KR101126671B1 - 고효율 증폭 - Google Patents

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Abstract

증폭될 입력 신호 및 전원 전압을 수신하는 증폭기와, 상기 전원 전압을 공급하는 전원 전압 스테이지를 포함하는 무선 주파수 증폭 스테이지가 개시되며, 상기 전원 전압 스테이지는, 입력 신호의 엔벨로프를 나타내는 기준 신호를 제공하는 수단과; 기준 신호에 의존하여 복수의 공급 전압 레벨들 중 하나를 선택하는 수단; 및 조정 및 선택된 전원 전압을 발생시키는 수단을 포함하며, 상기 무선 주파수 증폭 스테이지는 기준 신호 및 선택된 공급 전압 레벨 또는 조정 및 선택된 공급 전압 레벨 사이의 차이를 증폭하는 증폭기, 및 증폭된 차이와 선택된 공급 전압을 합산하여 조정된 공급 전압을 발생시키는 합산기를 더 포함한다.
기준 신호, 클램핑, 전원 스테이지, 트랙킹

Description

고효율 증폭{High efficiency amplification}
본 발명은 공급 전압이 선택 가능한 장치에서의 공급 전압의 제어에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 와이드 동적 영역을 갖는 광대역 무선 주파수(RF) 증폭기와 같은 증폭기의 공급 전압을 제어하는 것에 관련되나, 이에 한정되지 않는다.
트랜지스터 증폭기들은 기하구조(즉, 회로 컴포넌트들 및 레이아웃), 로드 및 공급 전압의 함수인 특정 입력 전력에 대한 피크 효율을 가진다. 종래 무선 주파수(RF) 전력 증폭에서, 이들 특성들은 예상된 피크 입력 레벨에 기초하여 고정된다. 와이드 동적 영역을 가진 입력 신호가 제공된 증폭기들의 경우, 입력 신호는 피크 레벨들을 드물게 달성하고, 피크 레벨들 미만에서 자주 동작한다. 이러하여, 증폭기들은 저 전체 효율을 나타낼 수 있다.
낮은 증폭기 효율 문제에 대한 해결책은 입력 신호에 응답하여 상술한 특성들(기하구조, 로드, 공급 전압)중 하나 이상을 변화시키는 것이다. 이들 특성들 중 하나 이상을 변화시키는 기술은 당 분야에 알려져 있다.
디바이스 기하구조 및 로드(load)를 변화시키는 기술들은 사용된 특정 전력 증폭기 토폴로지에 매우 의존하게 되는 경향이 있고, 일반적으로 난해한 RF 문제들을 제공한다. 제품에서 이러한 설계들의 반복가능성(repeatability)은 일반적으로 문제이다.
공급 전압에 기초하여 증폭기 효율을 개선하기 위한 다양한 기술들이 당 분야에 공지되어 있다. 공급 전압 기반의 효율 개선 방법들 중에서, 두개의 대 분류의 해결책이 존재한다. 이들 해결책들은 다음과 같다:
(i) 엔벨로프(envelope) 제거 및 복구, 및
(ii) 엔벨로프 트랙킹(tracking)
엔벨로프 제거 및 복구는 증폭기가 포화(saturated)되어 구동되고, 모든 엔벨로프 정보가 증폭기 공급을 통해 인가되도록 요구한다. 이 기술은 고 변조 대역폭들을 사용할 때 공급 변조기에 너무 많이 요구하는 경향이 있고, 따라서, 실세 응용들에서 유용성이 제한된다.
엔벨로프 트랙킹에서, 증폭기는 실질적으로 선형 패션으로 구동된다. 엔벨로프 트랙킹은 고 변조 전력 대역폭들을 전달할 수 있는 효율적인 전력 공급을 요구한다. 공지된 기술들에서, 스위치된 모드 펄스폭 변조기(흔히 클래스 S로 칭함)는 전력 증폭기로의 효율적인 가변 공급을 구현하도록 사용된다. 그러나, 전체 대역폭에서 동작하기 위해서, 상기 공급은 변조기의 대역폭을 수 차례 스위칭해야 하고, 이러한 과도하게 높은 스위칭 속도는 열등한 변조기 효율을 초래한다.
다른 종래 기술 엔벨로프 트랙킹 기술에서, 복수의 상당히 효율적인 중간 전원들이 제공되고, 전원들은 엔벨로프 레벨에 의해 요구된 바와 같이 스위치된다. 이런 스위칭은 고차 상호변조 발생물들(high order intermodulation products)로 스펙트럼을 열화시키는 일시적인 교란을 생성하고, 입력 의존성 비-선형성들(non-linearities)과 함께 전원 의존성 비-선형성들을 도입함으로써 선형화(linearisation)를 어렵게 한다.
이 기술의 다른 변형에서, 전원들의 스위칭은 선형 증폭기와 조합되어 스위칭 레벨들간의 부드러운 천이를 제공하고, 전원 의존성 선형화 요구들을 제거한다. 이러한 형태의 엔벨로프 트랙킹의 목적은 모든 엔벨로프 레벨들에 대해 공급 전압의 고유한 값을 제공하는 것이다. 그러나, 트랙킹 속도 성능에 영향없이 이것을 달성하는데에는 문제가 존재한다.
본 발명의 목적은, 바람직하게는 상술한 문제점들 중 하나 이상을 해결하는, 개선된 공급 전압 기반의 효율성 인핸스먼트 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따라, 원하는 전원 전압을 나타내는 기준 신호를 제공하기 위한 기준 수단; 기준 신호에 의존하여 복수의 전원 전압들 중 하나를 선택하기 위한 선택 수단; 선택된 전원 전압 및 기준 신호를 수신하고, 이에 의존하여 기준 신호를 트랙킹하는 조정된 선택된 전원 전압을 발생하도록 적응된 조정 수단을 포함하는 전원 스테이지를 제공한다.
전원 스테이지는 증폭기를 위한 것이 될 수 있고, 기준 신호는 사기 증폭기의 입력신호의 엔벨로프를 나타낸다.
조정 수단은 AC 증폭기를 포함할 수 있다. 선택된 전원 전압은 상기 전원전압과 기준 신호 레벨 사이의 최소 절대 차이를 가질 수 있다.
ac 증폭기는 기준 신호와 선택된 전원 전압의 리프리젠테이션 사이의 차이를 증폭하기 위해 접속될 수 있다. 조정 수단은 선택된 공급전압이 가진 증폭된 차이를 합산하기 위한 수단을 포함할 수 있다.
선택된 전원 전압의 리프리젠테이션은 전원 전압 그 자체일 수 있다. 선택된 전원 전압의 리프리젠테이션은 조정된 선택된 전원전압일 수 있다. 조정된 선택된 공급 전압은 전원 스테이지의 출력일 수 있다.
조정 수단은 고 주파수 증폭기를 더 포함할 수 있다. 고 주파수 증폭기는 기준 신호와 조정된 전원 전압의 리프리젠테이션 사이의 차이를 증폭하기 위해 접속될 수 있다. 조정 수단은 다른 조정된 공급 전압을 발생하기 위해 조정된 공급 전압이 가진 증폭된 차이를 합산하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 조정된 공급 전압의 리프리젠테이션은 다른 조정된 공급 전압일 수 있다. 다른 조정된 공급전압은 전원 스테이지의 출력을 형성할 수 있다.
선택된 전원 전압이 보간되도록 조정 수단에 대한 입력에 보간 수단이 또한 제공될 수 있다. 보간 수단은 인덕터-커패시터 장치를 포함한다.
AC 증폭기를 DC 클램핑(clamping)하기 위한 수단이 또한 제공될 수 있다. DC 클램핑을 위한 수단은 조정된 공급 전압보다 적은 기준 신호의 검출에 응답할 수 있다.
기준 신호를 지연하기 위한 지연 소자가 제공될 수 있다. AC 증폭기로부터 DC 컴포넌트를 제거하기 위한 저속 DC 조정 수단이 또한 제공될 수 있다.
조정 수단은 복수의 케스케이드된 수정 회로들을 포함할 수 있다. 조정 수단은 2 이상의 캐스케이드된 수정 회로들을 포함할 수 있다.
신호 증폭기와 전원제어 입력 간의 지연들의 차이들을 보상하기 위한 지연 소자가 제공될 수 있다.
