KR100415567B1 - 더블 컨버젼방식 알에프 튜너 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 TV, 케이블모뎀 및 CATV등에 적용될 수 있는 더블 컨버젼방식 알에프(이하,"RF"라 함) 튜너에 관한 것으로, 본 발명은 더블 컨버젼방식 RF 튜너에 있어서, 입력신호에 연결된 입력단(210); 상기 입력단(210)에 접속한 입력을 갖는 저역통과필터(220); 기준주파수를 갖는 수정발진기(240); 제1 실리콘 기판에 집적회로로 형성되며, 상기 저역통과필터(220)의 출력에 접속한 입력을 갖고, 상기 저역통과필터(220)의 출력신호의 주파수를 업 컨버젼 하는 업 컨버젼 블록(232)과, 제2 실리콘 기판에 집적회로로 형성되며, 상기 업 컨버젼 블록(232)의 출력에 접속한 입력을 갖고, 상기 업 컨버젼 블록(232)의 출력신호의 주파수를 다운 컨버젼 하는 다운 컨버젼 블록(234)을 포함하며, 상기 업 컨버젼 블록(232)이 집적화된 제1 실리콘 기판과 상기 다운 컨버젼 블록(234)이 집적화된 제2 실리콘 기판을 하나의 패키지로 제작한 튜너부(230); 상기 업 컨버젼 블록(232)의 출력에 연결한 입력과 상기 다운 컨버젼 블록(234)의 입력에 연결한 출력을 갖는 제1 SAW필터(250); 상기 다운 컨버젼 블록(234)의 출력에 연결한 입력을 갖는 제2 SAW필터(260)를 구비하며, 이와 같이 구성된 본 발명에 의하면, 업 컨버젼 블록과 다운 컨버젼 블록을 각각 서로 다른 실리콘 기판(WAFER CHIP)에 형성시켜 하나의 패키지로 구현함으로서, 상기 두 컨버젼 블록을 물리적으로 분리시킴에 따라, 두 컨버젼 블록간의 간섭을 줄일 수 있고, 또한, 튜너의 성능을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 TV, 케이블모뎀 및 CATV등에 적용될 수 있는 더블 컨버젼방식 알에프(이하,"RF"라 함) 튜너에 관한 것으로, 특히 업 컨버젼 블록과 다운 컨버젼 블록을 각각 서로 다른 실리콘 기판(WAFER CHIP)에 형성시켜 하나의 패키지로 구현함으로서, 상기 두 컨버젼 블록을 물리적으로 분리시킴에 따라, 두 컨버젼 블록간의 간섭, 즉 기판간 상호작용(substrate coupling) 현상을 줄일 수 있고, 이에 따라 튜너의 성능을 향상시킬 수 있도록 하는 더블 컨버젼방식 RF 튜너에 관한 것이다.
일반적으로, 더블 컨버젼 방식 RF 튜너(DOUBLE CONVERSION TYPE RF TUNER)는 TV, 케이블모뎀 및 CATV등에 적용될 수 있는 튜너로서, 여기서, 더블 컨버젼 방식은 업다운 컨버젼 방식이라 하기도 하는데, 이는 입력신호의 주파수를 업(UP)시키는 업 컨버젼 블록(UP CONVERSION BLOCK)과, 이 업 컨버젼 블록의 주파수를 다시 다운 시키는 다운 컨버젼 블록(DOWN CONVERSION BLOCK)으로 이루어진다. 이러한 더블 컨버젼 방식을 채택하는 이유는 1차 IF를 1GHz 대로 높여서, 입력되는 RF신호, 다른 기기에 접속되어 있는 케이블상의 RF신호 등과 같은 50MHz~860MHz 범위의 RF신호와의 간섭을 원천적으로 방지하기 위함이다.
이러한 더블 컨버젼(double conversion) RF 튜너는 통상적으로 두 가지 주요 부분으로 구성된다. 첫 째는 RF 신호를 RF 신호대역보다 높은 중간주파수(1차 IF 주파수)로 주파수 변환하는 부분(Up Block)이며, 둘 째는 1차 IF 주파수로부터 두번째 중간주파수(2차 IF 주파수)로 주파수 변환하는 부분(Down Block)이다. 현재까지의 더블 컨버젼 RF 튜너의 개발추세는 실리콘(silicon) 기판위에 업블럭/다운블럭의 2-칩(CHIP) 2-패키지(PACKAGE)에서 1-칩(CHIP) 1-패키지(PACKAGE)로 변화되고 있으며, 특히, 2001년 이후 케이블 모뎀(cable modem)용 더블 컨버젼 RF 튜너는 1-칩 1-패키지 형태가 주류를 이루고 있다.
