KR100722833B1 - Frequency synthesizer - Google Patents
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Abstract
본 발명은 주파수합성기의 출력 주파수 간격을 조정하는 이진 반복 합성부; 출력 주파수 대역을 조정하는 대역확장 및 상향 변환부; 출력 신호의 중심 주파수 및 위상잡음을 조정하는 마스터 오실레이터; 및 주파수 합성 과정에 필요한 고정 주파수 신호를 발생시키는 기준신호 발생부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 주파수 합성 장치에 관한 것으로서,The present invention provides a binary repeat synthesizer for adjusting an output frequency interval of a frequency synthesizer; A band extension and up-conversion unit for adjusting an output frequency band; A master oscillator for adjusting the center frequency and phase noise of the output signal; And a reference signal generator for generating a fixed frequency signal necessary for a frequency synthesis process.
본 발명에 따르면, 주파수 간격, 대역, 중심 주파수 및 위상잡음 특성을 주파수합성기의 응용 분야에 따라 쉽게 변경할 수 있는 구조를 가지면서 넓은 대역폭을 빠르게 스위칭 하여 주파수 이동할 수 있다.According to the present invention, a frequency bandwidth, a band, a center frequency, and a phase noise characteristic can be easily changed according to an application field of a frequency synthesizer, and a wide bandwidth can be quickly switched to move frequency.
이진 반복 합성부, 대역확장 및 상향 변환부 Binary Iterative Synthesis, Band Expansion and Upconversion
Description
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 주파수 합성기를 개략적으로 도시한 블록도이다.1 is a block diagram schematically showing a frequency synthesizer according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 주파수 합성기의 이진 반복 합성부(100)를 개략적으로 도시한 블록도이다.2 is a block diagram schematically illustrating a binary
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 주파수 합성기의 주파수 제어를 설명하기 위한 블록도이다.3 is a block diagram illustrating frequency control of a frequency synthesizer according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 마스터 오실레이터(300)를 개략적으로 도시한 블록도이다.4 is a block diagram schematically illustrating a
<도면의 주요부의 부호에 대한 설명><Description of Signs of Major Parts of Drawing>
100 : 이진 반복 합성부 110 : 이진 반복 단위100: binary repeat synthesis unit 110: binary repeat unit
111 : 1/2 주파수분주기 112 : 저역통과필터111: 1/2 frequency divider 112: Low pass filter
113 : 주파수 혼합기 114 : 스위치113: frequency mixer 114: switch
115 : 대역통과필터 210 : 대역통과필터115: band pass filter 210: band pass filter
본 발명은 주파수 합성기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 송신 신호 및 수신 국부 발진 신호원으로 사용되는 이진반복구조의 직접 주파수합성기에 관한 것이다.The present invention relates to a frequency synthesizer, and more particularly, to a direct frequency synthesizer of binary repetition structure used as a transmission signal and a receiving local oscillation signal source.
레이더 및 통신 시스템의 발전은 위상 잡음 및 스퓨리어스 출력 특성이 낮으면서 동시에 넓은 주파수 대역을 빠르게 스위칭할 수 있는 주파수 합성기를 요구한다.Advances in radar and communication systems require frequency synthesizers that can switch quickly over a wide frequency band with low phase noise and spurious output characteristics.
위상동기루프 등을 사용하는 간접 주파수 합성방법은 스위칭 시간과 잡음 특성, 대역폭 등이 서로 상충되는 관계에 있기 때문에, 위상 잡음 및 스퓨리어스 출력 특성이 낮으면서 동시에 넓은 주파수 대역을 빠르게 스위칭하기 힘들다.Indirect frequency synthesis using a phase-locked loop or the like has a conflicting relationship between switching time, noise characteristics, and bandwidth, and thus, it is difficult to quickly switch a wide frequency band at the same time with low phase noise and spurious output characteristics.
반면, 직접 아날로그 주파수 합성방법은 안정된 신호원으로부터 덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈 등의 사칙연산을 이용하여 위상 잡음 및 스퓨리어스 출력 특성이 낮으면서 동시에 넓은 주파수 대역을 빠르게 스위칭할 수 있다.On the other hand, the direct analog frequency synthesis method can switch a wide frequency band at the same time with low phase noise and spurious output characteristics by using arithmetic operations such as addition, subtraction, multiplication, and division from a stable signal source.
직접 아날로그 주파수 합성방법과 관련하여 등록된 종래의 주요 특허는 다음과 같은 것들이 있다.Prior patents registered in connection with the direct analog frequency synthesis method include the following.
