KR20050062166A

KR20050062166A - Power amplifier for compensating temperature

Info

Publication number: KR20050062166A
Application number: KR1020030094151A
Authority: KR
Inventors: 최용림
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2003-12-19
Filing date: 2003-12-19
Publication date: 2005-06-23

Abstract

본 발명은 입력되는 신호를 증폭하여 출력하는 전력 증폭기, 상기 전력 증폭기에 신호를 입력하는 입력부, 상기 전력 증폭기와 입력부사이에 접속되며, 온도에 따라 저항값을 변화시키는 온도센서, 상기 전력 증폭기에서 증폭된 신호를 출력하는 출력부로 구성된 것으로서, 온도 변화에 따른 전력 증폭기의 특성 변화를 최소화할 수 있다. The present invention provides a power amplifier for amplifying and outputting an input signal, an input unit for inputting a signal to the power amplifier, a temperature sensor connected between the power amplifier and the input unit and changing a resistance value according to temperature, and amplification in the power amplifier. It is composed of an output unit for outputting the signal, it is possible to minimize the characteristic change of the power amplifier according to the temperature change.

Description

Temperature Compensated Power Amplifiers {Power Amplifier for compensating temperature}

본 발명은 온도가 변하여도 전력 증폭기의 출력 전압 크기가 큰 변동 없이 일정한 크기로 출력될 수 있는 온도 보상형 전력 증폭기에 관한 것이다. The present invention relates to a temperature compensated power amplifier that can be output to a constant size without a large change in the magnitude of the output voltage of the power amplifier even if the temperature changes.

일반적으로 무선 랜(wireless LAN)과 같은 통신 장비에서 전력 증폭기는 무선 이동 통신 단말기 배터리(battery)의 사용 수명을 크게 좌우하는 부품이므로 배터리의 사용 시간을 증가시키기 위해 높은 효율 특성을 요구하고 있다.In general, a power amplifier in a communication equipment such as a wireless LAN is a component that greatly influences the service life of a wireless mobile terminal battery, and thus requires a high efficiency characteristic in order to increase the battery usage time.

하지만, 전력 증폭기의 효율은 출력 전력이 가장 큰 지점에서 효율도 가장 크게 나타나므로, 최대 출력 파워 30dBm에서 출력 전력이 백-오프(back-off)될수록 효율은 낮아지게 된다.However, the efficiency of the power amplifier is also the highest efficiency at the point where the output power is the largest, the efficiency is lower as the output power back-off at the maximum output power 30dBm.

따라서 전력증폭기의 출력 전력은 -15dBm ~ 15dBm 사이에서 확률적으로 가장 많이 사용되므로, 효율이 우수한 영역의 전압 크기 대역을 안정적으로 출력 시키는 것이 중요하다.Therefore, the output power of the power amplifier is used most likely between -15dBm and 15dBm, so it is important to stably output the voltage magnitude band in the efficient area.

이에 따라, 출력 전력이 작은 영역에서는 전력 증폭기가 낮은 동작점 전류로 동작하다가, 출력 전력이 커짐에 따라서 자동적으로 보다 높은 동작점 전류로 동작하게 되는 회로를 이용해 동작시킴으로써, 전체적으로 효율을 크게 증가시켜 주고, 높은 출력 전력에서는 선형성을 향상시키는 방식으로 전력 증폭기를 사용한다.As a result, the power amplifier operates at a low operating point current in a region where the output power is small, and operates with a circuit that automatically operates at a higher operating point current as the output power increases, thereby greatly increasing the overall efficiency. At high output powers, power amplifiers are used to improve linearity.

또한, 상기 전력 증폭기의 출력 전압을 일정하게 조절하기 위해서 CDMA 또는 PCS 폰에서는 MSM이라는 기저 대역 프로세서를 별도로 배치하여 전력 증폭기의 출력을 조절하고 있다.In addition, in order to constantly adjust the output voltage of the power amplifier, a baseband processor called MSM is separately arranged in a CDMA or PCS phone to regulate the output of the power amplifier.

