KR100464875B1 - 주파수 변환기 - Google Patents

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KR100464875B1
KR100464875B1 KR10-1999-0023916A KR19990023916A KR100464875B1 KR 100464875 B1 KR100464875 B1 KR 100464875B1 KR 19990023916 A KR19990023916 A KR 19990023916A KR 100464875 B1 KR100464875 B1 KR 100464875B1
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이타쿠라데츠로
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Abstract

본 발명은 주파수 변환기 및 변환방법에 관한 발명으로서, 정보의 통신을 위해 변조된 국부발진 신호 및 무선 주파수 입력 신호를 입력하고, 주파수 변환을 수행하는 믹서회로(11), 및 원하는 신호 주파수 대역보다 더 크고, 인접하는 채널 캐리어 주파수보다 낮은 컷-오프 주파수의 저역통과특성을 가지는 버퍼 증폭기(12)로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

주파수 변환기{FREQUENCY CONVERTER}
(1) 기술분야
본 발명은 다이렉트 변환 시스템(제로 및 IF 시스템) 또는 LOW-IF 시스템의 수신기에 적합한 주파수 변환기에 관한 것으로, 특히 케이블 통신 또는 무선 통신의 수신기에 사용되는 주파수 변환기에 관한 것이다.
(2) 관련기술설명
도 16에 도시된 회로는 종래의 다이렉트 변환 시스템 또는 LOW-IF 시스템의 수신기의 주파수 변환기로 알려져 있는 것이다. 이 주파수 변환기에서는 변조된 무선-주파수 신호가 믹서 회로(1)의 단자(RF)로부터 입력되고, 트랜지스터(Tr1)의 콜렉터 단자로부터 신호 전류로 출력된다. 한편, 국부발진 신호는 단자(LO)에 입력되어 트랜지스터(Tr2 및 Tr3)를 교대로 도전상태 및 절단상태로 변환시킨다.
이 때문에, 국부발진 주파수는 트랜지스터(Tr1)의 콜렉터로부터 출력된 신호를 트랜지스터(Tr2,Tr3)의 콜렉터에 교대로 분배하고, 무선-주파수 신호와 국부발진 신호의 승산이 실시된다.
따라서, 주파수-변환된 출력 전류가 트랜지스터(Tr2,Tr3)의 콜렉터로부터 출력되고, 부하회로(3)에서 전압으로 변환된다. 이 전압은 버퍼 증폭기(2)내에서 증폭되고, 작은 출력 임피던스를 갖는 출력 전압으로 출력된다. 무선 수신기에서, 주파수 변환기의 출력신호는 채널-선택 필터로 입력된다.
많은 경우에, 입력 신호가 전압 신호원으로부터 입력되는 것을 전제로 하고 있으므로, 집적회로로 만들어지는 능동 필터에는 주파수 변환기의 출력 단자에 대한 버퍼 증폭기(출력 버퍼)가 필요하다. 그러므로, 주파수 변환기는 믹서 회로 및 버퍼 증폭기로 구성되고, 채널-선택 필터는 이 버퍼-증폭기 출력 단자에 연결된다.
주파수 변환기의 출력 버퍼의 문제는 비.라자비(B.Razavi) 등의 "Design Consideration for Direct Conversion Receivers"(1997년 6월, Vol. 44, No. 6, IEEE 회로 및 시스템-Ⅱ 회보: 아날로그 및 디지털 신호 처리)에 기술되어 있다. 게다가, 출력 버퍼의 출력이 채널-선택 필터로 입력된 때, 필터를 설계된 대로 기능시키기 위해서는 주파수 변환기의 출력 버퍼가 만족해야 하는 조건이 몇가지 있다.
이러한 몇가지 조건 또는 트레이드 오프 중 종래 회로에서는 어려운 것으로서 이하의 4가지 점이 언급된다.
즉, 1) 믹서 회로의 출력 단자에서의 원하는 신호는 작은 값이다. 한편, 인접 채널의 신호는 예를 들면 원하는 신호와 비교하여 60㏈ 만큼 큰 것도 있다. 이것은 전압으로 1000 배이다. 출력 버퍼의 잡음을 원하는 신호보다 작게하고 원하는 신호 주파수 대역이 출력 버퍼 내에서 상호변조를 발생하지 않도록 하기 위해서는 큰 인접 신호의 입력이 있더라도 원하는 신호를 선형증폭할 필요가 있다.
2) 버퍼 증폭기의 컷-오프 주파수가 채널-선택 필터의 컷-오프 주파수에 영향을 미치지 않도록 버퍼 증폭기의 컷-오프 주파수를 채널-선택 필터의 컷-오프 주파수에 비교하여 충분히 높게 할 필요가 있다. 더욱이, 적어도 출력 버퍼의 컷-오프 주파수의 신호까지는 선형으로 증폭하는 것이 필요하고, 버퍼 증폭기의 전류 소비를 크게 할 필요가 있다.
