KR100664047B1

KR100664047B1 - 저잡음 증폭기

Info

Publication number: KR100664047B1
Application number: KR1020060006536A
Authority: KR
Inventors: 김진필
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2006-01-20
Filing date: 2006-01-20
Publication date: 2007-01-03

Abstract

본 발명은 커런트 미러 구조의 저잡음 증폭기에서 선형성과 잡음지수 특성을 동시에 향상시키는 기술에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 커런트 미러 구조로 결합된 한 쌍의 피모스 트랜지스터와; 상기 입력단 피모스 트랜지스터에 연결된 커몬 게이트 구조의 엔모스 트랜지스터와; 입력단과 출력단 사이에 연결되어, 출력단 로드의 전류를 제어하여 그 로드에 걸리는 직류전압이 일정하게 되도록 하는 피드 포워드 패스부에 의해 달성된다.

Description

저잡음 증폭기{LOW NOISE AMPLIFIER}

도 1은 종래 기술에 의한 커몬 게이트 구조의 저잡음 증폭기의 회로도.

도 2는 종래 기술에 의한 커런트 미러 구조의 저잡음 증폭기의 회로도.

도 3은 본 발명에 의한 저잡음 증폭기의 블록도.

도 4는 도 3에서 피드 포워드 패스부의 상세 회로도.

도 5의 (a)-(c)는 본 발명에 의한 게인, 잡음지수, 선형성 특성의 비교 그래프.

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***

31 : 피드 포워드 패스부 31A : 피드 포워드 패스

본 발명은 저잡음 증폭기에서 선형성과 잡음지수를 개선하는 기술에 관한 것으로, 특히 커런트 미러 구조의 증폭기에서 선형성과 잡음지수 특성을 동시에 향상시킬 수 있도록 한 저잡음 증폭기에 관한 것이다.

최근 들어 무선통신용 수신기(Receiver)를 설계함에 있어서 대기중에 존재하는 수많은 고주파 성분들 중 원하는 신호에 근접한 신호들이 증폭기를 거치면서 원하는 신호에 영향을 미치는 것을 줄이기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.

이와 같이 고주파 성분들 중 원하는 신호에 근접한 신호들이 증폭기를 거치면서 원하는 신호에 영향을 미치는 것을 줄이기 위해서는 비록 미약한 신호 성분일지라도 잡음지수(NF: Noise Figure) 뿐만 아니라 선형성(Linearity)도 우수해야 한다.

도 1은 종래 기술에 의한 커몬 게이트 구조의 저잡음 증폭기의 회로도로서 이에 도시한 바와 같이, 전원단자(V_CC)가 부하(Z_load)를 통해 출력단자(V_out)에 접속되고, 그 접속점이 커몬 게이트 구조의 엔모스 트랜지스터(NM11) 및 코일(L_S)을 통해 접지단자에 접속되며, 입력단자(V_in)가 콘덴서(C11)를 통해 상기 엔모스 트랜지스터(NM11)의 소오스와 코일(L_S)의 접속점에 접속된 구조로 구성되었다.

이와 같은 커몬 게이트 구조의 저잡음 증폭기는 광대역으로 입력 매칭을 할 수 있으며, 커몬 소오스 구조에 비해 선형성이 우수한 특징이 있다.

한편, 도 2는 종래 기술에 의한 커런트 미러 구조의 저잡음 증폭기를 나타낸 것이다. 이와 같은 구조의 저잡음 증폭기는 커런트를 증폭하여 두 피모스 트랜지스터(PM21),(PM22)간의 커런트 비율(1:K)로 이득을 제어할 수 있도록 하고 있다. 이와 같은 구조에서는 전압에 의해 발생될 수 있는 헤드룸(headroom) 문제가 해결되어 선형성이 개선된다.

