KR20220035686A - 전력 증폭기 시스템 - Google Patents

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KR20220035686A
KR20220035686A KR1020200117727A KR20200117727A KR20220035686A KR 20220035686 A KR20220035686 A KR 20220035686A KR 1020200117727 A KR1020200117727 A KR 1020200117727A KR 20200117727 A KR20200117727 A KR 20200117727A KR 20220035686 A KR20220035686 A KR 20220035686A
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input signal
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KR1020200117727A
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이건용
한수연
표승철
허영식
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삼성전기주식회사
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Abstract

전력 증폭기 시스템은 RF 입력 신호를 증폭하며, 실리콘을 포함하는 기판에 구현되어 있는 구동단, 구동단으로부터 증폭된 RF 신호에서 기본 신호를 증폭하는 캐리어 증폭기, 그리고 구동단으로부터 증폭된 RF 신호에서 피크 신호를 증폭하는 피킹 증폭기를 포함하고, 갈륨비소를 포함하는 기판에 구현되어 있는 전력단, 그리고 RF 신호의 위상을 변경하는 위상 보상 회로를 포함하고, 캐리어 증폭기 또는 피킹 증폭기 중 어느 하나는 위상 보상 회로에 연결되어 있다.

Description

전력 증폭기 시스템{POWER AMPLIFIER SYSTEM}
본 기재는 전력 증폭기 시스템에 관한 것이다.
무선 통신 시스템은 통신 규격의 진화에 따라 다양한 디지털 변복조 방식을 채용하고 있다. 기존의 CDMA(Code Division Multiple Access) 통신 시스템은 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 방식을 채용하고 있으며, IEEE의 통신 규격을 따른 무선랜(Wireless LAN)은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식을 채용하고 있다. 그리고 최근의 3GPP의 표준 규격인 LTE(Long Term Evolution), LTE-Advanced, 그리고 5G는 QPSK, QAM(Quadrature Amplitude Modulation), 그리고 OFDM 방식을 채용하고 있다. 이러한 무선 통신 규격들은 송신 신호의 크기 또는 위상이 전송 중 유지되는 것을 요구하는 선형 변조 방식을 채용하고 있다.
한편, 무선 통신 시스템에 사용되는 송신 장치는 전송 거리를 높이기 위해, RF(Radio Frequency) 신호를 증폭하는 전력 증폭기를 포함한다. 이러한 전력 증폭기는 송신 장치의 마지막 부분에 있는 회로로서, 무선 통신 시스템의 출력 전력, 선형성, 그리고 전력 효율에 영향을 주는 중요한 회로 요소이다.
3GPP에서는 기존 LTE 규격에서 발전한 5G NR(New Radio) 규격을 새롭게 정의하였는데, 이러한 5G NR 규격을 충족하기 위해, 전력 증폭기가 높은 선형 파워와 높은 효율을 갖는 것이 요구되고 있으며, 추가적으로 전력 증폭기가 높은 신뢰성을 갖는 것도 요구되고 있다. 또한, 무선 통신 시스템에서 전력 증폭기이 차지하는 면적과 가격이 크기 때문에, 무선 통신 시스템의 소형화에 따라, 전력 증폭기의 면적과 가격을 감소시키는 것이 요구되고 있다.
일 실시예는 전력 증폭기의 선형 파워와 효율을 증대시키기 위한 것이다.
일 실시예는 전력 증폭기의 신뢰성을 증대시키기 위한 것이다.
일 실시예는 전력 증폭기의 면적과 가격을 감소시키기 위한 것이다.
일 실시예에 따르면, 전력 증폭기 시스템은 RF 입력 신호를 증폭하며, 실리콘을 포함하는 기판에 구현되어 있는 구동단, 구동단으로부터 증폭된 RF 신호에서 기본 신호를 증폭하는 캐리어 증폭기, 그리고 구동단으로부터 증폭된 RF 신호에서 피크 신호를 증폭하는 피킹 증폭기를 포함하고, 갈륨비소를 포함하는 기판에 구현되어 있는 전력단, 그리고 RF 신호의 위상을 변경하는 위상 보상 회로를 포함하고, 캐리어 증폭기 또는 피킹 증폭기 중 어느 하나는 위상 보상 회로에 연결되어 있다.
전력 증폭기 시스템은 구동단이 구현되어 있는 제1 IC(Integrated Circuit), 그리고 제1 IC로부터 독립되며 전력단이 구현되어 있는 제2 IC를 포함할 수 있다.
전력 증폭기 시스템은 캐리어 증폭기의 출력단에 연결되어 있고, 캐리어 증폭기로부터 증폭된 기본 신호의 위상을 변경하는 쿼터 웨이브 회로를 더 포함할 수 있다.
전력 증폭기 시스템은 구동단과 전력단의 사이의 신호 전달 경로에 대한 임피던스를 매칭하고, RF 신호의 위상을 변경하는 위상 보상 회로를 포함하는 중간 매칭부를 더 포함할 수 있다.
전력 증폭기 시스템은 RF 입력 신호를 받는 단자와 구동단의 사이의 신호 전달 경로에 대한 임피던스를 매칭하고, RF 신호의 위상을 변경하는 위상 보상 회로를 포함하는 입력 매칭부를 더 포함할 수 있다.
구동단은 RF 입력 신호에서 기본 신호를 증폭하는 캐리어 증폭기, 그리고 RF 입력 신호에서 피크 신호를 증폭하는 피킹 증폭기를 포함할 수 있다.
RF 입력 신호는 반전 RF 입력 신호와 비반전 RF 입력 신호를 포함할 수 있고, 구동단은 반전 RF 입력 신호와 비반전 RF 입력 신호의 차이를 증폭할 수 있다.
구동단은 비반전 RF 입력 신호를 입력 받아 증폭하는 제1 구동 증폭기, 그리고 반전 RF 입력 신호를 입력 받아 증폭하는 제2 구동 증폭기를 포함할 수 있다.
전력단의 캐리어 증폭기는 제1 구동 증폭기로부터 증폭된 비반전 RF 입력 신호에서 기본 신호를 증폭하는 제1 캐리어 증폭기, 그리고 제2 구동 증폭기로부터 증폭된 반전 RF 입력 신호에서 기본 신호를 증폭하는 제2 캐리어 증폭기를 포함할 수 있고, 그리고 전력단의 피크 증폭기는 제1 구동 증폭기로부터 증폭된 비반전 RF 입력 신호에서 피크 신호를 증폭하는 제1 피크 증폭기, 그리고 제2 구동 증폭기로부터 증폭된 반전 RF 입력 신호에서 피크 신호를 증폭하는 제2 피크 증폭기를 포함할 수 있다.
구동단은 비반전 RF 입력 신호를 입력 받아 기본 신호를 증폭하는 제1 캐리어 증폭기, 반전 RF 입력 신호를 입력 받아 기본 신호를 증폭하는 제2 캐리어 증폭기, 비반전 RF 입력 신호를 입력 받아 피크 신호를 증폭하는 제1 피킹 증폭기, 그리고 반전 RF 입력 신호를 입력 받아 피크 신호를 증폭하는 제2 피킹 증폭기를 포함할 수 있다.
전력단의 캐리어 증폭기는 제1 캐리어 증폭기로부터 증폭된 기본 신호를 증폭하는 제3 캐리어 증폭기, 그리고 제2 캐리어 증폭기로부터 증폭된 기본 신호를 증폭하는 제4 캐리어 증폭기를 포함할 수 있고, 전력단의 피킹 증폭기는 제1 피킹 증폭기로부터 증폭된 피크 신호를 증폭하는 제3 피킹 증폭기, 그리고 제2 피킹 증폭기로부터 증폭된 피크 신호를 증폭하는 제4 피킹 증폭기를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전력 증폭기 시스템은 RF 입력 신호를 증폭하며, 실리콘을 포함하는 기판에 구현되어 있는 구동단, 구동단으로부터 증폭된 RF 신호에서 기본 신호를 증폭하는 캐리어 증폭기, 그리고 구동단으로부터 증폭된 RF 신호에서 피크 신호를 증폭하는 피킹 증폭기를 포함하고, 갈륨비소를 포함하는 기판에 구현되어 있는 전력단, 그리고 전력단과 RF 출력 신호가 출력되는 단자 사이의 신호 전달 경로에 대한 임피던스를 매칭하고, 캐리어 증폭기로부터 증폭된 기본 신호의 위상을 변경하는 쿼터 웨이브 회로를 포함하는 출력 매칭부를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 전력 증폭기의 선형 파워와 효율을 증대시킬 수 있으며, 전력 증폭기의 신뢰성을 증대시킬 수 있으며, 이에 따라 통신 시스템이 5G NR 규격을 충분히 만족하도록 만들 수 있다. 또한, 일 실시예에 따르면, 전력 증폭기의 면적과 가격을 감소시킬 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 전력 증폭기 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 입력된 신호의 위상을 +90도 또는 -90도로 변경하는 회로들을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 전력 증폭기 시스템을 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 전력 증폭기 시스템을 나타내는 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 전력 증폭기 시스템을 나타내는 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 전력 증폭기 시스템의 단면을 나타내는 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 통신 시스템의 평면을 나타내는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "커플링(coupling)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 또는 물리적으로 커플링"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 또는 비접촉 커플링"되어 있는 경우를 포함한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 또는 물리적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 또는 비접촉 연결"되어 있는 경우, 또는 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
명세서 전체에서, RF 신호는 Wi-Fi(IEEE 802.11 패밀리 등), WiMAX(IEEE 802.16 패밀리 등), IEEE 802.20, LTE(long term evolution), Ev-DO, HSPA+, HSDPA+, HSUPA+, EDGE, GSM, GPS, GPRS, CDMA, TDMA, DECT, Bluetooth, 3G, 4G, 5G 및 그 이후의 것으로 지정된 임의의 다른 무선 및 유선 프로토콜들에 따른 형식을 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분에 "실장"되어 있다고 할 때, 이는 다른 부분의 "외부에 설치"되어 있는 경우뿐 아니라, 다른 부분의 "내부에 설치 또는 집적"되어 있는 경우도 포함한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
그러면 일 실시예에 따른 전력 증폭기 시스템에 대하여 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 전력 증폭기 시스템을 나타내는 도면이며, 도 2는 입력된 신호의 위상을 +90도 또는 -90도로 변경하는 회로를 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참고하면, 전력 증폭기 시스템(100)은 RF 입력 신호(RFin)를 입력 받으며, RF 입력 신호(RFin)를 소정의 비율로 증폭하여 RF 출력 신호(RFout)를 생성한다. 전력 증폭기 시스템(100)은 입력 매칭부(input matching unit)(10), 구동단(drive stage)(20), 중간 매칭부(inter-stage matching unit)(30), 전력단(power stage)(40), 그리고 출력 매칭부(output matching unit)(50)를 포함한다.
