KR100872514B1 - 복수개의 1차측을 갖는 변압기 및 이를 이용한 전력 증폭기 - Google Patents

복수개의 1차측을 갖는 변압기 및 이를 이용한 전력 증폭기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템에서 사용되는 고주파 회로용 변압기에 관한 것으로서, 집적 회로에 사용되는 나선형 변압기를 형성함에 있어, 변압기를 형성하고 있는 제 1의 1차측의 양쪽으로 2차측이 위치하도록 2차측을 두 번 감아 변압기를 형성하고, 제 2의 1차측은 상기 변압기의 최 외곽에 위치 시켜, 복수개의 1차측을 갖는 변압기를 형성하고, 이를 복수개의 부하 임피던스가 필요한 무선 통신 시스템용 전력 증폭기의 정합 회로의 일부로 사용함으로써, 전력 증폭기의 효율을 개선시킬 수 있는 이점이 있다.
변압기, 전력 증폭기, 차동 구조

Description

복수개의 1차측을 갖는 변압기 및 이를 이용한 전력 증폭기{MULTI-PRIMARY TRANSFORMER AND POWER AMPLIFIER USED THEREOF}
도 1은 종래기술의 일 예에 따른 전력 증폭기의 개략적인 구성도로서, 폴라 구조용 전력 증폭기를 나타낸 것이다.
도 2는 종래기술의 일 예에 따른 폴라 구조용 전력 증폭기의 전원 전압 대비 동작 영역을 보인 그래프로서, 일반적인 경우와 부하 저항 조절 방법을 사용 했을 경우를 나타낸 것이다.
도 3은 종래기술의 일 예에 따른 전력 증폭기의 개략적인 회로도로서, 전송선과 스위치를 이용하고 증폭단이 세 개로 나누어진 전력 증폭기를 나타낸 것이다.
도 4는 일반적인 기술의 일 예에 따른 집적 회로 상의 나선형 변압기로서 (A)는 변압기의 평면도이고, (B)는 변압기를 구성하는 메탈 라인의 구성도이고, (C)와 (D)는 각기 다른 메탈 라인의 연결 방법을 나타낸 도면이다.
도 5는 일반적인 기술의 일 예에 따른 변압기를 이용한 전력 증폭기를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 6은 일반적인 변압기의 원리를 설명하기 위한 전류 흐름을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 의한 복수개의 1차측을 갖는 변압기 구조를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 의한 복수개의 1차측을 갖는 변압기 구조의 원리를 설명하기 위한 전류의 흐름을 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 의한 복수개의 1차측을 갖는 변압기에서 변압기의 특성을 조절 할 수 있는 여러 파라미터를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 의한 복수개의 1차측을 갖는 변압기를 이용한 전력 증폭기를 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 복수개의 1차측을 갖는 변압기를 이용한 전력 증폭기로서, 각 증폭단은 구동 증폭단에 의하여 구동 되는 전력 증폭기의 간략한 구성도이다.
도 12는 일반적인 기술의 일 예에 따른 변압기를 이용한 차동 구조의 전력 증폭기를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 의한 복수개의 1차측을 갖는 변압기의 기호를 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시 예에 의한 복수개의 1차측을 갖는 변압기를 이용한 전력 증폭기로써 차동 구조의 전력 증폭기에 적용한 일 예를 간략하게 나타낸 구성도이다.
도 15는 본 발명의 실시 예에 의한 복수개의 1차측을 갖는 변압기를 이용한 전력 증폭기로써 차동 구조의 전력 증폭기에 적용한 또 다른 예를 나타낸 것으로 서, 각 차동 구조의 증폭단은 차동 구조의 구동 증폭단에 의하여 구동 되는 전력 증폭기를 간략하게 나타낸 구성도이다.
도 16은 본 발명의 실시 예에 의한 복수개의 1차측을 갖는 변압기를 이용한 전력 증폭기로서, 구동 증폭단의 출력은 전력 증폭단을 구동함과 동시에 변압기의 1차측에 연결 되어 있는 전력 증폭기의 개략적인 구성도이다.
도 17은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 복수개의 1차측을 갖는 변압기를 이용한 전력 증폭기로써 차동 구조의 전력 증폭기에 적용한 예로서, 차동 구조의 구동 증폭단의 출력은 차동 구조의 전력 증폭단을 구동함과 동시에 변압기의 1차측에 연결 되어 있는 차동 구조의 전력 증폭기의 개략적인 구성도이다.
도 18은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 복수개의 1차측을 갖는 변압기의 구조를 나타낸 것이다.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시 예에 의한 복수개의 1차측을 갖는 변압기의 구조를 나타낸 것이다.
도 20은 본 발명의 실시 예에 의한 복수개의 1차측을 갖는 변압기를 이용한 전력 증폭기로써 실제 제작된 차동 구조 전력 증폭기의 집적 회로 사진이다.
도 21은 도 20에서 실제 제작된 집적 회로의 컴퓨터 모사 결과를 나타낸 그래프이다.
본 발명은 복수개의 1차측을 갖는 변압기 및 이를 이용한 전력 증폭기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무선 통신 시스템에 사용되는 고주파 회로의 집적회로에 사용되는 나선형 변압기를 형성함에 있어 변압기를 형성하고 있는 제 1의 1차측의 양쪽으로 2차측이 위치하도록 2차측을 두 번 감아 변압기를 형성하고, 제 2의 1차측은 변압기의 최 외곽에 위치시켜 복수개의 1차측을 갖는 변압기를 형성할 뿐만 아니라 이를 복수개의 부하 임피던스가 필요한 무선 통신 시스템용 전력 증폭기의 정합 회로의 일부로 사용함으로써 회로의 크기 증가 없이도 전력 증폭기의 동작 영역 및 저 출력 전력 영역에서의 효율을 향상 시킬 수 있도록 하기 위한 복수개의 부하 저항을 가질 수 있는 복수개의 1차측을 갖는 변압기 및 이를 이용한 전력 증폭기에 관한 것이다.
무선통신 시스템용 전력 증폭기에서는 흔히 복수개의 부하임피던스를 필요로 한다.
도 1은 일반적인 전력증폭기를 나타낸 구성도로서 무선통신 시스템의 일종인 폴라(polar) 구조에서의 전력증폭기를 간략하게 나타낸 구성도이다.
