KR100550320B1 - 이동통신 단말기의 배터리 전압에 따른 전력증폭기 출력단정합 제어 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동통신 단말기에 관한 것으로, 특히 이동통신 단말기의 배터리 전압에 따른 전력증폭기 출력단 정합회로에 관한 것이다.

본 발명에 따른 이동통신 단말기의 배터리 전압에 따른 전력증폭기 정합회로 선택 제어 장치는 배터리로부터 전압을 공급받아, 입력되는 무선 신호를 전력 증폭하여 출력하는 전력증폭기와, 상기 전력증폭기로부터 출력되는 무선 신호를 특정 정합회로로 출력하는 스위칭부와, 상기 스위칭부로부터 출력되는 무선 신호를 입력받아 상기 전력증폭기의 출력 임피던스를 정합하여 안테나를 통해 송출하는 다수개의 서로 다른 정합회로를 포함하는 정합부와, 배터리 전압 레벨에 따라 그에 대응되는 정합회로를 선택하도록 상기 스위칭부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이동통신 단말기, 전력증폭기, 정합회로

Description

이동통신 단말기의 배터리 전압에 따른 전력증폭기 출력단 정합 제어 장치 및 방법{Device and method for controlling of power amplifier's matching according to battery voltage of mobile phone}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동통신 단말기의 배터리 전압에 따른 전력증폭기 출력단 정합 제어 장치를 도시한 블록도.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 핀 다이오드를 이용한 전력증폭기 정합단을 개략적으로 도시한 회로도.

도 3은 핀 다이오드의 동작 원리를 설명하기 위한 도면.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 등가회로를 나타낸 도면.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동통신 단말기의 배터리 전압에 따른 전력증폭기 정합회로 선택 방법을 도시한 흐름도.

본 발명은 이동통신 단말기에 관한 것으로, 특히 이동통신 단말기의 배터리 전압에 따른 전력증폭기 출력단 정합회로에 관한 것이다.

일반적으로 이동통신 단말기에 쓰이는 전력증폭기(Power Amplifier)의 출력 단 정합회로를 구현하기 위해서는 로드풀(Load Pull) 방법이 사용된다. 로드풀(Load Pull) 방법이란 출력임피던스에 따른 전력증폭기의 특성을 나타내는 방법이다. 전력증폭기는 이동통신 규격을 만족시키는 범위 내에서 최대의 효율을 나타낼 수 있도록 설계되어야 한다. 효율이 높을 수록 사용시간을 증가하게 된다.

실제 정합회로는 전력증폭기의 모든 동작 전압에서 최적으로 구현되도록 설계되어져야 한다. 그러나 전력증폭기 출력단의 최적 임피던스는 전력증폭기의 동작 전압, 즉 배터리 전압에 따라 달라진다. 전력증폭기 출력단의 최적 임피던스가 변하게 되면, 정합회로는 변화된 출력 임피던스에 정합시킬 수 있어야 한다. 그러나 종래 정합회로는 하나의 임피던스 값에 정합되도록 설계되어져 있다. 결국 종래 정합회로에서는 배터리 전압에 따라 다르게 임피던스 정합시킬 수 없는 문제점이 있다. 이에 따라 정합회로에서 소모 전류가 증가할 경우 배터리 사용시간이 단축되게 되는 문제점이 있고, 또한 이동통신 규격에 벗어날 수도 있게 된다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 배터리 전압 변화에 따라 달라지게 되는 전력증폭기의 최대 전력 출력 임피던스로 정합시키지 못하게 되어 발생하는 소모 전류의 증가와 이로 인한 배터리 사용시간 단축을 방지하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 이동통신 단말기의 배터리 전압에 따른 전력증폭기 출력단 정합 제어 장치는 배터리 전압 레벨에 따라 대응되는 최적의 임피던스로 전력증폭기 출력단이 정합되도록 한다.

