KR100679824B1 - 광대역 주파수 추적 대역통과 필터 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광대역 주파수 추적 대역통과 필터에 관한 것으로, 직렬로 연결된 복수의 인덕터들이 정전용량을 발생시키는 정전용량 가변부에 의하여 공유되어 연결된다.
본 발명에 따르면, 복수의 각 정전용량 가변부는 직렬로 연결된 복수의 인덕터들 중에서 하나 이상의 인덕터와 직렬로 연결된다. 광대역 주파수를 갖는 신호가 입력단자로 입력된 경우에, 직렬공진과 병렬공진이 동시에 발생하여 통과대역에 해당하는 주파수를 갖는 신호가 필터링되고 정지대역에 대한 특성이 개선된다. 이로 인하여, 집적도가 향상되고 주파수의 선택성이 증가한다.
주파수, 필터, 광대역
Description
도 1은 본 발명의 광대역 주파수 추적 대역통과 필터의 실시 예를 보인 도면.
도 2는 스위치드 커패시터 뱅크의 실시 예를 보인 도면.
도 3은 스위치드 커패시터 뱅크의 다른 실시 예를 보인 도면.
도 4는 본 발명의 광대역 주파수 추적 대역통과 필터의 선택성을 설명하기 위한 파형도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100 : 인덕터부 110 : 제 1 정전용량 가변부
120 : 제 2 정전용량 가변부 130 : 제 3 정전용량 가변부
L1 : 제 1 인덕터 L2 : 제 2 인덕터
L3 : 제 3 인덕터 C1, C2, …, Cn : 커패시터
Q1, Q2, …, Qn : 스위칭 소자 Cv : 버렉터
본 발명은 광대역 주파수 추적 대역통과 필터에 관한 것으로, 특히 정전용량을 생성하는 복수의 정전용량 가변부들 각각이 직렬로 연결된 복수의 인덕터를 공유하여 연결되어 직렬공진과 병렬공진이 동시에 발생되도록 함으로써, 통과대역에 해당하는 주파수를 갖는 신호를 필터링하고, 정지대역의 특성을 향상시키는 광대역 주파수 추적 대역통과 필터에 관한 것이다.
일반적으로 텔레비전 수상기의 튜너(Tuner)는 다른 무선 통신기기에 비하여 광대역(45∼850㎒)의 수신대역을 갖는다. 즉, 종래의 튜너에서 안테나를 통해 수신한 RF(Radio Frequency) 대역의 신호는 RF 대역통과 필터에서 필터링되어 저잡음 증폭기(LNA : Low Noise Amplifier)로 출력된다. 저잡음 증폭기는 RF 대역통과 필터에서 출력된 신호를 입력받고, 미리 설정된 설정 이득율로 저잡음 증폭한 이후에 믹서로 출력한다. 믹서는 저잡음 증폭기에서 출력된 신호를 국부발진기에서 생성된 정현파 신호(Sinusoidal Signal)와 믹싱하여 중간주파수 대역으로 천이된 신호를 출력한다. 믹서에서 출력된 신호는 중간주파수 필터 및 중간주파수/자동이득 제어 증폭기를 거쳐서 기저대역 모뎀(Baseband Modem)에 입력된다.
그러나 종래의 튜너에서 RF 대역통과필터는 사용되는 소자의 주파수 튜닝 제한 때문에 하나의 경로로는 VHF대역과 UHF대역에 이르는 TV 전체 대역을 지원할 수 없었다. 따라서, 전체 대역을 지원하기 위하여 각각의 밴드에 적합한 두 개의 이상의 대역통과 필터를 이용해야 했다. 그러므로 필터의 수가 증가하게 되고, 이로 인하여 수신기의 용적과 가격이 증가하는 문제점과 함께 반도체에 집적하기에 어려움이 많았다.
