KR102069634B1 - 선형성 보상기능을 갖는 다단 파워 증폭 장치 - Google Patents

선형성 보상기능을 갖는 다단 파워 증폭 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 다단 파워 증폭 장치는, 제1 바이어스 전류를 공급받는 제1 증폭 회로; 제2 바이어스 전류를 공급받는 제2 증폭 회로; 입력되는 고주파 신호의 엔벨로프에 기초한 직류 검출 전압을 출력하는 엔벨로프 검출회로; 및 상기 직류 검출 전압에 기초해 하이 파워 구동 영역에서 상기 제2 바이어스 전류를 이용하여 상기 제1 바이어스 전류를 보상하는 바이어스 보상회로를 포함한다.

Description

선형성 보상기능을 갖는 다단 파워 증폭 장치{MULTI STAGE POWER AMPLIFIER HAVING LINEARITY COMPENSATING FUNCTION}
본 발명은 선형성 보상기능을 갖는 다단 파워 증폭 장치에 관한 것이다.
통상, 다단 파워 증폭 장치(Multi stage power amplifier)는, 직렬로 접속되고, 각 증폭이득을 가지고 전체적으로 높은 증폭이득을 이용하여 입력되는 신호를 증폭할 수 있는 제1 증폭기와 제2 증폭기를 포함한다.
상기 제1 증폭기는 입력되는 신호를 증폭하여 상기 제2 증폭기에 출력할 수 있다. 상기 제2 증폭기는 상기 제1 증폭기로부터 입력되는 신호를 증폭하여 출력할 수 있다. 상기 제1 증폭기와 제2 증폭기는 전체 증폭이득을 분담하고, 상기 제1 증폭기는 증폭 및 버퍼 기능을 수행할 수 있다.
여기서, 상기 제1 증폭기는 드라이브 증폭기(DA)가 될 수 있고, 상기 제2 증폭기는 파워 증폭기가 될 수 있다.
기존의 다단 파워 증폭 장치는, 하이 파워 구동 영역에서, 제1 증폭기의 바이어스가 하강되고, 제2 증폭기의 바이어스가 상승되는 단점이 있으며, 이에 따라 선형성이 저하되는 문제점이 있다.
(선행기술문헌)
(특허문헌 1) KR 2003-0090518
본 발명의 일 실시 예는, 하이 파워 구동 영역에서 제1 바이어스 및 제2 바이어스를 보상하도록 함으로써 선형성을 개선할 수 있는 다단 파워 증폭 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 의해, 제1 바이어스 전류를 공급받는 제1 증폭 회로; 제2 바이어스 전류를 공급받는 제2 증폭 회로; 입력되는 고주파 신호의 엔벨로프에 기초한 직류 검출 전압을 출력하는 엔벨로프 검출회로; 및 상기 직류 검출 전압에 기초해 하이 파워 구동영역에서 상기 제2 바이어스 전류를 이용하여 상기 제1 바이어스 전류를 보상하는 바이어스 보상회로; 를 포함하는 다단 파워 증폭 장치가 제안된다.
상기 바이어스 보상회로는, 상기 직류 검출 전압에 응답하여 상기 제2 바이어스 전류에서 추출한 싱크 전류를 이용하여 보상 전류를 생성하고 상기 보상 전류를 상기 제1 증폭 회로의 바이어스 단자에 공급하도록 이루어질 수 있다.
상기 다단 파워 증폭 장치는, 상기 제1 바이어스 전류를 공급하는 제1 바이어스 회로; 및 제2 바이어스 전류를 공급하는 제2 바이어스 회로; 를 더 포함할 수 있다.
상기 엔벨로프 검출회로는, 상기 고주파 신호에서 엔벨로프 신호를 검출하고, 상기 엔벨로프 신호에 기초한 상기 직류 검출 전압을 출력하도록 이루어질 수 있다.
상기 엔벨로프 검출회로는, 상기 고주파 신호의 엔벨로프 신호를 추출하는 신호 추출 회로; 상기 엔벨로프 신호를 정류하여 상기 직류 검출 전압을 출력하여 정류 회로; 및 상기 직류 검출 전압에서 교류 성분을 제거하여 상기 직류 검출 전압을 안정화시키는 필터 회로; 를 포함할 수 있다.
상기 엔벨로프 검출회로는, 외부로부터 제어 전압을 상기 정류 회로의 입력단에 입력받도록 이루어질 수 있다.
