KR101854787B1

KR101854787B1 - 다중 대역 ｒｆ 수신기

Info

Publication number: KR101854787B1
Application number: KR1020160119043A
Authority: KR
Inventors: 고동현; 유희용; 황명운
Original assignee: (주)에프씨아이
Priority date: 2016-09-19
Filing date: 2016-09-19
Publication date: 2018-05-04
Also published as: JP2018050272A; JP6346651B2; KR20180031118A

Abstract

RF 수신기는, 다수의 저잡음 증폭기를 포함하는 저잡음 증폭부; 상기 저잡음 증폭부의 출력을 이용하여, 주파수를 변환하는 적어도 하나의 믹서를 포함하는 믹서부; 및 상기 저잡음 증폭부의 출력을 상기 믹서부로 입력하거나, 상기 저잡음 증폭부의 출력을 외부 소자를 경유하여 상기 믹서부로 입력하도록 선택할 수 있는 스위치부;를 포함하되, 상기 다수의 저잡음 증폭기 각각은, 싱글엔디드(Single Ended) 신호를 출력하고, 상기 적어도 하나의 믹서는, 싱글 밸런스드 믹서(Single Balanced Mixer)이다. RF 수신기에 따르면, 모바일 텔레비전 튜너 환경에서 선형성을 개선하여 IIP2 및 IIP3의 성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 외부 필터 소자와의 연결 시 요구되는 반도체의 핀 수를 최적화할 수 있다.

Description

다중 대역 ＲＦ 수신기{MULTI-BAND RF RECEIVER}

본 발명은 다중 대역 RF 수신기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저잡음 증폭기를 믹서 전단의 트랜스콘덕턴스 증폭기로 사용할 수 있어 선형성이 향상된 다중 대역 RF 수신기에 관한 것이다.

ISDB-T(UHF Band : 470㎒ 내지 770㎒)를 사용하는 모바일 텔레비전 튜너(Mobile TV Tuner) 환경에서 3G 또는 4G에서 사용하는 700㎒ 내지 2.4㎓의 주파수와 국부 발진기(Local Oscillator)에 의한 하모닉 믹싱(Harmonic Mixing)에 의해서 성능이 저하되는 요인과, 90㎒ 내지 2.4㎓의 내부에서 발생되는 2차 상호 변조(Second Order Intermodulation, IM2)와 3차 상호 변조(Third Order Intermodulation, IM3)에 의해서 성능이 저하되는 부분을 해결해야 한다. 기존 모바일 텔레비전 튜너 환경에서는 IM2가 FM 대역 사이에서 발생한 변조톤(Modulation Tone)이 UHF 대역에 생성되는 것을 RF 입력 필터를 사용하여 제거하였다.

그러나 PCB 보드에서 필터를 구현할 경우에도, 필터단 이후로 방사되어 들어오는 신호는 텔레비전 튜너칩이 바로 받아야 하기 때문에 기존 회로의 성능이 향상될 필요가 있다. IM3의 경우 채널 사이에서 발생하는 변조톤도 성능에 문제가 되지만, LTE 대역((cf)700㎒ 내지 900㎒)에서 발생하는 IM3의 성능은 같은 모듈 내에서 큰 파워의 재머(Jammer)로 칩이 받아들이기 때문에 IM2와 IM3의 성능의 개선을 필요로 한다.

아울러, LTE 대역은 큰 파워 때문에 텔레비전 튜너칩에서 표면탄성파 필터(SAW Filter)의 도움을 필요로 하는 경우가 있다. 그런데, 칩의 입력에서 표면탄성파 필터를 사용한다면 필터에 의한 손실 때문에 감도가 저하되는 문제가 생긴다.

이러한 감도의 저하를 방지하기 위해서는 선형성을 개선하여 IIP2(Second Order Input Intercept Point) 및 IIP3(Third Order Input Intercept Point)의 성능을 향상시킬 필요가 있다.

국내특허공개공보 제10-2015-0053168호 : 고선형 특성을 갖는 저잡음 증폭기(2015년 5월 15일) 국내특허공개공보 제10-2015-0053169호 : 이중 대역 저잡음 증폭기(2015년 5월 15일)

본 발명은 전술한 바와 같은 기술적 과제를 해결하는 데 목적이 있는 발명으로서, 모바일 텔레비전 튜너 환경에서 선형성을 개선하여 IIP2 및 IIP3의 성능을 향상시킬 수 있는 다중 대역 RF 수신기를 제공하는 것에 그 목적이 있다.

