KR20110068074A - 전력 증폭 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전력 증폭 장치에 관한 것으로, 입력 전력을 소정 레벨로 증폭시키는 전력증폭수단; 및 상기 전력증폭수단의 동작점 설정에 필요한 바이어스 전원을 상기 전력증폭수단에 제공하고, 상기 전력증폭수단에 제공되는 전류를 감지하여 상기 전류 값을 조절하는 바이어스 전원부를 포함함으로써, 시스템의 열화를 방지하여 시스템을 안정화시킬 수 있도록 한다.
전력 증폭, 문턱 전압, 전류 감지, 전류 미러

Description

전력 증폭 장치{Apparatus for Power Amplification}
본 발명은 전력 증폭 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 이동통신 단말기는 수신 신호 또는 송신 신호의 전력을 증폭하는 전력 증폭기(Power Amplifier)를 구비한다.
이러한, 전력 증폭기는 이동통신 단말기의 배터리효율과 가장 밀접한 가진 제품으로 전력 증폭기의 효율개선이 이동통신 단말기의 수명연장으로 연결된다.
도 1은 종래 기술에 따른 전력 증폭 장치를 나타내는 도면이다.
종래 기술에 따른 전력 증폭 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 입력 전력(Pin)을 소정의 레벨로 증폭시켜 출력 전력(Pout)을 생성하는 전력증폭수단(110)과 상기 전력증폭수단(110)에 바이어스 전원을 공급하는 바이어스 전원부(120)로 구성된다.
이러한, 구성의 종래 기술에 따른 전력 증폭 장치에서 바이어스 전원부(120) 는 구동 전원(VDD)과 전력증폭수단(110) 사이에 두 개의 트랜지스터(Q1, Q2)가 캐스코드(cascode) 구조로 직렬 연결되도록 형성된다.
이때, 제 1 트랜지스터(Q1)는 전력증폭수단(110)의 동작점을 설정할 수 있는 바이어스 전원(전압 또는 전류)을 상기 전력증폭수단(110)에 제공하고, 상기 제 2 트랜지스터(Q2)는 높은 드레인 전압을 견딜 수 있는 기능을 수행한다.
이와 같은 종래 기술에 따른 전력 증폭 장치는 도 2에 도시된 바와 같이 게이트 전압(Vg)이 문턱 전압 이하일 경우에는 상기 바이어스 전원부(120)가 상기 전력증폭수단(110)에 전류를 공급하지 않으나, 게이트 전압(Vg)이 문턱 전압 이상일 경우에는 게이트 전압(Vg)의 크기에 따라 증가하는 전류를 상기 전력증폭수단(110)에 공급하게 된다.
이때, 상기 전력증폭수단(110)은 상기 바이어스 전원부(120)로부터 공급되는 전류를 동작점으로 입력 전력(Pin)을 소정 레벨 증폭하여 출력 전력(Pout)을 생성한다.
그러나, 이와 같은 종래의 기술에 따른 전력 증폭 장치는 게이트 전압(Vg)만을 이용하여 바이어스 전원부(120)의 출력 전류를 제어하기 때문에 게이트 전압(Vg)이 문턱 전압 이상이 되면, 도 2에 도시된 바와 같이 급격히 전류가 증가하게 된다.
이로 인해, 종래에는 급격히 증가하는 전류로 인해 시스템의 특성이 열화되어 시스템이 불안정해지는 문제가 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출 된 본 발명은 게이트 전압과 드레인 전압을 동시에 조절하여 게이트 전압에 따른 전류의 변화를 완만하게 함으로써 시스템의 열화를 방지하여 시스템을 안정화시킬 수 있는 전력 증폭 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시 예에 따른 전력 증폭 장치는 입력 전력을 소정 레벨로 증폭시키는 전력증폭수단; 및 상기 전력증폭수단의 동작점 설정에 필요한 바이어스 전원을 상기 전력증폭수단에 제공하고, 상기 전력증폭수단에 제공되는 전류를 감지하여 상기 전류 값을 조절하는 바이어스 전원부를 포함한다.
