KR100799227B1 - 진폭 변조를 위한 캐스코드 구조의 전력 증폭기 - Google Patents

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Abstract

무선 송신단은 소정 주파수의 캐리어 신호를 생성하는 주파수 발생기 및 전력 증폭기를 포함한다. 전력 증폭기는 일정한 크기의 전원전압을 인가받아 동작하고, 기저대역 신호의 전압 레벨에 기초하여 바이어스되며, 상기 캐리어 신호를 입력받고, 바이어스된 상태에 따라 상기 캐리어 신호를 증폭하여 무선 신호를 생성한다. 이때 전력 증폭기는 상기 기저대역 신호의 전압 레벨에 따라 바이어스 전압을 생성하는 바이어스부를 포함할 수 있다. 또한, 기저대역 신호는 이진(binary) 진폭 천이 변조(amplitude shift keying) 신호일 수 있다.

Description

진폭 변조를 위한 캐스코드 구조의 전력 증폭기{Cascode Power Amplifier For Amplitude Modulation}
도 1은 종래의 선형 전력 증폭기를 사용한 송신단의 블록도이다.
도 2는 종래의 폴라 변조 방식을 사용한 송신단의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 송신단을 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일시예에 따른 캐스코드 전력 증폭기를 예시하기 위한 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 캐스코드 전력 증폭기를 예시한 회로도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 캐스코드 전력 증폭기를 예시한 회로도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차동 캐스코드 전력 증폭기를 예시한 회로도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 차동 캐스코드 전력 증폭기와 전송선 트랜스포머를 가지는 송신단을 예시한 회로도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
31 : 전력 증폭기 41 : 커먼 소스 트랜지스터
42 : 커먼 게이트 트랜지스터 43 : 바이어스부
본 발명은 고주파 전력 증폭기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 진폭 변조를 위한 고주파 전력 증폭기에 관한 것이다.
무선 통신 시스템의 송신단은 전송하고자 하는 정보를 가지는 기저대역 신호를 무선 통신에 적합하도록 변조하고, 변조 신호를 증폭하여 안테나로 전송한다. 변조 방법과 증폭 방법은 서로 밀접하게 관련되어 있는데, 예를 들어, 만약 기저대역 신호를 진폭 변조 방식으로 변조하였다면 선형 전력 증폭기를 이용하는 것이 적당하다는 식이다.
도 1은 종래의 선형 전력 증폭기를 사용한 송신단의 블록도이다. 도 1을 참조하면, 상기 송신단은 디지털-아날로그 컨버터(D/A)(11, 12), 로우패스 필터(LPF) (13, 14), 믹서(15, 16), 밴드패스 필터(BPF)(17) 및 선형 전력 증폭기(PA)(18)를 포함한다. 상기 디지털-아날로그 컨버터(11, 12)와 로우패스 필터(13, 14)는 이산 신호인 인페이즈 신호(I)와 쿼드러쳐 신호(Q)를 각각 아날로그 신호로 변환하여 로우패스 필터링한다. 상기 믹서(15, 16)와 밴드패스 필터(17)는 이를 여현신호들과 각각 믹싱하고 밴드패스 필터링한다. 상기 선형 전력 증폭기(18)는 필터링된 신호를 증폭하여 RF 신호를 생성하고 안테나(19)에 전송한다.
일반적으로 선형 전력 증폭기는 전력 효율이 50%를 넘지 못한다고 알려져 있 다. 그나마 전력 효율을 높이기 위해서 전력 매칭(power matching)하여 전력 증폭기의 임피던스를 조절할 경우, 안테나의 임피던스와의 차이가 커지기 때문에 전압정재파비(VSWR)가 나빠진다. 또한, 기저대역 신호가 아무런 정보를 가지고 있지 않을 때에도 전력 증폭기에서 전력을 소모하는 등 비효율적이다.
도 2는 종래의 폴라 변조 방식을 사용한 송신단의 블록도이다. 도 2를 참조하면, 폴라 변조 방식의 송신단은 폴라 컨버터(polar converter)(21), 진폭 신호 체인(amplitude chain)(22) 및 위상 신호 체인(phase chain)(23), 전압 공급부(PWR supply)(24), 주파수 생성부(PLL)(25) 및 전력 증폭기(PA)(26)를 포함한다.
