KR940001794B1 - 무선증폭장치의 발진을 방지하기 위한 감쇄 제어회로 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

무선증폭장치의 발진을 방지하기 위한 감쇄 제어회로

제1도는 종래의 감쇄 제어회로도.

제2도는 본 발명의 블럭도.

제3도는 본 발명에 따른 일실시예를 절근선 근사부(16) 및 전류 제어부(18)의 구체도.

제4도는 제2도에 따른 제1-2가변 감쇄부(19, 20)의 구체도.

제5도는 제3도에 따른 절근선 근사부(16)의 특성 곡선에 의한 선형 특성도.

제6도는 제3도에 따른 절근선 근사부(16)의 시뮬레이션 특성 곡선도.

제7도는 제3도에 따른 전류 제어부(18)의 시뮬레이션 특성 곡선도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2 : 제1증폭기 4 : 제2증폭기

6 : 커플러 10 : ADC(Analog-to-Digital Converter)

12 : 마이콤 14 : DAC(Digital-to-Analog Converter)

16 : 절근선 근사부 18 : 전류제어부

19 : 제1가변감쇄부 20 : 제2가변감쇄부

본 발명은 무선증폭장치의 발진을 방지하기 위한 감쇄 제어회로(Attenuation control Circuit)에 관한 것으로, 특히 RF(Radio Frequency)신호를 선형제어(Linear Control)하여 무선 증폭장치의 동작을 안정화시킬 수 있는 감쇄 제어회로에 관한 것이다.

일반적으로 RF신호를 증폭 출력하기 위한 무선증폭장치는 이동 통신시스템에 널리 사용되고 있다.

상기 무선 증폭장치는 차량전화 또는 HHP(Hand held phone)그리고 상기 이동 통신 시스템으로 부터 입력되는 RF신호를 일정 레벨 증폭하여 출력한다.

상기 무선증폭장치는 RF신호는 채널노이즈 및 스필오버신호(송신신호와 수신안테나 궤환신호)등으로 인하여 종종 돌발과대 입력신호가 주어진다.

상기 돌발 과대 신호는 무선증폭장치의 발진(oscillation)을 유발시키는 중요한 요인이므로 이에대한 방지대책이 요구되고 있는 실정이다.

제1도를 참조하여 종래의 무선증폭장치의 감쇄 제어회로를 설명한다. 입력단(S1)으로 입력되는 RF신호는 제1증폭기(2)에 의해 전치증폭되어 제2증폭기(4)에 입력된다.

상기 제2증폭기(4)는 상기 제1증폭기(2)의 전치증폭된 RF신호를 메인증폭(main amplification)하여 출력 안테나(AT)로 출력한다. 상기 제2증폭기(4)에서 출력되는 RF신호는 입력 RF신호에 대하여 약 60㏈의 증폭이득을 가진다.

상기 제2증폭기(4)의 출력단에 접속된 커플러(6)는 상기 출력 RF신호를 감지하여 직류변환회로(8)로 감지신호를 출력한다. 상기 커플러(6)는 상기 출력 RF신호를 약 20㏈커플링(coupling)한다. 상기 직류변환회로(8)는 상기 커플러(6)의 감지신호를 입력하여 직류전압으로 변환한다.

상기 직류변환회로(8)는 상기 감지신호를 직류검파하기 위해 로우패스필터(LPF)및 연산증폭기로 흔히 구성된다.

아날로그 제어회로(9)는 상기 직류변환회로(8)의 직류전압과 내부의 미리 설정된 기준전압을 비교하여 상기 제1-2증폭기(2, 4)를 제어하기위한 제어신호를 출력한다. 여기서 상기 제어신호는 상기 직류변환회로(8)의 직류전압과 내부의 미리 설정된 기준전압의 차성분의 전압이 된다.

상기 제어신호는 상기 제1-2증폭기(2, 4)의 바이어스단으로 입력되어 상기 무선증폭장치의 이득을 증가 또는 감쇄 시킨다.

