KR100385643B1 - Intelligent Switching Mode Power Amplifying Apparatus - Google Patents
Intelligent Switching Mode Power Amplifying Apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- KR100385643B1 KR100385643B1 KR10-2001-0003587A KR20010003587A KR100385643B1 KR 100385643 B1 KR100385643 B1 KR 100385643B1 KR 20010003587 A KR20010003587 A KR 20010003587A KR 100385643 B1 KR100385643 B1 KR 100385643B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- power
- stage
- power amplifier
- output
- variable
- Prior art date
Links
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 5
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 5
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 5
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/20—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
- H03F3/21—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only
- H03F3/211—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only using a combination of several amplifiers
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/20—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/189—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers
- H03F3/19—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only
- H03F3/193—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only with field-effect devices
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/68—Combinations of amplifiers, e.g. multi-channel amplifiers for stereophonics
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Amplifiers (AREA)
Abstract
본 발명은 지능형 스위칭 모드 전력증폭장치를 개시한다. 이에 의하면, 전력단을 전력 증폭기 모듈의 출력 전력의 크기에 따라서 3개의 모드로 나누어 동작시킴으로써 출력 전력이 낮아질 때에도 높은 효율을 유지할 수 있으며, 가변 출력 정합부에서 2개의 스위치를 사용함으로써 기존의 복잡한 스위칭 모드 전력 증폭기 모듈에 비해 매우 간단하고 소형화된 전력 증폭기를 구현할 수 있고 아울러 스위치로 인한 손실을 크게 감소시킬 수 있다. 또한, 가변 이득 증폭단을 3개의 모드에 상응하여 동작시킴으로써 전력 증폭기 모듈의 선형성을 최적화할 수 있다.The present invention discloses an intelligent switching mode power amplifier. According to this, the power stage is divided into three modes according to the output power of the power amplifier module to maintain high efficiency even when the output power is low, and the conventional complex switching by using two switches in the variable output matching unit Compared to the mode power amplifier module, a very simple and compact power amplifier can be implemented, and the loss due to the switch can be greatly reduced. In addition, the linearity of the power amplifier module can be optimized by operating the variable gain amplifier stage corresponding to three modes.
따라서, 본 발명은 전력 증폭기를 구비하고 있는 휴대용 단말기의 최대 통화시간을 연장할 수 있고, 통화품질을 향상시킬 수 있다.Therefore, the present invention can extend the maximum talk time of the portable terminal provided with the power amplifier and improve the call quality.
Description
본 발명은 무선 통신용 단말기의 전력증폭장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 최대 통화시간(Maximum Talk-Time)과 양호한 통화품질을 얻기 위해 높은 효율(Efficiency)과 선형성(Linearity)을 갖도록 한 지능형 스위칭 모드 전력증폭장치에 관한 것이다.The present invention relates to a power amplifier for a wireless communication terminal, and more particularly, an intelligent switching mode having high efficiency and linearity to obtain maximum talk time and good call quality. It relates to a power amplifier.
최근에 들어 무선 통신시장의 폭발적인 발전은 수많은 사람들이 휴대용 단말기를 통해서 시간과 장소에 제한을 받지 않고 원하는 정보를 주거나 받을 수 있는 세상을 열어 놓았다. 하지만, 많은 사용자들이 무선통신을 이용하면서 기존의 무선통신서비스의 여러가지 제약들을 인식하게 되었고, 이러한 제약들의 개선에 대한 요구가 크게 증대하였다. 그 대표적인 문제점으로는 휴대용 단말기의 짧은 최대 통화시간과 불량한 통화품질이다. 휴대용 단말기의 최대 통화시간은 휴대용 단말기의 배터리 용량과 크게 관련이 있는데, 현재는 비교적 작고 가벼우면서도 예전의 배터리 제품들보다 장시간 사용가능한 배터리 제품들이 많이 출시되었으나 아직까지도 사용자들의 요구를 충족시킬 정도의 수준에 미치지 못하고 있는 실정이다. 이는 현재의 통신용 단말기의 고주파 전력 증폭기 모듈이 낮은 효율 특성을 나타내고 있기 때문이다. 휴대용 단말기를 구성하는 전체 시스템의 소비전력중에서 고주파 전력 증폭기 모듈이 상당한 부분을 차지하므로 고주파 전력 증폭기 모듈의 낮은 효율은 전체 시스템의 효율을 크게 저하시키고, 또한 최대 통화시간을 단축시키는 주요 원인으로 작용한다. 이러한 이유 때문에 고주파 전력 증폭기 모듈의 효율을 높이기 위한 많은 연구들이 진행되어 오고 있다.In recent years, the explosive development of the wireless communication market has opened up a world in which millions of people can give or receive the information they want, regardless of time and place, through the portable terminal. However, many users have been aware of various limitations of existing wireless communication services by using wireless communication, and the demand for improvement of these restrictions has greatly increased. The main problems are the short maximum call time and poor call quality of the portable terminal. The maximum talk time of a portable terminal is largely related to the battery capacity of the portable terminal. Currently, there are many battery products that are relatively small and light, but have a longer life than previous battery products, but are still enough to meet the needs of users. This is not true. This is because the high frequency power amplifier module of the current communication terminal exhibits low efficiency. Since the high-frequency power amplifier module is a significant part of the power consumption of the entire system constituting the portable terminal, the low efficiency of the high-frequency power amplifier module greatly reduces the efficiency of the entire system and also serves as a major cause of shortening the maximum talk time. . For this reason, many studies have been conducted to increase the efficiency of the high frequency power amplifier module.
