KR20060114926A - 전력증폭모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 DC-DC 컨버터로부터 상이한 레벨의 직류전원이 출력되어, 출력된 직류전원의 레벨에 따라 저전력 또는 고전력 증폭기가 동작하도록 함으로써, 상기 각 전력증폭기가 선택적으로 증폭동작을 수행할 수 있도록 하는 전력증폭모듈에 관한 것으로서, 입력된 신호를 저출력 또는 고출력의 신호로 증폭시키는 저전력증폭기 및 고전력증폭기와, 상기 각 전력증폭기의 동작전원을 인가하는 DC-DC 컨버터와, 상기 DC-DC 컨버터로부터 출력되는 인가전압의 크기에 따라 선택적으로 상기 저전력 또는 고전력 증폭기가 증폭동작을 수행하도록 스위칭하는 전압스위치 회로를 포함하여 구성되어, 기존에 사용되던 임피던스 변환방식에 비해 상기 전력증폭모듈의 효율을 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 상기 임피던스 변환방식에 상대적으로 회로가 단순하므로 MMIC화하여 집적화하면 소형으로 구현할 수 있으므로 제품의 경쟁력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
전력증폭기, DC-DC 컨버터, 전압스위치 회로, 바이어스회로

Description

전력증폭모듈{Power Amplifier Module}
도 1 은 종래 기술에 따른 전력증폭모듈의 구성을 도시한 구성도,
도 2 는 본 발명에 따른 전력증폭모듈의 구성이 간략하게 도시된 구성도,
도 3 은 본 발명에 따른 전력증폭모듈의 구성이 상세하게 도시된 구성도,
도 4 는 본 발명에 따른 전력증폭모듈에 있어서, 전압스위치 회로의 구성이 도시된 회로도,
도 5 는 본 발명에 따른 전력증폭모듈의 동작방법이 도시된 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
10: MSM 20: DC-DC 컨버터
30: 전압스위치 회로 40: 바이어스 회로
본 발명은 전력증폭모듈에 관한 것으로써, 특히 DC-DC 컨버터로부터 상이한 레벨의 직류전원이 출력되어, 출력된 직류전원의 레벨에 따라 저전력 또는 고전력 증폭기가 동작하도록 함으로써, 상기 각 전력증폭기가 선택적으로 증폭동작을 수행할 수 있도록 하는 전력증폭모듈에 관한 것이다.
이동통신 단말기에 대한 수요가 크게 증가함에 따라 소모전력이 적으면서도 장시간 사용가능한 통신기기에 대한 사용자의 요구가 증가되고 있다. 또한, 이러한 단말기에는 고주파 발진기에서 발생한 미약한 신호를 안테나를 통해 기지국으로 무선송신할 수 있도록 큰 전력의 에너지로 증폭시키는 전력증폭모듈이 내장되어 있다.
따라서, 상기 전력증폭모듈은 이동통신 단말기에 출력되는 고주파 신호를 증폭하여 기지국으로 송출하는 기능을 하는 부품으로 상기 이동통신 단말기의 통화시간 및 통화품질을 좌우하는 핵심부품으로서, 최근에는 전력 증폭을 조절할 수 있는 스마트 전력증폭모듈이 개발되고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 전력증폭모듈의 구성을 도시한 구성도이다.
종래 기술에 따른 전력증폭모듈은 입력단자(RF in)를 통해 입력되는 신호를 일정한 증폭율로 1차 증폭하는 기본증폭부(DA)와, 상기 기본증폭부(DA)로부터 출력된 증폭신호를 2차 증폭하여 출력단자(RF out)를 통해 출력되도록 하는 2차증폭부(LPA, HPA)를 포함하여 구성된다.
상기 2차증폭부(LPA, HPA)는 상기 기본증폭부(DA)로부터 1차 증폭된 증폭신호가 소정의 증폭율로 증폭되어 저전력의 증폭신호로 출력되도록 하는 저전력증폭기(LPA)와, 1차 증폭된 상기 증폭신호가 소정의 증폭율로 증폭되어 고전력의 증폭 신호로 출력되도록 하는 고전력증폭기(HPA)로 구성된다.
