KR20080078286A

KR20080078286A - 전력증폭모듈

Info

Publication number: KR20080078286A
Application number: KR1020070018173A
Authority: KR
Inventors: 김철호
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2007-02-23
Filing date: 2007-02-23
Publication date: 2008-08-27

Abstract

본 발명의 실시예에 의한 전력증폭모듈은 출력신호의 이득을 조정하는 구동증폭부; 상기 이득조정된 출력신호의 전력을 증폭시키는 전력증폭부; 및 상기 구동증폭부의 입력단과 기준전압단 사이에 연결되는 제1저항, 상기 구동증폭부의 입력단과 접지단 사이에 연결되는 제2저항을 포함하는 구동증폭 조정회로를 포함한다.

본 발명의 실시예에 의하면, 발진 신호를 포함한 입력 신호의 전력 수치가 큰 경우, 구동증폭부의 동작을 차별적으로 제어할 수 있으므로 전력증폭부의 출력신호가 과도하게 증폭되는 현상을 방지할 수 있고, 따라서 전력증폭모듈의 내부 회로가 손상되는 현상을 방지할 수 있다. 또한, RF신호를 안정적인 크기의 송신신호로 처리할 수 있으므로 통신 기능의 신뢰성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

Description

전력증폭모듈{Power amplifier module}

도 1은 일반적인 전력증폭모듈의 출력 신호가 스펙트럼 분석기를 통하여 분석된 결과를 도시한 그래프.

도 2는 일반적인 전력증폭모듈의 증폭 특성을 측정한 그래프.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전력증폭모듈의 구성 요소를 개략적으로 도시한 블록도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전력증폭모듈의 구동증폭 조정회로의 구성 요소를 개략적으로 도시한 회로도.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전력증폭모듈과 연결되는 Vref스위치의 단자 형태를 예시한 도면.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전력증폭모듈의 증폭 특성을 측정한 그래프.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

100: 전력증폭모듈 105: 입력매칭부

110: 구동증폭 조정회로 111: 제1저항

112: 제2저항 113: 제1인덕터

114: 제2인덕터 115: 구동증폭부(DA)

120: 중간매칭부 125: 전력증폭부(PA)

130: 출력매칭부 RFin: 입력신호단

Vref: 기준전압단 Vcc: 바이어스 전압단

본 발명은 통신 시스템에 이용되는 전력증폭모듈에 관한 것이다.

현재, 널리 사용되고 있는 휴대폰, 스마트폰, PDA(Personal Digital Assistant), RFID(Radio Frequency IDentification) 장치와 같은 이동통신단말기에는 각종 전자소자가 내장되어 기능되고, 이들 전자소자는 PCB(Printed Circuit Board)상에 집적된 통신모듈을 이루어 구성되는 것이 일반적이다.

이러한 통신모듈은 안테나를 통하여 송출되는 최종의 RF신호를 얻기 위하여 송신부측에 전력증폭모듈을 구비하는데, 전력증폭모듈은 구동증폭기와 전력증폭기를 포함하여 이동통신단말기 상의 트랜시버로부터 입력된 RF신호를 증폭하고 상기 증폭된 신호를 일정하게 유지시킨다.

특히, 구동증폭기는 입력신호의 이득을 큰 수치로 증폭시킴으로써, 전력증폭기를 통하여 증폭된 출력신호가 최종적으로 높은 전력을 가지도록 하는데, 이때 구동증폭기는 RF신호와 함께 불필요한 신호의 이득도 증폭시킬 뿐만 아니라, 입력신호의 전력이 증가함에 따라(높은 이득 수치에 의하여) 신호가 급격히 증폭되므로 전력증폭기 회로에 손상을 주게 되는 문제점이 있다.

불필요한 신호가 증폭되는 현상은 트랜지스터와 같은 능동(active)소자가 포함되는 회로에서 발생되는 것으로서, 보통 발진 현상이라고 부르며 다음과 같은 경우들을 포함한다.

첫째, 능동회로의 입력단에 신호가 입력되지 않았는데, 출력신호가 검출되는 경우, 둘째, 능동소자의 증폭 기능을 위하여 제공되는 DC신호가 AC신호로 변환되는 경우, 셋째, 필요로 되지 않는 주파수대역에서 공진신호가 발생되는 경우 등이 있다.

