KR100737539B1 - 이동 통신 단말기의 전력증폭기 정합회로 - Google Patents

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Abstract

이동 통신 단말기의 전력증폭기 정합회로를 개시한다. 본 발명의 전력증폭기 정합회로는, 입력되는 신호를 소정의 저주파 대역과 고주파 대역의 주파수로 증폭시켜 출력단에 출력하는 전력증폭기와; 상기 전력증폭기와 출력단 사이에 연결되고, 상기 전력증폭기의 출력신호의 일부를 검출하여 출력하는 커플러와; 상기 전력증폭기, 상기 커플러 및 상기 출력단과 연결되고, 상기 전력증폭기의 출력 임피던스를 정합시키고, 상기 전력증폭기에서 출력된 신호 중 저주파 성분만 여과시키는 저주파필터 정합부를 포함한다. 이와 같이, 이동 통신 단말기의 송신단을 구성하는 출력 정합부(matching part), 커플러 (coupler), 저주파필터(Low Pass Filter:LPF)를 통합하여 회로면적을 줄이고, 부품비용을 절감할 수 있다.

Description

이동 통신 단말기의 전력증폭기 정합회로{A Power Amplifier Matching Circuit of Mobile Communication Terminal}
도 1은 종래의 이동 통신 단말기의 전력증폭기 정합회로를 나타낸 회로 블록도이다.
도 2a는 종래의 이동 통신 단말기의 전력증폭기 정합회로를 실제 구현한 회로도이다.
도 2b는 상기 도 2a의 회로도에 따른 주파수 특성 그래프이다.
도 2c는 상기 도 2a의 회로도에 따른 스미스 차트를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이동 통신 단말기의 전력증폭기 정합회로를 나타낸 회로 블록도이다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 이동 통신 단말기의 전력증폭기 정합회로를 실제 구현한 회로도이다.
도 4b는 상기 도 4a의 회로도에 따른 주파수 특성 그래프이다.
도 4c는 상기 도 4a의 회로도에 따른 스미스 차트를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예와 종래 기술의 고조파 감쇠 특성(a) 및 커플링 특성(b)을 비교하기 위한 도면이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호설명*
210 : 전력 증폭기 250 : 저주파필터 커플러
251 : 커플러 253 : 저주파필터 정합부
260 : RF 검출기 270 : 비교기
본 발명은 이동 통신 단말기의 송신부에 관한 것으로서, 구체적으로 이동 통신 단말기의 송신단을 구성하는 출력 정합부(matching part), 커플러(coupler), 저주파필터(Low Pass Filter:LPF)을 하나로 통합한 전력증폭기 정합회로에 관한 것이다.
최근, 많은 대역(band)을 요구하는 이동 통신 단말기의 특성상 이동 통신 단말기의 송신부는 원하는 주파수의 전력을 출력하기 위해서 복잡한 회로들로 구성되어 있다.
도 1은 종래의 이동 통신 단말기의 전력증폭기 정합회로를 나타낸 회로 블록도이다.
도 1을 참조하면, 전력증폭기 정합회로는 전력증폭기(Power Amp Module: PAM, 110), 정합회로(Matching part, 130), 커플러(coupler, 150), RF 검출기(160), 비교기(170) 및 안테나 스위치 모듈(Antenna Switch Module:ASM, 190)을 포 함한다.
전력증폭기(110)는 입력신호를 원하는 주파수로 증폭시켜주는데, GSM 방식에 사용되는 저 대역의 800~900 MHz과 DCS 방식에 사용되는 고 대역의 1800~1900 MHz를 출력한다.
정합회로(130)는 상기 전력증폭기(110)의 출력단에 위치하며, 전력증폭기 (110) 후단 회로의 임피던스를 전력증폭기(110)가 동작하기에 맞는 임피던스로 맞춰주기 위한 회로이다.
커플러(150)는 3개의 스트립 라인(strip line)으로 구성되어 2개의 스트립 라인은 저 대역과 고 대역 전력을 전달하는 신호선이고, 나머지 하나는 상기 두 라인 사이에 위치하며 전력증폭기(110) 출력의 일부를 RF 검출기(160)로 전달하여 신호를 검출하고, 이를 기준전압 Vapc과 비교하여 전력증폭기(110)의 출력을 조절한다.
