KR101101551B1 - 집적 수동 소자를 갖는 전력 증폭 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
전력 증폭 성능을 향상시킬 수 있는 집적 수동 소자를 갖는 전력 증폭 시스템 및 제조 방법이 제공된다. 상기 전력 증폭 시스템은 신호 증폭부, 신호 결합부 및 상기 신호 증폭부와 신호 결합부를 상호 연결하는 연결 소자부를 포함할 수 있다. 상기 신호 증폭부는 제1 기판 상에 구현되며, 상기 신호 결합부는 제2 기판상에 제조될 수 있다. 상기 제1 기판과 제2 기판은 서로 상이할 수 있다. 상기 신호 결합부는 바이어스 네트워크를 위한 노치 필터, 저역 통과 필터 및/또는 바이패스 캐패시턴스를 포함하는 다양한 기능을 구현하는데 유연성을 갖는 고성능 수동 소자인 집적 수동 소자(IPD)로 의해 구현될 수 있다. 집적 수동 소자로 구현된 상기 신호 결합부는 향상된 신호 결합 효율을 가질 수 있다.
전력 증폭기, 상보성 금속 산화물 반도체(CMOS), 집적 수동소자(IPD)
Description
본 발명의 일실시형태는 일반적으로 전력 증폭기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전력 결합 효율을 향상시키는 집적 수동 소자(Integrated Passive Device: IPD)를 갖는 전력 증폭기에 관한 것이다.
최근, 이동통신용 전력 증폭기가 갈륨-아세나이드 전계 효과 트랜지스터(GaAs FET), 갈륨-아세나이드 이종접합 바이폴라 트랜지스터(GaAs HBT), 측면 확산 금속 산화물 실리콘(LDMOS) 또는 인듐-갈륨-인 이종접합 바이폴라 트랜지스터(InGaP HBT)를 이용하여 구현되고 있다. 이러한 전력 증폭기를 통해 무선 통신을 위한 출력 전력(Pout)과 전력 부가 효율(Power Added Efficiency: PAE)를 얻을 수 있다. 그러나, 전력 증폭기는 부가적인 전력 제어 칩, 부가적인 전력 매칭 회로 등을 필요로 하는 단점을 갖는다.
이러한 단점들을 해소하기 위해, 상보 금속 산화물 반도체(CMOS) 공정이 전력 증폭기에 적용되었으며, 이를 통해 갈륨-아세나이드 및 다른 전형적인 공정과 비교할 때 전력 제어 회로와의 높은 수준의 집적도 및 저비용을 제공하게 되었다. 그러나, 통상적인 CMOS 공정에 사용되는 실리콘(Si) 기판은 도전성을 가지므로, 이로 인해 RF 손실 및 심각한 수동 회로 소자의 성능 열화를 증가시킨다. 따라서, 수동 소자의 성능을 열화시키지 않기 위해 높은 저항을 갖는 기판상의 집적 수동 소자를 포함하는 새로운 CMOS 전력 증폭기의 설계가 요구되고 있다.
본 발명은, 수동 소자의 성능을 열화시키지 않기 위해 높은 저항을 갖는 기널빤지꼴에 집적 수동 소자를 포함하는 전력 증폭기 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
본 발명의 일실시형태에 따르면, 전력 증폭기가 제공된다. 상기 전력 증폭기는 입력 무선 주파수(RF) 신호를 수신하는 신호 증폭부를 포함한다. 상기 신호 증폭부는 복수의 전력 요소를 포함하며, 상기 복수의 전력 요소는 상기 입력 RF 신호를 증폭하여 각각 복수의 증폭된 신호를 생성하도록 동작할 수 있다. 또한, 상기 전력 증폭기는 부하로의 전달을 위한 출력 신호에 상기 복수의 증폭된 신호를 결합하도록 동작하는 신호 결합부를 포함할 수 있다. 상기 신호 결합부는 상기 신호 증폭부와 물리적으로 구분될 수 있다. 더하여, 상기 전력 증폭기는 상기 신호 증폭부와 상기 신호 결합부를 전기적으로 연결하는 연결 소자부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 전력 증폭기 제조 방법이 제공된다. 상기 방법은 제1 제조 공정을 이용하여 제1 기판 상에 신호 증폭부를 제조하는 단계를 포함한다. 상기 신호 증폭부는 입력 RF 신호를 증폭하여 각각 복수의 증폭된 신호를 생성하기 위한 복수의 전력 요소를 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 제1 제조 공정과는 다른 제2 제조 공정을 이용하여 제2 기판 상에 신호 결합부를 제조하 는 단계를 포함한다. 상기 신호 결합부는 부하로의 전달을 위한 출력 신호에 상기 복수의 증폭된 신호를 결합하도록 동작할 수 있다. 상기 방법은 상기 신호 증폭부와 상기 신호 결합부를 전기적으로 연결하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 집적 수동 소자 공정을 적용함으로써, 다양한 기능을 구현하는데 유연성을 가질 수 있으며, 향상된 신호 결합 효율을 제공할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 기술할 것이다. 