KR100644273B1 - 광대역 가변 입력 매칭 저잡음 증폭기 - Google Patents

광대역 가변 입력 매칭 저잡음 증폭기 Download PDF

Info

Publication number
KR100644273B1
KR100644273B1 KR1020040109407A KR20040109407A KR100644273B1 KR 100644273 B1 KR100644273 B1 KR 100644273B1 KR 1020040109407 A KR1020040109407 A KR 1020040109407A KR 20040109407 A KR20040109407 A KR 20040109407A KR 100644273 B1 KR100644273 B1 KR 100644273B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
inductor
input
low noise
noise amplifier
gate
Prior art date
Application number
KR1020040109407A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20060070796A (ko
Inventor
한선호
박문양
유현규
Original Assignee
한국전자통신연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자통신연구원 filed Critical 한국전자통신연구원
Priority to KR1020040109407A priority Critical patent/KR100644273B1/ko
Priority to US11/241,128 priority patent/US7323939B2/en
Publication of KR20060070796A publication Critical patent/KR20060070796A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100644273B1 publication Critical patent/KR100644273B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/189—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers
    • H03F3/19—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/193—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only with field-effect devices
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/08—Modifications of amplifiers to reduce detrimental influences of internal impedances of amplifying elements
    • H03F1/22—Modifications of amplifiers to reduce detrimental influences of internal impedances of amplifying elements by use of cascode coupling, i.e. earthed cathode or emitter stage followed by earthed grid or base stage respectively
    • H03F1/223—Modifications of amplifiers to reduce detrimental influences of internal impedances of amplifying elements by use of cascode coupling, i.e. earthed cathode or emitter stage followed by earthed grid or base stage respectively with MOSFET's
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/26—Modifications of amplifiers to reduce influence of noise generated by amplifying elements
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/42—Modifications of amplifiers to extend the bandwidth
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/56—Modifications of input or output impedances, not otherwise provided for
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/168—Two amplifying stages are coupled by means of a filter circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/36—Indexing scheme relating to amplifiers the amplifier comprising means for increasing the bandwidth
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/372—Noise reduction and elimination in amplifier
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/489—A coil being added in the source circuit of a common source stage, e.g. as degeneration means

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

본 발명은 공통 소스(Common source) 및 소스 디제너레이션(Source degeneration) 구조를 가지면서, 최적화된 성능으로 넓은 가변 정합 주파수 대역을 가질 수 있는 저잡음 증폭기를 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은 전술한 과제를 달성하기 위해 공통 소스 및 소스 디제너레이션 구조를 가지는 저잡음 증폭기에 있어서, 신호를 입력받는 입력단에 일측이 연결된 제1 인덕터; 접지전압 공급단에 일측이 접속된 제2 인덕터; 상기 제1 인덕터에 게이트가 접속되고, 상기 제2 인덕터의 타측에 소스가 접속되며, 타측으로 신호를 전달하는 모스트랜지스터; 및 상기 입력단에서의 입력임피던스를 가변하기 위해 상기 모스트랜지스터의 소스와 게이트 사이에 구비된 가변 캐패시터를 구비하는 저잡음 증폭기를 제공한다.
통신, 저잡음 증폭기, 입력 정합, 임피던스.

