KR20020014253A

KR20020014253A - 바이어스 전압 조정이 가능한 전력 증폭 회로

Info

Publication number: KR20020014253A
Application number: KR1020000047429A
Authority: KR
Inventors: 오영민; 소재웅; 신호균
Original assignee: 송문섭; 주식회사 현대큐리텔
Priority date: 2000-08-17
Filing date: 2000-08-17
Publication date: 2002-02-25

Abstract

본 발명은 스퓨리어스 파워 특성이 중요한 전자 및 통신 시스템에서 전력 증폭기의 입력신호를 검출하여 입력신호의 크기 및 주파수에 따라 전력 증폭기의 바이어스 전압을 조정함으로써 스퓨리어스 파워 특성을 개선하고, 전류 소모를 줄일 수 있도록 한 바이어스 전압 조정이 가능한 전력 증폭 회로에 관한 것으로, 전력 증폭기로 입력되는 신호의 크기 및 주파수를 검출하여 전력 증폭기의 바이어스 전압을 조정하기 위한 제어신호를 출력하는 신호 검출부와, 상기 신호 검출부에서 출력되는 제어신호를 커플링하는 캐패시터와, 다이오드, 저항, 캐패시터로 이루어져 상기 캐패시터에 의해 커플링된 신호 검출부의 출력신호를 직류 성분의 제어신호로 변환하는 평활부와, 상기 평활부에서 변환된 직류 성분의 제어신호에 따라 바이어스 전압을 출력하는 가변 정전원 공급장치와, 상기 가변 정전원 공급장치에서 출력되는 바이어스 전압에 따라 입력되는 신호의 전력을 증폭하는 전력 증폭기로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

바이어스 전압 조정이 가능한 전력 증폭 회로 {POWER AMPLIFICATION CIRCUIT ABLE TO BIAS VOLTAGE MEDIATION}

본 발명은 바이어스 전압 조정이 가능한 전력 증폭 회로에 관한 것으로, 특히 스퓨리어스 파워(Spurious Power) 특성이 중요한 전자 및 통신 시스템에서 전력 증폭기의 입력신호를 검출하여 입력신호의 크기 및 주파수에 따라 전력 증폭기의바이어스(Bias) 전압을 조정함으로써 스퓨리어스 파워 특성을 개선하고, 전류 소모를 줄일 수 있도록 한 바이어스 전압 조정이 가능한 전력 증폭 회로에 관한 것이다.

종래 전자 및 통신 시스템에서는 각 입력신호에 대한 이득을 조절하기 위해 전력 증폭 회로를 사용하고 있는데, 특히 통신 시스템의 경우에는 도 1에 도시된 바와 같이 전력 증폭기(2)의 전단에 구성된 가변 이득 증폭기(1)를 이용하여 각 채널별 입력신호에 대한 이득을 조절함으로써 채널별 스퓨리어스 파워 특성을 조절하였다.

일반적으로 전력 증폭기(2)는 설계된 주파수 대역중 고주파 대역에서 스퓨리어스 특성이 좋지 않으며, 선형 영역에서 바이어스를 잡아 주어야 스퓨리어스 특성이 좋아진다.

따라서, 전력 증폭기(2)를 선형 영역에서 동작시키기 위해서는 바이어스 전압을 높게 잡아 주어야 하는데, 이때 바이어스 전압을 높게 잡아 주게 되면 전류 소모가 증가하는 문제점이 있었다.

즉, 전력 증폭기(2)의 경우 스퓨리어스 특성과 소모 전류가 상보적인 관계에 있기 때문에 전력 증폭기(2)의 바이어스를 고주파 대역에 맞추어 설계할 경우 과다하게 바이어스 전압을 높게 잡아 주므로 전류 소모가 증가할 수밖에 없다.

그리고, 전력 증폭기(2)는 입력신호의 크기가 커질수록 선형성이 좋지 않아 스퓨리어스 특성도 좋지 않다.

