KR102585866B1 - 공통 게이트 증폭 회로 및 그것을 이용한 전력 증폭기 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 기술적 측면에 따른 전력 증폭기는, 일 단이 RF(Radio Frequency) 입력단에 연결되고, 소스단을 입력 및 출력 시 공통으로 사용하는 공통 소스 증폭 회로 및 일단은 상기 공통 소스 증폭 회로에 연결되고 타단은 RF 출력단에 연결되며, 게이트단을 입력 및 출력 시 공통으로 사용하는 공통 게이트 증폭 회로를 포함할 수 있다. 상기 공통 게이트 증폭 회로는, 주 전력 증폭기 및 상기 주 전력 증폭기에 병렬 연결된 보조 전력 증폭기를 포함하는 도허티 증폭기를 포함할 수 있다.

Description

공통 게이트 증폭 회로 및 그것을 이용한 전력 증폭기 {RESONANCE APPARATUS AND APPARATUS FOR TRANSMITING POWER WIRELESSLY USING THE SAME}
본 발명은 공통 게이트 증폭 회로 및 그것을 이용한 전력 증폭기에 관한 것이다.
무선 통신 시스템에서 요구되는 데이터 전송률이 증가함에 따라, 다중 반송파 방식 등과 같은 복잡한 디지털 변조 방식이 적용되고 있다. 이러한 디지털 변조 방식은 높은 출력 범위에 대한 요구와 동시에, 그러한 출력 범위에서의 선형성을 요구하고 있다.
종래의 전력 증폭기로서, 두 개의 트랜지스터를 쌓아 이용하는 캐스코드 구조의 증폭기가 있다. 그러나, 이러한 종래의 캐스코드 증폭기는 선형성에 대한 특성은 가질 수 있으나, 출력 범위에 제한이 있어 백 오프 영역에서의 효율이 낮은 문제를 가지고 있다.
한국 공개특허공보 제2011-0092352호 한국 공개특허공보 제2013-0035372호 한국 공개특허공보 제2013-0037358호
본 발명에 따른 일 실시형태의 목적은, 넓은 출력 범위를 제공하여 출력 전력의 백 오프 영역에서도 높은 효율을 가지면서도, 출력 범위 전체에서 좋은 선형적 특성을 가질 수 있는 공통 게이트 증폭 회로 및 그것을 이용한 전력 증폭기를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 기술적 측면은 전력 증폭기를 제안한다. 상기 전력 증폭기는, 일 단이 RF(Radio Frequency) 입력단에 연결되고, 소스단을 입력 및 출력 시 공통으로 사용하는 공통 소스 증폭 회로 및 일단은 상기 공통 소스 증폭 회로에 연결되고 타단은 RF 출력단에 연결되며, 게이트단을 입력 및 출력 시 공통으로 사용하는 공통 게이트 증폭 회로를 포함할 수 있다. 상기 공통 게이트 증폭 회로는, 주 전력 증폭기 및 상기 주 전력 증폭기에 병렬 연결된 보조 전력 증폭기를 포함하는 도허티 증폭기를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 기술적 측면은 공통 게이트 증폭 회로를 제안한다. 상기 공통 게이트 증폭 회로는, 캐스코드 구조의 전력 증폭기에 적용 가능한 공통 게이트 증폭 회로로서, 주 전력 증폭기 및 상기 주 전력 증폭기에 병렬 연결된 보조 전력 증폭기를 포함하는 도허티 증폭기 및 상기 주 전력 증폭기의 부하 임피던스 및 상기 보조 전력 증폭기의 부하 임피던스를 조절하는 부하 임피던스 조절 회로를 포함할 수 있다.
상기한 과제의 해결 수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 과제 해결을 위한 다양한 수단들은 이하의 상세한 설명의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 전력 증폭기는, 넓은 출력 범위를 제공하여 출력 전력의 백 오프 영역에서도 높은 효율을 가지면서도, 출력 범위 전체에서 좋은 선형적 특성을 가질 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 전력 증폭기는, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 공정에서 형성되므로 무선 송수신기의 구성 블록과 동일 공정에서 생성될 수 있어 생산 효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 증폭기를 설명하는 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 증폭기에 대한 일 예를 도시하는 회로도이다.
도 3 및 도 4는 도 2에 도시된 전력 증폭기에서, 부하 임피던스 조절 회로의 유무에 따른 성능을 도시하는 그래프이다.
