KR20010068387A - Low Noise Amplifier - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 저잡음 증폭 장치에 관한 것으로 특히, 높은 IIP3(3rdorderInput Intercept Point)와 넓은 동작 범위(Dynamic Range)를 요구하는 단말기 리시버(Receiver)의 전단(front-end)에서 스위치를 이용한 바이패스(Bypass)회로 구성 시 스위치의 삽입손실을 최소로 하여 잡음지수(Noise Figure)를 최소로 하기에 적당하도록 한 저잡음 증폭 장치에 관한 것이다.By-pass the present invention with that in particular, a switch in the high IIP3 (3 rd orderInput Intercept Point) and wide dynamic range front end (front-end) of the terminal receiver (Receiver) requesting (Dynamic Range) of the low-noise amplifier ( Bypass) This invention relates to a low noise amplification device suitable for minimizing the noise figure by minimizing the insertion loss of a switch when constructing a circuit.
코드분할다중접속(CDMA) 시스템은 넓은 동작 범위(Dynamic Range)를 요구한다.Code Division Multiple Access (CDMA) systems require a wide dynamic range.
따라서 수신기의 구성은 이득을 조절할 수 있도록 구현되어 수신기의 입력신호 레벨이 낮은 경우에는 잡음지수 및 이득(Gain) 특성이 수신기의 성능을 지배하고 IIP3(Input 3rdOrder Intercept Point) 특성은 단일 톤 둔감도(desensitization)를 유지하면 된다.Therefore, the configuration of the receiver is implemented to adjust the gain if the input signal level of the receiver is low, the noise figure and gain (Gain) properties dominate the performance of the receiver, and IIP3 (Input 3 rd Order Intercept Point ) characteristic is insensitive monotone Just keep the desitization.
그러나 입력신호 레벨이 높을 때는 수신기가 비선형 특성을 나타내므로 인해 신호가 왜곡되고 원하는 정보를 잃게 되므로 IIP3특성이 수신기의 성능을 지배하게 된다. 따라서 입력 신호의 레벨에 따라 저잡음 증폭기(LNA)의 동작을 조절하는데 낮은 입력 신호가 인가될 경우에는 제어(Control)신호를 이용하여 저잡음 및 높은 이득 상태에서 저잡음 증폭기(LNA)를 동작시키고, 높은 입력신호가 인가될 경우에는 낮은 이득 및 높은 IIP3특성을 갖도록 저잡음 증폭기(LNA)를 동작시킨다. 이러한 수신기의 요구 특성을 만족시키는 방법으로는 바이어스 전류를 변화시키는 방법, 가변 감쇄기(Variable attenuator)를 이용하는 방법 및 스위치를 이용한 방법이 있다.However, when the input signal level is high, the receiver exhibits non-linear characteristics, so that the signal is distorted and the desired information is lost. Therefore, the IIP3 characteristics dominate the receiver performance. Therefore, when a low input signal is applied to adjust the operation of the low noise amplifier (LNA) according to the level of the input signal, the low noise amplifier (LNA) is operated in a low noise and high gain state using a control signal, and the high input When a signal is applied, the low noise amplifier (LNA) is operated to have low gain and high IIP3. As a method of satisfying the required characteristics of the receiver, there are a method of changing the bias current, a method using a variable attenuator, and a method using a switch.
여기서, 잡음지수(Noise Figure)란 증폭회로에서 입력측의 신호 대잡음비(S/N)에 대한 출력측의 신호 대 잡음비의 비율을 말한다.Here, the noise figure refers to the ratio of the signal-to-noise ratio on the output side to the signal-to-noise ratio (S / N) on the input side in the amplification circuit.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 저잡음 증폭기를 설명하기로 한다.Hereinafter, a conventional low noise amplifier will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 종래 일 예에 따른 저잡음 증폭기의 회로도이다.1 is a circuit diagram of a low noise amplifier according to a conventional example.
종래 일 예에 따른 저잡음 증폭기(LNA)의 회로 구성은 바이어스 전류를 변화 시키는 방법을 이용하기 위한 것으로 바이어스 전류를 변화시키는 방법은 전류 변화 시 저잡음 증폭기(LNA)의 동작점이 바뀌게 되고 이에 따라 이득과 IIP3특성이 달라지는 특성을 이용하는 방법이다. 이 경우 정합회로가 넓은 대역폭을 가져야 한다.The conventional circuit configuration of the low noise amplifier (LNA) is to use a method of changing the bias current, the method of changing the bias current changes the operating point of the low noise amplifier (LNA) when the current changes and accordingly gain and IIP3 This is a method of using a characteristic that varies. In this case, the matching circuit should have a wide bandwidth.
