KR101038854B1 - Wide-band low noise amplifier - Google Patents

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어윤성
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Abstract

본 발명은 광대역 저잡음 증폭기에 관한 것으로, 입력단(IN)을 통한 신호를 증폭하여 출력단을 통해 출력하는 증폭부(100); 상기 증폭부(100)의 입력단과 출력단 사이에 연결되어, 입력단에서 광대역의 임피던스 정합을 수행하고, 상기 증폭부에서 발생되는 제거대상 노이즈의 위상과 반대의 위상을 갖는 보상용 노이즈를 생성하는 광대역 정합부(200)를 포함하며, 상기 증폭부(100)를 통해 출력단(OUT)으로 전달된 노이즈와 상기 광대역 정합부(200)를 통해 출력단 (OUT)으로 전달된 노이즈가 서로 반대의 위상을 갖게 되어, 상기 출력단(OUT)에서 서로 상쇄되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a wideband low noise amplifier, comprising: an amplifier 100 for amplifying a signal through an input terminal IN and outputting through an output terminal; Broadband matching coupled between an input terminal and an output terminal of the amplifier 100 to perform broadband impedance matching at the input terminal and generating compensation noise having a phase opposite to that of the noise to be removed generated by the amplifier. It includes a unit 200, the noise transmitted to the output terminal (OUT) through the amplifier 100 and the noise transmitted to the output terminal (OUT) through the broadband matching unit 200 has a phase opposite to each other In the output terminal (OUT), it is characterized in that the mutual cancellation.

광대역, 저잡음, 증폭기, 노이즈, 상쇄, 제거 Wideband, low noise, amplifier, noise, cancellation, rejection

Description

광대역 저잡음 증폭기{WIDE-BAND LOW NOISE AMPLIFIER}Wideband Low Noise Amplifiers {WIDE-BAND LOW NOISE AMPLIFIER}

본 발명은 각종 광대역의 방송 및 무선 통신 시스템에 적용될 수 있는 광대역 저잡음 증폭기에 관한 것으로, 특히 광대역 특성을 획득할 수 있고, 트랜지스터에서 발생되는 잡음을 상쇄시켜, 잡음특성을 개선할 수 있는 광대역 저잡음 증폭기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a wideband low noise amplifier that can be applied to various broadband broadcasting and wireless communication systems. In particular, a wideband low noise amplifier capable of acquiring wideband characteristics and canceling noise generated by transistors to improve noise characteristics. It is about.

일반적으로, 광대역의 증폭기를 구현하기 위해 출력신호를 입력으로 피드백하여 광대역 입력 정합 특성을 구현한다. In general, a wideband input matching characteristic is implemented by feeding back an output signal to an input for implementing a wideband amplifier.

이와 같이 저항 등을 이용하여 출력신호를 입력으로 피드백하면 광대역 특성은 쉽게 얻을 수 있으나, 피드백으로 인해 전압, 전력 이득이 감소하고 피드백 회로에 의해 잡음 특성이 열화되는 단점을 가지고 있다. As described above, when the output signal is fed back to the input using a resistor or the like, broadband characteristics can be easily obtained. However, the feedback has a disadvantage in that voltage and power gain are reduced and noise characteristics are degraded by a feedback circuit.

따라서, 필요대역이 넓어질수록 피드백의 정도를 크게 하게 되고, 이 경우 이득이 크게 떨어지고 잡음특성이 매우 나빠지는 문제가 있다. Therefore, the wider the required band, the greater the degree of feedback. In this case, the gain is greatly reduced and the noise characteristic is very bad.

이를 위해 전류를 크게 하거나 주파수 대역을 스위칭하는 방법이 있으나, 이 또한 성능을 저하시키고 일반적인 해결책이 되지 못한다. To do this, there is a way to increase the current or switch the frequency band, but this also degrades the performance and is not a general solution.

도 1은 종래 광대역 증폭기의 구성도이다.1 is a block diagram of a conventional broadband amplifier.

도 1에 도시된 종래 광대역 증폭기는, 입력단(Vin)을 통한 신호를 증폭하여 출력단(Vout)을 통해 출력하는 증폭부(10)와, 상기 증폭부(10)의 입력단(Vin)과 출력단(Vout) 사이에 연결되어, 상기 증폭부(10)의 이득을 제어하는 이득 제어부(20)를 포함한다.The conventional broadband amplifier shown in FIG. 1 includes an amplifier 10 for amplifying a signal through an input terminal Vin and outputting the signal through an output terminal Vout, and an input terminal Vin and an output terminal Vout of the amplifier 10. It is connected between the), and includes a gain control unit 20 for controlling the gain of the amplifier 10.