전력증폭기에서 바이어스 전류(동작점 전류)는 전력증폭기의 특성을 결정하는 중요한 요소이다. 통상적으로 전력증폭기는 온도에 따라 바이어스 회로의 전류 변화가 발생하며, 이로 인하여 이득 및 인접 채널 보호 비율(Adjacent Channel Protection Ratio: 이하 ACPR이라 함.)등 전력증폭기의 기본 특성들이 변화한다. 이러한 변화는 저온에서 더욱 심하다. 여기서 상기 ACPR은 단말기의 송신단에서 생성된 원신호가 의사의(spurious) 혹은 잡음 부분(noise floor) 등을 통해서 인접 채널에 얼마나 영향을 주는지를 나타내는 양이다. In a power amplifier, the bias current (operating point current) is an important factor in determining the characteristics of the power amplifier. In general, the power amplifier changes the current of the bias circuit according to the temperature, thereby changing the basic characteristics of the power amplifier such as gain and Adjacent Channel Protection Ratio (ACPR). This change is more severe at low temperatures. In this case, the ACPR is an amount indicating how the original signal generated at the transmitting end of the terminal affects the adjacent channel through a spurious or noise floor.

도 1a 내지 도 1c는 종래 전력증폭기의 등가회로를 나타낸 도면이다. 1A to 1C are diagrams showing equivalent circuits of a conventional power amplifier.

도 1a를 참조하면, 전력증폭기의 바이어스 전압은 종류 및 전체 시스템의 구성에 따라 고정되거나 제어회로(도시하지 않음.)에 의해 변화되어 사용되기도 한다. 그러나 기본적으로 레귤레이터(regulator, 도시하지 않음.) 출력 단자 Vt에 의해 바이어스 단자 Vref로 공급되는 전압이 일정한 전압이라고 할 때, 온도에 따라 바이어스 전류가 변화한다. 여기서 상기 제어회로는 바이어스 전압 Vref 단자에 연결될 수 있다. Referring to FIG. 1A, the bias voltage of the power amplifier may be fixed or changed by a control circuit (not shown) according to the type and configuration of the entire system. Basically, however, when the voltage supplied to the bias terminal Vref by the regulator output terminal Vt is a constant voltage, the bias current changes with temperature. The control circuit may be connected to the bias voltage Vref terminal.

온도에 따라 바이어스 전류가 변화함에도 불구하고, 종래의 전력증폭기는 온도 보상이 없는 제어회로를 사용함으로써 다음과 같은 문제를 갖고 있었다. Although the bias current changes with temperature, the conventional power amplifier has the following problems by using a control circuit without temperature compensation.

첫째, 온도에 따라 이득이나 ACPR 특성이 변한다. 이는 전력증폭기의 바이어스회로(도 1을 참조하면, 단자 Vref를 통해 외부에서 전압이 제공됨.)에 동일한 바이어스 전압을 공급해도 상기 바이어스회로의 전류(동작점 전류)가 온도에 따라 변하기 때문이다.First, gain or ACPR characteristics change with temperature. This is because the current (operating point current) of the bias circuit changes with temperature even when the same bias voltage is supplied to the bias circuit of the power amplifier (refer to FIG. 1, the voltage is provided externally through the terminal Vref).

둘째, 바이어스 전류는 고온에서 상승하며, 이로 인해 고온에서는 최대 전력일 때 전력증폭기의 이득(Pout)이 감소하고 최저 전력일때는 증가한다(후술하는 도 5a 참조). 반대로, 저온에서는 전류가 감소하며, 이로 인해 최대 전력일 때 이득이 증가하고 최소 전력일 때 감소한다. 상기 바이어스 전류는 전력증폭기 이득을 낮게 사용하거나 입력이 적을 때 변화량이 크다.Secondly, the bias current rises at high temperatures, whereby at a high temperature the gain Pout of the power amplifier decreases at full power and increases at the lowest power (see FIG. 5A, described below). Conversely, at low temperatures, the current decreases, which increases gain at full power and decreases at minimum power. The bias current varies greatly when the power amplifier gain is low or the input is small.

