KR20000060423A - Low noise amplifier with transmission line and switching circuitry - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A low noise amplifier is provided to be capable of minimize an overall system path loss by switching an input RF signal into a transfer circuit constructed separately from an amplifier when the amplifier operates abnormally. CONSTITUTION: A low noise amplifier comprises a switching circuit which consists of a first switching part(21), an inducing line(22), and a second switching part(23). The first switching part(21) transfers or blocks an input RF signal to the low noise amplifier(25) according to a control signal through a control signal input terminal(24). The input RF signal is transferred to a transfer line(26) through an inducing transfer line(22). The second switching part(23) is connected to one side of the transfer line(22), and sends the input RF signal through the inducing transfer line(22) to a ground or blocks a flow into the ground, depending on the control signal.

Description

전송선로와 스위칭 회로를 갖는 저잡음 증폭기{Low noise amplifier with transmission line and switching circuitry}Low noise amplifier with transmission line and switching circuitry

본 발명은 저잡음 증폭기에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 정상적인 증폭이 이루어지지 않을 경우 전체 시스템의 경로 손실을 최소화하기 위해 스위칭 회로와 전송선로를 갖는 저잡음 증폭기에 관한 것이다. 저잡음 증폭기는 각종 통신 시스템 수신기의 입력단에 위치하여 최대한 잡음을 억제하면서 미약하게 수신되는 RF입력신호를 소요 이득과 잡음지수의 특성값을 갖는 RF 신호로 증폭하는 RF 소자이다. 이러한 저잡음 증폭기는 일반적으로 최대 전력이 전달될 수 있도록 설계된 입출력 정합회로와 실제 증폭이 이루어지는 저잡음 증폭단으로 구성된다. 또한, 저잡음 증폭기가 전체 수신 시스템의 잡음 특성을 결정짓게 되므로 최소 잡음지수를 갖도록 설계하여 입출력 임피던스와 정합되게 하는 것이 무엇보다도 중요하며 이를 위해 최소 잡음지수를 갖도록 설계하는 것이 어렵고 입출력 정재파비가 커지는 단점을 갖는 single-ended 형태보다는 평형형(balanced)으로 설계하는 경우가 많다.The present invention relates to a low noise amplifier, and more particularly to a low noise amplifier having a switching circuit and a transmission line to minimize the path loss of the entire system when normal amplification is not performed. The low noise amplifier is an RF device which is located at the input terminal of various communication system receivers and amplifies a weakly received RF input signal into an RF signal having required gain and noise figure while suppressing noise as much as possible. Such a low noise amplifier generally includes an input / output matching circuit designed to deliver maximum power and a low noise amplifier stage that actually amplifies. In addition, since the low noise amplifier determines the noise characteristics of the entire receiving system, it is important to design it to have the minimum noise figure and match it with the input / output impedance. It is often designed to be balanced rather than single-ended.

평형형 저잡음 증폭기는 일반적으로 실제 증폭이 이루어지는 한 단 혹은 그 이상의 증폭단, 증폭단간의 정합을 위한 정합회로, 증폭단으로의 DC전원 인가회로, 신호의 입출력단 정합을 위한 하이브리드 결합기, 결합기에 의한 위상차를 보상하는 지연 보상회로, 잡음 소거회로, 설계자에 의해 설정된 기준전원과 증폭단으로 인가되는 실제 전원을 비교하기 위한 비교회로 등 여러가지 내부 회로들로 이루어져 있다.Balanced low-noise amplifiers generally compensate for one or more stages of actual amplification, matching circuits for matching between amplifier stages, DC power supply circuits for amplifier stages, hybrid combiners for matching input and output stages of signals, and phase shifting by couplers. It consists of various internal circuits such as a delay compensation circuit, a noise canceling circuit, a comparison circuit for comparing the reference power set by the designer with the actual power applied to the amplifier stage.