미국 특허 : 6,005,446(1999. 12. 21, Zvi Galani, et al.)U.S. Patent: 6,005,446 (Dec. 21, 1999, Zvi Galani, et al.)
미국 특허 : 5,596,290(1997. 1. 21, Grant H. Watkins, et al.)U.S. Patent: 5,596,290 (January 21, 1997, Grant H. Watkins, et al.)
미국 특허 : 4,425,552(1984. 1. 10, Roland C. Stirling)U.S. Patent: 4,425,552 (January 10, 1984, Roland C. Stirling)
미국 특허 : 3,906,388(1975. 9. 16, John P. Jones, et al.)U.S. Patent: 3,906,388 (September 16, 1975, John P. Jones, et al.)
Zvi Galani의 발명은 낮은 잡음 특성을 가진 SAW(Surface Acoustic Wave) 오실레이터를 이용하는 위상동기루프를 사용함으로써, Q-값이 높은 마이크로파 오실레이터의 안정도를 유지하는 새로운 방식을 포함하여 이루어진다. Zvi Galani's invention includes a new way to maintain the stability of high-Q microwave oscillators by using a phase-locked loop that uses a surface acoustic wave (SAW) oscillator with low noise characteristics.
상기 발명은 낮은 위상 잡음 특성을 가지는 직접 주파수 합성 방법을 제안하고 있으나, 주파수의 개수가 16 개로 한정되어 있고, 주파수 간격 및 대역폭도 SAW 오실레이터의 주파수에서 결정되는 최초의 값으로 한정되어 있는 문제가 있다.The present invention proposes a direct frequency synthesis method having a low phase noise characteristic, but the number of frequencies is limited to 16, and the frequency interval and bandwidth are also limited to the first value determined at the frequency of the SAW oscillator. .
Grant H. Watkins의 발명은 1/4 또는 1/8의 주파수분주기를 사용하는 반복 구조를 이용하여 아주 우수한 스퓨리어스 특성을 가지는 직접 주파수합성기를 제안한 것이다.Grant H. Watkins's invention proposes a direct frequency synthesizer with very good spurious characteristics using a repetitive structure using 1/4 or 1/8 frequency dividers.
다만, 상기 발명은 대역폭이 320 MHz 이하로 제한되어 있고, 대역폭을 늘리기 위해서 주파수혼합기의 LO(Local Oscillator) 값의 차이를 증가시키면 주파수 간격도 같은 비율로 늘어나게 되는 문제가 있다.However, the present invention has a problem that the bandwidth is limited to 320 MHz or less, and if the difference in the LO (Local Oscillator) value of the frequency mixer is increased in order to increase the bandwidth, the frequency interval also increases at the same rate.
Roland C. Stirling의 발명은 1/4 주파수분주기를 사용하는 반복 구조를 이용하여 더 간단한 구성으로써 John P. Jones의 발명과 동일한 기능과 성능을 얻도록 하였다.Roland C. Stirling's invention uses a repetitive structure using a quarter frequency divider to achieve the same function and performance as John P. Jones's simpler configuration.
다만, 상기 발명 역시 출력 신호보다 더 높은 주파수의 신호를 주파수혼합기 입력 신호로 사용해야 하므로 우수한 위상잡음 성능을 얻는데 불리하다는 문제가 있다.However, the present invention also has a problem in that it is disadvantageous to obtain an excellent phase noise performance because a signal of a higher frequency than the output signal should be used as the frequency mixer input signal.
John P. Jones의 발명은 1/2 주파수분주기를 사용하는 반복 구조를 이용하여 우수한 스퓨리어스 특성을 가지는 직접 주파수합성기를 제안한 것이다. 이 발명에서는 L-대역의 출력 신호를 얻기 위하여 X-대역의 신호들이 주파수혼합기의 입력 신호로 사용되고 있다.John P. Jones's invention proposes a direct frequency synthesizer with excellent spurious characteristics using a repetitive structure using a 1/2 frequency divider. In this invention, the signals of the X-band are used as the input signal of the frequency mixer to obtain the output signal of the L-band.
