KR20050120077A

KR20050120077A - 최적화된 전력 효율을 갖는 전력 증폭기

Info

Publication number: KR20050120077A
Application number: KR1020040045280A
Authority: KR
Inventors: 이대희
Original assignee: 주식회사 웨이브아이씨스
Priority date: 2004-06-18
Filing date: 2004-06-18
Publication date: 2005-12-22
Also published as: KR100654644B1

Abstract

전력 모드에 따라 최적화된 전력 효율을 갖는 전력 증폭기가 개시된다. 본 발명의 제1 유형의 전력 증폭기는 그 사용 빈도에 따라 저전력 모드와 고전력 모드로 구분되는 출력 전력에서 모드 제어 전압에 의한 전류 특성과 가변 전원 전압에 의한 전압 특성이 동시에 변하는 1단 전류/전압 제어(1-step I/V control) 방법으로 전력 효율을 제어한다. 그리고, 전력 증폭기는 전력 모드에 따라 모드 제어 전압을 변화시키되 모드 제어 전압의 변화 시점 이전에 가변 전원 전압을 n-1번(n1, n은 정수) 변화시키고 모드 제어 전압의 변화 시점 이후에 가변 전원 전압을 m-1번(m1, m은 정수) 변화시키는 다단 전압/전류 제어 방법과, 가변 전원 전압을 연속적으로 변화시키되 n개(n

Description

최적화된 전력 효율을 갖는 전력 증폭기{Power amplifier having optimized power added efficiency(PAE)}

본 발명은 고효율 고주파(RF) 전력 증폭기에 관한 것으로, 특히 전력 모드에 따라 최적화된 전력 효율을 갖는 전력 증폭기에 관한 것이다.

전자 기술 발전은 휴대용 전자 장치들의 설계 및 비용 효율적 제조를 가능하게 하였다. 휴대용 전자 장치들의 넓은 범위의 예로는 호출기들, 셀룰러 전화기들, 음악 재생기들, 계산기들, 랩톱 컴퓨터들 및 PDA들 등이 있다. 휴대용 전자 장치들은 일반적으로 직류(DC) 전력을 필요로 하는 데, 하나 이상의 배터리들이 이 DC 전력을 공급하기 위한 에너지원으로 사용된다.

한편, 모바일 핸드셋들(mobile handsets)이나 셀룰러 전화기들과 같은 무선 이동 통신 단말기들이 소형화되고 경량화되고 있다. 이에 따라 모바일 핸드셋 크기의 상당 부분을 차지하는 배터리의 크기 또한 작고 가벼운 모바일 핸드셋에 적합하기 위하여 작아지고 있다. 그런데, 예컨대, 셀룰러 전화기의 경우 단말기 및 그 배터리의 크기가 작아지는 것과 함께 통화 시간(talk time)이 길어지는 것을 요구한다. 이에 따라 배터리의 사용 수명은 모바일 핸드셋들이나 셀룰러 전화기들과 같은 무선 이동 통신 단말기들에서 중요한 관심사이다.

모바일 핸드셋들이나 셀룰러 전화기들에서의 무선 주파수(RF) 전송은 상당한 전력을 소모한다. 전력 소모의 원인이 되는 요소는 전력 증폭기의 동작이다. 전력 증폭기는 배터리의 사용 수명을 좌우하는 부품으로 배터리의 사용 시간을 증가시키기 위해 높은 전력 효율 특성이 요구된다. 전력 효율(Power Added Efficiency: PAE)이란 입력된 전력이 얼마나 실제 신호 처리에 사용되었느냐를 나타내는 중요한 성능 지표이다. 전력 증폭기는 매우 큰 전력을 출력해야 하는 송신부 최종단의 특성상 많은 전력을 소비한다. 전력 증폭기에서 모든 입력 DC 전원을 손실 없이 전부 RF 신호 증폭에 사용하기는 사실상 불가능하다. 이 때문에 사용되지 않는 DC 전력은 그대로 열로 방출되어 소모된다. 전력 효율이 나쁘다는 것은 전력 증폭기에서 매우 많은 열이 발생한다는 의미가 된다.

종래의 전력 증폭기에 있어서, 출력 전력이 클수록 효율도 크다는 것은 일반적으로 잘 알려져 있는 사실이다. 통상적인 전력증폭기는 도 1a에 도시된 바와 같이, 최대 출력 28dBm 부근에서 최대 효율 30%를 낼 수 있도록 설계되어 있다. 그런데 도 1b의 이동 통신 단말기의 출력 전력 대비 사용 빈도 그래프를 참조하면, 전력 증폭기의 출력 전력이 -15dBm에서 15dBm 사이에서 가장 많이 사용됨을 알 수 있다. 그러므로 이 영역에서의 효율을 개선시켜주는 방법이 근래에 많이 강구되고 있다.

효율 개선을 위한 종래의 방법 가운데 하나는 도 2에 도시된 바와 같이 출력 전력이 많이 필요치 않는 영역에서는 전원전압을 낮게 공급하고 출력 전력이 많이 필요한 영역에서는 전원전압을 높게 공급할 수 있도록 전원전압을 점차 높여가는 것이다. 그러나 이 방법도 도 1b의 이동 통신 단말기의 사용 빈도 특성에 적합하지 못하다.

이동 통신 단말기의 사용 빈도가 높은 영역에서의 전력 효율을 높이기 위한 또 다른 종래의 방법으로는, 예컨대 전력 증폭기의 출력 전력이 큰 고출력 전력 모드(high power mode)에서는 동작 전류를 크게 해주고 출력 전력이 작은 저출력 전력 모드(low power mode)에서는 동작 전류를 작게 해주어, 전체적으로 전력 효율(PAE)을 크게 향상시킬 수 있는 전력 증폭기 기술이 등장하고 있다. 따라서, 출력 전력의 크기에 따라 전력증폭기 내부의 전류 조절이나 전압 조절 또는 이득을 변환시킴으로써 동작 모드를 정교하게 바꾸는 향상된 전력 효율(PAE)을 갖는 전력 증폭기의 존재가 필수적으로 요구된다.

본 발명의 목적은 전력 모드에 따라 최적화된 전력 효율을 갖는 전력 증폭기를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 최적화된 전력효율을 갖는 전력증폭기를 제공하여 이를 장착할 휴대폰과 같은 무선 기기의 전력소모량을 최소화하여 보다 오랜 통화시간을 제공케 하는데 있다.

