KR20050041556A - 저잡음 증폭기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저잡음 증폭기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 입력 및 출력 임피던스 매칭을 조절가능하도록 하여, 사용자가 원하는 주파수에서 원하는 매칭특성을 갖는 저잡음 증폭기에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명은 가변 캐패시터를 소정의 전압을 이용하여 조절하여 입출력단의 임피던스 매칭을 조절할 수 있도록 하여 저전압 증폭기의 매칭특성을 향상시킬 수 있다.

Description

저잡음 증폭기{Low noise amplifier}

본 발명은 저잡음 증폭기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가변 캐패시터의 값을 변화시켜서 입출력단의 임피던스 매칭을 조절함으로써, 사용자가 원하는 주파수에서 원하는 매칭 특성을 갖도록 하여 저잡음, 고증폭 특성을 갖는 저잡음 증폭기에 관한 것이다.

일반적으로 저잡음 증폭기(LNA; Low Noise Amplifier)는 블루투쓰(bluetooth), 무선랜(WLAN; Wireless LAN), 및 피시에스(PCS;Personal Communication Service)등의 통신 시스템의 RF 트랜시버의 가장 앞단에 사용되는 장치로, 저잡음비와 고증폭도와 같은 특성이 요구된다.

이러한 저잡음비와 고증폭도를 위해 입출력단의 임피던스 매칭이 매우 중요하다. 임피던스 매칭은 어떤 하나의 출력단과 입력단을 연결할 때 서로 다른 두 연결단의 임피던스차에 의한 반사를 줄이기 위한 것으로, 예를 들어 입력단의 임피던스가 50Ω이었다면 출력단의 임피던스도 50Ω일때 저잡음비와 고증폭도 특성을 갖게 된다.

그런데, 종래의 저잡음 증폭기는 이러한 저잡음비와 고증폭도 특성을 만족시키기 위하여 입력되는 신호의 크기에 따라 고이득 모드와 저이득 모드로 구분하여 바이어스를 조절하는 방식을 취하고 있다. 따라서, 공정에 따른 파라미터의 변화, 기생(parasitic) 캐패시터, 및 레지스터 등의 영향으로 종래의 저잡음 증폭기는 정확한 임피던스 매칭이 어려운 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 소정의 전압을 이용하여 가변 캐패시터의 용량을 조절함으로써, 입력 및 출력 임피던스 매칭을 조절할 수 있도록 하여 사용자가 원하는 매칭(matching) 특성을 갖도록 하여 저전압 증폭기의 매칭 특성을 향상시키는데 있다.

또한, 인덕터와 가변 캐패시터를 병렬로 연결하여 인덕터의 사이즈를 줄여 칩의 면적을 줄이고, 캐패시터내의 저항성을 줄여 신호 손실을 줄이는데 있다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명은 입력을 증폭하여 출력하는 증폭부와, 상기 증폭부의 입출력단에 구비되어, 상기 입출력단의 임피던스를 매칭하는 입력 임피던스 매칭부 및 출력 임피던스 매칭부로 구성하되,

상기 입력 임피던스 매칭부 및 출력 임피던스 매칭부는 적어도 하나 이상의 가변 캐패시터를 병렬로 구비하고, 상기 가변 캐패시터의 양단에 인가되는 전압을 이용하여 상기 가변 캐패시터의 값을 조절하여 입출력단의 임피던스를 조절하여 매칭함을 특징으로 한다.

상술한 목적 및 기타의 목적과 본 발명의 특징 및 이점은 첨부도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통해 보다 분명해 질 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 저잡음 증폭기의 블럭도이다.

저잡음 증폭기는 미약한 신호를 증폭하여 출력하기 위한 증폭부(20)와 증폭부(20)의 입출력단에 입력 임피던스 매칭부(10)와 출력 임피던스 매칭부(30)를 각각 구비하여 저잡음, 고증폭을 가능하도록 한다.

입력 임피던스 매칭부(10)와 출력 임피던스 매칭부(30)는 가변 캐패시터의 값을 조절하여 입력단(IN)으로 들어오는 신호의 임피던스와 출력단 (OUT)의 임피던스를 매칭시킨다.

임피던스 Z를 구하는 식은 아래와 같다.

Z : 임피던스

R : 저항

j : 허수(위상 90도를 뜻함)

W : 각주파수(오메가) = 2*파이(3.14159)*f(주파수)

C : 커패시터 용량

L : 인덕터 용량

인덕터는 메탈라인으로 구성되어 있어 인덕턴스를 조절하는 것이 거의 불가능하므로, 캐패시터의 값을 변화시켜 임피던스 Z의 값을 조절할 수있다. 이렇게 입력 임피던스 매칭부(10)의 가변 캐패시터와 출력 임피던스 매칭부(30)의 가변 캐패시터를 조절하여 입력단 IN과 출력단 OUT의 임피던스를 조절한다.

이하, 각 구성요소의 세부적인 회로를 도 2를 통해 설명하기로 한다.

