KR101611690B1 - 적응식 가변 바이어스 전압을 공급하는 동적 바이어스 변조기 및 이를 이용한 전력 증폭 장치 - Google Patents

적응식 가변 바이어스 전압을 공급하는 동적 바이어스 변조기 및 이를 이용한 전력 증폭 장치 Download PDF

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    • H03F3/45—Differential amplifiers

Abstract

본 발명의 전력 증폭 장치는 제1 및 제2 바이어스 제어 신호들에 따라 가변하는 제1 및 제2 바이어스 전압들을 생성하고, 스위칭 제어 신호에 따라 제1 바이어스 전압 또는 제2 바이어스 전압 중 하나를 가변 바이어스 전압으로서 출력하는 동적 바이어스 변조기, 가변 바이어스 전압에 따라 바이어스되며, RF 신호를 전력 증폭하여 안테나로 출력하는 전력 증폭기 및 전력 증폭 장치에 대해 설정되는 평균 출력 전력 설정치에 따라 제1 및 제2 바이어스 전압들의 크기가 각각 가변되도록 제1 및 제2 바이어스 제어 신호들을 생성하고, RF 신호의 포락선을 기준 전압에 비교하여 스위칭 제어 신호를 생성하는 바이어스 전압 제어부를 포함할 수 있다.

Description

적응식 가변 바이어스 전압을 공급하는 동적 바이어스 변조기 및 이를 이용한 전력 증폭 장치{DYNAMIC BIAS MODULATOR FOR GENERATING ADAPTIVE VARIABLE BIAS VOLTAGE AND POWER AMPLIFIER USING THE SAME}
본 발명은 전력 증폭기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 동적 바이어스 변조기를 이용하는 전력 증폭기에 관한 것이다.
최근의 무선 통신 시스템은 한정된 주파수 자원을 효율적으로 사용하면서 동시에 높은 데이터 용량을 처리할 수 있도록 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)과 같은 높은 첨두치 대비 평균 전력비(PAPR, Peak to Average Power Ratio)를 가지는 변조 방식을 이용한다.
이렇게 높은 PAPR을 가지는 변조 방식에서 전력 증폭기(PA, Power Amplifier)는 효율을 최대화하기 위해 클래스 C, D, E 또는 F와 같은 고효율의 전력 증폭기를 채택할 수 있다. 이러한 전력 증폭기들은 압축 영역, 즉 포화 영역에서 고효율로 동작할 수 있지만, 압축 영역의 비선형성 때문에 추가적인 선형화 기법이 요구되고, 시스템 전체적으로 보았을 때에 효율이 크게 개선되지 않는다.
또한, 이러한 전력 증폭기들은 포화 영역에서 고효율로 동작하는 반면에 최대 전력점보다 낮은, 즉 백오프(back-off)된 영역에서는 효율이 좋지 않다. 무선 통신 시스템은 대부분의 운영 시간 동안에 PAPR보다 낮은 백오프 영역에서 동작하므로, 결과적으로 평균 전력에서 효율이 나빠진다.
이러한 문제점들을 해결하기 위해, 고정적으로 전력 증폭기에 바이어스를 인가하는 대신에 무선(RF) 입력 신호의 포락선(envelope)에 따라 전압 레벨이 변조되는 바이어스 및 무선 입력 신호를 선형 모드 전력 증폭기에 인가하는 포락선 추적(ET, Envelope Tracking) 전력 증폭 방식과, 포락선에 따라 변조된 바이어스 및 리미터(limiter)를 이용하여 포락선이 제거되어 위상 성분만 남은 입력 신호를 스위칭 모드 전력 증폭기에 인가하는 포락선 제거 복원(EER, Envelope Elimination and Restoration) 전력 증폭 방식이 제안되었다.
그 중에 포락선 추적 전력 증폭 방식은 포락선 제거 복원 전력 증폭 방식에 비해 효율은 다소 떨어지지만, 전력 증폭기에 대한 RF 입력 신호 경로와 변조되는 바이어스 경로 사이의 피할 수 없는 시간 부정합에도 선형성 저하가 좀더 적고 바이어스 변조기의 구조가 좀더 간단한 이점이 있다.
