KR100300451B1

KR100300451B1 - 온도보상레벨시프터를구비한전력증폭기회로

Info

Publication number: KR100300451B1
Application number: KR1019970048157A
Authority: KR
Inventors: 블랙그레고리알.
Original assignee: 비센트 비.인그라시아, 알크 엠 아헨; 모토로라 인코포레이티드
Priority date: 1996-09-24
Filing date: 1997-09-23
Publication date: 2001-09-03
Also published as: JP4088358B2; JPH10112623A; DE19740360A1; GB2317513B; CN1075286C; CN1179647A; GB9717448D0; US5859567A; AR008435A1; GB2317513A; KR19980024857A; BR9702902A

Abstract

입력부(208)에서 수신된 무선 주파수(RF) 신호를 출력부(210)의 증폭된 RF 신호로 증폭하기 위한 전력 증폭기 회로(200)는 커플러 회로(222, 122), 제2 입력부(206), 전력 증폭기(218), 및 레벨 시프터(228)를 포함한다. 커플러 회로(222, 122)는 증폭된 RF 신호의 레벨을 검출하기 위해 출력부(210)에 결합된다. 제2 입력부(206)는 검출 레벨로부터 유도된 제어 신호를 수신한다. 전력 증폭기(218)는 입력부(208)에 결합된 게이트(238/240)와 출력부(210)에 결합된 드레인(242/244)를 구비한 트랜지스터(234/236)를 포함한다. 레벨 시프터(228)는 제2 입력부(206)와 게이트(238/240)에 결합되고, 제어 신호에 응답하여, 바이어스 전압(VGG)을 게이트(238/240)에 공급한다. 이 레벨 시프터(228)는 바이어스 전압(VGG)의 온도 감도를 최소화하는 회로(255)를 포함한다.

Description

온도 보상 레벨 시프터를 구비한 전력 증폭기 회로{POWER AMPLIFIER CIRCUIT WITH TEMPERATURE COMPENSATING LEVEL SHIFTER}

본 발명은 일반적으로 통신 장치와 관련된 것으로서, 특히 통신 장치용 전력 증폭기 회로(power amplifier circuit)에 관한 것이다.

전력 증폭기는 송신용 무선 주파수(RF) 신호를 증폭하기 위해, 무선 전화(radiotelephone)와 같은, 통신 장치에 사용된다. 무선 전화의 한 형태는 GSM(Group Special Mobile) 무선 전화 시스템 내에서 동작한다. GSM 시스템에서는, 동보 통신용 단일 채널을 동시에 8개의 이동 전화가 공유할 수 있다. 각각의 이동 전화는 대략 577㎲으로 할당된 타임 슬롯동안 RF 신호를 송신하도록 제한을 받는다. 이 무선 전화는 전력 증폭기를 적절한 주파수로 신속하게 램프 업하여 RF 신호를 송신하고 577㎲의 윈도(Window) 내에 전력 증폭기를 신속하게 램프 다운한다. 따라서, 전력 증폭기의 출력 전력은 시스템의 요구에 부합되도록 아주 정확하게 제어되어야 하며 동일 채널에서 공유하는 다른 무선 전화와 혼선이 발생하지 않아야 한다. 이러한 제어는 Hietala외 다수에 의해 모토로라 사로부터 양도되어 1992년 9월 22일 허여된 "Power Amplifier Ramp Up Method and Apparatus"라는 명칭의 미국 특허 5,150,075에 개시된 것와 같은, 폐 회로 궤환 구조를 이용하여 달성될 수 있다.

광범위하게 이용되는 전력 증폭기 중 하나는 갈륨 비소(GaAs) MESFET(금속-반도체 전계 효과 트랜지스터) 장치와 같은 공핍 모드 트랜지스터(depletion mode transistors)로 구성된다. GaAs MESFET는 이들이 비교적 높은 전자 이동도를 갖고 넓은 주파수 범위에 걸쳐 우수한 성능을 제공한다는 장점이 있다. GaAs MESFET는 공핍 모드 트랜지스터이므로, 이것의 게이트에 활성 모드 바이어스를 공급하기 위해 네가티브 바이어스 전압의 인가가 요구된다. 네가티브 바이어스 전압은 통상적으로 GaAs MESFET의 게이트에 결합된 레벨 시프터에 의해 공급된다. GaAs MESFET의 게이트 임계 전압은 온도에 따라 다양하게 변동하므로, 전력 증폭기의 출력 전력의 정확한 제어를 유지하기 위해서는 레벨 시프터가 네가티브 바이어스 전압을 이에 따라 변동시키도록 조정할 수 있어야 된다.

이러한 레벨 시프터의 한 형태는 Black외 다수에 의해 모토로라 사로부터 양도되어 1996년 9월 24일 허여된 "An Amplifier and Biasing Circuit Therefore"라는 명칭의 미국 특허 5,559,471에 개시되어 있다. 조정 가능한 것에 추가로, 정확한 출력 전력 제어를 달성하기 위해서는 또한 레벨 시프트의 온도 감도를 최소화하는 것이 바람직하다.