여기에 도시된 바와 같이 101은 전력 증폭기를 나타내고 있고, 102는 전력 증폭기의 고주파 입력 부분으로써 위상 정보를 내포하고 있고, 103은 전력 증폭기의 전원 전압이 인가되는 부분으로써 포락선 정보를 내포하고 있다. 104는 전력 증폭기의 출력이 나타나는 부분이다.
폴라 구조에서 사용되는 전력 증폭기의 가장 큰 특징은 포락선 정보와 위상 정보가 서로 나뉘어져서 전력 증폭기에 인가되는 것이다. 따라서 위상 정보를 가지고 있는 고주파 신호의 크기는 항상 동일하고 이에 따라 폴라 구조에서는 입력 전력과 출력 전력 사이의 높은 선형성이 요구되지 않는 비선형 증폭기의 사용이 가능하여, 높은 효율을 기대할 수 있다.
폴라 구조용 전력 증폭기의 출력 전력의 크기는 포락선 정보를 가지고 있는 전원 전압의 크기에 의하여 조절 가능하다. 즉, 폴라 구조용 전력 증폭기에서 가장 중요한 요소 중의 하나는 동작 영역으로써, 동작 영역은 전력 증폭기의 최대 출력과 최소 출력의 차이다. 따라서, 폴라 구조에서 사용되는 E급 출력단(Class-E : 고출력 증폭기의 한 종류)구조의 전력 증폭기는 전원 전압을 조절해 줌으로써 동작영역을 확보하게 된다.
Figure 112006067179910-pat00001
(Pout : 출력전력, VDD : 전원전압, Rload : 부하저항)
위의 수학식 1에서 보는 바와 같이 전원 전압을 조절하면 출력 전력이 바뀌는 것을 알 수 있다. 하지만 이러한 전원 전압의 조절만으로는 충분한 동작 영역을 확보하기가 어려운 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 하나의 방법으로서, 부하 저항 값을 조절해 줄 수 있다.
도 2는 종래기술의 일 예에 따른 폴라 구조용 전력 증폭기의 전원 전압 대비 동작 영역을 보인 그래프로서, 일반적인 경우와 부하 저항 조절 방법을 사용 했을 경우를 나타낸 것이다.
여기에서는 전력 증폭기의 전원 전압에 따른 동작 영역과, 부하 저항을 조절 하였을 때의 동작 영역의 확장을 설명하고 있다.
여기에 도시된 바와 같이 201은 일반적인 폴라 구조용 전력 증폭기의 전원 전압이 변화에 따른 출력 전력의 변화를 보이고 있고, 202는 이의 동작 영역을 나타내고 있다. 203은 부하 저항을 조절 하였을 때의 전원 전압에 따른 전력 증폭기의 출력 전력의 변화를 보이고 있고, 204는 이의 동작 영역을 나타내고 있다.
또한, 203과 같은 특성을 가지는 전력 증폭기에 있어서, 부하 저항 값이 바뀌는 시점을 205에 나타내었다. 즉, 205 보다 큰 값을 가지는 전원 전압 조건 하에서는 작은 값의 부하 저항 값을 가지지만, 205 보다 작은 값을 가지는 전원 전압 조건 하에서는 큰 값의 부하 저항 값을 가지며, 수학식 1에서 알 수 있듯이 주어진 전원 전압의 변화 범위 내에서 더 큰 동작 영역의 확보가 가능하다.
따라서 전원 전압의 변화에 따른 부하 저항 값의 조절 기법은 폴라 구조용 전력 증폭기에 있어서 동작 영역 확보를 위해서 매우 효과적임을 알 수 있다.
또한, 위와 같은 부하 저항 값의 조절은 전력 증폭기의 효율을 높이는 효과도 있다. 다음의 수학식 2는 일반적인 E-급 출력단으로 구성된 전력 증폭기의 효율을 나타내고 있다. 일반적으로 효율은 부하 저항 값과 트랜지스터의 채널 저항을 포함하는 턴-온 저항으로 표현 할 수 있다.
Figure 112006067179910-pat00002
(Pout : 출력전력, Ron : 트랜지스터의 턴-온 저항, Rload : 부하저항)
일반적으로, 전력 증폭기는 높은 최고 출력 전력을 얻기 위하여 부하 저항 값을 매우 낮게 한다. 하지만, 위의 출력 전력 영역에서의 낮은 부하 저항 값은 수학식 2에서 알 수 있듯이, 전력 증폭기의 효율을 낮아지게 하는 주요 원인이 된다.
따라서 위에서 설명한 부하 저항 조절 기법을 이용하여, 낮은 출력 전력을 내기 위해서 전원 전압이 낮아질 때, 부하 저항 값을 증가 시키게 되면, 수학식 2에서 알 수 있듯이 저 출력 전력 영역에서의 효율을 향상 시킬 수 있다.
이와 같이 부하 저항 조절 기법은 폴라 구조용 전력 증폭기에 있어서 동작 영역을 향상 시키고, 저 출력 전력 영역에서의 효율을 향상 시킬 수 있는 매우 효과적인 기법이다.
이러한 부하 저항 조절 기법은 여러 문서를 통하여 발표 되었는데, 그 중 하나가 [A. Shirvani, et al.. "A CMOS RF Power Amplifier With Parallel Amplification for Efficient Power Control"IEEE J. Solid-State Circuits, vol 37, no.6, pp.684-693, June 2002]의 보고서에 공개되어 있다. 이 보고서에서 공개된 종래 기술을 도 3에 나타내었다.
여기에 도시된 전력 증폭기는 전력 증폭단 및 구동 증폭단을 세 개로 나누어 구성 된다.
301a, 301b, 301c는 구동 증폭단을 나타내고 있고, 302a, 302b, 303c는 각 전력 증폭단의 전원 전압을 나타내고 있고, 303a, 303b, 303c는 각 전력 증폭단을 켜거나 끌 때, 원하는 부하 저항 값을 효과적으로 구현하기 위해 사용되는 스위치이고, 304a, 304b, 304c는 각 스위치의 제어 신호가 입력되는 부분이다.
305a, 305b, 305c는 서로 다른 특성 임피던스를 가지는 전송선을 나타내고 있고, 306a, 306b, 306c는 각 전력 증폭단의 트랜지스터의 일종인 CMOS를 나타낸다. 또한, 307은 전력 증폭기의 입력 부분이고, 308은 전력 증폭기의 출력 부분을 나타내고 있다.
이와 같이 각각의 전력 증폭단은 서로 다른 특성 임피던스를 가지는 전송선으로 서로 다른 부하 저항 값을 가지게 된다.
