KR20170117497A

KR20170117497A - 감소된 크기를 갖는 도허티 전력 증폭기

Info

Publication number: KR20170117497A
Application number: KR1020177025632A
Authority: KR
Inventors: 필립 존 레톨라
Original assignee: 스카이워크스 솔루션즈, 인코포레이티드
Priority date: 2015-02-15
Filing date: 2016-02-13
Publication date: 2017-10-23
Also published as: US9923523B2; CN107408923A; US10756677B2; CN107408923B; KR102603312B1; US20190097585A1; WO2016131028A1; HK1246514A1; US20160248384A1

Abstract

크기가 감소된 도허티 전력 증폭기. 일부 실시예에서, 전력 증폭 시스템은 고전압 전원 신호를 제공하도록 구성된 전원 시스템과, 고전압 전원 신호를 수신하고 무선 주파수(RF) 신호를 증폭하도록 구성된 도허티 전력 증폭기를 포함할 수 있다. 전력 증폭 시스템은 증폭된 RF 신호를 수신하여 필터로 라우팅하도록 구성된 출력 경로를 추가로 포함할 수 있다. 출력 경로는 임피던스 변환 회로를 실질적으로 갖지 않을 수 있다.

Description

감소된 크기를 갖는 도허티 전력 증폭기

관련 출원(들)의 상호 참조

본 출원은 2015년 2월 15일자로 "DOHERTY POWER AMPLIFIER HAVING REDUCED SIZE"라는 명칭으로 출원된 미국 가출원 제62/116,453호에 대해 우선권을 주장하며, 이 출원의 개시 내용 전체가 본 명세서에 참조에 의해 명시적으로 포함된다.

본 개시 내용은 무선 주파수(RF) 응용들을 위한 전력 증폭기들에 관한 것이다.

대다수의 무선 주파수(RF) 응용들에서는, 전송될 RF 신호가 통상적으로 전력 증폭기에 의해 증폭된다. 그러한 전력 증폭기는 예를 들어 도허티 전력 증폭기(Doherty power amplifier)를 포함하여, 다수의 방식으로 구현될 수 있다.

일부 구현들에서, 본 개시 내용은 고전압(HV: high-voltage) 전원 신호를 제공하도록 구성되는 전원 시스템, 및 HV 전원 신호를 수신하고 무선 주파수(RF) 신호를 증폭하도록 구성되는 도허티 전력 증폭기(PA)를 포함하는 전력 증폭 시스템과 관련된다. 전력 증폭 시스템은 증폭된 RF 신호를 수신하여 이 신호를 필터로 라우팅하도록 구성되는 출력 경로를 추가로 포함한다. 출력 경로는 실질적으로 임피던스 변환 회로를 갖지 않는다.

일부 실시예에서, 전원 시스템은 배터리 전압 Vbatt에 기초하여 HV 전원 신호를 생성하도록 구성되는 부스트 DC/DC 컨버터를 포함할 수 있다. HV 전원 신호는, 도허티 PA 및 필터의 임피던스들이 출력 경로가 임피던스 변환 회로를 실질적으로 갖지 않게할 만큼 충분히 정합되도록 선택될 수 있다. 도허티 PA의 임피던스는 예로서 약 50 옴의 값을 가질 수 있다.

일부 실시예에서, 도허티 PA는 이종 접합 바이폴라 트랜지스터(HBT: heterojunction bipolar transistor)를 포함할 수 있다. 그러한 HBT는 갈륨 비소(GaAs) 디바이스를 포함할 수 있다. HV 전원 신호는 HBT의 컬렉터에 Vcc로서 제공될 수 있다.

일부 실시예에서, 필터는 대응하는 송신(Tx) 주파수 대역에서 동작하도록 구성되는 Tx 필터일 수 있다. Tx 필터는 Tx 주파수 대역 및 대응하는 수신(Rx) 주파수 대역에서 동작하도록 구성되는 듀플렉서의 일부일 수 있다.

일부 실시예에서, 전력 증폭 시스템은 하나 이상의 추가적 도허티 PA를 더 포함할 수 있으며, 그 각각은 HV 전원 신호를 수신하고 RF 신호를 증폭하도록 구성된다. 전력 증폭 시스템은 하나 이상의 추가적 도허티 PA의 각각에 대한 증폭된 RF 신호를 수신하여 대응하는 필터로 라우팅하도록 구성되는 출력 경로를 추가로 포함할 수 있다. 추가적 출력 경로는 임피던스 변환 회로를 실질적으로 갖지 않을 수 있다.

일부 실시예에서, 각각의 필터는 대응하는 도허티 PA를 자신과 연관시킬 수 있다. 전력 증폭 시스템은 도허티 PA들과 필터들 사이에 대역 선택 스위치를 실질적으로 갖지 않을 수 있다. 전력 증폭 시스템은 유사한 대역 취급 능력을 가지지만 PA들이 저 전압에서 동작하는 또 다른 전력 증폭기 시스템보다 낮은 손실을 가질 수 있다.

일부 교시에서, 본 개시 내용은 복수의 컴포넌트를 수용하도록 구성된 패키징 기판 및 패키징 기판 상에 구현된 전력 증폭 시스템을 포함하는 무선 주파수(RF) 모듈에 관한 것이다. 전력 증폭 시스템은 고전압(HV) 전원 신호를 제공하도록 구성된 전원 시스템 및 HV 전원 신호를 수신하고 RF 신호를 증폭하도록 구성된 도허티 전력 증폭기(PA)를 포함한다. 전력 증폭 시스템은 증폭된 RF 신호를 수신하여 필터로 라우팅하도록 구성된 출력 경로를 추가로 포함한다. 출력 경로는 실질적으로 임피던스 변환 회로를 갖지 않는다.

일부 실시예에서, RF 모듈은 프론트 엔드 모듈(FEM: front-end module)일 수 있다. 일부 실시예에서, 전력 증폭 시스템은 도허티 PA와 필터 사이에 대역 선택 스위치를 실질적으로 갖지 않을 수 있다. 전력 증폭 시스템은 유사한 대역 취급 능력을 가지지만 도허티 PA가 저전압에서 동작하는 또 다른 전력 증폭기 시스템보다 낮은 손실을 가질 수 있다. RF 모듈은 임피던스 변환 회로 및 대역 선택 스위치를 가진 증폭 시스템을 갖는 또 다른 RF 모듈보다 상당히 작은 영역을 가질 수 있다.

다수의 구현에 따르면, 본 발명은 무선 주파수(RF) 신호를 생성하도록 구성된 송수신기, 및 송수신기와 통신 상태에 있는 프론트 엔드 모듈(FEM)을 갖는 무선 디바이스에 관한 것이다. FEM은 복수의 컴포넌트를 수용하도록 구성된 패키징 기판, 및 패키징 기판 상에 구현된 전력 증폭 시스템을 포함한다. 전력 증폭 시스템은 고전압(HV) 전원 신호를 제공하도록 구성된 전원 시스템 및 HV 전원 신호를 수신하고 고주파(RF) 신호를 증폭하도록 구성된 도허티 전력 증폭기(PA)를 포함한다. 전력 증폭 시스템은 증폭된 RF 신호를 수신하여 필터로 라우팅하도록 구성된 출력 경로를 추가로 포함한다. 출력 경로는 실질적으로 임피던스 변환 회로를 갖지 않는다. 무선 디바이스는 FEM과 통신 상태에 있고 증폭된 RF 신호를 송신하도록 구성된 안테나를 추가로 포함한다.

본 명세서에서는, 본 개시 내용을 요약하기 위해, 본 발명들의 소정 양태들, 장점들 및 새로운 특징들이 설명되었다. 모든 그러한 장점들이 본 발명의 임의의 특정 실시예에 따라서는 반드시 달성되는 것은 아니라는 점을 이해해야 한다. 따라서, 본 발명은 본 명세서에서 교시 또는 제안될 수 있는 바와 같은 다른 장점들을 반드시 달성하지 않고서도 본 명세서에서 교시되는 바와 같은 하나의 장점 또는 장점들의 그룹을 달성하거나 최적화하는 방식으로 구체화 또는 완수될 수 있다.