다만, 상기 발명은, 위상잡음의 경우 오실레이터의 주파수가 높아지면 낮은 주파수에서보다 우수한 성능을 얻기가 어렵다는 문제가 있다.However, the present invention has a problem in that, in the case of phase noise, when the frequency of the oscillator is increased, it is difficult to obtain better performance than at low frequencies.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서,The present invention has been made to solve the above problems,
본 발명의 목적은 주파수 간격, 대역, 중심 주파수 및 위상잡음 특성을 주파수합성기의 응용 분야에 따라 쉽게 변경할 수 있는 구조를 가지면서, 넓은 대역폭을 빠르게 스위칭하여 주파수 이동할 수 있는 초고주파 저잡음 주파수 합성기를 제공하는 것이다.Disclosure of Invention An object of the present invention is to provide an ultra-high frequency low noise synthesizer capable of quickly shifting a wide bandwidth while having a structure in which frequency spacing, band, center frequency, and phase noise characteristics can be easily changed according to an application of a frequency synthesizer. will be.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 주파수 합성기에 있어서,The present invention, in order to achieve the above object, in the frequency synthesizer,
주파수 합성과정에 필요한 고정 주파수 신호를 발생시키는 기준신호 발생부; 상기 기준신호 발생부로부터 인가되는 주파수 신호를 입력신호로 하여 상기 주파수 합성기의 출력 주파수 간격을 조정하는 이진 반복 합성부; 상기 기준신호 발생부 및 상기 이진 반복 합성부로부터 인가되는 주파수 신호를 입력신호로 하여 상기 주파수 합성기의 출력 주파수 대역을 조정하는 대역확장 및 상향 변환부; 상기 주파수 합성기의 출력 신호의 중심 주파수 및 위상잡음을 조정하는 마스터 오실레이터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 주파수 합성 장치를 제공한다.A reference signal generator for generating a fixed frequency signal required for a frequency synthesis process; A binary repetitive synthesizer for adjusting an output frequency interval of the frequency synthesizer by using a frequency signal applied from the reference signal generator as an input signal; A band extension and up-converter configured to adjust an output frequency band of the frequency synthesizer by using a frequency signal applied from the reference signal generator and the binary iterative synthesizer as an input signal; It provides a frequency synthesizer comprising a master oscillator for adjusting the center frequency and phase noise of the output signal of the frequency synthesizer.
상기 이진 반복 합성부는, 하나 이상의 이진 반복 단위를 직렬로 연결하여 UHF-대역의 신호를 발생시키고, 상기 이진 반복 단위는, 상기 이진 반복 합성부에 입력되는 주파수를 1/2로 나누기 위한 1/2 주파수 분주기; 상기 분주된 주파수를 필터링하기 위한 저역통과필터; 상기 저역통과필터를 통과한 주파수를 혼합하기 위한 주파수 혼합기; 상기 주파수 혼합기의 LO(Local Oscillator) 신호로 사용하기 위한 신호를 선택하는 스위치; 및 상기 주파수 혼합기에 의해 혼합된 주파수를 필터링하기 위한 대역통과필터를 포함하여 이루어질 수 있다.The binary iterative synthesis unit connects one or more binary iterative units in series to generate a UHF-band signal, wherein the binary iterative unit is 1/2 for dividing the frequency input to the binary iterative synthesis unit by half. Frequency divider; A low pass filter for filtering the divided frequency; A frequency mixer for mixing the frequencies passing through the low pass filter; A switch for selecting a signal for use as a local oscillator (LO) signal of the frequency mixer; And a bandpass filter for filtering the frequencies mixed by the frequency mixer.
대역확장 및 상향 변환부는 상기 이진 반복 합성부로부터 인가된 UHF-대역의 출력신호를 L-대역의 신호로 상향변환하는 주파수 혼합기(M1-); 상기 주파수 혼합기(M1-)를 통과한 출력신호를 L-대역보다 높은 주파수로 상향변환하는 주파수 혼합기(M2+); 상기 이진 반복 합성부의 출력신호의 대역폭을 확장시키기 위한 스위치 및 주파수 혼합기(M3+); 및 상기 주파수 혼합기(M1-)를 통과한 출력신호의 대역폭을 확장시키기 위한 스위치 및 주파수 혼합기(M4+)를 포함하여 하여 이루어지고, 상기 이진 반복 합성부로부터의 출력신호의 대역폭을 확장시키기 위한 스위치는 SPDT(Single Pole Double Through) 스위치로, 상기 주파수 혼합기(M1-)를 통과한 출력신호의 대역폭을 확장시키기 위한 스위치는 SP3T(Single Pole 3 Through) 스위 치로 이루어질 수 있다.A band mixer (M1-) for up-converting the output signal of the UHF-band applied from the binary iterative synthesis unit to the L-band signal; A frequency mixer (M2 +) for upconverting the output signal passing through the frequency mixer (M1-) to a frequency higher than the L-band; A switch and frequency mixer (M3 +) for extending the bandwidth of the output signal of the binary iterative combiner; And a switch for extending the bandwidth of the output signal passing through the frequency mixer M1- and a frequency mixer M4 +, wherein the switch for extending the bandwidth of the output signal from the binary iterative synthesis unit. A single pole double through (SPDT) switch, the switch for extending the bandwidth of the output signal passing through the frequency mixer (M1-) may be made of a single pole 3 through (SP3T) switch.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 주파수 합성기를 개략적으로 도시한 블록도이다.1 is a block diagram schematically showing a frequency synthesizer according to an embodiment of the present invention.
