KR20100028938A - 광대역 저잡음 증폭기 - Google Patents

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KR20100028938A
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Abstract

본 발명은 광대역 저잡음 증폭기에 관한 것으로, 입력 신호를 증폭하여 상기 입력 신호와 반대되는 위상을 가지는 제1신호를 출력하는 소스-디제너레이티드 공통 소스 증폭기; 상기 소스-디제너레이티드 공통 소스 증폭기에 병렬 연결되어, 상기 입력 신호를 증폭하여 상기 입력 신호와 동일한 위상을 가지는 제2신호를 출력하는 공통 게이트 증폭기; 및 상기 소스-디제너레이티드 공통 소스 증폭기와 상기 공통 게이트 증폭기의 입력단을 격리시키며 정합 주파수 대역을 결정하는 정합 주파수 대역 결정부를 포함하여 구성되며, 이에 의하여 안정적인 광대역 정합 특성을 제공하면서도 높은 전력 이득 및 낮은 잡음 특성을 제공할 수 있도록 한다. 또한, 단일 신호를 차동 신호로 자체 변환할 수 있도록 하여, 우수한 단일 종단-차동 특성을 제공함과 동시에 설계 또한 간단해지도록 해준다.
광대역 저잡음 증폭기, 광대역 정합 특성, 높은 전력 이득,

Description

광대역 저잡음 증폭기{wideband low noise amplifier}
본 발명은 광대역 저잡음 증폭기에 관한 것으로, 특히 안정적인 광대역 정합 특성, 높은 전력 이득 및 낮음 잡음 특성을 동시에 제공할 수 있는 광대역 저잡음 증폭기에 관한 것이다.
본 발명은 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT원천기술개발의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2008-F-008-01, 과제명: 차세대 무선 융합 단말용 Advanced Digital RF 기술 개발].
무선 통신 데이터 속도가 증가함에 따라 광대역 신호를 저잡음으로 증폭할 수 있는 광대역 증폭기가 필요해졌다.
이러한 광대역 증폭기는 기존의 협대역 증폭기에 비해 넓은 신호 대역을 가져 상대적으로 낮은 전력 이득이나 높은 잡음 지수를 가지기 때문에, 설계단계에서 광대역 정합 특성과 전력 이득, 잡음 지수간 트레이드 오프(trade-off)를 해줘야 한다.
기존의 협대역 증폭기에서 가장 일반적이면서도 특성이 우수한 것은 소스-디 제너레이티드 공통 소스(source-degenerated common source) 방식으로, 이는 높은 전력 이득과 낮은 잡음 특성을 제공하나 광대역 정합 특성이 좋지 않아 광대역 신호를 안정적으로 증폭할 수 없는 단점이 있다.
광대역 신호의 증폭을 위한 대표적인 입력 정합 방식으로는 저항소자를 직접 이용하는 방식, 공통 게이트(common gate) 구조의 트랜지스터의 1/gm (gm는 상호 컨덕턴스)을 이용하는 방식, 및 저항 병렬 궤환(resistive shunt-feedback)을 이용하는 방식 등이 있다.
이러한 기본적인 구조를 혼용한 것들로는 소스 디제너레이션(source degeneration)과 LC 입력 매칭 네트워크(input matching network)를 혼용한 방식, 협대역 저잡음 증폭기와 저항 병렬 궤환을 혼용한 방식, 및 공통 소스와 공통 게이트를 혼용한 방식 등이 있다.
그러나 이러한 기존의 방식 모두는 기본적으로 광대역 정합 특성과 전력 이득 및 잡음 특성들간에 트레이드 오프를 고려해야 하기 때문에, 약간의 성능 개선만을 이루고 있을 뿐 획기적으로 성능을 개선해주지는 못한다.
또한 공통 소스와 공통 게이트를 혼용하는 방식으로 단일 종단(single-ended)의 입력단을 캐스케이드(cascade) 구조로 연결한 방식과 각각의 트랜지스터 입력부를 직접적으로 병렬 연결한 방식이 존재하나, 이들 또한 설계가 복잡하고 성능 개선 효과가 미약한 단점이 있다.
한편, 무선 신호(RF) 처리를 위한 집적회로들의 경우, 차동 구조를 택하는 것이 잡음의 영향을 줄이는 측면에서 유리하며, 송신기가 직접 변환(direct conversion) 구조인 경우에도 LO(local oscillation) 누설에 의한 성능 감소를 감안하여 차동 구조를 택하는 것이 유리하다.
