KR20050007571A - 전력 증폭기 - Google Patents

Abstract

드라이버 스테이지와 출력 스테이지를 갖는 전력 증폭기에서 출력 전력을 제어하는 방법. 상기 드라이버 전류는 측정되고, 측정된 드라이버 전류에 따라 출력 스테이지가 바이어스된다.

Description

전력 증폭기{POWER AMPLIFIERS}

GSM 형 시스템에서, 송신기의 송신 모드에서의 출력 전력은 전력 증폭기(PA)에 의해 제어된다. 통상, 전력 증폭기는 전력 증폭기에 의해 도출된 전류를 제어함으로써 제어된다. 이 전류는 출력 전력에 비례한다. 대신, 출력 전력에 비례하는 다른 파라메터들은 조정될 수 있다.

전력 증폭기에 공급된 상기 전류를 감지하고 전력 증폭기의 제어 입력으로 피드백 하기 위해 에러 증폭기에 상기 전류를 재 공급하는 것에 의하여, 전력 증폭기의 바이어싱은 상기 전력 증폭기의 출력을 조정하기 위하여 변경될 수 있다. 통상 필터는 시스템내로 들어온 잡음의 양을 제어하기 위하여 피드백 루프에서 이용될 것이다.

그러나, 보통 전력 증폭기의 트랜스퍼 함수(transfer function), 또는 전력 증폭기의 이득(제어 신호 대 전류 소비량 또는 출력 전력)은 일정하지 않다. 안테나에서 부정합이 발생 할 때, 전력 증폭기상의 부하는 변경된다. 이것은 또한 출력 전력 에러가 소정의 전압 정재파비(VSWR) 레벨에 비해 더 커진다는 것을 의미한다. 상기 언급된 것처럼, 보통 전력 증폭기에 공급된 DC 전류는 조정되지만, 이것은 파워 아웃(power out)과 DC 전류사이의 관계가 PA의 출력에서의 부하가 일정하다고 인식되어야 한다는것을 의미한다. 안테나의 부하가 변함에 따라, PA로부터의 출력 전력은 높은 전압 정재파비(VSWR)에서 위상의 다름에 따라 다르게 변한다. 예를 들어, 전압 정재파비(VSWR) 8:1에서, 위상에 다름에 따라 출력 전력은 전력 출력을 제한하는 다른 제한이 없다면 +/- 9dB많큼 변할 수 있다. 이것은 식 P= I²R_L/2으로 도시될 수 있는데, 실제로 R_L은 전압 정재파비(VSWR) 8:1에서 6.250ohms에서 400ohms으로 변한다. 따라서, 더 양호한 제어가 요구된다면, 출력 전력 또는 반영된 전력에 대한 정보가 전력 증폭기에 공급되는 총 DC 전력 대신에 이용되어야 한다.

본 발명은 전력 증폭기에 대한 것이다.

도 1은 본 발명을 구체화하는 전력 증폭기 회로를 도시하는 블록도; 및

도 2는 도 1의 회로로부터 도시되는 전류 및 출력 신호

그러므로 다양한 부하를 갖는 출력 전력의 개선된 제어를 얻는 것이 바람직하다. 특히, 이것은 전압 정재파비(VSWR)에 있어서 1:1 에서 5:1 밴드로 변할 수 있는 매우 좁은 밴드 안테나를 갖는 경우이다.

본 발명에 따라, 전력 증폭기로부터 출력 전력을 제어하는 방법이 제공되는데, 상기 방법은 전력 증폭기의 드라이버 스테이지에 공급된 DC 전류를 측정하고 상기 DC 드라이버 전류의 측정에 따라 전력 증폭기의 출력 스테이지 및 상기 드라이버 스테이지로 바이어스 제어 신호를 제공하는 것을 포함한다.

본 명세서에서 "포함하다" 또는 "포함하는" 이라는 용어가 현재 언급된 특징, 통합, 단계 또는 성분을 특정하기 위해 사용될 때, 이것이 다른 특징, 통합,단계, 성분 또는 그들의 조합을 배제하는 것이 아니라는 것이 강조되어진다.

도 1은 본 발명을 구체화하는 전력 증폭기 회로를 도시하는 블록도이다. 상기 회로는 드라이버 스테이지(12)와 RF 정합 스테이지(16)를 경유하여 전력 증폭기의 출력 스테이지(10)에 연결되는 RF 입력(2)을 포함한다. 상기 PA 출력 스테이지(10)의 출력은 RF 부하(14)(보통 안테나)에 연결된다. 본 발명의 실시예에서, DC 전류 검출기(20)는 상기 드라이버 스테이지(12)와 상기 출력 스테이지(10) 모두에 공급되는 DC 전류를 검출하는데 소용된다. 상기 전류 검출기(20)는 배터리(21)에 의해 공급된다. 상기 DC 전류 검출기(20)는 레귤레이터(22)에 공급하기 위해 I_driver+ K*I_output과 동등한 출력 신호를 산출한다. K에 대한 값의 선택은 이하에서 논의된다. 상기 레귤레이터(22)는 기준 전류 입력(24)을 수신하여, 바이어스 제어 신호 장치(26)에 공급하기 위한 신호를 산출하기 위해 기준 전류 입력(24)과 DC 전류 검출기(20)의 출력을 결합한다. 상기 바이어스 제어 신호 장치(26)는 드라이버 스테이지(12)와 출력 스테이지(10)에 바이어스 신호를 제공한다. 이런 바이어스 신호(28과 30 각각)는 드라이버 스테이지(12)와 출력 스테이지(10) 각각에서 입력을 바이어스하는데 소용된다.

