KR101595739B1 - 전력 증폭기 - Google Patents

Abstract

2개의 전력 증폭 경로의 아이솔레이션 기능을 확보하면서, 회로 손실을 저감한다. 증폭기 A1, A2가 입력 단자 IN과 출력 단자 OUT 사이에 접속되어 있다. 접속점 P1이 입력 단자 IN과 증폭기 A1, A2의 입력 사이에 존재한다. 접속점 P2가 출력 단자 OUT와 증폭기 A1, A2의 출력 사이에 존재한다. 입력 단자 IN으로부터 증폭기 A1, A2를 거쳐 출력 단자 OUT에 이르는 경로에 있어서, 접속점 P2는 임피던스가 가장 낮아지는 점이다. 증폭기 A3이 접속점 P1과 접속점 P2 사이에 증폭기 A1, A2에 대해 병렬로 접속되어 있다. 접속점 P3이 증폭기 A3의 출력과 접속점 P2 사이에 존재한다. 커패시터 C1이 접속점 P3과 그라운드 사이에 접속되어 있다. 스위치 SW가 접속점 P3과 그라운드 사이에 있어서 커패시터 C1에 직렬로 접속되어 있다. 스위치 SW는, 증폭기 A3이 ON될 때에 OFF되고, 증폭기 A1, A2가 ON될 때에 ON된다.

Description

전력 증폭기{POWER AMPLIFIER}

본 발명은, 휴대 단말 등의 무선기기에 사용되는 전력 증폭기에 관한 것이다.

전력 증폭기는, 전체 전력 레벨에 있어서 전력 부하 효율을 상승시키기 위해, 출력 전력 레벨에 따라 2개 이상의 전력 증폭 경로를 전환하는 기능을 갖는다. 그리고, 각 경로의 접속 부분에 시리즈형 고주파 스위치를 삽입하고, 각 경로의 트랜지스터끼리의 아이솔레이션을 확보하여, OFF시의 트랜지스터에 불필요한 전압 진폭을 주지 않도록 하고 있다.

또한, 출력측에 션트(shunt)형 고주파 스위치를 삽입하고, 고주파 스위치가 ON 상태로 됨으로써 이상적인 단락 상태를 실현하여, 고주파 스위치가 삽입된 경로의 임피던스를 제어하는 전력 증폭기도 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

일본국 특개 2002-185270호 공보

출력측에 시리즈형의 고주파 스위치를 삽입한 전력 증폭기에서는, 고주파 스위치 자체의 손실이 전력 부하 효율의 저하에 직결된다. 이 때문에, 고주파 스위치의 손실이 큰 Si 등의 디바이스에서는, 시리즈형의 고주파 스위치를 삽입하는 것이 곤란하다. 또한, 고주파 스위치의 손실을 작게 하기 위해, 스위치 사이즈를 크게 할 필요가 있어, 소형화가 곤란해진다.

또한, 션트형 고주파 스위치만을 삽입한 전력 증폭기에서는, 고주파 스위치가 ON되었을 때, 고주파 스위치에 흐르는 직류 전류를 차단할 필요가 있다. 그리고, 션트형 고주파 스위치로 단락한 곳에 전력 증폭기의 송신 주파수 대역의 고주파 신호가 새어들어가지 않도록 정합회로를 구성하는 것이 필요하기 때문에, 션트형 고주파 스위치회로가 삽입된 경로 상의 정합회로에 제약이 생기는 경우가 있다.

본 발명은, 전술한 것과 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 그 목적은 2개의 전력 증폭 경로의 아이솔레이션 기능을 확보하면서, 회로 손실을 저감할 수 있는 전력 증폭기를 얻는 것이다.