상기 증폭부(10)는 전원(VDD)에 저항(R)을 통해 연결된 드레인과, 입력단에 연결된 게이트와, 접지에 연결된 소오스를 갖는 MOS 트랜지스터(M1)를 포함한다.The amplifier 10 includes a MOS transistor M1 having a drain connected to a power supply VDD through a resistor R, a gate connected to an input terminal, and a source connected to ground.

상기 이득 제어부(20)는, 광대역 매칭부(21)와 가변 저항부(22)를 포함하고, 상기 광대역 매칭부(21)는, 상기 입력단(Vin)과 출력단(Vout) 사이에, 제1 커패시터(C21), 제1 인덕터(L21), 제1 저항(R21) 및 제1 스위치(SW1)를 포함한다. 상기 가변 저항부(22)는, 제2 커패시터(C22), 제2 저항(R22) 및 제2 스위치(SW2)를 갖는 가변 저항부(22)를 포함한다. The gain control unit 20 includes a broadband matching unit 21 and a variable resistor unit 22, and the broadband matching unit 21 includes a first capacitor between the input terminal Vin and the output terminal Vout. C21, a first inductor L21, a first resistor R21, and a first switch SW1. The variable resistor unit 22 includes a variable resistor unit 22 having a second capacitor C22, a second resistor R22, and a second switch SW2.

이에 대한 자세한 설명은 US 6,919,761호에 자세히 기재되어 있다.A detailed description of this is given in detail in US Pat. No. 6,919,761.

이와같이, 도 1에 도시된 광대역 증폭기는, 공통 소오스 타입(common source type)의 회로에서, 출력과 입력에 저항의 피드백(feedback)을 걸어주어, 이를 각 대역에 맞게 스위칭(switching)을 함으로써 최적화되는 구조이다. As such, the wideband amplifier shown in FIG. 1 is optimized by applying a feedback of a resistance to an output and an input in a common source type circuit, and switching them for each band. Structure.

이때, 상기 가변 저항부(22)는, 광대역에서 낮은 대역폭을 최적화하기에 적합하게 설계되고, 상기 광대역 매칭부(21)는 높은 대역에 적합하게 최적화되도록 설계된다. In this case, the variable resistance unit 22 is designed to be optimized for low bandwidth in the broadband, and the broadband matching unit 21 is designed to be optimized for high band.

그런데, 원래 저항성 피드백(resistive feedback)이 상당히 광대역이므로, 더 큰 초광대역이 스위칭을 통해 가능하게 된다. However, since resistive feedback is inherently wideband, larger ultra-widebands are possible through switching.

