KR101094641B1 - 작은 레이아웃 면적을 가지는 저잡음 증폭기 - Google Patents

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Abstract

작은 레이아웃 면적을 가지는 저잡음 증폭기가 게시된다. 본 발명의 저잡음 증폭기는 본딩패드의 밑에 위치한 두 금속 단자가 공통소스 트랜지스터의 게이트와 소스에 각각 연결된다. 상기 본딩패드의 상측단자와 상기 공통소스 트랜지스터의 게이트에 연결된 상기 본딩패드의 중측단자에 의해 형성되는 커패시터는 상기 공통소스 트랜지스터의 DC 유입을 막는 DC 방지 기능을 하고, 상기 본딩패드의 중측단자와 상기 공통소스 트랜지스터의 소스에 연결된 상기 본딩패드의 하측단자에 의해 형성되는 커패시터는 잡음필터 커패시터 역할을 한다. 따라서 본 발명의 저잡음 증폭기는 잡음필터 커패시터 기능이 본딩패드에 내장되어 잡음지수를 개선하고 DC 방지 기능 또한 본딩패드에 내장되어 있어서 레이아웃(layout) 면적을 획기적으로 줄일 수 있다.

Description

작은 레이아웃 면적을 가지는 저잡음 증폭기{Low Noise Amplifier with Small Layout Area}
본 발명의 상세한 설명에서 사용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여, 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 종래의 공통 소스 구조의 증폭기를 나타내는 회로도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 저잡음증폭기를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 A부분의 구성을 자세히 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 증폭기에 관한 것으로서, 특히 잡음지수를 저감시키는 저잡음 증폭기에 관한 것이다.
저잡음 증폭기는 통신시스템의 수신단의 초단에 위치하여 전체 잡음지수를 결정하며 종국에는 수신기의 수신감도(sensitivity)를 좌우하는 중요한 회로이다.
일반적으로 증폭기에서는 잡음지수를 저감시키기 위하여, 공통 소스 혹은 공 통 에미터 구조로 설계된다. 그리고, 상보적 금속 산화 반도체(CMOS)에서의 전계효과 트랜지스터는 통상적으로 주파수에 비례하는 게이트 유도잡음이 발생하는데, 게이트와 소스 사이에 커패시터를 추가함으로써, 게이트 유도잡음의 영향을 감소시킬 수 있다. 또한, 바이폴라 트랜지스터로 구현되는 저잡음 증폭기에서는 베이스와 에미터 사이에 커패시터를 추가함으로써, 잡음 지수를 줄일 수 있다.
도 1은 종래의 공통 소스 구조의 입력단을 가지는 증폭기를 나타내는 회로도이다. 외부에서 인가되는 입력신호(VIN)는 증폭기를 내장한 반도체 칩의 내부로 전송됨에 있어서, 본딩패드(101)를 거쳐 DC방지 커패시터(103)의 일측단자에 인가된다. 그리고, 상기 DC방지 커패시터(103)의 타측단자는 공통소스 트랜지스터(105)의 게이트와 잡음필터 커패시터(107)에 연결되므로, 상기 입력신호(VIN)는 공통소스 트랜지스터(105)의 게이트와 잡음필터 커패시터(107)에 인가되는 효과가 발생된다. 그리고, 잡음필터 커패시터(107)는 공통소스 트랜지스터(105)의 게이트 유도잡음의 영향을 줄임으로써, 증폭기의 잡음지수를 현저히 감소시킨다. 소스피드백 인덕터(109)는 저잡음 증폭기의 실수(real) 성분의 입력 임피던스를 제공하여 입력에서의 임피던스 정합을 위해 사용된다. 상기 공통소스 트랜지스터(105)에 연결된 공통게이트 트랜지스터(111)은 이득(gain)을 높이고 입출력간 격리(isolation) 특성을 개선하기 위해 사용된다. 상기 공통게이트 트랜지스터의 게이트에는 바이어스 전압(VBIAS)를 인가하여야 하는데, 보통 전원전압을 인가한다. 출력부하 인덕터(113)의 일측단자는 상기 공통게이트 트랜지스터(111)의 드레인에, 타측단자는 전원전압단자(VDD)에 전기적으로 연결된다.
마찬가지 원리로, 바이폴라 트랜지스터를 사용하였을 경우에도, DC 방지 커패시터의 타측단자와 공통에미터 트랜지스터의 에미터에 연결되는 잡음필터 커패시터는 잡음 필터 역할을 하여 증폭기의 잡음 지수를 줄이는 역할을 한다.
그런데, 도 1과 같은 종래의 증폭기에서는, 본딩패드(101), DC 방지 커패시터(103) 및 잡음필터 커패시터(107)을 개별적으로 구현함으로써, 레이아웃(layout) 면적이 현저히 증가하는 문제점이 발생한다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 증폭기의 잡음지수를 개선하면서도, 레이아웃 면적의 증가를 최소화하는 증폭기를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 반도체 칩의 내부에 형성되며, 상기 반도체 칩의 외부로부터 제공되는 입력신호를 증폭하여 출력하는 증폭기에 관한 것이다. 본 발명의 증폭기는 상기 입력신호를 인가하기 위한, DC 방지 커패시터 기능과 잡음필터 커패시터 기능이 함께 구비된 본딩패드; 상기 본딩패드에 인가되는 상기 입력신호에 응답하여, 컨덕턴스가 제어되는 공통소스 트랜지스터; 일측단자는 상기 공통소스 트랜지스터의 일측접합단자에, 타측단자는 접지전압단자에 전기적으로 연결되는 소스 피드백 부하; 일측접합은 상기 공통소스 트랜지스터의 타측접합단자와 전기적으로 연결되는 공통게이트 트랜지스터; 일측단자는 상기 공통게이트 트랜지스터의 타측접합단자에 연결되며, 타측단자는 전원전압단자에 전기적으로 연결되어 출력신호를 제공하는 출력부하를 구비한다. 그리고, 상기 본딩패드는 표면이 노출되는 상측단자; 상기 상측단자의 하부에 형성되며, 상기 공통 소스 트랜지스터의 게이트 단자에 연결되는 중측단자; 및 상기 중측단자의 하부에 형성되며, 상기 공통 소스 트랜지스터의 상기 일측접합단자에 연결되는 하측단자를 구비한다. 