KR100574551B1 - 스마트 ｐａ 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 스마트 PA 모듈은, 입력된 신호를 증폭시키는 다수의 PA(Power Amplifier)로 구성된 PA 어레이와, 상기 PA 어레이에서 출력된 전압을 감지하는 디텍터와, 상기 디텍터에서 감지된 출력전압에 따라 인가 전압을 결정하고 서로 다른 임계치 기준 전압을 설정하여 구동 PA를 결정함으로써 상기 입력된 신호가 선형적으로 증폭되도록 하는 슈미트 트리거를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 기존의 단순 효율면에서 구간별 외부적인 컨트롤 방식에서 탈피하여 선형성 측면에서 출력에 맞는 전력 증폭기를 스스로 구동할 수 있는 효과가 있고, 별도의 제어 신호가 필요 없으며 고정된 출력이 아닌 유동적인 출력에 대해 필요한 최적의 구동 증폭기 수를 조절하여 최적의 선형성과 효율을 얻을 수 있게 된다.

Description

스마트 ＰＡ 모듈{SMART POWER AMPLIFIER MODULE}

도 1은 종래의 듀얼 밴드 단말기의 프런트 엔드부의 구성을 나타낸 도면이다.

도 2는 종래 PA 모듈의 구성을 나타낸 블럭도이다.

도 3은 본 발명에 따른 스마트 PA 모듈의 회로도이다.

도 4는 본 발명에 따른 스마트 PA 모듈에서 슈미트 트리거의 회로도이다.

도 5는 본 발명에 따른 스마트 PA 모듈에서 Vctrl에 따른 턴 온 전압을 나타낸 그래프이다.

<도면의 주요 부호에 대한 설명>

12a, 12b, 21: PA(Power Amplifier)

20: 스마트 PA 모듈(Smart Power Amplifier Module)

22: 슈미트 트리거(Schmitt trigger)

23: 디텍터(Detector)

본 발명은 PA 모듈에 관한 것으로, 특히 기존의 단순 효율면에서의 PA 모듈 의 출력 구간에 따른 컨트롤 방식에서 탈피하여 선형성 측면에서 출력에 맞는 전력 증폭기를 구동하여, 별도의 제어 신호 필요 없이 고정된 출력이 아닌 유동적인 출력에 대해서 최적의 선형성과 효율을 얻을 수 있는 스마트 PA 모듈에 관한 것이다.

도 1은 종래의 듀얼 밴드 단말기의 프런트 엔드부의 구성을 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 듀얼 밴드 프런트 엔드부(10)는, DCN 송신단(Tx)에서 전송되는 신호를 증폭시키는 PA 모듈1(Power Amplifier Module: 12a) 및 PCS 송신단(Tx)에서 전송되는 신호를 증폭시키는 PA 모듈2(12b)과, 상기 DCN 송신단(Tx)에서 전송되어 PA 모듈1(12a)을 통과한 신호의 고주파 잡음을 제거하는 제 1 LPF(Low Pass Filter: 13a)와, 상기 PCS 송신단(Tx)에서 전송되어 PA 모듈2(12b)을 통과한 신호의 고주파 잡음을 제거하는 제 2 LPF(13b)를 포함한다.

또한, 상기 DCN 신호의 송신 경로와 수신 경로를 바꾸어 주는 제 1 스위치(15a)와, 상기 PCS 신호의 송신 경로와 수신 경로를 바꾸어 주는 제 2 스위치(15b)와, 상기 DCN 송신단 및 PCS 송신단으로부터 전송된 신호를 DCN 수신단 및 PCS 수신단으로 상기 신호를 전송하는 안테나(17)를 포함한다.

또한, 상기 안테나(17)로부터 수신된 신호 중에서 각 시스템의 주파수대에 응해서 800MHz 대역의 저주파 대역(DCN)과 1.7~1.8GHz 대역의 고주파 대역(PCS)으로 분리시켜 어느 쪽에 연결할지를 결정하는 다이플렉서(16)와, 상기 다이플렉서(16)에 의해 원하는 DCN 저주파수 대역으로 분리시키는 제 1 위상 변이기(14a; P.S2)와, 상기 제 1 위상 변이기를 통과한 신호에 대해 DCN 수신단(Rx)에 서 원하는 소정 범위의 주파수대(800MHz)의 신호만 통과시키고 이 범위를 벗어난 신호를 제거하는 제 1 SAW BPF(Band Pass Filter: 11a)를 포함한다.

