KR20220101164A - 무선 주파수 전력 증폭기, 칩 및 통신 단말 - Google Patents

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KR20220101164A
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진신 자오
윈팡 바이
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반칩 (톈진) 테크놀로지 컴퍼니 리미티드
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Abstract

본 발명은 무선 주파수 전력 증폭기, 칩 및 통신 단말을 공개한다. 상기 무선 주파수 전력 증폭기는 전력 증폭 회로(5), 출력 매칭 회로(2), 전력 검측 회로(3) 및 바이어스 비교 회로(4)를 포함한다. 전력 검측 회로(3)를 통해 메인 신호 통로 상의 출력 전력을 검측하고, 상기 출력 전력에 정비례하는 등가 전압을 바이어스 비교 회로(4)에 입력하고, 바이어스 비교 회로(4)를 통해 등가 전압 수치를 조절하고, 제어 전압(1)과 비교하여 전력 증폭 회로(5)를 위해 바이어스 전압 및/또는 컬렉터 전압을 제공한다. 이로부터 폐루프 회로를 형성하여, 무선 주파수 전력 증폭 작업의 게인 및 출력 전력이 서로 다른 전력 단계에서 모두 안정적인 상태를 유지하게 한다.

Description

무선 주파수 전력 증폭기, 칩 및 통신 단말
본 발명은 무선 주파수 전력 증폭기에 관한 것으로, 동시에 상기 무선 주파수 전력 증폭기를 포함하는 집성 회로 칩 및 상응한 통신 단말에 관한 것이고, 무선 주파수 집성 회로 기술 분야에 속한다.
무선 주파수 전력 증폭기는 무선 통신 응용에서 없어서는 안되는 중요한 부품이고, 트랜스시버가 출력한 이미 변조된 무선 주파수 신호에 대해 전력 증폭을 진행하여 무선 통신이 필요로 하는 무선 주파수 신호의 전력 요구를 만족시킨다. 무선 통신의 성능에 대한 요구로 인해, 무선 주파수 전력 증폭기는 전력 제어를 진행해야 한다. 또한 공정의 편차는 무선 주파수 전력 증폭기의 증익 및 출력 전력의 변화를 초래한다.
종래 기술에서 무선 주파수 전력 증폭기의 전력 제어 방법은 주로 이하 2가지가 있다.
하나는, 폐루프 제어에 기초한 전력 제어 방법이다. 상기 전력 제어 방법은 주로 무선 주파수 전력 증폭기의 입력 전력을 제어하는 것을 통해, 무선 주파수 전력 증폭기의 최종적인 출력 전력 제어를 실현한다. 그 밖에, 상기 전력 제어 방법은 동일한 바이어스 전압을 사용하여 필요를 만족시키는 출력 전력을 발생하여, 무선 주파수 전력 증폭기가 필요로 하는 출력 전력이 비교적 작게 되는 것을 초래하는 경우, 무선 주파수 전력 증폭기의 전류에 잔여량이 나타나 불필요한 낭비를 초래한다.
다른 하나는, 오픈 루프 제어에 기초한 전력 제어 방법이다. 상기 전력 제어 방법은 주로 전압을 제어하는 것을 통해, 무선 주파수 전력 증폭기의 최종적인 출력 전력을 제어하는 것을 실현한다. 상기 전력 제어 방법은 제어 전압이 무선 주파수 전력 증폭기의 출력 전력의 크기를 제어하는 것을 획득할 수 없어, 제어 전압이 무선 주파수 전력 증폭 회로의 바이어스 전압을 정밀하게 제어할 수 없게 하고, 나아가 무선 주파수 전력 증폭기의 출력 전력을 정밀하게 제어할 수 없게 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 우선적인 기술문제는 무선 주파수 전력 증폭기를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술문제는 상기 무선 주파수 전력 증폭기를 포함하는 집성 회로 칩 및 상응한 통신 단말을 제공하는 것이다.
상기 목적을 실현하기 위하여, 본 발명은 아래 기술 방안을 사용한다.
본 발명의 실시예의 제1 방면에 따르면, 무선 주파수 전력 증폭기에 있어서, 전력 증폭 회로, 출력 매칭 회로, 전력 검측 회로 및 바이어스 비교 회로를 포함하고; 상기 전력 증폭 회로와 상기 출력 매칭 회로가 연결되어 상기 무선 주파수 전력 증폭기의 메인 신호 통로를 구성하고, 상기 전력 검측 회로의 입력단은 상기 메인 신호 통로 상의 어느 노드에 연결되고, 상기 전력 검측 회로의 출력단은 상기 바이어스 비교 회로의 입력단에 연결되고, 상기 바이어스 비교 회로의 출력단은 상기 전력 증폭 회로의 바이어스단 및/또는 컬렉터단에 연결되고;
상기 전력 검측 회로를 통해 상기 메인 신호 통로 상의 출력 전력을 검측하여, 상기 출력 전력에 정비례하는 등가 전압을 얻고, 상기 등가 전압은 상기 바이어스 비교 회로에 입력된 후, 상기 전력 증폭 회로의 서로 다른 바이어스단에 필요한 서로 다른 바이어스 상태에 따라 상기 등가 전압의 수치를 조절하여 하나 이상의 분기 등가 전압을 얻고;
각각의 상기 분기 등가 전압과 상기 바이어스 비교 회로에 미리 입력된 제어 전압을 각각 비교하고, 상기 제어 전압과 상기 무선 주파수 전력 증폭기의 출력 전력의 단계가 서로 대응될 때까지, 상기 전력 증폭 회로를 위해 바이어스 전압 및/또는 컬렉터 전압을 지속적으로 제공하여, 상기 무선 주파수 전력 증폭기의 서로 다른 전력 단계에서의 출력 전력이 안정되도록 제어한다.
