넓은 동작영역과 정확한 dB-Linear 특성을 갖는 CMOS 가변이득 증폭기(VGA)에 관한 연구

Abstract

본 논문은 WCDMA(Wideband code division multiple access) 통신 방식의 직접 변환(Direct conversion receiver)구조를 채택한 RF 수신 단에서 저전력, 고선형 및 광대역 특성을 지닌 저전압 CMOS 가변이득 증폭기(Variable Gain Amplifier; VGA)를 제안하였다. 보다 상세하게는 무선이동통신 시스템에 적합하게 사용할 수 있도록 외부온도가 변화해도 제어전압에 따른 가변이득 증폭기의 이득이 일정하도록 할 뿐만 아니라 전력이득을 조절하는 제어저압과 전력이득의 특성곡선이 지수함수적으로 선형적으로 변환되도록 함으로써 넓은 동작영역과 정확한 특성곡선을 지니도록 한 보상회로를 갖는 가변이득 증폭기를 설계하였다. 본 논문에서 설계된 가변이득 증폭기는 주파수 특성을 수백 ㎒까지 연장하기 위하여 Cascode 구조를 이용하였고, 디지털 회로부분의 Common mode noise를 감소시키기 위하여 차동(Differential)회로 구조를 채택하였다. 고주파 영역에서 이득 및 주파수 특성 보상이 가능한 새로운 능동부하(Active load) 회로를 가진 VGA cell 회로와 외부 이득 제어전압(Gain control voltage: Vc)에 대한 Exponential 이득특성을 가지며 온도보상이 가능한 내부 제어전압 발생회로를 제안하였다. 이를 토대로 1.8V 이하의 저 공급전원(supply voltage)에서도 고 이득특성을 지니는 CMOS VGA를 설계하였다. 이 구조는 기존의 CMOS VGA에 비하여 상대적으로 낮은 공급전원을 사용하더라도 성능 저하가 없이 저 소비전력 특성을 지니는 장점을 가지고 있다.