KR20010005720A - 전력 감지 회로 - Google Patents

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Abstract

고주파 라인 상에 나타나는 고주파 전력을 감지하는, 바람직하게는 휴대 이동 전화 유니트용 전압 감지 회로는 고주파 라인 상에 나타나는 고주파 전압을 감지하기 위하여 전압 감지 회로를 고주파 라인에 연결하기 위한 커플링부와, 감지된 고주파 전압을 정류하는 정류부와, 정류부의 온도 변화를 보상하기 위한 온도 보상부를 포함한다.

Description

전력 감지 회로{Power detection circuit}
효과적인 전력으로 휴대 이동 전화기 유니트를 작동시키기 위해서는 안테나를 피딩(feeding)하는 휴대 이동 전화기 유니트 내의 고주파 라인 상에 나타나는 고주파 전력을 감지 및 측정하는 것이 바람직하다.
선행 기술에서는, 선형 전력 감지수단(linear power detection)을 사용하는 회로들이 알려져 있다. 그러나, 감지 회로의 출력단에서의 신호의 넓은 영역의 관점에서, 신호를 아날로그/디지털 컨버터(Analog/Digital converter)로 공급하기 위한 영역 스위칭(range switching)이 요구된다. 나아가, 이러한 선행기술의 회로의 전원은 정확한 감지 및 측정 결과를 제공하기 위하여 안정되어지는 것이 필요하다. 나아가, 방향성 고주파 커플러(directional RF coupler)는 이들 선행기술 해결방안에서 이용된다. 이러한 방향성 고주파 커플러들은 제조하기는 물론 및 조정하기가 어렵다. 따라서, 감지 및 측정 결과에서 중요한 에러들이 발생될 수 있다.
본 발명은 고주파 라인(RF line) 상에 나타나는 고주파 전력(RF power)을 감지하기 위한 전력 감지 회로에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 휴대 이동 전화기 유니트(handheld mobile telephone unit) 내의 고주파 라인 상에 나타나는 고주파 전력을 감지하기 위한 전력 감지 회로에 관한 것이다.
도 1은 고주파 라인(RFL) 상에 나타나는 고주파 전력을 감지하기 위한 전력 감지 회로를 도시한 도면.
상술한 문제점들의 관점에서, 본 발명은 비용면에서 효과적이고 휴대 이동 전화기 유니트 내의 고주파 라인 상에 나타나는 고주파 전력의 정확한 감지 및 측정을 제공하는 전력 감지 회로를 제안한다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 고주파 라인 상에 나타나는 고주파 전압을 감지하기 위하여 전력 감지 회로를 고주파 라인에 연결하기 위한 커플링부(coupling stage); 감지된 고주파 전압을 정류하기 위한 정류부(rectifier stage); 및 정류부의 온도 변화를 보상하기 위한 온도 보상부(temperature compensation stage)를 포함한다.
본 발명에 따른 전력 감지 회로의 현재의 바람직한 실시예에서, 정류부와 온도 보상부는 직렬로 연결되며, 정류부와 온도 보상부를 통과하여 흐르는 DC 전류는 실질적으로 동일하다.
정류부와 온도 보상부를 동작시키기 위하여, 그들은 전원 회로에 연결되어 있다. 바람직하게는, 전원 회로는 챠지 펌프(charge pump)이다. GaS FET 기술을 사용하는 휴대 이동 전화기 유니트에서는, 이러한 챠지 펌프 역시 다른 회로들을 위하여 필요하다.
바람직하게는, 고주파 전력을 표시하는 출력 신호를 다음 프로세싱에 적합한 형태로 얻기 위하여 평가부(evaluation stage)가 정류부 및/또는 온도 보상부에 연결된다.
현재의 바람직한 실시예에서, 평가부는 아날로그/디지탈 컨버터 회로 및/또는 고 임피던스(high impedance) 입력을 갖는 증폭 회로를 포함하며, 여기서 정류부 및/또는 온도 보상부는 증폭 회로를 경유하여 아날로그/디지탈 컨버터 회로에 연결된다. 한 실시예에서, 증폭회로는 전압 팔로어(voltage follower)와 같이 구성된다.
