KR20110064047A - 전력 증폭기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전력 증폭기에 입력되는 RF 신호의 레벨에 따라 설정된 전압값을 갖는 룩 업 테이블에 의해 바이어스 전원을 가변 공급받아 전력 효율이 증가된 전력 증폭기에 관한 것으로, 공급받는 바이어스 전압에 따라 입력신호를 증폭하는 증폭부와, 상기 입력 신호의 레벨과 사전에 설정된 룩 업 테이블을 비교하여 그 비교 결과에 따라 상기 증폭부에 바이어스 전압을 공급하는 바이어스 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기를 제공한다.
Figure P1020090120468
전력 증폭기(Power Amplifier), 바이어스 전압(Bias Voltage), 룩 업 테이블(Look Up Table)

Description

전력 증폭기{POWER AMPLIFIER}
본 발명은 전력 증폭기에 관한 것으로 보다 상세하게는 전력 증폭기에 입력되는 RF 신호의 레벨에 따라 설정된 전압값을 갖는 룩 업 테이블에 의해 바이어스 전원을 가변 공급받아 전력 효율이 증가된 전력 증폭기에 관한 것이다.
최근 들어, 사용의 용이성으로 인해 이동 통신 단말기가 널리 사용되고 있다. 이러한 이동 통신 단말기의 사용이 많아지면서 소비자의 만족을 위해 다양한 어플리케이션 구동과 함께 장시간의 사용 시간을 제공하는 것이 중요 선호 사항이 되었다.
이러한, 이동 통신 단말기의 사용 시간을 늘리기 위해서는 배터리의 용량을 늘리는 것도 중요하지만, 경박단소화를 요구하는 시장 상황에서 배터리의 크기를 늘리기에는 제약이 따르게 된다. 이에 따라, 이동 통신 단말기 내부의 주요 소자의 전력 효율을 증가시킬 필요가 있다. 또한, 이러한 이동 통신 단말기에는 무선 신호를 송수신하기 위해 전력 증폭기가 사용되는데, 이러한 전력 증폭기는 이동 통신 단말기의 전체 전력 소모량 중 상당 부분을 차지하므로, 전력 증폭기의 전력 효율성이 증가되길 요구받고 있다.
한편, 이러한 전력 증폭기는 화합물 반도체로 주로 제조하나, 제조 비용의 증가 및 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 공정과 회로 디자인 기술 발달로 인해 CMOS 공정으로 제조되는 전력 증폭기가 점차적으로 증가하고 있는 추세이다.
이러한 전력 증폭기는 소비자가 요구하는 선형성 특성을 만족하여야 하나 전력 소모와 선형성 사이에 트레이드 오프(trade-off)가 있기 때문에, 최대 출력 레벨에서 선형성 특성을 만족하도록 설계된다.
그러나, 일반적인 전력 증폭기는 대부분 최대 출력 레벨 이하로 신호를 출력하며, 이때의 전력 소모 및 선형성 스펙을 만족시킬 필요가 있다.
이에 의해, 종래에는 출력 신호를 피드백받아 증폭 유닛의 바이어스를 조정하였으나 이는 출력 레벨이 크기 때문에 검출 회로를 구현하기 힘들고, CMOS 공정에서는 브레이크 다운 전압(Break down Voltage)이 낮기 때문에 출력 신호 레벨에 의해 CMOS 소자가 붕괴될 수 있으며, 바이어스 조정이 연속적으로 이루어지는 경우 엔벨로프(Envelop)의 정보가 손상되는 문제점이 있다.
또한, 다른 신호 레벨에서 동작하는 증폭 유닛을 병렬로 사용하는 경우 회로 사이즈가 증가되고 입출력 정합이 어려워지는 문제점이 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 목적은 전력 증폭기에 입력되는 RF 신호의 레벨에 따라 설정된 전압값을 갖는 룩 업 테이블에 의해 바이어스 전원을 가변 공급받아 전력 효율이 증가된 전력 증폭기를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 하나의 기술적인 측면은 공급받는 바이어스 전압에 따라 입력신호를 증폭하는 증폭부와, 상기 입력 신호의 레벨과 사전에 설정된 룩 업 테이블을 비교하여 그 비교 결과에 따라 상기 증폭부에 바이어스 전압을 공급하는 바이어스 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기를 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 바이어스 공급부는 상기 입력 신호의 크기를 검출하는 검출기와, 상기 검출기로부터의 검출값을 디지털값으로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터와, 상기 룩 업 테이블을 참조하여 상기 아날로그-디지털 컨버터로부터의 디지털값에 해당하는 전류를 생성하는 전류 생성기와, 상기 전류 생성기로부터의 전류를 전압으로 변환하는 전류-전압 변환기를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 외부로부터의 조정 신호에 따라 상기 입력 신호의 다이나믹 레인지를 가변시키는 가변 증폭기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 증폭부는 상기 바이어스 전압을 공급받아 상기 입력 신호를 증폭하는 적어도 하나의 증폭 유닛과, 상기 입력 신호가 상기 적어도 하나의 증폭 유닛에 전달되는 전달 경로의 임피던스를 정합하는 입력 임피던스 정합부와, 상기 적어도 하나의 증폭 유닛으로부터 출력되는 신호의 전달 경로의 임피던스를 정합하는 출력 임피던스 정합부를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 증폭부는 서로 직렬로 연결된 복수의 증폭 유닛을 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 증폭부는 상기 복수의 증폭 유닛의 각 증폭 유닛 사이에 신호의 전달 경로의 임피던스를 정합하는 중간 임피던스 정합부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 전력 증폭기에 입력되는 RF 신호의 레벨에 따라 설정된 전압값을 갖는 룩 업 테이블에 의해 바이어스 전원을 가변 공급받아 전력 효율이 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 전력 증폭기의 개략적인 구성을 나타내는 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 전력 증폭기(100)는 증폭부(110)와 바이어스 공급부(120)를 포함할 수 있다.
