KR20080003451A

KR20080003451A - 디지털 신호에서 무선 주파수 신호로의 직접 변조기를포함하는 재설정 가능 전송기

Info

Publication number: KR20080003451A
Application number: KR1020077027741A
Authority: KR
Inventors: 니알 이. 세이크샤프트; 주씨 에이치. 벱샐래이넨; 페트리 엘로란타; 파울리 셉피넨
Original assignee: 노키아 코포레이션
Priority date: 2005-04-29
Filing date: 2005-05-18
Publication date: 2008-01-07
Also published as: US7421037B2; CN101167324A; EP1875701A1; WO2006117589A1; US20050191976A1

Abstract

RF 전송기는 디지털 기저대역 신호들을 RF 신호들로 변환하기 위한 두 개의 디지털-RF 변환 모듈들을 사용한다. 데카르트 모드에서, 기저대역 신호들은 RF 변환을 위해 변환 모듈들로 전송된다. 폴라 모드에서, 기저대역 신호들은 진폭 및 위상 데이터 부분들로 변환된다. 위상 데이터 부분은 I 및 Q 데이터 부분들로 변환되고, 이들은 변환 모듈에 의해 RF 신호들로 변환되고, 이 RF 신호들은 전력 증폭기의 전력 공급을 통해 전력 증폭기에서 진폭 데이터 부분에 의해 변조된다. 각각의 디지털-RF 모듈은 D/A 변환 기능 및 IF 신호에 의한 상향변환 기능을 수행하기 위해 병렬 유닛 셀들을 이용한다. 데이터 신호 값을 가리키는 제어 전압을 수신하도록 된 각 유닛 셀은 차동 LO-스위치 쌍에 직렬 연결된 차동 데이터 스위치 섹션을 갖는 믹서 셀 타입 컨버터이다. LO-스위치는 전류 소스와 더 직렬 연결된다.

Description

디지털 신호에서 무선 주파수 신호로의 직접 변조기를 포함하는 재설정 가능 전송기{Reconfigurable transmitter with direct digital to RF modulator}

본 발명은 일반적으로 RF 전송기에 관한 것으로서, 보다 상세히는 디지털-RF 컨버터를 포함한 재설정 가능 (re-configurable) 전송기에 관한 것이다.

무선 통신 어플리케이션들에 있어서, 그 설계는 모바일 단말들의 집적 레벨을 높인 간단하면서 저렴한 무선 구조들을 지속적으로 지향해 왔다. 일반적으로, 직접 상향변환 (upconversion) 전송기는 적어도 I/Q 변조기, RF 믹서, 필터 및 전력 증폭기를 포함한다. I/Q 변조기는 위상 변조 신호들을 생성하기 위한 효과적인 방식이다. 그것은 하나의 합성 (complex) 파형을 생성하기 위해 두 개의 직교 신호들인 I (동상) 및 Q (직교위상)에 의존한다. 직접 상향변환 전송기에서 I/Q 변조기는 각각의 직교 입력 신호의 주파수 스펙트럼을 RF 캐리어 (carrier) 주파수로 변환한다. 이와 같이, 디지털 기저대역을 도 1a에 도시된 것처럼 아날로그 기저대역으로 변환하는데에는 두 개의 디지털-아날로그 (D/A) 컨버터들이 필요로 된다. 그러한 일반적인 직접 상향변환 전송기에서, 기저대역 디지털 데이터는 동상 및 직교 위상 성분들로 분해된다. 그런 다음 이들 데이터 스트림들은 각각의 디지털-아날로그 컨버터들을 이용해 아날로그, 저대역 통과 (lowpass), 기저대역 신호들로 변환된다. 그런 다음, 기저대역 클록 주파수의 고조파에 집중된 신호들의 복제본들을 제거하기 위해, 양자화된 아날로그 신호들이 저대역 통과 재구성 필터들에 의해 필터링된다. 필터링된 아날로그 신호들은 I/Q 변조기로의 입력으로 사용된다. 도 1a에 도시된 바와 같이, I/Q 변조기는 두 개의 기저대역-RF (baseband-to-RF) 상향변환 믹서들을 포함하고 이들의 출력 신호들은 합해진다. I/O 변조기는 두 개의 기저대역 입력들 및, 발진기 입력들 간에 90도의 위상 차가 나는 두 개의 국부 발진기 (

및

,

은 로컬 오실레이터의 주파수)를 가진다. I/Q 변조기의 출력은 RF 신호가 된다.

온전한 전송기를 만들기 위해, 실제 무선 규격 요건을 만족하려면, 다음과 같은 구성요소들을 포함할 필요가 있다:

- 출력 레벨을 요청 레벨까지 올리기 위한 전력 증폭기 (PA, power amplifier);

- 잡음 및/또는 의사신호를 억제하기 위한 대역통과 필터; 및

- 이하의 수단들, 1) 전력 증폭기 이득 조정; 2) 가변 이득 증폭기 이득 조정; 및 3) I/Q 변조기 출력 전력 조정 가운데 하나 이상을 통해 동적 영역 적응성을 갖도록 하는 전력 제어 모듈.

상기 직접 상향변환 전송기의 한 예가 도 1b에 도시되어 있다.

최근 들어, RF R&D 커뮤니티로부터 다른 형태의 전송기들이 주목을 받고 있다: 전송기 전력 소비를 줄이기 위해 클래스-C, D, E, F 또는 포화 된 클래스-B를 포함하는 고효율, 비선형 전력 증폭기들이 그들이다. 그러나 이러한 비선형 전력 증폭기들은 스펙트럼 상승 (spectral re-growth) 없이는 진폭 변조를 통과할 수 없다. 따라서, 입력 RF 신호는 위상 변조만을 포함할 수 있다. 진폭 변조는 PA 전력 공급기에서 별도로 도입되어야 한다.