셋째, 저온에서 낮은 이득이나 입력을 사용하는 경우 전력증폭기에 따라 이득 감소가 심해지는 것이 있다. 특히, 단계적인(step) 이득을 사용하는 전력증폭기의 경우에는 이득이 낮아지면 구동이 중지되기도(shut down) 한다.Third, when a low gain or input is used at a low temperature, the gain decreases depending on the power amplifier. In particular, power amplifiers that use step gain may shut down when the gain decreases.

넷째, 온도 보상을 위해 소프트웨어를 이용하므로 온도에 따른 이득 변화가 심한 경우에는 보상에 한계가 있고 정확도도 떨어진다. Fourth, since the software is used for temperature compensation, the compensation is limited and the accuracy is poor when the gain change with temperature is severe.

도 1b를 참조하면, 고정된 이득을 갖는 전력증폭기를 나타낸 것이다. 고정된 이득을 갖는 전력증폭기는 바이어스 전압 Vref로 하나의 고정된 전압을 사용하거나 2.6V ~ 3.2V 정도로 변경하여 사용한다. 1B, a power amplifier with a fixed gain is shown. Power amplifiers with a fixed gain use a single fixed voltage as the bias voltage, Vref, or change from 2.6V to 3.2V.

도 1c를 참조하면, 단계적인 이득을 갖는 전력증폭기를 나타낸 것이다. Referring to FIG. 1C, a power amplifier having a stepwise gain is shown.

단계적인 이득을 갖는 전력증폭기의 경우에는 바이어스 전압을 고정시킨 상태에서 다른 제어단자에 의해 전력증폭기의 이득에 일정한 단계를 주어 사용하게 된다. 도시된 전력증폭기는 두 개의 제어단자(Vmode1, Vmode2)를 이용하여 3가지 모드, 즉 고(high)전력모드, 중간(medium)전력모드 및 저(low)전력모드로 사용하고 있는 형태이다. In the case of a power amplifier having a gain in stages, the control amplifier is used by giving a predetermined step to the gain of the power amplifier by the other control terminal with the bias voltage fixed. The illustrated power amplifier uses three control terminals (Vmode1, Vmode2) in three modes, that is, high power mode, medium power mode and low power mode.

도 2는 종래의 전력 증폭기의 온도에 따른 출력 전력 특성을 나타낸 도면이다. 2 is a view showing the output power characteristics according to the temperature of the conventional power amplifier.

도 2를 참조하면, 전력 증폭기의 출력 전력을 살펴보면, 온도 변화에 따라 전력 증폭기의 출력의 변화가 심함을 알 수 있다. Referring to Figure 2, looking at the output power of the power amplifier, it can be seen that the change in the output of the power amplifier is severe according to the temperature change.

상기와 같이 종래에는 온도 변화에 따라 전력 증폭기의 출력의 변화가 심한 문제점이 있다. As described above, there is a problem in that the output of the power amplifier is severely changed according to the temperature change.

본 발명의 목적은 온도가 변하여도 전력 증폭기의 출력을 일정하게 유지하게 하는 온도 보상형 전력 증폭기를 제공하는데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a temperature compensated power amplifier that keeps the output of a power amplifier constant even when the temperature changes.

상기 목적들을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따르면, 입력되는 신호를 증폭하여 출력하는 전력 증폭기, 상기 전력 증폭기에 신호를 입력하는 입력부, 상기 전력 증폭기와 입력부사이에 접속되며, 온도에 따라 저항값을 변화시키는 온도센서, 상기 전력 증폭기에서 증폭된 신호를 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 보상형 전력 증폭기가 제공된다. According to an aspect of the present invention to achieve the above objects, a power amplifier for amplifying and outputting an input signal, an input unit for inputting a signal to the power amplifier, connected between the power amplifier and the input unit, the resistance value according to temperature A temperature compensation power amplifier is provided, comprising a temperature sensor for changing the output and an output unit for outputting a signal amplified by the power amplifier.