도 5는 도 2에 도시된 전력 증폭기에서, 주 전력 증폭기의 동작 경로를 도시하는 회로도이다.
도 6은 도 5에 도시된 주 전력 증폭기의 위상 변이값을 도시하는 그래프이다.
도 7은 도 2에 도시된 전력 증폭기에서, 보조 전력 증폭기의 동작 경로를 도시하는 회로도이다.
도 8은 도 7에 도시된 보조 전력 증폭기의 위상 변이값을 도시하는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 공통 게이트 증폭 회로의 증폭 효율을 도시하는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 증폭기에 대한 다른 예를 도시하는 회로도이다.
도 11은 도 10에 도시된 전력 증폭기의 출력 특성을 도시하는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
한편, 본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 '~사이에'와 '바로 ~사이에' 또는 '~에 이웃하는'과 '~에 직접 이웃하는' 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 증폭기를 설명하는 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 전력 증폭기(100)는 공통 소스 증폭 회로(110) 및 공통 게이트 증폭 회로(120)를 포함할 수 있다.
공통 소스 증폭 회로(110) 및 공통 게이트 증폭 회로(120)는 캐스코드 구조로 형성될 수 있다.
공통 소스 증폭 회로(110)의 일 단은 RF(Radio Frequency) 입력단에 연결될 수 있다. 공통 소스 증폭 회로(110)는 소스단을 입력 및 출력 시 공통으로 사용할 수 있다. 즉, 공통 소스 증폭 회로(110)에서, 증폭기의 입력단 및 출력단으로서 소스단(또는 이미터단)을 공통으로 사용할 수 있다.
공통 게이트 증폭 회로(120)의 일단은 공통 소스 증폭 회로(110)에 연결되고 타단은 RF 출력단에 연결될 수 있다. 공통 게이트 증폭 회로(120)는 게이트단을 입력 및 출력 시 공통으로 사용할 수 있다. 즉, 공통 게이트 증폭 회로(120)에서, 증폭기의 입력단 및 출력단으로서 게이트단(또는 베이스단)을 공통으로 사용할 수 있다.
무선 송수신기는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)공정에서 생산되나, 증폭기를 CMOS 공정에서 생성하는 경우, 낮은 항복 전압 특성을 가지게 된다. 따라서, 두 개의 증폭기를 쌓는 캐스코드 구조를 이용하여, 무선 송신기의 요구 출력을 만족시킬 수 있다.
공통 게이트 증폭 회로(120)는 주 전력 증폭기(121) 및 주 전력 증폭기에 병렬 연결된 보조 전력 증폭기(122)를 포함하는 도허티 증폭기를 포함할 수 있다.
공통 게이트 증폭 회로(120)는 도허티 구조로 구성될 수 있으며, 주 전력 증폭기(121) 및 보조 전력 증폭기(122)는 공통 소스 증폭 회로(110)를 공유하는 구조로, 공통 소스 증폭 회로(110)에 연결될 수 있다.
즉, 공통 게이트 증폭 회로(120)는 주 증 폭기(121)와 보조 전력 증폭기(1220)를 이용한 도허티 증폭기일 수 있으며, 이를 통하여 전력 증폭기(100)의 백오프 전력 지점에서의 효율을 향상시킬 수 있다.
공통 게이트 증폭 회로(120)는 부하 임피던스 조절 회로(123)을 더 포함할 수 있다. 부하 임피던스 조절 회로(123)는 주 전력 증폭기(121)의 부하 임피던스와 보조 전력 증폭기(122)의 부하 임피던스를 조절할 수 있다.
일반적인 도허티 증폭기는 λ/4 트랜스미션 라인을 이용하여 부하 임피던스를 조절하나, 본 부하 임피던스 조절 회로(123)는 그의 등가 회로로 구현될 수 있다. 즉, 부하 임피던스 조절 회로(123)는 CMOS 공정에서도 적용 가능하도록, λ/4 트랜스미션 라인과 등가를 가지는 회로로 구현될 수 있다.
공통 게이트 증폭 회로(120)는 위상 변이 회로(124)를 더 포함할 수 있다. 위상 변이 회로(124)는 부하 임피던스 조절 회로(123)에 해당하는 위상 변이값을 가지는 회로일 수 있다.