진폭 및 위상의 구분으로 인해, 이러한 타입의 전송기 구조를 일반적으로 폴라 전송기들 (polar transmitters)이라 부르며, 이것은 I 및 Q 기저대역 신호들을 이용하는 데카르트 좌표와 대조된다.

폴라 전송기 구조들은 다음과 같은 일반적인 형식을 포함한다:

포락선 제거 및 복구 ( EER , Envelope Elimination and Restoration)

이 구조하에서, I/Q 변조기를 통해 RF 신호가 우선 생성된다. 포락선이 검출되어 PA 전력 공급기로 공급된다. 그런 다음 이 신호는 전력 증폭기로 공급되기 전에 PM-유일 (only) 신호를 유지하기 위해 리미터 (limiter)를 통과한다. 이 구조는 때로 오프셋-루프 (offset-loop) 접근방식을 통해, 종종 상향-변환 역시 포함한다.

합성기 (synthesizer) 변조를 하는 폴라 전송기(TX)

이 접근방식에서는 포락선 제거 및 복구는 하지 않으며, 대신 진폭 및 위상 신호들이 디지털 기저대역에서 생성된다. 진폭 신호는 DAC (digital to analog converter)로 주어지고, 계속해서 비선형 전력 증폭기 및 전력 공급기로 주어진다. 주파수 변조를 수행하기 위해 분화된 위상 신호는 위상 동기 루프 (phase-locked loop) 합성기를 변조하는데 사용된다. 합성기는 종종, 주파수 변조를 얻기 위해 FM 데이터가 시그마-델타 변조기로 보내지는 부분 (fractional) N PLL에 해당한다. PLL 루프 대역폭 너머로 대역폭을 확장하기 위해, 다음과 같은 기술들이 사용될 수 있다:

- 루프 필터 역학을 보상하기 위한 사전 왜곡 (predistortion) 또는 사전 강조 (pre-emphasis);

- 2 포인트 변조 (two point modulation) 방식으로, VCL 제어 핀으로 바로 가는 이차 '고대역 통과' 위상 변조 경로의 추가 (도 2 참조); 및

- 위상 피드백 이용.

I/Q 변조기를 이용하는 직접 상향변환 전송기와 관련된 기본적인 문제들은 다음과 같다:

- I/Q 변조기 블록의 고전력 소비;

- 기저대역 증폭기들의 비선형성, 미스매치 (mismatch) 효과로 인한 캐리어 피드스루 (feed-through) 같은 I/Q 변조기 내 아날로그 성분들의 이상적이지 못한 성능;

- 아날로그 기저대역 회로들에 의해 제한된 대역폭; 및

- 모든 기능들을 통합하는데 필요한 넓은 다이 (die) 영역.

전류-스티어링 (current-steering) D/A 컨버터들은 종래의 상향변환 전송기와 관련된 상기 문제들의 일부를 해결할 수 있다. 일반적인 전류-스티어링 D/A 컨 버터는 도 4에 도시된 바와 같이 둘 이상의 서브 블록들로 나눠지는 복수의 병렬 유닛 셀들을 포함한다. 도면에서, 컨버터는 일반적인 세그먼트 구성으로 도시되고 있는데, 여기서 LSB (least-significant bit) 셀들에서의 전류는 병렬 2진 가중 (binary weighted) 유닛들이고, 반면 MSB (most-significant bit) 서브 블록은 1진 코드화 (unary coded) 셀들의 집합을 포함한다. 1진 코드화 셀들의 개수는 (2^m-1)이며, 여기서 m은 MSB 서브 블록 내 비트들의 개수이다. 따라서, MSB 서브 블록 내 최초 비트에 대한 전류가 한 1진 코드화 셀에서 생성되고, MSB 서브 블록 내 두 번째 비트에 대한 전류는 두 개의 1진 코드화 셀들에서 생성되며, m 비트에 대한 전류는 2^m-1 셀들에서 생성된다. D/A 컨버터는 차동 전류들인 I_out 및 I_xout을 운반하기 위한 두 개의 전류 경로들을 포함해, 아날로그 신호 출력 V_out이 두 개의 외부 부하 저항들 (미도시)을 통해 형성될 수 있도록 한다.

통상적으로, 병렬 유닛 셀들 각각은, 도 5에 도시된 바와 같이, 캐스코드 (cascode) 전류 소스에 직렬로 연결된 차동 (differential) 스위치 쌍을 포함한다. 차동 스위치 쌍은 D/A 컨버터의 출력 단들인 V_o 및 V_xo에 연결되는 두 개의 전류 제어 경로들 Q1 및 Q2를 포함한다. 이 경로들 상에서의 전류는, 디지털 제어 로직에 의해 주어지고 신호 N의 값을 가리키는 상보(complementary) 신호들 V_LN ₊ 및 V_LN _-에 의해 제어된다. 캐스코드 전류 소스는 셀 내에서의 전류들이 DC 바이어스4에 의해 조정될 수 있도록 하는 두 개의 트랜지스터들인 Q3 및 Q4를 포함한다.

D/A 컨버터들 및 I/Q 변조기들은 복잡한 고성능 아날로그 요소들이다. 이들 아날로그 요소들의 필요요건이 일반적으로 RF 전송기의 융통성을 제한한다.