그러므로 본 발명의 목적은 최소한의 소자 값으로 수신하고자 하는 채널 주파수에 따라 통과대역이 조절되는 광대역 주파수 추적 대역통과 필터를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 정전용량을 생성하는 정전용량 가변부가 직렬로 연결된 복수의 인덕터를 공유하여 공진이 발생함으로써, 공진을 위해 요구되는 부품의 값(Value) 혹은 크기가 감소되어 반도체 집적화를 유리하게 하는 광대역 주파수 추적 대역통과 필터를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 통과대역의 주파수를 필터링하기 위하여 발생되는 직렬공진과 동시에 병렬공진을 발생시켜 정지대역에 대한 특성을 향상시킴으로써 인접채널에 대한 간섭을 감소시키는 광대역 주파수 추적 대역통과 필터를 제공하는 데 있다.
이러한 목적을 이루기 위한 본 발명의 광대역 주파수 추적 대역통과 필터는 복수의 인덕터가 직렬로 연결된 인덕터부와, 상기 인덕터부에서 하나 이상의 인덕터와 직렬로 연결되며, 정전용량을 가변하는 복수의 정전용량 가변부를 포함하고, 상기 복수의 각 정전용량 가변부와 직렬로 연결되는 인덕터의 개수는 통과대역에 따라 상이하며, 복수의 정전용량 가변부 각각의 일단은 상호간에 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 광대역 주파수 추적 대역통과 필터에서 상기 복수의 정전용량 가변부 각각이 생성하는 정전용량의 값은 상이한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 광대역 주파수 추적 대역통과 필터에서 상기 복수의 정전용량 가변부는 한 개 혹은 2개의 정전용량 가변부만이 온(On)되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 광대역 주파수 추적 대역통과 필터에서 상기 인덕터부 및 복수의 정전용량 가변부는 단일 칩에 집적되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 광대역 주파수 추적 대역통과 필터에서 상기 정전용량 가변부는 스위치드 커패시터 뱅크(Switched Capacitor Bank) 또는 버렉터(Varactor)인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 광대역 주파수 추적 대역통과 필터에서 상기 스위치드 커패시터 뱅크는 병렬로 연결된 복수의 커패시터와, 상기 복수의 커패시터 각각에 직렬로 연결된 복수의 스위칭 소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 광대역 주파수 추적 대역통과 필터에서 상기 스위치드 커패시터 뱅크는 상기 복수의 커패시터 및 상기 복수의 스위칭 소자와 병렬로 연결된 버렉터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 광대역 주파수 추적 대역통과 필터에서 상기 스위칭 소자는MOS(Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터인 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 광대역 주파수 추적 대역통과 필터에 관하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 광대역 주파수 추적 대역통과 필터의 실시 예를 보인 도면 이다. 도시된 바와 같이, 광대역 주파수 추적 대역통과 필터는 인덕터부(100)와, 복수의 정전용량 가변부(110, 120, 130)를 포함한다.
인덕터부(100)는 복수의 인덕터들(L1, L2, L3)이 직렬로 연결된다. 상호간에 직렬로 연결되어 있는 복수의 인덕터들(L1, L2, L3)의 상대적인 값은 제한이 없으나, 그 부피는 복수의 인덕터들(L1, L2, L3)이 하나의 칩에 집적될 수 있는 정도의 부피여야 한다. 또한, 복수의 각 인덕터(L1, L2, L3)의 값은 입력단자(Input)로 입력되는 신호의 주파수 대역의 범위 내에서 직렬공진 및 병렬공진을 발생시킬 수 있는 범위 내에 존재해야 한다.
복수의 정전용량 가변부(110, 120, 130)는 인덕터부(100)에서 하나 이상의 인덕터(L1, L2, L3)와 직렬로 연결되며, 정전용량을 생성한다. 그리고 복수의 각 정전용량 가변부(110, 120, 130)와 직렬로 연결되는 인덕터의 개수는 상이하며, 복수의 정전용량 가변부(110, 120, 130) 각각의 일단은 상호간에 연결된다.
