KR100307519B1

KR100307519B1 - 고주파가변증폭기회로

Info

Publication number: KR100307519B1
Application number: KR1019980029916A
Authority: KR
Inventors: 최준혁
Original assignee: 김영환; 현대반도체 주식회사
Priority date: 1998-07-24
Filing date: 1998-07-24
Publication date: 2001-10-19
Also published as: KR20000009467A

Abstract

본 발명은 고주파 가변 증폭기 회로에 관한 것으로, 종래 고주파 가변 증폭기회로는 전체 이득이 이득제어신호에 따라 지수적으로 변화함으로써, 선형의 증폭특성을 갖게 되나 증폭하는 부분과 부하저항부분을 따로 구성하여 회로가 복잡한 문제가 있었다. 이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 이득제어전압과 바이어스전압을 입력받아 모스 트랜지스터의 문턱전압 특성을 이용하여 선형의 출력신호를 출력하는 이득제어부와; 상기 이득제어부의 출력신호의 전압레벨을 적당한 바이어스전압으로 시프팅하는 레벨시프터와; 상기 레벨시프터의 출력에 따라 이득이 제어되어 입력전압을 상기 제어된 이득만큼 증폭하여 출력하는 선형증폭부로 구성하여 모스 트랜지스터의 문턱전압 특성을 이용하여 이득을 제어하는 전압을 선형으로 만들어, 선형증폭부를 로그 스케일에서 선형으로 변화하는 이득특성을 갖도록 함으로써, 회로의 구성이 단순해지는 효과가 있다.

Description

고주파 가변 증폭기 회로{CIRCUIT FOR HIGH FREQUENCY VARIABLE AMPLIFER}

본 발명은 고주파 가변 증폭기 회로에 관한 것으로, 특히 모스 트랜지스터를 이용하여 이득의 특성이 선형이 되도록 하여 회로를 단순화시키는데 적당하도록 한 고주파 가변 증폭기 회로에 관한 것이다.

일반적으로, 현재 이동통신분야에서 사용되는 고주파 가변 증폭기는 이득이 90dB 정도의 가변 범위를 가지고 있다. 또한 어떤 입력전압에 대한 이득의 특성이 dB 스케일(SCALE)에서 선형으로 변화하도록 요구하고 있다. 이와 같은 선형특성은 바이폴라 트랜지스터를 사용하는 경우, 다이오드의 익스포낸셜(EXPONANTIAL) 특성이 우수하여 쉽게 구현이 가능하지만 모스 트랜지스터를 이용하는 경우 다이오드의 특성이 우수하지 않아 선형특성을 갖기 용이하지 않으며, 이와 같은 종래 고주파 가변 증폭기 회로를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1은 종래 고주파 가변 증폭기 회로(미국특허 5,451,901)도로서, 이에 도시한 바와 같이 출력전압(y)과 기준전압(Vref)을 인가받아 이득량을 결정하는 이득제어신호(Vo-Vc),(Vo+Vc)를 출력하는 이득제어부(1)와; 상기 이득제어신호(Vo+Vc)에 따라 입력전압(x)을 소신호 이득(gm) 만큼 증폭하여 출력하는 소신호 증폭부(2)와; 상기 이득제어신호(Vo-Vc)에 따라 저항값이 변화하여 그 저항값에 따른 상기 소신호 증폭부(2)의 출력을 출력전압(y)으로 하여 출력하는 가변부하저항부(3)로 구성된다.

이하, 상기와 같이 구성된 종래 고주파 가변 증폭기 회로의 동작을 설명한다.

먼저, 증폭의 대상인 입력전압(x)가 인가되고, 소신호 증폭부를 통해 소정의 이득으로 증폭되어 가변부하저항부(3)를 통해 출력전압(y)으로 출력되는 초기동작을 실행한다.

그 다음, 상기 출력전압(y)을 인가받고, 기준전압(Vref)을 인가받은 이득제어부(1)는 고정된 전압(Vo)과 변화되는 전압(Vc)을 가산한 이득제어신호(Vo+Vc)와 감산한 이득제어신호(Vo-Vc)를 출력한다.

