KR100651545B1 - 이동통신 시스템의 저잡음 증폭장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

무선단말 수신기의 저잡음 증폭장치가, 입력신호를 정합하는 입력정합기와, 공통 소오스-공통 게이트 구조를 갖는 제1 및 제2트랜지스터들을 구비하며 입력정합기에서 출력되는 신호를 저잡음으로 증폭하는 증폭기와, 제2트랜지스터의 출력단과 제1트랜지스터의 입력단 사이에 연결되는 부궤환기와, 증폭기의 출력을 정합하는 출력정합기로 구성된다.
LNA, 수신기, RF수신기

Description

이동통신 시스템의 저잡음 증폭장치 및 방법{LOW NOISE AMPLIFIER APPARATUS AND METHOD IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이동통신 시스템의 저잡음 증폭장치 구성을 도시하는 도면
본 발명은 무선통신시스템의 수신장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 단말기 수신기의 저잡음 증폭장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 이동통신 시스템의 수신기는 첫단 증폭기로 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier)를 사용한다. 상기 수신기의 저잡음 증폭기는 안테나를 통해 수신되는 미약한 신호를 저잡음으로 증폭하는 기능을 수행한다. 그러나 일반적으로 상기 저잡음 증폭기는 NFmin(Minimum Noise Figure) 점과 입력전력 이득 정합(input power gain matching) 점을 동시에 만족시키기 어렵다. 따라서 단말기의 수신기에 사용되는 저잡음 증폭기에서 입력되는 전력이득의 정합점과 NFmin 점을 동시에 만족시키기 위해서는 새로운 설계 기법이 필요하게 되었다. 또한 상기 단말기의 송신기에서 큰 송신 전력을 사용하는 경우, 듀플렉서(duplexer)의 송신 및 수신의 아이솔레이션(isolation: 대략 45-50dB) 한계에 의하여 다이내믹 범위(dynamic range)를 넓히는 것이 점점 중요한 문제로 대두되고 있다.
따라서 본 발명의 목적은 이동통신 시스템의 단말기에서 공통 소스-공통 게이트 방식 및 궤환 방식을 사용하여 NFmin 과 입력 전력 이득의 정합을 수행할 수 있는 저잡음 증폭장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 이동통신 시스템의 단말기에서 공통 소스-공통 게이트 방식 및 부궤환 방식을 사용하여 다이내믹 렌지를 넓힐 수 있는 저잡음 증폭장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 저잡음 증폭장치는, 입력신호를 정합하는 입력정합기와, 공통 소오스-공통 게이트 구조를 갖는 제1 및 제2트랜지스터들을 구비하며 상기 입력정합기에서 출력되는 신호를 저잡음으로 증폭하는 증폭기와, 상기 제2트랜지스터의 출력단과 상기 제1트랜지스터의 입력단 사이에 연결되는 부궤환기와, 상기 증폭기의 출력을 정합하는 출력정합기로 구성된 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명을 첨부되는 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
단말기의 수신장치에서 저잡음 증폭기는 NFmin과 입력 전력 이득의 정합점을 동시에 만족시키는 것이 매우 중요하다. 이를 위하여 본 발명의 실시예에서는 저잡음 증폭기 구현시 공통 소오스(common source: CS)-공통 게이트(common gate: CG) 방식으로 트랜지스터들을 구성하고, 또한 궤환 방식을 사용하여 NFmin과 입력전력 이득 정합을 동시에 만족시킨다. 또한 상기 CS-CG 방식과 부궤환(negative feedback)을 이용하여 다이내믹 렌지를 넓게한다. 이는 저잡음 증폭기의 트랜지스터들에서 이미터 전극(emitter electrode)와 컬렉터 전극(collector eletrode) 사이에 존재하는 캐패시턴스(capacitance)가 영향을 적게 미치는 토폴로지(topology)를 사용하므로써 고주파 특성을 양호하게 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 저잡음 증폭기의 구성을 도시하는 도면이다.
상기 도 1을 참조하면, 입력정합기11은 수신되는 신호의 입력 정합 기능을 수행한다. 제1트랜지스터13은 게이트 전극이 상기 입력정합기의 출력단에 연결되고, 소오스 전극이 접지단에 연결된다. 제2트랜지스터15는 게이트 전극이 접지단에 연결되고, 드레인 전극이 상기 제1트랜지스터13의 드레인 전극에 연결된다. 궤환기17은 상기 제2트랜지스터15의 소오스 전극과 제1트랜지스터의 게이트 전극 사이에 연결되어 상기 제2트랜지스터13의 출력을 부궤환시켜 상기 제1트랜지스터의 게이트 전극에 인가한다. 출력정합기19는 상기 제2트랜지스터15의 소오스 전극에서 출력되는 신호를 정합하는 기능을 수행한다.
상기 도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 저잡음 증폭기의 동작을 살펴보면, 상기 제1트랜지스터13 및 제2트랜지스터15의 구조는 CS-CG 구조를 갖는다. 상기 CS-CG 구조는 고주파 특성을 개선시키고 전체적인 이득을 향상시킨다. 이는 상기 입력 정합기11을 통하는 수신신호를 증폭할 시 소오스 전극과 드레인 전극 사이에 존재하는 캐패시턴스를 줄일 수 있기 때문이다. 상기 제1트랜지스터13에서 보는 출력 측의 임피던스는 작고 게이트 전극이 접지단에 연결되어 있다. 상기 게이트 전극이 접지단에 연결되어 있기 때문에 고주파의 특성을 제한시키는 RC 시정수(time constant)가 작아져 주파수의 이득(예를들면 3dB 정도)을 높일 수 있다. 반면에 제2트랜지스터15는 높은 이득을 얻게된다. 상기와 같은 CS-CG 구조의 특성을 이용하면 넓은 범위에서 선형성을 얻을 수 있으며, 또한 이득을 높일 수 있게 되는 것이다.
또한 상기 궤환기17은 저항을 사용할 수 있다. 따라서 상기 저항을 위한 궤환기17은 저잡음 증폭기의 전체적인 증폭특성을 안정화시킨다. 이는 상기 궤환기17의 저항은 이득을 줄이면서 입력 전력 이득 정합 점과 NFmin 점을 근접시키므로써, 저잡음 증폭기의 문제점을 해결하게 된다. 저잡음 증폭기에서 중요한 특성을 좌우하는 Zopt(Optimum impedance) 점과 입력 전력 이득 정합점을 근접시키기 위해서는 상기 궤환기17을 이용하여 임피던스를 부궤환시킨다. 상기 궤환기17을 사용하면 안정성(stability)와 파라미터 가변(parameter variation) 관점에서 이점을 갖을 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 저잡음 증폭기는 크게 4개의 블록을 구비하며, 각각의 블록은 입력 정합기11, CS-CG 구조를 갖는 제1 및 제2트랜지스터13 및 15, 궤환기17 및 출력정합기19로 구성된다. 여기서 상기 CS-CG 구조는 상기한 바와 같이 저잡음 증폭기의 고주파 특성을 개선한다. 그리고 상기 궤환기17은 상기 제2트랜지스터15의 출력을 제1트랜지스터13에 부궤환시키므로써, NFmin 점과 입력 전력 이득 정합 임피던스를 한곳으로 모으는 동작을 수행한다. 상기와 같은 CS-CG 블록 및 궤환기 블록을 이용하므로써, 저잡음 증폭기의 정합을 용이하게 할 수 있으며, 또한 다이내믹 렌지를 증가시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 단말기 수신기의 저잡음 증폭기 구현시 NFmin 점과 입력전력 이득 정합을 동시에 만족시킬 수 있어, 수신기의 첫단 증폭기의 정합을 용이하게 할 수 있으며, 또한 궤환 기능을 구비하여 다이내믹 렌지를 높일 수 있는 이점이 있다.

