KR20030020241A - 무선 주파수 증폭기 및 텔레비전 동조기 - Google Patents

Abstract

무선 주파수 증폭기는 테일 전류 소스(8, 9)를 구비하는 트랜지스터(1, 2)의 롱 테일 페어를 포함한다. 트랜지스터(1, 2)의 베이스는 콜렉터 로드 저항기(24, 25)를 구비하는 트랜지스터(20, 21)를 포함하는 에미터 추적기들에 의해 구동된다. 피드백 커패시터(26, 27)은 안정성을 보장하고, 피드백 저항기(28, 29)는 잡음 성능을 떨어뜨리지 않으면서 증폭기를 바이어싱한다. 증폭기는 양호한 제2 고조파 왜곡 성능을 계속 유지하면서 비평형 구동될 수 있다.

Description

무선 주파수 증폭기 및 텔레비전 동조기{RADIO FREQUENCY AMPLIFIER AND TELEVISION TUNER}

본 발명은 무선 주파수 증폭기 및 그러한 증폭기를 포함하는 텔레비전 동조기에 관한 것이다.

예를 들어, 케이블 및 지상 텔레비전 동조기에서 요구되는, 고 상호변조 왜곡 성능(IIP3 및 IIP2와 같은) 및 저 잡음 지수를 갖는 프론트 엔드를 제공한다. 첨부 도면 중 도 1은 집적 회로 내에 형성되고, 그 콜렉터가 믹서 또는 전류 조종 단계를 형성하는 길버트 셀(3)에 접속되어 자동 이득 제어(AGC)를 제공하는 제1 및 제2 트렌지스터(1 및 2)의 롱 테일 페어를 포함하는 무선 주파수 증폭기의 공지된 예를 기술한다. 제1 및 제2 트랜지스터(1 및 2)의 베이스는 제1 및 제2 차동 또는 평형 입력 IN+ 및 IN-에 접속되고, 저항기(4, 5)를 통해 바이어스 전압(Vbias 2)에 접속된다. 트랜지스터(1, 2)의 에미터는 각각 에미터 저항기(6, 7)를 통해 테일 전류 소스에 접속되는데, 이는 그 베이스가 바이어스 전압 Vbias 1에 접속되고, 그 에미터가 저항기(9)를 통해 접지되는 트랜지스터(8)를 포함한다. 길버트 셀(3)은 공급선 VCC에 접속된 로드 저항기(10, 11)를 구비한다.

예를 들어, 텔레비전 동조기의 제1 단계로서 사용될 때, 입력 신호는 결합 커패시터를 통해 제1 입력 IN+에 공급되고, 제2 입력 IN-은 커패시터(12)를 통해 접지된다. 롱 테일 페어는 입력 전압을 트랜지스터(1, 2)의 콜렉터로부터 출현하는 차동 전류로 변환하는데, 이 전류는 길버트 셀(3)을 구동한다.

에미터 저항기(6, 7)는 동일한 저항을 갖는다. 증폭기의 신호 처리를 극대화하기 위해, 에미터 저항기(6, 7) 각각의 저항과, 저항기 각각을 통해 흐르는 직류(direct current)의 프로덕트는 극대화되어야 한다. 이는 또한 트랜지스터(1, 2)의 콜렉터로부터 출현하는 신호 전류에서의 제3 고조파 왜곡을 줄인다. 그러나, 증폭기는 제1 입력 IN+에 공급되는 신호 전압 및 신호 주파수에서 접지되는 제2 입력 IN-에 의해 비평형 모드에서 구동되기 때문에, 증폭기는 일부 잉여 제2 고조파 왜곡을 나타내는데, 이는 제1 입력 IN+에 접속된 소스의 임피던스 함수 및 트랜지스터 파라미터의 복소 함수이다.

이러한 문제를 피하기 위해, 증폭기 입력은 첨부 도면 중 도 2에 도시된 바와 같이 차동적으로 구동될 수 있다. 외부 변압기(15)는 한 쪽 단부가 입력 신호를 수신하도록 접속되고 다른 쪽 단부는 접지된 1차 권선과, 트랜지스터(1, 2)의 베이스 사이에 접속된 2차 권선을 갖는다. 이것이 증폭기의 제2 고조파 왜곡 성능을 개선하기는 하지만, 트랜지스터(115)는 비교적 크고 비싼 품목이고 집적 회로의 외부에 제공되어야 한다.

