KR20060037197A - 고출력 증폭기의 바이어스 적응 바이어스 제어 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 바이어스 적응 방식을 사용하는 고출력 증폭기에서, 입력 신호를 미리 설정한 전압으로 커플링하고, 상기 커플링된 입력 신호의 전압에 상응하게 상기 커플링된 입력 신호의 전압에서 감쇄시킬 감쇄량을 조정하고, 상기 커플링된 입력 신호의 전압에서 상기 감쇄량을 감쇄시킨 전압에 상응하게 상기 바이어스 적응 바이어스를 생성한 후, 상기 바이어스 적응 바이어스에 상응하게 상기 커플링된 입력 신호를 증폭함으로써 입력 신호의 평균 입력 전압 크기에 상관없이 선형 특성을 유지하는 신호 증폭을 가능하게 한다.
바이어스 적응 방식, 감쇄량, 평균 입력 전압, 선형성, 커플링, 제어 전압
Description
도 1은 일반적인 바이어스 적응 방식을 사용하는 고출력 증폭기의 내부 구조를 개략적으로 도시한 도면
도 2는 도 1의 포락선 검출기(101)에서 출력하는 입력 신호의 포락선을 도시한 도면
도 3은 도 1의 전압 가산기(105)에서 출력하는 바이어스 적응 방식 바이어스 V_bias를 도시한 도면
도 4는 일반적인 고출력 증폭기에서 바이어스 적응 방식을 사용할 경우 평균 최대 출력 전압의 spurious 특성을 도시한 주파수 스펙트럼을 도시한 도면
도 5는 평균 입력 전압이 감소할 경우 도 1의 트랜지스터(109)로 제공되는 바이어스 적응 방식 바이어스 V_bias 특성을 도시한 도면
도 6은 일반적인 고출력 증폭기에서 평균 입력 전압이 감소할 경우 출력 전압에서의 spurious 특성을 도시한 주파수 스펙트럼을 도시한 도면
도 7은 본 발명의 실시예에서의 기능을 수행하는 고출력 증폭기의 내부 구조를 개략적으로 도시한 도면
도 8은 도 7의 가변 감쇄기(703)의 제어 전압에 대한 감쇄량 특성을 도시한 도면
도 9는 도 7의 고출력 증폭기로 입력되는 입력 신호의 전압과 포락선 검출기(705)로 입력되는 입력 신호의 전압 관계를 도시한 도면
도 10은 본 발명의 실시예에서의 기능을 수행하는 고출력 증폭기에서 평균 입력 전압이 감소할 경우 출력 전압에서의 spurious 특성을 도시한 주파수 스펙트럼을 도시한 도면
본 발명은 고출력 증폭기의 바이어스 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 바이어스 적응 방식을 사용하는 고출력 증폭기의 입력 신호의 전압 크기에 상응하게 바이어스 적응 바이어스를 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
현재, 이동 통신 시스템에서 사용되는 기지국(BS: Base Station) 및 이동 단말기(MS: Mobile Station)들의 최종 출력단에는 고출력 증폭기(HPA: High Power Amplifier)가 구비되어 사용되고 있다. 상기 고출력 증폭기는 그 효율성을 고려함에 있어서 상기 고출력 증폭기를 실장하는 장치, 즉 상기 기지국 및 이동 단말기들의 크기와, 상기 고출력 증폭기의 전력 소모 및 상기 고출력 증폭기의 방열 구조 등을 고려해야만 한다. 특히, 상기 고출력 증폭기는 그 성능 대비 비용 면에서 제 한이 있어, 즉 출력 전압의 선형 특성을 유지하는 고출력 증폭기는 굉장히 고가이므로 상기 고출력 증폭기의 효율성을 증가시키기 위한 다양한 방식들에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
상기 고출력 증폭기의 효율성을 증가시키기 위한 다양한 방식들중 가장 대표적인 방식이 바이어스 적응(bias adaptation) 방식이다. 상기 바이어스 적응 방식은 상기 고출력 증폭기로 입력되는 입력 신호의 전압 크기, 즉 입력 신호의 포락선(envelope) 크기에 따라 상기 고출력 증폭기에 공급되는 바이어스를 제어하는 방식이다. 즉, 상기 바이어스 적응 방식은 상기 고출력 증폭기로 공급되는 바이어스를 조정하여 상기 고출력 증폭기의 구동 능력을 향상시켜, 즉 상기 고출력 증폭기의 출력 선형 특성을 개선시켜 그 효율성을 증가시키는 방식이다. 그러면 여기서 도 1을 참조하여 상기 바이어스 적응 방식을 사용하는 고출력 증폭기 구조에 대해서 설명하기로 한다.
상기 도 1은 일반적인 바이어스 적응 방식을 사용하는 고출력 증폭기의 내부 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 1을 참조하면, 먼저 상기 고출력 증폭기는 바이어스 적응부(bias adaptation block)(100)와, 커플러(coupler)(107)와, 트랜지스터(transistor)(109)로 구성된다. 여기서, 상기 바이어스 적응부(100)는 포락선 검출기(envelope detector)(101)와, 파형 생성기(wave shaper)(103) 및 전압 가산기(voltage adder)(105)로 구성된다.