아울러, 본 발명은 외부 필터 소자와의 연결 시 요구되는 반도체의 핀 수를 최적화할 수 있는 다중 대역 RF 수신기를 제공하는 것에도 그 목적이 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 RF 수신기는, 다수의 저잡음 증폭기를 포함하는 저잡음 증폭부; 상기 저잡음 증폭부의 출력을 이용하여, 주파수를 변환하는 적어도 하나의 믹서를 포함하는 믹서부; 및 상기 저잡음 증폭부의 출력을 상기 믹서부로 입력하거나, 상기 저잡음 증폭부의 출력을 외부 소자를 경유하여 상기 믹서부로 입력하도록 선택할 수 있는 스위치부;를 포함한다. 바람직하게는, 상기 다수의 저잡음 증폭기 각각은, 싱글엔디드(Single Ended) 신호를 출력하고, 상기 적어도 하나의 믹서는, 싱글 밸런스드 믹서(Single Balanced Mixer)인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 다수의 저잡음 증폭기 각각의 출력은 하나로 합쳐지는 것이 바람직하다. 아울러, 상기 저잡음 증폭부는, 하나로 합쳐진 상기 다수의 저잡음 증폭기의 출력과 연결된 제 3 커패시터;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 스위치부는, 상기 제 3 커패시터의 출력과 상기 믹서부의 입력 사이에 배치된 제 1 스위치; 상기 제 3 커패시터의 출력과 상기 외부 소자의 일단 사이에 배치된 제 2 스위치; 및 상기 외부 소자의 타단과 상기 믹서부의 입력 사이에 배치된 제 3 스위치;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 아울러, 상기 제 1 스위치, 상기 제 2 스위치 및 상기 제 3 스위치는 각각, 적어도 하나의 기본 스위칭 콤포넌트를 포함한다.

상기 기본 스위칭 콤포넌트는, 하나의 트랜지스터; 상기 하나의 트랜지스터의 제 1 단자에 연결된 제 1 기본 스위칭 콤포넌트용 저항; 및 상기 하나의 트랜지스터의 제 2 단자와 상기 하나의 트랜지스터의 제 3 단자 사이에 연결된 제 2 기본 스위칭 콤포넌트용 저항;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 제 1 스위치, 상기 제 2 스위치 및 상기 제 3 스위치는 각각, 3개의 기본 스위칭 콤포넌트를 포함하되, 상기 3개의 기본 스위칭 콤포넌트는, 제 1 기본 스위칭 콤포넌트, 제 2 기본 스위칭 콤포넌트 및 제 3 기본 스위칭 콤포넌트이다. 또한, 상기 제 1 기본 스위칭 콤포넌트에 포함된 제 5 트랜지스터의 제 3 단자, 상기 제 2 기본 스위칭 콤포넌트에 포함된 제 6 트랜지스터의 제 2 단자 및 상기 제 3 기본 스위칭 콤포넌트에 포함된 제 7 트랜지스터의의 제 3 단자가 서로 연결되는 것이 바람직하다. 아울러, 상기 제 5 트랜지스터, 상기 제 6 트랜지스터 및 상기 제 7 트랜지스터는 각각, 온오프 동작을 하되, 상기 제 6 트랜지스터는 상기 제 5 트랜지스터와 동일한 온 또는 오프 동작을 하고, 상기 제 7 트랜지스터는 상기 제 5 트랜지스터와 반대의 온 또는 오프 동작을 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 저잡음 증폭부, 상기 스위치부 및 상기 믹서부는, 하나의 반도체 칩 내부에서 구성되고, 상기 외부 소자는, 상기 하나의 반도체 칩의 외부에 위치한 소자인 것이 바람직하다.

아울러, 상기 다수의 저잡음 증폭기 각각은, RF 신호를 증폭하는 제 1 부분; 및 상기 제 1 부분의 출력을 출력하거나 출력하지 않도록 할 수 있는 제 2 부분;을 포함한다. 바람직하게는, 상기 제 2 부분은, 상기 다수의 저잡음 증폭기 중 해당 저잡음 증폭기가 사용 중인 경우에는 상기 제 1 부분의 출력을 출력하도록 하고, 상기 다수의 저잡음 증폭기 중 해당 저잡음 증폭기가 아닌 다른 저잡음 증폭기가 사용 중인 경우에는 상기 제 1 부분의 출력을 출력하지 않도록 할 수 있는 것을 특징으로 한다. 구체적으로, 상기 제 1 부분은 제 1 트랜지스터 및 제 2 트랜지스터를 포함하고, 상기 제 2 부분은 제 2-1 스위치 및 제 2-2 스위치를 포함하고, 상기 제 1 트랜지스터 및 상기 제 2 트랜지스터의 사이에 상기 제 2-1 스위치 및 상기 제 2-2 스위치가 연결된 것이 바람직하다.