따라서, 폐 루프 궤환 시스템을 채택한 통신 장치용 전력 증폭 회로에 사용되고, 온도 변화에 민감하지 않은 이용하는 레벨 시프터가 요구된다.

입력부에서 수신된 무선 주파수(RF) 신호를 출력부에서 증폭된 RF 신호로 증폭하기 위한 전력 증폭 회로는 커플러 회로(coupler circuit), 제2 입력부, 전력 증폭기, 및 레벨 시프터를 포함한다. 커플러 회로는 증폭된 RF 신호의 레벨을 검출하기 위해서 출력부에 결합된다. 제2 입력부는 검출된 레벨로부터 유도된 레벨 신호를 수신한다. 전력 증폭기는 입력부에 결합된 게이트와 출력부에 결합된 드레인을 구비한 트랜지스터를 포함한다. 레벨 시프터는 제2 입력부와 게이트에 결합되고, 제어 신호에 각각 응답하여, 게이트에 바이어스 전압을 공급한다. 레벨 시프터는 바이어스 전압의 온도 감도를 최소화하는 회로를 포함한다. 현존하는 레벨 시프터와는 달리, 이하 설명되는 레벨 시프터는 게이트 제어와 폐 루프 궤환를 이용하여 전력 증폭기 회로의 온도 변화를 보상한다.

도 1은 송신기를 구비한 통신 장치를 포함하는 통신 시스템을 도시한 블록도.

도 2는 도 1의 송신기에서 사용되는 전력 증폭 회로를 도시한 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 무선 전화 통신 시스템

102 : 송수신기

104 : 무선 전화

105 : RF 신호

106 : 안테나

108 : 수신기

110 : 송신기

112 : 제어기

114 : 사용자 인터페이스

116 : 전지

200 : 전력 증폭기 회로

214 : 여진기

216 : 제1 임피던스 매칭 회로

220 : 제2 임피던스 매칭 회로

222 : 커플러

224 : 주 전압 공급부

225 : 온도 보상 회로

226 : 바이어스 전압 공급부

228 : 레벨 시프터

무선 전화 통신 시스템(100)과 같은 통신 시스템은, 원격 송수신기(102)와 같은 제1 통신 장치와 무선 전화(104)와 같은 제2 통신 장치를 포함한다. 원격 송수신기(102)는 일정한 지리적 영역 내에서 통신 장치로 무선 주파수(RF) 신호(105)를 송신하거나 통신 장치로부터 무선 주파수(RF) 신호(105)를 수신한다. 무선 전화(104)는 지리적 영역을 수용할 수 있는 이와 같은 통신 장치 중 하나이다. 무선전화(104)는 안테나(106), 수신기(108), 송신기(110), 제어기(112), 사용자 인터페이스(114), 및 전지(116)를 포함한다. 이 전지(116)는 무선 전화(104)를 동작하기 위한 전력을 제공한다.

수신시, 안테나(106)는 RF 신호(105)를 전기적 수신 신호로 변환하고, 전기적 수신 신호는 수신기(108)에 결합한다. 수신기(108)는 전기적 수신 신호를 전기적 베이스밴드 신호로 변환하고, RF 신호(105) 상에 전송된 데이타를 복구하기 위해 전기적 베이스밴드 신호를 복조 검출하며 이 데이타를 제어기(112)로 제공한다. 제어기(112)는 이 데이타를 사용자 인터페이스(114)에 의해 이용하기 위해 인식 가능한 음성 또는 정보로 포맷한다. 사용자 인터페이스(114)는 수신된 정보나 음성을 사용자와 통신한다. 통상적으로, 사용자 인터페이스(114)는 표시부(display), 키패드(keypad), 스피커(speaker), 및 마이크로폰(microphone)을 포함한다.

RF 신호(105)를 무선 전화(104)로부터 원격 송수신기(102)로 전송할 때에는, 사용자 인터페이스(114)가 사용자 입력 데이타를 제어기(112)로 송신한다. 제어기(112)는 사용자 인터페이스(114)로부터 얻은 사용자 입력 데이타를 코드화된 베이스밴드 신호로 포맷하고, 코드화된 베이스밴드 신호를 RF 변조 신호로 변환 및 증폭하여 송신기(110)로 송출한다. 송신기(110)는 증폭된 RF 변조 신호를 RF 신호(105)로서 원격 송수신기(102)로 변환 방출하기 위해 안테나(106)에 결합한다.