이와같이 여러 가지 내부회로들로 구성된 저잡음 증폭기는 어느 한 회로의 손상이나 동작 전원의 손실과 같은 상황이 발생하면 증폭기 자체가 동작하지 않아 결국에는 전체 통신 시스템에 심각한 경로 손실을 초래할 가능성이 항상 존재한다고 하는 문제점을 갖는다. 이러한 문제를 해결하기 위해 입출력단에 릴레이를 장착하는 방안에 고안되었으나 이 경우 입력신호가 기계적인 동작을 하는 릴레이 소자나 혹은 회로를 통과하면서 신호의 이득이나 잡음지수 등이 변화하여 시스템 특성에 영향을 주고 릴레이를 동작시키기 위해 더 많은 전원을 필요로 한다는 또 다른 문제점이 있었다.As such, a low noise amplifier composed of various internal circuits always has the potential to cause serious path loss in the whole communication system because the amplifier itself does not operate in the event of damage to one circuit or loss of operating power. I have a problem. In order to solve this problem, it was devised to install a relay in the input / output terminal, but in this case, the gain or noise figure of the signal is changed as the input signal passes through the relay element or the circuit which operates mechanically and affects the system characteristics. Another problem was that they needed more power to operate the relay.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 새로운 구조의 저잡음 증폭기로서 증폭기의 상태를 감시하여 제대로 동작이 이루어질 경우에는 정상적인 증폭경로를 통해 입력 RF 신호의 증폭이 이루어지도록 하고 저잡음 증폭기가 제대로 동작하지 않을 경우 증폭기와는 별도로 구성된 전송선로로 입력 RF 신호를 스위칭함으로써 전체 시스템 경로 손실을 최소화하는 전송선로와 스위칭 회로를 갖는 저잡음 증폭기를 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.Therefore, the present invention is a low-noise amplifier of the new structure designed to solve the problems of the prior art as described above, if the state of the amplifier is properly operated to ensure that the amplification of the input RF signal through a normal amplification path The technical problem is to provide a low noise amplifier having a transmission line and a switching circuit which minimizes the total system path loss by switching the input RF signal to a transmission line configured separately from the amplifier when the low noise amplifier does not operate properly.

도1은 본 발명에 따른 전송선로와 스위칭 회로를 갖는 저잡음 증폭기의 개략적인 구성도.1 is a schematic configuration diagram of a low noise amplifier having a transmission line and a switching circuit according to the present invention.

도2는 본 발명에 따른 전송선로와 스위칭 회로를 갖는 저잡음 증폭기의 스위칭 회로의 개략적인 구성도.2 is a schematic configuration diagram of a switching circuit of a low noise amplifier having a transmission line and a switching circuit according to the present invention.

도3은 본 발명에 따른 전송선로와 스위칭 회로를 갖는 저잡음 증폭기의 스위칭 회로의 바람직한 일실시예의 회로도.Figure 3 is a circuit diagram of one preferred embodiment of a switching circuit of a low noise amplifier having a transmission line and a switching circuit according to the present invention.

도4는 본 발명에 따른 전송선로와 스위칭 회로를 갖는 저잡음 증폭기의 스위칭 회로의 바람직한 또 다른 일실시예의 회로도.4 is a circuit diagram of yet another preferred embodiment of a switching circuit of a low noise amplifier having a transmission line and a switching circuit according to the present invention.

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

11, 25, 35, 46. 저잡음 증폭기 12, 26, 36, 47. 전송선로11, 25, 35, 46. Low noise amplifier 12, 26, 36, 47. Transmission line

13. 스위칭 회로 14. 비교기13. Switching circuit 14. Comparator

21. 제 1 스위칭 수단 22, 33, 44. 유도 전송선로21. First switching means 22, 33, 44. Induction transmission line

23. 제 2 스위칭 수단 24. 제어신호 입력단자23. Second switching means 24. Control signal input terminal

31, 32, 41, 42, 43. 핀 다이오드 34, 45. 비교신호 입력단자31, 32, 41, 42, 43. Pin diodes 34, 45. Comparison signal input terminal

