KR100514679B1 - RF terminal module structure of mobile communication terminal - Google Patents
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Abstract
본 발명은 CDMA와 같은 넓은 대역폭을 갖는 신호를 위한 최종출력단의 구조에 있어서, 최종출력 증폭단과 안테나와 송수신기를 연결하는 듀플렉서의 구조를 변경하여 하나의 모듈로 구성함으로써 단말기의 소형화를 이룸은 물론 전류 소모를 절약 할 수 있도록 한 이동통신 단말기의 알에프 최종단 모듈구조에 관한 것이다.The present invention, in the structure of the final output stage for a signal having a wide bandwidth, such as CDMA, by changing the structure of the final output amplifier stage and the duplexer connecting the antenna and the transceiver to form a single module, as well as the current of the terminal The final module structure of the RF terminal of the mobile communication terminal to save the consumption.
본 발명은 듀플렉서에 내장되어 있는 송신용 대역저지필터(20)와 수신용 대역통과필터(80)를 각각 분리하여 송신용 대역저지필터(20)는 최종출력단의 구동증폭기(30)전단에 위치시키고, 수신용 대역통과필터(80)는 분기필터(60)와 The present invention separates the transmission band stop filter 20 and the reception band pass filter 80 built in the duplexer, respectively, so that the transmission band stop filter 20 is positioned at the front end of the driving amplifier 30 of the final output terminal. , The band pass filter for receiving 80 and the branch filter 60 and
수신기(90)사이에 위치시켜 저전력화, 단말기 사용시간 증대, 송신신호 선형성 증대, 소형화 등을 이룰 수 있도록 한 것이다.It is positioned between the receiver 90 to achieve low power, increased terminal use time, increased transmit signal linearity, and a smaller size.
Description
본 발명은 CDMA이동통신 단말기에 관한 것으로, 특히 CDMA와 같은 넓은 대역폭을 갖는 신호를 위한 최종출력단의 구조에 있어서, 최종출력 증폭단과 안테나와 송수신기를 연결하는 듀플렉서의 구조를 변경하여하나의 모듈로 구성함으로써 단말기의 소형화를 이룸은 물론 전류 소모를 절약 할 수 있도록 한 이동통신 단말기의 알에프(RF) 최종단 모듈구조에 관한 것이다.The present invention relates to a CDMA mobile communication terminal, and in particular, in a structure of a final output stage for a signal having a wide bandwidth, such as CDMA, by changing the structure of the duplexer connecting the final output amplifier stage and the antenna and the transceiver as a module By reducing the size of the terminal as well as to reduce the current consumption of the RF terminal module structure of the mobile communication terminal.
일반적으로 CDMA이동전화 시스템에서는 가입자 수용용량을 늘리기 위해 시스템 전력제어가 이루어진다.In general, in a CDMA mobile telephone system, system power control is performed to increase subscriber capacity.
따라서, 국내의 PCS단말기는 CDMA방식을 근간으로 하기 때문에 실제 동작환경에서 단발기 출력은 4dBm이하가 대부분이다.Therefore, the PCS terminal in Korea is based on the CDMA method, so the output of the short-terminal is 4dBm or less in the actual operating environment.
이는 전력증폭기가 대부분의 시간을 선형영역에서 동작하고 있는 것을 의미하며 이때 전력소모는 전력증폭기를 구성하는 파우어 FET의 직류동작점의 전류에 의해 결정되므로 동작점을 B급으로 낮출 경우 전력소모가 현저히 줄어든다.This means that the power amplifier is operating in the linear region most of the time, and the power consumption is determined by the current of the DC operating point of the power FET constituting the power amplifier. Decreases.
통상 효율을 개선하기 위해 최대 출력에서 전력부가효율을 개선하기 위한 방법보다 실제적인 방안인 것이다.Typically, this is a more practical solution than improving the power-added efficiency at maximum output to improve efficiency.
그러나 B급 동작점으로 접근할수록 전력 증폭기의 선형특성은 악화되며 더구나 디지털 방식인 CDMA이동통신 단말기는 전력증폭기의 입출력에서 높은 선형성이 요구된다.However, as the B-class operating point approaches, the linear characteristics of the power amplifier deteriorate. Moreover, the digital CDMA mobile communication terminal requires high linearity at the input and output of the power amplifier.