그러나, 이와 같은 종래의 저잡음 증폭기에 있어서는 선형성 및 잡음지수 특성이 사용자들이 요구하는 수준만큼 뛰어나지 않아 수신 단말기에서 비교적 미세한 수신신호를 제대로 수신하는데 어려움이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 커런트 미러 구조의 증폭기에 피드 포워드 패스를 추가하여 선형성과 잡음지수 특성을 동시에 향상시킬 수 있도록 하는 저잡음 증폭기를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 커런트 미러 구조로 결합된 한 쌍의 피모스 트랜지스터와; 상기 입력단 피모스 트랜지스터에 연결된 커몬 게이트 구조의 엔모스 트랜지스터와; 입력단과 출력단 사이에 연결되어, 출력단 로드의 전류를 제어하여 그 로드에 걸리는 직류전압이 일정하게 되도록 하는 피드 포워드 패스부로 구성함을 특징으로 한다.

본 발명의 제1특징은 저잡음 증폭기에서 커몬 게이트 구조를 이용하여 선형성을 향상시키는 것이다.

본 발명의 제2특징은 저잡음 증폭기에서 커몬 게이트 구조를 이용하여 광대역으로 입력 매칭을 하는 것이다.

본 발명의 제3특징은 저잡음 증폭기에서 커런트 미러 구조를 이용하여 전류 이득을 제어하는 것이다.

본 발명의 제4특징은 제3특징을 이용하여 전압 헤드룸 문제를 해결하는 것이다.

본 발명의 제5특징은 출력단 로드의 전류를 제어하여 로드에 걸리는 직류전압을 일정하게 하는 것이다.

본 발명의 제6특징은 피드 포워드 패스를 이용하여 출력단의 노이즈는 제거하고 미약한 신호까지 수신할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 제7특징은 피드 포워드 패스를 이용하여 하모닉 텀(harmonic term)을 제거하여 선형성을 향상시키는 것이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 의한 저잡음 증폭기의 회로도로서 이에 도시한 바와 같이, 커런트 미러 구조로 결합된 피모스 트랜지스터(PM31),(PM32)와; 상기 피모스 트랜지스터(PM31)와 접지단자 사이에 직렬 접속된 커몬 게이트 구조의 엔모스 트랜지스터(NM31) 및 코일(Ls)과; 입력단측과 출력단측 사이에 연결되어, 출력단 로드의 전류를 제어하여 그 로드에 걸리는 직류전압이 일정하게 되도록 하는 피드 포워드 패스부(31)로 구성한 것으로, 이와 같이 구성한 본 발명의 작용을 첨부한 도 4 및 도 5를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 저잡음 증폭기는 도 3에서와 같이 기본적으로 커런트 미러의 구조를 취하여 커런트 미러의 특징을 가지도록 하였다.

즉, 피모스 트랜지스터(PM31),(PM32)가 커런트 미러로 동작하도록 설계하고, 이들의 사이즈 비율에 의해 커런트 게인이 결정되도록 하였다. 따라서, 상기 피모스 트랜지스터(PM21),(PM22)간의 커런트 비율(1:K)로 이득을 제어할 수 있다.

이와 같이 본 발명에 의한 저잡음 증폭기는 전류를 증폭하는 구조이므로 헤드룸 문제에 의한 선형성 제약을 개선할 수 있게 된다.

또한, 입력단의 엔모스 트랜지스터(NM31)는 커몬 게이트 구조로 설계하였으므로, 광대역으로 입력 매칭이 가능하고 커몬 소오스 구조에 비해 선형성이 우수하 다.

한편, 본 발명에서는 도 3에서와 같이 커런트 미러 구조의 잡음 증폭기에 커몬 소오스 구조의 피드 포워드 패스부(31)를 추가하였다. 즉, 커몬 소오스 구조의 엔모스 트랜지스터(NM31)의 소오스측에 연결된 입력단자(V_in)측과 출력단자(V_out)의 사이에 피드 포워드 패스(31A)를 접속하고, 그 접속점을 전류원(I_dc)에 접속하였다.

