KR100666701B1 - 수동 주파수 변환기 및 이의 주파수 변환방법 - Google Patents

수동 주파수 변환기 및 이의 주파수 변환방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수동 주파수 변환기 및 이의 주파수 변환 방법을 공개한다. 이 회로는 제1입력 신호 인가단자와 제1출력 신호 발생단자사이에 직렬 연결되는 n개의 스위치들을 각각 구비하는 병렬 연결된 n개의 제1단위 셀들, 제1입력 신호 인가단자와 제2출력 신호 발생단자사이에 직렬 연결되는 n개의 스위치들을 각각 구비하는 병렬 연결된 n개의 제2단위 셀들, 제1출력신호 발생단자와 제2입력 신호 인가단자사이에 직렬 연결되는 n개의 스위치들을 각각 구비하는 병렬 연결된 n개의 제3단위 셀들, 및 제2출력신호 발생단자와 제2입력 신호 인가단자사이에 직렬 연결되는 n개의 스위치들을 각각 구비하는 병렬 연결된 n개의 제4단위 셀들을 구비하고, 제1단위 셀들중의 하나와 제4단위 셀들중의 하나가 동시에 온되고, 제2단위 셀들중의 하나와 제3단위 셀들중의 하나가 동시에 온되고, 제1 및 제4단위 셀들과 제2 및 제3단위 셀들이 180/n도의 위상 차에 해당하는 지연 시간을 가지고 순차적으로 온되는 것을 특징으로 한다. 따라서, 원하는 주파수를 가지는 기저 대역 출력신호를 용이하게 발생할 수 있으며, 저주파수를 가지는 클럭신호들을 이용하여 원하는 주파수를 가지는 기저 대역 출력신호를 안정적으로 정확하게 발생할 수 있다.

Description

수동 주파수 변환기 및 이의 주파수 변환방법{Passive frequency mixer and frequency converting method}
도1은 종래의 수동 주파수 변환기의 일예의 구성을 나타내는 회로도이다.
도2는 종래의 수동 주파수 변환기의 다른 예의 구성을 나타내는 회로도이다.
도3은 본 발명의 일실시예의 수동 주파수 변환기의 구성을 나타내는 것이다.
도4는 도3에 나타낸 수동 주파수 변환기의 실시예의 회로도이다.
도5는 도3 및 도4에 나타낸 실시예의 수동 주파수 변환기의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.
도6은 본 발명의 다른 실시예의 수동 주파수 변환기의 구성을 나타내는 것이다.
도7은 본 발명의 수동 주파수 변환기의 일반화된 구성을 나타내는 것이다.
본 발명은 주파수 변환기에 관한 것으로, 특히 수동 주파수 변환기 및 이의 주파수 변환 방법에 관한 것이다.
주파수 변환기는 무선 통신 시스템의 무선 송수신기에 사용되는 회로로서, 고주파수(10KHz ~ 3000GHz)의 차동 입력 신호를 저주파수의 기저 대역 출력신호로 변환하거나, 저주파수의 차동 입력 신호를 고주파수의 기저 대역 출력신호로 변환하는 기능을 한다.
도1은 종래의 수동 주파수 변환기의 일예의 구성을 나타내는 회로도로서, 제1 내지 제4단위 셀들(C1 ~ C4)로 구성되고, 제1 내지 제4단위 셀들(C1 ~ C4) 각각은 NMOS트랜지스터들(N1 ~ N4)로 구성되어 있다.
도1에 나타낸 구성의 동작을 설명하면 다음과 같다.
클럭신호들(LO+, LO-)은 국부 발진기, 예를 들면, 전압 제어 발진기와 같은 클럭신호 발생기(미도시)로부터 인가되는 각각 0도, 180도의 위상을 가지며, 서로 180도의 위상 차를 가지는 신호들로서, 수신되는 고주파수의 차동 입력 신호(RF+, RF-)보다 낮은 저주파수를 가지는 신호들이다.
