KR100489415B1 - 트랜스포머와 핀치오프 클리핑을 이용한 ４ 위상 ｌｃ공진 전압 제어 푸쉬－푸쉬 발진기 - Google Patents

트랜스포머와 핀치오프 클리핑을 이용한 ４ 위상 ｌｃ공진 전압 제어 푸쉬－푸쉬 발진기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 트랜스포머와 핀치오프 클리핑을 이용한 4 위상 LC 공진 전압 제어 푸쉬-푸쉬 발진기에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 신호의 특성을 나쁘게 하는 출력버퍼와 DC 준위 조절기(DC level shifter) 없이 핀치오프 클리핑(pinch-off clipping)할 수 있도록 출력신호의 DC 전압을 조절할 수 있는 트랜스포머를 이용한 4 위상 LC 공진 전압 제어 발진기를 이용하여 f0/2 주파수 신호를 푸쉬-푸쉬 방법으로 2 위상 f0 주파수 신호나 단일 위상 2f0 주파수 신호를 만듦으로써 인덕터를 이용한 4 위상 전압 제어 발진기에 비하여 좋은 특성을 가지면서도 출력버퍼와 DC 준위 조절기 없이 핀치오프 클리핑을 할 수 있어 단순한 구조로 잡음 특성이 좋은 LC 공진 전압 푸쉬-푸쉬 발진기를 만들 수 있는 이점이 있다.

Description

트랜스포머와 핀치오프 클리핑을 이용한 ４ 위상 ＬＣ 공진 전압 제어 푸쉬－푸쉬 발진기{QUADRATURE VOLTAGE CONTROLED PUSH-PUSH OSCILLATOR WITH TRANSFORMER BASED LC-RESONATORS AND PINCH-OFF CLIPPING}
본 발명은 트랜스포머와 핀치오프 클리핑을 이용한 4 위상 LC 공진 전압 제어 푸쉬-푸쉬 발진기에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 신호의 특성을 나쁘게 하는 출력버퍼와 DC 준위 조절기(DC level shifter) 없이 핀치오프 클리핑(pinch-off clipping)할 수 있도록 출력신호의 DC 전압을 조절할 수 있는 트랜스포머를 이용한 4 위상 LC 공진 전압 제어 발진기를 이용하여 f0/2 주파수 신호를 푸쉬-푸쉬 방법으로 2 위상 f0 주파수 신호나 단일 위상 2f0 주파수 신호를 만드는 트랜스포머와 핀치오프 클리핑을 이용한 4 위상 LC 공진 전압 제어 푸쉬-푸쉬 발진기에 관한 것이다.
최근 들어 이동 통신 시장의 폭발적인 성장으로 많은 회사에서 서로 다른 주파수 대역을 사용하거나 다른 기능을 가지는 다양한 이동 통신 단말기들을 출시하면서 각자의 시장을 형성하고 있으며, 국내외를 막론하고 앞으로의 전망은 여러 가지 주파수 대역에서 동작할 뿐만 아니라 다양한 기능이 통합된 이동 통신 단말기 시장이 형성될 것으로 전망된다.
그리고, 이를 위해서는 소형화가 반드시 수반되어야 하는데, 이동 통신 단말기들도 소형화를 위해 많은 부분에서 사용되는 부품을 소형화하고 있고, RF(Radio Frequency) 시스템의 경우 여러 부분에서 소형화가 이루어지고 있다.
본 발명에서 다루고자 하는 부분도 RF 시스템으로서, 그 중에서도 전압 제어 발진기에 관한 것이다.
현재 이동 통신용의 전압 제어 발진기는 LC 공진기를 이용한 전압 제어 발진기를 사용하고 있으며 인덕터의 경우 off-chip 소자를 사용한다. 인덕터를 집적화 시켜 on-chip으로 할 경우 이동 통신 단말기의 소형화를 촉진할 수 있다. 그러나 인덕터를 집적화 할 경우 인덕터의 공진도(Q)가 매우 낮아져서 전압 제어 발진기의 위상 잡음 성능을 저하시키게 된다.