다른 특징에서, 본 발명은, 증폭될 입력 신호 및 전원전압을 수신하기 위한 증폭기; 및 상기 전원 전압을 공급하기 위한 전원 스테이지를 포함하는 무선 주파수 증폭 스테이지를 제공하며, 상기 전원 스테이지는, 입력 신호의 엔벨로프를 나타내는 기준 신호를 제공하기 위한 수단; 기준 신호에 의존하여 복수의 공급전압 레벨들 중 하나를 선택하기 위한 수단; 및 선택된 공급전압 레벨 중 하나 또는 조정된 선택된 공급전압 레벨과 기준 레벨간의 차이를 증폭하기 위한 AC 증폭기, 및 선택된 공급전압이 가진 증폭된 차이를 합산함으로써 조정된 공급 전압을 발생하는 합산기를 포함하는 조정된 선택된 전원 전압을 발생하기 위한 수단을 포함한다.
조정된 선택된 공급전압을 발생하기 위한 수단은 다른 조정된 공급전압을 또한 발생할 수 있고 기준 신호와 조정된 공급 전압 중 하나 또는 다른 조정된 공급 전압간의 차이를 증폭하기 위한 RF 증폭기, 및 조정된 공급 전압이 가진 상기 증폭간 차이를 합산함으로써 다른 조정된 공급 전압을 발생하기 위한 합산기를 더 포함한다.
조정된 공급전압 또는 다른 조정된 공급전압 중 하나는 증폭기로의 공급 전압을 형성할 수 있다.
또 다른 특징에서, 본 발명은, 원하는 전원 전압을 나타내는 기준 신호를 제공하는 단계; 기준 신호에 의존하여 복수의 전원 전압 중 하나를 선택하는 단계; 선택된 전원 전압 및 기준 신호에 의존하여 기준 신호를 트랙킹하는 조정된 선택된 공급 전압을 발생하는 전원 스테이지를 제어하는 방법을 제공한다.
기준 신호는 증폭기로의 입력 신호의 엔벨로프를 나타낼 수 있고, 전원 스테이지는 상기 증폭기에 전원을 제공한다. 기준 신호와 선택된 전원 전압간의 차이는 증폭된 AC일 수 있다. 증폭된 차이는 조정된 공급전압을 형성하기 위해 선택된 전원 전압과 합산될 수 있다. 기준 신호와 조정된 전원 전압의 리프리젠테이션 사이의 차이는 증폭된 RF일 수 있다.
증폭된 차이는 다른 조정된 공급전압을 형성하기 위해 조정된 공급 전압과 합산될 수 있다. 상기 방법은 조정된 공급전압을 발생하는 상기 단계 이전에 보간 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은 Ac 증폭 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 공급전압 소스와 직렬로 접속된, 공급전류를 유지하는 제어된 전압 소스를 제공하여서, 동일한 전류는 양 전압원들을 통해 흐른다.
도 1은 본 발명의 개념을 구현한 RF 증폭 스테이지의 블록도.
도 2(a)는 공급 전압 변동을 트랙킹한 엔벨로프의 개념 및 그와 연관된 문제들을 예시한 도면.
도 2(b)는 본 발명에 의해 제안된 개선들의 원리를 예시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 수정 경로를 포함하는 도 1의 RF 증폭 스테이지의 보다 상세한 구현을 예시한 도면.
도 4는 도 1의 수정 경로의 개선된 예시적인 구현을 예시한 도면.
도 5(a) 및 도 5(b)는 본 발명의 실시예들의 수정 경로의 다른 구현들을 예시한 도면.
도 6은 도 1의 RF 증폭 스테이지의 DC 제어 루프들의 예시적인 구현을 예시한 도면.
도 7는 본 발명의 바람직한 실시예의 동작 원리를 예시한 도면.
도 8은 도 1의 RF 증폭 스테이지의 시간 지연 요소들의 예시적인 구현을 예시한 도면.
도 9는 도 1의 구현에 따른 RF 증폭 스테이지의 효율적인 개선을 예시한 도면.
이제 본 발명은 첨부한 도면들을 참조하여 예의 방법으로 설명된다.
본 발명은 여기서 특정 예들에 의해 및 바람직한 실시예를 참조하여 설명된다. 본 발명이 본 명세서에 주어진 특정 실시예들의 세부사항들에 제한되지 않는다는 것을 당업자는 이해될 것이다. 특히, 본 발명은 여기서 RF 증폭 스테이지를 참조하여 설명된다. 그러나, 보다 일반적으로 본 발명은, 복수의 전원들 간의 스위칭이 필요한 임의의 배열에 적용할 수 있다.
도 1을 참조하여, 본 발명의 일반적인 원리들에 따른 RF 증폭 스테이지(100)가 예시된다. RF 증폭 스테이지(100)는 RF 증폭기(102), 공급 전압 선택 블록(106), 엔벨로프 검출기(104), 및 공급 전압 조정 블록(108)을 포함한다.
공급 전압 선택 블록(106)은 4개의 공급 전압들(V1-V4)을 입력 라인들(1321-1324) 각각으로 수신한다. 선택된 공급 전압은 라인(120) 상으로 공급 전압 선택 블록(106)으로부터 출력된다. RF 증폭 스테이지(100)는 RF 입력 신호(RFIN)를 라인(110) 상으로 수신한다. 엔벨로프 검출기(104)는, RF 입력 신호를 검출하기 위해 라인(110)에 결합된 입력(114)을 갖는다. 엔벨로프 검출기는, 일어날 공급 전압 선택을 위해 필요한 정보를 제공하기 위해 라인(118) 상의 출력을 공급 전압 선택 블록(106)에 제공한다. 또한, 본 발명에 따라, 엔벨로프 검출기(104)는 라인(116) 상의 제 2 출력을 공급 전압 조정 블록(108)에 제공한다. 공급 전압 조정 블록(108)은 또한 공급 전압 선택 블록의 출력을 라인(120) 상으로 수신한다. 공급 전압 조정 블록(108)은 RF 증폭기(102)에 대한 라인(122) 상의 조정된 공급 전압을 생성한다. 라인(122) 상의 조정된 공급 전압은 공급 전압 조정 블록(108)에 대한 피드백 입력을 형성하는 것이 바람직하다. 이후에 논의되는 바와 같이, 피드백 배열은 본 발명의 실시예들에서 바람직하며, 한편 피드포워드 배열들이 또한 사용될 수 있다.
이후에 상세히 논의되는 바와 같이, 공급 전압 조정 블록(108)은, 라인(122) 상의 공급 전압 신호를 조정하기 위해 본 발명의 바람직한 실시예의 원리들에 따라, 라인(122) 상의 조정된 공급 전압(VS)을 RF 전력 증폭기(102)에 제공하기 위해 라인 신호(116) 상의 신호 및 라인(122) 상의 피드백 조정된 전압 신호에 의존하여 동작한다. RF 전력 증폭기는 그의 신호 입력으로서 라인(110) 상의 RF 입력 신호를 수신한다. RF 증폭기(102)는 라인(112) 상에 RF 출력 신호(RFOUT)를 제공한다.
본 발명에 따른 RF 증폭 스테이지(100)의 동작은 이후에 설명될 것이다. 그러나, 공급 전압을 트랙킹하는 엔벨로프의 개념 및 그와 연관된 문제들을 예시하는 도 2(a)의 참조가 이루어진다. 도 2(a)를 참조하면, 전압 대 시간의 흐름도가 예시된다. 전압 축에서, 도 1의 RF 증폭 스테이지의 공급 전압 선택 블록에 제공되는 전압 레벨들에 대응하는 4 개의 특정 전압 레벨들(V1-V4)이 예시된다. 4개의 전압 공급들의 제공은 예시적이며, 사실상 RF 증폭 스테이지에 구현 요건들에 따라 다소간의 전압 공급들이 제공될 수 있다는 것은 주의되어야 한다.
도 2(a)의 곡선(202)은 RF 증폭 스테이지로의 RF 입력 신호의 전압 엔벨로프를 예시한다. 점선 곡선(206)은 그러한 RF 입력 신호에 대한 이상적인 전압 공급 엔벨로프를 예시한다. 도시된 바와 같이, 점선 곡선(206)은, 현재 입력 신호 레벨에 대한 이상적인 전력 공급을 제공하기 위해 RF 입력 신호 엔벨로프(202)를 트랙킹한다. 이와 같이, 이상적인 전력 공급 전압은 임의의 전력 낭비를 회피하고, 결과적으로 매우 효율적이다.