도 1은 증폭 시스템을 포함하는 무선 시스템 또는 아키텍처를 도시한다.
도 2는 도 1의 증폭 시스템이 하나 이상의 전력 증폭기(PA들)를 갖는 무선 주파수(RF) 증폭기 조립체를 포함할 수 있음을 도시한다.
도 3a 내지 도 3e는 도 2의 PA가 어떻게 구성될 수 있는지의 예를 도시한다.
도 4는 일부 실시예에서, 도 2의 증폭 시스템이 고전압(HV) 전력 증폭 시스템으로서 구현될 수 있음을 도시한다.
도 5는 일부 실시예에서, 도 4의 HV 전력 증폭 시스템이 도허티 전력 증폭 시스템으로서 구성될 수 있음을 도시한다.
도 6은 전통적인 도허티 전력 증폭 시스템의 예를 도시한다.
도 7은 본 명세서에서 설명된 바와 같은 하나 이상의 특징을 갖는 도허티 전력 증폭 시스템의 예를 도시한다.
도 8은 도 7의 HV 도허티 전력 증폭 시스템의 보다 구체적인 예일 수 있는 HV 도허티 전력 증폭 시스템을 도시한다.
도 9는 도 8의 HV 도허티 증폭 시스템의 보다 구체적인 예일 수 있는 HV 도허티 증폭 시스템을 도시한다.
도 10은, 도 9의 HV 도허티 증폭 시스템에 대해, 클래스 C 바이어스 포인트가 스윕됨에 따라, AMAM 대 출력 전력, PAE 대 출력 전력, 피크 전력 및 캐리어 전력 대 입력 전력의 비, 및 컬렉터 전류 대 출력 전력의 플롯들을 도시한다.
도 11은 도 9의 HV 도허티 증폭 시스템과 연관된 클래스 AB 및 클래스 C 바이어스 구성들에 대한 이득, 출력 전력, 이미터 폴로어 바이어스, 및 컬렉터 전류 특성을 도시한다.
도 12는 도 9의 HV 도허티 증폭 시스템에 대한 AMAM, PAE, 및 AMPM 특성뿐만이 아니라 싱글 엔디드 증폭 시스템에 대한 그러한 특성을 도시한다.
도 13은 벅(Buck) ET 증폭 시스템, 부스트 평균 전력 트래킹(APT: average power tracking) 증폭 시스템, 벅 APT 증폭 시스템, 및 본 명세서에 설명된 하나 이상의 특징을 갖는 부스트 도허티 증폭 시스템에 대한 평균 출력 전력의 함수로서의 배터리 레벨 효율의 예들을 도시한다.
도 14는 일부 실시예에서, 본 명세서에서 설명된 바와 같은 하나 이상의 특징을 갖는 HV 도허티 전력 증폭 시스템의 일부 또는 전부가 모듈에 구현될 수 있음을 도시한다.
도 15는 본 명세서에 설명된 하나 이상의 유리한 특징을 갖는 예시적인 무선 디바이스를 묘사한다.

존재할 경우에 본 명세서에서 제공되는 제목들은 편의를 위한 것일 뿐이며, 청구 발명의 범위 또는 의미에 반드시 영향을 주지는 않는다.

서론

도 1을 참조하면, 본 개시 내용의 하나 이상의 특징은 일반적으로 증폭 시스템(52)을 갖는 무선 시스템 또는 아키텍처(50)와 관련된다. 일부 실시예에서, 증폭 시스템(52)은 하나 이상의 디바이스로서 구현될 수 있으며, 그러한 디바이스(들)는 무선 시스템/아키텍처(50)에서 활용될 수 있다. 일부 실시예에서, 무선 시스템/아키텍처(50)는 예를 들어 휴대용 무선 디바이스 내에 구현될 수 있다. 그러한 무선 디바이스의 예들이 본 명세서에서 설명된다.

도 2는 도 1의 증폭 시스템(52)이 하나 이상의 전력 증폭기(PA)를 갖는 무선 주파수(RF) 증폭기 조립체(54)를 통상적으로 포함한다는 것을 나타낸다. 도 2의 예에서는, 3개의 PA(60a-60c)가 RF 증폭기 조립체(54)를 형성하는 것으로 도시된다. 다른 수의 PA(들)도 구현될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 본 개시 내용의 하나 이상의 특징이 다른 타입의 RF 증폭기들을 갖는 RF 증폭기 조립체들에서 구현될 수도 있다는 것도 이해할 것이다.

일부 실시예에서, RF 증폭기 조립체(54)는 하나 이상의 반도체 다이 상에 구현될 수 있으며, 그러한 다이는 전력 증폭기 모듈(PAM) 또는 프론트 엔드 모듈(FEM)과 같은 패키징 모듈 내에 포함될 수 있다. 그러한 패키징 모듈은 통상적으로 예를 들어 휴대용 무선 디바이스와 연관된 회로 보드 상에 실장된다.

증폭 시스템(52) 내의 PA들(예로서, 60a-60c)은 통상적으로 바이어스 시스템(56)에 의해 바이어스될 수 있다. 또한, PA들에 대한 전원 전압들은 통상적으로 전원 시스템(58)에 의해 제공될 수 있다. 일부 실시예에서, 바이어스 시스템(56) 및 전원 시스템(58) 중 어느 하나 또는 양자는 RF 증폭기 조립체(54)를 갖는 전술한 패키징 모듈 내에 포함될 수 있다.

일부 실시예에서, 증폭 시스템(52)은 정합 회로망(62)을 포함할 수 있다. 그러한 정합 회로망은 RF 증폭기 조립체(54)에 대한 입력 정합 및/또는 출력 정합 기능들을 제공하도록 구성될 수 있다.

설명의 목적을 위해, 도 2의 각각의 PA(60)는 다양한 방식으로 구현될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 도 3a-3e는 그러한 PA가 구성될 수 있는 방식의 비 한정적인 예들을 나타낸다. 도 3a는 증폭 트랜지스터(64)를 갖는 예시적인 PA를 나타내는데, 트랜지스터(64)의 베이스에는 입력 RF 신호(RF_in)가 제공되고, 증폭된 RF 신호(RF_out)가 트랜지스터(64)의 컬렉터를 통해 출력된다.

도 3b는 스테이지들로 배열된 복수의 증폭 트랜지스터(예로서, 64a, 64b)를 갖는 예시적인 PA를 나타낸다. 입력 RF 신호(RF_in)가 제1 트랜지스터(64a)의 베이스에 제공되고, 제1 트랜지스터(64a)로부터의 증폭된 RF 신호가 그 컬렉터를 통해 출력된다. 제1 트랜지스터(64a)로부터의 증폭된 RF 신호는 제2 트랜지스터(64b)의 베이스에 제공되며, 제2 트랜지스터(64b)로부터의 증폭된 RF 신호는 그 컬렉터를 통해 출력되어 PA의 출력 RF 신호(RF_out)를 산출한다.

일부 실시예에서, 도 3b의 전술한 예시적인 PA 구성은 도 3c에 도시된 바와 같은 2개 이상의 스테이지로서 묘사될 수 있다. 제1 스테이지(64a)는 예를 들어 구동기 스테이지로서 구성될 수 있으며, 제2 스테이지(64b)는 예를 들어 출력 스테이지로서 구성될 수 있다.

