KR20060092702A - 출력전력이 조정가능한 전력증폭모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 출력전력이 조정가능한 전력증폭모듈은 RF신호를 증폭시키는 전력증폭부; 상기 전력증폭부로 바이어스전압을 공급하는 바이어스회로부; 상기 바이어스회로부에 연결되어 상기 바이어스전압을 검출하는 전압센서부; 상기 전력증폭부의 출력단에 연결되어 전력을 검출하고 전압 성분을 추출하는 전력검출부; 다수개의 직렬 다이오드 어레이로서, 상기 전력증폭부의 출력단에 연결되는 다이오드배열부; 상기 전력검출부에서 추출된 전압 및 상기 전압센서부에서 검출된 전압을 비교하여 비교 전압을 생성하는 전압비교부; 및 상기 전압비교부로부터 상기 비교 전압을 전달받아 상기 다이오드배열부의 일부 다이오드를 선택적으로 접지단과 스위칭시키는 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 전력증폭부의 출력전력을 통신 환경에 따라 미세하게 조정할 수 있는 효과가 있고, 종래에 구비되는 ESD 억제용 다이오드 어레이의 일부를 이용하여 출력 전력의 일부가 상쇄되게 함으로써 추가되는 회로의 크기를 최소화할 수 있으며, 외부로부터 잡음 성분이 인입되거나 임피던스가 미스매칭되어 전력증폭모듈이 고출력으로 무리하게 동작하는 경우를 방지함으로써 내부 회로 및 주변 회로의 성능이 안정화되는 효과가 있다.

Description

출력전력이 조정가능한 전력증폭모듈{Power amplifier module being able to change output power}
도 1은 일반적인 전력증폭모듈(20)의 내부 구성요소들을 개략적으로 도시한 블록도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 출력전력이 조정가능한 전력증폭모듈의 내부 구성요소를 도시한 블록 회로도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 출력전력이 조정가능한 전력증폭모듈의 전압센서부의 구성요소를 도시한 회로도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 상기 전력검출부의 상기 추출 전압 및 상기 전압센서부의 상기 검출 전압 사이의 상관 관계를 도시한 그래프.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
100: 출력전력이 조정가능한 전력증폭모듈
110: 입력매칭부 115: 구동증폭부
120: 중간매칭부 125: 전력증폭부
130: 출력매칭부 135: 제1바이어스회로부
140: 제2바이어스회로부 145: 전력검출부
150: 전압센서부 155: 전압비교부
160: 다이오드배열부 161: 전압레벨스위치부
162: 스위치선택회로부
본 발명은 전력증폭모듈(PAM: Power Amplifier Module)에 관한 것이다.
현재, 널리 사용되고 있는 휴대폰, 스마트폰, PDA(Personal Digital Assistant), RFID(Radio Frequency IDentification) 장치와 같은 이동통신단말기에는 각종 전자소자가 내장되어 동작되고, 이들 전자소자는 PCB(Printed Circuit Board)상에 집적된 통신모듈을 이루어 구성되는 것이 일반적이다.
이러한 통신모듈은 안테나를 통하여 송출되는 최종의 RF신호를 얻기 위하여 송신부측에 전력증폭단을 구비하는데, 상기 전력증폭단은 이동통신단말기 상의 트랜시버로부터 입력된 RF신호를 증폭하고 상기 증폭된 신호를 일정하게 유지시키고 있다.
도 1은 일반적인 전력증폭모듈(20)의 내부 구성요소들을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 1에 의하면, 일반적인 전력증폭모듈(20)은 입력매칭부(21), 구동증폭부(DA: Driver Amplifier)(22), 중간매칭부(23), 전력증폭부(PA: Power Amplifier)(24) 및 출력매칭부(25)를 포함하여 구성된다.
우선, 상기 입력매칭부(21)는 트랜시버(10)로부터의 입력신호가 가지는 손실 을 보상하고, 중간매칭부(23)는 중간 연결회로의 임피던스를 정합시킨다.
또한, 상기 상기 출력매칭부(25)는 최종증폭된 출력신호의 임피던스를 정합시킨다.
상기 구동증폭부(22)는 전력의 증폭 크기와 관련된 이득을 조정하고, 상기 전력증폭부(24)는 최종 출력신호를 증폭시켜 외부(안테나)로 송출한다.
