KR20010040179A

KR20010040179A - 이동통신 단말기의 출력전력 제어장치 및 방법

Info

Publication number: KR20010040179A
Application number: KR1020000063116A
Authority: KR
Inventors: 박성길; 이재민; 이우용
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1999-10-26
Filing date: 2000-10-26
Publication date: 2001-05-15
Also published as: WO2001031802A1; AU1060301A

Abstract

본 발명에 따른, 단말기의 출력이 고전력에서 높은 효율을 가지는 제1전력증폭기와, 상기 출력이 저전력에서 높은 효율을 가지는 제2전력증폭기와, 래디오 주파수 신호를 상기 두 개의 전력증폭기들중 하나로 연결하기 위한 스위치와, 상기 두 개의 전력증폭기들의 출력을 듀플렉서로 연결하기 위한 서큘레이터를 포함하는 상기 단말기의 출력전력 제어방법이, 기지국으로부터 수신되는 신호의 신호세기를 검출하는 과정과, 상기 검출된 신호세기에 대응하는 상기 단말기의 출력을 결정하는 과정과, 상기 결정된 단말기의 출력에 따라 상기 두 개의 전력증폭기들중 하나를 활성화시키는 과정과, 상기 스위치를 제어하여 래디오 주파수 신호가 상기 활성화된 전력증폭기로 제공되도록 제어하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

이동통신 단말기의 출력전력 제어장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING TRANSMISSION POWER OF MOBILE STATION}

본 발명은 이동통신단말기의 전력증폭기 제어장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 적어도 두 개의 전력증폭기들을 병렬 연결하여 사용하는 단말기 송신장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 통화중인 단말기에서 가장 많은 전력소모가 이루어지는 부분이 전력증폭기이다. 따라서 단말기의 통화시간을 최대한 증대시키기 위해 전력증폭기의 전력 소모를 최적화하는 방법이 많이 연구되고 있으며, 현재 생산되고 있는 많은 전력증폭기들이 이러한 목적의 전력 제어 단자를 구비하고 있다. 그러나 전력증폭기의 최적의 전력 제어는 전력증폭기 종류에 따라서 다를 뿐 아니라, 전력증폭기는 출력 레벨에 따라 비선형적인 특성을 가진다. 종래기술에 따른 전력증폭기의 전력 제어에는 다음과 같은 방법들이 사용되고 있다.

첫 번째 방법으로는 단말기의 송신단 출력 레벨에 따라 4개의 불연속적인 제어 전압을 전력증폭기의 제어 단자에 인가하여 전력증폭기의 효율을 높이거나(도 1참조), 송신단 AGC(Automatic Gain Control,자동이득제어) 증폭기(Amp.)의 PDM(Pulse Density Modulation, 펄스밀도변조)형태의 이득제어신호(TX_AGC_ADJ)를 이용하여 자동이득제어 증폭기(AGC Amp.)와 전력증폭기(power amp.)를 동시에 제어하는 방식이 있다(도 2참조).

상기 도 1을 참조하면, 제어기101은 단말기의 전반적인 동작을 제어한다. 특히, 상기 제어기101은 자동이득제어 증폭기102로 이득제어신호(TX_AGC_ADJ, PDM신호)를 인가하고, 제어회로부106으로 증폭제어신호를 인가한다. 상기 자동이득제어 증폭기102는 상기 제어기101로부터 제공되는 상기 이득제어신호에 응답하여 입력신호를 이득조정하여 출력한다. 혼합기103은 상기 자동이득제어 증폭기 102의 출력 주파수를 증가시키는 주파수 변환(frequency conversion)을 위해 상기 자동이득제어 증폭기102의 출력과 국부발진기(도시히지 않음)의 국부신호를 혼합하여 주파수 상향조정하여 출력한다. 구동증폭기104는 상기 혼합기103의 출력을 증폭하여 출력한다. 상기 제어회로부106은 상기 제어기101에서 제공되는 증폭제어신호에 응답하여 전력증폭기105을 제어하기 위한 제어전압을 전력증폭기105로 인가한다. 여기서 상기 제어회로부106에서 상기 전력증폭기105로 제공되는 제어전압은 4 종류이다. 상기 전력증폭기105는 상기 인가되는 제어전압에 응답하여 상기 구동증폭기104로부터의 신호를 송신전력에 맞게 증폭하여 출력한다.

상기 도 2를 참조하면, 제어기201은 단말기의 전반적인 동작을 제어한다. 특히, 상기 제어기201은 자동이득제어 증폭기202와 제어회로부206으로 동일한 이득제어신호(TX_AGC_ADJ, PDM신호)를 인가한다. 상기 자동이득제어 증폭기202는 상기 제어기201로부터 제공되는 상기 이득제어신호에 응답하여 입력신호를 이득조정하여 출력한다. 혼합기203은 상기 자동이득제어 증폭기 202의 출력 주파수를 증가시키는 주파수 변환(frequency conversion)을 위해 상기 자동이득제어 증폭기202의 출력과 국부발진기(도시히지 않음)의 국부신호를 혼합하여 주파수 상향조정하여 출력한다. 구동증폭기204는 상기 혼합기203의 출력을 증폭하여 출력한다. 상기 제어회로부206은 상기 제어기101에서 제공되는 상기 이득제어신호에 응답하여 전력증폭기205을 제어하기 위한 제어전압을 전력증폭기105로 출력한다. 상기 전력증폭기205는 상기 제어회로부206으로부 제공되는 제어전압에 응답하여 상기 구동증폭기104로부터의 신호를 송신전력에 맞게 증폭하여 출력한다. 상기한 설명에서 제어기(101, 201)은디지털 모뎀(digital modem)라 할수 있다.