3) 믹서 회로의 이득은 부하 회로의 병렬 임피던스 및 출력 버퍼의 입력 임피던스에 비례한다. 따라서, 가능한한 높은 이득을 얻기 위해서는, 출력 버퍼의 큰 입력 임피던스가 요구된다.
4) 출력 버퍼의 출력 임피던스는 채널-선택 필터의 통과대역의 이득 변화에 영향을 주지 않도록 채널-선택 필터의 입력 임피던스와 비교하여 충분히 작을 필요가 있다.
종래의 주파수 변환기의 출력 버퍼는 상술한 바와 같이 채널-선택 필터에 영향을 끼치지 않기 위해서 광대역 특성이 요구된다. 이 때문에, 인접 채널의 신호도 원하는 신호와 마찬가지로 증폭되어 버리기 때문에, 원하는 신호보다 훨씬 큰 레벨의 신호도 선형 증폭하는 것이 요구되고 있다.
한편, 채널-선택 필터는 다이렉트 변환 시스템 또는 LOW-IF 시스템에서 집적회로로서 실현될 수 있다. 집적회로 상의 채널-선택 필터로는 연산 증폭 회로 등을 사용하는 능동 필터가 사용된다.
이러한 능동 필터의 예는 다카하시(Takahashi) 등의 "1.9GHz Si Direct Conversion Receiver IC for QPSK Modulation Systems"(IEEE Transaction electronics, Vol.E79-C, No.5, 1996년 5월) 및 피. 제이. 장, 에이. 로푸가란(A. Rofougaran) 및 아사드 에이. 아비디(Asad A. Abidi)의 "A CMOS Channel-Select Filter for a Direct Conversion Wireless Receiver"(IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol.32, No.5, 722-729 페이지, 1997년 5월)에 개시되어 있다.
이러한 채널-선택 필터로는 2 이상의 블럭(block)으로 구성되는 필터를 사용하고 있고, 각 블럭은 인접 채널의 불필요한 신호를 제거하지는 못하지만, 전체적으로 원하는 특성을 실현하고 있다. 게다가, 이들 블럭은 원하는 신호를 증폭하는 기능도 가지고 있다. 즉, 원하는 신호의 증폭 및 불필요한 신호의 제거가 차례로 이루어진다.
예를 들어, 원하는 신호의 크기의 1000배인 인접 신호가 입력된 때 인접 신호를 제거하지 않고 10배로 증폭하면, 인접 신호는 전원 전압을 초과해 버린다고 가정하자. 이 경우도 필터 특성을 변경하여 원하는 신호를 10 배 증폭하고 인접 신호를 0.1 배 증폭함으로써 전원 전압을 초과하지 않는 신호를 얻을 수 있다.
주파수 선택 특성이 우수한 능동 필터는 양호한 잡음특성을 가지고 있지 않기 때문에, 비록 원하는 신호를 증폭하는 방법을 불필요한 신호를 제거한 후에 실시하더라도 이 방법에 의해 신호대잡음비(SNR)는 악화된다.
이 때문에, 완만한 주파수 특성의 필터를 사용하여 불필요한 신호를 약간 제거하는 단계와 원하는 신호를 약간 증폭하는 단계를 반복하는 구성을 취하는 경우가 많다.
2 이상의 블럭을 통과한 신호가 원하는 진폭 및 원하는 주파수 특성을 갖도록 각 블럭의 주파수 특성 및 이득은 잡음과의 밸런스로부터 결정된다.
따라서, 설계된 필터의 특성에 영향을 미치지 않도록 채널-선택 필터와 비교하여 큰 신호 통과대역을 갖는 주파수 변환기의 출력 버퍼가 요구되었다. 그러므로, 불필요한 인접 채널의 신호도 증폭되어 출력되었다.
본 발명의 목적은 전류 소비가 적은 원하는 수신 특성을 얻을 수 있는 주파수 변환기를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 언급한 제 1 및 제 2 조건을 해소하기 위해 출력 버퍼에 채널-선택 필터의 기능 일부를 부여하는 주파수 변환기를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 언급한 제 3 및 제 4 조건을 완화 또는 해결하기 위해서 큰 입력 임피던스 및 작은 출력 임피던스를 갖는 출력 버퍼를 구비하는 주파수 변환기를 제공하는데 있다.
본 발명의 기본적인 특징에 따르면, 정보를 통신하기 위해 변조된 무선-주파수 입력 신호 및 국부발진 신호를 입력하고 주파수를 변환하는 믹서 회로와, 원하는 신호 주파수 대역보다 높고 인접하는 채널 반송파 주파수보다 낮은 컷-오프 주파수의 저역-통과 특성을 갖는 버퍼 증폭기를 구비하는 주파수 변환기가 제공된다.
