KR20010017454A - Radio-frequency power amplifier of mobile communication equipment - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 알에프(RF; radio frequency) 전력 증폭기에 관한 것으로, 특히 송신 신호의 품질을 향상시키고 소비 전력을 저감시킬 수 있는 휴대용 이동국을 위한 알에프 전력 증폭기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to radio frequency (RF) power amplifiers, and more particularly to RF power amplifiers for portable mobile stations capable of improving the quality of a transmission signal and reducing power consumption.
서비스 영역 내에 일정 간격을 두고 배치된 무선 기지국과 이동국과의 사이에 무선 주파수에 의한 통신을 수행하는 이동 통신 시스템이 광범위하게 이용되고 있다. 이와 같은 통신 시스템은 사용 목적에 따라 여러가지 방식으로 구축되는데, 예를 들어 공중 전화망을 이용한 육상 이동체 통신 시스템에서 이동국은 자동차 전화 또는 휴대 전화로서 실현되고 있으며, 각 무선 기지국 및 무선 회선 제어국을 거쳐서 공중 전화망에 접속이 가능하게 된다.BACKGROUND OF THE INVENTION [0002] BACKGROUND OF THE INVENTION [0002] A mobile communication system for performing communication by radio frequency between a radio base station and a mobile station arranged at regular intervals in a service area has been widely used. Such a communication system is constructed in various ways depending on the purpose of use. For example, in a land mobile communication system using a public telephone network, a mobile station is realized as a mobile phone or a mobile phone, and is publicly communicated through each wireless base station and a radio line control station. Access to the telephone network is possible.
종래 기술에 따라 흔히 사용되는 전형적인 형태의 휴대 전화는 송수신 계통을 포함하는 기기 본체를 구비하고, 기기 본체는 송수화기를 포함하는 전화기와 안테나가 하나로 구성되고, 전원으로써 전지가 내장된다.A typical type of mobile phone commonly used in accordance with the prior art has a device body including a transmission and reception system, the device body is composed of a telephone and an antenna including a handset and a battery as a power source.
종래 기술에 따른 휴대 전화의 송신부 회로는 음향 전기 변환부, 변조부, 주파수 변환부 및 알에프 전력 증폭기(RF Power Amplifier)를 포함하고, 송화기를 거쳐서 송신 계통에 입력된 음성을 음향 전기 신호로 변환하고 변조, 주파수 변환 및 전력 증폭 과정을 거쳐 전파로서 송출된다.The transmitter circuit of the cellular phone according to the prior art includes an acoustic electric converter, a modulator, a frequency converter, and an RF power amplifier, and converts the voice input to the transmission system through a transmitter to an acoustic electric signal. It is transmitted as a radio wave through the process of modulation, frequency conversion and power amplification.
그런데, 종래 기술에 따른 알에프(RF) 전력 증폭기는 하이브리드 집적 회로 (hybrid IC)에 실적(proven track record)이 있는 싱글 엔드(single-end) 형 회로로 구성되는 것이 많고, 전력 증폭기는 이동 기기 본체의 회로 기판에 실장되고 회로 기판의 고주파 접지 패턴에 접속된다.However, RF power amplifiers according to the prior art are often composed of a single-end type circuit having a proven track record in a hybrid IC, and the power amplifier is a mobile device main body. The circuit board is mounted on a circuit board and connected to a high frequency ground pattern of the circuit board.
이와 같이 구성된 종래 기술에 따른 알에프 전력 증폭기는 고주파 접지 패턴의 영향을 받아 전력 증폭기의 증폭율과 왜율(distortion factor)이 변동하기 쉽고, 그 결과 송신 신호의 품질을 열화시키는 요인이 된다.The RF power amplifier according to the related art configured as described above is easily influenced by the amplification factor and the distortion factor of the power amplifier under the influence of the high frequency ground pattern, resulting in a deterioration of the quality of the transmission signal.
씨디엠에이(CDMA) 방식의 육상 이동체 통신의 경우, 동일 주파수를 공용하는 모든 이동 기기에서 각각 송출되는 전파의 전계 강도를 무선 기지국에서 동일하게 하는 것이 바람직하다. 따라서, 이동 기기는 무선 기지국으로부터 송출되는 송신 전력 제어 신호(이득 제어 신호)에 대응하여 송신 출력 전력을 조절하도록 되어 있다.In the case of land mobile communication of the CDA system, it is preferable that the electric field strengths of radio waves transmitted from all mobile devices sharing the same frequency are the same at the wireless base station. Therefore, the mobile device is adapted to adjust the transmission output power in response to the transmission power control signal (gain control signal) transmitted from the radio base station.
송신 계통의 알에프 전력 증폭기를 싱글 엔드 형 회로에 의해 구성한 종래의 휴대 전화기는, 알에프 전력 증폭기의 전단에 변조부와 주파수 변화부와의 사이에 구성한 자동 이득 제어(AGC; automatic gain control) 회로에 이득 제어 신호를 인가함으로써 송신 출력을 조절한다.BACKGROUND ART [0002] A conventional mobile phone in which an RF power amplifier of a transmission system is constituted by a single-ended circuit has a gain in an automatic gain control (AGC) circuit formed between a modulator and a frequency changer in front of the RF power amplifier. The transmission output is adjusted by applying a control signal.
즉, 휴대 전화에 있어서는 일반적으로 송신 출력 조정을 싱글 엔드형 회로로써 구성된 알에프 전력 증폭기의 이득 조정에 의하여 수행되지 않는데, 이것은 싱글 엔드형 회로의 증폭 이득을 변화시키기 위하여 동일 회로에 인가되는 바이어스 전류를 변화시킬 경우 싱글 엔드형 회로에 발진 현상 등 이상 오동작이 발생하기 쉽기 때문이다.That is, in mobile phones, transmission output adjustment is generally not performed by gain adjustment of an RF power amplifier configured as a single-ended circuit, which is used to change the bias current applied to the same circuit to change the amplification gain of the single-ended circuit. If it is changed, abnormal operation such as oscillation phenomenon is likely to occur in single-ended circuit.
따라서, 종래 기술에 따른 휴대 전화기의 알에프 전력 증폭기는 고정된 이득률로써 증폭 동작을 수행하도록 구성하고 있으며, 이로 인하여 알에프 전력 증폭기의 전력 효율은 특히 송신 출력의 레벨이 낮은 경우에 저하된다. 반면에, 송신 시의 알에프 전력 증폭기의 소비 전력은 이동 기기가 소비하는 전체 전력 중 큰 비율을 차지하고 있다.Therefore, the RF power amplifier of the cellular phone according to the prior art is configured to perform an amplification operation at a fixed gain ratio, whereby the power efficiency of the RF power amplifier is lowered especially when the level of the transmission output is low. On the other hand, the power consumption of RF power amplifiers during transmission accounts for a large proportion of the total power consumed by mobile devices.
따라서, 휴대용 이동 전화기에 있어서 낮은 송출 전력 레벨에서 빈번히 사용되는 알에프 전력 증폭기의 전원 소모를 효율적으로 관리하기 위해서는 전력 효율 (power efficiency) 특성이 양호한 알에프 전력 증폭기가 요구되고 있다.Therefore, in order to efficiently manage the power consumption of RF power amplifiers which are frequently used at low output power levels in portable mobile phones, an RF power amplifier having good power efficiency characteristics is required.
따라서, 본 발명의 제1 목적은 무선 통신용 이동 기기에 있어서 회로 기판의 고주파 접지 패턴의 영향에 의한 송신 신호의 품질 저하를 발생시키지 않는 알에프 전력 증폭기를 제공하는데 있다.Accordingly, it is a first object of the present invention to provide an RF power amplifier which does not cause a deterioration of the transmission signal due to the influence of the high frequency ground pattern of the circuit board in the mobile device for wireless communication.
