KR20050102180A - 오디오 저장기기를 위한 가변이득 저잡음 증폭기 - Google Patents

Abstract

기술된 무선 마이크로폰용 입력증폭기 또는 오디오 송수신을 위한 가변이득 전치증폭기는 오디오의 마이크로폰의 바로 뒷단에서 입력되는 음원을 받아 전달하는 장치이며 증폭기의 병렬 배치로 트랜지스터들의 네트워크를 통하여 가변이득을 얻을 수 있고, 트랜지스터들의 구성을 통하여 전력 분산을 하여 전력은 감소될 수 있다.

Description

오디오 저장기기를 위한 가변이득 저잡음 증폭기{A changeable Gain and low noise Amplifier for An Audio Storage system}

본 발명은 오디오 마이크로폰에서 사용하는 저잡음 증폭기(LNA) 또는 전치 증폭기에서 이득을 제어하기 위한 회로에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 음성저장기기에서 사용되는 LNA 또는 전치 증폭기에서 사용하기 위한 이득 제어 회로도에 관한 것이다.

일반적으로, 음성저정기기 단말기에서 입력 및 출력 신호는 각각 수신 블럭에서의 저잡음 증폭기(LNA)와 마이크로폰 블럭에서의 전치증폭기에 의해 증폭된다. 다음 단계에서 변형 을 억제하기 위해서는 우수한 선형성이 반드시 성취되어야 한다. LNA가 대형 입력신호에 대한 출력 신호를 자르는 것(clipping)을 막기 위하여, LNA의 이득은 제어가능하게 되어야 한다. 유사하게는, 송신기의 전치증폭기의 이득은 배터리를 낭비하지 않고, 다음 단계인 전력 증폭기를 혹사하지 않도록 하지 위하여 제어되어야 한다.

차동 증폭기의 드레인 바이어스 전류(drain bias current)를 감소시킴으로써(즉, 게이트 바이어스 전압을 감소시킴으로써) 감소되고 만일 입력 신호의 크기가 소정의 예정된 레벨을 초과하는 경우에는 LNA는 완전히 바이패스되어 증폭이 발생하지 않지만 바이어스 전류의 감소는 구동 트랜지스터의 원치않는 컷오프에 의해 발생되는 선형성의 저하를 동반한다.

바이패스 작동에 내재된 LNA의 이득의 갑작스런 변화는 우수한 선형성과 원하는 잡음 성과를 동시에 얻는 것을 어렵게 하는 문제점이 있어 이를 개선하려 한다.

본 발명의 목적은 오디오 저장장치에서 사용될 저잡음 전치증폭기 또는 송신기의 전치증폭기에서의 이득을 제어하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다

본 발명의 다른 목적은 저잡음 증폭기 및 대형 입력 신호를 수신할 때 출력 신호의 절단을 감소시키거나 피하는 작동방법을 제공하는 것이다.

또다른 목적은 저전력 사용으로 전치증폭기의 이득을 제어할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 가변이득 증폭기는 적어도 부분적으로, 제어 전극을 갖는 제 1 트랜지스터, 제 1 전극, 제 2 전극 및 드레인을 포함하고, 입력신호는 제어 전극과 결합되고, 제 1 기준 전압은 제 1 전극과 결합되고 출력전압은 제 2 전극과 결합된다; 부하 인덕터는 제 2 기준 전압과 제 1 트렌지스터의 제 2 전극 사이에 결합된다; 부하커패시터는 제 1 트랜지스터의 제 2 전극과 결합하고; 가변 저항은 부하 인덕터와 병렬로 결합된다.

다-주파 증폭기는, 적어도 부분적으로, 소스를 갖는 구동 트랜지스터, 게이트 및 드레인을 포함하고, 여기서 입력 신호는 게이트와 결합된 입력 단자에 의해 입력되고, 소스는 기준 전압 소스와 결합되고, 출력 신호는 드레인과 결합된 출력 단자에 의해 출력된다; 부하 인덕터는 전압 소스와 출력 단자 사이에 결합된다

부하 커패시터는 출력 단자 및 기준 전압 소스 사이에 결합된다; 가변 저항은 전압 소스와 부하 인덕터와 병렬인 출력 단자 사이에 결합된다; 적어도 하나의 풀-업 커패시터는 부하 인덕터와 병렬로 배치되고, 적어도 하나의 풀-업 커패시터들의 각각은 부하 인덕터를 가진 적어도 하나의 커패시터들의 각각과 결합된 다수의 스위치들에 의해 독립적으로 선택될 수 있다.

