KR100233250B1 - A design of linerization circuit stages for the output gain of the vga amplifiers - Google Patents

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속하는 기술분야1. TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

선형 이득조정단 구조를 갖는 가변이득증폭기에 관한 것임.The variable gain amplifier has a linear gain control stage structure.

2. 발명이 해결하고자하는 과제2. The problem to be solved by the invention

궤환방식을 이용하므로써 잡음지수를 악화시키고 이득을 떨어뜨리는 종래기술의 단점을 개선하기 위해, 소정 저항을 통하여 캐스코드 FET의 게이트에 이득조정전압을 인가하는 구조를 채용하여, 전압이 변화되더라도 그 이득조정특성은 선형으로 조정되는 가변이득증폭기를 제공하는데 그 목적이 있음.In order to improve the disadvantage of the prior art, which deteriorates the noise figure and lowers the gain by using the feedback method, a structure in which a gain adjustment voltage is applied to the gate of the cascode FET through a predetermined resistance is adopted. The tuning characteristic aims to provide a variable gain amplifier that is adjusted linearly.

3. 발명의 해결방법의 요지3. Summary of Solution to Invention

캐스코드로 연결된 2단 FET 구조를 채용하여 보다 넓은 이득조정범위를 용이하게 얻을 수 있도록 하는 한편, 게이트 단자에 작은 저항(R31)을 삽입하여 그 저항을 통하여 캐스코드 FET의 게이트에 이득조정전압이 인가되도록 하므로써, 이득 조정특성이 인가전압에 의해서 변화되는 특성보다 더 선형화되도록하여 공급되는 전압이 급격히 소모되더라도 이득조정특성은 선형화를 유지하도록 함.By adopting the cascaded two-stage FET structure, a wider gain adjustment range can be easily obtained, while a small resistor (R31) is inserted into the gate terminal, and the gain adjustment voltage is applied to the gate of the cascode FET through the resistor. By being applied, the gain adjustment characteristic is made more linear than the characteristic changed by the applied voltage so that the gain adjustment characteristic remains linear even when the supplied voltage is rapidly consumed.

4. 발명의 중요한 용도4. Important uses of the invention

이동통신 단말기 등의 전력제어용 다단 구동증폭장치의 중간단으로 이용됨.Used as intermediate stage of multi-stage driving amplifier for power control of mobile communication terminal.

Description

선형 이득조정단 구조를 갖는 가변이득증폭기Variable Gain Amplifier with Linear Gain Control Stage

본 발명은 미래 공중 육상 이동통신 시스템(Furture Public Land Mobile Telecommunication System; 이하 "FPLMTS"라함) 또는 제3세대 이동통신시스템(International Mobile Telecommunication - 2000; 이하 "IMT-2000"이라함)용 이동통신 단말기의 전력제어용 다단 구동증폭장치 등에 이용되는 것으로서, 특히 조정전압에 따라 그 이득특성이 선형적으로 변화하는 가변이득증폭기(Variable Gain Amplifier; 이하 "VGA"라함)에 관한 것이다.The present invention provides a mobile communication terminal for a future public land mobile telecommunication system (hereinafter referred to as "FPLMTS") or a third generation mobile communication system (International Mobile Telecommunication-2000 (hereinafter referred to as "IMT-2000"). The present invention relates to a multi-stage driving amplifier for power control, and more particularly, to a variable gain amplifier (hereinafter referred to as " VGA ") whose gain characteristic is linearly changed according to the adjustment voltage.

일반적으로, 이동통신 채널에서는 거리에 따른 전파의 감쇄, 송수신기의 이동으로 인한 도플러 페이딩 및 전파그늘 등으로 인하여 페이딩이 발생하며, 이것을 극복하기 위해서는 단말기 송신부에서 출력전력을 원하는 수준으로 제어해 주어야 한다.In general, fading occurs due to attenuation of radio waves according to distance, Doppler fading and propagation shade due to movement of a transceiver, and the terminal transmitter needs to control output power to a desired level in order to overcome this problem.

종래의 경우로서, VGA를 설계하는 기법으로 전류-병렬 궤환방식이 이용되고 있다. 종래의 전류-병렬궤환 방식에 의한 VGA 구성이 도 1에 예시되어 있다.As a conventional case, a current-parallel feedback method is used as a technique for designing a VGA. The VGA configuration by the conventional current-parallel feedback scheme is illustrated in FIG.

