KR101064660B1 - 이단계 양방향 증폭 장치 - Google Patents

이단계 양방향 증폭 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제 1 인덕터, 제 1 임피던스 조절부, 제 1 양방향 조절부, 제 1 전류원, 순방향 증폭부, 제 2 인덕터, 제 2 임피던스 조절부, 순방향 분리부, 제 3 인덕터, 제 3 임피던스 조절부, 제 2 양방향 조절부, 제 2 전류원, 역방향 증폭부, 제 4 인덕터, 제 4 임피던스 조절부 및 역방향 분리부를 포함하는 이단계 양방향 증폭 장치를 제공한다.
Figure R1020090065516
양방향, 증폭, 이단계

Description

이단계 양방향 증폭 장치{APPARATUS FOR AMPLIFYING TWO STAGE BI-DIRECTIONALLY}
본 발명은 이단계 양방향 증폭 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 입력단으로 이용되는 경우에는 증폭 동작을 수행하고 출력단으로 이용되는 경우에는 임피던스 매칭 동작을 수행함으로써, 복잡하게 회로를 구성하지 않으면서도 대역폭을 효과적으로 증가시킬 수 있는 이단계 양방향 증폭 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 증폭 장치는 다양한 전자 기기에 채용되고 있으며, 다양한 전자 기기는 가볍고, 작으며, 얇게 제작되기를 요구받고 있다.
이러한 전자 기기에 채용되는 증폭 장치도 소형화로 제작되도록 요구받음에 따라서, 양방향 증폭 장치에 대해서 활발히 연구되고 있다.
그런데, 종래의 양방향 증폭 장치는 임피던스 매칭이 용이하지 않아 대역폭이 좁아지는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 입력단으로 이용되는 경우에는 증폭 동작을 수행하고 출력단으로 이용되는 경우에는 임피던스 매칭 동작을 수행함으로써, 복잡하게 회로를 구성하지 않으면서도 대역폭을 효과적으로 증가시킬 수 있는 이단계 양방향 증폭 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이단계 양방향 증폭 장치는 제 1 인덕터, 상기 제 1 인덕터의 양단 사이에 배치되어 상기 제 1 인덕터의 양단을 단락 또는 오픈시킴으로써 상기 제 1 인덕터의 임피던스를 조절하는 제 1 임피던스 조절부, 상기 제 1 인덕터에 연결되며, 순방향으로 증폭하는 동안에는 순방향 포트로 입력되는 전기 신호를 증폭하고, 역방향으로 증폭하는 동안에는 출력 임피던스를 매칭시키는 제 1 양방향 조절부, 상기 제 1 양방향 조절부에 연결되는 제 1 전류원, 순방향으로 증폭하는 동안에 상기 제 1 양방향 조절부에 의해서 증폭된 전기 신호를 다시 증폭하는 순방향 증폭부, 상기 제 1 인덕터에 연결되는 제 2 인덕터, 상기 제 2 인덕터의 양단 사이에 배치되어 상기 제 2 인덕터의 양단을 단락 또는 오픈시킴으로써 상기 제 2 인덕터의 임피던스를 조절하는 제 2 임피던스 조절부, 상기 순방향 증폭부와 상기 제 2 임피던스 조절부 사이에 배치되어 역방향으로 증폭하는 동안에 턴오프되는 순방향 분리부, 상기 제 2 인덕터에 연결되는 제 3 인덕터, 상기 제 3 인덕터의 양단 사이에 배치되어 상기 제 3 인덕터의 양단을 단락 또는 오픈시킴으로써 상기 제 3 인덕터의 임피던스를 조절하는 제 3 임피던스 조절부, 상기 제 3 인덕터에 연결되며, 역방향으로 증폭하는 동안에는 역방향 포트로 입력되는 전기 신호를 증폭하고, 순방향으로 증폭하는 동안에는 출력 임피던스를 매칭시키는 제 2 양방향 조절부, 상기 제 2 양방향 조절부에 연결되는 제 2 전류원, 역방향으로 증폭하는 동안에 상기 제 2 양방향 조절부에 의해서 증폭된 전기 신호를 다시 증폭하는 역방향 증폭부, 상기 제 3 인덕터에 연결되는 제 4 인덕터, 상기 제 4 인덕터의 양단 사이에 배치되어 상기 제 4 인덕터의 양단을 단락 또는 오픈시킴으로써 상기 제 4 인덕터의 임피던스를 조절하는 제 4 임피던스 조절부 및 상기 역방향 증폭부와 상기 제 4 임피던스 조절부 사이에 배치되어 순방향으로 증폭하는 동안에 턴오프되는 역방향 분리부를 