KR20000001378A

KR20000001378A - Switching low noise amplifier

Info

Publication number: KR20000001378A
Application number: KR1019980021613A
Authority: KR
Inventors: 정찬국; 박종화; 박상현; 김신재
Original assignee: 구관영; 주식회사 에이스테크놀로지
Priority date: 1998-06-11
Filing date: 1998-06-11
Publication date: 2000-01-15

Abstract

PURPOSE: A low noise amplifier, one of the important parts dominating performance of a wireless communication system, has a built-in self protection circuit against internal/external problems to minimize system failure caused by abnormal operation of the low noise amplifier. In a conventional low noise amplifier, damage of internal circuits or loss of operating power may result in severe bypass loss to fail an overall communication system. The switching low noise amplifier is provided to prevent failure of the overall communication system. CONSTITUTION: In the low noise amplifier applied to the wireless communication system, the switching low noise amplifier comprises a low noise amplification terminal minimizing and amplifying noise of an inputted signal; 50 ohms low loss bypass transmitting inputted and outputted signals to an output terminal without loss in damage of internal circuits or loss of operating power; a switch, mounted in an input/output terminal the low noise amplifier, sensing damage of internal circuits or loss of operating power and switching a received signal to be flown through a low loss bypass. Thus, bypass loss is minimized to prevent influence upon an amplifier and system failure.

Description

Switching low noise amplifier

본 발명은 스위칭 저잡음 증폭기에 관한 것으로서 기존의 일반 증폭기 및 저잡음 증폭기는 정상 동작하지 못할 경우에는 입력된 신호가 보호 회로를 갖추지 않은 증폭기를 통과하면서 심각한 경로손실이 발생하게 됨으로써 전체적인 통신 시스템에 영향을 미쳐 통신상의 장애를 초래하였다. 따라서, 저잡음 증폭기 내부에 저손실 경로를 설계하고 그 입출력단에 스위칭 소자(혹은 회로)를 장착하여 증폭회로 부분에서 내부 회로의 파손이나 동작전원의 손실이 발생하였을 경우에 상기 스위칭 소자(혹은 회로)가 이를 감지하여 입력된 신호가 저손실 경로를 통과하게 함으로써 신호의 경로 손실을 최소화하여 전체적인 통신 시스템상의 장애가 발생하는 것을 방지하고 보호하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a switching low-noise amplifier. When the conventional general amplifier and the low-noise amplifier do not operate normally, the input signal passes through the amplifier without the protection circuit, causing severe path loss, thereby affecting the entire communication system. It caused a communication disturbance. Therefore, when a low loss path is designed inside a low noise amplifier and a switching element (or circuit) is mounted at the input / output terminal thereof, the switching element (or circuit) is broken when an internal circuit breakage or a loss of operating power occurs in the amplifier circuit portion. The present invention relates to an apparatus for preventing and protecting a failure in an entire communication system by minimizing a path loss of a signal by detecting the detected signal so that an input signal passes through a low loss path.

종래의 저잡음 증폭기는 수신단의 잡음 성능을 향상시키고 미세하게 수신된 신호를 증폭시키는 중요한 RF 소자중의 하나로 인식되어 왔으며, 이러한 특성들 때문에 주로 수신단의 초단에 사용되어 왔다. 과거에는 튜브나 다이오드, 음저항 회로 등으로 구성하여 왔으나 최근에는 BJT나 FET의 발달과 더불어 크기와 성능면에서 향상되었다. 저잡음 증폭기에서는 입력되는 신호를 소요 이득과 잡음지수 특성의 값으로 증폭시키기 위해서 필요에 따라 그 내부에 증폭소자를 1단 혹은 2단 이상의 증폭 회로만을 구성하였다. 따라서 종래의 저잡음 증폭기는 s-파라미터의 값에 근거를 두어 증폭 소자의 구동, 입출력단의 정합, 지연보상, 잡음소거 회로 등에 중점을 두어 구성되었다.Conventional low noise amplifiers have been recognized as one of the important RF devices that improve the noise performance of the receiver and amplify the finely received signal. Due to these characteristics, it has been mainly used in the first stage of the receiver. In the past, it has been composed of tubes, diodes, and negative resistance circuits, but recently, with the development of BJTs and FETs, the size and performance have improved. In the low noise amplifier, in order to amplify the input signal to the required gain and noise figure characteristics, only one or more stages of amplification circuits are provided therein as necessary. Therefore, the conventional low noise amplifier is constructed based on the value of the s-parameter, focusing on driving the amplifier, matching the input / output stage, delay compensation, noise canceling circuit, and the like.

