KR102163048B1 - 전력 증폭기 및 전력 증폭기의 전류 제한 방법 - Google Patents

전력 증폭기 및 전력 증폭기의 전류 제한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 증폭기는, 입력 신호를 증폭시키는 증폭부; 저항값이 변하는 센싱부; 및 증폭부에 전류를 제공하여 바이어싱(biasing)하는 바이어싱부; 를 포함하고, 센싱부는 증폭부의 바이어스에 기초하여 바이어싱부에 의해 증폭부에 제공되는 전류를 변경시킴으로써, 과전류의 발생빈도를 줄일 수 있다.

Description

전력 증폭기 및 전력 증폭기의 전류 제한 방법{Power amplifier and method for limiting current in power amplifier}
본 발명은 전력 증폭기 및 전력 증폭기의 전류 제한 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 대신호(large signal)를 증폭시키는 전력 증폭기(Power Amplifier, PA)는 큰 전류를 소모할 수 있다. 또한 수 와트(W)의 대신호를 출력하기 위하여, 전력 증폭기의 출력 임피던스는 낮아질 필요가 있다.
그러나 전력 증폭기의 출력 임피던스가 낮은 경우, 출력 임피던스는 동작 환경이 조금만 변하더라도 크게 변할 수 있다. 출력 임피던스의 변동이 심할수록, 전력 증폭기에 과전류가 흐르는 빈도는 높아질 수 있다.
전력 증폭기에서 발생되는 과전류는 전력 증폭기에 포함된 소자들을 손상시킬 수 있으므로, 전력 증폭기에 허용치 이상의 과전류가 흐르지 못하도록 차단하는 수단이 요구된다.
일본 공개특허공보 특개2005-064658호
본 발명의 일 실시 예는, 전력 증폭기 및 전력 증폭기의 전류 제한 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 증폭기는, 신호를 증폭시키는 증폭부; 증폭부의 바이어스를 감지하는 센싱부; 및 증폭부에 바이어싱(biasing)하는 바이어싱부; 를 포함하고, 센싱부는 증폭부의 바이어스에 기초하여 바이어싱부에 의해 증폭부에 제공되는 전류를 변경시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 증폭기는, 입력 신호를 증폭시키는 제1증폭부; 증폭된 신호를 증폭시키는 제2증폭부; 증폭부의 바이어스를 감지하는 센싱부; 및 제1증폭부에 전류를 제공하여 바이어싱(biasing)하는 바이어싱부; 를 포함하고, 센싱부는 제2증폭부의 바이어스에 기초하여 바이어싱부에 의해 제1증폭부에 제공되는 전류를 변경시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 증폭기의 전류 제한 방법은, 전력 증폭기의 동작을 위한 전류를 제공하는 전류 제공단계; 전력 증폭기가 동작할 때의 전류를 감지하는 전류 감지단계; 및 감지된 전류의 값이 기 설정된 값보다 큰 경우, 전력 증폭기의 바이어스를 감지하는 센싱부를 이용하여 전력 증폭기에 제공되는 전류의 일부가 싱크(sink)되도록 전류를 분배하는 전류 분배단계; 를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 증폭기는, 전력 증폭기에 허용치 이상의 과전류가 흐르지 못하도록 차단할 수 있어 소자들의 손상확률을 줄일 수 있다.
또한 상기 전력 증폭기는, 최대전류를 정밀하게 제어할 수 있고, 내부 소자들의 최대전류 규격이나 통신 규격에 최적화시켜 설계될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 증폭기를 나타낸 개념도이다.
도 2는 도 1의 전력 증폭기를 예시한 회로도이다.
도 3은 도 2의 전력 증폭기의 동작을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2의 전력 증폭기의 전류 제한 동작을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 증폭기를 나타낸 개념도이다.
도 6은 도 5의 전력 증폭기를 예시한 회로도이다.
도 7은 도 6의 전력 증폭기의 동작을 나타낸 도면이다.
도 8는 도 6의 전력 증폭기의 전류 제한 동작을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 증폭기에 포함된 제1저항 또는 제2저항의 저항값에 따라 증폭부에 흐르는 전류를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 증폭기의 전류 제한 방법을 나타낸 순서도이다.
도 11은 도 10의 전류 제한 방법을 예시한 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), 센싱부(120) 및 바이어싱부(130)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.
센싱부(120)는, 증폭부(110)에 연결되어 증폭부(110)의 바이어스를 감지할 수 있다. 예를 들어, 상기 센싱부(120)는 증폭부(110)의 바이어스 전류 또는 바이어스 전압에 따라 흐르는 전류가 변경되는 다이오드 및 트랜지스터 등의 반도체 소자를 포함할 수 있다.
또한, 상기 센싱부(120)는 증폭부(110)의 바이어스에 기초하여 바이어싱부(130)에 의해 증폭부(110)에 제공되는 전류의 값을 변경시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 센싱부(120)는 증폭부(110)의 바이어스 전류의 값이 클수록 바이어싱부(130)에 의해 증폭부(110)에 제공되는 전류의 값이 작아지게 할 수 있다.
바이어싱부(130)는, 센싱부(120)에 연결되고, 증폭부(110)에 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.
상기 바이어싱부(130)에서 증폭부(110)에 제공하는 전류 또는 전압은 센싱부(120)가 감지한 바이어스에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어 상기 바이어싱부(130)에서 증폭부(110)에 제공하는 전류가 작아질 경우, 상기 바이어싱부(130)에서 접지로 흐르는 전류는 커질 수 있다. 즉, 센싱부(120)의 상태에 따라 상기 바이어싱부(130)의 전류 또는 전압 분배는 달라질 수 있다.