따라서 큰 출력 전력을 낼 때는 모든 전력 증폭단을 켜 주어, 작은 부하 저항 값을 가지는 전력 증폭단에서 발생하는 출력 전력이 전력 증폭기 전체의 출력 전력으로 나타나게 되어 있다. 하지만 저 출력 전력이 필요로 할 때는 높은 부하 저항 값을 가지는 전력 증폭단만 켜 주고 나머지는 꺼 줌으로써, 전력 증폭기 전체의 출력 전력은 높은 부하 저항 값을 가지는 전력 증폭단에서 발생하는 출력 전력이 된다.
이와 같은 방법은 전력 증폭단 및 구동 증폭단을 세 개로 나누어 주어 출력 전력의 크기에 따라 회로의 일부를 켜 주거나 꺼 줌으로서 부하 저항이 조절되는 효과를 구현 하였다.
하지만 상기에서 언급된 종래 기술은 먼저, 전송선을 이용하여 부하 저항 값 을 구현하여 주었기 때문에 수 GHz의 동작 주파수를 가지는 전력 증폭기에서는 회로 전체의 크기가 매우 커지는 문제점이 있다. 즉, 집적 회로에 있어서 회로의 크기는 회로의 생산단가를 높여 시장 경쟁력을 약화 시키는 주요 원인이 된다.
또 다른 문제점으로는 회로의 일부를 켜거나 끌 때 다른 켜져 있는 증폭단이 원하는 부하 저항 값을 가질 수 있도록 하기 위해 사용되는 추가적인 스위치(303a, 303b, 303c)가 필요한데, 이러한 스위치의 크기는 전력 증폭단에 사용되는 전력 트랜지스터와 크기가 비슷하여야 하기 때문에 회로의 전체적인 크기가 증가하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 본 발명의 목적은 회로의 크기 증가 없이도 전력 증폭기의 동작 영역 및 저 출력 전력 영역에서의 효율을 향상 시킬 수 있도록 하기 위한 복수개의 부하 저항을 가질 수 있는 복수개의 1차측을 갖는 변압기 및 이를 이용한 전력증폭기를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 집적 회로 상에 나선형으로 형성된 복수개의 1차측을 갖는 변압기에 관한 것으로서, 구체적으로, 2차측, 내부 1차측, 외곽 1차측을 포함하여 이루어지되,
상기 2차측은,
층간 절연층 상에서 시작점을 출발하여 나선형으로 감기는 메탈라인 제1부; 상기 메탈라인 제1부에서 연장되어 바깥쪽으로 절곡되는 제1절곡부; 상기 제1절곡부에서 연장되어 상기 메탈라인 제1부보다 더 큰 나선형으로 감기도록 상기 층간 절연층 상에 형성되는 메탈라인 제2부; 상기 메탈라인 제2부에서 연장되어 상기 제1절곡부에 교차되도록 안쪽으로 절곡되는 제2절곡부; 상기 제2절곡부에서 연장되어 상기 메탈라인 제1부와 같은 크기의 나선형으로 감기며 그 끝점이 상기 시작점에서 이격되어 위치하도록 상기 층간 절연층 상에 형성되는 메탈라인 제3부; 를 포함하여 이루어지고,
상기 제1절곡부와 제2절곡부는 상기 층간 절연층을 사이에 두고 서로 만나지 않고 엇갈리도록 하나는 상기 층간 절연층 상에 형성되고, 나머지 다른 하나는 상기 층간 절연층의 아래에 위치하는 하부 절연층 상에 형성되어 상기 층간절연층에 형성되는 비아홀을 통하여 상기 메탈라인 제1부 내지 제3부와 연결되며,
상기 내부 1차측은,
상기 메탈라인 제1부 및 제3부를 둘러싸도록 위에서 내려다 보았을 때 상기 메탈라인 제1부와 제2부 사잇간극 및 상기 메탈라인 제3부와 제2부 사잇간극에 형성되고,
상기 외곽 1차측은,
상기 메탈라인 제2부를 둘러싸도록 상기 메탈라인 제2부의 외측에 형성되어,
상기 내부 1차측과 외곽 1차측이 상기 2차측에 서로 다르게 자기적 결합되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른 전력증폭기는, 상기 복수개의 1차측을 가지는 변압기의 내부 1차측 및 외곽 1차측에 각각 대응되게 복수개의 입력 증폭단이 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 복수개의 입력 증폭단은 그 중의 일부가 선택적으로 점멸될 수 있도록 설치되는 것이 바람직하다.
상기 복수개의 입력 증폭단을 구동시키도록 상기 복수개의 입력 증폭단에 각각 대응되게 복수개의 구동 증폭단이 더 설치될 수도 있다. 이 경우 상기 복수개의 구동 증폭단 중의 어느 일부가 선택적으로 점멸되면 이에 대응되는 상기 입력 증폭단이 함께 점멸되도록 상기 구동 증폭단이 설치되는 것이 바람직하다.
상기 복수개의 입력 증폭단 중의 어느 하나의 출력이 다른 어느 하나의 입력에 연결되도록 설치될 수 있다. 이 경우에는 상기 복수개의 입력 증폭단 중의 어느 하나의 출력과 이에 대응하는 내부 또는 외곽 1차측 사이 및, 상기 복수개의 입력 증폭단 중의 어느 하나의 출력과 이를 입력으로 받아들이는 입력 증폭단 사이에 정합회로가 매개로 설치되는 것이 바람직하다.
상기 입력 증폭단 및 구동 증폭단으로서 차동 구조의 증폭단을 사용할 수 있다.
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이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 또한 본 실시 예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시된 것이며 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상 내에서 많은 변형이 가능할 것이다.
도 4는 일반적인 기술의 일 예에 따른 집적 회로 상의 나선형 변압기로서 (A)는 변압기의 평면도이고, (B)는 변압기를 구성하는 메탈 라인의 구성도이고, (C)와 (D)는 각기 다른 메탈 라인의 연결 방법을 나타낸 도면이다.
여기에 도시된 바와 같이 A와 A'를 연결 하고 있는 메탈 라인은 변압기의 1차측을 나타내고 있고, B와 B'를 연결 하고 있는 메탈 라인은 변압기의 2차측을 나타내고 있다. 또한, 404는 일반적인 집적회로에서 각 메탈 라인 사이의 절연을 위하여 사용하는 절연체이고, 401, 402 그리고 403은 서로 다른 높이에 위치하고 있는 서로 다른 메탈 라인을 표현 한 것이다. 이러한 401, 402 및 403과 같은 메탈 라인을 이용하여 변압기를 형성 가능한데, 만약 두 종류의 메탈라인을 도 4의 (C)와 같이 서로 연결 해 주기 위해서는 도 4의 (D)에 도시된 407과 같이 두 메탈 라 인을 연결 해주는 또 다른 메탈이 사용된다. 도 4의 (D)는 도 4의 (C)에 도시된 단면도를 입체적으로 보인 것으로, 405 및 406은 서로 다른 메탈 라인을 나타내고 있다.
