KR20020056740A

KR20020056740A - 절전형 전력증폭장치

Info

Publication number: KR20020056740A
Application number: KR1020000086148A
Authority: KR
Inventors: 김준모
Original assignee: 송재인; 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2000-12-29
Filing date: 2000-12-29
Publication date: 2002-07-10

Abstract

본 발명은 통신기기에서 사용되는 절전형 전력증폭장치에 관한 것으로서,

외부 입력 신호의 전력을 증폭하는 기본 증폭소자단 및 입력 신호의 전력레벨에 따라 동작되어 신호전력을 증폭하는 확장 증폭소자단으로 이루어진 증폭부와, 상기 증폭부로 입력 신호를 전달하기 위하여 전압을 인가하는 바이어스부와, 입력 신호의 전력레벨을 판단하여 상기 확장 증폭소자단으로 인가되는 바이어스부의 전압를 단속하는 전압단속부와, 상기 증폭부를 구동시키기 위해 전원을 공급하는 전원부를 포함하여 구성되어,

상기 절전형 전력증폭장치는 정상레벨의 신호가 입력될 때만 상기 증폭부의 전소자에 전압을 인가하고, 신호가 작거나 없을시에는 일부소자에만 전압을 인가하여 통신기기에 사용되는 전력량을 줄일 수 있는 효과를 제공하게 된다.

Description

절전형 전력증폭장치{Smart Power Amplifier}

본 발명은 통신기기에서 사용되는 신호전력증폭기에 관한 것으로서, 특히 신호 증폭시에 사용되는 전력을 입력신호에 따라 제어하여 전력증폭기에 사용되는 전력량을 줄이므로서, 통신기기의 배터리 사용시간을 늘릴 수 있는 절전형 전력증폭기에 관한 것이다.

통신시장의 확대에 따른 단말기 및 통신기기에 대한 수요가 늘어남과 동시에 소형 및 경량화되고 소모전력이 적으면서도 장시간 사용 가능한 통신기기를 요구하고 있다. 이러한 통신기기의 제작 방법은 통신기기 회로상에서 소모되는 전력을 줄이는 방법과 통신기기 전원공급장치의 성능을 향상시키는 방법으로 귀결된다.

물론, 통신기기에서 전원공급장치의 성능을 향상시키는데 있어서 전원공급장치의 크기가 증가하면 성능은 향상되지만, 통신기기의 크기도 증가되므로 소형 및 경량화에 용이하지 않다. 이에 제한된 통신기기의 크기에서 소모전력을 줄이고 전원공급부의 성능을 향상시키기 위한 기술이 요구되고 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 전력증폭장치의 구성이 도시된 회로도로서, 외부로 부터 신호(S1)가 입력되는 입력단(1)과, 입력된 신호(S1)의 전력을 증폭하는 다수개의 증폭소자로 이루어진 증폭부(2)와, 증폭부의 증폭소자에 전압을 인가하는 바이어스부(3)와, 증폭부(2)를 구동시키기 위해 전원을 공급하는 전원부(4)와, 증폭부(2)에서 증폭된 신호를 출력하는 출력단(5)으로 구성된다.

상기와 같이 구성된 종래의 전력증폭장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

외부에서 회로로 입력된 신호(S1)는 콘덴서(C1)에서 커플링되어 상기 바이어스부(3)에서 인턱터(L1)를 통해 유도된 전류에 의해 상기 증폭부(2)의 베이스단으로 인가되고, 상기 전원부에서 인턱터(L2)를 통해 증폭부(2)의 컬렉터단에 전압을 인가함으로써 증폭부가 동작하며, 증폭부(2)의 동작에 따라 베이스단으로 인가된 신호의 전력은 증폭된다. 그 후 상기 증폭된 신호는 종단의 콘덴서(C2)를 통해 커플링되어 출력단(5)으로 전달된다.