바람직하게, 상기 전력 검측 회로는 커플러 및 포락선 검출기를 포함하고, 상기 커플러의 입력단은 상기 출력 매칭 회로를 통해 상기 전력 증폭 회로의 출력단에 연결되고, 상기 커플러의 직통 출력단은 출력 부하에 연결되고, 상기 커플러의 커플링 출력단은 상기 포락선 검출기의 입력단에 연결되고, 상기 포락선 검출기의 출력단은 바이어스 비교 회로의 입력단에 연결된다.
바람직하게, 커패시터로 상기 커플러를 대체한다.
바람직하게, 상기 포락선 검출기는 제1 저항, 제2 저항, 제3 저항, 제1 다이오드, 제4 저항 및 제1 커패시터를 포함하고; 상기 제1 저항과 상기 제2 저항은 전원과 지면 사이에 연결되고, 상기 제3 저항은 상기 제1 다이오드의 양극과 상기 제1 저항 및 상기 제2 저항의 공공 노드 사이에 연결되고, 상기 제1 다이오드의 음극은 상기 제4 저항과 상기 제1 커패시터의 병렬 네트워크를 통해 지면에 연결된다.
바람직하게, 상기 바이어스 비교 회로는 N개 LDO 선형 레귤레이터LDO 선형 레귤레이터를 포함하고, N는 양의 정수이고; 각각의 상기 LDO 선형 레귤레이터의 입력단은 각각 상기 제어 전압과 상기 전력 검측 회로에 연결되고, 각각의 상기 LDO 선형 레귤레이터의 출력단은 상기 전력 증폭 회로의 바이어스단 및/또는 컬렉터단에 연결된다.
비교적 바람직하게, 각각의 상기 LDO 선형 레귤레이터는 각각 제5 저항, 제6 저항, 연산 증폭기, PMOS 트랜지스터 및 제7 저항을 포함하고, 상기 제5 저항과 상기 제6 저항은 제3 노드와 지면 사이에 연결되고, 상기 연산 증폭기의 정상 입력단은 상기 제5 저항과 상기 제6 저항 사이의 공공 노드에 연결되고, 상기 연산 증폭기의 역상 입력단은 외부의 베이스 밴드 회로에 연결되고, 상기 연산 증폭기의 출력단은 상기 PMOS 트랜지스터의 그리드 전극에 연결되고, 상기 PMOS 트랜지스터의 소스 전극은 전원에 연결되고, 상기 PMOS 트랜지스터의 드레인 전극은 상기 제7 저항을 통해 지면에 연결된다.
바람직하게, 상기 전력 증폭 회로는 1단 또는 다단 증폭 회로 및 각 단의 증폭 회로에 대응하는 바이어스 회로를 포함하고, 각 단의 증폭 회로는 대응되는 상기 바이어스 회로에 연결된다.
바람직하게, 상기 메인 신호 통로 상의 어떤 노드는 상기 전력 증폭 회로의 어느 한 단의 증폭 회로, 제1 노드 및 제2 노드를 포함한다.
본 발명 실시예의 제2 방면에 따르면, 집성 회로 칩을 제공하고, 상기 집성 회로 칩은 상기 무선 주파수 증폭기를 포함한다.
본 발명 실시예의 제3 방면에 따르면, 통신 단말을 제공하고, 상기 통신 단말은 상기 무선 주파수 전력 증폭기를 포함한다.
본 발명의 실시예에서 제공한 무선 주파수 전력 증폭기는 전력 검측 회로를 통해 메인 신호 통로 상의 출력 전력을 검측하여 상기 출력 전력에 정비례하는 등가 전압을 바이어스 비교 회로에 입력하고, 바이어스 비교 회로를 통해 등가 전압 수치를 조절하고 제어 전압과 비교를 진행하고, 전력 증폭 회로를 위해 바이어스 전압 및/또는 컬렉터 전압을 제공한다. 이렇게 폐루프 회로를 형성하여 무선 주파수 전력 증폭기 작업의 게인 및 출력 전력이 서로 다른 전력 단계 하에 모두 안정적인 상태를 유지하게 한다.
도 1은 본 발명 실시예를 위해 제공한 무선 주파수 전력 증폭기의 회로 블록도이고;
도 2는 포락선 검출기와 커플러로 이루어진 전력 검측 회로를 사용한 무선 주파수 전력 증폭기의 회로 블록도이고;
도 3은 본 발명 실시예를 위해 제공한 무선 주파수 전력 증폭기에서 포락선 검출기의 회로 원리도이고;
도 4는 본 발명 실시예를 위해 제공한 무선 주파수 전력 증폭기에서 포락선 검출기의 입력 전력과 출력 직류 전압의 관계도이고;
도 5는 본 발명 실시예를 위해 제공한 무선 주파수 전력 증폭기에서 바이어스 비교 회로의 회로 원리도이고;
도 6은 2단 증폭 회로를 사용하는 무선 주파수 전력 증폭기의 회로 원리도 1이고;
도 7은 2단 증폭 회로를 사용하는 무선 주파수 전력 증폭기의 회로 원리도 2이고;
도 8은 본 발명 실시예를 위해 제공한 무선 주파수 전력 증폭기에서 전력 증폭 회로의 컬렉터 전압과 출력 전력의 관계도이고;
도 9는 본 발명의 실시예에서 나타낸 통신 단말의 구조 블록도이다.
