KR20060059505A - 전력 증폭 회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고전류 또는 저전류를 센싱하여 고출력 및 저출력시 임피던스를 조절함으로써, 전력 소모를 줄일 수 있는 전력 증폭 회로를 개시한다. 개시된 본 발명은 전력증폭기(PA); 상기 전력증폭기에 바이어스 전압을 인가하면서, 출력 임피던스를 조절하여 전력 손실을 줄이기 위한 전류센싱회로; 및 상기 전력증폭기에서 출력되는 신호를 정합 시키는 출력정합회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 고전류 혹은 저전류로 동작할 때, ACPR(Adjacent Channel Power Ratio) 특성을 저하시켜 전력증폭회로의 전력 손실을 최소화한 효과가 있다.
전력증폭기, 전력증폭회로(PAM), ACPR, 임피던스, 전력

Description

전력 증폭 회로{POWER AMPLIFIER CIRCUIT}
도 1은 종래 기술에 따른 프론트앤드 모듈의 구조를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따라 전류센싱회로가 부착된 프론트앤드 모듈의 구조를 도시한 도면.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따라 저전류 센싱과 고전류 센싱을 할 수 있는 전류센싱회로의 구조를 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따라 저전류 센싱과 고전류 센싱회로가 병합된 전류센싱회로를 도시한 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
200: 전력증폭회로(PAM) 201a: 제 1 듀플렉서
201b: 제 2 듀플렉서 205: 위상천이회로(PSN)
210: 출력정합회로 220: 전력증폭기(PA)
250: 전류센싱회로
본 발명은 전력증폭회로(PAM)에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 고전류 또 는 저전류를 센싱하여 고출력 및 저출력시 임피던스를 조절함으로써, 전력 소모를 줄일 수 있는 전력 증폭 회로에 관한 것이다.
일반적으로 코드분할다중접속(CDMA: Code Division Multiple Access)방식을 사용하는 이동통신 시스템의 단말기(이하 '이동통신 단말기'라 칭함)에는 고주파신호를 안테나를 통해 송신하게 되고, 기지국으로부터의 신호를 안테나를 통해 수신하게 된다. 이러한 송수신 동작을 위해 이동통신 단말기의 송신 종단에는 잘 알려진 바와 같이 전력증폭기(Power Amplifier Module: PAM)가 구비된다.
상기 전력 증폭기는 시스템의 특성과 전력소모에 큰 비중을 차지하는 것으로, 항상 최대 송출전력으로 구동되는 것이 아니라 기지국과의 거리에 따라, 그리고 사용자의 이동속도에 따라 송출전력 레벨을 가변하게 된다.
기지국과 이동통신 단말기간의 거리가 가까운 경우, 즉 수신신호의 세기가 큰 경우에는 상대적으로 전력증폭기의 송출전력 레벨은 감소하게 된다. 이와 달리 셀(cell) 반경 내에서 가장 먼 곳으로 이동통신 단말기가 이동한 경우, 즉 수신신호의 세기가 작은 경우나 사용자의 이동 속도가 증가하는 경우에는 전력증폭기는 최대 송출전력 레벨에 가까운 고주파신호를 송신하게 된다.
이와 같이, 입력 신호를 원하는 만큼 전력 증폭하는 전력증폭기(PAM)는 예컨대 무선 통신장치(예컨대, 이동통신 단말기, 무선기기, 무선전화기 등), 오디오 등에 내장되어 있는 핵심 부품이다.
특히 최근에는 이동통신 단말기의 사용 증가로 인하여 이동통신 단말기에 사용되는 RF(Radio Frequency,무선주파수) 전력증폭기의 중요성이 더해 가고 있는 실 정이다.