"하이"레벨의 클럭신호(LO+)가 인가되면 단위 셀들(C1, C4)의 NMOS트랜지스터들(N1, N4)이 온되고, "하이"레벨의 클럭신호(LO-)가 인가되면 단위 셀들(C2, C3)의 NMOS트랜지스터들(N2, N3)이 온되어 고주파수의 차동 입력 신호(RF+, RF-)을 저주파수로 변환하여 저주파수의 기저 대역 차동 출력 신호(BB+, BB-)를 발생한다.
단위 셀들(C1, C4)과 단위 셀들(C2, C3)은 180도의 위상 차에 해당하는 지연 시간을 가지고 온된다.
만일 고주파수의 기저 대역 출력신호(BB+, BB-)을 발생하기를 원한다면, 국부 발진기가 고주파수의 차동 입력 신호(RF+, RF-)보다 더 높은 고주파수의 클럭신호들을 발생하도록 구성하면 된다.
도1에 나타낸 종래의 수동 주파수 변환기는 단위 셀들 각각이 한 개의 NMOS트랜지스터로 구성되어 있기 때문에 클럭신호들(LO+, LO-)이 NMOS트랜지스터들(N1 ~ N4)의 게이트와 드레인사이의 기생 캐패시턴스에 의해서 게이트로 인가되는 클럭신호들(LO+, LO-)이 드레인으로 유입되고, 이에 따라 NMOS트랜지스터들(N1 ~ N4)의 게이트로 인가되는 클럭신호들(LO+, LO-)과 드레인으로 유입된 클럭신호들(LO+, LO-)이 혼합되어 원하는 기저 대역 차동 출력신호(BB+, BB-)를 발생할 수 없다는 문제가 있다. 이와같은 문제를 자기 혼합 문제(self-mixing problem)라고 한다.
도2는 종래의 수동 주파수 변환기의 다른 예의 구성을 나타내는 회로도로서, 제1 내지 제4단위 셀들(C1 ~ C4)로 구성되며, 제1 내지 제4단위 셀들(C1 ~ C4) 각각은 두 개의 병렬 연결된 NMOS트랜지스터들((N1, N2), (N3, N4), (N5, N6), (N7, N8))로 구성되어 있다.
도2에 나타낸 구성의 동작을 설명하면 다음과 같다.
클럭신호들(LOI+, LOQ+, LOI-, LOQ-)은 국부 발진기, 예를 들면, 전압 제어 발진기 또는 위상 동기 루프와 같은 클럭신호 발생기(미도시)로부터 인가되는 0도, 90도, 180도, 270도의 위상을 가지며, 서로 90도의 위상 차를 가지는 신호들로서, 수신되는 고주파수의 차동 입력 신호(RF+, RF-)보다 낮은 저주파수를 가지는 신호들이다.
"하이"레벨의 클럭신호(LOI+)가 인가되면, 단위 셀들(C1, C4)의 NMOS트랜지스터들(N1, N7)이 온되고, 하이"레벨의 클럭신호(LOQ+)가 인가되면, 단위 셀들(C2, C3)의 NMOS트랜지스터들(N5, N3)이 온되고, "하이"레벨의 클럭신호(LOI-)가 인가되 면, 단위 셀들(C1, C4)의 NMOS트랜지스터들(N2, N8)이 온되고, "하이"레벨의 클럭신호(LOQ-)가 인가되면 단위 셀들(C2, C3)의 NMOS트랜지스터들(N6, N4)이 온되어 고주파수의 차동 입력 신호(RF+, RF-)을 저주파수로 변환하여 저주파수의 기저 대역 차동 출력 신호(BB+, BB-)을 발생한다.
단위 셀들(C1 ~ C4) 각각은 180도의 위상 차에 해당하는 지연 시간을 가지고 온되고, 단위 셀들(C1, C4)과 단위 셀들(C2, C3)은 90도의 위상 차에 해당하는 지연 시간을 가지고 온된다.
만일 고주파수의 기저 대역 출력신호(BB+, BB-)을 발생하기를 원한다면, 국부 발진기가 고주파수의 차동 입력 신호들(RF+, RF-)보다 더 높은 고주파수의 클럭신호들을 발생하도록 구성하면 된다.