아래 도면과 구체적인 실시예를 결합하여 본 발명의 기술 내용에 대해 추가로 상세하게 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에서 제공하는 무선 주파수 전력 증폭기는 전력 증폭 회로(5), 출력 매칭 회로(2), 전력 검측 회로(3) 및 바이어스 비교 회로(4)를 포함하고; 전력 증폭 회로(5), 출력 매칭 회로(2) 및 출력 부하(9)가 순차적으로 연결되어 무선 주파수 전력 증폭기의 메인 신호 통로를 구성하여, 입력한 무선 주파수 신호에 대한 증폭을 실현하여 기지국과 통신하는데 필요한 전력을 만족시키고; 전력 검측 회로(3)의 입력단은 메인 신호 통로 상의 어느 노드(도 1에 도시된 전력 증폭 회로(5)와 출력 매칭 회로(2) 사이에 위치하는 제1 노드(7) 및 출력 매칭 회로(2)와 출력 부하(9) 사이의 제2 노드(8))에 연결되고, 전력 검측 회로(3)의 출력단은 바이어스 비교 회로(4)의 입력단에 연결되고, 바이어스 비교 회로(4)의 출력단은 전력 증폭 회로(5)의 바이어스단 및/또는 컬렉터단에 연결된다.
전력 검측 회로(3)를 통해 메인 신호 통로 상의 전력을 검측하여 메인 신호 통로 전력에 정비례하는 등가 전압을 얻고, 상기 등가 전압은 바이어스 비교 회로(4)에 입력된 후, 전력 증폭 회로(5)의 서로 다른 바이어스단이 필요로 하는 서로 다른 바이어스 상태에 따라 등가 전압의 수치를 조절하여, 하나 이상의 분기 등가 전압을 얻는다. 각각의 분기 등가 전압은 외부의 베이스 밴드 회로가 바이어스 비교 회로(4)에 미리 입력한 제어 전압(1)과 각각 비교하여, 발생한 바이어스 전압(6) 및/또는 컬렉터 전압이 상응한 분기 등가 전압과 제어 전압(1)과 동일하게 될 때까지, 전력 증폭 회로(5)를 위해, 제어 전압과 분기 등가 전압의 전압차 값에 역방향 변화를 이루는 바이어스 전압(6) 및/또는 컬렉터 전압을 지속적으로 발생하고, 나아가, 제어 전압과 무선 주파수 전력 증폭기의 출력 전력 단계가 서로 대응되게 하여, 무선 주파수 전력 증폭기가 서로 다른 전력 단계 하의 출력 전력이 안정되도록 제어한다.
설명해야 할 것은, 외부의 베이스 밴드 회로가 바이어스 비교 회로(4)에 미리 입력한 제어 전압과 무선 주파수 전력 증폭기의 출력 전력이 단계가 서로 대응된다. 즉 출력 전력 단계는 하나의 제어 전압에 대응된다. 베이스 밴드 회로 중에 다수의 무선 주파수 전력 증폭기의 출력 전력 단계에 대응되는 제어 전압을 미리 설정하였다. 베이스 밴드 회로가 무선 주파수 전력 증폭기를 위해 제공한 제어 전압의 수치는 통신 단말(예를 들면 휴대폰)과 기지국이 정보를 교신할 때 실제 필요로 하는 출력 전력에 따라 정해진다. 즉 서로 다른 제어 전압을 설정하는 것을 통해 무선 주파수 전력 증폭기가 서로 다른 출력 전력을 얻을 수 있게 한다. 예를 들면, 휴대폰과 기지국이 통신을 진행한다고 가설하면, 이때 만약 휴대폰이 기지국에 비교적 가까이에 있으면, 휴대폰과 기지국이 정보를 교신할 때 필요한 출력 전력은 비교적 작게 되고, 기지국은 휴대폰과 정보를 교신할 때 필요한 출력 전력을 휴대폰에 피드백하고, 휴대폰은 베이스 밴드 회로를 통해 그것의 무선 주파수 전력 증폭기에 필요한 출력 전력 단계에 대응되는 제어 전압을 제공한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에서 전력 검측 회로(3)는 커플러(31) 및 포락선 검출기(30)를 포함한다. 커플러(31)의 입력단은 출력 매칭 회로(2)를 통해 전력 증폭 회로(5)의 출력단에 연결되고, 커플러(31)의 직통 출력단(8)은 출력 부하(9)에 연결되고, 커플러(31)의 커플링 출력단(32)은 포락선 검출기(30)의 입력단에 연결되고, 포락선 검출기(30)의 출력단은 바이어스 비교 회로(4)의 입력단에 연결된다.
커플러(31)는, 전력 증폭 회로(5), 출력 매칭 회로(2), 및 출력 부하(9)로 이루어진 무선 주파수 전력 증폭기의 메인 신호 통로 상의 어느 위치의 출력 전력을 검측하고, 커플링 전력을 발생한다. 상기 커플링 전력과 무선 주파수 전력 증폭기의 출력 전력은 일정한 비례 관계를 갖는다. 예를 들면 커플러(31)가 무선 주파수 전력 증폭기의 메인 신호 통로 상의 어느 위치의 출력 전력을 검측하여 발생한 커플링 전력은, 무선 주파수 전력 증폭기의 출력 전력의 백분의 일이다.