따라서, 이를 극복하기 위한 방법으로 크게 두 가지의 연구경향이 있다.
첫째는 소자 자체의 성능을 향상시키는 것이고, 둘째는 회로적으로 해결하려는 것이다.
즉, 전자의 경우로는 특히 인덕터의 공진도(Q)를 높이는 방법이 활발히 연구되어 지고 있다. 그 예로써 트랜스포머를 사용하여 공진도(Q)를 높인 4 위상 전압 제어 발진기가 있다.
도 1은 트랜스포머를 이용한 4 위상 전압 제어 발진기를 나타낸 회로구성도이다.
이 4 위상 전압 제어 발진기는 발진주파수를 생성하는 제 1내지 제 2공진부(112)(212)와 제 1내지 제 2공진부(112)(212)에 각각 연결되어 음성저항을 생성하는 제 1내지 제 2음성저항부(114)(214)로 각각 이루어진 제 1내지 제 2차동 전압 제어 발진기(110)(210)가 서로 커플링되어 구성된다.
이때, 제 1내지 제 2공진부(112)(212)는 일측단 코일과 타측단 코일이 서로 대응되도록 결합된 제 1내지 제 2트랜스포머(111)(211)와, 제 1내지 제 2트랜스포머(111)(211)의 일측단에 병렬로 연결된 제 1가변커패시터(113)(213)와, 제 1내지 제 2트랜스포머(111)(211)의 타측단에 병렬로 연결된 제 2가변커패시터(113')(213')와, 제 1내지 제 2트랜스포머(111)(211)의 일측단 코일 사이에 제 1전압을 인가하기 위한 제 1전압단(Vg)과, 제 1내지 제 2트랜스포머(111)(211)의 타측단 코일 사이에 제 2전압을 인가하기 위한 제 2전압단(Vcc)으로 구성된다.
또한, 제 1내지 제 2음성저항부(114)(214)는 게이트가 제 1내지 제 2트랜지스포머(111)(211)의 일측단과 차동형태로 연결되고 드레인이 제 1내지 제 2트랜스포머(111)(211)의 타측단과 각각 연결된 한 쌍의 제 1내지 제 2스위칭 트랜지스터(Q21,Q22) 및 제 5내지 제 5스위칭 트랜지스터(Q25,Q26)와, 한 쌍의 제 1내지 제 2스위칭 트랜지스터(Q21,Q22) 및 제 5내지 제 5스위칭 트랜지스터(Q25,Q26)와 각각 직렬로 연결되어 게이트가 커플링된 제 2차동 전압 제어 발진기(210)의 제 3내지 제 4출력단자(OUT_C,OUT_D)나 제 1차동 전압 제어 발진기(110)의 제 2내지 제 1출력단자(OUT_B,OUT_A)와 각각 연결된 한 쌍의 제 3내지 제 4커플링 트랜지스터(Q23,Q24) 및 제 7내지 제 8커플링 트랜지스터(Q27,Q28)로 구성되어 제 1내지 제 2트랜스포머(111)(211)의 타측단이 제 1내지 제 4출력단자(OUT_A, OUT_B, OUT_C, OUT_D)와 각각 연결되어 발진주파수를 출력하도록 구성된다.
이와 같이 제 1내지 제 2공진부(112,212)에는 제 1내지 제 2트랜스포머(111,211)의 일측단과 제 1가변커패시터(113,213)에 의한 공진기와 제 1내지 제 2트랜스포머(111,211)의 타측단과 제 2가변커패시터(113',213')에 의한 공진기가 존재하는 것처럼 보이지만 제 1내지 제 2트랜스포머(111,211)에 의하여 서로 결합(coupling)되어 있는 구성으로 제 1전압단(Vg)에서 공급되는 제 1전압과 제 2전압단(Vcc)에서 공급되는 제 2전압에 의해 DC 전위는 다르지만 하나의 공진기의 신호를 동위상(in-phase) 신호라 하면 다른 공진기 신호는 직각(quadrature)신호가 되어 위상이 각각 0˚, 180˚, 90˚, 270˚인 2 쌍의 고주파 신호를 제 1내지 제 4출력단자(OUT_A, OUT_B, OUT_C, OUT_D)에서 얻을 수 있다.