GB 1 372 240은 텔레비전 수신기에서 선 발진기 주파수를 제어하는 배치를 개시한다. 회로 부분은 롱 테일 페이로서 접속된 트랜지스터의 달링턴 부분들을 포함한다.

GB 1 075 436은 롱 테일 페어로서 접속된 달링텅 트랜지스터에 기초하고, 오디오 주파수를 위한 유니티 이득 버퍼 증폭기를 개시한다.

WO 95/01049는 그 베이스가 다른 롱 테일 페어의 에미터에 의해 구동되는 트랜지스터의 롱 테일 페어를 포함하는 텔레비전 IF 증폭 배치를 개시한다. 롱 테일 페어 모두는 에미터 축퇴 저항기 및 공통 전류 소스를 갖는다.

US 4 498 053은 오디오 잡음 감소 시스템에서 사용하기 위한 전류 증폭기를 개시한다. 회로는 2개 더한 트랜지스터의 에미터에 의해 구동된 트랜지스터의 롱 테일 페어를 포함한다.

본 발명의 제1 양태에 따르면, 제1 및 제2 에미터 트랜지스터의 롱 테일 페어와, 그 베이스가 증폭기의 제1 입력에 접속되고 그 에미터가 제1 트랜지스터의 베이스에 접속되는 제3 트랜지스터와, 그 베이스가 증폭기의 제2 입력에 접속되고, 그 에미터가 제2 트랜지스터의 베이스에 접속되는 제4 트랜지스터를 포함하며, 제3 및 제4 트랜지스터는 각각 제1 및 제2 콜렉터 저항기를 갖는 무선 주파수 증폭기가 제공된다.

제1 및 제2 트랜지스터는 제1 및 제2 에미터 저항기를 각각 포함할 수 있다.

롱 테일 페어는 제1 및 제2 트랜지스터의 에미터에 대한 공통 전류 소스를 포함할 수 있다.

제3 및 제4 트랜지스터는 제3 및 제4 에미터 저항기를 각각 포함할 수 있다.

증폭기는 제3 및 제4 트랜지스터의 베이스와 콜렉터 사이에 각각 접속된 제1 및 제2 커패시터를 포함할 수 있다.

증폭기는 제3 및 제4 트랜지스터의 베이스와 콜렉터 사이에 각각 접속된 제1 및 제2 피드백 저항기를 포함할 수 있다.

증폭기의 제2 입력은 제3 커패시터를 통해 접지될 수 있다.

제1 및 제2 트랜지스터의 콜렉터는 길버트 셀에 접속될 수 있다.

본 발명의 제2 양태에 따르면, 본 발명의 제1 양태에 따른 증폭기를 포함하는 텔레비전 동조기가 제공된다.

따라서, 저 잡음 지수를 유지하면서, 양호한 신호 처리 능력 및 상호변조 왜곡 성능을 갖는 증폭기를 제공할 수 있다. 그러한 증폭기는 예를 들어, 믹서 또는 자동 이득 제어 단계를 피딩하는 텔레비전 동조기의 프론트 엔드로서 또는 이것에서 사용될 수 있다.

본 발명은 첨부 도면을 참고하여, 실시예를 통해 보다 더 상세히 기술될 것이다.

도 1은 공지된 무선 주파수 증폭기의 회로도이다.

도 2는 공지된 다른 무선 주파수 증폭기의 회로도이다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예를 구성하는 무선 주파수 증폭기의 회로도이다.

도 4, 5 및 6은 본 발명의 실시예들의 동작 양태들을 기술하는 회로도이다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예를 구성하는 무선 주파수 증폭기의 회로도이다.

도면 전체에 걸쳐 동일한 참조 번호는 동일한 부분을 나타낸다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1, 2, 8, 20, 21, 30, 33 : 트랜지스터

3 : 길버트 셀

4, 5, 9, 24, 25, 31 : 저항기

6, 7, 22, 23, 34 : 에미터 저항기

10, 11 : 로드 저항기

15 : 변압기

12, 26, 27, 32 : 커패시터

28, 29 : 피드백 저항기

도 3에 도시된 무선 주파수 증폭기는 도 1 및 2에 도시된 것과 동일한 형태의 길버트 셀(3)을 구동하는 트랜지스터(1, 2)의 롱 테일 페어를 포함한다. 그러나, 증폭기는 트랜지스터(1, 2)의 베이스가 트랜지스터(20, 21)를 포함하는 에미터 추적기에 의해 구동된다는 점에서 도 1에 도시된 증폭기와 다르다.