종래 일 예에 따른 저잡음 증폭기(10)에서는 트랜지스터(Q1)의 베이스측과 컬렉터측의 전압(동작점)을 바꾸기 위하여 제 1, 제 2 가변 저항기(R1,R2)를 이용한다. 이때, 트랜지스터(Q1)의 베이스측의 전압이 바뀌면 컬렉터로 인가되는 전류량이 달라지고 주파수 특성과 전력특성도 달라진다.In the conventional low noise amplifier 10, the first and second variable resistors R1 and R2 are used to change voltages (operating points) on the base side and the collector side of the transistor Q1. At this time, when the voltage at the base side of the transistor Q1 is changed, the amount of current applied to the collector is changed, and the frequency characteristic and the power characteristic are also changed.
이때, 전류가 많이 흐르면 IIP3특성이 좋아지고(IIP3점이 커짐) 입력 정합부(11)를 구성하는 회로가 넓은 주파수 대역을 가지면 이득도 유지된다. 그러나 전류량이 작아지면 IIP3특성은 나빠지지만 잡음지수 특성은 오히려 개선되는 특징이 있다.At this time, if a large amount of current flows, the IIP3 characteristic is improved (the IIP3 point is increased), and the gain is maintained if the circuit forming the input matching section 11 has a wide frequency band. However, the smaller the current amount, the worse the IIP3 characteristic, but the noise figure is rather improved.
도 2는 종래 다른 예에 따른 저잡음 증폭기의 회로도이다.2 is a circuit diagram of a low noise amplifier according to another conventional example.
종래 다른 예에 따른 저잡음 증폭기는 가변 감쇄기를 이용하는 방법에 관한 것으로 입력신호 레벨이 높을 때 저잡음 증폭기 앞단에 가변감쇄기를 직렬로 추가하여 저잡음 증폭기 입력측에서 미리 신호의 레벨을 감쇄시켜서 IIP3특성이 개선되도록 구현하는 방법이다.According to another conventional example, a low noise amplifier relates to a method of using a variable attenuator. When an input signal level is high, the low noise amplifier adds a variable attenuator in front of the low noise amplifier in series so that the IIP3 characteristic is improved by attenuating the signal level in advance at the input side of the low noise amplifier. This is how.
종래 다른 예에 따른 저잡음 증폭기(20)에서는 저잡음 증폭기(20)의 입력측에 가변 감쇄기(23)를 추가하는 경우다. 여기서, 입력 신호 레벨이 높은 경우 감쇄기(23)에 제어 전압(Control Voltage)을 인가하여 신호의 크기를 감쇄시킨 후 저잡음 증폭기(20)의 입력 정합부(21)로 인가되므로 저잡음 증폭기(20)에서의 비선형성 특성을 제거할 수 있다.In the conventional low noise amplifier 20 according to another example, the variable attenuator 23 is added to the input side of the low noise amplifier 20. In this case, when the input signal level is high, a control voltage is applied to the attenuator 23 to attenuate the magnitude of the signal, and then applied to the input matching section 21 of the low noise amplifier 20. It is possible to eliminate the nonlinearity of
그리고, 저잡음 증폭기(20)의 입력(in) 측에 낮은 신호 레벨이 인가되면 감쇄기(23)는 입력 신호를 바이패스(Bypass)한다. 하지만 2GHz이상의 신호에 대해서는 1~2dB의 삽입손실이 발생하고, 수신기의 잡음지수 성능을 악화시킨다.Then, when a low signal level is applied to the input (in) side of the low noise amplifier 20, the attenuator 23 bypasses the input signal. However, for signals above 2GHz, insertion loss of 1 ~ 2dB occurs, which degrades the noise figure performance of the receiver.
도 3은 종래 또 다른 예에 따른 저잡음 증폭기의 회로도3 is a circuit diagram of a low noise amplifier according to another conventional example
종래 또 다른 예에 따른 저잡음 증폭기는 스위치를 이용하는 것으로 두개의 SPDT(Single Pole Double Thru) 스위치를 이용하여 입력 신호레벨이 높을 때는 능동소자인 저잡음 증폭기측으로 신호의 흐름을 막고 스위치를 이용해 출력 측으로 바이패스시켜 IIP3특성을 개선시키므로 입력신호 레벨이 커지더라도 신호가 왜곡되지 않게 해준다. 그리고, 낮은 입력 신호 레벨에 대해서는 저잡음 증폭기(LNA)의 원래 기능인 저잡음 특성, 이득특성을 가지게 되고 수신기 특성을 유지시켜 주는 것이다.According to another conventional example, a low noise amplifier uses a switch. When an input signal level is high by using two single pole double thru (SPDT) switches, a signal is blocked to the low noise amplifier, which is an active element, and a switch is bypassed to the output side. By improving the IIP3 characteristic, the signal is not distorted even when the input signal level is increased. In addition, the low input signal level has low noise and gain characteristics, which are the original functions of the low noise amplifier (LNA), and maintains the receiver characteristics.
