KR20140008240A - 전력증폭기 - Google Patents

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Abstract

소비 전력을 저감하고, 또한 스위칭 속도를 빠르게 할 수 있는 전력증폭기를 얻는다. 트랜지스터 Trb1은, 온·오프 신호에 따라 증폭기 Tr1의 베이스에 바이어스를 공급한다. 용량 Cb1이 증폭기 Tr1의 베이스와 접지점 사이에 접속되어 있다. 저항 Rb2가 증폭기 Tr1의 베이스와 접지점 사이에 있어서 용량 Cb1과 병렬로 접속되어 있다. 다이오드 Db1이 저항 Rb2와 직렬로 접속되어 있다. 다이오드 Db1의 임계전압은 증폭기 Tr1의 온 전압보다도 낮다.

Description

전력증폭기{POWER AMPLIFIER}
본 발명은, 휴대전화 단말 등에 사용되는 전력증폭기에 관한 것이다.
전력증폭기의 바이어스 회로는, 온·오프 신호에 따라 증폭기의 베이스에 바이어스를 공급하는 트랜지스터를 갖는다. 또한, 저주파 잡음을 저감하기 위해, 증폭기의 베이스와 접지점 사이에 접속된 용량이 설치되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 온·오프 신호가 온 신호로부터 오프 신호로 변한 순간에는, 용량에 축적된 전하에 의해 증폭기는 온인 상태로 유지된다. 그후, 저항을 거쳐 용량의 전하가 방전되면, 증폭기는 오프로 된다.
일본국 특개 2004-134826호 공보
종래의 바이어스 회로에서는, 트랜지스터의 오프시의 리크 전류에 의해, 증폭기의 오프시에도 저항에 일정한 전류가 흘러, 소비 전력이 증가하고 있었다. 그러나, 휴대전화의 대기 시간을 길게 하기 위해, 대기시에 전력증폭기에 흐르는 전류를 10μA 이하로 할 필요가 있다.
또한, 소비 전력을 저감하기 위해 저항의 저항값을 크게 하면, 방전에 필요한 시간이 길어져, 스위칭 속도가 늦어진다. 그러나, 휴대전화용의 전력증폭기에서는 수 μs 이하에서 오프할 필요가 있다.
본 발명은, 전술한 것과 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 그 목적은 소비 전력을 저감하고, 또한 스위칭 속도를 빠르게 할 수 있는 전력증폭기를 얻는 것이다.
본 발명에 관한 전력증폭기는, 입력 단자를 갖는 증폭기와, 온·오프 신호에 따라 상기 증폭기의 상기 입력 단자에 바이어스를 공급하는 트랜지스터와, 상기 증폭기의 상기 입력 단자와 접지점 사이에 접속된 용량과, 상기 증폭기의 상기 입력 단자와 접지점 사이에 있어서 상기 용량과 병렬로 접속된 저항과, 상기 저항과 직렬로 접속된 다이오드를 구비하고, 상기 다이오드의 임계전압(startup voltage)은 상기 증폭기의 온 전압보다도 낮은 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해, 소비 전력을 저감하고, 또한 스위칭 속도를 빠르게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태 1에 관한 전력증폭기를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시형태 1에 관한 바이어스 회로를 도시한 도면이다.
도 3은 비교예에 관한 바이어스 회로를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시형태 2에 관한 바이어스 회로를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시형태 2에 있어서의 제어신호를 나타낸 타이밍 차트다.
도 6은 본 발명의 실시형태 3에 관한 바이어스 회로를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시형태 3에 있어서의 제어신호를 나타낸 타이밍 차트다.
도 8은 본 발명의 실시형태 4에 관한 바이어스 회로를 도시한 도면이다.
본 발명의 실시형태에 관한 전력증폭기에 대해 도면을 참조해서 설명한다. 동일 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 부호를 붙이고, 설명의 반복을 생략하는 경우가 있다.
실시형태 1.
