KR100328755B1 - The high efficiency LNA - Google Patents
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Abstract
본 발명은 RF신호를 증폭시키는 저잡음증폭기에서, 상기 저잡음증폭기에 직류전원을 공급하는 전원공급부와, 상기 전원공급부로부터 공급된 직류전원과 수신된 RF신호를 하나의 신호로 합성하여 출력하는 제1 바이어스티와, 상기 제1 바이어스티로부터 출력된 직류전원과 RF신호의 합성출력신호를 스위칭하는 제1 스위치와, 상기 제1 스위치로부터 출력된 직류전원과 RF신호의 합성출력신호를 다시 직류전원과 RF신호로 분리하는 제2 바이어스티와, 상기 제2 바이어스티로부터 각각 분리되어 입력되는 RF신호와 직류전원을 각각 입력받아 RF신호를 일정레벨로 증폭시키는 메인증폭기와, 상기 메인증폭기의 전원 입력단으로 입력되는 직류전원과 상기 전원공급부의 전원전압을 비교하여 증폭기의 이상여부를 검출하고 그 검출결과신호를 제1 스위치와 증폭기들의 출력신호를 스위칭하는 제2 스위치로 인가하는 비교기와, 상기 제1 스위치와 제2 스위치의 스위칭작용에 따라 동작되어 RF신호를 증폭하는 서브증폭기를 포함하는 저잡음증폭기를 제공한다.The present invention provides a low noise amplifier for amplifying an RF signal, comprising: a power supply for supplying DC power to the low noise amplifier, a first bias for synthesizing and outputting the DC power supplied from the power supply and the received RF signal into one signal; And a first switch for switching the composite output signal of the DC power and the RF signal output from the first bias tee, and the DC output power and the RF output signal of the composite output signal of the DC power and the RF signal outputted from the first switch. A second amplifier to be separated into a signal, a main amplifier for amplifying the RF signal to a predetermined level by receiving an RF signal and a DC power input respectively separated from the second bias and input to a power input terminal of the main amplifier; Compares the DC power supply and the power supply voltage of the power supply, detects whether an amplifier is abnormal, and amplifies the detection result signal with the first switch. A low noise amplifier including a comparator for applying an output signal of the devices to a second switch for switching and a sub-amplifier operated according to the switching action of the first switch and the second switch to amplify the RF signal.
Description
본 발명은 이동통신 기지국 수신단에서 사용되는 저잡음증폭기의 전력이득 및 잡음지수를 개선시키는 저잡음증폭기에 관한 것이다.The present invention relates to a low noise amplifier for improving the power gain and noise figure of a low noise amplifier used in a mobile communication base station receiver.
일반적으로 이동통신에 있어서 이동통신단말기에서 송신된 RF고주파신호는기지국 수신단을 통하여 수신되고 일정량 증폭된 후에 검파 및 복조과정을 거쳐서 연결하고자 하는 사용자에게 무선 또는 유선으로 송신된다.In general, in a mobile communication, an RF high frequency signal transmitted from a mobile communication terminal is received and amplified by a base station receiving terminal, and then wirelessly or wired to a user who wants to connect through a detection and demodulation process.
상기 기지국 수신단에서 사용되는 증폭기를 LNA(Low Noise Amplifier)라고 하며 안테나를 통하여 수신된 RF고주파신호를 저잡음을 유지하면서 증폭하는 역할을 하는 저잡음증폭기이다.The amplifier used in the base station receiver is called a low noise amplifier (LNA) and is a low noise amplifier that amplifies the RF high frequency signal received through the antenna while maintaining low noise.
도 1은 종래의 저잡음증폭기의 회로도이다.1 is a circuit diagram of a conventional low noise amplifier.
