KR20230021376A - 전원 스위치 회로 및 그 동작 방법 - Google Patents

전원 스위치 회로 및 그 동작 방법 Download PDF

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하종옥
장영웅
이이
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Abstract

전원 스위치 회로 및 그 동작 방법이 개시될 수 있다. 전원 스위치 회로는, 제1 전원 전압을 전력 증폭기의 전원 단자로 공급하는 것을 스위칭하는 제1 스위치, 그리고 제2 전원 전압을 상기 전원 단자로 공급하는 것을 스위칭하는 제2 스위치를 포함하는 스위치 회로, 상기 스위치 회로를 제어하는 스위치 제어부, 그리고 상기 전원 단자의 전압인 제1 전압이 소정의 제2 전압보다 낮아진 경우, 제3 전원 전압을 상기 전원 단자로 공급하는 전원 회로를 포함할 수 있다.

Description

전원 스위치 회로 및 그 동작 방법{POWER SUPPLY SWITCH CIRCUIT AND OPERATING METHOD THEREOF}
본 기재는 전원 스위치 회로 및 그 동작 방법에 관한 것이다.
무선 통신 규격이 진화함에 따라, 2G, 와이파이(WiFi), 블루투스(Bluetooth), 3G, 4G, 5G 등의 복수의 통신 규격이 하나의 디바이스(예를 들면, 스마트폰)에서 사용되고 있다. 복수의 통신 규격이 하나의 디바이스에 사용됨에 따라, 송신 신호를 출력하는 전력 증폭기(Power Amplifier)도 각 통신 규격마다 사용된다. 즉, 복수의 통신 규격에 맞는 신호를 출력하기 위해, 복수의 통신 규격에 대응하는 복수의 전력 증폭기가 필요할 수 있다.
전력 증폭기는 외부로부터 전원을 공급을 받아 동작하는데, 일반적으로 하나의 전력 증폭기로 전원 공급을 하는 별도의 전원(Power Supply) IC(Integrated Circuit)가 사용되었다. 예를 들어, 4개의 전력 증폭기를 동작시키 위해서는 4개의 전원 IC가 사용되고 있다. 복수의 통신 규격 중에서 하나의 통신 규격이 사용될 때 다른 통신 규격이 동시에 사용되지 않을 수 있다. 예를 들어, 4G 통신 규격이 사용되는 시점에는 3G 통신 규격이 사용되지 않을 수 있다. 이에 따라 사용되지 않은 통신 규격에 대응하는 전원 IC가 다른 통신 규격을 위해 효과적으로 사용될 필요가 있다.
실시예들 중 적어도 하나의 실시예는 적어도 2개의 전원 전압을 스위칭하여 전력 증폭기에 공급하는 전원 스위치 회로 및 그 동작 방법을 제공하는 것이다.
실시예들 중 적어도 하나의 실시예는 전력 증폭기에 안정적으로 전원 전압을 공급하는 전원 스위치 회로 및 그 동작 방법을 제공하는 것이다.
한 측면에 따르면, 전원 스위치 회로가 제공될 수 있다. 상기 전원 스위치 회로는, 제1 전원 전압을 전력 증폭기의 전원 단자로 공급하는 것을 스위칭하는 제1 스위치, 그리고 제2 전원 전압을 상기 전원 단자로 공급하는 것을 스위칭하는 제2 스위치를 포함하는 스위치 회로, 상기 스위치 회로를 제어하는 스위치 제어부, 그리고 상기 전원 단자의 전압인 제1 전압이 소정의 제2 전압보다 낮아진 경우, 제3 전원 전압을 상기 전원 단자로 공급하는 전원 회로를 포함할 수 있다.
상기 스위치 제어부는 상기 제1 스위치를 턴오프한 후에 상기 제2 스위치를 턴온할 수 있으며, 상기 전원 회로는 상기 제1 스위치가 턴오프된 시점부터 상기 제2 스위치가 턴온되는 시점 사이의 구간에서 상기 제3 전원 전압을 상기 전원 단자로 공급할 수 있다.
상기 전원 회로는, 상기 제3 전원 전압을 상기 전원 단자로 공급하는 커패시터, 그리고 상기 커패시터와 상기 전원 단자에 사이에 연결되어 전류 경로를 형성하는 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 전원 회로는 상기 커패시터를 충전시키는 전원을 생성하는 전원 생성기를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 전압이 상기 제2 전압보다 낮아진 경우, 상기 커패시터, 상기 다이오드, 그리고 상기 전원 단자로 방전 전류가 형성될 수 있으며, 상기 방전 전류에 의해 상기 제3 전원 전압이 상기 전원 단자로 공급될 수 있다.
상기 커패시터에 충전되는 전압은 상기 전력 증폭기의 최소 동작 전압과 상기 다이오드의 턴온 전압의 합보다 클 수 있다.
상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치는 동시에 턴온 되지 않을 수 있다.