포함하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이단계 양방향 증폭 장치는 순방향으로 증폭하는 동안에는 상기 제 3 임피던스 조절부를 턴온시켜 상기 제 3 인덕터를 단락시키고, 상기 제 4 임피던스 조절부를 턴온시켜 상기 제 4 인덕터를 단락시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이단계 양방향 증폭 장치는 역방향으로 증폭하는 동안에는 상기 제 1 임피던스 조절부를 턴온시켜 상기 제 1 인덕터를 단락시키고, 상기 제 2 임피던스 조절부를 턴온시켜 상기 제 2 인덕터를 단락시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이단계 양방향 증폭 장치는 상기 제 1 전류원은 전류의 크기를 조절하는 미러 저항, 상기 미러 저항에 드레인이 연결되고 상기 드레인에 게이트가 연결되며 소스가 접지에 연결되는 제 1 미러 엔모스 트랜지스터 및 상기 제 1 미러 엔모스 트랜지스터의 게이트에 게이트가 연결되는 제 2 미러 엔모스 트랜지스터를 포함하는 전류 미러인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이단계 양방향 증폭 장치는 상기 제 2 전류원은 전류의 크기를 조절하는 미러 저항, 상기 미러 저항에 드레인이 연결되고 상기 드레인에 게이트가 연결되며 소스가 접지에 연결되는 제 1 미러 엔모스 트랜지스터 및 상기 제 1 미러 엔모스 트랜지스터의 게이트에 게이트가 연결되는 제 2 미러 엔모스 트랜지스터를 포함하는 전류 미러인 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예들에 따른 이단계 양방향 증폭 장치는 입력단으로 이용되는 경우에는 증폭 동작을 수행하고 출력단으로 이용되는 경우에는 임피던스 매칭 동작을 수행함으로써, 복잡하게 회로를 구성하지 않으면서도 대역폭을 효과적으로 증가시킬 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 장점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이단계 양방향 증폭 장치의 회로도이고, 도 2는 도 1의 제 1 전류원과 제 2 전류원의 예시 회로도이며, 도 3은 도 1의 이단계 양방향 증폭 장치가 순방향으로 증폭하는 동안의 등가 회로도이고, 도 4는 도 1의 이단계 양방향 증폭 장치가 역방향으로 증폭하는 동안의 등가 회로도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이단계 양방향 증폭 장치는 도 1에 도시된 것처럼, 제 1 인덕터(L1), 제 1 임피던스 조절부(110), 제 1 양방향 조절부(120), 제 1 전류원(CS1), 순방향 증폭부(230), 제 2 인덕터(L1), 제 2 임피던스 조절부(210), 순방향 분리부(220), 제 3 인덕터(L1), 제 3 임피던스 조절부(410), 제 2 양방향 조절부(420), 제 2 전류원(CS2), 역방향 증폭부(330), 제 4 인덕터(L1), 제 4 임피던스 조절부(310) 및 역방향 분리부(320)를 포함하여 구성될 수 있다.
제 1 임피던스 조절부(110)는 제 1 인덕터(L1)의 양단 사이에 배치되어 제 1 인덕터(L1)의 양단을 단락 또는 오픈시킴으로써, 제 1 인덕터(L1)의 임피던스를 조절하며, 구체적으로 엔모스 트랜지스터(M11)로 구성될 수 있다. 여기에서, 저항(R11)은 엔모스 트랜지스터(M11)의 제어 신호를 전달하기 위한 것이다.
한편, 제 1 양방향 조절부(120)는 제 1 인덕터(L1)에 연결되며, 순방향으로 증폭하는 동안에는 순방향 포트(P1)로 입력되는 전기 신호를 증폭하고, 역방향으로 증폭하는 동안에는 출력 임피던스를 매칭시키며, 구체적으로 엔모스 트랜지스터(M12)로 구성될 수 있다.
여기에서 커패시터(C11)와 저항(R12)은 순방향 포트(P1)로 노이즈가 전달되는 것을 억제하기 위한 것이며, 커패시터(C21)는 엔모스 트랜지스터(M12)로 노이즈가 전달되는 것을 억제하기 위한 것이며, 저항(R12)은 엔모스 트랜지스터(M12)의 제어 신호를 전달하기 위한 것이다.
