KR100876903B1 - General?purpose wideband amplifier integrated circuit and device - Google Patents
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Abstract
단일-스테이지 증폭기는 (1) 공통 소스 구성으로 접속된 제 1 및 제 2 "이득" 트랜지스터들; (2) 제 1 및 제 2 트랜지스터에 대한 자체-바이어싱을 각각 제공하는 제 1 및 제 2 저항기들; (3) 제 1 및 제 2 트랜지스터에 대한 바이어스 전류들을 각각 제공하는 제 1 및 제 2 전류 소스들; 및 (4) 제 1 및 제 2 트랜지스터들의 드레인들 사이에 접속된 부하 임피던스를 포함한다. 증폭기는 (5) 제 1 및 제 2 트랜지스터들과 병렬로 접속되고 제 1 및 제 2 트랜지스터의 와류 커패시턴스를 보상하기 위하여 사용되는 제 3 및 제 4 "보상" 트랜지스터들; 및 (6) 제 3 및 제 4 트랜지스터들에 대한 자체 바이어싱을 각각 제공하는 제 3 및 제 4 저항기들을 추가로 포함할 수 있다. 가변 이득은 이득 트랜지스터들에 대한 바이어스 전류를 변경함으로서 달성될 수 있다. 2-스테이지 증폭기는 캐스케이드 방식으로 접속된 두개의 스테이지로 구성될 수 있으며, 각각의 스테이지는 단일-스테이지 증폭기의 대부분 또는 모든 회로 엘리먼트들을 포함한다.The single-stage amplifier includes (1) first and second "gain" transistors connected in a common source configuration; (2) first and second resistors respectively providing self-biasing for the first and second transistors; (3) first and second current sources providing bias currents for the first and second transistors, respectively; And (4) a load impedance connected between the drains of the first and second transistors. The amplifier includes (5) third and fourth "compensation" transistors connected in parallel with the first and second transistors and used to compensate for eddy current capacitances of the first and second transistors; And (6) third and fourth resistors that provide their own biasing for the third and fourth transistors, respectively. Variable gain can be achieved by changing the bias current for the gain transistors. The two-stage amplifier may consist of two stages connected in a cascade fashion, each stage comprising most or all circuit elements of a single-stage amplifier.
Description
본 출원은 "범용 광대역 증폭기"라는 명칭으로 2004년 6월 2일에 출원된 미국 가출원번호 제60/576,759호의 우선권을 주장한다.This application claims the priority of US Provisional Application No. 60 / 576,759, filed June 2, 2004 under the name "Universal Broadband Amplifier."
본 발명은 일반적으로 회로들, 특히 범용 광대역 증폭기에 관한 것이다.The present invention relates generally to circuits, in particular general purpose broadband amplifiers.
증폭기들은 보통 적정 신호 레벨을 획득하기 위하여 신호들을 증폭하기 위하여 사용된다. 증폭기들은 또한 통신, 계산, 네트워킹, 가전제품 등과 같은 다양한 응용들을 위하여 폭넓게 사용된다. 예로서, 무선통신동안, 증폭기들은 무선채널을 통한 전송전에 신호를 증폭하기 위하여 전송경로 상에서 사용되고 무선채널을 통해 수신된 신호를 증폭하기 위하여 수신경로 상에서 사용될 수 있다.Amplifiers are usually used to amplify signals to obtain the proper signal level. Amplifiers are also widely used for a variety of applications such as communication, computing, networking, consumer electronics, and so on. For example, during wireless communications, amplifiers may be used on the transmission path to amplify a signal prior to transmission on the wireless channel and may be used on the reception path to amplify a signal received on the wireless channel.
증폭기는 고정 이득 또는 가변 이득을 제공하도록 설계될 수 있다. 가변 이득 증폭기들(VGA)은 동작 조건들, 시스템 요건들 및/또는 다른 인자들에 따라 가변 이득들 및 조절가능 신호 레벨들을 제공하기 위하여 보통 통신회로들(예컨대, 수신기들 및 송신기들)에서 사용된다. 예컨대, VGA들은 보통 무선 통신 시스템들에서 전력을 제어하기 위하여 사용된다. 코드분할 다중접속(CDMA) 시스템에서, 각각의 무선장치(예컨대, 셀룰라 전화 또는 이동 핸드셋)로부터의 신호는 전체 시스템 대역으로 스펙트럼 확산된다. 각각의 무선장치에 의하여 전송된 신호는 시스템 내의 다른 무선장치들에 의하여 전송된 신호들에 간섭으로서 동작한다. 따라서, 각각의 무선장치의 전송전력은 수신하는 기지국에서 측정되는 무선장치에 대한 수신된 신호 품질이 목표 레벨로 유지되도록 조절된다. 이러한 전력 제어는 무선장치에 대한 적정 성능을 달성하고, 다른 무선장치들에 대한 간섭을 최소화하며 시스템 용량을 증가시킨다.The amplifier can be designed to provide either fixed gain or variable gain. Variable gain amplifiers (VGA) are commonly used in communications circuits (eg, receivers and transmitters) to provide variable gains and adjustable signal levels depending on operating conditions, system requirements, and / or other factors. do. For example, VGAs are commonly used to control power in wireless communication systems. In a code division multiple access (CDMA) system, the signal from each radio (eg, cellular telephone or mobile handset) is spread out over the entire system band. The signal transmitted by each radio acts as an interference to the signals transmitted by other radios in the system. Thus, the transmit power of each radio is adjusted so that the received signal quality for the radio measured at the receiving base station is maintained at the target level. This power control achieves proper performance for the radio, minimizes interference to other radios and increases system capacity.
무선장치는 수신하는 기지국과 관련된 임의의 위치에 배치될 수 있으며, 기지국에서 목표 수신 신호 품질을 달성하기 위하여 다른 위치들에서 다른 전송전력량을 필요로 할 수 있다. 전형적으로, 무선장치가 기지국으로부터 멀리 떨어질때 높은 전송 전력이 요구되며, 무선장치가 기지국에 근접할때 낮은 전송 전력이 요구된다. CDMA 시스템에 있어서, 무선장치는 소위 원근 현상(near-far effect)을 제거하기 위하여 넓은 범위에 걸쳐 전송전력을 조절하도록(예컨대, 90 데시벨(dB) 이상 정도) 요구될 수 있다. 이러한 넓은 전력 제어 범위는 전형적으로 아날로그 기저대역으로부터 무선 주파수(RF) 전단부(front end)까지 전체 전송 체인 전반에 걸쳐 가변 이득들을 분배함으로써 달성된다. 따라서, 전력 제어는 전송 체인 전반에 걸쳐 배치된 VGA들에 의하여 달성될 수 있다.The wireless device may be located at any location relative to the receiving base station and may require different amounts of transmit power at different locations to achieve the target received signal quality at the base station. Typically, high transmit power is required when the radio is away from the base station, and low transmit power is required when the radio is close to the base station. In a CDMA system, a wireless device may be required to adjust its transmit power over a wide range (eg, above 90 decibels) to eliminate so-called near-far effects. This wide power control range is typically achieved by distributing variable gains throughout the entire transmission chain from the analog baseband to the radio frequency (RF) front end. Thus, power control can be achieved by VGAs placed throughout the transmission chain.
