KR100818475B1 - 감도특성 개선을 위한 저잡음증폭기 - Google Patents

Abstract

본 발명은, RF 수신기에서, 수신 신호의 레벨에 따라 바이어스 전압을 스위칭시켜 약전계 RF 신호를 증폭하고 강전계 RF 신호를 감쇠하도록 함으로써, 강전계에서의 RF 신호의 수신감도를 향상시킬 수 있는 저잡음증폭기에 관한 것으로,

본 발명의 일실시예에 따른 저잡음증폭기는, 수신신호의 레벨에 따라 동작전원(Vcc)을 온 또는 오프하는 스위치(100); 및 증폭 트랜지스터(Q) 및 그 바이어스 회로를 포함하여, 상기 스위치(100)의 온동작에 따라 상기 동작전원(Vcc)이 공급되면 정상 바이어스가 형성되어 입력신호(Sin)를 증폭하며, 상기 스위치(100)에 의해 상기 동작전원(Vcc)이 차단되면 상기 바이어스 회로의 일부를 통해 상기 입력신호(Sin)를 설정 레벨만큼 감쇄하는 저잡음 증폭회로(300)를 구비한다.

RF 수신기, 저잡음증폭기, LNA(Low Noise Amplifier), 강전계, 증폭, 약전계, 감쇄

Description

감도특성 개선을 위한 저잡음증폭기{LOW NOISE AMPLIFIER WITH IMPROVED SENSITIVITY}

도 1은 종래기술에 따른 저잡음증폭기의 회로 구성도.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 저잡음증폭기의 회로 구성도.

도 3은 도 2의 저잡음증폭기의 삽입손실 특성을 보이는 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 스위치 300 : 저잡음 증폭회로

310 : 제1 바이어스 회로부 320 : 제2 바이어스 회로부

330 : 제3 바이어스 회로부 IN : 입력단

OUT : 출력단 Vcc : 동작전원

VT : 동작전원단 Q : 증폭 트랜지스터

Sin : 입력신호 Cin : 입력 커플링 커패시터

R31 : 제1 저항 R32 : 제2 저항

C31 : 커패시터

본 발명은 RF 수신기에 적용되는 저잡음증폭기에 관한 것으로, 특히 RF 수신기에서, 수신 신호의 레벨에 따라 바이어스 전압을 스위칭시켜 약전계 RF 신호를 증폭하고 강전계 RF 신호를 감쇠하도록 함으로써, 강전계에서의 RF 신호의 수신감도를 향상시킬 수 있는 저잡음증폭기에 관한 것이다.

일반적으로, 텔레비전 방송을 수신하는 텔레비전 세트나 방송 수신용 셋탑박스(Set-Top-Box)는 수신 전계의 강약에 관계없이 항상 일정한 레벨의 RF 신호를 수신하여야 양호한 화질을 보장할 수 있으며, 이를 위해서는 전계강도에 따라, 즉 RF 신호의 수신레벨에 따라 RF 신호를 증폭하는 저잡음증폭기가 요구되며, 이러한 저잡음증폭기에 대해서는 도 1을 참조하여 설명한다.

도 1은 종래기술에 따른 저잡음증폭기의 회로 구성도이다.

도 1에 도시된 종래기술에 따른 저잡음증폭기는, 입력단(IN)을 통해 입력되는 노이즈를 제거하는 필터부(10)와, 상기 입력단(IN)에 스위칭 신호에 따라 저잡음 증폭 경로 또는 바이패스 경로를 연결하는 스위치 회로(20)와, 상기 스위치 회로(20)에 의해 연결되는 증폭 경로에 형성되어, 상기 스위치 회로(20)를 통한 RF 신호를 증폭하는 저잡음 증폭 회로부(10)와, RF 신호의 수신 레벨에 따라 제공되는 스위칭 전압(Vsw1,Vsw2)에 따라 제1 및 제2 스위칭 신호(Ssw1,Ssw2)를 생성하여 상 기 스위치 회로(20)에 공급하는 스위칭 조절부(30)를 포함한다.

상기 필터부(10)는 커패시터, 인덕터 및 다이오드 등의 복수의 소자로 이루어진다.

