시내용의 하나 이상의 특징에 따라 구현된다. 특정 구현들에서, 스위치 다이(302)는 패키지 기판에 부착된 표면 실장 커패시터를 사용하여 적어도 부분적으로 형성된 공급 커패시터와 직렬인 공급 커패시터 스위치를 포함한다. 통합을 향상시키기 위해, 스위치 다이(302)는 안테나 스위치(예를 들어, 송신/수신(T/R) 스위치) 및/또는 대역 스위치를 포함할 수 있다. 스위치 다이(302)는 (패키징된 모듈(300) 상에 포함되거나 그 외부에 있을 수 있는) 전력 관리 회로의 공급 제어 모드를 나타내는 제어 신호를 수신하는 핀을 포함할 수 있다.
특정 구현들에서, 다이들(301, 302)은 상이한 처리 기술들을 사용하여 제조된다. 한 예에서, 전력 증폭기 다이(301)는 이종접합 바이폴라 트랜지스터(HBT) 프로세스를 사용하여 제조되고, 스위치 다이(302)는 벌크 실리콘 프로세스를 사용하여 제조된다.
패키징 기판(320)은 예를 들어, 표면 실장 커패시터들 및/또는 인덕터들을 포함할 수 있는, 다이들(301, 302) 및 표면 실장 컴포넌트들(303)과 같은 복수의 컴포넌트를 수용하도록 구성될 수 있다.
도 7b에 도시된 바와 같이, 패키징된 모듈(300)은 다이들(301, 302)을 실장하기 위해 사용되는 패키징된 모듈(300) 쪽의 반대쪽에 배치되는 복수의 콘택 패드들(332)을 포함하는 것으로 도시된다. 이러한 방식으로 패키징된 모듈(300)을 구성하는 것은 패키징된 모듈(300)을 무선 디바이스의 폰 보드와 같은 회로 보드에 접속시키는 것을 보조할 수 있다. 예시적인 콘택 패드들(332)은 RF 신호들, 바이어스 신호들, 전력 로우 전압(들) 및/또는 전력 하이 전압(들)을 다이(301, 302) 및/또는 표면 실장 컴포넌트들(303)을 제공하도록 구성될 수 있다. 도 7b에 나타난 바와 같이, 콘택 패드들(332)과 다이(301) 간의 전기적 접속들은 패키지 기판(320)을 통한 접속들(333)에 의해 용이하게 될 수 있다. 다층 적층형 패키지 기판의 비아들 및 컨덕터들과 연관된 접속들과 같은 접속들(333)은 패키지 기판(320)을 통해 형성되는 전기 경로들을 나타낼 수 있다.
일부 실시예들에서, 패키징된 모듈(300)은 예를 들어, 패키징된 모듈(300)의 보호를 제공하고 그리고/또는 핸들링을 용이하게 하기 위한 하나 이상의 패키징 구조들을 또한 포함할 수 있다. 이러한 패키징 구조는 패키징 기판(320) 위에 형성되는 오버몰드 또는 캡슐화 구조(340)와 이들 위에 배치된 컴포넌트들 및 다이(들)를 포함할 수 있다.
패키징된 모듈(300)이 와이어본드들에 기초한 전기적 접속들의 맥락에서 기술되지만, 본 개시내용의 하나 이상의 특징이 또한, 예를 들어, 플립칩 구성들을 포함하는, 다른 패키징 구성들에서 구현될 수 있음이 이해될 것이다.
도 8은 모바일 디바이스(800)의 한 실시예의 개략도이다. 모바일 디바이스(800)는, 기저대역 시스템(801), 트랜시버(802), 프론트 엔드 시스템(803), 안테나(804), 전력 관리 시스템(805), 메모리(806), 사용자 인터페이스(807) 및 배터리(808)를 포함한다.
