KR100296282B1 - 주파수보상특성을갖는핀다이오드감쇠기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 50 내지 800MHz의 주파수 대역의 입력신호에 대하여 자동이득제어(AGC) 신호 감쇠 포텐셜의 범위에 종속적인 감쇠기에 관한 것이다.
본 발명에 의하여 구성되는 감쇠기는 입력과 출력 사이에 제 1감쇠 핀다이오드가 직렬 연결되어 있고, 상기 제 1핀다이오드(PIN diode)의 반대편 끝에는 제 2 및 제 3 임피던스 정합 핀다이오드에 의하여 AC 접지에 AC 연결된다. 상기 제 1핀다이오드는 넓은 신호 주파수 대역과 자동이득제어 포텐셜 범위에 대하여 주파수 종속 기울기를 나타낸다. 금속박막띠 형태의 제 1 및 제 2 인덕터는, 제 2 및 제 3 핀 다이오드와 AC접지 사이에 연결되어 있다. 상기 금속박막띠는, 상기 제 1핀다이오드의 주파수 종속 기울기를 보상하기 위한 음의 상호결합계수를 형성하기 위하여, 그 박막 안에서 역방향으로 신호전류가 흐르도록 서로 인접해서 배열되어 있다.

Description

주파수 보상 특성을 갖는 핀다이오드 감쇠기{FREQUENCY COMPENSATED PIN DIODE ATTENUATOR}
본 발명은 고주파 튜너에 관한 것으로, 특히 50 내지 800MHz의 주파수 영역에서 작동하는 고주파 텔레비전 수상기 튜너의 핀(PIN) 다이오드 감쇠기에 관한 것이다.
일반적으로, 본 발명의 주파수 영역에서, 부유용량 및 기생용량, 리드(lead)의 길이, 소자의 구성 및 배치가 본 발명의 성능을 판단하는 기준이 된다.
차세대 디지털 텔레비젼(ATV)의 출현으로, 광역 선형 튜너의 필요성이 더욱 크게 부각되고 있다.
핀다이오드 감쇠기(PIN diode attenuator)는 본 발명이 속한 분야에서 잘 알려져 있다. 상기 장치의 문제점은 고선명텔레비젼(HDTV) 장치에서 사용되는 매우 높은 고주파 신호를 처리할 때, 이상적으로 '개방' 또는 '단락' 회로가 되지 않는다는 점이다. 실제로, 핀다이오드는 저항과 작은 정전용량의 병렬 연결에 의해 그 특성을 나타낸다. 따라서, 고주파수에서, 직렬 연결된 핀다이오드 감쇠기의 감쇠는 감소하는 경향이 있다. 자동이득제어(AGC) 범위를 고려하면 상기 문제가 더욱 심각해지는데, 고주파의 주파수 영역에서 신호를 감쇠시키는 자동이득제어 범위의 영향이 감소되기 때문이다.
상기 핀다이오드 감쇠기가 알에프(RF) 튜너부의 전단에 있기 때문에, 최대 감쇠와 평탄한 주파수 응답이 신호의 과부하로부터 튜너회로를 보호하는데 이용하는 것은 매우 중요하다.
본 발명은 자동이득제어(AGC) 범위를 충분히 확대해서, 핀다이오드 감쇠기가 관심있는 주파수대역에 대하여 나타내는 주파수 종속 기울기를 보상한다.
따라서, 본 발명의 목적은 고주파 텔레비전 및 다른 신호에 사용되는 새로운 핀다이오드 감쇠기를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 신호주파수의 광대역과 자동이득제어 레벨의 넓은 범위에 대하여 비교적 평탄한 주파수 응답을 제공하도록 주파수 보상 특성을 갖는 핀다이오드 감쇠기를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 최소 삽입손실(insertion loss)을 갖고, 비교적 저렴하게 제작 가능한 핀다이오드 감쇠기를 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명에 의하여 구성된 주파수 보상특성을 갖는 핀다이오드 감쇠기의 개략도이다.
도 2는 음의 상호결합계수를 얻기 위한 보상 인덕터(inductor)의 배열을 나타낸 도이다.
도 3 과 도 4 는 각각 본 발명에 따른 인쇄회로기판의 전면도와 배면도이다.
도 5 는 본 발명에 따른 이점을 보이는 일련의 주파수특성곡선을 나타낸 도이다.
