KR100386290B1

KR100386290B1 - 이동통신 단말기의 송신 전력제어 장치

Info

Publication number: KR100386290B1
Application number: KR10-2001-0031747A
Authority: KR
Inventors: 김기문
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2001-06-07
Filing date: 2001-06-07
Publication date: 2003-06-02
Also published as: US7197325B2; US20020193134A1; KR20020093278A

Abstract

본 발명은 이동통신 단말기의 송신 전력제어 장치에 관한 것으로, 중간주파 자동이득 조정부, 상향 주파수 혼합부, 구동앰프, 이미지 필터, 전력 증폭부를 포함하여 구성된 이동통신 단말기에 있어서, 송신이득 제어신호(TX_AGC_ADJ)를 반전단자(-)에 인가받고, 비반전단자(+)에 기준신호를 인가받아 그 차에 의한 제어전압을 출력하는 차동증폭부와; 상기 차동증폭부에서 출력되는 전압의 레벨에 비례하여 전력 증폭부에 기준전압(PAM Vref)으로 인가하기 위한, 송신전원(VCC_TX)의 출력전압 레벨을 증가 또는 감소 제어하는 스위칭부로 구성되어, 전력모드 변환에 따라 상기 전력 증폭부에 인가되는 기준전압이 연속적으로 제어함으로써, 전력모드 변환시 버스트 노이즈(Burst Noise, 임펄스성 노이즈)를 발생하지 않도록 하여 단말기가 안정적으로 동작하도록 하고, 그에 따른 소모 전력을 절감할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Description

이동통신 단말기의 송신 전력제어 장치{TX POWER CONTROLLING APPARATUS FOR MOBILE COMMUNICATION DEVICE}

본 발명은 이동통신 단말기의 송신 전력제어 장치에 관한 것으로, 특히 전력제어 회로의 전력모드 변환시 버스트 노이즈(Burst Noise, 임펄스성 노이즈)의 발생을 억제함으로써, 단말기가 안정적으로 동작하도록 하고 소모 전력을 절감할 수 있도록 하는 이동통신 단말기의 송신 전력제어 장치에 관한 것이다.

도1은 종래 이동통신 단말기의 송신 전력제어 장치의 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시된 바와 같이 송신 중간주파 신호(TX_IF)를 입력받아 중간주파 자동이득 조정을 수행하는 중간주파 자동이득 조정부(1)와, 상기 이득 조정된 중간주파 신호에 로컬 발진기(6)에서 발진된 주파수를 곱하여 주파수 상향 변환하는 상향 주파수 혼합부(2)와, 상기 상향 변환된 주파수 신호를 증폭하는 구동앰프(3)와, 상기 상향 변환된 체배 주파수 신호에 대해 대역통과 시키는 이미지 필터(4)와; 상기 대역 통과된 주파수 신호를 전력 증폭하는 전력 증폭부(5)와, 상기 전력 증폭부의 증폭도를 조정하기 위한 전력 제어부(7)와, 상기 중간주파 자동이득 조정부(1)의 이득을 제어하기 위한 중간주파 이득 제어신호(IF Gain Ctrl)를 출력하는 중간주파 이득 제어부(8)로 구성된다.

이하, 상기와 같이 구성된 종래 전력제어 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

일단, 이동통신 단말기의 송신전력 제어는 대부분 중간주파 자동 이득조정(IF AGC)에 의해서 이루어지고, 중간주파 자동 이득 조정(IF AGC)은 단말기 내의 중앙처리장치(MSM : MOBILE STATION MODEM)의 제어를 받아 이루어진다.

즉, 중앙처리장치(MSM)가 수신 전력의 세기에 맞는 송신전력으로 송신하기 위해서 송신이득 제어신호(TX_AGC_ADJ) 입력단자를 통해서 송신전력에 맞는 레벨의 전압을 생성하여 인가한다.

이때, 단말기 송신전력의 불요파 및 송신 노이즈를 억제하고 소모전류를 최소화하기 위해서는, 가장 많은 전류를 소모하는 전력 증폭부(PAM : Power Amplifier Module)의 기준전압(PAM Vref)의 레벨을 적절히 제어해야 한다.

전력 증폭부(5)의 기준전압(PAM Vref)은 다음 수학식1과 같이 구할 수 있다.

여기서, 저항(R1, R2)은 전력 제어부(7) 내에서 전력모드에 따라 전력 증폭부(5)에 기준전압으로 인가하기 위한 송신전원(VCC_TX)의 전압 레벨을 분배하는 저항으로, 스위치(SW1)가 오프되어 있을 때는 병렬 연결된 것과 같다.