완전 디지털 라디오 전송기 (Fully Digital Radio Transmitter)

이상적으로 디지털 라디오 전송기는 라디오 규격과 무관하고 모든 변조 방식들 및 신호 주파수대들에서 사용될 수 있다. 이를 위한 한 방법이, 사용 규격의 최대 라디오 주파수의 최소 두 배에서 작동할 수 있는 D/A 컨버터를 이용해 디지털 기저대역 신호를 RF 신호로 직접 변환하도록 하는 것일 수 있다. RF 생성에 사용할 D/A 컨버터들과 관련된 주요 문제들 가운데 하나는 높은 샘플링 주파수이다. 1.8GHz의 RF 신호가 생성되면, 디지털 기저대역의 샘플링 레이트는 적어도 3.6 GHz여야 한다. 또, 샘플링 주파수와 디지털 신호 주파수 사이의 주파수 차 주변의 미러 (mirror) 이미지 성분을 효과적으로 필터링하기 위해, 훨씬 더 높은 샘플링 레이트가 필요로 된다. 그러한 높은 샘플링 주파수를 가진 D/A 컨버터는 높은 가격과 높은 전력 소비로 인해, 그 구현이 실용적이지 못하다. 그러한 이유로, D/A 컨버터들은 보통 기저대역이나 낮은 IF 영역 안에서 사용된다. 이러한 컨버터들은 RF 생성을 위해 높은 성능의 아날로그 믹서들과 함께 이용된다. 그 I/Q 믹서들은 수십 밀리 암페어의 DC 전류를 손쉽게 소비한다. 게다가, D/A 컨버터들이 기저대역과 IF 영역에서 사용될 때, 수백 메가 헤르쯔의 높은 데이터 레이트로 인해 잡음 전류 스파이크 (spikes)가 발생한다. 이러한 잡음 스파이크들이 RF 전송기의 성능을 제한할 수 있다.

따라서, RF 생성과 관련한 디지털-아날로그 변환을 수행하기 위한, 저렴한 가격의 방법 및 장치를 제공하는 것이 바람직하게 요망될 수 있다. 그와 동시에, 전력 소비도 줄어들게 된다.

Yuan (EP1338085)은 컨버터 셀의 상향 변환 타입이 사용되는 직접 디지털 진폭 변조기에 대해 개시하고 있다. Yuan에서, 여러 서브 스위칭 된 전류 소스 유닛들은, 디지털 입력 신호 및 지연되거나 지연되지 않은 클록 신호와의 결합에 따라 스위치 온(on) 되거나 오프(off)되어, 지연된 클록 신호들에 의해 정밀하게 제어되는 때에 양자화된 RF, IF 또는 DC 전류들 및/또는 전압들을 생성하거나 제거한다. 그로써, 전류 소스를 스위치 온 한 뒤 전류 소스의 느린 전류 안정으로 인해 회로의 성능이 떨어진다.

전류 흐름의 컷오프 (cutting off)를 피하는, 직접적 디지털 진폭 변조 방법 및 장치를 제공하는 것이 바람직하게 요망될 수 있다.

본 발명은 디지털 기저대역 신호들을 RF 신호로 변환하는 두 디지털-RF 변환 모듈들을 이용한다. 디지털-RF 변환 모듈은 D/A 변환 기능 및 RF-캐리어나 IF 신호에 의한 상향 변환 (upconversion) 기능을 결합한다. 이 모듈은 복수의 병렬 유닛 셀들을 포함하며, 그러한 셀들 각각은 직렬로 차동 (differential) LO-스위치 쌍에 연결되는 차동 데이터 스위치 섹션을 가지는 믹서 셀 타입 컨버터에 해당한다. 차동 LO-스위치는 다시 전류 소스에 직렬로 연결된다. 각각의 유닛 셀은 데이터 신호 값을 가리키는 제어 전압을 수신하도록 되어 있다.

본 발명에 따르면, I 및 Q 기저대역 신호들은 데카르트-폴라 (Cartesian-to-Polar) 변화기에 의해 진폭 데이터 부분과 위상 데이터 부분으로 변환된다. 위상 데이터 부분은 폴라-데카르트 컨버터에 의해 I 위상 데이터 부분과 Q 위상 데이터 부분으로 재변환되어, 디지털-RF 변환 모듈들로의 디지털 기저대역 신호들로서 사용된다. 이와 같이, 디지털-RF 변환 모듈들로부터의 RF 신호들은 일정한 포락선 (envelope)을 가진 위상 변조된 캐리어이다. 증폭되고 대역통과 필터링 된 후, 그 위상 변조 캐리어는 스위칭 모드 (switched-mode) 전력 증폭기에서 진폭 데이터 부분에 의해 진폭 변조된다. 본 발명의 일실시예에서, 전송기는 폴라 단독 (polar only) RF 전송기이다. 본 발명의 다른 실시예에서, 전송기는 폴라 모드와 데카르트 모드에서 작동할 수 있도록 재설정될 수 있다.

따라서, 본 발명은 제1디지털 기저대역 신호 및 제2디지털 기저대역 신호에 기초해 RF 신호들을 전송하는 RF 전송기를 제안하며, 상기 제2디지털 기저대역 신호는 제1기저대역 신호로부터 위상 쉬프트 (phase shift) 된 것이다. 이러한 전송기는,

제1디지털 신호 및 제2디지털 신호를 수신하기 위한 컨버터 입력단 및 제1RF 신호들을 제공하는 컨버터 출력단을 구비한 디지털-RF 컨버터;

전압 공급 입력부를 포함하며, 제1RF 신호들에 반응해, 전송할 RF 신호들을 제공하는 전력 증폭기;

