KR20050097613A - 전력 증폭기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 출력 전력에 따라 전류가 조절되는 고효율의 전력 증폭기에 관한 것이다.

본 발명은 전력 증폭기에서 고출력 증폭기와 저출력 증폭기를 병렬 연결하여 사용하여 출력 전력에 따라 전력 증폭기의 소모 전류를 아날로그(analog) 형태로 조절하여 전력 증폭기의 소비 전력 효율을 높이는 전력 증폭기를 제공하 소비 전력 효율을 최대로 하므로 현재 많이 사용되는 휴대폰의 전력 소모를 줄여서 밧데리 사용시간을 증가 시키는 효과가 있다.

또한, 출력 전력에 따라 동작 전류가 조절되므로 가변적인 전력 이득이 요구되는 상황에서 매우 유용하며, 전력 효율이 높은 선형성을 가지므로 영상 등의 고속 데이터 송수신이 필요한 모바일 시스템(랜 카드, 휴대폰, 자동차 통신 시스템 등)에 적용되어 산업적 이용 가치가 높다.

Description

전력 증폭기{power amplifier}

본 발명은 출력 전력에 따라 전류가 조절되는 고효율의 전력 증폭기에 관한 것이다.

최근, 세계 각지에서 무선 전화, 무선 랜(LAN) 등의 무선 통신 서비스가 급증하고 있다.

일례로, 유럽의 GSM 900(Global System for Mobile communication, 890~915 MHz), 북아메리카(north America)의 AMPS 800(Advanced Mobile Phone Service, 824~849 MHz), PCS 1900(Personal Communication System, 미국 1850~1910 MHz, 한국 1750~1780 MHz) 무선 휴대폰 서비스가 제공되고 있다.

휴대폰에서 무선 인터넷을 통해 전력 소비량이 높은 컬러 동영상 콘텐츠 사용이 늘어나면서, 휴대폰 업체들의 저전력 부품 요구가 커지고 있다.

무선 휴대폰에서 전력 소비가 가장 많은 소자는 RF 송신부의 전력 증폭기이다.

현재 휴대폰에서 전력 증폭기의 전력 효율을 높이기 위한 방법은 출력 전력에 따라 전력 증폭기가 고출력 모드, 저출력 모드로 동작하며 저출력 모드에서의 소비 전류를 감소시키는 것이다.

이에, 휴대폰 사용 시간을 높이기 위해서는 고효율의 전력 증폭기의 개발이 절실히 필요하다.

도 1은 종래 전력 증폭기의 구조를 개략적으로 보여주는 회로도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래 전력 증폭기는 출력 전력에 따라 바이어스 전류 전압이 조절되며, RF 입력 신호를 증폭하는 고출력 증폭기(101)와, 상기 고출력 증폭기(101)의 출력 전력을 감지하여 바이어스 전류, 전압을 조절하는 전압(Vcont)을 발생시키는 전력 감지회로(102)와, 전력 증폭기에 바이어스 전류(I) 및 전압(V)을 공급하는 전류, 전압 조절기)103)를 포함하여 구성된다.

여기서, 전류, 전압 조절기(103)는 상기 전력 감지회로(102)에서 출력되는 전압(Vcont)에 의해 상기 전력 증폭기에 공급하는 전류 및 전압을 조절한다.

이와 같은 구조를 가지는 종래의 전력 증폭기는 출력 전력의 강도에 따라 전력 감지회로(102)에서 출력 전력을 감지하여 전류, 전압 조절기(103)를 통해 공급되는 고출력 증폭기(101)의 소모 전류 및 전압을 조절하여 전력 증폭기의 전력 효율을 높인다.

그러나, 상기 전력 증폭기의 선형성과 이득 등을 고려하면 전력 증폭용 소자 HBT의 단위 에미터로 공그보디는 최소 전력 밀도가 존재한다.

따라서, 고출력 모드에서 사용했던 총 에미터 면적이 큰 전력 증폭용 소자 HBT를 저출력 모드에서도 그대로 사용한다면 전력 증폭기의선형성과 이득 때문에 낮은 출력에도(예를 들어, 0 dBm) 많은 전류를 소모해야 하는 문제점이 있다.

본 발명은 전력 증폭기에서 고출력 증폭기와 저출력 증폭기를 병렬 연결하여 사용하여 출력 전력에 따라 전력 증폭기의 소모 전류를 아날로그(analog) 형태로 조절하여 전력 증폭기의 소비 전력 효율을 높이는 전력 증폭기를 제공하는 데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전력 증폭기는, 입,출력 임피던스 정합 회로 및 입력되는 신호를 증폭하는 신호 증폭부가 구비된 전력 증폭기에 있어서, 상기 신호 증폭부는 저출력 증폭기와 고출력 증폭기가 병렬로 연결되며 상기 저출력 증폭기의 출력 전력에 따라 고출력 증폭기의 동작 전류가 아날로그(analog) 형태로 조절되는 것을 특징으로 한다.

