KR101204470B1 - Signal converting apparatus and receiving apparatus for supporting dual bandwidth in wireless communication system - Google Patents
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Abstract
무선통신 시스템의 수신 장치가 제공된다. 수신 장치는 제1 주파수 대역의 신호와 제2 주파수 대역의 신호를 포함하는 무선 주파수 신호를 수신하는 안테나, 상기 무선 주파수 신호를 증폭하고, 상기 제1 주파수 대역의 신호를 차동 위상 신호로 출력하고, 상기 제2 주파수 대역의 신호를 공통 위상 신호로 출력하는 저잡음 증폭기, 상기 저잡음 증폭기에서 출력된 신호 중 상기 차동 위상 신호만을 통과시키는 차동 증폭기, 및 상기 저잡음 증폭기에서 출력된 신호 중 상기 공통 위상 신호만을 통과시키는 혼합기를 포함한다.A receiving apparatus of a wireless communication system is provided. The receiving device amplifies an antenna for receiving a radio frequency signal comprising a signal of a first frequency band and a signal of a second frequency band, amplifies the radio frequency signal, and outputs the signal of the first frequency band as a differential phase signal, A low noise amplifier for outputting the signal of the second frequency band as a common phase signal, a differential amplifier for passing only the differential phase signal among the signals output from the low noise amplifier, and only the common phase signal among the signals output from the low noise amplifier To a mixer.
Description
본 발명은 무선통신 시스템에서 이중 대역을 지원하는 신호 변환 장치 및 수신 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a signal conversion device and a reception device supporting dual band in a wireless communication system.
여러 주파수 대역의 여러 무선통신 응용 분야를 다룰 수 있는 지능형 RF(Radio Frequency) 수신기에 대한 연구가 활발하다. 지능형 RF 수신기는 칩의 융통성(flexibility)을 높여 단가를 낮출 수 있는 장점이 있지만, 각 무선통신 응용 분야에 해당하는 주파수 대역 간의 간섭으로 인하여 무선통신의 질이 낮아지는 단점이 있다.There is an active research on intelligent RF (Radio Frequency) receivers that can handle various wireless communication applications in various frequency bands. The intelligent RF receiver has the advantage of lowering the unit cost by increasing the flexibility of the chip, but has the disadvantage of lowering the quality of wireless communication due to interference between frequency bands corresponding to each wireless communication application field.
현재, 지능형 RF 수신기는 광대역 또는 다중 대역으로 구현될 수 있다. 넓은 주파수 대역을 하나의 수신기로 처리할 수 있는 광대역 지능형 RF 수신기는 낮은 비용으로 여러 시스템을 구현하는 효과를 얻을 수 있지만, 전력 소모가 크고 여러 주파수 대역 간의 간섭 문제가 크다. 한편, 협대역 특성을 2개 이상의 주파수 대역에서 실현시키는 다중 대역 지능형 RF 수신기는 요구되는 주파수 대역만을 다루기 때문에 전력 소모는 낮으나, 이때에도 여전히 간섭 문제가 존재한다.Currently, intelligent RF receivers can be implemented in wideband or multiple bands. Broadband intelligent RF receivers, which can handle a wide frequency band with one receiver, can achieve the effect of implementing multiple systems at low cost, but they consume high power and have high interference problems between multiple frequency bands. On the other hand, a multi-band intelligent RF receiver that realizes narrowband characteristics in two or more frequency bands handles only the required frequency bands so that power consumption is low, but interference problems still exist.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 주파수 대역 간의 간섭을 최소화할 수 있는 지능형 RF 수신 장치를 제공하는 것이다.The technical problem to be solved by the present invention is to provide an intelligent RF receiving apparatus that can minimize the interference between frequency bands.
