KR20100077726A - 통합 대역 저잡음 증폭기 - Google Patents

통합 대역 저잡음 증폭기 Download PDF

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KR20100077726A
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Abstract

최근 들어, 인터넷의 보급과 멀티미디어 자료의 급격한 증가에 따라 초고속 통신망에 대한 수요가 늘어가고 있다. 그 중에서도 특히 LNA(Low Noise Amplifier : 저잡음 증폭기)는 1980년대 후반부터 도입되어 초기에 1∼4Mbps 정도였던 전송량이 현재는 100Mbps로 증가하였고, 휴대용 컴퓨터 및 PDA의 보급이 확산됨에 따라 장소에 상관없이 네트워크 망에 접속하고자 하는 요구가 늘어나면서 무선통신기술에 대한 관심이 급증하고 있다. 즉, 새로운 주파수 자원 확보를 넘어 기존 무선통신 서비스와 함께 이동통신 단말기에서 모든 주파수 대역을 지원하기 위한 RF 수신기(Radio Frequency Receiver)의 이용 범위가 확산되고 있다. 이에 따라 본 발명에서는, WLAN(Wireless Local Area Network)이 사용되는 5.8GHz 주파수 대역과 이동통신 서비스 방식인 CDMA, GSM(Global System for Mobile communication), 무선인터넷 서비스 방식인 WiBro, Bluetooth가 사용되는 800MHz-2.6GHz 주파수 대역을 스위치 제어할 수 있는 캐스코드(cascode) 구조의 통합 대역 저잡음 증폭기(All Band-Low Noise Amplifier)를 제안하고자 한다.
저잡음 증폭기, 광대역, 협대역

Description

통합 대역 저잡음 증폭기{ALL BAND-LOW NOISE AMPLIFIER}
본 발명은 저잡음 증폭기(low-noise amplifier)에 관한 것으로, 특히 광대역 또는 다중 대역의 신호 처리를 수행하는데 적합한 통합 대역 저잡음 증폭기에 관한 것이다.
일반적인 수신기는, 도 1에 예시한 바와 같이, 다중 대역 안테나(12), 필터부(14), 저잡음 증폭기(low-noise amplifier : 이하, LNA라 함)(16), , 믹서(18), 국부 발진부(20), 신호 처리부(22)를 포함한다.
여기서, LNA(16)는 다중 대역 LNA로서, 대체로 두 개의 단일 대역 LNA(single-band LNA)인 고역(high band) LNA(16H)와 저역(low band) LNA(16L)의 조합으로 구성된다.
고역 LNA(16H)와 저역 LNA(16L) 각각은 고역 입력신호(HSI)와 저역 입력신호(LSI)를 수신하고 처리한다.
또한, 다중 대역 LNA의 기술을 달성하기 위해서는 고역 LNA의 출력포트가 저역 LNA의 출력포트에 커플링된다.
도 2는 도 1의 다중 대역 LNA(16)의 상세 구성 회로도로서, 고역 LNA(16H)와 저역 LNA(16L)를 포함한다.
각각의 LNA(16H)(16L)에서 미리 설정된 바이어스는 수신되는 입력신호에 따라 다양하게 이득을 조정할 수 있다. 임의의 시간 주기에서, 다중 대역 LNA(16)는 오직 하나의 대역모드(band mode)에서만 작동된다.
먼저, 고역 LNA(16H)는 고역 수신 포트인 InH, 3개의 트렌지스터(QH1-QH3), 전압 조절이 가능한 3개의 바이어스(BH1-BH3), 내부저항(RBH), 고역 출력포트(OUTH)로 구성된다.
여기서, 고역 수신 포트(InH)는 고역 입력신호(HSI)를 수신한다.
3개의 트랜지스터(QH1-QH3)는 3개의 바이어스(BH1-BH3)의 상대적인 값에 따라 변하는 이득 모드의 비율에 의해 수신한 고역 입력신호(HSI)를 증폭시킨다.