그러나, 이런 경우, 저항성 피드백(resistive feedback)에 의한 잡음특성(noise figure)이 나빠지게 되는 문제점이 있고, 또한 인덕터(inductor)를 사용하게 되므로 인하여 칩 사이즈에도 증가하게 되는 문제점이 있다.However, in this case, there is a problem in that a noise figure due to resistive feedback is deteriorated, and a chip size is also increased due to the use of an inductor.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로써, 그 목적은 광대역 특성을 획득할 수 있고, 트랜지스터에서 발생되는 잡음을 상쇄시켜, 잡음특성을 개선할 수 있는 광대역 저잡음 증폭기를 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, and an object thereof is to provide a wideband low noise amplifier capable of acquiring wideband characteristics and canceling noise generated in a transistor to improve noise characteristics. It is.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 기술적인 측면은, 입력단을 통한 신호를 증폭하여 출력단을 통해 출력하는 증폭부; 및 상기 증폭부의 입력단과 출력단 사이에 연결되어, 입력단에서 광대역의 임피던스 정합을 수행하고, 상기 증폭부에서 발생되는 제거대상 노이즈의 위상과 반대의 위상을 갖는 보상용 노이즈를 생성하는 광대역 정합부를 포함하며, 상기 증폭부를 통해 출력단으로 전달된 노이즈와 상기 광대역 정합부를 통해 출력단으로 전달된 노이즈가 서로 반대의 위상을 갖게 되어, 상기 출력단에서 서로 상쇄되며, 상기 증폭부는 전원에 연결된 드레인과, 입력단에 제1 커패시터를 통해 연결된 게이트와, 접지에 연결된 소오스를 갖는 제1 증폭 MOS 트랜지스터를 포함하는 제1 트랜지스터 회로부; 전원단에 연결된 일단을 갖는 제1 코일; 및 상기 제1 코일의 타단에 연결된 일단과, 상기 제1 증폭 MOS 트랜지스터의 드레인에 연결된 타단을 갖는 제1 저항을 포함하며, 상기 광대역 정합부는, 상기 입력단에 연결된 소오스와, 바이어스 전압단에 연결된 게이트와, 전원단에 제2 저항을 통해 연결된 드레인을 갖는 제1 보상 MOS 트랜지스터를 포함하고, 상기 제1 보상 MOS 트랜지스터는 상기 제1 증폭 MOS 트랜지스터와 동일한 특성을 갖는 제2 트랜지스터 회로부; 및 상기 제2 트랜지스터 회로부와 상기 제2 저항과의 접속점에 제2 커패시터를 통해 연결된 게이트와, 접지에 연결된 소오스와, 상기 출력단에 연결된 드레인을 갖는 제1 인버팅 MOS 트랜지스터를 포함하는 제3 트랜지스터 회로부를 포함하는 것을 특징으로 한다.One technical aspect of the present invention for achieving the above object of the present invention, the amplification unit for amplifying a signal through the output terminal through the output stage; And a broadband matching unit connected between an input terminal and an output terminal of the amplifier to perform broadband impedance matching at the input terminal and to generate compensation noise having a phase opposite to that of the noise to be removed generated by the amplifier. The noise transmitted to the output terminal through the amplifying unit and the noise transmitted to the output terminal through the broadband matching unit have opposite phases, and are canceled with each other at the output terminal, and the amplifying unit has a drain connected to a power source and a first terminal at the input terminal. A first transistor circuit portion comprising a first amplified MOS transistor having a gate connected through a capacitor and a source connected to ground; A first coil having one end connected to a power supply terminal; And a first resistor having one end connected to the other end of the first coil and the other end connected to the drain of the first amplified MOS transistor, wherein the broadband matching unit includes a source connected to the input terminal and a gate connected to a bias voltage terminal And a first compensation MOS transistor having a drain connected to a power supply terminal through a second resistor, wherein the first compensation MOS transistor comprises: a second transistor circuit having the same characteristics as the first amplified MOS transistor; And a first inverting MOS transistor having a gate connected to a connection point between the second transistor circuit unit and the second resistor through a second capacitor, a source connected to ground, and a drain connected to the output terminal. Characterized in that it comprises a.

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상기 제1 트랜지스터 회로부는, 상기 제1 증폭 MOS 트랜지스터의 드레인에 연결된 소오스와, 제1 바이어스 전압단에 연결된 게이트와, 상기 출력단에 연결된 드레인을 갖는 제2 증폭 MOS 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The first transistor circuit further includes a second amplified MOS transistor having a source connected to the drain of the first amplified MOS transistor, a gate connected to a first bias voltage terminal, and a drain connected to the output terminal. .

상기 제2 트랜지스터 회로부는, 상기 제1 보상 MOS 트랜지스터의 드레인에 연결된 소오스와, 제2 바이어스 전압단에 연결된 게이트와, 상기 전원단에 제2 저항을 통해 연결된 드레인을 갖는 제2 보상 MOS 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The second transistor circuit further includes a second compensation MOS transistor having a source connected to the drain of the first compensation MOS transistor, a gate connected to a second bias voltage terminal, and a drain connected to the power supply terminal through a second resistor. It is characterized by including.

상기 제3 트랜지스터 회로부는, 상기 제1 인버팅 MOS 트랜지스터의 드레인에 연결된 소오스와, 제3 바이어스 전압단에 연결된 게이트와, 상기 출력단에 연결된 드레인을 갖는 제2 인버팅 MOS 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The third transistor circuit further includes a second inverting MOS transistor having a source connected to the drain of the first inverting MOS transistor, a gate connected to a third bias voltage terminal, and a drain connected to the output terminal. It is done.

이와같은 본 발명에 의하면, 광대역 특성을 획득할 수 있고, 광대역 정합부에서 발생되는 잡음을 상쇄시켜 잡음특성을 개선할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, it is possible to obtain a wideband characteristic, and to cancel the noise generated by the broadband matching unit, thereby improving the noise characteristic.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

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.The present invention is not limited to the embodiments described, and the embodiments of the present invention are used to assist in understanding the technical spirit of the present invention. In the drawings referred to in the present invention, components having substantially the same configuration and function will use the same reference numerals.

