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KR100937308B1 - 전력 증폭기 출력 전력의 정밀 제어를 위한 전력 제어 회로 - Google Patents

전력 증폭기 출력 전력의 정밀 제어를 위한 전력 제어 회로 Download PDF

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KR100937308B1
KR100937308B1 KR1020077012869A KR20077012869A KR100937308B1 KR 100937308 B1 KR100937308 B1 KR 100937308B1 KR 1020077012869 A KR1020077012869 A KR 1020077012869A KR 20077012869 A KR20077012869 A KR 20077012869A KR 100937308 B1 KR100937308 B1 KR 100937308B1
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KR
South Korea
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power
control circuit
voltage
amplifier
power amplifier
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데이비드 에스. 리플리
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스카이워크스 솔루션즈, 인코포레이티드
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Abstract

예시적인 실시예에 따르면, 증폭기 모듈은 전력 제어 회로를 포함한다. 증폭기 모듈은, 전력 제어 회로에 결합된 전력 증폭기를 더 포함하고, 전력 제어 회로로부터 공급 전류를 인출하고 공급 전압을 수신하도록 구성된다. 전력 제어 회로는 공급 전류의 미러 전류인 센스 전류와 공급 전압의 곱을 제어함으로써 전력 증폭기에 제공된 DC 전력을 제어하도록 구성된다. 전력 제어 회로는 센스 전류와 공급 전압의 곱에 대응하는 피드백 전압을 포함한다. 전력 제어 회로는 센스 전류와 공급 전압을 수신하여 피드백 전압을 생성하도록 구성된 아날로그 승산 회로를 더 포함한다. 전력 제어 회로는 피드백 전압을 제어 전압에 비교하도록 구성된 차동 에러 증폭기를 더 포함한다.
전력 증폭기, 전력 제어 회로, 차동 에러 증폭기, 피드백 회로, 아날로그 승산 회로, 부하, 센스 전류

Description

전력 증폭기 출력 전력의 정밀 제어를 위한 전력 제어 회로{POWER CONTROL CIRCUIT FOR ACCURATE CONTROL OF POWER AMPLIFIER OUTPUT POWER}
본 발명은 일반적으로 전기 회로 분야에 관한 것으로, 특히 전력 증폭기 분야에 관한 것이다.
무선 핸드셋(wireless handsets) 등의 통신 장치의 송신부(transmitter section)에 이용되는 전력 증폭기는 온도 및 공급 전압의 변동(variation), 그리고 부하 임피던스(load impedance)의 변동 등과 같이 넓은 동작 조건의 변화 하에서 동작되어야 한다. 이러한 가변적인 동작 조건 및 부하 임피던스 하에서, 전력 증폭기가 일정한 출력 전력을 유지하는 것이 매우 바람직하다. 결과적으로, 전력 증폭기의 출력 전압을 제어하기 위해 다양한 기술이 채용 및 시도되었다.
그러나, 전력 증폭기의 출력 전압을 제어하기 위한 현재의 기술에는 많은 단점이 있다. 일례로, 콜렉터(collector) 전압 또는 콜렉터 전류 등과 같이, 전력 증폭기로 공급되는 전압 또는 전류를 제어함으로써 출력 전력을 간접적으로 제어하는 기술은 동작 조건의 변화에 대해 적당한 보상을 제공하지만, 바람직하지 않게도 부하에 전달되는 전력을 상당히 변동시켜 버린다. 예컨대, 전술한 전압 또는 전류 제어 기술에 있어서, 전력 증폭기에 의해 부하에 전달되는 전력은 부하의 임피던스 변화에 따라 10.0dB(decibels)만큼 변화될 수 있다.
종래의 다른 해결책(approach)에서는, 대략 10.0dB 보다 큰 지향성(directivity)을 갖는 커플러(coupler)를 부하에 전달된 출력 전력에 결합하여 감지하는 것이 실시되었다. 그러나, 이 해결책은 전력 증폭기의 출력 전력을 검출 및 제어하기 위해 RF 회로를 필요로 하여, 비용을 증가시키고 회로 설계를 복잡하게 한다. 또한, 이 해결책은 전력 증폭기에 의해 생성된 RF 출력 신호에서의 바람직하지 않은 신호 변동을 유발할 수 있어, 이를 바로잡기 위해 시스템 레벨의 캘리브레이션을 요구한다.
