KR20150005293A - 전력 증폭기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전력 증폭기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전력 증포기는, 바이어스 전압단을 통해 전압을 인가받아 구동하며, 트랜지스터의 크기(폭) 조정에 관여하는 제1 스위치; 시스템에의 고주파 신호의 입력 여부에 따라 고전압 또는 저전압을 출력하는 RF-DC 컨버터; 바이어스 전압단으로부터 상기 제1 스위치로 바이어스 전압이 인가되도록 제어하는 한편, 입력단을 통해 고주파 신호가 입력되지 않을 경우에는 상기 RF-DC 컨버터로부터 저전압을 출력하도록 제어하고, 고주파 신호가 입력될 경우에는 상기 RF-DC 컨버터로부터 고전압을 출력하도록 제어하는 커플러; 및 커플러로 고주파 신호의 입력 시, 상기 RF-DC 컨버터로부터 출력되는 고전압을 인가받아 구동하는 복수의 스위치를 포함한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 고주파 신호가 인가되지 않았을 때, 커플러, RF-DC 컨버터 및 스위치를 이용하여 트랜지스터의 크기(폭:Width)를 줄임으로써 아이들 전류(idle current)를 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

전력 증폭기{Power Amplifier}
본 발명은 이동통신 단말기(스마트 폰) 등에 채용되는 전력 증폭기에 관한 것으로서, 특히 아이들(idle) 전류를 감소시킬 수 있는 전력 증폭기에 관한 것이다.
스마트 폰의 시장이 확대되고, 또한 다양한 기능 및 컨텐츠가 확대되면서 스마트 폰의 배터리 수명이 매우 중요시 되고 있다. 스마트 폰의 배터리 수명은 각 부품의 소비 전류와 연관되어 있어 부품들의 소비 전류를 줄이는 것이 중요하다.
이상과 같은 스마트 폰에 채용되는 종래 전력 증폭기는 도 1에 도시된 바와 같이, Vbias를 통해 DC 전압을 스위치 소자(M1)의 게이트에 인가하고, 스위치 소자 (M1)의 전압 이득을 이용하여 게이트에 인가되는 "RF_in" 신호가 증폭되어 출력단 (RF_out)으로 출력된다. 아이들 전류(Idle Current)는 스위치 소자(M1)의 게이트에RF 신호가 인가되지 않을 때의 전류로서 다음과 같은 수식 관계로 나타낼 수 있다.
Figure pat00001
여기서, I는 아이들 전류, μn은 캐리어 이동도, Cox는 옥사이드(oxide) 커패시터의 커패시턴스, W와 L은 스위치 소자(MOSFET)의 폭(width) 및 길이(length), Vgs는 스위치 소자(MOSFET)의 게이트와 소스간 전압, Vth는 문턱 전압(threshold voltage)을 각각 나타낸다.
위의 수식 관계에서도 알 수 있는 바와 같이, 아이들 전류(I)는 Vgs, W, Cox에 비례하게 된다. 따라서 아이들 전류를 줄이기 위해서는 Vgs, W, Cox를 줄여야 한다.
그러나, 종래 전력 증폭기에 있어서는 스위치 소자, 즉 모스펫의 크기(여기서는 폭)와 Vgs가 결정되면, 아이들 전류도 결정되어 아이들 전류를 더 이상 줄일 수 없게 되는 문제가 있다.
한국 공개특허공보 공개번호 10-2002-0094628 일본 공개특허공보 특개2005-229268호
본 발명은 상기와 같은 사항을 감안하여 창출된 것으로서, 스위치 소자(트랜지스터)의 크기를 조절함으로써 아이들 전류(idle current)를 감소시킬 수 있는 전력 증폭기를 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전력 증폭기는,
바이어스 전압단을 통해 전압을 인가받아 구동하며, 트랜지스터의 크기(폭) 조정에 관여하는 제1 스위치;
시스템에의 고주파 신호의 입력 여부에 따라 고전압(High Voltage) 또는 저전압(Low Voltage)을 출력하는 RF-DC 컨버터;
상기 바이어스 전압단으로부터 상기 제1 스위치로 바이어스 전압이 인가되도록 제어하는 한편, 입력단을 통해 고주파 신호가 입력되지 않을 경우에는 상기 RF-DC 컨버터로부터 저전압(Low Voltage)을 출력하도록 제어하고, 고주파 신호가 입력될 경우에는 상기 RF-DC 컨버터로부터 고전압(High Voltage)을 출력하도록 제어하는 커플러; 및
상기 커플러로 고주파 신호의 입력 시, 상기 RF-DC 컨버터로부터 출력되는 고전압을 인가받아 구동하는 복수의 스위치를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 제1 스위치로는 모스펫(MOSFET)이 사용될 수 있다.