모바일 디바이스(800)가 본 개시내용의 하나 이상의 특징을 포함할 수 있는 RF 시스템의 일 예를 예시하지만, 본 명세서의 교시들은 매우 다양한 방식들로 구현되는 전자 시스템들에 적용가능하다.
모바일 디바이스(800)는 2G, 3G, 4G(LTE, LTE-어드밴스드 및 LTE-어드밴스드 프로를 포함함), 5G, WLAN(예를 들어, Wi-Fi), WPAN(예를 들어, 블루투스 및 지그비), WMAN(예를 들어, WiMax) 및/또는 GPS 기술들을 포함하지만 이에 제한되지 않는 매우 다양한 통신 기술들을 사용하여 통신하는데 사용될 수 있다.
트랜시버(802)는 송신을 위한 RF 신호를 생성하고 안테나(804)로부터 수신된 유입 RF 신호를 처리한다. RF 신호의 송신 및 수신과 연관된 다양한 기능들은, 도 8에서 트랜시버(802)로서 집합적으로 나타낸 하나 이상의 컴포넌트에 의해 달성될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 한 예에서, 특정 유형의 RF 신호를 처리하기 위해 별도의 컴포넌트(예를 들어, 별도의 회로 또는 다이)가 제공될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 트랜시버(802)는 직렬 인터페이스(809)를 사용하여 프론트 엔드 시스템(803) 및 전력 관리 회로(805)에 접속된다. 예시된 RF 컴포넌트들의 전부 또는 일부는 초기화 동안 및/또는 완전히 동작하는 동안 모바일 디바이스(800)를 구성하도록 직렬 인터페이스(809)에 의해 제어될 수 있다. 다른 실시예에서, 기저대역 프로세서(801)는 직렬 인터페이스(809)에 부가적으로 또는 대안적으로 접속되고 프론트 엔드 시스템(803) 및/또는 전력 관리 시스템(805)의 컴포넌트들과 같은, 하나 이상의 RF 컴포넌트를 구성하도록 동작한다.
프론트 엔드 시스템(803)은, 안테나(804)에 송신되고/되거나 안테나(804)로부터 수신된 신호를 컨디셔닝(condition)하는 것을 보조한다. 예시된 실시예에서, 프론트 엔드 시스템(803)은 하나 이상의 공급 커패시터 스위치(810), 하나 이상의 전력 증폭기(PA)(811), 하나 이상의 저잡음 증폭기(LNA)(812), 하나 이상의 필터(813), 하나 이상의 스위치(814), 및 하나 이상의 듀플렉서(815)를 포함한다. 그러나, 다른 구현예가 가능하다.
예를 들어, 프론트 엔드 시스템(803)은, 송신을 위한 신호 증폭, 수신 신호 증폭, 신호 필터링, 상이한 대역간 스위칭, 상이한 전력 모드간 스위칭, 송신 및 수신 모드간 스위칭, 신호의 듀플렉싱, 신호의 멀티플렉싱(예를 들어, 다이플렉싱 또는 트리플렉싱), 또는 이들의 일부 조합을 포함한 그러나 이것으로 제한되지 않는 다수의 기능을 제공할 수 있다.
특정 구현들에서, 모바일 디바이스(800)는 캐리어 집성을 지원함으로써, 피크 데이터 레이트를 증가시키는 유연성을 제공한다. 캐리어 집성은 주파수 분할 듀플렉싱(FDD; Frequency Division Duplexing) 및 시분할 듀플렉싱(TDD; Time Division Duplexing) 모두에 사용될 수 있으며, 복수의 캐리어 또는 채널을 집성하기 위해 사용될 수 있다. 캐리어 집성은 인접 집성(contiguous aggregation)을 포함하는데, 여기서, 동일한 동작 주파수 대역 내의 인접 캐리어들이 집성된다. 캐리어 집성은 또한 불연속적(non-contiguous)일 수 있으며, 공통 대역 또는 상이한 대역 내의 주파수에서 분리된 캐리어들을 포함할 수 있다.