이러한 선형성을 나타내는 지표로서 안테나 송신출력에서 신호의 왜곡정도에 따라 정해지는 ACPR(Adjacent Channel Power Ratio)이 있으며 이 값은 CDMA규격인 IS-95에서 정의되어 있다.As an indicator of such linearity, there is an Adjacent Channel Power Ratio (ACPR) that is determined according to the distortion level of the signal in the antenna transmit power. This value is defined in the CDMA standard IS-95.
종래에는 도 1에 도시된 바와같이 CDMA 단말기의 최종단이 듀플렉서(3)를 이용하여 안테나(4)와송신기(1) 및 수신기(6)를 연결하는 구조로 이루어져 있어 송신기(1)로부터 나오는 1750-1780MHz의 송신신호가 구동증폭기(2)와 전력증폭기(3) 및 듀플렉서(4)를 거쳐 안테나(5)로 인가되어 외부로 방사되고,외부에서 안테나(5)로 인가되는 1840-1870MHz의 수신신호는 듀플렉서(4)를 거쳐 수신기(6)로 입력되었다.In the related art, as shown in FIG. 1, the terminal of the CDMA terminal connects the antenna 4, the transmitter 1, and the receiver 6 by using the duplexer 3. A transmission signal of -1780 MHz is applied to the antenna 5 through the driving amplifier 2, the power amplifier 3, and the duplexer 4 to be radiated to the outside, and is applied to the antenna 5 from the outside. The signal was input to the receiver 6 via the duplexer 4.
도면에서 미설명부호 7은, 고주파 잡음이 다른 곳으로 전달되는 것을 방지하기 위한 RF쵸크이다.In the drawing, reference numeral 7 denotes an RF choke for preventing high frequency noise from being transferred to another place.
즉, 종래 PCS와 같은 이동통신 단말기의 최종 송신단은 전력증폭기(3)의 출력이 듀플렉서(4)를 거쳐 안테나(5)에 인가되는 방식을 채택하고 있다.That is, the final transmitter of the mobile communication terminal such as the PCS adopts a method in which the output of the power amplifier 3 is applied to the antenna 5 via the duplexer 4.
이와같은 구조에서는 듀플렉서(4)를 거치면서 통상적으로 2-3dB의 전력손실이 발생하기 때문에 안테나(5) 출력단에서 원하는 출력레벨을 얻기 위해서는 전력증폭기(3)의 출력값이 2-3dB 높아야 한다.In such a structure, since a power loss of 2-3 dB is typically generated through the duplexer 4, an output value of the power amplifier 3 should be 2-3 dB higher in order to obtain a desired output level at the output terminal of the antenna 5.
AMPS나 GSM과 같이 협대역신호를 사용하는 방식에서는 이와같은 구조가 크게 문제되지 않으나 CDMA방식은 광대역신호를 사용하기 때문에 동일한 출력을 얻기위해서는 앞서의 방식들보다 선형성이 더욱 우수한전력증폭기(3)를 사용해야 한다.Such a structure is not a problem in the narrow band signal such as AMPS or GSM. However, in order to obtain the same output power amplifier (3), which is more linear than the previous method, in order to obtain the same output. Should be used.
그러나 종래에는 현실적으로 높은 선형성을 얻기 위해서는 사용 전력 레벨보다 휠씬 높은 출력레벨을 낼수 있는 부품을 사용하여 실제 사용하는 레벨보다 휠씬 높은 동작점에서 설계함으로써 전류소모가 많아지게 되므로 이동통신 단말기에서 가장 중요한 요소인 배터리의 사용시간을 단축시키는 결과를 초래한다.However, in order to obtain a high linearity in reality, the current consumption is increased by designing at an operating point much higher than the actual level by using a component that can output an output level much higher than the power level, which is the most important factor in the mobile communication terminal. This results in a shorter battery life.
또한, 열이 많이 발생하기 때문에 보드를 소형화하는데도 한계를 가지며 마진을 많이 갖는 고가의 부품을 사용하므로 단말기의 원가가 증가하는 요인이 된다.In addition, since a lot of heat is generated, there is a limit to miniaturization of the board and expensive components having a lot of margins increase the cost of the terminal.
본 발명은 이와같은 종래의 결점을 해결하기 위하여 안출한 것으로 전력증폭기와 구동 증폭기 전단에 듀플렉서의 일부인 송신용 대역저지 여파기를 배치하여 소형화를 이룰 수 있도록 하는 이동통신 단말기의 전력증폭기 모듈구조를 제공하는데 있다.The present invention has been made to solve the above-mentioned drawbacks to provide a power amplifier module structure of a mobile communication terminal to achieve a miniaturization by placing a transmission band blocking filter which is part of a duplexer in front of the power amplifier and the driving amplifier. have.
