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KR20080021828A - 선형 전력 증폭기용 자동 바이어스 제어 회로 - Google Patents

선형 전력 증폭기용 자동 바이어스 제어 회로 Download PDF

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KR20080021828A
KR20080021828A KR1020087002323A KR20087002323A KR20080021828A KR 20080021828 A KR20080021828 A KR 20080021828A KR 1020087002323 A KR1020087002323 A KR 1020087002323A KR 20087002323 A KR20087002323 A KR 20087002323A KR 20080021828 A KR20080021828 A KR 20080021828A
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KR
South Korea
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voltage
output
circuit
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output signal
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KR1020087002323A
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데이비드 에스. 리플레이
폴 알. 앤드리스
케이스 넬리스
Original Assignee
스카이워크스 솔루션즈 인코포레이티드
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Publication date
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Abstract

예시적 실시예에 따르면, 증폭 모듈은 RF 입력 신호를 수신하고 RF 출력 신호를 제공하도록 구성된 전력 증폭기(106)를 포함한다. 증폭 모듈은 RF 출력 신호를 수신하여 제어 신호로 변환하도록 구성된 자동 바이어스 제어 회로(102)를 더 포함한다. 제어 신호는 RF 신호의 RF 출력 전력의 증가에 응답하여 실질적으로 선형으로 증가하는 대기 전류를 전력 증폭기가 갖도록 할 수 있다. 자동 바이어스 제어 회로는 차동 증폭기의 제1 입력에 연결된 피크 검출기/로그 컨버터 회로를 포함할 수 있으며, 차동 증폭기는 제어 신호를 출력한다. 자동 바이어스 제어 회로는 차동 증폭기의 제2 입력에 연결된 DC 기준 회로를 더 포함할 수 있다. 증폭 모듈은 제어 전압을 상기 전력 증폭기의 바이어스 입력에 연결하는 아날로그 바이어스 회로(104)를 더 포함한다.
Figure P1020087002323
증폭 모듈, 전력 증폭기, 자동 바이어스 제어 회로, 아날로그 바이어스 회로, 차동 증폭기

Description

선형 전력 증폭기용 자동 바이어스 제어 회로{AUTOMATIC BIAS CONTROL CIRCUIT FOR LINEAR POWER AMPLIFIERS}
본 발명은 일반적으로 전자 회로들의 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 전력 증폭기들의 분야에 관한 것이다.
셀룰러 핸드셋(cellular handset)들에 이용된 선형 전력 증폭기들과 같은 전력 증폭기들은 "FCC(Federal Communications Commission)" 또는 고객 사양(customer specification)들에 의해 정의된 최소의 특정 선형성(linearity)을 유지하도록 요구된다. 셀룰러 핸드셋뿐만 아니라 다른 무선 어플리케이션에 이용된 선형 전력 증폭기들과 같은 선형 전력 증폭기들은 전형적으로 배터리 전력의 상당한 양을 소모하기 때문에, 일반적으로 가능한 최소한의 전류량을 소모하도록 설계된다. 그러나, 최소 전류 소모의 목적은 최소의 특정 선형성 요구를 만족시키면서 이루어져야 한다. 선형 전력 증폭기가 전달하도록 요구되는 최고 출력 전력에서 선형성 요구들을 만족하는 것은 어렵기 때문에, 셀룰러 핸드셋들에 이용된 통상의 선형 전력 증폭기는 최소한의 전류량을 소모하면서 최고 출력 전력 레벨에서의 선형성 요구를 만족하도록 전형적으로 최적화된다. 결과로서, 통상의 선형 전력 증폭기는 저 출력 전력 레벨들에서 최소의 특정 선형성 요구들을 상당히 초과할 수 있다.
그러나, 전형적으로 전류 소모와 선형성 사이에는 트레이드오프(tradeoff)가 존재하므로(즉, 선형성의 증가 또는 감소는 전형적으로 전류 소모의 증가 또는 감소 각각을 수반함), 통상의 선형 전력 증폭기는 저 전력 출력 레벨들에서 필요로 하는 것보다 많은 전류를 소모할 수 있다. 저 전력 출력 레벨들에서 과도 전류(excessive current)를 소모함에 따라, 셀룰러 핸드셋뿐만 아니라 다른 무선 장치들에 이용된 통상의 선형 전력 증폭기와 같은, 통상의 선형 전력 증폭기는 배터리 수명의 원하지 않는 감소를 초래할 수 있다.
