KR100614871B1 - 전류 샘플링을 이용한 전력 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 전류 샘플링을 이용한 전력 제어 장치에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은, 전력 증폭부에서 송신하는 무선주파수 신호를 직접 검출하는 것이 아니라 상기 전력 증폭부에서 소모하는 전류를 샘플링하여 변환한 전압 레벨을 이용하여 송신 전력을 제어하기 위한, 전류 샘플링을 이용한 전력 제어 장치를 제공하는데 그 목적이 있음.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, 전원 공급수단과 전력 증폭수단 사이에 위치하여 상기 전력 증폭수단에서 소모하는 전류에 따라 변화된 전압 레벨을 검출하는 전류 샘플링수단; 상기 전원 공급수단으로부터 인가되는 전압에 대해 레벨이 조절된 전압과, 상기 전류 샘플링 수단에 의해 검출된 전압에 대해 레벨이 조절된 전압을 차동 증폭하는 차동 증폭수단; 상기 전원 공급수단으로부터 인가되는 전압과, 상기 전류 샘플링 수단에 의해 검출된 전압에 대해, 상기 차동 증폭수단이 동작할 수 있는 입력 레벨로 전압의 레벨을 각각 조절하여 상기 차동 증폭수단으로 제공하는 레벨 조정수단; 동작제어신호에 따라 상기 레벨 조정수단 및 상기 차동 증폭수단의 동작을 제어하는 동작 제어수단; 상기 차동 증폭수단으로부터 전달받은 전압의 잡음을 제거하는 필터링수단; 상기 필터링수단에 의해 필터링된 전압을 디지털 신호로 변환하는 변환수단; 및 상기 동작 제어수단으로 동작제어신호를 전달하고, 상기 변환수단으로부터 전달받은 디지털 신호에 따라 상기 전력 증폭수단의 송신 전력을 제어하는 제어수단을 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 무선통신 단말기 등에 이용됨.
전류 샘플링, 전력 증폭부(PAM), 전력 제어, 무선통신 단말기

Description

전류 샘플링을 이용한 전력 제어 장치{Apparatus for power control using current sampling}
도 1 은 종래의 전력 제어 장치의 일실시예 구성도,
도 2 는 본 발명에 따른 전류 샘플링을 이용한 전력 제어 장치의 일실시예 구성도,
도 3 은 본 발명에 따른 전류 샘플링을 이용한 전력 제어 장치의 일실시예 회로도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
21 : 전력 증폭부 22 : 전류 샘플링부
23 : 레벨 조정부 24 : 차동 증폭부
25 : 피크 검출부 26 : 필터
27 : 아날로그/디지털 변환부 28 : 동작 제어부
29 : 제어부
본 발명은 전류 샘플링을 이용한 전력 제어 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전력 증폭부에서 송신하는 무선주파수 신호를 직접 검출하는 것이 아니라 상기 전력 증폭부에서 소모하는 전류를 샘플링하여 변환한 전압 레벨을 이용하여 송신 전력을 제어하기 위한, 전류 샘플링을 이용한 전력 제어 장치에 관한 것이다.
본 발명에서 무선통신 단말기란 이동통신 단말기, 개인 휴대 통신 단말기(PCS), 개인용 디지털 단말기(PDA), 스마트폰, 차세대 이동통신 단말기(IMT-2000), 무선랜 단말기 등과 같이 개인이 휴대하면서 무선통신이 가능한 단말기를 말한다.
일반적으로, 무선통신 단말기의 제어부(MSM)는 전력을 미리 계산(Power Calibration)함으로써, 현재 송수신되고 있는 신호의 전력 크기를 알 수 있으며, 송신 전력의 임계값도 알 수 있다.
이 때, 송신 전력은 전력 증폭부(PAM)에 입력되는 TX_AGC_ADJ 라는 PDM(Pulse Density Modulation, 이하 "PDM"이라 한다.) 신호의 레벨로 조정한다.