따라서, 전력 증폭기의 출력 전압을 정밀하게 제어할 수 있는 비용-효율이 높은 전력 제어 회로가 요구된다.
본 발명은 전력 증폭기 출력 전력을 정밀하게 제어하기 위한 전력 제어 회로에 관한 것이다. 본 발명은 본 기술분야에서 전력 증폭기의 출력 전압을 정밀하게 제어하는 높은 비용-효율에 대한 필요성에 입각하여 이를 해결한다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 증폭 모듈(amplification module)은 전력 제어 회로를 포함한다. 증폭 모듈은 상기 전력 제어 회로에 결합된 전력 증폭기를 더 포함하고, 여기서 전력 증폭기는 전력 제어 회로로부터 공급 전류를 인출(draw)하고, 공급 전압을 수신하도록 구성된다. 예를 들면, 공급 전압은 전력 증폭기의 콜렉터 전압일 수도 있다. 예를 들면, 공급 전류는 전력 증폭기의 콜렉터 전류일 수도 있다. 전력 제어 회로는 센스 전류(SENSE current)와 공급 전압의 곱(product)을 제어함으로써 전력 증폭기로 제공된 DC 전력을 제어하도록 구성된다. 센스 전류는 공급 전류의 미러 전류(mirror)이다.
이 예시적인 실시예에 따르면, 전력 제어 회로는 피드백 전압을 포함하고, 여기서 피드백 전압은 센스 전류와 공급 전압의 곱에 대응한다. 전력 제어 회로는 아날로그 멀티플라이어 회로(multipliler circuit: 이하 "승산 회로"라고 함)를 더 포함하고, 여기서 아날로그 승산 회로는 센스 전류와 공급 전압을 수신하고, 피드백 전압을 생성하도록 구성된다. 전력 제어 회로는 차동 에러 증폭기(differential error amplifier)를 더 포함하고, 여기서 차동 에러 증폭기는 피드백 전압을 제어 전압에 비교하고, 피드백 전압과 제어 전압 사이의 차이에 대응하는 에러 전압을 생성하도록 구성된다. 전력 증폭기는 최종 출력단(final output stage)을 포함하고, 여기서 전력 제어 회로는 DC 전력을 전력 증폭기의 최종 출력단에만 제공한다. 예를 들면, 최종 출력단은 갈륨 비소 바이폴라 트랜지스터(이하 "GaAs 바이폴라 트랜지스터"라고 함)일 수 있다.
증폭 모듈은 전력 증폭기에 결합된 부하(load)를 더 포함하고, 여기서 전력 증폭기는 RF 출력 전력을 부하에 제공하고, 전력 제어 회로는 전력 증폭기에 제공된 DC 전력을 제어함으로써 RF 출력 전력을 제어한다. 본 발명의 다른 특징 및 이점은 당업자가 이하의 상세한 설명 및 첨부 도면을 참조함으로서 보다 명확해질 것이다.
도1은, 본 발명의 실시예에 따른, 예시적인 전력 증폭기에 결합된 예시적인 전력 제어 회로를 포함하는 예시적인 증폭 모듈의 회로도,
도2는 본 발명의 일실시예에 따른 RF 출력 전력 커브를 도시한 그래프,
도3은 본 발명의 일실시예에 따른 DC 전력 제어 응답 커브를 도시한 그래프이다.
본 발명은 전력 증폭기 출력 전력의 정밀한 제어를 위한 전력 제어 회로에 관한 것이다. 이하의 설명은 본 발명의 구현과 관련된 상세한 정보를 포함한다. 당업자는 본 출원서에 특정하여 거론된 것과 상이한 방식으로 본 발명이 구현될 수 있다는 것을 인정할 것이다. 또한, 본 발명의 일부 특정 항목은 본 발명을 명료하게 하기 위해 거론하지 않는다.