고주파 전력 증폭기 모듈의 효율을 높이기 위한 방법 중에서 최근에 활발히 연구되고 있는 방법이 스위칭 모드 전력 증폭기 모듈에 집중하는 추세에 있다. 스위칭 모드 전력 증폭기 모듈의 전력단을 여러 가지 경우에 맞게 동작시킬 수 있도록 구성하는 방법으로서 우회(bypass) 방법이 주로 사용되고 있다. 이 방법은 작은 출력 전력이 필요한 경우, 전력단을 거치지 않고 전력단을 우회하여 출력 전력을 출력하도록 한다. 이러한 경우에도 대개는 스위치를 사용하여 전력단 경로와 우회경로를 조정하게 된다.Recently, among the methods for increasing the efficiency of the high frequency power amplifier module, a method that has been actively studied is focused on the switching mode power amplifier module. The bypass method is mainly used as a method of configuring the power stage of the switching mode power amplifier module to operate in various cases. This method allows the output power to bypass the power stage and output the output power when small output power is required. Even in these cases, switches are usually used to adjust the power stage path and bypass.
그런데, 스위치를 사용하여 출력 전력의 모드(mode)를 나누어 동작시키는 경우, 전력단의 입/출력을 가변 정합회로의 구조로 구현하거나, 각각의 모드를 위해서 나뉘어진 경로에 독립적인 입/출력 정합회로를 배치하는 방법을 사용해야 하는데, 실제로 입/출력 가변 정합회로를 구현하는 것이 쉽지 않고, 또한 각각의 경로에 독립적인 입/출력 정합회로를 배치할 경우, 회로가 매우 복잡해지고 크기가 커지는 단점이 있다. 그리고, 우회회로를 통해서 동작시키는 경우, 결국 출력 전력을 크게 하이(High) 모드와 로우(Low) 모드로 양분하는 구조로 극히 제한된 출력 전력에 대해서만 어느 정도 효과를 얻을 수 있다.However, when the mode of the output power is operated by using a switch, the input / output of the power stage is implemented as a structure of a variable matching circuit, or an input / output matching independent of the divided paths for each mode. The circuit layout method should be used. Actually, it is not easy to implement an input / output variable matching circuit, and it is very complicated and large in size to place independent input / output matching circuits in each path. have. In the case of operating the circuit through the bypass circuit, the output power is divided into the high mode and the low mode. Thus, only a limited amount of output power can be obtained.
현재 무선 통신용 단말기가 안고 있는 제한된 최대 통화시간과, 전력 증폭기의 왜곡특성으로 인한 불량한 통화품질의 문제를 함께 개선하기 위해 고주파 전력 증폭기 모듈의 효율과 선형성의 향상을 통하여 양질의 무선 통신서비스가 구현될 수 있는 환경을 제공할 뿐만 아니라 향후 미래의 전력 증폭기 모듈의 개발분야에 있어서 가히 두드러진 기술적인 길잡이가 절실히 요구되고 있다.In order to improve the limited maximum talk time of the wireless communication terminal and poor communication quality due to the distortion characteristics of the power amplifier, a high quality wireless communication service can be realized by improving the efficiency and linearity of the high frequency power amplifier module. In addition to providing a viable environment, there is an urgent need for prominent technical guidance in the development of future power amplifier modules.
따라서, 본 발명의 목적은 무선 통신용 단말기의 고주파 전력 증폭기 모듈의 효율을 높임으로써 최대 통화시간을 연장하도록 한 지능형 스위칭 모드 전력증폭장치를 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide an intelligent switching mode power amplification apparatus for extending the maximum talk time by increasing the efficiency of a high frequency power amplifier module of a wireless communication terminal.
본 발명의 다른 목적은 무선 통신용 단말기의 고주파 전력 증폭기 모듈의 선형성을 향상시킴으로써 통화품질을 향상하도록 한 지능형 스위칭 모드 전력증폭장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an intelligent switching mode power amplifier for improving the call quality by improving the linearity of the high frequency power amplifier module of the wireless communication terminal.
도 1은 본 발명이 적용된 일반적인 스위칭 모드 전력증폭장치를 나타낸 블록도.1 is a block diagram showing a general switching mode power amplifier according to the present invention.
도 2는 도 1의 인터스테이지부를 나타낸 상세 블럭도.FIG. 2 is a detailed block diagram illustrating the interstage unit of FIG. 1. FIG.
도 3은 본 발명에 의한 지능형 스위칭 모드 전력증폭장치의 인터스테이지부를 나타낸 상세 블록도.Figure 3 is a detailed block diagram showing an interstage unit of the intelligent switching mode power amplifier according to the present invention.
도 4는 도 3의 인터스테이지부에서의 각 모드별 이득특성을 나타낸 그래프.4 is a graph illustrating gain characteristics of respective modes in the interstage unit of FIG. 3.
도 5는 본 발명에 의한 지능형 스위칭 모드 전력증폭장치의 가변 이득 증폭단을 나타낸 상세 블럭도.5 is a detailed block diagram illustrating a variable gain amplifier stage of an intelligent switching mode power amplifier according to the present invention.
도 6은 도 5의 가변 이득 증폭단에서의 각 모드별 이득특성을 나타낸 그래프.FIG. 6 is a graph illustrating gain characteristics of respective modes in the variable gain amplifier stage of FIG. 5. FIG.
도 7은 본 발명에 의한 지능형 스위칭 모드 전력증폭장치의 가변 출력 정합부의 일예를 나타낸 상세 회로도.7 is a detailed circuit diagram illustrating an example of a variable output matching unit of the intelligent switching mode power amplifier according to the present invention.