상기 도 1과 같은 방법은, 상기 디지털 모뎀 칩에서 공급하는 2비트신호(PA_R0, PA_R1)를 이용하여 4단계의 제어 전압을 발생시키고, 약 70~80dB (-50dBm에서 24 또는 30dBm) 정도 되는 단말기의 송신 전력 범위를 4개의 구간으로 나누어 각 구간을 4개의 제어 전압에 대응시켜 같은 구간에서는 동일한 제어 전압을 인가하는 방법이다. 그러나 이러한 종래기술은 비선형적이고 연속적인 최적의 제어전압에 부합하기 힘들며, 따라서 전력 사용의 효율을 최대로 할 수 없다.

또한, 상기한 두 방법은 전력증폭기의 바이어스 전류를 제어하여 최대의 효율을 얻고자 하는 방법이며, 이러한 방법은 기본적으로 최대전력에서 높은 효율을 갖는 전력증폭기를 사용하기 때문에 저전력 상태에서 특정 수준이상의 효율를 갖는 것은 매우 어렵다.

일반적으로, 전력증폭기는 출력 레벨에 따른 최적의 제어전압이 비선형적이고 연속적인 변화를 가지므로 몇 개의 제어전압들을 가지고 불연속적으로 제어하는 것은 효율을 최대로 할수 없으며, 또한 상기 도 2와 같이, 자동이득제어 증폭기102를 제어하는 이득제어신호(TX_AGC_ADJ) 신호를 사용하여 최적의 제어전압을 출력하는 하드웨어를 만드는 것도 쉽지 않다.

많은 실험자료에 따르면 대부분의 시간 동안 단말기에서 사용하는 출력 전력의 크기는 0dBm 이하인 것으로 조사되었다. 그런데 종래의 전력증폭기의 효율은 최대전력에 맞추어져 있어 0dBm 이하의 전력에서는 효율이 5%이하로 매우 낮다. 그러므로 최대전력에서 높은 효율을 갖는 전력증폭기를 사용하는 기존의 단말기에서는 대부분의 시간 동안 매우 낮은 에너지 효율 상태에서 동작하는 문제점을 있다.

따라서 본 발명의 목적은 이동통신 단말기에서 출력 전력의 레벨에 따라 저전력 상태에서는 저전력에서 높은 효율을 가지는 증폭기를 사용하고, 고전력 상태에서는 기존과 같은 최대 전력에서 높은 효율을 갖는 전력증폭기를 사용함으로써 저전력상태에서도 높은 에너지 효율을 얻을 수 있는 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 이동통신 단말기에서 출력 전력레벨에 따라 서로 다른 특성을 가지는 전력증폭기들을 사용하는 경우 상기 전력증폭기들의 출력단에 서큘레이터를 연결하여 각 증폭기의 출력 임피던스가 상대방 출력단 정합회로에 주는 영향을 최소화하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기 목적들을 달성하기 위한, 단말기의 출력이 고전력에서 높은 효율을 가지는 제1전력증폭기와, 상기 출력이 저전력에서 높은 효율을 가지는 제2전력증폭기와, 래디오 주파수 신호를 상기 두 개의 전력증폭기들중 하나로 연결하기 위한 스위치와, 상기 두 개의 전력증폭기들의 출력을 듀플렉서로 연결하기 위한 서큘레이터를 포함하는 상기 단말기의 출력전력 제어방법이, 기지국으로부터 수신되는 신호의 신호세기를 검출하는 과정과, 상기 검출된 신호세기에 대응하는 상기 단말기의 출력을 결정하는 과정과, 상기 결정된 단말기의 출력에 따라 상기 두 개의 전력증폭기들중 하나를 활성화시키는 과정과, 상기 스위치를 제어하여 래디오 주파수 신호가 상기 활성화된 전력증폭기로 제공되도록 제어하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래기술에 따른 이동통신 단말기에서 최대 출력에 바이어스가 고정된 전력증폭기를 도시하는 도면.

도 2는 종래기술에 따른 이동통신 단말기에서 자동이득제어 증폭기의 이득제어신호를 가지고 전력증폭기를 제어하는 방식을 보여주는 도면.

도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 이동통신단말기의 출력전력 제어장치를 도시하는 도면.

도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 이동통신단말기의 출력전력 제어장치를 도시하는 도면.

도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 이동통신단말기의 출력전력 제어장치를 도시하는 도면.

도 6은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 이동통신 단말기의 출력전력 제어장치를 도시하는 도면.

도 7은 상기 도 3에 도시된 장치를 제어하기 위한 제어신호들을 발생하기 위한 장치를 도시하는 도면.

도 8은 상기 도 6에 도시된 장치를 제어하기 위한 제어신호들을 발생하기 위한 장치를 도시하는 도면.

도 9는 본 발명에 따른 스위칭제어신호의 히스테리시스 곡선을 도시하는 도면.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명은 기존 단말기에서와 같이, 자동이득제어 증폭기, 혼합기, 구동증폭기, 및 이들을 제어할 수 있는 제어기가 구성되며, 여기에 서로 다른 동작 특성(operating characteristic)을 가지는 두 개의 전력증폭기들이 병렬 구성되고, 상기 구동증폭기의 출력을 상기 전력증폭기들에게 연결하기 위한 저전력 스위치와 상기 전력증폭기들의 출력을 듀플렉서에 연결해 주는 서큘레이터(circulator)가 구성된다.

