KR20040061468A - 스마트 전력 증폭기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 저출력 모드의 효율을 개선하여 소모 전력 효율을 높이는 스마트 전력증폭기를 제공하기 위한 것으로서, 병렬로 연결된 다수의 HBT(Heterojunction Bipolar Transistors) 전력 증폭기와, 상기 HBT 전력증폭기의 소모 전류를 각각 결정하는 전류 소스와, 상기 HBT 전력증폭기에서 출력되는 증폭된 RF 신호를 각 모드에서 공통으로 정합하는 고출력 임피던스 정합부와, 저출력 모드시 고출력 모드의 낮은 출력 임피던스를 높은 출력 임피던스로 변환시켜주는 저출력 임피던스 변환부를 포함하여 구성되는데 있다.

Description

스마트 전력 증폭기{smart power amplifier}
본 발명은 스마트 전력 증폭기에 관한 것으로, 특히 소모 전력 효율을 높이기 위한 스마트 전력 증폭기에 관한 것이다.
최근 세계 각지에서 무선 전화, 무선 LAN 등의 무선 통신 서비스가 급증하고 있다.
일례로 유럽의 GSM 900(Global System for Mobile communication,890-915 MHz ), 북 아메리카의 AMPS 800(Advanced Mobile Phone Service, 824-849 MHz), PCS 1900(Personal Communication System, 미국 1850-1910 MHz, 한국 1750-1780 MHz) 무선 휴대폰 서비스가 제공되고 있다.
그리고 무선인터넷을 통해 휴대폰으로 전력 소비량이 높은 컬러 동영상 콘텐츠의 사용이 늘어나면서, 휴대폰 업체들의 저전력 부품 요구가 커지고 있다.
무선 휴대폰에서 전력 소비가 가장 많은 소자는 RF 송신부의 전력 증폭기인데, 현재 휴대폰에서 상기 전력 증폭기의 전력 효율을 높이기 위한 방법은 출력 전력에 따라 전력 증폭기가 고출력 모드, 저출력 모드로 각각 동작하며 저출력 모드에서 소비 전류를 감소시키고 있다.
최근 휴대폰에서 RF 소자 개수를 줄이고, 핸드폰의 개발 시간을 단축하기 위해 제로(Zero) IF 또는 직접 변환(Direct Conversion) 회로가 핸드폰 통신 시스템에 채택되고 있으며, 그 한 예로 휴대폰에서 퀄컴(Qualcomm)사의 MSM6xxx Mobile Station Modem (MSM) 칩셋의 패밀리(family)를 사용하고 있다.
이러한 제로 IF 통신시스템을 갖춘 핸드폰은 전력 증폭기의 소비 전력 효율을 높이기 위해 고출력 모드(High Power Mode)나 저출력(Low Power Mode) 모드로 동작할 경우, 두 출력 모드간의 전력 이득이 10 dB 정도인 전력증폭기를 요구함으로써 제로 IF 통신 시스템의 신호대 잡음 성능을 높이고 있다.
현재 시판되고 있는 전력 증폭기는 모드 간 전력 이득이 2-3 dB 정도이며, 전력 이득을 크게 하기 위한 회로가 구체적으로 발표되지 않고 있다. 따라서, 앞으로 제로 IF 통신시스템이 휴대폰에 광범위하게 사용될 것을 대비하여 전력 증폭기에서 두 출력 모드간에 전력 이득의 차이를 크게 하는 회로가 요구되어진다.
도 1 은 현재 휴대폰에 사용되고 있는 가장 일반적인 전력 증폭기 구조를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하여 설명하면, 전력증폭기는 RF 입력 신호를 증폭하는 HBT(Heterojunction Bipolar Transistors) 전력증폭기(1)와, 상기 HBT 전력증폭기(1)의 소모 전류를 결정하는 전류 소스(2)와, 스위칭을 통해 상기 전류 소스(2)의 출력 전류를 조절하는 모드 스위치(3)와, 상기 HBT 전력증폭기(1)의 최종 출력단 전력 HBT에 콜렉터 dc 전류를 공급할 때 상기 증폭된 RF 신호가 바이어스 회로로 빠지는 것을 막아주는 바이어스 제어부인 RF 초크(4) 및 바이패스 캐패시터(5)와, 상기 HBT 전력증폭기(1)에서 출력되는 증폭된 RF 신호를 정합하는 고출력 임피던스 정합부(6)로 구성된다.
