KR100217418B1 - Frequency control circuit and method for voltage controlled oscillator - Google Patents
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Abstract
1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야1. TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
전압제어발진기의 주파수 조정에 관한 기술이다.A technique for frequency adjustment of a voltage controlled oscillator.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제2. The technical problem to be solved by the invention
패턴 인덕턴스를 조정하지 않고도 원하는 주파수를 얻을 수 있는 전압제어발진기의 주파수 조정회로를 제공함에 있다.It is to provide a frequency control circuit of a voltage controlled oscillator that can obtain a desired frequency without adjusting the pattern inductance.
3. 발명의 해결방법의 요지3. Summary of Solution to Invention
본 발명은 한다.The present invention is made.
4. 발명의 중요한 용도4. Important uses of the invention
전압제어발진기의 주파수를 조정하는 데 이용한다.Used to adjust the frequency of the voltage controlled oscillator.
Description
본 발명은 무선 통신 시스템에 있어서 전압제어발진기에 관한 것으로, 특히 전압제어발진기의 주파수를 조정하는 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a voltage controlled oscillator in a wireless communication system, and more particularly to a circuit for adjusting the frequency of the voltage controlled oscillator.
전압제어발진기(Voltage Controlled Oscillator: 이하 VCO라 함.)는 그 발진주파수가 입력제어전압에 의해서 직선적으로 변화하는 발진기를 말한다. 상기 VCO는 넓은 주파수 범위로 직선성이 좋고 프리 러닝(free running) 주파수가 안정되어 있어야 한다. 상기 VCO는 콜피츠(colpits), 하트랙(hartley), 클랩(clap) 등 그 형태가 다양하다. 또한 바이어스(bias) 방식에 따라 공통 에미터(common emitter), 공통 콜렉터(common collector) 및 공통 베이스(common base) 등의 형태가 있다. 이런 VCO는 콘덴서와 코일을 병렬 공진하여 트랜지스터를 통한 발진회로를 구성하는데, 발진주파수는 수학식 1과 같다. 이때 상기 Lt는 발진회로의 전체 인덕턴스 성분이고, 상기 Ct는 캐패시턴스 성분이다.Voltage controlled oscillator (hereinafter referred to as VCO) refers to an oscillator whose oscillation frequency changes linearly with the input control voltage. The VCO should have a good linearity over a wide frequency range and a stable free running frequency. The VCO may be in various forms such as colpits, hartleys, and claps. In addition, there is a form of a common emitter, a common collector, a common base, etc. according to a bias method. Such a VCO resonates in parallel with a capacitor and a coil to form an oscillation circuit through a transistor. The oscillation frequency is expressed by Equation 1. In this case, Lt is the total inductance component of the oscillation circuit, and Ct is the capacitance component.
도 1은 상기와 같은 전압제어발진기의 주파수 조정회로가 갖는 구성을 나타낸 것으로, 참조부호 30이 상기 발진회로에 해당되는 부분이고 40은 루프필터(loop filter)이다.1 shows a configuration of the frequency control circuit of the voltage controlled oscillator as described above, wherein reference numeral 30 is a portion corresponding to the oscillation circuit, and 40 is a loop filter.
한편, VCO의 원하는 주파수를 발진시키기 위해서는 용량 가변 다이오드의 한 종류인 버렉터 다이오드(varactor diode)의 캐소드(cathod)에 역전압을 인가하여 그에 따라 캐패시턴스 값이 변하게 하여 정해진 인덕턴스 값에서 주어진 주파수로 발생하게 한다. 상기 VCO에서 적정 전압 즉 상기 버렉터 다이오드의 역전압에 의해 발진하는 주파수는 유전체 인덕턴스 또는 인쇄회로기판에 생성한 패턴의 인덕턴스 값을 조절하여 맞출 수 있다. 즉 측정장비에서 측정된 주파수가 원하는 값으로 맞춰지도록 유전체 인덕턴스의 몸체를 긁어내거나 흠을 내서 인덕턴스 값을 조절한다. 또 패턴인덕턴스의 경우도 인쇄회로 기판상의 패턴을 약간 잘라내서 길이를 조절하거나 패턴을 약간 파는 방법으로 인덕턴스 값을 조절하여 발진주파수를 조절하게 된다.On the other hand, in order to oscillate the desired frequency of the VCO, a reverse voltage is applied to the cathode of a varactor diode, which is a type of capacitive variable diode, and the capacitance value is changed accordingly, thereby generating at a given frequency at a predetermined inductance value. Let's do it. The frequency oscillated by the appropriate voltage in the VCO, that is, the reverse voltage of the varactor diode, may be adjusted by adjusting the inductance value of the dielectric inductance or the pattern generated on the printed circuit board. That is, the inductance value is adjusted by scraping or scratching the body of the dielectric inductance so that the frequency measured by the measuring instrument is set to a desired value. In the case of pattern inductance, the oscillation frequency is controlled by adjusting the inductance value by slightly cutting the pattern on the printed circuit board or adjusting the length.