Claims (2)

  1. 무선단말 수신기의 저잡음 증폭장치에 있어서,
    입력신호를 정합하는 입력정합기와,
    공통 소오스-공통 게이트 구조를 갖는 제1 및 제2트랜지스터들을 구비하며, 상기 입력정합기에서 출력되는 신호를 저잡음으로 증폭하는 증폭기와,
    상기 제2트랜지스터의 출력단과 상기 제1트랜지스터의 입력단 사이에 연결되어 입력 전력 이득 정합점과 NFmin(Minimum Noise Figure)점을 근접시키는 부궤환기와,
    상기 증폭기의 출력을 정합하는 출력정합기로 구성되는 수신기의 저잡음 증폭장치.
  2. 무선단말 수신기의 저잡음 증폭방법에 있어서,
    입력신호를 정합하는 과정과,
    공통 소오스-공통 게이트 구조를 갖는 제1 및 제2트랜지스터들을 이용하여 상기 정합된 신호를 저잡음으로 증폭하는 과정과,
    상기 제2트랜지스터로부터 출력되는 증폭된 신호를 상기 제1트랜지스터로 궤환시켜 입력 전력 이득 정합점과 NFmin(Minimum Noise Figure)점을 근접시키는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 수신기의 저잡음 증폭방법.
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