KR101266918B1 - 가변이득 광대역 피드백 저 잡음 증폭기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제어전압에 따라 고이득(High-gain) 모드, 중간이득(Mid-gain) 모드, 저이득(Low-gain) 모드에서 동작할 수 있는 가변이득 기능을 갖는 광대역 피드백 저잡음증폭기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 저잡음 증폭기는, 제1공통소스 트랜지스터와 제1공통게이트 트랜지스터를 직렬로 연결한 제1캐스코드증폭단과, 상기 제1공통게이트 트랜지스터의 출력신호를 상기 제1공통소스 트랜지스터로 피드백시키는 피드백 회로와, 상기 출력신호의 저주파 대역 신호를 공진시키는 제1부하단과, 제어신호에 따라 상기 피드백 회로 및 상기 캐스코드증폭단을 각각 스위칭하는 제1스위치 및 제2스위치를 구비하여, 상기 제1스위치 및 상기 제2스위치의 동작에 따라 입력되는 광대역 신호 중 저주파 대역의 신호를 증폭하는 피드백증폭기; 및 제2공통소스 트랜지스터와 제2공통게이트 트랜지스터를 직렬로 연결한 제2캐스코드증폭단과, 상기 제2공통게이트 트랜지스터의 출력신호의 고주파 대역 신호를 공진시키는 제2부하단과, 제어신호에 따라 상기 제2캐스코드증폭단을 스위칭하는 제3스위치를 구비하여, 상기 제3스위치의 동작에 따라 상기 피드백증폭기로부터 입력되는 광대역 신호 중 고주파 대역의 신호를 증폭하는 캐스코드증폭기를 포함하되, 상기 제어신호에 따라 상기 제1스위치, 상기 제2스위치 및 상기 제3스위치의 동작시켜 전체 회로의 이득을 조절한다.
Figure R1020090086437
광대역, 피드백, 저잡음증폭기, 캐스코드, NMOS

Description

가변이득 광대역 피드백 저 잡음 증폭기{CONTROLLED GAIN WIDEBAND FEEDBACK LOW NOISE AMPLIFIER}
본 발명은 4세대 이동 통신용 단말 시스템의 수신단에 사용될 수 있는 저잡음증폭기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제어전압에 따라 고이득(High-gain) 모드, 중간이득(Mid-gain) 모드, 저이득(Low-gain) 모드에서 동작할 수 있는 가변이득 기능을 갖는 광대역 피드백 저잡음증폭기에 관한 것이다.
일반적으로 RF 수신단에서 수신된 전력은 감쇄 및 잡음의 영향으로 인해 매우 낮은 전력레벨을 갖는다. 따라서 반드시 수신신호의 전력증폭이 요구되는데, 수신된 신호는 무선통신 채널을 통해 전송되는 과정에서 이미 많은 잡음을 포함하고 있는 신호이기 때문에 무엇보다도 잡음을 최소화하는 증폭 기능이 필요하다.
RF 수신단은 수신기의 초단 시스템으로서 수신기의 성능을 가장 크게 좌우한다. RF 수신단은 통상 저잡음증폭부, 주파수변환부(Mixer), 국부발진기(Oscillator)로 이루어져 있으며, 저잡음증폭부의 잡음지수 및 증폭이득, 주파수변환부의 변환손실 및 고조파 왜곡도, 국부발진기의 주파수 안정도 등은 고성능의 수신 시스템을 구성하기 위해 모두 고려해야 할 사항이지만, 특히 저잡음증폭부의 잡음지수 및 증폭이득은 시스템의 성능에 가장 큰 영향을 미친다.
저잡음증폭기(Low Noise Amplifier; LNA)는 저잡음증폭부를 포함하는 수신기 전체의 잡음지수(Noise Factor; NF)를 낮출 목적으로 만들어진 고주파 증폭기로서, 전파손실이 큰 통신회선이나 미약한 입력전압의 수신전파에 사용되어, 통신 시스템에서 안테나가 잡은 미약한 신호를 증폭시키는 역할을 한다.
