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KR101618119B1 - 포락선 제거 및 복원 기법 기반의 전력 증폭 장치 - Google Patents

포락선 제거 및 복원 기법 기반의 전력 증폭 장치 Download PDF

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KR101618119B1
KR101618119B1 KR1020080132100A KR20080132100A KR101618119B1 KR 101618119 B1 KR101618119 B1 KR 101618119B1 KR 1020080132100 A KR1020080132100 A KR 1020080132100A KR 20080132100 A KR20080132100 A KR 20080132100A KR 101618119 B1 KR101618119 B1 KR 101618119B1
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switch
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Abstract

본 발명은 EER(Envelope Elimination & Restoration) 기법 기반의 전력 증폭 장치에 관한 것으로, 포락선(envelope) 신호의 고주파 성분을 증폭하는 전압 증폭기(vol상기 포락선 신호의 저주파 성분에 대응되는 제1PWM(Pulse Width Mudulation) 신호에 따라 전력 증폭기의 드레인 바이어스(drain bias)의 저주파 성분 신호를 생성하는 스위칭 증폭기(switching)와, 상기 스위칭 증폭기와 병렬로 연결되며, 상기 스위칭 증폭기의 출력에 전류를 더하거나 또는 빼냄으로써 상기 스위칭 증폭기의 출력에 고주파 성분 신호를 추가하는 푸쉬풀 스위치(push-pull switch)를 포함하여, 포락선 증폭기 내의 스위칭 증폭기(switching amplifier)의 처리 주파수 영역이 증가하고, 이에 따라, 전체 증폭기 효율이 높아진다.
Figure R1020080132100
전력 증폭기(PA : Power Amplifier), EER(Envelope Elimination & Restoration), 푸쉬풀 스위치(push-pull switch), 벅 컨버터(buck converter)

Description

포락선 제거 및 복원 기법 기반의 전력 증폭 장치{APPARATUS FOR POWER AMPLIFYING BASED ON ENVELOPE ELIMINATION AND RESTORATION}
본 발명은 전력 증폭기에 대한 것으로, 특히, 푸쉬풀 스위칭(push-pull switching)을 이용한 EER(Envelope Elimination & Restoration) 기법 기반의 전력 증폭 장치에 관한 것이다.
전력 증폭기(PA : Power Amplifier)는 무선통신 시스템에서 송신 신호를 증폭시키기 위해 사용되며, 가격 측면에서 상당한 비중을 차지한다. 따라서, 많은 무선통신 시스템의 개발자들은 고효율을 갖는 전력 증폭기를 개발하기 위해 많은 노력을 하고 있다. 하지만, 고효율, 광대역, 고출력의 조건을 모두 만족하는 전력 증폭기를 개발하는 것은 쉽지 않다. 전력 증폭기의 효율을 높이기 위한 기법으로, ET(Envelope Tracking) 기법 및 EER(Envelope Elimination & Restoration) 기법 등이 제안되어 있으나, 높은 구현 난이도로 인해 효율 및 대역 특성을 모두 개선시키는 것은 어렵다.
상기 EER 기법에 따르는 전력 증폭기의 구성을 살펴보면 도 1과 같다. 포락 선 검출기(110)은 입력되는 RF(Radio Frequency) 대역 신호의 포락선을 검출하여 출력하고, 위상 검출기(120)는 입력되는 RF 대역 신호의 위상을 검출하여 출력한다. 즉, RF 대역 신호는 크기(amplitude) 및 위상(phase)으로 나누어져 증폭된다. 이때, 위상을 증폭하는 스위칭 모드 전력 증폭기(140)의 드레인 바이어스(drain bias)는 포락선 증폭기(130)의 출력이다. 따라서, 상기 스위칭 모드 전력 증폭기(140)가 포화 모드(saturation mode)로 동작하는 경우, 상기 스위칭 모드 전력 증폭기(140)의 출력의 포락선은 상기 포락선 증폭기(130)의 출력에 따른다.
