KR100312338B1 - 이동 통신 단말기의 전력증폭기 입력 전압 제어 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 이동 통신 단말기의 전력증폭기 입력 전압 제어 회로는, 전력증폭기의 전원 전압을 공급하기 위한 출력 전압과 그 출력 전압을 제어하기 위한 기준 전압을 발생시키기 위한 DC/DC 컨버터와, 상기 출력 전압을 제어하기 위한 제1저항과, 그 제1저항과 직렬 연결된 제2저항과, 복수의 출력 전압을 발생시킬 수 있도록 제2저항에 복수개가 병렬로 접속되는 제3저항과, 상기 복수개의 각 저항으로의 전류 흐름을 각각 온/오프 제어하기 위한 마이크로프로세서를 포함한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 단말기의 수신 신호 레벨에 따라 다르게 출력되는 각 송신 출력 전력마다 각각 다른 전압을 전력증폭기의 전원 전압으로 공급함으로써 효과적인 전력 사용을 도모하고, 그에 따라 단말기의 전체 효율을 높여 배터리의 수명을 연장하고, 전력증폭기의 전원에 의한 송신 신호의 왜곡이나 잡음을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

이동 통신 단말기의 전력증폭기 입력 전압 제어 회로{Circuit for controlling input voltage applied to a power amplifier in a mobile communication system}

본 발명은 이동 통신 단말기의 전력증폭기 입력 전압 제어 회로에 관한 것으로서, 특히 송신부의 전력증폭기에 공급되는 전압을 적절히 제어해줌으로써, 전체 송신 신호의 범위에서, 전력증폭기의 효율을 높임으로써 단말기 전체의 효율을 높일 수 있는 전력증폭기 입력 전압 제어 회로에 관한 것이다.

도 1은 종래의 이동 통신 단말기의 전력증폭기 입력 전압 제어 회로도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 전력증폭기 전원 전압 제어 회로는, 전력증폭기(미도시)의 전원 전압으로 공급될 출력 전압(Vout)과 그 출력 전압을 제어하기 위한 기준 전압(Vref)을 발생시키기 위한 DC/DC 컨버터(converter)(101)와, 상기 출력 전압(Vout)을 제어하기 위한 제1저항(102)과, 그 제1저항(102)과 직렬 연결된 제2저항(103)과, 그 제2저항(103)에 병렬로 연결된 제3저항(104)과, 그 제3저항(104)으로의 전류흐름을 온/오프(on/off) 제어하기 위한 마이크로프로세서(micro processor)로서의 MSM(Mobile Station Modem)(105)으로 구성되어 있다.

상기와 같은 구성을 갖는 종래의 이동 통신 단말기의 전력증폭기 입력 전압 제어 회로에 있어서, 배터리(미도시)로부터 상기 DC/DC 컨버터(101)로 전원이 공급되면, DC/DC 컨버터(101)는 배터리의 방전에 따른 전압 감소가 있다 하더라도 출력 전압(Vout)을 일정하게 출력한다. 그리고, MSM(105)은 수신 신호 레벨(level)에 대하여 송신 전력을 얼마 정도로 출력해야 할 것인가를 자동적으로 조절하게 되는데,이 송신 전력에 따라서 적절한 전압을 전력증폭기로 인가하기 위하여 트랜지스터 (transistor)(106)의 베이스(base) 단자에 로(low) 또는 하이(high) 신호를 입력함으로써, pa_r1 포트를 오픈(open)/쇼트(short) 시킨다. 상기 트랜지스터(106)의 베이스 단자에 로 신호가 입력되면 트랜지스터(106)는 오프되어 그 트랜지스터(106)와 연결된 pa_r1 포트는 오픈된다. 그리고, 상기 베이스 단자에 하이 신호가 입력되면, 트랜지스터(106)는 온되어 그 트랜지스터(106)와 연결된 pa_r1 포트는 그라운드(ground)와 쇼트된다. 상기 pa_r1 포트가 쇼트되면, 상기 제3저항(104)은 제2저항(103)과 병렬 접속 관계가 유지되고, 상기 pa_r1 포트가 오픈되면, 그 포트는 플로팅(floating)되어, 제3저항(104)으로는 전류가 흐르지 않게 된다.