이때, 상기 HBT 전력 증폭기(1)는 dc 소모 전력에 비해 RF 출력 전력이 작으면 전력 효율이 매우 낮아지게 된다.
이를 개선하기 위해 상기 HBT 전력 증폭기(1)는 출력 전력의 강도에 따라 고출력 모드(High Power Mode)와 저출력 모드(Low Power Mode)로 동작하며, 상기 저출력 모드로 동작할 때는 고출력 모드에 비해 소모 전류가 줄어든다.
고출력 모드와 저출력 모드에서 HBT 어레이(array)에 소비되는 전류량은 상기 모드 스위치(3)와 전류 소스(2)에 의해 결정된다.
상기 모드 스위치(3)가 온/오프(ON/OFF) 될 때 전류 소스의 출력 전류(Ib1, Ib2)가 조절되고, 전류 소스의 출력 전류(Ib1, Ib2)가 HBT 어레이에서 소비되는 전류(IC1, IC2)를 결정한다.
이와 같은 방법을 통해 저출력 모드에서 HBT 어레이에 소비되는 전류를 줄여 개선된 최고 효율은 현재 10% 정도이다. 이는 고출력 최고 효율이 40%인 것에 비하면 여전히 낮다.
이러한 이유는 상기 HBT 전력 증폭기(1)에서 출력 임피던스가 두 출력 모드에서 동일하게 유지되기 때문이다. 즉, HBT 어레이의 바이어스 동작점이 바뀌면 이에 따라 HBT 어레이의 최대 출력, 최대 효율을 발생시키는 부하 임피던스가 바뀌게 된다.
실 예로서 최대 출력이 1 와트(W) 되는 휴대폰의 경우, 고출력 모드에서는최대 출력 전력을 발생시키는 부하 임피던스가 사용되는데, 대략 그 값은 2-5 옴(Ohm)이다. 이에 비해, 저출력 모드에서는 최대 효율을 발생시키는 부하 임피던스는 대략 15 옴(Ohm) 이상이다.
따라서, 두 모드간에 출력 임피던스 회로를 똑같이 공유할 경우, 우선적으로 휴대폰의 최대 출력 사양을 맞추어야 하기 때문에 부하 임피던스가 고출력 모드에 맞도록 설계되고, 이로 인해, 저출력 모드에서의 효율은 10% 이상 개선되기는 어려운 실정이다.
앞으로 RF 소자의 간소화를 위해 제로 IF 또는 직접 변환 회로가 핸드폰 통신 시스템에 적극 응용될 추세로서, 이러한 시스템에서 신호대 잡음 성능을 높이기 위해서는 두 출력 모드간의 전력 이득차가 큰(약 10 dB 이상) 전력 증폭기가 요구되고 있다.
이와 같이 현재 전력 증폭기는 모드간 전력 이득차가 약 2-3 dB 정도로서 매우 작은데, 이것은 전력 증폭기에서 동작 모드가 바뀔 때 HBT의 동작 바이어스만 약간 달라지고, 그 외 입출력 임피던스 정합 회로는 똑같기 때문이다.
다시 말해, 고출력에 비해, 저출력 모드에서는 HBT에 흐르는 전류가 감소하여 HBT의 전류 이득이 약간 낮아지고, 이로 인해 전력 증폭기의 전력이득이 약 2-3 dB 감소한 것이다.
이를 해결하기 위해 HBT의 소모전류를 점점 더 줄이면 HBT의 전류 이득이 점점 더 줄어들지만, 대신 큰 신호 동작에서 비선형 성분을 많이 발생시키므로 전력 증폭기의 선형성을 악화시키는 문제를 가져온다.