차동 구조의 설계를 위해서는 단일 종단-차동(single-ended to differential)을 위한 발룬(balun)이 추가적으로 구비되어야 하는데, 수동 발룬의 경우, 자체 손실이 발생하여 송수신기의 성능을 감소시키며 신호 주파수가 높아짐에 따라 손실 정도가 더욱 커지는 문제가 있다.
이에 대부분의 차동 구조의 광대역 증폭기는 단일 종단구조로 증폭을 수행한 후에, 능동 발룬을 통해 단일 신호를 차동 신호로 변환하도록 한다.
그러나 이러한 경우에도 능동 발룬에 의한 추가적인 전류 소모가 발생하며, 주파수가 높을 경우에는 우수한 단일 종단-차동 특성을 얻기가 어렵고, 설계 또한 복잡해지는 문제가 있다.
이에 본 발명에서는 광대역 임피던스 정합 특성, 저잡음 지수, 높은 전력을 동시에 제공할 수 있도록 하는 광대역 저잡음 증폭기를 제공하고자 한다.
또한 발룬과 같은 회로 없이도 단일 신호를 차동 신호로 자체 변환할 수 있도록 하는 광대역 저잡음 증폭기를 제공하고자 한다.
본 발명의 제1 측면에 따르면 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 수단으로써, 입력 신호를 증폭하여 상기 입력 신호와 반대되는 위상을 가지는 제1신호를 출 력하는 소스-디제너레이티드 공통 소스 증폭기; 상기 소스-디제너레이티드 공통 소스 증폭기에 병렬 연결되어, 상기 입력 신호를 증폭하여 상기 입력 신호와 동일한 위상을 가지는 제2신호를 출력하는 공통 게이트 증폭기; 및 상기 소스-디제너레이티드 공통 소스 증폭기와 상기 공통 게이트 증폭기의 입력단을 격리시키며 정합 주파수 대역을 결정하는 정합 주파수 대역 결정부를 포함하는 광대역 저잡음 증폭기를 제공한다.
상기 정합 주파수 대역 결정부는 상기 소스-디제너레이티드 공통 소스 증폭기의 입력단에 위치하여, 상기 소스-디제너레이티드 공통 소스 증폭기의 정합 주파수 대역을 결정하는 제1임피던스; 및 상기 공통 게이트 증폭기의 입력단에 위치하여 상기 공통 게이트 증폭기의 정합 주파수 대역을 결정하는 제2 임피던스 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있으며, 상기 제1임피던스와 상기 제2임피던스 각각은 인덕터 또는 직렬 연결된 인덕터와 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 소스-디제너레이티드 공통 소스 증폭기와 상기 공통 게이트 증폭기는 서로 상이한 정합 주파수 대역을 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 소스-디제너레이티드 공통 소스 증폭기는 접지 전압과 연결된 인덕터; 상기 제1임피던스에 연결된 게이트와 상기 인덕터와 연결된 소스를 가지며, 상기 제1임피던스를 거쳐 게이트에 인가된 입력 신호를 증폭하여 드레인으로 출력하는 제1 트랜지스터; 및 바이어스 전압을 상기 제1트랜지스터의 게이트에 인가하는 저항을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 공통 게이트 증폭기는 접지 전압과 연결된 제3임피던스; 상기 제2 임피 던스 및 상기 3임피던스에 공통 연결된 소스와 바이어스 전압이 인가되는 게이트를 가지며, 상기 제2임피던스를 거쳐 소스에 인가된 입력 신호를 증폭하여 드레인으로 출력하는 제2트랜지스터; 및 상기 바이어스 전압을 상기 제2트랜지스터의 게이트에 인가하는 저항을 포함하며, 상기 제3임피던스는 인덕터로 구현되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 광대역 저잡음 증폭기는 상기 소스-디제너레이티드 공통 소스 증폭기와 상기 공통 게이트 증폭기 각각에 캐스코드(cascode) 구조로 연결된 제3및 제4트랜지스터를 구비하여, 역방향 격리를 증대하는 전류 버퍼부; 및 상기 제1 및 제2 신호의 주파수 대역폭을 확장하고 전력 이득을 평탄화시키는 출력부하를 더 포함할 수 있다.
