KR20240131507A - Wideband and high linearity variable gain amplifier and method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광대역 고선형성의 가변 이득 증폭기에 관한 것으로, 입력 및 피드백 저항의 가변(variation)을 통해 고선형 가변 이득 성능을 달성하기 위한 광대역 고선형성의 가변 이득 증폭기 및 그 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 피드백 저항에 임피던스를 구현하는 반전 증폭기 구조로 입력저항과 피드백 저항의 비율로써 이득을 갖는 가변 이득 증폭기, 상기 가변 이득 증폭기와 연결되어 피드백 회로의 출력신호를 상기 피드백 회로의 입력신호와 비교하여 DC offset 제거 및 cut-off 주파수 성능을 보장하는 적분기-궤환 회로를 포함하여 입출력 저항의 가변(variation)을 통해 고선형 가변 이득 성능을 달성하는 효과가 있다.The present invention relates to a wideband high-linearity variable gain amplifier, and more particularly, to a wideband high-linearity variable gain amplifier and a method thereof for achieving high-linearity variable gain performance by varying input and feedback resistances. According to the present invention, the variable gain amplifier has a structure of an inverting amplifier that implements impedance in a feedback resistor and has a gain as a ratio of an input resistance and a feedback resistance, and an integrator-feedback circuit that is connected to the variable gain amplifier and compares an output signal of a feedback circuit with an input signal of the feedback circuit to eliminate DC offset and ensure cut-off frequency performance, so that the high-linearity variable gain performance is achieved by varying the input and output resistances.
Description
본 발명은 광대역 고선형성의 가변 이득 증폭기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 피드백(궤환) 증폭기에서의 입력 및 피드백 저항의 가변(variation), 그리고 적분기-궤환회로 사용을 통해 고선형성의 가변 이득 성능을 달성하고 DC offset에 의한 출력신호 포화(saturation)를 방지하기 위한 광대역 고선형성의 가변 이득 증폭기 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a wideband, high-linearity variable gain amplifier, and more particularly, to a wideband, high-linearity variable gain amplifier and method thereof for achieving high-linearity variable gain performance and preventing output signal saturation due to DC offset by varying input and feedback resistances in a feedback amplifier and using an integrator-feedback circuit.
기존의 DC offset 보정기술은 도 1에 도시된 바와 같이, 입력신호에서 발생하는 DC offset을 제거하여 출력 신호의 왜곡 및 포화을 최소화하는데 있다. The existing DC offset compensation technology, as illustrated in Fig. 1, aims to minimize distortion and saturation of the output signal by removing the DC offset occurring in the input signal.
도 1의 방식은 세 개의 증폭단 구현에 따른 3개의 DAC, 혹은 보정 전류를 제시하여 높은 이득을 가진 가변 이득 증폭기로 인한 DC offset을 보정하기 위해 추가적인 전류를 주입하는 방식이다. 추가적인 전류 주입은 DAC(Digital to analog converter)를 통해 디지털 제어 신호로부터 원하는 전류 크기를 결정하는 방식으로 구현된다. The method of Fig. 1 is a method of injecting additional current to compensate for the DC offset caused by a variable gain amplifier with high gain by presenting three DACs or compensation currents according to the implementation of three amplifier stages. The additional current injection is implemented by determining the desired current size from a digital control signal through a DAC (digital to analog converter).
이러한 방식은 피드백(궤환)이 없는 보정방식으로서, 안정도 문제로부터 자유롭고 발진(oscillation)의 가능성이 낮으나 DC offset 제거 성능은 사용된 DAC의 resolution에 따라 결정이 나기 때문에 높은 수준의 DC offset 보정을 위해서는 필요로 하는 DAC의 반도체 면적 및 전력 소모가 매우 크다. 또한 칩(반도체)마다 공정의 변화가 존재함으로 인해 보정해야 하는 디지털 코드의 값이 바뀌게 되며 이에 따라 추가적인 보정이 필요로 하거나, 칩 별로 별도로 최적성능을 보장하기 위한 테스트 과정이 필수적이다. 그리고 증폭단마다 별도의 보정 하드웨어(DAC)가 필요하다.This method is a feedback-free compensation method, so it is free from stability problems and has a low possibility of oscillation. However, since the DC offset removal performance is determined by the resolution of the DAC used, the semiconductor area and power consumption of the DAC required for a high level of DC offset compensation are very large. In addition, since there is a change in the process for each chip (semiconductor), the value of the digital code to be compensated changes, and accordingly, additional compensation is required, or a separate test process to ensure optimal performance for each chip is essential. In addition, separate compensation hardware (DAC) is required for each amplifier stage.
