KR0148454B1

KR0148454B1 - Linear amplifier

Info

Publication number: KR0148454B1
Application number: KR1019950051482A
Authority: KR
Inventors: 홍헌진; 강상기; 박재홍
Original assignee: 양승택; 한국전자통신연구원
Priority date: 1995-12-18
Filing date: 1995-12-18
Publication date: 1998-12-01
Also published as: KR970055257A

Abstract

본 발명은 선형증폭기에 관한 것으로, AB급 증폭기를 구동증폭기로 사용함으로써 발생하는 왜곡 성분을 구동증폭기에 피드 포워드(feed foward)방식의 선형회 회로를 부착시켜 억제해 주면서, 주증폭기에는 일부러 구동증폭기의 왜곡 신호를 전치 입력시켜 주증폭기의 선형성을 개선해 주는 것을 특징으로 하여, 증폭기의 선형성을 향상시킬 수 있으며 특히 전력효율이 좋다는 것과, QPSK와 같이 위상 변조 방식을 사용하는 시스템에 적용할 경우 선형 증폭으로 인해 위상 왜곡을 줄일 수 있는 효과가 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a linear amplifier, wherein a distortion caused by using a class AB amplifier as a drive amplifier is suppressed by attaching a feed-forward linear circuit to the drive amplifier. It is characterized by improving the linearity of the main amplifier by pre-input of the distortion signal of the amplifier, which can improve the linearity of the amplifier, especially the power efficiency is good, and linear amplification when applied to a system using a phase modulation method such as QPSK. As a result, phase distortion can be reduced.

Description

Linearizer Amplifier

제1도는 본 발명에 의한 선형증폭기의 블록도.1 is a block diagram of a linear amplifier according to the present invention.

제2도는 본 발명에 의한 선형증폭기의 각 점에서의 주파수 스펙트럼을 도시한 도면.2 is a diagram showing the frequency spectrum at each point of the linear amplifier according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1,3,8,12 : 커플러 2 : 구동증폭기(AB급)1,3,8,12: Coupler 2: Drive amplifier (AB class)

4,7,9 : 시간 지연기 5,11 : 빼기 회로4,7,9: time delay 5,11: subtraction circuit

6 : 주 증폭기(AB급) 10,13,15 : 위상변환기와 가변 감쇠기6: main amplifier (AB class) 10,13,15: phase shifter and variable attenuator

14 : 보조증폭기(A급) 16 : 오차증폭기(A급)14: auxiliary amplifier (class A) 16: error amplifier (class A)

본 발명은 선형증폭기에 관한 것으로 특히, AB급 증폭기를 구동증폭기로 사용함으로써 발생하는 왜곡 성분을 구동증폭기에 피드포워드(feel forward)방식의 선형화 회로를 부착시켜 억제하면서, 주증폭기에는 구동증폭기의 왜곡 신호를 전치 입력시켜 주증폭기의 선형성을 개선한 선형증폭기에 관한 것이다.The present invention relates to a linear amplifier, in particular, while suppressing the distortion caused by using a class AB amplifier as a drive amplifier by attaching a feed forward type linearization circuit to the drive amplifier, while the main amplifier distortion of the main amplifier A linear amplifier improves the linearity of a main amplifier by pre-inputting a signal.

능동 소자들을 이용한 RF대 증폭기(AB급)는 전력 레벨의 변화에 따라 원하지 않는 왜곡 성분들을 많이 발생시킨다.RF band amplifiers (AB class) using active devices generate many unwanted distortion components as the power level changes.

특히 증폭기가 포화 영역 부근에서 동작하게 되면 비직선 현상이 현저하게 나타나게 되어 출력의 크기와 위상이 왜곡되며, 2개 이상의 신호를 입력하였을 경우 입력 신호간 상호 변조 성분들이 발생하여 인접 채널에 큰 영향을 미치게 된다.In particular, when the amplifier operates near the saturation region, nonlinearity is remarkable, and the magnitude and phase of the output are distorted. When two or more signals are input, intermodulation components between the input signals are generated, which greatly affects adjacent channels. Go crazy.