도 3d는 일부 실시예에서 PA가 도허티 PA로서 구성될 수 있다는 것을 나타낸다. 그러한 도허티 PA는 입력 RF 신호(RF_in)의 캐리어 증폭 및 피킹(peaking) 증폭을 제공하여 증폭된 출력 RF 신호(RF_out)를 산출하도록 구성되는 증폭 트랜지스터들(64a, 64b)을 포함할 수 있다. 입력 RF 신호는 스플리터에 의해 캐리어 부분 및 피킹 부분으로 분할될 수 있다. 증폭된 캐리어 및 피킹 신호들은 결합기에 의해 출력 RF 신호를 산출하도록 결합될 수 있다.

도 3e는 일부 실시예에서 PA가 캐스코드 구성으로 구현될 수 있다는 것을 나타낸다. 입력 RF 신호(RF_in)가 공통 이미터 디바이스로서 동작하는 제1 증폭 트랜지스터(64a)의 베이스에 제공될 수 있다. 제1 증폭 트랜지스터(64a)의 출력은 그의 컬렉터를 통해 제공되고, 공통 베이스 디바이스로서 동작하는 제2 증폭 트랜지스터(64b)의 이미터에 제공될 수 있다. 제2 증폭 트랜지스터(64b)의 출력은 그의 컬렉터를 통해 제공되어 PA의 증폭된 출력 RF 신호(RF_out)를 산출할 수 있다.

도 3a-3e의 다양한 예들에서, 증폭 트랜지스터들은 이종 접합 바이폴라 트랜지스터들(HBT들)과 같은 바이폴라 접합 트랜지스터들(BJT들)로서 설명된다. 본 개시 내용의 하나 이상의 특징은 전계 효과 트랜지스터들(FET들)과 같은 다른 타입의 트랜지스터들에서 또는 그들을 이용하여 구현될 수도 있다는 것을 이해할 것이다.

도 4는 일부 실시예에서 도 2의 증폭 시스템(52)이 고전압(HV) 전력 증폭 시스템(100)으로서 구현될 수 있다는 것을 나타낸다. 그러한 시스템은 PA들(예로서, 60a-60c)의 일부 또는 전부에 대한 HV 증폭 동작을 포함하도록 구성되는 HV 전력 증폭기 조립체(54)를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 그러한 PA들은 바이어스 시스템(56)에 의해 바이어스될 수 있다. 일부 실시예에서, 전술한 HV 증폭 동작은 HV 전원 시스템(58)에 의해 촉진될 수 있다. 일부 실시예에서, HV 전력 증폭기 조립체(54)와 바이어스 시스템(56) 및 HV 전원 시스템(58) 중 어느 하나 또는 양자 사이의 인터페이스 기능들을 제공하도록 인터페이스 시스템(72)이 구현될 수 있다.

HV 시스템들과 관련된 예들

셀룰러 핸드셋들과 같은 대다수의 무선 디바이스들은 다중의 주파수 대역을 지원하도록 구성되며, 그러한 디바이스들은 통상적으로 복잡한 전력 증폭 아키텍처들을 필요로 한다. 그러나, 전력 증폭 아키텍처들에서의 그러한 복잡성은 지원되는 대역들의 수가 증가함에 따라 송신 효율의 저하를 유발할 수 있다. 그러한 효율 저하는 통상적으로 주로 경쟁력 있는 크기 및 비용 목표들을 유지하면서 다중의 주파수 대역을 결합하는 것에 의해 유발되는 손실의 증가에 기인한다.

일부 무선 시스템은 도허티 구성으로 구성된 전력 증폭기들(PA)을 포함할 수 있다. 이러한 구성은 통상적으로 RF 신호의 캐리어 및 피킹 부분들에 대해 개별적인 증폭 경로들을 포함한다. 이러한 신호는 2 개의 증폭 경로로 분할되고, 개별적으로 증폭된 캐리어 및 피킹 부분들은 결합되어 증폭된 출력 신호를 생성하게 된다.

도허티 PA에 유리한 특징을 제공할 수 있는 시스템, 회로, 디바이스 및 방법의 예가 본 명세서에 설명된다. 이러한 유리한 특징은 예를 들어 크기 및/또는 비용의 경쟁력 수준을 유지 또는 향상시키면서 손실을 현저하게 감소시킬 수 있다. 도 5는 일부 실시예에서, 도 4의 HV 전력 증폭 시스템(100)이 도허티 전력 증폭 시스템으로서 구성될 수 있음을 나타낸다. 일부 실시예에서, 그러한 도허티 전력 증폭 시스템은 고전압 동작 능력을 포함할 수 있다.

도허티 전력 증폭 아키텍처는 완화된 피크-평균 파형으로 송신 효율에 대한 상당한 이점을 제공할 수 있다. 그러나, 이러한 아키텍처의 물리적인 구현은 통상적으로 증폭기 출력에서 위상 시프트 및 임피던스 변환 네트워크와 같은 기능을 제공하기 위해 증가된 수동 소자 구성을 수반한다.

본 명세서에 설명된 바와 같이, 도허티 전력 증폭 아키텍처는 부스트 컨버터를 활용하여 임피던스 변환 네트워크 없이 예를 들어 50 옴 임피던스에서 증폭기 동작을 허용하는 레벨로 증폭기 전원 전압을 증가시킬 수 있다. 이러한 아키텍처는 싱글 엔디드 증폭 구성에 필적하는 시스템 구성 요소(BOM: bill of materials)와 수동 컴포넌트 구성의 상당한 정도의 단순화 및 통합을 허용할 수 있다.

도 5의 예에서, HV 도허티 전력 증폭 시스템(100)은 하나 이상의 RF 신호 (RF_ln)를 증폭하도록 구성된 하나 이상의 PA를 갖는 전력 증폭기 조립체(104)를 포함할 수 있다. 그러한 증폭된 RF 신호(들)는 하나 이상의 정합 회로를 갖는 정합 컴포넌트(106)를 통해 하나 이상의 듀플렉서를 갖는 듀플렉서 조립체(108)에게 라우팅될 수 있다.

듀플렉서(들)는 송신(Tx) 및 수신(Rx) 동작들의 듀플렉싱을 허용할 수 있다. 이러한 듀플렉싱 동작의 Tx 부분은 안테나(도시되지 않음)를 통한 송신을 위해 듀플렉서 조립체(108)로부터 출력되는 하나 이상의 증폭된 RF 신호(RF_Out)로서 묘사된다. 도 5의 예에서, Rx 부분은 도시되지 않았다; 그러나, 안테나로부터 수신된 신호들은 듀플렉서 조립체(108)에 의해 수신되어 예를 들어 저잡음 증폭기(LNA)들에게 출력될 수 있다.

도 5의 예에서, HV 전원 시스템(102)은 하나 이상의 HV 전원 신호를 전력 증폭기 조립체(104)에 제공하는 것으로 도시된다. HV 신호(들)가 대응하는 PA(들)에게 제공되는 방식에 대한 더 구체적인 예들이 본 명세서에서 보다 상세하게 설명된다.

일부 실시예에서, 도 5의 HV 도허티 전력 증폭 시스템(100)은, 예를 들어 갈륨 비소(GaAs) 이종 접합 바이폴라 트랜지스터(HBT) PA들과 같은 일부 PA의 고전압 성능을 활용할 수 있다. 본 개시 내용의 하나 이상의 특징이 다른 타입의 PA들로 구현될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, LDMOS 다중 캐스코드 스테이지를 가진 CMOS 소자들, 실리콘 바이폴라 소자들, 및 GaN/HEMT 소자들을 활용하는 증폭 시스템도 고전압 영역에서의 동작으로부터 이점을 누릴 수 있다.

PA들의 그러한 HV 동작으로, 하나 이상의 손실성 컴포넌트가 증폭 시스템으로부터 제거될 수 있다. 예를 들어 PA 출력 정합 회로망(들)이 제거될 수 있다. 다른 예에서, PA 공급 효율은 증가될 수 있다. 또 다른 예에서, 일부 수동 컴포넌트들이 제거될 수 있다. 전술한 것들과 관련된 예들은 본 명세서에서 보다 상세하게 설명된다.

