KR100880448B1 - 저소비전력 혼합모드 전력증폭장치 - Google Patents

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강태영
최병건
최윤호
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김영호
박경환
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엄낙웅
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Abstract

본 발명의 저소비전력 혼합모드 전력증폭장치는, 최대 사용 빈도를 갖는 저출력 모드에서 높은 효율의 전력 증폭 결과를 발생하는 저출력 증폭회로, 최대 전력 소모 영역의 고출력 모드에서 높은 선형성을 갖는 증폭 결과를 발생하는 고출력 증폭회로, 그리고 입력 신호의 전력 레벨에 따라, 상기 저출력 증폭회로 및 상기 고출력 증폭회로를 선택적으로 활성화시키는 증폭기 제어부를 포함하며, 상기 고출력 증폭회로와 상기 저출력 증폭 회로는 소정의 이득 차이를 가진다.
Figure R1020070080480
전력증폭장치, 이동통신 단말기, 임피던스 정합부, 저소비전력

Description

저소비전력 혼합모드 전력증폭장치{LOW POWER CONSUMPTIVE MIXED MODE POWER AMPLIFIER}
본 발명은 무선 통신 단말기 및 시스템 내에 장착되는 전력증폭장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 적어도 둘 이상의 동작 모드가 혼합된 혼합모드 전력증폭장치에 관한 것이다.
본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT신성장동력핵심기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호 : 2005-S-017-03, 과제명 : 초저전력 RF/HW/SW 통합 SoC].
최근 정보통신기술의 발전에 따라 초고속 인터넷, 무선 인터넷, 휴대 인터넷, 지상파 DMB(Digital Multimedia Broadcasting), 위성 DMB 등 다양한 형태의 통신 인프라를 바탕으로 동영상, 이미지, 음악 콘텐츠, e-Book 등 다양한 콘텐츠의 이용이 활발하게 이루어지고 있다. 현재의 기술 발전 추세를 감안하면 미래의 휴대 단말은 종래의 음성 위주의 서비스에서 탈피하여 음성, 인터넷, 동영상 및 전자서명/계측/제어 등과 같은 다양한 서비스를 제공할 수 있어야 할 것이다. 이를 구현하기 위해서는 복합적인 기능의 수행과 높은 전송속도가 요구되고, 이에 수반하여 전력소모가 가장 핵심적임 문제로 대두 되고 있다.
신호 송신의 핵심 부품인 전력증폭장치는 휴대용 이동통신 단말기에서 전력 소모가 가장 많은 부품이다. 이동통신 단말기 및 휴대폰에 사용되는 전력증폭장치를 저전력화함으로써, 저소비 전력 시스템의 다기능화와 복합기능의 구현이 가능해질 것이다. 그 결과, 새로운 이동통신 서비스 산업이 활성화되고, 개인은 단말기 하나로 여러 가지 생활편의 기능을 서비스받을 수 있게 될 것이다. 그뿐만 아니라 단말기로 장시간 동안 멀티미디어 통신이 가능하기 때문에, 시공을 초월한 정보 교류 사회를 선도적으로 구현해 나갈 수 있을 것이다. 따라서, 경제적인 측면에서 휴대 단말기의 세계적인 제품 경쟁력 우위를 지속적으로 유지하고, 다양한 부가 서비스의 창출을 위해서는, 저소비 전력 부품의 구현이 필수적으로 요구된다.
도 1은 종래의 혼합모드 전력증폭장치를 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.
도 1을 참조하면, 전력증폭장치는 RF(Radio Frequency) 입력신호를 증폭하는 고출력 증폭소자(10), 고출력 증폭소자(10)의 소모 전류(I1, I2)를 결정하는 모드스위치(20), 고출력 증폭소자(10)의 입력 임피던스 정합을 수행하기 위한 입력 임피던스 정합회로(30), 그리고 고출력 증폭소자(10)의 출력 임피던스 정합을 수행하기 위한 출력 임피던스 정합회로(40)를 포함한다. 도 1에 도시된 전력증폭장치는 저출력 모드와 고출력 모드를 스위칭할 수 있는 혼합모드 전력증폭장치로서, 이와 같은 구성을 갖는 전력증폭장치의 예는 2000년 5월 30일, Ballantyne에 의해 취득된 미 국 특허 6,069,526호, "PARTIAL OR COMPLETE AMPLIFIER BYPASS" 등에 게재되어 있다.
현재, 고출력 증폭소자(10)는 주로 이종접합 쌍극자 트랜지스터(Heterojunction Bipolar Transistor; HBT) 어레이를 사용하고 있으며, 바이폴라 트랜지스터(BJT), 전계효과 트랜지스터(FET), 상보(相補)형 금속 산화막 반도체(CMOS) 등의 트랜지스터 어레이로 구성될 수 있다. 일반적으로, 종래의 전력증폭장치는 직류(DC) 소모 전력에 비해 RF 출력 전력이 작을 경우, 전력 효율이 매우 낮은 문제점이 있다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 도 1과 같이 출력 전력의 강도에 따라 고출력 모드와 저출력 모드로 각각 동작하는 혼합모드 전력증폭장치가 제안되어 오고 있다.
혼합모드 전력증폭장치의 고출력 모드와 저출력 모드에서의 소비 전류(I1, I2)는 모드스위치(20)에 의해 결정된다. 저출력 모드에서의 소비 전류(I2)는, 고출력 모드에서의 소비 전류(I1) 보다 작은 값을 가진다. 일반적으로, 전력증폭장치의 공급 전압은 배터리 공급전압(예컨대, 휴대폰의 경우 약 3.4V～4.2V 정도)으로 결정된다. 따라서, 공급 직류(DC) 전류의 양에 의해 전력증폭장치의 소모 전력이 결정된다.
고출력 증폭소자(10)에 RF 입력을 증가시키면, 고출력 증폭소자(10)에서 출력되는 RF 전력이 커지면서 소모되는 직류(DC) 전류도 함께 증가하게 된다. 이때, 약 1W 정도의 고출력 모드에서는 최대 출력 전력을 발생시키기 위한 전압 스윙 폭 이 배터리 공급 전압 레벨로 결정된다. 고출력 모드에서는 전류 스윙 폭을 조절하는데 약 2～5옴(Ohm)의 부하 임피던스가 사용된다. 이에 비해 약 16dBm 정도의 저출력 모드에서는 출력 전력이 낮기 때문에 전류 소모를 많이 늘리지 않는 대신 약 15옴(Ohm) 이상의 부하 임피던스를 이용하여 RF 전압 스윙 크기가 배터리 공급 전압 폭에 근접하도록 함으로써 전력 효율을 높인다.
만일 전력증폭장치의 고출력 모드와 저출력 모드 사이의 출력 임피던스가 똑같이 공유될 경우, 우선적으로 휴대폰의 최대 출력 사양을 맞추어야 하기 때문에 부하 임피던스는 고출력 모드에 맞게 설계되어야만 한다. 따라서, 모드 스위칭을 통해 전력증폭장치의 고출력 모드와 저출력 모드의 동작점의 소모 전류(I1, I2)가 바뀐다 하더라도, 부하 임피던스의 제한 때문에 약 16dBm 이하의 저출력 모드에서의 효율은 현재 약 10％ 이상이 되기 어려운 문제점이 있다. 이 경우, 두 모드에서의 소모 전류(I1, I2)를 점점 더 줄이게 되면 효율은 향상되지만, 반면에 고출력 모드에서의 신호 동작에 비선형 성분이 많이 발생되는 문제점이 있다. 이는 전력증폭장치의 선형성을 악화시키게 된다. 그러므로, 단순히 소모 전류(I1, I2)만 바꾸는 것 만으로는(즉, 단순한 모드 스위칭 동작 만으로는), 고출력 모드 및 저출력 모드에서 높은 선형성을 유지하면서 높은 효율을 갖는 전력증폭장치를 구현하는 데 한계가 있다.
도 2는 코드 분할 다중 접속(code division multiple access ; CDMA) 이동통신 단말기 및 휴대폰의 출력에 따른 사용 빈도 함수(probability density functions) 그래프이다. 도 2에 도시된 그래프는, D. A. Teeter, E. T. Spears, H. Bui, H. Jiang, 및 D. Widay에 의해 2006년 6월에 IEEE Radio Freq. Integr. Circuits(RFIC) Symp. Dig., pp.429-432에 실린 논문 " Average current reduction in(W)CDMA power amplifiers"에 게재되어 있다. 도 2의 그래프에는 도시 및 교외에서의 이동통신 단말기 및 휴대폰의 출력에 따른 사용 빈도가 표시되어 있다.
도 2를 참조하면, 이동통신 단말기 및 휴대폰의 실제 사용율은 출력 전력이 16dBm 이하의 영역(즉, 저출력 모드 영역)에 집중되어 있음을 알 수 있다. 그러나, 전압증폭회로의 최대 효율을 위한 부하 임피던스는 휴대폰의 최대 출력 사양에 맞추어 고출력 모드에 맞게 설계되기 때문에, 실제 사용율이 가장 높은 저출력 모드에서의 전력 부가 효율은 오히려 떨어지는 문제가 있다.
최근에는 이동통신 단말기 및 휴대폰과 같은 시스템의 전력증폭장치의 효율 향상을 설명하기 위해, 평균 전력 사용 효율(The average power usage efficiency : APUE)의 개념이 사용되고 있다. 평균 전력 사용 효율은 [수학식 1] 및 [수학식 2]와 같이, 공급된 DC 파워와 평균 출력 파워의 비로써 정의된다.