또한, 상기 복수의 스위치로는 모스펫(MOSFET)이 사용될 수 있다.
또한, 상기 복수의 스위치는 상기 제1 스위치의 드레인 및 소스에 각각 나뉘어서 연결되는 제3 및 제4 스위치를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 제3 및 제4 스위치의 게이트에는 저항이 각각 설치될 수 있다.
또한, 상기 제3 스위치의 게이트와 소스 사이 및 게이트와 드레인 사이에는 저항이 각각 더 설치될 수 있다.
또한, 상기 제4 스위치의 게이트와 소스 사이 및 게이트와 드레인 사이에는 저항이 각각 더 설치될 수 있다.
또한, 상기 제3 스위치와 제4 스위치 사이에는 상기 바이어스 전압단으로부터의 전압을 인가받아 구동하며, 트랜지스터의 크기(폭) 조정에 관여하는 제2 스위치가 더 설치될 수 있다.
이때, 상기 제2 스위치로는 모스펫(MOSFET)이 사용될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 고주파 신호가 인가되지 않았을 때, 커플러, RF-DC 컨버터 및 스위치를 이용하여 트랜지스터의 크기(Width)를 줄임으로써 아이들 전류(idle current)를 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래 전력 증폭기의 회로 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전력 증폭기의 회로 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되지 말아야 하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전력 증폭기의 회로 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전력 증폭기는 제1 스위치(210), 커플러 (220), RF-DC 컨버터(230), 복수의 스위치를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제1 스위치(210)는 바이어스 전압단(Vbias)을 통해 전압(예를 들면, DC 전압)을 인가받아 구동하며, 트랜지스터의 크기(폭:width) 조정에 관여한다. 이와 같은 제1 스위치(210)로는 모스펫(MOSFET)(예를 들면, NMOS)이 사용될 수 있다.
상기 RF-DC 컨버터(230)는 시스템에의 고주파 신호의 입력 여부에 따라 고전압(High Voltage) 또는 저전압(Low Voltage)을 출력한다. 이와 같은 RF-DC 컨버터(230)로는 일반적인 AC/DC 컨버터가 사용될 수 있다.
상기 커플러(220)는 상기 바이어스 전압단(Vbias)으로부터 상기 제1 스위치 (210)로(즉, 제1 스위치(210)의 게이트 단자로) 바이어스 전압이 인가되도록 제어하는 한편, 입력단을 통해 고주파 신호(RF_in)가 입력되지 않을 경우에는 상기 RF-DC 컨버터(230)로부터 저전압(Low Voltage)을 출력하도록 제어하고, 고주파 신호가 입력될 경우에는 상기 RF-DC 컨버터(230)로부터 고전압(High Voltage)을 출력하도록 제어한다.
상기 복수의 스위치는 상기 커플러(220)로 고주파 신호의 입력 시, 상기 RF-DC 컨버터(230)로부터 출력되는 고전압을 인가받아 구동한다. 이와 같은 복수의 스위치로는 모스펫(MOSFET)이 사용될 수 있다.
또한, 상기 복수의 스위치는 상기 제1 스위치(210)의 드레인 및 소스에 각각 나뉘어서 연결되는 제3 및 제4 스위치(250,260)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 이와 같은 제3 및 제4 스위치(250,260)의 게이트에는 저항(R3,R6)이 각각 설치될 수 있다.
또한, 상기 제3 스위치(250)의 게이트와 소스 사이 및 게이트와 드레인 사이에는 저항(R1,R2)이 각각 더 설치될 수 있다. 마찬가지로, 상기 제4 스위치(260)의 게이트와 소스 사이 및 게이트와 드레인 사이에도 저항(R4,R5)이 각각 더 설치될 수 있다. 여기서, 이상과 같은 저항들(R1∼R6)은 고주파 신호가 그라운드나 다른 곳으로 빠져나가는 것을 막아주기 위한 것이다.