본 발명의 주파수 변환기는 채널-선택 필터의 입력부의 주파수 특성을 가지며, 버퍼 기능을 하는 버퍼 증폭기를 갖추고 있다. 원하는 신호는 증폭될 필요가 있기 때문에, 이 출력 버퍼의 컷-오프 주파수는 원하는 신호 주파수 대역보다 높을 필요가 있다. 게다가, 인접 채널을 사용하는 통신 시스템 또는 LOW-IF 시스템의 경우에 인접 채널의 신호를 제거 및 증폭하기 위해서, 상기 컷-오프 주파수는 인접 채널의 반송파 주파수보다 작을 필요가 있다.
PHS(개인 휴대폰 시스템)처럼 하나 거른 채널을 사용하는 시스템의 경우, 불필요한 신호가 실제로 존재하는 다음 인접 채널의 반송파 주파수보다 컷-오프 주파수를 작게 함으로써 불필요한 신호를 제거할 필요가 있다.
협대역의 출력 버퍼를 사용함으로써 불필요한 신호를 증폭하는 경우는 없어지기 때문에, 출력 버퍼의 선형 증폭 범위를 작게 선택할 수 있다. 선형 증폭 범위를 작게 함으로써, 전류 소비를 작게 할 수 있다.
원래 길버트(Gilbert) 승산회로와 같이 전류 출력 형태의 믹서 회로는 많이 있다. 전류-전압 변환기를 전류 출력 형태의 이러한 믹서 회로의 출력 단자에 연결된 버퍼 증폭기로서 사용할 수 있다. 전류-전압 변환기의 입력 임피던스는 작고, 믹서 회로의 출력 단자의 전압 변동은 작아진다.
이 때문에, 출력 전압 변동에 의한 왜곡을 피할 수 있는 이점도 있다. 종래의 채널-선택 필터는 전압 입력을 가정하여 설계되었기 때문에, 종래의 주파수 변환기는 전류-전압 변환기를 버퍼 증폭기로서 사용할 필요가 있었다. 그리고 채널-선택 필터의 특성에 영향을 미치지 않도록 하기 위해서, 이 버퍼 증폭기의 주파수 특성은 광대역일 필요가 있었다. 본 발명에 따른 주파수 변환기의 전류-전압 변환기는 저역통과 형태의 주파수 특성을 갖고, 컷-오프 주파수는 원하는 신호 주파수 대역보다 높고 인접 채널 반송파 주파수보다 낮다. 이 때문에, 인접 채널의 큰 신호를 선형 증폭할 필요가 없어, 전류 소비를 줄일 수 있다.
게다가, 본 발명은 정보를 통신하기 위해 변조된 무선-주파수 입력 신호 및 국부발진 신호를 입력하고 주파수를 변환하는 믹서 회로와, 살렌-키(Sallen-Key) 회로의 수반회로(adjoint circuit) 및 전류-전압 변환기로 구성된 출력 버퍼 증폭기를 가지며, 상기 수반 회로내의 용량소자로서 가변 용량소자를 사용하는 것을 특징으로 하는 주파수 변환기를 제공한다. 본 발명에서, 필요하다면 점유 주파수 대역을 변경할 수 있다.
또한, 본 발명은 정보를 통신하기 위해 변조된 무선-주파수 입력 신호 및 국부발진 신호를 입력하고 주파수를 변환하는 믹서 회로와, 살렌-키 회로의 수반 회로 및 전류-전압 변환기로 구성된 출력 버퍼 증폭기를 가지며, 상기 전류-전압 변환기내의 저항 소자로서 가변 저항소자를 사용하는 것을 특징으로 하는 주파수 변환기를 제공한다. 본 발명에 따르면, 변환 이득은 변경될 수 있다.
또한, 본 발명은 정보를 통신하기 위해 변조된 무선-주파수 입력 신호, 및 국부발진 신호를 입력하고 주파수를 변환하는 믹서 회로와, 살렌-키 회로의 수반 회로 및 전류-전압 변환기로 구성되는 출력 버퍼 증폭기를 가지며, 상기 수반 회로 및 상기 전류-전압 변환기 내의 저항소자로서 가변 저항소자를 사용하는 것을 특징으로 하는 주파수 변환기를 제공한다.
게다가, 본 발명은 버퍼 증폭기의 2 이상의 단계가 상기 언급한 구성의 믹서 회로와 연결되는 주파수 변환기를 제공한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 주파수 변환기의 회로도,
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 주파수 변환기의 회로도,
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 주파수 변환기의 회로도,
도 4a,4b,4c,4d 및 4e 는 종래 구성의 믹서 회로 및 필터 입력부의 회로 변형을 설명하기 위한 회로도,
도 5는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 주파수 변환기의 회로도,
도 6a 및 6b 는 본 발명의 제 4 실시예에 관한 회로 변형을 설명하기 위한 회로도,
도 7은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 주파수 변환기의 회로도,
도 8은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 주파수 변환기의 회로도,
도 9는 도 8의 제 6 실시예에 사용된 가변 용량소자의 회로도,
도 10은 본 발명의 제 7 실시예에 따른 주파수 변환기의 회로도,
도 11은 도 10의 제 7 실시예에 사용된 가변 저항소자의 회로도,
도 12는 본 발명의 제 8 실시예에 따른 주파수 변환기의 회로도,
도 13은 도 12의 제 8 실시예에 사용된 가변 저항소자의 회로도,
도 14는 본 발명의 제 9 실시예에 따른 주파수 변환기의 블럭도,
도 15는 본 발명의 제 6 실시예에 관련하여 화상 신호를 전송하는 경우의 흐름도를 보여주는 도면 및
도 16은 종래 주파수 변환기의 회로도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
11,21,31,41,51,71,81,101 : 믹서 회로
12,22,42,72,73,321,322,521,522,821,822,1021,1022 : 버퍼 증폭기
13,23 : 부하 회로 43 : 채널-선택 필터
45 : 전압 신호원 47 : 전류 신호원
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 주파수 변환기의 회로 구성을 도시하고 있다.