기저대역 신호는 인페이즈(in-phase, I) 신호 및 쿼드러쳐(quadrature, Q) 신호이고, I 및 Q 신호는 이산 신호일 수 있다. 상기 폴라 컨버터는 상기 기저대역 신호로부터 진폭(amplitude) 정보를 가진 진폭 신호(r)와 위상(phase) 정보를 가진 위상 신호(φ)를 추출한다.
진폭 신호(r)와 위상 신호(φ)는 동기되기는 하지만, 각각 다른 경로를 통해 처리된다. 상기 진폭 신호 체인(22)에서는 상기 진폭 신호(r)를 소정의 이득을 갖고 증폭하고, 증폭된 진폭 신호(r')를 상기 전압 공급부(24)에 제공한다. 상기 전압 공급부(24)는 상기 진폭 신호(r)에 따라 가변되는 전원 전압을 생성하여 상기 전력 증폭기(26)에 공급한다. 상기 위상 신호 체인(23)에서는 상기 위상 신호(φ)를 원하는 크기로 변조하고, 변조된 위상 신호(φ')를 상기 주파수 생성부(25)에 제공한다. 상기 주파수 생성부(25)는 상기 변조된 위상 신호(φ')에 따라 가변되는 주파수의 캐리어 신호를 생성하여 상기 전력 증폭기(26)에 공급한다. 상기 전력 증 폭기(26)는 상기 캐리어 신호를 상기 가변하는 전원 전압에 따라 증폭하여 안테나(27)로 전달한다.
상기 폴라 변조 방식의 송신단은 도 1의 송신단과 달리, 전력 증폭기의 출력 신호의 크기는 전력 증폭기에 입력되는 신호의 크기에 선형적으로 변하는 것이 아니므로, 선형 전력 증폭기를 사용할 필요는 없다. 예를 들어 기저대역 신호가 진폭천이변조 방식으로 변조된 신호라면, 진폭 신호에 따라 스위칭되는 스위칭 전력 증폭기가 사용될 수 있다. 상기 스위칭 전력 증폭기는 선형 전력 증폭기보다 전력 효율이 좋다고 알려져 있다. 또한, 주파수 믹서가 불필요하고 로패스 필터 또는 밴드패스 필터의 수를 줄일 수 있어 소비 전력이나 크기, 노이즈 면에서 유리할 수 있다.
상기 폴라 변조 방식의 송신단은 전력 증폭기에 공급하는 전원 전압의 크기를 조절하는 방식으로 기저대역 신호를 변조하기 때문에 전압 공급부에서 전원 전압을 변경하기 위한 DC-DC 변환기나, LDO(low-drop-out)과 같은 정류기가 필요하다. 이로 인해 소비 전력이나 크기가 예상만큼 개선되지 않을 수 있다. 또, DC-DC 변환기에서 발생하는 스위칭 노이즈 등으로 인해 노이즈 면에서 불리하게 될 수도 있다.
따라서, DC-DC 변환기나 정류기를 사용하지 않는 비선형 전력 증폭기를 이용하는 송신단 구조가 여전히 필요하다.
본 발명의 목적은 DC-DC 변환기나 정류기가 불필요한 고주파 전력 증폭기를 가지는 송신단을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 송신단은 소정 주파수의 캐리어 신호를 생성하는 주파수 발생기 및 전력 증폭기를 포함한다. 상기 전력 증폭기는 일정한 크기의 전원전압을 인가받아 동작하고, 기저대역 신호의 전압 레벨에 기초하여 바이어스되며, 상기 캐리어 신호를 입력받고, 바이어스된 상태에 따라 상기 캐리어 신호를 증폭하여 무선 신호를 생성한다. 상기 전력 증폭기는 상기 기저대역 신호의 전압 레벨에 따라 바이어스 전압을 생성하는 바이어스부를 포함할 수 있다. 상기 기저대역 신호는 이진(binary) 진폭 천이 변조(amplitude shift keying) 신호일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 송신단은 주파수 발생기, 바이어스부, 커먼 소스 트랜지스터 및 적어도 하나의 커먼 게이트 트랜지스터를 포함한다. 상기 주파수 발생기는 소정 주파수의 캐리어 신호를 생성한다. 상기 바이어스부는 기저대역 신호의 전압 레벨에 따라 바이어스 전압을 생성한다. 상기 커먼 소스 트랜지스터는 커먼 소스(common source) 구조를 가지고, 게이트에서 상기 캐리어 신호를 입력받는다. 상기 커먼 게이트 트랜지스터는 상기 커먼 소스 트랜지스터와 캐스코드(cascode) 방식으로 연결되고, 게이트에서 상기 바이어스 전압을 입력받으며, 드레인에서 무선 신호를 출력한다. 상기 바이어스부는 상기 기저대역 신호의 전압 레벨을 소정의 전압 레벨로 변경시키는 레벨 쉬프터일 수도 있고, 상기 기저대역 신호의 파형을 소정의 주파수 특성을 갖도록 펄스 형상화하는 펄스 형상화 회로일 수 도 있다. 상기 커먼 게이트 트랜지스터는 직렬 연결된 복수의 커먼 게이트 트랜지스터들로서, 상기 바이어스 전압이 상기 복수의 커먼 게이트 트랜지스터들의 게이트들 중 적어도 하나의 게이트에 인가될 수 있다.