나아가 본 발명의 또 다른 목적은 최적화된 전력증폭기를 제공하여 이를 장착할 휴대폰과 같은 무선기기의 배터리의 사용시간을 늘여, 보다 신뢰성있는 무선기기를 최종 소비자에 제공 가능케 하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일면에 따른 전력 증폭기는 전력 모드에 따라 가변되는 가변 전원 전압을 제공하는 가변 전압 제어부; 전력 모드에 따라 가변되는 모드 제어 전압을 제공하는 모드 전압 제어부; 가변 전원 전압을 그 동작 전원으로 사용하고, 수신되는 입력 전력을 증폭하는 드라이버부; 드라이버부 출력에 직렬 연결되는 제1 및 제2 임피던스 매칭 회로들; 가변 전원 전압을 그 동작 전원으로 사용하고, 모드 제어 전압에 응답하여 선택적으로 동작되어 제2 임피던스 매칭 회로의 출력을 재증폭하는 증폭부; 증폭부 출력에 직렬로 연결되는 제3 및 제4 임피던스 매칭 회로; 및 제1 및 제2 임피던스 매칭 회로들 사이의 제1 연결점과 제3 및 제4 임피던스 매칭 회로 사이의 제2 연결점 사이에 연결되고, 증폭부의 동작이 차단될 때 상기 증폭부를 바이패스시키는 임피던스 변환 회로를 포함한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 면에 따른 전력 증폭기는 전력 모드에 따라 가변되는 가변 전원 전압을 제공하는 가변 전압 제어부; 전력 모드에 따라 가변되는 모드 제어 전압을 제공하는 모드 전압 제어부; 가변 전원 전압을 그 동작 전원으로 사용하고, 수신되는 입력 전력을 증폭하는 제1 드라이버부; 드라이버부 출력에 직렬 연결되는 제1 및 제2 임피던스 매칭 회로들; 가변 전원 전압을 그 동작 전원으로 사용하고, 모드 제어 전압에 응답하여 선택적으로 동작되어 제2 임피던스 매칭 회로의 출력을 재증폭하는 제2 드라이버부; 가변 전원 전압을 그 동작 전원으로 사용하고, 모드 제어 전압에 응답하여 선택적으로 동작되어 제2 드라이버부의 출력을 재증폭하는 증폭부; 제2 드라이버부와 증폭부 사이에 연결되는 제5 임피던스 매칭 회로; 증폭부 출력에 직렬로 연결되는 제3 및 제4 임피던스 매칭 회로; 및 제1 및 제2 임피던스 매칭 회로들 사이의 제1 연결점과 제3 및 제4 임피던스 매칭 회로 사이의 제2 연결점 사이에 연결되고, 제2 드라이버부 및 증폭부의 동작이 차단될 때 증폭부를 바이패스시키는 임피던스 변환 회로를 포함한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 또다른 면에 따른 전력 증폭기는 전력 모드에 따라 가변되는 가변 전원 전압을 제공하는 가변 전압 제어부; 전력 모드에 따라 가변되는 모드 제어 전압을 제공하는 모드 전압 제어부; 가변 전원 전압을 그 동작 전원으로 사용하고, 수신되는 입력 전력을 증폭하는 제1 드라이버부; 가변 전원 전압을 그 동작 전원으로 사용하고, 제1 드라이버부의 출력을 재증폭하는 제2 드라이버부; 제1 드라이버부와 제2 드라이버부 사이에 연결되는 제5 임피던스 매칭 회로; 제2 드라이버부 출력에 직렬 연결되는 제1 및 제2 임피던스 매칭 회로들; 가변 전원 전압을 그 동작 전원으로 사용하고, 모드 제어 전압에 응답하여 선택적으로 동작되어 제2 임피던스 매칭 회로의 출력을 재증폭하는 증폭부; 제1 드라이버부와 제2 드라이버증폭부 사이에 연결되는 제5 임피던스 매칭 회로; 증폭부 출력에 직렬로 연결되는 제3 및 제4 임피던스 매칭 회로; 및 제1 및 제2 임피던스 매칭 회로들 사이의 제1 연결점과 제3 및 제4 임피던스 매칭 회로 사이의 제2 연결점 사이에 연결되고, 증폭부의 동작이 차단될 때 증폭부를 바이패스시키는 임피던스 변환 회로를 포함한다.

본 발명의 바람직한 제1예의 동작을 위하여, 전력 증폭기는 전력 모드에 따라 가변 전원 전압 및 모드 제어 전압을 동시에 변화시키는 1단 전압/전류 제어 방법으로 동작된다.

본 발명의 바람직한 제2예의 동작을 위하여, 전력 증폭기는 전력 모드에 따라 가변 전원 전압 및 모드 제어 전압을 n-1번(n2, n은 정수) 동시에 변화시키는 n단 전압/전류 제어 방법으로 동작된다.

본 발명의 바람직한 제3예의 동작을 위하여, 전력 증폭기는 전력 모드에 따라 모드 제어 전압을 먼저 변화시키고 난 후 가변 전원 전압을 변화시키는 2단 전압/전류 제어 방법으로 동작된다.

본 발명의 바람직한 제4예의 동작을 위하여, 전력 증폭기는 전력 모드에 따라 가변 전원 전압을 변화시키고 난 후 모드 제어 전압을 먼저 변화시키는 2단 전압/전류 제어 방법으로 동작한다.

본 발명의 바람직한 제5예의 동작을 위하여, 전력 증폭기는 전력 모드에 따라 모드 제어 전압을 변화시키고 모드 제어 전압의 변화 시점 이전에 가변 전원 전압을 n-1번(n1, n은 정수) 변화시키고 모드 제어 전압의 변화 시점 이후에 가변 전원 전압을 m-1번(m1, m은 정수) 변화시키는 다단 전압/전류 제어 방법으로 동작한다.

본 발명의 바람직한 제6예의 동작을 위하여, 전력 증폭기는 전력 모드에 따라 가변 전원 전압을 변화시키고 난 후 모드 제어 전압을 변화시키되, 가변 전원 전압을 n-1번(n2, n은 정수) 변화시키는 n단 전압/전류 제어 방법으로 동작한다.

본 발명의 바람직한 제7예의 동작을 위하여, 전력 증폭기는 전력 모드에 따라 모드 제어 전압을 변화시키고 가변 전원 전압을 연속적으로 변화시키되, 모드 제어 전압의 변화 시점에서 가변 전원 전압을 불연속적으로 변화시키는 1단 전류/연속 전압 제어 방법으로 동작한다.

본 발명의 바람직한 제8예의 동작을 위하여, 전력 증폭기는 전력 모드에 따라 가변 전원 전압을 연속적으로 변화시키되, n개(n1, n은 정수)의 전력 모드마다 가변 전원 전압을 불연속적으로 변화시키고 모드 제어 전압을 변화시키는 n 단 전류/연속전압 제어 방법으로 동작한다.

본 발명의 바람직한 제9예의 동작을 위하여, 전력 증폭기는 전력 모드에 따라 모드 제어 전압을 변화시키고 가변 전원 전압을 연속적으로 변화시키되, 모드 제어 전압의 변화 시점 이전에 가변 전원 전압을 불연속적으로 변화시키는 2단 전류/연속 전압 제어 방법으로 동작한다.

본 발명의 바람직한 제10예의 동작을 위하여, 전력 증폭기는 전력 모드에 따라 모드 제어 전압을 변화시키고 가변 전원 전압을 연속적으로 변화시키되, 모드 제어 전압의 변화 시점 이후에 가변 전원 전압을 불연속적으로 변화시키는 2단 전류/연속 전압 제어 방법으로 동작한다.

따라서, 본 발명의 전력 증폭기에 의하면, 전력 모드에 따라 모드 제어 전압을 먼저 변화시켜 전류 제어한 후에 가변 전원 전압을 변화시켜 전압 제어하는 방법으로 또는 가변 전원 전압을 먼저 변화시켜서 전압 제어한 후에 모드 제어 전압을 변화시켜 전류 제어하는 방법으로 1단 전류/전압 제어 방법, 2단 전류/전압 제어 방법들, 다단 전류/전압 제어 방법, 1단 전류/연속 전압 제어 방법, 그리고 2단 전류/연속 전압 제어 방법을 사용하여 전력 증폭기의 전력 효율(PAE)를 최적화시킨다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력 증폭기를 설명하는 도면이다. 이를 참조하면, 전력 증폭기 모듈(300)은 입력 매칭 회로(305), 드라이버부(310), 제1 내지 제4 임피던스 매칭 회로들(320, 330, 350, 360), 증폭부(340), 임피던스 변환 회로(370), 전원 전압 제어부(380) 그리고 모드 전압 제어부(390)을 포함한다. 전력 증폭부(300)는 저전력 모드와 고전력 모드에 따라 가변 전압 제어부(380)에서 제공되는 가변 전원 전압(VCC)에 의한 전압 제어와 모드 전압 제어부(390)에서 제공되는 모드 제어 전압(Vcont)에 의한 전류 제어를 통해 전력 효율(PAE)이 조절된다.

전력 증폭기 모듈(300)은 기준 전압(Vref)과 가변 전원 전압(VCC)을 전원으로 사용한다. 기준 전압(Vref)는 전력 증폭기의 전체 동작을 온/오프시키는 전원이고, 가변 전원 전압(VCC)은 전력 증폭기 모듈(300)의 이득 조절을 위해 사용된다.

입력 매칭 회로(305)는 입력 전력(Pin)의 반향파들(reflected waves)을 방지 또는 최소화하기 위하여 사용된다. 드라이버부(310)는 고정된 이득으로 입력 전력(Pin)을 증폭한다. 증폭부(340)는 드라이버부(310)에 의해 증폭된 전력을 제1 임피던스 매칭 회로(320)와 제2 임피던스 매칭 회로(330)를 통해 수신하고 재증폭하여 출력한다. 제1 임피던스 매칭 회로(320)는 저전력 모드 및 고전력 모드에 해당하는 최적의 동작을 위하여 최적화된다. 제1 임피던스 매칭 회로(320)는 전력 증폭기 모듈(300)의 동작 모드에 따라 드라이버부(310)에 의해 증폭된 입력 전력(Pin)을 임피던스 변환 회로(370) 또는 증폭부(340)로 전달한다. 증폭부(340)는 그 내부로 흐르는 전력을 조절하기 위한 하나 이상의 트랜지스터들을 포함한다. 증폭부(340)는 고전력 모드일 때만 드라이버부(310)에 의해 증폭된 전력을 재증폭한다.