본 발명에 따른 전력 감지 회로의 현재의 바람직한 실시예에서, 정류부와 온도 보상부 각각은 적어도 하나의 다이오드를 포함하며, 여기서 모든 다이오드는 실질적으로 전기적 또는 열적 특성들을 가지며, 바람직하게는 모든 다이오드는 동일한 패캐이지 내에 장착된다. 정류부와 온도 보상부들은 직렬로 연결되어 있기 때문에 온도 보상부 내의 다이오드(들)는 정류부 내의 다이오드(들)와 동일한 DC 전류를 공유한다. 결과적으로, 다이오드들의 동일한 ΔVbe/ΔT 특성들 때문에 전력 감지 회로의 온도 흐름(drift)은 최소화된다. 본 발명의 바람직한 실시에에서, 정류부는 반파(halfwave) 정류기를 형성하는 하나의 다이오드를 포함한다. 그러나, 또한 2개 또는 그 이상의 다이오드들을 갖는 전파(fullwave) 정류 회로를 사용하는 것도 가능한다.
바람직하게는, 전원 회로는 양 출력 전압(V+)과 음 출력 전압(V-)을 제공하며; 정류부와 온도 보상부 각각은 만일 고주파 라인 상에 고주파 전력이 나타나지 않을 경우 평가부의 입력이 설정된 DC 전압 레벨이 되는 규격과 칫수로 이루어진다. 이는 평가부의 출력의 매우 간단한 바이어싱 (biasing)을 위하여 허용한다. 만일, 정류부에서의 전압 강하와 온도 보상부에서의 전압 강하가 동일하면, 전력 감지 회로의 비교 작용(rationmetric behaviour)으로 인하여 DC 전압 레벨은 실질적으로 0 볼트(접지 레벨)이다. 정류부의 감지 모드에서, 정류기 다이오드(들)은 전류원으로서 작용하며 평가부의 입력단에서의 전압을 상승시킨다.
양호한 실시예에서, 정류부와 온도 보상부의 다이나믹 캐패시터를 평행하게 공진시키기 위한 규격을 가진 인덕터가 커플링부 내에 제공된다. 나아가, 고주파 라인에 나타나는 고주파 전력을 정류부에 공급하기 위하여 커플링 캐패시터가 커플링부 내에 제공된다.
온도 보상부는 온도 보상부 내에 나타나는 기생 고주파 성분들을 반전시키기 위한 적어도 하나의 커플링 캐패시터를 구비한다. 커플링 캐패시터들 중 하나는 온도 보상부 내의 다이오드의 캐소드와 접지 사이에 제공된다. 제 2 커플링 캐패시터는 다이오드의 애노드와 접지 사이에 제공된다.
온도 보상부는 온도 보상부를 통과하는 전류를 제한하기 위하여 상기 다이오드에 직렬로 연결된 적어도 하나의 저항을 구비한다. 저항들중 하나는 다이오드의 캐소드와 챠지 펌프 사이에 제공된다. 제 2 저항은 다이오드의 애노드와 정류부의 출력단 사이에 제공된다. 이 저항의 출력은 온도 보상부로 입력된다.
상기 정류부는 정류부를 통과하는 전류를 제한하기 위하여 상기 다이오드에 직렬로 연결된 적어도 하나의 저항을 구비한다. 저항들중 하나는 다이오드의 애노드와 챠지 펌프 사이에 제공된다. 제 2 저항은 다이오드의 캐소드와 정류부의 출력단 사이에 제공된다.
정류부는 평가부에서의 후속 과정을 위하여 정류된 전압을 저장하기 위한 피크 홀드 회로(peak hold circuit)를 더 구비한다. 바람직한 실시예에서, 피크 홀드 회로는 다이오드의 애노드와 접지 사이에 제공된 캐패시터에 의하여 형성된다.