Figure 112007058075152-pat00001
Figure 112007058075152-pat00002
여기서,
Figure 112007058075152-pat00003
및
Figure 112007058075152-pat00004
는 전력 증폭장치의 pdf 에 따른 평균 RF 출력 전력(average RF output power) 및 공급 DC 소비 전력(supplied DC power consumption)을 나타내며, Pdf는 도 2에 나타나 있는 바와 같이 출력에 따른 확률 함수값을 나타낸다.
일반적으로, CDMA 전력증폭장치에서 최대 출력 전력이 가장 중요한 특성을 나타낸다. 그러나, 도 2에 도시된 바와 같이 도시 지역에서 대부분의 증폭장치는 0dBm 근처의 낮은 출력 전력(즉, 저출력 모드 영역)에서 동작한다. 28dBm의 출력 전력의 확률은 약 0.2%인 반면, 0dBm 근처의 낮은 출력 레벨에서는 3% 이상이다. 여기에서 확률분포 함수는 가우시안 분포 곡선(Gaussian distribution curve)과 비슷한 형태를 갖는다. 16dBm까지 pdf 함수에 의해 계산된 integral 값은 약 94%이다. 따라서, 단말기의 배터리 사용 시간을 늘리기 위해서는 통계적으로 사용빈도가 높은 영역에서 전력증폭장치에서 전력부의 효율을 증가시켜야 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 높은 전력 사용 효율을 제공하면서도 소비전력을 줄일 수 있는 혼합모드 전력 증폭장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 최대 사용빈도 영역에서의 효율을 극대화함으로써 배터리의 사용시간을 연장할 수 있는 혼합모드 전력증폭장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 고출력 증폭부와 저출력 증폭부의 이득 차이를 자유로이 조정함으로써 시스템의 전력 레벨 조절을 용이하게 수행할 수 있는 혼합모드 전력증폭장치를 제공하는 데 있다.
상기의 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 전력증폭장치는, 최대 사용 빈도를 갖는 저출력 모드에서 높은 효율의 전력 증폭 결과를 발생하는 저출력 증폭회로; 최대 전력 소모 영역의 고출력 모드에서 높은 선형성을 갖는 증폭 결과를 발생하는 고출력 증폭회로; 그리고 입력 신호의 전력 레벨에 따라, 상기 저출력 증폭회로 및 상기 고출력 증폭회로를 선택적으로 활성화시키는 증폭기 제어부를 포함하며, 상기 고출력 증폭회로와 상기 저출력 증폭 회로는 소정의 이득 차이를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기의 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 전력증폭장치는, 최대 사용 빈도를 갖는 저출력 모드에서 높은 효율의 전력 증폭 결과를 발생하는 저출력 증폭부; 최대 전력 소모 영역의 고출력 모드에서 높은 선형성을 갖는 증폭 결과를 발생하는 고출력 증폭부; 소정의 이득 차이를 가지는 복수 개의 증폭소자들을 통해 입력 신호를 증폭하고, 상기 증폭 결과를 상기 저출력 증폭부 및 상기 고출력 증폭부로 제공하는 이득조절부; 그리고 상기 입력 신호의 전력 레벨에 따라, 상기 저출력 증폭부 및 상기 고출력 증폭부를 선택적으로 활성화시키는 증폭기 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기의 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 전력증폭장치는, 입력 신호를 임피던스 정합하는 입력 임피던스 정합부; 상기 입력 임피던스 정합 결과를 증폭하는 제 1 증폭부; 상기 제 1 증폭부의 증폭 결과를 임피던스 정합하는 제 1 중간단 임피던스 정합부; 저출력 모드에서 상기 제 1 중간단 임피던스 정합 결과를 증폭하는 저출력 증폭부; 고출력 모드에서 상기 제 1 중간단 임피던스 정합 결과를 증폭하는 제 2 증폭부; 상기 고출력 모드에서 상기 제 2 증폭부의 증폭 결과를 임피던스 정합하는 제 2 중간단 임피던스 정합부; 상기 고출력 모드에서 상기 제 2 중간단 임피던스 정합 결과를 증폭하는 고출력 증폭부; 상기 입력 신호의 전력 레벨에 응답해서, 상기 저출력 증폭부, 상기 제 2 증폭부, 및 상기 고출력 증폭부의 증폭 동작을 제어하는 증폭기 제어부; 그리고 상기 저출력 증폭부 또는 상기 고출력 증폭부의 증폭 결과를 임피던스 정합하는 출력 임피던스 정합부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기의 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 전력증폭장치는, 입력 신호를 임피던스 정합하는 입력 임피던스 정합부; 상기 입력 임피던스 정합 결과를 증폭하는 제 1 증폭부; 상기 제 1 증폭부의 증폭 결과를 임피던스 정합하는 제 1 중간단 임피던스 정합부; 각각이 다른 고효율 동작 영역을 가지는 복수 개의 비선형 증폭소자들로 구성되어, 저출력 모드에서 상기 제 1 중간단 임피던스 정합 결과를 증폭하는 저출력 증폭부; 고출력 모드에서 상기 제 1 중간단 임피던스 정합 결과를 증 폭하는 제 2 증폭부; 상기 고출력 모드에서 상기 제 2 증폭부의 증폭 결과를 임피던스 정합하는 제 2 중간단 임피던스 정합부; 상기 고출력 모드에서 상기 제 2 중간단 임피던스 정합 결과를 증폭하는 고출력 증폭부; 상기 입력 신호의 전력 레벨에 응답해서, 상기 저출력 증폭부, 상기 제 2 증폭부, 및 상기 고출력 증폭부의 증폭 동작을 제어하는 증폭기 제어부; 그리고 상기 저출력 증폭부 또는 상기 고출력 증폭부의 증폭 결과를 임피던스 정합하는 출력 임피던스 정합부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기의 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 전력증폭장치는, 입력 신호를 임피던스 정합하는 입력 임피던스 정합부; 복수 개의 증폭 소자들이 직렬로 연결되어 상기 입력 임피던스 정합 결과를 순차적으로 증폭하는 제 1 증폭부; 각각이 상기 직렬로 연결된 증폭 소자들 사이에 연결되어, 상기 각각의 증폭 소자의 출력을 임피던스 정합하는 복수 개의 제 1 중간단 임피던스 정합부들; 저출력 모드에서 상기 제 1 중간단 임피던스 정합부들 중 적어도 하나의 임피던스 정합 결과를 증폭하는 저출력 증폭부; 고출력 모드에서 상기 복수 개의 제 1 중간단 임피던스 정합부들 중 마지막 제 1 임피던스 정합부의 임피던스 정합 결과를 증폭하는 제 2 증폭부; 상기 고출력 모드에서 상기 제 2 증폭부의 증폭 결과를 임피던스 정합하는 제 2 중간단 임피던스 정합부; 상기 고출력 모드에서 상기 제 2 중간단 임피던스 정합 결과를 증폭하는 고출력 증폭부; 상기 입력 신호의 전력 레벨에 응답해서, 상기 저출력 증폭부, 상기 제 2 증폭부, 및 상기 고출력 증폭부의 증폭 동작을 제어하는 증폭기 제어부; 그리고 상기 저출력 증폭부 또는 상기 고출력 증폭부의 증폭 결과 를 임피던스 정합하는 출력 임피던스 정합부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 저소비전력 혼합모드 전력증폭장치에 따르면, 저출력 모드에서는 비선형 증폭부를 통해 높은 효율을 제공하고, 고출력 모드에서는 고선형 증폭부를 통해 선형성을 만족시키면서 원하는 출력을 얻을 수 있게 된다. 그 결과, 높은 전력 사용 효율을 제공하면서도 소비전력을 줄일 수 있게 된다.
본 발명의 저소비전력 혼합모드 전력증폭장치에 따르면, 최대 사용빈도 영역에 해당되는 저출력 모드에서 전력 효율이 증대되어, 전력 증폭회로의 전력 효율을 효과적으로 증대시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 저소비전력 혼합모드 전력증폭장치에 따르면 병렬로 연결된 복수 개의 비선형 증폭장치들을 이용하여 저출력 증폭부를 구성함으로써, 최대 효율을 낼 수 있는 최적화 지점이 다수 확보된다. 그 결과, 전력증폭장치의 효율이 극대화되고 이동통신 단말기 및 휴대폰의 배터리 사용시간이 연장된다.