따라서, 두 모드간에 10 dB정도의 전력 이득차를 구현하면서 높은 선형성을 유지하기 위해서는 단지 소모 전류만 바꿔서는 그 구현하기란 매우 어렵다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 저출력 모드의 효율을 개선하여 소모 전력 효율을 높이는 스마트 전력증폭기를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 스마트 전력 증폭기에서 고출력 모드와 저출력 모드를 사용할 때, 두 모드에서 소비 전력 효율을 각각 최적화하는 출력 임피던스 정합을 구현하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 스마트 전력 증폭기에서 고출력 모드와 저출력 모드간의 전력 이득차를 높은 선형성을 유지하면서 자유로이 조절하는데 있다.
도 1 은 현재 휴대폰에 사용되고 있는 가장 일반적인 전력 증폭기 구조를 나타낸 도면
도 2 는 본 발명에 따른 스마트 전력 증폭기의 구조를 나타낸 제 1 실시예
도 3 은 도 2의 스마트 전력 증폭기의 고출력 모드 출력 임피던스와 저출력 모드 출력 임피던스를 설명한 스미스 차트도
도 4 는 본 발명에 따른 스마트 전력 증폭기의 구조를 나타낸 제 2 실시예
도 5 은 도 4의 스마트 전력 증폭기의 고출력 모드 출력 임피던스와 저출력 모드 출력 임피던스를 설명한 스미스 차트도
도 6 은 본 발명에 따른 스마트 전력 증폭기의 구조를 나타낸 제 3 실시예
도 7 은 본 발명에 따른 스마트 전력 증폭기의 구조를 나타낸 제 4 실시예
도 8 은 본 발명에 따른 스마트 전력 증폭기의 구조를 나타낸 제 5 실시예
도 9 는 본 발명에 따른 스마트 전력 증폭기의 구조를 나타낸 제 6 실시예
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : HBT 전력 증폭기 2 : 전류 소스
3 : 모드 스위치 6 : 고출력 임피던스 정합
110, 120 : 저출력 HBT 전력 증폭기 200 : 전력 소스
210, 240 : 모드 스위치 220, 230 : 정전류원
300 : 저출력 임피던스 변환부 400 : 고출력 임피던스 정합부
500 : 바이어스 제어부 610, 620 : 스위치
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스마트 전력 증폭기의 특징은 병렬로 연결된 다수의 HBT(Heterojunction Bipolar Transistors) 전력 증폭기와, 상기 HBT 전력증폭기의 소모 전류를 각각 결정하는 전류 소스와, 상기 HBT 전력증폭기에서 출력되는 증폭된 RF 신호를 각 모드에서 공통으로 정합하는 고출력 임피던스 정합부와, 저출력 모드시 고출력 모드의 낮은 출력 임피던스를 높은 출력 임피던스로 변환시켜주는 저출력 임피던스 변환부를 포함하여 구성되는데 있다.
이때, 상기 저출력 임피던스 변환부는 상기 저출력 HBT 전력 증폭기에 직렬로 연결된 인덕터 L과, 상기 인덕터 L에 병렬로 연결된 콘덴서 C로 이루어진 LC 회로로 구성되는데 다른 특징이 있다.
이때, 상기 저출력 임피던스 변환부는 상기 저출력 HBT 전력 증폭기에 직렬로 연결된 인덕터 L과, 상기 인덕터 L에 병렬로 연결된 콘덴서 C와, 상기 콘덴서 C에 병렬로 연결된 인덕터 L로 이루어진 LCL 회로로 구성되는데 또 다른 특징이 있다.
상기 전류 소스는 소모 전류의 크기를 제어하는 정전류원과, 외부의 Vmode 전압의 스위칭을 통해 상기 정전류원의 출력 전류를 조절하는 모드 스위치를 포함하여 구성되는데 또 다른 특징이 있다.
상기 HBT 전력 증폭기는 고출력 및 저출력 각 모드에서 하나 또는 하나 이상이 동시에 동작하는데 또 다른 특징이 있다.