한편, 실리콘 기판위에 제작되는 더블 컨버젼 RF 튜너의 성능에 영향을 미치는 요소 중에 하나로 실리콘 기판을 통한 상호작용(SC: Substrate Coupling)으로 인한 신호의 왜곡을 들 수 있다. 일부 제품에서는 이러한 실리콘 기판의 단점을 개선하기 위해서 SOI(Silicon On Insulator) 등과 같은 특수한 공정기술을 적용하여 실리콘 기판의 단점을 극복하고자 하고 있다.
상기 실리콘 기판간 상호작용(SC: Substrate Coupling)에 대해서 간단히 설명하면, CMOS 공정의 기판(Substrate)은 GaAs 와 같은 화합물이나 SOI 와 같은 공정에 비해서 저항값이 작다. 특히 CMOS 공정에는 내재되어 있는 래치업(latch-up) 현상을 방지하기 위해서 대부분 고밀도 도핑 기판(heavily-doped substrate)이 사용되고 있는데, 이러한 저 저항성 기판(low resistive substrate)은 회로내의 많은 소자들간의 기생적인 연결통로를 제공하게 된다. 이로 인해 신호가 왜곡되는 문제가 발생되고 있으며, 이러한 현상을 "Substrate Coupling" 또는 "Substrate Noise"(이하, "SC: Substrate Coupling"라고 함)라고 하며, 이는 아날로그/디지탈혼합 IC에서 매우 중요한 문제가 된다.
그러나, 이러한 특수공정은 튜너의 생산단가를 높임으로써 당초 예상했던 제조원가의 인하를 기대하는데 어려움이 있다. 또한, 기존의 1-칩 1-패키지 제품들은 신호왜곡 특성 규격을 만족하기 위해서 대략 1.5~2W 정도의 전력을 소모하고 있어 PCB 및 응용회로 설계에 있어서 히트싱크(heat sink)에 특별한 주의를 요하고 있다. 실리콘 기판을 이용한 더블 컨버젼 RF 튜너를 제작하는 데에는 제조비용을 감소하기 위하여 사용소자 수를 최소한으로 줄일 수 있는 1-패키지 형태가 바람직하며, 실리콘 기판의 단점인 상호작용(SC)을 줄이기 위한 방법이 적용되어야 한다.
이러한 더블 컨버젼 방식을 채택하고 있는 종래의 RF 튜너중 일예가 도 1에 도시되어 있다.
도 1은 종래의 더블 컨버젼방식 RF 튜너의 구성도로서, 도 1을 참조하면, 종래의 더블 컨버젼방식 RF 튜너는 입력신호에 연결된 입력단(110)과, 상기 입력단(110)에 접속한 입력을 갖는 저역통과필터(120)와, 기준주파수를 갖는 수정발진기(140)와, 상기 저역통과필터(120)의 출력신호를 상기 수정발진기(140)의 주파수에 기초해서 업 컨버젼 및 다운 컨버젼을 수행하는 튜너부(130)와, 상기 튜너부(130)의 업 컨버젼 신호를 대역통과시키는 제1 SAW필터(150)와, 상기 투너부(130)의 출력을 대역통과시키는 제2 SAW필터(160)와, 상기 제2 SAW필터(160)의 출력에 연결한 입력을 갖는 IF AGC(170)로 이루어져 있다.
상기 튜너부(130)는 상기 저역통과필터(120)의 출력에 연결한 입력을 갖는 RF AGC(131)와, 상기 수정발진기(140)의 출력에 연결한 입력을 갖는 기준 발진기(132)와, 상기 기준 발진기의 출력에 접속한 입력을 갖는 제1 PLL(133)와, 상기 제1 PLL의 출력에 연결한 입력을 갖는 제1 국부발진기(135)와, 상기 RF AGC(131)의 출력에 연결한 제1 입력과 상기 제1 국부 발진기(135)의 출력에 연결한 제2 입력을 갖고, 상기 제1 SAW필터(150)의 입력에 연결한 출력을 갖는 업 믹서(137)와, 상기 제1 SAW필터(150)의 출력에 연결한 입력을 갖는 증폭부(138)와, 상기 기준 발진기의 출력에 접속한 입력을 갖는 제2 PLL(134)과, 상기 제2 PLL의 출력에 연결한 입력을 갖는 제2 국부발진기(136)와, 상기 증폭부(138)의 출력에 연결한 제1 입력과 상기 제2 국부 발진기의 출력에 연결한 제2 입력을 갖고, 상기 제2 SAW필터(160)의 입력에 연결한 출력을 갖는 다운 믹서(139)를 포함한다.