단순한 구조를 가지면서 양호한 성능을 가진 증폭기들은 설계하기 어렵지만 비용, 전력 및 다른 고려사항들에 있어서는 매우 바람직하다. 동일한 특징들을 가진 VGA들은 설계가 매우 곤란하다. 따라서, 단순한 구조를 가지면서 양호한 성능을 가진 증폭기에 대한 필요성이 요구된다.Amplifiers with a simple structure and good performance are difficult to design but are highly desirable for cost, power and other considerations. VGAs with the same features are very difficult to design. Therefore, there is a need for an amplifier having a simple structure and having good performance.
다방면 범용 광대역 증폭기의 다양한 실시예들이 여기에 기술된다. 증폭기는 설계가 단순하며 고주파수 및/또는 광대역 응용들에 적합하다. 증폭기는 고정 이득 증폭기 또는 넓은 동적 범위 VGA로서 동작될 수 있다.Various embodiments of a versatile general purpose wideband amplifier are described herein. The amplifier is simple in design and suitable for high frequency and / or wideband applications. The amplifier can be operated as a fixed gain amplifier or a wide dynamic range VGA.
단일-스테이지 증폭기의 실시예는 제 1 및 제 2 "이득" 트랜지스터들, 제 1 및 제 2 저항기들, 제 1 및 제 2 전류 소스들, 및 부하 임피던스를 포함한다. 제 1 및 제 2 트랜지스터들은 공통 소스 구성으로 접속되며, 차동 입력 신호를 증폭하며, 차동 출력 신호를 제공한다. 제 1 및 제 2 저항기들은 제 1 및 제 2 트랜지스터들의 드레인(또는 콜렉터) 및 게이트(또는 베이스) 사이에 각각 접속되며, 이들 트랜지스터들에 대한 자체 바이어싱을 제공한다. 제 1 및 제 2 전류 소스들은 제 1 및 제 2 트랜지스터들의 드레인들에 각각 접속되며, 이들 트랜지스터들에 바이어스 전류를 제공한다. 부하 임피던스는 제 1 및 제 2 트랜지스터들의 드레인들 사이에 접속된다.Embodiments of a single-stage amplifier include first and second "gain" transistors, first and second resistors, first and second current sources, and load impedance. The first and second transistors are connected in a common source configuration, amplify the differential input signal, and provide a differential output signal. The first and second resistors are connected between the drain (or collector) and the gate (or base) of the first and second transistors, respectively, and provide self biasing for these transistors. The first and second current sources are connected to the drains of the first and second transistors, respectively, and provide a bias current to these transistors. The load impedance is connected between the drains of the first and second transistors.
증폭기는 제 3 및 제 4 "보상" 트랜지스터들과 제 3 및 제 4 트랜지스터들을 더 포함할 수 있다. 제 3 및 제 4 트랜지스터들은 제 1 및 제 2 트랜지스터들과 각각 병렬로 접속되며, 제 1 및 제 2 트랜지스터들의 게이트-드레인 와류 커패시턴스를 각각 보상한다. 제 3 및 제 4 저항기들은 제 3 및 제 4 트랜지스터들에 대한 자체-바이어싱을 각각 제공한다.The amplifier may further include third and fourth "compensation" transistors and third and fourth transistors. The third and fourth transistors are connected in parallel with the first and second transistors, respectively, and compensate for the gate-drain eddy capacitance of the first and second transistors, respectively. The third and fourth resistors provide self-biasing for the third and fourth transistors, respectively.
트랜지스터들은 전계효과 트랜지스터들(FET), 바이폴라 접합 트랜지스터들(BJT) 등일 수 있다. 부하 임피던스는 저항기, 인덕터, 커패시터 또는 이들의 결합일 수 있다. 제 1 및 제 2 전류 소스들은 제 1 및 제 2 트랜지스터들에 고정량 또는 가변량의 바이어스 전류를 제공할 수 있다. 증폭기에 대한 가변 이득은 바이어스 전류를 변화시킴으로서 달성될 수 있다.The transistors may be field effect transistors (FET), bipolar junction transistors (BJT), or the like. The load impedance can be a resistor, inductor, capacitor, or a combination thereof. The first and second current sources may provide a fixed amount or variable amount of bias current to the first and second transistors. Variable gain for the amplifier can be achieved by varying the bias current.
2개의 스테이지 증폭기의 실시예는 캐스케이드 방식으로 접속된 2-스테이지들을 포함한다. 각각의 스테이지는 제 1 및 제 2 이득 트랜지스터들, 제 1 및 제 2 트랜지스터들, 제 1 및 제 2 전류 소스들, 및 제 1 및 제 2 부하 임피던스들을 포함한다. 각각의 스테이지의 회로 엘리먼트들은 직렬로 접속되고 제 1 및 제 2 트랜지스터의 드레인들 사이에 접속된 제 1 및 제 2 부하 임피던스에도 불구하고 단일-스테이지 증폭기에 대하여 동일한 방식으로 접속된다. 각각의 스테이지에 대한 제 1 및 제 2 트랜지스터들은 상기 스테이지에 대한 차동 입력 신호를 수신하여 증폭하며, 상기 스테이지에 대한 차동 출력 신호를 제공한다. 공통 노드는 각각의 스테이지에 대한 제 1 및 제 2 부하 임피던스들 사이에 형성된다. 양 스테이지들에 대한 공통 노드들은 (1) 제 2 스테이지에 대한 바이어싱, 및 (2) 공통-모드 거부에 대한 네거티브 피드백을 제공하기 위하여 함께 접속될 수 있다. 보상 트랜지스터들은 각 스테이지에 대하여 사용될 수 있다.An embodiment of a two stage amplifier includes two stages connected in a cascade fashion. Each stage includes first and second gain transistors, first and second transistors, first and second current sources, and first and second load impedances. The circuit elements of each stage are connected in the same way for a single-stage amplifier despite the first and second load impedances connected in series and connected between the drains of the first and second transistors. The first and second transistors for each stage receive and amplify the differential input signal for the stage and provide a differential output signal for the stage. The common node is formed between the first and second load impedances for each stage. Common nodes for both stages may be connected together to provide (1) biasing for the second stage, and (2) negative feedback for common-mode rejection. Compensation transistors can be used for each stage.
본 발명의 다양한 양상들 및 실시예들은 이하에서 추가로 기술된다.Various aspects and embodiments of the invention are further described below.
본 발명의 특징들 및 성질은 동일한 도면부호들이 동일한 수단을 나타내는 도면들을 참조로하여 이하의 상세한 설명을 고려할때 더욱더 명백해질 것이다. The features and properties of the present invention will become more apparent upon consideration of the following detailed description with reference to the drawings in which like reference numerals represent like means.
도 1은 단일-스테이지 증폭기를 도시한 도면.1 shows a single-stage amplifier.
도 2는 보상 트랜지스터들을 가진 단일-스테이지 증폭기를 도시한 도면.2 shows a single-stage amplifier with compensation transistors.
도 3은 2-스테이지 증폭기를 도시한 도면.3 shows a two-stage amplifier.
도 4는 보상 트랜지스터들을 가진 2-스테이지 증폭기를 도시한 도면.4 shows a two-stage amplifier with compensation transistors.
도 5는 다중-스테이지 증폭기를 도시한 도면.5 shows a multi-stage amplifier.