DC offset이란 입력 신호의 인가가 없음에도 불구하고 차동 입력신호의 차이가 0이 아닌 상태로 존재하는 현상을 의미한다. 이러한 DC offset이 존재하면 증폭기의 출력 신호에는 입력 DC offset의 크기는 증폭단의 증폭 이득을 통해 높은 레벨의DC (혹은 동작점) 비대칭이 발생할 수 있다. 이는 출력신호의 왜곡을 초래할 수 있고, 이를 보정하지 않으면 다른 기기와의 연결이나 다음 단계의 신호 처리에 문제가 발생할 수 있다.DC offset refers to a phenomenon in which the difference between differential input signals is not zero even when no input signal is applied. If such DC offset exists, the output signal of the amplifier may have a high level of DC (or operating point) asymmetry due to the amplification gain of the amplifier stage in the size of the input DC offset. This can cause distortion of the output signal, and if not compensated for, it can cause problems in connection with other devices or in signal processing in the next stage.
도 2는 기존 DC offset보정기술B를 나타낸 도면이다. 이러한 도 2에 도시된 바와 같이, 피드백(궤환)을 적용하여, 피드백 부분에 존재하는 주요 극점의 위치가 closed-loop 시스템에서 제로(zero) 점으로 작용하는 원리를 적용하여 도 2의 구현을 따를 시, 필터(filter)의 이득은 1임을 가정하면, 입출력 전달함수(transfer function)는 다음과 같이 표현된다.Fig. 2 is a diagram showing the existing DC offset correction technology B. As shown in Fig. 2, by applying feedback, the principle that the location of the main pole existing in the feedback section acts as a zero point in the closed-loop system is applied, and when following the implementation of Fig. 2, assuming that the gain of the filter is 1, the input-output transfer function is expressed as follows.
이는 낮은 cut-off 주파수를 보장하기 위해 필요로 하는 R(저항)과 C(커패시터)의 크기가 매우 큰 문제가 있다. 또한 높은 수준의 DC offset 제거 성능을 보장하기 위해 피드백 부분에 존재하는 trans-conductor(Gm)의 크기는 작아야 하고, 피드백 방식의 구현으로 인해 안정도(stability)에 주의를 기울여야 한다.This has the problem that the sizes of R (resistor) and C (capacitor) required to ensure a low cut-off frequency are very large. In addition, the size of the trans-conductor (Gm) present in the feedback section must be small to ensure a high level of DC offset removal performance, and attention must be paid to stability due to the implementation of the feedback method.
도 3은 밀러-커패시터(Miller-Capacitor)를 적용한 연산 증폭기 구현기술을 나타낸 예시도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 기존의 연산 증폭기는 높은 이득을 가지기 위해 다수의 stage가 필요로 한다. 이는 2-stage 증폭기 구조가 가장 많이 사용되며, 충분한 안정도를 보장하기 위해 주파수 안정화 기술이 필수적이다. 도 3은 Miller-capacitor를 적용한 주파수 안정화 기술을 나타낸 것으로 Miller 커패시터 적용에 따라 주요 극점(dominant pole)이 낮아짐으로 인해 광대역 구현이 어려운 문제가 있다. 또한 Miller 커패시터 적용 후에도 넓은 대역폭을 이루기 위해서는 상응하는 전력 소모 증가가 뒤따르게 된다. 그리고 Miller 커패시터로 인한 Zero점이 발생하여 추가적인 안정화 보장 기술을 필요로 한다.Fig. 3 is an exemplary diagram showing an operational amplifier implementation technology using a Miller capacitor. As shown in Fig. 3, conventional operational amplifiers require multiple stages to have high gain. This is the most commonly used 2-stage amplifier structure, and frequency stabilization technology is essential to ensure sufficient stability. Fig. 3 shows a frequency stabilization technology using a Miller capacitor. There is a problem that it is difficult to implement a wideband because the dominant pole is lowered due to the application of the Miller capacitor. In addition, even after applying the Miller capacitor, a corresponding increase in power consumption follows in order to achieve a wide bandwidth. In addition, a zero point occurs due to the Miller capacitor, so an additional stabilization guarantee technology is required.
