KR100758854B1 - 가변 이득 모드를 갖는 저잡음 증폭기 및 차동증폭기. - Google Patents

Abstract

본 발명은 저잡음 증폭기(LNA: Low Noise Amplifier)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이득을 가변할 수 있는 저잡음 증폭기에 관한 것이다.

본 발명에 따른 가변 이득 저잡음 증폭기는, 입력 신호를 선택적으로 증폭부에 전달하는 제1 선택셀, 제2 선택셀 및 제3 선택셀을 포함하는 선택부; 상기 제1 선택셀로부터 인가된 신호를 제1 이득으로 증폭하여 출력하는 제1 증폭셀, 상기 제2 선택셀로부터 인가된 신호를 제2 이득으로 증폭하여 출력하는 제2 증폭셀, 상기 제3 선택셀로부터 인가된 신호를 제3 이득으로 증폭하여 출력하는 제3 증폭셀을 포함하는 증폭부;를 포함하고, 상기 선택부는 입력신호의 크기에 따라 상기 제1 내지 제3 선택셀 중 어느 하나를 선택하도록 제어되며, 선택된 선택셀의 작용에 의해 상기 제1 내지 제3 증폭셀 중 어느 하나에 바이어스를 인가하여 증폭동작을 활성화시키는, 가변 이득 저잡음 증폭기.

저잡음 증폭기, 가변 이득, 최대 전력, 이득 모드, 스위치

Description

가변 이득 모드를 갖는 저잡음 증폭기 및 차동증폭기.{LOW NOISE AMPLIFIER AND DIFFERENTIAL AMPLIFIER WITH VARIABLE GAIN MODE}

도 1은 미합중국 특허 제 6,144,254호에 개시된 저잡음 증폭기를 도시한 회로도이다.

도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 가변 이득 저잡음 증폭기 회로의 블록도 이다.

도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 가변 이득 차동 저잡음 증폭기 회로의 블록도 이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가변 이득 저잡음 증폭기의 회로도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가변 이득 차동 저잡음 증폭기의 회로도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

310: 선택부

320: 증폭부

330: 출력부

본 발명은 저잡음 증폭기(LNA: Low Noise Amplifier)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이득을 가변할 수 있는 저잡음 증폭기에 관한 것이다.

휴대 전화, TV 등 무선 기기의 수신에 있어서, 첫 단은 통상 작은 신호를 큰 신호로 증폭시키는 증폭기로 구성된다.

이러한 증폭기는 신호가 아주 작을 때에는 저 잡음 및 고 이득 특성을 갖는 증폭 동작이 요구되나, 신호가 비교적 클 경우에는 오히려 선형 특성이 더욱 요구된다.

따라서 무선 주파수 수신 장치에 있어서, 증폭기는 입력 신호 레벨에 따라 두 가지 이상의 증폭 모드를 구비하고, 그 중에서 하나를 선택할 수 있도록 하는 것이 필요하다.

종래의 저잡음 증폭기로서, 미합중국 특허 제 6,144,254호에서는 저 이득 상태 및 고 이득 상태를 스위칭할 수 있는 저잡음 증폭기를 개시하고 있다.

도 1은 미합중국 특허 제 6,144,254호에 개시된 저잡음 증폭기를 도시한 회로도이다.

도시된 바와 같이, 저잡음 증폭기는 고 이득 상태에서 동작하는 에미터 공통형 제1 NPN 트랜지스터 BN1, 저이득 상태에서 동작하는 베이스 공통형 제2 NPN 트랜지스터 BN2, 제2 NPN 트랜지스터 BN2에 바이어스 전류를 제공하기 위한 제3 NPN 트랜지스터 BN3 및 저항 R1으로 구성된다.

즉, 제1 NPN 트랜지스터 BN1의 콜렉터는 저잡음 증폭기의 출력단 Pout과 접속되고, 베이스는 저잡음 증폭기의 입력단 Pin 및 제1 바이어스 입력단 Bias1과 접속되며, 에미터는 접지된다.

제1 바이어스 입력단 Bias1 및 제1 NPN 트랜지스터 BN1 사이에는 저항 R1이 접속된다.

제2 NPN 트랜지스터 BN2의 콜렉터는 저잡음 증폭기의 출력단 Pout에 접속되고, 베이스는 제2 바이어스 입력단 Bias2과 접속되며, 에미터는 저잡음 증폭기의 입력단 Pin 및 제3 NPN 트랜지스터 BN3의 콜렉터와 접속된다.

제3 NPN 트랜지스터 BN3의 베이스는 제3 바이어스 입력단 Bias3과 접속되며, 에미터는 접지된다.

이하, 도 1을 참조하여 종래의 저잡음 증폭기의 동작을 설명한다.

고 이득 상태에서는 제1 바이어스 Bias1가 하이(high)로 되고, 제2 및 제3 바이어스 Bias2, Bias3는 로우(low)로 된다.

따라서 고 이득 상태에서, 에미터 공통형 제1 NPN 트랜지스터 BN1는 활성화되며, 높은 이득의 증폭 동작을 수행한다.

이 경우, 제2 및 제3 NPN 트랜지스터 BN2, BN3는 오프된다.

저 이득 상태에서는 제2 및 제3 바이어스 Bias2, Bias3는 하이(high)로 되고, 제1 바이어스 Bias1는 로우(low)로 된다.

