KR20050078781A - 전력증폭기의 바이어스 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 입력전력의 크기에 따라 전력증폭기를 구동시키는 바이어스 동작점을 가변시켜 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 전력증폭기의 바이어스 회로에 관한 것으로써, 외부로부터 신호가 입력되는 입력단과 상기 입력단으로부터 입력되는 신호를 일정레벨로 증폭시켜 부하에 공급하는 전력증폭기와 상기 전력증폭기와 연결되며 상기 입력단으로부터 입력되는 신호의 크기에 따라 가변되는 전류를 발생하여 상기 전류의 크기에 따라 상기 전력증폭기가 동작하도록 하는 바이어스부를 포함하여 구성되어, 종래 기술에서 사용되어 오던 모드 전환 스위치를 사용하지 않더라도 안정적으로 입력전력의 크기에 따라 상기 전력증폭기의 증폭이득을 조절할 수 있어 상기 전력증폭기의 증폭효율을 향상시킬 수 있으며 또한, 상기 모드전환 스위치를 사용함으로써 나타나는 과도한 전류와 콜 드롭현상의 발생을 방지할 수 있어 제품의 안정성 및 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있으며 회로로 구현되어 집적화 할 수 있으므로 MMIC설계의 구현이 가능하다는 효과가 있다.

Description

전력증폭기의 바이어스 회로{Bias circuit for power amplifier}

본 발명은 전력증폭기의 바이어스 회로에 관한 것으로서, 특히 입력전력의 크기에 따라 전력증폭기를 구동시키는 바이어스 동작점을 가변시켜 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 전력증폭기의 바이어스 회로에 관한 것이다.

일반적으로, 전력증폭기는 외부로부터 입력된 신호의 크기를 왜곡없이 확장시키며, 상기 전력증폭기의 부하에 전력을 공급하는 것을 목적으로 한다. 상기 전력증폭기는 취급하는 주파수에 따라 저주파 전력 증폭기와 고주파 전력증폭기로 나뉘며, 왜곡이 적고 효율적으로 전력을 부하에 공급할 수 있도록 하는 것이 중요하므로 전력 트랜지스터가 사용된다.

특히, 최근에는 이동통신 시장이 확대됨에 따라 이동통신 단말기 또는 통신기기의 수요가 상당량에 이르게 되어, 성능이 뛰어난 소형 경량화 통신기기의 필요성이 증가하고 있다. 이동통신 단말기는 크기를 축소시키기 위하여 고밀도 집적회로로 제작되고 있으며, 통신기기의 제한된 면적 내에서 성능을 개선시키기 위한 기술적 노력이 계속되고 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 종래 기술에 따른 전력증폭기의 바이어스 회로의 문제점을 설명한다. 도 1은 종래 기술에 따른 전력증폭기 모듈을 도시한 도이며, 도 2는 종래 기술에 따른 전력증폭기의 구동전류의 파형을 도시한 그래프이다.

종래 기술에 따른 전력증폭기 모듈은, 도 1에 도시된 바와 같이, 입력단과 출력단 등과 연결되는 다수 단자들(1 내지 10)을 포함하여 구성되며, 상기 다수 단자들(1 내지 10)은 상기 모듈(PAM)의 내부에서 회로적으로 연결되어 있다.

내부적으로 볼 때, 상기 전력증폭기 모듈(PAM)은 고주파 신호를 증폭하기 위한 증폭 트랜지스터와, 그것을 구동시키는 바이어스 회로로 구성된다.

또한, 상기 모듈(PAM)은 입력전력의 크기에 따라 전력증폭기의 증폭률을 가변시키는 모드 전환 스위치(4)를 포함하여 구성되어, 저전력 또는 고전력에 따라 상기 전력증폭기를 구동하는 구동전류를 조절하여 상기 전력증폭기가 효율적으로 구동되도록 한다.

그러나, 상기와 같이 구성되는 종래 기술에 따른 전력증폭기의 바이어스 회로는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 모드 전환 스위치에 의해 저전력 또는 고전력으로 모드전환시점에서 변곡점(A)이 발생하여 상기 스위치의 허용치 이상의 전류가 흐르게 되어 상기 스위치가 오동작하게 되는 문제점이 발생할 수 있다.