이하의 설명에서 본 발명의 모든 실시형태가 개시되는 것은 아니다. 본 발명은 매우 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에 개시되는 실시형태에 한정되는 것으로 해석 되어서는 안 된다. 본 실시형태들은 출원을 위한 법적 요구사항들을 충족시키기 위해 제공되는 것이다. 동일한 구성요소에는 전체적으로 동일한 참조부호가 사용된다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 전력 증폭기(100)를 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전력 증폭기(100)는 신호 증폭부(108) 및 신호 결합부(106)를 포함할 수 있다. 신호 증폭부(108) 및 신호 결합부(106)는 서로 물리적으로 구분된다. 예를 들어, 신호 증폭부(108)는 적어도 하나의 제1 공정 또는 제1 기판을 이용 하여 제조될 수 있으며, 신호 결합부(106)는 적어도 하나의 제2 공정 또는 제2 기판을 이용하여 제조될 수 있다. 예를 들어, 신호 증폭부(108)는 상보성 금속 산화물 반도체(CMOS) 공정을 이용하여 구현될 수 있다. 신호 증폭부(108) 용으로 사용된 적어도 하나의 제1 기판은 저저항 실리콘 기판 또는 금속층과 같은 저임피던스 기판 또는 금속층을 포함할 수 있다. 반면, 신호 결합부(106)는 집적 수동 소자(Integrated Passive Device: IPD) 공정을 이용하여 구현될 수 있다. 신호 결합부(106) 용으로 사용된 적어도 하나의 제2 기판은 고저항 실리콘, 갈륨-아세나이드, 저온소성 세라믹(LTCC), 인쇄회로기판(PCB) 및/또는 글라스와 같은 고저항 기판 또는 금속층을 포함할 수 있다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 신호 결합부(106)는 도 2에 도시된 것과 같은 집적 수동 소자(IPD)일 수 있다.
신호 증폭부(108) 및 신호 결합부(106)는 연결 소자부(104)를 이용하여 전기적으로 연결된다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 연결 소자부(104)는 적어도 하나의 전기적 연결수단(142)을 포함할 수 있다. 이러한 전기적 연결수단(142)은 와이어 본딩에 사용될 수 있는 와이어 등을 포함할 수 있다. 다른 예에 따르면, 전기적 연결수단(142)은 솔더 볼 또는 다른 종류의 도전성 볼을 포함하는 폴 그리드 어레이를 포함할 수 있다. 볼 그리드 어레이는 신호 증폭부(108)와 신호 결합부(106) 사이의 플립칩 연결을 형성할 수 있다. 본 발명의 범위 내에서 다른 종류의 연결 수단이 전기적 연결 수단(142)으로 이용될 수 있다.
계속 도 1을 참조하여, 신호 증폭부(108) 및 신호 결합부(106)에 대해 더욱 상세하게 설명한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 신호 증폭부(108)는 발룬(120)과 복수의 전력 요소를 포함할 수 있다. 복수의 전력 요소들은 1차 구동 증폭기(122) 및 복수의 2차 구동 증폭기(124a-m) 및 복수의 전력 증폭기(126a-m)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시형태에 따르면, 신호 증폭부(108)는 입력 신호(110)를 증폭하도록 동작할 수 있다. 본 발명의 일실시형태에 따르면 입력 신호(110)는 단일(single-ended) 입력 신호 일 수 있다. 입력 신호(110)는 단일 입력 신호를 차동 입력신호로 변환하기 위해 발룬(120)에 제공될 수 있다. 반면, 입력 신호(110)가 최초부터 차동형태로 입력되는 경우, 발룬(120)은 필요하지 않을 수 있다. 차동 입력 신호가 1차 구동 증폭기(122)에 제공된다. 1차 구동 증폭기(122)는 발룬(120)에서 입력되는 차동 입력 신호를 증폭하여 1차 증폭된 신호를 생성하여 출력한다. 1차 증폭된 신호는 복수의 2차 구동 증폭기(124a-m) 각각의 입력으로 제공된다. 복수의 2차 구동 증폭기(124a-m) 각각은 1차 증폭된 신호를 하나씩 증폭하여 복수의 2차 증폭된 신호를 생성하여 출력한다. 복수의 2차 증폭된 신호 각각은 복수의 전력 증폭기(126a-m) 각각의 입력으로 제공된다. 전력 증폭기(126a-m) 각각은 2차 증폭된 신호를 하나씩 증폭하여 복수의 증폭된 신호를 생성한다. 복수의 증폭된 신호는 신호 증폭부(108)의 출력이 된다. 도 1에 도시되지 않았지만, 본 발명의 일실시형태에 따르면, 신호 증폭부(108)는 도시된 구성요소들에 더하여 CMOS 공정을 이용하여 유사하게 집적될 수 있는 다른 RF 기능 회로 및 제어 회로를 포함할 수 있다.