또한, 상기 전력증폭모듈은 상기 입력단자(RF in)로부터 전달되는 신호의 입력임피던스를 정합하여 상기 기본증폭부(DA)로 전달하는 입력정합부(1)와, 상기 기본증폭부(DA)로부터 1차 증폭된 신호의 임피던스를 정합하여 상기 고전력증폭기(HPA)로 전달하는 중간정합부(2)와, 상기 각 저전력(LPA) 및 고전력증폭기(HPA)의 출력단에 연결되어 증폭신호의 출력임피던스를 정합하는 출력정합부(3)를 포함하여 구성되며, 저전력 또는 고전력출력에 따라 상기 2차증폭부의 동작을 조절할 수 있는 모드스위치(미도시)를 별도로 구비하여, 상기 모드스위치로부터 인가되는 신호에 따라 상기 저전력증폭기(LPA) 또는 고전력증폭기(HPA)가 선택적으로 동작되도록 한다.
특히, 상기 전력증폭모듈은 상기 각 전력증폭기(LPA, HPA)의 증폭효율을 향상시키기 위하여, 상기 저전력증폭부(LPA)의 동작에 따라 저전력신호가 출력되는 경우 상기 출력정합부(3)와 동시에 동작하여 상기 출력 임피던스가 가변되도록 하는 임피던스 가변부(4)를 더 포함하여 구성된다.
예를 들어, 상기 고전력증폭기(HPA)를 통해 고전력증폭신호가 출력되면, 상기 고전력증폭신호는 상기 출력정합부(3)를 통해 2 내지 3옴 정도의 낮은 출력 임피던스값을 갖게 되며, 그에 따라 고전력의 신호로 출력된다.
또한, 상기 저전력증폭기(LPA)를 통해 저전력증폭신호가 출력되는 경우에는 상기 임피던스 변환기(4) 및 출력정합부(3)를 통해 2 내지 3옴 정도의 낮은 출력 임피던스값에서 10옴 정도의 높은 임피던스 값을 갖도록 함으로써, 그 효율을 향상 시킬 수 있도록 한다.
그러나, 상기와 같이 구성 및 동작하는 종래 기술에 따른 전력증폭모듈은 상기 각 증폭기의 증폭효율을 향상시키기 위하여 임피던스 변환기(4)를 사용하고 있으나, 상기 임피던스 변환기(4)를 통한 증폭효율은 약 20% 내외이므로 효율 개선에 한계가 있으며, 강제적으로 임피던스를 증가시키도록 하므로 그 동작이 안정적으로 수행되지 못하게 된다.
또한, 상기와 같이 동작함으로써 증폭효율을 향상시키기 위해서는 상기 임피던스 변환기 뿐만 아니라 상기 임피던스 변화기의 동작을 위해 저전력 또는 고전력증폭을 선택할 수 있도록 하는 별도의 모드스위치가 구비되어야 하므로 부가적인 회로 구성에 따른 추가비용의 부담이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전력증폭기에 의해 증폭되고자 하는 증폭신호의 레벨에 따라 동작레벨을 가변시키는 DC-DC 컨버터를 구비하여 각 전력증폭기의 증폭효율을 향상시킬 수 있도록 하는 전력증폭모듈을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 전력증폭모듈은 입력된 신호를 저출력 또는 고출력의 신호로 증폭시키는 저전력증폭기 및 고전력증폭기와, 상기 각 전력증폭기의 동작전원을 인가하는 DC-DC 컨버터와, 상기 DC-DC 컨버터로부터 출력되는 인가전압의 크기에 따라 선택적으로 상기 저전력 또는 고전력 증폭기가 증폭동작을 수행하도록 스위칭하는 전압스위치 회로를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다. 도 2는 본 발명에 따른 전력증폭모듈의 구성이 간략하게 도시된 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 전력증폭모듈의 구성이 상세하게 도시된 구성도이다.