이 주파수 변환기는 믹서 회로(11) 및 버퍼 증폭기(12)로 구성되어 있다. 저항(R1, R2)을 포함하는 부하 회로(13)와 트랜지스터(Tr1,Tr2,Tr3)가 믹서 회로(11)를 구성한다. 국부발진 신호는 믹서 회로(11)의 입력 단자(LO)에 입력되고, 무선-주파수 신호는 단자(RF)에 입력된다.
저역-통과 특성을 얻기 위해서, 버퍼 증폭기(12)의 피드백 회로는 용량소자(C) 및 저항소자(R)의 병렬회로로 구성되어 있다. 원하는 신호를 증폭할 필요가 있기 때문에, 버퍼 증폭기(12)의 컷-오프 주파수는 원하는 신호 주파수 대역(fB) 보다 높을 필요가 있다.
한편, 인접 채널을 사용하는 통신 시스템 또는 LOW-IF 시스템에서는, 인접 채널의 신호를 제거한 후에 신호를 증폭하기 위해서, 버퍼 증폭기(12)의 컷-오프 주파수를 인접 채널의 반송파 주파수(fC)보다 낮게 할 필요가 있다.
PHS 같이 인접 채널 없이 하나 거른 채널을 사용하는 시스템의 경우에, 버퍼 증폭기(12)의 컷-오프 주파수를 불필요한 신호가 실제로 존재하는 다음 인접 채널의 반송파 주파수보다 낮게 함으로써 불필요한 신호를 제거할 필요가 있다. 따라서, 버퍼 증폭기(12)의 피드백 회로의 시상수(RC)의 조건은 2πfB＜RC＜2πfC 로 설정된다.
그러므로, 대역이 제한되면, 불필요한 신호를 증폭하는 것은 없어지므로, 버퍼 증폭기(12)의 선형 증폭 범위를 작게 선택할 수 있다. 선형 증폭 범위를 작게 함으로써, 전류 소비를 작게 할 수 있다.
다음으로, 도 1의 주파수 변환기의 동작을 설명한다. 국부발진 신호 및 무선-주파수 신호가 단자(LO) 및 단자(RF)에 각각 입력되면, 트랜지스터(Tr1)의 콜렉터로부터 출력된 무선-주파수 신호는 단자(LO)로부터 입력된 국부발진 신호에 의해 트랜지스터(Tr2,Tr3)의 콜렉터에 교대로 분배될 수 있고, 버퍼 증폭기(12)로 출력된다. 즉, 상기 무선-주파수 신호와 상기 국부발진 신호가 승산된 신호가 버퍼 증폭기(12)로 출력된다.
버퍼 증폭기(12)의 피드백 회로의 시상수(RC)는 2πfB＜RC＜2πfC 가 되도록 설정된다. 따라서, 2 이상의 채널에 상당하는 입력된 신호내의 원하는 신호 이외의 불필요한 신호(즉, 원하는 채널에 인접하는 채널의 불필요한 신호)는 CR 회로를 통과하지 못하고, 오직 원하는 신호만이 CR 회로를 통과하여 증폭 및 출력된다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 주파수 변환기의 회로구성을 도시하고 있다. 이 회로에서, 믹서 회로(21)는 전류 출력 형태이기 때문에, 능동 부하와 같은 전류원 회로(I1,I2)가 부하 회로(23)로서 사용된다. 버퍼 증폭기(22)는 전류 입력 전압 출력 회로이며, 저역통과 특성을 가진다. 버퍼 증폭기(22)의 컷-오프 주파수는 원하는 신호 대역(fB) 보다 높고, 인접 채널(fC)의 반송파 주파수보다 낮다. 버퍼 증폭기(22)의 입력 단자에서의 전압 변동이 매우 작기 때문에, 이 주파수 변환기는 콜렉터 기생 용량의 비선형성에 의한 상호변조를 발생하지 않는 이점이 있다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 주파수 변환기의 회로 구성을 도시하고 있다. 이 주파수 변환기는 믹서 회로(31) 및 2개의 버퍼 증폭기(321,322)로 구성되어 있다. 믹서 회로(31)는 상기 제 1 및 제 2 실시예의 믹서 회로와 동일한 구성을 갖고 있다. 버퍼 증폭기(321) 및 버퍼 증폭기(322)는 믹서 회로(31)의 트랜지스터 (Tr2,Tr3)의 콜렉터에 각각 연결되어 있다. 즉, 버퍼 증폭기(321) 및 버퍼 증폭기(322)는 믹서 회로(31)의 차동 출력 단자 양쪽에 연결되어 있다. 버퍼 증폭기(321,322)는 각각 2차 저역통과 특성을 가지고 있다. 그러한 버퍼 증폭기는 회로가 상기 언급한 제 1 및 제 2 실시예에서 사용된 1차 저역통과 특성을 갖는 회로가 사용된 경우와 비교할 때 보다 효율적으로 매우 큰 인접 채널 신호를 제거할 수 있다.