본 출원서에서의 도면 및 그 관련된 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시예에 지나지 않는다. 본 발명을 명료하게 하기 위해, 본 발명의 따른 실시예는 본 출원서에서 특정하여 설명하지 않고, 도면으로 특정하여 도시하지 않는다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른, 예시적인 전력 제어 회로를 포함하는 예시적인 증폭 모듈의 회로도를 도시한다. 도1에서 당업자에게 명백한 부분에 대한 도시는 생략한다. 증폭 모듈(100)은 전력 제어 회로(102), 인덕터(104), 전력 증폭기(106) 및 부하(108)를 포함한다. 증폭 모듈(100)은 셀룰러 핸드셋과 같은 무선 통신 장치에 이용될 수 있다. 증폭 모듈(100)의 전력 제어 회로(102)는, 예를 들면, 하나의 반도체 다이에서 제조 가능하다. 전력 제어 회로(102)는 차동 에러 증폭기(110), 아날로그 승산 회로(112) 및 트랜지스터(114,116)를 포함한다. 전력 증 폭기(106)는 전력 증폭기 구동단(driver stage)(구동단)(118), 전력 증폭기 출력단(output stage)(출력단)(120), 및 임피던스 정합 네트워크(122)를 포함한다. 전력 증폭기(106)는, 본 발명을 명료하게 하기 위해 도1에 도시하지 않았지만 다른 회로를 더 포함할 수 있다. 전력 증폭기(106)가 단 하나의 구동단(예를 들면, 구동단(118))을 구비한 것으로 도시되었지만, 임의 수의 구동단을 구비할 수 있다.
도1에 도시한 바와 같이, 전력 제어 회로(12)의 입력으로서도 기능하는 제어 전압(124)은 차동 에러 증폭기(110)의 음성 단자에 결합된다. 제어 전압(124)은, 전력 제어 회로(102)가 전력 증폭기(106)로 제공하는 DC 전력의 레벨을 결정하는데 이용되는 DC 기준 전압이다. 예시적으로, 제어 전압(124)은 대략 0.0V 내지 3.0V의 범위 내에 있다. 또한, 도1에 도시된 바와 같이, 아날로그 승산 회로(112)에 의해 생성된 피드백 전압(133)은 차동 에러 증폭기(110)의 양성 단자에 결합되고, 차동 에러 증폭기(110)의 출력은 노드(117)에서 트랜지스터(114,116)의 게이트 단자에 결합된다. 차동 에러 증폭기(110)는 차동 에러 증폭기(110)의 양성 단자에 입력된 피드백 전압(133)을 차동 에러 증폭기(110)는 차동 에러 증폭기(110)의 음성 단자에 입력된 제어 전압(124)에 비교하고, 피드백 전압(133)과 제어 전압(124) 사이의 차이에 대응하는 에러 전압을 출력한다. 차동 에러 증폭기(110)에 의해 출력된 에러 전압은 트랜지스터(114,116)을 적절하게 구동하기 위해 트랜지스터(114,116)의 게이트 단자에 결합된다.
또한, 도1에 도시한 바와 같이, 트랜지스터(114,116)의 소스 단자와, 차동 에러 증폭기(110)의 전압 입력 단자는 노드(128)에서 기준 전압(126)(예를 들면, VCC)에 결합된다. 일실시예에서, 기준 전압(126)은 배터리에 의해 제공될 수 있다. 또한, 도1에 도시한 바와 같이, 트랜지스터(114)의 드레인 단자는 아날로그 승산 회로(112)의 일측의 입력에 결합되고, 트랜지스터(116)의 드레인 단자는 아날로그 승산 회로(112)의 타측의 입력에 결합된다. 전력 제어 회로(102)의 출력인 노드(130)는 DC 공급 전압을 전력 증폭기(106)의 출력단(120)에 제공한다. 본 실시예에서, 노드(130)에서 제공된 DC 공급 전압은 콜렉터 전압이다. 다른 실시예에서, 노드(130)에서 제공된 DC 공급 전압은 콜렉터 전압 이외의 전압일 수 있다. 본 실시예에서, 트랜지스터(114,116)는 각각 PTET(p-channel field-effect transistors)일 수 있다. 다른 실시예에서, 트랜지스터(114,116)는 각각 NPN 트랜지스터이거나, 다른 적당한 종류의 트랜지스터일 수 있다.