여기서, 상기 포락선 증폭기(130)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 전압 증폭기(voltage amplifier)(210), 저항(220), OP 앰프(OPerational amplifier)(230), 스위칭 증폭기(switching amplifier)(240)를 포함하여 구성된다. 상기 전압 증폭기(210)는 일반적으로 B급 푸쉬풀(class-B push-pull) 구조를 가지며, 전압 소스(voltage source)와 같이 동작한다. 상기 B급 푸쉬풀 구조를 갖는 증폭기는 낮은 효율을 갖지만, 넓은 대역폭을 가지도록 설계될 수 있다. 상기 OP 앰프(230)의 출력은 상기 저항(220)에 흐르는 전류의 방향에 따라 결정되며, 상기 스위칭 증폭기(240)의 제어신호로서 PWM(Pulse Width Modulation) 형태의 신호이다. 상기 스위칭 증폭기(240)로서, 벅 컨버터(buck converter)가 사용될 수 있는데, 상기 벅 컨버터는 전류 소스(current source)와 같이 동작한다. 상기 스위칭 증폭기(240)의 제어신호가 포지티브(positive)이면 상기 스위칭 증폭기(240) 내의 스위치(242)가 온(on) 상태로 되며, 상기 인덕터(244)에 흐르는 전류가 증가한다. 반대로, 상기 스위칭 증폭기(240)의 제어신호가 네거티브(negative)이면 상기 스위치(242)가 오 프(off) 상태로 되며, 상기 인덕터(244)에 흐르는 전류가 감소한다.
일반적으로, 상기 벅 컨버터는 85% 이상의 높은 효율을 가지고 있으나, 스위칭 주파수가 높아질수록 손실이 증가하므로, 고주파 동작에는 적합하지 않다. 따라서, 상기 포락선 증폭기는 신호의 저주파 영역을 처리하는 상기 스위칭 증폭기 및 신호의 고주파 영역을 처리하는 상기 전압 증폭기로 구성된다. RF 대역 신호의 포락선을 검출하는 경우, 대역폭이 기저대역 신호의 두 배 이상으로 증가하기 때문에, 저주파 영역의 증폭 효율이 전체 포락선 증폭기 성능을 크게 좌우한다. 따라서, 상기 스위칭 증폭기의 효율이 상대적으로 높기 때문에, 상기 스위칭 증폭기가 가능한 많은 대역의 신호를 처리한다면, 전력 증폭기의 전체 성능이 향상된다. 하지만, 상기 스위칭 증폭기에 입력되는 신호의 스위칭 주파수가 높아질수록 손실이 커지기 때문에, 오히려 전체적인 효율이 저하되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 EER(Envelope Elimination & Restoration) 기법 기반의 전력 증폭기의 효율을 높이기 위한 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 EER 기법 기반의 전력 증폭기 내의 포락선 증폭기의 효율을 높이기 위한 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 EER 기법 기반의 전력 증폭기 내의 포락선 증폭기의 스위칭 증폭기(switching amplifier)의 처리 주파수 대역을 증가시키기 위한 장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1견지에 따르면, EER(Envelope Elimination & Restoration) 기법 기반의 전력 증폭 장치는, 포락선(envelope) 신호의 고주파 성분을 증폭하는 전압 증폭기(voltage amplifier)와, 상기 포락선 신호의 저주파 성분에 대응되는 제1PWM(Pulse Width Mudulation) 신호에 따라 전력 증폭기의 드레인 바이어스(drain bias)의 저주파 성분 신호를 생성하는 스위칭 증폭기(switching)와, 상기 스위칭 증폭기와 병렬로 연결되며, 상기 스위칭 증폭기의 출력에 전류를 더하거나 또는 빼냄으로써 상기 스위칭 증폭기의 출력에 고주파 성분 신호를 추가하는 푸쉬풀 스위치(push-pull switch)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2견지에 따르면, EER 기법 기반의 전력 증폭 방법은, 전압 증폭기가, 포락선 신호의 고주파 성분을 증폭하는 과정과, 스위칭 증폭기가, 상기 포락선 신호의 저주파 성분에 대응되는 제1PWM 신호에 따라 전력 증폭기의 드레인 바이어스의 저주파 성분 신호를 생성하는 과정과, 상기 스위칭 증폭기와 병렬로 연결된 푸쉬풀 스위치가, 상기 스위칭 증폭기의 출력에 전류를 더하거나 또는 빼냄으로써 상기 스위칭 증폭기의 출력에 고주파 성분 신호를 추가하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
EER(Envelope Elimination & Restoration) 기법 기반의 전력 증폭기(PA : Power Amplifier)에서 푸쉬풀 스위치(push-pull switch)를 추가함으로써, 포락선 증폭기 내의 스위칭 증폭기(switching amplifier)의 처리 주파수 영역이 증가하고, 이에 따라, 전체 증폭기 효율이 높아진다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우, 그 상세한 설명은 생략한다.
