KR100704686B1

KR100704686B1 - 다이오드 전압제어를 통한 전력증폭기의 온도보상회로

Info

Publication number: KR100704686B1
Application number: KR1020040073492A
Authority: KR
Inventors: 전주영; 김정현
Original assignee: 아바고테크놀로지스코리아 주식회사
Priority date: 2004-09-14
Filing date: 2004-09-14
Publication date: 2007-04-06
Also published as: US7310015B2; DE112004002745B4; GB0611352D0; JP2008514051A; GB2432736B; CN1951002A; DE112004002745T5; GB2432736A8; US20060055447A1; GB2432736A; WO2006031000A1; JP4461178B2; KR20060024666A

Abstract

본 발명은 전력증폭기의 온도보상을 위하여 바이어스 회로의 다이오드 전압을 제어하는 회로를 구비하는 전력증폭기의 온도보상회로에 관한 것으로, 기준전압에 접속된 제1 저항소자(Rref), 제1 다이오드(D1) 및 제2 다이오드(D2)가 직렬로 접속되어 구성된 전력증폭기의 온도보상 회로에 있어서, 기준전압에 접속된 제2 저항 소자(R1); 제 2 저항소자에 직렬로 접속된 제3 저항 소자(R2); 기준전압에 한 쪽 단자가 접속된 제4 저항소자(Rc); 접지에 한 쪽 단자가 접속된 제5 저항소자(Re); 제2 저항소자와 상기 제3 저항소자 사이의 접점(VS)에 베이스 입력단자가 연결되고, 제4 저항소자의 다른 쪽 단자에 컬렉터 출력단자가 연결되고, 제5 저항소자의 다른 쪽 단자에는 에미터 단자가 연결된 바이어스 트랜지스터; 제1 다이오드(D1)와 제2 다이오드(D2) 사이의 직렬접속단자와, 바이어스 트랜지스터의 컬렉터 출력단자 사이에 접속된 제6 저항소자(Rf);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

다이오드 전압제어를 통한 전력증폭기의 온도보상회로{A temperature compensated circuit for a power amplifier using diode voltage control}

도 1은 종래의 전력증폭기의 바이어스회로를 도시한 것이다.

도 2는 다이오드 또는 트랜지스터의 베이스-에미터 전압과 전류의 관계를 도시한 것이다.

도 3은 온도보상 능력이 불충분한 경우의 정적 동작 전류 I_Q와 이상적인 경우의 정적 동작 전류 I_Q를 서로 비교하여 도시한 것이다.

도 4는 추가적인 온도보상기능을 갖는 종래의 전력증폭기의 바이어스 회로를 도시한 것이다.

도 5는 본 발명에 의한 바이어스 회로의 정적 동작 전류 I_Q를 표시한 것이다.

도 6은 본 발명에 의한 다이오드 전압제어를 통한 전력증폭기의 온도보상회로의 실시 예를 도시한 것이다.

도 7은 본 발명에 의한 다이오드 전압제어를 통한 전력증폭기의 온도보상회로의 다른 실시 예를 도시한 것이다.

도 8은 본 발명에 의한 다이오드 전압제어를 통한 전력증폭기의 온도보상회 로의 또 다른 실시 예를 도시한 것이다.

도 9는 본 발명에 의한 다이오드 전압제어를 통한 전력증폭기의 온도보상회로의 또 다른 실시 예를 도시한 것이다.

도 10 내지 도 12은 본 발명에 의한 다이오드 전압제어를 통한 전력증폭기의 온도보상회로의 동작모드를 나타내는 그래프를 도시한 것이다.

도 13은 동작모드 1, 2, 3에서 온도변화에 따른 I_X의 변화를 나타내는 그래프이다.

본 발명은 셀룰러 전화기나 PDA와 같은 개인용 휴대통신기기에 포함되어 있는 전력증폭기에 관한 것으로, 특히 전력증폭기의 온도보상회로에 관한 것이다.

전자 기술 발전은 휴대용 전자 장치들의 설계 및 비용 효율적 제조를 가능하게 하였다. 휴대용 전자 장치들의 넓은 범위의 예로는 호출기들, 셀룰러 전화기들, 음악 재생기들, 계산기들, 랩톱 컴퓨터들 및 PDA 등이 있다. 휴대용 전자 장치들은 일반적으로 직류(DC) 전력을 필요로 하는 데, 하나 이상의 배터리들이 이 DC 전력을 공급하기 위한 에너지원으로 사용된다.

또한 모바일 핸드셋들(mobile handsets)이나 셀룰러 전화기들과 같은 무선 이동 통신 단말기들이 소형화되고 경량화되고 있다. 이에 따라 모바일 핸드셋 크기 의 상당 부분을 차지하는 배터리의 크기 또한 작고 가벼운 모바일 핸드셋에 적합하기 위하여 작아지고 있다. 그런데, 예컨대, 셀룰러 전화기의 경우 단말기 및 그 배터리의 크기가 작아지는 것과 함께 통화 시간(talk time)이 길어지는 것을 요구한다. 이에 따라 배터리의 사용 수명은 모바일 핸드셋들이나 셀룰러 전화기들과 같은 무선 이동 통신 단말기들에서 중요한 관심사이다.