상기 스위치 제어부는, 제1 구간에서, 상기 제1 스위치를 턴온하고 상기 제2 스위치를 턴오프하여, 상기 제1 전원 전압이 상기 전원 단자로 공급되도록 제어할 수 있고, 제2 구간에서 상기 제1 스위치를 턴오프하고 상기 제2 스위치를 턴오프하도록 제어할 수 있으며, 제3 구간에서, 상기 제1 스위치를 턴오프하고 상기 제2 스위치를 턴온하여, 상기 제2 전원 전압이 상기 전원 단자로 공급되도록 제어할 수 있다.
상기 전원 회로는 상기 제2 구간에서 상기 제3 전원 전압을 상기 전원 단자로 공급할 수 있다.
다른 측면에 따르면, 제1 전원 전압과 제2 전원 전압 중 하나를 선택하여 전력 증폭기의 전원 단자로 공급하는 전원 스위치 회로의 동작 방법이 제공될 수 있다. 상기 동작 방법은, 제1 구간에서, 상기 제1 전원 전압을 스위칭하는 제1 스위치를 턴온하고 상기 제2 전원 전압을 스위칭하는 제2 스위치를 턴오프하여, 상기 제1 전원 전압을 상기 전원 단자로 공급하는 단계, 제2 구간에서, 상기 제1 및 제2 스위치를 턴오프하고, 상기 전원 단자의 전압인 제1 전압이 소정의 제2 전압보다 낮은 경우, 제3 전원 전압을 상기 전원 단자로 공급하는 단계, 그리고 제3 구간에서, 제1 스위치를 턴오프하고 상기 제2 스위치를 턴온하여, 상기 제2 전원 전압을 상기 전원 단자로 공급하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제2 구간에서 상기 제3 전원 전압을 공급하는 단계는, 상기 제2 구간에서 상기 제1 전압이 상기 제2 전압보다 낮은 경우, 커패시터에 충전된 전압을 다이오드를 통해 상기 전원 단자로 방전시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 커패시터는 상기 제1 전원 전압을 생성하는 제1 전원 회로 및 상기 제2 전원 전압을 생성하는 제2 전원 회로와 다른 별도의 전원 회로를 통해 충전될 수 있다.
상기 제1 및 제2 전원 회로는 PM IC(Power Management Integrated Circuit)일 수 있으며, 상기 별도의 전원 회로는 레귤레이터일 수 있다.
실시예들 중 적어도 하나의 실시예에 따르면, 전원 스위치 회로를 통해 전력 증폭기에 전원 전압을 선택적으로 제공함으로써, 전원 회로의 개수를 줄일 수 있다.
실시예들 중 적어도 하나의 실시예에 따르면, 전원 스위치 회로의 스위칭 시에 전원 회로가 손상되는 것을 막을 수 있다.
실시예들 중 적어도 하나의 실시예에 따르면, 전원 스위치 회로의 스위칭 시에 전력 증폭기가 오프되는 것을 막을 수 있다.
도 1은 한 실시예에 따른 송신기 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 한 실시예에 따른 전원 스위치 회로와 전력 증폭기간의 연결 관계를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 전원 스위치 회로의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 한 실시예에 따른 로직 테이블(logic table)을 나타내는 도면이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 전원 스위치 회로를 나타내는 도면이다.
도 6은 한 실시예에 따른 제3 전원 회로의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 전원 스위치 회로의 동작 타이밍 그래프를 나타낸다.
도 8a 내지 도 8c는 각각 제1 및 제2 스위치 상태에 따른 전류 경로를 나타내는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "커플링(coupling)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 또는 물리적으로 커플링"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 또는 비접촉 커플링"되어 있는 경우를 포함한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 또는 물리적으로 연결"되어 있는 경우 뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 또는 비접촉 연결"되어 있는 경우, 또는 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
명세서 전체에서, RF 신호는 Wi-Fi(IEEE 802.11 패밀리 등), WiMAX(IEEE 802.16 패밀리 등), IEEE 802.20, LTE(long term evolution), Ev-DO, HSPA+, HSDPA+, HSUPA+, EDGE, GSM, GPS, GPRS, CDMA, TDMA, DECT, Bluetooth, 3G, 4G, 5G 및 그 이후의 것으로 지정된 임의의 다른 무선 및 유선 프로토콜들에 따른 형식을 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 한 실시예에 따른 송신기 시스템(1000)을 나타내는 블록도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 한 실시예에 따른 송신기 시스템(1000)은 제1 및 제2 전원 회로(100a, 100b), 제1 및 제2 전원 스위치 회로(200a, 200b), 그리고 제1 내지 제4 전력 증폭기(300a ~ 300d)를 포함할 수 있다. 도 1에서는 하나의 예로서 송신기 시스템(1000)이 4개의 전력 증폭기로 구성되고 이와 관련된 전원 스위치 회로가 2개인 경우를 나타냈지만 전력 증폭기 및 전원 스위치 회로의 개수는 변경될 수 있다.
제1 전원 회로(100a)는 제1 전원 전압(VCC1)을 생성하여 출력한다. 한 실시예에 따르면, 제1 전원 전압(VCC1)은 제1 전력 증폭기(300a), 제2 전력 증폭기(300b) 또는 제3 전력 증폭기(300c)의 전원 단자에 인가될 수 있다. 제1 전원 전압(VCC1)의 값은 APT 모드(Average Power Tracking mode)를 지원하기 위해, 제1 전력 증폭기(300a), 제2 전력 증폭기(300b) 또는 제3 전력 증폭기(300c)로 입력되는 신호의 포락선(envelope)에 따라 변동될 수 있다.
