KR100880149B1 - 드리프트 제거 루프를 튜닝하기 위한 고주파수 콤을채용한 저 노이즈 마이크로웨이브 합성기 - Google Patents

드리프트 제거 루프를 튜닝하기 위한 고주파수 콤을채용한 저 노이즈 마이크로웨이브 합성기 Download PDF

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Abstract

마이크로웨이브 합성기는 협대역 입력을 갖는 드리프트 제거 루프, 저주파 합성 입력, 광대역 입력, 및 조정가능 주파수 출력 신호를 제공하기 위한 출력을 포함한다. 협대역 합성기는 협대역 입력에 연결되어 있고, 합성 발진기는 저주파 합성 입력에 연결되어 있다. 종래 토폴러지였던, 광대역 입력을 구동하기 위하여 광대역 합성기를 사용하는 대신, 본 발명은 매우 안정적이고, 저 노이즈 고주파 발진기를 채용한다. 발진기의 출력은 저 노이즈, 고주파 콤을 발생시키기 위한 콤 발생기의 출력과 밍싱된다. 그 다음에, 저 노이즈, 고주파 콤은 드리프트 제거 루프의 광대역 입력을 구동하기 위해 사용된다. 종래의 디자인에 비하여 페이즈 노이즈를 상당히 감소시킬 수 있다.
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마이크로웨이브 합성기, 협대역 입력, 드리프트 제거 루프, 저주파 합성 입력, 광대역 입력, 저 노이즈 고주파 발진기

Description

드리프트 제거 루프를 튜닝하기 위한 고주파수 콤을 채용한 저 노이즈 마이크로웨이브 합성기{LOW NOISE MICROWAVE SYNTHESIZER EMPLOYING HIGH FREQUENCY COMBS FOR TUNING DRIFT CANCEL LOOP}
본 발명은 전자장비를 위한 자동 테스트 장치(ATE)에 관한 것이고, 보다 상세하게는 마이크로웨이브와 RF회로를 테스트하기 위한 저 노이즈, 고주파 파형의 합성에 관한 것이다.
휴대폰, 페이저, 및 무선 PDA와 같은 소비자 제품에 사용되는 고주파 디바이스의 정확도에서의 상당한 진보는 이러한 디바이스를 보다 정확하게 테스트하기 위한 필요성을 야기한다. ATE시스템은 일반적으로 마이크로웨이브 디바이스를 테스트하기 위한 하나 이상의 마이크로웨이브 합성기를 포함한다. 일 전형적 테스트 시나리오에서, 테스터 내부에 있는 마이크로웨이브 합성기는 신호를 바로 DUT에 공급한다. DUT는 응답을 제공하고, 테스터는 측정 및 테스트한다. 또다른 테스트 시나리오에서, 테스터는 피시험 장치(DUT : Device Under Test)로 부터 마이크로웨이브 신호(예컨대, 900MHz)를 수신한다. 테스터는 중간주파수대 신호(예컨대, 10MHz)를 발생하기 위하여 상기 마이크로웨이브 신호와 마이크로웨이브 합성기중의 하나의 출력을 믹싱한다. 그 다음에 테스터는 특성을 파악하기 위하여 중간 주파 수 신호를 샘플링한다. 특성이 소정 한계내이면, 테스트는 통과한다. 한계내가 아니면 테스트는 실패한다.
일반적인 테스트 기술중의 하나는 피시험 장치로 부터 유도된 중간주파 신호의 파워 스펙트럼을 계산하는 것이다. 파워 스펙트럼은 페이즈 노이즈 뿐만 아니라 DUT에 대하여 의미있는 정보를 제공한다. 피시험 장치의 페이즈 노이즈를 정확히 테스트하기 위하여, 합성기의 페이즈 노이즈가 DUT의 페이즈 노이즈에 비해 작아야할 필요가 있다. 합성기의 페이즈 노이즈가 DUT의 페이즈 노이즈보다 크다면, DUT의 페이즈 노이즈는 합성기의 페이즈 노이즈에서 상실되고, DUT가 페이즈 노이즈 규격을 만족시키는지 여부를 알 수 없다. 디바이스가 점점 더 낮은 페이즈 노이즈로 개선됨에 따라 테스팅이 정확하게 행해지려면, 마이크로웨이브 합성기는 그에 대응하여 개선되어야만 한다.
도 1은 종래의 마이크로웨이브 합성기(100)를 나타낸것이고, 이하 기술하는바에 따라 작동한다. 협대역 합성기(112)는 비교적 협대역인, 예컨대, 800MHz와 1GHz사이의 200MHz범위에서 가변될 수 있는 출력신호를 발생시킨다. 이와 동시에, 광대역 합성기(122)는 비교적 광대역인, 예컨대, 4.4GHz와 6.2GHz사이의 2GHz범위에서 가변될 수 있는 출력신호를 발생시킨다. 이와 동시에, 콤 발생기(116)는 예컨대, 200MHz 톤 간격으로, 일련의 조화롭게(harmonically) 간격지어진 톤, 또는 "콤(comb)"을 발생시킨다. 협대역 합성기(112), 광대역 합성기(114), 및 콤 발생기(116)의 출력은 각각 드리프트 제거 루프(150)의 협대역 입력(152), 광대역 입력(154), 및 콤 입력(156)으로 들어간다.