저잡음 특성을 만들려면 낮은 잡음지수를 가지는 트랜지스터와 저항 등의 열잡음 소자를 적게 사용하면서 전류 역시 작게 사용해야 한다. 그와 함께 정합을 통해 최대한의 이득을 확보하게 한다.
도 1은 종래기술에 따른 저잡음증폭기의 회로도로서, 종래기술에 따른 저잡음증폭기의 일례를 보인 것이다. 도 1을 참조하여 종래기술에 따른 저잡음증폭기를 살펴보면, 저잡음증폭기는 공통소스 트랜지스터(Q1)과 공통게이트 트랜지스터(Q2)가 직렬연결된 캐스코드(Cascode) 구조로 이루어져 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 저잡음증폭기에서 공통소스 트랜지스터(Q1)의 출력은 저항(R5)과 캐패시터(C5)를 직렬로 연결하여 안정하게 동작하도록 하고, 공통게이트 트랜지스터(Q2)의 출력은 션트-피드백(Shunt-Feedback) 방식의 피드백 구조를 통해서 입력 단과 연결되어 공통소스 트랜지스터(Q1)의 입력 임피던스를 변화시키지 않고도 저잡음증폭기의 이득을 조정할 수 있는 특징을 갖는다.
그러나 종래기술은 저잡음증폭기의 가변이득 기능에 대한 구현이 되어 있지 않으므로, 가변이득 기능을 지원하기 위해서 종래에는 저잡음증폭기와 함께 가변이득증폭기를 추가적으로 사용해야 하고, 이에 따라 기구적, 기능적 측면에서 활용공간 및 소비전력을 최소화해야 하는 4세대 이동 통신용 단말 시스템의 수신단에 사용하기에 부적합한 문제점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 4세대 이동 통신용 단말 시스템의 수신단에 사용될 수 있도록 가변이득 기능을 갖는 광대역 피드백 저잡음증폭기를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 입력 정합을 광대역으로 구현하고, 전체 저잡음 증폭이득을 증가시킬 수 있는 가변이득 기능을 갖는 광대역 피드백 저잡음증폭기를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 제어전압에 따라 스위치를 제어하여, 고이득 모드, 중간이득 모드 및 저이득 모드로 동작할 수 있는 가변이득 기능을 갖는 광대역 피드백 저잡음증폭기를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가변이득 광대역 피드백 저잡음증폭기는, 가변이득 광대역 피드백 저잡음증폭기에 있어서, 입력신호 및 상기 입력신호가 증폭된 출력신호를 격리(Isolation)시키고, 상기 출력신호를 상기 입력신호에 피드백시켜 광대역 입력신호를 증폭하되, 상기 광대역 입력신호 중 저주파 대역의 신호를 공진시켜 상기 광대역 입력신호 중 저주파 대역의 신호를 증폭하며, 제어신호에 따라 스위칭되어 상기 광대역 입력신호 중 저주파 대역의 신호의 증폭이득을 가변시키는 제1 및 제2스위치를 구비하는 피드백증폭기; 및 상기 피드백증폭기로부터 입력되는 광대역 신호 중 고주파 대역의 신호를 증폭하며, 제어신호에 따라 스위칭되어 상기 광대역 입력신호 중 고주파 대역의 신호의 증폭이득을 가변시키는 제3스위치를 구비하는 캐스코드증폭기를 포함하되, 상기 제어신호는, 제1전압 및 상기 제1전압보다 높은 제2전압을 포함하고, 상기 가변이득 광대역 피드백 저잡음증폭기가 고이득 특성을 갖도록 상기 제1스위치, 상기 제2스위치 및 상기 제3스위치 각각에 상기 제1전압을 인가하고, 저이득 특성을 갖도록 상기 제1스위치, 상기 제2스위치 및 상기 제3스위치 각각에 상기 제2전압을 인가하며, 중간이득 특성을 갖도록 상기 제1스위치에 상기 제1전압을 인가하고 상기 제2스위치 및 상기 제3스위치에 상기 제2전압을 인가한다.