제2 전원 회로(100b)는 제2 전원 전압(VCC2)을 생성하여 출력한다. 한 실시예에 따르면, 제2 전원 전압(VCC2)은 제2 전력 증폭기(300b), 제3 전력 증폭기(300c) 또는 제4 전력 증폭기(300d)의 전원 단자에 인가될 수 있다. 제2 전원 전압(VCC2)의 값은 APT 모드(Average Power Tracking mode)를 지원하기 위해, 제2 전력 증폭기(300b), 제3 전력 증폭기(300c) 또는 제4 전력 증폭기(300d)로 입력되는 신호의 포락선(envelope)에 따라 변동될 수 있다.
한편, 제1 및 제2 전원 회로(100a, 100b)는 각각 PM IC(Power Management Integrated Circuit)로 구현될 수 있다.
제1 전원 스위치 회로(200a)는 제1 전원 회로(100a)로부터 제1 전원 전압(VCC1)을 입력 받고 제2 전원 회로(100b)로부터 제2 전원 전압(VCC2)를 입력 받는다. 제1 전원 스위치 회로(200a)는 입력 받은 제1 및 제2 전원 전압(VCC1, VCC2) 중 하나의 선택하여, 제2 전력 증폭기(300b)의 전원 단자로 출력할 수 있다. 예를 들어, 제1 전력 증폭기(300a)가 동작하지 않는 경우, 제1 전원 스위치 회로(200a)는 제1 전원 전압(VCC1)를 선택하여, 제2 전력 증폭기(300b)의 전원 단자로 출력할 수 있다. 그리고, 제4 전력 증폭기(300d)가 동작하지 않는 경우, 제1 전원 스위치 회로(200a)는 제2 전원 전압(VCC2)를 선택하여, 제2 전력 증폭기(300b)의 전원 단자로 출력할 수 있다.
제2 전원 스위치 회로(200b)는 제1 전원 회로(100a)로부터 제1 전원 전압(VCC1)을 입력 받고 제2 전원 회로(100b)로부터 제2 전원 전압(VCC2)를 입력 받는다. 제2 전원 스위치 회로(200b)는 입력 받은 제1 및 제2 전원 전압(VCC1, VCC2) 중 하나의 선택하여, 제3 전력 증폭기(300c)의 전원 단자로 출력할 수 있다. 예를 들어, 제1 전력 증폭기(300a)가 동작하지 않는 경우, 제2 전원 스위치 회로(200b)는 제1 전원 전압(VCC1)를 선택하여, 제3 전력 증폭기(300c)의 전원 단자로 출력할 수 있다. 그리고, 제4 전력 증폭기(300d)가 동작하지 않는 경우, 제2 전원 스위치 회로(200b)는 제2 전원 전압(VCC2)를 선택하여, 제3 전력 증폭기(300c)의 전원 단자로 출력할 수 있다.
제1 전력 증폭기(300a)는 제1 전원 회로(100a)로부터 제1 전원 전압(VCC1)을 공급받아 동작하며, 입력되는 RF(radio frequency) 신호를 증폭하여 출력한다. 제1 전력 증폭기(300a)의 입력 RF 신호는 제1 통신 규격을 위한 RF 신호일 수 있다.
제2 전력 증폭기(300b)는 제1 전원 스위치 회로(200a)에 의해 선택된 전원 전압(즉, 제1 전원 전압(VCC1) 또는 제2 전원 전압(VCC2))을 공급받아 동작하며, 입력되는 RF 신호를 증폭하여 출력한다. 제2 전력 증폭기(300b)의 입력 RF 신호는 제2 통신 규격을 위한 RF 신호일 수 있다.
제3 전력 증폭기(300c)는 제2 전원 스위치 회로(200b)에 의해 선택된 전원 전압(즉, 제1 전원 전압(VCC1) 또는 제2 전원 전압(VCC2))을 공급받아 동작하며, 입력되는 RF 신호를 증폭하여 출력한다. 제3 전력 증폭기(300c)의 입력 RF 신호는 제3 통신 규격을 위한 RF 신호일 수 있다.
제4 전력 증폭기(300d)는 제2 전원 회로(100b)로부터 제2 전원 전압(VCC2)을 공급받아 동작하며, 입력되는 RF(radio frequency) 신호를 증폭하여 출력한다. 제4 전력 증폭기(300d)의 입력 RF 신호는 제4 통신 규격을 위한 RF 신호일 수 있다.
여기서, 제1 내지 제4 통신 규격은 서로 다른 통신 규격일 수 있으며, 2G, 와이파이(WiFi), 블루투스(Bluetooth), 3G, 4G, 5G 중 어느 하나의 통신 규격일 수 잇다. 한편, 제1 내지 제4 통신 규격은 5G 통신 규격 중 서로 다른 대역을 규정하는 통신 규격일 수 있다.