본 발명의 제2 목적은 상기 제1 목적에 부가하여, 송신 출력 레벨이 낮은 영역에 있어서 양호한 특성의 전력 효율을 지니는 알에프 전력 증폭기를 제공하는데 있다.A second object of the present invention is to provide an RF power amplifier having a good power efficiency in a region having a low transmission output level in addition to the first object.
본 발명의 제3 목적은 상기 제1 목적에 부가하여, 증폭 이득을 간단하고 안정된 방법으로 제어할 수 있는 이동 기기용 알에프 전력 증폭기를 제공하는데 있다.A third object of the present invention is to provide an RF power amplifier for a mobile device which can control the amplification gain in a simple and stable manner in addition to the first object.
본 발명의 제4 목적은, 이동 기기의 송신 계통의 고주파부를 변조부 및 주파수 변환부와 함께 구성하는 알에프 전력 증폭기를 회로 기판에 실장하여 구성한 고주파 모듈을 소형화하고 소비 전력을 감소시킬 수 있는 이동 기기용 알에프 전력 증폭기를 제공하는데 있다.A fourth object of the present invention is to provide a mobile device capable of miniaturizing a high frequency module configured by mounting an RF power amplifier on a circuit board, which comprises a high frequency part of a transmission system of a mobile device together with a modulator and a frequency converter. To provide an RF power amplifier.
도1은 본 발명의 한 실시예에 따른 알에프 전력 증폭기가 실장된 W-CDMA 방식의 휴대 전화기의 구성을 나타낸 블럭도.1 is a block diagram showing the configuration of a W-CDMA mobile telephone mounted with an RF power amplifier according to an embodiment of the present invention.
도2는 도1에 나타낸 알에프 전력 증폭기를 구성하는 알에프 전력증폭기 모듈의 구성을 나타낸 블럭도.FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of an RF power amplifier module constituting the RF power amplifier shown in FIG.
도3은 도2에 나타낸 알에프 전력증폭기 모듈의 회로 구성을 예시한 회로도.3 is a circuit diagram illustrating the circuit configuration of the RF power amplifier module shown in FIG.
도4는 도2와 도3에 나타낸 알에프 전력증폭기 모듈에 있어서, 송신 출력과 전력 효율과의 관계를 종래 기술에 따른 알에프 전력 증폭기 특성과 비교하여 나타낸 도면.Fig. 4 is a diagram showing the relationship between the transmission power and the power efficiency in the RF power amplifier module shown in Figs. 2 and 3 in comparison with the characteristics of the RF power amplifier according to the prior art.
도5는 휴대 전화기에 있어서 송신 전력 레벨 범위와 각각의 송신 전력 레벨 사용 빈도와의 관계를 나타낸 도면.Fig. 5 is a diagram showing the relationship between the range of transmission power levels and the frequency of use of each transmission power level in the mobile telephone.
도6은 본 발명에 따른 알에프 전력 증폭기의 다른 실시예를 나타낸 블럭도.6 is a block diagram showing another embodiment of an RF power amplifier according to the present invention;
도7은 본 발명에 따른 알에프 전력 증폭기의 또 다른 실시예를 나타낸 블럭도.Figure 7 is a block diagram showing another embodiment of an RF power amplifier according to the present invention.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
1 : 안테나1: antenna
2 : 알에프(RF) 섹션2: RF section
2r : 수신기 섹션2r: receiver section
2t : 송신기 섹션2t: transmitter section
3 : 베이스 밴드 섹션3: base band section
100 : 무선 기지국100: wireless base station
본 발명의 제1 실시예에 따른 이동 기기용 알에프 전력 증폭기는, 이동 기기의 송신 계통의 변조부 후단에 배설된 주파수 변환부로부터 출력되는 고주파 신호를 평형 입력하여 증폭하는 적어도 하나의 차동 증폭기로 구성된 입력단과; 이득 제어 신호에 대응하여 변화하는 바이어스 전류를 상기 차동 증폭기에 공급함으로써 상기 차동 증폭기의 이득을 가변 설정하는 바이어스 전류 회로를 구비하고, 상기 알에프 전력 증폭기는 상기 이동 기기의 회로 기판에 실장되고 상기 회로 기판은 고주파 접지 패턴으로 형성된다.The RF power amplifier for a mobile device according to the first embodiment of the present invention comprises at least one differential amplifier which balances and amplifies a high frequency signal output from a frequency converter disposed behind a modulation section of a transmission system of the mobile device. An input terminal; And a bias current circuit that variably sets the gain of the differential amplifier by supplying a bias current that changes in response to a gain control signal to the differential amplifier, wherein the RF power amplifier is mounted on a circuit board of the mobile device and is mounted on the circuit board. Is formed in a high frequency ground pattern.
본 발명에 따른 알에프 전력 증폭기의 바람직한 실시예로서, 알에프 전력 증폭기의 입력단은 서로 직결(direct coupled)된 복수 개의 차동 증폭기로 구성되어 있고, 전술한 바이어스 전류 회로는 복수 개의 차동 증폭기 각각에 공급된다. 본 발명에 따른 알에프 전력 증폭기에 따르면, 고주파 신호를 평형 입력하는 차동 증폭기에 의해 구성된 입력단은 전력 증폭기가 실장되는 이동 기기 회로 기판의 고주파 접지 패턴에 대해 가상 접지(virtually grounded)된다.As a preferred embodiment of the RF power amplifier according to the present invention, the input terminal of the RF power amplifier is composed of a plurality of differential amplifiers directly coupled to each other, and the aforementioned bias current circuit is supplied to each of the plurality of differential amplifiers. According to the RF power amplifier according to the present invention, an input configured by a differential amplifier for balanced input of a high frequency signal is virtually grounded to a high frequency ground pattern of a mobile device circuit board on which the power amplifier is mounted.
즉, 전력 증폭기의 입력단을 구성하는 차동 증폭기는, 고주파 접지 패턴에 대해서 플로팅 상태로 증폭 동작을 수행하므로 고주파 접지 패턴의 영향을 받지 아니하고 증폭기의 선형성을 유지하면서 고주파 신호를 증폭할 수 있다. 또한, 차동 증폭기의 바이어스 전류를 이득 제어 신호에 응하여 변화시킴으로써 증폭 이득을 변화시키는 것이 가능하므로, 증폭 이득을 간단하고 안정되게 가변 설정할 수 있다.That is, since the differential amplifier constituting the input terminal of the power amplifier performs the amplification operation in a floating state with respect to the high frequency ground pattern, it is possible to amplify the high frequency signal while maintaining the linearity of the amplifier without being affected by the high frequency ground pattern. In addition, since the amplification gain can be changed by changing the bias current of the differential amplifier in response to the gain control signal, the amplification gain can be set simply and stably.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 이동 기기용 알에프 전력 증폭기는, 이동 기기의 송신 계통 변조부의 후단에 배치된 주파수 변환부로부터 증폭기의 입력단을 거쳐서 입력한 고주파 신호를 증폭하여 평형 출력하는 푸시풀(push-pull) 회로로 이루어진 출력단과, 상기 푸시풀 회로의 바이어스 전류를 이득 제어 신호에 따라서 가변하는 바이어스 전류 회로를 구비하고, 상기 알에프 전력 증폭기는 상기 이동 기기의 회로 기판에 실장되어 상기 회로 기판에는 고주파 접지 패턴이 형성된다.According to another exemplary embodiment of the present invention, an RF power amplifier for a mobile device includes a push-pull for amplifying and outputting a high frequency signal inputted through an input terminal of an amplifier from a frequency converter disposed at a rear end of a transmission system modulator of the mobile device. an output stage consisting of a push-pull circuit and a bias current circuit for varying the bias current of the push-pull circuit according to a gain control signal, wherein the RF power amplifier is mounted on a circuit board of the mobile device. A high frequency ground pattern is formed.
