KR19990042381A - Active balun circuit for low noise and high amplification - Google Patents

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Abstract

본 발명은 신호의 특성을 최대한 증폭하기 위한 고증폭 이득 저잡음 능동 발룬 회로를 제공하고자 하는 것으로, 이를 위해 본 발명은 하나의 입력신호에 응답하여 서로 위상이 반대인 제1 및 제2 출력신호를 출력하는 능동 발룬 회로에 있어서, 상기 입력신호를 게이트로 입력받는 소스 접지형 제1트랜지스터를 포함하여 상기 제1출력신호를 출력하는 제1캐스코드 증폭부; 및 상기 제1트랜지스터의 드레인단에 게이트가 연결되고 소스가 접지된 제2트랜지스터를 포함하여 상기 제2출력신호를 출력하는 제2캐스코드 증폭부를 포함하여 이루어진다.The present invention is to provide a high amplification gain low noise active balun circuit for amplifying the characteristics of the signal to the maximum, for this purpose the present invention outputs the first and second output signals of opposite phases in response to one input signal An active balun circuit, comprising: a first cascode amplifier for outputting the first output signal including a source ground type first transistor receiving the input signal as a gate; And a second cascode amplifier configured to output the second output signal, including a second transistor having a gate connected to the drain terminal of the first transistor and a source grounded.

Description

저잡음 및 고증폭을 위한 능동 발룬 회로Active balun circuit for low noise and high amplification

본 발명은 저잡음 고증폭 이득을 위한 능동 발룬 회로(active balun circuit)에 관한 것이다.The present invention relates to an active balun circuit for low noise, high amplification gain.

잘 알려진 바와 같이, 발룬 회로는 주파수혼합기 및 평형증폭기 등 서로 상보인 두개의 신호가 필요한 회로에 사용하기 위하여, 하나의 입력신호를 서로 위상이 반대인 두 개의 출력신호로 분리하는데 사용되며 10 GHz 이하의 집적회로에서는 회로의 크기를 감안하여 능동 회로를 많이 사용하고 있다. 현재 사용되고 있는 능동 발룬 회로는 크게 세 종류로 구분할 수 있다. 도 1, 도 2 및 도3은 각각 종래의 능동 발룬 회로를 나타낸다.As is well known, the balun circuit is used to separate one input signal into two output signals that are out of phase with each other for use in circuits that require two complementary signals, such as a frequency mixer and an equalizer. In integrated circuits, active circuits are frequently used in consideration of circuit size. Currently used active balun circuits can be classified into three types. 1, 2 and 3 respectively show a conventional active balun circuit.

첫번째로는 도 1에 도시된 바와 같이, 차동증폭기형 능동 발룬 회로이다. 도면에 도시된 바와 같이, 차동증폭기의 한쪽 입력단(Input)에 입력신호를 가하면서 다른 한쪽 단자를 접지하여 서로 상보인 두 출력신호를 각 출력단(Output-1, Output-2)으로 출력하는 구조이며, 입력단 트랜지스터(101)의 소스단에 임피던스가 큰 정 전류원 트랜지스터(103)와 임피던스가 비교적 작은 다른 쪽 트랜지스터(102)의 소스가 병렬로 연결되어 있어, 등가적으로는 입력단 트랜지스터(101)의 소스단에 저항이 연결되므로 잡음특성이 떨어진다. 입력단 및 출력단의 각 커패시터는 입력 및 출력라인의 기생 커패시턴스를 각각 나타낸다.First, as shown in Fig. 1, a differential amplifier type active balun circuit. As shown in the figure, while applying an input signal to one input terminal (Input) of the differential amplifier, the other terminal is grounded to output two complementary output signals to each output terminal (Output-1, Output-2). The source of the input terminal transistor 101 is connected in parallel with the source of the constant current source transistor 103 having a large impedance and the source of the other transistor 102 having a relatively small impedance, in parallel. Since the resistor is connected to the stage, the noise characteristic is reduced. Each capacitor at the input and output stages represents parasitic capacitances of the input and output lines, respectively.

두번째로는 도 2에 나타낸 바와 같이, 게이트가 입력단(Input)에 연결된 증폭용 트랜지스터(201)의 소스단과 드레인단에 각각 같은 값의 저항(211, 212)을 연결하여 그 소스단 및 드레인단에서 서로 위상이 반대인 두 출력신호를 각 출력단(Output-1, Output-2)으로 출력하는 구조로서, 전압 증폭도가 1 이하이고 증폭용 트랜지스터(201)의 소스단 저항(211)에 기인하여 잡음특성이 떨어진다.Secondly, as shown in FIG. 2, the same values of the resistors 211 and 212 are connected to the source terminal and the drain terminal of the amplifying transistor 201 having the gate connected to the input terminal, respectively. A structure that outputs two output signals of opposite phases to each output terminal (Output-1, Output-2), and has a voltage amplification degree of 1 or less and noise characteristics due to the source terminal resistance 211 of the amplifying transistor 201. Falls.