그 다음, 상기 이득제어신호(Vo+Vc)를 인가받은 상기 소신호증폭부(2)는 그 이득(gm)을 아래의 식1과 같이 변화시켜 상기 입력전압(x)을 증폭하여 출력한다.

gm=Ka(Vo+Vc) ------------------- <1>

이때, Ka는 상기 소신호증폭부(2)의 특성에 따른 상수이다.

그 다음, 상기 이득제어신호(Vo-Vc)를 인가받은 상기 가변부하저항부(3)는 그 저항값(R)을 아래의 식2와 같이 변화시켜 상기 소신호증폭부(2)에서 증폭한 신호의 부하로 작용한다.

R=---------------------------------- <2>

이때, 상기 Kr은 상수이다.

이와 같이 소신호증폭부(2)와 가변부하저항부(3)를 통해 출력되는 입력전압(x)의 전체 이득(G)은 아래의 식3과 같이 표현된다.

G=gm----------------------- <3>

그리고, 상기 식3을 테일러 급수(TAYLOR SERIES)로 전개 하면 아래의 식4와 같이 익스포낸셜(EXPONENTIAL) 형의 식을 얻을 수 있게 된다.

-------- <4>

즉, 이득이 상기 변화하는 전압(Vc)에 대하여 지수적으로 변화하는 회로를 구현할 수 있다.

상기한 바와 같이 종래 고주파 가변 증폭기 회로는 그 회로의 전체 이득이 이득제어신호에 따라 지수적으로 변화함으로써, 선형의 증폭특성을 갖게 되나 증폭하는 부분과 부하저항부분을 따로 구성하여 회로가 복잡한 문제가 있었다.

이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 모스 트랜지스터의 특성을 이용하여 용이하게 구현이 가능한 고주파 가변 증폭기 회로를 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 종래 고주파 가변 증폭기 회로도.

도2는 본 발명 고주파 가변 증폭기 회로도.

도3은 도2에 있어서, 이득제어부의 출력파형도.

도4는 도2에 있어서, 바이어스전압의 변화에 따른 이득제어부의 출력파형도.

**도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명**

10:이득제어부 20:레벨시프터

30:선형증폭부

상기와 같은 목적은 이득제어전압과 바이어스전압을 입력받아 모스 트랜지스터의 문턱전압 특성을 이용하여 선형의 출력신호를 출력하는 이득제어부와; 상기 이득제어부의 출력신호의 전압레벨을 적당한 바이어스전압으로 시프팅하는 레벨시프터와; 상기 레벨시프터의 출력에 따라 이득이 제어되어 입력전압을 상기 제어된 이득만큼 증폭하여 출력하는 선형증폭부로 구성함으로써 달성되는 것으로, 이와 같은 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도2는 본 발명 고주파 가변 증폭기 회로도로서, 이에 도시한 바와 같이 이득제어전압(Vagc)에 따라 가변적인 전원전압(VDD)을 인가제어하는 이득제어부(10)와;상기 이득제어부(10)의 출력의 전압레벨을 시프팅하는 레벨시프터(20)와; 상기 레벨시프터(20)의 출력을 전원전압 입력단에 입력받아 입력전압(Vin)을 상기 레벨시프터(20)의 출력전압값으로 증폭하여 출력전압(Vout)을 출력하는 선형증폭부(30)로 구성된다.

상기 이득제어부(10)는 드레인에 이득제어전압(Vagc)을 인가받고, 드레인에 바이어스전압(Vbias)을 인가받아 도통제어되는 엔모스 트랜지스터(NM1)와; 전원전압(VDD)과 접지사이에 직렬접속되며, 각각의 게이트에 직접 상기 이득제어전압(Vagc)과 상기 엔모스 트랜지스터(NM1)를 통해 이득제어전압(Vagc)에 따라 도통제어되어, 그 접점에서 출력신호를 출력하는 엔모스 트랜지스터(NM2),(NM3)로 구성된다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명 고주파 가변 증폭기 회로의 동작을 설명한다.

먼저, 인가되는 이득제어전압(Vagc)이 엔모스 트랜지스터(NM2)의 문턱전압(Vt) 보다 크고 상기 바이어스전압(Vbias)과 문턱전압(Vt)의 차보다 작은 값일 때, 엔모스 트랜지스터(NM2)는 포화영역(SATURATION)에서 동작하며, 엔모스 트랜지스터(NM1),(NM3)는 선형영역(LINEAR)에서 동작한다. 따라서 엔모스 트랜지스터(NM2)의 드레인전류(ID)는 아래의 식5와 같이 표현됨은 공지된 바와 같다.