그러나, 이러한 구조를 가지는 일반적인 전력증폭모듈(20)은 고출력으로 동작하거나 외부로부터 잡음(serge)이 인입되는 경우 또는 임피던스가 미스매칭되는 경우에 내부 회로가 손상(burn-out)되거나 주변 회로에 악영향을 미치게 된다.
따라서, 본 발명은 전력증폭부의 컬렉터단에 증가되는 전류를 검출하여 얻은 전압과 출력 신호로부터 검출된 전압을 이용하여 최종적으로 증폭되는 출력신호의 전력을 제한시키도록 하는 전력증폭모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 최종적으로 증폭되는 출력신호의 전력을 제한시킴에 있어서 기존에 구비되는 구성부를 최대한 활용함으로써 그 크기가 최소화되는 출력전력 제한회로가 탑재되는 전력증폭모듈을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 출력전력이 조정가능한 전력증폭모듈은 RF신호를 증폭시키는 전력증폭부; 상기 전력증폭부로 바이어스전압을 공급하는 바이어스회로부; 상기 바이어스회로부에 연결되어 상기 바이어스전압을 검출하는 전압센서부; 상기 전력증폭부의 출력단에 연결되어 전력을 검출하고 전압 성분을 추출하는 전력검출부; 다수개의 직렬 다이오드 어레이로서, 상기 전력증폭부의 출력단에 연결되는 다이오드배열부; 상기 전력검출부에서 추출된 전압 및 상기 전압센서부에서 검출된 전압을 비교하여 비교 전압을 생성하는 전압비교부; 및 상기 전압비교부로부터 상기 비교 전압을 전달받아 상기 다이오드배열부의 일부 다이오드를 선택적으로 접지단과 스위칭시키는 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 출력전력이 조정가능한 전력증폭모듈에 대하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 출력전력이 조정가능한 전력증폭모듈(100)의 내부 구성요소를 도시한 블록 회로도이다.
도 2에 의하면, 본 발명의 실시예에 따른 출력전력이 조정가능한 전력증폭모듈(100)은 입력매칭부(110), 구동증폭부(115), 제1바이어스회로부(135), 중간매칭부(120), 전력증폭부(125), 제2바이어스회로부(140), 전력검출부(145), 전압센서부(150), 출력매칭부(130), 다이오드배열부(160), 전압비교부(155), 스위치선택회로부(162), 전압레벨스위치부(161) 및 다이오드배열부를 포함하여 구성된다.
우선, 상기 입력매칭부(110)는 상기 구동증폭부(115)의 입력단에 구비되고, 트랜시버로부터 입력되는 RF신호의 손실을 보상한다. 또한, 상기 중간매칭부(120)는 상기 전력증폭부(125)의 입력단에 구비되는데, 상기 전력증폭부(125) 및 상기 구동증폭부(115) 사이의 임피던스를 정합시키는 회로이다.
그리고, 상기 출력매칭부(130)는 상기 전력증폭부(125)에서 최종적으로 증폭 된 출력신호의 손실을 보상하여 임피던스를 매칭시키는 기능을 수행한다.
상기 구동증폭부(115)는 상기 트랜시버로부터 출력된 신호를 증폭함에 있어서 이득(gain)을 조절하여 출력이 허용 수준을 넘지 않도록 한다.
따라서, 상기 구동증폭부(115)를 통하여 증폭 신호가 왜곡되고 여러 주파수가 집중된 채널신호의 대역폭에서 인터모듈레이션이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
상기 전력증폭부(125)는 상기 구동증폭부(115)에서 이득조정된 출력신호의 전력을 증폭시키는데, 상기 구동증폭부(115)와는 달리 출력단에 많은 양의 전류를 제공하고 전력을 상승시키는 기능을 한다. 따라서, 상기 전력증폭부(125)는 용량이 큰 트랜지스터 혹은 병렬로 구성되는 많은 수의 트랜지스터를 필요로 하게 된다.
상기 제1바이어스회로부(135)는 상기 구동증폭부(115)로 바이어스 전압을 공급하고, 상기 제2바이어스회로부(140)는 상기 전력증폭부(125)로 바이어스 전압을 공급한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 출력전력이 조정가능한 전력증폭모듈(100)의 전압센서부(150)의 구성요소를 도시한 회로도이다.
상기 전압센서부(150)는 상기 제2바이어스회로부(140)에 연결되어 상기 바이어스전압을 검출하고 검출된 전압을 상기 전압비교부(155)로 전달하는 기능을 수행하는데, 도 3에 의하면, 상기 전압센서부(150)는 제1저항(151), 제2저항(152), 제3저항(153) 및 다이오드(154)로 구성된다.
