KR100516598B1

KR100516598B1 - 스위칭가능 전력증폭기, 전력증폭기를 포함하는 무선 장치 및 증폭 방법

Info

Publication number: KR100516598B1
Application number: KR10-2003-0002666A
Authority: KR
Inventors: 안드레이비크토로비치 그레베니코프; 유진패트릭 히안니; 허버트 제이거
Original assignee: 엠/에이-컴 유로테크 비.브이.
Priority date: 2002-01-15
Filing date: 2003-01-15
Publication date: 2005-09-22
Also published as: KR20030061697A; EP1330021A2; JP2003229731A; CN1307791C; US6791407B2; EP1330021A3; US20030132801A1; CN1433145A

Abstract

제1 스테이지 증폭기 및 제2 스테이지 증폭기를 구비한 전력 증폭기가 개시된다. 각각의 전력 증폭기는 소정의 전력 출력에 따라 적어도 2개 전력상태중 하나로 구성된다. 제1 및 제2 스테이지가 제1 상태로 구성되면, 전력증폭기는 제1 출력전력 범위내에서 효율적인 증폭을 수행하고, 제1 및 제2 스테이지가 제2 상태로 구성되면, 제2 출력전력 범위내에서 효율적인 증폭을 수행한다. 각각의 스테이지를 적어도 2개 상태중 하나로 구성함으로써, 넓은 범위의 전력 레벨에 대한 높은 수준의 전력 효율성이 달성된다.

Description

스위칭가능 전력증폭기, 전력증폭기를 포함하는 무선 장치 및 증폭 방법{a switchable power amplifier, a wireless device including an amplifier and a method for amplifying a signal}

본 발명은 증폭기에 관련된 것으로서, 더욱 구체적으로는 넓은 범위의 출력 전력 레벨에 걸쳐서 높은 수준의 효율성을 갖는 스위칭가능 전력증폭기에 관련된 것이다.

전기신호의 세기를 증가시키기 위해 트랜지스터와 같은 증폭기들이 흔히 사용되고 있다. 전형적으로, 전기신호의 세기를 증가시키기 위해, 전기 신호를 이용하여 에너지원(예, 배터리)으로부터 증폭기로 통하는 에너지 흐름을 제어함으로써 전기신호와 동일한 방식으로 변화하지만 더 넓은 진폭을 갖는 출력 신호를 생성한다. 일반적으로, 에너지 비용을 줄이고, 예를 들면, 배터리 사용기간을 증가시키기 위해 최소한의 전력량을 이용하여 전기 신호를 효율적으로 증폭시키는 것이 바람직하다.

증폭기의 효율성은 운영조건에 따라 달라진다. 예를 들어, 어느 한 출력 전력 레벨에서의 전력 효율성을 위해 설계된 증폭기는 다른 출력 전력 레벨에서는 덜 효율적일 수 있다. 무선통신디바이스들과 같은 다수의 디바이스들은 증폭기가 다양한 출력전력 레벨에서 작동할 것을 필요로 한다. 전형적으로, 증폭기는 하나의 출력전력레벨, 예를 들면, 최대출력전력레벨에서 최대 효율성을 달성하도록 조정된다. 증폭기가 최대출력레벨에서의 효율성을 위해 설계된 경우에, 증폭기는 낮은 출력전력레벨에서는 덜 효율적으로 작동되는 경향이 있다. 따라서, 증폭기가 낮은 출력전력레벨에서 효율적이도록 설계된 경우에 비해 많은 에너지가 소비될 것이다.

하나 이상의 출력전력레벨에서 효율적인 전력 증폭을 얻기 위한 한 가지 기법이 "쇼키 다이오드 조합 회로를 구비한 스위칭가능 경로 전력증폭기"란 제목의 미국특허 제6,181,208호에 개시되어 있다. (상기 특허는 본명세서의 일부로서 참조된다.) 미국 특허 제6,181,208호에는 별개의 전력디바이스 2개가 이용된다. 한 전력디바이스는 제1 출력전력레벨에서의 효율성을 위해 설계되고 제1 출력전력범위 내의 전력만을 전달하는데 이용되고 다른 하나의 전력디바이스가 제2 출력전력레벨에서의 효율성을 위해 설계되어 제2 출력전력범위내의 전력만을 전달하는데 이용된다. 2개의 상이한 전력레벨에서의 효율성을 위해 설계된 2개의 전력디바이스를 상호배타적인 구성으로 이용하는 것은 보다 넓은 범위의 전력 레벨에 걸친 효율성 향상을 허용한다. 그러나, 2개의 상이한 출력전력레벨에서의 효율성 달성을 위해 상호 배타적인 전력 디바이스들을 이용하는 것은 임의의 주어진 시점에 오직 하나의 전력 디바이스만이 사용되므로 시스템 구성요소면에서는 비효율성을 야기한다.

따라서, 시스템 구성요소들을 효율성으로 활용하면서 하나 이상의 출력전력레벨에서 전력을 효율적으로 전달하는 증폭기가 필요하다.

본 발명은 2개 이상의 출력전력레벨에서 전기신호를 효율적으로 증폭하기 위한 증폭장치 및 방법을 제공한다. 본발명에 따른 증폭장치 및 방법은 적어도 2개의 전력상태로 구성될 수 있는 제1 스테이지 증폭기, 적어도 2개의 전력상태로 구성될 수 있는 제2 스테이지 증폭기 및 출력전력에 따라 상기 제1 및 제2증폭기를 구성하기 위한 상태결정회로를 이용함으로써 전술한 문제점을 해결하고자 한다. 하나의 출력전력레벨에서 전력을 효율적으로 전달하기 위해, 회로는 제1 및 제2 스테이지 증폭기들을 선별 구성하여 각각이 자신의 출력전력상태들중 하나에서 작동하도록 한다. 또다른 출력전력레벨에서 효율적으로 전달하기 위해, 회로는 제1 및 제2 스테이지 증폭기들을 선별 구성하여 각각이 자신의 또다른 출력전력상태에서 작동하도록 한다.