신호 결합부(106)는 신호 증폭부(108)에서 출력되는 복수의 증폭된 신호를 출력 신호에 결합하도록 동작할 수 있다. 또한, 신호 결합부(106)는 신호 증폭부와 부하 사이에 하모닉 제거 기능, 전력 모니터 기능 및/또는 임피던스 변환 기능 중 적어도 하나를 제공하도록 동작할 수 있다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 신호 결합부(106)는 트랜스포머를 포함할 수 있다. 트랜스포머는 복수의 1차 권선(160a-m) 및 하나의 2차 권선(164)을 포함할 수 있다. 복수의 1차 권선(160a-m)은 2차 권선(164)에 유도 결합될 수 있다. 복수의 1차 권선(160a-m)은 인덕터(161a-m)로 동작할 수 있다. 선택적으로, 복수의 1차 권선(160a-m)은 각각 캐패시터(163a-m)에 연결될 수 있다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 캐패시터(163a-m)는 선택적으로 임피던스 변환 기능을 제공하도록 동작할 수 있다.
2차 권선(164)은 인덕터(165)로서 동작할 수 있다. 2차 권선(164)은 필터링 및/또는 임피던스 변환을 위해 선택적으로 캐패시터(166)에 연결될 수 있다. 도 1에 도시하지는 않았지만, 임피던스 변환, 필터링 및/또는 하모닉 제거 및/또는 전력 모니터링을 제공하기 위해, 신호 결합부(106)는 1차 권선(160a-m) 또는 2차 권선(164a-m)과 전기적으로 접촉하는 적어도 하나의 저항을 포함할 수 있다.
도 1에서, 복수의 1차 권선(160a-m) 각각은 복수의 전력 증폭기(126a-m) 중 하나로부터 증폭된 신호를 수신할 수 있다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 복수의 1차 권선(160a-m)에 의해 2차 권선(164)에서 유도되는 각각의 플럭스 또는 전류는 동일 위상인 경우 결합되거나 더해질 수 있다. 2차 권선(164)은 부하로 출력 신호(112)를 제공하는 시스템 출력 포트를 제공할 수 있다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 부하는 안테나일 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 전력 증폭기(100)의 다양한 변형이 가능 하다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 전력 증폭부(106)에 포함되는 적어도 하나의 전력 요소들은 선택적으로 동작할 수 있다(예를 들어, 선택적으로 턴 온 또는 턴 오프 될 수 있다). 예를 들어, 출력 신호(112)에 대해 저전력 레벨이 요구되는 경우, 적어도 하나의 2차 구동 증폭기(124a-m) 및 전력 증폭기(126a-m)가 턴 오프 될 수 있다. 예를 들어, 2차 구동 증폭기(124b) 및 전력 증폭기(126b)는 2차 구동 증폭기(124b) 및 전력 증폭기(126b)로 제공되는 각각의 바이어스 전압을 통해 턴오프될 수 있다. 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 전력 증폭기(100)는 다중 대역의 동작을 지원할 수 있다. 이를 위해, 신호 증폭부(108)는 적어도 하나의 추가적인 대역에서의 동작을 지원하기 위한 적어도 하나의 추가적인 발룬, 1차 구동 증폭기, 2차 구동 증폭기 및 전력 증폭기를 포함할 수 있다. 이와 유사하게, 신호 결합부(106)는 적어도 하나의 추가적인 대역에서의 동작을 지원하기 위해 적어도 하나의 추가적인 1차 권선 및 2차 권선을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 신호 증폭부(108) 및 신호 결합부(106)의 추가적인 요소들을 연결하기 위해 연결 소자부(104)에 추가적인 연결 소자(142)가 존재할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시형태에 따른 신호 결합부의 집적 수동 소자(Integrated Passive Device: IPD)의 적층 구조(stackup)(200)를 도시한 도면이다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, IPD 적층구조(200)는 신호 결합부(106)를 구현하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 일실시형태에 따르면, 도 2의 적층 구조(200)는 베이스 기판(202) 상에 제조될 수 있다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 베이스 기판(202)은 저항성 기판일 수 있다. 