이러한 상호 변조 성분들은 잡음원으로 작용하여 통신 시스템의 전송 품질을 저하시키는 요인이 된다.These intermodulation components act as a noise source and cause a deterioration in the transmission quality of a communication system.

이러한 이유로 해서 RF 송신단에서는 증폭기가 직선 영역에서 동작할 수 있도록 동작점을 포화 영역으로부터 수 dB 백오프(back-off)하여 사용하게 되는데, 이럴 경우 잡음원은 줄일 수 있으나 입력 레벨을 작게 해야하므로 출력 레벨이 너무 낮아지는 단점이 있다.For this reason, the RF transmitter uses the operating point several dB back-off from the saturation region so that the amplifier can operate in the linear region. In this case, the noise source can be reduced, but the input level must be made small, so the output level is reduced. This has the disadvantage of being too low.

이런 문제를 해결하기 위한 방법의 하나로 증폭기에 선형화 블록을 추가하는 방법이 연구되어 왔으며, 이러한 방법을 사용하면 포화 영역 부근인 비직선 영역에서 동작하더라도 상호 변조 성분이 작은, 원하는 크기의 출력 신호를 얻을 수 있다.As a way to solve this problem, a method of adding a linearization block to the amplifier has been studied. Using this method, an output signal having a desired size with a small intermodulation component can be obtained even when operating in a nonlinear region near the saturation region. Can be.

그러나 실제적으로는 제작상의 한계 및 정밀도 유지 등의 문제로 증폭기(구동증폭기(driving amp), 주증폭기(main amp.))의 여러 단중 최종단을 제외한 나머지 단의 트랜지스터를 모두 A급으로 동작시켜야 한다.In practice, however, due to manufacturing limitations and accuracy, all other transistors except the final stage of the amplifier (driving amp, main amp) must be operated in class A. .

따라서, 본 발명은 상기와 같은 선형증폭기의 단점을 보완하기 위해 구동증폭기와 주증폭기를 전력 효율이 좋은 AB급 증폭기로 사용하면서 간단한 회로의 추가로 증폭기의 선형성을 개선시킨 선형화증폭기를 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a linearization amplifier that improves the linearity of the amplifier by adding a simple circuit while using the driving amplifier and the main amplifier as a class AB amplifier with high power efficiency in order to compensate for the disadvantages of the linear amplifier as described above. There is this.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, AB급 증폭기를 구동증폭기로 사용함으로써 발생하는 왜곡 성분을 구동증폭기에 피드 포워드(feed forward)방식의 선형회 회로를 부착시켜 억제해 주면서, 주증폭기에는 일부러 구동증폭기의 왜곡 신호를 전치 입력시켜 주증폭기의 선형성을 개선해 주는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the object as described above, the present invention, while suppressing the distortion component generated by using a class AB amplifier as a drive amplifier by attaching a feed forward type linear circuit to the drive amplifier, It is characterized by improving the linearity of the main amplifier by pre-input the distortion signal of the drive amplifier.

또한, 본 발명은 주증폭기의 출력 왜곡 성분도 구동증폭기의 왜곡 성분을 이용해 제거해 주므로써, AB급 증폭기 사용으로 인해 구동증폭기에서 발생하는 왜곡 성분을 선형증폭기의 전체 성능을 향상시키는데 사용하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is to remove the output distortion component of the main amplifier by using the distortion component of the drive amplifier, it is characterized by using the distortion component generated in the drive amplifier due to the use of class AB amplifier to improve the overall performance of the linear amplifier .

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.

제1도는 본 발명에 의한 선형화 증폭기의 블록도이다.1 is a block diagram of a linearization amplifier according to the present invention.