이하 단말기의 출력 레벨이 높은 상태에서 높은 효율을 얻을수 있는 증폭기를 "제1전력증폭기"라 가정하고, 단말기의 출력레벨이 낮은 상태에서 높은 효율을 얻을수 있는 증폭기를 "제2전력증폭기"라 칭한다. 한편, 구동증폭기의 출력을 래디오 주파수 신호라 칭한다.

도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 이동통신단말기의 송신기 장치를 도시하고 있다.

상기 도 3을 참조하면, 제어기301은 단말기의 전반적인 동작을 제어한다. 특히, 상기 제어기301은 자동이득제어 증폭기302으로 이득제어신호(TX_AGC_ADJ)를 제공하고, 제어회로부306으로 증폭제어신호를 제공하며, 스위치305, 제1전력증폭기307 및 제2전력증폭기308로 스위칭제어신호(SW_2_3)을 제공한다.

상기 이득제어증폭기302는 상기 제어기301로부터 제공되는 이득제어신호에 응답하여 입력신호를 해당 레벨로 이득조정하여 출력한다. 혼합기303은 상기 자동이득제어 증폭기 302의 출력 주파수를 증가시키는 주파수 변환(frequency conversion)을 위해 상기 자동이득제어 증폭기302의 출력과 국부발진기(도시히지 않음)의 국부신호를 혼합하여 주파수 상향조정하여 출력한다. 구동증폭기304는 상기 혼합기303의 출력을 증폭하여 출력한다. 상기 제어회로부306은 상기 제어기301에서 제공되는 상기 증폭제어신호에 응답하여 상기 제1전력증폭기307을 제어하기 위한 제어전압을 출력한다.

상기 스위치305의 공통단자(1)는 상기 구동증폭기304의 출력단에 연결되고, 제1출력단자(2)가 상기 제1전력증폭기307에 연결되며, 제2출력단자(3)는 제2전력증폭기308에 연결 구성된다. 상기 스위치305는 상기 제어기301에서 제공되는 스위칭제어신호(SW_2_3)에 의해 상기 구동증폭기304에서 출력되는 래디오 주파수 신호를 상기 제1전력증폭기307 혹은 상기 제2전력증폭기308로 연결한다. 상기 제1전력증폭기307 및 제2전력증폭기308은 상기 스위치305를 통해 입력되는 신호를 전력 증폭하여 출력한다.

서큘레이터309의 제1단자(1)는 상기 제1전력증폭기307에 연결되고, 제3단자가 상기 제2전력증폭기308에 연결되며, 제3단자(3)가 듀플렉서(도시하지 않음)에 연결된다. 상기 서큘레이터309는 상기 제1전력증폭기307 및 상기 제2전력증폭기308의 출력을 듀플렉서(도시하지 않음)로 연결하다.

상기 도 3의 구성에 근거한 동작을 살펴보면 다음과 같다.

통화중인 단말기의 시간에 따른 출력 전력을 살펴보면, 실제로 가장 많이 사용하는 출력은 -10 ~ 0dBm 사이이고, 0dBm 이상의 출력을 가지는 경우는 총통화시간의 10% 정도에 불과하다. 따라서, 본 발명은 실제 통화중인 단말기에서 가장 많이 분포되는 0 dBm이하의 출력에 대해 부가적으로 저전력상태에서 높은 효율을 가지는 제2 전력증폭기를 사용한다.

예를들어, 특정 기준치("0dBm"으로 가정함) 이하일 경우(또는 단말기의 출력이 저전력상태인 경우), 상기 구동증폭기304의 출력을 상기 제2전력증폭기308의 입력에 연결하고, 상기 제1전력증폭기307을 비활성상태로 만들어 시스템의 에너지 효율을 높인다. 이때 상기 서큘레이터309의 방향성이 1-〉2-〉3-〉1 이므로, 서큘레이터309의 제3단자에 입력되는 상기 제2전력증폭기308의 출력이 상기 서큘레이터309의 제1단자로 연결되지만, 상기 제1단자에 연결되어 있는 제2전력증폭기307이 비활성상태에 있기 때문에 거의 모든 전력이 반사되어 제2단자에 연결되어 있는 상기 듀플렉서로 연결된다.

또한, 고전력상태에서는 상기 구동증폭기304에서 출력되는 래디오 주파수 신호가 상기 스위치305를 통하여 상기 제1전력증폭기307에 입력되고 상기 제2전력증폭기308는 비활성 상태로 된다. 이때 상기 서큘레이터309의 제1단자에 연결되어 있는 상기 제1전력증폭기307의 출력은 상기 제2단자에 연결된 상기 듀플렉서로 연결된다. 상기 고전력 상태에서 상기 제2전력증폭기308은 비활성 상태이기 때문에 상기 제2전력증폭기308의 출력 임피던스가 상기 서큘레이터309를 통하여 제1전력증폭기307의 출력단 정합회로에 주는 영향은 매우 적다.

여기서 상기 제2전력증폭기308를 사용하지 않고, 상기 스위치305의 출력을 바로 상기 서큘레이터309로 연결할 수도 있다. 이는 저전력상태에서는 전력증폭을 수행하지 않고 송신하는 것을 의미한다.

