KR100556909B1

KR100556909B1 - 휴대폰의 파워앰프모듈 전원회로

Info

Publication number: KR100556909B1
Application number: KR1020030078769A
Authority: KR
Inventors: 김상우
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2003-11-07
Filing date: 2003-11-07
Publication date: 2006-03-03
Anticipated expiration: 2023-11-07
Also published as: KR20050044180A; JP2005143096A; US20050101263A1; CN1625076A; EP1530303A1

Abstract

본 발명은 휴대폰에 적용되는 파워앰프모듈(PAM)의 구동전압을 적절히 제어하여 온도 상승을 억제하고 배터리의 수명시간을 연장시키는 기술에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 휴대폰의 배터리전압이 시스템에서 요구되는 레벨까지 떨어질 때, 온되어 그 배터리전압을 그대로 파워앰프모듈(45)의 구동전압으로 공급하는 로드스위치부(41)와; 상기 배터리전압이 시스템에서 요구되는 레벨 이상일 때, 그 배터리전압을 시스템에서 요구하는 레벨로 하강시켜 상기 파워앰프모듈(45)의 구동전압으로 공급하는 직류/직류 변환기(42)와; 기지국에서 요구된 송출전력이 출력되도록 하기 위한 제어신호를 상기 직류/직류 변환기(42)측으로 출력하는 중앙처리장치(43)와; 상기 로드스위치부(41) 또는 직류/직류 변환기(42)를 통해 공급되는 구동전압을 공급받고, 고주파 송신부(44)로부터 입력되는 신호를 외부로 송출하는데 적당한 수준으로 증폭하여 출력하는 파워앰프모듈(45)에 의해 달성된다.

Description

휴대폰의 파워앰프모듈 전원회로{POWER CIRCUIT FOR PAM IN A MOBILE PHONE}

도 1은 종래 기술에 의한 종래 기술에 의한 파워앰프모듈 전원회로가 적용되는 휴대폰의 블록도.

도 2는 종래 기술에서, 시간경과에 따른 PAM 구동전압의 레벨변화 설명도.

도 3a는 비교적 높은 전력에서 PAM의 구동전압이 낮을수록 효율이 높은 것을 나타낸 표.

도 3b는 비교적 낮은 전력에서 PAM의 구동전압이 낮을수록 효율이 높은 것을 나타낸 표.

도 4는 본 발명에 의한 파워앰프모듈 전원회로가 적용된 휴대폰의 블록도.

도 5는 도 4에서 직류/직류 변환기 및 그 주변의 상세 블록도.

도 6의 (a),(b)는 본 발명에서 펄스폭변조신호 발생 원리도.

도 7은 도 5에서 D/A변환기의 출력전압에 따른 직류/직류 변환기의 출력전압 표.

도 8은 본 발명에서, 시간경과에 따른 PAM 구동전압의 레벨변화 설명도.

도 9는 파워앰프모듈의 소모전력 측정 데이터 표.

도 10은 본 발명에 의한 PAM의 구동전압, 온도, 배터리 사용시간을 종래와 비교한 표.

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***

41 : 로드스위치부 42 : 직류/직류 변환기

42A : 차동증폭기 42B : 펄스폭변조 제어기

42C : 스위칭부 42D : 피드백부

43 : 중앙처리장치 44 : 고주파 송신부

45 : 파워앰프모듈 46 : 듀플렉서

47 : 고주파 수신부

본 발명은 휴대폰에 적용되는 파워앰프모듈(PAM:Power AMP Module)의 구동전압을 적절히 제어하는 기술에 관한 것으로, 특히 파워앰프모듈에 전원을 공급할 때 시스템에서 요구되는 최적의 전압이 공급되도록 하여 배터리 전원의 사용시간을 최대한 연장시킬 수 있도록 한 휴대폰의 파워앰프모듈 전원회로에 관한 것이다.