복수의 정전용량 가변부(110, 120, 130)와 직렬로 연결되는 인덕터의 개수는 상이하므로, 제 1 정전용량 가변부(110)는 제 1 인덕터(L1), 제 2 인덕터(L2) 및 제 3 인덕터(L3)와 직렬로 연결된다. 제 2 정전용량 가변부(120)는 제 3 인덕터(L3)와 제 1 정전용량 가변부(110)가 직렬로 연결되어 있는 구성과 병렬로 연결된다. 제 3 정전용량 가변부(130)는 제 2 인덕터(L2)와 제 3 인덕터(L3)와 제 1 정전용량 가변부(110)가 직렬로 연결되어 있는 구성과 병렬로 연결된다.
복수의 각 정전용량 가변부(110, 120, 130)는 스위치드 커패시터 뱅크 또는 버렉터 등 정전용량을 생성할 수 있는 소자로 구성된다.
도 2는 스위치드 커패시터 뱅크의 실시예를 보인 도면이다. 도시된 바와 같이, 스위치드 커패시터 뱅크는 복수의 커패시터(C1, C2, …, Cn)와 복수의 스위칭 소자(Q1, Q2, …, Qn)를 포함한다. 즉, 스위치드 커패시터 뱅크는 n개(단, n은 1 이상)의 커패시터(C1, C2, …, Cn)의 일단이 각각 병렬로 연결되고, 각 커패시터(C1, C2, …, Cn)의 타단에는 n개의 스위칭 소자(Q1, Q2, …, Qn)가 직렬로 연결된다. 스위칭 소자(Q1, Q2, …, Qn)는 선택적으로 온/오프되는 MOS 트랜지스터 등으로 구성되며, 게이트(Gate)에 인가되는 소정 비트를 가진 디지털 제어신호(S1, S2, …, Sn)를 제어함으로써 스위치드 커패시터 뱅크의 정전용량을 조절한다. 즉, 복수의 커패시터(C1, C2, …, Cn)가 병렬로 연결되어 있으므로, 온되는 스위칭 소자에 직렬로 연결된 모든 커패시터의 정전용량을 가산한 값이 스위치드 커패시터 뱅크가 생성하는 정전용량의 값이 된다.
도 3은 스위치드 커패시터 뱅크의 다른 실시 예를 보인 도면이다. 도시된 바와 같이, 스위치드 커패시터 뱅크의 다른 실시 예는 도 2의 스위치드 커패시터 뱅크에 병렬로 연결되어 있는 버렉터(Cv)를 더 포함한다. 버렉터(Cv)는 p-n 접합의 장벽용량(공핍층의 존재로 발생한 정전용량)에 가해진 역방향 전압의 크기에 의해 공핍층의 두께를 변화시켜서 정전용량의 값을 가감하는 소자로, 정전용량의 값을 미세하게 조절할 수 있다. 그러므로 도 2에서 선택적으로 온되는 스위칭 소자들만으로 이루어진 구성에 비하여 좀 더 미세하게 정전용량의 값을 조절할 수 있다.
한편, 복수의 각 정전용량 가변부(110, 120, 130)는 버렉터로 구성될 수 있는데, 상기 도 3에서 설명한 바와 같이 버렉터의 특성에 따라서 정전용량의 값을 미세하게 조절할 수 있게 된다.
그리고 복수의 정전용량 가변부(110, 120, 130) 중에서 2개의 정전용량 가변부만이 온되고, 이외의 정전용량 가변부는 오프된다. 정전용량 가변부(110, 120, 130)가 오프된다는 의미는 정전용량 가변부가 생성하는 정전용량의 임피던스(Impedance)가 무한대가 된다는 것을 의미한다. 정전용량의 임피던스가 무한대로 생성하기 위하여는, 정전용량 가변부(110, 120, 130)가 스위치드 커패시터 뱅크인 경우에 스위칭 소자를 모두 오프시키는 등의 다양한 방법이 존재한다. 온되는 2개의 정전용량 가변부 중에서, 하나의 정전용량 가변부는 통과대역을 위한 직렬공진의 공진주파수를 발생시키는데 이용되고, 다른 하나의 정전용량 가변부는 정지대역을 위한 병렬공진의 공진주파수를 발생시키는데 이용된다.
