KR20020018736A

KR20020018736A - 잡음지수 보상이 가능한 저잡음 증폭기

Info

Publication number: KR20020018736A
Application number: KR1020000051992A
Authority: KR
Inventors: 이무홍
Original assignee: 송문섭; 주식회사 현대큐리텔
Priority date: 2000-09-04
Filing date: 2000-09-04
Publication date: 2002-03-09

Abstract

본 발명은 트랜지스터를 이용하여 온도 변화에 따라 저잡음 증폭기의 잡음지수 특성이 변화되는 것을 보상할 수 있도록 한 잡음지수 보상이 가능한 저잡음 증폭기에 관한 것으로, 저잡음 증폭기에 입력되는 신호를 저잡음 증폭기에서 증폭하기 위한 신호에 알맞게 입력 신호를 정합하는 입력정합회로와, 상기 입력정합회로에서 정합된 입력 신호에 대해 1차 저잡음 증폭 동작을 수행하고, 온도 보상 구동 회로에서 출력되는 게이트 전압에 따라 드레인 전류의 증감을 제어하여 온도 변화에 따른 저잡음 증폭기의 잡음지수 변화를 보상하는 제1 트랜지스터와, 상기 제1 트랜지스터가 연결된 라인과 제2 트랜지스터가 연결된 라인간에 임피던스 정합을 수행하는 단간정합회로와, 상기 단간정합회로를 통과한 1차 저잡음 증폭된 입력 신호에 대해 2차 저잡음 증폭 동작을 수행하고, 온도 보상 구동 회로에서 출력되는 게이트 전압에 따라 드레인 전류의 증감을 제어하여 저잡음 증폭기의 잡음지수 변화를 보상하기 위해 이득이 감소된 상기 제1 트랜지스터와 제2 트랜지스터의 이득 감소를 보상하는 제2 트랜지스터와, 상기 제2 트랜지스터에 의해 2차 저잡음 증폭된 입력 신호를 출력 신호에 맞게 정합하여 출력하는 출력정합회로와, 상기 제1 트랜지스터와 제2 트랜지스터의 게이트 단에 각각 잡음지수 보상용 게이트 전압(V_G1)과 이득 보상용 게이트 전압(V_G2)을 출력하는 온도 보상 구동 회로로 구성된다.

Description

잡음지수 보상이 가능한 저잡음 증폭기 {LNA ABLE TO COMPENSATING NOISE FIGURE}

본 발명은 잡음지수 보상이 가능한 저잡음 증폭기에 관한 것으로, 특히 트랜지스터를 이용하여 온도 변화에 따라 저잡음 증폭기의 잡음지수 특성이 변화되는 것을 보상할 수 있도록 한 잡음지수 보상이 가능한 저잡음 증폭기에 관한 것이다.

일반적으로 전자 회로를 이용하는 통신 시스템의 프런트 엔드(Front End)나계측 장비 등에서는 저잡음 증폭기를 많이 사용하고 있는데, 이러한 저잡음 증폭기는 증폭기에서 발생하는 잡음을 줄여 가급적 신호대 잡음비(S/N비)가 크게 되도록 설계된 증폭기를 말한다.

상기 저잡음 증폭기의 경우, 잡음지수 특성은 저잡음 증폭기의 첫째 단에 사용되는 트랜지스터의 잡음지수 특성과 정합회로의 정확성에 의해 결정되는데, 특히 상온에서의 잡음지수 특성은 온도가 증가하면 악화되고, 온도가 감소하면 개선되는 성질을 나타낸다.

이에 따라, 종래에는 보통 고온에서의 잡음지수 특성이 주어진 사양을 만족할 수 있도록 상온에서의 잡음지수가 충분히 낮도록 저잡음 증폭기를 설계하여 비록 온도가 증가하여 잡음지수 특성이 악화되더라도 주어진 사양을 만족하도록 하고 있다.