다중 대역 출력포트(OS)는 증폭된 고역 입력신호(HSI)를 출력하기 위해 사용된다. 저역 입력 신호(LSI)의 처리를 요구할 때는 고역 LNA(16H)는 동작하지 않고 오직 저역 LNA(16L)만 동작한다.
저역 LNA(16L)는 저역 수신 포트인 InL, 3개의 트랜지스터(QL1-QL3), 전압 조절이 가능한 3개의 바이어스(BL1-BL3), 내부저항(RBL), 저역 출력포트(OUTL)로 구성되며, 상술한 고역 LNA(16H)와 유사하게 동작한다.
여기서, 저역 수신 포트(InL)는 저역 입력신호(LSI)를 수신한다.
3개의 트랜지스터(QL1-QL3)는 3개의 바이어스(BL1-BL3)의 상대적인 값에 따라 변하는 이득 모드의 비율에 의해 수신된 저역 입력신호(LSI)를 증폭시킨다.
다중 대역 출력포트(OS)는 증폭된 저역 입력신호(LSI)를 출력하기 위해 사용한다. 따라서 다중 대역 출력포트(OS)는 고역 LNA(16H)와 저역 LNA(16L)에 의해 공유된다.
우선 고역 LNA(16H)의 출력포트(OUTH)는 저역 LNA(16L)의 출력포트(OUTL)에 커플링 된다. 커플링된 노드들(OUTH, OUTL)은 다중 대역 LNA의 출력포트(OS)와 동일하다.
또한, 종래 기술에서 다중 대역 LNA가 구현될 때 대역모드의 수는 2개(high/low) 이상이고, 여러 대역모드들을 처리하기 위한 LNA의 수는 대역 모드의 수가 증가함에 따라 증가한다. 즉, LNA의 개수와 상관없이, 단일 LNA의 출력포트들은 다중 대역 LNA 내부로 집적하기 위해 서로 커플링된다.
그러나, 각각의 LNA 출력포트는 LNA의 하이 임피던스 노드(high impedance node)이며, LNA 출력포트들이 서로 커플링된 임피던스의 값은 매우 높다.
도 1과 도 2에서 알 수 있듯이, 고역 LNA(16H)의 출력포트(OUTH)의 임피던스 값은 주로 내부 임피던스(ZLH)에 의해 결정되고, 유사하게 저역 LNA(16L)의 출력포트(OUTL)의 임피던스 값은 주로 내부 임피던스(ZLL)에 의해 결정된다.
내부 임피던스(ZLH)(ZLL)는 모두 하이 임피던스 값을 갖기 때문에 다중 대역 LNA의 출력포트(OS) 또한 하이 임피던스를 가진다.
다중 대역 출력포트(OS)는 다수의 LNA 출력포트들이 결합된 노드이기 때문에, 기생 캐패시터(Cp)가 생성된다. 따라서, 출력포트(OS)의 하이 임피던스는 출력 신호의 감퇴를 유도하고 다중 대역 LNA의 주파수 응답 성능(performance)을 악화시킨다.
종래의 LNA는 대역통과필터에서 제공되는 특정 주파수에 해당하는 신호의 잡음을 최소화하여 전력을 증폭시키는 역할을 한다. 일반적으로, 안테나를 통해 수신된 신호는 감쇄 및 잡음의 영향으로 인해 매우 낮은 전력레벨을 갖게 되기 때문에, 특정 주파수 각각에 대해 수신된 신호의 증폭이 필요하다.
따라서, RF 수신기는 특정 주파수 신호에 해당하는 LNA를 여러 개 이용하여 개별적으로 각 신호에 포함된 잡음이 증폭되는 것을 최소화시키면서 신호를 증폭시킨다.
통상적으로 광대역 또는 다중 대역 시스템을 구성하는 경우에, 각 신호 대역의 구성 블록들은 병렬로 구성되고, 구성되는 각 블록들을 다중 밴드에 대해서 최대한 공유할 수 있도록 구성하는 것이 일반적이다.