따라서, 저 이득 상태에서는 베이스 공통형 제2 NPN 트랜지스터 BN2 및 제3 NPN 트랜지스터 BN3가 활성화되어 낮은 이득의 증폭 동작을 수행한다.

이 경우, 제1 NPN 트랜지스터 BN1는 오프 된다.

도 1에 도시된 저잡음 증폭기는 고 이득 상태 및 저 이득 상태를 선택하여, 수신 신호의 크기에 따라서 높은 이득의 증폭 동작 또는 낮은 이득의 증폭 동작을 수행한다.

그러나, 도 1에 도시된 저잡음 증폭기는 고 이득 상태에서 사용되는 에미터 공통형 제1 NPN 트랜지스터 BN1와 저 이득 상태에서 사용되는 베이스 공통형 제2 NPN 트랜지스터 BN2의 입력단 즉, 에미터 공통형 제1 NPN 트랜지스터 BN1의 베이스와 베이스 공통형 제2 NPN 트랜지스터 BN2의 에미터가 직접 접속됨으로써, 각 이득 상태에서 동작하는 회로는 서로 부하로서 영향을 미치게 된다.

즉, 저잡음 증폭기가 고 이득 상태에서 동작할 경우, 저 이득 상태에서 사용되는 베이스 공통형 제2 NPN 트랜지스터 BN2의 에미터 단자의 커패시턴스가 고 이득 회로의 부하로 작용하여 고 이득 상태의 이득, 정합 및 잡음 특성 등의 성능에 좋지 못한 영향을 끼치게 되며, 저잡음 증폭기의 성능을 저하시킨다.

또한, 저 이득 상태에서 동작할 때는 고 이득 상태에서 사용되는 에미터 공통형 제1 NPN 트랜지스터 BN1의 베이스 단자의 커패시턴스가 고 이득 상태에서와 마찬가지로 저 이득 상태의 성능을 저하시킨다.

이는 특히 두 모드의 입력 단자의 임피던스 레벨이 실질적으로 같은 정도에 있어 서로의 부하로 작용하기 때문이다.

본 발명의 목적은 수신 신호의 크기에 따라 3 개의 증폭 모드에서 동작하는 저잡음 증폭기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 선형성이 증가된 저잡음 증폭기를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 수신 신호의 크기에 따라 저전력 소비를 가지는 저잡음 증폭기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 가변 이득 저잡음 증폭기는 입력단에 인가된 신호를 증폭하여 출력단으로 출력하는 가변 이득 저잡음 증폭기에 있어서, 입력 신호를 선택적으로 증폭부에 전달하는 제1 선택셀, 제2 선택셀 및 제3 선택셀을 포함하는 선택부, 상기 제1 선택셀로부터 인가된 신호를 제1 이득으로 증폭하여 출력하는 제1 증폭셀, 상기 제2 선택셀로부터 인가된 신호를 제2 이득으로 증폭하여 출력하는 제2 증폭셀, 상기 제3 선택셀로부터 인가된 신호를 제3 이득으로 증폭하여 출력하는 제3 증폭셀을 포함하는 증폭부를 포함하고, 상기 선택부는 입력신호의 크기에 따라 상기 제1 내지 제3 선택셀 중 어느 하나를 선택하도록 제어되며, 선택된 선택셀의 작용에 의해 상기 제1 내지 제3 증폭셀 중 어느 하나에 바이어스를 인가하여 증폭동작을 활성화시키는 것을 특징으로 이루어진다.

여기서, 상기 제1 선택셀은 상기 제1 증폭셀을 동작시키기 위한 바이어스를 인가하거나 동작시키지 않도록 접지시키는 제1 바이어스 수단, 상기 제2 선택셀은 상기 제2 증폭셀을 동작시키기 위한 바이어스를 인가하거나 동작시키지 않도록 접지시키는 제2 바이어스 수단, 및 상기 제3 선택셀은 상기 제3 증폭셀을 동작시키기 위한 온-오프가 가능한 수단을 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 제1 및 제2 바이어싱 수단 각각의 제1 단자는 제1 및 제2 증폭셀, 제2 단자는 바이어싱 단자 및 제3 단자는 접지로 연결되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 제1 증폭셀은 제1, 제2 및 제3 단자를 포함하며, 상기 제3 단자에 인가되는 전압에 비례하여 상기 제1 단자로부터 상기 제2 단자로 흐르는 전류의 양이 제어되는 제1 증폭 소자와 제1 인덕터를 포함하고, 상기 제1 증폭 소자의 제3 단자에는 상기 제1 선택셀의 출력과 연결되는 것으로 제1 증폭 셀이 활성화되고, 제2 단자에는 제1 인덕터의 일단과 연결되며, 제1 단자로 출력되고, 상기 제2 증폭셀은 제1, 제2 및 제3 단자를 포함하며, 상기 제3 단자에 인가되는 전압에 비례하여 상기 제1 단자로부터 상기 제2 단자로 흐르는 전류의 양이 제어되는 제2 증폭 소자와 제1 저항을 포함하고, 상기 제2 증폭 소자의 제3 단자에는 상기 제2 선택셀의 출력과 연결되는 것으로 제2 증폭 셀이 활성화되고, 제2 단자에는 제1 저항의 일단과 연결되며, 제1 단자로 출력되고, 상기 제3 증폭셀은 제2 저항을 포함하고, 상기 제2 저항의 일단은 제3 선택셀의 출력과 연결되며, 타단으로 출력되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 출력부는 제3 트랜지스터 및 제2 인덕터를 포함하여 구성되며, 상기 제3 트랜지스터의 소오스는 상기 증폭부의 제1 증폭셀의 출력단자 및 제2 증 폭셀의 출력단자와 연결되고, 드레인은 제2 인덕터 및 제3 증폭셀의 출력단자와 연결되어 출력단을 구성하는 것이 바람직하다.