제어기(112)는 변조를 위해 회선(128)를 통해 송신기(110)의 입력부(126)로 코드화된 베이스밴드 신호를 제공하는 출력부(124)를 포함한다. 이 제어기(112)는 전력 증폭기 제어(PAC) 회로(122)를 포함한다. PAC 회로(122)는 각각의 회선(142,144, 및 146)을 통해 송신기(110)의 각각의 입력부(136, 138, 및 140)로 주 공급 제어 신호, 전압 레벨을 갖는 인에이블 신호(VEN), 및 전압 레벨을 갖는 바이어스 제어 신호(VCN)를 각각 제공하기 위한 출력부(130, 132 및 134)를 갖는다. PAC 회로(122)는 송신기(110)에 의해 출력되어 송신기(110)의 출력부(150)와 회선(152)을 통해 궤환되어 증폭 변조된 RF 신호의 전력 레벨을 수신하기 위한 입력부(148)를 포함한다. 궤환된 전력 레벨 검출시, PAC 회로(122)는 바이어스 제어 신호의 전압 레벨(VCN)로 설정된다. 설명된 실시예에서, 전압 레벨 VEN은 대략 3V이고, 전압 레벨 VCN은 대략 0V 내지 2V의 범위에서 조절가능하다. 다른 적절한 전압 레벨과 범위가 선택될 수도 있다. 무선 전화(104)는 제어기(112)를 무선 전화(104)의 다른 동작 소자에 결합하는 다른 제어 접속부를 포함한다. 그러나, 이러한 접속부는 도시된 도면이 지나치게 복잡해지지 않도록 하기 위해 도 1에 도시되지 않았다.

이제 도 2를 참조하면, 송신기(110)(도 1)에 포함된 전력 증폭기 회로(200)는 입력부(202, 204, 206, 및 208)와 출력부(210, 212)를 포함한다. 입력부(202, 204, 및 206)는 주 공급 제어 신호, 인에이블 신호의 전압 레벨(VEN), 및 바이어스 제어 신호의 전압 레벨(VCN)을 각각 수신하기 위해 송신기(110)의 입력부(136, 138, 및 140)(도 1)에 각각 연결된다. 입력부(208)(도 2)는 송신기(110)의 입력부(126)(도 1)에서 수신된 본래의 코드화된 베이스밴드 신호로부터 유도된 변조된 RF 신호를 수신하기 위해 결합된다. 출력부(210)는 안테나(106)(도 1)에 의한 송신에 적절한 증폭 변조 RF 신호를 전송한다. 출력부(212)(도 2)는 증폭 변조된 RF 신호의 궤환 전력 레벨을 제어기(112)의 PAC 회로(122)로 전송하도록송신기(110)의 출력부(150)(도 1)에 결합한다.

전력 증폭기 회로(200)는 여진기(214), 제1 임피던스 매칭 회로(216), 전력 증폭기(218), 제2 임피던스 매칭 회로(220), 커플러(222), 주 전압 공급부(224), 바이어스 전압 공급부(226), 및 레벨 시프터(228)를 포함한다. 여진기(214)는 입력부(208)에서 변조된 RF 신호를 전력 증폭기(218)에 대한 적절한 입력 레벨로 조정하고, 조정 변조된 RF 신호를 제1 임피던스 매칭 회로(216)에 결합한다. 여진기(214)는 RF 스위칭 다이오드(229)로 구성된 감쇠기를 통해 입력부(208)에 결합된 베이스 단자를 구비한 트랜지스터(232)와, 변조된 RF 신호를 수신하기 위해 저항(231)을 통해 입력부(206)에 연결된 저항성 파이(Pi) 회로망(230)을 포함한다. 트랜지스터(232)의 컬렉터 단자는 유도 소자(235)를 통해 주 전압 공급부(224)와 제1 임피던스 매칭 회로(216)에 결합된다. 트랜지스터(232)의 에미터 단자는 전기적 접지(233)에 연결된다. 변조된 RF 신호를 조정하기 위해 요구되는 트랜지스터(232)의 증폭 레벨은 저항(231)으로부터 유도된 바이어스 전류와 입력부(206)를 통해 수신된 바이어스 제어 신호의 전압 레벨(VCN)에 의해 설정된다. 설명된 실시예에 있어서, 트랜지스터(232)는 대략 0.7V의 베이스-에미터 전압 레벨(VBE)과 대략 -2mV/℃의 온도 감도를 갖는 npn 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT)가 바람직하다. 여진기(214)는 Black에 의해 모토로라 사로부터 양도되어 1992년 11월 3일과 1993년 6월 15일 허여된 "Power Amplifier"라는 명칭의 미국 특허 5,160,898과 5,220,290에 개시되어 있다.

제1 임피던스 매칭 회로(216)는 여진기(214)에 의해 조정 변조된 RF 신호를전력 증폭기(218)에 공급한다. 제1 임피던스 매칭 회로(216)는 여진기(214)의 트랜지스터(232)의 컬렉터 단자에 결합되어 여진기(214)와 전력 증폭기(218) 사이의 저 손실 무선 주파수 임피던스 매칭을 제공한다. 제1 임피던스 매칭 회로(216)의 설계는 본 기술의 통상의 전문가에 의해 수행되어진다.