그런데, 도2에 나타낸 종래의 수동 주파수 변환기는 NMOS트랜지스터들(N1 ~ N8)의 게이트로 인가되는 DC 바이어스 전압을 조절해 주지 않으면 단위 셀(C1)과 단위 셀(C2)이 동시에 온되고, 단위 셀(C3)과 단위 셀(C4)이 동시에 온되게 될 수 있게 된다. 따라서, 차동 입력 신호의 주파수에서 클럭신호의 주파수의 2배의 주파수를 뺀 주파수를 가지는 원하는 기저 대역 차동 출력신호를 발생할 수 없게 된다는 문제가 있다. 즉, "하이"레벨의 클럭신호(LOI+)와 입력 신호(RF+)사이에 주파수 혼합이 수행되어야 하는데, 클럭신호(LOI+)와 90도의 위상 차를 가지는 클럭신호(LOQ+)가 "하이"레벨로 되면 NMOS트랜지스터들(N1, N5)이 동시에 온되어 원하는 주파수의 기저 대역 출력신호를 발생할 수가 없게 된다.
또한, 종래의 수동 주파수 변환기는 고주파수의 차동 입력 신호(RF+, RF-)을 더 높은 고주파수로 변환하기 위하여는 차동 입력 신호들의 주파수보다 높은 주파수의 서로 다른 위상 차를 가지는 클럭신호들을 발생하는 클럭신호 발생기가 필요하다. 그러나, 실질적으로, 그러한 고주파수를 가지는 클럭신호 발생기의 설계가 용이하지 않다.
본 발명의 목적은 원하는 주파수를 가지는 기저 대역 출력신호를 용이하게 발생할 수 있는 수동 주파수 변환기를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 저주파수를 가지는 클럭신호들을 이용하여 원하는 주파수를 가지는 기저 대역 출력신호를 발생할 수 있는 수동 주파수 변환기를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 목적과 다른 목적을 달성하기 위한 수동 주파수 변환기의 주파수 변환 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적과 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수동 주파수 변환기는 제1입력 신호 인가단자와 제1출력 신호 발생단자사이에 직렬 연결되는 n개의 스위치들을 각각 구비하는 병렬 연결된 n개의 제1단위 셀들, 상기 제1입력 신호 인가단자와 제2출력 신호 발생단자사이에 직렬 연결되는 n개의 스위치들을 각각 구비하는 병렬 연결된 n개의 제2단위 셀들, 상기 제1출력신호 발생단자와 제2입력 신호 인가단자사이에 직렬 연결되는 n개의 스위치들을 각각 구비하는 병렬 연결된 n개의 제3단위 셀들, 및 상기 제2출력신호 발생단자와 제2입력 신호 인가단자사이에 직렬 연결되는 n개의 스위치들을 각각 구비하는 병렬 연결된 n개의 제4단위 셀들을 구비하 고, 상기 제1단위 셀들중의 하나와 상기 제4단위 셀들중의 하나가 동시에 온되고, 상기 제2단위 셀들중의 하나와 상기 제3단위 셀들중의 하나가 동시에 온되고, 상기 제1 및 제4단위 셀들과 상기 제2 및 제3단위 셀들이 180/n도의 위상 차에 해당하는 지연 시간을 가지고 순차적으로 온되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 내지 제4단위 셀들 각각의 n개의 스위치들은 180/n도의 위상 차를 가지는 클럭신호들 각각에 응답하여 온되고, 상기 스위치들 각각은 NMOS트랜지스터로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수동 주파수 변환 방법은 제1입력 신호 인가단자와 제1출력 신호 발생단자사이에 직렬 연결되는 n개의 스위치들을 각각 구비하는 병렬 연결된 n개의 제1단위 셀들, 상기 제1입력 신호 인가단자와 제2출력 신호 발생단자사이에 직렬 연결되는 n개의 스위치들을 각각 구비하는 병렬 연결된 n개의 제2단위 셀들, 상기 제1출력신호 발생단자와 제2입력 신호 인가단자사이에 직렬 연결되는 n개의 스위치들을 각각 구비하는 병렬 연결된 n개의 제3단위 셀들, 및 상기 제2출력신호 발생단자와 제2입력 신호 인가단자사이에 직렬 연결되는 n개의 스위치들을 각각 구비하는 병렬 연결된 n개의 제4단위 셀들을 구비하는 수동 주파수 변환기의 주파수 변환 방법에 있어서, 180/n도의 위상 차를 가지는 n개의 클럭신호들이 모두 온되면 상기 제1단위 셀들중의 하나와 상기 제4단위 셀들중의 하나가 온되어 차동 입력 신호를 기저 대역 차동 출력신호로 전송하는 제1단계, 및 180/n도의 위상 차에 해당하는 지연 시간 후에 180/n도의 위상 차를 가지는 n개의 클럭신호들이 모두 온되면 상기 제2단위 셀들중의 하나와 상기 제3단위 셀들 중의 하나가 온되어 상기 차동 입력 신호를 상기 기저 대역 차동 출력신호로 전송하는 제2단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하면 본 발명의 수동 주파수 변환기를 설명하면 다음과 같다.