따라서, 고전력 신호의 스퓨리어스 특성을 좋게 하기 위해 바이어스 전압을높게 잡아 주어야 하는데, 종래 전력 증폭 회로의 경우에는 상기 전력 증폭기(2)의 바이어스 전압을 고전력에 맞추어 고정되게 잡아 주었다.

상기와 같이 종래에는 전력 증폭 회로에서 전력 증폭기(2)의 바이어스 전압이 고전력에 맞추어 고정되어 있기 때문에 저전력 신호의 증폭에 있어서 과다하게 전류를 소모하였다.

즉, 종래 전력 증폭기(2)의 바이어스 전압이 고정되어 있기 때문에 입력신호의 크기 및 주파수에 상관없이 전력 증폭기(2)에서 일정하게 불필요한 전류 소모를 하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 스퓨리어스 파워 특성이 중요한 전자 및 통신 시스템에서 전력 증폭기의 입력신호를 검출하여 입력신호의 크기 및 주파수에 따라 전력 증폭기의 바이어스 전압을 조정함으로써 전 주파수 대역에서의 스퓨리어스 파워 특성을 균일하게 조절할 수 있고, 전류 소모를 줄일 수 있도록 한 바이어스 전압 조정이 가능한 전력 증폭 회로를 제공하는데 있다.

도 1은 종래 통신 시스템의 전력 증폭 회로도,

도 2는 본 발명의 바이어스 전압 조정이 가능한 전력 증폭 회로도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 신호 검출부 11 : 부궤환 증폭기

20 : 평활부 30 : 가변 정전원 공급장치

30 : 전력 증폭기 R1 : 입력 저항

R2 : 피드백 저항 R3 : 저항

Lf : 피드백 인덕터 C1∼C4 : 캐패시터

D1 : 다이오드

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바이어스 전압 조정이 가능한 전력 증폭 회로는, 전력 증폭기로 입력되는 신호의 크기 및 주파수를 검출하여 전력 증폭기의 바이어스 전압을 조정하기 위한 제어신호를 출력하는 신호 검출부와, 상기 신호 검출부에서 출력되는 제어신호를 커플링하는 캐패시터와, 다이오드, 저항, 캐패시터로 이루어져 상기 캐패시터에 의해 커플링된 신호 검출부의 출력신호를 직류 성분의 제어신호로 변환하는 평활부와, 상기 평활부에서 변환된 직류 성분의 제어신호에 따라 바이어스 전압을 출력하는 가변 정전원 공급장치와, 상기 가변 정전원 공급장치에서 출력되는 바이어스 전압에 따라 입력되는 신호의 전력을 증폭하는 전력 증폭기로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 바이어스 전압 조정이 가능한 전력 증폭 회로의 구성 및 동작을 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 바이어스 전압 조정이 가능한 전력 증폭 회로도로서, 캐패시터(C1)를 거쳐 전력 증폭기로 입력되는 신호의 크기 및 주파수를 검출하여 전력 증폭기의 바이어스 전압을 조정하기 위한 제어신호를 출력하는 신호 검출부(10)와, 상기 신호 검출부(10)에서 출력되는 제어신호를 커플링하는 캐패시터(C2)와, 다이오드(D1), 저항(R3), 캐패시터(C3)로 이루어져 상기 캐패시터(C2)에 의해 커플링된 신호 검출부(10)의 출력신호를 직류 성분의 제어신호로 변환하는 평활부(20)와, 상기 평활부(20)에서 변환된 직류 성분의 제어신호에 따라 바이어스 전압(V_bias)을 출력하는 가변 정전원 공급장치(30)와, 상기 가변 정전원 공급장치(30)에서 출력되는 바이어스 전압에 따라 입력되는 신호의 전력을 증폭하여 캐패시터(C4)로 출력하는 전력 증폭기(40)로 구성된다.

