KR20040078321A - Method and apparatus for controlling power amplifier in a mobile communication system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이동통신 시스템에 관한 것으로, 특히 전력증폭기의 제어 방법 및장치에 관한 것이다.The present invention relates to a mobile communication system, and more particularly, to a method and apparatus for controlling a power amplifier.
이동통신 시스템의 기지국 및 단말기의 전력 증폭기는 고효율 특성을 위해 전력 증폭기의 바이어스 컨트롤(Bias Control)방식을 이용한다. 바이어스 컨트롤 방식은 트랜지스터 내에서 소모되는 전력을 줄이기 위해 트랜지스터의 입력 신호의 포락선(envelope)에 따라 DC 바이어스를 조정하는 방식이다.The power amplifier of the base station and the terminal of the mobile communication system uses a bias control method of the power amplifier for high efficiency characteristics. The bias control method adjusts the DC bias according to the envelope of the input signal of the transistor to reduce power consumed in the transistor.
도 1은 일반적인 바이어스 컨트롤 방식에 따른 전력증폭장치를 보여주는 도면이다.1 is a view showing a power amplifier according to a general bias control method.
상기 도 1을 참조하면, 바이어스 컨트롤 방식의 증폭 장치는 입력되는 신호의 포락선을 감지하는 포락선 검출기(envelope detector)(101)와, 상기 포락선 검출기(101)의 출력에 따라 DC 출력 전압을 바꾸는 직류-직류 변환기(controllable DC-DC converter)(102)와, 직류 전원공급기(DC power supply)(103)와, 상기 변환기(102)의 출력전압을 바이어스 전압으로 입력받는 고주파 전력증폭기(RF power amplifier)(104)로 구성된다.Referring to FIG. 1, the bias control amplifier device includes an envelope detector 101 that detects an envelope of an input signal, and a direct current DC voltage that changes a DC output voltage according to an output of the envelope detector 101. A controllable DC-DC converter 102, a DC power supply 103, and an RF power amplifier receiving an output voltage of the converter 102 as a bias voltage ( 104).
단말기와 달리, 기지국용 전력증폭기는 수 백 와트(watt)의 전력을 소모하므로, 실제 수백 와트급의 직류-직류 변환기를 제작하여야 한다. 그러나 제작비용과 기술적인 문제로 인해 수백 와트급의 직류-직류 변환기의 제작은 곤란하다. 이러한 문제점을 개선하기 위해 도 2에 도시된 증폭기 제어 장치가 제안되었다.Unlike a terminal, a power amplifier for a base station consumes several hundred watts of power, and therefore, a real hundreds of watts DC-DC converter must be manufactured. However, manufacturing costs and technical problems make it difficult to manufacture hundreds of watts of DC-DC converters. In order to improve this problem, the amplifier control apparatus shown in FIG. 2 has been proposed.
도 2는 개선된 바이어스 컨트롤 방식의 증폭 장치를 보여주는 도면이다. 개선된 바이어스 컨트롤 방식은 하나의 DC 전압을 사용하던 방식과 달리, 두개의 DC 전압을 사용한다.2 is a view showing an improved bias control type amplification device. The improved bias control method uses two DC voltages, unlike one DC voltage.
상기 도 2를 참조하면, 개선된 바이어스 컨트롤 방식은 Vc를 공급하는 제1전원공급기(DC Supply, Vc)(203)와, 변환기 출력전압 Vv를 공급하는 제2전원공급기(DC Supply, Max Vv)(206)와, 전압 결합기(Voltage Combiner)(205)에 의해 제공된다.Referring to FIG. 2, the improved bias control method includes a first power supply (DC Supply, Vc) 203 for supplying Vc and a second power supply (DC Supply, Max Vv) for supplying a converter output voltage Vv. 206 and a voltage combiner 205.