인덕턴스 값을 조절하기 위해 유전체를 깎거나 인쇄회로 기판의 패턴을 자르거나 흠을 내주는 작업은 매우 어렵고, 정확하게 주파수를 맞출 수 있도록 깎거나 흠을 내는 정도를 조절하기도 어렵다. 또한 상기 작업들을 위해서는 VCO의 실드용 커버를 열고 조정작업을 해야 하기 때문에 조정 작업을 끝낸 다음 실드용 커버를 닫고 다시 측정해보면 주파수가 틀어지는 현상이 발생한다. 그리고 VCO를 양산할 때 작업성이 떨어지기 때문에 양산성이 저하된다.It is very difficult to cut a dielectric, cut or scratch a pattern on a printed circuit board to adjust the inductance value, and it is difficult to adjust the degree of cutting or scratching to accurately match the frequency. In addition, for the above operations, since the shield cover for the VCO needs to be opened and adjusted, closing the shield cover and measuring again after the adjustment work causes a frequency shift. And since the workability is inferior when mass-producing VCO, mass-producibility falls.
따라서 본 발명의 목적은 패턴 인덕턴스를 조정하지 않고도 원하는 주파수를 얻을 수 있는 전압제어발진기의 주파수 조정회로를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a frequency adjusting circuit of a voltage controlled oscillator capable of obtaining a desired frequency without adjusting a pattern inductance.
도 1은 종래의 전압제어발진기의 주파수 조정회로의 구성도1 is a configuration diagram of a frequency adjustment circuit of a conventional voltage controlled oscillator
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압제어발진기의 주파수 조정회로의 구성도2 is a configuration diagram of a frequency adjustment circuit of a voltage controlled oscillator according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전압제어발진기의 주파수 조정과정을 나타낸 흐름도3 is a flowchart illustrating a frequency adjusting process of a voltage controlled oscillator according to an embodiment of the present invention.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 회로의 구성 소자나 전압 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, specific details such as components or voltages of specific circuits are shown, which are provided to help a more general understanding of the present invention, and it is to be understood that the present invention may be practiced without these specific details. It is self-evident to those who have knowledge. In the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압제어발진기의 주파수 조정회로의 구성도이다. 마이크로프로세서 20은 인에이블신호(ENA), 클럭(CLK) 및 데이터(DAT)를 출력한다. 상기 데이터(DAT)는 원하는 채널 데이터이다. 또한 상기 마이크로프로세서 20은 제1 및 제2디지털/아날로그변환기 22, 24를 내장한다. 상기 제1 및 제2디지털/아날로그변환기 22, 24에서는 각각 사용 주파수 대역의 중간값에 해당하는 전압(이하 기준전압 VCONT이라 함.)과 주파수조정전압 VADJ을 출력한다. VCO 35의 발진주파수는 L1의 인덕턴스 성분과 C1∼C4 그리고 버렉터 다이오드 D1의 커패시턴스 성분으로 결정된다. 상기 버렉터 다이오드 D1은 양단에 걸리는 역전압에 따라 커패시턴스가 변하므로 상기 버렉터 다이오드 D1의 커패시턴스를 제외하면 모두 고정된 값이다. 상기 역전압은 상기 제1 및 제2디지털/아날로그변환기 22, 24에서 출력되는 신호 전압의 차이로 결정된다. PLL회로 10은 챠지 펌프(charge pump), 위상비교 등의 동작을 수행하는 집적회로로서, 내셔널 세미콘덕터(National Semiconductorr)사의 LMX1511등을 사용할 수 있다. 상기 PLL회로 10은 상기 인에이블신호(ENA)를 입력하고 상기 클럭(CLK)에 동기하여 상기 데이터(DAT)를 입력한다. 루프필터 45는 상기 기준전압 VCONT을 상기 VCO 35의 버렉터 다이오드 D1의 캐소드에 인가한다. 