도 2는 본 발명에 따른 광대역 저잡음 증폭기의 구성도이다.2 is a block diagram of a broadband low noise amplifier according to the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 광대역 저잡음 증폭기는, 입력단(IN)을 통한 신호를 증폭하여 출력단(OUT)을 통해 출력하는 증폭부(100)와, 상기 증폭부(100)의 입력단(IN)과 출력단(OUT) 사이에 연결되어, 입력단(IN)에서 광대역의 임피던스 정합을 수행하고, 상기 증폭부(100)에서 발생되는 제거대상 노이즈의 위상과 반대의 위상을 갖는 보상용 노이즈를 생성하는 광대역 정합부(200)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the broadband low noise amplifier according to the present invention includes an amplifier 100 for amplifying a signal through an input terminal IN and outputting the signal through an output terminal OUT, and an input terminal IN of the amplifier 100. ) Is coupled between the output terminal (OUT) and the output terminal (OUT) to perform broadband impedance matching at the input terminal (IN) and generate compensation noise having a phase opposite to that of the removal target noise generated in the amplifier 100. The broadband matching unit 200 is included.

이때, 상기 증폭부(100)를 통해 출력단(OUT)으로 전달된 노이즈와 상기 광대역 정합부(200)를 통해 출력단 (OUT)으로 전달된 노이즈가 서로 반대의 위상을 갖 게 되어, 상기 출력단(OUT)에서 서로 상쇄된다.At this time, the noise transmitted to the output terminal (OUT) through the amplifier 100 and the noise transmitted to the output terminal (OUT) through the broadband matching unit 200 has a phase opposite to each other, the output terminal (OUT) Are offset from each other.

상기 증폭부(100)에서 발생되는 제거대상 노이즈의 위상과 반대의 위상을 갖는 보상용 노이즈를 생성하여 상기 출력단(OUT)에서, 상기 보상용 노이즈를 이용하여 상기 제거대상 노이즈를 상쇄시키는 광대역 정합부(200)를 포함한다.A broadband matching unit generating compensation noise having a phase opposite to that of the removal target noise generated by the amplifier 100 and canceling the removal target noise by using the compensation noise at the output terminal OUT. 200.

상기 증폭부(100)는, 전원(VDD)단에 연결된 일단을 갖는 제1 코일(L11)과, 상기 제1 코일(L11)의 타단에 연결된 일단을 갖는 제1 저항(R11)과, 상기 제1 저항(R11)의 타단에 연결된 드레인과, 입력단(IN)에 제1 커패시터(C11)를 통해 연결된 게이트와, 접지에 연결된 소오스를 갖는 제1 증폭 MOS 트랜지스터(M11)를 포함하는 제1 트랜지스터 회로부(M10)를 구비한다.The amplifier 100 includes a first coil L11 having one end connected to a power supply VDD end, a first resistor R11 having one end connected to the other end of the first coil L11, and the first resistor L11. The first transistor circuit unit includes a first amplified MOS transistor M11 having a drain connected to the other end of the first resistor R11, a gate connected to the input terminal IN through the first capacitor C11, and a source connected to ground. M10 is provided.

상기 광대역 정합부(200)는, 상기 입력단(IN)에 연결된 소오스와, 바이어스 전압(Vb)단에 연결된 게이트와, 전원(VDD)단에 제2 저항(R21)을 통해 연결된 드레인을 갖는 제1 보상 MOS 트랜지스터(M21)를 포함하고, 상기 제1 보상 MOS 트랜지스터(M21)는 상기 제1 증폭 MOS 트랜지스터(M11)와 동일한 특성을 갖는 제2 트랜지스터 회로부(M20)와, 상기 제2 트랜지스터 회로부(M20)와 상기 제2 저항(R21)과의 접속점에 제2 커패시터(C21)를 통해 연결된 게이트와, 접지에 연결된 소오스와, 상기 출력단(OUT)에 연결된 드레인을 갖는 제1 인버팅 MOS 트랜지스터(M31)를 포함하는 제3 트랜지스터 회로부(M30)를 포함한다.The broadband matching unit 200 includes a first source having a source connected to the input terminal IN, a gate connected to a bias voltage Vb terminal, and a drain connected to a power supply VDD terminal through a second resistor R21. Comprising a compensation MOS transistor (M21), the first compensation MOS transistor (M21) has a second transistor circuit portion M20 having the same characteristics as the first amplified MOS transistor (M11), and the second transistor circuit portion (M20) ) Is a first inverting MOS transistor (M31) having a gate connected through a second capacitor (C21), a source connected to ground, and a drain connected to the output terminal (OUT) at a connection point of the second resistor (R21). It includes a third transistor circuit unit M30 including a.

