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KR102093150B1 - 바이어스 보상기능을 갖는 다단 파워 증폭 장치 - Google Patents

바이어스 보상기능을 갖는 다단 파워 증폭 장치 Download PDF

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KR102093150B1
KR102093150B1 KR1020180078187A KR20180078187A KR102093150B1 KR 102093150 B1 KR102093150 B1 KR 102093150B1 KR 1020180078187 A KR1020180078187 A KR 1020180078187A KR 20180078187 A KR20180078187 A KR 20180078187A KR 102093150 B1 KR102093150 B1 KR 102093150B1
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최규진
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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 다단 파워 증폭 장치는, 제2 증폭 회로의 전단에 배치된 제1 증폭 회로; 제1 바이어스 전류를 출력하는 제1 바이어스 회로; 상기 제1 바이어스 전류를 상기 제1 증폭 회로에 전달하는 바이어스 경로회로; 상기 제1 증폭 회로에 입력되는 RF 신호의 엔벨로프에 기초한 직류 검출 전압을 출력하는 엔벨로프 검출회로; 및 상기 직류 검출 전압에 기초해 하이 파워 구동영역인 경우, 상기 제1 증폭 회로의 입력단에서 교류 신호를 분기하여 상기 제1 바이어스 회로에 전달하는 교류 경로회로; 를 포함하고, 상기 제1 바이어스 회로는, 상기 교류 경로회로를 통해 전달받은 상기 교류 신호에 기초해 상기 제1 바이어스 전류를 보상한다.

Description

바이어스 보상기능을 갖는 다단 파워 증폭 장치{MULTI STAGE POWER AMPLIFIER HAVING BIAS COMPENSATING FUNCTION}
본 발명은 바이어스 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 증폭할 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 베이스 바이어스가 하강되는 단점이 있으며, 이에 따라 선형성이 저하되는 문제점이 있다.
(선행기술문헌)
(특허문헌 1) KR 2003-0090518
본 발명의 일 실시 예는, 하이 파워 구동 영역에서 고주파 신호의 엔벨로프 성분에 기초한 직류 전압을 이용하여 제1 바이어스 전류를 보상하도록 함으로써 선형성을 개선할 수 있는 다단 파워 증폭 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 의해, 제2 증폭 회로의 전단에 배치된 제1 증폭 회로; 제1 바이어스 전류를 출력하는 제1 바이어스 회로; 상기 제1 바이어스 전류를 상기 제1 증폭 회로에 전달하는 바이어스 경로회로; 상기 제1 증폭 회로에 입력되는 RF 신호의 엔벨로프에 기초한 직류 검출 전압을 출력하는 엔벨로프 검출회로; 및 상기 직류 검출 전압에 기초해 하이 파워 구동영역인 경우, 상기 제1 증폭 회로의 입력단에서 교류 신호를 분기하여 상기 제1 바이어스 회로에 전달하는 교류 경로회로; 를 포함하고, 상기 제1 바이어스 회로는, 상기 교류 경로회로를 통해 전달받은 상기 교류 신호에 기초해 상기 제1 바이어스 전류를 보상하는 다단 파워 증폭 장치가 제안된다.
상기 제1 바이어스 회로는, 상기 교류 신호에 기초해 상기 제1 바이어스 전류를 보상하는 제1 바이어스 트랜지스터; 를 포함할 수 있다.
상기 엔벨로프 검출회로는, 상기 제1 증폭 회로에 입력되는 고주파 신호에서 엔벨로프 신호를 검출하고, 상기 엔벨로프 신호를 정류하여 상기 직류 검출 전압을 출력하도록 이루어질 수 있다.
상기 엔벨로프 검출회로는, 상기 고주파 신호의 엔벨로프 신호를 추출하는 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 교류 경로회로는, 상기 바이어스 경로회로에 병렬로 접속되도록 이루어질 수 있다.