본 발명의 하나의 특징에 따르면, 증폭기는 적어도 2개 전력 상태를 갖는 제1 스테이지 증폭기 - 상기 제1 스테이지 증폭기는 신호를 수신하기 위한 입력부와, 제어포트 및 출력부를 포함함 -, 적어도 2개 전력 상태를 갖는 제2 스테이지 증폭기 - 상기 제2 스테이지 증폭기는 상기 제1 스테이지 증폭기의 출력부에 연결되는 입력부와, 제어포트 및 출력부를 포함함 -, 그리고 상기 제1 스테이지 증폭기를 상기 적어도 2개 전력 상태중 하나로 선별 구성하기 위해 상기 제1 스테이지 증폭기의 제어포트에 연결되고 또한 상기 제2 스테이지 증폭기를 상기 적어도 2개 전력 상태중 하나로 선별 구성하기 위해 상기 제2 스테이지 증폭기의 제어포트에 연결되는 상태결정회로를 포함한다.

본 발명의 또다른 특징에 따르면, 소스로부터 로드(load)로 통하는 신호를 증폭하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은 증폭기의 출력전력레벨을 판단하는 단계와, 신호를 증폭하기 위해 상기 판단된 전력레벨에 기하여 상기 증폭기의 제1 스테이지 증폭기를 적어도 2개 상태중 하나로 구성하는 단계와, 상기 제1 스테이지 증폭기에 의해 증폭된 신호를 증폭하기 위해 상기 판단된 전력레벨에 기하여 상기 증폭기의 제2 스테이지 증폭기를 적어도 2개 상태중 하나로 구성하는 단계를 포함한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 증폭기(100)를 도시한다. 증폭기(100)는, 셀룰러폰, 무선전화,양방향 페이저,무선 LAN 장치, 및 AM 및 FM 아날로그 전송기와 같은 장치들에서 전기 신호를 증폭하는데 특히 유용하며, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 기술분야의 숙련자들에게 이해되는 바와 같이, 장치의 복잡도 및/또는 비용에 따라서, 증폭기(100)는 단순히 드라이버 증폭기와 같이 작용할수도 있지만, 그 장치에 대한 완전한 증폭기가 될 수도 있다.

예시된 실시예를 전체적으로 살펴보면, 증폭기(100)는 증폭기 입력포트(104)에서 수신된 신호를 증폭하기 위해 적어도 2개 전력상태를 갖는 제1 스테이지 증폭기(102)와, 상기 제1 스테이지 증폭기에 의해 증폭된 신호를 증폭하여 증폭신호를 증폭기 출력포트(108)에 출력하기 위해 적어도 2개의 전력 상태를 갖는 제2 스테이지 증폭기(106)와, 상기 제1 및 제2 스테이지 증폭기들(102 및 106)의 상태를 구성하기 위한 상태결정회로(110)를 포함한다. 제1 및 제2 스테이지 증폭기들(102 및 106)는 이들이 한 상태로 구성될 때 증폭기의 하나의 출력전력레벨에서 전력을 효율적으로 전달하고 이들이 또다른 상태로 구성될 때 증폭기의 또다른 출력전력레벨에서 전력을 효율적으로 전달하도록 설계된다.

상태결정회로(110)는 증폭기출력부(108)에서의 증폭기(100) 출력전력레벨과 같은 기준에 기하여 2개 스테이지 증폭기들(102 및 106)을 선별 구성한다. 증폭기의 출력전력레벨에 따라 2개 스테이지 증폭기들을 선별 구성함으로써, 넓은 범위의 출력전력레벨에 걸쳐서 높은 수준의 효율성이 달성될 수 있다. 일실시예에서, 제1 스테이지 및 제2 스테이지 증폭기들(102 및 106)은 2개의 상이한 출력전력레벨에서 출력전력을 효율적으로 전달하기 위해 함께 작동하도록 설계된다. 예를 들어, 제1 스테이지 및 제2 스테이지 증폭기들 각각이 2개 상태중 하나로 구성될 때 증폭기의 최대 출력전력레벨에서 출력전력을 효율적으로 전달하고, 이들 각각이 2개 상태중 또다른 하나로 구성될 때 증폭기(100)가 가장 자주 작동하는 출력전력 레벨에서 출력전력을 전달하도록 설계된다. 대안적인 실시예에서, 제1 스테이지 및 제2 스테이지 증폭기 각각이 2개 이상의 출력전력 레벨에서 출력전력을 효율적으로 전달하기 위해 여러 상태중 하나로 별도 구성되도록 설계된다. 이제, 도 1의 증폭기(100)를 상세히 설명하고자 한다.

도 1을 참조하면, 제1 스테이지 증폭기(102)는 증폭기(100)의 입력포트(104)에서 수신된 신호를 증폭한다. 신호는 입력정합회로(112)를 통해 수신되는데, 입력정합회로(110)는, 도면 2a 내지 2h 및 도면 3a 및 3b를 참조하여 이하에서 설명되는 바와 같이, 제1 스테이지 증폭기(102)의 입력포트(114)에서의 임피던스를 신호 소스의 임피던스와 같게 한다. 제1 스테이지 증폭기(102)는 적어도 2개 상태로 구성될 수 있으며 증폭량은 제1 스테이지 증폭기(102)가 구성되는 상태에 따라 달라진다. 제1 스테이지 증폭기(102)의 상태는 제1 스테이지 증폭기(102)의 제어포트(116)에서 수신되는 구성신호에 의해 구성된다. 예시된 실시예에서, 제1 스테이지 증폭기(102)는 제1 전력디바이스(118) 및 제2 전력디바이스(120)를 포함하고, 제1 스테이지 증폭기(102)의 상태는 이들 전력디바이스(118 및 120)를 선택적으로 인에이블링/디스에이블링함으로써 결정된다.