한편, 이들 개인용 무선통신기기들은 계절의 변화, 증폭기의 동작여부, 동작 지속시간 등에 따라 사용온도가 변하게 되는데 온도변화에도 불구하고 전력증폭기가 일정한 특성을 유지하는 것도 단말기의 성능을 결정짓는 중요한 요소가 된다.

전력증폭기가 온도변화에도 불구하고 적절한 동작영역에서 증폭동작을 잘 하기 위해서는 온도변화를 보상하는 바이어스 회로가 필요하다. 종래에는 전력증폭기의 바이어스를 위해 도 1에 보인 것과 같은 회로를 사용하였다.

이하 도 1을 참고로 하여 종래의 기술을 설명한다.

트랜지스터 Q2는 전력증폭기의 증폭단을 간략화하여 도시한 것이고, 트랜지스터 Q1은 Q2의 베이스에 바이어스 전압이 공급되도록 하는 바이어스 트랜지스터, 혹은 DC 버퍼(buffer) 트랜지스터이다. Q1의 역할은 바이어스 전압 V_Y 가 직접 Q2의 베이스로 입력될 경우 Q2에 전류가 충분히 전달되지 못하는 것을 보상해주기 위해 마련된 트랜지스터이므로 DC 버퍼 트랜지스터로 부르기도 한다. 도 1에서는 Q2와 Q1에는 전원전압 Vcc가 인가되나 바이어스 회로 블록(200)의 저항 Rref에는 기준전압인 Vref이 인가되고 Q2의 컬렉터 정적 동작 전류는 I_Q로 표시되어 있다.

본 발명과 종래의 발명의 설명에 앞서 일반적인 다이오드의 전류특성을 이해하여야 한다. 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 일반적인 다이오드의 전류특성과 트랜지스터의 베이스-에미터 전압에 따른 전류 특성이 같다는 것을 쉽게 이해할 것이다.

도 2에는 다이오드 양단의 전압에 따른 전류의 특성 또는 트랜지스터의 베이스-에미터 전압에 따른 전류의 특성을 온도를 파라미터로 하여 나타낸 그림이다. 이 그림에서 온도가 올라갈수록 특성곡선은 왼쪽으로 이동하여 다이오드 턴온(turn-on) 전압, V_BE(on)이 감소한다. 잘 알려진 바대로 곡선의 이동은 대략 -2 mV/℃ 정도의 값을 가진다. 바이어스 전압 Vbias가 일정할 경우 유효적인 베이스-에미터 전압은 V_BE(eff) = Vbias - V_BE(on)가 되어 전류는 증가하게 된다.

다음, 도 1에 보인 종래의 바이어스 회로 블록(200)의 온도보상 동작을 간략히 설명하면 다음과 같다. 먼저 25℃ 정도의 상온에서는 Rref와 두 개의 다이오드 D1, D2에 의해 V_Y 노드의 전압이 2.6V가 되도록 설계되어 있다고 가정한다. 이는 직렬 연결된 두 개의 다이오드 양단전압이 각각 1.3V가 되도록 저항 Ref의 값이 설정되었다는 것을 의미한다.

트랜지스터 Q1과 Q2의 베이스-에미터 사이의 전압 역시 D1, D2와 같이 각각 1.3V이다.

동작 온도가 올라가면 트랜지스터 Q1과 Q2는 도 2에서 보인 것과 같이 베이스-에미터 턴온(turn-on)전압 V_BE(on)은 감소하여 정적 동작 전류 I_Q 가 증가하려 한다. 그러나 다이오드 D1, D2 역시 트랜지스터 Q1, Q2와 각각 동일한 온도의존성을 가지고 있으므로 전압 V_Y 역시 감소하게 된다. V_Y 전압의 감소는 트랜지스터 Q1과 Q2의 베이스-에미터 전압의 감소를 의미하고 이는 Q1과 Q2의 베이스-에미터 사이의 유효전압 V_BE(eff)가 변하지 않아 정적 동작 전류 I_Q 가 일정하다는 것을 의미한다.

동작 온도가 내려가면 트랜지스터 Q1과 Q2의 베이스-에미터 턴온(turn-on) 전압 V_BE(on)은 증가하여 정적 동작 전류 I_Q가 감소하려 한다. 그러나 다이오드 D1, D2 역시 트랜지스터 Q1, Q2와 각각 동일한 온도의존성을 가지고 있으므로 전압 VY 역시 증가하게 된다. V_Y 전압의 증가는 트랜지스터 Q1과 Q2의 베이스 전압의 증가를 의미하고 이는 Q1과 Q2의 베이스-에미터 사이의 유효전압 V_BE(eff)가 변하지 않아 정적 동작 전류 I_Q가 일정하다는 것을 의미한다.

이상의 동작을 요약하면 다이오드 D1,D2 양단의 전압 V_Y는 온도변화에 따른 Q1과 Q2의 베이스-에미터 턴온 전압을 추적(tracking)하여 유효전압 V_BE(eff)가 일정하게 유지되도록 하여 온도변화에도 정적 동작 전류 I_Q 가 일정하도록 한다.