도 8은 모드 1에서의 도 7의 가변 출력 정합부를 나타낸 등가회로도.FIG. 8 is an equivalent circuit diagram of the variable output matcher of FIG. 7 in mode 1. FIG.
도 9는 모드 2에서의 도 7의 가변 출력 정합부를 나타낸 등가회로도.FIG. 9 is an equivalent circuit diagram of the variable output matcher of FIG. 7 in mode 2. FIG.
도 10은 모드 3에서의 도 7의 가변 출력 정합부를 나타낸 등가회로도.FIG. 10 is an equivalent circuit diagram of the variable output matcher of FIG. 7 in mode 3. FIG.
도 11은 도 1의 전력단의 각 모드에서의 최적의 출력 전력을 위한 정합 임피던스와 그의 정합을 위한 궤적을 스미스 차트 상에 도시한 도면.FIG. 11 shows a matching impedance for optimal output power in each mode of the power stage of FIG. 1 and a trajectory for matching thereof on a Smith chart. FIG.
도 12는 본 발명에 의한 지능형 스위칭 모드 전력증폭장치의 가변 출력 정합부의 다른 예를 나타낸 상세 회로도.12 is a detailed circuit diagram illustrating another example of the variable output matching unit of the intelligent switching mode power amplifier according to the present invention.
도 13은 본 발명에 의한 지능형 스위칭 모드 전력증폭장치의 가변 출력 정합부의 또 다른 예를 나타낸 상세 회로도.13 is a detailed circuit diagram illustrating still another example of the variable output matching unit of the intelligent switching mode power amplifier according to the present invention.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 지능형 스위칭 모드 전력증폭장치는, 구동 전력을 공급하는 구동단; 상기 구동단의 출력을 증폭하는 전력단; 상기 구동단과 상기 전력단 사이에 배치되어, 상기 전력단의 입력 임피던스를 상기 구동단에 정합시키는 인터스테이지부; 상기 전력단의 출력 크기에 따라 3개의 모드별로 정합시키는 가변 출력 정합부; 및 상기 구동단의 전단에 배치되어, 상기 모드별 가변 이득특성과 위상특성을 이용하여 동작함으로써 출력단의 선형성을 최적화하여 유지하는 가변 이득 증폭단을 포함하는 것을 특징으로 한다.An intelligent switching mode power amplifier according to the present invention for achieving the above object, the drive stage for supplying a drive power; A power stage for amplifying the output of the drive stage; An interstage unit disposed between the driving stage and the power stage to match an input impedance of the power stage to the driving stage; A variable output matching unit matching each of three modes according to the output size of the power stage; And a variable gain amplifier stage disposed at the front end of the driving stage to optimize and maintain linearity of the output stage by operating using the variable gain characteristic and the phase characteristic for each mode.
바람직하게는 상기 인터스테이지부는 고정 인터스테이지 정합부로 구성될 수 있다.Preferably, the interstage unit may be configured as a fixed interstage matching unit.
바람직하게는 상기 가변 이득 증폭단은 듀얼게이트 FET(Field Effect Transistor)를 포함하여 구성된다.Preferably, the variable gain amplifier stage includes a dual gate field effect transistor (FET).
바람직하게는 상기 가변 출력 정합부는 2개의 직렬 연결된 스위치부를 가질 수 있다. 상기 스위치부는 다이오드나 MEMS(Micro Electro-Mechanical Systems) 스위치로 구성될 수 있다.Preferably, the variable output matcher may have two series connected switch parts. The switch unit may be composed of a diode or a micro electro-mechanical systems (MEMS) switch.
이하, 본 발명에 의한 전력증폭장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a power amplifier according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1을 참조하면, 본 발명의 전력증폭장치에서는 가변 이득 증폭단(100), 구동단(Drive stage)(110), 검출부(120), 모드선택 논리회로부(130), 제어부(140), 인터스테이지부(150), 전력단(power stage)(160), 가변 출력 정합부(170)로 구성된다.1, in the power amplifier of the present invention, the variable gain amplifier stage 100, the drive stage 110, the detector 120, the mode selection logic circuit 130, the controller 140, the interstage The unit 150 includes a power stage 160 and a variable output matching unit 170.
여기서, 가변 이득 증폭단(100)은 가변 이득 증폭기(Variable Gain Amplifier)로 구성될 수 있다. 구동단(110)은 구동 증폭기(Drive Amplifier)로 구성될 수 있다. 전력단(160)은 예를 들어 4개로 균등 분할되며, 병렬 연결된 전력 증폭기(Power Amplifier)(162),(164),(166),(168)로 구성될 수 있다.Here, the variable gain amplifier stage 100 may be configured as a variable gain amplifier. The driving stage 110 may be configured as a drive amplifier. The power stage 160 may be equally divided into four, for example, and may include a power amplifier 162, 164, 166, and 168 connected in parallel.
상기 가변 이득 증폭단(100)은 전력증폭장치의 전체 회로의 이득의 크기 (amplitude) 및 위상 (phase) 특성을 일정하게 맞추어주면서 선형성을 확보하는 역할을 한다. 검출부(120)는 입력단(70)에서 입력된 입력의 크기를 검출한다. 전력단(160)의 각각 독립적인 바이어스 인가와 입력신호의 크기에 따른 모드 선택은 입력단(70)에서 검출부(120)에 의해 검출된 입력의 크기를 이용하여 모드선택 논리회로부(130)와 제어부(140)에 의해 이루어진다.The variable gain amplifier stage 100 serves to secure linearity while constantly adjusting the amplitude and phase characteristics of the gain of the entire circuit of the power amplifier. The detector 120 detects the magnitude of the input input from the input terminal 70. The independent bias application of the power stage 160 and the mode selection according to the magnitude of the input signal may be performed by using the mode selection logic circuit 130 and the controller (using the magnitude of the input detected by the detector 120 at the input stage 70). 140).
