KR20030092382A - Variable Gain Amplifier Having Improved Gain Slope Characteristic - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 무선 주파수 통신 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무선 주파수 통신 시스템에 사용되는 가변 이득 증폭기에 관한 것이다.The present invention relates to a radio frequency communication system, and more particularly to a variable gain amplifier used in a radio frequency communication system.
가변 이득 증폭기(Variable Gain Amplifier)는 이득을 조절함으로써 원하는 출력 신호 레벨을 유지하기 위하여 사용되는 장치를 말한다. 가변 이득 증폭기는 통상적으로 무선 송수신기에 사용된다.Variable gain amplifiers are devices used to maintain a desired output signal level by adjusting gain. Variable gain amplifiers are commonly used in wireless transceivers.
현재 대부분의 가변 이득 증폭기는 바이폴라(bipolar) 공정으로 제작된다. 바이폴라 공정이 CMOS 공정에 비하여 약 2배 정도의 비용이 소모됨에도 불구하고 바이폴라 공정을 이용하는 것은 CMOS의 잡음 특성과 CMOS로 제작된 가변 이득 증폭기의 입출력 임피던스가 서로 달라서, 무선 통신의 전 시스템에 큰 영향을 미치기 때문이다. 따라서, 가변 이득 증폭기를 CMOS로 공정하는 방법은 그리 발전하지 못하였다.Most variable gain amplifiers are now manufactured in a bipolar process. Although the bipolar process costs about twice as much as the CMOS process, the bipolar process has a large impact on the entire system of wireless communication because the noise characteristics of the CMOS and the input / output impedance of the variable gain amplifier made of the CMOS are different from each other. Because it is crazy. Thus, the process of processing a variable gain amplifier in CMOS has not developed very well.
CMOS로 구현된 가변 이득 증폭기의 종래 기술로서, 미합중국 특허 제5,757,230호에서 제안된 것이 있다. 미합중국 특허 제5,757,230호에서 제안된 바에 따르면, 출력 회로와 관련하여 선형화된 트랜스컨덕터(transcondor)를 이용하였다. 즉, 트랜스컨덕터의 트랜스컨덕턴스(transconductance)는 제1 제어 신호에 의하여 변화되고, 출력 회로의 트랜스레지스턴스(transresistance)는 제2 제어 신호에 의하여 변화된다. 양 제어 신호는 이득 조절 회로부에서 제공된다. 증폭기의 전압 이득은 트랜스콘덕턴스와 트랜스레지스턴스의 곱으로 계산되므로 이러한 증폭기는 지수함수의 이득을 제공한다. 하지만 선형화된 트랜스콘덕터를 이용한 가변 이득 증폭기를 구현하기 위해서는 50개 정도의 트랜지스터가 필요하며 이에 따른 공정의 복잡성 및 높은 비용으로 인하여 실효성이 떨어지는 단점이 있었다.As a prior art of a variable gain amplifier implemented in CMOS, there is one proposed in US Pat. No. 5,757,230. As suggested in US Pat. No. 5,757,230, a linearized transcondor was used in connection with the output circuit. That is, the transconductance of the transconductor is changed by the first control signal, and the transresistance of the output circuit is changed by the second control signal. Both control signals are provided in the gain adjustment circuitry. Since the amplifier's voltage gain is calculated as the product of transconductance and transresistance, these amplifiers provide an exponential gain. However, in order to implement a variable gain amplifier using a linearized transconductor, about 50 transistors are required, which is disadvantageous due to process complexity and high cost.
비교적 적은 수의 트랜지스터를 이용하여 가변 이득 증폭기를 구현한 예로써, 미합중국 특허 제6,201,443호가 있다. 미합중국 특허 제6,201,443호에 개시된 바에 따르면, 가변 이득 증폭기는 제1 및 제2 이득 셀과, 제1 및 제2 이득 셀에 공급되는 전류를 제어하기 위한 전류 제어 회로를 구비한다. 제1 및 제2 이득 셀은 각각의 트랜스컨덕턴스에 비례하여 입력 신호를 증폭한다. 전류 제어 회로는 제1 및 제2 이득 셀에 공급되는 전류를 제어함으로써, 제1 및 제2 이득 셀의 트랜스컨덕턴스를 조절한다. 이 때, 주어진 전류에 대하여, 제1 및 제2 이득 셀 중 어느 한쪽의 트랜스컨덕턴스가 나머지 이득 셀의 트랜스컨덕턴스보다 크게 함으로써 가변 이득 증폭 동작을 달성하게 된다. 그러나, 입력 전압에 대하여 이득 곡선의 기울기가 커서, 가변 이득 동작이 가능한 제어 전압의 범위가 비교적 작다는 단점이 있었다.An example of implementing a variable gain amplifier using a relatively small number of transistors is US Pat. No. 6,201,443. As disclosed in US Pat. No. 6,201,443, a variable gain amplifier has a first and a second gain cell and a current control circuit for controlling the current supplied to the first and second gain cells. The first and second gain cells amplify the input signal in proportion to their transconductances. The current control circuit regulates the transconductance of the first and second gain cells by controlling the current supplied to the first and second gain cells. At this time, for a given current, the variable gain amplification operation is achieved by making the transconductance of one of the first and second gain cells larger than the transconductance of the other gain cells. However, since the slope of the gain curve is large with respect to the input voltage, there is a disadvantage in that the control voltage range capable of variable gain operation is relatively small.
