KR102179407B1 - Low noise amplifier - Google Patents

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KR102179407B1
KR102179407B1 KR1020180063737A KR20180063737A KR102179407B1 KR 102179407 B1 KR102179407 B1 KR 102179407B1 KR 1020180063737 A KR1020180063737 A KR 1020180063737A KR 20180063737 A KR20180063737 A KR 20180063737A KR 102179407 B1 KR102179407 B1 KR 102179407B1
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이상국
석현기
정오용
N B Anjana
김근목
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한국과학기술원
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Abstract

실시예에 따른 저잡음 증폭 장치는 드레인, 게이트 및 소스를 포함하는 제1 증폭부와, 드레인, 게이트 및 소스를 포함하는 제2 증폭부와, 상기 제1 증폭부의 소스와 상기 제2 증폭부의 드레인 사이에 배치된 공진 회로와, 상기 제1 증폭부의 소스와 그라운드(ground) 사이에 배치된 캐패시터를 포함한다.The low-noise amplifying apparatus according to the embodiment includes a first amplifier including a drain, a gate, and a source, a second amplifier including a drain, a gate, and a source, and between a source of the first amplifier and a drain of the second amplifier. And a resonant circuit disposed in and a capacitor disposed between a source and a ground of the first amplifier.

Description

저잡음 증폭 장치 {LOW NOISE AMPLIFIER} Low noise amplifier {LOW NOISE AMPLIFIER}

본 발명은 저잡음 증폭 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a low noise amplification device.

사물 인터넷(Internet Of Things, IoT)은 의료, 스마트 홈 또는 자율주행 등과 같은 다양한 분야에 적용되며, 정보의 모니터링, 감지, 공유 또는 활용을 이용하여 구현된다. 인간의 삶은 이러한 사물 인터넷을 통해 보다 풍부해지고 있다.The Internet of Things (IoT) is applied to various fields such as medical care, smart home or autonomous driving, and is implemented by monitoring, sensing, sharing, or utilizing information. Human life is getting richer through this Internet of Things.

이 때, 전술한 정보를 모니터링하고 감지하며 공유하고 활용하는데 있어서 센서가 이용될 수 있다. 그런데, 사물 인터넷 분야에서 이용되는 센서의 경우 배터리 용량이 제한된 상황에서 동작하는 것이 일반적이다. 따라서, 센서에서 소비되는 전력의 크기를 작게 하면서도 센서의 성능을 유지하는 것은 사물 인터넷 분야에서 중요한 이슈이다. In this case, a sensor may be used to monitor, detect, share, and utilize the above-described information. However, in the case of a sensor used in the IoT field, it is common to operate in a situation where the battery capacity is limited. Therefore, maintaining the performance of the sensor while reducing the amount of power consumed by the sensor is an important issue in the IoT field.

센서에 포함되는 송수신 모듈은 해당 센서의 소비 전력의 크기를 결정짓는 구성 중 하나이다. 이러한 송수신 모듈에는 다양한 구성들이 포함된다. 예컨대 RF front-end 블럭은 이러한 송수신 모듈에 포함되는 구성 중 하나로서, 높은 주파수에서 동작한다. 이러한 RF front-end 블럭은 송수신 모듈에 포함된 다른 구성들에 비해 상대적으로 소비 전력의 크기가 크다.The transmission/reception module included in the sensor is one of the components that determine the amount of power consumption of the sensor. Various configurations are included in the transmission/reception module. For example, the RF front-end block is one of the components included in such a transmission/reception module and operates at a high frequency. The RF front-end block has a relatively large amount of power consumption compared to other components included in the transmission/reception module.

저잡음 증폭 장치는 이러한 RF front-end 블럭 중의 하나이다. 저잡음 증폭 장치는 자신에게 공급되는 전력의 크기가 작을 때에도 높은 증폭을 만들어낼 수 있어야 하며, 또한 잡음이 일정 수준 이하로 생성되도록 설계되어야 한다.The low noise amplification device is one of these RF front-end blocks. The low-noise amplifying device must be able to produce high amplification even when the amount of power supplied to it is small, and must be designed to generate noise below a certain level.

한국특허공개공보, 제 10-2016-0109931 호 (2016.09.21. 공개)Korean Patent Publication No. 10-2016-0109931 (published on September 21, 2016)

이에, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 공급되는 전력의 크기가 작을 때에도 높은 증폭을 만들어낼 수 있고. 또한 이 때 생성되는 잡음이 일정 수준 이하인 것을 만족시키는 저잡음 증폭 장치를 제공하는 것이다.Accordingly, the problem to be solved of the present invention is that even when the size of the supplied power is small, high amplification can be produced. In addition, it is to provide a low-noise amplifying device that satisfies that the generated noise is less than a certain level.

여야 다만, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결하고자 하는 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problem to be solved of the present invention is not limited to the ones mentioned above, and another problem to be solved that is not mentioned can be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the following description. There will be.

실시예에 따른 저잡음 증폭 장치는 드레인, 게이트 및 소스를 포함하는 제1 증폭부와, 드레인, 게이트 및 소스를 포함하는 제2 증폭부와, 상기 제1 증폭부의 소스와 상기 제2 증폭부의 드레인 사이에 배치된 공진 회로와, 상기 제1 증폭부의 소스와 그라운드(ground) 사이에 배치된 캐패시터를 포함한다.The low-noise amplifying apparatus according to the embodiment includes a first amplifier including a drain, a gate, and a source, a second amplifier including a drain, a gate, and a source, and between a source of the first amplifier and a drain of the second amplifier. And a resonant circuit disposed in and a capacitor disposed between a source and a ground of the first amplifier.