상기 모드선택 논리회로부(130)는 검출부(120)에서 검출된 입력의 크기에 따라 크게 논리적으로 몇 가지로 해당 입력의 크기에 상응하는 모드를 나눈다. 모드선택 논리회로부(130)는 0,1의 두 디지털 신호가 네 가지 조합을 갖도록 하는 논리회로로 구성되어 있는데, 이는 가변 이득 증폭단(100)과 전력단(160)의 바이어스를 조절하고, 또한 간단한 디지털 논리회로로 구성된 제어부(140)가 각 동작 모드에 따라 가변 출력 정합부(170)를 제어할 수 있도록 한다.The mode selection logic circuit 130 divides the mode corresponding to the size of the input into several logically largely according to the size of the input detected by the detector 120. The mode selection logic circuit 130 is composed of logic circuits such that two digital signals of 0 and 1 have four combinations, which adjust the bias of the variable gain amplifier stage 100 and the power stage 160, and also provide a simple The controller 140 configured as a digital logic circuit may control the variable output matching unit 170 according to each operation mode.
상기 인터스테이지부(150)는 도 2에 도시된 바와 같이, 가변 인터스테이지 정합부(152)와 스위치부(154)로 구성될 수 있다. 상기 인터스테이지부(150)는 도 1의 전력단(160)의 독립적인 경로(82),(84),(86),(88)로 나누어서 각각의 전력 증폭기(162),(164),(166),(168)를 동작시키는데, 필요한 출력 전력의 크기에 따라서 스위치부(154)를 사용하여서 상기 경로(82),(84),(86),(88)를 개폐한다. 이러한 경우, 전체 4개의 경로(82),(84),(86),(88)에 있는 트랜지스터 중 몇 개가 동작하고 있는 지에 따라서 전력단(160)이 갖는 입력 임피던스가 변하게 되므로 이를 구동단(110)에 정합시키기 위해서는 가변 인터스테이지 정합부(152)를 사용하게 된다.As illustrated in FIG. 2, the interstage unit 150 may include a variable interstage matching unit 152 and a switch unit 154. The interstage unit 150 is divided into independent paths 82, 84, 86, and 88 of the power stage 160 of FIG. 1, respectively, and the power amplifiers 162, 164, and ( 166 and 168, the paths 82, 84, 86 and 88 are opened and closed using the switch unit 154 according to the amount of output power required. In this case, the input impedance of the power stage 160 changes depending on how many of the transistors in all four paths 82, 84, 86, and 88 operate, and thus the driving stage 110 is changed. ), The variable interstage matching unit 152 is used.
또한, 스위치와 복잡한 가변 인터스테이지 정합부를 사용하지 않기 위하여, 상기 인터스테이지부(150)는 도 3에 도시된 바와 같이, 도 2의 가변 인터스테이지 정합부(152)와 스위치부(154)를 사용하지 않고 4개의 경로(82),(84),(86),(88)가 모두 동작할 때의 전력단(160)의 입력 임피던스인 (1/4) ZIN-MAIN에 맞추어진 고정 인터스테이지 정합부(156)로 구성될 수 있다.In addition, in order not to use a complicated variable interstage matching unit with the switch, the interstage unit 150 uses the variable interstage matching unit 152 and the switch unit 154 of FIG. 2, as shown in FIG. 3. Fixed interstage set to (1/4) Z IN-MAIN , the input impedance of power stage 160 when all four paths 82, 84, 86, and 88 operate without The matching unit 156 may be configured.
상기 전력단(160)의 4개 경로(82),(84),(86),(88) 중에서 필요한 전력에 따라서 각 경로의 트랜지스터에 바이어스를 인가하게 되고, 동작시키지 않는 경로에는 드레인 전압을 0V로 인가하더라도 각 전력 증폭기(162),(164),(166),(168)의 입력에서의 입력 임피던스는 거의 변하지 않으므로 도 2의 가변 인터스테이지 정합부(152)와 스위치부(154)를 사용할 필요가 없게 된다. 따라서, 동작모드에 상관없이 입력 임피던스 ZIN-MAIN1, ZIN-MAIN2, ZIN-MAIN3, 그리고 ZIN-MAIN4는 ZIN-MAIN로서 모두 동일한 값으로 고정된다고 볼 수 있다.The bias is applied to the transistors in each path according to the required power among the four paths 82, 84, 86, and 88 of the power stage 160, and the drain voltage is set to 0 V in the path not operated. Since the input impedance at the input of each of the power amplifiers 162, 164, 166, and 168 hardly changes even when it is applied to, the variable interstage matching unit 152 and the switch unit 154 of FIG. There is no need. Therefore, regardless of the operation mode, the input impedances Z IN-MAIN1 , Z IN-MAIN2 , Z IN-MAIN3 , and Z IN-MAIN4 are all fixed to the same value as Z IN-MAIN .