이와 같은 실시예에 따르면, 전원 스위치 회로를 통해 전원 전압을 공유함으로써, 전원 회로의 개수를 줄일 수 있다. 일반적으로 전력 증폭기가 4개인 경우 4개의 전원 회로가 사용되나, 도 1에서는 전원 스위치 회로를 이용함으로써 전원 회로의 개수를 2개로 줄일 수 있다. 이하에서는 제1 및 제2 전원 스위치 회로(200a, 200b)와 같은 전원 스위치 회로의 구체적인 구성 및 동작 방법에 대해서 설명한다.
도 2는 한 실시예에 따른 전원 스위치 회로(200)와 전력 증폭기(300)간의 연결 관계를 나타내는 도면이다.
전원 스위치 회로(200)는 제1 전원 전압(VCC1)과 제2 전원 전압(VCC2)을 입력 받으며, 제1 및 제2 전원 전압(VCC1, VCC20 중 하나의 전원 전압을 선택하여 전력 증폭기(300)의 전원 단자(T_VCC)로 출력한다. 전원 스위치 회로(200)는 도 1의 제1 전원 스위치 회로(200a) 또는 제2 전원 스위치 회로(200b)일 수 있다.
도 1 및 도 2에서, 전원 스위치 회로(200)가 두 개의 전원 전압을 입력 받는 것으로 나타냈지만 적어도 2개의 전원 전압을 입력 받을 수 있다. 이때, 전원 스위치 회로(200)는 적어도 2개의 전원 전압 중 하나의 전원 전압을 선택할 수 있다.
전력 증폭기(300)는 입력 단자(RFin), 출력 단자(Rout), 그리고 전원 단자(power supply terminal)(T_VCC)를 포함한다. 입력 단자(RFin)로 RF 신호가 입력되며, 출력 단자(Rout)로 증폭된 신호가 출력된다. 전원 단자(T_VCC)로 전원 전압(VCC1 또는 VCC2)이 인가되며, 전력 증폭기(300)는 인가되는 전원 전압(VCC1 또는 VCC2)에 의해 동작된다. 전력 증폭기(300)는 트랜지스터로 구현될 수 있다. 전력 증폭기(300)가 BJT(Bipolar Junction Transistor)로 구현되는 경우, 입력 단자(RFin)는 베이스일 수 있고 전원 단자(T_VCC)는 컬렉터 또는 에미터일 수 있다. 한편, 전력 증폭기(300)가 FET(Field Effect Transistor)로 구현되고는 경우, 입력 단자(RFin)는 게이트일 수 있고 전원 단자(T_VCC)는 드레인 또는 소스일 수 있다.
한편, 도 2의 전원 스위치 회로(200)와 전력 증폭기(300)가 결합되어 하나의 전력 증폭기 모듈로 구현될 수 있다.
도 3은 도 2의 전원 스위치 회로(200)의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 한 실시예에 따른 전원 스위치 회로(200)는 스위치 회로(210)와 스위치 제어부(220)를 포함할 수 있다. 스위치 회로(210)는 제1 스위치(SW1)과 제2 스위치(SW2)를 포함한다. 제1 스위치(SW1)는 제1 전원 전압(VCC1)을 전력 증폭기(300)의 전원 단자(T_VCC)로 공급하는 것을 스위칭하고, 제2 스위치(SW2)는 제2 전원 전압(VCC2)을 전력 증폭기(300)의 전원 단자(T_VCC)로 공급하는 것을 스위칭한다. 제1 스위치(SW1)는 제1 전원 회로(100a)와 전력 증폭기(300)의 전원 단자(T_VCC) 사이에 연결될 수 있으며, 제2 스위치(SW2)는 제2 전원 회로(100b)와 전력 증폭기(300)의 전원 단자(T_VCC) 사이에 연결될 수 있다.
스위치 제어부(220)는 외부로부터 비트 신호(디지털 신호)를 입력 받으며 입력 비트 신호에 대응하여 스위치 회로(210)를 스위칭하는 스위칭 제어 신호(SW_CTRL)를 생성할 수 있다. 생성된 스위칭 제어 신호(SW_CTRL)는 스위치 회로(210)로 출력된다. 여기서, 입력 비트 신호는 2bit일 수 있다. 스위칭 제어 신호(SW_CTRL)는 제1 스위치(SW1)를 제어하는 제1 스위칭 제어 신호(SW1_CTRL)와 제2 스위치(SW2)를 제어하는 제2 스위칭 제어 신호(SW2_CTRL)를 포함한다.
제1 스위칭 제어 신호(SW1_CTRL)가 하이(High) 레벨이며 제2 스위칭 제어 신호(SW2_CTRL)가 로우(Low) 레벨인 경우, 제1 스위치(SW1)는 턴온(ON)되며 제1 스위치(SW2)는 턴오프된다. 이에 따라, 제1 전원 전압(VCC1)이 제1 스위치(SW1)를 통해 전력 증폭기(300)의 전원 단자(T_VCC)로 인가된다.
제1 스위칭 제어 신호(SW1_CTRL)가 로우(Low) 레벨이며 제2 스위칭 제어 신호(SW2_CTRL)가 하이(High) 레벨인 경우, 제1 스위치(SW1)는 턴오프되며 제2 스위치(SW2)는 턴온된다. 이에 따라, 제2 전원 전압(VCC2)이 제2 스위치(SW2)를 통해 전력 증폭기(300)의 전원 단자(T_VCC)로 인가된다.
