KR20030024241A - 블루투스 송신회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 블루투스 송신회로에 관한 것으로, 종래 블루투스 송신회로는 선형의 영역에서 입력전력의 최대값이 위치하도록 하는 백오프방식과 출력전력을 피드백하여 이를 처리함으로써, 선형영역의 동작이 가능하도록 하는 피드백방식을 사용함으로써, 그 제조비용이 증가하거나, 주파수 대역이 수kHz로 제한되어 전송거리가 짧아지며, 피드백의 사용으로 소비전력이 증가하는 문제점이 있었다. 이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 라디오주파수 입력신호를 입력받아 직류전압에 따른 이득을 변화시키고, 그 라디오주파수 입력신호의 위상을 변화시켜, 전력증폭기의 이득 및 위상변화 특성에 반대되 특성을 나타내는 입력전력을 출력하는 전치왜곡부와; 상기 전치왜곡부의 출력인 입력전력을 인가받아 증폭하여 선형성의 출력전력을 발생시키는 전력증폭부로 구성하여 전치왜곡부를 사용하여 후단의 전력증폭기의 출력을 보상함으로써, 전력증폭부의 출력을 선형화하여 용이하게 상호변조신호인 고조파 성분을 제거할 수 있게 되어, 통화의 품질을 향상시키는 효과와 그 효율을 높여 소비전력을 절감하며, 최대출력을 높여 전송거리를 증가시키고, 저가의 회로 구성으로 제조비용을 절감하는 효과가 있다.

Description

블루투스 송신회로{TRANSMISSION CIRCUIT FOR BLUETOOTH}

본 발명은 블루투스 송신회로에 관한 것으로, 특히 송신에 필요한 전력의 증폭시 발생하는 고조파를 억제할 수 있는 블루투스 송신회로를 제공함에 그 목적이 있다.

현재, 무선 랜(wireless LAN)을 대체할 수 있는 방법으로 현재 블루투스(bluetooth)를 이용하는 방법이 개발되고 있으나, 아직 표준화 등의 문제가 남아있어 상용화되지 않고 있다. 또한, 데이터 전송 및 음성의 인식에서 아직은 오류가 발생할 가능성이 높으며, 잡음이 심한 문제점이 있다.

일반적으로 블루투스 송신회로에는 전력 증폭기를 사용하여, 전력을 향상시키고 있으며 이러한 경우에는 기본 신호 이외에 2, 3, 4.. 차의 고조파가 발생하게 된다. 이와 같은 고조파 성분은 잡음의 원인이 되며, 이를 제거하기 위해 밴드패스 필터를 사용하여 고조파 성분을 제거할 수 있다. 그러나, 3차 고조파는 기본파와의 주파수 간격이 협소하여 필터링을 할 수 없으며, 이로 인해 3차 고조파의 간섭에 의해 통화 품질이 저하되고, 전력의 소모가 많아지게 된다.

이와 같은 문제점을 감안하여 종래 블루투스 송신회로는 선형화된 증폭비를 선택하는 방안을 채택하고 있으며, 그 구체적인 방법으로는 백오프(back off) 방식또는 피드백(feedback) 방식을 사용하고 있으며, 이와 같은 종래 블루투스 송신회로를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1은 종래 블루투스 송신회로의 전력 증폭기의 특성 그래프도로서, 이에 도시한 바와 같이 입력 전력(Pin)이 낮은 영역에서는 전력 증폭기의 출력전력(Pout)이 선형화 되어 있으나, 입력 전력(Pin)이 높은 영역에서는 전력 증폭기의 출력전력(Pout)이 비선형적으로 출력된다.

이와 같은 출력전력을 선형화하기 위해서 사용하는 백오프방식은 비선형 구간에 위치하는 최대 입력전력을 선형의 구간에 위치하도록 낮추어 통화 품질을 높이는 방안이며, 이를 위해서 사용하고자 하는 전력보다 큰 증폭기를 사용하여 입력전력을 낮추게 된다. 그러나 이와 같은 백오프방식을 사용하기 위해서는 P1dB(1dB Power Compression Point)를 원하는 출력전력보다 10dB정도 높은 트랜지스터를 사용해야 함으로써, 그 구성은 용이하나 고품질, 고가격의 트랜지스터를 사용하게 됨으로써 비용이 증가하는 문제점이 발생한다.