상기와 같이 종래에는 상온에서의 잡음지수가 충분히 낮도록 저잡음 증폭기를 설계하는 방법 이외에는 온도 변화에 따라 저잡음 증폭기의 잡음지수 특성이 악화되는 것을 개선하기 위한, 즉 저잡음 증폭기의 잡음지수 특성이 변화되는 것을 보상하기 위한 특별한 방법이 없었다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안한 것으로서, 그 목적은 저잡음 증폭기의 첫째 단에 사용되는 트랜지스터를 이용하여 온도 변화에 따라 저잡음 증폭기의 잡음지수 특성이 변화되는 것을 보상하고, 저잡음 증폭기의 둘째 단에 사용되는 트랜지스터를 이용하여 잡음지수 보상시 저잡음 증폭기의 이득 감소를 보상할 수 있도록 한 잡음지수 보상이 가능한 저잡음 증폭기를 제공하는 데에 있다.

도 1은 본 발명에 의한 잡음지수 보상이 가능한 2단 저잡음 증폭기의 회로 구성도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 입력정합회로 2 : 단간정합회로

3 : 출력정합회로 4 : 온도 보상 구동 회로

Q1 : 제1 트랜지스터 Q2 : 제2 트랜지스터

R_D: 저항 L_D: RF쵸크

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 잡음지수 보상이 가능한 저잡음 증폭기는, 저잡음 증폭기에 입력되는 신호를 저잡음 증폭기에서 증폭하기 위한 신호에 알맞게 입력 신호를 정합하는 입력정합회로와, 상기 입력정합회로에서 정합된 입력 신호에 대해 1차 저잡음 증폭 동작을 수행하고, 온도 보상 구동 회로에서 출력되는 게이트 전압(V_G1)에 따라 드레인 전류(I_D1)의 증가 및 감소를 제어하여 온도 변화에 따른 저잡음 증폭기의 잡음지수 변화를 보상하는 제1 트랜지스터와, 상기 제1 트랜지스터가 연결된 라인과 제2 트랜지스터가 연결된 라인간에 임피던스 정합을 수행하는 단간정합회로와, 상기 단간정합회로를 통과한 1차 저잡음 증폭된 입력 신호에 대해 2차 저잡음 증폭 동작을 수행하고, 온도 보상 구동 회로에서 출력되는 게이트 전압(V_G2)에 따라 드레인 전류(I_D2)의 증가 및 감소를 제어하여 저잡음 증폭기의 잡음지수 변화를 보상하기 위해 이득이 감소된 상기 제1 트랜지스터와 제2 트랜지스터의 이득 감소를 보상하는 제2 트랜지스터와, 상기 제2 트랜지스터에 의해 2차 저잡음 증폭된 입력 신호를 출력 신호에 맞게 정합하여 출력하는 출력정합회로와, 상기 제1 트랜지스터와 제2 트랜지스터의 게이트 단에 각각 잡음지수 보상용 게이트 전압(V_G1)과 이득 보상용 게이트 전압(V_G2)을 출력하는 온도 보상 구동 회로로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 잡음지수 보상이 가능한 저잡음 증폭기의 구성 및 동작을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 잡음지수 보상이 가능한 2단 저잡음 증폭기의 회로 구성도로서, 저잡음 증폭기에 입력되는 신호를 저잡음 증폭기에서 증폭하기 위한 신호에 알맞게 입력 신호를 정합하는 입력정합회로(1)와, 상기 입력정합회로(1)에서 정합된 입력 신호에 대해 1차 저잡음 증폭 동작을 수행하고, 온도 보상 구동 회로에서 출력되는 게이트 전압(V_G1)에 따라 드레인 전류(I_D1)의 증가 및 감소를 제어하여 온도 변화에 따른 저잡음 증폭기의 잡음지수 변화를 보상하는 제1 트랜지스터(Q1)와, 상기 제1 트랜지스터(Q1)가 연결된 라인과 제2 트랜지스터(Q2)가 연결된 라인간에 임피던스 정합을 수행하는 단간정합회로(2)와, 상기 단간정합회로(2)를 통과한 1차 저잡음 증폭된 입력 신호에 대해 2차 저잡음 증폭 동작을 수행하고, 온도 보상 구동 회로에서 출력되는 게이트 전압(V_G2)에 따라 드레인 전류(I_D2)의 증가 및 감소를 제어하여 저잡음 증폭기의 잡음지수 변화를 보상하기 위해 이득이 감소된 상기 제1 트랜지스터(Q1)와 제2 트랜지스터(Q2)의 이득 감소를 보상하는 제2 트랜지스터(Q2)와, 상기 제2 트랜지스터(Q2)에 의해 2차 저잡음 증폭된 입력 신호를 출력 신호에 맞게 정합하여 출력하는 출력정합회로(3)와, 상기 제1 트랜지스터(Q1)와 제2 트랜지스터(Q2)의 게이트 단에 각각 잡음지수 보상용 게이트 전압(V_G1)과 이득 보상용 게이트 전압(V_G2)을 출력하는 온도 보상 구동 회로(4)로 구성된다.