이러한 종래의 더블 컨버젼방식 RF 튜너에서, 원칩 원패키지로 제작된 튜너부(130)는 하나의 실리콘 기판에 상기한 모든 구성을 집적화시켜서 하나의 팩키지로 형성함으로서, 고밀도화로 인한 컴팩트화를 달성할 수 있고, 또한 팩키지화로 인하여 주변 노이즈로부터의 영향을 배제시킬 수 있는 장점이 있다. 즉, RF AGC가 포함되어 RF의 주요 부분이 모두 하나의 실리콘 기판위에 집적되어 있다. 튜너부의 주요 RF 부분을 집적화 함으로써 PCB 소요 면적 및 요구되는 외장소자의 수를 최대한으로 억제함으로써 제조원가를 상당히 줄일 수 있는 구조이다.
그러나, 이와 같은 종래의 더블 컨버젼 방식 RF 튜너는 하나의 실리콘 기판, 즉 하나의 기판에 2개의 믹서 및 2개의 국부발진기가 형성됨에 의해서, 2개의 국부발전기간의 고조파 간섭이 발생될 수 있고, 또한, 믹서의 출력 주파수와 국부발진기의 주파수의 고조파 간섭이 발생할 수 있으며, 이러한 주파수 간섭에 따른 성능저하를 초래시키는 문제점이 있다. 즉, 아날로그와 디지탈이 혼재되어 있는 실리콘 집적회로이므로 내재적으로 상호작용(SC)에 의한 성능저하요인을 가지고 있는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서는 여러 가지 측면에서 연구 및 개발이 이루어질 수 있는데, 예를 들면 다음의 5가지 방안을 고려할 수 있다.
1) 차동-모드(differential-mode)로 회로를 구현하는 방안으로, 이 방안에 의하면, 기판간 상호작용(SC)이 공통모드 신호가 되므로 영향을 덜 받게 된다.
2) 상보적 클럭 분리(complementary clock distribution) 방안으로, 이 방안에 의하면, 디지털 신호와 클럭을 상보적으로 배치하여 기판간 상호작용(SC)의 합을 적어지도록 할 수 있다.
3) 본딩 와이어 임피던스 최소화(Minimize bond wire inductance) 방안이다.
4) 가드링(guard rings) 방안으로, 이 방안은 기판에 발생한 전하 캐리어에낮은 임피던스의 접지 경로(ground path)를 제공하는 것으로서 기판 타이(tie)를 링형태로 만든 것이다.
5) 물리적 분리(Physical separation) 방안으로, 이 방안은 기판간 상호작용(SC)에 영향받기 쉬운 블록을 노이즈원(noise source)으로부터 가능한한 멀리 떨어지게 배치함으로서 영향을 줄일 수 있다.
상기한 방안중 본 발명에서는 5)번의 방안에 대해서 중점적으로 개발 및 연구를 하였으며, 그 결과로 하기에 기술되는 바와 같은 바람직한 실시형태를 발명하게 되었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 따라서, 본 발명의 목적은 업 컨버젼 블록과 다운 컨버젼 블록을 각각 서로 다른 실리콘 기판(WAFER CHIP)에 형성시켜 하나의 패키지로 구현한 더블 컨버젼방식 RF 튜너를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 업 컨버젼 블록과 다운 컨버젼 블록을을 물리적으로 분리시킴에 따라, 두 컨버젼 블록간의 간섭, 즉 기판간 상호작용(substrate coupling) 현상을 줄일 수 있고, 이에 따라 튜너의 성능을 향상시킬 수 있도록 하는 더블 컨버젼방식 RF 튜너를 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 더블 컨버젼방식 RF 튜너의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 해당하는 더블 컨버젼방식 RF 튜너의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 해당하는 더블 컨버젼방식 RF 튜너의 구성도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
210,310 : 입력단 220,320 : 저역통과필터
230,330 : 튜너부 232 : 업 컨버젼 블럭
234 : 다운 컨버젼 블록 240,340 : 수정발진기
250,350 : 제1 SAW필터 260,360 : 제2 SAW필터
331 : PLL 블록 333 : 업 컨버젼 블록
335 : 다운 컨버젼 블록
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로써, 본 발명의 튜너는 더블 컨버젼방식 RF 튜너에 있어서, 입력단에 접속되어 입력신호를 사전에 설정된 저역으로 통과시키는 저역통과필터; 사전에 설정된 기준주파수를 생성하는 수정발진기; 제1 실리콘 기판에 집적회로로 형성되며, 상기 저역통과필터의 출력에 접속한 입력을 갖고, 상기 저역통과필터의 출력신호의 주파수를 업 컨버젼 하는 업 컨버젼 블록과, 제2 실리콘 기판에 집적회로로 형성되며, 상기 업 컨버젼 블록의 출력에 접속한 입력을 갖고, 상기 업 컨버젼 블록의 출력신호의 주파수를 다운 컨버젼 하는 다운 컨버젼 블록을 포함하며, 상기 업 컨버젼 블록이 집적화된 제1 실리콘 기판과 상기 다운 컨버젼 블록이 집적화된 제2 실리콘 기판을 하나의 패키지로 제작한 튜너부; 상기 업 컨버젼 블록의 출력에 연결한 입력과 상기 다운 컨버젼 블록의 입력에 연결한 출력을 갖는 제1 SAW필터; 상기 다운 컨버젼 블록의 출력에 연결한 입력을 갖는 제2 SAW필터를 구비함을 특징으로 한다.
