KR20080047623A - 다단식 공진 증폭기 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

예를 들어, 셀룰러 텔레폰에서 GPS 신호를 수신하는 무선 주파수 수신기는 입력, 전압-전압 피드백 및 공진 부하를 가지는 선형 저잡음 증폭기의 형태인 제1 이득 스테이지, 및 공통 소스 입력 트랜스컨덕터에 기초하는 제2 이득 스테이지를 가진다. 간섭 신호 예를 들어, 셀룰러폰 송신 신호를 거부하고 병렬 공진 회로 및 입력 사이에 접속되는 노치 필터부와, 병렬 공진 회로의 인덕터와 결합하며 원하는 신호 주파수에서 저 임피던스 경로를 제공하기 위하여 직렬 공진 회로를 형성하는 직렬 캐패시턴스를 포함하는 필터는 입력 및 제1 이득 스테이지와 관련된다.
공진 증폭기, 저잡음 증폭기, 무선 주파수 수신기

Description

다단식 공진 증폭기 시스템 및 방법{MULTISTAGE RESONANT AMPLIFIER SYSTEM AND METHOD}
본 발명은 일반적으로 전기 통신에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 통신 시스템 또는 장치에서 처리되기 이전에 매우 낮은 레벨의 무선 주파수 신호를 증폭시키는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
업계 분석가들은 차후 몇 년 안에 위치 관련 서비스의 매우 급속한 성장을 예견한다. 위성 위치 확인 시스템(GPS: Global Positioning System) 엔진이 내장된 셀룰러폰은 네트워크 기반의 위치 확인 방법을 가능하게 할 것이다. 보조 GPS(assisted GPS) 솔루션은 셀 타워 기반의 솔루션보다 더 정확하다는 것 이외에 3G 핸드셋으로의 직접 이동 경로를 제공한다. 하지만, 동일한 인쇄 회로 기판(PCB: Printed Circuit Board) 상에 셀룰러폰과 함께 GPS 수신기를 공존(co-existence)시키는 것은 새로운 문제를 내포한다. 어플리케이션 보드를 단순화하기 위해서는, 전원 절약 및 고집적 레벨화가 핵심 목표이다. 이러한 방식으로, 배터리 수명은 연장되고 재료의 비용은 감소한다. 한편, 트랜스시버(transceiver) 사이의 한정된 절연 으로 인해 누설 신호가 위험한 혼신원(Interferer)이 된다.
잘 알려진 GPS 구현예는 신호의 인밴드 잡음(in-band noise)을 감소시키기 위한 수동 필터를 포함한다. 이러한 구현예에서, 수동 필터는 매우 엄격한 조건이 요구되기에 GPS 기능 구현에 있어 상당한 비용 및 자원이 부가된다.
상기의 관점에서, GPS 구현예에서 수동 필터의 필요성을 감소시키는 새로운 저잡음 증폭기(LNA: Low-Noise Amplifier) 구성의 필요성이 존재한다.
이하에 개시된 수신기 전단 증폭기(receiver front-end amplifier)는 GPS 어플리케이션을 위한 저전력 LNA 내에서 외부 수동 필터를 제거할 필요성에 목적을 두고 있다. LNA는 노치 필터를 가지며, 이 노치 필터 이후에는 상당히 선형적인 전압-전압 피드백 LC-부하의(LC-loaded) 저잡음 증폭기인 제1 스테이지 이득(stage gain) 및 제2 스테이지 이득이 뒤따른다.
본 발명은 본 명세서에 첨부된 청구항에 설명하는 바와 같은 수신기를 제공한다.
이하, 본 발명은 도면을 참조하여 예로 들어 설명될 것이다.
도 1은 예시적인 저잡음 증폭기의 회로도이다.