상기 인터스테이지부(150)가 스위치를 사용하지 않고 도 3의 고정 인터스테이지 정합부(156)로 구성된 경우, 각 동작모드에서의 경로로 인한 손실이 도 4에 도시된 바와 같이 나타난다. 즉, 출력 전력의 크기가 작은 모드 1의 영역에서는 4개의 경로(82),(84),(86),(88) 중에서 1개의 경로만 동작하게 되고, 입력 전력의 25%가 동작하는 경로로 들어가게 되고 나머지 입력 전력은 동작하지 않는 경로로 각각 들어가게 된다. 출력 전력의 크기가 중간 정도로 되는 모드 2의 영역에서는 2개의 경로가 동작하게 되고, 이 2개의 경로에 50%의 입력 전력이 들어가게 된다. 출력 전력의 크기가 큰 모드 3의 영역에서는 4개 경로(82),(84),(86),(88)가 모두 동작하게 되어서 입력 전력의 손실없이 각 전력 증폭기(162),(164),(166),(168)에서 증폭하게 된다.When the interstage unit 150 is configured as the fixed interstage matching unit 156 of FIG. 3 without using a switch, a loss due to a path in each operation mode is shown in FIG. 4. That is, in the mode 1 region where the output power is small, only one of four paths 82, 84, 86, and 88 operates, and 25% of the input power operates as a path. The remaining input power enters the non-operating path. In the mode 2 region where the output power is medium, two paths are operated, and 50% of the input power is input to the two paths. In the mode 3 region where the output power is large, all four paths 82, 84, 86, and 88 operate, so that each power amplifier 162, 164, Amplification at 166 and 168.
도 4에 도시된 바와 같이, 모드 1의 영역과 모드 2의 영역에서의 입력 전력이 각각 6dB과 3dB의 손실로 발생하게 되면, 모드에 상관없이 일정한 출력 이득을 얻기 위해서는 가변 이득 증폭단(100)이 도 4에 상응하는 이득 특성을 갖고 동작하여야 한다. 이때, 구동단(110)의 동작은 항상 일정하게 유지하는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 4, when the input power in the region of Mode 1 and the region of Mode 2 is generated with a loss of 6 dB and 3 dB, respectively, the variable gain amplifier stage 100 may be used to obtain a constant output gain regardless of the mode. It should operate with gain characteristics corresponding to FIG. At this time, the operation of the driving stage 110 is always kept constant.
상기 가변 이득 증폭단(100)은 도 5에 도시된 바와 같이, 가변 이득 증폭을 위한 듀얼게이트 FET(DG1)와, 상기 듀얼게이트 FET(DG1)의 제 1 게이트 바이어스 단자와 입력단(70) 사이에 가변 이득 증폭 입력정합부(102)가 배치되고, 제 2 게이트 바이어스 단자(106)에 모드선택 논리회로부(130)의 출력단자(74)가 연결되고, 소오스단자와 구동단(110) 사이에 가변 이득 증폭 출력정합부(104)가 배치되는 구조로 이루어진다.As shown in FIG. 5, the variable gain amplifier stage 100 is variable between a dual gate FET DG1 for variable gain amplification, a first gate bias terminal of the dual gate FET DG1, and an input terminal 70. The gain amplification input matching section 102 is disposed, the output terminal 74 of the mode selection logic circuit section 130 is connected to the second gate bias terminal 106, and the variable gain is connected between the source terminal and the driving terminal 110. It has a structure in which the amplification output matching unit 104 is disposed.
여기서, 듀얼게이트 FET(DG1)는 큰 폭의 이들을 변화시킬 수 있다. 제 2 게이트 바이어스단자(VG2)(106)의 바이어스를 조정함으로써 입력단(70)의 입력 전력에 따른 출력 전력의 특성이 도 6에 도시된 바와 같이 될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 모드 1과 모드 2에서는 각각 6dB과 3dB의 높은 출력 이득이 얻어질 수 있도록 동작시킨다. 이렇게 하면, 도 2의 스위치부(154)를 사용하지 않아서 발생하는 도 4에서의 경로분산으로 인한 손실을 보상할 수 있고 나아가 전력 증폭기의 선형성을 최적화할 수 있다.Here, the dual gate FET DG1 can change these in large widths. By adjusting the bias of the second gate bias terminal (VG2) 106, the characteristic of the output power according to the input power of the input terminal 70 can be as shown in FIG. As shown in Fig. 6, in Mode 1 and Mode 2, high output gains of 6dB and 3dB are operated so as to be obtained. In this way, the loss due to the path dispersion in FIG. 4 generated by not using the switch unit 154 of FIG. 2 can be compensated for and the linearity of the power amplifier can be optimized.
도 4의 각 모드에서의 각기 다른 이득 특성은 모드 변환 시 이득의 불연속을 유발하는데, 이는 전력 증폭기 회로의 큰 비선형성의 원인으로 작용하고 나아가 전력 증폭기의 인접 채널 파워 억압(Adjacent Channel Power Rejection: ACPR) 특성을 악화시킨다. 본 발명의 가변 이득 증폭단(100)은 각각의 구동 모드에서 각기 다른 이득을 얻을 수 있기 때문에 이득의 불연속으로 유발되는 비선형성을 크게 개선할 수 있다. 또한, 각각의 구동 모드에서 최적의 위상(phase) 특성을 유도하여 모든 전력 증폭기의 비선형성에 가장 큰 영향을 주는 AM-PM 변조 특성을 동시에 개선할 수 있다.Different gain characteristics in each mode of FIG. 4 cause a discontinuity in gain during mode conversion, which causes large nonlinearities in the power amplifier circuit and furthermore, Adjacent Channel Power Rejection (ACPR) of the power amplifier. Worsen the properties. Since the variable gain amplifier stage 100 of the present invention can obtain different gains in each driving mode, it is possible to greatly improve the nonlinearity caused by the discontinuity of gain. In addition, in each drive mode, the optimum phase characteristics can be derived to simultaneously improve the AM-PM modulation characteristics that have the greatest effect on the nonlinearity of all power amplifiers.