메인 신호 통로 상의 제2 노드(8)에 커플러(31)를 연결하는 것이 제1 노드(7)에 연결하는 것보다 전력 증폭 회로(5)에 대한 출력 전력의 영향이 작고, 또한, 커플러(31)가 제2 노드(8) 위치에서 검측한 전력이 최종적인 출력 전력에 더욱 근접한다. 따라서 바람작하게는 메인 신호 통로 상의 제2 노드(8) 상에 커플러(31)를 연결하여, 메인 신호 통로의 무선 주파수 신호에 대한 영향이 작은 것을 보장할 뿐만 아니라, 또한 전력 검측 회로(3)가 검측한 전력이 증폭 회로의 최종적인 출력 전력에 더 근접하게 한다. 그중, 커플러(31)의 커플링 계수는 일반적으로 20dB보다 크므로, 메인 신호 통로 상의 어느 위치의 출력 전력을 검측함과 동시에 전력 증폭 회로(5)에 대한 출력 전력의 소모를 줄일 수 있게 한다.
또한, 커패시터로 커플러를 대체하여, 무선 주파수 전력 증폭기의 메인 신호 통로 상의 어느 위치의 출력 전력을 검측하는 것을 실현할 수도 있다.
포락선 검출기(30)는, 커플러(31)의 커플링 출력단(32)이 출력한 커플링 전력을 수신하여 상기 커플링 전력과 정비례하는 등가 전압(33)을 얻는다. 도 3에 도시된 바와 같이, 포락선 검출기(30)는 제1 저항(307), 제2 저항(308), 제3 저항(310), 제1 다이오드(302), 제4 저항(304) 및 제1 커패시터(305)를 포함한다. 제1 저항(307)과 제2 저항(308)은 전원과 지면 사이에 연결되고, 분압 작용을 통해 제1 다이오드(302)를 위해 바이어스 전압을 제공하고, 제3 전압(310)은 제1 다이오드(302)의 양극(301)과 제1 저항(307) 및 제2 저항(308)의 공공 노드(309) 사이에 연결되고, 제1 다이오드(302)를 위해 적합한 바이어스 전류를 제공한다. 제1 다이오드(302)의 음극(303)은 제4 저항(304)과 제1 커패시터(305)의 병렬 네트워크를 통해 지면에 연결된다. 제4 저항(304)은 제1 다이오드(302)의 부하로써, 제1 다이오드(302)를 위해 직류 상태를 제공함과 동시에, 제1 다이오드(302)를 위해 전력에서 전압의 전환 증익을 제공한다. 제1 커패시터(305)는 제2 다이오드(302)의 필터 커패시터로써, 제1 다이오드(302) 출력 전압의 직류 부분을 얻는다. 제4 저항(304)과 제1 커패시터(305)를 통해 커플러(31)가 출력한 커플링 전력을 스윙을 미리 설정한 등가 전압으로 전환하고, 상기 등가 전압은 커플링 전력과 정비례를 이룬다. 그중, 커플러(31)가 출력한 커플링 전력은 커패시터(306)를 통해 제1 다이오드(302)의 양극(301)에 입력된다. 포락선 검출기(30)는 커플러(31)가 출력한 커플링 전력을 스윙을 미리 설정한 등가 전압으로 전환 후, 제4 저항(304)과 제1 커패시터(305) 사이의 공공 노드(303)를 포락선 검출기(30)의 출력단으로 하여, 바이어스 비교 회로(4)에 입력한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 다이오드(302)의 양극(301) 측의 입력 전력(커플러(31)가 출력한 커플링 전력)이 -15dBm에서 10dBm으로 변화되는 경우, 제1 다이오드(302)의 음극(303) 측의 직류 전압(커플링 전력에 대응되는 스윙을 미리 설정한 등가 전압)은 0.3V에서 1.35V로 변화된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에서 바이어스 비교 회로(4)는 N개의 LDO 선형 레귤레이터를 포함하고, N은 양의 정수이다. N의 값은 전력 증폭 회로(5)가 실제로 필요한 바이어스 전압과 컬렉터 전압의 개수에 의해 결정된다. 각각의 LDO 선형 레귤레이터는 각각 제5 저항(402), 제6 저항(403), 연산 증폭기(406), PMOS 트랜지스터(408) 및 제7 저항(411)을 포함한다. 각각의 LDO 선형 레귤레이터 각 부분의 연결 관계 및 작업 원리는 아래와 같다: 제5 저항(402)과 제6 저항(403)은 제3 노드(401)와 지면 사이에 연결되고, 전력 증폭 회로(5)의 작업 상태에 따라, 제5 저항(402)과 제6 저항(403)의 분압 작용을 통해, 전력 검측 회로(3)가 출력한 등가 전압을 특정 비율의 복제를 진행하여, 분기 등가 전압을 얻는다. 연산 증폭기(406)의 정상 입력단은 제5 저항(402)과 제6 저항(403) 사이의 공공 노드(404)에 연결되고, 공공 노드(404)를 통해 제5 저항(402)과 제6 저항(403)의 분압 작용을 거쳐 얻은 분기 등가 전압을 수신한다. 연산 증폭기(406)의 역상 입력단은 외부의 베이스 밴드 회로에 연결되고, 무선 주파수 전력 증폭기가 실제로 필요한 출력 전력 단계에 대응하는 제어 전압을 수신한다. 연산 증폭기(406)의 출력단은 PMOS 트랜지스터(408)의 그리드 전극에 연결되고, PMOS 트랜지스터(408)의 소스 전극(409)은 전원에 연결되고, PMOS 트랜지스터(408)의 드레인 전극(410)은 제7 저항(411)을 통해 지면에 접지된다.