제1도에서, 1은 증폭기 경로와 선형화 경로로 입력 신호를 나누기 위한 커플러, 2는 구동증폭기(AB급), 3은 구동증폭기의 출력 신호 중 일부를 빼기회로로 보내주기 위한 커플러, 4는 빼기회로(5)에서 두 입력 경로 간에 같은 시간지연을 갖도록 하기 위한 시간 지연기, 5는 빼기회로, 6은 주증폭기(AB급), 7은 커플러(8)에서 두 입력 경로 간에 같은 시간지연을 갖도록 하기 위한 시간 지연기, 8은 선형화 회로로부터의 신호를 증폭기 경로에 혼합해주기 위한 커플러, 9는 빼기회로(11)에서 두 입력 경로 간에 같은 시간지연을 갖도록하기 위한 시간 지연기, 10은 신호의 위상을 180°반전시키기 위한 위상변환기와 신호 레벨을 조절하기 위한 가변 감쇠기, 11은 빼기 회로, 12는 신호중 일부를 보조증폭기(14)경로로 보내주기 위한 커플러, 13은 신호의 위상을 180°반전시키기 위한 위상변환기와 신호 레벨을 조절하기 위한 가변 감쇠기, 14는 보조증폭기(A급), 15는 신호의 위상을 180°반전시키기 위한 위상변환기와 신호레벨을 조절하기 위한 가변 감쇠기, 16은 오차증폭기(A급)를 각각 나타낸다.In Fig. 1, 1 is a coupler for dividing an input signal into an amplifier path and a linearization path, 2 is a driving amplifier (AB class), 3 is a coupler for sending a part of an output signal of the driving amplifier to a subtraction circuit, and 4 is subtracted. In order to have the same time delay between the two input paths in the circuit (5), 5 is a subtraction circuit, 6 is the main amplifier (AB class), 7 is the same time delay between the two input paths in the coupler (8) 8 is a coupler for mixing the signal from the linearization circuit to the amplifier path, 9 is a time delay for the same time delay between the two input paths in the subtraction circuit 11, 10 is the phase of the signal Is a phase shifter for inverting the signal by 180 ° and a variable attenuator for adjusting the signal level, 11 is a subtraction circuit, 12 is a coupler for sending some of the signal to the auxiliary amplifier 14 path, 13 is a 180 ° inversion of the signal phase. A phase shifter for adjusting the signal level and a variable attenuator for adjusting the signal level, 14 is an auxiliary amplifier (class A), 15 is a phase shifter for inverting the phase of the signal by 180 °, and a variable attenuator for adjusting the signal level, and 16 is an error amplifier. (A class) is shown, respectively.

입력신호는 커플러(1)로 인해 둘로 분리되며 그 중 하나(point A)는 증폭기 경로로 입력되고 나머지 하나(point B)는 선형화 경로로 입력된다.The input signal is split into two due to the coupler 1, one of which is point A into the amplifier path and the other of point B into the linearization path.

증폭기 경로로 입력된 신호는 구동증폭기(2)에서 증폭되는데 이때 구동증폭기가 AB급이므로 비선형성 때문에 왜곡 신호도 함께 발생하게 된다(point C).The signal input into the amplifier path is amplified by the driving amplifier 2, and since the driving amplifier is class AB, a distortion signal is also generated due to nonlinearity (point C).

상기 구동증폭기(2)의 출력인 증폭된 신호와 왜곡 신호는 커플러(3)를 통과하며 대부분의 전력은 신호 지연회로(4)로 전달되며 약간의 전력을 선형화 경로에 있는 빼기회로(11)에 전달한다.The amplified and distorted signals output from the drive amplifier 2 pass through the coupler 3 and most of the power is passed to the signal delay circuit 4 and a small amount of power is passed to the subtraction circuit 11 in the linearization path. To pass.

상기 커플러(1)에 의해 선형화 경로로 전달된 신호는 빼기회로(11)에서 두 입력경로간에 같은 시간 지연을 갖도록 하기 위한 시간 지연기(9)(구동증폭기(2) 때문에 발생하는 시간 지연을 상쇄시키기 위한 것임)을 거쳐 가변 감쇠기와 위상 변환기(10)로 전달된다.The signal transmitted to the linearization path by the coupler 1 cancels the time delay caused by the time delay 9 (the driving amplifier 2) for the subtraction circuit 11 to have the same time delay between the two input paths. To the variable attenuator and phase shifter 10).