상기 피드 포워드 패스부(31)의 구현예를 도 4에 나타내었다. 즉, 상기 커몬 소오스 구조의 엔모스 트랜지스터(NM31)의 소오스측에 연결된 입력단자(V_in)측을 고주파신호 입력경로를 형성하는 콘덴서(C_path) 및 저항(R_b)을 통해 출력단의 전류원으로 사용된 엔모스 트랜지스터(NM32)의 게이트에 접속한 구조로 설계하였다.

따라서, 상기 입력단자(V_in)를 통해 입력되는 신호가 커런트 미러 구조를 통해 증폭되어 출력단자(V_out)로 출력되고, 이때, 그 입력신호가 피드 포워드 패스(31A)를 형성하는 콘덴서(C_path) 및 저항(R_b)을 통해 엔모스 트랜지스터(NM32)의 게이트에 전달된다.

여기서, 상기 콘덴서(C_path) 및 저항(R_b)의 값을 적절히 조절함으로써, 원하는 주파수 영역의 피드 포워드 패스(31A)를 형성할 수 있다. 또한, 상기 엔모스 트랜지스터(NM32)는 출력단의 커런트를 제어하는 역할을 수행한다.

결국, 상기 피드 포워드 패스부(31)는 출력단 로드(Z_load)의 전류를 제어하여 그 로드(Z_load)에 걸리는 직류전압을 일정하게 하는 역할을 수행한다. 이와 함께, 상기 피드 포워드 패스부(31)는 입력신호에 대해서는 증폭하고 노이즈 성분에 대해서는 감쇠시키는 역할을 수행하므로 미약한 신호까지 수신할 수 있게 된다.

도 5의 (a)-(c)는 본 발명에 의해 이득(Gain), 잡음지수(NF), 선형성 특성이 종래에 비하여 개선된 예를 그래프로 표현한 것이다. 즉, 도 5의 (a)는 이득 특성이 개선되었음을 나타낸 그래프이고, 도 5의 (b)는 잡음지수 특성이 개선되었음을 나타낸 그래프이며, 도 5의 (c)는 선형성 특성이 개선되었음을 나타낸 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 커런트 미러 구조의 저잡음 증폭기에 피드 포워드 패스부를 추가함으로써, 저잡음 증폭기의 이득, 잡음지수, 선형성 특성이 개선되고, 이에 의해 수많은 인접 채널의 강한 신호들과 동시에 수신되는 아주 미약한 신호까지 제대로 수신할 수 있는 효과가 있다.

Claims

커런트 미러 구조로 결합된 한 쌍의 피모스 트랜지스터 및, 입력단 피모스 트랜지스터에 연결된 커몬 게이트 구조의 엔모스 트랜지스터와;

입력단과 출력단 사이에 연결되어, 출력단 로드의 전류를 제어하여 그 로드에 걸리는 직류전압이 일정하게 되도록 하는 피드 포워드 패스부를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 저잡음 증폭기.
제1항에 있어서, 피드 포워드 패스부는

입력단과 출력단 사이에 접속된 피드 포워드 패스와;

출력단에 접속된 전류원으로 구성된 것을 특징으로 하는 저잡음 증폭기.
제2항에 있어서, 피드 포워드 패스는

커몬 게이트 구조의 엔모스 트랜지스터의 소오스 및 입력단의 접속점과 출력단 사이에 접속된 콘덴서와;

상기 콘덴서의 일측과 전원단자(V_b2) 사이에 접속된 저항으로 구성된 것을 특징으로 하는 저잡음 증폭기.
제2항에 있어서, 전류원은 드레인과 소오스가 출력단과 접지단에 각기 접속되 고, 게이트가 상기 피드 포워드 패스에 접속된 엔모스 트랜지스터로 구성된 것을 특징으로 하는 저잡음 증폭기.