도 5는 일반적인 기술의 일 예에 따른 변압기를 이용한 전력 증폭기를 개략적으로 나타낸 것이다.
여기에 도시된 바와 같이 501은 전력 증폭기를 나타낸 것이고, 502는 도 4에 나타낸 변압기를 나타낸 것이다. 503은 전력 증폭기의 입력을 나타낸 것이고, 504는 출력을 나타낸 것이다.
일반적으로 고주파 회로의 입력 및 출력은 50Ω에 연결 된다. 따라서 만약 504에 50Ω이 연결 되어 있고, 전력 증폭기 501에서 필요한 부하 저항 값이 12.5Ω이라면, 변압기 502의 감은 비를 1:2로 하여 주면 된다.
이러한 변압기의 원리를 도 6에 도시된 전류 흐름을 이용하여 설명하면 다음과 같다.
수학식 3 및 수학식 4를 이용하여 변압기를 이용한 전류 및 전압의 변환 및 이에 따른 저항 값의 변환(Impedance transformation)을 설명한다. 수학식 3 및 수학식 4에서 N은 변압기 601의 감은 비를 나타내고, IA는 지점 A에서 흐르는 전류, VA는 지점 A에서의 전압, IB는 지점 B에서 흐르는 전류, VB는 지점 B에서의 전압을 나타낸다. 그리고 RB는 전력 B에 연결 되어 있는 저항 값을 나타내고, RA는 변압기에 의하여 RB 값이 변환되어 지점 A에서 바라보이는 저항 값을 나타낸다. 수학식 3 및 수학식 4에서 N 값이 2이고, RB가 50Ω이라고 가정한다면, RA 값은 12.5Ω이 됨 을 알 수 있다.
Figure 112006067179910-pat00003
Figure 112006067179910-pat00004
상기와 같이, 회로의 출력에 연결되어 있는 50Ω을 원하는 부하 저항 값으로 쉽게 변환 시킬 수 있는 변압기의 특성 때문에, 변압기는 전력 증폭기의 정합 회로의 일부로 널리 활용되고 있다.
따라서, 본 발명에 의한 복수개의 1차측을 갖는 변압기는 위와 같은 변압기의 특성을 이용한 것으로써, 도 7은 본 발명의 실시 예에 의한 복수개의 1차측을 갖는 변압기 구조를 나타낸 것이다.
2차측(703)은 층간 절연층(미도시) 상에서 시작점을 출발하여 반시계 방향으로 나선형으로 감기는 메탈라인 제1부와, 상기 메탈라인 제1부에서 연장되어 바깥쪽으로 절곡되는 제1절곡부와, 상기 제1절곡부에서 연장되어 상기 메탈라인 제1부보다 더 큰 나선형으로 감기도록 상기 층간 절연층 상에 형성되는 메탈라인 제2부와, 상기 메탈라인 제2부에서 연장되어 상기 제1절곡부에 교차되도록 안쪽으로 절곡되는 제2절곡부와, 상기 제2절곡부에서 연장되어 상기 메탈라인 제1부와 같은 크기의 나선형으로 감기며 그 끝점이 상기 시작점에서 이격되어 위치하도록 상기 층간 절연층 상에 형성되는 메탈라인 제3부를 포함하여 이루어진다.
상기 제1절곡부와 제2절곡부는 상기 층간 절연층을 사이에 두고 서로 만나지 않고 엇갈리도록 상기 제1절곡부는 상기 층간 절연층 상에 형성되고, 상기 제2절곡부는 상기 층간 절연층의 아래에 위치하는 하부 절연층 상에 형성된다. 상기 제2절곡부는 상기 층간 절연층에 형성되는 비아홀을 통하여 상기 메탈라인 제2부 및 제3부와 연결된다. 상기 제1절곡부가 상기 하부 절연층 상에 형성되고 상기 제2절곡부가 상기 층간 절연층 상에 형성될 수도 있다.
내부 1차측(701)은 상기 메탈라인 제1부 및 제3부를 둘러싸도록 위에서 내려다 보았을 때 상기 메탈라인 제1부와 제2부 사잇간극 및 상기 메탈라인 제3부와 제2부 사잇간극에 형성된다. 외곽 1차측(702)은 상기 메탈라인 제2부를 둘러싸도록 상기 메탈라인 제2부의 외측에 형성된다. 따라서 앞서 상술한 바와 같이, 내부 1차측(701)과 외곽 1차측(702)이 2차측(703)에 서로 다르게 자기적 결합된다.
내부 1차측(701)은 상기 메탈라인 제1부 내지 제3부와 마찬가지로 상기 층간 절연층 상에 형성될 수 있는데, 이 경우에는 내부 1차측(701)의 끝단(A, A')이 상기 메탈라인 제1부와 제2부 사잇간극 및 상기 메탈라인 제3부와 제2부 사잇간극에 위치할 것이다. 도 7에서와 같이, 내부 1차측(701)의 끝단(A, A')이 상기 메탈라인 제2부의 외측에 위치하는 경우, 내부 1차측(701)은 상기 메탈라인 제1부 내지 제3부 상에 상부 절연층을 형성한 후에 상기 상부 절연층 상에 형성될 것이다.
본 실시예의 경우 변압기의 1차측의 하나인 701의 경우, 변압기의 2차측인 703과는 감은 비가 1:2가 된다. 따라서 도 7에 도시된 변압기를 도 5의 502에 적용 시킨다면 임피던스 변환 비(Impedance transformation ratio)는 1:4가 된다. 또한, 변압기의 1차측의 다른 하나인 702의 경우는 이론적으로, 변압기의 2차측인 703과는 감은 비가 1:2가 되어 도 5의 502에 적용 시킨다면 임피던스 변환 비는 1:4가 된다.