그리고, 본 발명의 저소비전력 혼합모드 전력증폭장치에 따르면, 고출력 증폭부와 저출력 증폭부의 이득 차이를 자유롭게 조절할 수 있게 되어, 시스템의 전력 레벨을 용이하게 조절할 수 있게 된다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으 며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
본 발명의 저소비전력 혼합모드 전력증폭장치는, 저출력 모드에서는 비선형 증폭부를 통해 높은 전력 효율을 제공하고, 고출력 모드에서는 고선형 증폭부를 통해 선형성을 만족시키면서 원하는 출력을 제공한다. 고출력 증폭부와 저출력 증폭부는 이득에 차이가 나도록 구성된다. 상기 이득의 차이는 자유롭게 조절 가능하며, 그로 인해 시스템의 전력 레벨이 용이하게 조절된다. 저출력 증폭부는 병렬로 연결된 복수 개의 비선형 증폭장치들로 구성될 수 있다. 그 결과, 최대 효율을 낼 수 있는 최적화 지점을 다수 확보할 수 있게 되어, 전력증폭장치의 효율이 극대화되고 이동통신 단말기 및 휴대폰의 배터리 사용시간이 연장된다. 본 발명의 저소비전력 혼합모드 전력증폭장치의 상세 구성은 다음과 같다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 전력증폭장치(1000)를 설명하기 위한 전체 블록도이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 혼합모드 전력증폭장치(1000)는 입력 임피던스 정합부(100), 제 1 증폭부(200), 제 1 중간단 임피던스 정합부(300), 제 2 증폭부(400), 제 2 중간단 임피던스 정합부(500), 고출력 증폭부(600), 저출력 증폭부(700), 출력 임피던스 정합부(800), 바이어스 회로(900) 및 증폭장치 제어부(950)를 포함한다. 혼합모드 전력증폭장치(1000)를 구성하는 기능 블록들(100-950)은, 각각의 기능 블록(100-950)이 수행하는 기능에 따라서 도 3a 및 도 3b와 같이 저출력 증폭회로(1100), 고출력 증폭회로(1200), 및 이득조절부(1300) 등을 구성할 수 있다. 그러나, 도 3a 및 도 3b에 도시된 전력증폭장치(1000)는 각 블록(100-950)의 기능에 따라 기능적으로 구획된 결과(1100-1300)에만 차이가 있을 뿐, 기능블록들(100-950) 각각의 구성 자체는 실질적으로 동일하다. 따라서, 동일 블록에 대해서는 동일한 참조 번호가 부가되었다.
먼저 도 3a를 참조하면, 본 발명의 혼합모드 전력증폭장치(1000)는, 저출력 증폭회로(1100), 고출력 증폭회로(1200), 증폭기 제어부(950), 그리고 바이어스 회로(900)로 구성될 수 있다. 저출력 증폭회로(1100)는 입력 임피던스 정합부(100), 제 1 증폭부(200), 제 1 중간단 임피던스 정합부(300), 및 저출력 증폭부(700)로 구성된다. 저출력 증폭회로(1100)는 최대 사용 빈도를 갖는 저출력 모드에서 높은 효율의 전력 증폭 결과를 발생한다. 고출력 증폭회로(1200)는 제 2 증폭부(400), 제 2 중간단 임피던스 정합부(500), 및 고출력 증폭부(600)로 구성된다. 고출력 증폭회로(1200)는 최대 전력 소모 영역의 고출력 모드에서 높은 선형성을 갖는 증폭 결과를 발생한다. 제 1 증폭부(200) 및 제 2 증폭부(400)에는 바이어스 회로(900)가 연결되어, 구동전압을 공급한다. 증폭기 제어부(950)는 입력 신호의 전력 레벨에 따라 저출력 증폭회로(1100) 및 상기 고출력 증폭회로(1200)를 선택적으로 활성화시킨다. 본 발명의 혼합모드 전력증폭장치(1000)는 고출력 증폭회로(1200)와 저출력 증폭 회로(1100)가 소정의 이득 차이를 가지도록 구성된다.
계속해서 도 3b를 참조하면, 본 발명의 혼합모드 전력증폭장치(1000)는, 저출력 증폭부(700), 고출력 증폭부(600), 이득조절부(1300), 증폭기 제어부(950), 그리고 바이어스 회로(900)로 구성될 수 있다. 이득조절부(1300)는 입력 임피던스 정합부(100), 제 1 증폭부(200), 제 1 중간단 임피던스 정합부(300), 제 2 증폭부(400), 및 제 2 중간단 임피던스 정합부(500)로 구성될 수 있다. 이득조절부(1300)는 소정의 이득 차이를 가지는 복수 개의 증폭소자들을 통해 입력 신호를 증폭하고, 상기 증폭 결과를 저출력 증폭부(700) 및 고출력 증폭부(600)로 제공한다. 이득조절부(1300)는 제 1 증폭부(200) 및 제 2 증폭부(400)를 통해 시스템에서 요구하는 이득에 부합되도록 입력 신호를 증폭하는 기능을 수행한다. 제 1 증폭부(200) 및 제 2 증폭부(400)에는 바이어스 회로(900)가 연결되어, 구동전압을 공급한다. 증폭기 제어부(950)는 입력 신호의 전력 레벨에 따라 저출력 증폭부(700) 및 고출력 증폭부(600)를 선택적으로 활성화시키는 기능을 수행한다. 저출력 증폭부(700)는 증폭기 제어부(950)의 제어에 응답해서 최대 사용 빈도를 갖는 저출력 모드에서 높은 효율의 전력 증폭 결과를 발생한다. 고출력 증폭부(600)는 증폭기 제어부(950)의 제어에 응답해서 최대 전력 소모 영역의 고출력 모드에서 높은 선형성을 갖는 증폭 결과를 발생한다.
도 3a 및 도 3b를 참조하여, 본 발명의 혼합모드 전력증폭장치(1000)를 구성하는 각각의 기능 블록들(100-950)의 구성을 살펴보면 다음과 같다.
바이어스회로(900)는 입력 임피던스 정합부(100) 및 제 1 중간단 임피던스 정합부(300)의 경로상 한 지점에 연결되어, 제 1 증폭부(200) 및 제 2 증폭부(400)로 구동전압을 공급하는 기능을 수행한다. 입력 임피던스 정합부(100)는 외부로부터 입력되는 RF(Radio Frequency) 신호를 임피던스 정합하여 출력한다. 제 1 증폭 부(200)는 입력 임피던스 정합부(100)로부터 출력되는 신호를 제공받아 이를 증폭시킨다. 제 1 중간단 임피던스 정합부(300)는 제 1 증폭부(200)로부터 증폭된 고주파 신호를 제공받아 이를 적절하게 임피던스 정합하여 출력한다. 제 1 중간단 임피던스 정합부(300)의 임피더스 정합 결과는 제 2 증폭부(400)와 저출력 증폭부(700)로 제공된다. 여기서, 제 1 증폭부(200) 및 저출력 증폭부(700)은 바이폴라 트랜지스터로 구현될 수 있다. 그러나, 제 1 증폭부(200) 및 저출력 증폭부(700)가 이종접합 쌍극자 트랜지스터(HBT) 어레이, 바이폴라 트랜지스터(BJT), 전계효과 트랜지스터(FET), 상보(相補)형 금속 산화막 반도체(CMOS) 등의 트랜지스터 어레이 중 어느 하나(또는 조합)로 구성될 수 있음은 이 분야의 통상의 지식을 가진 이들에 있어 자명하다.
제 2 증폭부(400)는 제 1 중간단 임피던스 정합부(300)로부터 출력되는 신호를 제공받아 이를 증폭시킨다. 제 2 증폭부(400)는 증폭장치 제어부(950)의 제어에 따라 최대 전력소모 영역의 고출력 모드(예를 들면, 출력 전력이 16dBm 이상인 영역)에서 동작한다. 제 1 증폭부(200) 및 제 2 증폭부(400)로 분할된 증폭부의 구성은, 시스템에서 요구하는 이득을 제공하는 이득조절부로서의 역할을 수행한다. 특히 고주파 영역에서 동작하는 증폭장치를 구현할 경우, 소자 자체의 이득이 작기 때문에 본 발명에서는 시스템에서 요구하는 사양을 만족할 수 있도록 복수 개의 증폭부를 직렬로 연결하여 이득을 높여 준다. 또한, 본 발명에서 사용되는 증폭부의 개수는, 시스템에서 요구되는 전체 신호 증폭도에 따라 조절 가능하다. 예를 들면, 증폭도가 낮게 요구되는 경우에는 제 1 증폭부(200) 및 제 1 중간단 임피던스 정합 부(300)를 생략할 수 있으며, 보다 높은 전체 신호 증폭도가 요구되는 경우에는 도 9 내지 도 13에 도시된 바와 같이 제 1 증폭부(또는 제 2 증폭부)를 복수개의 증폭 소자로 구성된 다단 증폭장치로 구현할 수도 있다.
아래에서 상세히 설명되겠지만, 제 2 증폭부(400) 및 고출력 증폭부(600)는 고출력 모드에서 동작하고, 저출력 모드(예를 들면, 출력 전력이 16dBm 이하인 영역)에서는 동작하지 않는다. 따라서, 제 2 증폭부(400)와 고출력 증폭부(600) 사이에 연결된 제 2 중간단 임피던스 정합부(500)는, 실질적으로 제 2 증폭부(400) 및 고출력 증폭부(600)가 동작하는 고출력 모드에서 동작하게 된다. 그리고, 제 2 중간단 임피던스 정합부(500)는, 제 2 증폭부(400) 및 고출력 증폭부(600)가 동작하지 않는 저출력 모드에서는 동작하지 않게 된다. 고출력 모드 동작시, 제 2 중간단 임피던스 정합부(500)는 제 2 증폭장치(400)로부터 증폭된 고주파 신호를 제공받아 이를 적절하게 임피던스 정합하여 출력한다. 제 2 중간단 임피던스 정합부(500)의 임피더스 정합 결과는 고출력 증폭부(600)로 제공된다. 본 발명에서는 출력 전력이 16dBm 이상인 영역이 고출력 모드로서, 출력 전력이 16dBm 이하인 영역이 저출력 모드로서 각각 설명될 것이다. 그러나, 본 발명에서 설명되는 고출력 모드 영역와 저출력 모드 영역의 경계 지점(예를 들면, 출력 전력이 16dBm인 지점)은 본 발명이 적용되는 일 예에 불과하며, 상기 경계지점은 다양한 형태로 변경 및 변형 가능하다.