그러나 실제에 있어서는, V_Y 전압이 만약 2.4V 정도로 내려가면 자동적으로 Q1과 Q2의 베이스-에미터 양단의 전압도 각각 1.2V 정도로 내려가게 된다. 그러나 이 경우 Q2의 정적 동작 전류 I_Q 는 상온일 때의 크기보다 증가하게 된다. 이 이유 는 큰 전류를 구동하여야 하는 트랜지스터 Q1, Q2의 크기가 D1, D2보다 훨씬 커서 온도의존성이 서로 같지 않기 때문이다. 따라서 Q2의 정적 동작 전류 I_Q 가 일정하게 유지되는 정확한 온도보상이 되려면 V_Y 의 전압이 2.4V보다 더 작아져야 하는 문제점이 발생하게 된다.

동작 온도가 상온보다 내려갈 때는 다이오드 D1, D2가 가지는 고유의 온도의존성에 의해 V_Y 전압이 올라간다. V_Y 전압이 만약 2.8V 정도로 올라가는 경우, 자동적으로 Q1과 Q2의 베이스-에미터 양단의 전압도 각각 1.4V 정도로 올라가게 되고 이에 따라 Q2의 정적 동작 전류 I_Q는 상온일 때의 크기보다 감소하게 된다. 온도가 증가할 때와 마찬가지 이유로 Q2의 정적 동작 전류 I_Q가 일정하게 유지되는 정확한 온도보상이 되려면 V_Y의 전압이 2.8V보다 커져야 하는 문제점이 발생하게 된다. 도 3은 이러한 문제점으로 인해 온도보상 기능이 불충분한 경우의 정적 동작 전류 I_Q 와 이상적인 경우의 정적 동작 전류 I_Q를 서로 비교하여 도시한 것이다.

D1과 D2의 온도의존성에 의한 온도보상 기능으로는 Q2의 정적 동작 전류 I_Q를 일정하게 유지하는 것이 어려워지는 문제점을 해결하기 위하여 여러 가지의 회로 기법들이 개발되었다. 이 가운데는 직렬 연결된 다이오드 D1, D2 양단의 전압을 온도변화에 따라 인위적으로 적절하게 변화시키도록 함에 의해 좀 더 이상적인 정적 동작 전류 I_Q 특성을 가지고자 하는 회로 기술들이 포함되어 있다.

이하, 도 4를 참조로 하여 추가적인 온도보상 기능을 가지는 종래의 기술 가운데 하나를 설명한다.

이 회로는 바이어스 회로 블록(200)과 증폭기 블록(210)으로 구성되어 있다. 이 블록 내 회로의 연결구성(configuration)은 다음과 같다. 226 트랜지스터는 RF 신호를 증폭하는 증폭 회로의 일부를 나타낸 것이다. 224 트랜지스터는 DC 버퍼 트랜지스터이고, 저항 R2는 226 트랜지스터의 베이스를 DC 바이어스하기 위한 것이다.

바이어스 회로 블록(200)은 증폭기 블록(210)과 동일한 요소로 구성되어 있어 전류 미러(mirror) 형태를 이루고 있음을 유의하여야 한다.

220 트랜지스터는 224 트랜지스터와, 222 트랜지스터는 226 트랜지스터와, R1은 R2와 각각 미러 쌍(mirrored pair)을 이룬다.

234 노드의 전압은 220 트랜지스터의 베이스로부터 222 트랜지스터를 거쳐 접지로 연결되므로 전압강하는 2V_BE가 된다. 222 트랜지스터의 베이스 노드 240에는 저항 R1이 연결되어 있다. 저항 Rref의 한쪽에는 DC 기준전압인 Vref이 연결되어 있고 저항 Rref 양단을 흐르는 전류는 Iref이다.

동작온도가 올라가면 222 트랜지스터의 베이스-에미터 턴온 전압 V_BE(on)은 내려가게 되나 전류 Imir이 거의 일정하게 유지되므로 240노드의 전압도 거의 일정하게 유지된다. 따라서 222 트랜지스터의 베이스-에미터 사이의 유효전압은 증가하여 222 트랜지스터의 컬렉터 전류를 증가시키므로 234 노드의 전압은 내려가게 된 다. 234 노드의 전압이 내려가게 되면 자동적으로 242 노드의 전압도 내려가게 되어 226 트랜지스터의 베이스-에미터 사이의 유효전압은 일정하므로 이에 따라 정적 동작 I_Q의 변화는 억제된다.

동작온도가 내려가면 222 트랜지스터의 베이스-에미터 턴온 전압 V_BE(on)은 올라가게 되나 전류 Imir이 거의 일정하게 유지되므로 240노드의 전압도 거의 일정하게 유지된다. 따라서 222 트랜지스터의 베이스-에미터 사이의 유효전압은 감소하여 222 트랜지스터의 컬렉터 전류를 감소시키므로 234 노드의 전압은 증가하게 된다. 234 노드의 전압이 증가하게 되면 자동적으로 242 노드의 전압도 증가하게 되어 226 트랜지스터의 베이스-에미터 사이의 유효전압은 일정하므로 이에 따라 정적 동작 I_Q의 변화는 억제된다.

