[논문]병렬 피드백을 사용하여 <tex>$2.1{\\sim}2.5\\;GHz$</tex> 대역에서 이득 제어가 가능한 저잡음 증폭기의 설계

황용석; 유형준

병렬 피드백을 사용하여 $2.1{\\sim}2.5\\;GHz$ 대역에서 이득 제어가 가능한 저잡음 증폭기의 설계
A $2.1{\\sim}2.5\\;GHz$ variable gain LNA with a shunt feed-back 원문보기

電子工學會論文誌. Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea. SD, 반도체, v.44 no.7 = no.361, 2007년, pp.54 - 61

황용석 (한국정보통신대학교) , 유형준 (한국정보통신대학교)

초록
AI-Helper

병렬 피드백을 이용하여 이득을 조절할 수 있는 저잡음 증폭기가 설계되었다. 설계된 저잡음 증폭기는 0.18um CMOS 공정으로 설계되었으며, 병렬 피드백은 커플링 캐패시터와 이득 제어 트랜지스터로 구성되어있다. 제안된 이득 제어 방법은 병렬 피드백에 연결된 이득 제어 트랜지스터의 채널 저항을 이용하였다. 측정 결과 $12\;dB{\sim}26.5\;dB$까지 총 38.5 dB의 이득 제어 범위를 가지고 있으며, 측정된 잡음지수는 약 4 dB이다. 소비 전력은 약 13.5mW였다. 측정된 잡음 지수의 경우 시뮬레이션과는 다르게 일반적인 저잡음 증폭기보다 높게 나타났지만, 다른 유사한 기술에 비해 훨씬 큰 동작 범위를 가지는 저잡음 증폭기가 구현하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

A variable gain low noise amplifier (VG-LNA) implemented in TSMC 0.18 um process is presented. This VG-LNA is designed of two stage amplifier, and its gain is controlled by the shunt feedback loop composed of a gain control transistor (GCT) and a coupling capacitor in second stage. The channel resistance of GCT in the shunt feedback loop influences the input and output stages of a second stage by the Miller effect. Total gain of the proposed VG-LNA is changed by two factors, the load impedance reduction and the interstage mismatch by controlling the channel resistance of the GCT. Consequently, by adding a shunt feedback with a gain control transistor, this proposed VG-LNA achieves both wide gain tuning range of 37 dB and continuous gain control simultaneously.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

또한 저잡음 증폭기 다음에 오는 주파수 혼합기와 같은 회로들이 성취해야 하는 선형성 역시 줄일 수 있다. 본 논문에서는 저잡음 증폭기에 필요한 두 가지 특성 중에서 이득 제어에 방법에 대해 기술할 것이다.

가설 설정

두 번째로 각 표준에 따라 이득이 적절하게 변해야한다.[2] 각 무선 통신 표준들은 서로 다른 동작 범위를 가지고 있기 때문에 자동 이득 제어 증폭기만으로 동작범위를 모두 지원하기 힘들다.

제안 방법

대신에 각 대역에 맞는 필터를 각각 사용하는 것이 수신기의 성능을 개선시키는 데에 적합하다. 또한 제안된 2 GHz 대역의 이득 제어가 가능한 저잡음 증폭기는 그림 1에서 표시된 것처럼 이득 제어가 가능하게 설계 하였다. 이와 같이 설계한 이유는 표 1에서 WCDMA의 경우 81.
본고에서는 병렬 피드백을 이용한 VG-LNA 가 TSMC 0.18 um CMOS 공정을 이용하여 설계 되었다. 제안된 이득 제어 방법은 병렬 피드백을 구성하는 이득제어 트랜지스터의 채널 저항을 제어하여 이득을 조절하는 것이다.
제안된 이득 제어 방법은 병렬 피드백에 연결된 이득제어 트랜지스터의 채널 저항을 이용하여 이득을 조절하는 것이다. 인터스테이지 매칭에 연결된 병렬 피드백의 채널 저항 변화를 이용하여, 넓은 이득 제어 범위와 연속적인 이득 제어 모두 가능해진다.
18 um CMOS 공정을 이용하여 설계 되었다. 제안된 이득 제어 방법은 병렬 피드백을 구성하는 이득제어 트랜지스터의 채널 저항을 제어하여 이득을 조절하는 것이다. 비록 고려하지 못한 기생 성분들에 의해서 잡음 지수가 1.
제안된 이득 제어가 가능한 저잡음 증폭기는 2.1~2.5 GHz 대역의 WCDMA 및 802.11b/g WLAN에 적용하기 위해서 설계 되었다. 그림 1은 2 GHz 대역의 여러 무선통신 표준에서 사용하기위해 제안된 수신기의 블록 다이어그램이 WCDMA와 WLAN의 동작 주파수는 2.
제안된 저잡음 증폭기의 이득 제어 방법은 두 번째 단에 연결된 병렬 피드백의 이득 제어 트랜지스터 M2의 채널 저항을 조절하는 것이다. 이득 제어 트랜지스터 Ma가 off 상태일 때, 채널 저항 R&는 매우 커지게 된다.
첫 번째 방법은 부가적인 감쇄기나 바이패스 스위치를 저잡음 증폭기에 연결하여 저잡음 증폭기단의 이득을 조절하는 것이다.'3〕하지만 이와 같은 방법은 큰 이득 제어 범위를 얻을 수는 있지만, 이득의 연속적인 조절이 불가능하다.