여기서, 본 발명의 기술적인 사상은 더블 컨버젼 방식을 채택하는 싱글 패키지타입 튜너에서, 적어도 업 컨버젼 블록과 다운 컨버젼 블록 사이에서의 주파수 간섭, 즉 기판간 상호작용(substrate coupling) 현상을 줄도록 하여 이 주파수 간섭에 의한 고조파 노이즈를 제거할 수 있도록 한 것이다.
이하, 본 발명에 따른 더블 컨버젼방식 RF 튜너에 대하여 첨부도면을 참조하여 그 구성 및 작용을 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 해당하는 더블 컨버젼방식 RF 튜너의 구성도로서, 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 해당하는 더블 컨버젼방식 RF 튜너는 입력단(210)에 접속되어 입력신호를 사전에 설정된 저역으로 통과시키는 저역통과필터(220)와, 사전에 설정된 기준주파수를 생성하는 수정발진기(240)와, 상기 저역통과필터(220)의 출력신호를 상기 수정발진기(240)의 기준 주파수에 기초해서 업 컨버젼 및 다운 컨버젼을 수행하는 튜너부(230)와, 상기 튜너부(230)의 업 컨버젼 출력에 연결한 입력과 상기 다운 컨버젼 블록(234)의 입력에 연결한 출력을 갖는 제1 SAW필터(250)와, 상기 튜너부(230)의 다운 컨버젼 출력에 연결한 입력을 갖는 제2 SAW필터(260)로 구성한다.
상기 튜너부(230)는 제1 실리콘 기판에 집적회로로 형성되며, 상기 저역통과필터(220)의 출력에 접속한 입력을 갖고, 상기 저역통과필터(220)의 출력신호의 주파수를 업 컨버젼 하는 업 컨버젼 블록(232)과, 제2 실리콘 기판에 집적회로로 형성되며, 상기 업 컨버젼 블록(232)의 출력에 접속한 입력을 갖고, 상기 업 컨버젼 블록(232)의 출력신호의 주파수를 다운 컨버젼 하는 다운 컨버젼 블록(234)을 포함하며, 상기 업 컨버젼 블록(232)이 집적화된 제1 실리콘 기판과 상기 다운 컨버젼 블록(234)이 집적화된 제2 실리콘 기판을 하나의 패키지로 제작한다.
상기 튜너부(230)의 업 컨버젼 블록(232)은 상기 저역통과필터(220)의 출력에 연결한 입력을 갖는 RF AGC(21)와, 상기 수정발진기(240)의 출력에 연결한 입력을 갖는 제1 기준 발진기(22)와, 상기 제1 기준 발진기(22)의 출력에 접속한 입력을 갖는 제1 PLL(23)와, 상기 제1 PLL(23)의 출력에 연결한 입력을 갖는 제1 국부발진기(24)와, 상기 RF AGC(21)의 출력에 연결한 제1 입력과 상기 제1 국부 발진기(24)의 출력에 연결한 제2 입력을 갖고, 상기 제1 SAW필터(250)의 입력에 연결한 출력을 갖는 업 믹서를 포함한다.
