KR20130130418A - 전원순차 인가회로 - Google Patents

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KR20130130418A
KR20130130418A KR1020120054218A KR20120054218A KR20130130418A KR 20130130418 A KR20130130418 A KR 20130130418A KR 1020120054218 A KR1020120054218 A KR 1020120054218A KR 20120054218 A KR20120054218 A KR 20120054218A KR 20130130418 A KR20130130418 A KR 20130130418A
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Abstract

본 발명에서는 무선이동통신용 전력 증폭기에 있어서, 전력 증폭기의 입출력단으로 인가되는 공급 전원인 음 전원과 양 전원의 전압 전류 상태를 감시하여 전력 증폭기로 인가되는 공급전원의 상태가 불안정한 경우 공급전원의 상태가 안정화될 때까지 전력 증폭기로의 전원 공급을 지연시키거나, 게이트 전원 피드백을 통해 전력 증폭기의 게이트단으로 입력되는 게이트 전원을 감시하여 정확한 게이트 전원이 입력되도록 함으로서 전력 증폭기를 보다 안정화시킬 수 있다.

Description

전원순차 인가회로{SEQUENCE CIRCUIT}
본 발명은 무선이동통신용 전력 증폭기에 관한 것으로, 특히 무선이동통신용 전력 증폭기에 있어서, 전력 증폭기(power amplifier)의 입출력단으로 인가되는 공급 전원인 음 전원(negative power)과 양 전원(positive power)의 전압 전류 상태를 감시하여 전력 증폭기로 인가되는 공급전원의 상태가 불안정한 경우 공급전원의 상태가 안정화될 때까지 전력 증폭기로의 전원 공급을 지연(delay)시키거나, 게이트 전원 피드백(feedback)을 통해 전력 증폭기의 게이트단으로 입력되는 게이트 전원을 감시하여 정확한 게이트 전원이 입력되도록 함으로서 전력 증폭기를 보다 안정화시킬 수 있는 무선이동통신용 전력 증폭기의 전원순차 인가회로에 관한 것이다.
일반적으로, 대부분의 무선이동통신용 전력증폭기의 최종단에 사용되는 트랜지스터인 HEMT 계열의 FET(field effect transistor) 소자들은 게이트(gate)에 음전원(negative voltage)을 필요로 하며, 게이트에 음전원 인가이후 드레인(drain)에 양전원인 주전원을 인가해야만 하는 전원 순차 인가회로(시퀀스회로)가 필수적으로 필요하다.
즉, 무선통신 장비에 사용되는 전력증폭기의 최종단에 사용되는 트랜지스터는 바이어스 전압조건에 따라 CLASS A, B, AB, C, E, F 등.. 사용 애플리케이션(application) 및 효율, RF적인 특성이 많이 변화한다. 그만큼 전력증폭기 트랜지스터의 게이트 바이어스 전압을 결정하는 회로의 중요성이 매우 크다. 특히, HEMT FET계열의 소자는 바이어스 전원 회로 설계에 따라 시스템 장비의 신뢰성에 매우 민감한 문제를 발생 시킬 수 있어 중요하다.
현재 특성화된 직접화되어 있는 IC가 판매되고 있으나 가격이 높고 기능이 단순하며 소전력 소자만을 위한 제품만이 있으며, 대 전력용 디바이스를 핸들링 할 수 있는 제품은 아직까지 개발되어 있지 않다.
도 1은 종래 무선통신 단말장치의 송신부상 전력증폭기와 전원순차 인가회로의 구성을 도시한 것이다.
전원순차 인가회로(104)는 송신부(100)의 동작이 온 되는 경우 전력증폭기(102)의 게이트(gate)로 음전원을 인가한 이후, 드레인(drain)에 양 전원인 주 전원을 순차적으로 인가하여 전력증폭기(102)가 동작하도록 한다.
그러나, 위와 같은 기존의 전원순차 인가회로(104)에서는 전력증폭기(102)의 안정화를 위해 양 전원이 인가되는 시점을 일정시간 지연시키는 지연(delay) 기능만 있을 뿐, 게이트로 들어가는 전압이 정확히 설정된 전압이 맞는지 검사하는 기능이 없었다.