전술한 바이어스 전류 회로의 바람직한 실시예로서, 상기 푸시풀 회로를 이루는 한 쌍의 트랜지스터의 각 베이스에 접속된 정전류 회로의 동작 전류를 가변함으로써 푸시풀 회로의 바이어스 전류를 가변할 수 있다. 본 발명에 따른 알에프 전력 증폭기에 의하면, 푸시풀 회로로써 구성된 출력단은 증폭한 고주파 신호를 평형 출력하고, 이동 기기 회로 기판에 실장될 경우에 회로 기판의 고주파 접지 패턴에 대하여 가상 접지된 상태에서 증폭 동작을 수행하게 되므로, 고주파 접지 패턴의 영향을 받지 아니하고 안정되게 동작을 수행할 수 있다.As a preferred embodiment of the bias current circuit described above, the bias current of the push-pull circuit can be varied by varying the operating current of the constant current circuit connected to each base of the pair of transistors constituting the push-pull circuit. According to the RF power amplifier according to the present invention, an output stage configured as a push-pull circuit balances an amplified high frequency signal and, when mounted on a mobile device circuit board, an amplification operation in a virtual ground state with respect to the high frequency ground pattern of the circuit board. Since it is possible to perform the operation stably without being affected by the high frequency ground pattern.
또한, 출력단을 구성하는 푸시풀 회로의 바이어스 전류를 이득 제어 신호에 응하여 이동 기기의 송신 출력이 최적 레벨로 되도록 변화시킴으로써, 송신 출력 레벨을 손쉽고도 안정되게 가변시킬 수 있다. 또한, 저출력 레벨 영역에서의 알에프 전력 증폭기의 전력 손실을 저감할 수 있으므로, 알에프 전력 증폭기의 전력 효율을 향상시킬 수 있다.In addition, by changing the bias current of the push-pull circuit constituting the output stage to the optimum level in response to the gain control signal, the transmission output level can be easily and stably varied. In addition, since the power loss of the RF power amplifier in the low output level region can be reduced, the power efficiency of the RF power amplifier can be improved.
본 발명의 또 다른 실시예에 의한 이동 기기용 알에프 전력 증폭기는, 이동 기기의 송신 계통의 변조부의 후단에 배치된 주파수 변환부에서 출력되는 고주파 신호를 평형 입력하여 증폭하는 적어도 하나의 차동 증폭기로써 이루어진 입력단과, 상기 적어도 하나의 차동 증폭기에 이득 제어 신호에 응하여 변화하는 바이어스 전류를 공급하여 해당 차동 증폭기의 이득을 가변 설정하는 제1 바이어스 전류 회로와, 상기 입력단으로 증폭되어 상기 입력단에서 출력되는 고주파 신호를 증폭하여 평형 출력하는 푸시풀 회로로써 이루어진 출력단과, 상기 푸시풀 회로의 바이어스 전류를 이득 제어 신호에 응하여 가변하는 제2 바이어스 전류 회로를 구비하고, 상기 알에프 전력 증폭기는 상기 이동 기기의 회로 기판에 실장되고, 상기 회로 기판에는 고주파 접지 패턴이 형성된다.In accordance with still another aspect of the present invention, an RF power amplifier for a mobile device includes at least one differential amplifier configured to equalize and amplify a high frequency signal output from a frequency converter disposed at a rear end of a modulator of a transmission system of a mobile device. A first bias current circuit for supplying a bias current that varies in response to a gain control signal to the at least one differential amplifier to variably set the gain of the differential amplifier, and a high frequency signal amplified by the input stage and output from the input stage; An output stage comprising a push-pull circuit for amplifying and outputting a balanced output, and a second bias current circuit for varying the bias current of the push-pull circuit in response to a gain control signal, wherein the RF power amplifier is connected to a circuit board of the mobile device. It is mounted, and the circuit board is a high frequency contact A pattern is formed.
상기 구성의 알에프 전력 증폭기에 의하면, 전술한 2개의 실시예에 의한 이점이 나타난다. 즉, 본 발명에 따른 알에프 전력 증폭기는 고주파 접지 패턴의 영향을 받지 않고 증폭기의 선형성을 유지하면서 고주파 신호를 증폭할 수 있다. 또한, 송신 출력 레벨을 쉽고도 안정되게 가변할 수 있어, 특히 저출력 레벨 영역에서의 알에프 전력 증폭기의 전력 효율을 향상시킬 수 있다.According to the RF power amplifier having the above constitution, the advantages of the two embodiments described above appear. That is, the RF power amplifier according to the present invention can amplify a high frequency signal while maintaining the linearity of the amplifier without being affected by the high frequency ground pattern. In addition, the transmission output level can be changed easily and stably, and in particular, the power efficiency of the RF power amplifier in the low output level region can be improved.
본 발명에 따른 바람직한 실시예로서, 이득 제어 신호는 무선 기지국 또는 이동 기기의 제어부로부터 상기 이동 기기의 송신 출력 레벨을 규정하기 위해 송출된 신호이다. 본 발명에 따른 알에프 전력 증폭기의 바람직한 실시예로서, 변조부와 주파수 변환부 및 이동 기기의 수신 계통과 함께 회로 기판에 실장되어, 이동 기기의 고주파부로써 기능을 수행하는 고주파 모듈을 구성할 수 있다.In a preferred embodiment according to the present invention, the gain control signal is a signal sent from the control unit of the wireless base station or the mobile device to define the transmission output level of the mobile device. As a preferred embodiment of the RF power amplifier according to the present invention, a high frequency module mounted on a circuit board together with a modulator, a frequency converter, and a receiving system of a mobile device may be configured to perform a function as a high frequency part of a mobile device. .
본 발명에 따른 양호한 실시예로서, 알에프 전력 증폭기는 집적 회로화 될 수 있다. 모듈화된 고주파부는 소형화 또는 소비 전력의 절감을 도모할 수 있으므로, 광역대 부호 분할 다원 접속(W-CDMA) 시스템의 이동 기기에서와 같이 다수 개의 회로 부품이 필요하고, 동시에 송신 전력의 선형성이 요구되는 이동 기기를 구성함에 있어서 발생하는 문제점을 해결한다. 또한, 본 발명에 따른 알에프 전력 증폭기는 고주파부를 모듈화 함으로써 그 범용성을 향상시키고 여러가지 사양의 이동 기기에 적용될 수 있다.As a preferred embodiment according to the invention, the RF power amplifier can be integrated circuit. Since the modularized high frequency part can reduce the size or reduce the power consumption, a large number of circuit components are required as in a mobile device of a wideband code division multiple access (W-CDMA) system, and at the same time, linearity of transmission power is required. It solves a problem that occurs in configuring a mobile device. In addition, the RF power amplifier according to the present invention improves its versatility by modularizing the high frequency part and can be applied to mobile devices of various specifications.
본 발명의 바람직한 실시예로서, 집적 회로화된 알에프 전력 증폭기에 의하면, 그 작동 안정성이 보상되도록 전력 증폭기를 제조 가능하게 하고, 이에 따라 회로 기판에서의 전력 증폭기의 실장 조건이 완화될 수 있다. 따라서, 본 발명의 양호한 실시예에 따라 집적화된 전력 증폭기는 소형이라는 잇점과 함께 실장 조건이 완화된다는 점이 서로 어우러져 고주파 모듈화를 더욱 용이하게 할 수 있다.As a preferred embodiment of the present invention, the integrated circuited RF power amplifier makes it possible to manufacture the power amplifier so that its operational stability is compensated, and thus the mounting conditions of the power amplifier on the circuit board can be relaxed. Therefore, the integrated power amplifier according to the preferred embodiment of the present invention can be more easily modulated with the advantage that the mounting conditions are alleviated with the advantage of being compact.
본 발명에 따른 바람직한 실시예로서, 알에프 전력 증폭기는 휴대용 이동 기기에 탑재될 수 있다. 본 발명에 따른 알에프 전력 증폭기는 전력 효율이 높고, 그 결과 전원으로서 전지를 사용하는 휴대 전화 등의 휴대용 이동 기기를 제공하는데 특히 적합하다.In a preferred embodiment according to the invention, the RF power amplifier can be mounted in a portable mobile device. The RF power amplifier according to the present invention has a high power efficiency, and as a result is particularly suitable for providing a portable mobile device such as a cellular phone using a battery as a power source.
