KR101116938B1

KR101116938B1 - 무선 통신 단말기

Info

Publication number: KR101116938B1
Application number: KR1020050081604A
Authority: KR
Inventors: 니시끼 미즈사와
Original assignee: 소니 에릭슨 모빌 커뮤니케이션즈 재팬, 아이엔씨.
Priority date: 2004-09-03
Filing date: 2005-09-02
Publication date: 2012-03-12
Also published as: CN1770648A; JP4175545B2; US7500117B2; US20060053321A1; KR20060050959A; EP1633056B1; CN100386970C; EP1633056A2; JP2006074595A; EP1633056A3

Abstract

전지 전압이 상이한 범위에 대하여 전력 증폭기의 효율을 최적화하는 복수의 정합 회로로서, 미리 정해진 임계값보다 높은 전지 전압에 대하여 전력 증폭기의 효율을 최적화하는 제1 정합 회로(19)와, 상기 임계값보다 낮은 전압에서 전력 증폭기의 효율을 최적화하는 제2 정합 회로(18)를 갖는다. 제어부(32)는, 전압 감시부(30)로부터의 전지 전압의 검출 결과를 상기 임계값과 비교하여, 상기 복수의 정합 회로의 절환을 제어한다. 이에 의해 전원 전압 변동이 큰 대용량 2차 전지를 사용하는 경우에, 넓은 전원 전압 범위에 걸쳐 전력 증폭기를 고효율로 동작시켜서, 통신 단말기의 사용 가능 시간을 가능한 한 길게 한다.

전력 증폭기, 듀플렉서, 대역 통과 필터, DC/DC 컨버터, 전지 전압 감시부

Description

무선 통신 단말기{RADIO COMMUNICATION TERMINAL}

도 1은 리튬 이온 2차 전지의 방전 부하 특성의 일례를 나타내는 그래프.

도 2는 대용량 타입의 전지의 방전 부하 특성의 일례를 나타내는 그래프.

도 3은 종래 단말기의 송신부의 구성예를 나타내는 블록도.

도 4는 CDMA 방식 단말기에 사용하고 있는 송신부의 구성예를 나타내는 블록도.

도 5는 도시부에서의 출력 전력 분포 조사 결과를 나타내는 그래프.

도 6은 전력 증폭기의 가상 부하선을 설명하기 위한 그래프.

도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 통신 단말기의 블록도.

도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 통신 단말기의 블록도.

도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 통신 단말기의 블록도.

도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 통신 단말기의 블록도.

도 11은 제4 실시예에서의 듀얼 밴드 W-CDMA 단말기에서의 실시 플로우의 예를 나타내는 흐름도.

도 12는 도 1 등의 구성에서의 정합 회로의 구성예를 나타내는 회로도.

도 13은 도 1 등의 구성에서의 정합 회로의 절환부의 구성예를 나타내는 도면.

도 14는 도 9 등의 구성에서의 룩업 테이블의 구성예를 나타내는 그래프.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

2 : 전력 증폭기

3 : 전지

4, 41, 42 : 듀플렉서

5, 43 : 스위치(절환 수단)

6 : 대역 통과 필터

7 : DC/DC 컨버터

10 : 입력 단자

11 : 출력 단자

12 : 신호 입력 단자

13 : 초단 증폭부

14, 15 : 종단 증폭부

16 : 초단 입력 정합 회로

17 : 단간 정합 회로

18, 19 : 종단 출력 정합 회로

20 : 정합 절환부(절환 수단)

30 : 전지 전압 감시부

31 : 룩업 테이블(LUT : 데이터 테이블 수단)

32 : 제어부(제어 수단)

33 : 기억부

51, 52 : 전력 증폭기

61, 71, 75 : 전송 선로

63, 64 : 캐패시터

76 : 종단 회로

[특허 문헌 1] 일본 특개 제2001-217661호 공보

본 발명은, 전지로 구동되는 무선 통신 단말기에 관한 것으로, 특히 단말기의 사용 가능 시간을 연장시킬 수 있는 무선 통신 단말기에 관한 것이다.

최근, 휴대 전화 단말기(이하, 단말기라 함)가 풍부한 어플리케이션을 탑재함으로써, 여러가지 사용 방법이 가능하게 되어 있음과 함께, 사용 가능 시간을 가능한 한 길게 하는 것이 요구되고 있다. 단말기는 2차 전지를 전력원으로 하여 동작하기 때문에, 단말기의 사용 가능 시간을 연장시키기 위해서는, 전지의 대용량화, 종지 전압의 저전압화, 및 단말기의 회로의 고효율화라는 3가지 점이 중요하다.

<종지 전압>

단말기에서는, 기지국에 대한 송신 전력을 생성하기 위해 전력 증폭기를 내 장하고 있다. 통화 시에는 이 전력 증폭기의 소비 전력이 지배적이어서, 실사용 통화 시간을 연장시키기 위해(즉, 전지 수명을 연장시키기 위해)서는, 전력 증폭기의 고효율화가 중요하게 된다. 또한, 이 전력 증폭기의 효율을 높이기 위해, 최대 송신 전력 시에는 전력 증폭기의 전원에 전지의 전압을 그대로 사용하는 것이 일반으로 되어 있다.