입력 매칭부(10)는 RF 입력 신호(RFin)를 받는 단자와 구동단(20)의 사이의 신호 전달 경로에 대한 임피던스를 매칭할 수 있다. 입력 매칭부(10)는 입력 매칭 회로(input matching circuit)(11)를 하나 이상 포함한다. 예를 들어, 입력 매칭 회로(11)는 인덕터와 캐패시터가 연결되어 있는 회로일 수 있다. 그러나, 전력 증폭기 시스템(100)에서 입력 매칭부(10)는 생략될 수 있다.
구동단(20)은 전원을 공급받아 RF 입력 신호를 증폭한다. 구동단(20)은 구동 증폭기(drive amplifier)(21)를 하나 이상 포함한다. 미리 설정되어 있는 이득(gain)에 기초하여 구동 증폭기(21)가 RF 입력 신호를 증폭할 때, 구동 증폭기(21)의 이득은 구동 증폭기(21)의 항복 전압(breakdown voltage)에 기초하여 결정될 수 있다.
구동단(20)은 실리콘(silicon)을 포함하는 기판을 사용하는 반도체 제조 공정에 의해 한 개의 IC(Integrated Circuit)로 구현된다. 실리콘을 포함하는 기판을 사용하는 반도체 제조 공정은 갈륨비소(gallium arsenide)를 포함하는 기판을 사용하는 경우보다 단가가 상대적으로 낮다. 이에 따라, 구동단(20)이 실리콘 기판에 구현되는 경우, 전력 증폭기 시스템(100)의 단가가 낮아질 수 있다. 나아가, 통신 모듈의 단가에서 전력 증폭기 시스템(100)이 차지하는 비중이 가장 크기 때문에, 통신 모듈의 단가가 많이 줄어들 수 있다.
구동단(20)과 함께 입력 매칭부(10)는 실리콘을 포함하는 기판을 사용하는 반도체 제조 공정에 의해 한 개의 IC 로 제조될 수 있다. 이외에도, 구동단(20)과는 달리, 입력 매칭부(10)는 IC의 내부에 구현되지 않고, IC와는 독립적으로 통신 모듈에 직접 실장될 수 있다. 이 경우, 입력 매칭부(10)가 고비용의 IC 안에 구현되지 않기 때문에, 전체 제조 비용이 절감될 수 있다. 또한, 이 경우, IC 내에서 사용되기 어려운 인덕턴스 값이나 캐패시턴스 값을 갖는 회로 소자들이 통신 모듈에 직접 실장될 수 있으므로, RF 신호의 손실이 최소화되면서도 회로의 최적화가 용이할 수 있다.
중간 매칭부(30)는 구동단(20)과 전력단(40)의 사이의 신호 전달 경로에 대한 임피던스를 매칭할 수 있다. 중간 매칭부(30)는 여러 개의 중간 매칭 회로들(inter-stage matching circuits)(31, 32)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 중간 매칭 회로들(31, 32) 각각은 인덕터와 캐패시터가 연결되어 있는 회로일 수 있으며, 변압기를 포함할 수 있다. 중간 매칭 회로들(31, 32) 각각은 후술하는 캐리어 증폭기(carrier amplifier)(41) 및 피킹 증폭기(peaking amplifier)(42)와 각각 연결되어 있다. 이외에도 중간 매칭 회로들(31, 32)이 통합되어 한 개의 중간 매칭 회로로 구성될 수 있다. 그러나, 중간 매칭부(30)는 전력 증폭기 시스템(100)에서 생략될 수 있다.
중간 매칭 회로들(31, 32) 중 적어도 하나는 그 내부에 입력된 신호의 위상을 변경하는 위상 보상 회로(phase compensation circuit)를 포함할 수 있다. 이외에도, 위상 보상 회로는 중간 매칭 회로들(31, 32)에 포함되지 않고, 독립적으로 구현될 수 있다. 위상 보상 회로는 캐리어 증폭기(41) 또는 피킹 증폭기(42) 중 어느 하나의 입력단에 연결되어 있을 수 있으며, 이에 따라 캐리어 증폭기(41) 또는 피킹 증폭기(42) 중 어느 하나로 입력되는 신호의 위상이 변경될 수 있다. 이러한 위상 보상 회로는 인덕터와 캐패시터가 연결되어 있는 회로로서 중간 매칭부의 내부에 포함되어 있으므로, 전력 증폭기 시스템에서 위상 보상 회로가 차지하는 면적은 쿼터 웨이브 전송 라인(quarter wave transmission line)을 사용하는 경우보다 작을 수 있다. 여기서, 쿼터 웨이브 전송 라인은 중간 매칭 회로로부터 독립되어 있는 회로 소자로서, 그 크기가 크다. 예를 들어, 위상 보상 회로는 도 2에 도시된 회로들 중 어느 하나일 수 있다. 도 2에서, 1001 회로 및 1002 회로는 +90도 위상 변경을 수행할 수 있으며, 1003 회로 및 1004 회로는 -90도 위상 변경을 수행할 수 있다.
전력단(40)은 전원을 공급받아 구동단(20)으로부터의 RF 신호를 증폭한다. 전력단(40)은 캐리어 증폭기(41)를 하나 이상 포함하고, 피킹 증폭기(42)를 하나 이상 포함한다. 캐리어 증폭기(41)와 피킹 증폭기(42)를 사용하는 경우, 입력 전력 수준(input power level)에 따라 캐리어 증폭기(41) 및 피킹 증폭기(42) 각각의 로드 임피던스가 변한다. 이러한 로드 임피던스의 변화로 인하여, 저입력 전력과 고입력 전력 모두에서 전력단(40)의 증폭 효율이 증대될 수 있다. 캐리어 증폭기(41)는 임피던스 인버터(impedance inverter)를 통하여 RF 출력 신호(RFout) 단자에 연결되어, 구동 증폭기(21)로부터 증폭된 RF 신호 중 기본 신호(base signal)에 대해 증폭을 수행한다. 피킹 증폭기(42)는 임피던스 인버터를 통하지 않고 RF 출력 신호(RFout) 단자에 연결되어, 구동 증폭기(21)로부터 증폭된 RF 신호 중 피크 신호(peak signal)에 대해 증폭을 수행한다. 이에 따라, 캐리어 증폭기(41)와 피킹 증폭기(42)에서 각각 증폭된 신호들이 후술하는 출력 매칭부(50)에서 합성되어 RF 신호가 출력되므로, 전체적으로 전력단(40)의 증폭 효율이 증대될 수 있다. 예를 들어, 캐리어 증폭기(41)는 클래스 B에서 동작점(operating point)을 갖고, 피킹 증폭기(42)는 클래스 C에서 동작점을 가질 때, 캐리어 증폭기(41)가 포화되는 시점에 피킹 증폭기(42)가 동작을 시작한다.
전력단(40)은 갈륨비소를 포함하는 기판을 사용하는 반도체 제조 공정에 의해 한 개의 IC로 구현된다. 갈륨비소를 포함하는 기판에 형성된 IC는 실리콘을 포함하는 기판에 형성된 IC보다 높은 파워와 높은 선형성을 달성할 수 있으므로, 전력단(40)의 캐리어 증폭기(41)와 피킹 증폭기(42)를 통해 증폭되는 RF 신호는 파워와 선형성이 높을 수 있으며, 신뢰성도 높을 수 있다.
출력 매칭부(50)는 전력단(40)과 증폭된 RF 출력 신호(RFout)가 출력되는 단자의 사이의 신호 전달 경로에 대한 임피던스를 매칭할 수 있으며, 캐리어 증폭기(41)에서 출력된 신호를 위상 변경하여 피킹 증폭기(42)에서 출력된 신호와 합성한 후, 합성된 RF 신호를 RF 출력 신호(RFout) 단자로 출력할 수 있다. 출력 매칭부(50)는 여러 개의 출력 매칭 회로들(output matching circuits)(51, 52)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 출력 매칭 회로들(51, 52) 각각은 인덕터와 캐패시터가 연결되어 있는 회로일 수 있으며, 변압기를 포함할 수 있다. 그러나, 출력 매칭부(50)는 전력 증폭기 시스템(100)에서 생략될 수 있다.
출력 매칭 회로들(51, 52) 중 하나는 그 내부에 입력된 신호의 위상을 변경하는 쿼터 웨이브 회로(quarter wave circuit)를 포함할 수 있다. 이외에도, 쿼터 웨이브 회로는 출력 매칭 회로들(51, 52)에 포함되지 않고, 독립적으로 구현될 수 있다. 쿼터 웨이브 회로는 임피던스 인버터 중 하나이며, 캐리어 증폭기(41)의 출력단에 연결되어 있을 수 있다. 이러한 쿼터 웨이브 회로는 인덕터와 캐패시터가 연결되어 있는 회로로서 출력 매칭부의 내부에 포함되어 있으므로, 전력 증폭기 시스템에서 쿼터 웨이브 회로가 차지하는 면적은 쿼터 웨이브 전송 라인을 사용하는 경우보다 작을 수 있다. 여기서, 쿼터 웨이브 전송 라인은 중간 매칭 회로로부터 독립되어 있는 회로 소자로서, 그 크기가 크다. 예를 들어, 쿼터 웨이브 회로는 도 2에 도시된 회로들 중 어느 하나일 수 있다. 도 2에서, 1001 회로 및 1002 회로는 +90도 위상 변경을 수행할 수 있으며, 1003 회로 및 1004 회로는 -90도 위상 변경을 수행할 수 있다.