***** 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *****
10: 프론트엔드(front end) 12: 동축입력단자
14, 18: 캐패시터 20, 22: 접지포일영역
24, 28: 저항기
30, 32, 34, 36: 관통구멍(plate-through holes)
38: 개방영역
도면과 함께 본 발명의 구성과 작용을 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 의하여 구성된 주파수 보상특성을 갖는 핀다이오드 감쇠기의 개략도로서, 텔레비전 튜너프런트엔드(tuner front end)(10)가 점선으로 도시되어 있다. 동축입력단자(12)는 입력 임피던스가 약 75 ohms(옴)으로서, 50 내지 800MHz의 주파수 대역 내의 신호를 수신한다.(대략 수 기가헤르츠(gigaHertz)의 고주파신호도 이용될 수 있다.) 선택된 신호는 캐패시터(14)와 캐패시터(C1)를 통하여 핀다이오드(D1)의 양극에 연결된다. 고정 직류(DC) 전압원(B+)은 초크(L4)를 통하여 캐패시터(14)와 캐패시터(C1)사이에 있는 접점(A)과 연결되어 있다. 가변 자동이득제어(AGC) 전압은 초크(L1)를 통하여 상기 캐패시터(C1)와 핀다이오드(D1)의 양극의 접점에 인가된다. 핀다이오드(D1)의 음극(접점(B))은 캐패시터(18)를 통하여, 튜너프런트엔드(10) 안에 내장된 RF 앰프와 믹서회로(미도시)에 신호를 공급하는 터미널(19)에 연결된다.
핀다이오드(D2)의 양극은 상기 접점(A)에 연결되어 있고, 음극은 직렬 연결된 보상인덕터(L2A), (L2B)에 연결되어 있고, 핀다이오드(D3)의 음극은 상기 접점(B)에 연결되어있고, 양극은 직렬 연결된 보상인덕터(L3A), (L3B)에 연결되어 있다. 상기 보상인덕터(L2B)와 상기 보상인덕터(L3B)의 다른 단자는 저항기(24)를 통하여, 병렬로 연결되는 바이패스 캐패시터(C2), (C4)와 바이패스 캐패시터(C3), (C5)에 각각 연결된다.
초크(26)와 저항기(28)가 직렬 연결된 회로는 상기 접점(B)으로부터 접지에 연결되어, 직렬 연결된 핀다이오드(D1)의 저항값과 션트(shunt) 핀다이오드(D2) 및 핀다이오드(D3)의 저항값을 제어하는 DC 전류회로를 단락한다. 도 1의 "-M" 이라고 도시한 바와 같이, 상기 보상인덕터(L2A), (L2B), (L3A), (L3B)들은 음의 결합계수를 생성하기 위하여 서로 연결되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 보상인덕터(L2A), (L2B), (L3A), (L3B)들은 인쇄회로기판(미도시)의 반대편에 금속박막띠(metallic foil strips)의 형태로 되어 있고, 상기 박막들은 인접하여 각각 긴 방향으로 서로 겹쳐져서 배열되어 있다. 인덕터(L2A)와 인덕터(L2B)는 상기 인쇄회로기판의 반대편에서 각각의 관통구멍(30), (32)을 통해서 서로 연결되어 있다. 또한, 인덕터(L3A), (L3B)는 인쇄회로기판 반대편에서 각각의 관통구멍(36), (34)을 통해서 서로 연결되어 있다.신호전류 흐름이 반대방향으로 흐르도록 상기 인덕터들을 상호 연결하면, 인덕터 사이에 음의 상호 결합계수가 생성된다.
실제로, 튜너프런트엔드(10)는, 인쇄도전막(foil)을 포함하는 보상인덕터(L2A), (L2B), (L3A), (L3B)와 그 가까이에 접지 포일을 갖는 고품질(유리)인쇄회로기판에 소형화될 수 있다. 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자는, 전체회로는 여러 구성 소자들에 연결되는 리드(lead) 길이를 없애거나 최소화하여 설계될 수 있지만, 그것은 회로성능을 매우 크게 저하시킨다는 것을 이미 숙지하고 있을 것이다.