상기 튜너부(230)의 다운 컨버젼 블록(234)은 상기 제1 SAW필터(250)의 출력에 연결한 입력을 갖는 LNA(41)와, 상기 수정발진기(240)의 출력에 연결한 입력을 갖는 제2 기준 발진기(42)와, 상기 제2 기준 발진기(42)의 출력에 접속한 입력을 갖는 제2 PLL(43)와, 상기 제2 PLL(43)의 출력에 연결한 입력을 갖는 제2 국부발진기(44)와, 상기 LNA(41)의 출력에 연결한 제1 입력과 상기 제2 국부 발진기의 출력에 연결한 제2 입력을 갖고, 상기 제2 SAW필터(260)의 입력에 연결한 출력을 갖는 다운 믹서(45)와, 상기 제2 SAW필터(260)의 출력에 연결한 입력을 갖는 IF AGC(46)를 포함한다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 해당하는 더블 컨버젼방식 RF 튜너의 구성도로서, 도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 해당하는 더블 컨버젼방식 RF 튜너는 입력단(310)에 접속되어 입력신호를 사전에 설정된 저역으로 통과시키는 저역통과필터(320)와, 사전에 설정된 기준주파수를 생성하는 수정발진기(340)와, 상기 저역통과필터(320)의 출력신호를 상기 수정발진기(340)의 기준 주파수에 기초해서 업 컨버젼 및 다운 컨버젼을 수행하는 튜너부(330)와, 상기 튜너부(330)의 업 컨버젼 출력에 연결한 입력과 상기 튜너부(330)의 다운 컨버젼 입력에 연결한 출력을 갖는 제1 SAW필터(350)와, 상기 튜너부(330)의 다운 컨버젼 출력에 연결한 입력을 갖는 제2 SAW필터(360)로 구성한다.
상기 튜너부(330)는 제1 실리콘 기판에 집적회로로 형성되며, 상기 수정발진기(340)에 연결한 입력을 갖고, 상기 수정발진기(340)의 주파수를 기준주파수로 하여 국부 발진기의 위상을 제어하는 PLL 블록(331)과, 제2 실리콘 기판에 집적회로로 형성되며, 상기 저역통과필터(320)의 출력에 접속한 제1 입력을 갖고, 상기 PLL 블록(331)의 출력에 연결한 제2 입력을 갖으며, 상기 PLL 블록(331)의 위상제어에 따라 상기 저역통과필터(320)의 출력신호의 주파수를 업 컨버젼 하는 업 컨버젼 블록(333)과, 제3 실리콘 기판에 집적회로로 형성되며, 상기 업 컨버젼 블록(333)의 출력에 접속한 제1 입력을 갖고, 상기 PLL 블록(331)의 출력에 연결한 제2 입력을 갖으며, 상기 PLL 블록(331)의 위상제어에 따라 상기 업 컨버젼 블록(332)의 출력신호의 주파수를 다운 컨버젼 하는 다운 컨버젼 블록(335)을 포함하며, 상기 PLL 블록(331)이 집적회된 제1 실리콘 기판과, 상기 업 컨버젼 블록(332)이 집적화된 제2 실리콘 기판과 상기 다운 컨버젼 블록(334)이 집적화된 제3 실리콘 기판을 하나의 패키지로 제작한다.
상기 튜너부(330)의 PLL 블록(331)은 상기 수정발진기(340)의 출력에 연결한입력, 제1 및 제2 출력을 갖는 기준 발진기(11)와, 상기 기준 발진기(11)의 제1 출력에 접속한 입력을 갖는 제1 PLL(12)과, 상기 기준 발진기의 제2 출력에 접속한 입력을 갖는 제2 PLL(13)를 포함한다.
상기 튜너부(330)의 업 컨버젼 블록(333)은 상기 저역통과필터(320)의 출력에 연결한 입력을 갖는 RF AGC(31)와, 상기 PLL 블록(331)의 제1 PLL(12)의 출력에 연결한 입력을 갖는 제1 국부발진기(32)와, 상기 RF AGC(31)의 출력에 연결한 제1 입력과 상기 제1 국부 발진기의 출력에 연결한 제2 입력을 갖고, 상기 제1 SAW필터(350)의 입력에 연결한 출력을 갖는 업 믹서(33)를 포함한다.