또한, 상기 다이플렉서(16)에 의해 원하는 PCS 고주파 대역으로 분리시키는 제 2 위상 변이기(14b; P.S4)와, 상기 제 2 위상 변이기를 통과한 신호에 대해 PCS 수신단(Rx)에서 원하는 소정 범위의 주파수대(1.7~1.8GHz)의 신호만 통과시키고 이 범위를 벗어난 신호를 제거하는 제 2 SAW BPF(11b)를 포함하여 구성된다.

도 2는 종래 2 단계 방식의 PA 모듈(12a, 12b)의 구성을 나타낸 블럭도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 종래 PA 모듈1(12a) 또는 PA 모듈2(12b)는 동일한 구성으로, 각각 GaAs 트랜지스터 소자를 갖는 고출력증폭기(HPA: 17a) 및 저출력증폭기(LPA: 17b)와, 입력측에 접속된 입력 정합 회로(Input Matching: 18)와, 출력측에 접속된 출력 정합 회로(Output Matching: 19)와, 출력 컨트롤을 위한 스위치(switch: 19a)로 구성된다.

또한, 출력 컨트롤을 위한 스위치는 전력절감을 위해 외부에서 제어신호를 인가하는데, 제어전압이 고전력모드(high power mode)와 저전력모드(low power mode)로 구분되어 출력에 따라 전달 경로가 다르게 되어 있는 2 단계(2-step) 방식이다

즉, PA 모듈의 저출력시의 효율을 개선하기 위해서는 고출력 증폭기(17a)의 경로를 차단함으로써 소모되는 전류를 감소시키는데, 이는 출력이 증가하면 효율은 개선되나 선형성이 악화될 수 있는 문제점이 있었다.

반면에, 고출력인 경우에는 필요이상으로 전력 증폭기를 구동시킴으로써(고 출력증폭기(17a)와 저출력증폭기(17b) 모두를 구동), 선형성이 좋아지나 고정출력이 아닌 유동출력에서는 최적인 효율을 얻는데는 한계가 있었다.

이러한 2-step 방식외에 외부적으로 다구간 출력에 맞는 제어전압을 인가해주는 아날로그 바이어스 컨트롤 방식이 있다.

그러나, 이러한 방식 또한 외부적으로 프로그램에 따라 컨트롤해주어야 하는 어려움이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 기존의 단순 효율면에서의 구간별 외부적인 컨트롤 방식에서 탈피하여 유동적인 출력에 최적의 전력증폭기만을 스스로 구동함으로써, 별도의 제어 신호 없이 최적의 선형성과 효율을 얻을 수 있는 스마트 PA 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 스마트 PA 모듈은, 입력된 신호를 증폭시키는 다수의 PA(Power Amplifier)로 구성된 PA 어레이와, 상기 PA 어레이에서 출력된 전압을 감지하는 디텍터와, 상기 디텍터에서 감지된 출력전압에 따라 인가 전압을 결정하고 서로 다른 임계치 기준 전압을 설정하여 구동 PA를 결정함으로써 상기 입력된 신호가 선형적으로 증폭되도록 하는 슈미트 트리거를 포함하는 것을 특징으로 한다.

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또한, 상기 슈미트 트리거 회로에 인가되는 전압 및 임계치 기준 전압에 따라 각 출력에 필요한 최적의 구동 증폭기의 개수를 조절할 수 있는 것을 특징으로 한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예가 상세히 설명된다.

도 3은 본 발명에 따른 스마트 PA 모듈(20)의 회로도이고, 도 4는 본 발명에 따른 스마트 PA 모듈에서 슈미트 트리거의 회로도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스마트 PA 모듈은, 입력된 신호를 증폭시키는 N개의 PA(Power Amplifier)로 구성된 PA 어레이(21)와, 상기 PA 어레이(21)에서 출력된 전압을 감지하는 디텍터(23)와, 상기 디텍터(23)에서 감지된 출력전압에 따라 상기 PA 어레이(21)를 제어하여 최적의 구동 PA를 결정하는 슈미트 트리거(Schmitt Trigger; 22)를 포함한다.