일실시예에서, 구성신호는 전력디바이스(118 및 120)의 하나를 인에이블/디스에이블함으로써 제1 스테이지 증폭기(102)를 구성한다. 예를 들어, 제1 전력디바이스(118)가 인에이블될 때 제2 전력디바이스(120)가 제어포트(122)를 통해 인에이블/디스에이블되고, 제1 스테이지 증폭기(102)는 양쪽 전력 디바이스(118 및 120)들이 인에이블링되도록 제2 전력디바이스(120)를 인에이블링함으로써 하나의 상태로 구성될 수 있다. 유사하게, 제1 스테이지 증폭기(102)는 오직 제1 전력 디바이스(118)만이 인에이블링되도록 제2 전력 디바이스(120)를 디스에이블링함으로써 또 다른 상태로 구성될 수 있다. 제1 및 제2 전력디바이스(118 및 120)들은 각각이 비교적 높은 포지티브 전압(예, 2.7V)을 전력디바이스(118 및 120) 각각에 인가함으로써 인에이블되고 비교적 낮은 전압(예, 0.1V)을 인가함으로써 디스에이블될 수 있다. 전압들은 직접적으로 또는 예를 들면 공지된 바이어스 회로를 통해 간접적으로 전력디바이스(118 및 120)들에 인가될 수 있다. 전력 디바이스(118 및 120)를 인에이블링/디스에이블링하기 위한 다양한 방법들은 본 기술 분야의 당업자들에게 당연할 것이며 본 발명의 범위내로 간주될 것이다.

전력디바이스(118 및 120)의 실제 구현은 어플리케이션, 구성요소비용, 속도 요구사항 등에 따라 다양하다. 일실시예에서, 각각의 전력 디바이스(118 및 120)는 NPN 트랜지스터(124, 126)와 같은 트랜지스터를 포함한다. 또한, 전형적으로 각각의 전력 디바이스(118 및 120)는 트랜지스터(124 및 126)를 초기 상태로 유지하여 "정상" 작동 조건하에서 입력 신호가 트랜지스터(124, 126)의 출력을 제어하는, 즉, 트랜지스터(124, 126)가 "액티브" 영역에 있게 하는 DC 바이어스 회로를 포함한다. 다양한 기타 적합한 전력디바이스(118 및 120)들의 설계 및 구성은 전자분야의 당업자들에게 공지되어 있다.

제2 스테이지 증폭기(106)는 제1 스테이지 증폭기(102)에 의해 증폭된 신호를 증폭한다. 제1 스테이지 증폭기(102)에 의해 증폭된 신호는 스테이지간 정합회로(interstage matching circuit, 128)를 통해 수신되는데, 이는 제1 스테이지 증폭기(102)의 출력부(130)에서의 임피던스를 제2 스테이지 증폭기(106)의 입력부(132)와 같도록 한다. (자세한 설명은 이하의 도면을 참조하여 설명된다.) 제2 스테이지 증폭기(106)는 적어도 2개의 상태로 구성될 수 있으며 증폭량은 제2 상태 증폭기(106)가 구성되는 상태에 따라 달라진다. 제2 스테이지 증폭기(106)의 상태는 제2 스테이지 증폭기(106)의 제어포트(134)에서 수신되는 신호에 의해 구성된다. 예시된 실시예에서, 제2 스테이지 증폭기(106)는 제3전력디바이스(136) 및 제4전력디바이스(138)를 포함하고, 제2 스테이지 증폭기(106)의 상태는 이들 전력디바이스(136 및 138)를 선택적으로 인에이블링/디스에이블링함으로써 결정된다.

제1 스테이지 증폭기(102)와 관련하여 전술한 바와 같이, 구성신호는 전력디바이스(136 및 138)중 하나를 인에이블/디스에이블함으로써 제2 스테이지 증폭기(106)를 구성한다. 예를 들어, 제3 전력디바이스(136)가 인에이블될때 제4 전력디바이스(138)가 제어포트(134)를 통해 인에이블/디스에이블되고, 제2 스테이지 증폭기(106)는 양 전력디바이스(136 및 138)들이 인에이블링되도록 제4 전력디바이스(138)를 인에이블링함으로써 하나의 상태로 구성될 수 있다. 유사하게, 제2 스테이지 증폭기(106)는 오직 제3 전력 디바이스(136)만이 인에이블링되도록 제4 전력 디바이스(138)를 디스에이블링함으로써 또 다른 상태로 구성될 수 있다. 전력디바이스(136, 138)의 구현은 전력디바이스(118 및 120)를 참조하여 전술한 바와 같이 이루어질 수 있다.

일실시예에서, 제1 스테이지 증폭기(102) 및 그것의 상태들과 제2 스테이지 증폭기(106) 및 그것의 상태들은 이들 각각이 제1 상태로 구성될 때 증폭기(100)의 제1 출력전력레벨에서 함께 효율적으로 동작하고 이들 각각이 제2 상태로 구성될 때 증폭기(100)의 제2 출력전력레벨에서 함께 효율적으로 동작하도록 설계된다. 임의의 전력 레벨에 대해 전력효율성이 최적화된 다단계 전력증폭기의 설계 및 구성은 전자 분야의 숙련자들에게 공지되어 있다.

입력정합회로(112), 스테이지간간정합회로(128) 및 출력정합회로(142)는 증폭기 입력부(104)에서의 신호 소스원과 제1스테이지 증폭기(102)의 증폭기입력부(114)사이의 임피던스 레벨, 제1 스테이지 증폭기(102)의 출력부(130) 및 제2 스테이지 증폭기(106)의 입력부(132)사이의 임피던스 레벨, 그리고 제2 스테이지 증폭기(106)의 출력부(144) 및 로드에 연결되는 증폭기 출력부(108) 사이의 임피던스 레벨 각각을 맞춘다. 각각의 임피던스 레벨간 비율이 낮다면, 도 2a와 2b 각각에 도시된 바와 같이 커패시터(C)와 인덕터(L)를 포함하는 종래의 로우패스 및 하이패스 L-형 정적 정합 회로들이 입력, 스테이지간 및/또는 출력정합회로(112,128,142)로 이용될 수 있다. 정합회로의 한쪽에 연결되는 임피던스는 R1으로 표시되고 정합회로의 다른 한쪽에 연결되는 임피던스는 R2로 표시된다. 임피던스비율은 R1/R2로 표시된다.