도 2를 참조하여 설명하면, 안테나로 수신된 RF고주파신호가 입력되며 상기 입력된 고주파신호를 90°의 위상차로 분배시키는 제1커플러(Quadrature hybrid coupler)(10)와, 상기 제1커플러(10)에서 분배된 두 개의 RF고주파신호 중 하나의 RF고주파신호를 증폭시키는 제1증폭기(20)와, 상기 제1커플러(10)에서 분배된 두 개의 제1증폭기(20)에서 증폭된 RF신호와 제2증폭기(30)에서 증폭된 RF신호를 하나의 RF신호로 합치는 제2커플러(40)와, 상기 제1증폭기(20), 제2증폭기(30)에 각각 직류전원을 공급하는 전원공급부(45)로 구성된다.Referring to FIG. 2, an RF high frequency signal received through an antenna is input and a first coupler (Quadrature hybrid coupler) 10 for distributing the input high frequency signal with a phase difference of 90 °, and the first coupler 10. And a first amplifier 20 for amplifying one RF high frequency signal of the two RF high frequency signals distributed in the first and second RF amplifiers 20 distributed in the first coupler 10 and A power supply unit for supplying DC power to the second coupler 40 and the first amplifier 20 and the second amplifier 30 to combine the RF signal amplified by the second amplifier 30 into a single RF signal, respectively. It consists of 45.
상기 저잡음증폭기는 밸런스드 타입(Balanced Type)으로서 정재파비 및 외부간섭에 대한 분리도가 양호하다.The low noise amplifier is a balanced type and has a good separation ratio against standing wave ratio and external interference.
상기의 구성으로 이루어진 종래의 저잡음증폭기의 작용에 관하여 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the conventional low noise amplifier having the above configuration as follows.
안테나를 통하여 수신된 RF고주파신호가 제1커플러(10)로 인가된다. 상기 제1커플러(10)로 인가된 R F고주파신호는 90°의 위상차를 가지고 두 개의 R F고주파시호로 분배되어 하나는 제1증폭기(20)로 나머지 하나는 제2증폭기(30)로 인가된다. 상기 제2커플러(10)에서 두 개로 분배되어 제1증폭기(20), 제2증폭기(30)로 인가된 R F고주파신호는 일정량 증폭된다. 상기 제1증폭기(20), 제2증폭기(30)에서 증폭된 R F고주파신호는 제2커플러(40)에서 하나의 신호로 합성되어 외부로 방출된다. 또한, 전원공급부(45)는 상기 제1증폭기(20) 및 제2증폭기(30)에 전원을 공급한다.The RF high frequency signal received through the antenna is applied to the first coupler 10. The RF high frequency signal applied to the first coupler 10 is divided into two RF high frequency signals with a phase difference of 90 ° , and one is applied to the first amplifier 20 and the other to the second amplifier 30. The two RF couplers 10 are divided into two and the RF high frequency signals applied to the first amplifier 20 and the second amplifier 30 are amplified by a predetermined amount. The RF high frequency signals amplified by the first amplifier 20 and the second amplifier 30 are synthesized as one signal by the second coupler 40 and emitted to the outside. In addition, the power supply unit 45 supplies power to the first amplifier 20 and the second amplifier 30.