먼저, 상기 고출력 증폭기로 신호가 입력되면, 상기 입력 신호는 상기 커플 러(107)로 전달된다. 상기 커플러(107)는 상기 입력 신호를 커플링(coupling)한 후 상기 바이어스 적응부(100)의 포락선 검출기(101) 및 상기 트랜지스터(109)로 출력한다. 여기서, 상기 커플러(107)는 상기 포락선 검출기(101)가 비교적 낮은 전압에서 동작하기 때문에 상기 입력 신호를 커플링하여 상기 입력 신호의 평균 전압을 상기 포락선 검출기(101)의 동작 전압 구간에 상응하게 낮추는 동작을 수행하는 것이다.
상기 포락선 검출기(101)는 상기 커플러(107)에서 출력한 신호를 입력하여 포락선 검출을 수행하여 상기 커플링된 입력 신호에서 고주파(high frequency) 성분을 제거함으로써 상기 입력 신호의 포락선만을 상기 파형 생성기(103)로 출력한다. 여기서, 상기 포락선 검출기(101)에서 출력하는 신호, 즉 상기 입력 신호의 포락선은 도 2에 도시한 바와 같다.
상기 도 2는 도 1의 포락선 검출기(101)에서 출력하는 입력 신호의 포락선을 도시한 도면이다.
상기 도 2에 도시되어 있는 DC_bias는 고출력 증폭기로 입력되는 직류 바이어스를 나타내며, 상기 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 상기 입력 신호의 포락선은 상기 직류(DC) 바이어스 DC_bias를 초과하는 영역도 존재하고, 상기 직류 바이어스 DC_bias 미만의 영역도 존재한다.
한편, 상기 파형 생성기(103)는 상기 포락선 검출기(101)에서 출력한 포락선을 입력하여 미리 설정한 파형을 가지도록 상기 포락선의 크기 등을 조정하여 미리 설정된 전압 이상의 전압에서만 진동(swing)하는 교류(AC) 전압을 상기 전압 가산 기(105)로 출력한다. 상기 전압 가산기(105)는 상기 파형 생성기(103)에서 출력한 교류 전압과 상기 고출력 증폭기로 입력되는 직류 바이어스 DC_bias를 입력하고, 상기 파형 생성기(103)에서 출력한 교류 전압과 상기 고출력 증폭기로 입력되는 직류 바이어스 DC_bias를 가산한 전압, 즉 상기 트랜지스터(109)의 바이어스로 제공되는 바이어스 적응 방식 바이어스 V_bias를 상기 트랜지스터(109)로 출력한다.
여기서, 상기 전압 가산기(105)에서 출력하는 바이어스 적응 방식 바이어스 V_bias는 도 3에 도시한 바와 같다.
상기 도 3은 도 1의 전압 가산기(105)에서 출력하는 바이어스 적응 방식 바이어스 V_bias를 도시한 도면이다.
상기 도 3에 도시되어 있는 바이어스 적응 방식 바이어스 V_bias는 상기 도 1에서 설명한 바와 같이 상기 전압 가산기(105)에서 출력하는 신호, 즉 상기 트랜지스터(109)로 제공되는 바이어스를 나타내며, 상기 바이어스 적응 방식 바이어스 V_bias는 상기 고출력 증폭기로 입력되는 입력 신호의 전압이 미리 설정한 임계 전압(threshold voltage) 이상일 경우 상기 임계 전압 이상의 교류 전압이 상기 직류 바이어스 DC_bias와 가산되어 생성된다.
한편, 상기 이동 통신 시스템에서 사용되는 기지국 및 이동 단말기들에서 사용하고 있는 고출력 증폭기는 일반적으로 LDMOS(Lateral Double diffused metal-oxide semiconductor)로 구현된다. 즉, 상기 고출력 증폭기로는 사용 직류 전압이 28[V]이고, 상기 고출력 증폭기가 파괴(shut down)되지 않고 정상적인 사용이 보장되는 직류 전압, 즉 최대 가용 직류 전압은 32[V]인 LDMOS가 일반적으로 사용되고 있다. 물론, 상기 고출력 증폭기로 사용되는 각종 디바이스(device)들의 특성에 따라 그 값에 차이는 존재하지만 상기 고출력 증폭기는 일반적으로 상기 사용 직류 전압과 최대 가용 직류 전압이 결정되어 있으며, 상기 최대 가용 직류 전압 이상의 전압이 상기 고출력 증폭기로 인가될 경우 상기 고출력 증폭기는 파괴되어 정상적인 사용이 불가능하게 된다.
따라서, 상기 고출력 증폭기는 상기에서 설명한 바와 같이 상기 바이어스 적응 방식을 사용하여 상기 고출력 증폭기로 제공되는 사용 직류 전압, 직류 바이어스에 바이어스 적응 바이어스를 가산한 전압이 상기 최대 가용 직류 전압을 초과하지 않고 진동할 수 있도록 설계되어야만 한다.