드리프트 제거 루프(150)내에서, 파워 스플리터(130)는 광대역 합성기(122)의 출력을 제 1 및 제 2 회로 경로로 분기시킨다. 증폭기(132 및 134)는 각각의 경로를 따라 신호 레벨을 높인다. 제 1 믹서(138)는 증폭기(132)의 출력과 콤 발생기(116)의 출력을 결합시켜 콤 발생기(116)에 의해 발생된 각각의 톤에 대한 상이한 쌍의 합과 차를 발생시킨다. 광대역 합성기(122)의 주파수를 적당히 튜닝함으로써, 믹서(138)로 부터의 합 또는 차의 톤중의 하나는 목표주파수, FK와 같도록 만들어질 수 있다. 통상 작동에서, 드리프트 제거 루프(150)로의 입력은 FK와 같은, 믹서(138)의 출력의 톤을 발생하기 위하여 항상 조정된다.
제 1 대역통과필터(BPF)(142)는 믹서(138)의 출력을 필터링한다. 제 1 대역통과필터(142)는 FK에서 중심 주파수를 갖고, FK에서만 믹싱 곱을 통과시키고 실질적으로 모든 다른 주파수 성분을 제거하기 위한 협대역을 갖는다. 제 1 대역통과필터(142)의 출력은, 제 1 대역통과필터(142)의 출력과 협대역 합성기(112)의 출력을 결합하는 제 2 믹서(146)를 통과하여, 따라서 또다른 쌍의 톤의 합과 차를 발생시킨다. 이러한 합과 차의 톤은 제 2 대역통과필터(144)를 통과하여, 일반적으로 합 톤은 제거하고 차 톤은 출력으로 전송시킨다.
전송된 톤은 제 3 믹서(140)에 통과된다. 제 3 믹서(140)는 또다른 쌍의 합과 차 톤을 발생시키기 위하여 전송된 톤을 증폭기(134)의 출력과 결합시킨다. 저역통과필터(148)는 합 톤을 차단시키고 차톤을 합성기(100)의 출력에 전송시킨다. 선택적으로, 주파수를 체배하고 출력 신호의 진폭을 조절하기 위하여, 출력은 부가 적인 단계(도시되지 않음)와 연결될 수 있다.
합성기(100)의 출력 주파수는 두가지 방식으로 조절될 수 있다. 첫째, 광대역 합성기(122)는 큰 증분으로 전체 출력 주파수를 변경하도록 조정된다. 둘째, 협대역 합성기(112)는 작은 증분으로 전체 출력 주파수를 변경하도록 조정된다. 협대역 합성기(122)는 거의 연속적인 범위의 출력 주파수를 발생시키기 위하여 일반적으로 직접 디지털 합성(DDS : Direct Digital Synthesis)을 경유하여 작동한다. 협대역 합성기(112)의 주파수 범위는 바람직하게는 콤 발생기(116)에 의해 발생된 일련의 콤의 간격이상이어서, 협대역 합성기가 근접 콤사이로 완전히 튜닝되도록 한다. 이러한 배치로써, 협대역 합성기(122)가 미세한 주파수 변화를 초래하는 반면, 광대역 합성기(122)는 상당한 주파수 변화를 초래한다. 조합은 합성기(100)의 주파수가 고 정밀 광범위로 조정가능하도록 한다.
주지된 바와 같이, 광대역 합성기(122)는 상당한 양의 페이즈 노이즈를 발생시키는 경향이 있다. 그러나, 이러한 페이즈 노이즈는 드리프트 제거 루프(150)의 동작에 의하여 크게 감소된다. 믹서(138, 140, 및 146)의 합과 차 동작때문에, 광대역 합성기(122)의 주파수는 합성기(100)의 출력으로부터 제거된다. 광대역 합성기(122)의 주파수와 더불어, 많은 페이즈 노이즈가 또한 제거된다.
보다 정교한 구현에서, 지연 회로(136)가 제 2 증폭기(134)와 제 3 믹서(140)사이에 위치된다. 지연 회로(136)는 제 3 믹서(140)의 입력이, 대응되는 순간의 시간에서 광대역 합성기(122)의 출력을 나타내는 신호를 전달하도록 한다. 제 1 회로 경로를 따르는 신호에 의하여 초래된 지연을 매칭시키기 위하여 제 2 회 로 경로를 따라 전달되는 신호를 지연시킴으로써, 대부분의 페이즈 노이즈는 대응 페이즈 섭동을 믹서(140)의 양 입력에 공통되도록 함으로써 제거된다. 저역통과필터(148)는 믹서(140)에 의하여 발생된 입력 주파수의 차만을 통과시키므로, 믹서(140)의 양 입력에 공통되는 노이즈는 제거된다.
