KR102598591B1 - 전력 증폭 회로 - Google Patents

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가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
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Abstract

(과제) 도허티 증폭기에 있어서 1/4 파장 선로를 사용하지 않고 적절한 부하 변조 효과를 발생시키는 전력 증폭 회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.
(해결 수단) 입력 신호의 전력 레벨이 제 1 레벨 이상인 영역에 있어서, 상기 입력 신호로부터 분배된 제 1 신호를 증폭해서 제 2 신호를 출력하는 제 1 증폭기와, 상기 제 1 증폭기의 출력측에 접속되는, 상기 제 1 증폭기의 출력측의 임피던스를 변환시키는 제 1 변환기와, 상기 입력 신호의 전력 레벨이 상기 제 1 레벨보다 높은 제 2 레벨 이상인 영역에 있어서, 상기 입력 신호로부터 분배된 제 3 신호를 증폭해서 제 4 신호를 출력하는 적어도 하나 이상의 제 2 증폭기를 구비하고, 기 제 2 증폭기 각각의 출력측은 상기 제 1 변환기의 출력측과 직렬로 접속되고, 상기 제 1 변환기는 상기 제 1 증폭기의 출력측의 임피던스의 절대값을 상기 제 2 증폭기 각각의 출력측의 임피던스의 절대값보다 크게 하는 구성을 갖는다.

Description

전력 증폭 회로{POWER AMPLIFIER CIRCUIT}
본 개시는 전력 증폭 회로에 관한 것이다.
도허티 증폭기는 고효율의 전력 증폭기(파워 앰프)이다. 도허티 증폭기는 일반적으로, 입력 신호의 전력 레벨에 상관없이 동작하는 캐리어 앰프와, 입력 신호의 전력 레벨이 작은 경우에는 오프로 되고, 큰 경우에 온으로 되는 피크 앰프가 병렬로 접속되어 있다. 그리고, 입력 신호의 전력 레벨이 큰 경우, 캐리어 앰프가 포화 출력 전력 레벨에서 포화를 유지하면서 동작한다. 즉, 캐리어 앰프만이 증폭 동작하고 있는 백 오프 상태에서는 캐리어 앰프만이 동작하므로 피크 앰프가 불필요한 전류를 소비하지 않아 효율이 높아진다. 또한, 피크 앰프가 동작을 하는 최소의 전력으로부터 포화 상태가 될 때까지의 입력 전력의 범위에서, 캐리어 앰프의 임피던스가 절반으로 저하되는 부하 변조의 효과가 있다. 또, 본 발명에서의 부하 변조란 캐리어 앰프의 부하 임피던스가 피크 앰프의 출력 전력 증가에 따라 저하되는 것을 가리키고 있고, 피크 앰프와 캐리어 앰프의 사이즈가 같은 경우에는 캐리어 앰프의 부하 임피던스가 절반으로 되는 것이 이상적인 것으로 되어 있다. 캐리어 앰프의 포화 출력 전력은 부하 임피던스에 반비례한다라는 성질로부터 부하 변조의 효과에 의해 캐리어 앰프의 포화 전력은 피크 앰프의 출력의 출력 전력 증가에 따라 증가한다. 바꿔 말하면, 피크 앰프가 동작을 하고 있는 전력범위에 있어서는 캐리어 앰프가 항상 포화 전력에 가까운 곳에서 동작을 하고 있어 고효율로 동작을 하고 있다고 할 수 있다. 즉, 부하 변조의 효과는 도허티 증폭기의 고효율 동작을 얻기 위해서 중요한 효과이다.
그러나, 도허티 증폭기는 캐리어 앰프의 출력과 피크 앰프의 출력을 합성하는 합성기를 필요로 한다. 상기 합성기에는 1/4 파장 선로가 사용되는 바, 1/4 파장 선로는 소형화나 광대역 특성을 얻는데에 맞지 않다. 그래서, 1/4 파장 선로를 사용하지 않는 도허티 증폭기가 개시되어 있다(예를 들면 비특허문헌 1 참조).
Ercan Kaymaksut, Patrick Reynaert 저, 「A 2.4 GHz fully integrated Doherty power amplifier using series combining transformer」, Proceedingsof ESSCIRC, 2010년, pp.302-305
비특허문헌 1에 기재된 도허티 증폭기는 1/4 파장 선로를 사용하지 않고, 트랜스를 2개 사용해서 구성되어 있다. 이것에 의해, 도허티 증폭기의 소형화나 광대역 특성을 얻을 수 있다. 그러나, 비선행문헌 1에 개시되어 있는 도허티 증폭기의 구성에서는 백 오프 상태로부터 포화 상태로 천이할 때에 캐리어 앰프의 부하가 절반이 되는 부하 변조 효과를 얻을 수 없다고 하는 문제가 생길 우려가 있었다. 이것에 의해, 비선행문헌 1에 개시되어 있는 도허티 증폭기에서는 효율을 향상시킬 수 없는 문제가 발생할 우려가 있었다.
그래서, 본 개시는 도허티 증폭기에 있어서 1/4 파장 선로를 사용하지 않고 적절한 부하 변조 효과를 발생시키는 전력 증폭 회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일측면에 따른 전력 증폭 회로는 입력 신호의 전력 레벨이 제 1 레벨 이상인 영역에 있어서, 상기 입력 신호로부터 분배된 제 1 신호를 증폭해서 제 2 신호를 출력하는 제 1 증폭기와, 상기 제 1 증폭기의 출력측에 접속되는 상기 제 1 증폭기의 출력측의 임피던스를 변환시키는 제 1 변환기와, 상기 입력 신호의 전력 레벨이 상기 제 1 레벨보다 높은 제 2 레벨 이상인 영역에 있어서, 상기 입력 신호로부터 분배된 제 3 신호를 증폭해서 제 4 신호를 출력하는 적어도 하나 이상의 제 2 증폭기를 구비하고, 상기 제 2 증폭기 각각의 출력측은 상기 제 1 변환기의 출력측과 직렬로 접속되고, 상기 제 1 변환기는 상기 제 1 증폭기의 출력측의 임피던스의 절대값을 상기 제 2 증폭기 각각의 출력측의 임피던스의 절대값보다 크게 하는 구성을 갖는다.
본 발명의 일측면에 따른 전력 증폭 회로는 입력 신호의 전력 레벨이 제 3 레벨 이상인 영역에 있어서, 상기 입력 신호로부터 분배된 제 5 신호를 증폭해서 제 6 신호를 출력하는 제 3 증폭기와, 상기 제 3 증폭기의 출력측에 접속되는, 상기 제 3 증폭기의 출력측의 임피던스를 변환시키는 제 3 변환기와, 상기 입력 신호의 전력 레벨이 상기 제 3 레벨보다 높은 제 4 레벨 이상인 영역에 있어서, 상기 입력 신호로부터 분배된 제 7 신호를 증폭해서 제 8 신호를 출력하는 적어도 하나 이상의 제 4 증폭기를 구비하고, 상기 제 4 증폭기 각각의 출력측은 상기 제 3 변환기의 출력측과 병렬로 접속되고, 상기 제 3 변환기는 상기 제 3 증폭기의 출력측의 임피던스의 절대값을 상기 제 4 증폭기 각각의 출력측의 임피던스의 절대값보다 작게 하는 구성을 갖는다.