본 발명에 따른 전력증폭모듈은 기본적으로 증폭하고자 하는 신호가 입력되는 입력단자(RFIN)와, 상기 입력단자(RFIN)로부터 전달된 신호를 일정 증폭률에 따라 증폭시키는 기본증폭부(DA)와, 상기 기본증폭부(DA)로부터 출력된 신호를 2차 증폭시키는 전력증폭부(LPA, HPA)와, 상기 전력증폭부(LPA, HPA)에서 출력된 증폭신호를 외부로 전달하는 출력단자(RFOUT)를 포함하여 구성된다.
상기 기본증폭부(DA)는 상기 입력단자(RFIN)로부터 인가되는 신호가 상기 전력증폭부(LPA, HPA) 및 출력단자(RFOUT)를 통해 외부로 출력되기에 충분한 레벨로 증폭될 수 있도록 상기 입력신호를 일정한 증폭률에 따라 미리 증폭시키게 된다.
상기 전력증폭부(LPA, HPA)는 상기 기본증폭부(DA)로부터 전달된 증폭신호를 저전력신호로 증폭시키는 저전력증폭기(LPA)와, 상기 기본증폭부(DA)로부터 전달된 증폭신호를 고전력신호로 증폭시키는 고전력증폭기(HPA)로 구성되어, 출력하고자 하는 전력레벨에 따라 상이한 증폭신호를 출력시킬 수 있도록 한다.
또한, 상기 전력증폭모듈은 상기 입력단자(RFIN)를 통해 입력된 신호의 입력 임피던스를 정합시켜 상기 기본증폭부로 전달하는 입력정합부(51)와, 상기 기본증폭부(DA) 및 전력증폭부(LPA, HPA) 사이에 연결되어 상기 기본증폭부(DA)에서 1차 증폭된 신호가 상기 전력증폭부(LPA, HPA)로 전달되도록 임피던스를 정합시키는 중간정합부(52)와, 상기 전력증폭부(LPA, HPA)에서 출력된 증폭신호가 상기 출력단자(RFOUT)를 통해 외부로 출력될 수 있도록 출력 임피던스를 정합시키는 출력정합부(53)를 포함하여 구성되며, 상기 기본증폭부(DA), 저전력증폭기(LPA) 및 고전력증폭기(HPA)가 동작되도록 바이어스 전류를 각각 인가하는 제 1 내지 제 3바이어스 회로(40)를 더 포함하여 구성된다.
이때, 상기 출력정합부(53)는 상기 각 저전력(LPA) 또는 고전력증폭기(HPA)로부터 증폭된 신호의 크기에 따라 정합시 요구되는 출력임피던스가 가변된다.
특히, 본 발명에 따른 전력증폭모듈은 상기 각 전력증폭기(LPA, HPA)의 동작전원을 인가하는 DC-DC 컨버터(20)와, 상기 DC-DC 컨버터(20)로부터 출력되는 직류전압의 레벨이 가변되도록 하는 제어신호를 생성하여 상기 DC-DC 컨버터(20)로 전달하는 MSM(10)을 포함하여 구성된다.
또한, 상기 DC-DC 컨버터(20)로부터 출력되는 인가전압의 크기에 따라 선택적으로 상기 저전력(LPA) 또는 고전력 증폭기(HPA)가 증폭동작을 수행하도록 스위칭하는 전압스위치 회로(30)를 더 포함하여 구성되어, 상기 MSM(10)으로부터 전달된 신호에 따라 상이한 레벨을 갖는 직류전압신호가 출력되면, 상기 전압스위치 회로(30)는 출력신호의 레벨을 판단하여 상기 저전력증폭기(LPA) 또는 고전력증폭기 (HPA) 중 어느 하나의 증폭기로 바이어스 전류가 인가됨으로써 해당 증폭기가 증폭동작을 수행할 수 있도록 한다.
도 4는 본 발명에 따른 전력증폭모듈에 있어서, 전압스위치 회로의 구성이 도시된 회로도이다.
상기 전압스위치 회로(30)는 다수의 저항(R1 내지 R9) 및 트랜지스터(TR1 내지 TR3)를 포함하여 구성된다.
