KR102127814B1 - 전력 증폭기 및 전력 증폭기의 바이어싱 방법 - Google Patents

전력 증폭기 및 전력 증폭기의 바이어싱 방법 Download PDF

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KR102127814B1 KR1020150077931A KR20150077931A KR102127814B1 KR 102127814 B1 KR102127814 B1 KR 102127814B1 KR 1020150077931 A KR1020150077931 A KR 1020150077931A KR 20150077931 A KR20150077931 A KR 20150077931A KR 102127814 B1 KR102127814 B1 KR 102127814B1
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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 증폭기는, 입력 신호를 증폭시키는 증폭부; 및 증폭부에 전압 또는 전류를 제공하여 바이어싱(biasing)하는 바이어싱부; 를 포함하고, 바이어싱부는 온도에 기초하여 일정 온도변화에 따른 제공전압의 변화 값(dV/dT) 또는 일정 온도변화에 따른 제공전류의 변화 값(dI/dT)을 제어함으로써, 넓은 온도 범위에서 온도에 둔감해질 수 있다.

Description

전력 증폭기 및 전력 증폭기의 바이어싱 방법{Power amplifier and method for biasing in power amplifier}
본 발명은 전력 증폭기 및 전력 증폭기의 바이어싱 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전력 증폭기(Power Amplifier, PA)는 특정 전압 또는 특정 전류를 제공 받아 동작할 수 있다. 여기서, 특정 전압 또는 특정 전류가 변할 경우, 상기 전력 증폭기의 이득 또는 출력전력이 변할 수 있다.
상기 전력 증폭기에 포함된 소자들은 온도에 따라 특성이 변할 수 있으므로, 상기 전력 증폭기에 제공되는 전압 또는 전류도 온도에 따라 변할 수 있다. 따라서, 전력 증폭기가 온도에 둔감한 전압 또는 전류를 제공받음으로써, 전력 증폭기의 특성이 온도에 둔감해질 수 있다.
그러나, 온도 변화에 따른 전력 증폭기의 특성 변화 정도는 온도 구간에 따라 달라질 수 있다. 즉, 온도 변화에 따른 전력 증폭기의 특성 변화 정도에 있어서, 저온에서 상온까지의 온도 구간과 상온에서 고온까지의 온도 구간은 서로 다를 수 있다. 이에 따라, 상기 전력 증폭기의 온도 커버 범위가 제한될 수 있다는 문제점이 있다.
본 발명의 일 실시 예는, 전력 증폭기 및 전력 증폭기의 바이어싱 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 증폭기는, 입력 신호를 증폭시키는 증폭부; 및 상기 증폭부에 접속되고, 상기 증폭부에 전압 또는 전류를 제공하여 바이어싱(biasing)하는 바이어싱부; 를 포함하고, 상기 바이어싱부는 제1전압을 제공하는 제1전압원과, 상기 제1전압원의 일정 온도변화에 따른 전압의 변화 값과 다른 일정 온도변화에 따른 전압의 변화 값을 가지는 제2전압을 제공하는 제2전압원을 포함하고, 상기 제1전압원의 전압이 상기 제2전압원의 전압보다 더 클 경우의 일정 온도변화에 따른 변화 값과 상기 제2전압원의 전압이 상기 제1전압원의 전압보다 더 클 경우의 일정 온도변화에 따른 변화 값이 임계적으로 다르도록 임계온도를 가지는 바이어싱 전압 또는 바이어싱 전류를 상기 증폭부로 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 증폭기의 바이어싱 방법은, 제1전압을 제공하는 제1전압 제공단계; 제2전압을 제공하는 제2전압 제공단계; 및 상기 제1전압이 상기 제2전압보다 더 클 경우의 일정 온도변화에 따른 변화 값과 상기 제2전압이 상기 제1전압보다 더 클 경우의 일정 온도변화에 따른 변화 값이 임계적으로 다르도록 임계온도가 설정된 바이어싱 전압 또는 바이어싱 전류를 전력 증폭기에 제공하는 바이어스 전압 제공단계; 를 포함하고, 상기 제1전압의 일정 온도변화에 따른 전압의 변화 값은 상기 제2전압의 일정 온도변화에 따른 전압의 변화 값과 다를 수 있다.
예를 들어, 상기 제1전압의 일정 온도변화에 따른 전압의 변화 값은 0이고, 상기 제2전압은 온도변화에 따라 선형적으로 변할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 증폭기는, 넓은 온도 범위에서 온도에 둔감해질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 증폭기를 나타낸 개념도이다.