도1에 도시한 바와 같이, 트랜지스터(114)의 게이트 단자는, 동작 동안, 트랜지스터(114)에 의해 제어되고 아날로그 승산 회로(112)에 의해 인출된 전류인 ISENSE(132)가 트랜지스터(116)에 의해 제어되고 전력 증폭기(106)의 출력단(120)에 의해 인출된 IC(134)에 직접적으로 비례하는 전류 미러 구성으로 트랜지스터(116)의 게이트 단자에 결합된다. 트랜지스터(114,116)에 의해 형성된 전류 미러는 K와 동일한 미러 비율을 가지며, 여기서 K는 트랜지스터(114)의 크기에 대한 트랜지스터(116)의 크기에 의해 결정된다. 예시적으로, K는 대략 300.0일 수 있다. 본 실시예에서 IC(134)는 전력 증폭기(106)의 출력단(120)에 의해 인출되는 콜렉터 전류이다. 다른 실시예에서, IC(134)는 콜렉터 전류 이외의 DC 공급 전류일 수 있다. 예시적으로, IC(134)는 대략 1.6A일 수 있다. 예시적으로, ISENSE(132)는 5.0mA일 수 있다.
아날로그 승산 회로(112)는 일측의 입력에서 IC(134)(예를 들면, 전력 증폭기(106)의 출력단(120)에 의해 인출된 콜렉터 전류)에 비례하는 ISENSE(132)를 수신하고, 타측의 입력에서 DC 공급 전압(예를 들면, 노드(130)에서 전력 증폭기(106)의 출력단(120)에 제공된 콜렉터 전압)을 수신하고, DC 공급 전압에 의해 승산된 ISENSE(132)의 곱에 대응하는 피드백 전압(133)을 생성하도록 구성될 수 있다. 노드(130)에서 ISENSE(132)와 DC 공급 전압의 곱은 전력 제어 회로(102)에 의해 전력 증폭기(106)의 출력단(120)에 제공되는 DC 전력에 비례한다.
또한, 도1에 도시한 바와 같이, RF 입력 신호("RF IN")(136)는 전력 증폭기(106)의 구동단(118)의 입력에 결합된다. 구동단(118)은 RF IN(136)을 수신 및 증폭하여, 출력단(120)의 트랜지스터(138)의 베이스 단자에 결합되는 구동 출력 RF 신호를 생성한다. 트랜지스터(138)의 베이스 단자는 전력 증폭기(106)의 출력단(120)으로의 입력으로서도 기능한다. 또한, 도1에 도시한 바와 같이, 인덕터(104)의 제2 단자는 노드(140)에서 트랜지스터(138)의 콜렉터 단자와 임피던스 정합 네트워크(122)의 제1 단자에 결합되고, 트랜지스터(138)의 에미터 단자는 그라운드(142)에 결합된다. 트랜지스터(138)은 NPN 전력 출력 트랜지스터일 수 있고, 예를 들면, GaAs를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 트랜지스터(138)는 GaAs 이 외의 재료를 포함할 수 있고, FET와 같은 NPN 이외의 전력 출력 트랜지스터일 수 있다. 전력 증폭기(106)의 최종 출력단(120)은 구동단(118)에 의해 출력된 RF 신호를 수신 및 증폭하여, RF 출력 신호(RF OUT)(144)를 생성한다. 출력단(120)은 콜렉터 전류(예를 들면, IC(134))를 인출하고 전력 제어 회로(102)로부터 콜렉터 전압(예를 들면, 노드(130)에서의 DC 전압)을 수신하도록 구성될 수 있다.
또한, 도1에 도시한 바와 같이, 임피던스 정합 네트워크(122)의 제2 단자는, 예를 들면, 안테나일 수 있는 부하(108)의 제1 단자에 결합된다. 임피던스 정합 네트워크(122)의 제2 단자는 전력 증폭기(106)의 출력으로서도 기능한다. 전력 증폭기(106)는 RF IN(136)을 수신 및 증폭하고, 콜렉터 전류(예를 들면, IC(134))를 인출하며, 출력단(120)에서 전력 제어 회로(102)로부터 콜렉터 전압(예를 들면, 노드(130)에서 DC 공급 전압)을 수신하고, RF OUT(144)를 출력하도록 구성될 수 있다. 도1에 더 도시한 바와 같이, 부하(108)의 제2 단자는 그라운드(142)에 결합된다.
