KR20040016602A - 로우 파워 모드 동작 전용 고주파 전력 증폭기 및 이의 모드 절환 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 로우 파워 모드 동작 전용 고주파 전력 증폭기 및 이의 모드 절환 방법에 관한 것으로, 상세하게는 단말기에 적용되는 고주파 전력 증폭기에 있어서, 상기 고주파 전력 증폭기는, 상기 단말기의 RF 송신부로부터 RF 신호가 입력되면 후단으로 최대의 전력이 전달될 수 있도록 필터링 및 매칭시키는 인풋 매치와, 상기 인풋 매치로부터 입력되는 RF 신호를 외부로부터 출력되는 베이스 전류에 따라 동작되어 증폭시키는 파워 앰프와, 상기 파워 앰프의 베이스 전류를 조절하여 바이어스 포인트를 변경하여 증폭도를 변경시키는 바이어스 회로와, 상기 파워 앰프로부터 출력되는 RF 신호를 안테나로 최대의 전력이 전달될 수 있도록 필터링 및 매칭시키는 아웃풋 매치를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서 상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면 다이렉트 컨버젼 방식의 단말기에 고주파 전력 증폭기의 적용이 가능해지게 MMIC 칩의 드라이브 앰프와 인터 스테이지 매치를 제거해서 노이즈 레벨이 5~7dB정도 높아진 만큼 게인을 5~7dB 낮게 설계하고, 별도의 모드 절환 없이 항시 로우 파워 모드에서 동작되도록 함으로써 통화의 품질을 향상시키고, 고주파 전력 증폭기의 사이즈를 작게 하고, 제조 단가를 떨어트릴 수 있다.
Description
본 발명은 고주파 전력 증폭기에 관한 것으로, 상세하게는 다이렉트 컨버젼 방식 단말기의 경우 신호원 자체의 노이즈 레벨이 일정 이상 상승되어 단말기 전체의 스퓨리어스 특성이 저하되는 것을 방지하도록 고주파 전력 증폭기를 로우 파워 모드로 동작시켜 효율은 유지하며 게인을 낮게 조절하여 전도 스퓨리어스 방출(Conducted Spurious Emission) 특성을 개선하도록 하는 로우 파워 모드 동작전용 고주파 전력 증폭기 및 이의 모드 절환 방법에 관한 것이다.
휴대 통신에 대한 수요가 급증하고 있는 현재에 있어서 송/수신되는 무선 신호의 전력은 이동 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 바이어스 회로(1)와, 인풋 매치(2)와, 드라이브 앰프(3)와, 인터스테이지 매치(4)와, 파워 앰프(5)와, 아웃풋 매치(6)로 구성된다.
바이어스 회로(Bias Circuit)(1)는 고주파 전력 증폭기의 로우 파워 모드 동작시 드라이브 앰프(3), 파워 앰프(5)의 베이스 전류를 조절하여 바이어스 포인트를 변경한다.
인풋 매치(Input Match)(2)는 외부로부터 RF 신호가 입력되면 드라이브 앰프(3)에 최대의 전력이 전달될 수 있도록 R, L, C에 의한 회로가 구현된다.
드라이브 앰프(3)는 RF 신호를 바이어스 회로(1)로부터 출력되는 베이스 전류에 따라 동작되어 1차 증폭하여 증폭된 RF 신호를 인터스테이지 매치(4)로 전달한다.
인터스테이지 매치(Interstage Match)(4)는 드라이브 앰프(3)의 출력이 파워 앰프(5)에 최대의 전력이 전달될 수 있도록 R, L, C에 의한 회로가 구현된다.
파워 앰프(5)는 바이어스 회로(1)로부터 출력되는 베이스 전류에 따라 동작되어 인터스테이지 매치(4)를 통해 인가되는 RF 신호를 2차 증폭하여 아웃풋 매치(6)로 전달한다, 여기에서 바이어스 회로(1)와, 인풋 매치(2)와, 드라이브 앰프(3)와, 인터스테이지 매치(4)와, 파워 앰프(5)는 하나의 MMIC 칩으로 집적화되어 있다.
아웃풋 매치(Output Match)(6)는 최대 출력 및 기타 특성을 고려하여 R, L, C에 의한 회로가 구현된다.