실시예

오디오저장장치에서 사용되는 저잡음 증폭기 및 전치증폭기를 위한 이득 제어 방법 및 장치는

본 발명의 바람직한 실시예들에 따라 기술 된다. 예를 들어, 이득 제어 방법 및 장치의 한 바람직한 실시예는 디지털오디오 저장창치에서 사용되고 LNA 또는 전치증폭기에서 구현될 수 있다. 또한 바이폴라 접합 트랜지스터(bipolar-junction transistor(BJT)) 또는 접합 전계 효과 트

랜지스터(junction field-effect transistor(JFET))와 같은 장치 기술들의 임의의 타입에 적용가능하다.

설명을 위해서, 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 금속-산화-반도체 전계-효과 트랜지스터(MOSFET) 기술을 사용하여 아래에 기술한다.

도 1은 본 발명에 따른 증폭기의 바람직한 실시예를 도시하는 회로도이다. 도 1은 주파수들의 협대역에서 원하는이득을 갖는 동조된 LNA를 도시한다.

LNA는 n-채널 MOS(NMOS) 트랜지스터 (10) 및 커패시터 Cp(11), 인덕터 Lp(12), 및 저항 Rp(13)을 포함하는 부하(load)로 제조될 수 있다. 입력 신호는 커먼 소스 NMOS 트랜지스터(MN1)(10)의 게이트 노드(gate node)에 가해질 수 있고, 그 증폭된 신호는 드레인 노드(drain node)(14)에서 나타날 수 있고 또는 출력 단자(15)는 여기에 결합될 수 있다. 바람직하게는, 저항 Rp(13) 및 인덕터 Lp(12)는 전력 공급 전압(16)(예를 들어, Vdd) 및 드레인 노드(14) 사이에 결합되고, 커패시터 Cp(11)는 접지 단자(17) 및 드레인 노드(14) 사이에 결합된다. 상기 커패시터 Cp(11)는 다음 단계(예를 들어, 믹서)의 입력 커패시턴스 및/또는 입력 노드에서의 기생 커패시턴스에 영향을 줄 수 있다. 인덕터Lp(12)는 바람직하게는 커패시터 Cp(11)를 가진 병렬-공진 회로를 형성하고 원하는 주파수에서의 LNA의 이득을 조율하여, 공진 주파수에 이득의 피크를 위치시킨다. 인덕터(12)는 나선형 또는 본드-와이어 인덕터(또는 외부 인덕터를 사용함으로써)를 사용함으로써 구현될 수 있다.

LNA의 이득을 적절히 제어하고 출력을 포화 또는 컷-오프에 의해 변형시키는 입력 신호를 피하기 위하여, 저항 Rp(13)은 본 발명의 한 바람직한 실시예에 따라 가변적일 수 있다. 입력 신호의 증가된 크기에 대한 이득을 감소시키기위한 드레인 바이어스 전류(즉, 도 1에서의 i D (14)의 DC 성분)의 감소는 전력을 절약하지만, MN1(10)의 원치않는 컷 오프 작동에 의해 발생될 수 있는 선형성의 저하를 포함한다. 그러나, 이득을 낮추기 위한 도 1에서 Rp(13)의 값의

감소는 LNA의 선형성에 영향을 미치지 않는다. 따라서, 이득을 변화시키기 위하여, 만일 선형성이 전력 소비의 감소보다 더 중요하다면, 드레인 바이어스 전류가 아닌 Rp(13)가 제어될 수 있다.

이득은 공진 주파수에서 Rp 2 에 비례한다. 따라서, 공진 부하의 양호도(Quality factor) Q가 Rp(13)에 직접 비례하기 때문에, 이득은 Cp(11) 및 Lp(12)의 고정된 값에 대한 공진 회로(즉, 이득 피크의 예리함에 비례한다)의 양호도 Q 2 에 비례한다:

따라서, Rp(13)를 제어 하는 것은, 고정된 값의 Cp(11) 및 Lp(12)에 대해 Q를 제어하는 것과 동등하다.

도 2는 도 1에서의 증폭기를 위한 회로 구현의 바람직한 실시예를 도시한다. 도 2에서 도시된 바와 같이 가변 저항 또는 가변 레지스턴스는 병렬로 배치된 p-채널 MOS(PMOS) 트랜지스터 (20, 21, 22)로 구현된다.