이에 따라, 전력 증폭기(100)는 전력 증폭기에 허용치 이상의 과전류가 흐르지 못하도록 차단할 수 있어 소자들의 손상확률을 줄일 수 있다.
도 2는 도 1의 전력 증폭기를 예시한 회로도이다.
도 2를 참조하면, 증폭부(110)는 제1증폭단(111) 및 제2증폭단(112)를 포함할 수 있다.
제1증폭단(111)은, 입력 신호를 증폭시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 제1증폭단(111)은 소신호를 제2증폭단(112)의 증폭범위내의 크기로 증폭시키는 구동 증폭단(Driving Amplifier, DA)일 수 있다.
제2증폭단(112)는, 제1증폭단(111)에서 증폭된 신호를 증폭시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 제2증폭단(112)에 의해 증폭된 신호는 수 와트(W)의 대신호일 수 있으므로, 상기 제2증폭단(112)에는 과전류가 흐를 수 있다. 전력 증폭기(100)는 상기 제2증폭단(112)에 과전류가 흐르는 빈도를 줄일 수 있다.
예를 들어, 상기 제2증폭단(112)는 베이스 단자에 입력되는 신호를 증폭시켜 콜렉터 단자로 출력하는 적어도 하나의 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT)를 포함할 수 있다. 여기서, 바이폴라 접합 트랜지스터의 베이스 단자에 흐르는 전류와 바이폴라 접합 트랜지스터의 콜렉터에 흐르는 단자에 흐르는 전류는 서로 비례관계일 수 있다. 따라서, 센싱부가 바이폴라 접합 트랜지스터의 베이스 단자의 바이어스 전류를 감지함으로써, 상기 제2증폭단(112)의 콜렉터 단자에 흐르는 과전류가 감지될 수 있다.
도 2를 참조하면, 센싱부(120)는 제1저항(121), 제2저항(122) 및 다이오드(123)를 포함할 수 있다.
제1저항(121)는, 제2증폭단(112)와 다이오드(123)의 사이에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제2증폭단(112)의 베이스 단자에 흐르는 전류는 상기 제2저항(121)에도 흐를 수 있다. 상기 제1저항(121)의 저항값과 상기 제1저항(121)에 흐르는 전류의 곱에 해당되는 전압이 상기 제1저항(121)의 양쪽 단자 사이에 걸릴 수 있다.
제2저항(122)는, 다이오드(123)와 바이어싱부(130)의 사이에 연결될 수 있다. 상기 제2저항(122)의 저항값과 상기 제2저항(122)에 흐르는 전류의 곱에 해당되는 전압이 상기 제2저항(122)의 양쪽 단자 사이에 걸릴 수 있다.
다이오드(123)는, 증폭부(110)의 바이어스에 기초한 전류가 흐를 수 있다. 예를 들어, 상기 다이오드(123)에 걸리는 전압이 문턱전압보다 작을 경우, 상기 다이오드(123)에 흐르는 전류는 작을 수 있다. 예를 들어, 상기 다이오드(123)에 걸리는 전압이 문턱전압보다 클 경우, 상기 다이오드(123)에 흐르는 전류는 복수의 단자 사이에 걸리는 전압이 클수록 커질 수 있다. 즉, 상기 다이오드(123)에 흐르는 전류는 제1저항(121), 제2저항(122) 및 센싱부(120)에 흐르는 전류에 의해 결정되는 DC전압에 기초하여 결정될 수 있다.
한편, 상기 다이오드(123)는 베이스 단자와 콜렉터 단자가 연결된 트랜지스터로 구현될 수 있고, 게이트 단자와 드레인 단자가 연결된 전계 효과 트랜지스터로 구현될 수도 있다. 따라서, 상기 다이오드(123)가 하나의 pn접합에 의해 형성된 다이오드 소자로 한정되는 것은 아니다.
한편, 제1저항(121) 또는 제2저항(122)의 저항값에 따라 센싱부(120)에 흐르는 전류의 값이 조절될 수 있다. 이에 대한 구체적인 내용은 도 9를 참조하여 후술된다.
도 2를 참조하면, 바이어싱부(130)는 제1반도체 스위치(131), 제2반도체 스위치(132), 제1소스(136) 및 제2소스(137)을 포함할 수 있다.
제1반도체 스위치(131)는, 제1소스(136)과 접지의 사이에 연결되고, 제1소스(136)에서 접지로 흐르는 전류를 베이스 단자로 입력 받아 이미터 단자로 출력할 수 있다. 여기서, 소스는 전류원 또는 전압원을 의미한다.
제2반도체 스위치(132)는, 제2소스(137)과 접지의 사이에 연결되고, 제2소스(137)에서 접지로 흐르는 전류를 콜렉터 단자로 입력 받아 이미터 단자로 출력할 수 있다.
여기서, 상기 제2반도체 스위치(132)의 베이스 단자에 흐르는 전류의 값은 상기 제1반도체 스위치(131)의 콜렉터 단자에 흐르는 전류의 값에 기초하여 결정될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1반도체 스위치(131)의 콜렉터 단자에 흐르는 전류와 상기 제2반도체 스위치(132)의 베이스 단자에 흐르는 전류는 서로 비례관계일 수 있다.
제1소스(136)은, 제1기준 전류를 생성하여 센싱부(120) 및 접지로 전류를 제공할 수 있다. 여기서, 상기 제1소스(136)에서 접지로 흐르는 전류의 값은 상기 센싱부(120)의 저항값이 클수록 커질 수 있다.