실시예에 따라 상기 기저대역 신호의 전압 레벨에 따라 제2 바이어스 전압을 생성하는 제2 바이어스부, 커먼 소스 구조를 가지고 게이트에서 상기 무선 신호를 인가받는 제2 커먼 소스 트랜지스터 및 상기 제2 커먼 소스 트랜지스터와 캐스코드(cascode) 방식으로 연결되고, 게이트에서 상기 제2 바이어스 전압을 입력받으며, 드레인에서 제2 무선 신호를 출력하는 적어도 하나의 제2 커먼 게이트 트랜지스터를 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 송신단은 주파수 발생기, 바이어스부, 한 쌍의 커먼 소스 트랜지스터 및 적어도 한 쌍의 커먼 게이트를 포함한다. 상기 한 쌍의 커먼 소스 트랜지스터들은 커먼 소스(common source) 구조를 가지고, 각 게이트에서 상기 캐리어 신호를 차동 입력받는다. 상기 적어도 한 쌍의 커먼 게이트 트랜지스터들은 상기 커먼 소스 트랜지스터와 각각 캐스코드(cascode) 방식으로 연결되고, 게이트에서 각각 상기 바이어스 전압을 입력받으며, 드레인에서 무선 신호를 차동 출력한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 송신단은 소정 주파수의 캐리어 신호를 생성하는 주파수 발생기, 적어도 두 개의 전력 증폭기 및 두 개 이상의 전송선 트랜스포머를 포함한다. 상기 전력 증폭기는 일정한 크기의 전원전압을 인가받아 동작하고, 기저대역 신호의 전압 레벨에 기초하여 바이어스되며, 상기 캐리어 신호를 차동 입력받고, 바이어스된 상태에 따라 상기 캐리어 신호를 증폭하여 무선 신호를 차동 생성한다. 상기 두 개 이상의 전송선 트랜스포머는 상기 적어도 두 개의 전력 증폭기의 출력에 각각 연결되고, 각각 1:1 권선비를 가지며, 서로 직렬로 연결된다. 이때 상기 전력 증폭기는 상기 기저대역 신호의 전압 레벨에 따라 바이어스 전압을 생성하는 바이어스부; 커먼 소스(common source) 구조를 가지고, 각 게이트에서 상기 캐리어 신호를 차동 입력받는 한 쌍의 커먼 소스 트랜지스터; 및 상기 커먼 소스 트랜지스터와 각각 캐스코드(cascode) 방식으로 연결되고, 게이트에서 각각 상기 바이어스 전압을 입력받으며, 드레인에서 무선 신호를 차동 출력하는 적어도 한 쌍의 커먼 게이트 트랜지스터를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 송신단은 기저대역 신호의 전압 레벨에 따라 바이어스 전압을 생성하는 바이어스부, 커먼 소스(common source) 구조를 가지고, 각 게이트에서 상기 캐리어 신호를 차동 입력받는 한 쌍의 커먼 소스 트랜지스터, 상기 커먼 소스 트랜지스터와 각각 캐스코드(cascode) 방식으로 연결되고, 게이트에서 각각 상기 바이어스 전압을 입력받으며, 드레인에서 무선 신호를 차동 출력하는 적어도 한 쌍의 커먼 게이트 트랜지스터 및 상기 전력 증폭기의 출력에 각각 연결되고, 각각 1:1 권선비를 가지며, 서로 직렬로 연결된 두 개 이상의 전송선 트랜스포머를 포함한다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것 으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 송신단을 설명하기 위한 블록도이다. 도 3을 참조하면, 상기 송신단은 비선형 스위칭 전력 증폭기(31)를 포함한다. 상기 전력 증폭기(31)는 소정의 변조 방식으로 변조된 기저대역 신호(baseband) 및 소정의 주파수를 가진 캐리어 신호(carrier)를 입력받고, 일정한 크기의 전원 전압을 공급받아 동작한다. 상기 기저대역 신호는 상기 전력 증폭기(31)의 바이어스 전압으로 이용되며, 상기 전력 증폭기(31)는 상기 바이어스 전압에 따라 캐리어 신호의 진폭 을 진폭 변조하여 무선 신호(RF OUT)로 출력한다.
