KR20160086678A - 비선형 증폭단을 이용한 선형 증폭기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비선형 증폭단을 이용한 선형 증폭기에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 캐스케이드 연결된 제1 증폭기 및 제2 증폭기를 포함하는 선형 증폭기에 있어서, 상기 제1 증폭기의 게이트 단에 제1 바이어스 전압을 인가하고 상기 제2 증폭기의 게이트 단에 상기 제1 바이어스 전압보다 높은 제2 바이어스 전압을 인가하는 바이어스 전압 발생기를 포함하며, 상기 제1 증폭기 및 상기 제2 증폭기는 임의의 출력 전력 구간 내에서 비선형 이득의 특성을 가지되, 상기 제1 증폭기는 상기 출력 전력의 증가에 따라 상기 이득의 변화가 증가하는 형태를 가지고 상기 제2 증폭기는 상기 이득의 변화가 감소하는 형태를 가지는 비선형 증폭단을 이용한 선형 증폭기를 제공한다.
상기 비선형 증폭단을 이용한 선형 증폭기에 따르면, 캐스케이드로 형성되는 각각의 증폭단은 비선형 특성을 가지되 최종 출력 전력은 선형 특성을 가지도록 하여 증폭기의 선형성을 보장함은 물론이며 전력 변환 효율을 증대시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

비선형 증폭단을 이용한 선형 증폭기{Linear amplifier using nonlinear gain stages}
본 발명은 비선형 증폭단을 이용한 선형 증폭기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 캐스케이드로 형성되는 다단의 증폭단은 비선형 특성을 가지되 증폭기의 최종 출력 전력은 선형 특성을 가지도록 구현하는 비선형 증폭단을 이용한 선형 증폭기에 관한 것이다.
일반적으로 무선 단말기에 사용되는 전력 증폭기는 2단 이상의 증폭기로 형성된다. 이는 전력 증폭기에서 요구되는 전력 혹은 전압 이득을 확보하기 위함이다. 간단한 예로서 2단으로 형성되는 전력 증폭기는 구동 증폭단과 전력 증폭단으로 형성된다. 구동 증폭단은 전체 전력 증폭기의 이득을 확보하기 위한 목적으로 사용되어 전력 증폭단을 구동하는 역할을 수행하고 전력 증폭단은 최종 출력 전력이 요구되는 값을 달성할 수 있도록 하는 역할을 수행한다.
전력 증폭기에서는 전력 증폭단을 어떻게 설계하느냐에 따라 최종 출력 전력이 결정되므로 전력 증폭단의 설계가 매우 중요하다. 일반적으로 구동 증폭단은 높은 전력 이득을 확보할 수 있도록 설계하며 전력 증폭단은 높은 출력 전력을 확보할 수 있도록 설계한다.
전력 증폭기의 핵심 설계 지표 중 하나는 입력 전력과 출력 전력 사이의 선형성 확보이다. 출력 전력과 선형성은 서로 트레이드 오프(Trade-Off) 관계에 있기 때문에 높은 선형성을 유지하면서 높은 출력 전력을 확보하는 것은 매우 어려운 일이다. 이와 같은 이유로, 전력 증폭기 전체의 선형성은 출력 전력이 낮은 구동 증폭단이 아닌, 출력 전력이 높은 전력 증폭단에 의하여 결정된다.
도 1은 종래 기술에 따른 전력 증폭기의 구조 및 이득 특성을 나타내는 도면이다. 도 1의 (a)는 MOSFET로 형성되는 2단 증폭단의 전력 증폭기의 간략화된 회로도를 나타내며, 도 1의 (b)는 (a)에 의한 전력 이득 곡선을 나타낸다.
도 1의 (a)에서 구동 증폭단(Drive Stage)과 전력 증폭단(Power Stage)은 캐스케이드로 연결되어 있다. 구동 증폭단의 전단에는 입력 매칭 회로(Input Matching Network)가 형성되어 있고 구동 증폭단과 전력 증폭단 사이에는 중간 매칭 회로(Interstage Matching Network)가 형성되어 있으며 전력 증폭단의 후단에는 출력 매칭 회로(Output Matching Network)가 형성되어 있다.
도 1의 (b)를 참조하면 전력 이득 곡선에서 Gtotal은 2단으로 형성되는 전력 증폭기의 최종 전력 이득을 나타내고, Gdrv는 구동 증폭단의 전력 이득, Gpower는 전력 증폭단의 이득을 각각 나타낸다.