또한, 본 발명에서 상기 바이어스 전원부는, 소스 단자가 상기 전력증폭수단에 연결된 제 1 트랜지스터; 상기 제 1 트랜지스터의 게이트 단자에 게이트 단자가 연결되고, 구동 전원에 드레인 단자가 연결된 제 2 트랜지스터; 상기 구동 전원에 드레인 단자와 게이트 단자가 연결되고, 상기 제 1 트랜지스터의 드레인 단자에 소스 단자가 연결된 제 3 트랜지스터; 상기 제 2 트랜지스터의 소스 단자에 흐르는 전류를 감지하는 전류 센싱부; 상기 전류 센싱부에 의해 센싱된 전류를 기준 전류와 비교하는 비교부; 및 상기 비교부의 비교 결과에 따라 상기 제 1 트랜지스터의 드레인 전압을 조절하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서 상기 제어부는, 상기 제 1 트랜지스터와 상기 제 2 트랜지스터의 게이트 단자에 제공되는 게이트 전압과 반비례하도록 상기 제 1 트랜지스터의 드레인 전압을 조절하는 것을 특징으로 한다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고, 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 의하면, 전류 미러로 전력증폭수단에 제공되는 전류를 센싱하고, 센싱된 전류와 기준 전류를 비교한 후 비교 결과에 따라 전력증폭수단에 전류를 공급하는 전류 미러를 구성하는 트랜지스터의 드레인 전압을 조절하여 전력증폭수단에 공급되는 전류를 조절하기 때문에 전류 미러의 게이트 단자에 공급되는 게이트 전압이 증가하더라도 전류의 변화를 완만하게 할 수 있어 시스템의 열화를 방지할 수 있을 뿐만 아니라 시스템을 안정화시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시 예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명 세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 이 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전력 증폭 장치를 나타내는 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 본 발명의 실시 예에 따른 바이어스 전원부의 전류 특성을 나타내는 그래프이다.
본 발명의 실시 예에 따른 전력 증폭 장치는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 입력 전력(Pin)을 소정 레벨로 증폭시키는 전력증폭수단(10) 및 상기 전력증폭수단(10)의 동작점 설정에 필요한 바이어스 전원을 상기 전력증폭수단(10)에 제공하고, 상기 전력증폭수단(10)에 제공되는 전류(Id)를 감지하여 상기 전류 값을 조절하는 바이어스 전원부(20)를 포함하도록 구성된다.
전력증폭수단(10)은 입력 전력(Pin)을 소정 레벨로 증폭시킨 출력 전력(Pout)을 생성한다.
이러한, 전력증폭수단(10)은 상기 바이어스 전원부(20)로부터 공급되는 전류(Id)에 따라 동작점을 설정한다.
상기 바이어스 전원부(20)는 상기 전력증폭수단(10)의 동작점 설정에 필요한 바이어스 전원(전압 및/또는 전류)을 상기 전력증폭수단(10)에 제공하고, 상기 전력증폭수단(10)에 제공되는 전류(Id)를 감지하여 상기 전류 값을 조절한다.
이를 위해, 상기 바이어스 전원부(20)는 소스 단자가 상기 전력증폭수단(10)에 연결된 제 1 트랜지스터(Q1), 상기 제 1 트랜지스터(Q1)의 게이트 단자에 게이트 단자가 연결되고, 구동 전원(VDD)에 드레인 단자가 연결된 제 2 트랜지스터(Q2), 상기 구동 전원(VDD)에 드레인 단자와 게이트 단자가 연결되고, 상기 제 1 트랜지스터(Q1)의 드레인 단자에 소스 단자가 연결된 제 3 트랜지스터(Q3), 상기 제 2 트랜지스터(Q2)의 소스 단자에 흐르는 전류(Id)를 감지하는 전류 센싱부(12), 상기 전류 센싱부(12)에 의해 센싱된 전류(Id)를 기준 전류와 비교하는 비교부(14), 및 상기 비교부(14)의 비교 결과에 따라 상기 제 1 트랜지스터(Q1)의 드레인 전압을 조절하는 제어부(16)를 포함하도록 구성된다.
이러한 구성의 바이어스 전원부(20)에서 제 1 트랜지스터(Q1)는 전력증폭수단(10)의 동작점을 설정할 수 있는 바이어스 전원(전압 및/또는 전류)을 상기 전력증폭수단(10)에 제공하고, 상기 제 2 트랜지스터(Q2)는 상기 제 1 트랜지스터(Q1)와 전류 미러를 구성하도록 형성되어 상기 제 1 트랜지스터(Q1)에 흐르는 전류(Id)를 센싱하며, 상기 제 3 트랜지스터(Q3)는 높은 드레인 전압을 견딜 수 있는 기능을 수행한다.
한편, 상기 전류 센싱부(12)는 상기 제 2 트랜지스터(Q2)의 소스 단자에 연결되어 상기 제 2 트랜지스터(Q2)의 소스 단자에 흐르는 전류(Id)를 센싱하고, 상 기 비교부(14)는 상기 전류 센싱부(12)에 의해 센싱된 전류(Id)와 기준 전류를 비교한다.
