KR20050032681A - 자동 전력 제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 자동 전력 제어 장치는, 전력증폭기의 DC 바이어스 부근에 연결되며 상기 DC 바이어스 부근에 흐르는 RF 신호를 감지하는 RF 감지 선로와, 상기 RF 감지 선로에 직렬로 연결되며 상기 RF 감지 선로 상으로 흐르는 DC 전원을 차단하는 커패시터와, 상기 RF 감지 선로의 일단에 연결되며 상기 RF 감지 선로를 통하여 유입되는 RF 신호를 DC 전류로 변환하는 검출기와, 베이스 밴드 처리부로부터 인가되는 제어 전압 신호(Vramp)를 전류 신호로 변환하는 V/I 변환기와, 상기 전력 증폭기가 소정의 고전력 RF 신호를 출력하도록 상기 검출기의 출력 전류 및 상기 V/I 변환기의 출력 전류의 차이에 대응하는 제어 전압을 상기 전력 증폭기에 제공하는 적분기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

자동 전력 제어 장치{AUTOMATIC POWER CONTROL}

본 발명은 GSM(Global System for Mobile communication) 이동 통신 단말기의 송신 신호를 소정의 크기로 증폭하는 전력 증폭기(Power Amplifier: 이하 'PA'라 칭함)에 관한 것으로, 특히 상기 전력 증폭기가 일정한 고전력의 RF 신호를 출력하도록 상기 전력 증폭기의 이득을 조절하는 자동 전력 제어 장치(Automatic Power Control: 이하 'APC'라 칭함)에 관한 것이다.

도1은 일반적인 GSM 이동 통신 단말기용 전력 증폭기(PA)의 회로도이다.

일반적으로, 전력증폭기(PA)(110)는 이동 통신 단말기가 기지국으로 송신하는 신호를 필요한 크기로 증폭하는 회로이다. 도1을 참조하면, 전력증폭기(110)의 입력단(111)에는 저전력의 RF 신호가 입력된다. 이와 같은 저전력의 RF 신호는 입력 정합 회로(112)를 경유하여 다단의 트랜지스터(113, 114, 115)에서 원하는 크기의 고전력 RF 신호로 증폭된다. 이후 이와 같이 증폭된 고전력의 RF 신호는 출력 정합 회로(116)를 경유하여 출력단(117)에 연결된 안테나(120)를 통하여 기지국(도시되지 않음)으로 방사된다.

이러한 전력 증폭기(110)는 이동 통신 단말기 사용자간 신호의 간섭이 발생하는 문제 또는 이동 통신 단말기 배터리 용량에 한계가 있는 문제 등으로 인하여 상기 전력 증폭기(110)의 이득(gain)을 상황에 따라 조절하여야 한다. 또한 상기 전력 증폭기(110)는 통신 규정에 따라 특정 범위내에서 운용되어야 한다. 그러나, 상기 전력 증폭기(110) 자체의 비선형성 및 온도에 대한 불안정성 등으로 인하여 그 제어가 용이하지 않다.

따라서 이와 같은 문제를 극복하고 상기 전력 증폭기(110)의 이득 조절을 위하여 추가적으로 자동 전력 제어 장치(APC)가 필요하다.

상기 자동 전력 제어 장치가 상기 전력증폭기의 출력값을 판단하기 위하여 사용되는 방식에는 개루프(open-loop) 방식과 폐루프(closed-loop) 방식이 있다. 개루프 방식이란 전력 증폭기(110)의 바이어스(bias) 부근(118)에 인가되는 전류 신호 또는 전압 신호를 감지한 후, 이를 이용하여 전력 증폭기(110)의 이득을 제어하는 방식이다. 그러나 개루프 방식은 전력 증폭기(110)의 이득 제어를 위하여, 상기 전력 증폭기(110)의 출력을 이용하지 않고서 바이어스 부근(118)의 전류 또는 전압신호를 이용하는 간접적인 방법에 해당한다.

반면에 폐루프 방식이란 송신 안테나(120) 바로 앞에 있는 전력 증폭기 출력단(117)에서 전자파(EM-wave) 세기를 측정한 후, 이를 직접 이용하여 전력 증폭기(110)의 이득을 제어하는 방식이다.

도2는 종래의 폐루프 방식에 따른 자동 전력 제어 장치(APC)의 구성도이다.

