KR101413940B1 - 신호 증폭을 수행하는 장치, 집적 회로, 및 방법 - Google Patents

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KR101413940B1
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Abstract

변압기 기반 이중 이득 모드 전력 증폭기 배열은 구동 스테이지 (220), 전력 증폭기 스테이지 (250) 및 바이패스 경로 (272, 274, 280) 를 포함한다. 스위칭가능한 스테이지간 정합 회로 (234) 는 구동 스테이지 (220) 의 출력과, 전력 증폭기 스테이지 (250) 및 바이패스 경로 (272, 274, 280) 의 각각의 입력들 사이에 연결된다. 스위칭가능한 스테이지간 정합 회로 (234) 는 구동 스테이지 (220) 의 출력에 연결된 1차 코일 (432) 을 갖는 변압기 (430) 를 포함한다. 변압기 (430) 의 2차 코일 (442) 은 제 1 스위치 (446) 를 통해서 접지에 연결된 일 단자를 가지는 한편, 타 단자는 바이패스 경로 (272, 274, 280) 에 접속된다. 스테이지간 정합 회로 (234) 는 또한 구동 스테이지 (220) 의 출력과 전력 증폭기 스테이지 (250) 의 입력 사이에 연결된 제 2 스위치 (276) 를 포함한다. 고이득 모드에서, 제 1 스위치 (446) 는 개방되고 제 2 스위치 (276) 는 폐쇄된다. 따라서, 2차 코일은 고이득 모드 동안 1차 코일로부터 전기적으로 분리된다. 바이패스 모드 동안, 제 1 스위치 (446) 는 폐쇄되고 제 2 스위치 (276) 는 개방된다. 그 결과, 2차 코일 (442) 은 추가 정합 회로 (280) 를 통해 증폭기 출력 단자 (B) 에 신호가 연결되는 구동 스테이지로부터 신호를 제공한다. 스테이지간 임피던스 정합을 향상하기 위해, 이 배열은 1차 코일 (432) 에 연결된 스위칭가능한 커패시터 (434, 436) 및/또는 2차 코일 (442) 에 연결된 커패시터 (444) 를 더 포함할 수도 있다. 구동 스테이지 및 증폭기 스테이지는, 1차 코일이 구동 스테이지의 차동 출력들 사이에 연결되고 2차 코일이 바이패스 모드 동안 차동 신호를 싱글 엔디드 신호로 변환하는 차동 증폭기 스테이지들로서 실현될 수도 있다.

Description

신호 증폭을 수행하는 장치, 집적 회로, 및 방법{APPARATUS, INTEGRATED CIRCUIT, AND METHOD FOR PERFORMING SIGNAL AMPLIFICATION}
35 U.S.C. §119 하의 우선권 주장
본 특허 출원은 "DIFFERENTIAL MID-GAIN MODE IMPLEMENTATION (PA BYPASS) FOR RF CASCADED AMPLIFIERS"이란 발명의 명칭으로, 2009년 11월 13일에 출원되어, 본 양수인에게 양도되고 명시적으로 여기에 참조로서 포함되는, 미국 가특허출원 번호 제 61/261,223호에 대해 우선권을 주장한다.
본 개시물은 일반적으로 전자 장치들에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는, 증폭기들에 관한 것이다.
여러 전자 디바이스들에 신호 증폭을 제공하기 위해 증폭기들이 일반적으로 사용되고 있다. 상이한 유형의 증폭기들이 상이한 용도에 이용될 수 있다. 예컨대, 무선 통신 디바이스, 예컨대 셀룰러 폰은 쌍방향 통신을 위해 송신기 및 수신기를 포함할 수도 있다. 송신기는 구동 증폭기 (DA) 및 전력 증폭기 (PA) 를 포함할 수도 있으며, 수신기는 저잡음 증폭기 (LNA) 를 포함할 수도 있으며, 그리고 송신기 및 수신기는 가변 이득 증폭기들 (VGAs) 을 포함할 수도 있다.
송신기는 다수의 증폭기들, 예를 들면, 구동 증폭기 및 전력 증폭기를 포함할 수도 있는 증폭기 모듈을 가질 수도 있다. 증폭기 모듈은 다중 동작 모드들을 지원할 수도 있다. 각 동작 모드는 상이한 출력 전력 레벨, 상이한 전체 이득 등에 대응할 수도 있다. 모든 동작 모드들에 대해 우수한 성능이 달성될 수 있으면서도 회로 면적 및 비용을 절감할 수 있는, 증폭기 모듈을 구현하는 것이 바람직할 수도 있을 것이다.
도 1 은 무선 통신 디바이스의 블록도를 나타낸다.
도 2 는 다중 동작 모드들을 가진 PA 모듈의 블록도를 나타낸다.
도 3 은 싱글 엔디드 (single-ended) PA 모듈의 개략도이다.
도 4 는 변압기-기반 바이패스 모드를 가진 싱글 엔디드 PA 모듈의 개략도를 나타낸다.
도 5 는 차동 PA 모듈의 개략도를 나타낸다.
도 6 은 변압기-기반 바이패스 모드를 가진 차동 PA 모듈의 개략도를 나타낸다.
도 7 및 도 8 은 2개의 예시적인 변압기 설계들의 평면도들을 나타낸다.
도 9 는 신호 증폭을 수행하기 위한 프로세스를 나타낸다.
아래에 개시하는 상세한 설명은 본 개시물의 예시적인 설계들의 설명으로서 의도되는 것으로, 본 개시물이 실시될 수 있는 유일한 설계들을 나타내려고 의도하는 것이 아니다. 용어 "예시적인" 은 "예, 사례 또는 실례로서 취급한다"는 것을 의미하도록 여기서 사용한다. 여기서 "예시적인" 으로 설명하는 어떠한 설계도 다른 설계들 보다 반드시 바람직하거나 유리한 것으로 해석해서는 안 된다. 상세한 설명은 본 개시물의 예시적인 설계들의 완전한 이해를 제공할 목적으로 구체적인 세부 설명들을 포함한다. 여기서 설명하는 예시적인 설계들은 이들 구체적인 세부 설명 없이도 실시될 수도 있음을 당업자는 명백히 알 수 있을 것이다. 일부의 경우, 널리 공지된 구조들 및 디바이스들은, 여기에 나타낸 예시적인 설계들의 신규성을 불명료하게 하는 것을 피하기 위하여, 블록도 형태로 나타낸다.
여기서, 다중 동작 모드들을 가진 캐스캐이드 증폭기들의 여러 예시적인 설계들을 설명한다. 캐스캐이드 증폭기들은 여러 전자 디바이스들, 예컨대 무선 통신 디바이스들, 셀룰러 폰들, 개인 휴대 정보 단말기들 (PDAs), 휴대형 디바이스들, 무선 모뎀들, 랩탑 컴퓨터들, 무선 전화기들, 블루투스 디바이스들, 소비자 전자 디바이스들 등에 사용될 수도 있다. 명확성을 위해, 이하 무선 통신 디바이스에서의 캐스캐이드 증폭기들의 사용을 설명한다.
도 1 은 무선 통신 디바이스 (100) 의 예시적인 설계의 블록도를 나타낸 것이다. 이 예시적인 설계에서, 무선 디바이스 (100) 는 데이터 프로세서 (110) 및 송수신기 (120) 를 포함한다. 송수신기 (120) 는 쌍방향 무선 통신을 지원하는 송신기 (130) 및 수신기 (150) 를 포함한다. 일반적으로, 무선 디바이스 (100) 는 임의 개수의 통신 시스템들 및 임의 개수의 주파수 대역들에 대해 임의 개수의 송신기들 및 임의 개수의 수신기들을 포함할 수도 있다.
송신 경로에서, 데이터 프로세서 (110) 는 송신할 데이터를 프로세싱하여 아날로그 출력 신호를 송신기 (130) 에 제공한다. 송신기 (130) 내에서, 아날로그 출력 신호는 증폭기 (Amp) (132) 에 의해 증폭되고, 저역통과 필터 (134) 에 의해 필터링되어 디지털-대-아날로그 변환에 의해 초래되는 이미지들이 제거되고, VGA (136) 에 의해 증폭되고, 그리고 믹서 (138) 에 의해 기저대역으로부터 무선 주파수 (RF) 로 상향변환된다. 상향변환된 신호는 필터 (140) 에 의해 필터링되고, 구동 증폭기 (142) 및 전력 증폭기 (144) 에 의해 또 증폭되고, 스위치들/듀플렉서들 (146) 을 통해서 라우팅되어, 안테나 (148) 를 통해서 송신된다.
수신 경로에서, 안테나 (148) 는 신호들을 기지국들 및/또는 다른 송신국들로부터 수신하여 수신 신호를 제공하며, 그 수신 신호가 스위치들/ 듀플렉서들 (146) 을 통해서 라우팅되어 수신기 (150) 에 제공된다. 수신기 (150) 내에서, 수신 신호는 LNA (152) 에 의해 증폭되고, 대역통과 필터 (154) 에 의해 필터링되며, 그리고 믹서 (156) 에 의해 RF 로부터 기저대역으로 하향변환된다. 하향 변환된 신호는, 데이터 프로세서 (110) 에 제공되는 아날로그 입력 신호를 획득하기 위하여, VGA (158) 에 의해 증폭되어, 저역통과 필터 (160) 에 의해 필터링되고, 증폭기 (162) 에 의해 증폭된다.
