KR100654644B1

KR100654644B1 - Power Amplifiers with Optimized Power Efficiency

Info

Publication number: KR100654644B1
Application number: KR1020040045280A
Authority: KR
Inventors: 이대희
Original assignee: 아바고테크놀로지스코리아 주식회사
Priority date: 2004-06-18
Filing date: 2004-06-18
Publication date: 2006-12-08
Also published as: KR20050120077A

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(n

1, n은 정수) 변화시키고 모드 제어 전압의 변화 시점 이후에 가변 전원 전압을 m-1번(m

1, m은 정수) 변화시키는 다단 전압/전류 제어 방법과, 가변 전원 전압을 연속적으로 변화시키되 n개(n

1, n은 정수)의 전력 모드마다 가변 전원 전압을 불연속적으로 변화시키고 모드 제어 전압을 변화시키는 n 단 전류/연속전압 제어 방법을 사용하여 전력 증폭기의 전력 효율(PAE)를 최적화시킨다.A power amplifier having a power efficiency optimized according to the power mode is disclosed. The power amplifier of the first type of the present invention is a one-stage current / voltage control in which the current characteristics by the mode control voltage and the voltage characteristics by the variable power supply voltage simultaneously change in the output power divided into the low power mode and the high power mode according to the frequency of use thereof. Power efficiency is controlled by (1-step I / V control) method. In addition, the power amplifier changes the mode control voltage according to the power mode, but changes the variable power supply voltage n-1 (n-1) before the change of the mode control voltage.

1, n is an integer) and the variable power supply voltage is changed to m-1 (m-1 after the time of change of the mode control voltage).

1, m is an integer) multi-stage voltage / current control method, and the variable power supply voltage continuously changed to n (n

1, n is an integer) to optimize the power efficiency (PAE) of the power amplifier by using an n-stage current / continuous voltage control method that discontinuously changes the variable power supply voltage for each power mode) and changes the mode control voltage.

전력 증폭기, 전력 효율(PAE), 1단 전류/전압 제어 방법, 2단 전류/전압 제어 방법, 다단 전류/전압 제어 방법, 1단 전류 및 연속 전압 제어 방법, 2단 전류 및 연속 전압 제어 방법Power amplifier, power efficiency (PAE), single stage current / voltage control method, two stage current / voltage control method, multi stage current / voltage control method, single stage current and continuous voltage control method, two stage current and continuous voltage control method

Description

Power amplifier having optimized power added efficiency (PAE)

도 1a는 종래의 전력 증폭기의 효율을 설명하는 도면이다.1A is a diagram illustrating the efficiency of a conventional power amplifier.

도 1b는 이동 통신 단말기의 출력 전력 대비 사용 빈도를 설명하는 도면이다.FIG. 1B is a diagram illustrating a frequency of use versus output power of a mobile communication terminal.

도 2는 종래의 전력 증폭기 제어 방법을 설명하는 도면이다. 2 is a view for explaining a conventional power amplifier control method.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전력 증폭기를 설명하는 도면이다.3 is a diagram illustrating a power amplifier according to a first embodiment of the present invention.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 전력 증폭기의 1단 전류/전압 제어(1-step I/V control) 방법을 설명하는 그래프이다.4A and 4B are graphs illustrating a one-step I / V control method of the power amplifier of the present invention.

도 5는 도 3의 전력 증폭기의 구체적인 회로 다이어그램이다.FIG. 5 is a detailed circuit diagram of the power amplifier of FIG. 3.

도 6은 도 4의 1단 전류/전압 제어(1-step I/V control) 방법에 의한 전력 증폭기의 전력 효율을 나타내는 도면이다.FIG. 6 is a diagram illustrating the power efficiency of the power amplifier by the one-step I / V control method of FIG. 4.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 전력 증폭기의 제1 유형의 2단 전류/전압 제어(2-step I/V control) 방법을 설명하는 그래프이다.7A and 7B are graphs illustrating a method of 2-step I / V control of the first type of the power amplifier of the present invention.

도 8은 도 7의 2단 전류/전압 제어(2-step I/V control) 방법에 의한 전력 증폭기의 전력 효율을 나타내는 도면이다.FIG. 8 is a diagram illustrating power efficiency of a power amplifier by the two-step current / voltage control method of FIG. 7.

도 9a 및 도 9b는 본 발명의 전력 증폭기의 제2 유형의 2단 전류/전압 제어 (2-step I/V control) 방법을 설명하는 그래프이다.9A and 9B are graphs illustrating a method of 2-step I / V control of a second type of power amplifier of the present invention.

도 10a 및 도 10b는 본 발명의 전력 증폭기의 다단 전류/전압 제어(2-step I/V control) 방법을 설명하는 그래프이다.10A and 10B are graphs illustrating a method of 2-step I / V control of the power amplifier of the present invention.

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.11A and 11B are graphs illustrating a method of 1-step current and continuous V control of the power amplifier of the present invention.

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.FIG. 12 is a diagram illustrating a power efficiency of a power amplifier according to the one-step current and continuous voltage control method of FIG. 11.

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.13A and 13B are graphs illustrating a method of 2-step current and continuous V control of the first type of power amplifier of the present invention.

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.14A and 14B are graphs illustrating a method of 2-step current and continuous V control of a second type of power amplifier of the present invention.

도 15는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전력 증폭기를 설명하는 도면이다.15 is a diagram illustrating a power amplifier according to a second embodiment of the present invention.

도 16은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전력 증폭기를 설명하는 도면이다.16 is a diagram illustrating a power amplifier according to a third embodiment of the present invention.

도 17은 본 발명의 제4 실시예에 따른 전력 증폭기를 설명하는 도면이다.17 is a diagram illustrating a power amplifier according to a fourth embodiment of the present invention.

도 18은 본 발명의 제5 실시예에 따른 전력 증폭기를 설명하는 도면이다.18 is a diagram illustrating a power amplifier according to a fifth embodiment of the present invention.

도 19는 본 발명의 제6 실시예에 따른 전력 증폭기를 설명하는 도면이다.19 is a diagram illustrating a power amplifier according to a sixth embodiment of the present invention.

도 20은 본 발명의 제7 실시예에 따른 전력 증폭기를 설명하는 도면이다.20 is a diagram illustrating a power amplifier according to a seventh embodiment of the present invention.

도 21은 본 발명의 제8 실시예에 따른 전력 증폭기를 설명하는 도면이다.21 is a diagram illustrating a power amplifier according to an eighth embodiment of the present invention.