따라서, 셀룰러 핸드셋에 이용된 선형 전력 증폭기와 같은 선형 전력 증폭기의 저 전력 출력 레벨들에서 전류 소모를 감소시키기 위한 효과적인 수단의 필요성이 본 기술분야에서 존재한다.
< 요 약 >
본 발명은 선형 전력 증폭기용 자동 바이어스 제어 회로에 관한 것이다. 본 발명은 셀룰러 핸드셋에 이용된 선형 전력 증폭기와 같은 선형 전력 증폭기의 저 전력 출력 레벨들에서의 전류 소모를 감소시키기 위한, 본 기술분야에서의 효과적인 수단에 대한 필요성에 초점을 맞추어 해결한다.
예시적인 실시예에 따르면, 증폭 모듈은 RF 입력 신호를 수신하고 RF 출력 신호를 제공하도록 구성된 전력 증폭기를 포함한다. 전력 증폭기는 선형 전력 증폭기일 수 있다. 증폭 모듈은 RF 출력 신호를 수신하여 제어 신호로 변환하도록 구성된 자동 바이어스 제어 회로를 더 포함한다. 제어 신호는 RF 출력 신호의 RF 출력 전력의 증가에 응답하여 전력 증폭기가 실질적으로 선형으로 증가하는 대기 전류(quiescent current)를 갖도록 할 수 있다. 제어 신호는 RF 출력 신호의 RF 출력 전력에 선형적으로 비례할 수 있으며, 여기서 RF 출력 전력은 dBm으로 측정된다. 자동 바이어스 제어 회로는 차동 증폭기의 제1 입력에 연결된 피크 검출기/로그 컨버터를 포함할 수 있으며, 여기서 차동 증폭기는 제어 전압을 출력한다.
본 예시적인 실시예에 따르면, 자동 바이어스 제어 회로는 차동 증폭기의 제2 입력에 연결된 DC 기준 회로를 더 포함할 수 있고, DC 기준 회로는 다수의 컴포넌트들을 포함하고, 각 컴포넌트들은 피크 검출기/로그 컨버터 회로에서의 대응하는 컴포넌트에 매치된다. 증폭 모듈은 상기 전력 증폭기의 바이어스 입력에 제어 신호를 연결하는 바이어스 회로를 더 포함한다. 바이어스 회로는 제어 신호를 수신하고, 바이어스 전압을 전력 증폭기의 바이어스 입력에 제공하도록 구성될 수 있으며, 바이어스 전압은 제어 신호에 대해 선형적으로 비례한다. 다음의 상세 설명 및 첨부한 도면들을 검토한 후 본 발명의 다른 특징들 및 장점들은 본 기술분야의 당업자에게 보다 쉽게 명백하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 예시적인 전력 증폭기에 연결된 예시적인 자동 바이어스 제어 회로의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 예시적인 자동 바이어스 제어 회로의 회로도를 도시한다.
본 발명은 전력 증폭기용 자동 바이어스 제어 회로에 관한 것이다. 다음 설명은 본 발명의 구현에 관한 특정 정보를 포함한다. 본 기술분야의 당업자는 본 명세서에 구체적으로 설명된 것과 상이한 방식으로 본 발명이 구현될 수 있다는 것을 인지할 것이다. 또한, 본 발명을 모호하게 하지않기 위해 본 발명의 일부 특정 상세들은 설명되지 않는다.
본 명세서의 도면들 및 그들의 수반하는 상세 설명은 본 발명의 단지 예시적인 실시예들을 나타낸다. 간결성(brevity)을 유지하기 위해, 본 발명의 다른 실시예들은 본 명세서에 구체적으로 설명되지 않고, 본 도면들에 의해 구체적으로 도시되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 예시적인 자동 바이어스 제어 회로, 예시적인 아날로그 바이어스 회로, 및 예시적인 전력 증폭기를 포함하는 예시적인 증폭 모듈의 블록도를 나타낸다. 도 1에서 생략된 소정의 상세들 및 특징들은 본 기술분야의 당업자들에게 명백하다. 증폭 모듈(100)은 자동 바이어스("autobias") 제어 회로(102), 바이어스 회로(104), 및 전력 증폭기(106)를 포함한다. 전력 증폭기(106)는 입력 매칭 네트워크(108), 전력 증폭기 드라이버단(110), 단간(interstage) 매칭 네트워크(112), 전력 증폭기 출력단(114), 및 출력 매칭 네트워크(116)를 포함한다. 전력 증폭기(106)가 본 명세서에서 단지 두 개의 증폭단들(즉, 전력 증폭기 드라이버단(110) 및 전력 증폭기 출력단(114))만을 포함하더라도, 본 발명은 두 개 보다 많은 증폭단들을 갖는 전력 증폭기에도 적용된다는 것에 주의하자.
