KR20020005686A

KR20020005686A - 증폭기 성능을 선택적으로 제어하는 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20020005686A
Application number: KR1020017013198A
Authority: KR
Inventors: 로날드 제이. 페이; 크리스토퍼 비. 마틴; 패트릭 에스. 3세 캔티
Original assignee: 러셀 비. 밀러; 콸콤 인코포레이티드
Priority date: 1999-04-16
Filing date: 2000-04-13
Publication date: 2002-01-17
Also published as: EP1175732A1; CA2370209A1; WO2000064062A1; CN1352826A; AU4463200A; JP2002542708A

Abstract

무선 전화기의 배터리 수명을 연장시키는 시스템은 네개의 회로를 갖는다. 첫번째 회로(20)는 무선 전화기의 모드를 나타내는 제어신호(40)를 제공한다. 두번째 회로(20)는 첫번째 회로와 동일할 수 있으며, 송신 신호(Tx)를 제공한다. 세번째 신호(32)는 바이어싱 신호(42)를 수신하고 송신을 위하여 송신 신호를 증폭시킨다. 네번째 회로(12)는 제어 신호의 응답에 따라 바이어싱 신호를 선택적으로 변경하여 세번째 회로에 의하여 소비된 전력을 선택적으로 변경시킨다.

Description

증폭기 성능을 선택적으로 제어하는 시스템 및 방법 {SYSTEM AND METHOD FOR SELECTIVELY CONTROLLING AMPLIFIER PERFORMANCE}

셀룰러 무선통신 시스템은 하나 이상의 기지국과 통신하는 이동 전화기(무선 전화기, 이동국 또는 셀룰러 전화기로 호칭됨)와 같은 다수의 이동 트랜시버에 의하여 특징지워 진다.

무선 전화기는 송신 섹션과 수신 섹션을 가지는 트랜시버를 포함한다. 전형적인 트랜시버의 수신 섹션에서, 아날로그 무선 주파수(RF) 신호는 안테나에 의하여 수신되고 RF 섹션에 의하여 중간 주파수(IF)로 하향변환된다. 신호 처리 회로는 잡음 필터링을 수행하고 아날로그 자동 이득제어(AGC) 회로에 의하여 신호의 크기를 조절한다. IF 섹션은 이후에 베이스밴드로 신호를 믹싱하고 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. 디지털 신호는 이후에 출력 음성 또는 데이터에 다른 신호 처리를 수행하기 위하여 기저대역 프로세서에 입력된다.

유사하게, 송신 섹션은 기저대역 프로세서로부터 디지털 입력을 수신하고 그입력을 아날로그 신호로 변환한다. 이 신호는 이후에 필터링되고 IF 단계에 의하여 중간 주파수로 하향변환된다. 송신 신호의 이득이 조절되고 IF 신호가 무선 통신을 준비하기 위하여 울트라하이 주파수(UHF)로 하향변환된다.

무선 전화기는 기지국 및/또는 이동교환국을 통하여 다른 무선 전화기 또는 육상기반의 전화기 사이에서 음성 또는 데이터 신호를 송신한다. 공용 전화망(PSTN)은 기지국 또는 이동교환국과 통신하며, 육상기반 전화기 및 무선 네트워크 사이의 신호 라우팅을 용이하게 한다. 큰 기지국은 여러 셀로 구분된 영역을 관리하며, 각각의 셀들은 기지국 트랜시버 서브시스템(BTS)과 연관된다. 선택적으로, 단일 기지국은 주어진 영역과 연관된 특정 셀을 관리할 수 있다.

기지국 또는 BTS 및 이동국 사이의 통신 링크(순방향 또는 역방향 링크)는 페이딩 채널이며, 이는 상당히 저하된 채널이다. 이러한 저하는 다중경로 페이딩, 송신된 신호의 오프 오브젝트의 다중 반사경로의 수신 및 대기와 지표면 구조 및 통신 시스템의 기타 사용자에 의하여 야기된 간섭을 포함하는 여러 효과로부터 발생된다. 페이딩된 채널의 손상에 기여하는 다른 효과는 송신기 및 추가 잡음과 관련된 수신기의 이동에 의한 도플러 시프트를 포함한다.

잡음이 많거나 페이딩된 환경에서 효율적으로 동작하게 하는 능력은 특히 레이라이-페이딩된 신호 환경과 다른 사용자의 동일채널 간섭들이 일반적인 경우의 코드분할 다중액세스(CDMA) 무선 통신 시스템에서 특히 중요하다. 레이라이 페이딩은 이동국 이동에 의하여 수신된 신호의 도플러 주파수 시프트로부터 발생된다. 동일채널 간섭은 CDMA 통신 시스템이 여러 시스템 사용자를 유지할 때 발생되며,각각의 추가 사용자는 동일채널 간섭에 더욱더 많이 기여한다. 동일채널 간섭은 전형적으로 추가의 백색 가우시안 잡음(AWGN)과 같은 다른 형태의 채널잡음보다 크다.

