KR20080065552A - 증폭기, ｒｆ 증폭기 및 이를 포함하는 전자 장치 - Google Patents

증폭기, ｒｆ 증폭기 및 이를 포함하는 전자 장치 Download PDF

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Abstract

다중 모드 전력 증폭기 및 이러한 증폭기를 포함하는 전자 장치가 설명된다.

Description

증폭기, ＲＦ 증폭기 및 이를 포함하는 전자 장치{MULTIPLE OUTPUT POWER MODE AMPLIFIER}
본 발명은 다중 모드 전력 증폭기 및 이러한 증폭기를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.
전 세계적으로 무선 장치는 다수의 부품 내 어디에나 존재한다. 예컨대, 이동 전화기, PDA 및 휴대용 컴퓨터(예컨대, 랩탑 컴퓨터)와 같은 휴대용 무선 장치는 (필수적인 것은 아니지만) 편의품이다.
널리 보급되는 것 외에, 무선 장치는 더 작고 가벼워지고 있다. 흔히, 이는 물리적 크기를 감소시키므로 장치에 전력을 공급하는 배터리의 전력도 감소시킨다. 이와 동시에 배터리는 더 작아지고, "사용 시간"(예컨대, 이동 전화의 통화 시간 또는 랩탑 컴퓨터 또는 PDA의 증가한 컴퓨팅 시간)은 더 많이 요구하고 있다. 알 수 있듯이, 증가하는 사용 시간에 대한 요구는 배터리의 전력을 증가시킴으로써 쉽게 충족될 수 있다. 배터리 전력 증가는 흔히 배터리의 물리적 크기 증가를 필요로 한다. 이에 따라, 배터리 크기를 감소시키는 목적은 이용가능한 배터리 전력을 증가시키는 목적과 대립한다. 이는 무선 장치에서 소형 배터리의 배터리 수명을 증가시키기 위한 연구 선택을 야기해 왔다.
다수의 휴대용 무선 장치에서, 무선 주파수(RF) 전력 증폭기는 장치의 전체 시스템의 전력 중 상당 부분을 소비한다. 따라서, RF 전력 증폭기의 열등한 효율은 전체 시스템의 효율을 저하하고, 배터리를 빨리 소모시키며, 사용 시간을 감소시킨다. 이러한 이유로, 본 분야에서 다수의 연구는 RF 전력 증폭기의 효율 증가에 집중된다. RF 전력 증폭기가 보다 효율적이면, 배터리의 전력 소모는 감소한다. 이는 배터리 충전 당 장치의 사용 시간을 증가시킨다.
본 발명은 무선 디바이스에서 RF 전력 증폭기의 효율을 개선하는 것이다.
예시적인 실시예에 따르면, 증폭기는 고전력 신호 경로와, 저전력 신호 경로 및 바이패스 신호 경로를 포함한다. 입력단과 바이패스 신호 경로 사이에 어떠한 무선 주파수(RF) 스위치도 제공되지 않는다.
다른 예시적인 실시예에 따르면, 무선 주파수(RF) 증폭기는 제 1 증폭기 및 제 2 증폭기를 포함하는 고전력 신호 경로와, 제 2 증폭기를 포함하는 저전력 신호 경로와, 전력 증폭기(PA) 바이패스 네트워크를 포함하는 바이패스 전력 신호 경로를 포함한다. RF 증폭기는 바이패스 전력 신호 경로 및 고전력 신호 경로 또는 저전력 신호 경로 중 어느 하나에 전력을 공급하도록 구성된 임피던스 매칭 및 전력 분배 네트워크도 포함한다.
또 다른 대표 실시예에 따르면, 전자 장치는 무선 주파수(RF) 증폭기를 포함한다. RF 증폭기는 고전력 신호 경로와, 저전력 신호 경로 및 바이패스 신호 경로를 포함한다. 입력단과 바이패스 신호 경로 사이에 어떠한 무선 주파수(RF) 스위치도 제공되지 않는다.
전력 증폭기의 전력 모드를 제어하는데 스위치를 사용하지 않음으로써 전력 증폭기의 제조 비용 및 크기가 감소 될 수 있다.
대표적인 실시예는 첨부 도면과 함께 읽는 경우에 후속하는 상세한 설명으로부터 최대한 이해된다. 다양한 형상부가 반드시 실제 크기대로 도시되는 것은 아니다. 실제로, 논의의 명료성을 위해 치수는 증가 또는 감소할 수 있다. 응용 및 실시하는 경우마다, 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어 '하나의'는 하나 또는 하나 이상으로 정의된다.
본 명세서에서 사용된 용어 '복수의'는 2 개 또는 2 개 이상으로 정의된다.
