KR100333694B1

KR100333694B1 - 커런트모드밸런스혼합기

Info

Publication number: KR100333694B1
Application number: KR1019980061066A
Authority: KR
Inventors: 김보은
Original assignee: 박종섭; 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 1998-12-30
Filing date: 1998-12-30
Publication date: 2002-06-20
Also published as: KR20000044567A

Abstract

본 발명은 혼합되는 두 입력신호원에 미치는 영향이 동일하여 입력신호의 위상 및 크기 오차를 줄여주는 커런트 모드 밸런스 혼합기(Current Mode Balanced Mixer)를 제공하고자 하는 것으로, 이를 위한 본 발명은, 본 발명의 전류 모드 밸런스 혼합기는, 외부로부터 제1입력신호와 제2입력신호를 입력받아 이를 혼합하여 출력하는 밸런스 혼합기에 있어서, 제1전원공급단에 접속된 전류원; 제1출력단으로부터 상기 전류원에 직렬접속된 제5트랜지스터 및 제1트랜지스터; 상기 제1출력단으로부터 상기 전류원에 직렬접속된 제6트랜지스터 및 제2트랜지스터; 제2출력단으로부터 상기 전류원에 직렬접속된 제7트랜지스터 및 제3트랜지스터; 및 상기 제2출력단으로부터 상기 전류원에 직렬접속된 제8트랜지스터 및 제4트랜지스터를 구비하며, 상기 제5 및 제3 트랜지스터는 각기 양의 위상을 갖는 상기 제1입력신호를 게이트로 인가받고, 상기 제1 및 제8 트랜지스터는 각기 음의 위상을 갖는 상기 제2입력신호를 게이트로 인가받고, 상기 제6 및 제4 트랜지스터는 각기 음의 위상을 갖는 상기 제1입력신호를 게이트로 인가받으며, 상기 제7 및 제2 트랜지스터는 각기 양의 위상을 갖는 상기 제2입력신호를 게이트로 인가받는 것을 특징으로 한다.

Description

커런트 모드 밸런스 혼합기{CURRENT MODE BALANCED MIXER}

본 발명은 크기가 작은 고주파신호(Radio Frequency signal)를 신호 크기가 큰 국부발진자신호(Local Oscillation signal)와 변조(modulate) 또는 혼합(mix)하여 새로운 중간주파신호(Intermediate Frequency signal)로 변환하는 주파수 혼합기(frequency mixer)에 관한 것으로, 특히 밸런스 능동 혼합기(balanced active mixer)에 관한 것이다.

이동통신 기기에서는 고주파신호를 복조 전의 기저 대역 신호로 재생하거나 또는 기저대역 신호를 고주파신호에 실어 반송하기 위해서, 곱셈기 또는 혼합기(mixer) 회로를 사용한다. 혼합기 회로는 수동 소자로 만든 수동 믹서(passive mixer), 능동 소자로 만들 능동 믹서(active mixer)로 나뉘어진다.

도1은 종래기술에 의한 길버트(Gilbert)형 능동혼합기의 회로도로서, 구체적인 구성과 동작 원리는 다음과 같다.

입력단자 101로 입력된 양의 위상을 가지는 고주파신호 B는 트랜지스터 M11의 게이트단으로 입력되어 증폭된 후 상기 트랜지스터 M11의 드레인단에서 음의 위상을 가지는 고주파신호로 출력되어 트랜지스터 M13 및 M14의 공통 소오스단으로 전달되고, 입력단자 102로 입력된 음의 위상을 가지는 고주파신호 /B는 트랜지스터 M12의 게이트단으로 입력되어 증폭된 후 트랜지스터 M12의 드레인단에서 양의 위상을 가지는 고주파신호로 출력되어 트랜지스터 M15 및 M16의 공통 소오스단으로 전달된다. 입력단자 103으로 입력된 양의 위상을 가지는 국부발진자신호 A는 트랜지스터 M13의 게이트단으로 입력되어 트랜지스터 M3의 소오스단에서 드레인단으로 전달되는 음의 위상을 갖는 고주파신호를 단속하고, 입력단자 104로 입력된 양의 위상을 가지는 국부발진자신호 A는 트랜지스터 M16의 게이트단으로 입력되어 상기 트랜지스터 M16의 소오스단에서 드레인단으로 전달되는 양의 위상을 갖는 고주파신호를 단속한다.