상기 드라이버 스테이지(12)의 출력은 RF 정합 회로(16)를 지나 상기 출력 스테이지(10)의 입력에 연결된다. 상기 정합 회로는 상기 출력 스테이지 입력의 낮은 임피던스가 상기 드라이버 스테이지의 출력에서의 보다 더 높은 부하 임피던스와 일치하게 한다. 이상적으로 정합 회로는 제로 단계 위상 시프트, 또는 출력 스테이지의 출력에서의 높은 저항 부하가 드라이버 스테이지 출력에서의 낮은 저항 부하로 이동하는 그러한 위상 시프트를 갖도록 선택된다.

통상, 출력 트랜지스터는 반전하는 요소가 있고, 스윙하는 더 낮은 전류(더 높은 저항 부하에서)는 이미터 인덕턴스로부터 오는 입력에 더 낮은 인-패이스(in-phase) 피드백 전압을 준다. 상기 출력에서 스윙하는 더 높은 전압은 출력 스테이지의 베이스와 이미터 사이의 캐패시턴스를 통해 임피던스를 낮춘다. 모든 피드백 경로는 동일 방향으로 동작하여, 높은 저항 부하를, 입력에서 낮은 저항 부하로 변경시키고, 역도 또한 같다.

상기 출력 트랜지스터의 입력과 상기 드라이버 스테이지의 출력 사이의 정합 네트워크가 제로 단계 위상 시프트에서 달성된다면, 상기 출력 트랜지스터에서의 높은 저항 부하는 상기 드라이버 스테이지에서의 낮은 저항 부하로 변경된다. 이것은 출력 스테이지에서의 높은 저항 부하로 인해, 이것들의 합이 일정하게 유지되면, 상기 드라이버는 증가된 DC 전류를, 상기 출력 스테이지는 감소된 DC 전류를 갖는 것을 의미한다. 그러면 상기 출력 전력은 상기 드라이버내에서 전압 제한, 즉 스윙 또는 전류 밀도가 소비되는 최대 전류를 제한할 때까지 또는 총 DC 전류가 작은 전압 정재파비(VSWR)들에 이르기까지 증가될 수 있다. 이 상황은 높은 전압 정재파비(VSWR)에서, 상기 출력 스테이지에서의 이득이 네가티브(negative)가 될 수 있기 때문에 매우 역동적으로 될 수 있다.

따라서, 본 발명에 실시예에서, 상기 드라이버 스테이지 전류는 기술된 것처럼, 상기 출력 스테이지와 상기 드라이버 스테이지를 (바이어스)조정하기 위해 이용된다.

도 2는 부하가 변할 때, 상기 드라이버 전류가 총 전류보다 출력 전력을 제어하기에 더 양호한 변수가 될 수 있다는 것을 도시한다. 도 2a는 상기 드라이버 스테이지 및 출력 스테이지 전류를 도시하는 반면 도 2b는 출력 전력 변동을 도시한다.

이상적으로, 상기 드라이버 스테이지와 상기 출력 스테이지 모두는 포화된 모드(saturated mode)에서 움직일 것이다.

I_driver+K*I_output을 출력하는 DC 전류 검출기는 출력 스테이지의 출력 전력이 이상적으로 일직선의 라인이 되도록 하는 K를 선택할 것이다. 통상 K는 증폭기의 출력 스테이지의 이득 및 다양한 다른 스테이지에서의 효율성과 같은 많은 요인에 따라 선택될 것이다.

Claims (8)

1. 전력 증폭기에 있어서,

   RF 입력 신호를 수신하기 위한 입력과 드라이버 신호를 공급하기 위한 출력을 갖는 드라이버 스테이지;

   드라이버 신호를 수신하기 위한 입력과 RF 출력 신호를 공급하기 위한 출력을 갖는 출력 스테이지; 및

   드라이버 스테이지에 공급되는 전기 전류를 측정하여, 이로부터 측정된 드라이버 전류 값을 산출하고, 상기 측정된 드라이버 전류 값에 따라 상기 출력 스테이지로 바이어스 신호를 공급하도록 작동하는 바이어스 제어 장치를 포함하는 전력 증폭기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 드라이버 스테이지의 출력 및 상기 출력 스테이지의 입력 사이에 연결되는 RF 정합 스테이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 바이어스 제어 장치는 출력 스테이지에 공급되는 전류를 측정하여, 이로부터 측정된 출력 전류 값을 산출하고, 측정된 드라이버 전류 값과 측정된 출력 전류 값에 따라 상기 출력 스테이지로 바이어스 신호를 공급하도록 작동하는 것을특징으로 하는 전력 증폭기.
4. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 바이어스 제어 장치는 또한 상기 측정된 드라이버 전류 값에 따라 상기 드라이버 스테이지로 바이어스 신호를 공급하도록 작동하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 바이어스 제어 장치는 상기 측정된 드라이버 전류 값과 상기 측정된 출력 전류 값에 따라, 상기 드라이버 스테이지로 바이어스 신호를 공급하도록 작동하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 RF 정합 스테이지는 상기 드라이버 스테이지의 출력과 상기 출력 스테이지의 입력 사이에 실질적으로 0°의 위상 시프트를 산출하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 RF 정합 스테이지는 상기 출력 스테이지의 출력에서의 높은 저항 부하가 상기 드라이버 스테이지 출력에서의 낮은 저항 부하로 이동하는 그러한 위상 시프트를 산출하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
8. 라디오 주파수 입력을 수신하기 위한 드라이버 스테이지, 라디오 주파수 출력 신호를 인가하기 위한 출력 스테이지를 갖는 전력 증폭기의 출력 전력을 제어하는 방법으로서,

   상기 측정된 드라이버 전류에 따라 드라이버 전류를 측정하고 출력 스테이지를 바이어싱 하는 것을 포함하는 방법.