KR100311508B1 - 이중대역용전압제어발진기및이를이용한다중대역주파수제공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전압 제어 발진기의 공진 회로를 스위칭하도록 함으로서 소형화. 저전력화에 부합되는 이중 대역용 전압 제어 발진기 및 이를 이용한 다중 대역 주파수 제공 방법을 제공하기 위한 것이다. 이와 같은 본 발명에 따른 이중 대역용 전압 제어 발진기가 적어도 하나 이상의 전압 레벨을 갖는 전원을 선택적으로 출력하는 전원부와, 상기 전원부에서 출력되는 전원의 전압 레벨에 따라 원하는 주파수 대역에서 발진시키는 공진 회로부를 포함하여 구성된다. 또한, 본 발명에 따른 이중 대역용 전압 제어 발진기를 이용한 다중 대역 주파수 제공 방법은 통신시 사용할 주파수를 선택하는 단계와, 상기 선택 동작을 감지하고 이에 상응하는 전압 레벨을 출력하는 단계와, 상기 전압 레벨에 상응하는 주파수 대역에서 발진시키는 단계로 이루어진다.

Description

이중 대역용 전압 제어 발진기 및 이를 이용한 다중 대역 주파수 제공 방법{Voltage Controlled Oscillator for Dual Frequency Band and Dual Frequency Providing Method}

본 발명은 유. 무선 단말기에 쓰이는 전압 제어 발진기 (Voltage Controlled Oscillator)에 관한 것으로서, 특히 1.9GHz 대와 900MHz대에서 모두 동작하면서도 전체 전압 제어 발진기의 크기를 줄일 수 있는 전압 제어 발진기 및 이를 이용한 다중 대역 주파수 제공 방법에 관한 것이다.

발진기는 유. 무선통신, 항공. 우주, 항해등의 분야에서 사용되는 기본적인 신호원을 말하며, 직류(DC) 전력을 무선 주파(RF) 전력으로 바꾸어 주는 변환기로서 다른 말로 무한 이득 증폭기라고도 한다.

이러한 발진기는 전압 제어 발진기(VCO : Voltage Controlled Oscillator)와, 유전체 공진 발진기(DRO : Dielectric Resonator Oscillator) 그리고 주파수가 낮고 가변 범위가 좁을 경우에 사용되는 온도 보상 수정 발진기 등이 있다.

발진기는 이동 통신 시스템에 적용되는 수퍼 헤테로다인 수신기에 있어서 매우 중요한 역할을 한다, 이러한 발진기의 주된 기능은 수신 주파수와 발진기의 주파수를 혼합한 뒤, 그 차이의 주파수 성분을 중간 주파수 (IF : Intermediate Frequency)로 변환시키는 신호원으로서 중요한 역할을 한다. 따라서, 발진기는 아래와 같은 여러 성능을 요구된다.

먼저, 발진 주파수는 첫째로, 온도, 전원 전압, 부하 임피던스의 변화에도 충분히 안정된 특성을 나타내야 한다. 둘째로, 송. 수신단의 혼합기를 구동하는데 필요한 안정된 출력 레벨을 유지해야 한다. 이때, Pulling Figure 현상(임피던스가 변함으로써 발진 중심 주파수가 변하는 현상)이 일어나지 않아야 한다. 즉, 입. 출력 임피던스의 변화에도 발진기의 중심 주파수와 출력 신호의 레벨이 변화가 없어야 한다. 또한, 의사(Spurious) 발진이 없고, 진폭과 위상 노이즈 특성이 양호해야 한다.

그러나, 일반적으로 실제로 사용하려는 주파수가 낮은 경우 수정 발진기나체배기를 이용하면 위의 조건을 어느 정도 수용할 수 있지만, 수 백MHz 이상의 높은 주파수대에서는 위에 조건을 모두 만족시켜 주기란 현실적으로 매우 어렵다.