도3은 본 발명의 일실시예의 수동 주파수 변환기의 구성을 나타내는 것으로, 8개의 단위 셀들(C1 ~ C8)로 구성되고, 단위 셀들(C1 ~ C8) 각각은 2개씩의 직렬 연결된 스위치들((SW1, SW2), (SW3, SW4), (SW5, SW6), (SW7, SW8), (SW9, SW10), (SW11, SW12), (SW13, SW14), (SW15, SW16))로 각각 구성되어 있다.
도3에서, 단위 셀들(C1, C2)은 제1입력 신호(RF+) 인가 단자와 제1출력 신호(BB+) 발생단자사이에 병렬 연결되고, 단위 셀들(C3, C4)은 제1입력 신호(RF+) 인가 단자와 제2출력 신호(BB-) 발생단자사이에 병렬 연결되고, 단위 셀들(C5, C6)은 제1출력 신호(BB+) 발생단자와 제2입력 신호(RF-) 인가 단자사이에 병렬 연결되고, 단위 셀들(C7, C8)은 제2출력 신호(BB-) 발생단자와 제2입력 신호(RF-) 인가 단자사이에 병렬 연결되어 있다. 그리고, 스위치들(SW1, SW2) 각각으로 클럭신호(LOQ+) 및 클럭신호(LOI+)가 인가되고, 스위치들(SW3, SW4) 각각으로 클럭신호(LOQ-, LOI-)가 인가되고, 스위치들(SW5, SW6) 각각으로 클럭신호(LOQ-, LOI+)가 인가되고, 스위치들(SW7, SW8) 각각으로 클럭신호(LOQ+, LOI-)가 인가된다. 스위치들(SW9, SW10) 각각으로 클럭신호(LOI-, LOQ+)가 인가되고, 스위치들(SW11, SW12) 각각으로 클럭신호(LOI+, LOQ-)가 인가되고, 스위치들(SW13, SW14) 각각으로 클럭신호(LOI-, LOQ-)가 인가되고, 스위치들(SW15, SW16) 각각으로 클럭신호(LOI+, LOQ+)가 인가된다. 그리고, 클럭신호들(LOI+, LOQ+, LOI-, LOQ-) 각각은 0도, 90도, 180도, 270도의 위상을 가지며, 서로 90도의 위상 차를 가진다.
도4는 도3에 나타낸 수동 주파수 변환기의 실시예의 회로도로서, 제1단위 셀(C1)은 NMOS트랜지스터들(N1, N2)로 구성되고, 제2단위 셀(C2)은 NMOS트랜지스터들(N3, N4)로 구성되고, 제3단위 셀(C3)은 NMOS트랜지스터들(N5, N6)로 구성되고, 제4단위 셀(C4)은 NMOS트랜지스터들(N7, N8)로 구성되고, 제5단위 셀(C5)은 NMOS트랜지스터들(N9, N10)로 구성되고, 제6단위 셀(C6)은 NMOS트랜지스터들(N11, N12)로 구성되고, 제7단위 셀(C7)은 NMOS트랜지스터들(N13, N14)로 구성되고, 제8단위 셀(C8)은 NMOS트랜지스터들(N15, N16)로 구성되어 있다.
도3 및 도4에 나타낸 수동 주파수 변환기의 기능을 설명하면 다음과 같다.
