KR100382590B1 - 다중 신호 발생장치 - Google Patents

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KR100382590B1
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Abstract

본 발명은 주파수들간의 상향 및 하향 변환을 통해 다수의 고주파신호들에 대한 VCO회로를 구성하는 것으로서, 고주파 신호들이 필요할 경우 최소한의 PLL을 사용하게 됨으로써 시스템의 집적성 및 설계상 효율성 등을 도모할 수 있는 다중 신호 발생장치에 관한 것이다.
본 발명은 PLL을 통해 자기발진 혼합기의 국부 발진기를 전압 제어하여 제 1발진신호를 발생시키고, 상기 제 1발진신호와 탱크회로에 의해 필터링되는 제 2발진신호를 하향 혼합하여 그 차 주파수인 중간주파수 신호를 발생시키며, 또한 상기 제 1발진신호와 상기 중간주파수 신호를 상향 혼합하여 제 2발진신호를 발생시키고 이를 증폭한 후 상기 탱크회로에 궤환 입력함으로써 제 2발진신호와 중간주파수 신호를 일정한 출력주파수로 유지하는 것을 특징으로 한다.

Description

다중 신호 발생장치{Device for generating multi-signals}
본 발명은 다중 신호 발생장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주파수 혼합개념을 이용하여 VCO회로를 구성하고 최소의 PLL으로 다수의 고주파신호를 발생하게 됨으로써 통신시스템의 집적성 및 설계상 효율성 등을 도모할 수 있는 다중 신호 발생장치에 관한 것이다.
이동통신 시스템 및 RF시스템을 포함하는 각종 통신 시스템은 주파수의 변경 등을 위하여 그 송신부 및 수신부에 다수의 국부신호 발생을 필요로 한다.
이와 같은 국부신호를 발생시키기 위하여 일반적으로 전압 제어 신호발진기(VCO; Voltage Controlled Oscillator)를 사용하고 있다.
이러한 VCO는 입력되는 DC전압에 의해 제어되어 원하는 주파수의 신호를 출력하게 되는데, 외부의 잡음이나 열적인 이유로 인하여 그 출력주파수를 일정하게 유지할 수 없기 때문에 위상동조 루프(PLL; Phased Locked Loop)를 통해 그 입력 DC전압을 관리하게 된다. 따라서, 각 VCO마다 1개의 PLL이 일반적으로 요구된다.
이로 인해, 종래의 일반적인 신호 발진장치는 다수의 고주파 신호가 필요할 경우, 여러개의 PLL과 VCO를 각각 별도로 구비하여 소정의 고주파 신호들을 발생시키고 있으며, 이는 시스템의 집적도 및 설계상의 효율성, 가격 경쟁력 등을 저하시키는 문제점이 있다.
또한, 종래의 VCO는 그 일반적인 구성이 증폭부, 궤환부 및 주파수 동조회로부가 있는데 증폭부의 출력주파수와 궤환되어 동조되는 궤환주파수는 동일한 것으로 되어있다. 한편, VCO의 특성은 내부의 Q값(첨두율)에 의해 그 성능이 좌우되는데, 종래와 같이 출력주파수와 궤환주파수가 동일하게 되면 그 발진주파수가 높은 VCO의 경우 동조회로의 Q값을 높이기 어렵게 되는 문제점을 갖고 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 주파수 혼합 개념을 이용하여 최소의 PLL을 사용하고도 다수의 고주파신호를발생시킴으로써 통신시스템의 고효율, 집적화, 및 저렴화를 기대할 수 있을 뿐만 아니라 다수의 고주파신호를 용이하게 획득할 수 있도록 하는 다중 신호 발생장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 증폭부의 출력과 궤환되어 동조되는 주파수가 서로 다르게 되도록 VCO회로를 구성함으로써 VCO의 Q값을 높일 수 있는 다중 신호 발생장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 다중 신호 발생장치의 일실시예에 대한 회로 블럭도.