본 발명은 고효율 고주파(RF) 전력 증폭기에 관한 것으로, 특히 전력 모드에 따라 최적화된 전력 효율을 갖는 전력 증폭기에 관한 것이다.The present invention relates to a high efficiency high frequency (RF) power amplifier, and more particularly, to a power amplifier having a power efficiency optimized according to a power mode.

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.Advances in electronic technology have enabled the design and cost effective manufacture of portable electronic devices. Examples of a wide range of portable electronic devices are pagers, cellular telephones, music players, calculators, laptop computers and PDAs. Portable electronic devices typically require direct current (DC) power, where one or more batteries are used as an energy source to supply this DC power.

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.On the other hand, wireless mobile communication terminals such as mobile handsets or cellular telephones are becoming smaller and lighter. As a result, the size of the battery, which accounts for a large part of the size of the mobile handset, is also being reduced to fit a small and light mobile handset. However, for example, in the case of a cellular telephone, the size of the terminal and its battery is reduced and the talk time is required to be long. As a result, the service life of batteries is an important concern in wireless mobile communication terminals such as mobile handsets or cellular telephones.

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.Radio frequency (RF) transmission in mobile handsets or cellular telephones consumes significant power. The cause of power consumption is the operation of the power amplifier. The power amplifier is a component that determines the battery's service life and requires high power efficiency to increase the battery's usage time. Power Added Efficiency (PAE) is an important performance indicator of how much input power is actually used for signal processing. The power amplifier consumes a lot of power due to the characteristics of the transmitter end that must output very large power. In a power amplifier, it is virtually impossible to use all of the input DC power to amplify the RF signal without loss. Because of this, unused DC power is dissipated as heat and consumed. Poor power efficiency means that a lot of heat is generated in the power amplifier.

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. In conventional power amplifiers, it is generally well known that the greater the output power, the greater the efficiency. A typical power amplifier is designed to achieve a maximum efficiency of 30% near a maximum output of 28 dBm, as shown in FIG. 1A. However, referring to the graph of the frequency of use versus the output power of the mobile communication terminal of FIG. 1b, it can be seen that the output power of the power amplifier is most used between -15 dBm and 15 dBm. Therefore, a lot of methods have recently been devised to improve the efficiency in this area.

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. One of the conventional methods for improving the efficiency is to gradually increase the power supply voltage so as to supply a low power supply voltage in a region that does not require a lot of output power, and to supply a high power supply voltage in a region that requires a lot of output power, as shown in FIG. To go. However, this method is also not suitable for the frequency of use of the mobile communication terminal of FIG.

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 전 력 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.Another conventional method for increasing power efficiency in a high frequency of use of a mobile communication terminal is, for example, in a high power mode in which the output power of the power amplifier is large, the operating current is increased and the output power is small. In low power mode (low power mode), a power amplifier technology that can reduce the operating current to significantly improve the overall power efficiency (PAE) has emerged. Therefore, the existence of a power amplifier with an improved power efficiency (PAE) which changes the operating mode by changing current regulation, voltage regulation or gain inside the power amplifier in accordance with the magnitude of the output power is indispensable.

본 발명의 목적은 전력 모드에 따라 최적화된 전력 효율을 갖는 전력 증폭기를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a power amplifier having a power efficiency optimized according to the power mode.

본 발명의 다른 목적은 최적화된 전력효율을 갖는 전력증폭기를 제공하여 이를 장착할 휴대폰과 같은 무선 기기의 전력소모량을 최소화하여 보다 오랜 통화시간을 제공케 하는데 있다. Another object of the present invention is to provide a power amplifier having an optimized power efficiency to provide a longer talk time by minimizing the power consumption of a wireless device such as a mobile phone to be mounted thereon.

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. Furthermore, another object of the present invention is to provide an optimized power amplifier to increase the usage time of a battery of a wireless device such as a mobile phone to be mounted thereon, thereby providing a more reliable wireless device to the end consumer.

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 동 작 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.In order to achieve the above object, a power amplifier according to an aspect of the present invention comprises a variable voltage control unit for providing a variable power supply voltage that varies according to the power mode; A mode voltage controller configured to provide a mode control voltage that varies according to the power mode; A driver unit using a variable power supply voltage as its operating power source and amplifying a received input power; First and second impedance matching circuits connected in series with the driver unit output; An amplifier for using the variable power supply voltage as its operating power supply and selectively operating in response to the mode control voltage to re-amplify the output of the second impedance matching circuit; Third and fourth impedance matching circuits connected in series with the amplifier outputs; And an impedance conversion circuit connected between the first connection point between the first and second impedance matching circuits and the second connection point between the third and fourth impedance matching circuits and bypassing the amplifier when the operation of the amplifier is cut off. It includes.

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.In order to achieve the above object, a power amplifier according to another aspect of the present invention includes a variable voltage control unit for providing a variable power supply voltage that varies according to the power mode; A mode voltage controller configured to provide a mode control voltage that varies according to the power mode; A first driver unit using a variable power supply voltage as its operating power source and amplifying a received input power; First and second impedance matching circuits connected in series with the driver unit output; A second driver portion that uses the variable power supply voltage as its operating power supply and is selectively operated in response to the mode control voltage to re-amplify the output of the second impedance matching circuit; An amplifier for using the variable power supply voltage as its operating power source and selectively operating in response to the mode control voltage to re-amplify the output of the second driver unit; A fifth impedance matching circuit connected between the second driver section and the amplifier section; Third and fourth impedance matching circuits connected in series with the amplifier outputs; And a first connection point between the first and second impedance matching circuits and a second connection point between the third and fourth impedance matching circuits, and bypassing the amplifying unit when the operation of the second driver unit and the amplifying unit is blocked. And an impedance conversion circuit.

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. In order to achieve the above object, a power amplifier according to another aspect of the present invention includes a variable voltage control unit for providing a variable power supply voltage that varies according to the power mode; A mode voltage controller configured to provide a mode control voltage that varies according to the power mode; A first driver unit using a variable power supply voltage as its operating power source and amplifying a received input power; A second driver unit using a variable power supply voltage as its operating power source and reamplifying the output of the first driver unit; A fifth impedance matching circuit connected between the first driver section and the second driver section; First and second impedance matching circuits connected in series with the second driver unit output; An amplifier for using the variable power supply voltage as its operating power source and selectively operating in response to the mode control voltage to re-amplify the output of the second impedance matching circuit; A fifth impedance matching circuit connected between the first driver section and the second driver amplifier section; Third and fourth impedance matching circuits connected in series with the amplifier outputs; And an impedance conversion circuit connected between the first connection point between the first and second impedance matching circuits and the second connection point between the third and fourth impedance matching circuits and bypassing the amplifier when the operation of the amplifier is cut off. Include.

