KR20050096842A - 수신 회로 및 무선 통신 단말 장치 - Google Patents

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Abstract

저잡음 증폭기(70)로서, 바이어스 전류의 제어에 의해 선택적으로 동작 가능한 저게인의 저잡음 증폭기(71) 및 고게인의 저잡음 증폭기(72)를 구비하고, 저잡음 증폭기(72)의 출력과 직교 복조기(80)를 직렬 용량(73)으로 결합함과 함께, 저잡음 증폭기(71)의 출력과 직교 복조기(80)를 직결한다. 제어부(66)는, 수신 신호의 레벨이 높을 때에 저잡음 증폭기(71)를 동작시키고, 수신 신호의 레벨이 낮을 때에 저잡음 증폭기(72)를 동작시키도록 수신 회로를 제어한다. 저잡음 증폭기(72)의 동작 시, 그 DC 바이어스 전류를 직교 복조기(80)의 DC 바이어스 전류와는 독립적으로 흘리고, 저잡음 증폭기(71)의 동작 시, 그 DC 바이어스 전류를 직교 복조기와 공용한다.

Description

수신 회로 및 무선 통신 단말 장치{RECEIVER CIRCUIT AND RADIO COMMUNICATION TERMINAL APPARATUS}
본 발명은, 무선 통신 단말 장치 및 그 수신 회로, 특히 디지털 무선 통신 단말기용 수신계 RF 칩에 관한 것이다.
도 1에, 종래의 다이렉트 변환 수신기(DCR:Direct Conversion Receiver)를 포함하는 무선 통신 단말기의 본 발명 관련 부분의 구성을 도시한다. 이 구성에 있어서, 특히, 제3 세대 휴대 전화(3G)로 대표되는 부호 분할 다원 접속 방식(CDMA:Code Division Multiple Access)을 이용한 통신 시스템에서는, 각각 서로 다른 주파수를 갖는 수신(RX) 신호와 송신(TX) 신호가 동시에 입출력되기 때문에, 자국의 TX 신호가 RX 측에 누설되어, 수신 특성을 열화시킨다. 이 문제를 해결하기위해서, 듀플렉서(DUP)(12)에 있어서의 송신 회로(13)로부터 수신 회로(RX Chip)(14)로의 아이솔레이션 특성의 개선이 필요해지는 데다가, 저잡음 증폭기(LNA:Low Noise Amplifier)와 직교 복조기(Quad_Mixer) 사이에 대역 통과 필터(BPF:Band Pass Filter)(15)를 삽입하여 TX 대역의 신호 레벨을 억압할 필요가 있다.
한편, 희망 수신 신호 레벨이 높을 때에는, 상기 TX 누설에 의한 방해는 무시할 수 있지만, 반대로 희망 신호에 의한 회로적인 포화가 문제로 되기 때문에, 희망 수신 신호 레벨이 높을 때에만 LNA의 게인을 낮추거나, 혹은 LNA를 통과시킴으로써, 직교 복조기 이후의 회로에 입력되는 신호 레벨을 낮출 필요가 있다.
상기한 바와 같은 DCR 시스템에서는, TX 신호가 누설되어 직교 복조기 이후에 입력되는 것을 방지하기 위해서, BPF(15)를 삽입하지 않으면 안된다. 통상, 수신 회로(14)는 IC(집적 회로) 칩으로 구성된다. 이에 반해, BPF에는 SAW 필터가 사용되기 때문에, BPF(15)가 칩의 외장 부품이 되어, DCR이 실현하고자 하는 공간 절약, 부품 삭감의 요청에 상반된다. DCR의 우위성을 살리기 위해서는, 이 BPF를 사용하지 않고, TX의 누설 신호에 의한 수신 특성 열화를 회피해야 한다.
보다 구체적으로는, 도 2A에 도시한 바와 같이, TX의 신호가 누설되어, LNA, 직교 복조기에 입력되면, 도 2B에 도시한 바와 같이 CDMA 변조 신호의 2차 왜곡이 직접 버스 밴드 대역에 중첩된다. 이는, 희망 신호에 있어서는 잡음으로 되기 때문에, C/N의 열화로 이어진다. 또한, 도 2C의 식에 있어서, f(t)는 자국 TX 변조 신호, sinωTX는 TX 반송파, a0는 DC 오프셋, a1은 LNA 게인, a2 ... an은 각각 n차 고조파 왜곡의 계수, g(t)는 LNA의 출력 신호를 나타내고 있다.
희망 신호 입력이 큰 경우에, 도 3에 도시되는 바와 같은 게인 제어 겸용 차동 LNA 회로에서 LNA의 게인 전환을 행하는 것도 생각할 수 있다. 이 경우, 후단에 입력되는 신호 레벨은 저감되지만, LNA 자신의 강 입력내성(IIP3(3 order Input Intercept Point) 등)은 개선되지 않는다는 문제가 있다.
도 4에 도시한 바와 같은 입출력 스루형 LNA 게인 전환 회로에 따르면, 희망 신호 입력의 강도에 따라서 스위치 SW1∼SW4를 전환함으로써, 희망 신호 입력이 큰 경우에 LNA의 입출력을 스루할 수 있다. 그러나, 이 회로 방식에서는, 입력을 감쇠시킬 뿐이기 때문에, 고게인과 게인 배분의 자유도가 없다는 문제가 있다. 즉, 스위치 SW3와 SW4를 on으로 한 통과 패스는 스위치의 삽입 손실과 매칭 회로의 부정합 손실을 포함함과 함께, 이 구성에는 능동 회로가 없기 때문에 플러스의 게인을 갖게 할 수 없다.
