KR100678089B1 - 이중 대역 수신기의 고주파신호 수신회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이중 대역 수신기의 구성을 간단하게 할 수 있는 고주파 신호 수신회로를 제공한다. 이를 위한 본 발명은 제1 주파수 대역의 고주파 신호와 제1 주파수 대역보다 높은 제2 주파수 대역의 고주파 신호를 수신하는 이중 대역 수신기에서 제1,제2 주파수 대역의 고주파 신호를 중간주파수 신호로 변환하는 고주파 신호 수신회로에 있어서, 제1 주파수 대역에 대응하는 국부발진주파수 신호로서 발진하는 기준주파수 신호와 그의 2차 고조파 신호 성분의 출력 전력 레벨이 유사하게 되도록 셋팅한 임피던스 매칭회로를 출력단에 구비하는 전압제어발진기(VCO)와, 전압제어발진기의 출력단에 접속되어 기준주파수 신호만을 통과시키는 제1 대역통과필터와, 전압제어발진기의 출력단에 접속되어 2차 고조파 신호만을 통과시키는 제2 대역통과필터와, 제1 주파수 대역의 고주파 신호와 제1 대역통과필터를 통과한 기준주파수 신호를 믹싱하여 중간주파수 신호를 발생하는 제1 믹서와, 제2 주파수 대역의 고주파 신호와 제2 대역통과필터를 통과한 2차 고조파 성분 신호를 믹싱하여 중간주파수의 정수배가 되는 신호를 발생하는 제2 믹서와, 제2 믹서의 출력신호를 분주하여 중간주파수 신호를 발생하는 분주회로를 구비한다.

이중 대역, PLL, VCO, 2차 고조파.

Description

이중 대역 수신기의 고주파 신호 수신회로{CIRCUIT FOR RECEIVING RADIO FREQUENCY SIGNAL IN DUAL BAND RECEIVER}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고주파 신호 수신회로의 블록구성도,

도 2는 임피던스 매칭회로를 구비하는 통상적인 전압제어발진기(VCO)의 구체회로도,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전압제어발진기(VCO)의 고조파 특성 시뮬레이션 결과를 보인 도면.

본 발명은 서로 다른 2개의 주파수 대역의 고주파(RF: Radio Frequency) 신호를 수신하는 이중 대역(dual band) 수신기에 관한 것으로, 특히 수신되는 RF 신호를 중간 주파수 신호로 변환하는 RF 신호 수신회로에 관한 것이다.

이중 대역 이동통신단말기와 같이 서로 다른 2개의 주파수 대역의 RF 신호를 수신하는 시스템의 RF 신호 수신회로에 있어서 수신하는 주파수 대역의 RF 신호를 중간주파수(IF: Intermediate Frequency) 신호로 변환하기 위해서는 각 주파수 대역에 대응하는 국부(local)발진주파수 신호를 필요로 한다.

최근에 GPS(Global Positioning System) 신호를 수신할 수 있는 셀룰러(cellular) 이동통신단말기나 PCS(Personal Communication Service) 이동통신단말기 개발이 추진되고 있다. 이러한 이동통신단말기의 수신기는 2가지 주파수 대역, 즉 셀룰러 주파수 대역과 GPS 주파수 대역, 또는 PCS 주파수 대역과 GPS 주파수 대역의 RF 신호를 수신할 수 있도록 이중 대역 수신기로서 설계되어야 한다. 이를 위해 이동통신단말기의 RF 신호 수신회로에서는 셀룰러 주파수 대역 또는 PCS 주파수 대역에 대응하는 국부발진주파수 신호와 GPS 주파수 대역에 대응하는 국부발진주파수 신호를 필요로 한다.