상기 입력 임피던스 정합 회로와 연결되며 상기 저출력 증폭기의 출력 전력에 따라 아날로그 형태로 동작 전류 및 전압을 공급받는 구동 증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 저출력 증폭기의 공급 전류 및 전압이 자가 발진 루프에 의해 아날로그 형태로 제공되는 것을 특징으로 한다.

상기 저출력 증폭기는 고정 전원에 항상 동작 전원을 공급받는 것을 특징으로 한다.

상기 고출력 증폭기는 기준 입력 이하일 경우에는 전원이 오프(off)되고 기준 입력 이상일 경우에는 전원이 온(on) 되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 전력 증폭기를 구체적으로 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 일 실시예로서, 전력 증폭기의 개략적인 구성을 보여주는 회로도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전력 증폭기는 고출력 증폭기(212)와 저출력 증폭기(211)와, 전력 감지 회로(213)와, 전류, 전압 조절기(214)와, 공통 입력 임피던스 정합회로(215)와 공통 출력 임피던스 정합 회로(216)를 포함하여 이루어진다.

상기 저출력 증폭기(211)와 고출력 증폭기(212)는 병렬로 연결되어 있으며, 상기 두 개의 증폭기 입, 출력부에는 공통 입력 임피던스 정합 회로(215)와 공통 출력 임피던스 정합 회로(216)가 각각 연결되어 있다.

또한, 상기 저출력 증폭기(211)는 고정 전원에 의해 항상 온(ON) 상태로 동작하고, 상기 고출력 증폭기(212)는 상기 전류, 전압 조절기(214)에 의해 동작 전원을 공급 받는다.

그리고, 상기 전력 감지 회로(213)는 상기 저출력 증폭기(211)의 출력 전력, 또는 출력 전력에 따른 소모 전류를 감지하여, 이에 상응하는 출력 전압(Vcont)을 발생시킨다.

상기 발생된 출력 전력 감지 회로(213)의 전압(Vcont)은 전류, 전압 조절기(214)에서 고출력 증폭기(212)에 공급하는 전류, 전압을 조절한다.

여기서, 상기 두 개의 저출력 증폭기(211), 고출력 증폭기(212)가 병렬로 연결되어 있는 전력 증폭기에서 RF 입력 전력이 일정 수준 이하로 작을 때에는 상기 저출력 증폭기(211)만 동작하고 상기 고출력 증폭기(212)는 오프(off)된다.

이는 저출력시 저출력 증폭기(211)만 동작시켜 소모 전력 효율을 높이기 위한 것이다.

또한, 상기 RF 입력 전력이 일정 수준 이상이 되면 상기 전력 감지 회로(213)가 저출력 증폭기(211)의 출력 전력 또는 소모 전류를 감지하여 이에 상응하는 출력 전압(Vcont)을 발생시켜 상기 고출력 증폭기(212)를 온(on) 시킨다.

이때, 상기 전류, 전압 조절기(214)를 통해 고출력 증폭기(212)로 공급되는 전류 및 전압의 크기는 상기 전력 감지회로(213)의 출력 전압(Vcont)에 의해 아날로그 형태로 조절된다.

즉, RF 입력 전력이 증가함에 따라 고출력 증폭기(212)에 공급되는 전류가 증가함으로써 전체 전력 증폭기의 이득이 증가하게 되며, 출력 전력에 따라 전력 증폭기의 이득이 아날로그 형태로 조절된다.

도 3은 본 발명에 따른 전력 증폭기에서 RF 출력에 따른 증폭기별 소모 전류 곡선을 보여주는 그래프이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 고효율 전력 증폭기의 RF 출력에 다른 증폭기 별 소모 전류를 나타내는 곡선은 일정 수준의 RF 출력(예를 들어, 16dBm) 이하에서 고출력 증폭기는 오프되어 있다.

그리고, 상기 RF 출력이 점점 커지면서 저출력 증폭기의 소모 전류가 증가하고, 전력 감지회로를 통해 이 소모 전류를 감지하여 일정 수준의 RF 출력(예를 들어, 16dBm) 이상에서 고출력 증폭기를 온시킨 다음 상기 저출력 증폭기 소모 전류에 따라 아날로그 형태로 고출력 증폭기의 공급 전류를 조절한다.

