KR101505821B1 - 저 잡음 지수 및 전압 가변 이득을 갖는 전력 증폭기 - Google Patents

저 잡음 지수 및 전압 가변 이득을 갖는 전력 증폭기 Download PDF

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Abstract

본 발명의 대상은, 캐스코드 증폭단을 포함하는, 가변 이득을 갖는 저 잡음 지수 증폭기이고, 이 증폭기는 공통 소스로서 설치되는 저-전압 MOSFET 트랜지스터와 그에 이어서 공통 베이스로서 설치되는 항복 전압이 높은 바이폴라 트랜지스터를 직렬로 설치하여 포함한다. 바이폴라 트랜지스터의 콜렉터와 캐스코드단의 MOSFET 트랜지스터의 그리드 사이에 저항이 배치되고, 캐스코드단에는 초크를 통해 전기적으로 전력이 공급된다.

Description

저 잡음 지수 및 전압 가변 이득을 갖는 전력 증폭기{POWER AMPLIFIER WITH LOW NOISE FIGURE AND VOLTAGE VARIABLE GAIN}
교차 참조
본원은, 그 전체가 참조로서 본원에 포함되는, 2010년 4월 19일 출원된 프랑스 특허 출원 제 10 52 956 호에 기초하고, 그 우선권이 35 U.S.C.§119 하에서 주장된다.
본 발명은, 무선 이동 원격통신 인프라스트럭처들의 기지국들에 대한 넓은 대역의 주파수들(예를 들어, 700㎒ 내지 2.6㎓)에 대해 사용될 수도 있는, 저 잡음 및 전압 가변 이득을 갖는 전력 증폭기와 관련된다.
무선주파수 신호 방출/수신 시스템에 있어서, 수신 시퀀스는, 공지되어 있는 방식으로, 송신된 정보를 나타내는 신호를 필터링 및 증폭하기 위한 기능을 갖는 수신기의 증폭 회로로 송신되는 신호를 안테나가 수신하는 것을 포함한다. 증폭기의 주 역할은 유용한 신호의 증폭에 의해 제공되는 신호/잡음비의 저하 및 왜곡을 감소시킴으로써 신호를 복조 회로에 대한 적절한 레벨로 조정하는 것이다. 무선 원격통신 인프라스트럭처들에 대한 수신기들에 있어서, 매우 선형의 초-저-잡음(very-low-noise) 증폭기들이 필요하다. 또한, 이들 증폭기들은 상이한 수신기 제조자들의 요구사항들에 적응될 수 있어야 하고, 이는 이들 수신기들이 항상 동일한 성능 절충안들을 요구하지 않기 때문이다. 부가적으로, 다양한 지형 구성들은 다수의 경우들을 다루기 위해서 필요한 성능들을 쉽게 조정할 수 있게 한다. 예를 들어, 안테나 기둥 또는 철탑의 꼭대기에 배치된 안테나를 기지국 내의 하우징에 배치된 수신기에 접속하는 케이블 내에서의 신호의 손실은 케이블의 길이에 의존한다. 또 다른 예에 있어서, 필터의 특성들은 제조자마다 서로 다를 수도 있다.
수신기는, 복조기의 입력에서의 신호의 레벨을 조정하고 지형 구성에 적합한 이득 변동의 가장 넓은 가능한 범위를 보장하기 위해서, 저 잡음 지수(또는 "NF") 및 조정 가능한 전력 이득을 가져야 한다. 이를 위해서, 저-NF 가변-이득 증폭기가 안테나, 케이블 및 필터 바로 다음의 수신 시퀀스에 삽입된다. 증폭기로부터의 잡음은 수신 체인에 적은 잡음을 부가시키도록 충분히 낮아야 하고, 증폭기는, 고려되는 전체 변동 범위 전반에 걸쳐, 왜곡 없이 고-레벨 및 저-레벨 진폭 신호들을 동시에 증폭할 수 있기에 충분한 선형성 및 출력 전력을 나타내야 한다. 또한, 어떤 제조자들 중에서, 증폭기의 이득을 조정하기 위한 옵션은, 거의 일정한 이득 값을 유지하기 위해서 수신 시퀀스 내에서 온도 변동들을 상쇄하는 것을 가능하게 한다.
