KR20040062252A - Inter-Stage Matching Circuit of Multi-Stage Power Amplifier for Mobile Communication - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이동통신용 다단 전력증폭기에 관한 것으로, 특히 이동통신용 다단 전력증폭기의 단간(inter-stage) 정합회로에 관한 것이다.The present invention relates to a multistage power amplifier for mobile communication, and more particularly, to an inter-stage matching circuit of a multistage power amplifier for mobile communication.
최근, 이동통신시장의 폭발적인 성장에 힘입어 핵심 부품에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 특히, 무선통신시장에 있어서는 송수신에 해당하는 단위 회로들을 소형화하기 위한 노력의 일환으로 전체 송수신 단을 하나의 단일 칩으로 만들고 있다.Recently, due to the explosive growth of the mobile communication market, research on core components has been actively conducted. In particular, in the wireless communication market, in an effort to miniaturize unit circuits corresponding to transmission and reception, the entire transmission / reception stage is made into a single chip.
그러나, 전력증폭기의 경우는 고효율과 고선형성을 요구하기 때문에 별개의 모듈로 만들어진다.However, power amplifiers are made of separate modules because they require high efficiency and high linearity.
여기서, 전력증폭기의 구성은 능동소자를 포함하는 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit) 칩과 입출력의 정합을 포함하는 모듈로 나눌 수가 있다.Here, the configuration of the power amplifier may be divided into modules including matching of input and output of a MMIC chip including an active element.
현재 CDMA(Code Division Multiple Access)용 상용전력증폭기 모듈의 크기는 4x4 [mm2]의 크기로 출시가 되고 있다.Current commercial power amplifier modules for Code Division Multiple Access (CDMA) are available in sizes of 4x4 [mm2].
이렇게 작은 모듈을 만들기 위해서는 가능한 많은 정합회로 부분을 MMIC에 내장할 필요가 있다. 그래서 입력과 단간(inter-stage)의 정합회로는 MMIC에 내장되고 있는 상황이고 출력의 정합회로만 모듈 상에 구현되어지고 있다.To make such a small module, it is necessary to embed as many matching circuit parts as possible in the MMIC. Thus, the matching circuit between the input and the inter-stage is embedded in the MMIC, and only the matching circuit of the output is implemented on the module.
도 1을 참조하여, 종래 기술에 따른 이동통신용 다단 전력증폭기의 단간 정합회로를 설명하면 다음과 같다.Referring to Figure 1, the stage matching circuit of the multi-stage power amplifier for mobile communication according to the prior art is as follows.
종래 기술에 따른 이동통신용 다단 전력증폭기의 단간(Inter-Stage) 정합회로(1)는 다단 전력 증폭기의 단간에 작은 션트(Shunt) 인덕터(L1)와, 큰 시리즈(Series) 캐패시터(C1)로 구성된다.The inter-stage matching circuit 1 of the multistage power amplifier for mobile communication according to the prior art is composed of a small shunt inductor L1 and a large series capacitor C1 between the stages of the multistage power amplifier. do.
이때, 상기 정합회로(1)는 고주파수(High Frequency)를 통과시키는 하이 패스 타입(High Pass Type) 구조로 구성된다.At this time, the matching circuit 1 has a high pass type structure that allows high frequency to pass.
또한, 도 2에 도시한 바와 같이 상기 인덕터(L1)와 캐패시터(C1)를 이용하여 영역 A(Low Impedance)에서 상기 정합회로(1)를 구현한다.In addition, as shown in FIG. 2, the matching circuit 1 is implemented in the region A (Low Impedance) using the inductor L1 and the capacitor C1.
그러나 이상에서 설명한 종래 기술에 따른 이동통신용 다단 전력증폭기의 단간(Inter-Stage) 정합회로는 다음과 같은 문제점이 있다.However, the inter-stage matching circuit of the multi-stage power amplifier for mobile communication according to the related art described above has the following problems.
