KR20060124782A

KR20060124782A - 증폭기 출력에 대한 측정 회로, 이를 포함하는 증폭기와조정 회로, 및 증폭기 출력에 대한 측정 방법

Info

Publication number: KR20060124782A
Application number: KR1020067019781A
Authority: KR
Inventors: 엘마르 바그너
Original assignee: 인피니언 테크놀로지스 아게
Priority date: 2004-03-25
Filing date: 2005-03-10
Publication date: 2006-12-05
Also published as: WO2005096005A1; EP1728084B1; CN1938597A; US7345538B2; DE102004014731A1; EP1728084A1; DE102004014731B4; US20070109042A1

Abstract

본 발명은 전력 증폭기의 출력에 대한 측정 회로 및 이 측정 회로를 포함하는 전력 증폭기에 관한 것이다. 이러한 증폭기(20)의 출력(8)에 대한 측정 회로는 제 1 트랜지스터(4f)를 포함한다. 제 1 트랜지스터(4f)의 출력 전류(27)는 증폭기(20)의 출력 전류(28)의 특성을 나타내며, 구체적으로, 증폭기(20)의 출력 전류(28)에 본질적으로 비례한다. 제 1 트랜지스터(4f)는 증폭기 출력(8)을 구동하는 적어도 하나의 제 2 트랜지스터(4a 내지 4e)와 병렬식으로 제어된다.

Description

증폭기 출력에 대한 측정 회로, 이를 포함하는 증폭기와 조정 회로, 및 증폭기 출력에 대한 측정 방법{MEASURING CIRCUIT FOR THE OUTPUT OF A POWER AMPLIFIER AND A POWER AMPLIFIER COMPRISING THE MEASURING CIRCUIT}

본 발명은 증폭기의 출력에 대한 측정 회로 및 이 측정 회로를 포함하는 증폭기에 관한 것으로, 상세하게는, 무선 주파수 전력 증폭기에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 측정 회로를 포함하는 조정 회로 및 증폭기 출력에 대한 측정 방법에 관한 것이기도 하다.

이동 무선 시스템에서는, 흔히 측정된 출력 전력에 기반하여 출력 전력을 조정하기 위해 출력 전력을 측정한다. 특히 변동-진폭(variable-amplitude) 전송 방법을 이용하는 이동 무선 시스템의 경우에는, 일반적으로 출력 전력을 측정하고 조정하는 것이 필요하다. 변동-진폭 전송 방법의 전형적인 일 예는 이른바 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing)으로, OFDM은 특히 IEEE 802.11a/h 표준(5 GHz의 지역에서의 전송 주파수) 또는 IEEE 802.11g 표준(2.4 GHz의 지역에서의 전송 주파수)에 따른 WLAN 무선 시스템에서 사용된다. 이 경우에, 무선 전송에 이용가능한 주파수 대역은 직교 부분 주파수 대역은, 예컨대, 52개의 부분 주파수 대역으로 세분되어, 무선 링크의 데이터 트래픽이 분리된다. 이 경우에, 모든 부분 주파수 대역의 전력의 중첩(superposition)으로서의 출력 전력은 부분 주파수 대역의 간섭으로 인해 넓은 동적 범위(대략 17 dB)에 걸쳐 변동할 수 있다. 그러나, 고차 위상 변조(PSK - 위상 편이 방식)를 사용하는 EDGE 또는 UMTS 표준에 따른 이동 무선 시스템에서조차, 출력 신호의 진폭은 변하기 쉽다. 전력 측정에 기초하는 전력 조정은, 송신 안테나가 과구동(overdriven)되도록 구동하는 전력 증폭기 없이 존재할 각각의 동작 상태에 대한 최적 출력 전력을 가능하게 한다.

출력 전력은 일반적으로 출력 전압에 기초하여 측정된다. 이것은 보통 송신 안테나를 구동하는 전력 증폭기의 출력에서 전압 변동을 측정함으로써 수행된다. 출력 전압에 기초하는 측정의 단점은 출력 전압이 전력 증폭기의 부하에 의존한다는 것으로서, 이 결과, 출력 전압에 기초하여 측정된 출력 전력은 실제 존재하는 전력과 상당히 다를 수 있다. 구체적으로, 전력 증폭기 상의 실제 부하, 즉, 선택적인 정합 네트워크를 구비하는 안테나가 예컨대, 부품 변동, 노화 또는 온도 영향 때문에 전형적인 부하에서 벗어나는 경우에, 출력 전압에 기반을 두는 측정에만 기초해서는 실제 출력 전력을 추론할 수 없다. 출력 측 상의 부정합은 이 경우에 존재하는 것이다.

출력 전압에 기초하여 출력 전력을 조정하면, 전력 증폭기의 기능이 상당히 손상될 수 있다. 예로서, 전력 증폭기의 부하 임피던스가 전형적인 값보다 낮은 경우를 가정할 수 있다. 이 경우에, 출력 증폭기가 이미 최대 가능한 출력 전류 변동을 공급하였더라도, 실제의 출력 전압 변동은 전력 조정의 일부에서 발견되는 최대 가능한 출력 전압 변동보다 낮다. 전력 조정은 출력 전류의 변동을 증가시키려하는 방식으로 출력 전압에 기초하여 측정된 전력 정보에 대해 반응한다. 이로 인해 전력 증폭기의 출력단이 임계치에서 구동되어, 출력단의 비선형 동작에 의해 출력 신호가 왜곡된다. 따라서, 이 경우에, 전력 조정은 제한하는 동작으로 전력 증폭기를 구동한다.