전력단(40)과 함께 출력 매칭부(50)는 갈륨비소를 포함하는 기판을 사용하는 반도체 제조 공정에 의해 한 개의 IC 로 제조될 수 있다. 이외에도, 전력단(40)과는 달리, 출력 매칭부(50)는 IC의 내부에 구현되지 않고, IC와는 독립적으로 통신 모듈에 직접 실장될 수 있다. 이 경우, 출력 매칭부(50)가 고비용의 IC 안에 구현되지 않기 때문에, 전체 제조 비용이 절감될 수 있다. 또한, 이 경우, IC 내에서 사용되기 어려운 인덕턴스 값이나 캐패시턴스 값을 갖는 회로 소자들이 통신 모듈에 직접 실장될 수 있으므로, RF 신호의 손실을 최소화하면서 회로의 최적화가 용이할 수 있다.
중간 매칭부(30)는 전력단(40)과 함께 갈륨비소를 포함하는 기판을 사용하는 반도체 제조 공정에 의해 한 개의 IC로 제조될 수 있다. 이외에도, 중간 매칭부(30)는 구동단(20)과 함께 실리콘을 포함하는 기판을 사용하는 반도체 제조 공정에 의해 한 개의 IC로 제조될 수 있으며, 이 경우 갈륨비소를 포함하는 기판을 사용하는 경우보다 제조 단가가 낮아질 수 있다.
이외에도, 중간 매칭부(30)는 구동단(20)이 구현된 IC의 내부나 전력단(40)이 구현된 IC의 내부에 어디에도 포함되지 않고, 이러한 IC들과는 독립적으로 통신 모듈에 직접 실장될 수 있다. 이 경우, 중간 매칭부(30)가 고비용의 IC 안에 구현되지 않기 때문에, 전체 제조 비용이 절감될 수 있다. 또한, 이 경우, IC 내에서 사용되기 어려운 인덕턴스 값이나 캐패시턴스 값을 갖는 회로 소자들이 통신 모듈에 직접 실장될 수 있으므로, RF 신호의 손실을 최소화하면서 회로의 최적화가 용이할 수 있다.
나아가, 중간 매칭부(30)가 위상 보상 회로를 포함하는 경우, 중간 매칭부(30)가 구동단(20), 전력단(40), 또는 이들 모두와 함께 한 개의 IC로 제조될 때, 위상 보상 회로가 차지하는 면적으로 인하여, 중간 매칭부(30)가 위상 보상 회로를 포함하지 않는 경우보다 IC 제조 비용이 상승할 수 있다. 이에 따라, 중간 매칭부(30)가 위상 보상 회로를 포함하는 경우, 중간 매칭부(30)가 IC로부터 독립적으로 통신 모듈에 직접 실장될 때, 전체 제조 비용이 최소화될 수 있다. 또한, 중간 매칭부(30)의 위상 보상 회로가 IC로부터 독립적으로 통신 모듈에 직접 실장될 때, 위상 보상 회로를 구성하는 회로 소자들의 인덕턴스 값이나 캐패시턴스 값을 최적화함으로써 캐리어 증폭기(41) 및 피킹 증폭기(42)의 로드 임피던스 변화가 최적화될 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 전력 증폭기 시스템을 나타내는 도면이다.
도 3을 참고하면, 전력 증폭기 시스템(100)에서 입력 매칭부(10)가 위상 보상 회로를 포함하지만, 중간 매칭부(30)는 위상 보상 회로를 포함하지 않으며, 그리고 구동단(20)은 캐리어 증폭기(22)와 피킹 증폭기(23)를 포함한다.
위상 보상 회로는 구동단(20)의 캐리어 증폭기(22) 또는 피킹 증폭기(23) 중 어느 하나의 입력단에 연결되어 있을 수 있으며, 이에 따라 캐리어 증폭기(22)와 피킹 증폭기(23) 중 어느 하나로 입력되는 신호의 위상이 변경될 수 있다. 이러한 위상 보상 회로는 인덕터와 캐패시터가 연결되어 있는 회로로서 입력 매칭부의 내부에 포함되어 있으므로, 전력 증폭기 시스템에서 위상 보상 회로가 차지하는 면적은 쿼터 웨이브 전송 라인을 사용하는 경우보다 작을 수 있다. 여기서, 쿼터 웨이브 전송 라인은 중간 매칭 회로로부터 독립되어 있는 회로 소자로서, 그 크기가 크다. 예를 들어, 위상 보상 회로는 도 2에 도시된 회로들 중 어느 하나일 수 있다. 도 2에서, 1001 회로 및 1002 회로는 +90도 위상 변경을 수행할 수 있으며, 1003 회로 및 1004 회로는 -90도 위상 변경을 수행할 수 있다.
입력 매칭부(10)는 RF 입력 신호(RFin)를 받는 단자와 구동단(20)의 사이의 신호 전달 경로에 대한 임피던스를 매칭할 수 있다. 입력 매칭부(10)는 여러 개의 입력 매칭 회로들(12, 13)을 포함할 수 있으며, 여러 개의 입력 매칭 회로들(15, 16) 중 어느 하나는 위상 보상 회로를 포함한다. 이외에도, 위상 보상 회로는 입력 매칭 회로들(15, 16)에 포함되지 않고, 독립적으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 입력 매칭 회로들(12, 13) 각각은 인덕터와 캐패시터가 연결되어 있는 회로일 수 있으며, 변압기를 포함할 수 있다. 입력 매칭 회로들(12, 13) 각각은 캐리어 증폭기(22) 및 피킹 증폭기(23)와 각각 연결되어 있다. 이외에도 입력 매칭 회로들(12, 13)이 통합되어 한 개의 입력 매칭 회로로 구성될 수 있다. 그러나, 전력 증폭기 시스템(100)에서 입력 매칭부(10)는 생략될 수 있다.
구동단(20)은 전원을 공급받아 RF 입력 신호를 증폭한다. 구동단(20)은 캐리어 증폭기(22)를 하나 이상 포함하고, 피킹 증폭기(23)을 하나 이상 포함한다. 캐리어 증폭기(22)와 피킹 증폭기(23)를 사용하는 경우, 입력 전력 수준에 따라 캐리어 증폭기(22) 및 피킹 증폭기(23) 각각의 로드 임피던스가 변한다. 이러한 로드 임피던스의 변화로 인하여, 저입력 전력과 고입력 전력 모두에서 구동단(20)의 증폭 효율이 증대될 수 있다. 캐리어 증폭기(22)는 임피던스 인버터를 통하여 RF 출력 신호(RFout) 단자에 연결되어, RF 입력 신호(RFin) 중 기본 신호에 대해 증폭을 수행한다. 피킹 증폭기(23)는 임피던스 인버터를 통하지 않고 RF 출력 신호(RFout) 단자에 연결되어, RF 입력 신호(RFin) 중 피크 신호에 대해 증폭을 수행한다. 예를 들어, 캐리어 증폭기(22)는 클래스 B에서 동작점을 갖고, 피킹 증폭기(23)는 클래스 C에서 동작점을 가질 때, 캐리어 증폭기(22)가 포화되는 시점에 피킹 증폭기(23)가 동작을 시작한다.
구동단(20)은 실리콘을 포함하는 기판을 사용하는 반도체 제조 공정에 의해 한 개의 IC로 구현된다. 실리콘을 포함하는 기판을 사용하는 반도체 제조 공정은 갈륨비소를 포함하는 기판을 사용하는 경우보다 단가가 상대적으로 낮다. 이에 따라, 구동단(20)이 실리콘 기판에 구현되는 경우, 전력 증폭기 시스템(100)의 단가가 낮아질 수 있다. 나아가, 통신 모듈의 단가에서 전력 증폭기 시스템(100)이 차지하는 비중이 가장 크기 때문에, 통신 모듈의 단가가 많이 줄어들 수 있다.
구동단(20)과 함께 입력 매칭부(10)는 실리콘을 포함하는 기판을 사용하는 반도체 제조 공정에 의해 한 개의 IC 로 제조될 수 있다. 이외에도, 구동단(20)과는 달리, 입력 매칭부(10)는 IC의 내부에 구현되지 않고, IC와는 독립적으로 통신 모듈에 직접 실장될 수 있다. 이 경우, 입력 매칭부(10)가 고비용의 IC 안에 구현되지 않기 때문에, 전체 제조 비용이 절감될 수 있다. 또한, 이 경우, IC 내에서 사용되기 어려운 인덕턴스 값이나 캐패시턴스 값을 갖는 회로 소자들이 통신 모듈에 직접 실장될 수 있으므로, RF 신호의 손실이 최소화되면서도 회로의 최적화가 용이할 수 있다.
나아가, 입력 매칭부(10)가 위상 보상 회로를 포함하는 경우, 입력 매칭부(10)가 구동단(20)과 함께 한 개의 IC로 제조될 때, 위상 보상 회로가 차지하는 면적으로 인하여, 입력 매칭부(10)가 위상 보상 회로를 포함하지 않는 경우보다 IC 제조 비용이 상승할 수 있다. 이에 따라, 입력 매칭부(10)가 위상 보상 회로를 포함하는 경우, 입력 매칭부(10)가 IC로부터 독립적으로 통신 모듈에 직접 실장될 때, 전체 제조 비용이 최소화될 수 있다. 또한, 입력 매칭부(10)의 위상 보상 회로가 IC로부터 독립적으로 통신 모듈에 직접 실장될 때, 위상 보상 회로를 구성하는 회로 소자들의 인덕턴스 값이나 캐패시턴스 값을 최적화함으로써 캐리어 증폭기(22) 및 피킹 증폭기(23)의 로드 임피던스 변화가 최적화될 수 있다.
중간 매칭부(30)는 구동단(20)과 전력단(40)의 사이의 신호 전달 경로에 대한 임피던스를 매칭할 수 있으며, 위상 보상 회로를 포함하지 않는다. 중간 매칭부(30)는 여러 개의 중간 매칭 회로들(33, 34)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 중간 매칭 회로들(33, 34) 각각은 인덕터와 캐패시터가 연결되어 있는 회로일 수 있으며, 변압기를 포함할 수 있다. 중간 매칭 회로들(33, 34) 각각은 전력단(40)의 캐리어 증폭기(43) 및 피킹 증폭기(44)와 각각 연결되어 있다. 이외에도 중간 매칭 회로들(33, 34)이 통합되어 한 개의 중간 매칭 회로로 구성될 수 있다. 그러나, 중간 매칭부(30)는 전력 증폭기 시스템(100)에서 생략될 수 있다.