이때, 상기 비교부(14)는 상기 제 1 트랜지스터(Q1)와 제 2 트랜지스터(Q2)의 게이트 단자에 공급되는 게이트 전압(Vg)에 따른 전류가 룩업 테이블 형태로 형성된 데이터 베이스(도시하지 않음)로부터 게이트 전압(Vg)에 따른 기준 전류 값을 제공받아 상기 전류 센싱부(12)에 의해 센싱된 전류(Id)와 비교한다.
상기 제어부(16)는 상기 비교부(14)로부터의 비교 결과에 따라 상기 제 1 트랜지스터(Q1)의 드레인 전압(Vd)을 제어한다.
이러한, 제어부(16)는 상기 제 1 트랜지스터(Q1)와 제 2 트랜지스터(Q2)의 소스 단자에 공급되는 게이트 전압(Vg)과 반비례하도록 제 1 트랜지스터(Q1)의 드레인 전압(Vd)을 제어한다.
즉, 상기 제어부(16)는 상기 비교부(14)로부터 상기 센싱된 전류(Id)가 기준 전류보다 작다는 정보가 제공될 경우 제 1 트랜지스터(Q1)의 드레인 전압(Vd)을 증가시키고, 상기 비교부(14)로부터 상기 센싱된 전류(Id)가 기준 전류보다 크다는 정보가 제공될 경우에는 상기 제 1 트랜지스터(Q1)의 드레인 전압(Vd)을 감소시킨다.
한편, 상기 제어부(16)는 상기 비교부(14)로부터 상기 센싱된 전류(Id)와 기준 전류가 동일할 경우에는 상기 제 1 트랜지스터(Q1)의 드레인 전압(Vd)을 현 상태로 유지한다.
이렇게 제어부(16)에 의해 제 1 트랜지스터(Q1)의 드레인 전압(Vd)이 조절되 기 때문에 상기 제 1 트랜지스터(Q1)의 드레인 전압(Vd) 값에 따라 제 3 트랜지스터(Q3)에 흐르는 전류의 변화가 도 4와 같이 완만하게 조절된다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 전력 증폭 장치는 전류 미러로 전력증폭수단(10)에 제공되는 전류(Id)를 센싱하고, 센싱된 전류(Id)와 기준 전류를 비교한 후 비교 결과에 따라 상기 제어부(16)가 제 1 트랜지스터(Q1)의 드레인 전압(Vd)을 조절하여 제 3 트랜지스터(Q3)의 전류를 조절하기 때문에 제 1 트랜지스터(Q1)와 제 2 트랜지스터(Q2)의 게이트 전압(Vg)이 증가하더라도 도 4에 도시된 바와 같이 전류의 변화를 완만하게 할 수 있어 시스템의 열화를 방지할 수 있을 뿐만 아니라 시스템을 안정화시킬 수 있게 된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 전력 증폭 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 제 1 트랜지스터의 게이트 전압에 따른 전류의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전력 증폭 장치를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 본 발명의 실시 예에 따른 바이어스 전원부의 전류 특성을 나타내는 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10, 110 : 전력증폭수단 12 : 전류 센싱부
14 : 비교부 16 : 제어부
20, 120 : 바이어스 전원부

Claims (3)

  1. 입력 전력을 소정 레벨로 증폭시키는 전력증폭수단; 및
    상기 전력증폭수단의 동작점 설정에 필요한 바이어스 전원을 상기 전력증폭수단에 제공하고, 상기 전력증폭수단에 제공되는 전류를 감지하여 상기 전류 값을 조절하는 바이어스 전원부를 포함하는 전력 증폭 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 바이어스 전원부는,
    소스 단자가 상기 전력증폭수단에 연결된 제 1 트랜지스터;
    상기 제 1 트랜지스터의 게이트 단자에 게이트 단자가 연결되고, 구동 전원에 드레인 단자가 연결된 제 2 트랜지스터;
    상기 구동 전원에 드레인 단자와 게이트 단자가 연결되고, 상기 제 1 트랜지스터의 드레인 단자에 소스 단자가 연결된 제 3 트랜지스터;
    상기 제 2 트랜지스터의 소스 단자에 흐르는 전류를 감지하는 전류 센싱부;
    상기 전류 센싱부에 의해 센싱된 전류를 기준 전류와 비교하는 비교부; 및
    상기 비교부의 비교 결과에 따라 상기 제 1 트랜지스터의 드레인 전압을 조절하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제 1 트랜지스터와 상기 제 2 트랜지스터의 게이트 단자에 제공되는 게이트 전압과 반비례하도록 상기 제 1 트랜지스터의 드레인 전압을 조절하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭 장치.
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