이와 같은 종래의 저잡음 증폭기에서는 s-파라미터의 값에 근거하여 입력측과 출력측의 반사계수를 최소로 하고 부하에 최대의 전력이 전달되도록 정합회로를 설계하고 다른 소자와의 연계성을 고려하여 구성하고 있다. 이때 원하는 주파수 범위와 적절한 RF 성능을 얻기 위해서 다양한 DC 전원의 인가방법을 사용한다. 입력된 신호는 1단이나 혹은 그 이상의 증폭소자가 병렬연결형 혹은 직렬연결형에 구동되는 증폭회로에 의해서 소요 이득과 잡음계수 등의 특성값으로 신호를 증폭시켜 출력을 한다. 그러나, 저잡음 증폭기가 정상 동작하지 못하는 상태, 즉 내부 회로의 파손이나 동작 전원의 손실이 발생하였을 경우 입력된 신호가 저잡음 증폭기의 정상적이지 못한 경로를 통과하면서 심한 손실이 발생되어 전체적인 통신 시스템에 장애를 초래하였으며, 이를 파악하고 저잡음 증폭기를 교체 혹은 수리하기까지의 시간동안에 정상적이지 못한 통신 상태를 유지하여야 하였다.In the conventional low noise amplifier, a matching circuit is designed to minimize the reflection coefficients on the input side and the output side based on the value of the s-parameter and to transfer the maximum power to the load, and is configured in consideration of the linkage with other elements. At this time, various DC power supply methods are used to obtain desired frequency range and proper RF performance. The input signal is output by amplifying the signal with characteristic values such as required gain and noise coefficient by an amplifier circuit in which one or more amplifiers are driven in parallel or series. However, if the low-noise amplifier does not operate normally, that is, if the internal circuit breaks or the loss of operating power occurs, the input signal passes through the abnormal path of the low-noise amplifier, causing severe loss, thereby causing an error in the entire communication system. It was necessary to maintain an abnormal communication state for the time required to identify and replace or repair the low noise amplifier.

따라서, 본 발명에 따른 스위칭 저잡음 증폭기는 상기와 같은 종래 기술들의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 무선 통신 시스템의 성능을 좌우하는 중요한 부품중의 하나인 저잡음 증폭기가 내·외부로부터 발생된 문제에 대한 자체적 보호 회로를 내장함으로써 저잡음 증폭기가 정상 동작을 하지 못할 때 발생될 통신 시스템의 장애를 최소화할 수 있다. 기존 저잡음 증폭기가 내부회로의 파손이나 동작 전원의 손실이 발생하였을 경우, 저잡음 증폭기는 오히려 입력 신호에 심각한 경로 손실을 초래하여 통신 시스템 전체에 큰 장애를 초래하였으나, 본 발명에서는 그 내부에 마이크로 스트립라인으로 설계된 50Ω 저손실 경로로의 통과를 유도함으로써 경로 손실을 최소화하여 통신 시스템의 총체적인 장애를 초래하는 것을 방지하는 스위칭 저잡음 증폭기를 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the switching low noise amplifier according to the present invention has been devised to solve the problems of the related arts. As a result, the low noise amplifier, which is one of the important components that influence the performance of the wireless communication system, has been developed. By incorporating its own protection circuitry, it is possible to minimize communication system disturbances that would occur when a low noise amplifier fails to operate normally. When the conventional low noise amplifier has an internal circuit breakage or a loss of operating power, the low noise amplifier has a serious path loss to the input signal, which causes a large disturbance in the entire communication system. It is an object of the present invention to provide a switching low-noise amplifier that induces a pass through a 50Ω low loss path designed to minimize path loss, thereby preventing total communication system failure.

