KR20040011154A - 자동 바이어싱 기능을 구비한 전력증폭장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전력증폭기에서 출력되는 RF 신호를 피드백하고 그 출력레벨에 따라 전력증폭모듈의 동작점 전류를 조절하는 자동 바이어싱 기능을 구비한 전력증폭장치에 관한 것으로, 입력된 고주파신호의 파워를 소정 레벨로 증폭시키는 전력증폭수단에 더하여, 상기 전력증폭수단으로부터 출력되는 고주파신호의 세기를 검출하여 세기에 비례한 바이어스전압을 상기 전력증폭수단에 인가하는 출력감지수단으로 구성된다.

Description

자동 바이어싱 기능을 구비한 전력증폭장치{POWER AMPLIFIER WITH AUTO BIASING FUNCTION}

본 발명은 휴대전화등과 같은 이동단말기에서 송출신호의 파워를 증폭하는 전력증폭기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전력증폭기에서 출력되는 RF 신호를 피드백하고 그 출력레벨에 따라 전력증폭모듈의 동작점 전류를 조절하는 자동 바이어싱 기능을 구비한전력증폭장치에 관한 것이다.

이동단말기에 있어서, 전력증폭기(Power amplifier)는 이동단말기의 배터리효율과 가장 밀접한 연관을 가지고 있는 핵심부품으로서, 전력증폭기의 효율개선이 곧바로 이동단말기의 배터리 수명연장으로 연결된다.

특히, CDMA(Code Division Multiple Access) 방식을 사용하는 이동단말기의 경우, 기지국과 단말기간의 파워 콘트롤이 매우 중요시된다. 즉, 기지국과 단말기간의 거리에 따라 단말기에서의 송출전력이 결정된다.

실질적으로, 도심지를 기준으로 할때, 가장 많이 사용되는 단말기의 출력레벨은 0dBm 에서 10 dBm 정도로서, 이동단말기 사용자들의 사용은 대부분 도심지에서 이루어진다.

따라서, 확률적으로 이동단말기의 입장에서는 고출력(대략 28dBm 전후)보다는 저출력(0dBm~15dBm)에서의 전력증폭기의 효율개선이 요구된다.

전력증폭기의 효율을 저출력에서 개선시키는 방법으로는, 전력증폭모듈의 동작점전류(Icq)를 낮추는 방법이 있다. 그러나, 동작점을 낮추는 것은 효율적인 측면에서는 개선이 될 수 있으나, 온도특성이나 선형특성의 악화를 초래하기 때문에, 적절한 조절이 요구된다.

도 1은 전력증폭장치를 도시한 것으로서, 전력증폭장치(11)는 다단으로 연결된 증폭기와, 상기 다단증폭기로/로부터 RF신호가 입출력되는 RF 입/출력단과, 동작전원이 인가되는 전원단(Vcc)과, 바이어스전압이 인가되는 두개의 바이어싱단자와, 상기 바이어싱단자들로부터 인가되는 바이어스전압에 따라 상기 다단증폭기에바이어스전류를 흘리는 바이어스부로 이루어지는 것으로, 종래에는 상기 두 스마트 바이어싱 단자중 한 단자에 기준전압(Vref)을 인가하고, 다른 단자로는 제어부(12)로부터 바이어스전압이 인가되도록 구성하였다.

이때, 제어부(12)는 상기 전력증폭기(11)의 동작점을 소정 량, 예를 들어, 100mA 로 고정시키는 고정 바이어스전압을 인가하거나, 전력증폭기(11)의 출력모드를 고출력모드, 저출력모드, 또는 고출력모드, 중간출력모드, 저출력모드로 구분하고, 각 출력모드의 출력범위 맞는 동작점을 설정하여, 상기 출력모드별로 설정된 동작점에 대응하는 바이어스전압을 인가하였다.

즉, 상기 출력모드로 구분하여 바이어싱전압을 달리하는 방법은, 예를 들어, 저출력모드에서는 동작점을 약 40mA로, 고출력모드에서는 약 100mA로 다르게 설정하여 출력레벨에 대한 효율을 높이는 방식이다.