또한, 상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가변이득 광대역 피드백 저잡음증폭기는, 가변이득 광대역 피드백 저잡음증폭기에 있어서, 제1공통소스 트랜지스터와 제1공통게이트 트랜지스터를 직렬로 연결한 제1캐스코드증폭단과, 상기 제1공통게이트 트랜지스터의 출력신호를 상기 제1공통소스 트랜지스터로 피드백시키는 피드백 회로와, 상기 출력신호의 저주파 대역 신호를 공진시키는 제1부하단과, 제어신호에 따라 상기 피드백 회로 및 상기 캐스코드증폭단을 각각 스위칭하는 제1스위치 및 제2스위치를 구비하여, 상기 제1스위치 및 상기 제2스위치의 동작에 따라 입력되는 광대역 신호 중 저주파 대역의 신호를 증폭하는 피드백증폭기; 및 제2공통소스 트랜지스터와 제2공통게이트 트랜지스터를 직렬로 연결한 제2캐스코드증폭단과, 상기 제2공통게이트 트랜지스터의 출력신호의 고주파 대역 신호를 공진시키는 제2부하단과, 제어신호에 따라 상기 제2캐스코드증폭단을 스위칭하는 제3스위치를 구비하여, 상기 제3스위치의 동작에 따라 상기 피드백증폭기로부터 입력되는 광대역 신호 중 고주파 대역의 신호를 증폭하는 캐스코드증폭기를 포함하되, 상기 제어신호에 따라 상기 제1스위치, 상기 제2스위치 및 상기 제3스위치의 동작시켜 전체 회로의 이득을 조절한다.
삭제
또한, 본 발명에 따른 가변이득 광대역 피드백 저잡음증폭기는, 상기 캐스코드증폭기로부터 입력되는 신호를 감쇄 없이 출력단으로 출력하는 출력버퍼를 더 구비함이 바람직하며, 이때, 상기 출력버퍼는 소스팔로워로 구현될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 가변이득 광대역 피드백 저잡음증폭기의 상기 피드백증폭기와, 상기 캐스코드증폭기 및 상기소스팔로워는, 입력단 및 출력단에 AC 커플링 캐패시터를 구비함이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 가변이득 광대역 피드백 저잡음증폭기에 있어서, 상기 스위치들을 제어하기 위한 제어신호는, 제1전압 및 상기 제1전압보다 높은 제2전압을 포함하고, 상기 가변이득 광대역 피드백 저잡음증폭기가 고이득 특성을 갖도록 상기 제1스위치, 상기 제2스위치 및 상기 제3스위치 각각에 상기 제1전압을 인가하고, 저이득 특성을 갖도록 상기 제1스위치, 상기 제2스위치 및 상기 제3스위치 각각에 상기 제2전압을 인가하며, 중간이득 특성을 갖도록 상기 제1스위치에 상기 제1전압을 인가하고 상기 제2스위치 및 상기 제3스위치에 상기 제2전압을 인가한다.
또한, 본 발명에 따른 가변이득 광대역 피드백 저잡음증폭기에 있어서, 상기 피드백증폭기의 상기 피드백 회로는, 상기 제1공통게이트 트랜지스터의 드레인에 연결된 캐패시터와, 상기 제1공통소스 트랜지스터의 게이트에 연결된 피드백 저항이 직렬로 연결되어 이루어진다.