또한, 상기 캐패시터는 상기 저잡음 증폭 장치에 제공되는 소정의 주파수를 갖는 교류 전원에 의해, 상기 제1 증폭부의 소스가 가상의 그라운드(virtual graound)로 보이도록 동작할 수 있다.In addition, the capacitor may operate so that the source of the first amplification unit appears as a virtual ground by an AC power supply having a predetermined frequency provided to the low noise amplifier.

또한, 상기 저잡음 증폭 장치는 게이트, 소스 및 상기 제1 증폭부의 드레인과 연결되는 드레인을 포함하는 제3 증폭부와, 상기 제3 증폭부의 드레인 및 상기 제1 증폭부의 드레인과 연결되는 로드 저항을 더 포함할 수 있다.In addition, the low-noise amplifying device further includes a third amplifying unit including a gate, a source, and a drain connected to the drain of the first amplifying unit, and a load resistance connected to the drain of the third amplifying unit and the drain of the first amplifying unit. Can include.

또한, 상기 캐패시터는 상기 저잡음 증폭 장치에 제공되는 소정의 주파수를 갖는 교류 전원에 의해, 상기 제1 증폭부의 소스가 상기 제3 증폭부 및 상기 로드 저항과는 무관하게 가상의 그라운드로 보이도록 동작할 수 있다.In addition, the capacitor is operated so that the source of the first amplifying unit appears as a virtual ground regardless of the third amplifying unit and the load resistance by an AC power supply having a predetermined frequency provided to the low noise amplifying device. I can.

본 발명의 실시예에 따르면, 신호를 재사용하여서 증폭시키는 저잡음 수신 장치에 있어서, 공진 회로에 의해 비롯되는 degeneration 현상이 저감 내지 제거될 수 있다. 또한, 신호를 증폭시키는 공진 회로의 입장에서 살펴보면, 공진 회로의 단에서 바라본 타 구성에 의한 임피던스의 영향이 최소화될 수 있다. 따라서, 이러한 저잡음 장치는 공급되는 전력의 크기가 작을 때에도 높은 증폭을 만들어낼 수 있고. 또한 이 때 생성되는 잡음이 일정 수준 이하가 되도록 만족시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in a low-noise receiving apparatus that reuses and amplifies a signal, a degeneration phenomenon caused by a resonance circuit can be reduced or eliminated. In addition, from the perspective of a resonant circuit that amplifies a signal, the influence of impedance due to other configurations viewed from the end of the resonant circuit can be minimized. Therefore, such a low-noise device can produce high amplification even when the amount of power supplied is small. In addition, the noise generated at this time can be satisfied to be below a certain level.

도 1은 제1 실시예에 따른 저잡음 증폭 장치의 구성을 도시한 회로도이다.
도 2는 도 1에 도시된 매칭부의 구성을 예시적으로 도시한 회로도이다.
도 3은 제2 실시예에 따른 저잡음 증폭 장치의 구성을 도시한 회로도이다.
도 4는 도 3에 도시된 매칭부의 구성을 예시적으로 도시한 회로도이다.1 is a circuit diagram showing the configuration of a low-noise amplifier device according to a first embodiment.
2 is a circuit diagram illustrating an exemplary configuration of a matching unit shown in FIG. 1.
3 is a circuit diagram showing the configuration of a low-noise amplifier device according to a second embodiment.
4 is a circuit diagram illustrating an exemplary configuration of a matching unit shown in FIG. 3.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Advantages and features of the present invention, and a method of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in a variety of different forms, and only these embodiments make the disclosure of the present invention complete, and are common knowledge in the technical field to which the present invention pertains. It is provided to completely inform the scope of the invention to those who have, and the invention is only defined by the scope of the claims.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In describing the embodiments of the present invention, if it is determined that a detailed description of a known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted. In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in an embodiment of the present invention, which may vary according to the intention or custom of users or operators. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification.

도 1은 제1 실시예에 따른 저잡음 증폭(Low Noise Amplifier, LNA) 장치(100)의 구성을 도시한 회로도이며, 다만 본 발명이 도 1에 도시된 것으로 한정 해석되는 것은 아니다.FIG. 1 is a circuit diagram showing the configuration of a low noise amplifier (LNA) device 100 according to a first embodiment, but the present invention is not limited to that illustrated in FIG. 1.

도 1을 참조하면, 저잡음 증폭 장치(100)는 전압 공급원인 VDD 및 바이어스 전압의 공급원인 Vbias와 연결된다. 또한, 저잡음 증폭 장치(100)는 입력 전압 Vin을 입력받아서 증폭시킨 뒤, 출력 전압 Vout으로 출력한다.Referring to FIG. 1, the low noise amplifying apparatus 100 is connected to a voltage supply source V DD and a bias voltage supply source V bias . In addition, the low-noise amplifying apparatus 100 receives and amplifies the input voltage V in, and then outputs the amplification as the output voltage V out .

