KR100396521B1 - Apparatus of transmitter in mobile communication system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이동통신을 포함하는 무선 통신시스템의 송신기에 관한 것으로, 특히 전력 소모를 줄일 수 있는 송신기의 송신 전력증폭장치에 관한 것이다. 이러한 본 발명의 전력증폭장치는, 여기 증폭된 송신신호의 전력레벨을 검출하는 전력레벨 검출부와; 상기 송신신호의 전력레벨이 일정 기준레벨 이상일 경우 상기 송신신호의 전력을 증폭하는 제1전력증폭부와; 상기 송신신호의 전력레벨이 상기 기준레벨 이하일 경우 상기 송신신호의 전력을 증폭하는 제2전력증폭부와; 상기 검출된 전력레벨에 따라 상기 송신신호를 제1 또는 제2전력증폭부로 출력하는 스위치부와; 상기 제2전력증폭부에 병렬로 접속된 PIN 다이오드와, 상기 PIN 다이오드와 직렬로 접속되고 상기 제1전력증폭부의 출력에 접속되어 전기적 길이를 90°가 되게 하는 수단을 구비하여 상기 제1전력증폭부와 제2전력증폭부로부터 입력되는 신호를 상호 간섭 없이 출력하는 결합부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a transmitter of a wireless communication system including mobile communication, and more particularly, to a transmitter power amplifier of a transmitter capable of reducing power consumption. The power amplifier of the present invention includes a power level detector for detecting a power level of an excitation amplified transmission signal; A first power amplifier configured to amplify the power of the transmission signal when the power level of the transmission signal is greater than or equal to a predetermined reference level; A second power amplifier configured to amplify the power of the transmission signal when the power level of the transmission signal is less than or equal to the reference level; A switch unit configured to output the transmission signal to a first or second power amplifier according to the detected power level; The first power amplifier comprising a PIN diode connected in parallel to the second power amplifier and a means connected in series with the PIN diode and connected to an output of the first power amplifier to make the electrical length 90 ° And a coupling unit for outputting a signal input from the unit and the second power amplifier without mutual interference.
Description
본 발명은 이동통신시스템의 송신기에서의 송신신호의 전력증폭장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 전력 소모를 줄일 수 있는 전력증폭장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for power amplifying a transmission signal in a transmitter of a mobile communication system, and more particularly, to a power amplifier that can reduce power consumption.
도1은 일반적인 이동통신시스템의 송신장치 구성을 나타낸 도면으로 도1을 참조하여 종래기술의 구성 및 동작을 설명한다.FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a transmission apparatus of a general mobile communication system. Referring to FIG.
변조된 베이스밴드 신호는 증폭기(102)와 여과기(103)에서 중간주파수 신호로 변환되고, 상기 중간주파수 신호는 다시 고주파의 신호로 변환되어 안테나(112)를 통해 기지국으로 전송된다. 상기 중간주파수에서 고주파의 신호로 변환하기 위해 혼합기(105)가 사용된다. 상기 혼합기(105)는 무선국부발진주파수를 발생하는 국부발진주파수 발생기(104)로부터 출력되는 무선국부발진주파수와 상기 중간주파수를 혼합하여 출력한다. 이러한 과정을 업컨버팅(Up Converting)이라 한다. 한편 이러한 업컨버팅 과정에서 원치 않는 신호도 같이 발생하게 되며, 상기 불필요한 신호를 제거하기 위해 여과기(필터,106,108,111)가 사용한다. 그리고 안테나 출력에서 규정된 출력을 얻기 위해서는 전력증폭기(109)가 사용되며, 상기 전력증폭기(109)에서 출력되는 신호를 여기 (Driving)시키기 위한 여기증폭기(excite amp , driving amp,107 )와 전력증폭기(109)의 출력으로 역 입력되는 반사파로부터 전력증폭기를 보호하고, 외부환경에 의한 임피던스 변화에 전력증폭기 부하임피던스 변화를 막기 위한 격리소자 (Isolator,110)로 구성된다.The modulated baseband signal is converted into an intermediate frequency signal by the amplifier 102 and the filter 103, and the intermediate frequency signal is converted into a high frequency signal and transmitted to the base station through the antenna 112. A mixer 105 is used to convert the intermediate frequency into a high frequency signal. The mixer 105 mixes and outputs the radio local oscillation frequency and the intermediate frequency output from the local oscillation frequency generator 104 generating the radio local oscillation frequency. This process is called up converting. On the other hand, unwanted signals are also generated during this upconversion process, and are used by filters (filters 106, 108, and 111) to remove the unnecessary signals. In addition, a power amplifier 109 is used to obtain a prescribed output at the antenna output, an excitation amplifier (driving) and a power amplifier for driving the signal output from the power amplifier 109 An isolation element (Isolator) 110 is provided to protect the power amplifier from the reflected wave input back to the output of 109 and to prevent the power amplifier load impedance change from the impedance change caused by the external environment.