상기 다이오드(154) 및 제1저항(151)은 직렬로 연결되고 상기 제2저항(152) 은 상기 다이오드(154)와 병렬로 연결된다. 그리고, 상기 제3저항(153)은 상기 다이오드(154)의 출력단을 접지단으로 연결시킨다. 상기 다이오드(154)는 전압을 검출하는 기능을 수행하고, 상기 제1저항(151), 제2저항(152) 및 제3저항(153)은 소정의 임피던스를 형성하여 상기 다이오드에서 검출되는 전압 수치가 조정되도록 한다.
상기 전력검출부(145)는 상기 전력증폭부(125)의 출력단에 연결되어 전력을 검출하고 전압 성분을 추출하는 기능을 수행하는데, 다이오드 또는 로그앰프를 이용하여 구현될 수 있다.
상기 다이오드배열부(160)는 10개의 직렬 다이오드 어레이로 구성되는데, 상기 전력증폭부(125)의 출력단 및 상기 전압레벨스위치부(161)에 연결되어 상기 전력증폭부(125)의 출력단의 전류 일부를 상기 전압레벨스위치부(161)로 흐르게 한다.
이러한 기능을 통하여 상기 다이오드배열부(160)는 출력신호의 전력을 감쇄시킬 수 있게 된다.
일반적으로, 본 발명의 실시예에 따른 출력전력이 조정가능한 전력증폭모듈(100)은 ESD(ElectroStatic Discharge: 정전기 방전) 억제용 다이오드들을 구비하게 되는데, 상기 다이오드배열부(160)는 상기 ESD 억제용 다이오드 어레이의 일부(160a)를 이용하여 상기 10개의 직렬 다이오드 어레이를 구성하는 것이 바람직하다. 이는 추가되는 다이오드의 개수를 최소화함으로써 전력증폭모듈(100)의 사이즈를 감소시킬 수 있기 때문이다.
상기 전압비교부(155)는 비교기로 구비될 수 있으며, 상기 전력검출부(145)에서 추출된 전압 및 상기 전압센서부(150)에서 검출된 전압을 비교하여 비교 전압을 생성하고, 생성된 비교전압을 상기 스위치선택회로(162)부로 전달한다.
도 2에 의하면, 상기 전압레벨스위치부(161)는 제1스위치(161a), 제2스위치(161b) 및 제3스위치(161c)를 구비하고, 상기 제1스위치(161a) 내지 제3스위치(161c)는 상기 다이오드배열부(160)의 마지막 다이오드부터 차례로 3개의 다이오드와 각각 연결되어 있다.
상기 제1스위치(161a), 제2스위치(161b) 및 제3스위치(161c)는 접지단으로 연결되어 다이오드를 통하여 흐른 전류가 상기 접지단으로 흐르도록 한다.
상기 스위치선택회로부(162)는 상기 레벨선택스위치부(161) 및 상기 전압비교부(155)와 연결되어 상기 전압비교부(155)로부터 상기 비교 전압을 전달받는다.
또한, 상기 스위치선택회로부(162)는 상기 전력검출부(145)의 상기 추출 전압 및 상기 전압센서부(150)의 상기 검출 전압을 비교하는데, 상기 추출 전압이 상기 검출 전압보다 크다고 판단되는 순서에 따라 상기 제1스위치(161a), 제2스위치(161b) 및 제3스위치(161c)를 개폐시킨다.
따라서, 상기 전력증폭부(125)의 출력신호가 가지는 전력이 가장 크다고 판단되면 상기 제1스위치(161a)가 폐쇄되어 상기 10개의 다이오드가 모두 동작되게 되고, 반면 상대적으로 출력신호의 전력이 작다고 판단되면 상기 제3스위치(161c)가 폐쇄되어 상기 다이오드는 7개만 작동되게 된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 상기 전력검출부(145)의 상기 추출 전압(A) 및 상기 전압센서부(150)의 상기 검출 전압(B) 사이의 상관 관계를 도시한 그래프이다.
도 4에 의하면, 상기 전압센서부(150)의 검출 전압(B) 및 상기 전력검출부(145)의 추출 전압(A) 사이에 약 1.2V의 차이(C)가 생기면 상기 스위치선택회로부(162)의 동작이 개시되게 되는데, 상기 출력신호의 크기가 상대적으로 크고 작음은 이러한 전압 특성에 의하여 정해지게 된다.