도 2는 도 1의 전력 증폭기를 세분화한 개념도이다.
도 3은 도 1의 전력 증폭기의 예시한 회로도이다.
도 4는 도 3의 전력 증폭기의 온도에 따른 전압 또는 전류를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 증폭기의 바이어싱 방법을 나타낸 순서도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 증폭기를 나타낸 개념도이다.
도 1을 참조하면, 상기 전력 증폭기(100)는, 증폭부(110) 및 바이어싱부(120)를 포함할 수 있다.
증폭부(110)는, 입력 신호를 증폭시킬 수 있다. 여기서, 입력 신호는 입력단(RF IN)을 통해 입력될 수 있다. 상기 증폭부(110)에 의해 증폭된 신호는 출력단(RF OUT)을 통해 출력될 수 있다. 예를 들어, 출력단(RF OUT)은 안테나(미도시)와 연결될 수 있다.
바이어싱부(120)는, 증폭부(110)에 접속되고 증폭부(110)에 전압 또는 전류를 제공하여 바이어싱(biasing)할 수 있다. 여기서, 바이어싱은 특정 블록 또는 소자에 바이어스 전류가 흐르거나 바이어스 전압이 걸리도록 특정 값의 전류 또는 전압을 제공하는 것을 의미한다.
또한, 상기 바이어싱부(120)는 온도에 기초하여 일정 온도변화에 따른 제공전압의 변화 값(dV/dT) 또는 일정 온도변화에 따른 제공전류의 변화 값(dI/dT)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 전력 증폭기(100)의 동작 온도가 저온에서 상온까지의 온도 구간에 속할 경우, 상기 바이어싱부(120)에서 제공되는 전압은 일정 온도변화에 따른 제공전압의 변화 값(dV/dT)이 작은 특성을 가질 수 있다. 마찬가지로, 전력 증폭기(100)의 동작 온도가 상온에서 고온까지의 온도 구간에 속할 경우, 상기 바이어싱부(120)에서 제공되는 전압은 일정 온도변화에 따른 제공전압의 변화 값(dV/dT)이 큰 특성을 가질 수 있다.
예를 들어, 증폭부(110)는 저온에서 상온까지의 온도 구간에서 온도에 둔감하고, 상온에서 고온까지의 온도 구간에서 온도에 민감할 수 있다. 여기서, 상온에서 고온까지의 온도 구간에서 온도에 민감한 전류 또는 전압이 증폭부(110)에 제공될 경우, 증폭부(110)의 온도에 대한 특성과 상기 증폭부(110)에 제공되는 전압 또는 전류의 온도에 대한 특성은 서로 상쇄될 수 있다. 이에 따라, 증폭부(110)는 저온에서 고온까지의 온도 구간에서 온도에 둔감해질 수 있다.
도 2는 도 1의 전력 증폭기를 세분화한 개념도이다.
도 2를 참조하면, 바이어싱부(120)는, 전압 바이어싱부(130) 및 전류 바이어싱부(140)를 포함할 수 있다.
전압 바이어싱부(130)는, 온도에 기초하여 일정 온도변화에 따른 제공전압의 변화 값이 결정되는 전압을 제공할 수 있다.
전류 바이어싱부(140)는, 상기 전압 바이어싱부(130)에서 제공되는 전압을 전류로 변환하여 변환된 전류를 제공할 수 있다.
여기서, 전압 바이어싱부(130)에서 제공되는 전압의 온도 특성과 전류 바이어싱부(140)에서 제공되는 전류의 온도 특성은 서로 동일할 수 있다.
예를 들어, 증폭부(110)는 전압 바이어싱부(130)를 통해 바이어스 전압을 제공받을 수 있고, 전류 바이어싱부(140)를 통해 바이어스 전류를 제공받을 수 있다.
도 3은 도 1의 전력 증폭기의 예시한 회로도이다.
도 3을 참조하면, 전압 바이어싱부(130)는, 제1전압(Vin1)을 제공하는 제1전압원(121), 제2전압(Vin2)을 제공하는 제2전압원(122), 제3전압(Vin3)을 제공하는 제3전압원(123), 제1연산 증폭단(124) 및 적어도 하나의 저항(R)을 포함할 수 있다.