본 발명에 관한 전력 증폭기는, 입력 단자와, 출력 단자와, 상기 입력 단자와 상기 출력 단자 사이에 접속된 제1 증폭기와, 상기 입력 단자와 상기 제1 증폭기의 입력 사이에 존재하는 제1 접속점과, 상기 출력 단자와 상기 제1 증폭기의 출력 사이에 존재하는 제2 접속점과, 상기 제1 접속점과 상기 제2 접속점 사이에 상기 제1 증폭기에 대해 병렬로 접속된 제2 증폭기와, 상기 제2 증폭기의 출력과 상기 제2 접속점 사이에 존재하는 제3 접속점과, 상기 제3 접속점과 그라운드 사이에 접속된 제1 커패시터와, 상기 제3 접속점과 그라운드 사이에 있어서 상기 제1 커패시터에 직렬로 접속된 스위치를 구비하고, 상기 입력 단자로부터 상기 제1 증폭기를 거쳐 상기 출력 단자에 이르는 경로에 있어서, 상기 제2 접속점은 임피던스가 가장 낮아지는 점이고, 상기 스위치는, 상기 제2 증폭기가 ON될 때에 OFF되고, 상기 제1 증폭기가 ON될 때에 ON되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의해, 2개의 전력 증폭 경로의 아이솔레이션 기능을 확보하면서, 회로 손실을 저감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태 1에 관한 전력 증폭기를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시형태 2에 관한 전력 증폭기를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시형태 3에 관한 전력 증폭기를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시형태 4에 관한 전력 증폭기를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시형태 5에 관한 전력 증폭기를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시형태 6에 관한 전력 증폭기를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시형태 7에 관한 전력 증폭기를 도시한 도면이다.

본 발명의 실시형태에 관한 전력 증폭기에 대해 도면을 참조해서 설명한다. 동일 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 부호를 붙이고, 설명의 반복을 생략하는 경우가 있다.

실시형태 1.

도 1은 본 발명의 실시형태 1에 관한 전력 증폭기를 도시한 도면이다. 증폭기 A1, A2가 입력 단자 IN과 출력 단자 OUT 사이에 직렬로 접속되어 있다. 접속점 P1이 입력 단자 IN과 증폭기 A1의 입력 사이에 존재한다. 접속점 P2가 출력 단자 OUT와 증폭기 A2의 출력 사이에 존재한다. 입력 단자 IN으로부터 증폭기 A1, A2를 거쳐 출력 단자 OUT에 이르는 경로에 있어서, 접속점 P2는 임피던스가 가장 낮아지는 점(예를 들면, 증폭기 A2의 콜렉터 단자 또는 드레인 단자)이다.

증폭기 A3이 접속점 P1과 접속점 P2 사이에 있어서 증폭기 A1, A2에 대해 병렬로 접속되어 있다. 증폭기 A3의 출력 전력은 증폭기 A1, A2의 출력 전력보다 작다. 접속점 P3이 증폭기 A3의 출력과 접속점 P2 사이에 존재한다. 커패시터 C1이 접속점 P3과 그라운드 사이에 접속되어 있다. 스위치 SW가 접속점 P3과 그라운드 사이에 있어서 커패시터 C1에 직렬로 접속되어 있다.

커패시터 C1과 스위치 SW는 션트형 고주파 스위치회로를 구성한다. 스위치 SW는, 증폭기 A3이 ON될 때에 OFF되고, 증폭기 A1, A2가 ON될 때에 ON된다. 이와 같이 해서 스위치 SW는, 출력 전력 레벨에 따라 증폭기 A1, A2의 경로와 증폭기 A3의 경로를 전환한다.

커패시터 C1의 용량값은, 송신 주파수 대역에 대해 충분히 크고, 또한 스위치 SW가 ON되었을 때의 임피던스가 스미스 차트(Smith chart) 상의 반사계수로서 -90도 내지 90도 사이가 되도록 설정한다. 이에 따라, 스위치 SW가 ON되었을 때, 션트형 고주파 스위치회로보다 앞의 회로를 오픈으로 보이게 할 수 있다.

고주파 스위치 SW를 션트형으로 삽입함으로써, 시리즈형으로 삽입한 경우보다도 회로 손실을 저감할 수 있다. 더구나, 증폭기 A3의 경로를 증폭기 A1, A2의 경로에서 임피던스가 가장 낮은 곳에 삽입함으로써, 고주파 스위치가 ON되었을 때, 커패시터 C1이 보이는 것에 의해 저임피던스가 되어도, 전력 증폭기의 송신 주파수 대역의 고주파 신호가 션트형 고주파 스위치회로로 새어들어가기 어려워져, 회로 전체의 손실이 저하한다. 커패시터 C1에 의해 그라운드에 흐르는 직류 전류를 차단할 수 있다. 커패시터 C1의 용량값을 송신 주파수 대역에 대해 충분히 크게 함으로써 션트형 고주파 스위치회로에서도 시리즈형 고주파 스위치와 같은 정도의 아이솔레이션을 확보할 수 있다.

실시형태 2.

