KR100312216B1

KR100312216B1 - Tx power amplifier

Info

Publication number: KR100312216B1
Application number: KR1019980057157A
Authority: KR
Inventors: 김성욱
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1998-12-22
Filing date: 1998-12-22
Publication date: 2002-01-12
Also published as: KR20000041309A

Abstract

가. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야end. The technical field to which the invention described in the claims belongs

무선기기의 송신 장치에 관한 것이다.A transmitting device of a wireless device.

나. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제I. The technical problem to be solved by the invention

무선기기에서 손실이 적고 선형성이 뛰어나며 잡음의 영향을 적게 받는 송신 장치를 구현함에 있다.It is to implement a transmission device with low loss, excellent linearity, and less influence of noise in a wireless device.

다. 발명의 해결방법의 요지All. Summary of Solution of the Invention

베이스 밴드부에서 출력되는 송신 신호를 선형성이 뛰어난 업 컨버터에 바로 입력시키고 업 컨버터의 콘트롤 단자에 입력되는 전압을 가변 감쇠기를 통해 제어함으로써 데이터를 송신함을 특징으로 한다.The data is transmitted by directly inputting a transmission signal output from the base band to an up converter having excellent linearity and controlling a voltage input to a control terminal of the up converter through a variable attenuator.

라. 발명의 중요한 용도la. Important uses of the invention

무선기기의 송신전력 증폭 장치에 이용된다.It is used in a transmission power amplification apparatus of a wireless device.

Description

Transmission power amplifier {TX POWER AMPLIFIER}

본 발명은 무선 단말기의 송신 장치에 관한 것으로, 특히 선형성이 뛰어나고, 잡음의 영향을 적게 받으며, 회로의 소자가 적게들고, 높은 전력 조절 범위를 가지고, 대역 통과 필터(BPS : BAND PASS FILTER 이하 "대역 통과 필터"라 함)의 규격을 완화할 수 있고, 구조가 간단하며, 송신 신호의 왜곡이 적은 송신 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a transmission device for a wireless terminal, and in particular, has excellent linearity, is less influenced by noise, has fewer elements in a circuit, has a high power control range, and has a band pass filter (BPS: BAND PASS FILTER or less) And a simple structure and low distortion of a transmission signal.

도 1은 종래의 무선 단말기의 송수신부 블록 구성도이다.1 is a block diagram of a transmitter and receiver of a conventional wireless terminal.

도 2는 일반적인 전자 회로에서의 전력 입출력 비교 그래프이다.2 is a graph comparing power input and output in a general electronic circuit.

일반적으로, 무선 단말기의 송신 흐름을 보면 마이크를 통해 입력되는 음성 신호는 다수의 처리 과정을 거쳐 BBA 칩(BASE BAND ANALOG CHIP)(100)으로부터 아날로그 신호로 출력된다. 상기 BBA 칩 (100)으로부터 출력되는 신호는 송신 가변 이득 증폭기(VGA : VARIABLE GAIN AMPLIFIER) (111)로 입력되기 전에 감쇠기(ATTENUATOR) (110)에 의해 전력이 감쇠되어 입력된다. 상기와 같이 송신 가변이득 증폭기 (111)에 입력되기 전에 감쇠기 (110)에 의해 전력 값이 감쇠되는 이유는 송신 가변이득 증폭기 (111)이 제어할 수 있는 송신 전력을 입력하기 위해서이다. 만일 입력값이 감쇠되지 않고 입력되면 송신 가변이득 증폭기 (111)을 포화(SATURATION)시켜 송신 신호의 파형을 왜곡시키므로 일반적으로 일정한 고정의 감쇠기 (110)을 두어 신호의 크기를 약화시킨 후에 다시 송신 가변 이득 증폭기 (111)에 입력하여 증폭한다. 이와 같은 이유는 현재 사용되는 송신 가변 이득 증폭기 (111)의 성능이 충분히 선형성을 확보하지 못하는 문제가 있기 때문이다.In general, in the transmission flow of a wireless terminal, a voice signal input through a microphone is output as an analog signal from a BBA chip (BASE BAND ANALOG CHIP) 100 through a plurality of processes. The signal output from the BBA chip 100 is attenuated by the ATTENUATOR 110 before being input to the VARIABLE GAIN AMPLIFIER 111. The reason why the power value is attenuated by the attenuator 110 before being input to the transmission variable gain amplifier 111 as described above is for inputting transmission power that can be controlled by the transmission variable gain amplifier 111. If the input value is input without being attenuated, the transmission variable gain amplifier 111 is saturated to distort the waveform of the transmission signal. Therefore, a fixed fixed attenuator 110 is generally used to reduce the size of the signal and then change the transmission variable again. It is input to the gain amplifier 111 and amplified. This is because there is a problem that the performance of the transmission variable gain amplifier 111 currently used does not sufficiently secure linearity.