종래 단일 대역용 전압 제어 발진기를 이중 대역에 적용하려면 도 1에 도시된 바와 같이 2개 이상의 전압 제어 발진기(VCO1, VCO2)를 사용해야 하고, 또한 그만큼 전류도 많이 소모하게 되어 최근 소형화. 저전력화를 요구하는 통신기기 시장에서 경쟁력이 없게 된다.

도 2는 종래의 전압 제어 발진기의 블록 구성도이다. 도 2를 참조하면, 종래의 전압 제어 발진기는 입력 전원을 스위칭해서 두 가지 기능을 구현하도록 만들었다. 이와 같은 종래의 전압 제어 발진기는 입력 주파수가 개인 휴대 통신서비스(PCS)를 위한 1.9GHz 대역인지 셀룰러(Cellular) 서비스를 위한 900MHz 대역인지를 선택하는 전원 스위칭부(11)와, 전원 스위칭부(11)에서 출력되는 발진 중심 주파수에서 공진 계수(Q) 값을 각각 크게 만드는 공진 회로부(12,16)와, 공진 회로부(12,16)의 출력신호를 발진시키고 전력을 각각 증폭시키는 증폭부(13,17)와, 증폭부(13, 17)에서 출력신호를 각각 정합시키는 정합부(14,18)와, 정합부(14,18)에서 출력되는 전력을 증폭시켜 주며, 불안정한 출력신호의 레벨을 각각 일정하게 유지시키는 완충 증폭부(15,19)로 구성된다. 여기서, 각 공진 회로부(12,16)가 공진 계수(Q) 값을 각각 크게 하는 이유는 원하는 주파수에서 리액턴스 성분을 서로 상쇄시켜 임피던스를 크게 하고, 불안정한 영역을 만들기 위해서이다. 또한, 증폭부(13, 17)는 활성 반도체 소자(Active Semiconductor Device)로서 기본적으로 선형적인 성분이 아닌 비선형 요소에 의하여 증폭동작을 한다.

이와 같은 종래의 이중 대역용 전압 제어 발진기는 전원을 스위칭시키는 기술을 이용하는 것에 그 특징이 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이 동일한 기능을 갖는 회로가 중복되도록 구성된다.

따라서, 종래의 이중 대역용 전압 제어 발진기의 크기가 기존 보다 약 2배로 커지기 때문에 소형화. 다기능화를 요구하는 통신 장비의 추세에 배치되는 문제점을 안고 있다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 전압 제어 발진기의 공진 회로를 스위칭하도록 함으로서 소형화. 저전력화에 부합되는 이중 대역용 전압제어 발진기 및 이를 이용한 다중 대역 주파수 제공 방법을 제공하기 위한 것이다.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 따르면, 이중 대역용 전압제어 발진기가 적어도 하나 이상의 전압 레벨을 갖는 전원을 선택적으로 출력하는 전원부와, 상기 전원부에서 출력되는 전원의 전압 레벨에 따라 원하는 주파수 대역에서 발진시키는 공진 회로부를 포함하여 구성된다.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 따르면, 이중 대역용 전압제어 발진기를 이용한 다중 대역 주파수 제공 방법은, 통신시 사용할 주파수를 선택하는 단계와, 상기 선택동작을 감지하고 이에 상응하는 전압 레벨을 출력하는 단계와, 상기 전압 레벨에 상응하는 주파수 대역에서 발진시키는 단계로 이루어진다.

이상과 같은 본 발명에 따르면, 본 발명은 단일 대역 및 기존 개발된 전압제어 발진기를 이중 대역에 적용하기 위해서 생기는 문제를 최소화시킨다. 즉, 단일 대역용 전압제어 발진기에서 이중 대역용 전압제어 발진기를 구현하기 위해서 종래에는 전압제어 발진기를 2개이상 사용하였다. 그러나, 본 발명에서는 전압제어 발진기의 전체 크기가 증가되지 않고 소비 전력을 낮출 수 있는 장점이 있다.