용어 'PA'는 전력 증폭기의 약자이며, 특히 종래 기술(prior art)의 약자가 아니다.
제한이 아닌 설명을 위한 후속하는 상세한 설명에서, 본 교시에 따른 예시적인 실시예를 완전히 이해하기 위해 특정 세부사항이 설명된다. 그러나, 당업자는 본 명세서에 개시된 특정 세부사항에서 벗어나는 본 개시에 따른 다른 실시예가 첨부되는 특허청구범위의 범주 내에 있음을 알 것이다. 또한, 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 물질 및 방법에 대한 설명은 예시적인 실시예의 설명을 불명료하게 하지 않도록 생략될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 당업자의 범위 내에 존재하는 이러한 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 물질 및 방법은 예시적인 실시예에 따라 사용 될 수 있다. 이러한 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 물질 및 방법은 본 교시의 범위 내에 명백하게 존재한다. 또한, 다중 모드 증폭기에 관하여 설명되었지만, 본 교시는 증폭기 외에 다른 유형의 회로에도 적용될 수 있다.
특정 대표 실시예에서, 스위치는 증폭기 회로의 전력 모드(즉, 바이패스, 저전력, 고전력)를 제어하는 데 사용되지 않는다. 예컨대, 계전기, 마이크로머신형 스위치, 트랜지스터 스위치, PIN 다이오드 스위치 및 쇼트키 다이오드 스위치와 같은 스위치는 포함되지 않는다. 알 수 있듯이, 이들 스위치 및 외부 제어 회로는 비교적 크고 고가이다. 따라서 스위치 및 외부 제어 회로를 사용하지 않음으로써, 증폭기의 원가 및 전용 영역이 비교적 감소할 수 있다.
도 1은 대표 실시예에 따른 다중 전력 모드 전력 증폭기(PA)(100)의 개략도이다. 유리하게, PA(100)는 입력단(101)에서 적어도 바이패스 스위치 회로를 포함하지 않으면서 비교적 고효율을 제공한다. 바꾸어 말하면, PA(100)는 신호가 상이한 신호 경로를 따라 흐르게 하도록 입력단(101)에서 적어도 스위치 또는 스위칭 장치를 포함하지 않는다.
PA(100)는 입력단(101)을 가진 임피던스 매칭 및 전력 분배 네트워크(102), 입력 신호를 증폭하도록 구성된 드라이버(103), 드라이버(103)에 접속된 제 1 임피던스 매칭 네트워크(104) 및 제 1 임피던스 매칭 네트워크(104)에 접속된 제 2 임피던스 매칭 네트워크(106)를 통해 드라이버(103)에 의해 증폭된 전력을 수신하는 전력단(107)을 포함한다. 전력단(107)은 제 2 매칭 네트워크(106)로부터의 신호를 재증폭하고, 그 신호를 제 3 임피던스 매칭 네트워크(108) 및 제 4 임피던스 매칭 네트워크(110)에 공급하도록 구성된다. 최종적으로 신호는 PA(100)의 출력단(111)에 공급된다.
PA(100)는 PA 바이패스 네트워크(112) 및 임피던스 변환 네트워크(113)도 포함한다. PA 바이패스 네트워크(112)가 연동되는 경우에 임피던스 매칭 및 전력 분배 네트워크(102)로부터의 신호는 증폭단을 바이패스한다. 이 신호는 네트워크(113)에 공급되고 최종적으로 제 4 임피던스 매칭 네트워크를 경유하여 출력단(111)에 공급된다.
본 명세서에 보다 완전히 설명되는 바와 같이, 대표 실시예의 바이패스 신호 경로는 임피던스 매칭 및 전력 분배 네트워크(102)에서 신호 분배를 시작한다. 바이패스 신호는 PA 바이패스 네트워크(112)와 임피던스 변환 네트워크(113)를 통과하고, 제 4 임피던스 매칭 네트워크(110)에 입력된다. 유리하게, 입력단(101)과 바이패스 신호 경로 사이에서, 어떠한 RF 스위치도 제공되지 않는다. 이는 RF 증폭기로의 입력단에서의 신호의 제어가 RF 스위치에 의해 실행되는 소정의 알려진 전력 증폭기와는 다르다.
저전력 신호 경로는 네트워크(102)에서 신호 분배를 시작한다. 저전력 신호는 드라이버(103), 제 1 임피던스 매칭 네트워크(104), 임피던스 변환 네트워크(113)를 통과하고, 제 4 임피던스 매칭 네트워크(110)에 입력된다.
고전력 신호 경로는 네트워크(102)에서 신호 분배를 시작한다. 신호는 드라이버(103), 제 1 및 제 2 임피던스 매칭 네트워크(105,106), 전력단(107) 및 제 4 임피던스 매칭 네트워크(110)를 통과한다.
