KR20030087089A - Bias circuit of mmic die chip for power amplifier module - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고주파 전력 증폭기에 관한 것으로, 상세하게는 고주파 전력 증폭기 내에 사용되는 MMIC(Monolithic Microwave IC) 다이 칩(Die Chip)의 바이어스(Bias) 회로를 차동 증폭기 회로를 이용하여 구현함으로써 다이 칩 내부에정전류를 공급하면서도 온도 변화의 영향을 덜 받도록 하는 고주파 전력 증폭기용 MMIC 다이 칩의 바이어스 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a high frequency power amplifier. Specifically, a bias circuit of a MMIC die chip used in a high frequency power amplifier is implemented by using a differential amplifier circuit. It relates to a bias circuit in an MMIC die chip for a high frequency power amplifier that supplies a constant current and is less affected by temperature changes.
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.As the demand for portable communication is rapidly increasing, it is an important problem that power of wireless signals transmitted / received must be used efficiently by using a battery of a mobile communication terminal.
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.The mobile communication terminal is composed of a receiver for receiving the contents of the other party and a transmitter for transmitting its own information. That is, it has a function of converting a high frequency signal into a baseband signal and vice versa. In the dual transmitter, a high frequency power amplifier is required to deliver an output beyond reception sensitivity to the other party.
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.Looking at the configuration of such a high-frequency power amplifier, as shown in Figure 1, the mobile station modem 10, the radio frequency transmitter 20, the bias circuit 30, the input match 40, the driver amplifier 50 ), An interstage match 60, a power amplifier 70, and an output match 80.
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.The mobile station modem (MSM) 10 detects the strength of the signal received from the base station and outputs a control signal corresponding thereto, and converts the power mode according to the strength of the signal to signal through the R0 and R1 terminals. Outputs
라디오 프리퀀시 트랜스미터(RFT : Radio Frequency Transmitter)(20)는 모빌 스테이션 모뎀(10)으로 출력되는 제어 신호에 의해 RF 신호 레벨을 가변하는 RF 신호를 출력한다.A radio frequency transmitter (RFT) 20 outputs an RF signal whose RF signal level is varied by a control signal output to the mobile station modem 10.
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.The bias circuit 30 changes the bias point by adjusting a base current of the driver amplifier 50 and the power amplifier 70 during the low power mode operation of the high frequency power amplifier.
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.In the input match 40, a circuit by R, L, and C is implemented so that maximum power can be transmitted to the driver amplifier 50 when an RF signal is input from the radio frequency transmitter 20.
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.The driver amplifier 50 operates the RF signal according to the base current output from the bias circuit 30 to first amplify and transfer the amplified RF signal to the interstage match 60.
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.The interstage match 60 is implemented by circuits R, L, and C so that the output of the driver amplifier 50 can deliver the maximum power to the power amplifier 70.
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, 여기에서 드라이버 앰프(50)와, 인터스테이지 매치(60)와, 파워 앰프(70)는 하나의 MMIC 다이 칩(90)으로 집적화되어 있다. 여기에서 또한 MMIC 다이 칩(90)에는 이를 구동하기 위한 정전류를 인가하는 바이어스 회로가 사용되는 데, 이는 도 2에 도시된 바와 같이 일반적인 전류 미러(Current Mirror) 방식의 바이어스 회로이며, 출력단이 칩 내부의 드라이버 앰프(50)나 파워 앰프(70)의 베이스(게이트) 또는 컬렉터(드레인)와 연결된다.The power amplifier 70 is operated according to the base current output from the bias circuit 30 to secondly amplify the RF signal applied through the interstage match 60 to the output match 80, where the driver amplifier 50, the interstage match 60, and the power amplifier 70 are integrated into one MMIC die chip 90. As shown in FIG. Here, the MMIC die chip 90 also uses a bias circuit for applying a constant current to drive it, which is a bias circuit of a general current mirror type as shown in FIG. Is connected to the base (gate) or collector (drain) of the driver amplifier 50 or the power amplifier 70.
아웃풋 매치(Output Match)(70)는 최대 출력 및 기타 특성을 고려하여 R, L,C에 의한 회로가 구현된다.Output Match 70 implements circuits by R, L, and C in consideration of maximum output and other characteristics.