이하, 전력 제어 회로(102)의 기능 및 동작에 대해서 설명한다. 전력 제어 회로(102)에서, 아날로그 승산 회로(112), 차동 에러 증폭기(110), 및 트랜지스터(114,116)를 포함하는 전류 미러 구성은, 노드(130)에서 IC(134)(예를 들면, 전력 증폭기(106)의 출력단(120)에 의해 인출된 콜렉터 전류)와 전력 증폭기(106)의 출력단(120)에 결합된 DC 공급 전압(예를 들면, 콜렉터 전압)의 곱과 동일한, 출력단(120)에 제공되는 DC 전력을 제어하기 위한 피드백 루프를 형성한다. 전술한 바와 같이, 아날로그 승산 회로(112)는 노드(130)에서 DC 공급 전압을 수신하고, IC(134)(예를 들면, 출력단(120)에 의해 인출된 콜렉터 전류)에 직접적으로 비례하는 ISENSE(132)를 수신하고, ISENSE(132)와 노드(130)에서의 DC 공급 전압의 곱에 대응하는 피드백 전압(133)을 생성하도록 구성된다. 차동 에러 증폭기(110)는 피드백 전압(133)을 제어 전압(124)에 비교하고, 전력 제어 회로(102)에 의해 전력 증폭기(106)의 출력단(120)에 전달되는 적당한 레벨의 DC 전력을 결정한다.
IC(134)(예를 들면, 출력단(120)에 의해 인출된 콜렉터 전류)가 증가하면, ISENSE(132)를 제어하는 트랜지스터(114)와 IC(134)를 제어하는 트랜지스터(116)가 전류 미러 구성으로 결합되어 있기 때문에, IC(134)의 증가는 ISENSE(132)의 비례적인 증가를 유발한다. IC(134)의 증가는 노드(130)에서의 DC 공급 전압의 증가를 유발하고, ISENSE(132)와 노드(130)에서의 DC 공급 전압의 곱에 대응하는 피드백 전압(133) 또한 증가한다. 피드백 전압(133)이 제어 전압(124) 보다 커지도록 IC(134)가 충분이 증가하면, 차동 에러 증폭기(110)는 피드백 전압(133)과 제어 전압(124) 사이의 차이에 비례하는 양성의 에러 전압을 생성한다. 양성의 에러 전압은, IC(134)(예를 들면, 출력단(120)에 의해 인출된 콜렉터 전류)의 적당한 감소를 유발하도록 구성된 트랜지스터(116)의 게이트에 인가된다. IC(134)의 감소는 노드(130)에서 DC 공급 전압의 감소를 유발한다. ISENSE(132)는 IC(134)의 미러 전류이기 때문에, IC(134)의 감소는 ISENSE(132)는 비례하여 감소된다. 결과적으로, ISENSE(132)와 노드(130)에서의 DC 공급 전압의 곱에 대응하는 피드백 전압(133) 역시 감소된다.
반대로, 피드백 전압(133)이 제어 전압(124)보다 작아 지도록 IC(134)가 충분히 감소되면, 차동 에러 증폭기(110)는 음성 에러 전압을 생성한다. 음성 에러 전압은 IC(134)를 적절하게 증가시키도록 구성된 트랜지스터(116)의 게이트에 인가된다. IC(134)의 증가는 노드(130)에서의 DC 공급 전압의 증가를 유발하고, ISENSE(132)가 비례적으로 증가하는 것을 유발한다. 결과적으로, ISENSE(132)와 노드(130)에서의 DC 공급 전압의 곱에 대응하는 피드백 전압(133) 또한 증가한다. 따라서, IC(134)의 증가 또는 감소 중 어느 하나에 적절하게 반응하는 것에 의해, 전술한 피드백 루프는 노드(130)에서의 DC 공급 전압(예를 들면, 출력단(120)으로 공급된 콜렉터 전압)을 조정하고, 전력 증폭기(106)의 출력단(120)에 제공된 DC 전력(예를 들면, 콜렉터 전류와 콜렉터 전압의 곱)을 제어한다.
배경기술로서, 전력 증폭기에 의해 부하에 전달된 RF 출력 전력은 전력 증폭기의 최종 출력단에 공급된 DC 전력과 대략 동일하고, 이는 RF 출력 전력의 넓은 변동에 거쳐 실질적으로 일정하게 유지하여 최종 출력단의 효율을 배가시킨다. 따라서, 전력 증폭기(106)의 최종 출력단인 출력단(120)에 공급된 DC 전력을 정밀하게 제어하기 위해 피드백 루프를 이용함으로써, 본 발명의 전력 제어 회로(예를 들면, 전력 제어 회로(102))는 전력 증폭기(106)에 의해 부하(108)에 제공된 RF 출력 전력을 정밀하게 제어한다. 본 발명에서는 전력 증폭기(106)의 최종 출력단에 공급된 DC 전력만이 부하(예를 들면, 부하(108))에 공급된 RF 출력 전력을 결정하기 때문에, 전력 증폭기(106)의 최종 출력단(예를 들면, 출력단(120))에 공급된 DC 전력만이 제어된다.
