KR20040022254A

KR20040022254A - 전력 제어 수단을 포함한 전력 증폭 장치

Info

Publication number: KR20040022254A
Application number: KR1020020052704A
Authority: KR
Inventors: 지경하
Original assignee: (주)나리지 온
Priority date: 2002-09-03
Filing date: 2002-09-03
Publication date: 2004-03-12

Abstract

본 발명은 아날로그 전력 제어 회로를 포함한 고주파 전력 증폭 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이종 접합 트랜지스터를 이용하는 아날로그 전력 제어 회로를 삽입하여 전력 증폭을 제어할 수 있는 전력 증폭 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 전력 증폭 장치는 전력 증폭 장치는 입력 신호가 입력되는 제1 증폭 수단, 제1 증폭 수단에 연결되어 제어 신호에 상응하여 입력 신호의 증폭도를 선형적으로 제어하는 전력 제어 수단, 전력 제어 수단에 연결되어, 제어 신호에 증폭도가 제어된 입력 신호를 출력하는 제2 증폭 수단 및 제1 증폭 수단, 전력 제어 수단 및 제2 증폭 수단을 바이어스하는 바이어스 회로를 포함할 수 있다.

Description

전력 제어 장치를 포함한 전력 증폭 장치{POWER AMPLIFIER DEVICE FOR INCLUDING POWER CONTROL DEVICE}

본 발명은 아날로그 전력 제어 회로를 포함한 고주파 전력 증폭 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이종 접합 트랜지스터를 이용하는 아날로그 전력 제어 회로를 삽입하여 전력 증폭을 제어할 수 있는 전력 증폭 장치에 관한 것이다.

도 1은 기존의 전력 증폭 장치를 나타낸 블록도이고, 도 2는 상기 전력 증폭 장치의 나타낸 회로도이다.

도 1을 참조하면, 기존의 RF 전력 증폭기가 도시되어 있다. 기존의 RF 전력 증폭기는 복수의 커패시터(100, 110, 120) 및 복수의 증폭기(105, 115)를 포함한다.

입력 신호(130)는 커플링 커패시터(100)를 경유하여 전력 증폭기(105)에서 일차 증폭이 된 후, 다시 커플링 커패시터(110)를 통하여 전력 증폭기(115)에서 이차 증폭이 된다. 상기와 같이 증폭된 신호는 커플링 커패시터(120)를 통하여 출력 신호(135)로 출력된다.

도 2를 참조하면, 두 개의 트랜지스터(200, 210)가 바이어스 전원(220)에 의하여 바이어스되어 동작한다. 그리고, 입력 신호(130)는 트랜지스터(200)의 베이스로 입력된 후, 증폭되어 트랜지스터(200)의 컬렉터로 출력된다. 상기 출력된 신호는 트랜지스터(210)의 베이스로 입력되어 트랜지스터(210)의 컬렉터로 미리 설정된 증폭도 만큼 증폭되어 출력된다.

상기와 같이 증폭된 신호는 커플링 커패시터를 통하여 출력 신호(135)로 출력된다. 커플링 커패시터(100)를 경유하여 전력 증폭기(105)에서 일차 증폭이 된 후, 다시 커플링 커패시터(110)를 통하여 전력 증폭기(115)에서 이차 증폭이 된다. 상기와 같이 증폭된 신호는 커플링 커패시터(120)를 통하여 출력 신호(135)로 출력된다.

상술한 전력 증폭기에 의하면, 증폭도는 고정되어 입력 신호에 상응하여 조절할 수 없는 문제점이 있다.

기존에도 상기 RF 칩에 전력 제어 회로를 삽입하여 전력을 제어하는 기술이 있었으며, 이러한 전력 제어 회로로서, 시모스(CMOS) 공정으로 제조된 시모스(CMOS) 칩이 사용되고 있다.

도 3은 기존의 시모스(CMOS) 칩을 이용한 전력 제어 회로를 나타낸 블록도 이다.

도 3을 참조하면, 밴드갭 스위치(305) 및 버퍼(310)가 도시되어 있다.

밴드갭 스위치에 입력되는 DC 신호(입력 제어신호)(300)는 배터리 전원 범위(0V에서 5.2V)내에서 인가된다. 이때, 입력 제어 신호(300)는 버퍼(310)를 거쳐 출력 제어신호(315)로 출력된다.

그러나, 2.4V 이상의 입력 제어신호(300)가 인가되면, 밴드갭 스위치(305)가동작되어, 밴드갭 기준 전압인 2.4 V로 고정시킨다. 따라서, 2.4V로 고정된 출력 제어신호(315)만이 출력된다.