본 발명은 이러한 배경에서 이루어진 것으로, 그 목적은, 양호한 수신 특성, 및 저잡음 증폭기의 강 입력내성을 가짐과 함께, LNA의 게인 배분에 자유도를 부여할 수 있는 수신 회로 및 이를 이용한 무선 통신 단말기를 제공하는 것에 있다.
〈발명의 개시〉
본 발명의 수신 회로는, 바이어스 전류의 제어에 의해 선택적으로 동작 가능한 저게인의 저잡음 증폭 회로 및 고게인의 저잡음 증폭 회로를 갖는 저잡음 증폭기와, 상기 저잡음 증폭기의 상기 고게인의 저잡음 증폭 회로의 출력과 직렬 용량으로 결합되고, 상기 저게인의 저잡음 증폭 회로의 출력과 직결된 직교 복조기를 구비하는 것을 특징으로 한다.
고게인의 저잡음 증폭 회로가 동작하도록 선택되어 있을 때, 고게인의 저잡음 증폭기의 출력과 직교 복조기가 직렬 용량으로 결합되기 때문에, 저잡음 증폭기에서 발생한 2차 왜곡 성분이 직교 복조기에 입력되지 않도록 제거된다.
이 수신 회로에서, 상기 고게인의 저잡음 증폭 회로의 동작 시, 그 DC 바이어스 전류를 상기 직교 복조기의 DC 바이어스 전류와는 독립적으로 흘려 보내고, 상기 저게인의 저잡음 증폭 회로의 동작 시, 그 DC 바이어스 전류를 상기 직교 복조기의 DC 바이어스 전류와 공용하는 것이 바람직하다. 이로써, 저게인의 저잡음 증폭 회로가 동작하도록 선택되어 있을 때, 수신 회로에 의한 소비 전류가 저감된다.
상기 수신 회로에서, 상기 고게인의 저잡음 증폭 회로와 저게인의 저잡음 증폭 회로는 각각 한쌍의 차동 접속된 트랜지스터를 가지고, 상기 저게인의 저잡음 증폭 회로의 1쌍의 트랜지스터의 에미터 사이에 제1 및 제2 유도성 소자가 직렬로 접속됨과 함께, 이 양단에 각각 제3 및 제4 유도성 소자를 통해, 상기 고게인의 저잡음 증폭 회로의 1쌍의 트랜지스터의 에미터에 접속되는 구성으로 할 수 있다. 이로써, 게인이 서로 다른 한쪽의 저잡음 증폭 회로의 차동 유도성 소자를 다른 쪽의 저잡음 증폭 회로의 일부의 유도성 소자로서 공용할 수 있다.
상기 제1∼제4 유도성 소자는, 최 외부의 제1 단자로부터 나선 형상으로 소용돌이를 작게 해 가고, 계속해서 그 나선의 간극을 누벼 소용돌이를 크게 해 가서, 최 외부의 제2 단자로 되돌아가는 1개의 인덕터에 의해 구성되고, 인덕터의 최내부와 각각 상기 제1 및 제2 단자의 중간에 있는 2개의 위치로부터 제3 및 제4 단자를 인출함과 함께, 인덕터의 최내부의 위치로부터 제5 단자를 인출하고, 상기 제1 및 제2 단자를 각각 상기 저게인의 저잡음 증폭 회로의 1쌍의 트랜지스터의 에미터에 접속함과 함께, 상기 제3 및 제4 단자를 각각 상기 고게인의 저잡음 증폭 회로의 1쌍의 트랜지스터의 에미터에 접속하여, 상기 제5 단자를 저항 경유로 접지한 구성으로 할 수 있다. 이로써, 수신 회로를 IC 칩으로서 구성했을 때의 제1∼제4 유도성 소자의 점유 면적이 저감된다.
본 발명의 무선 통신 단말 장치는, 바이어스 전류의 제어에 의해 선택적으로 동작 가능한 저게인의 저잡음 증폭 회로 및 고게인의 저잡음 증폭 회로를 갖는 저잡음 증폭기와, 상기 저잡음 증폭기의 상기 고게인의 저잡음 증폭 회로의 출력과 직렬 용량으로 결합되고, 상기 저게인의 저잡음 증폭 회로의 출력과 직결된 직교 복조기와, 수신 신호의 레벨을 검출하는 수신 레벨 검출 수단과, 상기 수신 레벨 검출 수단의 출력에 따라서 상기 수신 회로의 제어를 행하는 제어 수단을 구비하고, 상기 제어 수단은, 상기 수신 신호의 레벨이 높을 때에 저게인의 저잡음 증폭 회로를 동작시키고, 상기 수신 신호의 레벨이 낮을 때에 상기 저잡음 증폭기로서 고게인의 저잡음 증폭 회로를 동작시키도록 상기 저잡음 증폭기를 제어하는 것을 특징으로 한다.
이 구성에 의해, 기지국에 가까운 상태에 있을 때, 즉, 수신 신호 레벨이 규정 레벨보다 높을 때, LNA를 저게인으로 설정함으로써, 저소비 전력화가 실현한다. LNA를 저게인으로 전환하는 수신 신호 규정 레벨을, 단말기의 평균 수신 전력 이하로 설정하면, 단말기의 평균적인 소비 전력의 저감으로 이어진다. 또한, 무선 통신 단말기가 기지국으로부터 먼 상태에 있을 때, 즉, 수신 신호 레벨이 규정 레벨보다 낮을 때, LNA를 고게인으로 설정하고, 이 때 LNA와 직교 복조기를 직류 용량으로 결합함으로써, LNA에서 발생하는 2차 왜곡 성분이 직교 복조기에 입력되지 않도록 제거할 수 있다.