도 4a는 종래의 주파수 변환기에 채널-선택 필터(43)를 연결한 회로를 도시하고 있다. 이 주파수 변환기는 전류 출력 형태의 믹서 회로(41)와, 전류-전압 변환 형태의 버퍼 증폭기(42)로 구성된다. 채널-선택 필터(43)의 입력부는 도 3의 버퍼 증폭기(321,322)와 동일한 주파수 특성을 갖는다. 이 회로는 저항(R1)에 비해 매우 작은 임피던스를 갖는 신호원이 채널-선택 필터(43)의 입력부(즉, 전압 입력)에 연결되는 것을 전제로 하여 설계된다. 따라서, 임피던스가 높은 신호원이 입력부에 연결되면, 주파수 특성은 설계값에서 어긋나 버린다.
그러므로, 주파수 변환기의 버퍼 증폭기(42)의 출력 임피던스는 저항(R1)보다 충분히 작을 필요가 있다. 그와 같이 하면, 전류 소비는 커질 것이다.
그런데, 테브넌의 정리(Thevenin's theorem) 및 노턴의 정리(Norton's theorem)를 사용하면, 도 4a의 채널-선택 필터(43)의 입력부의 저항(R1)과 전압 신호원(버퍼 증폭기(42) 출력)의 직렬회로는 저항(R1)과 전류 신호원의 병렬 회로로 고정된 조건하에서 등가 변환을 할 수 있다.
도 4a에서, 버퍼 증폭기(42)의 출력 임피던스는 저항(R1) 보다 충분히 작다고 가정한다. 이 경우, 테브넌의 정리가 적용된다. 그러면, 저항(R1) 측에서 보이는 버퍼 증폭기(42)는 전압 신호원(45)으로 바뀌고, 도 4a의 회로는 도 4b에 도시된 바와 같이 저항(R1)과 전압 신호원(45)의 직렬 회로로 변경된다. 게다가, 트랜지스터(Tr2,Tr3)로 구성된 차동 쌍의 출력 임피던스는 저항(R1) 보다 충분히 크다고 가정한다. 이 경우, 노턴의 정리가 적용된다. 그러면, 도 4c 에 도시된 바와 같이, 상기 언급한 직렬 회로는 동일한 값을 갖는 상기 저항(R1)과 전류 신호원(46)의 병렬 회로와 등가가 된다.
반면에, 도 4d는 도 3에 도시된 회로에서 일부분이 생략된 회로도이다. 도 4d에 도시된 회로가 노턴의 정리에 의해 등가 회로로 변환되면, 도 4e의 회로가 될 것이다. 도 4e에 도시된 회로는 도 4c와 동일한 회로이다. 따라서, 특정한 조건하에서 도 3의 회로와 도 4의 회로의 주파수 특성은 동일하게 된다.
도 3에서, 믹서 회로(31)는 부하로서 저항(R1)을 사용하여 전압을 출력하는 것으로 보인다. 그러나, 이 회로는 사실 채널-선택 필터(43)의 입력부가 도 4a의 전류 신호원 입력 형태로 변환된 회로이다. 이러한 구성에 의해 낮은 출력 임피던스를 갖는 증폭기를 생략할 수 있으므로, 전류 소비를 작게 할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 주파수 변환기의 회로 구성을 도시하고 있다. 도 3에 도시된 주파수 변환기에서, 전류 입력 형태의 버퍼 증폭기(321,322)가 사용되었기 때문에, 낮은 출력 임피던스의 증폭기가 불필요하게 된다. 그러나, 앞에서 언급한 바와 같이, 전류원으로서 기능하기 위해서는, 믹서 회로내의 트랜지스터 (Tr2,Tr3)로 구성된 차동 쌍의 출력 임피던스가 R1보다 충분히 클 필요가 있다. 예를 들어, 저항(R1)의 값이 1㏀이고, 약 1% 이내로 트랜지스터의 출력 임피던스의 영향을 억제하고자 한다면, 100㏀ 이상의 임피던스가 필요하다.