이러한 저잡음 증폭 장치(100)는 제1 증폭부(M1), 제2 증폭부(M2), 제3 증폭부(M3), 매칭부(10), 공진 회로부(Co,Lo) 및 캐패시터(Cs)를 포함할 수 있으며, 다만 실시예에 따라서 언급된 구성들 중 적어도 하나를 포함하지 않거나 또는 언급되지 않은 또 다른 구성을 포함할 수도 있다.The low noise amplifier 100 has a first amplifying section (M 1), a second amplification part (M 2), the third amplification unit (M 3), the matching section 10, the resonant circuit (C o, L o) And a capacitor Cs, but may not include at least one of the mentioned configurations or may include another configuration not mentioned according to the exemplary embodiment.

이 중, 매칭부(10)가 수행하는 역할에 대해 먼저 살펴보기로 한다. 매칭부(10)는 포트 c를 통해 입력되는 입력 전압 Vin에 대해, 임피던스 매칭을 수행한다. Among them, the role played by the matching unit 10 will be described first. The matching unit 10 performs impedance matching on the input voltage V in input through the port c.

다음으로, 매칭부(10)의 연결 관계에 대해서 살펴보기로 한다. 매칭부(10)는 Vbias와 VDD에 각각 연결되는 포트(a,b)를 가진다. 또한, 매칭부(10)는 제3 증폭부(M3)의 게이트에 연결되는 포트 d, 제3 증폭부(M3)의 드레인과 제1 증폭부(M1)의 드레인 및 제2 증폭부(M2)의 게이트에 연결되는 포트 e, 그리고 제1 증폭부(M1)의 게이트에 연결되는 포트 f를 갖는다. Next, a connection relationship between the matching unit 10 will be described. The matching unit 10 has ports a and b respectively connected to V bias and V DD . Further, the matching unit 10 includes a third amplifying unit (M 3), a gate connected to the drain and a second amplification of the port d, the third amplification unit (M 3), the drain and the first amplifier (M 1) of the unit It has a port e connected to the gate of (M 2 ) and a port f connected to the gate of the first amplifying unit (M 1 ).

여기서, 전술한 매칭부(10)의 연결 관계는 하나의 예시적인 것에 불과하다. 즉, 실시예에 따라 매칭부(10)는 도 1에 도시된 것과 상이한 연결 관계를 가질 수도 있다.Here, the above-described connection relationship between the matching unit 10 is only an example. That is, according to an embodiment, the matching unit 10 may have a different connection relationship than that shown in FIG. 1.

한편, 매칭부(10)는 다양한 형태의 회로를 채용할 수 있으며, 실시예에 따라 공지된 형태의 회로를 채용할 수도 있다. 도 2는 매칭부(10)가 채용할 수 있는 다양한 형태의 회로 중 하나를 예시적으로 도시한 것이다. 도 2를 참조하면, 매칭부(10)는 제1 저항(RB1), 제2 저항(RB2), 로드 저항(RL), 제1 캐패시터(Cm1), 제2 캐패시터(Cm2) 및 제1 인덕터(L1)를 포함한다. 제1 저항(RB1), 제2 저항(RB2), 로드 저항(RL), 제1 캐패시터(Cm1), 제2 캐패시터(Cm2) 및 제1 인덕터(L1) 각각의 연결 관계에 대해서는 도 2에 도시된 것을 참조하기로 하며, 아울러 각 소자의 기능 내지 역할에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.Meanwhile, the matching unit 10 may employ various types of circuits, and may employ known types of circuits according to embodiments. 2 is an exemplary diagram of one of various types of circuits that can be employed by the matching unit 10. Referring to FIG. 2, the matching unit 10 includes a first resistor (R B1 ), a second resistor (R B2 ), a load resistor (R L ), a first capacitor (C m1 ), and a second capacitor (C m2 ). And a first inductor L 1 . The connection relationship between the first resistor (R B1 ), the second resistor (R B2 ), the load resistor (R L ), the first capacitor (C m1 ), the second capacitor (C m2 ) and the first inductor (L 1 ) For the reference will be made to what is shown in FIG. 2, and a description of the function or role of each element will be omitted.

다시 도 1을 참조하기로 한다. 도 1에 도시된 제1 증폭부(M1), 제2 증폭부(M2) 및 제3 증폭부(M3)는 각각 트랜지스터를 포함하며, 이 때 각각의 트랜지스터는 예컨대 n-채널 MOS(metal oxide semiconductor) 전계 효과 트랜지스터일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.Referring again to FIG. 1. The first amplifying unit M 1 , the second amplifying unit M 2 , and the third amplifying unit M 3 shown in FIG. 1 each include a transistor, and each transistor is, for example, an n-channel MOS ( metal oxide semiconductor) field effect transistor, but is not limited thereto.

이하에서는 제1 증폭부(M1), 제2 증폭부(M2), 제3 증폭부(M3), 매칭부(10), 공진 회로부(Co,Lo) 및 캐패시터(Cs) 간의 연결 관계에 대해 도 1을 참조하여서 보다 구체적으로 살펴보기로 하되, 아래에서 설명될 연결 관계는 예시적인 것에 불과하므로, 이하에서 설명될 연결 관계에 본 발명의 사상이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, between the first amplifying unit (M 1 ), the second amplifying unit (M 2 ), the third amplifying unit (M 3 ), the matching unit 10, the resonance circuit units (C o ,L o ), and the capacitor Cs. The connection relationship will be described in more detail with reference to FIG. 1, but since the connection relationship to be described below is merely exemplary, the spirit of the present invention is not limited to the connection relationship to be described below.