여기서 상기 입력단(S1)에 돌발적인 과대신호가 입력되면 상기 무선증폭장치는 위상변위에 의해 발진을 일으키게 된다.

이때 상기 아날로그 제어회로(9)는 소정시간이 지난후에 상기 제1-2증폭기(2, 4)로 출력 RF신호를 감쇄하기 위한 제어신호를 출력하지만 발진된 RF신호는 상기 출력 안테나(AT)를 통해 미리 출력된 상태이고, 발진이 극심할 경우 상기 제1-2증폭기는 손상을 받게 되어 무선증폭장치는 그 기능을 상실하게 된다.

따라서 종래에는 돌발과대 입력시 발진을 미리 방지할 수 없었으며 이에따른 정지 기능이 미비하였다.

또한 증폭기의 바이어스단을 제어하기 때문에 감쇄 제어시에는 부하 변동에 따른 전압 완정도가 나빠지고 제어오차가 큰 문제점이 있었으며, 비선형적인 제어 특성으로 인하여 출력 RF신호를 정확학 제어 할 수 없었다.

따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 감안하여 RF신호를 선형 제어하여 무선증폭장치의 동작을 안정화 시킬 수 있는 감쇄 제어회로를 제공함에 있다.

본 발명의 또다른 목적은 무선증폭장치의 발진을 방지할 수 있는 감쇄 제어회로를 제공함에 있다.

본 발명의 또다른 목적도 무선증폭장치의 감쇄 제어 오차를 극소화 할 수 있는 감쇄 제어회로를 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 무선증폭장치로 입력되는 RF신호를 소정 데시벨로 커플링후 디지털 제어신호로 변환하기 위한 제1수단과, 상기 제1수단의 디지털 제어신호를 아날로그 신호로 변환후 절근선 근사에 따른 전류 제어신호를 생성하기 위한 제2수단과, 상기 제2수단의 전류 제어신호에 따라 증폭된 상기 RF신호를 선형특성으로 감쇄하기 위한 제3수단으로 구성된다. 이하 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제2도는 본 발명의 블럭도로서, 입력단(S1)으로 상기 RF신호가 제1증폭기(2) 및 커플러(6)에 입력되면, 상기 커플러(6)는 상기 RF신호를 소정 데시벨로 커플링하여 ADC(10)로 출력한다. 상기 ADC(10)는 상기 커플링된 RF신호를 A/D변환하여 마이콤(12)으로 출력한다.

상기 마이콤(12)은 상기 ADC(10)의 출력을 입력 프로세싱하여 이에따른 디지털 제어신호를 DAC(14)로 출력한다.

상기 DAC(14)는 상기 디지털 제어신호를 아날로그 변환하여 절근선 근사부(16)로 출력한다.

상기 절근선 근사부(16)는 상기 아날로그 제어입력을 절근선 근사특성을 갖는 전압으로 변화하여 전류 제어부(18)로 출력한다.

상기 전류제어부(18)는 상기 절근선 근사 특성을 갖는 전압을 입력하여 그에따른 전류 제어신호를 출력한다.

상기 전류 제어신호는 제1가변 감쇄부(19) 및 제2가변 감쇄부(20)로 입력된다.

상기 제1가변감쇄부(19)는 상기 제1증폭기(2)의 전치 증폭된 RF신호를 상기 전류 제어신호에 따라 선형 특성으로 제어하여 제2증폭기(4)로 출력한다.

상기 제2가변 감쇄부(2))는 상기 제2증폭기(2)의 메인 증폭된 RF신호를 상기 전류 제어신호에 따라 선형 특성으로 제어하며 출력 안테나(AT)로 출력한다.

상기 제1-2 가변 감쇄부(19, 20)의 선형 특성 제어는 엄격히 말해서 상기 절근선 근사부(16)의 절근선 근사 특성의 반대 특성으로 제어하는 것이다. 즉 상기 제1-2가변 감쇄부(19, 120)와 상기 절근선 근사부(16)의 제어특성을 서로 반대 특성이 되게 함으로써 선형 특성을 얻도록 한것이다.