부하 임피던스 조절 회로(123)는 주 전력 증폭기(121)와 동일한 제1 경로에 구비되고, 위상 변이 회로(124)는 보조 전력 증폭기(122)와 동일한 제2 경로에 구비될 수 있다. 즉, 부하 임피던스 조절 회로(123)와 주 전력 증폭기(121)는 서로 직렬 연결되어, 하나의 전류 경로에 형성될 수 있고, 위상 변이 회로(124)와 보조 전력 증폭기(122)는 서로 직렬 연결되어, 다른 전류 경로에 형성될 수 있다.
주 전력 증폭기(121)와 보조 전력 증폭기(122)의 위상은 서로 대응되므로, 부하 임피던스 조절 회로(123)에 의하여 상기 제1 경로의 위상에 변화가 유발될 수 있다. 따라서, 위상 변이 회로(124)는 상기 제2 경로에서, 상기 부하 임피던스 조절 회로(123)에 대응되는 위상 변화를 적용함으로서, 상기 제1 경로와 상기 제2 경로의 위상이 서로 대응되도록 할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 증폭기에 대한 일 예를 도시하는 회로도이다.
도 2를 참조하면, 전력 증폭기(101)는 공통 소스 증폭기(Mcs)와, 공통 게이트 증폭 회로(220)를 포함할 수 있다.
게이트 증폭 회로(220)는 메인 증폭기(Mmain)와, 메인 증폭기(Mmain)에 병렬 연결된 보조 전력 증폭기(Maux)를 포함할 수 있다.
메인 증폭기(Mmain)의 소스 단은 공통 소스 증폭기(Mcs)의 드레인단에 연결되고, 메인 증폭기(Mmain)의 드레인단에는 부하 임피던스 조절 회로(222)의 일 단이 연결될 수 있다.
부하 임피던스 조절 회로(222)의 타단은 RF 출력단 및 보조 전력 증폭기(Maux)의 드레인 단과 연결될 수 있다.
부하 임피던스 조절 회로(222)는 인덕터와 커패시터를 포함하는 π 구조의 회로로 구성될 수 있다. 상술한 바와 같이, 부하 임피던스 조절 회로(222)는 λ/4 트랜스미션 라인에 대한 등가 회로일 수 있으며, 도시된 예와 같이 하나의 인덕터(L2) 와 두 개의 커패시터(C21, C22)로 구성되는 파이(π) 회로 일 수 있다.
구체적으로, 인덕터(L2)의 일단은 주 전력 증폭기(Mmain)의 드레인단에 연결되고, 타단은 RF 출력단 및 보조 전력 증폭기(Maux)의 드레인 단에 연결될 수 있다.
제1 커패시터(C21)의 일단은 주 전력 증폭기(Mmain)의 드레인 단에 연결되고, 타단은 접지단에 연결될 수 있다.
제2 커패시터(C22)의 일단은 인덕터(L2)의 타단에 연결되고, 타단은 접지단에 연결될 수 있다.
Class AB의 게이트 바이어스를 가지는 주 전력 증폭기의 경우에는 입력 전력이 증가함에 따라 최적(optimum) 부하 임피던스가 크게 변하지 않는다. 하지만 Class C의 게이트 바이어스를 가지는 보조 전력 증폭기는 입력 전력이 증가함에 따라 OFF 상태에서 ON 상태로 전환되며, 최적(optimum) 부하 임피던스가 변한다. 여기서 π 구조의 인덕터가 주 전력 증폭기의 드레인 단에는 직렬로 연결이 되고, 보조 전력 증폭기의 드레인 단에는 병렬로 연결이 되면서, 각각의 증폭기가 요구하는 최적(optimum) 부하 임피던스를 동시에 만족시킬 수 있게 된다. π 구조 내의 커패시터는 추가적인 임피던스 매칭의 역할을 수행한다. 이를 통해 각 증폭기의 드레인 단이 묶인 상태로 하나의 트랜스미션 라인 트랜스포머를 이용해 50옴으로 임피던스가 변할 수 있다.
보조 전력 증폭기(Maux)의 소스단은 위상 변이 회로(221)에 연결되고, 드레인단은 RF 출력단 및 부하 임피던스 조절 회로(222)의 타단에 연결될 수 있다.
