KR20040074277A - Power Amplifying Circuit - Google Patents
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Abstract
간섭이 발생하지 않도록 하여 효율을 개선할 수 있도록 한 전력 증폭 회로에 관한 것으로, 일측 포트를 통해 전력신호를 입력받는 입력 정합회로와, 입력 정합회로의 타측 포트에 공통연결되고 적어도 두 개 이상의 출력 모드별 앰프로 이루어진 앰프부와, 앰프부의 각 앰프 출력단에 연결되는 정합회로들로 이루어진 출력 정합부와, 앰프 출력단과 정합회로 사이에 연결되는 스위치들로 이루어진 스위칭부를 포함하므로 정합회로의 임피던스 특성을 최적화하므로 전력 증폭회로의 효율을 향상시킬 수 있다.The present invention relates to a power amplification circuit that improves efficiency by preventing interference, and includes an input matching circuit receiving a power signal through one port and at least two output modes commonly connected to the other port of the input matching circuit. Optimizes the impedance characteristics of the matching circuit by including an amplifier section consisting of a separate amplifier, an output matching section composed of matching circuits connected to each amplifier output stage of the amplifier section, and a switching section composed of switches connected between the amplifier output stage and the matching circuit. Therefore, the efficiency of the power amplification circuit can be improved.
Description
본 발명은 임피던스 특성을 개선을 통해 효율을 향상시키기 위한 전력 증폭 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a power amplification circuit for improving efficiency by improving impedance characteristics.
최근 세계 각지에서 무선 전화, 무선 LAN 등의 무선 통신 서비스가 급증하고 있다. 일례로 유럽의 GSM 900 (Global System for Mobile communication,890-915 MHz ), North America의 AMPS 800 ( Advanced Mobile Phone Service, 824-849 MHz), PCS 1900 (Personal Communication System, 미국 1850-1910 MHz, 한국 1750-1780 MHz) 무선 휴대폰 서비스가 제공되고 있다.In recent years, wireless communication services such as wireless telephones and wireless LANs have been increasing in many parts of the world. For example, GSM 900 (Global System for Mobile communication, 890-915 MHz) in Europe, AMPS 800 (Advanced Mobile Phone Service, 824-849 MHz) in North America, PCS 1900 (Personal Communication System, USA 1850-1910 MHz, Korea 1750-1780 MHz) wireless cellular services.
휴대폰에서 무선인터넷을 통해 전력 소비량이 높은 컬러 동영상 콘텐츠 사용이 늘어나면서, 휴대폰 업체들의 저전력 부품 요구가 커지고 있다.Increasing use of color video content, which consumes a lot of power, is increasing the demand for low-power components from mobile phones.
무선 휴대폰에서 전력 소비가 가장 많은 소자는 RF 송신부의 전력 증폭회로이다. 현재 휴대폰에서 전력 증폭회로의 전력 효율 높이기 위한 방법은 출력 전력에 따라 전력 증폭회로가 고출력 모드, 저출력 모드로 동작하며 저출력 모드에서 소비 전류를 감소시키는 것이다.The most power-consuming device in wireless cellular phones is the power amplifier circuit of the RF transmitter. Currently, a method for increasing the power efficiency of a power amplifier circuit in a mobile phone is that the power amplifier circuit operates in a high output mode and a low output mode according to the output power and reduces the current consumption in the low output mode.
휴대폰에서 최근 RF 소자 개수를 줄이고, 핸드폰의 개발 시간을 단축하기 위해 Zero IF 또는 Direct Conversion 회로가 핸드폰 통신 시스템에 채택되고 있다. 그 한 예는 휴대폰에서 Qualcomm사의 MSM6xxx Mobile Station Modem (MSM family of chipsets)를 사용하는 것이다.In order to reduce the number of RF devices and to shorten the development time of mobile phones in recent years, zero IF or direct conversion circuits have been adopted in mobile communication systems. One example is the use of Qualcomm's MSM6xxx Mobile Station Modem (MSM family of chipsets) in mobile phones.
이러한 Zero IF 통신시스템을 갖춘 핸드폰에 전력 증폭회로의 소비 전력 효율을 높이기 위해 고출력 모드 (High Power Mode), 또는 저출력 (Low Power Mode) 모드로 동작할 경우, Zero IF 통신 시스템의 신호대 잡음 성능을 높이기 위해 두 출력 모드 간의 전력 이득이 10 dB 정도인 전력증폭기를 요구하고 있다.When operating in high power mode or low power mode to improve the power consumption of the power amplification circuit in a mobile phone equipped with such a zero IF communication system, the signal-to-noise performance of the zero IF communication system is increased. This requires a power amplifier with a power gain of about 10 dB between the two output modes.