안테나들(804)은 매우 다양한 유형의 통신에 사용되는 안테나를 포함할 수 있다. 예로서, 안테나(804)는 매우 다양한 주파수 및 통신 표준과 연계된 신호를 송신 및/또는 수신하기 위한 안테나를 포함할 수 있다.
툭정 구현들에서, 안테나(804)는 MIMO 통신 및/또는 교환식 다이버시티 통신을 지원한다. 예로서, MIMO 통신은 단일 무선 주파수 채널을 통해 다중 데이터 스트림을 통신하기 위해 다수의 안테나를 사용한다. MIMO 통신은 라디오 환경의 공간 다중화 차이로 인한 보다 높은 신호 대 잡음비, 개선된 코딩 및/또는 감소된 신호 간섭으로부터 이익을 얻는다. 교환식 다이버시티는 특정 시간에 특정 안테나가 동작하도록 선택되는 통신을 지칭한다. 예로서, 스위치는 관찰된 비트 에러율 및/또는 신호 강도 표시자와 같은 다양한 인자에 기초하여 안테나 그룹으로부터 특정 안테나를 선택하기 위해 사용될 수 있다.
모바일 디바이스(800)는 특정 구현에서 빔포밍과 함께 동작할 수 있다. 예를 들어, 프론트 엔드 시스템(803)은 트랜시버(802)에 의해 제어되는 가변 위상을 갖는 위상 시프터들을 포함할 수 있다. 추가적으로, 위상 시프터는 안테나(804)를 사용하여 신호의 송신 및/또는 수신을 위해 빔 형성 및 지향성을 제공하도록 제어된다. 예로서, 신호 송신의 맥락에서, 주어진 방향으로 전파하는 더 많은 신호 강도를 갖는 빔-유사 품질을 나타내는 집성 송신 신호를 생성하도록 구성적 및 파괴적 간섭을 사용하여 안테나(804)로부터의 방사된 신호를 조합하도록 안테나(804)에 제공된 송신 신호의 위상이 제어된다. 신호 수신의 맥락에서, 위상은, 신호가 특정 방향으로부터 안테나(804)에 도달할 때 더 많은 신호 에너지가 수신되도록 제어된다. 툭정 구현들에서, 안테나(804)는 빔포밍을 향상시키기 위해 안테나 요소의 하나 이상의 어레이를 포함한다.
기저대역 시스템(801)은 음성 및 데이터와 같은 다양한 사용자 입력 및 출력(I/O)의 처리를 용이하게 하기 위해 사용자 인터페이스(807)에 결합된다. 기저대역 시스템(801)은 트랜시버(802)에 송신 신호의 디지털 표현을 제공하며, 트랜시버(802)는 송신을 위해 RF 신호를 생성하도록 처리한다. 기저대역 시스템(801)은 또한 트랜시버(802)에 의해 제공된 수신된 신호의 디지털 표현을 처리한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 기저대역 시스템(801)은 모바일 디바이스(800)의 동작을 용이화하기 위해 메모리(806)에 결합된다.
메모리(806)는 모바일 디바이스(800)의 동작을 용이화하거나 및/또는 사용자 정보의 저장을 제공하기 위한 데이터 및/또는 명령어를 저장하는 것 등의 매우 다양한 목적에 사용될 수 있다.
전력 관리 시스템(805)은 모바일 디바이스(800)의 다수의 전력 관리 기능을 제공한다. 특정 구현들에서, 전력 관리 시스템(805)은 전력 증폭기들(811)의 공급 전압들을 제어하는 전력 증폭기(PA) 공급 제어 회로를 포함한다. 예를 들어, 전력 관리 시스템(805)은, 전력 부가 효율(PAE; power added efficiency) 등의 효율을 개선하기 위해 하나 이상의 전력 증폭기(811)에 제공되는 공급 전압(들)을 변경하도록 구성될 수 있다.