HV 동작과 연관된 전술한 특징 중 하나 이상은 더 작은 치수로 구현되는 하나 이상의 다이를 낳을 수 있으며, 그에 의해 전력 증폭 시스템 설계에 있어서 더 큰 융통성을 허용한다. 예를 들어, 전력 증폭 시스템은 증가된 수의 상대적으로 작은 PA들로 구현될 수 있으며, 이에 따라 대역 스위치들과 같은 손실성 컴포넌트들의 제거를 허용할 수 있다. 대역 스위치들의 이러한 제거와 관련된 예들은 본 명세서에서 보다 상세히 설명된다.

설명을 위해, 고전압(HV)은 휴대용 무선 디바이스들에서 활용되는 배터리 전압보다 더 높은 전압 값들을 포함할 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, HV는 3.7V 또는 4.2V보다 클 수 있다. 일부 상황에서는, HV는 배터리 전압보다 더 크고 또한 휴대용 무선 디바이스가 보다 효율적으로 동작할 수 있는 전압 값들을 포함할 수 있다. 일부 상황에서는, HV는 배터리 전압보다 더 크고 또한 주어진 타입의 PA와 연관된 항복 전압 미만의 전압 값들을 포함할 수 있다. GaAs HBT의 예시적인 맥락에서, 그러한 항복 전압은 15V 내지 25V의 범위에 있을 수 있다. 따라서, GaAs HBT PA 용 HV는, 예를 들어 3.7V 내지 25V, 4.2V 내지 20V, 5V 내지 15V, 6V 내지 14V, 7V 내지 13V, 또는 8V 내지 12V의 범위에 있을 수 있다.

도 6 및 도 7은 어떻게 일부 손실성 컴포넌트들이 HV 도허티 전력 증폭 시스템(100)에서 실질적으로 제거될 수 있는지를 보여주기 위해 종래의 도허티 전력 증폭 시스템(110)(도 6)과 고전압(HV) 도허티 전력 증폭 시스템(100)(도 7) 간의 비교를 도시한다. 비교를 위해, 각각의 전력 증폭 시스템은 3개의 주파수 대역에 대한 증폭을 제공하도록 구성된다고 가정될 것이다. 그러나, 보다 많거나 보다 적은 수의 주파수 대역이 이용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

도 6의 예에서, 전통적인 도허티 전력 증폭 시스템(110)은 3개의 주파수 대역에 대한 증폭을 제공할 수 있는 광대역 캐리어 증폭 경로(130) 및 광대역 피킹 증폭 경로(132)를 갖는 전력 증폭기 조립체(114)를 포함하는 것으로 도시된다. 이 예에서, 캐리어 및 피킹 증폭 경로들(130, 132) 각각은 2개의 스테이지(예를 들어, 구동기 스테이지(130a 또는 132a) 및 출력 스테이지(130b 또는 132b))를 포함하는 것으로 도시된다; 그러나, 다른 수의 스테이지(들)가 있을 수 있음을 이해할 것이다.

상기 증폭 경로들(130, 132)은 공통 입력 노드(126)를 통해 입력 RF 신호를 수신할 수 있으며, 이러한 RF 신호는 예를 들어 DC 블록 커패시턴스(128)를 통해 라우팅될 수 있고, 캐리어 증폭 경로(130) 및 피킹 증폭 경로(132)로 분할될 수 있다. 일부 실시예에서, 증폭 스테이지들(130a, 130b, 132a, 132b) 각각은 예를 들어 HBT 또는 CMOS 증폭 트랜지스터들을 포함할 수 있다.

도 6의 예에서, 출력 스테이지(130b)의 컬렉터는 초크 인덕턴스(124)를 통해 배터리 전압원(Vbatt)으로부터 전원 전압(VCC)이 제공되는 것으로 도시되어 있다.

전력 증폭기 조립체가 전술한 방식으로 동작할 때, 다운스트림 성분과 연관된 임피던스와 PA들의 임피던스를 정합시키기 위해 통상적으로 임피던스 변환이 발생할 필요가 있다. 도 6의 예에서, 전력 증폭기 조립체(114)의 출력을 수신하는 대역 스위치(138)(대역 스위치 시스템(118)의 일부로 도시됨)는 통상적으로 50 Ω 부하로서 구성된다. 그에 따라서, 50 Ω의 그런 임피던스 부하를 산출하는 임피던스 변환을 구현할 필요가 있다. 도 6의 예에서, 이러한 임피던스 변환은 부하 변환 시스템(116)의 일부로서 도시된 출력 정합 회로망(OMN)(136)에 의해 구현되도록 도시되어 있다.

도 6의 예에서, 대역 스위치(138)는 (OMN (136)을 통해) 전력 증폭기 조립체(114)의 출력으로부터의 단일 입력, 및 3 개의 예시적인 주파수 대역에 대응하는 3개의 출력을 갖는 것으로 묘사된다. 3개의 듀플렉서(142a-142c)는 이러한 3개의 주파수 대역에 대해 제공되도록 도시된다.

3개의 듀플렉서(142a-142c) 각각은 TX 및 RX 필터들(예를 들어, 대역 통과 필터들)을 포함하는 것으로 도시된다. TX 필터는 송신용의 증폭되고 스위치 라우팅된 RF 신호를 수신하기 위해 대역 스위치(138)에 결합되도록 도시되어 있다. 이러한 RF 신호는 필터링되어 안테나 포트(ANT)(144a, 144b 또는 144c)로 라우팅되도록 도시된다. RX 필터는 안테나 포트(ANT)(144a, 144b 또는 144c)로부터 RX 신호를 수신하는 것으로 도시된다. 이러한 RX 신호는 필터링되고 추가 처리를 위해 RX 컴포넌트(예를 들어, LNA)로 라우팅되도록 도시된다.

주어진 듀플렉서와 업스트림(TX 경우) 또는 다운스트림(RX 경우)인 컴포넌트 사이의 임피던스 정합을 제공하는 것이 통상적으로 바람직하다. 도 6의 예에서, 대역 스위치(138)는 듀플렉서의 TX 필터에 대한 업스트림 컴포넌트이다. 따라서, 대역 스위치(138)의 제각기 출력들과 제각기 듀플렉서들(142a-142c) 간에 정합 회로들(140a-140c)(PI 네트워크(120)의 부분들로서 도시됨)이 구현되도록 도시된다. 일부 실시예에서, 이러한 정합 회로들(140a-140c) 각각은, 예를 들어, π-정합 회로로서 구현될 수 있다.

표 1은 도 6의 도허티 전력 증폭 시스템(110)의 다양한 컴포넌트에 대한 삽입 손실 및 효율의 예시 값들을 열거한다. 열거된 다양한 값들은 근사값이라는 것을 이해할 것이다.

표 1로부터, 도 6의 도허티 전력 증폭 시스템(110)이 상당한 수의 손실 기여자를 포함한다는 것을 알 수 있다. 시스템(110)의 각각의 컴포넌트가 그의 상한 효율로 동작하는 것으로 가정하는 경우라 하더라도, ET 전력 증폭 시스템(110)의 총 효율은 약 32%(0.65 x 0.89 x 0.93 x 0.93 x 0.63)이다.