이하, 첨부 도면 제1도 내지 제7도를 참조하여 본 발명에 따른 알에프 전력 증폭기의 양호한 실시예를 상세히 설명한다.Best Mode for Carrying Out the Invention Preferred embodiments of the RF power amplifier according to the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings, FIGS.
본 발명에 따른 알에프 전력 증폭기는, W-CDMA(광역대 부호 분할 다원 접속) 방식의 육상 이동체 공중 통신용 휴대 전화와 같은 이동 기기의 송신 계통의 일부를 구성한다. 제1도를 참조하면, 휴대 전화는 안테나(1), 고주파부(2), 베이스 밴드부(3) 및 주제어부(4)를 구비하고 있다.The RF power amplifier according to the present invention constitutes a part of a transmission system of a mobile device, such as a mobile telephone for land mobile object public communication of the W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access) system. Referring to FIG. 1, the cellular phone is provided with an antenna 1, a high frequency part 2, a base band part 3 and a main control part 4. As shown in FIG.
주제어부(4)는, CPU(4a) 및 ROM(4b)을 포함한 마이크로 프로세서와 통신 제어 유닛(4c)을 구비하고, 무선 기지국(100)으로부터의 지령 신호 또는 CPU에 접속되어 사용자가 조작 가능한 조작 패널(5)로부터의 지령을 기본으로 하여, 전화 통신을 위한 무선 회로의 설정, 절단, 채널의 절환 등을 자동적으로 행하도록 되어 있다.The main control unit 4 includes a microprocessor including a CPU 4a and a ROM 4b and a communication control unit 4c, and is connected to a command signal or a CPU from the wireless base station 100 and can be operated by a user. Based on the instruction from the panel 5, it is possible to automatically set, cut, switch channels, and the like for a radio circuit for telephone communication.
주제어부(4)의 음성 코덱(CODEC; 4d)에는 스피커(6) 및 마이크로폰(7)이 접속되어 있다. 부호 8은, 사용자에게 정보 표시를 위한 액정 디스플레이를 나타내고 있다. 고주파부(2)는 송신부(2t), 수신부(2r), 주파수 합성부(2s) 및 듀플렉스 (2d)를 회로 기판(2a)에 실장된 알에프 모듈로서 구성되어 있다.A speaker 6 and a microphone 7 are connected to a voice codec 4d of the main control unit 4. Reference numeral 8 denotes a liquid crystal display for displaying information to the user. The high frequency part 2 is comprised as an RF module in which the transmitter 2t, the receiver 2r, the frequency synthesizer 2s, and the duplex 2d are mounted on the circuit board 2a.
송신부(2t)는 디지털 위상 변위 변조기(4상 PSK; 201)를 구비한다. 4상 PSK에 관련하여, 송신 모뎀(3t)을 포함한 베이스 밴드부(3)는, 마이크로 폰(7)에 있어서 음향 전기 변환된 전기 신호를 주제어부(4)의 음성 코덱(CODEC; 4d) 및 통신 제어 유닛을 거쳐 입력하여 베이스 밴드 신호로 변환한다. 4상 PSK 변조기(201)는 위상 동기 회로(PLL; 221)로써 생성한 반송파 베이스 밴드 신호(음성 정보)로 변조한다.The transmitter 2t has a digital phase shift modulator (4-phase PSK) 201. Regarding the four-phase PSK, the baseband section 3 including the transmission modem 3t is configured to transmit an electrical signal acoustically-converted in the microphone 7 to a voice codec (CODEC) 4d of the main controller 4 and to communicate. Input via the control unit to convert to a baseband signal. The four-phase PSK modulator 201 modulates the carrier baseband signal (voice information) generated by the phase synchronization circuit (PLL) 221.
4상 PSK 변조기(201)로부터 변조된 반송파는, 대역 통과 필터(Tx IF BPF; 202)를 거쳐서 자동 이득 제어(AGC) 증폭기(203)에 인가된다. 자동 이득 제어 증폭기(203)는 기지국(100) 또는 주제어부(4)로부터 이득 제어 신호에 따라 변하는 증폭도로써 필터(202) 출력을 증폭한다.The carrier modulated from the four-phase PSK modulator 201 is applied to the automatic gain control (AGC) amplifier 203 via a band pass filter (Tx IF BPF) 202. The automatic gain control amplifier 203 amplifies the output of the filter 202 with an amplification degree varying according to the gain control signal from the base station 100 or the main controller 4.
AGC 증폭기(203)의 출력은 주파수 변환기(Up Converter Tx; 204)에 인가되고, 주파수 합성부(2s)의 전압 제어 발진기(UHF VCO; 222)로부터 UHF 신호와 혼합되어 고주파 신호로 변환된다. 이 고주파 신호는 대역 통과 필터(Tx RF BPF; 205)를 거쳐서 알에프 전력 증폭기(206)에 입력된다. 알에프 전력 증폭기는 본 발명의 요부를 구성하는 것이고, 이후에 상술한다. 알에프 전력 증폭기(206)로 증폭된 고주파 신호는 듀플렉스(2d)를 거쳐서 안테나(1)에서 송신된다.The output of the AGC amplifier 203 is applied to a frequency converter (Up Converter Tx) 204, mixed with the UHF signal from the voltage controlled oscillator (UHF VCO) 222 of the frequency synthesizer 2s and converted into a high frequency signal. This high frequency signal is input to the RF power amplifier 206 via a band pass filter (Tx RF BPF) 205. The RF power amplifier constitutes the main part of the present invention, which will be described later. The high frequency signal amplified by the RF power amplifier 206 is transmitted from the antenna 1 via the duplex 2d.
고주파부(2)의 수신부(2r)는 안테나(1)에 의하여 수신된 고주파 신호를 듀플렉스(2d)를 거쳐서 입력하는 저잡음 증폭기(LNA; 211)를 구비하고, 증폭기(211)로 증폭된 고주파 신호는 대역 통과 필터(RX RF BPF; 212)를 거쳐서 주파수 변환기 (Down Converter; 213)에 입력되고, 여기서 중간 주파수 신호(IF)로 변환된다.The receiving unit 2r of the high frequency unit 2 includes a low noise amplifier (LNA) 211 for inputting a high frequency signal received by the antenna 1 via the duplex 2d, and a high frequency signal amplified by the amplifier 211. Is input to a down converter 213 via a band pass filter (RX RF BPF) 212, where it is converted into an intermediate frequency signal IF.
이 중간 주파수 신호는 대역 통과 필터(RX IF BPF; 214) 및 자동 이득 제어 증폭기(RX AGC AMP; 215)를 거쳐서 4상 PSK 복조기(216)에 입력되어, 베이스 밴드 신호(음성 정보)를 얻는다. 베이스 밴드 신호는 베이스 밴드부(3)의 수신 모뎀 (3r) 및 주제어부(4)의 통신 제어 유닛(4c) 및 음성 코덱(CODEC; 4d)을 거쳐서 스피커(6)에 입력되고, 전기 음향 변환되어 음성화 된다.This intermediate frequency signal is input to the four-phase PSK demodulator 216 via a band pass filter (RX IF BPF) 214 and an automatic gain control amplifier (RX AGC AMP) 215 to obtain a baseband signal (voice information). The baseband signal is input to the speaker 6 via the reception modem 3r of the baseband section 3, the communication control unit 4c of the main control section 4, and the voice codec (CODEC) 4d, and is subjected to electroacoustic conversion. It is spoken.