한편, 제1 스위칭 제어 신호(SW1_CTRL) 및 제2 스위칭 제어 신호(SW2_CTRL)는 동시에 하이 레벨(High)이 되지 않을 수 있다. 즉, 제1 및 제2 스위치(SW1, SW2)는 동시에 턴온되는 경우가 방지될 수 있다. 제1 및 제2 스위치(SW1, SW2)가 동시에 턴온되는 경우에는, 제1 전원 회로(100a)로부터 제2 전원 회로(100b)로 또는 제2 전원 회로(100b)로부터 제1 전원 회로(100a)로 전류 경로가 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 전원 회로(100a) 또는 제2 전원 회로(100b)가 손상될 수 있다. 이를 막기 위해, 한 실시예에 따르면, 제1 및 제2 스위치(SW1, SW2)는 동시에 턴온되지 않을 수 있다.
도 4는 한 실시예에 따른 로직 테이블(logic table)을 나타내는 도면이다.
도 4에서, bit 1 및 bit2는 스위치 제어부(220)로 입력되는 외부 비트 신호이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 외부 비트 신호가 00인 경우 및 11인 경우, 제1 및 제2 스위칭 제어 신호(SW1_CTRL, SW2_CTRL) 모두 로우(Low) 레벨이며, 제1 및 제2 스위치(SW1, SW2)가 모두 턴오프 상태이다. 스위치 제어부(220)는 도 4와 같은 로직 테이블을 가지는 로직 회로를 포함할 수 있다.
한편, 제1 스위치(SW1)가 턴온 상태에서 턴오프 상태로 바뀌며 제2 스위치(SW2)가 턴오프 상태에서 턴온 상태로 바뀌는 경우, 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)가 동시에 온(ON)되는 구간(이하, '중첩 온 구간'이라 함)이 발생할 수 있다. 제1 및 제2 스위치(SW1)의 스위칭 동작 시에 상승(rising)/하강(falling) 시간이 발생하며, 이로 인해 중첩 온 구간이 발생할 수 있다. 이러한 중첩 온 구간은 제2 스위치(SW2)가 턴온 상태에서 턴오프 상태로 바뀌며 제1 스위치(SW1)가 턴오프 상태에서 턴온 상태로 바뀌는 경우에도 발생할 수 있다.
중첩 온 구간에서는 제1 및 제2 스위치(SW1, SW2)가 동시에 턴온되므로, 제1 전원 회로(100a)로부터 제2 전원 회로(100b)로 또는 제2 전원 회로(100b)로부터 제1 전원 회로(100a)로 전류 경로가 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 전원 회로(100a) 또는 제2 전원 회로(100b)가 손상될 수 있다.
중첩 온 구간을 막기 위해, 한 실시예에 따른 스위치 제어부(220)는 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)간에 온/오프의 시간차를 줄 수 있다. 예를 들어, 제1 스위치(SW1)가 완전히 턴오프된 후에 제2 스위치(SW2)가 턴온되거나, 제2 스위치(SW2)가 완전히 턴오프된 후에 제1 스위치(SW1)가 턴온될 수 있다. 이와 같은 경우에는 제1 및 제2 스위치(SW1, SW2)가 모두 턴오프된 구간(이하, '중첩 오프 구간'이라 함)이 발생하므로, 중첩 오프 구간에서 전원 전압이 전력 증폭기(300)의 전원 단자에 인가되지 않을 수 있다. 이에 따라, 전력 증폭기(300)가 동작하지 않을 수 있다. 즉, 전력 증폭기(300)의 전원 단자에 인가되는 전압이 제1 전원 전압(VCC1)에서 제2 전원 전압(VCC2)로 바뀌는 구간에서, 전력 증폭기(300)가 오프되는 문제가 발생할 수 있다. 전력 증폭기(300)가 오프되는 경우, 전력 증폭기(300)가 포함된 전자 디바이스에 콜 드롭(call drop)이 발생할 수 있다. 이하에서는 도 5를 참조하여, 이러한 중첩 오프 구간에도 전력 증폭기(300)를 안정적으로 동작시키는 전원 스위치 회로에 대해서 설명한다.
도 5는 다른 실시예에 따른 전원 스위치 회로(200')를 나타내는 도면이다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 다른 실시예에 따른 전원 스위치 회로(200')는 스위치 회로(210), 스위치 제어부(220), 그리고 제3 전원 회로(230)를 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따른 전원 스위치 회로(200')는 제3 전원 회로(230)를 더 포함하는 것을 제외하고 전원 스위치 회로(200)와 동일한 바 중복되는 설명은 생략한다. 도 5에서, 전원 단자(T_VCC)의 전압을 VT로 나타낸다. 이하에서는 전원 단자(T_VCC)의 전압을 '전원 단자 전압(VT)'라 한다.