상기 출력부하는 병렬-피킹(shunt-peaking) 또는 동조 스위치 네트워크(tuning switch network)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2측면에 따르면 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 수단으로써, 병렬 연결된 소스-디제너레이티드 공통 소스 증폭기 및 공통 게이트 증폭기와 상기 소스-디제너레이티드 공통 소스 증폭기와 상기 공통 게이트 증폭기의 입력단을 격리하며 정합 주파수 대역을 결정하는 정합 주파수 대역 결정부를 구비하여, 입력 신호로부터 두 개의 차동 신호를 발생하는 입력부; 상기 소스-디제너레이티드 공통 소스 증폭기와 상기 공통 게이트 증폭기 각각에 캐스코드(cascode) 구조로 연결된 트랜지스터들을 구비하여, 역방향 격리를 증대하는 전류 버퍼부; 및 상기 제1 및 제2 신호의 주파수 대역폭을 확장하고 전력 이득을 평탄화시키는 출력부하를 포 함하는 광대역 저잡음 증폭기를 제공한다.
상기 정합 주파수 대역 결정부는 상기 소스-디제너레이티드 공통 소스 증폭기의 입력단에 위치하여, 상기 소스-디제너레이티드 공통 소스 증폭기의 정합 주파수 대역을 결정하는 제1임피던스; 및 상기 공통 게이트 증폭기의 입력단에 위치하여 상기 공통 게이트 증폭기의 정합 주파수 대역을 결정하는 제2 임피던스 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 소스-디제너레이티드 공통 소스 증폭기와 상기 공통 게이트 증폭기는 서로 상이한 정합 주파수 대역을 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 소스-디제너레이티드 공통 소스 증폭기는 접지 전압과 연결된 인덕터; 상기 제1임피던스에 연결된 게이트와 상기 인덕터와 연결된 소스를 가지며, 상기 제1임피던스를 거쳐 게이트에 인가된 입력 신호를 증폭하여 드레인으로 출력하는 제1 트랜지스터; 및 바이어스 전압을 상기 제1트랜지스터의 게이트에 인가하는 저항을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 공통 게이트 증폭기는 접지 전압과 연결된 제3임피던스; 상기 제2 임피던스 및 상기 3임피던스에 공통 연결된 소스와 바이어스 전압이 인가되는 게이트를 가지며, 상기 제2임피던스를 거쳐 소스에 인가된 입력 신호를 증폭하여 드레인으로 출력하는 제2트랜지스터; 및 상기 바이어스 전압을 상기 제2트랜지스터의 게이트에 인가하는 저항을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 본 발명의 광대역 저잡음 증폭기는 SDCS 증폭기와 CG 증폭기를 병 렬연결하고 적어도 하나의 임피던스를 통해 두 개의 증폭기의 입력단을 격리시킴과 동시에 서로 상이한 정합 주파수 대역을 가지도록 함으로써, 안정적인 광대역 정합 특성, 높은 전력 이득 및 낮은 잡음 특성을 동시에 제공해줄 수 있다.
또한 발룬과 같은 회로 없이도 단일 신호를 차동 신호로 자체 변환할 수 있도록 함으로써, 우수한 단일 종단-차동 특성을 제공함과 동시에 설계 또한 간단해 지도록 해준다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
또한, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 광대역 저잡음 증폭기의 입력부를 도시한 도면이다.
도1을 참조하면, 광대역 저잡음 증폭기의 입력부는 소스-디제너레이티드 공통 소스 증폭기(이하, SDCS) 증폭기(11)와 공통 게이트(이하, CG) 증폭기(12)를 병렬연결하고, 각 증폭기의 앞단에 제1임피던스(13)와 제2 임피던스(14)를 추가하도록 한다.
SDCS 증폭기(11)는 높은 전력 이득과 낮은 잡음 특성을 가지며, 입력단에 인가되는 입력 신호(RFin)를 증폭하여 입력 신호(RFin)와 반대되는 위상을 가지는 제1 신호(RFout-)를 출력한다.
CG 증폭기(12)는 우수한 광대역 정합 특성과 상대적으로 낮은 전력 이득과 높은 잡음 특성을 가지며, 입력단에 인가되는 입력 신호(RFin)를 증폭하여 입력 신호(RFin)와 동일한 위상을 가지는 제2 신호(RFout+)를 출력한다.