첫째, 상술한 정합회로(1)를 MMIC에 내장하는 경우, 이미 만들어진 칩을 모듈에서 튜닝(Tunig)을 할 수가 없게 되어 내장하기 전에 정확한 정합회로의 값을 결정해야 한다는 문제점이 있었다.First, when the above-described matching circuit 1 is embedded in the MMIC, there is a problem in that the chip that has already been made cannot be tuned in the module, so that the value of the matching circuit must be determined before the matching.
둘째, 종래의 단간(inter-stage) 정합회로의 경우는 낮은 임피던스(Low impedance)(A 영역)에서 만들어지기 때문에 작은 임피던스의 변화에 대해서도 아주 민감할 뿐 아니라, 주파수가 높아지면 더더욱 정확한 값을 결정하기가 힘들어지는 문제점이 있었다.Second, in the case of conventional inter-stage matching circuits, because they are made at low impedance (A region), they are not only very sensitive to small impedance changes but also determine more accurate values at higher frequencies. There was a problem that was difficult to do.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 다단 전력증폭기의 단간(Inter-Stage) 정합회로를 모듈에서 정확하게 튜닝할 수 있도록 하고, 이러한 정합회로를 칩으로 만드는 경우 효과적인 정합회로의 구조를 제안할 수 있도록 한 이동통신용 다단 전력증폭기의 단간 정합회로를 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, it is possible to accurately tune the inter-stage matching circuit of the multi-stage power amplifier in the module, and effective matching circuit when making such a matching circuit into a chip The purpose of the present invention is to provide an end-to-end matching circuit of a multi-stage power amplifier for mobile communication.
도 1은 종래 기술에 따른 이동통신용 다단 전력증폭기의 단간 정합회로를 나타낸 회로도1 is a circuit diagram showing an end-to-end matching circuit of a multi-stage power amplifier for mobile communication according to the prior art.
도 2는 종래 기술의 단간 정합회로를 구현하고자 하는 임피던스 영역을 나타내는 스미스 차트2 is a Smith chart illustrating an impedance region to implement a conventional inter-level matching circuit;
도 3은 본 발명에 따른 이동통신용 다단 전력증폭기의 단간 정합회로를 나타낸 회로도3 is a circuit diagram showing an inter-stage matching circuit of a multi-stage power amplifier for mobile communication according to the present invention.
도 4는 본 발명의 단간 정합회로를 구현하고자 하는 임피던스 영역을 나타내는 스미스 차트4 is a Smith chart showing an impedance region to implement the inter-level matching circuit of the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10: 정합 회로10: matching circuit
11: 람다/4-라인11: lambda / 4-line
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이동통신용 다단 전력증폭기의 단간 정합회로의 특징은 이동통신용 다단 전력증폭기의 단간(Inter-Stage)에 연결되는 정합회로에 있어서, 임피던스 영역을 변환하기 위한 람다(λ)/4-라인과 연결된 션트 인덕터(Shunt Inductor)와 시리즈 캐패시터(Series Capacitor)로 구성되는데 있다.A feature of the end-to-end matching circuit of the multi-stage power amplifier for mobile communication according to the present invention for achieving the above object is, in the matching circuit connected to the inter-stage of the multi-stage power amplifier for mobile communication, for converting the impedance region. It consists of a shunt inductor and a series capacitor connected to a lambda (λ) / 4-line.
이때, 상기 션트 인덕터와 시리즈 캐패시터로 구성된 정합회로는 로우 패스 타입(Low Pass Type)으로 구성되는데 다른 특징이 있다.At this time, the matching circuit composed of the shunt inductor and the series capacitor is configured as a low pass type.
본 발명의 특징에 따른 작용은 임피던스 영역을 변환하기 위한 람다(λ)/4-라인과 연결된 션트 인덕터(Shunt Inductor)와 시리즈 캐패시터(Series Capacitor)로 구성된 정합회로를 제공함에 따라 람다/4-라인을 사용하여 정합회로를 하이 임피던스(High Impedance) 상에 구현하기 때문에 보다 정확한 튜닝을 할 수 있다.An operation according to a feature of the present invention is to provide a matching circuit consisting of a shunt inductor and a series capacitor connected to a lambda / 4-line for converting an impedance region. By using the matching circuit to implement the high impedance (High Impedance) can be more accurate tuning.