상기 온도센서는 써미스터로서, 상기 써미스터는 온도가 높아지면 저항값이 감소하고, 온도가 낮아지면 저항값이 증가하는 수동형(NTC형) 써미스터이다. The temperature sensor is a thermistor. The thermistor is a passive (NTC type) thermistor whose resistance value decreases as the temperature increases, and when the temperature decreases, the resistance value increases.

또한, 상기 써미스터는 온도가 높아지면 저항값이 증가하고, 온도가 낮아지면 저항값이 감소하는 능동형(PTC형) 써미스터이다. In addition, the thermistor is an active (PTC type) thermistor whose resistance value increases as the temperature increases, and when the temperature decreases, the resistance value decreases.

이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 자세히 설명하도록 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 온도 보상형 전력 증폭기를 나타낸 도면이다.3A and 3B illustrate a temperature compensation power amplifier according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 온도 보상형 전력 증폭기는 전력 증폭기에 전력을 입력하기 위한 입력부(300), 온도에 따라 저항값을 변화시키는 온도센서(310), 입력되는 신호를 증폭하는 전력 증폭기(320), 상기 전력 증폭기(320)에서 증폭된 신호를 출력하는 출력부(330)를 포함한다.3A and 3B, the temperature compensation power amplifier includes an input unit 300 for inputting power to a power amplifier, a temperature sensor 310 for changing a resistance value according to temperature, and a power amplifier for amplifying an input signal. 320, an output unit 330 for outputting the signal amplified by the power amplifier 320.

상기 온도 센서(310)는 온도를 감지하여 온도에 따라 저항값을 변화시켜 상기 전력 증폭기의 출력이 온도의 영향을 받지 않도록 하는 것으로서, 써미스터를 이용한 온도센서이다. 상기 써미스터는 NTC형 써미스터 또는 PTC형 써미스터일수 있다. The temperature sensor 310 is a temperature sensor using a thermistor as sensing the temperature to change the resistance value according to the temperature so that the output of the power amplifier is not affected by the temperature. The thermistor may be an NTC type thermistor or a PTC type thermistor.

상기 써미스터가 NTC형인 경우에는 저온으로 갈수록 높은 저항값을 갖고 고온으로 갈수록 낮은 저항값을 갖는다. When the thermistor is an NTC type, it has a high resistance value at low temperatures and a low resistance value at high temperatures.

즉, NTC형 써미스터는 온도가 상승하는 경우에는 바이어스 전압이 낮아져 바이어스 전류를 적게 흐르도록 하고, 온도가 낮아지는 경우에는 바이어스 전압을 상승시켜 전력 증폭기의 바이어스 전류가 많이 흐르게 해줌으로서 상온과 비슷한 특성을 유지할 수 있도록 한다. In other words, NTC type thermistor has similar characteristics to room temperature by increasing the bias voltage when the temperature rises, so that the bias current flows less, and when the temperature decreases, the bias voltage increases. To maintain.

다시 말해서 온도가 상승하면 써미스터 저항이 감소하고, 상기 저항값의 감소에 의하여 상기 전력 증폭기의 입력이 증가하여 상기 전력 증폭기의 출력이 증가한다. 또한, 온도가 하강하면, 써미스터 저항이 증가하고, 상기 저항값의 증가에 의하여 상기 전력 증폭기의 입력이 감소하여 상기 전력 증폭기의 출력이 감소한다. In other words, when the temperature rises, the thermistor resistance decreases, and as the resistance value decreases, the input of the power amplifier increases and the output of the power amplifier increases. In addition, when the temperature decreases, the thermistor resistance increases, and the input of the power amplifier decreases due to the increase in the resistance value, so that the output of the power amplifier decreases.