그러나, 특히 고속 트랜지스터의 출력 임피던스는 낮아지는 경향이 있다. 큰 바이어스 전류가 다이렉트 변환 시스템과 같은 광역 선형 범위의 믹서 회로를 통과하기 때문에, 출력 임피던스는 더 작아진다. 그러한 조건에 적합한 회로가 도 5에 도시되어 있다. 도 5에서, "53" 은 살렌-키 회로의 수반회로이고, "54" 는 전류-전압 변환기이며, 이들에 대해서는 후술한다. 이 회로 구성에서, 주파수 변환기는 믹서 회로(31)와 버퍼 증폭기(521,522)로 구성된다. 버퍼 증폭기(521,522)의 입력 단자는 연산 증폭 회로(53)의 입력 단자이다. 그리고 피드백 회로도 이 단자에 연결되어 있기 때문에 이 부분의 임피던스는 매우 작아진다. 이 때문에, 믹서 회로(51)의 출력 임피던스의 조건은 상당히 완화된다.
도 6a는 도 4a에 도시된 종래의 회로를 도 5에 도시된 실시예의 회로로 변환한 것을 도시하고 있다. 즉, 도 6a의 회로는 도 4a에 도시된 종래의 회로의 버퍼 증폭기(42)와 채널-선택 필터(43)의 입력부로 구성되어 있다. 채널-선택 필터(43)는 살렌-키 회로로 구성된다.
살렌-키 회로는 R.P.Sallen 과 E.L.Key의 "A Practical Method of Designing RC Active Filters"(IRE Transactions-Circuit Theory, 74-85페이지, 1995년)에 기술되어 있다.
도 6b에 도시된 회로는 연산 증폭기(OPA1,OPA2)의 입력 및 출력을 반전하고, 전류 입력을 전압 출력으로 변환하며, 전압 출력을 전류 입력으로 변환함으로써 도 6a의 회로에 포함된다. "63"은 살렌-키 회로(43)의 수반 회로이고, "64"는 전류-전압 변환기이다. 연산 증폭기(OPA3,OPA4)는 연산 증폭기(OPA2,OPA1) 각각에 대응하는 연산 증폭기이다. 도 6a와 도 6b에 도시된 회로의 전송 기능은 같다. 게다가, 수반 회로는 소자값의 오차의 영향을 보여주는 소자 감도의 계산에 사용된다.
도 6b에 도시된 회로는 도 5의 버퍼 증폭기(521,522)로서 사용된다. 이 버퍼 증폭기(521,522)는 소비 전류를 작게 할 뿐만 아니라 믹서 회로(51)의 임피던스 조건도 완화시키는데 유리하다. 도 4a에 도시된 회로에서, 출력 버퍼(버퍼 증폭기(42))도 큰 인접-채널 신호를 선형 증폭할 필요가 있었다. 그러나, 도 5에 도시된 회로에서는, 필터 기능을 가지고 있는 살렌-키 회로의 수반 회로(53)가 믹서 회로(51)에 연결되어 있기 때문에, 좁은 출력 전압 범위 또는 좁은 주파수 범위를 갖는 연산 증폭 회로를 사용할 수 있다.
그런데, 도 5에 도시된 본 발명의 실시예에서, 버퍼 증폭기(521)는 살렌-키 회로의 수반 회로(53)와 전류-전압 변환기(54)로 구성되어 있다. 그러나, 특정 조건하에서는 전류-전압 변환기(54)는 후술하는 바와 같이 반드시 필요하지는 않다.
노턴의 정리에 따르면, 도 4d에 도시된 회로는 도 4e에 도시된 회로처럼 변형될 수 있다. 즉, 주파수-변환기측이 저항(R1)과 전류 신호원(47)의 병렬회로로 전환된다. 살렌-키 회로처럼 점선(48)내의 회로의 수반 회로가 요구되면, 입력 및 출력이 반전된 회로가 얻어질 것이다.
이 수반 회로는 이후에 연결되는 필터로서 gm-C(상호컨덕턴스-커패시터) 필터와 같은, 저항(R1)보다 충분히 큰 입력 임피던스를 갖는 필터가 사용될 때 사용될 수 있다. 도 7에 도시된 제 5 실시예에 따른 주파수 변환기는 믹서 회로(71) 및 버퍼 증폭기(72,73)로 구성된다.
버퍼 증폭기(72)로서 앞에서 언급한 도 4e에 도시된 살렌-키 회로(48)의 수반 회로가 사용된다. 버퍼 증폭기(73)는 버퍼 증폭기(72)와 동일한 구성이기 때문에, 이 회로에 대한 설명은 생략한다.
앞에서 설명한 바와 같이, 이들 버퍼 증폭기(72,73)의 출력 단자에 연결된 채널-선택 필터의 입력 임피던스가 저항(R1)보다 충분히 큰 경우에는 도 7에 도시된 전류-전압 변환기가 없는 주파수 변환기가 사용될 수 있다. 도 5에 도시된 실시예의 버퍼 증폭기(521)와 같은 내부의 가변 용량소자를 이루는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 주파수 변환기의 구성이 도 8에 도시되어 있다.