세번째로는 도 3에 나타낸 바와 같이, 소스 접지형 트랜지스터(302)와 게이트 접지형 트랜지스터(301)의 각 게이트단을 입력단(Input)에 연결하고 각 드레인단에 두 출력단(Output-1, Output-2)을 연결하여 서로 위상이 반대인 두 출력신호를 출력하는 구조로서, 게이트 접지형 트랜지스터(301)의 입력단 임피던스가 작기 때문에 전력 증폭도가 떨어질 뿐 아니라 게이트 접지형 증폭회로 구조는 소스 접지형 증폭회로 구조에 비해 잡음특성이 떨어진다.Third, as shown in FIG. 3, each gate terminal of the source ground transistor 302 and the gate ground transistor 301 is connected to an input terminal, and two output terminals Output-1 and Output- are connected to each drain terminal. 2) by connecting two output signals of opposite phases to each other, and because the input impedance of the gate-grounded transistor 301 is small, not only the power amplification is lowered, but also the gate-grounded amplifying circuit structure is a source grounding amplifying circuit The noise characteristics are inferior to the structure.

본 발명은 신호의 특성을 최대한 증폭하기 위하여 고이득 저잡음 능동 발룬 회로를 제공하는데 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a high gain low noise active balun circuit in order to amplify the characteristics of a signal as much as possible.

도면 1은 종래의 차동증폭기 회로를 이용한 구조1 is a structure using a conventional differential amplifier circuit

도면 2는 종래의 소스 단과 드레인 단에 같은 값의 저항을 연결한 구조2 is a structure in which a resistor having the same value is connected to a source and a drain terminal of the related art

도면 3은 종래의 소스 접지와 게이트 접지회로를 혼합한 구조3 is a structure in which a conventional source ground and gate ground circuit are mixed

도면 4는 본 발명의 회로4 is a circuit of the invention

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 능동 발룬 회로는, 하나의 입력신호에 응답하여 서로 위상이 반대인 제1 및 제2 출력신호를 출력하는 능동 발룬 회로에 있어서, 상기 입력신호를 게이트로 입력받는 소스 접지형 제1트랜지스터를 포함하여 상기 제1출력신호를 출력하는 제1캐스코드 증폭부; 및 상기 제1트랜지스터의 드레인단에 게이트가 연결되고 소스가 접지된 제2트랜지스터를 포함하여 상기 제2출력신호를 출력하는 제2캐스코드 증폭부를 포함하여 이루어진다.Active balun circuit of the present invention for achieving the above object, in the active balun circuit for outputting the first and second output signals of opposite phases in response to one input signal, receiving the input signal as a gate A first cascode amplifier for outputting the first output signal including a source grounded first transistor; And a second cascode amplifier configured to output the second output signal, including a second transistor having a gate connected to the drain terminal of the first transistor and a source grounded.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 능동 발룬 회로로서, 이를 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다.Figure 4 is an active balun circuit according to an embodiment of the present invention, with reference to this will be described in detail an embodiment of the present invention.