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 2.2V~4.2V(단말기 베터리의 공급전압)이며, 베터리에서 인가되는 기준 전압은 3.0V이다. 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.Looking at the operation according to the power mode of the high-frequency power amplifier, the driver amplifier 50 and the power amplifier 70 by controlling the P0, P1 terminals of the high-frequency power amplifier by the output signal of the R0, R1 terminal in the mobile station modem 10 The bias point of the internal transistor is changed, and it operates by lowering the Idle current in the low power mode. That is, the operating voltage Vcc is 2.2V to 4.2V (supply voltage of the terminal battery), and the reference voltage applied from the battery is 3.0V. During the low power mode operation, the base current of the driver amplifier 50 and the power amplifier 70 is adjusted (bias circuit) to change the bias point, that is, operate by lowering the idle current (usually in high power mode and two low power modes). Classified). At this time, the bias point is operated by varying the reference voltage (Vref) 3.0V in the bias circuit (30).
한편, MMIC 다이 칩의 바이어스 회로의 동작을 살펴보면, 먼저 제 1트랜지스터(Q1)와 제 2트랜지스터(Q2)의 특성(증폭도 등)은 동일(β1=β2)하게 구성되어 있기 때문에 제 1트랜지스터(Q1)와 제 2트랜지스터(Q2)의 각 단자에 흐르는 전류는 서로 동일하다.On the other hand, referring to the operation of the bias circuit of the MMIC die chip, first, since the characteristics (amplitude, etc.) of the first transistor Q1 and the second transistor Q2 are configured to be the same (β1 = β2), the first transistor ( The currents flowing through the terminals of Q1) and the second transistor Q2 are the same.
결국 제 1트랜지스터(Q1)에 의해 제 2트랜지스터(Q2)에 흐르는 전류가 정해지므로 제 2트랜지스터(Q2)에는 항상 일정한 정전류가 흐르게 된다.As a result, since the current flowing through the second transistor Q2 is determined by the first transistor Q1, a constant constant current always flows through the second transistor Q2.
그러나 이러한 종래의 MMIC 다이 칩의 바이어스 회로는 온도 변화에 따라 영향을 받기 때문에 온도에 의한 오동작 또는 파손 등으로 인해 안정적으로 일정한정전류를 발생하지 못하는 문제점이 있다.However, since the bias circuit of the conventional MMIC die chip is affected by temperature change, there is a problem in that it does not stably generate a constant constant current due to malfunction or breakage caused by temperature.
따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 일정하게 정전류를 공급하면서도 온도 변화의 영향을 덜 받도록 하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the above problems, and to provide a constant current while being less affected by temperature changes.
도 1은 종래의 이동 통신용 단말기에 사용되는 고주파 전력 증폭기를 개략적으로 나타낸 블록도1 is a block diagram schematically illustrating a high frequency power amplifier used in a conventional mobile communication terminal.
도 2는 종래의 고주파 전력 증폭기용 MMIC 다이 칩의 바이어스 회로의 구성 및 동작을 나타낸 회로도2 is a circuit diagram showing the configuration and operation of a bias circuit of a conventional MMIC die chip for a high frequency power amplifier.
도 3은 본 발명에 따른 고주파 전력 증폭기용 MMIC 다이 칩의 바이어스 회로의 구성 및 동작을 나타낸 회로도Figure 3 is a circuit diagram showing the configuration and operation of the bias circuit of the MMIC die chip for a high frequency power amplifier according to the present invention
<도면중 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100 : MMIC 다이 칩의 바이어스 회로100: bias circuit of MMIC die chip
R10, R20 : 저항Q10, Q20 : 제 10, 20트랜지스터R10, R20: resistors Q10, Q20: 10th and 20th transistors
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,Features of the present invention for achieving the above object,
드라이버 앰프와, 인터스테이지 매치와, 파워 앰프로 구성된 고주파 전력 증폭기의 MMIC 다이 칩의 바이어스 회로에 있어서,In a bias circuit of an MMIC die chip of a high frequency power amplifier composed of a driver amplifier, an interstage match, and a power amplifier,
상기 바이어스 회로는,The bias circuit,
두 개의 동일한 특성의 트랜지스터의 에미터가 서로 결합된 에미터 결합 차동 증폭기 회로로 구성되는 것을 특징으로 한다.An emitter of two identical transistors is configured as an emitter coupled differential amplifier circuit coupled to each other.
이하, 본 발명에 의한 고주파 전력 증폭기용 MMIC 다이 칩의 바이어스 회로의 구성을 도 3을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the configuration of the bias circuit of the MMIC die chip for a high frequency power amplifier according to the present invention will be described in detail with reference to FIG.