이러한 고주파 전력 증폭기의 전력 모드에 따른 동작을 살펴보면, 외부에서 전력 소비 모드에 따라 고주파 전력 증폭기를 제어하여 드라이브 앰프(3) 및 파워 앰프(5) 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 배터리의 공급전압)이며, 배터리에서 인가되는 기준 전압은 3.0V이다. 로우 파워 모드 동작시 드라이브 앰프(3), 파워 앰프(5)의 베이스 전류를 조절(Bias Circuit)하여 바이어스 포인트를 변경 즉, Idle Current를 낮추거나 높여 동작시킨다(보통 하이 파워 모드와, 로우 파워 모드 2개로 구분됨).
그리하여 인풋 매치(2)에서 RF 신호를 필터링하면 드라이브 앰프(3)에서 증폭하여 인터스테이지 매치(4)로 출력하면, 인터스테이지 매치(4)를 통한 후 손실없이 파워 앰프(5)로 전달한다. 그러면 파워 앰프(5)에서는 RF 신호를 고출력으로 증폭하여 아웃풋 매치(6)를 통해 안테나(도시 생략)를 신호를 전송하여, 안테나에서 신호가 방사되도록 한다.
한편 이러한 고주파 전력 증폭기가 사용되는 단말기의 RF 송신부는 슈퍼 헤테로다인 방식이 사용된다. 이러한 슈퍼 헤테로다인 방식의 RF 송신부는 베이스 밴드 신호를 발진 신호와 믹싱하여 IF 신호로 변환, 증폭후 이를 다시 믹싱하여 RF 신호로 변환 후 증폭, 필터링을 통해 안테나로 방사하는 구성이다.
이러한 슈퍼 헤테로다인 방식의 단말기의 RF 송신부는 그 크기가 크고, 회로가 복잡해져 현재 이를 대체하여 베이스 밴드 신호를 IF 신호로 변환하지 않고, 직접 RF 신호로 변환시키는 다이렉트 컨버젼 방식의 RF 송신부가 개발되었다.
그러나 이러한 다이렉트 컨버젼 방식의 RF 송신부를 단말기에 적용하는 경우 단말기는 출력 전력의 레벨이 낮아질수록 스퓨리어스 특성이 중요해 지는데, 다이렉트 컨버젼 방식의 단말기의 신호원 자체의 노이즈 레벨이 슈퍼 헤테로다인 방식보다 5~7dB정도 높아지기 때문에 고주파 전력 증폭기에서 원하는 정보가 들어있는 채널 외에 송신 대역 내의 불필요한 노이즈까지 증폭시킴으로써 통화의 품질이 떨어지는 문제점이 있다.
또한 상기의 고주파 전력 증폭기를 다이렉트 컨버젼 방식의 단말기에 적용하는 경우 고주파 전력 증폭기의 MMIC 칩은 게인과 최대 출력 전력을 높이기 위해 트랜지스터를 2단 또는 3단으로 제작하였고, 이로 인해 인터 스테이지 매치가 필수적으로 요구되기 때문에 칩 사이즈가 커지고, 제조 단가가 상승되는 다른 문제점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 다이렉트 컨버젼 방식의 단말기에 고주파 전력 증폭기의 적용이 가능해지게 MMIC 칩의 드라이브 앰프와 인터 스테이지 매치를 제거해서 노이즈 레벨이 5~7dB정도 높아진 만큼 게인을 5~7dB 낮게 설계하고, 별도의 모드 절환 없이 항시 로우 파워 모드에서 동작되도록 함으로써 통화의 품질을 향상시키고, 고주파 전력 증폭기의 사이즈를 작게 하고, 제조 단가를 떨어트리도록 하는데 있다.
도 1은 일반적인 고주파 전력 증폭기의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도
도 2는 본 발명에 따른 로우 파워 모드 동작 전용 고주파 전력 증폭기의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도
<도면중 주요부분에 대한 부호의 설명>
110 : 인풋 매치120 : 파워 앰프
130 : 바이어스 회로140 : 아웃풋 매치
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,
다이렉트 컨버젼 방식의 RF 송신부를 구비하는 단말기에 적용되는 고주파 전력 증폭기에 있어서,
상기 고주파 전력 증폭기는,
상기 단말기의 RF 송신부로부터 RF 신호가 입력되면 후단으로 최대의 전력이 전달될 수 있도록 필터링 및 매칭시키는 인풋 매치와,
상기 인풋 매치로부터 출력되는 RF 신호를 외부로부터 입력되는 베이스 전류에 따라 동작되어 증폭시키는 파워 앰프와,
상기 파워 앰프의 베이스 전류를 조절하여 바이어스 포인트를 변경하여 증폭도를 변경시키는 바이어스 회로와,
상기 파워 앰프로부터 출력되는 RF 신호를 안테나로 최대의 전력이 전달될 수 있도록 필터링 및 매칭시키는 아웃풋 매치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기에서 상기 바이어스 회로와, 인풋 매치 및 파워 앰프는,
하나의 MMIC 칩으로 집적화되어 상기 고주파 전력 증폭기의 게인을 낮춘다.