Description

광대역 가변 입력 매칭 저잡음 증폭기{LOW NOISE AMPLIFIER OF WIDE-BAND TUNABLE MATCHING}
도1은 종래기술에 의한 가변 입력 매칭을 위한 공통 게이트 구조의 저잡음 증폭기의 회로도.
도2는 인덕티브 디제너레이티드(inductively degenerated) 공통 소스 구조의 저잡음 증폭기의 회로도.
도3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 인덕티브 디제너레이티드(inductively degenerated) 공통 소스 구조의 저잡음 증폭기의 회로도.
도4는 도3에 도시된 저잡음 증폭기의 동작을 설명하기 위한 등가회로도.
도5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 인덕티브 디제너레이티드(inductively degenerated) 공통 소스 구조의 저잡음 증폭기의 회로도.
도6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 인덕티브 디제너레이티드(inductively degenerated) 공통 소스 구조의 저잡음 증폭기의 회로도.
도7은 본 발명에 의한 저잡음 증폭기의 동작을 설명하기 위한 스미스차트를 나타내는 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
R1 ~ R3 : 저항
MN1 ~ MN3 : 모스트랜지스터
Cc, Cv1, Cv2, Csh : 캐패시터
Csc : 가변 캐패시터
Ls, Ld, Lg, Lsh : 인턱터
본 발명은 선형성, 전력이득, 잡음 지수, 손실없는 입력 정합 등의 장점들을 가지고 있는 공통 소스(Common source) 및 소스 디제너레이션(Source degeneration) 구조를 가지는 저잡음 증폭기에 관한 것이다.
통상적으로 광대역 또는 다중 밴드 시스템을 구성하는 경우에, 각 신호 대역의 구성 블록들은 병렬로 구현되고, 구비되는 각 블록들을 다중 밴드에 대해서 최대한 공유할 수 있도록 구성하는 것이 일반적이다.
이러한 시스템은 처리해야 하는 신호 밴드가 광대역화되고 다중 주파수화 될수록, 시스템을 구성하는 블록이 병렬적으로 증가하게 되어 시스템의 집적도가 나빠지며, 복잡도 및 전류 소모등이 증가되는 문제점이 발생된다.
도1은 종래기술에 의한 가변 입력 매칭을 위한 공통 게이트 구조의 저잡음 증폭기의 회로도이다.
도1을 참조하여 살펴보면, 가변 입력 매칭을 위한 공통 게이트 구조의 저잡음 증폭기는 입력 모스트랜지스터(MN1)의 1/gm을 이용하여 순저항 매칭을 하고 모스트랜지스터의 소스와 접지사이에 공진 회로(LT2,Cv2)를 구비시켜, 원하는 RF 신호만이 통과되도록 동작한다.
그러므로 가변 입력 매칭을 위한 공통 게이트 구조의 저잡음 증폭기는 회로 구조가 간단하여 정합 측면에서만 보면 큰 장점이 있다.
그러나 RF 통신시스템에서 가변 입력 매칭을 위한 공통 게이트 구조의 저잡음 증폭기는 저잡음 증폭기로써의 역할을 총체적으로 생각해 볼 때 전력 이득, 전력 소모, 그리고 잡음 지수 등의 측면에서 효율이 좋지않아서 널리 사용되지 않는다.
도2는 종래기술에 의한 인덕티브 디제너레이티드(inductively degenerated) 공통 소스 구조의 저잡음 증폭기의 회로도이다.
인덕티브 디제너레이티드 공통 소스 구조의 저잡음 증폭기는 기본적으로 RF 통신시스템에서 널리 사용되는 구조로서 전력이득, 전력 소모, 그리고 잡음 지수등 여러가지 면에서 도1에 도시된 저잡음 증폭기에 비해 장점을 가진다.
도2에 도시된 인덕티브 디제너레이티드 공통 소스 구조의 저잡음 증폭기의 입력단에서 보는 등가저항은 gm*Ls/Cs가 되며, 여기서 gm은 모스트랜지스터(MN1)의 트랜지 컨덕턴스 성분이고, Ls는 모스트랜지스터(MN1)의 소스와 접지전압 공급단 사이에 구비되는 인덕터이며, Cs는 모스트랜지스터(MN1)의 소스와 게이트 사이에 인가되는 기생캐패시터(미도시)이다.
도2의 저잡음 증폭기에서 공진되는 주파수를 가변시키기 위해서는 모스트랜지스터(MN1)의 게이트와 소스에 인가되는 기생 캐패시터(Cs)의 크기를 조절하여 주거나, 인덕턴스인 Lg 또는 Ls의 크기를 바꾸어 주면 된다.
따라서 도2에 도시된 바와 같은 인덕티브 디제너레이티드 공통 소스 구조의 저잡음 증폭기는 전력이득, 전력소모, 그리고 잡음 지수등에서 장점을 가지고 있지만, 주파수를 가변시키기 위해서는 기생 캐패시터(Cs)의 캐패시턴스를 조절하거나 인덕턴스인 Lg 또는 Ls의 크기를 조절하기 위해 설계를 다시 해야하는 문제점이 있다.
또한, 저잡음 증폭기에서 신호가 입력되는 입력단에 기본적으로 발생하는 기생캐패시터 성분에 의해 입력 정합값이 설계된 바와 다르게 변하는 문제점이 생기게 된다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 공통 소스(Common source) 및 소스 디제너레이션(Source degeneration) 구조를 가지면서, 최적화된 성능으로 넓은 가변 정합 주파수 대역을 가질 수 있는 저잡음 증폭기를 제공함을 목적으로 한다.