최근, 무선 통신에서도, 디지털 신호 전송이 중심이 되고 있으며, 소리뿐만 아니라 화상 및 문서도 디지털 데이터로서 무선으로 전송되는 경우가 늘고 있다. 오디오 전화 통화 및 작은 데이터를 전송할 때는 작은 점유 주파수 대역을 취하고, 화상, 특히 동화상을 전송할 때는 광역 주파수 대역을 취하는 통신 시스템이 시도되고 있다. 따라서, 통신 방법을 변경할 수 있는 무선 통신에서는 이용자가 자각하지 않고, 필요한 설정이 실시되도록 컴퓨터 프로그램에 의해 제어된다. 그러한 경우의 통신 설정 제어의 흐름도가 도 15에 도시되어 있다. 소리가 전송되고, 이용자가 처리(151)에서 이미지의 전송을 기대한다면, 처리(152)에서 제어 채널을 통해 화상 신호를 요청하는 신호가 전송된다. 처리(153)에서 이미지 채널이 사용될 수 있는지의 여부를 검사하고, 사용될 수 없다면, 처리(154)에서 디스에이블 메시지가 표시된다.
이미지 채널을 사용할 수 있을 때, 즉 이미지 통신이 전송 및 수신 양쪽 모두에서 가능한 경우에는 처리(155)에서 이미지가 전송될 수 있도록 주파수 선택 특성을 포함한 하드웨어 설정을 실행한다.
다음으로, 처리(156)에서 전송측이 수신측과 통신을 하여, 이미지가 전송된다. 처리(157)에서 이미지의 전송은 송신되어야 하는 이미지가 존재하는 한은 계속된다. 이미지 전송이 완료된 후에, 처리(158)로 진행하여, 설정은 음성 전송으로 복귀한다. 도 8에 도시된 주파수 변환기는 상기 통신 시스템에 적합한 회로이다. 도 8에 도시된 주파수 변환기는 믹서 회로(81) 및 버퍼 증폭기(821,822)로 구성되어 있다. 버퍼 증폭기(821)는 살렌-키 회로의 수반 회로(83) 및 전류-전압 변환기 (84)로 구성되어 있다. 수반 회로(83)의 용량소자는 가변 용량소자(86,87)이다.
예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 각각의 가변 용량소자는, 각각 고정 용량소자 및 스위치로 구성되어 있는 4개의 직렬 회로의 병렬 연결로 구성되어 있다. 용량소자(C1,C2,C3,C4) 각각의 용량값은 8:4:2:1로 가정한다. 2의 4제곱의 용량값이 각각의 스위치(S1,S2,S3,S4)를 열거나 닫음으로써 얻어지기 때문에, 이들 값으로부터 적당한 값이 선택될 수 있다. 또한, 버퍼 증폭기(822)가 버퍼 증폭기(821)와 동일한 구성이기 때문에, 회로도는 생략한다.
점유 대역이 늘어나는 경우를 도 15에 도시된 흐름도의 처리(155)에서 고려해 본다. 이 경우에, 필요한 것은 단지 예를 들어 도 9의 고정 용량소자와 연결된 스위치(S1)를 OFF로 전환하여 용량을 작게하는 것이다. 도 8에 도시된 주파수 변환기는 필요한 경우 점유 주파수 대역을 변경하는 무선 통신에서 사용될 수 있다.
이 주파수 변환기는 주파수 특성이 변화하는 경우에도 통과 주파수 대역내의 이득이 변하지 않는 이점도 가지고 있다.
본 발명의 제 7 실시예에 따른 주파수 변환기의 구성이 도 10에 도시되어 있다. 이 실시예에서, 전류-전압 변환기(104)의 저항으로서 가변 저항소자(108)가 사용된다. 즉, 이 주파수 변환기는 믹서 회로(101) 및 버퍼 증폭기(1021,1022)로 구성되어 있다. 버퍼 증폭기(1021)는 살렌-키 회로의 수반 회로(103) 및 전류-전압 변환기(104)로 구성되어 있다.
또한, 버퍼 증폭기(1022)는 버퍼 증폭기(1021)와 동일한 구성이기 때문에, 회로도는 생략한다. 예를 들어, 도 11에 도시한 바와 같이, 가변 저항소자(108)는 각각 고정 저항소자 및 스위치로 구성되어 있는 4개의 직렬 회로의 병렬 연결로 구성되어 있다. 저항소자(R11,R12,R13,R14)의 각 저항값은 8:4:2:1로 이루어진다. 이 경우, 각각의 스위치(S11,S12,S13,S14)를 열거나 닫음으로써 4비트 가변 이득 주파수 변환기가 얻어진다. 도 11에 도시된 주파수 변환기는 가변 저항소자(108)의 값이 변화하는 경우에도 이 변화가 주파수 특성에 영향을 미치지 않는 이점을 가지고 있다.