본 발명에 따르면, 셀룰러폰 내의 GPS 수신기를 위한 저잡음 증폭기는 노치 필터로 구성되고, 이 노치 필터 이후에는 상당히 선형적인 전압-전압 피드백 LC-부하의 저잡음 증폭기인 제1 이득 스테이지(gain stage) 및 제2 이득 스테이지가 뒤따른다.
도 1을 참조하면, 증폭기는 입력 단자(VIN)를 가지며, 수신된 신호는 이 입력 단자(VIN)로부터 직렬 접속된 캐패시터(Cbypass)를 경유하여 인덕터(Lnotch) 및 캐패시터(Cnotch)의 병렬 공진 결합을 포함하는 노치 필터로 공급된다. 이러한 공진 결합은 입력 단자(VIN)와, 공통 베이스 증폭기(common-base amplifier)로서 접속된 바이폴라 트랜지스터의 형태인 증폭기 소자(Q1)의 이미터 단자 사이에 직렬로 연결된다. 또한, 이미터 단자는 주파수 응답 성형(shaping)을 위해 포함된 제2 병렬 동조된 공진 회로(Lcurr, Ccurr)를 경유하여 접지에 접속된다. 셀룰러폰의 경우에, 송신기 출력 신호와 같은 셀룰러폰의 기능에 관련된 하나 이상의 신호를 포함하는 공지된 간섭에 관련된 주파수 또는 주파수 대역으로 노치 필터가 동조된다.
Q1 및 그와 관련된 구성요소는 저잡음 증폭기(LNA)로서 동작한다. 원하는 신호 주파수로 동조된 출력 공진 회로(Lload, Cload)는 Q1 의 콜렉터 단자 및 전원 공급 레일(VS) 사이에 연결된다. 전압-전압 피드백은 용량성 전압 디바이더(divider)(C1, C2)에 의해 제공되며, C1 은 트랜지스터(Q1)의 콜렉터 단자 및 베이스 단자 사이에 연결되고, C2 는 베이스 단자 및 접지(ground) 사이에 연결된다. 트랜지스터(Q1)는 베이스 단자에 연결된 전류 소스(Ibias)에 의해 바이어스 전류를 제공받는다.
유도 퇴행성 토폴로지(inductively degenerated topology) 상에서 주어진 전력 소비 시의 그 우수한 선형성 성능으로 인하여, 전압-전압 피드백 및 인덕터-캐패시터 부하(load)를 가진 LNA가 선택된다.
노치 필터는 차단 주파수에서 제공되며, 캐패시터(Cbypass)에 의해 원하는 신호 주파수로 공진된다. 따라서, 입력 임피던스는 피드백 루프에 의해 반영된 부하 임피던스이다. 캐패시터(Cbypass)는 인덕터(Lnotch)와 함께 직렬 공진 회로를 형성하고, 이 직렬 공진 회로는 원하는 신호 주파수에서 공진되어 그 주파수에서 입력(VIN)로부터 Q1 까지의 저 임피던스 경로를 허용한다.
원하는 신호 주파수가 간섭 주파수에 인접함에도 불구하고, 이러한 방식으로 노치에 의한 원하는 (GPS) 신호의 감쇠는 크게 회피된다.
공통 소스 입력 트랜스컨덕터(common source input transconductor)(Q2) 및 출력 장치(Q3)를 가지는 제2 이득 스테이지는 커플링 캐패시터(coupling capacitor)(C3)를 경유하여 Q1 및 그와 관련된 구성요소에 의해 형성된 제1 이득 스테이지의 출력에 연결된다. 전계 효과 트랜지스터(Q2)는 커플링 캐패시터(C3)에 접 속되는 게이트 단자를 가지며, 수신된 신호의 증폭 및 필터링된 버전(version)을 수신한다. 트랜지스터(Q2)는 게이트 단자에 연결되는 저항(Rbias)을 경유하는 제1 바이어스 전압 소스(Vbias)에 의해 바이어싱(biasing)된다. 트랜지스터(Q2)의 소스는 접지에 접속되는 반면, 그 드레인 단자는 출력 바이폴라 트랜지스터(Q3)의 이미터와 연결되며, 출력 바이폴라 트랜지스터(Q3)의 콜렉터는 초크(Lchoke)를 경유하여 전원 공급 레일(VS)에 연결된다. 출력 트랜지스터(Q3)에 대한 바이어스는 트랜지스터(Q3)의 베이스 단자에 직접적으로 접속되는 제2 바이어스 소스(Vbias2)로부터 제공된다. 트랜지스터(Q3)는 버퍼로서 동작하며, 트랜지스터(Q3)의 콜렉터로부터 획득한 증폭된 출력 신호는 출력 커플링 캐패시터(C4)를 경유하여 출력 단자(IOUT)로 전달된다.