안테나 스위치 모듈(190)은 저주파 필터(LPF, 191)와 RF 아날로그 스위치(미도시)가 하나의 모듈로 된 것이다. 저주파 필터(LPF, 191)는 하모닉 (harmonic)의 증가를 억제하기 위해 출력 마지막 단에 형성시킨다. GSM은 FSK(Frequency Shift Key)의 일종인 GMSK 모듈을 사용하므로 전력증폭기의 선형성이 중요하지 않으므로, 증폭기의 전원부를 조절하여 효율을 높이는 방식을 사용한다. RF IC에서 나오는 출력은 일정하게 유지되지만, 전력증폭기의 전원을 조절하여 전력증폭기의 이득(gain)을 조절하는 방식이다. 이렇게 함으로써, 전력증폭기의 효율은 높아지지만, 고조파 성분(harmonic)이 커지게 되어, 전력증폭기 마지막 단에는 고조파 성분 의 억제(harmonic rejection)를 위한 저주파 필터(LPF)가 추가된다.
도 2a는 종래의 이동 통신 단말기의 전력증폭기 정합회로를 실제 구현한 회로도이고, 도 2b는 상기 도 2a의 회로도에 따른 주파수 특성 그래프이며, 도 2c는 상기 도 2a의 회로도에 따른 스미스 차트를 나타낸 도면이다.
도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 회로의 구현성을 검증하기 위해 저 대역인 800~900MHz 에서만 확인한 것이다. 도2a의 경우 800~900MHz의 전력증폭기 출력단에 C1과 L1로 구성된 정합회로(130)가 연결되고, 이는 듀얼밴드 커플러(dualband coupler, 150)를 지나 SLC1, SLC2, C2, L2로 구성된 저주파 필터(LPF, 191)와 연결된다. 여기서, SLC1과 SLC2는 커패시터의 인덕턴스를 포함한 커패시터의 등가회로를 나타낸다.
도 2b 및 도2c를 참조하여 특성을 살펴보면, S(2,1)은 전체회로의 손실(loss) 및 고조파 감쇠(harmonic attenuation)를 나타낸다. 900MHz에서 손실은 -0.213dB이고, 제 2 고조파 감쇠는 -31dB, 제 3 고조파 감쇠는 -40dB의 특성을 보인다. 또한, 커플링(coupling) 값은 -22dB이다.
도 2c에 나타난 스미스 차트상에 나타낸 점은 전력증폭기(PAM) 출력 정합회로의 임피던스로 Z = 48.491-j19.557 이다. 이 임피던스는 전력증폭기(PAM)의 특성에 큰 영향을 미치는 값이다.
상술한 바와 같이 종래의 이동 통신 단말기의 송신단인 전력증폭기 정합회 로는 저주파 필터(LPF, 191)를 포함한 멀티플렉스와 아날로그 스위치를 결합한 하나의 모듈화된 아날로그 스위치 모듈(ASM, 190)을 많이 사용하고 있다. 이와 같이 송신부에서 많은 소자들이 위치함으로써 공간을 많이 차지하여 단말기의 사이즈가 증가한다. 최근과 같이 많은 멀티미디어 기능이 탑재되는 현실에서 종래와 같은 송신부의 복잡한 회로 구성은 휴대폰 내에서 노이즈를 발생시킬 수 있다. 또한, 많은 부품소비로 인한 단말기 제조 비용이 증가되는 문제점이 있다.