상기 다수의 HBT 전력 증폭기는 입력단에 각각 스위치를 구성하는 것을 특징으로 하는 스마트 전력 증폭기.
상기 HBT 전력 증폭기는 입력단에 RF 입력 신호를 증폭하는 HBT 전력증폭기와, 상기 HBT 전력증폭기의 소모 전류를 결정하는 전류 소스와, 스위칭을 통해 상기 전류 소스의 출력 전류를 조절하는 모드 스위치가 더 포함되어 구성되는데 또 다른 특징이 있다.
본 발명의 다른 목적, 특성 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
본 발명에 따른 스마트 전력 증폭기의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2 는 본 발명에 따른 스마트 전력 증폭기의 구조를 나타낸 제 1 실시예이다.
도 2를 참조하여 설명하면, 스마트 전력 증폭기는 병렬로 연결된 고출력 및 저출력 모드의 HBT 전력 증폭기(110,120)와, 상기 HBT 전력증폭기(110,120)의 소모 전류를 각각 결정하는 전류 소스(200)와, 상기 HBT 전력증폭기(110,120)에서 출력되는 증폭된 RF 신호를 각 모드에서 공통으로 정합하는 고출력 임피던스 정합부(400)와, 저출력 모드시 고출력 모드의 낮은 출력 임피던스 ZHPM를 높은 출력 임피던스로 ZLPM변환시켜주는 저출력 임피던스 변환부(300)와, 상기 HBT 전력증폭기(110,120)에서 증폭된 RF 신호가 바이어스 회로로 빠지는 것을 막아주는 바이어스 제어부(500)로 구성된다.
이때, 상기 저출력 임피던스 변환부(300)는 상기 저출력 HBT 전력 증폭기(110)에 직렬로 연결된 인덕터 L(320)과, 상기 인덕터 L(320)에 병렬로 연결된 콘덴서 C(310)가 연결된 LC 회로로 구성된다.
그리고 상기 전류 소스(200)는 소모 전류의 크기를 제어하는 정전류원(220,230)과, 외부의 Vmode 전압의 스위칭을 통해 상기 정전류원(220,230)의 출력 전류를 조절하는 모드 스위치(210,240)로 구성된다.
이와 같이 구성될 때, 상기 모드 스위치(210,240)가 온(on) 스위칭된 정전류원(220,230)에만 출력 전류(Ib1, Ib2)가 흐르고, 이 동작하는 전류 소스(200)에 연결된 HBT 전력 증폭기(110,120)에만 소비 전류(Ic1, Ic2)가 흘러서 증폭 동작을 하게 된다.
즉, 상기 모드 스위치(210,240)의 Vmode 스위칭 전압에 의해 병렬로 연결된 고출력 및 저출력 HBT 전력 증폭기(110,120)가 각 모드에서만 동작되거나, 또는 동시에 동작된다.
이때, 각 모드의 HBT 전력 증폭기(110,120)는 전력 이득, 최대 출력 등을 각각 조절하여 각 모드에서 요구하는 전력 증폭기 성능을 확보할 수 있다.
도 2에서 제시하는 각 모드에서 최적 효율을 확보하는 출력 임피던스 구현 방법과 그 원리를 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
각 모드시 병렬 연결된 두개의 HBT 전력 증폭기(110,120) 중 한 개만 동작할 경우, 고출력 모드시 제 1 스위치(210)가 오프(off) 스위칭되어 저출력 HBT 전력 증폭기(110)는 동작하지 않고, 제 2 스위치(240)가 온(on) 스위칭되어 고출력 HBT 전력 증폭기(120)만 동작한다.
이때, 상기 고출력 HBT 전력 증폭기(120)의 출력 임피던스 정합은 병렬로 연결된 고출력 임피던스 정합부(400)와 저출력 임피던스 변환부(300)로 구현된다.