본 발명은 전술한 과제를 달성하기 위해 공통 소스 및 소스 디제너레이션 구조를 가지는 저잡음 증폭기에 있어서, 일측이 신호를 입력받는 제1 입력단과 연결된 제1 인덕터와, 일측이 접지전압 공급단과 연결된 제2 인덕터와, 게이트가 상기 제1 인덕터의 타측과 연결되고, 소스가 상기 제2 인덕터의 타측과 연결되며, 상기 제1 입력단으로 입력되는 신호를 증폭하여 드레인으로 출력하는 제1 모스트랜지스터와, 넓은 가변 정합 주파수 대역을 갖도록 상기 제1 입력단에서의 입력임피던스를 선택적으로 가변하기 위하여 상기 제1 모스트랜지스터의 소스와 게이트 사이에 연결된 제1 가변 캐패시터를 구비하는 저잡음 증폭기를 제공한다.
삭제
삭제
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 인덕티브 디제너레이티드(inductively degenerated) 공통 소스 구조의 저잡음 증폭기의 회로도이다.
도3을 참조하여 살펴보면, 제1 실시예에 따른 인덕티브 디제너레이티드 공통 소스 구조의 저잡음 증폭기는 신호(RFin)를 입력받는 입력단에 일측이 연결된 인덕터(Lg)와, 접지전압 공급단에 일측이 접속된 인덕터(Ls)와, 인덕터(Lg)에 게이트가 접속되고, 인덕터(Ls)의 타측에 소스가 접속되며, 상기 입력단으로 입력되는 신호를 증폭하여 드레인으로 출력하는 모스트랜지스터(MN1)와, 입력단에서의 입력 임피던스를 가변하기 위해 모스트랜지스터(MN1)의 소스와 게이트 사이에 가변 캐패시터(Csc)를 구비한다.
여기서 캐패시터(Cc)는 입력단을 통해 전달되는 DC 성분을 제거하기 위해 구비된 것이며, 저항(R1)은 모스트랜지스터(MN1)의 게이트단에 바이어스를 위해 구비 된 것이다.
여기서 가변 캐패시터(Csc)는 제어신호에 연속적으로 캐패시턴스가 가변되는 형태의 캐패시터로 하거나, 제어신호에 응답하여 스위칭되는 병렬연결된 다수의 스위치와, 다수의 스위치에 각각 대응하여 연결되는 다수의 단위 캐패시터를 가지며 임의의 수만큼 서로 다른 불연속한 캐패시턴스값을 제공하는 형태의 캐패시터로 할 수 있다.(도4 참조)
도4는 도3에 도시된 저잡음 증폭기의 동작을 설명하기 위한 등가회로도이다.
이하에서는 도3과 도4를 참조하여 본 실시예에 대한 저잡음 증폭기의 동작을 설명한다.
본 실시예에 따른 저잡음 증폭기는 특정 주파수 대역의 신호를 증폭하는 데 있어서, 공진 주파수를 가변하여 임피던스 정합 주파수점을 바꿀 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
정합 주파수의 가변이라는 새로운 기능으로 인해 종래의 저잡음 증폭기의 성능이 감소되지 않도록 최적화된 방법을 찾는 것이 매우 중요한데, 본 실시예에 따른 저잡음 증폭기는 입력신호가 인가되는 모스트랜지스터(MN1)의 게이트와 소스단 사이에 캐패시턴스가 가변되는 가변 캐패시터(Csc)를 구비하여 정합 주파수를 가변시키고 있다.
도4는 저잡음 증폭기 회로의 동작설명을 위한 것으로, 특히 저잡음 증폭기 입력단에서의 기생 효과를 해석하기 위해 입력단을 간략화하여 나타낸 것이다.
도4에서 Lg는 입력 정합을 위한 인덕턴스를 나타내고 CL은 패키지의 기생 캐패시턴스로써 기생 성분중 상대적으로 큰 부분을 차지한다. LB는 본딩 와이어의 기생 인덕턴스, CP는 집적 회로의 패드에 해당하는 기생 캐패시턴스를 나타내고, Ls는 입력 정합을 위한 디제너레이션(Degeneration) 인덕턴스를 나타낸 것이다.
또한, 여기서 Cgs는 Csc + CGS와 같으며 여기서 CGS는 모스트랜지스터(MN1)의 게이트와 소스간의 캐패시턴스를 나타내고, Csc는 공진 주파수 가변을 위해 모스트랜지스터(MN1)의 게이트와 소스간에 연결한 가변 캐패시터이며 주파수 가변 제어(Control)신호를 입력 받는다. 또한, 캐패시터(Cgd)는 밀러효과를 나타내는 캐패시터이다.
가변 캐패시터(Csc)는 전술한 바와 같이 연속적으로 캐패시턴스가 변하는 형태로 구현되거나, 임의의 불연속한 캐패시턴스값을 가지는 형태로 구현될 수 있다.
후자의 경우에는 실제 설계시 신호의 선형성을 훼손시키지 않게 하고 임의의 불연속(Discrete)한 주파수 튜닝이 되도록 하기 위해, 스위치로 온/오프되는 스위치드 캐패시터 어레이(Switched capacitor arrary)로 설계된다. 이 때 스위치는 병렬로 연결이 되며, 도4에 자세히 도시하였다.
이 때 만약 Cgs의 가변 범위 안에 CL+ CP의 값이 들어가면 입력저항의 변하율을 작게 할 수 있는 것으로 나타났다.
계속해서 도4에 도시된 저잡음 증폭기의 동작을 수식을 통해 살펴본다. 이 때 밀러(Miller) 효과로 인해 발생하는 캐패시터(Cgd)에 관한 부분은 생략하였다. 참고적으로 도7에 있는 스미스차트는 캐패시터(Cgd)의 효과를 고려하여 작성하였다.
먼저, 이하에서 후술할 수식적인 계산에서는 수학식1에 의한 가정을 하였다.
Figure 112004060269977-pat00001
따라서 도4의 신호입력단에서의 순저항 Rin과 입력 공진 주파수 ωo는 다음의 수학식2와 수학식3과 같다.
Figure 112004060269977-pat00002
Figure 112004060269977-pat00003
Figure 112004060269977-pat00004
여기서 wt는 트랜지스터의 unit gain angle frequency이다. 트랜지스터의 주 파수대 이득특성을 나타내는 건데 높을 수록 더욱 높은 주파수까지 사용할 수 있고 더 높은 이득을 얻을 수 있다.