본 발명은 상술한 문제를 해결하고자 고안한 것으로, 피드백(궤환) 증폭기에서의 입력 및 피드백 저항의 가변(variation), , 그리고 적분기-궤환회로 사용을 통해 고선형(dB-linear) 가변 이득 성능을 달성하기 위한 광대역 고선형성의 가변 이득 증폭기 및 그 방법을 제공함에 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above-described problems, and has an object to provide a wideband, high-linearity variable gain amplifier and method thereof for achieving high-linearity (dB-linear) variable gain performance through variation of input and feedback resistances in a feedback amplifier, and use of an integrator-feedback circuit.
본 발명에 따른 광대역 고선형성의 가변 이득 증폭기는 피드백 저항에 임피던스를 구현하는 반전 증폭기 구조로 입력저항과 피드백 저항의 비율로써 이득을 갖는 가변 이득 증폭기, 상기 가변 이득 증폭기와 연결되어 피드백 회로의 출력신호를 상기 피드백 회로의 입력신호와 비교를 통해 DC offset 제거 및 cut-off 주파수 성능을 보장하는 적분기-궤환 회로를 포함한다.A wideband high-linearity variable gain amplifier according to the present invention comprises a variable gain amplifier having a gain as a ratio of an input resistance and a feedback resistance, with an inverting amplifier structure implementing impedance in a feedback resistor, and an integrator-feedback circuit connected to the variable gain amplifier and guaranteeing DC offset removal and cut-off frequency performance by comparing an output signal of a feedback circuit with an input signal of the feedback circuit.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 입력 및 피드백 저항의 가변(variation)을 통해 고선형 가변 이득 성능을 달성하는 효과가 있다. 또한 적분기-궤환회로 사용을 통해 매우 작은 R(저항)과 C(커패시터)을 구비하고도, 낮은 cut-off 주파수를 보장할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, there is an effect of achieving high linear variable gain performance through variation of input and feedback resistors. In addition, through use of an integrator-feedback circuit, a low cut-off frequency can be guaranteed even with very small R (resistor) and C (capacitor).
도 1은 기존의 DC offset 보정기술A과 관련된 도면이다.
도 2는 기존 DC offset보정기술B를 나타낸 도면이다.
도 3은 밀러-커패시터를 적용한 연산 증폭기 구현기술을 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 고선형성의 가변 이득 증폭기를 나타낸 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 고선형성의 가변 이득 증폭기의 연산 증폭기 코어를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 고선형성의 가변 이득 증폭기의 고선형 가변 이득 증폭단을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 고선형성의 가변 이득 증폭기의 DC offset 제거를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 고선형성의 가변 이득 증폭기를 이용한 방법을 나타낸 흐름도이다. Figure 1 is a drawing related to the existing DC offset compensation technology A.
Figure 2 is a drawing showing the existing DC offset correction technology B.
Figure 3 is an example diagram showing an operational amplifier implementation technology using a Miller capacitor.
FIG. 4 is a schematic diagram showing a wideband high-linearity variable gain amplifier according to one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing an operational amplifier core of a wideband high-linearity variable gain amplifier according to one embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a high-linearity variable gain amplifier stage of a wideband high-linearity variable gain amplifier according to one embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram for explaining DC offset removal of a wideband high-linearity variable gain amplifier according to one embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a flowchart illustrating a method using a wideband high-linearity variable gain amplifier according to one embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The specific structural and functional descriptions presented in the embodiments of the present invention are merely exemplified for the purpose of explaining embodiments according to the concept of the present invention, and the embodiments according to the concept of the present invention may be implemented in various forms. In addition, it should not be construed as being limited to the embodiments described in this specification, but should be understood to include all modifications, equivalents, or substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.
한편, 본 발명에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.Meanwhile, in the present invention, the terms first and/or second, etc. may be used to describe various components, but the components are not limited to the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from other components, for example, within the scope of the rights according to the concept of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 고선형성의 가변 이득 증폭기를 나타낸 구성도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 가변 이득 증폭기(110), 적분기-궤환회로(120)를 포함한다.Fig. 4 is a block diagram showing a wideband high-linearity variable gain amplifier according to one embodiment of the present invention. As shown in Fig. 4, it includes a variable gain amplifier (110) and an integrator-feedback circuit (120).