여기서, 증폭 소자는 바이폴라 정션 트랜지스터(BJT), 접합 전계 효과 트랜지스터(JFET), 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET) 또는 금속 반도체 전계 효과 트랜지스터(MESFET) 중 어느 하나의 소자인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 차동증폭기는, 차동입력신호가 각각 인가되며 차동증폭용 증폭소자를 갖는 차동증폭기에 있어서, 상기 차동입력신호 각각의 입력단에는 선택부가 연결되며, 상기 선택부의 출력단에는 증폭부가 연결되고, 상기 선택부는 입력 신호를 선택적으로 상기 증폭부에 전달하는 제1 선택셀, 제2 선택셀 및 제3 선택셀을 포함하며, 상기 증폭부는 상기 제1 선택셀로부터 인가된 신호를 제1 이득으로 증폭하여 출력하는 제1 증폭셀, 상기 제2 선택셀로부터 인가된 신호를 제2 이득으로 증폭하여 출력하는 제2 증폭셀, 상기 제3 선택셀로부터 인가된 신호를 제3 이득으로 증폭하여 출력하는 제3 증폭셀을 포함하고, 상기 선택부는 입력신호의 크기에 따라 상기 제1 내지 제3 선택셀 중 어느 하나를 선택하도록 제어되며, 선택된 선택셀의 작용에 의해 상기 제1 내지 제3 증폭셀 중 어느 하나에 바이어스를 인가하여 증폭동작을 활성화시켜 차동 증폭시키는 것을 특징으로 하여 이루어진다.

본 발명에 따른 가변 이득 저잡음 증폭기는 MOSFET 트랜지스터 증폭 소자를 활용한다.

증폭 소자는 게이트, 소오스, 및 드레인을 구비한다.

MOSFET 트랜지스터는 게이트에 인가되는 전압의 크기 및 극성에 따라서, 소오스로부터 드레인으로 또는 그 역으로 흐르는 전류의 양 및 방향이 결정되는 특성이 있다.

이러한 증폭 소자로는 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT), 접합 전계 효과 트랜지스터(JFET), 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET) 및 금속 반도체 전계 효과 트랜지스터(MESFET) 등이 있다.

상술한 증폭 소자 중에서도 이하의 설명에서는 MOSFET을 중심으로 설명하고자 한다.

그러나, 본 발명의 정신은 MOSFET 뿐만 아니라 상보적으로 동작하는 모든 소자에 적용할 수 있다.

따라서, 비록 본 명세서에서는 MOSFET을 중심으로 설명하나, 본 발명의 개념과 범위가 MOSFET으로 한정되는 것은 아니다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2a는 본 발명에 따른 가변 이득 저잡음 증폭기 회로의 블록도 이다.

도시된 바와 같이, 가변 이득 저잡음 증폭기는 선택부(210), 증폭부(220) 및 출력부(230)를 포함하여 구성된다.

선택부(210)는 제1 선택셀(211), 제2 선택셀(212) 및 제3 선택셀(213)을 포함하여 구성되며, 입력단(Input)의 입력 신호를 증폭하여 출력단(Output)으로 출력하는 데 있어, 입력 신호의 크기에 따라 제1 선택셀(211), 제2 선택셀(212) 및 제3 선택셀(213) 중 어느 하나를 선택하기 위한 회로부이다.

즉, 높은 이득(high-gain)이 요구되는 입력 신호인 경우에는 제1 선택셀(211)이 선택되도록 제어되며, 중간 이득(mid-gain)이 요구되는 입력 신호인 경우에는 제2 선택셀(212)이 선택되도록 제어되고, 낮은 이득(low-gain)이 요구되는 입력 신호인 경우에는 제3 선택셀(213)이 선택되도록 제어된다.

증폭부(220)는 제1 증폭셀(221), 제2 증폭셀(222) 및 제3 증폭셀(223)을 포함하며, 상술한 선택부(210)의 선택셀(211, 212 또는 213)에 따라 제1 증폭셀(221), 제2 증폭셀(222) 및 제3 증폭셀(223) 중 어느 하나가 활성화되어 증폭 동작이 이루어진다.

즉, 불필요한 전력을 소비하지 않으며 비교적 넓은 범위의 이득 대역을 확보할 수 있도록 높은 이득을 가지는 영역, 중간 이득을 가지는 영역 및 낮은 이득을 가지는 영역으로 구별되어 동작하도록 한다.

여기서, 제1 증폭셀(221)과 제2 증폭셀(222)에 의해 증폭되는 출력 신호와 입력단(Input)의 입력 신호간 간섭의 영향을 줄이고, 제1 증폭셀(221)과 제2 증폭셀(222)에 포함된 증폭 소자(MOS 트랜지스터)의 주파수 선택을 향상시키도록 증폭 소자의 출력단에 MOS 트랜지스터를 연결하여 구성한 출력부(230)를 추가하는 것도 가능하다.