도 1에서 알 수 있듯이, 본 발명의 실시예에 따른 주파수 합성기는 출력 주파수 간격을 결정하는 이진 반복 합성부(100), 출력 주파수 대역을 결정하는 대역확장 및 상향 변환부(200), 출력 신호의 중심 주파수 및 위상잡음을 결정하는 마스터 오실레이터(300) 및 주파수 합성 과정에 필요한 고정 주파수 신호를 발생시키는 기준신호 발생부(400)를 포함하여 이루어진다. As can be seen in Figure 1, the frequency synthesizer according to an embodiment of the present invention, the binary
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 주파수 합성기의 이진 반복 합성부(100)를 개략적으로 도시한 블록도이다.2 is a block diagram schematically illustrating a binary
도 2에서 알 수 있듯이, 본 발명의 실시예에 따른 주파수 합성기의 이진 반복 합성부(100)는 하나 이상의 이진반복단위(110)가 직렬로 연결된다. 상기 이진반복단위(110)는 1/2 주파수분주기(111), 저역통과필터(112), 주파수혼합기(113), SPDT 스위치(114), 대역통과필터(115)로 이루어진다.As can be seen in Figure 2, the binary
1/2 주파수분주기(111)는 종래의 1/N 주파수분주기들의 위치와는 다르게 주파수혼합기(113)의 앞에 배치되어 있다. 이러한 구성을 통하여 주파수혼합기(113)와 주파수분주기(111)의 동작 중심 주파수가 1/2로 낮아지고, 대역폭도 1/2로 좁아 지게 된다. 낮은 동작 주파수와 좁은 대역폭에서 동작하는 소자는 높은 동작 주파수와 넓은 대역폭에서 동작하는 소자에 비하여 일반적으로 그 특성이 우수하다. 이렇게 함으로써 이진반복단위(110)의 출력 스퓨리어스와 대역내 평탄도 특성이 향상되는 효과가 발생한다. The 1/2
이진반복단위(110)의 입력 신호(FS, FO+Δ, FO+2Δ)의 개수는 세 개로써 종래의 반복 구조와 비교해서 가장 작은 입력 신호 개수이며, 구조가 가장 간단함을 특징으로 한다.The number of input signals (F S , F O + Δ, F O + 2Δ) of the
이진 반복 합성부(110)의 입력 신호 FS와 출력 신호 FO1, 주파수혼합기의 LO 신호로 사용되는 F0, Δ의 관계는 하기 수학식 1과 같다.The relationship between the input signal F S and the output signal F O1 of the binary
[수학식 1][Equation 1]
FS=(FO1의 최소값)F S = (minimum value of F O1 )
F0=(3/2)×FS F 0 = (3/2) × F S
Δ=(1/2)×(FO1의 대역폭)Δ = (1/2) × (Band of F O1 )
이진반복단위(110)의 입력 신호 FS는 1/2 주파수분주기(111)와 저역통과필터(112)를 거쳐서 주파수혼합기(113)로 입력된다. F0+Δ와 F0+2Δ 중에서 스위치(114)에 의하여 선택된 신호가 주파수혼합기(113)의 LO(Local Oscillator) 신호로 입력된다. 주파수혼합기(113) 출력의 대역통과필터(115)를 이용하여 두 입력 신 호의 차 주파수를 선택한다. 이진반복단위(110)가 사용되는 개수와 FO1의 주파수와의 관계는 하기 표 1과 같다. The input signal F S of the
[표 1]TABLE 1
상기 표 1에서 알 수 있듯이, 사용되는 이진반복단위(110)의 개수가 증가함에 따라, 주파수 개수는 두 배씩 늘어나며, 주파수 간격은 두 배씩 줄어든다. 대역폭은 2Δ로써 변화가 없다. 이진 반복 합성부(100)는 이상의 설명에서와 같이 이진반복단위(110)의 개수를 조정함으로써 주파수합성기(113)의 주파수 대역폭에는 영향을 주지 않으면서 주파수 개수와 간격을 조정할 수 있는 특징을 가진다.As can be seen in Table 1, as the number of
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 주파수 합성기의 주파수 제어를 설명하기 위한 블록도이다.3 is a block diagram illustrating frequency control of a frequency synthesizer according to an embodiment of the present invention.