따라서, 휴대용 통신기기의 기본 사양인 소형화와 밧데리 소모 전력을 줄일 수 있어 제품의 경쟁력을 더욱 증가시킨다.

도 1은 일반적인 이중 대역 전압 제어 발진기의 블록 구성도.

도 2는 종래의 전압 제어 발진기의 블록 구성도.

도 3은 본 발명에 따른 전압 제어 발진기의 블록 구성도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

110 : 전원부 120 : 공진 회로부

130 ; 증폭부 140 : 정합부

150 : 완충 증폭부 160 : 공진회로 전원 스위칭부

170 : 공진 제어회로

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 전압제어 발진기의 블록 구성도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 전압제어 발진기는 로우 레벨의 전압(0V) 또는 하이 레벨의 전압(3.3V)을 선택적으로 출력하는 전원부(110)와, 상기 전원부(110)에서 출력되는 전원의 전압 레벨에 따라 원하는 주파수 대역에서 발진시키는 공진 회로부(120)와, 상기 공진 회로부(120)의 출력신호를 소정 증폭비로 증폭시키는 증폭부(130)와, 상기 증폭부(130)에서 출력신호를 다음단의 회로와 정합시키는 정합부(140)와, 상기 정합부(140)에서 출력되는 전력을 증폭시켜 주며, 불안정한 출력신호의 레벨을 일정하게 유지시키는 완충 증폭부(150)로 구성된다.

여기서, 상기 공진 회로부(120)는 입력 전압(0V 또는 3.3V)의 맥동성분을 안정적으로 줄여주는 공진회로 전원 스위칭부(160)와, 상기 공진회로 전원스위칭부(160)에서 출력되는 전압 레벨에 상응하는 커패시턴스값을 출력하는 가변 다이오드(D2)와, 커패시터(C1,C2), 인덕터(L1,L2,L3) 및 다이오드(D1)로 구성되어 가변 다이오드(D2)를 통한 주파수의 공진 조건을 제어하는 공진 제어회로(170)로 구성된다.

이때, 도 3에서 미언급된 저항(R1,R2)은 바이어스용이며, 커패시턴스(C3)는 상기 전원부(110)의 AC 잡음 성분이 접지 단자로 소멸되도록 한다.

그리고, 공진 제어 회로(170)의 커패시터(C1,C2), 인덕터(L1,L2,L3) 및 다이오드(D1)는 공진 주파수(f_o = 1 / {( 2 pi root LC )})를 결정하는 LC 수동소자들로서, PCS 서비스를 위한 1.9GHz 대역의 주파수 또는, 셀룰러 서비스를 위한 900MHz 대역의 주파수로 공진시킬 때 사용되며, 상기 이중 대역에서 동일한 값을 가지므로 본 발명에서는 상세 설명을 생략한다.

즉, 본 발명에서는 PCS 서비스를 위한 1.9GHz 대역의 주파수 또는, 셀룰러 서비스를 위한 900MHz 대역의 주파수로 공진시키기 위해 입력 전압에 따라 용량값(C)이 달라지는 가변 다이오드(D2)에 대해서 설명한다.

여기서, 가변 다이오드(D2) 대신에 베렉터 다이오드를 사용해도 무방하며, 한 쌍의 인덕터(L1,L2)는 서로 직렬로 연결되었지만, 전체적으로는 전체 전력을 손실없이 그대로 전달시키는 병렬 공진 조건을 만족시킨다.

또한, 전원부(110)와 공진 회로부(120)는 하나의 회로 또는 하드웨어에 함께 구성시킨다.

이하에서 본 발명의 전압제어 발진기의 동작 및 전압제어 발진기를 이용한다중 대역 주파수 제공 방법을 설명하면 다음과 같다.

최근, 새롭게 부상하는 이중 대역 휴대 통신기기는 기존 개발된 제품으로 응용하는데는 여러 가지 한계가 있다. 이중 대역용 휴대 단말기가 제대로 사용되기 위해서는 개인용 셀룰러 서비스(PCS)와 셀룰러(Cellular) 서비스가 모두 지원되어야 하며, 성능은 기존 제품과 동일 수준 이상을 유지해야 한다.

