KR20020009676A - 스위치를 이용한 2경로 증폭장치 - Google Patents

Abstract

단말기의 수신 증폭장치에서 스위치 소자를 구비하며, 입력신호 레벨이 기준레벨 보다 높으면 상기 스위치 소자를 구동하여 증폭기의 경로를 차단하고 입력되는 신호를 그대로 통과시키며, 상기 입력신호의 레벨이 기준레벨 보다 낮으면 상기 스위치 소자를 제어하여 상기 증폭기의 경로를 활성화시켜 증폭된 신호를 출력한다. 따라서 본 발명의 실시예에 따른 단말기의 수신증폭장치는 TM위치용 소자를 구비하여 2개의 신호 경로를 스위칭하며, 상기 스위칭은 입력신호의 레벨에 따라 제어하여 증폭기의 불필요한 소모를 줄일 수 있다.

Description

스위치를 이용한 2경로 증폭장치{TWO PATH AMPLIFIER DEVICE USING SWITCH}

본 발명은 단말기의 수신 증폭장치에 관한 것으로, 특히 입력되는 신호의 크기에 따라 증폭기의 전류를 제어할 수 있는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 단말기는 배터리를 사용하므로, 배터리의 소모는 단말기의 성능을 크게 좌우한다. 상기 단말기에서 배터리 소모를 크게 하는 구성 소자는 송신 증폭기 및 수신 증폭기이다. 도 1은 종래의 단말기의 수신 증폭기 구성을 도시하는 도면이다.

상기 도 1을 참조하면, FET(Field Effect Transistor)16은 메인 증폭기(main amplifier)로써, 상기 FET16의 게이트 단자에 입력정합기15가 연결되고, 드레인 단자에 공급전원VDD 및 출력정합기17이 연결되며, 소오스 단자는 병렬 연결된 저항13 및 캐패시터14를 통해 접지단에 연결된다. 여기서 상기 입력정합기15는 입력신호를 상기 FET16와 정합시키는 기능을 수행하며, 출력정합기16은 상기 FET16에서 증폭 출력되는 신호를 출력측과 정합하는 기능을 수행한다. 상기 도 1과 같은 구조를 갖는 종래의 수신 증폭기는 입력신호가 입력정합기25를 통해 FET16의 게이트 단자에 인가되면, 상기 FET16은 상기 입력신호를 증폭 출력하며, 상기 증폭된 신호는 출력정합기17을 통해 출력된다.

상기와 같은 종래의 수신 증폭기는 입력신호의 레벨에 관계없이 항상 증폭기를 사용한다. 이런 방법을 사용하면 입력신호의 레벨이 충분히 클 경우에도 수신 증폭기는 동작하게 되며. 이로인해 링크버짓상의 마진값을 크게는 하지만 필요없는 전류의 소모를 가져오는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 단말기에서 입력되는 신호의 레벨에 따라 증폭기의 구동을 제어하여 전류 소모를 줄일 수 있는 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 단말기의 수신단에서 설정된 기준레벨보다 높은 레벨의 입력신호에 대해서는 증폭기를 전혀 사용하지 않고 바이패스시킴으로써 전류의 소모를 최소화 하고, 그 아래의 입력레벨에 대해서는 증폭기의 소스 단의 저항값을가변시킴으로 증폭기의 전류를 제어할 수 있는 장치를 제공함에 있다.

도 1은 종래의 단말기의 수신기에서 수신증폭기의 구성을 도시하는 도면

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 단말기 수신기에서 수신 증폭기의 구성을 도시하는 도면

도 3은 도 3과 같은 구조를 갖는 수신증폭기에서 제어전압에 따른 전류와 IIP3의 변화량을 도시하는 도면

이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명의 실시예는 단말기 수신단의 동작 전류(Operating Current)를 줄임으로서 단말기의 동작 효율(Idle/talk time)을 향상시키는 구조를 제안한다. 이를 위하여 본 발명의 실시예에서는 단말기의 수신단에서 설정된 기준레벨보다 높은 레벨의 입력신호에 대해서는 증폭기를 전혀 사용하지 않고 바이패스시킴으로써 전류의 소모를 최소화하고, 그 아래의 입력레벨에 대해서는 소스단의 저항값을 가변시킴으로 증폭기의 전류를 적절하게 제어한다.