특히 텔레비전 튜너들에서 사용되는 한 가지 현재 공지되어 있는 해결책은 선형 가변 감쇠기와, 그에 이어서 저-잡음 고정-이득 증폭기 및 믹서 뒤에 배치되는 가변-이득 증폭단으로 이루어진다. MOSFET(금속-산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터) 기술을 사용하는 이 해결책은 잡음 지수의 저하를 제한하면서 일정한 출력 이득 레벨을 갖는 것을 가능하게 한다. 이것은 텔레비전 신호들을 수신하기 위한 어플리케이션에 적합하다. 그러나, 이러한 종류의 해결책을 통해 달성 가능한 성능들은 이동 원격통신 인프라스트럭처들 분야에서의 요구들에 적합하지 않다.
오늘날, 예를 들어, 약 900㎒ 범위에서, 기지국에 대한 저-잡음 가변-이득 증폭기의 성능들은 보통 1㏈보다 낮은 잡음 지수, 약 30㏈의 이득, 및 전체 온도 범위에 걸쳐 0㏈m 이상의 입력에서 및 약 15 내지 20㏈의 이득 변동 범위에 대해 약 3의 상호변조 곱을 갖는다.
따라서, 기지국 수신기들의 비용을 감소시키기 위해서, 실리콘계 마이크로 전자 공학 기술로 저 비용으로 대량 생산될 수 있고 집적될 수 있는 저-잡음 가변-이득 고-선형성 증폭기를 얻고자 하는 것이다. 무선 주파수들과 같은 고-주파수 어플리케이션들의 요구들을 커버하기 위해서 이러한 토폴로지가 적응될 수 있어야 한다.
또한, 전체 주파수 대역 내에서 및 모든 온도들에 대해서, 이득의 전체 변동 범위에 걸쳐 소망의 이득 값에 가능한 한 가까운 더욱 정확한 이득 값을 달성하기 위해서 초 저-진폭 단계들(예를 들어, 0.1㏈ 미만)을 통해 전력 이득의 변동을 달성하고자 하는 것이다.
본 발명의 대상은 캐스코드 증폭단을 포함하는 집적형 저-잡음-지수 가변-이득 증폭기이고, 이 증폭기는, 직렬로 접속된, 공통 소스로서 설치되는 저-전압 MOSFET 트랜지스터와, 그에 이어서 공통 베이스로서 설치된, MOSFET 트랜지스터의 적어도 2배의 전압을 갖는, 바이폴라 고 항복 전압 트랜지스터를 포함한다. 바이폴라 트랜지스터의 콜렉터와 캐스코드단의 MOSFET 트랜지스터의 그리드 사이에 저항이 배치되고, 캐스코드단에는 초크를 통해 전기적으로 전력이 공급된다.
집적형 증폭기는 기능을 달성하기 위해 필요한 대부분의 능동 및 수동 구성요소들을 집적하는 것을 가능하게 하는 마이크로 전자 공학 반도체 기술을 사용하여 구성될 수도 있는 증폭기이다.
캐스코드("cascade to cathode"의 축약)단은 이득이 수 데시벨만큼 지속하여 변할 수도 있는 증폭단처럼 동작한다. 이것은 잡음 지수를 저하시키는 일 없이, 선형성을 보장하고 최소의 가능한 이득 변동 간격들을 가능하게 하기 위한 것이다. 선형성 및 전력을 증가시키는 것은 전압 및 전류 편차를 증가시키는 것을 수반한다. 예를 들어, 대략 3V, 약 3V 내지 3.3V의 저-전압 MOSFET 트랜지스터, 및 바이폴라 고-항복 전압 트랜지스터를 조합하여 사용하는 것은 매우 양호한 증폭기 선형성을 유발한다. 이 조합은 BiCMOS(Bipolar Complementary Metal-Oxide Semiconductor)로 공지되어 있는 기술에서 달성된다. 공통-소스 MOSFET 트랜지스터는 증폭기의 선형성을 향상시키는 것을 가능하게 하고, 바이폴라 트랜지스터의 고 항복 전압(MOSFET 트랜지스터의 전압의 적어도 2배)은 캐스코드단의 출력에서의 전압 편차를 증가시키고, 따라서, 증폭기의 선형성을 향상시키는 것을 가능하게 한다. 주파수 성능들은 고 항복 전압을 갖는 공통-베이스 바이폴라 트랜지스터의 사용에 의해 약간 저하되고, 이는 사용된 트랜지스터들의 수를 감소시키는 것을 가능하게 한다.