제2소스(137)은, 제2기준 전류를 생성하여 센싱부(120) 및 접지로 전류를 제공할 수 있다. 여기서, 상기 제2소스(137)에서 접지에 흐르는 전류의 값은 상기 제1소스(136)에서 접지로 흐르는 전류의 값이 클수록 커질 수 있다.
구체적으로, 상기 제1소스(136)에서 접지로 흐르는 전류의 값과 제1반도체 스위치(131)의 베이스 전류는 비례할 수 있다. 여기서, 제1반도체 스위치(131)의 베이스 전류는 제1반도체 스위치(131)의 콜렉터 전류와 비례할 수 있다. 여기서, 제1반도체 스위치(131)의 콜렉터 전류와 제2반도체 스위치(132)의 베이스 전류는 비례할 수 있다. 여기서, 제2반도체 스위치(132)의 베이스 전류와 제2반도체 스위치(132)의 콜렉터 전류는 비례할 수 있다.
따라서, 제1소스(136)에서 접지로 흐르는 전류가 커질수록 제2소스(137)에서 접지로 흐르는 전류가 커질 수 있다. 여기서, 소스에서 접지로 흐르는 전류가 커지는 것은 센싱부(120)에 제공되는 전류의 값에서 상기 기준 전류의 값을 나눈 값이 작아진다는 의미한다. 이에 따라, 증폭부(110)로 흐르는 전류가 줄어들 수 있고, 과전류의 발생 빈도가 줄어들 수 있다.
도 3은 도 2의 전력 증폭기의 동작을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 전력 증폭기(100)에 포함된 증폭부(110)에 과전류가 흐르지 않을 때, 상기 전력 증폭기의 전체 회로도에서의 전류의 흐름이 도시된다.
여기서, 상대적으로 큰 값의 전류가 흐르는 영역은 화살표로 표시되며, 이하, 상기 화살표를 중심으로 설명한다.
제2증폭단(112)에 과전류가 흐르지 않을 때, 제2증폭단(112)의 바이어스 전류의 값은 상대적으로 작을 수 있고, 제2증폭단(112)의 베이스 단자의 바이어스 전압은 상대적으로 높을 수 있다. 그리고, 제1저항(121) 및 제2저항(122)에 의해 강하되는 전압은 작을 수 있다. 그리고, 다이오드(123)에 걸리는 전압은 클 수 있으므로, 다이오드(123)에 흐르는 전류는 클 수 있다. 즉, 센싱부(120)에 흐르는 전류가 클 수 있으므로, 제1소스(136)에서 생성된 전류의 대부분은 센싱부(120)로 흐를 수 있다. 그리고, 제1소스(136)에서 제1반도체 스위치(136)로 흐르는 전류의 값은 작을 수 있다. 그리고, 제2반도체 스위치(137)로 흐르는 전류의 값은 작을 수 있다. 그리고, 제2소스(137)에서 생성된 전류의 대부분은 제2반도체 스위치(137)가 아닌 센싱부(120)로 흐를 수 있다.
따라서, 제1소스(136) 및 제2소스(137)에서 생성된 전류의 대부분은 제2증폭부(112)로 흐를 수 있다.
한편, 제1증폭단(111)의 바이어스 전류는 제2증폭단(112)의 바이어스 전류와 서로 독립적일 수 있다. 예를 들어, 제1증폭단(111)에 공급되는 바이어스 전류는 일정한 값일 수 있다.
도 4는 도 2의 전력 증폭기의 전류 제한 동작을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 상기 전력 증폭기(100)에 포함된 증폭부(110)에 과전류가 흐를 때, 상기 전력 증폭기의 전체 회로도에서의 전류의 흐름이 도시된다.
여기서, 상대적으로 큰 값의 전류가 흐르는 영역은 화살표로 표시되며, 이하, 상기 화살표를 중심으로 설명한다.
제2증폭단(112)에 과전류가 흐를 때, 제2증폭단(112)의 바이어스 전류의 값은 상대적으로 클 수 있고, 제2증폭단(112)의 베이스 단자의 바이어스 전압은 상대적으로 낮을 수 있다. 그리고, 제1저항(121) 및 제2저항(122)에 의해 강하되는 전압은 클 수 있다. 그리고, 다이오드(123)에 걸리는 전압은 작을 수 있으므로, 다이오드(123)에 흐르는 전류는 작을 수 있다. 즉, 센싱부(120)에 흐르는 전류는 작을 수 있으므로, 제1소스(136)에서 생성된 전류의 대부분은 센싱부(120)가 아닌 제1반도체 스위치(136)로 흐를 수 있다. 그리고, 제2반도체 스위치(137)로 흐르는 전류의 값은 클 수 있다. 그리고, 제2소스(137)에서 생성된 전류의 대부분은 센싱부(120)가 아닌 제2반도체 스위치(137)로 흐를 수 있다.
따라서, 제1소스(136) 및 제2소스(137)에서 생성된 전류의 대부분은 제2증폭단(112)이 아닌 접지로 흐를 수 있다. 이에 따라, 제2증폭단(112)에 공급되는 전류의 값이 작아질 수 있으므로, 제2증폭단(112)는 전류 제한(current limit)이 될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 증폭기를 나타낸 개념도이다.
도 5을 참조하면, 상기 전력 증폭기(200)는, 제1증폭부(211), 제2증폭부(212), 센싱부(220) 및 바이어싱부(230)를 포함할 수 있다.
제1증폭부(211)는, 입력 신호를 증폭시킬 수 있다. 여기서, 입력 신호는 입력단(RF IN)을 통해 입력될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1증폭부(211)은 소신호를 제2증폭부(212)의 증폭범위내의 크기로 증폭시키는 구동 증폭단(Driving Amplifier, DA)일 수 있다.