제1임피던스(13)와 제2 임피던스(14)는 SDCS 증폭기(11) 및 CG 증폭기(12)를 격리(isolation)시킴과 동시에 각 증폭기의 정합 주파수 대역을 결정한다.
본 발명에서는 제1임피던스(13)와 제2 임피던스(14)를 통해 SDCS 증폭기(11) 및 CG 증폭기(12)가 서로 상이한 정합 주파수 대역을 가지도록 하는 것이 바람직하다. 이는 광대역 저잡음 증폭기의 공통 입력에서 볼 때, SDCS 증폭기(11) 및 CG 증폭기(12)의 정합 주파수 대역이 서로 연속되어 정합 주파수 대역이 확장되고, 그에 따라 본 발명의 광대역 저잡음 증폭기가 광대역 정합 특성을 가질 수 있도록 하기 위함이다.
이에 도1에서와 같이 SDCS 증폭기(11)와 CG 증폭기(12)를 병렬연결하고 제1임피던스(13)와 제2임피던스(14)를 통해 두 개의 증폭기의 입력단을 격리시킴과 동시에 서로 상이한 정합 주파수 대역을 가지도록 하면, SDCS 증폭기(11)와 CG 증폭기(12)의 정합 주파수 대역이 서로 연속되면서 광대역 정합 특성을 가지게 된다.
그리고 SDCS 증폭기(11)가 기본적으로 제공하는 높은 전력 이득과 낮은 잡음 특성에 의해 CG 증폭기(12)의 정합 주파수 대역에서의 전력 이득과 잡음 특성이 향상되어, 광대역 저잡음 증폭기는 전체적으로 높은 전력 이득과 낮은 잡음 특성을 가지게 된다.
따라서 본 발명의 광대역 저잡음 증폭기는 안정적인 광대역 정합 특성뿐 만 아니라 높은 전력 이득과 낮은 잡음 특성도 제공할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 광대역 저잡음 증폭기는 SDCS 증폭기(11) 및 CG 증폭기(12)를 통해 하나의 입력 신호(RFin)를 입력받아 차동되는 위상을 가지는 두 개의 신호(RFout+, RFout-)를 발생해준다. 즉, 광대역 저잡음 증폭기는 발룬과 같은 회로 없이도 단일 신호를 두 개의 차동 신호로 자체 변환해준다.
도2는 도1의 광대역 저잡음 증폭기의 입력부의 구성도를 도시한 도면이다.
도2를 참조하면, SDCS 증폭기(11)는 접지전압에 연결된 제1인덕터(L1), 제1 임피던스(13)에 연결된 게이트와 제1인덕터(L1)에 연결된 소스를 가지며 제1임피던스(13)를 거쳐 게이트에 인가된 입력 신호(RFin)를 증폭하여 드레인으로 출력하는 제1트랜지스터(M1), 및 바이어스 전압(Vbias)을 제1트랜지스터(M1)의 게이트에 인가하는 제1저항(R1)을 구비한다.
CG 증폭기(12)는 접지전압에 연결된 제3임피던스(Z3), 바이어스 전압(Vbias)이 인가되는 게이트와 제2및 제3임피던스(14, Z3)에 공통 연결된 소스를 가지며 제2임피던스(14)를 거쳐 소스에 인가된 입력 신호(RFin)를 증폭하여 드레인으로 출력하는 제2트랜지스터(M2), 및 바이어스 전압(Vbias)을 제2트랜지스터(M2)의 게이트에 인가하는 제2저항(R2)을 구비한다.
이와 같은 구조를 가지는 SDCS 증폭기(11)는 기존의 협대역 저잡음 증폭기에서와 같이 이하의 수학식1에 따른 입력 임피던스를 가진다.
[수학식1]
ZSDCS =
Figure 112008063392612-PAT00001
여기서, gm(M1)은 제1트랜지스터(M1)의 상호컨덕턴스이고, L1은 제1트랜지스터(M1)의 소스와 접지전압 사이에 구비되는 제1인덕터이고, CGS는 제1트랜지스터(M1)의 게이트와 소스 사이에 구비되는 기생 커패시터(미도시)이다.