특히, 저전력 모드 및 고전력 모드에서 사용된 PA(100)의 부품의 기능 및 부품의 특정 세부사항에 대한 설명은 현재 Kim 등의 "Multiple Power Mode Amplifier with Bias Modulation Option and without Bypass Switches"라는 명칭의 미국 특허 공개 2005/0080083117 A1에서 발견될 수 있다. 공통으로 양도된 공보(출원)의 개시는 특히 본 명세서에서 참조로써 인용된다.
임피던스 변환 네트워크(113)는 바이패스 모드, 저전력 모드 또는 고전력 모드에 적절히 대응하는 임피던스를 변환하는 임피던스 변환 회로이다. 바이패스 모드에서, 임피던스 변환 네트워크(113)는 드라이버(103) 및 전력단(107)을 바이패스하는 경로(바이패스 모드 신호 경로)를 형성하여, PA 바이패스 네트워크의 출력이 노드(109)를 통해 증폭기 출력단(111)에 전달된다.
저전력 모드에서, 임피던스 변환 네트워크(113)는 전력단(107)을 통과하지 않는 경로(저전력 신호 경로)를 형성하여, 드라이버(103)의 출력이 노드(105)를 통해 노드(109) 및 PA(100)의 출력단(111)에 전달된다.
고전력 모드에서, 임피던스 변환 네트워크(113)는 PA 바이패스 네트워크(112) 및 제 1 임피던스 매칭 네트워크(104)에 의해 관찰되는 비교적 높은 입력 임피던스를 제공함으로써, 드라이버(103)와 전력단(107)을 통해 출력단(111)까지의 경로를 형성한다. 알 수 있듯이, 바이패스 모드는 최저 전력 소비를 제공하고, 저전력 모드는 중간 레벨 전력 소비를 제공하며, 고전력 모드는 PA(100)의 최대 전력 소비를 제공한다.
전압 제어기(114)는 드라이버(103), 전력단(107) 및 PA 바이패스 네트워 크(112)에 접속된다. 제어기(114)는 상황에 따라 특정 전력 모드(즉, 바이패스 전력 모드, 저전력 모드 및 고전력 모드)를 연동시키도록 구성된다. 전압 제어기(114)는 전력단(107), 드라이버(103) 및 PA 바이패스 네트워크(112)에 인가된 전압을 조정한다. 본 명세서에 보다 완전히 설명되는 바와 같이, 이들 부품으로의 전압의 선택적 인가는 필요하다면 '온' 또는 '오프'로 나타내어 이들 전력 모드를 연동시킨다. 제어기(114)는 소프트웨어, 하드웨어 또는 펌웨어 또는 이들의 조합으로 구현되어 언급된 PA(100)의 부품의 필요한 로직 제어를 제공할 수 있다.
고전력 모드에서, 제어기(114)는 드라이버(103)의 트랜지스터(도시 생략)의 적절한 동작을 위해 드라이버(103)에 전압을 인가한다. 드라이버(103)가 '온'되면, 임피던스 매칭 네트워크(102)의 제 1 출력단(115)으로부터의 입력 신호는 드라이버(103)에 의해 증폭된다. 증폭된 신호는 제 1 입력 임피던스 매칭 네트워크(104)에 입력되고 이어서 제 2 임피던스 매칭 네트워크(106)에 입력된다. 그 다음, 신호는 전력단(107)에 입력된다. 고전력 모드에서, 전압 제어기(114)는 전력단(107)의 트랜지스터(도시 생략)의 작동에 적절한 전압을 인가한다. 이처럼, 전력단(107)에 입력된 신호는 더 증폭되고, 제 3 및 제 4 임피던스 매칭 네트워크(108,110)를 각각 통과한 후, 신호는 PA(100)의 출력단(111)에 공급된다.
고전력 모드에서, 전력단(107)은 '온'되고 제 1 임피던스 매칭 네트워크(104)로부터 관찰된 전력단(107)의 입력 임피던스 ZIN -PS은 저전력 신호 경로의 입력 임피던스 ZIN -L 및 제 1 임피던스 매칭 네트워크(104)로부터 관찰된 바이패스 신 호 경로의 입력 임피던스 ZIN -BP보다 낮다. 제 3 임피던스 매칭 네트워크(108) 및 제 4 임피던스 매칭 네트워크(110)와 함께 임피던스 변환 네트워크(113)를 조합하여, 바이패스 신호 경로의 입력 임피던스 ZIN -BP 및 저전력 신호 경로의 입력 임피던스 ZIN -L를 고전력 모드 내의 전력단(107)의 ZIN -PS보다 훨씬 높게 증가시킨다.