상기 튜너부(330)의 다운 컨버젼 블록(335)은 상기 제1 SAW필터(350)의 출력에 연결한 입력을 갖는 LNA(51)와, 상기 PLL 블록(331)의 제2 PLL(13)의 출력에 연결한 입력을 갖는 제2 국부발진기(52)와, 상기 LNA(51)의 출력에 연결한 제1 입력과 상기 제2 국부 발진기의 출력에 연결한 제2 입력을 갖고, 상기 제2 SAW필터(360)의 입력에 연결한 출력을 갖는 다운 믹서(53)와, 상기 제2 SAW필터(360)의 출력에 연결한 입력을 갖는 IF AGC(54)를 포함한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 각 실시예에 동작을 첨부도면에 의거하여 하기에 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 대해서 간단히 설명하면, 현재 사용되고 있는 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)는 대부분 래치-업(latch-up) 현상을 방지하기 위하여 고밀도 도핑 기판(heavily-doped substrate)을 사용하고 있으며, 이러한 고밀도 도핑 기판은 수직(vertical) 구조상 저항이 작기 때문에 전기적으로 공통노드로 작용한다. 그리고, 싱글-칩(single-chip)상에서 전기적 분리(isolation) 용도로 사용되는 가드-링(guard-ring), n-우물 가드(n-well guard) 등은 고밀도 도핑 기판에서는 에픽택셜-층(epitaxial layer)(수 μm) 두께의 4배이상 떨어지면 큰 효과를 얻기가 어렵다는 공정상의 난점으로, 본 발명에서는 기본적으로 업 컨버젼 블록과 다운 컨버젼 블록을 분리하였다. 이에 대해서 각 실시예에 대해서 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 해당하는 더블 컨버젼방식 RF 튜너는 집적화된 더블 컨버젼 튜너부(230)을 포함하고 있는데, 이 튜너부(230)에 인가되는 신호는 입력단(210)을 통한후 저역통과필터(220)를 통하여 수신대역 이상의 주파수 성분이 제거된다. 이후, 이 저역통과필터(220)을 통과한 신호는 튜너부(230)의 업 컨버젼 블록(232)의 RF AGC(21)에 인가되며, 이 RF AGC(21)는 다운 컨버젼 블록(234)의 IF AGC(45)와 연동되어 튜너부(230)의 전체 이득(gain)을 조절하는데, 이 RF AGC(21)는 광대역의 텔레비젼 방송파 수신 대역이나 케이블 데이타 수신대역에 걸쳐 튜너부(230)의 선형성과 잡음특성을 조절한다. 이때, RF 신호의 신호레벨이 케이블(cable)의 경우에는 약 30dB, 지상파 방송의 경우에는 80dB의 변화를 가지고 있는데, 이러한 입력 신호의 레벨에 따라서 튜너부(230)의 최종 출력신호의 레벨을 일정하게 조절하는 기능을 한다.
업 믹서(25)는 상기 RF AGC(21)와 제1 국부발진기(local oscillator)(24)의 출력신호를 입력으로 하여, 1번째 IF 주파수를 생성한다. 이 믹서(25)로부터 생성된 1차 IF 신호는 SAW필터부(250)로 인가되어 원하는 채널 선택 및 이미지 신호를 제거하게 된다. 이 SAW필터부(250)의 이미지 신호 제거 정도에 따라서 다운 컨버젼 블럭(234)의 이미지 제거 특성이 결정된다. 이러한 튜너부(230)의 업 컨버젼 블록(232)는 광대역의 수신신호를 저역통과필터(220), RF AGC(21), 믹서(25)를 통하여 선택된 채널이 1차 IF 주파수로 옮겨지며, SAW필터(250)에 의해서 인접채널 및 이미지 신호를 감쇄하게 된다.
상기 업 컨버젼 블록(232)에 의한 1차 IF 주파수의 신호는 다운 컨버젼 블럭(234)에 의해서 40~50MHz 대역의 2차 IF 주파수로 변환되는데, 여기서, 1차 IF 및 2차 IF 주파수에 따라서 제1 국부발진기(24) 및 제2 국부발진기(44)의 주파수가 결정되며, 주파수관점에서 상기 업 컨버젼 블록(232)은 RF 신호를 1차 IF 주파수로 업-컨버젼(up-conversion)하며, 상기 다운 컨버젼 블럭(234)은 1차 IF 주파수의 신호를 2차 IF 주파수로 다운-컨버젼(down-conversion)한다.
상기 다운 컨버젼 블록(234)의 LNA(41), 다운 믹서(45)를 통해서 2차 IF 주파수로 변환된 신호는 SAW필터(260)를 통하여 선택도가 증가된 후 IF AGC(46)를 통하여 신호레벨이 적절히 조절되어 튜너부(230)의 최종 출력으로써 복조부분으로 전달된다. 상기 IF AGC(46)는 상기 RF AGC(21)와 연동되어 복조기 입력단에서 요구되는 신호의 레벨을 RF 입력레벨 및 온도 등에 무관하게 제공하는 역할을 한다. 그리고, RF AGC(21) 및 IF AGC(46)의 제어신호는 복조기로부터 인가되며, 복조기에 설정된 지연점(delay point)에 의해서 RF/IF AGC 기능을 수행하게 된다.
그리고, 제1,제2 국부발진기(24,44)는 제1,제2 PLL(23,43) 각각에 의해서 각각 조정되며, 제1,제2 기준 발진기(reference oscillator)(22,42)는 수정발진기(crystal)(240)로부터 구동되며, 상기 제1,제2 PLL(23,43)의 기준신호를 공급한다. 이 제1,제2 PLL(23,43)은 I2C 버스(bus)를 통하여 기준 주파수 설정 및 튜너의 상태확인, 그리고 PLL회로 조절상태 등이 제어된다.