LNA와 직교 복조기를 적어도 AC 직결(저게인 시에는 DC 직결)할 수 있기 때문에, 수신 회로 전체를 IC 칩에 구성할 수 있어 DCR의 이점을 살릴 수 있다.
또한, 게인이 서로 다른 2개의 LNA의 제1∼제4 유도성 소자를 1개의 대칭형 인덕터로 구성함으로써, 칩 상의 유도성 소자의 점유 면적을 절약할 수 있다. 그 결과, 다이 사이즈가 작아져 칩 단가가 낮아진다.
도 1은, 종래의 다이렉트 변환 수신기(DCR)를 포함하는 무선 통신 단말기의 본 발명 관련 부분의 구성을 나타내는 블록도.
도 2A∼도 2C는, 종래의 다이렉트 변환 수신기의 2차 변형에 의해 수신 특성 열화를 설명하기 위한 도면.
도 3은, 게인 제어 겸용 차동 LNA 회로의 예를 나타내는 회로도.
도 4는, 입출력 스루형 LNA 게인 전환 회로의 예를 나타내는 회로도.
도 5는, 본 발명의 실시예에 따른 다이렉트 변환 수신기(DCR)를 내장한 디지털 무선 통신 단말기의 본 발명 관련 부분의 구성예를 나타내는 블록도.
도 6A 및 도 6B는, 각각 종래와 본 실시예의 다이렉트 변환 수신기의 개략 구성을 발췌하여 도시한 도면.
도 7은, 저잡음 증폭기(LNA) 및 직교 복조기의 구체적인 회로 구성의 예를 제어부의 블록과 함께 도시한 회로도.
도 8은, 도 7의 회로에서의 LNA(특히 LNA(72))에서 발생하는 2차 왜곡 전류에 대한 설명도.
도 9는, 도 7에 도시한 인덕터 L1∼L4를 1개의 인덕터(코일)로 구성한 예를 나타내는 도면.
〈발명을 실시하기 위한 최량의 형태〉
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 5에, 부호 분할 다원 접속 방식(CDMA:Code Division Multiple Access)을 이용한 무선 통신 시스템에 적합한 다이렉트 변환 수신기(DCR)를 내장한 디지털 무선 통신 단말기의 본 발명 관련 부분의 구성예를 나타낸다.
이 무선 통신 단말기는, 송신 회로(63), 수신 회로(64), 안테나(61), 이 안테나를 송수신에 공용하기 위한 듀플렉서(62), 수신 신호 레벨을 검출하는 수신 레벨 검출부(67), 이 수신 레벨 검출부(67)의 출력에 기초하여 수신 회로(64)의 동작을 제어하는 제어부(66)를 갖는다.
수신 회로(64)는 IC 칩으로 구성되고, 게인이 서로 다른 2개의 LNA(71, 72), LNA(72)의 출력에 직렬로 접속되는 캐패시터(73), LNA(70)의 출력을 복조하는 직교 복조기(80), 국부 발신기(77), 기저 대역 필터(BBF)(81, 84), DC 오프셋 보상 회로(82, 83), 증폭기(85, 86)를 갖는다. 직교 복조기(80)는, 각각 I 채널 및 Q 채널용 믹서(74, 75), 및 국부 발신기(77)의 발신 신호를 받아 소정의 위상 차의 신호를 믹서(74, 75)에 공급하는 위상기(76)를 갖는다.
도 6A 및 도 6B에, 각각 종래와 본 실시예의 다이렉트 변환 수신기의 개략 구성을 발췌하여 도시한다. 도 6A의 종래 구성에서는 LNA(51)와 직교 복조기(Ich, Qch의 각 믹서(53, 54)를 포함한다)를 오프 칩 BPF으로 접속하고 있지만, 도 6B의 본 실시예에서는, 오프 칩 BPF가 필요없어, LNA(LNA(71, 72)를 포함한다)와 직교 복조기(80)(Ich, Qch의 각 믹서(74, 75)를 포함한다)를 IC 칩 내부에서 직결하고 있다(단, 직교 복조기(80)와 LNA(72)의 사이는 직렬 용량인 캐패시터(73a, 73b)를 개삽하고 있다). 또한, 수신 회로(14) 내부의 회로는 차동(differential) 구성이 바람직하기 때문에, LNA(71, 72)도 싱글(single) 구성으로부터 차동 구성으로 변경되어 있다.
도 7에, 저잡음 증폭기(LNA)(70) 및 직교 복조기(80)의 구체적인 회로 구성의 예를 제어부(66)의 블록과 함께 도시한다. 제어부(66)는, LNA(70) 및 직교 복조기(80)의 DC 바이어스 생성 및 제어를 행하는 회로 블록이다.