상기에서 설명한 바와 같이 상기 고출력 증폭기는 상기 최대 가용 직류 전압 측면에서 제한이 존재하기 때문에, 상기 바이어스 적응 방식을 사용한다고 하더라도 상기 고출력 증폭기의 출력 전압의 선형 특성을 향상시키는데는 한계가 발생하였었다. 즉, 상기 고출력 증폭기로 입력되는 입력 신호의 전압은 상기 최대 가용 직류 전압에 제한되는 비교적 작은 전압이기 때문에 상기 고출력 증폭기가 상기 최대 가용 직류 전압까지 진동한다고 하더라도 상기 고출력 증폭기의 출력 전압은 선형성을 보장받는 것이 난이하게 된다는 문제점이 있었다. 따라서, 상기 고출력 증폭기의 출력 전압의 선형성을 보장하기 위한 다양한 선형화 방식들 역시 활발하게 연구 및 사용되고 있다.
상기에서 설명한 바와 같이 상기 고출력 증폭기를 설계함에 있어서는 상기 사용 직류 전압 및 최대 가용 직류 전압을 고려하기 때문에, 상기 고출력 증폭기의 설계는 상기 고출력 증폭기의 평균 최대 출력 전압에서의 선형성 보장을 기준으로 이루어지게 된다. 따라서, 상기 고출력 증폭기를 설계함에 있어서는 상기 평균 최대 출력 전압에서 바이어스 적응 방식을 사용하여 상기 고출력 증폭기의 출력 전압의 선형성이 보장되도록 한다.
그러면 여기서 도 4를 참조하여 상기 바이어스 적응 방식을 사용할 경우 상기 고출력 증폭기의 평균 최대 출력 전압에서의 스퓨리어스(spurious, 이하 'spurious'라 칭하기로 한다) 특성에 대해서 설명하기로 한다.
상기 도 4는 일반적인 고출력 증폭기에서 바이어스 적응 방식을 사용할 경우 평균 최대 출력 전압의 spurious 특성을 도시한 주파수 스펙트럼(frequency spectrum)을 도시한 도면이다.
상기 도 4를 설명하기에 앞서, 상기 고출력 증폭기의 선형 특성을 나타내는 파라미터(parameter)인 spurious 특성을 나타내는 방식은 다수개로 존재하는데, 상기 다수의 방식들중 일반적인 방식은 반송파(carrier) 신호 크기에 대한 근접 채널의 전력 차이로 상기 spurious 특성을 나타내는 방식이다. 상기 도 4에 도시한 상기 고출력 증폭기의 평균 최대 출력 전압의 스퓨리어스 특성은 상기 고출력 증폭기의 평균 최대 출력 전압의 출력은 동일하지만 상기 바이어스 적응 방식을 사용한 경우에는 상기 바이어스 적응 방식을 사용하지 않은 경우에 비해 더 우수한 선형성을 가짐을 알 수 있다. 즉, 상기 도 4에 도시한 상기 바이어스 적응 방식을 사용한 경우의 상기 고출력 증폭기의 평균 최대 출력 전압에서의 spurious 특성인 B가 상기 바이어스 적응 방식을 사용하지 않은 경우의 상기 고출력 증폭기의 평균 최대 출력 전압에서의 spurious 특성인 A보다 우수한 특성을 가짐을 알 수 있다.
또한, 상기 바이어스 적응 방식을 사용하지 않을 경우 상기 고출력 증폭기로 입력되는 입력 신호의 평균 입력 전압이 낮아지면 상기 고출력 증폭기에서 출력하는 평균 최대 출력 전압에서의 spurious 특성보다 개선된 출력 전압의 spurious 특성을 획득할 수 있게 된다. 그러나, 상기 바이어스 적응 방식을 사용할 경우 상기 고출력 증폭기는 상기 고출력 증폭기의 평균 최대 출력 전압을 고려하여 설계되기 때문에, 상기 바이어스 적응 방식을 사용하지 않을 경우에 비해서 동일 출력 전압일 경우 spurious 특성이 개선되며, 이는 상기 바이어스 적응 방식을 사용하지 않을 경우 상기 고출력 증폭기로 입력되는 입력 신호의 평균 입력 전압이 낮아지는 경우와 동일한 출력 전압의 spurious 특성을 가진다.
그러면 여기서 도 5를 참조하여 상기 고출력 증폭기로 입력되는 평균 입력 전압이 감소할 경우의 상기 트랜지스터(109)로 제공되는 바이어스 적응 방식 바이어스 V_bias 특성에 대해서 설명하기로 한다.
상기 도 5는 평균 입력 전압이 감소할 경우 도 1의 트랜지스터(109)로 제공되는 바이어스 적응 방식 바이어스 V_bias 특성을 도시한 도면이다.