도 3은 본 발명에 따른 광대역 저잡음 증폭기의 일실시예도이다.3 is an embodiment of a wideband low noise amplifier according to the present invention.

도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 제1 트랜지스터 회로부(M10)는, 상기 제1 증폭 MOS 트랜지스터(M11)의 드레인에 연결된 소오스와, 제1 바이어스 전압(Vb10)단에 연결된 게이트와, 상기 출력단(OUT)에 연결된 드레인을 갖는 제2 증폭 MOS 트랜지스터(M12)를 더 포함할 수 있다.2 and 3, the first transistor circuit unit M10 may include a source connected to the drain of the first amplified MOS transistor M11, a gate connected to a first bias voltage Vb10, and the output terminal. The device may further include a second amplified MOS transistor M12 having a drain connected to OUT.

이때, 상기 제2 트랜지스터 회로부(M20)는, 상기 제1 보상 MOS 트랜지스터(M21)의 드레인에 연결된 소오스와, 제2 바이어스 전압(Vb20)단에 연결된 게이트와, 상기 전원(VDD)단에 제2 저항(R21)을 통해 연결된 드레인을 갖는 제2 보상 MOS 트랜지스터(M22)를 더 포함할 수 있다.In this case, the second transistor circuit unit M20 may include a source connected to the drain of the first compensation MOS transistor M21, a gate connected to a second bias voltage Vb20, and a second power supply VDD. The semiconductor device may further include a second compensation MOS transistor M22 having a drain connected through the resistor R21.

또한, 상기 제3 트랜지스터 회로부(M30)는, 상기 제1 인버팅 MOS 트랜지스터(M31)의 드레인에 연결된 소오스와, 제3 바이어스 전압(Vb30)단에 연결된 게이트와, 상기 출력단(OUT)에 연결된 드레인을 갖는 제2 인버팅 MOS 트랜지스터(M32)를 더 포함할 수 있다.In addition, the third transistor circuit unit M30 may include a source connected to the drain of the first inverting MOS transistor M31, a gate connected to a third bias voltage Vb30, and a drain connected to the output terminal OUT. It may further include a second inverting MOS transistor (M32) having a.

도 4는 본 발명에 따른 잡음 상쇄 원리의 설명도이다.4 is an explanatory diagram of a noise canceling principle according to the present invention.

도 4에서는, 상기 입력단(IN)에서 상기 제1 트랜지스터 회로부(M10)를 통해 출력단(OUT)까지의 제1 신호패스(SP1)와, 상기 입력단(IN)에서 상기 제2 트랜지스터 회로부(M20) 및 제3 트랜지스터 회로부(M30)를 통해 출력단(OUT)까지의 제2 신호패스(SP2) 각각에 대한 잡음 및 신호 파형도를 보이고 있다.In FIG. 4, a first signal path SP1 from the input terminal IN to the output terminal OUT through the first transistor circuit unit M10, and the second transistor circuit unit M20 and the input terminal IN. A noise and signal waveform diagram of each of the second signal paths SP2 to the output terminal OUT through the third transistor circuit unit M30 is shown.

도 4에 도시한 제1 신호패스(SP1) 및 제2 신호패스(SP2) 각각에 대한 잡음 및 신호 파형도를 보면, 신호는 서로 같은 위상이므로 출력단(OUT)에서 중첩되고, 잡음은 서로 역위상이므로 출력단(OUT)에서 상쇄되는 것을 알 수 있다. Referring to the noise and signal waveform diagrams of the first signal path SP1 and the second signal path SP2 shown in FIG. 4, the signals are in phase with each other and are overlapped at the output terminal OUT. Therefore, it can be seen that it is canceled at the output terminal (OUT).

이하, 본 발명의 작용 및 효과를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다. Hereinafter, the operation and effects of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 광대역 저잡음 증폭기에 대해 설명하면, 도 2 및 도 3에서, 본 발명에 따른 광대역 저잡음 증폭기에서, 입력단(IN)을 통한 신호는 증폭부(100)에서 증폭되어 출력단(OUT)을 통해 출력된다.2 to 4, a wideband low noise amplifier according to the present invention will be described. In FIGS. 2 and 3, in the wideband low noise amplifier according to the present invention, a signal through the input terminal IN is transmitted from the amplifier 100. Amplified and output through the output terminal (OUT).