상기 바이어스 보상회로는, 증폭 트랜지스터를 포함하고, 상기 직류 검출 전압을 상기 증폭 트랜지스터의 바이어스 전압으로 공급받고, 상기 직류 검출 전압이 턴온 전압 이상이면 상기 싱크 전류를 증폭하여 상기 보상 전류를 출력하는 증폭 회로; 를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시 예에 의해, 제1 바이어스 전류를 공급하는 제1 바이어스 회로; 제2 바이어스 전류를 공급하는 제2 바이어스 회로; 상기 제1 바이어스 전류를 공급받는 제1 증폭 회로; 상기 제2 바이어스 전류를 공급받는 제2 증폭 회로; 입력되는 고주파 신호의 엔벨로프에 기초한 직류 검출 전압을 출력하는 엔벨로프 검출회로; 및 상기 직류 검출 전압에 응답하여 상기 제2 바이어스 회로에서 분기된 싱크 전류에 기초하여 상기 제1 바이어스 전류를 보상하는 바이어스 보상회로; 를 포함하는 다단 파워 증폭 장치가 제안된다.
상기 제2 바이어스 회로는, 내부 전류를 증폭하여 상기 제2 바이어스 전류를 출력하는 바이어스 트랜지스터를 포함하고, 상기 바이어스 보상회로는, 상기 바이어스 트랜지스터의 베이스, 컬렉터, 에미터중 하나에서 상기 싱크 전류를 분기받도록 이루어질 수 있다.
상기 바이어스 보상회로는, 상기 직류 검출 전압에 응답하여 상기 싱크 전류를 이용하여 보상 전류를 생성하고 상기 보상 전류를 상기 제1 증폭 회로의 바이어스 단자에 공급하도록 이루어질 수 있다.
상기 엔벨로프 검출회로는, 상기 고주파 신호에서 엔벨로프 신호를 검출하고, 상기 엔벨로프 신호에 기초한 상기 직류 검출 전압을 출력하도록 이루어질 수 있다.
상기 엔벨로프 검출회로는, 상기 고주파 신호의 엔벨로프 신호를 추출하는 신호 추출 회로; 상기 엔벨로프 신호를 정류하여 상기 직류 검출 전압을 출력하여 정류 회로; 및 상기 직류 검출 전압에서 교류 성분을 제거하여 상기 직류 검출 전압을 안정화시키는 필터 회로; 를 포함할 수 있다.
상기 엔벨로프 검출회로는, 외부로부터 제어 전압을 상기 정류 회로의 입력단에 입력받도록 이루어질 수 있다.
상기 바이어스 보상회로는, 증폭 트랜지스터를 포함하고, 상기 직류 검출 전압을 상기 증폭 트랜지스터의 바이어스 전압으로 공급받고, 상기 직류 검출 전압이 턴온 전압 이상이면 상기 싱크 전류를 증폭하여 상기 보상 전류를 출력하는 증폭 회로; 를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 하이 파워 구동 영역에서 제1 바이어스 및 제2 바이어스를 보상하도록 함으로써 제1 바이어스 및 제2 바이어스의 선형성을 개선할 수 있고, 다단 파워 증폭 장치의 진폭 왜곡(예, AM-AM distortion)을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다단 파워 증폭 장치의 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다단 파워 증폭 장치의 회로 예시도이다.
도 3은 도 2의 싱크전류에 대한 분기 예시도이다.
도 4는 도 2의 싱크전류에 대한 분기 예시도이다.
도 5는 도 2의 싱크전류에 대한 분기 예시도이다.
도 6은 도 2의 싱크전류에 대한 분기 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 엔벨로프 검출회로 및 바이어스 보상회로의 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 엔벨로프 검출회로 및 바이어스 보상회로의 예시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제2 바이어스 회로의 예시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 증폭 회로의 Vbe-출력파워 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제2 증폭 회로의 Vbe-출력파워 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 ACLR-출력파워 그래프이다.
이하에서는, 본 발명은 설명되는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양하게 변경될 수 있음이 이해되어야 한다.
또한, 본 발명의 각 실시 예에 있어서, 하나의 예로써 설명되는 구조, 형상 및 수치는 본 발명의 기술적 사항의 이해를 돕기 위한 예에 불과하므로, 이에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양하게 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 본 발명의 실시 예들은 서로 조합되어 여러 가지 새로운 실시 예가 이루어질 수 있다.