도 7은 상기한 증폭제어신호(PA_R), 이득제어신호(TX_AGC_ADJ) 및 상기 스위칭제어신호(SW_2_3)를 발생하는 제어신호발생부를 도시하고 있다. 상기 제어신호발생부는 단말기 제어기(또는 모뎀)의 내부에 구성된다.

상기 도 7을 참조하면, 단말기의 출력 전력을 나타내는 데이터(Ratchetted Power;이하 "출력전력표시자"라 칭함)가 각 신호발생기들(601, 602, 603)로 제공된다. 여기서 상기 단말기의 출력전력은 기지국으로부터 수신되는 신호의 수신전계강도(RSSI) 및 기지국 전력제어명령에 의해 결정될 수 있다. 스위칭제어신호 발생기601은 상기 출력전력표시자를 입력받아 상기 스위치305를 제어하기 위한 스위칭제어신호(SW_2_3)을 발생한다. 또한, 상기 스위칭제어신호는 각 전력증폭기(307 및 308)를 활성화시키는데 사용된다.

증폭제어신호 발생기602는 상기 출력전력표시자에 근거하여 전력증폭기에 제공되는 제어전압을 조정하기 위한 증폭제어신호(PA_R)를 발생한다. 이득제어신호 발생기603은 상기 출력전력표시자에 근거하여 상기 자동이득제어 증폭기302를 제어하기 위한 제어데이터를 발생한다. 펄스폭변조기604는 상기 이득제어신호 발생기603으로부터의 제어데이타를 펄스밀도변조(PDM : Pulse density modulation)하여 상기 자동이득조정 증폭기302로 출력한다.

상기한 바와 같이, 상기 저전력 상태와 고전력 상태를 나타내는 스위칭제어신호(SW_2_3)는 수신전력에 의하여 계산되는 단말기의 송신 전력에 근거하여 발생된다. 이때 상기 스위칭제어신호는 첨부된 도면 도 9와 같은 히스테리시스 곡선을 가지며, 이는 스위칭 전력 근처에서의 빈번한 스위칭에 의한 단말기의 성능 저하를 방지하기 위한 특성을 보여준다. 또한, 상기 스위칭제어신호는 상기 스위치305를 스위칭하는 것과 상기 제1전력증폭기307 및 상기 제2전력증폭기308를 각각 활성화시키데 사용된다.

도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 이동통신 단말기의 송신장치를 도시하고 있다. 상기 도 4는 상기한 도 3의 구성과 유사하며 단지 상기 도 3의 스위치305를 셔큘레이터로 대체한 구성을 보여준다.

상기 도 4를 참조하면, 제어기401은 단말기의 전반적인 동작을 제어한다. 특히, 상기 제어기401은 자동이득제어 증폭기402로 이득제어신호(TX_AGC_ADJ)를 제공하고, 제어회로부406으로 증폭제어신호를 제공하며, 제1전력증폭기407 및 제2전력증폭기408로 스위칭제어신호(SW_2_3)을 제공한다.

상기 자동이득제어 증폭기402는 상기 제어기401로부터 제공되는 상기 이득제어신호에 응답하여 입력신호를 해당 레벨로 이득조정하여 출력한다. 혼합기403은 상기 자동이득제어 증폭기402의 출력과 국부발진기(도시하지 않음)의 국부신호를 혼합하여 주파수 상향조정하여 출력한다. 구동증폭기404는 상기 혼합기403의 출력을 증폭하여 출력한다. 상기 제어회로부406은 상기 제어기401에서 제공되는 상기 증폭제어신호에 응답하여 상기 제1전력증폭기407을 제어하기 위한 제어전압을 출력한다.

상기 제1셔큘레이터405는 제1단자(1)가 상기 구동증폭기404의 출력단에 연결되고, 제2단자(2)가 상기 제1전력증폭기407의 입력단에 연결되며, 제3단자(3)가 제2전력증폭기408의 입력단에 연결 구성된다. 여기서, 단말기의 출력전력이 저전력상태인 경우, 상기 스위칭제어신호에 의해 상기 제1전력증폭기407은 비활성 상태로 된다. 이때, 상기 제1서큘레이터405의 방향성은 1-〉2-〉3-〉1 이므로, 상기 제1서큘레이터405의 제1단으로 입력되는 상기 구동증폭기404의 출력이 상기 제2단자로 연결되지만 상기 제2단자에 연결되어 있는 상기 제1전력증폭기407이 비활성상태이기 때문에, 거의 모든 전력이 반사되어 제3단자에 연결되어 있는 제2전력증폭기408로 연결된다. 한편, 고전력상태에서는 상기 스위칭제어신호에 의해 상기 제2전력증폭기408이 비활성상태로 된다. 따라서, 상기 제1서큘레이터405의 제1단자에 연결되어 있는 상기 구동증폭기403의 출력은 상기 제2단자에 연결된 상기 제1전력증폭기407로 연결된다.