트랜지스터(20, 21)의 에미터는 트랜지스터(1, 2)의 베이스에 각각 접속되고, 에미터 저항기(22, 23)를 통해 각각 접지된다. 트랜지스터(21, 22)의 베이스는 제1 및 제2 입력 IN+ 및 IN-에 각각 접속되고, 저항기(4, 5)를 통해 각각 바이어스 전압 Vbias 2에 접속된다. 트랜지스터(20, 21)의 콜렉터는 콜렉터 저항기(24, 25)를 통해 공급선 VCC에 각각 접속된다. 트랜지스터(20, 21) 각각은그것의 베이스 및 콜렉터 사이에 접속된 커패시터(26, 27)를 갖는다.

저항기(24, 25)와, 커패시터(26, 27)는 증폭기의 안정성을 보장하는 보상 네트워크를 형성한다. 이러한 구성요소들이 존재하지 않는다면, 트랜지스터(20, 21)의 베이스에서 나타나는 네트 입력 임피던스의 실제 부분은 고주파수에서 네거티브일 것이다. 저항기(24, 25)와 커패시터(26, 27)를 포함하는 경우, 입력 임피던스의 실제 부분이 항상 포지티브임을 보장하기 위해, 네거티브 저항이 발생하는 지점 보다 더 낮은 주파수에서 효과를 갖는 시상수를 추가한다.

에미터 추적기의 존재는, 증폭기가 비평형 소스(도 1에 도시된 바와 같이, 커패시터(12)에 의해 신호 주파수에서 접지된 제2 입력 IN-와 함께)에 의해 구동될 때, 증폭기의 제2 고조파 왜곡 성능을 개선한다. 에미터 추적기는 증폭기의 나머지 부분과 함께 쉽게 집적될 수 있어, 평형 입력 신호에 의해 달성될 수 있는 것과 사실상 동일한 성능을 제공하면서, 외부 변압기의 공감 및 비용 문제를 피할 수 있다.

또한, 에미터 추적기의 존재는 트랜지스터의 베이스 전류 산탄 잡음(base current shot noise)을 줄인다. 이를 설명하는 것으로, 도 4는 값 R1을 갖는 콜렉터 로드 저항기, 값 Re를 갖는 에미터 저항기, 및 트랜지스터(30)의 베이스를 바이어스 전압 Vbias에 접속하는 저항기(31)를 구비하는 트랜지스터(30)를 포함하는 공통 에미터 증폭기의 회로도이다. 베이스는 커패시터(32)를 통해 전압 Vs와 소스 임피던스 Rs를 제공하는 전압 소스를 포함하는 신호 소스에 결합된다.

산탄 잡음 V_{shot noise}는 다음 수학식에 의해 주어진다.

여기서, K는 볼츠만 상수, T는 켈빈 온도에서의 온도, β는 트랜지스터(30)의 전류 이득, re는 트랜지스터(30)의 다이오드 임피던스로서 KT/q와 같으며, 여기서 q는 전자의 전하이고, rbb는 트랜지스터(30)의 베이스 확산 저항이다.

re가 감소됨에 따라 Rs, rbb 및 Re의 고정된 값에 대해, 산탄 잡음 텀(shot noise term)은 크기에 있어 증가한다. 왜곡은 Re/re 비를 최소화함으로써 최소화되므로, re의 값을 줄이는 것이 바람직하다. 이러한 텀을 줄이기 위해, 큰 β 또는 큰 re 또는 이 둘의 조합이 필수적이다. 이는 도 5에 도시된 바와 같은 에미터 추적기를 도입함으로써 달성될 수 있다.

에미터 추적기는 에미터 저항기(34)를 구비한 트랜지스터(33)를 포함한다. 트랜지스터(33)의 에미터는 트랜지스터(30)의 베이스를 직접 구동하여, 이로써 트랜지스터(33)의 베이스는 커패시터(32)를 통해 신호 소스에 접속되고, 저항기(31)를 통해 바이어스 전압을 수신하는 입력이 된다. 따라서, 에미터 추적기는 트랜지스터(30)의 베이스 전류를 버퍼링한다. 또한, 트랜지스터(33)는 트랜지스터(30)보다 훨씬 더 적은 전류에서 동작할 수 있다. 베이스 전류 산탄 잡음 텀이 상당히 감소된다는 효과는 증폭기의 잡음 지수가 사실상 감소된다는 것을 의미한다.