레이라이 페이딩된 신호 환경에서, 송신된 통신 신호의 전력 레벨은 레이라이 분배와 관련하여 변동한다. 전력은 전형적으로 10dB에서 50dB의 다이나믹 범위에서 변동된다. 페이드의 지속시간은 이동국, 즉 셀룰러 전화기의 속도, 이동국에 할당된 주파수 채널 및 전체 신호 환경의 함수이다. 이동 유니트의 속도가 증가할 수록, 페이드 지속시간은 감소하며, 이는 에러 버스트를 짧게한다. 이동 유니트의 속도가 감소할수록, 페이드 지속시간은 증가하며, 이는 에러 버스트를 길게한다.

무선 전화기가 음성 신호와 같은 신호를 기지국에 송신할 때, 송신된 신호의 필요 전력은 채널의 간섭 특성을 따르며, 이는 종종 무선전화기에 대한 해당 기지국의 상대적인 근접성에 따라 변경된다. 기지국에 가까워질 수록, 무선 전화기는 해당 기지국과 효과적으로 통신하기 위하여 적은 전력을 필요로 한다.

무선 전화기에 의하여 송신된 필요한 전력 레벨을 가진 신호는 가변 잡음 및 채널의 페이딩 특성에 따라 변경된다. 어떤 무선 전화기 기술은 가변 전력 요구조건을 계산하는데 실패하여 최대 전력에서 연속적으로 방송한다. 이는 전화기 배터리 수명을 감소시키고 채널 간섭을 증가시키는데 기여한다.

가변 전력 레벨을 계산하기 위하여, 여러 통상적인 무선 전화기가 송신 섹션의 신호 이득을 제어하기 위하여 자동이득 제어회로를 이용한다. 이 전화기는 송신 기지국에 대한 전화기의 근접성 및/또는 기지국과 무선 전화기 사이의 채널 간섭 특성에 따라 하이와 로우 파워 모드 사이에서 스위칭될 수 있다. 무선 전화기가 기지국에 가까워질수록, 채널은 송신 신호에 대한 간섭이 줄어들고, 송신 신호의 전력레벨은 여분전력에 따라 감소되며, 무선 전화기의 배터리 수명과 통화시간을 연장시킨다.

불행하게도, 통상적인 자동이득 제어회로의 사용은 전화기의 성능과 전력소비를 최대화시키는데 불충분하다. 무선 전화기는 추가의 전력 증폭기와 필터를 포함하며, 그 성능과 전력 소비는 온도외에 신호 동작 환경에 따라 변경된다. 현존 시스템은 전력 소비와 추가 증폭기의 성능을 효과적으로 제어하는데 실패하고, 전화기 성능과 배터리 수명을 최대화시키기 위하여 온도 변경을 효과적으로 수용하는데 실패하였다. 무선 전화기는 종종 전력 증폭기를 포함하며, 그 효율적인 성능은 배터리 수명과 해당 통화시간에 매우 중요하다.

그러므로 효과적인 시스템 및 전화기 성능을 최대화하고 전화기 배터리 수명과 통화시간을 연장시키는 방법에 대한 기술이 필요하다. 또한 온도 변화를 계산하는 무선 전화기내의 전력 증폭기의 전력 소비를 제어하는 효과적인 시스템이 필요하다.

본 발명은 증폭기에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 전력 증폭기의 성능을 선택적으로 제어함으로써 무선 전화기와 해당 셀룰러 무선통신 시스템의 성능을 개선하고 배터리 수명을 연장시키는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따라 구성된 효율적인 회로를 가지는 무선 전화기 트랜시버의 도면이다.

도 2는 도 1의 효율적인 회로의 보다 상세한 도면이다.

도 3은 도 2의 효율적인 회로의 선택적 실시예이다.

본 발명의 무선 전화기의 배터리 수명을 늘리는 시스템이 기술상 요구된다. 일 실시예에서, 본 발명의 시스템은 코드 분할 다중 액세스(CDMA) 트랜시버를 이용하며, 무선 전화기의 모드를 나타내는 제어 신호를 제공하는 제 1 회로를 포함한다. 제 2 회로는 송신 신호를 제공한다. 제 3 회로는 송신을 준비하는 송신 신호를 증폭한다. 제 3 회로는 바이어싱 신호를 필요로 한다. 제 4 회로는 제어 신호에 응답하여 바이어싱 신호를 선택적으로 변경함으로써 제 3 회로에 의하여 낭비된 전력을 선택적으로 변경한다.

특정 예에서, 제 4 회로는 제어 신호에 의하여 지시된 시스템의 바람직한 동작 모드를 결정하는 회로를 포함한다. 제 4 회로는 효율적인 회로로 불리며, 시스템의 바람직한 동작 모드에 따라 바이어싱 신호를 조절하는 회로를 포함한다. 효율적인 회로의 전압 분배기 회로는 제 1 임피던스 회로와 제 2 임피던스 회로 사이에 노드를 가진다. 제 1 임피던스 회로는 바람직한 동작 모드에 따라 제 1 임피던스 회로의 임피던스를 변경하는 스위치를 포함한다. 제 1 임피던스 회로는 제 2 저항기와 병렬인 제 1 저항기를 포함한다. 상기 스위치는 바람직한 동작 모드에 따라 전압 분배기로부터 제 1 저항기 또는 제 2 저항기를 절연시키는 트랜지스터이다.