전력 증폭기(218)는 제1 임피던스 매칭 회로(216)에 의해 제공된 변조된 RF 신호를 증폭하여, 이 증폭 변조된 RF 신호를 제2 임피던스 매칭 회로(220)에 공급한다. 전력 증폭기(218)는 제1 트랜지스터(234)를 포함하는 제1 단과, 제2 트랜지스터(236)를 포함하며 제1 단에 캐스케이드되는 제2 단을 포함하는 다단 증폭기이다. 제1 및 제2 트랜지스터(234, 236)는 각각의 게이트 단자(238, 240), 각각의 드레인 단자(242, 244), 및 각각의 소오스 단자(246, 248)를 포함한다. 제1 트랜지스터(234)에 대해서는, 게이트 단자(238)가 제1 임피던스 매칭 회로(216)에 결합되는 동시에 저항(239)을 통해 레벨 시프터(228)에 결합되어, 드레인 단자(242)가 유도 소자(237)를 통해 주 전압 공급부(224)에 결합되는 동시에 캐패시터(243)를 통해 제2 트랜지스터(236)의 게이트 단자(240)에 결합되며, 소오스 단자(246)가 전기적 접지(233)에 결합된다. 제2 트랜지스터(236)에 대해서는, 게이트 단자(240)가 또한 저항(241)을 통해 레벨 시프터(228)에 결합되고, 드레인 단자(244)가 유도 소자(245)를 통해 주 전압 공급부(224)에 결합되는 동시에 제2 임피던스 매칭 회로(220)에 결합되며, 소오스 단자(248)가 전기적 접지(233)에 결합된다. 제1 및 제2 트랜지스터(234, 236)가 변조된 RF 신호를 증폭하는 레벨은 저항(239, 241)에 의해 구동된 게이트 단자(238, 240)의 전압과 레벨 시프터(228)에 의해 공급된 바이어스 전압의 전압 레벨(VGG)에 응답하는 바이어스 전류에 의해 설정된다. 설명된 실시예에서, 트랜지스터(234, 236)는 대략 -4mV/℃ 내지 대략 4mV/℃ 범위의 온도 감도를 갖는, GaAs MESFET 또는 GaAs pHEMT(의사형 고 전자 이동도 트랜지스터)와 같은 공핍 모드 트랜지스터가 바람직하다.

제2 임피던스 매칭 회로(220)는 전력 증폭기(218)에 의해 증폭된 변조된 RF 신호를 출력부(210)에 공급한다. 제2 임피던스 매칭 회로(220)는 전력 증폭기(218)의 제2 트랜지스터(236)의 드레인 단자(244)에 결합되고 전력 증폭기(218)와 출력부(210)에 연결된 회로 사이에 저 손실 무선 주파수 임피던스 매칭을 제공한다. 제2 임피던스 매칭 회로(220)의 설계는 본 기술의 통상의 전문가에 의해 수행된다.

커플러(222)는 증폭 변조된 RF 신호의 전력 레벨을 출력부(212)에 결합한다. 커플러(222)는 과도한 손실없이 결합한 전자기적 커플러를 포함하는 방향성 커플러(directional couplier)(250)를 포함한다. 커플러(222)는 결합된 전력 레벨을 출력부(212)로 직접 출력하기 위해 저항(247)을 포함한다.

주 전압 공급부(224)는 여진기(214)의 트랜지스터(232)와 전력 증폭기(218)의 트랜지스터(234, 236)에 선택적으로 전력을 공급한다. 주 전압 공급부(224)는 전지(116)(도 1)에 의해 제공된 전압 공급부(V1) 및 여진기(214)와 전력 증폭기(218) 모두와 전압 공급부(V1) 사이에 결합되는 단자를 갖는 제어 가능한 스위치(252)(도 2)를 포함한다. 제어 가능한 스위치(252)는 입력부(202)에 결합된 제어 포트를 포함한다. 제어 가능한 스위치(252)는 제어 포트에서 수신된 주 공급부의 제어 신호에 응답하여, 여진기(214) 및 전력 증폭기(218)에 전압 공급부(V1)를 연결하거나 분리하기 위해 개폐된다. 전압 공급부(V1)가 트랜지스터(232, 234, 및 236)를 통해 접지에 단락되는 것을 방지하고, 트랜지스터(232, 234, 및 236) 또는 주 전압 공급부(224)를 전위적으로 손상시키는 것을 방지하기 위해, 트랜지스터(232, 234, 및 236)가 전압 공급부(V1)의 인가 전에 확실하게 바이어스되도록 제어기(112)(도 1)는 주 공급 제어 신호를 통해 제어 가능한 스위치(252)(도 2)를 닫기 전에 바이어스 제어 신호를 공급한다.

