KR100728258B1 - 다중 대역을 이용하는 초광대역용 능동 혼합기 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

본 발명은 다중 대역을 이용하는 초광대역용 능동 혼합기에 관한 것임.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

본 발명은 단일 조화된(Single-balanced) 구조를 채택하여 전류 소모를 줄이고, 다중 국부 신호가 혼합기의 출력에 발생하는 단일 조화된 구조의 단점을 극복하고자 대역통과필터를 구비하여 다중 국부신호를 감소시키고자 함.

3. 발명의 해결방법의 요지

본 발명은 무선 주파수 신호를 입력받아 음의 신호를 출력하기 위한 입력수단; 상기 입력수단으로부터 출력된 음의 신호에 국부 신호를 혼합하기 위한 제1 스위칭수단; 상기 제1 스위칭수단으로부터 출력되는 혼합 신호를 전압 신호로 변환하기 위한 전류전압 변환수단; 및 상기 제1 스위칭수단으로부터 출력되는 신호 중 국부 신호를 감소시키기 위해 중간 주파수단에 결합된 대역통과필터를 구비한다.

4. 발명의 중요한 용도

본 발명은 초광대역 수신기에 이용됨.

초광대역, UWB, 다중, 대역, 능동, 혼합

Description

다중 대역을 이용하는 초광대역용 능동 혼합기{Multi Band Ultra Wide Band Mixer}

도 1은 종래의 하향 혼합기를 나타낸 회로도.

도 2는 본 발명에 따른 다중 대역을 이용하는 초광대역(UWB)용 능동 혼합기를 나타낸 회로도.

도 3은 본 발명에 따른 능동 혼합기를 적용한 예를 설명하기 위한 회로도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

11 : 트랜스컨덕턴스 NMOS 12, 13 : NMOS 트랜지스터

14 : 대역통과필터 15, 16 : 캐패시터

17, 18 : 저항 19 : PMOS 트랜지스터

본 발명은 초광대역(UWB: Ultra-Wide Band)용 능동 혼합기에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 다중 대역을 이용하는 초광대역(UWB)용 통신 시스템의 무선 주파수 수신장치에 사용될 수 있는 광대역 하향 능동 혼합기에 관한 것이다.

최근 초광대역 무선 기술이 수백 Mbps 내지 1Gbps급의 초고속 멀티미디어 데이터의 무선 전송 성능과 고유한 위치 인식 능력이 부각되면서 무선통신, 이미징, 센서 분야에서 매우 유망한 기술로 크게 주목받고 있다. 초광대역 무선 기술을 이용한 반송파를 사용하지 않는 펄스 무선 장치의 기본적인 구조 및 방법은 이미 공지되어 있다. 최근에는 통신 분야의 상업적 이용이 허용됨에 따라 초광대역 무선 기술을 근거리 무선 개인 영역 네트워크용으로 활용하기 위한 다양한 방법들이 제시되고 있다.

초광대역 무선 기술은 크게 단일대역을 이용하는 기술과 다중 대역(Multi Band)을 이용하는 기술로 분류할 수 있다. 단일 대역을 이용하는 기술로는 반송파 없는 펄스 기반(carrier-free impulse-based) 방식과 일정한 반송파를 사용하는 직접 시퀀스 부호분할 다중접속(DS-CDMA) 방식이 있다. 다중 대역을 이용하는 기술로는 주파수 도약 직교주파수 분할 다중화(FH-OFDM: Frequency-Hopping Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식과 다중 대역 펄스 방식이 있다.

도 1은 종래의 하향 혼합기를 나타낸 회로도이다.

단일 모드로 들어오는 RF 입력 신호(401)는 전압전류 변환기(402)를 통해서 전류 성분으로 변환된다. 그리고, 전압전류 변환기(402)에 의해 변환된 전류는 스위칭 네트워크(408)에서 들어오는 전류 성분과 혼합된다. 이에 의해 베이스 밴드(base band) I, Q 신호가 만들어진다.

