KR100377585B1 - 이동통신 단말기용 전력증폭회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동통신 단말기의 전력효율을 향상시키기 위한 회로에 관한 것으로서, 전력증폭기의 출력이 저출력이 요구되는 경우에 전력증폭기에 인가되는 신호를 바이패스시켜, 전력증폭기의 저전력 상태에서 저출력으로 사용될 수 있는 전력증폭회로를 구현함으로써,

단말기에서 사용되는 전력을 효율을 높일 수 있고, 이에 단말기의 배터리 사용시간을 늘릴 수 있다.

Description

이동통신 단말기용 전력증폭회로{the circuir of power amplifier in used mobile communication}

본 발명은 이동통신 단말기용 전력증폭회로에 관한 것으로서, 특히 외부입력신호의 전력레벨에 따라 전력증폭기로 입력되는 신호를 바이패스시켜 전력효율을 향상시키는 회로에 관한 것이다.

이동통신 단말기는 소형화 및 경량화 추세에 있다. 이러한 이동통신 단말기를 동작시키는데 필요한 전력은 통상적으로 단말기의 배터리부터 제공된다. 보통 배터리는 이동통신 단말기에서 가장 많은 부피 및 무게를 차지하는 소자이므로, 이동 통신 단말기에 필요한 전력을 줄이면 배터리의 크기를 줄일 수 있으며, 이에 따라 이동통신 단말기의 전체적인 크기 및 무게를 줄일 수 있다.

모든 무선 주파수(RF)통신 시스템에 있어서, 신호 전송에 필요한 전력은 이용가능한 에너지의 상당 부분을 소비한다. 전송회로의 효율이 향상되면 전력 소비가 감소되며, 그 결과 이동통신 단말기의 전원을 구동하는데 필요한 배터리의 크기도 줄어든다. 또한, 효율이 향상되어 전력소비가 줄어들면 내부 전력 소실로 인해 야기되는 열이 감소된다.

도 1은 종래기술에 따른 이동통신 단말기용 전력증폭회로의 배선도로서, 외부신호가 신호입력단(I1)으로 입력되는 신호를 단말기에 사용되는 전력으로 증폭하는 구동증폭기(11)와, 상기 구동증폭기(11)에서 전송된 신호의 전력을 선택적으로 증폭시키는 전력증폭기(12)와, 상기 구동증폭기(11)와 상기 전력증폭기(12) 사이에 접속되는 제1 스위치(13)와, 상기 제1 스위치(13)와 상기 전력증폭기에서 신호가전송단에 접속되는 제2 스위치(14)와, 외부신호의 전력레벨을 검출하여 상기 제1 및 제2 스위치(13,14)와 상기 전력증폭기의 동작을 제어하는 제어수단(15)으로 구성된다.

상기와 같이 구성된 종래 이동통신 단말기용 전력증폭회로의 동작을 도 1을 참조하여 설명하면, 신호입력단(I1)을 통하여 외부에서 입력된 신호는 구동증폭기(11)에서 증폭되어 제1 스위치(13)로 전송된다. 제1 스위치(13)와 제2 스위치(14)는 상기 제어수단(15)에 의해 외부에서 고전력 신호가 입력되면 상기 전력증폭기를 연결시켜 신호의 전력을 증폭시키고, 저전력 신호가 입력되면 상기 전력증폭기를 바이패스하여 출력단으로 신호를 출력한다.

그러나, 종래의 이동통신 단말기용 전력증폭회로는 제어수단을 부가함으로써 외부전력을 검출하는데 복잡한 구성을 가지며, 이에 전력증폭회로에서 스위치를 동작시키는데 있어 별도의 전력이 필요하기 때문에 단말기의 전력효율이 낮아지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 이동통신 단말기로 입력되는 전력레벨에 따라 전력증폭기를 바이패스시키는 대역통과필터를 구성하여 신호의 송수신시에 사용되는 전력을 감소시킴으로써 단말기에서 사용되는 전력효율을 높일 수 있는 이동통신 단말기용 전력증폭회로를 제공하는데 있다.