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.For the operation of the first preferred embodiment of the present invention, the power amplifier is operated in a one-stage voltage / current control method of simultaneously changing the variable power supply voltage and the mode control voltage according to the power mode.

본 발명의 바람직한 제2예의 동작을 위하여, 전력 증폭기는 전력 모드에 따라 가변 전원 전압 및 모드 제어 전압을 n-1번(n

2, n은 정수) 동시에 변화시키는 n단 전압/전류 제어 방법으로 동작된다.For operation of the second preferred embodiment of the present invention, the power amplifier applies the variable power supply voltage and the mode control voltage n-1 times (n) according to the power mode.

2, n is an integer) is operated by the n-stage voltage / current control method to be changed at the same time.

본 발명의 바람직한 제3예의 동작을 위하여, 전력 증폭기는 전력 모드에 따 라 모드 제어 전압을 먼저 변화시키고 난 후 가변 전원 전압을 변화시키는 2단 전압/전류 제어 방법으로 동작된다.For operation of the third preferred embodiment of the present invention, the power amplifier is operated in a two-stage voltage / current control method in which the mode control voltage is first changed according to the power mode, and then the variable power supply voltage is changed.

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.For the operation of the fourth preferred embodiment of the present invention, the power amplifier operates in a two-stage voltage / current control method in which the variable power supply voltage is changed in accordance with the power mode and then the mode control voltage is changed first.

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(n

1, m은 정수) 변화시키는 다단 전압/전류 제어 방법으로 동작한다.For the operation of the fifth preferred embodiment of the present invention, the power amplifier changes the mode control voltage according to the power mode and changes the variable power supply voltage n-1 times before the change point of the mode control voltage (n

1, m is an integer) to operate in a multi-stage voltage / current control method.

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(n

2, n은 정수) 변화시키는 n단 전압/전류 제어 방법으로 동작한다.For the operation of the sixth preferred embodiment of the present invention, the power amplifier changes the mode control voltage after changing the variable power supply voltage according to the power mode, but changes the variable power supply voltage n-1 times (n-1).

2, n is an integer) to operate the n-stage voltage / current control method.

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.For the operation of the seventh preferred embodiment of the present invention, the power amplifier changes the mode control voltage according to the power mode and continuously changes the variable power supply voltage, but discontinuously changes the variable power supply voltage at the time of change of the mode control voltage. It operates with current / continuous voltage control method.

본 발명의 바람직한 제8예의 동작을 위하여, 전력 증폭기는 전력 모드에 따라 가변 전원 전압을 연속적으로 변화시키되, n개(n

1, n은 정수)의 전력 모드마 다 가변 전원 전압을 불연속적으로 변화시키고 모드 제어 전압을 변화시키는 n 단 전류/연속전압 제어 방법으로 동작한다.For the operation of the eighth preferred embodiment of the present invention, the power amplifier continuously changes the variable power supply voltage according to the power mode, and n

1, n is an integer) and operates in the n-stage current / continuous voltage control method in which the variable power supply voltage is discontinuously changed and the mode control voltage is changed.

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.For operation of the ninth preferred embodiment of the present invention, the power amplifier changes the mode control voltage according to the power mode and continuously changes the variable power supply voltage, but discontinuously changes the variable power supply voltage before the time point of the change of the mode control voltage. It operates by two-stage current / continuous voltage control method.

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.For the operation of the tenth preferred embodiment of the present invention, the power amplifier changes the mode control voltage according to the power mode and continuously changes the variable power supply voltage, but discontinuously changes the variable power supply voltage after the change of the mode control voltage. It operates by two-stage current / continuous voltage control method.

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.Therefore, according to the power amplifier of the present invention, the mode control voltage is first changed according to the power mode to control the current, and then the voltage is controlled by changing the variable power supply voltage or the voltage is controlled by changing the variable power supply voltage first. The method of controlling current by changing the voltage is to control current of 1 stage, method of 2 stage current / voltage, method of controlling stage 2 current / voltage, control of stage 1 current / continuous voltage, and control of stage 2 current / continuous voltage. The method is used to optimize the power efficiency (PAE) of the power amplifier.

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.DETAILED DESCRIPTION In order to fully understand the present invention, the operational advantages of the present invention, and the objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings that describe exemplary embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in the drawings denote like elements.

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), 가변 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.3 is a diagram illustrating a power amplifier according to a first embodiment of the present invention. Referring to this, the power amplifier module 300 includes an input matching circuit 305, a driver unit 310, first to fourth impedance matching circuits 320, 330, 350, and 360, an amplifier 340, and an impedance. The conversion circuit 370, the variable voltage controller 380, and the mode voltage controller 390 are included. The power amplifier 300 may control the voltage by the variable power supply voltage VCC provided by the variable voltage controller 380 and the mode control voltage Vcont provided by the mode voltage controller 390 according to the low power mode and the high power mode. Power efficiency (PAE) is controlled through current control.

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. The power amplifier module 300 uses the reference voltage Vref and the variable power supply voltage VCC as a power source. The reference voltage Vref is a power supply for turning on / off the entire operation of the power amplifier, and the variable power supply voltage VCC is used for gain adjustment of the power amplifier module 300.

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.즉 저전력 모드일 때 모드 제어 전압에 응답하여 증폭기의 동작을 차단시켜 전력 증폭기의 동작 전류를 줄이고, 고전력 모드일 때 모드 제어 전압에 응답하여 증폭기를 동작시켜 전력 증폭기의 동작 전류를 늘린다.The input matching circuit 305 is used to prevent or minimize reflected waves of the input power Pin. The driver 310 amplifies the input power Pin with a fixed gain. The amplifier 340 receives, re-amplifies, and outputs the power amplified by the driver 310 through the first impedance matching circuit 320 and the second impedance matching circuit 330. The first impedance matching circuit 320 is optimized for optimal operation corresponding to the low power mode and the high power mode. The first impedance matching circuit 320 transfers the input power Pin amplified by the driver 310 to the impedance conversion circuit 370 or the amplifier 340 according to the operation mode of the power amplifier module 300. . The amplifier 340 includes one or more transistors for adjusting the power flowing therein. The amplifier 340 re-amplifies the power amplified by the driver 310 only in the high power mode. In other words, the amplifier 340 cuts the operation of the amplifier in response to the mode control voltage in the low power mode, thereby reducing the operating current of the power amplifier. In high power mode, the amplifier operates in response to the mode control voltage to increase the operating current of the power amplifier.