상기 도 5에 도시되어 있는 바와 같이 상기 고출력 증폭기로 입력되는 평균 입력 전압이 작아지게 되면, 상기 고출력 증폭기로 입력되는 입력 신호의 포락선을 검출하는 포락선 검출기(101)의 출력 전압이 현저하게 낮아지게 된다. 상기 포락선 검출기(101)의 출력 전압 감소는 상기 트랜지스터(109)에 인가되는 바이어스 적응 방식 바이어스 V_bias이 상기 고출력 증폭기의 사용 직류 전압과 거의 동일하게 하 여 실질적으로 상기 바이어스 적응 방식을 사용하지 않을 경우와 동일하게 된다.
따라서, 상기 바이어스 적응 방식을 사용함에도 불구하고 상기 바이어스 적응 방식을 사용하지 않는 경우와 비슷한 출력 전압의 선형성을 보장받게 되어 그 효율성이 저하된다. 즉, 상기 바이어스 적응 방식을 사용할 경우 상기 고출력 증폭기로 입력되는 입력 신호의 평균 입력 전압이 낮아지더라도 상기 고출력 증폭기가 증폭해 주어야 하는 신호가 선형 영역에 존재하지 않기 때문에 출력 전압의 선형성을 전혀 보장받지 못하게 된다.
그러면 여기서 도 6을 참조하여 상기 고출력 증폭기로 입력되는 평균 입력 전압이 감소할 경우 상기 고출력 증폭기의 출력 전압에서의 spurious 특성에 대해서 설명하기로 한다.
상기 도 6은 일반적인 고출력 증폭기에서 평균 입력 전압이 감소할 경우 출력 전압에서의 spurious 특성을 도시한 주파수 스펙트럼을 도시한 도면이다.
상기 도 6에 도시되어 있는 상기 바이어스 적응 방식을 사용할 경우의 상기 고출력 증폭기의 평균 최대 출력 전압에서의 spurious 특성 C는 상기 도 4에서 설명한 상기 바이어스 적응 방식을 사용한 경우의 상기 고출력 증폭기의 평균 최대 출력 전압에서의 spurious 특성 B와 동일하다. 또한, 상기 바이어스 적응 방식을 사용할 경우의 상기 고출력 증폭기로 제공되는 입력 평균 전압이 낮아질 경우의 출력 전압에서의 spurious 특성 D는 실제 입력 평균 전압이 낮아졌음에도 불구하고 출력 전압이 감소하고, 또한 출력 전압에서의 spurious 특성이 더 악화된 것을 알 수 있다. 이는, 상기에서 설명한 바와 같이 포락선 검출기(101)의 출력 전압이 상 기 평균 입력 전압의 감소에 따라 현저하게 감소되었기 때문이다.
상기에서 설명한 바와 같이 상기 바이어스 적응 방식을 사용할 경우 상기 고출력 증폭기로 입력되는 입력 신호의 평균 입력 전압이 감소할 경우 그 출력 전압이 감소하고, 또한 출력 전압에서의 spurious 특성이 더 악화되게 된다는 문제점을 가진다. 따라서, 상기 바이어스 적응 방식을 사용할 경우 상기 고출력 증폭기로 입력되는 입력 신호의 평균 입력 전압이 감소할 경우라도 출력 전압 감소 및 spurious 특성 악화를 방지하는 방안에 대한 필요성이 대두되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 바이어스 적응 방식을 사용하는 고출력 증폭기의 입력 신호의 전압 크기에 상응하게 바이어스 적응 바이어스를 제어하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 바이어스 적응 방식을 사용하는 고출력 증폭기에서 평균 입력 전압이 감소할 경우에도 출력 전압 특성을 유지하도록 바이어스 적응 바이어스를 제어하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 장치는; 고출력 증폭기의 바이어스 적응 바이어스 제어 장치에 있어서, 입력 신호를 미리 설정한 전압으로 커플링하는 커플러와, 소정 제어에 따라 생성되는 바이어스 적응 바이어스에 상응하게 상기 커플링된 입력 신호를 증폭하는 증폭 소자와, 상기 커플링된 입력 신호의 전압에 상응하게 상기 커플링된 입력 신호의 전압에서 감쇄시킬 감쇄량을 조정하고, 상 기 커플링된 입력 신호의 전압에서 상기 감쇄량을 감쇄시킨 전압에 상응하게 상기 바이어스 적응 바이어스를 생성하는 바이어스 적응부를 포함함을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 방법은; 고출력 증폭기의 바이어스 적응 바이어스 제어 방법에 있어서, 입력 신호를 미리 설정한 전압으로 커플링하는 과정과, 상기 커플링된 입력 신호의 전압에 상응하게 상기 커플링된 입력 신호의 전압에서 감쇄시킬 감쇄량을 조정하고, 상기 커플링된 입력 신호의 전압에서 상기 감쇄량을 감쇄시킨 전압에 상응하게 상기 바이어스 적응 바이어스를 생성하는 과정과, 상기 바이어스 적응 바이어스에 상응하게 상기 커플링된 입력 신호를 증폭하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
본 발명은 바이어스 적응(bias adaptation) 방식을 사용하는 고출력 증폭기(HPA: High Power Amplifier)에서 상기 고출력 증폭기로 입력되는 입력 신호의 전압 크기에 상응하게 바이어스 적응 바이어스(bias adaptation bias)를 제어하는 장치 및 방법을 제안한다. 특히, 본 발명은 상기 고출력 증폭기로 입력되는 입력 신호의 평균 입력 전압이 감소할 경우에도 출력 전압 특성, 즉 출력 전압 크기 및 스 퓨리어스(spurious, 이하 'spurious'라 칭하기로 한다) 특성이 유지되도록 바이어스 적응 바이어스를 제어하는 장치 및 방법을 제안한다.