제 2 임피던스 매칭 네트워크(106)는 고전력 모드에서 단간 매칭(interstage matching)을 제공하면서 제 1 임피던스 매칭 네트워크(104)로부터 관찰된 임피던스 레벨을 증가시키도록 작동한다. 따라서, 드라이버(103)에 의해 증폭되고 노드(105)에 전달된 대부분의 전력은 제 3 임피던스 매칭 네트워크(108) 및 제 4 임피던스 매칭 네트워크(110)에 의해 임피던스 변환 네트워크(113)로의 전력 누설을 최소화하면서 전력단(107)에 의해 증폭되고 전력 PA(100)의 출력단(111)에 전달된다.
저전력 모드에서, 출력단(115)으로부터의 신호는 드라이버(103)에 공급되는데, 이는 상술한 제어기(114)로부터의 전압에 의해 바이어싱된다. 그러나, 현재 설명되고 있는 동작 모드에서, 전력단(107)은 제어기(114)에 의해 인가된 전압에 의해 턴오프되고, 제 1 임피던스 매칭 네트워크(104)로부터 관찰된 전력단(120)의 입력 임피던스 ZIN -PS는 제 1 임피던스 매칭 네트워크(104)로부터 관찰된 임피던스 변환 네트워크(113)를 통한 경로의 입력 임피던스 ZIN - ITN보다 높다. 따라서, 노드(105)에서, 신호는 임피던스 변환 네트워크(113)로 이동한다. 네트워크(113)는 비교적 높은 입력 임피던스를 비교적 낮은 출력 임피던스로 변환한다. 이어서 신호는 제 4 입력 임피던스 매칭 네트워크(110) 및 출력단(111)에 입력된다.
유리하게, PA 바이패스 네트워크(112)는 비교적 고도의 차단(노드(105)에 의해 관찰되는 하이 임피던스 ZOUT - BPN)을 제공한다. 이는 노드(105)에서 네트워크(112)로의 상당한 전류 누설을 유용하게 방지함으로써, 저전력 모드 내의 PA(100)의 효율을 개선한다. 또한, 임피던스 변환 네트워크(113)는 제 3 임피던스 매칭 네트워크(108) 및 제 4 임피던스 매칭 네트워크(110)와 함께 저전력 모드 내의 제 1 임피던스 매칭 네트워크(104)로부터 관찰되는 임피던스 레벨을 낮추도록 구성된다. 따라서, 드라이버(103)에 의해 증폭되고, 노드(105)에 전달되며, 임피던스 변환 네트워크(113)에 입력되는 신호의 전력량은 전력단(107)에 입력되는 전력량보다 상당히 많다. 마지막으로, 노드(109)로부터 전력단(107)으로의 역누설은 전력단(107)에 의해 제공되는 차단 및 임피던스 매칭 네트워크(108,110)의 작동 때문에 최소이다.
바이패스 모드에서, 드라이버(103)와 전력단(107) 양자 모두로의 입력을 제공하는 전압 제어기(114)는 이들을 턴오프한다. 임피던스 매칭 및 전력 분배 네트워크(102)의 제 2 출력단(116)으로부터 신호는 PA 바이패스 네트워크(112)에 공급된다. 네트워크(112)에 인가된 전압은 네트워크(112)의 부품(도 1에서 도시 생략)을 턴온한다. 이러한 모드에서, 제 2 출력단(116)으로부터의 신호는 네트워크(112) 및 임피던스 변환 네트워크(113)에 입력된다.
네트워크(112)의 출력단에서 관찰되는 전력단(107)으로의 입력 임피던스 ZIN-PS는 비교적 높고, 노드(105)로의 누설 전류가 거의 발생하지 않는다. 따라서, 사실상 네트워크(112)의 출력단으로부터의 모든 신호는 임피던스 변환 네트워크(113)에 입력된다. 상술한 바와 같이, 임피던스 변환 네트워크(113)의 입력 임피던스는 비교적 높고, 출력 임피던스는 비교적 낮다. 노드(109)에서, 바이패스 신호는 제 4 임피던스 매칭 네트워크(110)에 입력되고 증폭기 출력단(111)에 공급된다.
바이패스 모드의 사용은 PA(100)를 포함하는 장치의 전력 소비를 감소시키는 데 유용할 수 있다. 유리하게, 이러한 장치의 사용 시간을 가능한 증가시키면서 장치의 배터리의 크기 및 용량을 더 작게 제조할 수 있다. 예컨대, 입력단(101)은 특정 전력 레벨을 공급하는 구동 회로(도시 생략)로부터일 수 있다. 특정 동작 모드에서, PA(100)를 포함하는 전자 장치는 구동 회로에 의해 공급된 전력 레벨 이하(예컨대, 약 5 dBm 내지 약 10 dBm)의 증폭을 필요로 하지 않을 수도 있다. 이와 같이, 특정 동작 모드에서, 전자 장치는 저전력 모드 또는 고전력 모드를 필요로 하지 않을 수도 있다. 이러한 동작 모드에서, 대표 실시예의 바이패스 모드가 연동될 수 있음에 따라, 전자 장치의 전력 소비 및 배터리 요구조건은 감소할 수 있다.