여기서, 상기 제1증폭부(211)의 바이어스 전류의 값이 작아질 경우, 상기 제1증폭부(211)의 이득 또는 출력신호의 에너지는 줄어들 수 있다. 이에 따라, 제2증폭부(212)에 입력되는 신호의 에너지가 줄어들고, 제2증폭부(212)의 출력단에 흐르는 전류의 값도 줄어들 수 있다.
제2증폭부(212)는, 제1증폭부(211)에 연결되고, 제1증폭부(211)에서 증폭된 신호를 증폭시킬 수 있다. 상기 제2증폭부(211)에 의해 증폭된 신호는 출력단(RF out)을 통해 출력될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2증폭부(212)에 의해 증폭된 신호는 수 와트(W)의 대신호일 수 있으므로, 상기 제2증폭부(212)에는 과전류가 흐를 수 있다. 전력 증폭기(200)는 상기 제2증폭부(212)에 과전류가 흐르는 빈도를 줄일 수 있다.
상기 제2증폭부(212)는 베이스 단자에 입력되는 신호를 증폭시켜 콜렉터 단자로 출력하는 적어도 하나의 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 센싱부(220)는 상기 바이폴라 접합 트랜지스터의 베이스 단자의 바이어스 전류를 감지할 수 있다.
센싱부(220)는, 제2증폭부(212)에 연결되어 제2증폭부(212)의 바이어스를 감지할 수 있다. 예를 들어, 상기 센싱부(220)는 전류 또는 전압에 따라 저항값이 변하는 가변저항, 다이오드 및 트랜지스터 등의 반도체 소자를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 센싱부(220)는 제2증폭부(212)의 바이어스 전류 또는 바이어스 전압에 따라 흐르는 전류가 변경되는 다이오드 및 트랜지스터 등의 반도체 소자를 포함할 수 있다.
바이어싱부(230)는, 센싱부(220) 및 제1증폭부(211)에 연결되고, 제1증폭부(211)에 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.
예를 들어, 상기 바이어싱부(230)는 제2증폭부(212)의 바이어스 전류의 값이 클수록 제1증폭부(211)에 제공되는 전류의 값을 작아지게 할 수 있다. 즉, 센싱부(220)의 상태에 따라 상기 바이어싱부(230)의 전류 또는 전압 분배는 달라질 수 있다.
이에 따라, 전력 증폭기(200)는 전력 증폭기에 허용치 이상의 과전류가 흐르지 못하도록 차단할 수 있어 소자들의 손상확률을 줄일 수 있다.
도 6은 도 5의 전력 증폭기를 예시한 회로도이다.
도 6을 참조하면, 센싱부(220)는 제1저항(221), 제2저항(222) 및 다이오드(223)를 포함할 수 있다.
제1저항(221)은, 제2증폭부(212)와 다이오드(223)의 사이에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제2증폭부(212)의 베이스 단자에 흐르는 전류는 상기 제2저항(221)에도 흐를 수 있다. 상기 제1저항(221)의 저항값과 상기 제1저항(221)에 흐르는 전류의 곱에 해당되는 전압이 상기 제1저항(221)의 양쪽 단자 사이에 걸릴 수 있다.
제2저항(222)은, 다이오드(223)와 바이어싱부(230)의 사이에 연결될 수 있다. 상기 제2저항(222)의 저항값과 상기 제2저항(222)에 흐르는 전류의 곱에 해당되는 전압이 상기 제2저항(122)의 양쪽 단자 사이에 걸릴 수 있다.
다이오드(223)는, 제2증폭부(212)의 바이어스에 기초한 전류가 흐를 수 있다. 예를 들어, 상기 다이오드(223)에 걸리는 전압이 문턱전압보다 작을 경우, 상기 다이오드(223)에 흐르는 전류는 작을 수 있다. 예를 들어, 상기 다이오드(223)에 걸리는 전압이 문턱전압보다 클 경우, 상기 다이오드(223)에 흐르는 전류는 복수의 단자 사이에 걸리는 전압이 클수록 커질 수 있다. 즉, 상기 다이오드(223)에 흐르는 전류는 제1저항(221), 제2저항(222) 및 센싱부(220)에 흐르는 전류에 의해 결정되는 DC전압에 기초하여 변경될 수 있다.
한편, 상기 다이오드(223)는 베이스 단자와 콜렉터 단자가 연결된 트랜지스터로 구현될 수 있고, 게이트 단자와 드레인 단자가 연결된 전계 효과 트랜지스터로 구현될 수도 있다. 따라서, 상기 다이오드(223)가 하나의 pn접합에 의해 형성된 다이오드 소자로 한정되는 것은 아니다.
한편, 제1저항(221) 또는 제2저항(222)의 저항값에 따라 센싱부(220)에 흐르는 전류의 값이 조절될 수 있다. 이에 대한 구체적인 내용은 도 9를 참조하여 후술된다.
도 6을 참조하면, 바이어싱부(230)는 제1반도체 스위치(231), 제2반도체 스위치(232), 제1소스(236) 및 제2소스(237)을 포함할 수 있다.
제1반도체 스위치(231)는, 제1소스(236)과 접지의 사이에 연결되고, 제1소스(236)에서 접지로 흐르는 전류를 베이스 단자로 입력 받아 이미터 단자로 출력할 수 있다.
제2반도체 스위치(232)는, 제2소스(237)과 접지의 사이에 연결되고, 제2소스(237)에서 접지로 흐르는 전류를 콜렉터 단자로 입력 받아 이미터 단자로 출력할 수 있다.
