KR20050105583A - Power amplfier - Google Patents
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Abstract
본 발명은 증폭하기 위한 신호가 입력되어 일차적으로 증폭되는 제1 증폭기, 저전력 모드와 고전력 모드 동작에 대한 제어 전압을 발생하는 바이어스 회로, 상기 바이어스 회로로부터 저전력 모드 동작 제어 전압이 인가된 경우, 상기 제1 증폭기에서 증폭된 신호를 이차적으로 증폭하는 제2 증폭기, 상기 바이어스 회로로부터 고전력 모드 동작 제어 전압이 인가된 경우, 상기 제1 증폭기에서 증폭된 신호를 이차적으로 증폭하는 제3 증폭기, 상기 제2 증폭기 뒷단에 위치하고, 출력 임피던스를 변화시키고 매칭 역할을 수행하는 임피던스 변환기, 상기 임피던스 변환기에서 출력된 신호와 상기 제3 증폭기에서 출력된 신호에 대하여 외부 서지로부터 보호하는 보호회로로 구성된 것으로서, 임피던스 변환기의 회로의 변경을 통하여 고전력 모드 사용시에 31dBm이상 출력될때 저전력 모드 증폭기를 보호하기 위한 방법으로 역방향 다이오드와 인덕터를 이용하여 출력 전력에 의한 저전력모드 증폭기의 손상을 방지한다.The present invention provides a first amplifier to which a signal for amplification is input and is primarily amplified, a bias circuit for generating control voltages for low power mode and high power mode operation, and when the low power mode operation control voltage is applied from the bias circuit. A second amplifier for secondarily amplifying the signal amplified by the first amplifier; a third amplifier for secondarily amplifying the signal amplified by the first amplifier when a high power mode operation control voltage is applied from the bias circuit; and the second amplifier It is composed of an impedance converter which is located at the rear end and changes the output impedance and performs a matching role, and a protection circuit which protects the signal output from the impedance converter and the signal output from the third amplifier from external surge. When using the high power mode As a way to protect the low power mode amplifier when it is output above dBm, the reverse diode and the inductor are used to prevent the damage of the low power mode amplifier due to the output power.
Description
본 발명은 전력 증폭기의 저전력 모드 또는 고전력 모드 동작시 파워 비균형을 보호하기 위한 전력 증폭기에 관한 것이다.The present invention relates to a power amplifier for protecting power imbalance during low or high power mode operation of a power amplifier.
일반적인 코드 분할 다중 접속(CDMA:Code Dividion Multiple Access)방식이나 개인 휴대 통신(PCS:Personal Communication Services)방식과 같은 이동통신 단말기에는 고주파 신호를 안테나를 통해 송신하게 되고, 기지국으로부터의 신호를 안테나를 통해 수신하게 된다. 이러한 송수신 동작을 위해 이동통신 단말기의 송신 종단에는 전력 증폭기가 구비된다. Mobile communication terminals such as general code division multiple access (CDMA) or personal communication services (PCS) transmit high frequency signals through an antenna and transmit signals from a base station through an antenna. Will receive. A power amplifier is provided at the transmission end of the mobile communication terminal for such a transmission and reception operation.
전력 증폭기는 시스템의 특성과 전력 소모에 큰 비중을 차지하는 것으로, 항상 최대 송출 전력으로 구동되는 것이 아니라 기지국과의 거리에 따라, 그리고 사용자의 이동속도에 따라 송출 전력 레벨을 가변하게 된다. The power amplifier is a big part of the system's characteristics and power consumption. The power amplifier is not always driven at the maximum output power, but varies the output power level according to the distance from the base station and the user's moving speed.
기지국과 이동통신 단말기간의 거리가 가까운 경우, 즉, 수신신호의 세기가 큰 경우에는 상대적으로 전력 증폭기의 송출전력 레벨은 감소하게 된다. 이와 달리 셀(cell)반경내에서 가장 먼 곳으로 이동통신 단말기가 이동한 경우, 즉, 수신신호의 세기가 큰 경우나 사용자의 이동속도가 증가하는 경우에는 전력 증폭기는 최대 송출 전력 레벨에 가까운 고주파 신호를 송신하게 된다. When the distance between the base station and the mobile communication terminal is close, that is, when the strength of the received signal is large, the output power level of the power amplifier is relatively decreased. On the other hand, when the mobile communication terminal moves to the furthest place within the cell radius, that is, when the strength of the received signal is large or the user's moving speed is increased, the power amplifier has a high frequency close to the maximum output power level. Will send a signal.
이하 도면을 참조하여 종래의 전력증폭기에 대하여 설명하기로 한다. Hereinafter, a conventional power amplifier will be described with reference to the drawings.
도 1은 종래의 정상모드 전력 증폭기의 구조를 나타낸 블럭도이다. 1 is a block diagram showing the structure of a conventional normal mode power amplifier.
도 1을 참조하면, CDMA를 이용한 이동통신 단말기에 내장된 전력 증폭기는 시스템에서 처리된 신호를 안테나를 통하여 외부로 출력하기 위하여 사용되는 소자이다.Referring to FIG. 1, a power amplifier built in a mobile communication terminal using CDMA is an element used to output a signal processed in a system to an outside through an antenna.