도 1은 종래 발명에 따른 이동통신 단말기용 전력증폭회로의 배선도,

도 2는 본 발명에 따른 이동통신 단말기용 전력증폭회로의 배선도,

도 3은 본 발명의 제1 실시예를 나타내는 배선도,

도 4는 본 발명의 제2 실시예를 나타내는 배선도,

도 5는 본 발명의 제3 실시예를 나타내는 배선도,

도 6은 본 발명의 제4 실시예를 나타내는 배선도,

도 7은 본 발명의 제5 실시예를 나타내는 배선도,

도 8은 본 발명의 제6 실시예를 나타내는 배선도.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

21 : 구동증폭기 22 : 전력증폭기

23 : 대역통과필터 24 : 전력증폭부

31 : 입력임피던스 매칭단 32 : 바이폴라 트랜지스터

33 : 바이어스부 34 : 전원부

35 : 출력임피던스 매칭단

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 이동통신 단말기용 전력증폭회로의 특징에 따르면, 이동통신 단말기의 외부에서 입력되는 신호를 단말기에 사용되는 전력으로 증폭하는 구동증폭기와, 상기 구동증폭기에서 전송된 신호를 송수신에 필요한 전력으로 선택적으로 증폭하는 전력증폭기와, 상기 전력증폭기의 신호 입력단과 출력단 사이에 연결되어 외부신호의 입력레벨이 인덕턴스와 캐패시턴스가 변화하는 가변인덕터 또는 가변캐패시터를 포함하여 이루어져 상기 외부 신호의 입력레벨이 저전력인 경우 상기 구동증폭기에서 증폭된 신호를 상기 전력 증폭기의 출력단으로 직접 통과시키는 대역통과필터로 구성된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 이동통신 단말기용 전력증폭장치의 배선도로서, 신호입력단(I2)으로 입력되는 외부신호를 단말기에서 사용하기 위한 전력으로 증폭시키는 구동증폭기(21)와, 상기 구동증폭기에서 전송된 신호를 송수신에 필요한 전력으로 증폭하는 전력증폭기(22)와, 상기 전력증폭기(22)의 입력포트에서 출력포트로 연결되어 외부입력신호의 입력레벨에 따라 상기 전력증폭기(22)를 바이패스(bypass)시켜 신호출력단(O2)으로 전송하는 대역통과필터(23)로 구성된다.

상기 전력증폭기(22)와 대역통과필터(23)는 신호의 전력을 증폭하는 전력증폭부(24)를 구성하는데, 실시예를 통하여 상세히 설명한다.

도 3는 도 2의 일부구성요소인 전력증폭부(24)의 제1 실시예를 도시한 회로도로서, 상기 구동증폭기(21)에서 전송된 신호가 입력되는 입력포트(IP)와 상기 입력포트(IP)의 임피던스를 매칭시키는 입력임피던스 매칭단(31)과, 신호를 송수신에 필요한 전력으로 증폭하는 바이폴라 트랜지스터(32)와, 상기 바이폴라 트랜지스터(32)로 외부신호의 입력레벨에 따른 바이어스를 인가하는 바이어스부(33)와, 상기 바이폴라 트랜지스터(32)의 베이스와 컬렉터에 사이에 연결되어 외부신호의 입력레벨에 따라 상기 바이폴라 트랜지스터(32)를 바이패스(bypass)시키는 대역통과필터(23)와; 상기 바이폴라 트랜지스터(32)에 전원을 공급하는 전원부(34)와, 증폭된 신호를 출력하는 출력포트(OP)와, 상기 출력포트(OP)의 임피던스를 매칭하는 출력임피던스 매칭단(35)로 구성된다.

