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KR19990051154A - Power amplification device of dual mode mobile communication terminal - Google Patents

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Abstract

본 이중모드 이동 통신 단말기의 송신측 전력 증폭 장치는, 단일 전력증폭회로를 구비하고 아날로그 또는 디지털 변조방식별로 다르게 요구되는 출력 레벨과 선형성 및 효율에 따라 상기 전력증폭회로에 인가되는 직류바이어스전압을 스위칭함을 특징으로 한다.The transmitter-side power amplifier of the dual-mode mobile communication terminal has a single power amplifier circuit and switches a DC bias voltage applied to the power amplifier circuit according to an output level, linearity, and efficiency required for each analog or digital modulation scheme. It is characterized by.

Description

이중모드 이동 통신 단말기의 전력 증폭 장치Power amplification device of dual mode mobile communication terminal

본 발명은 아날로그 및 디지털 변조 방식을 이용한 이중모드 이동 통신 단말기에 있어서 송신측 전력 증폭회로에 관한 것이다.The present invention relates to a transmission power amplification circuit in a dual mode mobile communication terminal using analog and digital modulation.

이중모드 이동 통신 단말기의 하나인 휴대폰의 송신측에 포함된 전력증폭회로에 인가할 직류 바이어스 전압은 변조 형태에 따라 그 전력증폭회로의 입·출력 특성이 최적의 동작점에서 동작되도록 결정되어야 한다. 종래의 이중모드 휴대폰에서는 두 개의 서로 상이한 전력증폭회로를 스위칭하여 사용하였으므로 비경제적일 뿐만 아니라, RF신호가 상기 스위치를 통과하기 때문에 전력 손실 측면에서도 불리하다. 그래서 아날로그 및 디지털 변조 방식을 모두 만족시킬 수 있는 단일의 전력증폭회로를 개발하여 사용하기에 이르렀다. 그러나 단일의 전력증폭회로가 아날로그 및 디지털 변조 방식에 공히 쓰이려면 PAE(Power Added Efficiency) 관점에서 볼 때 여러 가지 문제가 야기된다. 전력증폭회로의 PAE, η는 다음 수학식으로 정의된다.The DC bias voltage to be applied to the power amplifier circuit included in the transmitting side of the mobile phone, which is one of the dual mode mobile communication terminals, should be determined so that the input / output characteristics of the power amplifier circuit can be operated at the optimum operating point according to the modulation type. In the conventional dual mode mobile phone, since two different power amplifier circuits are used by switching, they are not only economical, but also disadvantageous in terms of power loss since the RF signal passes through the switch. This led to the development and use of a single power amplifier circuit that can satisfy both analog and digital modulation schemes. However, the use of a single power amplification circuit in both analog and digital modulation schemes poses a number of challenges from the point of view of power added efficiency (PAE). PAE, η of the power amplifier circuit is defined by the following equation.

η = (WRFO- WRFI) / PDC η = (W RFO -W RFI ) / P DC

WRFO는 출력 RF신호의 전력이고, WRFI는 입력 RF신호의 전력이다. PDC는 직류 입력 전력을 나타내는데, 전력증폭기에 인가되는 바이어스 전압과 전류의 곱과 같다. 즉 PAE는 직류 전력으로부터 교류 전력으로의 변환 효율로 이해될 수 있다. 직류 전력원으로 배터리를 사용하는 휴대폰은 배터리의 소모를 최소화할 필요가 있는데, 이런 관점에서 본다면 PAE를 가능한한 크게 하는 것이 좋다.W RFO is the power of the output RF signal, W RFI is the power of the input RF signal. P DC stands for direct current input power, which is equal to the product of the bias voltage applied to the power amplifier and the current. That is, PAE can be understood as conversion efficiency from DC power to AC power. Cell phones using batteries as a DC power source need to minimize battery consumption. From this point of view, it is better to make PAE as large as possible.