도2는 본 발명의 일실시예에 따른 RF 출력 전력 커브를 포함하는 예시적인 그래프(200)를 도시한다. 그래프(200)는 RF 출력 전력 축(202), 부하 위상 각도 축(204) 및 RF 출력 전력 커브(206,208,210)를 포함한다. 그래프(200)에서, RF 출력 전력 축(102)은 도1에서 전력 증폭기(106)에 의해 부하(108)에 공급된 RF 출력 전력의 예시적인 범위에 대응하는 반면, 부하 위상 각도 축(204)은 부하의 부하 임피던스의 예시적인 위상 각도 범위에 대응한다.
그래프(200)에서, RF 출력 전력 커브(206)는, 상이한 부하 임피던스 위상 각도하에서, 3:1의 전압 정재파비(VSWR)상에서, 전력 증폭기(106)에 의해 부하(108)에 전달된 RF 출력 전력에 대응하고, 여기서 부하(108)는 50.0ohms의 일정한 부하 임피던스를 갖는다. RF 출력 전력 커브(208)는 상이한 부하 임피던스 위상 각도하에서, 3:1의 전압 정재파비(WSWR) 상에서, 전력 증폭기(106)에 의해 부하(108)에 전달된 RF 출력 전력에 대응하고, 여기서 전력 증폭기(106)의 출력단(120)에 전달된 DC 전력은 전력 제어 회로(102)에 의해 제어된다. RF 출력 전력 커브(210)는 상이한 부하 임피던스 위상 각도하에서, 3:1의 전압 정재파비(WSWR) 상에서, 부하(108)에 전달된 전력 증폭기(106)의 RF 출력 전력에 대응하고, 전력 증폭기(106)의 출력단(120)의 콜렉터 전압만이 제어된다.
그래프(200)에 도시된 예에서, 이상적인 RF 출력 전력 커브에 대응하는 RF 출력 전력 커브(206)는 상이한 부하 임피던스 위상 각도 하에서 24.5dBm의 일정한 RF 출력 전력을 제공한다. 그래프(200)의 예에도 도시된 바와 같이, 전력 증폭기(106)의 출력단(120)의 콜렉터 전압만을 제어하는 종래의 전력 출력 제어에 대응하는 RF 출력 전력 커브(210)는 RF 출력 전력 커브(210)의 상부 피크(212)와 하부 피크(214) 사이에 대략 5.0dBm의 RF 출력 전력 변동이 발생된다. 그래프(200)의 예에 더 도시된 바와 같이, 본 발명의 전력 제어 회로에 의해 취득된 RF 출력 전력 커브에 대응하는 RF 출력 전력 커브(208)는 RF 출력 전력 커브(208)의 상부 피크(216)와 하부 피크(218) 사이에 대략 2.0dBm의 RF 출력 전력 변동을 제공한다.
따라서, 그래프(200)의 예에 도시된 바와 같이, 전력 증폭기(106)의 출력단(120)에 제공된 DC 전력을 제어함으로써, 본 발명의 전력 제어 회로(102)는 3:1의 정재파비 상에서 RF 출력 전력 변동을 대략 2.0dBm으로 제한한다. 반대로, 출력단(120)에 제공된 콜렉터 전류만을 제어하는 종래의 방식에 의하면, 3:1의 정재파비 상에서 RF 출력 전력은 대략 5.0dBm 만큼 변동되고, 이는 본 발명의 전력 제어 회로에 의해 취득되는 변동보다 상당히 크다.
도3은 본 발명의 일실시예에 따른 DC 전력 제어 응답 커브를 포함하는 예시적인 그래프(300)를 도시한다. 그래프(300)는 피크 RF 전압 축(302), DC 전력 축(304), 및 DC 전력 제어 응답 커브(306,308)를 포함한다. 그래프(300)에서, 피크 RF 전압 축(302)은 도1에서의 전력 증폭기(106)의 출력단(120)에 의해 생성된 RF OUT(144)의 피크 RF 전압의 예시적인 범위에 대응하는 반면, DC 전력 축(304)은 출 력단(120)에 제공된 DC 전력의 예시적인 범위에 대응한다.