상기와 같은 구조를 지니는 시모스(CMOS) 칩으로 구성된 전력 제어 회로를 포함한 전력 증폭기는 전력 증폭기의 바이어스를 조절하여 전력 증폭도를 제어하였다.

그러나, 바이어스를 이용하여 전력 증폭도를 제어하는 방법은 안정성이 결여되고, 전력을 제어함에 번잡함을 초래한다.

또한, 실리콘 웨이퍼 공정을 포함하는 시모스(CMOS) 제조 공정과 갈륨 아세나이드 공정 등과 같이 이종 접합 트랜지스터 제조 공정으로 이루어지는 증폭기(PA, Power Amplifier) 제조 공정의 상이함으로 인하여, 각각 별개의 별도의 공정을 거쳐 제조된 후, 와이어 본딩 공정을 수행하여 나의 전력 제어 회로를 포함한 전력 증폭기가 만들어졌다.

따라서, 시모스(CMOS) 칩으로 구성된 전력 제어 회로를 포함한 전력 증폭기는 제작이 번거롭고 상기 전력 증폭기의 크기를 소형화하기 어려운 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 아날로그 전력 제어 회로를 포함하는 전력 증폭 장치를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 목적은 복수의 증폭 장치 및 상기 증폭 장치를 제어하는 전력 제어 회로를 동일한 공정을 거쳐 하나의 원칩으로 제조된 전력 증폭 장치를 제공함에 있다. 상기와 같은 원칩으로 제조함으로써, 간편한 제조 공정을 통하여 소형화된 전력 제어 회로를 포함한 전력 증폭 장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 목적은 베이스에 인가되는 제어 신호를 이용하여 안정적이면서, 선형적인 제어 특성을 지닌 제어 회로를 포함하는 전력 증폭 장치를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 목적은 인듐 갈륨 포스바이드(InGaP) 이종 접합 트랜지스터(HBT)로 이루어진 전력 제어 회로를 포함한 전력 증폭 장치를 제공함으로써, 기존의 전력 증폭 장치보다 제품 수명이 길고 신뢰성이 뛰어난 전력 증폭 장치를 제공함에 있다.

도 1은 기존의 전력 증폭 장치를 나타낸 블록도

도 2는 상기 전력 증폭 장치의 나타낸 회로도.

도 3은 기존의 시모스(CMOS)를 이용한 전력 제어 회로를 나타낸 블록도.

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전력 증폭 장치의 구성을 나타낸 블록도.

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전력 증폭 장치의 구성을 나타낸 회로도.

도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 선형 제어 출력 특성을 나타낸 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

305 : 밴드갭 스위치

310 : 버퍼

105, 115 : 복수개의 증폭기

415 : 전력 제어 회로(APC, Analog Power Control)

400, 410, 420, 440 : 커패시터

상술한 목적들을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전력 증폭 장치는 입력 신호가 입력되는 제1 증폭 수단, 상기 제1 증폭 수단에 연결되어 제어 신호에 상응하여 상기 입력 신호의 증폭도를 선형적으로 제어하는 전력 제어 수단, 상기 전력 제어 수단에 연결되어, 상기 제어 신호에 증폭도가 제어된 입력 신호를 출력하는 제2 증폭 수단 및 제1 증폭 수단, 전력 제어 수단 및 제2 증폭 수단을 바이어스하는 바이어스 회로를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제1 증폭 수단은 컬렉터, 이미터 및 베이스를 포함하되, 상기 베이스는 상기 베이스에 연결된 제1 저항을 통하여 제2 저항, 제3 저항 및 제1 커패시터와 연결되고, 상기 제1 저항에 연결된 제1 커패시터를 통하여 입력 신호를입력받고, 상기 제1 저항에 연결된 제2 저항을 거쳐 바이어스 전원에 연결되며, 상기 제1 저항에 연결된 제3 저항을 통하여 접지되고, 상기 컬렉터는 상기 컬렉터에 연결된 인덕터를 통하여 상기 바이어스 전원에 연결되고, 상기 컬렉터에 연결된 제2 커패시터를 통하여 상기 전력 제어 수단에 연결되고, 상기 이미터는 그라운드와 연결될 수 있다.

또한, 상기 제2 증폭 수단은 베이스, 이미터 및 컬렉터를 포함하며, 상기 베이스는 상기 베이스에 연결된 제1 저항을 통하여 상기 제어 신호를 입력받고, 상기 베이스에 연결된 제2 저항을 통하여 상기 바이어스 전원에 연결되며, 상기 베이스에 연결된 제3 저항을 통하여 접지되고, 상기 컬렉터는 상기 컬렉터에 연결된 제1 커패시터를 통하여 상기 제1 증폭 수단의 컬렉터에 연결되고, 상기 컬렉터에 연결된 제4 저항을 통하여 그라운드와 접지되며, 상기 이미터는 상기 이미터에 결합된 커패시터를 통하여 제2 증폭 수단의 베이스에 연결된 제6 저항에 연결되고, 상기 이미터에 연결된 제5 저항을 통하여 접지될 수 있다.

