KR100499504B1 - 고효율 스마트 전력 증폭기 - Google Patents

고효율 스마트 전력 증폭기 Download PDF

Info

Publication number
KR100499504B1
KR100499504B1 KR10-2003-0012294A KR20030012294A KR100499504B1 KR 100499504 B1 KR100499504 B1 KR 100499504B1 KR 20030012294 A KR20030012294 A KR 20030012294A KR 100499504 B1 KR100499504 B1 KR 100499504B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
output
impedance matching
matching circuit
amplifier
low
Prior art date
Application number
KR10-2003-0012294A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20040076958A (ko
Inventor
김홍득
Original Assignee
엘지전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지전자 주식회사 filed Critical 엘지전자 주식회사
Priority to KR10-2003-0012294A priority Critical patent/KR100499504B1/ko
Publication of KR20040076958A publication Critical patent/KR20040076958A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100499504B1 publication Critical patent/KR100499504B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/20—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
    • H03F3/21—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/211—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only using a combination of several amplifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/08—Modifications of amplifiers to reduce detrimental influences of internal impedances of amplifying elements
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/72—Gated amplifiers, i.e. amplifiers which are rendered operative or inoperative by means of a control signal
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/451—Indexing scheme relating to amplifiers the amplifier being a radio frequency amplifier
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2201/00—Indexing scheme relating to details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements covered by H03F1/00
    • H03F2201/32—Indexing scheme relating to modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion
    • H03F2201/3215—To increase the output power or efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

본 발명은 스마트 전력 증폭기에서 고출력 모드와 저출력 모드를 사용할 때, 두 모드에서 소비 전력 효율을 각각 최적화하는 출력 임피던스 정합을 구현하기 위한 것으로서, RF신호를 매칭하여 출력하는 공통 입력 임피던스 정합회로와, 상기 입력 임피던스 정합회로에서 출력되는 신호를 증폭시키는 고출력 및 저출력 전력 증폭기와, 상기 고출력 및 저출력 전력 증폭기를 통해 출력된 증폭 고주파신호를 받아 임피던스를 매칭시켜 출력하는 공통 출력 임피던스 정합회로와, 고출력 모드시에 상기 공통 입력 임피던스 정합회로를 통해 입력된 신호가 두 개의 전력 증폭기를 통해 증폭되어 공통 출력 임피던스 정합회로에서 동일한 위상의 신호로 합쳐지도록 위상차를 고려한 입출력 임피던스 정합회로와, 상기 고출력 및 저출력 전압 증폭기의 바이어스 전류를 공급하거나 차단하는 전류회로를 포함하여 구성되는데 있다.