보다 큰 임피던스비율에 대해서는, B-형 및 T-형 트랜스포머로 표시될 수 있는 정적정합회로들이 임피던스 정합을 위해 이용될 수 있다. 도 2C 내지 2E는 공지된 3개의 상이한 B-형 트랜스포머를 도시하고, 도 2f 내지 2h는 공지된 3개의 상이한 T형 트랜스포머를 각각 도시하고 있다. 마이크로파 또는 이와 유사한 고주파수 신호에 대해, 전송선은 공지된 방법으로 도 2a 내지 2h에 도시된 회로들의 인덕터로 대체될 수 있다. 임피던스 레벨을 맞추기 위한 다양한 대체 회로들이 본 기술 분야의 당업자들에게 쉽게 이해될 것이며 본 발명의 범주내에 있는 것으로 간주된다.

대안적인 실시예에서, 도시된 출력정합회로(142)와 같이, 하나이상의 정합회로(112,128 및 142)들은 도 3a 및 3b에 도시된 바와 정합회로와 같이 적어도 2개의 임피던스 레벨 상태로 구성될 수 있는 동적정합회로이다. 출력정합회로(142)의 임피던스 레벨 상태는 상태결정회로(110)에 의해 생성되어 출력정합회로(142)의 제어포트에서 수신되는 임피던스 제어 신호(145)에 의해 제어된다.

도 3a는 2개의 상이한 임피던스 비율에 대한 임피던스를 맞추기 위해 2개의 상이한 상태로 구성될 수 있는 본 발명에서 이용하기 위한 액티브정합회로(146)를 도시한다. 정합회로(146)는 제1 전송선(148)과 제2 전송선(150)을 포함하고, 이들 각각은 제2 스테이지 증폭기(106)의 출력부(144)에 연결된다. 전송선중 하나(148)는 제2 스테이지 증폭기의 출력(144)과 다이오드(154)의 애노드(152) 사이에 연결되고 다른 전송선(150)은 제2 스테이지 증폭기의 출력부(144)와 다이오드(154)의 캐소드(156) 사이에 연결된다. 다이오드의 애노드(152)는 제1 커패시터(158)를 통해 접지에 연결되고 제2 커패시터(160)를 통해 증폭기(100)의 출력부(108)에 연결된다. 다이오드(154)는 전형적인 p-i-n 다이오드가 될 수 있으며, 이는 p형 및 n형 반도체 층들 사이에 내재층을 포함한다.

제2 스테이지 증폭기(106)의 출력부(144)에서의 높은 임피던스 레벨을 로드에 접속되는 출력부(108)에 맞추기 위해, 다이오드(154)는 오프되어 전류가 제2 전송선(150)을 통해 흐르는 것을 막고 정합회로(146)의 임피던스를 증가시킨다. 제2 스테이지 증폭기(106)의 출력부(144)에서의 낮은 임피던스 레벨을 로드에 접속되는 출력부(108)에 맞추기 위해, 다이오드(154)는 온(on)되어 전류가 제2전송선(150)을 통해 흐르도록 하고 정합회로(146)의 임피던스를 감소시키게 된다.

출력정합회로(142)의 제어포트(143)는 다이오드(154)를 가로지르는 전압을 선택적으로 인가하는데 이용되어, 예를 들어, 상태결정회로(110)로부터 수신되는 임피던스 제어 신호(145)에 따라 다이오드를 오프하거나 온 상태로 한다. 다이오드(154)를 오프 상태로 하기 위해, 공지된 방법으로 상대적으로 높은 전압(예, 2.7V)이 다이오드(154)의 캐소드(156)에 인가되고 상대적으로 낮은 전압(예, 0.1V)이 다이오드(154)의 애노드(152)에 인가된다. 마찬가지로, 다이오드(154)를 온 상태로 하기 위해, 상대적으로 낮은 전압이 캐소드(156)에 인가되고, 상대적으로 높은 전압이 다이오드(154)의 애노드(152)에 인가된다.

도 3b는 대안적인 동적정합회로(162)를 도시한다. 정합회로(162)는 제2 스테이지 증폭기(106)의 출력부(144)에 연결된다. 전송선(164)은 제2 스테이지 증폭기(106)의 출력부(144) 및 다이오드(168)의 애노드(166) 사이에 연결된다. 다이오드(168)의 애노드(166)는 제1 커패시터(170)를 통해 접지에 연결되고 제2 커패시터(172)를 통해 증폭기(100)의 출력부(108)에 연결된다. 다이오드(168)의 캐소드는 제3 커패시터(176)를 통해 접지에 연결된다.

정합회로(162)의 임피던스를 증가시키기 위해, 도 3a의 다이오드(154)와 관련하여 전술한 바와 같이 다이오드(168)는 턴오프되어, 제3 커패시터(176)를 통해 전류가 흐르는 것을 방지한다. 정합회로(162)의 임피던스를 감소시키기 위해, 다이오드(168)는 턴온상태가 되어, 전류가 제3 커패시터(176)를 통해 흐르도록 허용한다.

도 3a 및 3b에 도시된 동적정합회로(146, 162)에 대한 변형은 본 발명 측면에서 명백하게 이루어질 수 있으며 본 발명의 정신 및 범주 내에 있는 것으로서 간주된다. 다시 도 1을 참조하면, 상태결정회로(110)는 제1 및 제2 스테이지 증폭기(102, 106)를 선별 구성함으로써 증폭기(100)의 전력 레벨을 구성하도록 작동된다. 게다가, 상태결정회로(110)는 도 3a 및 3b에 도시된 바와 같은 액티브 출력정합회로가 이용되는 경우에 출력정합회로(142)를 선별 구성할 수 있다. 상태결정회로(110)는 상태결정회로(110)에 의해 이용되는 정보신호(147)를 명령포트(180)에서 수신하여, 제1 스테이지 증폭기(102), 제2 스테이지 증폭기(106) 및, 선택적으로, 출력정합회로(142)를 선별 구성함으로써 증폭기(100)의 전력레벨을 구성한다. 예를 들어, 정보신호(147)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 증폭기(110)의 출력부(108)로부터의 현재 출력전력레벨이 될 수 있다.

