KR200263998Y1 - 휴대폰에서전력증폭기의효율개선회로 - Google Patents

Abstract

평균소모 전류를 감소시켜 효율을 개선하는 휴대폰에서 전력증폭기의 효율개선회로에 관한 것이다.

이 전력증폭기의 효율개선회로는 입력신호를 소정 레벨로 전력 증폭하는 증폭기와, 증폭기에서 증폭되어 출력된 신호의 전력레벨을 감지하는 커플러와, 커플러에서 감지된 신호의 전력레벨의 크기를 검출하는 전력검출기와, 전력검출기에서 검출된 전력레벨의 크기에 따라 증폭기의 게이트전압 또는 베이스 바이어스전압을 조절하는 제1 제어회로와, 전력검출기에서 검출된 전력레벨의 크기에 따라 증폭기의 드레인전압 또는 콜렉터 바이어스전압을 조절하는 제2 제어회로를 구비함을 특징으로 한다.

Description

휴대폰에서 전력증폭기의 효율개선회로

본 고안은 휴대폰에 사용되는 전력증폭기에 관한 것으로, 특히 평균소모전류를 감소시켜 효율을 개선하는 휴대폰에서 전력증폭기의 효율개선회로에 관한 것이다.

통상적으로 무선통신장치에 사용되는 전력증폭기는 시스템의 송신기 최종단에 설치되어 작은 레벨의 RF신호를 매우 큰 전력으로 증폭하는 역할을 한다. 이러한 전력증폭기는 A급과 B급 및 AB급등이 있으며, A급증폭기는 증폭기의 입력신호가 출력신호로 왜곡이 없이 증폭되도록 제3도와 같이 트랜지스터의 동작점을 잡은 형태의 증폭기이고, B급은 출력신호가 정확히 절반의 싸이클에서만 증폭되어 출력되도록 제4도와 같이 동작점을 잡은 증폭기이다. 또한 AB급증폭기는 이러한 A급과 B급상이에서 작동하도록 동작점을 잡은 증폭기이다. 일반적으로 A급증폭기가 가장 왜곡이 적으나 전력효율이 낮기 때문에 왜곡이 그렇게 중요하지 않은 경우에는 전력효율이 높은 AB급 증폭기를 사용한다. 그리고 이동통신 기지국에서 사용하는 전력증폭기는 매우 큰 선형성을 필요로 하지만 A급 증폭기로 구현하려면 훨씬 성능이 좋은 트랜지스터를 사용해야 하므로 AB급 증폭기에 선형기를 달아 구현하는 방식이 선호되고 있다. 이러한 선형기는 여러 가지 방식이 연구되어 왔으며, 그 각각은 장단점을 가지고 있으며, 제1도에는 피드포워드(Feedforward)방식의 선형증폭기가 도시되어 있고, 제2도에는 피드백(Feedback)방식의 선형증폭기가 도시되어 있다. 제1도에 도시되어 있는 피드포워드 방식의 선형증폭기는 하드웨어 구성이 복잡하게 되어 있고, 제2도에 도시되어 있는 피드백방식의 선형증폭기는 발진이 발생하는 단점을 가지고 있다.

그런데 CDMA방식의 휴대폰은 디지탈 변조방식을 사용하며, 신호의 위상과 진폭에 함께 정보가 실려있으므로 매우 왜곡이 적은 전력증폭기를 필요로 한다. 이러한 전력증폭기는 AB급에 선형기를 달아 만들 수도 있으나 이러한 방식은 하드웨어 구성이 복잡해지고 또한 단말기에서는 큰 출력전력을 요구하지 않기 때문에 A급으로 동작하기 위한 트랜지스터를 쉽게 구할 수 있다. 따라서 현재는 A급으로 증폭기를 구현하거나 어느 정도의 성능저하를 감수하고 AB급을 사용하는 두 가지중 한가지로 구현하는 추세에 있다.

따라서 본 고안의 목적은 A급으로 동작하면서 전류소모를 최소화하여 전력증폭기의 효율을 개선하는 휴대폰용 전력증폭기의 효율개선회로를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 고안의 실시예에 따른 전력증폭기의 효율개선회로는 입력신호를 소정 레벨로 전력 증폭하는 증폭기와, 증폭기에서 증폭되어 출력된 신호의 전력레벨을 감지하는 커플러와, 커플러에서 감지된 신호의 전력레벨의 크기를 검출하는 전력검출기와, 전력검출기에서 검출된 전력레벨의 크기에 따라 증폭기의 게이트전압 또는 베이스 바이어스전압을 조절하는 제 1 제어회로와, 전력검출기에서 검출된 전력레벨의 크기에 따라 증폭기의 드레인전압 또는 콜렉터 바이어스전압을 조절하는 제2 제어회로를 구비함을 특징으로 한다.