도 2의 그래프를 설명하면 하기와 같다.The graph of FIG. 2 is as follows.

일반적으로 모든 전기적 소자는 수용 전력 한계치를 가지고 있으며 수용 전력 이상의 신호가 입력되면 비 선형성이 나타나게 된다. 예를 들어 증폭기의 경우 입력이 일정 기준 이상이면 입력되는 전력과는 반대로 오히려 출력값이 떨어지는 상황이 발생한다. 이와 같이 예상되는 출력 전력에 비해 실제 출력되는 전력이 1dB 이상 차이가 나는 지점을 COMPRESSION POINT라 한다. 그러므로 상기 COMPRESSION POINT가 높은 것이 선형성이 높다고 볼 수 있으며 신호의 왜곡 현상도 줄어들게 된다.In general, all electrical components have an acceptable power limit and nonlinearities occur when signals above the acceptable power are input. For example, in the case of an amplifier, if the input is above a certain threshold, a situation occurs in which the output value drops, as opposed to the input power. The point where the actual output power differs by more than 1dB from the expected output power is called the COMPRESSION POINT. Therefore, the higher the COMPRESSION POINT, the higher the linearity and the distortion of the signal is reduced.

상기와 같은 이유로 파형의 왜곡을 방지하기 위해서 송신 가변이득 증폭기 (111)의 증폭 범위(RANGE)는 제한적으로 사용될 수밖에 없다. 그리고 고정의 감쇠기 (110)을 사용함으로써 RF부의 전체 회로에서 잡음(NOISE)에 의한 영향을 많이 받게되는 문제점이 있다. 상기와 같은 이유는 일반적으로 잡음은 일정한 전력을 가지고 있는데 낮은 전력의 신호를 높은 비율로 증폭하게되면 잡음도 함께 높게 증폭되어 신호의 오율을 높이게되고 수신 장치에서는 신호의 오율을 낮추기 위하여 복잡한 구성을 가지게된다. 또한 송신 가변 이득 증폭기 (111)에 의해 확보되지 못하는 영역의 전력 증폭 범위는 전력 증폭기 (152)의 바이어스(BIAS) 전원을 조절하여 확보하게 된다. 이 경우 전력 증폭기 (152)의 입출력 임피던스 변화로 인해 발진성이 높아지며 채널간의 신호 크기와 위상 편차가 심하게 차이를 보이게 되는 문제점이 있다.For the above reason, in order to prevent distortion of the waveform, the amplification range RANGE of the transmission variable gain amplifier 111 may be limited. In addition, the fixed attenuator 110 has a problem in that the entire circuit of the RF unit is affected by noise. The reason for the above is that the noise generally has a constant power, but when the low power signal is amplified at a high rate, the noise is also amplified together to increase the error rate of the signal, and the receiving device has a complex configuration to reduce the error rate of the signal. do. In addition, the power amplification range of the area not secured by the transmission variable gain amplifier 111 is secured by adjusting a bias (BIAS) power supply of the power amplifier 152. In this case, the oscillation property is increased due to the change in the input / output impedance of the power amplifier 152, and there is a problem in that the signal magnitude and phase deviation between the channels are severely different.

따라서 본 발명의 목적은 선형성이 뛰어나고, 잡음의 영향을 적게 받으며, 회로의 소자가 적게드는 송신 장치를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a transmission device having excellent linearity, less influence of noise, and fewer elements of a circuit.

