KR100425757B1 - 가변이득증폭기 - Google Patents

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Abstract

가변이득증폭기는 병렬연결된 저항(R2) 및 캐패시터(C2)를 포함한다. 저항(R2)은 인덕턴스(L)로 대체될 수도 있고, 바이폴라트랜지스터들은 MOS트랜지스터들과 같은 다른 유형의 것들로 대체될 수도 있다. 저항(R2)은 트랜지스터(Q2)에 전류피드백을 주고, 그로 인해 트랜지스터(Q2)의 상호콘덕턴스"gm"는 낮아지고, 전압공급기(V0)로부터 흐르는 전류가 제한된다. 이미터면적비(트랜지스터(Q2)의 이미터면적: 트랜지스터(Q3)의 이미터면적)은 1:n이고 여기서 "n"은 1보다 크거나 같으며, 이로 인해 각 전류가 제어된다. 트랜지스터(Q2)의 베이스와 병렬연결된 R2와 캐패시터(C2)는 고주파수범위에서 트랜지스터(Q2)베이스의 임피던스를 낮추기 위한 바이패스캐패시터이다. 캐패시터(C2)는 고주파수특성을 개선하기 때문에 피킹(peaking)캐패시터이다.

Description

가변이득증폭기{Variable gain amplifier}
본 발명은 가변이득증폭기에 관한 것이며, 특히 병렬연결된 저항 및 캐패시터, 또는 병렬연결된 인덕턴스 및 캐패시터를 포함하는 가변이득증폭기에 관한 것이다.
휴대전화기들 및 정보단말기들을 위한 무선주파수신호들을 증폭하기 위해서 종속증폭기들이 사용된다. 또한, 종속증폭기들에는 종종 가변이득을 얻기 위한 수단들이 구비된다.
도 4는 기존의 가변형이득종속증폭기의 블록도이다. 도 4에 나타낸 증폭기는 공통이미터트랜지스터(Q0) 및 공통베이스트랜지스터(Q1)를 포함하는 종속증폭기, 트랜지스터(Q2 및 Q3) 및 저항(R2)을 포함하는 이득가변부, 트랜지스터(Q0)의 베이스에 바이어스(V3)를 인가하기 위한 저항(R0), 종속증폭기의 부하저항용저항(R1), 증폭기 전체를 위한 전압공급기(V2), 이득가변부의 이득을 제어하기 위한 전압공급기(V0)(50), 신호입력단자(10), 신호출력단자(40), 각각 신호입력단자(10) 및 신호출력단자(40)와 연결된 전원들 및 결합캐패시터들을 포함한다.
도 4에 나타낸 대로 가변형이득종속증폭기는 V0를 변하게 하여 트랜지스터(Q0)로 흐르는 전류의 경로를 변동시켜 가변이득을 얻는다. 구체적으로, V0가 V1보다 크면 전류가 트랜지스터들(Q2 및 Q3)을 거쳐 트랜지스터(Q0)로 흐르기 때문에 증폭이득이 낮아지고, 반면에 V0가 V1보다 작으면 전류가 트랜지스터(Q1)을 거쳐 트랜지스터(Q0)로 흐르기 때문에 증폭이득이 커지게 된다.
만약, Q2의 전류가 Q1의 전류보다 작다면, V0가 V1보다 클 때 이득은 낮아지며, 반면에 V0가 V1보다 작을 때 이득은 높아진다.
도 5는 도 4에 나타낸 기존의 가변이득종속증폭기의 주파수특성그래프이다. 도 5에 나타낸 대로, 높은 이득상태에서 차단주파수는 약 4GHz이고 반면에 낮은 이득상태에서 차단주파수는 약 1.5GHz이다.
도 5에 나타낸 대로, 트랜지스터(Q2)베이스의 임피던스가 저항(R2)으로 인해 고주파수에서 높아지고, 저항(R2)과 트랜지스터(Q2)의 베이스 및 콜렉터사이의 기생용량에 의한 CR회로는 주파수특성을 제한하기 때문에, 높은 이득상태에서의 차단주파수는 낮은 이득상태에서의 차단주파수와는 다르다. 따라서, 기존의 가변이득증폭기에서는 이득이 변하는 대로, 주파수특성이 변한다.