단계를 밟는 곡선(204)은, 통상적인 종래 구현들의 성능을 반영하여 4개의 레벨들의 스위치 공급 전압에 기초한 RF 전력 증폭기로의 통상적인 전압 공급을 예시한다. RF 입력 신호의 엔벨로프(202)가 전압 레벨들(V1-V4)에 도달할 때, 공급 전압은 적절히 스위칭된다. 도 2(a)에 도시된 바와 같이, 공급 전압(204)은 4개의 공급 전압 레벨들 간에 단계를 밟는다. 이와 같이, RF 증폭기로의 공급 전압 레벨은 종종 초과한다. 빗금쳐진 영역(208)에 예시된 바와 같이, 종래 기술의 단계를 밟는 공급 전압 구현은 일반적으로 이상적인 솔루션보다 상당히 비효율적이다. 이상적인 레벨 위의 공급 전압 레벨에 대응하고 결과적으로 불필요한 도 2(a)의 빗금쳐진 영역(208)은 낭비된 에너지를 나타낸다. 도 2(b)를 참조하여, 본 발명에 따라 성취된 효율 개선이 예시된다. 단계를 밟는 곡선(205)은 스위칭된 공급 전압들에 의해 생성된 전압 공급을 예시한다. 이후에 설명되는 바와 같이, 공급 전압 선택 블록에 의해 제공된 공급 전압(205)는 엔벨로프(202) 위 및 아래를 트랙킹한다. 바람직한 실시예에서, 공급 전압 조정 블록(108) 내의 AC 증폭기의 사용으로 인해, 그러한 함수가 제공된다. 본 발명의 실시예들은, 이상적인 공급 전압(206)을 매우 근접하게 따르는 증폭기로의 실제 공급 전압을 초래하고, 결과적으로 개선된 효율을 가져오며, 이상적인 전압(206)에 매우 근접하게 정렬된 증폭기로의 최종 전압을 초래한다. 이하에 논의되는 바와 같이, 실시예에서 공급 전압 선택 블록은 그의 출력에서 도 2(a)의 함수(204)와 동등한 단계 함수를 제공할 수 있다. 그러한 배열에서, 도 2(a)의 함수(205)와 동등한 함수를 제공하기 위해 DC 오프셋이 공급 전압 선택 블록의 출력 사이에 제공된다.
이후에 설명되는 본 발명 및 실시예에 따른 도 1의 RF 증폭 스테이지는, 스위칭된 공급 전압이 도 2(b)에 도시된 바와 같이 이상적인 공급 전압을 매우 근접하게 트랙킹하고, 낭비되는 에너지를 최소화하고 이로써 효율을 최대화하는 개선된 솔루션을 제공한다.
본 발명에 따른 RF 증폭 스테이지(100)는, 공급 전압 선택 블록(106) 및 공 급 전압 조정 블록(108)을 통한 다수의 효율적으로 생성된 DC 전력 공급들(V1-V4) 중 하나에 접속될 수 있는 RF 증폭기(102)를 포함한다. 공급 전압 선택 블록(106) 및 공급 전압 조정 블록(108)의 함수는 도 2(a)의 빗금친 영역(208)으로 표시된 추가적 에너지 낭비를 초래하지 않고 입력 신호의 엔벨로프를 가능한 근접하게 따른다.
일반적으로, 증폭될 RF 입력 신호를 위한 소망된 공급 전압의 선택이 주어지고, 공급 전압 선택 블록(106)은 선택된 공급 전압을 라인(120) 상의 그의 출력에 접속시킨다. 공급 전압 조정 블록(108)은, 증폭기 공급에서 트랙킹하는 엔벨로프에 근접하게, RF 증폭기 공급 전압들의 전체 영역을 제공하는 선형 디바이스들과 연관된 감소된 대역폭 또는 감소된 효율을 야기하지 않고, 라인(120) 상의 공급 전압의 대략 조정된 버전을 RF 증폭기(102)에 인가하는 기능을 한다. 이러한 구성은 증폭기가 높은 변조 대역폭들에서 높은 효율을 성취하도록 한다.
도 3을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도 1의 RF 증폭 스테이지(100)의 바람직한 구현이 도시된다. RF 증폭 스테이지(100)의 요소들이 도 1에 도시된 요소들에 대응하는 경우, 동일한 참조 번호가 사용된다.
도 1에서와 같이, RF 증폭 스테이지(100)는 엔벨로프 검출기(104), 공급 전압 선택 블록(106), RF 증폭기(102), 및 공급 전압 조정 블록(108)을 포함한다. 도 1에서, 라인들(118 및 116) 상에 2개의 별개의 출력들을 제공하는 엔벨로프 검출기(104)는 도시된다. 도 3의 실시예에서, 엔벨로프 검출기(104)는 라인(340) 상에 스테이지일 출력을 제공하고, 상기 출력은 공급 전압 선택 블록(106)으로의 입력과 지연 소자(304)로의 입력을 제공한다. 라인(334) 상의 지연 소자(304)의 출력은 디지털-아날로그 변환기(DAC)(306)로의 입력을 형성하고, 이는 도 1에서 라인(116) 상의 신호와 동등한 공급 전압 조정 블록(108)으로의 입력을 형성하는 라인(332) 상의 출력을 제공한다. RF 증폭기(102)는 또한, 라인(110) 상의 RF 입력 신호가 지연 소자(302)에의 입력을 형성하고, 라인(346) 상의 지연 소자의 출력은 RF 증폭기(102)에의 입력을 형성하도록 입력에 지연 소자(302)가 제공된다. 실제의 구현에서, 지연(302은 RF 증폭기 전에 대신에 샘플(114)과 엔벨로프 검출기(104) 간의 경로에서 교대로 연결될 수 있다. 지연 소자는 바람직하게 최소의 지연을 갖는 경로(공급 또는 RF 증폭기)에서 배치된다. 공급 전압 조정 블록(108)은 일반적으로 아이들러(idler: 310), 제 1 피드백 회로(342) 및 제 2 피드백 회로(344)를 포함한다. 아이들러(310)은 라인(120) 상에서 공급 전압 선택 블록(106)의 출력을 수신한다. 아이들러(310)는 제 1 피드백 회로(342)의 합산기(summer)에의 제 1 입력을 형성하는 라인(324) 상의 출력을 제공한다. 합산기(314)의 출력은 라인(326) 상에 제공되고, 제 1 피드백 회로(342)의 출력을 형성한다. 라인(326) 상의 신호는 부가적으로 감산기(316)에의 제 1 입력을 형성한다. 감산기(316)의 제 2 입력은 라인(332) 상에 DAC(306)의 출력에 의해 제공된다. 감산기(316)의 출력은 라인(328) 상에 제공되고, AC 증폭기(312)에의 입력을 형성하며, 라인(330)에서 그의 출력은 합산기(314)에의 제 2 입력을 형성하는 출력을 형성한다. 제 2 피드백 회로(344)는 제 1 피드백 회로(342)와 유사하게 구성된다. 제 2 피드백 회로(344)에의 입력은 라인 (326) 상에서 제 1 피드백 회로(342)의 출력에 의해 제공되고, 제 2 피드백 회로의 합산기(318)로의 제 1 입력을 형성한다. 라인(348) 상에서 합산기(318)의 출력은 감산기(322)에의 제 1 입력을 형성하고, 그것의 제 2 입력은 라인(332) 상의 DAC(306)의 출력에 의해 형성된다. 라인(336) 상의 감산기(322)의 출력은 HF 증폭기(320)에의 입력을 형성하고, 그의 출력은 라인(338) 상에서 합산기(318)의 제 2 입력을 형성한다. 라인(348) 상의 합산기(318)의 출력은 또한 라인(122) 상에서 RF 증폭기(102)에의 공급 전압 입력 Vs를 형성한다.
일반적으로, 따라서, 각각의 피드백 회로는 입력 전압을 수신하고, 상기 전압의 조정된 버전을 출력한다. 조정은 피드백 회로의 출력(피드백 회로 경로를 정의) 및 기술된 실시예에서 엔벨로프 검출기(104)의 출력에 의해 형성되는 기준 신호에 의존하여 수행된다.
공급 전압 조정 블록(108)은, RF 증폭기에의 입력을 나타내는 엔벨로프의 전압 레벨을 트랙킹하지만, 공급 전압 선택 블록(106)의 출력에 의해 제공된 큰 출력 전류에 대응하는 큰 출력 전류를 갖는 RF 증폭기에 조정된 전압 레벨을 제공하도록 동작한다.
도 3의 RF 증폭 스테이지(100)의 일반적 동작 원리는 지금 기술된다. 엔벨로프 검출기(104) 및 공급 전압 선택(106)은 필요로 되는 전압 공급 트랙킹 파형을 근사하는 최소화된 손실 예측 피드 순방향 경로(minimised loss predictive feed forward path)를 제공한다. 엔벨로프 검출기(104)는 출력 라인(340) 상에 라인(110) 상의 RF 입력 신호의 검출된 엔벨로프를 제공하고, 정보는 전압 공급 선택 블록(106)에 제공된다.