PA 바이패스 네트워크(112)는 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 도 2a 및 도 2b는 대표 실시예에 따라 각각 수동 부품 및 능동 부품과 수동 부품의 조합으로 구현된 2 개의 PA 바이패스 네트워크(112)의 개략도이다.
도 2a에 도시된 대표 실시예에서, 네트워크(112)는 바이패스 증폭기(201) 및 바이패스 임피던스 매칭 네트워크(202)를 포함한다. 증폭기(201)는 하나 이상의 비교적 저전력 트랜지스터를 가진 비교적 저전력 증폭기이다. 따라서, 증폭기(201)의 전류 요구는 비교적 적다. 다른 이점 중에서, 증폭기(201)의 물리적 크기는 작을 수 있고, 바이패스 모드의 효율은 비교적 클 수 있다.
대표 실시예에서, 바이패스 증폭기(201)는 저전력 트랜지스터를 포함하고, 양호한 선형성 및 효율을 위해 바이패스 신호 경로의 높은 입력 임피던스 ZIN-BP를 필요로 한다. 상술한 바와 같이, 바이패스 신호 경로의 입력 임피던스 ZIN-BP는 제 3 임피던스 매칭 네트워크(108) 및 제 4 임피던스 매칭 네트워크(110)와 함께 임피던스 변환 네트워크(113)에 의해 비교적 높은 임피던스로 변환된다. 따라서, 바이패스 증폭기(201)는 실질적으로 임피던스 매칭되고, 바이패스 임피던스 매칭 네트워크(202)로 다른 최적화가 달성될 수 있다.
바이패스 모드에서, 비교적 작은 증폭기(201)의 트랜지스터(들)의 대기 전류(quiescent current)는 미미하다. 알 수 있듯이, 이는 PA(100)의 전체 효율 개선을 제공한다. 또한, 증폭기(201)의 비교적 작은 트랜지스터(들)는 비교적 높은 출력 임피던스를 갖는다. 이에 따라, 저전력 또는 고전력 모드에서, 증폭기(201)는 양호한 차단을 제공하므로 노드(104,109)로부터의 역누설 전류가 거의 없게 한다.
증폭기(201)는 저전력/저이득 증폭기인 것이 바람직하지만, 증폭기(201)는 현재 설명된 실시예에서 소정의 이득을 제공할 수 있다. 이렇게 추가된 이득은 입력단(101)에서의 신호의 필수 입력 전력 레벨을 감소시킨다. 알 수 있듯이, 이는 신호원에서의 전류 소비를 감소시키게 하며, 차례로, 증폭기(201)의 전류 소비를 감소시킨다. 결국, 이것은 PA(100)의 효율 개선을 제공한다. 또한, 바이패스 증폭기(201)의 단의 개수를 증가시킴으로써, 바이패스 모드에서 상당한 이득이 쉽게 획득될 수 있다.
도 2b의 네트워크(112)는 전송선, 인덕터 및 캐패시터의 네트워크(도시 생략)와 같은 수동 부품을 포함한다. 그러나, 신호가 임피던스 매칭 및 전력 분배 네트워크(102)에 의해 분배되는 경우에 전류 누설이 존재할 수 있다. 또한, 수동 부품의 비교적 좋지않은 차단은 원치않는 발진을 초래할 수 있다. 따라서, 뛰어난 차단을 제공하기 위해, 네트워크(112)의 수동 바이패스 매칭 네트워크 및 스위치 회로(203)에 RF 스위치(도시 생략)가 포함될 수 있다. 특히, 바이패스 매칭 네트워크 및 스위치 회로(203)에 일체화된 RF 스위치는 저전력 (소형) 장치이다. 이 때문에, 이 스위치가 고전력 모드 신호 경로에 직접 접속되지 않고, 이러한 스위치를 통해 RF 전력량이 조금만 흐르므로(예컨대, 약 5 dBm 내지 약 10 dBm), 저전력 RF 스위치는 충분하다. 따라서, 다른 삽입 손실 및 비용은 비교적 적다. 또한, 저전력 모드 또는 고전력 모드가 연동되면, 바이패스 매칭 네트워크 및 스위치 회로(203)는 상당한 차단을 제공하여 (예컨대, 저전력 모드 내의 노드(105)로부터의) 역누설 전류는 미미하다.