증폭 모듈(100)은 예들 들어, 코드-분할 다중 접속("CDMA"), 시-분할 다중 접속("TDMA") 또는 선형 전력 증폭기를 요구하는 다른 무선 통신 표준을 이용한 셀룰러 핸드셋과 같은, 무선 통신 장치들에 이용될 수 있다. 증폭 모듈(100)은 실리콘 기술, 갈륨 아세나이드("GaAs") 기술, 또는 다른 적정 기술들을 이용하는 반도체 다이(semiconductor die) 상에 제작될 수 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, RF 입력 신호("RF IN")(118)는 전력 증폭기(106)의 RF 입력에서 입력 매칭 네트워크(input matching network, 108)의 입력에 연결된다. 전력 증폭기(106)는 노드(124)에서 RF IN(118) 및 바이어스 전압을 수신하고, RF IN(118)을 증폭하고, RF 출력 신호("RF OUT")(120)를 생성하도록 구성될 수 있다. 전력 증폭기(106)는 셀룰러 핸드셋과 같은 무선 통신 장치뿐만 아니라 선형 전력 증폭기를 요구하는 다른 어플리케이션들에 이용될 수 있는 선형 전력 증폭기를 포함한다. 또한, 도 1에 나타낸 바와 같이, 입력 매칭 네트워크(108)의 출력은 전력 증폭기 드라이버단(110)의 입력에 연결된다. 매칭 네트워크(108)는 전력 증폭기 드라이버단(110)의 입력 임피던스에 RF IN(118)을 제공하는 회로(도 1에 나타내지 않음)의 출력 임피던스를 매칭하도록 구성될 수 있다. 전력 증폭기 드라이버 단(110)은 입력 매칭 네트워크(108)로부터의 RF IN(118) 및 바이어스 회로(104)로부터의 바이어스 전압을 수신하고, RF IN(118)을 증폭하고 단간 매칭 네트워크(112)의 입력에 중간(intermediate) RF 신호를 출력하도록 구성될 수 있다.
또한, 도 1에 나타낸 바와 같이, 단간 매칭 네트워크(112)의 출력은 전력 증 폭기 출력단(114)의 입력에 연결된다. 단간 매칭 네트워크는 출력단의 입력 임피던스를 원하는 PA 드라이버단 부하 라인(load line)으로 변환한다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 전력 증폭기 출력단(114)의 출력은 출력 매칭 네트워크(116)에 연결된다. 전력 증폭기 출력단(114)은 단간 매칭 네트워크(112)로부터의 중간 RF 신호, 바이어스 회로(104)에 의해 출력된 바이어스 전압을 수신하고, 중간 RF 신호를 증폭하고, RF OUT(120)을 생성하도록 구성될 수 있다. 도 1에 더 나타낸 바와 같이, 출력 매칭 네트워크(116)는 전력 증폭기 출력단(114)의 출력을 안테나와 같은 부하(도 1에 나타내지 않음)에 연결한다. 출력 매칭 네트워크는 부하 임피던스(도 1에 나타내지 않음)를 원하는 PA 출력단 부하 라인으로 변환한다.
또한, 도 1에 나타낸 바와 같이, 자동 바이어스 제어 회로(102)의 입력은 노드(122)에서 전력 증폭기(106)의 출력에 연결된다. 본 발명에서, 자동 바이어스 제어 회로(102)는 전력 증폭기(106)로부터의 RF 출력 신호(즉, RF OUT(120))를 수신하고, RF OUT(120)의 (dBm의) RF 출력 전력에 선형적으로 비례하는 제어 신호를 출력하도록 구성될 수 있다. 본 실시예에서, 자동 바이어스 제어 회로(102)에 의해 출력된 제어 신호는 제어 전압일 수 있다. 다른 실시예에서, 제어 신호는 제어 전류일 수 있다. 본 실시예에서, 자동 바이어스 제어 회로(102)는 실리콘 기술을 이용하여 구현될 수 있다. 다른 실시예에서, 자동 바이어스 제어 회로(102)는 GaAs 기술 또는 다른 적정 기술을 이용하여 구현될 수 있다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 자동 바이어스 제어 회로(102)의 출력에 제공된 제어 신호는 바이어스 회로(104)의 입력에 연결되고, 바이어스 회로(104)의 출력은 노드(124)에서 전력 증 폭기(106)의 전력 증폭기 드라이버단(110) 및 전력 증폭기 출력단(114)의 바이어스 입력들에 연결된다.