위상 변이 회로(221)는 부하 임피던스 조절 회로(222)에 해당하는 위상 변이값을 가질 수 있다. 도시된 예에서, 위상 변이 회로(221)는 부하 임피던스 조절 회로(222)에 대응되는 파이 회로로 구성될 수 있다.
일 실시예예서, 메인 증폭기(Mmain)와 보조 전력 증폭기(Maux)는 적어도 일부 구간에서만 동시에 동작할 수 있다. 예를 들어, 출력 파워에서의 제1 지점까지는 메인 증폭기(Mmain)만이 동작하고, 상기 제1 지점에서 제2 지점까지는 메인 증폭기(Mmain)와 보조 전력 증폭기(Maux)가 동작할 수 있다. 상기 제1 지점에서 제2 지점까지에서, 메인 증폭기(Mmain)와 보조 전력 증폭기(Maux)는 서로 교번적으로 동작할 수 있다. 또는 제1 지점에서는 메인 증폭기를 중심으로 출력을 발생시키고, 제2 지점에서는 보조 증폭기를 중심으로 출력을 발생시킬 수 있다. 이후, 2 지점에서 제3 지점까지는 보조 전력 증폭기(Maux)만이 동작할 수 있다. 여기에서, 제2 지점은 메인 증폭기의 최대 출력점에 해당할 수 있으며, 제3 지점은 보조 증폭기의 최대 출력점일 수 있다. 즉, 메인 증폭기의 최대 출력점 보다 보조 증폭기의 최대 출력점이 높게 설정되어 있으므로, 넓은 출력 범위와 선형성을 동시에 만족시키도록 하기 위함이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 캐스코드 구조의 전력 증폭기에서, 공통 게이트 증폭회로를 도허티 증폭기로서 구현함으로써, 선형성을 가지면서도 출력 전력의 백 오프 영역에서 높은 효율을 가질 수 있다.
또한, 도시된 바와 같이, 도허티 증폭기의 λ/4 트랜스미션 라인을 대체하여 부하 임피던스 조절 회로(222)를 사용하므로 하나의 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 공정을 통하여 생산이 가능하다. 따라서, 무선 송수신기의 구성 블록과 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 공정으로 생산이 가능한 장점을 가진다.
일 실시예에서, 주 전력 증폭기(Main)의 최대 전력 지점 T까지는 주 전력 증폭기(Mmain) 만을 동작시킬 수 있다. 최대 전력 지점 T 이후에서는 주 전력 증폭기(Main)과 보조 전력 증폭기(Maux)를 함께 동작시켜, 주 전력 증폭기(Mmain)의 출력에 보조 전력 증폭기(Maux)의 출력을 합산할 수 있다. 여기에서, 주 전력 증폭기(Main)의 최대 전력 지점 T는, 전체 전력 증폭기(101)의 최대 출력 전력의 전력 백 오프 영역일 수 있다. 이에 대해서는 도 9를 참조하여 이하에서 보다 상세히 설명한다.
도 3의 그래프는 전력 증폭기의 드레인 단에 위치한 π 구조의 유무에 따른 주 전력 증폭기와 보조 전력 증폭기의 부하 저항과 부하 리액턴스의 변화를 나타내는 그래프이다. 굵은 선은 π 구조가 존재할 때의 부하 저항과 리액턴스의 변화를 의미하며, 얇은 선은 π 구조가 존재하지 않을 때의 부하 저항과 리액턴스의 변화를 의미한다.
그래프 a는 주 전력 증폭기의 부하 저항의 변화를 도시하며, 그래프 b는 주 전력 증폭기의 부하 리액턴스의 변화를 도시하고 있다.
도 3의 그래프 c는 보조 전력 증폭기의 부하 저항의 변화를 도시하며, 그래프 d는 보조 전력 증폭기의 부하 리액턴스의 변화를 도시하고 있다.
주 전력 증폭기의 경우에는 부하 저항과 부하 리액턴스가 π 구조의 유무에 따라 크게 변하지 않는 것을 알 수 있으나, 보조 전력 증폭기의 경우에는 높은 출력 전력을 가지는 때에 부하 저항과 부하 리액턴스가 크게 변하는 것을 확인할 수 있다. 이를 스미스 차트로 도시하면 도 4와 같다.