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전송선로와 스위칭 회로를 갖는 저잡음 증폭기는 입력된 RF 신호를 소요이득과 잡음지수의 특성값을 갖는 신호로 증폭하는 저잡음 증폭기; 상기 저잡음 증폭기로 인가되는 전원과 설계시 설정된 기준 전원을 비교하여 소정 이상의 차이를 보이는 경우 비교 신호를 발생시키는 비교기; RF 입력신호의 또 다른 통과 경로가 되는 전송선로; 및 상기 비교기로부터 상기 비교 신호를 입력받아 RF 입력신호를 상기 저잡음 증폭기 혹은 상기 전송선로로 절환하는 스위칭 회로를 포함한다.In order to achieve the above object, a low noise amplifier having a transmission line and a switching circuit according to the present invention comprises: a low noise amplifier for amplifying an input RF signal into a signal having characteristic values of required gain and noise figure; A comparator for comparing a power applied to the low noise amplifier with a reference power set at design time and generating a comparison signal when a difference is greater than a predetermined power; A transmission line serving as another pass path of the RF input signal; And a switching circuit which receives the comparison signal from the comparator and switches an RF input signal to the low noise amplifier or the transmission line.

이하 첨부된 도면에 따라 본 발명에 따른 전송선로와 스위칭 회로를 갖는 저잡음 증폭기의 각부 특성 및 동작 원리를 상세히 설명하고 본 발명의 바람직한 일실시예들을 도시한다. 도1은 본 발명에 따른 전송선로와 스위칭 회로를 갖는 저잡음 증폭기의 개략적인 구성도이다. 저잡음 증폭기(11)는 입력되는 RF 신호를 소요 이득과 설정된 잡음지수를 고려하여 적정한 신호레벨로 증폭하는 통상의 저잡음 증폭기이다. 비교기(14)는 외부 DC전원 회로로부터 상기 저잡음 증폭기(11)에 실제 인가되는 전원과 회로 설계자에 의해 정상적인 증폭이 이루어지는 경우 증폭기로 인가되어야 하는 기준 전원으로 미리 설정된 값을 상호 비교하여 소정의 신호형태로 그 결과를 스위칭 회로(13)로 출력하여 증폭기의 이상 여부를 감지할 수 있도록 한다. 상기 비교기(14)로부터 비교 신호를 입력받은 스위칭 회로(13)는 상기 입력 RF 신호를 전송선로(12) 혹은 상기 저잡음 증폭기로(11)로 절환하는 회로이다. 전송선로(12)를 마이크로 스트립형태로 설계하는 경우 경로 손실을 최소화하기 위해 사용 주파수에 따라 적정폭과 높이 및 재질을 갖고 최단 경로로 설계된다.Hereinafter, the characteristics of each part and the operating principle of a low noise amplifier having a transmission line and a switching circuit according to the present invention will be described in detail according to the accompanying drawings, and preferred embodiments of the present invention are shown. 1 is a schematic configuration diagram of a low noise amplifier having a transmission line and a switching circuit according to the present invention. The low noise amplifier 11 is a conventional low noise amplifier which amplifies an input RF signal to an appropriate signal level in consideration of a required gain and a set noise figure. The comparator 14 compares a predetermined signal form with a power supply that is actually applied to the low noise amplifier 11 from an external DC power supply circuit and a predetermined value as a reference power supply that should be applied to the amplifier when a normal amplification is performed by a circuit designer. The result of the operation is output to the switching circuit 13 so that an abnormality of the amplifier can be detected. The switching circuit 13 receiving the comparison signal from the comparator 14 is a circuit for switching the input RF signal to the transmission line 12 or the low noise amplifier 11. When the transmission line 12 is designed in the form of a micro strip, it is designed to have the shortest path with the appropriate width, height, and material according to the frequency used to minimize the path loss.