이러한 구성에 의하여, 선택부(210)에 의한 선별적으로 증폭셀을 선택하게 되어 저잡음을 실현할 수 있고, 소비 전력에 있어서 저소비를 실현할 수 있으며, 또한, 입력단(Input)과 출력단(Output) 신호가 서로 커플링(Coupling) 되는 것을 차단하여 안정도(Stability)를 향상하기 위하여 출력부(230)를 포함하게 된다.

또한, 이득이 다른 3개의 대역으로 이득범위를 넓힐 수 있을 뿐만 아니라, 3개의 블록에서 이득이 낮은 블록으로 갈수록 선형성이 증가함으로 저잡음 증폭기가 신호가 작을 때는 높은 이득에서는 낮은 선형성을 보이며, 신호가 클 때는 낮은 이득에서는 높은 선형성을 보이며 동작하게 된다.

따라서 저잡음 증폭기 자체의 선형성을 향상시키는 결과를 가져온다.

또한, 이득 범위가 크기 때문에 큰 신호가 들어올 때 그 신호의 크기를 줄여 다음 단으로 넘겨 주게 되어, 저잡음 증폭기 이후에 오는 블록들의 선형서 부담을 줄여주게 된다.

도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 가변 이득 차동 저잡음 증폭기 회로의 블록 도이다.

도시된 바와 같이, 가변 이득 차동 저잡음 증폭기는 선택부(210a, 201b), 증폭부(220a, 220b) 및 출력부(230a, 230b)를 포함하여 구성된다.

선택부a(210a)는 제1a 선택셀(211a), 제2a 선택셀(212a) 및 제3a 선택셀(213a)을 포함하며, 양의 차동 입력단의 차동 입력 신호(IN+)의 크기에 따른 이득을 선택하여 아래에서 설명되는 증폭부(220a)를 선택하도록 한다.

또한, 차동 동작을 수행하기 위한 선택부b(210b)는 제1b 선택셀(211b), 제2b 선택셀(212b) 및 제3b 선택셀(213b)을 포함하며, 음의 차동 입력단의 차동 입력 신호(IN-)와 음의 차동 출력 신호(OUT-)에 따른 이득을 선택하여 아래에서 설명되는 증폭부(220b)를 선택하도록 한다.

즉, 높은 이득(high-gain)이 요구되는 입력 신호인 경우에는 제1a 및 제1b 선택셀(211a, 211ab)이 선택되도록 제어되며, 중간 이득(mid-gain)이 요구되는 입력 신호인 경우에는 제2a 및 제2b 선택셀(212a, 212b)이 선택되도록 제어되고, 낮은 이득(low-gain)이 요구되는 입력 신호인 경우에는 제3a 및 제3b 선택셀(213a, 213b)이 선택되도록 제어된다.

증폭부a(220a)는 제1a 증폭셀(221a), 제2a 증폭셀(222a) 및 제3a 증폭셀(223a)을 포함하며, 앞서 선택부(210a)의 선택에 의하여 제1a 증폭셀(221a), 제2a 증폭셀(222a) 및 제3a 증폭셀(223a) 중 어느 하나가 활성화되어 선택적으로 증폭 동작이 이루어진다.

또한, 차동 동작을 수행하기 위한 증폭부b(220b)는 제1b 증폭셀(221b), 제2b 증폭셀(222b) 및 제3b 증폭셀(223b)을 포함하며, 앞서 선택부(210b)의 선택에 의하여 제1b 증폭셀(221b), 제2b 증폭셀(222b) 및 제3b 증폭셀(223b) 중 어느 하나가 활성화되어 선택적으로 증폭 동작이 이루어진다.

즉, 불필요한 전력을 소비하지 않으며 비교적 넓은 범위의 이득 대역을 확보 할 수 있도록 높은 이득을 가지는 영역, 중간 이득을 가지는 영역 및 낮은 이득을 가지는 영역으로 구별되어 동작하도록 한다.

출력부a(230a)는 제3a 트랜지스터(MNouta)와 출력 인덕터(Louta)를 포함하 며, 제1a 증폭셀(221a)과 제2a 증폭셀(222a)에 의해 증폭되는 출력 신호(OUT+)와 입력단(IN+)의 입력 신호 간 간섭의 영향을 줄이게 된다.

또한, 차동 동작을 수행하기 위한, 출력부b(230b)는 제3b 트랜지스터(MNoutb)와 출력 인덕터(Loutb)를 포함하며, 제1b 증폭셀(221b)과 제2b 증폭셀(222b)에 의해 증폭되는 출력 신호(OUT-)와 입력단(IN-)의 입력 신호간 간섭의 영향을 줄이게 된다.

이러한 구성에 의하여, 선택부(210a, 201b)에 의한 선별적으로 증폭셀을 선택하게 되어 저잡음을 실현할 수 있고, 소비 전력에 있어서 저소비를 실현할 수 있으며, 차동 입력단(IN-, IN+)과 차동 출력단(OUT-, OUT+) 신호가 서로 커플링 되는 것을 차단하여 안정도를 향상하기 위하여 출력부(230a, 203b)를 포함하게 된다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가변 이득 저잡음 증폭기의 회로도이다.

도시된 바와 같이, 가변 이득 저잡음 증폭기는 선택부(310), 증폭부(320) 및 출력부(330)를 포함하여 구성된다. 이하, 이들의 연결관계 및 동작을 설명한다.

선택부(310)는 제1 선택셀(311), 제2 선택셀(312) 및 제3 선택셀(313)을 포함하며, 입력단(Input)의 입력 신호와 출력 신호에 따른 이득을 선택하여 아래에서 설명되는 증폭부를 선택하도록 한다.

