KR20020058976A - 저잡음을 위한 이동통신단말기용 증폭회로 및 이를포함하는 멀티칩모듈구조 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 저잡음을 위한 이동통신단말기용 증폭회로 및 이를 포함하는 멀티칩모듈구조에 관한 것으로 본 발명은
커패시터와 인덕터로 구성되는 입력임피던스정합회로부(10) 및 출력입피던스정합회로부(20)와, 상기 입력임피던스정합회로부와 출력임피던스회로부를 연결하고, 증폭회로가 A급으로 동작가능하도록 조정된 적어도 하나 이상의 저항을 구비함과 함께, 증폭회로가 발진하지 않도록 조정된 적어도 하나 이상의 저항 및 커패시터를 포함하는 바이어스회로부(30)를 포함하는 저잡음 증폭회로 및 이를 포함하는 멀티칩모듈구조를 포함하며 상기 구성에 의하면 증폭기의 잡음을 최소화하면서 안정적으로 동작하며, 우수한 이득특성과 열노이즈 감소로 인한 우수한 잡음지수특성을 얻을 수 있는 장점이 있다.
Description
본 발명은 저잡음을 위한 이동통신단말기용 증폭회로 및 이를 포함하는 멀티칩모듈구조에 관한 것으로 보다 상세하게는 잡음이 최소화되고 안정적으로 동작하며, 우수한 이득특성과 열노이즈 감소로 인한 우수한 잡음지수특성을 얻을 수 있는 저잡음증폭회로 및 멀티칩모듈구조에 관한 것이다.
도 1(a)는 종래의 1.8GHz 대역 PCS용 저잡음증폭회로의 구성도로서 일반적으로 종래 저잡음증폭회로는 바이폴라접합트랜지스터(BJT)를 이용하여 인쇄배선회로기판(PCB)에 저항, 커패시터, 인덕터를 집중소자로 구현한 형태를 하고 있다.
상기 종래의 증폭회로는 바이어스는 자기 바이어스로서 단일전원을 사용하며 회로구성은 입력정합(1), 출력정합(2)과 바이어스회로(3)로 구성되어 있음을 보여준다. 상기 구성에 의하면 이득은 13dB, 잡음지수는 1.9dB정도로서 인쇄회로기판에서 구현하는 경우 적용단가 및 작업성 면에서는 용이하나 탄델타(tanδ)가 0.02정도로 고주파에서 높은 손실과 열발산 효과의 부족 및 기판에서의 열잡음이 전가되어 잡음지수의 특성을 악화시키는 문제점이 있다.
도 1(b)는 종래의 MMIC 형태의 저잡음증폭회로로서 GaAs 소자를 이용해 반도체공정 및 패키징기술을 이용해 소형화, 대량생산화에는 유리하나 단가상승 및 다양한 형태의 다품종생산에는 한계가 있어 급변하는 이동통신단말기 등 세트의 다양한 요구에 유연하게 대응이 어려운 단점이 있어 왔다.
본 발명자는 상기 종래 저주파증폭기가 지니는 문제점, 즉 낮은 이득, 잡음특성저하의 문제를 인식하고 이에 대한 새로운 대안을 강구하여 오던 중 높은 이득과 잡음지수특성이 우수한 새로운 회로를 설계하고 이를 멀티칩으로 적층한 구조의 단일모듈을 구성함으로써 소자의 크기를 소형화하고 또한 배선기판을 세라믹재질로 하는 경우 이득특성과 잡음지수특성에서 보다 우수한 저잡음증폭소자제작이 가능함을 발견하고서 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서 본 발명의 목적은 우수한 이득특성과 열노이즈 감소로 인한 우수한 잡음지수특성을 얻을 수 있는 저잡음증폭회로 및 멀티칩모듈구조를 제공함에 있다.
도 1(a)는 종래의 1.8GHz 대역 PCS용 저잡음증폭회로의 구성도
도 1(b)는 종래의 MMIC 형태의 저잡음증폭기
도 2는 본 발명에 따른 저잡음 증폭회로 실시예.
도 3은 본 발명의 저잡음증폭회로를 이용한 멀티칩모듈구조의 실시예.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10: 입력임피던스정합회로부 20: 출력임피던스정합회로부
30: 바이어스회로부
본 발명은 저잡음을 위한 이동통신단말기용 증폭회로에 관한 것으로 커패시터와 인덕터로 구성되는 입력임피던스정합회로부 및 출력입피던스정합회로부와, 상기 입력임피던스정합회로부와 출력임피던스회로부를 연결하고, 증폭회로가 A급으로 동작가능하도록 조정된 적어도 하나 이상의 저항을 구비함과 함께, 증폭회로가 발진하지 않도록 조정된 적어도 하나 이상의 저항 및 커패시터를 포함하는 바이어스회로부를 포함함을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 상기 저잡음 증폭회로를 복수개의 칩에 분산하여 설치하고, 상기 분산된 개별 칩은 비어홀을 통해 상호 연결되어 적층된 구조의 멀티칩모듈구조를 포함한다.
