KR20030029856A - 전력 증폭기에 사용되는 전력 검출 회로 - Google Patents
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Abstract
바람직하게는 공진 인덕터-캐패시터 회로인 단락 소자가 감지 트랜지스터와 병렬로 삽입되고, 상기 감지 트랜지스터는 전력 트랜지스터와 병렬 상태이다. 감지 트랜지스터와 결합된 단락 소자의 사용은 단조 전력 검출을 가진 기술을 제공한다. 단락 소자는 감지 트랜지스터의 고유한 컬렉터 베이스 및 컬렉터 기판 다이오드에 의해 발생되는 추가적인 전류를 제거하고, 전력 및 감지 트랜지스터에 접속된 인덕터 사이에 상호 연결에 의해 발생되는 감지 트랜지스터의 추가적인 전압 스윙을 제거한다.
Description
고체 전력 디바이스가 무선 신호 생성을 포함한 다양한 애플리케이션에 사용된다. 이러한 애플리케이션에서, 각각의 디바이스에 의해 출력되는 전력량을 확실하게 하는 것이 필요하거나 바람직하다.
도 1은 캐패시터(102)를 통해 고주파(RF) 신호 입력에 의해 부하(101)에 공급되는 전력을 측정하는 종래의 회로 장치를 도시하고 있다. 캐패시터(102), 회로(104) 및 트랜지스터(Q1, Q2)가 "온 칩(on chip)"으로 포함된 실제 칩이 외곽선(103)으로 둘러싸여 도시되어 있다. 본딩 패드(110 내지 112)는 오프 칩(off chip) 신호를 전송할 때, 실제 칩으로부터 핀까지의 인터페이스를 나타낸다. 인덕터(114)는 그라운드 인덕턴스를 나타내고, 인덕터(115, 116)는 칩 패키지의 리드프레임 인덕턴스는 물론 와이어 본드에 의해 생성된 인덕턴스와 같은 고유한 인덕터를 나타낸다.
전형적으로, 부하(101)는 오프 칩 매칭 네트워크(132)를 통해서 RF 신호(130)에 의해 구동된다. 부하에 공급되는 전력을 측정하기 위해, 몇 가지 기술을 이용할 수 있다. 그 중 일부는 전압 분할 회로를 구성해서, 부하에 인가된 신호의 일부를 특정하는 것을 포함한다. 다른 것은 오프 칩 평균화 회로를 사용한다. 복수의 다른 기술도 존재하고 있다.
도 1의 장치는 부하에 공급되는 전력을 측정하는 종래의 기술을 도시한다. 더 상세하게는, 트랜지스터(Q2)를 지나는 전류가 트랜지스터(Q1)를 지나는 전류의 1%이하가 되도록, 트랜지스터(Q2)는 트랜지스터(Q1)보다 훨씬 더 작은 값에서 선택된다. 평균화 회로는 저항(140) 및 캐패시터(142)를 포함한다.
도 2는 도 1의 Vdetect에서의 전압의 그래프를, 디바이스에 의해 공급되는 전력의 함수로서 도시한다. 특히, 약 1.8와트에서, 도 2의 곡선의 기울기는 포지티브가 된다. 이런 기울기의 변화는 몇 가지 요인에 의한 것이다. 기울기가 변하는 한가지 이유는, 고유의 베이스 컬렉터 다이오드(301) 및 기판 컬렉터 다이오드(302)를 나타내는 트랜지스터(Q2)의 확대도인, 도 3을 검토함으로써 이해될 수 있다. 이들 다이오드는 모두 디바이스의 고유한 것이고, 제조시의 물리적 현상의 결과이다. 그러나, 높은 전압 레벨에서, 이들 다이오드는 순방향 바이어스로 되고, Q2의 컬렉터로의 추가적인 전류 경로를 도입한다. 따라서, 도 1에서 i_sense로 표시된 측정되는 전류는 더 이상 디바이스에 의해 공급되는 전류의 정확한 측정값이 아니다. 대신에, 비교적 높은 전력에서의 높은 전압의 변화가 Q2의 컬렉터로의 추가적인 전류 경로를 야기하기 때문에 측정되는 신호가 왜곡된다. 더욱이, 인덕터(115, 116) 사이의 연결은 전류(i_sense)에서의 에러를 더 발생시킨다. 결과적으로, 도 1에 도시된 측정 시스템은 낮은 전력 신호에서만 작동하고, 높은 전력에서는 적절하게 동작하지 않는다.
