감쇄기의 온도보상 회로 및 그 방법{Circuit for temperature compensation of attenuator and method thereof}

본 발명은 전압제어형 고주파 감쇄기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전압제어형 고주파 감쇄기의 온도에 따른 감쇄 특성의 변화를 보상하는 감쇄기의 온도보상 회로 및 그 방법에 관한 것이다.

고주파 감쇄기는 이동통신 기지국이나 중계기, 위성통신용 이득 증폭기 등에 적용되는 회로로서, 외부 제어 명령이나 내부의 마이컴 등을 이용하여 감쇄 특성을 조정된다.

이러한 감쇄기는 대부분 핀-다이오드를 이용하여 구성되고, 입력전류에 따라 핀-다이오드의 RF 저항이 대수(log)적으로 변하는 원리를 이용하게 된다.

위에서, 전류구동형 감쇄기를 제어하는 외부 제어 명령은 디지털/아날로그 변환기를 이용하여 아날로그 신호로 변환되고, 이렇게 변환된 신호가 역대수 증폭기를 통과하여 핀-다이오드의 대수 특성을 보상한 후 최종적으로 전압-전류 변환기를 거쳐 감쇄기를 구동시킨다.

따라서, 감쇄기를 제어하기 위한 제어회로가 복잡해지는 문제점이 있다.

또한, 감쇄기에서 사용되는 핀-다이오드는 온도에 따라 입력전류에 따른 감쇄 특성이 비선형적인 특성을 나타내므로, 이를 보상하기 위해 제어회로 내에 온도 검출기 및 온도가 검출된 신호를 적절한 구동전압으로 바꾸는 기억소자 등이 추가되어야 한다.

그러므로, 제어회로의 복잡성이 가증될 뿐만 아니라 회로의 크기가 커져 회로 설계에 어려움이 수반되는 문제점도 있다.

이와 같은 제어회로의 복잡도 증가로 인해 감쇄기에 이득제어회로를 사용하는 방식이 있으나, 이는 이동통신 시스템 등에 적용하기가 어려울 뿐만 아니라 이득제어회로를 구현하더라도 제작 비용이 증가하는 문제점이 있다.

최근, 감쇄기를 전압제어 방식으로 구동하는 방법이 제시되었다. 그런데, 이 경우 입력전압의 변화에 따라 선형적으로 감쇄특성이 변하는 감쇄기를 얻을 수 있지만 온도 보상을 위한 서미스터(Thermistor), 주변 저항 및 가산기를 추가한다.

이러한 전압제어 방식의 감쇄기는 온도 변화가 작은 감쇄기를 구성할 수 있지만, 온도 특성을 정확히 보상하기 위해 서미스터 주변의 저항값 및 가산기의 저항값의 온도 특성을 측정한 후 적절히 선정하고 정밀히 튜닝 해야 하는 작업이 이필요하다.

전압제어 방식의 감쇄기는 위에서 언급한 온도 챔버의 사용 및 튜닝 등의 작업에 에 따른 시간 지연과 노력이 필요하다는 문제점이 있다.

본 발명은 위의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 감쇄기의 온도보상회로를 핀-다이오드를 사용하여 구현한 전압제어 방식으로 구동시킴으로써 온도의 변화에 상관없이 안정된 특성을 갖는 감쇄기의 온도보상 회로 및 그 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 실시예의 감쇄기의 보상 회로의 구성을 도시한 것이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 감쇄기의 보상 회로의 온도 특성 곡선을 도시한 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른 감쇄기의 보상 회로의 특징은, 무선주파수(RF) 입력신호를 증폭 출력하는 증폭기; 상기 증폭기에서 증폭된 신호를 입력받아 RF 출력 레벨을 조절하고, 입력전압에 따라 특성이 변하는 핀-다이오드(Pin-diode)를 포함하는 감쇄기; 및 상기 감쇄기의 온도 특성을 보상하는 온도보상용 핀-다이오드를 포함하고, 상기 온도보상용 핀-다이오드를 이용한 기준전압을 통해 상기 감쇄기의 구동을 제어하는 구동신호를 생성 출력시키는 온도보상부를 포함한다.