상기 교류 경로회로는, 상기 교류 경로에 포함되어, 상기 직류 검출 전압에 응답하여 스위치 온 또는 오프 동작하는 제1 스위치 회로; 및 상기 교류 경로에 포함되고, 상기 제1 스위치 회로와 직렬로 접속되어, 상기 제1 증폭 회로의 입력단에서 분기된 교류 신호를 전달하는 제1 커패시터 회로; 를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시 예에 의해, 제1 증폭 회로; 상기 제1 증폭 회로에 접속된 제2 증폭 회로; 상기 제1 증폭 회로에 제1 바이어스 전류를 출력하는 제1 바이어스 회로; 상기 제2 증폭 회로에 제2 바이어스 전류를 출력하는 제2 바이어스 회로; 상기 제1 바이어스 회로와 제1 증폭 회로 사이에 접속되어, 상기 제1 바이어스 전류를 상기 제1 증폭 회로에 전달하는 바이어스 경로회로; 상기 제1 증폭 회로에 입력되는 RF 신호의 엔벨로프에 기초한 직류 검출 전압을 출력하는 엔벨로프 검출회로; 및 상기 바이어스 경로회로에 병렬로 접속되고, 상기 직류 검출 전압이 기준 전압보다 높으면 상기 제1 바이어스 전류의 보상을 위해, 상기 제1 증폭 회로의 입력단에서 교류 신호를 분기하여 상기 제1 바이어스 회로에 전달하는 교류 경로회로; 를 포함하는 다단 파워 증폭 장치가 제안된다.
상기 제1 바이어스 회로는, 상기 교류 경로회로를 통해 전달받은 상기 교류 신호에 기초해 상기 제1 바이어스 전류를 보상하도록 이루어질 수 있다.
상기 제1 바이어스 회로는, 상기 교류 신호에 기초해 상기 제1 바이어스 전류를 보상하는 제1 바이어스 트랜지스터; 를 포함할 수 있다.
상기 엔벨로프 검출회로는, 상기 제1 증폭 회로에 입력되는 고주파 신호에서 엔벨로프 신호를 검출하고, 상기 엔벨로프 신호를 정류하여 상기 직류 검출 전압을 출력하도록 이루어질 수 있다.
상기 엔벨로프 검출회로는, 상기 고주파 신호의 엔벨로프 신호를 추출하는 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 교류 경로회로는, 상기 직류 검출 전압에 응답하여 스위치 온 또는 오프 동작하는 제1 스위치 회로; 및 상기 제1 스위치 회로와 직렬로 접속되어, 상기 제1 증폭 회로의 입력단에서 분기된 교류 신호를 전달하는 제1 커패시터 회로; 를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 하이 파워 구동 영역에서 고주파 신호의 엔벨로프 성분에 기초한 직류 전압을 이용하여 제1 바이어스 전류를 보상하도록 함으로써 제1 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 엔벨로프 검출회로의 일 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 엔벨로프 검출회로의 일 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 교류 경로회로 및 바이어스 경로회로의 일 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 바이어스 회로의 일 예시도이다.
도 6은 도 4의 교류 경로회로의 오프 동작 설명도이다.
도 7은 도 4의 교류 경로회로의 온 동작 설명도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 증폭 회로의 Vbe-출력파워 그래프이다.
도 9는 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 예시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 다단 파워 증폭 장치는, 제1 증폭 회로(110), 제2 증폭 회로(120), 제1 바이어스 회로(210), 제2 바이어스 회로(220), 바이어스 경로회로(300), 엔벨로프 검출회로(400) 및 교류 경로회로(500)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 증폭 회로(110) 및 제2 증폭 회로(120) 각각에 바이어스 보상을 하지 않을 경우에는 소신호(small signal) 및 대신호(large signal)에서의 제1 증폭 회로(110) 및 제2 증폭 회로(120) 각각에 포함된 파워 트랜지스터의 바이어스 포인트(power transistor bias point)는 서로 다르게 되는데, 그 이유는 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. 특히 다단 증폭기(Multi stage amplifier)에서, 각 단(stage)의 입력 신호의 크기에 의해 변하는 바이어스 포인트(bias point)의 변화 양상에 따라 AM-AM 왜곡이 결정되며, 이는 선형성에 매우 직접적인 연관성을 가지고 있다. 따라서 본 발명은 비선형성에 의한 바이어스의 하강을 보상한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 증폭 회로(110)는 제2 증폭 회로(120)보다 비교적 작은 입력 전력으로 구동되어, 본 발명에 따른 바이어스 보상이 적용되지 않을 경우에는, 입력 신호의 크기가 커질수록 제1 증폭 회로의 바이어스 포인트(bias point)가 하강하게 될 수 있다.