따라서 본 발명은 무선증폭장치의 비선형 특성과 상보적인 특성을 가짐으로써 정확한 제어를 함을 알수 있다.

또한 본 발명에서 상기 커플러(6), ADC(10), 마이콤(12)은 상기 제1수단에 대응되고, 상기 DAC(14), 절근선 근사부(16), 전류제어부(18)는 상기 제2수단에 대응되며, 상기 제1-2가변 감쇄부(19, 20)는 제3수단에 대응됨을 이해 하여야 한다.

이하 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부한 도면에의거 상세히 설명한다.

제2도에서 입력된 (S1)으로 입력되는 RF신호는 상기 제1증폭기(2)및 커플러(6)에 인가된다.

상기 커플러(6)는 상기RF신호를 약 20㏈ 커플링하여 상기 ADC(10)에 출력된다.

상기 커플러(6)는 로우패스필터와 연산증폭기로 구성함에 바람직하다. 따라서 상기 ADC(10)는 약 1/100배로 커플링된 상기 RF신호의 전압을 디지털 변환하여 상기 마이콤(12)으로 출력한다.

상기 마이콤(12)은 상기 ADC(10)의 출력을 입력프로세싱하여 8비트 디지털 데이터를 출력한다.

상기 디지털 데이터는 0-30㏈ 제어 범위에서 최대 0-255의 값을 갖는 데이터이며, 이는 상기 DAC(14)로 출력된다.

상기 DAC(14)는 상기 디지털 데이터를 아날로그 신호인 전압으로 변환하여 절근선 근사부(16)로 출력한다.

여기서 상기 DAC(14)는 UPC624C의 IC소자를 사용 하였다.

상기 절근선 근사부(16)는 상기 전압을 입력하고 절근선 근사 특성을 갖는 전압으로 변환하여 전류 제어부(18)로 출력한다.

제3도는 상기 절근선 근사부(16) 및 전류 제어부(18)이 상세한 구성을 보인 것이다.

상기 DAC(10)의 출력전압에 따라 절근선 근사 특성 곡선을 얻기위한 분압용 저항(R1-R6) 및 스위칭용 다이오드(D1-D6), 제1-2증폭기(OP1-OP2)는 상기 절근선 근사부(16)에 포함되며, 상기 절근선 근사부(16)의 출력에 따른 전류제어신호를 생성하기위한 제3-4증폭기(OP3-OP4)는 상기 전류제어부(18)에 포함된다.

또한 상기 분압용저항(R1-R6)에 각각 연결된 저항(RV1-RV6)은 상기 절근선 근사 특성 곡선의 절근점(BENT-Point Approximation)을 미세 조정하기 위한 조정용 저항이다.

여기서, 상기 제1증폭기(OP1)는 증폭 이득용 저항(RS, Rf)을 포함하는 반전증폭기이며, 상기 제2증폭기(OP1)는 비반전단의 입력저항(R18) 및 증폭 이득용저항(R20, R21)을 포함하는 비반전 증폭기이다.

상기 제2증폭기(OP2)의 입력노드(V1)에 연결된 저항(R19, R17, RV7)은 상기 입력노드(V1)의 전압을 조정하기 위한 저항이다.

상기 제3증폭기(OP3)는 전류이득용저항(R22, R28-R31)을 포함하는 전류증폭기이며 부하저항(RL1)은 상기 제1가변 감쇄부(19)의 내부저항에 해당된다.

상기 제4증폭기(OP4)는 전류 이득용저항(R23-R27)을 포함하는 전류증폭기이며 부하저항(RL2)은 상기 제2가변 감쇄부(20)의 내부저항에 해당된다.

상기 절근선 근사부(16)의 동작 관계를 살핀다.