그런데, 다중 대역을 이용하는 초광대역용 수신장치에 사용되는 하향 혼합기는 광대역 특성이 필요하고, 직접 변환 무선 주파수 수신장치에서 저잡음 증폭기의 다음 단에 위치하여 단일 모드 신호를 차동 모드 신호로 변환하여야 한다. 또한 다중 대역을 이용하는 초광대역용 수신장치에 사용되는 하향 혼합기는 국부 발생기에서 발생한 신호가 하향 혼합기의 출력단에 작은 값이 나타나도록 해야 한다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 요구 조건을 만족시키기 위해, 단일 조화된(Single-balanced) 구조를 채택하여 전류 소모를 줄이고, 다중 국부 신호가 혼합기의 출력에 발생하는 단일 조화된 구조의 단점을 극복하고자 대역통과필터를 구비하여 다중 국부신호를 감소시킬 수 있는 다중 대역을 이용하는 초광대역(UWB)용 능동 혼합기를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 다중 대역을 이용하는 초광대역용 능동 혼합기에 있어서, 무선 주파수 신호를 입력받아 음의 신호를 출력하기 위한 입 력수단; 상기 입력수단으로부터 출력된 음의 신호에 국부 신호를 혼합하기 위한 제1 스위칭수단; 상기 제1 스위칭수단으로부터 출력되는 혼합 신호를 전압 신호로 변환하기 위한 전류전압 변환수단; 및 상기 제1 스위칭수단으로부터 출력되는 신호 중 국부 신호를 감소시키기 위해 중간 주파수단에 결합된 대역통과필터를 구비한다.

더욱이 본 발명은 상기 전류전압 변환수단을 통해 흐르는 전류의 양을 줄여서 저항 값의 크기를 크게 하여 전체 전압 이득을 크게 하기 위하여, 상기 전류전압 변환수단으로 입력되는 기준전압을 상기 제1 스위칭수단의 입력단으로 제공하기 위한 제2 스위칭수단을 더 구비한 것을 특징으로 한다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 다중 대역을 이용하는 초광대역(UWB)용 능동 혼합기를 나타낸 회로도이다.

단일 모드 무선 주파수 입력 신호(RFin)는 트랜스컨덕턴스 NMOS(11)의 게이트로 입력되어, 드레인으로 음(negative)의 신호로 출력된다. 트랜스컨덕턴스 NMOS(11)의 드레인으로 출력된 신호는 스위칭수단(20)의 NMOS 트랜지스터(12)와 NMOS 트랜지스터(13)의 소스단으로 각각 입력되어, LO+, LO-에서 각각 들어온 신호와 혼합되어, 각각의 NMOS 트랜지스터(12, 13)의 드레인으로 출력된다.

스위칭수단(20)의 NMOS 트랜지스터들의 드레인을 통해 출력된 전류 성분은 광대역 특성을 얻기 위하여 구비된 저항들(17, 18)과 각각 결합 되어 전압 성분으로 변환된다. 본 발명에서는 단일 조화된(Single balanced) 혼합기의 구조적 단점인 중간 주파수(IF) 단에 크게 나타나는 국부 신호를 감소시키기 위해서 중간 주파수(IF) 단에 대역통과필터(14)가 구비된다. 상기 대역통과필터(14)는 일반적인 L-C 회로로 구성된다. 더욱이 본 발명에서는 부하 저항(17, 18)을 통하여 흐르는 전류의 양을 줄여서 저항(17, 18) 값의 크기를 크게 하여 전체 전압 이득을 크게 하기 위하여 전류 브리딩 특성을 갖는 PMOS 트랜지스터(19)가 추가로 구비된다. 상기 PMOS 트랜지스터(19)는 소스가 상기 부하 저항들(17, 18)에 연결된 기준 전압(VDD)에 연결되고, PMOS 트랜지스터(19)의 드레인이 스위칭수단(20)의 NMOS 트랜지스터(12, 13)의 소스단에 연결된다.