본 발명의 바이어스 보상이 적용되는 경우에는, 입력되는 고주파 신호에서 분기된 고주파 신호를 이용하여 제1 바이어스 전류를 보상해 줌으로써, 하이 파워(high power) 구동영역에서 하강하는 제1 증폭 회로(110)의 바이어스 포인트(bias point)를 완화시킬 수 있다. 이하 이에 대해 설명한다.
상기 제1 바이어스 회로(210)는 제1 전압(V1)을 공급받고, 제1 전류(I1)에 기초하여 제1 바이어스 전류(Ibias1)를 생성하여 제1 증폭 회로(110)에 출력할 수 있다. 일 예로, 상기 제1 바이어스 회로(210)는 제1 전류(I1)에 기초하여 제1 바이어스 전류(Ibias1)를 생성하는 제1 바이어스 트랜지스터(Q21)를 포함할 수 있다.
상기 제2 바이어스 회로(220)는 제2 전압(V2)을 공급받고, 제2 전류(I2)에 기초하여 제2 바이어스 전류(Ibias2)를 생성하여 제2 증폭 회로(120)에 출력할 수 있다. 일 예로, 상기 제2 바이어스 회로(220)는 제2 전류(I2)에 기초하여 제2 바이어스 전류(Ibias2)를 생성하는 제2 바이어스 트랜지스터(Q22)를 포함할 수 있다.
상기 제1 증폭 회로(110)는, 상기 제1 바이어스 전류(Ibias1)를 제공받고, 입력되는 고주파 신호를 증폭하여 상기 제2 증폭 회로(120)에 출력할 수 있다. 일 예로, 상기 제1 증폭 회로(110)는 코일(L1)을 통해 동작전원(Vcc1)에 접속된 컬렉터, 접지된 에미터, 그리고 고주파 신호를 입력받는 베이스를 갖는 제1 증폭 트랜지스터(Q1)를 포함할 수 있다.
상기 제2 증폭 회로(120)는, 상기 제2 바이어스 전류(Ibias2)를 공급받고, 상기 제1 증폭 회로(110)로부터 입력되는 고주파 신호를 증폭할 수 있다. 일 예로, 상기 제2 증폭 회로(120)는 코일(L2)을 통해 동작전원(Vcc2)에 접속된 컬렉터, 접지된 에미터, 그리고 고주파 신호를 입력받는 베이스를 갖는 제2 증폭 트랜지스터(Q2)를 포함할 수 있다.
상기 바이어스 경로회로(300)는, 상기 제1 바이어스 전류(Ibias1)를 상기 제1 증폭 회로(110)에 전달할 수 있다. 일 예로, 상기 바이어스 경로회로(300)는, 상기 제1 바이어스 회로(210)와 제1 증폭 회로(110) 사이에 접속된 직류 경로(PH-DC)를 포함한다. 일 예로, 상기 직류 경로(PH-DC)에는 저항(R3)이 포함될 수 있다. 상기 직류 경로(PH-DC)를 통해 상기 제1 바이어스 전류(Ibias1)가 상기 제1 증폭 회로(110)에 전달될 수 있다.
상기 엔벨로프 검출회로(400)는, 상기 제1 증폭 회로(110)에 입력되는 RF 신호에서 엔벨로프 신호를 검출하고, 상기 엔벨로프 신호에 의존된 직류 검출 전압(Vd)을 출력할 수 있다. 일 예로, 상기 엔벨로프 검출회로(400)는 정류 회로를 포함할 수 있다.
상기 교류 경로회로(500)는, 상기 직류 검출 전압(Vd)에 기초해 하이 파워 구동영역인 경우, 상기 제1 증폭 회로(110)의 입력단에서 분기된 교류 신호를 상기 제1 바이어스 회로(210)에 전달할 수 있다. 일 예로, 상기 교류 경로회로(500)는, 상기 바이어스 경로회로(300)에 병렬로 접속될 수 있다. 일 예로, 상기 교류 경로회로(500)는, 상기 직류 경로(PH-DC)에 병렬로 접속된 교류 경로(PH-AC)를 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 교류 경로(PH-AC)에는 스위치(SW4) 및 커패시터(C5)가 포함될 수 있다.