지연 회로(136)의 부가에도 불구하고, 합성기(100)는 여전히 광대역 합성기(122)의 얼마간의 페이즈 노이즈는 제거할 수 없다. 고주파, "파-아웃", 페이즈 노이즈(1MHz 옵셋 이상)가 일반적으로 제거되지 않는 반면, 광대역 합성기의 저주파, 또는 "클로즈-인", 페이즈 노이즈(1MHz 옵셋 이하)는 일반적으로 제거된다. 협대역 합성기(112)와 콤 발생기(116)의 페이즈 노이즈를 정밀하게 제어하는 구현에 있어서, 마이크로웨이브 합성기(100)의 전체 파-아웃 페이즈 노이즈는 감소되지 않은 광대역 합성기(122)의 파-아웃 페이즈 노이즈에 의하여 지배되는 경향이 있다.
상기 배경기술을 고려하면, 본 발명의 목적은 자동 테스트 장비에 있어서 마이크로웨이브 합성기에 의해 발생된 신호의 파-아웃 페이즈 노이즈를 감소시키는 것이다.
상기한 목표, 및 다른 목표와 이점을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 마이크로웨이브 합성기는 협대역 입력, 저주파 콤 입력, 광대역 입력, 및 조정가능 주파수 출력 신호를 제공하기 위한 출력을 갖는 드리프트 제거 루프를 포함한다. 협대역 합성기는 협대역 입력에 연결되고, 콤 발생기는 저주파수 콤 입력에 연결되어 있다. 종래의 토폴러지와 같이, 광대역 입력을 유도하기 위하여 광대역 합성기를 사용하는 대신, 본 발명은 저 노이즈, 고주파수 발진기를 채용한다. 발진기의 출력은 저 노이즈, 고주파수 콤을 발생시키기 위하여 콤 발생기의 출력과 믹싱된다. 그 다음에 저 노이즈, 고주파수 콤은 드리프트 제거 루프의 광대역 입력을 유도하기 위해 사용된다. 광대역 합성기를 고주파수 콤으로 대체하는 것은 종래 디자인에 비하여 합성기의 파-아웃 페이즈 노이즈를 현저히 감소시킬 수 있다.
본 발명의 부가적인 목적, 이점, 및 우수한 특징은 이하의 설명과 도면으로 부터 명백할 것인바,
도 1은 드리프트 제거 루프를 채용하는 종래 마이크로웨이브 합성기의 간단한 블록도,
도 2는 본 발명에 따른 마이크로웨이브 합성기의 간단한 블록도,
도 3은 도 2의 합성기와 연계하여 사용된 콤 발생기의 간단한 블록도,
도 4는 도 2의 합성기에 있어서의 저주파수 콤 사이에서 선택을 위한 필터 뱅크의 간단한 블록도, 및
도 5는 도 2의 합성기에 있어서의 고주파수 콤 사이에서 선택을 위한 필터 뱅크의 간단한 블록도.
토폴러지 및 작동
도 2는 본 발명에 따른 마이크로웨이브 합성기(200)의 실시예를 나타낸다. 마이크로웨이브 합성기(200)는 여러면에서 도 1의 마이크로웨이브 합성기(100)와 유사하다. 예컨대, 마이크로웨이브 합성기(200)는 드리프트 제거 루프(250), 협대역 합성기(212), 콤 발생기(216), 및 저역통과필터(248)를 포함하고, 그것은 각각, 도 1에서의 구조(150, 112, 116, 및 148)와 유사하다. 또한, 드리프트 제거 루프(250)는 협대역 입력(252), 광대역 입력(254), 및 콤 입력(256)을 구비하고, 각각은 도 1의 드리프트 제거 루프(150)의 입력(152, 154, 및 156)에 대응한다.
이러한 유사성에 불구하고, 마이크로웨이브 합성기(200)는 상당한 면에서 합성기(100)와 다르다. 이것은 특히, 광대역 입력(254)을 유도하기 위한 회로에 관하여 명백하다. 상기한 바와 같이, 종래 드리프트 제거 루프는 드리프트 제거 루프의 광대역 입력을 유도하기 위하여 페이즈 로크드 루프로 구성되는 광대역 합성기를 채용한다. 페이즈 로크드 루프는 일반적으로 VCO 또는 YIG(Yttrium-Iron-Garnet) 발진기를 포함한다. 그러나 도 2의 실시예에서, 드리프트 제거 루프의 광대역 입력(254)은 콤 발생기(216)와 발진기(222)의 믹싱 곱으로써 유도된다.
발진기(222)는 FO에서 저 노이즈, 고주파수 톤을 발생시킨다. 믹서(226)는 이러한 저 노이즈 톤을 콤 발생기(216)로 부터의(제 1 필터 뱅크(218) 및 파워 스플리터(220)를 경유하여) 콤 중의 하나 FSC와 결합하여, FO±FSC에서 한 쌍의 합 과 차 톤을 발생시킨다.