먼저, 제3 증폭부(M3)에 대해 살펴본다. 제3 증폭부(M3)의 소스는 VDD에 연결된다. 제3 증폭부(M3)의 게이트는 매칭부(10)의 포트 d에 연결된다. 제3 증폭부(M3)의 드레인은 제1 증폭부(M1)의 드레인과 매칭부(10)의 포트 e 및 제2 증폭부(M2)의 게이트와 연결된다. First, it looks at the third amplification unit (M 3 ). The source of the third amplifier M 3 is connected to V DD . The gate of the third amplifying unit M 3 is connected to the port d of the matching unit 10. The drain of the third amplifying part M 3 is connected to the drain of the first amplifying part M 1 and the port e of the matching part 10 and the gate of the second amplifying part M 2 .

다음으로, 제1 증폭부(M1)에 대해 살펴본다. 제1 증폭부(M1)의 드레인은 전술한 바와 같이 제3 증폭부(M3)의 드레인, 매칭부(10)의 포트 e 및 제2 증폭부(M2)의 게이트와 연결된다. 제1 증폭부(M1)의 게이트는 매칭부(10)의 포트 f와 연결된다. 제1 증폭부(M1)의 소스와 제2 증폭부(M2)의 드레인 사이에는 공진 회로가 배치된다. Next, the first amplification unit M1 will be described. As described above, the drain of the first amplifier M 1 is connected to the drain of the third amplifying unit M 3 , the port e of the matching unit 10, and the gate of the second amplifying unit M 2 . The gate of the first amplification unit M 1 is connected to the port f of the matching unit 10. Between the first amplifier (M 1) of the source and the second amplification part (M 2), the drain of the resonance circuit are arranged.

다음으로, 공진 회로에 대해 살펴본다. 공진 회로는 Lo 및 Co를 포함하며, 따라서 Lo 및 Co 값에 따른 소정의 공진주파수 f를 갖는다. 공진 회로의 일단과 타단 중 제1 증폭부(M1)의 소스와 연결되는 일단을 노드 X라고 하면, 노드 X에는 캐패시터 Cs의 일단이 연결된다. 공진 회로의 타단은 제2 증폭부(500)의 드레인에 연결되며, 또한 출력 전압 Vout에 해당하기도 한다.Next, look at the resonance circuit. The resonant circuit includes L o and C o , and thus has a predetermined resonant frequency f according to the values of L o and C o . If one end of the resonance circuit and the other end connected to the source of the first amplifying unit M 1 is called node X, one end of the capacitor Cs is connected to the node X. The other end of the resonance circuit is connected to the drain of the second amplifying unit 500 and also corresponds to the output voltage V out .

다음으로, 제2 증폭부(M2)에 대해 살펴본다. 제2 증폭부(M2)의 드레인은 공진 회로의 전술한 타단과 연결되고, 게이트는 제3 증폭부(M3)의 드레인과 연결되며, 소스는 그라운드와 연결된다.Next, a look at the second amplification unit (M 2 ). The drain of the second amplifier M 2 is connected to the other end of the resonance circuit, the gate is connected to the drain of the third amplifier M 3 , and the source is connected to the ground.

마지막으로, 캐패시터 Cs에 대해 살펴보기로 한다. 캐패시터 Cs의 일단은 노드 X, 즉 공진 회로의 일단과 연결되고, 캐패시터 Cs의 타단은 그라운드와 연결된다.Finally, let's take a look at the capacitor Cs. One end of the capacitor Cs is connected to the node X, that is, one end of the resonant circuit, and the other end of the capacitor Cs is connected to the ground.

이하에서는 Vin으로부터 입력된 신호가 증폭되는 과정에 대해 살펴보기로 하되, 증폭의 대상이 되는 이러한 신호는 교류 성분을 갖는 신호인 것을 전제로 한다.Hereinafter, a process of amplifying the signal input from V in will be described, but it is assumed that such a signal to be amplified is a signal having an AC component.

Vin으로부터 입력된 신호는 제3 증폭부(M3) 및 제1 증폭부(M1)를 거치면서 증폭되고, 이와 같이 증폭된 신호는 공진 회로와 제2 증폭부(M2)를 거치면서 재차 증폭된다.The signal input from V in is amplified while passing through the third amplifying unit (M 3 ) and the first amplifying unit (M 1 ), and the amplified signal is amplified while passing through the resonance circuit and the second amplifying unit (M 2 ). It is amplified again.

이 때, 입력 신호에 포함된 교류 성분은 이러한 캐패시터 Cs를 단락시킬 수 있다. 이에 따라 노드 X는 가상의 그라운드(virtual ground)가 된다.In this case, the AC component included in the input signal may short-circuit the capacitor Cs. Accordingly, node X becomes a virtual ground.

여기서, 노드 X가 가상의 그라운드가 됨으로써, 이러한 노드 X에 연결되어 있는 전술한 공진 회로는 제1 증폭부(M1)에서 신호가 증폭되는 것에 영향을 끼치지 않는다. 즉, 제1 실시예에 따르면, 공진 회로가 증폭부의 증폭에 영향을 끼치는 degeneration 현상이 제거되거나 저감될 수 있다.Here, since the node X becomes a virtual ground, the above-described resonance circuit connected to the node X does not affect the amplification of a signal in the first amplifier M 1 . That is, according to the first embodiment, a degeneration phenomenon in which the resonant circuit affects the amplification of the amplifying unit can be eliminated or reduced.

