[논문]이득과 잡음 지수의 동적 제어가 가능한 광대역 저 잡음 증폭기

오태수; 김성균; 황과지; 김병성

doi:10.5515/kjkiees.2009.20.9.900

이득과 잡음 지수의 동적 제어가 가능한 광대역 저 잡음 증폭기
A Gain and NF Dynamic Controllable Wideband Low Noise Amplifier 원문보기

韓國電磁波學會論文誌 = The journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, v.20 no.9 = no.148, 2009년, pp.900 - 905

오태수 (성균관대학교 정보통신공학부) , 김성균 (성균관대학교 정보통신공학부) , 황과지 (퀸즈대학교 ECIT 연구소) , 김병성 (성균관대학교 정보통신공학부)

초록
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본 논문에서는 전류 블리딩(bleeding)과 입력 인덕티브 직렬-피킹을 이용한 공통 드레인 귀환(Common Drain Feedback: CDFB) CMOS 광대역 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier: LNA)를 설계하였다. 캐스코드 증폭기와 귀환 증폭기를 DC 결합하여 블리딩 전류의 조정을 통해 LNA의 이득과 잡음 지수(Noise figure: NF)의 동적 제어를 실현하였다. 제작한 LNA는 2.5 GHz의 대역폭에서, 고이득 영역은 $1.7{\sim}2.8\;dB$ NF와 17.5 dB 이득, 그리고 27 mW의 전력 소비를 보이고, 저 이득 영역은 $2.7{\sim}4.0\;dB$ NF와 14 dB 이득, 그리고 1.8 mW의 전력 소비를 보인다.

Abstract ▼ AI-Helper

A common drain feedback CMOS wideband LNA with current bleeding and input inductive series-peaking techniques is presented in this paper. DC coupling is adopted between cascode and feedback amplifiers, so that the gain and NF of the LNA can be dynamically controlled by adjusting the bleeding current. The fabricated LNA shows the bandwidth of 2.5 GHz. The high gain mode shows 17.5 dB gain with $1.7{\sim}2.8\;dB$ NF and consumes 27 mW power and the low gain mode has 14 dB gain with $2.7{\sim}4.0\;dB$ NF and dissipates 1.8 mW from 1.8 V supply.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 이득과 NF의 동적 제어가 가능한 광대역 LNA를 설계하였다. 이득과 NF의 동적 제어는 블리딩 전류의 조정을 통해서 실현하였고, 입력단의 직렬 인덕터는 대역폭의 증가를 위해서 사용되었다.
캐스코드 증폭기는 주된 이득 단이며, CDFB 증폭기는 입력 정합을 위하여 도입되었다. 전류 블리딩 경로는 이득을 증가시키고 NF를 줄이면서 동시에 이득과NF의 동적 제어를 실현하기 위하여 채택되었다. 이론적으로 캐스코드 증폭기에서 최소의 NF를 위한 입력 트랜지스터의 최적의 게이트 폭은 주파수에 반비례한다用.

제안 방법

LNA의 주요부는 캐스코드 증폭기, CD-FB 증폭기 그리고 전류 블리딩 경로로 이루어져 있다. LNA의 동작 주파수는 대부분의 무선 통신 주파수 대역을 포함하기 위하여 50 MHz에서 3 GHz까지를 목표로 설정하였다. 캐스코드 증폭기는 주된 이득 단이며, CDFB 증폭기는 입력 정합을 위하여 도입되었다.
왜냐하면, 출력 노드에서의 DC 전압은 블리딩 전류에 매우 민감하기 때문이다. 반면, 본 논문에서 설계한 광대역 LNA는 DC 결합을 통하여 캐스코드 증폭기의 입력/ 출력과 CDFB 증폭기의 출력/입력 사이를 연결하였다. 이 점은 블리딩 전류의 조정을 통한 동적 제어가 가능하도록 하면서, 泌의 드레인에서 DC 전압이 거의 일정하도록 유지시켜준다.
본 논문에서는 입력 인덕티브 직렬-피킹과 함께 전류 블리딩을 이용하여 이득과 NF의 동적 제어가 가능한 광대 역 LNA를 설계하였다. 이득과 NF의 동적 제어는 블리딩 전류의 조정을 통해서 실현하였다.
LNA를 설계하였다. 이득과 NF의 동적 제어는 블리딩 전류의 조정을 통해서 실현하였고, 입력단의 직렬 인덕터는 대역폭의 증가를 위해서 사용되었다. 설계된 LNA의 세 가지 영역이 본 논문에서 측정 되었다.
광대 역 LNA를 설계하였다. 이득과 NF의 동적 제어는 블리딩 전류의 조정을 통해서 실현하였다. 본 논문의 구성은 II장에서 설계된 광대역 LNA 를 보이고, 皿장에서는 측정 결과를 정리하였으며, IV장에서는 결론을 맺는다.

대상 데이터

설계된 광대역 LNA는 50 MHz에서 3 GHz까지의 대역폭을 목표로 설계하였으며, 0.18-/zm CMOS 공정을 이용하였다. 광대역 LNA의 현미경 사진은 그림 3에 나타내었다.

이론/모형

측정된 %과 如는 그림 7과 그림 8에 나타내었다. LNA의 선형성은 1 MHz의 간격의 two-tone test 에 의해서 측정되었다. 설계된 광대역 LNA의 측정 결과를 이전에 발표되었던 몇몇의 광대역 LNA와 함께 표 1에 정리하였다.

성능/효과

이것은 그림 2에서 두 번째 곡선(W=430 um)으로부터 알 수 있다. 따라서, 고주파에서 G时의 영향을 감소시켜 잡음지수를 낮추고, 대역폭을 증가시키기 위하여 입력 직렬-피킹 인턱터가효율적이다. 이로부터 입력 단의 50 Q 정합과 낮은 NF를 동시에 만족시킬 수 있다.

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상세보기
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