한편, 단말기의 전력 증폭기 이외의 회로는 CMOS의 집적 회로로 거의 구성되어 있으며, 이들 회로에 요구되는 전원 전압은, 전지 전압에 비해 충분히 낮기 때문에, DC/DC 컨버터나 시리즈 레귤레이터 등으로 전원 전압을 저전압으로 변환하고 나서 공급된다. 또한, 일부의 특히 높은 전압을 필요로 하는 표시부 등에는 승압의 DC/DC 컨버터 등이 사용되어 있다.

단말기의 동작 가능 전압은, 전력 증폭기가 동작 가능한 전압 범위 내에서 결정되기 때문에, 전력 증폭기가 동작 가능한 하한 전압(이하, 종지 전압이라 함)이 중요해진다.

종래의 단말기에 사용하고 있는 전력 증폭기의 회로는, 리튬 이온 2차 전지의 평균 방전 전압인 3.5V 정도에서 효율이 좋아지도록 최적화되어 있으며, 이 전력 증폭기에서 단말기의 무선 특성 규격을 만족할 수 있는 하한의 전원 전압인 3.3～3.2V 정도를 종지 전압으로 하고 있다.

단말기의 연속 대기 시간은, 수신 동작 시에 전지의 전압이 종지 전압에 이르기까지의 시간에 의해 결정되며, 단말기의 연속 통화 시간은, 소정의 통화 상태(송수신 동작) 시에 전지의 전압이 종지 전압에 이르기까지의 시간에 의해 결정된 다. 단, 실제로 이용하는 임계값은 이하에 설명한 바와 같이 동작 상태에 따라 상이하다.

<종지 전압에서의 동작>

종래의 단말기에서는 1 종류의 종지 전압을 기억하고 있으며, 전지 전압이 이 종지 전압에 도달할 때, 통신 중이면 프로토콜 상의 통화 종료 처리를 행하여, 단말기의 데이터 등을 퇴피하는 등의 종료 처리를 행하고, 전원을 OFF로 한다. 1 종류의 종지 전압이라는 것은, 전력 증폭기가 동작하고 있는 상태에서 검출할 전지 전압의 임계값이 1 종류인 것을 나타내고 있다.

그러나, 검출하고 있는 전지 전압은, 전지의 내부 저항이나 단말기 내의 배선 저항 등의 영향에 의해, 단말기의 동작 상태(대기 동작 중, 통화 중, 각종 어플리케이션 기동 중 등)에 따라 내부 저항에 흐르는 전류가 상이하여 전압 강하가 상이하기 때문에, 전지 전압의 검출을 항상 일정한 임계값에 의해 행하는 데에는 문제가 있다. 이 때문에, 동작 상태에 따라 몇개의 임계값을 준비하여 비교함으로써, 1 종류의 종지 전압을 선택하고 있다.

<전지의 대용량화와 종지 전압의 저전압화>

도 1에는 리튬 이온 2차 전지의 방전 부하 특성의 일례를 나타낸다. 이 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 전지 전압은 방전함에 따라 서서히 저하해가서, 어느 시점에서 급감한다.

최근, 휴대 단말기는, 풍부한 어플리케이션을 탑재함으로써 전지 용량이나 용량 밀도가 보다 큰 것이 요구되고 있어서, 새로운 전극의 개발 등이 진행되고 있 다. 그러나, 대용량 타입의 전지의 방전 부하 특성은 도 2에 도시한 바와 같이, 방전함에 따라 전술한 전지 전압의 강하도 커지는 경향이 있어서, 대용량 전지의 특징을 살리기 위해서는, 단말기의 종지 전압을 낮추는 것과, 전지 전압의 변동에 대하여 광범위하게 회로의 전력 효율을 좋게 하는 것이 필요하다.

<단말기의 회로의 고효율화>

도 3은 종래 단말기의 송신부의 구성예를 나타내고 있다.

안테나(1)는 전파의 송수신을 행하는 구성 요소이다. 듀플렉서(4)는, 주파수가 상이한 송신파와 수신파를 분리하여 안테나(1)를 통해 동시에 송수신이 가능하게 하기 위한 구성 요소이다. 대역 통과 필터(6)는, 송신 변조파로부터 불필요한 대역외 잡음을 제거하여 전력 증폭기(2)에 송신파를 전달하기 위한 구성 요소이다. 전력 증폭기(2)의 전원에는 전지(3)의 전압이 스위치(5)를 통해 공급된다. 스위치(5)는, 송신을 행할 때만 ON, 단말기의 전원 OFF 시나 대기 수신 시 등에는 OFF로 되도록 제어되어 있으며, 누설 전류에 의해 전지가 불필요하게 소모되지 않도록 하고 있다. 스위치(5)에는 ON 저항이 수십 mΩ인 P-ch형 MOSFET 등이 사용되어 있으며, 전력 증폭기(2)가 최대 송신 전력을 출력한 경우에는 수십 ㎷ 정도의 전압 강하로 된다.

전력 증폭기(2)는 항상 전지(3)의 전압에서 동작하는 것을 전제로 하고 있으며, 최대 송신 전력 시에 전지 평균 방전 전압에서 효율이 좋아지도록 FET 사이즈나 정합 회로 등이 최적화되어 있다. 듀플렉서(4)와 전력 증폭기(2)의 사이에 아이솔레이터(도시 생략)가 삽입되는 경우도 있다. CDMA(Code Division Multiple Access) 방식의 단말기에서는, 전력 증폭기에 대한 전력 제어가 정밀하게 이루어져 있다.