이에 SDCS 증폭기(11)는 상기 수학식1의 입력 임피던스 값을 입력단에 접속되는 신호 입력부(미도시)의 출력 임피던스 값(예를 들어, 50Ω)과 동일하게 설정함으로써, 입력 임피던스 정합을 수행한다.
한편, 트랜지스터(M1)의 기생 커패시터(CGS)와 제1인덕터(L1)는 입력 신호(RFin)에 대한 공진동작을 수행하여, 트랜지스터(M1)의 게이트에 인가되는 입력신호(RFin)의 신호 크기를 증가시킨다.
이에 트랜지스터(M1) 즉, SDCS 증폭기(11)는 증가된 신호 크기를 가지는 신호를 입력받아 증폭 동작을 수행하므로, 앞서 설명된 바와 같이 높은 전력 이득과 낮은 잡음 특성을 가지게 된다.
반면, CG 증폭기(12)는 이하의 수식2에 따른 입력 임피던스를 가진다.
[수학식2]
ZCG =
Figure 112008063392612-PAT00002
여기서, gm ( M2 )은 제2트랜지스터(M2)의 상호컨덕턴스이다.
CG 증폭기(12)도 상기의 SDCS 증폭기(11)와 같이 상기 수학식2의 입력 임피던스 값을 입력단에 접속되는 신호 입력부의 출력 임피던스 값과 동일하게 설정함으로써, 입력 임피던스 정합을 수행한다.
이와 같이 CG 증폭기(12)는 gm(M2)만을 조정하여 임피던스 정합을 수행할 수 있어 광대역 정합에 적합하다.
그러나 신호 입력부의 출력 임피던스 값에 의해 gm(M2)이 일정 값으로 한정되고, 이에 따라 전력 이득 및 잡음 지수 또한 한정되어, 높은 전력 이득을 얻거나 낮은 잡음 지수 특성을 얻는 데 불리해진다.
이에 본 발명에서는 SDCS 증폭기(11)와 CG 증폭기(12)를 병렬 연결하여, SDCS 증폭기(11)의 높은 전력 이득 및 낮은 잡음 특성에 의해 CG 증폭기(12)의 전력 이득 및 잡음 특성이 보완되도록 함으로써, 광대역 저잡음 증폭기가 전체적으로 높은 전력 이득 및 낮은 잡음 특성을 가질 수 있도록 해준다.
도3은 도2의 광대역 저잡음 증폭기의 입력부의 상세 회로도를 도시한 도면이다.
도3을 참조하면, 도2의 제1및 제2 임피던스(13,14) 각각은 정합 주파수 대역을 결정하는 인덕터(L2, L3)와 직류 전압 및 전류를 차단하는 커패시터(C2, C3)로 구현되고, 제3임피던스(Z3)는 인덕터(L4)로 구현될 수 있음을 알 수 있다.
이와 같은 구성은 증폭기의 동작 특성 및 사용자의 필요에 따라 능동적으로 가변될 수 있다. 예를 들어, 인덕터만으로 제1또는 제2 임피던스(13,14)를 구현할 수 도 있음은 물론 당연하다.
또한, 상기의 실시예에서는 제1임피던스(13) 및 제2 임피던스(14) 모두를 구비하여 SDCS 증폭기(11)와 CG 증폭기(12)를 격리하고 정합 주파수 대역을 설정하도록 하였지만, 필요에 따라 제1임피던스(13)와 제2 임피던스(14) 중 하나만을 구비하여 상기의 기능을 수행할 수도 있음은 물론 당연하다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 저잡음 증폭기를 도시한 도면이다.
도4를 참조하면, 광대역 저잡음 증폭기는 도1내지 도3에서와 같이 구성 및 동작하는 입력부(10) 이외에, 전류 버퍼부(20)와 출력 부하(30)를 더 구비한다.
전류 버퍼부(20)는 제1및 제2트랜지스터(M1, M2) 각각과 캐스코드(cascode) 구조로 연결된 제3 및 제4 트랜지스터(M3, M4), 및 동작 전압(Vdd)을 제3 및 제4트랜지스터(M3, M4)의 게이트 각각으로 인가하기 위한 제4저항(R4)과 제4커패시터(C4)로 구현되어, 출력과 입력 사이의 역방향 격리(reverse isolation)를 증가시킨다.
즉, 전류 버퍼부(20)는 광대역 저잡음 증폭기의 뒷단으로부터 LO(Local Oscillation) 신호가 유입되는 것을 최대한 억제하고, 출력에서 입력으로의 피드백(feedback)을 최소화함으로써 회로의 안정도를 향상시킨다.