도 7의 예에서, HV 도허티 전력 증폭 시스템(100)은 도 6의 예시적인 도허티 전력 증폭 시스템(110)에서와 동일한 3개의 주파수 대역에 대한 증폭을 제공하도록 구성되는 것으로 묘사된다. 전력 증폭기 조립체(104)에서, 3개의 개별 증폭 경로가 구현될 수 있어서, 각각의 증폭 경로는 그의 제각기 주파수 대역(들)에 대한 증폭을 제공하도록 된다. 예를 들어, 제1 증폭 경로는 입력 노드(162a)로부터 DC 블록 커패시턴스(164a)를 통해 RF 신호를 수신하는 제1 도허티 PA(167a 및 168a)를 포함하는 것으로 도시된다. 증폭된 RF 신호는 커패시턴스(170a)를 통해 다운스트림 컴포넌트로 라우팅되는 것으로 도시된다. 유사하게, 제2 증폭 경로는 입력 노드(162b)로부터 DC 블록 커패시턴스(164b)를 통해 RF 신호를 수신하는 제2 도허티 PA(167b 및 168b)를 포함하는 것으로 도시되며; 그리고 증폭된 RF 신호는 커패시턴스(170b)를 통해 다운스트림 컴포넌트로 라우팅되는 것으로 도시된다. 유사하게, 제3 증폭 경로는 입력 노드(162c)로부터 DC 블록 커패시턴스(164c)를 통해 RF 신호를 수신하는 제3 도허티 PA(167c 및 168c)를 포함하는 것으로 도시되며; 그리고 증폭된 RF 신호는 커패시턴스(170c)를 통해 다운스트림 컴포넌트로 라우팅되는 것으로 도시된다.

일부 실시예에서, 도 7의 예에서의 도허티 PA들은 예를 들어 HBT PA들을 포함할 수 있다. 본 개시 내용의 하나 이상의 특징은 다른 타입의 PA들을 이용하여 구현될 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, (예로서, HV 동작에 의해 그리고/또는 다른 동작 파라미터(들)를 통해) 다운스트림 컴포넌트들에 정합되는 또는 이것에 가까운 임피던스들을 산출하도록 동작할 수 있는 PA들을 이용하여, 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 이익들 중 하나 이상을 산출할 수 있다.

도 7의 예에서, 각각의 캐리어 PA(167a, 167b 또는 167c)는 부스트 DC/DC 컨버터(160)로부터 초크 인덕턴스(166a, 166b, 166c)를 통해 전원 전압(VCC)을 제공받을 수 있다. 유사하게, 각각의 피킹 PA(168a, 168b 또는 168c)는 부스트 DC/DC 컨버터(160)로부터 초크 인덕턴스(166a, 166b, 166c)를 통해 전원 전압(VCC)을 제공받을 수 있다. 부스트 DC/DC 컨버터(160)는 HV 시스템(102)의 일부인 것으로 묘사된다. 부스트 DC/DC 컨버터(160)는 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 HV 범위들 또는 값들을 포함하여, 그러한 범위의 VCC 전압 값들(예로서, 약 1V 내지 10V)을 제공하도록 구성될 수 있다. 부스트 DC/DC 컨버터(160)는 배터리 전압(Vbatt)에 기초하여 그러한 높은 VCC 전압을 생성하는 것으로 도시된다.

전력 증폭기 조립체(104)의 도허티 PA들이 높은 VCC 전압(예를 들어, 약 10V)으로 전술한 방식으로 동작할 때, 각각의 PA의 임피던스(Z)는 비교적 높을 수 있다(예를 들어, 약 40 Ω 내지 50 Ω); 따라서, 임피던스 변환은 다운스트림 컴포넌트 및/또는 업스트림 컴포넌트와 연관된 임피던스와 정합하는 데에 필요하지 않다. 따라서, 2개의 임피던스 변환 네트워크의 제거 또는 단순화가 실현될 수 있다. 또한, 전력 증폭기 조립체(104)의 도허티 PA들은 예를 들어 1/4 λ 결합 네트워크의 매우 단순한 통합을 지원할 수 있다는 것을 유의한다.

도 7의 예에서, 대응하는 도허티 PA의 출력을 수신하는 듀플렉서들(174a-174c) (듀플렉스 조립체(108)의 일부로서 묘사됨) 각각은 통상적으로 50 Ω 부하로서 구성된다. 따라서, 도허티 PA에 의해 제공된 임피던스(Z)가 약 50 Ω이라고 가정하면, (도 6의 부하 변환 시스템(116)과 같은) 임피던스 변환은 필요하지 않다.

주어진 듀플렉서와 업스트림(TX 경우) 또는 다운 스트림(RX 경우)인 컴포넌트 사이의 임피던스 정합을 제공하는 것이 통상적으로 바람직하다. 도 7의 예에서, 도허티 PA는 듀플렉서(174a, 174b 또는 174c)의 TX 필터에 대한 업스트림 컴포넌트이다. 따라서, 도허티 PA들의 제각기 출력들과 제각기 듀플렉서들(174a-174c) 사이에 정합 회로들(172a-172c)(PI 네트워크(106)의 일부로서 도시됨)이 구현될 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 정합 회로들(172a-172c) 각각은, 예를 들어, π-정합 회로로서 구현될 수 있다.

도 7의 예에서, 도허티 PA들의 HV 동작은 대응하는 각각의 도허티 PA들이 대응하는 듀플렉서의 임피던스와 유사한 임피던스(Z)를 나타내는 결과를 낳을 수 있다. 이러한 구성에서는 임피던스 변환이 필요하지 않으므로, 임피던스 변환기(도 6의 116)가 전혀 필요하지 않다.

더 높은 임피던스에서의 도허티 PA들의 동작은 PA들 내에서의 훨씬 낮은 전류 레벨들을 낳을 수 있음을 또한 주의해야 한다. 이러한 낮은 전류 레벨들은 도허티 PA들이 현저히 감소된 다이 크기(들)로 구현될 수 있게 해준다.

일부 실시예에서, 전술한 특징들(임피던스 트랜스포머의 제거 및 감소된 PA 다이 크기) 중 어느 하나 또는 둘 모두는 전력 증폭 아키텍처 설계에서 추가적인 융통성을 제공할 수 있다. 예를 들어, 전술한 것에 의해 제공되는 공간 및/또는 비용 절감은 각각의 주파수 대역에 대해 상대적으로 작은 도허티 PA의 구현을 가능하게 하여, 대역 스위치 시스템(예를 들어, 도 6의 118)에 대한 필요성을 제거할 수 있다. 따라서, 도 7의 HV 도허티 전력 증폭 시스템(100)과 연관된 크기, 비용, 및/또는 복잡성은 도 6의 도허티 전력 증폭 시스템(110)과 비교될 때 유지되거나 감소될 수 있으면서, 전력 증폭 시스템(100)의 전체 손실을 상당한 정도로 감소시킨다.

표 2는 도 7의 HV 도허티 전력 증폭 시스템(100)의 다양한 컴포넌트에 대한 삽입 손실 및 효율의 예시적 값들을 열거한다. 열거된 다양한 값이 근사값들이라는 것을 이해할 것이다.

표 2로부터, 도 7의 HV 도허티 전력 증폭 시스템(100)은 다수의 손실 기여자를 포함한다는 것을 알 수 있다. 그러나, 도 6 및 표 1의 도허티 전력 증폭 시스템(110)과 비교할 때, 도 7의 HV 도허티 전력 증폭 시스템(100)에는 2개의 중대한 손실 기여자(부하 변환(116) 및 대역 스위치(118))가 존재하지 않는다. 그러한 손실 기여자들의 제거는 도 7 및 표 2의 예에서의 송신 경로에서 약 1dB를 제거하는 것으로 도시된다.