상기 제1 트랜지스터(Q1)와 제2 트랜지스터(Q2)의 드레인 단에는 각각 직렬연결된 저항(R_D)과 RF쵸크(L_D)를 거쳐 드레인 전류(I_D1,I_D2)가 흐른다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 잡음지수 보상이 가능한 저잡음 증폭기의 동작을 설명하면 다음과 같다.

한편, 트랜지스터의 특성에 있어서, 일정한 전류 범위 내에서 드레인 전류가 증가하면 트랜지스터의 이득이 증가하는 동시에 잡음지수도 증가하고, 드레인 전류가 감소하면 트랜지스터의 이득과 잡음지수가 동시에 감소한다.

또한, 일정한 전류 범위 내에서 외부 온도가 증가하면 트랜지스터의 잡음지수는 증가하고 이득은 감소하며, 외부 온도가 감소하면 트랜지스터의 잡음지수는 감소하고 이득은 증가한다.

상기와 같은 트랜지스터의 성질을 2단 저잡음 증폭기에 적용하면 온도 변화에 대해 일정한 잡음지수와 이득을 갖는 저잡음 증폭기를 구현할 수 있다.

보통 2단 이상의 저잡음 증폭기의 잡음지수는 대부분 제1 트랜지스터(Q1)의 잡음지수에 의해 결정된다.

상기 제1 트랜지스터(Q1)의 경우 드레인 전류의 변화에 따라 잡음지수가 변화하는 특성을 나타내는데, 즉 특정한 전류 범위 내에서 전류가 증가하면 잡음지수가 증가하고, 전류가 감소하면 잡음지수가 감소한다.

이에 따라, 외부 온도가 증가하여 저잡음 증폭기의 잡음지수가 증가하면 상기 제1 트랜지스터(Q1)의 드레인 전류를 감소시켜 저잡음 증폭기의 전체 잡음지수를 다시 원래의 상태로 내리도록 한다.

또한, 외부 온도가 감소하여 저잡음 증폭기의 잡음지수가 감소하면 상기 제1 트랜지스터(Q1)의 드레인 전류를 증가시켜 저잡음 증폭기의 전체 잡음지수를 다시 원래의 상태로 올리도록 한다.

이때, 트랜지스터의 특성상 드레인 전류가 증가하면 트랜지스터의 이득이 증가하고 드레인 전류가 감소하면 트랜지스터의 이득이 감소하므로, 상기와 같이 외부 온도 증가시 잡음지수를 줄이기 위해 상기 제1 트랜지스터(Q1)의 드레인 전류를 감소시키는 경우 이득 감소가 발생하게 된다.

따라서, 제2 트랜지스터(Q2)의 드레인 전류를 증가시켜 상기 제1 트랜지스터(Q1)의 전류 감소로 인해 발생하는 이득 감소와 외부 온도 증가로 인해 발생하는 전체 저잡음 증폭기의 이득 감소를 보상한다.

다시 한번 설명하면, 도 1에 도시된 본 발명에 의한 잡음지수 보상이 가능한 2단 저잡음 증폭기에서 입력정합회로(1)를 통해 입력되는 신호에 대해 저잡음 증폭 동작을 수행함에 있어서, 외부 온도가 증가하는 경우 제1 트랜지스터(Q1)와 제2 트랜지스터(Q2)의 잡음지수는 모두 증가하고 이득은 감소하게 된다.

그러므로, 온도 보상 구동 회로(4)에서 출력되는 잡음지수 보상용 게이트 전압(V_G1)을 증가시켜 제1 트랜지스터(Q1)의 드레인 전류(I_D1)를 감소시킴으로써 제1 트랜지스터(Q1)의 잡음지수를 감소시키도록 한다.