이하에서는 복수의 정전용량 가변부(110, 120, 130) 중에서 2개의 정전용량 가변부만이 온되어 직렬공진과 병렬공진이 발생하는 동작을 도 1을 참조하여 설명하기로 한다. 복수의 정전용량 가변부 중에서 제 1 정전용량 가변부(110)와 제 2 정전용량 가변부(120)가 온된다고 가정한다. 그러면 제 1 인덕터(L1)와 제 2 인덕터(L2)와 제 3 인덕터(L3)와 제 1 정전용량 가변부(110)가 직렬로 연결되어 직렬공진이 발생된다. 직렬공진이 발생하는 주파수의 대역은 제 1 인덕터(L1)와 제 2 인덕터(L2)와 제 3 인덕터(L3)의 값을 가산한 값과 제 1 정전용량 가변부(110)에서 생성된 정전용량의 값에 의하여 결정된다. 직렬공진이 발생하는 주파수 대역은 하기 수학식 1과 같다.
직렬공진의 경우, 수학식 1에서 L은 제 1 인덕터(L1)와 제 2 인덕터(L2)와 제 3 인덕터(L3)의 값을 모두 가산한 값이고, C는 제 1 정전용량 가변부(110)에서 생성되는 정전용량의 값이다.
입력단자(Input)로 입력되는 신호 중에서 제 1 인덕터(L1)와 제 2 인덕터(L2)와 제 3 인덕터(L3)와 제 1 정전용량 가변부(110)에 의하여 직렬공진이 발생하는 주파수 대역에 해당하는 신호만이 필터링되어 출력단자로 출력된다. 왜냐하면, 직렬공진이 발생하는 경우에, 임피던스의 값이 최소가 되어 복수의 인덕터(L1, L2, L3) 및 제 1 정전용량 가변부(110)를 통해 흐르는 전류가 최대가 되기 때문이다. 이로 인하여, 입력단자(Input)로 입력되어 출력단자(Output)로 출력되는 신호 중에서, 직렬공진이 발생하는 주파수 대역에 해당하는 신호의 손실(Loss)이 최소가 된다. 직렬공진이 발생하는 주파수의 대역은 제 1 정전용량 가변부(110)에서 생성되는 정전용량의 값과 복수의 인덕터(L1, L2, L3)의 값을 가산한 값에 따라서 상이해진다. 다만, 직렬공진이 발생하는 주파수 대역 이외의 주파수 대역을 갖는 신호는 출력단자(Output)로 출력되는 것이 완전히 차단되는 것은 아니고, 어느 정도의 손실이 발생한 신호가 출력된다.
상기 직렬공진이 발생함과 동시에, 제 3 인덕터(L3)와 제 1 정전용량 가변부(110) 및 제 2 정전용량 가변부(120)간에 병렬공진이 발생한다. 입력단자(Input)를 통해 신호가 입력되는 경우에, 제 3 인덕터(L3)와 제 1 정전용량 가변부(110)의 임피던스를 비교하면 제 1 정전용량 가변부(110)의 임피던스는 제 3 인덕터(L3)의 임피던스와 비교하여 무시할 수 있을 정도로 작다. 그러므로 제 3 인덕터(L3)와 제 2 정전용량 가변부(120)간에 병렬공진이 발생하게 된다. 병렬공진이 발생하는 주파수 대역은 상기 수학식 1에 기재되어 있는 식과 동일하다. 그러나 병렬공진의 경우에, 수학식 1에서 L은 제 3 인덕터(L3)의 값이고, C는 제 2 정전용량 가변부(120)가 생성하는 정전용량의 값이다. 입력단자(Input)로 입력되어 출력단자(Output)로 출력되는 신호 중에서 제 3 인덕터(L3)와 제 2 정전용량 가변부(120)에 의하여 병렬공진이 발생하는 주파수 대역에 해당하는 신호의 손실은 최대가 된다. 왜냐하면, 병렬공진이 발생하는 경우에, 임피던스의 값이 최대가 되어 흐르는 전류가 최소가 되기 때문이다. 병렬공진되는 주파수의 대역은 제 2 정전용량 가변부(120)에서 생성되는 정전용량의 값과 제 3 인덕터(L3)의 값에 따라서 상이해진다. 다만, 병렬공진이 발생하는 주파수 대역 이외의 주파수 대역을 갖는 신호는 출력단자(Output)에 의한 출력이 차단되는 것이 아닌, 특정 손실이 발생한 신호가 출력된다.
