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3G, 4G LTE 환경에 적합한 0.11μm CMOS 저전력, 광대역의 저잡음증폭기 설계
0.11μm CMOS Low Power Broadband LNA design for 3G/4G LTE Environment 원문보기

한국전자통신학회 논문지 = The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, v.9 no.9, 2014년, pp.1027 - 1034  

송재열 (전남대학교 전자컴퓨터공학부) ,  이경훈 (전남대학교 전자컴퓨터공학부) ,  박성모 (전남대학교)

초록
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3G부터 4G LTE까지의 전체 대역에 적용이 가능한 저전력, 광대역 저잡음증폭기를 설계하였다. 설계한 광대역 다중입력 저잡음증폭기는 기존의 3G인 CDMA의 대역인 1.2GHz대역과 LTE대역인 2.5GHz대역까지 넓은 주파수 대역을 안정적으로 증폭이 가능하고, 다중입력방식을 통해 입력신호의 크기에 관계없이 안정적인 증폭이 가능하도록 설계하였다. 설계된 저잡음증폭기는 1.2V의 공급전압에서 약 0.6mA의 전류를 소모하고, 이는 Cadence사의 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 검증하였다. 낮은 입력신호에 대응한 증폭은 최대 20dB이고, 신호에 따라 최저 -10dB의 이득값을 얻을 수 있었다. 잡음특성(NF : Noise Figure)은 High Gain모드에서 15dB이하, Low Gain 모드에서 3dB이하를 가진다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

We present the Low Power Broadband Low noise amplifier(LNA) that can be applied a whole bandwidth from 3G to 4G LTE. This multi input LNA was designed to steadily amplify through a multi input method regardless the size of the input signal and operate on a wide range of frequency band from a standar...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 베터리의 용량이 한정적인 상황에서 결국 단말기시스템의 저전력화가 무선통신기술에서 중요한 부분이 되었다. 따라서 본 논문에서는 최근의 4세대 모바일이동통신시스템에 적합하고 저전력으로 동작이 가능한 광대역 LNA를 설계하였다.
  • 저잡음증폭기의 주파수대역을 넓히기 위해 본 논문에서는 SFB 방식을 이용한 회로를 설계하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
저잡음증폭기(LNA : Low Noise Amp)와 전력증폭기와 같은 블록은 어떠한 설계에서 단점을 보이는가? 그 중 저잡음증폭기(LNA : Low Noise Amp)와 전력증폭기(PA : Power AmP)는 현재까지 디지털화에 한계가 있는 분야임을 다양한 연구결과에서 보여주고 있다. 이러한 특성으로 아날로그로 설계되는 CMOS RF시스템에서 송신단의 전력증폭기는 소모전력이 가장 큰 블록이고, 수신단의 저잡음증폭기 역시 인덕터와 캐패시터를 주로 사용하기 때문에 전력을 많이 소모하는 부분이다[4]. 지속적으로 단말기의 신호를 최대한 증폭해서 공간으로 전송시키는 전력증폭기의 특성과 단말기에 입력되는 신호를 지속적으로 감시하고 있어야 하는 저잡음증폭기의 특성상 단말기 내의 전력소모는 크다고 할 수 있다.
단말기의 동작시간을 줄이는 원인은 무엇인가? 6GHz대역까지 다양한 이동통신주파수할당으로 이동통신단말기가 처리해야 하는 주파수의 대역은 광대역으로 넓어졌고, 기존에 사용되던 2세대, 3세대의 주파수대역을 지원해야 한다. 또한 이동통신단말기는 기존의 단순 음성통신의 영역에서 블루투스, 무선랜(WiFi), GPS(Global Positioning System) 등의 다양한 서비스를 위한 무선통신시스템을 집적하게 되었고, 이같은 다양한 블록들은 소모전력이 크고, 이로 인해 단말기의 동작시간을 줄이는 원인이 되었다. 베터리의 용량이 한정적인 상황에서 결국 단말기시스템의 저전력화가 무선통신기술에서 중요한 부분이 되었다.
해외에서 4세대에 사용하는 신규 주파수대역은 무엇을 주로 사용하는가? 6GHz 대역을 사용하고 있다. 해외의 대부분 주파수대역에서도 4세대에 사용하는 신규 주파수대역은 1.7GHz∼2.6GHz대역을 주로 사용하고 있다[2].
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참고문헌 (12)

  1. D Son, J. Kim, and C. Ryu, "Evolution of Next Generation Mobile Network Based on CDMA2000-1X Network," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 1, no. 1, 2006, pp. 70-80. 

  2. L. Hanzo, H. Haas, S. Imre, D. O'Brein, M. Rupp, and L. Gyongyosi, "Wireless Myths, Realities, and Futures : From 3G/4G to Optical and Quantum Wireless," Proc. of the IEEE, 2013, pp. 1853-1888. 

  3. M. Go, S. Pyo, and H. Park, "Study on the Broadband RF Front-End Architecture," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 4, no. 3, 2009, pp. 183-189. 

  4. A. Abidi, P. Gray, and Meyer. R, Receivers. WILEY-IEEE PRESS EBOOK CHAPTERS, Integrated Circuits for Wireless Communications, 1999, pp. 155-319. 

  5. C. P. Chang, J. H. Chen, and Y.-H. Wang, "A Fully integrated 5GHz low-voltage LNA using for ward body bias technology," IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 19, no. 3, 2009, pp. 176-178. 

  6. T. Lee, "The Design of CMOS Radio-Frequency Integrated Circuit," Cambrige, England, Cambrige University Press, 2004. 

  7. U. Hong and C. Lee, "Signal Attenuation in Mobile Communication by Many Different Types of Obstacles," The Institute of Electronics and Information Engineers, vol. 29, no. 4, 1992, pp. 271-368. 

  8. Y.-J. Shawn and S. H. Hsu, "A 3.1-10.6GHz Ultra-Wideband CMOS Low Noise Amplifier With Current-Reused Technique," IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 17, 2007, pp. 232-234. 

  9. S. B. T. Wang, A. M. Niknejad, "Design of a Sub-mW 960-MHz UWB CMOS LNA," IEEE Solid-state Circuit, vol. 41, 2007, pp. 2446-2456. 

  10. A. Amer, E. Hegazi, and H. Ragai, "A lowpower wideband CMOS LNA for WiMAX," IEEE Trans. Circuits Syst. II, Express Briefs, vol. 54, 2007, pp. 4-8. 

  11. T. K. Nguyen, S. Han, and D. Anh, "Ultra-low-power 2.4GHz image-rejection low-noise-amplifier," Electronics Letters, 2005, vol. 41, no. 15. 

  12. Y. Jang and J. Choi, "Design of an Ultra Low Power CMOS 2.4GHz LNA," The Korean Intitute of Electromagnetic Engineering and Science, vol. 21, 2010, pp. 1045-1049. 

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