이하, 도2를 참조하여 본 발명의 요부를 구성하는 알에프 전력 증폭기를 상세히 설명한다.Hereinafter, the RF power amplifier constituting the main part of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
본 발명의 실시예에 따른 알에프 전력 증폭기(206)는 소형인 장점과 함께 작동 안정성이 담보되는 모놀이틱(monolithic) 집적 회로(이하 파워 모듈(206)으로 칭한다)로 되어 있다. 도1을 참조하여 이미 설명한 바와 같이, 알에프 파워 모듈 (206)은 이것과 함께 송신부(2t)를 구성하는 회로 부품 및 수신부(2r)를 구성하는 회로 부품과 함께 회로 기판(2a)에 실장되어 모듈화된 고주파부(2) 즉, 고주파 모듈(2)을 구성한다.The RF power amplifier 206 according to the embodiment of the present invention is a monolithic integrated circuit (hereinafter referred to as a power module 206) which is compact and has operational stability. As already described with reference to Fig. 1, the RF power module 206 is mounted on the circuit board 2a together with the circuit components constituting the transmitter 2t and the circuit components constituting the receiver 2r, and modularized. The high frequency part 2, ie, the high frequency module 2, is comprised.
알에프 파워 모듈(206)은 고주파 모듈(2)의 소형화 및 동작 안전성에 기여한다. 또한, 알에프 파워 모듈(206)은 4상 PSK 변조기(보다 넓게는 알에프 변조기; 201)에서 변조된(예컨대, 2㎓) 고주파 신호를 바람직한 이득(에컨대 5dB, 10dB 또는 30dB)으로 증폭하여, 이를 안테나(1)에 출력하는 역할을 담당한다.The RF power module 206 contributes to the miniaturization and operation safety of the high frequency module 2. The RF power module 206 also amplifies the high frequency signal modulated (e.g., 2 Hz) in the four phase PSK modulator (more broadly the RF modulator 201) to a desired gain (e.g., 5 dB, 10 dB or 30 dB), It plays a role of outputting to the antenna 1.
도2에서와 같이, 고주파 파워 모듈(206)은, 서로 직결된 제1 및 제2 차동 증폭기(11, 12)로서 이루어진 입력단을 구비하고, 제1 차동 증폭기(11)는, 모듈(206)의 알에프 평형 입력 단자(RF in(+), RF in(-); 206a, 206b)에 각각 접속된 입력 단자를 포함하고, 고주파 신호를 평형 입력하도록 되어 있다.As shown in FIG. 2, the high frequency power module 206 has input stages formed as first and second differential amplifiers 11 and 12 directly connected to each other, and the first differential amplifier 11 is a An input terminal connected to the RF balanced input terminals RF in (+) and RF in (−); 206a and 206b, respectively, is provided for balanced input of a high frequency signal.
또한, 고주파 파워 모듈(206)은 제2 차동 증폭기(12)의 출력 단자에 접속된 입력 단자와 모듈의 알에프 평형 출력 단자(RF out(+), RF out(-); 206c, 206d)에 접속된 출력 단자를 구비한 푸시풀 회로(13)로써 이루어진 출력단을 구비하고, 이 푸시풀 회로(13)는 차동 증폭기(11, 12)에 있어서 증폭된 고주파 신호를 전력 증폭하여 안테나(1)에 대해 평형 출력하도록 되어 있다.In addition, the high frequency power module 206 is connected to an input terminal connected to the output terminal of the second differential amplifier 12 and the RF balanced output terminals RF out (+) and RF out (−); 206c and 206d of the module. And an output stage consisting of a push-pull circuit 13 having an output terminal, the push-pull circuit 13 power amplifying a high frequency signal amplified by the differential amplifiers 11 and 12 to the antenna 1. The balanced output is intended.
제1, 제2 차동 증폭기(11, 12)의 각각에 접속된 제1, 제2 바이어스 전류 회로(15, 16)는, 기준 전압 발생 회로(19)가 발생하는 내부 기준 전압 Vref을 받아 작동하는 것이고, 기지국(100) 또는 주제어 회로(4)로부터 주어지는 이득 제어 신호에 응해서 차동 증폭기(11, 12)의 바이어스 전류를 가변시켜 차동 증폭기의 증폭 이득을 가변 설정한다.The first and second bias current circuits 15 and 16 connected to each of the first and second differential amplifiers 11 and 12 operate by receiving an internal reference voltage V ref generated by the reference voltage generation circuit 19. In response to the gain control signal from the base station 100 or the main control circuit 4, the bias current of the differential amplifiers 11 and 12 is varied to variably set the amplification gain of the differential amplifier.
또한, 푸시풀 회로(13)에 접속된 제3 바이어스 전류 회로(17)는, 이득 제어 신호에 응해서 푸시풀 회로(13)의 바이어스 전류를 가변시켜, 푸시풀 회로(13)에 있어서 큰 전력 손실을 방지하면서, 휴대 전화가 바람직한 레벨의 송신 출력을 발생하는데 최적한 직류 바이어스 전류를 설정한다.In addition, the third bias current circuit 17 connected to the push-pull circuit 13 varies the bias current of the push-pull circuit 13 in response to the gain control signal, thereby causing a large power loss in the push-pull circuit 13. While setting the optimum DC bias current for the cellular phone to generate a desired level of transmission output.
더욱이, 고주파 신호에 대한 각 단에서의 증폭 이득은 예컨대 10 dB 정도로 각각 설정되어 있다. 또한, 고주파 신호의 출력(송신 출력)을 가변하기 위한 20 dB의 이득 제어는, 첫째 단의 차동 증폭기(11)에서의 바이어스 전류를 가변 조정함으로써 행할 수 있게 되어 있다.Furthermore, the amplification gain at each stage for the high frequency signal is set at, for example, about 10 dB. In addition, 20 dB of gain control for varying the output (transmission output) of the high frequency signal can be performed by variably adjusting the bias current in the differential amplifier 11 of the first stage.
도2에서, 참조 부호 206e는 알에프 파워 모듈(206)의 이득 제어 신호 입력 단자를 나타내고, 부호207은 동조 회로를 나타내고 있다. 기호 GND는, 회로 기판 (2a)에 형성된 접지 패턴을 나타내고 있다. 더욱이, 회로 기판(2a)에는 여기에 실장되는 회로 부품 서로를 접속하는 배선 패턴(도시 생략)과 고주파 접지 패턴(도3에서 기호 RF GND로 나타냄)이 접지 패턴 GND와 별개로 독립하여 형성되어 있다.In Fig. 2, reference numeral 206e denotes a gain control signal input terminal of the RF power module 206, and reference numeral 207 denotes a tuning circuit. The symbol GND represents the ground pattern formed on the circuit board 2a. Moreover, the wiring pattern (not shown) and the high frequency grounding pattern (indicated by the symbol RF GND in Fig. 3) for connecting the circuit components mounted thereon are formed independently of the grounding pattern GND in the circuit board 2a. .
도3에서, 고주파 접지 패턴 RF GND 에 관련된 파선은 가상 접지를 나타내고 있다. 보다 구체적으로, 도3에 나타낸 바와 같이 고주파 파워 모듈(206)은, 주로 복수의 바이폴라 트랜지스터 T1, T2∼ T11으로써 구성된다. 고주파 파워 모듈의 제1 차동 증폭기(11)는 한 쌍의 트랜지스터 T1, T2를 주체로 하여 구성되어, 양 트랜지스터의 이미터들은 서로 접속되고, 컬렉터에는 부하 저항 R1, R2가 각각 접속되어 있다.In Fig. 3, the broken line associated with the high frequency ground pattern RF GND represents the virtual ground. More specifically, as shown in Fig. 3, the high frequency power module 206 is mainly composed of a plurality of bipolar transistors T 1 , T 2 to T 11 . The first differential amplifier 11 of the high frequency power module mainly consists of a pair of transistors T 1 and T 2 , and emitters of both transistors are connected to each other, and load resistors R 1 and R 2 are connected to the collector, respectively. It is.
트랜지스터 T1, T2로써 이루어진 제1 차동 증폭기(11)는, 양 트랜지스터의 이미터와 접지(GND) 사이에 만들어진 트랜지스터 T3이 이루는 정전류원에 의해 구동되어, 트랜지스터 T1, T2의 베이스에 캐패시터를 거쳐서 평형 입력되는 고주파 신호를 증폭한다.The first differential amplifier 11 composed of the transistors T 1 and T 2 is driven by a constant current source formed by the transistor T 3 , which is formed between the emitters of both transistors and the ground GND, and is the base of the transistors T 1 and T 2 . The amplified high frequency signal is input through the capacitor.