이러한 시스템은 처리해야 하는 신호 대역이 광대역화 되고 다중 주파수화 될수록, 시스템을 구성하는 블록이 병렬적으로 증가하게 되어 시스템의 집적도가 나빠지며, 복잡도 및 전류 소모 등이 증가되는 문제점이 발생된다.
즉, 종래에 제공되는 멀티 밴드형 이동통신 단말기는, 지원하고자 하는 주파수 대역별로 서로 다른 송수신 선로를 사용하고 있어 새로운 주파수 대역을 사용하 는 통신 표준이 나타나 새로운 주파수 대역을 추가로 지원해야 할 경우, RF 수신기를 새롭게 구성해야 하는 불편함이 있고, RF 수신기의 구성이 매우 복잡해지는 문제가 발생한다. 이러한 RF 수신기를 새로이 구성하는 것은 시간과 비용의 낭비를 가져오며, 호환성의 문제를 초래할 수 있다.
일반적인 종래의 저잡음 증폭기(low noise amplifier : 이하 LNA라 함)에서는, 해당 통신 대역별로 각각의 LNA를 별도로 구비하고 있는 관계로, 통신 단말기 제품의 소형화에 장애요소로 작용하며, 가격을 상승시키는 등과 같은 여러 가지 문제점이 있었다.
이에 본 발명에서는, RF 대역에 해당하는 800MHz-2.6GHz인 광대역(wide-band)과, WLAN(Wireless Local Area Network)에 해당하는 5.8GHz 협대역(narrow-band) 각각의 매칭회로를 스위치를 이용하여 선택할 수 있도록 함으로서, 무선통신 단말기의 공간 차지를 줄임과 동시에, 저가격화, 저소비 전력화를 달성할 수 있는 통합 대역 LNA(All Band-Low Noise Amplifier)를 제안하고자 한다.
본 발명의 과제를 해결하기 위한 실시예에 따르면, 입력단에 연결된 제 1 가변 인덕터와, 상기 제 1 가변 인덕터와 그 게이트가 연결된 제 1 트랜지스터와, 상기 제 1 트랜지스터의 게이트와 소스 사이에 병렬로 연결된 가변 캐패시터와, 상기 제 1 트랜지스터의 소스와 연결된 제 2 가변 인덕터와, 상기 제 1 트랜지스터의 드레인과 그 소스가 병렬로 연결된 제 2 트랜지스터와, 상기 제 2 트랜지스터의 게이 트에 연결되며, 광대역 출력 모드시에 온(on) 되는 제 1 스위치와, 상기 제 2 트랜지스터의 드레인과 연결되는 제 1 캐패시터와, 상기 제 1 캐패시터와 그 게이트가 연결되고 그 드레인이 광대역 출력단과 연결되는 제 3 트랜지스터와, 상기 제 1 트랜지스터의 드레인과 그 소스가 병렬로 연결된 제 4 트랜지스터와, 상기 제 4 트랜지스터의 게이트에 연결되며, 협대역 출력 모드시에 온 되는 제 2 스위치와, 상기 제 4 트랜지스터의 드레인과 협대역 출력단 사이에 연결되는 제 2 캐패시터를 포함하는 통합 대역 저잡음 증폭기를 제공한다.
본 발명에 의하면, 선형성, 전력이득, 잡음 지수, 손실 없는 입력 정합 등의 장점들을 가지고 있는 공통소스 및 소스 디제너레이션(degeneration) 구조의 저잡음 증폭기(low noise amplifier : LNA)를 스위치 2개를 사용하여 선택함으로써, 광대역 또는 다중 주파수 대역의 신호 처리를 위해 임피던스 정합 주파수 조절 및 션트 시리즈(shunt series) 저항, 캐스코드된(cascoded) 트랜지스터들을 스위치를 이용해 간단한 원리로 구현할 수 있다. 이로 인해 본 발명은, 차세대 무선 통신 시스템에서 보다 안정적으로 광대역 또는 다중 대역의 신호 처리를 수행할 수 있을 것으로 기대된다.