그리고, 상기 제2 증폭 수단은 컬렉터, 이미터 및 베이스를 포함하되, 상기 베이스는 상기 베이스에 결합된 제1 저항을 통하여 제2 저항, 제3 저항 및 컬렉터와 연결되고, 상기 제1 저항에 연결된 제2 저항을 통하여 바이어스 전원에 연결되고, 상기 제1 저항에 연결된 제2 저항을 통하여 그라운드에 연결되며, 상기 제1 저항에 연결된 커패시터를 통하여 상기 전력 제어 수단의 이미터에 연결되고, 상기 이미터는 접지되며, 상기 컬렉터는 상기 컬렉터에 연결된 인덕터를 통하여 상기 바이어스 전원에 연결되고, 상기 컬렉터에 연결된 커패시터를 통하여 출력신호를 출력할 수 있다.

여기서, 상기 제1 증폭 수단, 상기 전력 제어 수단, 상기 제2 증폭 수단은 인듐 갈륨 포스바이드(InGaP) 또는 갈륨 아세나이드(GaAs) 이종 접합 트랜지스터(HBT)인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제1 증폭 수단, 상기 전력 제어 수단, 상기 제2 증폭 수단 및 상기 바이어스 회로를 포함하는 전력 증폭 장치는 하나의 칩으로 제조될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 레이더 검출 방법 및 장치의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전력 증폭 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 전력 증폭기의 블록도가 도시되어 있다. 전력 증폭기는 복수개의 증폭기(405, 425) 및 상기 증폭기(405, 425) 사이에 개재된 전력 제어 회로(APC, Analog Power Control)(415)를 포함하며, 상기 증폭기(405, 425) 및 전력 제어 회로(APC, Analog Power Control)(415)는 복수개의 커패시터(400, 410, 420, 430)를 통하여 연결되어 있다.

그리고 상기 전력 제어 회로(APC, Analog Power Control)(415)는 제어 신호(Vapc, 417)가 인가되며, 본 발명의 일 실시예에 의할 때, 상기 제어신호(Vapc, 417)에 상응하여 100%에 15%까지 출력 전압을 선형적으로 제어할 수 있다.

입력 신호(440)는 커플링 커패시터(400)를 경유하여 전력 증폭기(405)에서 일차 증폭이 되고, 이렇게 증폭된 신호는 커플링 커패시터(410)를 통하여 전압 제어 회로(415)에서 제어 신호(Vapc)에 상응하여 감쇄된다.

그리고, 커플링 커패시터(420)를 통하여 전력 증폭기(425)에서 이차 증폭이 된다. 상기와 같이 증폭된 신호는 커플링 커패시터를 통하여 출력 신호(450)로 출력된다.

이하, 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 전력 제어 회로(APC, Analog Power Control)를 포함한 전력 증폭기를 상세히 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전력 증폭 장치의 구성을 나타낸 회로도이다.

본 발명에 따른 전력 제어 회로(APC, Analog Power Control)(500)는 트랜지스터(510)의 베이스에 인가되는 제어신호를 조절하여 전력의 증폭도를 제어할 수 있다. 기존에는 바이어스를 조절하여 전력의 증폭도를 제어하므로, 트랜지스터의 동작 특성이 불안정하였으나 본 발명에 따른 전력 제어 회로(APC, Analog Power Control)는 안정적이고 선형적인 제어 특성을 제공한다.

도 5를 참조하면, 세 개의 트랜지스터(505, 510, 520)가 바이어스 전원(530)에 의하여 바이어스 되어 동작한다. 그리고, 입력 신호(525)는 트랜지스터(505)의 베이스로 입력된 후, 증폭되어 트랜지스터(505)의 컬렉터로 출력된다.

상기 출력된 신호는 전력 제어 회로(APC, Analog Power Control)(500)에 포함된 트랜지스터(510)의 컬렉터로 입력된 후, 트랜지스터(510)의 이미터로 출력된다. 여기서, 출력 전압은 상기 트랜지스터(510)의 베이스에 인가되는 제어 신호(Vapc)에 의하여 선형적으로 비례한다.