상기 설명에 의하여, 모든 결합 캐패시터들은 0.02 마이크로파라드(μF)이고, 저항기(24)는 470옴(ohms)이고 저항기(28)는 5600옴(ohms)이며, 모든 초크는 1.5 (μH)이다. 상기 캐패시터와 저항기는 모두 표면실장형(surface mounted types)이다. 상기 인덕터(L2A), (L2B), (L3A), (L3B)의 인덕턴스 값과 상호 인덕턴스(M)는 1 내지 수 nH(nanoHenries)의 매우 작은 값이고, 주로 핀다이오드(D1)의 기생용량과 보상 주파수 범위에 의해서 좌우된다. 상기 다이오드들은 바람직하게 1.25 pF를 초과하지 않는 오프 정전용량(off capacitance)을 갖는 전류형 핀다이오드이다.
도 3 과 도 4는 보상된 튜너프런트엔드를 인쇄회로기판에 구현한 것으로서, 인쇄회로기판의 반대편들을 도시하고 있다. 도 3 과 도 4에서, 각각의 구석(A, B, C, D)을 연결시키면 박막(foil) 패턴과 실제 인쇄회로기판의 소자들의 배치를 재구현 할 수 있을 것이다. 접지포일의 영역은 개방영역(38)과 함께, 도 3과 도 4의 20과 22에 표시되어 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 도 1에 나타낸 회로 배열을 형성하기 위해, 표면에 실장된 구성 소자들은 포일의 부분을 브리지 연결한다. 상기와 같은구조는 고주파 작업에서 전형적인 구조로서 자세한 설명은 생략한다. 그러나, 인덕터(L2A), (L2B), (L3A), (L3B)의 배치에는 특별한 주의를 요한다.
도 5는 세 가지의 주파수 특성곡선을 나타내고 있으며, 곡선(60)은 어떠한 보상도 없는 핀다이오드 감쇠기의 최대 감쇠의 주파수 응답을 나타내고, 곡선(70)은 직류(DC)고정전압(B+)의 첫 번째 고정 값을 가진 회로의 감쇠를 나타내며, 곡선(80)은 직류(DC)고정전압(B+)의 다른 고정값을 가진 회로의 감쇠를 나타낸다. 텔레비전 신호(500 내지860MHz)에 대한 특정한 영역에서, 상기 보상된 곡선(70), (80)은 비교적 평탄하고, 보상되지 않은 곡선(60)에 비해 고도(high degree)의 감쇠상태를 나타내고 있다. 도 5에 도시된 곡선들을 비교함으로써, 본 발명에 의하여 구성된 보상회로의 장점이 확실하게 나타난다.
상기에서 기술한 바와 같이, 본 발명에 따른 핀다이오드 감쇠기는 넓은 범위의 감쇠 레벨에 대하여 비교적 평탄한 주파수 응답을 갖고 새로운 넓은 주파수 대역과 낮은 손실을 갖는다.
본 기술 분야의 당업자는 발명의 정신과 범위에 벗어나지 않는 한도에서 본 발명의 실시예로부터 많은 변경을 이끌어 낼 수 있을 것이다. 본 발명은 청구항에서 정의된 바에 의하여 한정된다.
본 발명에 의하여 구성된 핀다이오드 감쇠기는 입력 신호주파수의 광대역과 자동이득제어 레벨의 넓은 범위에 대하여 비교적 평탄한 주파수 응답을 제공하고, 넓은 주파수 대역과 낮은 손실을 갖는 주파수가 보상된 특성을 갖는다.

Claims (1)

  1. 50 내지 800MHz의 대역에서 고주파 신호를 바꾸고, 자동이득제어(AGC)신호 감쇠 포텐셜의 범위에 속하는 감쇠기에 있어서,
    입력단자 및 출력단자와,
    상기 입력단자와 상기 출력단자 사이에 직렬로 연결되어, 상기 주파수 신호의 대역과 자동이득제어(AGC) 범위에 대하여 주파수 종속 기울기를 나타내는 제 1핀다이오드와,
    상기 제 1핀다이오드의 양측 단자들에 각기 연결되어 있는 제 2 및 제 3핀다이오드와,
    복수개의 캐패시터에 의해 교류(AC) 접지를 형성하는 캐패시터수단과,
    상기 제 2핀다이오드의 음극과 제 3핀다이오드의 양극을 상기 캐패시터수단에 각각 연결하고, 상기 제 1핀다이오드의 주파수 종속 기울기를 보상하기 위한 음의 상호결합계수를 생성하기 위하여 신호전류가 반대방향으로 흐르게 하도록 서로 인접하여 배치된 금속박막띠를 포함하는 제 1, 제 2인덕터 및 저항기로 구성된 것을 특징으로 하는 주파수 보상특성을 갖는 핀다이오드 감쇠기.
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