이진반복단위(110) m 개가 직렬로 연결된 이진 반복 합성부(100)의 출력 주 파수 Fm은 하기 수학식 2와 같다.The output frequency F m of the binary
[수학식 2] [Equation 2]
Fm=FS+(Sm+1)Δ-(Sm -1+1)Δ/2+(Sm -2+1)Δ/2^2+ .... + dm(S1+1)Δ/2^(m-1)F m = F S + (S m +1) Δ- (S m -1 +1) Δ / 2 + (S m -2 +1) Δ / 2 ^ 2 + .... + d m (S 1 +1) Δ / 2 ^ (m-1)
이 때, S1, S2, S3, ..., Sm 은 이진반복단위(110)의 스위치(114) 제어값으로써 0 또는 1의 값을 가진다. dm은 m이 홀수이면 +1이고, m이 짝수이면 -1이다. At this time, S 1 , S 2 , S 3 , ..., S m has a value of 0 or 1 as the control value of the
따라서 도 3에서와 같이 이진반복단위(100) 네 개가 직렬로 연결된 이진 반복 합성부(100)의 출력 주파수 FO1은 하기 수학식 3과 같다.Accordingly, as shown in FIG. 3, the output frequency F O1 of the binary
[수학식 3][Equation 3]
FO1=F4=Fs+(S4+1)Δ-(S3+1)Δ/2+(S2+1)Δ/2^2-(S1+1)Δ/2^3F O1 = F 4 = F s + (S 4 +1) Δ- (S 3 +1) Δ / 2 + (S 2 +1) Δ / 2 ^ 2- (S 1 +1) Δ / 2 ^ 3
이 때, Fs=400 MHz, F0=600 MHz, Δ=80 MHz라 하고 스위치 제어 비트를 C=S4, D=S3, E=S2, F=S1이라 하면 FO1은 하기 표 2와 같다. If F s = 400 MHz, F 0 = 600 MHz, Δ = 80 MHz, and the switch control bits are C = S 4 , D = S 3 , E = S 2 , F = S 1 , F O1 is Table 2 is as follows.
[표 2] TABLE 2
이진반복단위(110) 네 개가 직렬로 연결되면, FO1의 주파수 간격은 10 MHz이고 대역폭은 160 MHz인데, 다섯 개, 여섯 개, 일곱 개 등으로 이진반복단위가 추가로 직렬 연결되면 FO1의 주파수 간격은 5 MHz, 2.5 MHz, 1.25 MHz 등으로 줄어들게 된다. 이 때 대역폭은 160 MHz로 일정하게 유지된다.When the binary repeating
이진 반복 합성부(100)의 출력 신호 FO1을 주파수혼합기 M5-와 M6+를 사용하여 대역확장 및 상향변환을 하면 최종 출력 주파수 FOUT의 최소값과 최대값은 하기 수학식 4와 같다.When the band extension and up-conversion are performed on the output signal F O1 of the binary
[수학식 4] [Equation 4]
FOUTmin=FMO+F2+FL+F1-FO1max F OUTmin = F MO + F 2 + F L + F 1 -F O1max
FOUTmax=FMO+F2+8Δ+FL+F1+2Δ-FO1min F OUTmax = F MO + F 2 + 8Δ + F L + F 1 + 2Δ-F O1min
이 때, FL=1500 MHz, F1=500 MHz, FMO=5760 MHz, F2=880 MHz라 하고 스위치5의 제어 비트를 B, 스위치6의 제어 비트를 A라 하면 최종 출력 주파수 FOUT의 최소값, 최대값 및 전체 주파수 값은 하기 수학식 5와 같다. At this time, if F L = 1500 MHz, F 1 = 500 MHz, F MO = 5760 MHz, F 2 = 880 MHz, the control bit of switch 5 is B and the control bit of switch 6 is A, the final output frequency F OUT. The minimum value, the maximum value and the total frequency of are as shown in Equation 5 below.
FOUTmin=5760+880+1500+500-550=8090 MHzF OUTmin = 5760 + 880 + 1500 + 500-550 = 8090 MHz
FOUTmax=5760+880+8×80+1500+500+2×80-400=9040 MHzF OUTmax = 5760 + 880 + 8 × 80 + 1500 + 500 + 2 × 80-400 = 9040 MHz
[표 3] TABLE 3
상기 표 3에서 할 수 있듯이 주파수 간격은 이진 반복 합성부(100)에서 결정 된 10 MHz를 그대로 유지하면서, 대역폭은 960 MHz로 확장되고 출력 주파수는 X-대역으로 상향 변환되었다.As can be seen in Table 3 above, while maintaining the frequency interval of 10 MHz determined by the binary
스위치6을 SP3T 대신 SP4T로 변경하고 880 +12 × 80=1840 MHz 신호를 추가하면 대역폭은 1280 MHz로 증가하게 된다. 또한 마스터 오실레이터의 주파수를 변경함으로써 출력 신호의 대역을 이동시킬 수 있음을 알 수 있다.Changing Switch 6 to SP4T instead of SP3T and adding a 880 +12 × 80 = 1840 MHz signal will increase the bandwidth to 1280 MHz. It can also be seen that changing the frequency of the master oscillator can shift the band of the output signal.