이때, 상기 온도보상부는,

일정 레벨의 전압에서부터 선형적으로 증가하는 전압신호를 출력시키는 디지털/아날로그 변환기; 온도에 따라 적절한 오프셋(Offset) 전압 신호를 생성 출력시키고, 상기 감쇄기의 핀-다이오드와 온도 특성 변화가 동일한 상기 온도보상용 핀-다이오드를 포함하는 오프셋 전압 발생기; 및 상기 디지털/아날로그 변환기에서 출력되는 전압신호에 상기 오프셋 전압 발생기에서 출력되는 오프셋 전압신호를 더해 상기 감쇄기의 구동신호를 출력시키는 가산회로부를 포함한다.

상기 오프셋 전압 발생기는 상기 온도보상용 핀-다이오드와 직렬로 연결된 저항을 포함하고 있다.

상기 온도보상용 핀-다이오드는 상기 감쇄기에서 사용된 핀-다이오드와 동일한 웨이퍼(Wafer)에서 만들어진 것을 사용하는 것이 바람직하고, 또한 상기 온도보상용 핀-다이오드는 상기 감쇄기 근방에 위치하여 상기 감쇄기의 동작 온도와 동일하게 변화하도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 감쇄기의 온도 보상 방법의 특징은, a) 입력전압에 따라 특성이 변하는 핀-다이오드(Pin-diode)를 포함하는 감쇄기에 무선주파수(RF) 입력신호가 증폭 입력되는 단계; b) 감쇄기의 온도 특성을 보상하는 온도보상용 핀-다이오드를 이용한 기준전압을 통해 상기 감쇄기의 구동을 제어하는 구동신호가 생성되어 감쇄기에 입력되는 단계; 및 c) 상기 b) 단계의 구동 신호에 따라 감쇄기는 온도 특성이 보상되면서 상기 a) 단계에서 입력된 RF 입력신호의 출력 레벨을 조절하는 단계를 포함한다.

이때, 상기 b) 단계의 온도보상용 핀-다이오드는 감쇄기에서 사용한 핀-다이오드와 동일한 온도 특성을 갖도록 하여 감쇄기의 근방에 위치되는 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 실시예의 감쇄기의 보상 회로의 구성을 도시한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예의 보상 회로는 제1 및 제2 증폭기(11, 13), 감쇄기(20), 온도보상부(25)를 포함하는데, 이때 온도보상부(25)는 디지털/아날로그 변환기(30), 오프셋 신호 발생기(40), 가산회로부(50)를 포함하고 있다.

여기서, 감쇄기(20)와 온도보상부(25)는 전류 제한된 저항(R _L )을 통해 연결되어 있다.

제1 증폭기(11)는 감쇄기(20)의 전단에 설치되어 RF 입력신호를 증폭하고, 제2 증폭기(13)는 감쇄기(20)의 후단에 설치되어 감쇄기(20)에서 출력되는 신호를 증폭하여 RF 출력신호를 출력시킨다.

이득제어를 위한 감쇄기(20)는 핀-다이오드(21)를 포함하며, 입력전압의 변화에 따라 선형적으로 감쇄 특성이 변화는 전압제어 방식으로 구동되고, 상기 제1 증폭기(11)에서 증폭된 RF 입력신호에 대해 RF 출력 레벨을 조절하여 제2 증폭기(13)로 출력시킨다.

디지털/아날로그 변환기(30)는 0V에서부터 시작하여 선형적으로 증가하는 형태의 전압신호를 출력시킨다.

오프셋 신호 발생기(40)는 감쇄기(20)에서 사용한 동일한 온도보상용 핀-다이오드(41), 이 온도보상용 핀-다이오드(41)와 직렬로 연결된 저항(R _offset )을 이용하여 온도에 따라 적절한 오프셋 전압신호를 생성 출력시킨다.

가산회로부(50)는 디지털/아날로그 변환기(30)에서 출력되는 전압신호와 오프셋 신호 발생기(40)에서 출력되는 온도 변화에 따른 오프셋 전압신호를 더해 최종적으로 감쇄기(20)를 구동시키는 구동신호를 감쇄기(20)로 출력시킨다.