ID=-------------------------------------- <5>

상기 W와 S는 각각 엔모스 트랜지스터(NM2) 채널의 폭과 길이이며, V_GS는 게이트소스간전압, T는 온도이다.

상기와 같이 엔모스 트랜지스터(NM2)를 통해 흐르는 전류는 상기 선형영역에서 동작하는 모스 트랜지스터(NM3)를 통해 선형으로 변화되는 특성의 전압으로 변환되어 출력된다.

즉, 상기 이득제어부(10)의 출력전압(VB)은 아래의 식6과 같이 표현된다.

--------------------------------------------- <6>

또한, 상기 이득제어전압(Vagc)이 상기 바이어스전압(Vbias)과 엔모스 트랜지스터(NM2)의 문턱전압의 차보다 큰 값으로, 인가되는 경우에는 모든 엔모스 트랜지스터(NM1~NM3)가 포화영역에서 동작하여 상기 출력전압(VB)은 정방형의 특성을 갖게 된다.

상기 설명한 이득제어전압(Vagc)의 값에 따른 출력전압(VB)의 특성을 도3의 그래프도에 도시하였으며, 그 그래프도에 도시한 바와 같이 엔모스 트랜지스터(NM2)의 게이트 소스간전압(V_GS)에 대한 드레인전류(ID)의 특성이 출력전압(VB)로 변환된 것을 알 수 있다.

그리고, 상기 엔모스 트랜지스터(NM1)는 그 게이트에 인가되는 바이어스전압(Vbias)값에 따라 도통상태가 결정되기 때문에 그 바이어스전압(Vbias)가 커지면 게이트와 소스간의 전압차가 커져, 상기 엔모스 트랜지스터(NM3)의 게이트로 흐르는 전류의 값이 커지게 되고, 이에 따라 상기 엔모스 트랜지스터(NM3)의 저항값이 작아지게 되어 출력전압(VB)의 값은 작아지게 된다.

이와 같이 바이어스전압(Vbias)의 변화에 따른 출력전압(VB)의 특성을 도4의 그래프도에 도시하였다.

그 다음, 상기와 같이 선형으로 변화하는 특성을 갖는 출력전압(VB)를 인가받은 레벨시프터(20)는 적당한 전압으로 상기 출력전압(VB)을 변화시켜 출력한다.

그 다음, 상기 레벨시프터(20)의 출력전압을 전원전압 입력단에 입력받은 선형증폭부(30)는 입력신호(Vin)를 상기 레벨시프터(20)에서 변화된 출력저전압(VB)의 값으로 증폭한 출력신호(Vout)를 출력한다.

상기한 바와 같이 본 발명은 모스 트랜지스터의 문턱전압 특성을 이용하여 이득을 제어하는 전압을 선형으로 만들어, 선형증폭부를 로그 스케일에서 선형으로 변화하는 이득특성을 갖도록 함으로써, 회로의 구성이 단순해지는 효과가 있다.

Claims

드레인에 이득제어전압을 인가받고, 게이트에 바이어스전압을 인가받아 도통제어되는 제 1엔모스 트랜지스터와; 전원전압과 접지사이에 직렬접속되며, 각각의 게이트에 직접 상기 이득제어전압과 상기 제 1엔모스 트랜지스터를 통해 인가되는 이득제어전압에 따라 도통제어되어, 그 접점에서 출력신호를 출력하는 제 2 및 제 3엔모스 트랜지스터를 구비하여 이득제어전압과 바이어스전압을 입력받아 모스 트랜지스터의 문턱전압 특성을 이용하여 선형의 출력신호를 출력하는 이득제어부와; 상기 이득제어부의 출력신호의 전압레벨을 적당한 바이어스전압으로 시프팅하는 레벨시프터와; 상기 레벨시프터의 출력에 따라 이득이 제어되어 입력전압을 상기 제어된 이득만큼 증폭하여 출력하는 선형증폭부로 구성하여 된 것을 특징으로 하는 고주파 가변 증폭기 회로.