가변 감쇠기와 위상 변환기(10)에서는, 커플러(3)를 통해 전달되는 신호(point C의 일부 전력, 증폭된 신호와 왜곡신호) 중 빼기회로(11)에서 증폭된 신호 성분을 제거할 수 있도록 신호 크기를 조정하고 위상을 180°반전시킨다(point D).In the variable attenuator and phase shifter 10, a signal for removing amplified signal components in the subtraction circuit 11 among the signals transmitted through the coupler 3 (some of the power of point C, the amplified signal and the distortion signal) is removed. Resize and reverse phase 180 ° (point D).

그러므로 빼기회로(11)의 출력은 왜곡신호(point E)뿐이다.Therefore, the output of the subtraction circuit 11 is only the distortion signal point E.

커플러(12)를 통과하며 왜곡 신호는 일부 전력을 보조증폭기(14) 경로에 전달하며, 나머지 전력을 신호 레벨 조절을 위한 가변감쇄기와 위상을 180°변환시키기 위한 위상변환기(15)로 전달한다.The distortion signal, which passes through the coupler 12, transfers some power to the path of the auxiliary amplifier 14, and transfers the remaining power to the variable attenuator for adjusting the signal level and the phase shifter 15 for converting the phase by 180 °.

보조증폭기(14)경로에 입력된 신호는 가변감쇠기와 위상을 180°변환시키기 위한 위상변환기(13)를 거쳐 보조증폭기(14)에서 증폭된다. 이때 가변감쇠기를 이용하여 F점 신호의 크기를 증폭기 경로의 시간지연기(4)를 거쳐 입력되는 신호(C점)중 왜곡 신호의 레벨 보다 더 크게 조절한다.The signal input to the path of the auxiliary amplifier 14 is amplified by the auxiliary amplifier 14 via a variable attenuator and a phase converter 13 for converting the phase by 180 degrees. At this time, the variable attenuator adjusts the magnitude of the F point signal larger than the level of the distortion signal among the signals (C points) input through the time delay unit 4 of the amplifier path.

한편 커플러(3)을 통과한 신호는 빼기회로(5)에서 두 입력 경로 간에 같은 시간지연을 갖도록하기 위한 시간 지연기(4)(보조증폭기(14) 때문에 발생하는 시간 지연을 상쇄시키기 위한 것임)을 거쳐 빼기회로(5)에 입력된다.On the other hand, the signal passing through the coupler 3 is a time delay 4 for offsetting the two input paths in the subtraction circuit 5 (to offset the time delay caused by the auxiliary amplifier 14). It is input to the subtraction circuit 5 via.

빼기회로(5)로 입력되는 두 신호중 왜곡 성분은 보조증폭기 경로에서 입력된 신호가 더 크므로 G점과 같은 신호를 출력시켜 주증폭기(6)로 입력하게 된다.Since the distortion component of the two signals inputted to the subtraction circuit 5 is larger than the signal inputted from the auxiliary amplifier path, a signal such as a point G is output and inputted to the main amplifier 6.

주증폭기(6)에서는 입력신호를 증폭시키며 왜곡신호를 발생시키게 되는데 입력신호 자체에 위상이 반대인 왜곡 성분이 포함되어 있으므로 H점에서와 같이 선형성이 개선된 신호를 출력하게 된다.The main amplifier 6 amplifies the input signal and generates a distortion signal. Since the input signal itself includes a distortion component having an opposite phase, the main amplifier 6 outputs a signal having improved linearity as in point H.

H점에서의 점선은 왜곡 신호 성분 중 개선된 양을 나타낸다.The dashed line at point H represents an improved amount of distortion signal components.