가변 이득 증폭기(110)는 피드백 저항에 임피던스를 구현하는 반전 증폭기 구조로 입력저항과 피드백 저항의 비율로써 이득을 갖는다.A variable gain amplifier (110) is an inverting amplifier structure that implements impedance in a feedback resistor and has a gain as a ratio of the input resistance and the feedback resistance.
이러한 가변 이득 증폭기의 연산 증폭기 코어(A1, A2, A3)는 밀러-커패시터로 인한 주요 극점의 성능 하락을 방지하기 위해 출력단에 AC 커플링을 통해 연결되는 피드포워드 트랜지스터로 zero점을 인위적으로 생성하여 극점에 의한 영향을 상쇄시킨다.The operational amplifier cores (A1, A2, A3) of these variable gain amplifiers artificially create a zero point with a feedforward transistor connected to the output stage via AC coupling to offset the influence of the poles, thereby preventing performance degradation of the main poles due to the Miller capacitors.
가변 이득 증폭기는 피드 포워드 트랜지서터가 AC 커플링(coupling)을 통해 출력단에 연결이 됨으로써 저주파 영역에서 추가적인 트랜지스터로 인한 이득 하락을 방지한다.Variable gain amplifiers have a feed-forward transistor connected to the output via AC coupling, thereby avoiding the gain degradation caused by additional transistors in the low-frequency range.
가변 이득 증폭기는 피드 포워드 트랜지서터가 PMOS/NMOS를 모두 활용한 CMOS 구조를 통해 전력 효율을 극대화한다.The variable gain amplifier maximizes power efficiency through a CMOS structure utilizing both PMOS/NMOS feed-forward transistors.
가변 이득 증폭기는 입력저항과 피드백 저항의 비율로써 이득을 조절하는 가변 이득 방식을 통해 Trans-conductor(Gm) 및 연산 증폭기 내부의 저항 변경을 필요로 하지 않는다. 이때, 가변 이득 증폭기는 Trans-conductor(Gm) 및 연산 증폭기 내부의 저항 변경이 필요 없음으로 인해 가변 이득 증폭기의 선형성(dB-linear)를 보장하고, 연산 증폭기의 비선형 성분에 의한 성능 저하를 방지한다.Variable gain amplifiers do not require changes in the transconductor (Gm) and internal resistance of the operational amplifier, through a variable gain method that adjusts the gain by the ratio of the input resistance and the feedback resistance. At this time, since the variable gain amplifier does not require changes in the transconductor (Gm) and internal resistance of the operational amplifier, it ensures the linearity (dB-linear) of the variable gain amplifier and prevents performance degradation due to the nonlinear components of the operational amplifier.
적분기-궤환회로(120)는 가변 이득 증폭기와 연결되어 피드백 회로의 출력신호를 피드백 회로의 입력신호와 비교를 통해 DC offset 제거 및 cut-off 주파수 성능을 보장한다.The integrator-feedback circuit (120) is connected to a variable gain amplifier and compares the output signal of the feedback circuit with the input signal of the feedback circuit to ensure DC offset removal and cut-off frequency performance.
적분기-궤환 회로는 피드백 경로에 적분기 삽입을 통한 극점을 발생시켜 closed-loop 전달함수에서 해당 극점이 zero 점으로 동작하는 high-pass 동작을 수행하여 입력신호의 DC offset을 제거한다.The integrator-feedback circuit removes the DC offset of the input signal by performing a high-pass operation in which a pole is generated by inserting an integrator into the feedback path and the corresponding pole acts as a zero point in the closed-loop transfer function.
또한 적분기-궤환 회로는 피드백 경로에 적분기 삽입함으로써 연산증폭기 코어 회로의 이득만큼 시스템의 cut-off 주파수가 낮아지는 효과가 있어, 상대적으로 낮은 R/C값을 가지고 낮은 cut-off 주파수 성능을 보장한다.In addition, the integrator-feedback circuit has the effect of lowering the cut-off frequency of the system by the amount of the gain of the operational amplifier core circuit by inserting an integrator into the feedback path, thereby ensuring low cut-off frequency performance with a relatively low R/C value.
적분기-궤환 회로는 피드백 경로의 적분기가 전체 시스템의 전달 함수 및 잡음 성능에 영향을 끼치지 않는다.Integrator-feedback circuits ensure that the integrator in the feedback path does not affect the transfer function and noise performance of the overall system.