본 발명의 목적은 이득 곡선의 기울기가 비교적 작은 가변 이득 증폭기를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a variable gain amplifier with a relatively small slope of the gain curve.
본 발명의 다른 목적은, 이득의 최소값을 고정함으로써 이득 제어의 범위가 넓은 가변 이득 증폭기를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a variable gain amplifier having a wide range of gain control by fixing a minimum value of gain.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 제1 및 제2 입력단, 제1 및 제2출력단을 구비하며, 제1 및 제2 입력단 양단의 전압에 비례하는 전류가 제1 및 제2 출력단으로 흐르도록 하는 제1 및 제2 소자를 포함하는 증폭부, 및 입력단, 제1 및 제2 출력단, 및 제1 및 제2 제어단을 구비하며, 제1 및 제2 제어단에 인가되는 제어 신호에 비례하는 전류가 제1 및 제2 출력단으로 각각 흐르도록 하는 제1 소자 및 제2 소자를 각각 포함하고, 제1 및 제2 출력단으로 흐르는 전류의 합은 입력단으로 흐르는 전류와 실질적으로 동일한 제1 및 제2 제어부를 포함하며, 증폭부의 제1 및 제2 입력단은 각각 +입력단 및 -입력단을 형성하고, 증폭부의 제1 및 제2 출력단은 제1 및 제2 제어부의 입력단과 각각 접속되며, 제1 및 제2 제어부의 제1 제어단은 서로 접속되어 +제어단을 형성하고, 제1 및 제2 제어부의 제2 제어단은 서로 접속되어 -제어단을 형성하며, 제1 제어부의 제1 출력단 및 제2 제어부의 제2 출력단은 서로 접속되어 -출력단을 형성하고, 제1 제어부의 제2 출력단 및 제2 제어부의 제1 출력단은 서로 접속되어 +출력단을 형성하며, 제1 제어부 및 제2 제어부의 제1 소자는 서로 증폭비가 실질적으로 동일하고, 제1 제어부 및 제2 제어부의 제2 소자는 서로 증폭비가 실질적으로 동일하며, 제1 제어부 및 제2 제어부의 제1 소자의 증폭비와 제1 제어부 및 제2 제어부의 제2 소자의 증폭비는 서로 실질적으로 다른 가변 이득 증폭기가 제공된다. 본 발명에 따른 가변 이득 증폭기에 있어서, 증폭부의 제1 및 제2 소자는 제1 및 제2 NMOS 트랜지스터이고, 제1 및 제2 NMOS 트랜지스터의 드레인은 각각 증폭부의 제1 및 제2 출력단을 형성하고, 게이트는 각각 제1 및 제2 입력단을 형성하며, 소오스는 서로 접속된다. 또한 본 발명에 따른 가변 이득 증폭기에 있어서, 바람직하게는, 증폭부의 제1 및 제2 NMOS 트랜지스터의 소오스에 소오스측 임피던스가 더 접속되고, 양 소오스측 임피던스 타단이 서로 접속된다. 본 발명에 따른 가변 이득 증폭기에 있어서, 제1 제어부 및 제2 제어부의 제1 소자 및 제2 소자는 제1 및 제2 NMOS 트랜지스터이고, 제1 및 제2 NMOS 트랜지스터의 드레인은 각각 제1 및 제2 제어부의 제1 및 제2 출력단을 형성하고, 게이트는 각각 제1 및 제2 제어단을 형성하며, 소오스는 서로 접속되어 입력단을 형성한다. 또한 본 발명에 따른 가변 이득 증폭기에 있어서, 바람직하게는, 가변 이득 증폭기는 제1 및 제2 제어부의 제1 출력단과 전압 소오스 간에 각각 출력측 저항을 포함한다.In order to achieve this object, the present invention includes first and second input terminals, and first and second output terminals, wherein a current proportional to the voltage across the first and second input terminals flows to the first and second output terminals. An amplification unit including first and second elements, and an input terminal, first and second output terminals, and first and second control terminals, and a current proportional to a control signal applied to the first and second control terminals. And a first element and a second element, respectively, to allow the flow to the first and second output stages, respectively, wherein the sum of the currents flowing to the first and second output stages is substantially equal to the current flowing to the input stage. Wherein the first and second input terminals of the amplifier form a + input terminal and a-input terminal, respectively, and the first and second output terminals of the amplifier are connected to the input terminals of the first and second controllers, respectively. The first control stage of the control unit is connected to each other to form a + control stage. And the second control terminals of the first and second controllers are connected to each other to form a -control stage, the first output terminal of the first control unit and the second output terminal of the second control unit are connected to each other to form a -output terminal, and The second output terminal of the first control unit and the first output terminal of the second control unit are connected to each other to form a + output terminal. The first and second elements of the first control unit and the second control unit have substantially the same amplification ratio, and the first control unit and the second control unit Amplification ratios of the second elements of the control unit are substantially equal to each