KR100350027B1

KR100350027B1 - 공통 국부 발진기를 구비한 다중 대역 혼합기

Info

Publication number: KR100350027B1
Application number: KR1019990052056A
Authority: KR
Inventors: 허포드커트; 스쿠타프랭크
Original assignee: 모토로라 인코포레이티드
Priority date: 1998-11-23
Filing date: 1999-11-23
Publication date: 2002-08-24
Also published as: US6134452A; GB2344236A; GB9926092D0; CN1104781C; JP2000165149A; DE19954257B4; GB2344236B; BR9905729A; KR20000047695A; CN1255783A; DE19954257A1

Abstract

혼합기(204)는 2개의 트랜지스터 소자들(313, 324)을 포함하며, 각각의 트랜지스터 소자는 각각의 주파수 대역에 대해 제공된다. 단일 국부 발진기는 신호를 각각의 트랜지스터 소자의 한 단자에 제공한다. 각각의 주파수 대역에 대한 통신 신호들은 다른 단자에서 트랜지스터 소자들 중 각각의 하나에 입력된다. 각각의 트랜지스터 소자의 제3 단자는 출력에 접속된다.

Description

공통 국부 발진기를 구비한 다중 대역 혼합기{MULTIPLE BAND MIXER WITH COMMON LOCAL OSCILLATOR}

본 발명은 혼합기에 관한 것으로, 더욱 특히 다중 대역 통신 장치용 혼합기에 관한 것이다.몇몇의 통신 장치들은 다중 주파수 대역에서 신호를 처리할 필요가 있다. 예를 들어, 이동 통신 (GSM) 네트워크와 디지탈 셀룰러 시스템(DCS) 네트워크 양자 모두에서 동작할 수 있는 셀룰러 무선 전화기는 GSM 네트워크의 900 MHz 대역과 DCS 네트워크의 1800 MHz 대역 양자 모두에서 동작하여야 한다. 특정한 통신에 사용되는 주파수 대역은 그 통신 동안에 이용 가능한 시스템을 기초로 하여 선택되며, 물론 다른 선택 기준도 있다. 어느 한쪽의 주파수 대역이 요구될 수 있으므로, 이런 통신 장치에서의 수신기는 양 주파수 대역 모두에서 신호를 복조할 수 있어야 한다.

공지된 이중 대역 무선 전화 통신 장치는 2개의 국부 발진기 입력 신호로 동작하는데, 이중 하나는 2개의 주파수 대역들 각각과 연관되어 있다. 주파수 대역들 각각에 대해 복조된 신호들은 혼합기들 및 필터들에서 더 처리되는 단일 신호로 이중화된다.

통신 장치들이 보다 소형화됨에 따라, 전체 부품 수를 감소시키도록 회로를 통합하여, 이중 모드 송수신기가 단일 대역 송수신기와 동일한 체적에 적합하도록 하는 것이 바람직하다. 따라서, 보다 작은 부품을 사용하며 공지된 이중 대역 혼합기 시스템보다 더 작은 체적을 점유하는 이중 대역 혼합기가 필요하다.

본 발명에 따르면, 제1 주파수 대역의 통신 신호들을 위한 제1 입력(311);

상기 제1 입력에 결합된 제1 트랜지스터 소자(313) - 상기 제1 트랜지스터 소자의 제1 단자는 상기 제1 주파수 대역의 상기 통신 신호들을 수신하도록 결합됨 - ; 제2 주파수 대역의 통신 신호들을 위한 제2 입력(326); 상기 제2 입력 단자에결합된 제2 트랜지스터 소자(324) - 상기 제2 트랜지스터 소자의 제1 단자는 상기 제2 주파수 대역의 상기 통신 신호를 수신하도록 결합됨 - ; 상기 제1 트랜지스터 소자의 제2 단자와 상기 제2 트랜지스터 소자의 제2 단자에 결합된 국부 발진기(120); 및 상기 제1 트랜지스터 소자의 제3 단자와 상기 제2 트랜지스터 소자의 제3 단자가 결합된 다중 대역 혼합기 출력(104)을 포함하며, 상기 제1 및 제2 트랜지스터 소자들은 상기 제1 주파수 대역과 상기 제2 주파수 대역의 통신 신호들에 응답하여 중간 주파수 신호를 출력하도록 결합된 것을 특징으로 하는 다중 대역 혼합기가 제공된다.