본 실시예에 따른 광대역 고선형성의 가변 이득 증폭기의 모든 연산 증폭기 및 Trans-conductor셀은 도 5의 연산 증폭기 코어 구조를 갖는다.All operational amplifiers and transconductor cells of the wideband high-linearity variable gain amplifier according to the present embodiment have the operational amplifier core structure of Fig. 5.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 고선형성의 가변 이득 증폭기의 연산 증폭기 코어를 나타낸 도면이다.FIG. 5 is a diagram showing an operational amplifier core of a wideband high-linearity variable gain amplifier according to one embodiment of the present invention.
본 실시예에 따른 광대역 고선형성의 가변 이득 증폭기는 도 5에 도시된 바와 같이, 피드포워드 트랜지스터를 활용하여 zero점을 인위적으로 생성한다. 생성된 zero점은 연산 증폭기가 가지고 있는 극점에 의한 영향을 상쇄함으로써 전체 시스템의 안정화를 이룩하게 된다. 이로 인해, 밀러(Miller) 커패시터에 의한 주요 극점의 성능 하락을 방지함으로써 광대역을 실현한다.The variable gain amplifier with wideband high linearity according to the present embodiment artificially generates a zero point by utilizing a feedforward transistor, as shown in Fig. 5. The generated zero point stabilizes the entire system by offsetting the influence of the poles of the operational amplifier. As a result, a wideband is realized by preventing the performance degradation of the main poles due to the Miller capacitor.
피드 포워드 트랜지스터는 AC 커플링(coupling)을 통해 출력단에 연결이 됨으로써 저주파 영역에서 추가적인 트랜지스터로 인한 이득 하락을 방지한다. 또한 PMOS/NMOS를 모두 활용한 CMOS 구조를 통해 전력 효율을 극대화한다.The feed-forward transistor is connected to the output stage via AC coupling, thereby preventing the gain drop caused by additional transistors in the low-frequency range. In addition, the CMOS structure utilizing both PMOS/NMOS maximizes power efficiency.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 고선형성의 가변 이득 증폭기의 고선형 가변 이득 증폭단을 나타낸 도면이다. FIG. 6 is a diagram showing a high-linearity variable gain amplifier stage of a wideband high-linearity variable gain amplifier according to one embodiment of the present invention.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 가변 이득 증폭기는 고선형 가변 이득 증폭단의 반전 증폭기 구조를 활용하여 입력 저항과 피드백 저항의 비율로써 이득을 실현한다. 도 6은 피드백 저항에 임피던스를 구현한 것으로 추가적인 low-pass를 실현하기 위함이다. As illustrated in Fig. 6, the variable gain amplifier according to the present embodiment realizes gain as a ratio of input resistance and feedback resistance by utilizing the inverting amplifier structure of a high-linearity variable gain amplifier stage. Fig. 6 implements impedance in the feedback resistance to realize an additional low-pass.
입력저항: Rin, 그리고 피드백 임피던스:Rf로 표기할 시 입출력 전달함수(transfer function)은 다음과 같다.When the input resistance is expressed as Rin and the feedback impedance is expressed as Rf, the input-output transfer function is as follows.
입력 저항과 피드백 저항(임피던스)의 변화비율이 동일하다고 가정할 시, 아래와 같이 변경 가능하다.Assuming that the rate of change of input resistance and feedback resistance (impedance) is the same, it can be changed as follows.
입출력 전달함수가 지수 함수(exponential) 특성을 나타냄으로 인해 dB-linear(dB 스케일에서의 선형성)을 보장할 수 있게 된다.Since the input/output transfer function exhibits exponential characteristics, dB-linearity (linearity in the dB scale) can be guaranteed.
시스템의 DC offset제거 및 낮은 cut-off 성능은 도 4의 적분기-궤환회로(integrator-feedback loop)를 통해 달성 가능하고, 고선형(dB-linear) 가변 이득 성능은 제안하는 입력 및 피드백 저항의 variation을 통해 달성하며, 참고로 도 4의 구현을 통한 입출력 전달함수는 주파수 대역별로 다음과 같이 나타낼 수 있다.The DC offset removal and low cut-off performance of the system can be achieved through the integrator-feedback loop of Fig. 4, and the high-linearity (dB-linear) variable gain performance is achieved through the variation of the proposed input and feedback resistors. For reference, the input-output transfer function through the implementation of Fig. 4 can be expressed as follows for each frequency band.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 고선형성의 가변 이득 증폭기의 DC offset 제거를 설명하기 위한 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 피드백(궤환) 패쓰에 Integrator 삽입을 통한 극점이 발생한다. closed-loop 전달 함수에서 해당 극점은 zero 점으로 동작함으로 인해 high-pass 동작을 하게 된다.Fig. 7 is a diagram for explaining the DC offset removal of a variable gain amplifier with wideband high linearity according to one embodiment of the present invention. As shown in Fig. 7, a pole is generated through the insertion of an integrator into the feedback path. In the closed-loop transfer function, the pole acts as a zero point, thereby performing a high-pass operation.