도2를 참조하면, 종래의 폐루프 방식에 따른 자동 전력 제어 장치(200)는 전력 증폭기 출력단(117) 부근의 출력을 검출하기 위하여 전자기 결합 현상을 이용한 커플러(coupler)(210)와, 상기 커플러(210)에 인가된 RF 신호를 DC 전류로 변환하는 검출기(detector)(220)와, 베이스 밴드 처리부(도시되지 않음)로부터 인가되는 출력전력 제어신호(Vramp)를 전류 신호로 바꾸는 V/I 변환기(230)와, 상기 검출기(220)의 출력값 및 상기 V/I 변환기(230)의 출력값의 차이에 따른 제어 전압을 상기 전력 증폭기(110)에 제공하는 적분기(integrator)(240)로 구성된다. 여기서 상기 적분기(240)는 에러 증폭기(Error Amp)(241)와 커패시터(C)(242)를 갖고, 입력 전류에 대응하는 제어 전압을 출력한다. 상기 전력 증폭기(110)는 상기 적분기(240)로부터 수신한 제어 전압을 이용하여 원하는 크기의 전력을 출력하도록 이득을 조절한다. 이와 같은 구성에 따라서 상기 전력증폭기(110)에 대한 출력 전력의 조절이 이루어진다.

그러나 종래의 자동 전력 제어 장치(200)는 상기 전력 증폭기(110)의 출력단측 RF 신호의 일부를 커플러(210)로 분기시키고, 이와 같이 분기된 송신 RF 신호의 일부를 제어 신호로 사용함으로써 커플링(coupling)에 따른 손실(Coupling Loss)이 발생한다.

다음의 표1은 커플링 비율에 따른 커플링 손실 및 효율감소비를 나타내고 있다.

커플링 비율(dB)	커플링 손실(dB)	전력효율
6	6.87	0.75
10	1.25	0.90
15	0.46	0.97
20	0.14	0.99

상기 표1에서 커플링 비율(dB)은 상기 전력 증폭기(110)의 출력에서 얼마나 많은 신호를 얻게 되는지의 여부를 나타내는 척도로서 마이너스 커플링 전력을 나타내고, 데시벨(dB) 단위로 산출한 값이다. 그리고 커플링 손실(dB)은 상기 커플러(210)로 분기되는 신호 전력 및 상기 커플러(210)에 따른 손실을 나타내는 척도이며, 역시 데시벨(dB) 단위로 산출한 값이다. 나머지 전력효율은 커플러(210)가 없을 경우, 즉 커플링에 따른 손실이 없을 경우의 전력 증폭기(110)의 효율을 '1'이라고 할 때, 커플링 비율에 따라 상대적으로 나타낸 전력 효율을 의미한다.

상기 표1에 나타난 바와 같이 종래의 자동 전력 제어 장치(200)에 커플러(210)를 사용하는 경우에 커플링 손실이 증가함에 따라 전력 효율이 감소하는 것을 알 수 있다. 즉, 커플러(210)를 사용하는 경우에 이동 단말기의 송신 효율이 감소되는 문제가 있다.

상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은 전력증폭기의 출력 전력에 손실이 발생하지 않으므로 이동단말기의 전송효율을 증가시킴에 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 전력 증폭기의 바이어스 부근에 존재하는 누설 RF 신호를 이용하여 전력증폭기의 이득을 제어하는 자동 전력 제어 장치를 제공함에 있다.

또한 본 발명의 또 다른 목적은 설계가 용이하고 저렴하게 제작할 수 있는 자동 전력 제어 장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동 전력 제어 장치는, 전력증폭기의 DC 바이어스 부근에 연결되며 상기 DC 바이어스 부근에 흐르는 RF 신호를 감지하는 RF 감지 선로와, 상기 RF 감지 선로에 직렬로 연결되며 상기 RF 감지 선로 상으로 흐르는 DC 전원을 차단하는 커패시터와, 상기 RF 감지 선로의 일단에 연결되며 상기 RF 감지 선로를 통하여 유입되는 RF 신호를 DC 전류로 변환하는 검출기와, 베이스 밴드 처리부로부터 인가되는 제어 전압 신호(Vramp)를 전류 신호로 변환하는 V/I 변환기와, 상기 전력 증폭기가 소정의 고전력 RF 신호를 출력하도록 상기 검출기의 출력 전류 및 상기 V/I 변환기의 출력 전류의 차이에 대응하는 제어 전압을 상기 전력 증폭기에 제공하는 적분기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 참조번호 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.