도 2는 본 발명에 따른 다중 신호 발생장치의 다른 실시예에 대한 회로 블럭도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100,200. 제 1PLL 101,201. 제 2PLL
102,202. 자기 발진 혼합기 103,203. 국부 발진기
104,204. 제 1혼합기 105,205. 탱크회로
106,206. 저역통과 필터 107,207. 제 2혼합기
108,208. 증폭기
이와 같은 목적을 달성하기 위해서 본 발명에 따른 다중 신호 발생장치는 통신시스템의 신호 발생장치에 있어서, 제 1PLL을 통해 국부 발진기를 전압제어하여 제 1발진신호를 발생시키고, 제 2PLL에 의해 전압제어되어 통과주파수 대역이 결정되는 탱크회로와, 상기 탱크회로의 통과신호와 상기 제 1발진신호를 혼합하여 출력신호의 주파수를 변환하는 제 1혼합기와, 상기 제 1혼합기로부터의 출력신호와 상기 제 1발진신호를 혼합하여 상기 탱크회로의 통과신호를 다시 출력한 후 이를 상기 탱크회로에 궤환 입력하는 제 2혼합기를 포함하며, 상기 제 1혼합기와 상기 제 2혼합기는 서로 다른 혼합방향을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2PLL에 의해 상기 탱크회로가 제 2발진신호를 통과시키도록 제어됨에 따라, 상기 제 1혼합기는 상기 탱크회로를 통과하는 제 2발진신호와 상기 제 1발진신호를 하향 혼합한 후, 그 출력단에 구비되는 저역통과 필터를 통해 중간주파수 신호를 출력하고, 상기 제 2혼합기는 상기 제 1발진신호와 상기 중간주파수 신호를 상향 혼합하여 다시 제 2발진신호를 출력하고 이를 상기 탱크회로에 궤환 입력하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 2PLL에 의해 상기 탱크회로가 중간주파수 신호를 통과하도록 제어됨에 따라, 상기 제 1혼합기는 상기 탱크회로를 통과하는 중간주파수 신호와 상기 제 1발진신호를 상향 혼합한 후, 그 출력단에 구비되는 고역통과 필터를 통해 제 2발진신호를 출력시키고, 상기 제 2혼합기는 상기 제 1발진신호와 상기 제 2발진신호를 하향 혼합하여 다시 중간주파수 신호를 출력하고 이를 상기 탱크회로에 궤환 입력하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 2혼합기의 출력단 또는 상기 탱크회로의 출력단에 증폭기를 더 구비하여 신호레벨을 증가시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.
첨부된 도면 도 1은 본 발명에 따른 다중 신호 발생장치의 일실시예에 대한 회로 블럭도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 다중 신호 발생장치의 일실시예는 제 1PLL(100), 제 2PLL(101), 자기발진 혼합기(self oscillating mixer)(102), 탱크회로(105), 저역통과 필터(106), 제 2혼합기(107), 및 증폭기(108)로 구성된다.
상기 제 1PLL(100)은 상기 자기발진 혼합기(102)로부터 출력되는 제 1발진신호(VCO1)중 일부신호를 샘플링한 후 이 샘플링 신호와 제 1발진신호의 기준신호를 상호 비교하여 제 1발진신호(VCO1)에 대한 PLL Charge Pump 전압(제어전압 1)을 발생하고, 이를 상기 자기발진 혼합기(102)의 국부발진기(103)로 인가한다.
또한, 상기 제 2PLL(101)은 상기 탱크회로를 통과한 제 2발진신호(VCO2)중 일부신호를 샘플링한 후, 이를 제 2발진신호에 대한 기준신호와 비교하면서 PLL Charge Pump 전압을 발생하여 이를 상기 탱크회로(105)에 대한 제어전압으로서 공급한다.
이러한 제 1PLL(100)과 제 2PLL(101)은 제 1발진신호와 제 2발진신호를 해당 기준신호에 동조시키기 위한 것으로서 그 출력전압을 통해 VOC의 발진주파수를 제어하게 된다.
한편, 당업자로서는 그 실시형태에 따라 이러한 제 1PLL(100)과 제 2PLL(101)을 하나의 칩으로 이뤄지는 듀얼 PLL으로 구성함으로써 회로 구성의 편의를 도모할 수 있다.
상기 탱크회로(105)는 입력전압에 의해 그 중심 주파수가 가변되는 일종의 대역폭이 매우 작은 대역통과 필터로서, 상기 제 2PLL(101)로부터의 PLL Charge Pump 전압(제어전압 2)에 의해 제어되어 그 중심주파수가 제 2발진신호(VCO2)의 주파수가 되도록 조정된다.