본 발명의 다른 목적은 높은 전력 조절 범위를 가지며, 대역 통과 필터의 규격을 완화할 수 있고, 구조가 간단하며, 송신 신호의 왜곡이 적은 송신 장치를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a transmission apparatus having a high power control range, easing the specification of a band pass filter, a simple structure, and low distortion of a transmission signal.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위하여 본 발명은 송신 전력 증폭부의 초단에 위치하며 가변 감쇠기에서 출력되는 제어 신호에 의해 입력되는 신호의 전력을 증폭하고 주파수를 변환시켜 출력하는 업 컨버터와, 전압 제어 발진기에서 출력되는 신호를 조정하여 상기 업 컨버터로 입력되는 제어 신호를 발생하는 가변 감쇠기와, 상기 가변 감쇠기를 제어하기 위한 제어 전압을 발생하는 제어 전압부와, 상기 가변 감쇠기로 입력되는 신호를 발생하는 전압 제어 발진기로 이루어지거나,In order to achieve the above object, the present invention is located in the first stage of the transmission power amplifying unit and the up converter for amplifying the power of the signal input by the control signal output from the variable attenuator and converts the frequency and outputs in the voltage controlled oscillator A variable attenuator for generating a control signal input to the up-converter by adjusting an output signal, a control voltage unit for generating a control voltage for controlling the variable attenuator, and voltage control for generating a signal input to the variable attenuator Consists of an oscillator,

아날로그 신호를 출력하는 베이스밴드 아날로그 칩을 구비한 송신전력 증폭 장치에 있어서, 가변 감쇠기에서 출력되는 제어 신호에 의해 상기 베이스밴드 아날로그 칩으로부터 출력되는 신호를 입력받아 전력을 증폭하고 주파수를 변환시켜 출력하는 업 컨버터와, 전압 제어 발진기에서 출력되는 신호를 조정하여 상기 업 컨버터로 입력되는 제어 신호를 발생하는 가변 감쇠기와, 상기 가변 감쇠기를 제어하기 위한 제어 전압을 발생하는 제어 전압부와, 상기 가변 감쇠기로 입력되는 신호를 발생하는 전압 제어 발진기로 이루어짐을 특징으로 한다.A transmission power amplifying apparatus having a baseband analog chip for outputting an analog signal, comprising: receiving a signal output from the baseband analog chip by a control signal output from a variable attenuator, amplifying power, converting a frequency, and outputting the same; A variable attenuator for adjusting a signal output from an up converter, a voltage controlled oscillator to generate a control signal input to the up converter, a control voltage unit for generating a control voltage for controlling the variable attenuator, and a variable attenuator Characterized in that it consists of a voltage controlled oscillator for generating an input signal.

도 1은 종래의 무선 단말기의 송수신부 블록 구성도.1 is a block diagram of a transmitter and receiver of a conventional wireless terminal.

도 2는 일반적인 전자 회로에서의 전력 입출력 비교 그래프.2 is a graph comparing power input and output in a general electronic circuit.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 송수신부 블록 구성도.3 is a block diagram of a transceiver according to an embodiment of the present invention.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선, 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한 하기 설명에서는 구체적인 특정사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals have the same reference numerals as much as possible even if displayed on different drawings. In addition, specific details appear in the following description, which is provided to help a more general understanding of the present invention, and it is obvious to those skilled in the art that the present invention may be practiced without these specific details. something to do. In the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 송수신부 블록 구성도이다.3 is a block diagram of a transceiver unit according to an exemplary embodiment of the present invention.

일반적으로 업 컨버터나 다운 컨버터는 믹서의 일종으로 액티브 믹서(ACTIVE MIXER)와 패시브 믹서(PASSIVE MIXER)로 분류할 수 있다. 액티브 믹서란 주파수 변환과 신호의 이득을 발생시키는 경우이고 패시브 믹서는 주파수 변환과 신호의 감쇠를 발생시키는 것을 말한다. 대표적인 액티브 믹서에는 GILLBERT CELL 믹서, FET(FIELD EFFECT TRANSISTOR), BJT(BIPOLAR JUNCTION TRANSISTOR) 등의 액티브 소자를 사용한 경우이고, 패시브 믹서는 다이오드 믹서를 예로 들 수 있다. 상기와 같은 업 컨버터들은 BJT, FET, HBT(HETERO JUNCTION BIPOLAR TRANSISTOR)와 같은 능동 소자를 이용하여 입력되는 신호에 DC 바이어스를 인가함으로써, 이득을 발생시킨다. 이때 업 컨버터에 입력되는 신호는 전압 제어 발진기에서 나오는 신호가 가변 감쇠기에 의해 변화된 신호이다. 상기 가변 감쇠기는 PIN DIODE를 이용한 것이거나 FET, BJT등의 액티브 소자를 이용하여 외부에서 인가되는 제어 전압 또는 외부 DC 바이어스에 의하여 전압 제어 발진기에서 입력되는 신호에 대하여 감쇠를 수행한다.In general, an up converter or a down converter is a type of mixer, which can be classified into an active mixer and a passive mixer. An active mixer is one of generating frequency conversion and gain of a signal, and a passive mixer is one of generating frequency conversion and signal attenuation. Typical active mixers include active devices such as GILLBERT CELL mixers, field effect transformers (FETs), and bipolar junction transformers (BJTs), and the passive mixer may be a diode mixer. Such upconverters generate a gain by applying a DC bias to an input signal using an active element such as BJT, FET, HEBT (HETERO JUNCTION BIPOLAR TRANSISTOR). At this time, the signal input to the up-converter is a signal in which the signal from the voltage controlled oscillator is changed by the variable attenuator. The variable attenuator uses a PIN DIODE or an active element such as a FET or BJT to attenuate a signal input from a voltage controlled oscillator by an external control voltage or an external DC bias.