여기서, 제1 선택셀(311)은 제1 커패시터(C31)와 제1 바이어스 수단(SW31)을 포함하며, 제1 커패시터(C31)의 일단은 입력단(Input)과 연결되어 입력 신호를 제1 선택셀(311)에 공급하고, 제1 커패시터(C31)의 타단은 제1 바이어스 수단(SW31)의 입력단자(SW31a)와 제1 선택셀(311)의 출력단자에 연결된다.

또한, 제2 선택셀(312)은 제2 커패시터(C32)과 제2 바이어스 수단(SW32)을 포함하며, 제2 커패시터(C32)의 일단은 입력단(Input)과 연결되어 입력 신호를 제2 선택셀(312)에 공급하고, 제2 커패시터(C32)의 타단은 제2 바이어스 수단(SW32)의 입력단자(SW32a)와 제2 선택셀(312)의 출력단자에 연결된다.

또한, 제3 선택셀(313)은 제3 커패시터(C33)와 온-오프가 가능한 스위칭 수단(SW33)를 포함하며, 제3 커패시터(C33)의 일단은 입력단(Input)과 연결되어 입력 신호를 제3 선택셀(313)에 공급하고, 제3 커패시터(C33)의 타단은 스위칭 수단(SW33)의 일단(SW33a)과 연결되고, 스위칭 수단(SW33)의 타단(SW33b)은 제3 선택셀(313)의 출력단자에 연결된다.

증폭부(320)는 제1 증폭셀(321), 제2 증폭셀(322) 및 제3 증폭셀(323)을 포함하며, 앞서 선택부(310)의 선택에 의하여 제1 증폭셀(321), 제2 증폭셀(322) 및 제3 증폭셀(323) 중 어느 하나가 활성화되어 선택적으로 증폭 동작이 이루어진다.

여기서, 제1 증폭셀(321)은 제1 트랜지스터(MN31)와 제1 인덕터(L31)를 포함하며, 제1 트랜지스터(MN31)의 소오스 단자에는 제1 인덕터(L31)가 연결되고, 드레인 단자는 출력단을 형성하며, 게이트에는 제1 선택셀(311)의 출력단이 연결되어 제1 증폭셀(321)을 활성화시킨다.

또한, 제2 증폭셀(322)은 제2 트랜지스터(MN32)와 제1 저항(R32)을 포함하며, 제2 증폭셀(322)의 소오스 단자에는 제1 저항(R32)이 연결되고, 드레인은 제2 증폭셀(322)의 출력단을 형성하며, 게이트에는 제2 선택셀(312)의 출력단이 연결되어 제2 증폭셀(322)을 활성화시킨다.

또한, 제3 증폭셀(323)은 제2 저항(R33)으로 구성되며, 제2 저항(R33)의 일단은 제3 선택셀(313)의 출력단에 연결되고, 타단은 제3 증폭셀(323)의 출력단을 형성한다.

출력부(330)는 제3 트랜지스터(MNout)와 출력 인덕터(Lout)를 포함하며, 제1 증폭셀(321)과 제2 증폭셀(322)에 의해 증폭되는 출력 신호와 입력단(Input)의 입력 신호간 간섭의 영향을 줄이게 된다.

여기서, 제3 트랜지스터(MNout)의 소오스 단자는 제1 증폭셀(321) 및 제2 증폭셀(322)의 출력단에 공통으로 연결되고, 드레인 단자는 저잡음 증폭기의 출력단에 연결되고, 게이트 단자에는 활성화를 위한 바이어스 전압이 인가된다.

본 발명의 일실시예에 따른 저잡음 증폭기의 동작을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 일실시예에 따른 가변 이득 저잡음 증폭기는 수신된 신호의 전력 레벨에 따라 세 개의 이득 모드, 즉 고 이득 모드, 중간 이득 모드 및 저 이득 모드에서 동작한다.

입력 신호가 인가되면, 입력 신호를 높은 이득으로 증폭하여야 하는 경우는 제1 선택셀(311)의 제1 바이어스 수단(SW31)의 입력단자(SW31a)와 제1 출력단자(SW31b)간 이 제어신호에 따라 스위칭 되어 입력단자(SW31a)에 제1 바이어스 전압(Vbias31)이 인가된다.

이와 동시에, 제2 선택셀(312)의 제2 바이어스 수단(SW32)의 입력단자(SW32a)는 스위칭 되어 제2 출력단자(SW32c)와 접속되어 접지되고, 제3 선택셀(313)의 스위칭 수단(SW33)은 오프되어, 제1 증폭셀(321)만 선택되어 증폭 동작이 이루어진다.

즉, 입력단(Input)의 입력 신호는 제1 선택셀(311)를 선택 할 경우 제1 증폭셀(321)에만 입력 신호가 인가되고 증폭되며 출력부(330)의 출력단(Output)으로 출력된다.

또한, 입력 신호를 중간 이득으로 증폭하여야 하는 경우는 제2 선택셀(312)의 제1 바이어스 수단(SW32)의 입력단자(SW32a)와 제1 출력단자(SW32b)간이 스위칭 되어 입력단자(SW32a)에 제2 바이어스 전압(Vbias32)이 인가되고, 제1 선택셀(311)의 제1 바이어스 수단(SW31)의 입력단자(SW31a)는 스위칭 되어 제2 출력단자(SW31c)와 접속되어 접지되고, 제3 선택셀(313)의 스위칭 수단(SW33)은 오프되어, 제2 증폭셀(322)만 선택되어 증폭 동작이 이루어진다.