도 6은 바이어스 전류들을 공급하기 위하여 사용된 캐스케이드 전류 미러를 도시한 도면.6 shows a cascade current mirror used to supply bias currents.
도 7은 2-스테이지 증폭기에 대한 가변 이득을 도시한 도표.7 is a plot showing variable gain for a two-stage amplifier.
도 8은 무선 장치를 도시한 블록도.8 is a block diagram illustrating a wireless device.
용어 "전형적으로"는 "예로서의 사용"을 의미하기 위하여 여기에서 사용된다. "전형적으로"로 여기에 기술된 임의의 실시예 또는 설계는 반드시 다른 실시예들 또는 설계들에 비하여 바람직거나 또는 유리한 것으로 해석되지 않는다.The term "typically" is used herein to mean "use as an example." Any embodiment or design described herein “typically” is not necessarily to be construed as preferred or advantageous over other embodiments or designs.
도 1은 일 실시예에 따른 단일-스테이지 증폭기(100)의 개략도를 도시한다. 증폭기(100)는 공통-소스 구성으로 접속된 이득 트랜지스터들(120a, 120b)을 포함한다. 트랜지스터(120a)는 회로 접지에 접속된 소스(또는 에미터), AC 결합 커패시터(124a)를 통해 비반전 입력신호(In+)를 수신하는 게이트(또는 바이어스), 및 반전 출력신호(Out-)를 제공하는 드레인(또는 콜렉터)을 가진다. 트랜지스터(120b)는 회로 접지에 접속된 소스, AC 결합 커패시터(124b)를 통해 반전 입력신호(In-)를 수신하는 게이트, 및 비반전 출력신호(Out+)를 제공하는 드레인을 가진다. 따라서, 증폭기(100)는 차동 입력신호(In+ 및 In-)를 수신하며, 차동 출력신호(Out+ 및 Out-)를 제공한다.1 shows a schematic diagram of a single-
저항기(122a)는 트랜지스터(120a)의 드레인 및 게이트 사이에 접속되며, 트랜지스터(120a)에 대한 자체-바이어싱을 제공한다. 유사하게, 저항기(122b)는 트랜지스터(120b)의 드레인 및 게이트 사이에 접속되며, 트랜지스터(120b)에 대한 자체-바이어싱을 제공한다. 트랜지스터(120a)의 드레인은 전류 소스(150a)에 접속되며, 트랜지스터(120b)의 드레인은 전류 소스(150b)에 접속된다. 부하 임피던스(140)는 트랜지스터들(120a, 120b)의 드레인들에 접속된다.
도 1에 도시된 실시예에 있어서, 트랜지스터들(120a, 120b)은 N-채널 FET들(N-FET)이다. 일반적으로, 트랜지스터들(120a, 120b)은 예컨대, P-채널 FET들(P-FET), BJT들, 갈륨 비소(GaAs) FET들, 헤테로-접합 바이폴라 트랜지스터들(HBT), 고전자 이동도 트랜지스터들(HEMT) 등과 같은 임의의 타입이 트랜지스터일 수 있다. 명확화를 위하여, 이하의 설명에서는 트랜지스터들이 N-채널 FET들이라고 가정한다.In the embodiment shown in FIG. 1,
부하 임피던스(140)는 광대역 증폭기에 적합한, 도 1에 도시된 저항성 부하일 수 있다. 부하 임피던스(140)는 협대역 증폭기에 적합한, 반응성 부하(예컨대, 인덕터)일 수 있다. 부하 임피던스(140)는 또한 저항성 및 반응성 엘리먼트들을 가진 복합 부하일 수 있다.The
전류 소스들(150a, 150b)은 각각 트랜지스터들(120a, 120b)에 대한 바이어스 전류를 제공한다. 전류 소스들(150a, 150b)은 고정/일정 바이어스 전류량을 제공할 수 있다. 선택적으로, 전류 소스들(150a, 150b)은 제어 신호에 기초하여 가변 량의 바이어스 전류를 제공할 수 있다. 증폭기(100)의 이득은 이하에 기술된 바와같이 트랜지스터들(120a, 120b)에 대한 바이어스 전류들을 제어함으로서 조절될 수 있다.
증폭기(100)는 증폭기(100)의 노드들이 낮은 임피던스이기 때문에 광대역 및/또는 고주파수 응용들을 위하여 사용될 수 있다. 출력 노드들 Out+ 및 Out- 에서의 임피던스는 부하 임피던스(140)에 의하여 결정된다.
각각의 트랜지스터(120)는 트랜지스터 타입, 동작 범위, 및 트랜지스터에 대한 바이어스 전류(ID로서 표시됨)에 따라 결정되는 트랜스컨덕턴스(gm으로서 표시됨)를 가진다. 드레인 또는 콜렉터 전류라 칭하는 각각의 트랜지스터(120)에 대한 바이어스 전류는 연관된 전류 소스(150)에 의하여 제공된다. Each transistor 120 has a transconductance (denoted as g m ) that is determined by the transistor type, operating range, and bias current for the transistor (denoted as I D ). A bias current for each transistor 120, referred to as a drain or collector current, is provided by the associated current source 150.
긴 채널 모델에 대한 포화 영역에서 동작하는 금속 산화물 반도체 FET(MOSFET)에 대한 드레인 전류 ID의 함수로서 트랜스컨덕턴스 gm는 다음과 같이 표현될 수 있다. The transconductance g m as a function of drain current I D for a metal oxide semiconductor FET (MOSFET) operating in the saturation region for the long channel model can be expressed as
수식(1) Formula (1)
여기서, 는 전하 캐리어 이동도이며;here, Is the charge carrier mobility;
는 단위면적당 게이트 산화물 커패시턴스이며; Is the gate oxide capacitance per unit area;
W는 트랜지스터에 대한 채널폭이며;W is the channel width for the transistor;
L은 트랜지스터에 대한 채널길이이다.L is the channel length for the transistor.
트랜지스터에 대한 이들 다양한 파라미터들은 공지되어 있다.These various parameters for transistors are known.
임계치 이하 영역에서 동작하는 MOSFET에 대한 드레인 전류 ID의 함수로서 트랜스컨덕턴스 gm은 다음과 같이 표현될 수 있다.The transconductance g m as a function of drain current I D for a MOSFET operating in the sub-threshold region can be expressed as
수식(2) Formula (2)
여기서, 는 비식별 인자이며, VT는 열 전압이다.here, Is the non-identification factor and V T is the thermal voltage.
정상 동작에서 바이폴라 접합 트랜지스터에 대한 드레인 전류 ID에 대한 함수로서 트랜스컨덕턴스 gm은 다음과 같이 표현될 수 있다.The transconductance g m as a function of the drain current I D for the bipolar junction transistor in normal operation can be expressed as
수식(3) Formula (3)
수식 (1) 및 (2)에 기술된 바와같이, 다른 타입의 트랜지스터 및 다른 동작 영역들은 트랜스컨덕턴스 gm 대 드레인 전류 ID에 대한 다른 함수와 연관된다. 다른 트랜지스터 타입 및 동작 영역들은 트랜스컨덕턴스 대 드레인 전류에 대한 다른 함수들을 가질 수 있다.As described in equations (1) and (2), different types of transistors and different operating regions are associated with different functions for transconductance g m versus drain current I D. Other transistor types and operating regions can have different functions for transconductance versus drain current.