도면에 도시된 바와 같이, 종래의 경우는 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor; 이하 간단히 "FET"라 함) (FET12)의 드레인(drain)의 전류를 게이트(gate)단으로 부궤환이 걸리도록 궤환회로를 구성하고 있는데, 궤환 트랜지스터 (FET11)의 게이트에 걸리는 전압(Vcntl)을 조정하므로써 드레인-소오스간의 궤환 임피던스를 변화시키면서 이득을 조정하는 것이다. 도 1의 종래기술에 의한 VGA의 주파수대역 이득변화 특성과, 이득조정특성은 도 2A 및 도 2B에 각각 도시되어 있다.As shown in the figure, in the conventional case, the feedback of the drain of the field effect transistor (hereinafter simply referred to as "FET") (FET12) to the negative terminal is applied to the gate terminal. In the circuit, the gain is adjusted by changing the feedback impedance between the drain and the source by adjusting the voltage Vcntl applied to the gate of the feedback transistor FET11. Frequency gain gain characteristics and gain adjustment characteristics of the VGA according to the prior art of Fig. 1 are shown in Figs. 2A and 2B, respectively.

그러나, 이러한 종래기술은 대역폭이 넓어지고 증폭기가 안정된다는 잇점이 있는 반면에, 잡음지수를 악화시키고 이득을 떨어뜨리는 단점을 내포하고 있어, 발생된 잡음지수에 의해 전력 증폭도를 저감시킬 뿐만아니라, 구동증폭장치 등에서 증폭시키고자 하는 입력신호를 오히려 감쇄시켜 출력이득을 잡음지수보다 낮게하며, 아울러 단말기에 제공되는 건전지(battery)의 전력을 빠르게 소모시키는 등의 문제점이 있었다.However, this conventional technique has the advantage of widening bandwidth and stabilizing the amplifier, while impairing the noise figure and lowering the gain, thereby reducing power amplification by the generated noise figure and driving. There is a problem in that the amplification device rather than attenuating the input signal to amplify the output gain lower than the noise figure, and also quickly consumes the power of the battery (battery) provided to the terminal.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제반 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 조정전압에 따라 이득을 선형적으로 변화시키므로써 다단 구동증폭기 등의 중간단으로 이용될 수 있도록 설계한 가변이득증폭기를 제공하는데 그 목적을 두고 있다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and provides a variable gain amplifier designed to be used as an intermediate stage such as a multi-stage driving amplifier by varying the gain linearly according to the adjustment voltage. The purpose is to.

도 1은 종래의 전류-병렬궤환방식에 의한 가변이득증폭기(VGA)의 구성도,1 is a configuration diagram of a variable gain amplifier (VGA) according to a conventional current-parallel feedback method;

도 2A는 도 1의 주파수대역 이득변화 특성도,FIG. 2A is a frequency band gain variation diagram of FIG. 1; FIG.

도 2B는 도 1의 이득조정특성도,2B is a gain adjustment characteristic diagram of FIG. 1;

도 3은 본 발명에 의한 선형 이득조정단 구조를 갖는 가변이득증폭기(VGA)의 일실시예 구성도,3 is a configuration diagram of an embodiment of a variable gain amplifier (VGA) having a linear gain adjusting stage structure according to the present invention;

도 4A는 도 1의 주파수대역 이득변화 특성도,4A is a diagram illustrating a characteristic change in frequency band gain of FIG. 1;

도 4B는 도 1의 이득조정특성도,4B is a gain adjustment characteristic diagram of FIG. 1;

도 5는 선형 이득조정을 위해 본 발명의 가변이득증폭기(VGA)를 채용한 다단 구동증폭장치의 전체 구성을 예시한 블록도.Fig. 5 is a block diagram illustrating the overall configuration of a multi-stage drive amplifier employing a variable gain amplifier (VGA) of the present invention for linear gain adjustment.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

FET11, FET12, FET31, FET32: 전계효과트랜지스터FET11, FET12, FET31, FET32: Field Effect Transistor

C11, C12, C13, C31, C32: 캐패시터C11, C12, C13, C31, C32: Capacitor

L11, L12, L31, L32: 인덕터L11, L12, L31, L32: Inductors

R11, R12, R13, R31: 저항R11, R12, R13, R31: Resistor

ST31: 일자형(一) 마이크로스트립 라인ST31: straight microstrip line

ST32: 티자형(T) 마이크로스트립 라인ST32: T-shaped microstrip line

51: 입력단 증폭기 52: 중간단 증폭기51: input stage amplifier 52: intermediate stage amplifier