도 1은 일반적인 전력증폭모듈의 출력 신호가 스펙트럼 분석기를 통하여 분석된 결과를 도시한 그래프이다.

도 1에 의하면, 특정 주파수의 신호만 입력됨으로써 출력단에서는 이에 상응하는 출력신호(A)가 나와야 하지만, 출력신호에는 이외에도 다양한 형태의 주파수 성분들(B)이 포함되어 있다.

이러한 발진 성분들(B)은 일정한 파형을 가지지 않고 다양한 형태를 이루며 회로에 악영향을 주게되는데, 입력신호가 있는 경우에는 입력신호 및 발진신호간의 상호 간섭(intermodulation)으로 인하여 더욱 많은 발진성분(B)이 나타나게 된다.

상기 발진성분들(B)은 회로상에서 스퓨어리스를 만들고, 전력을 소모시키며, 또한, RF신호와 함께 증폭되어 회로특성에 악형향을 준다. 이렇게 과도한 발진 전력은 주변회로에 손상을 입히는 문제가 있다.

도 2는 일반적인 전력증폭모듈의 증폭 특성을 측정한 그래프이다.

도 2를 참조하면, 입력신호의 전력이 약 8 dBm 까지는 선형적 특징을 가지고 정상적으로 증폭처리되고 있으나, 8 dBm이상의 전력을 가지는 입력신호가 인가되는 경우 전력증폭기는 (비선형적으로)급격하게 전력을 증폭시키게 되어(C) 내부 회로에 손상(damage)을 초래한다.

이와 같은 전력증폭모듈의 이상 증폭 동작은 통신 시스템의 동작 신뢰성을 저하시키는 가장 큰 장애 요인이라고 볼 수 있다.

본 발명의 실시예는 증폭단에 인가되는 입력신호의 전력이 소정 한계를 초과하는 경우 이를 감지하여 증폭 동작을 조정함으로써 출력신호의 안정화를 이룰 수 있는 전력증폭모듈을 제공한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전력증폭모듈에 대하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전력증폭모듈(100)의 구성 요소를 개략적으로 도시한 블록도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전력증폭모듈(100)은 입력매칭부(105), 구동증폭 조정회로(110), 구동증폭부(DA; Driver Amplifier)(115), 중간 매칭부(120), 전력증폭부(PA; Power Amplifier)(125) 및 출력매칭부(130)를 포함하여 이루어진다.

우선, 상기 구동증폭부(115)는 외부의 트랜시버(Tranceiver)로부터 출력된 신호를 증폭함에 있어서 이득(gain)을 조절하여 출력이 허용 수준을 넘지 않도록 한다.

따라서, 상기 구동증폭부(115)를 통하여 증폭 신호가 왜곡되고 여러 주파수가 집중된 채널신호의 대역폭에서 인터모듈레이션이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

상기 전력증폭부(125)는 상기 구동증폭부(115)와는 달리 출력단에 많은 양의 전류를 제공하고 전력을 상승시키는 기능을 한다. 따라서, 상기 전력증폭부(125)는 용량이 큰 트랜지스터 혹은 병렬로 구성되는 많은 수의 트랜지스터를 필요로 하게 된다.

보통, 송신신호가 증폭되는 경우 이득 증폭과 전력 증폭이 모두 이루어져야 하는데, 하나의 증폭기가 두가지 증폭 측면을 만족하도록 설계하는 것은 어렵다. 따라서, 높은 이득 수치를 가지는 구동증폭부(115)가 전단에서 1차 증폭을 수행하고, 전력증폭부(125)가 이득 증폭된 신호의 전력을 2차 증폭시킨다.

보통, 상기 구동증폭부(115) 및 전력증폭부(125)는 다수개의 트랜지스터로 이루어진다.

그러나, 상기 구동증폭부(115)에 소정 한계 수치, 가령 약 8 dBm 이상의 전력을 가지는 입력신호가 인가되면, 상기 구동증폭부(115)는 정상 범위의 입력신호 가 인가되는 경우와 동일한 이득 수치를 적용하여 증폭 동작을 수행하고, 입력신호는 비선형적 특징을 가지고 급격한 수치로 증폭된다.