트랜스컨덕턴스 gm가 표현될 수 있는 방식과 무관하게, 단일-스테이지 증폭기(100)의 각각의 트랜지스터(120)의 이득 은 다음과 같이 표현될 수 있다.Regardless of how the transconductance g m can be expressed, the gain of each transistor 120 of the single-
수식(4) Formula (4)
여기서, Z은 부하 임피던스(140)이다. 단순화를 위하여, 수식(4)은 외부 또는 와류(parasitic) 부하를 포함하지 않는다. 이득 에 대한 더 정확한 수식은 부하 임피던스(140), 전류 소스들(150a, 150b)의 N-FET들(120a, 120b) 및 P-FET들에 대한 와류 커패시턴스 및 출력 저항, 및 외부 부하(예컨대, 다음 스테이지의 N-FET들의 입력 커패시턴스)으로 수식(4)의 부하 임피던스 Z를 대체함으로서 획득될 수 있다. 부하(140)의 임피던스는 전형적으로 와류 및 외부 부하들의 임피던스보다 훨씬 작다(더 우세하다). 수식(4)은 각각의 트랜지스터(120)의 이득 이 트랜스컨덕턴스 gm과 직접 관련된다는 것을 표시한다. 증폭기(100)의 이득은 차동 설계시 각각의 트랜지스터(120)의 이득 의 2배이다. 앞의 수식들에 의하여 기술된 바와같이, 가변 이득은 트랜지스터들(120a, 120b)의 드레인 전류 ID를 조절함으로서 증폭기(100)에서 획득될 수 있으며, 이는 각각의 트랜지스터의 트랜스컨덕턴스 gm을 변화시키고, 그 다음에 gm을 변화는 트랜지스터의 이득 을 변화시킨다. 증폭기(100)는 이하에 기술된 바와같이 VGA로서 사용될 수 있다.Where Z is the
저항기들(122a, 122b)은 각각 트랜지스터들(120a, 120b)에 대한 자체-바이어싱을 제공한다. 저항기(122)를 통한 각각의 트랜지스터(120)의 자체-바이어싱은 다양한 장점들을 제공한다. 첫째, 바이어싱 회로는 매우 단순화된다. 둘째, 각각의 트랜지스터(120)의 트랜스컨덕턴스 gm의 정확한 제어는 트랜지스터가 저항기(122)에 의하여 접속된 다이오드이고 트랜지스터의 모든 4개의 노드들(게이트, 소스, 드레인 및 벌크)에서의 전압들이 매우 한정되기 때문에 가능하다. 셋째, 드레인 전류 ID는 트랜지스터(120)의 바이어싱을 변화시키도록 용이하게 변경될 수 있다. AC 결합 커패시턴드들(124a, 124b)는 이들 트랜지스터들의 자체-바이어싱에 영향을 미치는 것을 방지하기 위하여 트랜지스터들(120a, 120b)의 게이트들에 다른 입력신호(In+ 및 In-)를 각각 접속하기 위하여 사용된다.
도 2는 다른 실시예에 따른 단일-스테이지 증폭기(102)의 개략적 블록도이다. 증폭기(102)는 도 1의 증폭기(100)의 모든 회로 엘리먼트들을 포함한다. 더욱이, 증폭기(102)는 보상 저항기들(130a, 130b), 저항기들(132a, 132b) 및 커패시터들(134a, 134b)을 더 포함한다. 트랜지스터(130a)는 트랜지스터(120a)와 병렬로 접속되며, 회로 접지에 접속된 소스 및 트랜지스터(120a)의 드레인에 접속된 드레인을 가진다. 저항기(132a)는 트랜지스터(130a)의 게이트에 접속된 한 단부 및 회로 접지에 접속된 다른 단부를 가진다. 커패시터(134a)는 트랜지스터(130a)의 게이트에 접속된 한 단부 및 반전 입력신호(In-)를 수신하는 다른 단부를 가진다. 유사하게, 트랜지스터(130b)는 트랜지스터(120b)와 병렬로 접속되며, 회로 접지에 접속된 소스 및 트랜지스터(120b)의 드레인에 접속된 드레인을 가진다. 저항기(132b)는 트랜지스터(130b)의 게이트에 접속된 한 단부 및 회로 접지에 접속된 다른 단부를 가진다. 커패시터(134b)는 트랜지스터(130b)의 게이트에 접속된 한 단부 및 비반전 입력 신호(In+)를 수신하는 다른 단부를 가진다. 따라서, 트랜지스터들(130a, 130b)은 각각 AC 결합 커패시터들(134a, 134b)를 통해 그들의 게이트에서 In- 및 In+ 입력 신호들을 수신하며, 각각 트랜지스터들(132a, 132b)에 의하여 회로 접지에 자체 바이어싱된다.2 is a schematic block diagram of a single-
트랜지스터들(120a, 120b)은 트랜지스터의 드레인 및 게이트사이의 와류 커패시터 를 각각 가진다. 이러한 와류 커패시턴스 는 여러가지 악영향을 유발한다. 첫째, 와류 커패시턴스 는 증폭기의 대역폭을 감소시킨다. 둘째, 와류 커패시턴스 는 증폭기의 동적 범위를 제한한다. 동적 범위는 증폭기에 의하여 실현가능한 큰 신호 레벨 대 작은 신호 레벨의 비이다. 누설 전류는 와류 커패시턴스 를 통해 각각의 트랜지스터(120)의 드레인 및 게이트 사이에 흐른다. 트랜스컨덕턴스 gm가 작을때, 와류 커패시턴스 를 통해 흐르는 누설 전류는 비교적 크며, 이는 감소된 동적 범위를 야기한다. 와류 커패시턴스 는 전형적으로 작으며, 누설 전류가 신호 전류와 동등하지(comparable) 않다면 보통 성능을 저하시키지 않는다.
트랜지스터들(130a, 130b)은 각각 트랜지스터들(120a, 120b)의 와류 커패시턴스 의 악영향들을 완화시키기 위하여 사용되는 보상 트랜지스터들이다. 트랜지스터들(130a, 130b)은 이들 트랜지스터들의 각각이 트랜지스터의 게이트 및 드레인사이에서 동일한 와류 커패시턴스 를 가진다. 트랜지스터들(130a, 130b)은 각각 트랜지스터들(120a, 120b)에 대한 In+ 및 In- 입력신호들과 반대 극성을 가지는 In- 및 In+ 입력신호들에 의하여 구동된다. 따라서, 트랜지스터(130a)를 통해 흐르는 누설 전류는 트랜지스터(120a)를 통해 흐르는 누설전류와 반대 극성을 가진다. 양 트랜지스터들(120a, 130a)의 드레인들을 통해 흐르는 순(net) 누설전류는 대략 0이며, 트랜지스터(120a)의 와류 커패시턴스 는 트랜지스터(130a)에 의하여 효과적으로 보상된다. 트랜지스터(130a)는 게이트가 저항기(132a)를 통해 회로 접지에 바이어싱되어 증폭기(102)의 이득에 최소로 영향을 미치기 때문에 0의 트랜스컨덕턴스 gm를 가진다. 트랜지스터(130b)는 트랜지스터(130a)가 트랜지스터(120a)의 와류 커패시턴스 를 보상하는 방식으로 트랜지스터(120b)의 와류 커패시턴스 를 보상한다. 트랜지스터들(130a, 130b)은 차동 입력 신호(In+ 및 In-)를 크게 감쇠시키도록 한다.