제 1 실시예에 있어서, 증폭기는 캐스코드단의 출력에 적어도 하나의 스위치 가능한 감쇠기를 더 포함할 수도 있다. (15 내지 20㏈ 정도의) 소망의 이득 변동 범위를 달성하기 위해서, 하나 이상의 고-선형 저-손실 스위치 가능한 감쇠기들이 캐스코드단의 출력에 부가될 수도 있다. 이 스위치 가능한 감쇠기는 손실들을 도입하고, 증폭기의 이득이 충분하다면 잡음 값을 거의 증가시키지 않는다. 한편, 이 감쇠기의 선형성은 전체 수신기의 선형성을 유지하기 위해 높아야 한다. 또한, 이 스위치 가능한 감쇠기는, 감쇠 레벨과 무관하게, 캐스코드단의 출력에서 일정한 임피던스를 나타낸다.
제 2 실시예에 있어서, 증폭기는 캐스코드단의 입력에 적어도 하나의 스위치 가능한 감쇠기를 더 포함할 수도 있다. 그에 의해, 캐스코드단의 출력에 배치될 수도 있는 스위치 가능한 감쇠기와 토폴로지가 유사한 입력 감쇠기를 부가하는 것으로 인해, 잡음 지수의 손상에 대한 낮은 이득 설정들로 선형성이 향상될 수도 있다. 입력에서의 이 스위치 가능한 감쇠기는 회로의 사용을 모든 지형 구성들로 확장하거나, 또는 매우 높은 레벨들일 수도 있는 무선 신호들을 수신하는 것을 가능하게 한다.
제 3 실시예에 있어서, MOSFET 트랜지스터의 그리드에 접속되는 스위치 가능한 감쇠기의 명령 회로의 입력에서 필요한 공급 전압은 캐스코드단의 공급 전압과 동일한 정도의 크기이고, 캐스코드단의 공급 전압보다 작은 전압은 스위치 가능한 감쇠기의 MOSFET 트랜지스터의 소스 및 드레인에서 필요하다.
제 4 실시예에 있어서, 증폭기는 바이폴라 트랜지스터의 콜렉터 및 캐스코드단의 MOSFET 트랜지스터의 그리드 사이에 배치되는 저항을 더 포함할 수도 있다. 이 저항의 기능은, 선형성 및 대역폭을 향상시키고, 바이폴라 트랜지스터의 베이스 전압 변동들이 발생할 때 캐스코드단의 입력 및 출력에서의 임피던스 변동들을 감소시키는 것이다.
제 5 실시예에 있어서, 증폭기는 달성될 이득의 함수로서 바이폴라 트랜지스터의 베이스 전압을 제어하기 위한 인터페이스 회로를 더 포함할 수도 있다. 인터페이스 회로는, 잡음의 실질적인 저하를 유발하는 일 없이, 캐스코드단의 공통-베이스 바이폴라 트랜지스터의 베이스 전압을 제어하기 위한 것이다. 제 1 이득 데시벨들의 명령은 캐스코드단의 공통-베이스 바이폴라 트랜지스터의 베이스 전압을 변화시킴으로써 동작하는 아날로그 명령이다. 인가되는 베이스 전압은, 캐스코드단의 저 잡음 값 및 입력 선형성을 유지하기 위해서, 전압을 조정하는 인터페이스 회로에 의해 우선적으로 제한된다.