바이어스 회로(104)는 자동 바이어스 제어 회로(102)에 의해 출력된 제어 신호를 수신하고, 제어 신호에 따라 전력 증폭기(106)의 대기 전류를 적절하게 조절하도록 구성될 수 있다. 바이어스 회로(104)는, 바이어스 회로(104)로 입력된 제어 신호에 대해 선형적으로 변화하는 전력 증폭기(106)(즉, 전력 증폭기(106)의 전력 증폭기 드라이버단(110) 및 전력 증폭기 출력단(114))에 바이어스 전압을 제공하도록 구성될 수도 있다. 자동 바이어스 제어 회로(102)로부터 수신된 제어 전압은 RF OUT(120)의 (dBm의) RF 출력 전력에 선형적으로 비례하기 때문에, 바이어스 회로(104)는 전력 증폭기(106)가 RF OUT(120)(즉, 전력 증폭기(106)에 의해 생성된 RF 출력 신호)의 (dBm의) RF 출력 전력의 증가에 응답하여 실질적으로 선형적으로 증가하는 대기 전류를 갖도록 한다.
따라서, RF OUT(120)을 수신하고 RF OUT(120)의 (dBm의) RF 출력 전력에 선형적으로 비례하는 제어 신호를 출력하는 자동 바이어스 제어 회로(102)를 이용함으로써, 본 발명은 전력 증폭기(106)의 출력 전력 레벨들의 연속적인 동작 범위(continuous operating range)에 대해 RF 출력 전력의 함수로서 자동적으로 조절되는 최적의 대기 전류를 갖는 전력 증폭기를 얻는다. 결과로서, 본 발명은 출력 전력 레벨들의 연속적인 동작 범위에 대해, FCC 또는 고객 사양들에 의해 정의된, 최소의 특정 선형성을 만족하도록 바이어스될 수 있는 선형 전력 증폭기를 얻는다. 배경으로서, 선형성은 인접-채널 전력 비율(adjacent-channel power ratio, "ACPR") 사양에 의해 정의될 수 있다. 따라서, 전력 증폭기(106)의 출력 전력 레벨들의 연속적인 동작 범위에 대해 대기 전류를 최적화하기 위해 자동 바이어스 제어 회로(102)를 이용함에 따라, 본 발명은 선형 전력 증폭기의 출력 전력 레벨들의 연속적인 동작 범위에 대해 감소된 전류 소모를 갖는 선형 전력 증폭기를 얻는 장점을 가진다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 자동 바이어스 제어 회로의 개략도를 나타낸다. 도 2의 자동 바이어스 제어 회로(202) 및 RF OUT(220)는 도 1의 자동 바이어스 제어 회로(102) 및 RF OUT(120)에 각각 대응한다. 자동 바이어스 제어 회로(202)는 피크 검출기/로그 컨버터 회로(226), DC 기준 회로(228), 및 차동 증폭기(230)를 포함한다. 피크 검출기/로그 컨버터 회로(226)는 캐패시터들(232, 234), 저항들(236, 238), 다이오드(240), 및 트랜지스터(242)를 포함한다. DC 기준 회로(228)는 저항들(244, 246), 다이오드(248), 및 트랜지스터(250)를 포함한다.
도 2에 나타낸 바와 같이, (도 1에서의 전력 증폭기(106)로부터의) RF OUT(220)는 캐패시터(232)의 제1 단자에 연결되고, 이는 피크 검출기/로그 컨버터 회로(226)의 입력이기도 하며, 캐패시터(232)의 제2 단자는 노드(252)에서 저항(236)의 제1 단자 및 트랜지스터(242)의 베이스(base)에 연결된다. 또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 저항(236)의 제2 단자는 바이어스 전압("Vbias")(256)에 연결되고, 이는 AC 성분이 없는 DC 바이어스 전압 소스일 수 있다. Vbias(256)는 저항(236)을 통해 트랜지스터(242)의 베이스에 적정 DC 바이어스 전압을 공급한다. 또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 트랜지스터(242)의 이미터(emitter)는 노드(258)에서 저항(238)의 제1 단자 및 캐패시터(234)의 제1 단자에 연결되고, 저항(238) 및 캐패시터(234)의 제2 단자들은 접지(260)에 연결된다. 또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 트랜지스터(242)의 콜렉터(collector)는 노드(262)에서 다이오드(240)의 캐소드, 및 피크 검출기/로그 컨버터 회로(226)의 출력인, 차동 증폭기(230)의 비반전(non-inverting) 입력에 연결된다.