따라서, 상기 구동증폭부(115)와 전력증폭부(125) 내부의 각종 회로 소자들, 특히 트랜지스터들은 과도한 전력의 신호로 인하여 손상을 입게 된다.

상기 구동증폭 조정회로(110)는 이러한 현상을 방지하기 위한 구성부로서, 한계 수치를 벗어난 입력신호가 전달되면 구동증폭부(115)가 동작되지 않도록 함으로써 전력증폭부(125)에서 출력되는 최종 신호의 전력 수치가 정상 범위에 들도록 유지시킬 수 있다.

상기 구동증폭 조정회로(110)에 대해서는, 이하 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.

상기 입력매칭부(105)는 트랜시버로부터 입력되는 신호의 손실을 보상하기 위한 회로이고, 상기 중간매칭부(120)는 상기 구동증폭부(115) 및 전력증폭부(125) 사이의 입력손실을 보상해주는 역할을 수행한다.

또한, 상기 출력매칭부(130)는 상기 전력증폭부(125)의 특성상 출력단의 임피던스가 상당히 낮아지므로 상기 전력증폭부(125)의 입력 임피던스 및 출력 임피던스를 정합시켜서 전력을 매칭시킨다. 상기 출력매칭부(130)는 ACPR(Adjacent Channel Power Ratio) 규정에 따라 상기 전력증폭부(125)의 선형적 특성 내에서 출력을 최대한으로 증폭시킨다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전력증폭모듈의 구동증폭 조정회로(110)의 구성 요소를 개략적으로 도시한 회로도이다.

도 4를 참조하면, 상기 구동증폭 조정회로(110)는 제1저항(111), 제2저항(112), 제1인덕터(113) 및 제2인덕터(114)를 포함하여 이루어지는데, 상기 제1저항(111)은 상기 구동증폭부(115)의 입력단(RFin)과 기준전압단(Vref) 사이에 연결되고, 상기 제2저항(112)은 상기 구동증폭부(115)의 입력단(RFin)과 접지단 사이에 연결된다.

따라서, 상기 제1저항(111)과 제2저항(112)은 구동증폭부(115)의 입력단(RFin)과 병렬회로를 구성한다.

또한, 상기 제2저항(112)과 접지단 사이에는 제1인덕터(113)가 연결되고, 구동증폭부(115)가 바이어스 전압단(Vcc) 사이에는 제2인덕터(114)가 연결된다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전력증폭모듈(100)과 연결되는 Vref스위치(200)의 단자 형태를 예시한 도면이다.

상기 구동증폭 조정회로(110)의 기준전압단(Vref)은, 도 5에 도시된 것과 같은 Vref스위치(200)와 연결되는데, Vref스위치(200)은 스위칭 소자(Q)와 2개의 저항(R1, R2)를 포함하고, 세 개의 단자(V_ref, V_reg, Ven)를 갖는다.

상기 스위칭 소자(Q)로는 BJT(Bipolar Junction Transistor)와 같은 트랜지스터 반도체 소자가 이용될 수 있으며, 이러한 경우 트랜지스터(Q)의 컬렉터는 인에이블 신호단(Ven, en; enable)이 된다.

또한, 트랜지스터(Q)의 에미터는 기준전압출력단(V_ref, ref; reference)이 되고, 베이스는 기준전압 생성신호단(V_reg, reg; regulator)이 된다.

상기 두 개의 저항(R1, R2)는 전압 분배용 저항이다.

가령, 프로세서로부터 인에이블 신호와 함께 상기 기준전압 생성신호단(V_reg)으로 약 2.9V의 전압이 인가되면 트랜지스터(Q)의 에미터(V_ref)를 통하여 기준전압이 출력될 수 있다.

도 4를 참조하여 계속 설명하면, 제1저항(111)측으로 기준전압신호가 Vref스위치(200)로부터 전달되고, 제1저항(111)과 제2저항(112) 사이에 송신신호가 전달되는데, 이때 송신신호의 전력 수치가 약 8dBm 이상의 수치가 되면, 제1저항(111)과 제2저항(112)이 작용되어 일부의 송신신호가 기준전압신호와 함께 제2저항(112)을 거쳐 접지단으로 흐르게 된다.

이는 병렬 회로를 구성한 저항 회로단에 두개의 상이한 전압이 동시에 인가되는 경우 일어나는 전압 분배 효과를 이용한 것이다.