상기 스위치 회로(20)는, 상기 제1 스위칭 신호(Ssw1)에 따라 턴온되어, 상기 입력단(IN)에 상기 증폭 경로를 연결하기 위한 제1 및 제1 다이오드(D1,D2)와, 상기 제2 스위칭 신호(Ssw2)에 따라 턴온되어, 상기 입력단(IN)에 바이패스 경로를 연결하기 위한 제3 및 제4 다이오드(D3,D4)를 포함한다.

상기 저잡음 증폭 회로(30)는 증폭 트랜지스터(Q10)와 그 바이어스 소자들로 이루어진다.

상기 스위칭 조절부(30)는, 제1 스위칭 전압(Vsw1)에 따라 턴온 또는 턴오프되는 제1 트랜지스터(Q1)로 이루어진 제1 스위치(SW)와, 상기 제1 스위치(SW)의 온/오프에 따라 온/오프되는 제2 트랜지스터(Q2)를 포함하여, 상기 제1 및 제2 다이오드(D1,D2)를 턴온 또는 턴오프를 위한 제1 스위칭 신호(Ssw1)를 공급하는 제2 스위치(SW2)와, 상기 제1 스위치(SW)의 온/오프에 따라 온/오프되는 제3 트랜지스터(Q3)를 포함하는 제3 스위치(SW3)와, 상기 제3 스위치(SW3)의 온/오프에 따라 오프/온되는 제4 트랜지스터(Q4)를 포함하여, 상기 제3 및 제4 다이오드(D3,D4)를 턴온 또는 턴오프를 위한 제2 스위칭 신호(Ssw2)를 공급하는 제4 스위치(SW4)를 포함한다.

이때, 상기 증폭경로는 약전계의 RF 수신신호일 경우에 입력단에 연결되고, 상기 바이패스 경로는 강전계의 RF 수신신호일 경우에 입력단에 연결된다.

이와같이, 종래의 저잡음증폭기는 증폭경로 및 바이패스 경로를 선택적으로 입력단에 연결하기 위해서 4개의 다이오드를 사용하고, 상기 4개의 다이오드를 스위칭하기 위한 제1 및 제2 스위칭 신호를 생성하기 위해 복수의 트랜지스터(Q1~Q4)를 포함하므로, 저잡음증폭기에 포함되므로 능동소자의 수가 많으므로 회로 구성이 복잡해지는 문제점이 있다.

뿐만 아니라, 강전계에서 입력단에 연결되는 바이패스 경로는 RF 신호를 바이패스 하므로, 강전계에서 입력되는 RF 신호를 감쇄없이 출력단(OUT)으로 전달하며, 강한 강전계에서의 RF 신호의 레벨이 너무 높아 왜곡되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 그 목적은, RF 수신기에서, 수신 신호의 레벨에 따라 바이어스 전압을 스위칭시켜 약전계 RF 신호를 증폭하고 강전계 RF 신호를 감쇠하도록 함으로써, 강전계에서의 RF 신호의 수신감도를 향상시킬 수 있는 저잡음증폭기를 제공하는데 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일실시예에 따른 저잡음증폭기는, 수신신호의 레벨에 따라 동작전원을 온 또는 오프하는 스위치; 및 증폭 트랜지스터 및 그 바이어스 회로를 포함하여, 상기 스위치의 온동작에 따라 상 기 동작전원이 공급되면 정상 바이어스가 형성되어 입력신호를 증폭하며, 상기 스위치에 의해 상기 동작전원이 차단되면 상기 바이어스 회로의 일부를 통해 상기 입력신호를 설정 레벨만큼 감쇄하는 저잡음 증폭회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 저잡음증폭기는, 상기 입력신호에 포함된 잡음을 제거하는 잡음 제거 필터를 더 포함한다.

상기 증폭 트랜지스터는, 상기 스위치의 동작전원단에 연결된 컬렉터단과, 입력 커플링 커패시터를 통해 입력단에 연결된 베이스단을 포함한다.