앞서 기술한 바와 같이 종래 기술에 의한 전력 증폭기의 구동 증폭단은 상대적으로 높은 전력 이득을 가지며 전력 증폭단은 상대적으로 낮은 전력 이득을 가지는 대신에 높은 출력 전력을 발생하도록 설계된다. 이때 구동 증폭단 및 전력 증폭단은 모두 선형 영역이 존재하게 된다. 이와 같은 각 증폭단의 선형 영역의 전력 이득의 합은 최종 전력 증폭기의 전력 이득인 Gtotal이 된다.
일반적으로 증폭단에서 게이트 바이어스 전압이 증가할수록 저출력 전력 영역에서의 전력 이득이 높아지는 특성이 있는데, 종래 기술에 의한 증폭기는 선형 영역(Linear Region)이 가장 많이 확보될 수 있는 게이트 바이어스 전압을 선택하는 방법으로 설계된다. 다만 선형 영역을 더욱 넓게 확보할 수 있는 방법으로서 종래에는 전력 이득을 희생시키는 방법과, 전력 증폭단의 트랜지스터의 크기를 증가시키는 방법을 사용하고 있다.
여기서 전력 이득을 희생시키는 방법은 감소된 전력 이득을 보상하기 위해 구동 증폭단이 추가로 필요하므로 소모되는 DC 전력을 증가시키고 전체 증폭기의 효율을 감소시키며 전체 IC 면적 및 생산 단가를 증가시키는 문제점이 있다. 또한 전력 증폭단의 트랜지스터의 크기를 증가시키는 방법 역시 구동 증폭단이 필요하므로 생산 단가를 증가시키고 전력 변환 효율을 감소시키며 저출력 전력 영역에서의 전력 변환 효율을 과도하게 열화시키는 문제점이 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 한국공개특허 제2002-0074784호(2002.10.04 공개)에 개시되어 있다.
본 발명은 캐스케이드로 형성되는 다단의 증폭단은 비선형 특성을 가지되 증폭기의 최종 출력 전력은 선형 특성을 가지도록 구현할 수 있는 비선형 증폭단을 이용한 선형 증폭기에 관한 것이다.
본 발명은, 캐스케이드 연결된 제1 증폭기 및 제2 증폭기를 포함하는 선형 증폭기에 있어서, 상기 제1 증폭기의 게이트 단에 제1 바이어스 전압을 인가하고 상기 제2 증폭기의 게이트 단에 상기 제1 바이어스 전압보다 높은 제2 바이어스 전압을 인가하는 바이어스 전압 발생기를 포함하며, 상기 제1 증폭기 및 상기 제2 증폭기는 임의의 출력 전력 구간 내에서 비선형 이득의 특성을 가지되, 상기 제1 증폭기는 상기 출력 전력의 증가에 따라 상기 이득의 변화가 증가하는 형태를 가지고 상기 제2 증폭기는 상기 이득의 변화가 감소하는 형태를 가지는 비선형 증폭단을 이용한 선형 증폭기를 제공한다.
또한, 본 발명은 캐스케이드 연결된 제1 증폭기 및 제2 증폭기를 포함하는 선형 증폭기에 있어서, 상기 제1 증폭기의 게이트 단에 제1 바이어스 전압을 인가하고 상기 제2 증폭기의 게이트 단에 상기 제1 바이어스 전압보다 낮은 제2 바이어스 전압을 인가하는 바이어스 전압 발생기를 포함하며, 상기 제1 증폭기 및 상기 제2 증폭기는 임의의 출력 전력 구간 내에서 비선형 이득의 특성을 가지되, 상기 제1 증폭기는 상기 출력 전력의 증가에 따라 상기 이득의 변화가 감소하는 형태를 가지고 상기 제2 증폭기는 상기 이득의 변화가 증가하는 형태를 가지는 비선형 증폭단을 이용한 선형 증폭기를 제공한다.
여기서, 상기 임의의 출력 전력 구간 내에서 상기 제1 증폭기의 비선형 이득과 상기 제2 증폭기의 비선형 이득의 합은 선형 이득의 특성을 나타낼 수 있다.
또한, 상기 제1 증폭기는 구동 증폭기(Drive Amplifier)이고 상기 제2 증폭기는 전력 증폭기(Power Amplifier)일 수 있다.