바람직하게 스플라이서 네트워크(splicer network)로서 구현되는 공급 전압 선택 블록(106)은 실시예 4에서 복수의 고정된 고효율 DC 전력 공급들에 연결된다. 스플라이서 네트워크는 바람직하게, 특히, 최소한의 스위칭 과도 전류로 라인(120) 상에서 선택된 공급 전압을 출력에 연결하도록 설계된 트랜지스터들 및 다이오드들의 네트워크이다. 공급 전압 선택(160)은 RF 입력 신호의 엔벨로프 검출기(104)에 의해 지시되는 전압 레벨이 개별 공급 전압들에 대응하는 임계 전압 레벨들 이상 그리고 이하로 오르고 내리기 때문에 입력에서의 전압 공급들 간에 스위칭하기 위하여 엔벨로프 검출기(104)의 출력 상에서 바람직하게 동작한다. 이 방식으로, 공급 전압 선택 블록(106)은 출력(120) 상에 공급 전압들(V1-V4) 중 적당한 전압을 제공한다.
도 2(b)에 도시된 바와 같이 전압 함수(205)를 제공하는 공급 전압 선택 블록의 구현은 당업자의 범위 내에 있다. 바람직한 실시예에서, DSP는 디지털 신호들을 '온도계 코드(thermometer code)' 포맷(즉, 0000, 0001, 0011, 0111, 1111)으로 제공한다. 스플라이서 네트워크는 바람직하게 레벨 '1' 로직 신호를 나타내는 최고 전압 레벨로 스위칭함으로써 이 디지털 코딩된 신호에 대응하는 다이오드들 및 트랜지스터들의 배열이다. 모든 저레벨 스위치들은 DSP로부터의 간섭없이 스플라이서 네트워크 내에 구현된 회로 함수에 의해 턴 오프된다.
위에서 논의된 바와 같이, 대안의 배열에서, 공급 전압 선택 블록(106)은 도2(a)에서 함수(204)와 같은 함수를 출력할 수 있고, dc 오프셋 회로는 출력에서 제공될 수 있다. 도 2(b)에서 함수(205)와 같은 함수를 가질 필요는 다음의 설명에서 명확해 질 것이다.
DAC(306)에의 입력에서의 지연 블록(304)의 목적은 여기서 더 기술된다. 일반적으로, 지연 블록은 증폭 스테이지에서 신호들의 타이밍이 동기되는 것을 보장한다.
DAC(306)은 RF 입력 신호가 디지털 신호인 것에 기초하여 제공된다. 그러나, 본 발명은 디지털 애플리케이션들에의 사용에 제한되지 않는다. DAC(306)은 지연 소자(304)를 통해 제공된 라인(340) 상의 엔벨로프 검출기 출력을 공급 전압 조정 블록(108)에의 라인(332) 상의 입력에 대한 아날로그 포맷으로 변환한다.
아이들러(310)과 제 1 및 제 2 피드백 회로들(342 및 344)은 RF 증폭기에 라인(122) 상의 개선되고 효율적인 전압 공급 신호를 제공하기 위하여 라인(120) 상의 선택된 공급 전압 상에서 동작한다.
아이들러(310)는 라인(324) 상의 출력을 생성하기 위하여 라인(120) 상의 입력에서 신호의 보간을 제공한다. 아이들러(310)는 바람직하게 저손실 에너지 저장 요소들로 구성되고, 증폭기 효율을 개선하고 원하지 않는 방출들을 감소시키기 위해 최적화 경향으로 공급 전압 선택 블록(106)의 스플라이서 네트워크를 통하여 공급된 에너지를 재분배하도록 작용한다.
제 1 피드백 회로(342)는 라인(324) 상의 예측 피드포워드 경로의 출력에 양 호한 수정을 제공하기 위한 수정용 AC 피드백 회로(corrective AC feedback circuit) 또는 수정 회로 및 함수들이다. AC 피드백 회로(342)는 효율을 증가시킨다.
제 2 피드백 회로는 제 1 피드백 회로의 출력으로부터 임의의 잔류 고 주파수 글리치들(glitches)을 제거하는 저 전력 고 주파수 수정용 회로이다.
도 3의 바람직한 실시예가 캐스케이드 배열 내에 연결된 2개의 피드백 회로들을 도시하지만, 본 발명은 그러한 배열에 제한되지 않는다는 것에 유의해야 한다. 스테이지일 피드백 회로 또는 2개 이상의 어떤 수의 회로가 제공될 수 있다. 스테이지일 피드백 회로가 제공되는 경우, AC 피드백 회로가 바람직하다. 아이들러(310)이 본 발명에 필수적이지 않고, 바람직한 실시예에서 사용된다는 것을 유의하여야 한다. 또한, 공급 전압 조정 블록은 캐스케이드에서의 일부 또는 모든 수정용 블록들에서 피드포워드 회로(들)을 사용함으로써 구현될 수 있다.
일반적으로, 공급 전압 선택 블록(106) 및 엔벨로프 검출기(104)는 최소 손실 예측의 피드포워드 경로를 형성하기 위하여 고려될 수 있고, 필요로 되는 트랙킹 파형의 근사치를 RF 증폭기의 공급 전압에 제공한다. 사용될 때, 아이들러(310)의 출력이 피드포워드 경로의 출력을 형성한다.
일반적으로, 바람직한 실시예에서, 공급 전압 조정 블록(108)은 수정용 피드백 경로를 포함한다. 물론, 제공될 때, 아이들러(310)은 그러한 경로의 부분을 형성하지 않는다. 공급 전압 조정 블록(108)은 복수의 수정용 피드백 경로들을 포함할 수 있다. 복수의 수정용 경로들이 제공되는 경우, 경로들은 바람직하게 캐스케이드에서 제공된다. 아래에서 더 논의될 바와 같이, 실시예들에서. 바람직하게 클램핑(clamping) 및 DC 복구 수 스테이지는 AC 피드백 및 DC 트랙킹의 임의의 제한들을 극복하기 위하여 공급 전압 조정 블록(108)에서 제공된다.
지연 블록(304)은 바람직하게 RF 증폭 스테이지(100)의 예측 및 수정 부분들 간에 어떤 차이의 시간 지연을 제거하기 위하여 제공된다. 지연 소자(302)는 증폭 스테이지(100)의 지연을 보상하는 목적으로 RF 입력 신호 경로에 삽입된다.
공급 전압 조정 블록(108)의 동작은 지금 기술될 것이다. DAC(306)는 라인(332)에서 공급 전압 조정 블록(108)에 의해 사용되기 위하여 기준 신호를 효과적으로 제공한다. 라인(332) 상의 신호는 엔벨로프 검출기(104)에 의해 검출되는 RF 입력 신호의 엔벨로프를 나타내고, 따라서, 최대 효율을 달성하기 위하여 어떤 순간에도 RF 증폭기(102)에 공급되어야 하는 공급 전압에 대한 기준 레벨을 나타낸다. 이 엔벨로프는 위의 도 2(b)의 엔벨로프(202)에 대응한다.
라인(120) 상의 공급 전압 선택 블록(106)에 의해 제공된 신호는 위의 도 2(b)의 스테이지계 함수(205)에 대응한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 전력 공급 전압 선택 블록은 도 2(b)에서 도시된 바와 같이, 가장 가까운 공급 전압 레벨에 라운딩(round)하는 반면, 종래의 기술은 항상 도 2(a)에서 커브(204)에 의해 도시된 바와 같이 항상 올림한다. RF 증폭 스테이지(100)의 목적은 라인(332) 상의 기준 신호에 의존하여, 공급 전압 입력에서 신호를 도 2(b)의 점선(206)에 의해 지시된 이상적인 공급 전압에 가깝게 근사하는 RF 증폭기에 제공하기 위하여 라인(120) 상의 스테이지계 함수를 적응하는 것이다.
위에서 논의된 바와 같이, 아이들러(310)는 본 발명의 구현에 필수적이지 않다. 아이들러는 바람직하게 리액티브 LC (인덕터-캐패시터) 조합이고, 효율을 높이기 위하여 공급 전압 선택 블록(106)의 출력 상에 제공된다. 공급 전압 선택 블록으로부터 에너지를 저장할 수 있고, 증폭기에 의해 요청될 때 릴리즈할 수 있는 아이들러의 부가는 증폭기의 최적화 전력 공급 필요 조건들에 가깝게 일치하는 것을 달성하는 데 있어서, RF 증폭 스테이지의 효율을 개선한다. 따라서, 아이들러 회로는 파형들을 빨리 변경하고, 원하지 않는 방출들을 감소시키기 위한 효율을 개선하는 데 도움을 준다.