증폭부(110)는 적어도 하나의 증폭 유닛(113,114,115)과 입력 임피더스 정합부(111)와 출력 임피던스 정합부(112)를 구비할 수 있다.
적어도 하나의 증폭 유닛(113,114,115)는 사용하고자 하는 형태에 따라 전기적으로 직렬 연결된 복수의 증폭 유닛(113,114,115)으로 구성될 수 있다.
상술한 복수의 증폭 유닛(113,114,115) 각각에는 바이어스 공급부(120)로부터 바이어스 전압을 공급받을 수 있다.
입력 임피던스 정합부(111)는 입력 신호(Pin)가 제1 증폭 유닛(113)에 전달되는 전달 경로의 임피던스를 정합할 수 있다. 입력 신호(Pin)는 진폭 성분과 위상 성분으로 구성될 수 있고, 진폭 성분 및 위상 성분에는 정보가 포함될 수 있다.
출력 임피던스 정합부(112)는 최종단의 증폭 유닛으로부터 출력되는 신호의 전달 경로의 임피던스를 정합할 수 있다.
복수의 증폭 유닛(113,114,115)는 증폭된 신호를 재증폭할 수 있다. 이에 따라 신호의 전달 경로가 형성되며, 중간 임피던스 정합부(116,117)가 구비될 수 있다.
즉, 제1 증폭 유닛(113)과 제2 증폭 유닛(114) 간의 임피던스 정합을 위해 제1 중간 임피던스 정합부(116)가 구비될 수 있고, 제2 증폭 유닛(114)과 제3 증폭 유닛(115) 간의 임피던스 정합을 위해 제2 중간 임피던스 정합부(117)가 구비될 수 있다.
바이어스 공급부(120)는 검출기(121), 아날로그-디지털 컨버터(122), 전류 생성기(123) 및 전류-전압 변환기(124)를 포함할 수 있다.
검출기(121)는 입력 신호(Pin)의 크기를 검출할 수 있다.
아날로그-디지털 컨버터(122)는 검출기(121)로부터 검출된 아날로그 값을 디지털 값으로 변환할 수 있다.
전류 생성기(123)는 룩 업 테이블을 참조하여 아날로그-디지털 컨버터로부터의 디지털 값에 해당하는 전류를 생성할 수 있다.
전류-전압 변환기(124)는 전류 생성기(123)로부터 생성된 전류를 해당하는 전압으로 변환하여 증폭부(110)의 증폭 유닛에 각각 공급할 수 있다.
도 2는 본 발명의 전력 증폭기에 채용된 룩 업 테이블의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 예를 들어 입력 신호(Pin)를 -40dBm, -35dBm, -30dBm, -25dBm, -20dBm와 같이 -5dBm 단위로 검출기(121)가 크기를 검출한다. 입력 신호(Pin)의 크기는 안테나와 기지국 간의 거리에 따라 증가하거나 감소할 수 있다.
검출기(121)의 검출값은 각각 0.5V, 0.6V, 0.7V, 0.8V, 0.9V와 같이 0.1V 단위로 검출값을 가질 수 있다.
아날로그-디지털 컨버터(122)는 검출기(121)로부터의 검출값을 디지털값으로 변환하는데, 0.5V, 0.6V, 0.7V, 0.8V, 0.9V에 해당하는 디지털값을 각각 000,001,010,011,100으로 변환할 수 있다.
전류 생성기(123)는 룩 업 테이블의 해당하는 디지털값에 따라 전류를 생성하는데, 복수의 증폭 유닛에 각각 공급하기 위한 전류값을 생성할 수 있다. 즉, 제1 및 제2 증폭 유닛(113,114)을 예로 들면, 제1 및 제2 증폭 유닛(113,114)의 전류값은 디지털값에 따라 50uA, 60uA, 70uA, 80uA, 90uA의 전류가 생성될 수 있다.
전류-전압 변환기(124)는 전류 생성기(123)로부터의 전류를 전압으로 변환하여 복수의 증폭 유닛에 각각 공급할 수 있다. 이때, 복수의 증폭 유닛의 전기적인 특성에 따라 각각 다른 전압을 공급할 수 있다. 예를 들어, 제1 증폭 유닛(113)에는 0.41V, 0.42V, 0.43V, 0.44V, 0.45V와 같이 전류를 전압으로 변환하여 바이어스 전압을 공급할 수 있고, 제2 증폭 유닛(114)에는 0.38V, 0.39V, 0.40V, 0.41V, 0.42V와 같이 전류를 전압으로 변환하여 바이어스 전압을 공급할 수 있다.