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. The impedance conversion circuit 370 receives the power amplified by the driver 310 according to the operation of the variable voltage controller 380 and transfers the power amplified by the driver 310 to the fourth impedance matching circuit 360. The switches SW1 and SW2 across the impedance conversion circuit 370 are additional and determine whether to deliver the output of the impedance conversion circuit to the fourth impedance matching circuit 360. In some cases, only one of the two switches may exist.

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.The third impedance matching circuit 350 is connected in series with the amplifier 340 to transfer the power re-amplified by the amplifier 340 to the fourth impedance matching circuit 360. The fourth impedance matching circuit 360 outputs the power transferred from the third impedance matching circuit 350 or the impedance conversion circuit 370 to the output power Pout.

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. 즉 가변 전압 제어부(380)는 드라이버부(310), 증폭부(340), 제1 임피던스 매칭회로(320) 및 제3 임피던스 매칭회로(350)의 전원전압을 가변적으로 하고 모드 전압 제어부(390)는 단지 증폭부(340)의 바이어스를 스텝식으로 가변시켜 각 전력모드를 결정하게 한다.The variable voltage controller 380 appropriately varies the voltage Vbatt supplied from the battery according to the adjustment voltage Vadj and then supplies the variable voltage VVC of the power amplifier module 300. The mode voltage controller 390 generates a mode control voltage Vcont for changing the current characteristic of the power amplifier module 300 according to the power mode. That is, the variable voltage controller 380 variably varies the power voltages of the driver 310, the amplifier 340, the first impedance matching circuit 320, and the third impedance matching circuit 350, and the mode voltage controller 390. Merely varies the bias of the amplifier 340 stepwise to determine each power mode.

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. 즉 본 발명은 증폭기의 바이어스를 제어하면 증폭기의 전력소모가 달라져 고전력 또는 저전력 등 여러 전력 모드가 표출된다는 종래의 기술에 더하여 전력 증폭기의 전력 모드에 따라 가변 전압 제어부(380)와 모드 전압 제어부(390)를 동시에 혹은 순차적으로 적절히 조합하여 최적화된 전력 효율 특성을 나타내도록 한 것이다. 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.In the present specification, various types of the variable power supply voltage VCC provided by the variable voltage controller 380 and the mode control voltage Vcont provided by the mode voltage controller 390 to improve the PAE characteristic of the power amplifier are variously described. do. The power characteristic of the power amplifier is optimized by changing the current characteristic I by the mode control voltage Vcont and the voltage characteristic V by the variable power supply voltage VCC. That is, according to the present invention, the variable voltage controller 380 and the mode voltage controller 390 according to the power mode of the power amplifier, in addition to the conventional technology in which the power consumption of the amplifier is changed by controlling the bias of the amplifier to express various power modes such as high power or low power. ) Are simultaneously or sequentially combined to provide optimized power efficiency characteristics. A method of one-step I / V control of the power amplifier of the invention is described in FIGS. 4A and 4B, and a two-step I / V control of the first type. The method is described in FIGS. 7A and 7B, the second type of two-step I / V control method is described in FIGS. 9A and 9B, and the multi-step I / V control method is described in FIGS. 10A and 10B, and the 1-step I and continuous V control method is described in FIGS. 11A and 11B, and the second type of the first type The two-step I and continuous V control method is described in FIGS. 13A and 13B, and the second type of two-step current and continuous V control method is illustrated. 14a and 14b.

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.Referring to FIGS. 4A and 4B, an exemplary embodiment will be referred to as a low power mode and a higher power mode based on when the output power Pout is 13 dBm. The mode control voltage Vcont provided by the mode voltage controller 390 is provided at 2.85V in the low power mode, and is provided at 0V in the high power mode. The variable power supply voltage VCC provided by the variable voltage controller 380 is provided at 0.8V in the low power mode and is provided at 2.5V in the low power mode in response to the adjustment voltage Vadj provided at 1.2V in the high power mode and then in the high power mode. At 3.4V.

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.In this specification, the low power mode and the high power mode are described by dividing the output power Pout by 13 dBm as a reference. However, since the probability that the output power of the power amplifier shown in FIG. 2 is used is most used between -15 dBm and 15 dBm. It will be apparent to those skilled in the art that various settings may be made to 14 dBm, 15 dBm, or the like instead of 13 dBm.

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 503 커패시터, 노드 N501과 노드 N502 사이에 연결되는 502 커패시터를 포함한다.FIG. 5 is a circuit diagram illustrating the power amplifier of FIG. 3 in detail. Referring to this, the input matching unit 305 is connected to the input power Pin and the node N501 501 inductor, the node N501 and the ground voltage (VSS) is connected between the node N501 and node N502 502 capacitors.

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.The driver 310 is connected to the reference voltage Vref and the variable power supply voltage VCC provided by the variable voltage controller 380, and uses the variable power supply voltage VCC as a voltage source. The driver 310 includes 511 resistors and 512 and 513 diodes connected in series between the reference voltage Vref and the node N511. The driver 310 includes a variable power supply voltage VCC and a 514 transistor and a resistor 515 connected to the node N502 and a collector and an emitter, respectively, and is connected between the variable power supply voltage VCC and the ground voltage VSS. It includes a capacitor. The base of the 514 transistor is connected to the connection point N511 of the 511 resistor and the 512 diode. The driver 310 includes a Q5 transistor whose base is connected to the node N502, its emitter is connected to the ground voltage VSS, and its collector is connected to the node N503. The collector of the Q5 transistor, which is an amplifying transistor, is input to the first impedance matching circuit 320.

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 포 함한다.The first impedance matching circuit 320 includes a transmission line 521 connected between the variable power supply voltage VCC and the node N503, a 522 capacitor connected between the variable power supply voltage VCC and the ground voltage VSS, and a node N503. And a 523 capacitor connected between node N523.

제2 임피던스 매칭 회로(330)는 노드 N523과 접지 전압(VSS) 사이에 연결되는 531 인덕터와 노드 N523과 노드 N532 사이에 연결되는 532 커패시터를 포함한다.The second impedance matching circuit 330 includes a 531 inductor connected between the node N523 and the ground voltage VSS and a 532 capacitor connected between the node N523 and the node N532.

모드 전압 제어부(390)는 모드 제어 전압(Vcont)에 연결된 591 저항이 그 베이스에 연결되는 592 트랜지스터를 포함한다. The mode voltage controller 390 includes 592 transistors having a 591 resistor connected to the mode control voltage Vcont connected to the base thereof.

592 트랜지스터의 에미터는 접지 전압에 연결되고, 콜렉터는 541 저항과 542다이오드 사이의 연결점(N541)에 연결된다. The emitter of the 592 transistor is connected to ground voltage and the collector is connected to the connection point N541 between the 541 resistor and the 542 diode.