이와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 듀플렉서에 내장되어 있는 송신용 대역저지필터와 수신용 대역통과필터를 분리하여 송신용 대역저지필터는 최종출력단의 구동증폭기전단에 위치시키고, 수신용 대역 통과필터는 분기필터와 수신기사이에 위치시켜 구성함을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention separates a band pass filter for transmission and a band pass filter for reception, which are built in a duplexer, so that the band pass filter for transmission is located at the front end of the driving amplifier of the final output stage, Is located between the branch filter and the receiver.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참고로 하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 단말기 최종단 구성을 나타낸 것으로, 단말기의 송신신호를 내보내는 송신기(1)와, 상기 송신기(1)로부터 출력되는 신호의 일정대역을 저지하는 대역저지필터(20)와, 상기 대역저지필터(20)의 출력단에 접속되어 신호를 소정레벨 증폭시키는 구동증폭기(30)와, 상기 구동증폭기(30)의 출력에 따라 안테나 출력단에서 원하는 출력레벨을 얻을 수 있도록 전력을 증폭하는 전력증폭기(40)와, 상기 전력증폭기(40)의 출력단에 접속되어 고조파들을 제어하며 이를 위해 각기 고조파에 대해 임피던스 구현을 하는 하모닉 튜닝용 필터(50)와, 상기 하모닉 튜닝용 필터(50)에 접속되어 송신신호는 안테나(70)로 보내고 수신신호는 수신기(90)로 보내는 역할을 하는 분기필터(60)와, 상기 분기필터(60)를 통하여 수신되는 신호중 일정대역만 통과시키는 대역통과필터(80)와, 상기 대역통과필터(80)를 통하여 수신되는 신호를 받아들이는 수신기(90)로 구성된 것이다.2 is a diagram illustrating a terminal terminal of the present invention, including a transmitter 1 for transmitting a transmission signal of a terminal, a band blocking filter 20 for blocking a predetermined band of a signal output from the transmitter 1, and A drive amplifier 30 connected to an output terminal of the band stop filter 20 to amplify a predetermined level of a signal, and a power amplifier amplifying power to obtain a desired output level at an antenna output terminal according to the output of the drive amplifier 30; 40 and a harmonic tuning filter 50 connected to an output terminal of the power amplifier 40 to control harmonics and implementing impedances for the harmonics, and the harmonic tuning filter 50. A branch filter 60, which transmits a transmission signal to the antenna 70 and a reception signal to a receiver 90, and a bandpass that passes only a predetermined band of signals received through the branch filter 60. An overfilter 80 and a receiver 90 for receiving a signal received through the bandpass filter 80.
단, 상기 구동증폭기(30)와 전력증폭기(40)는 FET를 사용한 증폭기이다.However, the driving amplifier 30 and the power amplifier 40 are amplifiers using FETs.
이와같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the present invention configured as described above is as follows.
국내에서 사용되고 있는 PCS단말기의 송신 및 수신주파수 대역은 기존의 800MHz이동전화기들에 비해 휠씬 넓은 주파수간격인 90MHz를 갖는다.The transmission and reception frequency bands of PCS terminals used in Korea have a wider frequency interval of 90MHz compared to existing 800MHz mobile telephones.
이로부터 송수신 신호를 분리하기 위한 듀플렉서 구조가 간단해지므로 구현이 휠씬 용이하며 생산과정에서도 튜닝작업이 간소화해지는 것을 의미한다.This simplifies the duplexer structure for separating transmission and reception signals, which means that implementation is much easier and that tuning is simplified during production.
따라서, 듀플렉서를 구성하고 있는 유전체필터들, 즉 송신용 Therefore, dielectric filters constituting the duplexer, that is, for transmission
대역저지필터(20)와 수신용대역통과필터(80) 그리고 분기필터(60)를 도 2와 같이 별도로 분리하여 전력증폭기(40)내에 배치시켜 두개의 부품울 하나의 결합된 모듈로 구현하여도 듀플렉서 기능을 수행할 수 있다.The band stop filter 20, the reception band pass filter 80, and the branch filter 60 are separately separated as shown in FIG. 2 and disposed in the power amplifier 40 to implement two components as one combined module. It can perform a duplexer function.
