KR101159418B1 - 가상 접지 노드를 이용한 증폭기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고주파 증폭기의 전력 검출에 관한 것으로서 보다 자세하게는 차동 구조로 된 증폭기에서 가상 접지 노드에서 필연적으로 발생하는 2차 고조파 성분을 이용하여 전력을 검출 하는 기법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 전력 검출을 위하여 증폭기의 입력 신호 혹은 출력 신호 성분에는 영향을 주지 않게 되므로, 증폭기의 이득의 감소가 없고, 출력 전력 크기의 저하가 없고, 전력 검출을 위한 추가적인 결합기(coupler)가 필요하지 않기 때문에 회로가 간단해 지고 이에 따라 생산 단가를 절감 할 수 있는 이점이 있다.

전력 검출기, 가상 접지, 결합기

Description

가상 접지 노드를 이용한 증폭기 {Amplifier Using Virtual Ground Node}

본 발명은 고주파 증폭기의 전력 검출에 관한 것으로서, 특히 증폭기의 전력을 검출하는 방법에 관한 것이다.

도 1A는 종래기술에 의한 증폭기와 증폭기의 전력을 검출하기 위한 간략한 블록도(Block diagram)를 보이고 있다. 101은 일반적은 고주파 증폭기를 나타내며, 102는 101에 의한 증폭기에 전원 전압 공급기이며, 103은 RF Output 노드에서 신호의 크기를 검출 할 수 있는 전력 결합기이다. 104는 이와 전력 결합기에서 검출된 전력의 크기를 바탕으로 102에 의한 전원 전압 공급기에 제어 신호를 발생 시켜 주는 역할을 한다. 이와 같이 102에 의한 전원 전압 공급기, 103에 의한 전력 결합기 그리고 104에 의한 전원 전압 제어기로 구성되는 회로는 출력 전력의 크기가 설계자 의도와는 다르게 과도하게 크거나, 혹은 작은 경우에 이를 바로 잡아 주기 위한 feedback 시스템이 된다.

도 1A와 같은 경우는 출력 신호에서 곧바로 전력의 크기를 검출하기 때문에 출력 전력의 크기를 보다 정확하게 검출 할 수 있다는 장점이 있다. 하지만, 이와 같은 방법은 출력 전력의 일부분이 결합기를 통하여 104에 의한 전원 전압 제어기로 입력으로 사용되기 때문에, 101에 의한 증폭기의 효율이 저하 되는 단점이 있다.

도 1B는 도 1A에 의한 전력 검출 시스템의 단점을 보완하기 위하여 개발 된 것으로서, 도 1B가 도 1A와 다른 점은 전력의 검출을 RF Input 노드에서 하는 것이다. 도 1B와 같은 경우는 도 1A의 경우와는 달리 증폭기에서 발생한 출력 전력이 손실 없이 부하저항으로 전달이 되기 때문에 101에 의한 증폭기의 효율 저하가 없다는 장점이 있다. 하지만, RF Input 노드에서 전력을 검출하기 때문에 검출된 신호의 크기와 101에 의한 증폭기의 이득 특성을 고려하여 최종 출력인 RF Output에서의 출력 전력을 계산, 혹은 예상해야 한다. 이 경우, 온도와 회로의 사용시간에 따라 증폭기의 이득 특성은 변화 할 수 있기 때문에 RF Input에서 검출한 전력의 크기로, RF Output 에서의 출력 전력의 크기를 정확하게 계산하거나 예측 하는 것은 도 1A에 의한 시스템에 비하여 어렵다는 단점이 있다.

따라서, 도 1A에 의한 시스템은 출력 전력의 일부를 전력을 검출 하는데 사용하므로, 전체 시스템의 효율이 저하 되는 문제점이 있고, 도 1B에 의한 시스템은 전력을 검출 하는 노드가 RF Input 이기 때문에 이를 통하여 RF Output 노드에서의 출력 전력을 정확하게 예측하기가 힘들다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 설계자가 검출 하고자 하는 출력 전력의 크기를 정확하게 검출함과 동시에 출력 전력의 손실이 없도록 하여 전체 시스템의 효율의 저하를 방지하는 것이다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 가상 접지 노드를 이용한 증폭기는, 전원전압공급기와 접지 사이에 병렬로 연결된 복수의 증폭소자의 공통접점으로 정의되는 가상접지에 생성되는 2차 고조파 성분을 검출하고, 상기 검출된 2차 고조파 성분의 전력을 기초로 증폭을 위한 공급전력을 제어한다.