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.The amplifier 340 includes 541 resistors and 542 and 543 diodes connected in series between the reference voltage Vref and the ground voltage VSS. The amplifier 340 has a 544 transistor and a 545 resistor connected in series between the variable power supply voltage VCC and the node N532, and a 546 capacitor is connected between the variable power supply voltage VCC and the ground voltage VSS. The base of the 544 transistor is connected to node N541, its collector is connected to a variable power supply voltage (VCC), and its emitter is connected to a 545 resistor. The amplifier 340 includes a Q6 transistor whose base is connected to the node N532, its collector is connected to the third impedance matching circuit 350, and its emitter is connected to the ground voltage VSS. The Q6 transistor becomes an amplifying transistor of the amplifier 340 whose gain varies in accordance with the variable power supply voltage VCC.

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 모드 에 적합하도록 된다.Since the 592 transistor is turned on in response to 2.8 V of the mode control voltage Vcont in the low power mode, the amplifier 340 loses the base biasing effect of the 544 transistor by the 592 transistor. Accordingly, the power consumption of the amplifier 340 is adapted to the low power mode.

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.In the high power mode, the amplifier 340 is turned off in response to 0V of the mode control voltage Vcont, and the base biasing effect of the 544 transistors by the 592 transistors is achieved. Accordingly, the power consumption of the amplifier 34 is adapted to the high power mode.

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.The third impedance matching circuit 350 includes a 551 capacitor connected between the node N551 and the ground voltage VSS, the output of the Q6 transistor, a 552 inductor connected between the node N551 and the node N552, a variable power supply voltage VCC, and a node N552. 553 transmission lines connected therebetween, and 554 capacitors connected between the variable power supply voltage VCC and the ground voltage VSS.

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.The fourth impedance matching circuit 360 is connected to the 561 transmission line connected between the node N552 and the node N561, the 562 capacitor connected between the node N561 and the ground voltage VSS, and connected between the node N561 and the output power Pout. 563 capacitors.

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. Impedance conversion circuit 370 includes a 571 capacitor connected between node N523 and node N571, a 573 capacitor connected between node N571 and ground voltage VSS, and a 572 inductor connected between node N571 and node N552. Switches SW1 and SW2 may be additionally connected to an input and an output of the impedance conversion circuit 370. These switches determine whether to deliver the output of the impedance conversion circuit to the fourth impedance matching circuit 360. In some cases, only one of the two switches may exist.

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.The power amplifier module 300 of FIG. 5 is implemented using bipolar transistors BJT. However, instead of bipolar transistors, it may be composed of heterostructure BJTs, heterojunction BJTs, FETs, MESFETs, JFETs, BiCMOS, CMOS transistors, or combinations thereof.

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. The PAE characteristics of the power amplifier module 300 according to the one-step I / V control method shown in FIGS. 4A and 4B are shown in FIG. 6. Referring to FIG. 6, since the operation of the amplifier 340 becomes a bias corresponding to the low power mode in the low power mode, the DC current consumption is reduced because the operating current ICC of the power amplifier module 300 is reduced. Becomes smaller. In the high power mode, a bias suitable for the high power mode is formed in Q6 in order to sufficiently re-amplify the power amplified by the driver 310 in the amplifier 340.

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.Meanwhile, in the circuit diagram of FIG. 5 of the present invention, the mode voltage controller 390 is a low power mode when the mode control voltage Vcont is 2.85V and a high power mode when 0V. However, depending on the circuit configuration, the case where the mode control voltage Vcont is low may be a high power mode and the case where the mode control voltage Vcont is high may be a low power mode.

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. Therefore, the first type of power amplifier module 300 according to the first embodiment is applied to the current characteristic I and the variable power supply voltage VCC by the mode control voltage Vcont at 13 dBm, which is a reference of the low power mode and the high power mode. Since the voltage characteristic (V) changes at the same time, the one-stage current / voltage control method is adopted.

도 7a 및 도 7b는 2단 전류/전압 제어(2-step I/V control) 방법의 제1 유형 을 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.7A and 7B illustrate a first type of two-step I / V control method. Referring to this, the output power Pout is divided into 13 dBm in the first mode, 13 dBm to 20 dBm in the second mode, and 20 dBm to 27 dBm in the third mode. The mode control voltage Vcont provided by the mode voltage controller 390 is provided at 2.85V in the first mode and is provided at 0V in the second and third modes. The variable power supply voltage VCC provided by the variable voltage controller 380 is provided at 0.5 V in the first and second modes, and then in response to the adjustment voltage Vadj provided at 1.2 V in the third mode. It is offered at 1.4V in the mode and 3.4V in the third mode.

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.The PAE characteristics of the power amplifier module 300 in the first to third modes according to the two-stage current / voltage control method of FIGS. 7A and 7B are shown in FIG. 8. Referring to FIG. 8, since the operation of the amplifier 340 is minimized in the first mode, DC power consumption is minimized. In the second mode, the power amplified by the driver 310 is re-amplified by the amplifier 340, but the variable power supply voltage VCC level is low. In the third mode, the variable power supply voltage VCC level is high in order to re-amplify the power amplified by the driver 310 in the amplifier 340.

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. Accordingly, the power amplifier module 300 changes the current characteristic by the mode control voltage Vcont at 13 dBm as the reference for the first mode and the second mode, and the variable power supply voltage VCC at 20 dBm as the reference for the second and third modes. It adopts a two-stage current / voltage control method in which the voltage characteristic by) is changed.

도 9a 및 도 9b는 2단 전류/전압 제어 방법의 제2 유형을 설명하는 도면이다. 이를 참조하면, 출력 전력(Pout)이 8dBm까지를 제1 모드로, 8dBm에서 13dBm까 지를 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.9A and 9B illustrate a second type of two-stage current / voltage control method. Referring to this, the output power Pout is divided into a first mode up to 8dBm, a second mode from 8dBm to 13dBm, and a third mode from 13dBm to 27dBm. The mode control voltage Vcont provided by the mode voltage controller 390 is provided at 2.85V in the first and second modes, and is provided at 0V in the third mode. The variable power supply voltage VCC provided by the variable voltage controller 380 is provided at 0.5V in the first mode, and then in response to the adjustment voltage Vadj provided at 1.2V in the second and third modes. It is offered at 1.4V in the mode and 3.4V in the third mode.

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.The PAE characteristics of the power amplifier module 300 in the first to third modes according to the two-stage current / voltage control method of FIGS. 9A and 9B are also similar to those of the graph type of FIG. 8.