전력 증폭기의 전압 공급 입력부에 기능적으로 연결되어 전력 증폭기에 공급 전압을 제공하는 전력 공급기; 및

제1 및 제2디지털 기저대역 신호들에 반응하여 제1 및 제2디지털 기저대역 신호들에 기반한 폴라 형식의 신호들을 제공하고, 이때 상기 폴라 형식의 신호들은 진폭 데이터 부분과 위상 데이터 부분을 포함하고, 위상 데이터 부분은 제1위상각 데이터 부분과, 제1위상각 데이터 부분으로부터 위상 쉬프트된 제2위상각 데이터 부분으로 변환되며, 전력 공급기와 기능적으로 연결되어 진폭 데이터 부분에 기반한 변조 신호가 전력 증폭기로의 공급 전압을 변조하기 위해 전력 증폭기로 보내지도록 하며, 또한 디지털-RF 컨버터와도 기능적으로 연결되어 제1및 제2디지털 신호들을 제공하기 위한 디지털-RF 컨버터의 컨버터 입력단으로 제1 및 제2위상각 데이터 부분들을 운반하도록 된 모드 변환 수단을 포함하고, 제1 및 제2입력 디지털 신호들 각각은 복수의 데이터 비트들을 가지며, 상기 디지털-RF 컨버터는 제1입력 디지털 신호를 수신하기 위한 제1변환 구성요소, 및 제2입력 디지털 신호를 수신하기 위한 제2변환 구성요소를 포함하며, 제1 및 제2변환 구성요소들 각각은 두 캐리어 신호단들 사이에서 제공되는 캐리어 신호에 의해 변조된 차동 출력 신호를 제공하기 위해 해당 데이터 비트들을 변환하고, 상기 차동 출력 신호는 전류 부하들로 이뤄져 두 출력단들 사이에서 주어지고 제1RF 신호들을 나타내며, 상기 변환 구성요소들 각각은,

병렬로 연결되어 있고, 그 각 유닛이 두 제어 전압단들 사이에 주어지고 데이터 신호 값을 가리키는 제어 전압을 수신하도록 되어 있는 복수의 변환 유닛들을 포함하고, 상기 각 유닛은,

각각이 출력단들 중 다른 하나와 기능적으로 연결되어 있는 두 개의 입력 전류 경로들; 및 제어 전압단들과 연결되어 상기 두 입력 전류 경로들에서 데이터 신호 값을 가리키는 차동 전류들을 운반하기 위한 두 차동 스위치 쌍들을 포함하는 제1차동 스위치 섹션;

각각이 직렬로 두 차동 스위치 쌍들 중 다른 하나와 기능적으로 연결되어 있는 두 개의 제어 전류 경로들을 포함하고, 상기 제어 전류 경로들은 캐리어 신호단들 중 다른 하나와 기능적이고도 독자적으로 연결되어 있는, 캐리어 신호와 함께 차동 전류들을 변조하도록 된 제2차동 스위치 섹션; 및

제2차동 스위치 섹션에 직렬로 기능적으로 연결되어, 제어 전류 경로들 상의 전류들을 추가로 제어하기 위한 전류 소스를 포함한다.

본 발명에 따르면, RF 전송기는 제1모드 및 제2모드로 동작할 수 있다. 전송기는,

모드 변환 수단과 기능적으로 연결되어, 전송기가 제1모드로 동작할 때 모드 변환 수단을 전력 공급기 및 디지털-RF 컨버터로부터 분리하도록 구성되고, 제1 및 제2디지털 신호들을 제공하기 위해 디지털-RF 컨버터의 컨버터 입력단으로 제1 및 제2기저대역 신호들을 운반하도록 구성되고; 제2모드로 동작할 때 제1 및 제2디지털 신호들을 제공하기 위해 디지털-RF 컨버터의 컨버터 입력단으로 제1 및 제2위상각 데이터 부분들을 운반하고, 변조 신호를 전력 공급기로 운반하도록 구성된 스위칭 수단을 더 포함한다.

본 발명에 따르면, RF 전송기는, 전력 공급기와 기능적으로 연결되어 있고, 전송기가 제1모드로 동작할 때 전압 공급 입력부로의 공급 전압을 조정하기 위한 전력 제어 모듈을 더 포함한다.

본 발명에 따르면, RF 전송기는, 제1RF 신호들에 반응하여, 제1RF 신호들이 전력 증폭기로 운반되기 전에 제1RF 시호들을 필터링하기 위한 대역통과 필터, 및 제1RF 신호들에 반응하여, 제1RF 신호들이 대역통과 필터에 의해 필터링되기 전에 제1RF 신호들의 신호 레벨을 조정하는 가변 이득 증폭기를 더 포함한다.

본 발명에 따르면, 전력 제어 모듈은 디지털-RF 컨버터와 기능적으로 연결되어, 제1RF 신호들의 출력 레벨을 조정하고, 가변 이득 증폭기와 기능적으로 연결되어 제1RF 신호의 신호 레벨을 추가 조정하도록 된다.

본 발명에 따르면, RF 전송기는, 진폭 데이터 부분에 반응하여 변조 신호를 제공하는 디지털-아날로그 컨버터, 및 디지털-아날로그 컨버터 및 전력 공급기 사이에 놓여져 변조 신호를 저대역 통과 필터링하는 주파수 필터를 더 포함한다.

본 발명에 따르면, 진폭 데이터 부분은 모드 변환 모듈에서 디지털-아날로그 컨버터를 통한 전력 증폭기까지의 사이에 있는 제1경로와 관련되고, 위상 데이터 부분은 디지털-RF 컨버터를 통한 모드 변환 모듈 및 전력 증폭기 사이의 제2경로와 관련된다. RF 전송기는, 모드 변환 수단 및 전력 증폭기 사이에 놓여져, 제1경로 및 제2경로를 실질적으로 같게 만드는 경로 지연 조정 수단을 더 포함한다.