제 6 실시예에 있어서, 인터페이스 회로는, 다른 곳에서 발생되어 캐스코드단의 공급 회로를 통해 송신되는, 증폭기에 송신된 외부 잡음을 필터링하기 위해 커패시터와 연관된 저항을 더 포함할 수도 있다.
제 7 실시예에 있어서, 증폭기는 증폭기를 디지털적으로 제어하기 위한 적어도 하나의 디지털-아날로그 변환기를 더 포함할 수도 있다. 인터페이스 회로는 디지털 입력에 의한 이득의 제어를 가능하게 하는 8-비트 디지털-아날로그 변환기(또는 "DAC")에 의해 구동된다. 캐스코드단 및 인터페이스 회로는 약 2㏈의 이득 변동 범위를 갖는 사양들의 달성을 가능하게 한다.
따라서, 큰-대역일 수도 있는, 저 잡음 및 가변 이득을 갖는 집적형 증폭기가 달성되고; 700㎒ 내지 2.6㎓ 이상의 대부분의 텔레콤 표준들을 커버하도록 설계되지만, 이 주파수 범위로 제한되지 않고 다른 무선 어플리케이션들을 커버할 수도 있다.
본 발명의 또 다른 이점은, 특히, 저-잡음 증폭, 이득-제어 및 감쇠 기능들을 단일 회로에 집적함으로써, 수신기에서의 이산 전자 구성요소들의 수의 감소이다. 따라서, 수신기 어플리케이션 보드가 차지하는 표면 면적은 5 이상의 인자만큼 감소된다. 증폭기 내에 디지털 입력 제어 회로 및 디지털-아날로그 변환기를 부가하는 것으로 인해 공장내 이득 조정이 용이하게 된다. 디지털 이득 명령 수단은 0.1㏈보다 양호한 정확도로 전체 변동 범위에 걸쳐 존재한다.
본 발명의 다른 특징들 및 이점들은 당연히 비제한적인 예로서 제공되는 일 실시예의 다음 설명을 이해함으로써 명백하게 될 것이다.
도 1은 기지국의 수신 시퀀스의 일 특정 실시예의 개략도.
도 2는 저 잡음 지수 및 가변 이득을 갖는 집적형 증폭기의 일 실시예의 개략도.
도 3은 캐스코드단의 일 특정 실시예의 개략도.
도 4는 베이스 전압을 제어하기 위한 인터페이스 회로의 일 실시예의 개략도.
도 5는 스위치 가능한 감쇠기의 일 실시예의 개략도.
도 1은 기지국의 수신 시퀀스를 도시한다. 안테나는 증폭하기 위한 RF 신호(100)를 수신한다. 전방 이미터/수신기(101)에 안테나를 접속하는 케이블은, 주파수 수신 범위 밖에 있는 신호들을 크게 감쇠하면서 유용한 신호들의 제 1 필터링을 수행하는 것을 가능하게 하는 듀플렉서 필터(102)에 RF 신호(100)를 송신한다. 필터링된 RF 신호(100)는, 믹서 및 복조기를 포함하는 복조 회로(104)에 전송하기 전에 듀플렉서 필터(102)로부터의 필터링된 RF 신호(100)를 적응시키는 것을 가능하게 하는 수신기(103)에 입력된다. 수신기(103)는 제 1 초-저-잡음 고정-이득 증폭기(105)("저 잡음 증폭기"에 대해서는 "LNA"라고 함), 그 다음에 제 2 초-저-잡음 가변-이득 증폭기(106)("가변 이득 증폭기"에 대해서는 "VGA"라고 함), 이어서 전력 분배기(107)를 포함한다. 전력 분배기(107)는 복조 회로(104) 내에서 증폭된 RF 신호(100)를 분배하는 것을 가능하게 한다. 디지털 처리기(108)는, 특히, 제 2 가변-이득 증폭기(106)에 명령하는 것을 가능하게 한다.
