KR20030073386A - 고주파 전력 증폭기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고주파 전력 증폭기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고주파 전력 증폭기 내에 복수의 서로 다른 전압을 출력하는 DC-DC 컨버터를 설치하고, 하이 파워 모드와 로우 파워 모드에 따라 DC-DC 컨버터로부터 출력되는 전압(Vcc)의 레벨을 제어하여 DC-DC 컨버터에서 모드에 따라 각기 다른 전압이 출력되도록 함으로써 로우 파워 모드시 고주파 전력 증폭기의 소모 전류를 상대적으로 많이 줄여 고주파 전력 증폭기의 효율을 개선시킬 수 있다.

Description

고주파 전력 증폭기{POWER AMPLIFIER MODULE}

본 발명은 고주파 전력 증폭기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고주파 전력 증폭기 내에 복수의 서로 다른 전압을 출력하는 DC-DC 컨버터를 설치하고, 하이 파워 모드와 로우 파워 모드에 따라 DC-DC 컨버터로부터 출력되는 전압(Vcc)의 레벨을 제어하여 DC-DC 컨버터에서 모드에 따라 각기 다른 전압이 출력되도록 함으로써로우 파워 모드시 고주파 전력 증폭기의 소모 전류를 상대적으로 많이 줄여 고주파 전력 증폭기의 효율을 개선시키도록 하는 고주파 전력 증폭기에 관한 것이다.

휴대 통신에 대한 수요가 급증하고 있는 현재에 있어서 송/수신되는 무선 신호의 전력은 이통 통신 단말기의 배터리를 이용하여 효율적으로 사용해야 함이 중요한 문제점으로 대두되고 있는 실정이다.

이동 통신 단말기는 상대방의 전달 내용을 수신하기 위한 수신부와 자신의 정보를 전달하기 위한 송신부로 구성되어 있다. 즉, 고주파 신호를 기저대역 신호로, 혹은 그 반대로 기저대역 신호를 고주파 신호로 변환해 주는 기능을 갖는다. 이중 송신부에는 상대방에게 수신감도 이상의 출력을 전달하기 위한 고주파 전력 증폭기가 반드시 필요하다.

이러한 고주파 전력 증폭기의 구성을 살펴보면, 도 1에 도시된 바와 같이 모빌 스테이션 모뎀(10)과, 라디오 프리퀀시 트랜스미터(20)와, 바이어스 회로(30)와, 인풋 매치(40)와, 드라이버 앰프(50)와, 인터스테이지 매치(60)와, 파워 앰프(70)와, 아웃풋 매치(80)로 구성된다.

모빌 스테이션 모뎀(MSM : Mobile Station Modem)(10)은 기지국으로부터 수신되는 신호의 세기를 검출하여 이에 대응되는 제어 신호를 출력하고, 신호의 세기에 따라 전력 모드를 변환시켜 R0, R1 단자를 통해 신호를 출력한다.

라디오 프리퀸시 트랜스미터(RFT : Radio Frequency Transmitter)(20)는 모빌 스테이션 모뎀(10)으로 출력되는 제어 신호에 의해 RF 신호 레벨을 가변하는 RF 신호를 출력한다.

바이어스 회로(Bias Circuit)(30)는 고주파 전력 증폭기의 로우 파워 모드 동작시 드라이버 앰프(50), 파워 앰프(70)의 베이스 전류를 조절(Bias Circuit)하여 바이어스 포인트를 변경한다.

인풋 매치(Input Match)(40)는 라디오 프리퀀시 트랜스미터(20)로부터 RF 신호가 입력되면 드라이버 앰프(50)에 최대의 전력이 전달될 수 있도록 R, L, C에 의한 회로가 구현된다.

드라이버 앰프(50)는 RF 신호를 바이어스 회로(30)로부터 출력되는 베이스 전류에 따라 동작되어 1차 증폭하여 증폭된 RF 신호를 인터스테이지 매치(60)로 전달한다.

인터스테이지 매치(Interstage Match)(60)는 드라이버 앰프(50)의 출력이 파워 앰프(70)에 최대의 전력이 전달될 수 있도록 R, L, C에 의한 회로가 구현된다.

파워 앰프(70)는 바이어스 회로(30)로부터 출력되는 베이스 전류에 따라 동작되어 인터스테이지 매치(60)를 통해 인가되는 RF 신호를 2차 증폭하여 아웃풋 매치(80)로 전달한다,

아웃풋 매치(Output Match)(70)는 최대 출력 및 기타 특성을 고려하여 R, L, C에 의한 회로가 구현된다.