개시의 이러한 논점에 대해 설명된 실시예는 3 모드 동작, 즉, 바이패스 모 드, 저전력 모드 및 고전력 모드 동작에 관한 것이다. 어떤 응용에서는, 바이패스 모드 및 고전력 모드만 제공하는 것이 유용할 수 있다. 오히려 부품 및 동작가능 레벨을 간단히 수정하면, PA(100)는 이러한 방식으로 기능하도록 구성될 수 있다. 2 모드 PA(100)의 부품 및 이들의 기능은 3 모드 증폭기와 관련하여 설명된 실시예와 상당한 공통점을 공유한다. 따라서, 다수의 세부사항이 생략되어 본 실시예의 설명을 불명료하게 하는 것이 방지된다.
2 모드 동작에서 고전력 동작 모드는 실질적으로 3 모드 동작과 관련하여 설명된 바와 같다. 전력단 증폭기(107)에 턴오프 전압을 입력하지 않도록 전압 제어기(114)를 수정함으로써 저전력 모드가 제거되고, 이로써 저전력 모드의 단일단 증폭이 제거된다. 보다 구체적으로, 바이패스 모드는 기능 및 부품 요구조건이 다르다.
바이패스 모드에서, 임피던스 매칭 및 전력 분배 네트워크(102)의 출력단(116)에서의 신호에 제공되는 이득은 넓은 범위 및 최대값을 갖는다. 예컨대, 상술한 대표 실시예에서, 입력단(101)에서의 신호는 약 5 dBm 내지 약 10 dBm의 범위 내에 있었고, 바이패스 신호 경로의 이득은 비교적 작았었다. 이러한 설명에 따라, 예시적인 2 모드 증폭기의 바이패스 모드는 출력단(111)에서의 신호에 약 16 dBm 내지 약 19 dBm 만큼의 전력 레벨을 공급하기에 충분한 이득을 제공해야 한다. 이처럼, 본 실시예에서, 바이패스 모드의 출력 전력의 범위는 약 5 dBm 내지 약 19 dBm이다.
대표 실시예에서, 바이패스 모드의 이득은 단의 개수 및 동작 대기 전류를 증가시킴으로써 쉽게 증가할 수 있다. 또한, 바이패스 모드의 출력 전력 레벨은 증폭기(201)의 트랜지스터 크기를 크게 함으로써 증가할 수 있다. 이는 대기 전류도 증가시킬 것이다. 동작시에, 바이패스 증폭기(201)의 최대 구동 지점이 도달되면, 전압 제어기(114)는 PA 바이패스 네트워크(200)를 턴오프하고 드라이버(103) 및 전력단(107)을 턴온함으로써 고전력 모드로 스위칭한다.
2 모드 증폭기가 단순함과 같은 이점을 갖지만, 이러한 동작 모드는 비용이 든다. 특히, 더 많은 이득 요구조건을 충족시키기 위해 증폭기(201)의 크기가 증가하면, 바이패스 모드의 대기 전류는 증가한다. 이는 바이패스 모드에서의 전류 소비에 악영향을 줄 것이므로, 효율이 감소할 것이다. 그러나, 스위칭 지점의 개수가 2 개에서 1 개로 감소함으로 인한 이점이 존재할 가능성이 있다. 이 때문에, 그리고 알 수 있듯이, 바이패스 모드에서 저전력 모드로(즉, 약 10 dBm) 및 저전력 모드에서 고전력 모드로(약 16 dBm 내지 약 19 dBm)의 각 스위칭 지점에서, 증폭기 효율의 현저한 감소가 존재한다. 따라서, 모드의 수를 감소시킴에 따라 스위칭 지점의 수도 감소함으로써, 증폭기의 전체 효율은 동작 범위에 걸쳐 비슷할 수 있다.
도 3a는 대표 실시예에 따른 3 모드 증폭기의 출력 대 이득을 나타낸 그래프이다. 바이패스 모드의 이득(301)은 저전력 모드의 이득(302)보다 낮다. 고전력 모드의 이득(303)은 다른 모드보다 높다. 특히, 바이패스 모드의 이득(301)은 시스템 요청에 따라 조정가능하다. 이득 곡선들 사이의 각 수직선은 모드들 간의 스위칭 지점을 나타낸다.
도 3b는 3 가지 모드의 동작에 대한 출력 대 전력 증폭기 효율(PAE)을 나타 낸 그래프이다. 특히, 일관성을 위해 도 3b의 전력 증폭기 효율은 도 3a의 그래프의 출력에 대응한다. 바이패스 모드는 PA(100)의 초기 턴온으로부터 저전력 모드까지 스위칭 지점(수직선)까지의 PAE(304)를 도시한다. 저전력 모드에서, 저전력 모드의 범위에 걸쳐 PAE(305)가 도시되고, PAE(306)는 고전력 모드의 범위에 대해 도시된다. 특히, 각 스위칭 지점에서, 예상한 대로, 도시된 바와 같이 효율은 떨어진다.