예를 들어 현재 개발중인 일본향 CDMA(J-CDMA: Japan - Code Division Mutiple Access) 신호와 GPS 신호를 수신하는 모델의 경우 1.6GHz 대역의 GPS 신호를 수신하기 위해 2GHz 대역의 전압제어발진기(VCO: Voltage Controlled Oscillator)를 사용한 PLL(Phase Locked Loop)을 국부발진기로 사용하고 있다. 이러한 국부발진기로 부터 발생되는 2GHz 대역의 신호는 퀄컴(QUALCOMM)사의 RF 수신회로인 RFR3300에서 2분주되어 1GHz 대역의 신호로 변환되어 CDMA 송, 수신 신호를 위한 국부발진주파수 신호로서 사용되는 반면에, GPS 신호를 수신하기 위한 국부발진주파수 신호로서는 2GHz 대역의 신호가 바로 사용된다.

상기한 예에서 설명한 바와 같이 2GHz 대역의 VCO를 이용하여 CDMA 주파수 대역과 GPS 주파수 대역을 모두 만족하기 위해서는 넓은 주파수 대역을 만족하는 VCO를 포함하는 PLL이 필요하게 된다. 또한 퀄컴사에서 제시하고 있는 GPS 신호 수신이 가능하도록 설계된 RFR3300의 솔루션(solution)은 J-CDMA를 위한 것으로 우리나라와 같이 일본과 사용 주파수가 다른 국가에서는 그대로 적용할 수 없다.

이에따라 예를 들어 우리나라에서 CDMA 2000 신호와 GPS 신호를 모두 수신할 수 있는 이동통신단말기를 만들기 위해서는 CDMA 2000 신호 처리를 위한 국부발진주파수 신호를 발생하는 기존의 PLL이외에 GPS 신호 처리를 위한 국부발진주파수 신호를 발생하는 PLL을 추가하여야 한다.

한편 "이중 대역 전압 제어 발진기"를 명칭으로 국제출원번호 PCT/US1998/21324호로 출원되어 1999년 4월 22일자로 공개된 국제공개번호 WO 1999/19981호(국내 공개번호: 특2001-0024518호)는 예를 들어 900MHz 및 1.8GHz와 같은, 멀리 떨어진 두 주파수 대역에서 작동하는 VCO를 개시하고 있다. 이에 따르면, 이중 대역 장치는 결합기 네트워크를 갖는 완전 분리 국부 발진기, 주파수를 체배하는 2배기 또는 3배기를 갖는 국부 발진기, 핀 다이오드 또는 다른 유사 RF 스위칭장치 및 당해 두 개의 대역이 겹치는 동작 주파수 범위를 갖는 극광대역 발진기(extremely wide band oscillator)를 포함한다. 이들중에 결합기 네트워크를 갖는 완전 분리 국부 발진기를 사용하는 것은 결합기 네트워크 회로에 더하여 두 개의 완전한 VCO 회로 세트가 요구되는 결점이 있고, 주파수 체배기를 갖는 국부 발진기를 사용하는 것은 출력에 항상 불요 신호(spurious signal)이 나타나는 결점이 있으며, 핀 다이오드는 낮은 "온" 임피던스를 얻기 위해 핀 다이오드가 충분한 DC 전류를 요구하고 또한 핀 다이오드는 "오프"일 때 불요 신호와 관련된 높은 레 벨의 고조파를 만들 수 있다는 결점이 있으며, 극광대역 발진기는 필연적으로 튜닝 제어(tuning control)에 매우 민감하다는 결점을 가진다. 이에따라 상기한 국제공개번호 WO 1999/19981호는 공통 튜닝 가능 탱크 회로를 공유하는 두개의 네거티브(negative) 저항 발생기 및 RF 출력을 제공하는 공통 임피던스 매칭 결합기 회로를 포함하여, 현재 사용되는 주파수 대역에 따라 두개의 네거티브 저항 발생기를 탱크회로에 선택적으로 결합함으로써 서로 다른 주파수 대역의 신호를 선택적으로 발진하게 되는 VCO를 개시하고 있다.

그러나 상기한 국제공개번호 WO 1999/19981호에 따른 VCO를 셀룰러 주파수 대역과 GPS 주파수 대역, 또는 PCS 주파수 대역과 GPS 주파수 대역의 RF 신호를 수신하는 이중 대역 수신기의 RF 신호 수신회로에 적용한다면, VCO가 두개의 네거티브 저항 발생기를 구비해야 하며 이들을 탱크회로에 선택적으로 결합할 수 있도록 구성해야 하므로 여전히 구성이 복잡하게 된다.