53: 전력 분배기 54, 55: 종단 증폭기53: power divider 54, 55: termination amplifier

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 이득조정전압을 제공하기 위한 전압전달수단; 상기 이득조정전압을 입력받도록 상기 전압전달수단에 게이트가 연결된 제 1 트랜지스터; 상기 제 1 트랜지스터와 캐스코드로 연결된 제 2 트랜지스터; 신호입력단에 연결되어, 외부로 부터 상기 제 2 트랜지스터의 게이트로 인가되는 입력신호의 직류전압성분을 블로킹하는 제 1 직류전압성분 블로킹수단; 상기 제 2 트랜지스터의 게이트에 소정 전압을 제공하는 전압단에 연결되어 있으며, 직류전압성분이 단락되는 것을 방지하는 제 1 단락방지수단; 상기 제 1 단락방지수단에 직렬로 접속되어 상기 제 2 트랜지스터의 게이트에 직류전압을 피딩(feeding)하는 제 1 피딩수단; 상기 제 2 트랜지스터의 게이트와, 상기 제 1 직류전압성분 블로킹수단 및 상기 제 1 피딩수단을 결합하기 위한 제 1 연결수단; 상기 제 1 트랜지스터의 출력단에 소정 전압을 제공하는 전압단에 접속되어 있으며, 직류전압성분이 단락되는 것을 방지하는 제 2 단락방지수단; 상기 제 2 단락방지수단에 직렬로 접속되어 상기 제 1 트랜지스터의 게이트에 직류전압을 피딩하는 제 2 피딩수단; 상기 제 1 트랜지스터 출력단에 연결되어 있으며, 외부로 출력되는 신호의 직류전압성분을 블로킹하는 제 2 직류전압성분 블로킹수단; 상기 제 1 트랜지스터의 출력단과, 상기 제 2 직류전압성분 블로킹수단 및 상기 제 2 피딩수단을 결합하기 위한 제 2 연결수단; 및 상기 각 수단들의 입출력단 간에 각각 구비되는 다수의 제 3 연결수단을 포함하는 가변이득증폭기를 제공한다.The present invention provides a voltage transmission means for providing a gain adjustment voltage to achieve the above object; A first transistor having a gate connected to the voltage transfer means to receive the gain adjustment voltage; A second transistor connected to the first transistor by a cascode; First DC voltage component blocking means connected to a signal input terminal and blocking a DC voltage component of an input signal applied from an outside to a gate of the second transistor; First short-circuit preventing means connected to a voltage terminal for providing a predetermined voltage to the gate of the second transistor and preventing a short circuit of a DC voltage component; First feeding means connected in series with said first short circuit prevention means for feeding a DC voltage to a gate of said second transistor; First connection means for coupling the gate of the second transistor, the first DC voltage component blocking means and the first feeding means; Second short circuit prevention means connected to a voltage terminal for providing a predetermined voltage to an output terminal of the first transistor and preventing a DC voltage component from being short-circuited; Second feeding means connected in series with the second short circuit preventing means to feed a DC voltage to the gate of the first transistor; Second DC voltage component blocking means connected to the first transistor output terminal and blocking DC voltage components of a signal output to the outside; Second connection means for coupling the output terminal of the first transistor, the second DC voltage component blocking means and the second feeding means; And it provides a variable gain amplifier including a plurality of third connection means respectively provided between the input and output terminals of the means.

또한, 본 발명의 선형 이득조정단 구조를 갖는 가변이득증폭기는, 상기 제 1 및 제 2 트랜지스터는 각각 전계효과트랜지스터이고, 그 드레인에 걸리는 바이어스 전압(Vdd)은 2단 구조의 제 1 및 제 2 전계효과트랜지스터(FET31 및 FET32)에 나누어 걸리며, 상기 제 1 전계효과트랜지스터(FET31)에 인가되는 상기 이득조정전압(Vcntl)이 0V에서 증가할수록, 상기 제 2 전계효과트랜지스터(FET32)의 드레인-소오스간 전압(Vds)이 증가되고, 상기 제 1 전계효과트랜지스터(FET31)의 드레인-소스간 전압(Vds)은 감소하며, 상기 제 1 전계효과트랜지스터(FET31)의 게이트-소오스간 전압(Vgs)은 증가되는 것을 특징으로 한다.Further, in the variable gain amplifier having the linear gain adjusting stage structure of the present invention, the first and second transistors are field effect transistors, respectively, and the bias voltage Vdd applied to the drain thereof is the first and second of the two-stage structure. It is divided into the field effect transistors FET31 and FET32, and the drain-source of the second field effect transistor FET32 increases as the gain adjusting voltage Vcntl applied to the first field effect transistor FET31 increases from 0V. The inter-voltage Vds is increased, the drain-source voltage Vds of the first field effect transistor FET31 is decreased, and the gate-source voltage Vgs of the first field effect transistor FET31 is It is characterized by being increased.

이하, 첨부된 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 3 to 5.