위의 수학식 2와 수학식3을 참고하면, 입력 순저항 Rin은 기생 성분이 없을 때에 비해서 기생 캐패시턴스 CL+CP가 있을 때에 감소되는 것을 알 수 있다.
이러한 안좋은 영향은 공진 주파수가 높아질수록 더더욱 심각한 문제가 될 수있다.
본 실시예에 따른 공진 주파수 가변과 관련하여 ωT는 Csc/CGS에 의해 감소됨을 수학식 4를 참고하면 알 수 있다.
이에 공진 주파수 가변과 관련하여, 가변 캐패시터에 대한 입력순저항의 변화값을 나타내면 아래의 수학식 5와 같이 된다.
Figure 112004060269977-pat00005
수학식5의 결과를 분석하여 보면 주목할 점이 기생 캐패시턴스(CP, CL)가 가변 입력캐패시터(Cgs)의 변화에 대한 저항 변화율을 감소시킬 수 있는 것을 알 수있다. 특히나 기생 캐패시턴스 성분이 Cgs와 같은 경우에는 저항 변화율이 0이 된다.
한편, 기생 성분이 고려되지 않은 원래의 이론적인 입력 정합에서 도출되는 입력순저항의 변화값은 아래의 수학식6과 같이 일정한 변화를 가진다.
Figure 112004060269977-pat00006
따라서 기생 캐패시턴스 성분(CP,CL)을 제거하면 임피던스가 정합되는 주파수의 가변 특성과 본래의 증폭기 특성을 좀 더 개선시킬수 있게 된다.
본 발명에서는 전술한 기생 캐패시턴스를 등가적으로 제거하는 방법을 2가지로 제시하고 있는데, 각각의 방법이 도5와 도6에 도시되어 있다.
도5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 인덕티브 디제너레이티드(inductively degenerated) 공통 소스 구조의 저잡음 증폭기의 회로도로서, 션트(shunt) 인덕터(Lsh)를 이용하여 저잡음 증폭기의 입력단에 인가되는 기생 캐패시턴스를 제거하는 방법을 나타내는 도면이다.
도5를 참조하여 살펴보면, 제2 실시예에 따른, 공통 소스 및 소스 디제너레이션 구조를 가지는 저잡음 증폭기는 신호를 입력받는 입력단에 일측이 연결된 인덕터(Lg)와, 접지전압 공급단에 일측이 접속된 인덕터(Ls)와, 인덕터(Lg)에 게이트가 접속되고, 인덕터(Ls)의 타측에 소스가 접속되며, 타측으로 신호를 전달하는 모스트랜지스터(MN1)와, 입력단에서의 입력임피던스를 가변하기 위해 모스트랜지스터(MN1)의 소스와 게이트 사이에 구비된 가변 캐패시터(Csc)와, 모스트랜지스터(MN1)의 게이트단에 발생하는 인덕턴스(Lb,Lg)와 연동하여, 모스트랜지스터(MN1)의 게이트단에 발생하는 기생 캐패시터(CL,Cp)와 공진되기 위해, 모스트랜지스터(MN1)의 게이트단과 접지전압 공급단 사이에 제공되는 션트 인덕터(Lsh)를 구비한다.
이하에서 도5를 참조하여 션트 인덕터(Lsh)를 중심으로 본 실시예에 따른 저잡음 증폭기의 동작을 살펴본다.
도5에 나타낸 제2 실시예에 따른 저잡음 증폭기는 도3의 제1 실시예에 따른 저잡음 증폭기에 비해 션트 인덕터(Lsh)가 추가되었다.
이후의 설명에서는 기생 캐패시터(CL,Cp)가 없을 경우 입력 저항은 (gm*Ls)/Cgs 로 임피던스가 정합되었을 때의 값을 나타내게 된다. 기생 캐패시터가 없을 경우에 비해서 기생 성분이 있을 경우의 입력 저항은 임피던스가 정합되었을 때의 저항값에 비해 감소된다.
종래에는 설계한 저잡음 증폭기의 입력단에 발생하는 기생 성분때문에, 원하는 양보다 흐르게 되는 전류를 증가시키거나 Ls를 증가시켰으나, 그로 인해 입력 저항이 감소됨으로서 전체적인 성능에서 전력 이득 감소 및 잡음지수의 증가를 피할 수 없었다.
그러나 본 실시예에서 추가된 션트 인덕터(Lsh)는 입력단에 발생하는 기생 캐패시턴스(CL,Cp)와 동작하는 신호대역의 주파수에서 공진함으로써 원하는 RF신호 대역에서 등가적으로는 입력에서 보이질 않게 된다. 즉 입력 정합시의 순저항값이 원래의 (gm*Ls)/Cgs 으로 돌아오게 되는 것이다.
더군다나 션트 인덕터(Lsh)는 기생 캐패시턴스에 의해 입력단에서 본, 감소된 신호 주파수 대역(=기생 캐패시턴스가 없을 때 정합점 부근에 위치한 주파수 대 역)의 저항값들을 그대로 정합점으로 다시 옮기는 역할을 한다.
즉 Cgs(= Csc + CGS)가변에 대해서 기생 캐패시터가 있을 때의 저항 변화율을 그대로 가지고 옮겨지므로 넓은 주파수 가변에 대해서 적은 입력 저항 변화율을 가질 수 있는 것이다.
션트 인덕터(Lsh)를 실제 적용할 때에는 입력단이 하나인(Single-ended LNA) 실제 회로에서는 DC 성분의 블럭킹(blocking)을 위해 션트 인덕터(Lsh)는 큰 캐패시터와 직렬로 연결되어야 한다.
또한, 입력을 차동증폭형태로 받는 저잡음 증폭기에서는 두 입력단의 사이에 연결을 시키면 되고, 이 경우에는 입력단이 하나인 앞의 경우보다 2배의 션트 인덕트(Lsh)를 접속시키면 된다.
도6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 인덕티브 디제너레이티드(inductively degenerated) 공통 소스 구조의 저잡음 증폭기의 회로도로서, 션트(shunt) 캐패시터(Csh)를 이용하여 저잡음 증폭기의 입력단에 인가되는 기생 캐패시턴스를 제거하는 방법을 나타내는 도면이다.