도 1은 종래 기술에 의한 종래 기술에 의한 파워앰프모듈 전원회로가 적용되는 휴대폰의 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 배터리전압(V_BAT)을 단속하여 파워앰프모듈(14)의 구동전압(VCC)으로 공급하는 로드스위치부(11)와; 입력신호에서 잡음성분을 제거하고 음성신호만을 강조한 후 압축처리하여 부가정보와 함께 출력하는 중앙처리장치(예, MSM:Mobile Station Modem)(12)와; 상기 중앙처리장치(12)로부터 입력되는 신호를 고주파신호로 변환하여 출력하는 고주파 송신부(13)와; 상기 로드스위치부(11)를 통해 구동전압(VCC)을 공급받고, 상기 고주파 송신부(13)로 부터 입력되는 신호를 외부로 송출하는데 적당한 수준으로 증폭하는 파워앰프모듈(14)과; 하나의 안테나(ANT)를 송수신에 공동으로 사용하기 위하여, 상기 파워앰프모듈(14)에서 출력되는 신호를 그 안테나(ANT)를 통해 송신할 때 송신출력으로부터 수신기를 보호하고, 수신할 때에는 반향 신호를 수신기에 공급하도록 하는 듀플렉서(15)와; 상기 안테나(ANT) 및 듀플렉서(15)를 통해 기지국으로부터 전송되어 오는 고주파 신호를 저주파 신호로 변환하는 고주파 수신부(16)로 구성된 것으로, 이의 작용을 설명하면 다음과 같다.

단말기의 파워가 온되면, 중앙처리장치(12)에 의해 로드스위치부(11)의 엔모스트랜지스터(MN1)의 게이트에 고전위의 인에이블신호(EN)가 공급되어 그 엔모스트랜지스터(MN1)가 턴온되고, 이에 의해 피모스트랜지스터(MP1)가 턴온된다. 이에 따라, 배터리전압(V_BAT)이 상기 로드스위치부(11)의 피모스트랜지스터(MP1)를 통해 파워앰프모듈(14)의 구동전압(VCC)으로 공급된다.

이와 같은 상태에서, 중앙처리장치(12)에서 압축처리된 음성신호 및 부가신호가 고주파 송신부(13)에 의해 고주파신호로 변환되고, 상기 파워앰프모듈(14)에 의해 외부로 송출하는데 적당한 수준으로 증폭처리된 후 듀플렉서(15) 및 안테나(ANT)를 통해 기지국측으로 전송된다.

한편, 상기 안테나(ANT) 및 듀플렉서(15)를 통해 수신되는 고주파신호는 고주파 수신부(16)에 의해 저주파신호로 변환되어 상기 중앙처리장치(12)에 전달된다.

이와 같이, 파워 온 상태에서는 상기 로드스위치부(11)가 계속 온 상태를 유 지하므로, 배터리전압(V_BAT)이 그대로 파워앰프모듈(14)의 구동전압(VCC)으로 공급되는데, 도 2는 이 시간경과에 따른 구동전압(VCC)의 레벨변화(3.0 SIM 4.2V)를 나타낸 것이다.

그런데, 상기 파워앰프모듈(14)은 도 3a에서와 같이 비교적 높은 전력(Max Power, 28dBM)에서 구동전압이 낮을수록 효율이 높을 뿐 아니라, 도 3b에서와 같이 낮은 전력(Low Power, 16dBM)에서도 구동전압이 낮을수록 효율이 높게 나타나는 특징이 있다.

그러므로, 상기 파워앰프모듈(14)에 공급되는 배터리전압(V_BAT)의 레벨을 단말기의 통신환경 변화에 따라 적절히 조절하여 이의 효율을 극대화할 필요가 있는데, 종래 전원회로의 경우 파워앰프모듈(14)에 공급되는 배터리전압(V_BAT)을 단순히 상기 로드스위치부(11)를 통해 단속하는 기능밖에 구비되어 있지 않아 효율을 향상시킬 수 없었다.

이와 같이 단말기의 통신환경 변화에 따라 기지국에서 요구하는 송신전력이 변화되고, 이에 따라 파워앰프모듈의 구동전압으로 공급되는 배터리전압을 적절히 조절하여 그 파워앰프 모듈의 효율을 극대화할 필요가 있는데, 종래 휴대폰의 파워앰프모듈 전원회로에 있어서는 단지 로드스위치부를 통해 구동전압을 단속하는 기능밖에 구비되어 있지 않아 효율을 향상시킬 수 없고, 배터리전원의 수명이 짧아지는 문제점이 있었다.

