KR20020022698A

KR20020022698A - 전력 증폭기 회로, 전력 검출 회로 및 무선 통신 장치

Info

Publication number: KR20020022698A
Application number: KR1020017015988A
Authority: KR
Inventors: 소우라티티르다드; 루오지펜
Original assignee: 롤페스 요하네스 게라투스 알베르투스; 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 2000-04-13
Filing date: 2001-04-03
Publication date: 2002-03-27
Also published as: JP5134176B2; KR100805398B1; DE60128560D1; JP2003531547A; EP1277274B1; CN1214520C; CN1366733A; US6448855B1; ATE363152T1; WO2001080421A3; WO2001080421A2; EP1277274A2; DE60128560T2

Abstract

입력 신호를 증폭하는 전력 증폭기 회로는 증폭 트랜지스터와 전력 검출 회로를 포함한다. 전력 검출 회로는 증폭 트랜지스터의 전력 레벨에 직접 비례하는 신호를 발생하는 회로를 포함한다. 이것은 증폭 트랜지스터의 전류의 제곱에 비례하는 전압을 발생시킨 뒤, 이 전압을 평균함으로써 달성된다. 이런 식으로, 증폭 트랜지스터의 전력 레벨에 대한 더 정확한 표시가 얻어진다.

Description

전력 증폭기 회로, 전력 검출 회로 및 무선 통신 장치{AN ACCURATE POWER DETECTION CIRCUIT FOR USE IN A POWER AMPLIFIER}

본 발명은 트랜지스터 증폭기 회로 분야로서, 더 구체적으로 예컨대 전력 증폭기 회로같은 전력 증폭기 회로 및 전력 검출 회로에 관한 것이다.

이러한 일반적인 유형의 증폭기는 예컨대 무선 통신 장치뿐만 아니라 오디오 증폭기 및 다른 응용에서 이용되는 것처럼 종종 고주파 RF 증폭기에 이용된다. 이 증폭기에 있어서, 특히 RF 응용에서 이용될 때에는, 출력단에서 전력의 표시(indication)를 제공하는 것이 바람직하다.

종래 기술에서, 이러한 기능은 전형적으로 두 가지 기술중 하나로 수행된다. 첫째, 방향성 커플러(directional coupler) 혹은 전압 디바이더(voltage divider)가 전력 증폭기의 출력에 제공되어, 부하에 인가되는 신호의 일부(fraction)를 감지한 뒤, 이 샘플(sample) 신호를 이용하여 부하에서의 전력을 표시할 수 있다. 종래에 이용되던 두 번째 기술은, 전력 트랜지스터와 병렬로 소형 트랜지스터를 이용함으로써 전력 증폭기에서 전류의 샘플을 발생한다. 다음에, 샘플 전류는 칩 밖으로 공급되고, 그 곳에서 평균되어, 부하의 전력에 대한 적절한 표시를 제공하도록 이용된다.

그러나, 종래의 해결책에는 고유의 여러 가지 단점이 존재한다. 예를 들면, 방향성 커플러는 부피가 크고 손실이 많으며, 저항성 전압 디바이더는 비효율적이며, 출력 전력을 측정하는데 전류 샘플을 이용하는 것은 비교적 부정확하다.

따라서, 컴팩트하고, 효율적이며, 구현이 쉽고, 종래의 전력 검출 회로보다 더 정확한 전력 증폭기 회로용 전력 검출 회로를 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명은 다음의 설명을 첨부 도면과 연계하여 읽을 때 더욱 완벽하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 전력 검출 회로를 구비하는 전력 증폭기 회로의 단순화된 부분 블록 및 부분 개략도를 도시한다.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전력 검출 회로의 단순화된 개략도를 도시한다.

도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전력 검출 회로의 개략도를 도시한다.

도면에서, 유사한 참조 부호는 전반적으로 유사한 구성요소를 표시하는데 이용된다.