임피던스 변환 회로(370)는 가변 전압 제어부(380)의 동작에 따라 드라이버부(310)에 의해 증폭된 전력을 수신하여 제4 임피던스 매칭 회로(360)로 전달한다. 임피던스 변환 회로(370) 양단의 스위치 SW1과 SW2는 부가적인 것으로 임피던스 변환 회로의 출력을 제 4 임피던스 매칭 회로(360)로 전달할지의 여부를 결정한다. 경우에 따라서 두 개의 스위치 가운데 하나만 존재하여도 무방하다.

제3 임피던스 매칭 회로(350)는 증폭부(340)와 직렬 연결되어 증폭부(340)에 의해 재증폭된 전력을 제4 임피던스 매칭 회로(360)로 전달한다. 제4 임피던스 매칭 회로(360)는 제3 임피던스 매칭 회로(350)로부터 또는 임피던스 변환 회로(370)로부터 전달된 전력을 출력 전력(Pout)으로 출력한다.

가변 전압 제어부(380)은 조정 전압(Vadj)에 따라 배터리에서 공급되는 전압(Vbatt)을 적절히 가변시킨 후 전력증폭기 모듈(300)의 가변 전원 전압(VCC)으로 공급한다. 모드 전압 제어부(390)는 전력 모드에 따라 전력 증폭기 모듈(300)의 전류 특성을 변화시키는 모드 제어 전압(Vcont)을 발생한다.

본 명세서에서, 전력 증폭기의 PAE 특성을 향상시키기 위해 가변 전압 제어부(380)에서 제공되는 가변 전원 전압(VCC)과 모드 전압 제어부(390)에서 제공되는 모드 제어 전압(Vcont)의 유형들이 다양하게 설명된다. 전력 증폭기의 전력 모드에 따라 모드 제어 전압(Vcont)에 의한 전류 특성(I)과 가변 전원 전압(VCC)에 의한 전압 특성(V)을 변화시킴으로써 최적화된 전력 효율을 갖게 된다. 본 발명의 전력 증폭기의 1단 전류/전압 제어(1-step I/V control) 방법이 도 4a 및 도 4b에 설명되고, 제1 유형의 2단 전류/전압 제어(2-step I/V control) 방법이 도 7a 및 도 7b에 설명되고, 제2 유형의 2단 전류/전압 제어(2-step I/V control) 방법이 도 9a 및 도 9b에 설명되고, 다단 전류/전압 제어(multi-step I/V control) 방법이 도 10a 및 도 10b에 설명되고, 1단 전류 및 연속 전압 제어(1-step I and continuous V control) 방법이 도 11a 및 도 11b에 설명되고, 제1 유형의 2단 전류 및 연속 전압 제어(2-step I and continuous V control) 방법이 도 13a 및 도 13b에 설명되고, 제2 유형의 2단 전류 및 연속 전압 제어(2-step I and continuous V control) 방법이 도 14a 및 도 14b에 설명된다.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 예시적으로, 출력 전력(Pout)이 13dBm일 때를 기준으로 하여 그 이하를 저전력 모드라 칭하고 그 이상을 고전력 모드라 칭한다. 모드 전압 제어부(390)에서 제공되는 모드 제어 전압(Vcont)은 저전력 모드에서는 2.85V로 제공되다가 고전력 모드에서는 0V로 제공된다. 가변 전압 제어부(380)에서 제공되는 가변 전원 전압(VCC)은 저전력 모드에서 0.8V로 제공되다가 고전력 모드에서 1.2V로 제공되는 조정 전압(Vadj)에 응답하여 저전력 모드에서는 2.5V로 제공되다가 고전력 모드에서는 3.4V로 제공된다.

여기에서, 본 명세서에서는 저전력 모드와 고전력 모드를 출력 전력(Pout) 13dBm을 기준으로 나누어 설명하고 있으나, 도 2에서 보여진 전력 증폭기의 출력 전력이 사용되는 확률이 -15dBm에서 15dBm 사이에서 가장 많이 사용되므로, 13dBm 대신에 14dBm, 15dBm 등으로 다양하게 설정될 수 있음은 당업자에게 자명하다.

도 5는 도 3의 전력 증폭기를 구체적으로 설명하는 회로도이다. 이를 참조하면, 입력 매칭부(305)는 입력 전력(Pin)과 노드 N501 사이에 연결되는 501 인덕터, 노드 N501과 접지 전압(VSS) 사이에 연결되는 501 커패시터, 노드 N501과 노드 N502 사이에 연결되는 502 커패시터를 포함한다.

드라이버부(310)는 기준 전압(Vref)과 가변 전압 제어부(380)에서 제공되는 가변 전원 전압(VCC)에 연결되고, 가변 전원 전압(VCC)을 전압원으로 사용한다. 드라이버부(310)는 기준 전압(Vref)과 노드 N511 사이에 직렬 연결되는 511 저항과 512 및 513 다이오드들을 포함한다. 드라이버부(310)는 가변 전원 전압(VCC)과 노드 N502에 콜렉터와 에미터가 각각 연결되는 514 트랜지스터와 515 저항을 포함하고, 가변 전원 전압(VCC)과 접지 전압(VSS) 사이에 연결되는 516 커패시터를 포함한다. 514 트랜지스터의 베이스는 511 저항과 512 다이오드의 연결점(N511)에 연결된다. 그리고 드라이버부(310)는 그 베이스가 노드 N502에 연결되고 그 에미터가 접지 전압(VSS)에 연결되고 그 콜렉터가 노드 N503에 연결되는 Q5 트랜지스터를 포함한다. 증폭 트랜지스터인 Q5 트랜지스터의 콜렉터는 제1 임피던스 매칭 회로(320)로 입력된다.

제1 임피던스 매칭 회로(320)는 가변 전원 전압(VCC)과 노드 N503 사이에 연결되는 전송 라인(521), 가변 전원 전압(VCC)과 접지 전압(VSS) 사이에 연결되는 522 커패시터, 그리고 노드 N503과 노드 N523 사이에 연결되는 523 커패시터를 포함한다.

제2 임피던스 매칭 회로(330)는 노드 N523과 접지 전압(VSS) 사이에 연결되는 531 인덕터와 노드 N523과 노드 N532 사이에 연결되는 532 커패시터를 포함한다.

모드 전압 제어부(390)는 모드 제어 전압(Vcont)에 연결된 591 저항이 그 베이스에 연결되는 592 트랜지스터를 포함한다.

592 트랜지스터의 에미터는 접지 전압에 연결되고, 콜렉터는 541 저항과 542다이오드 사이의 연결점(N541)에 연결된다.

증폭부(340)는 기준 전압(Vref)과 접지 전압(VSS) 사이에 직렬 연결되는 541 저항과 542 및 543 다이오드를 포함한다. 증폭부(340)는 가변 전원 전압(VCC)과 노드 N532 사이에 544 트랜지스터와 545 저항이 직렬 연결되고 가변 전원 전압(VCC)과 접지 전압(VSS) 사이에 546 커패시터가 연결된다. 544 트랜지스터의 그 베이스는 노드 N541에 연결되고 그 콜렉터는 가변 전원 전압(VCC)에 연결되고 그 에미터는 545 저항에 연결된다. 그리고 증폭부(340)는 그 베이스가 노드 N532에 연결되고 그 콜렉터가 제3 임피던스 매칭 회로(350)에 연결되고 그 에미터가 접지 전압(VSS)에 연결되는 Q6 트랜지스터를 포함한다. Q6 트랜지스터는 가변 전원 전압(VCC)에 따라 그 이득이 변하는 증폭부(340)의 증폭 트랜지스터가 된다.

증폭부(340)는 저전력 모드일 때 모드 제어 전압(Vcont)의 2.8V에 응답하여 592 트랜지스터가 온(on)되므로 592 트랜지스터에 의한 544 트랜지스터의 베이스 바이어싱 효과가 없어진다. 이에 따라 증폭부(340)에서의 전력소모는 저전력 모드에 적합하도록 된다.