정류부 및 온도 보상부의 다이오드들은 그들의 비선형 작동영역 내에서 작동한다. 따라서 정류부 출력단에서의 전압 신호는 고주파 라인 상에 나타나는 고주파 전력 신호, 예를 들어 20 dB(8 dBm - 28dBm)의 넓은 전력 레벨 범위와 비교하면 압축된 다이나믹 입력 범위(예를 들어, 아날로드/디지털 컨버터의 14dB)를 갖는다.
다른 특성들, 이점들, 특징들 및 가능한 변형은 첨부된 도면을 참고로 하여 후술할 본 발명의 상세한 설명을 고려할 때 본 기술에 숙련된 이들에게는 명백해 질 것이다.
도 1은 고주파 라인 상에 나타나는 고주파 전력을 감지하기 위한 전력 감지 회로를 도시한다. 이 고주파 라인(RFL)은 페라이트 고주파 절연체(FI)에 의하여 종단되며, 휴대 이동 전화기 유니트의 안테나(도시되지 않음)를 피딩 (feeding)한다. 본 발명의 전력 감지 회로는 직진성(directivity)을 제공하기 위하여 페라이트 고주파 절연체(FI)의 고유한 절연성을 이용한다.
전력 감지 회로는 고주파 라인(RFL) 상에 나타나는 고주파 전압을 정류부로 공급(feed)하기 위하여 저항(R1), 인덕터(L) 및 커플링 캐패시터(C1)를 포함하는 커플링부를 갖는다. 저항(R1)의 한 단자는 고주파 라인(RFL)에 연결되며, 저항(R1)의 다른 단자는 인덕터(L)와 캐패시터(C1)의 제 1 단자들(connectors)에 각각 연결된다. 인덕터(L)의 제 2 단자는 접지된다. 캐패시터(C1)의 제 2 단자는 정류부 내로 귀환된다.
정류부는 저항(R2), 다이오드(D1), 캐패시터(C2) 및 저항(R3)을 포함한다. 저항(R2)의 제 1 단자는 챠지 펌프(CP)의 양 전압 출력단(V+)에 접속된다. 저항 (R2)의 제 2 단자는 정류부의 캐패시터(C1)의 제 2 단자 및 다이오드(D1)의 애노드에 접속된다. 다이오드(D1)의 캐소드는 캐패시터(C2)의 제 1 단자 및 저항(R3)의 제 1 단자에 접속된다. 캐패시터(C2)의 제 2 단자는 접지된다. 제 2 캐패시터 (C2)는 피크 홀드 캐패시터(peak hold capacitor)로서 작용한다. 저항(R3)의 제 2 단자, 즉 정류부의 출력은 온도 보상부와 평가부로 공급된다.
온도 보상부는 저항(R4), 제 2 다이오드(D2), 2개의 캐패시터(C3, C4) 및 다른 저항(R5)을 포함한다. 저항(R4)의 제 1 단자의 출력은 정류부로 입력되며 저항 (R3)의 제 2 단자에 접속된다. 저항(R4)의 제 2 단자는 제 2 다이오드(D2)의 애노드 및 캐패시터(C3)의 제 1 단자에 접속된다. 캐패시터(C3)의 제 2 단자는 접지된다. 제 2 다이오드(D2)의 캐소드는 캐패시터(C4)의 제 1 단자 및 저항(R5)의 제 1 단자에 접속된다. 캐패시터(C5)의 제 2 단자는 접지된다. 저항(R5)의 제 2 단자는 챠지 펌프(CP)의 음 전압 출력단(V-)에 접속된다. 양(positive) 공급 전압(V+)의 변화는 음(negative) 공급 전압(V-)의 대응하는 변화와 직접적으로 일치(map)한다. 따라서, 양 공급 전압(V+)이 보다 클수록(more positive) 음 공급 전압(V-)이 보다 커진다(more negative). 중앙 탭(tap)에서의 DC 전압 레벨의 최종 값(net result), 즉 정류부의 출력과 온도 보상부 및 평가부의 입력은 0(nil)이다.