종래 또 다른 예에서는 제 1, 제 2 SPDT(Single Pole Double Thru) 스위치(31)(32)를 이용하는데, 입력 신호 레벨이 높은 경우에 제 1 SPDT 스위치(31)는 바이패스(Bypass)측(34)으로 온(ON) 되고, 제 2 SPDT 스위치(32) 역시 마찬가지로 바이패스(Bypass)측으로 온되어 입력 신호는 저잡음 증폭기(33)를 거치지 않고 출력된다.In another conventional example, the first and second single pole double thru (SPDT) switches 31 and 32 are used. When the input signal level is high, the first SPDT switch 31 has a bypass side ( 34), the second SPDT switch 32 is similarly turned on by the bypass side, and the input signal is output without passing through the low noise amplifier 33.
그러나, 2GHz이상의 대역에서는 제 1, 제 2 SPDT 스위치(31,32)로 인한 삽입손실이 커지게 되고(0.7~1dB), 수신기의 잡음지수는 두개의 스위치(31,32)의 삽입손실을 합한 양만큼 증가한다. 그러나 신호의 크기가 크기 때문에 수신기 성능에는 크게 영향을 주지 않는다.However, in the band above 2 GHz, the insertion loss due to the first and second SPDT switches 31 and 32 becomes large (0.7 to 1 dB), and the noise figure of the receiver is the sum of the insertion losses of the two switches 31 and 32. Increase by amount. However, due to the large signal size, it does not significantly affect receiver performance.
그리고 저잡음 증폭기(33)에서의 비선형 특성이 없기 때문에 IIP3특성이 좋아지고 수신기의 성능은 개선된다.And since there is no nonlinear characteristic in the low noise amplifier 33, the IIP3 characteristic is improved and the performance of the receiver is improved.
여기서, 입력신호 레벨이 낮은 경우에는 제 1, 제 2 SPDT 스위치(31,32)는 저잡음 증폭기(33) 측으로 온된다.Here, when the input signal level is low, the first and second SPDT switches 31 and 32 are turned on to the low noise amplifier 33 side.
따라서, 입력 신호는 제 1 SPDT 스위치(31)를 통해 저잡음 증폭기(33)로 인가되고 다시 제 2 SPDT 스위치(32)를 통해 출력측으로 흘러나온다. 이 경우는 스위치의 삽입손실로 인하여 잡음지수가 커지고 수신기의 성능이 나빠진다.Therefore, the input signal is applied to the low noise amplifier 33 through the first SPDT switch 31 and flows out again to the output side through the second SPDT switch 32. In this case, the insertion loss of the switch increases the noise figure and degrades the performance of the receiver.
이와 같은 종래 저잡음 증폭기에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.Such a conventional low noise amplifier has the following problems.
첫째, 종래 일 예에 있어서는 바이어스 전류를 증가시킴으로써 전류소모가 커지고, 배터리 소모량이 많았다.First, in the conventional example, current consumption increases by increasing the bias current, and battery consumption is high.
둘째, 종래 다른 예에 있어서는 가변 감쇄기로 인한 삽입손실의 발생 및 전류소모가 커졌다.Second, in another conventional example, the generation of insertion loss and current consumption due to the variable attenuator are increased.
셋째, 종래 또 다른 예에 있어서는 입력신호를 바이패스 시킴으로써 전류소모 작았지만 스위치가 직렬 연결되어 있어 삽입손실이 발생하였다. 특히 수신기의주요 성능 중 하나인 잡음 지수 특성이 삽입손실 만큼 나빠지므로 고주파화(특히 2GHz 이상) 될수록 삽입손실에 의한 잡음지수 특성의 악화를 방지할 수 없었다.Third, in another conventional example, the current consumption was small by bypassing the input signal, but the insertion loss occurred because the switches were connected in series. In particular, the noise figure, which is one of the main performances of the receiver, is as bad as the insertion loss. Therefore, the deterioration of the noise figure due to the insertion loss cannot be prevented as the frequency is increased (particularly 2GHz or more).
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 스위치를 이용한 바이패스(Bypass)회로 구성 시 스위치(Switch)의 삽입손실을 최소로 하여 잡음지수를 최소로 구현할 수 있는 저잡음 증폭기를 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, it is possible to minimize the noise figure by minimizing the insertion loss of the switch (Switch) when configuring the bypass circuit using the switch It is to provide a low noise amplifier.