이하 본 발명은 EER(Envelope Elimination & Restoration) 기법 기반의 전력 증폭기(PA : Power Amplifier)에서 포락선 증폭기(envelope amplifier)의 효율을 높이기 위한 기술에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 EER 기법 기반의 전력 증폭 장치의 구성을 도시하고 있다.
상기 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 전력 증폭 장치는 전압 증폭기(voltage amplifier)(310), 저항(320), OP 앰프(OPerational amplifier)(330), 스위칭 증폭기(switching amplifier)(340), 푸쉬풀 스위치(push-pull switch)(350), 전력 증폭기(360)를 포함하여 구성된다.
상기 전압 증폭기(310)는 포락선 신호의 고주파 성분을 증폭한다. 예를 들어, 상기 전압 증폭기(310)는 B급 푸쉬풀(class-B push-pull) 증폭기로 구성될 수 있다. 상기 OP 앰프(330)는 상기 저항(320)에 흐르는 전류의 방향에 따라 변화하는 PWM(Pulse Width Modulation) 형태의 신호를 출력한다. 예를 들어, IBM이 Ibuck보다 큰 경우, Ilinear가 순방향으로 흐르게 되므로, 상기 OP 앰프(330)는 포지티브(positive) 신호를 출력한다. 그리고, IBM이 Ibuck보다 작은 경우, Ilinear가 역방향으로 흐르게 되므로, 상기 OP 앰프(330)는 네거티브(negative) 신호를 출력한다. 여기서, 상기 OP 앰프(330)의 출력은 상기 스위칭 증폭기(340)의 제어신호로 제공된다.
상기 스위칭 증폭기(340)는 상기 OP 앰프(330)으로부터 제공되는 제어신호, 즉, 포락선 신호의 저주파 성분에 대응되는 PWM 신호를 이용하여 증폭된 포락선 신호의 저주파 성분을 생성한다. 상기 스위칭 증폭기(340)는 직류 전압원과 연결되며, 상기 제어신호, 즉, 상기 PWM 신호에 따라 온-오프(on-off)되는 스위치(342) 및 상기 스위치과 직렬된 인덕터(inductor)(344)를 포함하여 구성된다. 상기 제어신호가 포지티브이면 상기 스위칭 증폭기(340) 내의 스위치(342)가 온(on) 상태로 되며, 상기 인덕터(344)에 흐르는 전류가 점차 증가한다. 반대로, 상기 스위칭 증폭기(340)의 제어신호가 네거티브이면 상기 스위치(342)가 오프(off) 상태로 되며, 상기 인덕터(344)에 흐르는 전류가 점차 감소한다. 예를 들어, 상기 스위칭 증폭기(340)는 벅 컨버터(buck converter)로 구성될 수 있다.