다이오드들(D1, D2)에 직렬로 연결된 저항들(R2, R3, R4 및 R5)은 온도 보상부 및 반파 정류부를 통하여 흐르는 전류를 규정하고 한정한다.
저항들(R4+R5)에 대한 저항들(R2+R3)의 비율은 중앙 탭(CT; centre tap)에서의 DC 전압 레벨을 규정한다. 만일 R2+R3가 R4+R4와 동일하면, 중앙 탭(CT)에서의 DC 전압은 명목상 접지 레벨이다. 이러한 비율 변화에 의하여, 평가부의 입력을 위한 바이어스 전압은 규정될 수 있다. 이는 적절하게 작동하기 위하여 입력에서의 특정 전압 레벨을 요구하는 아날로그/디지탈 컨버터를 위하여 유용할 수 있다.
정류부에서의 DC 출력 전압은 고주파 라인(RFL) 상에 나타나는 고주파 전력에 비례적이다. 평가부는 전압 팔로워와 같이 구성된 연산 증폭기(OPA) 및 정류부의 DC 출력 전압을 그 디지탈 표시로 반전시키기 위한 아날로그/디지탈 컨버터 (ADC)를 포함한다.
연산 증폭기(OPA)의 비반전 입력단은 저항(R3)의 제 2 단자, 즉 정류부의 출력단 및 온도 보상부의 입력단에 접속된다. 연산 증폭기(OPA)의 반전 입력의 출력은 연산 증폭기(OPA)의 반전입력단으로 귀환되며 아날로그/디지탈 컨버터(ADC)의 입력단으로 공급된다. n 비트 와이드 데이타 경로(n bit wide data path)를 갖는 아날로그/디지탈 컨버터(ADC)의 출력은 전력 감지 회로의 출력이 된다.
정류부 및 온도 보상부, 특히 제 1 및 제 2 다이오드(D1 및 D2)가 직렬로 연결되어 있기 때문에 이들을 통하여 흐르는 DC 전류는 실질적으로 동일하다. 제 1 및 제 2 다이오드(D1 및 D2)는 실질적으로 동일한 전기 및 열적 특성을 가지며 동일한 패캐이지(P) 내에 장착된다. 따라서, 온도 변화에 의한 Vbe변화는 전력 감지 회로의 비교 작용(rationmetric behaviour)으로 인하여 무시된다. 따라서 전원은 조절될 필요가 없다. 이는 밧데리 전압이 변화되는 이동 휴대 전화기에서 특히 중요하다.
다이오드들(D1 및 D2)은 그들의 비선형 동작영역 내에서 작동한다. 따라서, 고주파 라인(RFL) 상에 나타나는 고주파 전력 레벨의 임피던스 내에서 작동시 다이오드들의 다이나믹 임피던스는 변화된다. 인덕터(L)는 정류부의 다이나믹 캐패시터와 온도 보상부를 평행하게 공진시키기 위한 규격으로 이루어진다. 이는 높은 감지기 임피던스와 고주파 라인(RFL)의 매우 낮은 부하(loading)를 위한 중앙 탭(CT)에서의 큰 출력 전압들을 초래한다. 고주파 라인(RFL) 상의 전력 레벨의 증가와 함께 감지기의 입력 임피던스는 감소한다. 이는 감지 영역의 압축(compression)을 유도한다. 특히, 본 발명의 전력 감지 회로는 20 dB의 감지 범위를 아날로그/디지탈 컨버터의 14 dB 입력 다이나믹 범위로 압축한다. 따라서, 정류부의 출력단과 아날로그/디지탈 컨버터의 입력단 중간에는 어떠한 범위 스위칭부(range switching)도 필요하지 않다.
제 2 다이오드(D2)의 애노드와 캐소드에서의 캐패시터들(C3, C4)은 온도 보상부 내에 나타나는 어떠한 유사 고주파 신호(spurious RF signal)를 접지로 보내기 위하여 제공된다.