따라서 본 발명의 목적은 통상적인 회로 구성을 가지는 하나의 VCO만을 사용하면서도 이중 대역의 신호를 수신할 수 있도록 하여 이중 대역 수신기의 구성을 간단하게 할 수 있는 RF 신호 수신회로를 제공함에 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 제1 주파수 대역의 RF 신호와 제1 주파수 대역보다 높은 제2 주파수 대역의 RF 신호를 수신하는 이중 대역 수신기에서 제1,제2 주파수 대역의 RF 신호를 IF 신호로 변환하는 RF 신호 수신회로에 있어서, 제1 주파수 대역에 대응하는 국부발진주파수 신호로서 발진하는 기준주파수 신호와 그의 2차 고조파(harmonic) 신호 성분의 출력 전력 레벨이 유사하게 되도록 셋팅한 임피던스 매칭회로를 출력단에 구비하는 VCO와, VCO의 출력단에 접속되어 기준주파수 신호만을 통과시키는 제1 대역통과필터(BPF: Band Pass Filter)와, VCO의 출력단에 접속되어 2차 고조파 신호만을 통과시키는 제2 BPF와, 제1 주파수 대역의 RF 신호와 제1 BPF를 통과한 기준주파수 신호를 믹싱하여 IF 신호를 발생하는 제1 믹서(mixer)와, 제2 주파수 대역의 RF 신호와 제2 BPF를 통과한 2차 고조파 성분 신호를 믹싱하여 IF의 정수배가 되는 신호를 발생하는 제2 믹서와, 제2 믹서의 출력신호를 분주하여 IF 신호를 발생하는 분주회로를 구비함을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 RF 신호 수신회로의 불록구성도를 보인 것으로, 전술한 바와 같이 셀룰러 주파수 대역과 GPS 주파수 대역, 또는 PCS 주파수 대역과 GPS 주파수 대역의 RF 신호를 수신하는 이동통신단말기의 이중 대역 수신기에 사용하기 위한 RF 신호 수신회로의 블록구성도를 보인 것이다. 도 1에서 VCO(100)는 출력단에 구비되는 임피던스 매칭회로를 본 발명을 위해 기준주파수 신호와 그의 첫번째 고조파 신호 성분, 즉 2차 고조파 신호 성분의 출력 전력 레벨이 유사하게 되도록 셋팅하여 사용한다. 이러한 VCO(100)는 통상적인 이동통신단말기에서와 마찬가지로 국부발진주파수를 발생하기 위한 PLL(도시하지 않았음)에 포함되는 것으로, PLL의 나머지 부분은 본 발명의 설명에 직접적으로 관련이 없으므로 도시하지 않고 생략하였다.

통상적으로 이동통신단말기에 있어서 주파수 대역의 선택은 PLL내의 VCO에 의해 선택되어지는데, VCO는 능동부품으로 발진주파수에 정수배인 고조파 성분을 필연적으로 가지게 된다. 통상적으로 VCO를 설계할 때는 이러한 고조파 성분을 없애기 위해 VCO의 RF 출력단에 적절한 임피던스 매칭회로를 구성함으로써 원하는 발진주파수만 남기고 나머지 고조파 성분은 제거한다.