도 1은 종래 기술에 따른 프론트앤드 모듈의 구조를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 프론트앤드 모듈은 송신단자(Tx), 수신단자(Rx), 안테나(ANT)와 같은 세개의 단자 사이에 전력증폭기(PA: 120), 출력정합회로(Matching Network: 110)를 포함하는 전력증폭회로(PAM: 100), 제 1 듀플렉서(101a), 제 2 듀플렉서(101b)와 상기 제 1 듀플렉서(101a)와 제 2 듀플렉서(101b) 사이에 연결된 위상천이회로(PSN: Phase Shift Network: 105)로 구성되어 있다.
상기와 같은 구조를 갖는 프론트앤드 모듈은 다음과 같이 동작한다.
먼저, 음성 신호를 송신하기 위해서 마이크로폰을 이용하여 전기신호로 전환한 다음, 변환된 음성 전기신호를 디지털 통신을 위해서 코딩(coding) 작업을 진행한다.
그런 다음, 코딩된 음성신호를 다시 아날로그 신호로 변환하여 RF(Radio Frequency) 신호로 만든다. 그런 다음, 이 RF 신호를 전력 증폭기(PA: 120)에 전송하여 저주파수 대역의 신호를 증폭시킨다.
그런 다음, 상기 제 1 듀플렉서(101a)를 통해서, 안테나 단자로 송출된다.
그리고, 외부로부터 전송되는 RF 신호는 상기 안테나에 수신된 다음, 위상천이회로(105)를 통하여 제 2 듀플렉스(101b)에서 필터링된 후, 수신부에 전달된다.
도면에는 도시되지 않았지만, 수신부로 전달된 수신 신호는 증폭 과정과 복조 과정을 거쳐 음성 또는 비디오 신호로 복원되는 과정을 거친다.
그러나, 상기와 같은 구조를 갖는 전력증폭기(120)를 포함한 프론트앤드 모듈은 다음과 같은 문제점이 있다.
상기 프론트앤드 모듈에서 중요시되는 문제는 전력 손실을 최소화하는 것인데, 종래 기술에서는 저출력시 개선되는 ACPR의 특성을 제어할 수 없고 고출력시 ACPR의 마진이 충분하더라도 ACPR의 특성을 제어할 수 없기 때문에 전력 소모를 줄이는데 한계가 있다.
본 발명은, 종래 기술에 비해 ACPR(Adjacent Channel Power Ratio) 마진이 큰 영역에서는 ACPR 특성을 저하시켜 전력증폭회로(PAM)의 전력 손실을 최소화하여 배터리 소모를 줄일 수 있는 전력 증폭 회로를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 전력 증폭 회로는,
전력증폭기(PA);
상기 전력증폭기에 바이어스 전압을 인가하면서, 출력 임피던스를 조절하여 전력 손실을 줄이기 위한 전류센싱회로; 및
상기 전력증폭기에서 출력되는 신호를 정합 시키는 출력정합회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 전류센싱회로는 전원 전압을 분배하는 제 1 저항기와 제 2 저항기와, 상기 전원 전압과 전력 증폭기의 바이어스 단자 사이에 배치되어 전류를 센싱하는 제 3 저항기와, 상기 제 3 저항기에서 강하된 전압을 비반전 입력단에 인 가하고, 상기 제 1 저항기와 제 2 저항기 사이에 강하된 전압을 반전 입력단에 인가하여 컨트롤 전압을 발생시키는 연산증폭기로 구성된 것을 특징으로 하고, 상기 전류센싱회로는 전원 전압을 분배하는 제 1 저항기와 제 2 저항기와, 상기 전원 전압과 전력 증폭기의 바이어스 단자 사이에 배치되어 전류를 센싱하는 제 3 저항기와, 상기 제 3 저항기에서 강하된 전압을 반전 입력단에 인가하고, 상기 제 1 저항기와 제 2 저항기 사이에 강하된 전압을 비반전 입력단에 인가하여 컨트롤 전압을 발생시키는 연산증폭기로 구성된 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 전류센싱회로는 전원 전압을 분배하는 제 1 저항기와 제 2 저항기와,
상기 제 1 저항기와 제 2 저항기에 병렬로 연결된 제 3 저항기와 제 4 저항기와,
상기 전원 전압과 전력 증폭기의 바이어스 단자 사이에 배치되어 전류를 센싱하는 제 5 저항기와,
상기 제 5 저항기에서 강하된 전압을 반전 입력단에 인가하고, 상기 제 1 저항기와 제 2 저항기 사이에 강하된 전압을 비반전 입력단에 인가하여 컨트롤 전압을 발생시키는 제 1 연산 증폭기와,
상기 제 5 저항기에서 강하된 전압을 비반전 입력단에 인가하고, 상기 제 3 저항기와 제 4 저항기 사이에 강하된 전압을 반전 입력단에 인가하여 컨트롤 전압을 발생시키는 제 2 연산 증폭기로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 전류센싱회로로부터 발생되는 컨트롤 전압으로 출력 임피던스 를 조절하는 버렉터 다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, ACPR(Adjacent Channel Power Ratio) 마진이 큰 영역에서는 ACPR 특성을 저하시켜 PAM의 전력 손실을 최소화하여 배터리 소모를 줄일 수 있다.