제 2 필터 뱅크(228)는 드리프트 제거 루프(250)의 광대역 입력(254)으로 통과하기 위하여 이러한 톤, 예컨대, (FO+FSC) 또는 (FO-FSC)중의 하나를 선택한다. 도 1의 종래 디자인과 다르게, 합성기(200)는 바람직하게는 콤 발생기(216)로 부터 원하는 콤을 선택하고 여타 모든 다른 콤을 차단하기 위하여 제 1 필터 뱅크(218)를 포함한다. 제 1 필터 뱅크(218)는 원하지 않는 스퓨리어스 신호가 드리프트 제거 루프(250)로 공급되는 것을 막는데 도움을 주고, 따라서 전체 노이즈를 감소시킨다.
제 1 필터 뱅크(218)가 상이한 저주파 콤을 선택할때 마다, 상이한 합과 차의 쌍의 주파수가 제 2 필터 뱅크(228)에 제공된다. 바람직한 실시예에서, 저 노이즈 발진기(222)는 5.2GHz에서 단일 톤 FO를 발생시키고 콤 발생기(216)는 200MHz, 400MHz, 600MHz, 800MHz, 및 1GHz에서 콤을 발생시킨다. 이러한 입력이 주어지면, 다음의 주파수의 어느 하나가 드리프트 제거 루프(250)의 광대역 입력(254)에 제공될 수 있다.
ㆍ4.2GHz, 4.4GHz, 4.6GHz, 4.8GHz, 및 5.0GHz(주파수 차를 통하여);
ㆍ5.2GHz(믹서(226)를 회피하는 직접적인 연결을 통하여); 및
ㆍ5.4GHz, 5.6GHz, 5.8GHz, 6.0GHz, 및 6.2GHz(주파수 합을 통하여).
저주파수 콤(LFC) 및 고주파수 콤(HFC)을 적당히 선택함으로써, 마이크로웨이브 합성기(200)는 다양한 상이한 주파수 범위를 가정할 수 있다. 협대역 합성기(212)의 주파수를 조정함으로써, 이러한 상이한 범위는 연속적으로 혼합될 수 있다.
협대역 합성기(212)가 800MHz 내지 1GHz 범위에 있는 출력 주파수를 발생시 킨다면, 마이크로웨이브 합성기(200)는 DC 내지 2GHz범위의 주파수를 연속적으로 발생시킬 수 있다. 실제적인 목적을 위하여 보다 낮은 주파수 제한이 10MHz에서 설정된다. 아래의 표 1은 마이크로웨이브 합성기(200)가 상이한 주파수 범위를 설정하기 위한 저주파 및 고주파 콤을 선택하는 방식을 요약한다.
선택된 LFC 선택된 HFC 출력 주파수 범위
800MHz 4.4GHz 10MHz - 200MHz
600MHz 4.6GHz 200MHz - 400MHz
400MHz 4.8GHz 400MHz - 600MHz
200MHz 5.0GHz 600MHz - 800MHz
무 (우회) 5.2GHz (직접) 800MHz - 1GHz
200MHz 5.4GHz 1GHz - 1.2GHz
400MHz 5.6GHz 1.2GHz - 1.4GHz
600MHz 5.8GHz 1.4GHz - 1.6GHz
800MHz 6.0GHz 1.6GHz - 1.8GHz
1GHz 6.2GHz 1.8GHz - 2GHz
이러한 범위가 제공되는 방법을 이해하기 위하여, 합성기(200)의 출력 주파수는 아래의 등식을 만족함을 주목하여야 한다.
FOUT = HFC-5.2GHz - NBS,
여기서, HFC는 선택된 고주파수 콤의 주파수이고 NBS는 협대역 합성기(212)의 주파수이다.
광대역 입력(254)에 5.2GHz 톤을 제공하기 위하여, 스위치(224)는 믹서(226)를 우회하여 발진기(222)의 5.2GHz출력을 바로 제 2 필터 뱅크(228)로 전송하기 위하여 기동된다. 필터 뱅크(228)는 이러한 출력을 바로 광대역 입력(254)(도 5를 보시오)에 전달한다. 제 2 필터 뱅크(228)가 광대역 입력(254)으로의 전달을 위하여 5.2GHz를 선택할때, 드리프트 제거 루프(250)는 제 1 믹서(238)를 우회하여 5.2GHz신호를 바로 제 1 대역통과필터(242)로 전송하기 위하여 또다른 스위치(258)를 기동한다. 이러한 환경에서, 광대역 입력(254)에서의 신호는 이미 FK와 같기때문에, FK를 발생시키기 위하여 어떠한 믹싱도 요구되지 않는다.
바람직한 실시예에서, 발진기(222)는 뉴욕 파밍데일 소재 제너럴 마이크로웨이브 코포레이션제의 모델 P2579와 같은 유전체 공진 발진기(DRO)이다. 이것은 5.2GHz의 고정 주파수를 발생하고 다른 시스템 구성요소와 동기화가 가능하도록 협 범위에서 튜닝가능하다. 바람직한 실시예에서, DRO(222)는 플로리다 올랜도 소재 피에조 테크놀러지 인코퍼레이티드제 PTI X05051-001와 같은 100MHz 오븐 제어 수정 발진기(OCXO)(214)와 동기화 된다. OCXO(214)는 시스템 레퍼런스(210)와 동기화 된다. 바람직하게는, 동기화는 폐쇄 루프 주파수 체배를 제공하기 위하여 피드백에서 주파수 체감기를 갖는 초 협대역 페이즈 로크드 루프를 사용하여 달성된다.