클럭신호들(LOQ+, LOI+)이 모두 "하이"레벨이면, 단위 셀들(C1, C8)의 스위치들(SW1, SW2, SW15, SW16), 즉, NMOS트랜지스터들(N1, N2, N15, N16)이 온되고, 클럭신호들(LOQ+, LOI-)이 모두 "하이"레벨이면, 단위 셀들(C3, C5)의 스위치들(SW5, SW6, SW9, SW10), 즉, NMOS트랜지스터들(N5, N6, N9, N10)이 온되고, 클럭신호들(LOI-, LOQ-)이 모두 "하이"레벨이면, 단위 셀들(C2, C7)의 스위치들(SW3, SW4, SW13, SW14), 즉, NMOS트랜지스터들(N3, N4, N13, N14)이 온되고, 클럭신호들(LOQ-, LOI+)이 모두 "하이"레벨이면, 단위 셀들(C4, C6)의 스위치들(SW7, SW8, SW11, SW12), 즉, NMOS트랜지스터들(N7, N8, N11, N12)이 온되어, 차동 입력 신호(RF+, RF-)를 기저 대역 차동 출력신호(BB+, BB-)로 전송한다.
단위 셀들(C1, C8)과 단위 셀들(C3, C5)은 서로 90도의 위상 차에 해당하는 지연 시간을 가지고 온되고, 단위 셀들(C3, C5)과 단위 셀들(C2, C7)은 서로 90도의 위상 차에 해당하는 지연 시간을 가지고 온되고, 단위 셀들(C2, C7)과 단위 셀들(C4, C6)은 서로 90도의 위상 차에 해당하는 지연 시간을 가지고 온되어, 차동 입력 신호(RF+, RF-)를 기저 대역 차동 출력신호(BB+, BB-)로 전송한다. 단위 셀들(C1, C8), 단위 셀들(C3, C5), 단위 셀들(C2, C7), 및 단위 셀들(C4, C6)은 서로 90도의 위상 차에 해당하는 지연 시간을 가지고 순차적으로 온된다. 그리고, 단위 셀(C1)과 단위 셀(C2), 단위 셀(C3)과 단위 셀(C4), 단위 셀(C5)과 단위 셀(C6), 및 단위 셀(C7)과 단위 셀(C8)은 서로 180도의 위상 차에 해당하는 지연 시간을 가지고 온된다.
도5는 도3 및 도4에 나타낸 실시예의 수동 주파수 변환기의 동작을 설명하기 위한 파형도로서, A는 서로 90도의 위상 차를 가지고 발생되는 클럭신호들(LOI+, LOQ+, LOI-, LOQ-)의 파형을, B는 기저 대역 출력 신호(BB+)의 발생 파형을, C는 기저 대역 출력신호(BB-)의 발생 파형을 각각 나타내는 것이다.
도5로부터 알 수 있듯이, 기간(T1)에서, "하이"레벨의 클럭신호들(LOI+, LOQ+)이 인가되면 단위 셀들(C1, C8)이 각각 온되어 차동 입력 신호(RF+, RF-)를 기저 대역 차동 출력신호들(BB+, BB-)로 전송하고, 90도의 위상 차에 해당하는 지연 시간 후에, "하이"레벨의 클럭신호들(LOQ+, LOI-)이 인가되면 단위 셀들(C5, C5)이 각각 온되어 차동 입력 신호(RF+, RF-)를 기저 대역 차동 출력신호들(BB+, BB-)로 전송한다. 그리고, 90도의 위상 차에 해당하는 지연 시간 후에, "하이"레벨 의 클럭신호들(LOI-, LOQ-)이 인가되면 단위 셀들(C2, C7)이 각각 온되어 차동 입력 신호(RF+, RF-)를 기저 대역 차동 출력신호들(BB+, BB-)로 전송하고, "하이"레벨의 클럭신호들(LOQ-, LOI+)이 인가되면 단위 셀들(C4, C6)이 각각 온되어 차동 입력신호(RF+, RF-)를 기저 대역 차동 출력신호들(BB+, BB-)로 전송한다.