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하지만, 도 7에서 알 수 있듯이 변압기의 1차측의 하나인 701과는 달리, 변압기의 1차측의 다른 하나인 702의 경우는, 702를 구성하는 메탈라인의 양쪽이 아니라 한 쪽에만 변압기의 2차측이 위치한다. 따라서 702와 703과의 관계는 앞서 기술한 701과 703과의 관계와는 다른 특성을 가진다. 먼저 두 바퀴를 감은 703의 메탈 라인 중 702와 맞닿아 있는 부분에서는 702와 703과의 자기적 결합(Magnetic coupling)이 원활하게 일어나지만, 703의 메탈 라인 중 701과는 맞닿아 있지만 702와는 맞닿아 있지 않은 부분에서는 702와 703과의 자기적 결합이 원활하게 일어나지 못한다.
702와 703 사이의 자기적 결합 관계에 대한 설명의 간략화를 위하여, 701을 형성하고 있는 메탈 라인은 없다고 가정(가정 (1)) 했을 때, 도 7의 704는 도 8과 같이 도시 할 수 있다.
이때 이상적인 변압기의 경우, 도 8의 (B)의 상황에서 위쪽으로 향하는 전류의 합은 아래쪽으로 향하는 전류의 합과 동일하다. 따라서 도 8의 (B) 경우는 IA는 2×IB와 동일한 값을 가져야 한다. 이때, 802와 803은 도 7에서 알 수 있듯이 서로 연결 되어 있으므로 802와 803에 흐르는 전류의 양은 동일하다. 하지만, IA = 2×IB의 관계가 성립하기 위해서는 801에 흐르는 전류 IA는 완벽하게 802와 803으로 결합 이 되어야 한다.
따라서 실제 상황에서는 802의 경우는 801과 매우 근접하여 있으므로, 이상적인 경우에 가까운 자기적 결합이 발생한다고 기대 할 수 있지만, 803의 경우는 801로부터 상대적으로 먼 거리에 있기 때문에 자기적 결합이 약하게 되어 결합 계수(K-factor)가 낮아지게 된다.
만약에 803과 801사이의 거리가 자기적 결합이 발생하기에는 매우 먼 거리에 있다고 가정한다면(가정 (2)), 801에 흐르는 전류는 오직 인접한 802로만 결합된다. 따라서 IA의 값과 IB의 값은 서로 동일해 진다. 따라서 702와 703 사이의 관계는 물리적으로 감은 비는 1:2 이지만, 변압기를 형성하고 있는 메탈 라인의 상대적인 위치에서 발생하는 메탈 라인 간의 거리에 의하여 실제적으로는 1:1의 감은 비를 갖는 변압기 특성을 가진다고 할 수 있다.
이때, 만약 앞서 세운 가정 (1)과 가정 (2)를 고려한다고 하더라도, 702와 703 사이의 실질적인 감은 비는 1:1과 1:2 사이의 특성을 보이게 된다. 702와 703 사이의 실질적은 감은 비를 1:N 이라고 한다면 N 값은 1과 2 사이의 값이 된다. 따라서, 702와 703으로 형성되는 변압기의 임피던스 변압비는 1:N2 가 된다.
아래 표 1은 701과 703 사이, 그리고 702와 703 사이의 임피던스 변환비와 회로의 출력에 연결 된 부하 저항이 50Ω일 때 변압기에 의하여 변환된 부하 저항 값을 정리한 것이다.
임피던스 변환 비 변환된 부하 저항
701 - 703 1:4 12.5Ω
702 - 703 1:N2 12.5 ~ 50Ω
* 1 < N < 2
위의 표 1에서 보인 것과 같이 702와 703으로 형성되는 변압기에 의하여 50Ω은 12.5Ω과 50Ω사이의 값을 가질 수 있지만, 일반적으로 50Ω에 더 가까운 값을 가지게 된다.
도 7에서 2차측(703)은 집적회로 상에서 두 바퀴가 감겨져 있고, 내부 1차측(701)은 이렇게 감겨져 있는 2차측(703)의 두 바퀴 사이에 위치하도록 배치되며, 외곽 1차측(702)은 2차측(703)을 둘러싸도록 최외곽, 즉 2차측(703)의 바깥쪽에 위치하도록 배치된다. 따라서 내부 1차측(701)의 경우에는 양쪽(안쪽과 바깥쪽)에 2차측(703)이 위치하지만, 외곽 1차측(702)의 경우에는 한쪽(안쪽)에만 2차측(703)이 위치한다. 2차측(703)이 집적회로 상에서 두 바퀴 감기는 구성에 대해서는 이미 도 4에서 설명하였으며, 이는 나선형 변압기를 구성함에 있어서 이미 공지된 기술이다.
내부 1차측(701)의 A 및 A' 단자를 통해 전류가 인가되는 경우에는 2차측(703)이 내부 1차측(701)의 양쪽에 위치하고 있어 2차측(703)으로의 자기적 결합이 용이한 반면에, 외곽 1차측(702)의 C 및 C' 단자를 통해서 전류가 인가되는 경우에는 2차측(703)이 외곽 1차측(702)의 한쪽(안쪽)에만 위치하고 있어 2차측(703)으로의 자기적 결합이 내부 1차측(701)에 비하여 상대적으로 용이하지 않게 된다. 따라서, 내부 1차측(701)과 2차측(703) 사이의 자기적 결합과, 외곽 1차측(702)과 2차측(703) 사이의 자기적 결합이 서로 다르게 된다.
여기서 N의 값은 도 9에서 보인 여러 가지 파라미터인 WA, WB, WC, SA 및 SB 및 변압기의 구조 등을 이용하여 조절 가능하다. 이때 WA, WB 및 WC는 변압기를 구성하고 있는 메탈 라인의 폭을 나타내고 있고, SA 및 SB는 각 메탈 라인 사이의 간격을 나타내고 있다. 메탈 라인의 폭은 변압기의 기생 인덕턴스 성분 및 기생 저항 성분 그리고 메탈 라인이 놓여 있는 기판을 통한 손실 등에 영향을 준다. 메탈 라인 사이의 간격은 변압기의 결합 계수와 메탈 라인 사이의 기생 캐패시턴스에 영향을 준다.
도 10은 상기와 같은 본 발명에 의한 변압기를 복수개의 부하 저항이 요구되는 전력 증폭기에 응용한 예시 회로도이다.