또한, 상기 제 1 트랜지스터의 제 1 단자 및 상기 제 2 트랜지스터의 제 1 단자는 각각, 제 1 커패시터 및 제 2 커패시터를 경유하여, 신호를 입력받는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 다수의 저잡음 증폭기 각각은 제 1 저항을 포함하되, 상기 제 1 저항의 일단은 상기 제 1 트랜지스터의 제 1 단자와 연결되고, 상기 제 1 저항의 타단은, 해당 저잡음 증폭기의 출력과 연결되는 것을 특징으로 한다. 아울러, 상기 제 2 트랜지스터의 제 1 단자는, 하이 임피던스 소자를 경유하여 상기 제 2 트랜지스터용 제어 신호가 입력되는 것이 바람직하다. 아울러, 상기 제 2-1 스위치 및 상기 제 2-2 스위치는 각각, 제 3 트랜지스터 및 제 4 트랜지스터를 포함하여 구성되되, 상기 제 3 트랜지스터의 제 1 단자 및 상기 제 4 트랜지스터의 제 1 단자는 각각, 하이 임피던스 소자를 경유하여 상기 제 3 트랜지스터용 제어 신호 및 상기 제 4 트랜지스터용 제어 신호가 입력되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다중 대역 RF 수신기에 따르면, 모바일 텔레비전 튜너 환경에서 선형성을 개선하여 IIP2 및 IIP3의 성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 외부 필터 소자와의 연결 시 요구되는 반도체의 핀 수를 최적화할 수 있다.

도 1은 종래의 패시브 믹서 장치(140)의 구성도.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 RF 수신기(200)의 구성도.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 저잡음 증폭기(221a, 221b)의 회로도.
도 4는 제 1 스위치(SW1), 제 2 스위치(SW2) 및 제 3 스위치(SW3)의 일실시예에 따른 회로도.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 따른 다중 대역 RF 수신기에 대해 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 하기의 실시예는 본 발명을 구체화하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리 범위를 제한하거나 한정하는 것이 아님은 물론이다. 본 발명의 상세한 설명 및 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가가 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명의 권리 범위에 속하는 것으로 해석된다.

도 1은 종래의 패시브 믹서(Passive Mixer) 장치(140)의 구성도를 나타낸다.

도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 종래의 패시브 믹서 장치(140)는, 트랜스콘덕턴스(Gm) 증폭기(141), 국부 발진기(LO)로부터 신호를 입력받아 주파수를 변환하는 믹서(142) 및 트랜스임피던스 증폭기(Transimpedance Amplifier, 143)를 포함한다.

종래에는 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier, LNA)를 하나의 증폭기로 사용하고, 믹서 장치(140)의 트랜스콘덕턴스 증폭기(141)는 싱글 투 디퍼런셜 증폭기(Single-to-Differential Amplifier)를 사용하여 더블 발란스드 패시브 믹서(Double-Balanced Passive Mixer)로 많이 사용하였다. 그런데, 이 경우 능동 회로(Active Circuit)가 2개의 단(Stage)이 되어 선형성의 개선이 이루어지기 쉽지 않다.

따라서, 일반적으로는 저잡음 증폭기가 믹서 장치의 트랜스콘덕턴스 증폭기의 역할을 동시에 수행할 수 있도록 저잡음 증폭기의 출력을 차동(Differential)으로 구현하는 경우가 대부분이다.

그러나 본 발명의 다중 대역 RF 수신기(200)에서는, 저잡음 증폭기(221a, 221b)와 믹서부(240)의 사이에 외부 필터(F)를 사용할 수 있는 선택적 경로를 구비하기 위하여, 저잡음 증폭기(221a, 221b)의 출력을 싱글로 하고, 믹서(242)의 입력도 싱글로 하는 방법을 제안하고자 한다.

싱글엔디드(Single ended) 신호를 출력하는 저잡음 증폭기(221a, 221b)와, 싱글 밸런스드 믹서(Single Balanced Mixer, 242)를 사용하는 것에 의해, 외부 필터(F)를 사용할 수 있는 선택 경로를 구비하면서도, RF 수신기(200)의 적어도 일부를 반도체 칩으로 구현시, 핀(Pin) 수를 최적화할 수 있게 된다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 RF 수신기(200)의 구성도를 나타낸다.

도 2로부터 알 수 있는 것과 같이, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 RF 수신기(200)는, 매칭및필터부(210), 저잡음 증폭부(220), 스위치부(230) 및 믹서부(240)를 포함한다.

매칭및필터부(210)는, 각 대역별로 구비될 필요가 있고, 임피던스 매칭 및 잡음을 제거하는 역할을 한다. 아울러, 매칭및필터부(210)는, 반도체 칩의 외부에 구성되는 것이 바람직하다.

저잡음 증폭부(220)는, 매칭및필터부(210)를 경유하여 입력된 RF(Radio Frequency) 신호를, 각 대역별로 증폭하여 하나의 신호로 출력하는 역할을 한다. 이를 위해 본 발명의 저잡음 증폭부(220)는, 다수의 저잡음 증폭기(221a, 221b) 및 제 3 커패시터(C3)를 포함한다.

다수의 저잡음 증폭기(221a, 221b)의 출력은 하나로 합쳐져, 제 3 커패시터(C3)의 일단으로 입력되고, 제 3 커패시터(C3)는 다수의 저잡음 증폭기(221a, 221b)의 출력의 직류 성분을 블로킹(Blocking) 하여 제 3 커패시터(C3)의 타단으로 출력한다.