상기 저잡음 증폭회로는, 상기 증폭 트랜지스터의 컬렉터단과 베이스단 사이에 연결된 적어도 하나의 바이어스 소자를 포함하고, 상기 동작전원 차단시 상기 증폭 트랜지스터의 베이스단에 연결된 상기 입력단에서 상기 증폭 트랜지스터의 컬렉터단에 연결된 출력단까지의 신호 전달 경로를 제공하는 제1 바이어스 회로부; 상기 증폭 트랜지스터의 베이스단과 접지 사이에 연결된 적어도 하나의 바이어스 소자를 포함하는 제2 바이어스 회로부; 및 상기 증폭 트랜지스터의 에미터단과 접지 사이에 연결된 적어도 하나의 바이어스 소자를 포함하는 제3 바이어스 회로부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 바이어스 회로부는, 상기 증폭 트랜지스터의 컬렉터단에 연결된 일단을 갖는 제1 저항; 상기 제1 저항의 타단에 연결된 일단과, 상기 증폭 트랜지스터의 베이스단에 연결된 타단을 갖는 제2 저항; 및 상기 제1 저항에 병렬로 연결된 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은 설명되는 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상에 대한 이해를 돕기 위해서 사용된다. 본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 저잡음증폭기의 회로 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 저잡음증폭기는, 스위치(100)와, 잡음 제거 필터(200) 및 저잡음 증폭회로(300)를 포함한다.

상기 스위치(100)는, 수신신호의 레벨(SLV)에 따라 온 또는 오프되며, 온되는 경우에는 동작전원(Vcc)을 공급하고, 오프되는 경우에는 상기 동작전원(Vcc)을 차단한다.

상기 잡음 제거 필터(200)는, 커패시터(C21)와 인덕터(L21)를 포함하여 저역통과필터로 이루어져, 상기 입력신호(Sin)에 포함된 잡음을 제거한다.

상기 저잡음 증폭회로(300)는, 증폭 트랜지스터(Q) 및 그 바이어스 회로를 포함하여, 상기 스위치(100)의 온동작에 따라 상기 동작전원(Vcc)이 공급되면 정상 바이어스가 형성되어 입력신호(Sin)를 증폭하며, 상기 스위치(100)에 의해 상기 동작전원(Vcc)이 차단되면 상기 바이어스 회로의 일부를 통해 상기 입력신호(Sin)를 설정 레벨만큼 감쇄한다.

상기 증폭 트랜지스터(Q)는, 상기 스위치(100)의 동작전원단(VT)에 연결된 컬렉터단과, 입력 커플링 커패시터(Cin)를 통해 입력단(IN)에 연결된 베이스단을 포함한다.

상기 저잡음 증폭회로(300)는, 상기 증폭 트랜지스터(Q)의 컬렉터단과 베이스단 사이에 연결된 적어도 하나의 바이어스 소자를 포함하고, 상기 동작전원(Vcc) 차단시 상기 증폭 트랜지스터(Q)의 베이스단에 연결된 상기 입력단(IN)에서 상기 증폭 트랜지스터(Q)의 컬렉터단에 연결된 출력단(OUT)까지의 신호 전달 경로를 제공하는 제1 바이어스 회로부(310)와, 상기 증폭 트랜지스터(Q)의 베이스단과 접지 사이에 연결된 적어도 하나의 바이어스 소자를 포함하는 제2 바이어스 회로부(320)와, 상기 증폭 트랜지스터(Q)의 에미터단과 접지 사이에 연결된 적어도 하나의 바이어스 소자를 포함하는 제3 바이어스 회로부(330)를 포함한다.

상기 제1 바이어스 회로부(310)는, 상기 증폭 트랜지스터(Q)의 컬렉터단에 연결된 일단을 갖는 제1 저항(R31)과, 상기 제1 저항(R31)의 타단에 연결된 일단과, 상기 증폭 트랜지스터(Q)의 베이스단에 연결된 타단을 갖는 제2 저항(R32)과, 상기 제1 저항(R31)에 병렬로 연결된 커패시터(C31)를 포함한다.

도 3은 도 2의 저잡음증폭기의 삽입손실 특성을 보이는 그래프이다.