그를 이용한 송신 전력 제어 방법은 코드분할다중접속(CDMA) 무선통신 단말기의 퀄컴(Qualcomm) 소스에 명확히 구현되어 있다.
여기서, 무선통신 단말기는 전력을 미리 계산(Power Calibration)하여 PDM 신호의 레벨과 상기 PDM 신호를 입력했을 때 송신되는 전력의 크기를 테이블로 구성함으로써, 송신 전력을 제어할 수 있다.
그러나, 종래의 송신 전력 제어 방법은, 같은 PDM으로 송신하더라도 온도 변 화에 따라 전력이 변하기 때문에 온도보상을 해주고 있다. 그런데, 온도 변화에 따른 전력 변화값이 각 채널마다 또는 각 무선통신 단말기마다 상이하기 때문에 항상 같은 온도보상치가 적용되는 퀄컴 소스로는 정확한 전력 제어를 구현하기 힘들다.
그래서, 전력 제어를 위해 HDET(High Power Detector) 회로를 적용한다. 상기 HDET 회로는 전력을 전압 레벨로 변환해주는 회로이며, 제어부(MSM)는 상기 HDET 회로를 이용하여 현재 측정된 HDET 값이 '최대 전력일 때 측정된 HDET 값' 이상이면 전력을 더 이상 크게 출력하지 않도록 제어한다. 이를 도 1 을 참조하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.
도 1 은 종래의 전력 제어 장치의 일실시예 구성도이다.
도 1 에 도시된 바와 같이, 종래의 전력 제어 장치는, 송신 신호를 증폭하기 위한 전력 증폭부(11), 전력 증폭부(11)에서 출력하는 신호를 송출하기 위한 안테나(12), 상기 전력 증폭부(11)로부터 상기 안테나(12)로 전달되는 송신 경로(Tx Path)에서 전력을 추출하기 위한 커플러(13), 상기 커플러(13)가 추출한 전력을 직류 형태의 전압으로 변환하기 위한 피크 검출부(14), 상기 피크 검출부(14)가 변환한 전압의 잡음을 제거하기 위한 필터(15), 상기 필터(15)에서 출력되는 전압을 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그/디지털 변환부(16) 및 상기 아날로그/디지털 변환부(16)로부터 전달받은 디지털 신호에 따라 상기 전력 증폭부(11)의 송신 전력을 제어하기 위한 제어부(17)를 포함한다.
즉, 종래의 전력 제어 장치는 송신 경로(Tx Path)에 커플러(13)를 삽입하여 수십 디비엠(dBm) 정도 감쇄(Attenuation)된 전력을 추출한 후, 추출된 전력을 피 크 검출부(14) 및 필터(15)를 통하여 잡음이 감쇄된 직류 전압으로 변환시키고, 아날로그/디지털 변환부(16)에서 전압을 디지털 신호로 변환하여 제어부(17)로 전달한다.
그에 따라, 종래의 전력 제어 장치는 커플러(13)에서 0.2 ~ 0.7 데시벨(dB) 정도의 전력 손실이 발생하게 되어 송신 성능에 좋지 않은 영향을 미치게 된다. 또한, 완벽한 커플링이 이루어지지 않기 때문에 무선주파수 매칭 포인트(RF matching point)가 틀어질 가능성도 있다.