도3은 본 발명의 실시예에 따른 자동 전력 제어기(APC)의 구성도이다.

도3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 자동 전력 제어기(300)는 전력증폭기(110)에 DC 전압을 공급하는 DC 바이어스(Bias)(130) 부근에서 RF 감지 선로(310)와, DC 전압 제거를 위한 커패시터(315)를 갖는다. 또한 상기 자동 전력 제어기(300)는 DC 검출기(detector)(320)와, V/I 변환기(330)와, 적분기(340)를 더 포함한다.

전력증폭기(110)에 DC 전압을 공급하는 DC 바이어스(Bias)(130)는 RF 초크(140)와 상기 전력 증폭기(110)의 출력으로 분리가 된다. 따라서 이상적인 경우에 상기 DC 바이어스(Bias)(130) 부근에서는 RF 신호가 흐르지 않아야 한다. 그러나, 현재 사용되는 전력증폭기(110)에는 상기 DC 바이어스(Bias)(130) 부근으로 소량의 RF 신호가 흐르게 된다. 본 발명은 이와 같이 전력증폭기(110)의 DC 바이어스(Bias)(130) 부근에 흐르는 누설 전력을 이용하여 상기 전력 증폭기(110)의 이득을 조절하게 된다.

따라서 상기 RF 감지 선로(310)는 상기 DC 바이어스(Bias)(130) 부근에 흐르는 누설 전력을 감지하기 위하여, 상기 DC 바이어스(Bias)(130) 부근에 연결된다.

그리고 상기 커패시터(315)는 상기 RF 감지 선로(310)와 병렬로 연결되며, 상기 RF 감지 선로(310) 상으로 DC 전원이 흐르지 않도록 DC 전원을 차단하는 역할을 한다. 이는 본 발명에 따른 자동 전력 제어 장치(300)는 상기 DC 바이어스(Bias)(130) 부근에 흐르는 RF 신호를 이용하여 상기 전력증폭기(110)의 이득을 조절하는 것이므로, 상기 자동 전력 제어 장치(300)에 불필요한 DC 전원이 유입되는 것을 방지하기 위한 요소이다.

상기 검출기(320)는 상기 RF 감지 선로(310)의 일단에 연결되며, 상기 RF 감지 선로(310)를 통하여 유입되는 RF 신호를 DC 전류로 변환한다.

상기 V/I 변환기(330)는 이동 단말기의 베이스 밴드 처리부(도시되지 않음)로부터 인가되는 제어 전압 신호(Vramp)를 전류 신호로 변환한다.

상기 적분기(340)는 상기 검출기(320)의 출력 전류 및 상기 V/I 변환기(330)의 출력 전류의 차이에 따른 제어 전압을 상기 전력 증폭기(110)에 제공한다. 여기서 상기 적분기(230)는 에러 증폭기(Error Amp)(341)와 커패시터(C)(342)를 갖고 입력 전류에 대응하는 제어 전압을 출력한다.

그리고 상기 전력 증폭기(110) 내부의 바이어스 제어부(119)는 상기 적분기(340)로부터 수신한 제어 전압을 이용하여, 상기 전력 증폭기(110)가 소정 크기의 전력을 출력하도록 이득을 조절한다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 자동 전력 제어 장치(300)는 상기 전력증폭기(110)로부터 발생하는 RF 신호를 이용하여 이득을 제어하는 폐루프 방식을 사용하여 상기 전력증폭기(110)의 출력을 조절한다.

도4는 제어 전압 신호(Vramp)에 대한 RF 신호의 전력을 도시한 도표이다.

도4의 도표는 가로축이 이동 통신 단말기의 베이스 밴드 처리부(도시되지 않음)로부터 인가되는 제어 전압 신호(Vramp)를 나타내고, 세로축은 RF 신호의 전력(dBm)을 나타내고 있다. 또한 참조번호 410의 곡선은 전력증폭기(110)의 출력단에서 측정한 출력 전력을 나타낸다. 그리고 참조번호 420의 곡선은 종래 커플러를 이용한 자동 전력 제어 장치(200)에서 커플러(210)에 인가되는 신호의 전력을 나타낸다. 마지막으로 참조번호 430의 곡선은 본 발명의 실시예에 따른 자동 전력 제어 장치(300)에서 DC 바이어스(120) 부근으로 흐르는 RF 신호에 대한 누설전력(430)을 나타낸다.