도 3에 도시된 그래프에서, 세로는 삽입손실[dB]을 나타내고, 가로축은 주파수를 나타내며, G1은 약전계시 각 주파수별 증폭도[dB]를 나타내고, G2는 약전계시 각 주파수별 증폭도[dB]를 나타낸다.

이하, 본 발명의 작용 및 효과를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 저잡음증폭기에 대해 설명하면, 본 발명의 저잡음증폭기가 적용되는 RF 수신기에서는 통상 수신신호의 레벨을 검출하는 기능을 포함하며, 이러한 수신신호의 수신레벨을 검출하는 기술은 이미 널리 알려진 사항이므로 자세한 설명을 생략한다.

이때, 상기 스위치(100)는, 수신신호의 레벨에 따라 온 또는 오프되며, 온되는 경우에는 동작전원(Vcc)을 저잡음 증폭회로(300)에 공급하고, 오프되는 경우에는 상기 동작전원(Vcc)을 차단한다.

이에 대해 구체적으로 설명하면, 상기 수신신호의 레벨이 강전계에서 하이레벨로 제공되고, 약전계시 로우레벨로 제공되면, 이때, 상기 스위치(100)는 하이레벨에 의해 오프되고 로우레벨에 의해 온된다.

이때, 상기 스위치(100)를 통해 상기 저잡음 증폭회로(300)에 공급되는 동작전원(Vcc)에 잡음이 포함되는 경우에는 상기 저잡음 증폭회로(300)가 불안정한 동작을 수행할 수 있으므로, 상기 스위치(100)와 저잡음 증폭회로(300) 사이에 형성된 상기 저잡음증폭기(200)가 상기 동작전원(Vcc)에 포함된 잡음을 제거한다.

이에 따라, 상기 저잡음 증폭회로(300)가 보다 안정된 동작을 수행할 수 있게 된다.

다음, 상기 저잡음 증폭회로(300)는, 증폭 트랜지스터(Q) 및 그 바이어스 회로를 포함하여, 상기 스위치(100)의 온동작에 따라 상기 동작전원(Vcc)이 공급되면 정상 바이어스가 형성되어 입력신호(Sin)를 증폭한다. 이와 달리, 상기 스위치(100)에 의해 상기 동작전원(Vcc)이 차단되면 상기 증폭 트랜지스터(Q)는 정상 동작을 수행하지 못하므로, 바이어스 회로중 입력단(IN)과 출력단(OUT) 사이의 일부 바이어스 회로를 통해 상기 입력신호(Sin)를 설정 레벨만큼 감쇄시킨다.

보다 구체적으로 설명하면, 상기 동작전원(Vcc)이 공급되면, 상기 증폭 트랜지스터(Q)의 컬렉터단과 베이스단 사이에 연결된 제1 바이어스 회로부(310), 상기 증폭 트랜지스터(Q)의 베이스단과 접지 사이에 연결된 제2 바이어스 회로부(320) 및 상기 증폭 트랜지스터(Q)의 에미터단과 접지 사이에 연결된 제3 바이어스 회로부(330)가 협력하여 상기 증폭 트랜지스터(Q)의 정상 바이어스를 잡아준다.

이 경우, 입력단(IN)을 통해 입력되는 입력신호(Sin)는 입력 커플링 커패시 터(Cin)를 통한 후 상기 증폭 트랜지스터(Q) 및 그 바이어스 회로들(310,320,330)에 의한 증폭회로에 의해서 사전에 설정된 이득만큼 증폭되어 상기 증폭 트랜지스터(Q)의 컬렉터단에 출력 커플링 커패시터(Cout)를 통해 연결된 출력단(OUT)을 통해 출력된다.

이와 달리, 상기 스위치(100)에 의해 상기 동작전원(Vcc)이 차단되면 상기 증폭 트랜지스터(Q)는 정상 동작을 수행하지 못하므로, 상기 바이어스 회로중 입력단(IN)과 출력단(OUT) 사이의 일부 바이어스 회로를 통해 상기 입력신호(Sin)를 설정 레벨만큼 감쇄시킨다.

이에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 상기 스위치(100)에 의해 상기 동작전원(Vcc)이 차단되면 상기 증폭 트랜지스터(Q)의 바이어스 회로들(310,320,330)에 의해서 정상 바이어스가 형성되지 못하므로, 상기 증폭 트랜지스터(Q)는 동작을 하지 않게 된다.