본 고안의 다른 실시예에 따른 전력증폭기의 효율개선회로는 입력신호의 레벨을 감지하여 출력하는 커플러와, 소정의 직류기준전압레벨(Q 레벨)을 기준으로하여 커플러를 통해 입력된 신호를 전력 증폭하기 위한 전력증폭기와, 커플러로부터 감지된 신호의 전력레벨의 크기를 검출하는 전력레벨 검출기와, 전력레벨 검출기로부터 검출된 전력레벨의 크기에 따라 전력증폭기의 게이트 또는 베이스 바이어스를 제어하여 전력증폭기의 직류기준전압레벨(Q 레벨)을 검출된 전력레벨에 따라 조정하는 제어회로를 구비함을 특징으로 한다.

이하 본 고안을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제5도는 본 고안에 일 실시예에 따른 전력증폭기의 효율개선회로도이다.

A급 증폭기 10는 입력신호를 소정레벨로 전력 증폭하여 커플러 12로 출력한다. 커플러 12는 상기 A급 증폭기 10로부터 증폭된 신호의 레벨을 감지하여 출력한다. 전력레벨 검출기 14는 상기 커플러 12로부터 감지된 신호의 전력레벨의 크기를 검출한다. 제어회로 16은 상기 전력레벨 검출기 14로부터 검출된 전력레벨의 크기에 따라 상기 A급 증폭기 10의 게이트 또는 베이스 바이어스를 제어한다.

제6도는 본 고안의 실시예에 따른 증폭기의 동작 파형도를 나타낸 도면이다.

상술한 제5도 내지 제6도를 참조하여 본 고안의 일 실시예의 동작을 설명한다.

A급 증폭기 10는 입력신호를 소정레벨로 전력 증폭하여 커플러 12로 출력한다. 커플러 12는 상기 A급 증폭기 10로부터 증폭된 신호의 레벨을 감지하여 출력한다. 전력레벨 검출기 14는 상기 커플러 12로부터 감지된 신호의 전력레벨의 크기를 검출한다. 제어회로 16은 상기 전력레벨 검출기 14로부터 검출된 전력레벨의 크기에 따라 상기 A급 증폭기 10의 게이트 또는 베이스 바이어스를 제어한다. 상기 A급 증폭기 10는 트랜지스터로 이루어져 있으면 입력신호가 작을 때는 제6도 (6a)의 1과 같이 동작하고, 입력신호가 클때에는 제6도(6a)의 2와 와 같이 트랜지스터가 동작한다. 그런데 제6도(6a)와 같은 경우에는 두 경우 모두 같은 위치에 Q포인트가 위치하고 있으므로 같은 량의 DC 전력을 소모하게되고, 그 결과 2의 경우는 상대적으로 적은 효율을 얻게된다. 만약 이러한 제6도(6a)의 1의 경우 즉, 입력신호가 작은 경우에 제6도 (6b)와 같이 Q포인트 자체를 낮게 바꾸어 주면 입력신호가 작거나 크거나에 상관없이 항상 최대의 효율을 나타낼 수 있으며, 결과적으로 A급 증폭기 10의 전체 효율이 개선된 결과가 된다. 이러한 방법은 게이트나 베이스 바이어스에 따라 트랜지스터의 특성변화가 없을 때 사용 가능하다.

제7도는 본 고안의 다른 실시예에 따른 전력증폭기의 효율개선회로도이다.

A급 증폭기 10는 입력신호를 소정레벨로 전력 증폭하여 커플러 12로 출력한다. 커플러 12는 상기 A급 증폭기 10로부터 증폭된 신호의 레벨을 감지하여 출력한다. 전력레벨 검출기 14는 상기 커플러 12로부터 감지된 신호의 전력레벨의 크기를 검출한다. 제어회로 16은 상기 전력레벨 검출기 14로부터 검출된 전력레벨의 크기에 따라 상기 A급 증폭기 10의 게이트 또는 베이스 바이어스를 제어한다. 전압제어소스 18은 상기 전력레벨 검출기 14로부터 검출된 전력레벨의 크기에 따라 상기 A급 증폭기 10의 드레인 또는 콜렉터 바이어스를 제어한다.

제8도는 본 고안의 다른 실시예에 따른 제7도의 상세회로도이다.

제9도는 본 고안에 따른 입력신호의 증가에 따라 Q포인트를 고정시키기 위한 특성도이다.