광대역 합성기(122)를 저 노이즈, 고주파수 콤으로 대체함으로써, 마이크로웨이브 합성기(200)의 파-아웃 페이즈 노이즈는 상당히 감소된다. 그러나 합성기(200)전체에 저 노이즈를 유지하여 이러한 저 노이즈 디자인의 완전한 이익을 획득하도록 해야 한다.
도 3은 도 2의 콤 발생기(216)의 상세한 블록도를 도시한다. 콤 발생기(216)는 OCXO(214)의 초 저 노이즈 출력을 수신한다. 주파수 체배기(312)는 200MHz 레퍼런스를 발생시키기 위하여 OCXO(214)로 부터 100MHz신호를 곱한다. 증폭기(314)는 200MHz레퍼런스를 증폭하고, 대역통과필터(316)는 증폭된 신호를 필 터링한다. 또다른 증폭기(318)는 대역통과필터(316)의 출력을 증폭한다. 바람직하게는 대역통과필터(316)는 10KHz옵셋을 초과하는 노이즈를 제거하기 위한, 협대역 수정 필터이다. 적당한 협대역 수정 필터는 피에조 테크놀러지 인코퍼레이티드제를 이용할 수 있다. 콤 발생기 디바이스(320)는 대역통과필터(316)의 출력에 연결되고, 200MHz간격으로 콤을 발생시킨다. 적당한 콤 발생기(320)는 캘리포니아 어바인소재 마이크로세마이 코포레이션제 GG 7014039이다. 상이한 콤의 진폭의 등화를 돕기위하여 고역통과필터(HPF)(322)가 콤 발생기(320)의 출력에 적용되고, 1GHz이상의 콤을 필터링하기 위하여 콤 발생기(320)의 출력에 적용된다.
도 4는 도 2의 필터 뱅크(218)의 상세한 블록도를 나타낸다. 바람직하게는 필터 뱅크(418)는 콤 발생기(216)로 부터 수신된 콤을 증폭하는 증폭기(410)를 포함한다. 필터 뱅크는 5개의 대역통과필터(420, 422, 424, 426, 및 428)를 포함한다. 대역통과필터(420, 422, 424, 426, 및 428)는 콤 발생기(216)에 의해 발생된 상이한 콤에 대응하는 중심 주파수를 가지고 있다. 필터 뱅크(218)는 싱글-폴, 더블-쓰로우(SPDT) 스위치(412, 414, 416, 및 418)를 포함함으로써, 콤 발생기(216)로 부터 원하는 콤을 선택한다. 증폭된 콤은 증폭기(410)로 부터 원하는 콤에 대응하는 중심 주파수를 갖는 대역통과필터로 전송된다. 예컨대, 600MHz콤을 선택하기 위하여, SPDT스위치(416 및 418)는 증폭기(410)의 출력을 대역통과필터(424)의 입력에 연결하는 방식으로 클로징한다. 선택된 대역통과필터는 원하는 콤을 통과시키고, 실질적으로 여타 모든 다른 콤을 차단한다. 대역통과필터의 출력측에서, SPDT스위치(432, 434, 436, 및 438)는 선택된 대역통과필터를 증폭기(440)에 연결 한다. 증폭기(440)는 선택된 콤을 증폭하고, 선택된 콤을 필터 뱅크(218)의 출력으로 통과시킨다.
도 5는 도 2의 필터 뱅크(228)의 상세한 블록도를 도시한다. 저주파 콤(즉, 200MHz 내지 1GHz에서 200MHz증분으로)사이에서 부터 선택하는 필터 뱅크(218)와 달리, 필터 뱅크(228)는 선택된 저주파수 콤과 발진기(222)의 믹싱곱사이로 부터 선택한다. 이러한 믹싱곱은 고주파수 콤의 간격보다 주파수에서 보다 큰 간격을 갖는다. 예컨대, 1GHz 저주파수 콤을 5.2GHz 발진기와 믹싱할때, 가장 가까운 믹싱곱은 2GHz떨어져 있다. 비교로써, 근접한 저주파수 콤은 단지 200MHz떨어져 있다. 따라서, 상이한 대역통과필터는 필수적인 필터링을 달성하기 위하여 각각의 고주파수 콤에 대하여 제공될 필요가 없다. 이 때문에, 필터 뱅크(228)는 4개의 대역통과필터(514, 516, 518, 및 520)를 포함한다. 대역통과필터는 아래 표 2에 따라, 원하는 고주파수 콤에 기초하여 선택된다.