상기 문제점을 해결하고자, 본 발명은 이동 통신 단말기의 송신단 구성에서 정합회로와 커플러 및 저주파 필터를 하나로 통합시켜 구성함으로써, 회로의 집적화로 공간을 줄이고 단말기 제조 원가를 절감시키는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이동 통신 단말기의 전력증폭기 정합회로는 입력되는 신호를 소정의 저주파 대역과 고주파 대역의 주파수로 증폭시켜 출력단에 출력하는 전력증폭기; 상기 전력증폭기와 출력단 사이에 연결되고, 상기 전력증폭기의 출력신호의 일부를 검출하여 출력하는 커플러; 및 상기 전력증폭기, 상기 커플러 및 상기 출력단과 연결되고, 상기 전력증폭기의 출력 임피던스를 정합시키고, 상기 전력증폭기에서 출력된 신호 중 저주파 성분만 여과시키는 저주파필터 정합부를 포함한다.
여기서, 상기 저주파필터 정합부는, 상기 커플러의 일단자와 접지 사이에 연결된 제 1 커패시터; 상기 커플러의 타단자와 접지 사이에 연결된 제 2 커패시 터; 및 상기 제 1 및 제 2 커패시터 사이에 연결된 제 3 커패시터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 커플러에서 출력된 신호를 검출하는 RF 검출기; 및 상기 RF 검출기의 출력신호와 기준전압을 비교하여 그 비교결과를 상기 전력증폭기로 피드백시키는 비교기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
실시예
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이동 통신 단말기의 전력증폭기 정합회로 를 나타낸 회로 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전력증폭기 정합회로는 전력증 폭기(210), 저주파필터 커플러(250), RF 검출기(260) 및 비교기(270)를 포함한다.
전력증폭기(210)는 입력신호를 원하는 주파수로 증폭시켜주는데, GSM 방식에 사용되는 저 대역의 800~900 MHz과 DCS 방식에 사용되는 고 대역의 1800~1900 MHz를 출력한다.
저주파필터 커플러(250)는 도 1에서 설명된 종래의 정합회로, 커플러 및 저주파필터를 포함하는 하나의 회로블록으로 구성된다. 저주파필터 커플러(250)는 커플러(251)와 저주파필터 정합부(253)로 구성된다.
저주파필터 커플러(250)는 스트립 라인(strip line) 3개로 구성되며, 2개의 스트립 라인은 각각 저주파 밴드와 고주파 밴드의 출력신호가 전달되는 신호선이고, 상기 두 스트립 라인 중간에 위치하는 나머지 하나의 스트립라인은 전력증폭기(210)의 출력신호의 일부를 추출할 수 있다. 상기 중간 스트립 라인에서 출력된 신호는 RF 검출기(260)로 전달하여 신호를 검출하고, 이를 비교기(270)에서 기준전압 Vapc과 비교하여 전력증폭기(210)의 출력을 조절한다.
상기 커플러(251)에 사용된 2개의 스트립 라인은 등가적으로 인덕터 (inductor)로 나타낼 수 있다. 따라서, 커플러(251)의 스트립 라인을 저주파 필터의 인덕터로 이용할 수 있다.
저주파필터 정합부(253)는 상부(저주파 밴드)에 3개의 커패시터(C4,C5,C6) 와 하부(고주파 밴드)에 3개의 커패시터(C1,C2,C3)가 파이(Π)형태로 구성된다. 설명의 편의를 위하여, 고주파신호를 출력하는 하부의 저주파필터 정합부(253)에 대하여 설명한다.
커패시터(C1)는 상기 커플러(251)의 스트립 라인의 일측과 접지 사이에 연결되어 있고, 커패시터(C2)는 상기 커플러(251)의 스트립 라인 타측과 접지 사이에 연결되어 있다. 커패시터(C3)는 상기 커패시터(C1)과 커패시터(C2) 사이에 연결되어 있다.
커패시터(C1, C2)는 출력 정합회로로 이용되는데, 일반적으로 전력증폭기 모듈(PAM, 210)은 내부적으로 거의 매칭(matching)이 되어 있으므로 출력 정합시에 큰 임피던스의 변화를 필요로 하지 않는다. 따라서, 커패시터(C1)과 상기 커플러(251)의 스트립 라인으로 정합회로가 구성된다.