도 5는 도시(都市)부에서의 출력 전력 분포 조사 결과이며, 22㏈m을 초과하는 송신 전력을 사용하는 비율은 0.2% 이하이고, 평균적인 출력은 3.5㎽(5.4㏈m)이다.

휴대 전화 단말기에 대하여, 미국 TIA 표준 규격의 IS-95나, ARIB STDT-53에서는, 송신 최대 전력을 200㎽로 규정하고 있으나, 실사용 시에는, 10㎽ 이하일 확률이 높다.

도 4는 CDMA 방식 단말기에 사용하고 있는 송신부의 구성예이며, 전술한 바와 같이 최대 송신 전력보다 작은 전력을 취급하는 경우에는, DC/DC 컨버터(7)를 사용하여 전력 증폭기(2)의 전원 전압을 낮게 하여, 효율을 높이고 있다. 즉, 송신 전력에 따라 DC/DC 컨버터(7)의 출력 전압을 변화시켜서, 광범위한 송신 전력에 걸쳐 고효율의 전력 증폭을 행하고 있다.

이 경우에도 최대 송신 전력 시에는 가능한 한 큰 전원 전압을 확보할 필요가 있기 때문에, DC/DC 컨버터(7)의 출력 전압은 거의 전지와 동일한 전압을 출력하거나, 도 3에 도시한 스위치(5)와 도 4에 도시한 DC/DC 컨버터(7)를 병렬로 접속하여, 최대 송신 전력 시에만 스위치(5)를 ON으로 하는 등의 방법을 채용한다.

또한, 그 밖에 CDMA 방식 단말기에 사용하고 있는 전력 증폭기의 종래예로서, 특허 문헌 1에 기재한 바와 같이, 출력 전력에 따라 전력 증폭기의 단 수를 스위치로 절환하는 방식도 있다. 이 경우에는, 도 3에 도시한 바와 같이 전력 증폭 기의 전원에는 직접 전지 전압이 사용된다.

도 6은 전력 증폭기의 가상 부하선(간단히 나타내기 위해 A급의 가상 부하선으로 하고 있음)을 나타내고 있다. 이 때 부하선의 기울기는 Imax/(Vknee-Vmax)이며, 이것은 트랜지스터의 부하 저항의 역수에 상당한다.

트랜지스터가 발생하는 전력 Po는,

Po=(1/8)(Vmax-Vknee) Imax

로 되며, 직류 투입 전력 Pdc는,

Pdc={(Vmax+Vknee) Imax}/4

로 된다. 드레인 효율 η는,

η=Po/Pdc=(1/2)*(Vmax-Vknee)/(Vmax+Vknee)

로 된다. 이것은 전원 전압이 낮아질수록, 이것에 대한 니(knee) 전압(Vknee)의 크기를 무시할 수 없게 되어서, 효율이 나빠지는 것을 나타내고 있다.

최대 송신 전력 시의 전력 증폭기의 전원 전압을 작게 하기 위해서는, 도 6에 나타낸 부하선의 기울기를 크게 하여 전류를 크게 함으로써 가능하지만, 실현할 수 있는 효율은 악화되어 가는 것을 알 수 있다.

도 3이나 도 4에 도시한 종래의 전력 증폭기에서는, 도 1이나 도 2에 도시한 종래의 2차 전지의 평균 방전 전압을 전원 전압으로 사용하여 고효율의 동작을 하는 것이 가능한데, 이것은 종래의 2차 전지의 방전 특성이 비교적 평탄하고 방전 종지 시에 단숨에 전압 강하되기 때문이다.

이것에 대하여, 대용량 타입의 2차 전지를 종래의 전력 증폭기의 전원 전압으로 사용하면, 종지 전압을 전지의 방전 중간에 설정하지 않을 수 없게 되어, 마지막까지 전지를 사용할 수 없어서, 단말기의 사용 가능 시간을 충분히 길게 할 수 없다.

또한, 비교적 작은 동작 전압에서 최적화한 전력 증폭기를 설계하면, 방전 초기의 높은 전압에서의 효율이 나쁠 뿐만 아니라, 효율의 최적값 자체도 악화되기 때문에, 대용량 타입의 2차 전지를 사용하여도 단말기의 사용 가능 시간을 충분히 길게 할 수 없다.

본 발명은 이러한 배경에서 이루어진 것으로, 그 목적은, 전원 전압 변동이 큰 대용량 2차 전지를 사용하는 경우에, 넓은 전원 전압 범위에 걸쳐 전력 증폭기를 고효율로 동작시켜서, 통신 단말기의 사용 가능 시간을 가능한 한 길게 하는 것에 있다.

