KR20020068731A

KR20020068731A - 이동통신단말기 내 전력증폭기의 알에프 송신장치

Info

Publication number: KR20020068731A
Application number: KR1020010008983A
Authority: KR
Inventors: 민동욱
Original assignee: 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 2001-02-22
Filing date: 2001-02-22
Publication date: 2002-08-28

Abstract

본 발명은 중/강전계 지역에서 RF 송신장치를 통해 RF신호를 송신시 스위칭 전환부와 MSM 내 남아있는 GPIO 포트를 이용하여 전력증폭기를 거치지 않도록 스위칭 변환함으로서 증폭기의 소모전류를 크게 감소시킬 수 있도록 한 이동통신단말기 내 전력증폭기의 소모전류에 대한 RF 송신장치에 관한 것으로, 수신전계의 세기에 따라 사용자의 RF 송신신호를 송신경로를 통하여 전송시키고 각종 신호를 제어하는 MSM과, 상기 MSM으로부터 디지털신호를 아날로그신호로 변환하고 이 변환된 신호와 로컬주파수를 합산하고 일정 레벨 증폭시키는 RFT와, 상기 RFT로부터 출력되는 신호를 표면탄성파 진동신호로 바꾸어 잡음성분을 제거하는 제2 RF송신 SAW필터와, 상기 전계의 세기가 중/강전계일 경우 전력증폭기를 거치지 않고 직접 아이솔레이터로 스위칭 전환하는 스위칭 전환부와, 중/약전계일 경우 상기 제2 RF송신 SAW필터를 통해 출력되는 RF신호를 최대 24dB까지 증폭시키는 전력증폭기와, 상기 증폭된 RF 송신신호를 송신부의 송신경로로만 흐르도록 하는 아이솔레이터와, 상기 아이솔레이터를 통해 송신부와 수신부를 송수신장치의 안테나 연결선에 접속시켜 송신신호와 수신신호를 분리하는 듀플렉서로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

이동통신단말기 내 전력증폭기의 알에프 송신장치 {RF Transmitter Of Power Amplifier Within Mobile Station}

본 발명은 이동통신단말기 내 전력증폭기의 RF 송신장치에 관한 것으로, 특히 중/강전계 지역에서 RF 송신장치를 통해 RF신호를 송신시 스위칭 전환부와 MSM (Mobile Station Modem) 내 남아있는 GPIO(General Purpose Input Output) 포트를 이용하여 전력증폭기를 거치지 않도록 스위칭 변환함으로서 증폭기의 소모전류를 크게 감소시킬 수 있도록 한 이동통신단말기 내 전력증폭기의 RF 송신장치에 관한 것이다.

일반적으로, 기지국과 이동통신단말기 간의 거리에 따라 수신전계의 세기가 형성되는데 이 전계의 세기는 보통 -25dBm ~ -110dBm 범위로서, 강전계와 중전계 및 약전계로 구분하여 최대 신호레벨인 -25dBm에 가까울수록 강전계가 되고 최소 신호레벨인 -110 dBm에 가까울수록 약전계가 형성된다.

상기의 RF신호가 송수신되는 전계의 세기에 따라 이동통신단말기로부터 기지국으로 RF 송신신호를 출력할 경우, 이동통신단말기의 송신부 내 전력증폭기와 구동증폭기, 특히 전력증폭기를 통해 RF 송신신호를 증폭하도록 되어있다.

종래에 사용되고 있는 상기의 전력증폭기의 종류는 주로 모듈형과 MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit)형을 들 수 있는데, 이러한 전력증폭기를 통해 상기 RF 송신신호를 증폭시 전력증폭기를 구동시키기 위한 소모전류가 발생하게 된다.

만약, 강전계일 경우에는 전력증폭기에서 소모되는 소모전류가 약 150 mA ~ 300mA이고, 중전계일 경우에는 상기 소모전류가 약 350mA ~ 400mA이며, 약전계일 경우에는 상기 전력증폭기에서 약 450mA ~ 600mA까지 전류가 소모된다.