Description

고효율 스마트 전력 증폭기{smart power amplifier of high-efficiency}
본 발명은 스마트 전력 증폭기에 관한 것으로, 특히 고출력 모드와 저출력 모드간의 임피던스 정합을 변환시켜 소모 전력 효율을 높이고, 전력 이득을 조절하기 위한 스마트 전력 증폭기에 관한 것이다.
최근 세계 각지에서 무선 전화, 무선 LAN 등의 무선 통신 서비스가 급증하고 있다.
일례로 유럽의 GSM 900(Global System for Mobile communication,890-915 MHz ), 북아메리카(North America)의 AMPS 800(Advanced Mobile Phone Service, 824-849 MHz), PCS 1900(Personal Communication System, 미국 1850-1910 MHz, 한국 1750-1780 MHz) 무선 휴대폰 서비스가 제공되고 있다.
휴대폰에서 무선인터넷을 통해 전력 소비량이 높은 컬러 동영상 콘텐츠 사용이 늘어나면서, 휴대폰 업체들의 저전력 부품 요구가 커지고 있다. 무선 휴대폰에서 전력 소비가 가장 많은 소자는 RF 송신부의 전력 증폭기이다.
현재 사용되고 있는 휴대폰에서 전력 증폭기의 전력 효율을 높이기 위한 방법은 출력 전력에 따라 전력 증폭기가 고출력 모드, 저출력 모드로 동작하며 저출력 모드에서 소비 전류를 감소시키는 것이다.
그리고 휴대폰에서 최근 RF 소자 개수를 줄이고, 핸드폰의 개발 시간을 단축하기 위해 제로(zero) IF 또는 다이렉(direct) 전환(conversion) 회로가 핸드폰 통신 시스템에 채택되고 있다.
그 한 예는 휴대폰에서 퀄컴(Qualcomm)사의 MSM6xxx Mobile Station Modem (MSM) family of chipsets를 사용하는 것이다.
이러한 제로 IF 통신시스템을 갖춘 핸드폰에 전력 증폭기의 소비 전력 효율을 높이기 위해 전력 증폭기가 고출력 모드(high power mode), 또는 저출력(low power mode) 모드로 동작할 경우, 제로 IF 통신 시스템의 신호대 잡음 성능을 높이기 위해 두 출력 모드간의 전력 이득이 10 dB 정도인 전력증폭기를 요구하고 있다.
현재 시판되고 있는 전력 증폭기는 모드 간 전력 이득이 2-3 dB 정도이며, 전력 이득을 크게 하기 위한 회로가 구체적으로 발표되지 않고 있다.
따라서, 앞으로 제로 IF 통신시스템이 휴대폰에 광범위하게 사용될 것을 대비하여 전력 증폭기에서 두 출력 모드간에 전력 이득의 차이를 크게 하는 회로가 요구되어진다.
도 1 은 종래 기술에 따른 휴대폰에서 사용되고 있는 전력 증폭기 구조를 나타낸 도면이다.
도 1의 전력증폭기는 RF 입력 신호를 증폭하는 고출력 증폭소자(1)와, 상기 고출력 증폭소자(1)의 소모 전류(I1, I2)를 결정하는 모드 스위치(2)와, 상기 고출력 증폭소자(1)의 입력 임피던스 정합부(3)와 출력 임피던스 정합부(4)로 구성된다.
여기서 상기 고출력 소자(1)는 현재 주로 HBT(Heterojunction Bipolar Transistor) 어레이를 사용하고 있으며, BJT, FET 등의 트랜지스터 어레이로 구성될 수도 있다.
일반적으로 전력 증폭기는 dc 소모 전력에 비해 RF(Radio Frequency) 출력 전력이 작을 경우, 전력 효율이 매우 낮다.
이를 개선하기 위해 도 1의 전력 증폭기는 출력 전력의 강도에 따라 고출력 모드와 저출력 모드로 각각 동작하며, 저출력 모드에서는 고출력 모드에 비해 소모 전류가 줄어든다.
고출력 모드와 저출력 모드에서 고출력 소자(1)에서 소비되는 전류량(I1, I2)은 모드 스위치에 의해 결정된다.
위에 언급한 형태로 저출력 모드에서 고출력 소자(1)에 소비되는 전류를 줄여 개선된 최고 효율은 현재 10% 정도이다. 이는 고출력 최고 효율이 40%인 것에 비하면 여전히 낮다.
이러한 이유는 도 1의 전력 증폭기에서 출력 임피던스가 두 출력 모드에서 동일하게 유지되기 때문이다.
상기 도 1의 기존 전력 증폭기에서 공급 전압은 밧데리 공급전압(휴대폰 경우 4.2V - 3.4V)으로 일정하다. 따라서 공급 dc 전류의 량에 의해 소모 전력이 결정된다. 상기 HBT 어레이(1)에 RF 입력을 증가시키면 HBT에서 출력되는 RF 전력이 커지면서 소모되는 dc 전류도 함께 증가하고, 이 전류량은 출력 임피던스가 높을수록 적고, 낮을수록 크다. 이때 1W 정도의 고출력 모두에서는 최대 출력 전력을 발생시키기 위한 전압 스윙 폭은 밧데리 공급 전압으로 하고, 전류 스윙 폭이 크도록 낮은 부하 임피던스가 사용되는데, 대략 그 값은 2-5 옴(Ohm)이다. 이에 비해 16 dBm 정도의 저출력 모드에서는 출력 전력이 낮기 때문에 전류 소모를 많이 늘이지 않고 RF 전압 스윙 크기를 밧데리 공급 전압폭에 근접하도록 높은 부하 임피던스를 사용하여 전력 효율을 높일 수 있다. 상기 도 1과 관련해서 16dBm 정도의 저출력 모두에서 최대 효율 부하 임피던스는 대략 15 옴(Ohm) 이상이다.