또한, 도 2에 도시된 바와같이, 대역저지필터(20)의 삽입손실을In addition, as shown in Figure 2, the insertion loss of the band stop filter 20
구동증폭기(30)이득으로 보상하므로 전력 증폭기(40)모듈 출력이 곧 안테나(70)출력이 되기 때문에 전력증폭기(40)출력을 기존보다 낮출 수 있어 전력증폭기(40)의 전류소모를 줄여 배터리 사용시간을 연장시킬 수 있다.Compensated by the gain of the driving amplifier 30, the output of the power amplifier 40 module immediately becomes the antenna 70 output, so that the output of the power amplifier 40 can be lowered than before, thereby reducing the current consumption of the power amplifier 40 to use the battery. You can extend the time.
즉, 본 발명에서는 최종출력단 전력 증폭기(40)가 안테나(70)에 직접 연결되어 있어 듀플렉서의 손실이 없으므로 최종 출력단 전력증폭기(40)의 출력을 기존의 약 반으로 줄일 수 있으며, 최종출력단 전력증폭기(40)가 적은 출력을 내도 됨으로 증폭기를 A급으로 사용하는대신 AB 또는 B급으로 사용하여 전반적으로 단말기의 배터리 소모량을 줄일 수 있는 것이다. That is, in the present invention, since the final output stage power amplifier 40 is directly connected to the antenna 70, there is no loss of the duplexer, so that the output of the final output stage power amplifier 40 can be reduced to about half of the existing output stage power amplifier. Since the output of (40) is small, it is possible to reduce the battery consumption of the terminal as a whole by using the AB or B class instead of using the amplifier as the A class.
또한, 본 발명은 기존구조에 비해 출력이 작기 때문에 최종출력의 전력 증폭기(40)는 더 높은 선형성을 가질 수 있으므로 CDMA와 같은 광대역신호를 전송할 때 유리하다.In addition, the present invention is advantageous when transmitting a wideband signal such as CDMA because the power amplifier 40 of the final output may have a higher linearity because the output is smaller than the conventional structure.
특히 도 2에 도시된 바와같이 입출력단에서 출력고조파를 제어하는 하모닉 튜닝용 필터(50)를 더 구비하여 더 많은 선형성을 확보할 수 있다.In particular, as shown in FIG. 2, a harmonic tuning filter 50 for controlling output harmonics at the input and output terminals may be further provided to ensure more linearity.
전력증폭기(40)는 로드/소오스-풀 방법으로 IS-95에서 기준으로 하는 선형성인 ACPR을 만족하고 이외의 전기적인 성능과 트레이드-오프되는 최적 임피던스들을 측정하고 이들을 이용하여 설계한다.The power amplifier 40 satisfies ACPR, the linearity referenced in IS-95 by the load / source-pull method, measures other electrical performance and optimal impedances that are traded off and is designed using them.
본 발명은 구동증폭기(30)와 전력증폭기(40)로서 6mm n-채널 게이트 폭을 가진 FET를 사용하였으며, 이는 AB급의 동작점에서도 높은 선형성을 확보하기 위해 넓은 게이트 전압 범위에서 평탄한 전달컨덕턴스(Gm)특성을 갖고 있다.In the present invention, the drive amplifier 30 and the power amplifier 40 use a FET having a 6mm n-channel gate width as the driving amplifier 30, which has a flat transfer conductance in a wide gate voltage range to ensure high linearity even at an operating point of AB class. Gm).
즉, 1dB이득감소 전력점인 가 상승하며 결과적으로 CDMA디지털 방식 단말기에 사용되는 전력증폭기(40)의 선형성을 나타내는 ACPR을 개선할 수 있다.That is, the 1dB gain reduction power point is increased, and as a result, the ACPR indicating the linearity of the power amplifier 40 used in the CDMA digital terminal can be improved.
도 3은 본 발명에 따른 단말기 최종 출력단 모듈의 츨력특성을 나타낸 것으로, 동작주피수는 1.765GHz이고 최종 전력증폭기(40)의 바이어스 포인트는Figure 3 shows the output characteristics of the terminal final output module according to the present invention, the operating frequency is 1.765GHz and the bias point of the final power amplifier 40
3.6V/52mA이고, 구동증폭기(30)의 바이어스 포인트는 3.6V/40mA이므로 총 소모전류는 약 92mA로서 같은 출력을 내는 기존의 구조에 비해 약 30%의 전류소모가 적다.3.6V / 52mA and the bias point of the drive amplifier 30 is 3.6V / 40mA, so the total current consumption is about 92mA, which is about 30% less current consumption than conventional structures that produce the same output.