상술한 바와 같이 입력 신호(Pin)는 다양하게 가변될 수 있으며, WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access)의 경우 입력 신호(Pin)는 -40dBm에서 0dBm 까지 변할 정도로 다이나믹 레인지가 넓기 때문에 검출기의 동작 한계가 있을 수 있다.
이에 따라, 바이어스 공급부(120)는 입력 신호(Pin)의 다이나믹 레인지를 조절하기 위해 가변 증폭기(125)를 더 포함할 수 있다.
가변 증폭기(125)는 외부로부터의 조정 신호에 따라 이득을 가변하여 입력 신호(Pin)의 증폭시킬 수 있다.
상기 조정 신호는 베이스밴드(BaseBand)회로로부터 제공될 수 있고, 베이스밴드에서 전송 모드를 제어하는 신호일 수 있다.
상기 조정 신호는 디지털 신호로 00, 01, 10, 11로 구성될 수 있다. 00은 디스에이블, 01은 저전력 모드, 10은 중간 전력 모드, 11은 고전력 모드로 제어하기 위한 신호일 수 있으며, 가변 증폭기(125)는 조정 신호가 00일 경우 디스에이블, 01일 경우 +15dB 게인 모드, 10일 경우 0dB 게인 모드, 11일 경우 -15dB 게인 모드로 동작할 수 있다.
이에 따라, 검출기로 입력되는 신호는 -30dBm에서 15dBm의 신호가 들어올 수 있고, 전류 생성기(123) 또한 상기 조정 신호에 연동되어 동작하므로 입력 신호(Pin)의 -40dBm에서 0dBm 까지 전체 신호 범위를 처리할 수 있다.
도 3은 본 발명의 전력 증폭기의 전기적인 특성을 나타내는 그래프이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 전력 증폭기는 도시된 바와 같이, 종래와 달리 바이어스 전압을 비연속적으로 가변 공급하여 입력 신호의 각 단위별로 전력 소모가 줄어들고 PAE가 증가하게 되는 것을 볼 수 있다. 더하여, 기지국간의 거리가 멀 어지면 입력 신호의 크기가 증가하고 이에 따라 바이어스 전압이 증가하여 선형성을 확보할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 입력 신호를 검출하여 바이어스 전압을 제공하기 때문에 브레이크 다운 전압(Break down Voltage)이 낮은 표준 CMOS 공정으로 전력 증폭기를 제조할 수 있어 제조 비용 및 사이즈가 저감될 수 있고, 룩 업 테이블에 따라 가변되는 바이어스 전압은 연속적으로 변하지 않기 때문에 추가적인 엔벨로프(Envelope) 왜곡이 없다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
도 1은 본 발명의 전력 증폭기의 개략적인 구성을 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명의 전력 증폭기에 채용된 룩 업 테이블의 구성을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 전력 증폭기의 전기적인 특성을 나타내는 그래프.
<도면의 주요 부호에 대한 상세한 설명>
100...전력 증폭기 110...증폭부
120...바이어스 공급부 121...검출기
122...아날로그-디지털 컨버터 123...전류 생성기
124...전류-전압 변환기 125...가변 증폭기

Claims (6)

  1. 공급받는 바이어스 전압에 따라 입력신호를 증폭하는 증폭부; 및
    상기 입력 신호의 레벨과 사전에 설정된 룩 업 테이블을 비교하여 그 비교 결과에 따라 상기 증폭부에 바이어스 전압을 공급하는 바이어스 공급부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 바이어스 공급부는
    상기 입력 신호의 크기를 검출하는 검출기;
    상기 검출기로부터의 검출값을 디지털값으로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터;
    상기 룩 업 테이블을 참조하여 상기 아날로그-디지털 컨버터로부터의 디지털값에 해당하는 전류를 생성하는 전류 생성기; 및
    상기 전류 생성기로부터의 전류를 전압으로 변환하는 전류-전압 변환기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
  3. 제2항에 있어서,
    외부로부터의 조정 신호에 따라 상기 입력 신호의 다이나믹 레인지를 가변시키는 가변 증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 증폭부는
    상기 바이어스 전압을 공급받아 상기 입력 신호를 증폭하는 적어도 하나의 증폭 유닛;
    상기 입력 신호가 상기 적어도 하나의 증폭 유닛에 전달되는 전달 경로의 임피던스를 정합하는 입력 임피던스 정합부; 및
    상기 적어도 하나의 증폭 유닛으로부터 출력되는 신호의 전달 경로의 임피던스를 정합하는 출력 임피던스 정합부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 증폭부는 서로 직렬로 연결된 복수의 증폭 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 증폭부는 상기 복수의 증폭 유닛의 각 증폭 유닛 사이에 신호의 전달 경로의 임피던스를 정합하는 중간 임피던스 정합부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
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