도 3c는 2 모드 증폭기에 대한 출력 대 전력 증폭기 효율(PAE)을 나타낸 그래프이다. 특히, 도 3c의 그래프는 동작의 바이패스 모드 및 고전력 모드의 효율을 도시한다. 2 모드 증폭기는 상술되었고, 바이패스 신호 경로의 동작 범위를 확장함으로써 저전력 모드를 생략한다. 바이패스 모드에서 PAE(307)는 상술한 설명에 따라 약 5 dBm 내지 약 19 dBm로 확장할 수 있다.
도 4는 대표 실시예에 따른 전자 장치(400)의 개념도이다. 장치(400)는 예시적으로 디스플레이(401), 인터페이스(402) 및 안테나(403)를 포함한다. 또한, 장치(400)는 상술된 전력 PA(100)를 포함한다. 대표 실시예에서, 장치(400)는 이동(셀룰러) 전화기, PDA, 휴대용 컴퓨터, 휴대용 영상 재생기, 휴대용 카메라, 휴대용 음악 재생기, 휴대용 게임 장치 또는 이들 장치 중 하나 이상의 조합일 수 있다. 언급된 장치는 예시적일 뿐이며 본 교시에 의해 제공되는 개선에 대한 필요성을 가지는 다른 장치도 고려된다.
예시적인 실시예와 관련하여, 다중 모드 전력 증폭기 및 다중 모드 전력 증폭기를 포함하는 전자 장치가 설명된다. 당업자는 본 개시에 따른 다수의 변경이 가능하며 첨부되는 특허청구범위의 범주 내에 존재함을 알 것이다. 명세서, 도면 및 특허청구범위를 읽은 후에 당업자에게 이들 및 다른 변경이 명백해질 것이다. 따라서 본 발명은 첨부되는 특허청구범위의 사상 및 범주 내에 포함되는 것 외에는 제한해서는 안 된다.
도 1은 대표 실시예에 따른 다출력 전력 모드 증폭기의 개략도이다.
도 2a는 전력 증폭기(PA) 바이패스 네트워크의 개략도이다.
도 2b는 대표 실시예에 따른 전력 증폭기(PA) 바이패스 네트워크의 블록도이다.
도 3a는 대표 실시예에 따른 (비교적인) 이득 특성 대 출력 전력 모드를 나타낸 그래프이다.
도 3b는 대표 실시예에 따른 비교적인 전력 증폭 효율(PAE) 대 출력 전력 모드를 나타낸 그래프이다.
도 4는 대표 실시예에 따른 전자 장치의 개념도이다.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
102 : 임피던스 매칭 및 전력 분배 네트워크
103 : 드라이버 104 : 제 1 임피던스 매칭 네트워크
106 : 제 2 임피던스 매칭 네트워크 107 : 전력단
108 : 제 3 임피던스 매칭 네트워크 110 : 제 4 임피던스 매칭 네트워크
112 : PA 바이패스 네트워크 113 : 임피던스 변환 네트워크

Claims (20)

  1. 고전력 신호 경로와,
    저전력 신호 경로와,
    바이패스 신호 경로를 포함하되,
    입력단과 상기 바이패스 신호 경로 사이에 어떠한 무선 주파수(RF) 스위치도 제공되지 않는
    증폭기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 입력단과 상기 신호 경로들 각각 사이에 임피던스 매칭 및 전력 분배 네트워크를 더 포함하되,
    상기 임피던스 매칭 및 전력 분배 네트워크는 입력 신호의 전력의 절반을 상기 바이패스 신호 경로에 공급하도록 구성된
    증폭기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 임피던스 매칭 및 전력 분배 네트워크는 상기 입력 신호의 전력의 절반을 상기 고전력 신호 경로 또는 상기 저전력 신호 경로 중 하나에 공급하도록 구성된
    증폭기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 바이패스 신호 경로는 실질적으로 이득이 없거나 실질적으로 이득이 낮은 출력단에 입력 신호를 전송하도록 구성된 전력 증폭기(PA) 바이패스 네트워크를 더 포함하는
    증폭기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 PA 바이패스 네트워크는 바이패스 증폭기 및 바이패스 임피던스 매칭 네트워크를 더 포함하는
    증폭기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 저전력 신호 경로가 상기 입력 신호의 상당 부분을 전달하지 못하도록 구성되면서, 상기 고전력 신호 경로를 연동시켜 출력단에 입력 신호를 전달하도록 구성된 제어기를 더 포함하는
    증폭기.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 PA 바이패스 네트워크는 수동(passive) 바이패스 임피던스 매칭 네트워크 및 스위칭 회로를 더 포함하는
    증폭기.