도4를 참조하면, 상기 전력증폭기(110)의 출력 전력(410)과, 종래 커플러를 이용한 신호 전력(420)과, DC 바이어스의 누설전력(430) 사이에 전력의 크기에 차이가 있으나, 그 제어 전압 신호(Vramp)에 따라 RF 신호에 대한 전력이 일정하게 나타나므로 커플러를 사용하지 않더라도 전력 증폭기(110)의 제어가 가능함을 알 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 자동 전력 제어 장치(300)는 GSM형 휴대폰뿐만 아니라, 시분할 다중 접속(Time Division Multiple Access: 'TDMA') 장치, 코드 분할 다중 접속(Code Division Multiple Access: 'CDMA'), CDMA2000, LAN(Local Area Network), 자동 이득 제어 장치(Automatic Gain Control: 'AGC') 등에 적용될 수 있다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따르면 전력증폭기의 출력 전력에 손실이 발생하지 않으므로 이동단말기의 전송효율이 증가되는 이점이 있다.

또한 본 발명에 따르면, 전력 증폭기의 제어를 위해 커플러 및 복잡한 회로를 구성하지 않고서도, 하나의 RF 감지 선로와 DC 전원 제거용 커패시터만 가지고서 전력증폭기의 이득을 제어할 수 있는 이점이 있다.

또한 본 발명에 따르면, 전력 증폭기에 대한 자동 이득 제어 장치를 저렴한 비용으로 용이하게 구현할 수 있는 이점이 있다.

또한 본 발명에 따르면 이동통신 단말기 등의 통화시간을 연장할 수 있는 이점이 있다.

도1은 일반적인 GSM 이동 통신 단말기용 전력 증폭기(PA)의 회로도,

도2는 종래의 폐루프 방식에 따른 자동 전력 제어 장치(APC)의 구성도,

도3은 본 발명의 실시예에 따른 자동 전력 제어기(APC)의 구성도,

도4는 제어 전압 신호(Vramp)에 대한 RF 신호의 전력을 도시한 도표.

*도면의 주요 부분에 대한 설명*

110: 전력증폭기(PA) 111: 입력단

112: 입력 정합 회로 113 내지 115: 트랜지스터

116: 출력 정합 회로 117: 출력단

118: 바이어스 부근 119: 바이어스 제어부

120: 안테나 200: 종래의 APC

210: 커플러 220: 검출기

230: V/I 변환기 240: 적분기

300: 자동 전력 제어기(APC) 310: RF 감지 선로

315: 커패시터 320:DC 검출기

330: V/I 변환기 340: 적분기

341: 에러 증폭기 342: 커패시터

410: 전력증폭기의 출력 전력 420: 커플러를 이용한 신호 전력

430: DC 바이어스의 누설전력

Claims (1)

1. 이동통신 단말기에서, 베이스 밴드 처리부로부터 수신한 신호를 소정의 전력으로 증폭하는 전력증폭기의 출력을 제어하는 자동 전력 제어 장치에 있어서,

   상기 전력증폭기의 DC 바이어스 부근에 연결되어, RF 신호를 감지하는 RF 감지 선로;

   상기 RF 감지 선로에 직렬로 연결되며, 상기 RF 감지 선로 상으로 흐르는 DC 전원을 차단하는 커패시터;

   상기 RF 감지 선로의 일단에 연결되며, 상기 RF 감지 선로를 통하여 유입되는 RF 신호를 DC 전류로 변환하는 검출기;

   상기 베이스 밴드 처리부로부터 인가되는 제어 전압 신호(Vramp)를 전류 신호로 변환하는 V/I 변환기;

   상기 전력 증폭기가 소정의 고전력 RF 신호를 출력하도록, 상기 검출기의 출력 전류 및 상기 V/I 변환기의 출력 전류의 차이에 대응하는 제어 전압을 상기 전력 증폭기에 제공하는 적분기를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 전력 제어 장치.