이와 달리, 만일 전력 증폭기의 부하 임피던스가 전형적인 수치보다 높으면, 전력 조정의 일부의 출력 전압에 기초하여 측정된 전력 정보의 오역으로 인해 조정된 출력 전압이 상당히 낮아진다. 그러므로, 출력 전압의 측정에만 기초하는 전력 조정은 조정된 출력 전력이 너무 낮거나 조정의 결과로서 출력 증폭기가 임계치에서 동작하므로 위험하다.

상술한 문제점은 전력 증폭기와 안테나 사이에 외부 지향성 커플러(a external directional coupler)를 배치함으로써 방지할 수 있다. 이러한 지향성 커플러는 2개의 측정 출력단을 구비하는데, 제 1 측정 출력단에서의 무선 주파수 검출기의 출력 전압은 안테나에 전송되는 전력에 비례하고, 제 2 측정 출력단에서의 무선 주파수의 출력 전압은 안테나로부터 반사된 전력에 비례한다. 안테나의 일부분에서 방사된 전력은 2개의 전력량 간의 차이로 결정될 수 있다. 이러한 해결책의 단점은 외부 지향성 커플러 및 하나 또는 두 개의 무선 주파수 검출기와 같은 추가 부품이 필요하다는 것이다. 이는 추가 비용 및 송신기 확대의 원인이 된 다.

따라서, 본 발명은 증폭기의 출력단의 최적 동작점을 위해, 출력 크기가 증폭기를 조정하는 데 사용될 수 있는, 구체적으로, 증폭기의 출력 전력을 조정하는 증폭기에 대한 측정 회로를 구체화하는 것을 목적으로 한다. 이 경우에, 측정 회로는 최소 원가 및 최소 비용으로 구현될 수 있어야한다. 또한, 대응하는 방법을 명시하는 것도 본 발명의 목적이다. 또한, 본 발명은 이러한 측정 회로를 포함하는 증폭기, 구체적으로, 무선 주파수 전력 증폭기 및 대응하는 조정 회로 명시에 관한 것이다.

본 목적은 후속하는 특허 청구 범위에 의해 달성된다.

제 1 항에 따른 증폭기의 출력에 대한 본 발명에 따른 측정 회로는 제 1 트랜지스터를 포함한다. 이 경우에, 제 1 트랜지스터의 출력 전류는 증폭기의 출력 전류의 특성을 나타내는데, 구체적으로, 이 출력 전류는 증폭기의 출력 전류에 본질적으로 비례한다. 제 1 트랜지스터는 증폭기 출력을 구동하는 적어도 하나의 제 2 트랜지스터와 병렬식으로 구동된다.

병렬식으로 연결된 다수의 제 2 트랜지스터는 일반적으로 단일의 제 2 트랜지스터 대신 사용된다. 병렬식 구동은 실제로 유리하지만, 제 1 트랜지스터 및 적어도 하나의 제 2 트랜지스터의 구동 단자가 직접 단락되는 데에 절대적으로 필요한 것은 아니다. 병렬식 구동은 네트워크가 제 1 트랜지스터와 적어도 하나의 제 2 트랜지스터 사이에 배치되는 애플리케이션에서도 존재할 수 있다. 예로서, 각 경우에 제 1 트랜지스터 및 적어도 하나의 제 2 트랜지스터는 이미터 폴로어(an emitter follower)에 의해 구동될 수 있을 것이다. 2개의 이미터 폴로어는 모두 동일한 신호로 구동된다.

본 발명에 따른 측정 회로에 의해 제공되는 신호인 적어도 하나의 제 2 트랜지스터의 전류 신호는 증폭기의 출력 전류를 간접적으로 측정하는 것을 가능하게 한다. 본 발명의 관점에서, 측정 회로에 의해 제공된 전류 신호는 증폭기를 조정하는 데 다양하게 사용될 수 있다. 전류 신호에 기반하여, 제 2 트랜지스터가 선형 범위 내에서 동작하는 중인지 또는 이미 과구동되었는지를 직접 판독하는 것이 가능하다. 이 정보는 출력 전력의 조정시에 고려될 수 있다. 또한, 측정된 전류 신호와 추가로 측정된 출력 전압을 조합함으로써, 전력 조정을 위해 이것에 의존하는 하나 또는 복수의 양을 결정할 수 있다. 구체적으로, 출력 전력은 출력 전류와 출력 전압을 곱함으로써 결정될 수 있다.

측정 회로는 추가적인 회로소자를 적게 소비하기를 원하는데, 구체적으로, 이 측정 회로는 모놀리식 집적 회로에서 증폭기와 함께 구현될 수 있다. 또한, 측정 회로 사용의 결과로서 적어도 하나의 제 2 트랜지스터의 기능은 손상되지 않는데, 측정 회로 사용의 결과로서 최대 가능한 출력 변동이 감소하지 않는 것이다. 이와 달리, 적어도 하나의 제 2 트랜지스터의 출력 전류를 전달하는 단자와 직렬로(예컨대, 공통-이미터 회로 내의 이미터 또는 컬렉터 단자와 직렬로) 연결된 추가 저항에 의해 본 발명에 따르지 않은 방법으로 출력 전류가 측정되는 경우에는, 적어도 하나의 제 2 트랜지스터의 최대 가능한 출력 변동이 감소한다.