그리고, 본 발명에 참조된 도면에서 본 발명의 전반적인 내용에 비추어 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위해서, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다단 파워 증폭 장치의 예시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다단 파워 증폭 장치의 회로 예시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 본 발명의 일 실시 예에 따른 다단 파워 증폭 장치는, 제1 바이어스 회로(210), 제2 바이어스 회로(220), 제1 증폭 회로(Amp1)(110), 제2 증폭 회로(Amp2)(120), 엔벨로프 검출회로(300), 및 바이어스 보상회로(400)를 포함할 수 있다.
본 방명의 일 실시 예에 따른 제1 증폭 회로(110) 및 제2 증폭 회로(120) 각각에 보상없는 바이어스 회로를 사용하는 경우에는 소신호(small signal) 및 대신호(large signal)에서, 제1 증폭 회로(110) 및 제2 증폭 회로(120) 각각에 포함된 파워 트랜지스터의 바이어스 포인트(power transistor bias point)는 서로 다르게 될 수 있고, 이는 파워 트랜지스터(power transistor)에 입력되는 신호 스윙(signal swing)의 크기에 따라 바이어스 회로의 비선형 동작의 차이가 생기기 때문이다.
통상, 입력전력이 커질수록 바이어스 회로의 2차 비선형 특성에 의해 생성되는 추가적인 DC 성분의 크기가 커지면서 바이어스 포인트(bias point)가 상승하게 되고, 이와 반대로 입력전력이 낮은 경우에는 바이어스 회로의 비선형성에 의한 추가적인 DC 성분의 크기가 작기 때문에 파워 트랜지스터(power transistor)의 바이어스 포인트(bias point)는 하강(droop)하게 된다.
다단 증폭기(Multi stage amplifier)에서, 각 단(stage)의 입력 신호의 크기에 의해 변하는 바이어스 포인트(bias point)의 변화 양상에 따라 진폭 왜곡(예, AM-AM 왜곡)이 결정되며, 이는 선형성에 매우 직접적인 연관성을 가지고 있다. 따라서 본 발명은 비선형성에 의한 바이어스의 하강 및 상승을 보상한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 증폭 회로(110)는 제2 증폭 회로(120)보다 비교적 작은 입력 전력으로 구동되어, 전술한 바와같이 바이어스 보상회로(400)가 적용되지 않을 경우에는, 입력 신호의 크기가 커질수록 제1 증폭 회로의 바이어스 포인트(bias point)가 하강하게 되며, 제2 증폭 회로(120)의 바이어스 포인트(bias point)가 상승하게 될 수 있다.
본 발명의 바이어스 보상회로(400)가 적용되는 경우에는, 제2 증폭 회로(120)가 큰 입력으로 구동되어 제2 증폭 회로의 바이어스 포인트(bias point)가 상승할 때, 제2 증폭 회로(120)의 바이어스 전류의 일부 전류를 싱크(sink)하고, 싱크된 일부 전류를 제1 증폭 회로(110)의 제1 바이어스 전류에 추가 공급함으로써, 하이 파워(high power) 구동영역에서 상승하는 제2 증폭 회로(120)의 바이어스 포인트(bias point)와 하강하는 제1 증폭 회로(110)의 바이어스 포인트(bias point)를 동시에 완화시킬 수 있다. 이하 이에 대해 설명한다.
상기 제1 바이어스 회로(210)는, 제1 전압(V1)을 공급받아 생성된 내부 전류를 이용하여 제1 바이어스 전류(Ibias1)를 공급할 수 있다.
상기 제2 바이어스 회로(220)는 제2 전압(V2)을 공급받아 생성된 내부 전류를 이용하여 제2 바이어스 전류(Ibias2)를 공급할 수 있다.
상기 제1 증폭 회로(110)는, 상기 제1 바이어스 전류(Ibias1)를 공급받아서, 입력되는 고주파 신호를 증폭하여 상기 제2 증폭 회로(120)에 출력할 수 있다.
상기 제2 증폭 회로(120)는 상기 제2 바이어스 전류(Ibias2)를 공급받아서 상기 제1 증폭 회로(110)에 의해 증폭된 고주파 신호를 증폭하여 출력단자(OUT)에 출력할 수 있다.
상기 엔벨로프 검출회로(300)는, 입력단자(IN) 및 커패시터를 통해 입력되는 고주파 신호의 엔벨로프에 기초한 직류 검출 전압(Vd)을 출력할 수 있다.
상기 바이어스 보상회로(400)는, 상기 직류 검출 전압(Vd)에 응답하여 상기 제2 바이어스 회로(220)에서 분기된 싱크 전류(Isink)에 기초하여 상기 제1 바이어스 전류(Ibias1)를 보상할 수 있다.