상기 푸쉬풀 스위치(350)는 상기 스위칭 증폭기(340)와 병렬로 연결되며, 고속 스위칭 동작을 통해 상기 스위칭 증폭기(340)에 의해 생성되지 못하는 Ibuck의 고주파 성분을 생성한다. 다시 말해, 상기 푸쉬풀 스위치(350)는 상기 스위칭 증폭기(340)의 출력 Ibuck,Low에 전류를 더하거나 또는 전류를 빼냄으로써, IBM에서 Ibuck이 차지하는 주파수 영역을 증가시킨다. 다시 말해, Ibuck,Low에 전류를 더하는 경우, 상기 푸쉬풀 스위치(350)는 순방향의 Ibuck,High를 제공하고, Ibuck,Low에 전류를 빼내는 경우, 상기 푸쉬풀 스위치(350)는 역방향의 Ibuck,High를 제공한다.
상기 전력 증폭기(360)는 상기 전압 증폭기(310)의 출력, 상기 스위칭 증폭 기(340)의 출력, 상기 푸쉬풀 스위치(350)의 출력을 합한 전류를 드레인 바이어스(drain biase)로 사용하여 RF(Radio Frequency) 대역 신호의 위상(phase) 신호를 증폭한다.
상기 도 3에 도시된 상기 포락선 증폭기의 구성에서, 상기 저항(320) 및 상기 OP 앰프(330)은 상기 스위칭 증폭기(340)의 제어신호를 생성하기 위한 구성이다. 상기 도 3과 같이 상기 스위칭 증폭기(340)의 제어신호를 생성하기 위해 상기 저항(320) 및 상기 OP 앰프(330)를 이용하는 것은 하나의 실시 예이며, 다른 실시 예에 따라 상기 저항(320) 및 상기 OP 앰프(330)의 기능을 대체할 수 있는 구성이 포함될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 상기 포락선 증폭기 내의 상기 푸쉬풀 스위치(350)의 구성을 도시하고 있다.
상기 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 푸쉬풀 스위치(350)는 제1다이오드(402-1), 제2다이오드(402-2), 제1스위치(404-1), 제2스위치(404-2), 인덕터(406)를 포함하여 구성된다. 이때, 상기 제1다이오드(402-1)는 직류 전압원과 순방향으로 연결되며, 상기 제1스위치(404-1)는 상기 제1다이오드(402-1)의 역방향 단자와 그라운드(ground) 사이에 위치한다. 그리고, 상기 제2스위치(404-2)는 상기 제1다이오드(402-1)와 병렬 연결되며, 상기 제2다이오드(402-2)의 순방향은 상기 제1다이오드(402-1) 및 상기 제2스위치(404-2)와 연결되며, 상기 제2다이오드(402-2)의 역방향은 그라운드와 연결된다. 그리고, 상기 인덕터(406)는 상기 제2다이오 드(404-2)의 순방향 단자와 연결된다.
상기 제1스위치(404-1) 및 상기 제2스위치(404-2)의 상태에 따라 제공되는 Ibuck,High가 변화한다. 이때, 상기 제1스위치(404-1) 및 상기 제2스위치(404-2)는 제공하고자 하는 Ibuck,High에 따라 제어된다고 가정한다.
Ibuck,High이 필요하지 않은 경우, 즉, 상기 스위칭 증폭기(340)의 출력에 전류를 더하거나 빼내지 않는 경우, 상기 제1스위치(404-1) 및 상기 제2스위치(404-2)는 오프 상태이다. 이때, 순방향의 Ibuck,High를 제공하고자 하는 경우, 상기 제1스위치(404-1)는 오프(off) 상태를 유지하고, 상기 제2스위치(404-2)는 온(on) 상태로 천이한다. 이에 따라, 상기 인덕터(406)에 흐르는 전류 Ibuck,High는 순방향으로 점차 증가하게 된다. 이때, 상기 푸쉬풀 스위치(350)의 등가 회로는 도 5의 (a)와 같다. 이후, 순방향의 Ibuck,High를 감소시키고자 하는 경우, 온 상태의 상기 제2스위치(404-2)는 오프 상태로 천이한다. 이에 따라, 상기 제2다이오드(402-2)를 통한 전류 루프(loop)가 구성되므로, 상기 인덕터(406)에 흐르는 전류 Ibuck,High는 점차 감소하게 된다. 이때, 상기 푸쉬풀 스위치(350)의 등가 회로는 도 5의 (b)와 같다.