도6을 참조하여 살펴보면, 제3 실시예에 따른,공통 소스 및 소스 디제너레이션 구조를 가지는 저잡음 증폭기는 신호를 입력받는 입력단에 일측이 연결된 인덕터(Lg)와, 접지전압 공급단에 일측이 접속된 인덕터(Ls)와, 인덕터(Lg)에 게이트가 접속되고, 인덕터(Ls)의 타측에 소스가 접속되며, 타측으로 신호를 전달하는 모스트랜지스터(MN1)와, 입력단에서의 입력임피던스를 가변하기 위해 모스트랜지스터(MN1)의 소스와 게이트 사이에 구비된 가변 캐패시터(Csc)와, 모스트랜지스터(MN1)의 게이트단에 발생하는 기생캐패시턴스 성분(CL,Cp)과 연동하여 모스트랜지스터(MN1)의 게이트에 인가되는 인덕턴스 성분(Lg)과 공진되기 위해 입력단과 접지전압 공급단 사이에 제공되는 션트 캐패시터(Csh)를 구비한다.
도6에 도시된 제3 실시예에 따른 저잡음 증폭기는 추가된 션트 캐패시터(Csh)가 기생 성분(기생캐패시턴스 성분(CL,Cp)과 기생인덕터 성분(Lb))과 직렬연결된 인덕터(Lg)와 함께 공진되도록 하여, 입력단의 기생 성분에 의해 움직여진 정합점을 다시 원래의 정합점(예를 들어 50옴)으로 옮기고 넓은 대역에 걸쳐서 주파수 튜닝이 가능하고 주파수 가변 대역내에서 입력 저항 변화율이 작아져 향상된 성능을 얻을 수 있도록 한 것이다.
또한, 이 경우에도 입력을 차동증폭형태로 받는 저잡음 증폭기에서 적용가능한데, 그 때에는 두 입력단의 사이에 션트 캐패시터를 접속시키면 되고, 이 경우에는 입력단이 하나인 앞의 경우보다 2배의 션트 캐패시터(Csh)를 접속시키면 된다.
도7은 본 발명에 의한 저잡음 증폭기의 동작을 설명하기 위한 스미스차트를 나타내는 도면이다. 도7은 앞에서 서술한 내용에 대해서 좀 더 명확히 설명하고자 하는 목적으로 각각의 입력 매칭 회로 구성과 그에 해당하는 모의 실험 결과를 나타낸 것이다.
도7에 도시된 ⓐ의 경우 주 기생 성분(CL)이 없을 때 정합시키고 이때 Cgs를 가변한 모의 실험 결과이다. 모의 실험 결과 Cgs가변에 따라서 입력 순저항 값이 크게 변화하는 것을 알 수 있다.
ⓑ의 경우는 주 기생성분을 고려하여 모의 실험한 결과로써 입력 순저항값이 크게 변화하는 것을 알 수 있다. 그러나 또한 Cgs가변에 대해 입력 순저항값의 변화가 상당히 감소한 것도 같이 관찰할 수 있다.
도7에서 기생 캐패시턴스에 의한 효과는 ①에서 ②로의 경로를 설명한다. 즉 기생 캐패시턴스로 인하여 스미스 차트에서 기생 캐패시턴스가 없는 ①에서 기생 캐패시턴스가 고려된 ②로의 움직임을 만들어내는 것이다.
도7에서 ⓒ와 ⓓ는 본 발명에서 고안된 광대역 입력 정합 회로를 위한 션트 인덕터(Lsh)과 션트 캐패시터(Csh)에 의한 모의 실험 결과를 각각 나타낸 것이다.
ⓒ의 경우는 션트 인덕터(Lsh)를 통하여 기생 성분에 의하여 움직여진 정합점을 다시 ⓐ의 경우와 같은 원래의 정합점으로 움직이도록 한 것이다. 이 경우 전술한 바와 같이 원하는 주파수 대역을 다시 정합점으로 옮기면서도 Cgs 가변에 대해 입력 순저항 변화가 아주 작게 되는 것을 알 수 있다. 도7의 모의 실험 결과에서 션트 인덕터(Lsh)에 의한 결과는 ②에서 ③으로의 경로를 설명한다.
션트 캐패시터(Csgh)에 의한 모의 실험 결과는 ⓓ이다. 이 경우 역시 기생 성분에 의해 움직인 정합점을 원래대로 복원한다. ⓒ와 ⓓ의 모의 실험 결과는 본 발명에서 고안된 광대역 정합 회로의 장점을 잘 나타내 주고 있다. 이 장점들을 다시 나열해 보면 첫째로 기생 성분에 의해 틀어진 정합점을 다시 원래대로 돌릴 수 있다.
둘째는 그러므로 회로의 gm이나 Ls등의 설계 파라미터 (parameter)들을 건드리지 않고 정합시킬 수 있으므로 원래의 높은 게인(high gain), 저잡음 특성(low noise figure)등의 특성을 얻을 수 있다.
ⓒ와 ⓓ의 정합 방법을 쓰지 않는다면 모스트랜지스터의 gm 이나 인덕터(Ls)를 조정해야 하는데, 본 발명에 의해 그럴 필요는 없는 것이다.
또한 2GHz 이상의 시스템에서는 gm이나 Ls만으로 기생 성분으로 인해 틀어진 정합점을 되돌리기 어려우므로 게인이나 노이즈 특성의 열화를 막을 수 있는 방법이 특별히 없다.
셋째는 광대역 가변 주파수를 얻을 수 있다. 기생 캐패시턴스는 어떤 원하는 신호 주파수에 대해서 가변할 수 있는 캐패시턴스 범위를 줄이므로 광대역 가변 특성을 저하시킨다. 그러나 본 발명에 의해 제안된 저잡음 증폭기에서는 정합시 기생 캐패시턴스가 등가적으로 보이질 않아 좀 더 넓은 공진 주파수 가변 특성을 얻을 수 있다.
넷째는 광대역 정합 방법이 간단하고 원리 또한 간단하여 응용이 쉽고 제품에 쉽게 적용이 가능하다는 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명이 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
본 발명에 의해서 선형성, 전력이득, 잡음 지수, 손실없는 입력 정합 등의 장점들을 가지고 있는 공통소스 및 소스 디제너레이션 구조의 저잡음 증폭기에 광대역 또는 다중 주파수 대역의 신호 처리를 위해 임피던스 정합 주파수를 가변할 수 있다.
따라서 본 발명에 의해서 차세대 무선 통신 시스템에서 보다 안정적으로 광대역 또는 다중 대역의 신호 처리를 수행할 수 있게 되었다.