도 2는 임피던스 매칭회로를 구비하는 통상적인 VCO의 예를 보인 구체회로도이다. 도 2에서 저항들(R1∼R4)은 트랜지스터들(Q1∼Q2)의 동작점을 결정하는 바이어스(bias) 저항이다. 이에따라 바이어스 전원 Vcc으로서 인가된 전압은 저항들(R1∼R3)에 의해 적정 전압으로 분배되어 트랜지스터들(Q1∼Q2)을 동작시키게 된다. 또한 트랜지스터(Q1)는 컬렉터 접지(common collector)로 동작하게 됨으로써 저항들(R1∼R3)에 의해 분배된 전압으로 부터 트랜지스터(Q2)의 에미터단자에는 트랜지스터(Q1)의 에미터단자의 저항(R4)에 의해 생긴 전류와 동일한 에미터 전류가 흐르게 된다. 캐패시터(C4)는 트랜지스터들(Q1∼Q2)의 접지 상태를 결정하기 위한 것으로, 이 캐패시터(C4)에 의해 동작 주파수에서 트랜지스터(Q2)는 에미터 접지(common emitter) 상태가 되고 트랜지스터(Q1)는 컬렉터 접지로서 동작하게 된다. 캐패시터(C1)는 부성저항회로(204)에 의해 형성된 부성저항을 공진회로(200)에 커플링시킴과 아울러 전원 Vcc과 공진회로(200)에 제공되는 발진제어전압 Vt에 의해 인가되는 직류 전압의 유동을 막아주기 위한 직류 차단(block)용 캐패시터로서 동작하게 된다. 상기 발진제어전압 Vt은 도 2의 VCO를 포함하는 PLL의 루프 필터(도시하지 않았음)로 부터 인가된다. 캐패시터(C2)는 트랜지스터(Q2)의 부저항을 통해 얻어진 발진 전압을 에미터 접지 상태에 있는 트랜지스터(Q2)에 전달하기 위한 캐패시터이다. 이에따라 트랜지스터(Q1)는 발진 회로로서 동작하게 되고 트랜지스터(Q2)는 에미터 접지 상태로 동작하여 베이스 단에 인가된 전압을 증폭시키는 역할을 하게 된다. 이와 같이 증폭된 신호는 트랜지스터(Q2)와 캐패시터(Cm1∼Cm2)로 구성되는 임피던스 매칭회로(202)에 의해 불필요한 고조파 성분이 제거되고 필요로 하는 발진주파수 신호가 50Ω의 부하에 최대 전력으로 전달되게 된다. 상기한 바와 같이 저항들(R1∼R4)에 의해 적정히 분배된 전압이 트랜지스터(Q1)에서 형성된 부성저항값과 공진회로(200)에 의해 원하는 주파수에서 발진이 일어나게 되고 이와 같이 발진된 주파수 신호를 에미터 접지로 동작하는 트랜지스터(Q2)에 인가하여 증폭시킨 후 임피던스 매칭회로(202)에 의해 출력하게 된다.

본 발명은 상기한 바와 같이 통상적인 VCO의 RF 출력단에 구비되는 임피던스 매칭회로(202)에서 기준주파수 신호를 제외한 불필요한 고조파 성분을 모두 제거하였던 것과 달리, 기준주파수 신호와 2차 고조파 성분의 출력 전력 레벨이 유사하게 되도록 회로 정수를 셋팅하여 도 1의 VCO(100)로서 사용한다. 상기한 회로 정수는 캐패시터들(Cm1∼Cm2)의 용량값을 의미한다. 이렇게 하여 VCO(100)에서 발진되는 기준주파수 신호로는 셀룰러 주파수 대역 또는 PCS 주파수 대역의 국부발진주파수 로 동작하도록 하고, 기준주파수 신호의 출력 전력 레벨과 유사하게 출력되는 2차 고조파 신호는 GPS 신호를 수신하기 위한 국부발진주파수 신호로 사용한다.

한편 VCO에 있어서 2차 고조파 성분을 이용한 기술의 예로서, 대한민국 출원번호 10-1997-0022745호로 출원되어 2000년 5월 2일자로 등록된 등록번호 10-0262482호 "듀얼 출력을 갖는 전압 제어발진기를 이용한 위상 동기 루프회로"가 있다. 그러나 상기한 등록번호 10-0262482호에 따르면 본 발명과 달리 발진주파수가 낮을 경우에는 기준주파수보다 레벨이 낮은 2차 고조파를 이용하는 것에 대하여 언급되어 있다.