원하는 HFC 선택된 대역통과필터
4.4GHz 4.2GHz - 4.6GHz (514)
4.6GHz 4.2GHz - 4.6GHz (514)
4.8GHz 4.8GHz - 5.0GHz (516)
5.0GHz 4.8GHz - 5.0GHz (516)
5.2GHz (직접) 무
5.4GHz 5.4GHz - 5.6GHz (518)
5.6GHz 5.4GHz - 5.6GHz (518)
5.8GHz 5.8GHz - 6.2GHz (520)
6.0GHz 5.8GHz - 6.2GHz (520)
6.2GHz 5.8GHz - 6.2GHz (520)
이 점
저주파수 콤의 믹싱곱을 갖는 드리프트 제거 루프와 안정된 발진기의 광대역 입력을 유도함으로써, 결과적인 마이크로웨이브 합성기는 매우 낮은 페이즈 노이즈 를 발생시킬 수 있다. 합성기는 캐리어로 부터의 고주파수 옵셋에서도, 저 페이즈 노이즈를 유지하고, 드리프트 제거 루프는 더이상 페이즈 노이즈를 제거함에 유용하지 않다.
전형적인 마이크로웨이브 합성기(200)의 예비측정은 종래 디자인에서와 같이 합성기의 광대역 입력에 적용되는 신호에 의하여 지배되지 않고, 협대역 입력의 신호에 의하여 지배된다. 10MHz 옵셋에서 -155dBc/Hz 페이즈 노이즈를 갖는 DDS에 의해 협대역 입력을 유도하면, 전체 합성기에 대하여 단지 -153dBc/Hz의 전체 페이즈 노이즈를 나타낸다. 비교하면, 광대역 입력을 유도하기 위한 종래의 전압제어 또는 YIG 를 채용하는 디자인은 본 발명에서의 페이즈 노이즈보다 적어도 10dBc/Hz많은, 대략 -140 내지 -143dBc/Hz인 페이즈 노이즈를 발생시킨다.
또한 본 발명에 따른 마이크로웨이브 합성기는 종래 합성기 보다 빠른 세틀링 타임을 갖는다. YIG 발진기는 거의 수십밀리초 정도의 응답시간을 갖는다. 페이즈 로크드 루프내에 구성된 전압제어 또는 YIG 발진기는 속도를 희생하여 만족되는 경향이 있는 안정도 요구조건을 갖는다. 대조적으로, 고주파수 콤은 YIG 발진기의 세틀링 타임보다 3배 빠른, 10μs보다 적은 시간에 스위칭될 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 마이크로웨이브 합성기는 고속으로 주파수를 변경할 수 있다. 이것은 합성기가 블루투쓰 규격을 충족시키도록 디자인된 것과 같은, 주파수 호핑을 채용한 디바이스와 보조를 맞출 수 있도록 한다. 블루투쓰 디바이스는 매 625 마이크로초에 한 번의 최대 비율로 동작 주파수를 변경한다. 따라서 본 발명에 따른 마이크로웨이브 합성기는 상기 디바이스가 주파수 호핑을 할때, 테스트할 수 있 고, 매우 저 페이즈 노이즈로써 테스트할 수 있다.
보다 일반적으로는, 디바이스를 위하여 감소된 테스트 타임은 직접적으로 감소된 제조 비용을 나타낸다. 본 발명의 또다른 이점은 스위칭 타임을 감소시킴으로써, 본 발명에 따른 합성기는 고객이 저가로 디바이스를 생산할 수 있도록 한다는 것이다.
구 현
바람직하게는, 마이크로웨이브 합성기(200)는 테스트 시스템의 백플레인에 꽂히는 도구의 형태를 가진다. 테스트 시스템은 백플레인에서 통신하고 테스트 프로그램을 실행할 수 있는 호스트 컴퓨터를 포함한다. 테스트 프로그램은 예컨대, 주파수 프로그래밍, 진폭 프로그래밍, 캘리브레이션 수행, 및 백플레인 상태 판독등 마이크로웨이브 합성기(200)를 제어하기 위한 명령을 포함한다. 합성기의 출력은 적당한 케이블이나 커넥터를 경유하거나 고주파수 스위칭 매트릭스를 통하여 직접적으로 피시험 장치에 연결된다.
이러한 환경에서 동작하기 위하여, 마이크로웨이브 합성기(200)는 바람직하게는 (도시되지 않았으나)디지털 제어 회로를 포함한다. 디지털 제어 회로는 테스트 프로그램으로 부터 고 수준 명령을 수신하여, 이러한 명령을 합성기(200)의 활동을 제어하기 위한 전자적 신호로 전환한다. 디지털 제어 회로는 또한 합성기(200)내부의 동작을 모니터링하고 테스트 프로그램에 보고한다.
마이크로웨이브 합성기(200)는 바람직하게는 (도시되지 않았으나)종래의 출력 회로를 포함한다. 이것은 디지털 제어 회로의 제어중에 상이한 범위의 출력 주 파수를 선택적으로 제공하기 위한 주파수 체배기를 포함한다. 그것은 또한 합성기(200)가 발생시키는 파형의 진폭을 조정하기 위한 회로를 포함한다.