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 따르면, 입력단자에 베이스가 직렬 연결되고, 출력단자에 콜렉터가 직렬 연결된 저전압 증폭기용 트랜지스터와, 상기 입력단자와 상기 트랜지스터의 상기 베이스에 일측이 연결되고, 타측이 잡음정합용 제 1 인덕터의 일측에 연결된 제 1 스위치와, 상기 출력단자와 상기 트랜지스터의 상기 콜렉터에 일측이 연결되고, 타측이 출력정합용 제 2 인덕터의 일측에 연결된 제 2 스위치와, 상기 트랜지스터의 베이스에 일측이 연결되고, 타측이 제어전압단자에 연결된 고주파 초크용 제 3 인덕터와, 상기 트랜지스터의 콜렉터에 일측이 연결되고, 타측이 상기 제어전압단자에 연결된 고주파 초크용 제 4 인덕터와, 상기 입력단자에 일측이 연결되고, 타측이 출력단자에 연결된 바이패스 선로와, 상기 바이패스 선로의 타측과 상기 출력단자에 직렬 연결된 제 3 스위치로 구성된다.According to an aspect of the present invention for achieving the above object, a low voltage amplifier transistor having a base connected in series to the input terminal, the collector is connected in series to the output terminal, and one side of the input terminal and the base of the transistor A first switch connected to one side of the first inductor for noise matching; a second switch connected to the output terminal and the collector of the transistor; and a second switch connected to one side of the second inductor for output matching And a third inductor for high frequency choke, one side of which is connected to the base of the transistor, the other side of which is connected to a control voltage terminal, and a fourth side of the high frequency choke, of which one side is connected to the collector of the transistor, and the other side of which is connected to the control voltage terminal. An inductor, a bypass line having one side connected to the input terminal and the other side connected to the output terminal, and the bypass line The third consists of a switch connected in series to the other end of the bus line and the output terminal.
바람직하게, 상기 제 1 스위치의 일측과 상기 고주파 초크용 제 3 인덕터의 일측 사이에는 제 1 커패시터가 연결되고, 상기 제 2 스위치의 일측과 상기 고주파초크용 제 4 인덕터의 일측 사이에는 제 2 커패시터가 연결되며, 상기 고주파 초크용 제 3 인덕터의 타측과 상기 제어전압단자사이에는 바이어스용 제 1 저항이 직렬 연결되고, 상기 고주파 초크용 제 4 인덕터의 타측과 상기 제어전압단자사이에는 바이어스용 제 2 저항이 직렬연결된다.Preferably, a first capacitor is connected between one side of the first switch and one side of the third inductor for the high frequency choke, and a second capacitor is connected between one side of the second switch and one side of the fourth inductor for the high frequency choke. A first resistor for bias is connected in series between the other side of the third inductor for high frequency choke and the control voltage terminal, and a second resistor for bias between the other side of the fourth inductor for high frequency choke and the control voltage terminal. Is connected in series.
그리고, 상기 제 1, 제 2 스위치는 상기 제 3 스위치와 상기 제어전압단자의 출력레벨에 대하여 서로 반대로 온/오프 동작된다.The first and second switches are turned on and off in opposite directions with respect to the output levels of the third switch and the control voltage terminal.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 사용 주파수 대역이 높아(2GHz이상)지는 경우에 스위치의 삽입손실도 커지는 것에 따른 저잡음 증폭기의 잡음지수특성과 이득특성이 나빠지는 것을 방지하여 낮은 잡음지수가 요구되는 수신기의 저잡음 증폭기로 사용할 경우 수신기 성능이 개선되는 장점이 있다.According to the present invention as described above, when the use frequency band is high (2GHz or more), the receiver is required to reduce the noise figure and gain characteristics of the low noise amplifier due to the large insertion loss of the switch to reduce the noise figure When used as a low noise amplifier, the receiver's performance is improved.
도 1은 종래 일 예에 따른 저잡음 증폭기의 회로도1 is a circuit diagram of a low noise amplifier according to a conventional example
도 2는 종래 다른 예에 따른 저잡음 증폭기의 회로도2 is a circuit diagram of a low noise amplifier according to another conventional example.
도 3은 종래 또 다른 예에 따른 저잡음 증폭기의 회로도3 is a circuit diagram of a low noise amplifier according to another conventional example
도 4는 본 발명에 따른 저잡음 증폭기의 회로도4 is a circuit diagram of a low noise amplifier according to the present invention.
도 5는 도 4에 나타낸 저잡음 증폭기의 입력신호 레벨이 낮은 경우의 동작을 설명하기 위한 회로도FIG. 5 is a circuit diagram for describing an operation when the input signal level of the low noise amplifier shown in FIG. 4 is low.
도 6은 도 4에 나타낸 저잡음 증폭기의 입력신호 레벨이 높은 경우의 동작을 설명하기 위한 회로도6 is a circuit diagram for explaining an operation when the input signal level of the low noise amplifier shown in FIG. 4 is high.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
40 : 저잡음 증폭기 41 : 제 1 스위치40: low noise amplifier 41: first switch
42 : 제 2 스위치 43 : 제 3 스위치42: second switch 43: third switch
44 : 인버터 45 : 마이크로 스크립라인44 inverter 45 micro script line
이하 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 구성 및 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, a configuration and an operation according to an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 4는 본 발명에 따른 저잡음 증폭기의 회로도이다.4 is a circuit diagram of a low noise amplifier according to the present invention.