측정 회로의 제 1 트랜지스터 및 증폭기 출력을 구동하는 적어도 하나의 제 2 트랜지스터가 공통-이미터 회로 또는 공통-소스 회로에서 동작되면 유리하다. 이 경우에, 제 1 트랜지스터의 베이스 단자 또는 게이트 단자 및 이미터 단자 또는 소스 단자가 증폭기 출력을 구동하는 적어도 하나의 제 2 트랜지스터의 각각 대응하는 단자와 단락되면 유리하다.

상술한 병렬 회로에서는 각 경우에 제 1 트랜지스터 및 적어도 하나의 제 2 트랜지스터의 베이스-이미터 전압(바이폴라 트랜지스터를 사용하여 구현함) 또는 게이트-소스 전압(MOS 트랜지스터를 사용하여 구현함)이 서로 일치하는 것이 가능하다.

또한, 제 1 트랜지스터의 유형이 증폭기 출력을 구동하는 적어도 하나의 제 2 트랜지스터와 동일하면, 제 1 트랜지스터의 출력 전류는 적어도 하나의 제 2 트랜지스터의 출력 전류에 거의 비례한다. 이른바 전류 거울(current mirror)의 기능에 따르면, 이 경우에 적용되는 사실은 제 1 트랜지스터의 출력 전류와 증폭기 출력을 구동하는 적어도 하나의 제 2 트랜지스터의 출력 전류 간의 비율이 상술한 2개의 트랜지스터의 영역 비율과 일치한다는 것이다. 증폭기의 공통 모놀리식 집적의 경우에, 부품 변동, 노화 또는 온도 영향은 두 트랜지스터에 동일한 정도로 영향을 주어, 제 1 트랜지스터의 출력 전류와 적어도 하나의 제 2 트랜지스터의 출력 전류 간의 비례율(proportionality factor)은 일정하다. 이것은 "트랜지스터 정합"으로도 지칭된다.

측정 회로는 제 1 트랜지스터의 출력 전류를 전기적 전압 신호로 변환하는 저항을 포함하는 것이 유리하다. 이 경우, 저항값이 제 1 트랜지스터의 출력 임피던스보다 낮으면, 구체적으로, 상당히 낮으면 유리하다. 이것은 제 1 트랜지스터의 출력 임피던스를 통해 흐르는 전류량이 적다는 장점을 제공할 수 있다. 이 경우에, 제 1 트랜지스터의 출력 전류 및 저항에서의 전기적 전압 신호도 적어도 하나의 제 2 트랜지스터의 단락 회로 전류에 비례한다.

측정 회로가 증폭기 출력을 구동하는 적어도 하나의 제 2 트랜지스터의 기능의 특성을 나타내는 변수를 제공하는 수단을 포함하면 유리하다. 이 수단은 제 1 트랜지스터의 출력 전류 또는 제 1 트랜지스터의 출력 전류에 의존하는 전압에 의존하는 방식으로 변수를 결정한다. 이 기능의 특성을 나타내는 변수는 증폭기의 출력 측 정합 및/또는 증폭기의 출력 전력과 관련이 있다. 이와 다른 또는 이외에, 이 변수는 증폭기 출력을 구동하는 적어도 하나의 제 2 트랜지스터의 변조와도 관련이 있다. 반드시 필요한 것은 아니지만, 바람직하게, 기능의 특성을 나타내는 변수는 증폭기의 출력 전압에도 의존할 수 있다.

애플리케이션에서, 증폭기 출력을 구동하는 적어도 하나의 제 2 트랜지스터의 기능의 특성을 나타내는 변수는 적어도 하나의 제 2 트랜지스터가 증폭기 회로에서 자신의 기능, 구체적으로, 전력 증폭기와 관련하여 동작되는 방법을 명시하는 변수이다. 예컨대, 기능의 특성을 나타내는 변수는 정합 또는 부정합의 특성을 나타내는 변수일 수 있다. 만일 부정합이 존재하면, 이것은 적어도 하나의 제 2 트랜지스터의 전력 증폭기에 영향을 끼친다. 부정합의 경우에, 이 출력 전력은 전력 정합의 경우의 최대 가능한 전력보다 낮다. 그러나, 기능의 특성을 나타내는 변수는 출력 전력의 특성을 나타내는 변수일 수도 있고, 출력 전력을 조정하는 데 직접 사용될 수 있다. 또한, 기능의 특성을 나타내는 변수는 적어도 하나의 제 2 트랜지스터의 변조에 대한 사양에도 존재할 수 있다. 만일 적어도 하나의 제 2 트랜지스터의 과구동이 존재하면, 출력 전압이 왜곡되어 적어도 하나의 제 2 트랜지스터의 기능, 즉, 가능한 선형인 전력 증폭기가 더 이상 제공되지 않는다.

측정 회로는 증폭기의 출력 전압의 특성을 나타내는 전기적 변수를 제공하는 수단, 구체적으로, 무선 주파수 검출기를 포함하는 것이 유리하다. 가장 단순한 경우에, 이 수단은 단지 출력 전압을 탭핑(tapping)하는 것만 포함한다. 이 태핑은 추가 저항에 의해 하이(high) 임피던스를 가질 수 있으므로, 증폭기의 출력단에서의 태핑의 영향은 무시해도 좋다. 무선 주파수 검출기가 사용되는 경우에는, 일반적으로 증폭기의 출력 전압에 의존하는 방식으로 평균화된 출력 신호가 형성된다. 그러나, 이 신호는 더 이상 어떤 위상 정보도 포함하지 않는다.

