KR20060020481A - 전력 증폭기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전력 증폭기에 관한 것으로, 증폭부의 바이어스를 제어하는 바이어스 회로; 외부로부터 입력되는 신호를 정합시키는 입력 정합부; 상기 입력 정합부에서 출력되는 신호를 증폭하는 구동 증폭부; 상기 구동 증폭부에서 출력되는 신호를 정합시키는 중간 정합부; 상기 중간 정합부에서 출력된 신호를 증폭하는 출력 증폭부; 상기 출력 증폭부에서 출력되는 신호를 정합시키는 출력 정합부; 상기 바이어스 회로에 일정 전압값 이상의 동작 전압을 출력하는 전압 유지부; 및 상기 전압 유지부에서 출력되는 동작 전압을 감지하여 제어 전압을 출력하는 제어부;를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 전력 증폭기에 의하면 상기 전력 증폭기에 전력을 공급하는 배터리의 전압이 떨어진 경우에도 일정값 이상의 전압을 공급할 수 있게 되므로, 전력 증폭기가 안정적으로 동작될 수 있다.
전력 증폭기

Description

전력 증폭기{ Power amplifier }
도 1은 종래의 전력 증폭기의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 전력 증폭기의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 전력 증폭기의 구성 요소인 전압 유지부의 회로도.
< 도면의 주요 부분에 대한 설명 >
110; 바이어스 회로 120: 입력 정합부
130: 구동 증폭부 140: 중간 정합부
150: 출력 증폭부 160: 출력 정합부
170: 전압 유지부 172,174,176,178: 오피 앰프
180: 제어부
본 발명은 전력 증폭기에 관한 것으로, 보다 상세히는 이동통신 단말기의 배터리 전압이 약해진 경우에도 항상 일정값 이상의 전압을 공급할 수 있는 전압 유지부를 포함하는 전력 증폭기에 관한 것이다.
일반적으로, 이동통신 단말기는 상대방의 전달 내용을 수신하기 위한 수신부 와, 자신의 정보를 전달하기 위한 송신부로 구성되어 있다. 즉, 고주파 신호를 기저대역 신호로, 또는 그 반대로 기저대역 신호를 고주파 신호로 변환해 주는 기능을 갖는다.
이중에서 송신부에는 상대방에게 일정수준의 수신감도 이상의 출력을 전달하기 위한 고주파 전력 증폭기가 반드시 필요하다.
일반적으로 이동통신 단말기에 사용되는 전력 증폭기는 상기 이동통신 단말기에 장착되는 배터리(battery)의 소모를 적게 하고, 높은 증폭 효율의 특성을 가져야 한다.
또한, 전력 증폭기는 이동통신 단말기의 구성부품중에서 대부분의 전력을 소모하는 부품이므로, 상기 전력 증폭기의 증폭효율은 한 번 충전으로 이동통신 단말기를 사용할 수 있는 통화 및 대기 시간에 직접적인 영향을 미친다.
도 1은 종래의 전력 증폭기의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도시된 바와 같이, 종래의 전력 증폭기는 바이어스 회로(10)와, 입력 정합부(20)와, 구동 증폭부(30)와, 중간 정합부(40)와, 출력 증폭부(50), 및 출력 정합부(60)로 구성된다.
상기 바이어스 회로(bias circuit)(10)는 고주파 전력 증폭기의 저전력 모드 동작시 상기 구동 증폭부(30), 출력 증폭부(50)의 베이스 전류를 조절하여 바이어스 포인트를 변경하고 고전력 모드시에는 상기 구동 증폭부, 출력 증폭부가 동작 가능 상태가 되도록 한다.
상기 입력 정합부(input match)(20)는 외부로부터 RF(radio frequency) 신호 가 입력되면, 상기 구동 증폭부(30)에 최대의 전력이 전달될 수 있도록 R,L,C 등에 의한 임피던스 매칭회로 등이 구현된다.
상기 구동 증폭부(30)는 RF 신호를 상기 바이어스 회로(10)로부터 출력되는 베이스 전류에 따라 동작되어 1차 증폭하여 증폭된 RF 신호를 상기 중간 정합부(40)로 전달한다.
상기 중간 정합부(40)는 상기 구동 증폭부(30)로부터 전달된 전력이 상기 출력 증폭부(50)에 최대로 전달될 수 있도록 R,L,C 등을 이용한 임피던스 매칭회로로 이루어진다.
상기 출력 증폭부(50)는 상기 바이어스 회로(10)로부터 출력되는 베이스 전류에 따라 동작되어, 상기 중간 정합부(40)를 통해 인가되는 RF 신호를 2차 증폭하여 상기 출력 정합부(60)로 전달한다. 여기서, 상기 구동 증폭부(30), 중간 정합부(40), 및 출력 증폭부(50)는 일반적으로 하나의 MMIC 칩으로 집적화되어 있다.