출력 부하(30)는 병렬-피킹(shunt-peaking) 또는 동조 스위치 네트워크(tuning switch network) 등으로 구현되어, 전류 버퍼부(20)를 거쳐 출력되는 두 개의 신호 (LNA+, LNA-)가 넓은 주파수 대역에 걸쳐 평탄한 증폭 특성을 가지도록 한다. 즉, 출력 부하(30)는 두 개의 출력 신호(LNA+, LNA-)의 주파수 대역폭을 확장하고 전력 이득을 평탄화시켜 준다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 저잡음 증폭기의 동작 특성을 설명하기 위한 도면이다.
앞서 설명한 바와 같이 서로 상이한 정합 주파수 대역을 가지는 CG 증폭기(12)와 SDCS 증폭기(11)를 병렬 연결하면, 도5에 도시된 바와 같이 두 개의 정합 주파수 대역은 서로 연속되게 된다.
그 결과, 광대역 저잡음 증폭기의 정합 주파수 대역(즉, 입력 반사 계수(S11)가 -10dB 이하가 되는 주파수 대역)이 확장됨을 알 수 있다.
그리고 SDCS 증폭기(11)의 높은 전력 이득 및 낮은 잡음 특성에 의해, 광대역 저잡음 증폭기의 순방향 전달계수(S21)는 최대 13.5dB까지 올라가는 반면, 잡음 지수(NF)는 최대 2dB까지 감소됨을 알 수 있다.
이와 같은 본 발명의 광대역 저잡음 증폭기는 보다 넓은 주파수 대역에서 신호 증폭 동작을 수행하며 높은 전력 이득을 가지는 반면, 잡음 지수는 낮은 값을 가질 수 있게 된다.
도5를 통해 설명된 광대역 저잡음 증폭기의 동작 특성은 일 예에 의한 것일 뿐으로, 이는 본 발명의 광대역 저잡음 증폭기가 적용되는 제품의 특성 및 동작 환경 등에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
즉, CG 증폭기(12)와 SDCS 증폭기(11) 각각의 정합 주파수 대역, 전력 이득 및 잡음 지수를 변경함으로써, 광대역 저잡음 증폭기의 전체의 동작 특성을 능동적으로 가변해줄 수 있다.
예를 들어, CG 증폭기(12)와 SDCS 증폭기(11)의 정합 주파수 대역을 변경함으로써, 도6에 도시된 바와 같이 광대역 저잡음 증폭기의 정합 주파수 대역을 보다 더 확장시켜 줄 수 있으며, 이와 동일한 원리도 광대역 저잡음 증폭기의 전력 이득 및 잡음 지수도 능동적으로 변경해줄 수도 있음은 물론 당연하다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 당업자에게 있어 명백할 것이다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 광대역 저잡음 증폭기의 입력부를 도시한 도면이다.
도2는 도1의 광대역 저잡음 증폭기의 입력부의 구성도를 도시한 도면이다.
도3은 도2의 광대역 저잡음 증폭기의 입력부의 상세 회로도를 도시한 도면이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 저잡음 증폭기를 도시한 도면이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 저잡음 증폭기의 동작 특성을 설명하기 위한 도면이다.

Claims (14)

  1. 입력 신호를 증폭하여 상기 입력 신호와 반대되는 위상을 가지는 제1신호를 출력하는 소스-디제너레이티드 공통 소스 증폭기;
    상기 소스-디제너레이티드 공통 소스 증폭기에 병렬 연결되어, 상기 입력 신호를 증폭하여 상기 입력 신호와 동일한 위상을 가지는 제2신호를 출력하는 공통 게이트 증폭기; 및
    상기 소스-디제너레이티드 공통 소스 증폭기와 상기 공통 게이트 증폭기의 입력단을 격리시키며 정합 주파수 대역을 결정하는 정합 주파수 대역 결정부를 포함하는 광대역 저잡음 증폭기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 정합 주파수 대역 결정부는
    상기 소스-디제너레이티드 공통 소스 증폭기의 입력단에 위치하여, 상기 소스-디제너레이티드 공통 소스 증폭기의 정합 주파수 대역을 결정하는 제1임피던스; 및
    상기 공통 게이트 증폭기의 입력단에 위치하여 상기 공통 게이트 증폭기의 정합 주파수 대역을 결정하는 제2 임피던스 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 저잡음 증폭기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1임피던스와 상기 제2임피던스 각각은
    인덕터 또는 직렬 연결된 인덕터와 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 저잡음 증폭기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 소스-디제너레이티드 공통 소스 증폭기와 상기 공통 게이트 증폭기는 서로 상이한 정합 주파수 대역을 가지는 것을 특징으로 하는 광대역 저잡음 증폭기.