따라서, 두 모드간에 출력 임피던스 회로를 똑같이 공유할 경우, 비록 모드 스위칭을 통해 두 모드에서 동작점의 소모 전류를 바꾸지만, 우선적으로 휴대폰의 최대 출력 사양을 맞추어야 하기 때문에 부하 임피던스가 고출력 모드에 맞도록 설계되고, 이로 인해, RF 16 dBm 출력의 저출력 모드에서의 효율은 현재 10% 이상 되기가 어려운 실정이다.
또한, RF소자의 간소화를 위해 앞으로 제로 IF 또는 다이렉(direct) 전환(conversion) 회로가 핸드폰 통신 시스템에 적극 응용될 추세이다.
이러한 시스템에서 신호대 잡음 성능을 높이기 위해 두 출력 모드간의 전력 이득차가 큰(약 10 dB) 전력 증폭기가 요구되고 있다.
위에서 언급한 도 1의 전력 증폭기는 현재 전력 증폭기의 모드간 전력 이득차가 약 2-3 dB 정도이다. 이것은, 전력 증폭기에서 동작 모드가 바뀔 때 고출력 소자(1)의 동작 바이어스만 약간 달라지고, 그 외 입출력 임피던스 정합 회로는 똑같기 때문이다.
다시 말해, 고출력에 비해, 저출력 모드에서는 HBT에 흐르는 전류가 감소하여 HBT의 전류 이득이 약간 낮아지고, 이로 인해 전력 증폭기의 전력이득이 약 2-3 dB 감소한 것이다.
이때, 상기 HBT의 소모전류를 점점 더 줄이면 고출력 증폭소자(1)의 전류 이득이 점점 더 줄어들지만, 대신 큰 신호 동작에서 비선형 성분을 많이 발생시키므로 전력 증폭기의 선형성을 악화시키는 문제를 가져온다.
이에 따라서, 단지 소모 전류만 바꾸어 두 모드에서 높은 선형성을 유지하면서, 두 모드간에 10 dB정도의 전력 이득차를 구현하기란 매우 어렵다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 스마트 전력 증폭기에서 저출력 모드에서의 낮은 효율을 높이는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 스마트 전력 증폭기에서 고출력 모드와 저출력 모드를 사용할 때, 두 모드에서 소비 전력 효율을 각각 최적화하는 출력 임피던스 정합을 구현하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 고출력 모드시 저출력 증폭기와 고출력 증폭기를 통해 나오는 출력 신호의 위상을 일치시켜 두 증폭기의 출력 전력이 출력 부하로 잘 합쳐지도록 하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 스마트 전력 증폭기에서 고출력 모드와 저출력 모드간의 전력 이득차를 조절하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고효율 스마트 전력 증폭기의 특징은 입력되는 RF신호를 매칭하여 출력하는 공통 입력 임피던스 정합회로와, 상기 입력 임피던스 정합회로에서 출력되는 신호를 증폭시키는 고출력 및 저출력 전력 증폭기와, 상기 고출력 및 저출력 전력 증폭기를 통해 출력된 증폭 고주파신호를 받아 임피던스를 매칭시켜 출력하는 공통 출력 임피던스 정합회로와, 고출력 모드시에 상기 입력 임피던스 정합회로를 통해 입력된 신호가 두 개의 전력 증폭기를 통해 증폭되어 출력 임피던스 정합회로에서 동일한 위상의 신호로 합쳐지도록 위상차를 고려한 입출력 임피던스 정합회로와, 상기 고출력 및 저출력 전력 증폭기의 바이어스 전류의 공급하거나 차단하는 전류회로를 포함하여 구성되는데 있다.
이때, 상기 정전류회로는 상기 저출력 증폭기에 연결되고 항상 스위치 온 되어 저출력 전력 증폭기를 동작시키는 제 1 전류 소스와, 상기 고출력 증폭기에 연결되고 스위치 온, 오프를 통해 고출력 전력 증폭기를 동작시키는 제 2 전력 소스를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
그리고 고출력 모드시에는 상기 두 개의 고출력, 저출력 전력 증폭기가 증폭 동작되도록 상기 스위치가 온 되고, 저출력 모드시에는 상기 저출력 전력 증폭기만 동작되도록 상기 스위치가 오프되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 입출력 임피던스 정합회로는 상기 공통 입력 임피던스 정합회로와 상기 저출력 증폭기 사이에 위상차 을 갖는 입력 임피던스 정합회로와, 상기 공통 입력 임피던스 정합회로와 상기 고출력 증폭기 사이에 위상차 을 갖는 입력 임피던스 정합회로와, 상기 공통 출력 임피던스 정합회로와 상기 저출력 증폭기 사이에 위상차 을 갖는 공통 출력 임피던스 정합회로와, 상기 출력 임피던스 정합회로와 상기 고출력 증폭기 사이에 위상차 을 갖는 출력 임피던스 정합회로를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다. 고출력 모드에서 저출력 증폭기 패스(path) 위상과 고출력 증폭기 패스 위상 차이는 N * 360도 이다.(N은 정수)