일반적으로 협대역 응용의 경우에, 상기 소스 피드백 부하 및 상기 출력부하는 인덕터를 사용한다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 잇점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. 각 도면을 이해함에 있어서, 동일한 부재는 가능한 한 동일한 참조부호로 도시하고자 함에 유의해야 한다. 그리고, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 저잡음 증폭기를 나타내는 회로도로서, 전계 효과 트랜지스터를 이용한 증폭기를 나타내는 회로도이다. 도 2를 참조하면, 반도체 칩의 내부에 형성되는 본 발명의 저잡음 증폭기는 종래 기술의 DC방지 커패시터(103)와 잡음 필터 커패시터(107)의 기능을 함께 구비한 본딩패드(201), 공통소스 트랜지스터(205), 소스 피드백 부하(209), 공통게이트 트랜지스터(211), 출력 부하(213)를 구비한다.
상기 본딩패드(201)는 반도체 칩의 외부로부터 제공되는 입력신호(VIN)를 인가하는 핀이 접촉될 수 있도록 반도체 칩의 외부에 노출되는 패드임과 동시에, 잡음필터 커패시터 기능을 갖는다.
도 3은 도 2의 A부분의 구성을 자세히 설명하기 위해 단면을 나타낸 도면이다. 도 3에서 빗금 영역은 산화물임을 나타낸다. 도 3을 참조하면, 상기 본딩패드(201)는 상측단자(201a), 중측단자(201b) 및 하측단자(201c)를 구비한다. 상기 상측단자(201a)는 표면이 노출된다. 그리고, 상기 중측단자(201b)는 상기 상측단자(201a)의 하부에 형성되며, 상기 하측단자(201c)는 상기 중측단자(201b)의 하부에 형성된다.
상기 노출된 상측단자(201a)와 하부에 위치한 중측단자(201b)에 의해 DC방지 커패시터 기능을 갖고, 동시에 상기 중측단자(201b)와 상기 중측단자(201b)의 하부에 위치한 하측단자(201c)에 의해 잡음필터 커패시터 기능을 갖는다. 상기 본딩패드의 중측단자(201b)는 상기 공통소스 트랜지스터(205)의 게이트(N204)에 연결되고, 상기 본딩패드의 하측단자(201c)는 상기 공통소스 트랜지스터(205)의 일측접합단자인 소스(N208)로 연결된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 종래 기술의 DC 방지 커패시터(103)과 잡음필터 커패시터(107)를 본딩패드와 함께 구현함으로써, 상기 잡음필터 커패시터(107)가 추가됨으로 인한 레이아웃(layout) 면적의 증가가 최소화되고 DC 방지 커패시터가 차지하는 레이아웃(layout) 면적을 줄일 수 있다. 또한, 종래 기술의 본딩패드(101), DC 방지 커패시터(103), 그리고 잡음필터 커패시터(107)에 발생하는 기생 성분도 감소될 수 있고 기생성분에 의한 잡음지수의 열화를 막을 수 있는 장점이 있다.
상기 공통소스 트랜지스터(205)는 본딩패드(201)의 상측단자(201a)와 중측단자(201b)를 통하여 인가되는 상기 입력신호(VIN)에 응답하여 컨덕턴스(conductance)가 제어되고, 궁극적으로는 도통되는 전류량이 제어된다.
한편, 상기 공통소스 트랜지스터(205)가 전계효과 트랜지스터로 구현되는 경우에는, 상기 전류제어단자는 게이트 단자가 된다. 그리고, 상기 공통소스 트랜지스터(205)가 바이폴라 트랜지스터로 구현되는 경우라면, 상기 전류제어단자는 베이스가 될 것이다.
상기 소스 피드백 부하 (209)의 일측단자는 상기 공통소스 트랜지스터(205)의 일측접합단자에, 타측단자는 접지전압단자(VSS)에 전기적으로 연결된다.
그리고, 상기 공통게이트 트랜지스터(211)의 일측접합은 상기 공통소스 트랜지스터(205)의 타측접합단자에 전기적으로 연결되며, 게이트 단자에는 전원전압(VDD) 혹은 바이어스(BIAS) 전압이 인가된다. 또한, 상기 공통게이트 트랜지스터(211)의 타측접합은 상기 출력부하(213)에 연결되어 출력신호(VOUT)를 생성한다. 상기 출력부하(213)의 일측단자는 상기 공통게이트 트랜지스터(211)의 타측접합단 자에 연결되며, 타측단자는 상기 전원전압단자(VDD)에 전기적으로 연결된다.
삭제
본 발명의 실시예에 따른 저잡음 증폭기를 설계함에 있어서, 상기 본딩패드(201)의 중측단자(201b)와 하측단자(201c)에 의해 형성되는 커패시터의 값에 의해 잡음지수가 달라지게 되는데, 상기 본딩패드(201)의 중측단자(201b)와 하측단자(201c)에 의해 형성되는 커패시터의 값을 변경하기 위해서는 상기 본딩패드(201)의 하측단자(201c)의 크기를 변경하거나 상기 본딩패드(201)의 중측단자(201b)와 하측단자(201c) 사이의 거리를 변경하면 된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 본 명세서에서는 전계효과 트랜지스터로 구현되는 실시예에 대해서만 기술되었다. 그러나, 본 발명의 저잡음 증폭기는 바이폴라 트랜지스터로 구현되는 실시예에서도 적용될 수 있음은 당업자에게 는 자명한 사실이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
상기와 같이, 본 발명의 저잡음 증폭기는 본딩패드의 밑에 위치한 두 금속 단자가 공통소스 트랜지스터의 게이트와 소스에 각각 연결된다. 상기 본딩패드의 상측단자와 상기 공통소스 트랜지스터의 게이트에 연결된 상기 본딩패드의 중측단자에 의해 형성되는 커패시터는 상기 공통소스 트랜지스터의 DC 유입을 막는 DC 방지 기능을 하고, 상기 본딩패드의 중측단자와 상기 공통소스 트랜지스터의 소스에 연결된 상기 본딩패드의 하측단자에 의해 형성되는 커패시터는 잡음필터 커패시터 역할을 한다. 따라서 본 발명의 저잡음 증폭기는 잡음필터 커패시터 기능이 본딩패드에 내장되어 잡음지수를 개선하고 DC 방지 기능 또한 본딩패드에 내장되어 있어서 레이아웃(layout) 면적을 획기적으로 줄일 수 있다. 그리고, 종래 기술에 비해 본딩패드와 공통소스 트랜지스터의 게이트 사이에 위치한 소자에 의해 발생하는 기생 성분도 현저히 감소된다.