즉, 저전력 모드(PA_R1 = LOW)에서는 전력 제어부(7)의 이득을 줄임에 의해서 불요파를 억제하고 소모전류를 감소하게 한다.

그러나, 높은 전력(PA_R1=High)이 필요한 고전력 모드에서는 전력 증폭부(5)의 기준전압으로 송신전압(VCC_TX)과 같은 전압을 인가함에 의해서 충분한 이득을 만들어 내게 한다.

즉, 상기 수학식 1에서 고전력 모드일 경우는 전력 제어부(7)의 스위치(SW1)를 턴온시켜 R1=0(Ohm) 이 되게 함으로써, Vref=VCC_TX가 됨을 알 수 있다.

한편, 상기와 같이 고전력 모드로 전환되면서 전력 증폭부(5)의 이득이 갑자기 높아지게 되는데, 이에의한 영향을 최소화하기 위해서 같은 신호원(PA_R1)으로 동작되는 중간주파 이득 제어부(8)의 스위치(SW2)가 턴온되면서 중간주파 자동이득 조정부(1)의 이득을 감소시키게 된다.

그리고, 송신이득 제어신호(TX_AGC_ADJ)를 서서히 높여가면서 중간주파 자동이득 조정부(1)의 이득을 제어하게 되는 것이다.

그러나, 상기 도1에서의 문제점은 저전력 모드에서 고전력 모드로 전환할 때 송신전력의 급격한 이득차를 조절하는데 있어서, 중간주파 자동이득 조정부(1)의 이득을 감소시키는 타이밍과 전력 증폭부(5)의 이득을 증가시키는 타이밍이 조금이라도 일치되지 않을 경우, 도2에 도시된 바와 같이 불연속적인 부분이 존재한다는 것이다.

즉, 도2에서와 같이 전력모드 전환이 일어날 때 송신전력의 튀는 현상에 의해 같은 기지국을 사용하는 단말기에 버스트 노이즈(A 부분 : △dB)를 야기시키게 되는 것이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로, 스위칭에 의한 전력모드 변환 대신 전력 증폭부의 이득을 서서히 제어함으로써, 버스트 노이즈(Burst Noise, 임펄스성 노이즈)를 발생하지 않도록 하여 단말기가 안정적으로 동작하도록 하고, 그에 따른 소모 전력을 절감할 수 있도록 하는 이동통신 단말기의 송신 전력제어 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 이동통신 단말기의 송신 전력제어 장치의 구성을 보인 블록도.

도 2는 종래 전력모드 변환에 따른 전력 증폭부의 변화를 보인 상태 그래프도.

도 3은 본 발명에 의한 이동통신 단말기의 송신 전력제어 장치의 구성을 보인 블록도.

도 4는 상기 도3의 스위칭부에서 트랜지스터의 베이스 전압에 의한 내부저항의 변화를 보인 그래프도.

도 5는 본 발명에 의해 전력모드 변환에 따른 전력 증폭부의 변화를 보인 상태 그래프도.

도 6은 상기 도3의 구성에 의한 장치의 시뮬레이션 결과를 보인 그래프도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

10 : 기준전압 생성부 10a : 차동증폭부

10b : 스위칭부 Q1 : 트랜지스터

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 중간주파 자동이득 조정부, 상향 주파수 혼합부, 구동앰프, 이미지 필터, 전력 증폭부를 포함하여 구성된 이동통신 단말기에 있어서, 송신이득 제어신호(TX_AGC_ADJ)를 반전단자(-)에 인가받고, 비반전단자(+)에 기준신호를 인가받아 그 차에 의한 제어전압을 출력하는 차동증폭부와; 상기 차동증폭부에서 출력되는 전압의 레벨에 비례하여 전력 증폭부에 기준전압(PAM Vref)으로 인가하기 위한, 송신전원(VCC_TX)의 출력전압 레벨을 증가 또는 감소 제어하는 스위칭부로 구성되어, 전력모드 변환에 따라 상기 전력 증폭부에 인가되는 기준전압이 연속적으로 제어되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 일실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도3은 본 발명에 의한 이동통신 단말기의 송신 전력제어 장치의 구성을 보인 블록도로서, 중간주파 신호를 입력받아 전력 증폭하기까지의 과정은 종래와 큰 차이가 없다.

다만, 본 발명에서는 전력 증폭부(5)의 증폭도를 제어하기 위한 기준전압 생성부(10)를 더 포함하여 모드 변환시 전력 증폭부(5)에 인가할 기준전압(PAM Vref)을 연속적으로 제어하여 버스트 노이즈가 발생하지 않도록 한다.