따라서, 사용자는 단말기에 제공되는 스위치 모드를 변환하거나 셀룰러 또는 PCS 주파수 선택을 위한 스위치를 선택할 수 있다. 그러면, 본 발명의 전압제어 발진기가 구비된 통신 장치의 CPU에서는 사용자가 선택한 주파수 대역을 감지하여 전원부(110)가 하이 또는 로우레벨의 전압을 출력하도록 제어신호를 전원부(110)에 제공한다. 이때, 본 발명의 전압제어 발진기가 구비된 통신 장치는 현재 수신되는 신호의 전계강도의 세기를 측정하고, 측정값을 미리 설정된 임계값과 비교하여 통신 장치의 CPU에 보고하여, CPU가 비교 결과값에 따라 전원부에 하이 또는 로우레벨의 전압을 출력하도록 제어신호를 전원부(110)에 제공할 수도 있다. 즉, 사용자가 셀룰러 주파수 대역을 선택하면 DC 0V가, PCS 주파수 대역을 선택하면 DC 3.3V가 전원부(110)에서 공진 회로부(120)의 공진회로 전원 스위칭부(160)로 출력된다.

상기 공진회로 전원 스위칭부(160)는 입력되는 0V 또는, 3.3V의 맥동 성분을 줄인 후 가변 다이오드(D2)로 출력한다.

이때, 상기 가변 다이오드(D2)는 입력되는 DC 전압 레벨에 따라 다이오드의 용량값(C)이 달라진다.

즉, 가변 다이오드(D2)에 인가되는 전압이 로우레벨(0V)이면 PCS 서비스를위한 1.9GHz 대역의 주파수로 공진하도록 상기 가변 다이오드(D2)의 용량값(C)이 결정되고, 반면 인가되는 전압이 하이레벨(3.3V)이면, 셀룰러 서비스를 위한 900MHz 대역의 주파수로 공진하도록 상기 가변 다이오드(D2)의 용량값(C)이 결정된다.

이를 공진 임피던스로 표현하면 하기의 수학식 1과 같다.

omega = 2 pi f

여기서, Z는 공진 임피던스, C는 가변 다이오드(D2)의 용량값이다.

즉, 상기 수학식 1에 의해 결정된 공진 임피던스와 커패시터(C1,C2), 인덕터(L1,L2,L3) 및 다이오드(D1)에 의해 결정되는 임피던스 값에 의해 상기 공진 회로부(120)에서는 PCS 서비스를 위한 1.9GHz 대역의 주파수 또는, 셀룰러 서비스를 위한 900MHz 대역의 주파수로 공진이 일어난다.

여기서, 본 발명은 가변 다이오드(D2)와 병렬로 추가적인 다이오드를 구성시켜 원하는 주파수 대역을 만들 수도 있다. 예를 들어, WLL 주파수 대역을 선택하면, 전원부(110)는 DC 2.8V를 출력한다. 이에 따라 가변 다이오드(D2)를 포함한 공진 제어 회로는 2.8V에 상응하는 주파수 대역에서 발진하게 되어 결국, 전압제어 발진기가 WLL 서비스를 가능하게하는 주파수를 제공한다. 이러한, 특성은 본 발명의 적용이 PCS나 셀룰러 또는 WLL 등의 다른 이동 통신 시스템에 적용할 수 있도록한다.

또한, 공진 제어회로(170)는 다이오드(D2)에서 출력된 주파수가 발진 중심 주파수에서 충분히 공진될 수 있는 공진 계수(Q)를 갖도록 제어하며, 공진 제어회로(170)에서 출력되는 발진 주파수는 위상 동기 루프(PLL)를 통하여 PLL 출력단을 통하여 제공되는 제어신호에 의해 로킹된다.