본 발명에 따른 무선 통신 단말기는, 전지로 구동되는 무선 통신 단말기로서, 전지 전압을 감시하는 전압 감시부와, 원하는 전력을 출력하는 전력 증폭기와, 상기 전력 증폭기의 후단에 배치되며, 전지 전압이 상이한 범위에 대하여 전력 증폭기의 효율을 최적화하는 복수의 정합 회로와, 상기 복수의 정합 회로를 선택하기 위한 절환 수단과, 상기 복수의 정합 회로를 절환하기 위해 미리 정해진 임계값과 상기 전압 감시부에 의해 검출된 전지 전압을 비교하여, 상기 복수의 정합 회로의 절환을 제어하는 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

전압 감시부는 전지 전압을 감시한다. 복수의 정합 회로는, 전지 전압이 상이한 범위에 대하여 전력 증폭기의 효율을 최적화한다. 절환 수단은, 상기 복수의 정합 회로를 선택한다. 전력 증폭기는, 선택된 정합 회로를 통해 원하는 전력을 출력한다. 제어 수단은, 상기 복수의 정합 회로를 절환하기 위한 미리 정해진 임계값과 상기 전압 감시부에 의해 검출된 전지 전압을 비교하여, 상기 복수의 정합 회로의 절환을 제어한다. 이와 같이, 전지의 전압을 감시하여, 그 크기에 따라 전력 증폭기의 정합 회로를 절환함으로써, 전원 전압 변동이 큰 대용량 2차 전지를 사용하여도 항상 고효율로 전력 증폭기를 동작시키는 것이 가능하게 된다.

상기 복수의 정합 회로는, 예를 들면, 상기 임계값보다 높은 전지 전압에 대하여 상기 전력 증폭기의 효율을 최적화하는 제1 정합 회로와, 상기 임계값보다 낮은 전압에서 상기 전력 증폭기의 효율을 최적화하는 제2 정합 회로를 포함할 수 있다.

제어 신호에 따라 상기 전지 전압을, 상기 전력 증폭기에 인가할 전원 전압으로 변환하는 DC/DC 컨버터와, 상기 전압 감시부의 출력에 따라 상기 DC/DC 컨버터의 제어 신호를 생성하는 데이터 테이블 수단을 구비하여도 된다. 이에 따라, 전지 전압에 따라 DC/DC 컨버터를 제어하여, 단말기가 출력할 송신 전력에 따른 전원 전압을 전력 증폭기에 인가할 수 있다.

상기 전력 증폭기는, 상기 제1 및 제2 정합 회로에 각각 대응하는 제1 및 제2 증폭기를 가지며, 상기 절환 수단은 상기 제1 증폭기 및 제1 정합 회로의 조와, 상기 제2 증폭기 및 제2 정합 회로의 조를 절환하도록 하여도 된다. 정합 회로와 증폭기를 조로 하여 절환함으로써, 정합 회로의 설계를 용이하게 함과 함께 저손실로 할 수 있다.

본 발명에 따른 다른 무선 통신 단말기는, 전지로 구동되는 멀티 밴드 대응의 무선 통신 단말기에서, 전지 전압을 감시하는 전압 감시부와, 제1 및 제2 무선 대역에 각각 대응한 제1 및 제2 전력 증폭기와, 원하는 무선 대역에 대응한 전력 증폭기를 선택하여 전력을 안테나에 공급하기 위한 절환 수단과, 미리 정한 임계값과 전지 전압을 비교하여, 비교 결과에 따라 상기 절환 수단을 제어하는 제어 수단을 구비하고, 상기 제어 수단은, 상기 임계값보다도 전지 전압이 내려간 경우에는, 상기 제2 전력 증폭기를 선택하도록 상기 절환 수단을 제어하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이, 각 전력 증폭기의 효율을 상이한 전원 전압에 대하여 최적화하여, 검출한 전지 전압에 따라 제1 및 제2 전력 증폭기 중 효율이 좋은 쪽의 무선 대역(전력 증폭기)을 선택함으로써, 전원 전압 변동이 큰 대용량 2차 전지를 사용하여도 항상 고효율로 전력 증폭기를 동작시킬 수 있다.

예를 들면, 상기 제1 전력 증폭기는, 전지의 방전 전압 특성 중 비교적 높은 전원 전압에서 최대 송신 전력을 고효율로 출력할 수 있도록 최적화되며, 제2 전력 증폭기는, 전지의 방전 전압 특성 중 비교적 낮은 전원 전압에서 최대 송신 전력을 고효율로 출력할 수 있도록 최적화되어 있는 것이다.

상기 제어 수단은, 상기 임계값보다도 전지 전압이 내려간 경우에, 단말기가 통신 중일 때에는, 상기 무선 대역의 동작을 정지하기 전에, 미리 예상하는, 상기 무선 대역에서의 수신 품질의 열화를 기지국에 보고하도록 하여도 된다. 이 경우, 상기 제어 수단은, 기지국으로부터의 지시를 받아, 통신을 차단하지 않고, 사용할 무선 대역 및 대응하는 전력 증폭기의 절환을 행할 수 있다.

〈실시예〉

이하, 본 발명의 적합한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 통신 단말기의 블록도이다.

전력 증폭기(2)는, 입력 단자(10), 출력 단자(11), 절환 신호 입력 단자(12), 초단 입력 정합 회로(16), 초단 증폭부(13), 단간 정합 회로(17), 종단 증폭부(14), 제1 종단 출력 정합 회로(19), 제2 종단 출력 정합 회로(18), 및 정합 절환부(20)로 구성된다.

제1 종단 출력 정합 회로(19)는, 전지의 평균 방전 전압(Vl) 부근에서 최대 송신 전력을 고효율로 출력할 수 있도록 최적화한 정합 회로이다. 제2 종단 출력 정합 회로(18)는, 전지의 방전 전압 특성 중 비교적 낮은 전원 전압에서 최대 송신 전력을 고효율로 출력할 수 있도록 최적화한 정합 회로이다.