고출력 증폭부(600)는 선형성이 높은 고선형 증폭장치로 구성된다. 예를 들면, 고출력 증폭부(600)는 클래스 A급, 또는 클래스 AB급의 고선형 증폭장치로 구 성될 수 있다. 고출력 증폭부(600)는 증폭장치 제어부(950)의 제어에 따라 최대 전력소모 영역의 고출력 모드에서 동작하며, 제 2 중간단 임피던스 정합부(500)로부터 출력된 신호를 제공받아 이를 증폭시키는 기능을 수행한다. 고출력 증폭부(600)의 면적은 제 1 증폭부(200) 및 저출력 증폭부(700)의 면적보다 크게 구현됨이 바람직하다. 여기서, 최대 전력 소모 영역은 전력증폭장치에서 최대 출력을 얻는 영역을 의미하며, 단말기에서 선형성이 유지되는 한 최대 출력을 얻을 수 있는 구간을 의미한다. 이 경우, 부하 전류는 높은 값(또는 최대 값)을 가지게 된다.
저출력 증폭부(700)는 전력 효율이 높은 비선형 증폭장치로 구성되며, 증폭장치 제어부(950)의 제어에 따라 최대 사용빈도 영역의 저출력 모드(예를 들면, 출력 전력이 16dBm 이하인 영역)에서 동작한다. 직렬로 연결된 제 2 증폭부(400), 제 2 중간단 임피던스 정합부(500) 및 고출력 증폭부(600)의 전압 경로는, 저출력 증폭부(700)와 병렬로 연결된다. 저출력 증폭부(700)는 제 1 중간단 임피던스 정합부(300)로부터 출력된 신호를 제공받아 이를 증폭시키는 기능을 수행한다. 고출력 모드 및 저출력 모드에서의 전력증폭장치(1000)의 이득은 제 2 증폭부(400)의 이득만큼 차이를 갖게 된다. 저출력 증폭부(700)는 높은 전압 효율 특성을 갖는 클래스(class) E급의 비선형 증폭장치로 구성된다. 일반적으로, 전력 증폭장치의 사용 클래스를 살펴보면, 선형 동작을 수행하는 클래스 A, 클래스 AB, 클래스 B 보다 비선형 동작을 수행하는 클래스 D, 클래스 E, 클래스 F가 높은 효율 특성을 보인다. 비선형 전력 증폭장치는 입력 전력이 높은 상태에서 트랜지스터의 비선형성을 이용한다. 비선형 전력 증폭장치의 출력 전력은 입력 전력을 변조(modulation)하는 방 식이 아니라, 바이어스 전압(Vcc)을 변조하는 방식으로 조절된다. 그러므로, 트랜지스터의 스위칭 특성을 이용하기 위해서는, 높은 입력 전력이 필요하다.
즉, 본 발명에 따른 저전력소비 혼합모드 전력증폭장치(1000)는 전력증폭부의 전력 단을 하나 이상으로 나누되, 저출력 모드에서는 높은 효율을 위하여 클래스 E급의 비선형 증폭장치로 구성된 저출력 증폭부(700)를 활성화한다. 활성화된 저출력 증폭부(700)의 증폭 결과는 출력 임피던스 정합부(800)를 통해 임피던스 정합된 후, 저출력 모드에서의 전력증폭결과로서 출력된다. 저출력 모드 동작에서 최대 특성을 얻기 위해서는, 출력 임피던스 정합부(800)가 최대한의 부가효율을 얻도록 임피던스 매칭을 수행하도록 제어하는 것이 중요하다.
저출력 모드는 이동통신 단말기 및 휴대폰의 최대 사용 빈도를 갖는 영역에 해당된다. 저출력 증폭부(700)에는 일정한 컬렉터 전압이 공급되며, 트랜지스터가 스위칭 특성을 갖기 위해(즉, quasi_class E 동작) 필요한 입력 전력보다 낮은 입력 전력이 공급된다. 본 발명에서는 저출력 증폭부(700)의 P1dB를 16dBm 이상으로 설계함으로써, 시스템의 선형성 규격에 맞도록 하였다. 여기서, P1dB란 "1dB Gain Compression Point"로, 전력증폭기가 포화전력에 도달하기 전에 실제로 이용 가능한 최대 전력점(즉, 전력 증폭기가 안정적으로 사용가능한 최대 선형 출력 전력)을 의미한다. 따라서, 본 발명의 저출력 증폭부(700)가 클래스(class) E급의 비선형 증폭장치로 구성된다 하더라도, P1dB가 16dBm 이상으로 설계되기 때문에 최대 사용빈도 영역(즉, 도 2의 16dBm 이하의 영역)에 대해 선형성을 보장할 수 있게 된다. 따라서, 저출력 증폭부(700)가 완전한 스위칭 동작을 하는 클래스 E급의 증폭장치 는 아니지만, 일반적인 전력증폭장치보다 높은 효율을 갖게 된다. 이러한 특성 향상에 따라 전력 증폭장치의 전력 효율이 극대화된다.
한편, 본 발명에 따른 저전력소비 혼합모드 전력증폭장치(1000)는, 고출력 모드에서는 고선형 증폭장치로 구성된 고출력 증폭부(600)를 활성화한다. 고출력 증폭부(600)는 높은 선형성을 보장할 수 있도록 클래스 A급 또는 클래스 AB급의 고선형 증폭장치로 구성된다. 활성화된 고출력 증폭부(600)의 증폭 결과는 출력 임피던스 정합부(800)를 통해 임피던스 정합된 후, 고출력 모드에서의 전력증폭결과로서 출력된다. 고출력 모드 동작에서 최대 특성을 얻기 위해서는, 출력 임피던스 정합부(800)가 높은 선형성을 유지할 수 있도록 임피던스 매칭을 수행하도록 제어하는 것이 중요하다. 이와 같은 구성에 따르면, 본 발명의 전력증폭장치(1000)는 고출력 모드에서는 선형성을 만족시키면서, 최대 사용 빈도를 갖는 저출력 모드에서는 전력 효율을 증대시킬 수 있게 된다. 그 결과, 배터리의 사용 시간이 효과적으로 연장될 수 있게 된다.
증폭장치 제어부(950)는 고/저출력 모드에 따라 디지털 신호를 부가함으로써, 제 2 증폭부(400), 고출력 증폭부(600) 및 저출력 증폭부(700)를 제어하는 기능을 수행한다. 이는 통상의 디지털 신호 제어 기술을 적용한다. 예를 들면, 증폭장치 제어부(950)는 외부의 안테나 출력신호에 근거하여 전력 제어 신호를 생성한다. 그리고, 생성된 전력 제어 신호에 응답해서, 고출력 모드 동작 시에는 저출력 증폭부(700)를 오프(OFF)시켜 구동되지 않도록 제어하고, 제 2 증폭부(400)와 고출력 증폭부(600)를 온(ON)시켜 구동되도록 제어한다. 한편, 저출력 모드 동작 시에 는 제 2 증폭부(2400)와 고출력 증폭부(600)를 오프(OFF)시키고, 저출력 증폭부(700)를 온(ON)시켜 구동되도록 제어한다. 이때, 고출력 모드 및 저출력 모드에서의 증폭장치(1000)의 이득은 제 2 증폭부(400)의 이득만큼 차이를 갖게 된다. 고출력 증폭부와 저출력 증폭부의 이득 차이는 자유로이 조정 가능하며, 이로 인해 시스템의 전력 레벨 조절을 용이하게 수행할 수 있게 된다.
도 4는 도 3a 및 도 3b에 도시된 저소비전력 혼합모드 전력증폭장치(1000)의 저출력 모드와 고출력 모드에 따른 이득 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 3a, 도 3b 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 저소비전력 혼합모드 전력증폭장치(1000)는 저출력 모드에서 증폭장치 제어부(950)의 제어에 의해 제 2 증폭부(400)와 고출력 증폭부(600)가 OFF 상태가 된다. 이 경우, 제 1 중간단 임피던스 정합부(300)의 정합 결과는, 제 2 증폭부(400) 및 고출력 증폭부(600)에 의해 증폭되지 않고, 저출력 증폭부(700)로 직접 도달하게 된다. 따라서, 저출력 모드에서는 제 2 증폭부(400)와 고출력 증폭부(600)에 의한 이득 특성이 없게 되어, 고출력 모드에 비해 상대적으로 낮은 이득 특성을 갖게 된다(도 4의 저출력 모드 영역에서의 실선 표시 부분 참조). 이때, 고출력 모드 및 저출력 모드에서의 전력증폭장치(1000)의 이득은 제 2 증폭부(400)의 이득만큼 차이를 갖게 된다. 본 발명에서 고출력 증폭부(600)와 저출력 증폭부(700)의 이득 차이는 자유로이 조정 가능하며, 이로 인해 시스템의 전력 레벨 조절을 용이하게 수행할 수 있게 된다. 또한, 본 발명에 따른 전력증폭장치(1000)의 저출력 모드에서는 제 2 증폭부(400)와 고출력 증폭부(600)에 의한 이득 특성이 없기 때문에, 제 2 증폭부(400) 및 고출력 증폭 부(600)에 의한 DC 전력 소모를 효과적으로 없앨 수 있게 된다. 따라서, 부가 효율 특성이 좋아지게 된다. 부가 효율 특성에 대해서는 도 6을 참조하여 상세히 설명될 것이다.