또한, 상기 제3 스위치(250)와 제4 스위치(260) 사이에는 상기 바이어스 전압단(Vbias)으로부터의 전압을 인가받아 구동하며, 트랜지스터의 크기(폭) 조정에 관여하는 제2 스위치(240)가 더 설치될 수 있다. 이때, 이와 같은 제2 스위치(240)로는 모스펫(MOSFET)이 사용될 수 있다.
이상과 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 전력 증폭기에 있어서, 커플러 (220)의 입력단을 통해 고주파 신호가 입력되지 않을 때는 전술한 바와 같이 커플러(220)는 상기 RF-DC 컨버터(230)로부터 저전압(Low Voltage)을 출력하도록 하는 제어 명령을 전송한다. 그러면, RF-DC 컨버터(230)에서는 저전압이 출력되고, 이에 따라 제3 및 제4 스위치(250,260)가 오프(OFF)되어 제1 스위치(210)만 동작된다. 그 결과 트랜지스터(제1 스위치인 MOSFET)의 크기(폭:W)가 감소하게 되어, 결국 아이들 전류(Idle Current)가 감소하게 된다.(수학식 1 참조)
또한, 커플러(220)의 입력단을 통해 고주파 신호가 입력될 때는 커플러(220)는 상기 RF-DC 컨버터(230)로부터 고전압(High Voltage)을 출력하도록 하는 제어 명령을 전송한다. 그러면, RF-DC 컨버터(230)에서는 고전압이 출력되어 제3 및 제4 스위치(250,260)가 온(ON)되고, 이에 따라 제1 및 제2 스위치(210,240)가 모두 동작하게 된다. 이때 트랜지스터의 폭(Width)은 W/A+W/B=W(여기서, A,B는 비례상수를 나타냄)가 되어 기존과 동일한 특성을 나타내게 된다.
이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 전력 증폭기는 시스템에 고주파 신호가 인가되지 않을 때, 커플러, RF-DC 컨버터, 복수의 스위치를 이용하여 트랜지스터의 폭(W)을 줄임으로써, 아이들 전류(idle current)를 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
이상, 바람직한 실시 예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
210...제1 스위치 220...커플러
230...RF-DC 컨버터 240...제2 스위치
250...제3 스위치 260...제4 스위치

Claims (9)

  1. 바이어스 전압단을 통해 전압을 인가받아 구동하며, 트랜지스터의 크기(폭) 조정에 관여하는 제1 스위치;
    시스템에의 고주파 신호의 입력 여부에 따라 고전압(High Voltage) 또는 저전압(Low Voltage)을 출력하는 RF-DC 컨버터;
    상기 바이어스 전압단으로부터 상기 제1 스위치로 바이어스 전압이 인가되도록 제어하는 한편, 입력단을 통해 고주파 신호가 입력되지 않을 경우에는 상기 RF-DC 컨버터로부터 저전압(Low Voltage)을 출력하도록 제어하고, 고주파 신호가 입력될 경우에는 상기 RF-DC 컨버터로부터 고전압(High Voltage)을 출력하도록 제어하는 커플러; 및
    상기 커플러로 고주파 신호의 입력 시, 상기 RF-DC 컨버터로부터 출력되는 고전압을 인가받아 구동하는 복수의 스위치를 포함하는 전력 증폭기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스위치는 모스펫(MOSFET)인 전력 증폭기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 스위치는 모스펫(MOSFET)인 전력 증폭기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 스위치는 상기 제1 스위치의 드레인 및 소스에 각각 나뉘어서 연결되는 제3 및 제4 스위치를 포함하여 구성된 전력 증폭기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제3 및 제4 스위치의 게이트에는 저항이 각각 설치된 전력 증폭기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제3 스위치의 게이트와 소스 사이 및 게이트와 드레인 사이에는 저항이 각각 더 설치된 전력 증폭기.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제4 스위치의 게이트와 소스 사이 및 게이트와 드레인 사이에는 저항이 각각 더 설치된 전력 증폭기.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 제3 스위치와 제4 스위치 사이에는 상기 바이어스 전압단으로부터의 전압을 인가받아 구동하며, 트랜지스터의 크기(폭) 조정에 관여하는 제2 스위치가 더 설치된 전력 증폭기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 스위치는 모스펫(MOSFET)인 전력 증폭기.
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