제1전원 공급기(203)는 일정한 직류 출력 전압 Vc를 전력 증폭기로 공급하며, 직류-직류 변환기(202)는 증폭기(204)로 입력되는 신호의 포락선에 따라 출력전압 Vv를 0V ~ Max Vv사이의 전압으로 출력한다. 여기서 Max Vv는 제2전원공급기(206)가 공급하는 전력의 최대값이다.The first power supply 203 supplies a constant DC output voltage Vc to the power amplifier, and the DC-DC converter 202 adjusts the output voltage Vv between 0V and MaxVv according to the envelope of the signal input to the amplifier 204. Output by voltage. Here, Max Vv is the maximum value of the power supplied by the second power supply 206.
도 2에 도시된 전력 증폭 장치의 동작은 다음과 같다. 입력신호의 포락선이 소정 기준값 이하일 경우에 전력증폭기에는 Vc가 공급이 되고, 입력 신호의 포락선이 기준 이상이 될 경우에는 직류-직류 변환기가 동작하여 바이어스 전압 Vp = Vc + Vv 가 전력 증폭기에 공급된다. 여기서 Vc의 공급을 위해서는 기존의 수 백 와트급의 전원공급기가 사용된다. 입력 신호의 포락선에 따라 가변되는 값 Vv를 공급하는 직류-직류 변환기(202)는 수 십 와트급으로 구현이 가능하다.The operation of the power amplification apparatus shown in FIG. 2 is as follows. When the envelope of the input signal is below the predetermined reference value, Vc is supplied to the power amplifier. When the envelope of the input signal is above the reference value, the DC-DC converter operates to supply the bias voltage Vp = Vc + Vv to the power amplifier. . In order to supply Vc, a power source of several hundred watts is used. The DC-DC converter 202 supplying a value Vv that varies according to the envelope of the input signal can be implemented in a class of several tens of watts.
공급전압 Vc, 트랜지스터의 항복현상(break down) 전압 Vb, 변환기 출력전압 Vv, 바이어스 전압 Vp, 입력신호의 포락선간의 관계는 도 3에 도시된 바와 같다.The relationship between the supply voltage Vc, the breakdown voltage Vb of the transistor, the converter output voltage Vv, the bias voltage Vp, and the envelope of the input signal is shown in FIG.
도 2에 도시된 전력 증폭 장치에서, 트랜지스터의 항복현상전압을 Vb라 하면, 트랜지스터의 보호를 위해 Vv의 최대치는 Max Vv = Vb - Vc가 되어야 한다. 즉 Vb값에 따라서 Vv의 최대치가 결정이 된다. 그러나 기지국에서는 정전으로 인한 보조 전원 사용, 단말의 경우 전원의 방전등으로 인한 공급전압 Vc의 변동이 발생 하게 된다. 따라서 Vv의 최대치가 Vv = Vb - Vc로 고정될 경우, Vc가 △Vc 만큼 올라갈때, 전력 증폭기에 공급되는 전압 Vp = Vc + △Vc + Vv > Vb 가 되어 트랜지스터의 특성 열화 및 파괴를 일으킬 수 있다. 또한 Vc가 △Vc만큼 떨어질 경우 전력증폭기에 공급되는 바이어스 전압 Vp = Vc - △Vc + Vv < Vb가 되어 전력 증폭기로 입력되는 신호가 왜곡(distortion)되어 스퓨리어스(spurious) 특성이 열화된다.In the power amplifier shown in Fig. 2, when the breakdown voltage of the transistor is Vb, the maximum value of Vv should be Max Vv = Vb-Vc for the protection of the transistor. That is, the maximum value of Vv is determined according to the value of Vb. However, in the base station, a change in the supply voltage Vc occurs due to the use of an auxiliary power supply due to a power failure, and in the case of a terminal, the discharge of the power supply. Therefore, when the maximum value of Vv is fixed to Vv = Vb-Vc, when Vc rises by ΔVc, the voltage supplied to the power amplifier Vp = Vc + ΔVc + Vv> Vb, which can cause deterioration and destruction of the characteristics of the transistor. have. In addition, when Vc falls by ΔVc, the bias voltage Vp = Vc-ΔVc + Vv <Vb supplied to the power amplifier becomes distorted, resulting in deterioration of spurious characteristics.