이 밖에도 바이어스 회로의 다이오드들에 걸리는 전압을 미세하게 조절하기 위한 종래의 기술로는 RF 신호를 증폭하는 트랜지스터에 저항 대신 능동소자를 삽입하여 바이어스 회로의 온도보상기능에 추가적인 보상기능을 나타내고자 한 것으로 미국특허공보 제 6,566,954호에 등록되어 있다.

또 다른 회로는 여러 개의 병렬 다이오드 또는 전류 경로(current path)를 바이어스 회로에 추가적으로 구성하여 기준전압 Vref으로부터 흘러나오는 전류의 량을 조절함에 의해 추가적인 온도보상기능을 갖도록 하는 기술이 미국특허공보 제 6,452,454호에 나와 있다.

추가적인 온도보상기능을 갖도록 하는 또 다른 회로 기술은 저항의 추가와 저항끼리의 비율의 조절에 의해 이루어지는 것으로 미국특허공보 제 6,556,082호에 나와 있다.

또 다른 기술로는 보다 넓은 범위에서 추가적인 온도보상이 가능하도록 바이어스 회로에서 공급되는 기준전류를 증가 혹은 감소시키는 것이 가능하도록 별도의 회로를 각각 구성하여 온도변화에 따라 동작하도록 한 회로 기술이 미국 특허공보 제 6,424,225호에서 공개되어 있다.

삭제

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전력증폭기의 온도보상을 위하여 바이어스 회로의 다이오드 전압을 제어하는 회로를 구비하는 전력증폭기의 온도보상회로를 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 다이오드 전압제어를 통한 전력증폭기의 온도보상회로는 기준전압에 접속된 제1 저항소자(Rref), 제1 다이오드(D1) 및 제2 다이오드(D2)가 직렬로 접속되어 구성된 전력증폭기의 온도보상 회로에 있어서, 상기 기준전압에 접속된 제2 저항 소자(R1); 상기 제 2 저항소자에 직렬로 접속된 제3 저항 소자(R2); 상기 기준전압에 한 쪽 단자가 접속된 제4 저항소자(Rc); 접지에 한 쪽 단자가 접속된 제5 저항소자(Re); 상기 제2 저항소자와 상기 제3 저항소자 사이의 접점(VS)에 베이스 입력단자가 연결되고, 상기 제4 저항소자의 다른 쪽 단자에 컬렉터 출력단자가 연결되고, 상기 제5 저항소자의 다른 쪽 단자에는 에미터 단자가 연결된 바이어스 트랜지스터; 및 상기 제1 다이오드(D1)와 상기 제2 다이오드(D2) 사이의 상기 직렬접속단자와, 상기 바이어스 트랜지스터의 상기 컬렉터 출력단자 사이에 접속된 제6 저항소자(Rf);를 포함하고, 온도보상을 위해 상기 컬렉터 단자의 전압이 변화하는 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 다이오드 전압제어를 통한 전력증폭기의 온도보상회로는 기준전압에 접속된 제1 저항소자(Rref), 제1 다이오드(D1) 및 제2 다이오드(D2)가 직렬로 접속되어 구성된 전력증폭기의 온도보상 회로에 있어서, 상기 기준전압에 접속된 제3 다이오드(D3); 상기 제3 다이오드에 접속된 제2 저항 소자(R1); 상기 제 2 저항소자에 직렬로 접속된 제3 저항 소자(R2); 상기 기준전압에 한 쪽 단자가 접속된 제4 저항소자(Rc); 접지에 한 쪽 단자가 접속된 제5 저항소자(Re); 상기 제2 저항소자와 상기 제3 저항소자 사이의 접점(VS)에 베이스 입력단자가 연결되고, 상기 제4 저항소자의 다른 쪽 단자에 컬렉터 출력단자가 연결되고, 상기 제5 저항소자의 다른 쪽 단자에는 에미터 단자가 연결된 바이어스 트랜지스터; 및 상기 제1 다이오드(D1)와 상기 제2 다이오드(D2) 사이의 상기 직렬접속단자와, 상기 바이어스 트랜지스터의 상기 컬렉터 출력단자 사이에 접속된 제6 저항소자(Rf);를 포함하고 온도보상을 위해 상기 컬렉터 단자의 전압이 변화하는 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 다이오드 전압제어를 통한 전력증폭기의 온도보상회로는 기준전압에 접속된 제1 저항소자(Rref), 제1 다이오드(D1) 및 제2 다이오드(D2)가 직렬로 접속되어 구성된 전력증폭기의 온도보상 회로에 있어서, 상기 기준전압에 접속된 제2 저항 소자(R1); 상기 제 2 저항소자에 직렬로 접속된 제3 저항 소자(R2); 상기 기준전압에 한 쪽 단자가 접속된 제4 저항소자(Rc1); 상기 제4 저항소자에 직렬접속된 제5 저항소자(Rc2); 접지에 한 쪽 단자가 접속된 제6 저항소자(Re); 상기 제2 저항소자와 상기 제3 저항소자 사이의 접점(VS)에 베이스 입력단자가 연결되고, 제5 저항소자에 컬렉터 출력단자가 연결되고, 상기 제6 저항소자의 다른 쪽 단자에는 에미터 단자가 연결된 바이어스 트랜지스터; 및 상기 제1 다이오드(D1)와 상기 제2 다이오드(D2) 사이의 상기 직렬접속단자와, 상기 제4 저항소자와 상기 제5 저항소자의 상기 직렬접속단자에 접속된 제7 저항소자(Rf);를 포함하고 온도보상을 위해 상기 컬렉터 단자의 전압이 변화하는 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 다이오드 전압제어를 통한 전력증폭기의 온도보상회로는 기준전압에 접속된 제1 저항소자(Rref), 제1 다이오드(D1) 및 제2 다이오드(D2)가 직렬로 접속되어 구성된 전력증폭기의 온도보상 회로에 있어서, 상기 기준전압에 접속된 제3 다이오드(D3); 상기 제3 다이오드에 접속된 제2 저항 소자(R1); 상기 제 2 저항소자에 직렬로 접속된 제3 저항 소자(R2); 상기 기준전압에 한 쪽 단자가 접속된 제4 저항소자(Rc1); 상기 제4 저항소자에 직렬접속된 제5 저항소자(Rc2); 접지에 한 쪽 단자가 접속된 제6 저항소자(Re); 상기 제2 저항소자와 상기 제3 저항소자 사이의 접점(VS)에 베이스 입력단자가 연결되고, 제5 저항소자에 컬렉터 출력단자가 연결되고, 상기 제6 저항소자의 다른 쪽 단자에는 에미터 단자가 연결된 바이어스 트랜지스터; 및 상기 제1 다이오드(D1)와 상기 제2 다이오드(D2) 사이의 상기 직렬접속단자와, 상기 제4 저항소자와 상기 제5 저항소자의 상기 직렬접속단자에 접속된 제7 저항소자(Rf);를 포함하고 온도보상을 위해 상기 컬렉터 단자의 전압이 변화하는 것을 특징으로 한다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 온도가 올라갈 때는 D1을 통해 흐르는 전류를 흡수(absorbing)하고, 온도가 내려갈 때는 D1을 통해 흐르는 전류를 공급(sourcing)하는 동작을 하는 회로를 설계하여 도 5에 나타낸 바와 같이 보다 넓은 범위에서 추가적인 온도보상이 가능하도록 한 것이다.
본 발명은 도 5에서 나타난 곡선과 같이 상온에서의 정적 동작 전류 I_Q의 값을 유지시키거나(모드1), 정격(specification)에서 허용하는 범위 내에서 가장 고온에서의 정적 동작 전류 I_Q의 값을 유지시키는 방법(모드 2), 정격에서 허용하는 범위 내에서 가장 저온에서의 정적 동작 전류 I_Q의 값을 계속 유지시키는 방법이 있다(모드 3).
모드 1은 상온을 기준으로 하여 저온/고온 시의 전류를 업/다운하는 모드이고, 모드 2는 고온을 기준으로 하여 상대적으로 저온 시의 전류를 업(up)하는 모드이고, 모드 3은 저온을 기준으로 하여 상대적으로 고온 시의 전류를 다운(down)하는 모드를 나타낸다.