도2는 본 발명에 따른 스위칭 회로의 개략적인 구성도이다. 제 1 스위칭수단(21)은 제어신호 입력단자(24)를 통해 입력되는 제어신호에 따라 입력 RF 신호를 저잡음 증폭기(25)로 전송하거나 차단하는 스위치이다. 소정 길이의 유도 전송선로(22)는 입력 RF 신호를 전송선로(26)로 전송한다. 상기 전송선로(22)의 일측에 연결된 제 2 스위칭 수단(23)은 유도 전송선로(22)를 통과하는 입력 RF 신호를 상기 제어신호에 따라 접지로 흘려 보내거나 접지로 흐르는 것을 차단하는 스위치이다.2 is a schematic configuration diagram of a switching circuit according to the present invention. The first switching means 21 is a switch for transmitting or cutting off the input RF signal to the low noise amplifier 25 according to the control signal input through the control signal input terminal 24. The induction transmission line 22 of a predetermined length transmits an input RF signal to the transmission line 26. The second switching means 23 connected to one side of the transmission line 22 is a switch for sending an input RF signal passing through the induction transmission line 22 to ground or blocking the flow to the ground in accordance with the control signal.

도3은 본 발명에 따른 전송선로와 스위칭 회로를 갖는 저잡음 증폭기의 스위칭 회로의 바람직한 일실시예의 회로도이다. 본 일실시예는 2개의 핀 다이오드(Pin Diode)(31, 32)와 입력 RF 신호 파장의 4분의 1의 길이를 갖는 유도 전송선로(33)를 포함한다. 비교신호 입력단자(34)로 입력된 신호에 따라 핀 다이오드(31, 32)의 on-off 스위칭 동작이 결정된다. 비교신호가 핀 다이오드(31)에 순방향으로 인가될 경우 저잡음 증폭기로 입력되는 입력 RF 신호는 정상적인 저잡음 증폭기(35)로 유입되어 증폭되고, 유도 전송선로(33)을 통해 흐르는 입력 누설신호는 순방향으로 연결된 핀 다이오드(32)에 의해 접지로 흐르게 된다. 이때 RF 신호 입력단에서 바라보는 반사손실값을 최소로 하기 위해 유도 전송선로(33)의 길이를 입력 RF 신호 파장의 4분의 1로 하고 그 종단에 핀 다이오드(32)를 접속한다. 이와는 달리 상기 비교신호가 핀 다이오드(31)에 역방향으로 인가되는 경우에는 입력 RF 신호는 전송선로(36)로 유도된다. 이때 저잡음 증폭기(35)로 흐르는 입력 RF 신호는 핀 다이오드(31)에 의해 차단되고, 유도 전송선로(33)을 통과하여 접지로 흐르는 경로 또한 역방향으로 연결된 핀 다이오드(32)에 의해 차단된다.3 is a circuit diagram of a preferred embodiment of a switching circuit of a low noise amplifier having a transmission line and a switching circuit according to the present invention. This embodiment includes two pin diodes 31 and 32 and an inductive transmission line 33 having a quarter length of an input RF signal wavelength. The on-off switching operation of the pin diodes 31 and 32 is determined according to the signal input to the comparison signal input terminal 34. When the comparison signal is applied to the pin diode 31 in the forward direction, the input RF signal input to the low noise amplifier is introduced into the normal low noise amplifier 35 and amplified, and the input leakage signal flowing through the induction transmission line 33 is forward. It is flowed to ground by the connected pin diode 32. At this time, in order to minimize the return loss value seen from the RF signal input terminal, the length of the induction transmission line 33 is one fourth of the input RF signal wavelength, and the pin diode 32 is connected to the end thereof. In contrast, when the comparison signal is applied to the pin diode 31 in the reverse direction, the input RF signal is guided to the transmission line 36. At this time, the input RF signal flowing to the low noise amplifier 35 is blocked by the pin diode 31, the path flowing through the induction transmission line 33 to the ground is also blocked by the pin diode 32 connected in the reverse direction.