그러므로, 본 발명의 목적은, 그 셜계가 컴팩트하고 효율적이며, 구현이 용이하면서, 종래의 회로보다 더 정확한 증폭기 전력 표시를 제공하는 전력 증폭기용 전력 검출 회로를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 이러한 목적들은 증폭 트랜지스터를 구비하는 새로운 전력 증폭기용 전력 검출 회로를 이용함으로써 달성되는데, 여기서 이 전력 검출 회로는 증폭 트랜지스터의 전력 레벨에 직접 비례하는 신호를 발생하는 회로를 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 이것은 증폭 트랜지스터의 전류의 제곱에 비례하는 전압을 발생하고, 이 전압을 평균하여, 증폭 트랜지스터의 전력 레벨에 대한 표시를 제공하는 회로를 제공함으로써 행해진다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에서는, RF 전력 증폭기 회로를 구비하는 무선 통신 장치에, 증폭 트랜지스터의 전력 레벨에 직접 비례하는 신호를 발생하는 전력 검출 회로가 구비된다.

본 발명의 또다른 실시예에서, 전력 검출 회로는 단순한 MOS 트랜지스터 구성이나, 혹은 MOS 회로보다 더 복잡하지만 더 정확한 바이폴라 트랜지스터를 이용하는 트랜스리니어 회로(translinear circuit)를 이용해 구현될 수도 있다.

본 발명에 따른 전력 검출 회로는, 컴팩트하고 효휼적인 설계와, 보다 정확한 성능 등을 포함한 특징들의 특히 유리한 조합이 경제적으로 쉽게 구현되는 구성에서 얻어질 수 있다는 점에서 상당한 개선을 제공한다.

본 발명의 이런 저런 양상들은 이후에 설명되는 실시예를 참조하여 명확하게 유추될 것이다.

입력 단자(12)에서 입력 신호 V_IN을 증폭하는 전력 증폭기 회로(10)가 도 1에 단순화된 부분 블록 및 부분 개략 형태로 도시되어 있다. 전력 증폭기 회로는 입력 신호 V_IN을 증폭하는 증폭 트랜지스터(14)를 포함하는데, 이 입력 신호 V_IN은 입력 단자(12)로부터 입력 정합 네트워크(input matching network)(16)를 통해 트랜지스터(14)의 베이스로 제공된다. 전력 증폭기 회로는 예컨대 오디오 증폭이나, 무선 통신 및 인터넷 접속 분야에서의 RF 증폭처럼 다양한 응용에서 이용될 수 있으므로, 입력 신호 V_IN이 오디오 입력 신호가 될 수도 있고, 혹은 RF 입력 신호가 될 수도 있음을 유의해야 한다. 전력 증폭기 트랜지스터(14)는 바이어스 네트워크(bias network)(18)에 의해 전력 공급원 전압 V_CC로부터 바이어스된다. 블록도로 도시된 입력 정합 네트워크(16)와 바이어스 네트워크(18)같은 회로 부분들은 당업자에게 친숙한 여러 가지의 공지된 회로 구성으로 구현될 수 있음이 이해될 것이며, 따라서 본 명세서에서 자세히 설명하지 않는다.

전력 증폭기(10)의 출력 회로는, 저항(26)으로 개략적으로 예시된 부하에 전력을 공급하기 위해 출력 단자(24)에 출력 전압 V_OUT을 제공하는 콜렉터 저항(20) 및 출력 정합 네트워크(22)를 포함하는 단순화된 형태로 도시된다.

본 발명에 따르면, 전력 증폭기 트랜지스터(14)의 베이스-에미터 회로와 병렬 접속된 베이스-에미터 회로를 구비하는 소형 트랜지스터(28)를 이용함으로써,전력 증폭기 트랜지스터(14)의 전류에 대한 비례하는 샘플이 얻어진다. 그러나, 비교적 부정확한 전력 측정을 얻기 위해 직접 트랜지스터(28)의 출력을 활용하던 종래의 회로와는 달리, 본 발명은 그 입력이 트랜지스터(28)의 출력에 접속된 제곱 및 평균 회로(squaring and averaging circuit)(30)를 이용하는데, 이 회로(30)는 감지 트랜지스터(sensing transistor)(28)의 전류의 제곱에 비례하는 전압을 발생시킨 뒤, 이 전압을 평균한다. 그렇게 해서 이 회로(30)는 증폭기 트랜지스터(14)의 전력 레벨에 직접 비례하는 출력 신호 V_DET를 단자(32)에 발생시키는데, 전력 레벨은 증폭 트랜지스터의 전류 레벨의 평균 제곱에 비례하므로, 이 출력 신호 V_DET는 종래의 기술에서 얻을 수 있던 것보다 사실상 더 정확한 전력 레벨의 표시이다. 이 기술은, 전력 증폭기 회로와 동일한 다이(die)에 집적될 수 있으며 비교적 간단한 방식으로 증폭 트랜지스터의 전력에 대한 정확한 표시인 전압을 발생시킬 수 있는 전력 검출 회로의 구현을 가능하게 한다.