여기서, 그 병렬 접합 점에서 상기 고출력 임피던스 정합부(400)에 보이는 출력 임피던스 ZHPM가 저출력 임피던스 변환부(300)에 의해 보이는 것 보다 훨씬 낮게 구현되어 고출력 전력 증폭기(120)의 출력 임피던스 정합은 거의 고출력 임피던스 정합부(400)에 의해 형성된다.
또한, 저출력 모드시 제 2 스위치(240)가 오프 스위칭되어 고출력 HBT 전력증폭기(120)는 동작하지 않고, 제 1 스위치(210)가 온 스위칭되어 저출력 HBT 전력 증폭기(110)만 동작한다.
이때 상기 저출력 HBT 전력 증폭기(110)의 출력 임피던스 정합은 직렬로 연결된 고출력 임피던스 정합부(400)와 저출력 임피던스 변환부(300)로 구현된다.
여기서, 직렬로 연결된 인덕터 L(320)과, 병렬로 연결된 콘덴서 C(310)의 저출력 임피던스 변환부(300)는 고출력 모드 출력 임피던스 ZHPM을 높은 저출력 모드 출력 임피던스로 ZLPM로 바꾸어 저출력 HBT 전력 증폭기(110)의 소비 전력 효율을 높인다.
도 3 은 저출력 모드시 인덕터 L(320)과 콘덴서 C(310)로 형성된 저출력 임피던스 변환부(300)에 의해 낮은 고출력 모드 출력 임피던스 ZHPM가 높은 저출력 모드 출력 임피던스로 ZLPM로 변환되는 원리를 설명하는 스미스 차트도 이다.
도 3과 같이, 고출력 모드 출력 임피던스 ZHPM에 직렬로 인덕터 L(320)이 연결되면 출력 임피던스가 ZHPM에서 임피던스 A로 변하고, 임피던스 A에 병렬로 콘덴서 C(310)가 연결되면 임피던스 A가 저출력 모드 출력 임피던스 ZLPM로 변하게 된다.
이와 같이 고출력 및 저출력 HBT 전력 증폭기(110,120)의 최대 효율 출력 임피던스를 각각 구현하면 각 모드에서 소비 전력 효율을 높일 수 있다.
도 4 는 본 발명에 따른 스마트 전력 증폭기의 구조를 나타낸 제 2 실시예 이다.
도 4를 참조하여 설명하면, 스마트 전력 증폭기는 병렬로 연결된 고출력 및 저출력 모드의 HBT 전력 증폭기(110,120)와, 상기 HBT 전력증폭기(110,120)의 소모 전류를 각각 결정하는 전류 소스(200)와, 상기 HBT 전력증폭기(110,120)에서 출력되는 증폭된 RF 신호를 각 모드에서 공통으로 정합하는 고출력 임피던스 정합부(400)와, 저출력 모드시 고출력 모드의 낮은 출력 임피던스 ZHPM를 높은 출력 임피던스로 ZLPM변환시켜주는 저출력 임피던스 변환부(300)와, 상기 HBT 전력증폭기(110,120)에서 증폭된 RF 신호가 바이어스 회로로 빠지는 것을 막아주는 바이어스 제어부(500)로 구성된다.
이때, 상기 저출력 임피던스 변환부(300)는 상기 저출력 HBT 전력 증폭기(110)에 직렬로 연결된 인덕터 L(320)과, 상기 인덕터 L(320)에 병렬로 연결된 콘덴서 C(310)와, 상기 콘덴서 C(310)에 병렬로 연결된 인덕터 L(330)이 연결된 LCL 회로로 구성된다.
그리고 상기 전류 소스(200)는 소모 전류의 크기를 제어하는 정전류원(220,230)과, 외부의 Vmode 전압의 스위칭을 통해 상기 정전류원(220,230)의 출력 전류를 조절하는 모드 스위치(210,240)로 구성된다.
이와 같이 구성될 때, 상기 모드 스위치(210,240)가 온(on) 스위칭된 정전류원(220,230)에만 출력 전류(Ib1, Ib2)가 흐르고, 이 동작하는 전류 소스(200)에 연결된 HBT 전력 증폭기(110,120)에만 소비 전류(Ic1, Ic2)가 흘러서 증폭 동작을 하게 된다.