바이어스 전압 공급부(226)는 전력 증폭기(218)의 트랜지스터(234, 236)에 바이어스를 인가하기 위해 전압을 공급한다. 바이어스 전압 공급부(226)는 전지(116)(도 1)에 의해서 전력 공급된 (도시되지 않은) 조정기 회로(regulater circuit)로부터 구동된 전압 공급부(V2)를 포함한다. 전압 공급부(V2)는 레벨 시프터(228)에 결합된다. 설명된 실시예에서, 트랜지스터(234, 236)는 공핍 모드이므로, 전압 공급부(V2)는 -10V와 같은 네가티브 전압이 된다.

레벨 시프터(228)는 전력 증폭기(218)의 트랜지스터(234, 236)의 증폭 레벨을 제어하기 위해, PAC 회로(122)(도 1)에 응답하여 바이어스 전압의 전압 레벨(VGG)을 출력한다. 이 레벨 시프터(228)는 피드백 회로(254)와 온도 보상 회로(255)를 포함한다.

피드백 회로(254)는 트랜지스터(Q1, Q2)와 저항(R1, R2, 및 R5)을 포함한다. 트랜지스터(Q1, Q2)는 각각의 베이스 단자(256, 258), 각각의 컬렉터 단자(260, 262), 및 각각의 에미터 단자(264, 266)를 포함한다. 트랜지스터(Q1)에 대해서는,베이스 단자(256)가 바이어스 제어 신호의 전압 레벨(VCN)을 수신하기 위해 전력 증폭기 회로(200)의 입력부(206)에 결합되고, 컬렉터 단자(260)가 트랜지스터(Q2)의 베이스 단자(258)와 저항(R5)의 일단에 결합되며, 에미터 단자(264)는 저항(R1)의 일단과 저항(R2)의 일단에 결합된다. 저항(R1)의 타단은 인에이블 신호의 전압 레벨(VEN)을 수신하기 위해 입력부(204)에 결합된다. 저항(R2)의 타단은 온도 보상 회로(255)를 통해 전력 증폭기(218)의 트랜지스터(234, 236)의 각각의 게이트 단자(238, 240)에 각각 결합된다. 트랜지스터(Q2)에 대해서는, 컬렉터 단자(262)가 온도 보상 회로(255)를 통해 전력 증폭기(218)의 트랜지스터(234, 236)의 게이트 단자(238, 240)에 각각 결합되고, 에미터 단자(266)가 바이어스 전압 공급부(226)의 전압 공급부(V2)와 저항(R5)의 타단에 결합한다. 설명된 실시예에서, 트랜지스터(Q1, Q2)는 각각 대략 0.7V의 VBE와 대략 -2mV/℃의 온도 감도를 갖는 pnp 및 npn BJT가 바람직하다.

예시적으로, 온도 보상 회로(255)가 레벨 시프터(228)에 존재하지 않으며 저항(R2)의 타측과 트랜지스터(Q2)의 컬렉터 단자(262)는 바이어스 전압의 전압 레벨(VGG)을 제공하기 위해 전력 증폭기(218)의 트랜지스터(234, 236)의 각각의 게이트 단자(238, 240)에 직접 결합된다고 가정하자. 피드백 회로(254)는 저항(R2)을 통해 트랜지스터(Q2)의 컬렉터 단자(262)에서 트랜지스터(Q1)의 에미터 단자(264)로 전류를 피드백하도록 동작한다. 인에이블 신호의 전압 레벨(VEN)은 저항(R1)을 통해 흐르는 전류(IR1)를 저항(R2)을 통해 흐르는 전류(IR2)와 동일해지도록 작용하기에 충분하다. 저항(R5)은 트랜지스터(Q2)의 베이스 단자(258)의전압이 보다 네가티브 값으로 이동할 때 전류를 감소시킬 수 있을 만큼 충분히 크다. 또한 트랜지스터(Q1)의 VBE를 VBEQ1으로 정의하면, 피드백 회로(254)로부터 공급된 바이어스 전압의 전압 레벨(VGG)이 다음과 같이 계산된다.

IR1 = IR2

(VEN-VCN-VBEQ1)/R1 = (VCN+VBEQ1-VGG)/R2

VGG = ((R2+R1)/R1)*VCN+((R2+R1)/R1)*VBEQ1-(R2/R1)*VEN

피드백 회로(254)에 의해 공급된 바이어스 전압의 전압 레벨(VGG)의 온도 감도는 다음과 같다.

저항(R1, R2)을 각각 1㏀과 2㏀과 같은 허용 가능한 값으로 설정하면, 바이어스 전압의 전압 레벨(VGG)의 온도 감도는 다음과 같다.