그러나, 종래의 전압증폭장치는 입력신호를 상기 증폭부(2)의 베이스단에 인가하기 위하여 바이어스부(3)에서 모든 증폭소자에 일정한 전압을 계속적으로 인가해야 되므로, 입력신호가 미약하거나 미 입력시에 전력이 많이 소모되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 외부로부터 미약한 신호가 입력되거나, 신호가 입력되지 않을 경우 증폭부의 일부소자만을 사용함으로써 전력증폭장치에서 사용되는 전력량을 감소시키는 절전형 전력증폭장치를 제공하는데 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 전력증폭장치의 구성이 도시된 회로도,

도 2는 본 발명에 의한 전력증폭장치가의 구성이 도시된 회로도,

도 3은 본 발명에 의한 전력증폭방법이 도시된 순서도.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

11 : 입력단 12 : 증폭부

13 : 제 1 증폭소자단 14 : 제2 증폭소자단

15 : 바이어스부 16 : 전압단속부

17 : 제어부 18 : 스위칭단자

19 : 전원부 20 : 출력단

S2 : 입력신호 I₀: 제어부의 신호기준레벨

I₁: 입력신호의 기준레벨

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 절전형 전력증폭장치의 특징에 따르면, 외부 입력 신호의 전력을 증폭하는 기본 증폭소자단 및 입력 신호의 전력레벨에 따라 동작되어 신호전력을 증폭하는 확장 증폭소자단으로 이루어진 증폭부와, 상기 증폭부로 입력 신호를 전달하기 위하여 전압을 인가하는 바이어스부와,입력 신호의 전력레벨을 판단하여 상기 확장 증폭소자단으로 인가되는 바이어스부의 전압를 단속하는 전압단속부와, 상기 증폭부를 구동시키기 위해 전원을 공급하는 전원부를 포함하여 구성된다.

한편, 본 발명에 의한 절전형 전력증폭방법의 특징에 따르면, 입력신호의 레벨에 따라 회로를 제어하기 위한 제어부에 신호 기준레벨을 설정하는 제1 단계와, 입력신호의 레벨과 제어부에서 설정된 신호 기준레벨을 비교 판단하는 제2 단계와, 상기 제2 단계에서 입력신호의 레벨이 신호 기준레벨보다 높을 경우에 바이어스 전압을 단속하는 스위칭단자를 동작시켜 증폭부의 모든 증폭소자단에 바이어스부의 전압을 인가하고 신호전력을 증폭하는 제3 단계와, 상기 제2 단계에서 입력신호의 레벨이 신호 기준레벨보다 낮을 경우에 증폭부의 일부 증폭소자단만을 사용하여 신호전력을 증폭하는 제4 단계를 포함하여 이루어진다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 절전형 전력증폭장치의 구성이 도시된 회로도를 나타낸 것으로서, 외부에서 회로로 신호(S2)가 입력되는 입력단(11)과, 입력된 신호(S2)의 전력을 증폭하는 제1,2 증폭소자단(13,14)으로 이루어진 증폭부(12)와, 상기 증폭소자 베이스단에 전압를 인가하는 바이어스부(15)와, 바이어스부(15)를 입력신호(S2)에 따라 제2 증폭소자단(14)의 베이스단 전압을 단속하는 전압단속부(16)에 포함되어 입력신호의 레벨을 감지하여 판단하는 제어부(17)와,제어부(17)의 판단결과에 따라 제2 증폭소자단(14)에 전압을 인가하는 바이어스부를 단속하는 스위칭단자(18)와, 증폭부(12)를 구동시키기 위해 전원에 공급하는 전원부(19)와 증폭부(12)에서 증폭된 신호를 출력하는 출력단(20)으로 구성된다.

상기 증폭부(12)는 송수신되는 신호의 전력을 증폭시키는 역할을 수행하기 위해, 제1,2 증폭소자단(13,14)으로 구성되고, 제1,2 증폭소자단(13,14)은 다수개의 증폭소자로 구성된다.

이러한, 제1,2 증폭소자단(13,14)은 상기 증폭소자의 병렬 결합구조로 형성되어 증폭소자 베이스단은 바이어스부(15)와 연결되고, 증폭소자 컬렉터단은 전원부(19)와 연결된다.

또한, 제1,2 증폭소자단(13,14)의 소자들는 시스템의 특성에 부합하는 범위내에서 각 특성에 맞는 증폭소자로 형성된다. 상기 증폭소자는 바이폴라 트랜지스터(Heterojuction Bipolar Transistor)나, 고전자 이동 트랜지스터(High Electron Mobility Transistor), 또는 금속반도체 전계효과 트랜지스터(Metal-Semiconductor field-effect transistor) 등이 사용된다.

이러한, 상기 증폭부(12)는 시스템 사용에 적합한 범위내에서 다수개의 증폭소자단으로 구성된다.