따라서, 상술한 실시예의 본 발명의 수동 주파수 변환기는 스위칭 동작의 주기가 클럭신호들(LOI+, LOQ+, LOI-, LOQ-)의 주기의 1/2이 되어 원하는 주파수 대역으로의 주파수 변환이 가능하게 된다. 예를 들어 설명하면, 종래의 수동 주파수 변환기가 4.1GHz의 주파수를 가지는 차동 입력 신호(RF+, RF-)를 100MHz의 주파수를 가지는 기저 대역 차동 출력신호(BB+, BB-)로 변환하고자 할 때, 국부 발진기가 4GHz의 주파수를 가지는 클럭신호들(LOI+, LOQ+, LOI-, LOQ-)을 발생해야 한다. 그러나, 본 발명의 수동 주파수 변환기는 국부 발진기가 2GHz의 주파수를 가지는 클럭신호들(LOI+, LOQ+, LOI-, LOQ-)을 발생하면 된다.
또한, 상술한 실시예의 본 발명의 수동 주파수 변환기는 스위치들을 구성하는 NMOS트랜지스터들의 게이트들로 인가되는 DC 바이어스 전압을 조절해주어야 할 필요가 없다.
도6은 본 발명의 다른 실시예의 수동 주파수 변환기의 구성을 나타내는 것으로, 단위 셀들(C1 ~ C12)로 구성되고, 단위 셀들(C1 ~ C12) 각각은 3개의 직렬 연결된 스위치들((SW1 ~ SW3), (SW4 ~ SW6), (SW7 ~ SW9), (SW10 ~ SW12), (SW13 ~ SW15), (SW16 ~ SW18), (SW19 ~ SW21), (SW22 ~ SW24), (SW25 ~ SW27), (SW28 ~ SW30), (SW31 ~ SW33), (SW34 ~ SW36))로 각각 구성되어 있다. 도시하지는 않았지 만, 스위치들(SW1 ~ SW36) 각각은 NMOS트랜지스터들로 구성된다.
도6에서, 클럭신호들(LO1, LO2, LO3, LO4, LO5, LO6) 각각은 0도, 60도, 120도, 180도, 240도, 360도의 위상을 가지는 서로 60도의 위상 차를 가지는 클럭신호들이다.
도6에 나타낸 구성들 각각의 기능을 설명하면 다음과 같다.
클럭신호들(LO1, LO2, LO3)이 모두 "하이"레벨이면 제1 및 제12단위 셀들(C1, C12)의 스위치들(SW1 ~ SW3, SW34 ~ SW36)이 온되어 차동 입력 신호(RF+, RF-)를 기저 대역 차동 출력 신호(BB+, BB-)로 전송한다. 60도의 위상 차에 해당하는 지연 시간 후에, 클럭신호들(LO2, LO3, LO5)이 모두 "하이"레벨이면 제5 및 제8단위 셀들(C5, C8)의 스위치들(SW13 ~ SW15, SW22 ~ SW24)이 온되어 차동 입력 신호(RF+)를 기저 대역 차동 출력 신호(BB+, BB-)로 전송한다. 그리고, 60도의 위상 차에 해당하는 지연 시간 후에, 클럭신호(LO3, LO4, LO5)이 모두 "하이"레벨이면 제2 및 제11단위 셀들(C2, C11)의 스위치들(SW4 ~ SW6, SW31 ~ SW33)이 온되어 차동 입력 신호(RF+, RF-)를 기저 대역 차동 출력 신호(BB+, BB-)로 전송한다. 60도의 위상 차에 해당하는 지연 시간 후에, 클럭신호들(LO4, LO5, LO6)이 모두 "하이"레벨이면 제6 및 제9단위 셀들(C6, C9)의 스위치들(SW16 ~ SW18, SW25 ~ SW27)이 온되어 차동 입력 신호(RF+, RF-)를 기저 대역 차동 출력 신호(BB+, BB-)로 전송한다. 그리고, 60도의 위상 차에 해당하는 지연 시간 후에, 클럭신호들(LO5, LO6, LO1)이 모두 "하이"레벨이면 제3 및 제10단위 셀들(C3, C10)의 스위치들(SW7 ~ SW9, SW28 ~ SW30)이 온되어 차동 입력 신호(RF+, RF-)를 기저 대역 출력 신호(BB+, BB-)로 전송한다. 60도의 위상 차에 해당하는 지연 시간 후에, 클럭신호들(LO6, LO1, LO2)이 모두 "하이"레벨이면 제4 및 제7단위 셀들(C4, C7)의 스위치들(SW16 ~ SW18, SW19 ~ SW21)이 온되어 차동 입력 신호(RF+, RF-)를 기저 대역 출력 신호(BB+, BB-)로 전송한다.