도 1 은 RF 와 기저대역 사이의 신호를 하나의 스테이지로 주파수 변환하는 직접-변환 아키텍처를 구현하는 송신기 (130) 및 수신기 (150) 를 나타낸 것이다. 또한, 송신기 (130) 및/또는 수신기 (150) 는 RF 와 기저대역 사이의 신호를 다수의 스테이지들로 주파수 변환하는 수퍼-헤테로다인 아키텍처를 구현할 수도 있다. 국부 발진기 (LO) 생성기 (170) 는 송신 및 수신 LO 신호들을 생성하여 믹서들 (138 및 156) 에 각각 제공한다. 위상 동기루프 (PLL) (172) 는 적당한 주파수들로 송신 및 수신 LO 신호들을 생성하기 위하여 데이터 프로세서 (110) 로부터 제어 정보를 수신하고 제어 신호들을 LO 생성기 (170) 로 제공한다.
도 1 은 예시적인 송수신기 설계를 나타낸 것이다. 일반적으로, 송신기 (130) 및 수신기 (150) 에서의 신호들의 조정은 증폭기의 하나 이상의 스테이지들, 필터, 믹서 등에 의해 수행될 수도 있다. 이들 회로들은 도 1 에 나타낸 구성과 다르게 배열될 수도 있다. 더욱이, 도 1 에 나타내지 않은 다른 회로들이 또한 송신기 및 수신기에 사용될 수도 있다. 예컨대, 도 1 의 여러 능동 회로들을 정합하기 위하여 정합 회로들이 사용될 수도 있다. 도 1 의 일부 회로들은 또한 생략될 수도 있다. 송수신기 (120) 는 하나 이상의 아날로그 집적 회로들 (IC들), RF IC들 (RFIC들), 믹스된-신호 IC들 등 상에 구현될 수도 있다. 예컨대, 송신기 (130) 에서 증폭기 (132) 내지 전력 증폭기 (144) 는 RFIC 상에 구현될 수도 있다. 또, 구동 증폭기 (142) 및 전력 증폭기 (144) 는 RFIC 외부에 있는 또 다른 IC 상에 구현될 수도 있다.
데이터 프로세서 (110) 는 무선 디바이스 (100) 에 대한 여러 기능들, 예를 들면, 데이터를 송수신하는 프로세싱을 수행할 수도 있다. 메모리 (112) 는 데이터 프로세서 (110) 를 위한 프로그램 코드들 및 데이터를 저장할 수도 있다. 데이터 프로세서 (110) 는 하나 이상의 주문형 집적 회로들 (ASIC들) 및/또는 다른 IC들 상에 구현될 수도 있다.
도 1 에 나타낸 바와 같이, 송신기 및 수신기는 여러 증폭기들을 포함할 수도 있다. RF 에서 각 증폭기는 입력 임피던스 정합 및 출력 임피던스 정합을 가질 수도 있으며, 입력 임피던스 정합 및 출력 임피던스 정합은 도 1 에는 간결성을 위해 도시되지 않는다.
도 1 에서, 구동 증폭기 (142) 및 전력 증폭기 (144) 는 PA 모듈 내에 구현될 수도 있다. PA 모듈은 상이한 출력 전력 레벨들, 상이한 이득들 등과 관련될 수도 있는 다중 동작 모드들을 지원할 수도 있다. 동작 모드들은 이득 모드들 등으로 지칭될 수도 있다. 예컨대, PA 모듈은 다음의 동작 모드들을 지원할 수도 있다:
1. 고이득 모드 - 구동 증폭기 (142) 및 전력 증폭기 (144) 가 둘다 인에이블된다.
2. 중간 이득 모드 - 구동 증폭기 (142) 만이 인에이블되고, 및 전력 증폭기 (144) 가 디스에이블된다.
3. 저이득 모드 - 구동 증폭기 (142) 및 전력 증폭기 (144) 가 둘 다 디스에이블된다.
고이득 모드, 중간 이득 모드 및 저이득 모드는 또한 고전력 모드, PA 바이패스 모드, 및 풀 (full) 바이패스 모드로 각각 지칭될 수도 있다. 저이득 모드 및 중간 이득 모드를 바이패스 모드들이라 할 수도 있다. PA 모듈은 또한 더 많거나 더 적은 동작 모드들을 지원할 수도 있다. 어쨌든, 다중 동작 모드들은 PA 모듈의 출력 전력을 링크/환경 조건들의 변화에 응답하여 조정되는 것을 가능하게 한다. 더 미세한 이득 단계들이 구동 증폭기 (142) 의 이득 및/또는 전력 증폭기 (144) 의 이득을 변경함으로써 달성될 수도 있다.
다음의 목적들을 달성하기 위하여 바이패스 모드들을 구현하는 것이 바람직할 수도 있다:
1. 고이득 모드의 성능에의 영향을 최소화한다.
2. 바이패스 모드들에 대한 회로들을 구현하는데 사용되는 면적을 최소화한다.
바이패스 모드들은 일반적으로 스위치들로 구현되며, 그 스위치들은 고이득 모드에 대한 높은 전력 신호 경로에 배치될 수도 있고 그리고/또는 높은 전력 신호 경로의 민감 노드들을 로딩 (load) 할 수도 있다. 이것은 고이득 모드의 효율 감소를 초래할 수도 있다. 제 1 목적은 높은 전력 신호 경로가 최소한으로 영향을 받도록 바이패스 모드들에 대해 스위치들을 구현함으로써 달성될 수도 있다.
고이득 모드는 회로들의 세트로 구현될 수도 있으며, 바이패스 모드들은 하나 이상의 추가 회로들의 세트들로 구현될 수도 있다. 회로들의 각 세트는 관련된 동작 모드(들) 에 대해 우수한 성능을 획득하도록 설계될 수도 있다. 이것은 고이득 모드의 성능에의 최소의 영향으로 우수한 성능을 바이패스 모드들에 제공할 수도 있다. 그러나, 바이패스 모드들에 대한 추가적인 회로들의 세트(들) 을 구현하는데 추가적인 회로 면적이 사용될 수 있을 것이며 더 많은 비용을 초래할 수도 있다.
일 양태에서, 캐스캐이드 (또는 직렬) 로 연결된 구동 증폭기 및 전력 증폭기를 포함하는 PA 모듈의 경우, 바이패스 모드는 변압기에 대한 구동 증폭기의 출력에서 인덕터를 재사용함으로써 구현될 수도 있다. 인덕터는 구동 증폭기에 대한 부하 인덕터 및/또는 고이득 모드에서의 출력 임피던스 정합을 위한 인덕터로서 이용될 수도 있다. 인덕터는 바이패스 모드에서 변압기의 1차 코일로서 재사용될 수도 있다. 변압기는 바이패스 모드에 이용될 수도 있는 2차 코일을 포함할 것이다. 변압기가 적은 추가 회로 면적으로 구현될 수도 있어, 상기 제 2 목적을 달성할 수도 있다. 바이패스 모드에 대한 신호 경로가 고이득 모드의 성능이 최소한으로 영향을 받을 수 있도록 구현될 수도 있으므로, 상기 제 1 목적을 달성할 수도 있다.
도 2 는 다중 동작 모드들을 가진 PA 모듈 (200) 의 예시적인 설계의 블록도를 나타낸 것이다. PA 모듈 (200) 은 도 1 의 구동 증폭기 (142) 및 전력 증폭기 (144) 에 사용될 수도 있다. PA 모듈 (200) 내에서, 입력 정합 회로 (210) 는 입력 RF 신호 (RFin) 를 수신하고 구동 증폭기 (220) 의 입력에 연결된 출력을 갖는다. 구동 증폭기 (220) 의 출력은 직렬로 연결된 제 1 섹션 (240), 스위치 (276), 및 제 2 섹션 (242) 을 포함하는 스테이지간 정합 회로 (230) 에 연결된다. 제 1 섹션 (240) 은 정합 회로 (230) 의 입력과 노드 A 사이에 연결된다. 스위치 (276) 및 제 2 섹션 (242) 은 직렬로 연결되며, 그 결합이 노드 A 와 정합 회로 (230) 의 출력 사이에 연결된다.
전력 증폭기 (250) 는 스테이지간 정합 회로 (230) 의 출력에 연결된 입력 및 출력 정합 회로 (260) 의 입력에 연결된 출력을 갖는다. 전력 증폭기 (250) 는 온/오프 (On/Off) 제어에 기초하여 인에이블되거나 또는 디스에이블될 수도 있다. 스위치 (278) 는 정합 회로 (260) 의 출력에 연결된 일단 및 노드 B 에 연결된 타단을 가지며, 노드 B 는 출력 RF 신호 (RFout) 를 제공한다. 스위치 (272) 는 노드 A 에 연결된 일단 및 정합 회로 (270) 의 입력에 연결된 타단을 갖는다. 스위치 (274) 는 노드 B 에 연결된 일단 및 정합 회로 (270) 의 출력에 연결된 타단을 갖는다. 도 2 에 나타내지는 않았지만, RFout 신호는 듀플렉서, 안테나, RF 스위치, 및/또는 다른 회로들에 제공될 수도 있다.