게다가, 특별히 채널-선택 필터가 집적 회로로 구성되면, 각 소자의 값 편차가 크게 되어 원하는 주파수 특성을 얻기 위해서는 어떤 조정이 필요할지도 모른다. 그러한 경우, 도 12에 도시된 주파수 변환기가 적절하다. 즉, 가변 저항소자 (125,126,127,128)를 살렌-키 회로의 수반 회로(123) 및 버퍼 증폭기 (1221) 내의 전류-전압 변환기(124)의 저항소자로서 사용한다.
이들 가변 저항소자 각각은 예를 들어 도 13에 도시된 구성으로서 설정된다. 즉, 이 가변 저항소자는 저항(R31)과, 각각 스위치(S32,S33,S34) 및 저항(R32, R33, R34)으로 구성된 3개의 직렬 회로로 구성된다. 이들 직렬회로는 상기 저항값의 편차를 수정하기 위한 것이다.
이 주파수 변환기는 믹서 회로(121) 및 버퍼 증폭기(1221,1222)로 구성된다. 버퍼 증폭기(1221)는 살렌-키 회로의 수반 회로(123) 및 전류-전압 변환기(124)로 구성된다. 그리고, 버퍼 증폭기(1222)는 버퍼 증폭기(1221)와 동일한 구성이기 때문에 회로도는 생략한다. 이 가변 주파수 변환기에서, 각 저항값의 제조 편차는 스위치(S32,S33,S34)를 개별적으로 열거나 닫음으로써 수정될 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따르면, 보다 정확한 주파수 특성이 실현될 수 있다.
그런데, 상기 언급한 모든 실시예에서, 하나의 버퍼 증폭기가 하나의 믹서 회로에 연결되어, 이것이 주파수 변환기를 구성하였다. 그러나, 도 14에 도시된 제 9 실시예는 믹서 회로(141)가 2 이상의 버퍼 증폭기, 바람직하게는 버퍼 증폭기(142,143,...등)와 같은 3 내지 5개의 버퍼 증폭기와 연결될 수도 있다. 이러한 구성에 따르면, 버퍼 증폭기의 2 이상의 단계는 불필요한 신호를 증폭하지 않고 원하는 신호만을 하나씩 증폭한다. 따라서, 불필요한 신호의 레벨은 원하는 신호의 1/2, 1/4 및 1/8 ... 로 되고, SNR이 높은 원하는 신호가 얻어진다.
불필요한 인접-채널 신호는 앞서 설명한 바와 같은 본 발명의 주파수 변환기에 따라 증폭되지 않기 때문에, 출력 버퍼 증폭기의 전류 소비를 작게 할 수 있다. 게다가, 필터와 믹서가 독립적으로 설계되는 경우, 제 1 단계의 회로를 전류 입력 형태로 변환하거나, 또는 수반 회로로 변경함으로써 주파수 변환기의 출력 버퍼 증폭기에서 필터의 특성을 쉽게 얻을 수 있다. 따라서, 전류 소비가 적고 수신기로서의 주파수 선택 특성에 영향을 미치지 않는 주파수 변환기가 얻어진다.

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 정보를 통신하기 위해 변조된 무선-주파수 입력 신호 및 국부발진 신호를 혼합하고, 주파수 변환을 수행하는 믹서 회로; 및
    상기 믹서 회로로부터 출력된 출력 신호를 증폭하는 출력 버퍼 증폭기를 포함하고,
    상기 출력 버퍼 증폭기는 연산증폭기를 사용하는 살렌-키 회로의 수반 회로, 및 전류-전압 변환기로 구성되며, 컷오프 주파수의 2차 저역통과 특성을 가지고 있고,
    상기 전류-전압 변환기의 입력 단자는 상기 살렌-키 회로의 수반 회로의 출력 단자와 연결되는 것을 특징으로 하는 주파수 변환기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 전류-전압 변환기는 가변 저항소자를 갖는 것을 특징으로 하는 주파수 변환기.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 전류-전압 변환기는 가변 저항소자를 갖고, 상기 살렌-키 회로의 수반 회로는 가변 저항을 갖는 것을 특징으로 하는 주파수 변환기.
  7. 정보를 통신하기 위해 변조된 무선-주파수 입력 신호 및 국부발진 신호를 혼합하고, 주파수 변환을 수행하는 믹서 회로; 및
    상기 믹서 회로로부터 출력된 출력 신호를 증폭하고, 연산증폭기를 사용하는 살렌-키 회로의 수반 회로를 가지며, 컷오프 주파수의 2차 저역통과 특성을 갖는 출력 버퍼 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 변환기.
  8. 제 4 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 살렌-키 회로의 수반 회로는 가변 용량소자를 갖는 것을 특징으로 하는 주파수 변환기.
  9. 삭제
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 출력 버퍼 증폭기는 원하는 신호 주파수보다 높고 인접하는 채널 반송파 주파수보다 낮은 컷오프 주파수의 저역통과 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 주파수 변환기.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 출력 버퍼 증폭기는 원하는 신호 주파수보다 높고 인접하는 채널 반송파 주파수보다 낮은 컷오프 주파수의 저역통과 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 주파수 변환기.
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