한편, 전술한 바와 같이 제3 증폭부(M3) 및 제1 증폭부(M1)를 거치면서 증폭된 신호는 공진 회로를 거치면서 증폭되며 또한 제2 증폭부(M2)를 거치면서 다시 한번 증폭된다. 이 때, 전술한 바와 같이 캐패시터 Cs는 증폭의 대상이 되는 입력 신호에 포함된 교류 성분에 의해 단락될 수 있고, 이로 인해 노드 X는 가상의 그라운드가 된다. Meanwhile, as described above, the signal amplified while passing through the third amplifying unit (M 3 ) and the first amplifying unit (M 1 ) is amplified while passing through the resonance circuit, and again while passing through the second amplifying unit (M 2 ). It is amplified once. At this time, as described above, the capacitor Cs may be short-circuited by an AC component included in the input signal to be amplified, and thus the node X becomes a virtual ground.

이 경우, 노드 X가 가상의 그라운드가 됨으로써, 이러한 노드 X에서 바라본 임피던스, 예컨대 제1 증폭부(M1), 제3 증폭부(M3) 또는 매칭부(10)에 포함된 로드 저항(RL) 등은 공진 회로에 영향을 주지 않거나 적게 주게 된다. 즉, 제1 실시예에 따르면, 공진 회로에서는 Lo 및 Co를 이용하여서 원하는 주파수에서 증폭의 정도가 최대가 되도록 할 수 있다. In this case, since the node X becomes a virtual ground, the impedance viewed from the node X, for example, the first amplifying unit M 1 , the third amplifying unit M 3 , or the load resistance R included in the matching unit 10 L ) etc. do not affect or give less to the resonance circuit. That is, according to the first embodiment, in the resonance circuit, the degree of amplification at a desired frequency can be maximized by using L o and C o .

이를 신호의 재사용 관점에서 살펴보면, 제1 증폭부(M1)에서 증폭된 신호는 공진 회로와 제3 증폭부(M3)에서 그대로 재사용되면서 재차 증폭될 수 있다. 이를 기초로 살펴보면, 제1 실시예에 따른 저잡음 증폭 장치(100)에서 소비되는 전력의 크기가 다른 저잡음 증폭 장치와 동일하다고 하였을 때, 제1 실시예에 따른 저잡음 증폭 장치(100)는 다른 저잡음 증폭 장치에 비해 상대적으로 높은 증폭을 만들어낼 수 있으며 또한 생성되는 잡음을 일정 수준 이하로 만족시킬 수 있다.Looking at this from the viewpoint of signal reuse, the signal amplified by the first amplifying unit M 1 may be amplified again while being reused as it is in the resonance circuit and the third amplifying unit M 3 . Looking at this basis, when it is assumed that the amount of power consumed by the low-noise amplifying device 100 according to the first embodiment is the same as that of other low-noise amplifying devices, the low-noise amplifying device 100 according to the first embodiment is a different low-noise amplifying device. Compared to the device, it can produce a relatively high amplification, and can satisfy the generated noise below a certain level.

도 3은 제2 실시예에 따른 저잡음 증폭(Low Noise Amplifier, LNA) 장치(200)의 구성을 도시한 회로도이며, 다만 본 발명이 도 3에 도시된 것으로 한정 해석되는 것은 아니다.FIG. 3 is a circuit diagram showing the configuration of a low noise amplifier (LNA) device 200 according to the second embodiment, but the present invention is not limited to that illustrated in FIG. 3.

도 3을 참조하면, 저잡음 증폭 장치(200)는 전압 공급원인 VDD 및 바이어스 전압의 공급원인 Vbias와 연결된다. 또한, 저잡음 증폭 장치(200)는 입력 전압 Vin을 입력받아서 증폭시킨 뒤, 출력 전압 Vout으로 출력한다.Referring to FIG. 3, the low noise amplifier 200 is connected to a voltage supply source V DD and a bias voltage supply source V bias . In addition, the low-noise amplifying apparatus 200 receives and amplifies the input voltage V in, and then outputs it as the output voltage V out .

이러한 저잡음 증폭 장치(200)는 제1 증폭부(M1), 제2 증폭부(M2), 제3 증폭부(M3), 매칭부(20), 공진 회로부(Co,Lo), 캐패시터(Cs) 및 전압 조정부(30)를 포함할 수 있으며, 다만 실시예에 따라서 언급된 구성들 중 적어도 하나를 포함하지 않거나 또는 언급되지 않은 또 다른 구성을 포함할 수도 있다.The low-noise amplification device 200 includes a first amplifier (M 1 ), a second amplifier (M 2 ), a third amplifier (M 3 ), a matching part 20, and a resonance circuit part (C o ,L o ). , The capacitor Cs and the voltage adjusting unit 30 may be included, but at least one of the mentioned configurations may not be included or another configuration not mentioned may be included depending on the embodiment.

이 중, 전압 조정부(30)의 역할에 대해 살펴보기로 한다. 전압 조정부(20)는 포트 a를 통해 입력되는 바이어스 전압 Vbias를 이용하여서 MOSFET과 같은 트랜지스터가 정상 동작을 할 수 있도록 전압을 조정해주는 회로이다. Among them, the role of the voltage adjusting unit 30 will be described. The voltage adjusting unit 20 is a circuit that adjusts a voltage so that a transistor such as a MOSFET can operate normally by using a bias voltage V bias input through port a.