상기와 같은 구성을 가지는 송신장치의 전력증폭기는 동작시 고전력, 높은 선형성을 요구하므로 고출력 신호뿐만 아니라 상대적으로 낮은 출력을 필요로 할 때도 전류소모가 큰 소자이다.Since the power amplifier of the transmitter having the above configuration requires high power and high linearity during operation, it is a device that consumes a large amount of current even when a relatively low output is required as well as a high output signal.
따라서, 안테나에서 출력레벨이 비교적 높을 때는 상기 도1의 구성이 효과적이지만 중간이하의 레벨의 출력으로 신호를 송신할 때는 필요이상으로 전류를 소비하므로 이동통신용 단말기의 총 사용 시간에 큰 제약을 주게 되는 문제점이 있다.Therefore, when the output level is relatively high at the antenna, the configuration of FIG. There is a problem.
따라서 본 발명의 목적은 이동통신시스템에서 송신신호 송신 시 불필요한 전력 소모를 방지할 수 있는 송신 장치를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a transmission apparatus capable of preventing unnecessary power consumption when transmitting a transmission signal in a mobile communication system.
상기한 목적을 달성하기 위해서 본 발명은; 이동통신시스템에서 송신장치의 전력증폭장치에 있어서, 여기 증폭된 송신신호의 전력레벨을 검출하는 전력레벨 검출부와; 상기 송신신호의 전력레벨이 일정 기준레벨 이상일 경우 상기 송신신호의 전력을 증폭하는 제1전력증폭부와; 상기 송신신호의 전력레벨이 상기 기준레벨 이하일 경우 상기 송신신호의 전력을 증폭하는 제2전력증폭부와; 상기 검출된 전력레벨에 따라 상기 송신신호를 제1 또는 제2전력증폭부로 출력하는 스위치부와; 상기 제2전력증폭부에 병렬로 접속된 PIN 다이오드와, 상기 PIN 다이오드와 직렬로 접속되고 상기 제1전력증폭부의 출력에 접속되어 전기적 길이를 90°가 되게 하는 수단을 구비하여 상기 제1전력증폭부와 제2전력증폭부로부터 입력되는 신호를 상호 간섭 없이 출력하는 결합부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention to achieve the above object; A power amplifier of a transmitter in a mobile communication system, comprising: a power level detector for detecting a power level of an excitation amplified transmission signal; A first power amplifier configured to amplify the power of the transmission signal when the power level of the transmission signal is greater than or equal to a predetermined reference level; A second power amplifier configured to amplify the power of the transmission signal when the power level of the transmission signal is less than or equal to the reference level; A switch unit configured to output the transmission signal to a first or second power amplifier according to the detected power level; The first power amplifier comprising a PIN diode connected in parallel to the second power amplifier and a means connected in series with the PIN diode and connected to an output of the first power amplifier to make the electrical length 90 ° And a coupling unit for outputting a signal input from the unit and the second power amplifier without mutual interference.
도1은 일반적인 이동통신시스템의 송신기의 구성을 나타낸 도면.1 is a diagram showing the configuration of a transmitter of a general mobile communication system.
도2는 본 발명의 실시 예에 따른 이동통신시스템의 송신기 및 구성을 나타낸 도면.2 is a diagram illustrating a transmitter and a configuration of a mobile communication system according to an embodiment of the present invention.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일 부호를 가지도록 하였다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.First, in adding the reference numerals to the components of each drawing, the same components have the same reference numerals as much as possible even if displayed on different drawings. In describing the present invention, when 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.
본 발명은 업 컨버팅되어 여기 증폭된 송신신호의 전력레벨을 검출하고, 상기 검출된 레벨과 일정 기준레벨을 비교하여 경로선택 신호(Path Selection Signal)를 출력하는 레벨 검출부(225)와, 전형적인 송신부를 메인(main)으로 하는 제1경로를 형성하는 제1전력증폭부와 본 발명에 따라 새로 도입 될 부로 하는 제2경로를 형성하는 제2전력증폭부와, 상기 제1전력증폭부 및 제2전력증폭부로부터 출력되는 송신신호를 듀플렉서(213)로 전송하는 결합부(230)와, 상기 경로선택신호에 따라 제1전력증폭부 또는 제2전력증폭부로 전원을 공급하는 전원공급선택부(221)로 이루어진다.The present invention provides a level detection unit 225 for detecting a power level of an up-converted and amplified transmission signal, comparing a level of the detected level with a predetermined reference level, and outputting a path selection signal. A first power amplifier which forms a first path serving as a main, a second power amplifier which forms a second path which is newly introduced according to the present invention, and the first power amplifier and the second power Coupling unit 230 for transmitting a transmission signal output from the amplifier to the duplexer 213, and a power supply selection unit 221 for supplying power to the first power amplifier or the second power amplifier in accordance with the path selection signal. Is made of.