한편, 증폭부(340)는 고전력 모드일 때 모드 제어 전압(Vcont)의 0V에 응답하여 592 트랜지스터가 오프(off)되고 592 트랜지스터에 의한 544 트랜지스터의 베이스 바이어싱 효과가 있게 된다. 이에 따라 증폭부(34)에서의 전력소모는 고전력 모드에 적합하도록 된다.

제3 임피던스 매칭 회로(350)는 Q6 트랜지스터의 출력인 노드 N551과 접지 전압(VSS) 사이에 연결되는 551 커패시터, 노드 N551과 노드 N552 사이에 연결되는 552 인덕터, 가변 전원 전압(VCC)과 노드 N552 사이에 연결되는 553 전송 라인, 그리고 가변 전원 전압(VCC)과 접지 전압(VSS) 사이에 연결되는 554 커패시터를 포함한다.

제4 임피던스 매칭 회로(360)는 노드 N552와 노드 N561 사이에 연결되는 561 전송 라인, 노드 N561과 접지 전압(VSS) 사이에 연결되는 562 커패시터, 그리고 노드 N561과 출력 전력(Pout) 사이에 연결되는 563 커패시터를 포함한다.

임피던스 변환 회로(370)는 노드 N523과 노드 N571 사이에 연결되는 571 커패시터, 노드 N571과 접지 전압(VSS) 사이에 연결되는 573 커패시터, 그리고 노드 N571과 노드 N552 사이에 연결되는 572 인덕터를 포함한다. 임피던스 변환 회로(370)의 입력과 출력에는 스위치 SW1과 SW2가 부가적으로 연결될 수 있다. 이 들 스위치는 임피던스 변환 회로의 출력을 제 4 임피던스 매칭 회로(360)로 전달할지의 여부를 결정한다. 경우에 따라서 두 개의 스위치 가운데 하나만 존재하여도 무방하다.

도 5의 전력 증폭기 모듈(300)은 바이폴라 트랜지스터들(BJT)을 사용하여 구현되어있다. 그러나, 바이폴라 트랜지스터 대신에 헤테로(hetero) 구조의 BJTs, 헤테로정션(hetero junction) BJTs, FETs, MESFETs, JFETs, BiCMOS, CMOS 트랜지스터들로 구성되거나 이들의 조합들로 구성될 수 있음은 물론이다.

도 4a 및 도 4b에 도시된 1단 전류/전압 제어(1-step I/V control) 방법에 따른 전력 증폭기 모듈 (300)의 PAE 특성은 도 6과 같이 나타난다. 도 6을 참조하면, 저전력 모드일 때는 증폭부(340)의 동작이 전술한 바와 같이 저전력 모드에 해당하는 바이어스가 되어 전력 증폭기 모듈(300)의 동작 전류(ICC)가 작아지기 때문에 DC 전력 소모가 작아진다. 고전력 모드에서는 드라이버부(310)에서 증폭된 전력을 증폭부(340)에서 충분히 재증폭하기 위해 고전력 모드에 맞는 바이어스가 Q6에 형성된다.

한편, 본 발명의 도 5의 회로도에서는 모드 제어 전압(Vcont)이 2.85V 일 때 저전력 모드이고 0V일 때 고전력 모드가 되는 모드 전압 제어부(390)를 나타내었다. 그러나, 회로 구성에 따라서는 모드 제어 전압(Vcont)이 낮은 경우가 고전력 모드, 모드 제어 전압(Vcont)이 높은 경우가 저전력 모드가 될 수도 있다.

따라서, 제1 실시예에 따른 제1 유형의 전력 증폭기 모듈 (300)은 저전력 모드와 고전력 모드의 기준인 13dBm에서 모드 제어 전압(Vcont)에 의한 전류 특성(I)과 가변 전원 전압(VCC)에 의한 전압 특성(V)이 동시에 변하므로, 1단 전류/전압 제어 방법을 채용한 것이다.

도 7a 및 도 7b는 2단 전류/전압 제어(2-step I/V control) 방법의 제1 유형을 설명하는 도면이다. 이를 참조하면, 출력 전력(Pout)이 13dBm까지를 제1 모드로, 13dBm에서 20dBm까지를 제2 모드로, 그리고 20dBm에서 27dBm까지를 제3 모드로 나누어진다. 모드 전압 제어부(390)에서 제공되는 모드 제어 전압(Vcont)은 제1 모드에서는 2.85V로 제공되다가 제2 및 제3 모드에서는 0V로 제공된다. 가변 전압 제어부(380)에서 제공되는 가변 전원 전압(VCC)은 제1 및 제2 모드에서 0.5V로 제공되다가 제3 모드에서 1.2V로 제공되는 조정 전압(Vadj)에 응답하여 제1 및 제2 모드에서는 1.4V로 제공되다가 제3 모드에서는 3.4V로 제공된다.

도 7a 및 도 7b의 2단 전류/전압 제어 방법에 따른 제1 내지 제3 모드에서의 전력 증폭기 모듈(300) PAE 특성은 도 8과 같이 나타난다. 도 8을 참조하면, 제1 모드일 때는 증폭부(340)의 동작이 최소화되기 때문에 DC 전력 소모가 최소화 된다. 제2 모드에서는 드라이버부(310)에서 증폭된 전력을 증폭부(340)에서 재증폭하되 가변 전원 전압(VCC) 레벨이 낮다. 그리고 제3 모드에서는 드라이버부(310)에서 증폭된 전력을 증폭부(340)에서 재증폭하기 위하여 가변 전원 전압(VCC) 레벨이 높다.

따라서, 전력 증폭기 모듈(300)은 제1 모드와 제2 모드의 기준인 13dBm에서 모드 제어 전압(Vcont)에 의한 전류 특성이 변하고 제2 모드와 제3 모드의 기준인 20dBm에서 가변 전원 전압(VCC)에 의한 전압 특성이 변하는 2단 전류/전압 제어 방법을 채용한 것이다.

도 9a 및 도 9b는 2단 전류/전압 제어 방법의 제2 유형을 설명하는 도면이다. 이를 참조하면, 출력 전력(Pout)이 8dBm까지를 제1 모드로, 8dBm에서 13dBm까지를 제2 모드로, 그리고 13dBm에서 27dBm까지를 제3 모드로 나누어진다. 모드 전압 제어부(390)에서 제공되는 모드 제어 전압(Vcont)은 제1 및 제2 모드에서는 2.85V로 제공되다가 제3 모드에서는 0V로 제공된다. 가변 전압 제어부(380)에서 제공되는 가변 전원 전압(VCC)은 제1 모드에서 0.5V로 제공되다가 제2 및 제3 모드에서 1.2V로 제공되는 조정 전압(Vadj)에 응답하여 제1 및 제2 모드에서는 1.4V로 제공되다가 제3 모드에서는 3.4V로 제공된다.

도 9a 및 도 9b의 2단 전류/전압 제어 방법에 따른 제1 내지 제3 모드에서의 전력 증폭기 모듈(300) PAE 특성도 도 8의 그래프 유형과 거의 유사하게 나타난다.

도 10a 및 도 10Bb 앞서 설명한 도 4a 및 도 4b의 1단 전류/전압 제어 방법과 도 7a 및 도 7b 그리고 도 9a 및 도 9b의 2단 전류/전압 제어 방법들로부터 다단 전류/전압 제어(multi-steps I/V control) 방법으로의 확장을 설명하는 도면이다. 이를 참조하면, 출력 전력(Pout)이 13dBm일 때를 기준으로 하여 저전력 모드와 고전력 모드로 나뉘어진다. 모드 전압 제어부(390)에서 제공되는 모드 제어 전압(Vcont)은 저전력 모드에서는 2.85V로 제공되다가 고전력 모드에서는 0V로 제공된다. 가변 전압 제어부(380)에서 제공되는 가변 전원 전압(VCC)은 저전력 모드에서 1.4V에서 3.4V로의 상승이 n(n1, n은 정수)개의 단계들로 이루어지고 고전력 모드에서 1.4V에서 3.4V로의 상승이 m(m1, m은 정수)개의 단계들로 이루어진다.