제3저항(104)이 회로에 연결되지 않았을 때의 출력 전압(Vout)은 다음과 같은 수식으로 구할 수 있다.

또한, 상기 제3저항(104)이 상기 제2저항(103)과 병렬 연결되었을 때의 출력 전압은 다음과 같은 수식으로 구할 수 있다.

저항이 병렬 연결 되면 전체 저항은 병렬 연결된 모든 저항 중 가장 작은 저항보다 작게 되므로 병렬 연결된 합성 저항은 병렬 연결되기 전의 어느 하나의 저항보다 작아지게 된다. 즉, 제2저항(103) 하나의 크기가 제2저항(103)과 제3저항 (104)이 병렬 연결된 합성 저항 값보다 크다. 또한, 기준 전압(Vref)은 일정하므로, 출력 전압(Vout)은 상기 수학식 1과 수학식 2에 의하여 제1저항(102) 아래부분에 있는 저항의 크기에 비례하므로, 제2저항(103) 하나만 연결되었을 때의 출력 전압(Vout)은 제2저항(103)과 제3저항(104)이 병렬 연결되었을 때의 출력 전압(Vout)보다 크다.

한편, 이상과 같은 종래의 이동 통신 단말기의 전력증폭기 입력 전압 제어 회로는, 송신 출력 전력 18dBm(여기서, dBm은 입력 전력 1mW에 대한 출력 전력 값을 상용 로그로 나타낸 값)을 기준으로 두 가지로 구분하여 공급하였는데, 만약 수신 신호 레벨이 높아 송신 출력 전력을 18dBm 이하로 하게 될 경우에는 트랜지스터(106)를 온 시켜 제2저항(103)과 제3저항(104)을 병렬 연결하여 출력 전압을 낮추어 전력증폭기의 전원 전압으로 공급해 주고, 수신 신호 레벨이 낮아서 송신 출력 전력을 18dBm 이상으로 해야 할 경우에는 상기 트랜지스터(106)를 오프 시켜 제3저항(104)으로 전류가 흐르지 않게 하여 출력 전압을 높여 전력증폭기의 전원 전압으로 공급하여 준다.

이상에서 설명한 바와 같이, 종래의 방식에 의한 전력증폭기로의 인가 전원은 수신 신호 레벨에 따른 송신 출력 전력이 18dBm일 때를 기준으로 두 가지로 구분되어 공급되었다. 그러나, 이러한 전원 공급 방식은 송신 전력 18dBm 이상일 때와 이하일 때만을 고려한 것이다. 따라서, 실제 통화 상태에서 자주 일어날 수 있는 송신 출력 범위인 3dBm ~ 18dBm 에서의 송신 신호의 효율에 대해서는 적절히 대응할 수 없는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 실제 통화 상태에서 자주 일어나는 3dBm ~ 18dBm 사이의 송신 출력 전력 범위에서 전력증폭기에 공급되는 전압을 적절히 가변 제어함으로써 단말기의 효율을 높이고, 송신 신호의 왜곡과 잡음을 감소시킬 수 있는 이동 통신 단말기의 전력증폭기 입력 전압 제어 회로를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 이동 통신 단말기의 전력증폭기 입력 전압 제어 회로도.

도 2는 본 발명에 따른 이동 통신 단말기의 전력증폭기 입력 전압 제어 회로도.

도 3a 및 도 3b는 본 발명과 종래의 이동통신 단말기의 전력증폭기 입력 전압 제어 회로에 의한 송신 전력에 따른 단말기의 효율 관계를 보여주는 도면.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

101...DC/DC 컨버터 102...제1저항

103...제2저항 104...제3저항

105...마이크로프로세서 106...트랜지스터

201...DC/DC 컨버터 202...제1저항

203...제2저항 204...제3저항

204a ~ 204d...저항 206a ~ 206d...트랜지스터

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 이동 통신 단말기의 전력증폭기 입력 전압 제어 회로는, 전력증폭기의 전원 전압을 공급하기 위한 출력 전압과 그 출력 전압을 제어하기 위한 기준 전압을 발생시키기 위한 DC/DC 컨버터와, 상기 출력 전압을 제어하기 위한 제1저항과, 그 제1저항과 직렬 연결된 제2저항과, 복수의 출력 전압을 발생시킬 수 있도록 제2저항에 복수개가 병렬로 접속되는 제3저항과, 상기 복수개의 각 저항으로의 전류 흐름을 각각 온/오프 제어하기 위한 마이크로프로세서를 포함한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하기에 앞서, 이동 통신 단말기의 수신 신호의 입력 전력 레벨과 송신 출력 전력 사이의 관계에 대하여 참고적으로 간략히 설명해 두기로 한다.