상술한 제7도 내지 제9도를 참조하여 본 고안의 다른 실시예의 동작을 상세히 설명한다.

A급 증폭기 10는 입력신호를 소정레벨로 전력 증폭하여 커플러 12로 출력한다. 커플러 12는 상기 A급 증폭기 10로부터 증폭된 신호의 레벨을 감지하여 출력한다. 전력레벨 검출기 14는 상기 커플러 12로부터 감지된 신호의 전력레벨의 크기를 검출한다. 제어회로 16은 상기 전력레벨 검출기 14로부터 검출된 전력레벨의 크기에 따라 상기 A급 증폭기 10의 게이트 또는 베이스 바이어스를 제어한다. 본 고안의 다른 실시예에서는 게이트나 혹은 베이스의 바이어스에 따른 트랜지스터의 특성변화가 있을경우에 전압제어소스 18에서는 상기 전력레벨 검출기 14로부터 검출된 전력레벨의 크기에 따라 상기 A급 증폭기 10의 드레인 또는 콜렉터 바이어스를 제어한다. 즉, A급 증폭기 10인 트랜지스터 Q2로부터 증폭된 신호가 다이오드 D1에의해 전력레벨의 크기를 검출된다. 상기 다이오드 Q1의 전력레벨의 크기에 따라 전압제어 소스인 트랜지스터 Q1이 동작되어 트랜지스터 Q2의 콜렉터로 인가되는 바이어스 전압을 변화하도록 제어한다. 따라서 출력전력의 증가에 따라 Q포인트가 무한정 높아져서는 안되고 제6도(6a)의 CHLEO 출력일 때의 Q포인트의 위치에서 멈추워야 하므로 제9와 같은 특성을 갖도록 전력레벨 검출기 14나 제어회로 16을 이용하여 Q포인트의 입력신호 레벨에 따른 증가가 적정한 위치에서 멈출수 있도록 한다.

본 고안의 또 다른 실시예로는 제10도와 같이 입력측에서 전력레벨을 검출하여 게이트 바이어스나 베이스 바이어스를 제어할 수 도 있다. 게이트 바이어스나 베이스 바이어스를 제어하는 동작은 제5도와 동일하므로 그 동작설명을 생략한다.

이와 같이 본 고안은, 휴대폰에서 입력신호의 전력레벨 검출에 따라 전력증폭기의 게이트 바이어스 혹은 베이스 바이어스를 제어하여 소모전류를 감소시켜 전력증폭기의 효율을 개선할 수 있는 효과가 있다.

또한 베이스 바이어스나 게이트 바이어스에 따른 전력증폭기의 트랜지스터의 특성변화가 있을 시에는 전력증폭기의 콜렉터 바이어스나 혹은 드레인 바이어스를 제어하여 전력증폭기의 효율을 개선할 수 있는 효과가 있다.

제1도는 피드포워드방식의 선형증폭기의 구성도

제2도는 피드백방식의 선형증폭기의 구성도

제3도는 A급 증폭기의 동작 특성도

제4도는 B급 증폭기의 동작 특성도

제5도는 본 고안에 일 실시예에 따른 전력증폭기의 효율개선회로도

제6도는 본 고안의 실시예에 따른 증폭기의 동작 파형도를 나타낸 도면

제7도는 본 고안의 다른 실시예에 따른 전력증폭기의 효율개선회로도

제8도는 본 고안의 다른 실시예에 따른 제7도의 상세회로도

제9도는 본 고안에 따른 입력신호의 증가에 따라 Q포인트를 고정시키기 위한 특성도

제10도는 본 고안의 또 다른 실시예에 따른 전력증폭기의 효율개선회로도

* 도면의 주요부분에 대한 설명 *

10 : 증폭기 12 : 커플러

14 : 전력레벨 검출기 16 : 제어회로

18 : 전압 제어 소스

Claims (1)

1. 휴대폰의 전력증폭기 효율개선회로에 있어서,

   입력신호를 소정 레벨로 전력 증폭하는 증폭기와,

   상기 증폭기에서 증폭되어 출력된 신호의 전력레벨을 감지하는 커플러와,

   상기 커플러에서 감지된 신호의 전력레벨의 크기를 검출하는 전력검출기와,

   상기 전력검출기에서 검출된 전력레벨의 크기에 따라 상기 증폭기의 게이트전압 또는 베이스 바이어스전압을 조절하는 제1 제어회로와,

   상기 전력검출기에서 검출된 전력레벨의 크기에 따라 상기 증폭기의 드레인전압 또는 콜렉터 바이어스전압을 조절하는 제2 제어회로를 구비함을 특징으로 하는 전력증폭기의 효율개선회로.