본 발명은 모니터링 회로에 관한 것이고, 더 상세하게는 무선 통신과 같은 특정 애플리케이션에서 사용될 때, 전력 증폭기, 트랜지스터 등에 의해 공급되는 전력을 모니터하는 개선된 기술에 관한 것이다.
도 1은 부하에 공급되는 전력을 측정하는 종래의 기술의 장치를 도시한 도면,
도 2는 도 1의 장치의 전압 전력 곡선을 도시한 도면,
도 3은 도 1의 장치에 사용되는 트랜지스터의 고유 다이오드를 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 실시예를 도시한 도면,
도 5는 도 4의 장치의 전력 공급 곡선을 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 대안의 실시예를 도시한 도면.
상기 견지에서, 높은 출력 전력 레벨에서 디바이스의 전류 및 전력 측정 결과를 제공하는 개선된 기술이, 종래의 기술에 존재할 필요가 있다. 이러한 문제는, 도 1에 도시된 회로와 유사한 회로가 사용되는 무선 통신 디바이스에서 특히 중요하다.
본 발명의 목적은 대형 소자 및 크고(bulky) 손실이 많은 디바이스를 사용할 필요가 없는 방식으로 이러한 전력 측정을 제공하는 것이다.
종래의 기술의 문제는 본 발명에 따라서 극복된다. 측정 트랜지스터(Q2)는 전력 트랜지스터(Q1)에 병렬로 접속된다. 단락 디바이스는 신호를 그라운드에 단락시키기 위해 측정 트랜지스터와 병렬로 접속되지만, 입력 RF 신호의 주파수와 실질적으로 동일한 신호만이다. 바람직한 실시예에서, 단락 디바이스는 인덕터/캐패시터(LC) 공진 회로이다.
본 발명에 따라서, 전압이 크게 변해서 전술된 바와 같이 추가적인 전류 경로를 발생시키는 높은 주파수의 신호가 그라운드로 단락된다. 공진 회로를 이용함으로써, 큰 캐패시터의 사용을 피할 수 있고, 단락 디바이스의 소망의 임피던스가 성취된다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 단락 디바이스용 캐패시터는 칩 상에 구성되고, LC 공진 회로의 인덕터 부분은 칩 본딩 패드의 고유한 인덕턴스를 포함한다.
도 4는 본 발명의 실시예를 도시하고 있다. 동작시에 RF 신호(420)가 캐패시터(402)와 트랜지스터(Q1)를 통해서 입력된다. 바이어스 회로(401)는 종래의 방식으로 동작한다. 저항(409)와 캐패시터(410)로 형성된 평균화 회로는 Vdetect에 DC 전압을 제공하고, 이는 부하 저항(411)에 공급되는 전력에 실질적으로 비례한다.
그러나, 이 Vdetect에 의해 발생되고, 트랜지스터(Q2)에서 측정되는 전류는 상기 설명된 바와 같은 효과에 의해 왜곡된다. 특히, 인덕터(408, 409) 사이의 연결, 및 베이스 컬렉터 다이오드는 물론, 트랜지스터(Q2)의 컬렉터와 기판(2) 사이의 고유한 다이오드는 모두 전류 왜곡을 발생시키고, 이는 측정을 부정확하게 한다.
캐패시터(406) 및 인덕터(407)의 존재는 Q2의 컬렉터의 신호에서의 높은 주파수 성분을 최소화하거나/최소화하고 제거하는 역할을 한다. 이 높은 주파수 성분이 변해서, 추가적인 전류 성분을 발생시키고, 부하(411)에 공급되는 전력의 측정결과를 왜곡시킨다.