본 발명의 저소비전력 혼합모드 전력증폭장치(1000)는 고출력 모드에서 증폭장치 제어부(950)의 제어에 의해 저출력 증폭부(700)가 OFF 상태가 된다. 그러므로, 제 1 중간단 임피던스 정합부(300)의 정합 결과는 저출력 증폭부(700)에 의해 증폭되지 않고 제 2 증폭부(400) 및 제 2 중간단 임피던스 정합부(500)를 통해 고출력 증폭부(600)로 도달된다. 이 경우, 출력 모드가 저출력 모드에서 고출력 모드로 전환되면서 높은 이득 특성을 나타내게 된다(도 4의 고출력 모드 영역에서의 실선 표시 부분 참조). 이때 본 발명의 저소비전력 혼합모드 전력증폭장치(1000)의 부가효율 특성은 전반적으로 출력 전력 레벨이 큰 고출력 증폭부(600)에 의해 결정된다.
고출력 모드 및 저출력 모드 동작에서 최대 특성을 얻기 위해서는, 저출력 모드에서 출력 임피던스 정합부(800)가 최대한의 부가효율을 얻도록 임피던스 매칭을 수행하도록 제어하는 것이 중요하다. 또한, 이러한 임피던스 매칭은 고출력 모드 동작시에도 높은 선형성을 유지할 수 있도록 제어하는 것이 중요하다.
도 5는 도 3a 및 도 3b에 도시된 저소비전력 혼합모드 전력증폭장치(1000)의 저출력 모드와 고출력 모드에 따른 소모 전류 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 3a, 도 3b 및 도 5를 참조하면, 저출력 모드에서는 저출력 증폭부(700)에 의한 소모 전류만 있게 되며, 고출력 모드에서는 제 2 증폭부(400) 및 고출력 증폭 부(600)에 의한 전류 소모만 있게 된다. 따라서, 도 5의 실선과 같이 일정 지점 P에서 저출력 모드에서 고출력 모드로 전환하게 될 때, 각 동작 모드에 따라 소모 전류에 차이가 발생하게 된다. 도 5에서 점선으로 표시된 부분은 저출력 모드 동작시 제 2 증폭부 및 고출력 증폭부를 오프시키지 않는, 종래의 전력증폭장치의 소모 전류 특성을 나타낸다. 그리고, 도 5에서 실선으로 표시된 부분은 저출력 모드 동작시 제 2 증폭부(400) 및 고출력 증폭부(600)가 오프되는, 본 발명에 따른 전력증폭장치(1000)의 소모 전류 특성을 나타낸다. 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 전력증폭장치(1000)는 저전력 모드 동작시 제 2 증폭부(400) 및 고출력 증폭부(600)에 의해 전류가 소모되지 않으므로, 소모 전류가 종래에 비해 상대적으로 적게 나타남을 알 수 있다.
도 6은 도 3a 및 도 3b에 도시된 저소비전력 혼합모드 전력증폭장치(1000)의 저출력 모드와 고출력 모드에 따른 부가 효율 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 3a, 도 3b 및 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 저소비전력 혼합모드 전력증폭장치(1000)는, 저출력 모드에서 전력 효율 특성이 좋은 저출력 증폭부(700)를 활성화하고 제 2 증폭부(400) 및 고출력 증폭부(600)를 비활성화함으로써, 제 2 증폭부(400) 및 고출력 증폭부(600)에 의한 DC 소모를 없앤다. 그 결과, 저출력 모드에서 부가효율 특성이 향상된다. 또한, 본 발명에 따른 저소비전력 혼합모드 전력증폭장치(1000)는, 고출력 모드에서는 저출력 증폭부(700)를 비활성화하고, 제 2 증폭부(400) 및 고출력 증폭부(600)를 활성화한다. 이 경우, 고출력 증폭부(600)의 출력이 손실 없이 전달되기 때문에, 높은 부가 효율을 얻게 된다.
일반적으로, 전력증폭장치는 입력되는 직류(DC) 소모 전력에 비해 RF 출력 전력이 작을 경우, 전력 효율이 매우 낮은 특징을 가진다. 이러한 전력증폭장치의 부가효율(Power Added Efficiency ; PAE)은 “PAE(％)=(출력 RF 전력-입력 PF 전력)/입력 직류(DC) 전력 ×100”으로 구해진다. 여기서, 입력과 출력의 RF 전력이 고정되어 있을 경우, 부가효율(PAE)은 입력 직류(DC) 전력이 작을때 커지게 된다. 본 발명에서는 이와 같은 원리를 이용하여 저출력 모드시 저출력 증폭부(700)의 출력 전압을 최소로 유지하여, 전력증폭장치(1000)의 효율을 극대화한다.
도 6에서, 점선으로 표시된 부분은 저출력 증폭부가 선형 전력증폭장치로 구성된(또는 큰 면적의 증폭장치를 사용한 경우), 종래의 전력증폭장치의 부가효율 특성을 나타낸다. 그리고, 실선으로 표시된 부분은 저출력 증폭부(700)가 작은 면적을 차지하는 비선형 전력증폭장치로 구성된 본 발명의 전력증폭장치(1000)의 부가 효율 특성을 나타낸다. 도 6에 도시된 바와 같이, 종래의 전력증폭장치는 일정 지점 P(예컨대, 16dBm) 이하의 영역(즉, 최대 사용빈도를 갖는 영역)에서 출력 파워가 낮은 효율을 나타냄을 알 수 있다. 그러나, 본 발명의 전력증폭장치(1000)는 저출력 증폭부(700)가 작은 면적을 차지하는 비선형 증폭장치로 구성되기 때문에, 실선으로 표시된 바와 같이 사용 빈도가 높은 출력 파워 영역에서 효율이 향상됨을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 전력증폭장치(1000)의 구성에 따르면, 저출력 모드에서의 부가효율이 최대 출력파워 모드(즉, 고출력 모드)에서의 효율과 비슷한 수준까지 극대화될 수 있다.
도 7은 도 3a 및 도 3b에 도시된 저소비전력 혼합모드 전력증폭장치(1000)의 출력 파워에 따른 선형 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
전력증폭기의 선형성을 나타내는 지표로 사용되고 있는 인접채널누설비(Adjacent Channel Leakage Ratio ; ACLR)는, W-CDMA에서 전력증폭기의 선형성을 나타내는 규격으로 이용되고 있다. 도 7에서 일정 지점 P(예를 들면, 16 dBm) 이하에서 점선으로 표시된 부분은, 선형 증폭기를 저출력 증폭부로 사용하는 종래의 전력증폭장치의 인접채널누설비의 그래프이다. 그리고, 실선으로 표시된 부분은, 비선형 증폭기를 저출력 증폭부로 사용하는 본 발명의 전력증폭장치(1000)의 인접채널누설비의 그래프이다.
도 3a, 도 3b 및 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 전력증폭장치(1000)는 고출력 모드에서 큰 면적의 선형 증폭기를 고출력 증폭부(600)로 사용한다. 따라서, 소정의 인접채널누설비(ACLR)의 규격(즉, 전력증폭기의 선형성)을 만족시킨다. 그러나, 저출력 모드에서는 작은 면적의 비선형 증폭기를 저출력 증폭부(700)로 사용한다. 따라서, 저출력 모드에서의 인접채널누설비(ACLR) 값은, 종래의 전력증폭장치의 저출력 모드의 인접채널누설비(ACLR) 값(도 7의 점선 표시 부분)에 비해 다소 올라감을 알 수 있다(도 7의 실선 표시 부분). 하지만, 올라간 인접채널누설비(ACLR)의 값은 임의의 표준 규격 이하(R 지점의 점선 연장선)의 영역 내로 제한되기 때문에, 표준 규격에서 정의된 소정의 범위 내에서 선형성을 유지할 수 있다. 그러므로, 시스템의 규격을 만족하는데에는 큰 문제가 되지 않는다.
도 8 내지 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 저소비전력 혼합모드 전력증폭장치(2000-7000)의 전체 블록도들이다.
먼저 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 저소비전력 혼합모드 전력증폭장치(2000)는 병렬로 연결된 복수 개의 비선형 증폭부들(700a-700m)을 포함한다는 점을 제외하면 도 3a 및 도 3b에 도시된 전력증폭장치(1000)와 실질적으로 동일한 구성을 갖는다. 따라서, 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조번호를 부여하였고, 이들에 대한 중복 설명은 이하 생략하기로 한다.