또한 입력단자 105로 입력된 음의 위상을 가지는 국부발진자신호 /A는 트랜지스터 M14 및 M15의 게이트단으로 입력되어 트랜지스터 M14의 소오스단에서 드레인단으로 전달되는 음의 위상을 갖는 고주파신호와 트랜지스터 M15의 소오스단에서 드레인단으로 전달되는 양의 위상을 갖는 고주파신호를 단속한다. 이상의 단속 작용을 통하여 상기 트랜지스터 M13과 M15의 드레인단에 접속된 출력단 106으로 고주파신호와 국부발진자신호의 주파수 차이에 해당하는 성분인 양의 위상을 가지는 중간주파신호 Q가 출력되고, 트랜지스터 M14, M16의 드레인단에 접속된 출력단 107로 음의 위상을 가지는 중간주파신호 /Q가 출력된다. 미설명 도면부호 100은 전류원을, R1, R2는 저항을 각각 나타낸다.

이와 같이, 혼합기는 두 개의 차동 입력 신호를 받아서 두 신호를 곱하여 그 값을 출력하는바, 이는 아래 수학식 1로 표현할 수 있다.

, 단 K는 비례상수

그런데, 도1에 도시된 바와 같은 종래의 길버트형 능동 혼합기는, 입력 신호를 공급하는 신호원의 입장에서 보면 발진자신호 A 및 /A 입력은 트랜지스터 M12, M14, M15 및 M16의 4개의 트랜지스터에 연결되어 있고, 주파수신호 B 및 /B는 M11, M12 두 개의 트랜지스터에 연결되어 있기 때문에, 두 입력의 등가 입력 용량값이 차이가 나게 되며 이는 신호원에 영향을 미쳐서 원신호인 주파수신호(B, /B)와 발진자신호(A, /A)의 위상 및 전압 크기에 미치는 영향이 서로 다르게 된다.

또한 발진자신호 A 및 /A는 주파수신호 B 및 /B에 대해 상대적으로 높은 전압에서 동작하는 트랜지스터에 연결되기 때문에 그에 대한 영향도 주파수신호(B, /B)와 발진자신호(A, /A)가 서로 다른 단점을 지니고 있다.

이는 곧 출력 신호의 왜곡을 가져오며 결국 신호 대 잡음비의 감소를 가져오고 정보 송수신에 있어 오차 발생률을 증가시키게 된다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 혼합되는 두 입력신호원에 미치는 영향이 동일하여 입력신호의 위상 및 크기 오차를 줄여주는, 커런트 모드 밸런스 혼합기(Current Mode Balanced Mixer)를 제공하는데 그 목적이 있다.

도1은 종래기술에 의한 길버트(Gilbert)형 능동혼합기의 회로도,

도2는 본 발명의 일실시예에 따른 커런트 모드 밸런스 혼합기의 회로도,

도3은 도2에 대한 모의 실험 결과를 나타내는 실험 측정치.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