그러면 여기서 도 7을 참조하여 본 발명의 실시예에서의 기능을 수행하는 고출력 증폭기의 내부 구조에 대해서 설명하기로 한다.
상기 도 7은 본 발명의 실시예에서의 기능을 수행하는 고출력 증폭기의 내부 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 7을 참조하면, 먼저 상기 고출력 증폭기는 바이어스 적응부(bias adaptation block)(700)와, 커플러(coupler)(711)와, 트랜지스터(transistor)(717)로 구성된다. 여기서, 상기 바이어스 적응부(700)는 전력 분배기(power divider)(701)와, 가변 감쇄기(variable attenuator)(703)와, 포락선 검출기(envelope detector)(705)와, 파형 생성기(wave shaper)(707) 및 전압 가산기(voltage adder)(709)와, RMS(Root Mean Square) 검출기(713)와, 직류(DC) 레벨 조정기(DC level adjuster)(715)로 구성된다. 또한, 상기 트랜지스터(717) 이외에도 다른 증폭 소자가 사용될 수도 있음은 물론이다.
먼저, 상기 고출력 증폭기로 신호가 입력되면, 상기 입력 신호는 상기 커플러(711)로 전달된다. 상기 커플러(711)는 상기 입력 신호를 커플링(coupling)한 후 상기 바이어스 적응부(700)의 전력 분배기(701) 및 상기 트랜지스터(717)로 출력한다. 상기 도 7에 도시한 바와 같은 본 발명의 실시예에서의 기능을 수행하는 고출력 증폭기에서는 상기 커플러(711)를 통해 커플링된 신호가 상기 전력 분배기(701) 및 상기 가변 감쇄기(703)를 통한 후 상기 포락선 검출기(705)로 입력되기 때문에 종래의 바이어스 적응 방식을 사용하는 고출력 증폭기에서 포락선 검출기로 입력되는 신호와는 그 크기가 상이하다.
즉, 상기 포락선 검출기(705)로는 종래의 바이어스 적응 방식을 사용하는 고출력 증폭기에서 포락선 검출기로 입력되는 신호와 그 크기가 동일한, 즉 그 전압이 동일한 신호가 입력되어야만 하기 때문에 상기 커플러(711)는 상기 가변 감쇄기(703)에서 감쇄시키는 감쇄량 Atn만큼 보상하여 상기 입력 신호를 커플링하게 된다.
상기 전력 분배기(701)는 상기 커플러(711)에서 출력하는 커플링된 입력 신호를 입력하여 전력 분배한 후 상기 가변 감쇄기(703) 및 RMS 검출기(713)로 출력한다. 여기서, 상기 가변 감쇄기(703) 및 RMS 검출기(713)로 출력되는 신호는 무선 주파수(RF: Radio Frequency, 이하 'RF'라 칭하기로 한다) 신호이다. 상기 가변 감쇄기(703)는 상기 전력 분배기(701)에서 출력한 신호를 입력하여 그 전압을 미리 설정한 감쇄량 Atn만큼 감쇄시킨 후 상기 포락선 검출기(705)로 출력한다. 여기서, 상기 가변 감쇄기(703)는 핀 다이오드(PIN diode)의 전압에 따른 가변 저항 특성을 이용한 반사형 타입의 가변 감쇄기로 구현될 수 있으며, 상기 가변 감쇄기(703)의 제어 전압 Vc에 대한 감쇄량 Atn 특성은 도 8에 도시한 바와 같다.
상기 도 8은 도 7의 가변 감쇄기(703)의 제어 전압에 대한 감쇄량 특성을 도시한 도면이다.
상기 도 8에 도시한 바와 같이 상기 가변 감쇄기(703)로 낮은 제어 전압 Vc을 인가하면 상기 가변 감쇄기(703)에서 감쇄시키는 감쇄량 Atn이 감소하게 되며, 이와는 반대로 상기 가변 감쇄기(703)로 높은 제어 전압 Vc을 인가하면 상기 가변 감쇄기(703)에서 감쇄시키는 감쇄량 Atn이 증가하게 된다. 결과적으로, 상기 가변 감쇄기(703)로 낮은 제어 전압 Vc을 인가하면 상기 가변 감쇄기(703)에서 감쇄시키는 감쇄량 Atn이 감소하게 되어 상기 포락선 검출기(705)로 입력되는 신호의 전압이 증가하게 되며, 이와는 반대로 상기 가변 감쇄기(703)로 높은 제어 전압 Vc을 인가하면 상기 가변 감쇄기(703)에서 감쇄시키는 감쇄량 Atn이 증가하게 되어 상기 포락선 검출기(705)로 입력되는 신호의 전압이 감소하게 된다.