PA 모듈 (200) 은 고이득 모드 및 바이패스 모드를 지원한다. 고이득 모드에서, 스위치들 (276 및 278) 이 폐쇄되고, 스위치들 (272 및 274) 이 개방되고, 그리고 구동 증폭기 (220) 및 전력 증폭기 (250) 가 둘다 인에이블된다. 증폭기들 (220 및 250) 은 RFout 신호에 대해 신호 증폭 및 고 출력 전력을 제공한다. 정합 회로 (210) 는 구동 증폭기 (220) 에 대한 입력 임피던스 정합을 수행한다. 정합 회로 (230) 는 구동 증폭기 (220) 의 출력과 전력 증폭기 (250) 의 입력 사이에 임피던스 정합을 수행한다. 정합 회로 (260) 는 전력 증폭기 (250) 에 대한 출력 임피던스 정합을 수행하고 전력 증폭기 (250) 의 저 출력 임피던스를 목표 출력 임피던스 Zo 에 정합할 수도 있으며, Zo 는 50 Ohms 또는 어떤 다른 값일 수도 있다.
바이패스 모드에서, 스위치들 (276 및 278) 이 개방되고, 스위치들 (272 및 274) 이 폐쇄되고, 구동 증폭기 (220) 가 인에이블되고, 및 전력 증폭기 (250) 가 디스에이블된다. 구동 증폭기 (220) 는 RFout 신호에 대해 신호 증폭 및 저 출력 전력 내지 중간 출력 전력을 제공한다. 구동 증폭기 (220) 로부터의 증폭 신호가 제 1 섹션 (240) 및 정합 회로 (270) 를 거쳐서 라우팅되며 RFout 신호로서 제공된다. 제 1 섹션 (240) 및 정합 회로 (270) 는 바이패스 모드에서 구동 증폭기 (220) 에 대한 출력 임피던스 정합을 수행한다. 정합 회로 (270) 는 노드 A 에서의 임피던스 Z1를 목표 출력 임피던스 Zo 에 정합시킬 수도 있다.
일반적으로, PA 모듈은 임의 개수의 동작 모드들을 지원할 수도 있다. 각 동작 모드는 인에이블되는 0 개 이상의 증폭기들의 특정의 세트와 관련될 수도 있다. 예컨대, PA 모듈 (200) 은 구동 증폭기 (220) 및 전력 증폭기 (250) 가 둘다 디스에이블되는 풀 바이패스 모드를 포함할 수도 있다.
도 3 은 도 2 의 PA 모듈 (200) 의 예시적인 설계인 싱글 엔디드 PA 모듈 (202) 의 개략도를 나타낸 것이다. PA 모듈 (202) 은 다음의 차이점과 함께 도 2 의 모든 회로 블록들을 포함한다. 도 2 의 정합 회로 (230) 는 도 3 의 정합 회로 (232) 로 구현된다.
정합 회로 (232) 내에서, 인덕터 (332) 는 노드 A 에 연결된 일단 및 전원 (Vdd) 에 연결된 타단을 갖는다. 인덕터 (332) 는 구동 증폭기 (220) 에 대한 부하 인덕터일 수도 있다. 커패시터 (334) 가 노드 A 와 회로 접지 사이에 연결된다. 커패시터 (338) 가 스위치 (276) 와 전력 증폭기 (250) 의 입력 사이에 연결된다. 인덕터 (340) 가 전력 증폭기 (250) 의 입력과 기준 전압 (Vref) 사이에 연결된다. 인덕터 (332) 및 커패시터 (334) 는 정합 회로 (232) 의 제 1 섹션을 형성한다. 커패시터 (338) 및 인덕터 (340) 는 정합 회로 (232) 의 제 2 섹션을 형성한다.
도 3 은 정합 회로 (232) 의 예시적인 설계를 나타낸 것이다. 일반적으로, 정합 회로는 임의 개수의 섹션들/스테이지들, 임의 개수의 인덕터들 및 커패시터들, 및 임의의 순서로 구현될 수도 있다. 더 많은 섹션들은 회로 구성요소 변경에 대한 민감성을 덜 초래하고 또한 더 넓은 주파수 응답을 제공할 수도 있으며, 이 양자는 바람직할 수도 있다. 또, 정합 회로는 여러 회로 토플로지들, 예컨대 분로 (shunt) 인덕터 (L) 및 분로 커패시터 (C), 직렬 C 및 분로 L, 직렬 L 및 분로 C 등으로 구현될 수도 있다.
도 3 에는 나타내지는 않았지만, 정합 회로들 (210, 260 및 270) 는 하나 이상의 인덕터들 및 하나 이상의 커패시터들로 각각 구현될 수도 있으며, 임의의 회로 토플로지에 기초하여 배열될 수도 있다.
도 4 는 변압기-기반 바이패스 모드를 가진 싱글 엔디드 PA 모듈 (204) 의 예시적인 설계의 개략도를 나타낸 것이다. PA 모듈 (204) 은 다음의 차이점들과 함께, 도 2 의 회로 블록들의 모두를 포함한다. 첫째, 도 2 의 정합 회로 (230) 는 도 4 의 정합 회로 (234) 로 구현된다. 둘째, 도 2 의 정합 회로 (270) 는 도 4 의 정합 회로 (280) 로 대체된다.
정합 회로 (234) 내에서, 커패시터 (434) 및 스위치 (436) 가 직렬로 연결되고, 그 결합이 구동 증폭기 (220) 의 출력과 회로 접지 사이에 연결된다. 변압기 (430) 는 1차 코일 (432) 및 2차 코일 (442) 을 포함한다. 용어들 "코일", "인덕터", 및 "도체"는 상호 대체가능하게 사용될 수도 있다. 1차 코일 (432) 이 구동 증폭기 (220) 의 출력과 Vdd 사이에 연결된다. 2차 코일 (442) 이 스위치 (446) 와 직렬로 연결되고, 그 결합이 노드 X 와 회로 접지 사이에 연결된다. 커패시터 (444) 가 노드 X 와 회로 접지 사이에 연결된다. 스위치 (276) 및 커패시터 (438) 가 직렬로 연결되고, 및 그 결합이 구동 증폭기 (220) 의 출력과 전력 증폭기 (250) 의 입력 사이에 연결된다. 인덕터 (440) 가 전력 증폭기 (250) 의 입력과 Vref 사이에 연결된다.
고이득 모드에서, 스위치들 (276 및 278) 이 폐쇄되고, 스위치들 (272, 274 및 446) 이 개방되고, 그리고 구동 증폭기 (220) 및 전력 증폭기 (250) 가 둘다 인에이블된다. 2차 코일 (442) 이 접속차단되고 부동된다 (float). 1차 코일 (432), 인덕터 (440), 및 커패시터 (438) 는 스테이지간 임피던스 정합을 수행한다. 스위치 (436) 는 또한 폐쇄될 수도 있으며, 그리고 커패시터 (434) 는 스테이지간 임피던스 정합을 변경하기 위하여, 예를 들면, 더 평탄한 주파수 응답, 더 높은 출력 전력, 향상된 전력-부가 효율 (PAE) 등을 획득하기 위하여, 1차 코일 (432) 과 병렬로 연결될 수도 있다.
바이패스 모드에서, 스위치들 (276 및 278) 이 개방되고, 스위치들 (272, 274 및 446) 이 폐쇄되고, 구동 증폭기 (220) 가 인에이블되고, 그리고 전력 증폭기 (250) 가 디스에이블된다. 변압기 (430) 의 2차측에서의 노드 X 가 스위치 (272) 를 경유해서 정합 회로 (280) 에 연결된다. 변압기 (430) 는 구동 증폭기 (220) 의 저 출력 임피던스로부터 특정의 임피던스로 임피던스 정합을 수행하며, 그 특정의 임피던스는 Zo 또는 어떤 다른 임피던스의 목표 출력 임피던스일 수도 있다. 스위치 (436) 는 폐쇄될 수도 있으며, 커패시터 (434) 는 1차 코일 (432) 과 병렬로 연결되어 임피던스 정합을 변화시키는데 이용될 수도 있다. 커패시터 (434) 는 바이패스 모드 및 고이득 모드에서 상이한 값들을 가질 수도 있는 프로그램가능한 커패시터일 수도 있다. 커패시터 (444) 는 원하는 임피던스 정합을 획득하기 위해 이용될 수도 있다.
노드 X 는 바이패스 모드에서 임피던스 Z2 를 가질 수도 있으며, 임피던스 Z2 는 목표 출력 임피던스 Zo 에 가깝게 설계될 수도 있다. 이 경우, 정합 회로 (280) 는 생략될 수도 있다. 정합 회로 (280) 는 또한 바이패스 모드에서 노드 X 에서의 공칭 임피던스 Z2 와 목표 출력 임피던스 Zo 사이의 임피던스 정합을 수행하기 위해 이용될 수도 있다.