제3 전원 회로(230)는 중첩 오프 구간에 전력 증폭기(300)의 전원 단자(T_VCC)로 소정의 전원을 공급한다. 즉, 제3 전원 회로(230)는 중첩 오프 구간에서 전력 증폭기(300)가 오프되는 것을 방지하기 위해 소정의 전원을 공급한다. 여기서, 제3 전원 회로(230)는 전원 단자 전압(VT)이 특정 전압 이하로 떨어진 경우 소정의 전원을 공급할 수 있다.
도 6은 한 실시예에 따른 제3 전원 회로(230)의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 제3 전원 회로(230)는 전원 생성기(231), 커패시터(232), 그리고 다이오드(233)를 포함할 수 있다.
전원 생성기(231)은 일정한 전압을 생성하여 커패시터(232)로 공급한다. 전원 생성기(231)는 외부의 전원(예를 들면, 배터리 전압)을 이용하여 일정한 전압을 생성하는 LDO(Low Dropout) 레귤레이터(Regulator)로 구현될 수 있다. 전원 생성기(231)는 일정한 전압을 출력하므로 커패시터(232)를 안정적으로 충전시킬 수 있다.
커패시터(232)의 일단은 전원 생성기(231)의 출력 단자에 연결되며 커패시터(232)의 타단은 접지에 연결된다. 커패시터(232)는 전원 생성기(231)에 의해 안정적으로 충전되며, 중첩 오프 구간에서 전력 증폭기(300)의 전원 단자(T_VCC)로 방전 전류(Idis)를 공급한다. 커패시터(232)가 전원 생성기(231)에 의해 충전되는 전압은 VC로 나타냈다.
다이오드(233)는 커패시터(232)의 일단과 전력 증폭기(300)의 전원 단자(T_VCC) 사이에 연결된다. 즉, 다이오드(233)의 애노드는 커패시터(232)의 일단에 연결되며, 다이오드(233)의 캐소드는 전력 증폭기(300)의 전원 단자(T_VCC)에 연결된다. 전원 단자 전압(VT)이 특정 전압 이하로 떨어진 경우에 커패시터(232)가 방전 전류를 전원 단자(T_VCC)공급할 수 있도록, 다이오드(233)는 전류 경로를 형성한다.
다이오드(233)의 턴온 전압을 0.7V로 가정하면, 중첩 오프 구간에서 전원 단자 전압(VT)가 VC - 0.7V 이하로 떨어지는 경우, 커패시터(232)는 전원 단자(T_VCC)로 방전 전류(Idis)를 공급한다. 여기서, 상기 특정 전압은 VC - 0.7V 이다.
이하에서는 도 7, 도 8a 내지 도 8c를 참조하여, 전원 스위치 회로(200')의 동작에 대해서는 설명한다.
도 7은 다른 실시예에 따른 전원 스위치 회로(200')의 동작 타이밍 그래프를 나타낸다. 그리고, 도 8a 내지 도 8c는 각각 제1 및 제2 스위치(SW1, SW2) 상태에 따른 전류 경로를 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 시간 t1 이전에는, 제1 스위칭 제어 신호(SW1_CTRL)는 하이(High) 레벨이며 제2 스위칭 제어 신호(SW2_CTRL)은 로우(Low) 레벨이다. 이에 따라, 제1 스위치(SW1)가 턴온되고 제2 스위치(SW2)가 턴오프된다. 도 8a는 이러한 경우에 발생되는 전류 경로를 나타낸다. 도 8a를 참조하면, 제1 전원 전압(VCC1), 제1 스위치(SW1), 그리고 전원 단자(T_VCC)로 전류 경로(S810)가 형성되며, 제1 전원 전압(VCC1)이 전원 단자(T_VCC)로 공급된다. 즉, 전원 단자 전압(VT)가 제1 전원 전압(VCC1)이 된다. 이때, 전원 생성기(231), 커패시터(232), 그리고 접지로 전류 경로(S820)가 형성되며, 커패시터(232)는 VC 전압으로 충전된다. 한편, VC 전압은 VCC1 전압보다 낮은 전압이므로 다이오드(233)가 오프되어(역방향 바이어싱됨), 방전 전류(Idis)는 형성되지 않는다.
시간 t1에서, 제1 스위치(SW1)가 턴오프되고, 제2 스위치(SW2)는 턴오프를 유지하고 있다. 즉, 제1 스위칭 제어 신호(SW1_CTRL)은 시간 t1에서 시간 t3까지 하이(High) 레벨에서 로우(Low) 레벨로 하강한다. 제1 스위치(SW1)이 턴오프되므로, 전원 단자 전압(VT)은 제1 전원 전압(VCC1)으로부터 하강하기 시작한다.
한편, 시간 t1과 시간 t3 사이에 위치하는 시간 t2는 전원 단자 전압(VT)이 하강하여 상기 특정 전압(예를 들면, VC - 0.7V)이 되는 시점이다. 전원 단자 전압(VT)이 상기 특정 전압까지 하강하며, 시간 t2에서 커패시터(232)가 방전 전류(Idis)를 전원 단자(T_VCC)로 공급하기 시작한다. 즉, 시간 t2에서는 전원 단자 전압이 VC - 0.7V이므로, 다이오드(233)가 턴온되어, 방전 전류(Idis)가 전원 단자(T_VCC)로 흐른다. 도 8b를 참조하면, 커패시터(232), 다이오드(233), 그리고 전원 단자(T_VCC)로 전류 경로(S830)가 형성되며, 방전 전류(Idis)가 전원 단자(T_VCC)로 공급된다.