또한, 실제로 사용자가 상기 전력증폭기의 바이어스 회로가 장착된 단말기를 사용시, 상기 단말기의 주파수 구간의 불량으로 통화가 지속적으로 유지되지 못하고 단절되게 되는 콜 드롭(call drop)현상이 발생하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 입력전력의 크기에 따라 전력증폭기의 구동전류를 가변시키도록 하는 바이어스 전류 가변부를 포함하여 구성되어 모드 전환 스위치를 사용하지 않더라도 안정적으로 저전력 또는 고전력으로 모드 전환할 수 있도록 하는 전력증폭기의 바이어스 회로를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 전력증폭기의 바이어스 회로는 외부로부터의 신호가 입력되는 입력단과, 상기 입력단으로부터 입력되는 신호를 일정레벨로 증폭시켜 부하에 공급하는 전력증폭기와, 상기 전력증폭기와 연결되며 상기 입력단으로부터 입력되는 신호의 크기에 따라 가변되는 전류를 발생하여 상기 전류의 크기에 따라 상기 전력증폭기가 동작하도록 하는 바이어스부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다. 도 3은 본 발명에 따른 전력증폭기의 바이어스 회로의 구성을 도시한 회로도이며, 도 4는 본 발명에 따른 전력증폭기의 베이스-에미터 전압의 파형을 도시한 그래프이고, 도 5는 본 발명에 따른 전력증폭기의 바이어스 회로에 있어서, 입력전력에 따른 전력증폭기의 구동전류의 파형을 도시한 그래프이다.

본 발명에 따른 전력증폭기의 바이어스 회로는 도 3에 도시된 바와 같이, 외부로부터의 신호가 입력되는 입력단과, 상기 입력단으로부터 입력되는 신호를 일정레벨로 증폭시키는 전력증폭기와, 상기 전력증폭기와 연결되어 상기 전력증폭기가 동작하도록 하는 바이어스부(50)를 포함하여 구성된다.

상기 전력증폭기는 고주파 신호를 증폭시키는 전력트랜지스터(Q_A)로 구성되며, 상기 바이어스부(50)는 상기 전력트랜시스터(Q_A)의 베이스와 연결되어 상기 전력트랜지스터를 구동시키는 바이어스 전류를 인가하게 된다.

또한, 상기 바이어스부(50)는 상기 입력단으로부터 입력되는 신호 전력의 크기에 따라 상기 전력트랜지스터(Q_A)에 인가되는 바이어스 전류의 크기를 가변시켜 종래 기술에서 사용된 모드 전환 스위치를 사용하지 않고도 상기 전력트랜지스터(Q_A)의 효율을 향상시킬 수 있다.

보다 상세하게 설명하자면, 상기 바이어스부(50)는 상기 입력단과 연결되고 상기 전력증폭기(Q_A)의 베이스에 바이어스 전류를 인가하는 제 1 및 제 2트랜지스터(Q1, Q2)와, 상기 제 1 및 제 2트랜지스터(Q1, Q2)와 연결되어 상기 입력단으로부터 입력된 신호전력의 크기에 따라 상기 바이어스 전류를 가변시키는 바이어스 전류 가변부(60)를 포함하여 구성된다.

상기 바이어스 전류 가변부(60)는 베이스가 상기 제 1트랜지스터(Q1)의 베이스와 연결되고, 에미터가 상기 제 2트랜지스터(Q2)의 베이스와 연결되는 제 3트랜지스터(Q3)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기와 같이 구성되는 바이어스 회로는 우선 입력단을 통해 입력된 신호가 상기 전력트랜지스터(Q_A)로 인가되면 상기 트랜지스터의 베이스-에미터 전압(P)은 도 4와 같은 파형을 갖게 된다.

또한, 상기 제 1 및 제 2트랜지스터(Q1, Q2)는 각각의 베이스가 연결된 커런트 미러(current mirror)구조로 배치되며, 상기 제 3트랜지스터(Q3) 및 저항(R1, R2)으로 상기 전력트랜지스터(Q_A)로 인가되는 바이어스 전류를 조절하게 된다.

즉, 상기 바이어스 전류 가변부(60)는 제 2트랜지스터(Q2)가 상기 전력트랜지스터(Q_A)의 베이스에 바이어스 전류를 공급하는데, 상기 입력단으로부터 낮은 크기의 전력이 인가되는 경우에는 상기 제 2트랜지스터(Q2)의 베이스 전류가 상기 제 3트랜지스터(Q3)에 의해 감소되어 상기 전력트랜지스터(Q_A)로 인가되는 바이어스 전류가 감소되고, 따라서 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 전력트랜지스터(Q_A)의 구동전류의 크기도 감소하게 된다.