상기한 도 1의 RF 수신회로가 적용되는 이중 대역 수신기에서 수신하는 2개의 주파수 대역을 제1,제2 주파수 대역이라 할 때, 도 1에서 참조 부호 RF1, RF2는 각각 제1,제2 주파수 대역의 RF 신호를 나타내고, fo, 2fo는 각각 VCO(100)의 기준주파수와 2차 고조파를 나타낸다. 그리고 제1 주파수 대역은 CDMA2000의 주파수 대역이고 제2 주파수 대역은 GPS 신호 주파수이라고 가정하면, RF1의 주파수 대역은 824.38MHz∼849.38MHz이고 RF2의 주파수는 1575.42MHz이다. 또한 CDMA2000 이동통신단말기에 있어서 국부발진주파수 기준주파수 대역은 954.38MHz∼979.38MHz이고 이러한 기준주파수 신호의 2차 고조파 성분은 기준주파수 대역의 2배인 1908.76MHz∼1958.76MHz의 주파수 대역을 가지게 된다.

상기한 VCO(100)는 기존의 CDMA2000에서 사용하는 주파수 대역의 기준주파수를 발진하는 상기한 도 2와 같은 VCO에서 임피던스 매칭회로(202)의 캐패시터들(Cm1∼Cm2)의 값을 시뮬레이션(simulation)에 의해 2차 고조파 성분의 출력 전력 레벨이 CDMA2000의 기준주파수 성분의 출력 전력 레벨과 도 3에 보인 바와 같이 유사하게 되도록 셋팅한다. 도 3은 휴렛 팩커드(HP)사의 고주파 회로 설계 시뮬레이터인 MDS(Microwave Design System)를 이용하여 시뮬레이션한 결과를 보인 것이다. 이에 따라 VCO(100)에서 발진 출력되는 신호는 기존의 CDMA2000 송,수신 RF 신호의 국부발진주파수로 사용하기 위한 위한 기준주파수 신호 성분 fo와 GPS 신호 수신을 위한 국부발진주파수로 사용하기 위한 2차 고조파 성분 2fo를 가지게 된다.

만일 도 1의 RF 신호 수신회로를 채용한 이중 대역 수신기가 CDMA2000 모드(mode)로 동작하게 된다면, VCO(100)는 954.38MHz∼979.38MHz중에 수신 채널에 따라 선택되는 기준주파수로 위상동기되어진다. 이와 달리 이중 대역 수신기가 GPS 모드로 동작하게 된다면, VCO(100)는 2차 고조파 신호 성분의 주파수가 1916.94MHz가 되도록 958.47MHz의 기준주파수로 위상동기되어진다. 이와 같이 이동통신단말기에 있어서 PLL의 VCO에서 원하는 주파수 신호를 발진하도록 PLL을 제어하는 기술 자체는 통상적인 것이므로 상세한 설명을 생략한다.

상기한 바와 같이 VCO(100)로 부터 출력되는 신호는 제1,제2 BPF(102,104)에 공통으로 인가된다. 여기서 제1 BPF(102)는 fo의 통과대역을 가지는 BPF를 사용하고, 제2 BPF(104)는 2fo의 통과대역을 가지는 BPF를 사용한다. 그러면 제1 BPF(102)는 VCO(100)의 출력신호를 대역통과여파하여 기준주파수 신호 fo만을 통과시켜 믹서(106)에 인가하게 되고, 제2 BPF(104)는 VCO(100)의 출력신호를 대역통과여파하여 1916.94MHz의 2차 고조파 신호 2fo만을 통과시켜 믹서(108)에 인가하게 된다.