현재 시판되고 있는 전력 증폭 회로는 모드 간 전력 이득이 2-3 dB 정도이며, 전력 이득을 크게 하기 위한 회로가 구체적으로 발표되지 않고 있다.Current power amplifier circuits have a power gain of 2-3 dB between modes, and a circuit for increasing power gain has not been specifically disclosed.
따라서, 앞으로 Zero IF 통신시스템이 휴대폰에 광범위하게 사용될 것을 대비하여 전력 증폭 회로에서 두 출력 모드 간에 전력 이득의 차이를 크게 하는 회로가 요구되어진다.Therefore, there is a need for a circuit that increases the difference in power gain between the two output modes in a power amplification circuit in preparation for the widespread use of a zero IF communication system in a mobile phone.
이러한 전력 증폭 회로의 효율은 통화시간을 결정하는 중요한 요소로 작용하며, 사용된 소자의 특성과 더불어 전력 증폭 회로에 적용된 정합 회로(matchingcircuit)의 특성에 따라서도 달라진다.The efficiency of the power amplification circuit serves as an important factor in determining the talk time, and also depends on the characteristics of the matching circuit applied to the power amplification circuit as well as the characteristics of the device used.
도 1은 출력 전력에 따라 고출력 모드, 저출력 모드로 동작하는 종래의 전력 증폭 회로의 개략적인 구성을 나타낸 것으로, 고출력 모드 앰프(11), 저출력 모드 앰프(12), 상기 고출력 모드 앰프(11)로의 입력신호 공급/차단을 선택하기 위한 스위치(S1), 상기 저출력 모드 앰프(12)로의 입력신호 공급/차단을 선택하기 위한 스위치(S2), 그리고 상기 고출력 모드 앰프(11)의 출력 또는 저출력 모드 앰프(12)의 출력 임피던스 정합을 위한 정합회로(13)로 이루어진다.1 shows a schematic configuration of a conventional power amplifier circuit operating in a high output mode and a low output mode according to the output power, and the high power mode amplifier 11, the low output mode amplifier 12, and the high output mode amplifier 11 A switch S1 for selecting an input signal supply / blocking, a switch S2 for selecting an input signal supply / blocking to the low output mode amplifier 12, and an output or low output mode amplifier of the high output mode amplifier 11; And a matching circuit 13 for matching the output impedance of (12).
이때 고출력 모드 앰프(11)와 저출력 모드 앰프(12)를 사용하는 것은 배경기술에서 설명한 바와 같이, 입력신호의 전력 레벨에 따라 적정 증폭이 이루어져 효율이 개선되도록 하기 위함이다.In this case, the use of the high output mode amplifier 11 and the low output mode amplifier 12 is to improve efficiency by performing proper amplification according to the power level of the input signal as described in the background art.
그리고 도 2는 도 1의 정합회로(13)로서, 일반적인 저역 통과 타입 및 고역 통과 타입의 정합회로들은 한 쪽 포트(입력 포트)에 수 옴(Ohm) 정도의 낮은 임피던스를 적용할 때 다른 포트(출력 포트)의 출력 임피던스가 상당히 크게 되며, 그 임피던스 특성이 도 3의 스미스 챠트(Smith Chart)상에 도시되어 있다.FIG. 2 is a matching circuit 13 of FIG. 1, in which the matching circuits of the general low pass type and the high pass type have a different impedance when a low impedance of several ohms is applied to one port (input port). Output impedance) becomes quite large, and its impedance characteristics are shown on the Smith Chart of FIG.
종래의 기술에 따른 전력 증폭 회로는 효율 개선을 위해 입력신호의 전력레벨을 고려한 다수의 앰프를 사용하였지만, 전력레벨에 상관없이 앰프 출력측에 공통의 정합회로를 사용하므로 임피던스 정합이 정확히 이루어지지 않고 다수의 앰프간에 간섭이 발생하여 효율을 저하시키는 문제점이 있다.The power amplifier circuit according to the prior art uses a plurality of amplifiers considering the power level of the input signal to improve the efficiency, but because the common matching circuit on the output side of the amplifier regardless of the power level, impedance matching is not made accurately There is a problem that the interference occurs between the amplifiers of the efficiency decreases.
따라서 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 앰프의 수에 상관없이 서로간의 간섭이 발생하지 않도록 하여 효율을 개선할 수 있도록 한 전력 증폭 회로를 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a power amplification circuit capable of improving efficiency by preventing interference between each other regardless of the number of amplifiers.
도 1은 종래의 기술에 따른 전력 증폭 회로를 나타낸 도면1 is a view showing a power amplifier circuit according to the prior art
도 2는 도 1의 정합회로를 나타낸 도면2 illustrates the matching circuit of FIG. 1.