제1연산 증폭단(124)는, 제1단자가 제1전압원(121)에 접속되고, 제2단자가 제2전압원(122)에 접속되어, 상기 제1단자의 전압과 상기 제2단자의 전압의 차이 전압을 증폭하여 제3단자로 출력할 수 있다. 또한, 제1연산 증폭단(124)의 제3단자는 상기 제1단자 또는 상기 제2단자에 접속되고, 제3전압원(123)에 접속될 수 있다.
상기 제1연산 증폭단(124)의 이득이 클 경우, 상기 제1연산 증폭단(124)의 제3단자의 전압(Vx)는 제2전압(Vin2)에서 제1전압(Vin1)을 감산한 전압일 수 있다.
여기서, 상기 제1전압(Vin1)의 일정 온도변화에 따른 전압의 변화 값은 상기 제2전압(Vin2)의 일정 온도변화에 따른 전압의 변화 값과 다를 수 있다. 이에 따라, 바이어싱부(120)에서 증폭부에 제공되는 전압은 임계온도가 설정될 수 있다. 임계온도보다 낮은 온도구간의 온도에 대한 공통특성과 임계온도보다 높은 온도구간의 온도에 대한 공통특성은 서로 달라질 수 있다.
여기서, 임계온도는 상기 제1전압(Vin1)과 상기 제2전압(Vin2)이 동일할 때의 온도를 의미한다. 따라서, 상기 제1전압(Vin1)과 상기 제2전압(Vin2)의 특성이 조절됨으로써, 임계온도가 설정될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1전압(Vin1)의 일정 온도변화에 따른 전압의 변화 값은 0이고, 상기 제2전압(Vin2)은 온도변화에 따라 선형적으로 변할 수 있다. 이에 따라, 바이어싱부(120)에서 증폭부에 제공되는 전압의 온도 특성은 용이하게 예측될 수 있고, 바이어싱부(120)의 구성이 간단해질 수 있다.
한편, 제1연산 증폭단(124)은 적어도 하나의 저항(R)과 조합되어 (비)반전 증폭기로 동작할 수 있다. 예를 들어, 저항(R)의 개수는 복수일 수 있고, 복수의 저항(R)의 저항값은 모두 동일할 수 있다.
도 3을 참조하면, 전류 바이어싱부(140)는, 제2연산 증폭단(141) 및 적어도 하나의 트랜지스터(142)를 포함할 수 있다.
제2연산 증폭단(141)은, 전압 바이어싱부(130)에 접속되어, 제1단자의 전압과 제2단자의 전압의 차이 전압을 증폭하여 제3단자로 출력할 수 있다.
예를 들어, 상기 제2연산 증폭단(141)은 제1단자가 전압 바이어싱부(130)에 접속되고, 제2단자가 적어도 하나의 트랜지스터(142)의 드레인 단자에 접속되고, 제3단자가 적어도 하나의 트랜지스터(142)의 게이트 단자에 접속될 수 있다.
적어도 하나의 트랜지스터(142)는, 게이트 단자가 상기 제2연산 증폭단에 접속되고, 소스 단자와 드레인 단자의 사이에서 흐르는 전류를 증폭부로 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 적어도 하나의 트랜지스터(142)의 소스 단자와 드레인 단자의 사이에서 흐르는 전류는 커런트 미러 회로를 통해 미러링(mirroring)될 수 있고, 미러링된 전류가 증폭부에 제공될 수 있다.
도 4는 도 3의 전력 증폭기의 온도에 따른 전압 또는 전류를 나타낸 그래프이다.
도 4를 참조하면, (a)그래프는 온도에 따른 제1전압(Vin1) 및 제2전압(Vin2)을 나타내고, (b)그래프는 온도에 따른 제1연산 증폭단의 제3단자 전압(Vx) 및 제3전압(Vin3)을 나타내고, (c)그래프는 온도에 따른 제2연산 증폭단의 제2단자의 전압(Vy) 및 트랜지스터의 출력전류(Iout)을 나타낸다.
여기서, 온도변화에 따라 선형적으로 변하는 제2전압(Vin2)에서 일정 온도변화에 따른 전압의 변화 값은 0인 제1전압(Vin1)을 감산한 전압인 제1연산 증폭단의 제3단자 전압(Vx)은 임계온도가 설정될 수 있다는 것이 확인될 수 있다.