진폭 천이 변조(Amplitude-shift-keying, ASK)는 진폭 변조이면서 높은 선형성을 요구하지 않기 때문에 상기 비선형 전력 증폭기에 입력되는 기저대역 신호로 적합하다. 0 또는 1의 진폭을 갖도록 이진(binary) 진폭 천이 변조된 기저대역 신호를 송신하는 경우를 예로 들어 설명한다. 기저대역 신호의 레벨이 이진값 0에 해당할 때에는 전력 증폭기의 바이어스 전압이 이진값 0에 해당하는 전압 레벨이 되므로, 무선 신호의 진폭은 상대적으로 큰 스윙폭을 갖는다. 기저대역 신호의 레벨이 이진값 1에 해당할 때에는 전력 증폭기의 바이어스 전압도 1에 해당하는 전압 레벨이 되므로 무선 신호의 진폭은 상대적으로 작은 스윙폭을 갖는다.
도 1의 송신단에서는 선형 전력 증폭기에 입력되는 0 또는 1의 이진 ASK 신호가 소정의 이득에 따라 증폭되어 출력된다. 일반적으로 선형 전력 증폭기를 이용하는 송신단에서는 믹서, 필터 등이 기저대역 신호의 진폭에 상관없이 전력을 소모한다. 도 2의 송신단에서는 0 또는 1의 진폭을 갖는 입력 신호에 따라 0V 또는 VDD에 해당하는 전압이 전력 증폭기의 전원 전압으로 공급된다. 비록 믹서나 필터 등이 없다고 하나 전원전압의 레벨을 변환하기 위해서는 DC-DC 변환기나 정류기 등을 가져야 하며, 대전류를 공급하는 전원의 스위칭 노이즈에 취약하다. 이에 비해, 도 3의 송신단에서는 믹서나 필터 등이 불필요할 뿐 아니라, 전원이 스위칭되는 것이 아니므로 노이즈도 줄어든다.
도 4는 본 발명의 일시예에 따른 캐스코드 전력 증폭기를 예시하기 위한 회로도이다. 도 4를 참조하면, 상기 캐스코드 전력 증폭기는 커먼 소스 트랜지스 터(41) 및 커먼 게이트 트랜지스터(42)가 캐스코드(cascode) 연결된 구조를 가진다. 상기 커먼 소스 트랜지스터(41)는 커먼 소스(common source) 방식으로 연결되어 있고, 게이트에서 주파수 생성부(미도시)로부터 제공되는 캐리어 신호(carrier)를 입력받는다. 상기 커먼 게이트 트랜지스터(42)는 커먼 게이트(common gate) 방식으로 연결되어 있고, 게이트에서 바이어스 전압을 인가받고, 소스는 상기 커먼 소스 트랜지스터(41)의 드레인과 연결되며, 드레인에서 무선 신호(RF OUT)를 출력한다.
기저대역 신호(baseband)는 바이어스부(43)에서 바이어스 전압으로 변환되어 상기 커먼 게이트 트랜지스터(42)의 게이트에 인가된다. 상기 기저대역 신호의 레벨이 0에 해당할 때에는 상기 커먼 게이트 트랜지스터(42)는 캐스코드 전류 증폭기의 전류 경로를 거의 차단하며, 드레인에서는 캐리어 신호의 주파수를 가지면서 상대적으로 큰 진폭을 가진 무선 신호가 출력된다. 상기 기저대역 신호의 레벨이 1에 해당할 때에는, 상기 커먼 게이트 트랜지스터(42)는 턴온되고 캐스코드 전류 증폭기가 선형 대전력 증폭기처럼 동작하도록 하며, 드레인에서는 캐리어 신호의 주파수를 가지면서 상대적으로 작은 진폭을 가진 무선 신호가 출력된다.