상기 트랜지스터(TR1 내지 TR3)는 상기 저전력증폭기(LPA) 측에 연결되어 상기 DC-DC 컨버터(20)로부터 인가되는 인가전압에 따라 온/오프를 수행하는 제 1트랜지스터(TR1)와, 상기 고전력증폭기(HPA)측에 연결되어 상기 DC-DC 컨버터(20)로부터 인가되는 인가전압에 따라 차례로 온/오프를 수행함으로써 상기 고전력증폭기(HPA)가 증폭동작을 수행하도록 하는 제 2 및 제 3트랜지스터(TR2, TR3)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 각 트랜지스터(TR1 내지 TR3)는 갈륨비소(GaAs) 또는 인듐인(InP)계열로 형성가능한 이종접합 쌍극자 트랜지스터(HBT; Heterojunction Bipolar Transistor)로 구성되는 것이 바람직하다.
따라서, 상기와 같이 구성되는 전압스위치 회로(30)는 상기 제 1바이어스회로(41)로부터 출력된 전류에 의해 구동된 상기 기본증폭기(DA)로부터 1차 증폭된 신호를 증폭시키는 데 있어, 증폭시키고자 하는 신호가 저전력 또는 고전력의 신호로 출력되도록 한다.
즉, 상기 DC-DC 컨버터(20)로부터 저전압신호가 인가되는 경우, 상기 제 1트 랜지스터(TR1)가 오프되어 상기 저전력증폭기(LPA)측에 연결되는 제 3바이어스회로(42)의 전류가 바이패스 되지 않고 상기 저전력증폭기(LPA)로 인가되며, 증폭동작을 수행하게 된다.
또한, 상기 DC-DC 컨버터(20)로부터 인가된 저전압신호에 의해 상기 제 2트랜지스터(TR2)가 오프되며, 상기 제 2트랜지스터(TR2)의 콜렉터와 연결된 제 2바이어스회로(43)에 의해 상기 제 3트랜지스터(TR3)가 온된다. 상기 제 3트랜지스터(TR3)가 온되면 상기 제 2바이어스회로(43)의 전류가 상기 제 3트랜지스터(TR3)를 통해 바이패스 되어 상기 고전력증폭기(HPA)로 인가되지 않으며, 그에 따라 상기 고전력증폭기(HPA)는 구동하지 않게 된다.
상기의 과정과 유사한 방법으로, 상기 DC-DC 컨버터(20)로부터 고전압신호가 인가되는 경우에는 상기 제 1트랜지스터(TR1)가 온되어 상기 제 1트랜지스터(TR1)를 통해 상기 제 3바이어스회로(42)의 전류가 흐르게 되며, 상기 저전력증폭기(LPA)로 바이어스 전류가 인가되지 않게 되므로 상기 저전력증폭기(LPA)는 구동되지 않는다.
또한, 상기 고전압신호에 의해 상기 제 2트랜지스터(TR2) 역시 온되어 상기 제 2트랜지스터(TR2)를 통해 상기 제 2바이어스회로(43)의 전류가 흐르게 되며, 이로 인해 상기 제 3트랜지스터(TR3)는 오프되어 따로 연결된 상기 제 2바이어스회로(43)의 전류가 바이패스 되지 못하고 상기 고전력증폭기(HPA)로 인가된다. 따라서, 상기 고전력증폭기(HPA)로 인가된 상기 제 2바이어스 전류에 의해 증폭동작이 수행된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 전력증폭모듈 동작의 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 5는 본 발명에 따른 전력증폭모듈의 동작방법이 도시된 순서도이다.