LNA(70)는, 선택적으로 동작하도록 제어되는 2개의 차동 증폭기(71, 72)로 이루어진다. 제1 차동 증폭기(71)는, 트랜지스터 Q1, Q2, 인덕터(유도성 소자) L1, L2, L3, L4, 캐패시터 C4, C6, 저항 R6, R8로 이루어진다. 트랜지스터 Q1, Q 2의 콜렉터는 직교 복조기(80)에 직결되어 있다. 제2 차동 증폭기(72)는, 트랜지스터 Q4, Q3, 인덕터 L2, L3, 캐패시터 C3, C5, 저항 R4, R7로 이루어진다. 트랜지스터 Q4, Q3의 콜렉터는, 각각 인덕터 L5, L6을 통해 전원 전압 Vcc에 접속됨과 함께, 캐패시터 C1, C2(도 6B의 73a, 73b에 대응)를 통해 직교 복조기(80)에 접속된다. 트랜지스터 Q1, Q4의 각 베이스에는, 단자 P1로부터 각각 캐패시터 C4, C3를 통해 수신 신호 RFIN+가 인가된다. 트랜지스터 Q2, Q3의 각 베이스에는, 단자 P2로부터 각각 캐패시터 C6, C5를 통해 수신 신호 RFIN-가 인가된다. 인덕터 L2, L3은 양 차동 증폭기(71, 72)에 공용되고, 그 접합점은 저항 R5 경유로 접지된다. 트랜지스터 Q1, Q2, Q3, Q4의 각 베이스는, 또한, 각각 저항 R6, R8, R7, R4를 통해 바이어스 단자 P4, P5, P6, P3에 접속된다. 단자 P3, P6는 제어부(66)의 단자 B3에 접속되고, 단자 P4, P5는 제어부(66)의 단자 B4에 접속된다.
직교 복조기(80)는, 각각 I 채널 및 Q 채널용에 2개의 길버트 셀(Gilbert Cel1)(801, 802)을 갖는다. 직교 복조기(80)는, 도면의 좌우에서 I 채널과 Q 채널의 부분으로 분리된다.
길버트 셀(801)은, 제1 차동쌍의 트랜지스터 Q11, Q12와 제2 차동쌍의 트랜지스터 Q10, Q9를 갖는다. 제1 차동쌍의 트랜지스터 Q11, Q12의 에미터는 직결되어, 전류원을 구성하는 트랜지스터 Q13의 콜렉터 및 상기 LNA(70)의 트랜지스터 Q1의 콜렉터에 접속된다. 제2 차동쌍의 트랜지스터 Q10, Q9의 에미터는 직결되어, 전류원을 구성하는 트랜지스터 Q14의 콜렉터 및 상기 LNA(70)의 트랜지스터 Q2의 콜렉터에 접속된다. 제1 차동쌍의 트랜지스터 Q11, Q12의 베이스는 저항 R13을 통해 단자 P11에 접속되고, 이 단자 P11은 제어부(66)의 단자 B1에 접속된다. 제2 차동쌍의 트랜지스터 Q10, Q9의 베이스는 저항 R12를 통해 단자 P11에 접속된다. 트랜지스터 Q10, Ql1의 베이스는 캐패시터 C8을 통해 단자 P7에 접속되고, 트랜지스터 Q9, Q12의 베이스는 캐패시터 C7을 통해 단자 P8에 접속된다. 단자 P7, P8에는 I 채널의 국부 발진 신호(Ich Local IN)가 입력된다. 또한, 트랜지스터 Q10, Q12의 콜렉터는, 병렬 접속된 저항 R1 및 캐패시터 C14를 통해 전원 전압 Vcc에 접속된다. 트랜지스터 Q9, Q11의 콜렉터는, 병렬 접속된 저항 R2 및 캐패시터 C13을 통해 전원 전압 Vcc에 접속된다. 트랜지스터 Q10, Q12의 콜렉터는 단자 P13에 접속되고, 여기로부터 IOUT+ 신호가 출력된다. 트랜지스터 Q9, Q11의 콜렉터는 단자 P14에 접속되고, 여기로부터 IOUT- 신호가 출력된다.
마찬가지로, 길버트 셀(802)은, 제3 차동쌍의 트랜지스터 Q7, Q8과 제4 차동쌍의 트랜지스터 Q6, Q5를 갖는다. 제3 차동쌍의 트랜지스터 Q7, Q8의 에미터는 직결되어, 전류원을 구성하는 트랜지스터 Q15의 콜렉터 및 상기 LNA(70)의 트랜지스터 Q1의 콜렉터에 접속된다. 제4 차동쌍의 트랜지스터 Q6, Q5의 에미터는 직결되어, 전류원을 구성하는 트랜지스터 Q16의 콜렉터 및 상기 LNA(70)의 트랜지스터 Q2의 콜렉터에 접속된다. 제3 차동쌍의 트랜지스터 Q7, Q8의 베이스는 저항 R13을 통해 단자 P11에 접속되고, 이 단자 P11은 제어부(66)의 단자 B1에 접속된다. 제4 차동쌍의 트랜지스터 Q6, Q5의 베이스는 저항 R11를 통해 단자 P12에 접속된다. 트랜지스터 Q6, Q7의 베이스는 캐패시터 C9를 통해 단자 P10에 접속되고, 트랜지스터 Q5, Q8의 베이스는 캐패시터 C10을 통해 단자 P9에 접속된다. 단자 P10, P9에는 Q 채널의 국부 발진 신호(Qch Local IN)가 입력된다. 또한, 트랜지스터 Q6, Q8의 콜렉터는, 병렬 접속된 저항 R9 및 캐패시터 C11을 통해 전원 전압 Vcc에 접속된다. 트랜지스터 Q5, Q7의 콜렉터는, 병렬 접속된 저항 R3 및 캐패시터 C12를 통해 전원 전압 Vcc에 접속된다. 트랜지스터 Q6, Q8의 콜렉터는 단자 P15에 접속되고, 여기로부터 QOUT+ 신호가 출력된다. 트랜지스터 Q5, Q7의 콜렉터는 단자 P16에 접속되고, 여기로부터 QOUT- 신호가 출력된다.