도 4 에 나타낸 바와 같이, 변압기 (430) 는 바이패스 모드를 지원하기 위하여 사용될 수도 있으며 구동 증폭기 (220) 의 부하 인덕터를 1차 코일 (432) 로 재사용할 수도 있다. 스위치 (446) 가 변압기 (430) 의 2차 코일 (442) 과 직렬로 연결될 수도 있으며 변압기 (430) 를 접속하거나 접속차단하기 위하여 폐쇄되거나 개방될 수도 있다. 커패시터 (444) 가 2차 코일 (442) 과 병렬로 연결되어 바이패스 모드에서 임피던스 정합을 제공하기 위해 이용될 수도 있다. 스위칭가능한 커패시터 (434) 는 1차 코일 (432) 과 병렬로 연결될 수도 있으며, 임피던스 정합을 조정하기 위해 예를 들면, 바이패스 모드와 고이득 모드 사이의 인덕터 사이즈의 균형 유지 (trade-off) 를 가능하도록 하기 위해 이용될 수도 있다. 정합 회로 (280) 는 임피던스 정합을 추가로 제공하기 위해 사용될 수도 있다.
스위치 (274) 가 바이패스 모드를 고이득 모드로부터 분리하여 노드 B 에서 기생 부하를 감소시키기 위해 이용될 수도 있다. 스위치 (274) 는 접속되는 노드 B 에서의 임피던스는 비교적 높은, 예를 들면, 25 내지 50 Ohms 일 수도 있다. 따라서, 스위치 (274) 는 고이득 모드에서 효율에 작은 영향을 줄 수도 있다.
스위치들은 금속 산화물 반도체 (MOS) 트랜지스터들로 구현될 수도 있다. RFout 신호는 고이득 모드에서 큰 전압 스윙을 가질 수도 있으며, 큰 전압 스윙은 각 MOS 트랜지스터의 브레이크다운 전압을 초과할 수도 있다. 스택에 연결된 다수의 MOS 트랜지스터들로 스위치를 구현함으로써 향상된 신뢰성이 달성될 수도 있다. 그러면, RFout 신호의 큰 전압 스윙이 그 스택의 MOS 트랜지스터들에 걸쳐서 거의 동일하게 분할되거나 분산될 수도 있다. 그러면, 각 MOS 트랜지스터는 우수한 신뢰성을 달성하기 위해 MOS 트랜지스터의 브레이크다운 전압 미만이어야 하는 큰 전압 스윙의 일부만을 관측할 수도 있다. 일반적으로, 오프 상태에서 MOS 트랜지스터들을 가로질러 큰 전압 스윙을 분할하기 위해 어떠한 개수의 MOS 트랜지스터들이 스택에 연결될 수도 있다. 예시적인 설계에서, 바이패스 모드의 경우, 스위치 (274) 는 스택에 MOS 트랜지스터들의 서브세트를 포함할 수도 있으며, 스위치 (272) 는 그 스택에 나머지 MOS 트랜지스터들을 포함할 수도 있다. 이것은 바이패스 모드에 대한 신호 경로로 인해 노드 B 에서의 부하를 감소시켜, 고이득 모드에서 성능 열화를 초래할 수도 있다.
도 5 는 다중 동작 모드들을 가진 차동 PA 모듈 (500) 의 예시적인 설계의 개략도를 나타낸 것이다. PA 모듈 (500) 내에서, 입력 정합 회로 (510) 는 RFin 신호를 수신하여 차동 DA 입력 신호를 제공한다. 구동 증폭기들 (520a 및 520b) 은 차동 DA 입력 신호를 수신 및 증폭하여 차동 DA 출력 신호를 제공한다. 스테이지간 정합 회로 (530) 는 차동 DA 출력 신호를 수신하여 차동 PA 입력 신호를 제공한다. 전력 증폭기들 (550a 및 550b) 은 차동 PA 입력 신호를 수신 및 증폭하여 차동 PA 출력 신호를 제공한다. 출력 정합 회로 (560) 는 차동 PA 출력 신호를 수신하여 싱글 엔디드 출력 신호를 제공한다. 스위치 (578) 는 정합 회로 (560) 의 출력에 연결된 일단 및 노드 B 에 연결된 타단을 가지며, 노드 B 는 RFout 신호를 제공한다.
스위치들 (572) 은 노드 A 에 연결된 일단 및 정합 회로 (570) 의 입력에 연결된 타단을 갖는다. 스위치 (574) 는 노드 B 에 연결된 일단 및 정합 회로 (570) 의 출력에 연결된 타단을 갖는다. 도 5 에는 나타내지 않았지만, RFout 신호는 듀플렉서, 안테나, RF 스위치, 및/또는 다른 회로들에 제공될 수도 있다.
도 5 는 또한 스테이지간 정합 회로 (530) 의 예시적인 설계를 나타낸 것이다. 정합 회로 (530) 내에서, 인덕터 (532) 가 구동 증폭기들 (520a 및 520b) 의 출력들 사이에 연결된다. 커패시터들 (534a 및 534b) 이 직렬로 연결되고, 그 결합이 구동 증폭기들 (520a 및 520b) 의 출력들 사이에 연결된다. 스위치 (576a) 및 커패시터 (538a) 가 직렬로 연결되고, 그 결합이 구동 증폭기 (520a) 의 출력과 전력 증폭기 (550a) 의 입력 사이에 연결된다. 스위치 (576b) 및 커패시터 (538b) 가 직렬로 연결되고, 그 결합이 구동 증폭기 (520b) 의 출력과 전력 증폭기 (550b) 의 입력 사이에 연결된다. 인덕터 (540) 가 전력 증폭기들 (550a 및 550b) 의 입력들 사이에 연결된다.
PA 모듈 (500) 은 고이득 모드 및 바이패스 모드를 지원한다. 고이득 모드에서, 스위치들 (576a, 576b 및 578) 이 폐쇄되고, 스위치들 (572 및 574) 이 개방되고, 그리고 구동 증폭기들 (520a 및 520b) 및 전력 증폭기들 (550a 및 550b) 이 모두 인에이블된다. 증폭기들 (520a, 520b, 550a 및 550b) 은 RFout 신호에 대해 신호 증폭 및 높은 출력 전력을 제공한다. 정합 회로 (510) 는 구동 증폭기 (520) 에 대한 싱글 엔디드-대-차동 변환 및 입력 임피던스 정합을 수행한다. 정합 회로 (530) 는 구동 증폭기들 (520a 및 520b) 의 출력들과 전력 증폭기들 (550a 및 550b) 의 입력들 사이에 임피던스 정합을 수행한다. 정합 회로 (560) 는 전력 증폭기들 (550a 및 550b) 에 대한 출력 임피던스 정합 및 차동-대-싱글 엔디드 변환을 수행한다.
바이패스 모드에서, 스위치들 (576a, 576b 및 578) 이 개방되고, 스위치들 (572 및 574) 이 폐쇄되고, 구동 증폭기들 (520a 및 520b) 이 인에이블되고, 전력 증폭기들 (550a 및 550b) 이 디스에이블된다. 구동 증폭기들 (520a 및 520b) 이 RFout 신호에 대해 신호 증폭 및 저 출력 내지 중간 출력 전력을 제공한다. 구동 증폭기 (520a) 로부터의 출력 신호가 정합 회로 (570) 를 거쳐서 라우팅되어 RFout 신호로서 제공된다. 정합 회로 (530) 의 제 1 섹션 및 정합 회로 (570) 은 구동 증폭기 (520a) 에 대한 출력 임피던스 정합을 수행한다.
도 6 은 변압기-기반 바이패스 모드를 가진 차동 PA 모듈 (502) 의 예시적인 설계의 개략도를 나타낸 것이다. PA 모듈 (502) 은 다음의 차이점들과 함께, 도 5 의 회로 블록들 모두를 포함한다. 도 5 의 입력 정합 회로 (510) 는 도 6 의 입력 정합 회로 (510a) 로 대체된다. 도 5 의 스테이지간 정합 회로 (530) 는 도 6 의 스테이지간 정합 회로 (530a) 로 대체된다. 도 5 의 출력 정합 회로 (560) 는 도 6 의 출력 정합 회로 (560a) 로 구현될 수도 있다. 도 5 의 정합 회로 (570) 는 도 6 의 정합 회로 (580) 로 대체된다.
입력 정합 회로 (510a) 내에서, 변압기 (610) 는 1차 코일 (612a) 및 2차 코일 (612b) 를 포함한다. 1차 코일 (612a) 은 RFin 신호를 수신하는 일단 및 회로 접지에 연결된 타단을 갖는다. 커패시터들 (614a 및 614b) 이 직렬로 연결되고, 그 결합이 1차 코일 (612a) 과 병렬로 연결된다. 커패시터들 (616a 및 616b) 이 직렬로 연결되고, 그 결합이 2차 코일 (612b) 과 병렬로 연결된다. 2차 코일 (612b) 의 2개의 단들이 구동 증폭기들 (520a 및 520b) 의 입력들에 연결된다.