그리고 나서, 온도 보상 구동 회로(4)에서 출력되는 이득 보상용 게이트 전압(V_G2)을 감소시켜 제2 트랜지스터(Q2)의 드레인 전류(I_D2)를 증가시킴으로써 상기제1 트랜지스터(Q1)의 드레인 전류(I_D1) 감소로 인해 발생되는 제1 트랜지스터(Q1)의 이득 감소와 외부 온도 증가로 인해 발생되는 제1 트랜지스터(Q1) 및 제2 트랜지스터(Q2)의 이득 감소를 모두 보상하도록 한다.

상기와 같이 제1 트랜지스터(Q1)를 통해 외부 온도 변화에 따라 저잡음 증폭기의 잡음지수 특성이 변화되는 것을 보상하고, 제2 트랜지스터(Q2)를 통해 잡음지수 변화 보상시 이득이 감소되는 것을 각각 보상한 후에는 출력정합회로(3)를 통해 저잡음 증폭된 신호가 출력되게 된다.

이상, 상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 저잡음 증폭기의 첫째 단에 사용되는 트랜지스터를 이용하여 온도 변화에 따라 저잡음 증폭기의 잡음지수 특성이 변화되는 것을 보상하고, 저잡음 증폭기의 둘째 단에 사용되는 트랜지스터를 이용하여 저잡음 증폭기의 이득 감소를 보상할 수 있게 되는 효과가 있다.

그리고, 주파수 구분없이 저잡음 증폭기를 사용하는 모든 분야에 적용 가능하며, 고온 환경에서 동작하는 통신 시스템의 프런트 엔드나 계측 장비에서 저잡음 증폭기를 필요로 할 경우 회로 구성이 매우 간단하고 구현 가격이 싼 장점이 있다.

Claims

저잡음 증폭기에 입력되는 신호를 저잡음 증폭기에서 증폭하기 위한 신호에 알맞게 입력 신호를 정합하는 입력정합회로와,

상기 입력정합회로에서 정합된 입력 신호에 대해 1차 저잡음 증폭 동작을 수행하고, 온도 보상 구동 회로에서 출력되는 게이트 전압에 따라 드레인 전류의 증감을 제어하여 온도 변화에 따른 저잡음 증폭기의 잡음지수 변화를 보상하는 제1 트랜지스터와,

상기 제1 트랜지스터가 연결된 라인과 제2 트랜지스터가 연결된 라인간에 임피던스 정합을 수행하는 단간정합회로와,

상기 단간정합회로를 통과한 1차 저잡음 증폭된 입력 신호에 대해 2차 저잡음 증폭 동작을 수행하고, 온도 보상 구동 회로에서 출력되는 게이트 전압에 따라 드레인 전류의 증감을 제어하여 잡음지수 변화 보상시 이득이 감소된 상기 제1 트랜지스터와 제2 트랜지스터의 이득 감소를 보상하는 제2 트랜지스터와,

상기 제2 트랜지스터에 의해 2차 저잡음 증폭된 입력 신호를 출력 신호에 맞게 정합하여 출력하는 출력정합회로와,

상기 제1 트랜지스터와 제2 트랜지스터의 게이트 단에 각각 잡음지수 보상용 게이트 전압과 이득 보상용 게이트 전압을 출력하는 온도 보상 구동 회로로 구성되는 것을 특징으로 하는 잡음지수 보상이 가능한 저잡음 증폭기.
제1항에 있어서, 외부 온도 증가시 상기 온도 보상 구동 회로에서 출력되는 잡음지수 보상용 게이트 전압을 증가시켜 제1 트랜지스터의 드레인 전류를 감소시킴으로써 제1 트랜지스터의 잡음지수를 감소시키는 것을 특징으로 하는 잡음지수 보상이 가능한 저잡음 증폭기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 온도 보상 구동 회로에서 출력되는 이득 보상용 게이트 전압을 감소시켜 제2 트랜지스터의 드레인 전류를 증가시킴으로써 상기 제1 트랜지스터의 드레인 전류 감소로 인해 발생되는 제1 트랜지스터의 이득 감소와 외부 온도 증가로 인해 발생되는 제1, 제2 트랜지스터의 이득 감소를 보상하는 것을 특징으로 하는 잡음지수 보상이 가능한 저잡음 증폭기.