본 발명에 따른 저잡음 증폭기(40)는 입력단자(In)에 일측이 직렬 연결되고, 타측이 트랜지스터(Q)의 베이스와 연결된 제 1 커패시터(C11)와, 상기 입력단자(In)와 상기 제 1 커패시터(Q1) 사이에 일측이 연결되고, 타측이 제 1 인덕터(L41)의 일측에 연결된 제 1 스위치(41)와, 상기 제 1 스위치(41)의 타측에 일측이 연결되고, 타측이 접지 단자(Gnd)에 연결된 제 1 인덕터(L41)와, 상기 제 1 커패시터(C41)와 트랜지스터(Q)의 베이스 사이에 일측이 연결되고, 타측이 제어전압 단자(V control)와 연결된 제 2 인덕터(L43)와, 상기 트랜지스터(Q)의 콜렉터에 일측이 직렬 연결되고, 타측이 출력단자(Out)에 연결된 제 2 커패시터(C42)와, 상기 트랜지스터(Q)의 콜렉터와 제 2 커패시터(C42) 사이에 일측이 연결되고, 타측이 상기 제어전압 단자(V control)에 연결된 제 3 인덕터(L44)와, 상기 출력단자(Out)와 상기 제 2 커패시터(C42) 사이에 일측이 연결되고 타측이 제 4 인덕터(L42)의 일측에 연결된 제 2 스위치(42)와, 상기 제 2 스위치(42)의 타측에 일측이 연결되고, 타측이 접지단자(Gnd)에 연결된 제 4 인덕터(L42)와, 상기 제 2 스위치(42)와 출력단자(Out) 사이에 일측이 연결되고, 타측이 마이크로 스트립라인(45)의 일측과 연결된 제 3 스위치(43)와, 상기 제 3 스위치(43)에 타측에 일측이 연결되고, 타측이 상기 입력단자에 연결된 마이크로 스트립라인(45)으로 구성된다.The low noise amplifier 40 according to the present invention has a first capacitor C11 connected at one side thereof in series to an input terminal In, and the other side connected to the base of the transistor Q, the input terminal In and the first terminal. One side is connected between the capacitor (Q1), the other side is connected to one side of the first inductor (L41) 41, one side is connected to the other side of the first switch 41, the other side is a ground terminal A second inductor L43 connected to a first inductor L41 connected to (Gnd) and a base of the first capacitor C41 and the transistor Q and a second inductor L43 connected to a control voltage terminal V control. ) Between the second capacitor C42 connected to the collector of the transistor Q in series and the other end connected to the output terminal Out, and between the collector of the transistor Q and the second capacitor C42. A third inductor L44 connected at one side thereof and connected at the control voltage terminal V control with the other side thereof; One side is connected between the terminal Out and the second capacitor C42, and the other side is connected to one side of the fourth inductor L42, and one side is connected to the other side of the second switch 42. One side is connected between the fourth inductor L42 and the other end connected to the ground terminal Gnd, and the second switch 42 and the output terminal Out, and the other side is one side of the micro strip line 45. The third switch 43 is connected to the third switch 43, the other side is connected to the other side, and the other side is composed of a micro strip line 45 connected to the input terminal.
이때, 상기 제 2, 제 3 인덕터(L43,L44)와 상기 제어전압 단자(V control)사이에는 각각 제 1, 제 2 저항(R1,R2)이 연결되며, 상기 제 1, 제 2 스위치(41,42)은 상기 제어 전압에 의해 연동되어 동작하며, 상기 제 3 스위치(43)는 상기 제어 전압 단자(V control)의 입력전압에 반전동작하도록 인버터(44) 신호를 입력받는다. 따라서, 상기 제 3 스위치(43)는 제 1, 제 2 스위치(41,42)와 반대로 동작한다.In this case, first and second resistors R1 and R2 are connected between the second and third inductors L43 and L44 and the control voltage terminal V control, respectively. 42 is interlocked and operated by the control voltage, and the third switch 43 receives the inverter 44 signal to invert the input voltage of the control voltage terminal V control. Accordingly, the third switch 43 operates opposite to the first and second switches 41 and 42.
마이크로 스트립라인(45)의 길이는 1/2파장으로 구현되고, 한쪽 끝은 저잡음 증폭기(40)의 입력측인 'a'점에 연결되어 있고 다른 한쪽 끝은 제 3 스위치(43)와 연결되어 있다. 즉, 마이크로 스트립라인(45)은 개방점에서 1/4파장 떨어진 점에서 단락(short)되고 1/2 파장 떨어진 곳에서 개방(open)되는 특성을 가진다.The length of the micro stripline 45 is 1/2 wavelength, and one end is connected to the 'a' point, which is the input side of the low noise amplifier 40, and the other end is connected to the third switch 43. . That is, the micro stripline 45 has a characteristic of shorting at a quarter wavelength from an opening point and opening at a half wavelength.