도4는 본 발명에 따른 전송선로와 스위칭 회로를 갖는 저잡음 증폭기의 스위칭 회로의 바람직한 또 다른 일시예의 회로도이다. 또 다른 일실시예는 3개의 핀 다이오드(41, 42, 43)와 입력 RF 신호 파장의 2분의 1의 길이를 갖는 유도 전송선로(44)를 포함한다. 비교신호 입력단자(45)로 입력된 신호에 따라 핀 다이오드(41, 42, 43)의 on-off 스위칭 동작이 결정되는데 비교신호가 핀 다이오드(41)에 순방향으로 인가될 경우 저잡음 증폭기로 입력되는 입력 RF 신호는 정상적인 저잡음 증폭기(46)에 유입되어 증폭되며, 유도 전송선로(44)를 통해 흐르는 입력 누설신호는 순방향으로 연결된 핀 다이오드(42, 43)에 의해 접지로 흐르게 된다. 이때 RF 신호 입력단에서 바라보는 반사손실값을 최소로 하기 위해 유도 전송선로(44)의 길이를 입력 RF 신호 파장의 2분의 1로 하고 그 중앙부에 핀 다이오드(42)를 접지와 연결하고 또다시 이를 보완하기 위해 그 종단에 핀 다이오드(43)를 접지와 연결하였다. 이와는 반대로 비교신호가 핀 다이오드(41)에 역방향으로 연결되는 경우에는 입력 RF 신호는 전송선로(47)로 유도된다. 이때 저잡음 증폭기(46)로 흐르는 입력 RF 신호는 핀 다이오드(41)에 의해 차단되고, 유도 전송선로(44)를 통과하여 접지로 흐르는 경로 또한 역방향으로 연결된 핀 다이오드(42, 43)에 의해 차단된다.Fig. 4 is a circuit diagram of another preferred embodiment of a switching circuit of a low noise amplifier having a transmission line and a switching circuit according to the present invention. Yet another embodiment includes three pin diodes 41, 42, 43 and an inductive transmission line 44 having a length of one half the wavelength of the input RF signal. The on-off switching operation of the pin diodes 41, 42, and 43 is determined according to the signal input to the comparison signal input terminal 45. When the comparison signal is applied to the pin diode 41 in the forward direction, it is input to the low noise amplifier. The input RF signal is introduced into the normal low noise amplifier 46 and amplified, and the input leakage signal flowing through the induction transmission line 44 flows to the ground by the pin diodes 42 and 43 connected in the forward direction. At this time, in order to minimize the return loss seen from the RF signal input terminal, the length of the induction transmission line 44 is 1/2 of the input RF signal wavelength, and the pin diode 42 is connected to the ground at the center thereof, and again To compensate for this, the pin diode 43 is connected to ground at its end. On the contrary, when the comparison signal is connected to the pin diode 41 in the reverse direction, the input RF signal is induced to the transmission line 47. At this time, the input RF signal flowing to the low noise amplifier 46 is blocked by the pin diode 41, and the path flowing through the induction transmission line 44 to ground is also blocked by the pin diodes 42 and 43 connected in the reverse direction. .

전술한 바와 같이 본 발명은 종래 기술들의 문제점을 해결하기 위하여 기존의 증폭기에 전송선로와 스위칭 회로를 부가함으로써 증폭단의 인가 전원을 감시하여 정상적인 동작을 보이는 경우 통상의 증폭단 경로를 통해 입력신호를 증폭하고 그렇지 못한 경우 증폭단과 별도로 설정된 전송선로로 입력신호를 유도, 통과시킴으로써 동작전원의 손실이나 내부회로의 손상 등과 같은 저잡음 증폭기의 오동작 상황에서 전체 시스템의 경로 손실을 최소화한다. 따라서, 통신 시스템을 잠시라도 정지시킬 수 없는 통신 사업자들과 시스템의 설계와 유지, 보수를 맡고 있는 장비업자들에게 있어 시스템의 효율적인 운용이 가능하다고 하는 효과를 가진다.As described above, the present invention monitors the applied power of the amplifier stage by adding a transmission line and a switching circuit to an existing amplifier in order to solve the problems of the prior art and amplifies the input signal through a conventional amplifier stage path when normal operation is observed. Otherwise, the input signal is guided and passed through the transmission line set separately from the amplifier stage, thereby minimizing the path loss of the entire system in the case of malfunction of the low noise amplifier such as loss of operating power or damage of internal circuit. Therefore, it has the effect that efficient operation of the system is possible for communication operators who cannot stop the communication system even for a while and equipment makers in charge of designing, maintaining and maintaining the system.