또한, 상기 바이어스 전압 발생기는, 제1 전원이 인가되는 제1 전원단과, 상기 제1 전원보다 높은 제2 전원이 인가되는 제2 전원단과, 제1단이 상기 제1 전원단에 연결되고 제2단이 상기 제1 증폭기의 게이트 단에 연결되는 제1 저항과, 제1단이 상기 제1 증폭기의 게이트 단에 연결되고 제2단이 상기 제2 증폭기의 게이트 단에 연결되는 제2 저항, 및 제1단이 상기 제2 증폭기의 게이트 단에 연결되고 제2단이 상기 제2 전원단에 연결된 제3 저항을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 임의의 출력 전력 구간 중 저전력 구간 범위 내에서의 상기 제1 증폭기의 이득은 상기 제2 증폭기의 이득보다 낮게 형성될 수 있다.
또한, 상기 바이어스 전압 발생기는, 제1 전원이 인가되는 제1 전원단과, 상기 제1 전원보다 낮은 제2 전원이 인가되는 제2 전원단과, 제1단이 상기 제1 전원단에 연결되고 제2단이 상기 제1 증폭기의 게이트 단에 연결되는 제1 저항과, 제1단이 상기 제1 증폭기의 게이트 단에 연결되고 제2단이 상기 제2 증폭기의 게이트 단에 연결되는 제2 저항, 및 제1단이 상기 제2 증폭기의 게이트 단에 연결되고 제2단이 상기 제2 전원단에 연결된 제3 저항을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 임의의 출력 전력 구간 중 저전력 구간 범위 내에서의 상기 제1 증폭기의 이득은 상기 제2 증폭기의 이득보다 높게 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 비선형 증폭단을 이용한 선형 증폭기에 따르면, 캐스케이드로 형성되는 각각의 증폭단은 비선형 특성을 가지되 최종 출력 전력은 선형 특성을 가지도록 하여 증폭기의 선형성을 보장함은 물론이며 전력 변환 효율을 증대시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 전력 증폭기의 구조 및 이득 특성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 선형 증폭기의 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에서 각 증폭기의 전력 이득 특성과 전체 증폭기의 전력 이득 특성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에서 증폭기의 게이트 단에 인가되는 바이어스 전압의 크기에 따른 이득 특성의 변화를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예를 위한 바이어스 전압 발생기의 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 선형 증폭기의 구조를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에서 각 증폭기의 전력 이득 특성과 전체 증폭기의 전력 이득 특성을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예를 위한 바이어스 전압 발생기의 구성을 나타내는 도면이다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
본 발명은 비선형 증폭단을 이용한 선형 증폭기에 관한 것으로서, 캐스케이드로 형성되는 구동 증폭단 및 전력 증폭단의 게이트 바이어스를 개별 조절하여 두 증폭단 모두가 비선형 특성을 가지도록 하는 동시에 증폭기의 최종 출력 전력은 입력 전력에 대하여 선형적인 특성을 가지도록 구현함으로써 증폭기의 선형성을 보장함과 동시에 전력 변환 효율을 향상시키도록 한다.
본 발명의 실시예는 크게 두 가지로 구분되는데, 하나는 구동 증폭단의 바이어스 값이 전력 증폭단의 바이어스 값보다 낮게 설정된 경우이고, 나머지 하나는 그 반대의 경우로서 전력 증폭단의 바이어스 값이 구동 증폭단의 바이어스 값보다 낮게 설정된 경우이다. 이 두 가지 경우 모두 증폭기의 최종 출력 전력은 입력 전력에 대해 선형 특성을 만족하도록 구현될 수 있다.
먼저 본 발명의 제1 실시예에 따른 선형 증폭기에 관하여 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 선형 증폭기의 구조를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 선형 증폭기(100)는 캐스케이드 연결된 제1 증폭기(110)와 제2 증폭기(120), 그리고 개별 증폭기(110,120)의 게이트 단에 인가될 바이어스 전압을 발생시키는 바이어스 전압 발생기(130)를 포함한다.
여기서 제1 증폭기(110)는 구동 증폭기(Drive Amplifier)이고 제2 증폭기(120)는 전력 증폭기(Power Amplifier)인 것을 예시로 한다. 이하의 본 발명의 실시예에서는 MOSFET으로 형성되는 2단 증폭기를 예시하여 설명하지만, MOSFET 이외의 트랜지스터(ex, BJT, HBT, pHEMT, LDMOS)로 구성되는 다단 증폭기에서도 동일한 원리로 적용될 수 있다.