상기 분압용 저항(R1-R6)에 의해 발상되는 분압 전압에 따라 상기 스위칭을 다이오드(1-D6)은 스위칭 동작을 하게된다.

상기 스위칭용 다이오드(D1-D6)의 스위칭 동작에 의해 상기 제1증폭기(OP1)의 입/출력 특성은 절근선 근사 곡선으로 나타난다. 상기 스위치용 다이오드(D1)의 캐소드(cathod)는 상기 제1증폭기(OP1)의 반전입력단(-)에 접속되어 있는데, 실제로는 그라운드 레벨에 연결되어 있음을 이해하여야 한다. 흔히 접속점(A)을 가상 접지점이라 하기도한다.

따라서 상기 스위칭용 다이오드(D1)의 스위칭 관계는 아래의 식으로 표현된다.

상기 식(1)에서 Vin은 상기 DAC(14)로 부터 인가되는 전압이고, Vss는 포지티브(positive) 전원전압 Vcc에 대한 네가티브(negative) 전원전압을 말한다.

상기 식(1)에서 상기 다이오드(D1)의 순방향 전압 강하를 무시 한다면, 상기 다이오드(D1)의 턴-온(turn-ON)조건을 상기 Vin전압이 상기 -(R1/RV1)xVcc전압보다 높은 경우 이며,이때의 상기 제1증폭기(OP1)의 이득을 하기와 같다.

여기서 상기 A는 상기 제1증폭기(OP1)의 반전 증폭이득을 뜻한다. 따라서 상기 스위칭용 다이오드(D1-D6)의 입력 전압점(Va-Vf)은 제5도에 나타낸 절근곡선(51)의 절근점(P1-P6)에 각각 대응된다.

상기 절근선곡선 51은 가로축을 상기 입력전압(Vin)으로 나타내고 세로축을 출력전압(Vo)으로 나타낸 결과이다. 여기서 상기 출력전압(Vo)은 상기 제1증폭기(OP1)의 출력전압점(V1)에 나타나는 전압이다.

상기 제5도에서 원점과 상기 절근점(P1)을 잇는 구간 S1의 기울기는 Rf/Rs에 의존한다.

또한, 구간 S2의 기울기는 (1/Rs+1/R1)zRf가 되고, 구간 S3의 기울기는 (1/Rs+1/R1+1/R2)xRf가 되고, 구간 S7의 기울기는 (1/Rs+1/R1+1/R2+1/R3+1/R4+1/R5+1/R6)XRf가 된다.

상기의 절근선곡선 51은 본 발명의 특성을 잘보여주고 있음을 알 수 있다. 즉 상기 제1-2가변 감쇄부(20)의 내부회로 특성이 특성곡선 53과 같을 경우 상기 절근선곡선 51을 조합하게 되면 직선 52를 얻게 된다.

제6도는 상기 절근선 근사부(16)의 노드전압인 상기 입력 전압점(Va-Vf)과 상기 제1증폭기(OP1)의 출력 전압점(V1)및 상기 제2증폭기(OP2)의 출력 전압점(V2)의 근사 특성을 시뮬레이션에 의해 산출한 것이다.

가로축을 상기 입력단(Vin)의 전압으로 나타내고 세로축을 전압으로 나타내었을 경우에 곡선 61-66은 차례로 상기 입력전압점(Va-Vf)에 각각 대응되고, 절근선 곡선 67은 상기 출력전압점(V1)에 대응되고, 절근선 곡선 68은 상기 출력전압점(V2)에 대응된다.

상기 전류제어부(18)는 상기 절근선 근사부(16)의 출력전압에 따라 상기 제1-제2가변 감쇄부(19-20)를 제어하기 위한 전류를 출력단(01, 02)으로 출력한다.

본 발명에서 상기 제3-4증폭기(OP3-OP4)는 동일한 "LM2904" IC소자를 사용하였다.