역방향의 Ibuck,High를 제공하고자 하는 경우, 상기 제2스위치(404-2)는 오프 상태를 유지하고, 상기 제1스위치(404-1)는 온 상태로 천이한다. 이에 따라, 상기 인덕터(406)에 흐르는 전류 Ibuck,High는 역방향으로 점차 증가하게 된다. 이때, 상기 푸쉬풀 스위치(350)의 등가 회로는 도 5의 (c)와 같다. 이후, 역방향의 Ibuck,High를 감소시키고자 하는 경우, 온 상태의 상기 제1스위치(404-1)는 오프 상태로 천이한다. 이에 따라, 상기 제1다이오드(402-1)를 통한 전류 루프가 구성되므로, 상기 인덕터(406)에 흐르는 전류 Ibuck,High는 점차 감소하게 된다. 이때, 상기 푸쉬풀 스위치(350)의 등가 회로는 도 5의 (d)와 같다.
상기 도 4에 도시된 상기 푸쉬풀 스위치(350)의 구성에서, 상기 제1다이오드(402-1) 및 상기 제2다이오드(402-2)는 전류 방향에 따라 전류를 차단하거나 또는 천류를 흐르게 한다. 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 상기 제1다이오드(402-1) 및 상기 제2다이오드(402-2)는 스위치로 대체될 수 있다. 즉, 상기 제1다이오드(402-1) 및 상기 제2다이오드(402-2)의 위치에 스위치들이 삽입되고, 전류를 흐르게 해야하는 경우, 다시 말해, 상기 도 5의 (b) 및 (d)의 경우, 온 상태로 천이되고, 전류를 차단해야하는 경우, 다시 말해, 상기 도 5의 (a) 및 (c)의 경우, 오프 상태로 천이되도록 스위치가 제어됨으로써, 상술한 바와 동일한 동작이 수행된다.
상기 도 3을 참고하여 상술한 바와 같이 상기 도 4에 도시된 상기 푸쉬풀 스위치(350)는 상기 스위칭 증폭기(340)에 의해 생성되지 못하는 Ibuck의 고주파 성분을 생성한다. 따라서, 상기 푸쉬풀 스위치(350)는 상기 스위칭 증폭기(340)에 비하여 고속으로 동작해야 함은 자명하다. 그러므로, 상기 푸쉬풀 스위치(350)에 포함된 인덕터(406)는 상기 스위칭 증폭기(340)에 포함된 인덕터(344)보다 작은 인덕턴 스(inductance)를 가져야한다. 구체적인 실시 예로, 상기 푸쉬풀 스위치(350)에 포함된 인덕터(406)의 인덕턴스는 약 0.5μH, 상기 스위칭 증폭기(340)에 포함된 인덕터(344)의 인덕턴스는 약 20μH로 설정될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 EER 기법 기반의 전력 증폭 장치의 구성을 도시하고 있다. 상기 도 6은 상기 도 3에 도시된 저항(320) 및 OP 앰프(330)의 기능을 다른 구성을 대체한 경우의 실시 예를 도시하고 있다.
상기 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 전력 증폭 장치는 전압 증폭기(610), 저역필터(LPF : Low Pass Filter)(620), 제1PWM생성기(625), 대역필터(BPF : Band Pass Filter)(630), 제2PWM생성기(635), 스위칭 증폭기(640), 푸쉬풀 스위치(650), 전력 증폭기(660)를 포함하여 구성된다.