그리고, 종래의 전력 제어 장치는 코드분할다중접속 2000 1x(CDMA 2000 1x)망에서 무선 환경(Radio Configuration)이 변경되면 송신(Tx) 파형이 달라지게 되므로, 아날로그/디지털 변환부(ADC)에서 변환한 신호가 같은 값이어도 실제 전력 크기가 달라질 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 전력 증폭부에서 송신하는 무선주파수 신호를 직접 검출하는 것이 아니라 상기 전력 증폭부에서 소모하는 전류를 샘플링하여 변환한 전압 레벨을 이용하여 송신 전력을 제어하기 위한, 전류 샘플링을 이용한 전력 제어 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 전원 공급수단과 전력 증폭수단 사이에 위치하여 상기 전력 증폭수단에서 소모하는 전류에 따라 변화된 전압 레벨을 검출하는 전류 샘플링수단; 상기 전원 공급수단으로부터 인가되는 전압에 대해 레벨이 조절된 전압과, 상기 전류 샘플링 수단에 의해 검출된 전압에 대해 레벨이 조절된 전압을 차동 증폭하는 차동 증폭수단; 상기 전원 공급수단으로부터 인가되는 전압과, 상기 전류 샘플링 수단에 의해 검출된 전압에 대해, 상기 차동 증폭수단이 동작할 수 있는 입력 레벨로 전압의 레벨을 각각 조절하여 상기 차동 증폭수단으로 제공하는 레벨 조정수단; 동작제어신호에 따라 상기 레벨 조정수단 및 상기 차동 증폭수단의 동작을 제어하는 동작 제어수단; 상기 차동 증폭수단으로부터 전달받은 전압의 잡음을 제거하는 필터링수단; 상기 필터링수단에 의해 필터링된 전압을 디지털 신호로 변환하는 변환수단; 및 상기 동작 제어수단으로 동작제어신호를 전달하고, 상기 변환수단으로부터 전달받은 디지털 신호에 따라 상기 전력 증폭수단의 송신 전력을 제어하는 제어수단을 포함한다.
상기 본 발명은, 상기 차동 증폭수단으로부터 전달받은 전압의 피크를 검출하여 상기 필터링수단으로 전달하기 위한 피크 검출수단을 더 포함한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명 이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2 는 본 발명에 따른 전류 샘플링을 이용한 전력 제어 장치의 일실시예 구성도이다.
도 2 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전류 샘플링을 이용한 전력 제어 장치는, 전원을 공급하기 위한 전원 공급부(20), 상기 전원 공급부(20)로부터 전원을 공급받아 전력을 증폭하기 위한 전력 증폭부(21), 상기 전원 공급부(20)에서 상기 전력 증폭부(21)로 인가되는 전류를 샘플링하여 전압을 얻기 위한 전류 샘플링부(22), 상기 전류 샘플링부(22)로부터 전달받은 전압 레벨을 조정하기 위한 레벨 조정부(23), 상기 레벨 조정부(23)로부터 전달받은 전압 레벨을 차동으로 증폭하기 위한 차동 증폭부(24), 제어부(29)로부터의 송신 온 신호(TX ON)에 따라 상기 레벨 조정부(23) 및 상기 차동 증폭부(24)의 동작을 제어하기 위한 동작 제어부(28), 상기 차동 증폭부(24)로부터 전달받은 전압의 잡음을 제거하기 위한 필터(26), 상기 필터(15)에서 필터링한 전압을 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그/디지털 변환부(27), 및 상기 동작 제어부(28)로 송신 온 신호(TX ON)를 전달하며, 상기 아날로그/디지털 변환부(27)로부터 전달받은 디지털 신호에 따라 상기 전력 증폭부(21)의 송신 전력을 제어하기 위한 제어부(29)를 포함한다.
한편, 본 발명은 부가적으로 상기 차동 증폭부(24)로부터 전달받은 전압의 피크를 검출하여 상기 필터(26)로 출력하기 위한 피크 검출부(25)를 더 포함한다.
도 3 은 본 발명에 따른 전류 샘플링을 이용한 전력 제어 장치의 일실시예 회로도이다.
먼저, 전류 샘플링부(22)는 전류를 전압으로 샘플링하는 부분으로서, 전원 공급부(20)와 전력 증폭부(21) 사이에 직렬로 저항 0.15Ω(301)을 삽입하여 A지점과 B지점 간의 전압 [V(AB)]를 구한다.