전력 관리 시스템(805)은 APT 모드 또는 ET 모드와 같은 선택가능한 공급 제어 모드에서 동작할 수 있다. 예시된 실시예에서, 전력 관리 시스템(805)의 선택된 공급 제어 모드는 트랜시버(802)에 의해 제어된다. 특정 구현들에서, 트랜시버(802)는 직렬 인터페이스(809)를 사용하여 선택된 공급 제어 모드를 제어한다. 하나 이상의 공급 제어 스위치(810)는 선택된 공급 제어 모드에 기초하여 개방 또는 폐쇄된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 전력 관리 시스템(805)은 배터리(808)로부터 배터리 전압을 수신한다. 배터리(808)는, 예컨대, 리튬-이온 배터리를 포함하는, 모바일 디바이스(800)에서 사용하기 위한 임의의 적합한 배터리일 수 있다. 전력 관리 시스템(805)이 프론트 엔드 시스템(803)으로부터 분리된 것으로 예시되지만, 특정 구현들에서, 전력 관리 시스템(805)의 전부 또는 일부(예를 들어, PA 공급 제어 회로)는 프론트 엔드 시스템(803)으로 통합된다.
적용
전술된 실시예들 중 일부는 무선 디바이스 또는 모바일 전화와 관련된 예를 제공했다. 그러나, 실시예들의 원리들 및 장점들은 전력 증폭기 시스템들을 필요로 하는 임의의 다른 시스템들 또는 장치들에 대해 사용될 수 있다.
그러한 전력 증폭기 시스템들은 다양한 전자 디바이스들 내에 구현될 수 있다. 전자 디바이스들의 예로서는, 가전제품, 가전제품의 부품, 전자 테스트 장비 등이 포함될 수 있지만, 이것으로 제한되는 것은 아니다. 또한, 전자 디바이스의 예로는, 메모리 칩, 메모리 모듈, 광학 네트워크 또는 다른 통신 네트워크의 회로, 및 디스크 드라이버 회로가 포함될 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 가전 제품은 모바일 폰, 전화, 텔레비전, 컴퓨터 모니터, 컴퓨터, 핸드 헬드 컴퓨터, PDA(personal digital assistant), 전자 레인지, 냉장고, 자동차, 스테레오 시스템, 카세트 레코더 또는 플레이어, DVD 플레이어, CD 플레이어, VCR, MP3 플레이어, 라디오, 캠코더, 카메라, 디지털 카메라, 휴대용 메모리 칩, 와셔, 드라이어, 와셔/드라이어, 복사기, 팩시밀리, 스캐너, 다기능 주변 디바이스, 손목 시계, 자명종 등을 포함할 수 있는데, 이것에만 한정되는 것은 아니다. 또한, 전자 디바이스는 미완성 제품을 포함할 수 있다.
결론
문맥이 명확히 달리 요구하지 않는 한, 설명 및 청구항들 전반에 걸쳐, 단어들 "포함한다(comprise)", "포함하는(comprising)" 등은 배타적 또는 완전한 의미와는 대조적으로 포괄적 의미로 해석되어야 하며; 즉, "포함하지만 이에 제한되지 않는"의 의미이다. 여기에서 일반적으로 사용되는 "결합된(coupled)"이라는 단어는 직접 접속되거나 또는 하나 이상의 중간 요소들에 의해 접속될 수 있는 2개 이상의 요소들을 참조한다. 마찬가지로, 단어 "접속된"이란, 일반적으로 본원에서 사용될 때, 직접 접속되거나, 하나 이상의 중간 요소를 통해 접속될 수 있는 2개 이상의 요소를 말한다. 추가적으로, "본 명세서에서(herein)", "위에서(above)", "아래에서(below)" 및 유사한 의미의 단어들은, 본 출원에서 사용될 때, 본 출원의 임의의 특정한 부분들이 아니라 본 출원을 전체로서 지칭할 것이다. 문맥이 허용하는 경우, 단수, 또는 복수를 사용하는 상기 상세한 설명에서의 단어들은 또한 복수 또는 단수를 각각의 포함할 수 있다. 2 이상 항목들의 리스트에 관한 단어 "or"는 단어의 모든 하기 해석들을 커버한다: 리스트 내의 항목들 중 임의의 항목, 리스트 내의 항목들 모두, 및 리스트 내의 항목들의 임의의 조합.