즉, 입력단(Input)의 입력 신호는 제2 선택셀(312)를 선택할 경우 제2 증폭셀(322)에만 입력 신호가 인가되고 증폭되며 출력부(330)의 출력단(Output)으로 출력된다.

또한, 입력 신호를 낮은 이득으로 증폭하여야 하는 경우(실질적으로 증폭동작이 필요하지 않은 경우)는 제3 선택셀(313)의 스위칭 수단(SW33)의 입력단자(SW33a)와 출력단자(SW33b)간 스위칭 되어 입력단자(SW33a)와 출력단자(SW33b)가 단락된다.

제1 선택셀(311)의 제1 바이어스 수단(SW31)의 입력단자(SW31a)는 스위칭 되어 제2 출력단자(SW31c)와 접속되어 접지되고, 제2 선택셀(312)의 제2 바이어스 수단(SW32)의 입력단자(SW32a)는 스위칭 되어 제2 출력단자(SW32c)와 접속되어 접지 되어, 제3 증폭셀(323)만 선택되어 증폭 동작이 이루어진다.

즉, 입력단(Input)의 입력 신호는 제3 선택셀(313)를 선택할 경우 제3 증폭셀(323)에만 입력 신호가 인가되며 출력부(330)의 출력단(Output)으로 출력된다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가변 이득 차동 저잡음 증폭기의 회로도이다.

도시된 바와 같이, 차동 구조 가변 이득 저잡음 증폭기는 선택부(410a, 410b), 증폭부(420a, 420b) 및 출력부(430a, 430b)를 포함하여 구성된다. 이하, 이들의 연결관계 및 동작을 설명한다.

선택부a(410a)는 제1a 선택셀(411a), 제2a 선택셀(412a) 및 제3a 선택셀(413a)을 포함하며, 양의 차동 입력단의 차동 입력 신호(IN+)와 양의 차동 출력 신호(OUT+)에 따른 이득을 선택하여 아래에서 설명되는 증폭부(420a)를 선택하도록 한다.

여기서, 제1a 선택셀(411a)은 제1a 커패시터(C41a)와 제1 바이어스 수단(SW41a)을 포함하며, 제1a 커패시터(C41a)의 일단은 양의 차동 입력단(IN+)과 연결되어 양의 차동 입력 신호를 제1a 선택셀(411a)에 공급하고, 제1a 커패시터(C41a)의 타단은 제1a 바이어스 수단(SW41a)의 입력단자와 제1a 선택셀(411a)의 출력단자에 연결된다.

또한, 제2a 선택셀(412a)은 제2a 커패시터(C42a)과 제2a 바이어스 수단(SW42a)을 포함하며, 제2a 커패시터(C42a)의 일단은 양의 차동 입력단(IN+)과 연결되어 양의 차동 입력 신호(IN+)를 제2a 선택셀(412a)에 공급하고, 제2a 커패시터 (C42a)의 타단은 제2a 바이어스 수단(SW42a)의 입력단자와 제2a 선택셀(412a)의 출력단자에 연결된다.

또한, 제3a 선택셀(413a)은 제3a 커패시터(C43a)와 온-오프가 가능한 스위칭 수단(SW43a)를 포함하며, 제3a 커패시터(C43a)의 일단은 양의 차동 입력단(IN+)과 연결되어 양의 차동 입력 신호를 제3a 선택셀(413a)에 공급하고, 제3a 커패시터(C43a)의 타단은 스위칭 수단(SW43a)의 일단과 연결되고, 스위칭 수단(SW43a)의 타단은 제3a 선택셀(413a)의 출력단자에 연결된다.

여기서, 차동 동작을 수행하기 위한 선택부b(410b)는 제1b 선택셀(411b), 제2b 선택셀(412b) 및 제3b 선택셀(413b)을 포함하며, 음의 차동 입력단의 차동 입력 신호(IN-)와 음의 차동 출력 신호(OUT-)에 따른 이득을 선택하여 아래에서 설명되는 증폭부(420b)를 선택하도록 한다.

여기서, 제1b 선택셀(411b)은 제1b 커패시터(C41b)와 제1 바이어스 수단(SW41b)을 포함하며, 제1b 커패시터(C41b)의 일단은 음의 차동 입력단(IN-)과 연결되어 음의 차동 입력 신호를 제1b 선택셀(411b)에 공급하고, 제1b 커패시터(C41b)의 타단은 제1b 바이어스 수단(SW41b)의 입력단자와 제1b 선택셀(411b)의 출력단자에 연결된다.

또한, 제2b 선택셀(412b)은 제2b 커패시터(C42b)과 제2b 바이어스 수단(SW42b)을 포함하며, 제2b 커패시터(C42b)의 일단은 음의 차동 입력단(IN-)과 연결되어 음의 차동 입력 신호(IN-)를 제2b 선택셀(412b)에 공급하고, 제2b 커패시터(C42b)의 타단은 제2b 바이어스 수단(SW42b)의 입력단자와 제2b 선택셀(412b)의 출 력단자에 연결된다.