이때, 출력되는 두 쌍의 고주파 신호의 DC 전위는 제 1전압단(Vg)과 제 2전압단(Vcc)에서 공급되는 전압을 각각 독립적으로 회로외부에서 조절하여 변경할 수 있다.
따라서, 이렇게 트랜스포머에 의한 공진기는 인덕터만을 사용한 공진기에 비하여 공진도(Q)(quality factor)가 향상된다.
또한, 후자의 경우에는 위상 잡음의 정확한 모델링을 통해 인덕터의 낮은 공진도(Q)로도 좋은 위상 잡음 성능을 갖을 수 있도록 하는 것이다. 그리고 독특한 발진 방식으로 낮은 공진도(Q)를 가지고 좋은 위상 잡음 성능을 갖을 수 있도록 하는 방법으로 이와 같은 방법이 바로 푸쉬-푸쉬 방식이다.
푸쉬- 푸쉬 방식이란 주파수가 fo/2 이고 위상차가 180°인 신호를 발생시키는 발진기의 두 출력 신호를 이용하여 fo의 주파수를 가지는 발진 신호를 만드는 방식이다.
이 경우 fo의 주파수를 가지는 발진 신호를 직접 만드는 것보다 낮은 위상 잡음 성능을 가지게 된다.
그런데, LC 공진 전압 제어 발진기의 f0/2 주파수 신호를 직접 푸쉬-푸쉬(push-push)방법을 이용하여 연결하면 f0나 2f0 주파수의 고조파 신호(harmonics signal)의 크기가 작기 때문에 푸쉬-푸쉬로 연결하기 전에 핀치-오프 클리핑(pinch-off clipping)을 사용하여 고조파 신호를 키워주게 된다.
핀치-오프 클리핑은 도 2에서 보는 것 같이 입력된 정현파가 왜곡되면서 짝수 차(2차, 4차, 6차...)의 고조파(harmonics) 신호가 증가한다. 따라서 핀치-오프 클리핑은 단순한 구조를 이용하여 고조파 신호를 쉽게 증폭할 수 있다.
하지만 핀치-오프 클리핑은 사용하기 위해서는 f0/2의 신호의 DC 전압이 낮아야 한다. 따라서 DC 전압을 조절하기 위해 도 3에 도시된 푸쉬-푸쉬 발진기의 블록구성도에서와 같이 전압 제어 발진기(Voltage Controlled Oscillator ; VCO)는 출력버퍼와 DC 준위 조절기(DC level shifter)가 필요하게 되지만 이와 같은 출력버퍼와 DC 준위 조절기는 출력 신호의 크기를 줄이고 잡음특성을 나쁘게 하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 본 발명의 목적은 신호의 특성을 나쁘게 하는 출력버퍼와 DC 준위 조절기(DC level shifter) 없이 핀치오프 클리핑(pinch-off clipping)할 수 있도록 출력신호의 DC 전압을 조절할 수 있는 트랜스포머를 이용한 4 위상 LC 공진 전압 제어 발진기를 이용하여 f0/2 주파수 신호를 푸쉬-푸쉬 방법으로 2 위상 f0 주파수 신호나 단일 위상 2f0 주파수 신호를 만드는 트랜스포머와 핀치오프 클리핑을 이용한 4 위상 LC 공진 전압 제어 푸쉬-푸쉬 발진기를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 일측단 코일과 타측단 코일이 서로 대응되도록 결합된 트랜스포머와, 상기 트랜스포머의 일측단에 병렬로 연결된 제 1가변커패시터와, 상기 트랜스포머의 타측단에 병렬로 연결된 제 2가변커패시터와, 상기 트랜스포머의 일측단 코일 사이에 제 1전압을 인가하기 위한 제 1전압단과, 상기 트랜스포머의 타측단 코일 사이에 제 2전압을 인가하기 위한 제 2전압단으로 구성되어 발진주파수를 발생시키는 공진부와; 게이트가 상기 트랜지스포머의 일측단과 차동형태로 연결되고 드레인이 상기 트랜스포머의 타측단과 각각 연결된 한 쌍의 스위칭 트랜지스터와, 상기 한 쌍의 스위칭 트랜지스터와 각각 직렬로 연결되어 게이트가 커플링된 다른 차동 전압 제어 발진기의 출력단자와 각각 연결된 한 쌍의 커플링 트랜지스터로 구성되어 음성저항을 생성하는 음성저항부로 각각 이루어진 두 개의 차동 전압 제어 발진기가 서로 커플링되어 구성되어 상기 트랜스포머의 타측단이 출력단자와 각각 연결되어 발진주파수를 출력하는 4 위상 전압 제어 발진기와, 4 위상 전압 제어 발진기의 트랜스포머의 일측단에 각각 연결되어 고조파 신호를 증폭하기 위한 핀치오프 클리핑회로와, 핀치오프 클리핑회로의 출력값을 매칭시켜 출력하기 위한 매칭회로로 이루어진 것을 특징으로 한다.