한편, 각 동작 모드를 독립적으로 동작시키는 위해서는 고정 출력 전력 정합부로는 불가능하고, 각 모드에 따른 가변 출력 정합부(170)를 사용해야 한다. 가변 출력 정합부(170)는 도 7에 도시된 바와 같이, 전력 증폭기의 출력 전력을 정합하기 위한 것으로서, 4개의 인덕터(222),(224),(226),(228)와, 4개의 커패시터(232),(234),(236),(238)와, 제어부(140)에 의해 제어되는 2개의 스위치부(180),(190)로 구성된다. 여기서, 상기 스위치부(180),(190)는 각각 간단한 스위치(182),(192)로 구성되고, 스위치(182),(192)는 서로 직렬로 연결된다. 인덕터(222),(224),(226)는 서로 동일하며 인덕터(228)와는 상이하다. 또한, 대역폭의 확보를 위해 스미스 차트(Smith chart) 상에서 일정한 Q값의 영역 안에서 정합부를 구성하는 다중영역(multi-section)을 사용하여 정합부를 구성하는 것이 바람직하다.Meanwhile, in order to operate each operation mode independently, it is impossible to use the fixed output power matching unit, and the variable output matching unit 170 according to each mode should be used. As shown in FIG. 7, the variable output matching unit 170 is used to match the output power of the power amplifier, and includes four inductors 222, 224, 226, and 228 and four capacitors. 232, 234, 236, 238, and two switch units 180, 190 controlled by the controller 140. Here, the switch unit 180, 190 is composed of a simple switch 182, 192, respectively, the switch 182, 192 are connected in series with each other. Inductors 222, 224, 226 are identical to one another and are different from inductor 228. In addition, in order to secure the bandwidth, it is preferable to configure the matching unit by using a multi-section that constitutes the matching unit in a region of a constant Q value on a Smith chart.
4개의 경로중에서 1개의 경로만이 동작하는 모드 1에 있어서, 도 7의 직렬 연결된 스위치(182),(192)를 온시킨 경우의 가변 출력 정합부(170)의 등가회로는 도 8에 도시된 바와 같이, 3개의 인덕터(222),(224),(226)가 서로 병렬 연결된 성분과, 최적의 출력 전력을 위해 인덕터(228)와 커패시터(236),(238) 등으로 구성된 4 x ZOPT그리고 동작하지 않는 3개의 경로에서의 3 x Coff성분으로 구성된다. 이때, 인덕터(222),(224),(226)는 Coff와 서로 공진이 일어나도록 설계되는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 병렬 연결된 3개의 인덕터(222),(224),(226)와 3 x Coff는 공진이 일어나 간단히 4 x ZOPT로 출력 전력 정합을 이루게 된다.In Mode 1 in which only one path among four paths operates, the equivalent circuit of the variable output matching unit 170 when the series-connected switches 182 and 192 of FIG. 7 are turned on is shown in FIG. 8. As shown, a 4 x Z OPT consisting of three inductors 222, 224, 226 connected in parallel with each other, and an inductor 228, capacitors 236, 238, etc. for optimal output power. And 3 x C off components in three paths that do not work. In this case, the inductors 222, 224, and 226 are preferably designed to cause resonance with C off . In this case, the three inductors 222, 224, and 226 connected in parallel with 3 x C off are resonances to simply match output power with 4 x Z OPT .
2개의 경로만이 동작하는 모드 2에 있어서, 도 7의 스위치(182)를 연결시키고 스위치(192)를 오프시킨 경우의 가변 출력 정합부(170)의 등가회로는 도 9에 도시된 바와 같이, 2개의 인덕터(222),(224)가 서로 병렬로 연결된 성분과, 최적의 출력 전력을 위해 인덕터(226),(228)와 커패시터(234),(236),(238) 등으로 구성된 2 x ZOPT그리고 동작하지 않는 2개의 경로에서의 2 x Coff성분으로 구성된다. 마찬가지로, 병렬 연결된 2개의 인덕터(222),(224)와 2 x Coff는 공진이 일어나 간단히 2 x ZOPT로 출력 전력 정합을 이루게 된다.In Mode 2 in which only two paths operate, the equivalent circuit of the variable output matching unit 170 when the switch 182 of FIG. 7 is connected and the switch 192 is turned off is as shown in FIG. 9. 2 x components consisting of two inductors 222, 224 connected in parallel to each other, and an inductor 226, 228 and capacitors 234, 236, 238, etc. for optimal output power Z OPT and 2 x C off components in two paths that do not work. Similarly, the two inductors 222, 224 and 2 x C off connected in parallel resonate to simply match the output power with 2 x Z OPT .
4개의 경로가 모두 동작하는 모드 3에 있어서, 도 7의 가변 출력 정합부(170)의 등가회로는 도 10에 도시된 같이, 인덕터(222),(224),(226),(228)와 커패시터(232),(234),(236),(238) 등으로 구성된다. 마찬가지로, 인덕터(222),(224),(226),(228)와 커패시터(232),(234),(236),(238)는 공진이 일어나 간단히 ZOPT로 출력 전력 정합을 이루게 된다.In mode 3 in which all four paths operate, the equivalent circuit of variable output matching section 170 of FIG. 7 is coupled with inductors 222, 224, 226, 228, as shown in FIG. 10. Capacitors 232, 234, 236, 238 and the like. Similarly, the inductors 222, 224, 226, 228 and capacitors 232, 234, 236, 238 are resonant to simply match output power with Z OPT .