아울러, 다수의 저잡음 증폭기(221a, 221b) 각각은, 싱글엔디드(Single Ended) 신호를 출력하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 다중 대역을 동시에 지원할 수 있도록 다수의 저잡음 증폭기(221a, 221b)의 출력을 하나로 합치도록 연결하는 것에 의해, 저잡음 증폭기(221a, 221b) 이후의 회로를 공유해서 사용할 수 있도록 하였다. 도 2에는 2개의 저잡음 증폭기(221a, 221b)가 도시되어 있으나, 필요에 따라 더욱 많은 수의 저잡음 증폭기가 병렬로 연결될 수 있음은 물론이다.

스위치부(230)는 저잡음 증폭부(220)의 출력을 믹서부(240)로 입력하거나, 저잡음 증폭부(220)의 출력을 외부 소자(F)를 경유하여 믹서부(240)로 입력하도록 한다. 구체적으로, 스위치부(230)는, 제 3 커패시터(C3)의 출력을 믹서부(240)로 입력하거나, 제 3 커패시터(C3)의 출력을 외부 소자(F)를 경유하여 믹서부(240)로 입력하도록 한다. 즉, 스위치부(230)는 제 3 커패시터(C3) 출력의 경로를 선택할 수 있도록 한다. 여기서, 외부 소자(F)는 필터인 것이 바람지하다.

믹서부(240)는, 저잡음 증폭부(220)의 출력을 이용하여, 주파수를 변환하는 적어도 하나의 믹서(242)를 포함한다. 적어도 하나의 믹서(242)는, 싱글 밸런스드 패시브 믹서(Single Balanced Passive Mixer)인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 저잡음 증폭부(220), 스위치부(230) 및 믹서부(240)는 하나의 반도체 칩 내부에서 구성되고, 외부 소자(F)는 하나의 반도체 칩의 외부에 위치한 소자이다.

하기에 본 발명의 저잡음 증폭부(220)에 포함된 저잡음 증폭기(221a, 221b)에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 저잡음 증폭기(221a, 221b)의 회로도를 나타낸다. 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 저잡음 증폭기(221a, 221b)는 제 1 부분(P1) 및 제 2 부분(P2)을 포함한다.

제 1 부분(P1)은, RF 신호를 증폭하는 역할을 한다. 아울러, 제 2 부분(P2)은, 제 1 부분(P1)의 출력을 출력하거나 출력하지 않도록 할 수 있다. 구체적으로 제 2 부분(P2)은, 다수의 저잡음 증폭기(221a, 221b) 중 해당 저잡음 증폭기(221a, 221b)가 사용 중인 경우에는 제 1 부분(P1)의 출력을 출력하도록 하고, 다수의 저잡음 증폭기(221a, 221b) 중 해당 저잡음 증폭기(221a, 221b)가 아닌 다른 저잡음 증폭기(221a, 221b)가 사용 중인 경우에는 제 1 부분(P1)의 출력을 출력하지 않도록 한다.

제 1 부분(P1)은 제 1 트랜지스터(T1) 및 제 2 트랜지스터(T2)를 포함하고, 제 2 부분(P2)은, 제 2-1 스위치 및 제 2-2 스위치를 포함한다. 제 1 트랜지스터(T1) 및 제 2 트랜지스터(T2)의 사이에, 제 2-1 스위치 및 제 2-2 스위치가 연결된 것이 바람직하다. 아울러, 제 2-1 스위치 및 제 2-2 스위치는 각각, 제 3 트랜지스터(T3) 및 제 4 트랜지스터(T4)를 포함하여 구성된다. 즉, 본 발명의 저잡음 증폭기(221a, 221b)는, 캐스코드로 제 1 트랜지스터(T1), 제 3 트랜지스터(T3), 제 4 트랜지스터(T4) 및 제 2 트랜지스터(T2)가 연결된 것을 특징으로 한다.

제 1 트랜지스터(T1), 제 2 트랜지스터(T2), 제 3 트랜지스터(T3) 및 제 4 트랜지스터(T4)는 각각, 제 1 단자, 제 2 단자 및 제 3 단자의 3개의 단자를 구비한다. 여기서 제 1 단자는 게이트 단자, 제 2 단자는 소오스 단자, 제 3 단자는 드레인 단자를 각각 의미한다. 다만, 경우에 따라서는 제 2 단자가 드레인 단자가 되고, 제 3 단자가 소오스 단자가 될 수도 있다. 아울러, 본 발명에서 제 1 트랜지스터(T1) 및 제 3 트랜지스터(T3)는 PMOS 트랜지스터이고, 제 2 트랜지스터(T2) 및 제 4 트랜지스터(T4)는 NMOS 트랜지스터인 것이 바람직하다.