이로 인해 Integrator를 통한 높은 이득을 활용해 작은 R/C 값을 가지고도 낮은 cut-off 주파수 성능을 보장하는 효과가 있다. 또한 trans-conductor(Gm)단 만이 전체 전달 함수에 영향을 끼치게 된다. 즉 피드백에 존재하는 연산 증폭기의 특성은 전달함수에 영향을 끼치지 않는 장점이 있다. 그리고 피드백에 존재하는 연산 증폭기의 잡음은 전체 시스템에 영향을 끼치지 않는 장점이 있으므로, 저잡음 구현이 가능하다.This has the effect of ensuring low cut-off frequency performance even with a small R/C value by utilizing the high gain through the integrator. In addition, only the trans-conductor (Gm) stage affects the overall transfer function. In other words, the characteristics of the operational amplifier existing in the feedback have the advantage of not affecting the transfer function. In addition, since the noise of the operational amplifier existing in the feedback has the advantage of not affecting the entire system, low-noise implementation is possible.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 고선형성의 가변 이득 증폭기를 이용한 방법을 나타낸 흐름도이다. FIG. 8 is a flowchart illustrating a method using a wideband high-linearity variable gain amplifier according to one embodiment of the present invention.
도 8에 도시된 바와 같이, 광대역 고선형성의 가변 이득 증폭기를 이용한 방법에 있어서, (a)광대역 고선형성의 가변 이득 증폭기는 피드백 저항에 임피던스를 구현하는 반전 증폭기 구조로 입력저항과 피드백 저항의 비율로써 이득을 갖는 단계, (b)광대역 고선형성의 가변 이득 증폭기는 적분기-궤환 회로의 출력신호를 적분기-궤환 회로의 입력신호와 비교를 통해 DC offset 제거하는 단계, (c)광대역 고선형성의 가변 이득 증폭기는 피드백 경로에 적분기 삽입을 통한 이득에 비해 상대적으로 낮은 R/C값을 가지고 cut-off 주파수 성능을 보장하는 단계를 포함한다.As illustrated in FIG. 8, in a method using a variable gain amplifier with wideband high linearity, (a) the variable gain amplifier with wideband high linearity includes a step of having a gain as a ratio of the input resistance and the feedback resistance with an inverting amplifier structure that implements impedance in a feedback resistor, (b) the variable gain amplifier with wideband high linearity includes a step of removing a DC offset by comparing an output signal of an integrator-feedback circuit with an input signal of the integrator-feedback circuit, and (c) the variable gain amplifier with wideband high linearity includes a step of ensuring cut-off frequency performance by having a relatively low R/C value compared to the gain through insertion of an integrator in the feedback path.
(a)단계는 밀러-커패시터로 인한 주요 극점의 성능 하락을 방지하기 위해 출력단에 AC 커플링을 통해 연결되는 피드포워드 트랜지스터로 zero점을 인위적으로 생성하여 상기 극점에 의한 영향을 상쇄한다.Step (a) artificially creates a zero point with a feedforward transistor connected to the output stage via AC coupling to offset the effect of the pole, thereby preventing performance degradation of the main pole due to the Miller capacitor.
(b)단계는 적분기-궤환 회로가 피드백 경로에 적분기 삽입을 통한 극점을 발생시켜 closed-loop 전달함수에서 해당 극점이 zero 점으로 동작하는 high-pass 동작을 수행하여 입력신호의 DC offset을 제거한다.Step (b) performs a high-pass operation in which the integrator-feedback circuit generates a pole by inserting an integrator into the feedback path, and the corresponding pole acts as a zero point in the closed-loop transfer function, thereby removing the DC offset of the input signal.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 입력 및 피드백 저항의 가변(variation)을 통해 고선형 가변 이득 성능을 달성하는 효과가 있다.According to one embodiment of the present invention, there is an effect of achieving high linear variable gain performance through variation of input and feedback resistors.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 당업자에게 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the attached drawings, and it will be apparent to those skilled in the art that various substitutions, modifications, and changes are possible within the scope that does not depart from the technical spirit of the present invention.