상기 교류 경로회로(500)는, 상기 직류 검출 전압(Vd)이 기준 전압보다 높으면 상기 제1 바이어스 전류(Ibias1)의 보상을 위해, 상기 교류 경로(PH-AC)를 통해 상기 제1 증폭 회로(110)의 입력단에서 분기된 교류 신호를 상기 제1 바이어스 회로(210)에 전달할 수 있다.
상기 제1 바이어스 회로(210)는, 상기 교류 경로회로(500)를 통해 전달받은 교류 신호에 기초해 상기 제1 바이어스 전류(Ibias1)를 보상할 수 있다. 일 예로, 상기 제1 바이어스 회로(210)는, 상기 제1 바이어스 전류(Ibias1)를 출력하는 제1 바이어스 트랜지스터(Q21)를 포함할 수 있다. 상기 제1 바이어스 트랜지스터(Q21)는 에미터로 입력되는 교류 신호에 기초해 생성되는 직류 전류를 이용하여 상기 제1 바이어스 전류(Ibias1)를 상승 보상할 수 있다.
상기 엔벨로프 검출회로(400)는, 상기 제1 증폭 회로(110)에 입력되는 고주파 신호에서 엔벨로프 신호를 검출하고, 상기 엔벨로프 신호를 정류하여 상기 직류 검출 전압(Vd)을 출력할 수 있다. 이에 대해서는 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.
도 1에서, CB1, CB2, CB3은 직류 신호(전압 또는 전류)를 차단하고, 교류 신호를 통과시키는 직류 블록킹 커패시터이다.
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 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 엔벨로프 검출회로의 일 예시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 엔벨로프 검출회로의 일 예시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 엔벨로프 검출회로(400)는, 추출 회로(410), 정류 회로(420) 및 필터 회로(430)를 포함할 수 있다.
상기 추출 회로(410)는, 상기 고주파 신호의 엔벨로프 신호를 추출할 수 있다. 일 예로, 상기 추출 회로(410)는 교류 신호를 통과시키는 커패시터(C1)를 포함할 수 있다.
상기 정류 회로(420)는, 상기 엔벨로프 신호를 정류하여 상기 직류 검출 전압(Vd)을 출력할 수 있다. 일 예로, 상기 정류 회로(420)는 정류 소자(DT4)를 포함할 수 있고, 상기 정류 소자(DT4)는 다이오드 결선된 트랜지스터 등, 정류기능을 갖는 소자를 포함할 수 있다.
상기 필터 회로(430)는, 상기 직류 검출 전압(Vd)에서 교류 성분을 제거하여 상기 직류 검출 전압(Vd)을 안정화시킬 수 있다. 일 예로 상기 필터 회로(430)는, 기 정류 회로(420)의 출력단과 접지 사이에 접속된 커패시터(C4)와, 상기 커패시터(C4)에 병렬로 접속된 저항(R4)을 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 엔벨로프 검출회로(400)는, 외부로부터 제어 전압(VC)을 상기 정류 회로(420)의 입력단에 입력받을 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 교류 경로회로 및 바이어스 경로회로의 일 예시도이다.
도 4를 참조하면, 상기 교류 경로회로(500)는 제1 스위치 회로(510) 및 제1 커패시터 회로(520)를 포함할 수 있습니다.
상기 제1 스위치 회로(510)는, 상기 교류 경로(PH-AC)에 포함되어, 상기 직류 검출 전압(Vd)에 응답하여 스위치 온 또는 오프 동작할 수 있다. 일 예로, 상기 제1 스위치 회로(510)는 스위치 트랜지스터(Q5)를 포함할 수 있다.