위에서 핀치오프 클리핑회로는 두 개의 차동 전압 제어 발진기 중 어느 하나의 차동 전압 제어 발진기의 트랜스포머의 일측단에 각각 연결되어 동위상 신호가 게이트에 연결되고 소오스가 공통접지되며 드레인이 제 5출력단자에 공통연결된 제 1내지 제 2핀치오프 클리핑 트랜지스터와, 다른 하나의 차동 전압 제어 발진기의 트랜스포머의 일측단에 각각 연결되어 직각위상 신호가 게이트에 연결되고 소오스가 공통접지되며 드레인이 제 6출력단자에 공통연결된 제 3내지 제 4핀치오프 클리핑 트랜지스터로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 핀치오프 클리핑회로는 두 개의 차동 전압 제어 발진기의 트랜스포머의 일측단과 게이트가 각각 연결되고 소오스가 공통접지되며 드레인이 제 7출력단자에 공통으로 연결된 제 5내지 제 8핀치오프 클리핑 트랜지스터로 이루어진 것을 특징으로 한다.
위와 같이 이루어진 본 발명은 트랜스포머를 이용한 4 위상 전압 제어 발진기에 의해 공진도가 향상된 f0/2 의 발진 주파수를 생성하고 트랜스포머의 제 1전압단에 의해 핀치오프 클리핑을 위한 DC 전압을 제어하여 핀치오프 클리핑을 수행하고 푸쉬-푸쉬 방식으로 2 위상 f0 주파수 신호나 단일 위상 2f0 주파수 신호를 만들 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 또한 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시된 것이다.
도 4는 본 발명에 의한 트랜스포머와 핀치오프 클리핑을 이용한 4 위상 LC 공진 전압 제어 푸쉬-푸쉬 발진기에 의해 2 위상 f0/2 주파수 신호를 만드는 발진기를 나타낸 회로구성도이다.
여기에 도시된 푸쉬-푸쉬 발진기는 2-위상(차동) f0 주파수 신호를 만드는 발진기로써, 제 1차동 전압 제어 발진기(110)에서 고주파를 생성하기 위한 제 1공진부(112)를 일측단 코일과 타측단 코일이 서로 대응되도록 결합된 제 1트랜스포머(111)와, 제 1트랜스포머(111)의 일측단에 병렬로 연결된 제 1가변커패시터(113)와, 제 1트랜스포머(111)의 타측단에 병렬로 연결된 제 2가변커패시터(113')와, 제 1트랜스포머(111)의 일측단 코일 사이에 제 1전압을 인가하기 위한 제 1전압단(Vg)과, 제 1트랜스포머(111)의 타측단 코일 사이에 제 2전압을 인가하기 위한 제 2전압단(Vcc)으로 구성하고, 제 1차동 전압 제어 발진기(110)의 음성저항을 생성하기 위한 제 1음성저항부(114)를 게이트가 제 1트랜스포머(111)의 일측단과 차동형태로 연결되고 드레인이 제 1트랜스포머(111)의 타측단과 각각 연결된 한 쌍의 제 1내지 제 2스위칭 트랜지스터(Q21,Q22)와, 한 쌍의 제 1내지 제 2스위칭 트랜지스터(Q21,Q22)와 각각 직렬로 연결되어 게이트가 커플링된 제 2차동 전압 제어 발진기(210)의 제 3출력단자(OUT_C)와 제 4출력단자(OUT_D)에 각각 연결된 한 쌍의 제 3내지 제 4커플링 트랜지스터(Q23,Q24)로 구성하여 제 1트랜스포머(111)의 타측단이 제 1출력단자(OUT_A)와 제 2출력단자(OUT_B)에 각각 연결되도록 구성한다.