Claims (12)
상기 가변 이득 증폭기와 연결되어 피드백 회로의 출력신호를 상기 피드백 회로의 입력신호와 비교하여 DC offset 제거 및 cut-off 주파수 성능을 보장하는 적분기-궤환 회로를 포함하는 광대역 고선형성의 가변 이득 증폭기.A variable gain amplifier that controls the gain as a ratio of the input resistance and the feedback resistance, with an inverting amplifier structure that implements impedance in the feedback resistance.
A wideband, high-linearity variable gain amplifier including an integrator-feedback circuit that is connected to the variable gain amplifier and compares an output signal of the feedback circuit with an input signal of the feedback circuit to ensure DC offset removal and cut-off frequency performance.
상기 가변 이득 증폭기는 입력저항과 피드백 저항의 비율로써 이득을 조절하는 가변 이득 방식을 통해 Trans-conductor(Gm) 및 연산 증폭기 내부의 저항 변경을 필요로 하지 않는 것을 특징으로 하는 광대역 고선형성의 가변 이득 증폭기. In the first paragraph,
The above variable gain amplifier is a wideband, high-linearity variable gain amplifier characterized by not requiring a change in resistance inside a trans-conductor (Gm) and an operational amplifier through a variable gain method that adjusts the gain by the ratio of the input resistance and the feedback resistance.
상기 가변 이득 증폭기는 Trans-conductor(Gm) 및 연산 증폭기 내부의 저항 변경이 필요 없음으로 인해 가변 이득 증폭기의 선형성(dB-linear)를 보장하고, 연산 증폭기의 비선형 성분에 의한 성능 저하를 방지하는 것을 특징으로 하는 광대역 고선형성의 가변 이득 증폭기.In the second paragraph,
The above variable gain amplifier is a wideband, high-linearity variable gain amplifier characterized in that it ensures linearity (dB-linear) of the variable gain amplifier and prevents performance degradation due to nonlinear components of the operational amplifier because there is no need to change the resistance inside the trans-conductor (Gm) and the operational amplifier.
상기 적분기-궤환 회로는 피드백 경로에 적분기 삽입을 통한 극점을 발생시켜 closed-loop 전달함수에서 해당 극점이 zero 점으로 동작하는 high-pass 동작을 수행하여 입력신호의 DC offset을 제거하는 것을 특징으로 하는 광대역 고선형성의 가변 이득 증폭기.In the first paragraph,
The above integrator-feedback circuit is a wideband, high-linearity, variable gain amplifier characterized in that it removes the DC offset of an input signal by generating a pole by inserting an integrator into the feedback path and performing a high-pass operation in which the corresponding pole operates as a zero point in a closed-loop transfer function.
상기 적분기-궤환 회로는 피드백 경로에 적분기 삽입을 통해 연산증폭기 코어 회로의 이득만큼 시스템의 cut-off 주파수가 낮아지는 것을 특징으로 하는 광대역 고선형성의 가변 이득 증폭기.In the first paragraph,
The above integrator-feedback circuit is a wideband, high-linearity, variable gain amplifier characterized in that the cut-off frequency of the system is lowered by the gain of the operational amplifier core circuit through the insertion of an integrator in the feedback path.
상기 적분기-궤환 회로는 피드백 경로의 적분기가 전체 시스템의 전달 함수 및 잡음 성능에 영향을 끼치지 않는 것을 특징으로 하는 광대역 고선형성의 가변 이득 증폭기.In the first paragraph,
The above integrator-feedback circuit is a wideband, high-linearity, variable gain amplifier characterized in that the integrator of the feedback path does not affect the transfer function and noise performance of the entire system.
상기 가변 이득 증폭기는 밀러-커패시터로 인한 주요 극점의 성능 하락을 방지하기 위해 출력단에 AC 커플링을 통해 연결되는 피드포워드 트랜지스터로 zero점을 인위적으로 생성하여 상기 극점에 의한 영향을 상쇄시키는 것을 특징으로 하는 광대역 고선형성의 가변 이득 증폭기.In the first paragraph,
The above variable gain amplifier is a wideband, high-linearity variable gain amplifier characterized in that it artificially creates a zero point with a feedforward transistor connected to the output terminal through AC coupling to offset the influence of the pole in order to prevent performance degradation of the main pole due to the Miller capacitor.