상기 바이어스부(43)는 기저대역 신호를 상기 커먼 게이트 트랜지스터(42)에 적합한 전압 레벨을 갖도록 변환한다. 일 실시예에서, 상기 바이어스부(43)는, 기저대역 신호의 전압 레벨과 바이어스 전압의 전압 레벨의 상대적인 높고 낮음에 따라 레벨 쉬프터(level shifter)로 구현될 수도 있고, 전압 분배기(voltage divider)로 구현될 수도 있다. 다른 실시예에서, 상기 바이어스부(43)는 무선 신호 에 불필요한 주파수 성분을 줄이기 위해 기저대역 신호의 파형을 미리 조절하는 펄스 형상 회로(pulse shaping circuit) 또는 선왜곡 회로(pre-distortion circuit)일 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 상기 바이어스부(43)는 Vdd가 아닌 다른 소정의 공급전압과 기저전압 사이에서 동작하는 인버터일 수도 있다.
상기 커먼 게이트 트랜지스터(42)의 드레인과 고전압전원(VDD) 사이에 연결된 인턱터(44)는 상기 캐스코드 전력 증폭기에서 커먼 게이트 트랜지스터(42)의 부하 역할을 하며, 한편 스위칭하는 무선 신호(RF OUT)로 인한 고주파 노이즈가 전원에 전달되는 것을 차단하는 효과도 가진다.
상기 인턱터(44)는 상기 캐스코드 전력 증폭기에 연결되는 전송선 트랜스포머(Transmission line transformer, TLT, 미도시)의 일부분으로 볼 수 있다. 상기 무선 신호는 상기 고전압전원(VDD)의 크기보다 클 수 없기 때문에, 전력 증폭기의 다음 단에 전송선 트랜스포머를 연결하여 무선 신호의 출력을 높일 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 캐스코드 전력 증폭기를 예시한 회로도이다. 도 5를 참조하면, 캐스코드 전력 증폭기는 복수의 커먼 게이트 트랜지스터(51, 52)를 가지고 있으며, 각자 상응하는 바이어스 전압을 인가받는다. 이때, 상기 복수의 바이어스 전압들 중 적어도 어느 하나는 기저대역 신호로부터 생성되는 바이어스 전압이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 캐스코드 전력 증폭기를 예시한 회로도이다. 도 6을 참조하면, 캐스코드 전력 증폭기는 복수의 캐스코드 전력 증폭단을 포함한다. 제1 캐스코드 단(61)은 캐리어 신호와 바이어스 전압을 인가받고 변조 신호를 출력하며, 제2 캐스코드 단(62)은 상기 변조 신호와 상기 바이어스 전압을 인가받고 무선 신호를 출력한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차동 캐스코드 전력 증폭기를 예시한 회로도이다. 도 7을 참조하면, 상기 캐스코드 전력 증폭기는 한 쌍의 커먼 소스 트랜지스터(71, 72), 한 쌍의 커먼 게이트 트랜지스터(73, 74)를 포함한다.
바이어스 신호는 도 4의 경우와 유사하게 상기 커먼 게이트 트랜지스터들(73, 74)의 게이트에 공통적으로 인가된다. 캐리어 신호(carrier)는 상기 커먼 소스 트랜지스터들(71, 72)의 게이트에 차동 입력되고, 무선 신호(RF OUT)는 상기 커먼 게이트 트랜지스터들(73, 74)의 드레인에서 차동 출력된다. 상기 캐스코드 전력 증폭기의 동작은 도 4의 캐스코드 전력 증폭기의 동작과 유사하므로 그 설명을 생략한다.
상기 바이어스부(75)는 기저대역 신호를 상기 커먼 게이트 트랜지스터(73, 74)에 적합한 전압 레벨을 갖도록 변환한다. 상기 바이어스부(75)는, 레벨 쉬프터, 전압 분배기, 펄스 형상 회로 또는 선왜곡 회로일 수도 있다.
실시예에 따라, 상기 커먼 게이트 트랜지스터(73, 74)는 복수의 바이어스 전압을 인가받는 복수의 트랜지스터일 수도 있다. 이때, 복수의 바이어스 전압들 중 적어도 어느 하나는 기저대역 신호로부터 생성되는 바이어스 전압이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 차동 캐스코드 전력 증폭기와 전송선 트랜스포머를 가지는 송신단을 예시한 회로도이다. 도 8을 참조하면, 상기 송신단은 두 개의 차동 캐스코드 전력 증폭기(81, 82)와 1:2 전송선 트랜스포머(84) 를 포함한다.