그리고, 레벨 조정부(23)는 샘플링된 전압 [V(AB)]를 차동 증폭부(24)의 연산증폭기(310)의 입력 레벨에 맞게 조정한다. 이때, 도면에 도시된 바와 같이, 1KΩ의 저항(302, 304)과 3.9KΩ의 저항(303, 305)으로 분압해 주면 A'지점과 B'지점 간의 전압 [V(A'B')]를 알 수 있다.
한편, 차동 증폭부(24)는 두 개의 22KΩ 저항(306, 308), 두 개의 560KΩ 저항(307, 309) 및 연산증폭기(310)를 포함하여 입력 전압을 차동 증폭하며, 그에 따라 출력되는 전압 [V(out)]을 알 수 있다.
한편, 피크 검출부(25)는 부가적인 구성요소로서, 쇼트키 다이오드(Schottky Diode)(311) 및 100nF의 캐패시터(Capacitor)(312)를 포함하여 피크 검출 기능을 수행하고, 데이터 레이트(Data Rate)가 풀 레이트(Full Rate)가 아닌 경우에 대비하여 안정화를 위해 사용된다.
한편, 필터(LPF)(26)는 47KΩ 저항(313) 및 100nF의 캐패시터(314)를 포함하여 저역통과필터(LPF)의 기능을 수행함으로써, 상기 차등 증폭부(24)로부터 전달받은 신호의 잡음을 제거한다.
그리고, 동작 제어부(28)는 트랜지스터(315), 제 1 저항(316) 및 제 2 저항 (317)을 포함하며, 제어부(29)로부터의 송신 온 신호(TX ON)가 하이(High)인 경우에 상기 트랜지스터(315)가 온(On)되어 상기 레벨 조정부(23) 및 상기 차동 증폭부(24)가 동작되도록 한다.
한편, 상기 동작 제어부(28)는 상기 제어부(29)로부터의 송신 온 신호(TX ON)가 로우(Low)인 경우에 상기 트랜지스터(315)가 오프(Off)되어 상기 레벨 조정부(23) 및 상기 차동 증폭부(24)가 동작되지 않도록 한다. 따라서, 송신 온 신호(TX ON)가 로우(Low)인 경우에 전원 공급부(20)의 전원이 낭비되는 것을 방지할 수 있다.
도 3 에 도시된 회로의 동작을 상세히 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 전류 샘플링부(22)에서 B지점의 전압[V(B)]는 전원공급부(배터리)(20)의 전압과 같으며 A지점의 전압[V(A)]는 전력 증폭부(21)(PAM)가 소모하는 전류[I[PAM)]에 비례하여 레벨 다운되므로, A지점의 전압은 하기의 [수학식 1]과 같다.
V(A)=V(B) - 0.15 × I(PAM)
따라서, A지점과 B지점 간의 전압[V(AB)]는 하기의 [수학식 2]와 같다.
V(AB)=0.15 × I(PAM)
그런데, V(A)와 V(B)는 연산증폭기(310)의 동작 전압[V+] 레벨과 거의 같으 므로 이 레벨이 그대로 상기 차동 증폭부(24)의 두 입력단자로 입력되면 연산증폭기(310)가 정상적으로 동작하지 않는다. 따라서, 레벨 조정부(23)가 연산증폭기(310)가 정상적으로 동작할 수 있도록 입력 레벨을 맞춰준다.
상기 레벨 조정부(23)에 의해서 A'지점과 B'지점의 전압[V(A'),V(B')]가 각각 V(A)와 V(B)의 3.9/(1+3.9) 배만큼 되며, 그에 따라 A'지점과 B'지점 간의 전압[V(A'B')]는 하기의 [수학식 3]과 같다.
V(A'B')=V(AB) × 3.9/(1 + 3.9) = 0.8 × V(AB)
상기 차동 증폭부(24)를 통하여 전압 V(A'B')가 560/22 만큼 증폭되어 출력되며, 출력전압[V(out)]은 하기의 [수학식 4]와 같다.