각각 전류원을 구성하는 트랜지스터 Q13, Q14, Q15, Q16은, 제어부(66) 내의 회로와 함께 전류 미러 회로를 구성하고, 각 트랜지스터의 베이스에 접속된 단자 P13은 제어부(66)의 단자 B2에 접속된다.
다음으로, 도 7의 회로의 동작을 설명한다.
[1] 희망 수신 신호의 레벨이 낮은 경우
수신 레벨 검출부(67)(도 5)는 기저 대역(BB)에서 신호 레벨 측정을 행하고 있다. 이 수신 레벨 검출부(67)로부터의 출력에 따라서, 제어부(66)는, 신호 레벨이 낮은 경우, 게인을 높게 하는 제어 신호를 LNA(70)에 대하여 출력한다. 즉, 제어부(66) 내부의 단자 B3에 접속된 전류 미러용 기준 전류원 회로(도시 생략)가 on함과 함께, 단자 B4에 접속된 전류 미러용 기준 전류원 회로(도시 생략)는 off로 된다. 그 결과, 제어부(66) 내부의 전류 미러 기준 전류원 회로와 단자 B3으로부터 단자 P3, P6를 통한 트랜지스터 Q3, Q4로 전류 미러 회로가 구성되고, LNA(72)에 원하는 바이어스 전류 IH가 흐른다. 이 전류는, Vcc로부터, 인덕터 L5, L6을 통해 공급된다. (도 7의 직류 전류 표시는, 차동의 한 쪽의 ch만의 표시.) 트랜지스터 Q3, Q4는 동시에 LNA의 증폭소자로서 동작하여, 단자 P1, P2에 입력되는 RF 신호 전압을 전류로 변환하여 증폭한다.
동일하게 신호 레벨이 낮은 경우, 단자 B4에 접속된, 제어부(66) 내부의 전류 미러용 기준 전류원 회로(도시 생략)는 off로 되어 있기 때문에, 단자 P4, P5를 통해 접속되는 트랜지스터 Q1, Q2에는 전류가 흐르지 않아, 이들 트랜지스터로 형성되는 LNA 회로(71)는 동작하지 않는다. 또한, 동시에, 단자 B2에 접속된 제어부(66) 내부의 전류 미러용 기준 전류원 회로(도시 생략)가 on되어, 이 회로가 단자 P13을 통해 트랜지스터 Q13∼Ql6의 각 트랜지스터에 각각 접속됨으로써 형성되는 전류 미러 회로가 동작하고, Q13∼Q16의 4개의 트랜지스터는 동일 구성의 정전류원으로서 동작한다. 한편, 단자 B1로부터는 온도 보상된 일정한 전압이 단자 P11 및 P12를 통해 공급되기 때문에, 트랜지스터 Q5∼Q12로 형성되는 2개의 길버트 셀 회로에는, 각각 2I0의 바이어스 전류가 흐른다.
이 상태일 때, 트랜지스터 Q3, Q4로 형성되는 LNA(72)는 고게인이 아니면 안된다. 따라서, 트랜지스터 Q3 및 Q4의 에미터에 각각 직렬 접속되는 전압 마이너스 귀환용 인덕터(Degeneration Inductor) L2, L3은, LNA가 양호한 3차 왜곡 특성을 계속 유지하면서 높은 게인을 얻을 수 있는 값으로 설정된다. 또한, 인덕터 L5와 L6은 AC적으로는 부하가 되어, 트랜지스터 Q4, Q3의 콜렉터측의 용량 Ccs와 직교 복조기의 입력 용량으로 형성되는 병렬 용량으로 공진 회로를 형성한다. 이 공진 회로의 공진 주파수가 RX 수신 주파수와 일치하도록 인덕터 L5와 L6의 값이 정해져 있다.
또한, 이 상태일 때, 통상, 단말기가 기지국으로부터 먼 위치에 있기 때문에, 상승 채널 정보가 충분히 전달되도록 자국의 송신 전력은 크게 설정되어 있다. 즉, 도 2B에서 도시하는 희망 RX 신호가 작고, 자국 TX 신호가 큰 상태에 있기 때문에, TX의 2차 왜곡 성분의 BB 대역에의 폴딩 잡음과 희망 신호에 의한 BB 신호 성분과의 비(a2f2(t)와 b1h(t)의 전력비)가 작아질 것이 예상된다. 도 8에 의해 LNA(특히 Q3, Q4를 포함하는 LNA(72))에서 발생하는 2차 왜곡 전류에 대하여 설명한다. 여기서, 자국 TX 신호의 2차 왜곡 성분은, TX의 BB 신호의 자승 함수로 표시된다. 즉, Vin/2=f(t)sinωTX 이면, 2차 왜곡 성분 IIM2는 다음과 같이 된다.
IIM2=gm2f2(t)
여기서, gm2는 상기 a2와 등가이다. f(t)는 기저 대역 신호이고, RF 신호에 비해 주파수가 충분히 낮기 때문에, 도 8의 캐패시터 C1, C2에 의해 컷트할 수 있다. 이로써, TX의 2차 왜곡 잡음이 수신 BB 신호에 중첩되는 량을 저감한다. 한편, 희망 RX 신호는 RF 대역의 신호이기 때문에, 트랜지스터 Q3, Q4에서 증폭된 RX 신호는, 캐패시터 C1, C2를 통해 다음 단의 직교 복조 회로(80)에 공급된다.
또한, 이 동작 상태에서, LNA(70) 및 직교 복조기(80)에 흐르는 DC 바이어스 전류는 각각, 2IH 및 4IO이고, 합계 전류는 2IH+ 4I0 이다.