상기 종래 기술 부분에서도 설명한 바와 같이 상기 포락선 검출기(705)로 입력되는 신호의 전압이 감소할 경우 상기 바이어스 적응 방식을 사용하는 효과가 감소하기 때문에 본 발명의 실시예에서는 상기 가변 감쇄기(703)의 감쇄량 Atn을 입력 신호의 크기에 상응하게 조정하여 입력 신호의 크기가 작아질 경우라도 상기 가변 감쇄기(703)의 감쇄량 Atn을 감소시켜 상기 포락선 검출기(705)로 입력되는 신호의 전압이 항상 미리 설정한 값을 유지하도록 하는 것이다.
상기 가변 감쇄기(703)의 감쇄량 Atn은 상기 직류 레벨 조정기(715)의 제어 전압 Vc 제어에 따라 조정된다. 상기에서 설명한 바와 같이 상기 전력 분배기(701)에서 출력한 신호는 상기 RMS 검출기(713)로 입력되고, 상기 RMS 검출기(713)는 상기 전력 분배기(701)에서 출력한 신호를 입력하여 상기 입력 신호의 평균 입력 전압을 직류 전압으로 변환한 후 상기 직류 레벨 조정기(715)로 출력한다. 상기 직류 레벨 조정기(715)는 상기 RMS 검출기(713)에서 출력한 직류 전압을 입력하여 상기 가변 감쇄기(703)의 동작 영역상의 직류 전압값을 갖도록 조정한 후 상기 가변 감 쇄기(703)로 출력한다.
여기서, 상기 직류 레벨 조정기(715)는 상기 입력 신호의 평균 입력 전압이 어떤 값을 갖더라도 상기 가변 감쇄기(703)의 동작 영역상의 직류 전압값을 갖도록 조정한 후 상기 가변 감쇄기(703)로 출력하므로, 결과적으로 상기 포락선 검출기(705)로 입력되는 신호의 전압이 상기 미리 설정한 값을 유지하도록 한다. 여기서, 상기 가변 감쇄기(703)의 감쇄량 Atn을 조정하는 동작에서 상기 입력 신호, 즉 RF 신호를 그대로 사용하므로 상기 가변 감쇄기(703)의 감쇄량 Atn을 조정하기 위한 별도의 프로세싱 지연(processing delay)는 발생되지 않는다.
이를 다시 정리하면, 상기 고출력 증폭기로 입력되는 입력 신호의 평균 입력 전압이 감소할 경우 상기 RMS 검출기(713)에서 출력하는 직류 전압 역시 감소하게 되며, 상기 감소된 직류 전압으로 인해 상기 가변 감쇄기(703)의 감쇄량 Atn 역시 감소하게 되어, 결과적으로 상기 포락선 검출기(705)로 입력되는 신호의 전압을 상기 미리 설정한 값으로 유지시킬 수 있게 되는 것이다.
이와는 반대로, 상기 고출력 증폭기로 입력되는 입력 신호의 평균 입력 전압이 증가할 경우 상기 RMS 검출기(713)에서 출력하는 직류 전압 역시 증가하게 되며, 상기 증가된 직류 전압으로 인해 상기 가변 감쇄기(703)의 감쇄량 Atn 역시 증가하게 되어, 결과적으로 상기 포락선 검출기(705)로 입력되는 신호의 전압을 상기 미리 설정한 값으로 유지시킬 수 있게 되는 것이다.
따라서, 상기 고출력 증폭기는 상기 고출력 증폭기로 입력되는 입력 신호의 평균 입력 전압의 크기에 상관없이 종래 기술 부분의 도 3에서 설명한 바와 같은 특성을 유지하게 되어 상기 고출력 증폭기로 작은 평균 입력 전압을 가지는 신호가 입력되는 경우의 출력 전압 특성이 향상되게 된다. 상기 고출력 증폭기로 입력되는 입력 신호의 전압 RF_in과 상기 포락선 검출기(705)로 입력되는 입력 신호의 전압 Det_in의 관계는 도 9에 도시한 바와 같다.
상기 도 9는 도 7의 고출력 증폭기로 입력되는 입력 신호의 전압과 포락선 검출기(705)로 입력되는 입력 신호의 전압 관계를 도시한 도면이다.
상기 도 9를 참조하면, 상기에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에서는 상기 고출력 증폭기로 입력되는 입력 신호의 평균 입력 전압 RF_in이 감소할 경우 RMS 검출기(713)에서 출력하는 직류 전압 역시 감소하게 되며, 상기 감소된 직류 전압으로 인해 상기 가변 감쇄기(703)의 감쇄량 Atn 역시 감소하게 되어, 결과적으로 상기 포락선 검출기(705)로 입력되는 신호의 전압 Det_in을 미리 설정한 값으로 유지시킬 수 있다.