도 1은 수신기 회로의 일 부분을 도시한 블럭도 형태의 개략적인 회로도.

도 2는 개선된 수신기 회로의 일 부분을 도시한 블럭도 형태의 개략적인 회로도.

도 3은 도 2에 따르는 회로에서 혼합기를 도시한 개략적인 회로도.

도 4는 다른 실시예에 따르는 혼합기를 도시한 개략적인 회로도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

106, 108 : 필터

124 : 제어기

200 : 통신 장치

204 : 혼합기

203, 206 : 필터 회로

본 발명은 2개의 주파수 대역에 대한 신호를 생성하기 위해 단일의 국부 발진기를 사용한다. 혼합기는 적어도 하나의 트랜지스터 소자를 포함한다. 국부 발진기 신호는 적어도 하나의 트랜지스터 소자의 한 단자에 입력된다. 각각의 전송 대역에 대한 통신 신호는 적어도 하나의 트랜지스터 소자의 다른 단자에 입력된다. 적어도 하나의 트랜지스터 소자의 세번째 단자는 다중 대역 발진기 출력에 접속된다.

종래 기술의 통신 장치(100) (도 1)는 안테나(102)를 포함한다. 수신 장치(100)는 각각이 주파수 대역들에서 신호들을 분리시키기 위한 필터들(106 및 108)을 포함한다. GSM 및 DCS 동작을 위한 도시된 이중 대역 무선 전화기에서, 필터(106)는 1800 MHz 대역에서 신호를 통과시키고 필터(108)는 900 MHz 주파수 대역에서 신호를 통과시킨다. 필터들(106 및 108)은 증폭기들(110 및 112)에서 각각 증폭된다. 증폭기(110)의 입력(136)은 DCS 모드 제어 신호를 수신하고 증폭기(112)의 입력(134)은 GSM 모드 제어 신호를 수신한다. 모드 제어 신호들은 증폭기들 중 하나를 선택하여 동작 주파수 대역을 선택하도록 수신된 신호를 통과시킨다.

증폭기들(110 및 112)로부터의 증폭된 신호들은 각각 듀플렉서들(114 및 116)에서 각각 처리된다. 듀플렉서(114)는 발진기(118)로부터 국부 발진 신호를 수신하고 듀플렉서(116)는 발진기(120)로부터 국부 발진 신호를 수신한다. 듀플렉서들(114 및 116)로부터의 신호들은 혼합기(123)에서 혼합되고 필터(125)에서 필터링된다.

다중 대역 출력(104)은 제어기(124)에 접속되며, 이는 예를 들어, 무선 전화기 또는 양방향 무선 통신기의 마이크로폰(126) 및 스피커(128)에 접속될 수 있다. 제어기(124)는 또한 기지국 (도시 생략)과 같은 다른 장치에 접속된다.

향상된 통신 장치(200) (도 2)는 아이솔레이션 증폭기(201)와 필터 회로(203)를 통해 혼합기(204)에 접속되는 단일의 국부 발진기(202)를 갖는다. 혼합기(204)는 필터(106), 증폭기(210), 필터(207)로부터 900 MHz 통신 신호를 수신하고, 필터(108), 증폭기(212), 및 필터(209)로부터 1800 MHz 통신 신호를 수신한다. 혼합기(204)는 복조된 신호를 필터 회로(206)에 출력한다. 제어기(124)로부터의 모드 제어 신호들은 주파수 대역들 중 하나를 선택하도록 필터들(106 및 108)의 출력에서 합성된다.