예를 들어, 게이트로 입력되는 전압은 전원순차 인가회로(104)의 주변 온도에 의해 영향에 따라 변화되거나, 최종단 트랜지스터의 반복적인 온/오프 동작 또는 전압의 트랜전트(transient) 구간에서의 고전압 발생 등으로 변화될 수 있으며, 예를 들어 게이트로 입력되는 전압이 미리 설정된 전압보다 높아지는 경우 전력증폭기(102)에 과전류 등이 발생하여 전력증폭기(102)가 정상적으로 동작하지 못하게 되는 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허번호 10-1112459호 등록일자 2012년 01월 30일에는 무선 주파수 송신기에 관한 기술이 개시되어 있다.
따라서, 본 발명은 무선이동통신용 전력 증폭기에 있어서, 전력 증폭기의 입출력단으로 인가되는 공급 전원인 음 전원과 양 전원의 전압 전류 상태를 감시하여 전력 증폭기로 인가되는 공급전원의 상태가 불안정한 경우 공급전원의 상태가 안정화될 때까지 전력 증폭기로의 전원 공급을 지연시키거나, 게이트 전원 피드백을 통해 전력 증폭기의 게이트단으로 입력되는 게이트 전원을 감시하여 정확한 게이트 전원이 입력되도록 함으로서 전력 증폭기를 보다 안정화시킬 수 있는 무선이동통신용 전력 증폭기의 전원순차 인가회로를 제공하고자 한다.
상술한 본 발명은 전원순차 인가회로로서, 게이트 전원을 발생하는 게이트 전원 발생부와, 상기 게이트 전원 발생부로부터 발생된 게이트 전원을 전력증폭기의 게이트단으로 인가하는 게이트 전압 인가부와, 상기 게이트단으로 상기 게이트 전원 인가이후, 외부로부터 공급되는 드레인 전원을 일정시간 지연시켜 상기 드레인 전원으로 인가되는 전압을 안정화시킨 후, 상기 전력증폭기의 드레인단으로 공급하는 드레인 전원 인가부를 포함한다.
또한, 게이트 전압 인가부는, 주위의 온도에 따른 전압 변동량을 보정하여 상기 게이트 전원이 일정 기준 전압으로 유지되도록 하는 온도 보정부와, 상기 게이트 전원을 상기 전력증폭기의 게이트단으로 출력하는 전원 출력부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 드레인 전원 인가부는, 상기 게이트 전원을 피드백하여 상기 게이트 전원이 기 설정된 기준 전압으로 정확히 생성되었는지를 확인하는 게이트 전원 확인부와, 상기 전력증폭기의 온 시 상기 드레인 전원에 대해 일정 기준시간 지연하여 출력하는 전원 안정화 지연부와, 외부로부터의 상기 드레인 전원을 인가받아 상기 전력증폭기의 드레인단으로 출력하는 드레인 전원 스위칭 인가부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전원 안정화 지연부는, 상기 드레인 전원의 공급 시 상기 드레인 전원의 상태를 검사하여 상기 드레인 전원이 일정 기준 전원값 이하 또는 이상으로 변동되는 경우 다시 리셋되어 상기 일정 기준시간 동안 상기 전력증폭기의 드레인단으로 전원 공급을 지연시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 드레인 전원 스위칭 인가부는, 상기 게이트 전원의 입력 시 스위칭 온되는 스위치부와, 상기 스위칭 온 시 외부로부터의 상기 드레인 전원을 상기 드레인단으로 공급하는 매인 전원 스위치부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 드레인 전원 인가부는, 상기 전원 안정화 지연부와 상기 드레인 전원 발생부 사이에 연결되어 상기 드레인 전원의 최초 공급 시 인러쉬 커런트 발생을 방지시키는 인러쉬 방지부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 게이트 전원은, 음전원인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 드레인 전원은, 양전원인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 일정 기준시간은, 300-350msec인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 전원순차 인가회로로서, 외부로부터 인가되는 게이트 전원을 전력증폭기의 게이트단으로 인가하는 게이트 전압 인가부와, 상기 게이트단으로 상기 게이트 전원 인가이후, 외부로부터 공급되는 드레인 전원을 일정시간 지연시켜 상기 드레인 전원으로 인가되는 전압을 안정화시킨 후, 상기 전력증폭기의 드레인단으로 공급하는 드레인 전원 인가부를 포함한다.