또한, 상기 입력단으로부터 높은 크기의 전력이 입력되는 경우에는 도 4에 도시된 바와 같이 상기 전력트랜지스터의 베이스-에미터 전압(P)이 감소하게 되며, 상기 베이스-에미터 전압을 베이스 전압으로 사용하는 상기 제 3트랜지스터(Q3)는 인가되는 turn on 전압이 감소하게 되므로 상기 제 2트랜지스터(Q2)의 에미터에서 상기 전력트랜지스터(Q_A)로 인가되는 바이어스 전류가 증가하게 되고, 따라서 도 5에 도시된 바와 같이 상기 전력트랜지스터(Q_A)의 구동전류의 크기도 증가하게 되어, 높은 입력전력에서도 원하는 증폭이득을 얻을 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 의한 전력증폭기의 바이어스 회로를 예시된 도면을 참조로 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않고, 기술사상이 보호되는 범위 이내에서 당업자에 의해 용이하게 응용될 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 전력증폭기의 바이어스 회로는 입력전력의 크기에 따라 전력증폭기의 구동전류를 가변시키도록 하는 바이어스 전류 가변부를 포함하여 구성됨으로써, 종래 기술에서 사용되어 오던 모드 전환 스위치를 사용하지 않더라도 안정적으로 입력전력의 크기에 따라 상기 전력증폭기의 증폭이득을 조절할 수 있어 상기 전력증폭기의 증폭효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 모드 전환 스위치를 사용함으로써 나타나는 과도한 전류와 콜 드롭현상의 발생을 방지할 수 있어 제품의 안정성 및 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있으며, 회로로 구현되어 집적화 할 수 있으므로 MMIC설계의 구현이 가능하다.

도 1 은 종래 기술에 따른 전력증폭기 모듈을 도시한 도,

도 2 는 종래 기술에 따른 전력증폭기의 구동전류의 파형을 도시한 그래프,

도 3 은 본 발명에 따른 전력증폭기의 바이어스 회로의 구성을 도시한 회로도,

도 4 는 본 발명에 따른 전력증폭기의 베이스-에미터 전압의 파형을 도시한 그래프,

도 5 는 본 발명에 따른 전력증폭기의 바이어스 회로에 있어서, 입력전력에 따른 전력증폭기의 구동전류의 파형을 도시한 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

50: 바이어스부 60: 바이어스 전류 가변부

Claims (4)

1. 외부로부터의 신호가 입력되는 입력단과; 상기 입력단으로부터 입력되는 신호를 일정레벨로 증폭시켜 부하에 공급하는 전력증폭기와; 상기 전력증폭기와 연결되며, 상기 입력단으로부터 입력되는 신호의 크기에 따라 가변되는 전류를 발생하여 상기 전류의 크기에 따라 상기 전력증폭기가 동작하도록 하는 바이어스 부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전력증폭기의 바이어스 회로.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 바이어스 부는 상기 전력증폭기로 바이어스 전류를 인가하는 바이어스 인가부와; 상기 바이어스 인가부와 연결되어 상기 입력단으로부터 입력된 신호전력의 크기에 따라 상기 바이어스 전류를 가변시키는 바이어스 전류 가변부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전력증폭기의 바이어스 회로.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 바이어스 전류 가변부는 베이스가 상기 제 1트랜지스터의 베이스와 연결되며, 에미터가 상기 제 2트랜지스터의 베이스와 연결되는 제 3트랜지스터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전력증폭기의 바이어스 회로.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 바이어스 전류 가변부는 상기 입력단으로부터 낮은 크기의 전력이 인가되는 경우에는, 상기 제 3트랜지스터에 의해 상기 제 2트랜지스터의 베이스 전류가 감소되어 상기 전력증폭기로 인가되는 바이어스 전류가 감소하고, 높은 크기의 전력이 인가되는 경우에는 상기 제 3트랜지스터의 베이스에 인가되는 전압이 감소하여 상기 제 2트랜지스터의 에미터에서 상기 전력증폭기로 인가되는 바이어스 전류가 증가되도록 하는 전력증폭기의 바이어스 회로.