도 8에서, 복수 개의 저출력 증폭부들(700a-700m)(m은 양의 정수)은 전력 효율이 높은 비선형 증폭장치들로 구성되며, 최대 사용빈도 영역의 저출력 모드(예를 들면, 출력 전력이 16dBm 이하인 영역)에서 동작한다. 각각의 저출력 증폭부(700a-700m)는 입력 신호의 전력 레벨 상에서 각자 다른 고효율 동작 영역을 가지도록 구성될 수 있다. 그리고, 각각의 저출력 증폭부(700a-700m)는 증폭장치 제어부(950)의 제어에 따라 최대 사용빈도 영역의 저출력 모드 내에서 선택적으로 활성화될 수 있다. 예를 들면, 최대 사용빈도 영역의 저출력 모드 내에서 복수 개의 저출력 증폭부들(700a-700m) 중 제 1 저출력 증폭부(700a) 하나만 활성화되거나, 또는 제 1 및 제 2 저출력 증폭부들(700a, 700b)만 활성화될 수 있다. 또는, 최대 사용빈도 영역의 저출력 모드 내에서 제 m 저출력 증폭부(700m)만 활성화될 수도 있다. 이와 같은 복수 개의 저출력 증폭부들(700a-700m)에 대한 선택적인 활성화 동작은, 최대 효율을 낼 수 있는 최적화 지점을 다수 확보할 수 있게 한다. 따라서, 전력증폭장치(2000)의 효율이 극대화되고, 그로 인해 이동통신 단말기 및 휴대폰의 배터리 사용시간을 더욱 효과적으로 연장시킬 수 있게 된다.
도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 저소비전력 혼합모드 전력증폭장치(3000) 는 복수 개의 제 1 증폭부들(200a-200n)(n은 양의 정수) 및 이에 대응되는 복수개의 중간단 임피던스 정합부들(300a-300n)이 직렬로 연결된다는 점을 제외하면, 도 3a 및 도 3b에 도시된 전력증폭장치(1000)와 실질적으로 동일한 구성을 갖는다. 따라서, 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조번호를 부여하였고, 이들에 대한 중복 설명은 이하 생략하기로 한다.
도 9에서, 복수 개의 제 1 증폭부들(200a-200n)과 제 2 증폭부(400)는 바이어스 회로(900)로부터 구동전압을 공급받는다. 각각의 제 1 증폭부들(200a-200n)의 출력단에는 대응되는 중간단 임피던스 정합부(300a-300n)가 각각 연결된다. 입력 임피던스 정합부(100)는 외부로부터 입력되는 RF(Radio Frequency) 신호를 임피던스 정합하여 출력한다. 입력 임피던스 정합부(100)의 임피던스 정합 결과는 복수 개의 제 1 증폭부들(200a-200n)과, 이에 대응되는 복수 개의 중간단 임피던스 정합부들(300a-300n)을 거쳐 증폭 및 임피던스 정합된다. n 번째의 중간단 임피던스 정합부(300n)의 임피던스 정합 결과는 제 2 증폭부(400)와 저출력 증폭부(700)로 제공된다.
본 발명의 전력증폭장치(3000)는 고출력 모드 동작 시에는 저출력 증폭부(700)를 오프(OFF)시켜 구동되지 않도록 제어하고, 제 2 증폭부(400)와 고출력 증폭부(600)를 온(ON)시켜 구동되도록 제어한다. 이때, 제 2 증폭부(400)로는 n 번째의 중간단 임피던스 정합부(300n)의 임피던스 정합 결과가 제공된다. 한편, 본 발명의 전력증폭장치(3000)는 저출력 모드 동작 시에는 제 2 증폭부(2400)와 고출력 증폭부(600)를 오프(OFF)시키고, 저출력 증폭부(700)를 온(ON)시켜 구동되도록 제어한다. 이때, 저출력 증폭부(700)로는 n 번째의 중간단 임피던스 정합부(300n)의 임피던스 정합 결과가 제공된다. 이와 같은 구성에 따르면, 고출력 모드 및 저출력 모드에서의 증폭장치(3000)의 이득은 제 2 증폭부(400)의 이득만큼 차이를 갖게 된다.
한편, 도 9에 도시된 바와 같이 복수 개의 제 1 증폭부들(200a-200n)로 분할된 증폭부의 구성은, 시스템에서 요구하는 이득을 제공하는 역할을 수행한다. 특히 고주파 영역에서 동작하는 증폭장치를 구현할 경우, 소자 자체의 이득이 작은 한계가 있다. 그러나, 본 발명과 같이 복수 개의 제 1 증폭부들(200a-200n)을 통해 단계적으로 이득을 조절하게 되면, 작은 이득을 가지고도 시스템에서 요구하는 이득을 충분히 만족시킬 수 있게 된다.
계속해서 도 10 참조하면, 본 발명에 따른 저소비전력 혼합모드 전력증폭장치(4000)는 저출력 증폭부(700)의 입력 신호 경로를 제외하면, 도 9에 도시된 전력증폭장치(3000)와 실질적으로 동일한 구성을 갖는다. 따라서, 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조번호를 부여하였고, 이들에 대한 중복 설명은 이하 생략하기로 한다.
도 10에서, 저출력 모드의 동작시 제 2 증폭부(400)와 고출력 증폭부(600)는 증폭기 제어부(950)의 제어에 의해 오프(OFF)되고, 입력 임피던스 정합 결과는 첫번째 제 1 증폭부(200a)와 첫번째 중간단 임피던스 정합부(300a)를 거쳐 저출력 증폭부(700)로 제공된다. 이와 달리, 고출력 모드의 동작시 저출력 증폭부(700)는 증폭기 제어부(950)의 제어에 의해 오프(OFF)되고, 입력 임피던스 정합 결과는 복수 개의 제 1 증폭부들(200a-200n)과, 이에 대응되는 복수 개의 중간단 임피던스 정합부들(300a-300n)을 거쳐 증폭 및 임피던스 정합된다. n 번째의 중간단 임피던스 정합부(300n)의 임피던스 정합 결과는 제 2 증폭부(400)를 거쳐 제 n+1 중간단 임피던스 정합부(500)와 고출력 증폭부(600)로 제공된다. 이와 같은 구성에 따르면, 고출력 모드 및 저출력 모드에서의 증폭장치(4000)의 이득은 n-1개의 제 1 증폭부들(200b-200n)과 제 2 증폭부(400)의 이득만큼 차이를 갖게 된다. 여기서, 고출력 모드 및 저출력 모드에서의 증폭장치(4000)의 이득은, 저출력 증폭부(700)의 입력 신호 경로를 변경함에 의해서 다양한 형태로 변경 가능하다. 저출력 증폭부(700)의 입력 신호 경로의 변경은, 복수 개의 제 1 증폭부들(200a-200n)과 저출력 증폭부(700)의 연결 관계를 변경함에 의해서 달성될 수 있다.
도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 저소비전력 혼합모드 전력증폭장치(5000)는 병렬로 연결된 복수 개의 비선형 증폭부들(700a-700m)을 포함한다는 점을 제외하면 도 9에 도시된 전력증폭장치(3000)와 실질적으로 동일한 구성을 갖는다. 따라서, 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조번호를 부여하였고, 이들에 대한 중복 설명은 이하 생략하기로 한다.
도 11에서, 복수 개의 저출력 증폭부들(700a-700m)(m은 양의 정수)은 전력 효율이 높은 비선형 증폭장치들로 구성되며, 증폭장치 제어부(950)의 제어에 따라 최대 사용빈도 영역의 저출력 모드(예를 들면, 출력 전력이 16dBm 이하인 영역)에서 동작한다. 각각의 저출력 증폭부(700a-700m)는 증폭장치 제어부(950)의 제어에 따라 최대 사용빈도 영역의 저출력 모드 내에서 선택적으로 활성화될 수 있다. 예 를 들면, 최대 사용빈도 영역의 저출력 모드 내에서 복수 개의 저출력 증폭부들(700a-700m) 중 제 1 저출력 증폭부(700a) 하나만 활성화되거나, 또는 제 1 및 제 2 저출력 증폭부들(700a, 700b)만 활성화될 수 있다. 또는, 최대 사용빈도 영역의 저출력 모드 내에서 제 m 저출력 증폭부(700m)만 활성화될 수도 있다. 이와 같은 복수 개의 저출력 증폭부들(700a-700m)에 대한 선택적인 활성화 동작은, 최대 효율을 낼 수 있는 최적화 지점을 다수 확보할 수 있게 한다. 따라서, 전력증폭장치(2000)의 효율이 극대화되고, 그로 인해 이동통신 단말기 및 휴대폰의 배터리 사용시간을 더욱 효과적으로 연장시킬 수 있게 된다.
도 12 참조하면, 본 발명에 따른 저소비전력 혼합모드 전력증폭장치(6000)는 저출력 증폭부(700)의 입력 신호 경로를 제외하면, 도 11에 도시된 전력증폭장치(5000)와 실질적으로 동일한 구성을 갖는다. 따라서, 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조번호를 부여하였고, 이들에 대한 중복 설명은 이하 생략하기로 한다.
도 12에서, 복수 개의 저출력 증폭부들(700a-700m)(m은 양의 정수)은 저출력 모드에서 증폭장치 제어부(950)의 제어에 따라 최대 사용빈도 영역의 저출력 모드 내에서 선택적으로 활성화된다. 활성화된 저출력 증폭부들(700a-700m)은 첫번째 중간단 임피던스 정합부(300a)의 임피던스 정합 결과를 받아들여 증폭한다. 그리고, 고출력 모드 동작시 저출력 증폭부들(700a-700m)는 증폭기 제어부(950)의 제어에 의해 오프(OFF)된다. 그리고, 첫번째 중간단 임피던스 정합부(300a)의 임피던스 정합 결과는 복수 개의 제 1 증폭부들(200b-200n)과, 이에 대응되는 복수 개의 중간단 임피던스 정합부들(300b-300n)을 거쳐 증폭 및 임피던스 정합된다. 그리고 나 서, 상기 임피던스 정합 결과는 제 2 증폭부(400)를 거쳐 제 n+1 중간단 임피던스 정합부(500)와 고출력 증폭부(600)로 순차적으로 제공된다. 이와 같은 구성에 따르면, 고출력 모드 및 저출력 모드에서의 증폭장치(6000)의 이득이 자유롭게 조절될 수 있고, 최대 효율을 낼 수 있는 최적화 지점을 다수 확보할 수 있게 된다. 따라서, 전력증폭장치(6000)의 효율이 극대화되고, 그로 인해 이동통신 단말기 및 휴대폰의 배터리 사용시간을 더욱 효과적으로 연장시킬 수 있게 된다.