바이어스 비교 회로(4)의 작업 원리는, 전력 검측 회로(3)가 출력하고, 그것이 검측한 출력 전력과 정비례하는 등가 전압(33)을 각각의 LDO 선형 레귤레이터의 연산 증폭기(406)에 입력하고, 각각의 LDO 선형 레귤레이터는 전력 증폭 회로(5)의 작업 상태에 따라, 제5 저항(402)과 제6 저항(403)의 분압 작용을 통해, 전력 검측 회로(3)가 출력한 등가 전압에 대해 특정 비율의 복제를 진행하여, 분기 등가 전압을 얻는다. 연산 증폭기(406)는 분기 등가 전압과 연산 증폭기(406)에 미리 입력한 역상 입력단의 제어 전압(1)을 비교한 후, PMOS 트랜지스터(408)의 드레인 전극(410)은 제7 저항(411)을 통해 전압을 발생하여, 전력 증폭 회로(5)를 위해 바이어스 전압 및/또는 컬렉터 전압을 제공한다. 그중, 제7 저항(411)의 수치는 필요에 따라 서로 다른 값을 선택 사용할 수 있다.
전력 증폭 회로(5)는 일단 또는 다단 증폭 회로 및 각 단의 증폭 회로에 대응하는 바이어스 회로를 포함한다; 따라서 각각의 LDO 선형 레귤레이터는 전력 증폭 회로(5)의 작업 상태에 따라, 전력 증폭 회로(5)의 어느 단계 증폭 회로의 작업 상태를 가리킬 수 있다; 즉 각각의 LDO 선형 레귤레이터는 전력 증폭 회로(5)의 어느 단계의 증폭 회로의 작업 상태에 따라, 제5 저항(402)과 제6 저항(403)의 분압 작용을 통해, 전력 검측 회로(3)가 출력한 등가 전압에 대해 특정 비례의 복제를 진행하고 분기 등가 전압을 얻는다; 즉 각각의 LDO 선형 레귤레이터는 전력 증폭 회로(5) 중 대응되는 어느 단계의 증폭 회로를 위해, 바이어스 전압 및/ 또는 컬렉터 전압을 제공할 수 있고, 바이어스 전압 또는 컬렉터 전압을 통해 대응되는 어느 단계의 증폭 회로의 출력 전력을 조절한다. 그렇다면 다수의 LDO 선형 레귤레이터를 사용하여, 전력 증폭 회로(5) 중 대응되는 다단계 증폭 회로를 위해 바이어스 전압 및/또는 컬렉터 전압을 제공할 수 있다.
각 LDO 선형 레귤레이터는 각각 전력 증폭 회로(5), 출력 매칭 회로(2), 전력 검측 회로(3) 사이에 폐루프 제어를 형성한다. 따라서 각 LDO 선형 레귤레이터는, 전력 검측 회로(3)가 출력한 등가 전압을 지속적으로 수신하고, LDO 선형 레귤레이터는 매번 수신한 등가 전압에 대해 동적 조절을 진행하여, 분기 등가 전압을 얻고, 분기 등가 전압과 제어 전압을 비교한 후, 각 LDO 선형 레귤레이터의 상응한 분기 등가 전압이 제어 전압과 동일하게 될 때까지, 전력 증폭 회로(5) 중 대응되는 어느 단계의 증폭 회로를 위해, 바이어스 전압 및/또는 컬렉터 전압을 제공하고, 나아가, 제어 전압과 무선 주파수 전력 증폭기의 출력 전력 단계가 서로 대응되게 하여, 무선 주파수 전력 증폭기가 서로 다른 단계 하의 출력 전력이 안정적이도록 조절한다.
출력 매칭 회로(2)는 외부의 안테나 사이와의 임피던스 매칭을 실현하여, 전력 증폭 회로(5)가 무선 주파수 신호를 안테나에 입력할 수 있게 하고, 안테나를 통해 무선 주파수 신호를 기지국에 발사한다. 출력 매칭 회로(2)는 직렬 인덕턴스와 병렬 커패시터를 포함한다. 즉, 제1 노드(7)와 제2 노드(8) 전에 인덕턴스를 연결하고, 제2 노드(8)와 지면 사이에 커패시터를 연결한다.