나아가, EER 방식과 ET 방식을 통합하여, 포락선에 따라 전압 레벨이 변조되는 바이어스 및 무선 입력 신호를 스위칭 모드 전력 증폭기에 인가하는 하이브리드 포락선 추적 전력 증폭 방식이 출현하였다.
하이브리드 포락선 추적 전력 증폭 방식에서 바이어스 변조기는 검출된 포락선을 기초로 변조된 바이어스 전압을 생성하기 위해, 넓은 대역폭을 제공하는 선형 증폭기와 높은 효율을 가지는 스위칭 증폭기를 이용하여, 고속 동작과 함께 높은 효율을 얻을 수 있다.
일반적으로 바이어스 변조기의 효율은 출력 전력에 비례하여 증가하거나 감소하게 되므로, 전력 증폭기로 출력되는 바이어스 전압과 부하 저항에 따라 전체적인 전력 증폭 효율이 결정된다. 다시 말해, 만약 포락선의 크기가 작아 바이어스 변조기에 의해 변조된 출력 바이어스 전압이 작으면 바이어스 변조기의 전력 효율도 낮아진다.
이러한 문제를 해결하기 위해 DC-DC 변환기를 추가하고, 포락선이 기준 전압보다 낮아질 경우에 DC-DC 변환기를 이용하여 전력 증폭기를 위한 동작 전압을 낮추면 바이어스 변조기의 효율을 개선할 수 있다. 그러나, 이러한 대안은, 포락선의 크기가 기준 전압보다는 높지만 출력 바이어스 전압보다는 훨씬 낮은 크기인 동안에는 바이어스 변조기와 전력 증폭기의 효율을 개선할 수 없다는 문제가 있다.
이에 따라, 어느 경우에나 바이어스 변조기와 전력 증폭기의 효율을 모두 개선할 방안이 요구된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 동적 바이어스 변조기 및 이를 이용한 전력 증폭 장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 넓은 전력 영역에 걸쳐 효율을 개선할 수 있는 동적 바이어스 변조기 및 이를 이용한 전력 증폭 장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 회로의 복잡도를 최소화하고 선형성을 유지하면서 낮은 출력 전력에서도 효율을 개선할 수 있는 동적 바이어스 변조기 및 이를 이용한 전력 증폭 장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 전력 증폭 장치는
제1 및 제2 바이어스 제어 신호들에 따라 가변하는 제1 및 제2 바이어스 전압들을 생성하고, 스위칭 제어 신호에 따라 상기 제1 바이어스 전압 또는 상기 제2 바이어스 전압 중 하나를 가변 바이어스 전압으로서 출력하는 동적 바이어스 변조기;
상기 가변 바이어스 전압에 따라 바이어스되며, RF 신호를 전력 증폭하여 안테나로 출력하는 전력 증폭기; 및
전력 증폭 장치에 대해 설정되는 평균 출력 전력 설정치에 따라 상기 제1 및 제2 바이어스 전압들의 크기가 각각 가변되도록 상기 제1 및 제2 바이어스 제어 신호들을 생성하고, 상기 RF 신호의 포락선을 기준 전압에 비교하여 상기 스위칭 제어 신호를 생성하는 바이어스 전압 제어부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 바이어스 전압 제어부는
상기 전력 증폭 장치에 대해 설정되는 평균 출력 전력 설정치가 클수록 상기 제1 및 제2 바이어스 전압들의 크기가 각각 커지도록 상기 제1 및 제2 바이어스 제어 신호들을 생성하고, 상기 RF 신호의 포락선이 기준 전압보다 크면 활성화되도록 상기 스위칭 제어 신호를 생성하도록 동작할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 바이어스 전압은 상기 RF 신호의 특정한 평균 출력 전력 설정치에서 상기 제2 바이어스 전압보다 항상 상대적으로 크게 생성될 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 동적 바이어스 변조기는 상기 스위칭 제어 신호에 의해 상기 제1 바이어스 전압의 출력을 제어하는 스위치 및 상기 제2 바이어스 전압을 일방향적으로 출력하는 다이오드를 포함하고,
상기 포락선이 상기 기준 전압보다 높을 때의 스위칭 제어 신호가 상기 바이어스 전압 제어부로부터 인가된 때에는 상기 스위치를 통전하여 상기 제1 바이어스 전압을 상기 가변 바이어스 전압으로서 출력하고, 상기 포락선이 상기 기준 전압보다 낮을 때의 스위칭 제어 신호가 상기 바이어스 전압 제어부로부터 인가된 때에는 상기 스위치를 차단하고 상기 다이오드를 통해 상기 제2 바이어스 전압을 상기 가변 바이어스 전압으로서 출력하도록 동작할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 동적 바이어스 변조기는
상기 스위칭 제어 신호를 증폭하여 상기 스위치에 인가하는 스위치 구동부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 동적 바이어스 변조기는
동작 전압을 인가받고 상기 제1 바이어스 제어 신호에 따라 상기 제1 바이어스 전압을 생성하는 제1 전압 변환기; 및
상기 동작 전압을 인가받고 상기 제2 바이어스 제어 신호에 따라 상기 제2 바이어스 전압을 생성하는 제2 전압 변환기를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 동적 바이어스 변조기는
동작 전압을 인가받고 상기 제1 바이어스 제어 신호에 따라 상기 제1 바이어스 전압을 생성하는 제1 전압 변환기; 및
상기 제1 바이어스 전압을 인가받고 상기 제2 바이어스 제어 신호에 따라 상기 제2 바이어스 전압을 생성하는 제2 전압 변환기를 포함할할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 기준 전압은 평균 출력 전력의 설정치에 따라 증감할 수 있다.