또한, 상기 입출력 임피던스 정합회로는 상기 공통 입력 임피던스 정합회로와 상기 고출력 증폭기 사이에 위상차 을 갖는 입력 임피던스 정합회로와, 상기 공통 출력 임피던스 정합회로와 상기 저출력 증폭기 사이에 위상차 을 갖는 출력 임피던스 정합회로를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 입출력 임피던스 정합회로는 상기 공통 입력 임피던스 정합회로와 상기 저출력 증폭기 사이에 위상차 N * 360도 - 을 갖는 입력 임피던스 정합회로와, 상기 공통 출력 임피던스 정합회로와 상기 저출력 증폭기 사이에 위상차 을 갖는 출력 임피던스 정합회로를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.(N은 정수)
또한, 상기 입출력 임피던스 정합회로는 상기 공통 출력 임피던스 정합회로와 상기 저출력 증폭기 사이에 위상차 N * 360도을 갖는 출력 임피던스 정합회로를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.(N은 정수)
그리고 고출력 모드시 상기 고출력 증폭기는 출력 임피던스 회로를 통해 고출력 모드 출력 임피던스(ZHPM)를 갖고, 저출력 증폭기는 출력 임피던스 회로를 통해 저출력 모드 출력 임피던스(ZLPM)를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 저출력 모드시 저출력 증폭기의 출력 임피던스 회로를 통해 저출력 모드 출력 임피던스(ZLPM)를 갖는 것이 바람직하다.
그리고 상기 고출력 증폭기는 HBT 어레이, BJT, FET 등의 트랜지스터 어레이 중 어느 하나로 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 목적, 특성 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
본 발명에 따른 고효율 스마트 전력 증폭기의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2 는 본 발명에 따른 고효율 스마트 전력 증폭기의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2와 같이, 전력 증폭기는 두 개의 전력 증폭기인 고출력 증폭기(11) 및 저출력 전력 증폭기(12)와, 공통 입력 임피던스 정합회로(16)와, 공통 출력 임피던스 정합회로(21)와, 위상차를 고려한 두 개의 입력 임피던스 정합회로(17)(18)와, 위상차를 고려한 두 개의 출력 임피던스 정합회로(19)(20)와, 항상 스위치 온(on)된 전류 소스(13)와, 스위치(15)와, 상기 스위치(15)에 의해 온/오프 가능한 전류소스(15)로 구성된다.
이와 같이 구성되는 전력증폭기는 고출력 모드시에는 스위치(15)가 온 되어 두 개의 고출력, 저출력 전력 증폭기(11,12)가 증폭 동작을 하고, 저출력 모드시에는 스위치(15)가 오프되어 저출력 전력 증폭기(12)만 동작한다.
그리고 고출력 모드시에는 공통 입력 임피던스 정합회로(16)를 통해 입력된 신호가 두 개의 전력 증폭기(11,12)를 통해 증폭되어 공통 출력 임피던스 정합회로(21)에서 같은 크기 및 같은 위상의 전압 신호로 합쳐지도록 각 임피던스 정합회로(16)(17)(20)(19)는 각각의 적합한 위상차를 갖는다.
즉, 상기 입력 임피던스 정합회로(18)는 공통 입력 임피던스 정합회로(16)와 저출력 증폭기(12) 사이에서 위상차 을 갖고, 상기 입력 임피던스 정합회로(17)는 공통 입력 임피던스 정합회로(16)와 고출력 증폭기(11) 사이에서 위상차 을 갖는다. 또한 상기 출력 임피던스 정합회로(20)는 공통 출력 임피던스 정합회로(21)와 저출력 증폭기(12) 사이에 위상차 를 갖고, 상기 출력 임피던스 정합회로(19)는 공통 출력 임피던스 정합회로(21)와 고출력 증폭기(11) 사이에 위상차 를 갖는다.
고출력 모드시 상기 고출력 증폭기(11)는 출력 임피던스 회로(19)(21)를 통해 고출력 모드 출력 임피던스(ZHPM)를 갖고, 상기 저출력 증폭기(12)는 출력 임피던스 회로(20)(21)를 통해 저출력 모드 출력 임피던스(ZLPM)를 갖는다.