전술한 바와 같은 본 발명의 제1실시예에 있어서, 튜너부(230)는 실리콘 기판의 상호작용(SC) 효과를 제거하기 위하여, 업 컨버젼 블록(232)과 다운 컨버젼 블록(234)이 서로 다른 실리콘 기판위에 제작되었으며, MCM 기법을 적용하여 하나의 패키지로 구현하여 PCB 면적 및 제조단가를 줄일 수 있다.
참고적으로, MCM 기법이란, multichip module(멀티칩 모듈)의 약어로서, 여러 기능을 갖는 칩들을 모아 포장 크기를 줄이거나 빠른 전송 속도와 시스템 설계를 손쉽게 할 목적으로 하나의 패키지로 만든 모듈 제작기법으로서, 피상적으로는 단일 칩(one chip)처럼 보이나 내부는 상호 관련이 있는 칩끼리 가깝게 놓고 직접 칩끼리 도선에 의해 연결되어 있다. 칩들은 도선으로 연결되지 않은, 즉 외부 패키지를 하지 않는 베어(bare)상태에서 특수한 하나의 기판에 조립된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 의한 더블 컨버젼 RF 튜너(230)는 업 컨버젼 블럭(232)과 다운 컨버젼 블록(234)을 물리적으로 분할함으로써, 실리콘 기판을 통한 누화(crosstalk, 또는 혼신)로 인하여 성능이 저하되는 것을 방지하였다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 해당하는 더블 컨버젼방식 RF 튜너는 상술한 바와 같은 본 발명의 제1 실시예에 해당하는 더블 컨버젼방식 RF 튜너와 회로 구성 및 그 작용이 거의 동일하고, 제1 실시에와 제2 실시예의 차이점중 하나는 튜너부(330)에 PLL 블록(331), 업 컨버젼 블록(333), 다운 컨버젼 블록(335)을 3개의 독립된 칩(CHIP)으로 구성되며, 이들 3-칩이 MCM 기법으로 하나의 패키지 안에 구성되어 있는 것이다.
이러한 본 발명의 제2 실시예에 해당하는 더블 컨버젼방식 RF 튜너에 있어서도, PLL 블록(331), 업 컨버젼 블록(333), 다운 컨버젼 블록(335) 각각이 상호 물리적으로 분할됨으로써, 실리콘 기판을 통한 누화(crosstalk, 또는 혼신)로 인하여성능이 저하되는 것을 방지하였다.
다른 한편, 실리콘 기술을 이용한 집적회로 기술이 미세화 되면서, 집적회로의 집적도 및 칩 사이즈(chip size)가 증가되고 있다. 그러나, 칩 사이즈가 커지고, 최소 선폭이 감소할수록 집적회로의 수율(yield)은 감소할 가능성이 증가된다. 따라서, 더블 컨버젼 RF 튜너도 1-칩화 되면서 칩 사이즈가 증가함으로써 기존의 2-칩 또는 3-칩의 경우에 비해서 집적도가 증가되고, PCB 면적이 감소하는 장점은 있으나, 수율이 떨어질 가능성이 증가된다. 그러나, MCM 기법을 적용하여 1-칩의 경우보다 훨씬 작은 칩 사이즈로 집적회로를 제작함으로써 칩 사이즈가 커짐으로써 발생할 수 있는 수율의 감소현상을 줄일 수 있으며, MCM 기법을 적용함으로써 발생되는 추가적인 제작비용도 수율의 상승으로 인하여 보상될 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 제1 실시에에 해당하는 2칩 1패키지 또는 본 발명의 제2 실시에에 해당하는 3칩 1패키지의 RF 튜너는 텔레비전 튜너뿐만 아니라, 케이블 모뎀튜너등과 같이, RF신호를 송수신하는 셋탑박스의 튜너에 적용될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 업 컨버젼 블록과 다운 컨버젼 블록을 각각 서로 다른 실리콘 기판(WAFER CHIP)에 형성시켜 하나의 패키지로 구현함으로서, 상기 두 컨버젼 블록을 물리적으로 분리시킴에 따라, 두 컨버젼 블록간의 간섭을 줄일 수 있고, 또한, 튜너의 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 기판 상호작용 효과에 의한 노이즈 전압은 기판 접지 임피던스에 의해서 결정되며, 이 노이즈는 하나의 팩키지에 싱글칩으로 구현하는 경우, 업 컨버젼 블록과 다운 컨버젼 블록의 노이즈 성분이 모두 합해져서 더욱 큰 노이즈 성분으로 형성되는데, 상술한 본 발명의 각 실시예에서 보인 바와 같이, 적어도 2개의 칩으로 물리적으로 분리하고, 이 분리된 독립적인 파워/접지를 사용하면, 최소한 업 컨버젼 블록과 다운 컨버젼 블록 노이즈가 기판을 통해서 전달되는 