본 발명의 일측면에 따른 전력 증폭 회로는 입력 신호의 전력 레벨이 제 5 레벨 이상인 영역에 있어서, 상기 입력 신호로부터 분배된 제 9 신호를 증폭해서 제 10 신호를 출력하는 제 5 증폭기와, 상기 입력 신호의 전력 레벨이 상기 제 5 레벨보다 높은 제 6 레벨 이상인 영역에 있어서, 상기 입력 신호로부터 분배된 제 11 신호를 증폭해서 제 12 신호를 출력하는 적어도 하나 이상의 제 6 증폭기와, 상기 제 6 증폭기 각각의 출력측에 접속되는 상기 제 6 증폭기 각각의 출력측의 임피던스를 변환시키는 제 5 변환기를 구비하고, 상기 제 5 변환기 각각의 출력측은 상기 제 5 증폭기의 출력측과 직렬로 접속되고, 상기 제 5 변환기 각각은 상기 제 5 증폭기의 출력측의 임피던스의 절대값을 상기 제 6 증폭기 각각의 출력측의 임피던스의 절대값보다 크게 하는 구성을 갖는다.
본 개시에 의하면, 도허티 증폭기에 있어서 1/4 파장 선로를 사용하지 않고 적절한 부하 변조 효과를 발생시키는 전력 증폭 회로를 제공할 수 있다.
도 1은 제 1 실시형태에 따른 전력 증폭 회로의 구성의 개략을 나타내는 구성도이다.
도 2는 제 1 실시형태에 따른 전력 증폭 회로의 변형예를 나타내는 구성도이다.
도 3은 전류원으로 간주할 수 있는 변환기의 일례를 나타내는 구성도이다.
도 4는 전압원으로 간주할 수 있는 변환기의 일례를 나타내는 구성도이다.
도 5는 제 1 실시형태에 따른 전력 증폭 회로의 구성의 일례를 나타내는 구성도이다.
도 6은 제 2 실시형태에 따른 전력 증폭 회로의 구성의 개략을 나타내는 구성도이다.
도 7은 제 2 실시형태에 따른 전력 증폭 회로의 변형예를 나타내는 구성도이다.
도 8은 제 2 실시형태에 따른 전력 증폭 회로의 구성의 일례를 나타내는 구성도이다.
도 9는 제 3 실시형태에 따른 전력 증폭 회로의 구성의 일례를 나타내는 구성도이다.
이하, 각 도면을 참조하면서 본 개시의 각 실시형태에 대해서 설명한다. 여기에서, 동일 부호의 회로소자는 동일한 회로소자를 나타내는 것으로 하고, 중복되는 설명을 생략한다.
===제 1 실시형태에 따른 전력 증폭 회로(100)의 구성===
도 1∼도 5를 참조해서, 제 1 실시형태에 따른 전력 증폭 회로(100)의 구성에 대해서 설명한다. 도 1은 제 1 실시형태에 따른 전력 증폭 회로(100)의 구성의 개략을 나타내는 구성도이다. 도 2는 제 1 실시형태에 따른 전력 증폭 회로(100)의 변형예를 나타내는 구성도이다. 도 3은 전류원으로 간주할 수 있는 변환기(140)의 일례를 나타내는 구성도이다. 도 4는 전압원으로 간주할 수 있는 변환기(150)의 일례를 나타내는 구성도이다. 도 5는 제 1 실시형태에 따른 전력 증폭 회로(100)의 구성의 일례를 나타내는 구성도이다.
전력 증폭 회로(100)는 예를 들면 휴대 전화기에 탑재되고, 기지국에 송신하는 신호의 전력을 증폭하기 위해서 사용된다. 전력 증폭 회로(100)는 예를 들면 2G(제 2 세대 이동 통신 시스템), 3G(제 3 세대 이동 통신 시스템), 4G(제 4 세대 이동 통신 시스템), 5G(제 5 세대 이동 통신 시스템), LTE(Long Term Evolution)-FDD(Frequency Division Duplex), LTE-TDD(Time Division Duplex), LTE-Advanced, LTE Advanced Pro 등의 통신 규격의 신호의 전력을 증폭할 수 있다. 또, 전력 증폭 회로(100)가 증폭하는 신호의 통신 규격은 이들에 한정되지 않는다.
전력 증폭 회로(100)는 입력 신호(RFin)를 증폭하고, 출력 신호(RFout)를 출력한다. 입력 신호는 무선 주파수(RF:Radio-Frequency) 신호이며, 입력 신호의 주파수는 예를 들면 수 ㎓ 정도이다.
도 1에 나타내듯이, 전력 증폭 회로(100)는 예를 들면 분배기(110), 캐리어 앰프(120), 피크 앰프(130), 변환기(140), 변환기(150)를 구비한다. 이하에, 각 구성요소에 대해서 설명한다.
분배기(110)는 예를 들면 입력되는 입력 신호(RFin)를 신호(RFin_a)(제 1 신호, 제 5 신호, 제 9 신호)와, 신호(RFin_a)보다 위상이 대략 90도 진행한 신호(RFin_b)(제 3 신호, 제 7 신호, 제 11 신호)로 분배한다. 또, 본 실시형태에 있어서는 후술하는 바와 같이 캐리어 앰프(120) 및 피크 앰프(130)가 차동 앰프이기 때문에, 신호(RFin_a, RFin_b)는 또한, 각각 위상이 180도 다른 2개의 입력 신호로 분배된다.
캐리어 앰프(120)(제 1 증폭기)는 예를 들면 입력되는 신호(RFin_a)를 증폭하고, 증폭 신호(RFamp_a)(제 2 신호, 제 6 신호, 제 10 신호)를 출력한다. 또한, 피크 앰프(130)(제 2 증폭기)는 입력되는 신호(RFin_b)를 증폭하고, 증폭 신호(RFamp_b)(제 4 신호, 제 8 신호, 제 12 신호)를 출력한다. 본 실시형태에 있어서는 예를 들면 캐리어 앰프(120)는 AB급이 되도록 바이어스되고, 피크 앰프(130)는 C급이 되도록 바이어스된다.
즉, 캐리어 앰프(120)는 입력 신호(RFin)의 전력 레벨에 상관없이 전력 레벨이 제로(제 1 레벨) 이상의 영역에 있어서 동작한다. 한편, 피크 앰프(130)는 입력 신호(RFin)의 전압 레벨이 최대 레벨(Vmax)로부터 소정 레벨 낮은 레벨(Vback)(제 2 레벨)(이하 「백 오프」라고도 부른다) 이상의 영역에 있어서 동작한다. 환언하면, 피크 앰프(130)는 입력 신호(RFin)의 전력 레벨이 최대 레벨로부터 소정 레벨(예를 들면 6dB 정도) 낮고, 제로(제 1 레벨)보다 높은 레벨(제 2 레벨) 이상의 영역에 있어서 동작한다. 이렇게, 입력 신호의 전력 레벨에 따라 2개의 앰프의 동작을 조합함으로써, 캐리어 앰프(120)가 포화 출력으로 동작하는 영역이 넓어진다. 따라서, 하나의 앰프만으로 구성되는 전력 증폭 회로에 비해서 전력효율이 향상된다.