제 1 트랜지스터(T1)의 제 1 단자는 제 1 커패시터(C1)를 경유하여 신호(IN(221))를 입력받고, 제 2 트랜지스터(T2)의 제 1 단자는 제 2 커패시터(C2)를 경유하여 동일한 하나의 신호(IN(221))를 입력받는다. 제 1 캐패시터 및 제 2 캐패시터는 각각, 제 1 트랜지스터(T1)의 제 1 단자 및 제 4 트랜지스터(T4)의 제 1 단자를 정전기(Electrostatic Discharge, ESD)로부터 보호하는 역할을 한다. 아울러, 제 1 트랜지스터(T1)는 제 2 트랜지스터(T2)의 부하 저항으로 동작할 뿐만 아니라, 제 2 트랜지스터(T2)의 전류를 재사용(Reuse)하여 증폭하는 역할도 한다.

본 발명의 저잡음 증폭기(221a, 221b)는 제 1 저항(R1)을 포함하여 구성된다. 제 1 저항(R1)의 일단은 제 1 트랜지스터(T1)의 제 1 단자와 연결되고, 제 1 저항(R1)의 타단은 해당 저잡음 증폭기(221a, 221b)의 출력(OUT(221))과 연결된다. 제 1 저항(R1)은, 50Ω 내지 2㏀의 값으로 설정하여, 제 1 트랜지스터(T1)의 셀프 바이어스 포인트(Self Bias Point)로 사용될 수 있다. 아울러, 제 1 저항(R1)은 입력 임피던스 정합을 위해 실수 성분(Real Term)의 임피던스를 제공하고, 신호 궤환 경로(Signal Feed-Back Path)로 사용될 수 있다.

본 발명의 제 2 트랜지스터(T2)의 제 1 단자는, 하이 임피던스 소자인 제 2 저항(R2)을 경유하여 제 2 트랜지스터용 제어 신호(V2)가 입력된다. 제 2 저항(R2)은, 20㏀ 내지 50㏀의 범위의 저항을 사용할 수 있고, 제 2 트랜지스터(T2)의 직류 바이어스 포인트(DC Bias Point)를 잡아주는 역할을 한다. 구체적으로는, 제 2 저항(R2)의 저항값을 조금씩 조절하면서 제 2 트랜지스터(T2)의 바이어스 포인트를 설정할 수 있다.

아울러, 제 3 트랜지스터(T3)의 제 1 단자는 하이 임피던스 소자인 제 3 저항(R3)을 경유하여 제 3 트랜지스터용 제어 신호(V3)가 입력된다. 또한, 제 4 트랜지스터(T4)의 제 1 단자는 하이 임피던스 소자인 제 4 저항(R4)을 경유하여 제 4 트랜지스터용 제어 신호(V4)가 입력된다. 제 3 저항(R3) 및 제 4 저항(R4)은 20㏀ 내지 50㏀의 범위의 저항값을 갖는 것이 바람직하다.

제 3 트랜지스터(T3) 및 제 4 트랜지스터(T4)는, 다수의 저잡음 증폭기(221a, 221b) 중 해당 저잡음 증폭기(221a, 221b)가 사용 중인 경우에는 제 1 트랜지스터(T1)의 출력 및 제 2 트랜지스터(T2)의 출력을 중첩하여 출력하도록 하고, 다수의 저잡음 증폭기(221a, 221b) 중 해당 저잡음 증폭기(221a, 221b)가 아닌 다른 저잡음 증폭기(221a, 221b)가 사용 중인 경우에는 제 1 트랜지스터(T1)의 출력 및 제 2 트랜지스터(T2)의 출력을 출력하지 않도록 한다. 구체적으로 해당 저잡음 증폭기(221a, 221b)가 사용 중인 경우에는 제 3 트랜지스터용 제어 신호(V3)는 하이(High) 신호가, 제 4 트랜지스터용 제어 신호(V4)는 로우(Low) 신호가 입력되는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 해당 저잡음 증폭기(221a, 221b)가 사용 중이 아닌 경우에는 제 3 트랜지스터용 제어 신호(V3)는 로우 신호가, 제 4 트랜지스터용 제어 신호(V4)는 하이 신호가 입력되는 것이 바람직하다.

즉, 본 발명에서는 다른 저잡음 증폭기(221a, 221b)가 사용될 때 고이득(High Gain)에서 사용되던 제 3 트랜지스터(T3) 및 제 4 트랜지스터(T4)가 하이 임피던스로 보일 수 있도록 하기 위하여 스위치처럼 사용되었다. 다만, 이 경우 제 3 트랜지스터(T3) 및 제 4 트랜지스터(T4)에 의해 저잡음 증폭기(221a, 221b)의 선형성이 저하될 수 있으므로 이 부분을 해결하기 위해서, 제 3 트랜지스터(T3) 및 제 4 트랜지스터(T4)의 게이트 전압이 소오스 전압을 따라갈 수 있도록 제 3 저항(R3) 및 제 4 저항(R4)을 하이 임피던스 저항을 사용한 것이다.