주파수검출부 50은 상기 VCO 35에서 발생되는 주파수를 검출하여 상기 마이크로프로세서 20에 제공한다.2 is a configuration diagram of a frequency adjustment circuit of a voltage controlled oscillator according to an embodiment of the present invention. The microprocessor 20 outputs an enable signal ENA, a clock CLK, and data DAT. The data DAT is desired channel data. The microprocessor 20 also incorporates first and second digital to analog converters 22 and 24. The first and second digital-to-analog converters 22 and 24 output voltages (hereinafter, referred to as reference voltages V CONT ) and frequency adjustment voltages V ADJ corresponding to intermediate values of the frequency bands used, respectively. The oscillation frequency of VCO 35 is determined by the inductance component of L1 and the capacitance component of C1 to C4 and the diverter diode D1. Since the capacitance changes according to the reverse voltage across both of the varistor diodes D1, all of them are fixed except for the capacitance of the varactor diodes D1. The reverse voltage is determined by a difference between signal voltages output from the first and second digital / analog converters 22 and 24. The PLL circuit 10 is an integrated circuit that performs operations such as a charge pump, a phase comparison, and the like, and may use an LMX1511 manufactured by National Semiconductor. The PLL circuit 10 inputs the enable signal ENA and inputs the data DAT in synchronization with the clock CLK. The loop filter 45 applies the reference voltage V CONT to the cathode of the diverter diode D1 of the VCO 35. The frequency detector 50 detects the frequency generated by the VCO 35 and provides the frequency to the microprocessor 20.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전압제어발진기의 주파수 조정과정을 나타낸 흐름도이다. 3a단계에서 전원(Vcc)이 공급되면 마이크로프로세서 20는 주파수코드를 발생한다. 상기 주파수코드는 원하는 주파수를 설정하는 코드이다. 상기 주파수코드는 제1디지털/아날로그변환기 22를 통해 아날로그신호의 형태로 변환되며 루프필터 45를 거쳐 바렉터 다이오드 D1의 캐소드에 인가된다. 본 실시예에서는 원하는 주파수(fw)를 상기 기준전압(VCONT)이 1.5볼트(V)일 때의 주파수로 가정한다. 3b단계에서 상기 마이크로프로세서 20은 발진회로 35에서 실제로 발진되는 주파수(f0)를 측정한다. 3c단계에서 상기 마이크로프로세서 20은 상기 원하는 주파수(fw)와 상기 실제로 발진되는 주파수(f0)가 일치하는지 확인한다. 상기 확인결과 동일하다고 판단되면 상기 마이크로프로세서 20는 3d단계로 진행하여 상기 주파수코드를 이이피롬 30에 저장한다. 상기 확인결과 일치하지 않으면 3e단계로 진행하여 상기 원하는 주파수(fw)가 상기 실제로 발진되는 주파수(f0) 보다 높은지 체크한다. 만일 상기 원하는 주파수(fw)가 상기 실제로 발진되는 주파수(f0) 보다 높으면 상기 마이크로프로세서 20은 3f단계로 진행하여 상기 주파수코드를 감소시킨다. 이로써 제2디지털/아날로그변환기 24를 통해 이전 보다 높은 전압을 갖는 조정신호 S2가 발생된다. 반대로, 3g단계에서 상기 원하는 주파수(fw)가 상기 실제로 발진되는 주파수(f0) 보다 낮으면 상기 마이크로프로세서 20는 3h단계로 진행하여 상기 주파수코드를 증가시킨다. 이로써 상기 제2디지털/아날로그변환기 24를 통해 이전 보다 낮은 전압을 갖는 조정신호 S2가 발생된다. 상기 조정신호 S2는 저항 R1, R2 및 커패시터 C9를 통해 발진회로 35의 바렉터 다이오드 D1에 걸리는 역방향 전압의 크기를 바꾼다. 상기 3e 혹은 3f단계에서 조정신호 S2를 발생한 다음에는 다시 3b단계로 되돌아가 발진주파수(f0)를 측정하는 작업부터 수행한다. 이렇게 반복되는 작업을 통해 원하는 주파수(fw)와 실제로 발진되는 주파수(f0)가 일치하게 되면 3d단계에서 그때의 주파수코드를 이이피롬 30에 저장한다.3 is a flowchart illustrating a frequency adjusting process of a voltage controlled oscillator according to an embodiment of the present invention. When the power supply Vcc is supplied in step 3a, the microprocessor 20 generates a frequency code. The frequency code is a code for setting a desired frequency. The frequency code is converted into the form of an analog signal through the first digital / analog converter 22 and applied to the cathode of the varistor diode D1 via the loop filter 45. In the present embodiment, the desired frequency f w is assumed to be a frequency when the reference voltage V CONT is 1.5 volts (V). In step 3b, the microprocessor 20 measures the frequency f 0 actually