전지 전압 감시부(30)는 항상 전지 전압(Vbat)을 감시하고 있다. 전지 전압이 기억부(33)에 저장되어 있는 제1 임계값(거의 제1 종지 전압 V2, 단 V2<V1)보다 클 때에는, 제어부(32)는, 절환 신호 입력 단자(12)의 신호를 제어하여, 정합 절환부(20)의 스위치를 단자 a측으로 접속시켜서, 종단 증폭부(14)가 제1 종단 출력 정합 회로(19)와 정합 절환부(20)를 통해 전력을 출력 단자(11)에 출력하도록 제어한다.

전지 전압이 기억부(33)에 저장되어 있는 제1 임계값 이하로 되었을 때에는, 제어부(32)는, 절환 신호 입력 단자(12)의 신호를 제어하여, 정합 절환부(20)의 스위치를 단자 b측으로 접속시켜서, 종단 증폭부(14)가 제2 종단 출력 정합 회로(18)와 정합 절환부(20)를 통해 전력을 출력 단자(11)에 출력하도록 제어한다.

전지 전압이 기억부(33)에 저장되어 있는 제2 임계값(거의 제2 종지 전압 V3, 단 V3<V2) 이하로 되었을 때에는, 제어부(32)는, 단말기가 전원을 OFF할 수 있도록, 필요 정보를 불휘발성 메모리에 퇴피시키는 등의 종료 처리를 행한 후, 전원을 OFF로 한다. 또한, 단말기의 전원을 OFF하기 위한 스위치는 주지이므로, 특별히 도시하지는 않는다.

도 12는 정합 회로의 구성예를 나타내고 있다. 정합 회로는, 일반적으로, 전송 선로, 캐패시터, 인덕터 등의 수동 부품의 조합에 의해 구성된다. 도 12에는 전송 선로의 선로 길이를 짧게 하기 위해, 전송 선로(61), 캐패시터(63), 캐패시터(64)의 조합의 예를 나타내었다.

도 13은 정합 회로의 절환부의 구성예이다. 정합 절환부(20)로서 DPDT(Dual Pole Dual Throw)형 스위치를 이용하고, 정합 회로(19, 18)로서 각각 4분의 1 파장(λ/4) 전송 선로(71, 75)를 이용하고 있다. DPDT형 스위치는, 단자 a-d 간 및 단자 b-c 간이 연동하여 온/오프되고, 단자 a-b 간과 단자 c-d 간이 연동하여 온/오프됨과 함께, 단자 a-d 간 및 단자 b-c 간이 온일 때에는 단자 a-b 간과 단자 c-d 간이 오프되고, 단자 a-d 간 및 단자 b-c 간이 오프일 때에는 단자 a-b 간과 단자 c-d 간이 온되도록 동작한다. 또한, 종단 회로(76)를 설치하고 있다. 도 13은, 종단 증폭부(14)로부터, 전송 선로(71, 75) 중 전송 선로(71)를 통해 출력을 행하고 있는 상태를 나타낸다. 도 7의 구성으로서는 SPDT(Single Pole Dual Throw)형 스위치를 이용하여, 사용하지 않는 정합 회로의 단은 개방 상태(OPEN)로 되어 있기 때문에, 종단 증폭부(14)의 출력으로부터 보았을 때의 사용하지 않는 전송 선로(75)측의 임피던스가 충분히 높지 않아서, 사용하지 않는 정합 회로의 손실이 영향을 미치는 경우가 있다. 이것에 대하여, 도 13의 구성에서는 종단 증폭부(14)의 출력으로부터 보았을 때의 사용하지 않는 정합 회로(도시한 예에서는 전송 선로(75))측의 임피던스가 높게 보이도록, 사용하지 않는 정합 회로의 단을 종단 회로(76)의 소정의(최적의) 임피던스로 종단할 수 있다.

도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 통신 단말기의 블록도이다. 제1 실시예와 마찬가지의 구성 요소에는 동일한 참조 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다.

본 실시예는, CDMA 방식의 단말기에 제1 실시예의 전력 증폭기(2)의 구성을 적용한 경우로서, 이 전력 증폭기(2)에의 전원 전압은 전지(3)로부터 DC/DC 컨버터(7)를 통해 공급된다. 제어부(32)는, 단말기가 출력할 송신 전력에 따른 전원 전압을 전력 증폭기(2)에 부여하기 위해, 송신 전력과 전지 전압 Vbat에 따른 제어 전압(송신 전력과 선택된 정합 회로에 따른 제어 전압)을 룩업 테이블(31)로부터 참조하여, DC/DC 컨버터(7)의 제어 단자에 제공한다.

도 14에, 룩업 테이블(31)의 구성예, 즉 송신 전력과, 선택된 정합 회로에 따른 제어 전압(DC/DC 컨버터 출력 전압)의 관계의 예를 나타낸다. 간단히 나타내 기 위해, 제어 전압과 동일한 전압을 출력하는 DC/DC 컨버터를 사용하는 예를 나타낸다. 여기서는 그래프에 의해 테이블 데이터를 모식적으로 나타내고 있다. 도 14의 파형 G1이 제1 정합 회로를 사용하는 경우에 사용하는 테이블 데이터를 나타내고 있으며, 파형 G2가 제2 정합 회로를 사용하는 경우에 사용하는 테이블 데이터를 나타내고 있다. 도면으부터 알 수 있는 바와 같이, 송신 전력이 작은 측에서는 양 파형 G1, G2는 비교적 낮은 전압에서 일치하며, 커지는 측에서 전압이 급상승하고 그 상승 도중에 나뉘어져 있다. 즉, 송신 전력의 증가에 따라 파형 G2가 2.6V 부근에서 포화된 후에도 파형 G1은 상승을 계속하고, 3.3V 부근에서 포화되는 형태로 되어 있다. 이와 같이 사용하는 정합 회로에 의해, DC/DC 컨버터(7)의 제어 단자에 제공하는 전압을 결정하는 룩업 테이블(31) 내의 사용하는 데이터를 절환하여 이용할 수 있다.