또한, 제3b 선택셀(413b)은 제3b 커패시터(C43b)와 온-오프가 가능한 스위칭 수단(SW43b)를 포함하며, 제3b 커패시터(C43b)의 일단은 음의 차동 입력단(IN-)과 연결되어 음의 차동 입력 신호를 제3b 선택셀(413b)에 공급하고, 제3b 커패시터(C43b)의 타단은 스위칭 수단(SW43b)의 일단과 연결되고, 스위칭 수단(SW43b)의 타단은 제3b 선택셀(413b)의 출력단자에 연결된다.

증폭부a(420a)는 제1a 증폭셀(421a), 제2a 증폭셀(422a) 및 제3a 증폭셀(423a)을 포함하며, 앞서 선택부(410a)의 선택에 의하여 제1a 증폭셀(421a), 제2a 증폭셀(422a) 및 제3a 증폭셀(423a) 중 어느 하나가 활성화되어 선택적으로 증폭 동작이 이루어진다.

여기서, 제1a 증폭셀(421a)은 제1a 트랜지스터(MN41a)와 제1a 인덕터(L41a)를 포함하며, 제1a 트랜지스터(MN41a)의 소오스 단자에는 제1a 인덕터(L41a)가 연결되고, 드레인 단자는 출력단을 형성하며, 게이트에는 제1a 선택셀(411a)의 출력단이 연결되어 제1a 증폭셀(421a)을 활성화시킨다.

또한, 제2a 증폭셀(422a)은 제2a 트랜지스터(MN42a)와 제1a 저항(R41a)을 포함하며, 제2a 증폭셀(422a)의 소오스 단자에는 제1a 저항(R42a)이 연결되고, 드레인은 제2a 증폭셀(422a)의 출력단을 형성하며, 게이트에는 제2a 선택셀(412a)의 출력단이 연결되어 제2a 증폭셀(422a)을 활성화시킨다.

또한, 제3a 증폭셀(423a)은 제2a 저항(R43a)으로 구성되며, 제2a 저항(R43a)의 일단은 제3a 선택셀(413a)의 출력단에 연결되고, 타단은 제3a 증폭셀(423a)의 출력단을 형성한다.

여기서, 차동 동작을 수행하기 위한 증폭부b(420b)는 제1b 증폭셀(421b), 제2b 증폭셀(422b) 및 제3b 증폭셀(423b)을 포함하며, 앞서 선택부(410b)의 선택에 의하여 제1b 증폭셀(421b), 제2b 증폭셀(422b) 및 제3b 증폭셀(423b) 중 어느 하나가 활성화되어 선택적으로 증폭 동작이 이루어진다.

여기서, 제1b 증폭셀(421b)은 제1b 트랜지스터(MN41b)와 제1b 인덕터(L41b)를 포함하며, 제1b 트랜지스터(MN41b)의 소오스 단자에는 제1b 인덕터(L41b)가 연결되고, 드레인 단자는 출력단을 형성하며, 게이트에는 제1b 선택셀(411b)의 출력단이 연결되어 제1b 증폭셀(421b)을 활성화시킨다.

또한, 제2b 증폭셀(422b)은 제2b 트랜지스터(MN42b)와 제1b 저항(R41b)을 포함하며, 제2b 증폭셀(422b)의 소오스 단자에는 제1b 저항(R42b)이 연결되고, 드레인은 제2b 증폭셀(422b)의 출력단을 형성하며, 게이트에는 제2b 선택셀(412b)의 출력단이 연결되어 제2b 증폭셀(422b)을 활성화시킨다.

또한, 제3b 증폭셀(423b)은 제2b 저항(R43b)으로 구성되며, 제2b 저항(R43b)의 일단은 제3b 선택셀(413b)의 출력단에 연결되고, 타단은 제3b 증폭셀(423b)의 출력단을 형성한다.

출력부a(430a)는 제3a 트랜지스터(MNouta)와 출력 인덕터(Louta)를 포함하며, 제1a 증폭셀(421a)과 제2a 증폭셀(422a)에 의해 증폭되는 출력 신호(OUT+)와 입력단(IN+)의 입력 신호간 간섭의 영향을 줄이게 된다.

여기서, 제3a 트랜지스터(MNouta)의 소오스 단자는 제1a 증폭셀(421a) 및 제 2a 증폭셀(422a)의 출력단에 공통으로 연결되고, 드레인 단자는 저잡음 증폭기의 출력단에 연결되고, 게이트 단자에는 활성화를 위한 바이어스 전압(Vbiasout_a)이 인가된다.

또한, 차동 동작을 수행하기 위한, 출력부b(430b)는 제3b 트랜지스터(MNoutb)와 출력 인덕터(Loutb)를 포함하며, 제1b 증폭셀(421b)과 제2b 증폭셀(422b)에 의해 증폭되는 출력 신호(OUT-)와 입력단(IN-)의 입력 신호간 간섭의 영향을 줄이게 된다.

여기서, 제3b 트랜지스터(MNoutb)의 소오스 단자는 제1b 증폭셀(421b) 및 제2b 증폭셀(422b)의 출력단에 공통으로 연결되고, 드레인 단자는 저잡음 증폭기의 출력단에 연결되고, 게이트 단자에는 활성화를 위한 바이어스 전압(Vbiasout_b)이 인가된다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 차동형 가변이득 저잡음 증폭기의 동작은 앞서 도 3에 설명된 가변이득 저잡음 증폭기의 동작설명에 자세히 설명되어 있다.

차동형 가변이득 저잡음 증폭기는 서로 다른 입력을 받아 차동 출력(OUT-, OUT+)하는 차동 회로를 구성하게 된다.