초-저-잡음 및 가변-이득을 갖는 제 2 VGA 증폭기(106)는 이득 변동의 전체 범위에 걸쳐 일정한 입력 선형성을 갖도록 설계된다. 제 1 LNA 증폭기(105) 또는 헤드 증폭기의 이득은, 이득이 최소일 때 수신 시퀀스 내에서 저 잡음 지수를 보장하기 위해서, 약 20㏈이다. 20㏈ 정도의 이득 변동 범위 및 고정-이득 헤드 증폭기(105)의 잡음 지수에 기초하여, 제 2 가변-이득 증폭기(106)에 대해 소망의 성능들이 결정된다. 이 상황에서, 초-저-잡음 및 가변-이득을 갖는 제 2 VGA 증폭기(106)는 약 12㏈의 이득, 5㏈의 최대 잡음 지수, 및 약 15 내지 20㏈의 조정 범위에 대해 25㏈m 보다 큰 입력에서의 약 3의 상호 변조 곱을 갖는다. 첫 번째로, 제 1 LNA 증폭기(105)의 이득을 증가시키는 것은, 선형성을 유지하기 위해서, 제 2 가변-이득 증폭기(106)의 이득을 감소시키고 소모를 증가시키는 것이 필요할 수도 있다. 두 번째로, 제 1 LNA 증폭기(105)의 이득을 감소시키는 것은 제 2 가변-이득 증폭기(106)의 잡음 지수를 이득 변동의 전체 범위에 걸쳐 보장하는 것을 매우 어렵게 할 수 있다. 소망의 이득 값에 대해 가능한 한 정확하고 가까운 수신기(103)의 이득 값을 달성하기 위해서, 이득 변동 간격(예를 들어, 0.1㏈ 미만 또는 심지어는 0.5㏈ 미만)에서 큰 정확도가 필요하다.
도 2는 저-잡음-지수 가변-이득 전력 증폭기(1)(선형성이 양호함)의 BiCMOS 기술의 일 특정 실시예를 도시하는 도면이다. 전력 증폭기는, 선형성 및 전력의 면에서, 3차 상호 변조 곱이 1와트 보다 크고 출력 전력이 0.1 와트(20㏈m) 보다 훨씬 크게 되도록 하는 출력 특성들을 갖는 증폭기이다. 증폭기(1)는 입력(2)과 출력(3) 사이에 캐스코드 증폭단(4)을 포함한다.
제 1 실시예에 따르면, 증폭기(1)는 캐스코드단(4)의 베이스 전압을 제어하기 위해서 지점(B)을 포함하는 링크(6)에 의해 캐스코드단(4)에 접속되는 인터페이스 회로(5)를 더 포함할 수도 있다.
제 2 실시예에 있어서, 증폭기(1)는 디지털 데이터(8)를 수신하는 디지털-아날로그 변환기(7)를 더 포함할 수도 있다. 변환기(7)는 이 디지털 데이터(8)를, 지점(A)을 포함하는 링크(9)에 의해 인터페이스 회로(5)에 송신되는 아날로그 전압으로 변환한다. 인터페이스 회로(5)는 캐스코드단(4)에서 소망의 전압을 얻기 위해 이 전압을 적응시킴으로써, 0.1㏈ 미만과 같이 작은 간격들의 이득 변동들을 달성하는 것을 가능하게 한다.
제 3 실시예에 있어서, 증폭기(1)는 증폭기의 잡음 및 선형성을 저하시키는 일 없이 이득 변동 범위를 증가시키기 위해서 캐스코드단(4)의 출력에 부가된 하나 이상의 스위치 가능한 감쇠기들(10a, 10b, ..., 10i)을 더 포함할 수도 있다. 지점(C)을 포함하는 링크(11)는 스위치 가능한 감쇠기들(10a, 10b, ..., 10i)을 디지털 신호를 수신하는 캐스코드단(4)에 접속한다. 이득 변동 범위에 대한 사양들을 달성하기 위해서 소망하는 만큼 많은 스위치 가능한 감쇠기들(10a, 10b, ..., 10i)을 부가하는 것이 용이하다.