본 발명에서는 PAM에 바이어스 전압을 인가하는 영역에 전류 센싱회로를 부착하여 고 전류때와 저 전류가 흐를때, 출력 임피던스를 조절하는 전압을 인가하도록 하여 ACPR의 특성을 조절함으로써 전력 손실을 최소화하는 것이 본 발명에서 제안된 고안이다.
이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 자세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명에 따라 전류센싱회로가 부착된 프론트앤드 모듈의 구조를 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 프론트앤드 모듈은 송신단자(Tx), 수신단자(Rx), 안테나(ANT)와 같은 세개의 단자 사이에 전력증폭기(PA: 220), 상기 전력증폭기(220)에 바이어스 전압을 인가하면서, 출력 임피던스를 조절하여 전력 손실을 줄이기 위한 전류센싱회로(250), 출력정합회로(Matching Network: 210), 버렉터 다이오드 (230)를 포함하는 전력증폭회로(PAM: 200), 제 1 듀플렉서(201a), 제 2 듀플렉서(201b)와 상기 제 1 듀플렉서(201a)와 제 2 듀플렉서(201b) 사이에 연결된 위상천이회로(PSN: Phase Shift Network: 105)로 구성되어 있다.
상기와 같은 구조를 갖는 프론트앤드 모듈(FEM)은 다음과 같이 동작한다.
먼저, 음성 신호를 송신하기 위해서 마이크로폰을 이용하여 전기신호로 전환한 다음, 변환된 음성 전기신호를 디지털 통신을 위해서 코딩(coding) 작업을 진행한다.
그런 다음, 코딩된 음성신호를 다시 아날로그 신호로 변환하여 RF(Radio Frequency) 신호로 만든다. 그런 다음, 이 RF 신호를 전력 증폭기(PA: 220)에 전송하여 저주파수 대역의 신호를 증폭시킨다.
이때, 상기 전류센싱회로(250)에서는 상기 전력증폭기(220)에 바이어스 전압을 인가할 때, 기준 소모전류 이상의 전류가 흐르는지를 감지하여 상기 전력증폭기(220)의 출력단에 연결된 출력정합회로(210)의 임피던스를 조절하는 컨트롤 전압을 발생시킨다.
이것은 전력 증폭기(220)의 출력 임피던스를 변화시킴으로써, ACPR의 특성을 저하시켜 상기 전력 증폭기(220)에서 최소의 전력이 소모될 수 있도록 하기 위해서이다.
이에 대해서는 도 3과 도 4에서 구체적으로 설명하였다.
그런 다음, 상기 전력 증폭기(220)를 통과한 RF 신호는 증폭된 후, 출력정합회로(210)에서 전력 손실을 최소화한 상태에서 최대 전력 전달을 송신단에 한다.