그리고, 제 2차동 전압 제어 발진기(210)에서 고주파를 생성하기 위한 제 2공진부(212)를 일측단 코일과 타측단 코일이 서로 대응되도록 결합된 제 2트랜스포머(211)와, 제 2트랜스포머(211)의 일측단에 병렬로 연결된 제 1가변커패시터(213)와, 제 2트랜스포머(211)의 타측단에 병렬로 연결된 제 2가변커패시터(213')와, 제 2트랜스포머(211)의 일측단 코일 사이에 제 1전압을 인가하기 위한 제 1전압단(Vg)과, 제 2트랜스포머(211)의 타측단 코일 사이에 제 2전압을 인가하기 위한 제 2전압단(Vcc)으로 구성하고, 제 2차동 전압 제어 발진기(210)의 음성저항을 생성하기 위한 제 2음성저항부(214)를 게이트가 제 2트랜스포머(211)의 일측단과 차동형태로 연결되고 드레인이 제 2트랜스포머(211)의 타측단과 각각 연결된 한 쌍의 제 5내지 제 6스위칭 트랜지스터(Q25,Q26)와, 한 쌍의 제 5내지 제 6스위칭 트랜지스터(Q25,Q26)와 각각 직렬로 연결되어 게이트가 커플링된 제 1차동 전압 제어 발진기(110)의 제 2출력단자(OUT_B)와 제 1출력단자(OUT_A)에 각각 연결된 한 쌍의 제 7내지 제 8커플링 트랜지스터(Q27,Q28)로 구성하여 제 2트랜스포머(211)의 타측단이 제 3출력단자(OUT_C)와 제 4출력단자(OUT_D)에 각각 연결되도록 구성하여 4 위상 전압 제어 발진기(300)가 구성된다.
그리고, 제 1차동 전압 제어 발진기(110)에서 출력되는 고조파 신호를 증폭하기 위한 제 1핀치오프 클리핑회로(410)는 제 1트랜스포머(111)의 일측단과 차동형태로 게이트가 연결된 제 1내지 제 2스위칭 트랜지스터(Q21,Q22)의 게이트와 게이트가 각각 연결되고 소오스가 공통접지로 연결되고 드레인이 제 5출력단자(OUT_2A)와 연결된 제 1내지 제 2핀치오프 클리핑 트랜지스터(Q41,Q42)로 구성되고, 제 1핀치오프 클리핑회로(410)에서 증폭된 고조파 신호에서 f0/2 주파수 신호를 줄이고 f0 주파수 신호를 증폭하는 제 1매칭회로(510)로 구성된다.
또한, 제 2차동 전압 제어 발진기(210)에서 출력되는 고조파 신호를 증폭하기 위한 제 2핀치오프 클리핑회로(420)는 제 2트랜스포머(211)의 일측단과 차동형태로 게이트가 연결된 제 5내지 제 6스위칭 트랜지스터(Q25,Q26)의 게이트와 게이트가 각각 연결되고 소오스가 공통접지로 연결되고 드레인이 제 6출력단자(OUT_2B)와 연결된 제 3내지 제 4핀치오프 클리핑 트랜지스터(Q43,Q44)로 구성되고, 제 2핀치오프 클리핑회로(420)에서 증폭된 고조파 신호에서 f0/2 주파수 신호를 줄이고 f0 주파수 신호를 증폭하는 제 2매칭회로(520)로 구성된다.