즉, 상기 모드 스위치(210,240)의 Vmode 스위칭 전압에 의해 병렬로 연결된 고출력 및 저출력 HBT 전력 증폭기(110,120)가 각 모드에서만 동작되거나, 또는 동시에 동작된다.
이때, 각 모드의 HBT 전력 증폭기(110,120)는 전력 이득, 최대 출력 등을 각각 조절하여 각 모드에서 요구하는 전력 증폭기 성능을 확보할 수 있다.
도 4에서 제시하는 각 모드에서 최적 효율을 확보하는 출력 임피던스 구현 방법과 그 원리는 위에서 설명한 도 2와 같음으로 생략하도록 한다.
도 5 는 저출력 모드시 인덕터 L(320)과 콘덴서 C(310)와 인덕터 L(330)의 형성된 저출력 임피던스 변환부(300)에 의해 낮은 고출력 모드 출력 임피던스 ZHPM가 높은 저출력 모드 출력 임피던스로 ZLPM로 변환되는 원리를 설명하는 스미스 차트도 이다.
도 5와 같이, 고출력 모드 출력 임피던스 ZHPM에 직렬로 인덕터 L(320)이 연결되면 출력 임피던스가 ZHPM에서 임피던스 B로 변하고, 임피던스 B에 병렬로 콘덴서 C(310)가 연결되면 임피던스 B가 C로 변하고, 다시 임피던스 C에 병렬로 콘덴서 L(330)이 연결되면 임피던스 C가 저출력 모드 출력 임피던스 ZLPM로 변하게 된다.
이와 같이 고출력 및 저출력 HBT 전력 증폭기(110,120)의 최대 효율 출력 임피던스를 각각 구현하면 각 모드에서 소비 전력 효율을 높일 수 있다.
도 6 은 본 발명에 따른 스마트 전력 증폭기의 구조를 나타낸 제 3 실시예이다.
도 6을 참조하여 설명하면, 스마트 전력 증폭기는 전반부는 도 1의 일반적인 모드 변환 구조로 구성되고, 후반부는 앞서 설명한 도 2에서 나타내고 있는 본 발명에 따른 스마트 전력 증폭기의 구조로 구성된다.
이와 같이 구성되어 고출력 및 저출력의 두 모드 HBT 증폭기(110)(120)간에 전반부를 공유하기 때문에 회로의 복잡성이 줄어들고, 회로의 크기 또한 줄어드는 장점을 가지게 된다.
도 7 은 본 발명에 따른 스마트 전력 증폭기의 구조를 나타낸 제 4 실시예 이다.
도 7을 참조하여 설명하면, 스마트 전력 증폭기는 전반부는 도 1의 일반적인 모드 변환 구조로 구성되고, 후반부는 앞서 설명한 도 4에서 나타내고 있는 본 발명에 따른 스마트 전력 증폭기의 구조로 구성된다.
이와 같이 구성되어 고출력 및 저출력의 두 모드 HBT 증폭기(110,120)간에 전반부를 공유하기 때문에 회로의 복잡성이 줄어들고, 회로의 크기 또한 줄어드는 장점을 가지게 된다.
도 8 은 본 발명에 따른 스마트 전력 증폭기의 구조를 나타낸 제 5 실시예 이다.
도 8을 참조하여 설명하면, 앞서 설명한 도 2에서 나타내고 있는 본 발명에 따른 스마트 전력 증폭기에서 병렬로 연결된 각 모드 HBT 전력 증폭기(110,120)의 입력단에 스위치(610,620)를 추가로 구성하고 있다.
상기 스위치(610,620)는 각 모드시에 모드 스위치(210,240)가 오프(off) 스위칭된 HBT 전력 증폭기(110,120)를 통해 피드백(feedback)되는 신호를 막아 상기 모드 스위치(210,240)가 온(on) 스위칭된 HBT 전력 증폭기(110,120)의 발진 가능성을 줄이게 된다.