입력 임피던스 매칭부(10)는 인덕터(L1), 캐패시터(C1, C2), 및 가변 캐패시터(CVAR1, CVAR2) 등으로 구성된다. 인덕터(L1)와 캐패시터(C1, C2)는 병렬로 연결되어 인덕터(L1)의 크기를 줄일 수 있다. 또한, 가변캐패시터(CVAR1, CVAR2)는 캐패시터(C1, C2) 사이에 각각 병렬로 연결되고, 가변캐패시터(CVAR1, CVAR2)는 양단에 각각 인가되는 전압(V1, V2)에 의해 값이 결정된다. 이때, 캐패시터(C1, C2)는 가변 캐패시터(CVAR1, CVAR2)의 값이 내부회로의 영향으로 인해 변화되는 것을 방지하고 외부 바이어스에 의해서만 변화하도록 하기 위한 것으로, 고용량 캐패시터를 사용하는 것이 바람직하다.

증폭부(20)는 전원전압과 접지전압 사이에 인덕터(L2, L3) 및 엔모스 트랜지스터(NM1, NM2)를 직렬로 연결하여 구비한다. 인덕터(L2)는 일단에 전원전압이 인가되고, 타단은 엔모스 트랜지스터(NM1)의 드레인에 연결된다. 인덕터(L3)는 일단에 접지전압이 인가되고, 타단은 엔모스 트랜지스터(NM2)의 소스에 연결된다. 엔모스 트랜지스터(NM2)의 드레인은 엔모스 트랜지스터(NM1)의 소스에 연결되고, 게이트는 입력 임피던스 매칭부(10)의 출력단과 연결된다.

출력 임피던스 매칭부(30)는 캐패시터(C3 내지 C5) 및 가변 캐패시터(CVAR11, CVAR12)로 구성된다. 캐패시터(C5)와 캐패시터(C3, C4)가 병렬로 연결되고, 가변 캐패시터(CVAR11, CVAR12)는 캐패시터(C3, C4) 사이에 병렬로 구비된다. 이때, 가변 캐패시터(CVAR11, CVAR12)는 양단에 각각 인가되는 전압(V3, V4)에 의해 값이 결정된다. 그리고, 캐패시터(C3, C4)는 가변 캐패시터(CVAR11, CVAR12)의 값이 내부회로의 영향으로 인해 변화되는 것을 방지하고 외부 바이어스에 의해서만 가변되도록 하며, 고용량 캐패시터를 사용하는 것이 바람직하다.

상술한 가변 캐패시터(CVAR1, CVAR2, CVAR11, CVAR12)는 병렬적으로 더 추가하여 구현함으로써 원하는 캐패시턴스를 얻을 수 있고, 가변 캐패시터들(CVAR1, CVAR2, CVAR11, CVAR12)을 병렬로 연결함으로써, 캐패시터내의 저항성을 약화시켜 신호 손실(loss)을 줄일 수 있다.

이와같은 구성의 저잡음 증폭기는 캐스커드(cascode) 타입으로, 입출력 임피던스 매칭간에 서로 영향을 주지 않도록 하는 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명은 바이어스를 일정하게 유지하고, 가변캐패시터를 이용하여 매칭 포인트를 바꾸어 최소 잡음지수가 되는 점과 최대이득이 되는 점을 하나의 주파수에 맞춤으로써 저잡음 증폭기의 매칭특성을 향상시킨다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 가변캐패시터를 소정의 전압을 이용하여 조절함으로써, 입력 및 출력 임피던스 매칭을 조절할 수 있도록 하여 사용자가 원하는 매칭 특성을 갖도록 하여 저잡음, 고증폭 특성을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 인덕터와 가변 캐패시터를 병렬로 연결하여, 인덕터의 사이즈를 줄여 칩의 면적을 줄이고, 가변 캐패시터내의 저항성을 약화시켜 신호손실을 줄일 수 있는 효과가 있다.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 저잡음 증폭기의 블럭도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 저잡음 증폭기의 세부 회로도.

Claims (3)

1. 입력을 증폭하여 출력하는 증폭부; 및

   상기 증폭부의 입출력단에 구비되어, 상기 입출력단의 임피던스를 매칭하는 입력 임피던스 매칭부 및 출력 임피던스 매칭부;로 구성하되,

   상기 입력 임피던스 매칭부 및 출력 임피던스 매칭부는 적어도 하나 이상의 가변 캐패시터를 병렬로 구비하고, 상기 가변 캐패시터의 양단에 인가되는 전압을 이용하여 상기 가변 캐패시터의 값을 조절하여 입출력단의 임피던스를 조절하여 매칭함을 특징으로 하는 저전압 증폭기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 입력 임피던스 매칭부는,

   인덕터;

   상기 인덕터와 병렬로 연결되고, 그 양단에 일정전압이 인가되어 용량이 조절되는 적어도 하나 이상의 가변 캐패시터; 및

   상기 가변 캐패시터의 양단에 구비되어 내부회로에 의한 가변캐패시터 값 변화를 방지하는 복수개의 캐패시터;

   를 구비하는 것을 특징으로 하는 저전압증폭기.
3. 제 1항에 있어서, 상기 출력 임피던스 매칭부는,

   상기 증폭부에 의해 증폭된 전압을 충전하는 제 1 캐패시터;

   상기 제 1 캐패시터와 병렬로 연결되고, 양단에 인가되는 소정의 전압에 의해 용량이 결정되는 적어도 하나 이상의 가변 캐패시터; 및

   상기 가변 캐패시터의 양단에 각각 연결되어 내부회로에 의한 가변캐패시터 값 변화를 방지하는 복수개의 캐패시터;

   를 구비하는 것을 특징으로 하는 저전압증폭기.