주증폭기(6)의 출력신호(H점)는 커플러(8)에서 두 입력 경로 간에 같은 시간지연을 갖도록 하기 위한 시간 지연기(7)(오차증폭기(16) 때문에 발생하는 시간 지연을 상쇄시키기 위한 것임)을 거쳐 커플러(8)에 입력된다.The output signal (point H) of the main amplifier 6 is to compensate for the time delay caused by the time delay 7 (error amplifier 16) for the coupler 8 to have the same time delay between the two input paths. Is input to the coupler 8 through

커플러(12)를 거쳐 가변감쇠기와 위상을 180°변환시키기 위한 위상변환기(15)에 전달된 신호는 오차증폭기(16)에서 증폭된다(I점).The signal transmitted to the phase shifter 15 for converting the phase with the variable attenuator 180 through the coupler 12 is amplified by the error amplifier 16 (point I).

이때 H점 신호중 왜곡신호 성분을 커플러(8)에서 제거할 수 있도록 가변감쇠기(15)를 이용하여 신호 레벨을 조정한다.At this time, the variable attenuator 15 is used to adjust the signal level so that the distortion signal component of the H point signal can be removed by the coupler 8.

커플러(8)에 입력되는 두 경로의신호들은 왜곡신호 성분이 위상이 반대이며 같은 크기를 가지므로, 커플러(8)은 선형성이 개선된 증폭된 입력 신호만을 출력하게 된다.Since signals of two paths input to the coupler 8 have opposite phases and the same magnitude, the coupler 8 outputs only an amplified input signal having improved linearity.

상기한 바와 같은 본 발명에 의해, 증폭기의 선형성을 향상시킬 수 있으며 특히 전력효율이 좋다는 효과가 있다.According to the present invention as described above, the linearity of the amplifier can be improved, and in particular, the power efficiency is good.

따라서, 이러한 방법을 사용하면 이동통신, 위성통신과 같이 다수 채널을 사용하며 비교적 고출력을 필요로 하는 시스템의 신호 증폭단에 적용될 수 있다.Therefore, this method can be applied to signal amplification stages of systems that use multiple channels and require relatively high output, such as mobile communication and satellite communication.

또한 QPSK와 같이 위상 변조 방식을 사용하는 시스템에 적용할 경우 선형 증폭으로 인해 위상 왜곡을 줄일 수 있는 효과가 있다.In addition, when applied to a system using a phase modulation method such as QPSK, the linear amplification can reduce the phase distortion.

Claims

A first coupler for receiving the input signal and separating the input signal into an amplifier path and a linearization path; A class AB driving amplifier (AB class) for receiving and amplifying an input signal separated from the first coupler through an amplifier path and outputting the amplified input signal and a distortion signal together; A second coupler for transferring most of the power in the output signal of the driving amplifier to the amplifier path and separating small power into the linearization path; A first time delay unit for receiving a portion of the input signal separated from the first coupler and outputting a time delayed signal; A first variable attenuator configured to receive an output of the first time delay and adjust a signal level; A first subtraction circuit receiving the output signal of the first variable attenuator and the output signal of the second coupler, subtracting the output of the first variable attenuator from the output of the second coupler, and outputting only a distortion signal; A third coupler that receives an output of the first subtracting circuit and sends a portion to an amplifier path; A second variable attenuator configured to receive an output of the third coupler and adjust a signal level; An auxiliary amplifier of class A for receiving and amplifying the output of the second variable attenuator; A second subtraction circuit receiving the output of the second time delay and the output of the auxiliary amplifier and subtracting the output of the auxiliary amplifier from the output of the second time delay; A main amplifier of class AB that receives the output of the second exhaust circuit and amplifies and outputs the output; A third time delay for receiving the output of the main amplifier and giving a time delay; A third variable attenuator configured to receive an output of the third coupler and adjust a signal level; A class A error amplifier which receives the output of the third variable attenuator, amplifies and outputs the output; And a fourth coupler configured to receive the output of the third time delay unit and the output of the error amplifier, combine, and output the combined output.

The method of claim 1, wherein the first time delay unit has the same time delay between the signal output from the first variable attenuator and the signal output from the second coupler in the case of the first time delay unit. Linear amplifier.

The output signal of the first time delay unit according to claim 1, wherein the first variable attenuator has a magnitude equal to a signal corresponding to the input signal among an output of the first variable attenuator and an output of the second coupler. A linear amplifier characterized in that the attenuation.