도 3은 또 다른 실시예에 따른 2-스테이지 증폭기(104)의 개략도를 도시한다. 증폭기(104)는 캐스케이드 방식으로 접속된 2-스테이지들(110, 112)을 포함한다. 3 shows a schematic diagram of a two-
제 1 스테이지(110)는 트랜지스터들(120a, 120b), 저항기들(122a, 122b), 커패시터들(124a, 124b), 부하 임피던스들(140a, 140b), 및 전류 소스들(150a, 150b)로 구성된 자체-바이어스 의사-차동 증폭기이다. 트랜지스터들(120a, 120b), 저항기들(122a, 122b), 커패시터들(124a, 124b) 및 전류 소스들(150a, 150b)은 도 1과 관련하여 앞서 기술된 방식으로 접속된다. 트랜지스터들(120a, 120b)의 게이트 바이어스는 각각 저항기들(122a, 122b)을 통해 전류 소스들(150a, 150b)에 의하여 세팅된다. 부하 임피던스들(140a, 140b)은 직렬로 그리고 트랜지스터들(120a, 120b)의 드레인들에 접속된다. 부하 임피던스들(140a, 140b)은 제 1 스테이지(110)의 부하로서 사용되며, 저항기들, 인덕터들, 커패시터들 또는 이들의 결합일 수 있다. 트랜지스터들(120a, 120b)의 드레인들은 제 1 스테이지(110)에 대한 차동 입력신호(Out1- 및 Out1+)를 제공한다. 제 1 스테이지(110)는 도 1의 부하 임피던스(140)가 도 3의 부하 임피던스(140a, 140b)로 대체된다는 것을 제외하고 도 1에 도시된 단일-스테이지 증폭기(100)와 유사하다.The
제 2 스테이지(112)는 트랜지스터들(160a, 160b), 부하 임피던스들(180a, 180b), 및 전류 소스들(190a, 190b)로 구성되며, 이들은 제 1 스테이지의 트랜지스터들(120a, 120b), 부하 임피던스들(140a, 140b) 및 전류 소스들(150a, 150b)과 동일한 방식으로 접속된다. 제 2 스테이지(112)에 대한 차동 입력인 트랜지스터들(160a, 160b)의 게이트들은 각각 제 1 스테이지(110)의 차동 출력인 트랜지스터들(120a, 120b)의 드레인들에 접속된다. 부하 임피던스들(180a, 180b)은 직렬로 그리고 트랜지스터들(160a, 160b)의 드레인들에 접속된다. 부하 임피던스들(180a, 180b)은 제 2 스테이지(112)의 부하로서 사용되며, 저항기들, 인덕터들, 커패시터들 또는 이들의 결합일 수 있다. 제 1스테이지(110)에 대한 부하 임피던스들(140a, 140b) 및 제 2스테이지(112)에 대한 부하 임피던스들(180a, 180b)은 증폭기(104)가 사용될 응용에 기초하여 독립적으로 선택될 수 있다. 예컨대, 부하 임피던스들(140a, 140b)은 저항일 수 있으며, 부하 임피던스들(180a, 180b)은 병렬 공진기 탱크(parallel resonator tank)일 수 있다. 전류 소스들(190a, 190b)은 각각 트랜지스터들(160a, 160b)의 드레인들에 접속되며, 이들 트랜지스터들에 대한 바이어스 전류를 제공한다. 트랜지스터들(160a, 160b)의 드레인들은 증폭기(104)에 대한 다른 출력신호인 제 2 스테이지(112)에 대한 차동 출력신호(Out+, Out-)를 제공한다.The
도 3에 도시된 실시예에 있어서, 제 1 스테이지(110)에 대한 부하 임피던스들(140a, 140b)의 공통 노드(C1)는 제 2 스테이지(112)에 대한 부하 임피던스들(180a, 180b)의 공통 노드(C2)에 접속된다. 이러한 노드 C1 대 노드 C2의 접속은 여러 장점들을 제공한다. 첫째, 접속은 제 2 스테이지(112)의 트랜지스터들(160a, 160b)의 드레인 전압을 적절하게 세팅한다. 이상적인 경우에, 이러한 드레인 전압은 트랜지스터들(160a, 160b)의 게이트 바이어스 전압과 동일하며, 트랜지스터들(160a, 160b)은 트랜지스터들(120a, 120b)과 동일한 동작점에서 바이어싱된다. 그러나, 트랜지스터들 및 전류 소스들의 미스매치는 제 1 스테이지(110)의 트랜지스터들(120a, 120b) 및 제 2 스테이지(112)의 트랜지스터들(160a, 160b)에 대하여 다른 드레인 전압들을 생성할 것이며, 이는 이득 제어 에러를 유발한다. 일반적으로, 이러한 미스매치는 2차 현상들을 발생시킨다. 따라서, 제 2 스테이지(112)의 트랜지스터들(160a, 160b)은 제 1 스테이지(110)로부터 바이어싱을 획득하며, 자체-바이어싱 저항기들은 트랜지스터들(160a, 160b)를 위하여 필요치 않다. 둘째, 이러한 접속은 2-증폭 스테이지들 사이에 네거티브 피드백 루프를 제공한다. 피드백 루프는 제 1 스테이지(110)의 차동 입력(In+ 및 In-)에 공급된 공통 모드 전압의 거부를 제공하며, 증폭기(104)에 대한 공통 모드에 제공되는 전력 공급 잡음을 포함하는 공통-모드 잡음을 억제하는데 도움을 준다. In the embodiment shown in FIG. 3, the common node C1 of the
도 4는 또 다른 실시예에 따른 2-스테이지 증폭기(106)의 개략도를 도시한다. 증폭기(106)는 캐스케이드 방식으로 접속된 제 1 스테이지(114) 및 제 2 스테이지(116)를 포함한다. 스테이지들(114, 116)은 도 3에서 증폭기(104)의 스테이지들(110, 112)의 모든 회로 엘리먼트들을 포함한다. 더욱이, 증폭기(106)의 제 1스테이지(114)는 보상 트랜지스터들(130a, 130b), 바이어싱 저항기들(132a, 132b), 및 AC 결합 커패시터들(134a, 134b)을 더 포함한다. 증폭기(106)의 제 2 스테이지(116)는 보상 트랜지스터들(170a, 170b), 바이어싱 저항기들(172a, 172b), 및 AC 결합 커패시터들(174a, 174b)을 더 포함한다.4 shows a schematic diagram of a two-
제 1스테이지(114)에서, 보상 트랜지스터들(130a, 130b)은 각각 트랜지스터들(120a, 120b)과 병렬로 접속된다. 저항기들(132a, 130b)은 각각 트랜지스터들(130a, 130b)에 대한 바이어싱을 제공한다. 커패시터들(134a, 134b)은 각각 트랜지스터들(130a, 130b)의 게이트들에 In- 및 In+ 입력 신호들의 AC 결합을 제공한다. 보상 트랜지스터들(130a, 130b)은 교차 여기되며(cross-excited), 각각 그들의 대응 이득 트랜지스터들(120a, 120b)과 상보적인 입력신호들을 수신한다. 제 2 스테이지(116)에서, 보상 트랜지스터들(170a, 170b)은 각각 트랜지스터들(160a, 160b)과 병렬로 접속된다. 저항기들(172a, 172b)은 각각 트랜지스터들(170a, 170b)에 대한 바이어싱을 제공한다. 커패시터들(174a, 174b)은 각각 제 1스테이지(114)로부터 트랜지스터들(170a, 170b)의 게이트들로 Out1+ 및 Out1- 신호들의 AC 결합을 제공한다. 보상 트랜지스터들(170a, 170b)은 각각 대응 이득 트랜지스터들(160a, 160b)과 상보적인 신호들을 수신한다.In the
보상 트랜지스터들(130a, 130b)은 각각 트랜지스터들(120a, 120b)의 게이트-드레인 와류 커패시턴스 를 통해 누설 전류를 완화시킬 수 있다. 유사하게, 보상 트랜지스터들(170a, 170b)은 각각 트랜지스터들(160a, 160b)의 와류 커패시턴스 를 통해 누설 전류를 완화시킬 수 있다. 보상 트랜지스터들(130a, 130b, 170a, 170b)의 게이트들은 각각 저항기들(132a, 132b, 172a, 172b)을 통해 회로 접지에 바이어싱된다. 그러므로, 이들 보상 트랜지스터들은 0의 트랜스컨덕턴스 gm를 가지며 이에 따라 증폭기(106)의 이득에 최소로 영향을 미친다.