상기와 같은 증폭 동작을 수행하는 본 발명의 실시예에 따른 수신 증폭장치는 스위치용 TR 을 사용하여 2개의 신호 경로(Path)를 만든다. 즉, 수신 증폭장치에서 기준레벨(Reference Level) 보다 작은 레벨의 입력신호가 들어올 경우 증폭기를 사용하는 패스를 사용하고, 입력레벨이 기준레벨 보다 큰 경우 증폭기를 사용하지 않는 패스를 사용하여 불필요한 전류의 소모를 없앤다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 단말기의 수신증폭기 구성을 도시하는 도면이다.

상기 도 2를 참조하면, 증폭기Tr_3은 FET(Field Effect Transistor)를 사용한다. 상기 증폭기 FETTr_3의 게이트 단자에 입력정합기211이 연결되고, 드레인 단자에 공급전원VDD 및 출력정합기213이 연결되며, 소오스 단자는 스위칭트랜지스터Tr_5를 통해 접지단에 연결된다. 상기 입력정합기211은 입력신호를 상기 증폭기Tr_3과 정합시키는 기능을 수행하며, 출력정합기213은 상기 증폭기Tr_3에서 증폭 출력되는 신호를 출력측과 정합하는 기능을 수행한다. 제1스위치 트랜지스터Tr_1은 단말기의 수신 증폭장치의 입력단과 출력단 사이에 연결되며, 제어단이 스위칭 제어전압 Vp에 연결된다. 제2스위치 트랜지스터Tr_2는 입력신호와 상기 입력정합기211 사이에 연결되고 상기 입력정합기에 연결되는 드레인단이 저항108을 통해 상기 스위칭 제어전압 Vp에 연결되며, 제어단이 접지단에 연결된다. 제3스위치 트랜지스터Tr_4는 출력정합기213과 출력단 사이에 연결되고 상기 출력단에 연결되는 드레인단이 저항111을 통해 상기 스위칭 제어전압 Vp에 연결되며, 제어단이 접지단에 연결된다. 전류제어 트랜지스터Tr_5는 상기 증폭기Tr_3의 소오스단과 접지단 사이에 연결되며, 제어단이 전류제어전압 V_cont에 연결된다.

여기서 상기 스위칭 제어전압 Vp는 기준 전압 레벨 보다 높은 레벨의 신호가 입력되면 제1레벨의 전압을 발생하며, 상기 기준전압 레벨 보다 낮은 레벨의 신호가 입력되면 제2레벨의 전압을 발생한다. 그리고 상기 전류제어전압 V_cont는 상기 스위칭 제어전압 Vp가 제1레벨의 전압을 발생하는 경우에는 일정 범위 내의 전압으로 발생되고, 상기 스위칭 제어전압Vp가 제2레벨의 전압을 발생하는 경우에는 상기 범위를 초과하거나 범위 보다 낮은 레벨의 전압을 발생한다.

따라서상기 도 2와 같은 수신 증폭장치에서 기준레벨(Reference Level) 보다 작은 레벨의 입력신호가 들어올 경우 증폭기를 사용하는 패스(Tr_2,Tr_4 : ON, Tr_1 : OFF, V_cont : 0.7V 이상)를 사용하고, 입력레벨이 기준전압 레벨 보다 큰경우 증폭기를 사용하지 않는 패스(Tr_2,Tr_4 : OFF, Tr_1 : ON, V_cont : 0.7V 이하)를 사용하여 불필요한 전류의 소모를 없앤다.

상기 도 2와 같은 구조를 갖는 수신증폭장치는 기본적으로 RF단에 4개의 FET Tr_1, Tr_2, Tr_3, Tr_4와 1개의 BJT(Bi-Junction Transistor) Tr_5를 사용하고, MSM 의 2개의 GPIO PIN을 만들어서 상기 V_cont 과 Vp 전압을 만들어낸다. 상기 도 2에서 Tr_1, Tr_2, Tr_4 는 스위칭을 위한 트랜지스터이며, 트랜지스터 Tr_3은 메인 증폭기로 사용되는 트랜지스터이고, Tr_5 는 전류 제어를 위한 트랜지스터이다. 그리고 상기 V_cont는 상기 전류제어용 트랜지스터 Tr_5의 Ib 를 변화시킴으로 스위치 트랜지스터Tr_3의 Id를 변화시켜 ICP1 을 변화시키는 역할을 한다. 상기 Vp 는 스위치로 사용되는 트랜지스터 Tr_1, Tr_2, Tr_4 들을 온/오프(ON/OFF)시키는 제어전압이다. 상기 Vp 는 기준레벨보다 높은 레벨의 신호가 들어올 경우에는 항상 3V(제1레벨의 전압)이며, 그렇지 않은 경우는 0V (제2레벨의 전압)가 들어오게 된다. 그리고 상기 Vp가 0V로 발생되면 V_cont는 항상 0.7V 이상 3V 이하의 전압으로 입력되며, 상기 Vp가 3V로 입력되면 상기 V_cont는 항상 0.7V 이하 0V 이상의 전압이 들어온다. 상기와 같은 트랜지스터들 외의 주요한 구성요소로는 입출력 단의 정합기(Matching N/W)211 및 213과, 상기 전류 제어용 트랜지스터Tr_5를 컨트롤 하는 전압(V_cont)을 만들기 위한 RC 필터(RC-FILTER)가 있다.