상기 전압 증폭기(610)는 포락선 신호의 고주파 성분을 증폭한다. 예를 들어, 상기 전압 증폭기(610)는 B급 푸쉬풀 증폭기로 구성될 수 있다.
상기 저역필터(620)는 상기 포락선 신호를 저역 필터링함으로써 상기 포락선 신호의 저주파 성분 신호를 출력한다. 상기 제1PWM생성기(625)는 상기 저주파 성분에 대응되는 제1PWM 신호를 생성한다. 다시 말해, 상기 제1PWM생성기(625)는 상기 포락선 신호의 저주파 성분에 따라 상기 스위칭 증폭기(640)의 스위칭 동작을 제어하기 위한 제1PWM 신호를 생성한다. 즉, 상기 제1PWM생성기(625)는 상기 저주파 성분 신호가 증가하는 구간은 포지티브 신호, 상기 저주파 성분 신호가 감소하는 구간은 네거티브 신호로 구성된 제1PWM 신호를 생성한다.
상기 대역필터(630)는 상기 포락선 신호를 대역 필터링함으로써 상기 포락선 신호의 특정 대역 성분 신호를 출력한다. 여기서, 상기 특정 대역은 상기 저역필터(620)에서 출력되는 신호의 대역보다 높고, 상기 전압증폭기(610)에 의해 증폭되는 고주파 성분보다 낮다. 이하 설명의 편의를 위해, 본 발명은 상기 특정 대역을 '중간 대역'이라 칭한다. 상기 제2PWM생성기(635)는 상기 중간 대역 성분에 대응되는 제2PWM 신호를 생성한다. 다시 말해, 상기 제2PWM생성기(635)는 상기 포락선 신호의 중간 대역 성분에 따라 상기 푸쉬풀 스위치(650)의 스위칭 동작을 제어하기 위한 제2PWM 신호를 생성한다. 즉, 상기 제2PWM생성기(635)는 상기 중간 대역 성분 신호가 증가하는 구간은 포지티브 신호, 상기 중간 대역 성분 신호가 감소하는 구간은 네거티브 신호로 구성된 제2PWM 신호를 생성한다.
상기 스위칭 증폭기(640)는 상기 제1PWM생성기(625)로부터 제공되는 제어신호, 즉, 상기 포락선 신호의 저주파 성분에 대응되는 제1PWM 신호에 따라 증폭된 포락선 신호의 저주파 성분을 생성한다. 상기 스위칭 증폭기(640)는 직류 전압원과 연결되며, 상기 제1PWM 신호를 제어신호로 사용함으로써 온-오프(on-off)되는 스위치(642) 및 상기 스위치과 직렬된 인덕터(644)를 포함하여 구성된다. 상기 제어신호가 포지티브이면 상기 스위칭 증폭기(640) 내의 스위치(642)가 온(on) 상태로 천이하며, 상기 인덕터(644)에 흐르는 전류가 점차 증가한다. 반대로, 상기 제어신호가 네거티브이면 상기 스위치(642)가 오프(off) 상태로 천이하며, 상기 인덕터(644)에 흐르는 전류가 점차 감소한다. 예를 들어, 상기 스위칭 증폭기(640)는 벅 컨버터로 구성될 수 있다.