스테이지간 정합 회로 (530a) 내에서, 커패시터들 (634a 및 634b) 및 스위치 (636) 가 직렬로 연결되고, 그 결합이 구동 증폭기들 (520a 및 520b) 의 출력들 사이에 연결된다. 변압기 (630) 는 1차 코일 (632) 및 2차 코일 (642) 을 포함한다. 1차 코일 (632) 이 구동 증폭기들 (520a 및 520b) 의 출력들 사이에 연결된다. 2차 코일 (642) 이 스위치 (646) 와 직렬로 연결되고, 그 결합이 노드 X 와 회로 접지 사이에 연결된다. 커패시터들 (644a 및 644b) 이 직렬이고, 그 결합이 노드 X 와 회로 접지 사이에 연결된다. 스위치 (576a) 및 커패시터 (638a) 가 직렬로 연결되고, 그 결합이 구동 증폭기 (520a) 의 출력과 전력 증폭기 (550a) 의 입력 사이에 연결된다. 스위치 (576b) 및 커패시터 (638b) 가 직렬로 연결되고, 그 결합이 구동 증폭기 (520b) 의 출력과 전력 증폭기 (550b) 의 입력 사이에 연결된다. 인덕터 (640) 가 전력 증폭기들 (550a 및 550b) 의 입력들 사이에 연결된다.
출력 정합 회로 (560) 내에서, 변압기 (660) 는 1차 코일 (662a) 및 2차 코일 (662b) 을 포함한다. 1차 코일 (662a) 이 전력 증폭기들 (550a 및 550b) 의 출력들 사이에 연결된다. 커패시터들 (664a 및 664b) 이 직렬로 연결되고, 그 결합이 1차 코일 (662a) 과 병렬로 연결된다. 2차 코일 (662b) 은 싱글 엔디드 출력 신호를 제공하는 일단 및 회로 접지에 연결된 타단을 갖는다. 커패시터들 (666a 및 666b) 이 직렬로 연결되고, 그 결합이 2차 코일 (662b) 과 병렬로 연결된다.
정합 회로 (510a) 는 싱글 엔디드-대-차동 변환을 수행하고 또한 구동 증폭기들 (520a 및 520b) 에 대한 입력 임피던스 정합을 수행한다. 정합 회로 (530a) 는 구동 증폭기들 (520a 및 520b) 의 출력들과 전력 증폭기들 (550a 및 550b) 의 입력들 사이에 임피던스 정합을 수행한다. 정합 회로 (560a) 는 차동-대-싱글 엔디드 변환을 수행하고 또한 전력 증폭기들 (550a 및 550b) 에 대한 출력 임피던스 정합을 수행한다.
고이득 모드에서, 스위치들 (576a, 576b 및 578) 이 폐쇄되고, 스위치들 (572, 574 및 646) 이 개방되고, 그리고 구동 증폭기들 (520a 및 520b) 및 전력 증폭기들 (550a 및 550b) 이 모두 인에이블된다. 2차 코일 (642) 이 접속차단되고 부동된다. 1차 코일 (632), 인덕터 (640), 및 커패시터들 (638a 및 638b) 은 스테이지간 임피던스 정합을 수행한다. 스위치 (636) 이 또한 폐쇄될 수도 있으며, 커패시터 (634a 및 634b) 이 1차 코일 (632) 과 병렬로 연결될 수 있으며, 스테이지간 임피던스 정합을 변화시키기 위해, 예컨대, 평탄한 주파수 응답, 더 높은 출력 전력, 향상된 PAE 등을 얻기 위해 이용될 수 있다.
바이패스 모드에서, 스위치들 (576a, 576b 및 578) 이 개방되고, 스위치들 (572, 574 및 646) 이 폐쇄되고, 구동 증폭기들 (520a 및 520b) 이 인에이블되고, 그리고 전력 증폭기들 (550a 및 550b) 이 디스에이블된다. 변압기 (630) 의 2차측 상의 노드 X 가 스위치 (572) 를 경유해서 정합 회로 (580) 에 연결된다. 변압기 (630) 는 구동 증폭기들 (520a 및 520b) 의 저 출력 임피던스로부터 특정의 임피던스로의 임피던스 정합을 수행하며, 특정의 임피던스는 목표 출력 임피던스 Zo 일 수도 있다. 스위치 (636) 가 폐쇄될 수도 있으며, 그리고 커패시터들 (634a 및 634b) 이 1차 코일 (632a) 과 병렬로 연결될 수도 있으며 임피던스 정합을 변경하기 위하여 이용될 수도 있다. 커패시터들 (634a 및 634b) 은 바이패스 모드 및 고이득 모드에서 상이한 값들을 가질 수도 있는 프로그램가능한 커패시터들일 수도 있다. 커패시터들 (644a 및 644b) 은 원하는 임피던스 정합을 획득하기 위해 이용될 수도 있다.
노드 X 는 바이패스 모드에서 임피던스 Z2 를 가질 수도 있으며, 목표 출력 임피던스 Zo 에 가까워지도록 설계될 수도 있다. 이 경우, 정합 회로 (580) 는 생략될 수도 있다. 정합 회로 (580) 는 또한 바이패스 모드에서 노드 X 에서의 공칭 임피던스 Z2 와 목표 출력 임피던스 Zo 사이의 임피던스 정합을 수행하기 위해 사용될 수도 있다.
도 4 및 도 6 은 변압기-기반 바이패스 모드를 가진 PA 모듈들의 예시적인 싱글 엔디드 및 차동 설계들을 나타낸 것이다. 일반적으로, 어떠한 개수의 증폭기들이 캐스캐이드로 또는 직렬로 연결될 수도 있다. 변압기가 임의의 2개 이상의 증폭기들 사이에 연결되어 바이패스 모드를 지원하는데 이용될 수도 있다. 변압기는 선행하는 증폭기의 부하 인덕터를 1차 코일로서 재사용할 수도 있다. 변압기의 2차 코일은 바이패스 모드 동안 출력 신호를 제공할 수도 있다.
변압기는 여러 방법들로 구현될 수도 있다. 변압기의 1차 코일 및 2차 코일은 원하는 인덕턴스 및 커플링 (coupling) 을 획득하기 위하여 여러 패턴들로 구현될 수도 있다. 1차 코일 및 2차 코일은 또한 하나 이상의 도전층들 상에 제조될 수도 있다.
도 7 은 도 4 의 변압기 (430) 또는 도 6 의 변압기 (630) 에 사용될 수도 있는 스택된 변압기 (730) 의 예시적인 설계의 평면도를 나타낸 것이다. 이 예시적인 설계에서, 변압기 (730) 는 RFIC 의 2개의 도전층들 상에 제조된 1차 코일 (732) 및 2차 코일 (742) 을 포함한다. 1차 코일 (732) 은 제 1 도전층 상에 나선형 패턴으로 배열된 제 1 도체로 구현된다. 2차 코일 (742) 은 제 2 도전층 상에 나선형 패턴으로 배열된 제 2 도체로 구현된다. 2차 코일 (742) 에 대한 제 2 도체는 1차 코일 (732) 에 대한 제 1 도체와 중첩한다. 도 7 에, 1차 코일 (732) 이 교차 해싱 (hashing) 으로 도시되어 있고, 2차 코일 (742) 이 검은 윤곽선들로 도시되어 있다.
도 8 은 도 4 의 변압기 (430) 또는 도 6 의 변압기 (630) 에 또한 사용될 수도 있는 사이드-바이-사이드 (side-by-side) 변압기 (830) 의 예시적인 설계의 평면도를 나타낸 것이다. 이 예시적인 설계에서, 변압기 (830) 는 RFIC 의 단일 도전층 상에 제조된, 1차 코일 (832) 및 2차 코일 (842) 을 포함한다. 1차 코일 (832) 은 도전층 상에 나선형 패턴으로 배열된 제 1 도체로 구현된다. 2차 코일 (842) 은 같은 도전층 상에 나선형 패턴으로 배열된 제 2 도체로 구현된다. 2차 코일 (842) 에 대한 제 2 도체는 도 8 에 도시된 바와 같이, 1차 코일 (832) 에 대한 제 1 도체와 인터레이스 (interlace) 되거나 또는 인터위브 (interweave) 된다.
도 7 및 도 8 은 변압기-기반 바이패스 모드를 지원하는데 사용될 수도 있는 변압기의 2개의 예시적인 설계들을 나타낸 것이다. 일반적으로, 변압기의 1차 코일 및 2차 코일은 어떠한 권회수 (turns) 로 각각 구현될 수도 있다. 2차 코일은 1차 코일보다 더 적거나, 더 많거나, 또는 같은 권회수를 가질 수도 있다. 권회수, 권회 직경, 각 도체의 폭 및 높이, 1차 코일 및 2차 코일에 대한 2개의 도체들 사이의 간격, 및/또는 2개의 도체들의 다른 속성들은 각 코일에 대한 원하는 인덕턴스 및 양호도 (Q) 및 2개의 코일들 사이의 원하는 커플링 계수를 획득하기 위해 선택될 수도 있다. 커플링 계수는 2개의 도체들의 배치 및/또는 도체들 사이의 거리를 제어함으로써 변경될 수도 있다.
