KR100302573B1

KR100302573B1 - 직류/직류변환기를이용한저잡음증폭기

Info

Publication number: KR100302573B1
Application number: KR1019980010015A
Authority: KR
Inventors: 변종대; 조기현; 성연철
Original assignee: 허진호; 주식회사 이트로닉스
Priority date: 1998-03-23
Filing date: 1998-03-23
Publication date: 2001-09-22
Also published as: KR19990075679A

Abstract

본 발명은 직류/직류 변환기를 이용한 저잡음 증폭기에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 정전압장치보다 소모전력이 적은 직류/직류 변환기를 이용하여 저잡음 증폭기를 구성함으로서 열발산에 의한 잡음지수의 변동이 거의 없으며 제품의 수명이 증가되는 이동통신 기지국의 송수신부 시스템에서 사용가능한 저잡음증폭기에 관한 것이다.

본 발명의 직류/직류 변환기를 이용한 저잡음 증폭기는, 이동통신 기지국의 송수신단에 사용되는 저잡음증폭기에 있어서, 신호출력(Vout)을 조정하기 위하여 신호입력(Vin)을 조작하도록 온/오프 작용을 수행하는 스위치(switch); 신호출력(Vout)단에 인접하여 병렬로 연결된 한 쌍의 전압분배저항(R1,R2); 상기 전압분배저항(R1,R2)에 의하여 분배된 전압을 입력받아 소정전압이상이면 출력하는 에러 증폭기(14); 상기 에러 증폭기(14)로부터의 출력신호와 발진기(12)로부터의 신호를 입력받아서 비교하는 비교기(13); 그리고 상기 비교기(13)로부터의 출력신호를 입력받아서 스위치(switch) 제어신호를 출력하는 드라이버(15)로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

직류/직류 변환기를 이용한 저잡음 증폭기{LOW NOISE AMPLIFIER USING DC/DC CONVERTER}

본 발명은 직류/직류 변환기를 이용한 저잡음 증폭기에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 정전압장치보다 소모전력이 적은 직류/직류 변환기를 이용하여 저잡음 증폭기를 구성함으로서 열발산에 의한 잡음지수의 변동이 거의 없으며 제품의수명이 증가되는 이동통신 기지국의 송수신부 시스템에서 사용가능한 저잡음증폭기에 관한 것이다.

이동통신 기지국에서 수신부 시스템은 이동가능한 휴대용 단말기(무선전화)에서 송출된 소전력을 효과적으로 수신하기 위하여 수신부 안테나단에 저잡음 증폭기를 설치하여 사용한다. 이러한 저잡음 증폭기는 특히 송수신효율을 높이기 위하여 고이득이며 낮은 잡음지수를 가지는 것이 바람직하다.

이러한 저잡음 증폭기의 특성의 일례를 들면, 국내 이동전화 시스템에 사용되는 CDMA(Code Division Multiple Access) 방식의 경우 수신감도가 -114dBm이며 이러한 높은 감도를 위하여 저잡음 증폭기는 40dB의 고이득과 1dB 이하의 저잡음지수특성이 요구되고 있다.

도 1에 도시된 것은 종래 사용되는 저잡음 증폭기로서, 정전압기를 사용하여 구성한 것을 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 정전압기는 전압(Vin)이 입력되면 NPN형의 주트랜지스터(Q1)를 통과하면서 내부에 있는 고유저항값으로 전압강하를 발생시켜서 원하는 출력전압을 얻는다. 이 때 주트랜지스터(Q1)의 저항값이 일정하면 출력의 부하전류가 변동하였을 때, 강하하는 전압도 변하여 출력전압이 불안정하게 되는 문제점이 있다.

이것을 해소하기 위하여 종래에는 에러 증폭기(Error Amp)를 사용한다. 에러 증폭기는 기준 전압(제너다이오드 Dz에 의하여 설정됨)과 출력 전압의 차가 0에 가까워지도록 주트랜지스터(Q1)를 제어하여 결과적으로는 트랜지스터의 저항값을 조정하는 역할을 하는 것이다.