도 6은 본 발명에 의한 다이오드 전압제어를 통한 전력증폭기의 온도보상회로를 도시한 것으로, 온도보상회로가 포함된 전력증폭기(100) 및 다이오드 전압제어 회로(300)로 이루어진다.

온도보상회로가 포함된 전력증폭기(100)는 입력되는 신호에 의해 DC 버퍼링을 하는 제1 트랜지스터(Q1), 상기 제1 트랜지스터(Q1)의 에미터 단자와 제2 트랜지스터(Q2)의 베이스 단자가 결합되며, 상기 제1 트랜지스터(Q1)와 제2 트랜지스터(Q2)에는 Vcc전압이 인가된다. 그리고, 상기 제1 트랜지스터(Q1)의 베이스(base)단자에 접속되고, 바이어스(Bias)전압을 인가하는 기준저항(Rref)과 상기 제1 트랜지스터(Q1)의 베이스 단자와 접지(Ground) 또는 어스(Earth) 사이에 접속되는 동시에 상기 기준저항(Rref)의 저항성분 값 비율에 의하여 상기 제1 트랜지스터(Q1)의 베이스 단자에 인가되는 바이어스 전압을 설정하는 제1 다이오드(D1), 제2 다이오드(D2)가 직렬로 연결되어 구성된다.

다이오드 전압제어 회로(300)는 전압분배 저항 R1, R2 사이의 접점(VS)이 제3 트랜지스터(Q3)의 베이스와 접속되고, 제3 트랜지스터(Q3)의 컬렉터에 컬렉터저항(Rc)이 접속되고, 제3 트랜지스터(Q3)의 에미터에 에미터 저항(Re) 이 접속되며, 또한 상기 컬렉터 저항(Rc)와 제3 트랜지스터의 컬렉터 사이의 접점(V_AUX)과 상기 제1 다이오드(D1)와 제2 다이오드(D2) 사이의 접점(VX) 사이에 저항(Rf)이 접속되어 구성된 전압분배 바이어스회로로서, 기준전압(Vref)이 인가된다.