회로(200)는 단일 발진기를 채용하였으며 듀플렉서(114, 116)를 통해 입력되는 발진기를 필요로 하지 않기 때문에, 회로(100)보다 상당히 덜 복잡하다. LO 및 통신 신호를 수신하는 이러한 듀플렉서들은 비교적 커서, 상당한 공간을 차지한다. 본 발명이 비록 이중 대역 무선 전화기에 대해 설명되었지만, 본 기술 분야에 숙련된 자라면 본 발명이 모뎀 또는 2이상의 주파수 대역에서 동작하는 다른 통신 장치와 같은 임의의 다중 대역 장치에서 유익하게 구현될 수 있다는 점을 인식할 것이다.

통신 장치(200)의 필터 회로(203)와 필터 회로(206)을 포함하는 다중 대역 혼합기(204)가 도 3에 도시되어 있다. 혼합기(204)는 각각 모드 제어 입력들(300 및 302)을 포함한다. 모드 제어 입력들은 추가로 처리될 모드 (주파수 대역)를 선택하는데 사용된다. 도시된 실시예에서, GSM 대역 모드 제어 신호는 저항기(306), 커패시터(308), 및 인덕터(310)를 통해 모드 제어 입력(300)에 입력된다. GSM 대역 통신 신호는 입력(311)에서 입력되어 커패시터(312)를 통과한다. 최종의 인에이블링된 GSM 신호는 트랜지스터 소자(313)의 베이스 단자에 입력된다.

DCS 대역 모드 제어 신호는 모드 제어 입력(302)에 입력된다. 이 신호는 저항기(314), 커패시터(316), 저항기(318), 및 인덕터(320)를 통해 입력된다. DCS 대역 통신 신호는 커패시터(322)를 통해 입력(326)으로부터 입력된다. 최종의 1800 MHz 신호는 트랜지스터 소자(324)의 베이스 단자에 입력된다. 트랜지스터 소자는 바이폴라 트랜지스터, 전계 효과 트랜지스터, 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET), 또는 달링톤 트랜지스터와 같은 다른 상업적으로 이용 가능한 적당한 트랜지스터 스위치 소자를 사용하여 구현될 수 있다. 본 명세서에서 "트랜지스터 소자"는 이와 같은 소자들 또는 등가 소자들을 칭하는 것이다. 또한, 설명된 실시예는 베이스, 이미터, 및 콜렉터 단자들을 갖는 바이폴라 트랜지스터를 채용했지만, 본 명세서에서 사용된 "단자"는 베이스, 콜렉터, 이미터, 드레인, 소스, 및 게이트 단자등을 칭하는 것이다.

트랜지스터 소자들(313 및 324)의 콜렉터 단자들은 필터 회로(206)에 접속된 단자(328)에 접속된다. 필터 회로(206)는 접지, 인덕터(337), 저항기(339), 커패시터(341), 및 저항기(343)에 직렬로 접속된 인덕터(336) 및 커패시터(338)를 포함한다. 커패시터(350)는 출력(104)에 접속된다.

트랜지스터 소자들(313 및 324)의 이미터 단자들은 필터 회로(203)를 통해 국부 발진기 입력(340)에 접속된다. 필터 회로(203)는 커패시터(344), 저항기(346), 인덕터(334), 인덕터(333), 및 커패시터(335)를 포함한다.

필터 회로들(203 및 206)을 포함하는 혼합기(204)의 동작이 설명될 것이다. 국부 발진기(202)는 트랜지스터 소자들(313 및 324)의 이미터 단자들에 접속된다. 국부 발진기는 예를 들어, 셀룰러 무선 전화기일 수 있는 통신 장치(200) 내의 발진기이다. 인덕터들(334 및 336), 및 커패시터(338)는 통신 신호 주파수들 및 출력 신호 주파수들에 대한 낮은 임피던스를 제공한다. 특히, 후술하는 예시적인 주파수들에 대해, 커패시터(335)는 900 MHz에서 저 임피던스를 제공하고, 인덕터(334) 및 커패시터(344)는 1800 MHz에서 저 임피던스를 제공하며, 커패시터(335)는 400 MHz에서 저 임피던스를 제공한다. 따라서, 임피던스 소자들은 이러한 주파수들의 신호들 각각에 대해 접지로의 신호 경로를 제공한다.