이때, 상기 증폭부(100)에는 제1 및 제2 증폭 MOS 트랜지스터(M11,M12)를 포함하며, 이 제1 및 제2 증폭 MOS 트랜지스터(M11,M12)에서 잡음이 생성되어 출력단(OUT)을 통해 출력될 수 있다.In this case, the amplifier 100 includes first and second amplified MOS transistors M11 and M12, and noise is generated in the first and second amplified MOS transistors M11 and M12 to generate an output terminal OUT. Can be output via

그런데, 이러한 잡음은, 본 발명의 광대역 정합부(200)에 의해 제거될 수 있으며, 이에 대해 설명한다.However, such noise may be removed by the broadband matching unit 200 of the present invention, which will be described.

본 발명의 광대역 정합부(200)는, 상기 증폭부(100)의 입력단(IN)과 출력단(OUT) 사이에 연결되어, 상기 증폭부(100)에서 발생되는 제거대상 노이즈의 위상과 반대의 위상을 갖는 보상용 노이즈를 생성하여 상기 출력단(OUT)에서, 상기 보상용 노이즈를 이용하여 상기 제거대상 노이즈를 상쇄시킨다.The broadband matching unit 200 of the present invention is connected between the input terminal IN and the output terminal OUT of the amplifier 100, and has a phase opposite to that of the noise to be removed generated by the amplifier 100. Compensation noise having a noise is generated to cancel the removal target noise by using the compensation noise at the output terminal OUT.

한편, 일반적으로 광대역 정합부는 잡음특성이 매우 나쁘다. 하지만 본 발명 의 광대역 저잡음 증폭기는, 상기 광대역 정합부(200)의 공통 게이트(common gate) 트랜지스터(M20)에서 발생한 잡음이 상기 광대역 정합부(200)를 통해 증폭되어 출력되는 신호와, 상기 증폭부(100)를 통해 증폭되어 나가는 신호가 서로 그 크기는 같으나 그 위상이 반대가 되어, 결국 출력단(OUT)에서 상쇄되는 결과를 얻을 수 있다. On the other hand, in general, the broadband matching part has a very bad noise characteristic. However, the broadband low noise amplifier of the present invention includes a signal in which noise generated from the common gate transistor M20 of the broadband matching unit 200 is amplified and output through the broadband matching unit 200, and the amplifying unit. Signals amplified through 100 are the same in magnitude but opposite in phase, resulting in a cancellation at the output OUT.

이에 따라, 본 발명의 광대역 저잡음 증폭기는, 증폭부와 광대역 정합부로 구성되어 광대역의 정합특성을 보이면서 신호는 정상적으로 증폭되나 잡음은 제거될 수 있다.Accordingly, the broadband low noise amplifier of the present invention is composed of an amplifier and a broadband matching unit, so that the signal is normally amplified while noise of the signal is normally amplified.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 상기 입력단(IN)에서 상기 제1 트랜지스터 회로부(M10)를 통해 출력단(OUT)까지의 제1 신호패스(SP1)와, 상기 입력단(IN)에서 상기 제2 트랜지스터 회로부(M20) 및 제3 트랜지스터 회로부(M30)를 통해 출력단(OUT)까지의 제2 신호패스(SP2) 각각에 대한 잡음 및 신호 파형도를 보이고 있다.2 to 4, a first signal path SP1 from the input terminal IN to the output terminal OUT through the first transistor circuit unit M10, and the second transistor at the input terminal IN. A noise and signal waveform diagram of each of the second signal paths SP2 to the output terminal OUT through the circuit unit M20 and the third transistor circuit unit M30 is shown.

먼저, 상기 제1 트랜지스터 회로부(M10)에서 제거대상 노이즈가 생겨서 출력단(OUT)을 통해 출력되는 한편, 상기 제1 트랜지스터 회로부(M10)와 동일한 특성을 갖는 제2 트랜지스터 회로부(M20)에서도 보상용 노이즈가 생겨서 제3 트랜지스터(M30)에서 위상이 인버팅되어 출력단(OUT)으로 출력되는 보상용 노이즈는 상기 제거대상 노이즈와 반대위상을 갖게 된다.First, noise to be removed is generated in the first transistor circuit unit M10 and output through the output terminal OUT, while compensation noise is also compensated in the second transistor circuit unit M20 having the same characteristics as the first transistor circuit unit M10. Is generated, the compensation noise outputted to the output terminal OUT by inverting the phase of the third transistor M30 has an opposite phase to the noise to be removed.