상기와 같은 종래의 저잡음증폭기는 두 개의 증폭기를 사용하기 때문에 많은 전력이 소모되고 그 소모로 인한 열량 때문에 소자에 문제가 발생할 수 있으며, 두 개의 증폭기중 하나의 증폭기에 이상이 생기게 되면 작동은 하게되나 전력이득 및 잡음지수가 악화되는 문제점이 있었다.Since the conventional low noise amplifier uses two amplifiers, a lot of power is consumed, and the heat generated by the consumption may cause a problem in the device. There was a problem that the power gain and noise figure deteriorated.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 제시된 것으로서, 본 발명의 목적은 저잡음증폭기의 전력이득 및 잡음지수를 향상시키는 저잡음증폭기를 제공하는데 있다.The present invention has been presented to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a low noise amplifier for improving the power gain and noise figure of the low noise amplifier.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 RF신호를 증폭시키는 저잡음증폭기에서, 상기 저잡음증폭기에 직류전원을 공급하는 전원공급부와, 상기 전원공급부로부터 공급된 직류전원과 수신된 RF신호를 하나의 신호로 합성하여 출력하는 제1 바이어스티와, 상기 제1 바이어스티로부터 출력된 직류전원과 RF신호의 합성출력신호를 스위칭하는 제1 스위치와, 상기 제1 스위치로부터 출력된 직류전원과 RF신호의 합성출력신호를 다시 직류전원과 RF신호로 분리하는 제2 바이어스티와, 상기 제2 바이어스티로부터 각각 분리되어 입력되는 RF신호와 직류전원을 각각 입력받아 RF신호를 일정레벨로 증폭시키는 메인증폭기와, 상기 메인증폭기의 전원입력단으로 입력되는 직류전원과 상기 전원공급부의 전원전압을 비교하여 증폭기의 이상여부를 검출하고 그 검출결과신호를 제1 스위치와 증폭기들의 출력신호를 스위칭하는 제2 스위치로 인가하는 비교기와, 상기 제1 스위치와 제2 스위치의 스위칭 작용에 따라 동작되어 RF신호를 증폭하는 서브증폭기를 포함하는 저잡음증폭기를 제공한다.According to an aspect of the present invention, a low noise amplifier for amplifying an RF signal includes a power supply unit supplying a DC power to the low noise amplifier, a DC power supplied from the power supply unit, and a received RF signal. A first bias for synthesizing and outputting the signal, a first switch for switching the composite output signal of the DC power and the RF signal output from the first bias, and a DC power and the RF signal output from the first switch. A second bias to separate the synthesized output signal into a DC power supply and an RF signal, and a main amplifier to amplify the RF signal to a predetermined level by receiving the input RF signal and the DC power respectively separated from the second bias. And comparing the DC power input to the power input terminal of the main amplifier with the power voltage of the power supply unit to detect whether the amplifier is abnormal. A comparator for applying the detection result signal to a second switch for switching the output signals of the first switch and the amplifier, and a sub-amplifier operated according to the switching action of the first switch and the second switch to amplify the RF signal. Provides a low noise amplifier.
도 1은 종래의 저잡음증폭기의 회로도,1 is a circuit diagram of a conventional low noise amplifier,
도 2는 본 발명인 저잡음증폭기의 회로도,2 is a circuit diagram of a low noise amplifier of the present invention;
도 3은 본 발명인 저잡음증폭기의 동작의 흐름도,3 is a flow chart of the operation of the inventor of the low noise amplifier,
＜ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ＞<Description of the code | symbol about the principal part of drawing>
10 : 제1커플러 15 A,15B: 제1 및 제2 바이어스티10: first coupler 15 A, 15B: first and second bias tee
15a : 인덕터 15b : 커패시터15a: Inductor 15b: Capacitor
20 : 제1증폭기, 메인증폭기 25 : 비교기20: first amplifier, main amplifier 25: comparator
30 : 제2증폭기, 서브증폭기 40 : 제2커플러30: second amplifier, sub-amplifier 40: second coupler
45 : 전원공급부 50 : 제1스위치45: power supply unit 50: the first switch
60 : 제2스위치60: second switch
이하에서는 본 발명의 실시예의 구성 및 작용에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings with respect to the configuration and operation of the embodiment of the present invention will be described.
도2는 본 발명인 저잡음증폭기의 회로도이다.2 is a circuit diagram of a low noise amplifier of the present invention.