상기 전력 증폭기는 외부로부터 인가되는 신호를 일차적으로 증폭하기 위한 제1 증폭기(100), 상기 제1 증폭기(100)와 병렬로 연결되어 있는 바이어스 회로(130), 상기 제1 증폭기(100)에서 증폭된 신호를 이차적으로 증폭하는 제2 증폭기(110), 상기 제2 증폭기(110)에서 증폭된 신호를 외부 서지로부터 보호하는 보호 회로(120)를 포함한다. The power amplifier includes a first amplifier 100 for amplifying a signal applied from the outside, a bias circuit 130 connected in parallel with the first amplifier 100, and amplification in the first amplifier 100. And a protection circuit 120 to protect the signal amplified by the second amplifier 110 from external surge.
이하 상기와 갖은 구조를 갖는 전력 증폭기의 동작에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the operation of the power amplifier having the above structure will be described.
먼저 상기 전력 증폭기의 입력 단자를 통하여 증폭할 신호가 인가되면, 상기 신호는 제1 증폭기(100)에 인가된다. 즉, 출력할 신호가 고전력이든 저전력이든 상기 신호는 상기 제1 증폭기(100)에 의하여 공통적으로 증폭된다. First, when a signal to be amplified is applied through an input terminal of the power amplifier, the signal is applied to the first amplifier 100. That is, whether the signal to be output is high power or low power, the signal is commonly amplified by the first amplifier 100.
상기 바이어스 회로(130)에서는 증폭하기 위한 신호가 인가되는 경우 상기 제1 증폭기(100)와 제2 증폭기(110)의 동작점을 결정하기 위하여 기준 전압(Vref)을 인가한다. In the bias circuit 130, when a signal for amplification is applied, a reference voltage Vref is applied to determine an operating point of the first amplifier 100 and the second amplifier 110.
또한, 상기 바이어스 회로(130)를 동작시키기 위하여 바이어스 전압(Vbias)이 인가된다.In addition, a bias voltage Vbias is applied to operate the bias circuit 130.
그리고 상기 바이어스 회로(130)에는 상기 제1 증폭기(100)와 제2 증폭기(110)의 고전력 모드 또는 저전력 모드의 전환을 위한 제어 전압(Vcont)을 인가한다.The bias circuit 130 applies a control voltage Vcont for switching between the high power mode and the low power mode of the first amplifier 100 and the second amplifier 110.
이와 같이 인가되는 신호를 저전력 또는 고전력으로 증폭할때, 상기 바이어스 회로(130)의 제어에 의하여 출력 모드를 전환하면서 신호를 증폭하게된다. When amplifying the signal applied in this manner to low or high power, the signal is amplified while switching the output mode under the control of the bias circuit 130.
도 2는 종래의 고효율 전력 증폭기의 구조를 개략적으로 나타낸 블럭도, 도 3은 일반적인 보호회로의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 2 is a block diagram schematically showing a structure of a conventional high efficiency power amplifier, and FIG. 3 is a diagram schematically showing a configuration of a general protection circuit.
도 2를 참조하면, 고효율 전력 증폭기는 외부로부터 인가되는 신호를 일차적으로 증폭하기 위한 제1 증폭기(200), 상기 제1 증폭기(200)와 병렬로 연결되어 있는 바이어스 회로(250), 상기 제1 증폭기(200)에서 증폭된 신호를 이차적으로 증폭하는 제2 증폭기(210), 상기 제2 증폭기(210)와 병렬로 연결된 제3 증폭기(220), 저전력 모드에서 상기 제2 증폭기(210)가 최적의 출력, 선형성과 효율을 내도록 임피던스를 변화시키는 임피던스 변환기(230), 상기 제3 증폭기(220)에서 증폭된 신호 또는 상기 제2 증폭기(210)에서 증폭되어 상기 임피던스 변환기(230)를 통과한 신호에 대하여 외부 서지로부터 보호하기 위한 보호회로(240)로 구성되어 있다.Referring to FIG. 2, the high efficiency power amplifier includes a first amplifier 200 for first amplifying a signal applied from the outside, a bias circuit 250 connected in parallel with the first amplifier 200, and the first amplifier. The second amplifier 210 for amplifying the signal amplified by the amplifier 200, the third amplifier 220 connected in parallel with the second amplifier 210, the second amplifier 210 in the low power mode is optimal The impedance converter 230 for changing the impedance to produce the output, linearity and efficiency of the signal, the signal amplified by the third amplifier 220 or the signal amplified by the second amplifier 210 and passed through the impedance converter 230 And a protection circuit 240 for protecting against external surges.
상기 제2 증폭기(210)는 저전력 모드에서 최적화 되어있으므로 상기 제3 증폭기(220)에 비하여 작은 크기로 구성된다.Since the second amplifier 210 is optimized in the low power mode, the second amplifier 210 has a smaller size than the third amplifier 220.
상기 임피던스 변환기(230)는 핀 다이오드로 형성된다.The impedance converter 230 is formed of a pin diode.
상기 보호회로(240)에 대하여 도 3을 참조하면, 상기 보호회로(240)는 정전압 다이오드(240f-240j)가 6-7개, 역전압 다이오드(240a-240e)가 6-7개로 구성된다. 이렇게 함으로써 ESD 보호와 과전압에 따른 증폭기를 보호할 수있다.Referring to FIG. 3 with respect to the protection circuit 240, the protection circuit 240 includes 6-7 constant voltage diodes 240f-240j and 6-7 reverse voltage diodes 240a-240e. This protects the amplifier against ESD protection and overvoltages.