표 2를 또한 참조하면, 시스템(100)의 각각의 컴포넌트가(표 1의 예에서와 같이) 그의 상한 효율로 동작하는 것으로 가정하면, HV 도허티 전력 증폭 시스템(100)의 총 효율은 약 44%(0.93 x 0.80 x 0.93 x 0.63)이다. 각각의 컴포넌트가 그의 하한 효율로 동작하는 것으로 가정하는 경우에도, HV 도허티 전력 증폭 시스템(100)의 총 효율은 약 41%(0.93 x 0.75 x 0.93 x 0.63)이다. 어느 경우에나 도 7의 HV 도허티 전력 증폭 시스템(100)의 총 효율은 도 6의 도허티 전력 증폭 시스템(110)의 총 효율(약 32%)보다 훨씬 높다는 것을 알 수 있다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 다수의 특징에 주목할 수 있다. DC/DC 부스트 컨버터(도 7의 160)의 사용은 PA 시스템에서 활용될 수 있는 하나 이상의 다른 전력 컨버터의 제거를 가능하게 할 수 있다는 점에 유의한다. 예를 들어, HV 전원 전압(예로서, 10VDC)을 산출하도록 동작할 때, 1 와트((10V)²/(2x50Ω))의 RF 전력이 어떠한 고조파 종단 없이 생성될 수 있다. 또한 50 Ω 부하(예로, 도 7)로 구동되는 PA는 3Ω 부하(예로, 도 6)로 구동되는 PA보다 옴당 상당히 적은 손실이라는 결과를 가져온다.

도 8은 도 7의 HV 도허티 전력 증폭 시스템(100)의 보다 구체적인 예일 수 있는 HV 도허티 전력 증폭 시스템(100)을 도시한다. 도 8의 예에서, 전력 증폭기 조립체는 캐리어 PA(167) 및 피킹 PA(168)을 포함할 수 있다. 각각의 캐리어 및 피킹 PA들은 캐스코드 구성을 갖는 것으로 묘사되어 있다.

도 8의 예에서, 캐리어 PA(167)는 예를 들어 클래스 AB 바이어스로 동작할 수 있다; 피킹 PA(168)는 예를 들어 클래스 C 바이어스로 동작할 수 있다. 특히, 캐리어 PA(167)의 RF 트랜지스터는 클래스 AB 구성으로 바이어스되는 것으로 도시되어 있고; 피킹 PA(168)의 RF 트랜지스터는 클래스 C 구성으로 바이어스되는 것으로 도시되어 있다. 캐리어 및 피킹 PA들(167, 168) 각각의 캐스코드 트랜지스터는 그 제각기 캐스코드 바이어스 회로에 의해 바이어스되는 것으로 도시되어 있다.

도 8의 예에서, RF 신호는 공통 입력 포트(162)(RFin)에서 수신될 수 있고, 이러한 신호는 입력 스플리터(202)에 의해 캐리어 증폭 경로와 피킹 증폭 경로로 분할될 수 있다. 캐리어 부분은 캐리어 PA(167)에 제공되는 것으로 도시되어 있고, 피킹 부분은 입력 인버터(204)를 통해 피킹 PA(168)에 제공되는 것으로 도시되어 있다.

도 8의 예에서, 전원 노드(212)로부터의 전원 전압(Vcc)이 캐리어 및 피킹 PA들(167, 168)의 각각의 캐스코드 트랜지스터의 컬렉터에 제공되도록 도시되어 있다. 특히, 캐리어 PA(167)의 캐스코드 트랜지스터의 컬렉터는 초크 및 Linv로 표시된 인덕턴스들을 통해 Vcc를 제공받는 것으로 도시된다. 피킹 PA(168)의 캐스코드 트랜지스터의 컬렉터는 Linv를 통해 Vcc를 제공받는 것으로 도시되어 있다.

캐리어 PA(167)의 캐스코드 트랜지스터의 컬렉터는 대응하는 커패시턴스 Cinv를 통해 캐리어 PA(167)의 RF 트랜지스터의 이미터에 연결되도록 도시되어 있다. 유사하게, 피킹 PA(168)의 캐스코드 트랜지스터의 컬렉터는 대응하는 커패시턴스 Cinv를 통해 피킹 PA(168)의 RF 트랜지스터의 이미터에 연결되도록 도시되어 있다.

도 8의 예에서, 커패시턴스들 Cinv 및 인덕턴스 Linv의 조립체는 예를 들어 약 100 Ω의 임피던스를 갖는 출력 J-인버터(210)를 형성할 수 있다. 캐리어 및 피킹 PA들(167, 168)의 증폭된 출력들은 출력 J-인버터(210)에 의해 결합될 수 있고, 결합된 출력은 커패시턴스(170)를 통해 출력 노드(214)에 제공될 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 도허티 PA들의 높은 임피던스 동작은 결합용 네트워크(예를 들어, 출력 J-인버터(210))의 단순화를 포함하여 도허티 증폭 아키텍처를 상당히 단순화할 수 있다. 일부 실시예에서, 캐리어 및 피킹 PA들(167, 168)은 다이 상에 구현될 수 있다. 일부 실시예에서, 입력 스플리터(202) 및 입력 J-인버터(204)는 또한 동일한 다이 상에 구현될 수 있다. 일부 실시예에서, 출력 J-인버터(210)의 인버터 커패시턴스들 Cinv는 또한 동일한 다이 상에 구현될 수 있다. 그에 따라서, 그리고 인버터 인덕턴스 Linv가 외부 수동 소자로서 구현된다고 가정하면, 싱글 엔디드 전력 증폭 설계와 비교할 때 단 하나의 그러한 추가적인 수동 소자만이 필요하다.

도 9는 도 8의 HV 도허티 증폭 시스템의 보다 구체적인 예일 수 있는 HV 도허티 증폭 시스템을 도시한다. 도 9에서, 참조 부호들(202, 204, 207, 208 및 210)은 일반적으로 동일한 도 8의 동일한 참조 부호들에 대응한다. 도 9의 예에서, 저항, 커패시턴스 및 인덕턴스와 같은 회로 요소들의 다양한 값들은 하나 이상의 주파수에 대해 원하는 기능을 달성하도록 선택될 수 있음을 이해할 것이다.

도 10 내지 도 12는 도 9의 HV 도허티 증폭 시스템의 성능 특성의 예들을 도시한다. 특히, 도 10은 클래스 C 바이어스 포인트가 스윕됨에 따라 AMAM 대 출력 전력, PAE 대 출력 전력, 피크 전력 및 캐리어 전력 대 입력 전력의 비, 및 컬렉터 전류 대 출력 전력의 플롯들을 보여준다.

도 11은 클래스 AB 및 클래스 C 바이어스 구성에 대한 이득, 출력 전력, 이미터 폴로어 바이어스, 및 컬렉터 전류 특성을 도시한다.

도 12는 HV 도허티 증폭 시스템뿐만 아니라 싱글 엔디드 증폭 시스템에 대한 AMAM, PAE, 및 AMPM 특성을 도시한다.

도 13은 벅(Buck) ET 증폭 시스템(A), 부스트 평균 전력 트래킹(APT) 증폭 시스템(B), 벅 APT 증폭 시스템(C), 및 본 명세서에 설명된 바와 같은 하나 이상의 특징을 갖는 부스트 도허티 증폭 시스템(D)에 대한 평균 출력 전력의 함수로서 배터리 레벨 효율의 예들을 도시한다. 약 26dBm의 예시적 출력 전력에서, 부스트 도허티 증폭 시스템(D)은 벅 ET(A) 및 부스트 APT(B) 시스템보다 약 15 % 큰 효율 레벨을 가지며, 벅 APT 시스템(C)보다 약 25 % 더 큰 효율 레벨을 가진다.