게이트에 하이 임피던스 소자를 사용하여 선형성을 향상시키는 방법은 Cgs 기생 커패시터(Parasitic Capacitor)을 이용하여 큰 입력 신호에 의해서 게이트 전압이 따라갈 수 있도록 하여서 스위치가 항상 온 상태(On State)에서만 동작하고 오프 상태(Off State)로 순간적으로 빠지는 것을 방지하여 성능을 올릴 수 있는 방법이다.

하기에 본 발명의 스위치부(230)에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 스위치부(230)는, 제 1 스위치(SW1), 제 2 스위치(SW2) 및 제 3 스위치(SW3)를 포함한다. 아울러, 제 1 스위치(SW1)가 온 동작을 할 경우 제 2 스위치(SW2) 및 제 3 스위치(SW3)는 오프 동작을 하고, 제 1 스위치(SW1)가 오프 동작을 할 경우 제 2 스위치(SW2) 및 제 3 스위치(SW3)는 온 동작을 하는 것이 바람직하다.

구체적으로 제 1 스위치(SW1)는 제 3 커패시터(C3)의 출력과 믹서부(240)의 입력 사이에 배치되고, 제 2 스위치(SW2)는 제 3 커패시터(C3)의 출력과 외부 소자(F)의 일단 사이에 배치된다. 아울러, 제 3 스위치(SW3)는 외부 소자(F)의 타단과 믹서부(240)의 입력 사이에 배치된다.

도 4는 제 1 스위치(SW1), 제 2 스위치(SW2) 및 제 3 스위치(SW3)의 일실시예에 따른 회로도이다.

도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 제 1 스위치(SW1), 제 2 스위치(SW2) 및 제 3 스위치(SW3)는 각각, 적어도 하나의 기본 스위칭 콤포넌트(U1, U2, U3)를 포함한다.

구체적으로, 기본 스위칭 콤포넌트(U1, U2, U3)는, 하나의 트랜지스터(T5, T6, T7), 하나의 트랜지스터(T5, T6, T7)의 제 1 단자에 연결된 제 1 기본 스위칭 콤포넌트용 저항(R(U11), R(U21), R(U31)) 및 하나의 트랜지스터(T5, T6, T7)의 제 2 단자와 하나의 트랜지스터(T5, T6, T7)의 제 3 단자 사이에 연결된 제 2 기본 스위칭 콤포넌트용 저항(R(U12), R(U22), R(U32))을 포함한다.

구체적으로 제 1 스위치(SW1), 제 2 스위치(SW2) 및 제 3 스위치(SW3)는 각각, 제 1 기본 스위칭 콤포넌트(U1), 제 2 기본 스위칭 콤포넌트(U2) 및 제 3 기본 스위칭 콤포넌트(U3)를 포함한다. 아울러, 제 1 기본 스위칭 콤포넌트(U1)에 포함된 제 5 트랜지스터(T5)의 제 3 단자, 제 2 기본 스위칭 콤포넌트(U2)에 포함된 제 6 트랜지스터(T6)의 제 2 단자 및 제 3 기본 스위칭 콤포넌트(U3)에 포함된 제 7 트랜지스터(T7)의 제 3 단자가 서로 연결된다. 또한, 제 5 트랜지스터(T5), 제 6 트랜지스터(T6) 및 제 7 트랜지스터(T7)는 각각, 온오프 동작을 한다. 다만, 제 5 트랜지스터(T5)와 제 6 트랜지스터(T6)에는 동일한 제어 신호(V(U1))가 입력되어, 제 6 트랜지스터(T6)는 제 5 트랜지스터(T5)와 동일한 온 또는 오프 동작을 하고, 제 7 트랜지스터(T7)는 제 5 트랜지스터(T5)와 반대의 온 또는 오프 동작을 한다. 즉, 제 5 트랜지스터(T5)가 온이 되면, 제 6 트랜지스터(T6)는 온이 되고 제 7 트랜지스터(T7)는 오프가 된다. 마찬가지로, 제 5 트랜지스터(T5)가 오프가 되면, 제 6 트랜지스터(T6)는 오프가 되고 제 7 트랜지스터(T7)는 온이 된다.

하나의 기본 스위칭 콤포넌트(U1, U2, U3)만으로도 스위칭 동작이 가능하지만, 본 발명에서는 3개의 기본 스위칭 콤포넌트(U1, U2, U3)를 사용하는 것에 의해 각 스위치(SW1, SW2, SW3)의 아이솔레이션(Isolation) 성능을 개선하였다. 제 5 트랜지스터(T5)와 제 6 트랜지스터(T6)는 해당 경로(Path)를 단락(Short)시키기 위한 트랜지스터로 동작하며, 제 7 트랜지스터(T7)의 경우에는 항상 제 5 트랜지스터(T5) 및 제 6 트랜지스터(T6)와 반대 상태의 동작을 하도록 제어 신호(V(U1), V(U2))를 제어할 필요가 있다. 제 1 기본 스위칭 콤포넌트용 저항(R(U11), R(U21), R(U31))은 도 3의 제 3 저항(R3) 및 제 4 저항(R4)과 마찬가지로 하이 임피던스의 저항값인 20㏀ 내지 50㏀ 범위의 저항값을 사용하고, 제 2 기본 스위칭 콤포넌트용 저항(R(U12), R(U22), R(U32))은 제어 신호(V(U1), V(U2))로 NMOS를 제어할 때 직류 바이어스 포인트(DC Bias Point)가 드레인과 소오스 노드를 접지로 하고, 소신호(Small Signal) 관점에서는 개방(Open)된 상황을 만들기 위해서 하이 임피던스 소자를 사용할 필요가 있다.