이하 상기와 같은 구조를 갖는 전력 증폭기의 동작에 대하여 설명하기로 한다. Hereinafter, the operation of the power amplifier having the above structure will be described.
먼저, 상기 전력 증폭기가 고전력 모드로 동작하는 경우에 대하여 설명하기로 한다.First, a case in which the power amplifier operates in a high power mode will be described.
상기 전력 증폭기의 입력 단자를 통하여 증폭할 신호가 인가되면, 상기 신호는 상기 제1 증폭기(200)에 인가된다.When a signal to be amplified is applied through an input terminal of the power amplifier, the signal is applied to the first amplifier 200.
출력할 신호가 고전력이든 저전력이든 상기 제1 증폭기(200)에 의하여 공통적으로 증폭되고, 이때, 증폭된 신호는 상기 바이어스 회로(250)에 전송되는데 상기 바이어스 회로(250)에 증폭하기 위한 신호가 인가되는 경우 상기 제1 증폭기(200)와 제2 증폭기(210), 제3 증폭기(220)의 동작점을 결정하기 위하여 기준전압(Vref)을 인가한다.Whether the signal to be output is high or low power, the first amplifier 200 is commonly amplified. In this case, the amplified signal is transmitted to the bias circuit 250, and a signal for amplifying the bias circuit 250 is applied. In this case, a reference voltage Vref is applied to determine operating points of the first amplifier 200, the second amplifier 210, and the third amplifier 220.
아울러, 저전력 모드에서의 제2 증폭기(210)와 임피던스 변환기(230)가 모두 동작되게 한다.In addition, both the second amplifier 210 and the impedance converter 230 in the low power mode is operated.
또한, 상기 바이어스 회로(250)에는 바이어스 회로(250)를 동작시키기 위하여 바이어스 전압(Vbias)이 인가된다. In addition, a bias voltage Vbias is applied to the bias circuit 250 to operate the bias circuit 250.
그리고 바이어스 회로(250)에는 상기 제2 증폭기(210)와 제3 증폭기(220)의 저전력 모드 또는 고전력 모드의 전환을 위한 제어 전압(Vcont)을 인가하게 되는데, 상기 제어 전압(Vcont)이 '1'일 경우에는 저전력 모드로 동작하고, '0'일 경우에는 고전력 모드로 동작하게 된다. The bias circuit 250 applies a control voltage Vcont for switching between the low power mode and the high power mode of the second amplifier 210 and the third amplifier 220. The control voltage Vcont is' 1. In case of '0', it operates in low power mode, and in case of '0', it operates in high power mode.
따라서, 상기 바이어스 회로(250)로부터 '0'의 제어 전압이 인가되면, 상기 전력 증폭기는 고전력 모드로 동작하여 상기 제1 증폭기(200)에서 증폭된 신호는 제3 증폭기(220)로 전송되어 증폭된다. 즉, 상기 전력 증폭기가 고전력 모드로 동작할때는 제1 증폭기(200), 제3 증폭기(220), 보호회로(240)가 동작하게 된다. Therefore, when a control voltage of '0' is applied from the bias circuit 250, the power amplifier operates in a high power mode so that the signal amplified by the first amplifier 200 is transmitted to the third amplifier 220 and amplified. do. That is, when the power amplifier operates in the high power mode, the first amplifier 200, the third amplifier 220, and the protection circuit 240 operate.
다음으로 전력 증폭기가 저전력 모드로 동작하는 경우에 대하여 설명하기로 한다. Next, a case in which the power amplifier operates in the low power mode will be described.
상기 바이어스 회로(210)로부터 '1'의 제어 전압이 인가되면, 상기 전력 증폭기는 저전력 모드로 동작하여 상기 제1 증폭기(200)에서 증폭된 신호는 제2 증폭기(210)로 전송되어 증폭된다. 그리고 상기 증폭된 신호는 임피던스 변환기(230)에 전송되어 최적의 출력, 선형성을 갖도록 임피던스가 변화되어 출력된다. When a control voltage of '1' is applied from the bias circuit 210, the power amplifier operates in a low power mode so that the signal amplified by the first amplifier 200 is transmitted to and amplified by the second amplifier 210. The amplified signal is transmitted to the impedance converter 230 so that the impedance is changed and output to have an optimal output and linearity.
상기와 같이 상기 전력 증폭기가 저전력 모드로 동작할때는 제1 증폭기(200), 제2 증폭기(210), 임피던스 변환기(230), 보호회로(240)만이 동작하게 되어 고전력 모드에서 최적화되어 있는 임피던스를 임피던스 변환기에 의해 저전력에 최적화된 임피던스로 변환되어 16dBm에서의 낮은 효율을 고효율 전력으로 처리될 수 있도록 하였다. As described above, when the power amplifier operates in the low power mode, only the first amplifier 200, the second amplifier 210, the impedance converter 230, and the protection circuit 240 operate so that the impedance optimized in the high power mode is impedance. The converter is converted to low power optimized impedances, allowing the low efficiency at 16dBm to be processed with high efficiency power.