전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명을 이러한 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동통신 단말기의 배터리 전압에 따른 전력증폭기 출력단 정합 제어 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전력증폭기 출력단 정합 제어 장치는 배터리(12)로부터 전압을 공급받아 입력되는 무선 신호를 전력 증폭하여 안테나를 통해 출력하는 전력증폭기(14)와, 상기 전력증폭기(14)로부터 출력되는 무선 신호에 대하여 특정 임피던스로 정합하는 정합부(20)와, 배터리(12) 전압 레벨에 따라서 상기 정합부(20)가 특정 임피던스를 갖도록 제어하는 제어부(10)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

전력증폭기(14)는 송신하고자 하는 무선 신호, 예를 들어 RF(Radio Frequency) 신호를 입력받아 무선 전송을 위한 전력 증폭을 수행한다. 전력증폭기(14)는 RF 신호의 전력을 증폭하는데 필요한 동작전압을 배터리(12)로부터 공급받는다. 배터리(12)는 특성상 사용시간에 따라 전압이 감소되므로, 배터리(12)로부터 공급받는 전력증폭기(14)의 동작전압도 점차 변하게 된다.

정합부(20)는 후술할 제어부(10)의 제어에 따라 전력증폭기(14)로부터 출력되는 RF신호를 특정 값을 가지는 임피던스로 정합시켜 안테나로 출력한다. 본 발명의 추가적인 양상에 따라 이러한 정합부(20)는 각각의 서로 다른 임피던스를 가지는 다수개의 정합회로와 제어부(10)의 제어에 따라 상기 전력증폭기(14)로부터 출력되는 무선신호를 특정 정합회로로 출력하는 스위칭부(16)를 더 포함한다. 스위칭부(16)는 전력증폭기(14)에서 증폭되어 출력된 RF 신호를 후술할 제어부(10)의 제어에 따라 정합부(20)의 특정 정합회로로 출력한다. 즉, 예를 들어 제어부(10)에서 제 1 정합회로를 선택하도록 하는 제어신호를 출력하게 되면 스위칭부(16)는 제 1 정합회로로 RF신호가 출력되도록 스위치를 동작시킨다.

정합회로(18)는 전력증폭기(14) 출력단의 정합(matching) 임피던스 값이 각각 다른 다수개의 독립적인 정합회로들을 포함한다. 전력증폭기(14)의 동작전압이 배터리 사용시간에 따른 전압 변화에 의해 달라지게 되므로, 이에 따라 전력증폭기(14)의 출력 임피던스에 정합시키기 위한 최적의 정합회로도 달라지게 된다. 일 실시예에 있어서, 정합회로(18)는 높은 전압 레벨부터 낮은 전압 레벨에 적합한 제 1 정합회로부터 제 M 정합회로까지의 다수개의 정합회로들로 구현되어질 수 있다.

제어부(10)는 우선 배터리 전압을 인식 가능한 디지탈 값으로 변환한다. 다음으로 제어부(10)는 배터리 전압의 레벨을 체크하여, 그 레벨에 대응되는 정합회로로 RF신호가 입력되도록 스위칭부(16)로 제어신호를 출력한다. 일 실시예에 있어서 정합회로(18)가 제 1 정합회로부터 제 8 정합회로까지 8개의 서로 다른 독립적 인 정합회로들로 이루어져 있는 경우에 제어부(10)는 스위칭부(16)로 제어신호를 출력하여 RF신호가 특정 정합회로(예를 들어, 제 2 정합회로)로 출력되도록 제어할 수 있다. 이러한 제어부(10)는 마이크로프로세서에 의해 실행되는 프로그램 코드의 형태로 구현된다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 핀 다이오드를 이용한 전력증폭기 출력단 정합부(20)를 개략적으로 도시한 회로도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 정합부(20)는 L1, C1, C2를 포함하는 하나의 기본 정합회로와 핀 다이오드(PIN diode)를 포함하여 구성된다. 우선 도 2에 대한 설명에 앞서 핀 다이오드의 동작 원리에 대해 도 3을 참조하여 설명하면, 핀 다이오드는 포트 1에 전원이 인가되지 않는 경우에는 ①과 같은 등가회로가 성립하고, 포트 2에 전원이 인가되면 ②와 같은 등가회로가 성립한다. 여기서 Rr, Rf는 0.XXX ~ 수 Ohm값을 나타내고, Cr은 0.XXX ~ 수 pF값을 나타낸다.