종래의 기술에서는 신호 대역의 구성 블록들은 병렬로 구현되고, 구비되는 각 블록들을 다중 밴드에 대해서 최대한 공유할 수 있도록 구성하는 것이 일반적이었으나, 본 발명에서는 특정 주파수 대역만을 지원하는 일반적인 저잡음 증폭기(low noise amplifier : 이하 LNA라 함)를 여러 개 통합시킨 것과 같은 효과를 낼 수 있는 통합 대역 LNA(All Band-Low Noise Amplifier)를 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 통합 대역 LNA는, 대역통과필터에서 출력되는 다양한 주파수 대역의 신호들의 전력을 증폭시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 통합 대역 저잡음 증폭기(low noise amplifier : 이하 LNA라 함)의 구성 회로도로서, 광대역(wide-band) 및 협대역(narrow-band), 예컨대 800MHz-2.6GHz 주파수 대역과 5.8GHz 주파수 대역을 모두 지원하는 통합 대역 LNA의 회로도를 나타낸다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 통합 대역 LNA는, 입력단에 연결된 제 1 가변 인덕터(Lg), 제 1 가변 인덕터(Lg)와 그 게이트가 연결된 제 1 트랜지스터(M1), 제 1 트랜지스터(M1)의 게이트와 소스 사이에 병렬로 연결된 가변 캐패시터(Cgs), 제 1 트랜지스터(M1)의 소스와 연결된 제 2 가변 인덕터(Ls), 제 1 트랜지스터(M1)의 드레인과 그 소스가 병렬로 연결된 제 2 트랜지스터(M2), 제 2 트랜지 스터(M2)의 게이트에 연결된 제 1 스위치(SW1), 제 2 트랜지스터(M2)의 드레인과 연결되는 제 1 캐패시터(Cd1), 제 1 캐패시터(Cd1)와 그 게이트가 연결되고 그 드레인이 광대역 출력단과 연결되는 제 3 트랜지스터(M3), 제 1 트랜지스터(M1)의 드레인과 그 소스가 병렬로 연결된 제 4 트랜지스터(M4), 제 4 트랜지스터(M4)의 게이트에 연결된 제 2 스위치(SW2), 제 4 트랜지스터(M4)의 드레인과 협대역 출력단 사이에 연결되는 제 2 캐패시터(Cd2)를 포함한다.
부가적으로, 통합 대역 LNA는, 제 1 캐패시터(Cd1)와 제 3 트랜지스터(M3)의 게이트에 병렬로 연결되는 피드백 저항(Rf), 제 2 트랜지스터(M2)의 드레인에 연결되는 제 1 로드 저항(Rd1), 제 3 트랜지스터(M3)의 드레인에 연결되는 제 2 로드 저항(Rd2), 제 4 트랜지스터(M4)의 드레인과 제 2 캐패시터(Cd2) 사이에 연결되는 제 3 로드 저항(Rd3)을 더 포함할 수 있다.
이와 같이 구성된 본 실시예에 따른 통합 대역 LNA는, 높은 이득을 확보하고 밀러 효과(miller's effect)를 줄이기 위해 캐스코드(cascode) 입력 단을 사용한다.
각각의 출력 로드는 캐스코드 트랜지스터인 M2와 M3을 스위칭시켜 원하는 주파수 대역을 선택함으로써 조절된다. 즉, 800MHz-2.6GHz를 지원하는 광대역 LNA의 출력 모드는 제 1 스위치(SW1)가 온(on) 되었을 때, 5.8GHz를 지원하는 협대역 LNA의 출력 모드는 제 2 스위치(SW2)가 온 되었을 때 동작한다.