예를 들어, 상기 제1저항(111)은 450Ω 내지 550Ω의 저항 수치를 가지고, 제2저항(112)은 550Ω 내지 650Ω의 저항 수지를 가질 수 있는데, 본 발명의 실시예에서, 상기 제1저항(111)은 500Ω의 저항, 제2저항(112)은 600Ω의 저항으로 구비된 것으로 한다.

한편, 상기 제1인덕터(113)는 접지단으로 흐른 전류(즉, 송신신호의 일부와 기준전압신호)의 일부가 접지단으로부터 반사되어 피드백 되고, 피드백 성분이 구동증폭부(115)로 전달되는 것을 차단한다.

상기 제2인덕터(114)와 연결되는 바이어스 회로는 DC 전압을 안정화하여 공급하는 회로로서, 상기 구동증폭부(115)와 전력증폭부(125)를 이루는 일련의 트랜지스터들에 동작점(Voltage point)을 제공한다.

이때, 상기 구동증폭부(115)로부터 발생된 교류 성분의 신호가 전압단(Vcc)을 통하여 바이어스 회로측으로 누설될 수 있으며, 상기 제2인덕터(114)는 이렇게 누설되는 신호를 차단하는 동작을 수행한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전력증폭모듈(100)의 증폭 특성을 측정한 그래프이다.

도 6을 참조하면, 도 2에 도시된 종래 전력증폭모듈의 증폭 특성과는 달리, 입력신호가 약 8 dBm을 초과하는 순간, 구동증폭 조정회로(110)가 동작되고, 따라서 이득 증폭 동작이 정지되는 것(D)을 확인할 수 있다.

참고로, 도 4에는 구동증폭부(115)에 하나의 트랜지스터가 포함된 것으로 도시되었으나, 실제 구동증폭부(115)는 다수의 트랜지스터를 포함하며, 상기 구동증폭 조정회로(110)는 다수 트랜지스터들에 각각 구비되고, 상기 기준전압단(Vref)과 바이어스 전압단(Vcc)과 병렬 회로를 구성하여 연결될 수 있음에 유의하여야 한다.

이상에서 본 발명에 대하여 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

본 발명에 의한 전력증폭모듈에 의하면, 발진 신호를 포함한 입력 신호의 전력 수치가 큰 경우, 구동증폭부의 동작을 차별적으로 제어할 수 있으므로 전력증폭부의 출력신호가 과도하게 증폭되는 현상을 방지할 수 있고, 따라서 전력증폭모듈의 내부 회로가 손상되는 현상을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, RF신호를 안정적인 크기의 송신신호로 처리할 수 있으므로 통신 기능의 신뢰성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

Claims

출력신호의 이득을 조정하는 구동증폭부;

상기 이득조정된 출력신호의 전력을 증폭시키는 전력증폭부; 및

상기 구동증폭부의 입력단과 기준전압단 사이에 연결되는 제1저항, 상기 구동증폭부의 입력단과 접지단 사이에 연결되는 제2저항을 포함하는 구동증폭 조정회로를 포함하는 전력증폭모듈.
제1항에 있어서, 상기 구동증폭 조정회로는

상기 제2저항 및 상기 접지단 사이에, 반사성분의 전류를 격리시키는 제1인덕터를 포함하는 전력증폭모듈.
제1항에 있어서, 상기 구동증폭 조정회로는

상기 구동증폭부 및 전원단 사이에, 반사성분의 전류를 격리시키는 제2인덕터를 포함하는 전력증폭모듈.
제1항에 있어서, 상기 제1저항은

450Ω 내지 550Ω의 저항 수치를 가지는 전력증폭모듈.
제1항에 있어서, 상기 제2저항은

550Ω 내지 650Ω의 저항 수지를 가지는 전력증폭모듈.
제1항에 있어서, 상기 구동증폭부는

다수개의 구동증폭기를 포함하고,

상기 구동증폭 조정회로는 상기 다수개의 구동증폭기 각각에 구비되어 병렬 회로로 연결되는 전력증폭모듈.
제1항에 있어서, 상기 구동증폭부는

상기 기준전압단을 통하여 외부의 기준전압(Vref) 스위치와 연결되는 전력증폭모듈.