여기서, 상기 제2반도체 스위치(232)의 베이스 단자에 흐르는 전류의 값은 상기 제1반도체 스위치(231)의 콜렉터 단자에 흐르는 전류의 값에 기초하여 결정될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1반도체 스위치(231)의 콜렉터 단자에 흐르는 전류와 상기 제2반도체 스위치(232)의 베이스 단자에 흐르는 전류는 서로 비례관계일 수 있다.
제1소스(236)는, 제1기준 전류를 생성하여 센싱부(220) 및 접지로 전류를 제공할 수 있다. 여기서, 상기 제1소스(236)에서 접지로 흐르는 전류의 값은 상기 센싱부(220)에서 감지된 바이어스 전류의 값이 클수록 작을 수 있다.
제2소스(237)는, 제2기준 전류를 생성하여 센싱부(220) 및 접지로 전류를 제공할 수 있다. 여기서, 상기 제2소스(237)에서 접지에 흐르는 전류는 상기 제1소스(236)에서 접지로 흐르는 전류의 값이 클수록 커질 수 있다.
구체적으로, 상기 제1소스(236)에서 접지로 흐르는 전류의 값과 제1반도체 스위치(231)의 베이스 전류는 비례할 수 있다. 여기서, 제1반도체 스위치(231)의 베이스 전류는 제1반도체 스위치(231)의 콜렉터 전류와 비례할 수 있다. 여기서, 제1반도체 스위치(231)의 콜렉터 전류와 제2반도체 스위치(232)의 베이스 전류는 비례할 수 있다. 여기서, 제2반도체 스위치(232)의 베이스 전류와 제2반도체 스위치(232)의 콜렉터 전류는 비례할 수 있다.
따라서, 제1소스(236)에서 접지로 흐르는 전류가 커질수록 제2소스(237)에서 접지로 흐르는 전류가 커질 수 있다. 여기서, 소스에서 접지로 흐르는 전류가 커지는 것은 센싱부(220)에 제공되는 전류의 값에서 상기 기준 전류의 값을 나눈 값이 작아진다는 의미한다. 이에 따라, 제2증폭부(212)로 흐르는 전류가 줄어들 수 있고, 과전류의 발생 빈도가 줄어들 수 있다.
도 7은 도 6의 전력 증폭기의 동작을 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 상기 전력 증폭기(200)에 포함된 제2증폭부(212)에 과전류가 흐르지 않을 때, 상기 전력 증폭기의 전체 회로도에서의 전류의 흐름이 도시된다.
예를 들어 제2증폭부(212)에 과전류가 흐르지 않을 때, 제2증폭부(212)의 베이스 단자의 전압은 1.25V이고, 다이오드(223)의 문턱 전압은 1.3V일 수 있다. 이에 따라, 다이오드(223)은 오프 상태일 수 있다.
여기서, 상대적으로 큰 값의 전류가 흐르는 영역은 화살표로 표시되며, 이하, 상기 화살표를 중심으로 설명한다.
제2증폭부(212)에 과전류가 흐르지 않을 때, 제2증폭부(212)의 바이어스 전류의 값은 상대적으로 작을 수 있고, 제2증폭부(212)의 베이스 단자의 바이어스 전압은 상대적으로 높을 수 있다. 그리고, 제1저항(221) 및 제2저항(222)에 의해 강하되는 전압은 작을 수 있다. 그리고, 다이오드(223)에 걸리는 전압은 클 수 있으므로, 다이오드(223)에 흐르는 전류는 클 수 있다. 즉, 센싱부(220)에 흐르는 전류는 클 수 있으므로, 제1소스(236)에서 생성된 전류의 대부분은 센싱부(220)로 흐를 수 있다. 그리고, 제1소스(236)에서 제1반도체 스위치(236)로 흐르는 전류의 값은 작을 수 있다. 그리고, 제2반도체 스위치(237)로 흐르는 전류의 값은 작을 수 있다. 그리고, 제2소스(237)에서 생성된 전류의 대부분은 제2반도체 스위치(237)가 아닌 제1증폭부(211)로 흐를 수 있다.
따라서, 제1소스(236)에서 생성된 전류의 대부분은 제2증폭부(212)로 흐를 수 있고, 제2소스(237)에서 생성된 전류의 대부분은 제1증폭부(211)로 흐를 수 있다.
한편, 제2증폭부(212)의 전체 바이어스 전류는 제1소스(236)뿐만 아니라 추가적인 소스(238)을 통해 보충될 수 있다. 예를 들어, 제2증폭부(212)의 출력신호의 에너지는 제1증폭부(211)의 출력신호의 에너지보다 클 수 있다. 이에 따라, 제2증폭부(212)의 바이어스 전류의 값은 제1증폭부(211)의 바이어스 전류의 값보다 클 수 있다. 따라서, 제2증폭부(212)는 추가적인 소스(238)을 통해서도 바이어스 전류를 공급받을 수 있다. 여기서, 추가적인 소스(238) 일정한 값의 전류일 수 있고, 도 1 내지 도 4를 참조하여 전술된 기술적 사상에 따른 가변적인 전류일 수도 있다.
도 8는 도 6의 전력 증폭기의 전류 제한 동작을 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 상기 전력 증폭기(200)에 포함된 제2증폭부(212)에 과전류가 흐를 때, 상기 전력 증폭기의 전체 회로도에서의 전류의 흐름이 도시된다.
예를 들어 제2증폭부(212)에 1.5A이상의 과전류가 흐를 때, 제2증폭부(212)의 베이스 단자의 전압은 1V이하로 낮아질 수 있다. 이에 따라, 다이오드(223)은 오프 상태일 수 있다.
여기서, 상대적으로 큰 값의 전류가 흐르는 영역은 화살표로 표시되며, 이하, 상기 화살표를 중심으로 설명한다.