제2 차동 증폭기(12)는, 한 쌍의 트랜지스터 T4, T5를 주체로 하여 구성되고, 양 트랜지스터의 이미터 끼리는 서로 접속되어, 베이스는 제1 차동 증폭기(11)의 트랜지스터의 T1, T2의 컬렉터에 직결되어 있다. 트랜지스터 T4, T5로써 구성된 제2 차동 증폭기(12)는, 양 트랜지스터의 이미터와 접지(GND) 사이에 구성된 트랜지스터 T6이 이루는 정전류원에 의해 구동되어 고주파 신호를 평형 증폭한다. 즉, 제2 차동 증폭기(12)는, 제1 차동 증폭기(11)로 증폭되어 트랜지스터 T4, T5의 베이스에 인가된 고주파 신호를 증폭한다.The second differential amplifier 12 mainly comprises a pair of transistors T 4 and T 5 , and emitters of both transistors are connected to each other, and the base is connected to T 1 , 2 of the transistors of the first differential amplifier 11. It is directly connected to the collector of T 2. The second differential amplifier 12 constituted by the transistors T 4 and T 5 is driven by a constant current source formed by the transistor T 6 configured between the emitters of both transistors and the ground GND to balance and amplify the high frequency signal. That is, the second differential amplifier 12 is amplified by the first differential amplifier 11 and amplifies the high frequency signal applied to the bases of the transistors T 4 and T 5 .
트랜지스터 T3, T6이 이루는 정전류원은, 바이어스 전류 회로(15, 16)의 제어 하에서, 제1 및 제2 차동 증폭기(11, 12)의 바이어스 전류를 이득 제어 신호에 응하여 가변하는 역할을 하고, 차동 증폭기(11, 12)의 증폭 이득을 가변 설정한다. 이와 같은 바이어스 전류의 가변 제어에 의해, 고주파 신호의 레벨에 적합한 차동 증폭기(11, 12)의 증폭 이득 설정과 고주파 신호에 대한 자동 이득 조정(AGC)이 행해진다.The constant current source formed by the transistors T 3 and T 6 serves to vary the bias currents of the first and second differential amplifiers 11 and 12 in response to the gain control signal under the control of the bias current circuits 15 and 16. The amplification gains of the differential amplifiers 11 and 12 are variably set. By such variable control of the bias current, the amplification gain setting of the differential amplifiers 11 and 12 suitable for the level of the high frequency signal and the automatic gain adjustment (AGC) for the high frequency signal are performed.
더욱이, 바이어스 전류 회로(15, 16)는 주위 온도에 따라 트랜지스터 T3, T6의 동작 제어를 행하도록 구성하여, 차동 증폭기(11, 12)에 대한 온도 보상 등의 기능을 갖게 하는 것도 물론 가능하다.Furthermore, the bias current circuits 15 and 16 can be configured to control the operation of the transistors T 3 and T 6 according to the ambient temperature, so that the bias current circuits 15 and 16 can have functions such as temperature compensation for the differential amplifiers 11 and 12. Do.
푸시풀 회로(13)는 주로 한 쌍의 트랜지스터 T7, T8로써 구성되고, 양 트랜지스터의 이미터는 함께 접지하고, 베이스는 제2 차동 증폭기(12)를 이룬 트랜지스터 T4, T5의 컬렉터에 캐패시터를 거쳐서 각각 접속되어 있다. 즉, 푸시풀 회로 (13)는, 차동 증폭기(12)에 의해 증폭된 고주파 신호를 평형 입력하여 증폭하여, 트랜지스터 T7, T8의 컬렉터 사이에 증폭 출력을 평형하게 얻을 수 있다.The push-pull circuit 13 consists mainly of a pair of transistors T 7 , T 8 , the emitters of both transistors are grounded together, and the base is connected to the collectors of transistors T 4 , T 5 , which form a second differential amplifier 12. Each is connected via a capacitor. That is, the push-pull circuit 13, and the high frequency signal amplified by the differential amplifier 12 to a balanced input amplifier, the transistor T 7, it is possible to obtain the equilibrium the amplified output between the collector of T 8.
트랜지스터 T7, T8의 베이스 사이에는, 양 트랜지스터의 베이스 전류, 더 나아가서는 푸시풀 회로(13)의 바이어스 전류를 규정하는 한 쌍의 구동 트랜지스터 T9, T10이 구비되어 있다. 구동 트랜지스터 T9, T10의 각각은, 트랜지스터 T11을 거쳐서 제3 바이어스 전류 회로(17)에 의해 구동되어 정전류 동작한다. 구동 트랜지스터 T9, T10은, 바이어스 전류 회로(17)의 제어 하에서 트랜지스터 T7, T8의 베이스 전류를 가변하고, 이에 의하여 푸시풀 회로(13)의 직류 바이어스 전류를 최적화한다.Between the bases of the transistors T 7 and T 8 , a pair of driving transistors T 9 and T 10 that define the base currents of both transistors and further the bias currents of the push-pull circuit 13 are provided. Each of the driving transistors T 9 and T 10 is driven by the third bias current circuit 17 via the transistor T 11 to operate a constant current. The driving transistors T 9 and T 10 vary the base currents of the transistors T 7 and T 8 under the control of the bias current circuit 17, thereby optimizing the DC bias current of the push-pull circuit 13.
고주파 파워 모듈(알에프 전력 증폭기; 206)의 출력단을 상술한 바와 같이 푸시풀 증폭기 회로 형식으로 구성하면, 차동 증폭기 회로 형식에서 필요한 이미터와 접지 사이의 정전류 회로가 불필요하게 되어, 전원 전압의 이용 효율이 최대가 된다. 한편, 푸시풀 증폭기 회로 형식의 출력단에서는, 바이어스 전류 가변 제어 회로를 베이스와 접지 사이에 마련함으로써, 고주파 신호에 대해 높은 임피던스를 갖는 회로 구성을 할 필요가 있다.If the output stage of the high frequency power module (RF power amplifier) 206 is configured in the form of a push-pull amplifier circuit as described above, the constant current circuit between the emitter and the ground required in the differential amplifier circuit format becomes unnecessary, and the use efficiency of the power supply voltage This is the maximum. On the other hand, in the output stage of the push-pull amplifier circuit type, by providing a bias current variable control circuit between the base and ground, it is necessary to make a circuit structure having a high impedance with respect to a high frequency signal.
이 때문에, 본 발명의 실시예에서는, 구동 트랜지스터 T9, T10의 베이스에 저항 R3, R4: R3, R5를 각각 접속시킴으로써 구동 트랜지스터의 높은 임피던스화가 도모되어, 고주파 신호에 대한 트랜지스터 T7, T8의 동작 조건을 안정하게 유지하면서, 트랜지스터 T7, T8이 행하는 푸시풀 회로(13)의 바이어스 전류를 최적화 하여 전력 손실의 증가를 방지하도록 되어 있다.Therefore, in the embodiment of the present invention, the driving transistor T 9, against the base of the T 10 R 3, R 4: R 3, by connecting R 5 each is reduced upset high impedance of the drive transistor, the transistor for the high frequency signal T 7, and is maintained stably operating condition of T 8, the transistor T 7, to optimize the bias current of the push-pull circuit 13, which performs the T 8 so as to prevent an increase in power loss.