이러한 고주파 전력 증폭기의 전력 모드에 따른 동작을 살펴보면, 모빌 스테이션 모뎀(10)에서 R0, R1단자의 출력 신호로 고주파 전력 증폭기의 P0, P1 단자를 제어하여 드라이버 앰프(50) 및 파워 앰프(70) 내부의 트랜지스터의 바이어스 포인트(Bias Point)를 변경하는데, 로우 파워 모드(Low Power Mode)시에 Idle Current를 낮추어 동작시킨다. 즉, 동작 전압(Vcc)은 3.5V로 고정(이동 통신 단말기의 동작시 3.5 ~4.2V 사용)시키고, 로우 파워 모드 동작시 드라이버 앰프(50), 파워 앰프(70)의 베이스 전류를 조절(Bias Circuit)하여 바이어스 포인트를 변경 즉, Idle Current를 낮추어 동작시킨다(보통 하이 파워 모드와, 로우 파워 모드 2개로 구분됨). 이때 바이어스 포인트는 기준 전압(Vref) 3.0V를 바이어스 회로(30)에서 가변시켜 동작시킨다.

이러한 고주파 전력 증폭기는 로우 파워 모드에서 Idle이 줄어든 만큼의 효율을 개선시킨다.(즉, 줄어든 만큼의 전류는 이동 통신 단말기가 슬립 모드(Sleep Mode)상태에서만 효율의 개선을 볼 수 있으며 , 실제 동작 상태에서는 20mA 정도만이 줄어들게 된다.)

그러나 이러한 종래의 고주파 전력 증폭기는 전력 소모를 줄이기 위하여 기준 전압을 가변시켜 전력 소모를 줄이는 방법이 개시되었으나 이러한 방법은 그 전력 소모를 줄이는 양이 미비한 문제점이 있다.

따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고주파 전력 증폭기 내에 복수의 서로 다른 전압을 출력하는 DC-DC 컨버터를 설치하고, 하이 파워 모드와 로우 파워 모드에 따라 DC-DC 컨버터로부터 출력되는 전압(Vcc)의 레벨을 제어하여 DC-DC 컨버터에서 모드에 따라 각기 다른 전압이 출력되도록 함으로써 로우 파워 모드시 고주파 전력 증폭기의 소모 전류를 상대적으로 많이 줄여 고주파 전력 증폭기의 효율을 개선시키도록 하는데 있다.

도 1은 종래의 고주파 전력 증폭기의 구성을 개략적으로 나타낸 블록 회로도

도 2는 본 발명에 따른 고주파 전력 증폭기의 구성을 개략적으로 나타낸 블록 회로도

<도면중 주요부분에 대한 부호의 설명>

110 : 모빌 스테이션 모뎀120 : 라디오 프리퀀시 트랜스미터

130 : 드라이버 앰프140 : 파워 앰프

150 : 베이스 바이어스 회로160 : DC-DC 컨버터

170 : 인풋 매치180 : 인터스테이지 매치

190 : 아웃풋 매치

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,

이동 통신 단말기의 고주파 전력 증폭기에 있어서,

기지국으로부터 수신되는 신호의 세기를 검출하여 이에 대응되는 제어 신호를 출력하고, 신호의 세기에 따라 전력 모드를 변환시키는 모빌 스테이션 모뎀과,

상기 모빌 스테이션 모뎀으로 출력되는 제어 신호에 의해 RF 신호 레벨을 가변하는 RF 신호를 출력하는 라디오 프리퀀시 트랜스미터와,

외부로부터 인가되는 베이스 전류 및 동작 전압(Vcc)에 의해 동작되어 상기 라디오 프리퀀시 트랜스미터를 통해 입력되는 RF 신호를 1차 증폭하여 증폭시키는 드라이버 앰프와,

외부로부터 인가되는 베이스 전류 및 동작 전압(Vcc)에 의해 동작되어 상기 드라이버 앰프를 통해 인가되는 RF 신호를 2차 증폭시키는 파워 앰프와,

기준 전압(Vref)을 이용하여 상기 드라이버 앰프 및 파워 앰프에 일정 크기의 베이스 전류를 공급하는 베이스 바이어스 회로와,

상기 모빌 스테이션 모뎀의 출력 신호에 따라 각기 다른 동작 전압(Vcc)을 상기 드라이버 앰프 및 파워 앰프로 공급하는 DC-DC 컨버터와,

상기 라디오 프리퀀시 트랜스미터로부터 RF 신호가 입력되면 상기 드라이버 앰프에 최대의 전력이 전달될 수 있도록 상기 라디오 프리퀀시 트랜스미터와 상기 드라이버 앰프 사이에 연결 설치되는 인풋 매치와,

상기 드라이버 앰프에서 상기 파워 앰프로 최대의 전력이 전달될 수 있도록상기 드라이버 앰프와 상기 파워 앰프 사이에 연결 설치되는 인터스테이지 매치와,

상기 파워 앰프로부터 출력되는 RF 신호가 최대 출력되도록 상기 파워 앰프의 출력단에 연결 설치되는 아웃풋 매치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기에서 상기 DC-DC 컨버터의 최소 출력 전압은 모든 스펙을 통과가 가능한 최저 전압이다.