상기에서는 제 1 인덕터(L1)와 제 2 인덕터(L2)와 제 3 인덕터(L3)와 제 1 정전용량 가변부(110)에서 직렬공진이 발생하고, 제 3 인덕터(L3)와 제 1 정전용량 가변부(110)와 제 2 정전용량 가변부(120)에서 병렬공진이 발생하는 경우에 대하여 설명하였다. 그러나 직렬공진과 병렬공진이 발생하는 조합은 이에 한정되는 것이 아니다. 즉, 제 1 정전용량 가변부(110)가 오프되고 제 2 정전용량 가변부(120)와 제 3 정전용량 가변부(130)가 온되는 경우에, 제 1 인덕터(L1)와 제 2 인덕터(L2) 와 제 2 정전용량 가변부(120)에서 직렬공진이 발생하고, 제 2 인덕터(L2)와 제 2 정전용량 가변부(120)와 제 3 정전용량 가변부(130)에서 병렬공진이 발생할 수 있는 등의 다양한 조합이 가능하다.
한편, 복수의 각 정전용량 가변부(110, 120, 130)가 발생하는 정전용량의 값을 상이하도록 함으로써, 직렬공진이 발생하는 주파수 대역과 병렬공진이 발생하는 주파수 대역이 상이하도록 한다. 왜냐하면, 입력된 신호에서 특정 주파수에 해당되는 신호가 필터링되어 출력되는 직렬공진이 발생하는 경우에, 직렬공진이 발생하는 주파수 대역과 동일한 주파수 대역에서 병렬공진이 발생할 경우 직렬공진과 병렬공진간에 상쇄작용이 일어나서 아무런 효과도 발생하지 않기 때문이다. 이로 인하여, 입력되는 신호 중에서 출력하고자 하는 주파수 대역 즉, 통과대역에 해당하는 신호의 손실을 최소화시키고, 통과대역 이외의 대역 즉, 정지대역에 해당하는 신호의 손실을 최대화시켜서 인접채널로 인한 간섭을 감소시킨다. 즉, 본 발명의 광대역 주파수 추적 대역통과 필터로 인하여 주파수의 선택성이 향상된다.
도 4는 본 발명의 광대역 주파수 추적 대역통과 필터의 선택성을 설명하기 위한 파형도이다. (a)는 직렬공진이 발생하여 출력되는 신호의 주파수 응답특성을 보인 파형도이고, (b)는 직렬공진과 병렬공진이 동시에 발생하여 출력되는 신호의 주파수 응답특성을 보인 파형도이다. X축은 주파수를 나타내고, Y축은 신호의 이득을 나타낸다. Y축의 신호의 이득은 0dB에 가까울수록 신호의 손실이 거의 없다는 것을 의미하고, 0dB보다 작아질수록 신호의 손실이 증가하는 것을 의미한다. 도시된 바와 같이, 직렬공진과 동시에 병렬공진이 발생함으로써, 신호의 응답특성이 특 정 주파수 대역에서 극점(pole)이 되므로, 통과대역의 주파수 이외의 대역의 주파수를 갖는 신호의 손실이 증가한다. 이는 정지대역에서의 특성이 향상한다는 의미로, 광대역 주파수 추적 대역통과 필터로 인한 주파수의 선택성이 증가된다.