여기에서 705의 A', B' 그리고 C'는 접지로 연결 되었다. 1001은 고 출력 전력을 내기 위한 전력 증폭단이고, 1002는 저 출력 전력을 내기 위한 전력 증폭단이다. 1003 과 1004는 각각 고주파 출력 및 고주파 입력을 나타낸다. 고 출력 전력용 전력 증폭단은 임피던스 변환비가 1:4가 되는 A에 연결 되어 수학식 1을 이용하여 기술한 바와 같이 높은 출력 전력을 위하여 낮은 부하 저항 값을 가질 수 있도록 하였다. 저 출력 전력용 전력 증폭단은 임피던스 변환비가 1:1 ~ 1:4가 되는 C에 연결 되어 큰 부하 저항 값을 가지도록 하여 전력 증폭기의 동작영역과 저 출력 전력 영역에서의 효율 증대를 기대 할 수 있다.
즉, 여기에 도시한 전력 증폭기를 구성하고 있는 두 개의 전력 증폭단은 고 출력 전력을 낼 때는 모두 켜지거나, 혹은 고출력 전력용 전력 증폭단인 1001만 켜주어 높은 출력 전력을 내도록 되어 있다. 또한 저 출력 전력을 낼 때는 고 출력 전력용 전력 증폭단은 꺼주고, 저 출력 전력용 전력 증폭단만 동작 시켜 부하 저항 조절 기법을 실현 할 수 있다.
도 11은 본 발명에 의한 변압기를 전력 증폭기에 응용한 또 다른 예를 보이고 있다.
여기에서 적용된 전력 증폭기는 도 10의 전력 증폭기와는 달리 각 전력 증폭단은 각기 다른 구동 증폭단에 의하여 구동 되도록 되어 있다. 1101은 고 출력 전력 증폭단을 위한 구동 증폭단이고, 1102는 저 출력 전력 증폭단을 위한 구동 증폭단이다. 도 10의 전력 증폭기 구조에서 저 출력 전력 모드로 동작시키기 위해서는 고 출력 전력용 전력 증폭단을 꺼주어야 한다. 하지만, 고 출력 전력용 전력 증폭단을 꺼 주더라도, 전력 증폭기의 입력은 고 출력 전력용 전력 증폭단 및 저 출력 전력용 전력 증폭단 모두를 동시에 구동해야 하므로, 저 출력 전력 모드에서도 입력 전력은 커야 한다는 문제점이 있다.
하지만, 여기에서 보인 전력 증폭기 구조는 저 출력 전력 모드로 동작시키기 위해서 고 출력 전력용 전력 증폭단을 꺼 주는 방법 이외에, 고 출력 전력 증폭단을 구동하는 1101 구동 증폭단도 함께 꺼 줄 수 있다. 일반적으로 구동 증폭단이 필요로 하는 입력 전력의 크기는 전력 증폭단이 필요로 하는 입력 전력의 크기에 비하여 작다. 따라서 여기에 도시된 전력 증폭기 구조에 저 출력 전력 모드로 동작 시킬 때, 1101과 고 출력 전력용 전력 증폭단을 함께 꺼 주게 되면, 고 출력용 전력 증폭단을 구동해야 하는 입력 전력은 필요로 하지 않기 때문에 도 10에 의한 전력 증폭기에 비하여 더 효율적이다.
도 12는 도 5에서 보인 변압기를 이용한 전력 증폭기를 차동 구조로 설계 하였을 경우를 보이고 있다.
도 5에서는 변압기의 1차측의 한 포트는 전력 증폭기의 출력에 연결 되고, 다른 한 포트는 접지로 연결 되었다. 반면에 여기에 도시된 변압기를 이용한 차동 구조로 된 전력 증폭기에서는 변압기의 1차측의 두 포트 각각에 전력 증폭단이 연결 되어 있다. 1203a 및 1203b는 전력 증폭기의 입력으로서, 각각은 서로 위상이 반대인 입력 신호가 인가된다. 따라서 1201a 및 1201b로 구성 되는 전력 증폭단 각각의 출력 신호는 서로 위상이 반대로 나타나게 된다. 이때 변압기는 위상이 서로 반대인 두 개의 출력 신호를 서로 합해서 1202로 출력하는 역할을 하게 된다. 이와 더불어 도 5에서 보인 전력 증폭기에서 변압기의 역할인 정합 회로의 일부로서의 역할도 함께 한다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 의한 복수개의 1차측을 갖는 변압기의 기호를 나타낸 도면으로써, 도 7에서 보인 본 발명의 실시예에 의한 변압기인 705를 차동 구조의 전력 증폭기에 적용할 때는 도면 및 설명의 편의상 1301과 같은 기호로서 표시 하도록 한다. 따라서 이하 도 13에서 보인 것과 같이 705와 1301은 동일한 것으로 간주하여 설명 하도록 한다.
도 14는 본 발명의 다른 실시 예에 의한 복수개의 1차측을 갖는 변압기를 이용한 전력 증폭기로써 도 10에서 보인 전력 증폭기 구조를 차동 구조로 변환 시킨 것이다.
도 10에서는 A' 및 C'는 회로의 접지에 연결 되어 있지만, 여기에서는 전력 증폭단이 연결 되어 있다. 1401a와 1401b는 저 출력 전력용 전력 증폭단이고 1402a와 1402b는 고 출력 전력용 전력 증폭단이다.
이때, 1401a와 1402a의 입력 신호는 서로 동위상이고, 1401b와 1402b의 입력 신호는 서로 동위상이다. 하지만, 1401a와 1402a의 입력인 1403과 1401b와 1402b의 입력인 1404에는 서로 위상이 반대인 신호가 인가되어 여기에 도시된 전력 증폭기는 차동 구조로 동작 하도록 되어 있다. 저 출력 전력용 전력 증폭단인 1401a와 1401b는 큰 부하 저항을 가지는 것이 동작 영역 측면이나 효율 측면에서 유리하므로, 1301 변압기의 두 개의 1차측 중 큰 부하 저항 값을 가지는 C 및 C'에 연결 되어 있다. 마찬가지로, 1402a와 1402b는 작은 부하 저항을 가져 높은 출력 전력을 발생 시켜야 하므로, 1301 변압기의 두 개의 1차측 중 작은 부하 저항 값을 가지는 A 및 A'에 연결 되어 있다. 이 경우는, 도 10에 도시 된 전력 증폭기와 마찬가지로 저 출력 전력 모드로 동작 할 때는 1402a 및 1402b와 같이 큰 출력 전력을 내는 전력 증폭단은 꺼주면 된다.
하지만, 도 10에 도시된 전력 증폭기와 마찬가지로, 고 출력 전력용 전력 증폭단을 꺼 주더라도, 전력 증폭기의 입력은 고 출력 전력용 전력 증폭단 및 저 출력 전력용 전력 증폭단 모두를 동시에 구동해야 하므로, 저 출력 전력 모드에서도 입력 전력은 커야 한다는 문제점이 있다.