본 발명의 목적은 이득이 변할 때, 주파수특성이 불변하는 가변이득증폭기를 제공하는 것이다.
본 발명의 가변이득증폭기는 입력트랜지스터와 상기 입력트랜지스터에 종접속된 트랜지스터를 구비한 종속(cascade)증폭기와, 상기 종속증폭기에 직렬접속된 부하부를 포함한다. 입력트랜지스터에 종접속된 트랜지스터에는 가변이득제어용 트랜지스터가 병렬접속되며, 가변이득제어용 트랜지스터의 제어전극에는, 커패시터와 저항의 병렬접속부 또는 커패시터와 인덕터의 병렬접속부가 접속되고, 가변이득증폭기의 증폭이득은, 가변이득증폭제어용 트랜지스터를 오프하는 것으로 높게 하며, 가변이득제어용 트랜지스터를 온하는 것으로 낮게 하고, 차단주파수는 증폭이득에 무관하게 변하지 않는다.
가변이득제어용 트랜지스터의 베이스의 임피던스는 병렬연결된 저항 및 캐패시터에 의해 고주파수범위에서 낮아진다.
본 발명의 가변이득증폭기는 휴대용 전화기들과 같은 여러 가지 전자기기들에 적용된다.
도 1은 본 발명의 가변이득증폭기의 블록도.
도 2는 도 1에 나타낸 본 발명의 가변이득증폭기의 회로도.
도 3은 도 2에 나타낸 본 발명의 가변이득증폭기의 차단주파수를 나타내기 위한 그래프.
도 4는 기존의 가변이득증폭기의 블록도.
도 5는 도 4에 나타낸 기존의 가변이득증폭기의 차단주파수를 나타내기 위한 그래프.
※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
Q0, Q1, Q2, Q3 : 트랜지스터 GND : 접지
10 : 신호입력단자 20 : 증폭부
30 : 이득가변부 40 : 신호출력단자
본 발명의 실시예는 도면을 참조하여 설명된다.
도 1은 본 발명의 가변이득증폭기의 블록도이다. 도 1에는 신호입력용 입력포트(10)(PORT 0), 입력포트(10)로부터의 신호를 증폭하기 위한 증폭부, 증폭부(20)의 증폭이득을 가변시키기 위한 이득가변부(30), 이득가변부(30)용 전압공급기(50)(V0), 및 증폭된 신호를 출력하기 위한 출력포트(40)가 나타나있다.
도 2는 도 1에 나타낸 가변이득증폭기의 회로도이다. 도 1에 나타낸 증폭부(20)는 공통이미터트랜지스터(Q0) 및 공통베이스트랜지스터(Q1)를 구비하는 종속증폭기이다. 또한, 도 1에 나타낸 이득가변부(30)는 트랜지스터들(Q2 및 Q3), 저항(R2) 및 캐패시터(C2)를 구비한다.
도 2에는 트랜지스터(Q0)의 베이스에 DC바이어스(V3)를 인가하기 위한 저항(R0), 종속증폭기를 위한 부하저항인 저항(R1), 트랜지스터(Q1)의 베이스를 바이어스하기 위한 전압공급기(V1), 본 발명의 가변이득증폭기 전체를 위한 전압공급기(V2), 입력포트(10), 출력단자(40), 및 입력포트(10) 및 출력포트(40)와 연결된 전원들 및 결합캐패시터들이 나타나있다.
저항(R2)은 인덕턴스(L)로 대체될 수도 있고, 바이폴라트랜지스터들은 MOS트랜지스터와 같은 다른 유형의 것들로 대체될 수도 있다. 트랜지스터들의 제어용전극은 바이폴라트랜지스터들의 베이스들, 또는 MOS트랜지스터들의 게이트들이다.