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 범 위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명은 수신 신호의 크기에 따라 3 개의 증폭 모드로 변환하여 저잡음 증폭기의 이득 범위를 크게 하는데 그 효과가 있다.

또한, 본 발명은 이득범위에 따라 가변적으로 증폭 모드가 선택되게 되므로 선형성이 증가하는데 그 효과가 있다.

또한, 본 발명은 수신 신호의 크기에 따라 3 개의 증폭 모드로 변환하도록 선택적으로 증폭이 이루어짐에 따라 저전력 소비를 실현하는데 그 효과가 있다.

Claims (5)

1. 입력단에 인가된 신호를 증폭하여 출력단으로 출력하는 가변 이득 저잡음 증폭기에 있어서,

   입력 신호를 선택적으로 증폭부에 전달하는 제1 선택셀, 제2 선택셀 및 제3 선택셀을 포함하는 선택부;

   상기 제1 선택셀로부터 인가된 신호를 제1 이득으로 증폭하여 출력하는 제1 증폭셀, 상기 제2 선택셀로부터 인가된 신호를 제2 이득으로 증폭하여 출력하는 제2 증폭셀, 상기 제3 선택셀로부터 인가된 신호를 제3 이득으로 증폭하여 출력하는 제3 증폭셀을 포함하는 증폭부; 및

   상기 출력단과 상기 입력단의 직접적인 신호 커플링을 방지하고, 상기 제1 내지 제3 증폭셀의 출력을 상기 출력단으로 전달하는 출력부를 포함하며,

   상기 선택부는 입력신호의 크기에 따라 상기 제1 내지 제3 선택셀 중 어느 하나를 선택하고, 상기 선택된 선택셀이 따라 상기 제1 또는 제2 증폭셀에 바이어스를 인가하여 증폭동작을 활성화시키거나, 상기 제3 증폭셀을 활성화시키도록 제어되며,

   상기 제3 증폭셀은 저항을 포함하는, 가변 이득 모드를 갖는 저잡음 증폭기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1 선택셀은 상기 제1 증폭셀에 선택적으로 바이어스를 인가하기 위한 제1 바이어스 수단을 포함하고,

   상기 제2 선택셀은 상기 제2 증폭셀에 선택적으로 바이어스를 인가하기 위한 제2 바이어스 수단을 포함하고,

   상기 제3 선택셀은 상기 제3 증폭셀의 증폭을 온-오프시키는 스위칭 수단을 포함하는, 가변 이득 모드를 갖는 저잡음 증폭기.
3. 제2항에 있어서,

   상기 제1 증폭셀은, 제1, 제2 및 제3 단자를 포함하는 제1 증폭소자 및 상기 제1 증폭소자의 상기 제2 단자에 연결되는 제1 부하단을 포함하고,

   상기 제2 증폭셀은, 제4, 제5 및 제6 단자를 포함하는 제2 증폭소자 및 상기 제2 증폭소자의 상기 제5 단자에 연결되는 제2 부하단을 포함하고,

   상기 제3 증폭셀은 제3 부하단으로 구성되고,

   상기 제1 증폭소자는 상기 제3 단자에 인가되는 전압에 비례하여 상기 제1 단자로부터 상기 제2 단자로 흐르는 전류의 양이 제어되는 소자이고,

   상기 제2 증폭소자는 상기 제6 단자에 인가되는 전압에 비례하여 상기 제4단자로부터 상기 제5 단자로 흐르는 전류의 양이 제어되는 소자인, 가변 이득 모드를 갖는 저잡음 증폭기.
4. 제3항에 있어서,

   상기 출력부는 상기 제1 및 제2증폭 소자의 출력단에 접속되는 MOS 트랜지스터를 포함되는, 가변 이득 모드를 갖는 저잡음 증폭기.
5. 차동 입력단에 인가된 차동 입력 신호를 증폭하여 차동 출력단으로 출력하는 가변 이득 모드를 갖는 차동증폭기에 있어서,

   상기 차동 입력단의 플러스 단자 및 마이너스 단자에 각각 연결되며, 입력 신호를 선택적으로 증폭부에 전달하는 제1 선택셀, 제2 선택셀 및 제3 선택셀을 포함하는 선택부;

   상기 각 선택부의 제1 선택셀로부터 인가된 신호를 제1 이득으로 증폭하여 출력하는 제1 증폭셀, 상기 제2 선택셀로부터 인가된 신호를 제2 이득으로 증폭하여 출력하는 제2 증폭셀, 상기 제3 선택셀로부터 인가된 신호를 제3 이득으로 증폭하여 출력하는 제3 증폭셀을 포함하는 증폭부; 및

   상기 차동 출력단과 상기 차동 입력단의 직접적인 신호 커플링을 방지하고, 상기 제1 내지 제3 증폭셀의 출력을 상기 각 출력단으로 전달하는 출력부를 포함하며,

   상기 선택부는 입력신호의 크기에 따라 상기 제1 내지 제3 선택셀 중 어느 하나를 선택하도록 제어되며, 상기 선택된 선택셀에 따라 상기 제1 내지 제2 증폭셀에 바이어스를 인가하여 증폭동작을 활성화시키거나, 상기 제3 증폭셀을 활성화 시키도록 제어되며,

   상기 제3 증폭셀은 저항을 포함하는, 가변 이득 모드를 갖는 차동증폭기.

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