이때, 상기 제1스위치는 상기 피드백 저항과 병렬로 연결된 트랜지스터 스위치이고, 상기 제2스위치는 상기 제1공통게이트 트랜지스터의 소스 및 상기 제1부하단과 병렬로 연결된 트랜지스터 스위치이며, 상기 제3스위치는 상기 제2공통게이트 트랜지스터의 소스 및 상기 제2부하단과 병렬로 연결된 트랜지스터 스위치로 구현될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 가변이득 광대역 피드백 저잡음증폭기에 있어서, 상기 피드백증폭기의 상기 제1부하단은 상기 제1공통게이트 트랜지스터의 드레인에 연결되어, 상기 제1공통게이트 트랜지스터로부터의 출력신호의 저주파 대역 신호를 공진시켜 상기 저주파 대역 신호를 상기 캐스코드증폭기로 인가하는 인덕터로 구현될 수 있으며, 상기 캐스코드증폭기의 상기 제2부하단은 상기 제2공통게이트 트랜지스터의 드레인에 연결되어, 상기 제2공통게이트 트랜지스터로부터의 출력신호의 고주파 대역 신호를 공진시켜 상기 고주파 대역 신호를 소스팔로워로 인가하는 인덕터로 구현될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 가변이득 광대역 피드백 저잡음증폭기에 있어서, 상기 피드백증폭기는 상기 제1공통소스 트랜지스터의 게이트 및 소스에 각각 입력 정합을 위한 인덕터를 더 구비함이 바람직하며, 상기 제1공통소스 트랜지스터의 게이트와 소스 사이에, 상기 제1공통소스 트랜지스터의 게이트로 입력되는 입력신호를 무반사 입력시키기 위한 고용량 캐패시터를 더 구비하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 본 발명은, 4세대 이동 통신용 단말 시스템의 수신단에 사용될 수 있도록 소형의 저전력 가변이득 광대역 피드백 저잡음증폭기를 제공할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 입력 정합을 광대역으로 구현하고, 전체 저잡음 증폭이득을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
뿐만 아니라, 본 발명은 저잡음증폭기를 고이득 모드, 중간이득 모드 및 저이득 모드로 동작시킬 시 제어전압에 따라 스위치를 제어함으로써 간단히 가변이득을 제어할 수 있는 이점이 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 동일한 구성들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들을 나타내고 있음을 유의하여야 한다. 하기 설명에서 구체적인 특정 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해 제공된 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 도 2 및 도 3을 참고하여 본 발명에 따른 가변이득 기능을 갖는 광대역 피드백 저잡음증폭기의 구성 및 동작을 상세히 설명한다. 또한, 본 발명에 따른 가변이득 광대역 피드백 저잡음증폭기의 가변이득 모드인 고이득 모드(High-gain mode), 중간이득 모드(Mid-gain mode) 및 저이득 모드(Low-gain mode)에서의 전력이득 특성과 잡음지수 특성을 도 4 내지 도 9에 도시하여, 이하에서 설명되는 본 발명에 따른 가변이득 광대역 피드백 저잡음증폭기를 적용하여 얻을 수 있는 효율을 확인할 수 있도록 하였다.
먼저, 도 2를 참조하여 살펴보면, 도 2는 본 발명에 따른 가변이득 광대역 피드백 저잡음증폭기의 회로도로서, 피드백증폭기(101, Feedback amplifier)와, 캐스코드증폭기(102, Cascode amplifier) 및 소스팔로워(Source follower)를 포함한다.
상기 피드백증폭기(101)는 공통소스 NMOS(15)와 공통게이트 NMOS(16)가 직렬연결되어 캐스코드증폭단을 구성하고, 상기 공통게이트 NMOS(16)의 드레인으로 출력되는 출력신호는 AC 커플링 캐패시터(23)를 거쳐 공통소스 NMOS(24)로 인가되고, 그 일부는 캐패시터(19) 및 저항(18)의 직렬결합 회로로 구성되는 피드백 회로를 거쳐 다시 상기 공통소스 NMOS(15)로 피드백된다. 상기 공통게이트 NMOS(16)의 드레인으로 출력되는 출력신호의 저주파 대역 신호는 인덕터(17)에서 공진된다.
상기 피드백 회로의 저항(18)과 병렬로 연결된 스위치(SW1)는 NMOS(20)로 이루어져, 게이트로 인가되는 제어신호에 따라 상기 피드백 회로를 스위칭하고, 상기 캐스코드증폭단의 공통게이트 NMOS(16)의 소스 및 인덕터(17)와 병렬로 연결된 스위치(SW2)는 NMOS(21)로 이루어져, 게이트로 인가되는 제어신호에 따라 상기 캐스코드증폭단을 스위칭한다.