도 7 및 도 8 은 1차 코일 및 2차 코일이 나선형 패턴들로 구현되는 예시적인 설계들을 나타낸 것이다. 1차 코일 및 2차 코일은 또한 다른 방법들로, 예컨대 이중 나선, 지그재그, 또는 어떤 다른 패턴으로 구현될 수도 있다. 1차 코일 및 2차 코일은 또한 여러 도전 재료들, 예컨대 저손실 금속 (예를 들면, 구리), 더 손실되는 금속 (예를 들면, 알루미늄), 또는 어떤 다른 재료로 제조될 수도 있다. 저손실 금속층 상에 제조된 코일의 경우 더 높은 Q 가 달성될 수도 있다. 상이한 IC 설계 룰들이 적용될 수도 있기 때문에, 손실되는 금속층 상에 더 작은-사이즈 코일이 제조될 수도 있다.
도 7 의 스택된 토플로지는 변압기 (730) 가 더 적은 면적으로 제조가능하게 할 수도 있으며 또한 차동 설계를 위한 2차 코일의 2개의 단부들 사이에 더 나은 정합을 유발할 수도 있다. 도 8 의 사이드-바이-사이드 토플로지는 제한된 수의 금속층들이 있을 때에 사용될 수도 있다. 사이드-바이-사이드 토플로지는 또한 스택된 토플로지에 비해, 1차 코일과 2차 코일 사이에 더 적은 커패시턴스를 제공할 수도 있다. 높은 주파수 동작에 대한 변압기의 더 높은 자기 (self) 공명 주파수 (SRF) 를 달성하기 위해서는, 더 적은 커패시턴스가 바람직할 수도 있다. 1차 코일 및 2차 코일은 또한 하나 이상의 도전층들 상에 다른 토플로지들로 구현될 수도 있다. 일반적으로, 상이한 토플로지들, 레이아웃 패턴들, 및 제조 기법들이 변압기에 상이한 이점들을 제공할 수도 있다.
여기서 설명한 기법들은 예를 들면, 도 4 및 도 6 에 나타낸 바와 같이, 싱글 엔디드 및 차동 캐스캐이드 증폭기들에 이용될 수도 있다. 이 기법들은 다음의 이점들 중 하나 이상을 제공할 수도 있다:
1. 높은 전력 신호 경로에 대한 대부분의 회로 (예를 들면, 구동 증폭기, 입력 정합 회로, 및 스테이지간 정합 회로) 를 재사용하여, 회로 면적 및 설계 시간을 절감할 수도 있다.
2. 예를 들면, 더 나은 잡음 및 공통 모드 배제 (common mode rejection) 등의 경우 차동 설계의 이점들을 보유한다.
3. 회로 구성요소들, 예컨대 1차 코일 및/또는 2차 코일, 정합 회로들 (280 및 580) 등에 대한 병렬 커패시터들을 통해서 바이패스 모드의 경우에 우수한 효율 및 성능을 획득하는 유연성을 제공한다.
이 기법들은 구동 증폭기에 대한 부하 인덕터를 변압기로 대체하므로, 작은 회로 면적의 증가를 초래할 수도 있다. 이것은 특히 변압기를 스택된 구조로 구현가능하게 하는 충분한 수의 (예를 들면, 3개 이상) 도전층들을 가진 IC 프로세스에는 들어 맞을 수도 있다.
예시적인 설계에서, 장치 (예를 들면, 무선 디바이스, IC 등) 는 예를 들면, 도 4 에 나타낸 바와 같이, 제 1 증폭기, 제 2 증폭기, 및 회로를 포함할 수도 있다. 제 1 증폭기 (예를 들면, 구동 증폭기 (220)) 는 고이득 모드 및 바이패스 모드에서 증폭을 제공할 수도 있다. 제 2 증폭기 (예를 들면, 전력 증폭기 (250)) 는 고이득 모드에서 증폭을 제공할 수도 있으며 바이패스 모드에서 디스에이블될 수도 있다. 회로 (예를 들면, 정합 회로 (234)) 는 제 1 증폭기와 제 2 증폭기 사이에 연결될 수도 있으며 변압기를 포함할 수도 있다. 변압기 (예를 들면, 변압기 (430)) 는 (i) 제 1 증폭기에 연결된 1차 코일 (예를 들면, 1차 코일 (432)) 및 (ii) 바이패스 모드에서 출력 신호를 제공하는 2차 코일 (예를 들면, 2차 코일 (442)) 을 포함할 수도 있다. 1차 코일은 제 1 증폭기에 대한 부하 인덕터일 수도 있으며 그리고/또는 제 1 증폭기와 제 2 증폭기 사이의 임피던스 정합 회로의 일부일 수도 있다.
예시적인 설계에서, 회로는 2차 코일과 직렬로 연결된 스위치 (예를 들면, 스위치 (446)) 를 더 포함할 수도 있다. 스위치는 바이패스 모드에서 폐쇄될 수도 있으며 고이득 모드에서 개방될 수도 있다. 예시적인 설계에서, 회로는 스위치 (예를 들면, 스위치 (436)) 와 직렬로 연결된 제 1 커패시터 (예를 들면, 커패시터 (434)) 를 더 포함할 수도 있다. 제 1 커패시터와 스위치의 결합이 1차 코일과 병렬로 연결될 수도 있다. 예시적인 설계에서, 회로는 2차 코일과 병렬로 연결된 제 2 커패시터 (예를 들면, 커패시터 (444)) 를 더 포함할 수도 있다.
예시적인 설계에서, 장치는 제 2 증폭기에 연결되어 고이득 모드에서 목표 출력 임피던스를 제공하기 위하여 사용되는 임피던스 정합 회로 (예를 들면, 정합 회로 (260)) 를 더 포함할 수도 있다. 변압기 및 제 1 및/또는 제 2 커패시터는 바이패스 모드에서 제 1 증폭기에 대한 출력 임피던스 정합을 수행할 수도 있으며 바이패스 모드에서 목표 출력 임피던스를 제공할 수도 있다.
예시적인 차동 설계에서, 장치는 예를 들면, 도 6 에 나타낸 바와 같이, 제 3 증폭기 및 제 4 증폭기를 더 포함할 수도 있다. 제 3 증폭기는 고이득 모드 및 바이패스 모드에서 증폭을 제공할 수도 있다. 제 1 증폭기 및 제 3 증폭기 (예를 들면, 구동 증폭기들 (520a 및 520b)) 은 제 1 차동 입력 신호를 수신하여 제 1 차동 증폭 신호를 제공할 수도 있다. 제 4 증폭기는 고이득 모드에서 증폭을 제공할 수도 있으며 바이패스 모드에서 디스에이블될 수도 있다. 제 2 및 제 4 증폭기들 (예를 들면, 전력 증폭기들 (550a 및 550b)) 은 제 2 차동 입력 신호를 수신하여 제 2 차동 증폭 신호를 제공할 수도 있다. 회로는 제 3 증폭기와 제 4 증폭기 사이에 더 연결될 수도 있다. 회로는 제 1 차동 증폭 신호를 수신하여 제 2 차동 입력 신호를 제공할 수도 있다. 1차 코일이 제 1 증폭기와 제 3 증폭기 사이에 연결될 수도 있다. 변압기는 바이패스 모드에서 차동-대-싱글 엔디드 변환을 수행할 수도 있다. 회로는 스위치 (예를 들면, 스위치 (636)) 와 직렬로 연결된 적어도 하나의 커패시터 (예를 들면, 커패시터들 (634a 및 634b)) 를 더 포함할 수도 있으며, 그 결합은 1차 코일과 병렬로 연결될 수도 있다. 회로는 2차 코일과 병렬로 연결된 적어도 하나의 커패시터 (예를 들면, 커패시터들 (644a 및 644b)) 를 더 포함할 수도 있다.
예시적인 설계에서, 스위치 (예를 들면, 도 4 의 스위치 (274) 또는 도 6 의 스위치 (574)) 가 2차 코일과 출력 노드 (예를 들면, 노드 B) 사이에 연결될 수도 있다. 또다른 예시적인 설계에서, 제 1 스위치 (예를 들면, 스위치 (272 또는 572)) 가 2차 코일에 연결될 수도 있다. 임피던스 정합 회로 (예를 들면, 정합 회로 (280 또는 580)) 가 제 1 스위치에 연결될 수도 있다. 제 2 스위치 (예를 들면, 스위치 (274 또는 574)) 가 임피던스 정합 회로와 출력 노드 사이에 연결될 수도 있다. 제 1 스위치 및 제 2 스위치 각각이 적어도 하나의 MOS 트랜지스터를 포함할 수도 있다. 고이득 모드의 출력 노드에서의 고전압 스윙이 제 1 스위치 및 제 2 스위치에 대한 MOS 트랜지스터들 사이에 분산될 수도 있다.