이어, 공진 회로부(120)에서 출력되는 신호는 증폭부(130)에 입력되어 소정 증폭비로 증폭되어 입력된 후 정합부(140)에 입력된다. 상기 정합부(140)는 완충 증폭부(150)의 입력 정합 회로로서 입력된 발진 레벨이 손실이 없도록 한다.

상기 완충 증폭부(150)는 트랜지스터로서 기본적으로 비선형 동작으로 전력을 증가시키며, 출력 전력 레벨이 변화되거나 손실이 없도록 한다.

이러한 동작을 원활하게 지원하는 스위칭 회로는 간단하게 만들 수 있지만, 스위칭 노이즈에 의한 위상 잡음이 스위칭 전원과 밀접한 관계가 있기 때문에 노이즈 특성이 낮은 스위칭 회로 구현이 요구되며, 주변 회로 정수에 의한 의존도도 매우 커서 세밀한 이론적 바탕이 요구된다.

이상과 같은 본 발명은 단일 대역 및 기존 개발된 전압제어 발진기를 이중 대역에 모두 적용 가능하다. 따라서, 이중 대역 시스템 구현하기 위해서 종래에 단일 대역 전압제어 발진기를 2개이상 사용함으로서 발생했던 공간 문제와 소비 전력을 낮출 수 있다. 따라서, 휴대용 통신기기의 기본 사양인 소형화와 밧데리 소모 전력을 줄일 수 있어 제품의 경쟁력을 높이는 효과가 있다.

본 발명에서는 발명의 이해를 돕고자 이동 통신 시스템의 송. 수신단 일부만을 적용하여 상세히 설명하였으나, 무선 가입자망, 셀룰러 폰, 무선전화, 개인 휴대통신 서비스(PCS) 등과 같은 무선 통신에 사용되는 무선 모듈의 송. 수신단 모두에 적용 가능하다.

Claims (7)

1. 적어도 하나 이상의 전압 레벨을 갖는 전원을 선택적으로 출력하는 전원부와,

   상기 전원부에서 출력되는 전원의 전압 레벨에 따라 원하는 주파수 대역에서 발진시키는 공진 회로부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 이중 대역용 전압제어 발진기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 전원부는 상기 전압제어 발진기가 구비된 통신 장치가 수신한 전계강도가 미리 설정된 임계값의 초과 여부에 따라 이에 상응하는 전압 레벨을 갖는 전원을 선택적으로 출력하는 것을 특징으로 하는 이중 대역용 전압제어 발진기.
3. 제 1항에 있어서, 상기 공진 회로부는 입력 전압의 레벨에 상응하는 커패시턴스값을 출력하는 하나 이상의 용량성 제어 소자가 포함되어 구성된 것을 특징으로 하는 이중 대역용 전압제어 발진기.
4. 제 3항에 있어서, 상기 공진 회로부는 상기 용량성 제어 소자에서 출력된 주파수가 공진 조건을 제어하는 공진 제어회로가 추가적으로 구성된 것을 특징으로 하는 이중 대역용 전압제어 발진기.
5. 통신시 사용할 주파수를 선택하는 단계와,

   상기 선택동작을 감지하고 이에 상응하는 전압 레벨을 출력하는 단계와,

   상기 전압 레벨에 상응하는 주파수 대역에서 발진시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 이중 대역용 전압제어 발진기를 이용한 다중 대역 주파수 제공 방법.
6. 제 5항에 있어서, 상기 발진된 주파수를 위상 동기 루프를 이용하여 로킹하는 단계가 추가적으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이중 대역용 전압제어 발진기를 이용한 다중 대역 주파수 제공 방법.
7. 제 5항에 있어서, 상기 주파수를 선택 단계는 사용자가 원하는 주파수 대역을 선택하거나, 현재 전계강도의 세기가 미리 설정된 임계값에 초과 여부에 따라 선택되는 것을 특징으로 하는 이중 대역용 전압제어 발진기를 이용한 다중 대역 주파수 제공 방법.