LNA (Low Noise Amplifier)

LNA는 수신기 RX 초입단에 위치하는 저잡음 증폭기로서 아주 약한 신호를 가능한 한 노이즈 없이 증폭하는 역할을 한다. Low Noise라는 말 그대로 노이즈 피겨 NF가 낮아야 하며 RF 시스템의 수신 감도와 전체 SNR를 결정짓는 핵심 요소이다.

무선 수신 환경에서는 수신 신호가 매우 약하다. 디지털 변환을 바로 수행하면 신호 손실이나 노이즈 덮임이 발생하므로 첫 번째 증폭기에서 최대한 깨끗하게 증폭해야 후단 성능이 유지된다. Friis 공식에 따르면 시스템 전체 노이즈 피겨는 첫 번째 블록인 LNA의 성능에 가장 크게 좌우되며 따라서 LNA의 위치, 성능, 앞단 손실(L)은 시스템 성능과 직결된다.

LNA의 역할은 약한 신호를 증폭하고 낮은 노이즈를 가능한 한 많이 첨가하지 않는 것이다. 또한 다양한 주파수 대역에서 동작 가능하고 선형성을 유지해야 하며, 강한 신호에서도 왜곡 없이 작동해야 한다는 점이 중요하다. 이를 통해 수신 신호의 품질을 최대한 보존한다.

입력단에 필터를 다는 이유는 다섯 가지로 요약된다. 불필요한 주파수 차단으로 옆 채널 간섭과 블로커를 제거하고, IP3와 선형성을 보호하기 위함이다. 강한 외부 신호가 들어오면 LNA가 포화되어 IMD가 증가하므로 입력 필터로 이를 차단한다. 또한 앞단 삽실 손실이 커지면 전체 NF가 악화되므로 손실이 적은 필터를 선택하고 설계가 중요하다. ESD나 서지 신호에 대한 첫 방어선 역할도 수행한다.

출력단에 필터를 다는 이유는 고조파 제거와 함께 스퓨리어스, IMD 성분을 제거하기 위함이다. 입력 간섭으로 발생하는 혼변조 성분이 출력에 포함될 수 있어 필터로 제거하지 않으면 다음 회로의 성능 저하가 발생한다. 또한 출력 임피던스 매칭으로 다음 회로와의 매칭을 최적화하고 반사를 최소화한다. EMI/ RFI 방사 제어를 통해 EMC 인증 불합격 위험을 줄이는 것도 중요한 역할이다.