제2증폭부(212)에 과전류가 흐를 때, 제2증폭부(212)의 바이어스 전류의 값은 상대적으로 클 수 있고, 제2증폭부(212)의 베이스 단자의 바이어스 전압은 상대적으로 낮을 수 있다. 그리고, 제1저항(221) 및 제2저항(222)에 의해 강하되는 전압은 클 수 있다. 그리고, 다이오드(223)에 걸리는 전압은 작을 수 있으므로, 다이오드(223)에 흐르는 전류는 작을 수 있다. 즉, 센싱부(220)에 흐르는 전류는 작을 수 있으므로, 제1소스(236)에서 생성된 전류의 대부분은 센싱부(220)가 아닌 제1반도체 스위치(236)로 흐를 수 있다. 그리고, 제2반도체 스위치(237)로 흐르는 전류의 값은 클 수 있다. 그리고, 제2소스(237)에서 생성된 전류의 대부분은 제1증폭부(211)가 아닌 제2반도체 스위치(237)로 흐를 수 있다.
따라서, 제1소스(236)에서 생성된 전류의 대부분은 제2증폭부(212)이 아닌 접지로 흐를 수 있다. 여기서, 상기 제1증폭부(211)의 바이어스 전류의 값이 작아질 경우, 상기 제1증폭부(211)의 이득 또는 출력신호의 에너지는 줄어들 수 있다. 이에 따라, 제2증폭부(212)에 입력되는 신호의 에너지가 줄어들고, 제2증폭부(212)의 출력단에 흐르는 전류의 값도 줄어들 수 있다. 이에 따라, 제2증폭부(212)는 전류 제한(current limit)이 될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 증폭기에 포함된 제1저항 또는 제2저항의 저항값에 따라 증폭부에 흐르는 전류를 나타낸 그래프이다.
도 9를 참조하면, 가초축은 입력신호의 전력을 나타내고, 세로축은 증폭부에 흐르는 전류를 나타낸다. 증폭부의 로드에서, VSWR(Voltage Standing Wave Ratio)은 10:1로 가정한다. 그래프에 도시된 4개의 곡선은 각각 제1저항 또는 제2저항의 저항값이 매우 작을 때(0ohm), 1kohm일 때, 1.5kohm일 때 및 4kohm일 때를 나타낸다.
그래프를 통해, 제1저항 또는 제2저항의 저항값에 따라 증폭부에 흐르는 최대전류가 달라질 수 있다는 것이 확인될 수 있다. 예를 들어, 출력단에 흐르는 최대전류가 2.5A이하인 전력 증폭기의 설계가 필요할 경우, 제1저항 또는 제2저항의 저항값(또는 제1저항의 저항값과 제2저항의 저항값의 합)이 1.5kohm가 되도록 상기 전력 증폭기가 설계될 수 있다.
즉, 제1저항 또는 제2저항의 저항값에 따라 전력 증폭기의 최대전류가 정밀하게 조절될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 증폭기는 최대전류를 정밀하게 제어할 수 있고, 내부 소자들의 최대전류 규격이나 통신 규격에 최적화시켜 설계될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 증폭기의 전류 제한 방법을 설명한다. 상기 전류 제한 방법은 도 1을 참조하여 상술한 전력 증폭기(100) 또는 도 5를 참조하여 상술한 전력 증폭기(200)에서 수행될 수 있으므로, 상술한 설명과 동일하거나 그에 상응하는 내용에 대해서는 중복적으로 설명하지 아니한다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 증폭기의 전류 제한 방법을 나타낸 순서도이다.
도 10을 참조하면, 상기 전류 제한 방법은 전류 제공단계(S10), 전류 감지단계(S20) 및 전류 분배단계(S30)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 전류 제한 방법은 전력 증폭기의 내부 제어 회로를 통해 자체적으로 수행될 수 있고, 외부 제어 회로에 의해 수행될 수도 있다.
전류 제공단계(S10)에서의 전력 증폭기는, 전력 증폭기의 동작을 위한 전류를 제공받을 수 있다.
전류 감지단계(S20)에서의 전력 증폭기는, 상기 전력 증폭기가 동작할 때, 상기 전력 증폭기에 흐르는 전류가 감지될 수 있다.
전류 분배단계(S30)에서의 전력 증폭기는, 상기 전력 증폭기에 흐르는 전류의 값이 기 설정된 값보다 큰 경우, 전력 증폭기의 바이어스를 감지하는 센싱부를 이용하여 상기 전력 증폭기에 제공되는 전류의 일부가 싱크(sink)되도록 전류가 분배될 수 있다.
여기서, 기 설정된 값은 전력 증폭기 또는 그 내부 소자의 최대 전류 규격일 수 있다. 예를 들어, 상기 기 설정된 값은 도 9를 참조하여 전술된 바와 같이 센싱부의 저항값의 조절을 통해 조절될 수 있다. 또한, 싱크(sink)는 상기 전력 증폭기가 아닌 다른 블록, 외부 소자 또는 접지 등으로 전류가 빠지는 것을 의미한다.
상기 전류 제한 방법에 따라, 전력 증폭기는 과전류의 발생빈도가 줄어들 수 있어 소자들의 손상확률이 줄어들 수 있다.
도 11은 도 10의 전류 제한 방법을 예시한 순서도이다.
도 11에 도시된 전류 제한 방법을 참조하면, 전력 증폭기를 제어하는 제어 회로는, 제1증폭부 및 제2증폭부에 전류를 제공하여 전력증폭기를 동작시킬 수 있고(S11), 제2증폭부에 흐르는 전류를 감지할 수 있다(S21).