먼저 상기 입력되는 신호의 레벨이 기준레벨보다 낮을 때의 동작을 살펴본다.

이런 경우 상기 Vp 전압은 OV가 되며, V_cont 전압은 0.7V 이상 3V 이하의전압으로 발생된다. 그러면 0.7V 이상 3V 이하로 발생되는 상기 V_cont 전압에 의해 전류제어용 트랜지스터Tr_5가 온되며, 스위치 트랜지스터 Tr_1은 0V의 상기 Vp 전압에 의해 오프된다. 또한 상기 스위치 트랜지스터Tr_2 및 Tr_4의 게이트와 소스 간 전압 Vgs가 0V가 된다. 따라서 상기 트랜지스터Tr_2 및 Tr_4는 온되어 상기 입력신호가 증폭기Tr_3에 인가되어 증폭 출력된다.

이때 상기 V_cont 전압은 O.7V 이상으로 발생되므로, 상기 전류 제어용 트랜지스터Tr_5의 베이트 Ib 전류가 상기 V_cont 값에 따라 변하게 되며, 이로인해 트랜지스터Tr_5의 컬렉터 전류 Ic가 변화된다. 따라서 상기 전류 제어용 트랜지스터Tr_5의 동작에 따라 상기 증폭기 트랜지스터Tr_3의 드레인 전류가 변화되어 ICP1이 변화된다. 따라서 상기 V-cont 전압의 스위핑(sweeping)에 따라 상기 증폭기Tr_3의 드레인 전류가 변화되므로써, 상기 증폭기Tr_3에서 소모되는 전류를 절약할 수 있다.

상기 입력되는 신호의 레벨이 기준레벨보다 낮은 경우의 동작은 하기 <표 1>에 나타낸 바와 같다.

조건(Condition)	상태
입력레벨이 기준레벨보다 낮을 때	Vp : 0VTr_2 와 Tr_4 의 Vgs → 0VTr_5 →ONTr_3 →ONTr_2,Tr_4 : ONTr_1 : OFF
	V_cont → 0.7V 이상에서 Continuous Sweep → Tr_5 의 Ib 값이 바뀜 → Tr_5 의 Ic 변화 → Tr_3 의 Drain Current 변화 → Tr_3 의 ICP1 변함 → Current Saving

두 번째로 상기 입력되는 신호의 레벨이 기준레벨보다 높을 때의 동작을 살펴본다.

이런 경우 상기 Vp 전압은 3V가 되며, V_cont 전압은 0V 이상 0.7V 이하의 전압으로 발생된다. 그러면 0.7V 이하로 발생되는 상기 V_cont 전압에 의해 전류제어용 트랜지스터Tr_5는 오프되어 증폭기인 트랜지스터Tr_3은 오프되어 증폭 기능을 수행하지 못한다. 즉, 증폭기Tr_3의 경로는 차단된다. 또한 상기 스위치 트랜지스터 Tr_1은 3V의 상기 Vp 전압에 의해 온된다. 또한 상기 스위치 트랜지스터Tr_2 및 Tr_4의 게이트와 소스 간 전압 Vgs가 3V가 되어, 상기 트랜지스터Tr_2 및 Tr_4는 오프되어 증폭기Tr_3의 입출력 신호가 차단된다.

상기 수신 증폭장치로 인가되는 입력신호가 증폭기Tr_3을 거치지 않고 스위치 트랜지스터Tr_1을 통해 직접 출력된다. 따라서 상기 입력신호가 기준 레벨 보다 높게 입력되는 경우에는 그대로 출력되므로 증폭기에서 소모되는 전류는 전혀 없게 된다.

상기 입력되는 신호의 레벨이 기준레벨보다 높은 경우의 동작은 하기 <표 2>에 나타낸 바와 같다.