캐스코드단(20)은 도 3에 상세히 도시되어 있다. 캐스코드단(20)은 공통 소스로서 설치된 MOSFET 트랜지스터(21), 그 다음에 공통 베이스로서 설치된 고 항복 전압(예를 들어, 약 6 내지 7 볼트)의 바이폴라 트랜지스터(22)로 이루어지고, 이들 두 트랜지스터들(21, 22)은 캐스코드 증폭단(20)의 선형성 및 입력/출력 절연을 최적화하기 위해서 직렬로 접속된다. 소망의 성능 및 이용 가능한 공급 전압에 의존하여 더 크거나 더 작은 항복 전압을 갖는 바이폴라 트랜지스터(22)를 선택하는 것이 가능하다. 바이폴라 트랜지스터(22)의 항복 전압은 바람직하게 MOSFET 트랜지스터(21)의 전압 값의 적어도 2배인 값을 갖는다. "캐스코드" 설치를 사용하는 것은, 무선 성능들을 크게 저하시키는 일 없이, 크기가 크고 큰 전류들의 트랜지스터들(21, 22)을 사용함으로써 캐스코드단(20)의 선형성을 향상시키는 것을 가능하게 한다. MOSFET 트랜지스터(21) 및 증폭기의 입력(2) 사이에 커패시터(23)가 배치된다.
MOSFET 트랜지스터(21)의 그리드 전압(Vgg)은 캐스코드단(20)을 통과하는 전기 전류를 규정한다. 전기 전류는 캐스코드단(20)의 잡음 지수를 저하시키지 않기 위해서 높은-값의 저항(24)을 통해 분극된다. 초크(25)의 단자들에서의 전위 하락을 제한하면서 직류 및 RF 신호 사이의 디커플링을 보장하기 위해서, 캐스코드단(20)에는 초크(25)를 통해 6V 정도의 전압(Vcc)으로 전기적 전력이 공급된다. 이것은 소정의 공급 전압에 대한 캐스코드단(20)의 출력에서의 가장 큰 가능한 전압 편차를 가능하게 한다. 항복 전압이 높은 바이폴라 트랜지스터(22)를 포함하는 캐스코드단(20)을 사용하는 것은 분극 전압을 증가시키고, 따라서, 캐스코드단(20)의 출력에서의 전압 편차를 증가시키는 것을 가능하게 한다.
피드백 저항(26)은 대역폭을 증가시키고, 이득 커브 플래터를 만들고, 지점(B)에서 소정의 이득 변동 및 소정의 전압 편차에 대한 캐스코드단(20)의 선형성을 향상시키는 것을 가능하게 한다. 피드백 저항(26)은 또한 단의 최대 이득을 정확히 규정하고 안정성을 향상시키는 것을 가능하게 한다. 피드백 저항(26)은 또한 지점(B)에서 인가되는 전압을 변경함으로써 이득이 수정될 때마다 캐스코드단(20)의 입력에서의 임피던스의 변동을 최소화하는 것을 가능하게 한다. 커패시터(23), 및 저항(26)과 직렬로 설치된 커패시터(27)는 지속되는 전압을 디커플링하는 것을 가능하게 한다.
지점(B)에서의 전압이 변할 때마다, MOSFET 트랜지스터(21)의 드레인-소스 전압이 변하고, 이는 증폭기의 이득을 변화시킨다. 소정의 지점(B)에서의 전압의 특정 범위 내에서, 입력에서의 잡음 지수 및 선형성은 이득의 변동에 의해 영향을 거의 받지 않는다. 이러한 전압의 범위는 2㏈ 정도의 이득 변동을 얻기 위해 사용된다. 지점(B)에서의 전압이 감소할 때 바이폴라 트랜지스터(22)의 베이스-콜렉터 전압은 아주 조금 증가하기 때문에, 상당한 잡음의 저하 없이 캐스코드단(20)의 선형성의 약간의 증가가 관찰될 수도 있다.