상기 신호 검출부(10)는 상기 전력 증폭기(40)로 입력되는 신호의 일부분을 입력하기 위한 입력 저항(R1)과, 상기 입력 저항(R1)의 일단이 반전단자(-)에 연결되어 입력 저항(R1)을 통해 입력되는 신호의 주파수에 따라 이득이 결정되어 바이어스 전압을 조정하기 위한 제어신호를 출력하는 부궤환 증폭기(11)와, 상기 부궤환 증폭기(11)의 출력단과 상기 입력 저항(R1)의 일단에 각각 병렬로 연결되어 피드백 경로의 임피던스를 결정하는 피드백 저항(R2) 및 피드백 인덕터(Lf)로 이루어진다.

이때, 상기 부궤환 증폭기(11)의 이득은 입력 저항(R1)과 피드백 저항(R2) 및 피드백 인덕터(Lf)에 따라 결정되며, 입력 저항(R1)은 상기 전력 증폭기(40)로 입력되는 신호의 전력 손실을 최소화할 수 있을 만큼의 큰 값으로 정해진다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 바이어스 전압 조정이 가능한 전력 증폭 회로의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 신호 검출부(10)에서 입력저항(R1)을 통해 캐패시터(C1)를 거쳐 전력 증폭기(40)로 입력되는 신호의 일부분을 입력한 후, 부궤환 증폭기(11)의 반전단자(-)로 출력하면, 부궤환 증폭기(11)는 입력 저항(R1)을 통해 입력되는 신호의 주파수에 따라 이득을 결정하여 바이어스 전압을 조정하기 위한 제어신호를 출력한다.

즉, 주파수 측면에서 고주파 성분의 신호가 입력되면 피드백 저항(R2)과 피드백 인덕터(Lf)의 병렬 임피던스로 결정되는 피드백 경로의 임피던스가 커져 피드백이 적어지고, 이에 따라 부궤환 증폭기(11)의 이득이 증가하여 바이어스 전압을 조정하기 위한 제어신호의 크기가 커진다.

반대로, 저주파 성분의 신호가 입력되면 피드백 경로의 임피던스가 작아져피드백이 커지고, 이에 따라 부궤환 증폭기(11)의 이득이 감소하여 바이어스 전압을 조정하기 위한 제어신호의 크기가 작아진다.

그리고, 크기 측면에서 고전력 성분의 신호가 입력되면 그 주파수에 있어서 부궤환 증폭기(11)의 이득이 증가함에 따라 바이어스 전압을 조정하기 위한 제어신호의 크기가 커지고, 저전력 성분의 신호가 입력되면 부궤환 증폭기(11)의 이득이 감소함에 따라 바이어스 전압을 조정하기 위한 제어신호의 크기도 작아진다.

상기와 같이 신호 검출부(10)에서 입력신호의 크기 및 주파수에 따라 바이어스 전압을 조정하기 위한 제어신호를 출력하면, 캐패시터(C2)를 통해 상기 제어신호를 커플링하여 평활부(20)로 출력한다.

이어, 평활부(20)는 다이오드(D1), 저항(R3), 캐패시터(C3)를 통해 상기 캐패시터(C2)에 의해 커플링된 신호 검출부(10)의 제어신호를 직류 성분의 제어신호로 변환하여 가변 정전원 공급장치(30)로 출력한다.

이후, 가변 정전원 공급장치(30)가 상기 평활부(20)에서 변환된 직류 성분의 제어신호에 따라 바이어스 전압(V_bias)을 발생하여 전력 증폭기(40)로 출력하면, 전력 증폭기(40)에서는 가변 정전원 공급장치(30)에서 출력되는 바이어스 전압에 따라 입력되는 신호의 전력을 증폭한다.

상기와 같이 본 발명은 입력신호가 고주파일 경우에는 전력 증폭기(40)의 바이어스 전압을 높게 잡아 전력 증폭기(40)를 선형 영역에서 동작하도록 함으로써 전력 증폭기(40)가 스퓨리어스 파워 특성에 최적으로 바이어스되도록 하고, 입력신호가 저주파일 경우에는 전력 증폭기(40)의 바이어스 전압을 낮게 잡아 소모 전류를 줄이도록 한다.