도 4는 부하 임피던스 조절 회로의 유무에 따른 부하 임피던스의 변화를 도시하고 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 부하 임피던스 조절 회로의 유무는, 주 전력 증폭기의 부하 임피던스에 대해서는 비교적 작은 영향을 미치나, 보조 전력 증폭기의 부하 임피던스를 최적 부하 임피던스 범위로 조절하여 주게된다. 따라서, 주 전력 증폭기 및 보조 전력 증폭기는 각각 최적 부하 임피던스 범위를 동시에 만족할 수 있다.
실제 구현예에서, 도 2에 도시된 파이 구조의 부하 임피던스 조절 회로는, λ/4 트랜스미션 라인과 비교하여 매우 작은 인덕턴스와 작은 커패시컨스로서 구현 가능하다. 즉, 부하 임피던스 조절 회로를 구성하는 인덕터의 소형화가 가능하며, 그에 따라 전력 증폭기의 크기 감소 및 그에 따른 비용 감소의 효과를 가질 수 있다.
도 5는 도 2에 도시된 전력 증폭기에서, 주 전력 증폭기의 동작 경로를 도시하는 회로도이고, 도 6은 도 5에 도시된 주 전력 증폭기의 위상 변이값을 도시하는 그래프이다.
도 5는 주 전력 증폭기(Mmain)가 위치한 제1 경로가 활성화 된 경우를 도시하고 있으며, 그에 대한 주 전력 증폭기의 위상 변이값을 도 6의 그래프를 통하여 확인할 수 있다.
도 7은 도 2에 도시된 전력 증폭기에서, 보조 전력 증폭기의 동작 경로를 도시하는 회로도이고, 도 8은 도 7에 도시된 보조 전력 증폭기의 위상 변이값을 도시하는 그래프이다.
도 7은 보조 전력 증폭기(Maux)가 위치한 제2 경로가 활성화 된 경우를 도시하고 있으며, 그에 대한 보조 전력 증폭기의 위상 변이값을 도 8의 그래프를 통하여 확인할 수 있다.
도 6 및 도 8에서 확인할 수 있듯이, 주 전력 증폭기가 존재하는 제1 경로에서 발생하는 위상 변이와, 보조 전력 증폭기가 존재하는 제2 경로에서의 위상 변이는 서로 대응하는 것을 알 수 있다.
결과적으로, 각 경로에서 발생하는 위상 변이 값은 -20 도에 근사한 값이 됨을 알 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 부하 임피던스 조절 회로의 인덕터 값은 작은 인덕턴스 값에 해당하므로, 그로 인한 위상 변이가 크게 일어나지 않게 된다. 따라서, 위상 변이 회로가 만족해야 하는 위상 변이 역시 크지 않으며, 따라서, 위상 변이 회로의 인덕터 또한 작은 인덕턴스로 충분하다. 따라서, 부하 임피던스 조절 회로 및 위상 변이 회로는 소형으로 구현 가능하며, 그에 따라 비용적 측면에서 유리하다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 공통 게이트 증폭 회로의 증폭 효율을 도시하는 그래프이다.
도 9의 그림 a는, 도 2에 도시된 전력 증폭기에서, 전력지점 P1까지 주 전력 증폭기 만이 동작한 경우의 전력-효율 그래프를 도시하고 있다.
도 9의 그림 b는 전력지점 P1 이후부터 P2 까지 주 전력 증폭기 및 보조 전력 증폭기가 모두 동작한 경우와, 전력지점 P2 이후부터 P3까지 보조 전력 증폭기 만이 동작한 경우의 전력-효율 그래프를 도시하고 있다.
기 설명한 바와 같이, 부하 임피던스 조절 회로는 주 전력 증폭기 및 보조 전력 증폭기 모두에 대하여 최적의 부하 임피던스를 제공할 수 있으므로, 도 9에 도시된 바와 같이, 높은 전력의 영역(P1 내지 P2)에서는 보조 전력 증폭기와 주 전력 증폭기를 동시에 동작시킬 수 있다.
따라서, 주 전력 증폭기의 최대 전력 지점 T까지는 주 전력 증폭기 만을 동작시켜 최대 효율을 가지도록 한다. 주 전력 증폭기의 최대 전력 지점 P1는 전력 증폭기 전체의 최대 출력 전력의 전력 백 오프 영역일 수 있다.