전력단(40)은 전원을 공급받아 구동단(20)으로부터의 RF 신호를 증폭한다. 전력단(40)은 캐리어 증폭기(43)를 하나 이상 포함하고, 피킹 증폭기(44)를 하나 이상 포함한다. 전력단(40)의 캐리어 증폭기(43)는 임피던스 인버터를 통하여 RF 출력 신호(RFout) 단자에 연결되어 있으며, 전력단(40)의 피킹 증폭기(44)는 임피던스 인버터를 통하지 않고 RF 출력 신호(RFout) 단자에 연결되어 있다. 구동단(20)의 캐리어 증폭기(22)를 통해 증폭된 기본 신호는 전력단(40)의 캐리어 증폭기(43)를 통해 증폭될 수 있으며, 구동단(20)의 피킹 증폭기(23)를 통해 증폭된 피크 신호는 전력단(40)의 피킹 증폭기(44)를 통해 증폭될 수 있다. 이에 따라, 저입력 전력과 고입력 전력 모두에서 구동단(20)의 증폭 효율의 증대와 함께 전력단(40)의 증폭 효율도 증대될 수 있으므로, 전력 증폭기 시스템(100)의 증폭 효율이 극대화될 수 있다. 예를 들어, 전력단(40)의 캐리어 증폭기(43)는 클래스 B에서 동작점을 갖고, 전력단(40)의 피킹 증폭기(44)는 클래스 C에서 동작점을 가질 때, 전력단(40)의 캐리어 증폭기(43)가 포화되는 시점에 전력단(40)의 피킹 증폭기(44)가 동작을 시작한다.
전력단(40)은 갈륨비소를 포함하는 기판을 사용하는 반도체 제조 공정에 의해 한 개의 IC로 구현된다. 갈륨비소를 포함하는 기판에 형성된 IC는 실리콘을 포함하는 기판에 형성된 IC보다 높은 파워와 높은 선형성을 달성할 수 있으므로, 전력단(40)의 캐리어 증폭기(43)와 피킹 증폭기(44)를 통해 증폭되는 RF 신호는 파워와 선형성이 높을 수 있으며, 신뢰성도 높을 수 있다.
출력 매칭부(50)는 전력단(40)과 증폭된 RF 출력 신호(RFout)가 출력되는 단자의 사이의 신호 전달 경로에 대한 임피던스를 매칭할 수 있으며, 전력단(40)의 캐리어 증폭기(43)에서 출력된 신호를 위상 변경하여 전력단(40)의 피킹 증폭기(44)에서 출력된 신호와 합성한 후, 합성된 RF 신호를 RF 출력 신호(RFout) 단자로 출력할 수 있다. 출력 매칭부(50)는 여러 개의 출력 매칭 회로들 (51, 52)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 출력 매칭 회로들(51, 52) 각각은 인덕터와 캐패시터가 연결되어 있는 회로일 수 있으며, 변압기를 포함할 수 있다. 그러나, 출력 매칭부(50)는 전력 증폭기 시스템(100)에서 생략될 수 있다.
출력 매칭 회로들(51, 52) 중 하나는 그 내부에 입력된 신호의 위상을 변경하는 쿼터 웨이브 회로를 포함할 수 있다. 이외에도, 쿼터 웨이브 회로는 출력 매칭 회로들(51, 52)에 포함되지 않고, 독립적으로 구현될 수 있다. 쿼터 웨이브 회로는 임피던스 인버터 중 하나이며, 전력단(40)의 캐리어 증폭기(43)의 출력단에 연결되어 있을 수 있다. 이러한 쿼터 웨이브 회로는 인덕터와 캐패시터가 연결되어 있는 회로로서 출력 매칭부의 내부에 포함되어 있으므로, 전력 증폭기 시스템에서 쿼터 웨이브 회로가 차지하는 면적은 쿼터 웨이브 전송 라인을 사용하는 경우보다 작을 수 있다. 여기서, 쿼터 웨이브 전송 라인은 중간 매칭 회로로부터 독립되어 있는 회로 소자로서, 그 크기가 크다. 예를 들어, 쿼터 웨이브 회로는 도 2에 도시된 회로들 중 어느 하나일 수 있다. 도 2에서, 1001 회로 및 1002 회로는 +90도 위상 변경을 수행할 수 있으며, 1003 회로 및 1004 회로는 -90도 위상 변경을 수행할 수 있다.
전력단(40)과 함께 출력 매칭부(50)는 갈륨비소를 포함하는 기판을 사용하는 반도체 제조 공정에 의해 한 개의 IC 로 제조될 수 있다. 이외에도, 전력단(40)과는 달리, 출력 매칭부(50)는 IC의 내부에 구현되지 않고, IC와는 독립적으로 통신 모듈에 직접 실장될 수 있다. 이 경우, 출력 매칭부(50)가 고비용의 IC 안에 구현되지 않기 때문에, 전체 제조 비용이 절감될 수 있다. 또한, 이 경우, IC 내에서 사용되기 어려운 인덕턴스 값이나 캐패시턴스 값을 갖는 회로 소자들이 통신 모듈에 직접 실장될 수 있으므로, RF 신호의 손실을 최소화하면서 회로의 최적화가 용이할 수 있다.
중간 매칭부(30)는 전력단(40)과 함께 갈륨비소를 포함하는 기판을 사용하는 반도체 제조 공정에 의해 한 개의 IC로 제조될 수 있다. 이외에도, 중간 매칭부(30)는 구동단(20)과 함께 실리콘을 포함하는 기판을 사용하는 반도체 제조 공정에 의해 한 개의 IC로 제조될 수 있으며, 이 경우 갈륨비소를 포함하는 기판을 사용하는 경우보다 제조 단가가 낮아질 수 있다.
이외에도, 중간 매칭부(30)는 구동단(20)이 구현된 IC의 내부나 전력단(40)이 구현된 IC의 내부에 어디에도 포함되지 않고, 이러한 IC들과는 독립적으로 통신 모듈에 직접 실장될 수 있다. 이 경우, 중간 매칭부(30)가 고비용의 IC 안에 구현되지 않기 때문에, 전체 제조 비용이 절감될 수 있다. 또한, 이 경우, IC 내에서 사용되기 어려운 인덕턴스 값이나 캐패시턴스 값을 갖는 회로 소자들이 통신 모듈에 직접 실장될 수 있으므로, RF 신호의 손실을 최소화하면서 회로의 최적화가 용이할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 전력 증폭기 시스템을 나타내는 도면이다.
도 4를 참고하면, 전력 증폭기 시스템(100)에서 구동단(20)은 차동 증폭(differential amplification)을 수행하는 한 쌍의 구동 증폭기들(211, 212)을 포함하며, 한 쌍의 구동 증폭기들(211, 212)은 전원을 공급받아 이들로 각각 입력되는 신호들의 차이를 증폭한다. 한 쌍의 구동 증폭기들(211, 212)은 위상이 서로 반대인 신호들을 크게 증폭시켜 출력하는 차동 모드(differential mode)와, 위상이 서로 동일한 신호들을 상쇄시켜 출력하는 공통 모드(common mode)를 갖는다. 예를 들어, 차동 증폭을 수행하는 한 쌍의 구동 증폭기들(211, 212)은 각각 반전 RF 입력 신호(RFin)와 비반전 RF 입력 신호(RFin)를 입력 받으므로, 차동 모드에 의해 반전 RF 입력 신호(RFin)의 진폭과 비반전 RF 입력 신호(RFin)의 진폭이 합쳐져 대략 두 배의 진폭을 갖는 신호가 출력될 수 있다. 그러나, 한 쌍의 구동 증폭기들(211, 212)에 각각 인가되는 전압들이나 흐르는 전류들은 각각 동일한 위상을 가지므로, 전압이나 전류에 포함된 노이즈(noise)가 공통 모드에 의해 상쇄되어 출력될 수 있다. 이에 따라 차동 증폭을 수행하는 전력 증폭기 시스템(100)은 높은 선형 파워와 높은 효율을 가질 수 있다.
구동단(20)은 실리콘을 포함하는 기판을 사용하는 반도체 제조 공정에 의해 한 개의 IC로 구현된다. 실리콘을 포함하는 기판을 사용하는 반도체 제조 공정은 갈륨비소를 포함하는 기판을 사용하는 경우보다 단가가 상대적으로 낮다. 이에 따라, 구동단(20)이 실리콘 기판에 구현되는 경우, 전력 증폭기 시스템(100)의 단가가 낮아질 수 있다. 나아가, 통신 모듈의 단가에서 전력 증폭기 시스템(100)이 차지하는 비중이 가장 크기 때문에, 통신 모듈의 단가가 많이 줄어들 수 있다.
입력 매칭부(10)는 RF 입력 신호(RFin)를 받는 단자와 구동단(20)의 사이의 신호 전달 경로에 대한 임피던스를 매칭할 수 있다. 입력 매칭부(10)는 입력 매칭 회로(14)를 하나 이상 포함한다. 예를 들어, 입력 매칭 회로(14)는 인덕터와 캐패시터가 연결되어 있는 회로일 수 있으며, 변압기를 포함할 수 있다. 입력 매칭 회로(14)는 RF 입력 신호(RFin)를 입력 받은 후, 반전 RF 입력 신호(RFin)와 비반전 RF 입력 신호(RFin)를 출력하며, 한 쌍의 구동 증폭기들(211, 212)과 연결되어 있다. 그러나, 전력 증폭기 시스템(100)에서 입력 매칭부(10)는 생략될 수 있다.
구동단(20)과 함께 입력 매칭부(10)는 실리콘을 포함하는 기판을 사용하는 반도체 제조 공정에 의해 한 개의 IC 로 제조될 수 있다. 이외에도, 구동단(20)과는 달리, 입력 매칭부(10)는 IC의 내부에 구현되지 않고, IC와는 독립적으로 통신 모듈에 직접 실장될 수 있다. 이 경우, 입력 매칭부(10)가 고비용의 IC 안에 구현되지 않기 때문에, 전체 제조 비용이 절감될 수 있다. 또한, 이 경우, IC 내에서 사용되기 어려운 인덕턴스 값이나 캐패시턴스 값을 갖는 회로 소자들이 통신 모듈에 직접 실장될 수 있으므로, RF 신호의 손실이 최소화되면서도 회로의 최적화가 용이할 수 있다.