본 발명에 따르면, 전류 소스는 바이어스 전압 레벨에 기능적으로 연결되고 제어 단말을 구비한 적어도 한 전류 조정 구성요소를 더 포함하여 전류 조정 구성요소를 통과하는 전류를 조정하도록 하고; 제2차동 스위치 섹션은 제어 전류 경로들 중 서로 다른 것들에 배치되는 두 개의 전류 스위칭 구성요소를 포함하고, 전류 스위칭 구성 요소들 각각은 캐리어 신호단들 중 다른 하나에 기능적으로연결된 제어 단말을 포함하며; 제1차동 스위치 섹션은 제1차동 스위치 쌍 및 제2차동 스위치 쌍을 포함하고, 각 쌍은 제어 전압단들 중 다른 것들과 기능적으로 연결되는 두 전류 스위치들을 포함한다.

본 발명은 도 5-10과 관련된 내용파악을 통해 보다 자명해질 것이다.

도 1a는 전통적인 직접 상향변환 전송기를 보인 블록도이다.

도 1b는 가변 이득 증폭기 및 전력 제어 모듈을 가진 전통적인 직접 상향변환 전송기를 보인 블록도이다.

도 2는 합성기 변조 방식의 종래의 폴라 전송기에서 제2고대역 통과 위상 변조 경로로서 사용될 2-포인트 합성기 변조 모듈을 보인 블록도이다.

도 3은 종래의 D/A 컨버터를 예시한 개략도이다.

도 4는 종래의 D/A 컨버터에서 병렬 유닛 셀을 보인 회로이다.

도 5는 본 발명에 따른, 디지털-RF 컨버터를 도시한 개략도이다.

도 6은 본 발명에 따른, 디지털-RF 컨버터 내 병렬 유닛 셀을 보인 회로이다.

도 7은 본 발명에 따른, 컨버터 구조의 병렬 유닛 셀을 보인 회로이다.

도 8은 본 발명에 따른, 두 디지털-RF 컨버터들을 이용하는 변조기 블록을 보인 것이다.

도 9a는 본 발명에 따라, 폴라 스위칭 (polar-switched) 모드에서 작동하는 디지털-RF 컨버터를 가진 재구성가능 전송기를 보인 블록도이다.

도 9b는 본 발명에 따라, 데카르트 선형 모드에서 동작하는 디지털-RF 컨버터를 가진 재구성가능 폴라 전송기를 도시한 블록도이다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 폴라 전송기를 보인 블록도이다.

본 발명에 따른, 디지털-RF 컨버터는 D/A 변환 기능과 사향변환 기능을, RF나 IF일 수 있는 캐리어 (LO)를 통해 결합시킨다. 도 5에 도시된 바와 같이, 디지털-RF 컨버터(10)는 복수의 병렬 유닛 셀들 (20₁, 20₂, ..., 20_N...)을 포함한다. 상향 컨버터 (upconverter)(10)는 LSB 서브 블록 및 MSB 서브 블록을 포함하는 세그먼트화된 구성을 갖는다. LSB 서브 블록의 전류는 병렬 이진 가중 (binary weighted) 유닛들을 통해 생성되고, MSB 서브 블록의 전류는 1진 코드화 (unary coded) 셀들의 집합에서 생성된다. 1진 코딩은 LSB 서브 블록에서도 사용될 수 있다. 도 1에 도시된 종래의 D/A 컨버터에서와 같이, 디지털-RF 컨버터(10)의 MSB 서브 블록 내 1진 코드화 셀들의 개수 또한 2^m-1개이며, 여기서 m은 MSB 서브 블록 내 비트들의 수이다. 디지털-RF 컨버터(10)는 차동 전류들인 Iout 및 Ixout을 전달하기 위한 두 개의 차동 전류 경로들을 포함하여, 변조된 출력 신호인 RFout이 두 외부 부하 저항들 R을 통해 형성될 수 있도록 한다. 변조된 출력 신호는 두 단 Vo 및 V태에서 제공된다. 상향변환은 국부 발진기로부터 병렬 유닛 셀들(20) 각각에 캐리어 신호(LO)를 공급함으로써 수행된다.

병렬 유닛 셀들(20) 각각은 길버트 (Gilbert)-셀 타입 컨버터이다. 이것은 도 6에 도시된 것과 같이 직렬로 차동 LO-스위칭 쌍과 연결되는 차동 데이터 스위치 섹션을 포함한다. 차동 데이터 스위치 섹션은 두 개의 차동 스위치 쌍들 (Q1, Q2) 및 (Q3, Q4)를 포함한다. 각각의 차동 데이터 스위치 쌍은 출력단들인 Vo 및 Vxo와 연결된 두 개의 전류 제어 경로들 I_N 및 I_XN을 포함한다. 이 경로들 상의 전류는, 디지털 제어 로직 (미도시)에 의해 제공되고 신호 N의 값을 가리키는 상보 신호들인 V_LN ₊ 및 V_LN _-에 의해 제어된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제어 전압 V_LN ₊은 Q1 및 Q4의 전류를 제어하는데 사용되고, 제어 전압 V_LN _-은 Q2 및 Q3의 전류들을 제어하는데 사용된다. 그에 따라, 전류 경로 Q1은 전류 경로 Q3과 병렬 연결된다. 마찬가지로, 전류 경로 Q2는 전류 경로 Q4와 병렬 연결된다.

차동 데이터 스위치 쌍들 각각은 차동 LO 스위치들인 Q5나 Q6에 직렬 연결되어, 국부 발진기 (도 4의 LO)로부터의 차동 신호들인 LO+ 및 LO-가 차동 데이터 스위치 쌍들의 전류를 변조하는데 사용될 수 있다. Q5 및 Q6로 이뤄진 차동 LO 승스우위치는 전류 소스 Q7과 직렬 연결되어, 셀(20)에서 생성된 전류가 DC 바이어스7에 의해 조정될 수 있도록 한다.

도 6에 도시된 Q1 내지 Q7은 MOS 트랜지스터들이나, 이들 중 어느 것이나 다른 타입의 트랜지스터들로 대체될 수 있다는 것을 알아야 한다.