제어 신호를 제공하는 제 1 회로는 디지털 칩 도는 전화 모뎀을 포함한다. 디지털 칩은 무선 전화기와 해당 시스템의 동작 환경에 대한 검출에 따라 제어 신호를 설정하는 소프트웨어를 가동시킨다. 수신기는 동작모드 결정을 돕는 소프트웨어에 대한 정보를 제공한다. 상기 모드는 각각 상기 정보에 의하여 지시된 바와 같이 전기적으로 잡음이 있는 신호 환경 또는 전기적으로 깨끗한 신호 환경과 연관된 하이-파워 모드 또는 로우-파워 모드이다.

제 2 회로는 자동이득 제어회로에 접속된 디지털 칩을 포함하는 송신 경로를 가지며, 상기 자동이득 제어회로는 필터 섹션에 접속된 중간 주파수 대 무선 주파수 믹싱 회로에 접속된다. 상기 필터 섹션은 송신 신호를 출력한다.

본 발명의 신규한 디자인은 본 발명의 유일한 효율적인 회로에 의하여 용이해진다. 효율적인 회로는 제 3 회로의 온도에 따라 전력 소비, 이득 및/또는 성능을 선택적으로 제어하며, 상기 제 3 회로는 무선 전화기의 동작모드, 신호 동작 환경 및/또는 온도에 따라 전력 증폭기로서 동작한다. 그 결과, 제 3 회로의 성능에 대한 제어가 크게 증가하며, 이는 개선된 전화기 배터리 수명과 통화 시간을 야기시키고 또한 온도의 변화에 대하여 개선된 성능을 야기한다.

본 발명은 특정 애플리케이션에 대한 예시적 실시예를 참조로 기술되지만, 여기에 제한되는 것은 아니다. 당업자들이라면 본 발명의 본 발명의 범위내에서 다양한 변용이 가능하다는 것을 이해할 것이다.

도 1은 본 발명에 따라 구성된 효율적인 회로(12)를 가지는 무선 전화기 트랜시버(10)의 도면이다. 명료함을 위하여, 스피커, 마이크로폰, 보코더, 클록킹 회로, 기준 오실레이터 및 트랜시버(10)의 기타 회로는 도 1에서 생략하였다. 당업자는 추가의 회로를 실행하는 방법과 그 위치를 알 것이다.

트랜시버(10)는 무선 코드분할 다중액세스(CDMA) 전화기로서 실행되고, 트랜시버(10)를 가동시키는 배터리(14)를 포함한다. 트랜시버(10)는 송신 경로(16)와 수신 경로(18)를 포함한다. 송신 경로(16)는 왼쪽에서 오른쪽으로 디지털 제어칩(20), 자동이득제어(AGC) 회로(22), 중간 주파수(IF) 대 무선 주파수(RF) 믹서(24), 드라이버(28), 전력 증폭기(PA;32), 아이솔레이터(33), 듀플렉서(340) 및 안테나(36)를 포함한다. 수신 경로(18)는 안테나(36), 듀플렉서(34), 디지털 제어칩(20)을 포함하며, 또한 듀플렉서(34) 및 디지털 제어칩(20)의 사이에 접속된 수신 섹션(38)을 포함한다.

배터리(14)는 디지털 제어칩(20), AGC(22), 믹서(24), 수신섹션(38), 드라이버(28), 전력 증폭기(32) 및 효율적인 회로(12)에 접속된다. 효율적인 회로(12)의 출력은 전력 증폭기(32)의 바이어싱 입력에 접속된다.

동작시, 듀플렉서(34)는 각각 송신 경로(16)와 수신 경로(18)를 통하여 실행된 송신 기능과 수신 기능 사이의 안테나 리소스 공유를 용이하게 한다. 아이솔레이터(33)는 안테나(36)와 듀플렉서(34)로부터 전력 증폭기(32)를 절연시키며, 안테나(36)로부터 전력 증폭기(32)로의 전력 반사를 방지한다.

안테나(36)에 의하여 수신된 신호는 듀플렉서(34)를 통하여 수신 섹션(38)에 라우팅된다. 수신섹션(38)은 필터 및 신호 믹싱과 햐향변환 회로(도시되지 않음)를 포함하며, 상기 회로는 디지털 제어칩(20)에 포함된 기저대역 프로세서(도시되지 않음)를 통하여 처리하기 위한 수신 신호를 제공한다. 당업자는 주어진 애플리케이션의 요구를 충족시키기 위하여 수신 섹션(34)을 쉽게 디자인 및 수행할 수 있다. 안테나(36), 듀플렉서(34), 수신 섹션(38) 및 디지털 제어칩(20)은 무선 전화기 트랜시버(10)의 수신부를 실행한다.