상술한 바와 같이 입력단을 차단 증폭기(11, 12)에 의해 구성하고, 또한 출력단을 푸시풀 회로(13)로써 구성한 본 발명에 따른 고주파 파워 모듈(알에프 전력 증폭기; 206)에 의하면, 파워 모듈(206)이 실장된 회로 기판의 고주파 접지 패턴에 관하여 알에프 전력 증폭기가 가상 접지의 하부에서 고주파 신호를 평형 입력하여 증폭하고 평형 출력한다. 즉, 알에프 전력 증폭기(206)는, 고주파 접지 패턴에 대하여 플로팅 상태로 동작한다.According to the high-frequency power module (RF power amplifier) 206 according to the present invention in which the input stage is constituted by the cutoff amplifiers 11 and 12 and the output stage is configured as the push-pull circuit 13 as described above, the power module 206 With respect to the high frequency grounding pattern of the circuit board mounted with the RF power amplifier, the RF power amplifier balances and amplifies and balances the high frequency signal at the lower part of the virtual ground. That is, the RF power amplifier 206 operates in a floating state with respect to the high frequency ground pattern.
따라서, 프린트 회로 기판에 실장된 고주파 파워 모듈은, 고주파 접지 패턴의 영향을 받지 않고 안정 동작이 가능하게 된다. 더욱이, 고주파 파워 모듈(206)에서는 차동 증폭기(11, 12)의 바이어스 전류를 이득 제어 신호에 따라 가변하여 차동 증폭기(11, 12)의 증폭 이득을 가변하기 때문에 이득 제어가 용이하고, 증폭 이득을 안정하게 가변할 수 있다.Therefore, the high frequency power module mounted on the printed circuit board can be stably operated without being affected by the high frequency ground pattern. Furthermore, in the high frequency power module 206, since the bias current of the differential amplifiers 11 and 12 is varied in accordance with the gain control signal, the amplification gains of the differential amplifiers 11 and 12 are varied so that gain control is easy and gain gain is amplified. It can be stably varied.
송신 출력을 낮추기 위해서는, 모듈(206)의 차동 증폭기(11, 12) 및 푸시풀 회로(13)의 바이어스 전류를 감소시켜 증폭기 요소(11, 12, 13)의 증폭 이득을 감소시킨다. 송신 전력을 낮게 송출할 경우에는 이와 같은 증폭기 요소(11, 12, 13)의 바이어스 전류가 감소되며 푸시풀 회로(13)의 바이어스 전류가 송신 출력 레벨에 대응하여 최적화 되기 때문에, 송신 출력이 최대 출력으로부터 현저히 감소되더라도 전력 증폭기의 선형성을 유지하면서도 원치 않는 전력 손실을 방지할 수 있다.To lower the transmit power, the bias currents of the differential amplifiers 11, 12 and the push-pull circuit 13 of the module 206 are reduced to reduce the amplification gain of the amplifier elements 11, 12, 13. When transmitting low transmission power, the bias current of such amplifier elements 11, 12, 13 is reduced and the transmit current is maximized because the bias current of the push-pull circuit 13 is optimized in correspondence with the transmission output level. Significantly reduced from, keeps the power amplifier linear, while avoiding unwanted power losses.
특히, 본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 푸시풀 회로(13)에 있어서 전력 효율(power efficiency)의 대폭적인 저하를 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 전력 증폭기는 송신 출력을 저 송신 출력 레벨로부터 고출력 레벨까지 광범위하게 가변하는 경우 불필요한 전력 소모를 방지할 수 있다.In particular, according to the preferred embodiment of the present invention, it is possible to prevent a significant decrease in power efficiency in the push-pull circuit 13. Therefore, the power amplifier according to the present invention can prevent unnecessary power consumption when the transmission output varies widely from low transmission output level to high output level.
도4는 본 발명에 따른 고주파 전력 모듈(206)과 종래 기술에 따른 알에프 전력 증폭기에 있어서, 송신 전력과 전력 효율과의 관계를 각각 실선 A 및 파선 B 로써 나타내고 있다. 도4를 참조하면, 송신 전력을 1 ㎽ 정도로 감소시킬 때의 파워 모듈(206)의 전력 효율은 10 % 정도인 반면에 종래 기술에 따른 알에프 전력 증폭기의 전력 효율은 1 % 정도임을 나타내고 있다. 즉, 저송신 출력 레벨 영역에서 본 발명에 따른 파워 모듈(206)의 전력 효율은 종래 기술에 비해 상당히 높음을 알 수 있다.4 shows the relationship between the transmission power and the power efficiency in the high frequency power module 206 according to the present invention and the RF power amplifier according to the prior art as solid lines A and broken lines B, respectively. Referring to Fig. 4, the power efficiency of the power module 206 when the transmission power is reduced by about 1 kHz is about 10%, while the power efficiency of the RF power amplifier according to the prior art is about 1%. That is, it can be seen that the power efficiency of the power module 206 according to the present invention in the low transmission power level region is considerably higher than in the prior art.
도5는 최대 송신 전력이 1 W 인 CDMA 방식의 휴대 전화에 있어서 송신 출력 레벨 영역과 사용 빈도와의 관계를 나타내고 있다. 도5를 참조하면, 실제로 휴대 전화를 최대 출력으로 구동하는 경우는 드물고 오히려 10 ㎽ 이하의 저출력으로 구동하는 경우가 대부분임을 알 수 있다. 이와 같은 경향으로 보면 10 ㎽ 이하의 저출력 시에 있어서 신호 품질과 그때의 전력 효율을 높게 하도록 하는 것이 중요하다.Fig. 5 shows the relationship between the transmission output level range and the frequency of use in a CDMA mobile telephone having a maximum transmission power of 1 W. Figs. Referring to Fig. 5, it can be seen that in practice, the mobile phone is rarely driven at the maximum output power, but in most cases, the mobile phone is driven at the low output power of 10 mu s or less. In view of such a trend, it is important to increase the signal quality and the power efficiency at the time of low output of 10 kHz or less.
고주파 파워 모듈(206)은, 차동 증폭기(11, 12) 및 푸시풀 회로(13)에 대한 바이어스 전류의 조정만으로 송신 출력을 조정 가능하며 특히 저출력 레벨 영역에서의 전력 효율을 향상시킬 수 있어서 전력 절감 효과가 매우 크다. 본 발명에 따른 기술적 사상은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니고, 여러가지 형태의 변형된 실시예가 가능하다.The high frequency power module 206 can adjust the transmission output only by adjusting the bias currents for the differential amplifiers 11 and 12 and the push-pull circuit 13, and in particular, can improve power efficiency in the low output level region, thereby saving power. The effect is very big. The technical idea according to the present invention is not limited to the above embodiment, and various modified embodiments are possible.
예를 들어, 원하는 레벨의 송신 신호를 얻기 위해서 요구되는 증폭 이득에 따라서, 알에프 전력 증폭기(알에프 파워 모듈)의 입력단을 한 개의 차동 증폭기로 구현하던가 또는 3단 이상의 차동 증폭기를 직결하여 구성하는 것이 가능하다. 또한, 알에프 전력 증폭기의 출력단의 출력 트랜지스터를 달링턴(Darlington) 회로로 접속할 수도 있다. 또한, 전술한 본 발명의 실시예로서 npn 트랜지스터를 사용하여 알에프 전력 증폭기를 구성하였으나, pnp 트랜지스터를 사용할 수도 있다.For example, depending on the amplification gain required to obtain a desired level of transmission signal, it is possible to implement the input stage of the RF power amplifier (RF power module) as one differential amplifier or to configure three or more stages of differential amplifiers directly. Do. In addition, an output transistor of the output terminal of the RF power amplifier may be connected to a Darlington circuit. In addition, although the RF power amplifier is configured using the npn transistor as the embodiment of the present invention described above, a pnp transistor may be used.
본 발명에 따른 고주파 전력 모듈을 모놀리틱 집적 회로를 이용하여 구현하는 경우 실리콘 바이폴라 트랜지스터를 사용함은 물론이고 갈륨비소(GaAs) 등의 III-V 족 화합물 반도체를 사용한 HBT(heterojunction bipolar transistor), PHEMT(pseudomorphic high electron mobility transister), MESFET, 또는 절연 게이트 형의 바이폴라 트랜지스터(IGBT) 등을 사용할 수도 있다.When the high frequency power module according to the present invention is implemented using a monolithic integrated circuit, as well as using a silicon bipolar transistor, a heterojunction bipolar transistor (HBT) using a group III-V compound semiconductor such as gallium arsenide (GaAs), PHEMT (pseudomorphic high electron mobility transister), MESFET, or insulated gate type bipolar transistor (IGBT) may be used.