본 발명에 따른 컨버터 구조하에서, 셀(20) 내 스위칭 요소들은 도 7에 도시된 바와 같이 아날로그 회로에도 연결된다. 도시된 것처럼, 데이터 신호는 국부 래치 (local latch)와 동기 되고, 데이터 스위치들에 중복 (overlapping) 제어 시호들을 제공하는 레일-레일 (rail-to-rail) 인버터들을 통해 버퍼링 된다. 국부 LO-버퍼들은 또한 이들의 선형 영역 안에서 LO 스위치들이 동작하도록 강제하기 위해 풀 (full) 공급 전압 스윙 (swing)을 갖는다. 이와 같이, 데이터와 LO 스위칭들 둘 모두에 대한 제어 파형들의 정확한 타이밍과 대칭을 통해 신호들의 높은 선형성이 얻어질 수 있다.

도 7의 직접 디지털-RF 컨버터 (DRFC, direct digital-to-RF converter)에서, 8 비트 데이터 신호가 5+3 세그먼트화 (segmentation)를 이용해 변환되며, 이때 5 개의 MSB들은 31 유닛 변환 셀들을 통해 변환되고, 3 개의 LSB들은 7 개의 유닛 변환 셀들을 이용해 변환된다. LSB 전류는 MSB 전류의 1/8에 해당한다. MSB 셀들의 5 비트 이진 신호들을 변환하기 위해 온도계 디코더 (thermometer decoder)가 사용된다. LSB 셀들은 디코딩 없이 제어된다. LSB 셀들, 필요한 개수의 셀들이 이진 가중치 (binary weighting)를 형성하도록 병렬로 연결된다. 38 개 유닛 셀들 모두로의 정확한 LO 분배야말로 높은 동적 성능을 얻는데 매우 중요하다. 큰 LO-버퍼들을 통해 구동되는 트리 형 (tree-like) 분배 네트워크들이 모든 브랜치들에 잘 균형잡힌 부하들을 가진 채 활용된다. MSB 셀들에 대한 스위칭 순서는 LO 동기시의 미스 매치를 보상하도록 최적화된다.

본 발명은 직접-디지털 RF 변조기 (DDRM, direct-digital-to-RF modulator)를 생성하기 위해 두 개의 직접 디지털-RF 컨버터들 (DRFC들)을 이용한다. 도 8에 도시된 바와 같이, DDRM(140)은 두 개의 직접 디지털-RF 컨버터들(30), 주파수 분 할기(40), 복수의 LO-버퍼들(50) 및 온-칩 (on-chip) 부하(60)를 포함한다. 변조기(140)의 기능은 전통적인 아날로그 직접 변환 변조기와 유사하다. 그러나, 아날로그 기저대역의 부재로 인해, 정밀하지 못한 아날로그 성분들에 의해 보통 발생되는, 위상 및 진폭 미스 매치와 DC-오프셋과 같은 바람직하지 않은 효과들이 크게 감소될 수 있다. DDRM(140)에서, 신호 발생의 스위칭 특성으로 인해, 진폭 미스 매치는 보통 소량으로 주로 두 DRFC들의 바이어스 전류 매칭에 따라 달라진다.

본 발명에 따른 재설정 가능 전송기가 도 9a 및 9b에 도시된다. 특히, 본 발명에 따른 재설정 가능 전송기(300)는 스위칭 모드 (switched mode)안에서 폴라 전송기로, 아니면 선형 모드 안에서 데카르트 전송기로서 동작할 수 있다. 폴라 전송기로서, 입력 RF 신호는 디지털-RF 컨버터를 통해 위상 변조만을 포함할 수 있다. 진폭 변조는 전력 증폭기의 전력 공급시 별도로 도입된다. 도 9a에 도시된 것 같은 폴라 전송기(300)에서, I 데이터(102)와 Q 데이터(104)가 데카르트-폴라 (Cartesian-to-Polar) 컨버터(110)에 의해 진폭 (AM) 데이터 부분(112)과 위상 (PM) 데이터 부분(114)으로 변환된다. AM 데이터 부분과 PM 데이터 부분이 스위치 모드하에서 동작하는 전력 증폭기에서 다시 합류하기 전에 서로 다른 경로들을 통과하므로, 이들의 경로들은 서로 다를 것이다. 따라서, 지연 조정 블록(120)이 사용되어 그 경로들을 조정해 이들이 실질적으로 같게 만든다. AM 데이터 부분은 DAC(190)로 보내진 다음, 고효율 비선형 전력 증폭기(170)의 전력 공급 (전력 공급기(196)에 의해 제공됨) 변조를 통해 캐리어에 부과되도록 피드 포워드된다. PM 데이터 부분은 폴라-데카르트 컨버터(130)에 의해 "유닛" 혹은 일정 진폭의 데카르 트 I 데이터 및 Q 데이터로 재변환된다. 그런 다음 I 위상-데이터(132) 및 Q 위상-데이터(134)는 DDRM(140)에 의해 일정한 포락선을 갖는 위상 변조된 캐리어(142)로 변환된다.

전송기를 완전하게 만들기 위해, 전송기(100)는 가변 이득 증폭기(150), 및 잡음과 의사신호를 억제하는 대역통과 필터(160)를 더 포함한다. 무선 규격 요건을 만족하기 위해, 전력 제어 모듈(180)디지털-아날로그 컨버터들(181, 182, 183)을 통해 DDRM(140), 가변 이득 증폭기(150) 및 전력 증폭기(170)로 기능적으로 연결되어, 출력(172)의 RF 신호들의 요망하는 동적 범위 능력 (dynamic range capability)및 요망하는 출력 레벨을 얻도록 한다.