그런데, 상기와 같이, 고정바이어스로 하는 경우에는, 동작점을 고출력에 맞추어 설정하여야 하기 때문에, 자주 사용되는 저출력모드에서의 효율이 떨어진다는 문제점이 있으며, 또한, 출력레벨을 다단계로 구분하여 동작점을 달리 설정하는 방법은, 상기 고정바이어스의 경우보다 전체적인 효율은 개선되나 정밀한 바이어스제어가 이루어지지 않는다는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 그 목적은 전력증폭기에서 출력되는 RF 신호를 피드백하고 그 출력레벨에 따라 전력증폭모듈의 동작점 전류를 조절하는 자동 바이어싱 기능을 구비한 전력증폭장치를 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 전력증폭기 구성을 보인 블럭도이다.

도 2는 본 발명에 의한 전력증폭장치의 구성을 보인 블럭도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

21 : 전력증폭모듈

22 : 커플러(coupler)

23 : 연산증폭기(OP AMP)

R : 저항

D : 다이오드

본 발명에 의한 자동 바이어싱 기능을 구비한 전력증폭장치는

입력된 고주파신호의 파워를 소정 레벨로 증폭시키는 전력증폭수단; 및,

상기 전력증폭수단으로부터 출력되는 고주파신호의 세기를 검출하여 세기에 비례한 바이어스전압을 상기 전력증폭수단에 인가하는 출력감지수단으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

더하여 ,상기 출력감지수단은

상기 전력증폭수단의 출력신호를 커플링시켜 검출하는 커플링수단;

상기 커플링수단으로부터 인가된 전력증폭수단의 출력신호를 DC 전압으로 변환하는 AC/DC변환수단; 및,

상기 AC/DC변환수단으로부터 인가된 출력신호의 레벨에 대응하는 DC전압을 상기 전력증폭수단의 바이어스전압범위로 조정하여 상기 전력증폭수단의 바이어스단에 인가하는 바이어스전압출력수단으로 구성될 수 있다.

이때, 상기 AC/DC변환수단은 간단하게 정류다이오드로 구성가능하며, 상기 바이어스전압출력수단은 연산증폭기로 구현가능하다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 의한 자동 바이어싱기능을 구비한 전력증폭장치의 구성 및 작용에 대하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 자동 바이어싱기능을 구비한 전력증폭장치의 일실시예를 보인 회로도로서, 입력된 고주파신호(RF)의 파워를 소정 레벨로 증폭시키는전력증폭모듈(21)와, 상기 전력증폭모듈(21)로부터 출력되는 출력신호를 커플링작용에 의해 검출하는 커플러(22)와, 상기 커플러(22)와 정류다이오드(D)사이에 구비되어 커플링된 전력증폭모듈(21)의 출력신호를 정류다이오드(D)로 전달하는 저항(R)과, 입력된 전력증폭모듈(21)의 AC출력신호를 정류하여 DC신호로 출력하는 정류다이오드(D)와, 상기 정류다이오드(D)로부터 입력된 출력레벨을 나타내는 DC전압을 상기 전력증폭모듈(21)의 바이어스전압신호로 레벨조정하여 상기 전력증폭모듈(21)의 바이어싱단에 인가하는 연산증폭기(23)로 구성된다.

상기 전력증폭모듈(21)는 두개의 스마트바이어스단을 구비한 것으로서, 상기 스마트바이어스단으로 인가되는 바이어스 전압 Vref1, Vref2에 대한 상기 전력증폭모듈(21)의 동작점 전류는 도 3(a)의 그래프와 같은 특성을 갖는다.

상기 그래프를 볼때, 대략, 전력증폭모듈(21)의 동작점 전류는 바이어스전압(Vref1,Vref2)의 제곱에 비례한다.

그리고, 고출력일 경우에는 큰 동작점 전류가, 저출력일 경우에는 작은 동작점 전류가 효율을 개선시킨다.

따라서, 상기 커플러(22)에서 검출된 전력증폭모듈(21)의 출력레벨이 클 경우에는 큰 동작점전류를 위해 연산증폭기(23)로부터 출력되는 바이어스전압(V_DET)가 크고, 출력레벨이 작은 경우에는 작은 동작점 전류를 위해 연산증폭기(23)로부터 출력되는 바이어스전압(V_DET)이 작아져야 한다.

그런데, 이때, 상기 전력증폭모듈(21)에 인가되는 바이어스전압의 범위는 정해져 있으며, 상기 정류다이오드(D)로부터 출력되는 전력증폭기의 출력레벨범위에는 차이가 있다. 이를 위해, 상기 연산증폭기(23)는 전력증폭기의 출력레벨검출신호를 상기 전력증폭모듈(21)의 바이어스전압 설정범위로 조정한다.