각 대역의 입력 임피던스 매칭은 추가적인 입력 매칭 네트워크를 사용함으로써 용이하게 구현될 수 있다. 예컨대, 800MHz-2.6GHz의 주파수 대역의 광대역 LNA의 출력 모드에서의 입력 매칭은 피드백 저항(Rf), 예컨대 션트 시리즈(shunt series) 피드백 저항을 제 1 스위치(SW1)에 추가 연결하여 구현하고, 5.8GHz의 주파수 대역의 협대역 LNA의 출력 모드에서는 제 2 스위치(SW2)로 인덕티브 디제너레이션(inductive degeneration)을 사용하여 구현할 수 있다.
광대역 LNA의 입력 임피던스 매칭에 해당하는 식은 다음 [수학식1]과 같다.
Figure 112008089973558-PAT00001
[수학식 1]에서 Avo는 오픈 루프 전압 이득이고, Rf는 션트 시리즈 피드백 저항을 나타낸다.
광대역 입력매칭(input matching)을 위해서는 Rf값이 매우 작아야 하나, Rf값이 작을수록 잡음 지수가 점점 더 악화되는 상충관계에 맞닿는다. 따라서, 적절한 Rf값은 입력 임피던스 매칭과 잡음 지수의 상충관계를 고려하여 선택해야 한다.
또한, 션트 시리즈 피드백 저항(Rf)을 사용함으로써 별도의 바이어스 단을 추가하지 않고서도 제 3 트랜지스터(M3)의 게이트 전압을 제 1 트랜지스터(M1)의 게이트 전압으로 동일하게 공급할 수 있는 이점이 있다.
광대역 LNA의 이득은 일반적으로 제 1 로드 저항(Rd1)에 걸리는 전압에 의해 제한되기 때문에 이득을 향상시킬 수 있는 추가적인 버퍼단이 필요하다. 버퍼단을 추가하게 되면 입력 임피던스 매칭과 출력 임피던스 매칭의 격리를 향상시킬 수 있는 또 다른 이점이 있다.
협대역 LNA의 입력 임피던스 매칭은 인덕티브 디제너레이션 방법으로 구현하고 이에 해당하는 식은 다음 [수학식 2]와 같다.
Figure 112008089973558-PAT00002
[수학식 2]에서 gm1은 제 1 트랜지스터(M1)의 트랜스 컨덕턴스이고, Cgs는 제 1 트랜지스터(M1)의 소스와 게이트 사이의 가변 캐패시터이다. Ls+Lg와 Cgs+Cx가 공진하게 되면 허수부가 0으로 사라지고 실수부인
Figure 112008089973558-PAT00003
만 등가저항으로 남게 된다.
따라서, 공진되는 주파수를 가변시키기 위해서는 제 1 트랜지스터(M1)의 게이트와 소스에 인가되는 기생 캐패시터(Cs)의 크기를 조절하여 주거나, 가변 인덕터(Lg 또는 Ls)의 크기를 제 2 스위치(SW2)를 이용하여 바꾸어 주어 입력 임피던스 를 협대역인 5.8GHz 주파수 대역에서 50Ω으로 맞춘다.
이와 같이 스위치를 이용해서 구현하게 되면 주파수를 가변시키기 위해 기생 캐패시터(Cs)의 캐패시턴스를 조절하거나 가변 인덕터인 Lg 또는 Ls의 크기를 조절하기 위해 재 설계해야하는 번거로움을 피할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 통합 대역 LNA(All band-Low Noise Amplifier)의 구성 회로도로서, 도 3의 피드백 저항(Rf), 제 1 가변 인덕터(Lg), 제 2 가변 인덕터(Ls), 가변 캐패시터(Cgs)를 보다 구체적으로 예시한 도면이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 피드백 저항(Rf)은 제 1 스위치(SW1)와 동일하게 스위칭되는 제 3 스위치를 포함하며, 제 1 가변 인덕터(Lg)는 별도의 가변 인덕터(Lg1)(Lg2) 및 제 2 스위치(SW2)와 동일하게 스위칭되는 제 4 스위치를 포함한다. 또한, 제 2 가변 인덕터(Ls)는 제 1 스위치(SW1)와 동일하게 스위칭되는 제 5 스위치를 포함하며, 가변 캐패시터(Cgs)는 별도의 가변 캐패시터(Cgs1)(Cgs2) 및 제 1 스위치(SW1)와 동일하게 스위칭되는 제 6 스위치를 포함한다.