상기 제1전력증폭기407 및 제2전력증폭기408은 상기 서큘레이터404를 통해 입력되는 신호를 전력 증폭하여 출력한다. 제2셔큘레이터409의 제1단자(1)는 상기 제1전력증폭기407에 연결되고, 제3단자가 상기 제2전력증폭기408에 연결되며, 제2단자(2)가 듀플렉서(도시하지 않음)에 연결된다. 상기 제2서큘레이터409는 전력레벨에 따라 상기 제1전력증폭기307 및 상기 제2전력증폭기308의 출력을 각각 듀플렉서(도시하지 않음)으로 연결하다. 여기서, 단말기의 출력전력이 저전력 상태일 경우, 상기 제1전력증폭기407의 상태가 비활성 상태이므로, 상기 구동증폭기404에서 출력되는 래디오 주파수 신호는 상기 제2전력증폭기408에서 전력증폭되고, 제2서큘레이터409를 통해 상기 듀플렉서로 전달된다. 고전력상태인 경우 상기 제2전력증폭기408이 비활성상태이므로, 상기 구동증폭기404에서 출력되는 래디오 주파수 신호는 상기 제1전력증폭기407에서 전력 증폭되고, 상기 제2서큘레이터409를 통해 상기 듀플렉서로 전달된다.

여기서 상기 제2전력증폭기를 사용하지 않고, 상기 제1서큘레이터405의 제3단을 바로 상기 제2서큘레이터의 제3단(3)으로 연결할수도 있다. 이는 저전력상태에서는 전력증폭을 수행하지 않고 송신하는 것을 의미한다.

도 5는 본 발명의 제3 다른 실시 예에 따른 이동통신단말기의 송신장치를 도시하고 있다. 상기 도 5는 상기한 실시 예들과 달리, 두 개의 전력증폭기들 각각의 출력단에 서큘레이터가 구성되는 것을 보여준다.

상기 도 5를 참조하면, 제어기501은 단말기의 전반적인 동작을 제어한다. 특히, 상기 제어기501은 자동이득제어 증폭기502로 이득제어신호(TX_AGC_ADJ)를 제공하고, 제어회로부506으로 증폭제어신호를 제공하며, 스위치505, 제1전력증폭기507 및 제2전력증폭기508로 스위칭제어신호(SW_2_3)를 제공한다.

상기 자동이득제어 증폭기502는 상기 제어기501로부터 제공되는 상기 이득제어신호에 응답하여 입력신호를 해당 레벨로 이득조정하여 출력한다. 혼합기503은 상기 자동이득제어 증폭기 502의 출력 주파수를 증가시키는 주파수 변환(frequency conversion)을 위해 상기 이득제어증폭기502의 출력과 국부발진기(도시하지 않음)의 국부신호를 혼합하여 주파수 상향조정하여 출력한다. 구동증폭기504는 상기 혼합기503의 출력을 증폭하여 출력한다. 상기 제어회로부506은 상기 제어기501에서 제공되는 상기 증폭제어신호에 근거하여 상기 제1전력증폭기507을 제어하기 위한 제어전압을 출력한다.

상기 스위치505의 공통단자(1)는 상기 구동증폭기504의 출력단에 연결되고, 제1출력단자(2)가 상기 제1전력증폭기507의 입력단에 연결되며, 제2출력단자(3)이 제2전력증폭기508에 연결 구성된다. 그리고 상기 제어기501에서 제공되는 스위칭제어신호(SW_2_3)에 의해 상기 구동증폭기504에서 출력되는 래디오 주파수 신호를 상기 제1전력증폭기507 혹은 상기 제2전력증폭기508로 연결한다. 상기 제1전력증폭기307 및 제2전력증폭기308은 상기 스위치505를 통해 입력되는 상기 구동증폭기504의 출력을 전력 증폭하여 출력한다.

제1셔큘레이터509는 제1단자(1)가 상기 제1전력증폭기507의 출력단에 연결되고, 제2단자(2)가 듀플렉서(도시하지 않음)에 연결된다. 따라서 상기 제1서큘레이터509의 제1단자로 입력되는 상기 제1전력증폭기507의 출력은 제2단자를 통해 상기 듀플렉서에 연결한다. 제2셔큘레이터510은 제1단자(1)가 상기 제2전력증폭기508에 연결되고, 제2단자(2)가 상기 듀플렉서에 연결된다. 따라서 상기 제2서큘레이터509의 제1단자로 입력되는 상기 제2전력증폭기508의 출력은 제2단자를 통해 상기 듀플렉서에 연결한다. 여기서, 상기 스위치505 대신에 서큘레이터를 구성할수도 있다.

도 6은 본 발명의 제4실시 예에 따른 이동통신단말기의 송신장치를 도시하고 있다. 상기 도 6은 상기한 실시 예들과 달리, 전력증폭기들을 바이어스 전류 및 바이어스 전압 제어하여 전력증폭기의 효율을 더욱 극대화하는 것을 보여준다. 상기 바이어스 전류 및 바이어스 전압 제어에 대한 내용은 본건출원인 출원한 대한민국 특허출원 P98-23776에 상세히 기술되어 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 도 6을 참조하면, 제어기601은 단말기의 전반적인 동작을 제어한다. 특히, 상기 제어기601은 자동이득제어 증폭기602으로 이득제어신호(TX_AGC_ADJ)를 제공하고, 제1전력증폭기607 및 제2전력증폭기608로 스위칭제어신호(S_2_3)를 제공한다. 그리고 상기 제어기601은 전압제어회로부610으로 상기 두 전력증폭기들(607, 608)의 바어이스 전압을 제어하기 위한 제1제어신호를 출력하고, 전류제어회로부611로 상기 두 전력증폭기들(607, 608)의 바이어스 전류를 제어하기 위한 제2제어신호를 출력한다. 상기 자동이득제어 증폭기602는 상기 제어기601로부터 제공되는 상기 이득제어신호에 응답하여 입력신호를 해당 레벨로 이득조정하여 출력한다. 혼합기603은 상기 자동이득제어 증폭기 602의 출력 주파수를 증가시키는 주파수 변환(frequency conversion)을 위해 상기 자동이득제어 증폭기602의 출력과 국부발진기(도시히지 않음)의 국부신호를 혼합하여 고주파 신호를 출력한다. 구동증폭기604는 상기 혼합기603의 출력을 증폭하여 출력한다.