도 3은 본 발명에 의한 캐스코드(Cascode) 전계효과트랜지스터(FET) 구조를 갖는 가변이득증폭기(VGA)의 일실시예 구성도이고, 도면에서 FET31 및 FET32는 전계효과트랜지스터, C13, C31 및 C32는 직류전압성분 블로킹용 캐패시터, C33 및 C34는 직류전압성분 단락방지용 캐패시터, L31 및 L32는 직류전압 피딩(feeding)용 인덕터, R31은 저항, ST31은 일자형(一) 마이크로스트립 라인, 그리고 ST32는 티자형(T) 마이크로스트립 라인을 각각 나타낸 것이다.FIG. 3 is a configuration diagram of a variable gain amplifier (VGA) having a cascode field effect transistor (FET) structure according to the present invention, in which FET31 and FET32 are field effect transistors, C13, C31, and C32. Is a capacitor for DC voltage blocking, C33 and C34 are capacitors for short circuit protection of DC voltage, L31 and L32 are inductors for DC voltage feeding, R31 is a resistor, ST31 is a straight microstrip line, and ST32 is a tee The figure (T) microstrip lines are shown respectively.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 가변이득증폭기(VGA)는, 캐스코드로 연결된 2단의 전계효과트랜지스터(FET31 및 FET32)와, 아랫단의 전계효과트랜지스터(FET32) 입력단에 각각 연결되어 직류(DC) 블로킹(blocking) 및 DC 피더(feeder) 역할을 하는 캐패시터(C31) 및 인덕터(L31)와, 윗단의 전계효과트랜지스터(FET31) 출력단에 각각 연결되어 DC 블로킹 및 DC 피더 역할을 하는 캐패시터(C32) 및 인덕터(L32)와, 상기 윗단 전계효과트랜지스터(FET31)의 게이트에 이득조정전압을 인가하기 위한 저항(R31)와, 상기 아랫단 전계효과트랜지스터(FET32)의 게이트에 소정전압을 제공하기 위한 전압단(Vgg)과 상기 인덕터(L31) 간에 직렬로 접속되어 직류전압성분이 단락되는 것을 방지하는 캐패시터(C33)와, 상기 윗단 전계효과트랜지스터(FET31)의 드레인에 소정전압을 제공하기 위한 전압단(Vdd)과 상기 인덕터(L32) 간에 직렬로 접속되어 직류전압성분이 단락되는 것을 방지하는 캐패시터(C34)와, 상기 아랫단 전계효과트랜지스터(FET32) 입력단과 상기 윗단의 전계효과트랜지스터(FET31) 출력단에 각각 연결되는 상기 캐패시터(C31) 및 인덕터(L31)와 상기 캐패시터(C32) 및 인덕터(L32)를 결합하기 위한 2개의 티자형(T) 마이크로스트립 라인(ST32)과, 상기 각 소자들의 입출력단 및 상기 티자형(T) 마이크로스트립 라인들 간에 각각 배치되는 다수의 일자형(一) 마이크로스트립 라인(ST31)을 구비하고 있다.As shown in the figure, the variable gain amplifier (VGA) according to the present invention is connected to two input field effect transistors (FET31 and FET32) connected to the cascode, and the field effect transistor (FET32) input terminal of the lower stage, respectively, to direct current. (DC) A capacitor (C31) and an inductor (L31), which serve as blocking and DC feeders, and a capacitor which acts as a DC blocking and DC feeder, respectively, connected to the output of the field effect transistor (FET31) at the upper end. C32), an inductor L32, a resistor R31 for applying a gain adjustment voltage to the gate of the upper field effect transistor FET31, and a resistor for providing a predetermined voltage to the gate of the lower field effect transistor FET32. A capacitor C33 connected in series between a voltage terminal Vgg and the inductor L31 to prevent short-circuit of the DC voltage component, and to provide a predetermined voltage to the drain of the upper field effect transistor FET31. A capacitor C34 connected in series between the voltage terminal Vdd and the inductor L32 to prevent short-circuit of the DC voltage component, the lower field effect transistor FET32 input terminal and the field effect transistor FET31 of the upper end; Two T-shaped microstrip lines (ST32) for coupling the capacitor (C31) and the inductor (L31), the capacitor (C32), and the inductor (L32) respectively connected to an output terminal, and input / output of the elements However, a plurality of straight microstrip lines ST31 are disposed between the T-shaped microstrip lines.

그리고, 상기 캐패시터(C31) 및 인덕터(L31)은 아랫단의 전계효과트랜지스터(FET32) 입력단에 각각 연결되어 직류(DC) 블로킹(blocking) 및 DC 피더(feeder) 역할을 한다.In addition, the capacitor C31 and the inductor L31 are respectively connected to the input field effect transistor FET32 at the lower end to serve as DC blocking and a DC feeder.