other, and amplification ratios of the first elements of the first control unit and the second control unit and amplification ratios of the second elements of the first control unit and the second control unit are substantially different from each other. An amplifier is provided. In the variable gain amplifier according to the present invention, the first and second NMOS transistors of the amplifier are first and second NMOS transistors, and the drains of the first and second NMOS transistors form first and second output terminals of the amplifier, respectively. The gates form first and second input terminals, respectively, and the sources are connected to each other. In the variable gain amplifier according to the present invention, preferably, the source side impedance is further connected to the sources of the first and second NMOS transistors of the amplifier section, and the other ends of the source side impedances are connected to each other. In the variable gain amplifier according to the present invention, the first and second elements of the first control unit and the second control unit are first and second NMOS transistors, and the drains of the first and second NMOS transistors are respectively the first and the second. The first and second output terminals of the second control unit are formed, the gates respectively form the first and second control terminals, and the sources are connected to each other to form an input terminal. Also in the variable gain amplifier according to the present invention, preferably, the variable gain amplifier includes an output side resistance between the first output terminal and the voltage source of the first and second control units, respectively.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가변 이득 증폭기를 도시한 회로도.1 is a circuit diagram illustrating a variable gain amplifier according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 일실시예에 따른 가변 이득 증폭기의 세부적인 구성을 도시한 회로도.2 is a circuit diagram showing a detailed configuration of a variable gain amplifier according to an embodiment of the present invention shown in FIG.
도 3은 도 2에 도시된 가변 이득 증폭기를 본 발명의 일실시예에 따라서 NMOS 트랜지스터를 이용하여 구현한 가변 이득 증폭기의 세부적인 구성을 도시한 회로도.3 is a circuit diagram illustrating a detailed configuration of a variable gain amplifier in which the variable gain amplifier illustrated in FIG. 2 is implemented using an NMOS transistor according to an embodiment of the present invention.
도 4는 도 2에 도시된 가변 이득 증폭기를 본 발명의 다른 실시예에 따라서 NMOS 트랜지스터 및 임피던스를 이용하여 구현한 가변 이득 증폭기의 세부적인 구성을 도시한 회로도.4 is a circuit diagram illustrating a detailed configuration of a variable gain amplifier in which the variable gain amplifier illustrated in FIG. 2 is implemented using an NMOS transistor and an impedance according to another embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 가변 이득 증폭기의 이득 곡선과 종래의 가변 이득 증폭기의 이득 곡선을 도시한 파형도.5 is a waveform diagram illustrating a gain curve of a variable gain amplifier and a gain curve of a conventional variable gain amplifier according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
1100: 증폭부 1300: 제1 이득 제어부1100: amplifier 1300: first gain controller
1500: 제2 이득 제어부 I1: 바이어스 전류1500: second gain controller I1: bias current
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가변 이득 증폭기를 도시한 회로도이다.1 is a circuit diagram illustrating a variable gain amplifier according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가변 이득 증폭기는 증폭부(1100), 제1 제어부(1300), 및 제2 제어부(1500)를 포함한다.As shown in FIG. 1, the variable gain amplifier according to the present invention includes an amplifier 1100, a first controller 1300, and a second controller 1500.