즉, 도 2 및 도 3에서, 제1 신호패스(SP1)를 통해 출력단(OUT)을 통해 출력 되는 신호 및 잡음과, 제2 신호패스(SP2)를 통해 출력단(OUT)을 통해 출력되는 신호와 잡음을 비교하면, 도 4에 도시한 바와 같이, 신호는 서로 같은 위상이므로 출력단(OUT)에서 중첩되어 신호를 더욱 커지고, 잡음은 서로 역위상이므로 출력단(OUT)에서 상쇄되어 제거되는 것을 알 수 있다.That is, in FIGS. 2 and 3, the signal and noise output through the output terminal OUT through the first signal path SP1 and the signal output through the output terminal OUT through the second signal path SP2 and Comparing the noise, as shown in FIG. 4, since the signals are in phase with each other, the signals are overlapped at the output terminal OUT to increase the signal, and since the noises are out of phase with each other, the signals are canceled and canceled at the output terminal OUT. .

전술한 바와 같은 본 발명에서, 먼저 초 광대역의 입력 매칭 특성을 얻을 수 있다는 장점이 있고, 실제로 설계된 바에 따르면 50MHz에서 1Ghz까지 50옴(ohm) 매칭이 가능하다. 그리고 잡음 특성도 광대역에서 거의 균일하게 저잡음의 특성이 가능하다. 또한 제2 및 제3 트랜지스터 회로부(M20,M30)의 MOS 트랜지스터들은 전류를 크게 소모할 필요가 없어 전체 전류소모를 적게 하면서 초광대역 LNA의 구현이 가능하다. 그리고 출력단은 저항 부하(resistor load)를 사용하므로 인덕터를 사용했을 때에 비교하여 칩의 사이즈도 작게 구현이 가능하다. In the present invention as described above, there is an advantage that the first ultra-wide input matching characteristics can be obtained, and according to the actual design, 50 ohm matching is possible from 50 MHz to 1 Ghz. In addition, the noise characteristic is possible to have a low noise characteristic almost uniformly over a wide band. In addition, since the MOS transistors of the second and third transistor circuits M20 and M30 do not need to consume a large amount of current, the ultra wide band LNA can be realized while reducing the total current consumption. In addition, the output stage uses a resistor load, so that the size of the chip can be smaller than that of the inductor.

또한, 종래와 달리, 여러 단의 증폭기도 필요 없고, MOS 트랜지스터와 집적가능한 커패시터 및 저항 소자로 구성되므로 CMOS 기술로 구현이 용이하다.In addition, unlike the conventional method, since a multi-stage amplifier is not required, and a capacitor and a resistor element that can be integrated with a MOS transistor are easily implemented in CMOS technology.

도 1은 종래 광대역 증폭기의 구성도.1 is a block diagram of a conventional broadband amplifier.

도 2는 본 발명에 따른 광대역 저잡음 증폭기의 구성도. 2 is a block diagram of a broadband low noise amplifier according to the present invention;

도 3은 본 발명에 따른 광대역 저잡음 증폭기의 일실시예도. Figure 3 is an embodiment of a wideband low noise amplifier according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 잡음 상쇄 원리의 설명도.4 is an explanatory diagram of a noise canceling principle according to the present invention;

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

100 : 증폭부 200 : 광대역 정합부100: amplification unit 200: broadband matching unit

IN : 입력단 OUT : 출력단IN: input terminal OUT: output terminal

M10 : 제1 트랜지스터 회로부 M11 : 제1 증폭 MOS 트랜지스터M10: first transistor circuit portion M11: first amplified MOS transistor

M12 : 제2 증폭 MOS 트랜지스터 M20 : 제2 트랜지스터 회로부M12: second amplified MOS transistor M20: second transistor circuit portion

M21 : 제1 보상 MOS 트랜지스터 M22 : 제2 보상 MOS 트랜지스터M21: first compensation MOS transistor M22: second compensation MOS transistor

M30 : 제3 트랜지스터 회로부 M31 : 제1 인버팅 MOS 트랜지스터M30: third transistor circuit portion M31: first inverting MOS transistor