디지털 제어칩(20)은 기지대역 프로세서(도시되지 않음)로 공지된 디지털 신호 처리기, 이동국 모뎀 및 소프트웨어를 가동하여 무선 전화기(10)의 동작을 제어하는 다른 처리회로를 포함한다. 디지털 제어칩(20)은 수신 경로의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기(ADC;도시되지 않음)를 포함하며, 송신 경로(16)를 통하여 송신을 준비하는 기저대역 프로세서의 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 디지털-아날로그 변환기(DAC;도시되지 않음)를 포함한다.

디지털 제어칩(20)의 아날로그 송신 신호는 송신 신호의 이득이 이하 상세하게 설명되는 디지털 제어칩(20)의 소프트웨어 또는 하드웨어를 통하여 결정된 트랜시버(10)의 파워 모드에 따라 결정되는 AGC(22)에 입력된다. 이후에 송신 신호는 믹서로서 동작하는 상향 변환기(24)를 통하여 아날로그 UHF 신호로 변환되고, 적당한 UHF 주파수로 오실레이터(도시되지 않음)에 의하여 동기화된다. 상향 변환된 신호들은 이후에 필터링되고, 잡음을 제거하기 위하여 제 1 필터(26), 드라이버(28) 및 제 2 필터(30)를 통하여 스케일링되며, 송신을 위하여 송신 신호를 준비한다. 최종 필터링된 송신 신호는 이득 및 전력 소비가 효율적인 회로(12)에 의하여 제어되는 전력 증폭기(32)에 의하여 증폭되고, 상기 효율적인 회로(12)는 디지털 제어칩(20)의 제어 신호(40)의 수신에 응답하여 전력 증폭기(32)로 바이어싱 신호(42)를 선택적으로 변경한다. 효율적인 회로(12)는 또한 변경된 온도에응답하여 바이어싱 신호(42)를 선택적으로 변경함으로써 온도에 따라 증폭기(32)의 성능을 안정시킨다. 효율적인 회로(12)는 -30℃에서 110℃의 온도범위에서 증폭기(32)의 성능을 안정시킨다.

디지털 제어칩(20)은 신호 크기 또는 강도를 측정하며 그에 따라 수신 신호의 수신 신호 강도 지시(RSSI)를 제공하기 위하여 통상적인 하드웨어 또는 소프트웨어 알고리즘을 가동시키는 기저대역 프로세서(도시되지 않음)를 포함한다. 디지털 제어칩(20)은 이후에 RSSI 측정값에 따라 효율적인 회로(12)에 제어 신호(40)를 제공한다. 만일 RSSI가 미리 결정된 임계값과 비교하여 높다면, 디지털 제어칩(40)은 효율적인 회로(12)에 제어 신호(40)를 보내고 AGC 회로(22)에 이득 조절 파라미터를 제공함으로써 트랜시버(10)를 로우-파워 모드로 세팅한다. 유사하게 만일 RSSI가 낮다면, 디지털 제어칩(20)은 트랜시버를 하이-파워 모드로 세팅한다. 로우-파워 모드에서, 송신 경로(16)를 통하여 디지털 제어칩(20)으로부터 송신된 신호의 파워는 높은 RSSI 측정값에 의하여 지시된 높은 품질의 채널을 위하여 감소된다. 유사하게, 하이-파워 모드에서, 트랜시버(10)는 배터리(14)로부터 추출된 더 많은 파워를 이용하여 방송한다. 미리 결정된 임계값은 애플리케이션 스펙이며, 주어진 애플리케이션의 필요에 충족하기 위하여 당업자에 의하여 쉽게 조절될 수 있다.

효율적인 회로(12)는 바이어싱 신호(42)를 제어함으로써 증폭기(32)의 이득과 결과된 출력신호 전력을 조절한다. 특정 실시예에서, 제어 신호(40)가 로우 전압 상태일 때, 바이어싱 신호(42)의 크기는 증가하며, 이는 증폭기(32)의 이득과전력 소비를 증가시킨다. 유사하게, 제어 신호(40)가 하이 전압 상태일 때, 바이어싱 신호(42)의 크기가 감소된다.

바이어싱 신호(42)는 전력 증폭기(32)가 헤테로접압 바이폴라 접합 트랜지스터(HBT) 증폭기일 때의 전류 신호이다. 바이어싱 신호(42)는 전력 증폭기가 GaAs 전계효과 트랜지스터 증폭기(GaAs FET)일 때의 전압 신호이다.

도 2는 도 1의 효율적인 회로의 보다 상세한 도면이다. 도 1의 배터리(14)는 조절기(43)에 가변 배터리 전압(Vcc)을 제공하며, 조절기(43)는 가변 전압 Vcc을 조절하고 제 1 저항기(R1)의 제 1 단부와 제 2 저항기(R2)의 제 1 단부에 접속된 노드(13)에서 전반적으로 일정한 전압(Vreg)을 제공한다. 제 1 저항기(R1)의 제 2 단부는 연산 증폭기(50)의 네거티브 입력 터미널과 p-채널 금속산화 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET;52)의 소스에 접속된다. p-채널 MOSFET(52)의 게이트는 연산 증폭기(50)의 출력에 접속된다. p-채널 MOSFET(52)의 드레인은 전력 증폭기(32)에 접속되고, 바이어싱 신호(Iref;42)를 전력 증폭기(32)의 바이어싱 터미널에 제공한다. 바람직한 실시예에서, 전력 증폭기(32)는 HBT 증폭기로서 실행된다.