그러면 제1 믹서(106)는 824.38MHz∼849.38MHz의 RF1과 제1 BPF(102)를 통과한 954.38MHz∼979.38MHz의 기준주파수 신호 fo를 믹싱하여 CDMA2000의 수신단의 IF 주파수로 사용하고 있는 85.38MHz의 IF 신호를 발생한다. 또한 제2 믹서(108)는 1575.42MHz의 RF2와 제2 BPF(104)를 통과한 1916.94MHz의 2차 고조파 성분 신호 2fo를 믹싱하여 341.52MHz의 신호를 발생한다. 이와 같이 발생된 341.52MHz의 신호는 CDMA2000의 수신단에서 사용하고 있는 IF 신호 주파수의 4배가 된다. 이에따라 341.52MHz의 신호를 분주회로(110)에 의해 4분주한다. 즉, 341.52MHz의 신호는 2분주기(112)에 의해 2분주되어 170.76MHz로 되고 다시 2분주기(114)에 의해 2분주되어 CDMA2000의 수신단의 IF 주파수로 사용하고 있는 85.38MHz의 IF 신호가 발생된다. 이와 같이 제1 믹서(106) 또는 분주회로(110)로 부터 출력되는 IF 신호는 IF 신호 수신회로(도시하지 않았음)에 인가되어 처리되게 된다.

따라서 VCO의 고조파 특성을 이용하여 두 주파수 대역에 모두 사용할 수 있도록 셋팅한 하나의 VCO를 사용하여, VCO의 기준주파수 신호로는 기존의 셀룰러 주파수 대역 또는 PCS 주파수 대역의 RF 신호의 송,수신에 사용하고 2차 고조파 성분으로 GPS 신호를 수신하는데 사용하게 되므로 회로 구성을 쉽고 단순화할 수 있게 된다.

한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 여러가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 특히 본 발명의 실시예에서는 셀룰러 주파수 대역 또는 PCS 주파수 대역과 GPS 신호를 수신하는 경우에 적용하는 예를 보였으나, 주파수 대역이 달라지는 경우에도 동일하게 적용된다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위의 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 VCO의 고조파 특성을 이용하여 두 주파수 대역에 모두 사용할 수 있도록 셋팅한 하나의 VCO를 사용하여, 이중 대역 수신기의 RF 신호 수신회로를 구성함으로서 회로 구성을 쉽고 단순화할 수 있는 잇점이 있다.

Claims (4)

1. 제1 주파수 대역의 고주파 신호와 상기 제1 주파수 대역보다 높은 제2 주파수 대역의 고주파 신호를 수신하는 이중 대역 수신기에서 상기 제1,제2 주파수 대역의 고주파 신호를 중간주파수 신호로 변환하는 고주파 신호 수신회로에 있어서,

   상기 제1 주파수 대역에 대응하는 국부발진주파수 신호로서 발진하는 기준주파수 신호와 그의 2차 고조파 신호 성분의 출력 전력 레벨이 유사하게 되도록 셋팅한 임피던스 매칭회로를 출력단에 구비하는 전압제어발진기와,

   상기 전압제어발진기의 출력단에 접속되어 상기 기준주파수 신호만을 통과시키는 제1 대역통과필터와,

   상기 전압제어발진기의 출력단에 접속되어 상기 2차 고조파 신호만을 통과시키는 제2 대역통과필터와,

   상기 제1 주파수 대역의 고주파 신호와 상기 제1 대역통과필터를 통과한 기준주파수 신호를 믹싱하여 상기 중간주파수 신호를 발생하는 제1 믹서와,

   상기 제2 주파수 대역의 고주파 신호와 상기 제2 대역통과필터를 통과한 2차 고조파 성분 신호를 믹싱하여 상기 중간주파수의 정수배가 되는 신호를 발생하는 제2 믹서와,

   상기 제2 믹서의 출력신호를 분주하여 상기 중간주파수 신호를 발생하는 분주회로를 구비함을 특징으로 하는 고주파 신호 수신회로.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 주파수 대역이 셀룰러 주파수 대역이고, 상기 제2 주파수 대역이 GPS(Global Positioning System) 주파수 대역임을 특징으로 하는 고주파 신호 수신회로.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 주파수 대역이 PCS(Personal Communication Service) 주파수 대역이고, 상기 제2주파수 대역이 GPS(Global Positioning System) 주파수 대역임을 특징으로 하는 고주파 신호 수신회로.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 분주회로가, 종속 접속된 2개의 2분주회로를 구비함을 특징으로 하는 고주파 신호 수신회로.

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