Q, /Q : 출력신호 A, /A : 발진자신호

B, /B : 주파수신호 200 : 전류원

M21∼M28 : 트랜지스터 R1, R2 : 부하용 저항

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전류 모드 밸런스 혼합기는, 외부로부터 제1입력신호와 제2입력신호를 입력받아 이를 혼합하여 출력하는 밸런스 혼합기에 있어서, 제1전원공급단에 접속된 전류원; 제1출력단으로부터 상기 전류원에 직렬접속된 제5트랜지스터 및 제1트랜지스터; 상기 제1출력단으로부터 상기 전류원에 직렬접속된 제6트랜지스터 및 제2트랜지스터; 제2출력단으로부터 상기 전류원에 직렬접속된 제7트랜지스터 및 제3트랜지스터; 및 상기 제2출력단으로부터 상기 전류원에 직렬접속된 제8트랜지스터 및 제4트랜지스터를 구비하며, 상기 제5 및 제3 트랜지스터는 각기 양의 위상을 갖는 상기 제1입력신호를 게이트로 인가받고, 상기 제1 및 제8 트랜지스터는 각기 음의 위상을 갖는 상기 제2입력신호를 게이트로 인가받고, 상기 제6 및 제4 트랜지스터는 각기 음의 위상을 갖는 상기 제1입력신호를 게이트로 인가받으며, 상기 제7 및 제2 트랜지스터는 각기 양의 위상을 갖는 상기 제2입력신호를 게이트로 인가받는 것을 특징으로 한다.

이와 같이, 본 발명은 종래의 혼합기(도1)와는 달리 혼합되는 두 입력신호가 연결되는 트랜지스터의 개수가 동일하기 때문에, 등가 입력 용량 값이 같다. 또한 제1입력신호가 발진자신호이고 제2입력신호가 고주파신호일 경우, 높은 전압에서 동작하는 트랜지스터와 낮은 전압에서 동작하는 트랜지스터의 개수가 역시 동일하기 때문에 전압차이에 의한 신호원으로의 영향도 서로 같다. 이에 의해 입력신호원의 위상 및 크기 영향은 서로 같게 되고, 통신 시스템의 신호 대 잡음비가 증가하며 시스템의 데이터 오차율을 감소시킨다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도2는 본 발명의 일실시예에 따른 커런트 모드 밸런스 혼합기의 회로도로서, 이를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 커런트 모드 밸런스 혼합기의 구성과 작용을 살펴보도록 한다.

도2를 참조하면, 접지단에는 전류원 200이 접속되어 있다. 출력단 209와 상기 전류원 200 사이에는 양의 위상을 갖는 발진자신호 A를 게이트로 입력받는 제5트랜지스터 M25와 음의 위상을 갖는 주파수신호 /B를 게이트로 입력받는 제1트랜지스터 M21이 직렬접속되어 있으며, 상기 출력단 209와 상기 전류원 200 사이에는 음의 위상을 갖는 발진자신호 /A를 게이트로 입력받는 제6트랜지스터 M26과 양의 위상을 갖는 주파수신호 B를 게이트로 입력받는 제2트랜지스터 M22가 직렬접속되어 있다. 그리고, 출력단 210과 상기 전류원 200 사이에는 양의 위상을 갖는 주파수신호 B를 게이트로 입력받는 제7트랜지스터 M27과 양의 위상을 갖는 발진자신호 A를 게이트로 입력받는 제3트랜지스터 M23이 직렬접속되어 있으며, 상기 출력단 210과 상기 전류원 200 사이에는 음의 위상을 갖는 주파수신호 /B를 게이트로 입력받는 제8트랜지스터 M28과 음의 위상을 갖는 발진자신호/A를 게이트로 입력받는 제4트랜지스터 M24가 직렬접속되어 있다. 그리고, 상기 발진자신호를 입력받는 상기 트랜지스터 M25, M26, M23, M24들은 상기 고주파신호를 입력받는 상기 트랜지스터 M21, M22, M27, M28에 비해 상대적으로 큰 사이즈를 갖는 것을 특징으로 한다. 아울러 상기 제1 및 제2출력단 209, 210은 부하 R1, R2를 통해 공급전원단(Vdd)에 접속되어 있다.