도 3은 본 발명에 따른 고주파 전력 증폭기용 MMIC 다이 칩의 바이어스 회로의 구성 및 동작을 나타낸 회로도이다.3 is a circuit diagram showing the configuration and operation of a bias circuit of the MMIC die chip for a high frequency power amplifier according to the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 고주파 전력 증폭기용 MMIC 다이 칩의 바이어스 회로(100)는, 두 개의 특성이 서로 동일한 제 10트랜지스터(Q10)와, 제 20트랜지스터(Q20)의 컬렉터가 동일한 저항값을 가지는 저항(R10, R20)을 통해 정전압단(Vcc)에 공통으로 연결되고, 각각의 베이스에 동일한 직류 전압(V1, V2)이 인가되며, 에미터가 공통으로 연결되는 에미터 결합 차동 증폭기 회로(이하, 차동 증폭기 회로라 칭함)이다. 즉, R10=R20, V1=V2, Q10=Q20이다.Referring to FIG. 3, in the bias circuit 100 of the MMIC die chip for a high frequency power amplifier according to the present invention, a resistor of a collector of a tenth transistor Q10 and a twentieth transistor Q20 having the same two characteristics is the same. Emitter-coupled differential amplifiers commonly connected to the constant voltage terminal (Vcc) through the resistors (R10, R20) having a value, the same DC voltage (V1, V2) is applied to each base, the emitter is commonly connected Circuit (hereinafter, referred to as differential amplifier circuit). That is, R10 = R20, V1 = V2, and Q10 = Q20.
한편, 차동 증폭기 회로의 출력단인 에미터를 MMIC 다이 칩의 드라이버 앰프(50) 또는 파워 앰프(70)의 베이스(게이트) 또는 컬렉터(드레인)와 연결시킨다.On the other hand, the emitter, which is the output terminal of the differential amplifier circuit, is connected to the base (gate) or collector (drain) of the driver amplifier 50 or the power amplifier 70 of the MMIC die chip.
이러한 고주파 전력 증폭기용 MMIC 다이 칩의 바이어스 회로의 동작을 설명하면, 키르히호프의 전류 법칙에 의해 V1=V2일 경우 IE1=IE2가 되며, IE1+IE2=I0가 유도된다. 결국 항상 일정한 값의 출력 전류(I0)를 얻어 낼 수 있다.Referring to the operation of the bias circuit of the MMIC die chip for the high frequency power amplifier, I E1 = I E2 when V1 = V2 according to Kirchhoff's current law, and I E1 + I E2 = I 0 is induced. As a result, a constant value of output current I 0 can be obtained at all times.
또한 반도체인 트랜지스터는 온도 변화에 의해 출력 전류가 매우 심하게 변화하는 데, 차동 증폭기 회로를 이용할 경우 온도 드리프트(Drift) 현상에 의해 전류 변화를 막을 수 있다. 예를 들면, 트랜지스터의 VBE-IE특성 곡선에서 1℃의 온도 상승에 대해 2mV 정도의 비율로 특성 곡선의 기울기가 좌측으로 이동하는 것을 알 수 있다. 즉, VBE가 아무리 일정하다고 해도 온도가 상승하면 트랜지스터의 IE가 상승한다.In addition, the transistor, which is a semiconductor, changes its output current very severely due to temperature change. When a differential amplifier circuit is used, current change can be prevented due to temperature drift. For example, it can be seen that the slope of the characteristic curve shifts to the left at a rate of about 2 mV with respect to the temperature rise of 1 ° C. in the V BE -I E characteristic curve of the transistor. That is, no matter how constant V BE is, if the temperature rises, the transistor I E will rise.
반면, 차동 증폭기 회로의 경우 출력 전류 I0는 IE1와 IE2의 합으로 일정하게 유지되므로 온도 변화에 의해 IE1와 IE2가 변화하지 않는다.On the other hand, in the differential amplifier circuit, the output current I 0 remains constant as the sum of I E1 and I E2 , so that I E1 and I E2 do not change due to temperature change.
따라서 차동 증폭기 회로를 바이어스 회로로 이용하면 동일한 출력, 즉 정전류를 얻음과 동시에 온도 변화에도 특성 변화가 발생하는 것을 방지할 수 있다.Therefore, when the differential amplifier circuit is used as the bias circuit, it is possible to obtain the same output, that is, the constant current, and to prevent the characteristic change from occurring in the temperature change.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 고주파 전력 증폭기용 MMIC 다이 칩의 바이어스 회로에 의하면, 고주파 전력 증폭기 내에 사용되는 MMIC 다이 칩의 바이어스 회로를 차동 증폭기 회로를 이용하여 구현함으로써 다이 칩 내부에 일정한 정전류를 공급하면서도 온도 변화의 영향을 덜 받도록 할 수 있다.As described above, according to the bias circuit of the MMIC die chip for a high frequency power amplifier according to the present invention, by implementing a bias circuit of the MMIC die chip used in the high frequency power amplifier by using a differential amplifier circuit, a constant constant current inside the die chip is achieved. While supplying, it can be less affected by temperature changes.
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