V(out) = V(A'B') × ( 560K / 22K ) = 25.5 × V(A'B') = 20.3 × V(AB)
따라서, 출력전압은 샘플링한 전압의 20배 정도가 되며, 피크 검출부(25)와 필터(26)를 통해 안정적으로 아날로그/디지털 변환부(27)로 전달된다. 이후, 제어부(29)는 상기 아날로그/디지털 변환부(27)로부터 전달받은 디지털 신호에 따라 전력 증폭부(21)의 송신 전력을 제어한다.
이 때, 상기 일실시예에서는 실험하기 알맞은 배수로서 '20배 증폭'으로 설계하였으나, 경우에 따라 상기 다수의 저항값을 조절하여 배수의 조정이 가능하다.
전술한 바와 같은 방법으로 전력 증폭부(21)(PAM)에 흐르는 전류를 거의 700mA까지 검출하였으며, 무선통신 단말기의 전력 계산(Power Calibration)을 통해 매칭하여 최대 출력 전력(Maximum Output Power)의 스펙을 만족시킬 수 있었다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
상기와 같은 본 발명은, 전력 증폭부에서 송신하는 무선주파수 신호를 직접 검출하는 것이 아니라 상기 전력 증폭부에서 소모하는 전류를 샘플링하여 변환한 전압 레벨을 이용하여 송신 전력을 정확하게 제어할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 전력 증폭부에서 소모하는 전류를 샘플링하기 때문에 종래의 커플러로 인한 전력 손실을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 동작제어신호(송신 온 신호(TX ON))따라 동작하도록 함으로써, 전원 낭비를 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 전원 공급수단과 전력 증폭수단 사이에 위치하여 상기 전력 증폭수단에서 소모하는 전류에 따라 변화된 전압 레벨을 검출하는 전류 샘플링수단;
    상기 전원 공급수단으로부터 인가되는 전압에 대해 레벨이 조절된 전압과, 상기 전류 샘플링 수단에 의해 검출된 전압에 대해 레벨이 조절된 전압을 차동 증폭하는 차동 증폭수단;
    상기 전원 공급수단으로부터 인가되는 전압과, 상기 전류 샘플링 수단에 의해 검출된 전압에 대해, 상기 차동 증폭수단이 동작할 수 있는 입력 레벨로 전압의 레벨을 각각 조절하여 상기 차동 증폭수단으로 제공하는 레벨 조정수단;
    동작제어신호에 따라 상기 레벨 조정수단 및 상기 차동 증폭수단의 동작을 제어하는 동작 제어수단;
    상기 차동 증폭수단으로부터 전달받은 전압의 잡음을 제거하는 필터링수단;
    상기 필터링수단에 의해 필터링된 전압을 디지털 신호로 변환하는 변환수단; 및
    상기 동작 제어수단으로 동작제어신호를 전달하고, 상기 변환수단으로부터 전달받은 디지털 신호에 따라 상기 전력 증폭수단의 송신 전력을 제어하는 제어수단을 포함하는 전류 샘플링을 이용한 전력 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 차동 증폭수단으로부터 전달받은 전압의 피크를 검출하여 상기 필터링수단으로 전달하는 피크 검출수단을 더 포함하는 전류 샘플링을 이용한 전력 제어 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전류 샘플링수단은,
    상기 전원 공급수단과 상기 전력 증폭수단 사이에 직렬로 연결된 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 샘플링을 이용한 전력 제어 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 동작 제어수단은,
    상기 제어수단으로부터 하이의 동작제어신호를 입력받음에 따라 상기 레벨 조정수단 및 상기 차동 증폭수단이 동작하도록 제어하며, 상기 제어수단으로부터 로우의 동작제어신호를 입력받음에 따라 상기 레벨 조정수단 및 상기 차동 증폭수단이 동작하지 않도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전류 샘플링을 이용한 전력 제어 장치.
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