상기 제1전력증폭부는 통상적인 송신신호의 전력증폭을 수행하는 제1증폭기(210)와 상기 결합부(230)를 통해 역으로 누설되는 신호를 차단하기 위한 격리소자(211)로 구성된다. 그리고 상기 제2전력증폭부는 상기 제1증폭기(210)보다 전력증폭도가 낮고, 낮은 동작 전류에서 동작하는 제2증폭기와 상기 결합부(230)를 통해 상기 제1전력증폭부로부터 누설되는 신호를 차단하는 격리소자(216)로 구성된다. 상기 결합부(230)는 제2전력증폭부에 병렬로 연결되는 PIN 다이오드(218)와, 상기 PIN 다이오드와 직렬로 연결된 λ/4 전송선 또는 이에 준하여 전기적 길이를 90°가 되게 하는 수단(220: 이하 "λ/4 전송선"이라 함)과, 경로선택신호에 의해 활성화되는 PIN 다이오드 바이어스회로(219)로 구성된다.The first power amplifier includes a first amplifier 210 that performs power amplification of a typical transmission signal and an isolation device 211 for blocking a signal leaking back through the coupling unit 230. The second power amplifier has a lower power amplification than the first amplifier 210 and blocks a signal leaked from the first power amplifier through the coupling unit 230 and the second amplifier operating at a low operating current. Is composed of an isolation element 216. The coupling unit 230 includes a PIN diode 218 connected in parallel with the second power amplifier, a λ / 4 transmission line connected in series with the PIN diode, or a means for making the electrical length 90 ° accordingly. Hereinafter referred to as " λ / 4 transmission line " and a PIN diode bias circuit 219 which is activated by a path selection signal.
여기증폭기(207)의 출력이 특정 레벨 이상인 경우(높은레벨출력)에는 상기 제1전력증폭부를 통해 정규적으로 신호가 전송된다. 이때는 경로선택신호(Sps)의 로직레벨이 하이(High)가 되면 전원선택부(221)에 의해 주경로 상의, 즉 제1전력증폭부의 능동소자(제1증폭기,210)로 전원을 공급하고, 스위치부(209)는 제1전력증폭기 쪽으로 송신신호가 전송 되도록 한다.When the output of the excitation amplifier 207 is above a certain level (high level output), a signal is regularly transmitted through the first power amplifier. In this case, when the logic level of the path selection signal Sps becomes high, the power supply selection unit 221 supplies power to the active element (first amplifier 210) on the main path, that is, the first power amplifier. The switch unit 209 allows the transmission signal to be transmitted to the first power amplifier.
또한, 이때 PIN 다이오드(218)는 순방향특성을 가지게 되어 다이오드의 애노드(Anode)의 임피던스가 그라운드준위가 되므로 λ/4 전송경로(220)뒤, 제1전력증폭부의 격리소자(211)의 출력에서 제2전력증폭부 쪽으로 바라본 임피던스가 무한대가 되어 제1전력증폭부의 격리소자(211) 출력에서의 총임피던스는 도 1과 같게 된다.Also, at this time Since the PIN diode 218 has a forward characteristic and the impedance of the anode of the diode becomes the ground level, the second power is output from the output of the isolation device 211 after the λ / 4 transmission path 220. As the impedance seen toward the amplifier becomes infinite, the total impedance at the output of the isolation element 211 of the first power amplifier is as shown in FIG.
반대로, 여기증폭기(207)의 출력이 특정 레벨 이하인 경우(중간레벨이하출력), 경로선택신호(Sps)의 로직레벨이 로우(LOW) 가 되면 기존의 메인경로는 비활성화 되며 부경로 및 부경로상의 능동소자(제2증폭기,215)가 활성화가 된다. 부경로 및 부경로상의 능동소자(제2전력증폭기,215)는 주경로의 제1전력증폭기 보다 낮은 전력을 다루므로 보다 낮은 동작전류에서 동작시킬 수 있고, 이에 따라 전체 통화 소비 전류를 향상시킬 수 있다.On the contrary, when the output of the excitation amplifier 207 is below a certain level (output below the middle level), when the logic level of the path selection signal Sps becomes LOW, the existing main path is inactivated and The active element (second amplifier 215) is activated. The active element (second power amplifier 215) on the secondary path and the secondary path is It handles less power than the primary power amplifier of the main path, allowing operation at lower operating currents, thereby improving overall talk current consumption.