먼저, 본 실시예에 따른 통합 대역 LNA는, 800MHz-2.6GHz 주파수 대역의 광대역과, 5.8GHz 주파수 대역의 협대역에 해당하는 특정 주파수 대역의 신호를 증폭하는데 있어서, 제 1 스위치(SW1) 및 제 2 스위치(SW2)를 이용하여 입력 임피던스 정합 주파수점을 바꿀 수 있도록 하는 입력단과 캐스코드된 제 2 트랜지스터(M2), 제 4 트랜지스터(M4)를 제 1 스위치(SW1), 제 2 스위치(SW2)로 온/오프(on/off) 동작시켜 광대역 또는 협대역 주파수 대역에 해당하는 신호를 선택적으로 증폭시키는 것을 특징으로 한다.
스위치를 이용한 정합 주파수의 가변이라는 새로운 기능으로 인해, 종래의 LNA의 성능이 감소되지 않도록 최적화된 방법을 찾는 것이 매우 중요한데, 본 실시예에 따른 통합 대역 LNA는 입력 신호가 인가되는 제 1 트랜지스터(M1)의 게이트와 소스 사이에 캐패시턴스가 가변되는 가변 캐패시터(Cgs)와 입력 정합을 위한 제 1 가변 인덕터(Lg)를 스위치로 구비하여 정합 주파수를 가변시키고 있다.
구체적으로 광대역 800MHz-2.6GHz에 해당하는 주파수 대역의 신호를 증폭시키기 위해 제 1 스위치(SW1)는 온 시키고 제 2 스위치(SW2)는 오프 되도록 동작하게 한다. 그렇게 되면, 입력 정합을 위한 인덕턴스는 제 1 가변 인덕터(Lg) 내의 Lg1만 유효하게 되고, 제 1 트랜지스터(M1)의 게이트와 소스 사이에 캐패시턴스는 Cgs1과 Cgs2의 병렬 연결로 가변 캐패시터(Cgs)가 결정될 수 있다.
또한, 제 1 스위치(SW1)가 온 됨으로써, 제 1 트랜지스터(M1)의 소스에 있는 제 2 가변 인덕터(Ls), 예컨대 디제너레이션 인덕터의 효과를 억제하여 입력 임피던스 정합 주파수를 800MHz-2.6GHz 광대역 주파수 대역 내에 존재하도록 한다.
더불어, 제 1 스위치(SW1)가 온 됨으로써, 입력단과 캐스코드된 제 2 트랜지 스터(M2)를 동작시키게 한다.
이때, 제 1 스위치(SW1)가 온 됨으로써 제 3 트랜지스터(M3)의 게이트와 제 1 트랜지스터(M1)의 게이트 사이에 션트 시리즈 피드백 저항(Rf)을 연결한다. 이러한 션트 시리즈 피드백 저항(Rf)을 사용함으로써, 위에서 언급했듯이 별도의 바이어스 단을 추가하지 않고서도 제 3 트랜지스터(M3)의 게이트 전압을 제 1 트랜지스터(M1)의 게이트 전압으로 동일하게 공급하여 출력단의 버퍼를 동작시킬 수 있게 된다. 출력단에 버퍼를 추가하게 되면 제 1 로드 저항(Rd1)에 걸리는 전압에 의해 제한되는 이득을 증가시킬 수 있고 입력 임피던스 매칭과 출력 임피던스 매칭의 격리를 향상시킬 수 있다.