이와는 반대로, 상기 고출력 증폭기로 입력되는 입력 신호의 평균 입력 전압 RF_in이 증가할 경우 상기 RMS 검출기(713)에서 출력하는 직류 전압 역시 증가하게 되며, 상기 증가된 직류 전압으로 인해 상기 가변 감쇄기(703)의 감쇄량 Atn 역시 증가하게 되어, 결과적으로 상기 포락선 검출기(705)로 입력되는 신호의 전압 Det_in을 상기 임계 전압으로 유지시킬 수 있다. 따라서, 상기 고출력 증폭기로 입력되는 입력 신호의 전압 RF_in과 포락선 검출기(705)로 입력되는 입력 신호의 전압 Det_in의 관계는 상기 고출력 증폭기로 입력되는 입력 신호의 전압 RF_in의 크기에 상관없이 항상 일정하게 유지된다.
또한, 도 10을 참조하여 상기 가변 감쇄기(703)의 감쇄량 Atn 조정에 따른 상기 고출력 증폭기로 입력되는 평균 입력 전압이 감소할 경우 상기 고출력 증폭기의 출력 전압에서의 spurious 특성에 대해서 설명하기로 한다.
상기 도 10은 본 발명의 실시예에서의 기능을 수행하는 고출력 증폭기에서 평균 입력 전압이 감소할 경우 출력 전압에서의 spurious 특성을 도시한 주파수 스펙트럼을 도시한 도면이다.
먼저, 상기 도 10에 도시되어 있는 가변 감쇄기(703)의 감쇄량 Atn을 조정할 경우의 상기 고출력 증폭기의 평균 최대 출력 전압에서의 spurious 특성 E는 상기 종래 기술 부분의 도 4에서 설명한 상기 바이어스 적응 방식을 사용한 경우의 상기 고출력 증폭기의 평균 최대 출력 전압에서의 spurious 특성 B와 동일하다.
또한, 상기 도 10에 도시되어 있는 바와 같이 가변 감쇄기(703)의 감쇄량 Atn을 조정할 경우의 상기 고출력 증폭기의 평균 최대 출력 전압에서의 spurious 특성 E에 비해 상기 고출력 증폭기로 작은 평균 입력 전압을 가지는 신호가 입력될 경우의 출력 전압에서의 spurious 특성 F가 크게 개선되어 상기 종래 기술 부분의 도 6에서 설명한, 상기 바이어스 적응 방식을 사용할 경우의 상기 고출력 증폭기로 제공되는 입력 평균 전압이 낮아질 경우의 출력 전압에서의 spurious 특성 D를 보상할 수 있게 된다.
한편, 상기 포락선 검출기(705)는 상기 커플러(711)에서 출력한 신호를 입력하여 포락선 검출을 수행하여 상기 커플링된 입력 신호에서 고주파(high frequency) 성분을 제거함으로써 상기 입력 신호의 포락선만을 상기 파형 생성기 (707)로 출력한다. 상기 파형 생성기(707)는 상기 포락선 검출기(705)에서 출력한 포락선을 입력하여 미리 설정한 파형을 가지도록 상기 포락선의 크기 등을 조정하여 미리 설정된 전압 이상의 전압에서만 진동(swing)하는 교류(AC) 전압을 상기 전압 가산기(709)로 출력한다.
상기 전압 가산기(709)는 상기 파형 생성기(707)에서 출력한 교류 전압과 상기 고출력 증폭기로 입력되는 직류 바이어스 DC_bias를 입력하고, 상기 파형 생성기(707)에서 출력한 교류 전압과 상기 고출력 증폭기로 입력되는 직류 바이어스 DC_bias를 가산한 전압, 즉 상기 트랜지스터(717)의 바이어스로 제공되는 바이어스 적응 방식 바이어스 V_bias를 상기 트랜지스터(717)로 출력한다. 상기 트랜지스터(717)는 상기 커플러(711)에서 출력한 커플링된 입력 신호를 입력하여 상기 바이어스 적응 방식 바이어스 V_bias에 상응하게 미리 설정한 이득을 가지도록 증폭한 후 출력한다.
결과적으로, 상기 도 7에서 상기 RMC 검출기(713)와 상기 DC 레벨 조정기(715)는 상기 가변 감쇄기(703)의 감쇄량 Atn을 조정하기 위한 감쇄량 조정부가 되는 것이며, 상기 가변 감쇄기(703)와, 포락선 검출기(705)와, 파형 생성기(707)와, 전압 가산기(709)는 상기 바이어스 적응 바이어스 V_bias를 생성하기 위한 바이어스 적응 바이어스 생성부가 되는 것이다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술 하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같은 본 발명은, 바이어스 적응 방식을 사용하는 고출력 증폭기로 입력되는 입력 신호의 평균 입력 전압의 크기에 상관없이 상기 입력 신호를 고출력 증폭함으로써 상기 평균 입력 전압 크기의 저하에 따른 출력 전압에서의 spurious 특성을 개선시킨다는 이점을 가진다.