예를 들어, 베이스 기판(202)의 재료는 고저항 실리콘, 글라스, GaAs, InP, FR4, 저온소성 세라믹(LTCC) 등을 포함할 수 있다. 베이스 기판 상에는 니켈-크롬(NiCr)과 같은 저항성 금속층이 적층될 수 있으며, 저항(207)을 형성할 수 있도록 에칭되거나 패턴화될 수 있다. 다음으로, 제1 금속층(210)이 기판(202) 상에 적층될 수 있다. 제1 금속층(210)은 저항(207)과 접촉할 수 있다. 제1 금속층(210)도 패턴화 또는 회로화 되거나, 그 외에 캐패시터(208)의 하부 플레이트, 내부 연결수단(216)의 접속 패드 및 인덕터(209)(본 발명의 일실시형태에 따르면 스파이럴 인덕터)의 적어도 일부 또는 피드(feed)를 제공할 수 있다. 제1 금속층(210)의 재료는 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 알루미늄(Al), 그외의 도전성 금속 또는 그 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 캐패시터(208)의 하부 플레이트 및 인덕터(209)의 적어도 일부 또는 피드는 구리로 형성될 수 있으며 내부 연결을 위한 접속 패드는 Ni/Au의 조합이 될 수 있다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 인덕터(209)는 적어도 하나의 1차 권선(160a-m) 및/또는 2차 권선(164)일 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 유전체층(204)이 제1 금속층(210)을 덮도록(to coat) 적층될 수 있다. 제2 유전체층(204)은 금속층(210)과의 연결을 제공하기 위한 내부연결 수단(216) 또는 다른 비아를 형성하기 위해 필요에 따라 식각될 수 있다. 제1 유전체층(204)은 캐패시터(208)의 하부 및 상부 플레이트 사이에서 캐패시터 유전체로 동작할 수 있다. 캐패시터 유전체로 사용되기 위해, 유전체층(204)은 예를 들어 6.8 또는 그 이하의 범위를 갖는 낮은 유전 상수를 가질 수 있다. 제1 유전체층(204)의 재료는, 실리콘 나이트라이드(SiN), 벤조 사이클로 뷰틴(Benzo-cyclo-butene: BCB), FR4 또는 세라믹을 포함할 수 있다. 제2 금속층(212)이 적층되고, 이어 패턴화 또는 회로화 되거나, 그 외에 인덕터(209)의 적어도 일부 및/또는 캐패시터(208)의 상부 플레이트를 제공할 수 있다. 제2 금속층(212)의 재료는 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 알루미늄(Al), 그외의 도전성 금속 또는 그 조합을 포함할 수 있다. 이어, 적층 구조는 제2 유전체층(205)으로 코팅될 수 있다. 제2 유전체층(205)은 내부연결 수단(216)과 같은 비아를 형성하기 위한 공간을 제공할 수 있다. 제2 유전체층(205)의 재료는 벤조 사이클로 뷰틴(BCB), 실리콘(Si), 실리콘 나이트라이드(SiN), FR4, 세라믹 또는 다른 유전 물질을 포함할 수 있다. 제2 유전체층(205)은, 예를 들어 2.65 또는 그 이하의 낮은 유전 상수를 가질 수 있다.
다음으로, 제2 금속층(214)이 적층된 후 패턴화되거나 회로화 되거나 그 외에 인덕터(209)의 적어도 일부 또는 접지면으로의 연결수단, 연결 패드(예를 들어, 부하 연결 패드) 등과 같은 특정 수동 소자를 형성하도록 제공될 수 있다. 이어, 적층 구조는 제3 유전체층(206)으로 코팅될 수 있다. 제3 유전체층(206)은 내부연결 수단(216)을 위한 공간을 제공할 수 있다. 제3 유전체층(206)의 재료는 벤조 사이클로 뷰틴(BCB), 실리콘(Si), 실리콘 나이트라이드(SiN), FR4, 세라믹 또는 다른 유전 물질을 포함할 수 있다. 제3 유전체층(206)은, 예를 들어 2.65 또는 그 이하의 낮은 유전 상수를 가질 수 있다. 이어, 내부연결 수단(216)을 위한 공간이 금속화 되거나 Ni/Au와 같은 도전성 금속으로 채워질 수 있다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 신호 결합부로부터 입력을 수신하기 위해 동작할 수 있다. 도 2에는 특정 적층 구조(200)가 도시되고 있으나, 당 기술분야에서 통상의 기술을 가진 자는 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것을 인식할 수 있을 것이다.