또한, 본 명세서에서 사용되는 조건 언어, 예를 들어, 특히, "~할 수 있다(can)", "~할 수 있다(could)", "~할 수 있다(might)", "~할 수 있다(can)", "예를 들어(e.g.)", "예를 들어(for example)", "~과 같은(such as)" 등은, 달리 명시적으로 언급되거나 또는 사용되는 문맥 내에서 달리 이해되지 않는 한, 특정 실시예들은 특정 특징들, 요소들 및/또는 상태들을 포함하지만 다른 실시예들은 이를 포함하지 않는다는 것을 일반적으로 전달하는 것으로 의도된다. 따라서, 이러한 조건적 언어는, 특징, 요소 및/또는 상태가 하나 이상의 실시예에 대해 임의의 방식으로 요구되거나, 하나 이상의 실시예가 이러한 특징, 요소 및/또는 상태가 포함될지 또는 임의의 특정 실시예에서 수행될지를 저작자 입력이나 촉구없이 결정하기 위한 로직을 반드시 포함한다는 것을 암시하기 위한 것은 아니다.
본 발명의 실시예들의 상기 상세한 설명은, 총망라하거나 본 발명을 위에 개시된 정확한 형태로 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 발명의 특정 실시예들 및 예들은 예시의 목적으로 위에 설명되었지만, 관련 기술분야의 숙련된 자가 인식하는 바와 같이, 본 발명의 범위 내에서 다양한 등가의 수정들이 가능하다. 예를 들어, 프로세스들, 또는 블록들은 주어진 순서로 제시되어 있지만, 대안적인 실시예들은 상이한 순서로 단계들을 갖는 루틴들을 수행하거나 블록들을 갖는 시스템들을 사용할 수 있고, 일부 프로세스들 또는 블록들은 삭제, 이동, 부가, 세분, 결합 및/또는 수정될 수 있다. 이들 프로세스들 또는 블록들 각각은 다양한 상이한 방식으로 구현될 수 있다. 또한, 프로세스들 또는 블록들이 때때로 직렬로 수행되는 것으로 도시되지만, 이러한 프로세스들 또는 블록들은 대신 병렬로 수행될 수 있거나, 상이한 시간들에 수행될 수 있다.
본 명세서에 제공되는 본 발명의 교시들은 반드시 위에 설명된 시스템이 아니라 다른 시스템들에도 적용될 수 있다. 전술한 다양한 실시예의 요소 및 작용은 조합되어 추가 실시예를 제공할 수 있다.
본 발명의 특정 실시예들이 설명되었지만, 이러한 실시예들은 단지 예시로서 제시되었고, 본 개시내용의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 실제로, 본 명세서에 설명되는 신규의 방법들 및 시스템들은 각종 다른 형태로 구현될 수 있고; 더욱이, 본 명세서에 설명되는 방법들 및 시스템들의 형태에서의 다양한 생략들, 치환들 및 변경들은 본 개시내용의 사상으로부터 벗어나는 것 없이 이루어질 수 있다. 첨부된 청구항들 및 그 등가물들은 본 개시 내용의 범위 및 사상 내에 있는 이러한 형태들 또는 수정들을 커버하는 것으로 의도된다.