증폭부(1100)는 제1 및 제2 입력단(101, 103), 및 제1 및 제2 출력단(105, 107)을 구비하여, 제1 및 제2 입력단(101, 103)에 인가되는 전압에 비례하는 전류가 제1 및 제2 출력단(105, 107)으로 흐르도록 한다.The amplifying unit 1100 includes first and second input terminals 101 and 103 and first and second output terminals 105 and 107 to supply voltages applied to the first and second input terminals 101 and 103. A proportional current flows to the first and second output stages 105, 107.
제1 제어부(1300)는 입력단(109), 제1 및 제2 출력단(111, 113), 제1 및 제2 제어단(115, 117)을 구비한다. 제1 제어부(1300)는 제1 및 제2 제어단(115, 117)에 각각 인가되는 제어 신호 Vc+, Vc-에 따라서 제1 및 제2 출력단(111, 113)으로 흐르는 전류의 전류값을 제어한다. 제1 및 제2 출력단(111, 113)으로 흐르는 전류의전류값의 합은 입력단(109)으로 흐르는 전류의 전류값과 실질적으로 동일하다.The first control unit 1300 includes an input terminal 109, first and second output terminals 111 and 113, and first and second control terminals 115 and 117. The first controller 1300 controls the current values of the current flowing to the first and second output terminals 111 and 113 according to the control signals Vc + and Vc- applied to the first and second control terminals 115 and 117, respectively. do. The sum of the current values of the currents flowing to the first and second output terminals 111 and 113 is substantially the same as the current values of the currents flowing to the input terminal 109.
제2 제어부(1500)는 입력단(119), 제1 및 제2 출력단(121, 123), 제1 및 제2 제어단(125, 127)을 구비한다. 제2 제어부(1500)는 제1 및 제2 제어단(125, 127)에 각각 인가되는 제어 신호 Vc+, Vc-에 따라서 제1 및 제2 출력단(121, 123)으로 흐르는 전류의 전류값을 제어한다. 제1 및 제2 출력단(121, 123)으로 흐르는 전류의 전류값의 합은 입력단(119)으로 흐르는 전류의 전류값과 실질적으로 동일하다.The second controller 1500 includes an input terminal 119, first and second output terminals 121 and 123, and first and second control terminals 125 and 127. The second controller 1500 controls the current value of the current flowing to the first and second output terminals 121 and 123 according to the control signals Vc + and Vc- applied to the first and second control terminals 125 and 127, respectively. do. The sum of the current values of currents flowing to the first and second output terminals 121 and 123 is substantially the same as the current values of currents flowing to the input terminal 119.
이들 구성간의 연결관계를 설명한다. 증폭부(1100)의 제1 및 제2 입력단(101, 103)은 각각 가변 이득 증폭기의 +입력단 Vin+ 및 -입력단 Vin-을 형성한다. 증폭부(1100)의 제1 출력단(105)은 제1 제어부(1300)의 입력단(109)과 접속되며, 제2 출력단(107)은 제2 제어부(1500)의 입력단(119)과 접속된다.The connection relationship between these components is demonstrated. The first and second input terminals 101 and 103 of the amplifier 1100 form + input terminal Vin + and − input terminal Vin− of the variable gain amplifier, respectively. The first output terminal 105 of the amplifier 1100 is connected to the input terminal 109 of the first controller 1300, and the second output terminal 107 is connected to the input terminal 119 of the second controller 1500.
제1 제어부(1300)의 제1 출력단(111)은 제2 제어부(1500)의 제2 출력단(123)과 접속되어 -출력단 Vout-을 형성하고, 제2 제어부(1500)의 제1 출력단(121)은 제1 제어부(1300)의 제2 출력단(113)과 접속되어 +출력단 Vout+을 형성한다.The first output terminal 111 of the first control unit 1300 is connected to the second output terminal 123 of the second control unit 1500 to form an output terminal Vout, and the first output terminal 121 of the second control unit 1500. ) Is connected to the second output terminal 113 of the first control unit 1300 to form a + output terminal Vout +.
또한, 제1 제어부(1300) 및 제2 제어부(1500)의 제1 제어단(115, 125)은 서로 접속되어 +제어단 Vc+을 형성하고, 제1 제어부(1300) 및 제2 제어부(1500)의 제2 제어단(117, 127)은 서로 접속되어 -제어단 Vc-을 형성한다.In addition, the first control terminals 115 and 125 of the first control unit 1300 and the second control unit 1500 are connected to each other to form a + control terminal Vc +, and the first control unit 1300 and the second control unit 1500 are connected to each other. Second control stages 117 and 127 are connected to each other to form a -control stage Vc-.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 가변 이득 증폭기의 세부적인 구성을 도시한 회로도이다.2 to 4 are circuit diagrams showing the detailed configuration of a variable gain amplifier according to an embodiment of the present invention.