도2를 참조하여 설명하면, 본 발명은 안테나로 수신된 R F고주파신호는 커패시터(1 5 b)를 거치고 전원공급부(45)로부터 인가되는 직류전류는 인덕터(15a)를 거쳐서 하나의 신호로 합쳐지는 인덕터(15a)와 커패시터(15b)로 구성된 제1 및 제2 바이어스티(B i a s t e e) (1 5A, 15B) 와, 상기 제1 바이어스티(15A)를 통하여 처리된 하나의 신호가 입력되고 두 개의 단중 어느하나에 후술되는 비교기(25)의 제어에 따라 스위칭시키는 제1스위치(S P D T S / W : S i n g l e - P o l e D o u b l e - T h r o w s w i t c h) (5 0)와, 상기 제1스위치(50)에서 스위칭되어 혼합된 R F고주파신호 및 직류전류 중 R F 고주파신호는 커패시터(1 5 b)를 거치고 직류전류는 인덕터(15a)를 거쳐서 각각 분리시키는 제1 및 제2 바이어스티(15A,15B)와, 상기 제1 및 제2 바이어스티(15A,15B)를 통하여 출력된 RF고주파신호와 직류전류 중 R F고주파신호를 일정량 증폭시키고 인가전류에 의해 동작하는 메인증폭기(20)와, 상기 메인증폭기(20)의 고장시 스위칭되며 제1 및 제2 바이어스티(15A,15B)를 거쳐서 인가된 R F고주파신호와 직류전류 중 R F고주파신호를 일정량 증폭시키고 인가전류에 의해 동작하는 서브증폭기(20)와, 상기 메인증폭기(20) 및 서브증폭기(30)에서 일정량 증폭된 R F고주파신호를 외부와 스위칭시키는 제2스위칭(60)와, 상기 전원공급부(45)에서 공급되는 전압과 상기 메인증폭기(20)에서 출력되는 전압을 비교하여 상기 비교한 결과에서 두 전압에 차이가 생길 경우 그 차이에 해당하는 전압을 T T L신호로 변환하여 상기 제1스위치(50), 제2스위치(60)에 인가함으로써 서브증폭기(30)와 스위칭되도록 하는 비교기(25)로 구성된다.Referring to Figure 2, in the present invention, the RF high-frequency signal received by the antenna is passed through the capacitor (1 5 b) and the DC current applied from the power supply unit 45 is combined into one signal via the inductor (15a) First and second biases 15A and 15B composed of an inductor 15a and a capacitor 15b and one signal processed through the first bias 15A are input and two The first switch (SPDTS / W: S Ingle-Pole Double-T hrowswitch) (50) for switching under any one of the stages under the control of the comparator 25 to be described later, and switching in the first switch (50) The first and second biases 15A and 15B which are separated from each other by mixing the RF high frequency signal and the RF high frequency signal of the DC current through the capacitor 15b and the inductor 15a. RF high frequency signal output through the first and second bias tee 15A, 15B The main amplifier 20 which amplifies a predetermined amount of the RF high frequency signal of the DC current and operates by an applied current, and is switched in the event of a failure of the main amplifier 20 and applied through the first and second biases 15A and 15B. Switching the RF amplifier signal amplified by a certain amount of the RF high frequency signal and the DC current and the RF high frequency signal amplified by a predetermined amount from the main amplifier 20 and the sub-amplifier 30 to the outside Comparing the second switching 60 to the voltage supplied from the power supply unit 45 and the voltage output from the main amplifier 20, if the difference between the two voltages in the comparison result corresponding to the difference The comparator 25 converts a voltage into a TTL signal to be applied to the first switch 50 and the second switch 60 to be switched with the sub-amplifier 30.
상기의 구성으로 이루어진 본 발명의 작용에 관하여 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the present invention made of the above configuration as follows.