Claims (20)
- 모바일 디바이스로서,
무선 주파수 신호를 증폭하도록 구성된 전력 증폭기;
상기 전력 증폭기의 공급 전압의 전압 레벨을 제어하도록 구성된 전력 관리 회로- 상기 전력 관리 회로는 복수의 공급 제어 모드로부터 선정되는 선택된 공급 제어 모드에서 동작가능함- ; 및
상기 공급 전압에 접속된 제1 단부를 갖는 공급 커패시터, 상기 공급 커패시터의 제2 단부와 접지 전압 사이에 접속된 n-형 전계-효과 트랜지스터 접지 스위치, 및 상기 공급 커패시터의 제2 단부와 상기 공급 전압 사이에 접속된 n-형 전계-효과 트랜지스터 방전 스위치를 포함하는 프론트 엔드 시스템- 상기 n-형 전계-효과 트랜지스터 접지 스위치 및 상기 n-형 전계-효과 트랜지스터 방전 스위치는 상기 선택된 공급 제어 모드에 기초하여 제어됨 -을 포함하는 모바일 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 공급 제어 모드는 평균 전력 추적(average power tracking) 모드 및 포락선 추적(envelope tracking) 모드를 포함하는 모바일 디바이스. - 제2항에 있어서,
상기 n-형 전계-효과 트랜지스터 접지 스위치는 상기 평균 전력 추적 모드에서 턴온되고 상기 포락선 추적 모드에서 턴오프되도록 구성되고, 상기 n-형 전계-효과 트랜지스터 방전 스위치는 상기 평균 전력 추적 모드에서 턴오프되고 상기 포락선 추적 모드에서 턴온되도록 구성되는 모바일 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 n-형 전계-효과 트랜지스터 방전 스위치는 직렬인 2개 이상의 n-형 전계-효과 트랜지스터를 포함하는 모바일 디바이스. - 제4항에 있어서,
상기 프론트 엔드 시스템은 상기 2개 이상의 n-형 전계-효과 트랜지스터를 바이어싱하도록 구성된 전압 분배기(voltage divider)를 추가로 포함하는 모바일 디바이스. - 제5항에 있어서,
상기 전압 분배기는 상기 공급 전압에 접속된 제1 단자 및 모드 트랜지스터를 통해 상기 접지 전압에 접속된 제2 단자를 포함하는 모바일 디바이스. - 제6항에 있어서,
상기 복수의 공급 제어 모드는 평균 전력 추적 모드 및 포락선 추적 모드를 포함하고, 상기 모드 트랜지스터는 상기 포락선 추적 모드에서 턴온되고 상기 평균 전력 추적 모드에서 턴오프되도록 구성되는 모바일 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 n-형 전계-효과 트랜지스터 접지 스위치 및 상기 n-형 전계-효과 트랜지스터 방전 스위치는 벌크 실리콘 프로세스를 사용하여 제조된 반도체 다이 상에 구현되는 모바일 디바이스. - 전력 증폭기 시스템으로서,
무선 주파수 신호를 증폭하도록 구성된 전력 증폭기;
상기 전력 증폭기의 공급 전압의 전압 레벨을 제어하도록 구성된 전력 관리 회로- 상기 전력 관리 회로는 복수의 공급 제어 모드로부터 선정되는 선택된 공급 제어 모드에서 동작가능함- ;
상기 공급 전압에 접속된 제1 단부를 갖는 공급 커패시터;
상기 공급 커패시터의 제2 단부와 접지 전압 사이에 접속된 n-형 전계-효과 트랜지스터 접지 스위치; 및
상기 공급 커패시터의 제2 단부와 상기 공급 전압 사이에 접속된 n-형 전계-효과 트랜지스터 방전 스위치- 상기 n-형 전계-효과 트랜지스터 접지 스위치 및 상기 n-형 전계-효과 트랜지스터 방전 스위치는 상기 선택된 공급 제어 모드에 기초하여 제어됨 -를 포함하는 전력 증폭기 시스템. - 제9항에 있어서,