캐리어 앰프(120) 및 피크 앰프(130)는 차동 앰프에 의해 구성된다. 차동 앰프는 쌍을 이루는 2개의 증폭 소자를 구비하고, 상기 2개의 증폭 소자의 각각에 입력되는 동 진폭 역 위상의 신호의 전위차를 증폭해서 출력한다. 따라서, 2개의 증폭 소자의 각각에 동 진폭 동 위상의 신호(예를 들면 노이즈 등)가 동시에 입력되는 경우, 상기 동 진폭 동 위상의 신호는 상쇄된다. 즉, 캐리어 앰프(120) 및 피크 앰프(130)에 차동 앰프를 사용함으로써, 노이즈나 입력 신호의 고조파의 발생을 억제할 수 있다.
또, 차동 앰프가 구비하는 증폭 소자는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 헤테로 접합 바이폴러 트랜지스터(HBT:Heterojunction Bipolar Transistor) 등의 바이폴러 트랜지스터, 또는 MOSFET(Metal-oxide-semiconductor semiconductor Field Effect Transistor) 등의 전계 효과 트랜지스터이어도 좋다.
변환기(140,150) 각각은 캐리어 앰프(120) 및 피크 앰프(130)의 출력측에 접속되어 있다. 변환기(140,150)는 예를 들면 각 앰프(120,130)에 관한 특성(임피던스나 위상 등)을 변환함과 아울러, 증폭된 전력을 부하(1000)에 전달한다. 이하에서는 도 1에 나타내듯이, 하나의 피크 앰프(130)에 접속되는 변환기(150)가 부하(1000)와 직렬로 접속되어 있는 것으로서 설명한다. 또, 도 2에 나타내듯이, 복수의 피크 앰프(130)에 접속되는 변환기(150)의 각각이 부하(1000)와 직렬로 접속되어 있어도 좋다.
변환기(140,150)에 의해, 각 앰프(120,130)를 구성하는 증폭 소자에 관한 특성(임피던스나 위상 등)을 실질적으로 변환시킴으로써 각 앰프(120,130)를 부하(1000)측으로부터 봤을 때에, 각 앰프(120,130)를 전류원으로 간주할 수 있는 전압원으로 간주할 수 있는가가 조정된다. 또, 각 앰프(120,130)를 전류원으로 간주할 수 있는지 전압원으로 간주할 수 있는지는 각 앰프(120,130)의 출력 임피던스의 절대값의 상대적인 비교로 결정된다. 여기에서, 출력 임피던스는 각 앰프(120,130)의 트랜지스터에 아이들 전류를 흐르게 하지 않는 상태로 바이어스했을 때에, 부하(1000)측으로부터 측정한 진행파와 반사파로부터 구해지는 반사계수에 의거하여 산출되어도 좋다.
제 1 실시형태에 따른 전력 증폭 회로(100)에서는 변환기(140)에 의해 캐리어 앰프(120)측을 전류원으로 간주할 수 있도록, 변환기(150)에 의해 피크 앰프(130)측을 전압원으로 간주할 수 있도록, 변환기(140) 및 변환기(150)가 구성된다. 환언하면, 변환기(140) 및 변환기(150)는 캐리어 앰프(120)의 출력측(변환기(140)의 출력측)의 임피던스의 절대값을 피크 앰프(130)의 출력측(변환기(150)의 출력측)의 임피던스의 절대값보다 크게 하는 구성을 갖는다.
이하, 도 3, 도 4를 참조해서, 변환기(140), 변환기(150)의 구성의 일례에 대해서 설명한다.
도 3에 나타내듯이, 전류원으로 간주할 수 있는 변환기(140)는 예를 들면 제 1 트랜스(141), 제 1 콘덴서(142), 제 2 콘덴서(143)를 포함한다.
제 1 트랜스(141)는 예를 들면 입력측 권선(141a)과 출력측 권선(141b)을 포함하는 코일 트랜스이며, 입력측 권선(141a)에 입력된 신호를 출력측 권선(141b)에 전파한다. 구체적으로는 제 1 트랜스(141)는 입력측 권선(141a)(제 1 입력측 권선)에 캐리어 앰프(120)로부터 출력되는 증폭 신호(RFamp_a)(전류(Ia))가 입력되고, 출력측 권선(141b)(제 1 출력측 권선)으로부터 출력한다.
제 1 트랜스(141)의 입력측 권선(141a)의 중점(g1)에는 전원전압(Vcc)이 공급된다. 여기에서, 중점(g1)에는 캐리어 앰프(120)로부터 역 위상의 2개의 입력 신호가 공급되므로, 중점(g1)은 가상 접지점이 된다. 따라서, 중점(g1)에 전원전압(Vcc)이 공급됨으로써, 전원회로에 기인하는 노이즈를 억제할 수 있다. 즉, 전력 증폭 회로(100)는 전원용의 초크 코일이나 바이패스 콘덴서를 구비할 필요가 없다. 이것에 의해, 회로규모의 삭감을 꾀할 수 있다.
또, 제 1 트랜스(141)는 입력측 권선(141a) 및 출력측 권선(141b)의 권선비를 조정함으로써, 임피던스 정합의 기능을 겸할 수 있다. 이것에 의해, 칩 밖에 출력 정합 회로를 형성하지 않고, 칩 상에 형성된 제 1 트랜스(141)에 의해 임피던스를 정합할 수 있다. 따라서, 전력 증폭 회로(100)는 회로규모의 삭감을 꾀할 수 있다.
제 1 콘덴서(142)는 예를 들면 입력측 권선(141a)과 병렬로 접속된다. 제 2 콘덴서(143)는 예를 들면 출력측 권선(141b)과 직접적으로 접속된다. 제 1 콘덴서(142) 및 제 2 콘덴서(143)는 예를 들면 제 1 트랜스(141)의 기생 인덕턴스의 영향을 고려한 경우에 있어서의 제 1 트랜스(141)의 임피던스 정합을 위해서 형성되어 있다. 또, 제 1 콘덴서(142)는 캐리어 앰프(120)에 기생하는 용량으로 대체할 수도 있으므로 생략되어도 좋다.
도 4에 나타내듯이, 전압원으로 간주할 수 있는 변환기(150)는 예를 들면 제 2 트랜스(151), 제 3 콘덴서(152), 제 4 콘덴서(153)를 포함한다. 변환기(150)의 각 구성요소의 특성은 변환기(140)의 각 구성요소의 특성과 같으며, 변환기(140)의 제 2 콘덴서(143) 대신에 제 4 콘덴서(153)를 출력측 권선과 직렬로 접속한 것이다. 여기에서는 설명의 편의를 위해서 변환기(140)와 같은 구성요소에 대해서는 설명을 생략한다.
상술한 도 3, 도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 전력 증폭 회로(100)는 부하(1000)측으로부터 봤을 때의 변환기(140)의 출력 임피던스는 부하(1000)측으로부터 봤을 때의 변환기(150)의 출력 임피던스보다 커지도록 구성된다. 따라서, 전력 증폭 회로(100)에 있어서, 변환기(140)는 상대적으로 전류원으로 간주되고, 변환기(150)는 상대적으로 전압원으로 간주된다.