도 5는 또 다른 실시예에 따른 다중-스테이지 증폭기(108)의 블록도를 도시한다. 증폭기(108)는 N 스테이지(510a 내지 510n)를 포함하며, 여기서 N은 1보다 큰 임의의 정수일 수 있다. 제 1스테이지(510a)는 도 3의 제 1 스테이지(110) 또는 도 4의 제 1스테이지(114)로 구현될 수 있다. 다음 스테이지들(510a 내지 510n)의 각각은 도 3의 제 2 스테이지(112) 또는 도 4의 제 2 스테이지(116)로 구현될 수 있다. 제 1 스테이지(510a)는 증폭기(500)에 대한 차동 입력신호(In+ 및 In-)를 수신한다. 각각의 스테이지(510)의 차동 출력은 마지막 스테이지(510n)를 제외하고 다음 스테이지의 차동 입력에 접속된다. 마지막 스테이지(510n)는 증폭기(500)에 대한 차동 출력신호(Out+ 및 Out-)를 제공한다. 모든 스테이지들(510a 내지 510n)에 대한 부하 임피던스들의 공통 노드들은 도 3과 관련하여 앞서 기술된 바와같이 바이어싱 및 공통-모드 피드백을 제공하기 위하여 도 5에 도시된 바와같이 함께 접속될 수 있다. 선택적으로, N 스테이지들(510)에 대한 공통 노드들은 도 5에 도시되지 않은 바이어스 회로들을 통해 접속될 수 있다.5 shows a block diagram of a
정상동작시에, 각각의 증폭기 스테이지의 이득은 수식(4)에 기술된 바와같이 상기 스테이지에 대한 트랜지스터 트랜스컨덕턴스 gm 및 부하 임피던스 Z의 곱(product)이다. 두개 이상의 스테이지를 각각 가진 도 3, 도 4 및 도 5의 증폭기들(104, 106, 108)에 대하여, 증폭기의 전체 이득은 개별 스테이지들의 선형 이득의 곱(또는 대수 이득의 합)이다.In normal operation, the gain of each amplifier stage is the product of the transistor transconductance g m and the load impedance Z for that stage, as described in equation (4). For the
도 1 내지 도 5에 도시된 각각의 증폭기는 고정 이득 증폭기 또는 가변 이득 증폭기(VGA)로서 동작될 수 있다. VGA에 대한 이득 제어는 앞서 기술된 바와같이 트랜스컨덕턴스 gm에 영향을 미치는 드레인 전류 ID를 변화시킴으로서 달성될 수 있으며, 이는 차례로 트랜지스터 이득 에 영향을 미친다. 가변 이득 전류는 다양한 회로 설계들을 사용하여 제공될 수 있다.Each amplifier shown in FIGS. 1-5 can be operated as a fixed gain amplifier or a variable gain amplifier (VGA). Gain control for VGA can be achieved by varying the drain current I D affecting the transconductance g m as described above, which in turn is transistor gain Affects. Variable gain current can be provided using various circuit designs.
도 6은 중폭기의 모든 이득 트랜지스터들에 대한 가변 바이어스 전류들을 공급하기 위하여 사용될 수 있는 와이드-스윙 캐스케이드 전류 미러(600)의 실시예를 기술한다. 전류 미러(600)는 도 1 및 도 2의 전류 소스들(150a, 150b)을 위하여 사용될 수 있으며, 증폭기들(100, 102)의 이득 트랜지스터들(120a, 120b)에 대한 드레인 전류를 제공할 수 있다. 전류 미러(600)는 도 3 및 도 4의 전류 소스들(150a, 150b, 190a, 190b)을 위하여 사용될 수 있으며, 증폭기들(104, 106)의 이득 트랜지스터들(120a, 120b, 160a, 160b)에 대한 드레인 전류들을 제공할 수 있다.6 illustrates an embodiment of a wide-swing cascade
도 6에 도시된 실시예에 있어서, 전류 미러(600)는 K 이득 트랜지스터들에 대한 바이어스 전류를 제공하며, 여기서 도 1 및 도 2의 단일-스테이지 증폭기들(100, 102)에 대하여 K=2이며, 도 3 및 도 4의 2-스테이지 증폭기들(104, 106)에 대하여 K=4이다. 전류 미러(600)는 트랜지스터들(610, 612), 전류 소스(614), 및 트랜지스터들의 K 쌍들(620a, 622a) 내지 (620k, 622k)를 포함한다. 도 6에 도시된 실시예에 대하여, 모든 트랜지스터들은 P-채널 FET들로 구현된다. 트랜지스터(610, 612) 및 전류 소스(614)는 직렬로 접속된다. 트랜지스터(610)는 전원 VDD에 접속된 소스, 노드 D에 접속된 게이트, 및 트랜지스터(612)의 소스에 접속된 드레인을 가진다. 트랜지스터(612)는 바이어스 전압 Vbias를 수신하는 게이트, 및 전류 소스(614)의 한 단부에 접속된 드레인을 가진다. 전류 소스(614)의 다른 단부는 회로 접지에 접속된다. 전류 소스(614)는 고정 전류 또는 조절가능 전류일 수 있는 기준 전류 Iref를 제공한다.In the embodiment shown in FIG. 6,
트랜지스터들의 쌍들(620a, 622a) 내지 (620k, 622k)는 증폭기의 K 이득 트랜지스터들에 대한 드레인 전류 ID를 제공하기 위하여 사용된다. 트랜지스터들(620i, 622i)에 대한 각각의 쌍은 트랜지스터들(610, 612)의 쌍과 직렬로 그리고 전류 미러 구성으로 접속되며, 여기서 i=1,...,K이다. 따라서, 트랜지스터들(620a 내지 620k)의 게이트들은 함께 트랜지스터(610)의 게이트에 접속되며, 트랜지스터들(620a 내지 620k)의 소스들은 전원 VDD에 접속된다. 트랜지스터들(622a 내지 622k)의 게이트들은 함께 트랜지스터(612)의 게이트에 접속된다. 트랜지스터들(620a 내지 620k)의 드레인들은 각각 트랜지스터들(622a 내지 622k)의 소스들에 접속된다. 트랜지스터(622a)의 드레인은 제 1 이득 트랜지스터에 대한 드레인 전류 ID를 제공하고, 트랜지스터(622b)의 드레인은 제 2 이득 트랜지스터에 대한 드레인 전류 ID를 제공하며, 트랜지스터(622k)의 드레인은 K-번째 이득 트랜지스터에 대한 드레인 전류 ID를 제공한다.Pairs of
트랜지스터들(620a 내지 620k)은 동일한 크기를 가질 수 있으며, 트랜지스터들(620a 내지 620k)을 통해 드레인 전류를 수신하는 K 이득 트랜지스터들의 크기들에 따라 추가로 스케일링될 수 있다. 트랜지스터들(622a 내지 622k)은 동일한 크기를 가질 수 있으며, K 이득 트랜지스터들의 크기들에 따라 추가로 스케일링될 수 있다. 각 쌍에 대한 트랜지스터들(620i, 622i)의 크기들은 i-번째 이득 트랜지스터의 적정 드레인 전류량을 달성하기 위하여 트랜지스터들(610, 612)의 크기들에 비례하여 스케일링될 수 있다.