상기 두 개의 차동 캐스코드 전력 증폭기(81, 82)는 도 5의 회로와 유사하게 커먼 소스 트랜지스터들과 커먼 게이트 트랜지스터들을 가진다. 기저대역 신호에 기초하여 바이어스부(83)에서 생성되는 바이어스 신호는 도 5의 경우와 유사하게 상기 커먼 게이트 트랜지스터들(813, 814, 823, 824)의 게이트에 공통적으로 인가된다. 캐리어 신호는 상기 커먼 소스 트랜지스터들(811, 812, 821, 822)의 게이트에 차동 입력된다. 상기 캐스코드 전력 증폭기의 동작은 도 4 및 도 7의 캐스코드 전력 증폭기의 동작과 유사하므로 그 설명을 생략한다.
상기 바이어스부(83)는 기저대역 신호를 상기 커먼 게이트 트랜지스터(813, 814, 823, 824)에 적합한 전압 레벨을 갖도록 변환한다. 상기 바이어스부(83)는, 레벨 쉬프터, 전압 분배기, 펄스 형상 회로 또는 선왜곡 회로일 수도 있다.
실시예에 따라, 상기 커먼 게이트 트랜지스터(813, 814, 823, 824)는 복수의 바이어스 전압을 인가받는 직렬 연결된 복수의 트랜지스터일 수도 있다. 이때, 상기 복수의 바이어스 전압들 중 적어도 어느 하나는 기저대역 신호로부터 생성되는 바이어스 전압이다.
상기 커먼 게이트 트랜지스터(813, 814, 823, 824)의 드레인들로부터 차동 출력된 무선 신호는 상기 전송선 트랜스포머(84)에 인가된다. 상기 전송선 트랜스포머(84)는 각각 1:1의 권선비를 가지는 두 개의 트랜스포머가 직렬로 연결된 형태를 가진다. 이러한 전압 결합(voltage-combining) 방식의 트랜스포머를 이용하면, 결과적으로 1:2의 권선비를 가지는 트랜스포머를 하나 연결한 것과 동일한 효과를 나타낸다.
본 발명의 회로는 휴대용 통신기기, 예컨대 휴대폰, PCS폰, 무선랜 송신기, RF 리더(reader)등의 송신단에 적용이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 전력 증폭기는 직류-직류 변환기나 LDO정류기를 이용하지 않고도 전력 증폭기를 스위칭할 수 있다. 또, 믹서나 필터를 이용하지 않고도 기저대역 신호의 정보에 따라 캐리어 신호를 변조할 수 있다. 따라서 스위칭 잡음 등의 문제가 없고 칩 면적 및 소비 전력을 줄일 수 있다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (15)

  1. 소정 주파수의 캐리어 신호를 생성하는 주파수 발생기; 및
    일정한 크기의 전원전압을 인가받아 동작하고, 이진 진폭 천이 변조 신호인 기저대역 신호의 전압 레벨에 기초하여 바이어스되며, 상기 캐리어 신호를 입력받고, 바이어스된 상태에 따라 상기 캐리어 신호를 증폭하여 무선 신호를 생성하는 전력 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 송신단.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전력 증폭기는 상기 기저대역 신호의 전압 레벨에 따라 바이어스 전압을 생성하는 바이어스부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 송신단.
  3. 삭제
  4. 소정 주파수의 캐리어 신호를 생성하는 주파수 발생기;
    기저대역 신호의 전압 레벨에 따라 제1 바이어스 전압을 생성하는 제1 바이어스부;
    커먼 소스(common source) 구조를 가지고, 게이트에서 상기 캐리어 신호를 입력받는 제1 커먼 소스 트랜지스터;
    상기 제1 커먼 소스 트랜지스터와 캐스코드(cascode) 방식으로 연결되고, 게이트에서 상기 제1 바이어스 전압을 입력받는 적어도 하나의 제1 커먼 게이트 트랜지스; 및
    상기 제1 커먼 게이트 트랜지스터에 직렬 연결되고, 게이트에서 제2 바이어스 전압을 입력 받으며, 드레인에서 제1 무선 신호를 출력하는 적어도 하나의 제2 커먼 게이트 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 송신단.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 바이어스부는 상기 기저대역 신호의 전압 레벨을 소정의 전압 레벨로 변경시키는 레벨 쉬프터인 것을 특징으로 하는 무선 송신단.