상기 바이어스부(15)는 제1,2 증폭소자단(13,14)과 전기적으로 결합되어, 인턱터(L11,L12)를 통해 제1,2 증폭소자단(13,14)의 베이스단에 전압을 인가한다.

또한, 바이어스부(15)는 입력 신호(S2)를 제1,2 증폭소자단(13,14)으로 전달하고 증폭부(12)에서 신호전력을 증폭하기 위해 신호 모듈과 병렬로 결합되어 입력신호(S2)와 함께 전압을 제1,2 증폭소자단(13,14)의 베이스단으로 인가한다.

상기 바이어스부(15)는 제2 증폭소자단(14)에 전압을 인가하는데 있어서 상기 전압단속부(16)의 스위칭단자(18)에 의해 단속된다.

상기 전압단속부(16)는 입력신호(S2)의 레벨을 감지하고 판단하는 제어부(17)와 제어부(17)의 신호에 따라 바이어스부(15)의 전압을 단속하기 위한 스위칭단자(18)가 포함되어 구성되고, 바이어스부(15)와 제2 증폭소자단(14)사이에서 전압의 인가를 단속한다. 제어부(17)는 입력신호(S2)를 판단하여 스위칭단자(18)를 동작시켜 바이어스부(15)에서 증폭부(12)의 제2 증폭소자단(14)으로의 전압인가를 단속한다.

상기 전압단속부(16)는 외부 신호가 입력되지 않거나 미약한 신호가 입력될시에는 증폭부(12)의 제2 증폭소자단(14)에 전원공급을 차단시키기 위해 스위칭단자(18)를 오픈시키고, 외부 신호(S2)가 입력될시에는 스위칭단자(18)를 쇼트시켜 증폭부(12)의 제2 증폭소자단(14)으로 전압을 인가한다.

상기 전원부(19)는 증폭부(12)의 제1,2 증폭소자단(13,14)에 전원을 공급하기 위해 제1,2 증폭소자단(13,14)의 컬렉터단으로 전기적으로 결합되어 상기 증폭부(12)를 구동시킨다.

상기 출력단(20)은 증폭부(12)에서 출력된 신호(S2)를 시스템으로 전달하는 역할을 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 절전형 전력증폭장치의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 외부 신호의 입력시에는, 상기 전압단속부(16)에서 스위칭단자(18)를 쇼트시켜 상기 바이어스부(15)에서 제2 증폭소자단(14)으로 전압을 인가하고, 입력된 신호(S2)는 콘덴서(C11,C12)에서 커플링되어 바이어스부(15)에서 인턱터(L11,L13)를 통해 유도된 전압에 의해 제1,2 증폭소자단(13,14)의 베이스단으로 인가되고, 상기 전원부(19)에서 인턱터(L13)를 통해 상기 제1,2 증폭소자단(13,14)의 컬렉터단에 전원이 공급되어 증폭부(12)를 동작시켜 전력이 증폭되고, 종단의 콘덴서(C13)를 통해 커플링되어 출력단(20)으로 전달된다.

외부에서 미약한 신호가 입력될시에는, 상기 전압단속부(16)에서 스위칭단자(18)를 오픈시켜 제2 증폭소자단(14)의 베이스단으로 인가되는 전압을 차단시키고, 입력된 신호(S2)는 콘덴서(C1)에서 커플링되어 제1 증폭소자단(13)의 베이스단으로 인가되어진다. 상기 신호(S2)의 전력은 미약하기 때문에 상기 증폭부(12)의 제1 증폭소자단(13)의 증폭소자만을 사용하여 증폭되고, 종단의 콘덴서(C13)에서 커플링되어 출력단(20)으로 전달된다.

또한, 외부신호가 입력되지 않을시에도, 상기 전압단속부(16)에서 스위칭단자(18)를 오픈시켜 제2 증폭소자단(14)의 베이스단으로 인가되는 전압을 차단하여 증폭부(12)에서 소모되는 전류량을 감소시킨다.