제곱 및 평균 회로(30)와 관련한 특별히 간단하고 컴팩트한 MOS 구현이 도 2에 도시된다. 이 도면에서, 감지 트랜지스터(28)는, 도 1에 더욱 충분히 도시된 바와 같이, 트랜지스터(14)의 베이스에 대한 베이스 접속부(수직으로 점선 표시됨)를 구비하고, 다이오드 접속된 PMOS(36)와 저항(34)의 직렬 접속에 의해 V_CC에 접속된 콜렉터를 구비한다. 또한 감지 트랜지스터(28)의 콜렉터는 제 2 PMOS 트랜지스터(38)의 게이트에 접속되는데, 이 때 트랜지스터(36)는 트랜지스터(38)에 대해 임계 전압을 발생시키는 역할을 하고, 저항(34)을 통하는 전류는 트랜지스터(38)의게이트에 인가되는 전압을 발생시켜서, 트랜지스터(38)에 제곱된 전류를 발생한다. 이 제곱된 전류는 저항(40)을 통해 흘러서, 증폭 트랜지스터의 전력 레벨에 직접 비례하는 검출기 출력 전압 V_DET를 단자(32)에 발생시킨다. 회로(30)에 평균 기능을 제공하기 위해, 캐패시터(42)가 저항(40)과 병렬로 제공되어서 간단한 RC 평균 회로를 형성하므로, 결국, 검출기 출력 전압 V_DET는 증폭 트랜지스터의 전력 레벨을 정확하게 표시하는 평균된 신호이다. 그러나, 다른 형태의 공지된 평균 회로가 이용될 수도 있음을 이해할 것이다.

트랜스리니어 회로를 갖는 바이폴라 구현을 이용하는 전력 검출 회로의 제 2 실시예가 도 3에 도시된다. 이 실시예는 도 2의 실시예보다는 덜 컴팩트하고 더 복잡하지만, 훨신 더 정확한 추가적인 이점을 제공한다.

이 실시예에서, 감지 트랜지스터(28)는 도 1과 도 2에서처럼 베이스 접속되며, 그 콜렉터는 종래의 전류-미러 구성(current-mirror configuration)으로 접속되어 있는 바이폴라 트랜지스터(44, 46)로 이루어진 전류 미러에 접속되어 있다. 트랜지스터(46)의 콜렉터는 직렬 접속된 다이오드(48, 50)들과 트랜지스터(52)의 베이스에 모두 접속된다. 트랜지스터(52)의 에미터는 트랜지스터(54)의 베이스와 트랜지스터(56)의 콜렉터에 접속되는데, 이 때 트랜지스터(58)와 전류 공급원(60)의 조합은 제 2 전류 미러를 형성한다. 전술한 회로에서, 다이오드(48, 50)와 트랜지스터(52, 54)는 트랜스리니어 회로 구성을 형성하는데, 여기에서 두 개의 다이오드 양단의 전압의 합(sum)은 트랜지스터(52, 54)의 두 개의 베이스-에미터 접합양단의 전압의 합과 동일하고, 두 개의 트랜지스터의 전류의 곱은 두 개의 다이오드의 전류의 곱과 동일하다. 이것은 트랜지스터(54)의 전류가 트랜지스터(52)의 전류에 의해 나뉘어진 감지 트랜지스터(28)의 전류의 제곱에 비례하는 결과를 초래한다. 트랜지스터(52)의 전류는 전류 공급원(60)에 의해 제공되는 전류와 사실상 동일하므로, 회로 출력은 예컨대 회로의 온도 변화를 보상하도록 전류 공급원(60)의 값은 선택함으로써 더 정확하게 만들어 질 수 있다.

전력 검출 회로 출력 신호 V_DET는 트랜지스터(54)의 전류가 저항(62)을 통과함으로써 단자(32)에서 발생되고, 캐패시터(64)는 간단한 RC 평균 회로(비록 다른 종류의 평균 회로가 이용될 수도 있지만)를 만들도록 저항(62)과 병렬로 제공됨으로써, 출력 V_DET는 증폭 트랜지스터의 전력 레벨을 더 정확하게 표시하는 평균 신호를 나타낸다.