도 3 및 도 4에서는 본 발명의 일실시예에 따른 가변 이득 증폭기를 NMOS 트랜지스터를 이용하여 구현하였으나, 당업자에게 자명한 바와 같이, 본 발명의 정신은 트랜지스터의 N형 또는 P형에 제한되지 않는다.In FIGS. 3 and 4, the variable gain amplifier according to the embodiment of the present invention is implemented using NMOS transistors. However, as will be apparent to those skilled in the art, the spirit of the present invention is not limited to the N-type or P-type transistors.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 가변 이득 증폭기는 증폭부(1100), 제1 제어부(1300) 및 제2 제어부(1500)를 포함한다. 증폭부(1100), 제1 제어부(1300) 및 제2 제어부(1500)의 입, 출력단 및 제어단의 상호 접속 관계는 도 1에서 이미 설명한 것과 같으므로 생략하기로 한다.As shown in FIG. 2, the variable gain amplifier according to the exemplary embodiment of the present invention includes an amplifier 1100, a first controller 1300, and a second controller 1500. Since the amplification unit 1100, the first control unit 1300, and the second control unit 1500 have the same interconnection relationship as the input, output and control terminals, the description thereof will be omitted.
증폭부(1100)는 제1 및 제2 소자 MA1, MA2를 포함하며, 도 3에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 소자 MA1, MA2는 제1 및 제2 NMOS 트랜지스터 MA1, MA2로 구성될 수 있다. 제1 및 제2 NMOS 트랜지스터 MA1, MA2의 드레인은 각각 증폭부(1100)의 제1 출력단(105) 및 제2 출력단(107)을 형성한다. 제1 및 제2 NMOS 트랜지스터 MA1, MA2의 게이트는 각각 증폭부(1100)의 제1 입력단(101) 및 제2 입력단(103)을 형성한다. 제1 및 제2 NMOS 트랜지스터 MA1, MA2의 소오스는 서로 접속된다. 바람직하게는, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 NMOS 트랜지스터 MA1, MA2의 소오스에 소오스측 임피던스 RA1, RA2가 각각 제공되고, 양 소오스측 임피던스 RA1, RA2의 타단이 서로 접속될 수 있다.The amplifier 1100 includes first and second devices MA1 and MA2, and as shown in FIG. 3, the first and second devices MA1 and MA2 may be configured as first and second NMOS transistors MA1 and MA2. have. Drains of the first and second NMOS transistors MA1 and MA2 form a first output terminal 105 and a second output terminal 107 of the amplifier 1100, respectively. Gates of the first and second NMOS transistors MA1 and MA2 form a first input terminal 101 and a second input terminal 103 of the amplifier 1100, respectively. The sources of the first and second NMOS transistors MA1 and MA2 are connected to each other. Preferably, as shown in Fig. 4, the source side impedances RA1 and RA2 are provided to the sources of the first and second NMOS transistors MA1 and MA2, respectively, and the other ends of both source side impedances RA1 and RA2 can be connected to each other. have.
제1 제어부(1300)는 제1 및 제2 소자 MC11, MC12를 포함하며, 제1 및 제2 소자 MC11, MC12는 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 NMOS 트랜지스터 MC11, MC12로 구성될 수 있다. 제1 및 제2 NMOS 트랜지스터 MC11, MC12의 드레인은 각각 제1 제어부(1300)의 제1 출력단(111) 및 제2 출력단(113)을 형성한다. 제1 및 제2 NMOS 트랜지스터 MC11, MC12의 게이트는 각각 제1 제어부(1300)의 제1 및 제2 제어단(115, 117)을 형성한다. 제1 및 제2 NMOS 트랜지스터 MC11, MC12의 소오스는 서로 접속되어 입력단(109)을 형성한다.The first control unit 1300 includes first and second devices MC11 and MC12, and the first and second devices MC11 and MC12 include first and second NMOS transistors MC11 and MC12, as shown in FIG. 3. Can be. Drains of the first and second NMOS transistors MC11 and MC12 form a first output terminal 111 and a second output terminal 113 of the first controller 1300, respectively. Gates of the first and second NMOS transistors MC11 and MC12 form first and second control terminals 115 and 117 of the first control unit 1300, respectively. The sources of the first and second NMOS transistors MC11 and MC12 are connected to each other to form an input terminal 109.