커패시터(C3)의 추가로 상기 커플러(251)의 스트립라인과 커패시터(C3)의 공진점을 조절하며, 제 2 고조파 트랩(2nd harmonic trap)을 만들어 주고, 커패시터(C2)의 추가로 커패시터(C2)의 SRF를 이용하여 제 3 고조파 트랩(3rd harmonic trap)을 만들어 전력증폭기(210)에서 출력되는 고조파 레벨(harmonic level)을 크게 감소할 수 있다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 이동 통신 단말기의 전력증폭기 정합회로를 실제 구현한 회로도이고, 도 4b는 상기 도 4a의 회로도에 따른 주파수 특성 그래프이며, 도 4c는 상기 도 4a의 회로도에 따른 스미스 차트를 나타낸 도면이다.
도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 회로의 구현성을 검증하기 위해 저 대역인 800~900MHz 에서만 확인한 것이다. 도 4a의 경우 800~900MHz의 전력증폭기와 출력단 사이에 SLC1, SLC2, C1으로 구성된 저주파필터 정합부(253)가 형성되어 있다.
도 4b 및 도 4c를 참조하여 특성을 살펴보면, S(2,1)은 전체회로의 손실(loss) 및 고조파 감쇠(harmonic attenuation)를 나타낸다. 900MHz에서 손실은 -0.254dB이고, 제 2 고조파 감쇠는 -36dB, 제 3 고조파 감쇠는 -49dB의 특성을 보인다. 또한, 커플링(coupling) 값은 -18dB이다.
도 4c의 스미스 차트상에 나타낸 점은 전력증폭기(PAM) 출력 정합회로의 임피던스로 Z = 49.556-j16.358 이다. 이 임피던스는 도 2에서 보인 종래의 임피던스와 거의 차이가 없다.
상술한 본 발명의 실시예에 따른 전력증폭기 정합회로는 커플러의 커플링 특성은 유지하면서도, 커플러 내에 있는 스트립라인을 이용하여 저주파 필터를 구성하여 전체적으로 회로의 구성을 간단히 할 수 있으며, 고조파 감쇠를 유지하면서도 입력 임피던스를 종래의 회로와 동일하게 구현할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예와 종래 기술의 고조파 감쇠 특성(a) 및 커플링 특성(b)을 비교하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하여 보면, 본 발명의 실시예에 따른 고조파 감쇠 특성 및 커플링 특성이 종래에 비하여 개선된 것을 볼 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예에 따른 전력증폭기 정합회로는 종래의 회로보다 구성은 간단하면서 성능은 향상된 회로임을 알 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 설명하였으나, 본 발명의 기술사상은 첨부된 도면과 상기한 설명내용에 한정하지 않으며 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 변형이 가능함은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실이다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 이동 통신 단말기의 송신단 구성에서 정합회로와 커플러 및 저주파 필터를 하나로 통합시켜 구성함으로써, 회로의 집적화로 공간을 줄일 수 있다.
또한, 회로 부품수를 많이 줄일 수 있어 단말기 제조 원가를 절감시키는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 입력되는 신호를 소정의 저주파 대역과 고주파 대역의 주파수로 증폭시켜 출력단에 출력하는 전력증폭기;
    상기 전력증폭기와 출력단 사이에 연결되고, 상기 전력증폭기의 출력신호의 일부를 검출하여 출력하는 커플러; 및
    상기 전력증폭기, 상기 커플러 및 상기 출력단과 연결되고, 상기 전력증폭기의 출력 임피던스를 정합시키고, 상기 전력증폭기에서 출력된 신호 중 저주파 성분만 여과시키는 저주파필터 정합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 단말기의 전력증폭기 정합회로.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 저주파필터 정합부는,
    상기 커플러의 일단자와 접지 사이에 연결된 제 1 커패시터;
    상기 커플러의 타단자와 접지 사이에 연결된 제 2 커패시터; 및
    상기 제 1 및 제 2 커패시터 사이에 연결된 제 3 커패시터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이동 통신 단말기의 전력증폭기 정합회로.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 커플러에서 출력된 신호를 검출하는 RF 검출기; 및
    상기 RF 검출기의 출력신호와 기준전압을 비교하여 그 비교결과를 상기 전력증폭기로 피드백시키는 비교기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 통신 단말기의 전력증폭기 정합회로.
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