계속해서 도 13을 참조하면, 본 발명에 따른 저소비전력 혼합모드 전력증폭장치(7000)는 저출력 증폭부(700)의 입력 신호 경로를 제외하면, 도 12에 도시된 전력증폭장치(6000)와 실질적으로 동일한 구성을 갖는다. 따라서, 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조번호를 부여하였고, 이들에 대한 중복 설명은 이하 생략하기로 한다.
도 13에서, n 개의 저출력 증폭부들(700a-700n)(n은 양의 정수)은 저출력 모드의 동작시 n 개의 중간단 임피던스 정합부들(300b-300n)(n은 양의 정수) 각각의 출력을 받아들여 증폭하는 역할을 수행한다. 저출력 모드의 동작시 제 2 증폭부(400)와 고출력 증폭부(600)는 증폭기 제어부(950)의 제어에 의해 오프(OFF)된다. 도 13에는 n 개의 저출력 증폭부들(700a-700n)이 n 개의 중간단 임피던스 정합부들(300b-300n)에 각각 대응되는 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 그러나, 저출력 증폭부들의 개수 및 중간단 임피던스 정합부들의 개수, 그리고 이들의 연결 관계는 다양한 형태로 변경 가능하다. 또한, n 개의 저출력 증폭부들(700a-700n)을 선택적으로 활성화하는 방식 또한 다양한 형태로 변경 가능하다.
이상과 같은 구성에 따르면, 작은 이득을 가지는 복수 개의 증폭기들을 가지고도 시스템에서 요구하는 이득을 충분히 만족시킬 수 있게 된다. 그리고, 고출력 모드 및 저출력 모드에서의 증폭장치(7000)의 이득이 자유롭게 조절될 수 있고, 최대 효율을 낼 수 있는 최적화 지점을 다수 확보할 수 있게 된다. 따라서, 전력증폭장치(7000)의 효율이 극대화되고, 그로 인해 이동통신 단말기 및 휴대폰의 배터리 사용시간을 더욱 효과적으로 연장시킬 수 있게 된다.
한편, 본 발명에서는 증폭부들(예를 들면, 제 1 증폭부 및 저출력 증폭부)이 바이폴라 트랜지스터로 구현된 것을 예로 들었지만, 이는 본 발명이 적용되는 일 예에 불과하다. 예를 들면, 본 발명에 사용되는 증폭부들은 이종접합 쌍극자 트랜지스터(HBT) 어레이, 바이폴라 트랜지스터(BJT), 전계효과 트랜지스터(FET), 상보(相補)형 금속 산화막 반도체(CMOS) 등의 트랜지스터 어레이 중 어느 하나(또는 조합)로 구성될 수 있음은 이분야의 통상의 지식을 가진 이들에게 자명하다.
또한, 본 발명에서 사용된 증폭부의 개수는, 시스템에서 요구되는 전체 신호 증폭도에 따라 조절 가능하다. 예를 들면, 증폭도가 낮게 요구되는 경우에는 제 1 증폭부(200) 및 제 1 중간단 임피던스 정합부(300)를 생략할 수 있으며, 보다 높은 전체 신호 증폭도가 요구되는 경우에는 도 9 내지 도 13에 도시된 바와 같이 제 1 증폭부(또는 제 2 증폭부)를 복수 개의 증폭 소자로 구성된 다단 증폭장치로 구현할 수도 있다. 그리고, 고출력 모드와 저출력 모드에서의 이득의 차가 크고 저출력 모드의 신호가 낮게 요구되는 경우에는, 도 10 및 도 12에 도시된 바와 같이 첫번째 제 1 증폭기(200a) 및 첫번째 중간단 임피던스 정합부(300a)의 출력을 바로 저 출력 증폭부(700)에 연결할 수 있다. 그리고, 도 8과, 도 11 내지 도 13에 도시된 바와 같이 복수 개의 저출력 증폭부들(700a-700m 또는 700a-700n)을 병렬로 연결하고, 각각의 저출력 증폭부(700a-700m 또는 700a-700n)와 각각의 제 1 중간단 임피던스 정합부(300a-300n)의 출력을 선택적으로 연결할 수도 있다. 그 결과, 고출력 증폭부(600)와 저출력 증폭부(700a-700m 또는 700a-700n)의 이득 차이를 자유로이 조정할 수 있게 된다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 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.
도 1은 종래의 혼합모드 전력증폭장치를 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.
도 2는 코드 분할 다중 접속 이동통신 단말기 및 휴대폰의 출력에 따른 사용 빈도 함수 그래프이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 전력증폭장치를 설명하기 위한 전체 블록도이다.
도 4는 도 3a 및 도 3b에 도시된 저소비전력 혼합모드 전력증폭장치의 저출력 모드와 고출력 모드에 따른 이득 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 도 3a 및 도 3b에 도시된 저소비전력 혼합모드 전력증폭장치의 저출력 모드와 고출력 모드에 따른 소모 전류 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 도 3a 및 도 3b에 도시된 저소비전력 혼합모드 전력증폭장치의 저출력 모드와 고출력 모드에 따른 부가 효율 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 7은 도 3a 및 도 3b에 도시된 저소비전력 혼합모드 전력증폭장치의 출력 파워에 따른 선형 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 8 내지 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 저소비전력 혼합모드 전력증폭장치의 전체 블록도들이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100 : 입력 임피던스 정합부 200 : 제 1 증폭부
300 : 제 1 중간단 임피던스 정합부 400 : 제 2 증폭부
500 : 제 2 중간단 임피던스 정합부 600 : 고출력 증폭부
700 : 저출력 증폭부 800 : 출력 임피던스 정합부
900 : 바이어스 회로 950 : 증폭기 제어부
1000-7000 : 저소비전력 혼합모드 전력증폭장치

Claims (38)

  1. 최대 사용 빈도를 갖는 저출력 모드에서 높은 효율의 전력 증폭 결과를 발생하는 저출력 증폭회로;
    최대 전력 소모 영역의 고출력 모드에서 높은 선형성을 갖는 증폭 결과를 발생하는 고출력 증폭회로; 그리고
    입력 신호의 전력 레벨에 따라, 상기 저출력 증폭회로 및 상기 고출력 증폭회로를 선택적으로 활성화시키는 증폭기 제어부를 포함하며,
    상기 고출력 증폭회로와 상기 저출력 증폭 회로는 소정의 이득 차이를 가지고,
    상기 저출력 증폭회로는, 상기 입력 신호를 임피던스 정합하는 입력 임피던스 정합부; 상기 입력 임피던스 정합 결과를 증폭하는 제 1 증폭부; 상기 제 1 증폭부의 증폭 결과를 임피던스 정합하는 제 1 중간단 임피던스 정합부; 그리고 상기 저출력 모드에서 상기 제 1 중간단 임피던스 정합 결과를 증폭하는 저출력 증폭부를 포함하고,
    상기 고출력 증폭회로는, 상기 고출력 모드에서 상기 제 1 중간단 임피던스 정합 결과를 증폭하는 제 2 증폭부; 상기 고출력 모드에서 상기 제 2 증폭부의 증폭 결과를 임피던스 정합하는 제 2 중간단 임피던스 정합부; 그리고 상기 고출력 모드에서 상기 제 2 중간단 임피던스 정합 결과를 증폭하는 고출력 증폭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력증폭장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 증폭부 및 상기 제 2 증폭부에 동작 전압을 공급하는 바이어스 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력증폭장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 고출력 증폭회로와 상기 저출력 증폭회로는 상기 제 2 증폭부의 이득에 해당되는 이득 차이를 갖는 것을 특징으로 하는 전력증폭장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 이득 차이는 조절 가능한 것을 특징으로 하는 전력증폭장치.
  7. 최대 사용 빈도를 갖는 저출력 모드에서 높은 효율의 전력 증폭 결과를 발생하는 저출력 증폭부;
    최대 전력 소모 영역의 고출력 모드에서 높은 선형성을 갖는 증폭 결과를 발생하는 고출력 증폭부;
    소정의 이득 차이를 가지는 복수 개의 증폭소자들을 통해 입력 신호를 증폭하고, 상기 증폭 결과를 상기 저출력 증폭부 및 상기 고출력 증폭부로 제공하는 이득조절부; 그리고
    상기 입력 신호의 전력 레벨에 따라, 상기 저출력 증폭부 및 상기 고출력 증폭부를 선택적으로 활성화시키는 증폭기 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력증폭장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 이득조절부는,
    상기 입력 신호를 임피던스 정합하는 입력 임피던스 정합부;
    상기 저출력 모드 및 상기 고출력 모드에서 상기 입력 임피던스 정합 결과를 증폭하는 제 1 증폭부;
    상기 저출력 모드 및 상기 고출력 모드에서 상기 제 1 증폭부의 증폭 결과를 임피던스 정합하는 제 1 중간단 임피던스 정합부;
    상기 고출력 모드에서 상기 제 1 중간단 임피던스 정합 결과를 증폭하는 제 2 증폭부; 그리고
    상기 고출력 모드에서 상기 제 2 증폭부의 증폭 결과를 임피던스 정합하는 제 2 중간단 임피던스 정합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력증폭장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 이득 차이는 상기 제 2 증폭부의 이득에 해당되는 것을 특징으로 하는 전력증폭장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 이득 차이는 조절 가능한 것을 특징으로 하는 전력증폭장치.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 이득조절부로 동작 전압을 공급하는 바이어스 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력증폭장치.