제2 제어부(1500)는 제1 및 제2 소자 MC21, MC22를 포함하며, 제1 및 제2 소자 MC21, MC22는 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 NMOS 트랜지스터 MC21, MC22로 구성될 수 있다. 제1 및 제2 NMOS 트랜지스터 MC21, MC22의 드레인은 각각 제2 제어부(1500)의 제1 출력단(121) 및 제2 출력단(123)을 형성한다. 제1 및 제2 NMOS 트랜지스터 MC21, MC22의 게이트는 각각 제2 제어부(1500)의 제1 및 제2 제어단(125, 127)을 형성한다. 제1 및 제2 NMOS 트랜지스터 MC21, MC22의 소오스는 서로 접속되어 입력단(119)을 형성한다.The second control unit 1500 includes the first and second elements MC21 and MC22, and the first and second elements MC21 and MC22 include first and second NMOS transistors MC21 and MC22, as shown in FIG. 3. Can be. Drains of the first and second NMOS transistors MC21 and MC22 form a first output terminal 121 and a second output terminal 123 of the second control unit 1500, respectively. Gates of the first and second NMOS transistors MC21 and MC22 form first and second control terminals 125 and 127 of the second control unit 1500, respectively. The sources of the first and second NMOS transistors MC21 and MC22 are connected to each other to form an input terminal 119.
도 3에 도시된 바와 같이, NMOS 트랜지스터 소자를 이용하여 구현한 본 발명의 일실시예에 따른 가변 이득 증폭기는, 증폭부(1100)를 구성하는 제1 및 제2 NMOS 트랜지스터 MA1, MA2의 소오스 접속점과 접지 간에 독립 전류 소스 I1이 제공될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 NMOS 트랜지스터 MA1, MA2의 소오스에 각각 제1 임피던스 RA1 및 제2 임피던스 RA2가 제공되는 경우에는, 제1 임피던스 RA1 및 제2 임피던스 RA2의 타단과 접지 간에 독립 전류 소스 I1가 제공된다.As shown in FIG. 3, the variable gain amplifier according to the exemplary embodiment of the present invention implemented using the NMOS transistor device includes source connection points of the first and second NMOS transistors MA1 and MA2 constituting the amplifier 1100. An independent current source I1 can be provided between ground and ground. As shown in FIG. 4, when the first impedance RA1 and the second impedance RA2 are respectively provided to the sources of the first and second NMOS transistors MA1 and MA2, the other ends of the first impedance RA1 and the second impedance RA2 and ground are respectively. Independent current source I1 is provided.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1 제어부(1300) 및 제2 제어부(1500)의 제1 출력단(111, 121)은 전압 소스 VDD에 접속된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 바람직하기로는 제1 제어부(1300) 및 제2 제어부(1500)의 제1 출력단(111, 121)과 전압 소스 VDD 간에 각각 드레인측 임피던스 R1, R2가 제공될 수 있다.As illustrated in FIG. 3, the first output terminals 111 and 121 of the first controller 1300 and the second controller 1500 are connected to the voltage source VDD. As shown in FIG. 4, preferably, drain side impedances R1 and R2 may be provided between the first output terminals 111 and 121 and the voltage source VDD of the first controller 1300 and the second controller 1500, respectively. .
본 발명에 따르면, 제1 제어부(1300)의 제1 소자 MC11 및 제2 제어부(1500)의 제1 소자 MC21는 서로 증폭비가 실질적으로 동일하며, 제1 제어부(1300)의 제2 소자 MC12 및 제2 제어부(1500)의 제2 소자 MC22는 서로 증폭비가 실질적으로 동일하다. 다만 제1 제어부(1300) 및 제2 제어부(1500)의 제1 소자 MC11, MC21 와 제1 제어부(1300) 및 제2 제어부(1500)의 제2 소자 MC12, MC22는 증폭비가 실질적으로 서로 다르다.According to the present invention, the first element MC11 of the first control unit 1300 and the first element MC21 of the second control unit 1500 have substantially the same amplification ratio with each other, and the second elements MC12 and the first unit of the first control unit 1300 The second elements MC22 of the second controller 1500 have substantially the same amplification ratios. However, the first elements MC11 and MC21 of the first control unit 1300 and the second control unit 1500 and the second elements MC12 and MC22 of the first control unit 1300 and the second control unit 1500 have substantially different amplification ratios.