일반적으로 CDMA(CODE DIVISION MULTIPLE ACCESS) 방식이나 여타의 방식을 사용하는 단말기들은 하나의 단말기 안에 듀플렉서(DUPLEXER)를 이용한 송신부와 수신부가 하나의 블록에 구현된 구조를 가지고 있다. 그러므로 송신부에서 발생되는 노이즈가 수신부로 유기되어 심각한 감도저하를 발생시킬 수 있으며, 수신기에서 양호한 감도를 유지하기 위해서는 송신부에서 발생되는 잡음을 또한 억제할 필요가 있다. 따라서 본 발명에서는 송신부를 설계함에 있어 수신부에 영향을 주는출력신호를 업 컨버터로 직접 연결하여 송신부를 구성하므로써, 기존의 BBA 출력에 고정 감쇠기를 이용한 경우보다 수신부 노이즈를 줄일 수 있다. 즉, 작은 NOISE FIGURE(잡음지수)를 가지는 송신부 구성이 가능하게 되어 '요구 감쇠값'을 낮출 수 있다. NOISE FIGURE는 초단 이득이 작을 경우 전체 NOISE FIGURE의 값은 반비례하여 증가하게 된다. 기존의 경우 송신기 초단에 감쇠기를 사용하므로 인해 NOISE FIGURE 상승 효과를 가지게 된다.In general, terminals using CDMA (CODE DIVISION MULTIPLE ACCESS) or other schemes have a structure in which a transmitter and a receiver using a duplexer (DUPLEXER) are implemented in one block. Therefore, the noise generated at the transmitter may be induced to the receiver to cause severe sensitivity degradation, and in order to maintain good sensitivity at the receiver, it is also necessary to suppress the noise generated at the transmitter. Therefore, in the present invention, in designing the transmitter, by directly connecting the output signal affecting the receiver with an up-converter to configure the transmitter, receiver noise can be reduced as compared with the case of using a fixed attenuator for the conventional BBA output. In other words, it is possible to configure a transmitter having a small noise figure (noise figure), thereby reducing the 'required attenuation value'. In the case of the NOISE FIGURE, when the initial gain is small, the total noise figure increases in inverse proportion. In the conventional case, the attenuator is used at the very first stage of the transmitter, which results in a noise increase effect.

