KR20070091963A - 적응적 선형 증폭기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 증폭기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전력 소모가 적으며 선형성이 높은 적응적 선형 증폭기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 적응적 선형 증폭기는, 주 트랜지스터와 보조 트랜지스터부를 포함하고, 주 트랜지스터 및 보조 트랜지스터부는 서로 커플 되는 증폭수단 및 주 트랜지스터 및 보조 트랜지스터부에 인가되는 바이어스 전압을 제어하는 바이어스 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
증폭기, 선형성, 파워, 전력, 바이어스, IP3

Description

적응적 선형 증폭기{ADAPTIVE LINEAR AMPLIFIER}
도 1은 종래의 증폭기이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 적응적 선형 증폭기다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 적응적 선형 증폭기의 출력파워 영역을 도시한 그래프이다.
** 도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명 **
200: 적응적 선형 증폭기, 210: 증폭수단
220: 부하단, 230: 바이어스 제어수단
240: 참조 테이블
본 발명은 증폭기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전력 소모가 적으며 선형성이 높은 적응적 선형 증폭기에 관한 것이다.
도 1은 종래의 증폭기이다.
도시된 바와 같이, 종래의 증폭기(100)는 증폭단(110) 및 부하단(120)을 포함한다.
여기서, 증폭단(110)은 트랜지스터(MN1) 및 커패시터(C1)를 포함한다.
트랜지스터(MN1)의 소오스 단자는 접지된다.
트랜지스터(MN1)의 게이트 단자는 커패시터(C1)의 일단에 접속된다.
커패시터(C1)의 타단은 입력단(IN)에 접속된다.
트랜지스터(MN1)의 드레인 단자는 부하단(120)의 일단 및 출력단(OUT)에 각각 접속된다.
부하단(120)의 타단은 전원전압(VDD)가 인가된다.
종래의 증폭기(100)의 동작설명은 다음과 같다.
트랜지스터(MN1)의 게이트 단자로 소신호인 입력신호가 인가된다.
트랜지스터(MN1)를 바이어싱 하기 위하여 게이트 단자로 대신호인 바이어스(Bias)가 인가된다.
이러한 구조에 의하여, 입력단(IN)에 인가된 입력신호를 바이어스(Bias)에 의하여 바이어싱된 트랜지스터(MN1)가 증폭하여 출력단(OUT)으로 출력한다.
이러한 증폭기(100)를 이용하여 파워 컨트롤(power control)를 할 경우에는 바이어스 포인트를 변경하는 것으로 출력 파워를 조절한다.
그러나, 이와 같은 구조의 증폭기(100)를 이용하는 파워 컨트롤은 단순히 출력되는 파워의 크기만 조절되는 단점과 높은 출력파워에 맞추어 바이어스 포인트를 결정하면, 전력소모가 불필요하게 증가되는 단점이 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 출력 파워영역을 변경할 수 있는 증폭기를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 전력소모를 줄이고, 선형성이 높은 증폭기를 제공하는데 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 적응적 선형 증폭기는 주 트랜지스터와 보조 트랜지스터부를 포함하고, 상기 주 트랜지스터 및 보조 트랜지스터부는 서로 커플되는 증폭수단 및 상기 주 트랜지스터 및 상기 보조 트랜지스터부에 인가되는 바이어스 전압을 제어하는 바이어스 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상술한 주 트랜지스터와 보조 트랜지스터부는 서로 병렬로 커플되는것이 바람직하다.
여기서, 상술한 보조 트랜지스터부는 제1 보조 트랜지스터 및 제2 보조 트랜지스터를 포함하고, 상기 제1 보조 트랜지스터와 제2 보조 트랜지스터는 서로 병렬 로 커플되는 것이 바람직하다.
여기서, 상술한 바이어스 제어수단은 참조 테이블(Look Up Table)을 참조하여 상기 바이어스 전압을 발생하는 것이 바람직하다.
여기서, 상술한 참조 테이블은 낮은 출력파워용 바이어스 데이터 및 높은 출력파워용 바이어스 데이터를 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상술한 주 트랜지스터는 포화영역에서 동작하고, 상기 보조 트랜지스터부는 서브문턱(subthreshould) 영역에서 동작하는 것이 바람직하다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 적응적 선형 증폭기(200)이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 적응적 선형 증폭기(200)는 증폭수단(210), 부하단(220), 바이어스 제어수단(230) 및 참조 테이블(240)을 포함한다.
여기서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 적응적 선형 증폭기(200)의 구성은 다음과 같다.
증폭수단(210)은 주 트랜지스터(MN21) 및 보조 트랜지스터부(211)를 포함한다.
여기서, 주 트랜지스터(MN21)의 신호 입력단에 주 커패시터(C21)를 포함한다.