마찬가지로, 상기 캐패시터(C32) 및 인덕터(L32)는 윗단의 전계효과트랜지스터(FET31) 출력단에 각각 연결되어 DC 블로킹 및 DC 피더 역할을 한다.Similarly, the capacitor C32 and the inductor L32 are respectively connected to the output terminal of the field effect transistor FET31 at the upper end to serve as DC blocking and DC feeder.

드레인에 걸리는 바이어스 전압(Vdd)은 2단의 전계효과트랜지스터(FET31 및 FET32)에 나누어 걸리게 되는데, 상기 윗단 전계효과트랜지스터(FET31)에 인가되는 이득조정전압(Vcntl)이 0V에서 증가할수록 상기 아랫단 전계효과트랜지스터(FET32)의 Vds는 증가되고 상기 윗단 전계효과트랜지스터(FET31)의 Vds는 감소하며 상기 윗단 전계효과트랜지스터(FET31)의 Vgs는 증가하게 된다.The bias voltage Vdd applied to the drain is divided into two field effect transistors FET31 and FET32. When the gain adjustment voltage Vcntl applied to the upper field effect transistor FET31 increases from 0V, the lower field is applied. Vds of the effect transistor FET32 is increased, Vds of the upper field effect transistor FET31 is decreased, and Vgs of the upper field effect transistor FET31 is increased.

그러므로, 상기 이득조정전압(Vcntl)이 작으면 상기 윗단 전계효과트랜지스터(FET31)가 핀치오프(pinch-off) 상태가 되고 드레인 전류가 흐르지 않는 상태가 되어 이득이 낮아지게 되며, 상기 이득조정전압(Vcntl)이 증가함에 따라서 상기 윗단 전계효과트랜지스터(FET31)의 Vgs도 증가하게 되어 드레인 전류가 커지므로 이득이 증가하게 되는 것이다.Therefore, when the gain adjustment voltage Vcntl is small, the upper field effect transistor FET31 is in a pinch-off state and a drain current does not flow, so that the gain is lowered. As Vcntl) increases, the Vgs of the upper field effect transistor FET31 also increases, so that the drain current increases, so that the gain increases.

특히, 상기 가변이득증폭기(VGA)에서, 상기 일자형(一) 및 티자형(T) 마이크로스트립 라인(ST31, 32)들은 GaAs 화합물 반도체를 이용하여 구성되도록 그에따른 전자계 및 특성 임피던스 실효유전율과 전송손실의 파라메타를 적용하여 구현한 것으로서, 본 실시예에서는 상기 티자형(T) 마이크로스트립 라인(ST32)의 좌측포트, 우측포트 및 아래측포트의 폭은 각각 30㎛, 30㎛, 40㎛가 되도록 하고, 상기 다수의 일자형(一) 마이크로스트립 라인(ST31)의 길이는 50㎛ 폭은 40㎛가 되도록 하였다.In particular, in the variable gain amplifier (VGA), the straight and T-shaped microstrip lines ST31 and 32 are constructed using a GaAs compound semiconductor, and thus the electromagnetic field and characteristic impedance effective dielectric constant and transmission loss. In this embodiment, the widths of the left port, the right port, and the lower port of the T-shaped microstrip line ST32 are 30 μm, 30 μm, and 40 μm, respectively. The length of the plurality of straight microstrip lines ST31 is 50 µm in width and 40 µm in width.

그리하여, 상기 도 3의 회로는 단일의 웨이퍼 상에 모든 수동소자와 능동소자를 성장시켜 구현하는 MMIC (Monolithic Microwave Intergrated Circuits) 로 제작될 수 있다.Thus, the circuit of FIG. 3 may be fabricated as MMIC (Monolithic Microwave Intergrated Circuits) that grows and implements all passive and active devices on a single wafer.

상기 도 3의 본 발명에 의한 캐스코드 전계효과트랜지스터 구조를 갖는 가변이득증폭기(VGA)의 주파수대역 이득변화특성 및 이득조정특성이 각각 도 4A 및 도 4B에 도시되어 있다.The frequency band gain variation and gain adjustment characteristics of a variable gain amplifier (VGA) having a cascode field effect transistor structure according to the present invention of FIG. 3 are shown in FIGS. 4A and 4B, respectively.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 가변이득증폭기(VGA)는 FPLMTS용 구동증폭기 등에 이용되는 VGA 등에서는 그다지 넓은 대역을 요하지 않는다는 점에 착안하여 안출된 것으로서, 종래기술에서 궤환방식을 이용하는 것 대신에, 캐스코드로 연결된 2단 전계효과트랜지스터 구조를 채용하여 보다 넓은 이득조정범위를 용이하게 얻을 수 있도록 하는 것이다.As described above, the variable gain amplifier (VGA) according to the present invention has been conceived in view of the fact that the VGA used in the FPLMTS driving amplifier, etc. does not require a very wide band, and instead of using the feedback method in the prior art. In addition, by adopting two-stage field effect transistor structure connected by cascode, wider gain adjustment range can be easily obtained.