상기와 같이 종래의 이동통신단말기 내 전력증폭기의 RF 송수신장치는 도 1에 도시된 바와 같이 송신부와 수신부를 동일한 안테나에 연결하기 위해 송수신장치의 안테나 연결선에 접속시켜 송신신호와 수신신호를 분리하는 듀플렉서(1)와, RF신호를 수신시 발생하는 잡음을 줄여서 신호 대 잡음비를 가능한 크게 개선시키는 저잡음증폭기(2)와, 상기 저잡음증폭기(2)로부터 출력되는 신호를 표면탄성파 진동신호로 바꾸어 잡음성분을 제거하는 RF수신 SAW(Surface Acoustic Wave)필터(3)와, 상기 잡음성분 제거된 신호에서 PLL(Phase Locked Loop)(16)으로부터 출력되는 로컬주파수를 감산하는 감산 믹서(4)와, 상기 감산된 신호를 표면탄성파 진동신호로 바꾸어 잡음성분을 제거하는 IF수신 SAW필터(5)와, 상기 잡음성분 제거되어 출력되는 아날로그신호를 디지털신호로 변환시키는 IFR(Intermediate Frequency Receiver)(6)과, 상기 변환된 신호를 수신하여 그 신호성분을 인식하고 사용자의 RF신호를 송신시, IFT(8) 이하를 통해 송신신호를 전송시키는 MSM(7)과, 상기 MSM(7)으로부터 출력되는 디지털신호를 RF 송신신호인 아날로그신호로 변환하는 IFT(Intermediate Frequency Transmitter)(8)와, 상기 변환된 신호 중 잡음성분을 제거하는 LC 필터(9)와, 상기 잡음성분 제거되어 출력되는 신호와 PLL(16)으로부터 출력되는 로컬주파수를 합산하는 가산 믹서(10)와, 상기 가산된 신호를 표면탄성파 진동신호로 바꾸어 잡음성분을 제거하는 제1 RF송신 SAW필터(11)와, 상기 신호의 전력을 최대 7 ~ 10dB로 증폭시키는 구동증폭기(12)와, 상기 증폭된 신호를 재차 표면탄성파 진동신호로 바꾸어 잡음성분을 제거하는 제2 RF송신 SAW필터(13)와, 상기 잡음성분 제거되어 출력되는 신호의 전력을 최대 24dB까지 증폭시키는 전력증폭기(14)와, 상기 증폭된 RF 송신신호를 송신부의 송신경로로만 흐르도록 하는아이솔레이터(15)와, 상기 아이솔레이터(15)를 통해 송신부와 수신부를 송수신장치의 안테나 연결선에 접속시켜 송신신호와 수신신호를 분리하는 듀플렉서(1)로 구성된다.

상기와 같이 구성된 종래의 RF 송수신장치에서 안테나를 통해 RF신호를 수신시, 전계의 세기에 따라 듀플렉서(1)를 거쳐서 저잡음증폭기(2)에 입력되는 수신부의 전력레벨은 -25dBm ~ -110dBm 정도이며, 1840MHz ~ 1870MHz 대역의 RF 수신신호가 감산 믹서(4)로 입력된다.

이때, 감산 믹서(4)는 상기 입력된 1840MHz ~ 1870MHz 대역에서 PLL(16)으로부터 출력되어 입력되는 로컬주파수인 1619.62MHz ~ 1649.62MHz 대역을 감산한 220.38MHz의 신호를 출력하게 된다.

상기 감산된 신호가 IF수신 SAW필터(5)를 거쳐서 IFR(6)로 입력되는데, 이 IFR(6)은 자체 내장된 A/D 컨버터를 통해 상기 신호를 디지털신호(0 ~ 255)로 변환하여 MSM(7)으로 전송한다.

이때, 상기 수신부의 수신경로를 통해 IFR(6)에 입력되는 전력레벨은 -15.4dBm ~ -94.4dBm 정도가 된다.

여기서 MSM(7)는 상기 변환된 신호를 수신하여 그 신호성분을 인식하며 또한 수신 전계의 전력레벨을 감지하여 IFT(8)의 송신이득을 통해 송신부 종단의 이득을 제어하는 기능을 수행한다.

사용자의 RF신호를 송신시, 상기 MSM(7)를 통해 출력되는 130.38MHZ의 신호가 IFT(8)에 입력되는데, 이 IFT(8)는 자체 내장된 D/A 컨버터를 통해 상기 신호를아날로그신호로 변환하여 LC 필터(9)를 거쳐서 가산 믹서(10)로 전송한다.

이때, 상기 IFT(8)로부터 감지되는 송신경로의 전력레벨은 -80dBm ~ +9.3dBm 정도가 된다.

이후, 가산 믹서(10)는 상기 130.38MHz 신호와 PLL(16)으로부터 출력되어 입력되는 국부주파수인 1619.62 ~ 1649.62MHz 대역을 가산한 1750 ~ 1780MHz 대역의 신호를 출력하게 된다.