본 발명은 무선이동통신용 전력 증폭기에 있어서, 전력 증폭기의 입출력단으로 인가되는 공급 전원인 음 전원과 양 전원의 전압 전류 상태를 감시하여 전력 증폭기로 인가되는 공급전원의 상태가 불안정한 경우 공급전원의 상태가 안정화될 때까지 전력 증폭기로의 전원 공급을 지연시키거나, 게이트 전원 피드백을 통해 전력 증폭기의 게이트단으로 입력되는 게이트 전원을 감시하여 정확한 게이트 전원이 입력되도록 함으로서 전력 증폭기를 보다 안정화시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래 무선이동통신용 전력 증폭기와 전원순차 인가회로의 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전원순차 인가회로의 상세 회로 구성도,
도 3은 본 발명의 다른 실시에에 따른 전원순차 인가회로의 상세 회로 구성도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전력증폭기의 안정화를 위한 전원순차 인가회로(200)의 상세 회로 구성을 도시한 것으로, 드레인 전원 인가부(230), 게이트 전원 발생부(210), 게이트 전압 인가부(220) 등을 포함한다.
게이트 전원 발생부(210)는 +5V의 전원을 입력받아 예를 들어 -5V의 게이트 전원을 발생한다.
게이트 전압 인가부(220)는 게이트 전원 발생부(210)로부터 발생된 -5V의 게이트 전원을 전력증폭기(250)의 게이트(gate)단으로 인가하는 회로로, 주위의 온도에 따른 전압 변동량을 보정하여 게이트 전원이 일정 기준 전압으로 유지되도록 하는 온도 보정 및 게이트 전압설정부(222)와, 게이트 전원을 전력증폭기(250) 트랜지스터의 게이트단으로 출력하는 게이트 전원 출력부(224)를 포함한다.
드레인 전원 인가부(230)는 전력증폭기(250) 트랜지스터의 게이트단으로 게이트 전원 인가 이후, 외부로부터 공급되는 드레인 전원을 일정시간 지연시켜 드레인 전원으로 인가되는 전압을 안정화시킨 후, 전력증폭기(250) 트랜지스터의 드레인단으로 공급한다. 이와 같은 드레인 전원 인가부(230)는, 게이트 전원을 피드백(feedback)하여 게이트 전원이 기 설정된 기준 전압으로 정확히 생성되었는지를 확인하는 게이트 전원 확인부(232)와, 전력증폭기(250)의 온 시 드레인 전원에 대해 일정 기준시간 지연하여 출력하는 전원 안정화 지연부(234)와, 외부로부터의 드레인 전원을 인가 받아 전력증폭기(250)의 드레인단으로 출력하는 드레인 전원 스위칭 인가부(238)를 포함한다.
이하에서는, 도 2를 참조하여 전원순차 인가회로 각 회로소자에서의 동작을 상세히 설명하기로 한다.
먼저, +5V, +31V의 2가지의 외부에서 인가되는 전원이 랜덤한 순서에 의해 인가되며, 회로적으로 가장우선 순위가 높은 게이트 전원 발생부(210)의 U2 DC-DC Converter IC VCC 8Pin(V+)에 +5V 가 외부에서 인가되면 DC-DC Converter IC는 -5V 음 전압을 생성 시킨다.
이때, 생성된 음 전원이 U3 OP amp VEE 전원2Pin(V-)에 인가되면 R28 VR 저항으로 필요한 음 전압을 설정한다. 이어, 게이트 전압 인가부(220)의 Q5 PNP 바이폴라정션 트랜지스터(BJT TR)에 의해 온도에 따른 전압차이가 보정되며, 보정된 전압이 U3 OP amp 1Pin(out) 출력을 통해서 전력증폭기(250) 트랜지스터 게이트단(gate)에 인가될 -5V의 음 전압이 출력된다.
-5V 음전원이 정상 설정 전압이 되면 바이어스 전압 발생부(230)의 Q4 NPN 바이폴라정션 트랜지스터(BJT TR)이 동작하고, 이후 Q3 PNP 바이폴라정션 트랜지스터(BJT TR)이 동작한다. 이후 U1 IC 4Pin(VCC)에 전압이 인가되고, U1 IC /M/R INPUT 3PIN 로우 인에이블(low enable) 신호가 인가되면 수 msec 지연(delay)이후 U1 IC OUTPUT /R/E/T 2PIN의 출력이 로우(low)상태에서 하이(high) 상태로 출력되어 Q2 Mos-FET가 동작한다. 이후 주요 드레인(main drain)전원을 온/오프(on/off)하는 Q1 Main Mos-FET가 동작하여 최종적으로 전력증폭기(250) 트랜지스터 드레인단에 +31V의 드레인 전원이 공급되게 된다. 이때, U1 IC에서의 신호 지연 시간은 예를 들어 300∼350msec가 될 수 있다.