상기 대역통과필터(23)는 외부입력신호의 전력레벨에 따라 인턱던스와 캐패시던스가 변화되는 가변 인턱터(Lv) 또는 가변 캐패시터(Cv)로 구성를 포함하여 구성된다. 물론 대역통과필터를 통과 주파수를 조정하기 위한 고정값을 가지는 인턱터(L)와 캐피시터(C)도 포함되어 구성된다.

또한 상기 대역통과필터(23)는 외부입력신호가 저전력 상태일 경우에 인가되는 대역통과필터로 입력되는 전압에 따라 외부입력신호의 주파수 대역에서 상기 전력증폭기가 바이패스되도록 가변인덕터(Lv), 캐패시턴스(Cv), 인덕터(L), 캐패시턴스(C)의 고유값들이 설정된다.

도 4는 상기 도 3의 일부구성요소인 바이폴라 트랜지스터의 등가회로를 나타낸 회로도로서, 베이스의 캐패시턴스와 동일값의 캐패시터(Cb)와, 베이스와 컬렉터 사이의 캐패시턴스와 동일값의 캐패시터(Cbc)와, 베이스와 이미터 사이의 캐패시턴스와 동일값을 가지는 캐피시터(Cbe)와, 각 이미터, 베이스, 컬렉터의고유저항값(Rb,Re,Rc)와, 트랜지스터의 특성을 등가로 나타낸 다이오드(D1,D2,D3,D4)로 구성된다.

상기 베이스 캐패시터(Cb)와 베이스-컬렉터 캐패시터(Cbc)는 상기 대역통과필터(23)의 인덕터(L)와 캐패시터(C)와 결합되고 상기 대역통과필터의 가변 인덕터 (Lv) 또는 가변 캐패시터(Cv)에서 주파수가 조정되어 상기 바이폴라 트랜지스터(32)를 바이패스 시킨다.

상기 대역통과 필터의 가변 인덕터(Lv) ,가변 캐패시터(Cv), 인덕터(L), 캐패시던스(C)는 단말기에 사용되는 전력효율에 적합하도록 제조시에 외부신호레벨에 따른 주파수가 조정되도록 설정되어진다.

도 5는 본 발명에 따른 이동통신 단말기용 전력증폭회로의 구성요소인 전력증폭부의 제2 실시예를 나타낸 회로도로서, 상기 제1 실시예와 중복되는 구성에 대해서는 도면에 대한 기재로 생략된다. 상기 제2 실시예는 제1 실시예의 대역통과필터(23)의 구성을 구체적으로 도시한 것으로 인덕터(L)와 가변 캐패시터(Cv)가 직렬로 연결되어 구성된다.

도 6은 본 발명에 따른 이동통신 단말기용 전력증폭회로의 구성요소인 전력증폭부의 제3 실시예를 나타낸 회로도로서, 상기 제1 실시예와 중복되는 구성에 대해서는 도면에 대한 기재로 생략된다. 상기 제3 실시예는 제1 실시예의 대역통과필터(23)의 구성을 구체적으로 도시한 것으로 캐피시터(C)와 가변 인덕터(Lv)가 직렬로 연결되어 구성된다.

도 7은 본 발명에 따른 이동통신 단말기용 전력증폭회로의 구성요소인 전력증폭부의 제4 실시예를 나타낸 회로도로서, 상기 제1 실시예와 중복되는 구성에 대해서는 도면에 대한 기재로 생략된다. 상기 제4 실시예는 제1 실시예의 대역통과필터(23)의 구성을 구체적으로 도시한 것으로 캐피시터(C)와 인덕터(L)가 직렬로 연결되고 상기 인덕터(L)와 캐패시터(C)에 가변 캐패시터(Cv)가 병렬로 연결되어 구성된다.