즉, 전력 증폭기(40)가 저주파 대역에서는 고주파 대역에 비해 선형성이 좋아 바이어스 전압을 낮게 잡아도 고주파 대역과 비슷한 선형성을 얻을 수 있으므로 전 주파수 대역에서 스퓨리어스 특성을 균일하게 조절할 수 있다.

그리고 입력신호의 크기가 작을 경우 전력 증폭기(40)의 바이어스 전압을 낮게 잡아 줌으로써 저전력 신호의 증폭에 있어서 과다한 전류 소모를 줄이도록 하고, 입력신호의 크기가 커질 경우 전력 증폭기(40)의 바이어스 전압을 높여 잡아 주도록 한다.

이상, 상기에서 설명한 바와 같이, 전력 증폭기로 입력되는 신호의 크기 및 주파수를 검출하여 고주파 성분이거나 고전력 성분의 입력신호인 경우에는 바이어스 전압을 높게 잡아 주고, 저주파 성분이거나 저전력 성분의 입력신호인 경우에는 바이어스 전압을 낮게 잡아 줌으로써 전 주파수 대역에서의 스퓨리어스 파워 특성을 균일하게 조절할 수 있고, 저주파 신호 및 저전력 신호에서의 과다한 전류 소모를 줄일 수 있게 되는 효과가 있다.

Claims

전력 증폭기로 입력되는 신호의 크기 및 주파수를 검출하여 전력 증폭기의 바이어스 전압을 조정하기 위한 제어신호를 출력하는 신호 검출부와,

상기 신호 검출부에서 출력되는 제어신호를 커플링하는 캐패시터와,

다이오드, 저항, 캐패시터로 이루어져 상기 캐패시터에 의해 커플링된 신호 검출부의 출력신호를 직류 성분의 제어신호로 변환하는 평활부와,

상기 평활부에서 변환된 직류 성분의 제어신호에 따라 바이어스 전압을 출력하는 가변 정전원 공급장치와,

상기 가변 정전원 공급장치에서 출력되는 바이어스 전압에 따라 입력되는 신호의 전력을 증폭하는 전력 증폭기로 구성되는 것을 특징으로 하는 바이어스 전압 조정이 가능한 전력 증폭 회로.
제1항에 있어서, 상기 신호 검출부가 전력 증폭기로 입력되는 신호의 일부분을 입력하기 위한 입력 저항과, 상기 입력 저항의 일단이 반전단자에 연결되어 입력 저항을 통해 입력되는 신호의 주파수에 따라 이득이 결정되어 바이어스 전압을 조정하기 위한 제어신호를 출력하는 부궤환 증폭기와, 상기 부궤환 증폭기의 출력단과 상기 입력 저항의 일단에 각각 병렬로 연결되어 피드백 경로의 임피던스를 결정하는 피드백 저항 및 피드백 인덕터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 바이어스 전압 조정이 가능한 전력 증폭 회로.
제2항에 있어서, 상기 입력 저항이 전력 증폭기로 입력되는 신호의 전력 손실을 최소화할 수 있을 만큼의 큰 값으로 정해지는 것을 특징으로 하는 바이어스 전압 조정이 가능한 전력 증폭 회로.
제1항에 있어서, 상기 전력 증폭기로 입력되는 신호의 주파수가 높아질수록 전력 증폭기의 바이어스 전압을 높여 잡아 주는 것을 특징으로 하는 바이어스 전압 조정이 가능한 전력 증폭 회로.
제1항에 있어서, 상기 전력 증폭기로 입력되는 신호의 크기가 커질수록 전력 증폭기의 바이어스 전압을 높여 잡아 주는 것을 특징으로 하는 바이어스 전압 조정이 가능한 전력 증폭 회로.