본 발명의 동적 바이어스 변조기 및 이를 이용한 전력 증폭 장치에 따르면, 넓은 전력 영역에서 효율을 개선할 수 있다.
본 발명의 동적 바이어스 변조기 및 이를 이용한 전력 증폭 장치에 따르면, 회로의 복잡도를 최소화하고 선형성을 유지하면서 낮은 출력 전력에서도 효율을 개선할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 바이어스 변조기를 포함하는 전력 증폭 장치를 예시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 바이어스 변조기가 출력하는 제1 및 제2 바이어스 전압들과 평균 출력 전력의 관계를 예시한 그래프이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 바이어스 변조기가 출력하는 제1 및 제2 바이어스 전압들이 출력 RF 신호의 포락선에 따라 가변하는 것을 예시한 그래프들이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 동적 바이어스 변조기를 포함하는 전력 증폭 장치를 예시한 블록도이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 바이어스 변조기를 포함하는 전력 증폭 장치를 예시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 전력 증폭 장치(10)는 포락선 검출기(11), 동적 바이어스 변조기(12), 바이어스 전압 제어부(13), 상향 변환기(14) 및 전력 증폭기(15)를 포함할 수 있다.
포락선 검출기(11)는 기저대역 신호로부터, 또는 실시예에 따라서는 상향 변환된 RF 신호로부터, 포락선 신호(ENV)를 검출할 수 있다. 포락선 검출기(11)는 아날로그적으로 구현될 경우에 단순하게는 직렬 연결된 정류 다이오드와 저역 통과 필터로 구성될 수 있고, 기저대역 신호 또는 RF 신호를 정류 다이오드에 인가하고 저역 통과 필터의 양단에서 포락선 신호(ENV)를 출력할 수 있다. 한편 포락선 검출기(11)는 디지털적으로 구현될 경우에는 기저대역 신호 샘플들의 피크 값들을 보간하여 포락선 신호(ENV)를 생성할 수 있다.
동적 바이어스 변조기(12)는 제1 및 제2 바이어스 제어 신호들(CON1, CON2)에 따라 가변하는 제1 및 제2 바이어스 전압들(VBIAS1, VBIAS2)을 생성하고, 스위칭 제어 신호(CON3)에 따라 제1 바이어스 전압(VBIAS1) 또는 제2 바이어스 전압(VBIAS2) 중 하나를 가변 바이어스 전압(VBIAS)으로서 출력한다. 이때, 제1 바이어스 전압(VBIAS1)은 RF 신호 또는 포락선 신호(ENV)의 특정한 평균 출력 전력 설정치에서 제2 바이어스 전압(VBIAS2)보다 항상 상대적으로 크게 생성된다.