한편, 상기 다이오드는 약 1.2V의 전압 소모 용량을 가지고 따라서 10개의 다이오드가 동작하는 경우에는 상기 다이오드배열부(160)를 통하여 총 12V(1.2V×10)의 전압이 감쇄되는 효과를 가진다.
따라서, 상기 전력증폭부(125)를 통하여 최종적으로 22V로 증폭된 출력신호가 도출되었다면 전술한 바와 같은 동작 과정으로 인하여 약 12V가 감쇄되고 출력신호는 약10V로서 회로에 심한 부하를 주지 않게 된다.
이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명에 의한 출력전력이 조정가능한 전력증폭모듈에 의하면, 전력증폭부의 컬렉터단에 증가되는 전류를 검출하여 얻은 전압과 출력 신호로부터 검출된 전압을 비교하고, 이를 이용하여 다수개의 다이오드에 흐르는 전류를 선택적으로 제어함으로써 출력전력을 통신 환경에 따라 미세하게 조정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 종래에 구비되는 ESD 억제용 다이오드 어레이의 일부를 이용하여 출력 전력의 일부가 상쇄되게 함으로써 추가되는 회로의 크기를 최소화할 수 있는 효과가 있고, 외부로부터 잡음 성분이 인입되거나 임피던스가 미스매칭되어 전력증폭모듈이 고출력으로 무리하게 동작하는 경우를 방지함으로써 내부 회로 및 주변 회로의 성능이 안정화되는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. RF신호를 증폭시키는 전력증폭부;
    상기 전력증폭부로 바이어스전압을 공급하는 바이어스회로부;
    상기 바이어스회로부에 연결되어 상기 바이어스전압을 검출하는 전압센서부;
    상기 전력증폭부의 출력단에 연결되어 전력을 검출하고 전압 성분을 추출하는 전력검출부;
    다수개의 직렬 다이오드 어레이로서, 상기 전력증폭부의 출력단에 연결되는 다이오드배열부;
    상기 전력검출부에서 추출된 전압 및 상기 전압센서부에서 검출된 전압을 비교하여 비교 전압을 생성하는 전압비교부; 및
    상기 전압비교부로부터 상기 비교 전압을 전달받아 상기 다이오드배열부의 일부 다이오드를 선택적으로 접지단과 스위칭시키는 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 출력전력이 조정가능한 전력증폭모듈.
  2. 제 1항에 있어서,
    ESD(ElectroStatic Discharge) 억제용 다이오드 어레이가 더 구비되고,
    상기 다이오드배열부는 상기 ESD 억제용 다이오드 어레이의 일부를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 출력전력이 조정가능한 전력증폭모듈.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 스위칭부는
    상기 전력검출부의 상기 추출 전압이 상기 전압센서부의 상기 검출 전압보다 클수록 상기 직렬 연결된 일부 다이오드 중에서 마지막 측에 위치된 다이오드를 선택적으로 스위칭시키는 것을 특징으로 하는 출력전력이 조정가능한 전력증폭모듈.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 스위칭부는
    상기 일부 다이오드를 접지단으로 연결시키는 레벨선택스위치 및 상기 전압비교부와 연결되어 상기 레벨선택스위치를 선택적으로 개폐시키는 스위치선택회로로 구성되는 것을 특징으로 하는 출력전력이 조정가능한 전력증폭모듈.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 레벨선택스위치는
    3개로 구비되어 상기 다수개의 직렬 다이오드 어레이 중에서 마지막에 직렬연결된 3개의 다이오드들을 선택적으로 스위칭시키는 것을 특징으로 하는 출력전력이 조정가능한 전력증폭모듈.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 다이오드배열부는
    10개 내지 12개의 다이오드가 직렬로 배열된 어레이로 형성되는 것을 특징으로 하는 출력전력이 조정가능한 전력증폭모듈.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 전압센서부는
    직렬로 연결된 다이오드 및 제1저항, 상기 다이오드와 병렬로 연결된 제2저항, 상기 다이오드의 출력단을 접지단으로 연결시키는 제3저항으로 구성되는 것을 특징으로 하는 출력전력이 조정가능한 전력증폭모듈.
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WO2024063509A1 (ko) * 2022-09-19 2024-03-28 삼성전자 주식회사 전력 증폭기 소손 방지를 위한 rf 회로

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