  8. 무선 주파수(RF) 증폭기에 있어서,
    제 1 증폭기 및 제 2 증폭기를 포함하는 고전력 신호 경로와,
    상기 제 2 증폭기를 포함하는 저전력 신호 경로와,
    전력 증폭기(PA) 바이패스 네트워크를 포함하는 바이패스 전력 신호 경로와,
    상기 바이패스 전력 신호 경로 및 상기 고전력 신호 경로 또는 상기 저전력 신호 경로 중 어느 하나에 전력을 공급하도록 구성된 임피던스 매칭 및 전력 분배 네트워크를 포함하는
    RF 증폭기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 바이패스 전력 신호 경로는 출력단에서 입력 임피던스를 반전시키도록 구성된 임피던스 변환 네트워크를 더 포함하는
    RF 증폭기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 PA 바이패스 네트워크는 비교적 높은 출력 임피던스를 갖고 상기 임피 던스 변환 네트워크의 입력단에 접속되는
    RF 증폭기.
  11. 제 8 항에 있어서,
    제어기를 더 포함하되,
    상기 제어기는 선택적으로,
    고전력 모드를 연동시키도록 상기 제 1 증폭기 및 상기 제 2 증폭기를 턴온하고,
    저전력 모드를 연동시키도록 상기 제 1 증폭기를 턴오프하고 상기 제 2 증폭기를 턴온하며,
    바이패스 모드에서 상기 PA 바이패스 네트워크를 턴온하고 상기 제 1 및 제 2 증폭기를 턴오프하도록 구성된
    RF 증폭기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 저전력 신호 경로는 비교적 높은 입력 임피던스 및 비교적 낮은 출력 임피던스를 가진 임피던스 변환 네트워크를 더 포함하는
    RF 증폭기.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 PA 바이패스 네트워크의 출력단은 상기 임피던스 변환 네트워크의 입력단에 접속되고, 상기 임피던스 변환 네트워크는 비교적 높은 출력 임피던스를 제공하는
    RF 증폭기.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 임피던스 매칭 및 전력 분배 네트워크는 상기 바이패스 전력 신호 경로에 입력 신호의 전력의 거의 절반을 공급하도록 구성된
    RF 증폭기.
  15. 무선 주파수(RF) 증폭기를 포함하되,
    상기 무선 주파수(RF) 증폭기는,
    고전력 신호 경로와,
    저전력 신호 경로와,
    바이패스 신호 경로를 더 포함하며,
    입력단과 상기 바이패스 신호 경로 사이에 어떠한 무선 주파수(RF) 스위치도 제공되지 않는
    전자 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 고전력 신호 경로는 제 1 증폭기와 제 2 증폭기를 포함하고,
    상기 저전력 신호 경로는 상기 제 2 증폭기를 포함하며,
    상기 바이패스 전력 신호 경로는 전력 증폭기(PA) 바이패스 네트워크를 포함하되,
    상기 RF 증폭기는 상기 바이패스 전력 신호 경로 및 상기 고전력 신호 경로 또는 상기 저전력 신호 경로 중 어느 하나에 전력을 공급하도록 구성된 임피던스 매칭 및 전력 분배 네트워크를 더 포함하는
    전자 장치.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 전자 장치는 이동 전화기, PDA, 휴대용 컴퓨터, 휴대용 카메라, 휴대용 영상 재생기, 휴대용 음악 재생기, 휴대용 게임 장치 중 하나 또는 하나 이상의 조합인
    전자 장치.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 PA 바이패스 네트워크는 비교적 높은 출력 임피던스를 갖고 임피던스 변환 네트워크의 입력단에 접속되는
    전자 장치.
  19. 제 16 항에 있어서,
    제어기를 더 포함하되,
    상기 제어기는 선택적으로,
    고전력 모드를 연동시키도록 상기 제 1 증폭기 및 상기 제 2 증폭기를 턴온하고,
    저전력 모드를 연동시키도록 상기 제 1 증폭기를 턴오프하고 상기 제 2 증폭기를 턴온하며,
    바이패스 모드에서 상기 PA 바이패스 네트워크를 턴온하고 상기 제 1 및 제 2 증폭기를 턴오프하도록 구성된
    전자 장치.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 임피던스 매칭 및 전력 분배 네트워크는 상기 바이패스 전력 신호 경로에 입력 신호의 전력의 거의 절반을 공급하도록 구성된
    전자 장치.
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