저항(R2)은 트랜지스터(Q2)에 대해 전류피드백을 주고, 따라서 트랜지스터(Q2)의 상호콘덕턴스 "gm"는 낮아지고 전압공급기(V0)로부터 흐르는 전류가 제한된다. 이미터면적비(트랜지스터(Q2)의 이미터면적 : Q3의 이미터면적)는 1:n이고 여기서 "n"은 1보다 크거나 같으며, 따라서 각 전류를 제어한다.
트랜지스터(Q2)의 베이스와 연결된 R2와 병렬연결된 캐패시터(C2)는 고주파수범위에서 트랜지스터(Q2)베이스의 임피던스를 낮추기 위한 바이패스(bypass)캐패시터이다. 캐패시터(C2)는 고주파수특성을 개선하기 때문에 피킹(peaking)캐패시터이다.
전압(V0)이 전압(V1)보다 낮을 때, 트랜지스터들(Q2 및 Q3)은 오프되고 그러므로 전압(V2)에 의한 전류들은 트랜지스터들(Q2 및 Q3)을 흐르지 않는다. 따라서, 전압(V2)에 의한 전류는 트랜지스터들(Q1 및 Q0)을 포함하는 종속증폭기를 통해 흐르게 된다. 이런 경우에, 종속증폭기의 이득은 높다.
전압(V2)에 의한 종속증폭기의 전류는 R1에 흐른다. 트랜지스터(Q1)의 베이스는 전압공급기(V1)에 의해 바이어스되는 반면에, 트랜지스터(Q2)는 오프된다. 따라서, 전류는 R1 및 Q1을 통해 트랜지스터(Q0)로 흐르게 된다.
또한, 트랜지스터(Q0)가 베이스의 바이어스에 의해 일정한 전류의 DC전류원이 되기 때문에, 트랜지스터(Q0)로 흐르는 전류는 트랜지스터(Q0)의 이미터와 연결된 접지(GND)로 흐른다. 따라서, 전압(V0)이 전압(V1)보다 낮을 때, 포트(PORT 0)로부터 입력되는 신호는 종속증폭기 자체의 이득으로 증폭된다.
한편, 전압(V0)이 전압(V1)보다 높을 때, 트랜지스터들(Q2 및 Q3)은 온이 되고, 전압(V2)에 의한 전류는 이 트랜지스터들을 흐르지만 트랜지스터들(Q1 및 Q0)을 통해 흐르지 않는다. 따라서, 트랜지스터들(Q1 및 Q0)을 구비하는 종속증폭기의 이득은 낮아진다.
더욱 구체적으로, 전압(V0)이 전압(V1)보다 클 때, 트랜지스터(Q3)는 전압(V0)에 의해 온이 되고, 전압(V2)에 의한 전류는 트랜지스터(Q3)를 거쳐 트랜지스터(Q0)로 흐른다. 또한, 트랜지스터(Q1)는 오프되기 때문에, 전압(V2)에 의해 저항(R1)에 흐르는 전류는 또한 트랜지스터(Q2)를 거쳐 트랜지스터(Q0)로 흐르게 된다.
트랜지스터(Q2)를 통과하는 전류는 종속증폭기의 부하저항(R1)을 통과하는 부하전류에 의존하기 때문에, 종속증폭기의 이득을 변화시킨다. 트랜지스터(Q3)를 통과하는 전류와 합해지는 트랜지스터(Q2)를 통과하는 전류는 트랜지스터(Q0)를 통과하는 전류가 된다.
여기서, 트랜지스터(Q0)가 베이스의 바이어스로 인해 일정한 DC전류원이 되기 때문에, 트랜지스터(Q3)를 통과하는 전류와 합해지는 트랜지스터(Q2)를 통과하는 전류는 트랜지스터(Q0)를 거쳐 트랜지스터(Q0)의 이미터와 연결된 접지(GND)로 흐르게 된다. 따라서, 전압(V0)이 전압(V1)보다 높을 때, 포트(PORT 0)로 입력된 신호는 트랜지스터들(Q2 및 Q3)을 포함하는 이득가변부에 의해 조절된 이득으로 증폭된다.
V0가 V1보다 낮을 때는 높은 이득을 얻으며 V0가 V1보다 높을 때는 낮은 이득을 얻기 위해서, Q2를 통과하는 전류가 Q1을 통과하는 전류보다 작은 것이 요구된다.