아이들러의 사용은 공급 전압 선택 블록의 출력을 매끄럽게 하는 데 유리하다. 그러나, 공급 전압 조정 블록(108)에 동등한 수정을 제공하는 시도에서 아이들러의 출력으로부터 공급 전압 선택 블록으로의 피드백 루프를 형성하는 것은 실질적 해결책을 제공하지 않을 것이다. 아이들러가 유리하게 공급 전압 선택 블록의 출력을 매끄럽게하는 동안, 그것의 이름이 제시하는 바와 같이, 아이들러는 속도를 희생하여 그렇게 작동한다. 아이들러는 수정용 피드백 루프에 통합되기는 너무 느리고, 실제 수정 회로는 이 방식으로 달성될 수 없다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 공급 전압 조정 블록에서 피드백 루프의 제공은 넓은 대역폭을 갖는 고속 수정 루프를 허용한다. 유사한 이점들이 피드포워드 경우에 대해서도 얻어진다.
제 1 피드백 회로(342)의 AC 수정 증폭기(312)는 그 입력에서 AC 신호를 요구한다. 이는 최고 레벨에 트렁케이트(truncate)되지 않은 가장 근접한 공급 전압 레벨에 라운딩하는 공급 전압 선택 블록에 의해 달성된다. 이러한 단계 함수(step function)는 AC 수정이 작업하기 위해 필요하다. 도 2b에 보이는 바와 같이, AC 증폭기(312)로의 입력은 공급 전압 신호와 기준 신호간의 차이이다. 공급 전압 신호가 기준 신호 위 및 아래를 교번하는 경우에만 AC 신호일 수 있고, 따라서 증폭기(312)에 대한 유용한 입력을 생성한다.
종래 기술에서와 같이 트렁케이팅하지 않고, 전압 선택 블록(106)내의 전원들에 라운딩하는 프로세스는 종래 기술 시스템과 비교하여 전원들의 유효한 수를 배가(doubling)시키는 것에 상당한다.
이 배가는 종래 기술에 관한 에러를 반으로 줄임으로써 효율적으로 달성된다. 따라서, 제공된 전원들의 동일한 수에 대해, 종래 기술의 전원들보다 2배 효과의 전원들이 존재하도록 본 발명으로 에러가 반으로 줄어든다. 대안으로, 본 발명은 필요한 공급들의 수의 반만을 갖는 종래 기술과 동일한 에러를 제공한다고 생각할 수 있다.
제 1 피드백 회로의 감산기(316)는 공급 전압 선택 블록(106)의 전류 출력, 및 라인(332) 상의 엔벨로프 기준 신호를 실질적으로 수신한다. 따라서, 라인(328) 상의 감산기(316)의 출력은 이상적인 전압 공급(332)과 비교한 공급 전압 선택 블록의 출력에서의 신호의 에러를 나타내는, 2개의 신호들간의 차이이다. 그 다음에, 라인(330) 상의 증폭된 에러 신호는 에러에 대해 보상된 라인(326) 상의 공급 전압 신호를 제공하기 위해, 공급 전압 선택 블록(106)의 출력에 부가된다. AC 증폭기(312)는 평균비에 대한 높은 피크를 갖는 에러 신호들을 처리하고, 따라 서 최적 효율을 위한 다중 스위치 공급들을 갖는 클래스 G 증폭기로서 바람직하게 구현된다. 증폭기(312)는 공급 전압 선택 블록(106) 보다 더 낮은 전력 레벨들을 처리하고, 따라서 더 작고, 빠른 디바이스들로 구현될 수 있다.
제 2 피드백 회로(344)는 부가 수정 수단을 제공한다. 부가 수정 수단은 요구되어 부가될 수 있고, 더욱이 하나의 수정 수단만이 요구될 수 있다. 공급 전압 조정 블록(108)의 수정 회로들은 RF 증폭기의 공급 전압이 광범위한 주파수들에 걸쳐 엔벨로프 검출기(104)에 의해 제공된 기준 근처를 트랙킹하도록 효율적으로 강요한다.
가산 수단(314 및 318)은 변환기들로서 바람직하게 구현될 수 있다.
스위치 매트릭스를 포함하는 스플라이서를 바람직하게 포함하는 공급 전압 선택 블록(106)은 디지털 신호 처리 수단에 의해 바람직하게 제어되고, 상기 디지털 신호 처리 수단은 지연 소자들(302 및 304), DAC(306), 및 엔벨로프 검출기(104)를 더 포함할 수 있다. 여러 연관된 소자들을 포함하는 이러한 디지털 신호 처리 수단의 특정 구현은 당업자의 식견내에 있을 것이다.
제 1 피드백 회로(342)의 AC 증폭기(312)를 복수의 스위칭된 전압으로 구현하는 것은 RF 증폭기(102)로의 공급 전압들의 수가 상당히 증가될 수 있는 수단을 유익하게 공급한다. 예컨대, AC 증폭기(312)가 m 공급 전압들과 연관되고, 메인 공급 전압 선택이 n 공급 전압들과 연관된다면, RF 증폭기(102)에 이용가능한 공급 전압들의 총 수는 m*n이다. 상술된 바와 같이, 공급 전압 선택 블록에 라운딩하는 전원의 사용은 전원들의 수를 효율적으로 배가하여, 공급된 전력의 총 수는 2*m*n 이 될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시예는 상당한 이점들을 제공한다. 상술된 바와 같이, 증폭기(312)의 작은 크기는 본 발명이 극복하고자 하는 문제점들인, 공급 전압 선택 블록(106)과 연관된 문제점들과 연관되지 않음을 의미한다. 공급 전압 조정 블록(108)의 엔벨로프 트랙킹 피드백 루프는 어떤 큰 크기의 디바이스들 또는 피드백 루프가 아닌 예측가능한 피드포워드 경로에서 제공하는 고전류의 큰 크기의 디바이스들을 요구하지 않는다. 이와 같이, 엔벨로프 트랙킹 루프의 전력 대역폭에서 큰 증가가 존재한다.
도 4를 참조하면, 다양한 공급 전압을 증폭기(312)에 제공하기 위한 증폭기(312)의 적응을 예시한다. 증폭기로의 이러한 다양한 공급의 제공은 당해 기술 분야에 알려진 기술들에 따른 것일 수 있다. 도 4에서 도시된 바와 같이, 증폭기의 신호 입력에 결합된 라인(408)의 입력을 수신하는 전압 선택기(402)가 제공된다. 라인(408) 상의 입력은 입력 신호의 진폭을 나타낸다. 전압 선택기(402)는 예컨대 라인들(406 및 404) 상의 2개의 공급 전압들 Vx 및 Vy와 같은 복수의 공급 전압들을 또한 수신한다. 전압 선택기(402)는 증폭기에 대한 공급 전압으로서 라인(410) 상의 출력에 대한 공급 전압들 중 하나를 선택한다. 공급 전압 Vx 및 Vy는 라인(408) 상의 엔벨로프에 따라 선택된다.
선택가능한 전원들을 갖는 증폭기(312)의 구현은 이러한 배열에 제한되지 않는다. 예컨대, 구현은 DSP의 제어 하에서 달성될 수 있다.
아래 더 논의될 바와 같이, 바람직한 실시예에서, 클램핑 및 리스토레이션 (restoration) 수단은 어떤 DC 수정 피드백의 필요성도 제거한다.
본 발명의 구현들의 상세한, 바람직한 양상들의 부가 논의가 아래 논의된다. 먼저, 피드포워드 수정 회로를 이용하는 본 발명의 실시예의 구현이 논의된다.
도 1 및 도 3의 실시예들에서, 공급 전압 조정 블록내의 수정 경로 또는 수정 회로는 피드백 배열로서 구현된다. 이러한 배열의 일반적인 원리는 도 5a에 도시된다. 일반적으로, 근사 함수 블록(556)은 수정될 신호를 발생하고, 기준 함수 블록(554)은 기준 신호를 발생한다. 수정될 신호는 가산기(552)로의 제 1 입력을 형성하고, 라인(558) 상의 가산기(552)의 출력은 수정된 신호를 나타낸다. 기준 신호 및 수정된 신호는 증폭기(550)로의 입력들을 형성하고, 증폭기(550)의 출력은 가산기(552)로의 제 2 입력을 형성한다. 이는 도 3의 피드백 경로들의 일반적인 원리이고, 증폭기(312)로의 입력은 수정된 출력 및 기준 신호를 입력들로서 수신하는 감산기에 의해 제공됨을 주의해야 한다. 도 5b를 참조하여, 대안 실시예의 피드 포워드 배열의 원리가 예시된다. 수정될 신호는 가산기(562)로의 제 1 입력을 다시 형성한다. 증폭기(560)는 수정될 신호 및 기준 신호를 입력들로서 수신한다. 증폭기 출력은 가산기(562)로의 제 2 입력을 형성하고, 가산기(562)의 출력은 수정된 출력을 다시 형성한다. 도 5b에 도시된 피드포워드 배열이 피드백 배열을 대신하여 도 1 및 도 3의 실시예들에서 사용될 수 있다.