또한, 제1연산 증폭단의 제3단자 전압(Vx)과 제3전압(Vin3)의 연산을 통해 제2연산 증폭단의 제2단자의 전압(Vy) 및 트랜지스터의 출력전류(Iout)가 결정될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 증폭기의 바이어싱 방법을 설명한다. 상기 바이어싱 방법은 도 1을 참조하여 상술한 전력 증폭기(100)에서 수행될 수 있으므로, 상술한 설명과 동일하거나 그에 상응하는 내용에 대해서는 중복적으로 설명하지 아니한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 증폭기의 바이어싱 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5를 참조하면, 상기 바이어싱 방법은 제1전압을 제공하는 제1전압 제공단계(S10), 제2전압을 제공하는 제2전압 제공단계(S20) 및 바이어스 전압 제공단계(S30)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 바이어싱 방법은 전력 증폭기의 내부 제어 회로를 통해 자체적으로 수행될 수 있고, 외부 제어 회로에 의해 수행될 수도 있다.
바이어스 전압 제공단계(S30)에서의 전력 증폭기는, 제1전압 및 제2전압을 기초로 생성되고, 온도에 기초하여 일정 온도변화에 따른 제공전압의 변화 값이 결정되는 바이어스 전압을 제공받을 수 있다.
여기서, 상기 제1전압의 일정 온도변화에 따른 전압의 변화 값은 상기 제2전압의 일정 온도변화에 따른 전압의 변화 값과 다를 수 있다. 예를 들어, 상기 제1전압의 일정 온도변화에 따른 전압의 변화 값은 0이고, 상기 제2전압은 온도변화에 따라 선형적으로 변할 수 있다.
이상에서는 본 발명을 실시 예로써 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.
100: 전력 증폭기 110: 증폭부
120: 바이어싱부 130: 전압 바이어싱부
131: 제1전압원 132: 제2전압원
133: 제3전압원 134: 제1연산 증폭단
140: 전류 바이어싱부 141: 제2연산 증폭단
142: 트랜지스터
S10: 제1전압 제공단계 S20: 제2전압 제공단계
S30: 바이어스 전압 제공단계

Claims (8)

  1. 입력 신호를 증폭시키는 증폭부; 및
    상기 증폭부에 접속되고, 상기 증폭부에 전압 또는 전류를 제공하여 바이어싱(biasing)하는 바이어싱부; 를 포함하고,
    상기 바이어싱부는 제1전압을 제공하는 제1전압원과, 상기 제1전압원의 일정 온도변화에 따른 전압의 변화 값과 다른 일정 온도변화에 따른 전압의 변화 값을 가지는 제2전압을 제공하는 제2전압원을 포함하고, 상기 제1전압원의 전압이 상기 제2전압원의 전압보다 더 클 경우의 일정 온도변화에 따른 변화 값과 상기 제2전압원의 전압이 상기 제1전압원의 전압보다 더 클 경우의 일정 온도변화에 따른 변화 값이 임계적으로 다르도록 임계온도를 가지는 바이어싱 전압 또는 바이어싱 전류를 상기 증폭부로 제공하는 전력 증폭기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 바이어싱부는,
    제1단자가 상기 제1전압원에 접속되고, 제2단자가 상기 제2전압원에 접속되어, 상기 제1단자의 전압과 상기 제2단자의 전압의 차이 전압을 증폭하여 제3단자로 출력하는 제1연산 증폭단; 을 포함하고,
    상기 제3단자는 상기 제1단자 또는 상기 제2단자에 접속되는 전력 증폭기.
  3. 입력 신호를 증폭시키는 증폭부; 및
    상기 증폭부에 접속되고, 상기 증폭부에 전압 또는 전류를 제공하여 바이어싱(biasing)하는 바이어싱부; 를 포함하고,
    상기 바이어싱부는 온도에 기초하여 일정 온도변화에 따른 제공전압의 변화 값 또는 일정 온도변화에 따른 제공전류의 변화 값을 제어하고,
    상기 바이어싱부는,
    제1전압을 제공하는 제1전압원;
    제2전압을 제공하는 제2전압원; 및
    제1단자가 상기 제1전압원에 접속되고, 제2단자가 상기 제2전압원에 접속되어, 상기 제1단자의 전압과 상기 제2단자의 전압의 차이 전압을 증폭하여 제3단자로 출력하는 제1연산 증폭단; 을 포함하고,
    상기 제3단자는 상기 제1단자 또는 상기 제2단자에 접속되고,
    상기 제1전압의 일정 온도변화에 따른 전압의 변화 값은 상기 제2전압의 일정 온도변화에 따른 전압의 변화 값과 다르고,
    상기 제1전압의 일정 온도변화에 따른 전압의 변화 값은 0이고,
    상기 제2전압은 온도변화에 따라 선형적으로 변하는 전력 증폭기.