상기 도 6에 의해 구성된 다이오드 전압제어를 통한 전력증폭기의 온도보상회로의 동작을 온도변화에 따른 동작모드 1, 2, 3으로 설명하기로 한다.

(1)동작 모드 1 : 공급+흡수 모드

상온을 기준으로 하였을 때,

첫째, 회로의 온도가 고온일 경우, 제1 트랜지스터(Q1)의 베이스로 입력되는 전압(VY )과 제2 트랜지스터의 베이스로 입력되는 전압(VIN)의 감소에 비해 제2 트랜지스터(Q2)의 턴온(turn-on) 전압 감소가 더욱 두드러지므로 I_Q는 증가하려 한다.

상기 고온에서 I_Q의 증가를 억제하기 위해서는 다이오드 전압제어 회로(300)에서 다음과 같은 동작이 이루어진다.

온도에 상관없이 R1과 R2 사이의 접점전압(Vs)이 일정하다면, Q3의 턴온 전압은 낮아지므로 Q3의 컬렉터 전류가 증가하여 컬렉터 저항(Rc)에서 전압강하가 보다 크게 된다. 컬렉터 저항(Rc)과 제3 트랜지스터의 컬렉터 단자사이의 접점전압(V_AUX)이 낮아지게 된다.

이때, 제1 다이오드(D1)와 제2 다이오드(D2) 사이의 접점전압(V_X)은 컬렉터 저항(Rc)와과 제3 트랜지스터의 컬렉터 단자사이의 접점전압(V_AUX)보다 크다.

제1 다이오드(D1)를 통해 흐르던 전류 중 일부가 Rf를 통해 Q3로 흘러 들어가고(I_X<0) 이에 따라 V_X, V_Y, V_IN이 낮아짐으로 인하여 고온에서 I_Q의 증가가 억제된다. 즉, 상온보다 상대적인 고온일 때는 다이오드 전압제어 회로(300)가 D1을 통해 흐르는 전류의 일부를 흡수한다.

둘째, 회로의 온도가 저온일 경우, R1과 R2 사이의 접점전압(Vs)이 일정하다면, Q3의 턴온 전압이 증가하고, Q3의 컬렉터 전류가 감소하여 컬렉터 저항(Rc)에서 전압강하가 작아진다. 컬렉터 저항(Rc)과 제3 트랜지스터의 컬렉터 단자사이의 접점전압(V_AUX)이 증가한다.

이때, 제1 다이오드(D1)와 제2 다이오드(D2) 사이의 접점전압(VX)은 컬렉터 저항(Rc)와 제3 트랜지스터의 컬렉터 단자사이의 접점전압(V_AUX)보다 작다.

Rc를 통해 흐르던 전류 중 일부가 Rf를 통해 D2로 흘러 들어가고(I_X>0) 이에 따라 V_X, V_Y, V_IN이 증가함으로 인하여 저온에서 I_Q의 감소를 억제된다. 즉, 상온보다 상대적인 저온일 때는 다이오드 전압제어 회로(300)가 제 2 다이오드 양단의 전류의 일부분을 공급한다.

(2)동작모드 2 : 공급모드

정격이 허용하는 최고의 온도를 기준으로 하였을 때 회로가 동작하는 모든 영역의 온도는 이보다 낮은데서 이루어 질 것이다.

상대적으로 저온일 때는 R1과 R2 사이의 접점전압(Vs)는 고정되므로, Q3의 턴온 전압이 증가하고, Q3의 컬렉터 전류가 감소하여 컬렉터 저항(Rc)와 제3 트랜지스터의 컬렉터 단자사이의 접점전압(V_AUX)이 증가한다.

이때, 제1 다이오드(D1)와 제2 다이오드(D2) 사이의 접점전압(V_X)은 컬렉터 저항(Rc)와 제3 트랜지스터의 컬렉터 단자사이의 접점전압(V_AUX)보다 작다.

Rc를 통해 흐르던 전류 중 일부가 Rf를 통해 D2로 흘러 들어가고(I_X>0) 이에 따라 V_X, V_Y, V_IN이 증가한다. 따라서 온도가 내려가면서 감소하려 한 I_Q는 유지된다.

(3)동작모드 3: 흡수모드

정격이 허용하는 최저의 온도를 기준으로 하였을 때 회로가 동작하는 모든 영역의 온도는 이보다 높은데서 이루어 질 것이다.

상대적으로 고온일 때는 R1과 R2 사이의 접점전압(Vs)은 고정되므로, Q3의 턴온 전압이 감소하고, Q3의 컬렉터 전류가 증가하여 컬렉터 저항(Rc)와 제3 트랜지스터의 컬렉터 단자사이의 접점전압(V_AUX)이 감소한다.

이때, 제1 다이오드(D1)와 제2 다이오드(D2) 사이의 접점전압(V_X)은 컬렉터 저항(Rc)와 제3 트랜지스터의 컬렉터 단자사이의 접점전압(V_AUX)보다 크다.