이동 통신 단말기의 수신 신호의 입력 전력 레벨과 송신 출력 전력 사이의 관계는 수신 신호의 입력 전력과 송신 출력 전력을 dBm으로 나타내었을 때, 그 합이 일정 값을 유지하여야 안정된 통신을 할 수 있다. 따라서 수신 신호 레벨이 낮을 때는 송신 출력 전력을 높여 주어야 하고, 수신 신호 레벨이 높을 때는 송신 출력 전력을 낮게 해주어야 안정된 통신을 할 수 있으며, 이런 송신 신호를 출력하는 전력증폭기의 전원 전압을 각 송신 출력 전력의 크기에 따라 적정 전압을 공급해 주면 전체적인 범위에서의 송신 전력에 대한 효율이 높아질 수 있다.

여기서 주의해야 할 점은, 전력증폭기의 전원에 의한 송신 신호의 왜곡이나 잡음을 적게 할 수 있는 전원 전압을 실험적으로 측정하여 결정하여야 한다.

도 2는 본 발명에 따른 이동 통신 단말기의 전력증폭기 입력 전압 제어 회로도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 이동 통신 단말기의 전력증폭기 입력 전압 제어 회로는, 전력증폭기의 전원 전압을 공급하기 위한 출력전압(Vout)과 그 출력 전압(Vout)을 제어하기 위한 기준 전압(Vref)을 발생시키기 위한 DC/DC 컨버터 (201)와, 상기 출력 전압(Vout)을 제어하기 위한 제1저항(202)과, 그 제1저항(202)과 직렬 연결된 제2저항(203)과, 그 제2저항(203)에 병렬로 연결된 제3저항(204)과, 그 제3저항(204)으로의 전류 흐름을 제어하기 위해 제3저항(204)과 연결되고, 그 연결된 포트를 오픈/쇼트 시키기 위한 마이크로프로세서로서의 MSM(205)을 기본적으로 구비한다.

본 발명에 따른 전력증폭기 입력 전압 제어 회로에 있어서는 상기 출력 전압을 각 송신 출력 전력에 따라 복수개(예컨대, 5개)의 각기 다른 전압으로 출력하기 위해, 상기 제3저항(204)이 도시된 바와 같이, 그 내부적으로 4개의 저항(204a ~ 204d)의 병렬 접속 회로로 구성되고, 상기 MSM(205)에는 그 4개의 저항(204a ~ 204d)의 각각으로의 전류 흐름을 각각 온/오프 제어하기 위한 수단으로서 4개의 트랜지스터(206a ~ 206d)가 마련된다.

그러면, 이상과 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 이동 통신 단말기의 전력증폭기 입력 전압 제어 회로의 동작에 대해 도 2를 참조하여 설명해 보기로 한다.

도 2를 참조하면, 배터리로부터 전원을 공급받은 DC/DC 컨버터(201)는 배터리의 방전에 의한 전압 감소에도 불구하고 일정한 출력 전압(Vout)을 출력한다. 한편 MSM(205)는 수신 신호 레벨에 따라 출력해야 할 송신 출력 전력을 얼마로 해야 할 것인가를 자동적으로 조절하여 pa_r1, pa_r2, pa_r3, pa_r4의 4개의 포트 중 어느 하나를 쇼트 또는 전부를 오픈 시키기 위하여 상기 포트와 연결된 트랜지스터 (206a ~ 206d) 중 쇼트 또는 오픈 시키려는 포트와 연결된 트랜지스터의 베이스 단자에 하이 또는 로 신호를 입력한다. 포트가 오픈일 때는 그 포트에 연결된 저항으로는 전류가 흐르지 않게 되고, 포트가 쇼트가 되면 그 포트에 연결된 저항은 상기 제2저항(203)과 병렬 연결되어 전류가 흐르게 된다.