도시된 실시예에서, 상태결정회로(110)는 제1 스테이지 증폭기(102)의 제어포트(106), 제2 스테이지 증폭기(106)의 제어포트(134), 및 출력정합회로(142)의 제어포트(143)에 연결된다. 더욱 구체적으로, 상태결정회로(110)는 제2 전력디바이스(120)의 제어포트(122) 및 제2 전력디바이스(138)의 제어포트(140)에 연결되어 이들 디바이스(120, 138) 각각을 선택적으로 인에이블링/디스에이블링하고, 출력정합회로(142)의 제어포트(143)에 연결되어 그 임피던스 레벨 상태를 선별 구성한다. 또한, 상태결정회로(110)는 증폭기(100)의 출력부(180)에 연결되어 제1 스테이지 증폭기(102), 제2 스테이지 증폭기(106) 및 출력정합회로(142)를 선별 구성하는데 이용한다.

일실시예에서, 제2 전력디바이스(120) 및 제4 전력디바이스(138)는 상태 결정회로(110)에 의해 선택적으로 인에이블/디스에이블될 수 있다. 구체적인 실시예에서, 제1 전력디바이스(118) 및 제3 전력디바이스(136)는 증폭기(100)의 정상동작 중에는 항상 인에이블되어 있다. 증폭기(100)를 제1 전력레벨로 구성하기 위해, 상태결정회로(110)는 제2 전력 디바이스(120) 및 제4 전력 디바이스(138)를 인에이블함으로써, 제1,제2,제3 및 제4 전력디바이스(118,120,136,138) 모두가 인에이블되어 증폭기에 대해 최대전력증폭량을 제공한다. 증폭기(100)를 제2 전력레벨로 구성하기 위해, 상태결정회로(110)는 제2 및 제4 전력 디바이스(120, 138)를 디스에이블하여 오직 제1 및 제3 전력 디바이스(118, 136)들만이 인에이블되도록 하여 증폭기(100)의 최대전력증폭량보다 적은 전력증폭량을 제공한다. 상태결정회로(110)는 전술한 바와 같이 비교적 높은 전압(예, 2.7v)을 제2 및 제4 전력 디바이스들(120, 138)에 인가함으로써 이들 디바이스들을 인에이블하고, 비교적 낮은 전압(예, 0.1V)을 인가함으로써 이들 디바이스들을 디스에이블시킨다.

대안적인 실시예에서, 상태결정회로(110)는 모든 전력디바이스들 (118,120,136, 138)에 연결되어 부가적으로 가능한 구성을 제공할 수 있다. 증폭기(100)의 전력 레벨은 전력디바이스들(118,120,136,138)을 다양한 조합으로 선택적으로 인에이블링하거나 디스에이블링함으로써 구성될 수 있다. 예를 들어, 증폭기(100)의 한가지 전력 레벨은 제2 전력 디바이스(120)만이 디스에이블되도록 제1, 제3, 및 제4 전력 디바이스들(118,136,138)을 인에이블함으로써 달성될 수 있다. 마찬가지로, 증폭기(100)가 비활성일때에는 모든 전력 디바이스들(118,120,136,138)이 상태결정회로(110)에 의해 디스에이블될 수 있다. 다양한 유사한 실시예들이 본 기술분야의 당업자들에게 용이할 것이며 이는 본 발명의 정신 및 범주 내로 간주된다.

상태결정회로(110)는 출력정합회로(142)에 전압을 선택적으로 인가함으로써 출력정합회로(142)를 구성할 수 있다. 예를 들어, 도 3a에 도시된 출력정합회로(146)를 상대적으로 높은 임피던스상태로 구성하기 위해, 상태결정회로(110)는 상대적으로 높은 전압(예, 2.7V)이 다이오드(154)의 캐소드(156)에 인가되도록 하고 상대적으로 낮은 전압(예, 0.1V)이 다이오드(154)의 애노드(152)에 인가되도록 한다. 유사하게, 출력정합회로(146)를 상대적으로 낮은 임피던스상태로 구성하기 위해, 상태결정회로(110)는 상대적으로 낮은 전압이 다이오드(154)의 캐소드(156)에 인가되도록 하고 상대적으로 높은 전압이 다이오드(154)의 애노드(152)에 인가되도록 한다. 본 기술 분야의 당업자들에게 용이하게 이해되는 바와 같이, 도 3b에 도시된 출력정합회로(162)도 유사한 방식으로 제어될 수 있다.

상태결정회로(110)는 정상동작중에 증폭기(100)의 출력전력과 같은 선정된 기준에 근거하여 제1 스테이지 증폭기(102) 및 제2 스테이지 증폭기(106), 선택적으로, 출력정합회로(142)를 선별 구성한다. 예를 들어, 상태결정회로(110)는 증폭기(100)의 출력전력이 특정범주(예를 들면, 증폭기(100)의 최대출력전력 근처) 내에 있는 경우에 증폭기(100)를 임의의 전력 레벨로 구성하고 증폭기(100)의 출력 전력이 또다른 범주(예, 증폭기(100)의 최대출력전력보다 아래)에 있는 경우에 증폭기(100)를 또다른 전력 레벨로 구성할 수 있다.