그리고 저출력 모드시 저출력 증폭기(12)만 동작하고 저출력 증폭기(12)의 출력 임피던스 회로(20)(21)를 통해 저출력 모드 출력 임피던스(ZLPM)를 갖는다.
도 3 은 본 발명에 따른 고효율 스마트 전력 증폭기에서의 고출력 모드 동작을 나타낸 회로도이다.
도 3과 같이, 공통 입력 임피던스 정합회로(16)를 통과한 입력 신호가 두 전력 증폭기(11)(12)와, 위상차를 고려한 다수개의 임피던스 정합회로(17)(18)(19)(20)를 통해 공통 출력 임피던스 정합회로(21)에서 합해진다.
이때, 두 개의 전력 증폭기(11)(12)를 통해 증폭된 신호가 각각이 모두 공통 출력 임피던스 정합회로(21)를 통해 출력되려면 두 증폭단의 출력 신호가 공통 출력 임피던스 정합회로(21)의 입력부 B점에서 같은 크기, 같은 위상이어야 한다. 그렇지 않으면 두 증폭단간에 신호가 흘러 전력 손실, 선형성 악화, 효율 감소 및 발진 등의 문제를 발생시킨다.
여기서 위상차를 고려한 다수개의 임피던스 정합회로(17)(18)(19)(20)는 증폭기(12)(11)에서 출력된 각각의 전류가 B점에서 같은 위상을 형성하여 모두 공통 출력 임피던스 정합회로(21)로 흐르도록 하는 기능을 가진다. 또, 각 전력 증폭기(11)(12)에서 요구되는 출력 임피던스(ZHPM, ZLPM)를 형성하는 기능도 가진다.
도 4 는 본 발명에 따른 고효율 스마트 전력 증폭기에서의 저출력 모드 동작을 나타낸 회로도이다.
도 4와 같이, 고출력 증폭기(11)에 전류를 공급하는 스위치(15)가 오프되어 저출력 전력 증폭기(12)만 동작한다.
이때, 입력 신호는 입력 임피던스 정합 회로(16)(18)를 통해 저출력 증폭기(12)로 전달되고, 출력 임피던스 정합회로(20)(21)를 통해 출력 신호가 출력된다.
그리고 출력 임피던스 정합회로(20)(21)를 통해 저출력 증폭기의 출력 전력과 효율을 극대화하는 저출력 모드 출력 임피던스(ZLPM)를 구현한다.
도 5 는 본 발명에 따른 고효율 스마트 전력 증폭기의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 5는 상기 도 2에서와 마찬가지로 고출력 모드에서는 고출력/저출력 두 전력 증폭기(111)(112)가 동작하고, 저출력 모드에서는 저출력(112) 증폭기만 동작한다.
그리고 상기 저출력 증폭기(112)의 출력부에 부착된 출력 임피던스 정합회로(120)는 저출력 모드시 출력 임피던스 정합회로(121)로 인한 고출력 모드 출력 임피던스(ZHPM)를 저출력 모드 출력 임피던스(ZLPM)로 변환시키는 역할을 한다.
이로 인한 두 증폭기(111)(112)의 출력부와 공유 출력 임피던스 정합부(121)간에 위상차 phi 1이 발생한다.
이를 보상하기 위해 고출력 증폭기의 입력부에 위상차 을 갖는 입력 임피던스 정합회로(117)를 부착한다.
도 6 은 본 발명에 따른 고효율 스마트 전력 증폭기의 또 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 6은 상기 도 2에서와 마찬가지로 고출력 모드에서는 고출력/저출력 두 전력 증폭기(211)(212)가 동작하고, 저출력 모드에서는 저출력 증폭기(211)만 동작한다.
그리고 상기 저출력 증폭기(212)의 출력부에 부착된 출력 임피던스 정합회로(220)는 저출력 모드시 출력 임피던스 정합회로(221)로 인한 고출력 모드 출력 임피던스(ZHPM)를 저출력 모드 출력 임피던스(ZLPM)로 변환시키는 역할을 한다.
이로 인한 두 증폭기(211)(212)의 출력부와 공유 출력 임피던스 정합부(221)간에 위상차 phi 1이 발생한다.
이를 보상하기 위해 저출력 증폭기의 입력부에 위상차 ()를 갖도록 입력 임피던스 정합회로(218)를 부착한다.
여기서, N은 정수이다. 그리하면, 두 증폭단을 통과한 신호에서 A점과 B점 사이의 위상차는 가 된다. 이리하여 두 신호를 동위상으로 맞출 수 있다.
도 7 은 본 발명에 따른 고효율 스마트 전력 증폭기의 또 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 7은 상기 도 2에서와 마찬가지로 고출력 모드에서는 고출력/저출력 두 전력 증폭기(311)(312)가 동작하고, 저출력 모드에서는 저출력(312) 증폭기만 동작한다.
상기 저출력 증폭기(312)의 출력부에 부착된 출력 임피던스 정합회로(320)는 저출력 모드시 출력 임피던스 정합회로(321)로 인한 고출력 모드 출력 임피던스(ZHPM)를 저출력 모드 출력 임피던스(ZLPM)로 변환시키는 역할을 한다.
이때, 이로 인한 두 증폭기(311)(312)와 공유 출력 임피던스 정합부(321)간의 위상차는 ()을 갖도록 출력 임피던스 정합회로(320)를 구현한다.