∂/∂T(VGG) = -6mV/℃

저항(R1, R2)의 허용 가능한 값의 범위에서, 피드백 회로(254)에 의해 공급된 바이어스 전압의 전압 레벨(VGG)의 온도 감도는 전력 증폭기 회로(200)의 전형적인 동작 동안 -5mV/℃와 -10mV/℃ 사이에서 변동한다. -30 내지 +70℃의 온도 범위에서 바이어스 전압의 전압 레벨(VGG)은 0.5V 내지 1V 까지 변동한다. 이러한 높은 전압 레벨(VGG) 변화는, 온도와 구성 요소 변화에 대하여도 증폭 변조된 RF 신호의 요구되는 출력 전력 및 효율이 유지될 수 있도록 여진기(214)와 전력 증폭기(218)에 동시에 바이어스를 공급하는 것을 어렵게 한다.

바이어스 전압의 전압 레벨(VGG)의 온도 변화를 최소화하기 위해, 레벨 시프터(228)는 온도 보상 회로(255)를 포함한다. 온도 보상 회로(255)는 트랜지스터(Q3)와, VBE 멀티플라이어 구성으로 배열되고 피드백 회로(254)의 저항(R2)에 직렬로 연결되는 저항(R3, R4)을 포함한다. 트랜지스터(Q3)는 저항(R2)의 타단과 저항(R3)의 일단에 결합된 컬렉터 단자(268); 저항(R3)의 타단과 저항(R4)의 일단에 결합된 베이스 단자(270); 및 트랜지스터(Q2)의 컬렉터 단자(262), 저항(R4)의 타단, 및 전력 증폭기(218)의 트랜지스터(234, 236)의 게이트 단자(238, 240) 각각에 결합된 에미터 단자(272)를 포함한다. 트랜지스터(Q3)의 VBE는 VBEQ3으로 정의된다. 저항(R3)을 가로지르는 전압과 저항(R3)을 통과하는 전류는 각각 VR3과 IR3으로 정의된다. 저항(R4)을 가로지르는 전압과 저항(R4)을 통과하는 전류는 각각 VR4와 IR4로 정의된다. 설명된 실시예에서, 트랜지스터(Q3)는 대략 0.7V의 VBE와 대략 -2㎷/℃의 온도 감도를 갖는 임의의 바람직한 npn BJT이다.

트랜지스터(Q3)의 베이스 단자(270)로의 전류 흐름이 없다고 가정하면, 온도 보상 회로(255)에 따른 전압 레벨(VTC)은 다음과 같이 결정된다.

VTC = VR3 + VR4

= IR3 * R3 + VBEQ3

= IR4 * R3 + VBEQ3

= (VBEQ3 / R4) * R3 +VBEQ3

= ((R3 + R4) / R4) * VBEQ3.

다시 저항(R1)을 경유하는 전류(IR1)가 저항(R2)를 경유하는 전류(IR2)와 같다고 가정하면, 온도 보상 회로(255)와 함께 피드백 회로(254)에 의해 공급된 바이어스 전압의 전압 레벨(VGG)은 다음과 같이 계산될 수 있다.

IR1 = IR2

(VEN - VCN - VBEQ1) / R1 = (VCN + VBEQ1 - VTC - VGG) / R2

VGG = ((R2 + R1) / R1) * VCN + ((R2 + R1) / R1) * VBEQ1

-((R3 + R4) / R4) * VBEQ3 - (R2 / R1) * VEN

온도 보상 회로(255)와 함께 피드백 회로(254)에 의해 공급된 바이어스 전압의 전압 레벨(VGG)의 온도 감도는 다음과 같다.

바이어스 전압의 전압 레벨(VGG)의 온도 감도는 수학식 2의 저항 R1, R2, R3, 및 R4를 다음과 같이 설정하므로써 제로로 설정할 수 있다.

(R2 + R1) / R1 = (R3 +R4) /R4

PAC 회로(122)(도 1)로부터의 바이어스 제어 신호의 전압 레벨(VCN)이 여진기(214)의 트랜지스터(232)의 VBE(VBEEX로 표시됨)와 함께 변화되는 동안 전압 레벨(VGG)이 일정하게 유지된다고 가정하면, 전압 레벨(VGG)의 온도 감도는 다음과 같다.

바이어스 전압의 전압 레벨(VGG)의 온도 감도는 수학식 3의 저항 R1, R2, R3, 및 R4를 다음과 같이 설정하므로써 제로로 설정할 수 있다.