Claims (11)

  1. 공통 소스 및 소스 디제너레이션 구조를 가지는 저잡음 증폭기에 있어서,
    일측이 신호를 입력받는 제1 입력단과 연결된 제1 인덕터;
    일측이 접지전압 공급단과 연결된 제2 인덕터;
    게이트가 상기 제1 인덕터의 타측과 연결되고, 소스가 상기 제2 인덕터의 타측과 연결되며, 상기 제1 입력단으로 입력되는 신호를 증폭하여 드레인으로 출력하는 제1 모스트랜지스터; 및
    넓은 가변 정합 주파수 대역을 갖도록 상기 제1 입력단에서의 입력임피던스를 선택적으로 가변하기 위하여 상기 제1 모스트랜지스터의 소스와 게이트 사이에 연결된 제1 가변 캐패시터
    를 구비하는 저잡음 증폭기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 가변 캐패시터는 제어신호에 연속적으로 캐패시턴스가 가변된 저잡음 증폭기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 가변 캐패시터는,
    제어신호에 응답하여 스위칭되는 병렬연결된 다수의 스위치; 및
    상기 다수의 스위치에 각각 대응하여 연결되는 다수의 단위 캐패시터
    를 구비하는 저잡음 증폭기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 가변 캐패시터의 가변범위는 상기 제1 입력단에 인가되는 집적 회로의 패드에 의해 발생하는 기생 캐패시턴스와, 패키지에 의해 생성되는 기생캐패시터의 합과 같거나 더 큰 범위로 가변된 저잡음 증폭기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 모스트랜지스터의 게이트단에 발생하는 기생 인덕턴스와 연동하여, 상기 제1 모스트랜지스터의 게이트단에 발생하는 기생 캐패시터와 공진되기 위해, 상기 제1 모스트랜지스터의 게이트단 접속되는 션트 인덕터를 더 구비한 저잡음 증폭기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 션트 인덕터는
    상기 제1 모스트랜지스터의 게이트단과 상기 접지전압 공급단 사이에 접속된 저잡음 증폭기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 션트 인덕터와 상기 접지전압 공급단 사이에 접속된 캐패시터를 더 구비한 저잡음 증폭기.
  8. 제 6 항에 있어서,
    차동입력신호를 입력받기 위해,
    일측이 상기 신호를 입력받는 제2 입력단에 일측이 연결된 제3 인덕터;
    일측이 접지전압 공급단에 접속된 제4 인덕터;
    게이트가 상기 제3 인덕터의 타측과 연결되고, 소스가 상기 제4 인덕터의 타측과 연결되며, 상기 제2 입력단으로 입력되는 신호를 증폭하여 드레인으로 출력하는 차동입력용 제2 모스트랜지스터; 및
    넓은 가변 정합 주파수 대역을 갖도록 상기 제2 입력단에서의 입력임피던스를 선택적으로 가변하기 위하여 상기 제2 모스트랜지스터의 소스와 게이트 사이에 연결된 차동입력용 제2 가변 캐패시터를 더 포함하되,
    상기 션트 인덕터는,
    상기 제1 모스트랜지스터의 게이트단과 상기 제2 모스트랜지스터의 게이트단 사이에 접속된 저잡음 증폭기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 모스트랜지스터의 게이트단에 발생하는 기생캐패시턴스 성분과 연동하여 상기 제1 모스트랜지스터의 게이트단에 인가되는 인덕턴스 성분과 공진되기 위해 상기 입력단에 접속되는 션트 캐패시터를 더 구비한 저잡음 증폭기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 션트 캐패시터는 상기 제1 입력단과, 상기 접지전압 공급단 사이에 접속된 저잡음 증폭기.
  11. 제 9 항에 있어서,
    차동입력신호를 입력받기 위해,
    일측이 상기 신호를 입력받는 제2 입력단에 일측이 연결된 제3 인덕터;
    일측이 접지전압 공급단에 접속된 제4 인덕터;
    게이트가 상기 제3 인덕터의 타측과 연결되고, 소스가 상기 제4 인덕터의 타측과 연결되며, 상기 제2 입력단으로 입력되는 신호를 증폭하여 드레인으로 출력하는 차동입력용 제2 모스트랜지스터; 및
    넓은 가변 정합 주파수 대역을 갖도록 상기 제2 입력단에서의 입력임피던스를 선택적으로 가변하기 위하여 상기 제2 모스트랜지스터의 소스와 게이트 사이에 연결된 차동입력용 제2 가변 캐패시터를 더 구비하되,
    상기 션트 캐패시터는 상기 제1 입력단과 상기 제2 입력단 사이에 접속된 저잡음 증폭기.
KR1020040109407A 2004-12-21 2004-12-21 광대역 가변 입력 매칭 저잡음 증폭기 KR100644273B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040109407A KR100644273B1 (ko) 2004-12-21 2004-12-21 광대역 가변 입력 매칭 저잡음 증폭기
US11/241,128 US7323939B2 (en) 2004-12-21 2005-09-29 Low noise amplifier for wideband tunable matching