이하에서, 전력 증폭 회로(5)는 2단 증폭 회로 및 2단 증폭 회로에 대응하는 바이어스 회로를 예로, 제2 노드(8)의 출력 전력을 검측하고, 전력 증폭 회로(5)의 어느 단계 증폭 회로를 위해 컬렉터 전압을 제공하거나, 또는 각 단계 증폭 회로를 위해 각각 바이어스 전압과 컬렉터 전압을 제공하는 것을 전형으로 하여, 본 발명 실시예에 대해 제공한 무선 주파수 전력 증폭기의 작업 원리 및 각 단계 증폭 회로 및 대응하는 바이어스 회로의 구조에 대해 설명을 진행한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 전력 증폭 회로(5)의 제1 단계 증폭 회로는 제1 트랜지스터(502)를 포함하고, 제1 트랜지스터(502)의 컬렉터는 제1 인덕턴스(509)의 일단에 연결되고, 제1 인덕턴스(509)는 제1 단계 증폭 회로의 부하가 된다. 제1 인덕턴스(509)의 타단은 제2 커패시터(510)를 통해 지면에 연결되고, 제2 커패시터(510)는 제1 단계 증폭 회로의 바이패스 커패시터가 되어, 제1 인덕턴스(509)와 제2 커패시터(510)의 공공단(511)을 교류지로 볼 수 있다. 제8 저항(505)의 일단과 제2 트랜지스터(504)의 컬렉터는 노드(508)에 연결되고, 제8 저항(505)의 타단은 제2 트랜지스터(504)의 베이스에 연결되고, 제8 저항(505)의 타단은 또한 제2 다이오드(506), 제3 다이오드(507)를 통해 지면에 연결된다. 제2 트랜지스터(504)의 이미터는 제9 저항(503)을 통해 제1 트랜지스터(502)의 베이스에 연결되고, 제1 트랜지스터(502)를 위해 바이어스 전류를 제공한다. 그중, 제8 저항(505), 제2 트랜지스터(504), 제2 다이오드(506), 제3 다이오드(507) 및 제9 저항(503)은 제1 단계 증폭 회로에 대응하는 바이어스 회로를 이룬다. 제1 트랜지스터(502)의 컬렉터는 제3 커패시터(512)를 통해 제3 트랜지스터(513)의 베이스에 연결되고, 제1 단계 증폭 회로는 커패시터(501)를 통해 무선 주파수 신호를 수신하고, 제3 커패시터(512)를 통해 상기 무선 주파수 신호를 제2 단계 증폭 회로에 입력한다. 동일하게, 제2 인덕턴스(520)의 일단은 제3 트랜지스터(513)의 컬렉터에 연결되고, 제3 트랜지스터(513)의 부하가 된다. 제2 인덕턴스(520)의 타단은 제4 커패시터(521)를 통해 지면에 연결되고, 제4 커패시터(521)는 제2 단계 증폭 회로의 바이패스 커패시터로써, 제2 인덕턴스(520)와 제4 커패시터(521)의 공공단(522)을 교류지로 볼 수 있다. 제10 저항(516)의 일단과 제4 트랜지스터(515)의 컬렉터는 노드(519)에 연결되고, 제10 저항(516)의 타단은 제4 트랜지스터(515)의 베이스에 연결되고, 제4 다이오드(517) 제5 다이오드(518)를 통해 지면에 연결된다. 제4 트랜지스터(515)의 이미터는 제11 저항(514)을 통해 제3 트랜지스터(513)의 베이스에 연결되고, 제3 트랜지스터(513)를 위해 바이어스 전류를 제공한다. 제3 트랜지스터(513)의 컬렉터는 출력 매칭 회로(2)를 통해 출력 부하로 출력된다.
전력 검측 회로(3)는 제2 노드(8)의 출력 전력을 검측하고, 상기 출력 전력과 정비례하는 등가 전압(526)을 얻고, 상기 등가 전압(526)은 바이어스 비교 회로(4)에 입력되고, 바이어스 비교 회로(4)는 등가 전압(526)과 바이어스 비교 회로(4)에 미리 입력된 제어 전압(1)을 비교하여 바이어스 전압(529)을 얻는다. 바이어스 전압(529)은 제2 인덕턴스(520)와 제4 커패시터(521) 사이의 공공 노드(522)에 연결되고, 제2 단계 증폭 회로를 위해 컬렉터 전압을 제공한다. 컬렉터 전압을 통해 전력 증폭 회로의 출력 전력을 조절한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 전력 검측 회로(3)를 통해 제2 노드(8)의 출력 전력을 검측하고, 상기 출력 전력과 정비례하는 등가 전압(526)을 얻고, 상기 등가 전압(526)은 바이어스 비교 회로(4)의 4개 LDO 선형 레귤레이터에 각각 입력되고, 그중 2개의 LDO 선형 레귤레이터는 전력 증폭 회로(5)의 제1 단계 증폭 회로의 작업 상태에 따라 등가 전압의 수치를 조절하여 2개의 분기 등가 전압을 얻고, 이 2개의 LDO 선형 레귤레이터는 각각 상응한 분기 등가 전압과 제어 전압을 비교하여, 발생한 바이어스 전압과 컬렉터 전압이 상응한 분기 등가 전압과 제어 전압이 동일하게 될 때까지, 노드(508)와 노드(511)를 통해, 제1 단계 증폭 회로를 위하여 상응한 바이어스 전압(534)과 컬렉터 전압(533)을 지속적으로 발생한다. 다른 두 개의 LDO 선형 레귤레이터는 전력 증폭 회로(5)의 제2 단계 증폭 회로의 작업 상태에 따라 등가 전압의 수치를 조절하고, 또한 2개의 분기 등가 전압을 얻고, 이 2개의 LDO 선형 레귤레이터는 각각의 상응한 분기 등가 전압과 제어 전압을 비교하고, 발생한 바이어스 전압과 컬렉터 전압이 상응한 분기 등가 전압이 제어 전압과 동일하게 될 때까지, 노드(519)와 노드(522)를 통해, 제2 단계 증폭 회로를 위해 상응한 바이어스 전압(52) 및 컬렉터 전압(531)을 지속적으로 발생시킨다.