이때 PIN다이오드(218)는 역방향특성을 가지게 되며 다이오드는 큰 역방향 임피던스로 인해 open 회로가 된다. 한편, 부경로에서 다룰 수 있는 신호의 크기는 신호의 음의 최고치에 의해 다이오드가 턴온 되지 않을 정도의 범위 내에서 결정되어야 한다. 즉, 부경로상의 능동소자(제2전력증폭기,215) 출력의 고주파 신호는 양과 음의 최고치를 교번 하게 되는데, 능동소자출력의 고주파 신호가 음의 최고치에 이르렀을 때 다이오드가 턴온되어 단락특성을 나타내지 않을 정도의 범위 내에서 결정된다. 부경로에서 다룰 수 있는 신호의 크기를 크게 하기 위해서는 경로선택신호(Sps)에 따라 결합부(230)의 다이오드 바이어스회로(219)에 음의 바이어스를 인가하는 소정의 회로를 추가함으로써 달성할 수 있다.At this time, the PIN diode 218 has a reverse characteristic and the diode becomes an open circuit due to a large reverse impedance. On the other hand, the magnitude of the signal that can be handled in the negative path should be determined within the range that the diode is not turned on by the negative peak of the signal. That is, the high frequency signal of the output of the active element (second power amplifier, 215) on the negative path alternates between the positive and negative maximums. It is decided in the range which is not shown. In order to increase the size of a signal that can be handled in the negative path, it may be achieved by adding a predetermined circuit applying a negative bias to the diode bias circuit 219 of the coupling unit 230 according to the path selection signal Sps. .
한편, 주경로가 활성화 될 때 주경로의 격리소자(211)의 출력이 부경로를 통해 다시 되먹임 되는 것을 최소화하여야 하는데, 이를 효과적으로 하기 위해 부경로에 격리소자(216)를 삽입함으로써 부경로 상의 제2증폭기(215)의 격리도와 경로선택스위치(209)의 격리도를 포함하여 전체 격리도를 향상시킨다.On the other hand, when the main path is activated, the output of the isolation element 211 of the main path should be minimized to be fed back through the sub-path. In order to effectively do this, by inserting the isolation element 216 in the sub-path, The overall isolation is improved, including the isolation of the two amplifiers 215 and the isolation of the path selector switch 209.
보다 구체적으로 말하면, 주경로가 활성화 될 때 부경로를 통한 주경로의 총격리도에 기여하는 것은 λ/4 전송선(220)과 PIN 다이오드(218)의 조합에 의한 격리도, 부경로상의 격리소자(216)의 격리도, 능동소자(제2전력증폭기, 215)의 격리도, 경로선택스위치(209)의 격리도 이다. 한편, λ/4 전송선(220)은 그 입출력간의 전기적 길이를 90°도가 되게 하는 것인데, 송신 주파수가 높을수록 PIN 다이오드의 내부 패키지에 의한 기생 인턱턴스에 의한 효과나 실제 패턴으로 구현했을 때 경로길이를 보상하여야 하므로 그 전기적 길이가 90°도 보다 작게 해야한다.More specifically, the contribution to the total isolation of the main path through the sub-path when the main path is activated is isolated by the combination of the λ / 4 transmission line 220 and the PIN diode 218, the isolation element on the sub-path ( Isolation of 216, isolation of the active element (second power amplifier) 215, isolation of the path selector switch 209. FIG. On the other hand, the λ / 4 transmission line 220 is to make the electrical length between the input and output is 90 degrees, the higher the transmission frequency, the longer the path length when implemented in the effect or the actual pattern by the parasitic inductance by the internal package of the PIN diode The electrical length should be less than 90 ° because it must be compensated for.
다시 말하면, PIN 다이오드의 내부 패키지 기생 인턱턴스와 PIN 다이오드 애노드에서 캐패시터(212)까지 실제 경로를 고려한 유효경로길이가 90°도가 되어야 한다.In other words, the effective path length considering the actual package parasitic inductance of the PIN diode and the actual path from the PIN diode anode to the capacitor 212 should be 90 degrees.
상술한 바와 같이 단말기가 고출력을 필요로 할 때와 그렇지 못할 때의 경로를 이원화함으로써 전체 단말기의 소비전류를 감소시켜 총통화시간을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.As described above, there is an advantage in that the total talk time can be improved by reducing the current consumption of the entire terminal by dualizing the path when the terminal needs high power and when it does not.
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