도 15에 도시 된 전력 증폭기 구조는 앞서 도 11에 도시 된 전력 증폭기 구조를 차동 구조로 변형 한 것이다. 도 15의 전력 증폭기는 차동 구조로 되어 있다는 특징 이외에 도 11과 동일한 특성을 가지므로 여기서 추가적인 설명은 생략 하도록 한다.
도 16은 도 11에 도시 된 전력 증폭기 구조를 변형한 것으로써, 도 16의 1604는 도 11의 저 출력 전력용 전력 증폭단인 1101과 고 출력 전력용 전력 증폭단의 구동 증폭단인 1002의 역할을 동시에 한다.
먼저 고 출력 전력 모드에서는 1604는 주로 고 출력 전력용 전력 증폭단인 1001을 구동 하는 역할을 하게 되어 구동 증폭단으로서 역할을 하게 된다. 저 출력 전력 모드에서는 고 출력 전력용 전력 증폭단인 1001은 꺼지게 되므로, 1604에서 발생된 전력이 변압기 705를 통하여 전력 증폭기의 출력 전력으로 나타나게 되므로, 저 출력 전력용 전력 증폭기로서의 역할을 하게 된다.
이때, 1604의 출력 부분과 1001의 입력, 그리고 변압기의 1차측 사이에는 정합 회로(Matching circuit) 1603을 삽입하였다. 1603의 역할은 고 출력 전력 모드일 때, 1604가 1001을 원활하게 구동 할 수 있도록 하고, 저 출력 전력 모드일 때는 1604의 출력 전력이 변압기로 원활하게 전달 되도록 하는 것이다. 따라서 여기에 도시된 전력 증폭기는 1001은 끄거나 켜 줌으로서 고 출력 전력 모드와 저 출력 전력 모드가 결정 된다.
도 17은 도 15에 도시 된 전력 증폭기 구조를 변형한 것으로써, 동작 원리는 도 16과 동일하다. 여기에 도시 된 전력 증폭기가 도 16에 도시 된 전력 증폭기와 다른 점은 차동 구조로 구성 되어 있다는 점이다. 따라서 여기에서 도시 된 전력 증폭기의 추가적인 설명은 생략 하도록 한다.
이상의 전력 증폭기는 도 7에서 도시한 변압기 705를 예로 들어 설명하였다. 도 18은 705이외에 본 발명에 의하여 변형이 가능한 변압기의 예를 들었다. 도 18의 (A)는 705의 변압기에서 2차측을 한 바퀴 더 감아 준 경우이고, 도 18의 (B)는 18의 (A)에 도시된 변압기에서 최외곽 2차측 바깥쪽으로 추가적인 1차측 메탈 라인을 위치시켜 3개의 1차측을 가져 3개의 부하 저항이 필요한 고주파 회로에 적합한 구조이다. 705 및 도 8에서 보인 두 개의 본 발명에 의한 변압기의 예와 같은 방법의 연장으로, 복수개의 1차측을 갖으며, 복수개의 부하 저항을 갖는 변압기의 형성이 가능하다. 705와 도 8에서 보인 본 발명에 의한 변압기의 복수개의 1차측은 각각 한 바퀴씩만 감겨져 있지만, 변압기의 1차측 역시 여러 바퀴를 감은 변형된 형태로 형성이 가능하다. 이의 한 예를 도 19에서 보였다. 도 19에서 보인 본 발명에 의한 복수개의 1차측을 갖는 변압기는 C와 C'를 연결 하고 있는 1차측이 두 바퀴 감겨져 있는 변압기의 예이다.
도 20은 도 17에서 보인 전력 증폭기 구조로 실제 CMOS 0.18㎛ 공정을 이용하여 제작한 집적 회로의 사진이다.
도 21은 도 20에 보인 전력 증폭기의 컴퓨터 모사 결과이다. 도 21에서 검은색 심볼은 도 17의 1701a 및 1701b 그리고 1402a 및 1402b를 모두 켜준 경우로서, 고 출력 전력 모드이다. 여기에서 하얀색 심볼은 도 17의 1402a 및 1402b를 꺼주어 저 출력 전력 모드로 동작 시켰을 때이다. 이때, 전력 증폭기의 전원 전압(VDD)은 0.5V ~ 3.3V로 변화 시켰다. 도 21에서 알 수 있듯이, 저출력 전력 영역에서는 고 출력 전력 모드로 동작 시켰을 때 보다, 저 출력 전력 모드로 동작 시켰을 때 더 높은 효율을 가진다. 또한, 제작된 전력 증폭기는 저 출력 전력 모드를 가짐으로서, 최소 출력 전력이 13.7 dBm 이던 것이 10.3 dBm으로 더 확장 되어, 동작 영역도 3.4 dB 로 확장 된 것을 알 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 집적 회로 상에서, 복수개의 1차측을 갖는 변압기로 복수개의 부하 저항을 제공하여, 이를 복수개의 부하 저항이 필요한 전력 증폭기에 활용하여, 전력 증폭기의 동작 영역 및 저 출력 전력 영역에서의 효율을 개선시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (17)

  1. 집적회로 상에 나선형으로 형성된 변압기를 이용한 전력 증폭기에 있어서,
    2차측, 내부 1차측, 외곽 1차측을 포함하여 이루어지되,
    상기 2차측은,
    층간 절연층 상에서 시작점을 출발하여 나선형으로 감기는 메탈라인 제1부; 상기 메탈라인 제1부에서 연장되어 바깥쪽으로 절곡되는 제1절곡부; 상기 제1절곡부에서 연장되어 상기 메탈라인 제1부보다 더 큰 나선형으로 감기도록 상기 층간 절연층 상에 형성되는 메탈라인 제2부; 상기 메탈라인 제2부에서 연장되어 상기 제1절곡부에 교차되도록 안쪽으로 절곡되는 제2절곡부; 상기 제2절곡부에서 연장되어 상기 메탈라인 제1부와 같은 크기의 나선형으로 감기며 그 끝점이 상기 시작점에서 이격되어 위치하도록 상기 층간 절연층 상에 형성되는 메탈라인 제3부; 를 포함하여 이루어지고,
    상기 제1절곡부와 제2절곡부는 상기 층간 절연층을 사이에 두고 서로 만나지 않고 엇갈리도록 하나는 상기 층간 절연층 상에 형성되고, 나머지 다른 하나는 상기 층간 절연층의 아래에 위치하는 하부 절연층 상에 형성되어 상기 층간절연층에 형성되는 비아홀을 통하여 상기 메탈라인 제1부 내지 제3부와 연결되며,
    상기 내부 1차측은,
    상기 메탈라인 제1부 및 제3부를 둘러싸도록 위에서 내려다 보았을 때 상기 메탈라인 제1부와 제2부 사잇간극 및 상기 메탈라인 제3부와 제2부 사잇간극에 형성되고,
    상기 외곽 1차측은,
    상기 메탈라인 제2부를 둘러싸도록 상기 메탈라인 제2부의 외측에 형성되어,
    상기 내부 1차측과 외곽 1차측이 상기 2차측에 서로 다르게 자기적 결합되며,
    상기 내부 1차측 및 외곽 1차측에 각각 대응되게 복수개의 입력 증폭단이 연결되되, 상기 복수개의 입력 증폭단 중의 어느 하나의 출력이 다른 어느 하나의 입력에 연결되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 복수개의 1차측을 갖는 변압기를 이용한 전력증폭기.