또한, 제2 바이어스 전류(Ibias2)에서 싱크전류(Isink)를 분기하여 제2 바이어스 전류(Ibias2)를 보상할 수 있다.
일 예로, 상기 엔벨로프 검출회로(300)는, 상기 고주파 신호에서 엔벨로프 신호를 검출하고, 상기 엔벨로프 신호에 기초한 상기 직류 검출 전압(Vd)을 출력할 수 있다. 이에 대해서는 도 9를 참조하여 설명한다.
상기 바이어스 보상회로(400)는, 상기 직류 검출 전압(Vd)에 응답하여 상기 싱크 전류(Isink)를 이용하여 보상 전류(Icom)를 생성하고 상기 보상 전류(Icom)를 상기 제1 증폭 회로(110)의 제1 바이어스 단자(N1)에 공급할 수 있다.
이에 따라, 상기 제1 바이어스 단자(N1)에서, 상기 제1 바이어스 회로(210)에서 생성된 제1 바이어스 전류(Ibias1)에 상기 보상 전류(Icom)가 더해져서 상기 제1 바이어스 전류(Ibias1)의 하강이 보상된다.
본 발명의 각 도면에 대해, 동일한 부호 및 동일한 기능의 구성요소에 대해서는 가능한 불필요한 중복 설명은 생략될 수 있고, 각 도면에 대해 가능한 차이점에 대한 사항이 설명될 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 제1 증폭 회로(110)는 상기 제1 바이어스 전류(Ibias1)를 베이스로 공급받고, 제1 인덕터(L1)를 통해 제1 동작전압(Vcc1)을 컬렉터로 공급받아서, 입력단자(IN) 및 커패시터를 통해 입력되는 고주파 신호를 증폭하여 상기 증폭된 고주파 신호를 출력하는 제1 증폭 트랜지스터(Q1)를 포함할 수 있다.
상기 제2 증폭 회로(120)는, 상기 제2 바이어스 전류(Ibias2)를 베이스로 공급받고, 제2 인덕터(L2)를 통해 제2 동작전압(Vcc2)을 컬렉터로 공급받아서, 상기 제1 증폭 회로(110)로부터 입력되는 고주파 신호를 증폭하여 상기 증폭된 고주파 신호를 커패시터를 통해 출력단자(OUT)로 출력하는 제2 증폭 트랜지스터(Q2)를 포함할 수 있다.
상기 제1 바이어스 회로(210)는, 제1 전압(V1)을 공급받아 생성된 내부 전류(I1)를 증폭하여 상기 제1 바이어스 전류(Ibias2)를 출력하는 제1 바이어스 트랜지스터(Q21)를 포함할 수 있다.
상기 제2 바이어스 회로(220)는, 제2 전압(V2)을 공급받아 생성된 내부 전류(I2)를 증폭하여 상기 제2 바이어스 전류(Ibias2)를 출력하는 제2 바이어스 트랜지스터(Q22)를 포함할 수 있다.
도 2에서, CB1, CB2, CB3은 직류 신호(전압 또는 전류)를 차단하고, 교류 신호를 통과시키는 직류 블록킹 커패시터이다.
도 3은 도 2의 싱크전류에 대한 분기 예시도이다.
도 3을 참조하면, 상기 바이어스 보상회로(400)는, 상기 제2 바이어스 전류(Ibias2)에서 분기된 싱크전류(Isink)를 이용하여 상기 제1 바이어스 전류(Ibias1)를 보상할 수 있다.
일 예로, 도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 바이어스 보상회로(400)는, 상기 직류 검출 전압(Vd)에 응답하여 상기 제2 바이어스 전류(Ibias2)에서 추출한 싱크 전류(Isink)를 이용하여 보상 전류(Icom)를 생성하고 상기 보상 전류(Icom)를 상기 제1 증폭 회로(110)의 제1 바이어스 단자(N1)에 공급할 수 있다.
또한, 상기 바이어스 보상회로(400)는, 도 3과는 달리, 상기 바이어스 트랜지스터(Q22)의 베이스, 컬렉터, 에미터중 하나에서 상기 싱크 전류(Isink)를 분기받을 수 있으며, 이에 대해서는 도 4, 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다.
도 4는 도 2의 싱크전류에 대한 분기 예시도이고, 도 5는 도 2의 싱크전류에 대한 분기 예시도이고, 도 6은 도 2의 싱크전류에 대한 분기 예시도이다.
도 4를 참조하면, 일 예로, 상기 싱크 전류(Isink)는, 상기 바이어스 트랜지스터(Q22)의 베이스에서 상기 싱크 전류(Isink)를 분기받을 수 있다.