한편, 본 발명에서는 캐스코드로 VGA를 구성할 때 게이트 단자에 작은 저항(R31)을 삽입하여 그 저항을 통하여 캐스코드 전계효과트랜지스터의 게이트에 이득조정전압이 인가되도록 하므로써, 이득 조정특성이 조정전압에 따라 변하는 특성보다 선형화되도록 한다.On the other hand, in the present invention, when the VGA is formed by the cascode, a small resistor R31 is inserted into the gate terminal so that the gain adjustment voltage is applied to the gate of the cascode field effect transistor through the resistance, whereby the gain adjustment characteristic is adjusted. To be linearized rather than varying characteristics.

도 5는 본 발명의 일실시 이용예로서, 선형 이득조정을 위해 본 발명의 가변이득증폭기(VGA)를 이용한 구동증폭장치의 전체구성을 나타낸 블록도이다.FIG. 5 is a block diagram showing the overall configuration of a drive amplifier using the variable gain amplifier (VGA) of the present invention for linear gain adjustment as an embodiment of the present invention.

도면에 도시된 바와 같이, 구동증폭장치는 입력단 증폭기(51), 이득조정을 위한 중간단 증폭기(52), 전력 분배기(53) 및 종단 증폭기(54, 55)로 구성할 수 있다.As shown in the figure, the driving amplifier may be composed of an input stage amplifier 51, an intermediate stage amplifier 52 for gain adjustment, a power divider 53 and termination amplifiers 54 and 55.

상기 입력단 증폭기(51)는 상향 링크 채널의 캐리어 주파수로 변환된 송신부 믹서(mixer)의 출력이 충분한 출력을 얻을 수 있도록 미리 증폭시켜 주는 기능과 함께 상향링크의 전력제어가 가능하도록 입력되는 신호의 크기를 조정해 주는 기능을 갖는다.The input stage amplifier 51 has a function of pre-amplifying the output of the mixer of the transmitter converted to the carrier frequency of the uplink channel to obtain a sufficient output, and the magnitude of the input signal to enable the uplink power control. It has a function to adjust.

상기 이득조정을 위한 중간단 증폭기(52)는 상기 도 2의 본 발명의한 VGA를 이용하여 구성하여, 보다 넓은 이득조정범위를 용이하게 얻을 수 있을 뿐만아니라 이득 조정특성이 선형화되도록 한다. 예로서, 다단 구동증폭기를 설계함에 있어서 게이트 폭(gate width)이 300㎛인 전계효과트랜지스터를 사용하는 경우에, 그 중간단의 이득 조정레벨을 40dB 이상이 되도록 함이 바람직한데, 이를 위하여서는 상기한 바와 같이 전계효과트랜지스터를 캐스코드 타입으로 연결하고 윗단 전계효과트랜지스터의 게이트에 조정전압을 걸어주면 된다.The intermediate stage amplifier 52 for gain adjustment is constructed using the VGA of the present invention of FIG. 2, so that a wider gain adjustment range can be easily obtained, and the gain adjustment characteristic is linearized. For example, in designing a multi-stage driving amplifier, when using a field effect transistor having a gate width of 300 μm, it is desirable to make the gain adjustment level of the middle stage more than 40 dB. As described above, the field effect transistor is connected to the cascode type, and an adjustment voltage is applied to the gate of the upper field effect transistor.

상기 전력 분배기(53)는 윌킨슨(Wilkinson) 분배기를 이용하여 구현할 수 있는데, 주어진 조정전압에 대하여 최소의 전달 손실을 갖도록 최적화된 소자값을 갖도록 한다.The power divider 53 can be implemented using a Wilkinson divider, which has a device value optimized to have a minimum transfer loss for a given regulated voltage.

상기 종단 증폭기(54, 55)는 출력되는 최대 전력레벨을 고려하여 그것을 왜곡없이 증폭할 수 있도록 전계효과트랜지스터의 크기를 고려하여 구성한다.The termination amplifiers 54 and 55 are configured in consideration of the size of the field effect transistor so that the maximum power level to be output can be amplified without distortion.