이때, 마이크로 스트립라인(45)은 인쇄회로기판(PCB)위에서 구현되고, 인쇄회로기판(PCB)의 종류에 따라 파장의 길이가 달라지는데, 실제 단말기(Mobile Terminal)용 인쇄회로기판의 재료로 사용하는 FR4의 경우, 두께(H)=0.18mm, 유전율(Er)=4.3, 동판두께(T)=0.043mm로 구현 시 50옴(Ω) 마이크로 스트립라인(45)의 폭은 0.315mm, 1/2파장의 길이는 2.14GHz에서 41.692mm이다. 이때, IMT-2000과 같은 차세대 이동 통신 시스템에서는 저잡음 증폭기 시스템에서는 50옴 시스템이 요구된다.At this time, the micro strip line 45 is implemented on a printed circuit board (PCB), the length of the wavelength varies depending on the type of the printed circuit board (PCB), which is used as a material of the actual printed circuit board for the mobile terminal (Mobile Terminal) In the case of FR4, when the thickness (H) = 0.18mm, the dielectric constant (Er) = 4.3 and the copper thickness (T) = 0.043mm, the width of the 50 ohm microstripline 45 is 0.315mm, 1/2 The length of the wavelength is 41.692mm at 2.14GHz. In this case, a 50 ohm system is required in a low noise amplifier system in a next generation mobile communication system such as IMT-2000.
여기서, 제 1 스위치(41)는 입력잡음의 정합을 위해 사용되며, 제 2 스위치(42)는 출력정합을 위해 사용된다.Here, the first switch 41 is used for matching the input noise, and the second switch 42 is used for matching the output.
그리고, 제 3 스위치(43)는 입력신호가 저잡음 증폭기(40)가 아닌 마이크로 스트립라인(45)을 통하여 출력되는 경우의 신호의 흐름을 유지시킨다.The third switch 43 maintains the flow of the signal when the input signal is output through the micro stripline 45 instead of the low noise amplifier 40.
또한, 트랜지스터(Q)는 저잡음 증폭용 트랜지스터이고, 제어 전압(Contorl Voltage) 값이 바뀔 때 트랜지스터(Q)의 동작이 온/오프(ON/OFF)된다. 이때, 트랜지스터(Q)가 온(ON) 시에는 입력(In)측에서의 입력정합과 출력측에서의 출력정합을 통하여 신호가 원하는 잡음지수와 이득을 가질 수 있게 되지만 오프(OFF)시에는 트랜지스터(Q)의 입력과 출력 임피던스가 커져 트랜지스터(Q)의 입력측과 출력측이 개방(Open)된다. 또한 전력 전달특성도 -20dB 정도가 되어 무시할 만큼 작은 양이 되기 때문에 트랜지스터 오프(OFF) 도 6과 같이 동작한다.In addition, the transistor Q is a low noise amplifying transistor, and the operation of the transistor Q is turned on / off when the control voltage value changes. At this time, when the transistor Q is ON, the signal can have a desired noise figure and gain through an input match on the input side and an output match on the output side. However, when the transistor Q is off, the transistor Q is off. The input and output impedances of the transistors increase to open the input and output sides of the transistor Q. In addition, since the power transfer characteristic is about -20dB, which is a negligible amount, the transistor OFF operates as shown in FIG. 6.
종래 또 다른 실시 예와 본 발명에 따른 저잡음 증폭기에서 사용하는 스위치는 온(ON)일 경우 전달특성이 주파수에 따라 다른데, 주파수 대역이 높아질수록 삽입손실이 큰 특성을 보인다. 실제 일본의 NEC사의 스위치는 1GHz에서 삽입손실은 0.5dB이고, 2GHz 대역에서는 0.7dB의 특성을 가진다.In another conventional embodiment and the switch used in the low noise amplifier according to the present invention, when the ON (on), the transfer characteristics are different depending on the frequency, the higher the frequency band shows a larger insertion loss characteristics. In fact, NEC's switch in Japan has an insertion loss of 0.5dB at 1GHz and 0.7dB at 2GHz.
그리고, 제 2, 제 3 인덕터(L43,L44)는 RFC(RF Choke)로 사용되고 저잡음 증폭기(40) 동작 주파수에서 아주 높은 임피던스 특성을 갖도록 한 것으로, 입력신호는 RFC의 영향을 받지 않게 된다.In addition, the second and third inductors L43 and L44 are used as RF chokes (RFCs) and have a very high impedance characteristic at the operating frequency of the low noise amplifier 40, and the input signal is not affected by the RFCs.