각 모드에서의 최적의 출력 전력을 위한 정합 임피던스와 그의 정합을 위한 궤적이 도 11에 도시된 바와 같이, 전력단(160)의 스미스 차트 상에 도시되어 있다.The matching impedance for optimal output power in each mode and the trajectory for its matching are shown on the Smith chart of power stage 160, as shown in FIG.
한편, 도 7의 스위치부(180),(190)는 도 12에 도시된 바와 같이, 스위치(182),(192) 대신에 실제로 PIN 다이오드(184),(194)로 구성될 수도 있다. 여기서, 외부의 제어부(140)가 2개의 PIN 다이오드(184),(194)의 개폐를 위한 바이어스를 인가하게 된다. 이러한 경우, 어느 정도 만족할 만한 삽입손실(Insertion Loss)과 이격도(Isolation) 특성을 얻을 수가 있다. 그러나, PIN 다이오드(184),(194)가 큰 전력에서 동작하기 위해서는 그 크기가 아주 커져야 하는데 이는 전반적인 전력 증폭기 모듈의 크기를 증대시킨다. 그리고, PIN다이오드(184),(194) 자체의 심한 비선형성은 전력 증폭기의 ACPR특성을 악화시킬 수 있다.Meanwhile, as illustrated in FIG. 12, the switch units 180 and 190 of FIG. 7 may be actually configured as PIN diodes 184 and 194 instead of the switches 182 and 192. Herein, the external controller 140 applies a bias for opening and closing the two PIN diodes 184 and 194. In this case, some satisfactory insertion loss and isolation characteristics can be obtained. However, in order for the PIN diodes 184, 194 to operate at high power, their size must be very large, which increases the size of the overall power amplifier module. In addition, severe nonlinearity of the PIN diodes 184 and 194 itself may deteriorate the ACPR characteristic of the power amplifier.
또한, 도 7의 스위치부(180),(190)는 도 13에 도시된 바와 같이, PIN 다이오드(184),(194) 대신에 실제로 고주파 MEMS(Micro Electro-mechanical Systems) 스위치(186),(196)로 구성될 수도 있다. 고주파 MEMS 스위치(186),(196)의 구동을 위해서 외부의 제어부(140)의 제어기(142)가 바이어스를 인가하게 되며, 또한 필요에따라서 높은 바이어스를 위해 DC-DC 변환기(144)가 함께 사용될 수 있다.In addition, the switch unit 180, 190 of FIG. 7 is actually a high frequency Micro Electro-mechanical Systems (MEMS) switch 186, (instead of the PIN diodes 184, 194, as shown in FIG. 196). In order to drive the high frequency MEMS switches 186 and 196, the controller 142 of the external control unit 140 applies a bias, and the DC-DC converter 144 may be used together for high bias as necessary. Can be.
이러한 경우, 삽입손실과 이격도 특성뿐만 아니라 고주파 MEMS 스위치(186),(196)는 모두 칩 제조공정으로 형성할 수 있기 때문에 그 크기나 수율(Yield)의 측면에 있어서 비교할 수 없을 정도로 뛰어난 효과를 얻을 수 있다. 더욱이, 고주파 MEMS 스위치(186),(196)는 모두 기계적으로 동작하기 때문에 PIN 다이오드에서 염려되는 비선형성이 전혀 야기되지 않으므로 전체 전력 증폭기 모듈의 선형성에 크게 이바지할 수 있다.In this case, since the high frequency MEMS switches 186 and 196 as well as the insertion loss and the separation characteristics can be formed by the chip manufacturing process, an effect that is not comparable in terms of size or yield is obtained. Can be. Furthermore, the high frequency MEMS switches 186, 196 are all mechanically operated, thus causing no nonlinearity of concern in the PIN diode, which can greatly contribute to the linearity of the entire power amplifier module.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 전력증폭장치는 전력단을 전력 증폭기 모듈의 출력 전력의 크기에 따라서 3개의 모드로 나누어 동작시킴으로써 출력 전력이 낮아질 때에도 높은 효율을 유지할 수 있으며, 가변 출력 정합부에서 2개의 스위치를 사용함으로써 기존의 복잡한 스위치 모드 전력 증폭기 모듈에 비해 매우 간단하고 소형화된 전력 증폭기를 구현할 수 있고 아울러 스위치로 인한 손실을 크게 감소시킬 수 있다. 또한, 스위치로는 기존의 PIN 다이오드뿐만 아니라 MEMS 스위치를 사용함으로써 선형성 특성을 극대화 할 수 있다. 또한, 가변 이득 증폭단을 3개의 모드에 상응하여 동작시킴으로써 전력 증폭기 모듈의 선형성을 최적화할 수 있다.As described above, the power amplifier according to the present invention can maintain a high efficiency even when the output power is lowered by operating the power stage divided into three modes according to the size of the output power of the power amplifier module, variable output matching unit The use of two switches enables a very simple and miniaturized power amplifier compared to conventional complex switch mode power amplifier modules, and greatly reduces the losses due to the switches. In addition, the linearity characteristics can be maximized by using MEMS switches as well as conventional PIN diodes. In addition, the linearity of the power amplifier module can be optimized by operating the variable gain amplifier stage corresponding to three modes.
따라서, 본 발명은 전력 증폭기를 구비하고 있는 휴대용 단말기의 최대 통화시간을 연장할 수 있고, 통화품질을 향상시킬 수 있다.Therefore, the present invention can extend the maximum talk time of the portable terminal provided with the power amplifier and improve the call quality.