상기 써미스터가 PTC형인 경우에는 저온으로 갈수록 낮은 저항값을 갖고 고온으로 갈수록 높은 저항값을 갖는다. 즉, 상기 PTC형 써미스터는 온도가 상승하는 경우에는 바이어스 전압을 상승시켜 바이어스 전류를 많이 흐르도록 하고, 온도가 낮아지는 경우에는 바이어스 전압이 낮아져 바이어스 전류를 적게 흐르게 함으로써 상온과 비슷한 특성을 유지할 수 있도록 한다.When the thermistor is a PTC type, it has a low resistance value at low temperatures and a high resistance value at high temperatures. That is, the PTC type thermistor increases the bias voltage when the temperature rises, so that the bias current flows a lot, and when the temperature decreases, the bias voltage decreases so that the bias current flows to maintain similar characteristics to room temperature. do.

따라서, 상기와 같이 온도 센서(310)를 이용하면, 온도 변화에 따른 전력 증폭기(320)의 특성 변화를 최소화하여 도 4와 같은 전력 특성이 나타난다. Therefore, when the temperature sensor 310 is used as described above, the power characteristic as shown in FIG. 4 is exhibited by minimizing the characteristic change of the power amplifier 320 according to the temperature change.

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전력 증폭기의 온도에 따른 출력 전력 특성을 나타낸 도면이다. 4 is a view showing the output power characteristics according to the temperature of the power amplifier according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 온도가 변하여도 전력 증폭기의 출력은 거의 일정함을 알수 있다. Referring to FIG. 4, it can be seen that the output of the power amplifier is almost constant even when the temperature changes.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 물론이다.The present invention is not limited to the above embodiments, and many variations are possible by those skilled in the art within the spirit of the present invention.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 온동 보상 회로를 이용함으로써 온도 변화에 따른 전력 증폭기의 특성 변화를 최소화할 수 있는 온도 보상형 전력 증폭기를 제공할 수 있다. As described above, according to the present invention, it is possible to provide a temperature compensated power amplifier capable of minimizing the characteristic change of the power amplifier due to temperature change by using a warm compensation circuit.

또한, 본 발명에 따르면, 전력 증폭기의 이득을 작게 사용하는 경우의 특성을 잘 활용함으로써 통화 전류를 보다 적게 사용하는 회로를 구현할 수 있는 온도 보상형 전력 증폭기를 제공할 수 있다. In addition, according to the present invention, it is possible to provide a temperature-compensated power amplifier that can implement a circuit using less talk current by making good use of the characteristics of using a small gain of the power amplifier.

도 1a 내지 도 1c는 종래 전력증폭기의 등가회로를 나타낸 도면. 1A to 1C show an equivalent circuit of a conventional power amplifier.

도 2는 종래의 전력 증폭기의 온도에 따른 출력 전력 특성을 나타낸 도면. 2 is a view showing the output power characteristics according to the temperature of the conventional power amplifier.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 온도 보상형 전력 증폭기를 나타낸 도면.3A and 3B illustrate a temperature compensated power amplifier in accordance with one preferred embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전력 증폭기의 온도에 따른 출력 전력 특성을 나타낸 도면. 4 is a view showing the output power characteristics according to the temperature of the power amplifier according to an embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

300 : 입력부 310 : 온도센서300: input unit 310: temperature sensor

320 : 전력 증폭기 330 : 출력부320: power amplifier 330: output unit

Claims

A power amplifier for amplifying and outputting an input signal;

An input unit for inputting a signal to the power amplifier;

A temperature sensor connected between the power amplifier and the input unit and changing a resistance value according to temperature;

Output unit for outputting the signal amplified by the power amplifier

Temperature compensation type power amplifier comprising a.

The method of claim 1,

The temperature sensor is a temperature compensation power amplifier, characterized in that the thermistor.

The method of claim 2,

The thermistor is a temperature-compensated power amplifier, characterized in that the resistance value decreases as the temperature increases, the passive type (NTC type) thermistor increases the resistance value when the temperature decreases.

The method of claim 2,

The thermistor is a temperature-compensated power amplifier, characterized in that the active value (PTC type) thermistor, the resistance value increases when the temperature increases, the resistance value decreases when the temperature decreases.