도 3-5는 본 발명의 일실시형태에 따라 집적 수동 소자(IPD)로 구현된 신호 결합부의 레이아웃의 예를 도시한 평면도이다. 도 3은 두 개의 1차 권선(308a, 309a)과 단일 2차 권선(310a)을 갖는 트랜스포머를 도시한다. 1차 권선(308a, 309a)은 대략 1회의 턴수를 갖는 반면 2차 권선(310a)은 다수회의 턴수를 포함한다. 도 3에서, 단일 2차 권선(310a)은 2회의 턴수를 가질 수 있다. 1차 권선(308a)은 입력 포트(308b, 308c)에서 신호 증폭부의 제1 전력 증폭기로부터 증폭된 신호를 수신할 수 있다. 유사하게, 1차 권선(309a)은 입력 포트(309b, 309c)에서 신호 증폭부의 제2 전력 증폭기로부터 증폭된 신호를 수신할 수 있다. 선택적으로, 캐패시터(308d)가 입력 포트(308b, 308c) 사이에 제공될 수 있고, 캐패시터(309d)가 입력 포트(309b, 309c) 사이에 제공될 수 있다. 캐패시터(308d, 309d)는 임피던스 변환을 지원할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 1차 권선(308a, 309a) 사이에 2차 권선(310a)이 개재될 수 있다. 1차 권선(308a, 309a) 및 2차 권선(310a)이 교차하는 부분에서, 교차부의 상부 또는 하부에서의 연결을 제공하기 위해 비아를 이용하여 신호경로의 연결이 이루어질 수 있다.
도 3에서, 입력 포트(308b, 308c 및 309b, 309c)를 통해 제1 및 제2 전력 증폭기로부터 1차 권선(308a, 309a)에 전류가 제공될 수 있다. 자기적으로 유도된 전류가 2차 권선(310a)에 생성될 수 있으며 동일 위상으로 서로 더하여 진다. 본 발 명의 일실시형태에 따르면, 자기 소거(self-cancellation)를 방지하기 위해 1차 권선(308a, 309a)의 전류가 동일 방향을 갖도록 트랜스포머가 설계될 수 있다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 2차 권선(310a)의 출력 포트(310b, 310c)는 안테나와 같은 부하에 연결될 수 있다.
도 4는 세 개의 1차 권선(407a, 408a, 409a) 및 단일 2차 권선(410a)을 포함하는 트랜스포머를 갖는 신호 결합부의 레이아웃을 도시한다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 세 개의 1차 권선(407a, 408a, 409a)은 각각 약 1회의 턴수를 가지며 단일 2차 권선(410a)은 약 2회의 턴수를 가질 수 있다. 1차 권선(407a)은 입력 포트(407b, 407c)에서 신호 증폭부의 제1 전력 증폭기로부터 증폭된 신호를 수신할 수 있다. 1차 권선(408a)은 입력 포트(408b, 408c)에서 신호 증폭부의 제2 전력 증폭기로부터 증폭된 신호를 수신할 수 있다. 마찬가지로, 1차 권선(409a)은 입력 포트(409b, 409c)에서 신호 증폭부의 제3 전력 증폭기로부터 증폭된 신호를 수신할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이 2차 권선(410a)이 1차 권선(407a, 408a, 409a) 사이에 개재될 수 있다.
도 4에서, 입력 포트(407b, 407c 및 408b, 408c 및 409b, 409c)를 통해 제1, 제2 및 제3 전력 증폭기로부터 1차 권선(407a, 408a, 409a)에 전류가 제공될 수 있다. 자기적으로 유도된 전류가 2차 권선(410a)에 생성될 수 있으며 동일 위상으로 서로 더하여 진다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 자기 소거(self-cancellation)를 방지하기 위해 1차 권선(407a, 408a, 409a)의 전류가 동일 방향을 갖도록 트랜스포머가 설계될 수 있다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 2차 권선(410a)의 출력 포트(410b, 410c)는 안테나와 같은 부하에 연결될 수 있다.
도 5는 네 개의 1차 권선(506a, 507a, 508a, 509a) 및 단일 2차 권선(510a)을 포함하는 트랜스포머를 갖는 신호 결합부의 레이아웃을 도시한다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 네 개의 1차 권선(506a, 507a, 508a, 509a)은 각각 약 1회의 턴수를 가지며 단일 2차 권선(510a)은 약 3회의 턴수를 가질 수 있다. 1차 권선(506a)은 입력 포트(506b, 506c)에서 신호 증폭부의 제1 전력 증폭기로부터 증폭된 신호를 수신할 수 있다. 1차 권선(507a)은 입력 포트(507b, 507c)에서 신호 증폭부의 제2 전력 증폭기로부터 증폭된 신호를 수신할 수 있다. 1차 권선(508a)은 입력 포트(508b, 508c)에서 신호 증폭부의 제3 전력 증폭기로부터 증폭된 신호를 수신할 수 있다. 마찬가지로, 1차 권선(509a)은 입력 포트(509b, 509c)에서 신호 증폭부의 제4 전력 증폭기로부터 증폭된 신호를 수신할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 2차 권선(510a)이 1차 권선(506a, 507a, 508a, 509a) 사이에 개재될 수 있다.