2 * (R2 + R1) / R1 = (R3 + R4) / R4

또한 전압 레벨(VGG)이 트랜지스터 핀치오프 전압, 피크 출력 전력에 대한 게이트 단자 전압, 전력 또는 피크 효율에 대한 게이트 단자 전압, 또는 게이트 단자 전압과 관련된 다른 온도 의존 파라미터 등의 변화에 따라서 온도에 대하여 변화한다고 가정될 수 있다. 온도에 대한 게이트 단자 전압의 바람직한 변화는 전형적으로 GaAs MESFET 또는 GaAs pHEMT와 같은, 공핍 모드 트랜지스터의 게이트 도핑 단면에 의존하므로, 주어진 서플라이어(supplier)에 고유한 것일 수 있다. 최적의 성능은 바이어스 제어 신호의 전압 레벨(VCN)이 -2㎷/℃에서 변화되는 동안 -4㎷/℃의 온도 감도를 갖는 전압 레벨(VGG)에 의해서 얻어질 수 있다고 가정하자. 또한, 다음과 같이, 레벨 시프터(228)의 바람직한 이득(gain)이 3이라고 가정하자.

Gain = 3 = (R2 + R1) / R1

이러한 조건을 만족시키기 위해서 저항 R1과 R2는 각각 1㏀과 2㏀으로 설정된다. 수학식 3의 전압 레벨(VGG)의 온도 감도는 다음과 같다.

∂/∂T(VGG) = (-4㎷/℃)

= ((2 * (R2 +R1) / R1) - ((R3 +R4) /R3) * (-2㎷/℃)

= ((2 * 3) - ((R3 + R4) / R3)) * (-2㎷/℃)

= (6 - ((R3 +R4) / R3)) * (-2㎷/℃)

저항(R3)이 30㏀, 저항(R4)이 10㏀으로 설정될 때, 전압 레벨(VGG)의 온도 감도는 다음과 같다.

∂/∂T(VGG) = (-4㎷/℃)

= (6 - ((R3 + R4) / R3)) * (-2㎷/℃)

= (6 - 4) * (-2㎷/℃)

= -4㎷/℃

따라서, 온도 보상 레벨 시프터가 폐 루프 피드백 시스템을 채택하는 전력 증폭기 회로용으로 제공될 수 있다는 것을 알 수 있다. 이 레벨 시프터는 전력 증폭기 회로의 전력 증폭기를 구성하는 트랜지스터의 게이트에 인가되는 바이어스 전압의 온도 감도를 최소화하기 위해서 VBE 멀티플라이어를 이용한다. 본 발명은 npn 트랜지스터를 이용하여 설명하였지만, 본 기술 분야의 숙련된 자들은 VBE 멀티플라이어를 pnp 트랜지스터로 대체하여 구성가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 트랜지스터(Q3)로서 pnp 트랜지스터를 이용하면 저항(R3, R4)의 스와핑 위치들(swapping positions)이 요구될 것이다. 저항(R4)는 pnp 트랜지스터의 베이스와, pnp 트랜지스터의 에미터와 저항(R2)의 타단 양측 사이에 결합될 수 있다. 저항(R3)은 pnp 트랜지스터의 게이트와, pnp 트랜지스터의 컬렉터와 트랜지스터(Q2)의 컬렉터 단자(262) 양측 사이에 결합될 수 있다.

따라서, 본 발명은 온도 변화에 민감하게 반응하지 않는 온도 보상 레벨 시프터를 구비한 전력 증폭기 회로를 제공하므로써, 통신 장치에서 출력 전력 제어를 보다 정확하게 수행할 수 있는 효과가 있다.

Claims

무선 주파수(RF) 신호를 증폭된 RF 신호로 증폭하기 위한 전력 증폭기 회로(200)에 있어서,

바이어스 전압 공급부;

RF 신호를 수신하기 위한 제1 입력부(208);

상기 증폭된 RF 신호를 제공하기 위한 출력부(210);

상기 출력부에 결합되어 상기 증폭된 RF 신호의 레벨을 검출하기 위한 커플러 회로(222);

상기 레벨로부터 유도된 제어 신호(VCN)를 수신하기 위한 제2 입력부(206);

상기 제1 입력부에 결합되는 게이트(238/240) 및 상기 출력부에 결합되는 드레인(242/244)을 구비한 제1 트랜지스터(234/236)를 포함하는 전력 증폭기(218); 및

상기 제2 입력부 및 게이트에 결합되고, 상기 제어 신호에 응답하여 상기 제1 트랜지스터의 증폭 레벨을 설정하기 위해 바이어스 전압(VGG)을 상기 게이트에 공급하고, 상기 바이어스 전압의 온도 감도를 최소화하며, 상기 제2 입력부, 바이어스 전압 공급부 및 상기 전력 증폭기의 제1 트랜지스터의 게이트에 결합되는 피드백 회로(254) 및 온도 보상 회로(255)를 포함하는 레벨 시프터(228)

를 포함하되,

상기 피드백 회로는,

인에이블 전압(VEN)을 수신하기 위한 제3 입력부(204);

베이스(256), 컬렉터(260), 및 에미터(264)를 구비하되, 상기 베이스가 상기 제2 입력부에 결합되는 제2 트랜지스터(Q1);