상기 전압제어회로부610은 상기 제어기601에서 제공되는 상기 제1제어신호에 의해 상기 제1전력증폭기607 및 제2전력증폭기608의 바이어스 전압을 제어하기 위한 제1제어전압을 출력한다. 상기 전류제어회로부611은 상기 제어기601에서 제공되는 제2제어신호에 의해 상기 제2전력증폭기607 혹은 제2전력증폭기608의 바이어스 전류를 제어하기 위한 제2제어전압을 출력한다. 여기서, 상기 제1제어전압은 상기 전력증폭기들의 콜렉터단에 가해져 콜렉터 전압을 제어하고, 상기 제2제어전압은 상기 전력증폭기들의 베이스에 인가되어 증폭기를 구성하는 트랜지스터에 흐르는 전류를 제어한다. 여기서, 상기 제1제어전압 및 제2제어전압은 단말기의 출력레벨에 따라 정해지는 것으로, 메모리에 데이터로 내장되어 있거나 함수로서 프로그램되어 있다. 또한, 상기 제1제어전압 및 제2제어전압은 수신신호의 신호세기에 대응하여 전력증폭기가 최대 효율을 얻을수 있도록 정해진다.

상기 제1셔큘레이터605의 제1단자(1)는 상기 구동증폭기604의 출력단에 연결되고, 제2단자(2)는 상기 제1전력증폭기607에 연결되며, 제3단자(3)가 제2전력증폭기608에 연결 구성된다. 여기서 상기 제1서큘레이터605를 대신하여 스위치를 사용할 수도 있다.

여기서, 단말기의 출력레벨이 저전력상태인 경우, 상기 제1전력증폭기607은 상기 스위칭제어신호에 의해 비활성상태가 되므로, 상기 서큘레이터605의 제1단자로 입력되는 상기 구동증폭기604의 출력은 제3단자에 연결된 제2전력증폭기608로 연결된다. 한편, 상기 단말기의 출력레벨이 고전력상태인 경우, 상기 제2전력증폭기608은 상기 스위칭제어신호에 의해 비활성상태가 되므로, 상기 제1단자로 입력되는 상기 구동증폭기604의 출력은 제2단자에 연결된 상기 제1전력증폭기607로 연결된다.

상기 제1전력증폭기607 및 제2전력증폭기608은 상기 제1서큘레이터605를 통해 입력되는 상기 구동증폭기605의 출력신호를 전력 증폭하여 출력한다. 여기서 상기 제1전력증폭기607 및 상기 제2전력증폭기608은 상기 전압제어회로부610 및 상기 전류제어회로부611에서 제공되는 제1 및 제2제어전압에 의해 바이어스 전압 및 바이어스 전류 제어되어 최대의 효율로 증폭을 수행한다.

제2셔큘레이터609의 제1단자(1)는 상기 제1전력증폭기607에 연결되고, 제3단자는 상기 제2전력증폭기608에 연결되며, 제2단자(2)는 듀플렉서(도시하지 않음)에 연결된다. 상기 제2서큘레이터609는 상기 제1전력증폭기607 및 상기 제2전력증폭기608의 출력을 듀플렉서(도시하지 않음)로 연결하는 기능을 수행한다. 여기서, 단말기의 출력전력이 저전력상태일 경우, 상기 제1전력증폭기607의 상태가 비활성상태이므로, 상기 제3단자에 연결되어 있는 상기 제2전력증폭기608의 출력이 제2단자를 통해 상기 듀플렉서로 전달된다. 한편, 고전력상태에서는 상기 제2전력증폭기608이 비활성상태이므로, 상기 제1단자에 연결되어 있는 제1전력증폭기607의 출력이 상기 제2단자를 통해 상기 듀플렉서로 전달된다.

여기서, 상기 제2셔큘레이터609 대신에 각 전력증폭기의 출력단에 아이솔레이터(isolator)를 사용하여 연결할수도 있다. 또한, 상기 제2전력증폭기608을 사용하지 않고, 상기 제1서큘레이터의 제3단자(3)를 바로 상기 제2서큘레이터의 제3단자(3)로 연결할수도 있다. 이는 저전력상태에서는 전력증폭을 수행하지 않고 송신하는 것을 의미한다.

도 8은 상기한 스위칭제어신호(SW_2_3), 전력증폭기의 바이어스 전압을 제어하기 위한 제1 제어신호(PA_VOL_CNTL), 전력증폭기의 바이어스 전류를 제어하기 위한 제2 제어신호(PA_R[1:0]) 및 이득제어신호(TX_AGC_ADJ)를 발생하는 제어신호발생부를 도시하고 있다. 상기 제어신호발생부는 단말기 제어기의 내부에 구성된다.

상기 도 8을 참조하면, 단말기의 출력 전력을 나타내는 데이터(Ratchettes Power : 출력전력표시자)가 각 신호발생기들(801,802,803,804)로 제공된다. 여기서, 상기 단말기의 출력전력은 기지국으로부터 수신되는 신호의 수신세기(RSSI) 및 기지국 전력제어명령에 의해 결정될수 있다. 스위칭제어신호 발생기801은 상기 출력전력표시자에 근거하여 상기 두 전력증폭기들(607 및 608)을 서로 배타적으로 활성화시키기 위한 제어신호를 발생한다.