또한, 제 1 전류원(CS1)은 제 1 양방향 조절부(120)에 연결되며, 구체적으로, 전류의 크기를 조절하는 미러 저항(R1), 미러 저항(R1)에 드레인이 연결되고 상기 드레인에 게이트가 연결되며 소스가 접지에 연결되는 제 1 미러 엔모스 트랜지스터(M1) 및 제 1 미러 엔모스 트랜지스터(M1)의 게이트에 게이트가 연결되는 제 2 미러 엔모스 트랜지스터(M2)를 포함하는 전류 미러로 구성할 수 있다.
여기에서, 제 2 미러 엔모스 트랜지스터(M2)의 드레인은 엔모스 트랜지스터(M12)의 소스에 연결된다.
한편, 순방향 증폭부(230)는 순방향으로 증폭하는 동안에 제 1 양방향 조절부(120)에 의해서 증폭된 전기 신호를 다시 증폭하며, 구체적으로 엔모스 트랜지스터(M23)로 구성될 수 있다. 여기에서 커패시터(C12)는 엔모스 트랜지스터(M23)로 노이즈가 전달되는 것을 억제하기 위한 것이며, 저항(R23)은 엔모스 트랜지스터(M23)의 제어 신호를 전달하기 위한 것이다.
또한, 제 2 인덕터(L2)는 제 1 인덕터(L1)에 연결되며, 제 2 임피던스 조절부(210)는 제 2 인덕터(L2)의 양단 사이에 배치되어 제 2 인덕터(L2)의 양단을 단락 또는 오픈시킴으로써, 제 2 인덕터(L2)의 임피던스를 조절하고, 구체적으로 엔모스 트랜지스터(M21)로 구성될 수 있다. 여기에서, 저항(R21)은 엔모스 트랜지스터(M21)의 제어 신호를 전달하기 위한 것이다.
한편, 순방향 분리부(220)는 순방향 증폭부(230)와 상기 제 2 임피던스 조절부(210) 사이에 배치되어 역방향으로 증폭하는 동안에 턴오프되며, 구체적으로 엔모스 트랜지스터(M22)로 구성될 수 있다. 여기에서 커패시터(C22)는 엔모스 트랜지스터(M22)로 노이즈가 전달되는 것을 억제하기 위한 것이며, 저항(R22)은 엔모스 트랜지스터(M22)의 제어 신호를 전달하기 위한 것이다.
또한, 제 3 인덕터(L4)는 제 2 인덕터(L2)에 연결되며, 제 3 임피던스 조절부(410)는 제 3 인덕터(L4)의 양단 사이에 배치되어 제 3 인덕터(L4)의 양단을 단락 또는 오픈시킴으로써, 제 3 인덕터(L4)의 임피던스를 조절하며, 구체적으로 엔모스 트랜지스터(M41)로 구성될 수 있다. 여기에서, 저항(R41)은 엔모스 트랜지스터(M41)의 제어 신호를 전달하기 위한 것이다.
한편, 제 2 양방향 조절부(420)는 제 3 인덕터(L4)에 연결되며, 역방향으로 증폭하는 동안에는 역방향 포트(P2)로 입력되는 전기 신호를 증폭하고, 순방향으로 증폭하는 동안에는 출력 임피던스를 매칭시키며, 구체적으로 엔모스 트랜지스터(M42)로 구성될 수 있다. 여기에서 커패시터(C42)와 저항(R43)은 역방향 포트(P2)로 노이즈가 전달되는 것을 억제하기 위한 것이며, 커패시터(C31)는 엔모스 트랜지스터(M42)로 노이즈가 전달되는 것을 억제하기 위한 것이며, 저항(R42)은 엔모스 트랜지스터(M42)의 제어 신호를 전달하기 위한 것이다.
또한, 제 2 전류원(CS2)은 제 2 양방향 조절부(420)에 연결되며, 구체적으로, 전류의 크기를 조절하는 미러 저항(R1), 미러 저항(R1)에 드레인이 연결되고 상기 드레인에 게이트가 연결되며 소스가 접지에 연결되는 제 1 미러 엔모스 트랜지스터(M1) 및 제 1 미러 엔모스 트랜지스터(M1)의 게이트에 게이트가 연결되는 제 2 미러 엔모스 트랜지스터(M2)를 포함하는 전류 미러로 구성할 수 있다. 여기에서, 제 2 미러 엔모스 트랜지스터(M2)의 드레인은 엔모스 트랜지스터(M42)의 소스에 연결된다.