공급 전압 선택 블록의 스플라이서 네트워크가 예측가능한 피드포워드 제어기의 일부로서 구현되므로, 스플라이서 파라미터들의 적응 제어는 효율성이 증가한다. 따라서, 스플라이서 출력의 로컬 버전이 스플라이서 네트워크내의 소자들의 모델들로부터 디지털하게 발생된다. 스플라이서 레벨, 즉 출력 공급 전압을 변경하기 위한 판정은 로컬하게 발생된 스플라이서 파형(과거, 현재, 및 미래 값들에 대한 고려를 포함하는)과 엔벨로프 리프리젠테이션 간의 차이를 최소화하도록 이루어진다.
모델에는:
a) 스위치 지연 및 라이즈타임 파라미터들(risetime parameters);
b) 필터 파라미터들; 및
c) 슬라이서 전압들 및 FET 저항들이 포함된다.
로컬하게 발생된 파라미터들은 로컬하게 발생된 측정된 파라미터들을 실제 회로로부터 얻어진 파라미터들과 비교함으로써 실제 파라미터들과 관련된다. 측정하기에 가장 편한 실제 파라미터들은 피드백 회로(342)의 AC 에러 증폭기(312)의 평균 전류 소비와 스플라이서 출력의 비교로부터의 신호 에러이다. 모델에서의 상기 측정된 파라미터들의 조정에 의해 AC 증폭기(312)의 전류 소비를 최소화하도록 지향하는 최적화 알고리즘이 제공될 수 있다. 최적화의 수렴은 로컬화된 에러 수정을 제공하기 위한 스플라이서 네트워크의 표시된 에러의 고려에 의해 도움을 받는다. 증폭기가 접속될 공급의 선택은 공급 선택 회로에 의해 이루어진다.
공급 전압 선택 블록(106)의 스플라이서 회로는 디지털 신호 처리(DSP) 수단에서 발원한 논리 신호들에 의해 스위칭되는 스위칭 트랜지스터들의 네트워크로 구성된다. 이러한 적응 제어의 구현은 당업자에 의해 이해될 것이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 DC 클램핑 및 dc 오 프셋 소거 복원의 구현이 도시되었다. DC 클램핑은 DC 에러 신호의 누산(accumulation)을 방지하기 위해 제공된다. DC 오프셋 소거 복원은 실제 공급 전압 등급에서 몇 개의 조정에 대해 보상한다. 예를 들면, 비록 선택된 공급 전압이 7 V일지라도, 이는 회로 성능 저하로 인해 실제로 단지 6.5 V일 수 있다. DC 오프셋 소거 복원 및 DC 클램핑은 이 실시예에서 설명된 바와 같이 함께, 또는 개별적으로 제공될 수 있다.
상기된 바와 같이, 앞의 도면들에서 요소들에 대응하는 도 6에서 요소들은 동일한 참조 번호들로서 간주된다. 도 6은 RF 증폭 단계 100의 일부만을 도시한다. 도 6은 도 3에 도시된 바와 같이 공급 전압 선택 블록(106), 및 제 1 피드백 회로 또는 수정 회로(342)를 도시한다. 또한 DAC(306)이 도 3에 도시된다. 도 6에서, DAC(306)가 DSP(500)로부터 회선들(504)에 입력을 수신하는 것이 도시된다. DSP(500)는 또한 회선들(502)에 제어 입력들을 공급 전압 선택 블록(106)에 제공한다. 상기에 논의된 바와 같이, 이 실시예에서 DSP(500)는 도 3의 엔벨로프 검출기(envelope detector;104) 및 지연 요소(304)를 포함하기 위해 고려될 수 있다. 또한 도 6에 도시된 바와 같이, 제 1 피드백 회로 또는 회선(326)의 수정 회로(342)의 출력은 다른 캐스캐이드형 피드백/수정 회로 또는 직접 RF 증폭기의 공급 전압 중 하나에 제공된다. DC 클램핑을 수용하기 위해서, RF 증폭 단계는 제 1 입력으로서 제 1 피드백/수정 회로의 회선(120) 상의 출력, 및 제 2 입력으로서 DAC(306)으로부터 회선(332) 상의 기준 신호를 수신하는, 감산기(512)를 포함하기 위해 또한 변경된다. 감산기(512)의 출력은 회선(506) 상의 출력을 DSP(500)에 제공하는, 단일 비트 아날로그 디지털 변환기(508)에 회선(510)을 통해 제공된다. DSP(500)는 감산기(316)의 출력을 입력으로서 수신하고, 에러 신호를 공급 전압 신호에 나타낸다. 또한, DSP(500)는 입력을 VDD 클램프 회로(514)에 형성하는 회선(518)에 출력을 발생시킨다. 회선(516)의 클램핑 회로(514)의 출력은 AC 증폭기(312)의 출력(330)에 접속된 참조 번호(520)로 통상 표시된 클램프 수단을 제어한다.
도 7을 참조하면, 엔벨로프 신호가 특정 지점들에서 가장 낮은 공급 전압 등급 아래로 가는 것이 이해될 수 있다. 예를 들면, 예를 위하여 회선(804c)이 가장 낮은 공급 전압을 나타내는 것을 가정하는 경우, 지점들(803, 805) 사이에서, 엔벨로프는 가장 낮은 공급 전압 이하이다. 이 시간 간격 동안, 수정 회로에 의해 트랙킹될 증폭기에 공급 전압에 대한 필요가 없다. 본 발명의 실시예들은 그러므로 이 상태를 검출하고, 또한 이하에 논의되는 바와 같이 dc 소거 복구를 지원하기 위해 상태의 존재를 사용한다.
감산기(512)는 회선(332) 상의 기준 신호를 회선(120) 상의 전류 공급 전압으로부터 제거하고, 1 비트 아날로그 디지털 변환기(508)에 대한 차이를 제공한다. 가장 중요한 비트는 전류 엔벨로프 레벨이 가장 낮은 공급 전압 이상 또는 이하인지의 여부를 식별하고, 엔벨로프 클램프 오프 레벨의 미세한 제어는 시간에 따른 집적화(integration)로 달성된다.
적절한 상태를 검출하는 DSP에 응답하여, 명령 신호는 회선(518) 상으로 차례로 클램프 수단(50)을 켜짐을 제어하는 Vdd 클램프 회로로 전송된다. 켜졌을 때 클램핑 수단(520)은 회선(330) 상의 ac 증폭기의 출력을 공지된 기준 레벨, 바람직하게는 그라운드로 당긴다. 클램프 수단(520)은 바람직하게는 트랜지스터이다.
DC 클램핑의 목적은 시간에 때라 DC 에러의 강화를 피하기 위해 공지된 상태로 증폭기(312)를 재설정하는 것이다. 이는 바람직한 실시예에서 상기 논의된 바와 같이 달성된다. 그러나, 다른 기술들은 dc 클램핑을 위해 제공될 수 있다. 예를 들면, dc는 예를 들면, 복수의 전력들의 느린 조정이 선택 블록(106)에 공급됨에 의한 피드백이거나 일련의 패스 트랜지스터의 사용일 수 있다. 그러므로, 특정 시간 기간은 DC 클램핑 간격으로서 할당된다.
이 비교는 클램핑 기간 동안 전류 공급 전압 및 보다 낮은 공급 전압 사이에 연결된 어떤 구성 요소들 및 컨덕터들에서 전압 강하들을 허용하기 위해 필수적이다. 어느 실시예에서, 전류가 RF 증폭기로 전달될 때 실제의 보다 낮은 공급 전압 레벨 및 엔벨로프 검출기에서 클램핑된 레벨로 처음으로 확정된 레벨 사이의 약간의 불확정성이 항상 있을 것이다. 비교기(512)는 이것을 수정하고 엔벨로프 검출기가 실제의 보다 낮은 공급 전압과 같은 레벨로 클램핑 오프 되는 것을 보증한다.