각 PMOS 트랜지스터는 턴온 되었을 때(즉, 그 게이트 전압이 낮춰질 때), 그 선형 영역에서 작동하도록 만들어져서, 턴-온(turn-on) 레지스턴스를 가진 스위치로서 간주될 수 있다. 전체 레지스턴스는 게이트신호 제어[1]~제어[n](23, 24,...25)의 로직에 의해 제어된다. 이런 PMOS 스위치들을 하나씩 제어하면, 증폭기의 이득은 단계적으로 조절된다. 이런 모든 PMOS 스위치들이 턴온 되었을 때 증폭기는 최소 이득을 갖는다(모든 이들의 게이트 전압을 낮춤으로써). 커먼-게이트 NMOS 트랜지스터 MC1(26)는 출력으로부터 입력을 더 절연 시키 기 위하여 부가되어 밀러 효과(Miller effect)를 감소시킨다. 포화 영역에서 MC1(26)을 유지시킴으로써 출력 신호의 MC1(26)의 진동(swing)에 의해 MC1(26)의 작동이 영향을 받지 않게 하거나 적게 영향을 받게 한다.

특정회로 스위치효과는 저장장치의 전치증폭기로 사용될 수도 있을 것이나, 이 경우 낮은 용량의 부하를 그 출력에 부여하는 것이 필요할 수 있다. 이것은 전형적인 전치증폭기가 입력 임피던스가 50Ω(마이크로파 기술에서 표준 임피던스)로 설정될 수 있는 전력 증폭기를 구동시키기 때문이다.

상기한대로, 저장기기에서 이득 제어를 위한 방법들 및 장치들의 바람직한 실시예들은 여러 장점들을 갖는다. 통합 전치증폭기 또는 MOSFET 기술(예를 들어, 무선 통신용 단말 장치)을 사용하는 저잡음 증폭기의 출력 신호의 클리핑 (clipping) 변형을 피하기 위하여, 이득은 바람직한 실시예들에 따라 풀-업 부하에서 가변 저항을 포함함으로써 조절 가능하게 될 수 있다. 가변 저항은 도 2에서 나타난대로 선형 영역에서 작동하는 분배된 PMOS 트랜지스터들을 사용하여 구현될 수 있다. 또한, DC 전력 소비의 제어성뿐만 아니라 이득 제어성을 얻기 위하여, 구동 트랜지스터들은 바람직한 실시예들에서 분배된 트랜지스터들로 나뉘어질 수 있고, 개별적으로 켜지거나 꺼질 수 있다. 또한, 공진 주파수는 조절될 수 있고 또는 다-대역 작동은 추가의 커패시터 또는 유사한 것을 부하 인덕터와 병렬로 선택적으로 결합함으로써 바람직한 실시예에서 구현될 수 있다.

이전의 실시예들 및 장점들은 단지 예시적이고 본 발명을 제한하는 것으로 해석되지 않는다. 본 발명의 내용은 다른타입의 장치들에 쉽게 적용될 수 있다.

산업상 이용 가능성

이득의 변환이 용이하고 저전력을 사용함으로 하여 오디오 저장기기 사용에 적절하다.

도 1은 주파수들의 협대역에서 원하는 이득을 가진 저잡음 증폭기의 회로도이다.

도 2는 도 1에서의 증폭기를 위한 실시예의 회로도이다.

Claims (4)

1. 제어 전극, 제 1 전극, 및 제 2 전극을 갖는 제 1 트랜지스터;

   제 2 기준 전압 및 제 1 트랜지스터의 제 2 전극 사이에 결합되는 부하 인덕터;

   제 1 트랜지스터의 제 2 전극에 결합되는 부하 커패시터; 및

   부하 인덕터와 병렬로 결합되는 가변 저항을 포함하고, 입력 신호가 제어 전극과 결합되고, 제 1 기준 전압이 제 1 전극에 결합되고 출력 신호가 제 2 전극과 결합되는 가변이득 증폭기.
2. 제 1 항에 있어서,

   가변 저항은 부하 인덕터와 병렬로 배치되고 제어 라인들의 네트워크에 결합되는 적어도 하나의 트랜지스터를 포함하는 가변이득 증폭기.
3. 제 1 항에 있어서,

   제 1 트랜지스터의 제 2 전극 및 부하 커패시터 사이에 결합되는 절연 트랜지스터를 더 포함하는 가변이득 증폭기.
4. 제 1 항에 있어서,

   상응하는 게이트 전극 제어 라인들의 제 1 네트워크와 결합되는 다수의 제 2 트랜지스터를 더 포함하고, 제 2 트랜지스터들의 각각이 제 1 트랜지스터와 병렬로 결합되는 가변이득 증폭기.