In recent wireless communication, a main requirement is realizing a low cost, a high efficiency, and a low power receiver without distorting performances. In this dissertation, several low noise amplifiers (LNA), which is the most front-end block in the receiver, are proposed with techniques to practice a low cost, a high efficiency, and a low power receiver. First, a 3.1 ~ 10.5 GHz ultra wide band (UWB) common-gate LNA is introduced to make its noise figure flat and low without increasing current consumption. Next, to make wide-band with low power, a frequency tunable technique is adopted in 470 ~ 880 MHz LNA with efficient analog control scheme. Proposed third LNA is implemented in 4 GHz IR-UWB Radar for short range object detec-tion. However, the receiver can generate error due to its simplicity. The 4GHz LNA provides solutions to make the system robust to false detection. In addition, a novel dual band LNA that can minimize interference between two bands. Lastly, a 2.5 GHz LNA for a SAW-less receiver is designed with self-leakage cancellation.
오늘날 무선 통신은 휴대 기기의 보편화를 토대로 하여 저비용, 고효율, 그리고 저전력 통신 기기의 개발을 요구하고 있다. 예를 들어, Long Term Evolution (LTE)와 같은 차세대 휴대 통신 시스템에서는 SAW 필터를 제거하여 개발 비용을 낮추려고 하며, 근거리 무선 통신용 Ultra Wide Band (UWB) 시스템은 광대역 혹은 다중 대역을 적용해 2개 이상의 응용 분야를 통합하여 효율을 높이고자 한다. 또한, 모든 휴대 기기의 배터리 용량의 한계로 인한 불편함을 개선 하고자, 구조적 혹은 회로적 기술을 통해 전력 소모를 줄이는 것이 큰 화두이다.
저비용, 고효율, 그리고 저전력 통신 기기의 개발은 기존 기기들의 성능을 유지하면서 이루어져야 하기 때문에, 특별한 기술들을 요구한다. 2장에서는 3.1 ~ 10.5 GHz 초광대역 시스템에 적용 되는 초광대역 저 잡음 증폭기 설계에 대한 내용을 기존 광대역 증폭기들의 문제점과 더불어 상세하게 서술 하였다. 2장에서 소개된 저 잡음 증폭기는 기존의 보고된 광대역 저 잡음 증폭기들과 달리 잡음지수가 전 대역에 걸처 평탄한 특성을 보인다는 점이 특징이다. 본 논문의 3 장에서는 470 ~ 880 MHz의 광대역 tunable한 협대역 설계를 제안하여 전력 소모를 최소화 하면서, 기존 협대역의 뛰어난 성능을 유지하는 저 잡음 증폭기를 서술하였다. 3장에서 소개된 저 잡음 증폭기는 효율적이고 낮은 전원 전압에서 적용 가능한 아날로그 제어 회로와 함께 소개되었다. 4 장에서는 저전력 근거리 물체 감지용 4 GHz Radar 시스템에 적용된 저 잡음 증폭기에 관하여 서술 하였다. 4장에서 소개된 Radar 시스템은 self-mixing 방법을 적용하여 저전력을 구현하였기 때문에 오류 발생 확률이 다른 구조에 비해 높다. 따라서 오류를 줄이기 위한 방법들을 4장에서 소개하였고, 그에 적합한 저 전압 증폭기 설계에 대해 상세히 서술 하였다. 5장에서는 이중 대역 시스템에 적용 가능한 새로운 방식의 저 전압 증폭기에 대하여 소개한다. 일반적으로 이중 대역을 이용한 시스템은 2개의 다른 응용 분야를 하나의 수신기로 구현하여 그 효율을 높일 수 있는 반면, 대역간의 간섭 문제들로 인해 성능을 저하 시킬 수 있는 요지가 많고, 따라서 이를 극복하기 위한 복잡한 대안이 요구되는데, 제안된 저 잡음 증폭기는 간섭 문제를 간단하게 해결 할 수 있는 새로운 방법에 대한 대안을 제시한다. 6장에 소개된 저 잡음 증폭기는 2.5 GHz SAW-less 수신기에 적용 가능한 구조로 설계되었다. SAW-less 수신기의 경우 누설되어 인가되는 송신기의 큰 출력신호를 제거하지 못하기 때문에, 높은 성능의 믹서를 요구하거나, 피드백 혹은 피드스루와 같은 복잡한 저 잡음 증폭기를 요구한다. 본 논문에서 소개하는 저 잡음 증폭기는 피드스루의 방식을 채택하였으나, 기존의 방법에 비해서는 간단하게 구현 할 수 있는 방법으로, 누설된 송신기 신호와 실제 송신기 신호를 상쇄시키는 대안을 제안하였고 이를 상세히 서술 하였다. 6장에 소개된 방법은 미세한 조절을 통해 상쇄의 범위를 극대화시킴으로 전체 수신기의 성능을 향상 시키고, 저비용 개발을 가능하게 한다.
다양한 주파수 대역을 이용하는 응용 분야들에 대한 각각의 문제점들을 개선 하고자 하였고, 각 분야에 적용 가능한 저 잡음 증폭기에 대한 연구와 측정 결과는 기대 되는 개선 효과를 만족 시킨다.