회선(506)의 신호는 DSP(500)에서 적분기로 바람직하게는 게이팅된다. 적분기의 출력은 회선(518)에 진폭 기준 디지털 출력의 클램프 등급을 설정한다. 이 효과는 기준 DAC(306)의 클램프 레벨을 변경하는 것이다. 그러므로 집적화는 클램프-오프가 이론적인 공급 전압(예를 들면 7.0V)보다 실제의 공급 전압(예를 들면 6.5V)에서 발생하도록 공급 전압에서 변경들에 대해 보상한다. 그러므로 적분기는 클램프 오프 전압이 (106)에 대한 최저 공급 입력에서 (106)에서 추가 전압 드롭들 뺀 값과 같다.
클램핑 기간 동안, AC 피드백 출력의 값은 클램핑 기간 동안 켜지는 스위치들(520)에 의해 제로로 설정된다. 이 DC 소거 복원은 증폭기가 미세한 보다 낮은 차단 주파수(cut-off frequency)로 사용되게 한다.
에러 파형은 증폭기(312)와 같은 대역 통과 AC 증폭기의 사용이 낮은 주파수 구성 요소들을 따르기 위한 증폭기의 불능 때문에 상당한 잔여 오차를 일으킬 수 있는 것을 내포하는 평탄 주파수 스펙트럼(flat frequency spectrum)을 가진다. 클램핑 간격에서 AC 출력을 클램핑하고, 낮은 주파수가 제공됨으로써, 증폭기(312)의 시간 상수는 클램프들 사이의 간격보다 더 크며, 정확한 트랙킹이 보장될 수 있다.
도 7을 참조하면, DC 클램핑을 이용하여 바람직한 실시예에서 달성된 이점이 도시되었다. 도 7의 커브(802)는 RF 입력 신호의 엔벨로프를 나타낸다. 직선들(804a 내지 804b)는 클램핑된 DAC 레벨들의 조정, 즉 dc 제거의 효과를 도시한다.
낮은 주파수 에러의 다른 중요한 소스는 DSP(500)에서 기대되는 스플라이싱 전압들(splicing voltage)과 공급 전압 선택 블록(106)의 출력에서 존재하는 전압들 사이의 불일치가 있다. 이는 에러와 스플라이싱 임계값(splicing threshold)에서 에러와 동일하다. 상술한 바와 같이 스플라이서 적용 알고리즘은 임계값에서 이 에러들을 제거한다.
도 3의 지연 요소에 의해 나타내어지고, 상술된 바와 같은, 바람직하게 구현될 수도 있는 다른 DSP 조정은 공급 전압 선택 블록(106)의 출력에 관련된 DAC 엔 벨로프 기준 파형 출력을 지연하는 것이다.
예시적인 지연 밸런싱 구현(delay balancing implementation)은 도 8에 예시되어 있고, 피드백/수정 회로에서 DC 레벨의 클램핑(clamping)을 위해 제공하기 위해 도 6에 도입된 변경들을 포함한다. AC 증폭기 출력이 최소화될 것이기 때문에, 지연 밸런싱 구현의 준비는 최대 효율을 발생시키기에 바람직하다. 도 6의 바람직한 실시예로의 적당한 변경은 도 8의 다른 바람직한 실시예에 도시되어 있다. 본 발명의 이러한 실시예를 이해하는데 필요한 그들 요소들만이 도시되어 있다.
도 8을 참조하면, 이러한 바람직한 실시예에서, 디지털 신호 처리기(500)는 보간기(602), 시간 미분기(604), 곱셈기(608), 합산기(606), 스플라이스 제어 블록(splice control block)(610), 및 엔벨로프 레벨 소스(612)를 포함한다. 이해되겠지만, 엔벨로프 레벨 소스(612)는 기준 엔벨로프의 생성을 나타내고, 상기 기준 엔벨로프의 바람직한 생성은 도 1 내지 도 3을 참조하여 상술되었다.
본 발명의 이러한 실시예에 따라, 도 8에 도시된 DSP(500)의 요소들은 지연 밸런싱을 제공하는 기능을 수행한다.
라인(614)상의 엔벨로프 레벨 블록(612)에 의해 생성된 엔벨로프 기준 파형은 보간기(612)에 제공되고, 상기 보간기(602)는 라인(616)상의 출력을 시간 미분기(604)에 제공한다. 라인(622)상의 시간 미분기(604)의 출력은 엔벨로프 기준 파형의 시간 도함수(time derivative)를 포함한다.
라인(622)상의 엔벨로프 기준 파형의 시간 도함수는 하나의-비트 ADC(508)로부터 라인(506)상의 신호 비트 에러 신호와 함께 곱셈기(608)에서 곱해진다. 곱해 진 결과는 곱셈기(608)의 출력에서 라인(620)에 전송된다.
라인(620)상의 곱해진 결과는 합산기(606)로의 제 1 입력을 형성하고, 상기 합산기는 적분기로서 기능하도록 구성된다. 라인(618)상의 합산기(606)의 출력은 합산기로의 제 2 입력을 형성하도록 피드백된다. 라인(618)상의 적분된 출력은 기준 파형의 지연을 제어하거나 조종하기 위해 보간기(602)로의 입력으로서 제공된다.
서브-샘플 간격 지연 해상도는 보간기(602)에서의 기준 파형의 보간에 의해 이루어질 수 있다.
요약하면, 도 6의 dc 클램핑 제어를 포함하여, 도 8은 도 3의 지연 요소(304)의 바람직한 구현을 도시하고 있다. 지연 요소(304)의 다른 가능한 구현들은 본 기술내의 당업자의 범위내에 있을 것이다.
상술된 실시예들은 RF 증폭 스테이지가 전력 및 대역폭 제한들 내에서 다수의 멀티-캐리어 경우들을 위한 외부 조정 없이 동작시키는 것을 허용한다. 그러나 그의 동작 모드를 자동으로 변경하기 위해 도 8의 DSP(500)를 요구할 수도 있는 두 특정한 경우들이 있다. 어떤 변경은 제한 엔벨로프 또는 느리게 변화하는 신호들에 대해 정확한 엔벨로프 트랙킹을 가능하게 하도록 요구될 것이다. 그러한 신호의 예는 단지 하나의 캐리어 또는 두 개의 공간적으로 가깝게 놓여진 캐리어들이 증폭되기 위해 요구되는 GPRS(일반적인 패킷 라디오 서비스들)이다. 그러한 시나리오에서, 연속적인 클램프들 사이의 간격은 매우 길 수 있다. 이것은 타임-아웃을 재현하기 위해 DSP를 요구할 것이고, 그 포인트에서 가장 가까운 공급들 사이의 제 2차 델타 시그마 펄스 폭 변조가 스플라이스 제어 모듈(610)에 의해 수행된다. 펄스 폭 변조의 사용은 최소의 고주파 엔벨로프 전력 존재가 있기 때문에 그러한 시나리오에서 받아들일 수 있다.
다른 시나리오는 동등한 진폭의 두 캐리어들이 실존하지만 큰 주파수 간격에 의해 분리되어 있을 때 발생하지만, 엔벨로프 깊이는 최소 공급 클램프에 도달하기에 충분하지 않다. 이 경우에서, 클램핑 레벨은 다음의 가장 높은 공급 레벨로 이동되고, 모든 다른 기능들은 멀티-캐리어 경우에서와 같이 남아있다.
최종적으로, 도 9를 참조하면, 본 발명에 따라 제공된 효율 향상이 도시되어 있다. 도 9는 전력 증폭기 공급 전압에 대한 전력 증폭기 효율의 플롯을 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 두꺼운 라인(704)은 본 발명에 따른 공급 전압 스위칭을 나타내고, 반면에 가는 라인(702)은 종래 기술에서 달성되는 전원 전압의 범위를 나타낸다.
도 9의 커브(706)는 클래스 G 증폭기와 같은 증폭기(312)의 실행을 포함하여 다중 공급 전압들이 사용될 때 성취될 수 있는 상당한 장점을 나타낸다. 더 많은 공급 전압들이 제공될수록, 공급 전압 레벨들 사이의 능률에서의 하강은 적은 수의 전원들로 성취된 '톱니' 파형(704)보다 작은 파동이 된다.
RF 증폭기(102)는 안테나와 같은 RF 로드를 구동하는 것이 바람직하다.
본 발명은 특정 바람직한 실시예들을 참조로 기술되었다. 그러나 본 발명은 이러한 실시예들에 제한되지 않는다. 본 발명은 RF 증폭기들과 관련하여 특별한 응용을 갖지만, 이러한 구현에 제한되지 않는다. 본 발명은 스위치된, 선택가능한 전 압 공급들이 제공되는 임의의 환경에서 유익하게 이용될 수 있다.