전력 증폭기 모듈(300)은 모드 제어 전압(Vcont)에 의해 전류 특성(I)이 1번 변하고, 저전력 모드일 때 가변 전원 전압(VCC)에 의해 전압 특성(V)이 n-1번 변하고, 고전력 모드일 때 가변 전원 전압(VCC)에 의해 전압 특성(V)이 m-1번 변한다. 이에 따라, 저전력 모드에서는 n단 전류/전압 제어(n-step I/V control) 방법이 채용되고 고전력모드에서 m단 전류/전압 제어(n-step I/V control) 방법이 채용된 것이다. 이러한 n단 전류/전압 제어 방법과 m단 전류/전압 제어 방법은 전력 증폭기 모듈(300)의 동작 모드에 따라 선택적으로 채용될 수도 있다.

도 11a 및 도 11b는 본 발명의 전력 증폭기의 1단 전류 및 연속 전압 제어(1-step I and continuous V control) 방법을 설명하는 도면이다. 이를 참조하면, 출력 전력(Pout) 13dBm을 기준으로 하여 그 이하는 저전력 모드로, 그리고 그 이상은 고전력 모드로 나누어진다. 모드 전압 제어부(390)에서 제공되는 모드 제어 전압(Vcont)은 저전력 모드에서는 2.85V로 제공되다가 고전력 모드에서는 0V로 제공된다. 가변 전압 제어부(380)에서 제공되는 가변 전원 전압(VCC)은 저전력 모드에서는 0.5V에서 0.8V로 연속적으로 증가되고 고전력 모드에서 0.5V에서 1.2V로 연속적으로 증가되는 조정 전압(Vadj)에 응답하여, 저전력 모드에서는 1.4V로 제공되다가 13dBm으로 갈수록 그 전압 레벨이 연속적으로 증가되어 2.5V로 제공되고 고전력 모드에서는 13dBm에서 1.4V로 제공되다가 연속적으로 증가되어 3.4V로 제공된다.

따라서, 전력 증폭기 모듈(300)은 저전력 모드와 고전력 모드의 기준인 8dBm에서 모드 제어 전압(Vcont)에 의한 전류 특성(I)이 변하고 가변 전원 전압(VCC)에 의한 전압 특성(V)이 저전력 모드와 고전력 모드에 걸쳐 연속적으로 변하므로, 1단 전류 및 연속 전압 제어 방법을 채용한 것이 된다.

도 11a 및 도 11b의 1단 전류 및 연속 전압 제어 방법에 따른 전력 증폭기 모듈(300)의 PAE 특성은 도 12와 같이 나타난다.

도 13a 및 도 13b는 본 발명의 전력 증폭기의 2단 전류 및 연속 전압 제어(1-step I and continuous V control) 방법을 설명하는 도면이다. 이를 참조하면, 출력 전력(Pout)이 8dBm까지를 제1 모드로, 8dBm에서 13dBm까지를 제2 모드로, 그리고 13dBm에서 27dBm까지를 제3 모드로 나누어진다. 모드 전압 제어부(390)에서 제공되는 모드 제어 전압(Vcont)은 제1 및 제2 모드에서는 2.85V로 제공되다가 제3 모드에서는 0V로 제공된다. 가변 전압 제어부(380)에서 제공되는 가변 전원 전압(VCC)은 제1 모드에서 0.5V에서 0.8V로 연속적으로 증가되고 제2 및 제3 모드에서 0.5V에서 1.2V로 연속적으로 증가되는 조정 전압(Vadj)에 응답하여, 제1 모드에서는 1.4V로 제공되다가 8dBm으로 갈수록 그 전압 레벨이 연속적으로 증가되어 2.5V로 제공되고 제2 및 제3 모드에서는 8dBm에서 1.4V로 제공되다가 연속적으로 증가되어 3.4V로 제공된다.

이에 따라, 전력 증폭기 모듈(300)은 제2 모드와 제3 모드의 기준인 13dBm에서 모드 제어 전압(Vcont)에 의한 전류 특성(I)이 변하고 가변 전원 전압(VCC)에 의한 전압 특성(V)이 제1 모드와 제2 모드에 걸쳐 연속적으로 변하므로, 2단 전류 및 연속 전압 제어 방법을 채용한 것이 된다.

도 14a 및 도 14b는 본 발명의 전력 증폭기의 2단 전류 및 연속 전압 제어(1-step I and continuous V control) 방법을 설명하는 도면이다. 이를 참조하면, 출력 전력(Pout)이 13dBm까지를 제1 모드로, 13dBm에서 20dBm까지를 제2 모드로, 그리고 20dBm에서 27dBm까지를 제3 모드로 나누어진다. 모드 전압 제어부(390)에서 제공되는 모드 제어 전압(Vcont)은 제1 모드에서 2.85V로 제공되다가 제2 및 제3 모드에서 0V로 제공된다. 가변 전압 제어부(380)에서 제공되는 가변 전원 전압(VCC)은 제1 및 제2 모드에 걸쳐 0.5V에서 0.8V로 연속적으로 증가되고 제3 모드에서 0.5V에서 1.2V로 연속적으로 증가되는 조정 전압(Vadj)에 응답하여, 제1 및 제2 모드에 걸쳐서는 1.4V로 제공되다가 20dBm으로 갈수록 그 전압 레벨이 연속적으로 증가되어 2.5V로 제공되고 제3 모드에서는 20dBm에서 1.4V로 제공되다가 연속적으로 증가되어 3.4V로 제공된다.

이에 따라, 전력 증폭기 모듈(300)은 제1 모드와 제2 모드의 기준인 13dBm에서 모드 제어 전압(Vcont)에 의한 전류 특성(I)이 변하고 가변 전원 전압(VCC)에 의한 전압 특성(V)이 제2 모드와 제3 모드에 걸쳐 연속적으로 변하므로, 2단 전류 및 연속 전압 제어 방법을 채용한 것이 된다.

상술한 전력 증폭기 모듈(300)은 1단 전류 및 연속 전압 제어 방법 또는 2단 전류 및 연속 전압 제어 방법에 대하여 기술하고 있으나, 이로부터 각 전력 모드에 따라 가변 전원 전압(VCC)을 다양하게 변화시키는 방법도 가능하다. 즉, 저전력 모드에서만 가변 전원 전압(VCC)를 1단, 혹은 n단(n2, n은 정수)이상으로 변화시키는 것도 가능하고, 고전력 모드에서만 가변 전원 전압(VCC)를 1단, 혹은 n단(n2, n은 정수)이상으로 변화시키는 것도 가능하다. 뿐만 아니라 저전력 모드와 고전력모드에서 각각 가변 전원 전압(VCC)를 1단, 혹은 n단(n2, n은 정수)이상으로 변화시키는 것도 가능하다.

또한. 도 5의 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력 증폭기(300)의 동작 유형들, 즉 도 4a 및 도 4b의 1단 전류/전압 제어 방법, 도 7a 및 도 7b 그리고 도 9a 및 도 9b의 2단 전류/전압 제어 방법들, 도 10a 및 도 10b의 다단 전류/전압 제어 방법, 도 11a 및 도 11b의 1단 전류/연속 전압 제어 방법, 그리고 도 13a 및 도 13b 그리고 도 14a 및 도 14b의 2단 전류/연속 전압 제어 방법에서, 전력 증폭기(300)의 동작은 모드 제어 전압(Vcont)을 먼저 변화시켜 전류 제어한 후에 가변 전원 전압(VCC)을 변화시켜 전압 제어하는 순서로 설명되어 있으나. 전력 증폭기(300)의 동작은 이에 한정되지 않고, 가변 전원 전압(VCC)을 먼저 변화시켜서 전압 제어한 후에 모드 제어 전압(Vcont)을 변화시켜 전류 제어하는 순서로도 동일하게 동작된다.

도 15는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력 증폭기를 설명하는 도면이다. 이를 참조하면, 전력 증폭기(1100)는 도 3의 전력 증폭기 모듈(300)과 비교하여 드라이버부(310) 대신에 가변 이득 증폭기(1110)를 사용하고 가변 이득 증폭기(1110)는 이득 제어부(1105)에 의해 제어된다는 점에서 차이가 있다. 전력 증폭기(1100)의 나머지 구성 요소들은 도 3의 전력 증폭기 모듈(300)의 구성 요소들과 동일한 참조 부호로 나타낸다. 설명의 중복을 피하기 위하여, 나머지 구성 요소들에 대한 설명은 생략되고 추가되는 특징 요소들에 대하여 구체적으로 설명된다.