또한, 상기 자기발진 혼합기(102)는 혼합기의 일종으로서 외부의 전압인가에 의해 자체적으로 신호를 발생시키고 이러한 자체 발진신호와 외부 입력신호가 믹싱(mixing)되어 상향 또는 하향으로 변환된 주파수를 출력하도록 회로가 구성되며, 그 주된 구성요소로서 제 1혼합기(104)와 국부 발진기(103)를 포함한다.
따라서, 당업자는 상기 제 1혼합기(104)와 국부 발진기(103)를 상기 자기발진 혼합기(102)를 통해 일체적으로 실현하거나 각각을 개별적으로 구성할 수도 있다.
상기 국부 발진기(103)로부터 출력되는 제 1발진신호(VCO1)은 상기 제 1PLL(100)에 의해 궤환 제어됨으로써 일정한 주파수로 유지되며, 이와 같은 정주파수의 제 1발진신호(VCO1)는 상기 제 1혼합기(104)와 제 2혼합기(107)로 입력된다.
또한, 상기 제 1혼합기(104)는 상기 탱크회로(105)에 의해 필터링된 입력신호(VCO2)와 상기 국부 발진기(103)로부터 출력되는 제 1발진신호(VCO1)를 혼합하여 그들간의 차 주파수(VCO2 OUTfreq- VCO1 OUTfreq)신호를 출력하는 하향식 혼합기이다.
또한, 상기 제 1혼합기(104)의 출력단에는 저역통과 필터(106)가 구비되어 그 출력신호중 고주파 성분(또는 상향 혼합된 주파수 성분)을 제거함으로써 제 1발진신호(VCO1)와 제 2발진신호(VCO2)의 차 주파수로 정제된 중간주파수(IF Out)를 얻을 수 있게 된다.
또한, 상기 제 2혼합기(107)는 입력신호와 국부발진 신호를 혼합하여 그 합 주파수 신호를 출력하는 상향식 혼합기로서, 중간주파수 신호(IF Out)와 제 1발진신호(VCO1 Out)를 혼합하여 다시 제 2발진신호(VCO2)를 발생시키게 된다.
한편, 상기 설명된 제 1혼합기(104)와 제 2혼합기(106)에서의 입,출력신호간의 주파수 관계는 다음과 같이 이뤄진다.
즉, 제 1혼합기(104)의 주파수 관계식은
입력 주파수 - 국부발진 주파수 = 출력 주파수
(VCO2 OUTfreq- VCO1 OUTfreq= IF OUTfreq)
이며,
또한, 제 2혼합기(107)에서의 주파수 관계식은
VCO1 OUTfreq+ IF OUTfreq= VCO2 OUTfreq
이다.
또한, 상기 증폭기(108)는 상기 제 2혼합기(107)로부터의 제 2발진신호(VCO2)를 소정의 이득율로 증폭하고 이를 상기 탱크회로(104)에 궤환 입력함으로써, 제 2발진신호(VCO2)의 출력레벨을 증대시키고, 결과적으로 제 1혼합기 출력단에 연결된 저역통과 필터(106) 과 상기 탱크회로(104)과 함께 제 2발진신호(VCO2)에 대한 주파수 선택성(또는 Q값)을 향상시키게 된다.
이하, 상기된 바와 같이 구성되는 다중 신호 발생장치의 동작과정을 설명함에 있어서, 제 1발진신호(VCO1), 제 2발진신호(VCO2), 그리고 중간주파수 신호의 발생과정을 순처적으로 설명한다.
먼저, 제 1발진신호(VCO1)를 발생함에 있어서, 상기 제 1PLL(100)은 제 1발진신호에 해당되는 PLL Charge Pump 전압을 상기 자기발진 혼합기(102)의 국부 발진기(103)에 인가하여 제 1발진신호(VCO1)를 발생시킨다.
이때, 상기 제 1PLL(100)은, 일반적인 신호발생 방법과 동일하게, 제 1발진신호의 일부신호를 샘플하여 제어전압 1을 조정함으로써 제 1발진신호(VCO1)가 일정한 주파수로 유지되도록 한다.