도 3에서 중심주파수에서 900KHz떨어진 지점에서 중심주파수에서보다 전력이 약 30dB떨어지는 것을 볼수 있으며, 단말기 최종출력의 선형성에 대한 규정이 28dB임을 감안하면 규정보다 약 2dB특성이 더 좋은것을 알 수 있다.It can be seen from FIG. 3 that the power is about 30 dB away from the center frequency at 900 KHz from the center frequency. Considering that the regulation on the linearity of the terminal final output is 28 dB, about 2 dB characteristics are better than the regulation.
즉, 본 발명은 국내형 PCS단말기의 RF프론트-앤드 구성 회로중 핵심부품인 전력증폭기와 듀플렉서의 결합을 통해 크기를 축소하고 전기적 성능을 개선시켰다.That is, the present invention reduces the size and improves the electrical performance through the combination of a power amplifier and a duplexer, which is a key component of the RF front-end component circuit of the domestic PCS terminal.
제작된 모듈에 대해 CDMA방식의 단말기에 대한 선형성 성능지수인 ACPR을 측정한 결과 IS-95에서 요구하는 수준보다 2-3dB 여유를 가지는 것을 알 수 있다.As a result of measuring ACPR, which is the linearity performance index of CDMA terminal for the manufactured module, it can be seen that it has 2-3dB margin than the level required by IS-95.
이상에서 설명한 바와같은 본 발명은 출력 24dBm에서 CDMA선형특성을 만족하였으며 PCS 송수신 주파수대역에서 필요한 감쇄 특성을 나타내어 듀플렉서로서 역할도 수행하였다.As described above, the present invention satisfies the CDMA linearity characteristics at the output 24dBm and exhibits the required attenuation characteristics in the PCS transmit / receive frequency band, thus serving as a duplexer.
또한, 결합모듈의 출력단자가 곧바로 안테나에 연결되므로 결합전보다 출력이 줄어들게 되어 이에 상응하는 동작전류가 줄었으며 동작점도 B급으로 제한하여 전류소모가 줄어 약 95mA의 전류를 절약할 수 있다.In addition, since the output terminal of the coupling module is directly connected to the antenna, the output is reduced compared to before coupling, so that the corresponding operating current is reduced, and the operating point is limited to Class B, which reduces the current consumption, thus saving about 95 mA of current.
특히 종래 듀플렉서의 구성회로였던 송신측 대역저지 여파기를 전력증폭기내로 흡수함으로써 결합모듈이 안테나와 직접 연결되어 모듈의 최대 출력이 2-3dB 줄어 동작전류를 절약할 수 있다.In particular, by absorbing the transmission side band stop filter, which is a component of the conventional duplexer, into the power amplifier, the coupling module is directly connected to the antenna, so that the maximum output of the module is reduced by 2-3 dB, thereby saving operating current.
또한, 전화기가 실제환경에서 주로 사용하는 출력범위가 선형영역인 점을 감안하여 동작점을 AB급으로 제한하므로 소모전류가 줄어들어 상용제품에 비해 약 95mA정도에 해당하는 배터리 사용시간을 연장할 수 있는 효과가 있다.In addition, since the operating range is limited to AB, considering that the output range used mainly in the real environment is a linear range, the current consumption is reduced, which can extend the battery life of about 95mA compared to commercial products. It works.
도 1은 종래 단말기의 최종단의 구성을 나타낸 도면1 is a view showing the configuration of the last stage of the conventional terminal
도 2는 본 발명에 따른 이동통신 단말기의 알에프 최종단 모듈구조를 나타낸 도면2 is a diagram showing the final module structure of the RF terminal of the mobile communication terminal according to the present invention
도 3은 본 발명에 따른 모듈의 출력특성을 나타낸 그래프3 is a graph showing the output characteristics of the module according to the present invention
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
10:송신기 20:대역저지필터10: Transmitter 20: Band filter
30:구동증폭기 40:전력증폭기30: drive amplifier 40: power amplifier
50:하모닉튜닝용필터 60:분기필터50: harmonic tuning filter 60: branch filter
70:안테나 80:대역통과필터70: antenna 80: bandpass filter
90:수신기90: Receiver
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1998
- 1998-11-18 KR KR10-1998-0049526A patent/KR100514679B1/en not_active IP Right Cessation
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