연산 증폭기(50)는 공지된 방법에 따라 동작하는 표준 회로(도시되지 않음)에 의하여 바이어싱된다. 연산 증폭기(50)의 포지티브 입력 터미널은 제 2 저항기(R2)의 제 2 단부, 제 4 저항기(R4)의 제 1 단부 및 제 5 저항기(R5)의 제 1 단부를 접속하는 노드(15)에 접속된다. 제 5 저항기(R5)의 제 2 단부는 접지에 접속된다. 제 4 저항기(R4)의 제 2 단부는 pnp 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT;54)의 에미터에 접속된다. pnp BJT(54)의 콜렉터는 접지에 접속된다. 도 1의 디지털 제어칩(20)의 제어 신호(Vcontrol;40)는 제 3 저항기(R3)의 제 1 단부에 제공된다. 제 3 저항기(R3)의 제 2 단부는 pnp BJT(54)의 베이스에 접속된다.

pnp BJT(54)는 저항기(R3)를 통하여 pnp BJT(54)의 베이스로 제어 신호(Vcontrol)에 의하여 제공된 로우 전압 상태에 응답하여 제 4 저항기(R4)의 제 2 단부를 접지에 선택적으로 접속하는 스위치로서 동작한다. 트랜지스터(54)는 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 다른 타입의 스위치로 대체될 수 있다.

효율적인 회로(12)의 동작은 다음과 같으며, 이는 제어 신호(Vcontrol;40)가 0 볼트와 같은 로우 전압 상태일 때 기준 신호(Iref)가 다음 방정식으로 기술된 도 1의 조절기(43)에 의하여 제공된 상수 전압(Vreg)의 함수가 된다.

[1]

여기에서는 다음 방정식에 따라 정의된 병렬 동작이다.

[2]

저항기 R1,R2,R4 및 R5의 값에 대한 선택은 애플리케이션 스펙이며 주어진 애플리케이션을 충족시키기 위하여 당업자에 의하여 쉽게 조절될 수 있다. 바람직한 실시예에서, R1=27.0Ω, R2=392.0Ω, R3=10.0Ω, R4=36.0Ω, R5=18.0kΩ및 Vreg=3.0V이다.

Vcc는 도 1의 배터리(14)의 전압 출력을 나타내며, 이는 배터리(14)의 충전 사이클에 대하여 변경될 수 있는 반면, Vreg는 전압 조절기(43)의 일정한 DC 기준전압 출력을 나타낸다.

제어 신호(Vcontrol;40)가 5볼트와 같은 높은 전압 상태일 때, 기준 전압(Iref)은 다음 방정식으로 기술된 일정 전압의 함수이다.

[3]

일 때, pnp BJT(54)와 제어 신호(40)에 의한 효과를 스위칭 아우트시키는 것은 바이어싱 전류(Iref)의 감소를 가져온다.

제어 신호(40)는 제어 신호(40)가 하이 전압 상태일 때 효율적인 회로(12)와 R4를 절연시킨다. R4의 기여부족은 연산 증폭기(50)의 포지티브 입력 터미널에서 전압(V+)의 증가를 가져오며, 연산 증폭기(50)의 네거티브 입력 터미널에서 전압(V-)의 감소를 가져온다. 증가된 전압은 제 1 저항기(R1)를 통하여 흐르는 전류를 감소시키고(옴의 법칙에 따라), 그 결과 p-채널 MOSFET(52)의 소스와 드레인을 통하는 전류를 감소시킨다. 그 결과 전류(Iref)는 감소된다. 연산 증폭기에 대하여 V+ = V- 및 I+ = I- = 0인 것이 공지되어 있다.

제 4 저항기(R4)와 제 5 저항기(R5)는 노드(15)에서 제 2 임피던스 회로(59)에 접속된 제 1 임피던스 회로(57)를 형성한다. 제 2 임피던스 회로(59)는 제 1 저항기(R1), 제 2 저항기(R2) 및 그 사이에 노드(13)를 포함한다. 제 1 임피던스 회로(57)의 저항은 저항기(54)와 제어 신호(40)에 의하여 선택적으로 변경된다. 저항기(54)가 온되었을 때, 제 1 임피던스 회로(57)의 저항은 방정식(2)에 의하여 근사화된다. 저항기(54)가 오프되었을 때, 제 4 저항기(R4)는 절연되고, 제 1 임피던스 회로(57)의 저항 또는 임피던스는 제 5 저항기(R5)의 값이 된다. 제어 신호(40) 및 저항기(54)에 의하여 제 1 임피던스 회로(57)의 임피던스를 선택적으로 제어함으로써, 바이어싱 신호(42), 즉 전력 증폭기(32)로부터 운반된 전류(Iref)가 제어된다.

p-채널 MOSFET(52)의 저항은 온도에 따라 변경되며, 온도의 양 극단에 의하여 특성화된 동작 환경에서 증폭기(32)의 성능을 안정시키는 것을 돕는다. p-채널 MOSFET(52)은 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 다른 타입의 저항기 또는 가변 저항기로 대체될 수 있다.