BBA(BASE BAND ANALOG CHIP) (100)에서 출력되는 신호는 아날로그 신호로 서 마이크를 통해 입력된 신호를 PCM(PULSE CODE MODULATION)을 통해 음성 압축된 다음에 아날로그 신호로 변환된 신호이다. 상기 신호는 종래에는 감쇠기 (110)으로 입력되었지만 본 발명에서는 바로 업 컨버터 (120)으로 입력된다. 보통 업 컨버터 (120)은 입력되는 신호를 20에서 40dB 이상의 입력 신호를 처리할 수 있는 소자가 사용되고 있다. 이때 전압 제어 발진기 (140)을 통해 업 컨버터 (120)에 입력되던 신호는 가변 감쇠기 (180)을 통해 중간 처리되어 입력된다. 상기 입력되는 단자는 로컬 신호 포트(Local Signal port)로서 업 컨버터 (120)에서 전압 제어 발진기 (140)의 출력 신호가 인가되는 단자를 말한다. 만일 업 컨버터 (120)에서 출력되는 전력의 dB 값을 변환시킬 필요가 없다면 상기와 같이 가변 감쇠기 (180)을 사용하지 않고 고정 감쇠기나 업 컨버터 (120)의 소자 변환으로 신호를 출력할 수 있다. 상기와 같은 경우에는 다음 단에 있는 구동 증폭기(DRIVE AMPLIFIER) (150)이나 전력 증폭기(POWER AMPLIFIER) (152)를 통해서 출력 전력을 제어할 수 있다.The signal output from the BBA (BASE BAND ANALOG CHIP) 100 is an analog signal and the signal input through the microphone is voice-compressed through PCM (PULSE CODE MODULATION) and then converted into an analog signal. The signal is conventionally input to attenuator 110, but directly to up converter 120 in the present invention. Usually, the up converter 120 uses an element capable of processing an input signal of 20 to 40 dB or more. At this time, the signal input to the up converter 120 through the voltage controlled oscillator 140 is intermediately processed through the variable attenuator 180 and input. The input terminal refers to a terminal to which an output signal of the voltage controlled oscillator 140 is applied in the up converter 120 as a local signal port. If it is not necessary to convert the dB value of the power output from the up-converter 120, a signal may be output by the fixed attenuator or element conversion of the up-converter 120 without using the variable attenuator 180 as described above. In such a case, the output power may be controlled through a driver amplifier 150 or a power amplifier 152 in the next stage.

본 발명의 실시 예에 따른 도 3의 블록 구성도에서는 BBA (100)에서 출력되는 아날로그 신호를 직접 입력받은 신호의 전력을 증폭하고 주파수를 변환하여 출력하였다. 그러나 상기 BBA(100)에서 출력되는 신호뿐 아니라 일반적인 송신 전력 증폭부 초단에서의 아날로그 신호 증폭이 가능함은 물론이다. 그리고 가변 감쇠기 (180)은 업 컨버터 (120)에서 출력되는 신호의 전력 제어를 위하여 구성된 것이다. 따라서 최종단을 통해 안테나로 출력되는 출력 전력의 제어가 구동 증폭기 (150)과 전력 증폭기 (152)에서만 이루어진다면 반드시 가변 감쇠기 (180)을 구성할 필요는 없다.In the block diagram of FIG. 3 according to an embodiment of the present invention, the analog signal output from the BBA 100 is directly amplified and amplified the power of a signal directly outputted. However, not only the signal output from the BBA 100 but also the analog signal amplification at the first stage of the general transmission power amplifier is of course possible. The variable attenuator 180 is configured for power control of the signal output from the up converter 120. Therefore, it is not necessary to configure the variable attenuator 180 if control of the output power output to the antenna through the final stage is performed only in the driving amplifier 150 and the power amplifier 152.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Meanwhile, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications are possible without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined not only by the scope of the following claims, but also by the equivalents of the claims.

상술한 바와 같이 본 발명은 베이스 밴드 아날로그 칩으로부터 출력되는 신호를 전압 제어 발진기를 통해 입력되는 신호로 주파수를 변환하고 전력을 증폭하는 업 컨버터에 입력하여 전력을 증폭함으로써, 송신단에서 유기되는 잡음의 영향을 억압할 수 있고, RF부의 구성을 간단히 할 수 있다.As described above, the present invention converts a signal output from a baseband analog chip into a signal input through a voltage controlled oscillator and inputs it to an up-converter that converts frequencies and amplifies the power, thereby amplifying the power, thereby influencing the noise induced by the transmitter Can be suppressed and the configuration of the RF unit can be simplified.

Claims

A transmission power amplifier comprising at least a baseband analog chip for outputting an analog signal,

An up converter for amplifying a signal input from the baseband analog chip by a control signal applied from a voltage controlled oscillator, converting a frequency, and outputting the frequency to an output power control stage;

And a voltage controlled oscillator for applying a control signal to the up converter to control the signal input from the baseband analog chip to amplify and frequency convert the signal from the up converter.

An up converter for amplifying the signal and the power of the signal input from the baseband analog chip by a control signal applied from a variable attenuator, converting a frequency, and outputting the frequency to an output power control stage;

The variable attenuator receiving a control signal generated from a voltage controlled oscillator and applying a control signal for controlling power of a signal output from the up converter;

And a voltage controlled oscillator for generating a control signal for controlling the signal and the power of the signal input from the baseband analog chip to be amplified and frequency-converted in the up-converter.