상기 복수의 공급 제어 모드는 평균 전력 추적 모드 및 포락선 추적 모드를 포함하는 전력 증폭기 시스템. - 제10항에 있어서,
상기 n-형 전계-효과 트랜지스터 접지 스위치는 상기 평균 전력 추적 모드에서 턴온되고 상기 포락선 추적 모드에서 턴오프되도록 구성되고, 상기 n-형 전계-효과 트랜지스터 방전 스위치는 상기 평균 전력 추적 모드에서 턴오프되고 상기 포락선 추적 모드에서 턴온되도록 구성되는 전력 증폭기 시스템. - 제9항에 있어서,
상기 n-형 전계-효과 트랜지스터 방전 스위치는 직렬인 2개 이상의 n-형 전계-효과 트랜지스터를 포함하는 전력 증폭기 시스템. - 제12항에 있어서,
상기 2개 이상의 n-형 전계-효과 트랜지스터를 바이어싱하도록 구성된 전압 분배기를 추가로 포함하는 전력 증폭기 시스템. - 제13항에 있어서,
상기 전압 분배기는 상기 공급 전압에 접속된 제1 단자 및 모드 트랜지스터를 통해 상기 접지 전압에 접속된 제2 단자를 포함하는 전력 증폭기 시스템. - 제14항에 있어서,
상기 복수의 공급 제어 모드는 평균 전력 추적 모드 및 포락선 추적 모드를 포함하고, 상기 모드 트랜지스터는 상기 포락선 추적 모드에서 턴온되고 상기 평균 전력 추적 모드에서 턴오프되도록 구성되는 전력 증폭기 시스템. - 제9항에 있어서,
상기 n-형 전계-효과 트랜지스터 접지 스위치 및 상기 n-형 전계-효과 트랜지스터 방전 스위치는 벌크 실리콘 프로세스를 사용하여 제조된 반도체 다이 상에 구현되는 전력 증폭기 시스템. - 전력 증폭 방법으로서,
전력 증폭기를 사용하여 무선 주파수 신호를 증폭하는 단계;
전력 관리 회로를 사용하여 상기 전력 증폭기의 공급 전압의 전압 레벨을 제어하는 단계- 상기 공급 전압은 공급 커패시터의 제1 단부에 결합됨 -;
복수의 공급 제어 모드로부터 선정되는 선택된 공급 제어 모드에서 상기 전력 관리 회로를 동작시키는 단계;
상기 선택된 공급 제어 모드에 기초하여, n-형 전계-효과 트랜지스터 접지 스위치를 제어하는 단계- 상기 n-형 전계-효과 트랜지스터 접지 스위치는 상기 공급 커패시터의 제2 단부와 접지 전압 사이에 접속됨 -; 및
상기 선택된 공급 제어 모드에 기초하여 n-형 전계-효과 트랜지스터 방전 스위치를 제어하는 단계- 상기 n-형 전계-효과 트랜지스터 접지 스위치는 상기 공급 커패시터의 제2 단부와 상기 공급 전압 사이에 접속됨 -를 포함하는 전력 증폭 방법. - 제17항에 있어서,
상기 복수의 공급 제어 모드는 평균 전력 추적 모드 및 포락선 추적 모드를 포함하는 전력 증폭 방법. - 제18항에 있어서,
상기 평균 전력 추적 모드에서 상기 n-형 전계-효과 트랜지스터 접지 스위치를 턴온하고 상기 포락선 추적 모드에서 상기 n-형 전계-효과 트랜지스터 접지 스위치를 턴오프하는 단계를 추가로 포함하는 전력 증폭 방법. - 제18항에 있어서,
상기 평균 전력 추적 모드에서 상기 n-형 전계-효과 트랜지스터 방전 스위치를 턴오프하고, 상기 포락선 추적 모드에서 상기 n-형 전계-효과 트랜지스터 방전 스위치를 턴온하는 단계를 추가로 포함하는 전력 증폭 방법.
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