상기 푸쉬풀 스위치(650)는 상기 스위칭 증폭기(640)와 병렬로 연결되며, 상기 제2PWM생성기(635)로부터 제공되는 제2PWM 신호, 즉, 상기 포락선 신호의 중간 대역 성분에 대응되는 제2PWM 신호에 따른 고속 스위칭 동작을 통해 상기 스위칭 증폭기(640)에 의해 생성되지 못하는 Ibuck의 고주파 성분을 생성한다. 다시 말해, 상기 푸쉬풀 스위치(650)는 상기 스위칭 증폭기(640)의 출력 Ibuck,Low에 전류를 더하거나 또는 전류를 빼냄으로써, IBM에서 Ibuck이 차지하는 주파수 영역을 증가시킨다. 다시 말해, Ibuck,Low에 전류를 더하는 경우, 상기 푸쉬풀 스위치(650)는 순방향의 Ibuck,High를 제공하고, Ibuck,Low에 전류를 빼내는 경우, 상기 푸쉬풀 스위치(650)는 역방향의 Ibuck,High를 제공한다. 상기 푸쉬풀 스위치(650)의 상세한 구성은 상기 도 4와 같으며, 제1스위치(440-1) 및 제2스위치(440-2)는 상기 제2PWM 신호를 제어 신호로 사용하여 온-오프된다. 즉, 상기 제어신호가 포지티브이면 상기 제1스위치(440-1)는 오프(off) 상태, 상기 제2스위치(440-2)는 온(on) 상태로 천이하며, 순방향의 Ibuck,High이 발생한다. 반대로, 상기 제어신호가 네거티브이면 상기 제1스위치(440-1)는 온(on) 상태, 상기 제2스위치(440-2)는 오프(off) 상태로 천이하며, 역방향의 Ibuck,High이 발생한다.
상기 전력 증폭기(660)는 상기 전압 증폭기(610)의 출력, 상기 스위칭 증폭기(640)의 출력, 상기 푸쉬풀 스위치(650)의 출력을 합한 전류를 드레인 바이어스(drain biase)로 사용하여 RF 대역 신호의 위상 신호를 증폭한다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 EER(Envelope Elimination & Restoration) 기법 기반의 전력 증폭기(PA : Power Amplifier)의 구성을 도시하는 도면,
도 2는 종래 기술에 따른 EER 기법 기반의 전력 증폭기 내의 포락선 증폭기의 구성을 도시하는 도면,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 EER 기법 기반의 전력 증폭기 내의 포락선 증폭기의 구성을 도시하는 도면,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 포락선 증폭기 내의 푸쉬풀 스위치(push-full switch)의 구성을 도시하는 도면,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 포락선 증폭기 내의 푸쉬풀 스위치의 동작에 따른 등가 회로를 도시하는 도면,
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 EER 기법 기반의 전력 증폭기 내의 포락선 증폭기의 구성을 도시하는 도면.

Claims (17)

  1. EER(Envelope Elimination & Restoration) 기법 기반의 전력 증폭 장치에 있어서,
    포락선(envelope) 신호의 고주파 성분을 증폭하는 전압 증폭기(voltage amplifier)와,
    상기 포락선 신호의 저주파 성분에 대응되는 제1PWM(Pulse Width Modulation) 신호에 따라 전력 증폭기의 드레인 바이어스(drain bias)의 저주파 성분 신호를 생성하는 스위칭 증폭기(switching amplifier)와,
    상기 스위칭 증폭기와 병렬로 연결되며, 상기 스위칭 증폭기의 출력에 전류를 더하거나 또는 빼냄으로써 상기 스위칭 증폭기의 출력에 고주파 성분 신호를 추가하는 푸쉬풀 스위치(push-pull switch)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 포락선 신호의 저주파 성분 신호를 통과(pass)시키는 저역 필터와,
    상기 포락선 신호의 저주파 성분 신호에 따라 상기 제1PWM 신호를 생성하는 제1생성기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 포락선 신호의 중간 주파수 성분 신호를 통과(pass)시키는 대역 필터와,
    상기 포락선 신호의 중간 주파수 성분 신호에 따라 제2PWM 신호를 생성하는 제2생성기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 증폭기는,
    직류 전압원과 연결되며, 상기 제1PWM 신호에 따라 온-오프(on-off)되는 스위치와,
    상기 스위치와 직렬로 연결되는 인덕터(inductor)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 푸쉬풀 스위치는,
    직류 전압원과 순방향으로 연결된 제1다이오드와,
    상기 제1다이오드의 역방향 단자와 그라운드(ground) 사이에 위치한 제1스위치와,
    상기 제1다이오드와 병렬 연결된 제2스위치와,
    상기 제1다이오드 및 상기 제2스위치와 순방향으로 직렬 연결되며, 그라운드와 역방향으로 연결된 제2다이오드와,
    상기 제2다이오드의 순방향 단자와 연결되는 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1스위치 및 상기 제2스위치는, 상기 포락선 신호의 중간 주파수 성분 신호에 따라 생성된 제2PWM 신호에 따라 온-오프(on-off)되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전압 증폭기의 출력, 상기 스위칭 증폭기의 출력, 상기 푸쉬풀 스위치의 출력을 합한 전류를 드레인 바이어스로 사용함으로써, RF(Radio Frequency) 대역 신호의 위상(phase) 신호를 증폭하는 상기 전력 증폭기(PA : Power Amplifier)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전압 증폭기는, B급 푸쉬풀(B class push-pull) 증폭기인 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 증폭기는, 벅 컨버터(buck converter)인 것을 특징으로 하는 장치.