트랜지스터 소자들(313, 324)의 콜렉터 단자들은 단지 중간 주파수 (IF) 신호들만이 통과하는 필터 회로(206)를 통해 출력(104)에 접속된다. 출력 필터(206)에 대해, 인덕터(336), 및 커패시터(338)는 인젝션 주파수 (에를 들어, 1.3 및 1.4 GHz)에서 직렬 공진 회로이며 통신 신호 주파수 (예를 들어, 900 MHz 및 1.8 GHz)에서 비교적 낮은 임피던스이다. 인덕터(337)는 다중 대역 혼합기 출력(104)의 출력 주파수 [예를 들어, 출력의 400 MHz 중간 주파수(IF)]에서 항 공진(anti-resonant)이다. GSM 혼합기는 커패시터(312) 및 인덕터(310)와 50 옴으로 정합된다. 커패시터(308)와 인덕터(310)는 출력 주파수 (예를 들어, 400 MHz)에서 직렬 공진에 가깝게 된다. DCS 혼합기(316)는 커패시터(322)와 인덕터(320)에 의해 50 옴으로 정합된다. 커패시터(316)와 저항기(318)는 출력 주파수 (예를 들어, 400 MHz)에서 직렬 공징에 가깝게 된다.

모드 제어 입력(300)에서의 모드 제어 신호는 장치가 GSM 모드일 때는 ON이고 (고 전압), 장치가 GSM 모드가 아닐 때는 OFF (접지)이다. 저항기(306)는 트랜지스터 소자(313)의 베이스를 그것이 ON일 때 풀업시킨다. 제어 입력(302)은 유사하게 트랜지스터 소자(324)를 제어한다. 입력(302)에서의 제어 신호는 복조될 신호가 1800 MHz 신호 범위 내에 있을 때 ON이며 그렇지 않을 때 OFF이다.

트랜지스터 소자들(313 및 324)은 900 MHz 대역 내의 통신 신호용 1.3 GHz와 1.8 GHz 대역 내의 통신 신호용 1.4 GHz인 입력(340)에서의 국부 발진 신호를 혼합한다. 국부 발진 신호는 트랜지스터 소자들(313 및 324)의 이미터 단자들에 입력된다. 트랜지스터 소자들(313 및 324)은 그 베이스 이미터 단자들에 걸친 대략 20 dB의 아이솔레이션을 제공한다. 이 아이솔레이션은 종래 기술에서의 듀플렉서들(114 및 116)에 대한 필요성을 제거한다. 또한, 이 아이솔레이션은 그것이 없었다면 신호의 전송에 장해가 되었을 의사 신호들(spurios signals)을 감쇠시킨다. 본 기술 분야에 숙련된 자라면 1.3 및 1.4 GHz 신호들을 생성하도록 제어될 수 있는 발진기가 손쉽게 구현될 수 있다는 것을 인식할 것이다.

필터 회로(206)는 400 MHz IF 대역 외부의 신호들을 제거하는 대역 통과 필터이다. 따라서, 1300 MHz와 900 MHz 사이의 차이인 신호는 900 MHz 주파수 대역에 대한 출력일 것이다. 1.4와 1.8 GHz 사이의 차인 신호는 1.8 GHz 대역에 대한 출력(104)에서 출력될 것이다. 400 MHz 신호들은 필터 회로(206)를 통해 출력(104)으로 통과한다.

다른 실시예가 도 4에 도시되어 있다. 혼합기(401)는 단일의 트랜지스터 소자(400)를 포함한다. 트랜지스터 소자(400)의 베이스 단자는 듀플렉싱 라인(402)을 통해 필터(207)의 출력에 접속되고 듀플렉싱 라인(404)을 통해 필터(209)의 출력에 접속된다. 듀플렉싱 라인(402)은 필터(209)의 통과 대역 내의 통신 신호에 고 임피던스를 제공하도록 동조된다. 듀플렉싱 라인(404)은 필터(207)의 통과 대역 내의 통신 신호에 고 임피던스를 제공하도록 동조된다. 커패시터(416), 커패시터(414), 저항기(418), 및 인덕터(420)는 양 통신 대역 내의 통신 신호의 주파수에서의 신호에 대한 대역 통과 필터이다. 저항기(406), 저항기(410), 커패시터(408), 및 인덕터(412)는 트랜지스터(400)를 ON으로 유지시키고, 잡음을 제거하며, 15 내지 50옴의 임피던스 정합을 보장한다. 트랜지스터 소자(400)는 필터(203)를 통해 그 이미터 단자에 인가되는 국부 발진기 신호를 사용하여 트랜지스터 소자(400)의 베이스 단자에서의 통신 신호를 변조시킨다. 최종의 복조된 신호는 트랜지스터 소자(400)의 콜렉터 단자에에서 출력된다.