한편, 역방향 증폭부(330)는 역방향으로 증폭하는 동안에 제 2 양방향 조절부(420)에 의해서 증폭된 전기 신호를 다시 증폭하며, 구체적으로 엔모스 트랜지스터(M33)로 구성될 수 있다. 여기에서 커패시터(C41)는 엔모스 트랜지스터(M33)로 노이즈가 전달되는 것을 억제하기 위한 것이며, 저항(R33)은 엔모스 트랜지스터(M33)의 제어 신호를 전달하기 위한 것이다.
또한, 제 4 인덕터(L3)는 제 3 인덕터(L3)에 연결되며, 제 4 임피던스 조절부(310)는 제 4 인덕터(L3)의 양단 사이에 배치되어 제 4 인덕터(L3)의 양단을 단락 또는 오픈시킴으로써, 제 4 인덕터(L3)의 임피던스를 조절하고, 구체적으로 엔모스 트랜지스터(M31)로 구성될 수 있다. 여기에서, 저항(R31)은 엔모스 트랜지스터(M31)의 제어 신호를 전달하기 위한 것이다.
한편, 역방향 분리부(320)는 역방향 증폭부(330)와 상기 제 4 임피던스 조절부(310) 사이에 배치되어 순방향으로 증폭하는 동안에 턴오프되며, 구체적으로 엔모스 트랜지스터(M32)로 구성될 수 있다. 여기에서 커패시터(C32)는 엔모스 트랜지스터(M32)로 노이즈가 전달되는 것을 억제하기 위한 것이며, 저항(R32)은 엔모스 트랜지스터(M32)의 제어 신호를 전달하기 위한 것이다.
도 3을 참조하여, 순방향으로 증폭하는 동안의 동작에 대해서 설명한다.
순방향으로 증폭하는 동안에는 제 3 임피던스 조절부(410)를 턴온시켜 제 3 인덕터(L4)를 단락시키고, 제 4 임피던스 조절부(310)를 턴온시켜 제 4 인덕터(L3) 를 단락시킨다.
반면에 제 1 임피던스 조절부(110)와 제 2 임피던스 조절부(210)는 턴오프시킨다.
제 1 양방향 조절부(120)는 상술한 것처럼, 순방향으로 증폭하는 동안에는 순방향 포트(P1)로 입력되는 전기 신호를 증폭하며, 순방향 증폭부(230)는 제 1 양방향 조절부(120)에 의해서 증폭된 전기 신호를 다시 증폭하며, 순방향 분리부(220)를 통해서 증폭된 전기 신호를 제 2 양방향 조절부(420)로 전달한다.
한편, 제 2 양방향 조절부(420)는 순방향으로 증폭하는 동안에는 제 3 인덕터(L4)가 단락되어 커먼 드레인 컨피겨레이션(common drain configuration) 배열되므로, 출력 임피던스를 용이하게 매칭시킬 수 있다.
도 4를 참조하여, 역방향으로 증폭하는 동안의 동작에 대해서 설명한다.
역방향으로 증폭하는 동안에는 제 1 임피던스 조절부(110)를 턴온시켜 제 1 인덕터(L1)를 단락시키고, 제 2 임피던스 조절부(210)를 턴온시켜 제 2 인덕터(L2)를 단락시킨다.
반면에 제 3 임피던스 조절부(410)와 제 4 임피던스 조절부(310)는 턴오프시킨다.
제 2 양방향 조절부(420)는 상술한 것처럼, 역방향으로 증폭하는 동안에는 역방향 포트(P2)로 입력되는 전기 신호를 증폭하며, 역방향 증폭부(330)는 제 2 양방향 조절부(420)에 의해서 증폭된 전기 신호를 다시 증폭하며, 역방향 분리부(320)를 통해서 증폭된 전기 신호를 제 1 양방향 조절부(120)로 전달한다.
한편, 제 1 양방향 조절부(120)는 역방향으로 증폭하는 동안에는 제 1 인덕터(L1)가 단락되어 커먼 드레인 컨피겨레이션(common drain configuration) 배열되므로, 출력 임피던스를 용이하게 매칭시킬 수 있다.
이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다.
오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이단계 양방향 증폭 장치의 회로도.
도 2는 도 1의 제 1 전류원과 제 2 전류원의 예시 회로도.