첫 번째 메인증폭기(20)만 동작하는 경우에 대해 살펴보면, 안테나로 수신된 R F고주파신호는 제1 바이어스티(15A)의 커패시터(15b)를 거치고 전원공급부(45)에서 공급되는 직류전류는 제1 바이어스티(15A)의 인덕터(15a)를 거쳐서 하나의 신호로 합쳐지고 제1스위치(50)로 인가된다. 상기 제1스위치(50)는 안테나 및 전원공급부(45)에서 공급된 R F 고주파신호 및 직류전류를 메인증폭기(20)로 인가시킨다. 상기 인가된 신호는 메인증폭기(20) 앞에 위치한 제2 바이어스티(15B)의 커패시터(15b)에서 RF고주파신호가 인덕터(15a)에서 직류전류가 분리되고 상기 신호 중 직류전류는 메인 증폭기(20)를 작동시키고 상기에 의해 작동된 메인증폭기(20)는 상기 RF고주파신호를 일정량 증폭시킨다. 상기 메인증폭기(20)에서 일정량 증폭된 RF고주파신호는 제2스위치(60)를 통하여 외부로 출력된다. 또한, 상기 비교하여 차이가 있는가를 판단하다.Referring to the case where only the first main amplifier 20 operates, the RF high frequency signal received by the antenna passes through the capacitor 15b of the first bias 15A and the DC current supplied from the power supply unit 45 is the first. Via the inductor 15a of the bias tee 15A, the signals are combined and applied to the first switch 50. The first switch 50 applies the R F high frequency signal and DC current supplied from the antenna and the power supply unit 45 to the main amplifier 20. The applied signal is an RF high frequency signal is separated from the DC current in the inductor 15a in the capacitor 15b of the second bias 15B located in front of the main amplifier 20, and the DC current of the signal is the main amplifier 20. The main amplifier 20 operated by the amplify the RF high frequency signal by a predetermined amount. The RF high frequency signal amplified by the main amplifier 20 by a predetermined amount is output to the outside through the second switch 60. In addition, it is determined whether there is a difference by comparison.
두 번째 서브증폭기(30)가 동작하는 경우에 대해 살펴보면, 상기 비교기(25)에서 비교하는 결과에서 상기 전원공급부(45)의 전압과 메인증폭기(20)의 전압에 차이가 생기게 되면, 즉 메인증폭기(20)에 이상이 발생하게 되면 상기 비교기(25)는 제1스위치(50) 및 제2스위치(60)에 전압차이에 해당하는 TTL신호를 출력한다. 상기비교기(25)에서 출력된 TTL신호에 의해서 상기 제1스위치(50) 및 제2스위치(60)는 서브증폭기(30)로 인가된다. 상기 서브증폭기(30)로 인가되는 전원공급부(45)의 혼합된 직류전류 및 RF고주파신호는 서브증폭기(30) 앞의 제2 바이어스티(15B)의 커패시터(15b)에서 RF고주파신호로 인덕터(15a)에서 직류전류로 분리되고 상기 신호 중 직류전류는 서브증폭기(30)를 작동시키고 RF고주파신호는 상기 서브증폭기(30)의 작동에 의해 일정량 증폭된다. 상기에 의해 증폭된 RF고주파신호는 상기 비교기(25)에 의해 반대로 스위칭된 제2스위치(60)를 통하여 외부로 출력된다.Referring to the case in which the second sub-amplifier 30 operates, if a difference is generated between the voltage of the power supply unit 45 and the voltage of the main amplifier 20 as a result of the comparison in the comparator 25, that is, the main amplifier 20. When an abnormality occurs at 20, the comparator 25 outputs a TTL signal corresponding to a voltage difference to the first switch 50 and the second switch 60. The first switch 50 and the second switch 60 are applied to the sub amplifier 30 by the TTL signal output from the comparator 25. The mixed DC current and the RF high frequency signal of the power supply unit 45 applied to the sub amplifier 30 are converted into an RF high frequency signal from the capacitor 15b of the second bias 15B in front of the sub amplifier 30. 15a), the DC current is separated from the signal, and the DC current operates the sub amplifier 30 and the RF high frequency signal is amplified by a certain amount by the operation of the sub amplifier 30. The RF high frequency signal amplified by the above is output to the outside through the second switch 60 which is reversely switched by the comparator 25.
상기의 저잡음증폭기의 동작의 흐름을 도 3의 흐름도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.The operation of the low noise amplifier will be described with reference to the flowchart of FIG. 3.