도면에서 미 설명 부호 15, 16은 캐패시터로서, 잡음을 제거하기 위한 기능을 수행한다.

도 3은 본 발명에 따른 다중 대역의 UWB용 능동 혼합기가 적용된 예를 나타낸 회로도로, 도 3은 수신장치에서 3개의 채널만 송수신한다고 가정한 경우를 나타낸다.

즉, 도 3은 무선 주파수 입력단으로 3~5GHz의 신호가 들어오고, 스위칭수단에서 혼합되기 위해 입력되는 NMOS 트랜지스터의 게이트 LO+, LO-에는 3432MHz, 3960MHz, 4488MHz의 신호가 일정한 시간 간격으로 유입되는 경우를 나타낸다. 이를 살펴보면 다음과 같다.

3~5GHz의 무선 주파수 신호는 트랜스컨덕턴스 NMOS(21)의 게이트로 입력되어 드레인으로 음의 신호로 출력된다. 그리고, 스위칭수단의 각각의 NMOS 트랜지스터(22, 23)는 트랜스컨덕턴스 NMOS(21)의 트레인으로부터 출력된 음의 신호에 일정한 시간 간격으로 유입되는 3432MHz, 3960MHz, 4488MHz의 신호를 혼합하여 출력한다.

그러면, 중간 주파수 IF+, IF-에는 무선 주파수 입력 신호와 국부 신호인 LO 신호가 혼합되어진 신호와, 혼합하기 위해 입력된 국부 신호인 LO 단독의 신호가 나타나는데, 이 국부 신호인 LO 신호의 크기를 감소시키기 위해서 중간 주파수단에 3차 대역통과필터(24)가 구비된다. 이에 따라 국부 신호가 혼합기 다음 단에 미치는 영향을 감소시킬 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

상기와 같은 본 발명은 단일 조화된 혼합기 구조를 채택하면서도 국부 신호를 감소시킬 수 있으며, 직접 변환 무선 주파수 수신장치에서 저잡음 증폭기의 다음 단에 위치하여 단일 모드 신호를 차동 모드 신호로 변환할 수 있는 효과가 있 다.

Claims (5)

1. 다중 대역을 이용하는 초광대역용 능동 혼합기에 있어서,

   무선 주파수 신호를 입력받아 음의 신호를 출력하기 위한 입력수단;

   상기 입력수단으로부터 출력된 음의 신호에 국부 신호를 혼합하기 위한 제1 스위칭수단;

   상기 제1 스위칭수단으로부터 출력되는 혼합 신호를 전압 신호로 변환하기 위한 전류전압 변환수단; 및

   상기 제1 스위칭수단으로부터 출력되는 신호 중 국부 신호를 감소시키기 위해 중간 주파수단에 결합된 대역통과필터를 구비한 것을 특징으로 하는 초광대역용 능동 혼합기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 전류전압 변환수단을 통해 흐르는 전류의 양을 줄여서 저항 값의 크기를 크게 하여 전체 전압 이득을 크게 하기 위하여, 기준전압을 상기 입력수단의 출력단과 연결된 상기 제1 스위칭수단의 입력단으로 출력하기 위한 제2 스위칭수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 초광대역용 능동 혼합기.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 입력수단은 게이트단으로 무선 주파수 신호를 입력받아 드레인으로 음의 신호를 출력하는 트랜스컨덕턴스 NMOS 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 초광대역용 능동 혼합기.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 제1 스위칭 수단은,

   상기 입력수단에 의해 출력된 음의 신호를 소스 단으로 입력받고, 게이트단에 국부 신호가 입력되는 제1 및 제2 NMOS 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 초광대역 능동 혼합기.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 제2 스위칭수단은 소스에 상기 전류전압 변환수단에 연결되는 기준전압이 연결되고, 드레인이 상기 제1 스위칭수단의 입력단에 연결된 PMOS 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 초광대역 능동 혼합기.

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