[2] 희망 수신 신호 레벨이 일정 이상 높은 레벨에 있는 경우
신호 레벨이 어느 일정 규정치 이상으로 높은 경우, 수신 레벨 검출부(67)로부터의 출력에 따라서, 제어부(66)는 LNA(70)의 게인을 낮게 하는 제어 신호를 LNA(70)에 출력한다. 즉, 제어부(66)는, 단자 B4에 접속된 내부의 전류 미러용 기준 전류원 회로가 on하는 한편, 단자 B3에 접속된 전류 미러용 기준 전류원 회로는 off로 된다. 그 결과, 제어부(66) 내부의 전류 미러 기준 전류원 회로와 B4 단자로부터 단자 P4, P5를 통한 트랜지스터 Q1, Q2로 형성되는 회로로 전류 미러 회로가 구성되어, 후술하는 원하는 바이어스 전류가 흐른다. 한편, 이 때, 직교 복조기(80)에서는, 단자 B2에 접속된 내부의 전류 미러용 기준 전류원 회로가 off하고, 단자 P13을 통해 트랜지스터 Q13∼Q16에 각각 접속됨으로써 형성되는 전류 미러 회로는 동작하지 않기 때문에, 이들 4개의 트랜지스터 Q13∼Q16은 off의 상태가 되어, DC 전류는 흐르지 않는다. 그러나, 동작 상태에 있는 LNA(71)의 트랜지스터 Q1, Q2의 콜렉터는, 트랜지스터 Q5∼Q12로 구성되는 2개의 길버트 셀(801, 802)에 각각 캐패시터 C1, C2의 용량을 통하지 않고 DC적으로 접속되어 있기 때문에, 이들 길버트 셀 회로에는, LNA(71)용 트랜지스터 Q1, Q2를 정전류원으로 한 DC 바이어스 전류가 흐른다. 제어부(66) 내의 기준 전류원 회로와 트랜지스터 Q1, Q2로 구성되는 전류 미러 회로를, 트랜지스터 Q1, Q2에 각각 2I0 씩 전류가 흐르도록 설정해 두면, 길버트 셀 회로에 필요한 바이어스 전류를 흐르게 할 수 있다.
또한, 트랜지스터 Q1 및 Q2는, 각각 2I0의 DC 바이어스 전류로 구동되는 차동 LNA로서도 동작하여, 단자 P1, P2에 입력되는 RF 신호 전압을 전류로 변환하여 증폭한다. 이 때, 캐패시터 C1과 C2를 통해 트랜지스터 Q1, Q2의 콜렉터 사이에 삽입되는 인덕터 L5와 L6은 AC적으로는, 트랜지스터 Q3, Q4가 고게인 LNA(72)으로서 동작하고 있을 때와 마찬가지로 부하가 되어, 콜렉터측의 용량 Ccs와 직교 복조기(80)의 입력 용량으로 형성되는 병렬 용량으로 공진 회로를 형성한다. 상술한 바와 같이, 이 공진 회로의 공진 주파수가 RX 수신 주파수와 일치하도록 인덕터 L5와 L6의 값이 정해져 있다. 이 상태일 때, LNA(70)의 게인은, 무선 통신 단말기가 기지국에 가장 근접하여 희망 RX 신호 레벨이 최대인 상태에서도, LNA 및 후단의 회로가 포화 상태에 빠지지 않을 정도로 줄일 (저게인으로 설정) 필요가 있다. 그 때문에, 트랜지스터 Q1, Q2의 에미터에 각각 접속되는 인덕터는 고게인 시 보다 큰 인덕턴스가 필요해진다. 그래서, 인덕터 L1, L4를 고게인 시의 인덕터 L2, L3에 각각 직렬 접속함으로써, 이 요청을 만족시키고 있다.
이 상태일 때, 단자 B3에 접속된 제어부(66) 내부의 전류 미러 기준 전류원 회로는 off로 되어 있기 때문에, 트랜지스터 Q3, Q4에는 전류가 흐르지 않아, 이들 트랜지스터로 형성되는 LNA 회로(72)는 동작하지 않는다.
또한, 이 상태일 때는, 단말기가 기지국으로부터 비교적 가까운 위치에 있기 때문에, 송신 전력을 올리지 않아도 상승 채널 정보의 전달이 가능하다. 즉, 도 2B에서 도시하는 희망 RX 신호가 크고, 자국 TX 신호가 작은 상태에 있기 때문에, TX의 2차 왜곡 성분의 BB 대역에의 폴드 잡음과 희망 신호에 의한 BB 신호 성분과의 비(a2f2(t)와 b1h(t)의 전력비)가 커진다. 따라서, 트랜지스터 Q1, Q2를 포함하는 저게인용 LNA(71)에서는 고게인 LNA(72)과 같이 용량 결합에 의해 LNA에서 발생하는 2차 왜곡 신호를 제거할 필요가 없어, 저게인용 LNA(71)를 직류적으로 직교 복조기(80)에 직결할 수 있다.
이 동작 상태에서, LNA(70) 및 직교 복조기(80)에 흐르는 DC 바이어스 전류는 각각 4I0 및 4I0이며, LNA(71)의 트랜지스터 Q1, Q2의 콜렉터와 직교 변조기(80)를 구성하는 2개의 길버트 셀(801, 802)의 8개의 트랜지스터의 에미터측은 DC적으로 직결되어 있기 때문에, 합계 전류는 4I0 이다. 이는, 고게인 시의 설정보다IH 만큼 적어, 소비 전류의 절약을 가능하게 하고 있음을 알 수 있다.