상기의 신호가 먼저 구동증폭기(12)를 통해 최대 7 ~ 10dB으로 전력증폭된 다음 전력증폭기(14)를 통해 최대 24dB까지 증폭되어 아이솔레이터(15), 듀플렉서(1)를 거쳐서 안테나를 통해 출력되게 된다.

이때, 상기의 송신경로를 통해 최종 촐력되는 RF 송신신호의 전력레벨은 -60dBm ~ +28.3dBm 정도가 된다.

그러나, 상기와 같이 구성된 종래 전력증폭기의 소모전류에 대한 RF 송수신장치에 있어서 상술한 바와 같이 약전계일 경우 약 150mA ~ 300mA 정도로 전력증폭기에서 비교적 상당히 큰 소모전류를 필요로 하므로 이동통신단말기 배터리 전원의 소모를 촉진시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 중/강전계 지역에서 RF 송신장치를 통해 RF신호를 송신시 스위칭 전환부와 MSM 내 GPIO 포트 중 남아있는 27번 핀을 이용하여 전력증폭기를 거치지 않도록 스위칭 변환함으로서 증폭기의 소모전류를 크게 감소시킬 수 있도록 한 이동통신단말기 내 전력증폭기의 RF 송신장치를 제공하는 데에 있다.

도 1은 종래의 이동통신단말기 내 전력증폭기의 RF 송수신장치의 블록구성도,

도 2는 본 발명에 의한 이동통신단말기 내 전력증폭기의 RF 송신장치의 블록구성도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

21 : MSM 22 : RFT

22-1 : IFT 22-2 : LC 필터

22-3 : 가산 믹서 22-4 : 제1 RF송신 SAW필터

22-5 : 구동증폭기 23 : 제2 RF송신 SAW필터

24 : 스위칭 전환부 25 : 전력증폭기

26 : 아이솔레이터 27 : 듀플렉서

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이동통신단말기 내 전력증폭기의 RF 송신장치는, 수신전계의 세기에 따라 사용자의 RF 송신신호를 송신경로를 통하여 전송시키고 각종 신호를 제어하는 MSM과, 상기 MSM으로부터 디지털신호를 아날로그신호로 변환하고 이 변환된 신호와 로컬주파수를 합산하고 일정 레벨 증폭시키는 RFT(Radio Frequency Transmitter)와, 상기 RFT로부터 출력되는 신호를 표면탄성파 진동신호로 바꾸어 잡음성분을 제거하는 제2 RF송신SAW필터와, 상기 전계의 세기가 중/강전계일 경우 전력증폭기를 거치지 않고 직접 아이솔레이터로 스위칭 전환하는 스위칭 전환부와, 중/약전계일 경우 상기 제2 RF송신 SAW필터를 통해 출력되는 RF신호를 최대 24dB까지 증폭시키는 전력증폭기와, 상기 증폭된 RF 송신신호를 송신부의 송신경로로만 흐르도록 하는 아이솔레이터와, 상기 아이솔레이터를 통해 송신부와 수신부를 송수신장치의 안테나 연결선에 접속시켜 송신신호와 수신신호를 분리하는 듀플렉서로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 이동통신단말기 내 전력증폭기의 RF 송신장치의 구성 및 동작을 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 의한 이동통신단말기 내 전력증폭기의 소모전류에 대한 RF 송신장치의 블록구성도로서, 전계의 세기에 따라 사용자의 RF신호를 송신시 IFT 이하를 통해 RF 송신신호를 전송시키고 각종 신호를 제어하는 MSM(21)과, 상기 MSM(21)으로부터 130.38MHz에 대한 디지털신호를 아날로그신호로 변환시키는 IFT(22-1)와, 상기 변환된 신호 중 잡음성분을 제거하는 LC 필터(22-2)와, 상기 잡음성분 제거된 신호와 PLL(미도시)로부터 출력되는 로컬주파수를 가산하는 가산 믹서(22-3)와, 상기 가산된 신호를 표면탄성파 진동신호로 바꾸어 잡음성분을 제거하는 제1 RF송신SAW필터(22-4)와, 상기 신호를 최대 7 ~ 10dB로 증폭하는 구동증폭기(22-5)와, 상기 증폭된 신호를 재차 표면탄성파 진동신호로 바꾸어 잡음성분을 제거하는 제2 RF송신SAW필터(23)와, 상기 전계의 세기가 중/강전계일 경우 전력증폭기(25)를 거치지 않고 직접 아이솔레이터(30)로 스위칭 전환하는 스위칭 전환부(24)와, 중/약전계일 경우 상기 제2 RF송신 SAW필터(23)를 통해 출력되는 신호를 최대 24dB까지 증폭시키는 전력증폭기(25)와, 상기 증폭된 RF 송신신호를 송신부의 송신경로로만 흐르도록 하는 아이솔레이터(26)와, 상기 아이솔레이터(26)를 통해 송신부와 수신부를 송수신장치의 안테나 연결선에 접속시켜 송신신호와 수신신호를 분리하는 듀플렉서(27)로 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 이동통신단말기 내 전력증폭기의 RF 송신장치의 동작을 다음과 같이 상세히 설명한다.