  12. 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 저출력 증폭부 및 상기 고출력 증폭부의 증폭 결과를 임피던스 정합하는 출력 임피던스 정합부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력증폭장치.
  13. 입력 신호를 임피던스 정합하는 입력 임피던스 정합부;
    상기 입력 임피던스 정합 결과를 증폭하는 제 1 증폭부;
    상기 제 1 증폭부의 증폭 결과를 임피던스 정합하는 제 1 중간단 임피던스 정합부;
    저출력 모드에서 상기 제 1 중간단 임피던스 정합 결과를 증폭하는 저출력 증폭부;
    고출력 모드에서 상기 제 1 중간단 임피던스 정합 결과를 증폭하는 제 2 증폭부;
    상기 고출력 모드에서 상기 제 2 증폭부의 증폭 결과를 임피던스 정합하는 제 2 중간단 임피던스 정합부;
    상기 고출력 모드에서 상기 제 2 중간단 임피던스 정합 결과를 증폭하는 고출력 증폭부;
    상기 입력 신호의 전력 레벨에 응답해서, 상기 저출력 증폭부, 상기 제 2 증폭부, 및 상기 고출력 증폭부의 증폭 동작을 제어하는 증폭기 제어부; 그리고
    상기 저출력 증폭부 및 상기 고출력 증폭부의 증폭 결과를 임피던스 정합하는 출력 임피던스 정합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력증폭장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 저출력 증폭부는 상기 증폭기 제어부의 제어에 응답해서 상기 저출력 모드에서 동작되고, 상기 고출력 모드에서는 동작되지 않는 것을 특징으로 하는 전력증폭장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 저출력 증폭부는 전력효율이 높은 비선형 증폭기인 것을 특징으로 하는 전력증폭장치.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 저출력 증폭부는 클래스 E급 증폭기인 것을 특징으로 하는 전력증폭장치.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 저출력 증폭부는 각각이 다른 고효율 동작 영역을 가지는 복수 개의 비선형 증폭소자들로 구성되는 것을 특징으로 하는 전력증폭장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 각각의 비선형 증폭소자는 상기 증폭장치 제어부의 제어에 따라 상기 저출력 모드에서 선택적으로 활성화되는 것을 특징으로 하는 전력증폭장치.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 비선형 증폭 소자들은 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 전력증폭장치.
  20. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 2 증폭부 및 상기 고출력 증폭부는 상기 증폭기 제어부의 제어에 응답해서 상기 고출력 모드에서 동작되고, 상기 저출력 모드에서는 동작되지 않는 것을 특징으로 하는 전력증폭장치.
  21. 제 13 항에 있어서,
    상기 고출력 증폭부는 선형성이 높은 클래스 A급 증폭기 및 클래스 AB급 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전력증폭장치.
  22. 제 13 항에 있어서,
    상기 고출력 증폭부는 상기 제 1 증폭부 및 상기 저출력 증폭부 보다 큰 면적을 갖는 것을 특징으로 하는 전력증폭장치.
  23. 제 13 항에 있어서,
    상기 고출력 증폭부와 상기 저출력 증폭부는 상기 제 2 증폭부의 이득에 해당되는 이득 차이를 갖는 것을 특징으로 하는 전력증폭장치.
  24. 제 13 항에 있어서,
    상기 이득 차이는 조절 가능한 것을 특징으로 하는 전력증폭장치.
  25. 제 13 항에 있어서,
    상기 고출력 증폭부 및 상기 저출력 증폭부는, 이종접합 쌍극자 트랜지스터 어레이, 바이폴라 트랜지스터, 전계효과 트랜지스터, 및 상보형 금속 산화막 반도체의 트랜지스터 어레이 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력증폭장치.
  26. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 증폭부 및 상기 제 2 증폭부에 동작 전압을 공급하는 바이어스 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력증폭장치.
  27. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 증폭부는 복수 개의 증폭 소자들이 직렬로 연결된 다단 증폭장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 전력증폭장치.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 제 1 중간단 임피던스 정합부는 상기 각각의 증폭 소자에 대응되는 복수 개의 중간단 임피던스 정합 소자들을 포함하며, 상기 각각의 중간단 임피던스 정합 소자는 상기 직렬로 연결된 증폭 소자들 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 전력증폭장치.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 복수 개의 중간단 임피던스 정합 소자들 중 적어도 하나의 출력이 상기 저출력 증폭부로 제공되는 것을 특징으로 하는 전력증폭장치.
  30. 입력 신호를 임피던스 정합하는 입력 임피던스 정합부;
    상기 입력 임피던스 정합 결과를 증폭하는 제 1 증폭부;
    상기 제 1 증폭부의 증폭 결과를 임피던스 정합하는 제 1 중간단 임피던스 정합부;
    각각이 다른 고효율 동작 영역을 가지는 복수 개의 비선형 증폭소자들로 구성되어, 저출력 모드에서 상기 제 1 중간단 임피던스 정합 결과를 증폭하는 저출력 증폭부;
    고출력 모드에서 상기 제 1 중간단 임피던스 정합 결과를 증폭하는 제 2 증폭부;
    상기 고출력 모드에서 상기 제 2 증폭부의 증폭 결과를 임피던스 정합하는 제 2 중간단 임피던스 정합부;
    상기 고출력 모드에서 상기 제 2 중간단 임피던스 정합 결과를 증폭하는 고출력 증폭부;
    상기 입력 신호의 전력 레벨에 응답해서, 상기 저출력 증폭부, 상기 제 2 증폭부, 및 상기 고출력 증폭부의 증폭 동작을 제어하는 증폭기 제어부; 그리고
    상기 저출력 증폭부 및 상기 고출력 증폭부의 증폭 결과를 임피던스 정합하 는 출력 임피던스 정합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력증폭장치.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 각각의 비선형 증폭 소자는 상기 증폭장치 제어부의 제어에 따라 상기 저출력 모드에서 선택적으로 활성화되는 것을 특징으로 하는 전력증폭장치.
  32. 제 30 항에 있어서,
    상기 비선형 증폭 소자들은 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 전력증폭장치.
  33. 제 30 항에 있어서,
    상기 제 1 증폭부 및 상기 제 2 증폭부에 동작 전압을 공급하는 바이어스 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력증폭장치.
  34. 입력 신호를 임피던스 정합하는 입력 임피던스 정합부;
    복수 개의 증폭 소자들이 직렬로 연결되어 상기 입력 임피던스 정합 결과를 순차적으로 증폭하는 제 1 증폭부;
    각각이 상기 직렬로 연결된 증폭 소자들 사이에 연결되어, 상기 각각의 증폭 소자의 출력을 임피던스 정합하는 복수 개의 제 1 중간단 임피던스 정합부들;
    저출력 모드에서 상기 제 1 중간단 임피던스 정합부들 중 적어도 하나의 임 피던스 정합 결과를 증폭하는 저출력 증폭부;
    고출력 모드에서 상기 복수 개의 제 1 중간단 임피던스 정합부들 중 마지막 제 1 임피던스 정합부의 임피던스 정합 결과를 증폭하는 제 2 증폭부;
    상기 고출력 모드에서 상기 제 2 증폭부의 증폭 결과를 임피던스 정합하는 제 2 중간단 임피던스 정합부;
    상기 고출력 모드에서 상기 제 2 중간단 임피던스 정합 결과를 증폭하는 고출력 증폭부;
    상기 입력 신호의 전력 레벨에 응답해서, 상기 저출력 증폭부, 상기 제 2 증폭부, 및 상기 고출력 증폭부의 증폭 동작을 제어하는 증폭기 제어부; 그리고
    상기 저출력 증폭부 및 상기 고출력 증폭부의 증폭 결과를 임피던스 정합하는 출력 임피던스 정합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력증폭장치.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 저출력 증폭부는 상기 마지막 제 1 임피던스 정합부의 임피던스 정합 결과를 증폭하는 것을 특징으로 하는 전력증폭장치.
  36. 제 34 항에 있어서,
    상기 저출력 증폭부는 상기 복수 개의 제 1 임피던스 정합부들 중 첫번째 제 1 임피던스 정합부의 임피던스 정합 결과를 증폭하는 것을 특징으로 하는 전력증폭장치.
  37. 제 34 항에 있어서,
    상기 저출력 증폭부는 상기 제 1 임피던스 정합부들 각각으로부터 발생된 임피던스 정합 결과들을 증폭하는 것을 특징으로 하는 전력증폭장치.
  38. 제 34 항에 있어서,
    상기 제 1 증폭부 및 상기 제 2 증폭부에 동작 전압을 공급하는 바이어스 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력증폭장치.
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