상기 제1 커패시터 회로(520)는, 상기 교류 경로(PH-AC)에 포함되고, 상기 제1 스위치 회로(510)와 직렬로 접속되어, 상기 제1 증폭 회로(110)의 입력단에서 분기된 교류 신호를 전달할 수 있다. 일 예로, 상기 제1 커패시터 회로(520)는 커패시터(C5)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 스위치 트랜지스터(Q5)는 상기 직류 검출 전압(Vd)에 응답하여 스위치 온 또는 오프될 수 있다. 일 예로, 상기 직류 검출 전압(Vd)이 로우레벨일 경우에는 상기 스위치 트랜지스터(Q5)가 오프상태가 되고, 상기 직류 검출 전압(Vd)이 하이레벨일 경우에는 상기 스위치 트랜지스터(Q5)가 온상태가 될 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 제어 전압(VC)의 전압 크기를 조절하면, 상기 교류 경로회로(500)에 포함된 스위치 트랜지스터(Q5)의 턴온을 제어할 수 있다.
부연하면, 엔벨로프 검출회로(400)의 출력단에서 제공되는 직류 검출 전압(Vd)의 레인지(range)를 조절하기 위해, 상기 정류 소자(DT4)의 애노드 단자에 제어 전압(VC)이 공급될 수 있다. 이러한 제어 전압(VC)의 크기에 따라 상기 스위치 트랜지스터(Q5)를 턴온(turn on)시킬 수 있는 입력 전압의 크기가 변경될 수 있다.
일 예로, 제어 전압(VC)을 높게 인가하면 비교적 작은 입력 전력에서도 정류 소자(DT4)와 스위치 트랜지스터(Q5)를 턴온(turn on)시킬 수 있다. 반대로 제어 전압(VC)을 낮게 인가하면 정류 소자(DT4)는 온되어도 스위칭 트랜지스터(Q5)의 베이스-에미터 접합(base-emitter junction)이 턴오프(turn off)될 수 있기 때문에 스위칭 트랜지스터(Q5)가 구동 되지 않을 수 있다.
예를 들어, 스위칭 트랜지스터(Q5)의 에미터가 1.2V 전압이면, 상기 스위칭 트랜지스터(Q5)가 온상태로 되기 위해서는 에미터 전압인 1.2V보다 턴온전압(예, 1.2V)보다 높은 대략 2.4V 이상의 베이스 전압이 인가되어야 한다.
따라서, 스위칭 트랜지스터(Q5)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.
일 예로, 스위칭 트랜지스터(Q5)가 온상태로 되면, 제1 커패시터 회로(520)는 제1 증폭 회로(110)로 입력되는 고주파 신호에서 교류 신호를 분기하고, 상기 분기된 교류 신호를 제1 바이어스 회로(210)에 전달할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 바이어스 회로의 일 예시도이다.
도 5를 참조하면, 상기 제1 바이어스 회로(210)는, 제1 저항(R11), 제1 및 제2 다이오드 접속 트랜지스터(DT1,DT2), 제2 저항(R12), 커패시터(C11), 및 상기 바이어스 트랜지스터(Q21)를 포함할 수 있다.
기준전압(Vref1) 단자와 접지 사이에 직렬로 제1 저항(R11), 제1 및 제2 다이오드 접속 트랜지스터(DT1,DT2), 제2 저항(R12)이 접속된다. 제1 전압(V1) 단자와 상기 제1 증폭 회로(120)에 접속된 바이어스 노드(NB1) 사이에 직렬로 상기 제1 바이어스 트랜지스터(Q21)가 접속된다. 상기 제1 바이어스 트랜지스터(Q21)의 베이스와 접지 사이에 커패시터(C11)가 접속된다.
도 5를 참조하면, 상기 제1 바이어스 트랜지스터(Q21)는, 에미터로 상기 교류 신호를 전달받을 수 있다.
도 6은 도 4의 교류 경로회로의 오프 동작 설명도이다.
도 4 및 도 6을 참조하면, 상기 직류 검출 전압(Vd)이 로우 파워 영역에서는 턴온 전압보다 낮도록 설계될 수 있고, 상기 직류 검출 전압(Vd)이 턴온 전압보다 낮으면, 상기 교류 경로회로(500)의 스위치 트랜지스터(Q5)는 오프 상태가 되고, 이에 따라 상기 제1 바이어스 전류(Ibias1)는 상기 바이어스 경로회로(300)를 통해서 제1 증폭 회로(110)에 전달될 수 있다.