도 1은, 본 발명의 실시형태 1에 관한 전력증폭기를 도시한 도면이다. 이 전력증폭기는 휴대전화 단말 등에 실장되어 있다. 입력 단자 IN에 입력된 RF 신호는, 초단 트랜지스터 Tr1 및 후단 트랜지스터 Tr2에 의해 증폭되어 출력 단자 OUT으로부터 출력된다. 여기에서는 2단 증폭기로 하고 있지만, 이것에 한정되지 않고 2단 이상의 다단 증폭기이면 된다. Tr1 및 Tr2는 GaAs-HBT로 구성된다.
바이어스 회로에 의해 Tr1 및 Tr2의 베이스에 베이스 전류가 공급된다. Tr1의 입력측에 입력 정합회로가 설치되고, Tr1과 Tr2 사이에 단간 정합회로가 설치되고, Tr2의 출력측에 출력 정합회로가 설치되어 있다. Tr1 및 Tr2의 콜렉터에는 3.4V 정도의 콜렉터 전압이 인가되고, 에미터는 접지되어 있다.
도 2는, 본 발명의 실시형태 1에 관한 바이어스 회로를 도시한 도면이다. 여기에서는 초단 트랜지스터 Tr1용의 바이어스 회로의 구성에 대해 설명하지만, 후단 트랜지스터 Tr2의 바이어스 회로의 구성도 동일하다.
바이어스 회로는, GaAs-HBT인 트랜지스터 Trb1, Trb2, Trb3, 전계 효과형 트랜지스터 FETb1, 인덕터 Lb1, 용량 Cb1, 저항 Rb1, Rb2, GaAs 쇼트키 다이오드 Db1을 갖는다.
Trb1의 베이스와 레퍼런스 전압 단자 VRef 사이에 FETb1과 Rb1이 직렬로 접속되어 있다. Trb1의 베이스와 접지점 사이에 다이오드 접속된 Trb2, Trb3가 직렬로 접속되어 있다. Trb1의 콜렉터는 전원단자 VCB에 접속되고, Trb1의 에미터는 Tr1의 베이스에 접속되어 있다.
Tr1의 베이스와 접지점 사이에 Lb1과 Cb1이 직렬로 접속되어 있다. Cb1은 저주파 잡음을 저감하기 위한 용량이며, 그것의 용량값은 통상 100pF 이상(예를 들면, 1000pF)이다. Rb2가 Tr1의 베이스와 접지점 사이에 있어서 Cb1과 병렬로 접속되어 있다. 이 Rb2은 Tr1의 오프시에 Cb1의 전하를 방전하기 위한 저항이다.
Db1이 Rb2와 직렬로 접속되어 있다. Db1의 임계전압(임계값 전압)은 Tr1의 온 전압(임계값 전압)보다도 낮게 설정되어 있다. 예를 들면, HBT인 Tr1의 온 전압은 약 1.2V인 것에 대해, Db1의 임계전압은 0.6V이다.
다음에 동작에 대해 설명한다. 온·오프 신호가 온 신호(High)인 경우에는, FETb1과 Trb1이 온이 되어, 원하는 베이스 전압이 Tr1에 주어져 Tr1이 온이 된다. 한편, 온·오프 신호가 오프 신호(Low)인 경우에는, FETb1과 Trb1이 오프가 되어, Tr1의 베이스 전압이 저하하여 Tr1이 오프가 된다. 이와 같이 FETb1과 Trb1은 온·오프 신호에 따라 Tr1의 베이스에 바이어스를 공급한다.
온·오프 신호를 온 신호로부터 오프 신호로 전환한 순간(High→Low)에는, Cb1에 축적된 전하에 의해 Tr1은 온인 상태로 유지된다. 그후, Rb2 및 Db1을 거쳐 Cb1의 전하가 방전되면, Tr1은 오프가 된다.
Db1의 임계전압은 Tr1의 온 전압보다도 낮기 때문에, Tr1이 오프가 된 후도 Db1에는 전류가 흐른다. 그리고, 일정시간이 경과하여 Cb1의 방전이 진행되면 Db1에 전류가 흐르지 않게 된다. Tr1의 오프시에는 Db1이 오프로 되고 있기 때문에, Rb1에는 거의 전류가 흐르지 않는다.