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  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서, 상기 복수개의 입력 증폭단 중의 어느 하나의 출력과 이에 대응하는 내부 또는 외곽 1차측 사이 및, 상기 복수개의 입력 증폭단 중의 어느 하나의 출력과 이를 입력으로 받아들이는 입력 증폭단 사이에 정합회로가 매개로 설치되는 것을 특징으로 하는 복수개의 1차측을 갖는 변압기를 이용한 전력 증폭기.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 복수개의 입력 증폭단 중의 어느 하나의 출력을 입력으로 받아들이는 입력 증폭단이 점멸가능하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 복수개의 1차측을 갖는 변압기를 이용한 전력 증폭기.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 복수개의 입력 증폭단은 그 중의 일부가 선택적으로 점멸될 수 있도록 설치되는 것을 특징으로 하는 복수개의 1차측을 갖는 변압기를 이용한 전력 증폭기.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 복수개의 입력 증폭단을 구동시키도록 상기 복수개의 입력 증폭단에 각각 대응되게 복수개의 구동 증폭단이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 복수개의 1차측을 갖는 변압기를 이용한 전력 증폭기.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 복수개의 구동 증폭단 중의 어느 일부가 선택적으로 점멸되면 이에 대응되는 상기 입력 증폭단이 함께 점멸되도록 상기 구동 증폭단이 설치되는 것을 특징으로 하는 복수개의 1차측을 갖는 변압기를 이용한 전력 증폭기.
  12. 집적 회로 상에 나선형으로 형성된 변압기를 이용한 전력 증폭기에 있어서,
    2차측, 내부 1차측, 외곽 1차측을 포함하여 이루어지되,
    상기 2차측은,
    층간 절연층 상에서 시작점을 출발하여 나선형으로 감기는 메탈라인 제1부; 상기 메탈라인 제1부에서 연장되어 바깥쪽으로 절곡되는 제1절곡부; 상기 제1절곡부에서 연장되어 상기 메탈라인 제1부보다 더 큰 나선형으로 감기도록 상기 층간 절연층 상에 형성되는 메탈라인 제2부; 상기 메탈라인 제2부에서 연장되어 상기 제1절곡부에 교차되도록 안쪽으로 절곡되는 제2절곡부; 상기 제2절곡부에서 연장되어 상기 메탈라인 제1부와 같은 크기의 나선형으로 감기며 그 끝점이 상기 시작점에서 이격되어 위치하도록 상기 층간 절연층 상에 형성되는 메탈라인 제3부; 를 포함하여 이루어지고,
    상기 제1절곡부와 제2절곡부는 상기 층간 절연층을 사이에 두고 서로 만나지 않고 엇갈리도록 하나는 상기 층간 절연층 상에 형성되고, 나머지 다른 하나는 상기 층간 절연층의 아래에 위치하는 하부 절연층 상에 형성되어 상기 층간절연층에 형성되는 비아홀을 통하여 상기 메탈라인 제1부 내지 제3부와 연결되며,
    상기 내부 1차측은,
    상기 메탈라인 제1부 및 제3부를 둘러싸도록 위에서 내려다 보았을 때 상기 메탈라인 제1부와 제2부 사잇간극 및 상기 메탈라인 제3부와 제2부 사잇간극에 형성되고,
    상기 외곽 1차측은,
    상기 메탈라인 제2부를 둘러싸도록 상기 메탈라인 제2부의 외측에 형성되어,
    상기 내부 1차측과 외곽 1차측이 상기 2차측에 서로 다르게 자기적 결합되며,
    상기 내부 1차측 및 외곽 1차측에 각각 대응되게 복수개의 차동 입력 증폭단이 연결되되, 상기 복수개의 차동 입력 증폭단 중의 어느 하나의 출력이 다른 어느 하나의 입력에 연결되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 복수개의 1차측을 갖는 변압기를 이용한 전력 증폭기.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 복수개의 차동 입력 증폭단 중의 어느 하나의 출력과 이에 대응하는 내부 또는 외곽 1차측 사이 및, 상기 복수개의 차동 입력 증폭단 중의 어느 하나의 출력과 이를 입력으로 받아들이는 입력 증폭단 사이에 정합회로가 매개로 설치되는 것을 특징으로 하는 복수개의 1차측을 갖는 변압기를 이용한 전력 증폭기.
  14. 제 12항에 있어서, 상기 복수개의 차동 입력 증폭단 중의 어느 하나의 출력을 입력으로 받아들이는 차동 입력 증폭단이 점멸가능하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 복수개의 1차측을 갖는 변압기를 이용한 전력 증폭기.
  15. 제 12항에 있어서, 상기 복수개의 차동 입력 증폭단은 그 중의 일부가 선택적으로 점멸될 수 있도록 설치되는 것을 특징으로 하는 복수개의 1차측을 갖는 변압기를 이용한 전력 증폭기.
  16. 제 12항에 있어서, 상기 복수개의 차동 입력 증폭단을 구동시키도록 상기 복수개의 차동 입력 증폭단에 각각 대응되게 복수개의 차동 구동 증폭단이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 복수개의 1차측을 갖는 변압기를 이용한 전력 증폭기.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 복수개의 차동 구동 증폭단 중의 어느 일부가 선택적으로 점멸되면 이에 대응되는 상기 차동 입력 증폭단이 함께 점멸되도록 상기 차동 구동 증폭단이 설치되는 것을 특징으로 하는 복수개의 1차측을 갖는 변압기를 이용한 전력 증폭기.
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