다시 도 2를 참조하여 설명하면, 2개의 핀 다이오드가 사용되므로 제어부(10)에서는 2비트 신호로 핀 다이오드를 제어할 수가 있다. 제어신호 1이 high인 경우에 핀 다이오드는 미세한 저항값을 가지며 접지되며, 제어신호 1이 low인 경우에 핀 다이오드는 미세한 저항값과 수 pF의 커패시턴스(Capacitance)를 가지며 접지하게 된다. 제어신호 2도 상술한 제어신호 1과 마찬가지로 입력신호가 high, low인 경우에 같은 값을 가지며 접지하게 된다. 도 4는 도 2에서 제어신호 1이 low이고 제어신호 2가 high인 경우의 등가회로를 나타내고 있다. 따라서 핀 다이오드를 이용한 정합부(20)에서는 핀 다이오드를 이용한 제어신호의 입력값에 따 라 기본 정합회로에 변화를 주게 되어 임피던스 값이 달라지게 된다.

참고로 3비트 신호의 제어신호를 구성하기 위해서는 도 2에 핀 다이오드부를 하나 더 추가하면 된다. 정합부(20)는 핀 다이오드부를 필요한 수만큼 추가하여 구현되어짐으로써 배터리 전압 레벨에 따라 최적의 임피던스로 정합시킬 수가 있게 된다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동통신 단말기의 배터리 전압에 따른 전력증폭기 정합회로 선택 방법을 도시한 흐름도이다.

도시된 바와 같이, 이동통신 단말기의 전력증폭기 출력단 정합 제어 방법은 배터리 전압을 측정하는 단계와, 측정된 배터리 전압 레벨을 판단하는 단계와, 배터리 전압 레벨에 따라 전력증폭기의 출력단 정합 임피던스가 특정값을 갖도록 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

우선 전력증폭기 출력단 정합 임피던스가 높은 전압 레벨에 대응되는 고전압 임피던스와 낮은 전압 레벨에 대응되는 저전압 임피던스로 이루어진다고 가정한다.

제어부(10)는 배터리 전압을 인식 가능한 디지탈 값으로 변환한 후 측정한다(30단계). 다음으로 제어부(10)는 측정된 배터리 전압이 기설정된 기준전압 이상인지를 판단한다(32단계). 배터리 전압이 기준전압 이상인 경우에 제어부(10)는 출력선택부(16)를 제어하여 전력증폭기(14)의 출력단이 고전압 임피던스로 정합되도록 한다(34단계). 전술한 32단계에서 배터리 전압이 기준전압보다 낮은 경우에, 제어부(10)는 전력증폭기(14)의 출력단이 저전압 임피던스로 정합되도록 한다(36단계).

상술한 바와 같이 본 발명은 전력증폭기의 출력단에서 배터리 전압에 따라 최적의 임피던스 정합이 이루어지도록 함으로써 소모 전류량을 감소시켜 배터리 사용시간을 연장시킬 수가 있다.

한편 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (3)

1. 배터리로부터 전압을 공급받아, 입력되는 무선 신호를 전력 증폭하여 안테나를 통해 출력하는 전력증폭기와;

   제어에 따라 상기 전력증폭기로부터 출력되는 무선 신호를 특정 임피던스로 정합하는 정합부와;

   배터리 전압이 기준전압 이상인 경우 고전압 임피던스로 정합하고, 배터리 전압이 기준전압 이하인 경우 저전압 임피던스로 정합하도록 하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기의 배터리 전압에 따른 전력증폭기 출력단 정합 제어 장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 정합부가:

   각각의 서로 다른 임피던스를 가지는 다수의 정합회로들과,

   상기 제어부의 제어에 따라 상기 전력증폭기로부터 출력되는 무선 신호를 특정 정합회로로 출력하는 스위칭부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기의 배터리 전압에 따른 전력증폭기 출력단 정합 제어 장치.
3. 이동통신 단말기의 전력증폭기 출력단 정합 제어 방법에 있어서,

   배터리 전압을 측정하는 단계와;

   상기 측정된 배터리 전압이 기준전압 이상인 경우 고전압 임피던스로 정합하도록 제어하고, 기준전압 이하인 경우 저전압 임피던스로 정합하도록 제어하는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기의 배터리 전압에 따른 전력증폭기 출력단 정합 제어 방법.

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