상기한 바와 같이, 본 발명의 가변이득증폭기는 FPLMTS용 단말기에 사용되는 다단 구동증폭기 등의 이득을 조정전압에 따라 선형적으로 변화시킬 수 있도록 하므로서, 그와 같은 다단 구동증폭기의 중간단으로 유용하게 이용될 수 있다.As described above, the variable gain amplifier of the present invention enables to vary linearly the gain of the multistage drive amplifier used in the terminal for FPLMTS according to the adjustment voltage, and thus is useful as an intermediate stage of such a multistage drive amplifier. Can be used.

상기한 바와 같이 구성 및 동작되는 본 발명의 가변이득증폭기(VGA)는 2개의 전계효과트랜지스터를 캐스코드(cascode)로 연결하고 윗단 전계효과트랜지스터의 게이트에 적절한 크기의 저항을 통하여 조정전압을 인가하므로써, 선형적인 이득변화범위가 매우 넓게 나타나는 특성을 구현하고 있을 뿐만아니라, 종래의 궤환방식을 이용하는 가변이득증폭기(VGA)에 비하여 그 구조가 소량의 소자(lumped device)만으로도 제작이 용이하고, 손실이 적으며, 잡음특성을 개선시키는 우수한 효과가 있다.The variable gain amplifier (VGA) of the present invention constructed and operated as described above connects two field effect transistors in a cascode and applies a regulated voltage to the gate of the upper field effect transistor through a resistor having an appropriate magnitude. In addition, the linear gain change range is very wide, and the structure is easier to manufacture with a small amount of lumped device and loss compared to the variable gain amplifier (VGA) using the conventional feedback method. It has a small and excellent effect of improving noise characteristics.

Claims (11)