스위치들(310 및 320)을 통해, 전송기(300)는 선형 모드에서 데카르트 전송기로 동작할 수도 있다. 재설정 가능 전송기(300)는 DDRM(140)에 클록 신호 CLK_BB를 공급할 클록 신호 생성기(146), DDRM(140)에 LO_IN+ 및 LO_IN- 신호들을 공급할 주파수 합성기(230) 및 직교 생성기(240)를 더 포함한다. 직교 생성기(240)는 위상 위상 쉬프터 (phase shifter)이거나 직교 분할기(quadrature divider) 일 수 있다. 또, PA 바이어스 제어(176)가 사용되어, 전송기가 선형 모드에서 작동하는지 스위칭 모드에서 작동하는지 여부에 기초해 전력 증폭기(170)로 PA 바이어스 전압들 및 전류들을 공급하도록 한다. 전송기(300)는 또한 잡음과 기타 바람직하지 못한 고주파 성분들을 억제하도록 저대역 통과 필터들(200, 220)을 구비한다.

도 9b에 도시된 바와 같이, 전송기(300)가 데카르트 선형 모드에서 동작할 때, I 데이터(102) 및 Q 데이터(104)가 DDRM(140)으로 보내져 디지털 데이터(102 및 104)가 DDRM(140)에서 RF로 바로 변환되도록 한다. 이 모드에서, DDRM(140) 및 가변 이득 증폭기(150)로부터의 추력 신호는 AM 및PM 부분들을 둘 다 포함한다. 의사신호 및 양자화 잡음이 대역통과 필터(160)에 의해 필터링 될 수 있다. 동시에, 전력 공급기(196)는 전력 제어기(180)의 제어하에 전력 증폭기(170)로 일정한 전압 공급치를 제공한다. 전송기(300)가 데카르트 선형 모드에서 동작할 때, 다수의 성분 블록들은 턴 오프되어 전력을 절감하도록 된다. 예를 들어, 데카르트-폴라 컨버터(110), 지연 조정 블록(120), 폴라-데카르트 컨버터(130), DAC(190) 및 저대역 통과 필터(200)가 턴 오프 될 수 있다. 또한 폴라 시스템에서 일어나는 대역폭 확장을 극복하기 위해 임의의 샘플링 레이트 변환을 수행할 필요가 없게 된다. 가변 이득 증폭기(150)의 동적 범위는 전력 제어(180)를 통하고, DRFC 전류 소스들의 바이어스를 조정함으로써 얻어질 수 있다 (도 6 참조).

도 9a에 도시된 것 같은 RF 전송기는 스위치들(320, 310)을 제거함으로써 단순화될 수 있고, 그에 따라 폴라 RF 전송기만으로 사용될 수 있다. 또, 저대역 통과 필터들(200 및 220) 중 하나나 둘 모두가 도 10에 도시된 것과 같이 제거될 수도 있다.

본 발명은 그 바람직한 실시예와 관련해 기술되었지만, 이 분야의 당업자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않고 상술한 것 및 다른 다양한 형태와 세부내역 상의 변경, 생략 및 차이가 있을 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

Claims

제1디지털 기저대역 신호 및, 제1디지털 기저대역 신호로부터 위상 쉬프트 된 제2디지털 기저대역 신호에 기초해 RF 신호들을 전송하는 RF 전송기에 있어서,

제1디지털 신호 및 제2디지털 신호를 수신하기 위한 컨버터 입력단 및 제1RF 신호들을 제공하는 컨버터 출력단을 구비한 디지털-RF (digital-to-RF) 컨버터;

전압 공급 입력부를 포함하며, 제1RF 신호들에 반응해, 전송할 RF 신호들을 제공하는 전력 증폭기;

전력 증폭기의 전압 공급 입력부에 기능적으로 연결되어 전력 증폭기에 공급 전압을 제공하는 전력 공급기; 및

제1 및 제2디지털 기저대역 신호들에 반응하여 제1 및 제2디지털 기저대역 신호들에 기반하는, 진폭 데이터 부분과 위상 데이터 부분을 포함한 폴라(polar) 형식의 신호들을 제공하는 모드 변환 수단을 포함하고,

상기 위상 데이터 부분은 제1위상각 데이터 부분과, 제1위상각 데이터 부분으로부터 위상 쉬프트 된 제2위상각 데이터 부분으로 변환되고, 상기 모드 변환 수단은 전력 공급기와 기능적으로 연결되어 진폭 데이터 부분에 기반한 변조 신호가 전력 증폭기로의 공급 전압을 변조하기 위해 전력 증폭기로 보내지도록 하며, 또한 상기 모드 변환 수단은 디지털-RF 컨버터와도 기능적으로 연결되어 제1및 제2디지털 신호들을 제공하기 위해 디지털-RF 컨버터의 컨버터 입력단으로 제1 및 제2위상각 데이터 부분들을 운반하도록 되어 있고,

상기 제1 및 제2입력 디지털 신호들 각각은 복수의 데이터 비트들을 가지며, 상기 디지털-RF 컨버터는 제1입력 디지털 신호를 수신하기 위한 제1변환 구성요소, 및 제2입력 디지털 신호를 수신하기 위한 제2변환 구성요소를 포함하고, 제1 및 제2변환 구성요소들 각각은 두 캐리어 신호단들 사이에서 제공되는 캐리어 신호에 의해 변조된 차동 출력 신호를 제공하기 위해 해당 데이터 비트들을 변환하고, 상기 차동 출력 신호는 전류 부하들과 함께 구성되어 두 출력단들 사이에서 주어지고 제1RF 신호들을 나타내며,

상기 변환 구성요소들 각각은,

병렬 연결되어 있고, 그 각 유닛이 두 제어 전압단들 사이에 주어지고 데이터 신호 값을 가리키는 제어 전압을 수신하도록 되어 있는 복수의 변환 유닛들을 포함하고, 상기 각 유닛은,