또한, 구동전압이 불필요하게 높게 공급되어 파워앰프모듈에서 높은 열(약 70℃)이 발생되고, 이로 인하여 시스템을 안정되게 구동시키는데 어려움이 있고, 사용자에게 신뢰감을 줄 수 없는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 파워앰프모듈의 구동전압이 시스템에서 요구되는 최적의 레벨로 공급되도록, 직류/직류 변환기를 이용하여 배터리 전압의 레벨을 적절히 조정하는 휴대폰의 파워앰프모듈 전원회로를 제공함에 있다.

도 4는 본 발명에 의한 파워앰프모듈 전원회로가 적용되는 휴대폰의 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 배터리전압(V_BAT)이 시스템에서 요구되는 레벨까지 떨어질 때, 온되어 그 배터리전압(V_BAT)을 그대로 파워앰프모듈(45)의 구동전압(VCC)으로 공급하기 위한 로드스위치부(41)와; 상기 배터리전압(V_BAT)이 시스템에서 요구되는 레벨 이상으로 유지될 때, 펄스폭변조제어 방식으로 그 배터리전압(V_BAT)을 시스템에서 요구하는 레벨로 하강시켜 상기 파워앰프모듈(45)의 구동전압(VCC)으로 공급하기 위한 직류/직류 변환기(42)와; 입력신호에서 잡음성분을 제거하고 음성신호만을 강조한 후 압축처리하여 부가정보와 함께 출력하고, 기지국에서 요구된 송출전력이 출력되도록 하기 위한 제어신호를 출력하는 중앙처리장치(예:MSM)(43)와; 상기 중앙처리장치(43)로부터 입력되는 신호를 고주파신호로 변환하여 출력하는 고주파 송신부(44)와; 상기 로드스위치부(41) 또는 직류/직류 변환기(42)를 통해 공급되는 구동전압(VCC)을 공급받고, 상기 고주파 송신부(44)로부터 입력되는 신호를 외부로 송출하는데 적당한 수준으로 증폭하는 파워앰프모듈(45)과; 하나의 안테나(ANT)를 송수신에 공동으로 사용하기 위하여, 상기 파워앰프모듈(45)에서 출력되는 신호를 그 안테나(ANT)를 통해 송신할 때 송신출력으로부터 수신기를 보호하고, 수신할 때에는 반향 신호를 수신기에 공급하도록 하는 듀플렉서(46)와; 상기 안테나(ANT) 및 듀플렉서(46)를 통해 기지국으로부터 전송되어 오는 고주파 신호를 저주파 신호로 변환하는 고주파 수신부(47)로 구성한 것으로, 이와 같이 구성한 본 발명의 작용을 첨부한 도 5 내지 도 10을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

현재 단말기가 위치한 환경에 따라 기지국측에서 그 단말기에 요구하는 송출전력이 다르게 되는데, 중앙처리장치(43)는 안테나(ANT), 듀플렉서(46) 및 고주파 수신부(47)를 통해 수신된 신호의 소정 비트에 포함되어 있는 정보를 근거로 그 송출전력을 인식할 수 있게 된다.

상기 중앙처리장치(43)가 상기 비트정보를 읽어 현재 요구된 송출전력을 인식하고 그 송출전력을 위해 파워앰프모듈(45)에 공급해야 할 구동전압(VCC)을 계산한 후, 이 구동전압(VCC)이 현재 배터리전압(V_BAT)보다 낮으면 직류/직류 변환기(42)를 통해 그 배터리전압(V_BAT)이 해당 구동전압(VCC)의 레벨로 하강되어 공급되도록 하고, 높으면 로드스위치부(41)를 온시켜 배터리전압(V_BAT)이 그를 통해 그대로 구동전압(VCC)으로 공급되도록 하였다.

예를 들어, 상기 파워앰프모듈(45)에 공급해야 할 구동전압(VCC)이 3.4V이고, 현재 배터리전압(V_BAT)이 그보다 높은 경우를 설명하면 다음과 같다.

로드스위치부(41)는 상기 중앙처리장치(43)에 의해 오프 상태를 유지하고, 그 중앙처리장치(43)는 상기 파워앰프모듈(45)에 3.4V의 구동전압(VCC)이 공급되도 록 하기 위한 기준전압(V_ref)을 출력한다. 이에 따라, 직류/직류 변환기(42)의 펄스폭변조 제어부(42')가 상기 기준전압(V_ref)을 근거로 배터리전압(V_BAT)을 펄스폭변조 제어방식으로 스위칭하고, 이렇게 출력되는 전압이 인덕터(L1) 및 콘덴서(C1)를 통해 상기 파워앰프모듈(45)의 구동전압(VCC)으로 공급되며, 이의 레벨이 3.4V가 된다. 상기 콘덴서(C1)는 평활 및 잡음제거를 위해 사용된 것이다.