따라서, 제 5출력단자(OUT_2A)와 제 6출력단자(OUT_2B)에는 주파수는 f0이고 위상은 각각 0˚, 180˚인 주파수가 출력된다.
도 5는 본 발명에 의한 트랜스포머와 핀치오프 클리핑을 이용한 4 위상 LC 공진 전압 제어 푸쉬-푸쉬 발진기에 의해 단일위상 2f0 주파수 신호를 만드는 발진기를 나타낸 회로구성도이다.
여기에 도시된 푸쉬-푸쉬 발진기는 단일위상 2f0 주파수 신호를 만드는 발진기로써, 제 1차동 전압 제어 발진기(110)에서 고주파를 생성하기 위한 제 1공진부(112)를 일측단 코일과 타측단 코일이 서로 대응되도록 결합된 제 1트랜스포머(111)와, 제 1트랜스포머(111)의 일측단에 병렬로 연결된 제 1가변커패시터(113)와, 제 1트랜스포머(111)의 타측단에 병렬로 연결된 제 2가변커패시터(113')와, 제 1트랜스포머(111)의 일측단 코일 사이에 제 1전압을 인가하기 위한 제 1전압단(Vg)과, 제 1트랜스포머(111)의 타측단 코일 사이에 제 2전압을 인가하기 위한 제 2전압단(Vcc)으로 구성하고, 제 1차동 전압 제어 발진기(110)의 음성저항을 생성하기 위한 제 1음성저항부(114)를 게이트가 제 1트랜스포머(111)의 일측단과 차동형태로 연결되고 드레인이 제 1트랜스포머(111)의 타측단과 각각 연결된 한 쌍의 제 1내지 제 2스위칭 트랜지스터(Q21,Q22)와, 한 쌍의 제 1내지 제 2스위칭 트랜지스터(Q21,Q22)와 각각 직렬로 연결되어 게이트가 커플링된 제 2차동 전압 제어 발진기(210)의 제 3출력단자(OUT_C)와 제 4출력단자(OUT_D)에 각각 연결된 한 쌍의 제 3내지 제 4커플링 트랜지스터(Q23,Q24)로 구성하여 제 1트랜스포머(111)의 타측단이 제 1출력단자(OUT_A)와 제 2출력단자(OUT_B)에 각각 연결되도록 구성한다.
그리고, 제 2차동 전압 제어 발진기(210)에서 고주파를 생성하기 위한 제 2공진부(212)를 일측단 코일과 타측단 코일이 서로 대응되도록 결합된 제 2트랜스포머(211)와, 제 2트랜스포머(211)의 일측단에 병렬로 연결된 제 1가변커패시터(213)와, 제 2트랜스포머(211)의 타측단에 병렬로 연결된 제 2가변커패시터(213')와, 제 2트랜스포머(211)의 일측단 코일 사이에 제 1전압을 인가하기 위한 제 1전압단(Vg)과, 제 2트랜스포머(211)의 타측단 코일 사이에 제 2전압을 인가하기 위한 제 2전압단(Vcc)으로 구성하고, 제 2차동 전압 제어 발진기(210)의 음성저항을 생성하기 위한 제 2음성저항부(214)를 게이트가 제 2트랜스포머(211)의 일측단과 차동형태로 연결되고 드레인이 제 2트랜스포머(211)의 타측단과 각각 연결된 한 쌍의 제 5내지 제 6스위칭 트랜지스터(Q25,Q26)와, 한 쌍의 제 5내지 제 6스위칭 트랜지스터(Q25,Q26)와 각각 직렬로 연결되어 게이트가 커플링된 제 1차동 전압 제어 발진기(110)의 제 2출력단자(OUT_B)와 제 1출력단자(OUT_A)에 각각 연결된 한 쌍의 제 7내지 제 8커플링 트랜지스터(Q27,Q28)로 구성하여 제 2트랜스포머(211)의 타측단이 제 3출력단자(OUT_C)와 제 4출력단자(OUT_D)에 각각 연결되도록 구성하여 4 위상 전압 제어 발진기(300)가 구성된다.