이때, 입력단에 구성되는 상기 스위치(610,620)는 두 개의 HBT 증폭기(110,120) 중 어느 한쪽 증폭기에만 사용될 수도 있다.
도 9 는 본 발명에 따른 스마트 전력 증폭기의 구조를 나타낸 제 6 실시예 이다.
도 9를 참조하여 설명하면, 앞서 설명한 도 4에서 나타내고 있는 본 발명에 따른 스마트 전력 증폭기에서 병렬로 연결된 각 모드 HBT 전력 증폭기(110,120)의 입력단에 스위치(610,620)를 추가로 구성하고 있다.
상기 스위치(610,620)는 각 모드시에 상기 모드 스위치(210,240)가 오프(off) 스위칭된 HBT 전력 증폭기(110,120)를 통해 피드백(feedback)되는 신호를 막아 상기 모드 스위치(210,240)가 온(on) 스위칭된 HBT 전력 증폭기(110,120)의 발진 가능성을 줄이게 된다.
이때, 입력단에 구성되는 상기 스위치(610, 620)는 두 개의 HBT 증폭기(110,120) 중 어느 한쪽 증폭기에만 사용될 수도 있다.
그리고 앞의 본 발명의 실례에서 전술한 저출력 임피던스 변환부(300)에 사용되는 인덕터 L(320,330)은 와이어 본딩(wire bonding)과, 반도체 및 PCB(Printed Circuit Board) 기판 위의 전송선과, 반도체 인덕터 또는 집중(lumped) 인덕터 등으로 구현 될 수 있다.
또한, 앞의 본 발명의 실례에서, 전술한 병렬 연결된 두 개의 HBT 전력 증폭기(110,120)는 소요되는 출력 전력에 따라 각각 사용되거나, 또는 동시에 사용될 수 있으며, 이때, 사용되는 HBT 전력 증폭기(110,120)는 각 모드에 해당하는 전류 소스가 동작한다.
그리고 이러한 일련의 동작은 전류 소스의 온/오프(on/off) 동작을 제어하는 모드 스위치(Vmode 전압)(210,240)에 의해 수행된다.
또한, 앞에서 전술한 HBT 전력 증폭기(110,120)는 다른 종류의 BJT와 CMOS, LDMOS, HEMT, EHEMT와 같은 종류의 트랜지스터를 사용하는 증폭기로 대체가 가능하다.
이에 따라, 종래 대부분의 휴대폰에 사용중인 전력 증폭기는 저출력 모드 전력 증폭기의 최대 효율은 10%, 고출력 모드 전력 증폭기의 최대 효율은 40% 정도의 효율을 가지고 있으나, 앞의 본 발명의 실례와 같은 전력 증폭기를 채택한다면 저출력 모드에 사용된 HBT 어레이 에미터에 직렬 되먹임 인덕터를 부착하여 저출력 모드 전력 증폭기의 부하 임피던스를 높임으로써, 저출력 모드 효율을 거의 고출력 모드 효율 수준까지 구현할 수 있다. 이것은 저출력 모드의 전력을 높이는 아주 획기적인 방법이다.
이에 따라 종래 사용 중인 휴대폰의 경우 기지국과의 거리가 멀지 않은 도심에서는 대부분 저출력 모드로 사용하기 때문에 본 발명의 전력 증폭기를 사용할 경우, 저출력 모드의 효율이 아주 좋아지므로 휴대폰 사용시 바테리의 수명을 훨씬높일 수 있다.
또한, RF소자의 간소화를 위해 앞으로 제로 IF 또는 직접 변환 회로가 핸드폰 통신 시스템에 적극 응용될 추세에서, 신호대 잡음 성능을 높이기 위한 두 출력 모드간의 큰 전력 이득차(10 dB)를 쉽게 구현 할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 스마트 전력 증폭기는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 전술한 두개의 병렬 연결된 전력 증폭기는 외부 스위치에 의해 독립적으로 동작하므로 저출력 모드와 고출력 모드의 요구 사항에 따라 전력 이득, 최대 출력 전력 등을 자유로이 조절할 수 있다.