제1제어신호발생기802는 상기 출력전력표시자에 근거하여 전력증폭기들 (607,608)의 바이어스 전압을 제어하기 위한 제어전압을 조정하기 위한 제1제어신호(PA_VOL_CNTL)를 발생한다. 제2제어신호발생기803은 상기 출력전력표시자에 근거하여 전력증폭기들(607,608)의 바이어스 전류를 제어하기 위한 제어전압을 조정하기 위한 제2제어신호(PA_R[1:0]을 발생한다. 이득제어신호 발생기804는 상기 자동이득제어 증폭기602를 제어하기 위한 제어데이터를 발생한다. 펄스밀도변조기805는 상기 이득제어신호 발생기804로부터의 제어데이터를 펄스밀도변조(PDM)하여 상기 자동이득제어 증폭기602로 제공한다.

상기한 실시 예들 외에, 구동증폭기와 두 전력증폭기들 사이에 연결되는 제1스위칭소자를 서큘레이터로 구성하고, 상기 두 전력증폭기와 듀플렉서 사이에 연결되는 제2스위칭소자를 스위치로 구성할 수도 있다. 또한, 각각의 전력증폭기의 출력단에 아이솔레이터를 구성할 수도 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명은 서로 다른 특성을 가지는 두 개의 전력증폭기들을 병렬 연결하여 출력레벨에 따라 선택적으로 사용하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 비활성상태에 있는 전력증폭기의 출력 임피던스가 활성상태인 전력증폭기의 출력단에 영향을 미칠 수 있기 때문에, 본 발명은 이러한 영향을 최소화하기 위해 병렬 연결된 전력증폭기들의 입/출력단에 서큘레이터를 연결한다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 예를들어, 본 발명은 두 개의 전력증폭기들을 사용하는 것으로 설명하였지만, 그 이상의 전력증폭기들을 사용하는 것도 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은, 단말기의 출력레벨에 따라 효율을 극대화할 수 있는 전력증폭기를 선택하여 사용함으로써 단말기의 전력소모를 감소시킬 수 있다. 또한, 병렬 연결된 전력증폭기들의 출력단에 서큘레이터를 연결함으로서 각 전력증폭기의 출력 임피던스가 다른 전력증폭기의 출력단 정합회로에 주는 영향을 최소화할수 있는 이점이 있다.

Claims

단말기의 출력이 고전력에서 높은 효율을 가지는 제1전력증폭기와,

상기 단말기의 출력이 저전력에서 높은 효율을 가지는 제2전력증폭기와,

래디오 주파수 신호를 상기 두 개의 전력증폭기들중 하나로 연결하기 위한 제1스위치와,

상기 두 개의 증폭기들중 상기 래디오 주파수 신호를 수신한 증폭기의 출력을 듀플렉서에 연결하며, 상기 래디오 주파수 신호를 수신한 증폭기의 출력으로부터 상기 래디오 주파수 신호를 수신하지 않은 증폭기의 출력을 격리(isolate) 하기 위한 제2스위치와,

상기 단말기의 출력 전력 레벨에 따라 상기 두 개의 전력증폭기들을 선택적으로 활성화시키는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말기 장치.
제1항에 있어서,

상기 제1스위치는 서큘레이터(circulator)인 것을 특징으로 하는 단말기 장치.
제1항에 있어서,

제1스위치는 아이솔레이터(isolator)인 것을 특징으로 하는 단말기 장치.
제1항에 있어서,

상기 제2스위치는 서큘레이터인 것을 특징으로 하는 단말기 장치.
제1항에 있어서,

상기 제2스위치는 아이솔레이터인 것을 특징으로 하는 단말기 장치.
전력레벨에 따라 서로 다른 동작 특성을 가지며, 입력 래디오 주파수(RF) 신호를 전력 증폭하는 전력증폭기들과,

단말기의 출력 전력 레벨에 따라 상기 래디오 주파수 신호를 해당하는 전력증폭기로 선택적으로 스위칭하는 제1 스위치와,

상기 두 개의 증폭기들중 상기 래디오 주파수 신호를 수신한 증폭기의 출력을 듀플렉서에 연결하며, 상기 래디오 주파수 신호를 수신한 증폭기의 출력으로부터 상기 래디오 주파수 신호를 수신하지 않은 증폭기의 출력을 격리(isolate) 하기 위한 제2스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말기 장치.
제6항에 있어서,

상기 래디오 주파수 신호에 관련된 출력 전력 레벨에 따라 상기 제1 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단말기 장치.
단말기의 출력이 고전력에서 높은 효율을 가지는 제1전력증폭기와,

상기 출력이 저전력에서 높은 효율을 가지는 제2전력증폭기와,

래디오 주파수 신호에 관련된 출력 전력 레벨에 따라 상기 두 개의 전력증폭기들중 하나를 선택적으로 활성화시키는 제어기와,

상기 두 개의 전력증폭기들의 바이어스 전압 및 전류를 제어하기 위해 상기 출력전력 레벨에 대응하는 제1 및 제2 제어전압을 상기 두 개의 전력증폭기들로 제공하는 제어회로부와,