도 5를 참조하면, 일 예로, 상기 싱크 전류(Isink)는, 상기 바이어스 트랜지스터(Q22)의 에미터에서 상기 싱크 전류(Isink)를 분기받을 수 있다.
도 6을 참조하면, 일 예로, 상기 싱크 전류(Isink)는, 상기 바이어스 트랜지스터(Q22)의 컬렉터에서 상기 싱크 전류(Isink)를 분기받을 수 있다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 상기 바이어스 트랜지스터(Q22)는 베이스를 통해서 입력되는 내부 전류(I2)를 증폭하여 에미터를 통해 상기 제2 바이어스 전류(Ibias2)를 출력할 수 있다. 상기 바이어스 트랜지스터(Q22)의 클럭터에 접속되어, 상기 제2 바이어스 전류(Ibias2)의 크기를 조절할 수 있는 밸러스트 저항(R20)을 포함할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 엔벨로프 검출회로 및 바이어스 보상회로의 예시도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 엔벨로프 검출회로 및 바이어스 보상회로의 예시도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 엔벨로프 검출회로(300)는, 신호 추출 회로(310), 정류 회로(320) 및 필터 회로(330)를 포함할 수 있다.
상기 신호 추출 회로(310)는, 상기 신호 입력단자(IN)와 상기 제1 증폭 회로(110)의 입력단 사이의 검출노드(Nd)에 접속되어, 상기 고주파 신호의 엔벨로프 신호를 추출할 수 있다. 일 예로, 상기 신호 추출 회로(310)는 커패시터(C1)를 포함할 수 있다.
상기 정류 회로(320)는, 상기 신호 추출 회로(310)를 통해 입력되는 상기 엔벨로프 신호를 정류하여 상기 직류 검출 전압(Vd)을 출력할 수 있다. 일 예로, 상기 정류 회로(320)는, 적어도 하나의 정류 소자(QD)를 포함할 수 있고, 상기 정류 소자(QD)는 정류 다이오드, 또는 다이오드 접속된 트랜지스터가 될 수 있다.
상기 필터 회로(330)는, 상기 직류 검출 전압(Vd)에서 교류 성분을 제거하여 상기 직류 검출 전압(Vd)을 안정화시킬 수 있다. 일 예로, 상기 필터 회로(330)는, 상기 정류 회로(320)의 출력단과 접지 사이에 접속된 커패시터(C2)와, 상기 커패시터(C2)에 병렬로 접속된 저항(R2)을 포함할 수 있다.
상기 바이어스 보상회로(400)는 증폭 회로(410)를 포함할 수 있다. 상기 증폭 회로(410)는, 증폭 트랜지스터(Q40)를 포함하고, 상기 직류 검출 전압(Vd)을 상기 증폭 트랜지스터(Q40)의 바이어스 전압으로 공급받고, 상기 직류 검출 전압(Vd)이 턴온 전압 이상이면 상기 싱크 전류(Isink)를 증폭하여 상기 보상 전류(Icom)를 출력할 수 있다.
부연하면, 상기 바이어스 보상회로(400)는 로우 파워(low power) 영역에서는 턴오프(turn off)되어 있고, 하이 파워(high power) 영역에서만 턴온(turn on)되고, 턴온 상태에서는 제2 바이어스 회로(210)에서 분기된 싱크전류(Isink)를 증폭하는 스위처블(switchable) 증폭 회로가 될 수 있다.
또한, 엔벨로프 검출회로(300)에 입력되는 고주파 신호의 전력 크기에 따라 출력되는 직류 검출 전압(Vd)이 달라질 수 있다. 일 예로, 작은 전력이 입력될 때 작은 직류 검출 전압(Vd)이 검출되어, 상기 바이어스 보상회로(400)의 증폭 트랜지스터(Q40)가 턴오프(turn off)되고, 고주파 신호의 전력 크기가 점차 커져서 특정 임계점 이상의 직류 검출 전압(Vd)을 생성할 경우 상기 바이어스 보상회로(400)의 증폭 트랜지스터(Q40)가 턴온(turn on)된다. 또한 기 바이어스 보상회로(400)의 증폭 트랜지스터(Q40)가 턴온되는 동작에서만 제2 증폭 회로의 제2 바이어스 회로에서 일부 전류를 싱크하여 이를 증폭한 뒤 제1 증폭 회로의 제1 바이어스 전류에 더해져서 제1 바이어스 전류가 보상된다.