도 8에 도시된 바와 같이, 바이어스 비교 회로(4)가 제2 단계 증폭 회로를 위해 제공하는 컬렉터 전압이 0.4V에서 3.4V까지 변화되는 경우, 전력 증폭 회로의 출력 전력은 11dBm에서 35dBm까지 변화된다. 따라서 도 4 및 도 8로부터 알 수 있듯이, 서로 다른 제어 전압을 설정하는 것을 통해 전력 증폭 회로가 서로 다른 출력 전력을 얻을 수 있게 한다.
본 발명의 실시예에서 제공하는 무선 주파수 전력 증폭기는 전력 검측 회로를 통해 메인 신호 통로 상의 출력 전력을 검측하고, 상기 출력 전력과 정비례하는 등가 전압을 얻어 바이어스 비교 회로에 입력하고, 바이어스 비교 회로를 통해 등가 전압 수치를 조절하고, 제어 전압과 비교를 진행하고, 전력 증폭 회로를 위해 바이어스 전압 및/또는 컬렉터 전압을 제공하고, 이렇게 폐 루프 회로를 형성하여 전력 증폭 회로의 출력 전력을 안정적으로 제어하는 목적에 이른다. 또한, 메인 신호 통로 상의 출력 전력을 검측하는 것을 통하여, 각 단계 증폭 회로의 작업 상태를 조절함으로써, 공정 변화에서 초래된 무선 주파수 전력 증폭기의 작업 상태 변화를 억제함과 동시에, 입력 전력의 변화가 무선 주파수 전력 증폭기 작업 상태에 대한 영향을 줄일 수 있고, 무선 주파수 전력 증폭기 작업의 증익 및 출력 전력이 서로 다른 전력 단계에서 안정 상태를 유지하게 할 수 있다.
본 발명 실시예에서 제공한 무선 주파수 전력 증폭기는 집성 회로 칩에 사용될 수도 있다. 상기 집성 회로 칩 중의 무선 주파수 전력 증폭기의 구체적인 구조는 여기에서 일일이 상세하게 서술하지 않는다.
또한, 상기 무선 주파수 전력 증폭기는 도 9에 도시된 통신 단말에 사용되어, 통신 어셈블리의 중요한 구성부분으로 된다. 여기에서 말하는 통신 단말은 모바일 환경에서 사용할 수 있는 것을 가리키고, GSM, EDGE, Wi-Fi, 4G/5G 등 여러가지 통신 제식의 컴퓨터 장치를 지지하고, 모바일 전화, 노트북, 태블릿 PC, 차량용 컴퓨터 등을 포함한다. 그 밖에, 본 발명 실시예에서 제공한 기술방안은 기타 통신 어셈블리 응용 상황, 예를 들면 통신 기지국 등에도 적용된다.
도 9는 본 발명의 실시예에서 나타낸 통신 단말의 구조 블록도이다. 도 9를 참조하면 통신 단말(800)은 프로세싱 어셈블리(802), 메모리(804), 전원 어셈블리(806), 입력/출력(I/O)의 인터페이스(812), 센서 어셈블리(814) 및 통신 어셈블리(816) 중 한 개 이상의 어셈블리를 포함할 수 있다.
프로세싱 어셈블리(802)는 일반적으로 통신 단말(800)의 전체 조작을 조절한다. 프로세싱 어셈블리(802)는 한 개 이상의 프로세서(820)를 포함하고, 명령을 수행하여 상술한 방법의 전부 또는 일부 단계를 완성한다. 또한, 프로세싱 어셈블리(802)는 하나 이상의 모듈을 포함하여, 프로세싱 어셈블리(802)와 기타 어셈블리 사이의 상호 작용에 편리하다.
메모리(804)는 통신 단말(800)의 조작을 지지하도록, 각종 유형의 데이터를 저장하도록 설정된다. 이런 데이터의 예시는 통신 단말(800) 상에 조작하는 임의의 응용 프로그램 또는 방법의 명령을 포함한다. 메모리(804)는 임의의 유형의 휘발성 또는 비휘발성 저장 장치 또는 이들의 조합으로 실현될 수 있다. 예를 들면, 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM), 전기적기능으로 저장된 데이터를 지울 수 있는 롬(EEPROM), 삭제 가능한 롬(EPROM), 프로그램 가능한 롬(PROM), 롬(ROM), 자기 메모리, 플래시 메모리, 디스크 또는 광디스크이다.
전원 어셈블리(806)는 통신 단말(800)의 각종 어셈블리를 위해 전력을 제공한다. 전원 어셈블리(806)는 전원 관리 시스템, 하나 이상의 전원 및 기타 통신 단말(800)을 위한 전력 생성, 관리 및 분배 관련 어셈블리를 포함할 수 있다. I/O 인터페이스(812)는 프로세싱 어셈블리(802)와 아웃터 인터페이스 모듈 사이에서 인터페이스를 제공하고, 상기 아웃터 인터페이스 모듈은 키보드, 롤러, 버튼 등일 수 있다.
센서 어셈블리(814)는 하나 이상의 센서를 포함하고, 통신 단말(800)을 위해 각 방면의 상태 평가를 제공한다. 일부 실시예에서, 상기 센서 어셈블리(814)는 가속도 센서, 자이로 센서, 마그네틱 센서, 압력 센서 또는 온도 센서 등을 포함할 수 있다.
통신 어셈블리(816)는 통신 단말(800)과 기타 장치 간에 유선 또는 무선 방식으로 통신하기 편하도록 설정되고, 바람직하게는 4G/5G 엑세스 모듈이다. 통신 단말(800)은 각종 유형의 통신 제식에 기반한 무선 네트워크, 예를 들면 GSM, EDGE, Wi-Fi, 4G/5G 또는 기타 조합을 엑세스할 수 있다.