저항기(31)의 값은 잡음 지수를 낮춘다. 이러한 저항기의 값은 증폭기를 바이어싱함과 함께 증폭기의 입력 임피던스를 설정한다. 저항기(31)의 값은 잡음 지수를 극대화하기 위해 가능한한 높게 할 필요가 있지만, 입력 임피던스가 상대적으로 낮은 값 통상적으로 75Ω으로 설정될 필요가 있다면, 문제가 있다. 그러나, 이러한 문제는 입력 임피던스를 설정하고, 바이어스를 제공하고 저항기(31)의 값을 극대화하는 현존하는 구성요소들을 사용하는 도 6에 설명된 기술을 사용함으로써 막을 수 있다. 저항기(31)는 트랜지스터(33)의 베이스 및 콜렉터 사이에 접속되고, 이는 콜렉터 저항기(34)를 구비한다. 따라서, 저항기(31)는 트랜지스터(33)의 베이스를 바이어싱함과 동시에 네거티브 피드백을 제공한다. 이는 증폭기 잡음 지수를 줄일 수 있다.

도 7은 도 3 내지 6을 참조하여 설명된 모든 기술들을 구현하는 다른 무선 주파수 증폭기를 설명한다. 도 3의 증폭기와 비교할 때, 저항기(4, 5)와 바이어스 전압 Vbias 2는 생략되고, 비드백 저항기(28, 29)는 트랜지스터(20, 21)의 베이스와 콜렉터 사이에 각각 접속된다. 이러한 배치는 잡음 지수와 증폭기의 비평형 구동으로부터 발생하는 제2 고조파 왜곡을 줄이면서, 증폭기를 제3 고조파 왜곡을 보호한다. 따라서, 제1 단계 또는 텔레비전 동조기의 프론트 엔드로서 사용하기 위한, 예를 들어, 지상 신호 또는 케이블 배선 네트워크로부터의 신호를 수신하기 위한 여러 다른 어플리케이션들 사이에 적절한 증폭기를 제공할 수 있다.

저 잡음 지수를 유지하면서, 양호한 신호 처리 능력 및 상호변조 왜곡 성능을 갖는 증폭기를 제공할 수 있다.

Claims (9)

1. 무선 주파수 증폭기에 있어서,

   제1 및 제2 트랜지스터(1, 2)의 롱 테일 페어와,

   그 베이스가 상기 증폭기의 제1 입력(IN+)에 접속되고, 그 에미터가 상기 제1 트랜지스터(1)의 베이스에 접속되는 제3 트랜지스터(20)와,

   그 베이스가 증폭기의 제2 입력(IN-)에 접속되고, 그 에미터가 상기 제2 트랜지스터(2)의 베이스에 접속되는 제4 트랜지스터(21)

   를 포함하며,

   상기 제3 및 제4 트랜지스터(20, 21)는 각각 제1 및 제2 콜렉터 저항기(24, 25)를 갖는 무선 주파수 증폭기.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 트랜지스터(1, 2)는 각각 제1 및 제2 에미터 저항기(6, 7)를 갖는 무선 주파수 증폭기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 롱 테일 페어는 상기 제1 및 제2 트랜지스터(1, 2)의 에미터에 대한 공통 전류 소스(8, 9)를 포함하는 무선 주파수 증폭기.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제3 및 제4 트랜지스터(20, 21)는 각각 제3 및 제4 에미터 저항기(22, 23)를 갖는 무선 주파수 증폭기.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제3 및 제4 트랜지스터(20, 21)의 베이스와 콜렉터 사이에 각각 접속된 제1 및 제2 커패시터(26, 27)를 포함하는 무선 주파수 증폭기.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제3 및 제4 트랜지스터(20, 21)의 베이스와 콜렉터 사이에 각각 접속된 제1 및 제2 피드백 저항기(28, 29)를 포함하는 무선 주파수 증폭기.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 증폭기의 상기 제2 입력(IN-)은 제3 커패시터(12)를 통해 접지되는 무선 주파수 증폭기.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 트랜지스터(1, 2)의 콜렉터는 길버트 셀(3)에 접속되는 무선 주파수 증폭기.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 증폭기를 포함하는 텔레비전 동조기.