Claims (8)
- 고출력 증폭기의 바이어스 적응 바이어스 제어 장치에 있어서,입력 신호를 미리 설정한 전압으로 커플링하는 커플러와,소정 제어에 따라 생성되는 바이어스 적응 바이어스에 상응하게 상기 커플링된 입력 신호를 증폭하는 증폭 소자와,상기 커플링된 입력 신호의 전압에 상응하게 상기 커플링된 입력 신호의 전압에서 감쇄시킬 감쇄량을 조정하고, 상기 커플링된 입력 신호의 전압에서 상기 감쇄량을 감쇄시킨 전압에 상응하게 상기 바이어스 적응 바이어스를 생성하는 바이어스 적응부를 포함함을 특징으로 하는 상기 장치.
- 제1항에 있어서,상기 바이어스 적응부는;상기 커플링된 입력 신호의 전력을 분배하는 전력 분배기와,상기 전력 분배된 신호의 전압을 직류 전압으로 변환한 후, 상기 직류 전압에 상응하게 상기 감쇄량을 조정하기 위한 제어 전압을 생성하는 감쇄량 조정부와,상기 제어 전압에 상응하게 상기 감쇄량을 결정하고, 상기 커플링된 입력 신호의 전압에서 상기 감쇄량을 감소시킨 신호의 포락선을 검출하고, 상기 포락선이 미리 설정한 파형을 가지도록 조정하여 미리 설정한 전압 이상의 전압에서만 진동 하는 교류 전압을 생성한 후, 상기 교류 전압과 상기 고출력 증폭기로 제공되는 직류 전압을 가산하여 상기 바이어스 적응 바이어스로 생성하는 바이어스 적응 바이어스 생성부를 포함함을 특징으로 하는 상기 장치.
- 제2항에 있어서,상기 감쇄량 조정부는;상기 전력 분배된 신호의 전압을 상기 직류 전압으로 변환하는 RMS(Root Mean Square) 검출기와,상기 직류 전압에 상응하게 상기 제어 전압을 생성하는 직류 레벨 조정기를 포함함을 특징으로 하는 상기 장치.
- 제2항에 있어서,상기 바이어스 적응 바이어스 생성부는;상기 제어 전압에 상응하게 상기 감쇄량을 결정하고, 상기 커플링된 입력 신호의 전압에서 상기 감쇄량을 감소시키는 가변 감쇄기와,상기 가변 감쇄기에서 출력하는 신호의 포락선을 검출하는 포락선 검출기와,상기 포락선을 입력하여 상기 포락선이 상기 설정 파형을 가지도록 조정하여 상기 설정 전압 이상의 전압에서만 진동하는 교류 전압을 생성하는 파형 생성기와,상기 교류 전압과 상기 고출력 증폭기로 제공되는 직류 전압을 가산하여 상기 바이어스 적응 바이어스로 생성하는 전압 가산기를 포함함을 특징으로 하는 상기 장치.
- 제1항에 있어서,상기 커플러는 상기 입력 신호를 상기 감쇄량을 보상하여 상기 설정 전압으로 커플링함을 특징으로 하는 상기 장치.
- 고출력 증폭기의 바이어스 적응 바이어스 제어 방법에 있어서,입력 신호를 미리 설정한 전압으로 커플링하는 과정과,상기 커플링된 입력 신호의 전압에 상응하게 상기 커플링된 입력 신호의 전압에서 감쇄시킬 감쇄량을 조정하고, 상기 커플링된 입력 신호의 전압에서 상기 감쇄량을 감쇄시킨 전압에 상응하게 상기 바이어스 적응 바이어스를 생성하는 과정과,상기 바이어스 적응 바이어스에 상응하게 상기 커플링된 입력 신호를 증폭하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
- 제6항에 있어서,상기 바이어스 적응 바이어스를 생성하는 과정은;상기 커플링된 입력 신호의 전력을 분배하는 과정과,상기 전력 분배된 신호의 전압을 직류 전압으로 변환한 후, 상기 직류 전압에 상응하게 상기 감쇄량을 조정하기 위한 제어 전압을 생성하는 과정과,상기 제어 전압에 상응하게 상기 감쇄량을 결정하고, 상기 커플링된 입력 신호의 전압에서 상기 감쇄량을 감소시킨 신호의 포락선을 검출하는 과정과,상기 포락선이 미리 설정한 파형을 가지도록 조정하여 미리 설정한 전압 이상의 전압에서만 진동하는 교류 전압을 생성한 후, 상기 교류 전압과 상기 고출력 증폭기로 제공되는 직류 전압을 가산하여 상기 바이어스 적응 바이어스로 생성하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
- 제6항에 있어서,상기 입력 신호를 상기 설정 전압으로 커플링하는 과정은 상기 입력 신호를 상기 감쇄량을 보상하여 상기 설정 전압으로 커플링하는 것임을 특징으로 하는 상기 방법.
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