따라서, 전력 증폭기에서 저전력 모드와 고전력 모드를 각각 분리하여 시스템을 동작시킴으로써, 전력 증폭기가 고전력 모드 또는 저전력 모드에서 높은 효율을 가질 수 있다. Accordingly, by operating the system by separating the low power mode and the high power mode from the power amplifier, the power amplifier can have high efficiency in the high power mode or the low power mode.
도 4는 종래의 정상 모드 전력 증폭기와 고효율 전력 증폭기의 소모 전류를 나타낸 그래프이다. Figure 4 is a graph showing the current consumption of the conventional normal mode power amplifier and high efficiency power amplifier.
도 4를 참조하면, 16dBm에서 스위칭을 하게 되는데, 이때 효율 차이가 많이 발생하고 출력 파워가 높아짐에 따라서 소모 전류는 거의 같아지게 된다. Referring to FIG. 4, switching is performed at 16 dBm. At this time, as the efficiency difference occurs and the output power is increased, the current consumption is about the same.
저전력 모드 사용시에 임피던스 변환기인 다이오드를 이용하여 고효율이 되도록 출력 로드 임피던스를 변화시킨다. 즉, 저전력 모드에서는 고전력 모드보다 10%이상의 효율의 증가를 가져온다. 이방법을 이용하면 베터리 소모 전류를 현저히 줄일수 있어서 시스템 효율 구현에 용이하다. When using the low power mode, the output load impedance is changed for high efficiency by using diode which is an impedance converter. That is, in the low power mode, the efficiency is increased by 10% or more than the high power mode. This method can significantly reduce the battery current consumption, which facilitates system efficiency.
그러나 상기와 같은 종래의 전력 증폭기는 CDMA AMPS 모드에서 출력 전력이 31dBm이상이 되면 저전력 모드에 연결된 임피던스 변환기인 핀다이오드가 온(on)되어서 출력 전력이 비정상적으로 증가하게 되는 문제가 있다. However, in the conventional power amplifier as described above, when the output power is 31dBm or more in the CDMA AMPS mode, the output power is abnormally increased because the pin diode, which is an impedance converter connected to the low power mode, is turned on.
또한, 전력 증폭기가 고전력 모드로 동작시 저전력 모드측으로 큰 출력이 들어와서 저전력 모드 트랜지스터(제2 증폭기)의 콜렉터단에 인가되어 출력 파워가 커지는 현상이 발생하게 되고 증폭기의 손상을 주게되는 문제가 있다. In addition, when the power amplifier operates in the high power mode, a large output enters the low power mode and is applied to the collector terminal of the low power mode transistor (second amplifier), resulting in a phenomenon in which the output power becomes large and damages the amplifier. .
따라서, 본 발명의 목적은 저전력 모드 및 고전력 모드에 전력 증폭기의 파워 비균형으로 발생하는 증폭기의 손상을 방지하기 위한 전력 증폭기를 제공하는데 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a power amplifier for preventing the damage of the amplifier caused by the power imbalance of the power amplifier in the low power mode and high power mode.
본 발명의 다른 목적은 전력 증폭기의 고전력 모드 사용시 높은 파워가 출력되었을때 저전력 모드의 트랜지스터의 비정상적인 동작으로 인한 파괴 현상을 방지하는 전력 증폭기를 제공하는데 있다. It is another object of the present invention to provide a power amplifier that prevents breakdown due to abnormal operation of a transistor in a low power mode when high power is output when the power amplifier is used in a high power mode.
상기 목적들을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따르면, 증폭하기 위한 신호가 입력되어 일차적으로 증폭되는 제1 증폭기, 저전력 모드와 고전력 모드 동작에 대한 제어 전압을 발생하는 바이어스 회로, 상기 바이어스 회로로부터 저전력 모드 동작 제어 전압이 인가된 경우, 상기 제1 증폭기에서 증폭된 신호를 이차적으로 증폭하는 제2 증폭기, 상기 바이어스 회로로부터 고전력 모드 동작 제어 전압이 인가된 경우, 상기 제1 증폭기에서 증폭된 신호를 이차적으로 증폭하는 제3 증폭기, 상기 제2 증폭기 뒷단에 위치하고, 출력 임피던스를 변화시키고 매칭 역할을 수행하는 임피던스 변환기, 상기 임피던스 변환기에서 출력된 신호와 상기 제3 증폭기에서 출력된 신호에 대하여 외부 서지로부터 보호하는 보호회로를 포함하는 전력 증폭기가 제공된다. According to an aspect of the present invention to achieve the above object, a first amplifier to which a signal for amplification is input and amplified primarily, a bias circuit for generating a control voltage for low power mode and high power mode operation, low power from the bias circuit A second amplifier that amplifies the signal amplified by the first amplifier secondly when a mode operation control voltage is applied, and a second amplified signal by the first amplifier when a high power mode operation control voltage is applied from the bias circuit A third amplifier for amplifying the amplifier, an impedance converter positioned at a rear end of the second amplifier and changing an output impedance and performing a matching role, and protecting from an external surge against a signal output from the impedance converter and a signal output from the third amplifier A power amplifier comprising a protection circuit is provided .
상기 보호회로는 일정개수의 정전압 다이오드와 역전압 다이오드로 구성된다. The protection circuit is composed of a predetermined number of constant voltage diodes and reverse voltage diodes.