Claims (1)

  1. 반도체 칩의 내부에 형성되며, 상기 반도체 칩의 외부로부터 제공되는 입력신호를 증폭하여 출력하는 증폭기에 있어서,
    상기 입력신호를 인가하기 위한 DC 방지 커패시터 기능과 잡음 필터 커패시시터 기능이 함께 구비된 본딩패드;
    상기 본딩패드에 인가되는 상기 입력신호에 응답하여, 컨덕턴스가 제어되는 공통소스 트랜지스터;
    일측단자는 상기 공통소스 트랜지스터의 일측접합단자에, 타측단자는 접지전압단자에 전기적으로 연결되는 소스 피드백 부하;
    일측접합은 상기 공통소스 트랜지스터의 타측접합단자와 전기적으로 연결되는 공통게이트 트랜지스터; 및
    일측단자는 상기 공통게이트 트랜지스터의 타측접합단자에 연결되며, 타측단자는 전원전압단자에 전기적으로 연결되어 출력신호를 제공하는 출력부하를 구비하며,
    상기 본딩패드는
    표면이 노출되는 상측단자;
    상기 상측단자의 하부에 형성되며, 상기 공통 소스 트랜지스터의 게이트 단자에 연결되는 중측단자; 및
    상기 중측단자의 하부에 형성되며, 상기 공통 소스 트랜지스터의 상기 일측접합단자에 연결되는 하측단자를 구비하는 것을 특징으로 하는 저잡음 증폭기.
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