예를 들면, 모든 포트가 오픈일 때, 즉 제3저항(204) 내의 어느 저항도 회로와 연결되지 않았을 때의 출력 전압(Vout)은 전술한 바와 같이, 상기 수학식 1에 의해 구할 수 있으며, 4개의 저항(204a ~ 204d) 중 임의의 저항이 상기 제2저항 (203)과 병렬 연결 되었을 때의 출력 전압(Vout)은 다음의 수학식 3에 의해 구할수 있다.

여기서, Rx는 4개의 포트 pa_r1, pa_r2, pa_r3, pa_r4 중 쇼트가 된 포트에 연결되어 있는 저항을 의미한다.

본 실시예에서는 다섯 개의 전압값이 전력증폭기 전원 전압으로 공급되는 경우를 보여주고 있다. 즉, pa_r1 포트만 쇼트 되었을 때와, pa_r2 포트만 쇼트 되었을 때와, pa_r3 포트만 쇼트 되었을 때와, pa_r4 포트만 쇼트 되었을 때와, 모든 포트가 다 오픈 되었을 때의 다섯 가지의 경우로 나뉘어진다. 이 때, 상기 제3저항(204)을 구성하는 각 저항이 상기 제2저항(203)과 병렬 연결되었을 때의 출력 전압(Vout)을 원하는 값으로 조절하기 위해서는 상기 수학식 3에 의해 상기 제3저항(204)을 구성하는 4개의 저항(204a ~ 204d) 중 회로에 연결된 저항의 값을 잘 조절하면 된다. 상기 다섯 개의 출력 전압(Vout)을 송신 출력 전력 별로 구분해 보면 다음과 같다.

a) 송신 출력 전력이 ~ 3dBm 일 때 출력 전압은 3.4볼트,

b) 송신 출력 전력이 4dBm ~ 8dBm 일 때 출력전압은 3.7볼트,

c) 송신 출력 전력이 9dBm ~ 13dBm 일 때 출력전압은 4.0볼트,

d) 송신 출력 전력이 14dBm ~ 18dBm 일 때 출력전압은 4.3볼트,

e) 송신 출력 전력이 19dBm ~ 일 때 출력전압은 4.8볼트.

한편, 도 3a 및 도 3b는 본 발명과 종래의 이동 통신 단말기의 전력증폭기 입력 전압 제어 회로에 의한 송신 전력 대비 단말기의 전체 효율의 관계를 나타내는 도면이다.

도 3a 및 도 3b에 도시한 바와 같이 종래의 전력증폭기 입력 전압 제어 회로가 채용된 이동 통신 단말기에서는 송신 출력 전력 3dBm ~ 18dBm 의 범위에서 효율 특성 그래프가 오목하게 들어간 모양임에 반해, 본 발명의 전력증폭기 입력 전압 제어 회로가 채용된 단말기에서는 따른 단말기에서는 3dBm ~ 18dBm 의 출력 범위에서 그래프가 선형적으로 변하여, 그 효율이 향상되었음을 알 수 있다.

이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 이동 통신 단말기의 전력증폭기 입력 전압 제어 회로는 실제 통화 상태에서 자주 일어날 수 있는 3dBm ~ 18dBm 사이의 송신 출력 전력 범위에서, 전력증폭기로의 인가 전압을 송신 출력 전력의 레벨에 따라 가변 공급함으로써 전체 단말기의 효율을 높일 수 있다.

Claims (1)

1. 전력증폭기의 전원 전압을 공급하기 위한 출력 전압과 그 출력 전압을 제어하기 위한 기준 전압을 발생시키기 위한 DC/DC 컨버터와;

   상기 출력 전압을 제어하기 위한 제1저항과;

   그 제1저항과 직렬 연결된 제2저항과;

   복수의 출력 전압을 발생시킬 수 있도록 제2저항에 복수개가 병렬로 접속되는 제3저항과;

   상기 복수개의 각 저항으로의 전류 흐름을 각각 온/오프 제어하기 위한 마이크로프로세서를 포함하는 이동 통신 단말기의 전력증폭기 입력 전압 제어 회로.