도 3은 본 발명에 의한 절전형 전력증폭방법이 도시된 순서도로서,

먼저, 제1 단계에서는 제어부(17)에 외부 입력신호(S2)의 기준레벨(I₀)을 설정한다.(ST1)

제2 단계에서는 외부 입력신호(S2)가 없을시에는 상기 바이어스부(15)에서 제2 증폭소자단(14)의 베이스단에 인가되는 전원을 차단상태로 유지되도록 설정한다.(ST2)

제3 단계에서는 상기 입력단(11)으로 외부 신호(S2)가 입력된다.(ST3) 그 후, 제4 단계에서는 입력신호(S2)의 레벨(I₁)과 설정된 기준레벨(I₀)를 비교 판단한다.(ST4)

상기 제5 단계에서 판단 결과가 제어부(17)에 설정된 기준레벨(I₀)보다 입력신호(S2)의 레벨(I₁)이 큰 경우, 제4 단계에서 스위칭단자(18)를 쇼트하여 바이어스부(15)에서 제2 증폭소자단(14)의 베이스단에 전압을 인가시킨다.(ST4)

제6 단계에서는 입력신호(S2)의 전력을 증폭부(12)의 증폭소자가 동작하여 시스템의 구동에 적합한 신호전력으로 증폭 출력한다.(ST6)

상기 제4 단계에서의 판단 결과가 제어부(17)에 설정된 기준레벨(I₀)보다 입력신호(S2)의 레벨(I₁)이 작을 경우, 제7 단계에서는 입력신호(S2)의 레벨(I₁)에 따라 증폭부(12)의 제1 증폭소자만(13)이 동작하여 신호전력을 증폭 출력한다.(ST7)

본 발명에 의한 절전형 전력증폭장치는 신호의 전력을 증폭하기에 적합한 범위내에서 제2 증폭소자단(14)과 같은 확장 증폭소자단이 다수개가 구성될 수 있으며, 각각의 확장 증폭소자단을 단속하는 스위칭부를 더 포함하여 구성될 수 있다.

한편, 상기의 절전형 전력증폭장치를 단말기에 적용하는데 있어서 입력 신호(S2)가 작을시에 전류소모량을 줄이면서도, 입력된 신호를 처리하므로 전력사용 효율을 높이고 단말기의 배터리 사용시간을 늘릴 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 절전형 전력증폭장치는 신호 증폭시에 증폭부에 인가되는 전압을 입력신호에 따라 단속하여 전력증폭기에 사용되는 전력량을 줄이므로서, 통신기기의 배터리 사용시간을 늘릴 수 있는 효과가 있다.

Claims

외부 입력 신호의 전력을 증폭하는 기본 증폭소자단 및 입력 신호의 전력레벨에 따라 동작되어 신호전력을 증폭하는 확장 증폭소자단으로 이루어진 증폭부와; 상기 증폭부로 입력 신호를 전달하기 위하여 전압을 인가하는 바이어스부와; 입력 신호의 전력레벨을 판단하여 상기 확장 증폭소자단으로 인가되는 바이어스부의 전압를 단속하는 전압단속부와; 상기 증폭부를 구동시키기 위해 전원을 공급하는 전원부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 절전형 전력증폭장치.
제 1 항에 있어서,

상기 증폭부는 다수개의 증폭소자로 구성되는 기본 및 확장 증폭소자단이 여러개로 이루어지는 것을 특징으로 하는 절전형 전력증폭장치.
제 1 항에 있어서,

상기 전압단속부는 입력 신호의 레벨을 감지하여 판단하는 제어부와, 상기 제어부의 제어신호에 따라 외부신호가 입력되지 않거나 미약한 신호의 입력시에는 오픈되고 외부신호 입력시에는 쇼트되는 스위칭 단자로 이루어져 구성되는 것을 특징으로 하는 절전형 전력증폭장치.
입력신호의 레벨에 따라 회로를 제어하기 위한 제어부에 신호 기준레벨을 설정하는 제1 단계와;

입력신호의 레벨과 제어부에서 설정된 신호 기준레벨을 비교 판단하는 제2 단계와;

상기 제2 단계에서 입력신호의 레벨이 신호 기준레벨보다 높을 경우에 바이어스 전압을 단속하는 스위칭단자를 동작시켜 증폭부의 모든 증폭소자단에 바이어스부의 전압을 인가하고 신호전력을 증폭하는 제3 단계와;

상기 제2 단계에서 입력신호의 레벨이 신호 기준레벨보다 낮을 경우에 증폭부의 일부 증폭소자단만을 사용하여 신호전력을 증폭하는 제4 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 절전형 전력증폭방법.