중간 매칭부(30)는 구동단(20)과 전력단(40)의 사이의 신호 전달 경로에 대한 임피던스를 매칭할 수 있다. 중간 매칭부(30)는 여러 개의 중간 매칭 회로들(35, 36)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 중간 매칭 회로들(35, 36) 각각은 인덕터와 캐패시터가 연결되어 있는 회로일 수 있으며, 변압기를 포함할 수 있다. 중간 매칭 회로들(35, 36) 각각은 한 쌍의 캐리어 증폭기(411) 및 피킹 증폭기(421), 그리고 다른 한 쌍의 캐리어 증폭기(412) 및 피킹 증폭기(422)와 연결되어 있다. 이외에도 중간 매칭 회로들(35, 36) 각각은 2 개로 분리되어 캐리어 증폭기들(411, 412) 및 피킹 증폭기들(421, 422)에 1 개씩 연결되어 있을 수 있다. 그러나, 중간 매칭부(30)는 전력 증폭기 시스템(100)에서 생략될 수 있다.
중간 매칭 회로들(35, 36) 각각은 그 내부에 입력된 신호의 위상을 변경하는 위상 보상 회로를 포함할 수 있다. 이외에도, 위상 보상 회로는 중간 매칭 회로들(31, 32)에 포함되지 않고, 독립적으로 구현될 수 있다. 위상 보상 회로는 한 쌍의 캐리어 증폭기(411) 및 피킹 증폭기(421) 중 어느 하나의 입력단에 연결되어 있으며, 이에 따라 캐리어 증폭기(411) 또는 피킹 증폭기(421) 중 어느 하나로 입력되는 신호의 위상이 변경될 수 있다. 또한, 위상 보상 회로는 다른 한 쌍의 캐리어 증폭기(412) 및 피킹 증폭기(422) 중 어느 하나의 입력단에 연결되어 있으며, 이에 따라 캐리어 증폭기(412) 또는 피킹 증폭기(422) 중 어느 하나로 입력되는 신호의 위상이 변경될 수 있다. 이러한 위상 보상 회로는 인덕터와 캐패시터가 연결되어 있는 회로로서 중간 매칭부의 내부에 포함되어 있으므로, 전력 증폭기 시스템에서 위상 보상 회로가 차지하는 면적은 쿼터 웨이브 전송 라인을 사용하는 경우보다 작을 수 있다. 여기서, 쿼터 웨이브 전송 라인은 중간 매칭 회로로부터 독립되어 있는 회로 소자로서, 그 크기가 크다. 예를 들어, 위상 보상 회로는 도 2에 도시된 회로들 중 어느 하나일 수 있다. 도 2에서, 1001 회로 및 1002 회로는 +90도 위상 변경을 수행할 수 있으며, 1003 회로 및 1004 회로는 -90도 위상 변경을 수행할 수 있다.
전력단(40)은 전원을 공급받아 구동단(20)으로부터의 RF 신호를 증폭한다. 전력단(40)은 한 쌍의 캐리어 증폭기(411) 및 피킹 증폭기(421), 그리고 다른 한 쌍의 캐리어 증폭기(412) 및 피킹 증폭기(422)를 포함한다. 캐리어 증폭기들(411, 412)과 피킹 증폭기들(421, 422)를 사용하는 경우, 입력 전력 수준에 따라 캐리어 증폭기들(411, 412)과 피킹 증폭기들(421, 422) 각각의 로드 임피던스가 변한다. 이러한 로드 임피던스의 변화로 인하여, 저입력 전력과 고입력 전력 모두에서 전력단(40)의 증폭 효율이 증대될 수 있다. 캐리어 증폭기들(411, 412) 각각은 임피던스 인버터를 통하여 RF 출력 신호(RFout) 단자에 연결되어, 구동 증폭기들(211, 212)로부터 증폭된 RF 신호들 중 기본 신호들 각각에 대해 증폭을 수행한다. 피킹 증폭기들(421, 422) 각각은 임피던스 인버터를 통하지 않고 RF 출력 신호(RFout) 단자에 연결되어, 구동 증폭기들(211, 212)로부터 증폭된 RF 신호들 중 피크 신호들 각각에 대해 증폭을 수행한다. 이에 따라, 캐리어 증폭기들(411, 412) 및 피킹 증폭기들(421, 422)에서 각각 증폭된 신호들이 출력 매칭부(50)에서 합성되어 RF 신호가 출력되므로, 전체적으로 전력단(40)의 증폭 효율이 증대될 수 있다. 예를 들어, 캐리어 증폭기들(411, 412) 각각은 클래스 B에서 동작점을 갖고, 피킹 증폭기들(421, 422) 각각은 클래스 C에서 동작점을 가질 때, 캐리어 증폭기들(411, 412)이 포화되는 시점에 피킹 증폭기들(421, 422)이 동작을 시작한다.
전력단(40)은 갈륨비소를 포함하는 기판을 사용하는 반도체 제조 공정에 의해 한 개의 IC로 구현된다. 갈륨비소를 포함하는 기판에 형성된 IC는 실리콘을 포함하는 기판에 형성된 IC보다 높은 파워와 높은 선형성을 달성할 수 있으므로, 전력단(40)의 캐리어 증폭기들(411, 412) 및 피킹 증폭기들(421, 422)을 통해 증폭되는 RF 신호는 파워와 선형성이 높을 수 있으며, 신뢰성도 높을 수 있다.
출력 매칭부(50)는 전력단(40)과 증폭된 RF 출력 신호(RFout)가 출력되는 단자의 사이의 신호 전달 경로에 대한 임피던스를 매칭할 수 있으며, 캐리어 증폭기들(411, 412)에서 출력된 신호들 각각을 위상 변경하여 피킹 증폭기들(421, 422)에서 출력된 신호들과 합성한 후, 합성된 RF 신호를 RF 출력 신호(RFout) 단자로 출력할 수 있다. 출력 매칭부(50)는 여러 개의 출력 매칭 회로들(53, 54, 55)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 출력 매칭 회로들(53, 54, 55) 각각은 인덕터와 캐패시터가 연결되어 있는 회로일 수 있으며, 변압기를 포함할 수 있다. 그러나, 출력 매칭부(50)는 전력 증폭기 시스템(100)에서 생략될 수 있다.
출력 매칭 회로들(53, 54, 55) 중 하나는 그 내부에 입력된 신호의 위상을 변경하는 쿼터 웨이브 회로를 포함할 수 있다. 이외에도, 쿼터 웨이브 회로는 출력 매칭 회로들(51, 52)에 포함되지 않고, 독립적으로 구현될 수 있다. 쿼터 웨이브 회로는 임피던스 인버터 중 하나이며, 캐리어 증폭기들(411, 412)의 출력단들 각각에 연결되어 있을 수 있다. 이러한 쿼터 웨이브 회로는 인덕터와 캐패시터가 연결되어 있는 회로로서 출력 매칭부의 내부에 포함되어 있으므로, 전력 증폭기 시스템에서 쿼터 웨이브 회로가 차지하는 면적은 쿼터 웨이브 전송 라인을 사용하는 경우보다 작을 수 있다. 여기서, 쿼터 웨이브 전송 라인은 중간 매칭 회로로부터 독립되어 있는 회로 소자로서, 그 크기가 크다. 예를 들어, 쿼터 웨이브 회로는 도 2에 도시된 회로들 중 어느 하나일 수 있다. 도 2에서, 1001 회로 및 1002 회로는 +90도 위상 변경을 수행할 수 있으며, 1003 회로 및 1004 회로는 -90도 위상 변경을 수행할 수 있다.
전력단(40)과 함께 출력 매칭부(50)는 갈륨비소를 포함하는 기판을 사용하는 반도체 제조 공정에 의해 한 개의 IC 로 제조될 수 있다. 이외에도, 전력단(40)과는 달리, 출력 매칭부(50)는 IC의 내부에 구현되지 않고, IC와는 독립적으로 통신 모듈에 직접 실장될 수 있다. 이 경우, 출력 매칭부(50)가 고비용의 IC 안에 구현되지 않기 때문에, 전체 제조 비용이 절감될 수 있다. 또한, 이 경우, IC 내에서 사용되기 어려운 인덕턴스 값이나 캐패시턴스 값을 갖는 회로 소자들이 통신 모듈에 직접 실장될 수 있으므로, RF 신호의 손실을 최소화하면서 회로의 최적화가 용이할 수 있다.
중간 매칭부(30)는 전력단(40)과 함께 갈륨비소를 포함하는 기판을 사용하는 반도체 제조 공정에 의해 한 개의 IC로 제조될 수 있다. 이외에도, 중간 매칭부(30)는 구동단(20)과 함께 실리콘을 포함하는 기판을 사용하는 반도체 제조 공정에 의해 한 개의 IC로 제조될 수 있으며, 이 경우 갈륨비소를 포함하는 기판을 사용하는 경우보다 제조 단가가 낮아질 수 있다.
이외에도, 중간 매칭부(30)는 구동단(20)이 구현된 IC의 내부나 전력단(40)이 구현된 IC의 내부에 어디에도 포함되지 않고, 이러한 IC들과는 독립적으로 통신 모듈에 직접 실장될 수 있다. 이 경우, 중간 매칭부(30)가 고비용의 IC 안에 구현되지 않기 때문에, 전체 제조 비용이 절감될 수 있다. 또한, 이 경우, IC 내에서 사용되기 어려운 인덕턴스 값이나 캐패시턴스 값을 갖는 회로 소자들이 통신 모듈에 직접 실장될 수 있으므로, RF 신호의 손실을 최소화하면서 회로의 최적화가 용이할 수 있다.
