KR20060099343A

KR20060099343A - 전력 증폭기의 구동 전압 제어 장치

Info

Publication number: KR20060099343A
Application number: KR1020050020738A
Authority: KR
Inventors: 오재현
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2005-03-11
Filing date: 2005-03-11
Publication date: 2006-09-19
Also published as: CN1832360A; CN1832360B

Abstract

본 발명은 이동 통신 단말기의 전력 증폭기에서 출력되는 송신전력의 변화를 검출하여, 그 전력 증폭기에 인가되는 구동 전압을 적정한 레벨로 조절함으로써, 전력 증폭기의 전력 소모 효율을 향상시켜 배터리 사용 시간을 증가시킬 수 있도록 하는 전력 증폭기의 구동 전압 제어 장치에 관한 것으로, 이동 통신 단말기의 전력 증폭기(PAM)에서 출력되는 송신전력을 검출하는 고전력 검출수단과; 상기 고전력 검출수단에서 출력되는 전압을 이용해, 상기 전력 증폭기의 송신전력에 따른 적절한 구동전압을 생성하여, 그 전력 증폭기에 인가하는 가변 구동전압 출력수단을 포함하여 구성함으로써 달성할 수 있다.

Description

전력 증폭기의 구동 전압 제어 장치{DRIVE VOLTAGE CONTROL APPARATUS FOR POWER AMP MODULE}

도 1은 종래 이동 통신 단말기의 전력 증폭기 및 주변 회로의 구성을 보인 블록도.

도 2는 본 발명에 따른 이동 통신 단말기의 전력 증폭기 구동 전압 제어 장치 및 그 주변 회로의 구성을 보인 블록도.

도 3은 본 발명에 따라 전력 증폭기(PAM)의 출력전력 변화에 따른 가변 구동전압 출력부의 입/출력전압 관계를 테이블로 보인 예시도.

도 4는 상기 도3에서 있어서 테이블의 값들을 그래프로 시각화하여 보인 예시도.

도 5는 종래 구동 방식에 의한 전력 증폭기의 효율과 본 발명의 구동 방식에 의한 전력 증폭기의 효율을 비교한 예시도.

도 6은 종래와 본 발명에 따른 각 채널별 전력 증폭기의 효율을 송신전력에 따라 테이블로 비교하여 보인 예시도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

101 : 고전력 검출기 102 : 이동국 모뎀

103 : 고주파 처리부 104 : 전력 증폭기

201 : 검출전압 레벨 변환부 202 : 가변 구동전압 출력부

본 발명은 이동 통신 단말기의 전력 증폭기 효율을 증대시키기 위한 것으로, 특히 이동 통신 단말기의 전력 증폭기에서 출력되는 송신전력의 변화를 검출하여, 그 전력 증폭기에 인가되는 구동 전압을 적정한 레벨로 조절함으로써, 전력 증폭기의 전력 효율을 향상시켜 단말기의 배터리 사용 시간을 증가시킬 수 있도록 하는 전력 증폭기의 구동 전압 제어 장치에 관한 것이다.

도1은 종래 이동 통신 단말기의 전력 증폭기 및 주변 회로의 구성을 보인 블록도이다.

일반적으로, 이동 통신 단말기에서는 비교적 높은 전력을 송신할 때, 이동국 모뎀(MSM : Mobile Station Modem)(102)으로 현재의 송신전력 레벨을 알려주는데, 그와 같은 송신전력 레벨을 알려주는 회로가 고전력 검출기(HDET : High Power Detector)(101)이다.

상기 고전력 검출기(101)는 전력 증폭기(PAM : Power Amp Module)(104)의 다음 단에서 송신 전력을 커플링(Coupling)하여 신호를 생성한다.

상기 도1에는 도시하지 않았으나, 커플링하는 방법으로는 지향성 커플러를 사용하는 방법과 전력 증폭기의 출력단에 커패시터를 접속하는 방법이 있다.

상기 전력 증폭기(104)는 다른 소자와 집적해서 쓰기엔 너무 열이 많아서 잡음원이 되기 때문에 보통 별도의 칩이나 모듈로 사용되며, 칩 위에 MMIC Die와 입출력 매칭, 기본 바이어스 소자들을 집적하여 만든 것으로, 시스템에 장착될 때 복 잡한 매칭과정 없이 바로 사용할 수 있도록 구성된다.

상기 도1에서, 고주파 처리부(103)는 이동국 모뎀(102)에서 출력되는 기저대역 신호를 처리하여 전력 증폭기(104)를 통해 고주파 출력하기 위한 회로부로서, 그 구성과 동작은 기존의 일반적인 구성과 다르지 않으므로 그에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

그런데, 상기 전력 증폭기(104)는 그 구동전압으로 도1에 도시된 바와 같이, 부하 스위치(Load Switch)(105)를 통해 배터리 전원(약 3.7V)이 그대로 인가되도록 구성되어 있다.