도 3은 도 2의 임피던스 특성을 나타낸 스미스 챠트FIG. 3 is a Smith chart showing the impedance characteristic of FIG. 2.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력 증폭 회로를 나타낸 도면4 is a diagram illustrating a power amplifying circuit according to a first embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력 증폭 회로를 나타낸 도면5 illustrates a power amplifying circuit according to a second embodiment of the present invention.
본 발명은 일측 포트를 통해 전력신호를 입력받는 입력 정합회로와, 입력 정합회로의 타측 포트에 공통연결되고 적어도 두 개 이상의 출력 모드별 앰프로 이루어진 앰프부와, 앰프부의 각 앰프 출력단에 연결되는 정합회로들로 이루어진 출력 정합부와, 앰프 출력단과 정합회로 사이에 연결되는 스위치들로 이루어진 스위칭부를 포함함을 특징으로 한다.The present invention provides an input matching circuit for receiving a power signal through one port, an amplifier unit commonly connected to the other port of the input matching circuit and having at least two amplifiers for each output mode, and a matching unit connected to each amplifier output terminal of the amplifier unit. And an output matching part consisting of circuits and a switching part consisting of switches connected between the amplifier output terminal and the matching circuit.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전력 증폭 회로의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the power amplifier circuit according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력 증폭 회로를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력 증폭 회로를 나타낸 도면이다.4 is a view showing a power amplifier circuit according to a first embodiment of the present invention, Figure 5 is a view showing a power amplifier circuit according to a second embodiment of the present invention.
- 제1 실시예 -First Embodiment
본 발명의 제1 실시예에 따른 전력 증폭 회로는 도 4에 도시된 바와 같이, 입력 임피던스 정합을 위한 입력 정합회로(41), 고출력 모드 앰프(42), 저출력 모드 앰프(43), 스위치(S1)(S2), 그리고 출력 정합회로(44)(45)로 이루어진다.As shown in FIG. 4, the power amplifier circuit according to the first embodiment of the present invention includes an input matching circuit 41, a high output mode amplifier 42, a low output mode amplifier 43, and a switch S for input impedance matching. 1 ) (S 2 ) and the output matching circuits 44 and 45.
이때 고출력 모드 앰프(42) 및 저출력 모드 앰프(43)는 각각의 바이어스(Bias) 온/오프 신호에 따라 동작하거나 동작이 중지된다.At this time, the high output mode amplifier 42 and the low output mode amplifier 43 operate or stop according to respective bias on / off signals.
그리고 출력 정합회로(44)는 고출력 모드 앰프(42)의 출력에 맞는 출력 임피던스를 제공할 수 있는 것이 사용되고, 출력 정합회로(45) 역시 저출력 모드 앰프(43)의 출력에 맞는 출력 임피던스를 제공할 수 있는 것이 사용된다.In addition, the output matching circuit 44 may provide an output impedance suitable for the output of the high output mode amplifier 42, and the output matching circuit 45 may also provide an output impedance suitable for the output of the low output mode amplifier 43. What can be used.
이와 같이 구성된 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력 증폭 회로의 동작을 설명하면 다음과 같다.The operation of the power amplifier circuit according to the first embodiment of the present invention configured as described above is as follows.
먼저, 저출력 모드일 경우 고출력 모드 앰프(42)의 바이어스를 '오프'시켜 동작이 중지되도록 하고 스위치(S1)를 닫는다.First, in the low power mode, the bias of the high power mode amplifier 42 is 'off' so that the operation is stopped and the switch S 1 is closed.
따라서 'P1' 지점에서의 임피던스가 쇼트에 가까운 수 옴(Ohm) 이내가 되고 'P3' 지점에서의 출력 정합회로(45)가 매우 높은 임피던스 상태가 되어 저출력 모드 앰프(43)의 동작에 영향을 주지 않는다.Therefore, the impedance at the 'P1' point is within a few ohms close to the short, and the output matching circuit 45 at the 'P3' point is in a very high impedance state, affecting the operation of the low output mode amplifier 43. Do not give.
다음으로, 고출력 모드의 경우 저출력 모드 앰프(43)의 바이어스를 '오프'시켜 동작이 중지되도록 하고 스위치(S2)를 닫는다.Next, in the high output mode, the bias of the low output mode amplifier 43 is 'off' so that the operation is stopped and the switch S 2 is closed.
따라서 'P2' 지점에서의 임피던스가 쇼트에 가까운 수 옴(Ohm) 이내가 되고 'P3' 지점에서의 출력 정합회로(44)가 매우 높은 임피던스 상태가 되어 고출력 모드 앰프(42)의 동작에 영향을 주지 않는다.Therefore, the impedance at the 'P2' point is within a few ohms close to the short and the output matching circuit 44 at the 'P3' point is in a very high impedance state, affecting the operation of the high output mode amplifier 42. Do not give.