베이스(258), 컬렉터(262), 및 에미터(266)를 구비하되, 상기 베이스가 상기 제2 트랜지스터의 컬렉터에 결합되고, 상기 컬렉터가 상기 전력 증폭기의 제1 트랜지스터의 게이트에 결합되고, 상기 에미터가 상기 바이어스 전압 공급부에 결합된 제3 트랜지스터(Q2);

두 단을 구비하되, 일단이 상기 제3 입력부에 결합되고, 타단이 상기 제2 트랜지스터의 에미터에 결합된 제1 저항 소자(R1);

두 단을 구비하되, 일단이 상기 제2 트랜지스터의 에미터에 결합된 제2 저항 소자(R2); 및

두 단을 구비하되, 일단이 상기 제3 트랜지스터의 베이스에 결합되고, 타단이 상기 제3 트랜지스터의 에미터에 결합된 제3 저항 소자(R5)를 포함하고,

상기 온도 보상 회로는,

베이스(270), 에미터(272), 및 컬렉터(268)를 구비하되, 상기 컬렉터가 상기 제2 저항 소자의 타단에 결합되고, 상기 에미터가 상기 전력 증폭기의 제1 트랜지스터의 게이터에 결합된 제4 트랜지스터(Q3);

두 단을 구비하되, 일단이 상기 제4 트랜지스터의 컬렉터에 결합되고, 타단이 상기 제4 트랜지스터의 베이스에 결합된 제4 저항 소자(R3); 및

두 단을 구비하되, 일단이 상기 제4 트랜지스터의 베이스에 결합되고, 타단이 상기 전력 증폭기의 제1 트랜지스터의 게이트에 결합된 제5 저항 소자(R4)

를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기 회로.
무선 주파수(RF) 신호를 증폭된 RF 신호로 증폭하기 위한 전력 증폭기 회로(200) 있어서,

RF 신호를 수신하기 위한 제1 입력부(208);

상기 증폭된 RF 신호를 제공하기 위한 출력부(210);

상기 출력부에 결합되어 상기 증폭된 RF 신호의 레벨을 검출하기 위한 커플러 회로(222);

상기 레벨로부터 유도된 제어 신호(VCN)를 수신하기 위한 제2 입력부(206);

상기 제1 입력부에 결합되는 게이트(238/240) 및 상기 출력부에 결합되는 드레인(242/244)을 구비한 제1 트랜지스터(234/236)를 포함하는 전력 증폭기(218); 및

상기 제2 입력부 및 게이트에 결합되어, 상기 제어 신호에 응답하여 상기 제1 트랜지스터의 증폭 레벨을 설정하기 위해 바이어스 전압(VGG)을 상기 게이트에 공급하고, 상기 바이어스 전압의 온도 감도를 최소화하는 레벨 시프터(228)

를 포함하되,

상기 레벨 시프터는 VBE 멀티플라이어를 포함하는 온도 보상 회로(255)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기 회로.
무선 주파수(RF) 신호를 증폭된 RF 신호로 증폭하기 위한 전력 증폭기 회로(200)에 있어서,

RF 신호를 수신하기 위한 제1 입력부(208);

상기 증폭된 RF 신호를 제공하기 위한 출력부(210);

상기 출력단에 결합되어 상기 증폭된 RF 신호의 레벨을 검출하기 위한 커플러 회로(222);

상기 레벨로부터 유도된 제어 신호(VCN)를 수신하기 위한 제2 입력부(206);

상기 제1 입력부에 결합되는 게이트(238/240) 및 상기 출력부에 결합되는 드레인(242/244)을 구비한 제1 트랜지스터(234/236)를 포함하는 전력 증폭기(218); 및

상기 제2 입력부 및 게이트에 결합되어, 상기 제어 신호에 응답하여 상기 제1 트랜지스터의 증폭 레벨을 설정하기 위해 바이어스 전압(VGG)을 상기 게이트에 공급하고, 피드백 회로(254) 및 온도 보상 회로(255)를 포함하는 레벨 시프터(228)

를 포함하되,

상기 온도 보상 회로는,

제1 단자(268), 제2 단자(272), 및 제3 단자(270)를 구비하되, 상기 제1 단자가 상기 피드백 회로에 결합되고, 상기 제2 단자가 상기 피드백 회로 및 상기 전력 증폭기의 제1 트랜지스터의 게이트에 결합된 제2 트랜지스터(Q3);

두 단을 구비하되, 일단이 상기 제1 단자 및 피드백 회로에 결합되고, 타단이 상기 제3 단자에 결합되는 제1 저항 소자(R3);

두 단을 구비하되, 일단이 상기 제3 단자에 결합되고, 타단이 상기 제2 단자 및 상기 전력 증폭기의 제1 트랜지스터의 게이트에 결합된 제2 저항소자

를 포함하고

상기 레벨 시프터는 상기 바이어스 전압의 온도 감도를 최소화하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기 회로.