도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 능동 발룬 회로는, 입력단(Input)으로부터의 입력신호에 응답하여 서로 위상이 반대인 제1 및 제2 출력신호를 각각 제1출력단(Output-1) 및 제2 출력단(Output-2)을 통해 출력하며, 제1캐스코드증폭부(10) 및 제2캐스코드증폭부(20)를 포함한다. 제1 캐스코드 증폭부(10)는, 공급전압(Vdd)이 제1저항(411), 상기 제1출력신호를 출력하는 제1출력단(Output-1), 게이트가 접지된 제1트랜지스터(402) 및 상기 입력신호를 게이트로 입력받는 제2트랜지스터(401)를 통해 접지단에 접속되어 구성된다. 제2캐스코드증폭부(20)는, 공급전압단(Vdd)이 제2저항(412), 상기 제2출력신호를 출력하는 제2출력단(Output-2), 게이트가 접지된 제3트랜지스터(404) 및 상기 제2트랜지스터(401)의 드레인단(N100)에 게이트가 연결된 제4트랜지스터(401)를 통해 접지단에 접속 구성된다. 그리고, 제1, 제2, 제3 및 제4 트랜지스터의 각 게이트 단에는 능동 발룬 회로의 인에이블 및 디스에이블를 결정하는 바이어스회로부가 접속된다. 도면에서 입력단 및 출력단의 각 커패시터는 입력 및 출력라인의 기생 커패시턴스를 각각 나타낸다.As shown in FIG. 4, the active balun circuit according to an embodiment of the present invention may output first and second output signals having opposite phases to each other in response to an input signal from an input terminal, respectively. Output-1) and output through the second output (Output-2), and includes a first cascode amplifier 10 and a second cascode amplifier 20. The first cascode amplifier 10 includes a first resistor 402 having a supply voltage Vdd of a first resistor 411, a first output terminal 1 outputting the first output signal, and a gate grounded. And a second transistor 401 that receives the input signal as a gate. The second cascode amplifier 20 includes a second resistor 412, a second output terminal Output-2 for outputting the second output signal, and a third transistor having a gate grounded. 404 and a fourth transistor 401 having a gate connected to the drain terminal N100 of the second transistor 401 are connected to the ground terminal. In addition, a bias circuit portion for determining the enable and disable of the active balun circuit is connected to each gate terminal of the first, second, third and fourth transistors. In the figure, each capacitor of the input terminal and the output terminal represents the parasitic capacitance of the input and output lines, respectively.

이와 같은 구성을 갖는 본 실시예에 따른 능동 발룬 회로는, 기본적으로 소스 접지형 트랜지스터(401)와 게이트 접지형 트랜지스터(402)를 이용한 제1 캐스코드 증폭 회로(10)를 이용하고 있으며 이러한 캐스코드 증폭 회로(10)는 전력 증폭도가 높고 잡음특성이 우수하다. 위상이 반대인 신호를 출력하기 위하여 제2 캐스코드 증폭 회로(20)를 포함하는데, 이 제2 캐스코드 증폭 회로는 제1 캐스코드 증폭 회로(10)의 소스 접지형 트랜지스터(401)의 드레인단과 게이트 접지형 트랜지스터(402)의 소스단이 서로 연결된 부분에서 취한다. 소스 접지형 트랜지스터(401)의 게이트 전압과 드레인 전압은 서로 위상이 반대이므로 제1 및 제2 캐스코드 증폭회로(10, 20)은 위상이 서로 반대이다. 제1 캐스코드 증폭 회로(10)에서 소스 접지형 트랜지스터(401)의 게이트 폭과 게이트 접지형 트랜지스터(402)의 게이트 폭을 서로 같게 하면, 트랜지스터(401)의 게이트 전압 진폭과 트랜지스터(402)의 입력단 진폭은 서로 위상만 반대이고 크기는 같다. 따라서 도 4의 회로에서 능동 소자인 모든 트랜지스터(401, 402, 403, 404)의 게이트 폭을 같게 설계하면 위상이 반대이고 진폭은 같은 상보의 두 출력신호를 얻을 수 있다. 본 실시예에 따른 회로는 두개의 캐스코드 증폭기로 구성되어 있고 입력단 트랜지스터(401, 403)가 모두 소스 접지형 구조를 하고 있을 뿐 아니라 소스단이 직접 접지되어 있으므로 증폭도가 크고 잡음특성이 우수하다.The active balun circuit according to the present embodiment having such a configuration basically uses the first cascode amplifying circuit 10 using the source ground transistor 401 and the gate ground transistor 402. The amplifier circuit 10 has a high power amplification degree and excellent noise characteristics. And a second cascode amplifier circuit 20 for outputting a signal having a reversed phase, the second cascode amplifier circuit comprising a drain terminal of the source grounding transistor 401 of the first cascode amplifier circuit 10; The source terminal of the gate-grounded transistor 402 is taken from a portion connected to each other. Since the gate voltage and the drain voltage of the source ground transistor 401 are opposite in phase to each other, the first and second cascode amplifier circuits 10 and 20 are opposite in phase to each other. When the gate width of the source grounded transistor 401 and the gate width of the gate grounded transistor 402 are equal to each other in the first cascode amplifier circuit 10, the gate voltage amplitude of the transistor 401 and the transistor 402 Input amplitudes are opposite in phase and equal in magnitude to each other. Therefore, if the gate widths of all transistors 401, 402, 403, and 404, which are active elements, are designed to be the same in the circuit of FIG. 4, two output signals having opposite phases and the same amplitude may be obtained. The circuit according to the present embodiment is composed of two cascode amplifiers, and the input stage transistors 401 and 403 both have a source grounding structure, and the source stage is directly grounded, so that the amplification is large and the noise characteristics are excellent.