도 1은 아날로그 및 디지털 변조 방식에 모두 이용되는 종래의 전력증폭회로의 입·출력 응답 특성을 예시한 것으로, 두 방식 모두 약 40%의 PAE를 갖는다. 이는 시분할 다중접속(Time Division Multiple Access: 이하 TDMA라 함.) 방식에서의 높은 선형성을 구현하기 위해 주파수분할 다중접속(Frequency Division Multiple Access: 이하 FDMA라 함.)방식에서 PAE를 희생시킬 수밖에 없었던 문제를 보이고 있다. 예를 들면, 대한민국에서의 FDMA시스템의 경우는 1.5W의 출력을 요구하고 디지털 코드분할 다중접속(Code Division Multiple Access: 이하 CDMA라 함.)의 경우에는 0.5W출력을 요구한다.1 illustrates the input and output response characteristics of a conventional power amplifier circuit used in both analog and digital modulation schemes, and both schemes have a PAE of about 40%. This is a problem in which PAE has to be sacrificed in the frequency division multiple access (FDMA) scheme in order to realize high linearity in the time division multiple access (TDMA) scheme. Is showing. For example, an FDMA system in Korea requires an output of 1.5W and a 0.5W output in the case of digital code division multiple access (CDMA).

도 2는 대한민국에서 사용되고 있는 종래의 전력증폭회로의 입·출력 응답 특성 및 PAE를 나타낸 것으로, 직류 바이어스 전압이 4.8V로 인가되는 단일의 전력증폭회로를 사용한 경우이다. FDMA방식에서의 1.5W 출력에서 PAE는 약 60% 이고, CDMA방식의 경우에는 0.5W 출력에서 PAE는 약 30% 이다. 즉 FDMA 및 CDMA 이중모드 시스템의 전력증폭기는 아날로그방식의 PAE가 저하되고 FDMA 및 CDMA 이중모드 시스템의 경우에는 디지털 방식에서의 PAE가 저하되는 문제가 따른다.Figure 2 shows the input and output response characteristics and PAE of the conventional power amplifier circuit used in the Republic of Korea, a case where a single power amplifier circuit is applied with a DC bias voltage of 4.8V. The PAE is about 60% at 1.5W output in FDMA mode and about 30% at 0.5W output in CDMA mode. In other words, the power amplifier of the FDMA and CDMA dual mode system has a problem that the PAE of the analog method is degraded, and the PAE of the digital method is reduced in the case of the FDMA and CDMA dual mode system.

따라서 본 발명의 목적은 단일의 전력증폭회로로도 아날로그 및 디지털 변조방식을 갖는 이중모드 휴대폰에서 높은 PAE를 가질 수 있는 전력증폭장치를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a power amplifier that can have a high PAE in a dual mode mobile phone having analog and digital modulation schemes even with a single power amplifier circuit.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 이중모드 이동 통신 단말기의 송신측 전력 증폭 장치는, 단일 전력증폭회로를 구비하고 아날로그 또는 디지털 변조방식별로 다르게 요구되는 출력 레벨과 선형성 및 효율에 따라 상기 전력증폭회로에 인가되는 직류바이어스전압을 스위칭함을 특징으로 한다.The transmitter-side power amplification device of the dual-mode mobile communication terminal for achieving the above object has a single power amplification circuit and is provided to the power amplification circuit according to the output level, linearity, and efficiency required for each analog or digital modulation scheme. It is characterized by switching the applied DC bias voltage.

도 1은 아날로그 및 디지털 변조 방식에 모두 이용되는 종래의 전력증폭회로의 입·출력 응답 특성을 예시한 도면1 illustrates input and output response characteristics of a conventional power amplifier circuit used in both analog and digital modulation schemes.

도 2는 대한민국에서 사용되고 있는 종래의 전력증폭회로의 입·출력 응답 특성 및 PAE를 나타낸 도면2 is a view showing input and output response characteristics and PAE of a conventional power amplifier circuit used in the Republic of Korea

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 TDMA/FDMA 이중모드 휴대폰의 전력 증폭 장치의 구성을 나타낸 도면3 is a diagram illustrating a configuration of a power amplification apparatus of a TDMA / FDMA dual mode mobile phone according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 CDMA/FDMA 이중모드 휴대폰의 전력증폭기의 구성을 나타낸 도면4 is a diagram illustrating a configuration of a power amplifier of a CDMA / FDMA dual mode mobile phone according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 5는 도 3의 전력증폭기의 입출력 응답 특성 및 PAE에 대한 그래프5 is a graph illustrating input / output response characteristics and PAE of the power amplifier of FIG.