협대역인 5.8GHz에 해당하는 주파수 대역의 신호를 증폭시키기 위해, 제 1 스위치(SW1)는 오프되고 제 2 스위치(SW2)는 온 되도록 동작하게 한다. 그렇게 되면 입력 정합을 위한 인덕턴스는 제 1 가변 인덕터(Lg)의 값은 Lg1과 Lg2의 직렬 연결로 정해지고 제 1 트랜지스터(M1)의 게이트와 소스 사이에 캐패시턴스는 Cgs2만 가변 캐패시터(Cgs)로 적용된다.
또한, 제 1 스위치(SW1)가 오프 됨으로써, 제 1 트랜지스터(M1)의 소스에 있는 디제너레이션 인덕터(Ls)의 효과로 입력 임피던스 정합 주파수를 5.8GHz 협대역 주파수 대역 내에 존재하도록 한다. 더불어 제 2 스위치(SW2)를 온 시킴으로써 입력단과 캐스코드된 제 4 트랜지스터(M4)를 동작시키게 하고, 출력단의 저항(Rd3)을 조절하여 출력 매칭 임피던스를 50으로 맞춤으로써 협대역인 5.8GHz에 해당하는 주파수 대역의 신호를 증폭시킬 수 있다.
도 5는, 800MHz-2.6GHz의 광대역에 해당하는 주파수 대역과, 5.8GHz의 협대역에 해당하는 주파수 대역에서 사용될 수 있는 통합 대역 LNA의 시뮬레이션 결과를 예시한 그래프이다.
도 5에서 알 수 있듯이, 800MHz-2.6GHz 광대역에 해당하는 주파수 대역의 전력 이득(S21)은 15∼18dB, 입력 임피던스 정합 정도(S11)는 -5∼-14dB이다. 또한, 출력 임피던스 정합 정도(S22)는 -10∼-11dB이고, 입출력간의 격리 정도(S12)는 -45∼-38dB이다. 잡음 지수는 2∼3dB, 선형성 정도(PIdB/IIP3)는 각각 -18∼-17dBm, -10∼-8dBm으로 나타났다.
5.8GHz 협대역에 해당하는 주파수 대역의 전력 이득(S21)은 14.6dB, 입력 임피던스 정합의 정도(S11)는 -15dB이다. 또한, 출력 임피던스 정합의 정도(S22)는 -15dB이고 입출력간의 격리 정도(S12)는 -38dB로 적절한 결과값을 나타낸다. 잡음 지수는 4dB, 선형성 정도(PIdB/IIP3)는 각각 -24.3dBm, -18.9dBm으로 나타났다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, RF 대역에 해당하는 800MHz-2.6GHz인 광대역(wide-band)과, WLAN(Wireless Local Area Network)에 해당하는 5.8GHz 협대역(narrow-band) 각각의 매칭회로를 스위치를 이용하여 선택할 수 있도록 함으로서, 무선통신 단말기의 공간 차지를 줄임과 동시에, 저가격화, 저소비 전력화를 달성할 수 있는 통합 대역 LNA를 구현한 것이다.
앞서 언급한 실시예는 본 발명을 한정하는 것이 아니라 예증하는 것이며, 이 분야의 당업자라면 첨부한 청구항에 의해 정의된 본 발명의 범위로부터 벗어나는 일 없이, 많은 다른 실시예를 설계할 수 있음을 유념해야 한다. 청구항에서는, 괄호 안에 있는 어떤 참조 기호도 본 발명을 한정하도록 해석되지 않아야 한다. "포함하는", "포함한다" 등의 표현은, 전체적으로 모든 청구항 또는 명세서에 열거된 것을 제외한 구성 요소 또는 단계의 존재를 배제하지 않는다. 구성 요소의 단수의 참조부는 그러한 구성 요소의 복수의 참조부를 배제하지 않으며, 그 반대도 마찬가지이다. 서로 다른 종속항에 확실한 수단이 기술되었다고 하는 단순한 사실은, 이러한 수단의 조합이 사용될 수 없다는 것을 나타내지 않는다.