가변 이득 증폭기(1110)는 멀티 스테이지 증폭기, 예컨대 N(>0, 정수)개의 증폭기들이 직렬로 연결된 N-스테이지 증폭기로 구성되어, 하나 또는 그 이상의 증폭기들을 바이패스시킴으로써 이득이 제어된다. 이득 제어부(1105)는 전력 증폭기(1100)의 전력 모드에 따라 가변 이득 증폭기(1110)를 선택적으로 제어한다. 예컨대, 저전력 모드일 때는 가변 이득 증폭기(1110)를 오프시키고, 고전력 모드일때는 가변 이득 증폭기(1110)의 이득을 변화시켜 해당 이득에 따라 입력 전력(Pin)을 증폭시킨다.

도 16은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전력 증폭기를 설명하는 도면이다. 이를 참조하면, 전력 증폭기(1200)는 2개의 드라이버부와 1개의 증폭부를 포함하여 전력 증폭기(1200)의 전체 이득을 크게 한다. 제1 드라이버부(1210)는 도 3의 드라이버부(310)처럼 고정된 이득을 갖는다. 제2 드라이버부(1220)는 모드 제어 전압(Vcont)에 연결되고 제2 임피던스 매칭 회로(330)에 연결된다. 제5 임피던스 매칭 회로(1230)는 제2 드라이버부(1220)와 증폭부(340) 사이에 연결된다. 전력 증폭부(1200)는 저전력 모드일 때 모드 제어 전압(Vcont)에 의해 제2 드라이버부(1210)의 동작 바이어싱이 변화되고 증폭부(340)의 동작이 차단되며, 고전력 모드일 때 모드 제어 전압(Vcont)에 의해 제2 드라이버부(1220)와 증폭부(340)가 동작하여 제1 드라이버부(1210)를 통해 증폭된 입력 전력(Pin)을 재증폭한다.

도 17은 본 발명의 제4 실시예에 따른 전력 증폭기를 설명하는 도면이다. 이를 참조하면, 전력 증폭기(1300)는 도 12의 전력 증폭기(1200)와 비교하여 제1 드라이버부(1310)가 도 11의 가변 이득 증폭기(1110)처럼 이득 제어부(1305)에 의해 가변적인 이득을 갖는다.

도 18은 본 발명의 제5 실시예에 따른 전력 증폭기를 설명하는 도면이다. 이를 참조하면, 전력 증폭기(1400)는 도 12의 전력 증폭기(1200)처럼 전체 이득을 크게 하기 위하여 2개의 드라이버부들(1410, 1430)과 1개의 증폭부(340)를 사용한다. 고정된 이득을 갖는 제1 드라이버부(1410)과 제2 드라이버부(1430) 사이에 임피던스 매칭 회로(1420)가 연결된다. 전력 증폭기(1400)는 저전력 모드일 때 증폭부(340)의 동작이 차단되고 고전력 모드일 때 증폭부(340)가 동작하여 제1 및 제2 드라이버부들(1410, 1430)을 통해 증폭된 입력 전력(Pin)을 재증폭한다.

도 19는 본 발명의 제6 실시예에 따른 전력 증폭기를 설명하는 도면이다. 이를 참조하면, 전력 증폭기(1500)는 도 14의 전력 증폭기(1400)와 비교하여 제1 드라이버부(1510)가 이득 제어부(1505)에 의해 그 이득이 가변되는 가변 이득 증폭기로 구성된다는 점에서만 차이가 있다.

도 20은 본 발명의 제7 실시예에 따른 전력 증폭기를 설명하는 도면이다. 이를 참조하면, 전력 증폭기(1600)는 도 3의 전력 증폭기 모듈(300)와 비교하여 드라이버부(1610)가 모드 제어 전압(Vcont)에 의해 그 동작 바이어싱이 변화되어 입력 전력(Pin)을 증폭한다는 점에서 차이가 있다.

도 21은 본 발명의 제8 실시예에 따른 전력 증폭기를 설명하는 도면이다. 이를 참조하면, 전력 증폭기(1700)는 도 14의 전략 증폭기와 비교하여 제2 드라이버부(1730)가 모드 제어 전압(Vcont)에 의해 그 동작 바이어싱이 변화되어 입력 전력(Pin)을 증폭한다는 점에서 차이가 있다.

본 발명의 제2 내지 제8 실시예들에 의한 전력 증폭기들은 앞서 설명한 가변 전압 제어부(380)에서 제공되는 가변 전원 전압(VCC)과 모드 제어 전압(Vcont)에 의한 동작 유형들, 즉 도 4a 및 도 4b의 1단 전류/전압 제어 방법, 도 7a 및 도 7b 그리고 도 9a 및 도 9b의 2단 전류/전압 제어 방법들, 도 10a 및 도 10b의 다단 전류/전압 제어 방법, 도 11a 및 도 11b의 1단 전류/연속 전압 제어 방법, 그리고 도 13a 및 도 13b 그리고 도 14a 및 도 14b의 2단 전류/연속 전압 제어 방법이 각각 대표적으로 적용된다. 이에 따른 전력 증폭기들의 PAE 특성은 각각 도 6, 도 8, 도 12와 유사하게 나타난다. 뿐만 아니라 도면에 도시되지는 않았으나 명세서에서 기술한 바대로 가변 전원 전압(VCC)과 모드 제어 전압(Vcont)의 여러 가지 조합된 변화들도 본 발명의 제2 내지 제8 실시예들에 의한 전력 증폭기들에 적용된다. 그러므로, 본 발명의 전력 증폭기들은 그 전력 모드에 따라 전력 효율(PAE)이 최적화된다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예들을 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

상술한 본 발명의 전력 증폭기는 전력 모드에 따라 모드 제어 전압을 먼저 변화시켜 전류 제어한 후에 가변 전원 전압을 변화시켜 전압 제어하는 방법으로 또는 가변 전원 전압을 먼저 변화시켜서 전압 제어한 후에 모드 제어 전압을 변화시켜 전류 제어하는 방법으로 1단 전류/전압 제어 방법, 2단 전류/전압 제어 방법들, 다단 전류/전압 제어 방법, 1단 전류/연속 전압 제어 방법, 그리고 2단 전류/연속 전압 제어 방법을 사용하여 전력 증폭기의 전력 효율(PAE)를 최적화시킨다.

도 1a는 종래의 전력 증폭기의 효율을 설명하는 도면이다.

도 1b는 이동 통신 단말기의 출력 전력 대비 사용 빈도를 설명하는 도면이다.

도 2는 종래의 전력 증폭기 제어 방법을 설명하는 도면이다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력 증폭기를 설명하는 도면이다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 전력 증폭기의 1단 전류/전압 제어(1-step I/V control) 방법을 설명하는 그래프이다.

도 5는 도 3의 전력 증폭기의 구체적인 회로 다이어그램이다.

도 6은 도 4의 1단 전류/전압 제어(1-step I/V control) 방법에 의한 전력 증폭기의 전력 효율을 나타내는 도면이다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 전력 증폭기의 제1 유형의 2단 전류/전압 제어(2-step I/V control) 방법을 설명하는 그래프이다.

도 8은 도 7의 2단 전류/전압 제어(2-step I/V control) 방법에 의한 전력 증폭기의 전력 효율을 나타내는 도면이다.

도 9a 및 도 9b는 본 발명의 전력 증폭기의 제2 유형의 2단 전류/전압 제어(2-step I/V control) 방법을 설명하는 그래프이다.

도 10a 및 도 10b는 본 발명의 전력 증폭기의 다단 전류/전압 제어(2-step I/V control) 방법을 설명하는 그래프이다.

도 11a 및 도 11b는 본 발명의 전력 증폭기의 1단 전류 및 연속 전압 제어(1-step I and continuous V control) 방법을 설명하는 그래프이다.

도 12는 도 11의 1단 전류 및 연속 전압 제어(1-step I and continuous V control) 방법에 의한 전력 증폭기의 전력 효율을 나타내는 도면이다.

도 13a 및 도 13b는 본 발명의 전력 증폭기의 제1 유형의 2단 전류 및 연속 전압 제어(2-step I and continuous V control) 방법을 설명하는 그래프이다.

도 14a 및 도 14b는 본 발명의 전력 증폭기의 제2 유형의 2단 전류 및 연속 전압 제어(2-step I and continuous V control) 방법을 설명하는 그래프이다.