도 6은 도 4의 전력증폭기의 입출력 응답 특성 및 PAE에 대한 그래프6 is a graph illustrating input / output response characteristics and PAE of the power amplifier of FIG.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한 하기 설명에서는 구체적인 회로의 구성 소자 등과 같은 많은 특정(特定) 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 이하 사용되는 용어, '전력증폭회로', '전력증폭기', '전력증폭장치' 등은 구별되어 사용된다. 즉 전력증폭회로는 전력증폭기를 구현하는 내부 회로를 나타내고, 전력증폭장치는 전력증폭기 외에도 상기 전력증폭기에 최적의 바이어스 전압을 공급하기 위한 주변 수단 등을 포함한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First of all, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals have the same reference numerals as much as possible even if displayed on different drawings. Also, in the following description, many specific details such as components of specific circuits are shown, which are provided to help a more general understanding of the present invention, and the present invention may be practiced without these specific details. It is self-evident to those of ordinary knowledge in Esau. In the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. The terms used below, 'power amplifier circuit', 'power amplifier', 'power amplifier' and the like are used separately. That is, the power amplifier circuit represents an internal circuit for implementing a power amplifier, and the power amplifier includes peripheral means for supplying an optimum bias voltage to the power amplifier in addition to the power amplifier.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 TDMA/FDMA 이중모드 휴대폰의 전력 증폭 장치의 구성을 나타낸 것이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 CDMA/FDMA 이중모드 휴대폰의 전력증폭기의 구성을 나타낸 도면이다.3 is a block diagram of a power amplifier of a TDMA / FDMA dual mode mobile phone according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a block diagram of a power amplifier of a CDMA / FDMA dual mode mobile phone according to an exemplary embodiment of the present invention. to be.

도 4에 도시된 바에 따르면, 메인프로세싱유닛(Main Processing Unit: 이하 MPU라 함.) 350에서 출력되는 스위칭신호에 따라 아날로그방식의 경우에는 제1스위치 SW1이 온(on)되어 제1직류바이어스전압 V2(예: 4.8V)가 인가되고, 디지털방식의 경우에는 제2스위치 SW2가 온되어 제2직류바이어스전압 V4(예: 3.6V)가 전력증폭기 400의 (+)바이어스전압단자 Vdd에 인가된다. 상기 전력증폭기 400의 (-)바이어스전압단자 Vgg에는 고정된 직류전압 V3이 인가된다. 참조번호 200은 제1 및 제2직류바이어스전압 V2, V4를 공급하는 전원공급부이고, 참조번호 100은 상기 제1 및 제2스위치 SW1, SW2를 포함하는 스위치부이다. 참조부호 RFI, RFO는 각각 전력증폭기 400의 입력 및 출력신호이다.As shown in FIG. 4, in the analog method, the first switch SW1 is turned on in response to a switching signal output from a main processing unit 350 (hereinafter referred to as an MPU). V2 (e.g. 4.8V) is applied, and in the digital mode, the second switch SW2 is turned on to apply the second DC bias voltage V4 (e.g. 3.6V) to the positive bias voltage terminal V dd of the power amplifier 400. do. A fixed DC voltage V3 is applied to the negative bias voltage terminal V gg of the power amplifier 400. Reference numeral 200 denotes a power supply unit for supplying the first and second DC bias voltages V2 and V4, and reference numeral 100 denotes a switch unit including the first and second switches SW1 and SW2. Reference numerals RFI and RFO denote input and output signals of the power amplifier 400, respectively.

도 5는 도 3의 전력증폭기의 입출력 응답 특성 및 PAE에 대한 그래프이고, 도 6은 도 4의 전력증폭기의 입출력 응답 특성 및 PAE에 대한 그래프이다.FIG. 5 is a graph of input / output response characteristics and PAE of the power amplifier of FIG. 3, and FIG. 6 is a graph of input / output response characteristics and PAE of the power amplifier of FIG. 4.