나아가, 중간 매칭부(30)가 위상 보상 회로를 포함하는 경우, 중간 매칭부(30)가 구동단(20), 전력단(40), 또는 이들 모두와 함께 한 개의 IC로 제조될 때, 위상 보상 회로가 차지하는 면적으로 인하여, 중간 매칭부(30)가 위상 보상 회로를 포함하지 않는 경우보다 IC 제조 비용이 상승할 수 있다. 이에 따라, 중간 매칭부(30)가 위상 보상 회로를 포함하는 경우, 중간 매칭부(30)가 IC로부터 독립적으로 통신 모듈에 직접 실장될 때, 전체 제조 비용이 최소화될 수 있다. 또한, 중간 매칭부(30)의 위상 보상 회로가 IC로부터 독립적으로 통신 모듈에 직접 실장될 때, 위상 보상 회로를 구성하는 회로 소자들의 인덕턴스 값이나 캐패시턴스 값을 최적화함으로써 캐리어 증폭기들(411, 412) 및 피킹 증폭기들(421, 422)의 로드 임피던스 변화가 최적화될 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 전력 증폭기 시스템을 나타내는 도면이다.
도 5를 참고하면, 전력 증폭기 시스템(100)에서 입력 매칭부(10)는 위상 보상 회로를 포함하지만, 중간 매칭부(30)는 위상 보상 회로를 포함하지 않으며, 그리고 구동단(20)은 차동 증폭을 각각 수행하는 한 쌍의 캐리어 증폭기들(221, 222)과 한 쌍의 피킹 증폭기들(231, 232)을 포함한다.
위상 보상 회로는 구동단(20)의 한 쌍의 캐리어 증폭기들(221, 222)과 한 쌍의 피킹 증폭기들(231, 232) 중 어느 하나의 쌍의 입력단에 연결되어 있을 수 있으며, 이에 따라 한 쌍의 캐리어 증폭기들(221, 222)과 한 쌍의 피킹 증폭기들(231, 232) 중 어느 하나의 쌍으로 입력되는 신호의 위상이 변경될 수 있다. 이러한 위상 보상 회로는 인덕터와 캐패시터가 연결되어 있는 회로로서 입력 매칭부의 내부에 포함되어 있으므로, 전력 증폭기 시스템에서 위상 보상 회로가 차지하는 면적은 쿼터 웨이브 전송 라인을 사용하는 경우보다 작을 수 있다. 여기서, 쿼터 웨이브 전송 라인은 중간 매칭 회로로부터 독립되어 있는 회로 소자로서, 그 크기가 크다. 예를 들어, 위상 보상 회로는 도 2에 도시된 회로들 중 어느 하나일 수 있다. 도 2에서, 1001 회로 및 1002 회로는 +90도 위상 변경을 수행할 수 있으며, 1003 회로 및 1004 회로는 -90도 위상 변경을 수행할 수 있다.
입력 매칭부(10)는 RF 입력 신호(RFin)를 받는 단자와 구동단(20)의 사이의 신호 전달 경로에 대한 임피던스를 매칭할 수 있다. 입력 매칭부(10)는 여러 개의 입력 매칭 회로들(15, 16)을 포함할 수 있으며, 여러 개의 입력 매칭 회로들(15, 16) 중 어느 하나는 위상 보상 회로를 포함한다. 이외에도, 위상 보상 회로는 입력 매칭 회로들(15, 16)에 포함되지 않고, 독립적으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 입력 매칭 회로들(15, 16) 각각은 인덕터와 캐패시터가 연결되어 있는 회로일 수 있으며, 변압기를 포함할 수 있다. 입력 매칭 회로들(15, 16) 각각은 한 쌍의 캐리어 증폭기들(221, 222) 및 한 쌍의 피킹 증폭기들(231, 232)과 각각 연결되어 있다. 이외에도 입력 매칭 회로들(15, 16) 각각은 2 개로 분리되어 캐리어 증폭기들(221, 222) 및 피킹 증폭기들(231, 232)에 1 개씩 연결되어 있을 수 있다. 그러나, 전력 증폭기 시스템(100)에서 입력 매칭부(10)는 생략될 수 있다.
구동단(20)에서 한 쌍의 캐리어 증폭기들(221, 222)은 이들로 각각 입력되는 신호들의 차이를 증폭하며, 또한 한 쌍의 피킹 증폭기들(231, 232)도 이들로 각각 입력되는 신호들의 차이를 증폭한다. 한 쌍의 캐리어 증폭기들(221, 222)과 한 쌍의 피킹 증폭기들(231, 232) 각각은 위상이 서로 반대인 신호들을 크게 증폭시켜 출력하는 차동 모드와, 위상이 서로 동일한 신호들을 상쇄시켜 출력하는 공통 모드를 갖는다. 또한, 한 쌍의 캐리어 증폭기들(221, 222)은 임피던스 인버터를 통하여 RF 출력 신호(RFout) 단자에 연결되어, 위상이 서로 반대인 RF 입력 신호(RFin)들 각각에서 기본 신호에 대해 증폭을 수행하며, 차동 모드에 의해 반전 RF 입력 신호(RFin) 중 기본 신호의 진폭과 비반전 RF 입력 신호(RFin) 중 기본 신호의 진폭이 합쳐져 대략 두 배의 진폭을 갖는 신호가 출력될 수 있다. 한 쌍의 피킹 증폭기들(231, 232)은 임피던스 인버터를 통하지 않고 RF 출력 신호(RFout) 단자에 연결되어, 위상이 서로 반대인 RF 입력 신호(RFin)들 각각에서 피크 신호에 대해 증폭을 수행하며, 차동 모드에 의해 반전 RF 입력 신호(RFin) 중 피크 신호의 진폭과 비반전 RF 입력 신호(RFin) 중 피크 신호의 진폭이 합쳐져 대략 두 배의 진폭을 갖는 신호가 출력될 수 있다. 그러나, 한 쌍의 캐리어 증폭기들(221, 222)에 각각 인가되는 전압들이나 흐르는 전류들은 각각 동일한 위상을 가지므로, 전압이나 전류에 포함된 노이즈가 공통 모드에 의해 상쇄되어 출력될 수 있다. 또한, 한 피킹 증폭기들(231, 232)에 각각 인가되는 전압들이나 흐르는 전류들도 각각 동일한 위상을 가지므로, 전압이나 전류에 포함된 노이즈가 공통 모드에 의해 상쇄되어 출력될 수 있다. 이에 따라 차동 증폭을 수행하는 전력 증폭기 시스템(100)은 높은 선형 파워와 높은 효율을 가질 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 캐리어 증폭기들(221, 222)은 클래스 B에서 동작점을 갖고, 한 쌍의 피킹 증폭기들(231, 232)은 클래스 C에서 동작점을 가질 때, 한 쌍의 캐리어 증폭기들(221, 222)들이 포화되는 시점에 한 쌍의 피킹 증폭기들(231, 232)이 동작을 시작한다.
구동단(20)은 실리콘을 포함하는 기판을 사용하는 반도체 제조 공정에 의해 한 개의 IC로 구현된다. 실리콘을 포함하는 기판을 사용하는 반도체 제조 공정은 갈륨비소를 포함하는 기판을 사용하는 경우보다 단가가 상대적으로 낮다. 이에 따라, 구동단(20)이 실리콘 기판에 구현되는 경우, 전력 증폭기 시스템(100)의 단가가 낮아질 수 있다. 나아가, 통신 모듈의 단가에서 전력 증폭기 시스템(100)이 차지하는 비중이 가장 크기 때문에, 통신 모듈의 단가가 많이 줄어들 수 있다.
구동단(20)과 함께 입력 매칭부(10)는 실리콘을 포함하는 기판을 사용하는 반도체 제조 공정에 의해 한 개의 IC 로 제조될 수 있다. 이외에도, 구동단(20)과는 달리, 입력 매칭부(10)는 IC의 내부에 구현되지 않고, IC와는 독립적으로 통신 모듈에 직접 실장될 수 있다. 이 경우, 입력 매칭부(10)가 고비용의 IC 안에 구현되지 않기 때문에, 전체 제조 비용이 절감될 수 있다. 또한, 이 경우, IC 내에서 사용되기 어려운 인덕턴스 값이나 캐패시턴스 값을 갖는 회로 소자들이 통신 모듈에 직접 실장될 수 있으므로, RF 신호의 손실이 최소화되면서도 회로의 최적화가 용이할 수 있다.
나아가, 입력 매칭부(10)가 위상 보상 회로를 포함하는 경우, 입력 매칭부(10)가 구동단(20)과 함께 한 개의 IC로 제조될 때, 위상 보상 회로가 차지하는 면적으로 인하여, 입력 매칭부(10)가 위상 보상 회로를 포함하지 않는 경우보다 IC 제조 비용이 상승할 수 있다. 이에 따라, 입력 매칭부(10)가 위상 보상 회로를 포함하는 경우, 입력 매칭부(10)가 IC로부터 독립적으로 통신 모듈에 직접 실장될 때, 전체 제조 비용이 최소화될 수 있다. 또한, 입력 매칭부(10)의 위상 보상 회로가 IC로부터 독립적으로 통신 모듈에 직접 실장될 때, 위상 보상 회로를 구성하는 회로 소자들의 인덕턴스 값이나 캐패시턴스 값을 최적화함으로써 캐리어 증폭기(22) 및 피킹 증폭기(23)의 로드 임피던스 변화가 최적화될 수 있다.
중간 매칭부(30)는 구동단(20)과 전력단(40)의 사이의 신호 전달 경로에 대한 임피던스를 매칭할 수 있으며, 위상 보상 회로를 포함하지 않는다. 중간 매칭부(30)는 여러 개의 중간 매칭 회로들(37, 38)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 중간 매칭 회로들(37, 38) 각각은 인덕터와 캐패시터가 연결되어 있는 회로일 수 있으며, 변압기를 포함할 수 있다. 중간 매칭 회로들(37, 38) 각각은 전력단(40)의 한 쌍의 캐리어 증폭기들(431, 432) 및 전력단(40)의 한 쌍의 피킹 증폭기들(441, 442)과 각각 연결되어 있다. 이외에도 중간 매칭 회로들(37, 38) 각각은 분리되어 캐리어 증폭기들(431, 432) 및 피킹 증폭기들(441, 442)에 1 개씩 연결되어 있을 수 있다. 그러나, 중간 매칭부(30)는 전력 증폭기 시스템(100)에서 생략될 수 있다.