도 4에 도시되어 있는 인터페이스 회로(30)는 잡음 지수를 저하시키는 일 없이 이 이득을 제어하고, 캐스코드 증폭단의 입력(지점(B))과 디지털-아날로그 변환기의 출력(지점(A)) 사이의 인터페이스를 보장하는 것을 가능하게 한다. 잡음 지수 및 선형성은 약 2㏈의 이득 변동에 대해 유지된다. 바이폴라 트랜지스터들(31)은 전체 서비스 온도 범위에 걸쳐 캐스코드단에 대해 일정한 분극을 유지하도록 하는 것을 가능하게 한다. 커패시터(33)와 조합된 저항(32)은 전기 공급으로부터의 잡음을 필터링하는 기능을 갖는다. 이러한 필터링이 없으면, 서비스의 주파수 및 가변-이득 VGA 증폭기의 디커플링과 관련된 잡음 지수의 중대한 저하가 관찰된다.
연속 레벨 시프터에 의해 1-비트씩 제어되는 스위치 가능한 감쇠기(40)가 도 5에 도시되어 있다. 스위치 가능한 감쇠기(40)는 이득이 감소할 때 증폭기의 선형성을 향상시키기 위해서 캐스코드단의 출력 또는 입력에 부가될 수도 있다. 스위치 가능한 감쇠기(40)는 흡수성 감쇠기, 이 경우에는 MOSFET 트랜지스터들(43)에 의해 쇼트-회로 또는 개방 회로에 배치될 수 있는 저항들(41, 42)로 이루어지는 "pi-형" 감쇠기를 포함한다. 흡수성 감쇠기(41, 42)는 또한 상이한 종류의 감쇠기로 대체될 수 있다.
스위치 가능한 감쇠기들(40)은 선형성 및 출력 전압 편차를 향상시키기 위해서 (3.3V의 최대 전압에 대한 3V의 현재 상황에서) MOSFET 트랜지스터(43)의 최대 전압보다 약간 작은 전압에서 드레인 및 소스가 분극되는 MOSFET 트랜지스터(43)(3.3볼트)로 구성되어 있다. 선형성을 증가시키기 위해서, MOSFET 트랜지스터들(43)의 드레인-소스 전압들을 수정하는 것이 필요할 수도 있다.
또한, MOSFET 트랜지스터들(43)의 그리드-소스 전압은 주로 스위치 가능한 감쇠기의 삽입 손실들(40)을 향상시키기 위해서 -1 볼트(MOSFET 오프) 및 3 볼트(MOSFET 온)의 그리드-소스 전압을 달성하기 위해서 시프트된다. 스위치 가능한 감쇠기(40)의 제어 회로(45)의 입력(44)에 부과되는, 캐소드단의 공급 전압(Vcc)과 동일한 공급 전압(6V)을 사용함으로써 출력 디지털 감쇠기들의 손실들이 감소될 수도 있고, 그들의 선형성은 증가한다. MOSFET 트랜지스터들(43)의 크기들은 MOSFET 트랜지스터들(43)이 저항(41)과 병렬로 접속되는지, 아니면 저항들(42)과 직렬로 접속되는지에 따라 다르다. MOSFET 트랜지스터들(43)의 크기들은 온-상태에서의 최소 삽입 손실들, 동작 주파수 및 소망의 선형성 간의 최상의 절충안을 달성하도록 결정된다.
감쇠기(40)는 온-상태(최소 삽입 손실 = x ㏈) 및 오프-상태(최대 삽입 손실들 = y ㏈) 사이에서 스위치될 수도 있다. 두 상태들 간의 감쇠의 차이는 z=(y-x) ㏈이 되도록 오프-상태(z)를 규정하는 것을 가능하게 한다. 최소 삽입 손실들(x)은 주로 온-상태에서의 MOSFET 트랜지스터들(44)의 등가 저항(Ron) 및 오프-상태에서의 MOSFET 트랜지스터들(44)의 등가 커패시턴스(Coff)로 인한 것이고, 또한 다양한 기생 소자들 및 손실들은 부정합으로 인한 것이다. 실리콘계 마이크로 전자 공학 기술로 증폭기를 구성할 때, 1㎓에서의 최소 삽입 손실들(x)은 약 0.25㏈이었다. 온 상태에서의 최대 삽입 손실들(y)은 저항들(41), 기생 소자들 및 부정합과 관련된다. 최저 감쇠 간격 값(z)에 의해 주어진 n으로 2n×z을 커버하기 위해 제한된 수의 감쇠기들이 사용된다. 소망의 이득 및 정확도가 얻어질 수 있는 것을 보장하기 위해서, 캐스코드단에 대해 정의된 이득 변동 범위보다 작은 감쇠 간격 값(z)이 선택된다.