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(n

1, n은 정수)개의 단계들로 이루어지고 고전력 모드에서 1.4V에서 3.4V로의 상승이 m(m

1, m은 정수)개의 단계들로 이루어진다.10A and 10BB multi-step current / voltage control from the single-step current / voltage control method of FIGS. 4A and 4B and the two-step current / voltage control methods of FIGS. 7A and 7B and 9A and 9B described above. It is a figure explaining the extension to the steps I / V control) method. Referring to this, based on the output power (Pout) is 13dBm divided into low power mode and high power mode. The mode control voltage Vcont provided by the mode voltage controller 390 is provided at 2.85V in the low power mode, and is provided at 0V in the high power mode. The variable power supply voltage VCC provided by the variable voltage controller 380 may increase from 1.4V to 3.4V in low power mode by n (n

1, n is an integer number of steps and the rise from 1.4V to 3.4V in high power mode is m (m

1, m is an integer).

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(m-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.The power amplifier module 300 changes the current characteristic I once by the mode control voltage Vcont, changes the voltage characteristic V by n-1 times by the variable power supply voltage VCC in the low power mode, and high power. In the mode, the voltage characteristic V is changed m-1 times by the variable power supply voltage VCC. Accordingly, the n-step I / V control method is adopted in the low power mode, and the m-step I / V control method is adopted in the high power mode. The n-stage current / voltage control method and the m-stage current / voltage control method may be selectively employed according to the operation mode of the power amplifier module 300.

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.11A and 11B are diagrams illustrating a method of one-step current and continuous V control of the power amplifier of the present invention. With reference to this, based on 13dBm of output power (Pout), the below is divided into the low power mode, and the above into the high power mode. The mode control voltage Vcont provided by the mode voltage controller 390 is provided at 2.85V in the low power mode, and is provided at 0V in the high power mode. The variable power supply voltage VCC provided by the variable voltage controller 380 is increased in response to the adjustment voltage Vadj which continuously increases from 0.5V to 0.8V in the low power mode and continuously increases from 0.5V to 1.2V in the high power mode. In low-power mode, it is available at 1.4V and then gradually increases to 13dBm, and its voltage level is continuously increased to 2.5V. In high-power mode, it is available at 1.4V at 13dBm and subsequently increased to 3.4V.

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.Therefore, in the power amplifier module 300, the current characteristic I by the mode control voltage Vcont is changed and the voltage characteristic V by the variable power supply voltage VCC is the low power mode at 8dBm which is a reference of the low power mode and the high power mode. Since it continuously changes over and the high power mode, the one-stage current and continuous voltage control method is adopted.

도 11a 및 도 11b의 1단 전류 및 연속 전압 제어 방법에 따른 전력 증폭기 모듈(300)의 PAE 특성은 도 12와 같이 나타난다. The PAE characteristics of the power amplifier module 300 according to the first stage current and continuous voltage control methods of FIGS. 11A and 11B are shown in FIG. 12.

도 13a 및 도 13b는 본 발명의 전력 증폭기의 2단 전류 및 연속 전압 제어(2-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.13A and 13B illustrate a two-step current and continuous V control method of the power amplifier of the present invention. Referring to this, the output power Pout is divided into a first mode up to 8 dBm, a second mode from 8 dBm to 13 dBm, and a third mode from 13 dBm to 27 dBm. The mode control voltage Vcont provided by the mode voltage controller 390 is provided at 2.85V in the first and second modes, and is provided at 0V in the third mode. The variable power supply voltage VCC provided by the variable voltage controller 380 may be continuously adjusted from 0.5V to 0.8V in the first mode and continuously increased from 0.5V to 1.2V in the second and third modes. Vadj) is provided at 1.4V in the first mode, then the voltage level is continuously increased to 2.5V as it goes to 8dBm, and provided at 1.4V at 8dBm in the second and third modes, and then continuously increased to 3.4V. Provided in V.

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.Accordingly, the power amplifier module 300 changes the current characteristic I due to the mode control voltage Vcont and changes the voltage characteristic V due to the variable power supply voltage VCC at 13 dBm as a reference for the second mode and the third mode. Since it changes continuously over this 1st mode and 2nd mode, the two-stage current and the continuous voltage control method are employ | adopted.

도 14a 및 도 14b는 본 발명의 전력 증폭기의 2단 전류 및 연속 전압 제어(2-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.14A and 14B illustrate a two-step current and continuous V control method of the power amplifier of the present invention. Referring to this, the output power Pout is divided into 13 dBm in the first mode, 13 dBm to 20 dBm in the second mode, and 20 dBm to 27 dBm in the third mode. The mode control voltage Vcont provided by the mode voltage controller 390 is provided at 2.85V in the first mode and then at 0V in the second and third modes. The variable power supply voltage VCC provided by the variable voltage controller 380 is continuously adjusted from 0.5V to 0.8V in the first and second modes and continuously increased from 0.5V to 1.2V in the third mode. In response to (Vadj), it is provided at 1.4V across the first and second modes, and the voltage level is continuously increased to 2.5V as it goes to 20dBm and provided at 1.4V at 20dBm in the third mode and then continuously. Increased to 3.4V.

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.Accordingly, the power amplifier module 300 changes the current characteristic I due to the mode control voltage Vcont and changes the voltage characteristic V due to the variable power supply voltage VCC at 13 dBm as a reference for the first mode and the second mode. Since it changes continuously over this 2nd mode and 3rd mode, the two-stage current and continuous voltage control method are employ | adopted.

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(n

2, n은 정수)이상으로 변화시키는 것도 가능하고, 고전력 모드에서만 가변 전원 전압(VCC)를 1단, 혹은 n단(n

2, n은 정수)이상으로 변화시키는 것도 가능하다. 뿐만 아니라 저전력 모드와 고전력모드에서 각각 가변 전원 전압(VCC)를 1단, 혹은 n단(n

2, n은 정수)이상으로 변화시키는 것도 가능하다. The above-described power amplifier module 300 has been described with respect to a single-stage current and continuous voltage control method or a two-stage current and continuous voltage control method. However, the power amplifier module 300 may vary the variable power supply voltage VCC according to each power mode. Method is also possible. That is, in the low power mode, the variable power supply voltage (VCC) is set in one stage or n stages (n

2, n is an integer) or more, and in the high power mode, the variable power supply voltage (VCC)

2, n is an integer) or more. In addition, in the low power mode and high power mode, the variable power supply voltage (VCC)

2, n is an integer) or more.