대 안
상기에서 일 실시예를 기술하였으나, 많은 대안의 실시예와 변형이 가능할 수 있다. 상기한 바와 같이, 발진기(222)는 고정 주파수 유전체 공진 발진기(DRO)이다. 그러나, 다른 타입의 발진기가 사용될 수 있다. 예컨대, 작동 주파수 범위에서 저 페이즈 노이즈를 유지할 수 있으면, 가변 주파수 발진기가 사용될 수 있다. 상기한 바람직한 실시예는 매우 조용한 주파수 레퍼런스를 제공하기 위하여 오븐 제어 수정 발진기(OCXO)(214)를 포함한다. 페이즈 노이즈 요구조건에 따라, OCXO(214)는 다른 타입의 발진기로 대체될 수 있다.
필터 뱅크(218)가 마이크로웨이브 합성기(200)의 바람직한 부분이지만, 엄격히 요구되지는 않고 생략할 수 있다. 그러나, 필터 뱅크(218)의 생략은 필터 뱅크(228)와 콤 발생기(216)에 의해 발생된 원하지 않는 콤을 제거하기 위한 대역통과필터(242)에 부가적인 부담을 야기한다. 따라서, 필터 뱅크의 생략은 시스템의 그밖의 보다 비싼 구성요소를 요구하게 하거나, 보다 큰 스퓨리어스 신호를 발생시킨다.
상기한 바와 같이, 저주파수 콤과 고주파수 콤을 발생시키기 위하여 동일한 콤 발생기(216)가 사용된다. 대안으로서, 상이한 콤 발생기가 상이한 세트의 콤을 발생시키기 위하여 사용될 수 있다. 예컨대, 제 2 콤 발생기의 출력은 고주파수 콤을 발생시키기 위하여 발진기의 출력과 믹싱될 수 있다.
상기 바람직한 실시예가 특정 주파수 및 범위를 참조하여 기술하였지만, 마이크로웨이브 합성기(200)의 디자인에 있어서, 다른 주파수 또는 다른 주파수 범위의 사용을 배제하지는 않는다. 예컨대, 콤은 200MHz로써 스페이싱될 필요는 없다. 발진기(222)도 5.2GHz에서 동작할 필요는 없다.
상기한 합성기(200)의 실시예는 테스터에 꽂히는 도구 형태를 취한다. 그러나, 합성기(200)는 이러한 구현으로 한정되지는 않는다. 예컨대, 스탠드 얼론 또는 IEEE-488 버스를 통하여 프로그램가능한, 벤치-탑 구현으로서 제공될 수 있다. 또한 VXI 또는 PXI 백플레인과 같은 표준 백플레인내에 설치하기 위하여 적당한 모듈로서 구현될 수 있다.
이러한 각각의 대안 및 변경 뿐만 아니라 다른 변형이 발명자에 의하여 의도되어 왔고 본 발명의 범위내에 포함되도록 의도될 것이다. 따라서, 상기한 바는 예로써 이해되어야 하고 발명은 첨부된 청구항의 정신 및 범위에 의해서만 제한되어야 함이 이해되어야 한다.

Claims (20)

  1. 피시험 장치(DUT)를 테스트하기 위하여 스티뮬러스를 제공하기 위한 마이크로웨이브 합성기에 있어서,
    조정가능 주파수 출력을 제공하는 협대역 합성기;
    실질적으로 고정된 주파수 출력을 제공하는 발진기;
    일련의 톤을 제공하는 콤 발생기;
    제 1 입력, 제 2 입력, 및 출력을 구비하고, 상기 제 1 입력은 상기 콤 발생기의 출력에 연결되고 상기 제 2 입력은 상기 발진기의 출력에 연결된 제 1 믹서;
    제 1 입력, 제 2 입력, 및 출력을 구비하고, 상기 제 1 입력은 상기 콤 발생기의 출력에 연결되고 상기 제 2 입력은 상기 제 1 믹서의 출력에 연결된 제 2 믹서;
    제 1 입력, 제 2 입력, 및 출력을 구비하고, 상기 제 1 입력은 상기 제 2 믹서의 출력에 연결되고 상기 제 2 입력은 상기 협대역 합성기의 출력에 연결된 제 3 믹서; 및
    제 1 입력, 제 2 입력, 및 출력을 구비하고, 상기 제 1 입력은 상기 제 3 믹서의 출력에 연결되고 상기 제 2 입력은 상기 제 1 믹서의 출력에 연결된 제 4 믹서를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 합성기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 발진기는 유전체 공진 발진기(DRO)를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 합성기.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 믹서의 출력에 연결된 입력, 상기 제 2 믹서의 제 2 입력에 연결된 제 1 출력, 및 상기 제 4 믹서의 제 2 입력에 연결된 제 2 출력을 구비한 제 1 파워 스플리터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 합성기.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 믹서의 출력과 상기 제 1 파워 스플리터의 입력사이에 직렬로 연결된 필터 뱅크를 포함하고, 상기 필터 뱅크는 상기 제 1 믹서의 원하는 믹싱곱을 전송하고 상기 제 1 믹서의 원하지 않는 믹싱곱을 감쇠시키기 위하여 복수개의 선택가능한 대역통과필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 합성기.