Claims (3)

입력 RF 신호와 소정의 제어신호를 받아들이고,Accepts an input RF signal and a predetermined control signal, 상기 소정의 제어신호에 응답하여 상기 입력 RF 신호를 제 1 경로로 출력하거나 제 2 경로로 출력하는 스위칭 회로에 있어서,In the switching circuit for outputting the input RF signal to the first path or the second path in response to the predetermined control signal, 일 단자를 통해 상기 입력 RF 신호를 받아들이고 타 단자는 상기 제 1 경로에 연결하여 상기 입력 RF 신호의 상기 제 1 경로로의 전송을 상기 소정의 제어신호에 따라 on-off 스위칭하는 제 1 스위칭 수단;First switching means for receiving the input RF signal through one terminal and connecting the other terminal to the first path to switch on-off transmission of the input RF signal to the first path according to the predetermined control signal; 일 단자를 통해 상기 입력 RF 신호를 받아들이고 타 단자는 제 2 경로에 연결하여 상기 입력 RF 신호를 제 2 경로로 전송하는 전송선로; 및A transmission line receiving the input RF signal through one terminal and connecting the other input signal to a second path to transmit the input RF signal to a second path; And 일 단자는 상기 전송선로의 일측에 연결하고 타 단자는 접지에 연결하여 상기 소정의 제어신호에 따라 상기 입력 RF 신호를 접지로 on-off 스위칭하는 제 2 스위칭 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전송선로와 스위칭 회로를 갖는 저잡음 증폭기A second switching means for connecting one terminal to one side of the transmission line and the other terminal to ground to switch the input RF signal on-off to ground in accordance with the predetermined control signal. Low Noise Amplifier with Switching Circuit 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 스위칭 수단 및 제 2 스위칭 수단을 복수개의 핀 다이오드로 구성하고,The first switching means and the second switching means comprise a plurality of pin diodes, 상기 전송선로의 길이를 상기 입력 RF 신호 파장의 4분의 1로 하며 상기 제 2 스위칭 수단의 일 단자를 상기 전송선로의 종단에 연결하고 타 단자를 접지에 연결하는 것을 특징으로 하는 전송선로와 스위칭 회로를 갖는 저잡음 증폭기The length of the transmission line is one quarter of the wavelength of the input RF signal, and the transmission line and the switching, characterized in that one terminal of the second switching means is connected to the end of the transmission line and the other terminal is connected to ground. Low noise amplifier with circuit 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전송선로의 길이를 상기 입력 RF 신호 파장의 2분의 1로 하고 상기 제 2 스위칭 수단의 일 단자를 상기 전송선로의 중앙부에 연결하고 타 단자는 접지에 연결하며, 복수개의 핀 다이오드로 구성된 제 3 스위칭 수단을 더 포함하여 일 단자를 상기 전송선로의 종단에 연결하고 타 단자를 접지에 연결하는 것을 특징으로 하는 전송선로와 스위칭 회로를 갖는 저잡음 증폭기The length of the transmission line is 1/2 of the wavelength of the input RF signal, and one terminal of the second switching means is connected to the center of the transmission line, and the other terminal is connected to ground. 3. A low noise amplifier having a transmission line and a switching circuit, further comprising: a switching means, connecting one terminal to an end of the transmission line and the other terminal to ground.
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KR1019990008688A KR20000060423A (en) 1998-06-11 1999-03-15 Low noise amplifier with transmission line and switching circuitry

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101020169B1 (en) * 2003-04-22 2011-03-08 레이티언 캄파니 Radio frequency limiter circuit
KR101067112B1 (en) * 2009-06-08 2011-09-22 삼성전기주식회사 Low Noise Amplifier

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