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KR100950618B1 - 전력 레벨 제어를 갖춘 선형 전력의 효율적인 무선 주파수드라이버 시스템 및 방법 - Google Patents

전력 레벨 제어를 갖춘 선형 전력의 효율적인 무선 주파수드라이버 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

선형 전력 효율 RF(radio frequency) 드라이버 시스템(100)은 RF 신호를 증폭하기 위한 전치-드라이버 증폭기(105)와, 전치-드라이버 증폭기(105)로부터의 신호를 증폭시키기 위한 실질적으로 높은 임피던스 입력을 갖는 출력 드라이버(107)를 포함한다. 바이어스 컨트롤러(109)는, 전치-드라이버 증폭기(105) 및 바이어스 컨트롤러(109)가 출력 드라이버(107)의 선형성을 유지하면서 최소 레벨로 제어되는 출력 드라이버(107)의 RF 전력 출력을 제어하는데 이용된다. 본 발명의 시스템 및 방법은, 보다 더 낮은 신호 왜곡으로의 구동 입력 스윙에 기초하여 동시 전류 및 전력 증폭기를 이용하여 휴대용 제품에서의 최소 전류 소모를 제공하도록 작용한다.
믹서, RF 드라이버, 출력 드라이버, 바이어스 컨트롤러,

Description

전력 레벨 제어를 갖춘 선형 전력의 효율적인 무선 주파수 드라이버 시스템 및 방법{A LINEAR POWER EFFICIENT RADIO FREQUENCY(RF) DRIVER SYSTEM AND METHOD WITH POWER LEVEL CONTROL}
본 발명은 일반적으로 RF(radio frequency) 고전력 출력 증폭기 또는 감쇠기에 관한 것이고, 더 구체적으로는 RF 송신기 내의 드라이버 스테이지(stage)에 적용된 전력 제어에 관한 것이다.
RF 송신기 시스템 내의 전력 제어는 공지되어 있고, 일반적으로 라디오 또는 셀룰러 전화 네트워크 내의 수신기로의 송신기의 접근성에 의존한 송신기 출력 전력을 제어하는데 사용된다. 전력 출력은 RSSI(radio signal strength indication) 측정을 이용하여 제어되거나, 또는 다른 경우 수신 라디오는 과부하되지 않고 송신 통신 기기 내에서의 전력 소비를 감소시킬 수 있다.
RF 증폭기의 구동 전력을 제어하는 것은 종종 휴대용 기기에서의 전류 소모량을 최소화하는데 필수적이다. 본 명세서에 참조로 포함되는 미국 특허 제6,681,101호 및 미국 특허 제6,684,064호는, RF 구동 전력을 제어하는 방법을 기술한다. '064 특허는 RF 송신기의 동작 바이어스가 전력 제어 신호에 응답해서 동적으로 조정되는 RF 전력 증폭기용 동적 바이어스를 기술한다. '101 특허는 송신기 가 스테이지 스위칭, 바이어스 조정 및 미세하고 거친(fine and coarse) 전력 제어 및 전력 포락선 변동(power envelope fluctuations)을 제공하는 드레인 공급 변조(drain supply modulation)을 포함하는 효율적인 확장 전력 제어 구조를 갖는 RF 송신기를 기술한다. 이러한 시스템들은 비록 RF 증폭기 스테이지에서의 전력 감소를 허용하도록 동작하더라도, 현재의 드레인을 보존하거나 전류에 대한 왜곡을 교환(trade off)하기 위해서는 작동하지 않는다. 이러한 종래의 시스템은, 여전히 전반적인 선형성 및 고 효율성을 유지하면서, 고전류 증폭기 스테이지에서뿐만 아니라 저전류 드라이버 스테이지 모두에서 출력 전력을 제어함으로써 전류가 보다 더 효율적으로 사용되는 멀티스테이지 접근을 사용할 수 없다. 이러한 형태의 송신기 전력 제어들이 휴대용 기기들과 함께 사용되는 경우, 그 설계가 RF 증폭기의 전력 출력을 변화시키는 목적만을 위한 것이기 때문에 그것들은 전류 소모를 감소시키도록 기능 하지는 않는다. 이러한 종래의 시스템들은 필요한 출력 전력에 상관없이 전력에서의 선형성과 같은 특정 설계 요구조건에 만족하는 하나의 전류 레벨에 고정된다. 결과적으로, 이러한 설계들은 높은 전류 소모와 필수적인 배터리 수명을 단축시켜서 몹시 비효율적이며 소모적일 수 있다. 이것은 배터리 수명이 중대한 관심사인 휴대용 RF 기기에서는 큰 문제가 될 수 있다.