  5. 제 2 항에 있어서, 레퍼런스 주파수를 발생시키기위한 오븐 제어 수정 발진기(OCXO)를 더 포함하고, 상기 콤 발생기와 발진기는 그 각각의 출력 주파수가 상기 레퍼런스 주파수와 동기화되도록 구성되고 어레인지된 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 합성기.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 협대역 합성기와 OCXO는 그 각각의 출력 주파수가 테스터 클록 레퍼런스와 동기화되도록 구성되고 어레인지된 것을 특징으로 하는 마 이크로웨이브 합성기.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 콤 발생기의 출력에 연결된 입력, 상기 제 1 믹서의 제 2 입력에 연결된 제 1 출력, 및 상기 제 2 믹서의 제 2 입력에 연결된 제 2 출력을 구비한 제 2 파워 스플리터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 합성기.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 믹서의 출력과 상기 제 3 믹서의 제 1 입력사이에 직렬로 연결된 제 1 대역통과필터;
    상기 제 3 믹서의 출력과 상기 제 4 믹서의 제 1 입력사이에 직렬로 연결된 제 2 대역통과필터; 및
    상기 제 4 믹서의 출력에 연결된 저역통과필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 합성기.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 콤 발생기는 직렬로 순차적으로 연결된 주파수 체배기, 수정 필터, 및 콤 발생기 디바이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 합성기.
  10. 협대역 입력, 저주파수 콤 입력, 광대역 입력, 및 조정가능 주파수 출력 신 호를 발생시키는 출력을 구비한 드리프트 제거 루프;
    상기 협대역 입력에 연결된 출력을 구비한 협대역 합성기;
    상기 저주파수 콤 입력에 연결되고 톤의 시퀀스를 제공하는 콤 발생기;
    실질적으로 고정된 주파수 출력을 발생시키는 발진기; 및
    상기 발진기에 연결된 제 1 입력, 상기 콤 발생기에 연결된 제 2 입력, 및 상기 드리프트 제거 루프의 광대역 입력에 연결된 출력을 구비한 믹서를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 합성기.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 콤 발생기 및 발진기를 OCXO(오븐 제어 수정 발진기)에 동기시키기 위하여 상기 콤 발생기 및 상기 발진기에 연결된 상기 OCXO를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 합성기.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 OCXO는 테스터 레퍼런스 클록에 연결되어 상기 테스터 레퍼런스 클록과 동기하여 발진하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 합성기.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 믹서의 출력과 상기 드리프트 제거 루프의 광대역 입력사이에 직렬로 연결된 필터 뱅크를 더 포함하고, 상기 필터 뱅크는, 상기 믹서의 원하는 믹싱곱을 전송하고 상기 믹서의 원하지 않는 믹싱곱을 감쇠시키기 위한 복수개의 선택적인 대역통과 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 합성기.
  14. 협대역 입력, 주파수 콤 입력, 광대역 입력, 및 조정가능 주파수 출력 신호를 발생시키는 출력을 구비한 드리프트 제거 루프;
    상기 드리프트 제거 루프의 협대역 입력에 연결된 출력을 구비한 협대역 합성기;
    상기 드리프트 제거 루프의 주파수 콤 입력에 연결되고, 톤의 시퀀스를 제공하는 콤 발생기;
    실질적으로 고정된 주파수 출력을 발생시키는 발진기; 및
    주파수의 합 및 차중의 적어도 하나를 포함하는 상기 드리프트 제거 루프의 광대역 입력에 제공되는 출력 신호를 발생시키기 위하여, 상기 콤 발생기로 부터의 톤의 시퀀스와 상기 발진기의 출력 주파수를 결합하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 합성기.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 콤 발생기와 발진기를 상기 OCXO(오븐 제어 수정 발진기)에 동기시키기 위하여 상기 콤 발생기와 상기 발진기에 연결된 상기 OCXO를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 합성기.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 OCXO는 테스터 레퍼런스 클록에 연결되어 상기 테 스터 레퍼런스 클록과 동기하여 발진하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 합성기.
  17. 협대역 입력, 저주파수 콤 입력, 광대역 입력, 및 조정가능 주파수 출력 신호를 발생시키는 출력을 구비한 드리프트 제거 루프를 사용하는 고주파수 신호를 발생시키는 방법에 있어서, 상기 방법은
    (A) 조정가능 주파수 신호를 상기 드리프트 제거 루프의 상기 협대역 입력에 인가하는 단계;
    (B) 일정한 톤 간격으로 분리된 톤의 시퀀스 콤을 상기 드리프트 제거 루프의 상기 저주파수 콤 입력에 적용하는 단계;
    (C) 주파수의 합과 차중의 적어도 하나에 대응하는 성분을 포함하는 결합 신호를 발생시키기 위하여 톤의 시퀀스를 실질적으로 고정된 주파수 신호와 결합시키는 단계; 및
    (D) 상기 결합 신호를 상기 드리프트 제거 루프의 상기 광대역 입력에 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    (E) 실질적으로 원하는 주파수 성분만 통과시키기 위하여 상기 결합 신호를 선택적으로 필터링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 실질적으로 통과되는 주파수 성분을 변경하기 위하여 선택적으로 필터링하는 단계(E)를 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 19 항에 있어서, 상이한 출력 주파수를 설정하기 위하여 상기 조정가능 주파수 신호를 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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