제어 신호(40)의 필수적인 로우 및 하이 전압상태는 트랜지스터 파라미터에 따라 pnp BJT(54)를 턴온 및 턴오프 시키는데 필요하며, 이는 주어진 애플리케이션을 충족시키기 위하여 당업자에 의하여 선택될 수 있다.

무선 전화기의 통상적인 트랜시버는 효율적인 회로(12)가 없어 변경되는 트랜시버 전력모드 또는 온도의 변화에 따라 전력 증폭기의 성능을 정확하게 제어할 수 없다. 효율적인 회로(12)가 없는 경우, 전력 증폭기(32)의 성능은 온도에 따라 변화될 수 있고, 저온 또는 고온 환경에서 또는 전기적으로 잡음이 많거나 깨끗한 환경에서 트랜시버(10)의 성능을 크게 떨어뜨리며, 초과 전력소비 및/또는 바람직하지 않은 트랜시버 성능을 야기시킨다.

당업자는 효율적인 회로(12)가 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 두개 이상의 트랜시버 전력 모드를 수행하도록 확장될 것이다.

여러 증폭기(32,50), 레지스터(R1에서 R5) 및 트랜시스터(52,54)는 표준 전자 공급 하우스로부터 주문받을 수 있다.

도 3은 도 1의 효율적인 회로(12)의 선택적인 실시예(60)이다. 도 1의 배터리의 전압(Vcc)은 전압 인버터(64), 연산 증폭기(50)의 제 1 바이어싱 터미널 및 정밀 전압 기준 생성기(66)의 입력에 공급된다. 인버터(64)의 출력은 연산 증폭기(50)의 제 1 바이어싱 터미널에 접속된다. 정밀 전압 기준 생성기(66)의 출력은 제 6 저항기(R6)의 제 1 단부와 제 7 저항기(R7)의 제 1 단부에 접속되고 정밀 전압 기준(Vref)을 제공한다.

제 6 저항기(R6)의 제 2 단부는 n-채널 FET로서 동작할 수 있는 스위치(68)에 접속된다. 제 6 저항기(R6)의 제 2 단부는 스위치(68)의 제 1 단부(n-채널 FET의 드레인과 같음)에 접속된다. 제어 신호(40)는 스위치(68)의 제어 터미널(n-채널 FET의 게이트와 같음)에 공급되며, 이는 제어 신호(40)에 응답하여 제 6 저항기(R6)의 제 2 단부를 노드(69)에 선택적으로 접속시킨다. 노드(69)는 연산 증폭기(50)의 네거티브 입력 터미널, 제 7 저항기(R7)의 제 2 단부, 제 8 저항기(R8)의 제 1 단부에 접속된다. 노드(69)는 스위치(68)의 제 2 단부(n-채널 FET의 소스(S)와 같음)에 접속된다. 제 8 저항기(R8)의 제 2 단부는 연산 증폭기(50)의 출력 터미널에 접속되고, 본 발명의 실시예에서 GaAs FET 증폭기인 금속 반도체 전계효과 트랜지스터(MESFET) 증폭기(32')의 바이어싱 터미널에 접속된다. 연산 증폭기(50)의 포지티브 입력 터미널은 접지에 접속된다.

정밀 전압(Vref)은 그 값이 애플리케이션 스펙인 일정한 전압이거나, 도 2의 전압 조절기(43)로부터 출력된 도 2의 일정한 전압(Vreg)과 동일하거나 동일하지않을 수 있다. Vref와 Vreg는 미리 결정된 값을 가지는 매우 안정적이며 정밀한 DC 기준 전압이다. 당업자는 주어진 애플리케이션의 요구에 충족시키기 위하여 Vref 또는 Vreg에 대한 적당한 값을 쉽게 결정할 수 있다. 정밀 전압 기준 생성기(66)는 전압 조절기, 전압 스케일링 회로 또는 다른 유사한 회로로 당업자에 의하여 구현될 수 있다.

동작시, 도 1의 배터리(14)에 의하여 제공된 전압(Vcc)은 연산 증폭기(50)의 제 1 바이어싱 터미널과 인버터(64)에 제공된다. 인버터(64)는 전압(+Vcc)를 인버팅하며, 네거티브 배터리 전압(-Vcc)를 연산 증폭기(50)의 제 2 바이어싱 터미널에 제공한다.

전압 기준(Vref)은 미리 결정된 값을 가지는 매우 안정적이고 정밀한 DC 전압이다. 미리 결정된 전압값은 애플리케이션 스펙이며, 주어진 애플리케이션의 요구에 충족시키기 위하여 당업자에 의하여 쉽게 결정될 수 있다.

효율적인 회로(60)에 대한 제 6 저항기(R6)의 저항 기여도는 제어 신호(40)에 의하여 스위치(68)의 제어 터미널에 제공된 하이 전압 상태 또는 로우 전압 상태에 응답하여 스위칭 인 및 스우칭 아우트된다. 스위치(68)는 FET와 같은 트랜지스터로 실행될 수 있다.