따라서, 다중 대역 장치의 수신 대역 폭들 사이의 주파수를 갖는 단일 국부 발진기로 동작하는 혼합기가 제공된다는 것을 알 수 있다. 국부 발진 신호는 적어도 하나의 트랜지스터 소자의 한 단자에 인가된다. 통신 신호들은 베이스 단자에 입력된다. 이미터 단자는 필터 회로에 접속되어 LO 인가 주파수를 통과시키고, 수신 주파수에서 잡음에 대한 선택도를 제공하며, GSM, DCS, 및 IF 주파수에서 낮은 임피던스를 제공한다. 혼합기 회로는 현저하게 줄어든 부품을 사용하며 종래 기술에서 요구되는 바와 같은 수신 필터의 이중화 및 국부 발진기 인젝션 필터를 필요로 하지 않는다.

비록 2개의 대역 장치가 설명되었지만, 본 기술 분야에 숙련된 자라면 추가 통신 신호 입력 및 모드 제어 입력들을 제공함으로써 주파수 대역 수가 증가될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 도 3에 따른 실시예에서, 트랜지스터 소자 수는 하나가 각각의 채널에 대해 제공되도록 증가될 수 있다.

Claims

국부 발진기용 다중 대역 혼합기(multiple band mixer)에 있어서,

제1 주파수 대역에서의 통신 신호들을 위한 제1 입력(311);

상기 제1 입력에 결합된 제1 트랜지스터 소자(313) - 상기 제1 트랜지스터 소자의 제1 단자는 상기 제1 주파수 대역의 상기 통신 신호들을 수신하도록 결합됨 - ;

제2 주파수 대역에서의 통신 신호들을 위한 제2 입력(326);

상기 제2 입력 단자에 결합된 제2 트랜지스터 소자(324) - 상기 제2 트랜지스터 소자의 제1 단자는 상기 제2 주파수 대역의 상기 통신 신호를 수신하도록 결합됨 - ;

상기 제1 트랜지스터 소자의 제2 단자와 상기 제2 트랜지스터 소자의 제2 단자에 결합된 국부 발진기(120); 및

상기 제1 트랜지스터 소자의 제3 단자와 상기 제2 트랜지스터 소자의 제3 단자가 결합된 다중 대역 혼합기 출력(104)