도 5에서, 입력 포트(506b, 506c 및 507b, 507c 및 508b, 508c 및 509b, 509c)를 통해 제1, 제2, 제3 및 제4 전력 증폭기로부터 1차 권선(506a, 507a, 508a, 509a)에 전류가 제공될 수 있다. 자기적으로 유도된 전류가 2차 권선(510a)에 생성될 수 있으며 동일 위상으로 서로 더하여 진다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 자기 소거(self-cancellation)를 방지하기 위해 1차 권선(506a, 507a, 508a, 509a)의 전류가 동일 방향을 갖도록 트랜스포머가 설계될 수 있다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 2차 권선(510a)의 출력 포트(510b, 510c)는 안테나와 같은 부하 에 연결될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시형태에 따른 전력 증폭기의 구현예를 도시한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 신호 증폭부(108)는 신호 결합부(106)와 실질적으로 동일 평면상에 구현될 수 있다. 그러나, 다른 실시형태에서, 신호 증폭부(108) 및 신호 결합부(106)는 다른 평면 상에 구현되거나 서로 각도를 형성할 수도 있다. 도 6에서, 연결 소자부(104)는 신호 증폭부와 신호 결합부를 본딩하고 전기적으로 연결하기 위한 와이어를 포함할 수 있다. 와이어는 구리, 금, 은, 알루미늄, 합금 등과 같은 다양한 도전성 물질로 형성될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시형태에 다른 전력 증폭기의 구현예를 도시한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 신호 증폭부(108)에 신호 결합부(106)가 뒤집어 적층될 수 있다. 도 7에서 연결 소자부(104)는 신호 증폭부와 신호 결합부를 전기적으로 연결하기 위한 볼 그리드 어레이(ball grid array)를 포함할 수 있다. 볼 그리드 어레이는 솔더 범프 또는 다른 도전성 볼로 형성될 수 있다. 도 7에 도시되지 않았지만, 신호 증폭부(108)와 신호 결합부(106) 사이의 공간은 언더필(underfill) 또는 다른 유전 물질 또는 절연 물질로 채워질 수 있다.
전술한 설명 및 첨부 도면에 개시된 기술을 이용하여 본 발명의 속하는 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자는 본 발명의 많은 변형예와 다른 실시형태들을 도출해 낼 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 개시된 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 변형예 및 다른 실시형태들은 이하 기재되는 특허 청구 범위 내에 포함되는 것으로 간주되어야 한다. 본 명세서에서 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 일반적이고 설명을 위한 의미로 사용되었을 뿐이며 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 전력 증폭기를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일실시형태에 따른 신호 결합부용 집적 수동 소자의 적층구조(stackup)를 도시한 도면.
도 3-5는 본 발명의 실시형태들에 따른 집적 수동 소자로 구현된 신호 결합부에 대한 레이아웃을 도시한 평면도.
도 6 및 7은 본 발명의 실시형태들에 따른 전력 증폭기의 구현예를 도시한 도면.
Claims (20)
- 삭제
- 복수의 전력 소자를 포함하며, 입력 무선 주파수(RF) 신호를 수신하고, 상기 복수의 전력 소자가 각각 상기 입력 무선 주파수 신호를 증폭하여 복수의 증폭된 신호를 생성하는 신호 증폭부;상기 복수의 증폭된 신호를 부하에 전달하기 위한 출력 신호에 결합하며, 상기 신호 증폭부와 물리적으로 분리된 신호 결합부; 및상기 신호 증폭부와 상기 신호 결합부를 전기적으로 연결하는 연결 소자부를 포함하고,상기 신호 결합부는 트랜스포머를 포함하며,상기 트랜스포머는,각각이 상기 복수의 증폭된 신호를 하나씩 수신하는 복수의 1차 권선; 및상기 복수의 1차 권선과 유도 결합되어 상기 부하로 전달하기 위한 상기 출력 신호를 제공하는 2차 권선을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭 시스템.
- 복수의 전력 소자를 포함하며, 입력 무선 주파수(RF) 신호를 수신하고, 상기 복수의 전력 소자가 각각 상기 입력 무선 주파수 신호를 증폭하여 복수의 증폭된 신호를 생성하는 신호 증폭부;상기 복수의 증폭된 신호를 부하에 전달하기 위한 출력 신호에 결합하며, 상기 신호 증폭부와 물리적으로 분리된 신호 결합부; 및상기 신호 증폭부와 상기 신호 결합부를 전기적으로 연결하는 연결 소자부를 포함하고,상기 복수의 전력 소자는 선택적으로 동작하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭 시스템.