도 7은 도 4의 교류 경로회로의 온 동작 설명도이다.
도 4 및 도 7을 참조하면, 상기 직류 검출 전압(Vd)이 하이 파워 구동 영역에서는 턴온 전압보다 높도록 설계될 수 있고, 상기 직류 검출 전압(Vd)이 턴온 전압보다 높으면, 상기 교류 경로회로(500)의 스위치 트랜지스터(Q5)는 온 상태가 되고, 이에 따라 상기 스위칭 트랜지스터(Q5)가 턴온되면, 제1 커패시터 회로(520)는 제1 증폭 회로(110)로 입력되는 고주파 신호에서 교류 신호(SRF)를 분기하고, 상기 분기된 교류 신호는 제1 바이어스 회로(210)의 제1 바이어스 트랜지스터(Q21)의 에미터로 전달된다.
여기서, 상기 제1 바이어스 트랜지스터(Q21)의 2차 비선형 특성에 의해, 상기 교류 경로회로(500)를 통해 전달받은 교류 신호에 기초로 상기 제1 바이어스 트랜지스터(Q21)의 베이스에는 직류 전류가 생성되고, 상기 직류 전류에 의해서 상기 제1 바이어스 트랜지스터(Q21)가 상기 제1 바이어스 전류(Ibias1)를 상승 보상할 수 있다.
이와같이 보상된 제1 바이어스 전류(Ibias1)는 상기 바이어스 경로회로(300)를 통해서 제1 증폭 회로(110)에 전달될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 증폭 회로의 Vbe-출력파워 그래프이다.
도 8의 그래프는, 입력전력을 증가시키면서 제1 증폭 회로(110)의 베이스-에미터 전압(Vbe)과 출력파워에 대한 시뮬레이션 결과 그래프이다.
도 8의 G11은 교류 경로회로(500)를 이용한 바이어스 보상이 적용되지 않은 경우에 대한 제1 증폭 회로의 Vbe-출력파워 그래프이고, G12는 교류 경로회로(500)가 적용된 경우에 대한 제1 증폭 회로의 Vbe-출력파워 그래프이다.
도 10의 G11 및 G12를 참조하면, 본 발명에 따른 교류 경로회로(500)를 이용한 바이어스 보상이 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 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 ACLR-출력파워 그래프이다.
도 9의 그래프는, 입력전력을 증가시키면서 ACLR(Adjacent Channel Leakage Ratio)에 대한 시뮬레이션 결과 그래프이다.
도 9의 G21은 교류 경로회로(500)를 이용하는 바이어스 보상이 적용되지 않은 경우에 대한 ACLR 그래프이고, G22는 교류 경로회로(500)를 이용한 바이어스 보상이 적용된 경우에 대한 ACLR 그래프이다.
도 9의 G21 및 G22를 참조하면, 제1 증폭 회로(110)는 입력되는 신호의 스위칭(swing) 크기 차이에 의해서 AM-AM 왜곡 곡선(distortion curve) 각각이 하강 및 상승의 모양을 나타내게 되며, 교류 경로회로(500)를 이용하는 바이어스 보상이 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: 바이어스 경로회로
400: 엔벨로프 검출회로
410: 추출 회로
420: 정류 회로
430: 필터 회로
500: 교류 경로회로
510: 제1 스위치 회로
520: 제1 커패시터 회로

Claims (14)

  1. 제2 증폭 회로의 전단에 배치된 제1 증폭 회로;
    제1 바이어스 전류를 출력하는 제1 바이어스 회로;
    상기 제1 바이어스 전류를 상기 제1 증폭 회로에 전달하는 바이어스 경로회로;
    상기 제1 증폭 회로에 입력되는 RF 신호의 엔벨로프에 기초한 직류 검출 전압을 출력하는 엔벨로프 검출회로; 및
    상기 직류 검출 전압에 기초해 하이 파워 구동영역인 경우, 상기 제1 증폭 회로의 입력단에서 교류 신호를 분기하여 상기 제1 바이어스 회로에 전달하는 교류 경로회로; 를 포함하고,
    상기 제1 바이어스 회로는, 상기 교류 경로회로를 통해 전달받은 상기 교류 신호에 기초해 상기 제1 바이어스 전류를 보상하는
    다단 파워 증폭 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 바이어스 회로는,
    상기 교류 신호에 기초해 상기 제1 바이어스 전류를 보상하는 제1 바이어스 트랜지스터;