도 3은 도 1의 이단계 양방향 증폭 장치가 순방향으로 증폭하는 동안의 등가 회로도.
도 4는 도 1의 이단계 양방향 증폭 장치가 역방향으로 증폭하는 동안의 등가 회로도.

Claims (5)

  1. 제 1 인덕터;
    상기 제 1 인덕터의 양단 사이에 배치되어 상기 제 1 인덕터의 양단을 단락 또는 오픈시킴으로써 상기 제 1 인덕터의 임피던스를 조절하는 제 1 임피던스 조절부;
    상기 제 1 인덕터에 연결되며, 순방향으로 증폭하는 동안에는 순방향 포트로 입력되는 전기 신호를 증폭하고, 역방향으로 증폭하는 동안에는 출력 임피던스를 매칭시키는 제 1 양방향 조절부;
    상기 제 1 양방향 조절부에 연결되는 제 1 전류원;
    순방향으로 증폭하는 동안에 상기 제 1 양방향 조절부에 의해서 증폭된 전기 신호를 다시 증폭하는 순방향 증폭부;
    상기 제 1 인덕터에 연결되는 제 2 인덕터;
    상기 제 2 인덕터의 양단 사이에 배치되어 상기 제 2 인덕터의 양단을 단락 또는 오픈시킴으로써 상기 제 2 인덕터의 임피던스를 조절하는 제 2 임피던스 조절부;
    상기 순방향 증폭부와 상기 제 2 임피던스 조절부 사이에 배치되어 역방향으로 증폭하는 동안에 턴오프되는 순방향 분리부;
    상기 제 2 인덕터에 연결되는 제 3 인덕터;
    상기 제 3 인덕터의 양단 사이에 배치되어 상기 제 3 인덕터의 양단을 단락 또는 오픈시킴으로써 상기 제 3 인덕터의 임피던스를 조절하는 제 3 임피던스 조절부;
    상기 제 3 인덕터에 연결되며, 역방향으로 증폭하는 동안에는 역방향 포트로 입력되는 전기 신호를 증폭하고, 순방향으로 증폭하는 동안에는 출력 임피던스를 매칭시키는 제 2 양방향 조절부;
    상기 제 2 양방향 조절부에 연결되는 제 2 전류원;
    역방향으로 증폭하는 동안에 상기 제 2 양방향 조절부에 의해서 증폭된 전기 신호를 다시 증폭하는 역방향 증폭부;
    상기 제 3 인덕터에 연결되는 제 4 인덕터;
    상기 제 4 인덕터의 양단 사이에 배치되어 상기 제 4 인덕터의 양단을 단락 또는 오픈시킴으로써 상기 제 4 인덕터의 임피던스를 조절하는 제 4 임피던스 조절부; 및
    상기 역방향 증폭부와 상기 제 4 임피던스 조절부 사이에 배치되어 순방향으로 증폭하는 동안에 턴오프되는 역방향 분리부를 포함하는 이단계 양방향 증폭 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    순방향으로 증폭하는 동안에는 상기 제 3 임피던스 조절부를 턴온시켜 상기 제 3 인덕터를 단락시키고, 상기 제 4 임피던스 조절부를 턴온시켜 상기 제 4 인덕터를 단락시키는 이단계 양방향 증폭 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    역방향으로 증폭하는 동안에는 상기 제 1 임피던스 조절부를 턴온시켜 상기 제 1 인덕터를 단락시키고, 상기 제 2 임피던스 조절부를 턴온시켜 상기 제 2 인덕터를 단락시키는 이단계 양방향 증폭 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전류원은 전류의 크기를 조절하는 미러 저항, 상기 미러 저항에 드레인이 연결되고 상기 드레인에 게이트가 연결되며 소스가 접지에 연결되는 제 1 미러 엔모스 트랜지스터 및 상기 제 1 미러 엔모스 트랜지스터의 게이트에 게이트가 연결되는 제 2 미러 엔모스 트랜지스터를 포함하는 전류 미러인 이단계 양방향 증폭 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전류원은 전류의 크기를 조절하는 미러 저항, 상기 미러 저항에 드레인이 연결되고 상기 드레인에 게이트가 연결되며 소스가 접지에 연결되는 제 1 미러 엔모스 트랜지스터 및 상기 제 1 미러 엔모스 트랜지스터의 게이트에 게이트가 연결되는 제 2 미러 엔모스 트랜지스터를 포함하는 전류 미러인 이단계 양방향 증폭 장치.
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