예시적인 설계에서, 예를 들면, 도 7 에 나타낸 바와 같이, 1차 코일이 제 1 도전층 상의 제 1 도체로 구현될 수도 있으며, 2차 코일이 제 2 도전층 상의 제 2 도체로 구현될 수도 있다. 2차 코일이 제 1 도체를 적어도 부분적으로 오버레이할 수도 있다. 또다른 예시적인 설계에서, 예를 들면, 도 8 에 나타낸 바와 같이, 1차 코일이 도전층 상의 제 1 도체로 구현될 수도 있으며, 2차 코일이 같은 도전층 상의 제 2 도체로 구현될 수도 있다. 제 2 도체는 제 1 도체에 인접하게 위치될 수도 있다. 1차 코일 및 2차 코일은 또한 다른 방법들로 구현될 수도 있다.
또다른 예시적인 설계에서, 예를 들면, 도 4 에 나타낸 바와 같이, 집적 회로 (또는 장치) 는 구동 증폭기, 전력 증폭기, 및 회로를 포함할 수도 있다. 구동 증폭기는 고이득 모드 및 바이패스 모드에서 증폭을 제공할 수도 있다. 전력 증폭기는 고이득 모드에서 증폭을 제공할 수도 있으며 바이패스 모드에서 디스에이블될 수도 있다. 회로는 구동 증폭기와 전력 증폭기 사이에 연결될 수도 있으며 변압기를 포함할 수도 있다. 변압기는 (i) 구동 증폭기에 연결된 1차 코일 및 (ii) 바이패스 모드에서 출력 신호를 제공하는 2차 코일을 포함할 수도 있다.
예시적인 차동 설계에서, 집적 회로는 예를 들면, 도 6 에 나타낸 바와 같이, 제 2 구동 증폭기 및 제 2 전력 증폭기를 더 포함할 수도 있다. 제 2 구동 증폭기는 고이득 모드 및 바이패스 모드에서 증폭을 제공할 수도 있다. 구동 증폭기 및 제 2 구동 증폭기는 제 1 차동 입력 신호를 수신하고 제 1 차동 증폭 신호를 제공할 수도 있다. 제 2 전력 증폭기는 고이득 모드에서 증폭을 제공할 수도 있으며 바이패스 모드에서 디스에이블될 수도 있다. 전력 증폭기 및 제 2 전력 증폭기는 제 2 차동 입력 신호를 수신하여 제 2 차동 증폭 신호를 제공할 수도 있다. 회로는 제 2 구동 증폭기와 제 2 전력 증폭기 사이에 더 연결될 수도 있다. 1차 코일이 구동 증폭기와 제 2 구동 증폭기 사이에 연결될 수도 있다. 변압기는 바이패스 모드에서 차동-대-싱글 엔디드 변환 및 구동 증폭기들에 대한 출력 임피던스 정합을 수행할 수도 있다.
도 9 는 신호 증폭을 수행하는 프로세스 (900) 의 예시적인 설계를 나타낸 것이다. 고이득 모드 및 바이패스 모드에서 제 1 증폭기로 증폭이 수행될 수도 있다 (블록 912). 고이득 모드에서 제 2 증폭기로 증폭이 수행될 수도 있다 (블록 914). 제 1 증폭기가 변압기를 포함하는 회로와 함께 제 2 증폭기에 연결될 수도 있다 (블록 916). 변압기는 (i) 제 1 증폭기에 연결된 1차 코일 및 (ii) 바이패스 모드에서 출력 신호를 제공하는 2차 코일을 포함할 수도 있다.
2차 코일은 (i) 스위치를 폐쇄하여 바이패스 모드에서 접속될 수도 있거나, 또는 (ii) 스위치를 개방하여 고이득 모드에서 접속차단될 수도 있다. 제 1 증폭기에 대한 출력 임피던스 정합이 바이패스 모드에서 변압기 그리고 가능하면 하나 이상의 커패시터들로 수행될 수도 있다 (블록 918).
예시적인 차동 설계에서, 증폭이 고이득 모드 및 바이패스 모드에서 제 3 증폭기로 수행될 수도 있다. 제 1 증폭기 및 제 3 증폭기는 제 1 차동 입력 신호를 수신하고 제 1 차동 증폭 신호를 제공할 수도 있다. 증폭이 고이득 모드에서 제 4 증폭기로 수행될 수도 있다. 제 2 증폭기 및 제 4 증폭기는 제 2 차동 입력 신호를 수신하고 제 2 차동 증폭 신호를 제공할 수도 있다. 제 3 증폭기가 그 회로와 함께 제 4 증폭기에 연결될 수도 있다. 1차 코일이 제 1 증폭기와 제 3 증폭기 사이에 연결될 수도 있다. 변압기는 바이패스 모드에서 차동-대-싱글 엔디드 변환을 수행할 수도 있다.
여기서 설명한 캐스캐이드 증폭기들은 IC, 아날로그 IC, RFIC, 믹싱된-신호 IC, ASIC, 프린트 회로 보드 (PCB), 전자 디바이스 등 상에서 구현될 수도 있다. 캐스캐이드 증폭기들은 또한 여러 IC 프로세스 기술들, 예컨대 상보성 금속 산화물 반도체 (CMOS), N-채널 MOS (NMOS), P-채널 MOS (PMOS), 바이폴라 접합 트랜지스터 (BJT), 바이폴라-CMOS (BiCMOS), 실리콘 게르마늄 (SiGe), 갈륨 비소 (GaAs), 이종접합 바이폴라 트랜지스터들 (HBTs), 고전자 이동도 트랜지스터들 (HEMTs), 실리콘-온-인슐레이터들 (silicon-on-insulator; SOI) 등으로 제조될 수도 있다.
여기서 설명한 캐스캐이드 증폭기들을 구현하는 장치는 독립형 디바이스일 수도 있거나 또는 큰 디바이스의 일부일 수도 있다. 디바이스는 (i) 독립형 IC, (ii) 데이터 및/또는 명령들을 저장하는 메모리 IC들을 포함할 수도 있는 하나 이상의 IC들의 세트, (iii) RF 수신기 (RFR) 또는 RF 송신기/수신기 (RTR) 과 같은 RFIC, (iv) 이동국 모뎀 (MSM) 과 같은 ASIC, (v) 다른 디바이스들 내에 내장될 수도 있는 모듈, (vi) 수신기, 셀룰러 폰, 무선 디바이스, 핸드셋, 또는 모바일 유닛, (vii) 기타 등등일 수도 있다.
하나 이상의 예시적인 설계들에서, 설명한 기능들은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수도 있다. 소프트웨어로 구현하는 경우, 그 기능들은 컴퓨터-판독가능 매체 상에 하나 이상의 명령들 또는 코드들로서 저장되거나, 송신될 수도 있다. 컴퓨터 판독가능 매체는, 한 장소로부터 다른 장소로의 컴퓨터 프로그램의 전송을 용이하게 하는 임의의 매체를 포함하는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체 모두를 포함한다. 저장 매체들은 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 어떠한 가용 매체들일 수도 있다. 일 예로서, 이에 한정하지 않고, 그런 컴퓨터-판독가능 매체들은, RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM 또는 다른 광디스크 저장, 자기디스크 저장 또는 다른 자기 저장 디바이스들, 또는 원하는 프로그램 코드를 명령들 또는 데이터 구조들의 형태로 운반하거나 저장하는데 사용할 수 있고 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 다른 어떠한 매체도 포함할 수 있다. 또한, 임의의 문맥이 적절하게 컴퓨터-판독가능 매체로 지칭된다. 예컨대, 웹 사이트, 서버 또는 다른 원격 소오스로부터, 동축 케이블, 광섬유 케이블, 이중 권선, 디지털 가입자 회선 (DSL) 또는 무선 기술들, 예컨대 적외선, 무선 및 마이크로파를 이용하여, 소프트웨어를 송신하면, 동축 케이블, 광섬유 케이블, 이중 권선, DSL, 또는 적외선, 무선 및 마이크로파와 같은 무선 기술이 그 매체의 정의에 포함된다. 디스크 (disk) 및 디스크 (disc) 는, 여기서 사용할 때, 콤팩트 디스크 (CD), 레이저 디스크, 광디스크, 디지털 다기능 디스크 (DVD), 플로피 디스크 및 블루레이 디스크를 포함하며, 여기서, 디스크 (disc) 는 레이저로 데이터를 광학적으로 재생하지만, 디스크 (disk) 는 데이터를 자기적으로 보통 재생한다. 또한, 전술한 조합도 컴퓨터-판독가능 매체들의 범위 내에 포함되어야 한다.
본 개시물의 상기 설명은 임의의 당업자가 본 개시물을 실시하거나 이용할 수 있도록 하기 위하여 제공하는 것이다. 당업자는 본 개시물에 대한 여러 변형을 쉽게 알 수 있을 것이며, 여기서 정의하는 일반적인 원리는, 본 개시물의 범위로부터 일탈함이 없이, 다른 변형들에 적용될 수도 있다. 따라서, 본 개시물은 여기서 설명한 예들과 설계들에 한정하려는 것이 아니라, 여기서 개시한 원리들 및 신규한 특징들과 부합하는 최광의의 범위를 본 개시물에 부여하려는 것이다.