도6에 나타낸 수동 주파수 변환기는 제1 내지 제12단위 셀들(C1 ~ C12) 각각이 60도의 위상 차를 가지는 클럭신호들이 모두 "하이"레벨이 되면 온되고, 단위 셀들(C1 ~ C3)의 하나와 단위 셀들(C10 ~ C12)의 하나가 동시에 온되고, 단위 셀들(C4 ~ C6)의 하나와 단위 셀들(C7 ~ C9)의 하나가 동시에 온된다. 그리고, 단위 셀들(C1 ~ C3, C10 ~ C12)과 단위 셀들(C4 ~ C6, C7 ~ C9)이 60도의 위상 차에 해당하는 지연 시간을 가지고 순차적으로 온된다.
따라서, 상술한 실시예의 본 발명의 수동 주파수 변환기는 스위칭 동작의 주기가 클럭신호들(LO1 ~ LO6)의 주기의 1/3이 되어 원하는 주파수 대역으로의 주파수 변환이 가능하게 된다. 예를 들어 설명하면, 종래의 수동 주파수 변환기가 4.1GHz의 주파수를 가지는 차동 입력 신호(RF+, RF-)를 100MHz의 주파수를 가지는 기저 대역 차동 출력신호(BB+, BB-)로 변환하고자 할 때, 국부 발진기가 4GHz의 주파수를 가지는 클럭신호들(LOI+, LOQ+, LOI-, LOQ-)을 발생해야 한다. 그러나, 본 발명의 수동 주파수 변환기는 국부 발진기가 4/3GHz의 주파수를 가지는 클럭신호들(LO1 ~ LO6)을 발생하면 된다.
또한, 상술한 실시예의 본 발명의 수동 주파수 변환기는 스위치들을 구성하는 NMOS트랜지스터들의 게이트들로 인가되는 DC 바이어스 전압을 조절해주어야 할 필요가 없다.
도7은 본 발명의 수동 주파수 변환기의 일반화된 구성을 나타내는 것으로, 단위 셀들(C11 ~ C1n, C21 ~ C2n, C31 ~ C3n, C41 ~ C4n) 각각이 n개의 직렬 연결된 스위치들(SW1 ~ SWn)을 구비하고, 제1단위 셀들(C11 ~ C1n)은 제1입력 신호 인가단자와 제1출력 신호 발생단자사이에 병렬 연결되고, 제2단위 셀들(C21 ~ C2n)은 제1입력 신호 인가단자와 제2출력 신호 발생단자사이에 병렬 연결되고, 제3단위 셀들(C31 ~ C3n)은 제1출력 신호 발생단자와 제2입력 신호 인가단자사이에 병렬 연결되고, 제4단위 셀들(C41 ~ C4n)은 제2출력 신호 발생단자와 제2입력 신호 인가단자사이에 병렬 연결되어 구성되어 있다.
도7에 나타낸 수동 주파수 변환기는 단위 셀들 각각이 180/n도의 위상 차를 가지는 클럭신호들이 모두 "하이"레벨이면 온되고, 제1단위 셀들중의 하나와 제4단위 셀들중의 하나가 동시에 온되고, 제2단위 셀들중의 하나와 제3단위 셀들중의 하나가 동시에 온된다. 그리고, 제1 및 제4단위 셀들 각각의 하나와 제2 및 제3단위 셀들 각각의 하나는 180/n도의 위상 차에 해당하는 지연 시간을 가지고 온된다.