도 1은 종래 기술에 따른 평형형 저잡음 증폭기의 일실시예를 나타내는 블록도.1 is a block diagram illustrating an embodiment of a balanced low noise amplifier according to the prior art.

도 2는 본 발명에 따른 평형형 스위칭 저잡음 증폭기의 구성도.2 is a block diagram of a balanced switching low noise amplifier according to the present invention;

도 3은 본 발명에 따른 평형형 스위칭 저잡음 증폭기의 일실시예를 나타내는 블록도.3 is a block diagram illustrating one embodiment of a balanced switching low noise amplifier in accordance with the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

21. RF 입력단 22. RF 출력단21.RF input stage 22.RF output stage

23. 증폭 경로 24. 저손실 경로23. Amplification Path 24. Low Loss Path

25. 50Ω 라인 26. RF 스위칭부25. 50Ω line 26. RF switching unit

27. 전원부27. Power Supply

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 무선 통신 시스템에 사용되는 저잡음 증폭기에 있어서 입력된 신호의 잡음을 최대한 억제하여 증폭하는 저잡음 증폭단 ; 내부 회로의 파손이나 동작 전원의 손실이 발생하였을 경우 입력된 신호를 손실 없이 출력단으로 전달하여 줄 수 있는 50Ω 저손실 경로 ; 상기 저잡음 증폭기의 입출력단에 장착되어 내부 회로의 파손이나 동작 전원의 손실이 발생하였을 경우 이를 감지하여 수신된 신호를 저손실 경로를 통하여 흐르도록 절환하는 스위칭부를 갖는 스위칭 저잡음 증폭기를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a low noise amplifier for low noise amplifier used in a wireless communication system to suppress and amplify the noise of the input signal as much as possible; 50kW low loss path that can pass the input signal to the output stage without any loss in case of internal circuit breakage or loss of operating power; Provided is a switching low noise amplifier mounted on the input and output terminals of the low noise amplifier having a switching unit for detecting a breakdown of an internal circuit or a loss of operating power and switching the received signal to flow through a low loss path.

이하 첨부된 도면에 따라 본 발명의 각부 특성 및 동작 원리를 상세히 설명한다. 일반적으로 무선 통신 시스템에서 미세하게 입력된 신호를 적정한 특성으로 증폭하는 기능을 수행하는 저잡음 증폭기는 도 1과 같이 구성되어 있으며 과거부터 수많은 연구와 개발이 진행되어 왔다. 그러나 아무리 우수한 성능을 가진 저잡음 증폭기라 하더라도 내부 부품의 파손이나 동작 전원의 손실이 발생했을 경우 그 본래의 기능을 발휘하지 못할 뿐만 아니라 오히려 입력된 신호에 대해서 심각한 경로 손실을 유발함으로써 상기 저잡음 증폭기가 포함된 통신 시스템에 큰 장애를 초래하였고, 이를 교체 혹은 수리하기 위해서는 통신 시스템의 동작이 일시 중단되어야 하는 문제점이 있었다.Hereinafter, the characteristics and operating principles of each part of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In general, a low noise amplifier for amplifying a finely input signal with an appropriate characteristic in a wireless communication system is configured as shown in FIG. 1, and many researches and developments have been made in the past. However, even a low noise amplifier with high performance may not function as it is when internal components are damaged or a loss of operating power, but rather, the low noise amplifier is included by causing a serious path loss to the input signal. The communication system caused a big failure, and in order to replace or repair the communication system, the operation of the communication system had to be suspended.