구체적으로, 동적 바이어스 변조기(12)는 포락선 신호(ENV)가 기준 전압(VREF)보다 높을 때로서 예를 들어 논리 HIGH인 스위칭 제어 신호(CON3)가 바이어스 전압 제어부(13)로부터 인가된 때에는 스위치(SW)를 통전하여 제1 바이어스 전압(VBIAS1)을 가변 바이어스 전압(VBIAS)으로서 출력하고, 포락선 신호(ENV)가 기준 전압(VREF)보다 낮을 때로서 예를 들어 논리 LOW인 스위칭 제어 신호(CON3)가 바이어스 전압 제어부(13)로부터 인가된 때에는 스위치(SW)를 차단하고 제1 다이오드(D1)를 통해 제2 바이어스 전압(VBIAS2)을 가변 바이어스 전압(VBIAS)으로서 출력한다.
실시예에 따라, 기준 전압(VREF)은 평균 출력 전력의 크기에 따라 증감할 수 있다.
실시예에 따라, 스위칭 제어 신호(CON3)는 먼저 스위치 구동부(123)에 인가되어 스위치(SW)를 구성하는 트랜지스터의 게이트 단자를 구동할 수 있도록 증폭된 후에 스위치(SW)를 통전하거나 차단할 수 있다.
또한 동적 바이어스 변조기(12)는 동작 전압(VDD)을 인가받고 제1 바이어스 제어 신호(CON1)에 따라 제1 바이어스 전압(VBIAS1)을 생성하는 제1 전압 변환기(121)와, 동작 전압(VDD)을 인가받고 제2 바이어스 제어 신호(CON2)에 따라 제2 바이어스 전압(VBIAS2)을 생성하는 제2 전압 변환기(122)를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 바이어스 전압 제어부(13)는, 전력 증폭 장치(10)에 대해 설정되는 평균 출력 전력 설정치에 따라 제1 및 제2 바이어스 제어 신호들(CON1, CON2)을 생성할 수 있고, 포락선 신호(ENV)와 기준 전압(VREF)을 비교하여 스위칭 제어 신호(CON3)를 생성할 수 있다.
구체적으로, 바이어스 전압 제어부(13)는 예를 들어 룩업 테이블(LUT)을 참조하여, 전력 증폭 장치(10)에 대해 설정되는 평균 출력 전력 설정치가 클수록 제1 및 제2 바이어스 전압들(VBIAS1, VBIAS2)의 크기가 각각 커지도록 제1 및 제2 바이어스 제어 신호들(CON1, CON2)을 생성할 수 있고, 비교기(COMP)에서 포락선 신호(ENV)와 기준 전압(VREF)을 비교하여, 포락선 신호(ENV)가 기준 전압(VREF)보다 크면 활성화되도록 스위칭 제어 신호(CON3)를 생성할 수 있다.
이때, 바이어스 전압 제어부(13)는, 동일한 평균 출력 전력 설정치에서 제1 바이어스 전압(VBIAS1)이 제2 바이어스 전압(VBIAS2)보다 항상 상대적으로 크도록 제1 및 제2 바이어스 제어 신호들(CON1, CON2)을 설정할 수 있다.
다른 실시예에서, 바이어스 전압 제어부(13)는, 포락선 신호(ENV)의 변동치와 전력 증폭 장치(10)에 대해 설정되는 평균 출력 전력 설정치에 따라 제1 및 제2 바이어스 제어 신호들(CON1, CON2)을 생성할 수 있다.
구체적으로, 바이어스 전압 제어부(13)는, 포락선 신호(ENV)의 변동치가 크고 포락선 신호(ENV)의 최대치 및 전력 증폭 장치(10)에 대해 설정되는 평균 출력 전력 설정치가 클수록 제1 바이어스 전압(VBIAS1)의 크기가 커지도록 제1 바이어스 제어 신호(CON1)를 생성할 수 있고, 또한 전력 증폭 장치(10)에 대해 설정되는 평균 출력 전력 설정치가 클수록 제2 바이어스 전압(VBIAS2)의 크기가 커지도록 제2 바이어스 제어 신호(CON2)을 생성할 수 있다.
제1 및 제2 바이어스 제어 신호들(CON1, CON2)은 제1 및 제2 전압 변환기들(121, 122)의 종류와 구조에 따라, 아날로그 전압일 수도 있고 디지털 값일 수도 있다.
예를 들어 제1 및 제2 전압 변환기들(121, 122)이 벅(Buck) 컨버터라면 제1 및 제2 바이어스 제어 신호들(CON1, CON2)은 벅 컨버터 내에서 톱니파와 비교되기 위한 듀티비 제어 기준 전압으로서 아날로그 전압의 형태로 생성될 수 있다.