또한, 인덕터 L1∼L4는, 도 9에 도시한 바와 같은, 1개의 인덕터(코일)로 구성할 수 있다. (도 9에 있어서 해칭을 실시한 라인은 라인의 교차에 의한 접속 관계를 명확화하기 위한 것으로, 그 이상의 의미는 없다.) 이 인덕터는, 단자 P91로부터 나선 형상으로 소용돌이를 작게 해 가고, 다음으로 그 나선의 간극을 누벼 소용돌이를 크게 해 가서, 최종적으로 단자 P91에 인접하는 위치의 단자 P92에 되돌아간다. 이 경로는 한번에 그릴 수 있는 1개의 나선 형상의 도전로에 의해 형성된다. 이러한 경로의 소정의 위치로부터 탭 단자를 인출한다. 구체적으로는 최내부 중앙의 위치 n5로부터 탭 단자 P95를 인출하고, 위치 n5와 최외 단자 P91, P95와의 중간 위치(여기서는, 중심으로부터 1개 외주의 경로의 대칭인 위치 n3, n4)로부터 각각 탭 단자 P93, P94를 인출하고 있다. 단자 P91부터 n3까지가 인덕터 L1, n3부터 n5까지가 인덕터 L2, n5부터 n4까지가 인덕터 L3, n4부터 단자 P92까지가 인덕터 L4로서 기능한다. 즉, 도 9의 단자 P91 및 P92를 도 7의 트랜지스터 Q1 및 Q2의 에미터에, 또한, 도 9의 단자 P93 및 P94를 도 7의 트랜지스터 Q3 및 Q4의 에미터에, 도 9의 P95를 도 7의 저항 R5의 핫측에 각각 접속하면, 외관상 1개의 인덕터 구성으로 4개의 인덕터 L1∼L4를 실현할 수 있다. 이로써, 인덕터의 점유 면적이 저감됨과 함께, 좌우 대칭인 코일 형상의 대칭 위치로부터의 탭핑에 의해, 쌍을 이루는 인덕터의 값(인덕턴스)을 용이하게 정합시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 적합한 실시예에 대하여 설명했지만, 상기에서 언급한 것 이외에도 다양한 변형, 변경이 가능하다.

Claims (12)

  1. 바이어스 전류의 제어에 의해 선택적으로 동작 가능한 저게인의 저잡음 증폭 회로 및 고게인의 저잡음 증폭 회로를 갖는 저잡음 증폭기와,
    상기 저잡음 증폭기의 상기 고게인의 저잡음 증폭 회로의 출력과 직렬 용량으로 결합되고, 상기 저게인의 저잡음 증폭 회로의 출력과 직결된 직교 복조기
    를 구비한 것을 특징으로 하는 수신 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고게인의 저잡음 증폭 회로의 동작 시, 그 DC 바이어스 전류를 상기 직교 복조기의 DC 바이어스 전류와는 독립적으로 흘리고, 상기 저게인의 저잡음 증폭 회로의 동작 시, 그 DC 바이어스 전류를 상기 직교 복조기의 DC 바이어스 전류와 공용하는 것을 특징으로 하는 수신 회로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고게인의 저잡음 증폭 회로와 저게인의 저잡음 증폭 회로는 각각 1쌍의 차동 접속된 트랜지스터를 갖고,
    상기 저게인의 저잡음 증폭 회로의 1쌍의 트랜지스터의 에미터 사이에 제1 및 제2 유도성 소자가 직렬로 접속됨과 함께, 이 양단에 각각 제3 및 제4 유도성 소자를 통해, 상기 고게인의 저잡음 증폭 회로의 1쌍의 트랜지스터의 에미터에 접속된 것을 특징으로 하는 수신 회로.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1∼제4 유도성 소자는, 최외부의 제1 단자로부터 나선 형상으로 소용돌이를 작게 해 가고, 이어서 그 나선의 간극을 누벼 소용돌이를 크게 해 가서, 최 외부의 제2 단자로 되돌아가는 1개의 인덕터에 의해 구성되고, 인덕터의 최내부와 각각 상기 제1 및 제2 단자와의 중간에 있는 2개의 위치로부터 제3 및 제4 단자를 인출함과 함께, 인덕터의 최내부의 위치로부터 제5 단자를 인출하고, 상기 제1 및 제2 단자를 각각 상기 저게인의 저잡음 증폭 회로의 1쌍의 트랜지스터의 에미터에 접속함과 함께, 상기 제3 및 제4 단자를 각각 상기 고게인의 저잡음 증폭 회로의 1쌍의 트랜지스터의 에미터에 접속하고, 상기 제5 단자를 저항 경유로 접지한 것을 특징으로 하는 수신 회로.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 직교 복조기는, 각각 I 채널 및 Q 채널용으로 2개의 길버트 셀 회로 및 각각의 길버트 셀 회로에 직류 바이어스를 공급하는 전류원을 갖고,
    제1 길버트 셀 회로는, 제1 차동쌍의 트랜지스터와 제2 차동쌍의 트랜지스터를 갖고, 제1 차동쌍의 트랜지스터의 에미터는 직결되어 선택적으로 상기 자기의 전류원 및 상기 저게인의 저잡음 증폭 회로의 1쌍의 트랜지스터의 한쪽 콜렉터에 접속되고, 제2 차동쌍의 트랜지스터의 에미터는 직결되어 선택적으로 상기 자기의 전류원 및 상기 저게인의 저잡음 증폭 회로의 1쌍의 트랜지스터의 다른 쪽 콜렉터에 접속되고,
    제2 길버트 셀 회로는, 제3 차동쌍의 트랜지스터와 제4 차동쌍의 트랜지스터를 갖고, 제3 차동쌍의 트랜지스터의 에미터는 직결되어 선택적으로 상기 자기의 전류원 및 상기 저게인의 저잡음 증폭 회로의 1쌍의 트랜지스터의 한쪽 콜렉터에 접속되고, 제4 차동쌍의 트랜지스터의 에미터는 직결되어 선택적으로 상기 자기의 전류원 및 상기 저게인의 저잡음 증폭 회로의 1쌍의 트랜지스터의 다른 쪽 콜렉터에 접속된 것을 특징으로 하는 수신 회로.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 수신 회로는, IC 칩으로 구성된 것을 특징으로 하는 수신 회로.