본 발명에 따른 가변이득 광대역 피드백 저잡음증폭기의 피드백증폭기(101)의 RFin을 통해 입력되는 입력신호는 AC 커플링 캐패시터(11)와 입력 정합을 위한 인덕터(12)를 거쳐서 NMOS(15)의 게이트와 캐패시터(13)로 전달된다. 여기서, 캐패시터(13)는 NMOS(15)의 입력 캐패시턴스를 크게 함으로써 NMOS(15)의 크기를 키우지 않고도 입력 정합을 용이하게 수행할 수 있도록 하는 역할을 한다.
NMOS(15)에 인가된 입력신호는 공통게이트 트랜지스터 NMOS(16)를 통하여 부하 인덕터(17)로 전달된다. 상기 부하 인덕터(17)로 전달되는 신호 중 일부는 광대역 특성을 갖도록 설계된 피드백 회로인 캐패시터(19) 및 저항(18)의 직렬회로를 거쳐서 다시 NMOS(15)의 게이트로 입력된다.
상기와 같이 구성되는 피드백증폭기(101)의 광대역 특성은 도 2의 가변이득 광대역 피드백 저잡음증폭기의 피드백증폭기를 등가회로로 나타낸 도 3을 참조하여 다음과 같이 설명될 수 있다.
먼저, 도 3의 밀러등가저항(36,
Figure 112013013035314-pat00001
)은 하기의 [수학식 1]과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013013035314-pat00002
여기서,
Figure 112013013035314-pat00003
는 피드백 저항이고,
Figure 112013013035314-pat00004
는 증폭기 이득이다.
또한, 도 3의 Q값(Quality factor)은 하기의 [수학식 2]와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013013035314-pat00005
여기서,
Figure 112013013035314-pat00006
은 NMOS의 전달컨덕턴스(Trans-conductance)이고,
Figure 112013013035314-pat00007
(35)는 NMOS의 기생 캐패시터이며,
Figure 112013013035314-pat00008
는 공진 주파수이다.
상기 [수학식 2]와 같이, 본 발명에 따른 피드백증폭기(101)는 일반 캐스코드 증폭기의 Q값에
Figure 112013013035314-pat00009
이 추가된 형태로서, Q값이 일반 캐스코드 증폭기에 비해 작아진다. Q값은 대역폭에 반비례하기 때문에, 상기 [수학식 2]에 보인 바와 같이, 본 발명에 따른 피드백증폭기(101)는 광대역 특성을 나타낸다.
다시 도 2를 참조하여 살펴보면, 부하로 동작하는 인덕터(17)는 큰 값을 가지고 저주파에서 공진하고, 인덕터(17)에 전달된 신호는 AC 커플링 캐패시터(23)를 거쳐, NMOS(24)의 게이트로 전달된다.
상기 캐스코드증폭기(102)는 공통소스 NMOS(24)와 공통게이트 NMOS(25)가 직렬로 연결되어 캐스코드증폭단을 구성하고, 상기 공통게이트 NMOS(25)의 드레인에는 출력신호의 고주파 대역 신호를 공진시키는 부하로서 인덕터(26)가 연결되며, 제어신호에 따라 캐스코드증폭단을 스위칭하는 스위치(SW3)가 공통게이트 NMOS(25)의 소스 및 인덕터(26)와 병렬로 연결된다. 상기 스위치(SW3)는 제어신호에 따라 캐스코드증폭단을 스위칭할 수 있도록 NMOS(27)로 구현한다.