본 발명의 동작은 크게 두 가지로 구분된다. 저잡음 증폭기(40)의 입력측(In)에 낮은 신호 레벨이 인가된 경우의 동작(도 5 참조)과, 높은 신호 레벨이 인가된 경우의 동작(도 6참조)이다.Operation of the present invention is largely divided into two. The operation when a low signal level is applied to the input side In of the low noise amplifier 40 (see FIG. 5) and the operation when a high signal level is applied (see FIG. 6).
도 5는 도 4에 나타낸 저잡음 증폭기의 입력신호 레벨이 낮은 경우의 동작을 설명하기 위한 회로도이다.FIG. 5 is a circuit diagram for describing an operation when the input signal level of the low noise amplifier shown in FIG. 4 is low.
본 발명에 따른 저잡음 증폭기의 입력단(In)에 낮은 레벨의 입력신호가 인가된 경우에는 제어 전압(V Control) 신호가 하이(High)로 되면서, 제 1, 제 2 스위치(41,42)는 온(ON)되고, 제 3 스위치(43)는 오프(OFF)된다. 따라서 50 옴 마이크로 스트립라인(45)의 한쪽 끝은 개방되고, 다른 한쪽 끝은 트랜지스터(Q)의 베이스 측에 연결된다. 따라서, 트랜지스터(Q)의 베이스 측('a'점)에서 마이크로 스트립라인(45)측으로 바라본 임피던스는 아주 커서 'a'점과 마이크로 스트립라인(45)사이는 개방(open)되고, 마이크로 스트립라인(45)이 없는 것과 같이 동작한다.When a low level input signal is applied to the input terminal In of the low noise amplifier according to the present invention, the control voltage V control signal becomes high and the first and second switches 41 and 42 are turned on. (ON), and the third switch 43 is turned OFF. Thus one end of the 50 ohm microstripline 45 is open and the other end is connected to the base side of transistor Q. Therefore, the impedance seen from the base side ('a' point) of the transistor Q toward the microstripline 45 is very large, and the microstripline is opened between the 'a' point and the microstripline 45. It works like (45) missing.
여기서 트랜지스터(Q)는 제어전압(V_control)이 하이(High)로 동작하므로 정해진 동작 점에서 일정한 특성을 갖는다. 여기서, 트랜지스터(Q)의 베이스와 컬렉터 측에 연결된 제 1 스위치(41)는 제 1 인덕터(L41)를 이용해 잡음정합을 위한것이고, 제 2 스위치(42) 제 4 인덕터(L42)를 이용해 출력정합을 하도록 되어있다.The transistor Q has a constant characteristic at a predetermined operating point because the control voltage V_control operates high. Here, the first switch 41 connected to the base and the collector side of the transistor Q is for noise matching using the first inductor L41, and the output matching is performed using the second switch 42 and the fourth inductor L42. It is supposed to be.
그리고, 제 2, 제 3 인덕터(L43,L44)의 RFC(RF Choke)는 트랜지스터(Q)에 바이어스를 인가한다.The RFCs of the second and third inductors L43 and L44 apply a bias to the transistor Q.
이와 같이 입력측에 인가된 신호는 트랜지서터(Q)가 잡음정합(L41)과 출력정합(L42)이 되었기 때문에 설계한 잡음지수와 이득을 가질 수 있게 되고, 입력신호가 출력될 때 제 1, 제 2 스위치(41,42)를 지나지 않으므로 제 1, 제 2 스위치(41,42)에 의한 삽입손실은 제거된다.In this way, the signal applied to the input side has the noise figure and gain designed because the transistor Q is the noise match L41 and the output match L42. When the input signal is output, the first, Since the second switches 41 and 42 do not pass, insertion loss by the first and second switches 41 and 42 is eliminated.
예로, 2GHz 대역에서 수신기의 듀플렉서 삽입손실시, 스위치의 삽입손실 0.7dB , 저잡음 증폭기 잡음지수 1.5dB 이득15dB일 때, 종래의 구조인 [표1]과 본 발명의 구조인 [표2]를 비교해보면 다음과 같다.For example, when the insertion loss of the duplexer of the receiver in the 2GHz band, the insertion loss of the switch 0.7dB, the low noise amplifier noise figure 1.5dB gain 15dB, compare the conventional structure [Table 1] and the structure of the present invention [Table 2] If you see
이와 같은 [표1]과 [표2]를 비교해보면 [표2]에서 전체이득과, 잡음지수 및 IIP3특성이 개선되었고 수신기의 성능이 향상된 것을 알 수 있다.Comparing [Table 1] and [Table 2], it can be seen from Table 2 that the overall gain, noise figure and IIP3 characteristics are improved and the performance of the receiver is improved.