다음으로, 전압 조정부(30)의 연결 관계에 대해서 살펴보기로 한다. 전압 조정부(30)는 Vbias에 각각 연결되는 포트 a를 가진다. 또한, 전압 조정부(30)는 제3 증폭부(M3)의 게이트에 연결되는 포트 d, 제3 증폭부(M3)의 드레인과 제1 증폭부(M1)의 드레인 및 출력 전압 Vout으로 연결되는 포트 e, 그리고 제1 증폭부(M1)의 게이트에 연결되는 포트 f를 갖는다. Next, a connection relationship between the voltage regulator 30 will be described. The voltage adjusting unit 30 has ports a respectively connected to V bias . Further, the voltage adjustment section 30 is a third amplification unit (M 3), port d, connected to the gate of the third amplification unit (M 3), a drain, and the output voltage of the drain of the first amplifier (M 1) of V out It has a port e connected to and a port f connected to the gate of the first amplifying unit M 1 .

여기서, 전술한 전압 조정부(30)의 연결 관계는 하나의 예시적인 것에 불과하다. 즉, 실시예에 따라 전압 조정부(30)는 도 3에 도시된 것과 상이한 연결 관계를 가질 수도 있다.Here, the connection relationship between the voltage adjusting unit 30 described above is only an example. That is, according to the embodiment, the voltage adjusting unit 30 may have a different connection relationship than that shown in FIG. 3.

한편, 전압 조정부(30)는 다양한 형태의 회로를 채용할 수 있으며, 실시예에 따라 공지된 형태의 회로를 채용할 수도 있다. 도 4는 전압 조정부(30)가 채용할 수 있는 다양한 형태의 회로 중 하나를 예시적으로 도시한 것이다. 도 4를 참조하면, 전압 조정부(30)는 제2 저항(RB2), 로드 저항(RL), 제1 캐패시터(C1) 및 제2 캐패시터(CD)를 포함한다. 제2 저항(RB2), 로드 저항(RL), 제1 캐패시터(C1) 및 제2 캐패시터(CD) 각각의 연결 관계에 대해서는 도 4에 도시된 것을 참조하기로 하며, 아울러 각 소자의 기능 내지 역할에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.Meanwhile, the voltage adjusting unit 30 may employ various types of circuits, and may employ a known type of circuit according to embodiments. 4 is an exemplary diagram of one of various types of circuits that can be employed by the voltage adjusting unit 30. Referring to FIG. 4, the voltage adjusting unit 30 includes a second resistor R B2 , a load resistor R L , a first capacitor C 1 , and a second capacitor C D. For the connection relationship between the second resistor (R B2 ), the load resistor (R L ), the first capacitor (C 1 ) and the second capacitor (C D ), reference will be made to that shown in FIG. 4, and each element Description of the function or role of will be omitted.

다시 도 3을 참조하여서 매칭부(20)의 역할에 대해 살펴보기로 한다. 매칭부(20)는 입력 전압 Vin에 대해 임피던스 매칭을 수행한다. With reference to FIG. 3 again, the role of the matching unit 20 will be described. The matching unit 20 performs impedance matching on the input voltage V in .

한편, 도 3에 도시된 제1 증폭부(M1), 제2 증폭부(M2) 및 제3 증폭부(M3)는 각각 트랜지스터를 포함하며, 이 때 각각의 트랜지스터는 예컨대 n-채널 MOS(metal oxide semiconductor) 전계 효과 트랜지스터일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.Meanwhile, the first amplifying unit M 1 , the second amplifying unit M 2 , and the third amplifying unit M 3 shown in FIG. 3 each include a transistor, and in this case, each transistor is, for example, an n-channel It may be a metal oxide semiconductor (MOS) field effect transistor, but is not limited thereto.

이하에서는 제1 증폭부(M1), 제2 증폭부(M2), 제3 증폭부(M3), 전압 조정부(30), 공진 회로부(Co,Lo) 및 캐패시터(Cs) 간의 연결 관계에 대해 도 3을 참조하여서 보다 구체적으로 살펴보기로 하되, 아래에서 설명될 연결 관계는 예시적인 것에 불과하므로, 이하에서 설명될 연결 관계에 본 발명의 사상이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, between the first amplifier (M 1 ), the second amplifier (M 2 ), the third amplifying part (M 3 ), the voltage adjusting part 30, the resonance circuit parts (C o ,L o ), and the capacitor Cs. The connection relationship will be described in more detail with reference to FIG. 3, but since the connection relationship to be described below is only exemplary, the spirit of the present invention is not limited to the connection relationship to be described below.

먼저, 제3 증폭부(M3)에 대해 살펴본다. 제3 증폭부(M3)의 소스는 VDD에 연결된다. 제3 증폭부(M3)의 게이트는 전압 조정부(30)의 포트 d에 연결된다. 제3 증폭부(M3)의 드레인은 제1 증폭부(M1)의 드레인과 전압 조정부(30)의 포트 e 및 출력 전압 Vout에 연결된다.First, it looks at the third amplification unit (M 3 ). The source of the third amplifier M 3 is connected to V DD . The gate of the third amplifying unit M 3 is connected to the port d of the voltage adjusting unit 30. The drain of the third amplifying part M 3 is connected to the drain of the first amplifying part M 1 , a port e of the voltage adjusting part 30, and an output voltage V out .