도 8을 참조하면, 상기 엔벨로프 검출회로(300)는, 외부로부터 제어 전압(VC)을 상기 정류 회로(320)의 입력단에 입력받을 수 있다.
상기 제어 전압(VC)의 전압 크기를 조절하면, 상기 바이어스 보상회로(400)의 증폭 트랜지스터(Q40)의 턴온을 제어할 수 있다.
부연하면, 엔벨로프 검출회로(300)의 출력단에서 제공되는 직류 검출 전압(Vd)의 레인지(range)를 조절할 수 있도록 정류 소자(QD)의 애노드 단자에 제어 전압(VC)을 공급할 수 있다. 이러한 제어 전압(VC)의 크기에 따라 증폭 트랜지스터(Q40)를 턴온(turn on)시킬 수 있는 입력 전력의 크기가 제어될 수 있다.
일 예로, 제어 전압(VC)을 높게 인가하면 비교적 작은 입력 전력에서도 정류 소자(QD)와 증폭 트랜지스터(Q40)를 턴온(turn on)시킬 수 있다. 반대로 제어 전압(VC)을 낮게 인가하면 정류 소자(QD)는 온되어도 증폭 트랜지스터(Q40)의 베이스-에미터 접합(base-emitter junction)이 턴오프(turn off)될 수 있기 때문에 증폭 트랜지스터(Q40)가 구동 되지 않을 수 있다.
예를 들어, 증폭 트랜지스터(Q40)의 에미터가 1.2V 전압이면, 상기 증폭 트랜지스터(Q40)가 온상태로 되기 위해서는 에미터 전압인 1.2V보다 턴온전압(예, 1.2V)보다 높은 대략 2.4V 이상의 베이스 전압이 인가되어야 한다.
따라서, 증폭 트랜지스터(Q40)의 베이스 전압이 2.4V 이상이 되기 위해서는 정류 소자(DT4)의 턴온(turn on) 전압인 1.2V와, 추가적으로 커패시터(C1)를 통해 입력되는 신호의 스윙(swing)을 고려하면, 대략 제어 전압(VC)은 충분히 3.1V 내지 3.4V 정도가 되어야 한다.
이상의 베이스 전압이 인가되는 경우, 베이스-에미터 접합(base-emitter junction) 턴온(turn on) 전압이 1.2V 이상 되고, 증폭 트랜지스터(Q40)의 베이스 전압이 2.4V 이상 되기 위해서는 정류 소자(QD)의 턴온(turn on) 전압이 1.2V 및 추가적으로 신호 추출 회로(310)를 통해 입력되는 신호의 스위칭(swing)을 고려하면, 대략 제어 전압(VC)은 3.1V 내지 3.4V 정도가 되어야 한다.
일 예로, 증폭 트랜지스터(Q40)가 동작할 수 있는 제어 전압(VC)과 입력 전력의 조건이 만족되면, 증폭 트랜지스터(Q40)는 제2 바이어스 회로(220)의 제2 바이어스 트랜지스터(Q22)의 베이스로 입력되는 전류중의 일부 신호(도 4 참조)를 분기하여, 이 분기된 싱크전류(Isink)는 증폭되어 제1 바이어스 전류(Ibias1)의 제1 바이어스 단자(N1)에서 제1 바이어스 전류(Ibias1)와 합쳐져서 제1 바이어스 전류가 보상되어 제1 증폭 회로(100)에 공급된다.
상기 싱크전류(Isink)의 양을 조절하기 위해 싱크 경로에 저항(도 4의 R25)이 추가될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제2 바이어스 회로의 예시도이다.
도 9를 참조하면, 예를 들어, 상기 제2 바이어스 회로(220)는, 제1 저항(R1), 제1 및 제2 다이오드 접속 트랜지스터(DT1,DT2), 제2 저항(R2), 커패시터(C2), 상기 바이어스 트랜지스터(Q22), 밸러스트 저항(R20)을 포함할 수 있다.
기준전압(Vref1) 단자와 접지 사이에 직렬로 제1 저항(R1), 제1 및 제2 다이오드 접속 트랜지스터(DT1,DT2), 제2 저항(R2)이 접속된다. 제2 전압(V2) 단자와 상기 제2 증폭 회로(120)에 접속된 제2 바이어스 노드(N2) 사이에 직렬로 상기 바이어스 트랜지스터(Q22) 및 상기 밸러스트 저항(R20)이 접속된다. 상기 바이어스 트랜지스터(Q22)의 베이스와 접지 사이에 커패시터(C2)가 접속된다.