즉, 전력 증폭 회로(100)에서는 캐리어 앰프(120)측을 전류원으로 간주할 수 있고, 피크 앰프(130)측을 전압원으로 간주할 수 있음으로써, 부하(1000)에 흐르는 전류는 전류원에 의해서만 결정된다. 이 때문에, 전력 증폭 회로(100)에서는 1/4 파장 선로를 사용하지 않고, 캐리어 앰프(120)에 있어서의 소 신호 상태로부터 포화 상태로의 천이에 따라 캐리어 앰프(120)의 증폭 소자로부터 본 출력 임피던스를 적절하게 절반까지 감소할 수 있다. 따라서, 소형이며 또한, 광대역으로 도허티 증폭기를 실현할 수 있음과 아울러, 그 높은 효율을 실현할 수 있다.
더 말하면, 전력 증폭 회로(100)에 차동의 증폭기를 사용함으로써 전원 노이즈에 대해서 강한 회로를 실현할 수 있다. 또한, 바이어스 회로가 간단해지는 것이나 우수한 선형성을 나타내는 회로를 실현할 수 있다.
또, 도 1에 있어서는 전력 증폭 회로(100)의 각 앰프(120,130)가 개략적으로 나타내어져 있지만, 전력 증폭 회로(100)는 예를 들면 초단(드라이버단)이 하나의 앰프에 의해 구성되고, 출력단(파워단)에 있어서 상술한 도허티 증폭기의 구성이 적용되어 있어도 좋다. 또한, 전력 증폭 회로(100)는 출력단(파워단)의 캐리어 앰프(120)와 피크 앰프(130)의 각각에 초단(드라이버단)이 되는 앰프가 접속되어도 좋다.
이하, 도 3∼도 5를 참조하면서, 변환기(140), 변환기(150)를 구성하는 각 소자의 파라미터의 결정 방법의 일례에 대해서 설명한다. 도 5에는 캐리어 앰프(120) 및 피크 앰프(130)가 차동쌍이며, 출력이 싱글 엔드의 전력 증폭 회로(100)의 구성의 일례가 나타내어져 있다.
도 5에 나타내듯이, 전력 증폭 회로(100)는 예를 들면 차동쌍으로 이루어지는 캐리어 앰프(120)와, 캐리어 앰프(120)에 접속되는 변환기(140)와, 차동쌍으로 이루어지는 피크 앰프(130)와, 피크 앰프(130)에 접속되는 변환기(150)를 포함한다.
우선, 도 3을 참조해서 변환기(140)를 구성하는 소자의 파라미터에 대해서 설명한다. 전력 증폭 회로(100)에서는 변환기(140)를 구성하는 소자의 파라미터를 적절하게 선정함으로써, 변환기(140)를 부하(1000)측으로부터 봤을 때 전류원으로 간주할 수 있다. 구체적으로는 도 3에 나타내는 변환기(140)에 있어서, 이하의 식(1), (2)의 조건을 만족하도록 파라미터를 선정하면, 변환기(140)를 전류원으로 간주할 수 있다.
ω0 2×La×Ca=1…(1)
ω0 2×Lb×Cb=1/(1-Kab 2)…(2)
식(1), 식(2)에 있어서, ω0은 각 주파수(2πf)를 나타낸다. La는 입력측 권선(141a)의 인덕턴스를 나타낸다. Lb는 출력측 권선(141b)의 인덕턴스를 나타낸다. Ca는 제 1 콘덴서(142)의 커패시턴스를 나타낸다. Cb는 제 2 콘덴서(143)의 커패시턴스를 나타낸다. Kab는 제 1 트랜스(141)의 결합계수를 나타낸다.
상기 조건은 도 3의 변환기(140)가 나타내는 회로의 종속(縱續) 행렬을 구하고, 상기 종속 행렬의 비대각성분이 0이 되는 조건이다. 도 3에 나타내는 변환기(140)는 식(1), (2)를 만족하는 콘덴서 및 인덕터가 선정되면, 식(3)에 나타내는 종속 행렬이 나타내는 동작을 한다.
식(3)에 있어서, Va는 변환기(140)의 입력 전압이다. Vb는 변환기(140)의 출력 전압이다. Ia는 증폭 신호(RFamp_a)에 대응하는 변환기(140)의 입력 전류이다. Ib는 변환기(140)로부터 부하(1000)에 출력하는 출력 전류이다.
식(3)에 나타내는 종속 행렬의 특성을 갖는 변환기(140)는 전압과 전류를 각각 정수배로 해서 출력하는 회로이다. 즉, 변환기(140)의 입력측에 캐리어 앰프(120)와 같은 전류원이 접속되면, 변환기(140)의 출력측(부하(1000)측)으로부터 봤을 때 변환기(140)를 전류원으로 간주할 수 있다.
다음에 도 4를 참조해서 변환기(150)를 구성하는 소자의 파라미터에 대해서 설명한다. 전력 증폭 회로(100)에서는 변환기(150)를 구성하는 소자의 파라미터를 적절하게 선정함으로써, 변환기(150)를 부하(1000)측으로부터 봤을 때 전압원으로 간주할 수 있다. 구체적으로는 도 4에 나타내는 변환기(150)에 있어서, 이하의 식(4), (5)의 조건을 만족시키도록 파라미터를 선정하면, 변환기(150)를 전압원으로 간주할 수 있다.
ω0 2×La×Ca=1/(1-Kab 2)…(4)
ω0 2×Lb×Cb=1/(1-Kab 2)…(5)
상기 조건은 도 4의 변환기(150)가 나타내는 회로의 종속 행렬을 구하고, 상기 종속 행렬의 대각성분이 0이 되는 조건이다. 도 4에 나타내는 변환기(150)는 식(4), (5)를 만족하는 콘덴서 및 인덕터가 선정되면, 식(6)에 나타내는 종속 행렬이 나타내는 동작을 한다.
식(6)에 나타내는 종속 행렬의 특성을 갖는 변환기(150)는 전압과 전류를 각각 바꿔 넣어 정수배해서 출력하는 회로이다. 즉, 변환기(150)의 입력측에 피크 앰프(130)와 같은 전압원이 접속되면, 변환기(150)의 출력측으로부터 볼 때, 변환기(150)를 전압원으로 간주할 수 있다.
또, 캐리어 앰프(120) 및 피크 앰프(130)를 구성하는 증폭 소자는 콘덴서와 병렬로 접속되도록 나타내어지는 일이 있지만, 그 경우, 상기 콘덴서의 용량을 변환기(140) 및 변환기(150)의 1차측의 용량의 일부이다라고 생각해서 파라미터를 선택해도 좋다.
식(3), 식(6)에 나타내어지는 파라미터를 만족시키는 조건에 있어서, 도 5에 나타내듯이, 캐리어 앰프(120)에 변환기(140)를 접속하고, 피크 앰프(130)에 변환기(150)를 접속한다. 이 상태에 있어서, 캐리어 앰프(120)로부터 본 출력 임피던스(ZC)는 식(7)으로 나타내어지며, 피크 앰프(130)로부터 본 출력 임피던스(ZP)는 식(8)으로 나타내어진다.