가령, 종래에 저전력 모드에서 약 1.7V의 기준전압을 인가하다가 고전력 모드로 전환될 경우에는 갑자기 약 3.2V 정도의 기준전압이 인가되기 때문에, 그에반비례하여 중간주파 자동이득 조정부(1)의 이득을 낮춰줘야 했으나, 본 발명에서는 1.7V에서 3.2V까지 서서히 변화시킴으로써, 중간주파 자동이득 조정부(1)의 이득을 조절할 필요가 없게 되는 것이다.

따라서, 본 발명에서는 전력모드 전환에 따른 중간주파 자동이득 조정부(1)의 이득을 낮춰줄 필요가 없으므로, 송신이득 제어신호(TX_AGC_ADJ)를 바로 중간주파 자동이득 조정부(1)의 중간주파 이득 제어신호(IF Gain Ctrl)로 공급하는 것이다.

그럼, 상기 기준전압 생성부(10)의 구성을 살펴보기로 한다.

일단, 중앙처리장치 (MSM) (미도시) 에서 출력되는 송신이득 제어신호(TX_AGC_ADJ)를 반전단자(-)에 인가받고, 비반전단자(+)에 기준신호를 인가받아 그 차에 의한 전압을 출력하는 차동증폭부(10a)와; 상기 차동증폭부(10a)에서 출력되는 전압의 레벨에 따라 전력 증폭부에 인가되는 기준전압(PAM Vref)을 출력하는 스위칭부(10b)로 구성된다.

여기서, 설명이 생략된 스위치(SW3)는 아날로그 모드(AMPS)에서 전력증폭부(5)의 안정성을 좋게 하기 위해서 부가한 스위치로 본 발명에 직접적인 영향을 미치지 않는다.

다만, 상기 스위치(SW3)가 오픈될 경우는 차동증폭부(10a)의 비반전 단자(+)에 인가되는 전압 레벨이 0V가 되어, 그 출력에 의해 스위칭부(10b)가 항상 턴온상태가 되어 전력 증폭부(5)에는 3.2V의 기준전압이 고정적으로 인가되는 것이다.

그러나, 본 발명과 같이 CDMA 모드에서 상기 스위치(SW3)는 클로즈(Close)되어 있으므로, 차동 증폭부(10a)의 비반전 단자(+)에는 소정레벨의 전압(가령, 1.5V)이 인가되고, 반전 단자(-)에 인가되는 송신이득 제어신호(TX_AGC_ADJ)의 레벨이 상기 소정레벨 이상이 되기 전까지는 스위칭부(10b)는 오프상태가 된다.

즉, 저전력 모드가 되는 것이다.

이와 같이, 저전력 모드에서는 송신전원(VCC_TX)의 레벨이 가령 3.2V일 경우, 이 전압 레벨이 저항(R1, R2)에 의해서 분배되어 전력 증폭부(5)에 인가되는 것이다.

그리고, 고전력 모드가 되어 송신이득 제어신호(TX_AGC_ADJ)의 레벨이 상기 비반전 단자(+)에 인가된 레벨 이상이 되기 시작하면서 스위칭부(10b)가 서서히 턴온되어, 스위칭부(10b)가 완전히 턴온 상태가 될 때까지 기준전압(PAM Vref)은 점차로 증가하게 된다.

이하, 상기와 같이 구성된 장치의 동작 및 작용을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 송신전력의 적절한 제어를 위하여 기지국의 송신전력 제어 비트를 수신한 중앙처리장치(MSM)는 그 반응으로 송신이득 제어신호(TX_AGC_ADJ) 입력단자를 통하여 송신전력을 제어하게 된다.

이때, 저전력 모드에서는 전력 증폭부(5)의 소모전류를 최소화하여 배터리 소모를 최소화시키고, 단말기에서 발생시키는 잡음전력을 최소화하여 같은 기지국에 있는 이동국에 영향을 미치는 것을 최소화시키기 위하여 기준전압 생성부(10)의 기준전압(PAM Vref)과 중간주파 자동이득 제어부(1)를 적절히 제어한다.

도3에서 전력 증폭부(5)에 기준전압(PAM Vref)을 인가하기 위한 기준전압 생성부(10)의 차동증폭기(OP AMP)는 중앙처리장치(MSM)(미도시)에서 출력되는 송신이득 제어신호(TX_AGC_ADJ)를 입력받아 적절한 이득으로 증폭하여 트랜지스터(Q1)의 베이스 단자에 인가한다.

이때, 차동증폭기(OP AMP)의 증폭도(G)는 ()이다.