보조 트랜지스터부(211)는 제1 보조 트랜지스터(MN22a), 제1 보조 커패시터(C22a), 제2 보조 트랜지스터(MN22b) 및 제2 보조 커패시터(C22b)를 포함한다.
여기서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 적응적 선형 증폭기(200)의 연결관계는 다음과 같다.
입력단(IN)은 제1 노드(①)에 연결된다.
주 커패시터(C21)의 일단은 제1 노드(①)에 연결된다.
주 커패시터(C21)의 타단은 제2 노드(②)에 연결된다.
주 트랜지스터(MN21)의 신호 입력단(게이트단)은 제2 노드(②)에 연결된다.
주 트랜지스터(MN21)의 주전류 경로의 일단(드레인단)은 제6 노드(⑥)에 연 결된다.
주 트랜지스터(MN21)의 주전류 경로의 타단(소오스단)은 제5 노드(⑤)에 연결된다.
제1 보조 커패시터(C22a)의 일단은 제1 노드(①)에 연결된다.
제1 보조 커패시터(C22a)의 타단은 제3 노드(③)에 연결된다.
제1 보조 트랜지스터(MN22a)의 신호 입력단(게이트단)은 제3 노드(③)에 연결된다.
제1 보조 트랜지스터(MN22a)의 주전류 경로의 일단(드레인단)은 제6 노드(⑥)에 연결된다.
제1 보조 트랜지스터(MN22a)의 주전류 경로의 타단(소오스단)은 제5 노드(⑤)에 연결된다.
제2 보조 커패시터(C22b)의 일단은 제1 노드(①)에 연결된다.
제2 보조 커패시터(C22b)의 타단은 제4 노드(④)에 연결된다.
제2 보조 트랜지스터(MN22b)의 신호 입력단(게이트단)은 제4 노드(④)에 연결된다.
제2 보조 트랜지스터(MN22b)의 주전류 경로의 일단(드레인단)은 제6 노드(⑥)에 연결된다.
제2 보조 트랜지스터(MN22b)의 주전류 경로의 타단(소오스단)은 제5 노드(⑤)에 연결된다.
부하단(220)의 전원단자에는 전원전압(VDD)이 인가된다.
부하단(220)의 출력단자에는 제6 노드(⑥)와 출력단(OUT)에 연결된다.
제5 노드(⑤)는 접지(GND)된다.
바이어스 제어수단(230)의 주 제어단은 제2 노드(②)에 연결되고, 제1 보조 제어단은 제3 노드(③)에 연결되고, 제2 보조 제어단은 제4 노드(④)에 연결된다.
여기서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 적응적 선형 증폭기(200)의 동작설명은 다음과 같다.
주 커패시터(C21), 제1 보조 커패시터(C22a) 및 제2 보조 커패시터(C22b)는 입력단(IN)에 인가된 입력신호의 직류성분을 차단(DC-Blocking)한다.
주 트랜지스터(MN21)는 입력단(IN)에 인가되는 입력신호를 증폭하여 출력단(OUT)으로 출력한다.
주 트랜지스터(MN21)의 채널 폭함수 (Width Function) 와 채널 사이즈와 같은 특성은 제조과정에서 결정되며, 주 트랜지스터(MN21)가 포화영역에서 동작하도록 바이어스 제어수단(230)에 의하여 바이어싱(Bias1) 된다.
이러한 구조에 의하여, 주 트랜지스터(MN21)는 일정 크기의gm'' 이 나타나게 되어 회로의 선형성이 낮아지고, 이때의 gm''은 음의 극성을 갖는다.
여기에서, 주 트랜지스터(MN21)의 gm''이 선형성에 미치는 영향을 작게 하기 위하여 제1 보조 트랜지스터(MN22a) 및 제2 보조 트랜지스터(MN22b)의 양의 극성을 갖는 gm''으로 음의 극성을 갖는 주 트랜지스터(MN21)의 gm''을 상쇄 시킨다.
즉, 제1 보조 트랜지스터(MN22a) 및 제2 보조 트랜지스터(MN22b)의 채널 폭 함수와 사이즈와 같은 특성은 제조과정에서 결정되며, 제1 보조 트랜지스터(MN22a) 및 제2 보조 트랜지스터(MN22b)가 서브문턱(subthreshould) 영역에서 동작하도록 바이어스 제어수단(230)에 의하여 바이어싱(Bias2a, Bias2b) 된다.
여기서, 바이어스 제어수단(230)은 참조 테이블(Look Up Table; LUT)를 참조하여 주 트랜지스터(MN21), 제1 보조 트랜지스터(MN22a) 및 제2 보조 트랜지스터(MN22b)의 바이어스 크기를 결정한다.