이와 같이 전달되는 RF 신호는 상기 제 1 듀플렉서(201a)를 통해서, 안테나 단자로 송출된다.
그리고, 외부로부터 전송되는 RF 신호는 상기 안테나에 수신된 다음, 위상천이회로(205)를 통하여 제 2 듀플렉스(201b)에서 필터링된 후, 수신부에 전달된다.
도면에는 도시되지 않았지만, 수신부로 전달된 수신 신호는 증폭 과정과 복조 과정을 거쳐 음성 또는 비디오 신호로 복원되는 과정을 거친다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따라 저전류 센싱과 고전류 센싱을 할 수 있는 전류센싱회로의 구조를 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 저전류가 인가될 경우, R5에 강하되는 전압이 작아서 Q2의 비반전 단자에 높은 전압이 인가되어 V_ctrl 전압이 인가된다. 반면 도 4와 같이 고전류가 흐를 경우, R5에 강하되는 전압이 커서 Q1의 반전에 낮은 전압이 인가되고 이에 V_ctrl 전압이 인가된다. 따라서, 상기 R5의 전류에 따라 이를 센싱하여 출력 임피던스를 컨트롤 할 수 있는 컨트롤 전압을 발생시킴으로써 전력 증폭기의 ACPR과 소모전류와의 적절한 교환이 이루어질 수 있는 출력 임피던스를 형성한다.
일실시 예를 중심으로 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4에 따른 고전류 센싱을 살펴보면, Vcc 값이 4V, R1 값이 0.4㏀, R2 값이 3.6㏀, R5 값이 1Ω이라고 가정한다.
만약, R5에 흐르는 전류 값이 400㎃ 이상이 흐를 경우, R5의 1Ω 값과 곱해져 0.4V이상의 전압 강하가 발생한다. 이와 같이 고전류에 의하여 0.4V이상의 전압 강하가 발생하면, Q1의 반전 단자의 전압이 3.6V 이하가 되기 때문에 연산 증폭기로 이루어진 센싱회로에서 전력 증폭기의 출력 임피던스를 조절할 수 있는 컨트롤 전압(V_ctrl)을 발생시킨다.
이와 같이, 전력 증폭기의 출력 임피던스를 조절함으로써, 전력 증폭기의 ACPR의 특성을 저하시켜 전력 손실을 최소화할 수 있도록 하였다.
마찬가지 방법으로 저전류가 흐를 경우에는 도 3에 도시하였다.
가정된 값은 도 3과 동일한, Vcc 값이 4V, R3 값이 0.2㏀, R4 값이 3.8㏀, R5 값이 1Ω이라고 가정한다.
만약, R5에 흐르는 전류 값이 200㎃ 이하가 흐를 경우, R5의 1Ω 값과 곱해져 0.2V이하의 전압 강하로 인하여 바이어스 전압은 3.8V이상의 값이 비반전 단자에 인가된다.
이와 같이 저전류에 의하여 바이어스 전압이 3.8V이상이 되며, Q2 연산증폭기의 반전단자 전압인 3.8V 보다 크게되어 전력 증폭기의 출력 임피던스를 조절할 수 있는 컨트롤 전압(V_ctrl)을 발생시킨다.
이와 같이, 전력 증폭기의 출력 임피던스를 조절함으로써, 전력 증폭기의 ACPR의 특성을 저하시켜 전력 손실을 최소화할 수 있도록 하였다.
도 5는 본 발명에 따라 저전류 센싱과 고전류 센싱회로가 병합된 전류센싱회로를 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 도 3과 도 4를 결합한 회로로써, 고전류 또는 저전류가 입력되더라도 전력 증폭시의 출력 임피던스를 ACPR 및 소모 전류와 교환(trade off)이 되는 임피던스 값으로 조절할 수 있도록 하였다.