바람직하게, 캐패시터(406) 및 인덕터(407)는 소망의 동작 주파수로 공진하는 값을 가지고 배열되어 있다. 공지된 바와 같이, LC 공진 회로의 직렬 접속이, RF 신호가 공급되는 임계 주파수에서 단락 회로로서 나타난다. 더욱이, 캐패시터가 최소 비용으로 칩상에 추가될 수 있고, 인덕터(407)는 어떤 시스템에서도 고유한 와이어 본드 인덕턴스이다.
바람직한 실시예에서, Q1가 배치되는 기판 레벨과 Q2가 배치되는 제 2 기판 레벨 사이의 저항을 증가시킴으로써 Q2의 컬렉터에서의 불필요한 추가적인 신호가제거된다. 이러한 기술은 Q2의 주위에 기판 탭을 위치시키는 것을 포함하고, 이는 Q1의 주위에 위치된 탭으로부터 분리된다. 사용되는 기술에 관계없이, 기판은 증가되는 저항으로부터 분리되어서 L2와 L3의 연결에 의해 발생되는 크로스 인덕턴스를 효과적이고, 실질적으로 제거한다.
Vdetect를 도 4의 변형된 회로를 구비한 디바이스의 출력 전력의 함수로 나타내는 응답 곡선이 도 5에 도시되어 있다. 도 5로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 포지티브의 기울기를 가진 곡선이 높은 출력 전력에서는 더 이상 존재하지 않는다. 네거티브의 기울기를 가지는 곡선은, 곡선의 기울기가 도 2에 도시된 종래의 시스템에서와 같이 포지티브로 바뀔 때 불안정 상태로 될 수 있기 때문에, 피드백 시스템에서는 중요하다.
본 발명의 대안의 실시예가 도 6에 도시되어 있다. 대부분의 구성 요소는 도 4에 대응하여 도시된 것과 실질적으로 유사하고, 따라서 설명을 반복하지 않는다.
평균화 회로(601)는 저항(602) 및 캐패시터(603)를 포함한다. 두개의 직렬 인덕터(604, 605)가 사용된다. 인덕터(604:전송 라인이 될 수도 있음)는 RF에서 큰 인덕턴스를 제공한다. 인덕터(608) 및 저항(609)은 설치된 캐패시터(607)에서 고유한 기생 소자이다. 회로의 동작의 설명은 앞에서 설명된 바와 같다.
인덕터(605, 608)는 캐패시터(607)와 관련되어서 공진 회로의 역할을 한다. 인덕터(605)는 본딩 패드(606)의 인덕턴스를 나타낸다. 캐패시터(607) 및 인덕터(608, 605)는, 회로의 공진 주파수가 입력 RF 신호와 실질적으로 같은 주파수에 있도록 선택된다.
소망의 주파수에서, Q2의 컬렉터로의 경로는 단락되고, 따라서 측정을 방해하는 왜곡은 감소된다. 그러나, 도 6의 실시예는 도 4의 실시예보다 덜 바람직할 수 있다. 이는 도 6에 도시된 연결부(K23)가 도 6의 방식의 공진 회로의 사용에 의해 크게 감소되지 않고, 반면에 도 4의 실시예에서 이러한 연결부는 가상으로 제거되기 때문이다. 연결부(K23)를 최소화하기 위해, 와이어 본드 및 핀 아웃은 서로 이격되어야 한다. 연결부를 더 감소시키기 위해, 그라운드 와이어 본드/그라운드 핀은 분리되야 한다.
그러나, 도 6의 실시예는 도 3에 대해서 상기 설명한 에러의 두 가지 원인을 제거하고, 도 4에 도시된 실시예에서 요구되는 바와 같은, 소자의 온 칩 제조가 필요없다는 잠재적인 이점을 가지고 있다. 두 가지 기술 사이의 선택, 또는 측정 트랜지스터(Q2)와 병렬로 단락 회로를 구현하는 다른 기술은 설계자에 의해 선택된다.
본 발명의 바람직한 실시예가 앞에서 설명되었지만, 다수의 다른 수정 및 변형이 당업자에게는 자명할 것이다.