유리한 일 실시예에 따르면, 측정 회로는 출력 전력의 특성을 나타내는 변수를 제공하는 수단을 포함한다. 이 경우에, 이 수단은 제 1 트랜지스터의 출력 전류 또는 이 출력 전류에 의존하는 전기적 전압에 의존하는 방식으로 변수를 결정한다. 또한, 증폭기의 출력 전압의 특성을 나타내는 전기적 변수는 출력 전력의 특성을 나타내는 변수를 결정하는 데에 사용된다. 이 수단은 출력 전력의 특성을 나타내는 변수를 결정하기 위해 곱셈을 수행하는 것이 바람직하다. 이를 위해 측정 회로가 혼합기를 포함하면 유리하다. 혼합기의 출력 신호는 DC 전류 성분과 AC 전류 성분 및 2배의 출력 전압 주파수를 갖는다. AC 전류 성분은 추가 저역 통과 필터에 의해 억제될 수 있다. 혼합기의 출력 신호의 DC 전류 성분은 증폭기의 출력 전력에 비례한다.

다른 실시예에 따르면, 측정 회로는 증폭기 출력에서의 임피던스의 특성을 나타내는 변수를 제공하는 수단을 포함한다. 이 수단은 증폭기의 출력 전압 및 제 1 트랜지스터의 출력 전류의 전기적 변수 특성에 의존하는 방식으로 변수를 결정한다. 출력 전류 대신에, 이 출력 전류에 의존하는 전기적 전압은 상술한 수단에 대한 입력 변수로서도 사용될 수 있다. 임피던스의 특성을 나타내는 변수는 나눗셈에 의해 유리하게 결정된다. 분자 또는 분모의 선택에 따라, 출력 변수로서 임피던스 또는 어드미턴스가 산출된다. 이 출력 변수를 사용하여 부정합이 존재하는지의 여부를 확인할 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 측정 회로는 정재파비 또는 반사율의 특성을 나타내는 변수를 제공하는 수단을 포함한다. 이 경우에, 수단은 제 1 트랜지스터의 출력 전류 또는 이 출력 전류에 의존하는 전기적 전압에 의존하는 방식으로 변수를 결정한다. 또한, 증폭기의 출력 전압의 특성을 나타내는 전기적 변수는 출력 전력의 특성을 나타내는 변수를 결정하는 데에 사용된다.

또 다른 실시예에 따르면, 측정 회로는 제 1 트랜지스터의 출력 전류와 증폭기의 출력 전압의 특성을 나타내는 전기적 변수 간의 위상차의 특성을 나타내는 전기적 변수를 제공하는 수단을 포함한다. 이 수단은 위상 비교기인 것이 바람직하다. 위상 비교기의 출력 신호의 도움으로, 증폭기의 출력이 증폭기의 동작 주파수(예컨대, 2.4 GHz)에서 정합되었는지의 여부를 확인할 수 있다. 만일 출력 전류 및 출력 전압이 역위상이 아니면, 고려되는 주파수에서 인덕턴스 부정합 또는 캐패시턴스 부정합이 존재한다.

측정 회로는 증폭기의 출력 전압의 전기적 변수 특성에 의존하는 방식으로, 증폭기 출력을 구동하는 적어도 하나의 제 2 트랜지스터가 과구동되는지의 여부를 나타내는 수단을 포함하는 것이 유리하다. 이것은 출력 전압의 변수 특성과 제 2 트랜지스터의 포화 전압을 비교함으로써 수행될 수 있다. 만일 증폭기의 출력, 즉, 적어도 하나의 제 2 트랜지스터의 컬렉터 또는 드레인 단자에서의 전압이 적어도 하나의 제 2 트랜지스터의 포화 전압보다 낮으면, 적어도 하나의 제 2 트랜지스터는 과구동된다. 이 경우에 구동 신호의 진폭은 감소하여야한다.

제 14 항에 따르면 본 발명에 따른 증폭기는 본 발명에 따른 측정 회로 및 증폭기 출력을 구동하는 적어도 하나의 제 2 트랜지스터도 포함한다. 구체적으로, 증폭기 출력은 개방-컬렉터 또는 개방-드레인 증폭기 출력이다. 이러한 출력은 온칩의 공급 전압에 연결되지 않는다. 증폭기 출력을 구동하는 적어도 하나의 제 2 트랜지스터의 컬렉터 또는 드레인 단자는 증폭기 부하의 연결 없이 개방된다. 그러나, 칩 내에 정합 네트워크도 집적할 수 있는데, 이때에는 공급 전압에 연결된다. 증폭기는 무선 주파수 증폭기, 구체적으로, 무선 주파수 전력 증폭기인 것이 바람직하다.

제 16 항에 따르면 본 발명에 따른 조정 회로는 본 발명에 따른 측정 회로에 의해 결정되는 본 발명에 따른 증폭기의 변수 조정을 제공한다. 이 경우에, 조정 회로는 본 발명에 따른 측정 회로를 포함한다. 조정 회로는 출력 전력의 조정을 제공하는 것이 바람직한데, 증폭기의 출력 전력의 특성을 나타내는 변수는 측정 회로에 의해 결정되고 조정 회로에 의해 최대값으로 조정된다.

제 17 항에 따르면 증폭기의 출력에 대한 본 발명에 따른 측정 방법의 경우에, 제 1 트랜지스터의 출력 전류가 결정된다. 이 경우에, 제 1 트랜지스터는 증폭기 출력을 구동하는 적어도 하나의 제 2 트랜지스터와 병렬식으로 구동된다. 출력 전류는 증폭기의 출력 전류의 특성을 나타내며, 구체적으로, 증폭기의 출력 전류에 본질적으로 비례한다.