상기 출력 정합부(output match)(60)는 최대 출력 및 기타 특성을 고려하여 R,L,C 등에 의한 매칭 회로가 구현된다.
한편, 이동통신 단말기의 배터리(battery)에 의하여, 상기와 같은 구성을 갖는 종래의 전력 증폭기에 공급되는 동작 전압(Vcc)은 3.2 ~ 4.2V의 범위를 갖는다.
이동통신 단말기에 사용되는 전력 증폭기의 증폭 효율 및 선형성 특성을 향상시키기 위해서는 보통의 경우 상기 전력 증폭기에 공급되는 전압값이 3.8V 이상이 되도록 하는 것이 바람직하다.
특히, 전력 증폭기를 이용하여 디지털 신호를 증폭할 경우에, 전력 증폭기의 비선형성이 크면 고조파 왜곡 및 대역외 방사로 인한 인접채널 간섭을 크게 일으킨다. 따라서, 전력 증폭기의 성능을 향상시키기 위해서는 일정 수준 이상의 전압값, 바람직하게는 3.8V이상의 전압을 공급해 주는 것이 중요하다.
그러나, 종래의 전력 증폭기에서는 배터리의 출력 전압이 낮아짐에 따라, 전력 증폭기에 공급되는 전압도 낮아지게 되어 전력 증폭기가 정상적으로 동작되지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명은 배터리 출력 전압이 낮아진 경우에도, 일정값 이상의 전압을 공급할 수 있는 전압 유지부를 포함하는 전력 증폭기를 제안하는 데에 목적이 있다.
또한, 본 발명은 배터리 저전압 상태에서도 정상적으로 동작할 수 있는 이동통신 단말기의 전력 증폭기를 제안하는 데에 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명인 전력 증폭기는
증폭부의 바이어스를 제어하는 바이어스 회로;
외부로부터 입력되는 신호를 정합시키는 입력 정합부;
상기 입력 정합부에서 출력되는 신호를 증폭하는 구동 증폭부;
상기 구동 증폭부에서 출력되는 신호를 정합시키는 중간 정합부;
상기 중간 정합부에서 출력된 신호를 증폭하는 출력 증폭부;
상기 출력 증폭부에서 출력되는 신호를 정합시키는 출력 정합부;
상기 바이어스 회로에 일정 전압값 이상의 동작 전압을 출력하는 전압 유지부; 및
상기 전압 유지부에서 출력되는 동작 전압을 감지하여 제어 전압을 출력하는 제어부;를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 중간 정합부는 상기 구동 증폭부에서 출력되는 신호가 상기 출력 증폭부에 최소 손실로 전달될 수 있도록 정합하고, 상기 전압 유지부의 출력 전압은 상기 제어부로부터 출력되는 제어 전압에 의하여 제어되고, 상기 바이어스 회로는 증폭부의 바이어스 포인트를 변경하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 전력 증폭기의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전력 증폭기는 바이어스 회로(110)와, 입력 정합부(120)와, 구동 증폭부(130)와, 중간 정합부(140)와, 출력 증폭부(150)와, 출력 정합부(160)와, 전압 유지부(170)와, 제어부(180)를 포함하여 구성된다.
상기 바이어스 회로(110)는 이동통신 단말기의 저 전력모드에 상기 구동 증폭부(130), 출력 증폭부(150)의 베이스 전류를 조절하여 바이어스 포인트를 변경하고, 고전력 모드시에는 상기 구동 증폭부(130), 출력 증폭부(150)를 동작 가능 상태가 되도록 한다.
상기 입력 정합부(120)는 외부로부터 RF 신호가 입력되면, 상기 구동 증폭부(130)에 최대의 전력이 전달될 수 있도록 R,L,C 등에 의한 임피던스 매칭회로 등이 구현된다.
상기 구동 증폭부(130)는 상기 바이어스 회로(110)로부터 출력되는 베이스 전류에 따라 동작되어 RF 신호를 1차 증폭하여, 증폭된 RF 신호를 상기 중간 정합부(140)로 전달한다.
상기 중간 정합부(140)는 상기 구동 증폭부(130)로부터 전달된 전력이 상기 출력 증폭부(150)에 최대로 전달될 수 있도록 R,L,C 등을 이용한 임피던스 매칭회로로 이루어진다.
상기 출력 증폭부(150)는 상기 바이어스 회로(110)로부터 출력되는 베이스 전류에 따라 동작되어, 상기 중간 정합부(140)를 통해 인가되는 RF 신호를 2차 증폭하여 상기 출력 정합부(160)로 전달한다. 여기서, 상기 구동 증폭부(130), 중간 정합부(140), 및 출력 증폭부(150)는 하나의 MMIC 칩으로 집적화되어 있다.
상기 출력 정합부(160)는 최대 출력 및 기타 특성을 고려하여 R,L,C 등에 의한 매칭 회로가 구현된다.