상기 바이어스 회로는 고전력 모드와 저전력 모드에 따라 신호 처리 과정을 분리하기 위하여 상기 제2 증폭기와 제3 증폭기를 온/오프시키는 제어 전압을 인가한다. The bias circuit applies a control voltage to turn on / off the second amplifier and the third amplifier to separate the signal processing process according to the high power mode and the low power mode.
상기 임피던스 변환기는 인덕터, ESD(ElectroStatic Discharge) 보호부, 핀다이오드로 구성되고, 상기 ESD 보호부는 상기 보호회로의 역전압 다이오드 수보다 적은수의 역전압 다이오드로 구성된다.The impedance converter includes an inductor, an electrostatic discharge (ESD) protection unit, and a pin diode, and the ESD protection unit includes fewer reverse voltage diodes than the number of reverse voltage diodes of the protection circuit.
상기 ESD 보호부는 고전력 모드시 상기 제2 증폭기로 유입되는 신호를 차단한다. The ESD protection unit blocks a signal flowing into the second amplifier in the high power mode.
상기 임피던스 변환기는 고전력 모드시 상기 제2 증폭기쪽으로 유입되는 역방향 항복(breakdown)를 방지한다. The impedance converter prevents reverse breakdown into the second amplifier in high power mode.
저전력 모드 동작시, 상기 핀 다이오드는 전류 소스(current source)로 동작하고, 낮은 값을 가지는 저항, 공핍 커패시턴스와 확산 커패시턴스의 용량값의 합에 해당하는 값을 가지는 커패시터로 동작한다. In the low power mode operation, the pin diode operates as a current source and operates as a capacitor having a value corresponding to the sum of capacitance values of a low value resistor, depletion capacitance, and diffusion capacitance.
고전력 모드 동작시, 상기 핀 다이오드는 높은 값을 가지는 저항, 공핍 커패시턴스의 값을 가지는 커패시터로 동작한다. In high power mode operation, the pin diode operates as a resistor having a high value, a capacitor having a value of depletion capacitance.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전력 증폭기의 구조를 나타낸 블럭도이다.5 is a block diagram showing the structure of a power amplifier according to an embodiment of the present invention.
외부로부터 전송된 신호를 수신하여 고전력 모드 또는 저전력 모드로 증폭하거나 통신 단말기의 내부에서 처리된 신호를 고전력 모드 또는 저전력 모드로 증폭하기 위하여 전력 증폭기를 사용한다.A power amplifier is used to amplify a signal transmitted from the outside to a high power mode or a low power mode, or to amplify a signal processed in the communication terminal to a high power mode or a low power mode.
최근에는 통신 단말기를 통하여 영상 신호, 음향 신호 등 다양한 신호를 전송하고, 이와 같이 많은 신호를 단말기에서 모두 재현하기 때문에 전력 소모량이 상대적으로 많다.Recently, various signals such as a video signal and an audio signal are transmitted through a communication terminal, and since many signals are reproduced in the terminal, power consumption is relatively high.
특히 전력 증폭기에서 사용되는 전력 손실은 단말기에 공급되는 배터리의 전력을 손실되는 양에 많은 영향을 주기 때문에 이에 따른 전력 절감이 요구되어 본 발명에서는 고전력 모드와 저출력 모드에서 개별적으로 동작하도록 시스템을 구현하였다.In particular, since the power loss used in the power amplifier greatly affects the amount of power loss of the battery supplied to the terminal, power saving is required according to the present invention. Therefore, the present invention implements a system to operate separately in the high power mode and the low power mode. .
도 5를 참조하면, 전력 증폭기는 외부로부터 인가되는 신호를 일차적으로 증폭하는 제1 증폭기(500), 상기 제1 증폭기(500)와 병렬로 연결된 바이어스 회로(550), 상기 제1 증폭기(500)에 증폭된 신호를 이차적으로 증폭하는 제2 증폭기(510)와 병렬로 연결된 제3 증폭기(520), 임피던스 변환기(530), 보호회로(540)를 포함한다.Referring to FIG. 5, a power amplifier may include a first amplifier 500 that primarily amplifies a signal applied from the outside, a bias circuit 550 connected in parallel with the first amplifier 500, and the first amplifier 500. And a third amplifier 520, an impedance converter 530, and a protection circuit 540 connected in parallel with the second amplifier 510 which amplifies the signal amplified by the second amplifier 510.
상기 제1 증폭기(500), 제2 증폭기(510), 제3 증폭기(520)는 트랜지스터일 수 있다. The first amplifier 500, the second amplifier 510, and the third amplifier 520 may be transistors.
상기 바이어스 회로(550)는 증폭하기 위한 신호가 인가되는 경우, 상기 제1 증폭기(500), 제2 증폭기(510)와 제3 증폭기(520)의 동작점을 결정하기 위하여 기준전압(Vref)을 인가한다. When the signal for amplifying is applied, the bias circuit 550 applies a reference voltage Vref to determine an operating point of the first amplifier 500, the second amplifier 510, and the third amplifier 520. Is authorized.
또한, 바이어스 회로(550)에는 상기 바이어스 회로(550)를 동작시키기 위한 바이어스 전압(Vbias)이 인가된다.In addition, a bias voltage Vbias is applied to the bias circuit 550 to operate the bias circuit 550.