즉, 종래의 경우 낮은 송신전력을 요구하는 주파수 영역에서도 전력 증폭기의 구동전압으로 배터리 전원을 그대로 인가하도록 구성되어 있기 때문에, 전력 증폭기(104)의 전력 소모 효율이 많이 떨어져 배터리가 빨리 소모되고, 그 만큼 통화 가능 시간도 짧아지는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로, 이동 통신 단말기의 전력 증폭기에서 출력되는 송신전력의 변화를 검출하여, 그 전력 증폭기에 인가되는 구동 전압을 적정한 레벨로 조절함으로써, 전력 증폭기의 전력 소모 효율을 향상시켜 배터리 사용 시간을 늘리고, 그에 따라 통화 가능 시간도 증가시킬 수 있도록 하는 전력 증폭기의 구동 전압 제어 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 이동 통신 단말기의 전력 증폭 기(PAM)에서 출력되는 송신전력을 검출하는 고전력 검출수단과; 상기 고전력 검출수단에서 출력되는 전압을 이용해, 상기 전력 증폭기의 송신전력에 따른 적절한 구동전압을 생성하여, 그 전력 증폭기에 인가하는 가변 구동전압 출력수단을 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.

본 발명은 전력 증폭기(PAM)에 인가되는 구동 전압을 DC-DC 컨버터를 통해 인가하고, 또한, 그 DC-DC 컨버터의 입력 전압(Vin(DC-DC))으로 고전력 검출기(HDET)에서 출력된 전압에 비례하여 조절된 전압을 입력함으로써, 상기 전력 증폭기에서 출력되는 송신전력에 따라 적정한 구동전압이 그 전력 증폭기에 인가되도록 함으로써, 전력 증폭기의 전력 효율을 향상시키기 위한 장치의 제공을 요지로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도2는 본 발명에 따른 이동 통신 단말기의 전력 증폭기 구동 전압 제어 장치 및 그 주변 회로의 구성을 보인 블록도로서, 도1의 구성과 비교할 때, 전력 증폭기(PAM)의 구동 전압을 인가하는 구성에 많은 차이가 있다.

즉, 종래의 경우 전력 증폭기(104)의 구동 전압으로 배터리 전압(3.4V ~ 3.7V)이 그대로 입력되었으나, 본 발명에서는 전력 증폭기(104)의 송신전력에 따라 가변 구동전압 출력부(202)에서 1.4V ~ 3.4V 까지 적절히 조절된 전압이 인가된다.

본 발명의 실시예에서 상기 가변 구동전압 출력부(202)는 DC-DC 컨버터로 구 성한다. 상기 DC-DC 컨버터(가변 구동전압 출력부)는 고전력 검출기(101)의 출력전압을 입력전압(Vin(DC-DC))으로 사용하는데, 그 입력전압에 대하여 3배 정도의 전압을 고전압 증폭기(104)로 출력한다.

통상적으로, 상기 고전압 검출기(101)는 0.2V ~ 2V까지 송신전력에 비례한 전압을 출력할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 그 전압을 가변 구동전압 출력부(202)에 입력함으로써, 전력 증폭기(104)의 구동에 필요한 1.4V ~ 3.4V 까지의 전원을 만들어 출력하는 것이다.

상기 가변 구동전압 출력부(202)의 입/출력 전압과 전력 증폭기(104)의 송신전력과의 관계는 도3의 표에 구체적으로 도시되어 있으며, 도4는 그 관계를 그래프로 표시한 도면이다. 상기 도3과 도4를 참조하면, 전력 증폭기의 송신전력(output power(dBm))이 10dBm 일 경우, 고전력 검출기(101)를 통해 0.8V의 검출 전압이 가변 구동전압 출력부(202)로 입력되고, 그 입력전압에 따라 가변 구동전압 출력부(202)는 2.5V의 전압을 전력 증폭기(104)로 출력하는 것이다.

즉, 본 발명은 전력 증폭기(104)의 송신전력에 따른 고전력 검출기(101)의 출력을 이용하여 가변 구동전압 출력부(202)를 제어하는 것으로, 전력 증폭기의 전원을 선형적으로 제어하여 충분한 인접채널전력비(ACPR)를 확보하면서 전력 효율을 최대로 증가시키는 특징이 있다.

또한, 상기 가변 구동전압 출력부(202)의 기능 중 바이패스(Bypass) 모드를 적절히 이용하여, 가변 구동전압 출력부의 출력 레벨보다 배터리 전원의 레벨이 더 떨어질 경우에만, 배터리 전원을 직접 전력 증폭기에 인가하도록 함으로써 효율을 더 증대시킬 수 있도록 한다.

다음, 검출전압 레벨 변환부(201)는 상기 고전력 검출기(101)의 출력 전압을 원하는 적절한 전압으로 바꾸어 가변 구동전압 출력부(202)에 입력하기 위한 것이다.

즉, 상기 고전력 검출기(101)에서 출력되는 전압을 직접 가변 구동전압 출력부(202)에 입력할 경우, 그 가변 구동전압 출력부에서 원하는 레벨의 전압이 출력되지 않기 때문에, 원하는 전압 레벨을 출력할 수 있도록 고전력 검출기의 출력 레벨을 적절히 바꾸어 인가하는 것이다.