RF 증폭기를 사용하는 설명된 바람직한 실시예들은 이러한 RF 증폭기에 의해 구동되는 임의의 특정 로드에 제한되지 않는다. 그러나 이러한 RF 증폭기가 전형적으로 안테나를 구동할 것이라고 고려된다. 이와 같이, 본 발명은 이동 통신의 분야를 포함하여, 통신의 분야에서 특히 유익하게 사용된다.

Claims (38)

  1. 전원 스테이지에 있어서:
    a. 원하는 전원 전압을 나타내는 기준 신호를 제공하기 위한 기준 수단;
    b. 상기 기준 신호에 의존하여 복수의 전원 전압들 중 하나를 선택하기 위한 선택 수단으로서, 상기 선택 수단은 상기 기준 신호 이상 및 이하를 트랙킹(tracking)하도록 구성되는, 상기 선택 수단; 및
    c. 상기 선택된 전원 전압 및 상기 기준 신호에 의존하여 상기 기준 신호를 트랙킹하는 조정 및 선택된 전원 전압을 생성하도록 구성되는 조정 수단을 포함하는, 전원 스테이지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전원 스테이지는 증폭기용이며, 상기 기준 신호는 상기 증폭기의 입력 신호의 엔벨로프(envelope)를 나타내는, 전원 스테이지.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 조정 수단은 AC 증폭기를 포함하는, 전원 스테이지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 선택된 전원 전압은 상기 전원 전압과 상기 기준 신호 레벨 사이에 최소 절대차를 갖는, 전원 스테이지.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 AC 증폭기는 상기 기준 신호와 상기 선택된 전원 전압의 리프리젠테이션(representation) 사이의 차이를 증폭시키기 위해 접속되는, 전원 스테이지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 조정 수단은 상기 증폭된 차이를 상기 복수의 전원 전압들 중 상기 선택된 하나와 합산하기 위한 수단을 포함하는, 전원 스테이지.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 선택된 전원 전압의 리프리젠테이션은 상기 전원 전압 그 자체인, 전원 스테이지.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 선택된 전원 전압의 리프리젠테이션은 상기 조정 및 선택된 전원 전압인, 전원 스테이지.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 조정 및 선택된 공급 전압은 상기 전원 스테이지의 출력인, 전원 스테이지.
  10. 제 3 항에 있어서,
    상기 조정 수단은 고주파 증폭기를 더 포함하는, 전원 스테이지.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 고주파 증폭기는 상기 기준 신호와 상기 조정된 전원 전압의 리프리젠테이이션 사이의 차이를 증폭하기 위해 접속되는, 전원 스테이지.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 조정 수단은 다른 조정된 공급 전압을 발생시키기 위해 상기 증폭된 차이와 상기 조정된 공급 전압을 합산하는 수단을 포함하는, 전원 스테이지.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 조정된 공급 전압의 리프리젠테이션은 상기 조정된 공급 전압 자체인, 전원 스테이지.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 조정된 공급 전압의 리프리젠테이션은 상기 다른 조정된 공급 전압인, 전원 스테이지.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 다른 조정된 공급 전압은 상기 전원 스테이지의 출력을 형성하는, 전원 스테이지.
  16. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 선택된 전원 전압이 보간(interpolate)되도록 상기 조정 수단의 입력에 보간 수단이 더 제공되어 있는, 전원 스테이지.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 보간 수단은 인덕터-캐패시터 장치(inductor-capacitor arrangement)를 포함하는, 전원 스테이지.
  18. 제 3 항에 있어서,
    상기 AC 증폭기를 DC 클램핑하는 수단이 더 제공되는, 전원 스테이지.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 DC 클램핑하는 수단은 상기 조정된 공급 전압보다 작은 상기 기준 신호의 검출에 응답하는, 전원 스테이지.
  20. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기준 신호를 지연시키는 지연 소자가 제공되는, 전원 스테이지.
  21. 제 3 항에 있어서,
    상기 AC 증폭기에서 DC 성분을 제거하는 슬로우(slow) DC 조정 수단이 더 제공되는, 전원 스테이지.
  22. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 조정 수단은 복수의 캐스케이드된 수정 회로(cascaded correction circuit)들을 포함하는, 전원 스테이지.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 조정 수단은 2개 이상의 캐스케이드된 수정 회로들을 포함하는, 전원 스테이지.
  24. 제 2 항에 있어서,
    상기 신호 증폭기와 전원 제어 입력간의 지연들의 차이들을 보상하는 지연 소자가 제공되는, 전원 스테이지.
  25. 무선 주파수 증폭 스테이지에 있어서:
    a. 증폭될 입력 신호와 전원 전압을 수신하는 증폭기; 및
    b. 상기 전원 전압을 공급하는 전원 전압 스테이지를 포함하며,
    상기 전원 전압 스테이지는,
    ⅰ. 상기 입력 신호의 엔벨로프에 대응하는 원하는 전원 전압을 나타내는 기준 신호를 제공하는 수단;
    ⅱ. 상기 기준 신호에 의존하여 복수의 공급 전압 레벨들 중 하나를 선택하는 수단으로서, 상기 기준 신호 이상 및 이하를 트랙킹하도록 구성되는, 상기 선택하는 수단; 및
    ⅲ. 조정 및 선택된 전원 전압 레벨을 발생시키는 수단으로서, 상기 선택된 공급 전압 레벨 또는 상기 조정 및 선택된 전원 전압 레벨 중 하나와 상기 기준 신호의 차이를 증폭하는 AC 증폭기, 및 상기 증폭된 차이와 상기 선택된 공급 전압을 합산하여 상기 조정된 전원 전압을 발생시키는 합산기를 포함하는, 상기 조정 및 선택된 전원 전압 레벨을 발생시키는 수단을 포함하는, 무선 주파수 증폭 스테이지.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 조정 및 선택된 전원 전압 레벨을 발생시키는 수단은 또한 다른 조정된 전원 전압을 발생시키고, 상기 조정된 전원 전압 또는 상기 다른 조정된 전원 전압 중 하나와 상기 기준 신호의 차이를 증폭하는 RF 증폭기, 및 이와 같이 증폭된 차이를 상기 조정된 전원 전압과 합산하여 상기 다른 조정된 전원 전압을 발생시키는 합산기를 더 포함하는, 무선 주파수 증폭 스테이지.
  27. 제 25 항 또는 제 26 항에 있어서,
    상기 조정된 전원 전압 또는 다른 조정된 전원 전압 중 하나는 상기 증폭기로의 상기 전원 전압을 형성하는, 무선 주파수 증폭 스테이지.
  28. 전원 스테이지를 제어하는 방법에 있어서:
    a. 원하는 전원 전압을 나타내는 기준 신호를 제공하는 단계;
    b. 상기 기준 신호에 의존하여 복수의 전원 전압들 중 하나를 선택하는 단계로서, 상기 선택 단계는 상기 기준 신호 이상 및 이하을 트랙킹하도록 구성되는, 상기 선택 단계; 및
    c. 상기 선택된 전원 전압 및 상기 기준 신호에 의존하여, 상기 기준 신호를 트랙킹하는 조정 및 선택된 전원 전압을 발생시키는 단계를 포함하는, 전원 스테이지 제어 방법.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 기준 신호는 증폭기로 입력 신호의 엔벨로프를 나타내고, 상기 전원 스테이지는 전원을 상기 증폭기에 제공하는, 전원 스테이지 제어 방법.
  30. 제 28 항 또는 제 29 항에 있어서,
    상기 기준 신호와 상기 선택된 전원 전압의 리프리젠테이션 사이의 차이는 AC 증폭되는, 전원 스테이지 제어 방법.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 증폭된 차이는 상기 선택된 공급 전압에 합산되어 상기 조정된 공급 전압을 형성하는, 전원 스테이지 제어 방법.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 기준 신호와 상기 조정된 전원 전압의 리프리젠테이션 사이의 차이는 RF 증폭되는, 전원 스테이지 제어 방법.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 증폭된 차이는 상기 조정된 공급 전압과 합산되어 다른 조정된 공급 전압을 형성하는, 전원 스테이지 제어 방법.
  34. 제 28 항 또는 제 29 항에 있어서,
    조정된 공급 전압을 발생시키는 상기 단계에 앞서 보간하는 단계를 더 포함하는, 전원 스테이지 제어 방법.
  35. 제 30 항에 있어서,
    상기 AC 증폭 단계에서 dc 성분을 제거하는 수단을 더 포함하는, 전원 스테이지 제어 방법.
  36. 삭제
  37. 삭제
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