제7도는 전류곡선 71은 상기 제3-4증폭기(OP3-OP4)의 출력단(01, 02)에서 출력되는 전류 특성을 나타낸 것이다.

상기 출력단(01, 02)의 출력 전류는 상기 제1-2가변 감쇄부(19-20)에 각각 인가된다.

상기 제1-2가변 감쇄부(19-20)는 핀(PIN) 다이오드의 고주파 특성을 이용한 파이(π)형 감쇄회로로 구성되며, 이는 제4도에 나타나 있다.

제4도에서, 제어단(CT)에는 상기 전류제어부(18)이 출력 전류가 입력된다.

또한 입력단(RF-IN)으로는 제2도의 상기 제1증폭기(2)또는 상기 제2증폭기(4)의 출력 RF신호가 입력된다.

여기서 설명의 편의상 상기 제1가변 감쇄부(19)만을 설명한다. 상기 제어단(CT)으로 입력되는 상기 전류제어부(18)내의 상기 출력단(01)의 출력 전류에 따라 상기 입력단(RF-IN)으로 입력되어 출력단(RF-OUT)으로 출력되는 상기 RF신호는 조절되어 진다.

즉 상기 제1가변 감쇄부(19)는 핀 접합의 손방향 전류의 흐름에 따라 고주파 직렬 저항이 변화되는 고주파 가변 저항 특성을 가지고 있는 것이다.

따라서 상기 제어단(CT)의 순방향 바이어스 전류가 증가하면 상기 고주파 직렬 저항은 감소되고, 상기 순방향 바이어스 전류가 감소하면 상기 고주파 직렬저항은 증가된다.

상기 제4도에 나타낸 핀 다이오드(D1-D3)를 포함하는 상기 가변 감쇄회로의 내부 특성은 전술한 제5도의 상기 특성곡선 53에 따른다.

따라서 돌발 과대 입력시에도 초단에서 발진을 방지하거나 정지 시킬 수 있게 된다.

또한 선형 특성에 의해 출력 RF 신호를 제어할 수 있으므로 정확한 감쇄 제어가 이루어진다.

상술한 바와 같이 본 발명은 아날로그신호 감쇄량의 대수 선형 비례제어를 할 수 있으므로 가변 감쇄 제어 오차를 극소화 시킬 수 있는 장점이 있다. 또한 돌발 과대입력 및 입력신호의 변동시 무선증폭장치의 발진을 방지하거나 즉시 정지 시킬 수 있어 시스템의 신뢰성 향상에 이점을 가지며, 저가의 하드웨어로 회로를 구성할 수 있는 장점이 있다.

Claims (10)