만약, R1 값이 0.4㏀, R2 값이 3.6㏀, R3 값이 0.2㏀, R4 값이 3.8㏀이고 Vcc 값이 4V가 인가되면, VH은 3.6V, VL는 3.8V가 된다.
전력 증폭기의 바이어스 전압이 3.6~3.8V로 동작할 때, Q1, Q2는 동작하지 않는다.
하지만, R5에 200㎃ 이하가 흐를 경우 VL 값은 3.8V이상이 된다. 따라서 Q2 이 턴온 상태가 되어 컨트롤 전압이 인가된다.
반대로 R5에 400㎃ 이상이 흐를 경우 VH 값은 3.6V이하로 떨어지게 되면, 이때 Q1가 턴온 상태가 된다.
상기 Q1가 턴온 상태가 되면 컨트롤 R6, R7에 의해 컨트롤 전압이 발생되어 전력 증폭기의 출력 임피던스를 조절하게 된다.
이와 같이 본 발명에서는 전류센싱회로에서 고전류 또는 저전류를 센싱한 다음, 이 센싱 전류로부터 전력 손실을 최소화하도록 출력 임피던스를 조절하는 컨트롤 전압을 발생시킨다.
이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명은 ACPR(Adjacent Channel Power Ratio) 마진이 큰 영역에서는 ACPR 특성을 저하시켜 PAM의 전력 손실을 최소화하여 배터리 소모를 줄일 수 있다.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않고, 이하 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (5)

  1. 전력증폭기(PA);
    상기 전력증폭기에 바이어스 전압을 인가하면서, 출력 임피던스를 조절하여 전력 손실을 줄이기 위한 전류센싱회로; 및
    상기 전력증폭기에서 출력되는 신호를 정합 시키는 출력정합회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류센싱회로는 전원 전압을 분배하는 제 1 저항기와 제 2 저항기와, 상기 전원 전압과 전력 증폭기의 바이어스 단자 사이에 배치되어 전류를 센싱하는 제 3 저항기와, 상기 제 3 저항기에서 강하된 전압을 비반전 입력단에 인가하고, 상기 제 1 저항기와 제 2 저항기 사이에 강하된 전압을 반전 입력단에 인가하여 컨트롤 전압을 발생시키는 연산증폭기로 구성된 것을 특징으로 하는 전력 증폭 회로.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류센싱회로는 전원 전압을 분배하는 제 1 저항기와 제 2 저항기와, 상기 전원 전압과 전력 증폭기의 바이어스 단자 사이에 배치되어 전류를 센싱하는 제 3 저항기와, 상기 제 3 저항기에서 강하된 전압을 반전 입력단에 인가하고, 상기 제 1 저항기와 제 2 저항기 사이에 강하된 전압을 비반전 입력단에 인가하여 컨 트롤 전압을 발생시키는 연산증폭기로 구성된 것을 특징으로 하는 전력 증폭 회로.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류센싱회로는 전원 전압을 분배하는 제 1 저항기와 제 2 저항기와,
    상기 제 1 저항기와 제 2 저항기에 병렬로 연결된 제 3 저항기와 제 4 저항기와,
    상기 전원 전압과 전력 증폭기의 바이어스 단자 사이에 배치되어 전류를 센싱하는 제 5 저항기와,
    상기 제 5 저항기에서 강하된 전압을 반전 입력단에 인가하고, 상기 제 1 저항기와 제 2 저항기 사이에 강하된 전압을 비반전 입력단에 인가하여 컨트롤 전압을 발생시키는 제 1 연산 증폭기와,
    상기 제 5 저항기에서 강하된 전압을 비반전 입력단에 인가하고, 상기 제 3 저항기와 제 4 저항기 사이에 강하된 전압을 반전 입력단에 인가하여 컨트롤 전압을 발생시키는 제 2 연산 증폭기로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전력 증폭 회로.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류센싱회로로부터 발생되는 컨트롤 전압으로 출력 임피던스를 조절하는 버렉터 다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭 회로.
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