더욱이, 본 발명의 실시예에서는 알에프 전력 증폭기를 집적 회로화 하였으나, 반드시 그렇게 한다는 것은 필수적인 것이 아니다. 본 발명의 알에프 전력 증폭기(206)는 상술한 바와 같이 자동 이득 제어 기능을 지니기 때문에 송신부(2t)에서 자동 이득 제어 회로(203)를 생략할 수 있다.Moreover, although embodiments of the present invention have integrated the RF power amplifier, it is not necessary to do so. Since the RF power amplifier 206 of the present invention has an automatic gain control function as described above, the automatic gain control circuit 203 can be omitted from the transmitter 2t.
또한, 본 발명의 양호한 실시예로서 W-CDMA 방식의 휴대 전화에 탑재되는 경우를 상술 하였으나, 본 발명에 따른 알에프 전력 증폭기는 여러가지 종류의 이동 기기에 탑재 가능하고, 특히 소비 전력 절감이 요청되는 휴대식 이동 기기에 적합하다. 이동 기기 각부의 회로 구성은, 이동 기기의 사양 등에 대응하게 된다.In addition, although a case of being mounted on a W-CDMA mobile phone as a preferred embodiment of the present invention has been described above, the RF power amplifier according to the present invention can be mounted on various kinds of mobile devices, and in particular, a portable type is required to reduce power consumption. Suitable for mobile devices The circuit configuration of each part of the mobile device corresponds to the specifications of the mobile device.
본 발명의 실시예에 따른 알에프 전력 증폭기에서는 입력단(11, 12) 및 출력단(13)의 쌍방을 평형 회로로 구성하였으나, 입력단 또는 출력단의 어느 한쪽을 평형 회로로써 구성함과 동시에 다른 쪽을 비평형 회로로 구성할 수도 있다.In the RF power amplifier according to the embodiment of the present invention, although both the input terminals 11 and 12 and the output terminal 13 are configured as balanced circuits, either the input terminal or the output terminal is configured as a balanced circuit and the other is unbalanced. It can also be configured as a circuit.
도6은 증폭기와 발룬(balun)을 포함하는 비평형 회로(unbalanced circuit)을 구성하는 입력단(401)과 평형 회로를 구성하는 출력단(402)을 구비한 알에프 전력 증폭기(401)를 나타낸 도면이다.6 shows an RF power amplifier 401 having an input stage 401 constituting an unbalanced circuit comprising an amplifier and a balun and an output stage 402 constituting a balanced circuit.
도7은 평형 회로를 구성하는 입력단(501)과 증폭기와 발룬을 포함한 비평형 회로를 구성한 출력단(502)을 구비한 알에프 전력 증폭기를 나타낸 도면이다. 도면 부호 RF GND 는 알에프 접지 패턴을 나타낸다. 도면 제6도 및 제7도에서, 바이어스 전류 회로는 도시되어 있지 않다.7 shows an RF power amplifier having an input stage 501 constituting a balanced circuit and an output stage 502 constituting an unbalanced circuit including an amplifier and a balun. RF GND denotes an RF ground pattern. 6 and 7, the bias current circuit is not shown.
전술한 내용은 후술할 발명의 특허 청구 범위를 보다 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 개설하였다. 본 발명의 특허 청구 범위를 구성하는 부가적인 특징과 장점들이 이상에서 상술되었다. 개시된 본 발명의 개념과 특정 실시예는 본 발명과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 구조의 설계나 수정의 기본으로서 즉시 사용될 수 있음이 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.The foregoing has outlined rather broadly the features and technical advantages of the present invention to better understand the claims of the invention which will be described later. Additional features and advantages that make up the claims of the present invention have been described above. It should be appreciated by those skilled in the art that the conception and specific embodiments of the invention disclosed may be readily used as a basis for designing or modifying other structures for carrying out similar purposes to the invention.
또한, 본 발명에서 개시된 발명 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 사용되어질 수 있을 것이다. 또한, 당해 기술 분야의 숙련된 사람에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허 청구 범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능하다.In addition, the inventive concepts and embodiments disclosed herein may be used by those skilled in the art as a basis for modifying or designing other structures for carrying out the same purposes of the present invention. In addition, such modifications or altered equivalent structures by those skilled in the art may be variously changed, substituted, and changed without departing from the spirit or scope of the invention described in the claims.
본 발명에 따른 알에프 전력 증폭기는 고주파 접지 패턴의 영향을 받지 않고 증폭기의 선형성을 유지하면서 고주파 신호를 증폭할 수 있다. 또한, 송신 출력 레벨을 쉽고도 안정되게 가변할 수 있어, 특히 저출력 레벨 영역에서의 알에프 전력 증폭기의 전력 효율을 향상시킬 수 있다.The RF power amplifier according to the present invention can amplify a high frequency signal while maintaining the linearity of the amplifier without being affected by the high frequency ground pattern. In addition, the transmission output level can be changed easily and stably, and in particular, the power efficiency of the RF power amplifier in the low output level region can be improved.
본 발명에 따른 알에프 전력 증폭기의 바람직한 실시예로서, 변조부와 주파수 변환부 및 이동 기기의 수신 계통과 함께 회로 기판에 실장되어, 이동 기기의 고주파부로써 기능을 수행하는 고주파 모듈을 구성한 경우, 모듈화된 고주파부는 소형화 또는 소비 전력의 절감을 도모할 수 있으므로, 광역 대부호 분할 다원 접속(W-CDMA) 시스템의 이동 기기에서와 같이 다수 개의 회로 부품이 필요하고, 동시에 송신 전력의 선형성이 요구되는 이동 기기를 구성함에 있어서 발생하는 문제점을 해결한다.As a preferred embodiment of the RF power amplifier according to the present invention, in the case of configuring a high frequency module mounted on a circuit board together with a modulator, a frequency converter and a receiving system of a mobile device to perform a function as a high frequency part of a mobile device, modularization Since the high frequency part can reduce the size or reduce the power consumption, a mobile device that requires a large number of circuit components, and at the same time requires linearity of transmission power, as in a mobile device of a wide-band division multiple access (W-CDMA) system. Solve the problems that occur in configuring.
또한, 본 발명에 따른 알에프 전력 증폭기는 고주파부를 모듈화 함으로써 그 범용성을 향상시키고 여러가지 사양의 이동 기기에 적용될 수 있다.In addition, the RF power amplifier according to the present invention improves its versatility by modularizing the high frequency part and can be applied to mobile devices of various specifications.
본 발명에 따라 집적 회로화된 알에프 전력 증폭기는 그 작동 안정성이 보상되도록 전력 증폭기를 제조 가능하게 하고, 이에 따라 회로 기판에서의 전력 증폭기의 실장 조건이 완화될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따라 집적화된 전력 증폭기는 소형이라는 잇점과 함께 실장 조건이 완화된다는 점이 서로 어우러져 고주파 모듈화를 더욱 용이하게 할 수 있다.The integrated circuit RF power amplifier according to the present invention makes it possible to manufacture a power amplifier such that its operational stability is compensated, thereby mitigating the mounting conditions of the power amplifier on the circuit board. Accordingly, the power amplifier integrated in accordance with the present invention can be combined with each other in that the mounting conditions are alleviated with the advantage of being compact, thereby facilitating high frequency modularization.
본 발명에 따른 알에프 전력 증폭기는 전력 효율이 높고, 그 결과 전원으로서 전지를 사용하는 휴대 전화 등의 휴대용 이동 기기를 제공하는데 특히 적합하다.The RF power amplifier according to the present invention has a high power efficiency, and as a result is particularly suitable for providing a portable mobile device such as a cellular phone using a battery as a power source.
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