이와 같은 상태에서, 상기 중앙처리장치(43)에서 압축처리된 음성신호 및 부가신호가 고주파 송신부(44)에 의해 고주파신호로 변환된 후, 상기 파워앰프모듈(45)에 의해 외부로 송출하는데 적당한 수준으로 증폭처리된 다음 듀플렉서(46) 및 안테나(ANT)를 통해 기지국측으로 송출된다. 이때, 상기 파워앰프모듈(45)은 상기 3.4V의 구동전압(VCC)을 이용하여 상기 입력신호를 요구된 송출전력으로 출력하게 된다.

한편, 도 5는 상기 직류/직류 변환기(42)의 상세 블록도를 나타낸 것으로, 이를 참조하여 이의 작용을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

상기 중앙처리장치(43)는 상기 파워앰프모듈(45)이 기지국에서 요구된 송출전력을 출력하는데 필요한 레벨(예:3.4V)의 구동전압(VCC)이 공급되도록 하기 위한 디지털신호를 출력하고, 이는 D/A변환기(43A)를 통해 아날로그의 기준전압(V_ref)으로 변환되어 차동증폭기(42A)의 일측단자에 공급된다. 이때, 상기 차동증폭기(42A)는 피드백부(42D)를 통해 피드백되는 파워앰프모듈(45)의 구동전압(VCC)의 레벨을 상기 기준전압(V_ref)의 레벨과 비교하여 그에 따른 차동증폭신호(A)를 출력한다.

그리고, 펄스폭변조 제어기(42B)는 도 6의 (a),(b)에서와 같이 상기 차동증폭신호(A)의 레벨과 톱니파 펄스(B)를 비교하여 그 차동증폭신호(A)의 레벨에 상응되는 듀티비를 갖는 펄스폭 변조신호(C)를 출력한다. 그리고, 스위칭부(42C)에서는 상기 펄스폭변조신호(C)로 내부의 스위칭소자인 모스트랜지스터를 턴온시켜 그에 따른 출력전압이 발생되고, 이는 인덕터(L1) 및 콘덴서(C1)를 통해 파워앰프모듈(45)의 구동전압(VCC)으로 공급된다.

결국, 상기 중앙처리장치(43)에서 출력되는 디지털신호 값과 상기 피드백되는 신호 값의 차가 클수록 상기 차동증폭신호(A)의 값이 커지게 되고, 이 값이 커질수록 상기 펄스폭변조신호(C)의 듀티비가 작아지게 되며, 이에 따라 스위칭부(42C)의 출력전압이 낮아지고, 이에 의해 파워앰프모듈(45)의 구동전압(VCC)이 낮아지게 된다. 즉, 상기 파워앰프모듈(45)의 구동전압(VCC)이 중앙처리장치(43)에서 출력되는 디지털신호 값에 추종되어 목표치로 조정된다.

상기 펄스폭변조신호(C)의 주기를 "T"라 하고, 이의 온 구간을 "Ton"이라 할 때 상기 스위칭부(42C)의 출력전압(Vout)은 다음의 [수학식1]로 표현된다.

참고로, 상기 인덕터(L1)는 스위칭부(42C)의 스위칭소자가 온될 때 에너지를 저장하였다가 오프 시 그 에너지를 파워앰프모듈(45)측으로 전달하기 위해 전류원으로 사용된 것이다.

한편, 비교부(41B)는 상기 배터리전압(V_BAT)과 상기 파워앰프모듈(45)의 구동전압(VCC)이 서로 같아지는 순간을 검출하여, 이때부터 상기 직류/직류 변환기(42)의 구동을 중지시키고, 그 배터리전압(V_BAT)이 로드스위치부(41)를 통해 직접 그 구동전압(VCC)으로 공급되도록 하기 위해 사용된 것이다. 이와 같이 하는 이유는 배터리전압(V_BAT)을 상승시키기 위한 직류/직류 변환기를 사용하지 않고도, 하강시키기 위한 직류/직류 변환기(42)만을 사용하여 상기 파워앰프모듈(45)에서 필요로 하는 구동전압(VCC)을 공급하기 위함이다.