상기한 구성을 갖는 본 발명은 앞서 언급한 수학식 1과 같은 출력전압을 얻게 되며, 도2에 도시된 본 발명의 혼합기는 종래의 길버트형 혼합기(도1)와 달리 고주파신호와 발진자신호가 연결되는 트랜지스터의 개수가 각각 4개로 같기 때문에 등가 입력 용량 값이 같다. 또한 고주파신호와 발진자신호가 높은 전압에서 동작하는 트랜지스터와 낮은 전압에서 동작하는 트랜지스터에 연결되는 개수가 각각 2개씩 같기 때문에 전압차이에 의한 신호원으로의 영향도 서로 같기 때문에, 입력신호원의 위상 및 크기 영향은 서로 같게 된다. 이에 따라, 통신 시스템의 신호 대 잡음비가 증가하며 시스템의 데이터 오차율을 감소시킨다.

도3은 90°의 위상 차이를 갖는 1GHz 주파수의 두 신호를 곱하여 2GHz 신호를 만들어 내는 도2 회로의 모의 실험 결과로서, 출력신호 Q의 차동 전압은 아래 수학식 2와 같다.

, 단 K 및 K'은 상수이며 f=1GHz임.

도3을 참조하면 본 실시예에 따른 도2의 회로가 곱셈기 또는 혼합기로 잘 동작한다는 것을 알 수 있다.

본 실시예에서, 부하는 저항(R1, R2) 이외의 트랜지스터로 실시 구성하는 것이 가능하고, 트랜지스터들은 MOSFET 또는 바이폴라트랜지스터를 실시 구성하는 것이 가능하며, 본 발명은 이동통신용 송신기 또는 수신기의 혼합기 뿐만 아니라 곱셈기로 동작함에 있어 입력 부하가 같아야 되는 그 어떠한 응용 분야에도 사용될 수 있다.

이렇듯, 본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명은 혼합기가 두 개의 입력신호원에 미치는 영향을 같게 하여 입력신호의 위상 및 크기 오차가 줄어들어 통신 시스템의 신호 대 잡음비가 증가하며 시스템의 데이터 오차율을 감소시키는 효과를 가져온다.

Claims

외부로부터 제1입력신호(A, /A)와 제2입력신호(B, /B)를 입력받아 이를 혼합하여 출력하는 밸런스 혼합기에 있어서,

제1전원공급단에 접속된 전류원;

제1출력단으로부터 상기 전류원에 직렬접속된 제5트랜지스터(M25) 및 제1트랜지스터(M21);

상기 제1출력단으로부터 상기 전류원에 직렬접속된 제6트랜지스터(M26) 및 제2트랜지스터(M22);

제2출력단으로부터 상기 전류원에 직렬접속된 제7트랜지스터(M27) 및 제3트랜지스터(M23); 및

상기 제2출력단으로부터 상기 전류원에 직렬접속된 제8트랜지스터(M28) 및 제4트랜지스터(M24)를 구비하며,

상기 제5 및 제3 트랜지스터는 각기 양의 위상을 갖는 상기 제1입력신호(A)를 게이트로 인가받고, 상기 제1 및 제8 트랜지스터는 각기 음의 위상을 갖는 상기 제2입력신호(/B)를 게이트로 인가받고, 상기 제6 및 제4 트랜지스터는 각기 음의 위상을 갖는 상기 제1입력신호(/A)를 게이트로 인가받으며, 상기 제7 및 제2 트랜지스터는 각기 양의 위상을 갖는 상기 제2입력신호(B)를 게이트로 인가받는

것을 특징으로 하는 전류 모드 밸런스 혼합기.
제1항에 있어서,

상기 제1입력신호는 발진자신호이며, 상기 제2입력신호는 고주파신호 임을 특징으로 하는 전류 모드 밸런스 혼합기.
제1항에 있어서,

상기 발진자신호를 입력받는 상기 트랜지스터들은 상기 고주파신호를 입력받는 상기 트랜지스터들에 비해 상대적으로 큰 사이즈를 갖는 것을 특징으로 하는 전류 모드 밸런스 혼합기.
제3항에 있어서,

상기 제1 및 제2출력단은 부하를 통해 제2전원공급단에 접속된 것을 특징으로 하는 전류 모드 밸런스 혼합기.