도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 통신 단말기의 블록도이다. 제1, 제2 실시예와 마찬가지의 구성 요소에는 동일한 참조 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다.

도 7 및 도 8의 구성에서는 전원 전압에 따른 종단 출력 정합 회로의 절환만을 행한 것에 대하여, 도 9의 구성에서는 종단 증폭부도 쌍으로 하여 절환하도록 한 것이다. 즉, 종단 증폭부(14) 외에 추가로 종단 증폭부(15)를 추가하고 있다. 이 구성에서는, 도 7의 구성에 비해 소자 수가 증가하여 코스트가 높아지지만, 정합 회로의 설계가 용이하며 저손실(고효율)로 할 수 있는 장점이 있다.

전지 전압 감시부(30)는, 항상, 전지 전압을 감시하고 있으며, 전지 전압이 기억부(33)에 저장되어 있는 제1 임계값보다 클 때에는, 제어부(32)는, 전력 증폭기(2)의 절환 신호 입력 단자(12)의 신호를 제어하여, 정합 절환부(20)의 스위치와 정합 절환부(21)를 함께 a측으로 접속시킨다. 이에 따라, 종단 증폭부(14)가 제1 종단 출력 정합 회로(19)와 정합 절환부(20)를 통해 전력을 출력 단자(11)에 출력하도록 제어가 이루어진다. 도시하지 않지만, 동시에 종단 증폭부(15)의 바이어스를 OFF로 하여 종단 증폭부(15)에 전류가 흐르지 않도록 한다.

전지 전압이 기억부(33)에 저장되어 있는 제1 임계값 이하로 되었을 때에는, 제어부(32)는, 절환 신호 입력 단자(12)의 신호를 제어하여, 정합 절환부(20)의 스위치와 정합 절환부(21)의 스위치를 함께 b측으로 접속시킨다. 이에 따라, 종단 증폭부(15)가 제2 종단 출력 정합 회로(18)와 정합 절환부(20)를 통해 전력을 출력 단자(11)에 출력하도록 제어가 이루어진다. 도시하지 않지만, 동시에 종단 증폭부(14)의 바이어스를 OFF로 하여 종단 증폭부(14)에 전류가 흐르지 않도록 한다.

도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 통신 단말기의 블록도이다. 앞의 실시예와 마찬가지의 구성 요소에는 동일한 참조 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다.

도 10은, 복수의 무선 대역 A, B를 이용하는 듀얼 모드(또는 멀티모드)나 듀얼 밴드(또는 멀티 밴드)에 대응한 송신부에 응용한 것이다. 듀얼 모드는 상이한 통신 시스템을 절환하여 사용할 수 있는 것이다. 듀얼 밴드는 동일한 시스템에서 상이한 무선 대역을 절환하여 사용할 수 있는 것이다. 통상적으로, 듀얼 모드에서, 양 모드에서 사용하는 무선 대역은 상이하다. 무선 대역 A에서는 제1 전력 증 폭기(52) 및 제1 듀플렉서(42)를 사용하고, 무선 대역 B에서는 제2 전력 증폭기(51) 및 제2 듀플렉서(41)를 사용한다. 스위치(43)는, 사용할 무선 대역에 따라 송신 회로와 안테나(1)의 접속을 절환한다.

제1 전력 증폭기(52)는, 전지의 평균 방전 전압 부근에서 최대 송신 전력을 고효율로 출력할 수 있도록 최적화되어 있으며, 제2 전력 증폭기(51)는, 전지의 방전 전압 특성 중 비교적 낮은 전원 전압에서 최대 송신 전력을 고효율로 출력할 수 있도록 최적화되어 있다.

전지 전압 감시부(30)는 전술한 바와 같이 항상, 전지 전압을 감시하고 있으며, 전지 전압이 기억부(33)에 저장되어 있는 제1 임계값보다 클 때에는, 무선 대역 A와 무선 대역 B 모두 사용 가능하여 기지국의 배치나 전파 상황에 따라 무선 대역을 선택하는 것이 가능하다. 무선 대역 A와 무선 대역 B 모두 전파 상황이 동일한 정도이면 우선적으로 무선 대역 A를 사용함으로써, 단말기의 사용 가능 시간을 가장 길게 연장시킬 수 있다. 예를 들면, 무선 대역 A를 선택하는 경우에는, 스위치(43)를 a측으로 접속시켜서, 전력 증폭기(52)가 듀플렉서(42)와 스위치(43)를 통해 전력을 안테나(1)로 출력하도록 제어한다. 도시하지 않지만, 동시에 전력 증폭기(51)의 바이어스를 OFF로 하여 전력 증폭기(51)에 전류가 흐르지 않도록 한다.