따라서, 전력 증폭기 전체의 최대 출력 전력의 전력 백 오프 영역 P1 이후에는, 보조 전력 증폭기의 출력 전력을 더하도록 함으로써, 전체적인 전력 증폭기는 전력 백 오프 영역 이후에서도 최대 출력 전력을 가질 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 증폭기에 대한 다른 예를 도시하는 회로도이다.
도 10에 도시된 전력 증폭기에 대한 다른 예는 차동 구조로 구현된 실시예에 관한 것이다.
도 10은, 도 2에서 기 설명한 전력 증폭기의 구조를 차동 구조로 구현하고 있으며, 각각의 차동 구조는 부하 임피던스 조절 회로(1010, 1020) 및 위상 변이 회로(1030, 1040)를 포함할 수 있다.
부하 임피던스 조절 회로(1010, 1020) 및 위상 변이 회로(1030, 1040)는 대칭적인 구조로 구현될 수 있으며, 도시된 예에서는 부하 임피던스 조절 회로(1010, 1020) 및 위상 변이 회로(1030, 1040)는 하나의 커패시터(C11, C22)를 공유하는 대칭 구조로 구현될 수 있다.
접지 비아가 존재하지 않는 CMOS 공정의 단점을 해결하기 위하여, 차동 구조를 사용할 수 있으며, 그에 따라 회로 내부에서 가상 접지 노드를 형성하여 회로 자체의 안정성을 높일 수 있다.
또한, 기 상술한 바와 같이, 부하 임피던스 조절 회로(1010, 1020) 및 위상 변이 회로(1030, 1040)는 매우 작은 값의 인덕턴스 및 커패시턴스로서 만족된다.
일 예로, 실제로 필요한 캐패시턴스는, 트랜지스터에 의해 유발되는 기생 캐패시턴스에 대응될 수도 있으며, 따라서, 커패시터(C12, C13, C21, C23)는 실제 커패시터가 아닌 트랜지스터(Mmax1, Mmax2, Q1, Q2)의 기생 커패시턴스에 해당될 수 있다.
트랜스미션 라인 트랜스포머(1050)는, 차동구조에 따란 출력 부분의 임피던스를 소정의 값(예컨대, 50 Ohm)으로 매칭할 수 있다.
도 11은 도 10에 도시된 전력 증폭기의 출력 특성을 도시하는 그래프이다.
도 11에서 도시된 그래프는, 출력 파워에 대한 IMD3 값을 도시하고 있다.
즉, 펀터멘탈 주파수에서 일정 주파수를 각각 가감한 제1 주파수(f1)와 제2 주파수(f1)를 동시에 집어 넣을 때 나오는 3차항 성분을 IMD3로서 도식화할 수 있으며, 도시된 그래프에서는 어퍼 프리퀀시(2f2-f1)와 로워 프리퀀시(2f1-f2)를 각각 도시하고 있다.
3차 IMD3 성분은 출력에 악영향을 미치므로, 3차 IMD3 성분이 -30dBc 보다 작은 경우 이는 양호한 특성이 되며, 선형성이 좋은 경우가 된다.
도시된 바와 같이, 본 출력 특성에서 3차 IMD3 성분이 12 dBm 부근과 22 dBm 부근에서 낮아지는 특성을 가지며, 따라서, 출력 파워의 0 내지 대략 23 dBm 까지의 영역 전체에서 좋은 3차 IMD3 특성을 가지게 된다.
이는 일반적인 클래스 A증폭기 등이 출력 파워의 15dBm 이상에서는 선형성이 나빠지는 것에 비해, 본 발명에 따른 증폭기는 보다 넓은 출력 범위에서 높은 선형성을 가짐을 알 수 있다.