또한, 상기 바이어스 회로(550)는 제2증폭기(510)와 제3 증폭기(520)의 저전력 또는 고전력 모드의 전환을 위한 제어 전압(Vcont)을 인가한다. 즉, 상기 제어 전압이 '1'일 경우에는 전력 증폭기는 저전력 모드로 동작하고, 상기 제어 전압이 '0'인 경우에는 전력 증폭기는 고전력 모드로 동작하게 된다. In addition, the bias circuit 550 applies a control voltage Vcont for switching between low power and high power modes of the second amplifier 510 and the third amplifier 520. That is, when the control voltage is '1', the power amplifier operates in the low power mode, and when the control voltage is '0', the power amplifier operates in the high power mode.
즉, 상기 바이어스 회로(550)의 제어 전압 인가에 의해서 전력 증폭기는 저전력 모드, 고전력 모드로 동작하게 된다. That is, the power amplifier operates in the low power mode and the high power mode by applying the control voltage of the bias circuit 550.
따라서, 상기 전력 증폭기가 저전력 모드로 동작(제어 전압이 '1'일 경우)할때는 제1 증폭기(500), 제2 증폭기(510), 임피던스 변환기(530), 보호회로(540)가 동작하고, 고전력 모드로 동작(제어 전압이 '0'일 경우)할때는 제1 증폭기(500), 제3 증폭기(520), 임피던스 변환기(530), 보호회로(540)가 동작하게 된다. Accordingly, when the power amplifier operates in the low power mode (when the control voltage is '1'), the first amplifier 500, the second amplifier 510, the impedance converter 530, and the protection circuit 540 operate. When operating in the high power mode (when the control voltage is '0'), the first amplifier 500, the third amplifier 520, the impedance converter 530, and the protection circuit 540 operate.
상기 임피던스 변환기(530)는 인덕터(L)(532), 상기 인덕터(532)와 직렬 연결된 핀다이오드(536), 상기 인덕터(532)와 핀다이오드(536) 사이에 병렬로 연결된 ESD(ElectroStatic Discharge)보호부(534)로 구성된다. The impedance converter 530 includes an inductor (L) 532, a pin diode 536 connected in series with the inductor 532, and an electrostatic discharge (ESD) connected in parallel between the inductor 532 and the pin diode 536. It consists of a protection unit 534.
상기 ESD 보호부(534)는 역방향 다이오드로 구성된 것으로서, 상기 보호회로(540)의 다이오드보다 1-2개 적은수의 다이오드로 구성된다.The ESD protection unit 534 is composed of reverse diodes, and is composed of one or two fewer diodes than the diodes of the protection circuit 540.
상기 임피던스 변환기(530)는 전력 증폭기가 저전력 모드로 동작할때와 고전력 모드로 동작할때의 역할이 다르다. 즉, 상기 임피던스 변환기(530)는 전력 증폭기가 저전력 모드로 동작할때, 상기 제2증폭기(510)가 최적의 출력, 선형성과 효율을 내도록 임피던스를 변환시키는 역할을 수행한다. The impedance converter 530 has a different role when the power amplifier is operated in the low power mode and the high power mode. That is, when the power amplifier operates in the low power mode, the impedance converter 530 converts the impedance so that the second amplifier 510 has an optimum output, linearity and efficiency.
또한, 상기 임피던스 변환기(530)는 상기 전력 증폭기가 고전력 모드로 동작할때 유입되는 역방향 방사(breakdown)를 방지하는 역할을 한다. 즉, 상기 임피던스 변환기(530)는 고전력 모드 사용시 발생하는 높은 신호, CDMA의 경우 31dBm이상이 들어오게 되면 저전력 모드의 제2 증폭기의 손상과 콜렉터-에미터 정합이 파괴되는 것을 방지하는 역할을 수행한다. In addition, the impedance converter 530 serves to prevent reverse breakdown that is introduced when the power amplifier operates in the high power mode. That is, the impedance converter 530 serves to prevent damage of the second amplifier in the low power mode and destruction of the collector-emitter matching when a high signal generated when the high power mode is used, or more than 31 dBm in the case of CDMA. .
상기 임피던스 변환기(530)에 대한 상세한 설명은 도 6a와 도 6b를 참조하여 설명하기로 한다. A detailed description of the impedance converter 530 will be described with reference to FIGS. 6A and 6B.
상기 보호회로(540)는 제2 증폭기(510)에서 증폭되어 임피던스 변환기(530)를 통과한 신호와 상기 제3 증폭기(520)에서 증폭된 신호에 대하여 외부 서지로부터 보호하는 역할을 수행한다. The protection circuit 540 protects the signal amplified by the second amplifier 510 and passed through the impedance converter 530 and the signal amplified by the third amplifier 520 from external surges.
상기 보호회로(540)는 정전압 다이오드가 6-7개, 역전압 다이오드가 6-7개로 구성된다.The protection circuit 540 includes 6-7 constant voltage diodes and 6-7 reverse voltage diodes.
도 6a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 저전력 모드시 임피던스 변환기의 등가회로를 나타낸 도면, 도 6b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 고전력 모드시 임피던스 변환기의 등가회로를 나타낸 도면이다.6A illustrates an equivalent circuit of an impedance converter in a low power mode according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 6B illustrates an equivalent circuit of an impedance converter in a high power mode according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 6a를 참조하면, 전력 증폭기가 저전력 모드로 사용될때 임피던스 변환기는 제2증폭기가 최적의 출력, 선형성과 효율을 내도록 임피던스를 변환시키는 역할을 수행한다.Referring to FIG. 6A, when the power amplifier is used in the low power mode, the impedance converter serves to convert the impedance so that the second amplifier has an optimum output, linearity and efficiency.