  5. 제2항에 있어서, 상기 소스-디제너레이티드 공통 소스 증폭기는
    접지 전압과 연결된 인덕터;
    상기 제1임피던스에 연결된 게이트와 상기 인덕터와 연결된 소스를 가지며, 상기 제1임피던스를 거쳐 게이트에 인가된 입력 신호를 증폭하여 드레인으로 출력하는 제1 트랜지스터; 및
    바이어스 전압을 상기 제1트랜지스터의 게이트에 인가하는 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 저잡음 증폭기.
  6. 제2항에 있어서, 상기 공통 게이트 증폭기는
    접지 전압과 연결된 제3임피던스;
    상기 제2 임피던스 및 상기 3임피던스에 공통 연결된 소스와 바이어스 전압이 인가되는 게이트를 가지며, 상기 제2임피던스를 거쳐 소스에 인가된 입력 신호를 증폭하여 드레인으로 출력하는 제2트랜지스터; 및
    상기 바이어스 전압을 상기 제2트랜지스터의 게이트에 인가하는 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 저잡음 증폭기.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제3임피던스는
    인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 저잡음 증폭기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 소스-디제너레이티드 공통 소스 증폭기와 상기 공통 게이트 증폭기 각각에 캐스코드(cascode) 구조로 연결된 제3및 제4트랜지스터를 구비하여, 역방향 격리를 증대하는 전류 버퍼부; 및
    상기 제1 및 제2 신호의 주파수 대역폭을 확장하고 전력 이득을 평탄화시키는 출력부하를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 저잡음 증폭기.
  9. 제8항에 있어서, 상기 출력부하는
    병렬-피킹(shunt-peaking) 또는 동조 스위치 네트워크(tuning switch network)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 저잡음 증폭기.
  10. 병렬 연결된 소스-디제너레이티드 공통 소스 증폭기 및 공통 게이트 증폭기와 상기 소스-디제너레이티드 공통 소스 증폭기와 상기 공통 게이트 증폭기의 입력단을 격리시키며 정합 주파수 대역을 결정하는 정합 주파수 대역 결정부를 구비하여, 입력 신호로부터 두 개의 차동 신호를 발생하는 입력부;
    상기 소스-디제너레이티드 공통 소스 증폭기와 상기 공통 게이트 증폭기 각각에 캐스코드(cascode) 구조로 연결된 트랜지스터들을 구비하여, 역방향 격리를 증대하는 전류 버퍼부; 및
    상기 제1 및 제2 신호의 주파수 대역폭을 확장하고 전력 이득을 평탄화시키는 출력부하를 포함하는 광대역 저잡음 증폭기.
  11. 제10항에 있어서, 상기 정합 주파수 대역 결정부는
    상기 소스-디제너레이티드 공통 소스 증폭기의 입력단에 위치하여, 상기 소 스-디제너레이티드 공통 소스 증폭기의 정합 주파수 대역을 결정하는 제1임피던스; 및
    상기 공통 게이트 증폭기의 입력단에 위치하여 상기 공통 게이트 증폭기의 정합 주파수 대역을 결정하는 제2 임피던스 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 저잡음 증폭기.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 소스-디제너레이티드 공통 소스 증폭기와 상기 공통 게이트 증폭기는 서로 상이한 정합 주파수 대역을 가지는 것을 특징으로 하는 광대역 저잡음 증폭기.
  13. 제11항에 있어서, 상기 소스-디제너레이티드 공통 소스 증폭기는
    접지 전압과 연결된 인덕터;
    상기 제1임피던스에 연결된 게이트와 상기 인덕터와 연결된 소스를 가지며, 상기 제1임피던스를 거쳐 게이트에 인가된 입력 신호를 증폭하여 드레인으로 출력하는 제1 트랜지스터; 및
    바이어스 전압을 상기 제1트랜지스터의 게이트에 인가하는 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 저잡음 증폭기.