도 3에 도시된 바와 같이, 소자가 NMOS 트랜지스터인 경우에는 제1 제어부(1300)의 제1 NMOS 트랜지스터 MC11 및 제2 제어부(1500)의 제1 NMOS 트랜지스터 MC21의 게이트 넓이(gate width)는 실질적으로 동일하며, 제1 제어부(1300)의 제2 NMOS 트랜지스터 MC12 및 제2 제어부(1500)의 제2 NMOS 트랜지스터 MC22는 게이트 넓이가 실질적으로 동일하다. 다만 제1 및 제2 제어부(1300, 1500)의 제1 NMOS 트랜지스터 MC11, MC21 및 제2 NMOS 트랜지스터 MC12, MC22의 게이트 넓이는 실질적으로 서로 다르다.As shown in FIG. 3, when the device is an NMOS transistor, the gate widths of the first NMOS transistor MC11 of the first control unit 1300 and the first NMOS transistor MC21 of the second control unit 1500 are substantially equal to each other. The gate widths of the second NMOS transistor MC12 of the first controller 1300 and the second NMOS transistor MC22 of the second controller 1500 are substantially the same. However, the gate widths of the first NMOS transistors MC11, MC21, and the second NMOS transistors MC12, MC22 of the first and second controllers 1300 and 1500 are substantially different from each other.
이하 도 3를 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 가변 이득 증폭기의 동작을 설명한다.Hereinafter, an operation of a variable gain amplifier according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3.
증폭부(1100)는 제1 및 제2 입력단(101, 103) 양단의 전압에 비례하는 전류를 제1 및 제2 출력단(105, 107)으로 흐르도록 한다.The amplifier 1100 allows a current proportional to the voltage across the first and second input terminals 101 and 103 to flow into the first and second output terminals 105 and 107.
제1 제어부(1300)는 제1 및 제2 제어단(115, 117)에 인가되는 제어 신호 Vc+, Vc-에 의하여 제1 및 제2 출력단(111, 113)으로 유입되는 전류의 전류값을 제어한다.The first controller 1300 controls the current value of the current flowing into the first and second output terminals 111 and 113 by the control signals Vc + and Vc- applied to the first and second control terminals 115 and 117. do.
제2 제어부(1500)는 제1 및 제2 제어단(125,127)에 인가되는 제어 신호Vc+, Vc-에 의하여 제1 및 제2 출력단(121, 123)으로 유입되는 전류의 전류값을 제어한다.The second controller 1500 controls the current values of the current flowing into the first and second output terminals 121 and 123 by the control signals Vc + and Vc− applied to the first and second control terminals 125 and 127.
본 발명에 따른 가변 이득 증폭기에 있어서, -제어 전압 Vc-은 일정한 전압이고, +제어 전압 Vc+은 -제어 전압 Vc-에서부터 전압 소오스 VDD까지 변화한다. +제어 전압 Vc+이 전압 소오스 VDD와 실질적으로 동일한 전압인 경우, 증폭부(1100)의 제1 NMOS 트랜지스터 MA1 및 제2 NMOS 트랜지스터 MA2의 드레인에 흐르는 전류는 제1 및 제2 입력단(101, 103)에 인가되는 전압이 공통 모드(common mode) 상태에 있을 때, 바이어스로 정해진 전류의 반이 각각 흐르게 된다. 이때, 제1 및 제2 입력단(101, 103)에 인가되는 전압을 스윙(swing)하면, 증폭부(1100)의 제1 및 제2 NMOS 트랜지스터 MA1, MA2의 드레인 전류는 0에서 바이어스 전류까지 차동적으로 흐르게 되며, 이 전류에 비례하는 이득이 발생한다. 따라서, +제어 전압 Vc+이 전압 소오스 VDD와 실질적으로 동일한 전압인 경우, 본 발명에 따른 가변 이득 증폭기는 최대의 이득값을 갖게 된다.In the variable gain amplifier according to the present invention, -control voltage Vc- is a constant voltage, and + control voltage Vc + varies from -control voltage Vc- to voltage source VDD. When the + control voltage Vc + is substantially the same voltage as the voltage source VDD, the current flowing through the drains of the first NMOS transistor MA1 and the second NMOS transistor MA2 of the amplifier 1100 is controlled by the first and second input terminals 101 and 103. When the voltage applied to is in the common mode, half of the current set by the bias flows. At this time, when the voltages applied to the first and second input terminals 101 and 103 are swinged, the drain currents of the first and second NMOS transistors MA1 and MA2 of the amplifier 1100 are different from zero to the bias current. It flows dynamically and a gain proportional to this current occurs. Therefore, when the + control voltage Vc + is substantially the same voltage as the voltage source VDD, the variable gain amplifier according to the present invention has the maximum gain value.