하기에 본 발명의 믹서부(240)에 대해 상세하게 설명하기로 한다.

도 2로부터 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 믹서부(240)는, 이득 조정기(ATT), 제 4 커패시터(C4), 믹서(242) 및 트랜스임피던스 증폭기(243)를 포함한다. 본 발명의 믹서부(240)는 별도의 트랜스콘덕턴스 증폭기를 구비하지 않고, 앞단의 저잡음 증폭기(221a, 221b)를 트랜스콘덕턴스 증폭기로 사용하는 것을 알 수 있다.

이득 조정기(ATT)는, 믹서부(240)의 이득을 조정할 수 있다. 이득 조정기(ATT)의 뒷단에서는 제 4 커패시터(C4)를 두어 트랜스임피던스 증폭기(243)에서 발생하는 직류 성분을 블로킹하고, 제 4 커패시터(C4)가 믹서(242)에 연결되도록 한다. 믹서(242)는 믹서부(240)의 코어로, 국부 발진기로부터의 국부 발진 신호(LO)를 입력받아 주파수를 변환하는 역할을 한다. 도 2에서는 하나의 스위치에 의해 믹서(242)를 표현하였지만, 국부 발진기의 위상(phase) 사용 수에 따라 병렬로 연결된 여러 개의 믹서를 사용할 수 있다.

아울러, 도 2에는 이득 조정기(ATT) 및 제 4 커패시터(C4)가 도시되어 있을 지라도, 믹서(242)는 스위치부(230)의 출력 신호를 직접 입력받을 수도 있음은 물론이다.

본 발명에 따르면 저잡음 증폭기(221a, 221b)를 믹서(242)의 전치 증폭기(Pre-Amplifier)로 기능하도록 하여 저잡음 증폭기(221a, 221b)와 믹서(242) 사이에서 선형성을 저하시키는 요소를 최소화하였다. 아울러, 외부 필터를 사용할 수 있는 선택적 경로(Path)를 구비하여 LTE 재머(Jammer)에 대해서 더 높은 성능을 요구할 경우에는 외부 필터의 도움을 받지만, 저잡음 증폭기(221a, 221b)의 입력이 아닌 출력에서 외부 필터를 사용하여 감도의 성능 저하를 최소화할 수 있도록 하였다. 상기 2가지 부분을 모두 만족시키는 구조를 가져가기 위해 저잡음 증폭기(221a, 221b)의 출력을 싱글(Single)로 만들어서 1개의 포트(Port)를 사용하고, 싱글 밸런스드 믹서(Single Balanced Mixer)를 사용하여 1개의 믹서 입력 핀만 할당하여 구현할 수 있도록 하였다. 또한, 다중 대역의 지원을 위해 저잡음 증폭기(221a, 221b)의 출력을 모두 공유해서 믹서의 개수를 줄일 수 있도록 하였다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 다중 대역 RF 수신기(200)에 따르면, 모바일 텔레비전 튜너 환경에서 선형성을 개선하여 IIP2 및 IIP3의 성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 외부 필터 소자와의 연결 시 요구되는 반도체의 핀 수를 최적화할 수 있음을 알 수 있다.

200 : RF 수신기
210 : 매칭및필터부 220 : 저잡음 증폭부
230 : 스위치부 240 : 믹서부
221a, 221b : 저잡음 증폭기
SW1 : 제 1 스위치 SW2 : 제 2 스위치
SW3 : 제 3 스위치 ATT : 이득 조정기
242 : 믹서 243 : 트랜스임피던스 증폭기