그리고, 방전 전류(Idis)가 형성됨과 동시에, 커패시터(232)의 방전 전하는 전원 생성기(231)에 의해 보충된다(S840). 이에 따라, 도 7을 참조하면. 시간 t2에서 시간 t4 사이에서, 전원 단자 전압(VT)이 VT_min보다 높은 상태를 유지한다. 여기서, VT_min은 전력 증폭기(300)가 동작하는데 필요한 최소 동작 전압에 해당한다. 커패시터(232)의 충전 전압(VC)과 전력 증폭기(300)의 최소 동작 전압(VT_min)은 아래의 수학식 1의 관계를 가질 수 있다.
Figure pat00001
수학식 1에서, Vdiode_on 은 다이오드(233)의 턴온 전압에 해당한다. 하나의 예로서, Vdiode_on 은 0.7V일 수 있다. 상기 수학식 1은 아래의 수학식 2와 같이 변환될 수 있다.
Figure pat00002
상기 수학식 2를 참조하면, 커패시터(232)의 충전 전압(VC)은 전력 증폭기(300)의 최소 동작 전압(VT_min)과 다이오드(233)의 턴온 전압(Vdiode_on)의 합보다 큰 전압으로 설정되는 것이 필요하다. 이를 위해, 전원 생성기(231)는 상기 수학식 2를 만족하는 출력 전압을 생성하여 커패시터(232)에 공급할 수 있다.
도 7을 참조하면, 시간 t3에서 제1 스위칭 제어 신호(SW1_CTRL)는 완전히 로우(Low) 레벨이 되며, 제2 스위칭 제어 신호(SW2_CTRL)는 시간 t3에서 바로 하이 레벨(High)로 변환되지 않고 로우(Low) 레벨을 유지한다. 중첩 오프 구간을 생성하기 위해, 제2 스위칭 제어 신호(SW2_CTRL)는 시간 t4에서 하이(High) 레벨로 상승된다. 도 7에서, 중첩 오프 구간은 시간 t3와 시간 t4 사이의 구간에 해당한다. 이러한 중첩 오프 구간에서도 방전 전류(Idis)는 계속 흐른다. 즉, 도 8b와 같이 전류 경로(S830)가 형성되어, 방전 전류(Idis)가 전원 단자(T_VCC)로 계속 공급된다.
시간 t4 이후에는 제2 스위칭 제어 신호(SW2_CTRL)가 상승하게 되며, 제1 스위칭 제어 신호(SW1_CTRL)는 로우(Low) 레벨을 유지한다. 이로 인해, 제2 스위치(SW2)가 턴온되고 제1 스위치(SW1)는 턴오프 상태를 유지한다. 도 8c를 참조하면, 제2 전원 전압(VCC2), 제2 스위치(SW2), 그리고 전원 단자(T_VCC)로 전류 경로(S850)가 형성되며, 제2 전원 전압(VCC2)이 전원 단자(T_VCC)로 공급된다. 즉, 전원 단자 전압(VT)가 제2 전원 전압(VCC2)이 된다. 이때, 전원 생성기(231), 커패시터(232), 그리고 접지를 통해 전류 경로(S860)가 형성되며, 커패시터(232)는 VC 전압으로 충전된다. 한편, 제2 전원 전압(VCC2)은 VC - 0.7V 보다 높은 전압이므로, 다이오드(233)가 오프되어(역방향 바이어싱됨), 방전 전류(Idis)는 형성되지 않을 수 있다.
이와 같이, 실시예들 중 적어도 하나의 실시예에 따르면, 전력 증폭기(300)의 전원이 스위칭될 시에 별도의 중첩 오프 구간을 설정함으로써 전원 회로가 손상되는 것을 막을 수 있다. 그리고 중첩 오프 구간에서 별도의 전원을 통해 전력 증폭기에 전원을 공급함으로써, 전력 증폭기가 오프되는 것을 막을 수 있다. 즉, 중첩 오프 구간에서도 전력 증폭기에 전원이 공급됨으로써, 전자 디바이스의 콜 드롭을 방지할 수 있다.