본 발명의 일 양태에 따른 무선통신 시스템의 수신 장치는 제1 주파수 대역의 신호와 제2 주파수 대역의 신호를 포함하는 무선 주파수 신호를 수신하는 안테나, 상기 무선 주파수 신호를 증폭하고, 상기 제1 주파수 대역의 신호를 차동 위상 신호로 출력하고, 상기 제2 주파수 대역의 신호를 공통 위상 신호로 출력하는 저잡음 증폭기, 상기 저잡음 증폭기에서 출력된 신호 중 상기 차동 위상 신호만을 통과시키는 차동 증폭기, 및 상기 저잡음 증폭기에서 출력된 신호 중 상기 공통 위상 신호만을 통과시키는 혼합기를 포함한다.An apparatus for receiving a wireless communication system according to an aspect of the present invention includes an antenna for receiving a radio frequency signal comprising a signal of a first frequency band and a signal of a second frequency band, amplifying the radio frequency signal, and amplifying the first frequency. A low noise amplifier which outputs a signal of a band as a differential phase signal and outputs a signal of the second frequency band as a common phase signal, a differential amplifier which passes only the differential phase signal among the signals output from the low noise amplifier, and the low noise amplifier The mixer outputs a mixer that passes only the common phase signal.
본 발명의 일 양태에 따른 저잡음 증폭기의 부하 회로는 제1 캐패시터, 제2 캐패시터, 제3 캐패시터, 제1 인덕터 및 제2 인덕터를 포함하고, 상기 제3 캐패시터는 제1 노드와 제2 노드 사이에 연결되고, 상기 제1 노드와 상기 제3 캐패시터 사이에 상기 제1 인덕터와 상기 제1 캐패시터의 일단이 연결되고, 상기 제2 노드와 상기 제3 캐패시터 사이에 상기 제2 인덕터와 상기 제2 캐패시터가 연결되고, 상기 제1 인덕터, 상기 제1 캐패시터, 상기 제 2 인덕터 및 상기 제2 캐패시터의 타단은 접지에 연결된다.A load circuit of a low noise amplifier according to an aspect of the present invention includes a first capacitor, a second capacitor, a third capacitor, a first inductor, and a second inductor, wherein the third capacitor is between the first node and the second node. One end of the first inductor and the first capacitor is connected between the first node and the third capacitor, and the second inductor and the second capacitor are connected between the second node and the third capacitor. The other end of the first inductor, the first capacitor, the second inductor, and the second capacitor is connected to ground.
본 발명의 일 양태에 따른 저잡음 증폭기는 입력 단자, 상기 입력 단자를 통하여 입력되는 단일 위상 신호를 정합하는 임피던스 정합부 및 상기 임피던스 정합부와 연결되고, 제1 탭을 통해 일단이 서로 대칭적으로 연결되는 제1 인덕터와 제2 인덕터 및 상기 제1 탭에 대하여 대칭적인 제1 기생 캐패시터와 제2 캐패시터를 포함하고, 상기 임피던스 정합부로부터 출력되는 상기 단일 위상 신호를 차동 위상 신호 및 동상 위상 신호로 변환하는 제1 중간 탭 인덕터를 포함한다.A low noise amplifier according to an aspect of the present invention is connected to an input terminal, an impedance matching unit for matching a single phase signal input through the input terminal, and the impedance matching unit, and one end is symmetrically connected to each other through a first tap. And a first parasitic capacitor and a second capacitor symmetrical with respect to the first inductor, the second inductor, and the first tap, and converting the single phase signal output from the impedance matcher into a differential phase signal and a common phase signal. And a first intermediate tap inductor.
본 발명의 실시 예에 의하면, 단일 위상 형태의 신호를 수신하는 무선통신 시스템에서, 1GHz 이상의 대역폭을 지니는 두 개의 다른 광대역 신호를 수신하고, 수신한 신호의 반사와 잡음 지수를 최소화하여 입출력 사이의 격리를 확보한 후에 각 대역의 신호들을 증폭할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in a wireless communication system for receiving a signal of a single phase type, two different wideband signals having a bandwidth of 1 GHz or more are received and isolation between input and output by minimizing reflection and noise figure of the received signal After securing the signal of each band can be amplified.
또한, 광대역 특성을 지니는 두 개의 다른 단일 위상 형태의 신호들을 처리 하는데 있어서, 낮은 주파수 대역의 신호에 대해서는 정확한 차동 위상 형태의 신호로 출력을 하고, 높은 주파수 대역의 신호에 대해서는 정확한 공통 위상 형태의 신호로 출력을 한다. 이렇게 출력된 각 주파수 대역의 신호들은 상대 신호들에 대한 간섭 없이 다음 단으로 전달된다. In addition, in processing two different single-phase signals having wideband characteristics, the signals are output in a precise differential phase form for low frequency band signals and in a common common phase form for high frequency signals. Outputs The signals of each frequency band output in this way are transferred to the next stage without interference to the relative signals.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 수신 장치는 저잡음 증폭단의 부하로 사용되는 회로를 이용하므로, 이중 대역을 얻기 위한 추가의 증폭단을 필요로 하지 않아, 간단하고 적은 면적으로 구현될 수 있다. In addition, since the receiving device according to the embodiment of the present invention uses a circuit used as a load of the low noise amplifier stage, it does not need an additional amplifier stage to obtain a dual band, it can be implemented in a simple and small area.