전지 전압이 기억부(33)에 저장되어 있는 제1 임계값 이하로 되었을 때에는, 제어부(32)는, 스위치(43)를 b측으로 접속시켜서, 전력 증폭기(51)가 듀플렉서(41)와 스위치(43)를 통해 전력을 안테나(1)로 출력하도록 제어한다. 도시하지 않지 만, 동시에 전력 증폭기(52)의 바이어스를 OFF로 하여 전력 증폭기(52)에 전류가 흐르지 않도록 한다.

전지 전압이 기억부(33)에 저장되어 있는 제2 임계값 이하로 되었을 때에는, 제어부(32)는, 단말기가 전원을 OFF할 수 있도록 필요 정보를 불휘발성 메모리에 퇴피하는 등의 종료 처리를 행하고, 전원을 OFF로 한다.

또한, 제어부(32)는, 단말기가 출력할 송신 전력에 따른 전원 전압을 전력 증폭기(2)에 부여하기 때문에, 송신 전력과 선택된 무선 대역에 따른 제어 전압을 룩업 테이블(31)로부터 참조하여, DC/DC 컨버터(7)의 제어 단자에 제공한다.

따라서, 전지 전압이 제1 임계값 이하이며, 또한 제2 임계값보다 큰 경우에는, 무선 대역 A에서는 단말기를 사용할 수 없으나, 무선 대역 B에서는 단말기가 사용 가능하고, 양쪽 무선 대역이 사용 가능한 지역에서는 종합적으로 단말기의 사용을 길게 하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 사용 가능 시간이 가장 길어지도록 사용 대역의 우선 순위를 설정해 둘 수 있다.

도 11에 듀얼 밴드 W-CDMA 단말기에서의 실시 플로우의 예를 나타낸다.

전지 전압 Vbat이 제1 임계값 이하로 된 경우(S11, No), 단말기가 무선 대역 A를 사용 중이고(S12), 또한 통신 중이면(S18, "예"), 수신 품질(예를 들면, SIR)의 열화를 기지국에 보고한다(S21). 전력 증폭기의 왜곡 특성이나 노이즈 특성이 악화되어 송신 특성과 수신 특성의 양쪽에 영향을 미치는 것이 예상되며, 단말기는 전지 전압의 제1 종지 전압 이하로의 저하에 의해 예를 들면 수신 성능이 어느 정도 악화될지는 미리 예상되어 있다. 따라서, 실제로 통신 상태를 유지할 수 없을 정도까지 특성이 열화되기 전에, 예상되는 열화 상태의 수신 품질을 기지국에 보고하는 것이 가능하다. 이 보고값에 기초하여 무선 대역 A로부터 무선 대역 B로 핸드오버할지의 여부는 기지국에 의해 판단된다. 기지국으로부터 무선 대역 B로의 핸드오버가 지시된 경우에는(S22, "예"), 그때까지의 통신이 끊어지지 않기 때문에 유저가 문제점을 느끼지 않고, 스위치(43)(도 10)에 의해 무선 대역의 절환이 행해진다. 동시에 LUT(31)(도 10)의 사용하는 테이블 데이터도 변경한다. 핸드오버의 지시가 없는 경우에는, 통화 종료 처리(S23)를 행하고, 후술하는 단계 S19으로 진행한다.

전지 전압이 제1 임계값 이하로 된 것이 통화 중이 아니면(S18, No), 기지국으로부터의 지시에 상관없이, 단말기 자신이 직접 무선 대역의 절환을 행할 수 있다(S19). 무선 대역 B로 절환한 후, 무선 대역 B에서 셀 서치를 행하고(S20), 단계 S13으로 진행한다.

단계 S12에서 사용 대역이 무선 대역 B이면, 전지 전압이 제2 임계값 이하로 될 때까지는 그대로 무선 대역 B를 이용한다.

단계 S13에서 전지 전압이 제2 임계값 이하로 될 때, 통신 중이면(S14, "예"), 통화 종료 처리를 행한다(S15). 계속해서, 종료 처리를 행하고(S16), 전원을 OFF한다(S17). 단계 S14에서 통화 중이 아니면, 그대로 단계 S16으로 진행한다.

본 실시예에 따르면, 듀얼 밴드 단말기에 원래 내장하는 2개의 전력 증폭기에 본 발명을 적용함으로써, 회로 규모를 증가시키지 않고 단말기의 사용 가능 시간을 연장시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 사용 대역마다 전원 전압 성능이 상 이한 전력 증폭기를 이용하여도, 2개의 임계값에 의한 제어를 행함으로써, 유효하게 전지를 사용 가능하게 된다.

이상, 본 발명의 적합한 실시예에 대하여 설명하였으나, 상기에서 언급한 점 이외에도 여러가지의 변형 및 변경을 행하는 것이 가능하다.

본 발명에 따르면, 전지 전압에 따라, 정합 회로를 절환함으로써, 전지 방전 전압이 넓은 범위에 걸쳐 회로의 효율을 높일 수 있으며, 그 결과, 단말기의 사용 가능 시간을 연장시키는 것이 가능하게 된다. 이에 따라, 전압 강하가 큰 고용량 타입의 2차 전지를 유효하게 이용할 수 있다.

또한, 2 종류의 종지 전압을 갖는 전력 증폭기를 설치하고, 전지 전압에 따라 이것을 절환하여 사용함으로써, 전지 방전 전압의 전반에 걸쳐 회로의 효율을 높여 단말기의 사용 가능 시간을 연장시킬 수 있다.