상기 가변 이득 증폭기는 피드 포워드 트랜지서터가 AC 커플링(coupling)을 통해 출력단에 연결이 됨으로써 저주파 영역에서 추가적인 트랜지스터로 인한 이득 하락을 방지하는 것을 특징으로 하는 광대역 고선형성의 가변 이득 증폭기.In the first paragraph,
The above variable gain amplifier is a wideband, high-linearity variable gain amplifier characterized in that the feed forward transistor is connected to the output terminal through AC coupling, thereby preventing gain degradation due to an additional transistor in the low-frequency range.
상기 가변 이득 증폭기는 피드 포워드 트랜지서터가 PMOS/NMOS를 모두 활용한 CMOS 구조를 통해 전력 효율을 극대화하는 것을 특징으로 하는 광대역 고선형성의 가변 이득 증폭기.In the first paragraph,
The above variable gain amplifier is a wideband, high-linearity variable gain amplifier characterized in that the feed forward transistor maximizes power efficiency through a CMOS structure utilizing both PMOS/NMOS.
(a)상기 가변 이득 증폭기가 피드백 저항에 임피던스를 구현하는 반전 증폭기 구조로 입력저항과 피드백 저항의 비율로써 이득을 갖는 단계,
(b)상기 가변 이득 증폭기가 적분기-궤환 회로의 출력신호를 상기 적분기-궤환 회로의 입력신호와 비교를 통해 DC offset 제거하는 단계,
(c)상기 가변 이득 증폭기가 피드백 경로에 적분기 삽입을 통한 이득에 비해 상대적으로 낮은 R/C값을 가지고 cut-off 주파수 성능을 보장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 고선형성의 가변 이득 증폭방법.In a method using a variable gain amplifier with wideband high linearity,
(a) A step in which the variable gain amplifier has a gain as a ratio of the input resistance and the feedback resistance in an inverting amplifier structure that implements impedance to the feedback resistance.
(b) a step of removing DC offset by comparing the output signal of the integrator-feedback circuit with the input signal of the integrator-feedback circuit by the variable gain amplifier;
(c) A method for variable gain amplification with wideband high linearity, characterized in that it includes a step of ensuring cut-off frequency performance by having a relatively low R/C value compared to the gain through insertion of an integrator in the feedback path.
상기 (b)단계는 적분기-궤환 회로가 피드백 경로에 적분기 삽입을 통한 극점을 발생시켜 closed-loop 전달함수에서 해당 극점이 zero 점으로 동작하는 high-pass 동작을 수행하여 입력신호의 DC offset을 제거하는 것을 특징으로 하는 광대역 고선형성의 가변 이득 증폭방법.In Article 10,
The above step (b) is a wideband, high-linearity, variable gain amplification method characterized in that the integrator-feedback circuit generates a pole by inserting an integrator into the feedback path and performs a high-pass operation in which the corresponding pole operates as a zero point in the closed-loop transfer function to remove the DC offset of the input signal.
상기 (a)단계는 밀러-커패시터로 인한 주요 극점의 성능 하락을 방지하기 위해 출력단에 AC 커플링을 통해 연결되는 피드포워드 트랜지스터로 zero점을 인위적으로 생성하여 상기 극점에 의한 영향을 상쇄시키는 것을 특징으로 하는 광대역 고선형성의 가변 이득 증폭방법.In Article 10,
The above step (a) is a wideband high-linearity variable gain amplification method characterized in that it artificially creates a zero point with a feedforward transistor connected to the output terminal via AC coupling to prevent performance degradation of the main pole due to the Miller capacitor, thereby canceling out the influence of the pole.
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| KR100852186B1 (en) * | 2006-11-02 | 2008-08-13 | 삼성전자주식회사 | Wide band programmable variable gain amplifier and rf receiver having the same |
| US7385442B1 (en) * | 2006-11-02 | 2008-06-10 | Skyworks Solutions, Inc. | System and method for constant bandwidth DC offset correction in an amplifier |
| KR101419806B1 (en) * | 2010-11-19 | 2014-07-17 | 한국전자통신연구원 | Variable gain amplifier with fixed bandwidth |
| CN102790596B (en) * | 2011-05-20 | 2014-10-29 | 杭州中科微电子有限公司 | Automatic gain control amplifier for canceling direct current offset |
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