본 발명의 다른 목적, 특성 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings.
본 발명에 따른 이동통신용 다단 전력증폭기의 단간 정합회로의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Referring to the accompanying drawings, a preferred embodiment of an end-to-end matching circuit of a multi-stage power amplifier for mobile communication according to the present invention will be described below.
도 3은 본 발명에 따른 이동통신용 다단 전력증폭기의 단간 정합회로를 나타낸 회로도이고, 도 4는 본 발명의 단간 정합회로를 구현하고자 하는 임피던스 영역을 나타내는 스미스 차트이다.3 is a circuit diagram illustrating an end-to-end matching circuit of a multi-stage power amplifier for mobile communication according to the present invention, and FIG. 4 is a Smith chart showing an impedance region to implement the end-to-end matching circuit of the present invention.
본 발명에 따른 이동통신용 다단 전력증폭기의 단간 정합회로(10)는 도 3에 도시한 바와 같이, 이동통신용 다단 전력증폭기의 단간(Inter-Stage)에 연결되는정합회로에 있어서, 임피던스 영역을 변환하기 위한 람다(λ)/4-라인(11)과 연결된 션트 인덕터(Shunt Inductor)(L11)와 시리즈 캐패시터(Series Capacitor)(C11)로 구성된다.The inter-stage matching circuit 10 of the multi-stage power amplifier for mobile communication according to the present invention is a matching circuit connected to the inter-stage of the multi-stage power amplifier for mobile communication, as shown in FIG. And a shunt inductor L11 and a series capacitor C11 connected to the lambda λ / 4-line 11.
이때, 상기 션트 인덕터(L11)와 시리즈 캐패시터(C11)로 구성된 정합회로(10)는 저주파수(Low Frequency)를 통과시키는 로우 패스 타입(Low Pass Type) 구조로 구성된다.In this case, the matching circuit 10 including the shunt inductor L11 and the series capacitor C11 has a low pass type structure for passing a low frequency.
또한, 본 발명은 단간(Inter-stage) 정합회로(10)를 로우 임피던스(low impedance)가 아닌 하이 임피던스(high impedance)로 옮겨와서 보다 정확하게 모듈상에 구현하기 위하여, 두 개의 람다/4-라인(11)(TL11, TL12)을 이용한다.In addition, the present invention provides two lambda / 4-line to move the inter-stage matching circuit 10 to a high impedance rather than a low impedance to implement more accurately on the module. (11) (TL11, TL12) are used.
상세히 설명하면, 이동통신용 전력증폭기의 단간(Inter-Stage) 정합회로는 10[ohm]보다 작은 A 영역(도 4)에서 만들어진다. 이를 MMIC 칩이 아닌 모듈상에서 구현하기 위해서는 상당히 큰 캐패시터와 상당히 작은 인덕터가 필요하게 된다. 특히, PCS 대역(1.8㎓)의 경우 단간 정합을 위해서 필요한 인덕터는 0.5 nH 근처가 되어 이를 모듈에서 구현하는 것은 거의 불가능하다. 왜냐하면, MMIC 칩에서 패드(Pad)를 만들었다면 이 패드를 모듈로 연결하기 위해서 본딩(Bonding)하게 되는데 이때 본딩 와이어(Bonding Wire)의 인덕턴스만 하더라도 0.5 nH 근처가 되기 때문이다.In detail, the inter-stage matching circuit of the power amplifier for mobile communication is made in the area A (Fig. 4) smaller than 10 [ohm]. Implementing this on a module rather than an MMIC chip requires a fairly large capacitor and a fairly small inductor. In particular, in the PCS band (1.8kHz), the inductor required for inter-stage matching is near 0.5 nH, which is almost impossible to implement in a module. If a pad is made from an MMIC chip, the pad is bonded to connect the module to the module because the inductance of the bonding wire is about 0.5 nH.