각각의 증폭기는 차동 증폭기 형태일 수도 있고 Single-Ended 증폭기 형태일 수도 있는데, 본 발명의 실시예는 증폭기의 형태에 관계없이 공통적인 원리로 적용될 수 있다. 이외에도 각각의 증폭기는 공통-소스 구조일 수도 있고, 전압 이득의 향상 및 신뢰성 확보를 위해 공통-소스와 공통-게이트 구조를 함께 사용하는 캐스코드 구조일 수도 있다.
본 실시예에서는 각 증폭기(110,120)의 게이트 단에 인가되는 바이어스 전압을 이용하여, 각 증폭기(110,120)가 임의 출력 전력 구간 내에서 비선형 이득 특성을 가지도록 한다. 이때, 두 증폭기(110,120)의 비선형 이득 특성은 서로 반대의 양상을 가지도록 함으로써 두 증폭기(110,120)에 의한 최종 출력 전력은 선형 이득 특성을 가질 수 있다.
본 발명의 제1 실시예의 경우 바이어스 전압 발생기(130)는 제1 증폭기의 게이트 단에 제1 바이어스 전압(VG , DRV)을 인가하고, 제2 증폭기(120)의 게이트 단에 제2 바이어스 전압(VG , POWER)을 인가한다. 이때, 제2 바이어스 전압(VG , POWER)이 제1 바이어스 전압(VG , DRV)보다 더 큰 값을 가진다.
이에 따라 제1 증폭기(110) 및 제2 증폭기(120)는 모두 비선형 이득 특성을 가지되 이와 동시에 제1 증폭기(110)는 출력 전력에 대해 이득이 점점 증가하는 양상을 가지도록 구현되고 제2 증폭기(120)는 이득이 점점 감소하는 양상을 가지도록 구현된다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에서 각 증폭기의 전력 이득 특성과 전체 증폭기의 전력 이득 특성을 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하면, 각 증폭기(110,120)의 게이트 바이어스 전압을 조절함에 따라, 제1 증폭기(110) 및 제2 증폭기(120)는 임의의 출력 전력 구간 내에서 각각 비선형 이득의 특성을 가지게 된다. 즉, 제1 증폭기(110) 및 제2 증폭기(120) 자체는 선형 영역이 거의 존재하지 않는다.
또한 제1 증폭기(110)는 출력 전력의 증가에 따라 이득의 변화가 증가하는 형태를 가지고, 반대로 제2 증폭기(120)는 이득의 변화가 감소하는 형태를 가진다. 이를 통해, 임의의 출력 전력 구간 내에서, 제1 증폭기(110)의 비선형 이득(GDRV)과 제2 증폭기(120)의 비선형 이득(GPOWER)의 합(GTOTAL)은 선형 이득의 특성을 나타낼 수 있다.
이와 같이, 두 증폭기(110,120)에 대한 게이트 바이어스 전압을 적절히 조절하면, GDRV와 GPOWER 각각은 선형 영역이 거의 없는 비선형 특성을 가지지만, GDRV + GPOWER는 도 3에서와 같이 선형 영역이 존재하는 조건을 찾을 수 있다.
여기서, 본 발명의 실시예는 증폭기에 인가되는 게이트 바이어스 전압을 조절하면 증폭기의 이득 곡선의 형태가 변화하게 되는 점을 이용하여, 각 증폭기(110,120)를 선형 영역이 아닌 비선형 영역에서 동작시킬 수 있다. 그 구체적인 원리는 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 실시예에서 증폭기의 게이트 단에 인가되는 바이어스 전압의 크기에 따른 이득 특성의 변화를 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하면, 증폭기의 게이트 단에 인가되는 바이어스 전압이 작을 때에는 저출력 전력 구간에서 전력 이득이 낮은 특성을 가지는 것을 알 수 있다(①번 그래프 참조). 여기서 바이어스 전압을 어느 정도 상승시키면 임의의 출력 전력 구간 내에서 선형 이득 특성을 가지도록 전환될 수 있다(②번 그래프 참조). 또한, 바이어스 전압을 더욱 상승시키면 다시 비선형적인 이득 특성으로 전환되는데 이때 저출력 전력 구간에서 전력 이득이 높은 특성을 가지게 된다(③번 그래프 참조).