따라서 본 발명의 목적은 공급전압의 변동에도 전력 증폭기의 특성이 유지되는 장치 및 방법을 제공함에 있다.It is therefore an object of the present invention to provide an apparatus and method in which the characteristics of a power amplifier are maintained even with fluctuations in supply voltage.
본 발명의 다른 목적은 공급전압의 변동 시에도 트랜지스터의 보호가 가능한 전력 증폭 장치 및 방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a power amplification apparatus and method capable of protecting a transistor even when a supply voltage changes.
이러한 목적들을 달성하기 위한 본 발명은The present invention to achieve these objects
이동통신 시스템의 전력증폭기 제어장치에 있어서,In the power amplifier control device of a mobile communication system,
입력되는 고주파 신호의 포락선에 따라 가변적인 직류전압을 출력하는 변환기와, 전원공급기 출력전압의 변동에 따라 상기 변환기의 최대 출력전압을 제어하는 공급전압 변동보상부와, 상기 변환기 출력전압과 상기 전원공급기의 출력전압의 합을 전력증폭기의 바이어스 전압으로 제공하는 결합기를 포함한다.A converter for outputting a variable DC voltage according to an envelope of an input high frequency signal, a supply voltage variation compensator for controlling a maximum output voltage of the converter according to a change in a power supply output voltage, the converter output voltage and the power supply And a coupler for providing the sum of the output voltages of the power amplifiers to the bias voltage of the power amplifier.
또한 본 발명의 실시예에서, 상기 공급전압 변동보상부는 상기 전원공급기 출력전압의 변동을 검출하는 전압검출기와, 상기 전압검출기 출력에 따라 상기 변환기의 최대 출력전압을 제어하는 제어부를 포함한다.In addition, in the embodiment of the present invention, the supply voltage variation compensation unit includes a voltage detector for detecting a change in the output voltage of the power supply, and a control unit for controlling the maximum output voltage of the converter in accordance with the voltage detector output.
또한 본 발명의 다른 실시예에서, 상기 공급전압 변동보상부는 상기 전원공급기 출력전압이 상승하면, 상기 상승레벨 만큼 상기 변환기 출력전압을 감소시킨다.In another embodiment of the present invention, when the supply voltage fluctuation compensating unit increases, the converter output voltage decreases by the rising level.
또한 본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 공급전압 변동보상부는 상기 전원공급기 출력전압이 강하되면, 상기 강하레벨 만큼 상기 변환기 출력전압을 증가시킨다.In another embodiment of the present invention, the supply voltage fluctuation compensating unit increases the converter output voltage by the drop level when the power supply output voltage drops.
도 1은 일반적인 바이어스 컨트롤 방식에 따른 전력증폭장치를 보여주는 도면,1 is a view showing a power amplifier according to a general bias control method,
도 2는 개선된 바이어스 컨트롤 방식의 증폭 장치를 보여주는 도면,2 is a view showing an improved bias control type amplification device;
도 3은 도 2에 도시된 장치에서의 전압관계를 보여주는 도면,3 is a view showing a voltage relationship in the apparatus shown in FIG.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전력증폭 장치를 보여주는 도면,4 is a view showing a power amplifier according to an embodiment of the present invention;
도 5는 본 발명의 원리에 따른 전력 증폭기 제어 과정을 보여주는 흐름도,5 is a flowchart showing a power amplifier control process according to the principles of the present invention;
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 전력 증폭기 제어 과정을 보여주는 흐름도,6 is a flowchart illustrating a power amplifier control process according to an embodiment of the present invention;
도 7은 도 4에 도시된 장치에서의 전압관계를 보여주는 도면,7 is a diagram showing a voltage relationship in the apparatus shown in FIG. 4;
도 8은 도 4에 도시된 장치에서의 전압관계를 보여주는 다른 도면이다.FIG. 8 is another diagram illustrating the voltage relationship in the apparatus shown in FIG. 4.