  14. 제11항에 있어서, 상기 공통 게이트 증폭기는
    접지 전압과 연결된 제3임피던스;
    상기 제2 임피던스 및 상기 3임피던스에 공통 연결된 소스와 바이어스 전압이 인가되는 게이트를 가지며, 상기 제2임피던스를 거쳐 소스에 인가된 입력 신호를 증폭하여 드레인으로 출력하는 제2트랜지스터; 및
    상기 바이어스 전압을 상기 제2트랜지스터의 게이트에 인가하는 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 저잡음 증폭기.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150076571A (ko) * 2013-12-27 2015-07-07 전자부품연구원 무선 송수신기용 선형 전력증폭기
KR20210130923A (ko) * 2020-04-23 2021-11-02 충남대학교산학협력단 트랜지스터 기생성분 매칭을 이용한 저잡음 증폭기

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101820251A (zh) * 2010-05-17 2010-09-01 北京大学 一种超低功耗低噪声放大器结构及其制备方法
US8514021B2 (en) * 2011-05-19 2013-08-20 Renesas Mobile Corporation Radio frequency integrated circuit
CN102594267A (zh) * 2012-02-17 2012-07-18 重庆大学 数字电视调谐器前端宽带低噪声放大器
US9263998B2 (en) * 2013-12-16 2016-02-16 Mstar Semiconductor, Inc. Broadband single-ended input to differential output low-noise amplifier
EP2913922A1 (en) 2014-02-28 2015-09-02 Telefonaktiebolaget L M Ericsson (publ) A low noise amplifier circuit
BR112018001149A2 (pt) * 2015-08-13 2018-09-18 Halliburton Energy Services Inc circuito, sistema e método
KR102456843B1 (ko) 2017-12-28 2022-10-21 한국전자통신연구원 발룬을 포함하는 고주파 신호 증폭기
KR102066008B1 (ko) * 2018-07-16 2020-01-14 주식회사 다이얼로그 세미컨덕터 코리아 최대 정격 성능이 개선된 lna
CN111478671B (zh) * 2020-04-13 2023-04-14 电子科技大学 一种应用于Sub-GHz频段的新型低噪声放大器
CN113179087A (zh) * 2021-03-30 2021-07-27 山东英信计算机技术有限公司 一种低噪声放大器和差动放大总成

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4525678A (en) * 1982-07-06 1985-06-25 Texas Instruments Incorporated Monolithic low noise common-gate amplifier
SG81929A1 (en) * 1998-06-01 2001-07-24 Inst Of Microelectronics Accurate and tuneable active differential phase splitters in rfic wireless applications
US6806777B2 (en) 2003-01-02 2004-10-19 Intel Corporation Ultra wide band low noise amplifier and method
TWI277292B (en) * 2005-01-24 2007-03-21 Richwave Technology Corp Method for transforming output signals of a low-noise amplifier of a wireless transceiver
KR100667303B1 (ko) 2005-02-01 2007-01-12 삼성전자주식회사 Ｕｗｂ용 ｌｎａ
US20070103235A1 (en) 2005-11-04 2007-05-10 Motorola, Inc. Inductorless broadband RF low noise amplifier
KR100856131B1 (ko) 2006-01-18 2008-09-03 삼성전자주식회사 가변 게인 저잡음 증폭기 회로 및 이를 구비하는 무선 통신수신기
EP1833162A1 (en) 2006-03-06 2007-09-12 Seiko Epson Corporation Low noise amplifiers for low-power impulse radio ultra-wideband receivers
KR20070092356A (ko) * 2006-03-09 2007-09-13 엘지전자 주식회사 광대역 저잡음 증폭기
US7378911B2 (en) 2006-03-16 2008-05-27 Newport Media, Inc. Wideband ultra low noise amplifier
KR100835638B1 (ko) 2008-01-31 2008-06-09 엘지전자 주식회사 광대역 저잡음 증폭기

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150076571A (ko) * 2013-12-27 2015-07-07 전자부품연구원 무선 송수신기용 선형 전력증폭기
KR20210130923A (ko) * 2020-04-23 2021-11-02 충남대학교산학협력단 트랜지스터 기생성분 매칭을 이용한 저잡음 증폭기

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