  6. 제4항에 있어서, 상기 제1 바이어스부는 상기 기저대역 신호의 파형을 소정의 주파수 특성을 갖도록 펄스 형상화하는 펄스 형상화 회로인 것을 특징으로 하는 무선 송신단.
  7. 삭제
  8. 제4항에 있어서,
    상기 기저대역 신호의 전압 레벨에 따라 제3 바이어스 전압을 생성하는 제2 바이어스부;
    커먼 소스 구조를 가지고 게이트에서 상기 제1 무선 신호를 인가받는 제2 커먼 소스 트랜지스터; 및
    상기 제2 커먼 소스 트랜지스터와 캐스코드(cascode) 방식으로 연결되고, 게이트에서 상기 제3 바이어스 전압을 입력받으며, 드레인에서 제2 무선 신호를 출력하는 적어도 하나의 제2 커먼 게이트 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 송신단.
  9. 소정 주파수의 캐리어 신호를 생성하는 주파수 발생기;
    기저대역 신호의 전압 레벨에 따라 바이어스 전압을 생성하는 바이어스부;
    커먼 소스(common source) 구조를 가지고, 각 게이트에서 상기 캐리어 신호를 차동 입력받는 한 쌍의 커먼 소스 트랜지스터; 및
    상기 커먼 소스 트랜지스터와 각각 캐스코드(cascode) 방식으로 연결되고, 게이트에서 각각 상기 바이어스 전압을 입력받으며, 드레인에서 무선 신호를 차동 출력하는 적어도 한 쌍의 커먼 게이트 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 송신단.
  10. 제9항에 있어서, 상기 바이어스부는 상기 기저대역 신호의 파형을 소정의 주파수 특성을 갖도록 펄스 형상화하는 펄스 형상화 회로인 것을 특징으로 하는 무선 송신단.
  11. 제9항에 있어서, 상기 커먼 게이트 트랜지스터는 직렬 연결된 복수의 커먼 게이트 트랜지스터들로서, 상기 바이어스 전압이 상기 복수의 커먼 게이트 트랜지 스터들의 게이트들 중 적어도 하나의 게이트에 인가되는 것을 특징으로 하는 무선 송신단.
  12. 소정 주파수의 캐리어 신호를 생성하는 주파수 발생기;
    일정한 크기의 전원전압을 인가받아 동작하고, 기저대역 신호의 전압 레벨에 기초하여 바이어스되며, 상기 캐리어 신호를 차동 입력받고, 바이어스된 상태에 따라 상기 캐리어 신호를 증폭하여 무선 신호를 차동 생성하는 적어도 두 개의 전력 증폭기; 및
    상기 적어도 두 개의 전력 증폭기의 출력에 각각 연결되고, 각각 1:1 권선비를 가지며, 서로 직렬로 연결된 두 개 이상의 전송선 트랜스포머(transmission transformer)를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 송신단.
  13. 제12항에 있어서, 상기 전력 증폭기는
    상기 기저대역 신호의 전압 레벨에 따라 바이어스 전압을 생성하는 바이어스부;
    커먼 소스(common source) 구조를 가지고, 각 게이트에서 상기 캐리어 신호를 차동 입력받는 한 쌍의 커먼 소스 트랜지스터; 및
    상기 커먼 소스 트랜지스터와 각각 캐스코드(cascode) 방식으로 연결되고, 게이트에서 각각 상기 바이어스 전압을 입력받으며, 드레인에서 무선 신호를 차동 출력하는 적어도 한 쌍의 커먼 게이트 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 송신단.
  14. 제13항에 있어서, 상기 바이어스부는 상기 기저대역 신호의 파형을 소정의 주파수 특성을 갖도록 펄스 형상화하는 펄스 형상화 회로인 것을 특징으로 하는 무선 송신단.
  15. 제13항에 있어서, 상기 커먼 게이트 트랜지스터는 직렬 연결된 복수의 커먼 게이트 트랜지스터들로서, 상기 바이어스 전압이 상기 복수의 커먼 게이트 트랜지스터들의 게이트들 중 적어도 하나의 게이트에 인가되는 것을 특징으로 하는 무선 송신단.
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