각각이 출력단들 중 다른 하나와 기능적으로 연결되어 있는 두 개의 입력 전류 경로들; 및 제어 전압단들과 연결되어 상기 두 입력 전류 경로들로 데이터 신호 값을 가리키는 차동 전류들을 운반하기 위한 두 차동 스위치 쌍들을 포함하는 제1차동 스위치 섹션;

각각이 두 차동 스위치 쌍들 중 다른 하나와 기능적으로 직렬 연결되어 있는 두 개의 제어 전류 경로들을 포함하고, 상기 제어 전류 경로들은 캐리어 신호단들 중 다른 하나와 기능적이고도 독자적으로 연결되어 있고, 캐리어 신호를 사용해 차동 전류들을 변조하도록 된 제2차동 스위치 섹션; 및

제2차동 스위치 섹션에 기능적으로 직렬 연결되어, 제어 전류 경로들 상의 전류들을 추가로 제어하기 위한 전류 소스를 포함함을 특징으로 하는 RF 전송기.
제1항에 있어서, 제1모드 및 제2모드로 동작할 수 있는 상기 전송기는,

상기 모드 변환 수단과 기능적으로 연결되어, 전송기가 제1모드로 동작할 때 상기 모드 변환 수단을 전력 공급기 및 디지털-RF 컨버터로부터 분리하고, 제1 및 제2디지털 신호들을 제공하기 위해 디지털-RF 컨버터의 컨버터 입력단으로 제1 및 제2기저대역 신호들을 운반하도록 구성되고; 제2모드로 동작할 때 제1 및 제2디지털 신호들을 제공하기 위해 디지털-RF 컨버터의 컨버터 입력단으로 제1 및 제2위상각 데이터 부분들을 운반하고, 변조 신호를 상기 전력 공급기로 운반하도록 구성된 스위칭 수단을 더 포함함을 특징으로 하는 RF 전송기.
제2항에 있어서,

상기 전력 공급기와 기능적으로 연결되어 있고, 전송기가 제1모드로 동작할 때 전압 공급 입력부로의 공급 전압을 조정하기 위한 전력 제어 모듈을 더 포함함을 특징으로 하는 RF 전송기.
제1항에 있어서, 상기 제1RF 신호들에 반응하여, 제1RF 신호들이 상기 전력 증폭기로 운반되기 전에 상기 제1RF 신호들을 필터링하기 위한 대역통과 필터를 더 포함함을 특징으로 하는 RF 전송기.
제4항에 있어서,

상기 제1RF 신호들에 반응하여, 제1RF 신호들이 상기 대역통과 필터에 의해 필터링 되기 전에, 제1RF 신호들의 신호 레벨을 조정하도록 하는 가변 이득 증폭기를 더 포함함을 특징으로 하는 RF 전송기.
제5항에 있어서,

상기 가변 이득 증폭기와 기능적으로 연결되어, 제1RF 신호들의 신호 레벨을 추가 조정하는 전력 제어 모듈을 더 포함함을 특징으로 하는 RF 전송기.
제1항에 있어서,

제1RF 신호들에 반응하여, 제1RF 신호들이 상기 전력 증폭기로 전달되기 전에 제1RF 신호들의 신호 레벨을 조정하는 가변 이득 증폭기를 더 포함함을 특징으로 하는 RF 전송기.
제1항에 있어서, 상기 디지털-RF 컨버터와 기능적으로 연결되어, 제1RF 신호들의 출력 레벨을 조정하는 전력 제어 모듈을 더 포함함을 특징으로 하는 RF 전송기.
제1항에 있어서,

상기 진폭 데이터 부분에 반응하여, 변조 신호를 제공하는 디지털-아날로그 컨버터를 더 포함함을 특징으로 하는 RF 전송기.
제9항에 있어서,

상기 디지털-아날로그 컨버터 및 전력 공급기 사이에 배치되어, 상기 변조 신호를 저대역 통과 필터링하는 주파수 필터를 더 포함함을 특징으로 하는 RF 전송기.
제9항에 있어서, 상기 진폭 데이터 부분은 상기 디지털-아날로그 컨버터를 통해 상기 모드 변환 모듈에서 전력 증폭기까지 간의 제1경로와 관련되고, 상기 위상 데이터 부분은 디지털-RF 컨버터를 통한 모드 변환 모듈 및 전력 증폭기 사이의 제2경로와 관련되며, 상기 RF 전송기는,

상기 모드 변환 수단 및 상기 전력 증폭기 사이에 놓여져, 제1경로 및 제2경로를 실질적으로 같게 만드는 경로 지연 조정 수단을 더 포함함을 특징으로 하는 RF 전송기.
제1항에 있어서, 상기 전류 소스는, 바이어스 전압 레벨에 기능적으로 연결되는 제어단을 가진 적어도 한 개의 전류 조정 구성요소를 포함하여, 상기 전류 조정 구성요소를 통과하는 전류를 조정하도록 함을 특징으로 하는 RF 전송기.
제1항에 있어서, 상기 제2차동 스위치 섹션은, 제어 전류 경로들 중 서로 다른 것들에 놓여지는 두 개의 전류 스위칭 구성요소들을 포함하고, 상기 전류 스위칭 구성요소들 각각은 캐리어 신호단들 중 서로 다른 하나에 기능적으로 연결되는 제어단을 포함함을 특징으로 하는 RF 전송기.
제1항에 있어서, 상기 제1차동 스위치 섹션은 제1차동 스위치 쌍들 및 제2차동 스위치 쌍들을 포함하고, 상기 각 쌍은 상기 제어 전압단들 중 서로 다른 것들과 기능적으로 연결되는 두 개의 전류 스위치들을 구비함을 특징으로 하는 RF 전송기.