본 발명의 실시 예에 따른 수신 장치는 직접 변환(direct-conversion) 및 헤테로다인 방식(heterodyne architecture)의 수신 장치에 모두 적용될 수 있다. The receiving device according to the embodiment of the present invention can be applied to both the direct conversion (conversion) and the heterogeneous receiving device.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템의 수신 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 신호 변환 장치의 부하부(114)를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 회로도에서 노드(P1, P2)에서의 전달함수 값에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
도 4는 도 2의 회로도에서 노드(P1)과 노드(P2)에서의 위상을 나타내는 그래프이다.
도 5는 도 2의 회로도에서 노드(P1)과 노드(P2) 간의 위상 차이를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 신호 변환 장치의 부하부(114)를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6의 회로도에서 노드(P1)과 노드(P2)에서의 전달 함수 값에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 신호 변환 장치의 부하부(114)를 나타내는 도면이다.
도 9은 도 8의 회로도에서 노드(P1)과 노드(P2)에서의 전달함수 값에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
도 10은 도 2의 회로도를 2 단의 저잡음 증폭기 설계에 적용한 예를 나타낸다.
도 11은 도 10의 회로도에 대한 이득 특성과 위상 차이 특성을 나타내는 그래프이다.
도 12는 도 10의 회로도의 이중 대역 출력 신호의 트랜션트(transient) 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.1 is a view showing a receiving device of a wireless communication system according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a
FIG. 3 is a graph showing simulation results of transfer function values at nodes P1 and P2 in the circuit diagram of FIG. 2.
FIG. 4 is a graph showing phases at the nodes P1 and P2 in the circuit diagram of FIG. 2.
FIG. 5 is a graph illustrating a phase difference between a node P1 and a node P2 in the circuit diagram of FIG. 2.
6 is a diagram illustrating a
FIG. 7 is a graph illustrating simulation results of transfer function values at nodes P1 and P2 in the circuit diagram of FIG. 6.
8 is a diagram showing a
FIG. 9 is a graph illustrating simulation results of transfer function values at nodes P1 and P2 in the circuit diagram of FIG. 8.
FIG. 10 shows an example of applying the circuit diagram of FIG. 2 to a low noise amplifier design having two stages.
FIG. 11 is a graph illustrating gain and phase difference characteristics of the circuit diagram of FIG. 10.
FIG. 12 is a graph illustrating a transient simulation result of the dual band output signal of the circuit diagram of FIG. 10.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification and claims, when a part includes a certain component, it means that it can further include other components, except to exclude other components unless specifically stated otherwise.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템의 신호 변환 장치 및 수신장치에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.Now, a signal conversion device and a reception device of a wireless communication system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템의 수신 장치를 나타낸 도면이다.1 is a view showing a receiving device of a wireless communication system according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참고하면, 본 발명의 실시 예에 따른 무선통신 시스템의 수신 장치는 안테나(100), 저잡음 증폭기(low noise amplifier, LNA)(110), 차동 증폭기(120), 혼합기(130) 및 주파수 하향 변환기(140-1, 140-2)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a receiver of a wireless communication system according to an exemplary embodiment of the present invention includes an
안테나(100)는 무선통신 시스템의 송신 장치로부터 무선 주파수(Radio Frequency, RF) 신호를 직접 수신한다.The