을 포함하며,

상기 제1 및 제2 트랜지스터 소자들은 상기 제1 주파수 대역과 상기 제2 주파수 대역의 통신 신호들에 응답하여 중간 주파수 신호를 출력하도록 결합된 것을 특징으로 하는 다중 대역 혼합기.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 트랜지스터 소자들 각각은 바이폴라 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 대역 혼합기.
제2항에 있어서, 상기 제1 트랜지스터 소자의 상기 제1 단자는 제1 바이폴라 트랜지스터의 베이스이고, 상기 제2 트랜지스터 소자의 제1 단자는 제2 바이폴라 트랜지스터의 베이스인 것을 특징으로 하는 다중 대역 혼합기.
제1항에 있어서, 제1 필터 회로(203)가 상기 국부 발진기의 출력과 상기 제1 및 제2 트랜지스터 소자들의 제2 단자들 사이에 결합된 것을 특징으로 하는 다중 대역 혼합기.
제3항에 있어서, 제2 필터 회로를 더 포함하며, 상기 제2 필터 회로는 상기 제1 및 제2 트랜지스터 소자들의 제3 단자들과 상기 다중 대역 혼합기 출력 사이에 결합된 것을 특징으로 하는 다중 대역 혼합기.
제1항에 있어서, 필터 회로를 더 포함하며, 상기 필터 회로는 상기 제1 및 제2 트랜지스터 소자들의 제3 단자들과 상기 다중 대역 혼합기 출력 사이에 결합된 것을 특징으로 하는 다중 대역 혼합기.
제1항에 있어서, 제1 모드 제어 신호를 수신하기 위한 제1 모드 제어입력(300)과 제2 모드 제어 신호를 수신하기 위한 제2 모드 제어 입력(302)을 더 포함하며, 상기 제1 모드 제어 신호는 상기 제1 주파수 대역을 선택하고 상기 제2 모드 제어 신호는 상기 제2 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 다중 대역 혼합기.
제7항에 있어서, 상기 국부 발진기는 선택된 주파수 대역에 따라 그 출력 주파수를 변경하는 것에 응답하는 모드 제어 신호를 수신하도록 결합된 것을 특징으로 하는 다중 대역 혼합기.
제1항에 있어서, 제1 모드 제어 신호를 수신하기 위한 제1 모드 제어 입력(300)을 더 포함하며, 상기 제1 모드 제어 입력은 상기 제1 트랜지스터 소자의 제1 단자에 결합되고, 제2 모드 제어 입력(302)은 제2 모드 제어 신호를 수신하기 위한 것이며, 상기 제2 모드 제어 입력은 상기 제2 트랜지스터 소자의 제1 단자에 결합되고, 상기 제1 모드 제어 신호는 상기 제1 주파수 대역을 선택하며 상기 제2 모드 제어 신호는 제2 주파수 대역을 선택하는 것을 특징으로 하는 다중 대역 혼합기.
국부 발진기용 다중 대역 혼합기에 있어서,

제1 주파수 대역 내의 통신 신호들을 위한 제1 입력;

제2 주파수 대역 내의 통신 신호들을 위한 제2 입력;

상기 제1 및 제2 입력들에 결합되어, 상기 제1 주파수 대역 내의 신호들과 상기 제2 입력을 아이솔레이팅(isolating)하며 상기 제2 주파수 대역 내의 신호들과 상기 제1 입력을 아이솔레이팅하는 듀플렉싱 회로;

제1 단자가 상기 듀플렉싱 회로로부터 출력된 통신 신호들을 수신하도록 결합된 트랜지스터 소자;

제1 필터 회로;

상기 제1 필터 회로를 통해 상기 트랜지스터 소자의 제2 단자에 결합된 국부 발진기; 및

상기 트랜지스터 소자의 제3 단자가 결합된 다중 대역 혼합기 출력

을 포함하며,

상기 트랜지스터 소자는 상기 제1 주파수 대역 및 상기 제2 주파수 대역 내의 통신 신호들에 응답하여 중간 주파수 신호를 출력하도록 결합된 것을 특징으로 하는 다중 대역 혼합기.
제10항에 있어서, 상기 제1 필터 회로는 상기 국부 발진기에 의해 출력된 신호들을 통과하는 대역 통과 필터이며, 상기 제1 및 제2 주파수 대역들에서의 신호들과 통신하기 위해 접지에 대해 낮은 임피던스를 나타내는 다중 대역 혼합기.
제10항에 있어서,

상기 듀플렉싱 회로는 상기 제1 입력 및 상기 제1 단자에 결합된 제1 듀플렉싱 라인과, 상기 제2 입력 및 상기 제1 단자에 결합된 제2 듀플렉싱 라인을 포함하며,

상기 제1 듀플렉싱 라인은 상기 제1 주파수 대역 내의 신호들에 대해서는 낮은 임피던스를 나타내며 상기 제2 주파수 대역 내의 신호들에 대해서는 높은 임피던스를 나타내고, 상기 제2 듀플렉싱 라인은 상기 제2 주파수 대역 내의 신호들에 대해서는 낮은 임피던스를 나타내고 상기 제1 주파수 대역 내의 신호들에 대해서는 높은 임피던스를 나타내는 다중 대역 혼합기.