또는 벅 컨버터로 구현되는 제1 및 제2 전압 변환기들(121, 122)에서, 제1 및 제2 바이어스 제어 신호들(CON1, CON2)은 스위칭 듀티비를 나타내는 디지털 값의 형태로 생성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 바이어스 변조기가 출력하는 제1 및 제2 바이어스 전압들과 평균 출력 전력의 관계를 예시한 그래프이다.
도 2를 참조하면, 점선으로 표시된 그래프는 제1 및 제2 바이어스 전압들(VBIAS1, VBIAS2)이 연속적으로 증감하는 값을 가지도록 설계되는 경우에 제1 및 제2 바이어스 전압들(VBIAS1, VBIAS2)과 평균 출력 전력의 관계를 예시한다.
이러한 관계는, 제1 실시예에서 제1 및 제2 전압 변환기들(121, 122)이 벅 컨버터이고 제1 및 제2 바이어스 제어 신호들(CON1, CON2)이 벅 컨버터 내에서 톱니파와 비교되기 위한 듀티비 제어 기준 전압으로서 아날로그 전압의 형태로 생성되는 경우에 적합할 수 있다.
한편, 실선으로 표시된 그래프는 제1 및 제2 바이어스 전압들(VBIAS1, VBIAS2)이 불연속한 복수 레벨의 값들 중 하나를 가지도록 설계되는 경우에 제1 및 제2 바이어스 전압들(VBIAS1, VBIAS2)과 평균 출력 전력의 관계를 예시한다.
이러한 관계는, 제2 실시예에서 제1 및 제2 전압 변환기들(121, 122)이 벅 컨버터이고 제1 및 제2 바이어스 제어 신호들(CON1, CON2)이 벅 컨버터의 스위칭 듀티비를 나타내는 디지털 값의 형태로 생성되는 경우에 적합할 수 있다.
예를 들어, 도 2에서 제1 및 제2 바이어스 전압들(VBIAS1, VBIAS2)이 각각 네 개 레벨의 값들 중 하나를 가질 수 있으므로, 제1 및 제2 바이어스 제어 신호들(CON1, CON2)은 2 비트의 디지털 신호로 구현될 수 있다.
한편, 종래의 전력 증폭 장치에서는 제1 및 제2 바이어스 전압들은 변하지 않고 고정적으로 출력된다.
다시 도 1로 돌아가서, 상향 변조기(14)는 기저 대역 신호의 I 성분과 Q 성분을 소정의 적절한 변조 방식에 따라 상향 변조하여 RF 신호를 생성한다.
전력 증폭기(15)는 상향 변조기(14)에 의해 상향 변조된 RF 신호를 입력받고 동적 바이어스 변조기(12)로부터 가변적으로 공급되는 가변 바이어스 전압(VBIAS)에 따라 상향 변조된 RF 신호를 전력 증폭하며, 증폭된 RF 신호를 안테나(도시하지 않음)로 출력할 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 바이어스 변조기가 출력하는 제1 및 제2 바이어스 전압들이 출력 RF 신호의 포락선에 따라 가변하는 것을 예시한 그래프들이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 도 1의 동적 바이어스 변조기(12)는 전력 증폭 장치(10)에 대해 설정되는 평균 출력 전력 설정치가 클수록 더 큰 제1 및 제2 바이어스 전압들(VBIAS1, VBIAS2)을 출력한다.
도 3에서, 전력 증폭 장치(10)에 대해 설정되는 평균 출력 전력 설정치가 큰 경우로서, 제1 바이어스 전압(VBIAS1)은 동작 전압(VDD)의 최대치와 같은 전압 레벨로 생성되고, 제2 바이어스 전압(VBIAS2)은 제1 바이어스 전압(VBIAS1)보다 낮은 전압 레벨로 생성된다.
포락선 신호(ENV)가 소정의 기준 전압(VREF)보다 낮으면, 가변 바이어스 전압(VBIAS)은 제2 바이어스 전압(VBIAS2)의 전압 레벨로 출력되고, 포락선 신호(ENV)가 소정의 기준 전압(VREF)보다 높으면, 가변 바이어스 전압(VBIAS)은 제1 바이어스 전압(VBIAS1)의 전압 레벨로 출력된다.