둘째, 전술한 두개의 병렬 연결된 전력 증폭기는 동작할 때 출력 및 효율을 최적으로 하는 각각의 출력 임피던스 정합부를 갖게 된다.
셋째, 본 발명의 전력 증폭기는 바테리를 사용하는 무선 휴대폰, 무선 PDA, 노트북 PC의 무선 LAN 카드 등에 효과적으로 사용될 수 있으며, 또한 이에 한정되지 않고 모든 유무선 통신 시스템에 효과적으로 사용될 수 있다.
넷째, 저출력 모드와 고출력 모드에서 각각 소비 전력효율을 높이고자 하는 통신시스템에 매우 효과적으로 사용될 수 있으며, 또한, 각 모드간에 전력 이득차를 조절할 경우에 매우 유용하다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims (10)

  1. 병렬로 연결된 다수의 HBT(Heterojunction Bipolar Transistors) 전력 증폭기와,
    상기 HBT 전력증폭기의 소모 전류를 각각 결정하는 전류 소스와,
    상기 HBT 전력증폭기에서 출력되는 증폭된 RF 신호를 각 모드에서 공통으로 정합하는 고출력 임피던스 정합부와,
    저출력 모드시 고출력 모드의 낮은 출력 임피던스를 높은 출력 임피던스로 변환시켜주는 저출력 임피던스 변환부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 스마트 전력 증폭기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 HBT 전력 증폭기는 저출력 모드와 고출력 모드의 요구 사항에 따라 전력 이득, 최대 출력 전력 등이 각각 같거나, 다르게 구성되는 것을 특징으로 하는 스마트 전력 증폭기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 저출력 임피던스 변환부는 상기 저출력 HBT 전력 증폭기에 직렬로 연결된 인덕터 L과, 상기 인덕터 L에 병렬로 연결된 콘덴서 C로 이루어진 LC 회로로 구성되는 것을 특징으로 하는 스마트 전력 증폭기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 저출력 임피던스 변환부는 상기 저출력 HBT 전력 증폭기에 직렬로 연결된 인덕터 L과, 상기 인덕터 L에 병렬로 연결된 콘덴서 C와, 상기 콘덴서 C에 병렬로 연결된 인덕터 L로 이루어진 LCL 회로로 구성되는 것을 특징으로 하는 스마트 전력 증폭기.
  5. 제 3 항 또는 4 항에 있어서,
    상기 인덕터 L은 와이어 본딩(wire bonding)과, 반도체 및 PCB(Printed Circuit Board) 기판 위의 전송선과, 반도체 인덕터 또는 집중(lumped) 인덕터 중 적어도 어느 하나로 구현되는 것을 특징으로 하는 스마트 전력 증폭기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 HBT 전력 증폭기는 BJT, CMOS, LDMOS, HEMT, EHEMT 중 적어도 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 스마트 전력 증폭기.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 전류 소스는
    소모 전류의 크기를 제어하는 정전류원과,
    외부의 Vmode 전압의 스위칭을 통해 상기 정전류원의 출력 전류를 조절하는 모드 스위치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 스마트 전력 증폭기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 HBT 전력 증폭기는 고출력 및 저출력 각 모드에서 하나 또는 하나 이상이 동시에 동작하는 것을 특징으로 하는 스마트 전력 증폭기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 HBT 전력 증폭기는 입력단에 각각 스위치를 구성하는 것을 특징으로 하는 스마트 전력 증폭기.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 HBT 전력 증폭기는 입력단에
    RF 입력 신호를 증폭하는 HBT 전력증폭기와, 상기 HBT 전력증폭기의 소모 전류를 결정하는 전류 소스와, 스위칭을 통해 상기 전류 소스의 출력 전류를 조절하는 모드 스위치가 더 포함되어 구성된 것을 특징으로 하는 스마트 전력 증폭기.
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