+제어 전압 Vc+이 -제어 전압 Vc-과 실질적으로 동일한 전압인 경우, 본 발명에 따른 가변 이득 증폭기는 게이트 넓이가 실질적으로 동일한 제1 및 제2 제어부(1300, 1500)의 제1 NMOS 트랜지스터 MC11, MC21와 게이트 넓이가 실질적으로 동일한 제1 및 제2 제어부(1300, 1500)의 제2 NMOS 트랜지스터 MC12, MC22 간의 게이트 넓이의 차이로 인해 흐르는 최소의 전류에 의하여 최소의 이득값을 갖게 된다. 즉, NMOS 트랜지스터의 게이트의 넓이가 모두 동일한 종래 기술의 경우, 입력의 스윙에 관계없이 제1 제어부(1300)의 제1 NMOS 트랜지스터 MC11의 드레인 전류 및제2 제어부(1500)의 제2 NMOS 트랜지스터 MC22의 드레인 전류의 합과, 제1 제어부(1300)의 제2 NMOS 트랜지스터 MC12의 드레인 전류 및 제2 제어부(1500)의 제1 NMOS 트랜지스터 MC21의 드레인 전류의 합은 변함 없이 항상 같은 값을 가지므로 이득값이 이론상 음의 무한대가 되는 반면, 본 발명에 따른 가변 이득 증폭기는 이득의 최소값이 특정한 값으로 고정되게 된다. 따라서 이득 곡선의 기울기가 종래의 기술에 비하여 비교적 작게 되어, 이득 제어의 범위가 넓어진다.When the + control voltage Vc + is substantially the same voltage as the -control voltage Vc-, the variable gain amplifier according to the present invention includes the first NMOS transistors MC11 of the first and second controllers 1300 and 1500 having substantially the same gate widths, Due to the difference in the gate width between the second NMOS transistors MC12 and MC22 of the first and second controllers 1300 and 1500 that are substantially the same gate width as MC21, the minimum current flows to have the minimum gain value. That is, in the prior art in which the gate widths of the NMOS transistors are all the same, the drain current of the first NMOS transistor MC11 of the first control unit 1300 and the second NMOS transistor MC22 of the second control unit 1500 are independent of the swing of the input. The sum of the drain current and the sum of the drain current of the second NMOS transistor MC12 of the first control unit 1300 and the drain current of the first NMOS transistor MC21 of the second control unit 1500 always have the same value without change. While this theoretically becomes negative infinity, in the variable gain amplifier according to the present invention, the minimum value of the gain is fixed to a specific value. Therefore, the slope of the gain curve is relatively small compared with the prior art, and the range of gain control is widened.
도 5은 본 발명의 실시예에 따른 가변 이득 증폭기의 이득 곡선(Proposed Gv Curve)과 종래의 가변 이득 증폭기의 이득 곡선(Conventional Gv Curve)을 도시한 파형도이다.5 is a waveform diagram illustrating a gain Gv curve of a variable gain amplifier and a conventional Gv curve of a conventional variable gain amplifier according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 5에서 보는 바와 같이, 종래의 가변 이득 증폭기는 이득의 최소값이 실질적으로 음의 무한대로 떨어지는 반면, 본 발명에 따른 가변 이득 증폭기의 이득의 최소값은 특정값으로 고정된다. 따라서 종래의 가변 이득 증폭기의 이득 곡선의 기울기보다 완만한 기울기를 가진 이득 곡선을 갖는다.As shown in Fig. 5, in the conventional variable gain amplifier, the minimum value of the gain falls substantially to negative infinity, while the minimum value of the gain of the variable gain amplifier according to the present invention is fixed to a specific value. Therefore, it has a gain curve with a gentle slope than the slope of the gain curve of the conventional variable gain amplifier.
본 발명에 따르면, 가변 이득 증폭기는 실질적으로 서로 동일한 제1 제어부의 제1 NMOS 트랜지스터 및 제2 제어부의 제1 NMOS 트랜지스터의 게이트 넓이와 실질적으로 서로 동일한 제1 제어부의 제2 NMOS 트랜지스터 및 제2 제어부의 제2 NMOS 트랜지스터의 게이트 넓이를 실질적으로 서로 다르게 함으로써 이득 곡선의 기울기를 줄일 수 있다.According to the present invention, the variable gain amplifier may include a second NMOS transistor and a second control unit of the first control unit that are substantially the same as the gate widths of the first NMOS transistor of the first control unit and the first NMOS transistor of the second control unit. The slope of the gain curve can be reduced by substantially varying the gate widths of the second NMOS transistors.
또한, 이득의 최소값을 고정함으로써 가변 이득 증폭기의 이득 제어의 범위를 넓힐 수 있다.In addition, it is possible to widen the range of gain control of the variable gain amplifier by fixing the minimum value of the gain.
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