한편, 상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있다.
이와 같이 본 발명은 정전용량 가변부가 생성하는 정전용량의 값이 상이하므로, 입력되는 채널의 주파수에 따라서 편리하게 통과대역을 조절할 수 있다.
그리고 본 발명은 정전용량을 생성하는 복수의 정전용량 가변부가 직렬로 연결된 복수의 인덕터 중에서 하나 이상의 인덕터와 직렬로 연결되므로, 특정 주파수 대역을 필터링하는데 요구되는 인덕터의 수를 감소시킨다. 인덕터의 수가 감소됨으로 인하여 부피가 감소하게 되고, 부피의 감소로 인하여 집적도가 향상된다.
또한, 본 발명은 직렬공진과 병렬공진이 동시에 발생함으로써, 정지대역의 특성이 향상되어 필터의 주파수 선택성이 증가한다.
Claims (8)
- 복수의 인덕터가 직렬로 연결된 인덕터부; 및상기 인덕터부에서 하나 이상의 인덕터와 직렬로 연결되며, 정전용량을 생성하는 복수의 정전용량 가변부;를 포함하고,상기 복수의 각 정전용량 가변부와 직렬로 연결되는 인덕터의 개수는 상이하며, 복수의 정전용량 가변부 각각의 일단은 상호간에 연결되는 것을 특징으로 하는 광대역 주파수 추적 대역통과 필터.
- 제 1항에 있어서,상기 복수의 정전용량 가변부 각각이 생성하는 정전용량의 값은 상이한 것을 특징으로 하는 광대역 주파수 추적 대역통과 필터.
- 제 1항에 있어서,상기 복수의 정전용량 가변부는 1개 혹은 2개의 정전용량 가변부만이 온(On)되는 것을 특징으로 하는 광대역 주파수 추적 대역통과 필터.
- 제 1항에 있어서,상기 인덕터부 및 복수의 정전용량 가변부는 단일 칩에 집적되는 것을 특징으로 하는 광대역 주파수 추적 대역통과 필터.
- 제 1항에 있어서, 상기 정전용량 가변는;스위치드 커패시터 뱅크(Switched Capacitor Bank) 또는 버렉터(Varactor)인 것을 특징으로 하는 광대역 주파수 추적 대역통과 필터.
- 제 5항에 있어서, 상기 스위치드 커패시터 뱅크는;병렬로 연결된 복수의 커패시터; 및상기 복수의 커패시터 각각에 직렬로 연결된 복수의 스위칭 소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 주파수 추적 대역통과 필터.
- 제 6항에 있어서,상기 스위치드 커패시터 뱅크는 상기 복수의 커패시터 및 상기 복수의 스위칭 소자와 병렬로 연결된 버렉터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 주파수 추적 대역통과 필터.
- 제 6항 또는 7항에 있어서, 상기 스위칭 소자는;MOS(Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터 혹은 MEMs(Micro Electro machine( 것을 특징으로 하는 광대역 주파수 추적 대역통과 필터.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101224232B1 (ko) * | 2012-06-21 | 2013-01-21 | 한태환 | 가변 대역 통과 필터 |
CN105245197A (zh) * | 2015-09-24 | 2016-01-13 | 长沙景嘉微电子股份有限公司 | 一种快速谐振选频电路 |
-
2006
- 2006-03-09 KR KR1020060022400A patent/KR100679824B1/ko not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
능동 동조 필터 회로, 이를 포함하는 모듈 및 무선 통 |
단상 오버헤드 접촉 와이어 전동차용 능동 필터(19930 |
파워콘버터의 LC필터용 공진 감쇠장치(19921109) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101224232B1 (ko) * | 2012-06-21 | 2013-01-21 | 한태환 | 가변 대역 통과 필터 |
CN105245197A (zh) * | 2015-09-24 | 2016-01-13 | 长沙景嘉微电子股份有限公司 | 一种快速谐振选频电路 |
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