D1을 통해 흐르던 전류 중 일부가 Rf를 통해 Q3로 흘러 들어가고(I_X<0) 이에 따라 V_X, V_Y, V_IN이 감소한다. 따라서 온도가 올라가면서 증가하려 한 I_Q는 유지된다.

본 발명의 또 다른 기능은 기준전압(Vref)이 변화되어도 전력증폭기의 정적동작 전류를 일정하게 유지시키는 것이다.

이 기준전압(Vref)은 보통 셀룰러 폰의 정격에 포함되어 있는 항목으로 어느 정도의 변동(variation)을 허용한다. 기준전압(Vref)이 증가되거나 감소될 경우 도 6에 도시된 회로의 동작특성은 다음과 같다.

첫째, 기준전압(Vref)이 증가되면, Vs가 증가하여 고온보상회로처럼 동작하므로 V_Y의 상승을 막아준다.

둘째, 기준전압(Vref)이 감소하면, Vs가 감소하여 저온보상회로처럼 동작하므로 V_Y의 하락을 막아준다.

따라서, 상기 기준전압(Vref)이 증감에 무관하게 전력증폭기의 특성변화가 최소화된다.

도 7은 본 발명에 의한 다이오드 전압제어를 통한 전력증폭기의 온도보상회로의 다른 실시 예를 도시한 것으로, 전력증폭기의 온도보상회로(100) 및 다이오드 전압제어 회로(400)로 이루어진다.

다이오드 전압제어 회로(400)는 도 3 도 6의 다이오드 전압제어 회로(300)에서 전압분배 저항 R1의 전단에 다이오드 D3가 첨가됨으로 인하여 온도에 따른 Vs가 변하게 되고, 온도보상의 크기가 더욱 원활하도록 V_X, V_Y를 변환시킨다.

따라서 도 7에 나타난 본 발명의 회로는 고온에서 Vs가 상승하여 Q3전류를 더욱 크게 하며, 저온에서 Vs가 감소하여 Q1전류를 더욱 작게 한다.

도 8은 본 발명에 의한 다이오드 전압제어를 통한 전력증폭기의 온도보상회로의 또 다른 실시 예를 도시한 것으로, 전력증폭기의 온도보상회로(100) 및 다이오드 전압제어 회로(500)로 이루어진다.

다이오드 전압제어 회로(500)는 도 3 도 6의 다이오드 전압제어 회로(300)에서 컬렉터 저항(Rc)대신에 Rc1, Rc2를 추가한 회로로서, Rc1과 Rc2의 비를 조절하여 더욱 섬세하게 V_AUX를 결정할 수 있다.

도 9는 본 발명에 의한 다이오드 전압제어를 통한 전력증폭기의 온도보상회로의 또 다른 실시 예를 도시한 것으로, 전력증폭기의 온도보상회로(100) 및 다이오드 전압제어 회로(600)로 이루어진다.

다이오드 전압제어 회로(600)는 도 5의 다이오드 전압제어 회로(500)에서 전압분배 저항 R1의 전단에 다이오드 D3가 첨가된 회로로서, 온도에 따른 Vs가 변하게 되고, 온도보상의 크기가 더욱 원활하도록 V_X, V_Y를 변환시키고, Rc1과 Rc2의 비를 조절하여 더욱 섬세한 V_AUX를 결정할 수 있다.

도 10a, 10b, 10c는 각각 동작모드 1(공급+흡수모드)에서의 온도변화에 따른 I_Q, V_X, I_X의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 11a, 11b, 11c는 동작모드 2(공급모드)에서의 온도변화에 따른 I_Q, V_X, I_X의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 12a, 12b, 12c는 동작모드 3(흡수모드)에서의 온도변화에 따른 I_Q, V_X, I_X의 변화를 나타내는 그래프이다.

V_AUX값을 조절함으로써 I_X의 양상을 도 13과 같이 조절할 수 있으며, 이는 다양한 응용에 적용이 가능함을 의미한다.

이상으로, 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

본 발명의 온도보상회로에 의하면 온도변화에도 불구하고 전력증폭기의 정적 동작 전류가 상온에서와 같이 유지되거나(모드1), 정격(specification)에서 허용하는 범위 내에서 가장 고온에서의 정적 동작 전류를 유지되거나(모드 2), 정격에서 허용하는 범위 내에서 가장 저온에서의 정적 동작 전류를 계속 유지되도록 하여(모드 3) 전력증폭기로 하여금 불필요한 전력소모를 방지케 하는 효과가 있다.

본 발명에 따른 다른 효과는 전력증폭기를 장착한 휴대용 무선 통신기기가 보다 긴 토크타임(talk time)을 가지게 하는 효과가 있다.