도 8은 본 발명에 따른 이동통신 단말기용 전력증폭회로의 구성요소인 전력증폭부의 제5 실시예를 나타낸 회로도로서, 상기 제1 실시예와 중복되는 구성에 대해서는 도면에 대한 기재로 생략된다. 상기 제5 실시예는 제1 실시예의 대역통과필터(23)의 구성을 구체적으로 도시한 것으로 캐피시터(C)와 가변인덕터(Lv)가 직렬로 연결되고 상기 캐패시터(C)와 가변 인덕터(Lv)에 캐패시터(C)가 병렬로 연결되어 구성된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 이동통신 단말기용 전력증폭회로의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 외부에서 신호입력단(I2)으로 입력되는 신호는 구동증폭기(21)에서 단말기에 사용되는 전력으로 증폭되어 전력증폭부(24)로 전송되고 상기 전력증폭부의 입력임피던스 매칭단(31)을 통하여 최대전력으로 바이폴라 트랜지스터의 베이스로 인가된다. 이때 외부에서 고전력의 신호가 입력되게 되면 입력된 신호의 레벨에 따라 높은 바이어스 전압이 베이스단에 인가되고 상기 바이폴라 트랜지스터(32)에서 신호가 증폭되어 출력임피던스 매칭단(35)을 통해 최대전력으로 출력단(OP)에서 출력된다.

또한 외부에서 저전력의 신호가 입력되게 되면 입력된 신호의 레벨에 따라 낮은 바이어스 전압이 베이스단에 인가되고, 동시에 대역통과필터(23)에 인가됨에 따라 가변인덕터 및 가변캐패시터(Lv,Cv)의 인덕던스 및 캐패시던스의 값이 변화되어 외부입력신호의 주파수와 동일하게됨에 따라 상기 바이폴라 트랜지스터(32)가 바이패스되어 출력임피던스 매칭단(35)을 통해 최대전력으로 출력단(OP)에서 신호가 출력된다.

본 발명은 바람직한 실시예로 기술되었지만, 본 기술분야에 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 정신 및 영역을 벗어나지 않은 범위내에서 여러 가지 수정 및 변경이 이루어질 수 있음을 이해하여야 한다. 따라서, 본 발명을 특허 청구범위에 정의된 본 발명의 정신 및 영역내에서 모든 변경 및 수정을 포함할 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 이동통신 단말기용 전력증폭회로는 외부에서 입력되는 신호의 전력레벨이 고전력인 경우에 회로의 전력증폭기에서 신호가 증폭되고 신호의 전력레벨이 저전력인 경우에 전력증폭기에 인가되는 신호를 바이패스시켜, 외부입력신호의 저전력 상태에서 저출력으로 사용될 수 있는 전력증폭회로를 구현함으로써,

단말기에서 사용되는 전력을 효율을 높일 수 있고, 이에 단말기의 배터리의 크기를 소형 및 경량화 할 수 있으며 배터리의 사용시간을 늘릴 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 이동통신 단말기의 외부에서 입력되는 신호를 단말기에 사용되는 전력으로 증폭하는 구동증폭기와; 상기 구동증폭기에서 전송된 신호를 송수신에 필요한 전력으로 증폭하는 전력증폭기와; 상기 전력증폭기의 신호 입력단과 출력단 사이에 연결되어 외부 신호의 입력레벨에 따라 인덕턴스와 캐패시턴스가 변화하는 가변인덕터 또는 가변캐패시턴스를 포함하여 이루어져 상기 외부 신호의 입력레벨이 저전력인 경우 상기 구동증폭기에서 증폭된 신호를 상기 전력증폭기의 출력단으로 직접 통과시키는 대역통과필터로 구성된 이동통신 단말기용 전력증폭회로.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 전력증폭기는 바이폴라 트랜지스터(bipolar transistor)로 구성된 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기용 전력증폭회로.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 대역통과필터는 바이폴라 트랜지스터의 베이스와 컬렉터 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기용 전력증폭회로.
4. 삭제
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 대역통과필터는 상기 바이폴라 트랜지스터의 베이스 및 컬렉터의 캐패시턴스와 결합되어 주파수가 변화함에 따라 신호를 통과시키는 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기용 전력증폭회로.