국내 또는 국외의 제조회사에서 개발된 이동통신용의 저잡음 증폭기에서는 입력전압이 +27V, 600mA의 전기적 특성을 나타내는 것이 사용되고 있다. 즉 +27V의 입력전압을 공급받으면 저잡음 증폭기에서는 정전압기를 통하여 10∼12V로 전압을 하강시켜서 트랜지스터에 적당한 바이어스를 제공하고 있다.

그러나 이러한 정전압기를 사용하는 방식에서는 전압강하로 인하여 강하된 전위차(+15 정도)만큼 정전압기에서 발열현상이 발생된다. 이것은 결국 저잡음 증폭기 자체의 열이 증가함을 의미하며, 열에 민감한 잡음지수가 상승하는 결과를 초래한다. 이러한 잡음지수는 1dB 이상으로 동작하여 기지국의 수신감도를 저하시킬 뿐만 아니라 저잡음 증폭기의 평균수명(Mean Time Failure)를 단축시키는 문제점이 있었던 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 증폭작용을 수행하는 도중에 잡음지수의 변동이 적어서 수신감도의 저하가 발생되지 않는 직류/직류 변환기를 이용한 저잡음 증폭기를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 전압강하로 인하여 발생되는 발열작용이 억제되어서 내부 소자의 수명이 연장되는 직류/직류 변환기를 이용한 저잡음 증폭기를 제공하는데 있다.

본 발명에 의한 직류/직류 변환기를 이용한 저잡음 증폭기는, 신호출력(Vout)을 조정하기 위하여 신호입력(Vin)을 조작하도록 온/오프 작용을 수행하는 스위치; 신호출력(Vout)단에 인접하여 병렬로 연결된 한 쌍의 전압분배저항; 상기 전압분배저항에 의하여 분배된 전압을 입력받아 소정전압이상이면 출력하는 에러 증폭기; 상기 에러 증폭기로부터의 출력신호와 발진기로부터의 신호를 입력받아서 비교하는 비교기; 상기 비교기로부터의 출력신호를 입력받아서 스위치 제어신호를 출력하는 드라이버; 및 내부 전압조정용의 레귤레이터로 구성된다.

도 1은 종래 저잡음 증폭기에 사용되는 정전압기의 개략적인 회로도,

도 2는 본 발명에 의한 직류/직류 변환기를 이용한 저잡음 증폭기의 개략적인 회로도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 정전압기, 10: 직류/직류변환기,

11: 내부레귤레이터, 12: 발진기,

13: 비교기, 14: 에러 앰프,

15: 드라이버, 16: 열감지부,

17: 전류제한부, R1,R2 : 전압분배저항.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 직류/직류 변환기를 이용한 저잡음 증폭기를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 의한 직류/직류 변환기를 이용한 저잡음 증폭기의 개략적인 회로도로서, 신호출력(Vout)을 조정하기 위하여 신호입력(Vin)을 조작하도록 온/오프 작용을 수행하는 스위치(switch); 신호출력(Vout)단에 인접하여 병렬로 연결된 한 쌍의 전압분배저항(R1,R2); 상기 전압분배저항(R1,R2)에 의하여 분배된 전압을 입력받아 소정전압이상이면 출력하는 에러 증폭기(14); 상기 에러 증폭기(14)로부터의 출력신호와 발진기(12)로부터의 신호를 입력받아서 비교하는 비교기(13); 상기 비교기(13)로부터의 출력신호를 입력받아서 스위치(switch) 제어신호를 출력하는 드라이버(15); 및 상기 스위치의 온/오프 작용중에 변동하는 내부전압을 일정하게 하는 내부 전압조정용의 레귤레이터(11)로 구성되어 있다.

본 발명에 의한 저잡음 증폭기는, 입력전압(Vin)(+7∼+36V)을 입력받아서 적당한 바이어스를 공급하기 위하여 전압을 강하시키는 역할을 한다. 즉 내부의 스위치(switch)가 스위칭작용을 하면서 온/오프 시간중에 온시간의 펄스폭을 변화시켜서 적당한 바이어스값을 출력하게 된다.

이와 같이 직류/직류 변환기의 경우에 스위칭 모드(switching mode)를 사용함으로써 열발산이 감소하는 효과가 있으며, 이에 따라서 열잡음감소와 구성소자들의 열화가 지연되어서 수명이 연장되는 효과가 있다.