M32 : 제2 인버팅 MOS 트랜지스터M32: second inverting MOS transistor

Claims (7)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 입력단을 통한 신호를 증폭하여 출력단을 통해 출력하는 증폭부; 및 An amplifying unit for amplifying a signal through an input terminal and outputting the same through an output terminal; And 상기 증폭부의 입력단과 출력단 사이에 연결되어, 입력단에서 광대역의 임피던스 정합을 수행하고, 상기 증폭부에서 발생되는 제거대상 노이즈의 위상과 반대의 위상을 갖는 보상용 노이즈를 생성하는 광대역 정합부를 포함하며,A broadband matching unit connected between an input terminal and an output terminal of the amplifying unit to perform broadband impedance matching at the input terminal and generating compensation noise having a phase opposite to that of the noise to be removed generated by the amplifying unit, 상기 증폭부를 통해 출력단으로 전달된 노이즈와 상기 광대역 정합부를 통해 출력단으로 전달된 노이즈가 서로 반대의 위상을 갖게 되어, 상기 출력단에서 서로 상쇄되며,The noise transmitted to the output terminal through the amplification unit and the noise transmitted to the output terminal through the broadband matching unit have opposite phases, and are canceled with each other at the output terminal. 상기 증폭부는 전원에 연결된 드레인과, 입력단에 제1 커패시터를 통해 연결된 게이트와, 접지에 연결된 소오스를 갖는 제1 증폭 MOS 트랜지스터를 포함하는 제1 트랜지스터 회로부;The amplifying unit includes: a first transistor circuit unit including a first amplifying MOS transistor having a drain connected to a power source, a gate connected to a first terminal through a first capacitor, and a source connected to ground; 전원단에 연결된 일단을 갖는 제1 코일; 및A first coil having one end connected to a power supply terminal; And 상기 제1 코일의 타단에 연결된 일단과, 상기 제1 증폭 MOS 트랜지스터의 드레인에 연결된 타단을 갖는 제1 저항을 포함하며,A first resistor having one end connected to the other end of the first coil and the other end connected to the drain of the first amplified MOS transistor, 상기 광대역 정합부는, 상기 입력단에 연결된 소오스와, 바이어스 전압단에 연결된 게이트와, 전원단에 제2 저항을 통해 연결된 드레인을 갖는 제1 보상 MOS 트랜지스터를 포함하고, 상기 제1 보상 MOS 트랜지스터는 상기 제1 증폭 MOS 트랜지스터와 동일한 특성을 갖는 제2 트랜지스터 회로부; 및The broadband matching unit includes a first compensation MOS transistor having a source connected to the input terminal, a gate connected to a bias voltage terminal, and a drain connected to a power supply terminal through a second resistor, wherein the first compensation MOS transistor includes the first compensation MOS transistor; A second transistor circuit portion having the same characteristics as the one amplified MOS transistor; And 상기 제2 트랜지스터 회로부와 상기 제2 저항과의 접속점에 제2 커패시터를 통해 연결된 게이트와, 접지에 연결된 소오스와, 상기 출력단에 연결된 드레인을 갖는 제1 인버팅 MOS 트랜지스터를 포함하는 제3 트랜지스터 회로부A third transistor circuit portion including a first inverting MOS transistor having a gate connected through a second capacitor at a connection point between the second transistor circuit portion and the second resistor, a source connected to ground, and a drain connected to the output terminal; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 저잡음 증폭기. Broadband low noise amplifier comprising a. 제4항에 있어서, 상기 제1 트랜지스터 회로부는,The method of claim 4, wherein the first transistor circuit unit, 상기 제1 증폭 MOS 트랜지스터의 드레인에 연결된 소오스와, 제1 바이어스 전압단에 연결된 게이트와, 상기 출력단에 연결된 드레인을 갖는 제2 증폭 MOS 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 광대역 저잡음 증폭기. And a second amplified MOS transistor having a source connected to the drain of the first amplified MOS transistor, a gate connected to a first bias voltage terminal, and a drain connected to the output terminal. 제5항에 있어서, 상기 제2 트랜지스터 회로부는,The method of claim 5, wherein the second transistor circuit unit, 상기 제1 보상 MOS 트랜지스터의 드레인에 연결된 소오스와, 제2 바이어스 전압단에 연결된 게이트와, 상기 전원단에 제2 저항을 통해 연결된 드레인을 갖는 제2 보상 MOS 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 광대역 저잡음 증폭기. And a second compensation MOS transistor having a source connected to the drain of the first compensation MOS transistor, a gate connected to a second bias voltage terminal, and a drain connected to the power supply terminal through a second resistor. amplifier. 제6항에 있어서, 상기 제3 트랜지스터 회로부는,The method of claim 6, wherein the third transistor circuit unit, 상기 제1 인버팅 MOS 트랜지스터의 드레인에 연결된 소오스와, 제3 바이어스 전압단에 연결된 게이트와, 상기 출력단에 연결된 드레인을 갖는 제2 인버팅 MOS 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 광대역 저잡음 증폭기. And a second inverting MOS transistor having a source connected to the drain of the first inverting MOS transistor, a gate connected to a third bias voltage terminal, and a drain connected to the output terminal.
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