한편, 중첩 오프 구간은 상당히 짧은 시간이므로, 도 6의 제3 전원 회로(230)에서 전원 생성기(231)과 다이오드(233)을 제외하고 커패시터(232)만을 통해 제3 전원 회로를 구현할 수 있다. 즉, 커패시터(232)만을 통해 전원 단자(T_VCC)에 방전 전류가 공급될 수 있다. 그러나, 커패시터(232)만으로 방전 전류를 공급하는 경우에는 커패시터(232)의 충전되는 전압이 안정되지 않아 전원 단자(T_VCC)로 공급되는 전류의 양이 불안정할 수 있다. 좀 더 상세히 설명하면, 커패시터(232)만이 사용되는 경우에는 커패시터(232)는 제1 전원 전압(VCC1) 또는 제2 전원 전압(VCC2)에 의해 충전되는데, 제1 및 제2 전원 전압(VCC1, VCC2)은 전력 증폭기(300)의 입력 신호 포락선(envelope)에 따라 변동될 수 있다. 이로 인해, 커패시터(232)는 충전 및 방전을 반복하게 되어, 커패시터(232)의 충전 전압이 불안정하게 된다. 이이 반해, 도 6의 제3 전원 회로(230)에서는, 커패시터(232)가 전원 생성기(231)를 통해 안정적으로 충전될 뿐만 아니라, 다이오드(233)를 통해 전원 단자 전압(VT)이 특정 전압 이하로 떨어지는 경우에 안정적으로 방전 전류가 공급될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
1000: 송신기 시스템
100a: 제1 전원 회로
100b: 제2 전원 회로
200: 전원 스위치 회로
300: 전력 증폭기
210: 스위치 회로
220: 스위치 제어부
230: 제3 전원 회로

Claims (13)

  1. 제1 전원 전압을 전력 증폭기의 전원 단자로 공급하는 것을 스위칭하는 제1 스위치, 그리고 제2 전원 전압을 상기 전원 단자로 공급하는 것을 스위칭하는 제2 스위치를 포함하는 스위치 회로,
    상기 스위치 회로를 제어하는 스위치 제어부, 그리고
    상기 전원 단자의 전압인 제1 전압이 소정의 제2 전압보다 낮아진 경우, 제3 전원 전압을 상기 전원 단자로 공급하는 전원 회로를 포함하는 전원 스위치 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스위치 제어부는 상기 제1 스위치를 턴오프한 후에 상기 제2 스위치를 턴온하며,
    상기 전원 회로는, 상기 제1 스위치가 턴오프된 시점부터 상기 제2 스위치가 턴온되는 시점 사이의 구간에서, 상기 제3 전원 전압을 상기 전원 단자로 공급하는 전원 스위치 회로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전원 회로는,
    상기 제3 전원 전압을 상기 전원 단자로 공급하는 커패시터, 그리고
    상기 커패시터와 상기 전원 단자에 사이에 연결되어 전류 경로를 형성하는 다이오드를 포함하는 전원 스위치 회로.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전원 회로는 상기 커패시터를 충전시키는 전원을 생성하는 전원 생성기를 더 포함하는 전원 스위치 회로.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 전압이 상기 제2 전압보다 낮아진 경우, 상기 커패시터, 상기 다이오드, 그리고 상기 전원 단자로 방전 전류가 형성되며,
    상기 방전 전류에 의해 상기 제3 전원 전압이 상기 전원 단자로 공급되는 전원 스위치 회로.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 커패시터에 충전되는 전압은 상기 전력 증폭기의 최소 동작 전압과 상기 다이오드의 턴온 전압의 합보다 큰 전원 스위치 회로.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치는 동시에 턴온 되지 않는 전원 스위치 회로.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 스위치 제어부는,
    제1 구간에서, 상기 제1 스위치를 턴온하고 상기 제2 스위치를 턴오프하여, 상기 제1 전원 전압이 상기 전원 단자로 공급되도록 제어하고,
    제2 구간에서 상기 제1 스위치를 턴오프하고 상기 제2 스위치를 턴오프하도록 제어하며,
    제3 구간에서, 상기 제1 스위치를 턴오프하고 상기 제2 스위치를 턴온하여, 상기 제2 전원 전압이 상기 전원 단자로 공급되도록 제어하는 전원 스위치 회로.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전원 회로는 상기 제2 구간에서 상기 제3 전원 전압을 상기 전원 단자로 공급하는 전원 스위치 회로.
  10. 제1 전원 전압과 제2 전원 전압 중 하나를 선택하여 전력 증폭기의 전원 단자로 공급하는 전원 스위치 회로의 동작 방법으로서,
    제1 구간에서, 상기 제1 전원 전압을 스위칭하는 제1 스위치를 턴온하고 상기 제2 전원 전압을 스위칭하는 제2 스위치를 턴오프하여, 상기 제1 전원 전압을 상기 전원 단자로 공급하는 단계,
    제2 구간에서, 상기 제1 및 제2 스위치를 턴오프하고, 상기 전원 단자의 전압인 제1 전압이 소정의 제2 전압보다 낮은 경우, 제3 전원 전압을 상기 전원 단자로 공급하는 단계, 그리고
    제3 구간에서, 제1 스위치를 턴오프하고 상기 제2 스위치를 턴온하여, 상기 제2 전원 전압을 상기 전원 단자로 공급하는 단계를 포함하는 동작 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 구간에서 상기 제3 전원 전압을 공급하는 단계는, 상기 제2 구간에서 상기 제1 전압이 상기 제2 전압보다 낮은 경우, 커패시터에 충전된 전압을 다이오드를 통해 상기 전원 단자로 방전시키는 단계를 포함하는 동작 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 커패시터는 상기 제1 전원 전압을 생성하는 제1 전원 회로 및 상기 제2 전원 전압을 생성하는 제2 전원 회로와 다른 별도의 전원 회로를 통해 충전되는 동작 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전원 회로는 PM IC(Power Management Integrated Circuit)이며, 상기 별도의 전원 회로는 레귤레이터인 동작 방법.
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