도 9를 참조하면, 상기 바이어스 보상회로(400)는, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와같이, 상기 바이어스 트랜지스터(Q22)의 베이스 노드(N2B), 컬렉터 노드(N2C), 에미터 노드(N2E)중 하나에서 상기 싱크 전류(Isink)를 분기받을 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 증폭 회로의 Vbe-출력파워 그래프이다.
도 10의 그래프는, 입력전력을 증가시키면서 제1 증폭 회로(110)의 베이스-에미터 전압(Vbe)과 출력파워에 대한 시뮬레이션 결과 그래프이다.
도 10의 G11은 바이어스 보상회로(400)가 적용되지 않은 경우에 대한 제1 증폭 회로의 Vbe-출력파워 그래프이고, G12는 바이어스 보상회로(400)가 적용된 경우에 대한 제1 증폭 회로의 Vbe-출력파워 그래프이다.
도 10의 G11 및 G12를 참조하면, 본 발명에 따른 바이어스 보상회로(400)가 적용된 경우(G12 참조)가 적용되지 않은 경우(G11 참조)에 대비하여 제1 증폭 회로(110)의 베이스-에미터 전압(Vbe)의 저하(droop) 현상이 개선되며, 대략 30dBm의 출력전압부터는 베이스-에미터 전압(Vbe)이 다시 상승하여 전압 저하 현성이 더욱 개선됨을 알 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제2 증폭 회로의 Vbe-출력파워 그래프이다.
도 11의 그래프는, 입력전력을 증가시키면서 제2 증폭 회로(120)의 베이스-에미터 전압(Vbe)과 출력파워에 대한 시뮬레이션 결과 그래프이다.
도 11의 G21은 바이어스 보상회로(400)가 적용되지 않은 경우에 대한 제2 증폭 회로의 Vbe-출력파워 그래프이고, G22는 바이어스 보상회로(400)가 적용된 경우에 대한 제2 증폭 회로의 Vbe-출력파워 그래프이다.
도 10의 G11 및 G12를 참조하면, 본 발명에 따른 바이어스 보상회로(400)가 적용된 경우(G12 참조)가 적용되지 않은 경우(G11 참조)에 대비하여
제2 증폭 회로(120)의 베이스-에미터 전압(Vbe)의 상승 현상이 대략 30dBm의 출력전압부터는 베이스-에미터 전압(Vbe)이 전압 상승 현성이 더욱 개선됨을 알 수 있다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 입력전력이 커지는 영역에서도 제1 증폭 회로(110) 및 제2 증폭 회로(120)의 베이스-에미터 전압(Vbe)의 감소 및 상승의 정도가 완화되면서 AM-AM 왜곡을 개선시킬 수 있음을 알 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 ACLR-출력파워 그래프이다.
도 12의 그래프는, 입력전력을 증가시키면서 ACLR(Adjacent Channel Leakage Ratio)에 대한 시뮬레이션 결과 그래프이다.
도 12의 G31은 바이어스 보상회로(400)가 적용되지 않은 경우에 대한 ACLR 그래프이고, G32는 바이어스 보상회로(400)가 적용된 경우에 대한 ACLR 그래프이다.
도 12의 G31 및 G32를 참조하면, 제1 증폭 회로(110) 및 제2 증폭 회로(120)는 입력되는 신호의 스위칭(swing) 크기 차이에 의해서 AM-AM 왜곡 곡선(distortion curve) 각각이 하강 및 상승의 모양을 나타내게 되며, 바이어스 보상회로(400)가 적용된 경우에, 그래프에 보인 전체 영역에서 AM-AM 왜곡 곡선 변화가 완화되어 선형성 지표인 ACLR를 개선할 수 있음을 확인하였다.
이상에서는 본 발명을 실시 예로써 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.