- 복수의 전력 소자를 포함하며, 입력 무선 주파수(RF) 신호를 수신하고, 상기 복수의 전력 소자가 각각 상기 입력 무선 주파수 신호를 증폭하여 복수의 증폭된 신호를 생성하는 신호 증폭부;상기 복수의 증폭된 신호를 부하에 전달하기 위한 출력 신호에 결합하며, 상기 신호 증폭부와 물리적으로 분리된 신호 결합부; 및상기 신호 증폭부와 상기 신호 결합부를 전기적으로 연결하는 연결 소자부를 포함하고,상기 신호 증폭부는 발룬을 포함하며,상기 전력 소자는 1차 구동 증폭기, 복수의 2차 구동 증폭기 및 복수의 전력 증폭기를 포함하는 전력 증폭 시스템.
- 제4항에 있어서,상기 입력 무선 주파수 신호는 단일 입력 신호이고,상기 발룬은 상기 단일 입력 신호를 차동 신호 출력으로 변환하며,상기 1차 구동 증폭기는 상기 차동 신호 출력을 증폭하여 제1 증폭 신호 출력을 생성하고,상기 복수의 2차 구동 증폭기 각각은 상기 제1 증폭 신호 출력을 증폭하여 복수의 제2 증폭 신호 출력을 생성하고,상기 복수의 제2 증폭 신호 출력은 각각 상기 복수의 전력 증폭기 각각에 하나씩 제공되며, 상기 복수의 전력 증폭기는 상기 복수의 증폭된 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭 시스템.
- 복수의 전력 소자를 포함하며, 입력 무선 주파수(RF) 신호를 수신하고, 상기 복수의 전력 소자가 각각 상기 입력 무선 주파수 신호를 증폭하여 복수의 증폭된 신호를 생성하는 신호 증폭부;상기 복수의 증폭된 신호를 부하에 전달하기 위한 출력 신호에 결합하며, 상기 신호 증폭부와 물리적으로 분리된 신호 결합부; 및상기 신호 증폭부와 상기 신호 결합부를 전기적으로 연결하는 연결 소자부를 포함하고,상기 신호 결합부는, (ⅰ) 하모닉 제거, (ⅱ) 전력 모니터링 또는 (ⅲ) 상기 신호 증폭부와 부하 사이에 임피던스 변환 중 적어도 하나를 실행하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭 시스템.
- 복수의 전력 소자를 포함하며, 입력 무선 주파수(RF) 신호를 수신하고, 상기 복수의 전력 소자가 각각 상기 입력 무선 주파수 신호를 증폭하여 복수의 증폭된 신호를 생성하는 신호 증폭부;상기 복수의 증폭된 신호를 부하에 전달하기 위한 출력 신호에 결합하며, 상기 신호 증폭부와 물리적으로 분리된 신호 결합부; 및상기 신호 증폭부와 상기 신호 결합부를 전기적으로 연결하는 연결 소자부를 포함하고,상기 연결 소자부는, (ⅰ) 와이어 본딩 연결에 따른 적어도 하나의 와이어 또는 (ⅱ) 플립 칩 연결에 따른 적어도 하나의 솔더 범프를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭 시스템.
- 복수의 전력 소자를 포함하며, 입력 무선 주파수(RF) 신호를 수신하고, 상기 복수의 전력 소자가 각각 상기 입력 무선 주파수 신호를 증폭하여 복수의 증폭된 신호를 생성하는 신호 증폭부;상기 복수의 증폭된 신호를 부하에 전달하기 위한 출력 신호에 결합하며, 상기 신호 증폭부와 물리적으로 분리된 신호 결합부; 및상기 신호 증폭부와 상기 신호 결합부를 전기적으로 연결하는 연결 소자부를 포함하고,상기 신호 결합부는, 베이스 기판, 상기 베이스 기판에 의해 지지되는 복수의 금속층, 상기 복수의 금속층 중 적어도 두 개를 분리시키는 하나의 유전체 층 및 상기 복수의 금속층 중 두 개를 전기적으로 연결하는 적어도 하나의 비아를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭 시스템.
- 제8항에 있어서, 상기 베이스 기판은,실리콘(Si), 갈륨 아세나이드(GaAs), InP, FR4 또는 저온소성 세라믹(LTCC) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭 시스템.
- 제8항에 있어서, 상기 유전체층은,산화 실리콘, 벤조 사이클로 뷰틴(BCB), 실리콘 나이트라이드(SiN), FR4 또는 세라믹을 포함하는 절연층인 것을 특징으로 하는 전력 증폭 시스템.