상기 NMOS(24)로 전달된 신호는 공통게이트 트랜지스터 NMOS(25)를 거쳐 부하로 동작하는 인덕터(26)로 전달된다. 상기 인덕터(26)는 피드백증폭기(101)의 인덕터(17)보다는 상대적으로 작은 값을 가지고 고주파에서 공진을 하도록 구현된다. 인덕터(26)로 전달된 신호는 측정 시 신호 감쇄를 줄이기 위한 출력버퍼로서, NMOS(30)와, 저항(31) 및 전류원(32)으로 이루어진 소스팔로워(103)를 통해 AC 커플링 캐패시터(33)를 거쳐서 RFOUT으로 출력된다. 상기 소스팔로워(103)는 상기 캐스코드증폭기(102)로부터 입력되는 신호를 감쇄 없이 출력단으로 출력하기 위한 출력버퍼의 역할을 수행한다.
전술한 본 발명에 따른 가변이득 광대역 피드백 저잡음증폭기가 가변이득 기능을 수행하기 위한 제어신호의 전압조건의 일례를 하기의 [표 1]에 정리하였다. 하기의 [표 1]에 보인 바와 같이, 가변이득모드(High/Mid/Low-gain)에 대하여 스위치들(SW1, SW2, SW3)은 각각의 제어전압에 따라 동작하여 해당 구성부를 스위칭함으로써, 이에 따라 저잡음증폭기 전체 회로의 전력이득 및 잡음지수를 가변시킨다.
모드 SW1 SW2 SW3 전력이득 잡음지수
High-gain 0 V 0 V 0 V 31.5 dB 2.4 dB
Mid-gain 0 V 1.8 V 1.8 V 21.5 dB 4.9 dB
Low-gain 1.8 V 1.8 V 1.8 V 12.3 dB 7.3 dB
상기 [표 1]에 정리한 바와 같이, 제어신호로서 각각의 스위치에 인가되는 전압에 따른 스위치 동작에 의하여 각각의 이득모드에서 나타나는 전력이득과 잡음지수 특성을 시뮬레이션한 결과를 S파라미터 응답을 이용하여 도 4 내지 도 9에 나타내었다.
도 4 및 도 5는 고이득 모드(High-gain mode)로 동작하는 본 발명에 따른 가변이득 광대역 피드백 저잡음증폭기의 전력이득 및 잡음지수 특성도이고, 도 6 및 도 7은 중간이득 모드(Mid-gain mode)로 동작하는 본 발명에 따른 가변이득 광대역 피드백 저잡음증폭기의 전력이득 및 잡음지수 특성도이며, 도 8 및 도 9는 저이득 모드(Low-gain mode)로 동작하는 본 발명에 따른 가변이득 광대역 피드백 저잡음증폭기의 전력이득 및 잡음지수 특성도를 나타낸 것이다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 가변이득 광대역 피드백 저잡음증폭기는 캐스코드-피드백 구조를 이용한 피드백증폭기에서 입력 정합을 광대역으로 구현하고, 부하는 저주파에서 공진하도록 하였으며, 캐스코드 구조를 이용한 캐스코드증폭기에서 전체 저잡음증폭기의 이득을 증가시키고, 부하는 고주파에서 공진이 발생하도록 함과 아울러 제어신호에 따라 제1스위치(SW1), 제2스위치(SW2) 및 제3스위치(SW3)를 동작시켜 전체 회로의 이득을 조절할 수 있도록 한다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해서 정해져야 한다.
도 1은 종래기술에 따른 저잡음증폭기의 회로도,
도 2는 본 발명에 따른 가변이득 광대역 피드백 저잡음증폭기의 회로도,
도 3은 도 2의 가변이득 광대역 피드백 저잡음증폭기의 피드백증폭기의 등가회로,
도 4는 고이득 모드(High-gain mode)로 동작하는 본 발명에 따른 가변이득 광대역 피드백 저잡음증폭기의 전력이득 특성도,
도 5는 고이득 모드로 동작하는 본 발명에 따른 가변이득 광대역 피드백 저잡음증폭기의 잡음지수 특성도,
도 6은 중간이득 모드(Mid-gain mode)로 동작하는 본 발명에 따른 가변이득 광대역 피드백 저잡음증폭기의 전력이득 특성도,
도 7은 중간이득 모드로 동작하는 본 발명에 따른 가변이득 광대역 피드백 저잡음증폭기의 잡음지수 특성도,
도 8은 저이득 모드(Low-gain mode)로 동작하는 본 발명에 따른 가변이득 광대역 피드백 저잡음증폭기의 전력이득 특성도,
도 9는 저이득 모드로 동작하는 본 발명에 따른 가변이득 광대역 피드백 저잡음증폭기의 잡음지수 특성도.