전력단(40)은 전원을 공급받아 구동단(20)으로부터의 RF 신호를 증폭한다. 전력단(40)은 한 쌍의 캐리어 증폭기들(431, 432)과 한 쌍의 피킹 증폭기들(441, 442)을 포함한다. 전력단(40)의 한 쌍의 캐리어 증폭기들(431, 432)은 임피던스 인버터를 통하여 RF 출력 신호(RFout) 단자에 연결되어 있으며, 전력단(40)의 한 쌍의 피킹 증폭기들(441, 442)은 임피던스 인버터를 통하지 않고 RF 출력 신호(RFout) 단자에 연결되어 있다. 구동단(20)의 캐리어 증폭기들(221, 222)을 통해 증폭된 기본 신호들은 전력단(40)의 캐리어 증폭기들(431, 432)을 통해 증폭될 수 있으며, 구동단(20)의 피킹 증폭기들(231, 232)을 통해 증폭된 피크 신호는 전력단(40)의 피킹 증폭기들(441, 442)을 통해 증폭될 수 있다. 이에 따라, 저입력 전력과 고입력 전력 모두에서 구동단(20)의 증폭 효율의 증대와 함께 전력단(40)의 증폭 효율도 증대될 수 있으므로, 전력 증폭기 시스템(100)의 증폭 효율이 극대화될 수 있다. 예를 들어, 전력단(40)의 캐리어 증폭기들(431, 432)은 클래스 B에서 동작점을 갖고, 전력단(40)의 피킹 증폭기들(441, 442)은 클래스 C에서 동작점을 가질 때, 전력단(40)의 캐리어 증폭기들(431)이 포화되는 시점에 전력단(40)의 피킹 증폭기들(441, 442)이 동작을 시작한다.
전력단(40)은 갈륨비소를 포함하는 기판을 사용하는 반도체 제조 공정에 의해 한 개의 IC로 구현된다. 갈륨비소를 포함하는 기판에 형성된 IC는 실리콘을 포함하는 기판에 형성된 IC보다 높은 파워와 높은 선형성을 달성할 수 있으므로, 전력단(40)의 캐리어 증폭기들(431)과 피킹 증폭기들(441, 442)을 통해 증폭되는 RF 신호는 파워와 선형성이 높을 수 있으며, 신뢰성도 높을 수 있다.
출력 매칭부(50)는 전력단(40)과 증폭된 RF 출력 신호(RFout)가 출력되는 단자의 사이의 신호 전달 경로에 대한 임피던스를 매칭할 수 있으며, 전력단(40)의 캐리어 증폭기들(431, 432)에서 출력된 신호들을 위상 변경하여 전력단(40)의 피킹 증폭기들(441, 442)에서 출력된 신호들과 합성한 후, 합성된 RF 신호를 RF 출력 신호(RFout) 단자로 출력할 수 있다. 출력 매칭부(50)는 여러 개의 출력 매칭 회로들 (56, 57, 58)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 출력 매칭 회로들(56, 57, 58) 각각은 인덕터와 캐패시터가 연결되어 있는 회로일 수 있으며, 변압기를 포함할 수 있다. 그러나, 출력 매칭부(50)는 전력 증폭기 시스템(100)에서 생략될 수 있다.
출력 매칭 회로들(56, 57, 58) 중 하나는 그 내부에 입력된 신호의 위상을 변경하는 쿼터 웨이브 회로를 포함할 수 있다. 이외에도, 쿼터 웨이브 회로는 출력 매칭 회로들(56, 57, 58)에 포함되지 않고, 독립적으로 구현될 수 있다. 쿼터 웨이브 회로는 임피던스 인버터 중 하나이며, 전력단(40)의 캐리어 증폭기들(431, 432)의 출력단에 연결되어 있을 수 있다. 이러한 쿼터 웨이브 회로는 인덕터와 캐패시터가 연결되어 있는 회로로서 출력 매칭부의 내부에 포함되어 있으므로, 전력 증폭기 시스템에서 쿼터 웨이브 회로가 차지하는 면적은 쿼터 웨이브 전송 라인을 사용하는 경우보다 작을 수 있다. 여기서, 쿼터 웨이브 전송 라인은 중간 매칭 회로로부터 독립되어 있는 회로 소자로서, 그 크기가 크다. 예를 들어, 쿼터 웨이브 회로는 도 2에 도시된 회로들 중 어느 하나일 수 있다. 도 2에서, 1001 회로 및 1002 회로는 +90도 위상 변경을 수행할 수 있으며, 1003 회로 및 1004 회로는 -90도 위상 변경을 수행할 수 있다.
전력단(40)과 함께 출력 매칭부(50)는 갈륨비소를 포함하는 기판을 사용하는 반도체 제조 공정에 의해 한 개의 IC 로 제조될 수 있다. 이외에도, 전력단(40)과는 달리, 출력 매칭부(50)는 IC의 내부에 구현되지 않고, IC와는 독립적으로 통신 모듈에 직접 실장될 수 있다. 이 경우, 출력 매칭부(50)가 고비용의 IC 안에 구현되지 않기 때문에, 전체 제조 비용이 절감될 수 있다. 또한, 이 경우, IC 내에서 사용되기 어려운 인덕턴스 값이나 캐패시턴스 값을 갖는 회로 소자들이 통신 모듈에 직접 실장될 수 있으므로, RF 신호의 손실을 최소화하면서 회로의 최적화가 용이할 수 있다.
중간 매칭부(30)는 전력단(40)과 함께 갈륨비소를 포함하는 기판을 사용하는 반도체 제조 공정에 의해 한 개의 IC로 제조될 수 있다. 이외에도, 중간 매칭부(30)는 구동단(20)과 함께 실리콘을 포함하는 기판을 사용하는 반도체 제조 공정에 의해 한 개의 IC로 제조될 수 있으며, 이 경우 갈륨비소를 포함하는 기판을 사용하는 경우보다 제조 단가가 낮아질 수 있다.
이외에도, 중간 매칭부(30)는 구동단(20)이 구현된 IC의 내부나 전력단(40)이 구현된 IC의 내부에 어디에도 포함되지 않고, 이러한 IC들과는 독립적으로 통신 모듈에 직접 실장될 수 있다. 이 경우, 중간 매칭부(30)가 고비용의 IC 안에 구현되지 않기 때문에, 전체 제조 비용이 절감될 수 있다. 또한, 이 경우, IC 내에서 사용되기 어려운 인덕턴스 값이나 캐패시턴스 값을 갖는 회로 소자들이 통신 모듈에 직접 실장될 수 있으므로, RF 신호의 손실을 최소화하면서 회로의 최적화가 용이할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 전력 증폭기 시스템의 단면을 나타내는 도면이다.
도 6을 참고하면, 전력 증폭기 시스템(100)은 입력 매칭부(10), 구동단(20), 중간 매칭부(30), 전력단(40), 그리고 출력 매칭부(50)를 포함한다. 구동단(20) 및 전력단(40)은 각각 베이스 기판(base substrate)(90) 위에 전기연결구조체(80)를 통해 연결되어 있다. 예를 들어, 전기연결구조체(80)는 솔더볼(solder ball), 핀(pin), 랜드(land), 또는 패드(pad)와 같은 구조를 가질 수 있다. 구동단(20)은 실리콘을 포함하는 기판을 사용하는 반도체 공정에 의해 한 개의 IC로 구현되고, 전력단(40)은 갈륨비소를 포함하는 기판을 사용하는 반도체 공정에 의해 한 개의 IC로 구현된다.
입력 매칭부(10), 중간 매칭부(30), 그리고 출력 매칭부(50)는 각각 베이스 기판(90)의 내부에 집적되어 있다. 이외에도, 입력 매칭부(10), 중간 매칭부(30), 그리고 출력 매칭부(50) 중 적어도 하나는 구동단(20) 및 전력단(40)으로부터 독립적으로 각각 베이스 기판(90)의 외부에 설치되어 있을 수 있다. 이외에도, 입력 매칭부(10) 및 중간 매칭부(30) 중 적어도 하나는 구동단(20)과 함께 한 개의 IC로 제조되어 전기연결구조체(80)를 통해 베이스 기판(90)에 연결되어 있을 수 있다. 이외에도, 중간 매칭부(30) 및 출력 매칭부(50) 중 적어도 하나는 전력단(40)과 함께 한 개의 IC로 제조되어 전기연결구조체(80)를 통해 베이스 기판에 연결되어 있을 수 있다.
도 6을 참고하면, 상대적으로 높은 선형 전력이 요구되는 전력단(40)을 갈륨비소를 포함하는 기판에 구현함으로써, 전력 증폭기 시스템(100)의 효율이 증대되면서도, 상대적으로 낮은 전력이 요구되는 구동단(20)을 단가가 낮은 실리콘을 포함하는 기판에 구현함으로써, 전력 증폭기 시스템(100)의 단가가 감소될 수 있다. 동시에, 중간 매칭부(30)를 구동단(20) 및 전력단(40)과는 독립적으로 통신 모듈에 직접 실장함으로써, 제조 비용이 절감되면서 전력 손실의 최소화 및 회로의 최적화가 용이할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 통신 시스템의 평면을 나타내는 도면이다.
도 7을 참고하면, 통신 시스템(1)은 전력 증폭기 시스템(100), 저잡음증폭기(low noise amplifier)(200), 스위치(switch)(300), 커플러(coupler)(400), 그리고 제어기(controller)(500)를 포함한다.
통신 시스템(1)을 구성하는 구성들 중에서 전력 증폭기 시스템(100)가 통신 시스템(1)에서 차지하는 면적이 제일 크다. 이에 따라, 전술한 것처럼, 일 실시예에 따른 전력 증폭기 시스템(100)은 면적이 작기 때문에, 통신 시스템(1)의 전체 크기를 줄일 수 있다.
전력 증폭기 시스템(100)은 안테나를 통해 송신하는 RF 신호를 증폭한다. 예를 들어, 전력 증폭기 시스템(100)은 도 1 내지 도 6을 참고하여 설명한 전력 증폭기 시스템(100)이 적용될 수 있다. 이에 따라, 전력 증폭기 시스템(100)의 선형 파워와 효율을 증대시킬 수 있으며, 전력 증폭기 시스템(100)의 신뢰성을 증대시킬 수 있으므로, 통신 시스템(1)은 5G NR 규격을 충분히 만족할 수 있다.