대상 데이터

본딩 와이어 인덕터를 사용한 Lai을 제외한 나머지는 모두 on-chip 컴포넌트로 설계되었다. 설계된 회로도에서 첫 번째 단은 입력 단과 출력 단의 아이솔레이션을 증가시키기 위해서 cascode로 구성하였다.
제안된 제어 이득 저잡음 증폭기는 TSMC 0.18um CMOS 공정으로 설계 되었으며, 그림 9는 설계된 제어이득 저잡음 증폭기의 칩 사진을 보여준다. 측정된 소비 전력은 13.

성능/효과

그림 10은 입력 반사 계수의 시뮬레이션과 측정결과를 비교한 그래프이다. Network Analyzer를 이용하여 전체 동작 주파수 범위에서 전체적으로 -10 dB 이하의 양호한 결과를 보여주고 있다.
이 계산 결과에 따라서 미스매치에 의한 값 이득 감소는 약 14 dB, 첫 번째 Load의 감소에 의한 이득 감소 Gme 약 7 dB와 두 번째 단의 Load 감소에 의한 이득 감소 (泅는 약 3 dB 이다. 따라서 계산된 총 이득 제어 범위는 24 dB 이고, 실제 시뮬레이션과의 차이는 1.8 V에서 약 3 dB 이다. 그림 8은 계산된 이득 제어와 시뮬레이션된 이득 제어범위를 비교한 그래프이다.
제안된 이득 제어 방법은 병렬 피드백을 구성하는 이득제어 트랜지스터의 채널 저항을 제어하여 이득을 조절하는 것이다. 비록 고려하지 못한 기생 성분들에 의해서 잡음 지수가 1.8 dB 만큼 크게 증가하여 각 표준에 따른 잡음 지수 요구 성능을 만족하지 못하였지만, 실험 결과 38.5 dB의 넓은 동작 범위를 얻을 수 있었다. 그리고 이것은 여러 표준에 사용하기에 적합하도록 저잡음 증폭기 다음에 오는 회로들의 동작 범위와 선형성에 대한 요구 성능을 줄 일 수 있다.
그림 13에서 알 수 있듯이 시뮬레이션보다 측정 결과의 변화범위가 훨씬 더 크다. 시뮬레이션에서는 약 25 dB의 이득 제어 범위를 보여 주었지만, 측정 결과에서는 약 38.5 dB의 이득 제어를 보여주고 있다. 이것은 시뮬레이션과 비교하여, 이득 제어 트랜지스터 의 채널 저항이 1.
1 GHz 대역에서 시뮬레이션 된 반사계수와 R®의 저항을 이용하여, 전체 이득 제어에 영향을 주는 요소들을 계산한 결과이다. 이 계산 결과에 따라서 미스매치에 의한 값 이득 감소는 약 14 dB, 첫 번째 Load의 감소에 의한 이득 감소 Gme 약 7 dB와 두 번째 단의 Load 감소에 의한 이득 감소 (泅는 약 3 dB 이다. 따라서 계산된 총 이득 제어 범위는 24 dB 이고, 실제 시뮬레이션과의 차이는 1.
dB이고, 잡음지수는 약 4 dB이다. 측정결과에서 알 수 있듯이 잡음 지수가 4 dB 이상으로 높게 측정되었다. 이것은 저잡음 증폭기의 레이아웃에서 기생성분을 충분히 예측하지 못한 결과이다.

참고문헌 (7)

M. Hotti, et al. 'A direct conversion RF front-end for 2-GHz WCDMA and 5.8-GHz WLAN applications,' IEEE RFIC symp. Dig., pp. 45-48, June 2003
A. Tasic, W.A. Serdijn, and J.R. Long, 'Adaptive multi-standard circuits and systems for wireless communications,' IEEE Circuits and Systems Magazine, Vol. 6, pp. 29-37, 2006

상세보기
R. Point, M. Mendes, and W. Foley, 'A differential 2.4 GHz switched-gain CMOS LNA for 802.11b and Bluetooth,' Radio and Wireless conference 2002, pp. 221-224, Aug. 2002
S. Pennisi, S. Scaccianoce, and G. Palmisano, 'A new design approach for vaiable-gain low noise amplifiers,' IEEE RFIC symp. Dig., pp. 139-142, June 2000
M. Rajashekharaiah, P. Upadhyaya and D. Heo, 'A compact 5.6 GHz low noise amplifier with new on-chip gain controllable active balun,' 2004 IEEE Workshop on Microelectronics and Electron Devices, pp. 131-132, 2004
M. Kumarasamy Raja, et al., 'A Fully Integrated Variable Gain 5.75-GHz LNA with on chip Active Balun for WLAN,' IEEE RFIC symp. Dig., pp. 439-442, June 2003
Y. S. Hwang, C. H. Kim, J. H. Kim, and H. J. Yoo, 'A Controllable variable gain LNA for 2 GHz band,' APMC 2005, vol. 5, Dec. 2005

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