트랜지스터(612)의 게이트 및 트랜지스터들(622a 내지 622k)의 게이트들에 공급된 주어진 바이어스 전압 Vbias에 대하여, 각각의 트랜지스터 쌍(620i, 622i)을 통해 흐르는 전류량(i-번째 이득 트랜지스터에 대한 드레인 전류 ID)은 (1) 전류 소스(614)에 의하여 제공된 기준 전류 Iref, 및 (2) 트랜지스터들(620i, 622i)의 크기 대 트랜지스터들(610, 612)의 크기의 비에 따라 결정된다. 드레인 전류 ID는 기준 전류 Iref를 변경시킴으로서 조절될 수 있다. 바이어스 전압 Vbias는 상기 트랜지스터들을 트라이오드 영역(triode region)으로부터 떨어지도록 유지하기 위하여 트랜지스터(612) 및 트랜지스터들(622a 내지 622k)에 대한 적정 게이트 바이어스를 제공한다. 바이어스 전압 Vbias는 도 6에 도시되지 않은 바이어스 전류에 의하여 생성될 수 있다.The amount of current flowing through each pair of transistors 620i and 622i (drain for the i-th gain transistor) for a given bias voltage V bias supplied to the gate of
증폭기의 모든 스테이지들에 대한 이득 트랜지스터들은 동일한 드레인 전류 ID로 동일하게 바이어싱될 수 있다. 이는 모든 K 트랜지스터들(620a 내지 620k)이 동일한 크기를 가지도록 하고 모든 K 트랜지스터들(622a 내지 622k)이 동일한 크기를 가지도록 함으로서 달성될 수 있다. 선택적으로, 증폭기의 각 스테이지에 대한 이득 트랜지스터들은 상기 스테이지에 대하여 선택된 다른 드레인 전류로 바이어싱될 수 있다. 예컨대, 각각의 스테이지의 이득 트랜지스터들에 대한 드레인 전류는 상기 스테이지에 대한 부하, 예컨대 큰 부하에 대한 더 큰 드레인 전류에 기초하여 결정될 수 있다. 다른 스테이지들에 대한 다른 드레인 전류들은 각각의 스테이지를 위하여 사용된 트랜지스터들(620, 622)이 적절한 크기를 가지도록 함으로서 획득될 수 있다.The gain transistors for all stages of the amplifier can be equally biased with the same drain current I D. This can be accomplished by ensuring that all
도 6은 도 1 내지 도 5의 증폭기들의 전류 소스들에 대한 특정 설계를 도시한다. 이득 트랜지스터들에 대한 고정 또는 가변 드레인 전류에는 공지된 다른 전류 소스 설계가 제공될 수 있다. FIG. 6 shows a specific design for the current sources of the amplifiers of FIGS. 1-5. Fixed or variable drain currents for the gain transistors may be provided with other known current source designs.
도 7은 도 4의 2-스테이지 증폭기(106)에 의하여 달성가능한 가변 이득의 도표를 도시한다. 도 7은 850MHz에서의 전형적인 CMOS VGA 설계에 관한 것이다. 도 7에서, 수직축은 2-스테이지 증폭기에 대한 전체 이득(dB)을 도시하고, 수평축은 전류 미러(600)의 전류 소스(614)의 기준 전류 Iref를 조절하기 위하여 사용되는 제어 전압 Vctrl(볼트)를 도시한다. 도 7에 도시된 바와같이, 60 데시벨(dB) 이상의 넓은 이득범위는 단순한 회로 설계에서 조차 증폭기(106)에 의하여 달성될 수 있다.FIG. 7 shows a plot of the variable gain achievable by the two-
여기에 기술된 증폭기 실시예들은 다음과 같은 장점들을 제공한다.The amplifier embodiments described herein provide the following advantages.
1. 매우 단순한 구조 및 간단한 트랜지스터 바이어싱 방식을 제공한다. 트랜지스터 크기 및 바이어스 전류는 모든 이득 트랜지스터들이 대략 동일한 게이트 전압으로 바이어싱되고 Vgd는 0이다. 이는 이득 트랜지스터들의 게이트 제어를 정확하게 수행하도록 한다.1. It provides very simple structure and simple transistor biasing method. Transistor size and bias current are all gain transistors biased to approximately the same gate voltage and V gd is zero. This allows accurate gate control of the gain transistors.
2. 스테이지들간의 DC 결합은 결합 손실을 제거하고 AC 결합 커패시터들에 대한 다이 영역(die area)을 절약한다.2. DC coupling between stages eliminates coupling losses and saves die area for AC coupling capacitors.
3. 증폭기의 모든 노드들은 저임피던스이다. 따라서, 증폭기는 고유하게 광대역이며 RF 응용들에 적합하다.3. All nodes of the amplifier are low impedance. Thus, the amplifier is inherently wideband and suitable for RF applications.
4. 보상 트랜지스터들은 이득 트랜지스터들의 게이트-드레인 와류 커패시턴스 Cgd를 통해 흐르는 누설 전류를 완화시킬 수 있다. 따라서, 증폭기는 고감쇠 증폭기로서 사용될 수 있다.4. The compensation transistors can mitigate the leakage current flowing through the gate-drain eddy capacitance C gd of the gain transistors. Thus, the amplifier can be used as a high attenuation amplifier.