본 발명은 도면을 참조하면서 복수의 예시적인 실시예를 기초로 하여 이하에 보다 상세히 설명된다.

도 1은 종래 기술에 따른 출력 전력을 명시하는 전력 증폭기를 이루는 회로소자의 상호접속을 도시한다.

도 2는 출력 전류 및 출력 전력을 결정하는 본 발명에 따른 전력 증폭기를 이루는 본 발명에 따른 회로소자의 상호접속을 도시한다.

도 1은 모놀리식(monolithic) 집적 무선 주파수 전력 증폭기(0)의 회로소자 상호접속에 대한 2가지 다른 가능성을 도시하는데, 이들 모두 종래 기술에 따른 출 력 전력의 측정에 관한 것이다. 첫 번째 대안은 무선 주파수 검출기(1)를 사용하여 출력 전압에 의해 출력 전력을 간접적으로 결정한다. 또한, 출력 전력을 지정하는 오프칩 네트워크(2)를 사용할 수 있는데, 이 네트워크는 지향성 커플러(3)를 포함한다.

이 경우에, 무선 주파수 전력 증폭기(0)는 이동 무선 시스템, 예컨대, 2.4 GHz와 2.5 GHz 사이의 주파수 범위 또는 5.15 GHz와 5.825 GHz 사이의 주파수 범위 내의 반송파-주파수-변조-신호용 WLAN 송신기에서 사용된다. 전력 증폭기(0)의 출력단은 병렬식으로 연결되어 전력 증폭기(0)의 출력(8)을 구동하는 하나 이상의 npn-바이폴라 트랜지스터(4a 내지 4e)를 포함한다. 전력 증폭기(0)의 출력단은 공통-이미터 회로를 구성한다. 출력단에서 단일 트랜지스터만 사용된다면, 능동 트랜지스터 영역(이미터 영역)이 상당히 넓어진다. 여기에 도시된 바와 같이, 병렬식으로 연결된 복수의 트랜지스터(4a 내지 4e)가 사용되면, 이에 대응하여 트랜지스터(4a 내지 4e)의 이미터 영역이 상당히 감소할 수 있다. 동작점은 베이스 전위를 정의하는 네트워크(5)에 의해 원점으로 설정되는데, 이 네트워크는 상세히 도시되지 않는다. 출력단의 무선 주파수 입력 신호는 출력단의 업스트림(upstream)에 연결된 증폭단(도시 생략)에 의해 공급되는데, 2개의 증폭단은 캐패시턴스(6)를 통해 무선 주파수 신호에 결합된다(AC 커플링이라고 한다). 트랜지스터(4a 내지 4e)의 이미터 단자는 접지 전위에 연결된다.

증폭기 출력(8)은 개방-컬렉터 출력으로서, 즉, 온칩 출력(8) 단자는 제공되지 않는다. 양의 동작 전압(VCC)(예컨대, + 3.3 V)은 인덕턴스(7)를 통해 트랜지 스터(4a 내지 4e)의 컬렉터에 공급된다. 트랜지스터(4a 내지 4e)의 컬렉터 전류의 DC 성분은 인덕턴스(7)를 통해 흐른다. 출력 측 상의 수동 부품의 나머지처럼, 인덕턴스(7)는 오프칩(도 1에 도시됨) 또는 이와 달리 온칩으로 구현될 수 있다. 이 경우에, 오프칩 부품은 일반적으로 온칩 부품에 비해 고품질인데, 오프칩 부품을 사용하면, 이와 관련된 보다 복잡한 PCB 제조로 인해 원가가 상승한다. 증폭기 출력(8) 및 증폭기의 부하는 오프칩 캐패시턴스(9)와 AC-커플링되는 것으로, 즉, 캐패시턴스(9)는 무선 주파수 단락 회로를 구성한다. 정합 네트워크(10)는 전력 증폭기의 실제 부하, 즉 안테나(11)와 캐패시턴스(9) 사이에 연결된다. 이 네트워크는 안테나(11)의 임피던스 변환을 수행한다. 이 경우에, 정합 네트워크는 전력 정합이 출력(8)에서 존재하도록 선택되는데, 즉, 소스 임피던스는 출력(8)에서의 복소 공액 부하 임피던스(complex conjugate load impedance)에 해당한다. 이 경우에 라인(도시 생략)은 일반적으로 정합을 위해 안테나(11)와 정합 네트워크(10) 사이에 위치하며, 라인 임피던스는 안테나(11)의 임피던스에 해당한다.

종래 기술에 알려져 있는 출력 전력을 결정하는 제 1 대안에 따르면, 증폭기 출력(8)에서의 출력 전력은 무선 주파수 검출기(1)에 의해 측정된다. 무선 주파수 검출기(1)는 다이오드를 포함하고, 다이오드 정류에 의해 DC 전압 또는 DC 전류를 생성하는데, DC 전압 또는 DC 전류는 출력 전압의 진폭에 비례한다. 이 경우에, 출력 전력의 진폭의 구형파는 무선 주파수 출력 전력에 비례한다. 이러한 전력 측정 형상의 단점은, 실제 부하가 전력 증폭기(0)의 일반적인 부하에서 벗어나면 검출기(1)의 출력 변동으로 인해 실제 출력 전력이 추론될 수 없다는 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 전력 측정의 대안으로서, 안테나(11)의 오프칩 네트워크(2) 업스트림을 연결하는 것이 종래 기술에 또한 공지되어 있으며, 이 네트워크는 지향성 커플러(3)를 포함한다. 지향성 커플러(3)는 무선 주파수 검출기(15,12) 및 종단 저항(13,14)에도 상호연결된다. 무선 주파수 검출기(15)는 안테나에 전송된 전력의 제곱근에 비례하는 크기의 출력을 공급하고, 무선 주파수 검출기(12)는 안테나(11)의 일부에 반사된 전력의 제곱근에 비례하는 크기의 출력을 공급한다. 실제 방사된 전력은 이들 2개의 변수로부터 결정될 수 있다. 이러한 해결책의 단점은 추가적인 외부 부품이 필요하다는 것이다.