보다 상세한 회로적인 동작 순서를 설명하면, +5V, +31V 2가지 전원이 외부에서 인가되면 +31V전원은 드레인 전원 인가부(230)의 Q1 풀업(Pull-up) 저항 R19에 의해 오프상태가 유지되어, 전력증폭기(250) 트랜지스터 드레인단에 +31V 드레인 전원이 인가되지 않는 상태가 유지된다. 외부 인가 +5V 전압은 게이트 전원 발생부의 U2 DC-DC Converter IC VCC 8Pin(V+)에 인가되어, 전력증폭기(250) 트랜지스터의 게이트단에 인가하기 위한 음전원으로 컨버팅된다.
여기서 생성된 -5V 음 전원을 게이트 전압 인가부(220)내 U3 Op amp VEE 전원 2Pin(V-)에 인가하고 VCC 전원 6Pin(V+) GND 통하여 전원이 인가되면 R28 VR 저항을 통하여 사용하고자 하는 전력증폭기(250) 트랜지스터 게이트 음 전압을 설정하게 된다. 이때, Q5 PNP 바이폴라정션 트랜지스터(BJT TR)에서 전력증폭기(250) 트랜지스터 온도에 따른 특성 변화가 역 보정되어 U3 OP amp 3Pin(+IN) 입력되고, 출력 1Pin(out) 통하여 설정된 -5V 게이트 전원이 전력증폭기(250) 트랜지스터 게이트단에 공급되게 된다.
위와 같이 인가된 음전압이 목표설정 전압에 맞는지를 비교하기 위한 역할로 드레인 전원 인가부(230)의 Q4 바이폴라정션 트랜지스터(BJT TR)를 사용했으며 외부에서 인가되는 +5V 양전원 전압과 전력증폭기(250) 게이트단에 공급되는 게이트 전원인 -5V 음전원 전위차를 R5 와 R6 분압 저항값에 의한 전압비에 의해 Q4 BJT TR 동작점에서 온/오프 문턱(on/off threshold) 포인트를 결정한다.
즉, Q4 바이폴라정션 트랜지스터(BJT TR)가 동작하면 Q3 PNP 바이폴라정션 트랜지스터(BJT TR)의 베이스(base) 전압이 낮아지면서 Q3가 온 되는 조건이 되고, R7 과 R8 분압 저항비에 의해 결정된 전압이 U1 4Pin VCC 전원으로 인가된다. 이어, 온 된 시점 이후 U1 IC 내부 기능에 의한 수 msec 지연시간 동안에 규정치(threshold) 전압범위 이외 온/오프 트랜전트(transient) 전압변화가 있을 때 수msec 지연을 재차 수행하여 전력증폭기(250)를 보호하는 기능이 있으며, HPA 인에이블 입력(enable input)으로 U1 3PIN(/M/R)에 입력되는 온/오프신호에 따라서도 동일하게 수 msec 지연이 유지될 수 있도록 한다.
이때, 규정치 전압 범위 이외 온/오프 트랜전트가 수 msec 지연 동안 안정적으로 상태가 유지되면, U1 2PIN(/R/E/T)의 출력이 로우(Low)상태에서 하이(high)상태로 출력되어 Q2 Mos-FET가 동작한다. 이후, 드레인 전원 +31V전원을 온/오프하는 Q1 Main Mos-FET가 동작하여 최종 전력증폭기(250) 트랜지스터 드레인단에 드레인 전원 +31V 전원이 최종 공급하게 되는 구조가 된다.
U1 IC /M/R INPUT 3PIN 로우 인에이블(low enable) 신호가 인가되면 수 msec 지연(delay)이후 U1 IC OUTPUT /R/E/T 2PIN의 출력이 로우(low)상태에서 하이(high) 상태로 출력되어 Q2 Mos-FET가 동작한다. 이후 주요 드레인(main drain)전원을 온/오프(on/off)하는 Q1 Main Mos-FET가 동작하여 최종 전력증폭기(250) 트랜지스터 드레인단에 +31V의 드레인 전원이 공급되게 된다. 이때, U1 IC에서의 신호 지연 시간은 예를 들어 300∼350msec가 될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전원순차 인가회로(200)의 상세 회로 구성을 도시한 것이다.