도 2는 본 발명의 실시형태 2에 관한 전력 증폭기를 도시한 도면이다. 인덕터 L이 증폭기 A3의 출력과 증폭기 A1, A2의 경로(접속점 P2) 사이에 접속되어 있다. 이 직렬 인덕터 L에 의해, 증폭기 A1, A2의 경로에서 보았을 때의 션트형 고주파 스위치회로의 커패시터 C1의 용량값을 한층 더 크게 보이게 할 수 있어, 션트형 고주파 스위치회로의 Q값을 높일 수 있다. 이에 따라, 실제로 사용하는 커패시터 C1의 용량값을 낮출 수 있어, 레이아웃의 소형화가 가능해진다. 또한, Q값을 높임으로써, 션트형 고주파 스위치회로보다 앞의 회로를 보다 오픈으로 보이게 할 수 있어, 각 경로의 아이솔레이션을 향상시킬 수 있다.

실시형태 3.

도 3은 본 발명의 실시형태 3에 관한 전력 증폭기를 도시한 도면이다. 접속점 P4가 증폭기 A3의 출력과 접속점 P2 사이에 존재한다. 커패시터 C2가 접속점 P4와 그라운드 사이에 접속되어 있다. 그 밖의 구성은 실시형태 2와 같다. 증폭기 A1, A2와 증폭기 A3에서는, 최적 임피던스가 다르기 때문에, 그것들의 경로를 접속할 때, 임피던스 변환이 필요하게 된다. 따라서, 직렬 인덕터 L과 션트 커패시터 C2로 이루어진 LC 회로를 양쪽 경로 사이에 삽입함으로써, 임피던스를 변환할 수 있다. 이와 같이 임피던스 변환을 복수회 행함으로써 임피던스 변환 손실을 저감할 수 있기 때문에, 회로 손실을 더욱 저감할 수 있다.

실시형태 4.

도 4는 본 발명의 실시형태 4에 관한 전력 증폭기를 도시한 도면이다. 직렬 인덕터 L과 션트 커패시터 C2를 증폭기 A3의 출력과 션트형 고주파 스위치회로 사이에 삽입하고 있다. 이 LC 회로에서도 임피던스를 변환할 수 있기 때문에, 실시형태 3과 동일한 효과를 얻을 수 있다.

실시형태 5.

도 5는 본 발명의 실시형태 5에 관한 전력 증폭기를 도시한 도면이다. 실시형태 1의 커패시터 C1 대신에, 서로 병렬로 접속된 복수의 커패시터 C1a∼C1d를 증폭기 A3의 주위에 배치하고 있다. 이에 따라, 증폭기 A1, A2가 증폭하는 고주파 신호가 증폭기 A3으로 새어들어가는 것을 억제하면서, 증폭기 A3가 증폭하는 고주파 신호가 증폭기 A1, A2의 경로로 새어들어가는 것도 억제할 수 있다. 이 결과, 증폭기 A1, A2의 경로와 증폭기 A3의 경로의 아이솔레이션을 향상시킬 수 있다.

실시형태 6.

도 6은 본 발명의 실시형태 6에 관한 전력 증폭기를 도시한 도면이다. 고주파 신호의 그라운드는 약간의 인덕터 성분에 의해 이상적인 그라운드가 되지 않아, 그라운드를 경유해서 고주파 신호가 전파를 의도하지 않는 경로로 돌아들어갈 우려가 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, 실시형태 5의 션트형 고주파 스위치회로의 커패시터 C1a∼C1d의 그라운드와 증폭기 A3의 그라운드를 공통으로 하고 있다. 이에 따라, 그라운드를 경유하여, 다른 경로로 고주파 신호가 돌아들어가는 것을 억제할 수 있다. 이 결과, 증폭기 A1, A2의 경로와 증폭기 A3의 경로의 아이솔레이션을 향상시킬 수 있다.

실시형태 7.

도 7은 본 발명의 실시형태 7에 관한 전력 증폭기를 도시한 도면이다. 실시형태 1과는 스위치회로의 구성이 다르다. 커패시터 C1, C2가 증폭기 A3의 출력과 접속점 P2 사이에 직렬로 접속되어 있다. 접속점 P3이 커패시터 C1과 커패시터 C2 사이에 존재한다. 인덕터 L이 접속점 P3과 그라운드 사이에 접속되어 있다. 스위치 SW가 접속점 P3과 그라운드 사이에 있어서 인덕터 L에 직렬로 접속되어 있다.