출력정합회로(142) 또한 증폭기(100)의 출력전력에 따라 상태결정회로(110)에 의해 구성될 수 있다. 예를 들어, 상대적으로 낮은 출력전력 조건에서, 제2 스테이지 증폭기(106)의 출력부(144)에서의 임피던스는 상대적으로 높다. 따라서, 정합회로(142)는 비교적 높은 임피던스로 구성될 것이다. 반면에, 상대적으로 높은 출력전력조건에서, 제2 스테이지 증폭기(106)의 출력부(144)에서의 임피던스는 상대적으로 낮을 것이다. 따라서, 정합회로(142)는 상대적으로 낮은 임피던스로 구성될 것이다.

일실시예에서, 증폭기(100)가 기지국과 통신하는 무선 장치에 이용된다면, 무선장치와 통신하는 기지국은 무선 장치에 무선장치로부터 기지국에 의해 수신된 신호의 세기를 나타내는 신호를 보낸다. 신호세기 표시자는 무선장치에 의해 무선장치의 출력전력을 설정하는데 이용되어 증폭기(100)를 구성하는데 이용될 것이다. 무선장치의 출력전력은 높은 출력전력이 필요치 않을때 낮은 출력전력에서 작동하도록 설정되어, 에너지를 절약한다. 예를 들어, 무선 장치가 기지국 근처에 있고 기지국이 무선장치로부터 강한 신호를 수신하고 있다면, 기지국은 무선장치가 상태결정회로(110)를 통해 증폭기(100)를 낮은 출력전력레벨로 구성하여 낮은 출력전력에서 작동하도록 무선장치를 설정하는데 이용되는 신호를 무선장치에 전송하여, 에너지를 절약하도록 해준다. 마찬가지로, 무선장치가 기지국으로부터 멀리 떨어져 있고 기지국이 무선장치로부터 약한 신호를 수신하고 있다면, 기지국은 무선장치가 증폭기를 높은 출력전력레벨로 구성하여 높은 출력전력으로 작동하도록 무선장치를 설정하는데 이용되는 신호를 무선장치에 전송하여, 보다 센 신호를 전송하도록 한다.

상태결정회로(110)는 디지털신호프로세서, 마이크로제어기, 전력레벨센서, PLD 또는 PAL과 같은 프로그래머블 로직, 및/또는 기타 적합한 회로를 포함한다. 예를 들어, 증폭기(100)가 CDMA 셀룰러 전화 시스템의 부품인 경우에, 마이크로제어기는 전형적으로 시스템의 출력전력레벨을 제어한다. 대안적으로, 상태결정회로(110)는 출력전력레벨을 직접 측정하기 위해 전력 증폭기 출력부(108)에 연결되는 전력레벨센서일 수 있다. 임의의 실시예에서, 상태결정회로(110)는 디지털프로세서 및 전력레벨센서회로를 포함하고, 출력전력레벨의 직접적인 측정치 및 디지털 프로세서에 이용가능한 기타 정보에 따라 상태 결정이 이루어진다.

증폭기(100)의 특정 실시예에 따르면, 제1 스테이지 증폭기(102), 제2 스테이지 증폭기(106) 및 임피던스정합회로(112,128,142)는 단일 디바이스상에서 형성된다. 단일 디바이스는 단일 집적회로 패키지 내에 형성된다. 대안적으로, 이들 구성요소들은 개별적으로 패키지되어 인쇄회로보드와 같은 임의의 적합한 메커니즘 상에서 함께 연결될 수 있다.

상이한 출력전력레벨에서 효율적인 작동을 위해 설계된 다수의 상태를 갖는 스테이지 증폭기들을 이용하는 것에 대해 이제까지 설명하였다. 그러나, 스테이지 증폭기는 신호파형(예, 디지털 대 아날로그), 주위 온도, 전력원 파형 등과 같은 기타 다른 작동 조건에 대응하여 전력효율적인 동작을 수행하도록 설계될 수 있다. 이들 실시예에서, 상태결정회로(110)는 이들 작동조건들중 선택된 것들에 대한 전력 효율성에 따라 증폭기 스테이지를 구성할 것이다. 마찬가지로, 스테이지 증폭기는, 특정 작동 범위내의 선형성과 같은 다른 목적을 위해 최적화될 수 있으며 상태결정회로(110)는 전력 효율성이외의 다른것, 예를 들면, 선형성을 포함하는 기준에 따라 스테이지 증폭기를 가장 좋은 상태로 구성할 것이다.

본 발명의 몇가지 특정 실시례를 설명하였지만, 다양한 변형 및 변경과 개선이 본 기술분야의 당업자들에게는 쉽게 떠오를 것이다. 예를 들어, 예시된 실시예에서는 각 스테이지가 2개의 전력상태를 갖는 2개의 증폭기 스테이지가 이용된다. 그러나, 2개이상의 스테이지 및/또는 스테이지당 2개이상의 상태가 이용되는 것이 고려될 수 있다. 본 명세서에 의해 자명해지는 이러한 변경, 변형 및 개선사항은 본 명세서에 기재되어 있지는 않지만 본 명세서의 일부분으로 이해되며, 본 발명의 정신 및 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 따라서,전술한 설명은 예시적인 것이며,이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 다음의 첨부되는 청구항에 정의된 것과 이의 균등물에 의해서만 한정된다.

도1 은 본 발명에 따른 증폭기의 개략도.

도 2a-2h는 도 1의 증폭기에서 이용하는데 적합한 상태임피던스정합회로들의 회로도.

도 3a 및 3b는 도 1의 증폭기에서 이용하는데 적합한 능동형출력임피던스정합회로들의 회로도.