또한, 상기 도1에서 보여지는 입력전력(Pin)에 대해 출력전력(Pout)이 포화되는 영역, 다시 말해서 선형구간과 비선형 구간의 접점의 아랫쪽에서만 동작하게 되므로 증폭기의 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

도2는 인벨로프 피드백(envelope feedback) 방식의 송신회로도로서, 이에 도시한 바와 같이 입력전력(Pin)을 인가받아 분할하는 전력분할부(1)와; 상기 전력분할부에서 분할된 전력을 다이오드(D1)를 통해 일측입력단에 인가받음과 아울러 출력전력(Pout)을 다이오드(D2)를 통해 피드백 받아 두 전력을 비교출력하는 비교부(2)와; 상기 비교부(2)의 출력에 따라 이득을 조절하여 상기 전력분할부(1)에서 분할된 입력전력(Pin)을 증폭하여 출력하는 증폭부(3)로 구성된다.

이하, 상기와 같이 구성된 피드백 방식을 이용한 종래 블루투스 송신회로를 좀 더 상세히 설명한다.

먼저, 입력전력(Pin)이 인가되면 이는 전력분할부(1)에서 2개의 경로로 분할된다. 이때 분할되는 전력의 각각은 입력전력(Pin)과 동일한 값이되도록 한다.

그 다음, 상기 전력분할부(1)에서 분할된 입력전력(Pin)은 일정한 이득값으로 증폭하는 증폭부(3)에 의해 증폭되어 출력전력(Pout)으로 출력된다.

이때의 출력전력(Pout)은 다시 디텍터(DETECTOR)역할을 하는 다이오드(D2)에 의해 피드백 되어 비교부(2)의 일측입력단에 입력된다.

또한, 상기 비교부(2)의 타측입력단에는 다이오드(D1)를 통해 상기 전력분할부(1)에서 분할된 입력전력(Pin)을 인가받아 상기 피드백된 출력전력(Pout)과 비교한다.

그 다음, 상기 비교부(2)의 출력신호를 인가받은 증폭부(3)는 그 비교부(2)의 출력신호에 따라 이득을 조절하여 일정한 출력전력(Pout)을 출력하도록 한다. 입력전력(Pin)과 출력전력(Pout)의 비교결과에 변동이 있는 경우에는 그 변동분 만큼의 비교부(2)의 출력신호의 변화에 의해 상기 증폭부(3)에 구비된 트랜지스터의 게이트전압 또는 드레인 전압을 변화시켜 이득을 조절하게 된다.

이와 같이 이득을 일정하게 조절하면, 선형화된 출력전력(Pin)을 얻을 수 있게 되며, 그에 따라 고조파 성분을 제거하기가 용이해진다.

그러나, 상기의 증폭부(3)는 오퍼레이션(OPERATION) 증폭기로서 주파수 대역이 수 kHz로 제한되어 그 전송거리가 짧고, 큰 이득을 얻을 수 없는 문제점이 발생한다.

또한, 도면에는 나타내지 않지만 하모닉 피드백(HARMONIC FEEDBACK)방식을 사용할 수 있으며, 이때의 하모닉 피드백 방식은 출력에서 2차 고조파를 대역통과필터를 사용하여 찾아내고, 위상과 크기를 조절하여 입력측으로 피드백 시키며, 이때의 피드백된 고조파를 이용하여 3차의 고조파를 상쇄시키는 방식을 사용하고있다. 그러나 상호변조신호의 5, 7차와 그 이상의 차수에 대한 상호변조신호를 제거하기 위해서는 독립적인 별도의 피드백 회로가 더 필요가여 회로의 구성이 복잡해지고, 집적화가 용이하지 않다는 문제점이 있었다.