여기서, N은 정수이다. 그리하면, 두 증폭단을 통과한 신호에서 A점과 B점 사이의 위상차는 가 된다. 이리하여 두 신호를 동위상으로 맞출 수 있다.
이와 같이 저출력 증폭기, 고출력 증폭기의 이득을 달리 하여 두 모드간 증폭 이득을 달리 가질 수도 있고, 두 증폭기 입출력에 각각 부착되는 임피던스 정합을 통해서도 두 모드간 증폭이득을 조절 할 수도 있다.
그리고 두 증폭기 자체의 입출력 위상차는 없다고 가정하였다.
따라서, 현재 대부분의 휴대폰에 사용중인 도 1의 전력 증폭기 경우, 저출력 모드 전력 증폭기의 최대 효율은 10%, 고출력 모드 전력 증폭기의 최대 효율은 40% 정도이다. 이것을 본 발명의 전력 증폭기를 채택한다면 저출력 모드에 사용된 HBT 어레이 에미터에 직렬 되먹임 인덕터를 부착하여 저출력 모드 전력 증폭기의 부하 임피던스를 높여 저출력 모드 효율을 거의 고출력 모드 효율 수준까지 구현할 수 있다.
이것은 저출력 모드의 전력을 높이는 아주 획기적인 방법이 될 것이다. 현재 사용 중 인 휴대폰 경우, 기지국과의 거리가 멀지 않은 도심에서는 대부분 저출력 모드로 사용하기 때문에 본 발명의 전력 증폭기를 사용할 경우, 저출력 모드의 효율이 아주 좋아지므로 휴대폰 사용시 바테리 수명을 훨씬 높일 수 있다.
또한, RF소자의 간소화를 위해 앞으로 제로 IF 또는 디렉터(direct) 전환(conversion) 회로가 핸드폰 통신 시스템에 적극 응용될 추세에서, 이러한 시스템에서 신호대 잡음 성능을 높이기 위해 두 출력 모드간의 전력 이득차가 큰(약 10 dB) 전력 증폭기가 요구되고 있다.
이에 따라, 본 발명의 전력 증폭기를 채택한다면 고출력 모드와 저출력 모드에 사용될 전력 증폭기의 전력 이득을 10 dB 차이 나게 설계하고 병렬로 연결하면 10 dB 정도의 모드 간 이득차를 쉽게 구현 할 수 있다.
아울러, 본 발명의 전력 증폭기는 바테리를 사용하는 무선 휴대폰, 무선 PDA, 노트북 PC의 무선 LAN 카드 등에 효과적으로 사용될 수 있으며, 이에 한정되지 않고 모든 유무선 통신 시스템에 효과적으로 사용될 수 있다.
특히, 저출력 모드와 고출력 모드에서 각각 소비 전력효율을 높이고자 하는 통신시스템에 매우 효과적으로 사용될 수 있다. 또한, 각 모드간에 전력 이득차를 조절할 경우에 매우 유용하다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 고효율 스마트 전력 증폭기는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 고출력, 저출력 모드로 동작할 때 각각의 모드에서 출력 및 효율을 최적으로 하는 각각의 출력 임피던스 정합부를 가질 수 있다.
둘째, 고출력, 저출력 모드로 동작할 때 각각의 모드에서 달리 형성되는 임피던스 정합에 의해 전력 이득차를 조절할 수 있다.
셋째, 고출력모드로 동작할 때 저출력 증폭기와 고출력 증폭기를 통해 출력된 두 신호가 공유 출력 임피던스 정합부에서 동위상으로 합쳐진다. 이에 따라, 두 증폭기의 출력 신호가 다른 증폭기의 출력단으로 빠져나가는 것이 차단되고 출력 부하로만 전력이 출력되어 최대 출력 전력 향상, 선형성 확보, 전력 효율 증가 등의 이득을 가진다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.
도 1 은 종래 기술에 따른 휴대폰에서 사용되고 있는 전력 증폭기 구조를 나타낸 도면
도 2 는 본 발명에 따른 고효율 스마트 전력 증폭기의 구조를 나타낸 도면
도 3 은 본 발명에 따른 고효율 스마트 전력 증폭기에서의 고출력 모드 동작을 나타낸 회로도
도 4 는 본 발명에 따른 고효율 스마트 전력 증폭기에서의 저출력 모드 동작을 나타낸 회로도
도 5 는 본 발명에 따른 고효율 스마트 전력 증폭기의 다른 실시예를 나타낸 도면
도 6 은 본 발명에 따른 고효율 스마트 전력 증폭기의 또 다른 실시예를 나타낸 도면
도 7 은 본 발명에 따른 고효율 스마트 전력 증폭기의 또 다른 실시예를 나타낸 도면
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11, 111, 211, 311 : 고출력 증폭기
12, 112, 212, 312 : 저출력 증폭기
13, 14, 113, 114, 213, 214, 313, 314 : 바이어스 전류
15, 115, 215, 315 : 스위치
16, 116, 216, 316 : 공통 입력 임피던스 정합회로
17, 18, 19, 20, 117, 120, 218, 220, 320 : 입출력 임피던스 정합회로
21, 121, 221, 321 : 공통 출력 임피던스 정합회로