또한, 제 2발진신호(VCO2)에 대해서는, 상기 제 2PLL(101)이 제 2발진신호(VCO2)에 대한 기준신호와 상기 탱크회로로부터의 출력신호를 상호 비교한 후 그 차에 따른 소정의 제어전압을 상기 탱크회로(105)에 인가함에 따라 상기 탱크회로(105)는 그 통과 주파수대역이 설정된 제 2발진신호(VCO2)의 주파수가 되도록 제어된다.
따라서, 상기 탱크회로로 입력되는 다양한 주파수신호를 포함하는 외부잡음과 궤환 입력되는 신호들중에서 상기 주파수 대역(제 2발진신호의 주파수로 제어됨)내의 신호만이 통과하게 된다.
이렇게 상기 탱크회로(105)를 통과하는 잡음신호 또는 궤환신호는 상기 제 1혼합기(104)에 의해서 상기 국부발진기(103)로부터의 제 1발진신호(VCO1)와 하향 혼합된 후, 상기 저역통과 필터(105)를 지나면서 제 1발진신호(VCO1)와 제 2발진신호(VCO2)와의 차 주파수 신호인 중간주파수 신호(IF Out)를 발생시키게 된다.
이러한 중간주파수 신호(IF Out)와 제 1발진신호(VCO1)는 상기 제 2혼합기(107)를 통해 다시 상향 혼합되어 제 2발진신호(VCO2)로 변환되고, 이러한 제 2발진신호(VCO2)는 상기 증폭기(108)에 의해 그 신호레벨이 소정의 이득율로 증폭된 후 상기 탱크회로(105)로 궤환 입력된다.
이와 같은 궤환 증폭과정이 순환 반복됨에 따라 제 2발진신호(VCO2)는 설정된 주파수로 정제되고 충분한 신호레벨을 갖게 된다.
상기된 바와 같은 다중 신호 발생장치에 의하며, 단지 2개의 PLL회로(또는 듀얼 PLL)를 구성하여 3개 주파수의 신호를 출력할 수 있기 때문에 1개의 PLL의 절감 효과가 있으며, VCO1 out, VCO2 out, IF out 이 서로 연관 관계에 있으므로 이러한 연관 관계가 필요한 특정한 통신 방식에 있어 매우 유효한 장점을 갖게 된다.
또한, VCO2 out의 신호발생 원리가 종래와는 특이한 구조로 이뤄지고 있다.
즉, 일반적으로 Oscillator는 그 입력 주파수와 출력 주파수가 동일하게 이뤄지지만, 본 발명에 의하면 제 2혼합기(106)에서 그 입력주파수인 IF Out와 그 출력 주파수인 VCO2 Out가 서로 다르다는 것이다. 이러한 구조는 전압 제어 신호발진기(VCO)의 입장에서 볼 때 특정한 통신시스템에 있어서 잡음면에서 큰 효과를 나타낼 수 있다.
한편, 도 2는 본 발명에 따른 다중 신호 발생장치에 대한 다른 실시예를 도시한 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예는 제 1PLL(200), 제 2PLL(201), 국부발진기(203)와 제 1혼합기(204)를 포함하는 자기발진 혼합기(202), 탱크회로(205), 고역통과 필터(206), 제 2혼합기(207), 및 증폭기(208)로 이뤄진다.
상기 제 1PLL(200)과 국부 발진기(203)를 통해 제 1발진신호(VCO1)를 발생시키는 과정은 상기 도 1을 통해 설명된 바와 같다.
또한, 제 2발진신호(VCO2) 및 중간주파수 신호(IF)를 발생함에 있어서, 상기 제 2PLL(201)은 상기 탱크회로(205)의 통과대역을 궤환 제어하여 중간주파수의 신호(IF)가 통과되도록 하고, 상기 제 1혼합기(204)는 상기 탱크회로(205)로부터의 출력신호(IF 신호)와 상기 국부 발진기(203)로부터의 제 1발진신호(VCO1)를 상향혼합하여 제 2발진신호(VCO2)를 출력시키며, 상기 제 2혼합기(207)는 상기 제 1발진신호(VCO1)와 제 2발진신호(VCO2)를 하향 혼합하여 다시 중간주파수 신호(IF)를 발생시키고 이를 상기 탱크회로(205)로 궤환 입력하게 된다.
이때, 상기 제 1혼합기(204)의 출력단에는 고역통과 필터(206)를 구비함으로써, 상기 제 1혼합기(204)의 출력신호중 하향 혼합된 저주파수 성분을 제거하여 상향 혼합된 주파수만이 통과되도록 한다.