제어 신호(40)가 하이 전압 상태일 때, 바이어싱 신호, 즉 GaAs FET 증폭기(32')에 제공된 전압(Vgg)은 다음 방정식에 기술된 바와 같이 정밀 전압 기준(Vref)의 함수이다.

[4]

여기에서, 병렬 동작은 상술하였다. 본 실시예에서, R8=16.2Ω, R6=340.0kΩ, R7=13.3kΩ, Vcc=4.1V에서 3.2V이다.

제어 신호(40)가 로우 전압 상태일 때, 스위치(68)은 턴오프되고, 제 6 저항기(R6)는 절연된다. 이것은 바이어싱 전압(Vgg)을 더욱더 포지티브가 되게 하며(로 가정), 다음 방정식으로 기술된다.

[5]

제 6 저항기(R6) 및 제 2 저항기(R7)는 제 1 임피던스 회로(57')의 일부이다. 제 8 저항기(R8)는 제 2 임피던스 회로(59')를 나타내며, 이는 노드(69)에서 제 1 임피던스 회로(57')에 접속된다. 제 1 임피던스 회로(57')의 저항은 스위치(68)와 제어 신호(40)에 의하여 선택적으로 변경된다. 스위치(68)가 온되었을 때, 제 1 임피던스 회로(57')의 저항은 대략이 된다. 스위치(68)가 오프되었을 때, 제 6 저항기(R6)는 절연되고, 제 1 임피던스 회로(57')의 저항은 제 7 저항기(R7)의 값이 된다. 제어 신호(40)와 스위치(68)에 의하여 제 2 임피던스 회로(59')의 임피던스를 선택적으로 조절함으로써, 전력 증폭기(32')로 제공된 바이어싱 신호(Vgg)가 제어된다.

본 발명은 특정 애플리케이션의 특정 실시예를 참조로 기술되었다. 당업자들은 본 발명의 범위내에서 추가의 변경, 애플리케이션 및 실시예가 가능하다는 것을 인식할 것이다.

그러므로 청구범위는 본 발명의 범위내에서 상기의 변경, 애플리케이션 및 실시예를 포함한다.

Claims

무선 전화기의 배터리 수명을 연장시키는 시스템으로서:

상기 무선 전화기의 모드를 나타내는 제어 신호를 공급하는 수단;

송신 신호를 제공하는 수단;

송신을 위하여 상기 송신 신호를 증폭하며, 필요한 바이어싱 신호를 증폭하는 수단; 그리고

상기 제어 신호에 응답하여 상기 바이어싱 신호를 선택적으로 변경함으로써 상기 증폭 수단에 의하여 소비된 전력을 선택적으로 변경하는 수단을 포함하는 시스템.
제 1 항에 있어서, 선택적으로 변경하는 상기 수단은 상기 제어 신호에 의하여 지시된 상기 무선 전화기의 바람직한 동작 모드를 결정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 2 항에 있어서, 선택적으로 변경하는 상기 수단은 상기 바람직한 동작 모드에 따라 상기 바이어싱 신호를 조절하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 3 항에 있어서, 상기 조절 수단은 제 1 임피던스 회로와 제 2 임피던스회로 사이에 노드를 가지는 전압 분배기 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 4 항에 있어서, 상기 제 1 임피던스 회로는 상기 바람직한 동작 모드에 따라 상기 제 1 임피던스 회로의 임피던스를 변경하는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 5 항에 있어서, 상기 제 1 임피던스 회로는 제 2 저항기와 병렬인 제 1 저항기를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 6 항에 있어서, 상기 스위치는 상기 바람직한 동작 모드에 따라 상기 전압 분배기 회로의 상기 제 1 저항기와 제 2 저항기를 절연시키는 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 제어 신호를 제공하는 수단은 디지털 칩인 것을 특징으로 하는 시스템.
제 8 항에 있어서, 상기 디지털 칩은 상기 무선 전화기의 동작 환경의 검출에 응답하여 상기 제어 신호를 설정하는 소프트웨어를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 모드의 세팅을 용이하게 하기 위하여 상기 소프트웨어에 정보를 제공하는 수신기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 10 항에 있어서, 상기 모드는 각각 상기 모드에 의하여 지시된 전기적으로 잡음이 많은 신호 환경 또는 전기적으로 깨끗한 신호 환경과 연관된 하이-파워 모드 또는 로우-파워 모드인 것을 특징으로 하는 시스템.
제 8 항에 있어서, 송신 신호를 제공하는 상기 수단은 중간 주파수 대 무선 주파수 믹싱 회로에 접속된 자동이득 제어회로에 접속된 상기 디지털 칩을 포함하며, 상기 중간 주파수 대 무선 주파수 믹싱 회로는 필터 섹션에 접속되고, 상기 필터 섹션의 출력은 상기 송신 신호를 나타내는 것을 특징으로 하는 시스템.
무선 전화기의 배터리 수명을 연장시키는 시스템으로서:

로우 파워 모드를 나타내는 제 1 제어 신호 상태와 하이 파워 모드를 나타내는 제 2 제어 신호 상태를 제공하는 수단;