    를 포함하는 다단 파워 증폭 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 엔벨로프 검출회로는,
    상기 제1 증폭 회로에 입력되는 고주파 신호에서 엔벨로프 신호를 검출하고, 상기 엔벨로프 신호를 정류하여 상기 직류 검출 전압을 출력하는
    다단 파워 증폭 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 엔벨로프 검출회로는,
    고주파 신호의 엔벨로프 신호를 추출하는 추출 회로;
    상기 엔벨로프 신호를 정류하여 상기 직류 검출 전압을 출력하는 정류 회로; 및
    상기 직류 검출 전압에서 교류 성분을 제거하여 상기 직류 검출 전압을 안정화시키는 필터 회로;
    를 포함하는 다단 파워 증폭 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 엔벨로프 검출회로는,
    외부로부터 제어 전압을 상기 정류 회로의 입력단에 입력받는
    다단 파워 증폭 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 교류 경로회로는,
    상기 바이어스 경로회로에 병렬로 접속된
    다단 파워 증폭 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 교류 경로회로는,
    상기 직류 검출 전압에 응답하여 스위치 온 또는 오프 동작하는 제1 스위치 회로; 및
    상기 제1 스위치 회로와 직렬로 접속되어, 상기 제1 증폭 회로의 입력단에서 분기된 교류 신호를 전달하는 제1 커패시터 회로;
    를 포함하는 다단 파워 증폭 장치.
  8. 제1 증폭 회로;
    상기 제1 증폭 회로에 접속된 제2 증폭 회로;
    상기 제1 증폭 회로에 제1 바이어스 전류를 출력하는 제1 바이어스 회로;
    상기 제2 증폭 회로에 제2 바이어스 전류를 출력하는 제2 바이어스 회로;
    상기 제1 바이어스 회로와 제1 증폭 회로 사이에 접속되어, 상기 제1 바이어스 전류를 상기 제1 증폭 회로에 전달하는 바이어스 경로회로;
    상기 제1 증폭 회로에 입력되는 RF 신호의 엔벨로프에 기초한 직류 검출 전압을 출력하는 엔벨로프 검출회로; 및
    상기 바이어스 경로회로에 병렬로 접속되고, 상기 직류 검출 전압이 기준 전압보다 높으면 상기 제1 바이어스 전류의 보상을 위해, 상기 제1 증폭 회로의 입력단에서 교류 신호를 분기하여 상기 제1 바이어스 회로에 전달하는 교류 경로회로;
    를 포함하는 다단 파워 증폭 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 바이어스 회로는,
    상기 교류 경로회로를 통해 전달받은 상기 교류 신호에 기초해 상기 제1 바이어스 전류를 보상하는
    다단 파워 증폭 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 바이어스 회로는,
    상기 교류 신호에 기초해 상기 제1 바이어스 전류를 보상하는 제1 바이어스 트랜지스터;
    를 포함하는 다단 파워 증폭 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 엔벨로프 검출회로는,
    상기 제1 증폭 회로에 입력되는 고주파 신호에서 엔벨로프 신호를 검출하고, 상기 엔벨로프 신호를 정류하여 상기 직류 검출 전압을 출력하는
    다단 파워 증폭 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 엔벨로프 검출회로는,
    상기 고주파 신호의 엔벨로프 신호를 추출하는 추출 회로;
    상기 엔벨로프 신호를 정류하여 상기 직류 검출 전압을 출력하는 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. 제13항에 있어서, 상기 교류 경로회로는,
    상기 직류 검출 전압에 응답하여 스위치 온 또는 오프 동작하는 제1 스위치 회로; 및
    상기 제1 스위치 회로와 직렬로 접속되어, 상기 제1 증폭 회로의 입력단에서 분기된 교류 신호를 전달하는 제1 커패시터 회로;
    를 포함하는 다단 파워 증폭 장치.
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