도 2는 모놀리식 집적 무선 주파수 전력 증폭기(20)를 이루는 본 발명에 따른 회로소자의 상호접속을 도시한다. 도 1 및 도 2에 도시되어 있는 참조 기호가 동일한 부품은 서로 일치한다. 도 1과 달리, 베이스 및 이미터 측에서 다른 트랜지스터(4f)는 트랜지스터(4a 내지 4e)와 병렬식으로 연결된다. 이 경우에, 트랜지스터(4f)의 유형은 트랜지스터(4a 내지 4e)의 유형과 일치한다. 본 경우에, 트랜지스터(4f)는 트랜지스터(4a 내지 4e) 중 하나와 크기가 동일하다. 이 경우에, 트랜지스터(4f)의 컬렉터는 전력 증폭기의 출력(8)에 연결되지 않고 저항(21)에 연결된다. 저항(21)의 제 2 단자에 동작 전압(VCC)이 연결되어, 저항(21)은 공통-이미터 회로에서 동작되는 트랜지스터(4f)의 부하 저항을 형성한다. 또한, 탭(22)을 통하여 이용가능한 증폭기의 출력에 전압이 제공된다. 탭(22)을 통해 제공된 전압 및 저항(21)을 통해 강하된 전압도 혼합기에 제공된다. 혼합기의 출력 신호(26)의 무선 주파수 신호 성분은 혼합기의 다운스트림에 연결된 추가적인 저역 통과 필터 (도시 생략)에 의해 억제될 수 있다. 또한, 추가적인 회로 블록(24,25)이 선택적으로 제공될 수 있는데, 회로 블록(24)은 저항(21)을 통해 강하된 전압 신호를 평가하고, 회로 블록(25)은 출력(8)에서 발생하는 전압 신호를 평가한다.

전류 거울의 경우에, 트랜지스터(4f)의 구동이 트랜지스터(4a 내지 4e)의 구동과 일치하면, 전류(27)가 트랜지스터(4a 내지 4e)의 출력 전류(28)에 비례한다는 것은 거의 사실이다. 구체적으로, 두 유형이 동일하면, 트랜지스터(4f)의 출력 전류(27)가 트랜지스터(4a 내지 4e)의 출력 전류(29)와 일치한다는 것은 사실이다. 그러므로 저항(21)을 통과한 전압은 전력 증폭기(20)의 출력 전류(28)에 거의 비례한다. 만일 출력(8)과 저항(21)에서 전압 신호의 DC 전류 성분이 고려되지 않으면, 이들 전압 신호의 곱은 전력 증폭기의 부하에서 소비되는 능동 볼트-암페어에 거의 비례하는데, 즉, 안테나(11)에 의해 방사된 전력에 거의 비례한다. 만일 출력(8)에서의 전압 신호의 AC 성분이 식(1)으로 설명되고,

저항(21)에서의 전압 신호의 AC 성분이 식(2)으로 설명되면,

혼합기의 선형 변조 범위 내의 혼합기(23)의 출력 신호는 식(3)에 비례한다.

식(3)에 따르면, 혼합기의 출력 신호(26)는 DC 전류 성분과 AC 전류 성분 및 2배의 출력 전압 주파수를 갖는다. AC 전류 성분은 추가 저역 통과 필터에 의해 억제될 수 있다. 이때, 혼합기의 출력 신호(26)의 DC 전류 성분은 증폭기(20)의 부하에서 소비되는 전력에 비례한다. 이 경우, 전력에 대해 결정된 측정값이 전압 신호(u₁,u₂)의 진폭(a,b)과 전압 신호(u₁,u₂)의 위상차(α-β) 둘 다에 의존한다는 것은 분명하다. 이 경우에 전력 증폭기의 출력이 정합되면, 위상차가 0이라는 것은 사실이다. 만일 캐패시턴스 부정합 또는 인덕턴스 부정합이 존재하면, 위상차는 0이 아니다. 이 경우에, 안테나에 전송되는 전력의 일부는 반사되고 안테나(11)에 흡수되지 않는다. 출력 신호는 위상차에 의존하므로, 혼합기는 동시에 위상 비교기로서도 동작한다.

전압 신호(u₁,u₂)가 동위상일 때(또는 트랜지스터(4f)의 전류 및 출력(8)에서의 전압 변동이 역위상일 때), 안테나에서 소비되는 능동 볼트-암페어는 최대 가능한 능동 볼트 암페어를 나타내고, 전력 증폭기(20)의 출력(8)에서의 전압 변동은 최대 허용가능한 값을 가지며, 트랜지스터를 통과한 전류는 최대이다. 만일 전력 증폭기(20)의 출력(8)에서의 전압 변동의 최대 허용가능한 값을 초과하면, 전력 증폭기(20)의 출력단은 상당히 비선형적인 방식으로 동작한다. 동작 전압(최대) 및 포화 전압(최소)에 대한 한계 때문에, 출력 신호는 사실상 말하자면 "클리핑(clipped)"된다. 만일 전력 증폭기의 출력에서의 전압 변동이 최대 허용가능한 전압 변동보다 낮으면, 최대 허용가능한 전력은 안테나(11)에 흡수되지 않는다. 이는 증폭기(20)의 출력(8)에서의 임피던스가 상당히 낮은 경우이다. 이와 달리, 증폭기(20)의 출력(8)에서의 최대 허용가능한 전압 변동이 초과하면, 증폭기(20)의 출력(8)에서의 임피던스는 상당히 높다. 대조적으로, 전압 신호(u₁,u₂)가 동위상이 아니면, 캐피시턴스 부정합 또는 인덕턴스 부정합이 존재한다.