멀티 밴드 단말기에 내장하는 제1 및 제2 전력 증폭기에 본 발명을 적용함으로써, 회로 규모를 증가시키지 않게 단말기의 사용 가능 시간을 연장시키는 것이 가능하게 된다.

사용 대역마다 전원 전압 성능이 상이한 전력 증폭기를 이용하여도, 2개의 종지 전압에 의한 제어를 행함으로써, 유효하게 전지를 사용 가능하게 된다.

통신 중에 한쪽의 무선 대역이 사용 불능으로 되어도, 전지 전압의 저하에 따라 무선 대역을 절환하기 위한 조치를 취함으로써, 통신을 차단하지 않고 단말기의 계속 사용이 가능하게 된다.

Claims

전지로 구동되는 무선 통신 단말기로서,

전지 전압을 감시하는 전압 감시부와,

원하는 전력을 출력하는 전력 증폭기와,

상기 전력 증폭기의 후단에 배치되며, 전지 전압이 상이한 범위에 대하여 전력 증폭기의 효율을 최적화하는 복수의 정합 회로와,

상기 복수의 정합 회로를 선택하기 위한 스위치와,

상기 복수의 정합 회로를 절환하기 위해 미리 정해진 임계값과 상기 전압 감시부에 의해 검출된 전지 전압을 비교하여, 상기 복수의 정합 회로의 절환을 제어하는 제어부

를 구비한 것을 특징으로 하는 무선 통신 단말기.
제1항에 있어서,

상기 복수의 정합 회로는, 상기 임계값보다 높은 전지 전압에 대하여 상기 전력 증폭기의 효율을 최적화하는 제1 정합 회로와, 상기 임계값보다 낮은 전압에서 상기 전력 증폭기의 효율을 최적화하는 제2 정합 회로를 포함하는 무선 통신 단말기.
제1항에 있어서,

제어 신호에 따라 상기 전지 전압을, 상기 전력 증폭기에 인가할 전원 전압으로 변환하는 DC/DC 컨버터와, 상기 전압 감시부의 출력에 따라 상기 DC/DC 컨버터의 제어 신호를 생성하는 룩업 테이블을 구비한 것을 특징으로 하는 무선 통신 단말기.
제2항에 있어서,

상기 전력 증폭기는, 상기 제1 및 제2 정합 회로에 각각 대응하는 제1 및 제2 증폭기를 가지며, 상기 스위치는 상기 제1 증폭기 및 제1 정합 회로의 조와, 상기 제2 증폭기 및 제2 정합 회로의 조를 절환하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 단말기.
제1항에 있어서,

상기 제어부는, 전지 전압이 상기 임계값보다 낮은 다른 임계값보다 더 낮은 경우, 전원을 OFF로 하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 단말기.
제1항에 있어서,

상기 복수의 정합 회로 중 사용하지 않는 정합 회로를 소정의 임피던스로 종단하는 종단 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 무선 통신 단말기.
전지로 구동되는 멀티 밴드 대응의 무선 통신 단말기에 있어서,

전지 전압을 감시하는 전압 감시부와,

제1 및 제2 무선 대역에 각각 대응한 제1 및 제2 전력 증폭기와,

원하는 무선 대역에 대응한 전력 증폭기를 선택하여 전력을 안테나에 공급하기 위한 스위치와,

미리 정한 임계값과 전지 전압을 비교하여, 비교 결과에 따라 상기 스위치를 제어하는 제어부

를 구비하고,

상기 제어부는, 상기 임계값보다도 전지 전압이 내려간 경우에는, 상기 제2 전력 증폭기를 선택하도록 상기 스위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 단말기.
제7항에 있어서,

상기 제1 전력 증폭기는, 전지의 방전 전압 특성 중 비교적 높은 전원 전압에서 최대 송신 전력을 고효율로 출력할 수 있도록 최적화되며, 제2 전력 증폭기는, 전지의 방전 전압 특성 중 비교적 낮은 전원 전압에서 최대 송신 전력을 고효율로 출력할 수 있도록 최적화되어 있는 것을 특징으로 하는 무선 통신 단말기.
제7항에 있어서,

상기 제어부는, 상기 임계값보다도 낮은 미리 정한 다른 임계값보다도 전지 전압이 내려간 경우에, 전원을 OFF로 하는 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 단말기.
제7항에 있어서,

상기 제어부는, 상기 임계값보다도 전지 전압이 내려간 경우에, 단말기가 통신 중일 때에는, 상기 무선 대역의 동작을 정지하기 전에, 미리 예상하는, 상기 무선 대역에서의 수신 품질의 열화를 기지국에 보고하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 단말기.
제10항에 있어서,

상기 제어부는, 기지국으로부터의 지시를 받아, 통신을 차단하지 않고, 사용할 무선 대역 및 대응하는 전력 증폭기의 절환을 행하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 단말기.
제7항에 있어서,

제어 신호에 따라 상기 전지 전압을, 상기 전력 증폭기에 인가할 전원 전압으로 변환하는 DC/DC 컨버터와, 상기 전압 감시부의 출력에 따라 상기 DC/DC 컨버터의 제어 신호를 생성하는 룩업 테이블을 구비한 것을 특징으로 하는 무선 통신 단말기.