이어서, 본 실시형태의 효과를 비교예와 비교하여 설명한다. 도 3은, 비교예에 관한 바이어스 회로를 도시한 도면이다. 비교예에서는 Db1이 설치되어 있지 않다. 이 때문에, Trb1의 오프시의 리크 전류에 의해, Tr1의 오프시에도 Rb2에 일정한 전류가 흘러, 소비 전력이 증가한다. 소비 전력을 저감하기 위해 Rb2의 저항값을 크게 하면, 방전에 필요한 시간이 길어져, 스위칭 속도가 늦어진다.
한편, 본 실시형태에서는, Db1을 설치한 것에 의해 Tr1의 오프시에 Rb2에 전류가 흐르지 않기 때문에, 소비 전력을 저감 할 수 있다. 또한, 소비 전력을 저감하기 위해 Rb2의 저항값을 크게 할 필요가 없기 때문에, Cb1의 전하를 신속하게 방전할 수 있어, 스위칭 속도를 빠르게 할 수 있다.
이때, Db1은 GaAs 쇼트키 다이오드에 한정되지 않고, 임계전압이 Tr1의 온 전압보다도 낮은 다이오드이면 무엇이든지 된다. 예를 들면, HBT의 베이스와 에미터층으로 구성한 다이오드이어도 된다.
실시형태 2.
도 4는, 본 발명의 실시형태 2에 관한 바이어스 회로를 도시한 도면이다. 실시형태 1의 Db1 대신에, GaAs-HBT인 스위치 Trb4가 Rb2와 직렬로 접속되어 있다. 바이어스 회로의 외측에 펄스 발생회로(1)가 설치되어 있다.
도 5는, 본 발명의 실시형태 2에 있어서 제어신호를 나타낸 타이밍 차트다. 이 펄스 발생회로(1)는, 온·오프 신호가 온 신호로부터 오프 신호로 변했을 때(High→Low)에 펄스 신호(High)를 출력한다. 이 펄스 신호에 의해 스위치 Trb4는 일정 시간 온된다. 그 동안에 Cb1에 축적된 전하가 방전된다. 전하가 방전된 후에는 다시 Trb4가 오프가 되어 전류가 흐르지 않게 되기 때문에, 소비 전력을 저감할 수 있다. 또한, 소비 전력을 저감하기 위해 Rb2의 저항값을 크게 할 필요가 없기 때문에, Cb1의 전하를 신속하게 방전할 수 있어, 스위칭 속도를 빠르게 할 수 있다.
실시형태 3.
도 6은, 본 발명의 실시형태 3에 관한 바이어스 회로를 도시한 도면이다. 실시형태 1의 Db1 대신에, GaAs-HBT인 스위치 Trb4, Trb5가 Rb2와 직렬로 접속되어 있다. 바이어스 회로의 외측에 지연회로(2)와 인버터(3)가 설치되어 있다.
도 7은, 본 발명의 실시형태 3에 있어서의 제어신호를 나타낸 타이밍 차트다. 지연회로(2)는, 온·오프 신호를 일정 시간 지연시킨 신호에 의해 Trb4의 온·오프를 제어한다. 인버터(3)는, 온·오프 신호를 반전시킨 신호에 의해 Trb5의 온·오프를 제어한다. 이에 따라, 온·오프 신호가 온 신호로부터 오프 신호로 변했을 때에 스위치 Trb4, Trb5의 양쪽이 일정 시간 온된다. 그 동안에 Cb1에 축적된 전하가 방전된다. 전하가 방전된 후에는 다시 Trb4가 오프가 되어 전류가 흐르지 않게 되기 때문에, 소비 전력을 저감할 수 있다. 또한, 소비 전력을 저감하기 위해 Rb2의 저항값을 크게 할 필요가 없기 때문에, Cb1의 전하를 신속하게 방전할 수 있어, 스위칭 속도를 빠르게 할 수 있다.