다음으로, 제1 증폭부(M1)에 대해 살펴본다. 제1 증폭부(M1)의 드레인은 전술한 바와 같이 제3 증폭부(M3)의 드레인, 전압 조정부(30)의 포트 e 및 출력 전압 Vout에 연결된다. 제1 증폭부(M1)의 게이트는 전압 조정부(30)의 포트 f와 연결된다. 제1 증폭부(M1)의 소스와 제2 증폭부(M2)의 드레인 사이에는 공진 회로가 배치된다. Next, it looks at the first amplification unit (M 1 ). The drain of the first amplifying unit M 1 is connected to the drain of the third amplifying unit M 3 , a port e of the voltage adjusting unit 30, and the output voltage V out as described above. The gate of the first amplifying unit M 1 is connected to the port f of the voltage adjusting unit 30. Between the first amplifier (M 1) of the source and the second amplification part (M 2), the drain of the resonance circuit are arranged.

다음으로, 공진 회로에 대해 살펴본다. 공진 회로는 Lo 및 Co를 포함하며, 따라서 Lo 및 Co 값에 따른 소정의 공진주파수 f를 갖는다. 공진 회로의 일단과 타단 중 제1 증폭부(M1)의 소스와 연결되는 일단을 노드 X라고 하면, 노드 X에는 캐패시터 Cs의 일단이 연결된다. 공진 회로의 타단은 제2 증폭부(500)의 드레인에 연결되며, 또한 전압 조정부(30)의 포트 b에 연결된다.Next, look at the resonance circuit. The resonant circuit includes L o and C o , and thus has a predetermined resonant frequency f according to the values of L o and C o . If one end of the resonance circuit and the other end connected to the source of the first amplifying unit M 1 is called node X, one end of the capacitor Cs is connected to the node X. The other end of the resonance circuit is connected to the drain of the second amplifying unit 500 and also connected to the port b of the voltage adjusting unit 30.

다음으로, 제2 증폭부(M2)에 대해 살펴본다. 제2 증폭부(M2)의 드레인은 공진 회로의 타단과 연결되고, 게이트는 입력 전압 Vin에 연결되며, 소스는 그라운드와 연결된다.Next, a look at the second amplification unit (M 2 ). The drain of the second amplifying unit M 2 is connected to the other end of the resonance circuit, the gate is connected to the input voltage V in , and the source is connected to the ground.

마지막으로, 캐패시터 Cs에 대해 살펴보기로 한다. 캐패시터 Cs의 일단은 노드 X, 즉 공진 회로의 일단과 연결되고, 캐패시터 Cs의 타단은 그라운드와 연결된다.Finally, let's take a look at the capacitor Cs. One end of the capacitor Cs is connected to the node X, that is, one end of the resonant circuit, and the other end of the capacitor Cs is connected to the ground.

이하에서는 Vin으로부터 입력된 신호가 증폭되는 과정에 대해 살펴보기로 하되, 증폭의 대상이 되는 이러한 신호는 교류 성분을 갖는 신호인 것을 전제로 한다.Hereinafter, a process of amplifying the signal input from V in will be described, but it is assumed that such a signal to be amplified is a signal having an AC component.

Vin으로부터 입력된 신호는 제3 증폭부(M3) 및 제1 증폭부(M1)를 거치면서 증폭되고, 이와 같이 증폭된 신호는 공진 회로와 제2 증폭부(M2)를 거치면서 재차 증폭된다.The signal input from V in is amplified while passing through the third amplifying unit (M 3 ) and the first amplifying unit (M 1 ), and the amplified signal is amplified while passing through the resonance circuit and the second amplifying unit (M 2 ). It is amplified again.

이 때, 입력 신호에 포함된 교류 성분은 이러한 캐패시터 Cs를 단락시킬 수 있다. 이에 따라 노드 X는 가상의 그라운드(virtual ground)가 된다.In this case, the AC component included in the input signal may short-circuit the capacitor Cs. Accordingly, node X becomes a virtual ground.

여기서, 노드 X가 가상의 그라운드가 됨으로써, 이러한 노드 X에 연결되어 있는 전술한 공진 회로는 제1 증폭부(M1)에서 신호가 증폭되는 것에 영향을 끼치지 않는다. 즉, 제2 실시예에 따르면, 공진 회로가 증폭부의 증폭에 영향을 끼치는 degeneration 현상이 제거되거나 저감될 수 있다.Here, since the node X becomes a virtual ground, the above-described resonance circuit connected to the node X does not affect the amplification of a signal in the first amplifier M 1 . That is, according to the second embodiment, a degeneration phenomenon in which the resonant circuit affects the amplification of the amplification unit can be eliminated or reduced.

한편, 전술한 바와 같이 제3 증폭부(M3) 및 제1 증폭부(M1)를 거치면서 증폭된 신호는 공진 회로를 거치면서 증폭되며 또한 제2 증폭부(M2)를 거치면서 다시 한번 증폭된다. 이 때, 전술한 바와 같이 캐패시터 Cs는 증폭의 대상이 되는 입력 신호에 포함된 교류 성분에 의해 단락될 수 있고, 이로 인해 노드 X는 가상의 그라운드가 된다. Meanwhile, as described above, the signal amplified while passing through the third amplifying unit (M 3 ) and the first amplifying unit (M 1 ) is amplified while passing through the resonance circuit, and again while passing through the second amplifying unit (M 2 ). It is amplified once. At this time, as described above, the capacitor Cs may be short-circuited by an AC component included in the input signal to be amplified, and thus the node X becomes a virtual ground.