Claims (10)

  1. 입력되는 RF신호를 매칭하여 출력하는 공통 입력 임피던스 정합회로와,
    상기 입력 임피던스 정합회로에서 출력되는 신호를 증폭시키는 고출력 및 저출력 전력 증폭기와,
    상기 고출력 및 저출력 전력 증폭기를 통해 출력된 증폭 고주파신호를 받아 임피던스를 매칭시켜 출력하는 공통 출력 임피던스 정합회로와,
    고출력 모드시에 상기 공통 입력 임피던스 정합회로를 통해 입력된 신호가 두 개의 전력 증폭기를 통해 증폭되어 공통 출력 임피던스 정합회로에서 동위상의 신호로 합쳐지도록 위상차를 고려한 입출력 임피던스 정합회로와,
    상기 저출력 모드시에 저출력 전력 증폭기만 바이어스 전류를 공급하고, 고출력 모드시에 상기 저출력 전력 증폭기와 함께 고출력 전력 증폭기에 동시에 바이어스 전류를 공급하는 전류회로를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고효율 스마트 전력 증폭기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전류회로는
    상기 저출력 증폭기에 연결되고 항상 스위치 온 되어 저출력 전력 증폭기를 동작시키는 제 1 전류 소스와,
    상기 고출력 증폭기에 연결되고 스위치 온, 오프를 통해 고출력 전력 증폭기를 동작시키는 제 2 전력 소스를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고효율 스마트 전력 증폭기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    고출력 모드시에는 상기 두 개의 고출력, 저출력 전력 증폭기가 증폭 동작되도록 상기 스위치가 온 되고, 저출력 모드시에는 상기 저출력 전력 증폭기만 동작되도록 상기 스위치가 오프되는 것을 특징으로 하는 고효율 스마트 전력 증폭기.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 입출력 임피던스 정합회로는
    상기 공통 입력 임피던스 정합회로와 상기 저출력 증폭기 사이에 위상차 phi 1을 갖는 입력 임피던스 정합회로와,
    상기 공통 입력 임피던스 정합회로와 상기 고출력 증폭기 사이에 위상차 phi 3을 갖는 입력 임피던스 정합회로와,
    상기 공통 출력 임피던스 정합회로와 상기 저출력 증폭기 사이에 위상차 phi 2을 갖는 출력 임피던스 정합회로와,
    상기 공통 출력 임피던스 정합회로와 상기 고출력 증폭기 사이에 위상차 phi 4을 갖는 출력 임피던스 정합회로를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고효율 스마트 전력 증폭기. 고출력 모드에서 저출력 증폭기 패스(path) 위상 과 고출력 증폭기 패스 위상 차이는 N * 360도 이다.(N은 정수)
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 입출력 임피던스 정합회로는
    상기 공통 입력 임피던스 정합회로와 상기 고출력 증폭기 사이에 위상차 phi 1을 갖는 입력 임피던스 정합회로와,
    상기 공통 출력 임피던스 정합회로와 상기 저출력 증폭기 사이에 위상차 phi 1을 갖는 출력 임피던스 정합회로를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고효율 스마트 전력 증폭기.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 입출력 임피던스 정합회로는
    상기 공통 입력 임피던스 정합회로와 상기 저출력 증폭기 사이에 위상차 을 갖는 입력 임피던스 정합회로와,
    상기 공통 출력 임피던스 정합회로와 상기 저출력 증폭기 사이에 위상차 을 갖는 출력 임피던스 정합회로를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고효율 스마트 전력 증폭기.(N은 정수)
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 입출력 임피던스 정합회로는
    상기 공통 출력 임피던스 정합회로와 상기 저출력 증폭기 사이에 위상차 을 갖는 출력 임피던스 정합회로를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고효율 스마트 전력 증폭기.(N은 정수)
  8. 제 1 항에 있어서,
    고출력 모드시 상기 고출력 증폭기는 출력 임피던스 회로를 통해 고출력 모드 출력 임피던스(ZHPM)를 갖고, 저출력 증폭기는 출력 임피던스 회로를 통해 저출력 모드 출력 임피던스(ZLPM)를 갖는 것을 특징으로 하는 고효율 스마트 전력 증폭기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    저출력 모드시 저출력 증폭기의 출력 임피던스 회로를 통해 저출력 모드 출력 임피던스(ZLPM)를 갖는 것을 특징으로 하는 고효율 스마트 전력 증폭기.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 고출력 증폭기는 HBT 어레이, BJT, FET 등의 트랜지스터 어레이 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 고효율 스마트 전력 증폭기.
KR10-2003-0012294A 2003-02-27 2003-02-27 고효율 스마트 전력 증폭기 KR100499504B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2003-0012294A KR100499504B1 (ko) 2003-02-27 2003-02-27 고효율 스마트 전력 증폭기