결국, 제1 보조 트랜지스터(MN22a) 및 제2 보조 트랜지스터(MN22b)의 음의 영역을 사용하기 위하여 폭함수와 적절한 오프셋 바이어스 값을 조절하는 것이다.
이러한 구조에 의하여, 입력신호를 주 트랜지스터(MN21)를 이용하여 증폭할 경우에 발생하는 IMD3(3-order Intermodulation Distortion)가 제1 보조 트랜지스터(MN22a) 및 제2 보조 트랜지스터(MN22b)에 의하여 감소한다.
또한, 바이어스 제어수단(230)은 제1 보조 트랜지스터(MN22a) 및 제2 보조 트 랜지스터(MN22b)의 트랜스 컨덕턴스를 변경함으로써 gm''을 변경한다.
따라서, 이러한 변경은 주 트랜지스터(MN21)의 gm''의 값을 제1 보조 트랜지스터(MN22a) 및 제2 보조 트랜지스터(MN22b)의 gm''이 변경하게 되여, 출력 파워 영역을 변경한다.
즉, 주 트랜지스터(MN21)와 제1 보조 트랜지스터(MN22a) 및 제2 보조 트랜지스터(MN22b)의 폭함수와 바이어스 포인트를 변경하는 것으로 본 발명의 제1 실시예에 따른 적응적 선형 증폭기(200)의 출력 파워 영역을 달리하게 되면 전력 소모가 줄어들고, 선형성이 높아진다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 증폭기의 출력 파워 영역을 도시한 그래프이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 증폭기의 출력 파워 영역을 도시한 그래프는 3가지 경우의 바이어싱 상태를 포함한다.
제1 영역(300)은 주 트랜지스터(MN21)만 바이어스 제어수단(230)에 의하여 바이어싱된 상태의 출력 파워와 IP3에 관한 그래프이다.
이러한 영역은 종래 기술에서와 같이, 바이어스 포인트를 변경하여 출력 파워를 조절한다.
제2 영역(310) 및 제3 영역(320)은 주 트랜지스터(MN21), 제1 보조 트랜지스 터(MN22a) 및 제2 보조 트랜지스터(MN22b)를 바이어스 제어수단(230)에 의하여 바이어싱된 상태의 출력 파워와 IP3에 관한 그래프이다.
여기서, 제2 영역(310)은 본 발명의 제1 실시예에 따른 적응적 선형 증폭기(200)의 선형성을 높이고 전력 소모를 최소화 하면서 입력 신호를 증폭하여 상대적으로 낮은 출력 파워가 필요한 경우에 유용하다.
또한, 제3 영역(310)은 본 발명의 제1 실시예에 따른 적응적 선형 증폭기(200)의 선형성을 높이고 전력 소모를 최소화 하면서 입력 신호를 증폭하여 상대적으로 높은 출력 파워가 필요한 경우에 유용하다.
이와 같은 구조에 의하여, 출력 파워의 크기에 따라 바이어스 제어수단(230)에 의하여 주 트랜지스터(MN21), 제1 보조 트랜지스터(MN22a) 및 제2 보조 트랜지스터(MN22b)의 바이어싱을 달리 하면, 높은 선형성은 유지되면서 전력소모가 적은 증폭기를 제작할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다 는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
상술한 본 발명의 구성에 따르면, 증폭기의 출력 파워영역을 변경하는데 그 효과가 있다.
또한, 증폭기의 전력소모를 줄이고, 선형성을 높이는데 그 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 주 트랜지스터와 보조 트랜지스터부를 포함하고, 상기 주 트랜지스터 및 보조 트랜지스터부는 서로 커플되는 증폭수단; 및
    상기 주 트랜지스터 및 상기 보조 트랜지스터부에 인가되는 바이어스 전압을 제어하는 바이어스 제어수단;
    을 포함하는, 적응적 선형 증폭기.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 주 트랜지스터와 보조 트랜지스터부는 서로 병렬로 커플되는, 적응적 선형 증폭기.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 보조 트랜지스터부는 제1 보조 트랜지스터 및 제2 보조 트랜지스터를 포함하고, 상기 제1 보조 트랜지스터와 제2 보조 트랜지스터는 서로 병렬로 커플되는, 적응적 선형 증폭기.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 바이어스 제어수단은 참조 테이블(Look Up Table)을 참조하여 상기 바이어스 전압을 발생하는, 적응적 선형 증폭기.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 참조 테이블은 낮은 출력파워용 바이어스 데이터 및 높은 출력파워용 바이어스 데이터를 포함하는, 적응적 선형 증폭기.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 주 트랜지스터는 포화영역에서 동작하고, 상기 보조 트랜지스터부는 서브문턱(subthreshould) 영역에서 동작하는, 적응적 선형 증폭기.
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