바람직하게는, 상기 가상접지는 상기 증폭소자의 소스단이 서로 만나는 지점 또는 상기 증폭소자의 드레인단이 서로 만나는 지점인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 가상접지가 형성된 노드와 증폭기의 접지를 인덕터를 통하여 연결하는 것을 특징으로 한다. 또한 바람직하게는, 상기 가상접지가 형성된 노드와 증폭기의 전원전압이 인가되는 노드를 인덕터를 통하여 연결하는 것을 특징으로 한다.

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상기한 바와 같이 본 발명에 의하면, 전력 검출을 위하여 증폭기의 입력 신호 혹은 출력 신호 성분에는 영향을 주지 않게 되므로, 증폭기의 이득의 감소가 없 고, 출력 전력 크기의 저하가 없고, 전력 검출을 휘한 추가적인 결합기(coupler)가 필요하지 않기 때문에 회로가 간단해 지고, 이에 따라 생산 단가를 절감 할 수 있다.

이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 설명한다. 본 실시 예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시 된 것이다.

도 2A는 일반적인 차동 구조로 형성된 증폭기 구조를 간략하게 설명하기 위한 도면이다. RF IN+와 RF IN-는 서로 위상이 180°차이가 나는 차동 신호가 입력된다. 이때 201A에 의한 MOSFET의 소스와 201B에 의한 MOSFET의 소스가 서로 만나는 노드인 202에서 증폭기의 가상 접지가 형성이 된다. 도 2A에서는 202에 의한 가상 접지와 증폭기의 접지(GND)가 하나의 노드를 형성하고 있다.

하지만, 일반적으로는 도 2B에서와 같이 202에 의한 가상 접지와 증폭기의 접지(GND) 사이에는 일정량의 인덕턴스가 존재 하게 되는데, 이는 203으로 도 2B에서 표시 하였다. 이러한 가상 접지와 실제 접지 사이에 필연적으로 존재하는 203에 의한 인덕턴스를 일반적으로 기생 인덕턴스(parasitic inductance)라고 부른다. 비록 실제 접지(GND)와 202에 의한 노드 사이에는 일정량의 기생 인덕턴스가 존재 하더라도, 증폭기의 동작 주파수에 대해서 202는 여전히 가상 접지로서 동작을 하여, 동작 주파수에 대해서 202에 의한 노드는 마치 실제 접지 인 것과 같은 역할을 하게 된다. 하지만, 증폭기 동작 주파수의 2차 고조파에 대해서는 202에 의한 노드는 더 이상 가상 접지로서의 역할을 하지 못하고, 202에 의한 노드와 증폭기의 실제 접지(GND) 사이의 인덕턴스가 임피던스로서의 역할을 하게 된다. 따라서 이상적으로는 202에 의한 노드에서는 증폭기의 동작 주파수 성분의 전력은 존재하지 않고, 2차 고조파 성분에 의한 전력만이 존재하게 된다.

상기와 같은 현상을 도 3에서 나타내었다. 일반적으로, 도 3의 RF Out +/- 에서의 신호가 증가 하면 도 3의 MOSFET을 통하여 흐르는 전류의 양이 증가하기 때문에 202에서의 2차 고조파 신호의 전력의 크기도 증가 하게 된다.

[실시예 1]

본 발명에 의한 실시 예를 도 4에 나타내었다. 본 발명에 의한 도4의 회로도에서는 도 1A 와 도 1B의 103에 의한 결합기를 제거 하고, 202에 의한 가상 접지 노드에서의 전력을 전원 전압 제어기의 입력으로 사용하고 있다. 일반적으로 차동 증폭기에 있어서, 동작 주파수에 해당하는 신호의 크기가 증가 할수록 202에 의한 노드에서 발생하는 2차 고조파 신호의 전력은 증가하기 때문에, 202에 의한 노드에서 발생하는 2차 고조파 신호의 전력을 이용하여, 증폭기의 출력전력을 예측 가능하다. 따라서, 도 4에 의한, 가상 접지에서 2차 고조파 신호의 전력을 전원 전압 제어기의 입력으로 사용 하는 것은 증폭기의 동작 주파수에 해당하는 신호의 크기를 감쇄 시키지 않기 때문에, 도 1A에 의한 시스템의 단점 이었던 효율의 저하 문제를 해결 할 수 있다. 더불어, 최종 출력 신호의 크기가 증가 하면, 202에 의한 노드에서 발생하는 2차 고조파 신호의 전력의 크기도 함께 증가하기 때문에 도 1B에 의한 시스템의 단점인 103에 의한 전력 결합기를 통하여 결합된 신호의 크기가 최종 출력 신호의 전력을 정확하게 예측하기 힘들다는 문제를 함께 해결 할 수 있다.