Claims (17)

  1. 원하는 신호 주파수에서 원하는 신호를 수신하는 무선 주파수 수신기에 있어서,
    입력과, 입력 이득 스테이지와, 차단 주파수에서의 증폭기 주파수 응답인 노치를 생성하는 제1 공진 회로의 형태이며 상기 입력 및 상기 입력 이득 스테이지와 관련된 필터를 포함하는 전단 증폭기를 포함하고,
    상기 필터는 상기 제1 공진 회로의 구성요소와 함께 상기 원하는 신호 주파수에서 이득을 증가시키는 제2 공진 회로를 형성하는 리액턴스(reactance)를 더 포함하는
    것을 특징으로 하는 무선 주파수 수신기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 공진 회로는 상기 입력 및 상기 입력 이득 스테이지 사이에 직렬로 연결되는 병렬 공진 인덕터 및 캐패시터 결합을 포함하고,
    상기 리액턴스는 상기 제1 공진 회로와 직렬로 연결되는 제2 캐패시터를 포함하며,
    상기 제2 캐패시터 및 상기 인덕터는 상기 원하는 신호 주파수에서 공진하는 직렬 공진 결합을 함께 형성하는
    것을 특징으로 하는 무선 주파수 수신기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 리액턴스는 상기 제1 공진 회로의 입력측에 위치하는
    것을 특징으로 하는 무선 주파수 수신기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 이득 스테이지는 증폭기 소자, 전압 피드백 루프 및 공진 부하의 결합을 포함하는
    것을 특징으로 하는 무선 주파수 수신기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    공통 소스 트랜스컨덕터를 포함하는 제2 이득 스테이지를 더 포함하는
    것을 특징으로 하는 무선 주파수 수신기.
  6. 전단 증폭기를 포함하는 무선 주파수 수신기에 있어서,
    상기 전단 증폭기는,
    신호 차단 노치 필터;
    증폭기 소자, 전압 피드백 루프 및 공진 부하의 결합을 포함하는 제1 이득 스테이지; 및
    상기 제1 이득 스테이지에 연결되며, 공통 소스 트랜스컨덕터를 포함하는 제2 이득 스테이지를 포함하는
    것을 특징으로 하는 무선 주파수 수신기.
  7. 전단 증폭기를 가지는 무선 주파수 수신기에 있어서,
    상기 전단 증폭기는,
    입력 노치 필터;
    공진 결합된 인덕턴스 및 캐패시턴스를 포함하는 부하 소자와 전압 피드백을 포함하는 바이폴라 트랜지스터 제1 이득 스테이지; 및 상기 제1 이득 스테이지로부터 신호를 수신하도록 연결되는 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 제2 이득 스테이지를 포함하는
    것을 특징으로 하는 무선 주파수 수신기.
  8. 위성 기반의 위치 확인 시스템으로부터 신호를 수신하는 수신기에 있어서,
    간섭 신호를 차단하도록 배치된 노치 필터를 가지는 전단 증폭기;
    상기 노치 필터와 관련되며, 피드백 루프를 가지는 상당히 선형 동조된 제1 이득 스테이지; 및
    상기 제1 이득 스테이지의 출력에 연결되는 제2 이득 스테이지를 포함하고,
    상기 제2 이득 스테이지는 공통 소스 트랜스컨덕터 소자를 포함하는
    것을 특징으로 하는 수신기.