저잡음 증폭기(110)는 입력 전압을 전류로 바꾸는 트랜스컨덕턴스(Gm)부(112)와 전류를 다시 전압으로 바꾸는 부하부(114)를 포함한다. 저잡음 증폭기(110)는 잡음을 최소화하면서 선택된 신호를 증폭한다. 저잡음 증폭기(110)는 증폭한 신호를 주파수 대역 별로 차동 위상 신호와 공통 위상 신호로 변환한다. 이에, 본 명세서에서 저잡음 증폭기(110)는 신호 변환 장치와 혼용될 수 있다. The
차동 증폭기(120)는 저잡음 증폭기(110)에서 출력된 신호 중 차동 위상 신호만을 통과시키고, 공통 위상 신호는 제거한다.The
혼합기(130)는 저잡음 증폭기(110)에서 출력된 신호 중 동상 위상 신호만을 통과시키고, 차동 위상 신호를 제거한다.The
주파수 하향 변환기(140-1)는 차동 증폭기(120)로부터 출력되는 차동 위상 신호를 국부 발진기(Local Oscillator)를 이용하여 소정 주파수로 변환한다.The frequency down converter 140-1 converts the differential phase signal output from the
주파수 하향 변환기(140-2)는 혼합기(130)로부터 출력되는 공통 위상 신호를 국부 발진기를 이용하여 소정 주파수로 변환한다.The frequency down converter 140-2 converts the common phase signal output from the
여기서, 차동 증폭기(120)와 혼합기(130)는 주파수 하향 변환기(140-1, 140-2)와 별개의 구성인 것으로 도시되어 있으나, 차동 증폭기(120)와 혼합기(130)는 주파수 하향 변환기(140-1, 140-2)의 트랜스컨덕턴스 형태로 각각 구현될 수도 있다.Here, the
다음으로, 도 2 내지 도 12를 참고하여 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템의 신호 변환 장치에 대하여 자세하게 설명한다.Next, a signal conversion apparatus of a wireless communication system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 12.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 신호 변환 장치의 부하부(114)를 나타내는 도면이다.2 is a diagram illustrating a
도 2를 참고하면, 신호 변환 장치의 부하부(114)는 캐패시터(C1, C2, C3) 및 인덕터(L1, L2)를 포함한다. 설명의 편의를 위하여, 캐패시터(C1, C2, C3) 및 인덕터(L1, L2)는 이상적인 수동 소자임을 가정한다.Referring to FIG. 2, the
캐패시터(C3)는 노드(P1)와 노드(P2) 사이에 연결되고, 캐패시터(C1)와 인덕터(L1)의 일단은 노드(P1)과 캐패시터(C3) 사이에 연결되며, 캐패시터(C2)와 인덕터(L2)의 일단은 노드(P2)와 캐패시터(C3) 사이에 연결된다. 그리고, 캐패시터(C1, C2)와 인덕터(L1, L2)의 타단은 접지에 연결된다.Capacitor C3 is connected between node P1 and node P2, one end of capacitor C1 and inductor L1 is connected between node P1 and capacitor C3, and capacitor C2 and One end of the inductor L2 is connected between the node P2 and the capacitor C3. The other ends of the capacitors C1 and C2 and the inductors L1 and L2 are connected to ground.
노드(P1)와 노드(P2)에는 큰 임피던스 값이 인가되어 오픈 상태와 유사하다. 그리고, C=C1=C2, L=L1=L2로 나타낼 수 있다. 따라서, 노드(P1)에서 임피던스(Za)는 아래 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다. A large impedance value is applied to the nodes P1 and P2 similar to the open state. In addition, C = C1 = C2 and L = L1 = L2. Therefore, the impedance Za at the node P1 may be represented by Equation 1 below.
여기서, C는 캐패시턴스이고, L은 인덕턴스이다. 수학식 2 및 수학식 4와 같이, 낮은 주파수 대역(ω low )과 높은 주파수 대역(ω high )에서 병렬 공진이 일어나고, 임피던스(Za)는 무한대가 된다. 한편, 수학식 3과 같이, 중간 주파수 대역(ω mid )에서 직렬 공진이 일어나고, 임피던스(Za)는 0이 된다. Where C is the capacitance and L is the inductance. As in
한편, 노드(P1)에 임의의 입력 신호(Vs)를 인가할 때, 노드(P1)에서의 신호(VP1)을 확인하기 위한 전달함수는 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다. Meanwhile, when an arbitrary input signal Vs is applied to the node P1, a transfer function for confirming the signal V P1 at the node P1 may be expressed by
여기서, ω는 각주파수(2πf)이고, C는 캐패시턴스이며, L은 인덕턴스이고, Rs는 임의의 입력 신호(Vs)의 저항이다. 저잡음 증폭기(110)의 부하부(114)로 작용할 때의 회로이므로, Rs는 매우 큰 값으로 설정될 수 있다. 수학식 2의 낮은 주파수와 수학식 4의 높은 주파수에서 수학식 5의 전달함수 값은 1이 되고, 수학식 3의 중간 주파수에서 수학식 5의 전달함수 값은 1이 된다. Where ω is the angular frequency (2 [pi] f), C is the capacitance, L is the inductance, and Rs is the resistance of the arbitrary input signal Vs. Since it is a circuit when acting as the
이와 마찬가지로, 노드(P2)에 임의의 입력 신호(Vs)를 인가할 때, 노드(P2)에서의 신호(VP2)를 확인하기 위한 전달함수는 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.Similarly, when the arbitrary input signal Vs is applied to the node P2, the transfer function for confirming the signal V P2 at the node P2 may be expressed as in Equation (6).