이 경우, 노드 X가 가상의 그라운드가 됨으로써, 이러한 노드 X에서 바라본 임피던스, 예컨대 제1 증폭부(M1), 제3 증폭부(M3) 또는 전압 조정부(30)에 포함된 로드 저항(RL) 등은 공진 회로에 영향을 주지 않거나 적게 주게 된다. 즉, 제2 실시예에 따르면, 공진 회로에서는 Lo 및 Co를 이용하여서 원하는 주파수에서 증폭의 정도가 최대가 되도록 할 수 있다. In this case, since the node X becomes a virtual ground, the impedance viewed from the node X, for example, the first amplifying unit M 1 , the third amplifying unit M 3 , or the load resistance R included in the voltage adjusting unit 30 L ) etc. do not affect or give less to the resonance circuit. That is, according to the second embodiment, in the resonance circuit, the degree of amplification at a desired frequency can be maximized by using L o and C o .

이를 신호의 재사용 관점에서 살펴보면, 제1 증폭부(M1)에서 증폭된 신호는 공진 회로와 제3 증폭부(M3)에서 그대로 재사용되면서 재차 증폭될 수 있다. 이를 기초로 살펴보면, 제2 실시예에 따른 저잡음 증폭 장치(200)에서 소비되는 전력의 크기가 다른 저잡음 증폭 장치와 동일하다고 하였을 때, 제2 실시예에 따른 저잡음 증폭 장치(200)는 다른 저잡음 증폭 장치에 비해 상대적으로 높은 증폭을 만들어낼 수 있으며 또한 생성되는 잡음을 일정 수준 이하로 만족시킬 수 있다.Looking at this from the viewpoint of signal reuse, the signal amplified by the first amplifying unit M 1 may be amplified again while being reused as it is in the resonance circuit and the third amplifying unit M 3 . Looking at this basis, when it is assumed that the amount of power consumed by the low-noise amplifying device 200 according to the second embodiment is the same as that of other low-noise amplifying devices, the low-noise amplifying device 200 according to the second embodiment is a different low-noise amplifying device. Compared to the device, it can produce a relatively high amplification, and can satisfy the generated noise below a certain level.

한편, 전술한 제1 실시예와 제2 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 이에 본 발명의 사상이 이러한 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 제1 실시예와 제2 실시예에서 제시된 것과 다른 형태 또한 본 발명의 사상에 포함될 수 있다.Meanwhile, the first and second embodiments described above are merely exemplary, and the spirit of the present invention is not limited to these embodiments. For example, forms different from those presented in the first and second embodiments may also be included in the spirit of the present invention.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 품질에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to make various modifications and variations without departing from the essential quality of the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to explain the technical idea, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.

100, 200 : 저잡음 증폭 장치
10, 20 : 매칭부100, 200: low noise amplification device
10, 20: matching unit

Claims (4)

드레인, 게이트 및 소스를 포함하는 제1 증폭부와,
드레인, 게이트 및 소스를 포함하는 제2 증폭부와,
상기 제1 증폭부의 소스와 연결된 제1 노드와 상기 제2 증폭부의 드레인과 연결된 제2 노드에 연결되고, 병렬로 배치된 제1 캐패시터와 인덕터를 포함하는 공진 회로와,
상기 제1 노드와 그라운드(ground) 노드에 연결된 제2 캐패시터를 포함하고,
상기 제2 캐패시터는, 상기 제1 증폭부를 통해 입력되는 입력 신호의 교류 성분에 의해, 상기 제1 노드가 가상의 그라운드 노드로 동작하도록 동작하는
저잡음 증폭 장치.A first amplifier including a drain, a gate, and a source,
A second amplification unit including a drain, a gate, and a source,
A resonance circuit connected to a first node connected to a source of the first amplifying part and a second node connected to a drain of the second amplifying part, and including a first capacitor and an inductor disposed in parallel;
And a second capacitor connected to the first node and a ground node,
The second capacitor operates so that the first node operates as a virtual ground node by an AC component of an input signal input through the first amplifier.
Low noise amplification device. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
게이트, 소스 및 상기 제1 증폭부의 드레인과 연결되는 드레인을 포함하는 제3 증폭부와,
상기 제3 증폭부의 드레인 및 상기 제1 증폭부의 드레인과 연결되는 로드 저항을 더 포함하는
저잡음 증폭 장치.The method of claim 1,
A third amplifier including a gate, a source, and a drain connected to a drain of the first amplifier;
Further comprising a load resistor connected to a drain of the third amplifying unit and a drain of the first amplifying unit
Low noise amplification device. 제 3 항에 있어서,
상기 제2 캐패시터는,
상기 저잡음 증폭 장치에 제공되는 소정의 주파수를 갖는 교류 전원에 의해, 상기 제1 증폭부의 소스가 상기 제3 증폭부 및 상기 로드 저항과는 무관하게 가상의 그라운드로 보이도록 동작하는
저잡음 증폭 장치The method of claim 3,
The second capacitor,
Operated so that the source of the first amplification unit appears as a virtual ground regardless of the third amplification unit and the load resistance by an AC power supply having a predetermined frequency provided to the low noise amplification device.
Low noise amplification device
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