우선, 상기 입력단자를 통해 증폭되고자 하는 신호가 상기 기본증폭부로 입력되며, 일정한 증폭율로 입력된 신호를 증폭시킨다.(S1)
이때, 상기 MSM은 상기 DC-DC 컨버터의 출력전압 레벨을 가변시키도록 하는 신호를 생성하여 전달하고, 수신된 신호에 따라 상기 DC-DC 컨버터로부터 특정 전압의 레벨을 갖는 신호가 출력된다.(S2)
상기 DC-DC 컨버터로부터 신호가 출력되면 출력된 신호의 레벨을 감지하여, 상기 출력신호의 전압이 1.5V인 경우에는 상기 저전력증폭기로 바이어스 전류가 인가되도록 하며, 그에 따라 저전력증폭동작이 수행되도록 한다.(S3, S4)
또한, 상기 출력신호의 전압이 1.5V가 아니라 3.8V인 경우에는 상기 고전력증폭기로 바이어스 전류가 인가되도록 하며, 그에 따라 고전력증폭동작이 수행되도록 한다.(S3, S5)
다음, 상기 저전력 또는 고전력증폭기로부터 출력된 증폭신호는 그의 출력임피던스를 정합한 후 상기 출력단자를 통해 외부로 출력된다.(S6)
이상과 같이 본 발명에 의한 전력증폭모듈을 예시된 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않으며, DC-DC 컨버터로부터 상이한 레벨의 신호가 출력되고, 출력신호의 레벨에 따라 고전력 또는 저전력증폭기의 동작을 선택적으로 제어하는 본 발명의 기술사상은 보호되는 범위 이내에서 당업자에 의해 용이하게 응용될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 전력증폭모듈은 상이한 전압레벨을 갖는 신호가 출력되는 DC-DC 컨버터와 출력신호의 레벨에 따라 고전력 또는 저전력증폭기의 동작이 스위칭되도록 하는 전압스위치 회로를 구비하여, 기존에 사용되던 임피던스 변환방식에 비해 상기 전력증폭모듈의 효율을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 임피던스 변환방식에 상대적으로 회로가 단순하므로 MMIC화하여 집적화하면 소형으로 구현할 수 있으므로 제품의 경쟁력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 입력된 신호를 저출력 또는 고출력의 신호로 증폭시키는 저전력증폭기 및 고전력증폭기와;
    상기 각 전력증폭기의 동작전원을 인가하는 DC-DC 컨버터와;
    상기 DC-DC 컨버터로부터 출력되는 인가전압의 크기에 따라 선택적으로 상기 저전력 또는 고전력증폭기가 증폭동작을 수행하도록 스위칭하는 전압스위치 회로를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전력증폭모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력증폭모듈은 상기 DC-DC 컨버터로부터 출력되는 직류전압의 레벨이 가변되도록 하는 제어신호를 생성하여 상기 DC-DC 컨버터로 전달하는 MSM과;
    상기 각 저전력증폭기 및 고전력증폭기에 각각 연결되어 상기 각 전력증폭기의 동작을 제어하는 바이어스 전류를 출력하는 바이어스 회로를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전력증폭모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압스위치 회로는 상기 저전력증폭기 측에 연결되어 상기 DC-DC 컨버터로부터 인가되는 인가전압에 따라 온/오프를 수행하는 제 1트랜지스터와;
    상기 고전력증폭기측에 연결되어 상기 DC-DC 컨버터로부터 인가되는 인가전 압에 따라 차례로 온/오프를 수행함으로써 상기 고전력증폭기가 증폭동작을 수행하도록 하는 제 2 및 제 3트랜지스터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전력증폭모듈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압스위치 회로는 상기 DC-DC 컨버터로부터 저전압신호가 인가되면, 상기 제 1 트랜지스터가 오프되어 상기 저전력증폭기측 바이어스 회로의 전류가 바이패스 되지 않고 상기 저전력증폭기로 인가되며, 고전압신호가 인가되면 상기 제 3트랜지스터가 오프되어 상기 고전력증폭기측 바이어스 회로의 전류가 상기 고전력증폭기로 인가되어 증폭동작이 수행되도록 하는 것을 특징으로 하는 전력증폭모듈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 DC-DC 컨버터는 1.5V 또는 3.8V의 전압을 출력하여, 1.5V의 전압이 출력되는 경우에는 저전력증폭기가 동작되도록 하며, 3.8V의 전압이 출력되는 경우에는 고전력 증폭기가 동작되도록 하는 것을 특징으로 하는 전력증폭모듈.
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