본 발명의 일 실시예에 의할 때, 제어 신호(Vapc)가 0.5V ~ 2.4V 로 선형적으로 증가할 때, 최소 0.5V에서 입력 신호 전력의 15%에서 최대 2.4V 일 때 입력 신호 전력의 100%에서 사이를 선형적으로 증가한다.

전력 제어 회로(APC, Analog Power Control)(500)에 포함된 트랜지스터(510)의 컬렉터로 출력된 신호는 트랜지스터(520)의 베이스로 입력된 후, 상기 트랜지스터(510)의 컬렉터로 미리 설정된 증폭도 만큼 증폭되어 출력된다.

본 발명의 일 실시예에 의할 때, 트랜지스터(505, 510, 520)의 동작 전압은 약 2.9 ~ 5.2 V 정도이다. 그리고, 전력 제어 회로(APC, Analog Power Control)의 제어 신호(Vapc)는 약 0.5 ~ 2.2 V 정도이다.

본 발명에 따른 전력 제어 회로를 포함한 전력 증폭기가 사용되는 GSM 단말기에서 출력 파워는 약 -55 ~ +35 [dBm] 정도이다.

그리고, 전력 제어 회로(APC, Analog Power Control)(500)에서 트랜지스터(510)의 베이스 단에 연결되는 저항 3개(512, 512, 513)는 약 3㏀ 정도이고, 컬렉터 및 이미터와 접지사이에 연결된 저항 2개(555, 560)는 약 3㏀ 정도이다.

본 발명에 따른 각 소자의 구체적인 값은 상기 실시예에 한정되지는 아니하며, 바이어스 전압, 출력 파워에 상응하여 소자 값을 다양하게 변경할 수 있음은당연하다.

기존에는 별도의 시모스(CMOS) 칩을 사용하여, 트랜지스터(505, 520)의 베이스 바이어스 전류 값을 제어하여 증폭도를 조절하였으나, 본 발명에 따르면, 상기 트랜지스터(505, 520)의 바이어스는 안정적으로 고정시키면서, 선형 제어 특성을 갖는 전력 증폭 회로를 제공할 수 있다.

본 발명에 의할 때, 상기 트랜지스터(505, 510, 520)는 인듐 갈륨 포스파이드 이종 접합 트랜지스터(InGaP HBT) 또는 갈륨 아세나이드 이종접합 트랜지스터(GaAs HBT)를 사용하여 하나의 단일 공정으로 제조된 "On-Chip 전력증폭기회로"를 제공할 수 있다.

도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 선형 제어 출력 특성을 나타낸 그래프이다.

본 발명의 일 실시예에 의할 때, 상기 제어 신호(Vapc)(Vapc, 320)에 상응하여 100%에 15%까지 출력 전압을 선형적으로 제어할 수 있다.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 출력 신호는 제어 신호(Vapc)에 상응하여, 본 발명의 일 실시예에 의할 때, 제어 신호(Vapc)가 0.5V ~ 2.4V 로 선형적으로 증가할 때, 최소 0.5V에서 입력 신호 전력의 15%에서 최대 2.4V 일 때 입력 신호 전력의 100%에서 사이를 선형적으로 증가한다.

본 발명에 따른 전력 증폭기를 구비한 GSM 단말기의 출력 파워는 제어 신호(Vapc)가 약 0.5 ~ 2.4 V일 때, -50 ~ +35 dBm 정도이다.

본 발명에 따른 전력 제어 회로를 포함한 전력 증폭기는 TDMA 방식에서 RF출력을 Pulse 방식으로 제어하는 GSM 방식 휴대폰 단말기에 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 전력 증폭기는 주위 환경에 상응하여 전력을 제어함으로써, 바테리의 수명을 연장할 수 있다.

즉, RF수신감도가 떨어지는 엘리베이터, 지하철 또는 중계기가 멀리 떨어져있는 산간벽지 등에서는 +35dBm을 출력하고, 도심지에서와 같이 중계기가 밀집된 곳에서는 RF출력을 약15 ~27 dBm정도를 출력하도록 제어함으로써, 휴대폰 바테리의 수명을 연장할 수 있다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명에 따르면 아날로그 전력 제어 회로를 포함하는 전력 증폭 장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 전력 증폭 장치를 구성하는 복수의 증폭 장치 및 상기 증폭 장치를 제어하는 전력 제어 회로를 동일한 공정을 거쳐 하나의 원칩으로 제조할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 원칩으로 제조함으로써, 제조 공정 및 제조 단가를 줄일 수 있고, 소형화된 전력 증폭 장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 베이스에 인가되는 제어 신호를 이용하여 안정적이면서, 선형적인 동작 특성을 지닌 전력 제어 회로를 포함하는 전력 증폭 장치를 제공할 수 있는 효과도 있다.