  10. EER(Envelope Elimination & Restoration) 기법 기반의 전력 증폭 방법에 있어서,
    전압 증폭기(voltage amplifier)가, 포락선(envelope) 신호의 고주파 성분을 증폭하는 과정과,
    스위칭 증폭기(switching amplifier)가, 상기 포락선 신호의 저주파 성분에 대응되는 제1PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 이용하여 전력 증폭기의 드레인 바이어스(drain bias)의 저주파 성분 신호를 생성하는 과정과,
    상기 스위칭 증폭기와 병렬로 연결된 푸쉬풀 스위치(push-pull switch)가, 상기 스위칭 증폭기의 출력에 전류를 더하거나 또는 빼냄으로써 상기 스위칭 증폭기의 출력에 고주파 성분 신호를 추가하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    저역 필터를 통해 상기 포락선 신호의 저주파 성분 신호를 통과(pass)시키는 과정과,
    상기 포락선 신호의 저주파 성분 신호에 따라 상기 제1PWM 신호를 생성하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    대역 필터를 통해 상기 포락선 신호의 중간 주파수 성분 신호를 통과(pass)시키는 과정과,
    상기 포락선 신호의 중간 주파수 성분 신호에 따라 제2PWM 신호를 생성하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 스위칭 증폭기가 상기 저주파 성분 신호를 생성하는 과정은,
    상기 제1PWM 신호에 따라 직류 전압원 과 상기 스위칭 증폭기의 내부의 인덕 터(inductor)와의 연결을 온-오프(on-off)하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 푸쉬풀 스위치가 상기 고주파 성분 신호를 추가하는 과정은,
    직류 전압원과 순방향으로 연결된 제1다이오드의 역방향 단자와 그라운드(ground) 사이에 위치한 제1스위치, 및, 상기 제1다이오드와 병렬 연결되고, 그라운드와 역방향으로 연결된 제2다이오드의 순방향 단자와 연결되며 제2스위치를 상기 포락선 신호의 중간 주파수 성분 신호에 따라 생성되는 제2PWM 신호에 따라 온-오프(on-off)시킴으로써, 상기 제2다이오드의 순방향 단자와 연결되는 인덕터에 전류를 발생시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 전력 증폭기(PA : Power Amplifier)가, 상기 전압 증폭기의 출력, 상기 스위칭 증폭기의 출력, 상기 푸쉬풀 스위치의 출력을 합한 전류를 드레인 바이어스(drain bias)로 사용하여 RF(Radio Frequency) 대역 신호의 위상(phase) 신호를 증폭하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 전압 증폭기는, B급 푸쉬풀(B class push-pull) 증폭기인 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 스위칭 증폭기는, 벅 컨버터(buck converter)인 것을 특징으로 하는 방법.
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