또한, 상기 제 2혼합기(207)의 출력단에는 중간주파수 신호(IF)의 이득레벨을 증대하기 위한 증폭기(208)를 구비함으로써 발생신호의 신호레벨을 증대시키고 특히 상기 탱크회로(205)가 저 주파수 대역인 중간 주파수에서 동작되는 대역통과 필터이기에 상대적으로 고주파 탱크회로보다 Q 값이 매우크기 때문에 주파수 선택성을 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 상기된 다른 실시예의 제 1, 제 2혼합기에 있어서 주파수 관계는 다음과 같다.
즉, 상향식 혼합기인 제 1혼합기(204)에서는 제 1발진신호 주파수(VCO1 Outfreq) + 중간주파수 신호(IF Outfreq) = 제 2발진신호 주파수(VCO2 Outfreq)로 되고, 하향식 혼합기인 제 2혼합기에서는 제 1발진신호 주파수(VCO1 Outfreq) - 제 2발진신호 주파수(VCO2 Outfreq) = 중간주파수 신호(IF Outfreq)의 관계로 이뤄진다.
본 발명은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.
상기한 바와 같이 이루어지는 본 발명에 의하면, 일반적으로 다수의 주파수 발생을 필요로하는 통신 시스템에 있어서 국부 발진기 및 PLL을 최소한으로 사용하고도 필요한 다수의 고주파신호를 출력할 수 있기 때문에 보다 효율적이고 집적화된 시스템을 설계할 수 있을 뿐만 아니라 부품수의 감소 및 가격인하를 도모할 수 있고, 다양한 주파수를 용이하게 발생시킬 수 있다.

Claims (5)

  1. 통신시스템의 신호 발생장치에 있어서,
    제 1PLL을 통해 국부 발진기를 전압제어하여 제 1발진신호를 발생시키고,
    제 2PLL에 의해 전압제어되어 통과주파수 대역이 결정되는 탱크회로와, 상기 탱크회로의 통과신호와 상기 제 1발진신호를 혼합하여 출력신호의 주파수를 변환하는 제 1혼합기와, 상기 제 1혼합기로부터의 출력신호와 상기 제 1발진신호를 혼합하여 상기 탱크회로의 통과신호를 다시 출력한 후 이를 상기 탱크회로에 궤환 입력하는 제 2혼합기를 포함하며,
    상기 제 1혼합기와 상기 제 2혼합기는 서로 다른 혼합방향을 갖는 것을 특징으로 하는 다중 신호 발생장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2PLL에 의해 상기 탱크회로가 제 2발진신호를 통과시키도록 제어됨에 따라,
    상기 제 1혼합기는 상기 탱크회로를 통과하는 제 2발진신호와 상기 제 1발진신호를 하향 혼합한 후, 그 출력단에 구비되는 저역통과 필터를 통해 중간주파수 신호를 출력하고,
    상기 제 2혼합기는 상기 제 1발진신호와 상기 중간주파수 신호를 상향 혼합하여 다시 제 2발진신호를 출력하고 이를 상기 탱크회로에 궤환 입력하는 것을 특징으로 하는 다중 신호 발생장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2PLL에 의해 상기 탱크회로가 중간주파수 신호를 통과하도록 제어됨에 따라,
    상기 제 1혼합기는 상기 탱크회로를 통과하는 중간주파수 신호와 상기 제 1발진신호를 상향 혼합한 후, 그 출력단에 구비되는 고역통과 필터를 통해 제 2발진신호를 출력시키고,
    상기 제 2혼합기는 상기 제 1발진신호와 상기 제 2발진신호를 하향 혼합하여 다시 중간주파수 신호를 출력하고 이를 상기 탱크회로에 궤환 입력하는 것을 특징으로 하는 다중 신호 발생장치.
  4. 제 1항내지 제 3항중 어느 한항에 있어서, 상기 제 2혼합기의 출력단 또는 상기 탱크회로의 출력단에 증폭기를 더 구비하여 신호레벨을 증가시키는 것을 특징으로 하는 다중 신호 발생장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 제 1혼합기와 상기 국부 발진기를 자기발진 혼합기(self oscillating mixer)로 구성하는 것을 특징으로 하는 다중 신호 발생장치.
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