oscillated in the oscillation circuit 35. In step 3c, the microprocessor 20 checks whether the desired frequency f w matches the actually oscillated frequency f 0 . If it is determined that the verification result is the same, the microprocessor 20 proceeds to step 3d and stores the frequency code in EPI rom 30. If the check result does not match, the process proceeds to step 3e to check whether the desired frequency f w is higher than the actually oscillated frequency f 0 . If the desired frequency f w is higher than the actually oscillated frequency f 0 , the microprocessor 20 proceeds to step 3f to decrease the frequency code. This generates an adjustment signal S2 having a higher voltage than before via the second digital-to-analog converter 24. Conversely, if the desired frequency f w is lower than the actually oscillated frequency f 0 in step 3g, the microprocessor 20 proceeds to step 3h to increase the frequency code. This generates an adjustment signal S2 having a lower voltage than before through the second digital-to-analog converter 24. The adjustment signal S2 changes the magnitude of the reverse voltage across the resistor diode D1 of the oscillation circuit 35 through the resistors R1, R2 and the capacitor C9. After the adjustment signal S2 is generated in step 3e or 3f, the process returns to step 3b again to measure the oscillation frequency f 0 . If the desired frequency (f w ) and the oscillating frequency (f 0 ) coincide through this repetitive operation, the frequency code at step 3d is stored in the ypyrom 30 in step 3d.
본 실시예에 따른 주파수 조정이 가능한 전압제어발진기는 이동전화서비스(AMPS: Advanced Mobile Phone Service), 부호 분할 다중화(CDMA: Code Division Multiple Access) 및 개인 휴대통신 서비스(PCS: Personal Communication Service) 등을 포함한 각종 무선 통신의 송??수신장치에 사용할 수 있다.The adjustable voltage oscillator according to the present embodiment includes an advanced mobile phone service (AMPS), a code division multiple access (CDMA) and a personal communication service (PCS). It can be used for transmitting and receiving devices of various wireless communication.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 않되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Meanwhile, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined not only by the scope of the following claims, but also by the equivalents of the claims.
본 발명은 패턴 인덕턴스를 조정하지 않고도 원하는 주파수를 얻을 수 있어 주파수 조정을 위해 유전체를 깎거나 인쇄회로기판의 패턴을 자르거나 홈을 내는 등의 번거롭고 난이한 작업을 하지 않아도 되는 장점과 아울러 작업성이 좋아지므로 양산성이 증가하는 이점이 있다. 또한 주파수 조정을 외부에서 수행할 수 있기 때문에 실제로 단말기가 조립된 상태에서도 전압제어발진기의 주파수 변화를 조정할 수 있어 편리하다.According to the present invention, the desired frequency can be obtained without adjusting the pattern inductance, so that the workability and the workability are not required to cut the dielectric or cut or groove the pattern of the printed circuit board. As it improves, there is an advantage of increasing mass productivity. In addition, since the frequency adjustment can be performed externally, it is convenient to adjust the frequency change of the voltage controlled oscillator even when the terminal is actually assembled.
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