즉, 전력 증폭기가 저전력 모드로 동작할때, 상기 임피던스 변환기(530)의 핀 다이오드는 전류(current source)(538)로 동작하며 이때, 제1 저항(R1)(539a)은 매우 낮은 값을 가지고, 제1 커패시터(C1)(537a)는 공핍 커패시턴스(depletion capacitance)와 확산 커패시턴스(diffusion capacitance)의 용량값의 합에 해당하는 값을 가진다. That is, when the power amplifier operates in the low power mode, the pin diode of the impedance converter 530 operates as a current source 538, where the first resistor R1 539a has a very low value. The first capacitor C1 537a has a value corresponding to the sum of the capacitance values of the depletion capacitance and the diffusion capacitance.
따라서, 전력 증폭기가 저전력 모드로 동작할때는 핀 다이오드의 로드 임피던스가 많이 변화하게 된다. Therefore, when the power amplifier operates in the low power mode, the load impedance of the pin diode changes significantly.
상기 전력 증폭기가 고전력 모드로 동작할때의 임피던스 변환기(530)에 대하여 도 6b를 참조한다. See FIG. 6B for an impedance converter 530 when the power amplifier operates in high power mode.
도 6b를 참조하면, 전력 증폭기가 고전력 모드로 동작할때, 임피던스 변환기(530)는 고전력측으부터 유입되는 역방향 방사(breakdown)를 방지하는 역할을 한다.Referring to FIG. 6B, when the power amplifier operates in the high power mode, the impedance converter 530 serves to prevent reverse breakdown from the high power side.
즉, 상기 전력 증폭기가 고전력 모드로 사용될때는 저전력 모드 전력 증폭기는 오프(off)되어 있어야한다. 그러나, 고전력 모드 사용시 발생하는 높은 신호에 의해서 저전력 모드 전력 증폭기쪽으로 방사(breakdowm)가 발생하여 저전력 모드 전력 증폭기가 온(on)되는 경우가 발생한다.That is, when the power amplifier is used in the high power mode, the low power mode power amplifier should be off. However, when a high signal generated in the high power mode is used, a break occurs toward the low power mode power amplifier, and the low power mode power amplifier is turned on.
이를 방지하기 위하여 고전력 모드가 온되었을때, 핀다이오드의 제2 저항(539b)은 상기 제1 저항(539a)에 비해 상당히 높은 값을 가지고, 제2 커패시터(537b)는 상기 제1 커패시터(537a)에서의 공핍 커패시턴스(depletion capacitance)값만을 가진다.To prevent this, when the high power mode is turned on, the second resistor 539b of the pin diode has a considerably higher value than the first resistor 539a, and the second capacitor 537b is the first capacitor 537a. It has only the value of depletion capacitance in.
그리고, 상기 ESD 보호부(534)는 고전력 모드가 동작할때 저전력 모드 제2 증폭기로 유입되는 신호를 차단하는 역할을 수행한다.In addition, the ESD protection unit 534 blocks the signal flowing into the low power mode second amplifier when the high power mode is operated.
도 7은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 전력 증폭기의 구조를 나타낸 도면이다. 7 is a view showing the structure of a power amplifier according to another embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 전력 증폭기는 외부로부터 인가되는 신호를 일차적으로 증폭하는 제1 증폭기(700), 상기 제1 증폭기(700)와 병렬로 연결된 바이어스 회로(750), 상기 제1 증폭기(700)에 증폭된 신호를 이차적으로 증폭하는 제2 증폭기(710)와 병렬로 연결된 제3 증폭기(720), 임피던스 변환기(730), 보호회로(740)를 포함한다.Referring to FIG. 7, the power amplifier may include a first amplifier 700 which primarily amplifies a signal applied from the outside, a bias circuit 750 connected in parallel with the first amplifier 700, and the first amplifier 700. And a third amplifier 720, an impedance converter 730, and a protection circuit 740 connected in parallel with the second amplifier 710 for secondarily amplifying the amplified signal.
상기 제1 증폭기(700), 바이어스 회로(750), 제2 증폭기(710), 제3 증폭기(720), 보호회로(740)는 도 5에 설명된 것과 같기 때문에 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.Since the first amplifier 700, the bias circuit 750, the second amplifier 710, the third amplifier 720, and the protection circuit 740 are the same as those described with reference to FIG. 5, a detailed description thereof will be omitted. .
상기 임피던스 변환기(730)는 인덕터(732), 상기 인덕터(732)와 직렬 연결된 핀다이오드(736), 상기 인덕터(732)와 상기 핀 다이오드(736) 사이에 직렬 연결된 제너 다이오드(734)로 구성된다.The impedance converter 730 includes an inductor 732, a pin diode 736 connected in series with the inductor 732, and a zener diode 734 connected in series between the inductor 732 and the pin diode 736. .
상기 제너 다이오드(734)는 역전압에서 동작되도록 만들어진 실리콘 계열의 소자로서 다이오드를 통한 전압은 전류에 관계없이 일정한 값을 유지하게 된다.The zener diode 734 is a silicon-based device made to operate at a reverse voltage, and the voltage through the diode maintains a constant value regardless of the current.