Claims (19)
- 부하에 전력을 공급하는 제 1 트랜지스터(Q1)와,상기 제 1 트랜지스터와 병렬인 제 2 트랜지스터(Q2)와,상기 제 1 및 제 2 트랜지스터와 병렬인 단락 소자(406, 407) - 상기 단락 소자는 소정의 주파수 범위 내에서 실질적으로 단락 회로의 역할을 하도록 배열됨 - 를 포함하는장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 트랜지스터(Q1)에 접속된 입력 신호(420) - 상기 입력 신호(420)는 상기 소정의 주파수내에 있음 - 의 소스를 더 포함하는장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 단락 회로는 실질적으로 상기 소정의 범위내의 주파수에서 공진하도록 직렬로 배열된 캐패시터(406) 및 인덕터(407)를 포함하는장치.
- 제 3 항에 있어서,상기 제 1 및 상기 제 2 트랜지스터는 다른 기판상에 있고, 상기 기판(450, 460)은 분리 기판 탭에 의해 둘러싸여 있는장치.
- 제 3 항에 있어서,상기 제 1 트랜지스터는 제 1 기판상에 위치되고, 상기 캐패시터 및 상기 제 2 트랜지스터는 제 2 기판상에 위치되는장치.
- 제 5 항에 있어서,상기 인덕터는 와이어 본드 인덕터(407)인장치.
- 제 3 항에 있어서,상기 부하(411)는 무선 통신 디바이스용 송신기인장치.
- 제 7 항에 있어서,상기 제 1 트랜지스터는 매칭 네트워크(490)에 접속되는장치.
- 제 8 항에 있어서,상기 제 1 트랜지스터(Q1)는 칩 상에 제조되고, 상기 매칭 네트워크(490)는 상기 칩 상에 제조되지 않는장치.
- 특정 부하(411)에 전력을 공급하는 제 1 트랜지스터(Q1), 상기 제 1 트랜지스터와 병렬로 접속된 제 2 트랜지스터(Q2)를 포함하고, 상기 제 2 트랜지스터는 컬렉터(491)를 구비하고, 상기 컬렉터는 제 1 인덕터(605), 제 2 인덕터(604), 및 평균화 회로(602, 603)의 제 1 직렬 조합에 접속되고, 상기 제 1 및 제 2 인덕터(604, 605)는 접합점에서 서로 연결되고, 상기 접합점은 저항(609), 캐패시터(607) 및 인덕터(608)의 제 2 직렬 조합에 접속되는장치.
- 제 10 항에 있어서,상기 제 1 트랜지스터는 고주파(RF) 소스(650)에 접속되고, 상기 제 2 직렬 조합 및 조합된 상기 제 1 인덕터는 상기 RF 소스와 실질적으로 동일한 공진 주파수를 가지는장치.
- 제 11 항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 트랜지스터는 다른 칩 상에 제조되는장치.
- 제 11 항에 있어서,매칭 네트워크를 더 포함하고, 상기 매칭 네트워크(651)는 상기 제 1 트랜지스터가 위치된 집적 회로 상에 위치되지 않는장치.
- 적어도 하나의 기판에 제조되어서 집적 회로를 형성하는 제 1 및 제 2 트랜지스터(Q1, Q2) 및 상기 제 2 트랜지스터와 병렬인 공진 회로를 포함하고, 상기 공진 회로(406, 407)는 본딩 패드(455)로 형성된 인덕터를 포함하는집적 회로 장치.
- 제 14 항에 있어서,상기 제 1 트랜지스터는 상기 제 2 트랜지스터로부터 분리된 기판에 위치되고, 상기 기판은 각각 분리 기판 탭에 의해 둘러싸인집적 회로 장치.
- 제 14 항에 있어서,상기 제 2 트랜지스터에 접속된 평균화 회로(409, 410)를 더 포함하는집적 회로 장치.
- 제 16 항에 있어서,상기 제 2 트랜지스터는 컬렉터(491)를 구비하고, 상기 평균화 회로(409,410)는 상기 컬렉터에 접속되는집적 회로 장치.
- 제 16 항에 있어서,상기 제 1 트랜지스터는 무선 통신 디바이스를 포함한 부하(411)를 구동시키도록 배열되는장치.
- 제 18 항에 있어서,상기 제 1 트랜지스터는 그 베이스에서 캐패시터(402) 및 바이어스 회로(401)의 세트 모두에 접속되는장치.
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