도 14는 일부 실시예에서, 본 명세서에서 설명된 바와 같은 하나 이상의 특징들을 갖는 HV 도허티 전력 증폭 시스템의 일부 또는 전부가 모듈로 구현될 수 있다는 것을 도시한다. 이러한 모듈은, 예를 들어 프론트 엔드 모듈(FEM)일 수 있다. 도 14의 예에서, 모듈(300)은 패키징 기판(302)을 포함할 수 있으며, 다수의 컴포넌트가 그러한 패키징 기판 상에 장착될 수 있다. 예를 들어, 프론트 엔드 전력 관리 집적 회로(FE-PMIC) 컴포넌트(102), 전력 증폭기 조립체(104), 정합 컴포넌트(106), 및 듀플렉서 조립체(108)는 패키징 기판(302) 상에 및/또는 그 내에 장착되고 및/또는 구현될 수 있다. 다수의 SMT 디바이스들(304) 및 안테나 스위치 모듈(ASM)(306)과 같은 다른 컴포넌트들이 또한 패키징 기판(302) 상에 장착될 수 있다. 다양한 컴포넌트 모두가 패키징 기판(302) 상에 레이아웃된 것으로 묘사되기는 하지만, 일부 컴포넌트(들)는 다른 컴포넌트(들) 위에 걸쳐서 구현될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

일부 구현에서, 본 명세서에서 설명된 하나 이상의 특징을 갖는 디바이스 및/또는 회로는 무선 디바이스와 같은 RF 디바이스에 포함될 수 있다. 이러한 디바이스 및/또는 회로는 무선 디바이스에서 직접적으로, 본 명세서에서 설명된 바와 같은 모듈 형태로, 또는 이들의 몇몇 조합으로 구현될 수 있다. 일부 실시예에서, 그러한 무선 디바이스는, 예를 들어 셀룰러 폰, 스마트 폰, 전화 기능을 구비하거나 구비하지 않은 핸드헬드 무선 디바이스, 무선 태블릿 등을 포함할 수 있다.

도 15는 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 유리한 특징을 갖는 예시적인 무선 디바이스(400)를 나타낸다. 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 하나 이상의 특징을 갖는 모듈의 맥락에서, 그러한 모듈은 일반적으로 점선 박스(300)에 의해 묘사될 수 있으며, 예를 들어 프론트 엔드 모듈(FEM)로서 구현될 수 있다.

도 15를 참조하면, 전력 증폭기들(PA들)(420)은 증폭 및 송신될 RF 신호들을 생성하고 수신된 신호들을 처리하도록 알려진 방식들로 구성되고 동작할 수 있는 송수신기(410)로부터 그들 제각기 RF 신호들을 수신할 수 있다. 송수신기(410)는 사용자에 적합한 데이터 및/또는 음성 신호들과 송수신기(410)에 적합한 RF 신호들 간의 변환을 제공하도록 구성되는 기저대역 서브시스템(408)과 상호작용하는 것으로 도시된다. 송수신기(410)는 또한 무선 디바이스(400)의 동작을 위한 전력을 관리하도록 구성되는 전력 관리 컴포넌트(406)와 통신 상태에 있을 수 있다. 그러한 전력 관리는 기저대역 서브시스템(408) 및 모듈(300)의 동작들도 제어할 수 있다.

기저대역 서브시스템(408)은 사용자에게 제공되고 그로부터 수신되는 음성 및/또는 데이터의 다양한 입력 및 출력을 용이하게 하기 위해 사용자 인터페이스(402)에 접속되는 것으로 도시된다. 기저대역 서브시스템(408)은 무선 디바이스의 동작을 용이하게 하고/하거나 사용자로부터의 정보의 저장을 제공하기 위해 데이터 및/또는 명령어들을 저장하도록 구성되는 메모리(404)에 접속될 수도 있다.

예시적인 무선 디바이스(400)에서, PA들(420)의 출력들은 (제각기 정합 회로들(422)을 통해) 정합되고, 그들 제각기 듀플렉서들(420)로 라우팅되는 것으로 도시된다. 일부 실시예에서, 정합 회로(422)는 도 7을 참조하여 본 명세서에서 설명된 예시적인 정합 회로들(172a-172c)일 수 있다. 도 7을 참조하여 본 명세서에서 설명된 바와 같이, PA들(420)의 출력들은 PA들(420)이 HV 전원으로 동작할 때 (예로서, 도 6의 부하 변환(116)을 이용하여) 임피던스 변환 없이 그들 제각기 듀플렉서들(424)로 라우팅될 수 있다. 그러한 증폭 및 필터링된 신호들은 송신을 위해 안테나 스위치(414)를 통해 안테나(416)로 라우팅될 수 있다. 일부 실시예에서, 듀플렉서들(420)은 송신 및 수신 동작들이 공통 안테나(예로서, 416)를 이용하여 동시에 수행되는 것을 가능하게 할 수 있다. 도 15에서, 수신된 신호들은 예로서 저잡음 증폭기(LNA)를 포함할 수 있는 "Rx" 경로들(도시 안됨)로 라우팅되는 것으로 도시된다.

다수의 다른 무선 디바이스 구성이 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 특징을 활용할 수 있다. 예를 들어, 무선 디바이스는 다중 대역 디바이스일 필요가 없다. 또 다른 예에서, 무선 디바이스는 다이버시티 안테나와 같은 추가 안테나들, 및 와이파이, 블루투스 및 GPS와 같은 추가 접속 특징들을 포함할 수 있다.

본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 본 개시 내용의 하나 이상의 특징은 도 15의 무선 디바이스를 수반하는 것들과 같은 시스템들에서 구현될 때 다수의 장점을 제공할 수 있다. 예를 들어, 출력 손실의 제거 또는 감소를 통해 상당한 정도의 전류 소모 감소가 달성될 수 있다. 다른 예에서, 전력 증폭 시스템 및/또는 무선 디바이스에 대해 더 적은 부품 수가 실현될 수 있다. 또 다른 예에서, 각각의 지원되는 주파수 대역의 독립적인 최적화 또는 바람직한 구성이 예를 들어 그들 제각기 주파수 대역들에 대한 개별 PA들로 인해 달성될 수 있다. 또 다른 예에서, 최대 또는 증가된 출력 전력의 최적화 또는 바람직한 구성이 예를 들어 부스트 전원 전압 시스템을 통해 달성될 수 있다. 또 다른 예에서, 최대 또는 증가된 전력이 배터리 전압에 의해 반드시 제한되지는 않으므로, 다수의 상이한 배터리 기술이 이용될 수 있다.

본 개시 내용의 하나 이상의 특징은 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 다양한 셀룰러 주파수 대역들을 이용하여 구현될 수 있다. 그러한 대역들의 예는 표 3에 열거된다. 대역들 중 적어도 일부는 부대역들로 분할될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 본 개시 내용의 하나 이상의 특징은 표 3의 예들과 같은 지정들을 갖지 않는 주파수 범위들을 이용하여 구현될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

맥락이 명확히 달리 요구하지 않는한, 설명 및 청구항들 전반에서, 단어 "포함한다", "포함하는" 등은 배타적이거나 총망라한다는 의미가 아니라 포괄적인 의미로, 즉 "포함하지만, 그에 한정되지 않는"의 의미로 해석되어야 한다. 단어 "연결된"은 본 명세서에서 일반적으로 사용되는 바와 같이 2개의 이상의 요소가 직접 접속되거나 하나 이상의 중간 요소를 통해 접속될 수 있다는 것을 지칭한다. 게다가, 단어 "본 명세서에서", "위에서", "아래에서" 및 유사한 의미의 단어들은 본원에서 사용될 때 본원의 임의의 특정 부분들이 아니라 본원 전체를 지칭할 것이다. 맥락이 허락하는 경우, 위의 설명에서 단수 또는 복수를 이용하는 단어들은 각각 복수 또는 단수도 포함할 수 있다. 둘 이상의 아이템의 열거와 관련된 단어 "또는"은 단어의 다음의 해석들 모두, 즉 리스트 내의 아이템들 중 임의의 것, 리스트 내의 모든 아이템, 및 리스트 내의 아이템들의 임의의 조합을 커버한다.