이는 특정 전압 이상을 클래핑하는 역할을 하게 되며 이를 활용하여 저전력 모드의 증폭기를 보호하게 된다. This serves to clamp over a certain voltage, which is used to protect the amplifier in low power mode.
또한 상기 제너 다이오드(734)는 일반 다이오드의 5개 역전압이 걸리는 것과 동일하게 동작하므로 소자수를 줄일 수 있다. In addition, since the zener diode 734 operates in the same way as the five reverse voltages of the general diode, the number of devices can be reduced.
저전력 모드 제2 증폭기를 보호한다는 개념은 도 5에서 설명한 것과 같지만 실제 구현시 ESD보호부의 다이오드는 MMIC내에 구현이 가능하나 보호면에서 약하고 제너 다이오드는 MMIC외부에 매칭을 활용하여나 하나 보호 기능면에서 매우 강한 장점을 가진다. The concept of protecting the low power mode second amplifier is the same as described in FIG. 5, but in actual implementation, the diode of the ESD protection part can be implemented in the MMIC, but the protection is weak, and the zener diode utilizes matching outside the MMIC. It has a very strong advantage.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 물론이다.The present invention is not limited to the above embodiments, and many variations are possible by those skilled in the art within the spirit of the present invention.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 임피던스 변환기의 회로의 변경을 통하여 고전력 모드 사용시에 31dBm이상 출력될때 저전력 모드 증폭기를 보호하기 위한 방법으로 역방향 다이오드와 인덕터를 이용하여 출력 전력에 의한 저전력 모드 증폭기의 손상을 방지하는 전력 증폭기를 제공할 수 있다. As described above, according to the present invention, the low power mode amplifier is damaged by the output power by using a reverse diode and an inductor as a method for protecting the low power mode amplifier when 31 dBm or more is output when the high power mode is used by changing the circuit of the impedance converter. It can provide a power amplifier that prevents.
또한, 본 발명에 따르면, 저전력 모드의 출력 로드 임피던스를 가변할 수 있어 효율을 최적화하고 매칭 소자를 줄일 수 있는 전력 증폭기를 제공할 수 있다. In addition, according to the present invention, it is possible to vary the output load impedance of the low power mode to provide a power amplifier that can optimize efficiency and reduce matching elements.
또한, 본 발명에 따르면, 이동통신 단말기에 내장된 전력 증폭기가 신호를 증폭할때, 고전력 모드에서 동작하는 시스템과 저전력 모드에서 동작하는 시스템을 분리하여 신호를 증폭함으로써 저전력 모드에서의 전력 손실을 줄이는 전력 증폭기를 제공할 수 있다. Further, according to the present invention, when the power amplifier built in the mobile communication terminal amplifies the signal, the system operating in the high power mode and the system operating in the low power mode to amplify the signal to reduce the power loss in the low power mode A power amplifier can be provided.
또한, 본 발명에 따르면, 전력 증폭기의 저전력 모드에서의 전력 손실을 줄임으로써 이동통신 단말기의 통화 시간을 늘리는 전력 증폭기를 제공할 수 있다. In addition, according to the present invention, it is possible to provide a power amplifier that increases the talk time of a mobile communication terminal by reducing power loss in the low power mode of the power amplifier.
도 1은 종래의 정상모드 전력 증폭기의 구조를 나타낸 블럭도. 1 is a block diagram showing the structure of a conventional normal mode power amplifier.
도 2는 종래의 고효율 전력 증폭기의 구조를 개략적으로 나타낸 블럭도.Figure 2 is a block diagram schematically showing the structure of a conventional high efficiency power amplifier.
도 3은 일반적인 보호회로의 구성을 개략적으로 나타낸 도면. 3 is a diagram schematically showing a configuration of a general protection circuit.
도 4는 종래의 정상 모드 전력 증폭기와 고효율 전력 증폭기의 소모 전류를 나타낸 그래프. Figure 4 is a graph showing the current consumption of the conventional normal mode power amplifier and high efficiency power amplifier.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전력 증폭기의 구조를 나타낸 블럭도.Figure 5 is a block diagram showing the structure of a power amplifier according to an embodiment of the present invention.
도 6a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 저전력 모드시 임피던스 변환기의 등가회로를 나타낸 도면.6A illustrates an equivalent circuit of an impedance converter in a low power mode according to an embodiment of the present invention.
도 6b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 고전력 모드시 임피던스 변환기의 등가회로를 나타낸 도면.6B is an equivalent circuit diagram of an impedance converter in a high power mode according to an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 전력 증폭기의 구조를 나타낸 도면.7 is a view showing the structure of a power amplifier according to another embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>
100, 200, 500, 700 : 제1 증폭기 110, 210, 510, 710 : 제2 증폭기100, 200, 500, 700: first amplifier 110, 210, 510, 710: second amplifier
120, 240, 540, 740 : 보호회로 130, 250, 550, 750 : 바이어스 회로120, 240, 540, 740: protection circuit 130, 250, 550, 750: bias circuit
230, 530, 730 : 임피던스 변환기 220, 520, 720 : 제3 증폭기230, 530, 730: Impedance converter 220, 520, 720: Third amplifier
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| E601 | Decision to refuse application | ||
| PE0601 | Decision on rejection of patent |
Patent event date: 20060403 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PE06012S01D Patent event date: 20060116 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I |