110; 제1 증폭 회로
120: 제2 증폭 회로
210: 제1 바이어스 회로
220: 제2 바이어스 회로
300: 엔벨로프 검출회로
310: 정류 회로
320; 필터 회로
400: 바이어스 보상회로
410; 증폭 회로
C1; 제1 직류 블록킹 커패시터

Claims (14)

  1. 제1 바이어스 전류를 공급받는 제1 증폭 회로;
    제2 바이어스 전류를 공급받는 제2 증폭 회로;
    입력되는 고주파 신호의 엔벨로프에 기초한 직류 검출 전압을 출력하는 엔벨로프 검출회로; 및
    상기 직류 검출 전압에 기초해 하이 파워 구동영역에서 상기 제2 바이어스 전류를 이용하여 상기 제1 바이어스 전류를 보상하는 바이어스 보상회로;
    를 포함하는 다단 파워 증폭 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 바이어스 보상회로는,
    상기 직류 검출 전압에 응답하여 상기 제2 바이어스 전류에서 추출한 싱크 전류를 이용하여 보상 전류를 생성하고 상기 보상 전류를 상기 제1 증폭 회로의 바이어스 단자에 공급하는
    다단 파워 증폭 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 바이어스 전류를 공급하는 제1 바이어스 회로; 및
    제2 바이어스 전류를 공급하는 제2 바이어스 회로;
    를 더 포함하는 다단 파워 증폭 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 엔벨로프 검출회로는,
    상기 고주파 신호에서 엔벨로프 신호를 검출하고, 상기 엔벨로프 신호에 기초한 상기 직류 검출 전압을 출력하는
    를 포함하는 다단 파워 증폭 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 엔벨로프 검출회로는,
    상기 고주파 신호의 엔벨로프 신호를 추출하는 신호 추출 회로;
    상기 엔벨로프 신호를 정류하여 상기 직류 검출 전압을 출력하여 정류 회로; 및
    상기 직류 검출 전압에서 교류 성분을 제거하여 상기 직류 검출 전압을 안정화시키는 필터 회로;
    를 포함하는 다단 파워 증폭 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 엔벨로프 검출회로는,
    외부로부터 제어 전압을 상기 정류 회로의 입력단에 입력받는
    다단 파워 증폭 장치.
  7. 제4항에 있어서, 상기 바이어스 보상회로는,
    증폭 트랜지스터를 포함하고, 상기 직류 검출 전압을 상기 증폭 트랜지스터의 바이어스 전압으로 공급받고, 상기 직류 검출 전압이 턴온 전압 이상이면 상기 싱크 전류를 증폭하여 상기 보상 전류를 출력하는 증폭 회로;
    를 포함하는 다단 파워 증폭 장치.
  8. 제1 바이어스 전류를 공급하는 제1 바이어스 회로;
    제2 바이어스 전류를 공급하는 제2 바이어스 회로;
    상기 제1 바이어스 전류를 공급받는 제1 증폭 회로;
    상기 제2 바이어스 전류를 공급받는 제2 증폭 회로;
    입력되는 고주파 신호의 엔벨로프에 기초한 직류 검출 전압을 출력하는 엔벨로프 검출회로; 및
    상기 직류 검출 전압에 응답하여 상기 제2 바이어스 회로에서 분기된 싱크 전류에 기초하여 상기 제1 바이어스 전류를 보상하는 바이어스 보상회로;
    를 포함하는 다단 파워 증폭 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제2 바이어스 회로는,
    내부 전류를 증폭하여 상기 제2 바이어스 전류를 출력하는 바이어스 트랜지스터를 포함하고,
    상기 바이어스 보상회로는,
    상기 바이어스 트랜지스터의 베이스, 컬렉터, 에미터중 하나에서 상기 싱크 전류를 분기받는 다단 파워 증폭 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 바이어스 보상회로는,
    상기 직류 검출 전압에 응답하여 상기 싱크 전류를 이용하여 보상 전류를 생성하고 상기 보상 전류를 상기 제1 증폭 회로의 바이어스 단자에 공급하는
    다단 파워 증폭 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 엔벨로프 검출회로는,
    상기 고주파 신호에서 엔벨로프 신호를 검출하고, 상기 엔벨로프 신호에 기초한 상기 직류 검출 전압을 출력하는
    를 포함하는 다단 파워 증폭 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 엔벨로프 검출회로는,
    상기 고주파 신호의 엔벨로프 신호를 추출하는 신호 추출 회로;
    상기 엔벨로프 신호를 정류하여 상기 직류 검출 전압을 출력하여 정류 회로; 및
    상기 직류 검출 전압에서 교류 성분을 제거하여 상기 직류 검출 전압을 안정화시키는 필터 회로;
    를 포함하는 다단 파워 증폭 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 엔벨로프 검출회로는,
    외부로부터 제어 전압을 상기 정류 회로의 입력단에 입력받는
    다단 파워 증폭 장치.
  14. 제11항에 있어서, 상기 바이어스 보상회로는,
    증폭 트랜지스터를 포함하고, 상기 직류 검출 전압을 상기 증폭 트랜지스터의 바이어스 전압으로 공급받고, 상기 직류 검출 전압이 턴온 전압 이상이면 상기 싱크 전류를 증폭하여 상기 보상 전류를 출력하는 증폭 회로;
    를 포함하는 다단 파워 증폭 장치.
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