이러한 가산회로부(50)는 제1 내지 제4 저항(R1, R2, R3, R4)과 가산기(51)를 포함하고 있다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 감쇄기의 보상 회로의 동작을 첨부된 도면을 참고하여 설명하면 다음과 같다.

감쇄기(20)는 제1 증폭기(11)에서 RF 입력신호가 증폭되어 입력되면, 온도보상부(25)의 구동 신호에 따라 온도 변화에 따라 특성 변화 없이 온도 보상되어 제2 증폭기(13)의 RF 출력신호의 레벨을 조절하게 된다.

감쇄기(20)의 핀-다이오드(21)는 그 구동전압, 즉 턴-온 전압(turn-on voltage)이 온도에 따라 변한다. 그러므로, 위의 핀-다이오드(21)를 포함하고 있는 감쇄기(20)는 온도에 따라 감쇄특성이 변화하게 된다.

따라서, 온도보상부(25)는 감쇄기(20)의 온도 특성을 보상하는 구동신호를 통해 감쇄기(20)가 온도에 따라 일정한 특성을 갖도록 한다.

즉, 가산회로부(50)는 디지털/아날로그 변환기(30)에서 출력되는 전압신호와오프셋 신호 발생기(40)에서 출력되는 오프셋 전압신호를 더해 감쇄기(20)의 구동신호를 생성 출력시킨다.

이때, 오프셋 신호 발생기(40)는 감쇄기(20)에서 사용된 핀-다이오드(21)와 동일한 웨이퍼에서 만들어진 온도 보상용 핀-다이오드(41)를 포함하고 있어 두 핀-다이오드(21, 41)는 온도에 따른 특성 변화가 동일하다.

따라서, 온도보상용 핀-다이오드(41)가 감쇄기(20)의 근방에 위치됨에 따라 온도보상용 핀-다이오드(41)는 감쇄기(20)의 동작 온도와 동일하게 변화하므로, 이를 이용하여 오프셋 신호 발생기(40)에서 출력되는 오프셋 전압신호는 가산회로부(50)의 기준신호로 사용한다.

이렇게 하여, 온도가 올라감에 따라 감쇄기(20)의 구동 전압이 작아짐과 동시에 온도보상용 핀-다이오드(41)의 구동 전압이 동일하게 작아지므로 감쇄기가 온도에 따라 일정한 특성을 갖게 되어 이득제어 및 온도 보상을 동시에 실현할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 감쇄기의 보상 회로의 온도 특성 곡선을 도시한 것이다.

도 2의 (a)에 나타난 곡선은 온도 보상을 수행하지 않은 감쇄기의 온도 특성이고, (b)에 나타난 곡선은 온도 보상을 수행한 감쇄기의 온도 특성이다.

도 2에 나타나 있듯이, 감쇄기(20)의 핀-다이오드(21)와 오프셋 신호 발생기(40)의 핀-다이오드(41)의 온도 특성이 동일하므로, 온도에 따른 보상이 모든 온도 범위에 걸쳐 거의 완전하게 보상되고 있음을 알 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 감쇄기의 보상 회로는 감쇄기(20)와 동일한 핀-다이오드(21, 41)를 이용하여 온도 보상을 실현하므로 기존의 온도 챔버를 이용한 온도 특성 측정 및 튜닝 등의 작업이 불필요하다.

위와 같은 본 발명의 실시예에 따른 감쇄기의 보상 회로는 이동통신용 기지국의 송수신 증폭기, 이동통신용 중계기의 송수신 증폭기, 위성통신 중계기의 이득증폭기 등에 적용된다.

상기 도면과 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

본 발명에 의한 감쇄기의 온도보상 회로 및 그 방법은 전압제어 방식으로 구동되는 감쇄기의 온도 보상을 위해 감쇄기에서 사용한 동일한 핀-다이오드를 온도보상용으로 사용함으로써 복잡한 온도 시험 및 튜닝 작업 없이 일정한 온도 특성을 갖는 감쇄기를 구동할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 감쇄기의 온도보상 회로 및 그 방법은 간단한 회로 구현을 통해 감쇄기의 온도 특성을 보상하므로 사용온도 범위가 감쇄기가 동작되는 전 범위에 걸쳐 안정적인 효과가 있다.