본 실시예에서, 트랜지스터(242)는 NPN 바이폴라(bipolar) 트랜지스터일 수 있고, 이는 실리콘을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 트랜지스터(242)는 NPN 실리콘-게르마늄 바이폴라 트랜지스터, NPN GaAs 헤테로접합 바이폴라 트랜지스터("HBT"), 전계 효과 트랜지스터("FET"), 또는 다른 적정 타입의 바이폴라 트랜지스터일 수 있다. 다이오드(240)는 실리콘, GaAs, 또는 다른 적정 반도체 물질을 포함할 수 있는 바이폴라 장치이다. 또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 다이오드(240)의 애노드는 기준 전압("Vref")(264)에 연결되고, 기준 전압은 VCC와 같은, AC 성분이 없는 DC 공급 전압일 수 있다. 또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 저항(244)의 제1 단자는 노드(256)에서 Vbias(254)에 연결되고, 저항(244)의 제2 단자는 트랜지스터(250)의 베이스에 연결된다.
또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 트랜지스터(250)의 이미터는 저항(246)의 제1 단자에 연결되고, 트랜지스터(250)의 콜렉터는 노드(266)에서 다이오드(248)의 캐소드, 및 DC 기준 회로(228)의 출력이기도 한, 차동 증폭기(230)의 반전 입력에 연결된다. 또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 저항(246)의 제2 단자는 접지(260)에 연결되고, 다이오드(248)의 애노드는 Vref(264)에 연결된다. 본 실시예에서, DC 기준 회로(228)에서의 각 컴포넌트들은 피크 검출기/로그 컨버터 회로(226)에서의 대응하는 컴포넌트와 매치된다(즉, 구성 및 동작 특성들에서 실질적으로 유사하다). 특히, DC 기준 회로(228)의 저항(244), 저항(246), 트랜지스터(250), 다이오드(248)는 각각 피크 검출기/로그 컨버터 회로(226)의 저항(236), 저항(238), 트랜지스터(242), 및 다이오드(240)와 매치된다.
또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 차동 증폭기(230)의 비반전 및 반전 입력들 각각은 노드들(262, 266)에 연결되고, 제어 신호(268)는 차동 증폭기(230)의 출력에서 생성되고, 이 출력은 자동 바이어스 제어 회로(202)의 출력이기도 하다. 차동 증폭기(230)는 연산(operational) 증폭기일 수 있고, 반전 및 비반전 입력들에서 DC 기준 회로(228) 및 피크 검출기/로그 컨버터 회로(226)의 각각의 출력들을 받고 및 전압차(difference voltage)를 결정하기 위해 피크 검출기/로그 컨버터(226)의 출력에서 DC 기준 회로(228)의 출력을 감하고, 그 전압차를 증폭하고, 제어 신호(268)로서 증폭된 전압차를 출력하도록 구성될 수 있다. 본 실시예에서, 제어 신호(268)는 제어 전압일 수 있다. 다른 실시예에서, 제어 신호(268)는 제어 전류일 수 있다.
자동 바이어스 제어 회로(202)의 기능 및 동작이 지금 설명될 것이다. DC 동작 모드로 동작하는, DC 기준 회로(228)에서, 저항(244)은 트랜지스터(250)의 베이스에 충분한 바이어스 전압을 제공하여, 저항(246), 트랜지스터(250), 및 다이오드(248)를 통해 DC 전류가 흐르게 한다. 트랜지스터(250)의 콜렉터는, 노드(266) 에서 출력 DC 전압(즉, DC 기준 회로(228)의 출력)을 결정하고, 그것은 Vref(264)에서 다이오드(248)에 걸린 전압 강하를 뺀 것과 동일하다. 피크 검출기/로그 컨버터 회로(226)는 DC 기준 회로(228)와 동일한 동작점에서 저항(236)에 의해 바이어스된다. 결과로서, DC 동작 모드에서, 피크 검출기/로그 컨버터 회로(226)에 의해 노드(262)에서 출력된 DC 전압은 DC 기준 회로(228)에 의해 노드(266)에서 출력된 DC 전압과 실질적으로 동일하다. 따라서, DC 동작 모드에서, 차동 증폭기(230)의 비반전 입력에 연결된, 노드(262)에서의 DC 전압과 차동 증폭기(230)의 반전 입력에 연결된, 노드(266)에서의 DC 전압 사이의 차는 대략 0과 동일하다.