이득조정전압을 제공하기 위한 전압전달수단;Voltage transfer means for providing a gain adjustment voltage; 상기 이득조정전압을 입력받도록 상기 전압전달수단에 게이트가 연결된 제 1 트랜지스터;A first transistor having a gate connected to the voltage transfer means to receive the gain adjustment voltage; 상기 제 1 트랜지스터와 캐스코드로 연결된 제 2 트랜지스터;A second transistor connected to the first transistor by a cascode; 신호입력단에 연결되어, 외부로 부터 상기 제 2 트랜지스터의 게이트로 인가되는 입력신호의 직류전압성분을 블로킹하는 제 1 직류전압성분 블로킹수단;First DC voltage component blocking means connected to a signal input terminal and blocking a DC voltage component of an input signal applied from an outside to a gate of the second transistor; 상기 제 2 트랜지스터의 게이트에 소정 전압을 제공하는 전압단에 연결되어 있으며, 직류전압성분이 단락되는 것을 방지하는 제 1 단락방지수단;First short-circuit preventing means connected to a voltage terminal for providing a predetermined voltage to the gate of the second transistor and preventing a short circuit of a DC voltage component; 상기 제 1 단락방지수단에 직렬로 접속되어 상기 제 2 트랜지스터의 게이트에 직류전압을 피딩(feeding)하는 제 1 피딩수단;First feeding means connected in series with said first short circuit prevention means for feeding a DC voltage to a gate of said second transistor; 상기 제 2 트랜지스터의 게이트와, 상기 제 1 직류전압성분 블로킹수단 및 상기 제 1 피딩수단을 결합하기 위한 제 1 연결수단;First connection means for coupling the gate of the second transistor, the first DC voltage component blocking means and the first feeding means; 상기 제 1 트랜지스터의 출력단에 소정 전압을 제공하는 전압단에 접속되어 있으며, 직류전압성분이 단락되는 것을 방지하는 제 2 단락방지수단;Second short circuit prevention means connected to a voltage terminal for providing a predetermined voltage to an output terminal of the first transistor and preventing a DC voltage component from being short-circuited; 상기 제 2 단락방지수단에 직렬로 접속되어 상기 제 1 트랜지스터의 게이트에 직류전압을 피딩하는 제 2 피딩수단;Second feeding means connected in series with the second short circuit preventing means to feed a DC voltage to the gate of the first transistor; 상기 제 1 트랜지스터 출력단에 연결되어 있으며, 외부로 출력되는 신호의 직류전압성분을 블로킹하는 제 2 직류전압성분 블로킹수단;Second DC voltage component blocking means connected to the first transistor output terminal and blocking DC voltage components of a signal output to the outside; 상기 제 1 트랜지스터의 출력단과, 상기 제 2 직류전압성분 블로킹수단 및 상기 제 2 피딩수단을 결합하기 위한 제 2 연결수단; 및Second connection means for coupling the output terminal of the first transistor, the second DC voltage component blocking means and the second feeding means; And 상기 각 수단들의 입출력단 간에 각각 구비되는 다수의 제 3 연결수단A plurality of third connection means respectively provided between input and output terminals of the respective means; 을 포함하는 선형 이득조정단 구조를 갖는 가변이득증폭기.Variable gain amplifier having a linear gain control stage structure comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전압전달수단은 상기 제 1 트랜지스터의 게이트에 연결된 저항인 것을 특징으로 하는 선형 이득조정단 구조를 갖는 가변이득증폭기.And the voltage transfer means is a resistor connected to the gate of the first transistor. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 제 1 및 제 2 트랜지스터는 각각 전계효과트랜지스터이고,The first and second transistors are each a field effect transistor, 드레인에 걸리는 바이어스 전압(Vdd)은 2단 구조의 제 1 및 제 2 전계효과트랜지스터(FET31 및 FET32)에 나누어 걸리도록 구성된 것을 특징으로 하는 선형 이득조정단 구조를 갖는 가변이득증폭기.A variable gain amplifier having a linear gain control stage structure, characterized in that the bias voltage across the drain (Vdd) is configured to be divided between the first and second field effect transistors (FET31 and FET32) of the two-stage structure. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 제 1 및 제 2 직류전압성분 블로킹수단은 각각, 하나의 캐패시터를 구비한 것을 특징으로 하는 선형 이득조정단 구조를 갖는 가변이득증폭기.And said first and second DC voltage component blocking means have one capacitor, respectively. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 제 1 및 제 2 단락방지수단은 각각, 하나의 캐패시터를 구비한 것을 특징으로 하는 선형 이득조정단 구조를 갖는 가변이득증폭기.And said first and second short-circuit preventing means each have a capacitor. A variable gain amplifier having a linear gain adjusting stage structure. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 제 1 및 제 2 피딩수단은 각각, 하나의 인덕터를 구비한 것을 특징으로 하는 선형 이득조정단 구조를 갖는 가변이득증폭기.And said first and second feeding means each having one inductor. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 제 1 및 제 2 연결수단은 각각, 티자(T)형 마이크로스트립 라인이며,The first and second connecting means are each a T-shaped microstrip line, 상기 다수의 제 3 연결수단은 각각, 일자(一)형 마이크로스트립 라인인 것을 특징으로 하는 선형 이득조정단 구조를 갖는 가변이득증폭기.And the third connecting means each has a straight microstrip line. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 제 1 전계효과트랜지스터(FET31)에 인가되는 상기 이득조정전압(Vcntl)이 0V에서 증가할수록,As the gain adjustment voltage Vcntl applied to the first field effect transistor FET31 increases from 0V, 상기 제 2 전계효과트랜지스터(FET32)의 드레인-소오스간 전압(Vds)이 증가되고,The drain-source voltage Vds of the second field effect transistor FET32 is increased, 상기 제 1 전계효과트랜지스터(FET31)의 드레인-소스간 전압(Vds)은 감소하며,The drain-source voltage Vds of the first field effect transistor FET31 is decreased, 상기 제 1 전계효과트랜지스터(FET31)의 게이트-소오스간 전압(Vgs)은 증가되는 것을 특징으로 하는 선형 이득조정단 구조를 갖는 가변이득증폭기.And a gate-source voltage Vgs of the first field effect transistor FET31 is increased. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 제 1 내지 제 3 연결수단은 GaAs 화합물 반도체로 형성된 것을 특징으로 하는 선형 이득조정단 구조를 갖는 가변이득증폭기.And the first to third connection means are formed of a GaAs compound semiconductor. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 제 1 및 제 2 연결수단을 이루는 티자형(T) 마이크로스트립 라인은 각각, 그 좌측포트 : 우측포트 : 아래측포트의 폭비가 실질적으로 30 : 30 : 40이고,The t-shaped (T) microstrip line constituting the first and second connecting means has a width ratio of the left port: the right port: the lower port is substantially 30: 30: 40, 상기 다수의 제 3 연결수단을 이루는 다수의 일자형(一) 마이크로스트립 라인은 각각, 그 길이 : 폭비가 실질적으로 50 : 40 인 것을 특징으로 하는 선형 이득조정단 구조를 갖는 가변이득증폭기.And a plurality of straight microstrip lines constituting the plurality of third connecting means, each having a length: width ratio of substantially 50:40. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 각 수단을 이루는 모든 수동 및 능동소자와 마이크로스트립 라인이, 단일의 웨이퍼 상에 성장되는 MMIC(Monolithic Microwave Intergrated Circuits)로 제작된 것을 특징으로 하는 선형 이득조정단 구조를 갖는 가변이득증폭기.And all passive and active elements and microstrip lines constituting the above means are fabricated from MMIC (Monolithic Microwave Intergrated Circuits) grown on a single wafer.
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