도 7 및 도 8은 상기 중앙처리장치(43)가 기지국측에서 요구하는 송출전력을 상기와 같은 경로를 통해 인식한 후 상기 D/A변환기(43A)를 통해 해당 레벨의 기준전압(V_ref)이 출력되도록 하여 그에 따른 출력전압이 상기 파워앰프모듈(45)의 구동전압(VCC)으로 공급되는 것을 나타낸 것이다.

또한, 도 9는 상기 파워앰프모듈(45)의 소모전력 측정 데이터를 나타낸 것으로, 구동전압이 낮을수록 소모전력(W)이 낮게 나타남을 알 수 있다. 도 10은 종래의 휴대폰과 직류/직류 변환기를 채용한 본 발명의 휴대폰에서 구동전압, 온도, 배터리 사용시간을 비교한 것으로, 상기 파워앰프모듈(45)의 구동전압(VCC)을 상기와 같이 적절히 하강시켜 공급함으로써, 종래에 비하여 온도가 낮고 배터리 사용시간이 증가되었음을 알 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 파워앰프모듈의 구동전압이 시스템에서 요구되는 최적의 레벨로 공급되도록, 직류/직류 변환기를 이용하여 배터 리 전압의 레벨을 적절히 조정함으로써, 배터리의 수명이 최대한 연장되는 효과가 있다.

또한, 파워앰프모듈의 열 발생이 억제되어 시스템을 안정되게 구동시킬 수 있게 되고, 사용자에게 제품에 대한 신뢰감을 줄 수 있는 효과가 있다.

Claims

휴대폰의 배터리전압이 시스템에서 요구되는 레벨을 만족할 때, 온되어 그 배터리전압을 그대로 파워앰프모듈의 구동전압으로 공급하는 로드스위치부와;

상기 배터리전압이 시스템에서 요구되는 레벨을 벗어날 때, 후술할 중앙처리장치측으로부터 입력되는 제어신호에 따라 펄스폭변조 제어방식으로 그 배터리전압을 시스템에서 요구하는 레벨로 변환시켜 상기 파워앰프모듈의 구동전압으로 공급하는 직류/직류 변환기와;

기지국에서 요구된 송출전력이 출력되도록 하기 위한 제어신호를 상기 직류/직류 변환기측으로 출력하는 중앙처리장치와;

상기 로드스위치부 또는 직류/직류 변환기를 통해 공급되는 구동전압을 공급받고, 고주파 송신부로부터 입력되는 신호를 외부로 송출하는데 적당한 수준으로 증폭하여 출력하는 파워앰프모듈을 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 휴대폰의 파워앰프모듈 전원회로.
제1항에 있어서, 로드스위치부는 로드스위치부나 직류/직류 변환기의 펄스폭변조 제어부를 선택적으로 온시키기 위하여, 배터리전압과 파워앰프모듈의 구동전압을 비교하는 비교부를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 휴대폰의 파워앰프모듈 전원회로.
삭제
제1항에 있어서, 직류/직류 변환기는,

피드백부를 통해 피드백되는 파워앰프모듈의 구동전압과 상기 중앙처리장치측에서 출력되는 기준전압의 레벨을 비교하여 그에 따른 차동증폭신호를 출력하는 차동증폭기와;

상기 차동증폭신호의 레벨과 톱니파 펄스를 비교하여 그 차동증폭신호의 레벨에 상응되는 듀티비를 갖는 펄스폭 변조신호를 출력하는 펄스폭변조 제어기와;

상기 펄스폭변조신호의 주기로 내부의 스위칭소자를 턴온시켜 그에 따른 출력전압이 발생되도록 하는 스위칭부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 휴대폰의 파워앰프모듈 전원회로.
제4항에 있어서, 스위칭 소자는 모스트랜지스터인 것을 특징으로 하는 휴대폰의 파워앰프모듈 전원회로.
제4항에 있어서, 스위칭부는 상기 펄스폭변조신호의 듀티비에 상응되는 전압을 출력하도록 구성된 것을 특징으로 하는 휴대폰의 파워앰프모듈 전원회로.
제1항에 있어서, 중앙처리장치는 수신된 신호의 소정 비트에 포함되어 있는 정보를 근거로 하여, 기지국에서 요구된 송출전력을 인식하는 것을 특징으로 하는 휴대폰의 파워앰프모듈 전원회로.