이하 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 참조번호들 및 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.DETAILED DESCRIPTION A detailed description of preferred embodiments of the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings. It should be noted that reference numerals and like elements among the drawings are denoted by the same reference numerals and symbols as much as possible even though they are shown in different drawings. In the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
본 발명은 이동통신 시스템의 고주파 신호 전력증폭 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a high frequency signal power amplifying apparatus and method for a mobile communication system.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전력증폭 장치를 보여주는 도면이다.4 is a view showing a power amplifier according to an embodiment of the present invention.
상기 도 4를 참조하면, 포락선검출기(410)는 입력되는 고주파 신호의 포락선을 검출한다. 직류-직류 변환기(420)는 전원공급기(460)으로부터 공급되는 전압을 상기 포락선검출기(410)에 의해 검출되는 입력 신호의 포락선에 따라 가변적인 직류전압 Vv로 출력한다. 공급전압 변동보상부(470)는 전원공급기(450) 출력전압 Vc의 변동에 따라 상기 변환기(420)의 최대 출력전압 Max Vv를 제어한다. 결합기(Voltage Combiner)(430)는 상기 변환기(420) 출력전압 Vv와 상기 전원공급기(450)의 출력전압 Vc의 합을 전력증폭기(440)의 바이어스 전압으로 제공한다.Referring to FIG. 4, the envelope detector 410 detects an envelope of an input high frequency signal. The DC-DC converter 420 outputs the voltage supplied from the power supply 460 as a variable DC voltage Vv according to the envelope of the input signal detected by the envelope detector 410. The supply voltage variation compensator 470 controls the maximum output voltage Max Vv of the converter 420 according to the variation of the output voltage Vc of the power supply 450. A voltage combiner 430 provides a sum of the output voltage Vv of the converter 420 and the output voltage Vc of the power supply 450 as a bias voltage of the power amplifier 440.
상기 공급전압 변동 보상부(470)는 상기 전원공급기(450) 출력전압 Vc의 변동을 검출하는 전압검출기(Vc Detector)(473)와 상기 전압검출기(473) 출력에 따라 상기 변환기(420)의 최대 출력전압을 제어하는 제어부(Max Vv Controller)(471)를 구비한다.The supply voltage fluctuation compensator 470 may determine the maximum of the converter 420 according to the output of the voltage detector 473 and the voltage detector 473 for detecting the fluctuation of the output voltage Vc of the power supply 450. A control unit (Max Vv Controller) 471 for controlling the output voltage is provided.
도 5는 본 발명의 원리에 따른 전력 증폭기 제어 과정을 보여주는 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating a power amplifier control process according to the principles of the present invention.
상기 도 5에 도시된 과정은 상기 도 4에 도시된 예와 같은, 입력되는 고주파 신호의 포락선을 검출하는 포락선 검출기(410)와, 미리 설정된 일정 전압을 공급하는 제1전원공급기(450)와, 상기 제1전원공급기와 다른 제2전원공급기(460)로부터 전원을 공급받고 상기 포락선 검출기 출력에 따라 상기 제2전원공급기 출력을 변경하는 변환기(420)를 가지는 이동통신 시스템의 전력증폭 장치에서, 바이어스 전압의 제어 방법을 보여준다.The process illustrated in FIG. 5 includes an envelope detector 410 for detecting an envelope of an input high frequency signal, a first power supply 450 for supplying a predetermined voltage, and the like shown in FIG. 4. In the power amplification device of the mobile communication system having a converter 420 is supplied from a second power supply 460 other than the first power supply and changes the second power supply output in accordance with the envelope detector output, bias Show how to control the voltage.