<도면의 주요한 부호에 대한 설명>
15, 16, 20, 21, 24, 25, 27, 30: NMOS
11, 13, 19, 22, 23, 28, 29, 33, 35: 캐패시터
12, 14, 17, 26, 34, 38: 인덕터
18, 31, 37: 저항 36: 밀러등가저항
32: 전류원 101: 피드백증폭기
102: 캐스코드증폭기 103: 소스팔로워

Claims (14)

  1. 가변이득 광대역 피드백 저잡음증폭기에 있어서,
    입력신호 및 상기 입력신호가 증폭된 출력신호를 격리(Isolation)시키고, 상기 출력신호를 상기 입력신호에 피드백시켜 광대역 입력신호를 증폭하되, 상기 광대역 입력신호 중 저주파 대역의 신호를 공진시켜 상기 광대역 입력신호 중 저주파 대역의 신호를 증폭하며, 제어신호에 따라 스위칭되어 상기 광대역 입력신호 중 저주파 대역의 신호의 증폭이득을 가변시키는 제1 및 제2스위치를 구비하는 피드백증폭기; 및
    상기 피드백증폭기로부터 입력되는 광대역 신호 중 고주파 대역의 신호를 증폭하며, 제어신호에 따라 스위칭되어 상기 광대역 입력신호 중 고주파 대역의 신호의 증폭이득을 가변시키는 제3스위치를 구비하는 캐스코드증폭기를 포함하되,
    상기 제어신호는,
    제1전압 및 상기 제1전압보다 높은 제2전압을 포함하고,
    상기 가변이득 광대역 피드백 저잡음증폭기가 고이득 특성을 갖도록 상기 제1스위치, 상기 제2스위치 및 상기 제3스위치 각각에 상기 제1전압을 인가하고, 저이득 특성을 갖도록 상기 제1스위치, 상기 제2스위치 및 상기 제3스위치 각각에 상기 제2전압을 인가하며, 중간이득 특성을 갖도록 상기 제1스위치에 상기 제1전압을 인가하고 상기 제2스위치 및 상기 제3스위치에 상기 제2전압을 인가하는, 가변이득 광대역 피드백 저잡음증폭기.
  2. 가변이득 광대역 피드백 저잡음증폭기에 있어서,
    제1공통소스 트랜지스터와 제1공통게이트 트랜지스터를 직렬로 연결한 제1캐스코드증폭단과, 상기 제1공통게이트 트랜지스터의 출력신호를 상기 제1공통소스 트랜지스터로 피드백시키는 피드백 회로와, 상기 출력신호의 저주파 대역 신호를 공진시키는 제1부하단과, 제어신호에 따라 상기 피드백 회로 및 상기 캐스코드증폭단을 각각 스위칭하는 제1스위치 및 제2스위치를 구비하여, 상기 제1스위치 및 상기 제2스위치의 동작에 따라 입력되는 광대역 신호 중 저주파 대역의 신호를 증폭하는 피드백증폭기; 및
    제2공통소스 트랜지스터와 제2공통게이트 트랜지스터를 직렬로 연결한 제2캐스코드증폭단과, 상기 제2공통게이트 트랜지스터의 출력신호의 고주파 대역 신호를 공진시키는 제2부하단과, 제어신호에 따라 상기 제2캐스코드증폭단을 스위칭하는 제3스위치를 구비하여, 상기 제3스위치의 동작에 따라 상기 피드백증폭기로부터 입력되는 광대역 신호 중 고주파 대역의 신호를 증폭하는 캐스코드증폭기를 포함하되,
    상기 제어신호에 따라 상기 제1스위치, 상기 제2스위치 및 상기 제3스위치의 동작시켜 전체 회로의 이득을 조절하는, 가변이득 광대역 피드백 저잡음증폭기.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 캐스코드증폭기로부터 입력되는 신호를 감쇄 없이 출력단으로 출력하는 출력버퍼
    를 더 포함하는 가변이득 광대역 피드백 저잡음증폭기.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 출력버퍼는,
    소스팔로워인, 가변이득 광대역 피드백 저잡음증폭기.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 피드백증폭기와, 상기 캐스코드증폭기 및 상기 소스팔로워는,
    입력단 및 출력단에 AC 커플링 캐패시터를 구비하는, 가변이득 광대역 피드백 저잡음증폭기.