도 3은 본 발명인 저잡음증폭기의 동작의 흐름도이다.3 is a flowchart of the operation of the low noise amplifier of the present invention.
도 3을 참조하여 설명하면, 안테나를 통하여 RF고주파신호를 수신한다(S100).Referring to FIG. 3, an RF high frequency signal is received through an antenna (S100).
상기 과정 S100에서 RF고주파신호를 수신하면 전원공급부(45)는 저잡음증폭기에 전원을 공급한다(S200).Upon receiving the RF high frequency signal in step S100, the power supply unit 45 supplies power to the low noise amplifier (S200).
상기 과정 S200에서 전원이 공급되면, 상기 RF고주파신호 및 직류전류는 제1스위치(50)를 통하여 메인증폭기(20)로 스위칭된다 (S300).When power is supplied in the process S200, the RF high frequency signal and the DC current are switched to the main amplifier 20 through the first switch 50 (S300).
상기과정 S300에서 메인증폭기(20)로 스위칭되면, 메인증폭기(20)는 상기 RF고주파신호를 증폭시킨다(S400).When switching to the main amplifier 20 in the process S300, the main amplifier 20 amplifies the RF high frequency signal (S400).
상기 과정 S400에서 RF고주파신호가 증폭되면, 비교기(25)는 상기 전원공급부(45)의 전압과 메인증폭기(20)의 전압을 비교하여 일치하는가를 판단한다(S500).When the RF high frequency signal is amplified in step S400, the comparator 25 compares the voltage of the power supply unit 45 with the voltage of the main amplifier 20 to determine whether the voltage is high (S500).
상기 과정 S500에서 판단한 결과에 따라서, 전압이 일치하면 상기 과정 (S500)으로부터 반복수행하고, 전압이 일치하지 않으면 비교기(25)는 TTL 신호를 제1스위치(50) 및 제2스위치(60)로 출력하여 서브증폭기(30)로 스위칭시킨다 (S600).According to the result determined in step S500, if the voltages match, the process is repeated from step S500. If the voltages do not match, the comparator 25 sends the TTL signal to the first switch 50 and the second switch 60. Output and switch to the sub-amplifier 30 (S600).
상기 과정 S600에서 서브증폭기(30)로 스위칭되면, 서브증폭기(30)는 제1스위치(50)로 통하여 인가되는 RF고주파신호를 증폭한다(S700).When switching to the sub-amplifier 30 in step S600, the sub-amplifier 30 amplifies the RF high frequency signal applied through the first switch 50 (S700).
상기의 모든 과정을 거쳐서 본 발명이 의도하는 대로 저잡음증폭기가 구현된다.Through all the above processes, the low noise amplifier is implemented as intended by the present invention.
이상에서 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 저잡음증폭기의 전압이득 및 잡음지수를 향상시키기 위해 종래의 저잡음증폭기에서 두 개의 증폭기를 동시에 사용하는 방법을 하나의 메인증폭기만 사용하게 하고 상기 메인증폭기에 고장이 발생하면 나머지 서브증폭기로 스위칭시켜 동작하도록 하여 기존의 두 개의 증폭기를 동시에 사용하는 것보다 소모전류가 적어서 전압이득이 높아지고 종래의 두 개의 증폭기 중 하나의 증폭기 고장시 나머지 하나의 증폭기로 동작하는 경우에 발생하는 잡음지수 및 전압이득의 악화를 방지하는 효과가 있다.As can be seen from the above description, the present invention allows the use of two amplifiers simultaneously in a conventional low noise amplifier to improve the voltage gain and noise figure of the low noise amplifier, using only one main amplifier and the main amplifier. If a fault occurs, switch to the remaining sub-amplifiers to operate so that the current gain is lower than that of using two conventional amplifiers at the same time, resulting in higher voltage gain and operating as the other amplifier when one of the two conventional amplifiers fails. In this case, there is an effect of preventing the deterioration of the noise figure and the voltage gain occurring when
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