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. Also. Types of operation of the power amplifier 300 according to the first embodiment of the present invention of FIG. 5, namely, the method of controlling the first stage current / voltage of FIGS. 4A and 4B, FIGS. 7A and 7B and FIGS. 9A and 9B Short current / voltage control methods, multi-stage current / voltage control method of FIGS. 10A and 10B, single-stage current / continuous voltage control method of FIGS. 11A and 11B, and 2 of FIGS. 13A and 13B and FIGS. 14A and 14B However, in the current / continuous voltage control method, the operation of the power amplifier 300 is described in the order of voltage control by first changing the mode control voltage Vcont and then controlling the current by changing the variable power supply voltage VCC. The operation of the power amplifier 300 is not limited thereto, and the same operation may be performed in order of controlling the current by changing the variable power supply voltage VCC first and then controlling the current by changing the mode control voltage Vcont.

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.15 is a diagram illustrating a power amplifier according to a second embodiment of the present invention. Referring to this, the power amplifier 1100 uses the variable gain amplifier 1110 instead of the driver unit 310 compared with the power amplifier module 300 of FIG. 3, and the variable gain amplifier 1110 is the gain control unit 1105. The difference is that it is controlled by. The remaining components of the power amplifier 1100 are denoted by the same reference numerals as the components of the power amplifier module 300 of FIG. 3. In order to avoid duplication of explanation, descriptions of the remaining components are omitted and detailed descriptions of additional feature elements are given.

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.The variable gain amplifier 1110 consists of a multi-stage amplifier, such as an N-stage amplifier in which N (> 0, integer) amplifiers are connected in series so that gain is controlled by bypassing one or more amplifiers. The gain controller 1105 selectively controls the variable gain amplifier 1110 according to the power mode of the power amplifier 1100. For example, in the low power mode, the variable gain amplifier 1110 is turned off. In the high power mode, the gain of the variable gain amplifier 1110 is changed to amplify the input power Pin according to the gain.

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(1220)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. 16 is a diagram illustrating a power amplifier according to a third embodiment of the present invention. Referring to this, the power amplifier 1200 includes two driver units and one amplifier unit to increase the overall gain of the power amplifier 1200. The first driver part 1210 has a fixed gain like the driver part 310 of FIG. 3. The second driver 1220 is connected to the mode control voltage Vcont and is connected to the second impedance matching circuit 330. The fifth impedance matching circuit 1230 is connected between the second driver 1220 and the amplifier 340. In the low power mode, the power amplifier 1200 changes the operation biasing of the second driver 1220 by the mode control voltage Vcont and blocks the operation of the amplification unit 340. The second driver 1220 and the amplifier 340 operate by the voltage Vcont to re-amplify the input power Pin amplified by the first driver 1210.

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.17 is a diagram illustrating a power amplifier according to a fourth embodiment of the present invention. Referring to this, in the power amplifier 1300, the first driver 1310 may obtain a variable gain by the gain controller 1305 like the variable gain amplifier 1110 of FIG. 11, compared to the power amplifier 1200 of FIG. 12. Have

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 크 게 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.18 is a diagram illustrating a power amplifier according to a fifth embodiment of the present invention. Referring to this, the power amplifier 1400 uses two driver units 1410 and 1430 and one amplifier 340 to increase the overall gain as in the power amplifier 1200 of FIG. 12. An impedance matching circuit 1420 is connected between the first driver unit 1410 and the second driver unit 1430 having a fixed gain. The power amplifier 1400 is configured to block the operation of the amplifier 340 in the low power mode and to operate the amplifier 340 in the high power mode so that the input power amplified by the first and second driver units 1410 and 1430. Reamplify (Pin).

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.19 is a diagram illustrating a power amplifier according to a sixth embodiment of the present invention. Referring to this, the power amplifier 1500 differs only in that the first driver unit 1510 is configured as a variable gain amplifier whose gain is changed by the gain control unit 1505 compared to the power amplifier 1400 of FIG. 14. There is.

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.20 is a diagram illustrating a power amplifier according to a seventh embodiment of the present invention. Referring to this, the power amplifier 1600 is compared with the power amplifier module 300 of FIG. 3 and the driver unit 1610 amplifies the input power Pin by changing its operation biasing by the mode control voltage Vcont. There is a difference in that.

도 21은 본 발명의 제8 실시예에 따른 전력 증폭기를 설명하는 도면이다. 이를 참조하면, 전력 증폭기(1700)는 도 18의 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.21 is a diagram illustrating a power amplifier according to an eighth embodiment of the present invention. Referring to this, in comparison with the strategy amplifier of FIG. 18, in the power amplifier 1700, the second driver 1730 changes its operation biasing by the mode control voltage Vcont to amplify the input power Pin. There is a difference.

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 가변 전압 제어부(380)와 모드 전압 제어부(390)를 동시에 혹은 순차적으로 적절히 조합하여 최적화된 전력 효율(PAE) 특성을 나타내게 된다.The power amplifiers according to the second to eighth embodiments of the present invention operate by the variable power supply voltage VCC and the mode control voltage Vcont provided by the variable voltage controller 380 described above, that is, FIGS. 4A and 4B. The method of controlling the single stage current / voltage of FIG. 4B, the methods of controlling the two stage current / voltage of FIGS. 7A and 7B and of FIGS. 9A and 9B, the method of controlling the multiple stage current / voltage of FIGS. The single stage current / continuous voltage control method of and the two stage current / continuous voltage control method of FIGS. 13A and 13B and FIGS. 14A and 14B are representatively applied, respectively. Accordingly, the PAE characteristics of the power amplifiers are similar to those of FIGS. 6, 8, and 12, respectively. In addition, various combinations of the variable power supply voltage VCC and the mode control voltage Vcont, as described in the specification, are not shown in the drawings, but the power amplifiers according to the second to eighth embodiments of the present invention are also described. Applies to the Therefore, the power amplifiers of the present invention exhibit optimized power efficiency (PAE) characteristics by appropriately combining the variable voltage controller 380 and the mode voltage controller 390 according to the power mode simultaneously or sequentially.

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.Although the present invention has been described with reference to the embodiments illustrated in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

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.In the above-described power amplifier, the mode control voltage is first changed according to the power mode to control the current, and then the voltage is controlled by varying the variable power supply voltage. As a method of controlling current by changing the current, the first stage current / voltage control method, the second stage current / voltage control method, the multiple stage current / voltage control method, the first stage current / continuous voltage control method, and the second stage current / continuous voltage control method To optimize the power efficiency (PAE) of the power amplifier.

Claims

A power amplifier for controlling power efficiency in accordance with a power mode.