여기에서 또한 상기 게인은 22dB 이하이다.
본 발명의 다른 특징은,
다이렉트 컨버젼 방식의 RF 송신부를 구비하는 단말기에 적용되는 상기 제 1 항의 고주파 전력 증폭기의 운용 방법에 있어서,
다이렉트 컨버젼 방식의 적용에 따라 노이즈 레벨이 상승된 것을 보상하도록 상기 고주파 전력 증폭기의 바이어스 회로와, 인풋 매치 및 파워 앰프만을 하나의 MMIC 칩으로 집적화시켜 상기 고주파 전력 증폭기의 게인을 22dB 이하로 낮추고,
출력 전력이 13~18dB 미만에서 로우 파워 모드로 동작시켜 전류 소모를 줄여 효율을 높이고, 출력 전력이 13~18dB 이상에서도 로우 파워 모드로 동작시키되 게인을 22dB 이하로 유지시켜 스퓨리어스 특성을 개선하도록 하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 의한 로우 파워 모드 동작 전용 고주파 전력 증폭기의 구성을 도 2를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 로우 파워 모드 동작 전용 고주파 전력 증폭기의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 로우 파워 모드 동작 전용 고주파 전력 증폭기(100)는, 인풋 매치(110)와, 파워 앰프(120)와, 바이어스 회로(130)와, 아웃풋 매치(140)로 구성된다.
인풋 매치(110)는 단말기의 RF 송신부(도시 생략)로부터 RF 신호가 입력되면 후단으로 최대의 전력이 전달될 수 있도록 필터링 및 매칭시키도록 R, L, C에 의한 회로가 구현된다.
파워 앰프(120)는 인풋 매치(110)로부터 입력되는 RF 신호를 외부로부터 출력되는 베이스 전류에 따라 동작되어 증폭시킨다.
바이어스 회로(130)는 파워 앰프(120)의 베이스 전류를 조절하여 바이어스 포인트를 변경하여 증폭도를 변경시킨다. 여기에서 바이어스 회로(130)와, 인풋 매치(110) 및 파워 앰프(120)는 하나의 MMIC 칩으로 집적화되어 고주파 전력 증폭기(100)의 게인을 22dB 이하로 낮춘다.
아웃풋 매치(140)는 파워 앰프(120)로부터 출력되는 RF 신호를 안테나(도시 생략)로 최대의 전력이 전달될 수 있도록 필터링 및 매칭시키도록 R, L, C에 의한 회로가 구현된다.
이하 본 발명에 따른 로우 파워 모드 동작 전용 고주파 전력 증폭기의 모드 절환 방법을 도 2를 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저 본 발명은 다이렉트 컨버젼 방식이 사용되는 단말기에 사용될 고주파 전력 증폭기의 스마트 기능을 응용하여 낮은 출력 전력에서뿐만 아니라 높은 출력 전력에서도 로우 파워 모드로 동작시킨다. 즉, 출력 전력이 13~18dB 미만에서는 전류 소모를 줄여 효율을 높이는 스마트 고주파 전력 증폭기의 고유 기능을 살리면서도, 출력 전력이 13~18dB 이상에서는 게인을 22dB 이하로 유지하여 스퓨리어스 특성을 개선할 수 있게 된다.
여기에서 단말기의 출력 전력이 낮은 경우가 중요시되는 이유는 기지국의 증설, 소자의 성능 향상 등으로 인해 출력 전력 18dB 미만에서 단말기 동작 시간의 80% 이상이 사용되기 때문이다.