저잡음증폭기(200)는 안테나를 통해 수신하는 RF 신호를 증폭한다. 저잡음증폭기(200)는 매우 작은 레벨의 RF 신호를 노이즈와 구분되도록 하면서 증폭할 수 있다. 저잡음 증폭기(200)는 안테나의 가까이에 위치할 수 있다. 저잡음 증폭기(200)와 스위치(300) 사이에 대역저지필터(band stop filter)가 연결되어 있을 수 있다. 대역저지필터는 특정 주파수 대역의 신호만을 통과시키지 않을 수 있다.
스위치(300)는 전력 증폭기 시스템(100) 및 저잡음 증폭기(200)를 통과하는 RF 신호에 대한 경로를 변경할 수 있다. 예를 들어, 스위치(300)는 전력 증폭기 시스템(100) 또는 저잡음 증폭기(200) 중 어느 하나로 RF 신호를 받을 수 있도록 만들 수 있다. 또한, 스위치(300)는 전력 증폭기 시스템(100)을 통신 시스템(1)의 제어기(500)와 연결시키거나, 또는 전력 증폭기 시스템(100)을 통신 시스템(1)과 다른 통신 규격을 갖는 통신 시스템과 연결시킬 수 있다. 또한, 스위치(300)는 저잡음증폭기(200)를 통신 시스템(1)의 제어기(500)와 연결시키거나, 또는 저잡음증폭기(200)를 통신 시스템(1)과 다른 통신 규격을 갖는 다른 통신 시스템과 연결시킬 수 있다.
커플러(400)는 입력되는 RF 신호에 대해서 전력 추출(power sampling) 또는 전력 분배(power dividing)를 수행할 수 있다. 커플러(400)는 스위치(300)와 연결되어 있다. 예를 들어, 커플러(400)는 전력 증폭기 시스템(100) 및 저잡음 증폭기(200)를 통과하는 RF 신호의 전력을 검출할 수 있으며, 검출된 전력은 제어기(500)에 의해 전력 증폭기 시스템(100) 및 저잡음 증폭기(200)를 제어하기 위해 이용될 수 있다. 또한, 커플러(400)는 RF 신호를 분할하여 전송할 수 있으며, 분할된 RF 신호들은 각각 복수의 통신 시스템들에서 이용될 수 있다. 커플러(400)와 스위치(300)의 사이에 대역통과필터(band pass filter)가 연결되어 있을 수 있다. 대역통과필터는 특정 주파수 대역의 신호만을 다음 단으로 전달할 수 있으며, 노이즈를 제거할 수 있다.
제어기(500)는 전력 증폭기 시스템(100), 저잡음증폭기(200), 스위치(300), 그리고 커플러(400)에 연결되어, 이러한 구성들을 제어할 수 있다. 제어기(500)는 디지털 신호처리를 수행하도록 메모리, 프로세서 등을 포함할 수 있다.
통신 시스템(1)은 전자기기에 사용될 수 있다. 예를 들어, 전자기기는 스마트 폰(smart phone), 개인용 정보 단말기(personal digital assistant), 디지털 비디오 카메라(digital video camera), 디지털 스틸 카메라(digital still camera), 네트워크 시스템(network system), 컴퓨터(computer), 모니터(monitor), 태블릿(tablet), 랩탑(laptop), 넷북(netbook), 텔레비전(television), 비디오 게임(video game), 스마트 워치(smart watch), 오토모티브(Automotive) 등일 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 입력 매칭부
20: 구동단
30: 중간 매칭부
40: 전력단
50: 출력 매칭부
100: 전력 증폭기 시스템

Claims (16)

  1. RF 입력 신호를 증폭하며, 실리콘을 포함하는 기판에 구현되어 있는 구동단,
    상기 구동단으로부터 증폭된 RF 신호에서 기본 신호를 증폭하는 캐리어 증폭기, 그리고 상기 구동단으로부터 증폭된 RF 신호에서 피크 신호를 증폭하는 피킹 증폭기를 포함하고, 갈륨비소를 포함하는 기판에 구현되어 있는 전력단, 그리고
    RF 신호의 위상을 변경하는 위상 보상 회로
    를 포함하고,
    상기 캐리어 증폭기 또는 상기 피킹 증폭기 중 어느 하나는 상기 위상 보상 회로에 연결되어 있는 전력 증폭기 시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 구동단이 구현되어 있는 제1 IC(Integrated Circuit), 그리고 상기 제1 IC로부터 독립되며 상기 전력단이 구현되어 있는 제2 IC를 포함하는 전력 증폭기 시스템.
  3. 제2항에서,
    상기 캐리어 증폭기의 출력단에 연결되어 있고, 상기 캐리어 증폭기로부터 증폭된 기본 신호의 위상을 변경하는 쿼터 웨이브 회로를 더 포함하는 전력 증폭기 시스템.
  4. 제1항에서,
    상기 구동단과 상기 전력단의 사이의 신호 전달 경로에 대한 임피던스를 매칭하고, RF 신호의 위상을 변경하는 위상 보상 회로를 포함하는 중간 매칭부를 더 포함하는 전력 증폭기 시스템.
  5. 제1항에서,
    상기 RF 입력 신호를 받는 단자와 상기 구동단의 사이의 신호 전달 경로에 대한 임피던스를 매칭하고, RF 신호의 위상을 변경하는 위상 보상 회로를 포함하는 입력 매칭부를 더 포함하는 전력 증폭기 시스템.
  6. 제5항에서,
    상기 구동단은 상기 RF 입력 신호에서 기본 신호를 증폭하는 캐리어 증폭기, 그리고 상기 RF 입력 신호에서 피크 신호를 증폭하는 피킹 증폭기를 포함하는 전력 증폭기 시스템.
  7. 제1항에서,
    상기 RF 입력 신호는 반전 RF 입력 신호와 비반전 RF 입력 신호를 포함하고, 상기 구동단은 상기 반전 RF 입력 신호와 상기 비반전 RF 입력 신호의 차이를 증폭하는 전력 증폭기 시스템.
  8. 제1항에서,
    상기 구동단은 비반전 RF 입력 신호를 입력 받아 증폭하는 제1 구동 증폭기, 그리고 반전 RF 입력 신호를 입력 받아 증폭하는 제2 구동 증폭기를 포함하는 전력 증폭기 시스템.
  9. 제8항에서,
    상기 전력단의 캐리어 증폭기는 상기 제1 구동 증폭기로부터 증폭된 비반전 RF 입력 신호에서 기본 신호를 증폭하는 제1 캐리어 증폭기, 그리고 상기 제2 구동 증폭기로부터 증폭된 반전 RF 입력 신호에서 기본 신호를 증폭하는 제2 캐리어 증폭기를 포함하고, 그리고
    상기 전력단의 피크 증폭기는 상기 제1 구동 증폭기로부터 증폭된 비반전 RF 입력 신호에서 피크 신호를 증폭하는 제1 피크 증폭기, 그리고 상기 제2 구동 증폭기로부터 증폭된 반전 RF 입력 신호에서 피크 신호를 증폭하는 제2 피크 증폭기를 포함하는 전력 증폭기 시스템.
  10. 제1항에서,
    상기 구동단은 비반전 RF 입력 신호를 입력 받아 기본 신호를 증폭하는 제1 캐리어 증폭기, 반전 RF 입력 신호를 입력 받아 기본 신호를 증폭하는 제2 캐리어 증폭기, 비반전 RF 입력 신호를 입력 받아 피크 신호를 증폭하는 제1 피킹 증폭기, 그리고 반전 RF 입력 신호를 입력 받아 피크 신호를 증폭하는 제2 피킹 증폭기를 포함하는 전력 증폭기 시스템.
  11. 제10항에서,
    상기 전력단의 캐리어 증폭기는 상기 제1 캐리어 증폭기로부터 증폭된 기본 신호를 증폭하는 제3 캐리어 증폭기, 그리고 상기 제2 캐리어 증폭기로부터 증폭된 기본 신호를 증폭하는 제4 캐리어 증폭기를 포함하고,
    상기 전력단의 피킹 증폭기는 상기 제1 피킹 증폭기로부터 증폭된 피크 신호를 증폭하는 제3 피킹 증폭기, 그리고 상기 제2 피킹 증폭기로부터 증폭된 피크 신호를 증폭하는 제4 피킹 증폭기를 포함하는 전력 증폭기 시스템.
  12. RF 입력 신호를 증폭하며, 실리콘을 포함하는 기판에 구현되어 있는 구동단,
    상기 구동단으로부터 증폭된 RF 신호에서 기본 신호를 증폭하는 캐리어 증폭기, 그리고 상기 구동단으로부터 증폭된 RF 신호에서 피크 신호를 증폭하는 피킹 증폭기를 포함하고, 갈륨비소를 포함하는 기판에 구현되어 있는 전력단, 그리고
    상기 전력단과 RF 출력 신호가 출력되는 단자 사이의 신호 전달 경로에 대한 임피던스를 매칭하고, 상기 캐리어 증폭기로부터 증폭된 기본 신호의 위상을 변경하는 쿼터 웨이브 회로를 포함하는 출력 매칭부
    를 포함하는 전력 증폭기 시스템.
  13. 제12항에서,
    상기 구동단과 상기 전력단의 사이의 신호 전달 경로에 대한 임피던스를 매칭하고, RF 신호의 위상을 변경하는 위상 보상 회로를 포함하는 중간 매칭부를 더 포함하는 전력 증폭기 시스템.
  14. 제12항에서,
    상기 RF 입력 신호를 받는 단자와 상기 구동단의 사이의 신호 전달 경로에 대한 임피던스를 매칭하고, RF 신호의 위상을 변경하는 위상 보상 회로를 포함하는 입력 매칭부를 더 포함하는 전력 증폭기 시스템.
  15. 제14항에서,
    상기 구동단은 상기 RF 입력 신호에서 기본 신호를 증폭하는 캐리어 증폭기, 그리고 상기 RF 입력 신호에서 피크 신호를 증폭하는 피킹 증폭기를 포함하는 전력 증폭기 시스템.
  16. 제12항에서,
    상기 RF 입력 신호는 반전 RF 입력 신호와 비반전 RF 입력 신호를 포함하고, 상기 구동단은 상기 반전 RF 입력 신호와 상기 비반전 RF 입력 신호의 차이를 증폭하는 전력 증폭기 시스템.
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