그래프(300)에서, DC 전력 제어 응답 커브(306)는, RF OUT(144)의 피크 RF 전압(예를 들면, 전력 증폭기(106)의 출력단(120)에 의해 생성된 RF 출력 신호)와 출력단(120)에 제공된 DC 전력 사이의 선형 관계를 도시하는 이상적인 DC 전력 제어 응답 커브에 대응한다. DC 전력 제어 응답 커브(308)는 아날로그 승산 회로(112)의 출력(예를 들면, 피드백 전압(133))이 차동 에러 증폭기(110)의 양성 단자에 직접적으로 인가되는, 도1의 본 발명의 실시예에 대응한다. 그래프(300)에 도시한 바와 같이, DC 전력 제어 응답 커브(308)는 RF OUT(144)의 피크 RF 전압과 전력 증폭기(106)의 출력단(120)에 제공된 DC 전력 사이의 비-선형 관계를 도시한다. 도1에서의 본 발명의 실시예에서, 전력 증폭기(106)의 출력단(120)에 제공된 DC 전력은 제어 전압(124)에 직접적으로 비례한다. 결과적으로, RF OUT(144)의 피크 RF 전압은 제어 전압(124)에 대해 비-선형 관계를 갖는다.
일실시예에서, 일부 어플리케이션에서 바람직한, RF OUT(144)의 피크 RF 전압과 전력 제어 회로(102)에 의해 출력단(120)에 제공된 DC 전력 사이에 실질적으로 선형인 관계를 취득하기 위해, 스퀘어 로우 디스토션 회로(square law distortion circuit)가 아날로그 승산 회로(112)와 차동 에러 증폭기(110)의 양성 단자 사이에 추가될 수 있다. 그런 실시예에서, 스퀘어 로우 디스토션 회로는 피드백 전압(133)을 수신하고, 차동 에러 증폭기(110)의 양성 단자에 인가되는 피드백 전압(133)의 스퀘어-로우 함수인 출력 전압을 생성하도록 구성될 수 있다.
따라서, 전술한 바와 같이, 전력 증폭기의 최종 출력단에 의해 인출된 DC 공 급 전류의 미러 전류와 최종 출력단에 제공된 DC 공급 전압의 곱에 대응하는 피드백 전압을 포함하는 피드백 루프를 이용함으로써, 본 발명의 전력 제어 회로는 전력 증폭기의 최종 출력단에 제공된 DC 전력을 유리하게 제어할 수 있다. 전력 증폭기의 최종 출력단에 제공된 DC 전력을 정밀하게 제어함으로써, 본 발명의 전력 제어 회로는 전력 증폭기에 의해 부하로 공급된 RF 출력 전력의 정밀한 제어를 달성할 수 있다.
추가적으로, 본 발명의 전력 제어 회로는, 전력 증폭기에 공급된 콜렉터 전압만을 제어하는 종래의 전력 제어 회로에 비해, 전력 증폭기에 의해 부하로 공급된 RF 출력 전력의 변동을 상당히 감소시킬 수 있다. 게다가, 본 발명의 전력 제어 회로는 비용-효율이 좋고, 복잡한 RF 커플링 및 검출 회로를 필요로 하지 않는다.
본 발명의 전술한 설명으로부터, 본 발명의 범위 내에서 본 발명의 컨셉을 구현하기 위해 다양한 기술이 이용될 수 있다는 것은 명확하다. 또한, 본 발명은 특정 실시예에 대해서만 설명하였지만, 본 발명의 범위 내에서 각종 변경이 이루어질 수 있다는 것을 당업자에게 자명하다. 따라서, 전술한 실시예는 제한적인 것은 아니며 예시적인 것으로 간주되어야 한다. 본 발명은 본 명세서에서 설명한 특정 실시예로 제한되지 않고, 본 발명의 범위 내에서 각종 변경 및 변형이 가능하다.
이상, 전력 증폭기 출력 전력의 정밀 제어를 위한 전력 제어 회로를 설명하였다.