기존의 종래 기술에 의한 증폭기는 선형 영역의 구간이 가장 많이 확보될 수 있는 게이트 바이어스 전압을 각각 탐색하고 이를 통해 각 증폭기를 선형 영역에서 동작시키는 방법을 사용하였다. 하지만 본 발명의 실시예는 종래 기술과 달리 각 증폭단이 필수적으로 선형 영역을 가져야 한다는 제한 조건이 없다는 장점이 존재한다.
종래와 같이 각각의 증폭단이 필수적으로 선형 영역을 확보해야 하는 경우 각 증폭단은 이를 위한 트레이드 오프 관계에 있는 출력 전력의 크기 혹은 전력 변환 효율 등을 희생시켜야 하는 문제가 발생한다. 이와 달리, 본 발명의 실시예는 각 증폭기의 게이트 바이어스 전압을 개별적으로 조절하여 두 증폭기가 모두 비선형 영역에서 동작하도록 구현함으로써 출력 전력의 크기나 효율의 저하 문제를 방지할 수 있으며 이와 동시에 두 증폭기의 비선형 이득의 합은 선형 이득이 되도록 조절할 수 있어 증폭기 전체 입장에서는 선형으로 동작하도록 구현할 수 있다.
이하에서는 바이어스 전압 발생기의 구성에 관하여 상세히 설명한다. 도 5는 본 발명의 제1 실시예를 위한 바이어스 전압 발생기의 구성을 나타내는 도면이다. 도 5를 참조하면, 바이어스 전압 발생기(130)는 제1 전원단(131), 제2 전원단(132), 제1 저항(133), 제2 저항(134), 제3 저항(135)을 포함한다.
제1 전원단(131)은 제1 전원(ex, GND)이 인가되며 제2 전원단(132)은 제1 전원보다 높은 제2 전원(ex, VDD)이 인가되는 부분이다. 제1 내지 제3 저항(133,134,135)은 제1 전원단(131)과 제2 전원단(132) 사이에서 직렬 연결되어 있다.
제1 저항(RA)(133)은 제1단이 제1 전원단(131)에 연결되고 제2단이 제1 증폭기(110)의 게이트 단(111)에 연결된다. 제2 저항(RB)(134)은 제1단이 제1 증폭기(110)의 게이트 단(VG , DRV)(111)에 연결되고 제2단이 제2 증폭기(120)의 게이트 단(121)에 연결된다. 제3 저항(RC)(135)은 제1단이 제2 증폭기(120)의 게이트 단(121)에 연결되고 제2단이 제2 전원단(132)에 연결된다.
여기서, 전압 분배 법칙에 의하여 제1 증폭기(110)의 게이트 단(111)에 인가되는 제1 바이어스 전압(VG , DRV)은 제2 증폭기(120)의 게이트 단(121)에 인가되는 제2 바이어스 전압(VG , POWER)보다 항상 작은 값으로 형성된다. 제1 증폭기(110)의 경우는 바이어스 전압이 낮기 때문에 도 3과 같이 그 이득 특성이 도 4의 ①번 그래프에 가까운 형태로 조절될 수 있으며, 제2 증폭기(120)의 경우 바이어스 전압이 높기 때문에 그 이득 특성이 도 4의 ③번 그래프에 가까운 형태로 조절될 수 있다.
이러한 방법에 따라 임의의 출력 전력 구간 중 저전력 구간 범위 내에서 제1 증폭기(110)의 이득(GDRV)은 제2 증폭기(120)의 이득(GPOWER)보다 낮게 형성된다. 물론 해당 출력 전력 구간 내에서 그 이득의 변화 양상은 서로 반대이기 때문에 두 이득 간의 합(GPOWER)은 선형 특성을 가질 수 있게 된다.
본 발명의 실시예에서 바이어스 전압 발생기의 구성은 반드시 도 5에 의해 한정되는 것은 아니며 이와 유사한 방식으로 다양한 변형예가 존재할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 선형 증폭기에 관하여 상세히 설명한다. 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 선형 증폭기의 구조를 나타내는 도면이다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 선형 증폭기(200)는 캐스케이드 연결된 제1 증폭기(110)와 제2 증폭기(120), 그리고 개별 증폭기(110,120)의 게이트 단에 인가될 바이어스 전압을 발생시키는 바이어스 전압 발생기(230)를 포함한다.