상기한 바와 같이 종래 블루투스 송신회로는 선형의 영역에서 입력전력의 최대값이 위치하도록 하는 백오프방식과 출력전력을 피드백하여 이를 처리함으로써, 선형영역의 동작이 가능하도록 하는 피드백방식을 사용함으로써, 그 제조비용이 증가하거나, 주파수 대역이 수kHz로 제한되어 전송거리가 짧아지며, 피드백의 사용으로 소비전력이 증가하는 문제점이 있었다.

이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 저가의 회로를 사용하여 고조파를 제거할 수 있는 블루투스 송신회로를 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 종래 블루투스 송신회로의 전력 증폭기의 특성 그래프도.

도2는 종래 블루투스 송신회로의 일실시예인 인벨로프 피드백(envelope feedback) 방식의 송신회로도.

도3은 본 발명 블루투스 송신회로도.

도4는 본 발명을 적용한 경우와 적용하지 않은 경우의 이득과 최대출력전압을 비교한 비교표.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10:전치왜곡부20:전력증폭부

상기와 같은 목적은라디오주파수 입력신호를 입력받아 직류전압에 따른 이득을 변화시키고, 그 라디오주파수 입력신호의 위상을 변화시켜, 전력증폭기의 이득 및 위상변화 특성에 반대되 특성을 나타내는 입력전력을 출력하는 전치왜곡부와;상기 전치왜곡부의 출력인 입력전력을 인가받아 증폭하여 선형성의 출력전력을 발생시키는 전력증폭부로 구성함으로써 달성되는 것으로, 이와 같은 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도3은 본 발명 블루투스 송신회로의 회로도로서, 이에 도시한 바와 같이 라디오주파수 입력신호(RFin)을 입력받아 직류전압에 따른 이득과 위상을 변화시켜, 전력증폭기의 이득 및 위상변화에 반대되는 신호를 출력하는 전치왜곡부(10)와; 상기 전치왜곡부(10)의 출력신호를 인가받아 증폭하여 선형성의 출력전력을 발생시키는 전력증폭부(20)로 구성되며, 상기 전치왜곡부(10)는 일측단에 라디오주파수 입력신호(RFin)를 인가받는 커패시터(C1)와; 상호 직렬접속되어 직류전압(+V)과 상기 커패시터(C1)의 타측단의 사이에 접속되는 인덕터(L1) 및 저항(R1)과; 상기 저항(R1)과 커패시터(C1)의 접속점에 각각의 일측단이 접속되되며, 각각의 타측단이 상호접속되는 커패시터(C2) 및 쇼트키 다이오드(D1)와; 상기 커패시터(C2)와 쇼트키 다이오드(D1)의 접속점과 접지사이에 연결된 인덕터(L2)와; 상기 인덕터(L2), 커패시터(C2), 쇼트키 다이오드(D1)의 접속점에 일측이 접속되는 커패시터(C3)로 구성된다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명을 좀 더 상세히 설명한다.

먼저, 상기 전력증폭부(20)의 특성을 살펴보면 상기 도1에 도시한 바와 같이 입력전력이 증가함에 따라 출력전력은 일정한 비율로 증가된다. 즉, 포화영역 내에서는 항상 일정한 이득을 나타낸다.

이와 같은 상태에서 입력전력이 더 증가하면 포화영역을 벋어나면 이득이상대적으로 줄어들고 위상이 증가하여, 상기 포화영역과는 다른 기울기의 입력대 출력그래프를 나타낸다.

상기와 같은 전력증폭부(20)의 출력특성과는 반대로 전치왜곡부(10)는 입력되는 라디오주파수 입력신호(RFin)가 증가하면 이득이 감소하고, 위상이 감소하게 된다.

즉, 라디오주파수 입력신호(RFin)가 커패시터(C1)을 통해 입력되고, 직류전원전압(V+)가 인덕터(L1)을 통해 잡음이 제거되고, 저항(R1)을 통해 상기 커패시터(C1)의 타측단에서 상기 라디오주파수 입력신호(RFin)과 더해져, 그 라디오주파수 입력신호(RFin)는 증폭된다.