도 4에서, 전력 증폭 장치(10)에 대해 설정되는 평균 출력 전력 설정치가 낮은 경우로서, 제1 바이어스 전압(VBIAS1)은 동작 전압(VDD)의 최대치보다 훨씬 낮은, 예를 들어 동작 전압(VDD)의 절반 정도의 전압 레벨로 생성되고, 제2 바이어스 전압(VBIAS2)은 제1 바이어스 전압(VBIAS1)보다 더 낮은 전압 레벨로 생성된다.
도 3과 마찬가지로 포락선 신호(ENV)가 소정의 기준 전압(VREF)보다 낮으면, 가변 바이어스 전압(VBIAS)은 제2 바이어스 전압(VBIAS2)의 전압 레벨로 출력되고, 포락선 신호(ENV)가 소정의 기준 전압(VREF)보다 높으면, 가변 바이어스 전압(VBIAS)은 제1 바이어스 전압(VBIAS1)의 전압 레벨로 출력된다.
도 4에서, 도 3의 그래프에 비해 포락선 신호(ENV)가 기준 전압(VREF)보다 높을 때에도 가변 바이어스 전압(VBIAS)의 전압 레벨이 포락선 신호(ENV)에 비해 아주 높지 않기 때문에, 전력 증폭 장치(10)의 전력 효율이 개선된다.
도 4에서 예시되듯이, 종래의 전력 증폭 장치에서는 가변 바이어스 전압은 최대 레벨(VDD)의 바이어스 전압과 낮은 바이어스 전압 중 하나로 출력되므로, 포락선 신호(ENV)의 폭이 작을 때에도 전력 증폭 장치가 최대 레벨의 바이어스 전압으로 구동되어 전력 증폭 장치의 전력 효율이 낮았다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 동적 바이어스 변조기를 포함하는 평균 전력 증폭 장치를 예시한 블록도이다.
도 5를 참조하면, 전력 증폭 장치(50)는 포락선 검출기(51), 동적 바이어스 변조기(52), 바이어스 전압 제어부(53), 상향 변환기(54) 및 전력 증폭기(55)를 포함할 수 있다.
도 5에 예시된 전력 증폭 장치(50)의 포락선 검출기(51), 바이어스 전압 제어부(53), 상향 변환기(54) 및 전력 증폭기(55)의 각각은 도 1에 예시된 전력 증폭 장치(10)의 포락선 검출기(11), 바이어스 전압 제어부(13), 상향 변환기(14) 및 전력 증폭기(15)의 각각과 동작 또는 구조 면에서 실질적으로 유사할 수 있으므로, 설명을 생략한다.
동적 바이어스 변조기(52)는 제1 및 제2 바이어스 제어 신호들(CON1, CON2)에 따라 가변하는 제1 및 제2 바이어스 전압들(VBIAS1, VBIAS2)을 생성하고, 스위칭 제어 신호(SW)에 따라 제1 바이어스 전압(VBIAS1) 또는 제2 바이어스 전압(VBIAS2) 중 하나를 가변 바이어스 전압(VBIAS)으로서 출력한다. 이때, 제1 바이어스 전압(VBIAS1)은 포락선 신호(ENV)의 특정한 평균 출력 전력 설정치에서 제2 바이어스 전압(VBIAS2)보다 항상 상대적으로 크다.
구체적으로, 동적 바이어스 변조기(52)는 포락선 신호(ENV)가 기준 전압(VREF)보다 높을 때로서 예를 들어 논리 HIGH인 스위칭 제어 신호(CON3)가 바이어스 전압 제어부(53)로부터 인가된 때에는 스위치(SW)를 통전하여 제1 바이어스 전압(VBIAS1)을 가변 바이어스 전압(VBIAS)으로서 출력하고, 포락선 신호(ENV)가 기준 전압(VREF)보다 낮을 때로서 예를 들어 논리 LOW인 스위칭 제어 신호(CON3)가 바이어스 전압 제어부(53)로부터 인가된 때에는 스위치(SW)를 차단하고 제1 다이오드(D1)를 통해 제2 바이어스 전압(VBIAS2)을 가변 바이어스 전압(VBIAS)으로서 출력한다.
실시예에 따라, 기준 전압(VREF)은 평균 출력 전력의 크기에 따라 증감할 수 있다.