즉, 본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해서 람다/4-라인(11)(TL11, TL12)을 이용하여 단간 정합회로를 로우 임피던스 영역인 A 영역에서 구현하는 것보다 상대적으로 하이 임피던스 영역인 B로 옮겨와서 구현하고자 한 것이다.That is, in order to solve this problem, the present invention uses lambda / 4-line 11 (TL11, TL12) as a relatively high impedance region B, rather than implementing the inter-level matching circuit in the region A, which is a low impedance region. It was intended to be moved and implemented.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 이동통신용 다단 전력증폭기의 단간 정합회로의 동작을 도 3 및 도 4를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The operation of the stage matching circuit of the multi-stage power amplifier for mobile communication according to the present invention configured as described above will be described in detail with reference to FIGS. 3 and 4.
먼저, 람다/4-라인(TL11, TL12)은 임피던스 매칭과정에 이용되는 전송선로(Transmission Line)로서, 상기 람다/4-라인(TL11, TL12)의 폭은 임피던스 값으로 찾아지고, 길이는 해당 매칭 주파수의 파장에 대비한 상대 파장 길이로 찾을 수 있다.First, lambda / 4-lines TL11 and TL12 are transmission lines used in an impedance matching process, and the widths of the lambda / 4-lines TL11 and TL12 are found as impedance values, and the length is corresponding to the transmission line. It can be found as the relative wavelength length compared to the wavelength of the matching frequency.
본 발명은, 상기 람다/4-라인(TL11)을 통해 영역 B(High Impedance)로 변환하여 상기 인덕터(L11)와 캐패시터(C11)를 이용하여 정합회로를 구현하고, 다시 람다/4-라인(TL12)을 이용하여 영역 A(Low Impedance)로 되돌리는 방식을 취하고 있다.The present invention converts the region B (High Impedance) through the lambda / 4-line TL11, implements a matching circuit using the inductor L11 and the capacitor C11, and again uses a lambda / 4-line ( TL12) is used to return to the area A (Low Impedance).
상술한 동작을 통해 영역 B에서의 인덕터(L11)와 캐패시터(C11)의 값은 구현하기에 용이한 값으로 변환되어진다.Through the above-described operation, the values of the inductor L11 and the capacitor C11 in the region B are converted into values that are easy to implement.
또한, 상기 람다/4-라인(11)(TL11, TL12)을 사용하기 때문에 칩과 멀리 떨어진 위치에서 상기 인덕터(L11)와 캐패시터(C11)가 만들어져 튜닝이 유리하다.In addition, since the lambda / 4-line 11 (TL11, TL12) is used, the inductor L11 and the capacitor C11 are made at a position far from the chip, and tuning is advantageous.
그리고, 상기 인덕터(L11)와 캐패시터(C11)의 경우 모듈에서 사용 가능한 값이 제한적이다는 점을 감안할 때, 영역 A에 비해서 영역 B에서 사용 가능한 값의 범위가 넓기 때문에 모듈상에서 보다 정확한 튜닝을 할 수 있다.In the inductor L11 and the capacitor C11, since the values available in the module are limited, the range of values available in the area B is wider than that in the area A, so that more accurate tuning can be performed on the module. Can be.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 이동통신용 다단 전력증폭기의 단간 정합회로는 다음과 같은 효과가 있다.The stage matching circuit of the multi-stage power amplifier for mobile communication according to the present invention as described above has the following effects.
첫째, 인덕터와 캐패시터의 값이 모듈 상에 구현하기에 용이한 값으로 변환되어 지기 때문에 더욱 정확한 튜닝을 할 수 있다.First, the inductor and capacitor values are converted to values that are easy to implement on the module, allowing for more accurate tuning.
둘째, 모듈에서 결정된 인덕터와 캐패시터의 값을 MMIC 칩으로 옮겨감으로서 보다 용이하게 최적의 MMIC 칩 구현이 가능하다.Second, by moving the inductor and capacitor values determined in the module to the MMIC chip, an optimal MMIC chip can be easily implemented.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the embodiments, but should be defined by the claims.
Claims (2)
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