현상을 방지할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 제2 실시예에서, 튜너의 디지털 부분은 PLL에 국한되기 때문에 업/다운 컨버젼 블록간의 간섭 뿐만 아니라, 디지털 부분에서 발생하는 간섭 원인도 효과적으로 제한할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 구체적인 실시 예에 대한 설명에 불과하고, 본 발명은 이러한 구체적인 실시 예에 한정되지 않으며, 또한, 본 발명에 대한 상술한 구체적인 실시 예로부터 그 구성의 다양한 변경 및 개조가 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
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- 더블 컨버젼방식 RF 튜너에 있어서,입력단(210)에 접속되어 입력신호를 사전에 설정된 저역으로 통과시키는 저역통과필터(320);사전에 설정된 기준주파수를 생성하는 수정발진기(340);제1 실리콘 기판에 집적회로로 형성되며, 상기 수정발진기(340)에 연결한 입력을 갖고, 상기 수정발진기(340)의 주파수를 기준주파수로 하여 국부 발진기의 위상을 제어하는 PLL 블록(331)과, 제2 실리콘 기판에 집적회로로 형성되며, 상기 저역통과필터(320)의 출력에 접속한 제1 입력을 갖고, 상기 PLL 블록(331)의 출력에 연결한 제2 입력을 갖으며, 상기 PLL 블록(331)의 위상제어에 따라 상기 저역통과필터(320)의 출력신호의 주파수를 업 컨버젼 하는 업 컨버젼 블록(333)과, 제3 실리콘 기판에 집적회로로 형성되며, 상기 업 컨버젼 블록(333)의 출력에 접속한 제1 입력을 갖고, 상기 PLL 블록(331)의 출력에 연결한 제2 입력을 갖으며, 상기 PLL 블록(331)의 위상제어에 따라 상기 업 컨버젼 블록(333)의 출력신호의 주파수를 다운 컨버젼 하는 다운 컨버젼 블록(335)을 포함하며, 상기 PLL 블록(331)이 집적회된 제1 실리콘 기판과, 상기 업 컨버젼 블록(333)이 집적화된 제2 실리콘 기판과 상기 다운 컨버젼 블록(335)이 집적화된 제3 실리콘 기판을 하나의 패키지로 제작한 튜너부(330);상기 업 컨버젼 블록(333)의 출력에 연결한 입력과 상기 다운 컨버젼 블록(234)의 입력에 연결한 출력을 갖는 제1 SAW필터(350);상기 다운 컨버젼 블록(335)의 출력에 연결한 입력을 갖는 제2 SAW필터(360)를 구비함을 특징으로 하는 더블 컨버젼방식 RF 튜너.
- 제4항에 있어서, 상기 튜너부(330)의 PLL 블록(331)은상기 수정발진기(240)의 출력에 연결한 입력, 제1 및 제2 출력을 갖는 기준 발진기(11);상기 기준 발진기(11)의 제1 출력에 접속한 입력을 갖는 제1 PLL(12); 및상기 기준 발진기(11)의 제2 출력에 접속한 입력을 갖는 제2 PLL(13)를 포함함을 특징으로 하는 더블 컨버젼방식 RF 튜너.
- 제4항에 있어서, 상기 튜너부(330)의 업 컨버젼 블록(333)은상기 저역통과필터(320)의 출력에 연결한 입력을 갖는 RF AGC(31);상기 PLL 블록(331)의 제1 PLL(12)의 출력에 연결한 입력을 갖는 제1 국부발진기(32); 및상기 RF AGC(31)의 출력에 연결한 제1 입력과 상기 제1 국부 발진기(32)의 출력에 연결한 제2 입력을 갖고, 상기 제1 SAW필터(350)의 입력에 연결한 출력을 갖는 업 믹서(33)를 포함하는 것을 특징으로 하는 더블 컨버젼방식 RF 튜너.
- 제4항에 있어서, 상기 튜너부(330)의 다운 컨버젼 블록(335)은상기 제1 SAW필터(350)의 출력에 연결한 입력을 갖는 LNA(51);상기 PLL 블록(331)의 제2 PLL(13)의 출력에 연결한 입력을 갖는 제2 국부발진기(52);상기 LNA(51)의 출력에 연결한 제1 입력과 상기 제2 국부 발진기(52)의 출력에 연결한 제2 입력을 갖고, 상기 제2 SAW필터(360)의 입력에 연결한 출력을 갖는 다운 믹서(53); 및상기 제2 SAW필터(360)의 출력에 연결한 입력을 갖는 IF AGC(54)를 포함하는 것을 특징으로 하는 더블 컨버젼방식 RF 튜너.
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