5. 이득 제어의 큰 범위는 도 4의 2-스테이지 증폭기(106)의 전형적인 설계에 대하여 예컨대 60dB 이상을 용이하게 달성할 수 있다. 이득 범위는 드레인 전 류의 동적 범위에 의하여 결정된다.5. A large range of gain control can easily be achieved, for example, 60 dB or more for the typical design of the two-
여기에 기술된 증폭기는 통신, 네트워킹, 계산, 가전제품 등과 같은 다양한 광대역 및/또는 고주파수 응용들을 위하여 사용될 수 있다. 증폭기는 CDMA 시스템, 시분할 다중접속(TDMA) 시스템, 범유럽이동통신(GSM) 시스템, 차세대 이동전화 시스템(AMPS), 위성위치확인시스템(GPS), 다중-입력 다중-출력(MIMO) 시스템, 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 시스템, 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 시스템, 무선 근거리 네트워크(WLAN) 등과 같은 무선 통신 시스템들에서 사용될 수 있다. 무선 통신을 위하여 증폭기를 사용하는 것이 이하에 기술된다. The amplifier described herein may be used for a variety of broadband and / or high frequency applications such as communications, networking, computing, consumer electronics, and the like. Amplifiers include CDMA Systems, Time Division Multiple Access (TDMA) Systems, Pan-European Mobile Communications (GSM) Systems, Next Generation Mobile Phone Systems (AMPS), Satellite Positioning Systems (GPS), Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) Systems, Quadrature It can be used in wireless communication systems such as frequency division multiplexing (OFDM) systems, orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) systems, wireless local area networks (WLAN), and the like. The use of amplifiers for wireless communication is described below.
도 8은 무선 통신을 위하여 사용될 수 있는 무선장치(800)의 블록도를 도시한다. 무선장치(800)는 셀룰라 전화, 사용자 단말, 핸드셋, 개인휴대단말(PDA) 또는 임의의 다른 장치 또는 설계일 수 있다. 무선장치(800)는 전송경로 및 수신경로를 통해 양방향 통신을 제공할 수 있다.8 shows a block diagram of a
전송경로상에서, 디지털 신호 프로세서(DSP)(810)는 트래픽 데이터를 처리하며, 트랜시버 유닛(820)에 칩들의 스트림을 제공한다. 트랜시버 유닛(820)내에서, 하나 이상의 디지털-대-아날로그 변환기들(DAC)(822)은 칩들의 스트림을 하나 이상의 아날로그 신호들로 변환한다. 아날로그 신호(들)는 증폭기(Amp)(824)에 의하여 증폭되고, 필터(826)에 의하여 필터링되며, VGA(828)에 의하여 가변 이득으로 증폭되며, 혼합기(830)에 의하여 기저대역으로부터 RF로 주파수 상향 변환되어 RF 신호를 생성한다. 주파수 상향변환은 전압 제어 발진기(VCO)/위상동기루프(PLL)(832)로부터의 국부 발진기(LO) 신호로 수행된다. RF 신호는 버퍼(834)에 의하여 버퍼 링되고, 필터(836)에 의하여 필터링되며, 전력 증폭기(PA)(838)에 의하여 증폭되며, 듀플렉서(D)(840)를 통해 라우팅되며, 안테나(842)로부터 전송된다.On the transmission path, a digital signal processor (DSP) 810 processes the traffic data and provides a stream of chips to the
수신경로상에서, 신호는 안테나(842)에 의하여 수신되고, 듀플렉서(840)를 통해 라우팅되며, 저잡음 증폭기(LNA)(844)에 의하여 증폭되며, 필터(846)에 의하여 필터링되며, VGA(848)에 의하여 가변 이득으로 증폭되며, VCO/PLL(852)로부터의 LO 신호를 사용하여 혼합기(850)에 의하여 RF로부터 기저대역으로 주파수 하향 변환된다. 하향 변환된 신호는 버퍼(854)에 의하여 버퍼링되고, 필터(856)에 의하여 필터링되며, 증폭기(858)에 의하여 증폭되며, 하나 이상의 아날로그-대-디지털 변환기들(ADC)(860)에 의하여 디지털화되어 샘플들의 하나 이상의 스트림들을 생성한다. 샘플 스트림(들)은 처리를 수행하는 디지털 신호 프로세서(810)에 제공된다.On the receive path, the signal is received by
도 8은 직접-변환 구조를 사용하는 특정 트랜시버 설계를 도시한다. 전형적인 트랜시버에 있어서, 각각의 신호경로에 대한 신호 컨디셔닝은 공지된 증폭기, 필터, 혼합기 등의 하나 이상의 스테이지에 의하여 수행될 수 있다. 도 8은 신호 컨디셔닝을 위하여 사용될 수 있는 회로 블록들의 일부를 도시한다. 여기에 기술된 증폭기는 전송 및 수신경로의 다양한 증폭기들 및 버퍼들을 위하여 사용될 수 있다.8 shows a specific transceiver design using a direct-conversion structure. In a typical transceiver, signal conditioning for each signal path may be performed by one or more stages of known amplifiers, filters, mixers, and the like. 8 shows some of the circuit blocks that can be used for signal conditioning. The amplifier described herein can be used for various amplifiers and buffers in the transmit and receive paths.
여기에 기술된 증폭기는 기저대역, 중간 주파수(IF), RF 등을 포함하는 다양한 주파수 범위들에 대하여 사용될 수 있다. 예컨대, 증폭기는 하기에 기술된 것과 같이 무선 통신을 위하여 사용되는 다양한 주파수 대역들에 대하여 사용될 수 있다.The amplifier described herein can be used for various frequency ranges including baseband, intermediate frequency (IF), RF, and the like. For example, the amplifier may be used for various frequency bands used for wireless communication as described below.
824 내지 894 MHz의 셀룰라 대역, Cellular band of 824-894 MHz,
1850 내지 1990 MHz의 개인통신시스템(PCS) 대역, Personal communications system (PCS) band from 1850 to 1990 MHz,
1710 내지 1880 MHz의 디지털 셀룰라 시스템(DCS) 대역, 1710 to 1880 MHz digital cellular system (DCS) band,
890 내지 960 MHz의 GSM900, GSM900 from 890 to 960 MHz,
1920 내지 2170 MHz의 국제이동통신-2000(IMT-2000) 대역, International Mobile Communication-2000 (IMT-2000) band of 1920 to 2170 MHz,
1574.4 내지 1576.4 MHz의 위성위치확인시스템(GPS) 대역. Satellite positioning system (GPS) band from 1574.4 to 1576.4 MHz.
여기에 기술된 증폭기는 상보형 금속 산화물 반도체(CMOS), 바이폴라, 바이폴라-CMOS(Bi-CMOS), 갈륨 비소(GaAs) 등과 같은 다양한 집적회로(IC) 프로세스들로 제조될 수 있다. 증폭기는 무선 주파수 IC들(RFIC)와 같은 다양한 타입의 IC로 제조될 수 있다.The amplifier described herein may be fabricated with a variety of integrated circuit (IC) processes such as complementary metal oxide semiconductor (CMOS), bipolar, bipolar-CMOS (Bi-CMOS), gallium arsenide (GaAs), and the like. Amplifiers can be manufactured from various types of ICs, such as radio frequency ICs (RFICs).
기술된 실시예들의 전술한 설명은 당업자가 본 발명을 실시 또는 이용하도록 제공된다. 이들 실시예들에 대한 다양한 수정들은 당업자에게 명백할 것이며, 여기에서 한정된 일반적인 원리들은 본 발명의 사상 또는 범위로부터 벗어나지 않고 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 기술된 실시예들에 제한되지 않고 여기에 기술된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 가장 넓은 범위에 따른다.The foregoing description of the described embodiments is provided to enable any person skilled in the art to make or use the present invention. Various modifications to these embodiments will be apparent to those skilled in the art, and the generic principles defined herein may be applied to other embodiments without departing from the spirit or scope of the invention. Thus, the present invention is not limited to the embodiments described herein but is to be accorded the widest scope consistent with the principles and novel features described herein.
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