A Study of Switchless Multi-Power Mode Power Amplifier Using InGaP/GaAs Process

Abstract

본 논문에서는 GaAs HBT 기술을 이용한 switchless 다중 출력 모드 전력 증폭기를 제시한다. 제안된 회로에서 PA는 바이어스 제어에 의해 결정되는 총 활성화된 트랜지스터의 크기를 조정하여 고출력 모드와 저출력 모드를 작 동시킨다. 저출력 모드는 저출력 영역에서 기존의 선형 전력증폭기의 낮은 효 율을 나타내는 단점을 극복한다. 총 트랜지스터 사이즈를 조절하기 위해, 각 차동 쌍에는 병렬 결합 트랜스포머와 결합된 두 개의 서브 셀이 이 존재하며 서브 셀의 동작에 따라서 동작하는 유효한 트랜지스터의 사이즈가 조절된다. 출력 매칭 네트워크의 손실을 최소화하기 위해 스위치와 같은 다중 출력 모드 기능을 위한 추가 구성요소는 이용하지 않는다. 스위칭 모드 기능은 서브 셀 을 비활성화 하는 것을 통하여 트랜지스터의 기생 성분으로 인한 효과와 출력 결합 특성을 변화시키는 방법을 통해 수행한다. 6GHz에서 측정된 해당 전력 증폭기는 고출력 모드에서 최대 출력 전력은 34.6 dBm, 최대 전력 부가 효율 46.1%, P1dB 32.8dBm의 결과를 나타낸다. 저전력 모드에서는 최대 출력 전 력 33.1 dBm, P1dB 31.5 dBm, 최대 전력 부가 효율은 44.2 %로 측정되었다. 저전력 영역에서 저출력 모드는 기존 선형 전력증폭기로 간주되는 고출력 모 드보다 약 5% 높은 전력 부가 효율을 보여주어 기존 선형 전력증폭기의 단점 을 극복하였다. |A switchless multi-power mode power amplifier (PA) using GaAs HBT technology is presented in this paper. In this work the PA operates high power mode and low power mode by resizing total activating transistor size which is decided by bias control. The low power mode response to low efficiency of conventional linear PA in low power region. To realize resizing total transistor size, each differential pair have two sub cells which are combined with parallel combining transformer. To minimize loss in output matching network, there is no additional component for multi-power mode function such as switch. Switching mode function is done by only disabling sub cell that can change effect of parasitic component and current combining characteristic. The fabricated PA measured at 6 GHz exhibits saturation output power (Psat) of 34.6 dBm and 1-dB gain compression output power (P1dB) of 32.8 dBm with peak PAE of 46.1 % in high power mode. At low power mode, measured Psat of 33.1 dBm and P1dB of 31.5 dBm with peak PAE of 44.2 %. In low power region low power mode has about 5 % higher PAE than high power mode which is regarded as conventional linear PA.