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2003-0012294A KR100499504B1 (ko) 2003-02-27 2003-02-27 고효율 스마트 전력 증폭기

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20040076958A KR20040076958A (ko) 2004-09-04
KR100499504B1 true KR100499504B1 (ko) 2005-07-07

Family

ID=37362942

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2003-0012294A KR100499504B1 (ko) 2003-02-27 2003-02-27 고효율 스마트 전력 증폭기

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100499504B1 (ko)

Also Published As

Publication number Publication date
KR20040076958A (ko) 2004-09-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100821197B1 (ko) 고효율 혼합모드 전력 증폭기
US7382186B2 (en) Amplifiers with high efficiency in multiple power modes
US7741904B2 (en) Efficient integrated linear amplifier module
US7486134B2 (en) High efficiency load insensitive power amplifier
KR100844398B1 (ko) 다중 레벨 전력 증폭기
US8040186B2 (en) Radio frequency amplifier circuit and mobile communication terminal using the same
KR100880448B1 (ko) 저소비전력 혼합모드 전력증폭장치
JP2004007405A (ja) 高効率電力増幅器
KR20040092291A (ko) 전력 증폭기
EP1586162A4 (en) HIGH PERFORMANCE POWER AMPLIFIER WITH MULTIPLE POWER MODES
US6711392B1 (en) Balanced power amplifier for low power radio communications
JP2006303850A (ja) 高周波電力増幅回路および無線通信端末
JP2012015798A (ja) 高周波電力増幅器
KR100499504B1 (ko) 고효율 스마트 전력 증폭기
KR100487347B1 (ko) 고효율 전력 증폭기
KR100531373B1 (ko) 전력 증폭기
KR100654644B1 (ko) 최적화된 전력 효율을 갖는 전력 증폭기
KR100510667B1 (ko) 스마트 전력 증폭기
KR20040076957A (ko) 스마트 전력 증폭기
KR100519316B1 (ko) 전력 증폭기 및 그의 제어 방법
WO2018139399A1 (ja) 電力増幅モジュール、電力増幅モジュールの制御方法および高周波フロントエンド回路
JP2006067379A (ja) 高周波電力増幅器
KR20040095759A (ko) 전력 증폭기
JP2001211090A (ja) 高周波電力増幅回路およびそれを用いた携帯電話端末
US20100066454A1 (en) High-power common-base amplifier employing current source output bias

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20080319

Year of fee payment: 4

LAPS Lapse due to unpaid annual fee