사용자의 음성신호에 대한 RF신호를 송신시, 먼저 MSM(21)은 RFT(22) 내 IFT(22-1)와 함께 130.38MHZ의 신호주파수를 형성하여 상기 IFT(22-1) 등 이후 단계를 통해 출력하게 된다.

또한, MSM(21)은 송수신 전계의 전력레벨을 감지하여 IFT(22-1)의 송신이득을 통해 송신부 종단의 이득 및 각종 신호를 제어하는 기능을 수행한다.

그런 다음, 상기 IFT(22-1)는 자체 내장된 D/A 컨버터를 통해 상기130.38MHz에 대한 디지털신호(0 ~ 255)를 아날로그신호로 변환하여 LC 필터(22-2)로 전송하게 되는데 이때, IFT(22-1)에서 감지되는 송신경로의 전력레벨은 -80dBm ~ +9.3dBm 정도가 된다.

상기의 IFT(22-1)로부터 전송된 신호 중 잡음성분이 LC 필터(22-2)를 통해 걸러지게 되는데, 이 여과된 RF 송신신호가 가산 믹서(22-3)로 입력된다.

상기 가산 믹서(22-3)는 상기 여과된 130.38MHz 신호와 PLL(미도시)으로부터 출력되어 입력되는 국부주파수인 1619.62 ~ 1649.62MHz 대역의 주파수를 가산하여 1750 ~ 1780MHz 대역의 신호를 출력하게 된다.

여기서 제1 RF송신 SAW필터(22-4)는 상기 가산된 신호를 표면탄성파 진동신호로 잡음성분을 제거하게 한다.

상기 잡음성분 제거된 신호를 구동증폭기(22-5)가 수신하여 전계의 세기에 따라 최대 7 ~ 10dB로 증폭하게 한다.

여기서 제2 RF송신 SAW필터(23)는 상기 증폭된 신호를 재차 표면탄성파 진동신호로 바꾸어 잡음성분을 제거하게 한다.

상기 잡음성분 제거된 신호가 스위칭 전환부(24)로 전달되는데, 이 스위칭 전환부(24)는 전계의 세기가 중/약전계일 경우에는 전력증폭기(25)로 상기 신호를 전송하게 하고, 전계의 세기가 중/강전계일 경우에는 전력증폭기(25)를 거치지 않는 아이솔레이터(30) 방향으로 스위칭 전환한다.

여기서 스위칭 전환부(24)는 상기 송신부의 송신경로에 있어서 전력증폭기(25) 전단에 상기 MSM(21)의 GPIO 포트 중 27번 핀을 연결하여 스위칭전환하도록 구성된다.

만약, 중/약전계의 지역일 경우에 전력증폭기(25)는 상기 스위칭 전환부(24)를 거쳐서 수신된 신호를 최대 24dB까지 증폭하게 한다.

이때, 전력증폭기(25)는 MSM(21)의 PA_ON 핀을 통해 이 MSM(21)으로부터 구동신호를 상시 수신하여 구동되어지며, 상기 전력증폭기(25)에 의해 증폭된 RF 송신신호는 이후 아이솔레이터(26), 듀플렉서(27)를 거쳐서 안테나를 통해 기지국으로 전송된다.

이때, 상기의 송신경로를 통해 최종 출력되는 전력레벨은 -60dBm ~ +28.3dBm정도가 된다.

여기서, 전계의 세기에 따라 상기 스위칭 전환부(24)가 동작하는 원리를 4가지 경우로 구분하여 본 발명을 부연하여 설명하고자 한다.

먼저, 첫째 -25dBm ~ -75dBm의 강/중전계에 있어서, 상기 MSM(21) 내 GPIO 27번 핀을 통해 고(High)전압(0.4 ~ 0.5V)이 스위칭 전환부(24)에 인가되는데, 이때 전력증폭기(25)쪽에 연결되어 있는 스위칭 전환부(24)의 접점이 오픈되고, 직접 아이솔레이터(26)쪽으로 연결된다.