식(7), 식(8)에 있어서, RL은 부하(1000)의 임피던스를 나타낸다. KCL은 제 1 트랜스(141)의 결합계수이다. KPL은 제 2 트랜스(151)의 결합계수이다. LC는 변환기(140)의 입력측 권선(141a)의 인덕턴스이다. LLc는 변환기(140)의 출력측 권선(141b)(부하(1000)측)의 인덕턴스이다. LP는 변환기(150)의 입력측 권선(151a)의 인덕턴스이다. LLP는 변환기(150)의 출력측 권선(151b)(부하(1000)측)의 인덕턴스이다. IC는 캐리어 앰프(120)로부터 출력되는 복소 교류 전류이다. IP는 피크 앰프(130)로부터 출력되는 복소 교류 전류이다.
또, 캐리어 앰프(120) 및 피크 앰프(130)의 각각을 구성하는 증폭 소자의 크기가 같다로 하면, 전류진폭의 최대값은 같게 되므로, (IP/IC)의 절대값은 1이 된다. 또한, 각 앰프(120,130)의 증폭 소자에 최적인 부하(1000)의 임피던스(ROPT)도 대략 같다고 간주할 수 있다. 따라서, 도 5에 나타내는 전력 증폭 회로(100)가 포화 상태에 있을 때, 출력 임피던스(ZC, ZP)를 부하(1000)측의 임피던스(ROPT)에 정합시키기 위해서는 제 1 트랜스(141)에 대해서 식(9)의 조건을 만족시키도록, 제 2 트랜스(151)에 대해서 식(10)의 조건을 만족시키도록 각 소자를 선정한다.
(1/KCL 2)×(LC/LLC)=ROPT/RL…（9)
(ω0 2×LP×LPL)×(1-KPL 2)2/KPL…（10)
또한, 구체적으로 말하면, 고주파의 시스템에 있어서, 부하(1000)의 임피던스(RL)는 50Ω이다. 또한, 휴대 전화와 같은 이동체 통신 단말에 있어서는 수 V 정도의 전원전압으로 최대 수 W 오더의 전력을 출력하지 않으면 안된다. 따라서, 최적인 부하(1000)의 임피던스(ROPT)는 수 Ω가 된다. 따라서, ROPT/RL은 1보다 작아진다.
또한, 트랜스의 결합계수의 절대값도 1보다 작아지므로, 변환기(140)의 제 1 트랜스(141)의 입력측의 인덕턴스(LC)는 출력측의 인덕턴스(LLC)보다 작아진다. 즉, 입력측 권선(141a)의 선로길이는 출력측 권선(141b)의 선로길이보다 짧게 설계된다.
한편, 고주파의 영역에 있어서의 트랜스의 설계에 있어서는 기생 성분의 영향을 억제해서 인덕턴스를 설계하는 것은 어렵다. 따라서, 결합계수의 설계에 대해서도 제약이 생긴다.
이들을 고려하면, 대략 0.28부터 0.99 사이에서 결합계수(KPL)를 설계할 필요가 있다. 더, 말하면, 고주파의 영역에서는 0.99의 결합계수를 얻으려고 해도 용이하지 않은 점에서 상한을 고려하지 않고, 결합계수(KPL)의 하한 0.28을 고려해서 트랜스를 설계하면 좋은 것을 알 수 있다.
===제 2 실시형태에 따른 전력 증폭 회로(200)===
도 6∼도 8을 참조하면서, 제 2 실시형태에 따른 전력 증폭 회로(200)에 대해서 설명한다. 도 6은 제 2 실시형태에 따른 전력 증폭 회로(200)의 구성의 개략을 나타내는 구성도이다. 도 7은 제 2 실시형태에 따른 전력 증폭 회로(200)의 변형예를 나타내는 구성도이다. 도 8은 제 2 실시형태에 따른 전력 증폭 회로(200)의 구성의 일례를 나타내는 구성도이다. 제 2 실시형태에 따른 전력 증폭 회로(200)에서는 상술의 실시형태와 공통의 사항에 대한 기술을 생략하고, 다른 점에 대해서만 설명한다. 특히, 동일한 구성에 의한 동일한 작용 효과에 대해서는 순차 언급하지 않는다.
도 6에 나타내듯이, 전력 증폭 회로(200)는 제 1 실시형태에 따른 전력 증폭 회로(100)와 비교해서 하나의 피크 앰프(230)(제 4 증폭기)에 접속되는 변환기(250)(제 4 변환기)가 부하(1000)와 병렬로 접속되어 있다. 또한, 도 7에 나타내듯이, 복수의 피크 앰프(230)에 접속되는 변환기(250)의 각각이 부하(1000)와 병렬로 접속되어 있어도 좋다. 또한, 도 8에 나타내듯이, 피크 앰프(230)측의 변환기를 배제해서 구성되어 있어도 좋다.
전력 증폭 회로(200)는 제 1 실시형태에 따른 전력 증폭 회로(100)와 비교해서 변환기(240)(제 3 변환기)에 의해 캐리어 앰프(220)(제 3 증폭기)측이 전압원으로 간주할 수 있도록, 변환기(250)에 의해 피크 앰프(230)측을 전류원으로 간주할 수 있도록 변환기(240) 및 변환기(250)가 구성되어 있다. 환언하면, 변환기(240) 및 변환기(250)는 캐리어 앰프(220)의 출력측(변환기(240)의 출력측)의 임피던스의 절대값을 피크 앰프(230)(복수의 경우에는 피크 앰프(230) 각각)의 출력측(변환기(250)의 출력측)의 임피던스의 절대값보다 작게 하는 구성을 갖는다. 전력 증폭 회로(200)에서는 전압원과 전류원이 병렬로 접속되어 있기 때문에, 전압원과 전류원에서 저항에 흐르는 전류가 결정된다. 그리고, 전압원으로부터 나오는 전류는 전류원으로부터 나오는 전류를 뺀 것이 된다.
또, 변환기(240)는 제 1 실시형태의 변환기(150)와 같으며, 변환기(250)는 제 1 실시형태의 변환기(140)와 같기 때문에, 그 설명을 생략한다.
이하, 도 8을 참조하면서, 피크 앰프(230)측의 변환기(250)를 배제한 전력 증폭 회로(200)에 대해서 설명한다. 도 8에 나타내듯이, 전력 증폭 회로(200)는 발룬(260)을 사용해서 부하(1000)의 임피던스(RL)와, 피크 앰프(230)로부터 본 출력 임피던스를 정합시킨다. 발룬(260)은 예를 들면 정합용 트랜스(261), 입력용 콘덴서(262), 출력용 콘덴서(263)를 포함한다.
정합용 트랜스(261)는 예를 들면 입력측 권선(261a)과, 접지에 접속되는 출력측 권선(261b)을 포함하는 코일 트랜스이며, 입력측 권선(261a)에 입력된 신호를 출력측 권선(261b)에 전파한다. 구체적으로는 정합용 트랜스(261)는 입력측 권선(261a)에 캐리어 앰프(220)로부터 출력되는 증폭 신호와 피크 앰프(230)로부터 출력되는 증폭 신호가 합성된 증폭 신호가 입력되고, 임피던스 변환해서 출력측 권선(261b)으로부터 출력한다. 정합용 트랜스(261)의 입력측 권선(261a)의 중점(g0)에는 전원전압(Vcc)이 공급된다.