Claims (13)

  1. 휴대 이동 전화기 유니트 내의 고주파 라인 상에 나타나는 고주파 전력을 감지하기 위한 전력 감지 회로에 있어서,
    상기 고주파 라인 상에 나타나는 고주파 전압을 감지하기 위하여 상기 고주파 라인에 전력 감지 회로를 접속하기 위한 커플링부(R1, L, C2)와;
    상기 감지된 고주파 전압를 정류하기 위한 정류부(D1, C2, R3)와;
    상기 정류부(D1, C2, R3)의 온도 변화를 보상하기 위한 온도 보상부(R4, D2)를 포함하는 전력 감지 회로.
  2. 상기 정류부(D1, C2, R3)와 온도 보상부(R4, D2)는 직렬로 연결되어 있으며, 상기 정류부와 온도 보상부를 통하여 흐르는 DC 전류는 실질적으로 동일한 제 1 항의 전력 감지 회로.
  3. 상기 정류부와 온도 보상부는 전원 회로(CP)와 연결되어 있으며, 상기 전원 회로는 바람직하게 챠지 펌프(CP)인 제 1 항 또는 제 2 항의 전력 감지 회로.
  4. 평가부(OPA, ADC)는 상기 정류부 및/또는 온도 보상부에 연결되어 있는 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한항의 전력 감지 회로.
  5. 상기 평가부는 아날로그/디지탈 컨버터 회로(ADC) 및/또는 고(high) 임피던스 입력을 갖는 증폭기 회로(OPA)를 포함하며, 상기 정류부 및/또는 온도 보상부는 상기 증폭 회로를 경유하여 상기 아날로그/디지탈 컨버터에 연결되어 있는 제 4 항의 전력 감지 회로.
  6. 상기 정류부 및 온도 보상부 각각은 다이오드(D1, D2)를 포함하며, 양 다이오드(D1, D2)는 실질적으로 동일한 전기 및 열 특성들을 가지며, 바람직하게는 양 다이오드들은 동일 패캐이지(P) 내에 장착된 제 1 항의 전력 감지 회로.
  7. 상기 전원 회로(CP)는 양 출력 전압(V+)과 음 출력 전압(V-)을 제공하며,
    상기 정류부와 온도 보상부 각각은 만일 고주파 전력이 상기 고주파 라인 (RFL) 상에 나타나지 않을 경우, 바람직하기는 상기 DC 전압 레벨이 실질적으로 0 볼트(즉, 접지 레벨)일때, 상기 평가부의 출력이 설정된 DC 전압 레벨이 되는 규격 및 조정되어 있는 제 3 항 또는 제 4 항의 전력 감지 회로.
  8. 상기 커플링부는,
    상기 정류부와 온도 보상부의 다이나믹 캐패시터를 평행하게 공진시키기 위한 규격의 인덕터(L)와,
    상기 고주파 라인 상에 나타나는 고주파 전압을 상기 정류부에 공급하기 위한 커플링 캐패시터를 구비한 제 1 항의 전력 감지 회로.
  9. 상기 온도 보상부는 상기 온도 보상부 내에 나타나는 기생 고주파 성분들을 반전시키기 위하여 적어도 하나의 커플링 캐패시터를 구비하는 제 1 항의 전력 감지 회로.
  10. 상기 온도 보상부는 상기 상기 온도 보상부를 통하는 전류를 제한하기 위하여 상기 다이오드(D2)에 직렬로 연결된 적어도 하나의 저항(R5)을 구비한 제 6 항의 전력 감지 회로.
  11. 상기 정류부는 상기 정류부를 통하는 전류를 제한하기 위하여 상기 다이오드 (D1)에 직렬로 연결된 적어도 하나의 저항(R2)를 구비한 제 6항의 전력 감지 회로.
  12. 상기 정류부는 피크 홀드 회로를 구비한 제 1 항의 전력 감지 회로.
  13. 상기 정류부와 온도 보상부의 다이오드들은 그들의 비선형 작동 영역 내에서 작동하는 제 1 항의 전력 감지 회로.
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