  6. 제 2항에 있어서, 상기 제어신호는,
    제1전압 및 상기 제1전압보다 높은 제2전압을 포함하고,
    상기 가변이득 광대역 피드백 저잡음증폭기가 고이득 특성을 갖도록 상기 제1스위치, 상기 제2스위치 및 상기 제3스위치 각각에 상기 제1전압을 인가하고, 저이득 특성을 갖도록 상기 제1스위치, 상기 제2스위치 및 상기 제3스위치 각각에 상기 제2전압을 인가하며, 중간이득 특성을 갖도록 상기 제1스위치에 상기 제1전압을 인가하고 상기 제2스위치 및 상기 제3스위치에 상기 제2전압을 인가하는, 가변이득 광대역 피드백 저잡음증폭기.
  7. 제 2항에 있어서, 상기 피드백증폭기의 상기 피드백 회로는,
    상기 제1공통게이트 트랜지스터의 드레인에 연결된 캐패시터와, 상기 제1공통소스 트랜지스터의 게이트에 연결된 피드백 저항이 직렬로 연결된, 가변이득 광대역 피드백 저잡음증폭기.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 제1스위치는,
    상기 피드백 저항과 병렬로 연결된 트랜지스터 스위치인, 가변이득 광대역 피드백 저잡음증폭기.
  9. 제 2항에 있어서, 상기 제2스위치는,
    상기 제1공통게이트 트랜지스터의 소스 및 상기 제1부하단과 병렬로 연결된 트랜지스터 스위치인, 가변이득 광대역 피드백 저잡음증폭기.
  10. 제 2항에 있어서, 상기 제3스위치는,
    상기 제2공통게이트 트랜지스터의 소스 및 상기 제2부하단과 병렬로 연결된 트랜지스터 스위치인, 가변이득 광대역 피드백 저잡음증폭기.
  11. 제 2항에 있어서, 상기 피드백증폭기의 상기 제1부하단은,
    상기 제1공통게이트 트랜지스터의 드레인에 연결되어, 상기 제1공통게이트 트랜지스터로부터의 출력신호의 저주파 대역 신호를 공진시켜 상기 저주파 대역 신호를 상기 캐스코드증폭기로 인가하는 인덕터인, 가변이득 광대역 피드백 저잡음증폭기.
  12. 제 2항에 있어서, 상기 캐스코드증폭기의 상기 제2부하단은,
    상기 제2공통게이트 트랜지스터의 드레인에 연결되어, 상기 제2공통게이트 트랜지스터로부터의 출력신호의 고주파 대역 신호를 공진시켜 상기 고주파 대역 신호를 소스팔로워로 인가하는 인덕터인, 가변이득 광대역 피드백 저잡음증폭기.
  13. 제 2항에 있어서, 상기 피드백증폭기는,
    상기 제1공통소스 트랜지스터의 게이트 및 소스에 각각 입력 정합을 위한 인덕터
    를 더 구비하는 가변이득 광대역 피드백 저잡음증폭기.
  14. 제 2항에 있어서, 상기 피드백증폭기는,
    상기 제1공통소스 트랜지스터의 게이트와 소스 사이에, 상기 제1공통소스 트랜지스터의 게이트로 입력되는 입력신호를 무반사 입력시키기 위한 고용량 캐패시터
    를 더 구비하는 가변이득 광대역 피드백 저잡음증폭기.
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