따라서, RF 전력 증폭기의 선형성을 유지하면서 여전히 효율적인 전류 소모를 갖도록 동작하는, RF 증폭기 내의 RF 전력 출력을 제어하는 시스템 및 방법을 제공할 필요가 존재하게 된다.
도 1은 본 발명에 따른, 전력 레벨 제어를 갖춘 선형 전력의 효율적인 RF 드라이버 시스템을 도시하는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 방법에 따른, 전력 제어를 갖춘 선형 전력의 효율적인 RF 드라이버 시스템을 도시하는 순서도이다.
이제 도 1을 참조하면, 전력 감소가 또 필요한 경우 출력 전력을 제어하고 전류 소모를 감소시키도록 동작하는 전력 레벨 제어를 갖춘 선형 전력의 효율적인 RF 드라이버 시스템(100)의 블록도가 도시된다. 기저대역 신호(baseband signal) 및 국부 발진기 신호(local oscillator signal)는 모두 믹서(101)에 제공된다. 믹서(101)로부터 최종 RF 출력 신호는 전치-드라이버 증폭기(pre-driver amplifier;105)에 공급된다. 전치드라이버 증폭기(105)는 최종 RF 출력 신호의 진폭을 일부 소정 레벨로 증가시키도록 동작한다. 전치-드라이버 증폭기(105)는 고 임피던스 저 전류 설계(high impedance low current design)이다. 전치-드라이버 증폭기(105)의 출력은 전치-드라이버 증폭기(105)로부터 공급된 RF 신호를 소정 레벨까지 증가시키는 이득을 다시 제공하는 출력 드라이버(107)에 공급된다. 출력 드라이버는 일반적으로 1000 옴 이상의 고 임피던스 입력을 갖고, 50 옴 안테나 등의 저 임피던스 출력 부하에 증폭기 RF 출력 신호를 제공한다. 본 발명은 출력 드라이버(107)에 공급된 바이어스를 제어하도록 작용하는 바이어스 컨트롤러(109)를 더 포함한다. 출력 드라이버의 바이어스를 제어함으로써, 동적 범위의 양 또는 출력 드라이버의 슬루 용량(slew capacity)은 선형 출력 전력의 소정량을 제공하도록 제어될 수 있다. 바이어스 컨트롤러(109)는 전치-드라이버 신호 이득 제어와 매칭되게 동작하여, 출력 드라이버의 슬루 용량 및/또는 선형성이 전치-드라이버 증폭기(105)의 신호 이득을 "추종(track)"하여, 출력 드라이버(107)에 의해 사용된 전류가 전치-드라이버 증폭기(105)에서의 입력 신호 레벨에 스케일링된다.
비록 바이어스 컨트롤러(109)가 출력 드라이버(107)에 공급된 전류를 감소시키지만, 전치-드라이버 증폭기(105) 및 바이어스 컨트롤러(109)에 의해서 이용된 동작 전류량은 여전히 일정하다. 효율성 증가와 낮은 전류 소모를 제공하기 위해서, 이러한 컴포넌트들에 의해 이용된 전류량은 또한 AGC(automatic gain control;111)를 이용해서 제어될 수 있다. AGC(111)는 전치-드라이버 증폭기(105) 및 바이어스 컨트롤러(109)에 의한 사용량을 스케일링해서 동작하므로 인해, 출력 드라이버(107)는 소정의 선형성 및 이득 요구조건을 유지하는데 필요한 전류량만이 공급된다. 이러한 최소 요구조건이 만족되는 한, 어떠한 전류도 소비되지 않고 최대 효율성이 달성된다. 따라서, 전치-드라이버 증폭기(105)는 상당히 감소된 전류에서 필요한 신호 이득 제어를 제공하는 한편, 출력 드라이버 바이어스 전류는 전치-드라이버에 의한 입력에서 이 전류에 나타나는 신호 레벨에 기초하여 자동으로 조정된다.