  4. 입력 신호를 증폭시키는 증폭부; 및
    상기 증폭부에 접속되고, 상기 증폭부에 전압 또는 전류를 제공하여 바이어싱(biasing)하는 바이어싱부; 를 포함하고,
    상기 바이어싱부는 온도에 기초하여 일정 온도변화에 따른 제공전압의 변화 값 또는 일정 온도변화에 따른 제공전류의 변화 값을 제어하고,
    상기 바이어싱부는,
    제1전압을 제공하는 제1전압원;
    제2전압을 제공하는 제2전압원; 및
    제1단자가 상기 제1전압원에 접속되고, 제2단자가 상기 제2전압원에 접속되어, 상기 제1단자의 전압과 상기 제2단자의 전압의 차이 전압을 증폭하여 제3단자로 출력하는 제1연산 증폭단; 을 포함하고,
    상기 제3단자는 상기 제1단자 또는 상기 제2단자에 접속되고,
    상기 제1전압의 일정 온도변화에 따른 전압의 변화 값은 상기 제2전압의 일정 온도변화에 따른 전압의 변화 값과 다르고,
    상기 바이어싱부는,
    상기 제1연산 증폭단의 제3단자에 접속되어, 제3전압을 제공하는 제3전압원; 및
    상기 제3전압원과 상기 제1연산 증폭단과의 사이에 연결되는 적어도 하나의 저항; 을 더 포함하는 전력 증폭기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 바이어싱부는,
    상기 바이어싱 전압을 상기 증폭부로 제공하는 전압 바이어싱부; 및
    상기 바이어싱 전압을 상기 바이어싱 전류로 변환하여 상기 증폭부로 제공하는 전류 바이어싱부; 를 포함하는 전력 증폭기.
  6. 제5항에 있어서, 상기 전류 바이어싱부는,
    상기 전압 바이어싱부에 접속되어, 제1단자의 전압과 제2단자의 전압의 차이 전압을 증폭하여 제3단자로 출력하는 제2연산 증폭단; 및
    게이트 단자가 상기 제2연산 증폭단에 접속되고, 소스 단자와 드레인 단자의 사이에서 흐르는 전류를 상기 증폭부로 제공하는 적어도 하나의 트랜지스터; 를 포함하고,
    상기 제2연산 증폭단은 제1단자가 상기 전압 바이어싱부에 접속되고, 제2단자가 상기 적어도 하나의 트랜지스터의 드레인 단자에 접속되고, 제3단자가 상기 적어도 하나의 트랜지스터의 게이트 단자에 접속되는 전력 증폭기.
  7. 제1전압을 제공하는 제1전압 제공단계;
    제2전압을 제공하는 제2전압 제공단계; 및
    상기 제1전압이 상기 제2전압보다 더 클 경우의 일정 온도변화에 따른 변화 값과 상기 제2전압이 상기 제1전압보다 더 클 경우의 일정 온도변화에 따른 변화 값이 임계적으로 다르도록 임계온도가 설정된 바이어싱 전압 또는 바이어싱 전류를 전력 증폭기에 제공하는 바이어스 전압 제공단계; 를 포함하고,
    상기 제1전압의 일정 온도변화에 따른 전압의 변화 값은 상기 제2전압의 일정 온도변화에 따른 전압의 변화 값과 다른 전력 증폭기의 바이어싱 방법.
  8. 제1전압을 제공하는 제1전압 제공단계;
    제2전압을 제공하는 제2전압 제공단계; 및
    상기 제1전압 및 제2전압을 이용하여, 온도에 기초하여 일정 온도변화에 따른 제공전압의 변화 값이 결정되는 바이어스 전압을 전력 증폭기에 제공하는 바이어스 전압 제공단계; 를 포함하고,
    상기 제1전압의 일정 온도변화에 따른 전압의 변화 값은 상기 제2전압의 일정 온도변화에 따른 전압의 변화 값과 다르고,
    상기 제1전압의 일정 온도변화에 따른 전압의 변화 값은 0이고,
    상기 제2전압은 온도변화에 따라 선형적으로 변하는 전력 증폭기의 바이어싱 방법.
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