도 6에 도시된 바에 따르면, 아날로그 변조모드의 입출력 응답 특성에서는 포화영역에서의 출력 전력이 디지털 변조모드의 입출력 응답 특성에서의 그것보다 더 높다. 그러므로 전력증폭기 400에 인가되는 직류바이어스 전압을 스위칭함으로써 1.5W의 출력을 내는 FDMA방식의 PAE가 약 60%이고, 0.5W의 출력을 낼 때 CDMA방식의 PAE는 약 40%로 스위칭을 하지 않았을 때에 비해 CDMA방식의 PAE는 약 10% 정도 향상시킬 수 있다. 결과적으로, FDMA방식에서의 효율을 저하시키지 않고 CDMA방식에서 요구되는 선형성과 효율을 동시에 얻을 수 있다. 즉 이러한 전력증폭 방식을 이용하여 어떠한 요구 성능을 갖든지 간에 아날로그 변조방식과 디지털변조방식 사이에 요구되는 입출력 응답 특성을 선형성 및 전력 효율 관점에서 어느 한쪽의 성능 저하없이 구현할 수 있다.As shown in Fig. 6, in the input / output response characteristic of the analog modulation mode, the output power in the saturation region is higher than that in the input / output response characteristic of the digital modulation mode. Therefore, when the DC bias voltage applied to the power amplifier 400 is switched to about 60% of the FDMA PAE that produces 1.5W of power, and the CDMA PAE does not switch to about 40% of the power of 0.5W. On the other hand, CDMA PAE can be improved by about 10%. As a result, the linearity and the efficiency required in the CDMA system can be simultaneously obtained without degrading the efficiency in the FDMA system. In other words, by using the power amplification method, the input / output response characteristics required between the analog modulation method and the digital modulation method can be realized without any performance degradation in terms of linearity and power efficiency regardless of the required performance.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 않되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Meanwhile, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined not only by the scope of the following claims, but also by the equivalents of the claims.

상술한 바와 같은 본 발명은 아날로그 또는 디지털 변조방식에 따라 다르게 요구되는 출력 레벨과 선형성을 만족시키면서도 전력 효율을 떨어뜨리지 않아 배터리를 사용하는 휴대폰의 경우에는 통화시간 및 대기시간을 연장할 수 있는 장점이 있다.The present invention as described above has the advantage of extending the talk time and standby time in the case of a mobile phone using a battery without sacrificing power efficiency while satisfying the output level and linearity required differently according to the analog or digital modulation method. have.

Claims (4)

하나의 전력증폭기를 구비한 이중모드 이동통신단말기의 송신측 전력 증폭 장치에 있어서,In the transmission power amplification device of a dual mode mobile communication terminal having one power amplifier, 아날로그 방식일 때 구동되어 상기 전력증폭기에 제1직류바이어스전압을 전달하기 위한 제1스위치와,A first switch driven in an analog manner to transfer a first DC bias voltage to the power amplifier; 디지털 방식일 때 구동되어 상기 전력증폭기에 제2직류바이어스전압을 전달하기 위한 제2스위치와,A second switch which is driven in a digital manner and transfers a second DC bias voltage to the power amplifier; 아날로그 혹은 디지털 방식을 결정하는 스위칭신호를 발생하는 메인프로세싱유닛으로 구성됨을 특징으로 하는 장치.A device comprising a main processing unit for generating a switching signal for determining an analog or digital method. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전력증폭기의 (-)바이어스전압단자에는 고정된 제3직류전압이 인가되도록 구성함을 특징으로 하는 장치.And a fixed third DC voltage is applied to the negative bias voltage terminal of the power amplifier. 제1항 혹은 제2항중 어느 하나의 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 이중모드는 시분할 다중접속모드와 주파수분할 다중접속모드임을 특징으로 하는 장치.The dual mode is characterized in that the time division multiple access mode and frequency division multiple access mode. 제1항 혹은 제2항중 어느 하나의 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 이중모드는 코드분할 다중접속모드와 주파수분할 다중접속모드임을 특징으로 하는 장치.The dual mode is characterized in that the code division multiple access mode and frequency division multiple access mode.
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