본 발명의 실시예들의 위의 상세한 설명은 총망라한다거나, 본 발명을 전술한 바로 그 형태로 한정하는 것을 의도하지 않는다. 본 발명의 특정 실시예들 및 예들이 예시의 목적을 위해 전술되었지만, 통상의 기술자들이 인식하듯이, 본 발명의 범위 내에서 다양한 균등한 변경들이 가능하다. 예를 들어, 프로세스들 또는 블록들이 주어진 순서로 제공되지만, 대안 실시예들은 단계들을 갖는 루틴들을 상이한 순서로 수행하거나, 블록들을 갖는 시스템들을 상이한 순서로 이용할 수 있으며, 일부 프로세스들 또는 블록들은 제거, 이동, 추가, 세분, 결합 및/또는 변경될 수 있다. 이러한 프로세스들 또는 블록들 각각은 다양한 상이한 방식으로 구현될 수 있다. 또한, 프로세스들 또는 블록들이 때때로 직렬로 수행되는 것으로 도시되지만, 이러한 프로세스들 또는 블록들은 병렬로 대신 수행될 수 있거나, 상이한 시간들에 수행될 수 있다.

본 명세서에서 제공되는 본 발명의 교시들은 반드시 전술한 시스템만이 아니라 다른 시스템들에도 적용될 수 있다. 전술한 다양한 실시예들의 요소들 및 행위들은 추가 실시예들을 제공하도록 결합될 수 있다.

본 발명의 일부 실시예가 설명되었지만, 이러한 실시예들은 예시적으로만 제공되었을 뿐이며, 본 개시 내용의 범위를 한정하는 것을 의도하지 않는다. 사실상, 본 명세서에서 설명되는 새로운 방법들 및 시스템들은 다양한 다른 형태로 구현될 수 있으며, 더구나 본 명세서에서 설명되는 방법들 및 시스템들의 형태에 있어서의 다양한 생략, 대체 및 변경이 본 개시 내용의 사상으로부터 벗어나지 않고서 이루어질 수 있다. 첨부된 청구항들 및 그들의 균등물들은 본 개시 내용의 범위 및 사상 내에 속하는 바와 같은 그러한 형태들 또는 변경들을 포함하는 것을 의도한다.

Claims

전력 증폭 시스템으로서:
고전압(HV: high-voltage) 전원 신호를 제공하도록 구성된 전원 시스템;
상기 HV 전원 신호를 수신하고 무선 주파수(RF) 신호를 증폭하도록 구성된 도허티 전력 증폭기(PA); 및
상기 증폭된 RF 신호를 수신하여 필터로 라우팅하도록 구성된 출력 경로 - 상기 출력 경로는 임피던스 변환 회로를 실질적으로 갖지 않음 -
를 포함하는 전력 증폭 시스템.
제1항에 있어서, 상기 전원 시스템은 배터리 전압(Vbatt)에 기초하여 상기 HV 전원 신호를 생성하도록 구성된 부스트 DC/DC 컨버터를 포함하는 전력 증폭 시스템.
제2항에 있어서, 상기 HV 전원 신호는 상기 도허티 PA 및 상기 필터의 임피던스들이 충분히 정합되어 상기 출력 경로가 상기 임피던스 변환 회로를 실질적으로 갖지 않을 수 있도록 선택되는 전력 증폭 시스템.
제3항에 있어서, 상기 도허티 PA의 임피던스는 약 50 옴의 값을 갖는 전력 증폭 시스템.
제2항에 있어서, 상기 도허티 PA는 HBT(heterojunction bipolar transistor)를 포함하는 전력 증폭 시스템.
제5항에 있어서, 상기 HBT는 갈륨 비소(GaAs) 소자인 전력 증폭 시스템.
제5항에 있어서, 상기 HV 전원 신호는 상기 HBT의 컬렉터에 Vcc로서 제공되는 전력 증폭 시스템.
제2항에 있어서, 상기 필터는 대응하는 송신(Tx) 주파수 대역에서 동작하도록 구성된 Tx 필터인 전력 증폭 시스템.
제8항에 있어서, 상기 Tx 필터는 상기 Tx 주파수 대역 및 대응하는 수신(Rx) 주파수 대역에서 동작하도록 구성된 듀플렉서의 일부인 전력 증폭 시스템.
제2항에 있어서, 상기 HV 전원 신호를 수신하고 RF 신호를 증폭하도록 각각 구성된 하나 이상의 추가적 도허티 PA를 추가로 포함하는 전력 증폭 시스템.
제10항에 있어서, 상기 하나 이상의 추가적 도허티 PA 각각에 대한 상기 증폭된 RF 신호를 수신하여 대응하는 필터로 라우팅하도록 구성된 출력 경로를 추가로 포함하고, 상기 추가적 출력 경로는 임피던스 변환 회로를 실질적으로 갖지 않는 전력 증폭 시스템.
제11항에 있어서, 각각의 필터는 대응하는 도허티 PA를 자신과 연관시킨 전력 증폭 시스템.
제12항에 있어서, 상기 전력 증폭 시스템은 상기 도허티 PA들과 상기 필터들 사이에 대역 선택 스위치를 실질적으로 갖지 않는 전력 증폭 시스템.
제13항에 있어서, 상기 전력 증폭 시스템은, 유사한 대역 취급 능력을 갖지만 PA들이 저전압에서 동작하는 또 다른 전력 증폭기 시스템보다 낮은 손실을 갖는 전력 증폭 시스템.
무선 주파수(RF) 모듈로서:
복수의 컴포넌트를 수용하도록 구성된 패키징 기판; 및
상기 패키징 기판 상에 구현된 전력 증폭 시스템 - 상기 전력 증폭 시스템은 고전압(HV) 전원 신호를 제공하도록 구성된 전원 시스템을 포함하고, 상기 전력 증폭 시스템은 상기 HV 전원 신호를 수신하고 RF 신호를 증폭하도록 구성된 도허티 전력 증폭기(PA)를 추가로 포함하고, 상기 전력 증폭 시스템은 상기 증폭된 RF 신호를 수신하고 필터로 라우팅하도록 구성된 출력 경로를 추가로 포함하고, 상기 출력 경로는 임피던스 변환 회로를 실질적으로 갖지 않음 -
을 포함하는 RF 모듈.
제15항에 있어서, 상기 RF 모듈은 프론트 엔드 모듈(FEM)인 RF 모듈.
제15항에 있어서, 상기 전력 증폭 시스템은 상기 도허티 PA와 상기 필터 사이에 대역 선택 스위치를 실질적으로 갖지 않는 RF 모듈.
제17항에 있어서, 상기 전력 증폭 시스템은 유사한 대역 취급 능력을 갖지만 도허티 PA가 저전압에서 동작하는 또 다른 전력 증폭기 시스템보다 낮은 손실을 갖는 RF 모듈.
제17항에 있어서, 상기 RF 모듈은 임피던스 변환 회로 및 대역 선택 스위치를 가진 증폭 시스템을 갖는 또 다른 RF 모듈보다 상당히 작은 영역을 갖는 RF 모듈.
무선 디바이스로서:
무선 주파수(RF) 신호를 생성하도록 구성된 송수신기; 및
상기 송수신기와 통신 상태에 있는 프론트 엔드 모듈(FEM) - 상기 FEM은 복수의 컴포넌트를 수용하도록 구성된 패키징 기판을 포함하고, 상기 FEM은 상기 패키징 기판 상에 구현된 전력 증폭 시스템을 추가로 포함하고, 상기 전력 증폭 시스템은 고전압(HV) 전원 신호를 제공하도록 구성된 전원 시스템을 포함하고, 상기 전력 증폭 시스템은 상기 HV 전원 신호를 수신하고 무선 주파수(RF) 신호를 증폭하도록 구성된 도허티 전력 증폭기(PA)를 추가로 포함하고, 상기 전력 증폭 시스템은 상기 증폭된 RF 신호를 수신하여 필터로 라우팅하도록 구성된 출력 경로를 추가로 포함하고, 상기 출력 경로는 임피던스 변환 회로를 실질적으로 갖지 않음-; 및
상기 FEM과 통신 상태에 있고 상기 증폭된 RF 신호를 송신하도록 구성된 안테나
를 포함하는 무선 디바이스.