한편, 본 발명은 도시된 도면과 상한 설명에 기술된 내용에 한정하지 않으며본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 변형도 가능함은 이 분야에 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실이다.On the other hand, the present invention is not limited to the contents described in the drawings and the upper description, it is obvious to those skilled in the art that various forms of modifications can be made without departing from the spirit of the invention. .
Claims (7)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR10-2001-0003587A KR100385643B1 (en) | 2001-01-22 | 2001-01-22 | Intelligent Switching Mode Power Amplifying Apparatus |
| PCT/KR2002/000105 WO2002058230A1 (en) | 2001-01-22 | 2002-01-21 | Intelligent switching mode power amplifying apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR10-2001-0003587A KR100385643B1 (en) | 2001-01-22 | 2001-01-22 | Intelligent Switching Mode Power Amplifying Apparatus |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20020062512A KR20020062512A (en) | 2002-07-26 |
| KR100385643B1 true KR100385643B1 (en) | 2003-05-28 |
Family
ID=19704960
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR10-2001-0003587A KR100385643B1 (en) | 2001-01-22 | 2001-01-22 | Intelligent Switching Mode Power Amplifying Apparatus |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100385643B1 (en) |
| WO (1) | WO2002058230A1 (en) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100464418B1 (en) * | 2002-06-20 | 2005-01-03 | 삼성전자주식회사 | Variable gain control circuit and Integrated circuit device having the variable gain control circuit |
| KR100704568B1 (en) * | 2002-08-05 | 2007-04-06 | 인티그런트 테크놀로지즈(주) | Variable Gain Low Noise Amplifier |
| KR20040016588A (en) * | 2002-08-19 | 2004-02-25 | 엘지이노텍 주식회사 | Power amplifier module for possiblie switching of input/output mode |
| KR100758854B1 (en) * | 2005-03-29 | 2007-09-19 | 인티그런트 테크놀로지즈(주) | Low noise amplifier and differential amplifier with variable gain mode |
| KR100716540B1 (en) * | 2005-12-07 | 2007-05-09 | 한국전자통신연구원 | Digitally-controlled automatic gain control apparatus |
| US9214901B2 (en) * | 2012-07-27 | 2015-12-15 | Mks Instruments, Inc. | Wideband AFT power amplifier systems with frequency-based output transformer impedance balancing |
| CN104485904A (en) * | 2015-01-03 | 2015-04-01 | 广州钧衡微电子科技有限公司 | Wideband radio frequency power amplifier |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3906405A (en) * | 1974-07-01 | 1975-09-16 | Motorola Inc | Tunable antenna coupling circuit |
| KR850000893Y1 (en) * | 1983-03-04 | 1985-05-17 | 내쇼날푸라스틱주식회사 | Air-port |
| US5666078A (en) * | 1996-02-07 | 1997-09-09 | International Business Machines Corporation | Programmable impedance output driver |
| US6134749A (en) * | 1998-03-05 | 2000-10-24 | Chaw Khong Technology Co., Ltd. | Luggage extensible handle assembly protective device |
-
2001
- 2001-01-22 KR KR10-2001-0003587A patent/KR100385643B1/en not_active IP Right Cessation
-
2002
- 2002-01-21 WO PCT/KR2002/000105 patent/WO2002058230A1/en not_active Application Discontinuation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20020062512A (en) | 2002-07-26 |
| WO2002058230A1 (en) | 2002-07-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7394313B2 (en) | Multiple power mode amplifier with bias modulation option and without bypass switches | |
| US5548246A (en) | Power amplifier including an impedance matching circuit and a switch FET | |
| US7944291B2 (en) | Power amplifier having parallel amplification stages and associated impedance matching networks | |
| US7049886B2 (en) | High efficiency power amplifier with multiple power modes | |
| US7248111B1 (en) | Multi-mode digital bias control for enhancing power amplifier efficiency | |
| US5973557A (en) | High efficiency linear power amplifier of plural frequency bands and high efficiency power amplifier | |
| US8350625B2 (en) | Adaptive power amplifier | |
| US7265618B1 (en) | RF power amplifier having high power-added efficiency | |
| US6215355B1 (en) | Constant impedance for switchable amplifier with power control | |
| US6329875B1 (en) | Power amplifier, power control method for power amplifier, and communication equipment | |
| US20080136512A1 (en) | Dual-mode, dual-load high efficiency RF power amplifier | |
| EP1586162A1 (en) | High efficiency power amplification apparatus with multiple power mode | |
| KR100385643B1 (en) | Intelligent Switching Mode Power Amplifying Apparatus | |
| JPH06132746A (en) | Power amplifier | |
| EP1612932A1 (en) | Multiple power mode amplifier with bias modulation option and without bypass switches | |
| JP2012015798A (en) | High-frequency power amplifier | |
| KR100457786B1 (en) | Power Amplification Apparatus of Portable Terminal | |
| CN116526979A (en) | Power amplifier system | |
| CN111769840B (en) | Radio frequency signal processing circuit with multiple working modes and radio frequency front end unit | |
| JP2005244862A (en) | Power amplifier for multiple power mode having bias modulation option without using bypass switch | |
| KR102559082B1 (en) | Multi mode variable gain power amplifier | |
| KR100569241B1 (en) | Impedance transforming circuit and power amplifier using the same | |
| JP5234996B2 (en) | Multiple power mode power amplifier with bias modulation option without bypass switch | |
| KR20040016603A (en) | Double out-put matching circuit of power amplifier module |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20120423 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130419 Year of fee payment: 11 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |