KR20050110496A - Power amplifier by using variable matching - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가변 매칭을 이용한 전력 증폭기에 관한 것으로, 종래에는 이동통신 단말기에 사용되는 전력증폭기에 있어서, 최대 전력을 기준으로 전력증폭기의 입출력 매칭을 설정하여 인접채널전력비의 마진(Margin)은 크나 전력증폭기의 효율이 떨어지는 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 감안한 본 발명은 전력증폭기 출력단의 전력 신호를 검출하는 고전력 검출 회로와, 상기 고전력 검출 회로에서 검출한 전력 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환기와, 상기 아날로그 디지털 변환기에 의해 변환된 디지털 신호에 따른 매칭 바이어스 신호를 전송하는 제어부와, 상기 전력증폭기의 입출력단에 각각 연결되고, 상기 매칭 바이어스 신호에 따라 임피던스가 변하는 가변 매칭부로 구성되어 전력증폭기 출력단의 전력 레벨에 따라 입출력 매칭을 가변시켜 전력 효율을 높이고 적절한 인접채널전력비 마진을 갖도록 하는 효과가 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power amplifier using variable matching. Conventionally, in a power amplifier used in a mobile communication terminal, the input / output matching of the power amplifier is set based on the maximum power so that the margin of the adjacent channel power ratio is large. There was a problem that the efficiency of the amplifier is lowered. In view of the above problems, the present invention provides a high power detection circuit for detecting a power signal at a power amplifier output stage, an analog to digital converter for converting a power signal detected by the high power detection circuit into a digital signal, and a digital converted by the analog to digital converter. A control unit for transmitting a matching bias signal according to a signal, and a variable matching unit connected to the input / output terminals of the power amplifier and varying an impedance according to the matching bias signal to vary the input / output matching according to the power level of the power amplifier output terminal. There is an effect of increasing the power efficiency and having an appropriate adjacent channel power ratio margin.
Description
본 발명은 이동통신 단말기의 가변 매칭을 이용한 전력 증폭기(PAM : Power Amplifier)에 관한 것으로, 특히 전력 증폭기의 출력 전력의 세기에 따라 입출력 매칭을 변경하여 전력 증폭기의 전력 효율을 최대화 할 수 있게 한 가변 매칭을 이용한 전력 증폭기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power amplifier (PAM) using variable matching of a mobile communication terminal. Particularly, the present invention relates to a variable power amplifier that can maximize the power efficiency of a power amplifier by changing the input / output matching according to the power amplifier output power. The present invention relates to a power amplifier using matching.
이동통신 단말기에 사용되는 전력증폭기는 이동국 모뎀에서 전송하는 신호를 일정한 레벨 이상으로 증폭시켜 송신하는 장치로서, 출력단 전류를 많이 흘려 전력을 높여야 하므로 다수의 트랜지스터가 필요하고, 전력 매칭(Matching)을 해야 하나, 이 때문에 이득 특성이 나빠지는 문제가 있다.The power amplifier used in the mobile communication terminal is a device that amplifies and transmits the signal transmitted from the mobile station modem to a certain level or more. It requires a large number of transistors and requires power matching because it needs to increase power by flowing a lot of output current. However, there is a problem that the gain characteristics are deteriorated because of this.
전력증폭기가 좋은 이득 특성을 유지하기 위해서, 전력증폭기의 입력 전력에 대한 출력 전력의 비율이 일정하여 선형성이 보장되는 영역에서 동작되도록 설계해야 한다. CDMA(Code Division Multiple Access)와 같은 디지털 이동통신 시스템에서 선형성은 매우 중요한 요소로 작용하는데, 이는 아날로그 통신처럼 각 신호들의 주파수 영역을 구분해서 사용하지 않고 넓은 주파수 대역을 가진 신호들이 동시에 코드로 암호화되어 같은 주파수 대역에 공존하기 때문이다. 따라서 CDMA에서는 다른 채널의 신호가 존재하는 것 자체가 잡음처럼 작용하며, 일정 수준의 잡음 이하라면 통신이 이루어지는 방식이다. In order to maintain good gain characteristics, the power amplifier must be designed to operate in a region where the linearity is ensured by a constant ratio of output power to input power of the power amplifier. In a digital mobile communication system such as CDMA (Code Division Multiple Access), linearity is a very important factor, which means that signals with a wide frequency band are coded simultaneously without using the frequency domain of each signal like analog communication. This is because they coexist in the same frequency band. Therefore, in CDMA, the presence of a signal on another channel acts like noise, and if the noise is below a certain level, communication is performed.
이동통신 단말기의 송수신 과정에서 발생하는 비선형적인 기생주파수 성분은 모든 신호에 잡음으로 작용하여 통화의 질이 떨어지고, 통화용량을 감소시킨다. 따라서 한정된 주파수 자원을 여러 신호가 나누어 써야하는 RF(Radio Frequency) 시스템에서는, 그러한 비선형성 때문에 발생하는 간섭효과를 최소화하여 선형성을 확보함으로써 고품질의 통신 성능을 유지하고자 한다.Nonlinear parasitic frequency components generated during the transmission and reception of mobile communication terminals act as noise on all signals, resulting in poor call quality and reduced call capacity. Therefore, in a radio frequency (RF) system in which multiple signals must share a limited frequency resource, it is intended to maintain high quality communication performance by minimizing interference effects caused by such nonlinearity and ensuring linearity.
이동통신 시스템에서 이러한 선형 특성을 나타내는 다수의 지표가 있으며, 대표적으로 인접채널전력비(ACPR : Adjacent Channel Power Ratio)가 있다. 인접채널전력비는 전력증폭기가 다른 채널 신호에 얼마나 간섭을 일으키는지 그 정도를 보여주는 것으로서, 변조된 채널 신호가 전력증폭기로 입력되는 경우 자기의 신호 주파수 대역에서만 증폭되어야 하나, 이상적인 경우와 달리 근접 채널 신호의 대역폭에서 증폭되는 불필요한 에너지의 발생 정도를 나타내는 것이다. In the mobile communication system, there are a number of indicators indicating such linear characteristics, and there is an Adjacent Channel Power Ratio (ACPR). Adjacent channel power ratio shows how much power amplifier interferes with other channel signals. When the modulated channel signal is input to the power amplifier, it should be amplified only in its signal frequency band. It represents the generation of unnecessary energy amplified in the bandwidth of.
따라서 종래 이동통신 단말기는 질 높은 통화 서비스를 위해 선형성 유지에 주안점을 두고, 최대 전력을 기준으로 전력증폭기의 입출력 매칭을 설정하여 전력증폭기의 효율 및 인접채널전력비의 특성을 개선시키고 있다. Therefore, the conventional mobile communication terminal focuses on maintaining linearity for high quality call service and improves the characteristics of the efficiency of the power amplifier and the adjacent channel power ratio by setting input / output matching of the power amplifier based on the maximum power.
그러나 상기와 같은 종래 기술에 있어서, 전력증폭기의 효율은 인접채널전력비의 특성과 트래이드 오프(Trade-off) 관계에 있어, 최대 전력을 기준으로 전력증폭기의 입출력 매칭을 설정한 경우 인접채널전력비의 마진(Margin)은 크나 전력증폭기의 효율이 좋지 않은 문제점이 있다.However, in the prior art as described above, the efficiency of the power amplifier has a trade-off relationship between the characteristics of the adjacent channel power ratio, and when the input / output matching of the power amplifier is set based on the maximum power, Margin is large, but there is a problem that the efficiency of the power amplifier is not good.
또한, 이동통신 단말기는 주로 저전력 레벨에서 사용되므로 전력증폭기 효율이 최적화되지 않아 이동통신 단말기의 중요 특성 중의 하나인 통화 시간 증대를 가져오지 못하였다.In addition, since the mobile communication terminal is mainly used at a low power level, the power amplifier efficiency is not optimized, and thus, communication time, which is one of the important characteristics of the mobile communication terminal, cannot be increased.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창안한 것으로, 전력증폭기의 출력 레벨에 따라 전력증폭기 입출력 매칭을 가변시킴으로써 적절한 인접채널전력비의 마진을 갖도록 하면서 전력증폭기의 효율을 증가시켜 이동통신 단말기의 통화 가능 시간 및 통화 대기 시간을 증가시키는 가변 매칭을 이용한 전력증폭기를 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and by varying the power amplifier input / output matching according to the output level of the power amplifier, the efficiency of the power amplifier is increased by increasing the efficiency of the power amplifier while having an appropriate adjacent channel power ratio margin. It is an object of the present invention to provide a power amplifier using a variable matching to increase the available time and call waiting time.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전력증폭기 출력단의 전력 신호를 검출하는 고전력 검출 회로와; 상기 고전력 검출 회로에서 검출한 전력 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환기와; 상기 아날로그 디지털 변환기에 의해 변환된 디지털 신호에 따른 매칭 바이어스 신호를 전송하는 제어부와; 상기 전력증폭기의 입출력단에 각각 연결되고, 상기 매칭 바이어스 신호에 따라 임피던스가 변하는 가변 매칭부로 구성된 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object, the high power detection circuit for detecting a power signal of the power amplifier output stage; An analog to digital converter for converting the power signal detected by the high power detection circuit into a digital signal; A control unit which transmits a matching bias signal according to the digital signal converted by the analog to digital converter; And a variable matching unit connected to the input / output terminals of the power amplifier, the impedance of which is changed according to the matching bias signal.
또한, 상기 제어부는 상기 디지털 신호를 그에 대응하는 매칭 바이어스 신호로 변환하는 테이블을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.The controller may be configured to include a table for converting the digital signal into a matching bias signal corresponding thereto.
또한, 상기 가변 매칭부는 상기 매칭 바이어스 신호에 따라 커패시턴스가 가변되는 가변용량 다이오드와, 인덕터를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.The variable matching unit may include a variable capacitance diode having a variable capacitance according to the matching bias signal, and an inductor.
이하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 의한 가변 매칭을 이용한 전력 증폭기 모듈을 보여주는 회로도로서, 이에 도시된 바와 같이 이동국 모뎀(10)에서 송신하는 신호를 매칭시키는 입력 매칭부(20)와, 이 신호를 소정 이득으로 증폭시키는 전력증폭기(30)와, 상기 전력증폭기(30) 출력단의 신호를 매칭시키는 출력 매칭부(40)와, 상기 출력 매칭부(40)에 의해 임피던스 매칭된 신호를 안테나(60)를 통해 송신되도록 연결하는 듀플렉서(50)와, 상기 듀플렉서(50)로 입력되는 신호의 전력 세기를 검출하고 직류 신호로 변환하는 고전력 검출 회로(HDET : High Power Detection)(73)와, 상기 고전력 검출 회로(73)에서 전송한 아날로그의 직류 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환기(74)와, 변환된 디지털 신호의 레벨에 따른 적절한 매칭 바이어스 신호를 전송하는 제어부(75)와, 상기 제어부의 매칭 바이어스 신호에 따라 커패시턴스가 변화하는 가변 용량 다이오드(Varactor Diode)(71,72)와 인덕터(L1~L4)를 포함하는 입출력 가변 매칭부(73, 74)로 구성된다. 1 is a circuit diagram showing a power amplifier module using variable matching according to the present invention. As shown therein, an input matching unit 20 for matching a signal transmitted from a mobile station modem 10, and the signal with a predetermined gain. Power amplifier 30 to amplify, an output matching unit 40 to match the signal of the output terminal of the power amplifier 30, and transmits the impedance matched signal by the output matching unit 40 through the antenna 60 A duplexer 50 connected to each other, a high power detection circuit (HDET: High Power Detection) 73 for detecting a power intensity of a signal input to the duplexer 50 and converting the signal into a DC signal, and the high power detection circuit 73 An analog-to-digital converter 74 for converting an analog DC signal transmitted from the digital signal into a digital signal, a control unit 75 for transmitting an appropriate matching bias signal according to the level of the converted digital signal, and The input / output variable matching units 73 and 74 include variable capacitor diodes 71 and 72 whose capacitance changes according to the matching bias signal of the controller, and the inductors L1 to L4.
전력증폭기(30)는 구동 전압 에 의해 동작되고, 전력증폭기(30)의 입력단에는 입력 매칭부(20), 출력단에는 출력 매칭부(40)를 구비하여 입출력단의 매칭이 이루어지도록 한다. 여기서 입력 매칭부(20)와 출력 매칭부(40)의 임피던스는 고정된 값을 가진다. 또한, 전력증폭기(30) 출력단의 전력 세기에 따라 임피던스 값이 변하는 입력 가변 매칭부(73)와 출력 가변 매칭부(74)가 각각 전력증폭기(30)의 입출력단에 연결되어 있다.Power amplifier 30 is a driving voltage By operation, the input stage of the power amplifier 30 has an input matching unit 20, the output stage is provided with an output matching unit 40 to match the input and output stages. In this case, the impedance of the input matching unit 20 and the output matching unit 40 has a fixed value. In addition, an input variable matching unit 73 and an output variable matching unit 74 whose impedance values change according to the power intensity of the output terminal of the power amplifier 30 are connected to the input / output terminals of the power amplifier 30, respectively.
이와 같은 입력 가변 매칭부(73) 및 출력 가변 매칭부(74)를 포함하는 가변매칭 제어부(70)를 상세히 설명하면 다음과 같다.The variable matching control unit 70 including the input variable matching unit 73 and the output variable matching unit 74 will be described in detail as follows.
고전력 검출기(75)는 전력증폭기(30)에서 증폭되어 송신되는 신호를 커플링하여 검출한다. 커플링하는 방법으로는 지향성 커플러(Directional Coupler)를 사용하거나, 파워증폭기(30)의 출력단에 커패시터를 물리는 방법 등이 있다. 이러한 방식으로 검출된 아날로그 신호를 아날로그 디지털 변환기(76)에서 디지털 신호로 변환하고, 이를 제어부(77)에서 판독하여 상기 디지털 신호에 대응되는 매칭 바이어스 신호를 출력한다. 이 때, 제어부(77)는 입력되는 각각의 디지털 신호에 대응되는 매칭 바이어스 신호를 저장하고 있는 참조 테이블(Look-up Table)을 구비하여, 그에 해당하는 매칭 바이어스 신호를 전송한다. 구체적으로, 상기 참조 테이블은 실험을 통해 전력증폭기(30)의 소정 출력 전력 세기에서 최적의 전력 효율과 인접채널전력비의 마진을 갖도록 가변용량 다이오드(71,72)의 커패시턴스를 조절하는 매칭 바이어스 신호의 값으로 구성된다. The high power detector 75 couples and detects a signal amplified and transmitted by the power amplifier 30. As a coupling method, a directional coupler may be used, or a capacitor may be inserted into an output terminal of the power amplifier 30. The analog signal detected in this manner is converted into a digital signal by the analog-to-digital converter 76, and is read by the controller 77 to output a matching bias signal corresponding to the digital signal. At this time, the controller 77 includes a look-up table that stores a matching bias signal corresponding to each of the input digital signals, and transmits a matching bias signal corresponding thereto. Specifically, the reference table is an experiment of the matching bias signal for adjusting the capacitance of the variable capacitance diode (71, 72) to have the optimum power efficiency and margin of the adjacent channel power ratio at a predetermined output power intensity of the power amplifier 30 through experiments. It consists of a value.
상기 매칭 바이어스 신호는 전력증폭기(30)의 입력단과 출력단 각각에 연결되어 있는 인덕터(L1~L4)와 가변용량 다이오드(71,72)로 구성된 입력 가변 매칭부(73) 및 출력 가변 매칭부(74)로 전송되어, 상기 가변용량 다이오드(71,72)의 커패시턴스를 조절한다. The matching bias signal includes an input variable matching unit 73 and an output variable matching unit 74 including inductors L1 to L4 and variable capacitance diodes 71 and 72 connected to input and output terminals of the power amplifier 30, respectively. ) To adjust the capacitance of the variable capacitance diodes (71, 72).
즉, 전력증폭기(30)의 입출력단에는 고정된 임피던스를 갖는 입출력 매칭부(20, 40)와, 상기 전력증폭기(30) 출력단의 전력 세기에 따라 가변하는 임피던스를 갖는 입출력 가변 매칭부(73, 74)가 연결되어, 최적의 전력 효율과 적당한 인접채널전력비를 유지하도록 입출력 매칭을 조절한다.That is, the input / output matching unit 20 and 40 having a fixed impedance at the input / output terminal of the power amplifier 30, and the input / output variable matching unit 73 having an impedance variable according to the power intensity of the output terminal of the power amplifier 30. 74 is connected to adjust input / output matching to maintain optimal power efficiency and proper adjacent channel power ratio.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 전력증폭기의 출력 레벨에 따라 입출력 매칭을 가변시킴으로써 전력 효율을 증가시켜 이동통신 단말기의 통화시간을 증대시키는 효과가 있다.As described in detail above, the present invention has an effect of increasing the talk time of the mobile communication terminal by increasing the power efficiency by varying the input and output matching according to the output level of the power amplifier.
또한, 본 발명은 전력 효율을 증가시키는 동시에 인접채널전력비 마진을 적절히 갖도록 하여 시스템의 선형성을 보장하고, 이로써 통화 품질을 일정하게 유지하는 효과가 있다. In addition, the present invention increases power efficiency and at the same time appropriately has a margin of adjacent channel power ratio to ensure the linearity of the system, thereby maintaining a constant call quality.
도 1은 본 발명에 의한 가변 매칭을 이용한 전력 증폭기를 보여주는 회로도.1 is a circuit diagram showing a power amplifier using variable matching according to the present invention.
**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**** Description of the symbols for the main parts of the drawings **
10 : 이동국 모뎀(MSM) 20 : 입력 매칭부10: mobile station modem (MSM) 20: input matching unit
30 : 전력증폭기 40 : 출력 매칭부30: power amplifier 40: output matching unit
50 : 듀플렉서(Duplexer) 60 : 안테나50: Duplexer 60: Antenna
70 : 가변 매칭 제어부 70: variable matching control unit
71, 72 : 가변용량 다이오드(Varactor Diode)71, 72: Varactor Diode
73 : 입력 가변 매칭부 74 : 출력 가변 매칭부73: input variable matching unit 74: output variable matching unit
L1~L4 : 인덕터 75 : 고전력 검출 회로(HDET) L1 to L4: Inductor 75: High Power Detection Circuit (HDET)
76 : 아날로그 디지털 변환기76: analog to digital converter
77 : 제어부 77: control unit
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|---|---|---|---|---|
| KR100691047B1 (en) * | 2006-02-08 | 2007-03-12 | 주식회사 팬택앤큐리텔 | Output impedance matching device of transmitter of mobile phone |
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2004
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