여기서, N개의 PA 어레이(array)의 출력에서 검출된 전압(Vo1, ...Von, 이하 Vo)에 따라 슈미트 트리거 회로(S1,....Sn)에 인가되는 전압(Vctrl1,....Vctrln, 이하 Vctrl)을 결정하고, 각각의 슈미트 트리거(22)는 서로 다른 임계치 기준 전압(Vth1,....Vthn, 이하 Vth)을 설정한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 슈미트 트리거(22)는 비반전 OP AMP(operational amplifier)로서, OP AMP를 구성하는 각 저항(R1, R2, R3, R4, R5) 값을 조절함으로써 서로 다른 임계치 기준 전압(Vth)을 설정하게 된다.

또한, 임계치 기준 전압(Vth)은 전원(Vcc)과 저항 R3, R4와의 관계에서 결정 되며, 인가된 Vctrl이 임계치 기준 전압보다 큰 경우 Vcc의 전압이 슈미트 트리거의 출력단자에 나타나게 되고 임계치 기준 전압보다 낮은 경우 0 V를 출력하게 된다.

따라서, 슈미트 트리거(22)는 상기 슈미트 트리거(22)에 인가되는 전압이 임계치 기준 전압보다 클 경우에는 PA를 구동시키고, 그렇지 않을 경우에는 차단시킴으로써 다수의 PA 어레이를 제어하게 된다.

가령, 고출력의 경우에는 높은 디텍터 전압(Vo)이 발생하고 N개의 슈미트 트리거에 인가된 전압(Vctrl)이 각각의 서로 다른 임계치 기준 전압(Vth) 이상으로 설정하게 함으로써 모든 증폭기를 구동하게 한다.

반면, 저출력의 경우에는 디텍터 전압이(Vo)이 낮을 것이며, 이에 따라 N개의 슈미트 트리거 중 일부만이 임계치 기준 전압(Vth) 이상으로 동작하여 증폭기를 구동하게 한다.

이와같이 각 출력에 필요한 최적의 구동 증폭기의 개수를 조절할 수 있고, 최소 한개에서 최대 N개의 증폭기의 전원을 유동적으로 차단함으로써 최적의 효율을 얻을 수 있게 한다.

도 5는 본 발명에 따른 스마트 PA 모듈에서 Vctrl에 따른 턴 온 전압을 나타낸 그래프이다.

도 5에 도시된 바와 같이, Vctrl 전압에 따라 Vo1,.......Von이 턴 온(turn on) 되는 과정을 나타낸 그래프이며, Vctrln-Vctrl1이 슈미트 트리거에 인가되는 전압값의 범위이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 스마트 PA 모듈은 기존의 단순 효율면에서 구간별 외부적인 컨트롤 방식에서 탈피하여 선형성 측면에서 출력에 맞는 전력 증폭기를 스스로 구동할 수 있게 한다.

따라서, 별도의 제어 신호가 필요 없으며 고정된 출력이 아닌 유동적인 출력에 대해 필요한 최적의 구동 증폭기 수를 조절하여 최적의 선형성과 효율을 얻을 수 있게 한다.

Claims (3)

1. 입력된 신호를 증폭시키는 다수의 PA(Power Amplifier)로 구성된 PA 어레이와,

   상기 PA 어레이에서 출력된 전압을 감지하는 디텍터와,

   상기 디텍터에서 감지된 출력전압에 따라 인가 전압을 결정하고 서로 다른 임계치 기준 전압을 설정하여 구동 PA를 결정함으로써 상기 입력된 신호가 선형적으로 증폭되도록 하는 슈미트 트리거를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 PA 모듈.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 슈미트 트리거 회로에 인가되는 전압 및 임계치 기준 전압에 따라 각 출력에 필요한 최적의 구동 증폭기의 개수를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 스마트 PA 모듈.

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