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040109407A KR100644273B1 (ko) 2004-12-21 2004-12-21 광대역 가변 입력 매칭 저잡음 증폭기

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20060070796A KR20060070796A (ko) 2006-06-26
KR100644273B1 true KR100644273B1 (ko) 2006-11-10

Family

ID=36594926

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020040109407A KR100644273B1 (ko) 2004-12-21 2004-12-21 광대역 가변 입력 매칭 저잡음 증폭기

Country Status (2)

Country Link
US (1) US7323939B2 (ko)
KR (1) KR100644273B1 (ko)

Families Citing this family (57)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008512926A (ja) * 2004-09-10 2008-04-24 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 広い周波数帯域にわたって平坦な利得応答で調節可能なカスコードｌｎａ
US7889007B2 (en) 2005-08-02 2011-02-15 Qualcomm, Incorporated Differential amplifier with active post-distortion linearization
US7196573B1 (en) * 2006-02-02 2007-03-27 Agere Systems Inc. Systems and methods for creating complex poles
TWI327416B (en) * 2006-10-27 2010-07-11 Nat Univ Tsing Hua Cascode low noise amplifier with a source coupled active inductor
KR100829780B1 (ko) 2007-02-27 2008-05-16 삼성전자주식회사 3차 상호 변조 왜곡을 감소시킨 저잡음 증폭기 및 신호증폭 방법
US10826450B2 (en) * 2007-04-17 2020-11-03 HuWoMobility, Inc. Hybrid concurrent and switched dual-band low noise amplifier
KR100882103B1 (ko) * 2007-09-28 2009-02-06 삼성전기주식회사 수동 소자로 이루어진 다중대역 출력 임피던스 정합 회로,수동 소자로 이루어진 다중대역 입력 임피던스 정합 회로를갖는 증폭기 및 수동 소자로 이루어진 다중대역 입출력임피던스 정합 회로를 갖는 증폭기
KR100963816B1 (ko) * 2007-12-28 2010-06-16 (주)아이앤씨테크놀로지 공통 소스 구조를 이용한 협대역 다중 밴드 저잡음 증폭기
CN101494441B (zh) * 2008-01-24 2013-04-03 三星电子株式会社 宽带低噪声放大器
KR100952666B1 (ko) * 2008-02-01 2010-04-13 (주)에프씨아이 커패시터 피드백을 이용한 재구성 가능 저잡음 증폭기
KR100955822B1 (ko) * 2008-02-29 2010-05-06 인티그런트 테크놀로지즈(주) 선형성이 향상된 차동 증폭 회로
US8121186B2 (en) 2008-06-06 2012-02-21 Lsi Corporation Systems and methods for speculative signal equalization
JP5237443B2 (ja) * 2008-06-06 2013-07-17 エルエスアイ コーポレーション ラッチベースのアナログ−デジタル変換のためのシステム及び方法
KR20110033101A (ko) 2008-06-06 2011-03-30 엘에스아이 코포레이션 동기식 리타이밍된 아날로그 디지털 변환을 위한 시스템들 및 방법들
JP2010148057A (ja) * 2008-12-22 2010-07-01 Sharp Corp 電力増幅器、集積回路及び通信装置
US7863941B1 (en) 2009-02-04 2011-01-04 Altera Corporation Techniques for canceling offsets in differential circuits
US8574960B2 (en) 2010-02-03 2013-11-05 Stats Chippac, Ltd. Semiconductor device and method of forming cavity adjacent to sensitive region of semiconductor die using wafer-level underfill material
CN104796095B (zh) * 2010-03-09 2018-05-29 马维尔国际贸易有限公司 Ab类放大器
WO2011112720A1 (en) * 2010-03-09 2011-09-15 Marvell World Trade Ltd. Class ab amplifiers
CN101820251A (zh) * 2010-05-17 2010-09-01 北京大学 一种超低功耗低噪声放大器结构及其制备方法
US8193961B2 (en) 2010-09-23 2012-06-05 Lsi Corporation Systems and methods for enhancing analog to digital conversion resolution
US8378748B2 (en) 2011-05-19 2013-02-19 Renesas Mobile Corporation Amplifier
GB2486515B (en) 2011-09-02 2012-11-14 Renesas Mobile Corp Apparatus and method for low noise amplification
US8432217B2 (en) * 2011-05-19 2013-04-30 Renesas Mobile Corporation Amplifier
US8427239B2 (en) 2011-09-02 2013-04-23 Renesas Mobile Corporation Apparatus and method for low noise amplification
US8514021B2 (en) 2011-05-19 2013-08-20 Renesas Mobile Corporation Radio frequency integrated circuit
GB2481487B (en) 2011-05-19 2012-08-29 Renesas Mobile Corp Amplifier
US8294515B1 (en) * 2011-05-19 2012-10-23 Renesas Mobile Corporation Amplifier
KR101214761B1 (ko) * 2011-09-19 2013-01-09 삼성전기주식회사 다중대역 증폭기 및 다중대역 증폭방법
CN103066924A (zh) * 2011-10-20 2013-04-24 苏州微体电子科技有限公司 超宽带低噪声放大器
KR101387975B1 (ko) * 2012-12-21 2014-04-24 연세대학교 산학협력단 저잡음 증폭기
US9887552B2 (en) * 2013-03-14 2018-02-06 Analog Devices, Inc. Fine timing adjustment method
EP2869465B1 (en) * 2013-11-01 2016-05-25 Nxp B.V. RF amplifier
US9692368B2 (en) * 2014-09-09 2017-06-27 Qualcomm Incorporated Dual-band low noise amplifier
US9853614B2 (en) * 2014-12-04 2017-12-26 Qualcomm Incorporated Amplifier with triple-coupled inductors
JP6658162B2 (ja) * 2016-03-18 2020-03-04 三菱電機株式会社 電力増幅器
US11749893B2 (en) 2016-08-29 2023-09-05 Silicon Laboratories Inc. Apparatus for antenna impedance-matching and associated methods
US11894622B2 (en) 2016-08-29 2024-02-06 Silicon Laboratories Inc. Antenna structure with double-slotted loop and associated methods
US11764749B2 (en) 2016-08-29 2023-09-19 Silicon Laboratories Inc. Apparatus with partitioned radio frequency antenna and matching network and associated methods
US11769949B2 (en) 2016-08-29 2023-09-26 Silicon Laboratories Inc. Apparatus with partitioned radio frequency antenna and matching network and associated methods
US11764473B2 (en) 2016-08-29 2023-09-19 Silicon Laboratories Inc. Apparatus with partitioned radio frequency antenna and matching network and associated methods
JP6853361B2 (ja) * 2016-08-30 2021-03-31 スカイワークス ソリューションズ, インコーポレイテッドSkyworks Solutions, Inc. プログラム可能位相利得段を有する低雑音増幅器
US10284160B2 (en) * 2016-08-31 2019-05-07 Skyworks Solutions, Inc. Amplifier with improved return loss and mismatch over gain modes
US9941849B1 (en) 2017-02-10 2018-04-10 Psemi Corporation Programmable optimized band switching LNA for operation in multiple narrow-band frequency ranges
US10038418B1 (en) 2017-04-04 2018-07-31 Psemi Corporation Optimized multi gain LNA enabling low current and high linearity including highly linear active bypass
US11881828B2 (en) 2017-04-04 2024-01-23 Psemi Corporation Tunable effective inductance for multi-gain LNA with inductive source degeneration
CN107147366B (zh) * 2017-06-12 2023-08-29 广州慧智微电子股份有限公司 一种射频功率放大器的温度补偿电路
US11894826B2 (en) 2017-12-18 2024-02-06 Silicon Laboratories Inc. Radio-frequency apparatus with multi-band balun and associated methods
US11894621B2 (en) 2017-12-18 2024-02-06 Silicon Laboratories Inc. Radio-frequency apparatus with multi-band balun with improved performance and associated methods
US11750167B2 (en) 2017-11-27 2023-09-05 Silicon Laboratories Inc. Apparatus for radio-frequency matching networks and associated methods
US11916514B2 (en) 2017-11-27 2024-02-27 Silicon Laboratories Inc. Radio-frequency apparatus with multi-band wideband balun and associated methods
US10320350B1 (en) * 2018-03-27 2019-06-11 Infineon Technologies Ag System and method for bypassing a low noise amplifier
CN111277230B (zh) * 2020-03-12 2023-10-20 上海华虹宏力半导体制造有限公司 多频低噪声放大器
KR102602350B1 (ko) * 2020-05-12 2023-11-17 한국전자통신연구원 구동 증폭 장치
CN112436809B (zh) * 2020-12-10 2024-06-18 富满微电子集团股份有限公司 低噪声放大器、低噪声放大电路与电子设备
US11862872B2 (en) 2021-09-30 2024-01-02 Silicon Laboratories Inc. Apparatus for antenna optimization and associated methods
CN115296620B (zh) * 2022-09-29 2022-12-30 深圳飞骧科技股份有限公司 多频段可调增益的低噪声放大器