- 복수의 전력 소자를 포함하며, 입력 무선 주파수(RF) 신호를 수신하고, 상기 복수의 전력 소자가 각각 상기 입력 무선 주파수 신호를 증폭하여 복수의 증폭된 신호를 생성하는 신호 증폭부;상기 복수의 증폭된 신호를 부하에 전달하기 위한 출력 신호에 결합하며, 상기 신호 증폭부와 물리적으로 분리된 신호 결합부; 및상기 신호 증폭부와 상기 신호 결합부를 전기적으로 연결하는 연결 소자부를 포함하고,상기 신호 증폭부와 상기 신호 결합부는 실질적으로 동일 평면상에 배치되며, 상기 연결 소자부는 상기 신호 증폭부와 상기 신호 결합부 사이에 제공된 적어도 하나의 와이어 연결을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭 시스템.
- 복수의 전력 소자를 포함하며, 입력 무선 주파수(RF) 신호를 수신하고, 상기 복수의 전력 소자가 각각 상기 입력 무선 주파수 신호를 증폭하여 복수의 증폭된 신호를 생성하는 신호 증폭부;상기 복수의 증폭된 신호를 부하에 전달하기 위한 출력 신호에 결합하며, 상기 신호 증폭부와 물리적으로 분리된 신호 결합부; 및상기 신호 증폭부와 상기 신호 결합부를 전기적으로 연결하는 연결 소자부를 포함하고,상기 신호 증폭부와 상기 신호 결합부는 상호 반대 방향으로 적층된 구조로 배치되며, 상기 연결 소자부는 상기 신호 증폭부와 상기 신호 결합부 사이에 제공된 적어도 하나의 솔더 범프를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭 시스템.
- 복수의 전력 소자를 포함하며, 입력 무선 주파수(RF) 신호를 수신하고, 상기 복수의 전력 소자가 각각 상기 입력 무선 주파수 신호를 증폭하여 복수의 증폭된 신호를 생성하는 신호 증폭부;상기 복수의 증폭된 신호를 부하에 전달하기 위한 출력 신호에 결합하며, 상기 신호 증폭부와 물리적으로 분리된 신호 결합부; 및상기 신호 증폭부와 상기 신호 결합부를 전기적으로 연결하는 연결 소자부를 포함하고,상기 신호 증폭부는 적어도 하나의 저저항 기판을 이용하여 구현되며, 상기 신호 결합부는 적어도 하나의 고저항 기판을 이용하여 구현되는 것을 특징으로 하는 전력 증폭 시스템.
- 제1 제조공정을 이용하여 제1 기판 상에 신호 증폭부를 제조하는 단계;상기 제1 제조공정과 다른 제2 제조공정을 이용하여 제2 기판 상에 신호 결합부를 제조하는 단계; 및상기 신호 증폭부와 상기 신호 결합부를 전기적으로 연결하는 단계를 포함하며,상기 신호 증폭부는 입력 무선 주파수(RF) 신호를 증폭하여 복수의 증폭된 신호를 각각 생성하는 복수의 전력 소자를 포함하며,상기 신호 결합부는 상기 복수의 증폭된 신호를 트랜스포머를 통하여 부하에 전달하기 위한 출력 신호에 결합하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기 제조 방법.
- 제14항에 있어서,상기 제1 제조공정은 상보성 금속 산화물 반도체(CMOS) 공정이며, 상기 제2 제조공정은 입적 수동 소자(IPD) 공정인 것을 특징으로 하는 전력 증폭기 제조 방법.
- 제14항에 있어서,제1 기판은 저저항 실리콘이며, 상기 제2 기판은 고저항 실리콘, 글래스, 갈륨 아세나이드(GaAs), InP, FR4 또는 저온소성 세라믹(LTCC)인 것을 특징으로 하는 전력 증폭기 제조 방법.
- 제14항에 있어서,상기 신호 결합부를 제조하는 단계는, 복수의 1차 권선 및 하나의 2차 권선을 제조하는 단계를 포함하며, 상기 복수의 1차 권선은 상기 2차 권선에 유도 결합되는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기 제조 방법.
- 제17항에 있어서,상기 복수의 1차 권선 중 적어도 하나는 캐패시터에 연결되며, 상기 캐패시터는 낮은 유전 상수를 갖는 유전체층에 의해 분리된 상부 플레이트 및 하부 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기 제조 방법.
- 제17항에 있어서,상기 복수의 1차 권선 및 상기 2차 권선 중 적어도 하나는 스파이럴 인덕터 인 것을 특징으로 하는 전력 중폭기 제조 방법.
- 제14항에 있어서,상기 신호 증폭부와 상기 신호 결합부를 전기적으로 연결하는 단계는, 신호 증폭부 및 신호 결합부를 와이어 본딩 연결 또는 볼 그리드 어레이를 이용하여 전기적으로 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기 제조 방법.
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