실시예에 따라, 스위칭 제어 신호(CON3)는 먼저 스위치 구동부(123)에 인가되어 스위치(SW)를 구성하는 트랜지스터의 게이트 단자를 구동할 수 있도록 증폭된 후에 스위치(SW)를 통전하거나 차단할 수 있다.
또한 동적 바이어스 변조기(52)는 동작 전압(VDD)을 인가받고 제1 바이어스 제어 신호(CON1)에 따라 제1 바이어스 전압(VBIAS1)을 생성하는 제1 전압 변환기(521)와, 제1 바이어스 전압(VBIAS1)을 인가받고 제2 바이어스 제어 신호(CON2)에 따라 제2 바이어스 전압(VBIAS2)을 생성하는 제2 전압 변환기(522)를 포함할 수 있다.
본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.
10, 50 전력 증폭 장치
11, 51 포락선 검출기
12, 52 동적 바이어스 변조기
121, 521 제1 전압 변환기
122, 522 제2 전압 변환기
123, 523 스위칭 구동부
13, 53 바이어스 전압 제어부
14, 54 상향 변환기
15, 55 전력 증폭기

Claims (8)

  1. 제1 및 제2 바이어스 제어 신호들에 따라 가변하는 제1 및 제2 바이어스 전압들을 생성하고, 스위칭 제어 신호에 따라 상기 제1 바이어스 전압 또는 상기 제2 바이어스 전압 중 하나를 가변 바이어스 전압으로서 출력하는 동적 바이어스 변조기;
    상기 가변 바이어스 전압에 따라 바이어스되며, RF 신호를 전력 증폭하여 안테나로 출력하는 전력 증폭기; 및
    전력 증폭 장치에 대해 설정되는 평균 출력 전력 설정치가 클수록 상기 제1 및 제2 바이어스 전압들의 크기가 각각 커지도록 상기 제1 및 제2 바이어스 제어 신호들을 생성하고, 상기 RF 신호의 포락선이 기준 전압보다 크면 활성화되도록 상기 스위칭 제어 신호를 생성하는 바이어스 전압 제어부를 포함하는 전력 증폭 장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 바이어스 전압은 상기 RF 신호의 특정한 평균 출력 전력 설정치에서 상기 제2 바이어스 전압보다 항상 상대적으로 크게 생성되는 것을 특징으로 하는 전력 증폭 장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 동적 바이어스 변조기는 상기 스위칭 제어 신호에 의해 상기 제1 바이어스 전압의 출력을 제어하는 스위치 및 상기 제2 바이어스 전압을 일방향적으로 출력하는 다이오드를 포함하고,
    상기 포락선이 상기 기준 전압보다 높을 때의 스위칭 제어 신호가 상기 바이어스 전압 제어부로부터 인가된 때에는 상기 스위치를 통전하여 상기 제1 바이어스 전압을 상기 가변 바이어스 전압으로서 출력하고, 상기 포락선이 상기 기준 전압보다 낮을 때의 스위칭 제어 신호가 상기 바이어스 전압 제어부로부터 인가된 때에는 상기 스위치를 차단하고 상기 다이오드를 통해 상기 제2 바이어스 전압을 상기 가변 바이어스 전압으로서 출력하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭 장치.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 동적 바이어스 변조기는
    상기 스위칭 제어 신호를 증폭하여 상기 스위치에 인가하는 스위치 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭 장치.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 동적 바이어스 변조기는
    동작 전압을 인가받고 상기 제1 바이어스 제어 신호에 따라 상기 제1 바이어스 전압을 생성하는 제1 전압 변환기; 및
    상기 동작 전압을 인가받고 상기 제2 바이어스 제어 신호에 따라 상기 제2 바이어스 전압을 생성하는 제2 전압 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭 장치.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 동적 바이어스 변조기는
    동작 전압을 인가받고 상기 제1 바이어스 제어 신호에 따라 상기 제1 바이어스 전압을 생성하는 제1 전압 변환기; 및
    상기 제1 바이어스 전압을 인가받고 상기 제2 바이어스 제어 신호에 따라 상기 제2 바이어스 전압을 생성하는 제2 전압 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭 장치.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 기준 전압은 평균 출력 전력의 설정치에 따라 증감하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭 장치.
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