도 15는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력 증폭기를 설명하는 도면이다.

도 16은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전력 증폭기를 설명하는 도면이다.

도 17은 본 발명의 제4 실시예에 따른 전력 증폭기를 설명하는 도면이다.

도 18은 본 발명의 제5 실시예에 따른 전력 증폭기를 설명하는 도면이다.

도 19는 본 발명의 제6 실시예에 따른 전력 증폭기를 설명하는 도면이다.

도 20은 본 발명의 제7 실시예에 따른 전력 증폭기를 설명하는 도면이다.

도 21은 본 발명의 제8 실시예에 따른 전력 증폭기를 설명하는 도면이다.

Claims

전력 모드에 따라 전력 효율을 제어하는 전력 증폭기에 있어서.

상기 전력 모드에 따라 가변되는 가변 전원 전압과 가변 모드 제어 전압을 제공하는 가변 전압 제어부;

상기 가변 모드 제어 전압에 따라 상기 전력 증폭기의 바이어스 전류를 제어하는 모드 전압 제어부;

상기 가변 전원 전압을 그 동작 전원으로 사용하고, 수신되는 입력 전력을 증폭하는 드라이버부;

상기 드라이버부 출력에 직렬 연결되는 제1 및 제2 임피던스 매칭 회로들;

상기 가변 전원 전압을 그 동작 전원으로 사용하고, 상기 모드 제어 전압에 응답하여 선택적으로 동작되어 상기 제2 임피던스 매칭 회로의 출력을 재증폭하는 증폭부;

상기 증폭부 출력에 직렬로 연결되는 제3 및 제4 임피던스 매칭 회로; 및

상기 제1 및 제2 임피던스 매칭 회로들 사이의 제1 연결점과 상기 제3 및 제4 임피던스 매칭 회로 사이의 제2 연결점 사이에 연결되고, 상기 증폭부의 동작이 차단될 때 상기 증폭부를 바이패스시키는 임피던스 변환 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
제1항에 있어서, 상기 임피던스 변환 회로의 입력 및/또는 출력에는 스위칭 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
제1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 전력 증폭기는

상기 전력 모드에 따라 상기 가변 전원 전압 및 상기 모드 제어 전압을 동시에 변화시키는 1단 전압/전류 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
제1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 전력 증폭기는

상기 전력 모드에 따라 상기 가변 전원 전압 및 상기 모드 제어 전압을 n-1번(n1, n은 정수) 동시에 변화시키는 n단 전압/전류 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
제1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 전력 증폭기는

상기 전력 모드에 따라 상기 모드 제어 전압을 먼저 변화시키고 난 후 상기 가변 전원 전압을 변화시키는 2단 전압/전류 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
제1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 전력 증폭기는

상기 전력 모드에 따라 상기 가변 전원 전압을 변화시키고 난 후 상기 모드 제어 전압을 먼저 변화시키는 2단 전압/전류 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
제1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 전력 증폭기는

상기 전력 모드에 따라 상기 모드 제어 전압을 변화시키고 상기 모드 제어 전압의 변화 시점 이전에 상기 가변 전원 전압을 n-1번(n1, n은 정수) 변화시키고 상기 모드 제어 전압의 변화 시점 이후에 상기 가변 전원 전압을 m-1번(m1, m은 정수) 변화시키는 다단 전압/전류 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
제1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 전력 증폭기는

상기 전력 모드에 따라 상기 모드 제어 전압을 변화시키고 상기 가변 전원 전압을 연속적으로 변화시키되, 상기 모드 제어 전압의 변화 시점에서 상기 가변 전원 전압을 불연속적으로 변화시키는 1단 전류/연속 전압 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
제1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 전력 증폭기는

상기 전력 모드에 따라 상기 가변 전원 전압을 연속적으로 변화시키되, n개(n1, n은 정수)의 전력 모드변화 시 마다 상기 가변 전원 전압을 불연속적으로 변화시키는 n 단 전류/연속전압 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
제1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 전력 증폭기는

상기 전력 모드에 따라 상기 모드 제어 전압을 변화시키고 상기 가변 전원 전압을 연속적으로 변화시키되, 상기 모드 제어 전압의 변화 시점 이전에 상기 가변 전원 전압을 불연속적으로 변화시키는 2단 전류/연속 전압 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
제1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 전력 증폭기는

상기 전력 모드에 따라 상기 모드 제어 전압을 변화시키고 상기 가변 전원 전압을 연속적으로 변화시키되, 상기 모드 제어 전압의 변화 시점 이후에 상기 가변 전원 전압을 불연속적으로 변화시키는 2단 전류/연속 전압 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
제1항에 있어서, 상기 드라이버부는

상기 전력 모드에 따라 그 증폭 이득이 가변되는 가변 이득 증폭기인 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
제1항에 있어서, 상기 드라이버부는

상기 모드 제어 전압에 의해 그 동작 바이어싱이 변화되어 상기 입력 전력을 증폭하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
전력 모드에 따라 전력 효율을 제어하는 전력 증폭기에 있어서.

상기 전력 모드에 따라 가변되는 가변 전원 전압을 제공하는 가변 전압 제어부;

상기 전력 모드에 따라 가변되는 모드 제어 전압을 제공하는 모드 전압 제어부;

상기 가변 전원 전압을 그 동작 전원으로 사용하고, 수신되는 입력 전력을 증폭하는 제1 드라이버부;

상기 드라이버부 출력에 직렬 연결되는 제1 및 제2 임피던스 매칭 회로들;

상기 가변 전원 전압을 그 동작 전원으로 사용하고, 상기 모드 제어 전압에 응답하여 선택적으로 동작되어 상기 제2 임피던스 매칭 회로의 출력을 재증폭하는 제2 드라이버부;

상기 가변 전원 전압을 그 동작 전원으로 사용하고, 상기 모드 제어 전압에 응답하여 선택적으로 동작되어 상기 제2 드라이버부의 출력을 재증폭하는 증폭부;

상기 제2 드라이버부와 상기 증폭부 사이에 연결되는 제5 임피던스 매칭 회로;

상기 증폭부 출력에 직렬로 연결되는 제3 및 제4 임피던스 매칭 회로; 및

상기 제1 및 제2 임피던스 매칭 회로들 사이의 제1 연결점과 상기 제3 및 제4 임피던스 매칭 회로 사이의 제2 연결점 사이에 연결되고, 상기 제2 드라이버부 및 상기 증폭부의 동작이 차단될 때 상기 증폭부를 바이패스시키는 임피던스 변환 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
제14항에 있어서, 상기 임피던스 변환 회로의 입력 및/또는 출력에는 스위칭 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
제14항 또는 제 15항에 있어서, 상기 전력 증폭기는

상기 전력 모드에 따라 상기 가변 전원 전압 및 상기 모드 제어 전압을 동시에 변화시키는 1단 전압/전류 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
제14항 또는 제 15항에 있어서, 상기 전력 증폭기는

상기 전력 모드에 따라 상기 가변 전원 전압 및 상기 모드 제어 전압을 n-1번(n1, n은 정수) 동시에 변화시키는 n단 전압/전류 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
제14항 또는 제 15항에 있어서, 상기 전력 증폭기는

상기 전력 모드에 따라 상기 모드 제어 전압을 먼저 변화시키고 난 후 상기 가변 전원 전압을 변화시키는 2단 전압/전류 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
제14항 또는 제 15항에 있어서, 상기 전력 증폭기는

상기 전력 모드에 따라 상기 가변 전원 전압을 변화시키고 난 후 상기 모드 제어 전압을 먼저 변화시키는 2단 전압/전류 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
제14항 또는 제 15항에 있어서, 상기 전력 증폭기는

상기 전력 모드에 따라 상기 모드 제어 전압을 변화시키고 상기 모드 제어 전압의 변화 시점 이전에 상기 가변 전원 전압을 n-1번(n1, n은 정수) 변화시키고 상기 모드 제어 전압의 변화 시점 이후에 상기 가변 전원 전압을 m-1번(m1, m은 정수) 변화시키는 다단 전압/전류 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기
제14항 또는 제 15항에 있어서, 상기 전력 증폭기는