도 1은 종래의 다중 대역 저잡음 증폭기(low noise amplifier)가 적용되는 수신기의 구성도,
도 2는 종래의 다중 대역 저잡음 증폭기의 회로 구성도,
도 3은 본 실시예에 따른 통합 대역 저잡음 증폭기(All-Band Low Noise Amplifier)의 회로도,
도 4는 도 3에서 나타낸 통합 대역 저잡음 증폭기의 구체적인 기능 회로도,
도 5는 광대역에 해당하는 주파수 대역과 협대역에 해당하는 주파수 대역에서 사용될 수 있는 통합 대역 저잡음 증폭기의 시뮬레이션 결과를 예시한 그래프.

Claims (11)

  1. 입력단에 연결된 제 1 가변 인덕터와,
    상기 제 1 가변 인덕터와 그 게이트가 연결된 제 1 트랜지스터와,
    상기 제 1 트랜지스터의 게이트와 소스 사이에 병렬로 연결된 가변 캐패시터와,
    상기 제 1 트랜지스터의 소스와 연결된 제 2 가변 인덕터와,
    상기 제 1 트랜지스터의 드레인과 그 소스가 병렬로 연결된 제 2 트랜지스터와,
    상기 제 2 트랜지스터의 게이트에 연결되며, 광대역 출력 모드시에 온(on) 되는 제 1 스위치와,
    상기 제 2 트랜지스터의 드레인과 연결되는 제 1 캐패시터와,
    상기 제 1 캐패시터와 그 게이트가 연결되고 그 드레인이 광대역 출력단과 연결되는 제 3 트랜지스터와,
    상기 제 1 트랜지스터의 드레인과 그 소스가 병렬로 연결된 제 4 트랜지스터와,
    상기 제 4 트랜지스터의 게이트에 연결되며, 협대역 출력 모드시에 온 되는 제 2 스위치와,
    상기 제 4 트랜지스터의 드레인과 협대역 출력단 사이에 연결되는 제 2 캐패시터
    를 포함하는 통합 대역 저잡음 증폭기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 통합 대역 저잡음 증폭기는,
    상기 제 1 캐패시터와 제 3 트랜지스터의 게이트에 병렬로 연결되는 피드백 저항과,
    상기 제 2 트랜지스터의 드레인에 연결되는 제 1 로드 저항과,
    상기 제 3 트랜지스터의 드레인에 연결되는 제 2 로드 저항과,
    상기 제 4 트랜지스터의 드레인과 제 2 캐패시터 사이에 연결되는 제 3 로드 저항
    을 더 포함하는 통합 대역 저잡음 증폭기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 피드백 저항은,
    상기 제 1 스위치와 동일한 동작으로 스위칭되는 제 3 스위치
    를 포함하는 통합 대역 저잡음 증폭기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 피드백 저항은,
    상기 광대역 출력 모드시에 션트 시리즈 피드백 저항으로 입력 임피던스 매칭되는 통합 대역 저잡음 증폭기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 가변 인덕터는,
    상기 제 2 스위치와 동일한 동작으로 스위칭되는 제 4 스위치
    를 포함하는 통합 대역 저잡음 증폭기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 가변 인덕터는,
    상기 제 1 스위치와 동일한 동작으로 스위칭되는 제 5 스위치
    를 포함하는 통합 대역 저잡음 증폭기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 가변 캐패시터는,
    상기 제 1 스위치와 동일한 동작으로 스위칭되는 제 6 스위치
    를 포함하는 통합 대역 저잡음 증폭기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 트랜지스터 및 제 4 트랜지스터는,
    캐스코드 트랜지스터인 통합 대역 저잡음 증폭기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 트랜지스터의 게이트 전압은,
    상기 제 1 트랜지스터의 게이트 전압과 동일한 전압으로 공급되는 통합 대역 저잡음 증폭기.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 광대역 출력 모드시의 주파수 대역은,
    800MHz 내지 2.6GHz인 통합 대역 저잡음 증폭기.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 협대역 출력 모드시의 주파수 대역은,
    5.8GHz인 통합 대역 저잡음 증폭기.
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