따라서, 상기 검출전압 레벨 변환부(201)는 전력 증폭기에서 출력되는 송신전력과, 그때 전력 증폭기(104)에 인가할 가변 구동전압 출력부(202)의 출력전압을 생성하기 위해, 그 가변 구동전압 출력부(202)에 입력할 전압을 테이블로 저장해 두고, 마이크로 프로세서(미도시)를 통해 대응하는 전압을 출력하도록 구성할 수 있을 것이다.

이상으로, 상기 가변 구동전압 출력부(202)를 통해 조절된 전압이 전력 증폭기(104)에 인가되는 것 자체로 전력 증폭기는 20% ~ 30%의 전력 효율이 향상된다.

예컨대, 도1과 같이 부하 스위치(105)를 통해 배터리 전압이 전력 증폭기(104)에 인가되는 경우와, 도2와 같이 가변 구동전압 출력부(202)를 통해 송신전력에 따라 조절된 전압이 전력 증폭기에 인가되는 경우를 도5을 참조하여 비교해 보면, 본 발명의 경우 각 채널에 대하여 16dBm 이하에서 전력부가효율(PAE : Power Added Efficiency)을 2배 이상 증가시킬 수 있음을 확인할 수 있다.

상기 전력부가효율(PAE)의 계산은 다음 수학식1과 같이 구할 수 있다.

여기서, RF Pout : 송신(출력)전력, RF Pin : 입력 전력

상기 각 채널에 대한 전력 증폭기의 효율을 표로 정리하면 다음 도6에 도시된 바와 같다.

상기 도6을 참조하면, 송신 전력이 16dBm 이상인 경우에는 효율에 큰 차이가 없지만, 16dBm 이하에서는 2배 이상의 큰 효율 차이가 발생함을 알 수 있으며, 이는 이동 통신 단말기에서 가장 많이 사용하는 전력 레벨에서 소모되는 전류를 많이 줄일 수 있음을 의미한다.

상기와 같이, 종래에는 전력 증폭기에 배터리 전원을 직접 인가함으로써, 최소 전력(Min Power)과 최대 전력(Max Power)이 필요한 경우, 전력 증폭기의 전력 효율이 많이 떨어져 배터리의 전력이 빨리 소모되는 단점이 있었으나, 본 발명에서는 수신레벨에 따른 전력 증폭기의 송신전력에 맞추어 전력 증폭기에 인가되는 전원을 조절하기 때문에 20% 이상의 전력 효율을 증대시켜 통화시간을 증가시킬 수 있도록 한다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조로 설명하였다. 여기서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개 념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 전력 증폭기의 구동 전압 제어 장치는 고전력 검출기에서 출력된 전압을 이용하여 가변 구동전압 출력부의 출력전압을 제어함으로써, 전력 증폭기의 송신전력에 따른 구동 전압으로 전력 증폭기를 제어할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 전력 증폭기(PAM)에 인가되는 구동 전압을 가변 구동전압 출력부를 통해 송신전력에 맞게 조절하여 인가함으로써, 전력 증폭기의 전력 효율을 향상시켜 배터리의 소모 전력을 절약할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 이동 통신 단말기에서 가장 많이 사용하는 16dBm 이하의 전력 레벨에서 최대 2배 이상의 전력 효율을 증대시킴으로써, 단말기의 소모 전류를 줄여 통화 시간을 증가시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.

Claims

이동 통신 단말기의 전력 증폭기(PAM)에서 출력되는 송신전력을 검출하는 고전력 검출수단과;

상기 고전력 검출수단에서 출력되는 전압을 이용해, 상기 전력 증폭기의 송신전력에 따른 적절한 구동전압을 생성하여, 그 전력 증폭기에 인가하는 가변 구동전압 출력수단을 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 전력 증폭기의 구동 전압 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 고전력 검출수단을 통해 검출된 전압을 상기 가변 구동전압 출력수단에 입력할 전압으로 변환하기 위한 검출전압 레벨 변환수단을 더 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 전력 증폭기의 구동 전압 제어 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가변 구동전압 출력수단은 DC-DC 컨버터로 구성하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기의 구동 전압 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 가변 구동전압 출력수단은 DC-DC 컨버터의 출력 레벨보다 배터리 전원의 레벨이 더 떨어질 경우, 바이패스(Bypass) 모드로 전환되게 하여 배터리 전원이 직접 전력 증폭기에 인가될 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 전력 증폭기의 구동 전압 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 가변 구동전압 출력수단에서 생성하는 구동전압은,

상기 고전압 검출수단의 검출전압 레벨이 송신전력에 비례하여 0.2V ~ 2V 사이의 값을 출력할 경우, 그 검출전압에 따라 전력 증폭기의 구동에 필요한 1.4V ~ 3.4V 사이의 전압을 출력하도록 구성한 것을 특징으로 하는 전력 증폭기의 구동 전압 제어 장치.