입력용 콘덴서(262)는 예를 들면 입력측 권선(261a)과 병렬로 접속된다. 출력용 콘덴서(263)는 예를 들면 출력측 권선(261b)과 직접적으로 접속된다. 입력용 콘덴서(262) 및 출력용 콘덴서(263)는 예를 들면 입력측 트랜스의 기생 인덕턴스의 영향을 고려한 경우에 있어서의 정합용 트랜스(261)의 임피던스 정합을 위해서 형성되어 있다.
또, 전력 증폭 회로(200)에 있어서, 발룬(260) 대신에 임피던스 정합이 가능한 소자를 구비하고 있어도 좋다.
전력 증폭 회로(200)에서는 피크 앰프(230)용의 변환기(250)를 배제하고 있기 때문에, 상술한 결합계수(KPL)의 하한 0.28을 고려할 필요가 없어진다. 따라서, 결합계수가 높은 트랜스를 실현하는 것이 곤란한 설계 조건의 경우에 있어서도 적절한 도허티 증폭기를 실현할 수 있다. 또한, 전력 증폭 회로(200)에서는 변환기(250)를 배제하고 있기 때문에, 피크 앰프(230)를 구성하는 증폭 소자의 출력 임피던스를 높이도록 변환기(240)의 트랜스(241)의 2차 누설 인덕턴스, 또는 발룬(260)의 정합용 트랜스(261)의 1차 누설 인덕턴스에 의해 용량을 흡수시킨다. 또한, 적절한 개소에 인덕턴스를 병렬로 접속해서 용량을 흡수해도 좋다.
===제 3 실시형태에 따른 전력 증폭 회로(300)===
도 9를 참조하면서, 제 3 실시형태에 따른 전력 증폭 회로(300)에 대해서 설명한다. 도 9는 제 3 실시형태에 따른 전력 증폭 회로(300)의 구성의 일례를 나타내는 구성도이다. 제 3 실시형태에 따른 전력 증폭 회로(300)에서는 상술의 실시형태와 공통의 사항에 대한 기술을 생략하고, 다른 점에 대해서만 설명한다. 특히, 동일한 구성에 의한 동일한 작용 효과에 대해서는 순차 언급하지 않는다.
도 9에 나타내듯이, 전력 증폭 회로(300)는 제 1 실시형태에 따른 전력 증폭 회로(100)와 비교해서 캐리어 앰프(320)(제 5 증폭기)를 싱글 엔드로 구성하고, 캐리어 앰프(320)측의 변환기(전력 증폭 회로(100)의 변환기(140)에 대응하는 변환기)가 배제되어서 구성되어 있다.
전력 증폭 회로(300)는 부하(1000)의 임피던스(RL)와, 피크 앰프(330)(제 6 증폭기)의 출력측의 임피던스를 정합시키기 위해서, 임피던스 정합 회로(360)를 갖는다. 임피던스 정합 회로(360)는 도 9에서는 일례로서 인덕터(361) 및 콘덴서(362)로 형성되는 1단의 로우 패스 필터를 나타내고 있지만, 다단의 로우 패스 필터, 하이 패스 필터, 이들을 조합한 밴드 패스 필터, 또는 트랜스를 사용한 정합 회로 등이어도 좋고, 특별히 한정되지 않는다.
또한, 전력 증폭 회로(300)는 싱글 엔드로 구성된 캐리어 앰프(320)의 후단에 캐리어 앰프(320)에의 바이어스를 공급하는 바이어스 회로(370)를 갖는다. 바이어스 회로(370)의 구성은 특별히 한정되지 않는다. 단, 바이어스 회로(370)에 포함되는 인덕터(371)는 캐리어 앰프(320)를 구성하는 증폭 소자의 출력 어드미턴스의 허부와 같은 서셉턴스가 되도록 선정되는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 캐리어 앰프(320)의 출력 임피던스의 절대값을 올릴 수 있으므로, 변환기(140)와 같은 동작을 시킬 수 있다.
전력 증폭 회로(300)는 제 1 실시형태에 따른 전력 증폭 회로(100)와 비교해서 캐리어 앰프(320)의 변환기를 생략할 수 있으므로, 회로의 사이즈를 작게 할 수 있다. 또한, 캐리어 앰프(320)가 싱글 엔드로 구성되어 있기 때문에, 그 측정이 용이하게 된다. 또한, 변환기(350)(제 5 변환기) 각각은 캐리어 앰프(320)(제 5 증폭기)의 출력측의 임피던스의 절대값을 피크 앰프(330)(제 6 증폭기)의 출력측의 임피던스의 절대값보다 크게 하는 구성을 갖는다.
===정리===
본 개시의 예시적인 실시형태에 따른 전력 증폭 회로(100)는 입력 신호(RFin)(입력 신호)의 전력 레벨이 제 1 레벨 이상인 영역에 있어서, 입력 신호로부터 분배된 신호(RFin_a)(제 1 신호)를 증폭해서 증폭 신호(RFamp_a)(제 2 신호)를 출력하는 캐리어 앰프(120)(제 1 증폭기)와, 캐리어 앰프(120)(제 1 증폭기)의 출력측에 접속되는, 캐리어 앰프(120)(제 1 증폭기)의 출력측의 임피던스를 변환시키는 변환기(140)(제 1 변환기)와, 입력 신호(RFin)(입력 신호)의 전력 레벨이 제 1 레벨보다 높은 제 2 레벨 이상인 영역에 있어서, 입력 신호(RFin)(입력 신호)로부터 분배된 신호(RFin_b)(제 3 신호)를 증폭해서 증폭 신호(RFamp_b)(제 4 신호)를 출력하는 적어도 하나 이상의 피크 앰프(130)(제 2 증폭기)를 구비하고, 피크 앰프(130)(제 2 증폭기) 각각의 출력측은 변환기(140)(제 1 변환기)의 출력측과 직렬로 접속되고, 변환기(140)(제 1 변환기)는 캐리어 앰프(120)(제 1 증폭기)의 출력측의 임피던스의 절대값을 피크 앰프(130)(제 2 증폭기) 각각의 출력측의 임피던스의 절대값보다 크게 하는 구성을 갖는다. 이것에 의해, 1/4 파장 선로를 사용하지 않고 적절한 부하 변조 효과를 생기게 할 수 있다.
또한, 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른 전력 증폭 회로(100)의 변환기(140)(제 1 변환기)는 증폭 신호(RFamp_a)(제 2 신호)가 입력되는 입력측 권선(141a)(제 1 입력측 권선)과, 입력측 권선(141a)(제 1 입력측 권선)과 전자계 결합되는 출력측 권선(141b)(제 1 출력측 권선)을 포함하는 제 1 트랜스(141)와, 입력측 권선(141a)(제 1 입력측 권선)과 병렬로 접속되는 제 1 콘덴서(142)와, 출력측 권선(141b)(제 1 출력측 권선)과 직렬로 접속되는 제 2 콘덴서(143)를 포함한다. 이것에 의해, 변환기(140)를 심플한 구성으로 실현할 수 있다.