조건(Condition)	상태
입력레벨이 기준레벨보다 높을 때	Vp : 3VTr_2 와 Tr_4 의 Vgs → -3VTr_5 →OFFTr_3 →OFFTr_2,Tr_4 : OFFTr_1 : ON
	Main Signal 이 Tr_3 를 거치지 않고 Direct 로 입력포트에서 출력포트로 출력 → 전류소모 전혀없음

상기 도 2와 같이 입력신호의 레벨에 따라 증폭 동작을 제어하는 2경로의 증폭기를 사용하면 단말기의 수신단에서 불필요한 전류의 소모를 제거할 수 있다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 증폭기의 동작 특성을 도시하는 도면으로써, V_cont에 따른 전류와 IIP3의 변화량을 도시하는 도면이다. 상기 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 구조를 갖는 증폭기를 사용하는 경우는 V_cont > 0.7 V 일때로, 전류가 증가함에 따라서 IIP3 이 높아지는 경향을 볼 수 있다. 이 경우 15.5 dB 의 Gain 을 가진다. 반면, V_cont < 0.7 V 일때는 신호를 바이패스시키는 경우로 전류는 항상 0 mA 로 일정하게 유지된다. 이 경우의 Gain 은 -0.6 dB 이다.

상술한 바와 같이 단말기의 수신 증폭 장치에서 입력되는 신호가 기준 레벨보다 높으면 증폭기로 입력되는 신호의 경로를 차단하여 단말기의 소모 전류를 줄일 수 있다. 또한 상기 입력력되는 신호가 기준 레벨 보다 낮은 경우 전력제어전압의 변화에 따라 증폭기의 소모 전류를 제어하여 전류를 소모를 줄일 수 있는 이점이 있다.

Claims (4)

1. 단말기의 수신 증폭장치에 있어서,

   입력신호와 기준레벨의 신호를 비교하며, 상기 입력신호가 상기 기준레벨 보다 높은 레벨로 입력될 시 스위칭 제어전압을 발생하는 회로와,

   입력 정합기와 출력정합기 사이에 연결되며, 입력되는 신호를 증폭 출력하는 증폭기와,

   상기 신호 입력단과 출력단 사이에 상기 증폭기와 병렬 연결되는 적어도 하나의 스위치소자를 구비하며, 상기 스위칭 제어전압 발생시 스위칭되어 상기 증폭기의 경로를 차단하고 상기 입력신호를 바이패스시키는 스위치회로로 구성되는 단말기의 수신증폭장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 스위치회로가,

   상기 신호입력단과 출력단 사이에 연결되며 제1스위치와, 상기 신호 입력단과 입력 정합기 사이에 연결되는 제2스위치와, 상기 출력정합기와 신호 출력단 사이에 연결되는 제3스위치로 구성되며, 상기 스위칭 제어전압이 활성화될 시 상기 제1스위치가 온되고 상기 제1 및 제2스위치가 오프되는 구조를 갖는 단말기의 수신 증폭장치.
3. 제1항 및 제2항에 있어서,

   상기 증폭기가 전계효과트랜지스터인 단말기의 수신증폭장치.
4. 단말기의 수신 증폭장치에 있어서,

   입력신호와 기준레벨의 신호를 비교하며, 상기 입력신호가 상기 기준레벨 보다 높은 레벨로 입력될 시 제1스위칭 제어전압을 발생하고 그렇지 않으면 제2스위칭 제어전압을 발생하는 스위칭 제어전압발생기와,

   상기 제1스위칭 제어전압 발생시 전류제어를 오프시키기 위한 제1전류 제어전압을 발생하고, 상기 제2스위칭 제어전압 발생시 전류제어를 위한 제2전류 제어전압을 발생하는 전류제어 전압발생기와,

   입력 정합기와 출력정합기 사이에 연결되며, 입력되는 신호를 증폭 출력하는 증폭기와,

   상기 신호 입력단과 출력단 사이에 상기 증폭기와 병렬 연결되며, 상기 제1스위칭 전압 발생시 온 스위칭되고 그렇지 않으면 오프스위칭되는 제1스위치와,

   상기 신호입력단과 입력정합기 사이에 연결되며 상기 제2스위칭 전압 발생시 온 스위칭되고 그렇지않으면 오프 스위칭되는 제2스위치와,

   상기 출력정합기와 신호출력단 사이에 연결되며 상기 제2스위칭 전압 발생시 온 스위칭되고 그렇지 않으면 오프스위칭되는 제3스위치와,

   상기 증폭기와 접지단 사이에 연결되며 상기 제1전류제어전압 발생시 오프 스위칭되고 상기 제2전류제어 전압에 따라 상기 증폭기의 전류를 제어하는 전류제어소자로 구성되는 단말기의 수신증폭장치.