대역확장 및 상향 변환부(200)는 이진 반복 합성부(100)의 출력 신호인 UHF-대역의 FO1을 L-대역의 신호인 FO2로 상향 변환하는 주파수혼합기 M1-, FO2를 L-대역보다 높은 주파수 신호인 FOUT으로 상향 변환하는 주파수혼합기 M2+ 및 대역통과필터(210)들을 포함하여 이루어진다.The band extension and up-
주파수혼합기 M3+와 SPDT(Single Pole Double Through) 스위치는 대역폭이 2Δ인 FO1 신호의 대역폭을 4Δ로 확장하는데 사용된다.The frequency mixer M3 + and the single pole double through (SPDT) switch are used to extend the bandwidth of the F O1 signal with a bandwidth of 2Δ to 4Δ.
주파수혼합기 M1-의 LO 신호를 FL+F1 또는 FL+F1+2Δ 중에서 하나를 선택함으로써, FO2 신호의 대역폭이 2×2Δ=4Δ가 된다.By selecting one of F L + F 1 or F L + F 1 + 2Δ for the LO signal of the frequency mixer M1-, the bandwidth of the F O2 signal is 2 × 2Δ = 4Δ.
주파수혼합기 M4+와 SP3T(Single Pole 3 Through) 스위치는 대역폭이 4Δ인 FO2 신호의 대역폭을 12Δ로 확장하는데 사용된다.The frequency mixer M4 + and SP3T (Single Pole 3 Through) switches are used to extend the bandwidth of the F O2 signal with a bandwidth of 4Δ to 12Δ.
주파수혼합기 M2+의 LO 신호를 FMO+F2, FMO+F2+4Δ, FMO+F2+8Δ 중에서 하나를 선택함으로써 FOUT 신호의 대역폭이 3×4Δ=12Δ가 된다.By selecting the LO signal of the frequency mixer M2 + from among F MO + F 2 , F MO + F 2 + 4Δ, and F MO + F 2 + 8Δ, the bandwidth of the F OUT signal is 3 × 4Δ = 12Δ.
대역확장 및 상향 변환부는 주파수혼합기 M1-와 M2+의 LO 신호 개수를 조정함으로써 FOUT의 대역폭을 조정할 수 있는 특징을 가진다. 예를 들어 M2+의 LO 신호를 FMO+F2와 FMO+F2+4Δ 중에서 선택할 경우 FOUT의 대역폭은 2×4Δ=8Δ가 되며, FMO+F2+12Δ를 추가하고, SP4T 스위치를 사용하여 FMO+F2, FMO+F2+4Δ, FMO+F2+8Δ, FMO+F2+12Δ 중에서 선택할 경우 FOUT의 대역폭은 4×4Δ=16Δ가 된다.The band extension and up-converter has a feature of adjusting the bandwidth of F OUT by adjusting the number of LO signals of the frequency mixers M1- and M2 +. For example, if the LO signal of M2 + is selected from F MO + F 2 and F MO + F 2 + 4Δ, the bandwidth of F OUT becomes 2 × 4Δ = 8Δ, add F MO + F 2 + 12Δ, and add SP4T switch. If you select from among F MO + F 2 , F MO + F 2 + 4Δ, F MO + F 2 + 8Δ, and F MO + F 2 + 12Δ, the bandwidth of F OUT is 4 × 4Δ = 16Δ.
이러한 대역확장의 과정에서 이진 반복 합성부(100)에서 결정된 주파수 간격은 변하지 않고 일정하게 유지됨으로써, 대역확장 및 상향 변환부(200)에서는 독립적으로 대역폭을 결정할 수 있는 특징이 있다.In this process of bandwidth expansion, the frequency interval determined by the binary
대역확장에 사용되는 스위치들은 UHF-대역 또는 L-대역에서 동작하므로 각각 L-대역과 L-대역보다 높은 주파수에서 동작할 때보다 더 우수한 신호 고립도 성능을 가짐으로써 주파수합성기의 스퓨리어스 성능을 향상시키는 특징이 있다. Since the switches used in the band expansion operate in the UHF-band or L-band, they have better signal isolation performance than those operating at frequencies higher than the L-band and L-band, respectively, thereby improving the spurious performance of the frequency synthesizer. There is a characteristic.