래디오 주파수 신호를 상기 두 개의 전력증폭기들중 상기 활성화된 전력증폭기로 연결하기 위한 제1스위치와,

상기 두 개의 증폭기들중 상기 래디오 주파수 신호를 수신한 증폭기의 출력을 듀플렉서에 연결하며, 상기 래디오 주파수 신호를 수신한 증폭기의 출력으로부터 상기 래디오 주파수 신호를 수신하지 않은 증폭기의 출력을 격리(isolate) 하기 위한 제2스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말기 장치.
제8항에 있어서,

상기 출력전력 레벨은 기지국으로부터 수신되는 신호세기에 의해 결정되어지는 것을 특징으로 하는 단말기 장치.
제9항에 있어서,

상기 제1스위치는 서큘레이터인 것을 특징으로 하는 단말기 장치.
제9항에 있어서,

상기 제2스위치는 서큘레이터인 것을 특징으로 하는 단말기 장치.
이득제어신호에 응답하여 입력신호를 이득조정하여 출력하는 자동이득제어 증폭기와, 상기 자동이득제어 증폭기로부터의 상기 이득조정된 신호를 래디오 주파수 신호로 변환하는 혼합기와, 상기 혼합기로부터의 래디오 주파수 신호를 증폭하여 출력하는 구동증폭기를 구비하는 단말기 장치에 있어서,

단말기의 출력이 고전력에서 높은 효율을 가지는 제1전력증폭기와,

상기 출력이 저전력에서 높은 효율을 가지는 제2전력증폭기와,

래디오 주파수 신호에 관련된 출력 전력 레벨에 따라 상기 두 개의 전력증폭기들중 하나를 선택적으로 활성화시키는 제어기와,

상기 구동증폭기로부터의 상기 증폭된 래디오 주파수 신호를 상기 두 개의 전력증폭기들중 상기 활성화된 전력증폭기로 연결하기 위한 제1스위치와,

상기 두 개의 증폭기들중 상기 래디오 주파수 신호를 수신한 증폭기의 출력을 듀플렉서에 연결하며, 상기 래디오 주파수 신호를 수신한 증폭기의 출력으로부터 상기 래디오 주파수 신호를 수신하지 않은 증폭기의 출력을 격리(isolate) 하기 위한 제2스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제12항에 있어서,

상기 두 개의 전력증폭기들의 바이어스 전압 및 전류를 제어하기 위해 상기 출력전력 레벨에 대응하는 제1제어전압 및 제2제어전압을 상기 두 개의 전력증폭기들로 제공하는 제어회로부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단말기 장치.
제13항에 있어서,

상기 제1스위치는 서큘레이터인 것을 특징으로 하는 단말기 장치.
제14항에 있어서,

상기 제2스위치는 서큘레이터인 것을 특징으로 하는 단말기 장치.
단말기의 출력이 고전력에서 높은 효율을 가지는 제1전력증폭기와, 상기 출력이 저전력에서 높은 효율을 가지는 제2전력증폭기와, 래디오 주파수 신호를 상기 두 개의 전력증폭기들중 하나로 연결하기 위한 스위치와, 상기 두 개의 전력증폭기들의 출력을 듀플렉서로 연결하기 위한 서큘레이터를 포함하는 상기 단말기의 출력전력 제어방법에 있어서,

기지국으로부터 수신되는 신호의 신호세기를 검출하는 과정과,

상기 검출된 신호세기에 대응하는 상기 단말기의 출력을 결정하는 과정과,

상기 결정된 단말기의 출력에 따라 상기 두 개의 전력증폭기들중 하나를 활성화시키는 과정과,

상기 스위치를 제어하여 래디오 주파수 신호가 상기 활성화된 전력증폭기로 제공되도록 제어하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제16항에 있어서,

상기 두 개의 전력증폭기들의 바이어스 전압 및 전류를 제어하기 위해 상기 결정된 단말기의 출력에 대응하는 제1제어전압 및 제2제어전압을 결정하는 과정과,

상기 결정된 상기 제1제어전압 및 제2제어전압을 상기 두 개의 전력증폭기들로 공급하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
이득제어신호에 응답하여 입력신호를 이득조정하여 출력하는 자동이득제어 증폭기와, 상기 자동이득제어 증폭기로부터의 상기 이득조정된 신호를 래디오 주파수 신호로 변환하는 혼합기와, 상기 혼합기로부터의 래디오 주파수 신호를 증폭하여 출력하는 구동증폭기와, 단말기의 출력이 고전력에서 높은 효율을 가지는 제1전력증폭기와, 상기 출력이 저전력에서 높은 효율을 가지는 제2전력증폭기를 구비하는 단말기의 출력전력 제어방법에 있어서,

기지국으로부터 수신되는 신호의 신호세기를 검출하는 과정과,

상기 검출된 신호세기에 대응하는 상기 단말기의 출력을 결정하는 과정과,

상기 결정된 단말기의 출력에 따라 상기 두 개의 전력증폭기들중 하나를 활성화시키는 과정과,

상기 구동증폭기에서 출력되는 래디오 주파수 신호를 상기 활성화된 전력증폭기로 제공하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제18항에 있어서,

상기 두 개의 전력증폭기들의 바이어스 전압 및 전류를 제어하기 위해 상기 결정된 단말기의 출력에 대응하는 제1제어전압 및 제2제어전압을 결정하는 과정과,

상기 결정된 상기 제1제어전압 및 제2제어전압을 상기 두 개의 전력증폭기들로 공급하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제19항에 있어서,

상기 활성화된 전력증폭기에서 증폭된 신호를 듀플렉서를 통해 송신하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.