이하 본 발명의 내용을 첨부하는 도면에 따라 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 저잡음 증폭회로를 나타내는 바람직한 일실시예로서 입력임피던스정합회로부(10), 출력임피던스정합회로부(20) 및 바이어스회로부(30)를 포함하고 있다. 상기 입력임피던스회로부(10)는 C1 및 L1을 포함하여 구성되며, 증폭기의 유효이득(available gain)과 잡음지수(noise figure)를 보상하여 스미스챠트(Smith Chart)상에서의 접점을 선택함으로써 입력측 단자에 정합되도록 설정된다.
상기 출력임피던스정합회로부(20)는 L3, C5, C6를 포함하여 구성되며, 증폭회로를 통해 증폭된 전력이 최대로 전달될 수 있도록 바이어스회로부(20)에서 맵핑(mapping)한 임피던스를 출력측단자에 정합시킨다.
바이어스회로부(30)는 일반적으로 저잡음특성을 지니는 전계효과트랜지스터(FET)를 포함하고 있다. 바이어스는 상기 회로에서 게이트측단자에 저항 R3가 연결되어 있고, 소스측단자에는 바이패스 커패시터(C2,C3)와 A급 동작을 위한 저항(R1,R2)이 연결되어 접지상태를 이루고 있다. 드레인측단자에는 커패시터 C4와 저항 R4가 출력임피던스정합회로부(20)와 연결된다. 또한 커패시터 C7과 인덕터 L2는 DC 전압인가 및 RF 디커플링(Decoupling)을 위해 드레인측 단자에 연결된다.
상기 바이어스회로부(30)에서 저항 R3, R4 및 커패시터 C4는 증폭기의 발진을 방지하기 위한 소자들로 안정계수(K)가 1보다 크고, 잡음지수가 1.5이하가 되도록 설정하는 것이 바람직하다. 상기에서 R3는 가변으로 조정시 안정계수 값과 잡음지수를 보상하여 적정한 특성을 지니도록 선택할 수 있다.
또한 증폭기가 A급 동작을 하기 위해 저항 R1, R2는 드레인전류(Id)가 0.2Idss정도가 되도록 설정하는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 저잡음증폭회로를 이용해 멀티칩모듈구조를 구현한 일실시예를 나타낸다.
멀티칩모듈(MCM)은 각기 다른 기능을 갖는 여러 개의 반도체 베어칩(bare chip)을 하나의 배선기판 위에 표면 실장한 것을 말한다. 멀티칩모듈은 배선기판상에 반도체 베어칩을 배열, 칩과 칩, 칩과 기판사이에 포팅(potting)으로 수지를 메워 패키징하는데 표면실장하는 배선기판재료의 종류에 따라 크게 MCM-L, MCM-C, MCM-D의 세가지 형태로 구현이 가능하다. 이하 본 발명에서는 상기 세가지 형태 중 세라믹을 배선기판재료로 이용하는 MCM-C의 형태를 일실시예로서 멀티칩모듈구조를 구현하기로 한다.