한편, 저전력 모드에서는 송신이득 제어신호(TX_AGC_ADJ)의 레벨이 작아 트랜지스터(Q1)의 베이스에 고레벨이 인가되는데, 이때 차동 증폭기(OP AMP)의 비반전 단자(+)에는 다음 수학식 2와 같은 전압이 인가되고, 전력 증폭부(5)의 기준전압(PAM Vref)은 상기 수학식 1과 같은 전압이 인가된다.

즉, 비반전 단자(+)에 인가되는 전압에 의해 트랜지스터(Q1)의 베이스 단자에 인가되는 신호의 레벨을 결정하게 되는 것이다.

따라서, 만약 송신이득 제어신호(TX_AGC_ADJ)가 비반전 단자(+)에 설정된 기준전압 레벨에 근접하게 되면, 트랜지스터(Q1)의 베이스 단자에 인가되는 전압이 저전압 쪽으로 기울게 되는 것이다.

이때 송신전원(VCC_TX)에 접속된 저항값은 트랜지스터(Q1)의 내부저항과 그와 병렬 연결된 저항(R1)값에 의해 결정된다.

즉, 트랜지스터(Q1)의 베이스 전압이 하이 레벨이면, 그 내부저항은 도4에도시된 바와 같이 무한대()가 됨에 의해서, 송신전원(VCC_TX)은 트랜지스터(Q1)의 병렬 저항값(R1)과 직렬 연결된 저항(R2)에 의해 분배된다.

그러나, 고전력 모드 즉, 트랜지스터(Q1)의 베이스 단자에 0V에 가깝게 근접하게 되므로, 그에 따라 트랜지스터(Q1)가 턴온되어 저항(R1)을 거치지 않고 송신전원(VCC TX)이 거의 그대로 전력 증폭부(5)의 기준전압(PAM Vref)으로 인가된다.

이에 따라, 전력 증폭부(5)는 저전력 모드에서 고전력 모드로 불연속적으로 바뀌지 않고 연속적으로 전환되는 것이다.

상기 저전력 모드에서 고전력 모드로의 전환시 송신이득 제어신호(TX_AGC_ADJ)와 전력 증폭부의 출력 전력과의 관계는 다음 도5의 그래프로 그릴 수 있다.

다음, 도6은 상기 도3과 같이 구성한 회로의 시뮬레이션 결과로 모드 변환시 버스트 노이즈가 발생하지 않음을 알 수 있다.

즉, 차동 증폭부(10a)의 비반전 단자(+)에 거의 일정한 레벨(◇:VIN+)의 전압이 입력될 때, 송신이득 제어신호(TX_AGC_ADJ)의 레벨(∇:TX_AGC_ADJ)이 서서히 증가하여 소정 임계값(약 1.5V)을 초과함에 따라, 차동 증폭부(10a)의 출력 레벨(○: VOUT)이 점차 감소함과 동시에 기준전압의 출력(□: PAM_VREF)은 반대로 점차 증가하게 되는 것이다.

그러나, 본 발명에서는 기준전압의 출력(□: PAM_VREF)이 연속적으로 증가하므로 버스트 노이즈가 발생하지 않는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 이동통신 단말기의 송신 전력제어 장치는 기준전압(Vref)을 연속적으로 제어함으로써, 송신 전력의 버스트 노이즈(Burst Noise) 발생을 억제할 수 있고, 전력 증폭부(PAM)에서 소모하는 전류를 최소화하여 배터리 사용시간을 증대시키는 효과를 얻을 수 있다.

그리고, CDMA 모드에서는 폐루프 전력 제어를 하지만 AMPS에서는 폐루프 전력 제어를 하지 않기 때문에 기준전압(Vref)을 고정시킴에 의해 온도가변 시험에서도 안정적인 송신전력을 송출하는 효과가 있다.

Claims

중간주파 자동이득 조정부, 상향 주파수 혼합부, 구동앰프, 이미지 필터, 전력 증폭부를 포함하여 구성된 이동통신 단말기에 있어서, 송신이득 제어신호(TX_AGC_ADJ)를 반전단자(-)에 인가받고, 비반전단자(+)에 기준신호를 인가받아 그 차에 의한 제어전압을 출력하는 차동증폭부와; 상기 차동증폭부에서 출력되는 전압의 레벨에 비례하여 전력 증폭부에 기준전압(PAM Vref)으로 인가하기 위한, 송신전원(VCC_TX)의 출력전압 레벨을 증가 또는 감소 제어하는 스위칭부로 구성되어, 전력모드 변환에 따라 상기 전력 증폭부에 인가되는 기준전압이 연속적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기의 송신 전력제어 장치.