Claims (20)

  1. 전력 제어 회로; 및
    상기 전력 제어 회로에 결합되고, 상기 전력 제어 회로로부터 공급 전류를 인출하고, 공급 전압을 수신하도록 구성된 전력 증폭기를 포함하고,
    상기 전력 제어 회로는, 센스 전류와 상기 공급 전압의 곱(product)을 제어하는 것에 의해 상기 전력 증폭기에 제공된 DC 전력을 제어하도록 구성되며,
    상기 전력 제어 회로는 피드백 전압을 포함하고, 상기 피드백 전압은 상기 센스 전류와 상기 공급 전압의 상기 곱에 대응하며,
    상기 센스 전류는 상기 공급 전류의 미러 전류(mirror current)이고,
    상기 전력 제어 회로는 아날로그 승산 회로(analog multiplier circuit); 및 차동 에러 증폭기(differential error amplifier)를 더 포함하고,
    상기 아날로그 승산 회로는 상기 센스 전류와 상기 공급 전압을 수신하여 상기 피드백 전압을 생성하도록 구성되며,
    상기 차동 에러 증폭기는 상기 피드백 전압을 제어 전압에 비교하여, 상기 피드백 전압과 상기 제어 전압 사이의 차이에 대응하는 에러 전압을 생성하도록 구성된 것을 특징으로 하는,
    증폭 모듈.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 공급 전압은 상기 전력 증폭기의 콜렉터 전압인 것을 특징으로 하는
    증폭 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 공급 전류는 상기 전력 증폭기의 콜렉터 전류인 것을 특징으로 하는
    증폭 모듈.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전력 증폭기는 최종 출력단(final output stage)을 포함하고, 상기 파워 제어 회로는 상기 DC 전력을 상기 전력 증폭기의 상기 최종 출력단에만 제공하는 것을 특징으로 하는
    증폭 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 증폭 모듈은 상기 전력 증폭기에 결합된 부하(load)를 더 포함하고,
    상기 전력 증폭기는 상기 부하에 RF 출력 전력을 제공하고, 상기 전력 제어 회로는 상기 전력 증폭기로 제공된 상기 DC 전력을 제어함으로써 상기 RF 출력 전력을 제어하는 것을 특징으로 하는
    증폭 모듈.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 최종 출력단은 GaAs 바이폴라 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는
    증폭 모듈.
  11. 전력 증폭기에 결합되는 전력 제어 회로로서,
    상기 전력 증폭기로 제공되는 공급 전압 및 공급 전류;
    상기 공급 전압과 센스 전류를 수신하여, 상기 공급 전압과 상기 센스 전류의 곱에 대응하는 피드백 전압을 생성하도록 구성된 아날로그 승산 회로; 및
    차동 에러 증폭기(differential error amplifier)를 포함하고,
    상기 전력 제어 회로는 상기 피드백 전압을 제어함으로써 상기 전력 증폭기에 제공된 DC 전력을 제어하도록 구성되며,
    상기 센스 전류는 상기 공급 전류의 미러 전류이고,
    상기 차동 에러 증폭기는 상기 피드백 전압을 제어 전압에 비교하여, 상기 피드백 전압과 상기 제어 전압 사이의 차이에 대응하는 에러 전압을 생성하도록 구성된 것을 특징으로 하는,
    전력 제어 회로.
  12. 삭제
  13. 제11항에 있어서,
    상기 공급 전압은 상기 전력 증폭기의 콜렉터 전압인 것을 특징으로 하는
    전력 제어 회로.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 공급 전류는 상기 전력 증폭기의 콜렉터 전류인 것을 특징으로 하는
    전력 제어 회로.
  15. 삭제
  16. 제11항에 있어서,
    상기 차동 에러 증폭기에 전류 미러 구성으로 결합된 제1 트랜지스터 및 제2 트랜지스터를 더 포함하고,
    상기 제1 트랜지스터는 상기 센스 전류를 제어하고, 상기 제2 트랜지스터는 상기 공급 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는
    전력 제어 회로.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 전력 증폭기는 최종 출력단을 포함하고,
    상기 전력 제어 회로는 상기 DC 전력을 상기 전력 증폭기의 상기 최종 출력단에만 제공하는 것을 특징으로 하는
    전력 제어 회로.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 전력 증폭기는 부하에 결합되고, 상기 전력 증폭기는 상기 부하에 RF 출력 전력을 제공하고, 상기 전력 제어 회로는 상기 전력 증폭기에 제공된 상기 DC 전력을 제어함으로써 상기 RF 출력 전력을 제어하는 것을 특징으로 하는
    전력 제어 회로.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 제1 트랜지스터는 PFET인 것을 특징으로 하는
    전력 제어 회로.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 제2 트랜지스터는 PFET인 것을 특징으로 하는
    전력 제어 회로.
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