이하, 본 발명에 의한 고주파 전력 증폭기의 구성을 도 2를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 고주파 전력 증폭기의 구성을 개략적으로 나타낸 블록 회로도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 고주파 전력 증폭기(100)는, 모빌 스테이션 모뎀(110)과, 라디오 프리퀀시 트랜스미터(120)와, 드라이버 앰프(130)와, 파워 앰프(140)와, 베이스 바이어스 회로(150)와, DC-DC 컨버터(160)와, 인풋 매치(170)와, 인터스테이지 매치(180)와, 아웃풋 매치(190)로 구성된다.

모빌 스테이션 모뎀(110)은 기지국으로부터 수신되는 신호의 세기를 검출하여 이에 대응되는 제어 신호를 출력하고, 신호의 세기에 따라 전력 모드를 변환시킨다.

라디오 프리퀀시 트랜스미터(120)는 모빌 스테이션 모뎀(110)으로 출력되는 제어 신호에 의해 RF 신호 레벨을 가변하는 RF 신호를 출력한다.

드라이버 앰프(130)는 베이스 바이어스 회로(150)로부터 인가되는 베이스 전류 및 DC-DC 컨버터(160)에서 인가되는 구동 전압(Vcc)에 의해 동작되어 라디오 프리퀀시 트랜스미터(120)를 통해 입력되는 RF 신호를 1차 증폭하여 증폭시킨다.

파워 앰프(140)는 베이스 바이어스 회로(150)로부터 인가되는 베이스 전류 및 DC-DC 컨버터(160)에서 인가되는 구동 전압(Vcc)에 의해 동작되어 드라이버 앰프(130)를 통해 인가되는 RF 신호를 2차 증폭시킨다.

베이스 바이어스 회로(150)는 기준 전압(Vref)을 이용하여 드라이버 앰프(130) 및 파워 앰프(140)에 일정 크기의 베이스 전류를 공급한다.

DC-DC 컨버터(160)는 모빌 스테이션 모뎀(110)의 출력 신호에 따라 각기 다른 직류 전압을 드라이버 앰프(130) 및 파워 앰프(140)로 공급한다. 여기에서 DC-DC 컨버터(160)는 최소 출력 전압은 모든 스펙을 통과가 가능한 최저 전압(예를 들면 1.2V)이다. 여기에서 또한 DC-DC 컨버터(160)는 출력단의 수에 따라 모드 수의 증가가 가능하며, 모드에 따라 각기 다른 레벨의 전압을 출력하는데, 예를 들면 출력단의 수가 4개인 경우 1.2V, 2.0V, 2.8V, 3.5V 등을 출력할 수 있으며, 이는 모빌 스테이션 모뎀(110)의 R0, R1단자에서 출력되는 로우, 하이 신호를 조합하여 로우, 로우일 때 1.2V, 로우, 하이일 때 2.0V, 하이, 로우일 때 2.8V, 하이, 하이일 때 3.5V를 출력할 수 있다.

인풋 매치(170)는 라디오 프리퀀시 트랜스미터(120)로부터 RF 신호가 입력되면 드라이버 앰프(130)에 최대의 전력이 전달될 수 있도록 라디오 프리퀀시 트랜스미터(120)와 드라이버 앰프(130) 사이에 연결 설치된다.

인터스테이지 매치(180)는 드라이버 앰프(130)에서 파워 앰프(140)로 최대의 전력이 전달될 수 있도록 드라이버 앰프(130)와 파워 앰프(140) 사이에 연결 설치된다.

아웃풋 매치(190)는 파워 앰프(140)로부터 출력되는 RF 신호가 최대 출력되도록 파워 앰프(140)의 출력단에 연결 설치된다.

이하 본 발명에 따른 고주파 전력 증폭기의 동작을 도 2를 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저 모빌 스테이션 모뎀(110)에서 기지국으로부터 수신되는 신호의 세기에 따라 이에 대응되는 신호를 R0, R1단자를 통해 DC-DC 컨버터의 P0, P1단자로 출력한다. 이에 따라 DC-DC 컨버터는 드라이버 앰프와 파워 앰프로 1.2~3.5V의 동작 전압(Vcc)을 가변시켜 출력한다.