실시형태 1에서는 션트형 고주파 스위치회로에 커패시터 C1을 사용하고 있지만, 본 실시형태에서는 인덕터 L을 사용하고, 각 경로의 접속 부분에 직렬 커패시터 C1, C2를 설치하고 있다. 이에 따라, 실시형태 1과 동일한 효과를 얻을 수 있다. 단, 션트형 고주파 스위치회로가 ON되었을 때의 임피던스가, 스미스 차트 상의 반사계수로서 -90도 내지 90도 사이가 되도록, 인덕터 L과 직렬 커패시터 C1, C2의 값을 설정할 필요가 있다.

이때, 고주파 스위치 SW로서 FET/HEMT, MEMS, 다이오드 등을 사용할 수 있다. 또한, 전력 증폭 경로가 2 경로인 경우에 대해 설명했지만, 3 경로 이상의 형태에도 본 발명을 마찬가지로 적용할 수 있다. 또한, 경로 분리의 목적으로서 고주파 스위치를 션트형으로 삽입하고 있기 때문에 직류 전류의 경로로서는 분리되어 있지 않고, 트랜지스터 등의 능동 소자와 전원 사이에 직렬 커패시터를 설치하지 않는 경우에도 전원 공급 경로를 분리하지 않아도 된다.

A1, A2, A3 증폭기, C1, C2,C1a∼C1d 커패시터, IN 입력 단자, L 인덕터, OUT 출력 단자, P1, P2, P3, P4 접속점, SW 스위치

Claims (6)

1. 입력 단자와,
   출력 단자와,
   상기 입력 단자와 상기 출력 단자 사이에 접속된 제1 증폭기와,
   상기 입력 단자와 상기 제1 증폭기의 입력 사이에 존재하는 제1 접속점과,
   상기 출력 단자와 상기 제1 증폭기의 출력 사이에 존재하는 제2 접속점과,
   상기 제1 접속점과 상기 제2 접속점 사이에 상기 제1 증폭기에 대해 병렬로 접속된 제2 증폭기와,
   상기 제2 증폭기의 출력과 상기 제2 접속점 사이에 존재하는 제3 접속점과,
   상기 제3 접속점과 그라운드 사이에 접속된 제1 커패시터와,
   상기 제3 접속점과 그라운드 사이에 있어서 상기 제1 커패시터에 직렬로 접속된 스위치를 구비하고,
   상기 입력 단자로부터 상기 제1 증폭기를 거쳐 상기 출력 단자에 이르는 경로에 있어서, 상기 제2 접속점은 임피던스가 가장 낮아지는 점이고,
   상기 스위치는, 상기 제2 증폭기가 ON될 때에 OFF되고, 상기 제1 증폭기가 ON될 때에 ON되는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제2 증폭기의 출력과 상기 제2 접속점 사이에 접속된 인덕터를 더 구비한 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
   
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 제2 증폭기의 출력과 상기 제2 접속점 사이에 존재하는 제4 접속점과,
   상기 제4 접속점과 그라운드 사이에 접속된 제2 커패시터를 더 구비한 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
   
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 제1 커패시터는, 서로 병렬로 접속된 복수의 커패시터를 갖고,
   상기 복수의 커패시터는 상기 제2 증폭기의 주위에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
   
5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 제1 커패시터의 그라운드와 상기 제2 증폭기의 그라운드를 공통으로 하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
   
6. 입력 단자와,
   출력 단자와,
   상기 입력 단자와 상기 출력 단자 사이에 접속된 제1 증폭기와,
   상기 입력 단자와 상기 제1 증폭기의 입력 사이에 존재하는 제1 접속점과,
   상기 출력 단자와 상기 제1 증폭기의 출력 사이에 존재하는 제2 접속점과,
   상기 제1 접속점과 상기 제2 접속점 사이에 접속된 제2 증폭기와,
   상기 제2 증폭기의 출력과 상기 제2 접속점 사이에 직렬로 접속된 제1 및 제2 커패시터와,
   상기 제1 커패시터와 상기 제2 커패시터 사이에 존재하는 제3 접속점과,
   상기 제3 접속점과 그라운드 사이에 접속된 인덕터와,
   상기 제3 접속점과 그라운드 사이에 있어서 상기 인덕터에 직렬로 접속된 스위치를 구비하고,
   상기 입력 단자로부터 상기 제1 증폭기를 거쳐 상기 출력 단자에 이르는 경로에 있어서, 상기 제2 접속점은 임피던스가 가장 낮아지는 점이고,
   상기 스위치는, 상기 제2 증폭기가 ON될 때에 OFF되고, 상기 제1 증폭기가 ON될 때에 ON되는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.

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