따라서, 전력 증폭기(20)의 출력단을 과구동시키지 않으면서 안테나(11)에 흡수되는 전력을 최대화하기 위해, 전력 조정용 조정 회로에서 복수의 변수가 모니터링되어야 하는데, 복수의 변수 중 첫째는 혼합기의 출력 신호로 인해 발생하는 위상차 또는 흡수된 전력이고, 둘째는 증폭기(20)의 출력(8)에서의 전압 변동이다. 출력(8)에서 전압 변동을 모니터링하기 위해, 무선 주파수 검출기로서 회로 블록(25)이 내장될 수 있다. 회로 블록(25)은 이와 달리 트랜지스터(4a 내지 4e)의 컬렉터와 이미터 사이의 포화 전압(전형적으로 트랜지스터의 유형과 온도에 의존하여 100 mV 내지 400 mV의 범위 내에 존재함)과 증폭기(20)의 출력(8)에서의 전압을 비교하는 방식으로 구성될 수 있다. 만일 출력(8)에서 발생하는 최저 전압이 포화 전압과 정확하게 같거나 이보다 낮으면, 전력 증폭기(20)의 출력단은 과구동된다. 이 경우, 출력(8)에서의 전압의 진폭은 감소되어야한다.

도 2에 도시된 회로도 본 발명에 따른 트랜지스터(4a 내지 4e) 기능의 특성을 나타내는 다른 변수가 결정됨에 따른 영향으로 변경될 수 있다. 구체적으로, 혼합기(23) 대신에, 증폭기(20)의 출력에서 임피던스를 측정하는 회로 블록이 제공된다. 이러한 유형의 회로 블록에서, 출력(8)에서의 전압 및 저항(21)을 통과한 전압의 AC 성분의 페이저(phasor)가 분리되면, 변수는 증폭기의 출력(8)에서의 임피던스에 비례한다.

증폭기의 출력에서의 정재파비 또는 반사율과 같은 다른 변수는, 이 변수의 계산 사양에 대응하는 방식으로 출력(8) 및 저항(21)에서의 전압 신호의 AC 성분을 평가함으로써 유사한 방식으로 결정될 수 있다. 정재파비는 출력 라인의 임피던스(예컨대, 50 Ω)와 출력(8)에서의 효과적인 임피던스 간의 비율 또는 정합 네트워크(10)가 사용될 때 출력 라인의 변환 임피던스와 출력(8)에서의 효과적인 임피던스 간의 비율이다. 이 측면에서, (이미 상술한) 출력(8)의 임피던스를 이해함으로써 정재파비가 쉽게 결정될 수 있다.

이상의 기술에 있어서, 저항(21)을 통과한 전압 대신에 전류 신호(27)가 유사한 방식으로 직접 사용될 수 있음에 유의해야 한다.

Claims

증폭기(20)의 출력(8)에 대한 측정 회로에 있어서,

제 1 트랜지스터(4f)의 출력 전류(27)가 상기 증폭기(20)의 출력 전류(28)의 특성을 나타내고, 구체적으로, 상기 증폭기(20)의 출력 전류(28)에 본질적으로 비례하며, 상기 증폭기 출력(8)을 구동하는 적어도 하나의 제 2 트랜지스터(4a 내지 4e)와 병렬식으로 구동되는, 제 1 트랜지스터(4f)를 구비하는

측정 회로.
제 1 항에 있어서,

상기 측정 회로의 상기 제 1 트랜지스터(4f)와, 상기 증폭기 출력을 구동하는 적어도 하나의 제 2 트랜지스터(4a 내지 4e)는 공통-이미터 회로 또는 공통-소스 회로에서 동작되는

측정 회로.
제 2 항에 있어서,

상기 제 1 트랜지스터(4f)의 베이스 단자 또는 게이트 단자 및 이미터 단자 또는 소스 단자는 상기 증폭기 출력(8)을 구동하는 적어도 하나의 제 2 트랜지스 터(4a 내지 4e)의 각각 대응하는 단자와 단락되는

측정 회로.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제 1 트랜지스터(4f)는 상기 증폭기 출력(8)을 구동하는 적어도 하나의 제 2 트랜지스터(4a 내지 4e)와 동일한 유형인

측정 회로.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 측정 회로는 상기 제 1 트랜지스터(4f)의 출력 전류(27)를 전기적 전압 신호로 변환하는 저항(21)을 포함하되,

상기 저항(21)의 값은 상기 제 1 트랜지스터(4f)의 출력 임피던스보다 낮은

측정 회로.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 측정 회로는 상기 증폭기 출력(8)을 구동하는 적어도 하나의 제 2 트랜지스터(4a 내지 4e)의 기능의 특성을 나타내는 적어도 하나의 변수(26)를 제공하는 수단(23)을 포함하되,