A variable voltage controller configured to provide a variable power supply voltage and a variable mode control voltage that are variable according to the power mode;

A mode voltage controller configured to control a bias current of the power amplifier according to the variable mode control voltage;

A driver unit which uses the variable power supply voltage as its operating power and amplifies the received input power;

First and second impedance matching circuits connected in series with the driver unit output;

An amplifier using the variable power supply voltage as its operating power source and selectively operating in response to the mode control voltage to re-amplify the output of the second impedance matching circuit;

Third and fourth impedance matching circuits connected in series to the output of the amplifier; And

An impedance connected between a first connection point between the first and second impedance matching circuits and a second connection point between the third and fourth impedance matching circuits, and bypassing the amplifier when the operation of the amplifier is blocked; And a conversion circuit.

The power amplifier according to claim 1, wherein a switching element is provided at an input or an output of the impedance conversion circuit.

The power amplifier of claim 1 or 2, wherein the power amplifier is

And a first stage voltage / current control for simultaneously changing the variable power supply voltage and the mode control voltage according to the power mode.

The power amplifier of claim 1 or 2, wherein the power amplifier is

N-1 times the variable power supply voltage and the mode control voltage according to the power mode

1, n is an integer) Power amplifier characterized in that for controlling the n-stage voltage / current to be changed at the same time.

The power amplifier of claim 1 or 2, wherein the power amplifier is

And a two-stage voltage / current control for changing the mode control voltage first and then the variable power supply voltage according to the power mode.

The power amplifier of claim 1 or 2, wherein the power amplifier is

And a two-stage voltage / current control for changing the mode control voltage first after changing the variable power supply voltage according to the power mode.

The power amplifier of claim 1 or 2, wherein the power amplifier is

The mode control voltage is changed according to the power mode, and the variable power supply voltage is n-1 (n) before a time point of change of the mode control voltage.

1, n is an integer) and the variable power supply voltage is m-1 (m-1) after the change of the mode control voltage.

1, m is an integer) power amplifier, characterized in that for controlling the multi-stage voltage / current.

The power amplifier of claim 1 or 2, wherein the power amplifier is

According to the power mode, the mode control voltage is changed and the variable power supply voltage is continuously changed, but the first stage current / continuous voltage control for discontinuously changing the variable power supply voltage at the time of change of the mode control voltage. Power amplifier.

The power amplifier of claim 1 or 2, wherein the power amplifier is

The variable power supply voltage may be continuously changed according to the power mode, and n

And n stage current / continuous voltage control for discontinuously changing the variable power supply voltage at every power mode change.

The power amplifier of claim 1 or 2, wherein the power amplifier is

Changing the mode control voltage according to the power mode and continuously changing the variable power supply voltage, but controlling the two-stage current / continuous voltage to discontinuously change the variable power supply voltage before a change point of the mode control voltage. Characterized by power amplifier.

The power amplifier of claim 1 or 2, wherein the power amplifier is

Changing the mode control voltage and continuously changing the variable power supply voltage according to the power mode, and controlling two-stage current / continuous voltage controlling the variable power supply voltage discontinuously after the time point of the mode control voltage change. Characterized by power amplifier.

The method of claim 1, wherein the driver unit

And a variable gain amplifier whose amplification gain is varied according to the power mode.

The method of claim 1, wherein the driver unit

And its operational biasing is changed by the mode control voltage to amplify the input power.

A variable voltage controller configured to provide a variable power supply voltage that varies according to the power mode;

A mode voltage controller configured to provide a mode control voltage that varies according to the power mode;

A first driver unit using the variable power supply voltage as its operating power and amplifying a received input power;

First and second impedance matching circuits connected in series with the first driver unit output;

A second driver unit using the variable power supply voltage as its operating power source and selectively operating in response to the mode control voltage to re-amplify the output of the second impedance matching circuit;

An amplifier using the variable power supply voltage as its operating power and selectively operating in response to the mode control voltage to re-amplify the output of the second driver;

A fifth impedance matching circuit connected between the second driver and the amplifier;

Is connected between a first connection point between the first and second impedance matching circuits and a second connection point between the third and fourth impedance matching circuits, when the operation of the second driver unit and the amplifying unit is cut off; And an impedance conversion circuit for bypassing the amplifier.

15. The power amplifier according to claim 14, wherein a switching element is provided at an input or an output of the impedance conversion circuit.

The power amplifier of claim 14 or 15, wherein the power amplifier is

1, m is an integer) power amplifier, characterized in that for controlling the multi-stage voltage / current

The power amplifier of claim 14 or 15, wherein the power amplifier is

Controlling the n-stage current / continuous voltage to continuously change the variable power supply voltage according to the power mode, and discontinuously change the variable power supply voltage every n power mode changes (n≥1, n is an integer). A power amplifier, characterized in that.

The power amplifier of claim 14 or 15, wherein the power amplifier is

The method of claim 14, wherein the first driver unit

A second driver unit using the variable power supply voltage as its operating power source and re-amplifying the output of the first driver unit;

A fifth impedance matching circuit connected between the first driver unit and the second driver unit;

First and second impedance matching circuits connected in series with the second driver unit output;

27. The power amplifier according to claim 26, wherein a switching element is provided at an input or an output of the impedance conversion circuit.

28. The device of claim 26 or 27, wherein the power amplifier is

1, n is an integer) n-stage voltage / current control to change at the same time characterized in that the power amplifier.

28. The device of claim 26 or 27, wherein the power amplifier is

And n stage current / continuous voltage control for discontinuously changing the variable power supply voltage every time the power mode is changed.

28. The device of claim 26 or 27, wherein the power amplifier is

The method of claim 26, wherein the first driver unit

The method of claim 26, wherein the second driver unit

And amplifying the operation biasing by the mode control voltage to re-amplify the output of the first driver unit transmitted through the fifth impedance matching circuit.

In the control method of the power amplifier for controlling the power efficiency according to the power mode,

Changing a variable power supply voltage for varying an operating power supply of the power amplifier according to the power mode; And

And changing a mode control voltage for varying an operating current of the power amplifier according to the power mode.

40. The method of claim 39, wherein the power amplifier control method is

1, n is an integer) Power amplifier control method characterized in that for controlling the n-stage voltage / current to be changed at the same time.

40. The method of claim 39, wherein the power amplifier control method is

After changing the mode control voltage according to the power mode, the variable power supply voltage is changed, and the variable power supply voltage is n-1 times (n

1, n is an integer) power stage control method characterized in that for controlling the n-stage voltage / current.

40. The method of claim 39, wherein the power amplifier control method is

1, m is an integer) power amplifier control method characterized in that for controlling the multi-stage voltage / current.

40. The method of claim 39, wherein the power amplifier control method is