또한, 본 발명은 인듐 갈륨 포스바이드(InGaP) 이종 접합 트랜지스터(HBT)로 구성된 전력 제어 회로를 포함한 전력 증폭 장치를 제공함으로써, 기존의 전력 증폭 장치보다 제품 수명이 길고 신뢰성이 뛰어난 전력 증폭 장치를 제공할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

전력 증폭 장치에 있어서,

입력 신호가 입력되는 제1 증폭 수단;

상기 제1 증폭 수단에 연결되어 제어 신호에 상응하여 상기 입력 신호의 증폭도를 선형적으로 제어하는 전력 제어 수단;

상기 전력 제어 수단에 연결되어, 상기 제어 신호에 증폭도가 제어된 입력 신호를 출력하는 제2 증폭 수단; 및

제1 증폭 수단, 전력 제어 수단 및 제2 증폭 수단을 바이어스하는 바이어스 회로

를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 수단을 포함한 전력 증폭 장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 증폭 수단은 컬렉터, 이미터 및 베이스를 포함하되,

상기 베이스는 상기 베이스에 연결된 제1 저항을 통하여 제2 저항, 제3 저항 및 제1 커패시터와 연결되고, 상기 제1 저항에 연결된 제1 커패시터를 통하여 입력 신호를 입력받고, 상기 제1 저항에 연결된 제2 저항을 거쳐 바이어스 전원에 연결되며, 상기 제1 저항에 연결된 제3 저항을 통하여 접지되고;

상기 컬렉터는 상기 컬렉터에 연결된 인덕터를 통하여 상기 바이어스 전원에연결되고, 상기 컬렉터에 연결된 제2 커패시터를 통하여 상기 전력 제어 수단에 연결되고;

상기 이미터는 그라운드와 연결되는 것을 특징으로 하는 전력 제어 회로를 포함한 전력 증폭 장치.
제1항에 있어서,

상기 제2 증폭 수단은 베이스, 이미터 및 컬렉터를 포함하며,

상기 베이스는 상기 베이스에 연결된 제1 저항을 통하여 상기 제어 신호를 입력받고, 상기 베이스에 연결된 제2 저항을 통하여 상기 바이어스 전원에 연결되며, 상기 베이스에 연결된 제3 저항을 통하여 접지되고;

상기 컬렉터는 상기 컬렉터에 연결된 제1 커패시터를 통하여 상기 제1 증폭 수단의 컬렉터에 연결되고, 상기 컬렉터에 연결된 제4 저항을 통하여 그라운드와 접지되며;

상기 이미터는 상기 이미터에 결합된 커패시터를 통하여 제2 증폭 수단의 베이스에 연결된 제6 저항에 연결되고, 상기 이미터에 연결된 제5 저항을 통하여 접지되는 것을 특징으로 하는 전력 제어 회로를 포함한 전력 증폭 장치.
제1항에 있어서,

상기 제2 증폭 수단은 컬렉터, 이미터 및 베이스를 포함하되,

상기 베이스는 상기 베이스에 결합된 제1 저항을 통하여 제2 저항, 제3 저항 및 컬렉터와 연결되고, 상기 제1 저항에 연결된 제2 저항을 통하여 바이어스 전원에 연결되고, 상기 제1 저항에 연결된 제2 저항을 통하여 그라운드에 연결되며, 상기 제1 저항에 연결된 커패시터를 통하여 상기 전력 제어 수단의 이미터에 연결되고;

상기 이미터는 접지되며;

상기 컬렉터는 상기 컬렉터에 연결된 인덕터를 통하여 상기 바이어스 전원에 연결되고, 상기 컬렉터에 연결된 커패시터를 통하여 출력신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 회로를 포함한 전력 증폭 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 증폭 수단, 상기 전력 제어 수단, 상기 제2 증폭 수단은,

인듐 갈륨 포스파이드(InGaP) 이종 접합 트랜지스터(HBT)인 것을 특징으로 하는 전력 제어 회로를 포함한 전력 증폭 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 증폭 수단, 상기 전력 제어 수단, 상기 제2 증폭 수단은,

갈륨 아세나이드(GaAs) 이종 접합 트랜지스터(HBT)인 것을 특징으로 하는 전력 제어 회로를 포함한 전력 증폭 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 증폭 수단, 상기 전력 제어 수단, 상기 제2 증폭 수단 및 상기 바이어스 회로를 포함하는 전력 증폭 장치는 하나의 칩으로 제조되는 것을 특징으로 하는 전력 제어 회로를 포함한 전력 증폭 장치.