RF 동작 모드(즉, RF IN(118)이 도면의 전력 증폭기(106)의 입력에 인가되는 경우)에서, RF OUT(220)(즉, 도 1의 전력 증폭기(106)의 출력에서 생성된 RF 출력 신호)은 자동 바이어스 제어 회로(202)의 입력에 인가되고, 트랜지스터(242)의 베이스에 연결된다. RF OUT(220)은, RF OUT(220)의 진폭의 증가 또는 감소 각각에 응답하여, 트랜지스터(242)의 베이스가 전압을 증가 또는 감소시키도록 한다(즉, 트랜지스터(242)의 베이스가 위로 구동되거나 아래로 구동되도록 함). RF OUT(220)의 진폭이 증가하여 트랜지스터(242)의 베이스를 위로 구동함에 따라, 노드(258)에서의 트랜지스터(242)의 이미터의 전압이 증가하고, 캐패시터(234)에 의해 저장된다. RF OUT(220)의 진폭이 감소함에 따라, 트랜지스터(242)의 베이스는 트랜지스터(242)가 턴 오프되도록 충분히 낮은 전압으로 아래로 구동될 것이다.
그러나, RF OUT(220)의 진폭의 감소는 노드(258)에서 캐패시터(234)에 저장된 전압에 영향을 미치지 않을 것이다. 결과로서, 트랜지스터(242)는 피크 검출기 로서 동작하고, 캐패시터(234)에 저장된 전압은 RF OUT(220)의 피크 진폭에 대응한다. RF OUT(220)의 진폭이 트랜지스터(242)가 턴 오프되는 지점 아래로 내려가는 기간 동안 저항(238)이 캐패시터(234)의 전하(charge)를 내보내는 것을 방지하도록 캐패시터(234)의 값이 선택될 수 있다. 캐패시터(234) 및 저항(238)은 트랜지스터(242)에 의해 형성된 피크 검출기의 주파수 응답(frequency response)을 결정하는 시상수(time constant)를 갖는 RC 네트워크를 형성한다. 캐패시터(234)의 전압이 증가함에 따라, 저항(238)의 전압도 증가하여, 다이오드(240)을 통해 흐르는 DC 전류에 대응하는 증가를 일으킨다.
따라서, 캐패시터(234)에 저장된, RF OUT(220)의 피크 진폭에 대응하는 전압은, 다이오드(240), 트랜지스터(242), 및 저항(238)을 통해 흐르는 DC 전류로 변환된다. 노드(262)에서의 DC 전압(즉, 피크 검출기/로그 컨버터 회로(226)의 출력)은 Vref(264)에서 다이오드(240)에 걸린 전압 강하를 뺀 것과 동일하다. 그러나, 다이오드(240)에 걸린 전압 강하는 다이오드(240)를 통해 흐르는 DC 전류에 대수적으로(logarithmically) 비례하며, DC 전류는 RF OUT(220)의 피크 전압에 비례하며, 피크 전압은 캐패시터(234)에 저장된다. 따라서, 본 실시예에서, 다이오드(240)는 다이오드(240)를 통해 흐르는 DC 전류를 다이오드(240)에 걸린 대수적으로 비례하는 DC 전압으로 변환하는 대수 변환기(logarithmic converter)로 사용된다. 결과적으로, 노드(262)에서의 DC 전압은, dBm으로 측정되는, RF OUT(220)의 RF 출력 전력에 선형적으로 비례한다. 그러나, 노드(262)에서의 DC 전압은 Vref(264)(즉, 공급 전압) 및 피크 검출기/로그 컨버터 회로(226)의 컴포넌트들의 프로세스 변화들 에도 의존한다.