도 3은 도 2에 보여지는 본 발명의 가변이득증폭기의 주파수특성을 나타낸 그래프이다. 도 3에 보여진 대로, 차단주파수는 높은 이득 및 낮은 이득 둘 다에서 약 4GHz이고, 따라서 증폭이득에 무관하게 주파수특성은 넓혀진다.
본 발명은 공통이미터트랜지스터의 이미터에 저항이 연결되지 않은 저잡음증폭기에 적용될 수 있는데, 그 이유는 증폭기이득이 공통베이스트랜지스터의 베이스에 의해 조절되기 때문이다. 또한, 본 발명은 믹서, 안테나스위치에 적용될 수 있다.
또한, 본 발명의 가변이득증폭기는 GSM(global system for mobile communication)등의 이중대역휴대용전화기에 적용될 수 있는데, 그 이유는 800MHz 및 1.9GHz의 신호들이 단일 증폭기를 사용하여 수신되기 때문이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 가변이득증폭기에 의하면, 증폭트랜지스터의 베이스 또는 게이트 등의 제어전극의 임피던스는 병렬연결의 저항(또는 인덕턴스) 및 증폭트랜지스터의 제어전극과 연결된 용량을 사용하여 고주파수범위에서 낮게 되기 때문에, 주파수특성은 불변한다.

Claims (5)

  1. 입력트랜지스터와 상기 입력트랜지스터에 종접속된 트랜지스터를 구비한 종속증폭기와, 상기 종속증폭기에 직렬접속된 부하부를 가지는 가변이득증폭기에 있어서,
    상기 종접속된 트랜지스터에는 가변이득제어용 트랜지스터가 병렬접속되며, 상기 가변이득제어용 트랜지스터의 제어전극에는, 커패시터와 저항의 병렬접속부 또는 커패시터와 인덕터의 병렬접속부가 접속되고, 상기 가변이득증폭기의 증폭이득은, 상기 가변이득증폭제어용 트랜지스터를 오프하는 것으로 높게 하며, 상기 가변이득제어용 트랜지스터를 온하는 것으로 낮게 하고, 차단주파수는 상기 증폭이득에 무관하게 변하지 않는 가변이득증폭기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 종속증폭기는
    상기 이득가변부에 의해 온 또는 오프되는 제1트랜지스터(Q1); 및
    상기 제1트랜지스터와 종속적으로 연결된 제2트랜지스터(Q0)를 포함하고,
    상기 이득가변부는 상기 Q1과 연결된 제3트랜지스터(Q2);
    한 끝단이 상기 Q2와 연결되는 병렬연결된 캐패시터 및 저항, 또는 한 끝단이 상기 Q2와 연결되는 병렬연결된 캐패시터 및 인덕턴스; 및
    상기 병렬연결된 캐패시터 및 저항의 다른 끝단과 병렬연결된 캐패시터 및 인덕턴스의 다른 끝단중의 하나에 연결된 제4트랜지스터(Q3)를 포함하며,
    Q2를 통과하는 전류가 Q1을 통과하는 전류보다 작고, 상기 V1이 상기 V0보다 클 때 상기 Q2 및 Q3가 오프되고, 반면에 상기 V1이 상기 V0보다 작을 때 상기 Q2 및 Q3가 온되는 가변이득증폭기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 Q1 및 상기 Q2는 상기 Q1의 콜렉터는 상기 Q2의 콜렉터와 연결되며 상기 Q1의 이미터는 상기 Q2의 이미터와 연결되는 바이폴라트랜지스터들인 가변이득증폭기.
  4. 제2항에 있어서, 상기 Q1 및 상기 Q2는 상기 Q1의 소스는 상기 Q2의 소스와 연결되고 상기 Q1의 드레인은 상기 Q2의 드레인과 연결되는 MOS트랜지스터들로서 가변이득증폭기.
  5. 제2항에 있어서, 상기 Q2 및 상기 Q3은 상기 전압 V0에 의해 온 또는 오프되는 가변이득증폭기.
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