본 발명의 작동상태를 도 2를 참고하여 설명하면 다음과 같다.

신호전압(Vin)이 입력되면 이것은 출력(Vout)의 전단에 연결되어 있는 저항(R1,R2)에 의하여 분배된다. 분배된 전압은 에러 증폭기(14)에 입력되어서 밴드갭(1.23V) 신호와의 차가 비교기(13)에 입력된다. 비교기(13)에는 발진기(12)가 연결되어서 에러 앰프(14)와 동시에 신호를 비교기(13)에 입력시킨다. 발진기(12)는 예를 들어서 200KHz의 발진주파수를 발생시키도록 구성시킬 수 있다.

비교기(13)(comparator)에서 비교된 후에 드라이버(15)를 통하여 비교신호를 출력한다. 드라이버(15)는 이 비교신호에 따라서 3A 스위치의 바이어스전류를 제어하게 되는 것이다. 드라이버(15)에는 열감지부(16)와 전류제한부(17)가 연결되어서 드라이버(15)에 열이 과도하게 발생하거나 과전류가 발생하는 것을 방지하게 된다.

바이어스전류가 제어됨에 따라서 3A 스위치(switch)는 온/오프 작동시간이 제어되고 결과적으로 직류/직류 변환기의 (출력전압 X 출력전류)와 (입력전압 X 입력전류)의 크기가 (효율이 100%인 경우에) 동일하게 된다. 따라서 출력전압(Vout)이 커지면 입력소모전류가 감소하게 된다.

이와 같이 저전력형 저잡음 증폭기의 구현으로 저잡음 증폭기 내부의 능동소자의 접합온도(Junction Temperature)의 상승을 억제하며 직류/직류 변환기의 자체 발열량이 감소하여서 전체 발열량이 감소하고 온도상승에 따른 잡음지수의 변화량을 최소화할 수 있는 것이다. 접합온도는 고체 상태 소자의 접합온도를 말하며 주어진 환경하에서 능동소자가 동작할 수 있는 최대온도를 말한다.

능동소자의 접합온도는 주로 장기간의 신뢰성(Long Term Reliability)를 결정하는 것으로서, 일반적으로 평균수명(MTTF)로 나타내며 주어진 온도에서 능동소자의 온도가 10℃ 하강하면 평균수명은 2배 연장되는 것으로 알려져 있다.

본 발명의 직류/직류 변환기를 이용한 저잡음 증폭기는 이동통신 기지국 수신단에 적용할 수 있으며, 저잡음 증폭기의 전력소비량을 감소시키고 자체에서 발생되는 열량을 감소시킴으로서 이에 의한 잡음지수악화를 방지하여 수신감도를 개선시킬 수 있으며 접합온도상승를 억제하여 평균수명은 증가시키고, 유지보수의 기간도 연장하여 안정된 이동통신 서비스를 제공할 수 있다.

상기와 같이 본 발명에 의하면 소모전력이 적은 직류/직류 변환기를 이용하여 증폭기를 구성함으로서 열발산에 의한 잡음지수의 변동이 거의 없으며 제품의 수명이 증가되는 이점이 있는 것이다.

본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 사상과 범위내에서 변형이나 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게는 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 첨부한 특허청구범위에 속한다 할 것이다.

Claims

이동통신 기지국의 송수신단에 사용되는 저잡음증폭기에 있어서,

신호출력(Vout)을 조정하기 위하여 신호입력(Vin)을 조작하도록 온/오프 작용을 수행하는 스위치(switch);

신호출력(Vout)단에 인접하여 병렬로 연결된 한 쌍의 전압분배저항(R1,R2);

상기 전압분배저항(R1,R2)에 의하여 분배된 전압을 입력받아 소정전압이상이면 출력하는 에러 증폭기(14);

상기 에러 증폭기(14)로부터의 출력신호와 발진기(12)로부터의 신호를 입력받아서 비교하는 비교기(13); 그리고

상기 비교기(13)로부터의 출력신호를 입력받아서 스위치(switch) 제어신호를 출력하는 드라이버(15)로 구성되는 것을 특징으로 하는 직류/직류 변환기를 이용한 저잡음 증폭기.