도 3에서 도시된 전원순차 인가회로(200)는 도 2의 전원순차 인가회로(200)의 구성에서 게이트 전원 발생부(210)를 제거한 후, 게이트 전원 발생부(210)에서 발생하는 게이트 전원을 외부로부터 -5V의 음전원을 입력 받아 사용하도록 한 것으로, 그 이후의 동작은 도 2의 전원순차 인가회로에서의 동작과 동일하다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 무선이동통신용 전력 증폭기에 있어서, 전력 증폭기의 입출력단으로 인가되는 공급 전원인 음 전원과 양 전원의 전압 전류 상태를 감시하여 전력 증폭기로 인가되는 공급전원의 상태가 불안정한 경우 공급전원의 상태가 안정화될 때까지 전력 증폭기로의 전원 공급을 지연시키거나, 게이트 전원 피드백을 통해 전력 증폭기의 게이트단으로 입력되는 게이트 전원을 감시하여 정확한 게이트 전원이 입력되도록 함으로서 전력 증폭기를 보다 안정화시킬 수 있다.
한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위에 의해 정하여져야 한다.
210 : 게이트 전원 발생부 220 : 게이트 전압 인가부
230 : 드레인 전원 인가부 222 : 온도 보정 및 게이트 전압설정부
224 : 게이트 전원 출력부 232 : 게이트 전원 확인부
234 : 전원 안정화 지연부 236 : 인러쉬 방지부
240 : 스위치부 242 : 매인 전원 스위치부

Claims (10)

  1. 게이트 전원을 발생하는 게이트 전원 발생부와,
    상기 게이트 전원 발생부로부터 발생된 게이트 전원을 전력증폭기의 게이트단으로 인가하는 게이트 전압 인가부와,
    상기 게이트단으로 상기 게이트 전원 인가이후, 외부로부터 공급되는 드레인 전원을 일정시간 지연시켜 상기 드레인 전원으로 인가되는 전압을 안정화시킨 후, 상기 전력증폭기의 드레인단으로 공급하는 드레인 전원 인가부
    를 포함하는 전원순차 인가회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    게이트 전압 인가부는,
    주위의 온도에 따른 전압 변동량을 보정하여 상기 게이트 전원이 일정 기준 전압으로 유지되도록 하는 온도 보정부와,
    상기 게이트 전원을 상기 전력증폭기의 게이트단으로 출력하는 전원 출력부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원순차 인가회로.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 드레인 전원 인가부는,
    상기 게이트 전원을 피드백하여 상기 게이트 전원이 기 설정된 기준 전압으로 정확히 생성되었는지를 확인하는 게이트 전원 확인부와,
    상기 전력증폭기의 온 시 상기 드레인 전원에 대해 일정 기준시간 지연하여 출력하는 전원 안정화 지연부와,
    외부로부터의 상기 드레인 전원을 인가받아 상기 전력증폭기의 드레인단으로 출력하는 드레인 전원 스위칭 인가부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원순차 인가회로.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전원 안정화 지연부는,
    상기 드레인 전원의 공급 시 상기 드레인 전원의 상태를 검사하여 상기 드레인 전원이 일정 기준 전원값 이하 또는 이상으로 변동되는 경우 다시 리셋되어 상기 일정 기준시간 동안 상기 전력증폭기의 드레인단으로 전원 공급을 지연시키는 것을 특징으로 하는 전원순차 인가회로.
  5. 제 3 항에 있어서,
    드레인 전원 스위칭 인가부는,
    상기 게이트 전원의 입력 시 스위칭 온되는 스위치부와,
    상기 스위칭 온 시 외부로부터의 상기 드레인 전원을 상기 드레인단으로 공급하는 매인 전원 스위치부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원순차 인가회로.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 드레인 전원 인가부는,
    상기 전원 안정화 지연부와 상기 드레인 전원 발생부 사이에 연결되어 상기 드레인 전원의 최초 공급 시 인러쉬 커런트 발생을 방지시키는 인러쉬 방지부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원순차 인가회로.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 게이트 전원은,
    음전원인 것을 특징으로 하는 전원순차 인가회로.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 드레인 전원은,
    양전원인 것을 특징으로 하는 전원순차 인가회로.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 일정 기준시간은,
    300-350msec인 것을 특징으로 하는 전원순차 인가회로.
  10. 외부로부터 인가되는 게이트 전원을 전력증폭기의 게이트단으로 인가하는 게이트 전압 인가부와,
    상기 게이트단으로 상기 게이트 전원 인가이후, 외부로부터 공급되는 드레인 전원을 일정시간 지연시켜 상기 드레인 전원으로 인가되는 전압을 안정화시킨 후, 상기 전력증폭기의 드레인단으로 공급하는 드레인 전원 인가부
    를 포함하는 전원순차 인가회로.
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