제2 실시예의 경우는 제1 실시예와 반대로, 제1 바이어스 전압(VG , DRV)이 제2 바이어스 전압(VG , POWER)보다 더 큰 값을 가진다. 이에 따르면, 제1 증폭기(110) 및 제2 증폭기(120)는 모두 비선형 이득 특성을 가지되 이와 동시에 제1 증폭기(110)는 출력 전력에 대해 이득이 점점 감소하는 양상을 가지고 제2 증폭기(120)는 그 반대로 이득이 점점 증가하는 양상을 가지도록 구현된다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에서 각 증폭기의 전력 이득 특성과 전체 증폭기의 전력 이득 특성을 나타낸 도면이다. 도 7을 참조하면, 각각의 증폭기(110,120)의 게이트 바이어스 전압을 조절함에 따라, 제1 및 제2 증폭기(110,120) 모두 임의의 출력 전력 구간 내에서 비선형 이득의 특성을 가지게 된다. 즉, 제1 및 제2 증폭기(110,120) 자체는 선형 영역이 거의 존재하지 않는다.
다만, 제1 증폭기(110)는 출력 전력의 증가에 따라 이득의 변화가 감소하고, 반대로 제2 증폭기(120)는 이득의 변화가 증가하는 형태가 된다. 이를 통해, 해당 출력 전력 구간 내에서, 제1 증폭기(110)의 비선형 이득(GDRV)과 제2 증폭기(120)의 비선형 이득(GPOWER)의 합(GTOTAL)은 선형 이득의 특성을 나타내는 것을 알 수 있다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예를 위한 바이어스 전압 발생기의 구성을 나타내는 도면이다. 도 8을 참조하면, 바이어스 전압 발생기(230)는 제1 전원단(231), 제2 전원단(232), 제1 저항(233), 제2 저항(234), 제3 저항(235)을 포함한다.
제1 전원단(231)은 제1 전원(ex, VDD)이 인가되며 제2 전원단(132)은 제1 전원보다 낮은 제2 전원(ex, GND)이 인가되는 부분이다. 제1 내지 제3 저항(233,234,235)은 제1 및 제2 전원단(231,232) 사이에서 직렬 연결되어 있다. 제1 내지 제3 저항(233,234,235)의 연결 관계는 앞서의 제1 실시예의 경우와 동일하므로 그 상세한 설명은 생략한다.
여기서 전압 분배 법칙에 의하여 제2 증폭기(120)의 게이트 단(121)에 인가되는 제2 바이어스 전압(VG , POWER)은 제1 증폭기(110)의 게이트 단(111)에 인가되는 제1 바이어스 전압(VG , DRV)보다 항상 작은 값으로 형성된다. 제2 증폭기(120)의 경우 바이어스 전압이 낮기 때문에 도 7과 같이 그 이득 특성이 도 4의 ①번 그래프에 가까운 형태로 조절될 수 있고, 제1 증폭기(110)의 경우 바이어스 전압이 높기 때문에 그 이득 특성이 도 4의 ③번 그래프에 가까운 형태로 조절될 수 있다.
이러한 방법에 따라 도 7과 같이 임의의 출력 전력 구간 중 저전력 구간 범위 내에서 제1 증폭기(110)의 이득(GDRV)은 제2 증폭기(120)의 이득(GPOWER)보다 높게 형성된다. 물론 이 임의 출력 전력 구간 내에서 그 이득의 변화 양상은 서로 반대이기 때문에, 두 이득 간의 합(GPOWER)은 선형 특성을 가질 수 있게 된다.
이상과 같은 본 발명의 실시예에 따른 증폭기는 내부에 캐스케이드 형성된 각 증폭단의 전력 이득 곡선을 비선형으로 형성하여 선형성과 Trade-Off 관계에 있는 전력 변환 효율 및 전력 이득 등의 특성을 향상시키는 동시에, 구동 증폭단 및 전력 증폭단의 비선형 전력 이득의 합은 선형 영역이 확보되도록 하여, 전체 증폭기는 선형 영역을 보장하면서 전력 변환 효율 또는 전력 이득 값을 향상시킨다.