본 발명의 특징적인 구성요소인 상기 전압 유지부(170)는 배터리(미도시)로부터 전압을 공급받어, 항상 일정 전압값 이상의 동작 전압(Vcc)을 상기 바이어스 회로(110)로 출력한다.
또한, 상기 제어부(180)는 상기 전압 유지부(170)에서 출력되는 동작 전압(Vcc)값을 감지하여 상기 전압 유지부(170)의 출력을 제어하기 위한 제어 전압(VA)을 출력한다.
상기 전압 유지부(170)의 회로도를 나타낸 도 3을 참조하여 구체적으로 설명하면, 상기 전압 유지부(170)는 4개의 오피앰프(operational amplfier: OP AMP)와 저항(R) 및 커패시턴스(C)의 조합으로 이루어진다.
상기 제어부(180)로부터 출력된 제어 전압(VA)은 상기 전압 유지부(170)의 제 1 오피앰프(172)로 입력된다.
상기 제어 전압(VA)이 입력된 경우, 제 1 내지 4 오피앰프(172,174,176,178)의 출력 전압(V1,V2,V3,Vcc)값은 다음과 같은 식으로 계산될 수 있다.
Figure 112004039499271-PAT00001
Figure 112004039499271-PAT00002
Figure 112004039499271-PAT00003
Figure 112004039499271-PAT00004
상기 계산식에 나타난 바와 같이, 상기 전압 유지부(170)의 출력 전압(Vcc)은 저항(R), 커패시턴스(C), 기준 전압(Vref) 및 상기 제어부(180)로부터 입력되는 제어전압(VA)에 따라 결정된다.
이때, 상기 저항(R) 및 커패시턴스(C) 값은 상기 전압 유지부(170) 회로를 구성시 특정한 값으로 고정되고, 상기 기준 전압(Vref)은 일반적으로 2.8V로 일정하게 공급되도록 설정된다.
따라서, 상기 전압 유지부(170)의 출력 전압(Vcc)을 좌우하는 것은 상기 제어부(180)로부터 입력되는 제어전압(VA)이 된다.
그러므로, 상기 제어부(180)는 상기 전압 유지부(170)의 출력 전압(Vcc)을 감지하고, 상기 출력 전압(Vcc)에 따라서 적절한 제어전압(VA)을 출력함으로써, 상기 출력 전압(Vcc)이 항상 일정 전압값 이상을 유지할 수 있도록 제어할 수 있다.
바람직하게는, 전력 증폭기의 증폭 효율 및 선형성을 고려하여, 상기 전압 유지부(170)의 출력 전압(Vcc)이 3.8V 이상을 유지하도록 할 수 있다.
상기와 같은 회로 구성을 갖는 전압 유지부(170)의 출력 전압(Vcc)은 상기 바이어스 회로(110)에 입력되고, 상기 바이어스 회로(110)는 배터리가 방전되어 이동통신 단말기가 자동으로 오프되지 않는 한, 일정값 이상의 전압이 항상 공급되므로 상기 전력 증폭기의 구동 증폭부(130) 및 출력 증폭부(150)을 안정적으로 바이어스 시킬 수 있게 된다.
따라서, 배터리의 사용에 의한 저전압시에도 전력 증폭기가 정상적으로 동작할 수 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명인 전력 증폭기에 의하면, 배터리가 저전압인 상태에서도 전력 증폭기의 바이어스 회로에 일정값 이상의 전압을 공급할 수 있 다.
또한, 본 발명에 의하면 배터리의 전압이 떨어진 경우에도 전력 증폭기가 안정적으로 동작되도록 할 수 있다.

Claims (3)

  1. 증폭부의 바이어스를 제어하는 바이어스 회로;
    외부로부터 입력되는 신호를 정합시키는 입력 정합부;
    상기 입력 정합부에서 출력되는 신호를 증폭하는 구동 증폭부;
    상기 구동 증폭부에서 출력되는 신호를 정합시키는 중간 정합부;
    상기 중간 정합부에서 출력된 신호를 증폭하는 출력 증폭부;
    상기 출력 증폭부에서 출력되는 신호를 정합시키는 출력 정합부;
    상기 바이어스 회로에 일정 전압값 이상의 동작 전압을 출력하는 전압 유지부; 및
    상기 전압 유지부에서 출력되는 동작 전압을 감지하여 제어 전압을 출력하는 제어부;를 포함하여 구성되는 전력 증폭기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 중간 정합부는 상기 구동 증폭부에서 출력되는 신호가 상기 출력 증폭부에 최소 손실로 전달될 수 있도록 정합하고, 상기 전압 유지부의 출력 전압은 상기 제어부로부터 출력되는 제어 전압에 의하여 제어되는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 바이어스 회로는 증폭부의 바이어스 포인트를 변경하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
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