실시형태 4.
도 8은, 본 발명의 실시형태 4에 관한 바이어스 회로를 도시한 도면이다. 실시형태 1의 Rb2 및 Db1 대신에, 전계 효과형 트랜지스터 FETb2가 Tr1의 베이스와 용량 Cb1 사이에 접속되어 있다.
이 스위치 FETb2는, 온·오프 신호에 따라 온·오프한다. 따라서, 온·오프 신호가 오프 신호가 되면, FETb2는 오프하여, Tr1과 바이어스 회로를 절단한다. 이에 따라, C1의 전하는 방전되지 않지만, 바이어스 회로와 Tr1이 절단되므로 Tr1은 순식간에 오프 상태가 된다. 따라서, 스위칭 속도를 빠르게 할 수 있다. 또한, 실시형태 1과 같은 저항 Rb2를 생략할 수 있기 때문에, 증폭기 Tr1의 오프시에 전류가 흐르지 않게 되어, 소비 전력을 저감할 수 있다.
1 펄스 발생회로(제어회로)
2 지연회로(제어회로)
3 인버터(제어회로)
Cb1 용량
Db1 다이오드
FETb2 스위치
Rb2 저항
Tr1 초단 트랜지스터(증폭기)
FETb1, Trb1 트랜지스터
Trb4 스위치(제1 스위치)
Trb5 제2 스위치

Claims (5)

  1. 입력 단자를 갖는 증폭기와,
    온·오프 신호에 따라 상기 증폭기의 상기 입력 단자에 바이어스를 공급하는 트랜지스터와,
    상기 증폭기의 상기 입력 단자와 접지점 사이에 접속된 용량과,
    상기 증폭기의 상기 입력 단자와 접지점 사이에 있어서 상기 용량과 병렬로 접속된 저항과,
    상기 저항과 직렬로 접속된 다이오드를 구비하고,
    상기 다이오드의 임계전압은 상기 증폭기의 온 전압보다도 낮은 것을 특징으로 하는 전력증폭기.
  2. 입력 단자를 갖는 증폭기와,
    온·오프 신호에 따라 상기 증폭기의 상기 입력 단자에 바이어스를 공급하는 트랜지스터와,
    상기 증폭기의 상기 입력 단자와 접지점 사이에 접속된 용량과,
    상기 증폭기의 상기 입력 단자와 접지점 사이에 있어서 상기 용량과 병렬로 접속된 저항과,
    상기 저항과 직렬로 접속된 스위치와,
    상기 온·오프 신호가 온 신호로부터 오프 신호로 변했을 때에 상기 스위치를 일정 시간 온으로 하는 제어회로를 구비한 것을 특징으로 하는 전력증폭기.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제어회로는, 상기 온·오프 신호가 온 신호로부터 오프 신호로 변했을 때에 펄스 신호를 출력하는 펄스 발생회로를 갖는 것을 특징으로 하는 전력증폭기.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 스위치는, 직렬로 접속된 제1 및 제2 스위치를 갖고,
    상기 제어회로는, 상기 온·오프 신호를 일정 시간 지연시킨 신호에 의해 상기 제1 스위치의 온·오프를 제어하는 지연회로와,
    상기 온·오프 신호를 반전시킨 신호에 의해 상기 제2 스위치의 온·오프를 제어하는 인버터를 갖는 것을 특징으로 하는 전력증폭기.
  5. 입력 단자를 갖는 증폭기와,
    온·오프 신호에 따라 상기 증폭기의 상기 입력 단자에 바이어스를 공급하는 트랜지스터와,
    상기 증폭기의 상기 입력 단자와 접지점 사이에 접속된 용량과,
    상기 증폭기의 상기 입력 단자와 상기 용량 사이에 접속되고, 상기 온·오프 신호에 따라 온·오프하는 스위치를 구비한 것을 특징으로 하는 전력증폭기.
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