본 발명의 주요 이점은 출력 드라이버(107)와 전치-드라이버 증폭기(105) 조합의 사용이다. 출력 드라이버(107)의 입력은 비교적 고 임피던스이기 때문에, 전치-드라이버 증폭기(105)는 일반적으로 저 임피던스로 존재하는 고 전류 부하를 구동해야할 필요가 없다. 결과적으로, 출력 드라이버(107)의 입력에 RF 전압을 제공 하기 위해 전치-드라이버 증폭기(105)는 훨씬 작은 전류 소모가 요구된다. 따라서, 전치-드라이버 증폭기(105)의 이득 변화는 출력 드라이버(107)에서와 같은 다른 전류를 필요로 하지 않는다. 더욱이, 전치-드라이버 증폭기(105)는, 고 임피던스 부하를 구동하기 위해 훨씬 적은 전류 소모를 요구하는 작은 용량성 부하를 가지는 한, 훨씬 작게 만들어질 수 있다.
도 2는 선형 RF 드라이버(200) 내의 전력을 효율적으로 제어하는 방법의 순서도이다. 바람직한 방법은 믹서로부터의 신호를 전치-드라이버 증폭기(201)에 제공하는 단계를 포함한다. 전치-드라이버 증폭기는 신호 레벨을 증폭 및 제어하고, 출력 드라이버 슬루 용량이 바이어스된 컨트롤러(205)를 이용하여 조정되는 실질적으로 높은 임피던스 입력에 증폭기 RF 신호를 공급한다. 최대 전류 효율성을 제공하기 위해서, 출력 드라이버에 공급된 전류는 출력 드라이버(207)의 선형성을 유지하는 최소의 전류 소모를 위해서 조정된다.
따라서, 본 발명은 전력 레벨 제어를 갖춘 선형 전력의 효율적 RF 드라이버 시스템을 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 본 발명은 실질적으로 높은 임피던스 입력을 갖는 출력 드라이버(107)를 구동하는 신호 이득 컨트롤러 전치-드라이버 증폭기(105)를 이용한다. 전치-드라이버 증폭기(105)의 출력 신호 및 바이어스 컨트롤러(109)의 출력 전류는, AGC 제어선에 의해서 튜닝되어, 출력 드라이버(107)에 공급된 신호가 감소된 레벨에 있을 때 출력 드라이버에 의해서 전류의 최소량만을 사용한다. 이것은 바이어스 컨트롤러(109)에 의해 출력 드라이버(107)에 공급된 바이어스 전류가, 전치-드라이버 증폭기(105)에 의해서 이용된 이득 제어량에 매치 되게 하여, 주어진 출력 신호 레벨에 대한 최적의 전류 소모 효율성을 유지하게 한다. 따라서, 본 발명의 시스템 및 방법은 최소 전류에서 낮은 신호 왜곡 에러로 스윙하는 드라이버 입력에 기초하여 동시 전류(simultaneous current) 및 전력 앰프 저감을 이용한다.
본 발명의 바람직한 실시예가 도시되고 기술되었지만, 본 발명은 이에 한정되지 않음이 자명하다. 첨부된 특허청구범위에 의해 정의된 바와 같이, 본 발명의 정신과 범위로부터 벗어나지 않고서 수많은 변경, 변화, 변형, 대체 및 균등물이 당업자에게 자명할 것이다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "포함하다", "포함하는" 또는 그들의 어떠한 다른 변형은 비배타적인 포함을 커버하도록 의도되므로, 구성요소의 리스트를 포함하는 프로세스, 방법, 물건, 또는 장치는 그러한 구성요소뿐만 아니라, 명백하게 열거되거나 그러한 프로세스, 방법, 물건 또는 장치에 내재되지 않은 다른 구성요소도 포함할 수 있다.