이때, 202에 의한 노드에서의 2차 고조파 성분의 전력을 크게 하기 위하여 실제 접지(GND)와 202에 의한 가상 접지 노드 사이에 인위적으로 인덕터를 추가 할 수도 있다.

[실시예 2]

도 5는 본 발명에 의한 또 다른 실시 예를 나타내고 있다. 본 발명에 의한 도 5의 회로도에서는 도 1A 와 도 1B의 103에 의한 결합기를 제거하고, 501에 의한 가상 접지 노드에서의 전력을 전원 전압 제어기의 입력으로 사용하고 있다. 일반적으로 차동 증폭기에 있어서, 동작 주파수에 해당하는 신호의 크기가 증가 할수록 501에 의한 노드에서 발생하는 2차 고조파 신호의 전력은 증가하기 때문에, 501에 의한 노드에서 발생하는 2차 고조파 신호의 전력을 이용하여, 증폭기의 출력전력을 예측 가능하다. 따라서, 도 5에 의한, 가상 접지에서 2차 고조파 신호의 전력을 전원 전압 제어기의 입력으로 사용하는 것은 증폭기의 동작 주파수에 해당하는 신호의 크기를 감쇄 시키지 않기 때문에, 도 1A에 의한 시스템의 단점이었던 효율의 저하 문제를 해결 할 수 있다. 더불어, 최종 출력 신호의 크기가 증가 하면, 501에 의한 노드에서 발생하는 2차 고조파 신호의 전력의 크기도 함께 증가하기 때문에, 도 1B에 의한 시스템의 단점인 103에 의한 전력 결합기를 통하여 결합된 신호의 크기가 최종 출력 신호의 전력을 정확하게 예측하기 힘들다는 문제를 함께 해결 할 수 있다.

이때, 501에 의한 노드에서의 2차 고조파 성분의 전력을 크게 하기 위하여 실제 접지(GND)와 501에 의한 가상 접지 노드 사이에 인위적으로 인덕터를 추가 할 수도 있다.

도 1A는 종래의 출력 신호를 이용한 전력 검출기를 설명하기 위한 도면;

도 1B는 종래의 입력 신호를 이용한 전력 검출기를 설명하기 위한 도면;

도 2A는 종래의 차동 증폭기를 설명하기 위한 도면;

도 2B는 종래의 차동 증폭기의 가상 접지 노드에 존재하는 인덕턴스를 설명하기 위한 도면;

도 3은 종래의 차동 증폭기의 각 노드에서의 신호 파형을 설명하기 위한 도면;

도 4는 본 발명에 따른 가상 접지 노드에서 전력을 검출 하는 제 1 실시 예를 설명하기 위한 도면;

도 5는 본 발명에 따른 가상 접지 노드에서 전력을 검출 하는 제 2 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.

Claims (5)

1. 전원전압공급기와 접지 사이에 병렬로 연결된 복수의 증폭소자의 공통접점으로 정의되는 가상접지에 생성되는 2차 고조파 성분을 검출하고, 상기 검출된 2차 고조파 성분의 전력을 기초로 증폭을 위한 공급전력을 제어하는 것을 특징으로 하는 증폭기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 가상접지는 상기 증폭소자의 소스단이 서로 만나는 지점인 것을 특징으로 하는 증폭기.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 가상접지는 상기 증폭소자의 드레인단이 서로 만나는 지점인 것을 특징으로 하는 증폭기.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 가상접지가 형성된 노드와 증폭기의 접지를 인덕터를 통하여 연결하는 것을 특징으로 하는 증폭기.
5. 제 3항에 있어서,

   상기 가상접지가 형성된 노드와 증폭기의 전원전압이 인가되는 노드를 인덕터를 통하여 연결하는 것을 특징으로 하는 증폭기.

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