즉, 상기 전력증폭모듈(21)로부터 출력되는 출력신호의 파워와 연산증폭기(23)로부터 출력되는 바이어스전압 V_DET간에는 도 3(b)와 같은 관계가 성립된다.

따라서, 기지국과 이동단말기와의 거리가 멀어져 전력증폭모듈(21)의 출력레벨이 높아지면, 연산증폭기(23)로부터 거리에 비례한 높은 레벨의 바이어스전압이 전력증폭모듈(21)의 바이어스단으로 인가되고, 이에 전력증폭모듈(21)의 동작점 전류는 높게 결정된다.

반대로, 이동단말기 사용자가 도심지에 있어서, 기지국과 이동단말기와의 거리가 가까울 경우, 연산증폭기(23)로부터 거리에 비례한 낮은 레벨의 바이어스전압이 전력증폭모듈(21)의 바이어스단으로 인가되고, 전력증폭모듈(21)의 동작점 전류는 낮게 결정된다.

그리고, 이때, 상기 연산증폭기(23)에서 전력증폭모듈(21)의 바이어스단으로 인가되는 바이어스전압은 상기 전력증폭모듈(21)의 출력레벨에 따라 아날로그적으로 변화되므로, 전력증폭모듈(21)의 동작점을 출력레벨에 따라 미세하게 조정가능해 진다.

도 4는 종래 방식과 본 발명의 출력 세기에 따른 동작점 전류의 변화를 비교해 보인 것으로서, 기존의 고정 바이어스 방식(①)은 출력레벨의 변화에 관계없이 바이어스전압이 일정한다. 그리고, 종래의 출력모드(고출력, 중간출력, 저출력)별 동작점설정방식(②은 출력세기를 대략적으로 3등분으로 구분하고, 영역별로는 동작점 전류가 다르게 나타난다. 그러나, 동일한 모드내에서는 출력레벨에 관계없이 바이어스전류가 일정하다. 따라서, 대략적인 동작점 제어는 이루어지나 정확하고 미세한 동작점 제어가 이루어지지 않는 것이다.

이에 반하여, 본원 발명의 경우(③)는 도시된 바와 같이, 동작점 전류가 출력세기에 비례하여 아날로그적으로 가변된다. 따라서, 전력증폭모듈에서 출력되는 모든 범위내에서 출력세기에 적합한 동작점전류가 설정되므로, 전력증폭모듈의 효율이 더 정확하게 개선된다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 전력증폭모듈의 바이어스전압을 출력세기에 따라 아날로그적으로 변화시켜 인가함으로서, 전력증폭모듈의 동작점 전류가 출력세기에 비례하여 아날로그적으로 가변되도록 하고, 그 결과, 종래보다 저출력에서의 효율을 더 개선시킬 수 있다.

Claims (3)

1. 고주파신호의 파워를 소정 레벨로 증폭출력하는 전력 증폭 장치에 있어서,

   입력된 고주파신호의 파워를 소정 레벨로 증폭시키는 전력증폭수단; 및,

   상기 전력증폭수단으로부터 출력되는 고주파신호의 세기를 검출하여 세기에 비례한 바이어스전압을 상기 전력증폭수단에 인가하는 출력감지수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동 바이어싱 기능을 구비한 전력 증폭 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 출력감지수단은

   상기 전력증폭수단의 출력신호를 커플링시켜 검출하는 커플링수단;

   상기 커플링수단으로부터 인가된 전력증폭수단의 출력신호를 DC 전압으로 변환하는 AC/DC변환수단; 및,

   상기 AC/DC변환수단으로부터 인가된 출력신호의 레벨에 대응하는 DC전압을 상기 전력증폭수단의 바이어스전압범위로 조정하여 상기 전력증폭수단의 바이어스단에 인가하는 바이어스전압출력수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동 바이어싱 기능을 구비한 전력 증폭 장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 커플링수단은 전력증폭수단의 출력단에 설치되어 커플링에 의해 출력신호를 검출하는 커플러이고,

   상기 AC/DC변환수단은 상기 커플러에 저항을 통해 연결된 정류다이오드이고,

   상기 바이오스전압출력수단은 상기 정류다이오드로부터 출력된 DC전압을 소정 레벨로 조정하는 연산증폭기인 것을 특징으로 하는 자동 바이어싱 기능을 구비한 전력 증폭 장치.