- 제2 실시예 -Second Embodiment
상술한 본 발명의 제1 실시예는 두가지 모드(고출력 모드와 저출력 모드)에 대응한 실시예라면, 본 발명의 제2 실시예는 적어도 3개 이상의 다중 출력모드에 대응한 실시예로서, 상술한 본 발명의 제1 실시예와 동작원리는 동일하다.If the first embodiment of the present invention described above corresponds to two modes (high power mode and low output mode), the second embodiment of the present invention corresponds to at least three or more multiple output modes. The operation principle is the same as that of the first embodiment of the present invention.
본 발명의 제2 실시예에 따른 전력 증폭회로는 도 5에 도시된 바와 같이, 입력 임피던스 정합을 위한 입력 정합회로(50), N개의 앰프(51~54) 어레이(Array), 상기 앰프 어레이(51~54)에 대응되는 스위치 어레이(S1~SN), 상기 앰프 어레이(51~54)에 대응되는 출력 정합회로(55~58) 어레이로 이루어진다.As shown in FIG. 5, the power amplifier circuit according to the second embodiment of the present invention includes an input matching circuit 50 for input impedance matching, an array of N amplifiers 51 to 54, and the amplifier array ( Switch arrays S 1 to S N corresponding to 51 to 54, and output matching circuits 55 to 58 corresponding to the amplifier arrays 51 to 54.
이때 출력 정합회로(55~58)은 각각 해당 앰프(51~54)의 출력 특성에 적당한 임피던스 특성을 갖는 것이 사용된다.At this time, the output matching circuits 55 to 58 each have an impedance characteristic suitable for the output characteristics of the corresponding amplifiers 51 to 54.
설명의 편의상 4개의 출력모드를 갖고 앰프(51~54)가 순차적으로 제1 출력모드 앰프 ~ 제4 출력모드 앰프라 가정하자.For convenience of explanation, assume that the amplifiers 51 to 54 are sequentially the first output mode amplifiers to the fourth output mode amplifiers with four output modes.
예를 들어, 제1 출력모드일 경우 제2 출력모드 앰프(52)와 제3 출력모드 앰프(53) 및 제4 출력모드 앰프(54) 각각에 바이어스를 '오프'시켜 동작이 중지되도록 하고 스위치(S2, SN-1, SN)를 모두 닫는다.For example, in the first output mode, the bias is turned off to each of the second output mode amplifier 52, the third output mode amplifier 53, and the fourth output mode amplifier 54 so that the operation is stopped and the switch is turned off. Close both (S 2 , S N-1 , S N ).
따라서 제2 출력모드 앰프(52)와 제3 출력모드 앰프(53) 및 제4 출력모드 앰프(54)가 제1 출력모드 앰프(51)의 동작에 영향을 끼치지 않는다.Therefore, the second output mode amplifier 52, the third output mode amplifier 53, and the fourth output mode amplifier 54 do not affect the operation of the first output mode amplifier 51.
또한 제3 출력모드일 경우 제1 출력모드 앰프(51)와 제2 출력모드 앰프(52) 및 제4 출력모드 앰프(54) 각각에 바이어스를 '오프'시켜 동작이 중지되도록 하고 스위치(S1, S2, SN)를 모두 닫는다.In the third output mode, the bias is turned off to each of the first output mode amplifier 51, the second output mode amplifier 52, and the fourth output mode amplifier 54 so that the operation is stopped and the switch S 1. , S 2 , S N )
따라서 제1 출력모드 앰프(51)와 제2 출력모드 앰프(52) 및 제4 출력모드 앰프(54)가 제3 출력모드 앰프(53)의 동작에 영향을 끼치지 않는다.Therefore, the first output mode amplifier 51, the second output mode amplifier 52, and the fourth output mode amplifier 54 do not affect the operation of the third output mode amplifier 53.
본 발명에 따른 전력 증폭 회로는 앰프의 동작상태 조정과 스위치 그리고 각 앰프 출력 특성에 따른 각각의 정합회로를 사용하여 소정 동작모드에서 해당 앰프 이외의 앰프가 동작하지 않아 서로간의 간섭이 발생하지 않으므로 전력 증폭회로의 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.The power amplification circuit according to the present invention uses an amplifier's operation state control and a switch and each matching circuit according to the output characteristics of each amplifier, so that the amplifiers other than the corresponding amplifier do not operate in a predetermined operation mode, so that interference does not occur with each other. There is an effect that can improve the efficiency of the amplifier circuit.
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