이에 따라, 상기 증폭 트랜지스터(Q)의 베이스단에 입력 커플링 커패시터(Cin)를 통해 입력되는 입력신호(Sin)는 상기 바이어스 회로들(310,320,330)중 제1 바이어스 회로(310)를 통해 상기 증폭 트랜지스터(Q)의 컬렉터단으로 전달되고, 이후 출력 커플링 커패시터(Cout)를 통해 출력단(OUT)으로 전달된다.

이때, 상기 제1 바이어스 회로(310)에 포함되는 제1 저항(R31) 및 제2 저항(R32)의 전체 임피던스에 의해서 상기 입력신호(Sin)는 그 레벨이 감쇄된다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 저잡음증폭기에서, 상기 스위치(100)에 의해 동작전원(Vcc)이 공급되는 경우에 상기 저잡음 증폭기의 증폭도는 대략 +2-4[dB]정도이고, 상기 스위치(100)에 의해 동작전원(Vcc)이 차단된 경우, 상기 제1 바이어스 회로(310)에 의한 감쇄도는 대략 -20[dB]이다.

전술한 바와 같은 본 발명에 의한 저잡음증폭기에서, 약전계에서는 수신신호를 증폭하고 강전계에서는 수신신호를 감쇄하여 약전계 뿐만 아니라 강전계에서도 보다 양호한 감도를 유지하 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, RF 수신기에서, 수신 신호의 레벨에 따라 바이어스 전압을 스위칭시켜 약전계 RF 신호를 증폭하고 강전계 RF 신호를 감쇠하도록 함으로써, 강전계에서의 RF 신호의 수신감도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 장치는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백하다.

Claims (5)

1. 수신신호의 레벨에 따라 동작전원을 온 또는 오프하는 스위치; 및

   증폭 트랜지스터 및 그 바이어스 회로를 포함하여, 상기 스위치의 온동작에 따라 상기 동작전원이 공급되면 정상 바이어스가 형성되어 입력신호를 증폭하며, 상기 스위치에 의해 상기 동작전원이 차단되면 상기 바이어스 회로의 일부를 통해 상기 입력신호를 설정 레벨만큼 감쇄하는 저잡음 증폭회로

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 저잡음증폭기.
2. 제1항에 있어서, 상기 저잡음증폭기는,

   상기 입력신호에 포함된 잡음을 제거하는 잡음 제거 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저잡음증폭기.
3. 제1항에 있어서, 상기 증폭 트랜지스터는,

   상기 스위치의 동작전원단에 연결된 컬렉터단과, 입력 커플링 커패시터를 통해 입력단에 연결된 베이스단을 포함하는 것을 특징으로 하는 저잡음증폭기.
4. 제3항에 있어서, 상기 저잡음 증폭회로는

   상기 증폭 트랜지스터의 컬렉터단과 베이스단 사이에 연결된 적어도 하나의 바이어스 소자를 포함하고, 상기 동작전원 차단시 상기 증폭 트랜지스터의 베이스 단에 연결된 상기 입력단에서 상기 증폭 트랜지스터의 컬렉터단에 연결된 출력단까지의 신호 전달 경로를 제공하는 제1 바이어스 회로부;

   상기 증폭 트랜지스터의 베이스단과 접지 사이에 연결된 적어도 하나의 바이어스 소자를 포함하는 제2 바이어스 회로부; 및

   상기 증폭 트랜지스터의 에미터단과 접지 사이에 연결된 적어도 하나의 바이어스 소자를 포함하는 제3 바이어스 회로부

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 저잡음증폭기.
5. 제4항에 있어서, 상기 제1 바이어스 회로부는,

   상기 증폭 트랜지스터의 컬렉터단에 연결된 일단을 갖는 제1 저항;

   상기 제1 저항의 타단에 연결된 일단과, 상기 증폭 트랜지스터의 베이스단에 연결된 타단을 갖는 제2 저항; 및

   상기 제1 저항에 병렬로 연결된 커패시터

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 저잡음증폭기.

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