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05308229A (ja) 1992-04-30 1993-11-19 Sharp Corp マイクロ波低雑音増幅回路
JPH0766659A (ja) 1993-08-23 1995-03-10 Mitsubishi Electric Corp マイクロ波増幅器
JPH10173453A (ja) * 1996-12-09 1998-06-26 Sony Corp 高周波可変利得増幅装置および無線通信装置
US6535075B2 (en) * 1999-12-16 2003-03-18 International Business Machines Corporation Tunable on-chip capacity
CA2361298C (en) * 2000-11-08 2004-10-12 Research In Motion Limited Impedance matching low noise amplifier having a bypass switch
TW535353B (en) * 2002-06-20 2003-06-01 Faraday Tech Corp High frequency amplifier
US7154330B2 (en) * 2004-05-12 2006-12-26 Avago Technologies Fiber Ip (Singapore) Pte. Ltd. Stability compensation for adjustable gain amplifier

Also Published As

Publication number Publication date
KR20060070796A (ko) 2006-06-26
US7323939B2 (en) 2008-01-29
US20060132242A1 (en) 2006-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100644273B1 (ko) 광대역 가변 입력 매칭 저잡음 증폭기
CN108768312B (zh) 利用可调电感和改善功率放大器线性度的电路结构及方法
Nikandish et al. The (R) evolution of distributed amplifiers: From vacuum tubes to modern CMOS and GaN ICs
JP5512731B2 (ja) ２段のマイクロ波のｅ級電力増幅器
US8427240B2 (en) Low-noise amplifier with gain enhancement
US8368483B2 (en) Multiband matching circuit and multiband power amplifier
US20040145416A1 (en) High linearity doherty communication amplifier with integrated output matching unit
KR100988460B1 (ko) 광대역 저잡음 증폭기
Reja et al. An area-efficient multistage 3.0-to 8.5-GHz CMOS UWB LNA using tunable active inductors
EP2869465A1 (en) RF amplifier
KR100789918B1 (ko) 광대역 저잡음 증폭기의 입력 매칭 회로
Datta et al. Fully concurrent dual-band LNA operating in 900 MHz/2.4 GHz bands for multi-standard wireless receiver with sub-2dB noise figure
JP2014175675A (ja) 高周波増幅回路、無線通信装置、及び高周波増幅回路の制御方法
US9306511B2 (en) Power amplifier and distributed filter
Shailesh et al. A state-of-the art review on distributed amplifiers
Nguyen et al. A 35–37 GHz MMIC GaN low noise amplifier
US20110148526A1 (en) Low noise amplifier with variable frequency response
Amirabadi et al. Highly linear wide-band differential LNA using active feedback as post distortion
CN116248056A (zh) 低噪声放大器及射频接收机
JP5161856B2 (ja) バイアス回路
JPWO2019215849A1 (ja) 分布型増幅器
Wu et al. A 68-GHz loss compensated distributed amplifier using frequency interleaved technique in 65-nm CMOS technology
CN110798152B (zh) 一种低噪声放大器
CN112583371A (zh) 一种基于lc谐振负载的宽频带共源共栅极低噪声放大器
US20090309660A1 (en) Device for amplifying a broadband rf signal

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20111028

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20121031

Year of fee payment: 7

LAPS Lapse due to unpaid annual fee