Claims

제1 전력 디바이스와 상기 제1 전력 디바이스에 병렬 연결된 제2 전력 디바이스를 포함하는 적어도 2개의 전력 상태를 갖는 제1 스테이지 - 상기 제1 스테이지는 데이터 신호를 수신하기 위한 입력부와, 제어포트와, 출력부를 포함함-와,

제3 전력 디바이스와 상기 제3 전력 디바이스에 병렬 연결된 제4 전력 디바이스를 포함하는 적어도 2개의 전력 상태를 갖는 제2 스테이지 - 상기 제3 및 제4 전력 디바이스 각각은 출력부를 구비하고, 상기 제2 스테이지는 상기 제1 스테이지의 상기 출력부에 연결되는 입력부와, 제어포트와, 상기 제3 전력 디바이스 및 상기 제4 전력 디바이스의 출력부의 조합을 포함하는 제2 스테이지 출력부를 구비함-와,

적어도 2개의 임피던스 정합 상태를 갖는 출력 임피던스 정합 회로 - 상기 출력 임피던스 정합 회로는 상기 제2 스테이지 출력부에 연결된 입력부와, 제어부와, 로드에 연결시키기 위한 출력부를 포함함-와,

상기 제1 스테이지를 상기 적어도 2개의 전력 상태중 하나로 선택적으로 구성하기 위해 상기 제1 스테이지의 상기 제어 포트에 연결되며 상기 제2 스테이지를 상기 적어도 2개의 전력 상태중 하나로 선택적으로 구성하기 위해 상기 제2 스테이지의 제어 포트에 또한 연결되며 상기 출력 임피던스 정합 회로를 상기 적어도 2개의 임피던스 정합 상태중 하나로 선택적으로 구성하기 위해 상기 출력 임피던스 정합 회로의 제어 포트에 또한 연결되는 상태결정회로

를 포함하는 증폭기.
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제1항에 있어서, 상기 상태결정회로는 출력전력레벨이 제1 범위내에 있을 때에는 상기 증폭기가 제1 전력레벨에서 작동하고 상기 출력전력레벨이 제2 범위내에 있을 때에는 상기 증폭기가 제2 전력레벨에서 작동하도록, 상기 제1 스테이지, 상기 제2 스테이지, 및 상기 출력임피던스정합회로를 선별 구성하는 증폭기.
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제1항에 있어서, 상기 상태결정회로는 상기 제2 전력 디바이스를 선별적으로 인에이블링함으로써 상기 제1 스테이지를 선별구성하여, 상기 제1 및 제2 전력 디바이스가 인에이블되는 경우에 상기 제1 스테이지는 적어도 2개의 전력상태중 제1 상태가 되고 상기 제1 전력 디바이스가 인에이블되고 상기 제2 전력 디바이스가 인에이블되지 않는 경우에 상기 적어도 2개의 전력상태중 제2 상태가 되며,

상기 상태결정회로는 상기 제4 전력 디바이스를 선택적으로 인에이블링함으로써 상기 제2 스테이지를 선별구성하여, 상기 제3 및 제4 전력 디바이스가 인에이블되는 경우에 상기 제2 스테이지는 적어도 2개의 전력상태중 제1 상태가 되고 상기 제3 전력 디바이스가 인에이블되고 상기 제4 전력 디바이스가 인에이블되지 않은 경우에 상기 적어도 2개의 전력상태중 제2 상태가 되는 증폭기.
제6항에 있어서,

상기 제1 스테이지의 상기 적어도 2개의 전력상태는 상기 제1 스테이지의 적어도 2개 전력상태의 상기 제1 상태 및 상기 제2 상태로 구성되고,

상기 제2 스테이지의 상기 적어도 2개 전력상태는 상기 제2 스테이지의 적어도 2개 전력상태의 상기 제1 상태 및 상기 제2 상태로 구성되고,

상기 증폭기는 상기 제1 스테이지 및 상기 제2 스테이지가 자신의 2개의 전력상태중 제1 상태에 있을때 제1 전력 레벨로 되고 상기 제1 스테이지 및 상기 제2 스테이지가 자신의 2개의 전력상태중 제2 상태에 있을때 제 2 전력 레벨로 되는 증폭기.
제1항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 전력 디바이스들은 트랜지스터인 증폭기.
제1항에 있어서, 상기 제1 스테이지의 출력부와 상기 제2 스테이지의 입력부 사이에 연결되는 스테이지간 임피던스정합회로를 더 포함하는 증폭기.
제1항에 있어서, 상기 제1 스테이지의 입력부에 연결되는 입력 스테이지 임피던스정합회로를 더 포함하고, 상기 신호는 상기 입력스테이지 정합회로를 통해 수신되는 증폭기.
제1항에 있어서, 상기 출력임피던스정합회로는

상기 제2 스테이지의 출력부에 연결되는 제1 단부를 구비하고 제2 단부를 더 구비하는 제1 전송선과,

상기 제2 스테이지의 출력부에 연결되는 제1 단부를 구비하고 제2 단부를 더 구비하는 제2 전송선과,

상기 제1 전송선의 제2 단부에 연결되는 애노드와 상기 제2 전송선의 제2 단부에 연결되는 캐소드를 포함하는 다이오드

를 포함하는 증폭기.
제1항에 있어서, 상기 출력임피던스정합회로는

상기 제2 스테이지의 출력부에 연결되는 제1 단부를 구비하고 제2 단부를 더 구비하는 전송선과,

접지에 연결되는 제1 단부를 구비하고 제2 단부를 더 구비하는 커패시터와,

상기 전송선의 제2 단부에 연결되는 애노드와 상기 커패시터의 제2 단부에 연결되는 캐소드를 갖는 다이오드

를 포함하는 증폭기.
증폭기를 포함하는 무선 장치에 있어서, 상기 무선장치는 기지국과 통신을 개설할 수 있으며, 상기 증폭기는.