Claims (10)

  1. 선형 전력의 효율적인 RF(radio frequency) 드라이버 시스템으로서,
    RF 신호를 증폭하기 위한 적어도 하나의 전치-드라이버(pre-driver) 증폭기와,
    상기 전치-드라이버 증폭기로부터 상기 신호를 증폭하기 위한, 실질적으로 높은 임피던스 입력을 갖는 출력 드라이버와,
    상기 출력 드라이버의 상기 RF 전력 출력을 제어하는 바이어스 컨트롤러를 포함하고,
    상기 바이어스 컨트롤러는 상기 전치-드라이버 증폭기의 이득 제어와 매칭되어 상기 출력 드라이버의 슬루 용량과 상기 출력 드라이버의 선형성이 상기 전치-드라이버 증폭기의 신호 이득을 추종함으로써, 상기 출력 드라이버에 의해 사용되는 전류가 상기 전치-드라이버 증폭기에서의 상기 RF 신호에 맞게 스케일되며,
    상기 전치-드라이버 증폭기 및 상기 바이어스 컨트롤러에 공급되는 전류는 상기 출력 드라이버의 선형성을 유지하면서 최소 레벨로 제어되는 RF 드라이버 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전치-드라이버 증폭기는 실질적으로 낮은 부하 용량을 갖는 RF 드라이버 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전치-드라이버 증폭기에 의해 이용되는 바이어스 전류는 상기 바이어스 컨트롤러의 바이어스 전류에 실질적으로 매칭되도록 조정되는 RF 드라이버 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전치-드라이버 증폭기에 의해 이용되는 바이어스 전류는 상기 바이어스 컨트롤러의 바이어스 전류에 비례하는 관계(scaled relation)로 조정되는 RF 드라이버 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 출력 드라이버는 실질적으로 낮은 임피던스에 RF 출력을 제공하는 RF 드라이버 시스템.
  6. 전력 증폭기의 전력 출력을 효율적으로 조정하기 위한 RF 드라이버 시스템으로서,
    RF 신호를 제공하는 믹서와,
    상기 RF 신호를 증폭하는 전치-드라이버 증폭기와,
    상기 전치-드라이버 증폭기의 출력을 증폭하는 출력 드라이버와,
    출력 드라이버 바이어스 전류를 조정함으로써 상기 출력 드라이버의 출력 전력을 제어하는 바이어스 컨트롤러를 포함하고,
    상기 바이어스 컨트롤러는 상기 전치-드라이버 증폭기의 이득 제어와 매칭되어 상기 출력 드라이버의 슬루 용량과 상기 출력 드라이버의 선형성이 상기 전치-드라이버 증폭기의 신호 이득을 추종함으로써, 상기 출력 드라이버에 의해 사용되는 전류가 상기 전치-드라이버 증폭기에서의 상기 RF 신호에 맞게 스케일되며,
    상기 전치-드라이버 증폭기에 의해 이용되는 바이어스 전류는 상기 출력 드라이버의 선형성을 유지하기 위해 최소 레벨로 조정되는 RF 드라이버 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 출력 드라이버의 입력은 상기 전치-드라이버 증폭기에 의해 이용되는 상기 전류를 감소시키는 실질적으로 높은 임피던스에 있는 RF 드라이버 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 바이어스 컨트롤러에 의해 이용되는 상기 바이어스 전류는, 상기 전치-드라이버 증폭기로의 상기 바이어스 전류의 조정에 따라 조정되어, 높은 전류 소모 효율성을 유지하는 RF 드라이버 시스템.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 전치-드라이버 증폭기는 실질적으로 낮은 부하 커패시턴스를 가져 전류 소모를 최소화하는 RF 드라이버 시스템.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 출력 드라이버는 실질적으로 낮은 임피던스를 구동하는 RF 드라이버 시스템.
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