Claims (25)

  1. 신호 증폭 장치로서,
    고이득 모드 및 바이패스 모드에서 증폭을 제공하는 제 1 증폭기;
    상기 고이득 모드에서 증폭을 제공하는 제 2 증폭기; 및
    변압기를 포함하고 상기 제 1 증폭기와 상기 제 2 증폭기 사이에 연결된 정합 회로를 포함하고,
    상기 변압기는 상기 제 1 증폭기에 연결된 1차 코일 및 상기 바이패스 모드에서 출력 신호를 제공하는 2차 코일을 포함하는, 신호 증폭 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 증폭기는 구동 증폭기를 포함하며, 상기 제 2 증폭기는 전력 증폭기를 포함하는, 신호 증폭 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 1차 코일은 상기 제 1 증폭기에 대한 부하 인덕터이거나, 상기 제 1 증폭기와 제 2 증폭기 사이의 임피던스 정합 회로의 일부이거나, 또는 양자 모두인, 신호 증폭 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 변압기는 상기 바이패스 모드에서 상기 제 1 증폭기에 대한 출력 임피던스 정합을 수행하는, 신호 증폭 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 정합 회로는, 상기 2차 코일과 직렬로 연결되며 상기 바이패스 모드에서 폐쇄되고 상기 고이득 모드에서 개방되는 스위치를 더 포함하는, 신호 증폭 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 정합 회로는 스위치와 직렬로 연결된 커패시터를 더 포함하고,
    상기 커패시터 및 상기 스위치는 상기 1차 코일과 병렬로 연결되는, 신호 증폭 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 정합 회로는 상기 2차 코일과 병렬로 연결된 커패시터를 더 포함하는, 신호 증폭 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 증폭기에 연결되어 상기 고이득 모드에서 목표 출력 임피던스를 제공하는 임피던스 정합 회로를 더 포함하고,
    상기 변압기 및 상기 커패시터는 상기 바이패스 모드에서 상기 목표 출력 임피던스를 제공하는, 신호 증폭 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 고이득 모드 및 상기 바이패스 모드에서 증폭을 제공하는 제 3 증폭기로서, 상기 제 1 증폭기 및 상기 제 3 증폭기는 제 1 차동 입력 신호를 수신하여 제 1 차동 증폭 신호를 제공하는, 상기 제 3 증폭기; 및
    상기 고이득 모드에서 증폭을 제공하는 제 4 증폭기로서, 상기 제 2 증폭기 및 상기 제 4 증폭기는 제 2 차동 입력 신호를 수신하여 제 2 차동 증폭 신호를 제공하는, 상기 제 4 증폭기를 더 포함하고,
    상기 정합 회로는 상기 제 3 증폭기와 상기 제 4 증폭기 사이에 더 연결되며,
    상기 1차 코일은 상기 제 1 증폭기와 상기 제 3 증폭기 사이에 연결되는, 신호 증폭 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 변압기는 상기 바이패스 모드에서 차동-대-싱글 엔디드 (single-ended) 변환을 수행하는, 신호 증폭 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 정합 회로는 스위치와 직렬로 연결된 적어도 하나의 커패시터를 더 포함하고,
    상기 적어도 하나의 커패시터 및 상기 스위치는 상기 1차 코일과 병렬로 연결되는, 신호 증폭 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 2차 코일과 출력 노드 사이에 연결된 스위치를 더 포함하는, 신호 증폭 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 2차 코일에 연결된 제 1 스위치;
    상기 제 1 스위치에 연결된 임피던스 정합 회로; 및
    상기 임피던스 정합 회로와 출력 노드 사이에 연결된 제 2 스위치를 더 포함하는, 신호 증폭 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치 각각은 적어도 하나의 금속 산화물 반도체 (MOS) 트랜지스터를 포함하며,
    상기 고이득 모드에서 상기 출력 노드에서의 고전압 스윙이 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치에서 MOS 트랜지스터들에 걸쳐 분산되는, 신호 증폭 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 1차 코일은 제 1 도전층 상의 제 1 도체로 구현되며,
    상기 2차 코일은 제 2 도전층 상의 제 2 도체로 구현되며,
    상기 2차 코일은 상기 제 1 도체를 적어도 부분적으로 오버레이 (overlay) 하는, 신호 증폭 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 1차 코일은 도전층 상의 제 1 도체로 구현되며,
    상기 2차 코일은 상기 도전층 상의 제 2 도체로 구현되며,
    상기 제 2 도체는 상기 제 1 도체에 인접하게 위치되는, 신호 증폭 장치.
  17. 신호 증폭을 수행하기 위한 집적 회로로서,
    고이득 모드 및 바이패스 모드에서 증폭을 제공하는 구동 증폭기;
    상기 고이득 모드에서 증폭을 제공하는 전력 증폭기; 및
    변압기를 포함하고 상기 구동 증폭기와 상기 전력 증폭기 사이에 연결된 회로를 포함하고,
    상기 변압기는 상기 구동 증폭기에 연결된 1차 코일을 포함하고 상기 바이패스 모드에서 출력 신호를 제공하는 2차 코일을 더 포함하는, 신호 증폭을 수행하기 위한 집적 회로.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 고이득 모드 및 상기 바이패스 모드에서 증폭을 제공하는 제 2 구동 증폭기로서, 상기 구동 증폭기 및 상기 제 2 구동 증폭기는 제 1 차동 입력 신호를 수신하여 제 1 차동 증폭 신호를 제공하는, 상기 제 2 구동 증폭기; 및
    상기 고이득 모드에서 증폭을 제공하는 제 2 전력 증폭기로서, 상기 전력 증폭기 및 상기 제 2 전력 증폭기는 제 2 차동 입력 신호를 수신하여 제 2 차동 증폭 신호를 제공하는, 상기 제 2 전력 증폭기를 더 포함하고,
    상기 회로는 상기 제 2 구동 증폭기와 상기 제 2 전력 증폭기 사이에 더 연결되며,
    상기 1차 코일은 상기 구동 증폭기와 상기 제 2 구동 증폭기 사이에 연결되는, 신호 증폭을 수행하기 위한 집적 회로.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 변압기는 상기 바이패스 모드에서 차동-대-싱글 엔디드 (single ended) 변환을 수행하는, 신호 증폭을 수행하기 위한 집적 회로.
  20. 신호 증폭을 수행하는 방법으로서,
    고이득 모드 및 바이패스 모드에서 제 1 증폭기로 증폭을 수행하는 단계;
    상기 고이득 모드에서 제 2 증폭기로 증폭을 수행하는 단계; 및
    변압기를 포함하는 회로로 상기 제 1 증폭기를 상기 제 2 증폭기에 연결하는 단계를 포함하고,
    상기 변압기는 상기 제 1 증폭기에 연결된 1차 코일을 포함하고 상기 바이패스 모드에서 출력 신호를 제공하는 2차 코일을 더 포함하는, 신호 증폭을 수행하는 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    스위치를 폐쇄함으로써 상기 바이패스 모드에서 상기 2차 코일을 접속하는 단계; 및
    상기 스위치를 개방함으로써 상기 고이득 모드에서 상기 2차 코일을 접속차단하는 단계를 더 포함하는, 신호 증폭을 수행하는 방법.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 바이패스 모드에서 상기 변압기로 상기 제 1 증폭기에 대한 출력 임피던스 정합을 수행하는 단계를 더 포함하는, 신호 증폭을 수행하는 방법.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 고이득 모드 및 상기 바이패스 모드에서 제 3 증폭기로 증폭을 수행하는 단계로서, 상기 제 1 증폭기 및 상기 제 3 증폭기는 제 1 차동 입력 신호를 수신하여 제 1 차동 증폭 신호를 제공하는, 상기 제 3 증폭기로 증폭을 수행하는 단계;
    상기 고이득 모드에서 제 4 증폭기로 증폭을 수행하는 단계로서, 상기 제 2 증폭기 및 상기 제 4 증폭기는 제 2 차동 입력 신호를 수신하여 제 2 차동 증폭 신호를 제공하는, 상기 제 4 증폭기로 증폭을 수행하는 단계; 및
    상기 회로로 상기 제 3 증폭기를 상기 제 4 증폭기에 연결하는 단계를 더 포함하고,
    상기 1차 코일은 상기 제 1 증폭기와 상기 제 3 증폭기 사이에 연결되는, 신호 증폭을 수행하는 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 바이패스 모드에서 상기 변압기로 차동-대-싱글 엔디드 (single ended) 변환을 수행하는 단계를 더 포함하는, 신호 증폭을 수행하는 방법.
  25. 신호 증폭 장치로서,
    고이득 모드 및 바이패스 모드에서 증폭을 수행하는 수단;
    상기 고이득 모드에서 추가적인 증폭을 수행하는 수단; 및
    상기 증폭을 수행하는 수단을 상기 추가적인 증폭을 수행하는 수단에 연결하는 수단을 포함하고,
    상기 연결하는 수단은 상기 증폭을 수행하는 수단에 연결된 1차측 및 상기 바이패스 모드에서 출력 신호를 제공하는 2차측을 갖는 변압기 수단을 포함하는, 신호 증폭 장치.
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