차동 증폭기(230)는 피크 검출기/로그 컨버터 회로(226)의 노드(262)에서 출력된 DC 전압으로부터 DC 기준 회로(228)의 노드(266)에서 출력된 DC 전압을 감하여, 전압 차를 결정하고, 그 전압 차는 차동 증폭기(230)에 의해 증폭되고 제어 신호(268)로서 출력된다. 상술한 바와 같이, DC 기준 회로(228)의 각 컴포넌트는 피크 검출기/로그 컨버터 회로(226)의 대응하는 컴포넌트와 매치된다(즉, 매치된 쌍을 형성한다). 따라서, 피크 검출기/로그 컨버터 회로(226)의 노드(262)에서 출력된 DC 전압으로부터 DC 기준 회로(228)의 노드(266)에서 출력된 DC 전압을 감함으로써, 차동 증폭기(230)는 Vref(264)(즉, 공급 전압), 및 피크 검출기/로그 컨버터 회로(226)에 의해 출력된 DC 전압에서의 컴포넌트 프로세스 변화들에 대한 의존성을 실질적으로 제거한다. 따라서, 자동 바이어스 제어 회로(202)에 의해 출력된 제어 신호(268)는, 자동 바이어스 제어 회로(202)의 입력에 연결된 RF OUT(220)의 RF 출력 전력에 선형적으로 비례한다.
따라서, 상술한 바와 같이, 본 발명은 선형 전력 증폭기로부터 RF 출력 신호를 수신하고, RF 출력 신호를 RF 출력 신호의 RF 출력 전력에 선형적으로 비례하는 제어 신호로 변환하는 자동 바이어스 제어 회로를 얻는다. 본 발명은 장점으로서, 선형 전력 증폭기의 출력 전력 레벨들의 연속적인 동작 범위에 걸쳐 제어 신호에 선형적으로 비례하는 대기 전류를 선형 전력 증폭기가 갖도록 제어 신호를 이용하여, 선형 전력 증폭기의 출력 전력 레벨들의 연속적인 동작 범위에 걸쳐 감소된 전류 소모를 얻는다. 결과로서, 본 발명은 장점으로서 배터리 소모(drain)를 감소시 켜, 선형 전력 증폭기들을 이용하는, 셀룰러 핸드셋들과 같은 무선 통신 장치들의 배터리 수명을 연장한다.
본 발명의 상기 설명으로부터, 다양한 기술들이 본 발명의 범위를 벗어남 없이 본 발명의 개념들을 구현하기 위해 이용될 수 있다는 것은 명백하다. 또한, 본 발명이 소정의 실시예들에 대해 특정 참조(specific reference)를 이용하여 설명되었지만, 본 기술분야의 당업자는 본 발명의 사상 및 범위의 벗어남 없이 형태(form) 및 상세에서 변화들이 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 설명된 실시예들은 모든 관점에서 예시적인 것으로 고려되며 제한적으로 고려되지 않는다. 본 발명은 본 명세서에 설명된 특정 실시예들에 한정되지 않고, 본 발명의 범위를 벗어남 없이 많은 재배열(rearrangement)들, 수정들, 및 대체(substitution)들이 가능하다는 것도 이해될 것이다.
따라서, 전력 증폭기용 자동 바이어스 제어 회로가 설명되었다.

Claims (20)

  1. RF 입력 신호를 수신하고, RF 출력 신호를 제공하도록 구성된 전력 증폭기(power amplifier);
    상기 RF 출력 신호를 수신하고 상기 RF 출력 신호를 제어 신호(control signal)로 변환하도록 구성된 자동 바이어스 제어 회로;
    상기 전력 증폭기의 바이어스 입력에 상기 제어 신호를 연결하는 바이어스 회로
    를 포함하고,
    상기 제어 신호는 상기 RF 출력 신호의 RF 출력 전력의 증가에 응답하여 실질적으로 선형적으로 증가하는 대기 전류(quiescent current)를 상기 전력 증폭기가 갖도록 하는 증폭 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 신호는 상기 RF 출력 신호의 상기 RF 출력 전력에 선형적으로 비례하고, 상기 RF 출력 전력은 dBm으로 측정되는 증폭 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 바이어스 회로는 상기 제어 신호를 수신하고, 상기 제어 신호를 상기 대기 전류로 변환하도록 구성된 증폭 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 자동 바이어스 제어 회로는 차동 증폭기(differential amplifier)의 제1 입력에 연결된 피크 검출기/로그 컨버터 회로(peak detector/log converter circuit)를 포함하고, 상기 차동 증폭기는 상기 제어 신호를 출력하는 증폭 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 자동 바이어스 제어 회로는 상기 차동 증폭기의 제2 입력에 연결된 DC 기준 회로(reference circuit)를 더 포함하고, 상기 DC 기준 회로는 다수의 컴포넌트들을 포함하고, 상기 다수의 컴포넌트들 각각은 상기 피크 검출기/로그 컨버터 회로의 대응하는 컴포넌트와 매치(match)되는 증폭 모듈.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 피크 검출기/로그 컨버터 회로는 상기 RF 출력 신호를 수신하고 상기 RF 출력 신호를 제1 DC 전압으로 변환하도록 구성되고, 상기 제1 DC 전압은 상기 RF 출력 신호의 상기 RF 출력 전력에 선형적으로 비례하는 증폭 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 차동 증폭기는 상기 제1 입력에 수신된 상기 제1 DC 전압과 상기 제2 입력에 수신된 제2 DC 전압 사이의 차이를 증폭하고, 상기 제어 신호를 출력하도록 구성된 증폭 모듈.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 차동 증폭기는 VCC에 의해 발생된 상기 제1 DC 전압의 전압 변화들을 실질적으로 제거하는 증폭 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 아날로그 바이어스 회로는 상기 제어 전압을 수신하고 상기 전력 증폭기의 상기 바이어스 입력에 바이어스 전압을 제공하도록 구성되고, 상기 바이어스 전압은 상기 제어 신호에 선형적으로 비례하는 증폭 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전력 증폭기는 선형 전력 증폭기(linear power amplifier)인 증폭 모듈.