이러한 특징은, 높은 출력 전력 부근에서는 보조 전력 증폭기가 전력 이득을 보강하여 AM-AM을 개선하고, 위상은 주 전력증폭기와 반대의 양상으로 보강해주어서 AM-PM을 개선하기 때문이다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
100 : 전력 증폭기
110 : 공통 소스 증폭 회로
120 : 공통 게이트 증폭 회로
121 : 주 전력 증폭기 122 : 보조 전력 증폭기
123 : 부하 임피던스 조절회로 124 : 위상 변이 회로

Claims (15)

  1. 일 단이 RF(Radio Frequency) 입력단에 연결되고, 소스단을 입력 및 출력 시 공통으로 사용하는 공통 소스 증폭 회로; 및
    일단은 상기 공통 소스 증폭 회로에 연결되고 타단은 RF 출력단에 연결되며, 게이트단을 입력 및 출력 시 공통으로 사용하는 공통 게이트 증폭 회로;
    를 포함하고,
    상기 공통 게이트 증폭 회로는
    주 전력 증폭기 및 상기 주 전력 증폭기에 병렬 연결된 보조 전력 증폭기; 및
    일단이 상기 주 전력 증폭기의 드레인단에 연결되고, 타단이 상기 RF 출력단 및 상기 보조 전력 증폭기의 드레인 단에 연결되는 부하 임피던스 조절 회로;
    를 포함하는 도허티 증폭기를 포함하는 전력 증폭기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 공통 게이트 증폭 회로는
    상기 주 전력 증폭기의 부하 임피던스와 상기 보조 전력 증폭기의 부하 임피던스를 조절하는 부하 임피던스 조절 회로;
    를 더 포함하는 전력 증폭기.
  3. 삭제
  4. 제2항에 있어서, 상기 부하 임피던스 조절 회로는
    일단이 상기 주 전력 증폭기의 드레인단에 연결되고, 타단이 및 상기 보조 전력 증폭기의 드레인 단에 연결되는 인덕터;
    일단이 상기 주 전력 증폭기의 드레인 단에 연결되고, 타단이 접지단에 연결되는 제1 커패시터; 및
    일단이 상기 인덕터의 타단에 연결되고, 타단이 접지단에 연결되는 제2 커패시터;
    를 포함하는 전력 증폭기.
  5. 제2항에 있어서, 상기 공통 게이트 증폭 회로는
    상기 부하 임피던스 조절 회로에 해당하는 위상 변이값을 가지는 위상 변이 회로;
    를 더 포함하는 전력 증폭기.
  6. 제5항에 있어서, 상기 부하 임피던스 조절 회로는
    상기 주 전력 증폭기와 동일한 경로에 구비되고,
    상기 위상 변이 회로는
    상기 보조 전력 증폭기와 동일한 경로에 구비되는 전력 증폭기.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 공통 소스 증폭 회로 및 상기 공통 게이트 증폭 회로는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 공정을 통해 형성되는 전력 증폭기.
  9. 캐스코드 구조의 전력 증폭기에 적용 가능한 공통 게이트 증폭 회로로서,
    주 전력 증폭기 및 상기 주 전력 증폭기에 병렬 연결된 보조 전력 증폭기를 포함하는 도허티 증폭기; 및
    상기 주 전력 증폭기의 부하 임피던스 및 상기 보조 전력 증폭기의 부하 임피던스를 조절하는 부하 임피던스 조절 회로;
    를 포함하고,
    상기 부하 임피던스 조절 회로는
    일단이 상기 주 전력 증폭기의 드레인단에 연결되고, 타단이 RF 출력단 및 상기 보조 전력 증폭기의 드레인 단에 연결되는 공통 게이트 증폭 회로.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서, 상기 부하 임피던스 조절 회로는
    일단이 상기 주 전력 증폭기의 드레인단에 연결되고, 타단이 및 상기 보조 전력 증폭기의 드레인 단에 연결되는 인덕터;
    일단이 상기 주 전력 증폭기의 드레인 단에 연결되고, 타단이 접지단에 연결되는 제1 커패시터; 및
    일단이 상기 인덕터의 타단에 연결되고, 타단이 접지단에 연결되는 제2 커패시터;
    를 포함하는 공통 게이트 증폭 회로.
  12. 제9항에 있어서, 상기 공통 게이트 증폭 회로는
    상기 부하 임피던스 조절 회로에 해당하는 위상 변이값을 가지는 위상 변이 회로;
    를 더 포함하는 공통 게이트 증폭 회로.
  13. 제12항에 있어서, 상기 부하 임피던스 조절 회로는
    상기 주 전력 증폭기와 동일한 경로에 구비되고,
    상기 위상 변이 회로는
    상기 보조 전력 증폭기와 동일한 경로에 구비되는 공통 게이트 증폭 회로.
  14. 삭제
  15. 제12항에 있어서,
    상기 주 전력 증폭기, 상기 보조 전력 증폭기, 상기 부하 임피던스 조절 회로 및 상기 위상 변이 회로는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 공정을 통해 형성되는 공통 게이트 증폭 회로.
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