이런 식으로, 본 발명은 RF 혹은 오디오 증폭기에 이용하기 적합한 전력 증폭기 회로용 전력 검출 회로를 제공하는데, 이 회로에서 출력은 증폭 트랜지스터의 전력 레벨에 직접 비례하여 발생된다. 본 발명에 따른 회로는 컴팩트하고, 효율적이며, 구현이 용이하고, 종래의 회로보다 증폭 트랜지스터의 전력 레벨을 더 정확하게 표시하는 신호를 제공한다.

본 발명이 몇몇 바람직한 실시예를 참조하여 특별히 도시 및 설명되었지만, 당업자라면, 본 발명의 사상과 범주를 이탈하지 않으면서 그 형태와 세부 사항에 다양한 변경이 행해질 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 예를 들면, 상이한 종류의 전력 증폭 회로, 감지 회로, 제곱 회로 및 평균 회로가 적절히 이용될 수도 있으며, 도시된 회로 구성에 대한 대안적 구성이 특별한 설계 요구에 적합하게 행해질 수도 있다.

Claims

입력 신호(V_IN)를 증폭하는 전력 증폭기 회로(10)에 있어서,

증폭 트랜지스터(14)와 전력 검출 회로(28, 30)를 포함하되, 상기 전력 검출 회로는 상기 증폭 트랜지스터(14)의 전력 레벨에 직접 비례하는 신호(V_DET)를 발생하는 회로(30)를 포함하는

전력 증폭기 회로.
제 1 항에 있어서,

상기 신호 발생 회로(30)는 상기 증폭 트랜지스터(14)의 전류의 제곱에 비례하는 전압(V_DET)을 발생하는 회로를 포함하는 전력 증폭기 회로.
제 2 항에 있어서,

상기 신호 발생 회로는 상기 증폭 트랜지스터(14)의 전류의 제곱에 비례하는 상기 전압(V_DET)을 평균하는 회로(40, 42)를 더 포함하는 전력 증폭기 회로.
제 2 항에 있어서,

상기 신호 발생 회로는,

상기 증폭 트랜지스터(14)의 입력 단자와 병렬로 접속된 제어 단자와, 출력 단자를 구비하는 감지 트랜지스터(sensing transistor)(28)와,

상기 감지 트랜지스터(28)의 상기 출력 단자에 접속된 제어 단자와, 상기 증폭 트랜지스터(14)의 전력 레벨에 직접 비례하는 상기 신호(V_DET)를 제공하는 출력 단자를 구비하는 MOS 트랜지스터(38)를 포함하는

전력 증폭기 회로.
제 2 항에 있어서,

상기 신호 발생 회로(30)는,

상기 증폭 트랜지스터(14)의 입력 단자와 병렬로 접속된 제어 단자와, 출력 단자를 구비하는 감지 트랜지스터(28)와,

바이폴라 트랜지스터들을 포함하고, 상기 감지 트랜지스터의 상기 출력 단자에 접속된 입력 단자와, 상기 증폭 트랜지스터의 전력 레벨에 직접 비례하는 상기 신호를 제공하는 출력 단자(32)를 구비하는 트랜스리니어 회로(translinear circuit)(48, 50, 52, 54)를 포함하는

전력 증폭기 회로.
입력 신호를 증폭하는 RF 전력 증폭기 회로(10)를 구비하는 무선 통신 장치에 있어서,

증폭 트랜지스터(14)와 전력 검출 회로(28,30)를 포함하되, 상기 전력 검출 회로는 상기 증폭 트랜지스터(14)의 전력 레벨에 직접 비례하는 신호(V_DET)를 발생하는 회로를 포함하는

무선 통신 장치.
증폭 트랜지스터(14)를 포함하여 입력 신호를 증폭하는 전력 증폭기 회로(10)에 이용하기 위한 전력 검출 회로(28, 30)에 있어서,

상기 증폭 트랜지스터(14)의 전력 레벨에 직접 비례하는 신호(V_DET)를 발생하는 회로(30)를 포함하는

전력 검출 회로.
제 7 항에 있어서,

상기 신호 발생 회로(30)는 상기 증폭 트랜지스터(14)의 전류의 제곱에 비례하는 전압을 발생하는 회로를 포함하는 전력 검출 회로.