이상 본 발명의 실시예에서 제공한 무선 주파수 전력 증폭기, 칩, 통신 단말에 대해 상세하게 설명하였다. 당업자로 말하자면 본 발명의 실질적인 내용을 벗어나지 않는 전제 하에, 그것에 대해 진행한 임의의 자명한 개변은 모두 본 발명의 특허권 보호 범위에 속한다.

Claims (10)

  1. 무선 주파수 전력 증폭기에 있어서,
    전력 증폭 회로, 출력 매칭 회로, 전력 검측 회로 및 바이어스 비교 회로를 포함하고; 상기 전력 증폭 회로는 상기 출력 매칭 회로에 연결되고, 상기 전력 검측 회로의 입력단은 상기 메인 신호 통로 상의 노드에 연결되고, 상기 전력 검측 회로의 출력단은 상기 바이어스 비교 회로의 입력단에 연결되고, 상기 바이어스 비교 회로의 출력단은 상기 전력 증폭 회로의 바이어스단 및/또는 컬렉터단에 연결되고;
    상기 전력 검측 회로를 통해 상기 메인 신호 통로 상의 출력 전력을 검측하여, 상기 출력 전력에 정비례하는 등가 전압을 얻고, 상기 등가 전압은 상기 바이어스 비교 회로에 입력된 후, 상기 전력 증폭 회로의 서로 다른 바이어스단에 필요한 서로 다른 바이어스 상태에 따라 상기 등가 전압의 수치를 조절하여, 하나 이상의 분기 등가 전압을 얻고;
    각각의 상기 분기 등가 전압과 상기 바이어스 비교 회로에 미리 입력된 제어 전압을 각각 비교하고, 상기 제어 전압과 상기 무선 주파수 전력 증폭기의 출력 전력의 단계가 서로 대응될 때까지, 상기 전력 증폭 회로를 위해 바이어스 전압 및/또는 컬렉터 전압을 지속적으로 제공하는, 무선 주파수 전력 증폭기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전력 검측 회로는 커플러 및 포락선 검출기를 포함하고, 상기 커플러의 입력단은 상기 출력 매칭 회로를 통해 상기 전력 증폭 회로의 출력단에 연결되고, 상기 커플러의 직통 출력단은 출력 부하에 연결되고, 상기 커플러의 커플링 출력단은 상기 포락선 검출기의 입력단에 연결되고, 상기 포락선 검출기의 출력단은 바이어스 비교 회로의 입력단에 연결되는, 무선 주파수 전력 증폭기.
  3. 제2항에 있어서,
    커패시터로 상기 커플러를 대체하는, 무선 주파수 전력 증폭기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 포락선 검출기는 제1 저항, 제2 저항, 제3 저항, 제1 다이오드, 제4 저항 및 제1 커패시터를 포함하고; 상기 제1 저항과 상기 제2 저항은 전원과 지면 사이에 연결되고, 상기 제3 저항은 상기 제1 다이오드의 양극과 상기 제1 저항 및 상기 제2 저항의 공공 노드 사이에 연결되고, 상기 제1 다이오드의 음극은 상기 제4 저항과 상기 제1 커패시터의 병렬 네트워크를 통해 지면에 연결되는, 무선 주파수 전력 증폭기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 바이어스 비교 회로는 N개의 LDO 선형 레귤레이터를 포함하고, N는 양의 정수이고; 각각의 상기 LDO 선형 레귤레이터의 입력단은 상기 제어 전압과 상기 전력 검측 회로에 각각 연결되고, 각각의 상기 LDO 선형 레귤레이터의 출력단은 상기 전력 증폭 회로의 바이어스단 및/또는 컬렉터단에 연결되는, 무선 주파수 전력 증폭기.
  6. 제1항에 있어서,
    각각의 상기 LDO 선형 레귤레이터는 각각 제5 저항, 제6 저항, 연산 증폭기, PMOS 트랜지스터 및 제7 저항을 포함하고, 상기 제5 저항과 상기 제6 저항은 제3 노드와 지면 사이에 연결되고, 상기 연산 증폭기의 정상 입력단은 상기 제5 저항과 상기 제6 저항 사이의 공공 노드에 연결되고, 상기 연산 증폭기의 역상 입력단은 외부의 베이스 밴드 회로에 연결되고, 상기 연산 증폭기의 출력단은 상기 PMOS 트랜지스터의 그리드 전극에 연결되고, 상기 PMOS 트랜지스터의 소스 전극은 전원에 연결되고, 상기 PMOS 트랜지스터의 드레인 전극은 상기 제7 저항을 통해 지면에 연결되는, 무선 주파수 전력 증폭기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전력 증폭 회로는 1단 또는 다단 증폭 회로, 및 각 단의 증폭 회로에 대응하는 바이어스 회로를 포함하고, 각 단의 증폭 회로는 대응되는 상기 바이어스 회로에 연결되는, 무선 주파수 전력 증폭기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 메인 신호 통로 상의 어느 노드는 상기 전력 증폭 회로의 임의의 1단의 증폭 회로, 제1 노드, 및 제2 노드를 포함하는, 무선 주파수 전력 증폭기.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 무선 주파수 전력 증폭기를 포함하는 집성 회로 칩.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 무선 주파수 전력 증폭기를 포함하는 통신 단말.
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