Claims

RF 수신기에 있어서,
다수의 저잡음 증폭기 및 하나로 합쳐진 상기 다수의 저잡음 증폭기의 출력과 연결된 제 3 커패시터를 포함하는 저잡음 증폭부;
상기 저잡음 증폭부의 출력을 이용하여, 주파수를 변환하는 적어도 하나의 믹서를 포함하는 믹서부; 및
상기 저잡음 증폭부의 출력을 상기 믹서부로 입력하거나, 상기 저잡음 증폭부의 출력을 외부 소자를 경유하여 상기 믹서부로 입력하도록 선택할 수 있는 스위치부;를 포함하되,
상기 다수의 저잡음 증폭기 각각은, 싱글엔디드(Single Ended) 신호를 출력하고,
상기 적어도 하나의 믹서 각각은, 싱글 밸런스드 믹서(Single Balanced Mixer)이고,
상기 저잡음 증폭부, 상기 스위치부 및 상기 믹서부는, 하나의 반도체 칩 내부에서 구성되고,
상기 외부 소자는, 상기 하나의 반도체 칩의 외부에 위치한 소자인 것을 특징으로 하고,
상기 스위치부는, 상기 제 3 커패시터의 출력과 상기 믹서부의 입력 사이에 배치된 제 1 스위치; 상기 제 3 커패시터의 출력과 상기 외부 소자의 일단 사이에 배치된 제 2 스위치; 및 상기 외부 소자의 타단과 상기 믹서부의 입력 사이에 배치된 제 3 스위치;를 포함하고,
상기 제 1 스위치가 온 동작을 할 경우 상기 제 2 스위치 및 상기 제 3 스위치는 오프 동작을 하고, 상기 제 1 스위치가 오프 동작을 할 경우 상기 제 2 스위치 및 상기 제 3 스위치는 온 동작을 하고,
상기 제 1 스위치, 상기 제 2 스위치 및 상기 제 3 스위치는 각각, 3개의 기본 스위칭 콤포넌트를 포함하되,
상기 3개의 기본 스위칭 콤포넌트 각각은,
하나의 트랜지스터; 상기 하나의 트랜지스터의 제 1 단자에 연결된 제 1 기본 스위칭 콤포넌트용 저항; 및 상기 하나의 트랜지스터의 제 2 단자와 상기 하나의 트랜지스터의 제 3 단자 사이에 연결된 제 2 기본 스위칭 콤포넌트용 저항;을 포함하고,
상기 3개의 기본 스위칭 콤포넌트는, 제 1 기본 스위칭 콤포넌트, 제 2 기본 스위칭 콤포넌트 및 제 3 기본 스위칭 콤포넌트이고,
상기 제 1 기본 스위칭 콤포넌트에 포함된 제 5 트랜지스터의 제 3 단자, 상기 제 2 기본 스위칭 콤포넌트에 포함된 제 6 트랜지스터의 제 2 단자 및 상기 제 3 기본 스위칭 콤포넌트에 포함된 제 7 트랜지스터의의 제 3 단자가 서로 연결되고,
상기 제 5 트랜지스터, 상기 제 6 트랜지스터 및 상기 제 7 트랜지스터는 각각, 온오프 동작을 하되,
상기 제 6 트랜지스터는, 상기 제 5 트랜지스터와 동일한 온 또는 오프 동작을 하고,
상기 제 7 트랜지스터는, 상기 제 5 트랜지스터와 반대의 온 또는 오프 동작을 하고,
상기 다수의 저잡음 증폭기 각각은, RF 신호를 증폭하는 제 1 부분; 상기 제 1 부분의 출력을 출력하거나 출력하지 않도록 할 수 있는 제 2 부분; 및 제 1 저항;을 포함하되,
상기 제 2 부분은, 상기 다수의 저잡음 증폭기 중 해당 저잡음 증폭기가 사용 중인 경우에는 상기 제 1 부분의 출력을 출력하도록 하고, 상기 다수의 저잡음 증폭기 중 해당 저잡음 증폭기가 아닌 다른 저잡음 증폭기가 사용 중인 경우에는 상기 제 1 부분의 출력을 출력하지 않도록 할 수 있는 것을 특징으로 하고,
상기 제 1 부분은, 제 1 트랜지스터 및 제 2 트랜지스터를 포함하고,
상기 제 2 부분은, 제 3 트랜지스터 및 제 4 트랜지스터를 포함하고,
상기 제 1 트랜지스터 및 상기 제 2 트랜지스터의 사이에, 상기 제 3 트랜지스터 및 상기 제 4 트랜지스터가 연결되고,
상기 제 1 저항의 일단은 상기 제 1 트랜지스터의 제 1 단자와 연결되고, 상기 제 1 저항의 타단은 해당 저잡음 증폭기의 출력과 연결되는 것을 특징으로 하는 RF 수신기.
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제1항에 있어서,
상기 제 1 트랜지스터의 제 1 단자 및 상기 제 2 트랜지스터의 제 1 단자는 각각,
제 1 커패시터 및 제 2 커패시터를 경유하여, 신호를 입력받는 것을 특징으로 하는 RF 수신기.
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제1항에 있어서,
상기 제 2 트랜지스터의 제 1 단자는, 하이 임피던스 소자를 경유하여 상기 제 2 트랜지스터용 제어 신호가 입력되는 것을 특징으로 하는 RF 수신기.
제1항에 있어서,
상기 제 3 트랜지스터의 제 1 단자 및 상기 제 4 트랜지스터의 제 1 단자는 각각, 하이 임피던스 소자를 경유하여 상기 제 3 트랜지스터용 제어 신호 및 상기 제 4 트랜지스터용 제어 신호가 입력되는 것을 특징으로 하는 RF 수신기.
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