상기 전력 모드에 따라 상기 모드 제어 전압을 변화시키고 상기 가변 전원 전압을 연속적으로 변화시키되, 상기 모드 제어 전압의 변화 시점에서 상기 가변 전원 전압을 불연속적으로 변화시키는 1단 전류/연속 전압 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
제14항 또는 제 15항에 있어서, 상기 전력 증폭기는

상기 전력 모드에 따라 상기 가변 전원 전압을 연속적으로 변화시키되, n개(n??1, n은 정수)의 전력 모드 변화 시 마다 상기 가변 전원 전압을 불연속적으로 변화시키는 n 단 전류/연속전압 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
제14항 또는 제 15항에 있어서, 상기 전력 증폭기는

상기 전력 모드에 따라 상기 모드 제어 전압을 변화시키고 상기 가변 전원 전압을 연속적으로 변화시키되, 상기 모드 제어 전압의 변화 시점 이전에 상기 가변 전원 전압을 불연속적으로 변화시키는 2단 전류/연속 전압 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
제14항 또는 제 15항에 있어서, 상기 전력 증폭기는

상기 전력 모드에 따라 상기 모드 제어 전압을 변화시키고 상기 가변 전원 전압을 연속적으로 변화시키되, 상기 모드 제어 전압의 변화 시점 이후에 상기 가변 전원 전압을 불연속적으로 변화시키는 2단 전류/연속 전압 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
제14항에 있어서, 상기 제1 드라이버부는

상기 전력 모드에 따라 그 증폭 이득이 가변되는 가변 이득 증폭기인 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
전력 모드에 따라 전력 효율을 제어하는 전력 증폭기에 있어서.

상기 전력 모드에 따라 가변되는 가변 전원 전압을 제공하는 가변 전압 제어부;

상기 전력 모드에 따라 가변되는 모드 제어 전압을 제공하는 모드 전압 제어부;

상기 가변 전원 전압을 그 동작 전원으로 사용하고, 수신되는 입력 전력을 증폭하는 제1 드라이버부;

상기 가변 전원 전압을 그 동작 전원으로 사용하고, 제1 드라이버부의 출력을 재증폭하는 제2 드라이버부;

상기 제1 드라이버부와 상기 제2 드라이버부 사이에 연결되는 제5 임피던스 매칭 회로;

상기 제2 드라이버부 출력에 직렬 연결되는 제1 및 제2 임피던스 매칭 회로들;

상기 가변 전원 전압을 그 동작 전원으로 사용하고, 상기 모드 제어 전압에 응답하여 선택적으로 동작되어 상기 제2 임피던스 매칭 회로의 출력을 재증폭하는 증폭부;

상기 제2 드라이버부와 상기 증폭부 사이에 연결되는 제5 임피던스 매칭 회로;

상기 증폭부 출력에 직렬로 연결되는 제3 및 제4 임피던스 매칭 회로; 및

상기 제1 및 제2 임피던스 매칭 회로들 사이의 제1 연결점과 상기 제3 및 제4 임피던스 매칭 회로 사이의 제2 연결점 사이에 연결되고, 상기 제2 드라이버부 및 상기 증폭부의 동작이 차단될 때 상기 증폭부를 바이패스시키는 임피던스 변환 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
제26항에 있어서, 상기 임피던스 변환 회로의 입력 및/또는 출력에는 스위칭 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
제26항 또는 제 27항에 있어서, 상기 전력 증폭기는

상기 전력 모드에 따라 상기 가변 전원 전압 및 상기 모드 제어 전압을 동시에 변화시키는 1단 전압/전류 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
제26항 또는 제 27항에 있어서, 상기 전력 증폭기는

상기 전력 모드에 따라 상기 가변 전원 전압 및 상기 모드 제어 전압을 n-1번(n1, n은 정수) 동시에 변화시키는 n단 전압/전류 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
제26항 또는 제 27항에 있어서, 상기 전력 증폭기는

상기 전력 모드에 따라 상기 모드 제어 전압을 먼저 변화시키고 난 후 상기 가변 전원 전압을 변화시키는 2단 전압/전류 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
제26항 또는 제 27항에 있어서, 상기 전력 증폭기는

상기 전력 모드에 따라 상기 가변 전원 전압을 변화시키고 난 후 상기 모드 제어 전압을 먼저 변화시키는 2단 전압/전류 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
제26항 또는 제 27항에 있어서, 상기 전력 증폭기는

상기 전력 모드에 따라 상기 모드 제어 전압을 변화시키고 상기 모드 제어 전압의 변화 시점 이전에 상기 가변 전원 전압을 n-1번(n1, n은 정수) 변화시키고 상기 모드 제어 전압의 변화 시점 이후에 상기 가변 전원 전압을 m-1번(m1, m은 정수) 변화시키는 다단 전압/전류 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기
제26항 또는 제 27항에 있어서, 상기 전력 증폭기는

상기 전력 모드에 따라 상기 모드 제어 전압을 변화시키고 상기 가변 전원 전압을 연속적으로 변화시키되, 상기 모드 제어 전압의 변화 시점에서 상기 가변 전원 전압을 불연속적으로 변화시키는 1단 전류/연속 전압 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
제26항 또는 제 27항에 있어서, 상기 전력 증폭기는

상기 전력 모드에 따라 상기 가변 전원 전압을 연속적으로 변화시키되, n개(n1, n은 정수)의 전력 모드 변화 시 마다 상기 가변 전원 전압을 불연속적으로 변화시키는 n 단 전류/연속전압 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
제26항 또는 제 27항에 있어서, 상기 전력 증폭기는

상기 전력 모드에 따라 상기 모드 제어 전압을 변화시키고 상기 가변 전원 전압을 연속적으로 변화시키되, 상기 모드 제어 전압의 변화 시점 이전에 상기 가변 전원 전압을 불연속적으로 변화시키는 2단 전류/연속 전압 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
제26항 또는 제 27항에 있어서, 상기 전력 증폭기는

상기 전력 모드에 따라 상기 모드 제어 전압을 변화시키고 상기 가변 전원 전압을 연속적으로 변화시키되, 상기 모드 제어 전압의 변화 시점 이후에 상기 가변 전원 전압을 불연속적으로 변화시키는 2단 전류/연속 전압 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
제26항에 있어서, 상기 제1 드라이버부는

상기 전력 모드에 따라 그 증폭 이득이 가변되는 가변 이득 증폭기인 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
제26항에 있어서, 상기 제2 드라이버부는

상기 모드 제어 전압에 의해 동작 바이어싱이 변화되어 상기 제5 임피던스 매칭 회로를 통해 전달되는 상기 제1 드라이버부 출력을 재증폭하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기.
전력 모드에 따라 전력 효율을 제어하는 전력 증폭기의 제어 방법에 있어서,

상기 전력 모드에 따라 상기 전력 증폭기의 동작 전원을 가변시키는 가변 전원 전압을 변화시키는 단계; 및

상기 전력 모드에 따라 상기 전력 증폭기의 동작 전류를 가변시키는 모드 제어 전압을 변화시키는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기 제어 방법.
제39항에 있어서, 상기 전력 증폭기 제어 방법은

상기 전력 모드에 따라 상기 가변 전원 전압 및 상기 모드 제어 전압을 n-1번(n1, n은 정수) 동시에 변화시키는 n단 전압/전류 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기 제어 방법.
제39항에 있어서, 상기 전력 증폭기 제어 방법은

상기 전력 모드에 따라 상기 모드 제어 전압을 변화시키고 난 후 상기 가변 전원 전압을 변화시키되, 상기 가변 전원 전압을 n-1번(n1, n은 정수) 변화시키는 n단 전압/전류 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기 제어 방법.
제39항에 있어서, 상기 전력 증폭기 제어 방법은

상기 전력 모드에 따라 상기 모드 제어 전압을 변화시키고 상기 모드 제어 전압의 변화 시점 이전에 상기 가변 전원 전압을 n-1번(n1, n은 정수) 변화시키고 상기 모드 제어 전압의 변화 시점 이후에 상기 가변 전원 전압을 m-1번(m1, m은 정수) 변화시키는 다단 전압/전류 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기 제어 방법.
제39항에 있어서, 상기 전력 증폭기 제어 방법은

상기 전력 모드에 따라 상기 가변 전원 전압을 연속적으로 변화시키되, n개(n1, n은 정수)의 전력 모드 변화 시 마다 상기 가변 전원 전압을 불연속적으로 변화시키는 n 단 전류/연속전압 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭기 제어 방법.