또한, 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른 전력 증폭 회로(100)는 피크 앰프(130)(제 2 증폭기) 각각의 출력측에 접속되고, 피크 앰프(130)(제 2 증폭기)에 관한 특성을 변환시키는 변환기(150)(제 2 변환기)를 더 구비하고, 피크 앰프(130)(제 2 증폭기) 각각의 출력측은 변환기(150)(제 2 변환기)를 통해서, 변환기(140)(제 1 변환기)의 출력측과 직렬로 접속되고, 변환기(140)(제 1 변환기) 및 변환기(150)(제 2 변환기)는 캐리어 앰프(120)(제 1 증폭기)의 출력측의 임피던스의 절대값을 피크 앰프(130)(제 2 증폭기) 각각의 출력측의 임피던스의 절대값보다 크게 하는 구성을 갖는다. 이것에 의해 보다 적절하게 임피던스 정합이 가능해진다.
또한, 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른 전력 증폭 회로(100)의 변환기(150)(제 2 변환기)는 제 4 신호가 입력되는 입력측 권선(151a)(제 2 입력측 권선)과, 입력측 권선(151a)(제 2 입력측 권선)과 전자계 결합되는 출력측 권선(151b)(제 2 출력측 권선)을 포함하는 제 2 트랜스(151)와, 입력측 권선(151a)(제 2 입력측 권선)과 병렬로 접속되는 제 3 콘덴서(152)와, 출력측 권선(151b)(제 2 출력측 권선)과 병렬로 접속되는 제 4 콘덴서(153)를 포함한다. 이것에 의해, 변환기(150)를 심플한 구성으로 실현할 수 있다.
또한, 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른 전력 증폭 회로(100)의 캐리어 앰프(120)(제 1 증폭기)는 차동의 증폭기이다. 이것에 의해, 전원 노이즈에 대해서 강한 회로를 실현할 수 있고, 또한, 바이어스 회로가 간단해지는 것이나 우수한 선형성을 나타내는 회로를 실현할 수 있다.
또한, 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른 전력 증폭 회로(100)의 피크 앰프(130)(제 2 증폭기)는 차동의 증폭기이다. 이것에 의해, 전원 노이즈에 대해서 강한 회로를 실현할 수 있고, 또한, 바이어스 회로가 간단해지는 것이나 우수한 선형성을 나타내는 회로를 실현할 수 있다.
본 개시의 예시적인 실시형태에 따른 전력 증폭 회로(200)는 입력 신호의 전력 레벨이 제 3 레벨 이상인 영역에 있어서, 입력 신호(RFin)(입력 신호)로부터 분배된 신호(RFin_a)(제 5 신호)를 증폭해서 증폭 신호(RFamp_a)(제 6 신호)를 출력하는 캐리어 앰프(220)(제 3 증폭기)와, 캐리어 앰프(220)(제 3 증폭기)의 출력측에 접속되는, 캐리어 앰프(220)(제 3 증폭기)의 출력측의 임피던스를 변환시키는 변환기(240)(제 3 변환기)와, 입력 신호(RFin)(입력 신호)의 전력 레벨이 제 3 레벨보다 높은 제 4 레벨 이상인 영역에 있어서, 입력 신호(RFin)(입력 신호)로부터 분배된 신호(RFin_b)(제 7 신호)를 증폭해서 증폭 신호(RFamp_b)(제 8 신호)를 출력하는 적어도 하나 이상의 피크 앰프(230)(제 4 증폭기)를 구비하고, 피크 앰프(230)(제 4 증폭기) 각각의 출력측은 변환기(240)(제 3 변환기)의 출력측과 병렬로 접속되고, 변환기(240)(제 3 변환기)는 캐리어 앰프(220)(제 3 증폭기)의 출력측의 임피던스의 절대값을 피크 앰프(230)(제 4 증폭기) 각각의 출력측의 임피던스의 절대값보다 작게 하는 구성을 갖는다. 이것에 의해, 1/4 파장 선로를 사용하지 않고 적절한 부하 변조 효과를 생기게 할 수 있다.
본 개시의 예시적인 실시형태에 따른 전력 증폭 회로(200)의 변환기(240)(제 3 변환기)는 증폭 신호(RFamp_a)(제 6 신호)가 입력되는 입력측 권선(241a)(제 3 입력측 권선)과, 입력측 권선(241a)(제 3 입력측 권선)과 전자계 결합되는 출력측 권선(241b)(제 3 출력측 권선)을 포함하는 트랜스(241)(제 3 트랜스)와, 입력측 권선(241a)(제 3 입력측 권선)과 병렬로 접속되는 콘덴서(242)(제 5 콘덴서)와, 출력측 권선(241b)(제 3 출력측 권선)과 병렬로 접속되는 콘덴서(243)(제 6 콘덴서)를 포함한다. 이것에 의해, 변환기(240)를 심플한 구성으로 실현할 수 있다.
본 개시의 예시적인 실시형태에 따른 전력 증폭 회로(200)는 피크 앰프(230)(제 4 증폭기) 각각의 출력측에 접속되고, 피크 앰프(230)(제 4 증폭기)에 관한 특성을 변환시키는 변환기(250)(제 4 변환기)를 더 구비하고, 피크 앰프(230)(제 4 증폭기) 각각은 변환기(250)(제 4 변환기)를 통해서, 변환기(240)(제 3 변환기)의 출력측과 병렬로 접속되고, 변환기(240)(제 3 변환기) 및 변환기(250)(제 4 변환기)는 캐리어 앰프(220)(제 3 증폭기)의 출력측의 임피던스의 절대값을 피크 앰프(230)(제 4 증폭기) 각각의 출력측의 임피던스의 절대값보다 작게 하는 구성을 갖는다. 이것에 의해, 보다 적절하게 임피던스 정합이 가능해진다.
본 개시의 예시적인 실시형태에 따른 전력 증폭 회로(200)의 변환기(250)(제 4 변환기)는 제 8 신호가 입력되는 입력측 권선(251a)(제 4 입력측 권선)과, 입력측 권선(251a)(제 4 입력측 권선)과 전자계 결합되는 출력측 권선(251b)(제 4 출력측 권선)을 포함하는 트랜스(251)(제 4 트랜스)와, 입력측 권선(251a)(제 4 입력측 권선)과 병렬로 접속되는 콘덴서(252)(제 7 콘덴서)와, 출력측 권선(251b)(제 4 출력측 권선)과 직렬로 접속되는 콘덴서(253)(제 8 콘덴서)를 포함한다. 이것에 의해, 변환기(250)를 심플한 구성으로 실현할 수 있다.
본 개시의 예시적인 실시형태에 따른 전력 증폭 회로(200)의 캐리어 앰프(220)(제 3 증폭기)는 차동의 증폭기이다. 이것에 의해, 전원 노이즈에 대해서 강한 회로를 실현할 수 있고, 또한, 바이어스 회로가 간단해지는 것이나 우수한 선형성을 나타내는 회로를 실현할 수 있다.
본 개시의 예시적인 실시형태에 따른 전력 증폭 회로(200)의 피크 앰프(230)(제 4 증폭기)는 차동의 증폭기이다. 이것에 의해, 전원 노이즈에 대해서 강한 회로를 실현할 수 있고, 또한, 바이어스 회로가 간단해지는 것이나 우수한 선형성을 나타내는 회로를 실현할 수 있다.