상기 도 5를 참조하면, 510단계에서 상기 공급전압변동보상부(470)은 상기 제1전원공급기의 공급전압 변동을 검출한다. 상기 공급전압 변동이 검출되면, 530단계에서, 상기 공급전압 변동보상부(470)는 상기 검출된 변동량에 따라 상기 변환기의 최대 출력전압을 제어한다.Referring to FIG. 5, in step 510, the supply voltage variation compensator 470 detects a supply voltage variation of the first power supply. When the supply voltage variation is detected, in step 530, the supply voltage variation compensator 470 controls the maximum output voltage of the converter according to the detected variation amount.
이후, 상기 결합기(430)는 상기 변환기 출력전압과 상기 전원공급기의 변동된 출력전압의 합을 전력증폭기의 바이어스 전압으로 제공한다.The combiner 430 then provides the sum of the converter output voltage and the varied output voltage of the power supply as the bias voltage of the power amplifier.
이하 본 발명의 실시예에 따라 전력 증폭기 제어 과정을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, a power amplifier control process according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 전력 증폭기 제어 과정을 보여주는 흐름도이다.6 is a flowchart illustrating a power amplifier control process according to an embodiment of the present invention.
600단계에서, 공급전압 Vc가 정전 또는 정류기 문제로 인해 Vc'로 변동되고, 최대 포락선을 갖는 신호가 입력될 경우 상기 전압검출기(473)은 공급전압의 변화량을 감지한다.In operation 600, when the supply voltage Vc is changed to Vc ′ due to a power failure or a rectifier problem, and the signal having the maximum envelope is input, the voltage detector 473 detects the amount of change in the supply voltage.
610단계에서, 상기 제어부(471)는 공급전압의 변동이 전압강하 -△Vc 인지, 전압상승 +△Vc인지를 판단한다.In step 610, the controller 471 determines whether the change in the supply voltage is a voltage drop -ΔVc or a voltage rise + ΔVc.
공급전압의 전압강하가 발생한 경우, 620단계에서 상기 제어부(473)는 변환기 최대 출력전압 Max Vv를 Max Vv'= Vb - Vc'= Vb - (Vc - △Vc) = Vb - Vc + △Vc로 조정한다. 630단계에서 상기 결합기(420) 출력전압 Vp는 Vp' = Vc' + Vv' = Vc - △Vc + Vv + △Vc = Vc + Vv가 되고 660단계에서 상기 결합기 출력전압 Vp' = Vc + Vv가 전력증폭기의 바이어스 전압으로 공급된다. 따라서, 공급 전압의 변동에 대해서도 동일한 전력증폭기의 특성이 유지된다.When the voltage drop of the supply voltage occurs, in step 620, the controller 473 changes the converter maximum output voltage Max Vv to Max Vv '= Vb-Vc' = Vb-(Vc-ΔVc) = Vb-Vc + ΔVc. Adjust The output voltage Vp of the combiner 420 becomes Vp '= Vc' + Vv '= Vc-DELTA Vc + Vv + DELTA Vc = Vc + Vv in step 630 and the combiner output voltage Vp' = Vc + Vv in step 660. It is supplied with the bias voltage of the power amplifier. Therefore, the same characteristics of the power amplifier are maintained even with the fluctuation of the supply voltage.
공급전압의 전압상승이 발생한 경우, 640단계에서 상기 제어부(473)는 변환기 최대 출력전압 Max Vv를 Max Vv'= Vb - Vc'= Vb - (Vc + △Vc) = Vb - Vc - △Vc = Vv - △Vc로 조정한다. 650단계에서 상기 결합기(420) 출력전압 Vp는 Vp' =Vc' + Vv' = Vc + △Vc + Vv - △Vc = Vc + Vv가 되고 660단계에서 상기 결합기 출력전압 Vp' = Vc + Vv가 전력증폭기의 바이어스 전압으로 공급된다. 따라서, 바이어스 전압 Vp가 항복현상 전압 Vb보다 커지는 현상을 사전에 예방하여 트랜지스터를 보호할 수 있다.When the voltage rise of the supply voltage occurs, in step 640, the controller 473 sets the converter maximum output voltage Max Vv to Max Vv '= Vb-Vc' = Vb-(Vc + ΔVc) = Vb-Vc-ΔVc = Adjust to Vv-ΔVc. In step 650, the output voltage Vp of the combiner 420 becomes Vp '= Vc' + Vv '= Vc + DELTA Vc + Vv-DELTA Vc = Vc + Vv and in step 660, the combiner output voltage Vp' = Vc + Vv is It is supplied with the bias voltage of the power amplifier. Therefore, the transistor can be protected by preventing the bias voltage Vp from becoming larger than the breakdown voltage Vb in advance.