도 6은 도 4에 나타낸 저잡음 증폭기의 입력신호 레벨이 높은 경우의 동작을 설명하기 위한 회로도이다.FIG. 6 is a circuit diagram for explaining an operation when the input signal level of the low noise amplifier shown in FIG. 4 is high.
본 발명에 따른 저잡음 증폭기의 입력단(In)에 높은 레벨의 입력신호가 인가되는 경우에는 제어 전압(V_control)신호는 로우(Low)상태로 되고 제 1, 제 2 스위치(41,42)는 오프(OFF) 제 3 스위치(43)는 온(ON) 되며, 트랜지스터(Q)는 오프(OFF)된다. 따라서 트랜지스터(Q)의 베이스측과 컬렉터 측의 임피던스는 아주 커져서 베이스와 컬렉터 단자는 개방(Open)된다.When a high level input signal is applied to the input terminal In of the low noise amplifier according to the present invention, the control voltage V_control signal is turned low and the first and second switches 41 and 42 are turned off. OFF) The third switch 43 is turned ON and the transistor Q is turned OFF. Therefore, the impedance of the base side and the collector side of the transistor Q becomes so large that the base and collector terminals are open.
따라서 입력된 신호는 트랜지스터(Q)측으로 전달되지 않고 50옴의 마이크로 스트립라인(45)측으로 전달되며 제 3 스위치(43)를 통해 출력 단자(Out)로 흘러간다. 이 경우에는 마이크로 스트립라인(45)에 의한 삽입손실은 아주 작으며, 제 3 스위치(43)에 의한 삽입손실이 발생된다.Therefore, the input signal is transmitted to the micro stripline 45 of 50 ohms instead of the transistor Q, and flows to the output terminal Out through the third switch 43. In this case, the insertion loss by the micro strip line 45 is very small, and the insertion loss by the third switch 43 is generated.
이때, 전체 삽입손실은 0.7dB이고, 이득은 0.7dB, 잡음지수는 0.7dB 그리고 IIP3는 20dBm이 된다. 따라서 높은 신호 레벨이 입력측으로 인가될 경우 트랜지스터(Q)로 인가되는 것을 방지하므로 트랜지스터(Q)에서 발생하는 비선형 현상을 제거해 주게 되어서 수신기의 특성을 개선시키게 된다. 종래의 경우에는 이득은 1.4dB, 잡음지수는 1.4dB, IIP3는 17.33dBm 이다.In this case, the total insertion loss is 0.7dB, the gain is 0.7dB, the noise figure is 0.7dB, and the IIP3 is 20dBm. Therefore, when a high signal level is applied to the input side, it is prevented from being applied to the transistor Q, thereby eliminating the nonlinear phenomenon occurring in the transistor Q, thereby improving the characteristics of the receiver. In the conventional case, the gain is 1.4dB, the noise figure is 1.4dB, and the IIP3 is 17.33dBm.
이와 같은 본 발명 마이크로 스트립라인(45)을 채용한 저잡음 증폭기(40)는 앞에서 설명한 바와 같이 도 4의 구조는 낮은 입력 신호 레벨인가시 도 3에 나타낸 종래의 기술에 비해서 수신기 특성이 이득 1.4dB, 잡음지수 0.72dB, IIP3 0.53dB 의 개선 효과가 있고, 높은 입력 신호 레벨 인가시 이득 0.7dB, 잡음지수 0.7dB, IIP3 2.67dB가 개선된다.As described above, the low noise amplifier 40 employing the microstripline 45 of the present invention has a receiver characteristic of 1.4dB gain compared to the conventional technique shown in FIG. It improves the noise figure 0.72dB, IIP3 0.53dB, and improves the gain 0.7dB, the noise figure 0.7dB, and the IIP3 2.67dB when high input signal level is applied.
이상의 설명에서와 같은 본 발명은 사용 주파수 대역이 높아(2GHz이상)지는 경우에 스위치의 삽입손실도 커지는 것에 따른 저잡음 증폭기의 잡음지수특성과 이득특성이 나빠지는 것을 방지하여 스위치의 삽입손실이 없을 뿐 아니라, IIP3특성도 개선되었고 입력 신호 레벨이 높은 경우도 스위치에 의한 삽입 손실이 반으로 줄어들기 때문에 이득 특성이 개선되며 특히 수신기의 잡음지수 특성이 개선되는 효과가 있어 낮은 잡음지수가 요구되는 수신기의 저잡음 증폭기로 사용할 경우 수신기 성능이 개선되는 효과가 있다.As described above, the present invention prevents the noise figure and gain characteristics of the low noise amplifier from deteriorating as the insertion loss of the switch increases when the use frequency band is high (2 GHz or more). In addition, the gain characteristics are improved because the IIP3 characteristic is improved and the insertion loss caused by the switch is reduced by half even when the input signal level is high. When used as a low noise amplifier, receiver performance is improved.
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