1. RF신호를 증폭하기 위한 무선증폭장치의 감쇄 제어회로에 있어서, 상기 무선증폭장치로 입력되는 RF신호를 소정 데시벨로 커플링 후 디지털 제어신호로 변환하기 위한 제1수단과, 상기 제1수단의 디지털 제어신호를 아날로그 신호로 변환후 절근선 근사에 따른 전류 제어신호를 생성하기 위한 제2수단과, 상기 제2수단의 전류 제어신호에 따라 증폭된 상기 RF신호를 선형특성으로 감쇄하기 위한 제3수단으로 구성됨을 특징으로 하는 무선증폭장치의 발진을 방지하기 위한 감쇄 제어회로.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1수단이 상기 RF신호를 소정 데시벨로 커플링 하기위한 커플러(6)와, 상기 커플러(6)의 커플링된 상기 RF신호를 A/D변환하기 위한 ADC(10)와, 상기 ADC(10)의 출력을 입력 프로세싱하여 그에따른 디지털 제어신호를 출력하기 위한 마이콤(12)으로 구성됨을 특징으로 하는 무선증폭장치의 발진을 방지하기 위한 감쇄 제어회로.
3. 제1항에 있어서, 상기 제2수단이 상기 제1수단의 디지털 제어신호를 아날로그 신호로 변환하기 위한 DAC(14)와, 상기 DAC(14)의 아날로그 변환된 출력을 절근선 근사 특성을 갖는 전압으로 변환하기 위한 절근선 근사부(16)와, 상기 절근선 근사부(16)의 전압을 입력하여 그에따른 전류 제어신호를 생성하기 위한 전류제어부(18)로 구성됨을 특징으로 하는 무선증폭장치의 발진을 방지하기 위한 감쇄 제어회로.
4. 제1항에 있어서, 상기 제3수단이 상기 제2수단의 전류 제어신호에 따라 상기 무선증폭장치의 전치증폭 및 메인증폭된 상기 RF신호를 선형 특성으로 감쇄하기 위한 제1-2가변 감쇄부(19, 20)로 구성됨을 특징으로 하는 무선증폭장치의 발진을 방지하기 위한 감쇄 제어회로.
5. 제2항에 있어서, 상기 커플러(6)가 상기 RF신호를 20데시벨로 커플링함을 특징으로 하는 무선증폭장치의 발진을 방지하기 위한 감쇄 제어회로.
6. 제3항에 있어서, 상기 절근선 근사부(16)가 분압용 저항(R1-R6)및 스위칭용 다이오드(D1-D6), 제1-2증폭기(OP1-OP2)로 구성됨을 특징으로 하는 무선증폭장치의 발진을 방지하기 위한 감쇄 제어회로.
7. 제3항에 있어서, 상기 절근선 근사부(16)가 분압용 저항(R1-R6)및 스위칭용 다이오드(D1-D6), 제1-2증폭기(OP1-OP2), 절근점 조정용 저항(RV1-RV6)으로 구성됨을 특징으로 하는 무선증폭장치의 발진을 방지하기 위한 감쇄 제어회로.
8. RF신호를 증폭하기 위해 제1-2증폭기(2, 4)를 구비한 무선증폭장치의 감쇄 제어회로에 있어서, 상기 제1증폭기(2)로 입력되는 RF신호를 소정 데시벨로 커플링 하기위한 커플러(6)와, 상기 커플러(6)에 연결되어 커플링된 상기 RF신호를 A/D변환하기 위한 ADC(10)와, 상기 ADC(10)의 출력을 입력 프로세싱하여 디지털 제어신호를 출력하기 위한 마이콤(12)과, 상기 마이콤(12)의 디지털 제어신호를 아날로그 변환하는 DAC(14)의 출력을 절근선 근사 특성을 갖는 전압으로 변환하기 위한 절근선 근사부(16)와, 상기 절근선 근사부(16)의 출력전압에 따른 전류 제어신호를 생성하기 위한 전류 제어부(18)와, 상기 제1증폭기(2)에 의해 전치증폭된 상기 RF신호를 상기 전류제어부(18)의 상기 제어신호에 따라 선형 특성으로 제어하기 위한 제1가변 감쇄부(19)와, 상기 제2증폭기(4)에 의해 메인증폭된 상기 RF신호를 상기 전류제어부(18)의 상기 제어신호에 따라 선형 특성으로 제어하기 위한 제2가변 감쇄부(19)로 구성되어 상기 무선 증폭장치의 발진을 방지 및 정지 하도록 함을 특징으로 하는 무선증폭장치의 감쇄 제어회로.
9. 제8항에 있어서, 상기 절근선 근사부(16)가 분압용 저항(R1-R6)및 스위칭용 다이오드(D1-D6), 제1-2증폭기(OP1-OP2), 절근점 조정용 저항(RV1-RV6)으로 구성되어 상기 전류 제어부(18)로 전압을 출력함을 특징으로 하는 무선증폭장치의 감쇄 제어회로.
10. 제9항에 있어서, 상기 전류 제어부(18)가 상기 절근선 근사부(16)의 출력전압에 따른 전류 제어신호를 생성하기 위한 제3-4증폭기(OP3-OP4)로 구성됨을 특징으로 하는 무선증폭장치의 감쇄 제어회로.

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