주파수 상향변환을 위하여 대역확장과는 분리된 FL과 FMO 신호를 사용함으로써 주파수합성기의 응용 분야에 따라서 주파수 대역을 쉽게 변경할 수 있는 특징이 있다. By using F L and F MO signals separated from band extension for frequency upconversion, the frequency band can be easily changed according to the application field of the frequency synthesizer.
주파수혼합기 출력단에 스위치, 필터, 스위치를 포함하는 필터 뱅크를 사용하여 광대역의 출력 신호를 얻는 종래의 방법이 아니라 주파수혼합기 출력단에 필터만을 사용하는 간단한 구조로써 광대역의 출력 신호를 얻을 수 있는 특징이 있다. 또한 대역확장을 위하여 위상동기루프(Phase Locked Loop)와 같은 간접합성방 법이 아니라 주파수혼합기와 스위치만을 사용하는 직접합성방법을 사용하기 때문에 대역내의 임의의 주파수 변경에 필요한 스위칭 시간을 1 us 이하로 구현할 수 있는 특징이 있다.Rather than the conventional method of obtaining a wideband output signal by using a switch, a filter, and a filter bank including a switch at the output of the frequency mixer, a simple structure using only a filter at the output of the frequency mixer is obtained. . In addition, since the direct synthesis method using only a frequency mixer and a switch is used instead of an indirect synthesis method such as a phase locked loop, the switching time required for any frequency change in a band is less than 1 us. There are features that can be implemented.
본 발명에서는 주파수혼합기 M2+의 출력에서 대역통과필터를 사용하여 두 입력 신호의 합 주파수를 선택하도록 하였다. 주파수혼합기 M2+의 입력에 FOUT보다 높은 주파수의 신호를 사용하여 두 입력 신호의 차 주파수를 출력에서 선택하게 되면 출력 신호의 위상잡음 특성이 주파수혼합기 입력의 높은 주파수 신호의 특성을 따라가게 된다. 일반적으로 주파수가 높을수록 위상잡음 특성은 나쁘게 나타나며, 그것이 주파수혼합기의 출력에 그대로 전달되어서 주파수합성기의 출력 신호 위상잡음 성능을 나쁘게 한다. 본 발명에서는 종래의 방법과 달리 낮은 두 개의 주파수를 더하여 주파수합성기의 최종 주파수인 FOUT을 얻도록 함으로써 위상잡음 성능의 향상을 가져오는 특징이 있다.In the present invention, a band pass filter is used to select the sum frequency of two input signals at the output of the frequency mixer M2 +. If the difference frequency of the two input signals is selected at the output using a signal having a frequency higher than F OUT at the input of the frequency mixer M2 +, the phase noise characteristic of the output signal follows the characteristics of the high frequency signal of the frequency mixer input. In general, the higher the frequency, the worse the phase noise characteristic is, and it is transmitted to the output of the frequency mixer as it is, which degrades the output signal phase noise performance of the frequency synthesizer. Unlike the conventional method, the present invention is characterized in that the phase noise performance is improved by adding two low frequencies to obtain the final frequency F OUT of the frequency synthesizer.
마스터 오실레이터(300)는 주파수합성기의 출력 신호 중심 주파수를 결정하며, 출력 신호의 위상잡음 특성을 결정한다. 마스터 오실레이터(300)는 주파수 간격, 주파수 대역폭, 스퓨리어스 특성 등에는 영향을 주지 않으므로, 위상잡음 특성과 주파수합성기의 중심 주파수만을 고려하여 마스터 오실레이터(300)를 선택할 수 있는 특징이 있다.The
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 마스터 오실레이터(300)를 개략적으로 도시한 블럭도이다.4 is a block diagram schematically illustrating a
주파수합성기의 기준 신호원인 OCS1을 R 체배한 주파수에 OSC2를 위상동기루프를 사용하여 위상 동기시킨 후, 저잡음 필터(LNF: Low Noise Filter)와 저잡음 증폭기(LNA: Low Noise Amplifier), ×N 체배기를 사용하여 필요한 마스터오실레이터 주파수 FMO를 출력한다.After phase-locking the OSC2 to the frequency multiplied by the OCS1, which is the reference signal source of the frequency synthesizer, using a phase-locked loop, a low noise filter (LNF), a low noise amplifier (LNA), and a × N multiplier Output the required master oscillator frequency F MO .