상기 수단(23)은 상기 제 1 트랜지스터(4f)의 출력 전류(27) 또는 상기 출력 전류에 의존하는 전기적 전압에 의존하는 방식으로 상기 변수(26)를 결정하며,

상기 변수(26)는 출력 측 상의 정합 및/또는 출력 전력 및/또는 상기 증폭기 출력(8)을 구동하는 제 2 트랜지스터(4a 내지 4e)의 변조의 특성을 나타내는

측정 회로.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 측정 회로는, 상기 증폭기(20)의 출력 전압의 특성을 나타내는 전기적 변수를 제공하는 수단(25)인 무선 주파수 검출기를 포함하는

측정 회로.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,

상기 측정 회로는, 상기 출력 전력의 특성을 나타내는 변수(26)를 제공하는 수단인 혼합기(23)를 포함하되,

상기 수단(23)은, 상기 제 1 트랜지스터(4f)의 출력 전류(27) 또는 상기 출력 전류(27)에 의존하는 전기적 전압, 및 상기 증폭기(20)의 출력 전압의 전기적 변수 특성에 의존하는 방식으로, 구체적으로, 상기 2개의 전기적 변수의 곱에 의해 상기 변수를 결정하는

측정 회로.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,

상기 측정 회로는 상기 증폭기 출력에서의 임피던스의 특성을 나타내는 변수를 제공하는 수단을 포함하되,

상기 수단은, 상기 증폭기(20)의 출력 전압의 전기적 변수 특성 및, 상기 제 1 트랜지스터(4f)의 출력 전류(27) 또는 상기 출력 전류(27)에 의존하는 전기적 전압에 의존하는 방식으로, 구체적으로, 상기 2개의 전기적 변수를 나눔으로써 상기 변수를 결정하는

측정 회로.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,

상기 측정 회로는 정재파비 또는 반사율의 특성을 나타내는 변수를 제공하는 수단을 포함하되,

상기 수단은, 상기 제 1 트랜지스터(4f)의 출력 전류(27) 또는 상기 출력 전류에 의존하는 전기적 전압, 및 상기 증폭기(20)의 출력 전압의 전기적 변수 특성에 의존하는 방식으로 상기 변수를 결정하는

측정 회로.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,

상기 측정 회로는 상기 제 1 트랜지스터의 출력 전류(27)와 상기 증폭기(20)의 출력 전압의 전기적 변수 특성 간의 위상차의 특성을 나타내는 전기적 변수를 제공하는 수단인 위상 비교기(23)를 포함하는

측정 회로.
제 7 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 측정 회로는 상기 증폭기(20)의 출력 전압의 전기적 변수 특성에 의존하는 방식으로, 구체적으로, 상기 변수와 상기 적어도 하나의 제 2 트랜지스터(4a 내지 4e)의 포화 전압을 비교함으로써, 상기 증폭기 출력(8)을 구동하는 적어도 하나의 제 2 트랜지스터(4a 내지 4e)가 과구동되는지를 지시하는 수단(25)을 포함하는

측정 회로.
제 7 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 측정 회로는 상기 증폭기(20)의 출력 전류(28)의 전기적 변수 특성에 의존하는 방식으로, 구체적으로, 상기 변수와 상기 적어도 하나의 제 2 트랜지스터(4a 내지 4e)의 최대값을 비교함으로써, 상기 증폭기 출력(8)을 구동하는 적어도 하나의 제 2 트랜지스터(4a 내지 4e)가 과구동되는지를 지시하는 수단(24)을 포함하는

측정 회로.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 측정 회로와,

증폭기 출력(8)을 구동하는 적어도 하나의 제 2 트랜지스터(4a 내지 4e)를 구비하되,

상기 증폭기 출력(8)은 개방-컬렉터 또는 개방-드레인 증폭기 출력인

증폭기.
제 14 항에 있어서,

상기 증폭기(20)는 무선 주파수 증폭기, 구체적으로, 무선 주파수 전력 증폭기인

증폭기.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 측정 회로에 의해 결정되는 변수를 조정하는 조정 회로에 있어서,

제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 측정 회로를 포함하고, 제 13 항 또는 제 14 항에 기재된 증폭기(20)의 출력 전력을 조정하는

조정 회로.
증폭기(20)의 출력(8)에 대한 측정 방법에 있어서,

제 1 트랜지스터(4f)의 출력 전류(27)를 결정하는 단계를 포함하되,

상기 출력 전류(27)는 상기 증폭기(20)의 출력 전류(28)의 특성을 나타내고, 구체적으로, 상기 증폭기(20)의 출력 전류(28)에 본질적으로 비례하며,

상기 트랜지스터(4f)는 상기 증폭기 출력(8)을 구동하는 적어도 하나의 제 2 트랜지스터(4a 내지 4e)와 병렬식으로 구동되는

측정 방법.
제 17 항에 있어서,

상기 증폭기(20)의 출력 전압의 전기적 변수 특성을 결정하는 단계와,

상기 제 1 트랜지스터(4f)의 출력 전류(27) 및 상기 증폭기(20)의 출력 전압 의 전기적 변수 특성에 의존하는 방식으로, 상기 증폭기 출력을 구동하는 적어도 하나의 제 2 트랜지스터의 기능, 구체적으로, 출력 측 상의 정합 및/또는 출력 전력 및/또는 상기 증폭기 출력을 구동하는 제 2 트랜지스터의 변조의 특성을 나타내는 적어도 하나의 변수(26)를 결정하는 단계를 포함하는

측정 방법.