제2증폭부에 흐르는 전류가 기 설정된 전류보다 클 경우(S22), 센싱부에 흐르는 전류는 작아질 수 있고(S31), 제1반도체 스위치는 온 상태가 될 수 있고(S32), 제2반도체 스위치는 온 상태가 될 수 있고(S33), 제1증폭부에 흐르는 전류의 일부가 접지로 흐를 수 있다(S34).
제2증폭부에 흐르는 전류가 기 설정된 전류보다 작은 경우(S22), 센싱부에 흐르는 전류는 커질 수 있고(S35), 제1반도체 스위치는 오프 상태가 될 수 있고(S36), 제2반도체 스위치는 오프 상태가 될 수 있다(S37).
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
111: 제1 증폭단 112: 제2 증폭단
120: 센싱부 121: 제1저항
122: 제2저항 123: 다이오드
130: 바이어싱부 131: 제1반도체 스위치
132: 제2반도체 스위치 135: 전류원
136: 제1전류원 137: 제2전류원
S10: 전류 제공단계 S20: 전류 감지단계
S30: 전류 분배단계

Claims (16)

  1. 입력 신호를 증폭시키는 증폭부;
    상기 증폭부에 연결되어 상기 증폭부의 제1 단자의 바이어스를 감지하는 센싱부; 및
    상기 센싱부에 연결되어 상기 증폭부의 제1 단자에 전류를 제공하여 바이어싱(biasing)하는 바이어싱부; 를 포함하고,
    상기 센싱부는 상기 증폭부의 제1 단자의 바이어스에 기초하여 상기 바이어싱부에 의해 상기 증폭부에 제공되는 전류를 변경시키는 전력 증폭기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 증폭부는,
    입력 신호를 증폭시키는 제1증폭단; 및
    상기 제1증폭단에서 증폭된 신호를 증폭시키는 제2증폭단; 을 포함하고,
    상기 센싱부는 상기 제2증폭단에 연결되는 전력 증폭기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 증폭부는 베이스 단자에 입력되는 신호를 증폭시켜 콜렉터 단자로 출력하는 적어도 하나의 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT)를 포함하고,
    상기 센싱부는 상기 바이폴라 접합 트랜지스터의 베이스 단자의 바이어스 전류를 감지하는 전력 증폭기.
  4. 입력 신호를 증폭시키는 증폭부;
    상기 증폭부에 연결되어 상기 증폭부의 바이어스를 감지하는 센싱부; 및
    상기 센싱부에 연결되어 상기 증폭부에 전류를 제공하여 바이어싱(biasing)하는 바이어싱부; 를 포함하고,
    상기 센싱부는 상기 증폭부의 바이어스에 기초하여 상기 바이어싱부에 의해 상기 증폭부에 제공되는 전류를 변경시키고,
    상기 센싱부는,
    상기 증폭부의 바이어스에 기초한 전류가 흐르는 다이오드;
    상기 증폭부와 상기 다이오드의 사이에 연결되는 제1저항; 및
    상기 다이오드와 상기 바이어싱부의 사이에 연결되는 제2저항; 을 포함하는 전력 증폭기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 센싱부는 상기 증폭부의 바이어스 전류의 값이 클수록 상기 바이어싱부에 의해 증폭부에 제공되는 전류의 값을 줄이는 전력 증폭기.
  6. 입력 신호를 증폭시키는 증폭부;
    상기 증폭부에 연결되어 상기 증폭부의 바이어스를 감지하는 센싱부; 및
    상기 센싱부에 연결되어 상기 증폭부에 전류를 제공하여 바이어싱(biasing)하는 바이어싱부; 를 포함하고,
    상기 센싱부는 상기 증폭부의 바이어스에 기초하여 상기 바이어싱부에 의해 상기 증폭부에 제공되는 전류를 변경시키고,
    상기 바이어싱부는 기준 전류를 생성하여 상기 센싱부 및 접지로 전류를 제공하는 적어도 하나의 소스(source)를 포함하고,
    상기 센싱부에 제공되는 전류의 값에서 상기 기준 전류의 값을 나눈 값은 상기 증폭부의 바이어스 전류의 값이 클수록 작아지는 전력 증폭기.
  7. 제6항에 있어서, 상기 소스는,
    제1기준 전류를 생성하는 제1소스; 및
    제2기준 전류를 생성하는 제2소스; 를 포함하고,
    상기 제1소스에서 접지로 흐르는 전류의 값은 상기 센싱부에서 감지된 바이어스 전류의 값이 클수록 커지고,
    상기 제2소스에서 접지에 흐르는 전류의 값은 상기 제1소스에서 접지로 흐르는 전류의 값이 클수록 커지는 전력 증폭기.
  8. 제7항에 있어서, 상기 바이어싱부는,
    상기 제1소스와 접지의 사이에 연결되고, 상기 제1소스에서 접지로 흐르는 전류를 베이스 단자로 입력 받아 이미터 단자로 출력하는 제1반도체 스위치; 및
    상기 제2소스와 접지의 사이에 연결되고, 상기 제2소스에서 접지로 흐르는 전류를 콜렉터 단자로 입력 받아 이미터 단자로 출력하는 제2반도체 스위치; 를 더 포함하고,
    상기 제2반도체 스위치의 베이스 단자에 흐르는 전류의 값은 상기 제1반도체 스위치의 콜렉터 단자에 흐르는 전류의 값에 기초하여 결정되는 전력 증폭기.