이 경우, RF 송신신호의 출력레벨은 전력증폭기(25)를 거치지 않아도 주위 전계가 강하여 충분히 신호크기를 보충하게 되므로 구동증폭기를(22-5)를 통해 안정된 전력으로서 사용할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 모듈형과 MMIC형 전력증폭기를 통해 보통 150mA부터 300 mA까지 전류가 소모하게 되는데, 구동증폭기(22-5)의 이득을 14dB ~ 18dB로 유지시킴으로써 상기 구동증폭기(22-5)를 통해 불과 20 ~ 40mA 정도의 전류만 소모되게 된다.

둘째로, -75dBm ~ -110dBm의 중/약전계에 있어서, 상기 MSM(21) 내 GPIO 27번 핀을 통해 저(Low)전압(0V)이 스위칭 전환부(24)에 인가되는데, 이때 전력증폭기(25)쪽에 연결되어 있는 스위칭 전환부(24)의 접점이 그대로 유지된다.

이때, 소모전류의 절약을 없으나 첫째와 둘째 경우를 종합해 볼 때 통상 60 ~ 70% 정도의 전류의 소모를 절약하게 된다.

셋째, -70dBm ~ -80dBm의 범위의 수신단 전계의 세기가 유동적인 경우, 실시간으로 점검하는 MSM(21)에서 5회 읽은 수신정보에 대한 정보가 GPIO 27번 핀을 통해 저전압으로 처리하여 송신경로의 전력레벨을 안정화시키게 된다.

실제 스위칭 변화가 자주 발생하는 상기와 같은 전계에서는 그 전계의 세기에 따라 전력증폭기(25)를 거치거나 또는 거치지 않는 양방향으로 스위칭 접점이 수시로 바뀌게 된다.

넷째, 약전계와 중/강전계 간의 전계의 변화가 급격한 경우, 상기 MSM(21)에서 전계의 세기를 감지함과 거의 동시에 스위칭 작업이 이루어지므로 통화 모드에서의 안정성은 충분히 확보될 수 있다.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 특히 중/강전계의 지역에서 스위칭 변화를 통해 전류소모가 많은 전력증폭기를 거치지 않고 구동증폭기의 전력레벨만을 적용함으로서, 상기 강전계 지역에서 통화할 경우, 전력증폭기에서 소모되는 전류가 약 20 ~ 40mA이므로 종래보다 전류소모가 크게 감소되어 배터리의 사용시간의 연장으로 인해 통화시간을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

수신전계의 세기에 따라 사용자의 RF 송신신호를 송신경로를 통하여 전송시키고 각종 신호를 제어하는 MSM과,

상기 MSM으로부터 디지털신호를 아날로그신호로 변환하고 이 변환된 신호와 로컬주파수를 합산하고 일정 레벨 증폭시키는 RFT와,

상기 RFT로부터 출력되는 신호를 표면탄성파 진동신호로 바꾸어 잡음성분을 제거하는 제2 RF송신 SAW필터와,

상기 전계의 세기가 중/강전계일 경우 전력증폭기를 거치지 않고 직접 아이솔레이터로 스위칭 전환하는 스위칭 전환부와,

중/약전계일 경우 상기 제2 RF송신 SAW필터를 통해 출력되는 RF신호를 최대 24dB까지 증폭시키는 전력증폭기와,

상기 증폭된 RF 송신신호를 송신부의 송신경로로만 흐르도록 하는 아이솔레이터와,

상기 아이솔레이터를 통해 송신부와 수신부를 송수신장치의 안테나 연결선에 접속시켜 송신신호와 수신신호를 분리하는 듀플렉서로 구성되는 것을 특징으로 하는 이동통신단말기 내 전력증폭기의 RF 송신장치.
제 1항에 있어서, 상기 RFT는 MSM으로부터 출력되는 RF 송신신호에 대한 디지털신호를 아날로그신호로 변환하는 IFT와,

상기 IFT를 통해 변환된 신호 중 잡음성분을 제거하는 LC 필터와,

상기 LC 필터를 거쳐서 출력되는 신호 송신신호와 PLL로부터 출력되는 로컬주파수를 합산하는 가산 믹서와,

상기 가산된 일정한 신호를 표면탄성파 진동신호로 바꾸어 잡음성분을 제거하는 제1 RF송신 SAW필터와,

상기 잡음성분 제거된 신호의 전력을 최대 7 ~ 10dB로 증폭시키는 구동증폭기로 구성되는 것을 특징으로 하는 이동통신단말기 내 전력증폭기의 알에프 송신장치.