  7. 바이어스 전류의 제어에 의해 선택적으로 동작 가능한 저게인의 저잡음 증폭 회로 및 고게인의 저잡음 증폭 회로를 갖는 저잡음 증폭기와,
    상기 저잡음 증폭기의 상기 고게인의 저잡음 증폭 회로의 출력과 직렬 용량으로 결합되고, 상기 저게인의 저잡음 증폭 회로의 출력과 직결된 직교 복조기와,
    수신 신호의 레벨을 검출하는 수신 레벨 검출 수단과,
    상기 수신 레벨 검출 수단의 출력에 따라서 상기 수신 회로의 제어를 행하는 제어 수단을 구비하고,
    상기 제어 수단은, 상기 수신 신호의 레벨이 높을 때, 저게인의 저잡음 증폭 회로를 동작시키고, 상기 수신 신호의 레벨이 낮을 때, 상기 저잡음 증폭기로서 고게인의 저잡음 증폭 회로를 동작시키도록 상기 저잡음 증폭기를 제어하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 단말 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 고게인의 저잡음 증폭 회로의 동작 시, 그 DC 바이어스 전류를 상기 직교 복조기의 DC 바이어스 전류와는 독립적으로 흘리고, 상기 저게인의 저잡음 증폭 회로의 동작 시, 그 DC 바이어스 전류를 상기 직교 복조기의 DC 바이어스 전류와 공용하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 단말 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 고게인의 저잡음 증폭 회로와 저게인의 저잡음 증폭 회로는 각각 1쌍의 차동 접속된 트랜지스터를 갖고,
    상기 저게인의 저잡음 증폭 회로의 1쌍의 트랜지스터의 에미터 사이에 제1 및 제2 유도성 소자가 직렬로 접속됨과 함께, 이 양단에 각각 제3 및 제4 유도성 소자를 통해, 상기 고게인의 저잡음 증폭기의 1쌍의 트랜지스터의 에미터에 접속된 것을 특징으로 하는 무선 통신 단말 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1∼제4 유도성 소자는, 최 외부의 제1 단자로부터 나선 형상으로 소용돌이를 작게 해 가고, 이어서 그 나선의 간극을 누벼 소용돌이를 크게 해 가서, 최 외부의 제2 단자로 되돌아가는 1개의 인덕터에 의해 구성되며, 인덕터의 최내부와 각각 상기 제1 및 제2 단자와의 중간에 있는 2개의 위치로부터 제3 및 제4 단자를 인출함과 함께, 인덕터의 최내부의 위치로부터 제5 단자를 인출하고, 상기 제 1 및 제2 단자를 각각 상기 저게인의 저잡음 증폭 회로의 1쌍의 트랜지스터의 에미터에 접속함과 함께, 상기 제3 및 제4 단자를 각각 상기 고게인의 저잡음 증폭 회로의 1쌍의 트랜지스터의 에미터에 접속하고, 상기 제5 단자를 저항 경유로 접지한 것을 특징으로 하는 무선 통신 단말 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 직교 복조기는, 각각 I 채널 및 Q 채널용으로 2개의 길버트 셀 회로 및 각각의 길버트 셀 회로에 직류 바이어스를 공급하는 전류원을 갖고,
    제1 길버트 셀 회로는, 제1 차동쌍의 트랜지스터와 제2 차동쌍의 트랜지스터를 갖고, 제1 차동쌍의 트랜지스터의 에미터는 직결되어 선택적으로 상기 자기의 전류원 및 상기 저게인의 저잡음 증폭 회로의 1쌍의 트랜지스터의 한쪽 콜렉터에 접속되고, 제2 차동쌍의 트랜지스터의 에미터는 직결되어 선택적으로 상기 자기의 전류원 및 상기 저게인의 저잡음 증폭 회로의 1쌍의 트랜지스터의 다른 쪽 콜렉터에 접속되고,
    제2 길버트 셀 회로는, 제3 차동쌍의 트랜지스터와 제4 차동쌍의 트랜지스터를 갖고, 제3 차동쌍의 트랜지스터의 에미터는 직결되어 선택적으로 상기 자기의 전류원 및 상기 저게인의 저잡음 증폭 회로의 1쌍의 트랜지스터의 한쪽 콜렉터에 접속되고, 제4 차동쌍의 트랜지스터의 에미터는 직결되어 선택적으로 상기 자기의 전류원 및 상기 저게인의 저잡음 증폭 회로의 1쌍의 트랜지스터의 다른 쪽 콜렉터에 접속되고,
    상기 제어 수단은, 상기 제1 및 제2 길버트 셀 회로의 상기 전류원이, 상기 고게인의 저잡음 증폭 회로가 동작할 때 능동화되고, 상기 저게인의 저잡음 증폭 회로기가 동작할 때 불능화되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 단말 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 수신 회로는, IC 칩으로 구성된 것을 특징으로 하는 무선 통신 단말 장치.
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