  9. 시스템에 있어서,
    무선 주파수 전단의 일부인 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier)에 대한 구성;
    차단기 거부(blocker rejection)를 제공하며, 캐패시터에 의해 신호 주파수에서 동조되는 노치 필터;
    상당히 선형적인 전압-전압 피드백 LC(인덕터, 캐패시터) 부하의 저잡음 증폭기로 구성된 전단의 제1 이득 스테이지; 및
    공통 소스 입력 트랜스컨덕터에 기초하는 전단의 제2 이득 스테이지를 포함하는
    것을 특징으로 하는 시스템.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노치 필터는 상기 제1 이득 스테이지의 입력 경로에 연결되는 병렬 동조된 회로를 포함하는
    것을 특징으로 하는 수신기.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 이득 스테이지는 상기 트랜지스터의 이미터 접속부 및 접지 사이에 접속되는 병렬 동조된 회로를 가지는 공통 베이스 바이폴라 트랜지스터 증폭기를 포함하는
    것을 특징으로 하는 수신기.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 이득 스테이지의 부하는 상기 원하는 신호의 주파수에서 공진되는 병렬 동조된 회로를 포함하는
    것을 특징으로 하는 수신기.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피드백 루프는 상기 제1 이득 스테이지의 출력 및 무선 주파수 접지 사이에 연결되는 용량성 전압 디바이더를 포함하고,
    상기 디바이더의 탭은 상기 제1 이득 스테이지의 입력 단자에 접속되는
    것을 특징으로 하는 수신기.
  14. 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 이득 스테이지는, 공통 베이스 구성에 접속되며 베이스에 접속된 바이어스 전류 소스를 가지는 바이폴라 트랜지스터; 콜렉터 및 무선 주파수 접지 사이에 연결되는 병렬 동조된 회로; 및 콜렉터와 상기 베이스 사이의 피드백 루프를 포함하고,
    상기 피드백 루프는 상기 콜렉터 및 무선 주파수 접지 사이의 용량성 전압 디바이더를 포함하고, 상기 디바이더 탭은 베이스에 접속되는
    것을 특징으로 하는 수신기.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 이득 스테이지는 입력 장치로서 동작하는 공통 소스 증폭기 소자로서 접속된 전계 효과 트랜지스터를 포함하고, 전계 효과 트랜지스터 드레인에 연결되어 출력 버퍼로서 동작하는 바이폴라 트랜지스터를 가지며,
    상기 출력 장치의 이미터는 상기 전계 효과 트랜지스터 드레인에 연결되고,
    상기 콜렉터는 상기 전단 증폭기의 출력을 형성하는
    것을 특징으로 하는 수신기.
  16. 위성 신호 수신기를 위한 무선 주파수 증폭기에 있어서,
    노치 필터;
    전압-전압 피드백 및 LC-부하의 출력을 가지는 상당히 선형적인 제1 이득 스테이지; 및
    제2 이득 스테이지를 포함하는
    것을 특징으로 하는 무선 주파수 증폭기.
  17. 간섭 신호가 존재할 경우에 원하는 무선 주파수 신호를 증폭시키는 방법에 있어서,
    노치 필터를 경유하여 제1 이득 스테이지로 수신된 신호를 공급하는 단계,
    전압-전압 피드백 루프 및 공진 부하를 가지는 증폭기 소자를 이용하여 상기 제1 이득 스테이지에서 상기 신호를 증폭시키는 단계,
    공통 소스 입력 트랜스컨덕터를 이용하여 상기 제1 이득 스테이지로부터 제2 이득 스테이지로 증폭된 신호를 공급하는 단계를 포함하는
    것을 특징으로 하는 방법.
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