도 3에서 (a)에서 (g) 각각은 멀티칩모듈을 구성하는 개별 층(layer)구조를 도시하고 있다. 도 3(a)는 최상위 층(top layer)으로 저항 R1, R2, R3 및 R4는 바람직하기로는 양산과 각종 저항값을 얻기 용이한 인쇄저항기(printed resistor)로 구성하며, 커패시터 C2, C3, C5, C7와 FET는 각각 칩커패시터와 칩트랜지스터를 나타낸다. 또한 외부단자로 입력(RF in), 출력(RF out), 접지(GND), 전원단자(Vcc)를 두고 있다. 도 3(b)는 제 1층구조로서 인덕터 L2가 비어홀을 통해 Vcc단자와 FET의드레인단자와 연결되어 있다. 도 3(c)는 제 2층구조로서 인덕터 L1이 FET의 게이트단자와 접지사이의 마이크로스트립 라인(microstrip line)으로 연결되어 인덕턴스를 형성하고 있다. 도 3(d)는 제 3층구조로서 인덕터 L3는 최상위 층의 FET의 드레인단자와 커패시터 C5와 비어홀로 연결되어 스피랄(spiral)구조의 인덕턴스를 형성하고 있다. 또한 커패시터 C4는 제 3층과 제 4층구조에 평면에 의한 커패시턴스를 형성하고 있다. 도 3(e)는 제 4층구조로서 커패시터 C4가 제 3층과 커패시턴스를 형성하며, 커패시터 C1, C6는 제 5층의 평판과 커패시턴스를 형성한다. 도 3(f)는 제 5층구조로서 커패시터 C1, C6는 제 4층구조의 평판과 커패시턴스를 형성한다. 도 3(g)는 접지면을 형성하는 제 6구조층을 나타낸다. 상기 구성의 전체 회로의 동작은 이미 앞의 도 2의 회로를 통해 설명한 바와 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기와 같이 한 패키지내에 다수의 칩을 실장함으로써 시스템보드의 일부분 또는 일부기능을 한 개로 모듈화하여 전체적인 사이즈축소 및 신뢰성확보를 얻을 수 있다. 또한 상기 실시예에서와 같이 세라믹을 배선기판재료로 하는 경우 높은 품질지수(Q)로 인해 저잡음 증폭기의 이득특성이 우수하고 열발산 효과가 우수하여 열노이즈감소로 인한 우수한 잡음지수를 얻을 수 있다.
본 발명의 저잡음 증폭회로는 잡음이 최소화되고 안정적으로 동작하는 특징이 있으며, 상기 증폭회로를 이용한 멀티칩모듈구조는 소자제작의 소형화를 가능케하고, 대량생산에 유리하며 부품숫자의 감소 및 어레이(array)로 인한 저가의 생산을 가능하게 한다. 또한 배선기판을 세라믹으로 한 경우 증폭기의 우수한 이득특성과 열노이즈 감소로 인한 우수한 잡음지수특성을 얻을 수 있는 효과가 있다.
Claims (5)
- 커패시터와 인덕터로 구성되는 입력임피던스정합회로부(10) 및 출력입피던스정합회로부(20)와,상기 입력임피던스정합회로부와 출력임피던스회로부를 연결하고, 증폭회로가 A급으로 동작가능하도록 조정된 적어도 하나 이상의 저항을 구비함과 함께, 증폭회로가 발진하지 않도록 조정된 적어도 하나 이상의 저항 및 커패시터를 포함하는 바이어스회로부(30)를 포함함을 특징으로 하는 저잡음을 위한 이동통신단말기용 증폭회로.
- 제 1항에 있어서, 상기 바이어스회로부는 A급 동작을 위한 저항으로 R1, R2를 구비함과 동시에 증폭회로의 발진을 방지하기 위한 저항 R3, R4 및 커패시터 C4를 포함함을 특징으로 하는 저잡음을 위한 이동통신단말기용 증폭회로.
- 제 1항의 저잡음 증폭회로를 복수개의 층구조에 분산하여 설치하고, 상기 분산된 개별 구조는 비어를 통해 상호 연결되어 적층시킨 멀티칩모듈구조.
- 제 3항에 있어서, 상기 멀타칩모듈구조는저항 R1, R2, R3 및 R4를 포함하는 인쇄저항기, 커패시터 C2, C3, C5, C7와 FET를 포함하고, 외부단자로 입력, 출력, 접지, 전원단자를 포함하는 최상위층과,인덕터 L2가 상기 최상위층과 비어홀을 통해 Vcc단자와 FET의 드레인단자와 연결된 구조이 제 1층구조와,인덕터 L1이 상기 최상위층과 FET의 게이트단자와 접지사이의 마이크로스트립 라인으로 연결되어 인덕턴스를 형성하고 있는 구조의 제 2층구조와,인덕터 L3는 상기 최상위 층의 FET의 드레인단자와 커패시터 C5와 비어홀로 연결되어 스피랄(spiral)구조의 인덕턴스를 형성하고, 커패시터 C4는 제 3층과 제 4층구조에 평면에 의한 커패시턴스를 형성하고 있는 구조의 제 3층구조와,커패시터 C4가 제 3층구조와 커패시턴스를 형성하며, 커패시터 C1, C6는 제 5층구조의 평판과 커패시턴스를 형성하는 구조의 제 4층구조와,커패시터 C1, C6는 제 4층구조의 평판과 커패시턴스를 형성하는 구조의 제 5층구조와접지면을 형성하는 제 6층구조를 포함함을 특징으로 하는 멀티칩모듈구조.
- 제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 멀티칩모듈을 구성하는 기판은 세라믹임을 특징으로 하는 멀티칩모듈구조.
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