또한, MOSFET 트랜지스터들(43)의 Ron(온-상태에 있는 트랜지스터와 동등한 저항)은 흡수형 감쇠기의 직렬 저항들(42)과 동일한 정도의 크기이기 때문에, 초 저-감쇠(<0.5㏈) 및 정확한 간격들을 생성하는 것이 어렵다. 따라서, 0.5㏈보다 작은 감쇠 단계들이 바람직하다면 이득을 변화시키기 위해서 캐소드단을 사용하는 것이 바람직하다. 감쇠기들(40)의 입력 임피던스는 일정하고 캐스코드단의 전력 출력 임피던스와 같으며, 이 출력 임피던스는 신호의 전력이 캐소드단의 출력에서 가능한 한 높게 되도록 선택된다.
물론, 본 발명은 기술된 실시예들로 제한되지 않고, 오히려, 본 발명의 정신을 벗어나지 않고 당업자들이 접근할 수 있는 많은 변형들이 행해진다.
2 : 입력 6 : 링크
11 : 링크 20 : 캐스코드단
21 : MOSFET 트랜지스터 22 : 바이폴라 트랜지스터
23 : 커패시터 25 : 초크
26 : 피드백 저항 27 : 커패시터

Claims (7)

  1. 캐스코드 증폭단을 포함하는, 저 잡음 지수 및 가변 이득을 갖는 집적형 전력 증폭기에 있어서,
    전기적으로 접속되는,
    - 공통 소스로서 설치되는 저-전압 MOSFET 트랜지스터,
    - 공통 베이스로서 설치되는, 상기 MOSFET 트랜지스터의 전압의 적어도 2배인 고 항복 전압을 갖는 바이폴라 트랜지스터, 및
    - 상기 바이폴라 트랜지스터의 콜렉터 및 상기 캐스코드 증폭단의 MOSFET 트랜지스터의 그리드 사이에 배치되는 피드백 저항을 포함하고,
    - 상기 캐스코드 증폭단은 상기 바이폴라 트랜지스터의 콜렉터에 접속된 초크를 통해 전기적으로 전력이 공급되는, 집적형 전력 증폭기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    얻어질 상기 이득의 함수를 사용하여 상기 바이폴라 트랜지스터의 베이스 전압을 제어하기 위한 인터페이스 회로를 더 포함하는, 집적형 전력 증폭기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 인터페이스 회로는 상기 증폭기에 송신된 외부 잡음을 필터링하기 위해 커패시터와 조합된 저항을 더 포함할 수도 있는, 집적형 전력 증폭기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증폭기를 디지털적으로 제어하기 위한 적어도 하나의 디지털-아날로그 변환기를 더 포함하는, 집적형 전력 증폭기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐스코드 증폭단의 출력에, 제어 회로를 포함하는 적어도 하나의 스위치 가능한 감쇠기를 더 포함하는, 집적형 전력 증폭기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐스코드 증폭단의 입력에, 제어 회로를 포함하는 적어도 하나의 스위치 가능한 감쇠기를 더 포함하는, 집적형 전력 증폭기.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 스위치 가능한 감쇠기의 상기 제어 회로의 입력에 부과되는 공급 전압의 크기는 상기 캐스코드 증폭단의 상기 공급 전압의 크기와 동일하고, 상기 캐스코드 증폭단의 공급 전압보다 작은 전압이 상기 스위치 가능한 감쇠기의 MOSFET 트랜지스터의 소스 및 드레인에 부과되는, 집적형 전력 증폭기.
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