본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명이 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다.The present invention is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible without departing from the spirit and scope of the present invention.

본 발명의 능동 발룬 회로는 고이득 저잡음 특성을 가지므로 주파수혼합기의 입력단에 사용하여 잡음특성을 대폭 개선할 수 있고 저잡음증폭기에 사용하여 회로의 안정도를 향상시킬 수 있을 뿐 아니라 의사 푸쉬풀 회로를 구현할 수 있어 저전력 증폭기를 구현할 수 있다.Since the active balun circuit of the present invention has a high gain and low noise characteristic, the noise characteristics can be greatly improved by using the input stage of the frequency mixer, and the stability of the circuit can be improved by using a low noise amplifier. This enables low power amplifiers.

Claims (6)

하나의 입력신호에 응답하여 서로 위상이 반대인 제1 및 제2 출력신호를 출력하는 능동 발룬 회로에 있어서,An active balun circuit that outputs first and second output signals that are out of phase with each other in response to one input signal, 상기 입력신호를 게이트로 입력받는 소스 접지형 제1트랜지스터(401)를 포함하는 능동소자로 구성되어 상기 제1출력신호를 출력하는 제1캐스코드 증폭부; 및A first cascode amplifier comprising an active element including a source ground type first transistor 401 receiving the input signal as a gate and outputting the first output signal; And 상기 제1트랜지스터의 드레인단에 게이트가 연결되고 소스가 접지된 제2트랜지스터(403)를 포함하는 능동소자로 구성되어 상기 제2출력신호를 출력하는 제2캐스코드 증폭부A second cascode amplifier configured to include a second transistor 403 whose gate is connected to the drain terminal of the first transistor and whose source is grounded to output the second output signal; 를 포함하여 이루어진 능동 발룬 회로.Active balun circuit comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 및 제2 캐스코드 증폭부를 구성하는 트랜지스터 능동소자는 서로 게이트 폭이 동일한 능동 발룬 회로.An active balun circuit having transistor gates of the first and second cascode amplifiers having the same gate widths. 하나의 입력신호에 응답하여 서로 위상이 반대인 제1 및 제2 출력신호를 출력하는 능동 발룬 회로에 있어서,An active balun circuit that outputs first and second output signals that are out of phase with each other in response to one input signal, 제1전원공급단(Vdd)이 제1저항(411), 상기 제1출력신호를 출력하는 제1출력단(Output-1), 게이트가 접지된 제1트랜지스터(402) 및 상기 입력신호를 게이트로 입력받는 제2트랜지스터(401)를 통해 제2전원공급단에 접속된 제1 캐스코드 증폭부; 및A first power supply terminal Vdd uses a first resistor 411, a first output terminal Output-1 for outputting the first output signal, a first transistor 402 whose gate is grounded, and the input signal as a gate. A first cascode amplifier connected to a second power supply terminal through an input second transistor 401; And 상기 제1전원공급단(Vdd)이 제2저항(412), 상기 제2출력신호를 출력하는 제2출력단(Output-2), 게이트가 접지된 제3트랜지스터(404) 및 상기 제2트랜지스터(401)의 드레인단에 게이트가 연결된 제4트랜지스터(401)를 통해 상기 제2전원공급단에 접속된 제2 캐스코드 증폭부The first power supply terminal Vdd has a second resistor 412, a second output terminal Output-2 for outputting the second output signal, a third transistor 404 with a gate grounded, and the second transistor A second cascode amplifier connected to the second power supply terminal through a fourth transistor 401 having a gate connected to the drain terminal of the 401. 를 포함하여 이루어지는 능동 발룬 회로.Active balun circuit comprising a. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 트랜지스터는 게이트 폭이 서로 동일한 능동 발룬 회로.And said first, second, third and fourth transistors have the same gate widths. 제3항 또는 제4항에 있어서,The method according to claim 3 or 4, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 트랜지스터의 각 게이트 단에 접속된 바이어스회로부를 더 포함하는 능동 발룬 회로.And a bias circuit portion connected to each gate terminal of the first, second, third, and fourth transistors. 제3항 또는 제4항에 있어서,The method according to claim 3 or 4, 상기 제1전원공급단은 공급전압단이고, 상기 제2전원공급단은 접지단인 능동 발룬 회로.And the first power supply terminal is a supply voltage terminal, and the second power supply terminal is a ground terminal.
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