그리고, 제 1내지 제 2차동 전압 제어 발진기(110)(210)에서 출력되는 고조파 신호를 증폭하기 위한 제 3핀치오프 클리핑회로(430)는 제 1내지 제 2트랜스포머(111)(211)의 일측단과 차동형태로 게이트가 연결된 제 1내지 제 2스위칭 트랜지스터(Q21,Q22)와 제 5내지 제 6스위칭 트랜지스터(Q25,Q26)의 게이트와 게이트가 각각 연결되고 소오스가 공통접지로 연결되고 드레인이 제 7출력단자(OUT_4A)와 공통연결된 제 5내지 제 8핀치오프 클리핑 트랜지스터(Q45,Q46,Q47,Q48)로 구성되고, 제 3핀치오프 클리핑회로(430)에서 증폭된 고조파 신호에서 f0/2 와 f0 주파수 신호를 줄이고 2f0 신호를 증폭하는 제 3매칭회로(530)로 구성된다.
따라서, 제 7출력단자(OUT_4A)에는 단일위상인 2f0 주파수가 출력된다.
이와 같이 트랜스포머에 의한 4 위상 전압 제어 발진기를 사용함으로써 트랜스포머에 의한 공진기는 인덕터만을 사용한 공진기에 비하여 공진도(quality factor)를 향상시킬 수 있으며, 4 위상 전압 제어 발진기의 제 1전압단(Vg)에 의해 제 4 위상 전압 제어 발진기 출력신호의 DC 전압을 임으로 조절할 수 있기 때문에 별도의 출력버퍼나 DC 준위 조절기 없이 핀치오프 클리핑회로와 연결하여 푸쉬-푸쉬 발진기를 구성할 수 있게 된다.
상기한 바와 같이 본 발명은 신호의 특성을 나쁘게 하는 출력버퍼와 DC 준위 조절기(DC level shifter) 없이 핀치오프 클리핑(pinch-off clipping)할 수 있도록 출력신호의 DC 전압을 조절할 수 있는 트랜스포머를 이용한 4 위상 LC 공진 전압 제어 발진기를 이용하여 f0/2 주파수 신호를 푸쉬-푸쉬 방법으로 2 위상 f0 주파수 신호나 단일 위상 2f0 주파수 신호를 만듦으로써 인덕터를 이용한 4 위상 전압 제어 발진기에 비하여 좋은 특성을 가지면서도 출력버퍼와 DC 준위 조절기 없이 핀치오프 클리핑을 할 수 있어 단순한 구조로 잡음 특성이 좋은 LC 공진 전압 푸쉬-푸쉬 발진기를 만들 수 있는 이점이 있다.
도 1은 트랜스포머를 이용한 4 위상 전압 제어 발진기를 나타낸 회로구성도이다.
도 2는 핀치-오프 클리핑(pinch-off clipping)에 정현파(sine wave)가 입력되었을 때 출력파형과 주파수 영역에서의 그래프이다.
도 3은 종래의 전압 제어 발진기(VCO)에 의한 푸쉬-푸쉬 발진기를 나타낸 블록구성도이다.
도 4는 본 발명에 의한 트랜스포머와 핀치오프 클리핑을 이용한 4 위상 LC 공진 전압 제어 푸쉬-푸쉬 발진기에 의해 2 위상 f0/2 주파수 신호를 만드는 발진기를 나타낸 회로구성도이다.
도 5는 본 발명에 의한 트랜스포머와 핀치오프 클리핑을 이용한 4 위상 LC 공진 전압 제어 푸쉬-푸쉬 발진기에 의해 단일위상 2f0 주파수 신호를 만드는 발진기를 나타낸 회로구성도이다.