본 발명에 따른 스위칭 저잡음 증폭기는 도 2 및 도 3에서와 같이 구성되어 있으며 무선 통신 시스템내에 위치한 일반적인 저잡음 증폭기에서 내부 회로의 파손이나 동작 전원의 손실이 발생하였을 경우 RF 입력단(21)을 통해 입력된 신호가 저잡음 증폭기를 통과하면서 심한 경로 손실 현상을 보이고 있어 이러한 현상을 방지하고 통신 시스템을 보호하기 위해서 저잡음 증폭기내에 일반적인 증폭소자(혹은 회로)를 이용한 증폭 경로(23)를 설계하는 것과 더불어 입력된 신호를 손실 없이 RF 출력단(22)으로 전달하여 줄 수 있는 저손실 경로(Bypass 경로)(24)를 50Ω 라인(25)으로 제작하여 구비하도록 설계하였다. 이 RF 저손실 경로(24)는 두 입출력 사이의 최단거리를 설정하여 RF 회로 내에 독립된 경로를 설계하여 주는데 이는 발생될 수 있는 입출력 손실과 잡음지수를 최소화하기 위한 것이다. 또한 상기 저손실 경로(24)는 마이크로 스트립라인으로 구성되는데 저잡음 증폭기의 사용 주파수에 따라서 그 폭과 높이 및 재질이 결정된다.The switching low noise amplifier according to the present invention is configured as shown in FIGS. 2 and 3 and is input through the RF input terminal 21 when a breakdown of an internal circuit or a loss of operating power occurs in a general low noise amplifier located in a wireless communication system. As the signal passes through the low-noise amplifier, severe path loss occurs. In order to prevent this phenomenon and protect the communication system, the input signal is designed in addition to the design of the amplification path 23 using a general amplification element (or circuit) in the low-noise amplifier. It is designed to produce a low loss path (Bypass path) 24 to the 50Ω line 25 that can be delivered to the RF output terminal 22 without loss. The RF low loss path 24 sets the shortest distance between the two input and output to design an independent path in the RF circuit to minimize the input and output loss and noise figure that can be generated. In addition, the low loss path 24 is composed of a micro strip line, the width, height and material of the low noise amplifier depending on the frequency of use.

이와 함께 본 발명에 따른 스위칭 저잡음 증폭기의 또다른 요부로서 입출력단에 스위칭 소자(혹은 회로)를 이용하여 RF 스위칭부(26)를 구비하였는데 이 스위칭 소자(혹은 회로)가 전원부(27)로부터 증폭소자로의 전원 인가값에 따라 감지할 수 있도록 하였다. 저잡음 증폭기가 정상 동작시에는 입력된 신호가 증폭 경로(23)를 통해서 흐르지만, 내부 회로의 파손이나 동작 전원의 손실이 발생하였을 경우에는 스위칭 소자(혹은 회로)가 이를 감지하여 수신된 신호를 저손실 경로(24)를 통하여 흐르도록 절환하는 기능을 한다.In addition, as another essential part of the switching low noise amplifier according to the present invention, an RF switching unit 26 is provided at the input / output terminal by using a switching element (or a circuit), and the switching element (or circuit) is an amplifying element from the power supply unit 27. It can be detected according to the power supply value of the furnace. In the normal operation of the low noise amplifier, the input signal flows through the amplification path 23. However, when a breakdown of an internal circuit or a loss of operating power occurs, the switching element (or circuit) detects this and then receives a low loss signal. It switches to flow through the path 24.