  11. RF 출력 신호를 수신하고, 상기 RF 출력 신호를 제1 DC 전압으로 변환하도록 구성된 피크 검출기/로그 컨버터 회로;
    상기 피크 검출기/로그 컨버터 회로에 연결된 차동 증폭기 - 상기 차동 증폭기는 제1 입력에서 상기 제1 DC 전압을 수신하고, 제어 전압을 출력하도록 구성됨 -
    를 포함하고,
    상기 제어 전압은 상기 RF 출력 신호의 RF 출력 전력의 증가에 응답하여 실질적으로 선형적으로 증가하는 대기 전류를 전력 증폭기가 갖도록 하는 자동 바이어스 제어 회로.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 DC 전압은 상기 RF 출력 신호의 상기 RF 출력 전력에 선형적으로 비례하고, 상기 RF 출력 전력은 dBm으로 측정되는 자동 바이어스 제어 회로.
  13. 제11항에 있어서,
    DC 기준 회로를 더 포함하고, 상기 DC 기준 회로는 제2 DC 전압을 출력하고, 상기 제2 DC 전압은 상기 차동 증폭기의 제2 입력에 연결되는 자동 바이어스 제어 회로.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 차동 증폭기는 상기 제1 DC 전압과 상기 제2 DC 전압 사이의 차이를 증폭하고, 상기 제어 전압을 출력하도록 더 구성된 자동 바이어스 제어 회로.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 DC 기준 회로는 다수의 컴포넌트들을 포함하고, 상기 다수의 컴포넌트 들 각각은 상기 피크 검출기/로그 컨버터 회로의 대응하는 컴포넌트와 매치되는 자동 바이어스 제어 회로.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 차동 증폭기는 VCC에 의해 발생된 상기 제1 DC 전압의 전압 변화들을 실질적으로 제거하는 자동 바이어스 제어 회로.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 피크 검출기/로그 컨버터 회로는 상기 RF 출력 신호에 연결된 베이스(base) 및 제1 노드의 캐패시터에 연결된 이미터(emitter)를 갖는 트랜지스터를 포함하고, 상기 트랜지스터는 상기 RF 출력 신호의 피크 전압이 상기 캐패시터에 의해 저장되도록 하는 자동 바이어스 제어 회로.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 피크 검출기/로그 컨버터 회로는 제2 노드에서 상기 트랜지스터의 콜렉터(collector)에 연결된 다이오드를 더 포함하고, 상기 제1 DC 전압은 상기 제2 노드에서 상기 피크 검출기/로그 컨버터 회로에 의해 출력되는 자동 바이어스 제어 회로.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 피크 검출기/로그 컨버터 회로는 상기 제1 노드에 연결된 저항을 더 포함하고, 상기 제1 노드에서의 상기 RF 출력 신호의 상기 피크 전압은 전류가 상기 다이오드를 통해 흐르도록 하고, 상기 제1 DC 전압은 상기 다이오드를 통해 흐르는 상기 전류에 대수적으로(logarithmically) 비례하는 자동 바이어스 제어 회로.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 다이오드는 상기 피크 검출기/로그 컨버터 회로의 대수 컨버터(logarithmic converter)로서 동작하는 바이폴라 장치인 자동 바이어스 제어 회로.
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