도 7은 공급전압 강하시의 공급전압 Vc, 트랜지스터의 항복현상(break down) 전압 Vb, 변환기 출력전압 Vv, 바이어스 전압 Vp, 입력신호의 포락선간의 관계를 보여주는 도면이다.FIG. 7 is a diagram illustrating a relationship between a supply voltage Vc at a supply voltage drop, a breakdown voltage Vb of a transistor, a converter output voltage Vv, a bias voltage Vp, and an envelope of an input signal.
상기 도 7을 참조하면, 공급전압 Vc의 전압강하가 발생하고, 최대 포락선을 갖는 고주파 신호가 입력될 경우 종래기술에 따른 전력증폭 장치는 Vp = Vc - △Vc + Vv < Vb 가 되어 클리핑(Clipping)이 발생된다. 그러나 본 발명에 따른 전력증폭 장치는 상술한 바와 같이, Vp' = Vv + Vc가 되어 종래 기술의 문제점을 해결하였다.Referring to FIG. 7, when a voltage drop of the supply voltage Vc occurs and a high frequency signal having a maximum envelope is input, the power amplification device according to the prior art is clipped by Vp = Vc−ΔVc + Vv <Vb. ) Is generated. However, as described above, the power amplifier according to the present invention solves the problems of the prior art by Vp '= Vv + Vc.
도 8은 공급전압 상승시의 공급전압 Vc, 트랜지스터의 항복현상(break down) 전압 Vb, 변환기 출력전압 Vv, 바이어스 전압 Vp, 입력신호의 포락선간의 관계를 보여주는 도면이다.FIG. 8 is a diagram illustrating a relationship between a supply voltage Vc when a supply voltage rises, a breakdown voltage Vb of a transistor, a converter output voltage Vv, a bias voltage Vp, and an envelope of an input signal.
상기 도 8을 참조하면, 공급전압 Vc의 전압상승이 발생하고, 최대 포락선을 갖는 고주파 신호가 입력될 경우 종래기술에 따른 전력증폭 장치는 Vp = Vc + △Vc + Vv > Vb 가 되어 트랜지스터의 열화 및 파괴를 야기 시킬 수 있었다. 그러나 본 발명에 따른 전력증폭 장치는 상술한 바와 같이, Vp' = Vv + Vc가 되어 종래 기술의 문제점을 해결하였다.Referring to FIG. 8, when a voltage rise of the supply voltage Vc occurs and a high frequency signal having a maximum envelope is input, the power amplifier according to the prior art deteriorates a transistor by Vp = Vc + ΔVc + Vv> Vb. And destruction. However, as described above, the power amplifier according to the present invention solves the problems of the prior art by Vp '= Vv + Vc.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Meanwhile, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the scope of the following claims, but also by the equivalents of the claims.
상술한 바와 같이 본 발명은 공급전압의 변동에도 전력 증폭기의 특성이 유지되는 이점이 있다. 또한 공급전압의 변동 시에도 트랜지스터의 보호가 가능한 이점이 있다.As described above, the present invention has the advantage that the characteristics of the power amplifier are maintained even when the supply voltage is changed. In addition, there is an advantage that the transistor can be protected even when the supply voltage changes.
Claims (7)
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