결과적으로 본 발명에 따른 비선형 증폭단을 이용한 선형 증폭기는 캐스케이드로 형성되는 각각의 증폭단은 비선형 특성을 가지되 최종 출력 전력은 선형 특성을 가지도록 하여 증폭기의 선형성을 보장함은 물론이며 전력 변환 효율을 증대시킬 수 있는 이점이 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100,200: 선형 증폭기 110: 제1 증폭기
111: 게이트 단 120: 제2 증폭기
121: 게이트 단 130: 바이어스 전압 발생기
131,231: 제1 전원 단 132,232: 제2 전원단
133,233: 제1 저항 134,234: 제2 저항
135,235: 제3 저항

Claims (8)

  1. 캐스케이드 연결된 제1 증폭기 및 제2 증폭기를 포함하는 선형 증폭기에 있어서,
    상기 제1 증폭기의 게이트 단에 제1 바이어스 전압을 인가하고 상기 제2 증폭기의 게이트 단에 상기 제1 바이어스 전압보다 높은 제2 바이어스 전압을 인가하는 바이어스 전압 발생기를 포함하며,
    상기 제1 증폭기 및 상기 제2 증폭기는 임의의 출력 전력 구간 내에서 비선형 이득의 특성을 가지되, 상기 제1 증폭기는 상기 출력 전력의 증가에 따라 상기 이득의 변화가 증가하는 형태를 가지고 상기 제2 증폭기는 상기 이득의 변화가 감소하는 형태를 가지는 비선형 증폭단을 이용한 선형 증폭기.
  2. 캐스케이드 연결된 제1 증폭기 및 제2 증폭기를 포함하는 선형 증폭기에 있어서,
    상기 제1 증폭기의 게이트 단에 제1 바이어스 전압을 인가하고 상기 제2 증폭기의 게이트 단에 상기 제1 바이어스 전압보다 낮은 제2 바이어스 전압을 인가하는 바이어스 전압 발생기를 포함하며,
    상기 제1 증폭기 및 상기 제2 증폭기는 임의의 출력 전력 구간 내에서 비선형 이득의 특성을 가지되, 상기 제1 증폭기는 상기 출력 전력의 증가에 따라 상기 이득의 변화가 감소하는 형태를 가지고 상기 제2 증폭기는 상기 이득의 변화가 증가하는 형태를 가지는 비선형 증폭단을 이용한 선형 증폭기.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 임의의 출력 전력 구간 내에서 상기 제1 증폭기의 비선형 이득과 상기 제2 증폭기의 비선형 이득의 합은 선형 이득의 특성을 나타내는 비선형 증폭단을 이용한 선형 증폭기.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 증폭기는 구동 증폭기(Drive Amplifier)이고 상기 제2 증폭기는 전력 증폭기(Power Amplifier)인 비선형 증폭단을 이용한 선형 증폭기.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 바이어스 전압 발생기는,
    제1 전원이 인가되는 제1 전원단;
    상기 제1 전원보다 높은 제2 전원이 인가되는 제2 전원단;
    제1단이 상기 제1 전원단에 연결되고 제2단이 상기 제1 증폭기의 게이트 단에 연결되는 제1 저항;
    제1단이 상기 제1 증폭기의 게이트 단에 연결되고 제2단이 상기 제2 증폭기의 게이트 단에 연결되는 제2 저항; 및
    제1단이 상기 제2 증폭기의 게이트 단에 연결되고 제2단이 상기 제2 전원단에 연결된 제3 저항을 포함하는 비선형 증폭단을 이용한 선형 증폭기.
  6. 청구항 1 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 임의의 출력 전력 구간 중 저전력 구간 범위 내에서의 상기 제1 증폭기의 이득은 상기 제2 증폭기의 이득보다 낮게 형성되는 비선형 증폭단을 이용한 선형 증폭기.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 바이어스 전압 발생기는,
    제1 전원이 인가되는 제1 전원단;
    상기 제1 전원보다 낮은 제2 전원이 인가되는 제2 전원단;
    제1단이 상기 제1 전원단에 연결되고 제2단이 상기 제1 증폭기의 게이트 단에 연결되는 제1 저항;
    제1단이 상기 제1 증폭기의 게이트 단에 연결되고 제2단이 상기 제2 증폭기의 게이트 단에 연결되는 제2 저항; 및
    제1단이 상기 제2 증폭기의 게이트 단에 연결되고 제2단이 상기 제2 전원단에 연결된 제3 저항을 포함하는 비선형 증폭단을 이용한 선형 증폭기.
  8. 청구항 2 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 임의의 출력 전력 구간 중 저전력 구간 범위 내에서의 상기 제1 증폭기의 이득은 상기 제2 증폭기의 이득보다 높게 형성되는 비선형 증폭단을 이용한 선형 증폭기.
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