그 다음, 상호 병렬접속된 커패시터(C2)와 쇼트키 다이오드(D1)에 의해 상기 증폭된 라디오주파수 입력신호(RFin)는 동일한 진폭의 역위상의 신호로 변환되며, 그 변환된 라디오주파수 입력신호(RFin)는 커패시터(C3)를 통해 전력증폭부(20)의 입력전력으로 입력된다.

이때, 사용되는 전력증폭부(20)의 특성과 상기 전치왜곡부(10)의 특성이 가깝게 정합되어야 하며, 이를 위해 상기 저항(R1)과 커패시터(C2)의 값을 적당히 조절하여야 한다.

이와 같이 전력증폭부(20)의 이득과 위상 변화에 반대가 되는 전치왜곡부(10)를 전력증폭부(20)의 앞단에 삽입하면 AM-AM, AM-PM왜곡을 보상해 줄수 있게 되어 상기 전력증폭부(20)의 출력은 선형화된다.

이때 AM-AM왜곡은 이득이 감소하는 것을 말하며, AM-PM왜곡은 위상이 변화되는 것을 지칭한다.

상기의 회로를 2.4GHz대의 블루투스 송신회로에 적용하면 그 송신회로의 전력증폭기의 출력은 선형화되어 각 차수의 고조파를 용이하게 제거할 수 있게 되어 통화품질을 향상시킬 수 있게 된다.

도4는 본 발명을 적용하여 블루투스 송신단의 출력을 선형화 한 경우와 선형화 하지 않은 경우의 효율과 최대 이용가능 출력전력을 비교하고, 그 개선도를 명시한 표로서, 이에 도시한 바와 같이 본 발명을 적용하기 이전의 비선형 출력의 경우 효율과 최대 이용 가능한 출력전력은 각각 32%와 6.5W 이나, 본 발명과 같이 전치왜곡부(10)를 사용하여 출력을 선형화 한경우 효율과 최대 이용 가능 출력전력은 각각 42%와 13W로 각각의 개선도는 32%와 100%만큼 증가됨을 알 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명 블루투스 송신회로는 전치왜곡부를 사용하여 후단의 전력증폭기의 출력을 보상함으로써, 전력증폭부의 출력을 선형화하여 용이하게 상호변조신호인 고조파 성분을 제거할 수 있게 되어, 통화의 품질을 향상시키는 효과와 그 효율을 높여 소비전력을 절감하며, 최대출력을 높여 전송거리를 증가시키고, 저가의 회로 구성으로 제조비용을 절감하는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 라디오주파수 입력신호를 입력받아 직류전압에 따른 이득을 변화시키고, 그 라디오주파수 입력신호의 위상을 변화시켜, 전력증폭기의 이득 및 위상변화 특성에 반대되 특성을 나타내는 입력전력을 출력하는 전치왜곡부와; 상기 전치왜곡부의 출력인 입력전력을 인가받아 증폭하여 선형성의 출력전력을 발생시키는 전력증폭부로 구성하여 된 것을 특징으로 하는 블루투스 송신회로.
2. 제 1항에 있어서, 상기 전치왜곡부는 일측단에 라디오주파수 입력신호를 인가받는 제1커패시터와; 상호 직렬접속되어 직류전압과 상기 커패시터의 타측단의 사이에 접속되는 제1인덕터 및 저항과; 상기 저항과 제1커패시터의 접속점에 각각의 일측단이 접속되되며, 각각의 타측단이 상호접속되는 제2커패시터 및 쇼트키 다이오드와; 상기 제2커패시터와 쇼트키 다이오드의 접속점과 접지사이에 연결된 제2인덕터와; 상기 제2인덕터, 제2커패시터, 쇼트키 다이오드의 접속점에 일측이 접속되는 제3커패시터로 구성하여 된 것을 특징으로 하는 블루투스 송신회로.