제1 전력 디바이스와 상기 제1 전력 디바이스에 병렬 연결된 제2 전력 디바이스를 포함하는 적어도 2개의 전력 상태를 갖는 제1 스테이지 - 상기 제1 스테이지는 데이터 신호를 수신하기 위한 입력부와, 제어포트와, 출력부를 포함함-와,

제3 전력 디바이스와 상기 제3 전력 디바이스에 병렬 연결된 제4 전력 디바이스를 포함하는 적어도 2개의 전력 상태를 갖는 제2 스테이지 - 상기 제3 및 제4 전력 디바이스 각각은 출력부를 구비하고, 상기 제2 스테이지는 상기 제1 스테이지의 상기 출력부에 연결되는 입력부와, 제어포트와, 상기 제3 전력 디바이스 및 상기 제4 전력 디바이스의 상기 출력부의 조합을 포함하고 상기 제1 및 제2 스테이지에 의해 증폭된 상기 신호를 통과시킬 수 있는 제2 스테이지 출력부를 구비함-와,

적어도 2개의 임피던스 정합 상태를 갖는 출력 회로 - 상기 출력 회로는 상기 제2 스테이지 출력부에 연결된 입력부와, 제어부와, 로드에 연결시키기 위한 출력부를 포함함-와,

상기 제1 스테이지를 상기 적어도 2개의 전력 상태중 하나로 선택적으로 구성하기 위해 상기 제1 스테이지의 상기 제어 포트에 연결되며 상기 제2 스테이지를 상기 적어도 2개의 전력상태중 하나로 선택적으로 구성하기 위해 상기 제2 스테이지의 제어 포트에 또한 연결되며 상기 출력 임피던스 정합 회로를 상기 적어도 2개의 임피던스 정합 상태중 하나로 선택적으로 구성하기 위해 상기 출력 임피던스 정합 회로의 제어 포트에 또한 연결되는 상태결정회로

를 포함하는 무선 장치.
제13항에 있어서, 상기 상태결정회로가 상기 제1 스테이지를 상기 적어도 2개 전력상태중 제1 상태로, 상기 제2 스테이지를 상기 적어도 2개 전력상태중 제1 상태로, 상기 출력회로를 상기 적어도 2개 임피던스 정합 상태중 제1 상태로 구성할 때, 상기 증폭기는 제1 전력 효율성 레벨로 작동하고,

상기 상태결정회로가 상기 제1 스테이지를 상기 적어도 2개의 전력상태중 제2 상태로, 상기 제2 스테이지를 상기 적어도 2개의 전력상태중 제2 상태로, 상기 출력회로를 상기 적어도 2개 임피던스 정합 상태중 제2 상태로 구성할 때, 상기 증폭기는 제2 전력 효율성 레벨로 작동하는 무선 장치.
제14항에 있어서, 상기 상태결정회로는 상기 기지국에 의해 생성되는 신호세기표시 신호에 기하여 상기 제1 스테이지, 상기 제2 스테이지 및 상기 출력회로를 선별 구성하는 무선 장치.
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제14항에 있어서, 상기 상태결정회로는 상기 제2 전력 디바이스를 선별적으로 인에이블링함으로써 상기 제1 스테이지를 선별구성하여, 상기 제1 및 제2 전력 디바이스가 인에이블되는 경우에 상기 제1 스테이지는 적어도 2개의 전력상태중 제1 상태가 되고 상기 제1 전력 디바이스가 인에이블되고 상기 제2 전력 디바이스가 인에이블되지 않는 경우에 적어도 2개의 전력상태중 제2 상태가 되며,

상기 상태결정회로는 상기 제4 전력 디바이스를 선택적으로 인에이블링함으로써 상기 제2 스테이지를 선별구성하여, 상기 제3 및 제4 전력 디바이스가 인에이블되는 경우에 상기 제2 스테이지는 적어도 2개의 전력상태중 제1 상태가 되고 상기 제3 전력 디바이스가 인에이블되고 상기 제4 전력 디바이스가 인에이블되지 않은 경우에 적어도 2개의 전력상태중 제2 상태가 되는 무선 장치.
소스로부터 로드로 전해지는 신호를 증폭하는 방법에 있어서, 상기 방법은

증폭기의 출력전력레벨을 판단하는 단계와,

상기 판단된 출력전력레벨에 기하여 상기 증폭기의 제1 스테이지 증폭기를 적어도 2개의 상태중 하나로 구성하는 단계 - 상기 제1 스테이지 증폭기는 상기 신호를 증폭함 -와,

상기 판단된 출력전력레벨에 기하여 상기 증폭기의 제2 스테이지 증폭기를 적어도 2개의 상태중 하나로 구성하는 단계 - 상기 제2 스테이지 증폭기는 상기 제1 스테이지 증폭기에 의해 증폭된 상기 신호를 증폭함-와,

상기 판단된 레벨에 기하여 출력정합회로를 적어도 2개중 하나로 구성하는 단계를 포함하고,

상기 출력정합회로는 상기 제2 스테이지 증폭기의 임피던스를 로드의 임피던스에 정합시키는 방법.
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제19항에 있어서, 상기 제1 스테이지 증폭기를 구성하는 상기 단계는

상기 전력레벨이 제1 출력전력범위내에 있을 때에 상기 제1 스테이지 증폭기의 제1 전력 디바이스를 인에이블링하는 단계 - 상기 제1 스테이지 증폭기는 적어도 상기 제1 전력 디바이스와 인에이블된 제2 전력 디바이스를 포함하여 상기 제1 전력 디바이스 및 상기 제2 전력 디바이스 모두가 인에이블됨-와,

상기 전력레벨이 제2 출력전력범위내에 있을 때에 상기 제2 전력 디바이스만 인에이블되도록 상기 제1 전력 디바이스를 디스에이블링시키는 단계

를 포함하는 방법.
제19항에 있어서, 상기 제2 스테이지 증폭기를 구성하는 상기 단계는

상기 전력레벨이 제1 출력전력범위내에 있을 때에 상기 제2 스테이지 증폭기의 제3 전력 디바이스를 인에이블링하는 단계 - 상기 제2 스테이지 증폭기는 적어도 상기 제3 전력 디바이스와 인에이블된 제4 전력 디바이스를 포함하여 상기 제3 전력 디바이스 및 상기 제4 전력 디바이스 모두가 인에이블됨-와,

상기 전력레벨이 제2 출력전력범위내에 있을 때에 상기 제4 전력 디바이스만 인에이블되도록 상기 제3 전력 디바이스를 디스에이블링시키는 단계

를 포함하는 방법.