주파수 체배기를 사용할 경우 위상잡음의 증가는 20logN이며, 경로상의 저잡음 필터(LNF)와 저잡음 증폭기(LNA)가 가지는 잡음지수의 영향이 포함되어 나타나게 되는데, OSC2의 신호 레벨이 충분히 높을 경우 경로상의 소자들에 의한 잡음지수 효과는 무시할 수 있게 된다. When the frequency multiplier is used, the phase noise increase is 20logN, and the influence of the noise figure of the low noise filter (LNF) and the low noise amplifier (LNA) on the path is shown. When the signal level of OSC2 is high enough, the elements on the path are high. The noise figure effect by M is negligible.
OSC1은 주파수합성기의 기준 신호원으로써 신호 안정도 성능 규격을 만족할 수 있는 소자를 사용하며, 수정발진기 등이 많이 사용된다. OSC2는 주파수합성기의 위상잡음을 결정하는 신호원이다.OSC1 uses a device capable of satisfying the signal stability performance specification as a reference signal source of a frequency synthesizer, and a crystal oscillator is often used. OSC2 is a signal source that determines the phase noise of the frequency synthesizer.
도 1에서 최종 출력 주파수 FOUT은 L-대역의 신호 FO2와 마스터 오실레이터(300) 주파수와 대역확장을 위한 F2 등이 주파수혼합기를 통하여 더해지는 구성을 하고 있다. 주파수혼합기의 출력 위상잡음은 두 입력 신호의 위상잡음 중에서 나쁜 쪽의 특성을 따르는데, 일반적으로 주파수가 높은 입력 신호의 위상잡음을 따른다.In FIG. 1, the final output frequency F OUT is configured such that the signal F O2 in the L-band, the frequency of the
최종 주파수혼합기의 입력 신호 중에서 주파수가 가장 높은 것은 마스터 오실레이터(300) 신호이며 최종 출력 신호 FOUT은 마스터 오실레이터(300)의 위상잡음 특성을 따르게 된다. OSC2로 사용할 수 있는 오실레이터로는 VHF-대역의 수정발진기, UHF- 또는 L-대역의 SAW 오실레이터 등이 있으며, 주파수합성기에 요구되는 위 상잡음 특성만을 고려하여 선택하면 되는 특징이 있다.Among the input signals of the final mixer, the highest frequency is the
마스터 오실레이터(300)의 구조에서 체배값인 N은 마스터 오실레이터(300)의 주파수를 결정한다. 요구되는 위상잡음 성능을 만족할 수 있는 N 값이면 어느 주파수이건 마스터 오실레이터(300) 주파수로써 선택이 가능한 특징이 있다.The multiplication value N in the structure of the
마스터 오실레이터(300)는 도 4에서 설명한 구조에 제한되지는 않는다. 도 1의 구조에서 마스터 오실레이터(300)는 주파수합성기의 출력 중심 주파수를 결정하며, 위상잡음 성능을 결정하는 부분이며, 다른 성능 및 기능에는 영향을 주지 않는다. 따라서 동작 주파수와 위상잡음 특성을 만족하는 오실레이터이면 마스터 오실레이터(300)로 사용이 가능함이 본 발명의 한 가지 특징이다. The
상기 구성에 의한 본 발명에 따르면,According to the present invention by the above configuration,
주파수합성기의 주요 성능 항목인 주파수 간격, 대역, 중심 주파수 및 위상잡음 특성을 주파수합성기의 응용 분야에 따라 쉽게 변경할 수 있는 구조를 가지면서 넓은 대역폭을 빠르게 스위칭 하여 주파수 이동할 수 있다.It has a structure that can easily change the frequency interval, band, center frequency and phase noise characteristics, which are the main performance items of the frequency synthesizer, according to the application of the frequency synthesizer.
이러한 우수한 성능과 유연성을 가진 주파수합성기는 레이다 및 통신 시스템의 다양한 개별 응용 분야에 적용할 수 있다.This high performance and flexibility frequency synthesizer can be applied to a variety of individual applications in radar and communication systems.
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KR1020060087856A KR100722833B1 (en) | 2006-09-12 | 2006-09-12 | Frequency synthesizer |
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ID=38278518
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR101017592B1 (en) | 2008-11-13 | 2011-02-28 | 엘아이지넥스원 주식회사 | Apparatus and method for synthesizing frequency |
KR20160098819A (en) | 2015-02-11 | 2016-08-19 | 국방과학연구소 | A method of synthesizing microwave frequency signal for multiple atomic clocks and an apparatus thereof |
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