송신 신호를 제공하는 수단;

송신을 위하여 미리 결정된 인자에 의하여 상기 송신 신호를 증폭하는 수단; 그리고

상기 제 1 제어 신호에 응답하여 상기 인자를 감소시키고, 상기 로우 파워모드에 응답하여 상기 이득 인자를 증가시킴으로써, 상기 증폭 수단의 전력 소비를 선택적으로 변경시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
전력 증폭기의 효율성을 개선하기 위한 시스템으로서:

상기 전력 증폭기의 바람직한 동작 모드를 결정하고 이에 응답하여 제어 신호를 제공하는 제 1 수단;

상기 전력 증폭기에 바이어싱 신호를 제공하는 제 2 수단; 그리고

상기 제어 신호에 응답하여 상기 바이어싱 신호를 선택적으로 변경하는 제 3 수단을 포함하는 시스템.
효율적인 트랜시버로서:

제 1 신호를 수신하고, 상기 제 1 신호의 미리 결정된 특성을 측정하고, 이에 응답하여 제어 신호를 제공하는 제 1 수단;

상기 제어 신호에 응답하여 미리 결정된 트랜시버 모드로 상기 트랜시버의 상태를 선택적으로 세팅하는 제 2 수단;

제 2 무선 주파수 신호를 제공하는 제 3 수단;

이득 인자/바이어스만큼 상기 제 2 무선 주파수 신호를 증폭하는 제 4 수단; 그리고

상기 미리 결정된 트랜시버 모드에 응답하여 상기 이득 인자/바이어스를 선택적으로 변경하는 제 5 수단을 포함하는 트랜시버.
제 15 항에 있어서, 상기 제 5 수단은 상기 이득 인자/바이어스의 온도-감소된 변화를 제한하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜시버.
제 16 항에 있어서, 이득 인자/바이어스의 온도-감소된 변화를 제한하는 상기 수단은 트랜지스터의 베이스 또는 게이트에 접속된 출력부를 가지는 연산 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜시버.
제 17 항에 있어서, 상기 트랜지스터는 p-채널 금속산화 반도체 전계효과 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 트랜시버.
제 15 항에 있어서, 상기 미리 결정된 트랜시버 모드는 로우-파워 모드 또는 하이-파워 모드중 하나인 것을 특징으로 하는 트랜시버.
제 15 항에 있어서, 상기 제 1 신호의 미리 결정된 특성은 상기 제 1 신호의 간섭 성분의 크기인 것을 특징으로 하는 트랜시버.
제 15 항에 있어서, 상기 제 4 수단은 전력 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜시버.
제 15 항에 있어서, 상기 제 4 수단은 헤테로접합 바이폴라 트랜지스터 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜시버.
제 15 항에 있어서, 상기 제 4 수단은 금속 반도체 전계효과 트랜지스터 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜시버.
제 15 항에 있어서, 상기 금속 반도체 전계효과 트랜지스터 증폭기는 GaAs 전계효과 트랜지스터이며, 상기 제 1 수신 수단은 수신기 및 디지털 칩을 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜시버.
제 24 항에 있어서, 상기 디지털 칩은 상기 제 1 신호의 신호 강도를 계산하는 소프트웨어를 가동시키며, 이에 응답하여 상기 제어 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 트랜시버.
제 25 항에 있어서, 상기 제 2 수단은 하이신호 강도에 응답하여 로우-파워 모드로 상기 트랜시버를 세팅하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜시버.
제 26 항에 있어서, 상기 제 2 수단은 로우 신호 강도에 응답하여 하이-파워 모드에 상기 트랜시버를 세팅하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜시버.
중간 주파수 신호와 모드 세팅 신호를 제공하는 디지털 칩;

상기 중간 주파수 신호를 미리 결정된 레벨로 증폭하며, 이에 응답하여 증폭된 중간 주파수 신호를 제공하는 자동이득 제어회로;

상기 증폭된 중간 주파수 신호를 무선 주파수 신호로 변환하는 주파수 변환 회로;

상기 무선 주파수 신호를 필터링하고, 이에 응답하여 필터링된 무선 주파수 신호를 제공하는 필터;

송신을 위하여 상기 무선 주파수 신호를 증폭하며, 이에 응답하여 증폭된 무선 주파수 신호를 제공하는 전력 증폭기;

상기 모드 세팅 신호에 응답하여 상기 전력 증폭기의 전력 소비를 선택적으로 조절하는 전력 소비 제어회로; 그리고

상기 증폭된 무선 주파수 신호를 송신하는 안테나를 포함하는 효율적인 트랜시버.
무선 전화기의 배터리 수명을 연장시키는 방법으로서:

상기 무선 전화기의 모드를 나타내는 제어 신호를 생성하는 단계;

송신 신호를 제공하는 단계;

송신을 위하여 상기 송신 신호를 증폭하고, 필요한 바이어싱 신호를 증폭하는 단계; 그리고

상기 제어 신호에 응답하여 상기 바이어싱 신호를 선택적으로 변경함으로써상기 증폭단계에서 소비된 전력을 선택적으로 변경하는 단계를 포함하는 방법.