도7의 수동 주파수 변환기는 직렬로 연결되는 스위치들의 개수 및 병렬로 연결되는 단위 셀들의 개수 n에 의해서 국부 발진기의 주파수가 결정되며, 국부 발진기에 의해서 서로 180/n도의 위상 차를 가지는 클럭신호들을 발생하면 된다. 그리고, n은 하모닉 팩터에 관련되며, n을 달리함에 의해서 얻어지는 고조파 성분의 주파수가 달라지게 된다. 따라서, 단위 셀들 각각의 직렬로 연결되는 스위치들의 개수 및 병렬로 연결되는 단위 셀들의 개수를 달리함에 의해서 원하는 고조파 성분의 주파수가 달라지게 된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 수동 주파수 변환기는 원하는 주파수를 가지는 기저 대역 차동 출력신호를 용이하게 발생할 수 있으며, 저주파수를 가지는 클럭신호들을 이용하여 원하는 주파수를 가지는 기저 대역 차동 출력신호를 안정적으로 정확하게 발생할 수 있다.

Claims (5)

  1. 제1입력 신호 인가단자와 제1출력 신호 발생단자사이에 직렬 연결되는 n개의 스위치들을 각각 구비하는 병렬 연결된 n개의 제1단위 셀들;
    상기 제1입력 신호 인가단자와 제2출력 신호 발생단자사이에 직렬 연결되는 n개의 스위치들을 각각 구비하는 병렬 연결된 n개의 제2단위 셀들;
    상기 제1출력신호 발생단자와 제2입력 신호 인가단자사이에 직렬 연결되는 n개의 스위치들을 각각 구비하는 병렬 연결된 n개의 제3단위 셀들; 및
    상기 제2출력신호 발생단자와 제2입력 신호 인가단자사이에 직렬 연결되는 n개의 스위치들을 각각 구비하는 병렬 연결된 n개의 제4단위 셀들을 구비하고,
    상기 제1단위 셀들중의 하나와 상기 제4단위 셀들중의 하나가 동시에 온되고, 상기 제2단위 셀들중의 하나와 상기 제3단위 셀들중의 하나가 동시에 온되고, 상기 제1 및 제4단위 셀들과 상기 제2 및 제3단위 셀들이 180/n도의 위상 차에 해당하는 지연 시간을 가지고 순차적으로 온되는 것을 특징으로 하는 수동 주파수 변환기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 내지 제4단위 셀들 각각의 n개의 스위치들은
    180/n도의 위상 차를 가지는 클럭신호들 각각에 응답하여 온되는 것을 특징으로 하는 수동 주파수 변환기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 스위치들 각각은
    NMOS트랜지스터로 구성된 것을 특징으로 하는 수동 주파수 변환기.
  4. 제1입력 신호 인가단자와 제1출력 신호 발생단자사이에 직렬 연결되는 n개의 스위치들을 각각 구비하는 병렬 연결된 n개의 제1단위 셀들;
    상기 제1입력 신호 인가단자와 제2출력 신호 발생단자사이에 직렬 연결되는 n개의 스위치들을 각각 구비하는 병렬 연결된 n개의 제2단위 셀들;
    상기 제1출력신호 발생단자와 제2입력 신호 인가단자사이에 직렬 연결되는 n개의 스위치들을 각각 구비하는 병렬 연결된 n개의 제3단위 셀들; 및
    상기 제2출력신호 발생단자와 제2입력 신호 인가단자사이에 직렬 연결되는 n개의 스위치들을 각각 구비하는 병렬 연결된 n개의 제4단위 셀들을 구비하는 수동 주파수 변환기의 주파수 변환 방법에 있어서,
    180/n도의 위상 차를 가지는 n개의 클럭신호들이 모두 온되면 상기 제1단위 셀들중의 하나와 상기 제4단위 셀들중의 하나가 온되어 차동 입력 신호를 기저 대역 차동 출력신호로 전송하는 제1단계; 및
    180/n도의 위상 차에 해당하는 지연 시간 후에 180/n도의 위상 차를 가지는 n개의 클럭신호들이 모두 온되면 상기 제2단위 셀들중의 하나와 상기 제3단위 셀들중의 하나가 온되어 상기 차동 입력 신호를 상기 기저 대역 차동 출력신호로 전송하는 제2단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 주파수 변환 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 주파수 변환 방법은
    상기 제1 내지 제4단위 셀들 각각의 n개의 스위치들 각각을 180/n도의 위상 차를 가지는 클럭신호들 각각에 응답하여 온하는 것을 특징으로 하는 수동 주파수 변환 방법.
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