한편, 로우 파워 모드(약 13dBm 이하)에서 이동 통신 단말기가 동작할 경우 고주파 전력 증폭기는 3.5V이하에서도 충분한 출력을 낼 수 있으므로 최대 13dBm 정도까지를 출력할 수 있는 1.2V의 동작 전압(Vcc)을 인가하여 고주파 전력 증폭기를 동작시킨다.

반대로 하이 파워 모드(약 13~28dBm)에서 이동 통신 단말기가 동작할 경우 고주파 전력 증폭기는 3.5V이하에서도 충분한 출력을 낼 수 있으므로 최대 13dBm 정도까지를 출력할 수 있는 3.5V의 동작 전압(Vcc)을 인가하여 고주파 전력 증폭기를 동작시킨다.

이와 같이 고주파 전력 증폭기를 동작시키면 동일한 전류를 소모할 경우 또는 동작 전압(Vcc)을 가변하여 사용할 때가 어느 정도의 전류 소모가 많다고 하여도 실제 이동 통신 단말기의 효율은 동작 전압(Vcc)이 낮은 경우가 월등한 효율을보인다.

따라서 본원 발명에 따르면 고주파 전력 증폭기가 Idle상태에서도 효율 개선이 있고 ,실제 동작시에도 상기의 수학식 1인 효율 계산식에서 알 수 있듯이 분모인 동작 전압(Vcc)이 낮아졌기 때문에 동일 전류가 소모될 경우, 또는 좀더 많은 전류를 소모하더라도 효율은 훨씬 더 우수한 성능을 낼 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 고주파 전력 증폭기에 고주파 전력 증폭기에 의하면, 고주파 전력 증폭기 내에 복수의 서로 다른 전압을 출력하는 DC-DC 컨버터를 설치하고, 하이 파워 모드와 로우 파워 모드에 따라 DC-DC 컨버터로부터 출력되는 전압(Vcc)의 레벨을 제어하여 DC-DC 컨버터에서 모드에 따라 각기 다른 전압이 출력되도록 함으로써 로우 파워 모드시 고주파 전력 증폭기의 소모 전류를 상대적으로 많이 줄여 고주파 전력 증폭기의 효율을 개선시킬 수 있다.

Claims (2)

1. 이동 통신 단말기의 고주파 전력 증폭기에 있어서,

   기지국으로부터 수신되는 신호의 세기를 검출하여 이에 대응되는 제어 신호를 출력하고, 신호의 세기에 따라 전력 모드를 변환시키는 모빌 스테이션 모뎀과,

   상기 모빌 스테이션 모뎀으로 출력되는 제어 신호에 의해 RF 신호 레벨을 가변하는 RF 신호를 출력하는 라디오 프리퀀시 트랜스미터와,

   외부로부터 인가되는 베이스 전류 및 동작 전압(Vcc)에 의해 동작되어 상기 라디오 프리퀀시 트랜스미터를 통해 입력되는 RF 신호를 1차 증폭하여 증폭시키는 드라이버 앰프와,

   외부로부터 인가되는 베이스 전류 및 동작 전압(Vcc)에 의해 동작되어 상기 드라이버 앰프를 통해 인가되는 RF 신호를 2차 증폭시키는 파워 앰프와,

   기준 전압(Vref)을 이용하여 상기 드라이버 앰프 및 파워 앰프에 일정 크기의 베이스 전류를 공급하는 베이스 바이어스 회로와,

   상기 모빌 스테이션 모뎀의 출력 신호에 따라 각기 다른 동작 전압(Vcc)을 상기 드라이버 앰프 및 파워 앰프로 공급하는 DC-DC 컨버터와,

   상기 라디오 프리퀀시 트랜스미터로부터 RF 신호가 입력되면 상기 드라이버 앰프에 최대의 전력이 전달될 수 있도록 상기 라디오 프리퀀시 트랜스미터와 상기 드라이버 앰프 사이에 연결 설치되는 인풋 매치와,

   상기 드라이버 앰프에서 상기 파워 앰프로 최대의 전력이 전달될 수 있도록상기 드라이버 앰프와 상기 파워 앰프 사이에 연결 설치되는 인터스테이지 매치와,

   상기 파워 앰프로부터 출력되는 RF 신호가 최대 출력되도록 상기 파워 앰프의 출력단에 연결 설치되는 아웃풋 매치를 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 전력 증폭기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 DC-DC 컨버터의 최소 출력 전압은,

   모든 스펙을 통과가 가능한 최저 전압임을 특징으로 하는 특징으로 하는 고주파 전력 증폭기.