이와 같이 출력에 따라 고출력 전력 증폭기를 오프(off) 또는 아날로그 형태로 전류, 전압을 공급하므로 상기 전력 증폭기의 효율을 높인다.

도 4는 본 발명에 따른 다른 실시예로서, 고효율의 전력 증폭기의 구성을 보여주는 회로도이다.

여기서, 도 2에서 언급한 동일한 구성에 대해서는 구체적인 설명을 생략한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전력 증폭기는 RF 입력부에 구동 증폭기(323)가 입력 임피던스 정합회로(327)와 2개의 출력 증폭기(저출력 증폭기, 고출력 증폭기)(321, 322) 사이에 구비되어 있으며, 상기 구동 증폭기(323)도 저출력 증폭기(321)의 출력 전력에 따라 전력 감지 회로(324)와 전류, 전압 조절기(326)를 통해 아날로그 형태로 동작 전류 및 전압을 공급 받는다.

즉, RF 입력 전력이 증가함에 따라 고출력 증폭기(322)에 공급되는 전류가 증가함으로써 전체 전력 증폭기의 이득이 증가하게 되며, 출력 전력에 따라 전력 증폭기의 이득이 아날로그 형태로 조절된다.

도 5는 본 발명에 따른 또 다른 실시예로서, 고효율의 전력 증폭기의 구성을 보여주는 회로도이다.

여기서, 도 2에서 언급한 동일한 구성에 대해서는 구체적인 설명을 생략한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 저출력 증폭기(431)의 공급 전류 및 전압도 저출력 증폭기의 출력 전력에 의해서 전력 감지회로(433)와 전류, 전압 조절기(435)를 통해서 조절된다.

이와 같이, 기준 출력 값을 기점으로 고출력 모드 및 저출력 모드가 형성되어 각각의 모드에서 소비 전력 효율을 최대로 한다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

본 발명은 전력 증폭기에서 출력 전력에 따라 전력 증폭 소자의 소모 전류가 아날로그 형태로 조절이 되며 소비 전력 효율을 최대로 하므로 현재 많이 사용되는 휴대폰의 전력 소모를 줄여서 밧데리 사용시간을 증가 시키는 효과가 있다.

또한, 출력 전력에 따라 동작 전류가 조절되므로 가변적인 전력 이득이 요구되는 상황에서 매우 유용하며, 전력 효율이 높은 선형성을 가지므로 영상 등의 고속 데이터 송수신이 필요한 모바일 시스템(랜 카드, 휴대폰, 자동차 통신 시스템 등)에 적용되어 산업적 이용 가치가 높은 효과가 있다.

도 1은 종래 전력 증폭기의 구조를 개략적으로 보여주는 회로도.

도 2는 본 발명에 따른 일 실시예로서, 전력 증폭기의 개략적인 구성을 보여주는 회로도.

도 3은 본 발명에 따른 전력 증폭기에서 RF 출력에 따른 증폭기별 소모 전류 곡선을 보여주는 그래프.

도 4는 본 발명에 따른 다른 실시예로서, 고효율의 전력 증폭기의 구성을 보여주는 회로도.

도 5는 본 발명에 따른 또 다른 실시예로서, 고효율의 전력 증폭기의 구성을 보여주는 회로도.

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

211, 321, 431 : 저출력 증폭기

212, 322, 432 : 고출력 증폭기

213, 324, 433 : 전력 감지 회로

214, 325, 326, 434, 435 : 전류, 전압 조절기

215, 327, 436 : 공통 입력 임피던스 정합 회로

216, 328, 437 : 공통 출력 임피던스 정합 회로

323 : 구동 증폭기

Claims (5)

1. 입,출력 임피던스 정합 회로 및 입력되는 신호를 증폭하는 신호 증폭부가 구비된 전력 증폭기에 있어서,

   상기 신호 증폭부는 저출력 증폭기와 고출력 증폭기가 병렬로 연결되며 상기 저출력 증폭기의 출력 전력에 따라 고출력 증폭기의 동작 전류가 아날로그(analog) 형태로 조절되는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 입력 임피던스 정합 회로와 연결되며 상기 저출력 증폭기의 출력 전력에 따라 아날로그 형태로 동작 전류 및 전압을 공급받는 구동 증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 저출력 증폭기의 공급 전류 및 전압이 자가 발진 루프에 의해 아날로그 형태로 제공되는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 저출력 증폭기는 고정 전원에 항상 동작 전원을 공급받는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 고출력 증폭기는 기준 입력 이하일 경우에는 전원이 오프(off)되고 기준 입력 이상일 경우에는 전원이 온(on) 되는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.