Claims

기준전압에 접속된 제1 저항소자(Rref), 제1 다이오드(D1) 및 제2 다이오드(D2)가 직렬로 접속되어 구성된 전력증폭기의 온도보상 회로에 있어서,

상기 기준전압에 접속된 제2 저항 소자(R1);

상기 제 2 저항소자에 직렬로 접속된 제3 저항 소자(R2);

상기 기준전압에 한 쪽 단자가 접속된 제4 저항소자(Rc);

접지에 한 쪽 단자가 접속된 제5 저항소자(Re);

상기 제2 저항소자와 상기 제3 저항소자 사이의 접점(VS)에 베이스 입력단자가 연결되고, 상기 제4 저항소자의 다른 쪽 단자에 컬렉터 출력단자가 연결되고, 상기 제5 저항소자의 다른 쪽 단자에는 에미터 단자가 연결된 바이어스 트랜지스터; 및

상기 제1 다이오드(D1)와 상기 제2 다이오드(D2) 사이의 직렬접속단자와, 상기 바이어스 트랜지스터의 상기 컬렉터 출력단자 사이에 접속된 제6 저항소자(Rf);를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이오드 전압제어를 통한 전력증폭기의 온도보상회로.
기준전압에 접속된 제1 저항소자(Rref), 제1 다이오드(D1) 및 제2 다이오드(D2)가 직렬로 접속되어 구성된 전력증폭기의 온도보상 회로에 있어서,

상기 기준전압에 접속된 제3 다이오드(D3);

상기 제3 다이오드에 접속된 제2 저항 소자(R1);

상기 제 2 저항소자에 직렬로 접속된 제3 저항 소자(R2);

상기 기준전압에 한 쪽 단자가 접속된 제4 저항소자(Rc);

접지에 한 쪽 단자가 접속된 제5 저항소자(Re);

상기 제2 저항소자와 상기 제3 저항소자 사이의 접점(VS)에 베이스 입력단자가 연결되고, 상기 제4 저항소자의 다른 쪽 단자에 컬렉터 출력단자가 연결되고, 상기 제5 저항소자의 다른 쪽 단자에는 에미터 단자가 연결된 바이어스 트랜지스터; 및

상기 제1 다이오드(D1)와 상기 제2 다이오드(D2) 사이의 직렬접속단자와, 상기 바이어스 트랜지스터의 상기 컬렉터 출력단자 사이에 접속된 제6 저항소자(Rf);를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이오드 전압제어를 통한 전력증폭기의 온도보상회로.
기준전압에 접속된 제1 저항소자(Rref), 제1 다이오드(D1) 및 제2 다이오드(D2)가 직렬로 접속되어 구성된 전력증폭기의 온도보상 회로에 있어서,

상기 기준전압에 접속된 제2 저항 소자(R1);

상기 제 2 저항소자에 직렬로 접속된 제3 저항 소자(R2);

상기 기준전압에 한 쪽 단자가 접속된 제4-1 저항소자(Rc1);

상기 제4 저항소자에 직렬로 접속된 제4-2 저항소자(Rc2);

접지에 한 쪽 단자가 접속된 제5 저항소자(Re);

상기 제2 저항소자와 상기 제3 저항소자 사이의 접점(VS)에 베이스 입력단자가 연결되고, 상기 제4-2 저항소자에 컬렉터 출력단자가 연결되고, 상기 제5 저항소자의 다른 쪽 단자에는 에미터 단자가 연결된 바이어스 트랜지스터; 및

상기 제1 다이오드(D1)와 상기 제2 다이오드(D2) 사이의 직렬접속단자와, 상기 제4-1 저항소자와 상기 제4-2 저항소자의 상기 직렬접속단자에 접속된 제6 저항소자(Rf);를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이오드 전압제어를 통한 전력증폭기의 온도보상회로.
기준전압에 접속된 제1 저항소자(Rref), 제1 다이오드(D1) 및 제2 다이오드(D2)가 직렬로 접속되어 구성된 전력증폭기의 온도보상 회로에 있어서,

상기 기준전압에 접속된 제3 다이오드(D3);

상기 제3 다이오드에 접속된 제2 저항 소자(R1);

상기 제 2 저항소자에 직렬로 접속된 제3 저항 소자(R2);

상기 기준전압에 한 쪽 단자가 접속된 제4-1 저항소자(Rc1);

상기 제4 저항소자에 직렬로 접속된 제4-2 저항소자(Rc2);

접지에 한 쪽 단자가 접속된 제5 저항소자(Re);

상기 제2 저항소자와 상기 제3 저항소자 사이의 접점(VS)에 베이스 입력단자가 연결되고, 제4-2 저항소자에 컬렉터 출력단자가 연결되고, 상기 제5 저항소자의 다른 쪽 단자에는 에미터 단자가 연결된 바이어스 트랜지스터; 및

상기 제1 다이오드(D1)와 상기 제2 다이오드(D2) 사이의 직렬접속단자와, 상기 제4-1 저항소자와 상기 제4-2 저항소자의 상기 직렬접속단자에 접속된 제6 저항소자(Rf);를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이오드 전압제어를 통한 전력증폭기의 온도보상회로.
제1항 내지 제4항에 있어서, 상기 바이어스 트랜지스터의 컬렉터 출력단자 전압(Vaux)은 상기 제2 저항소자(R1)와 상기 제3 저항소자(R2) 사이의 접점전압(Vs)에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 다이오드 전압제어를 통한 전력증폭기의 온도보상회로.
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