본 개시의 예시적인 실시형태에 따른 전력 증폭 회로(300)는 입력 신호의 전력 레벨이 제 5 레벨 이상인 영역에 있어서, 입력 신호(RFin)(입력 신호)로부터 분배된 신호(RFin_a)(제 9 신호)를 증폭해서 증폭 신호(RFamp_a)(제 10 신호)를 출력하는 캐리어 앰프(320)(제 5 증폭기)와, 입력 신호(RFin)(입력 신호)의 전력 레벨이 제 5 레벨보다 높은 제 6 레벨 이상인 영역에 있어서, 입력 신호(RFin)(입력 신호)로부터 분배된 신호(RFin_b)(제 11 신호)를 증폭해서 증폭 신호(RFamp_b)(제 12 신호)를 출력하는 적어도 하나 이상의 피크 앰프(330)(제 6 증폭기)와, 피크 앰프(330)(제 6 증폭기) 각각의 출력측에 접속되는, 피크 앰프(330)(제 6 증폭기)의 출력측의 임피던스를 변환시키는 변환기(350)(제 5 변환기)를 구비하고, 변환기(350)(제 5 변환기) 각각의 출력측은 캐리어 앰프(320)(제 5 증폭기)의 출력측과 직렬로 접속되고, 변환기(350)(제 5 변환기) 각각은 캐리어 앰프(320)(제 5 증폭기)의 출력측의 임피던스의 절대값을 피크 앰프(330)(제 6 증폭기)의 출력측의 임피던스의 절대값보다 크게 하는 구성을 갖는다. 이것에 의해, 1/4 파장 선로를 사용하지 않고 적절한 부하 변조 효과를 생기게 할 수 있다.
본 개시의 예시적인 실시형태에 따른 전력 증폭 회로(300)의 변환기(350)(제 5 변환기)는 증폭 신호(RFamp_b)(제 12 신호)가 입력되는 입력측 권선(351a)(제 5 입력측 권선)과, 입력측 권선(351a)(제 5 입력측 권선)과 전자계 결합되는 출력측 권선(351b)(제 5 출력측 권선)을 포함하는 트랜스(351)(제 5 트랜스)와, 입력측 권선(351a)(제 5 입력측 권선)과 병렬로 접속되는 콘덴서(352)(제 9 콘덴서)와, 출력측 권선(351b)(제 5 출력측 권선)과 병렬로 접속되는 콘덴서(353)(제 10 콘덴서)를 포함한다. 이것에 의해, 변환기(350)를 심플한 구성으로 실현할 수 있다.
본 개시의 예시적인 실시형태에 따른 전력 증폭 회로(300)의 피크 앰프(330)(제 6 증폭기)는 차동의 증폭기이다. 이것에 의해, 전원 노이즈에 대해서 강한 회로를 실현할 수 있고, 또한, 바이어스 회로가 간단해지는 것이나 우수한 선형성을 나타내는 회로를 실현할 수 있다.
이상 설명한 실시형태는 본 개시의 이해를 쉽게 하기 위한 것이고, 본 개시를 한정해서 해석하기 위한 것은 아니다. 본 개시는 그 취지를 일탈하지 않고, 변경 또는 개량될 수 있음과 아울러, 본 개시에는 그 등가물도 포함된다. 즉, 실시형태에 당업자가 적당하게 설계변경을 추가한 것도, 본 개시의 특징을 구비하고 있는 한, 본 개시의 범위에 포함된다. 실시형태가 구비하는 소자 및 그 배치 등은 예시한 것에 한정되는 것은 아니고 적당하게 변경할 수 있다.
100, 200, 300…전력 증폭 회로, 110…분배기, 120, 220, 320…캐리어 앰프, 130, 230, 330…피크 앰프, 140, 240, 340…변환기, 141…제 1 트랜스, 142…제 1 콘덴서, 143…제 2 콘덴서, 150, 250, 350…변환기, 151…제 2 트랜스, 152…제 3 콘덴서, 153…제 4 콘덴서.

Claims (6)

  1. 입력 신호의 전력 레벨이 제 3 레벨 이상인 영역에 있어서, 상기 입력 신호로부터 분배된 제 5 신호를 증폭해서 제 6 신호를 출력하는 제 3 증폭기와,
    상기 제 3 증폭기의 출력측에 접속되는, 상기 제 3 증폭기의 출력측의 임피던스를 변환시키는 제 3 변환기와,
    상기 입력 신호의 전력 레벨이 상기 제 3 레벨보다 높은 제 4 레벨 이상인 영역에 있어서, 상기 입력 신호로부터 분배된 제 7 신호를 증폭해서 제 8 신호를 출력하는 적어도 하나 이상의 제 4 증폭기를 구비하고,
    상기 제 3 변환기의 출력측 및 상기 제 4 증폭기 각각의 출력측과 전기적으로 접속된 부하를 구비하고,
    상기 제 4 증폭기 각각의 출력측은 상기 제 3 변환기의 출력측과 병렬로 접속되고,
    상기 제 3 변환기의 출력측 및 상기 제 4 증폭기 각각의 출력측은 상기 부하와 병렬로 접속되고,
    상기 제 3 변환기는 상기 부하측에서 본 상기 제 3 증폭기의 출력측의 임피던스를 변환하여 상기 부하측에서 본 상기 제 3 변환기의 출력측의 임피던스의 절대값을, 상기 부하측에서 본 상기 제 4 증폭기 각각의 출력측의 임피던스의 절대값보다 작게 하는 구성을 갖는 전력 증폭 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 변환기는,
    상기 제 6 신호가 입력되는 제 3 입력측 권선과, 상기 제 3 입력측 권선과 전자계 결합되는 제 3 출력측 권선을 포함하는 제 3 트랜스와,
    상기 제 3 입력측 권선과 병렬로 접속되는 제 5 콘덴서와,
    상기 제 3 출력측 권선과 병렬로 접속되는 제 6 콘덴서를 포함하는 전력 증폭 회로.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 4 증폭기 각각의 출력측에 접속되고, 상기 제 4 증폭기 각각의 출력측의 임피던스를 변환시키는 제 4 변환기를 더 구비하고,
    상기 제 4 증폭기 각각은 상기 제 4 변환기를 통해서, 상기 제 3 변환기의 출력측과 병렬로 접속되고,
    상기 제 3 변환기 및 상기 제 4 변환기는 상기 제 3 증폭기의 출력측의 임피던스의 절대값을 상기 제 4 증폭기 각각의 출력측의 임피던스의 절대값보다 작게 하는 구성을 갖는 전력 증폭 회로.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 4 변환기는,
    상기 제 8 신호가 입력되는 제 4 입력측 권선과, 상기 제 4 입력측 권선과 전자계 결합되는 제 4 출력측 권선을 포함하는 제 4 트랜스와,
    상기 제 4 입력측 권선과 병렬로 접속되는 제 7 콘덴서와,
    상기 제 4 출력측 권선과 직렬로 접속되는 제 8 콘덴서를 포함하는 전력 증폭 회로.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 3 증폭기는 차동의 증폭기인 전력 증폭 회로.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 4 증폭기는 차동의 증폭기인 전력 증폭 회로.
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