본 발명은 무선 통신 시스템내에 위치한 스위칭 저잡음 증폭기의 정상 동작 여부에 따라서 입력되는 신호가 내부에 구성되어진 RF 증폭 회로와 RF 저손실 회로중에 최소 손실 경로를 통하여 전달될 수 있도록 동작된다. 저잡음 증폭기가 정상 동작시에는 입력되는 신호는 그 특성에 따라서 다양하게 구성되어 동작하는 증폭소자(혹은 회로)를 통하여 적정한 특정 수치의 값에 맞게 증폭되어 출력되어진다. 그러나 저잡음 증폭기가 정상동작하지 않는 상태, 즉 저잡음 증폭기의 내부 회로의 파손이나 동작 전원의 손실이 발생하였을 경우 RF 증폭회로에는 정상동작 상태에서의 동작전압(혹은 전류)과는 다른 과전압(혹은 과전류) 혹은 저전압(혹은 저전류)이 RF 증폭 회로의 증폭소자에 인가되는 경우가 발생된다. 이 경우 입출력단에 장착된 RF 스위칭 소자(혹은 회로)가 이를 감지하여 저잡음 증폭기내에 RF 증폭경로와 더불어 설계된 50Ω 저손실 경로(Bypass)로 입력 신호가 통과되도록 동작한다. 이때 저손실 경로는 마이크로 스트립라인으로 적용 주파수에 따라서 폭과 높이 그리고 재질이 결정되며 그 입출력단의 양 쪽에 RF 스위칭 소자(혹은 회로)가 장착되어 기존의 증폭 경로와 분리 독립된 50Ω 선로를 형성하므로 이 경로를 통한 경로상의 입출력 손실은 극히 적다.The present invention is operated so that an input signal can be transmitted through a minimum loss path between an RF amplification circuit and an RF low loss circuit configured therein according to whether a switching low noise amplifier located in a wireless communication system is normally operated. In the normal operation of the low noise amplifier, the input signal is amplified and output according to an appropriate specific value through an amplifying element (or circuit) which is configured and operated in various ways according to its characteristics. However, when the low noise amplifier does not operate normally, that is, when the internal circuit of the low noise amplifier is damaged or the operating power is lost, the RF amplifier circuit has an overvoltage (or over current) different from the operating voltage (or current) in the normal operation state. Alternatively, a low voltage (or low current) may be applied to the amplifying element of the RF amplifying circuit. In this case, an RF switching element (or circuit) mounted at the input / output stage senses this and operates the input signal through a 50Ω low loss path (Bypass) designed with an RF amplification path in the low noise amplifier. At this time, the low loss path is a microstripline, whose width, height and material are determined according to the applied frequency. RF switching elements (or circuits) are mounted on both sides of the input and output terminals to form a 50Ω line separate from the existing amplification path. I / O loss on the path through is very small.

전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 무선 통신 시스템의 성능을 좌우하는 중요한 RF 부품 중의 하나인 저잡음 증폭기가 내외적으로 발생된 문제에 대한 자체적 보호 회로를 내장함으로써, 저잡음 증폭기가 정상 동작을 하지 못할때 발생될 통신 시스템의 장애를 최소화할 수 있다. 기존 저잡음 증폭기가 내부 회로의 파손이나 동작 전원의 손실이 발생하였을 경우 저잡음 증폭기는 오히려 입력 신호에 심각한 경로 손실을 초래하여 통신시스템 전체에 큰 장애를 초래하였으나, 본 발명에서는 그 내부에 마이크로 스트립라인으로 설계된 50Ω 저손실 경로로의 통과를 유도함으로써 경로 손실을 최소화하여 통신 시스템의 총체적인 장애를 초래하는 것을 방지하는 효과를 가진다.As described above, according to the present invention, when the low noise amplifier fails to operate normally by incorporating its own protection circuit against internal and external problems caused by the low noise amplifier, which is one of the important RF components that influence the performance of the wireless communication system. The failure of the communication system to be generated can be minimized. When the conventional low noise amplifier has an internal circuit breakage or a loss of operating power, the low noise amplifier causes a serious path loss to the input signal, which causes a large obstacle in the entire communication system. By inducing the pass through the designed 50Ω low loss path, the path loss is minimized, thereby preventing total communication system failure.

Claims

A low noise amplifier used in a wireless communication system,

A low noise amplifier for suppressing and amplifying the noise of the input signal as much as possible;

50Ω low loss path that can pass the input signal to the output stage without any loss in case of internal circuit breakage or loss of operating power;

Switching low noise amplifier mounted on the input and output terminals of the low noise amplifier having a switching unit for detecting a breakdown of the internal circuit or loss of operating power and switching the received signal to flow through the low loss path

The method of claim 1,

A switching low noise amplifier constituting a 50 Ω low loss microstripline according to an applied frequency inside the switching low noise amplifier.

The method according to claim 1 and 2,

The switching low noise amplifier is provided at the input / output terminal of the switching low noise amplifier and detects a change in the value of the voltage (or current) applied to the amplification element when the normal operation fails due to damage of an internal circuit or loss of operating power. Switching low noise amplifier, characterized in that it comprises a switching element (or circuit) to guide the input signal through a low loss path designed therein