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -
110, 210 : 제 1내지 제 2차동 전압 제어 발진기
111, 211 : 제 1내지 제 2트랜스포머
112, 212 : 제 1내지 제 2공진부
113, 213 : 제 1가변커패시터
113', 213' : 제 2가변커패시터
114, 214 : 제 1내지 제 2음성저항부
300 : 4 위상 전압 제어 발진기
410, 420, 430 : 제 1내지 제 3핀치오프 클리핑회로
510, 520, 530 : 제 1내지 제 3매칭회로
Q21, Q22 : 제 1내지 제 2스위칭 트랜지스터
Q23, Q24 : 제 3내지 제 4커플링 트랜지스터
Q25, Q26 : 제 5내지 제 6스위칭 트랜지스터
Q27, Q28 : 제 7내지 제 8커플링 트랜지스터
Q41 ∼ Q48 : 제 1내지 제 8핀치오프 클리핑 트랜지스터
OUT_A, OUT_B, OUT_C, OUT_D : 제 1내지 제 4출력단자
OUT_2A, OUT_2B : 제 5내지 제 6출력단자
OUT_4A : 제 7출력단자

Claims (3)

  1. 일측단 코일과 타측단 코일이 서로 대응되도록 결합된 트랜스포머와, 상기 트랜스포머의 일측단에 병렬로 연결된 제 1가변커패시터와, 상기 트랜스포머의 타측단에 병렬로 연결된 제 2가변커패시터와, 상기 트랜스포머의 일측단 코일 사이에 제 1전압을 인가하기 위한 제 1전압단과, 상기 트랜스포머의 타측단 코일 사이에 제 2전압을 인가하기 위한 제 2전압단으로 구성되어 발진주파수를 발생시키는 공진부와;
    게이트가 상기 트랜지스포머의 일측단과 차동형태로 연결되고 드레인이 상기 트랜스포머의 타측단과 각각 연결된 한 쌍의 스위칭 트랜지스터와, 상기 한 쌍의 스위칭 트랜지스터와 각각 직렬로 연결되어 게이트가 커플링된 다른 차동 전압 제어 발진기의 출력단자와 각각 연결된 한 쌍의 커플링 트랜지스터로 구성되어 음성저항을 생성하는 음성저항부로 각각 이루어진 두 개의 차동 전압 제어 발진기가 서로 커플링되어 구성되어 상기 트랜스포머의 타측단이 출력단자와 각각 연결되어 발진주파수를 출력하는 4 위상 전압 제어 발진기와,
    상기 4 위상 전압 제어 발진기의 트랜스포머의 일측단에 각각 연결되어 고조파 신호를 증폭하기 위한 핀치오프 클리핑회로와,
    상기 핀치오프 클리핑회로의 출력값을 매칭시켜 출력하기 위한 매칭회로로 이루어진 것을 특징으로 하는 트랜스포머와 핀치오프 클리핑을 이용한 4 위상 LC 공진 전압 제어 푸쉬-푸쉬 발진기.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 핀치오프 클리핑회로는 상기 두 개의 차동 전압 제어 발진기 중 어느 하나의 차동 전압 제어 발진기의 트랜스포머의 일측단에 각각 연결되어 동위상 신호가 게이트에 연결되고 소오스가 공통접지되며 드레인이 제 5출력단자에 공통연결된 제 1내지 제 2핀치오프 클리핑 트랜지스터와, 다른 하나의 차동 전압 제어 발진기의 트랜스포머의 일측단에 각각 연결되어 직각위상 신호가 게이트에 연결되고 소오스가 공통접지되며 드레인이 제 6출력단자에 공통연결된 제 3내지 제 4핀치오프 클리핑 트랜지스터로 이루어진 것을 특징으로 하는 트랜스포머와 핀치오프 클리핑을 이용한 4 위상 LC 공진 전압 제어 푸쉬-푸쉬 발진기.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 핀치오프 클리핑회로는 상기 두 개의 차동 전압 제어 발진기의 트랜스포머의 일측단과 게이트가 각각 연결되고 소오스가 공통접지되며 드레인이 제 7출력단자에 공통으로 연결된 제 5내지 제 8핀치오프 클리핑 트랜지스터로 이루어진 것을 특징으로 하는 트랜스포머와 핀치오프 클리핑을 이용한 4 위상 LC 공진 전압 제어 푸쉬-푸쉬 발진기.
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