  9. 입력 신호를 증폭시키는 제1증폭부;
    상기 제1증폭부에 연결되고, 상기 제1증폭부에서 증폭된 신호를 증폭시키는 제2증폭부;
    상기 제2증폭부에 연결되어 상기 제2증폭부에서 상기 입력 신호가 입력되는 단자의 바이어스를 감지하는 센싱부; 및
    상기 센싱부 및 상기 제1증폭부에 연결되고, 상기 제1증폭부에 전류를 제공하여 바이어싱(biasing)하는 바이어싱부; 를 포함하고,
    상기 센싱부는 상기 제2증폭부에서 상기 입력 신호가 입력되는 단자의 바이어스에 기초하여 상기 바이어싱부에 의해 상기 제1증폭부에 제공되는 전류를 변경시키는 전력 증폭기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2증폭부는 베이스 단자에 입력되는 신호를 증폭시켜 콜렉터 단자로 출력하는 적어도 하나의 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT)를 포함하고,
    상기 센싱부는 상기 바이폴라 접합 트랜지스터의 베이스 단자의 바이어스 전류를 감지하고,
    상기 바이어싱부는 상기 제2증폭부의 바이어스 전류의 값이 클수록 상기 제1증폭부에 제공되는 전류의 값을 작아지게 하는 전력 증폭기.
  11. 입력 신호를 증폭시키는 제1증폭부;
    상기 제1증폭부에 연결되고, 상기 제1증폭부에서 증폭된 신호를 증폭시키는 제2증폭부;
    상기 제2증폭부에 연결되어 상기 제2증폭부의 바이어스를 감지하는 센싱부; 및
    상기 센싱부 및 상기 제1증폭부에 연결되고, 상기 제1증폭부에 전류를 제공하여 바이어싱(biasing)하는 바이어싱부; 를 포함하고,
    상기 센싱부는 상기 제2증폭부의 바이어스에 기초하여 상기 바이어싱부에 의해 상기 제1증폭부에 제공되는 전류를 변경시키고,
    상기 센싱부는,
    상기 제2증폭부의 바이어스에 기초한 전류가 흐르는 다이오드;
    상기 제2증폭부와 상기 다이오드의 사이에 연결되는 제1저항; 및
    상기 다이오드와 상기 바이어싱부의 사이에 연결되는 제2저항; 을 포함하는 전력 증폭기.
  12. 입력 신호를 증폭시키는 제1증폭부;
    상기 제1증폭부에 연결되고, 상기 제1증폭부에서 증폭된 신호를 증폭시키는 제2증폭부;
    상기 제2증폭부에 연결되어 상기 제2증폭부의 바이어스를 감지하는 센싱부; 및
    상기 센싱부 및 상기 제1증폭부에 연결되고, 상기 제1증폭부에 전류를 제공하여 바이어싱(biasing)하는 바이어싱부; 를 포함하고,
    상기 센싱부는 상기 제2증폭부의 바이어스에 기초하여 상기 바이어싱부에 의해 상기 제1증폭부에 제공되는 전류를 변경시키고,
    상기 바이어싱부는,
    제1기준 전류를 생성하여 상기 센싱부 및 접지로 전류를 제공하는 제1소스; 및
    제2기준 전류를 생성하여 상기 제1증폭부 및 접지로 전류를 제공하는 제2소스; 을 포함하고,
    상기 제1소스에서 접지로 흐르는 전류의 값은 상기 센싱부에서 감지된 바이어스 전류의 값이 클수록 커지고,
    상기 제2소스에서 접지에 흐르는 전류의 값은 상기 제1소스에서 접지로 흐르는 전류의 값이 클수록 커지는 전력 증폭기.
  13. 제12항에 있어서, 상기 바이어싱부는,
    상기 제1소스와 접지의 사이에 연결되고, 상기 제1소스에서 접지로 흐르는 전류를 베이스 단자로 입력 받아 이미터 단자로 출력하는 제1반도체 스위치; 및
    상기 제2소스와 접지의 사이에 연결되고, 상기 제2소스에서 접지로 흐르는 전류를 콜렉터 단자로 입력 받아 이미터 단자로 출력하는 제2반도체 스위치; 를 더 포함하고,
    상기 제2반도체 스위치의 베이스 단자에 흐르는 전류의 값은 상기 제1반도체 스위치의 콜렉터 단자에 흐르는 전류의 값에 기초하여 결정되는 전력 증폭기.
  14. 전력 증폭기의 동작을 위한 전류를 제공하는 전류 제공단계;
    상기 전력 증폭기가 동작할 때, 상기 전력 증폭기에 흐르는 전류를 감지하는 전류 감지단계; 및
    상기 전력 증폭기에 흐르는 전류의 값이 기 설정된 값보다 큰 경우, 상기 전력 증폭기의 바이어스를 감지하는 센싱부를 이용하여 상기 전력 증폭기에 제공되는 전류의 일부가 싱크(sink)되도록 전류를 분배하는 전류 분배단계; 를 포함하는 전력 증폭기의 전류 제한 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 전력 증폭기는,
    입력 신호를 증폭시키는 제1증폭부; 및
    상기 제1증폭부에서 증폭된 신호를 증폭시키는 제2증폭부; 를 포함하고,
    상기 전류 감지단계는 상기 제2증폭부에 흐르는 전류를 감지하고,
    상기 전류 분배단계는 상기 제1증폭부에 흐르는 전류를 분배하는 전력 증폭기의 전류 제한 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 전류 분배단계는 상기 제2증폭부와 접지 사이에 연결된 제1반도체 스위치의 온-오프 상태를 제어하여 전류를 분배하고, 상기 제1증폭부와 접지 사이에 연결된 제2반도체 스위치의 온-오프 상태를 제어하여 전류를 분배하는 전력 증폭기의 전류 제한 방법.
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