한편 일반적인 고주파 전력 증폭기는 잡음 특성이나 효율 등을 고려하여 게인을 선정하는데, 단말기에 사용되는 고주파 전력 증폭기의 여러 가지 스펙과 트레이드 오프(Trade Off) 관계가 있다. 보통 고주파 전력 증폭기는 27dB 이상의 게인을 갖도록 설계되는데, 이때 슈퍼 헤테로다인 방식의 경우 문제가 없으나 다이렉트 컨버젼 방식의 경우 신호원 자체의 노이즈 레벨이 5~7dB가 높은 이유로 동일한 게인을 갖는 고주파 전력 증폭기를 사용하는 경우 전도 스퓨리어스 방출(Conducted Spurious Emission)의 세기가 규격(-61dB)을 초과하는 현상이 발생하게 된다.
그러하기 때문에 상승된 노이즈 레벨부분 만큼 고주파 전력 증폭기의 게인을 낮게 설계하면 채널 파워와 노이즈의 레벨 차이는 벌어져 고주파 전력 증폭기를 거쳐 신호원이 증폭되더라도 불요파의 세기가 규격을 넘지 않게 된다.
따라서 MMIC 칩에 파워 앰프만을 설계하여 파워 앰프에서만 RF 신호를 증폭하여 고주파 전력 증폭기의 이득을 낮춤으로써 다이렉트 컨버젼 방식의 단말기에 적용이 가능할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 로우 파워 모드 동작 전용 고주파 전력 증폭기 및 이의 모드 절환 방법에 의하면, 다이렉트 컨버젼 방식의 단말기에 고주파 전력 증폭기의 적용이 가능해지게 MMIC 칩의 드라이브 앰프와 인터 스테이지 매치를 제거해서 노이즈 레벨이 5~7dB정도 높아진 만큼 게인을 5~7dB 낮게 설계하고, 별도의 모드 절환 없이 항시 로우 파워 모드에서 동작되도록 함으로써 통화의 품질을 향상시키고, 고주파 전력 증폭기의 사이즈를 작게 하고, 제조 단가를 떨어트릴 수 있다.
Claims (4)
- 다이렉트 컨버젼 방식의 RF 송신부를 구비하는 단말기에 적용되는 고주파 전력 증폭기에 있어서,상기 고주파 전력 증폭기는,상기 단말기의 RF 송신부로부터 RF 신호가 입력되면 후단으로 최대의 전력이 전달될 수 있도록 필터링 및 매칭시키는 인풋 매치와,상기 인풋 매치로부터 출력되는 RF 신호를 외부로부터 입력되는 베이스 전류에 따라 동작되어 증폭시키는 파워 앰프와,상기 파워 앰프의 베이스 전류를 조절하여 바이어스 포인트를 변경하여 증폭도를 변경시키는 바이어스 회로와,상기 파워 앰프로부터 출력되는 RF 신호를 안테나로 최대의 전력이 전달될 수 있도록 필터링 및 매칭시키는 아웃풋 매치를 포함하는 것을 특징으로 하는 로우 파워 모드 동작 전용 고주파 전력 증폭기.
- 제 1 항에 있어서,상기 바이어스 회로와, 인풋 매치 및 파워 앰프는,하나의 MMIC 칩으로 집적화되어 상기 고주파 전력 증폭기의 게인을 낮추는 것을 특징으로 하는 로우 파워 모드 동작 전용 고주파 전력 증폭기.
- 제 2 항에 있어서,상기 게인은,22dB 이하인 것을 특징으로 하는 로우 파워 모드 동작 전용 고주파 전력 증폭기.
- 다이렉트 컨버젼 방식의 RF 송신부를 구비하는 단말기에 적용되는 상기 제 1 항의 고주파 전력 증폭기의 운용 방법에 있어서,다이렉트 컨버젼 방식의 적용에 따라 노이즈 레벨이 상승된 것을 보상하도록 상기 고주파 전력 증폭기의 바이어스 회로와, 인풋 매치 및 파워 앰프만을 하나의 MMIC 칩으로 집적화시켜 상기 고주파 전력 증폭기의 게인을 22dB 이하로 낮추고,출력 전력이 13~18dB 미만에서 로우 파워 모드로 동작시켜 전류 소모를 줄여 효율을 높이고, 출력 전력이 13~18dB 이상에서도 로우 파워 모드로 동작시키되 게인을 22dB 이하로 유지시켜 스퓨리어스 특성을 개선하도록 하는 로우 파워 모드 동작 전용 고주파 전력 증폭기의 모드 절환 방법.
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