여기서, ω는 각주파수(2πf)이고, C는 캐패시턴스이며, L은 인덕턴스이고, Rs는 임의의 입력 신호(Vs)의 저항이다. 수학식 6과 수학식 5의 분모는 동일하다. 이는, 병렬 공진일 경우 노드(P1)과 노드(P2)의 전달함수는 동일하지만, 직렬 공진일 경우 노드(P1)과 노드(P2)의 전달함수는 다른 것을 의미한다.Where ω is the angular frequency (2 [pi] f), C is the capacitance, L is the inductance, and Rs is the resistance of the arbitrary input signal Vs. The denominators of
도 3은 도 2의 회로도에서 노드(P1, P2)에서의 전달함수 값에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.FIG. 3 is a graph showing simulation results of transfer function values at nodes P1 and P2 in the circuit diagram of FIG. 2.
도 3을 참고하면, 실선으로 그려진 그래프는 수학식 5의 전달함수, 즉 노드(P1)에서의 전달함수를 dB단위로 나타낸 것이고, 점선으로 그려진 그래프는 수학식 6의 전달함수, 즉 노드(P2)에서의 전달함수를 dB단위로 나타낸 것이다. 낮은 주파수와 높은 주파수인 병렬 공진의 경우 수학식 5의 전달함수와 수학식 6의 전달함수는 동일한 값을 가지지만, 중간 주파수인 직렬 공진인 경우 다른 값을 가짐을 알 수 있다. Referring to FIG. 3, the graph drawn by the solid line represents the transfer function of
시뮬레이션 결과, 낮은 주파수와 높은 주파수에서 1(dB 단위로 0)이 되지 않는 이유는 Rs값이 매우 크게 설정되어 있기 때문이다. 시뮬레이션의 해상도(resoulution)을 매우 크게 설정하면 전달함수 값은 1이 될 수 있다. 중간 주파수에서 전달함수 값이 0(dB 단위로 음의 무한대)이 되지 않는 것도 동일한 이유이다. As a result of the simulation, the reason why the low frequency and the high frequency do not become 1 (0 in dB) is because the Rs value is set very large. If you set the resolution of the simulation to a very large value, the transfer function value can be 1. The same reason is that the transfer function does not become 0 (negative infinity in dB) at intermediate frequencies.
도 4는 도 2의 회로도에서 노드(P1)과 노드(P2)에서의 위상을 나타내는 그래프이다. FIG. 4 is a graph showing phases at the nodes P1 and P2 in the circuit diagram of FIG. 2.
도 4를 참고하면, 실선으로 그려진 그래프는 노드(P1)에서의 위상 특성을 나타내고, 점선으로 그려진 그래프는 노드(P2)에서의 위상 특성을 나타낸다. LC 공진 회로의 고유의 특성에 따라, 병렬 공진일 경우 위상은 -180도가 변화하며, 직렬 공진일 경우 위상은 +180도가 변화한다. 노드(P1)의 위상 특성은 수학식 2의 낮은 주파수에서 병렬 공진으로 인해 +90도에서 -90도로 위상이 변하고, 수학식 3의 중간 주파수에서 직렬 공진으로 인해 -90도에서 +90도로 위상이 변한다. 마찬가지로, 수학식 4의 높은 주파수에서 병렬 공진으로 인해 다시 +90도에서 -90도로 위상이 변한다. 반면, 노드(P2)의 위상 특성은 직렬 공진이 포함되어 있지 않기 때문에, 수학식 2의 낮은 주파수와 수학식 4의 높은 주파수에서 각각 -180도의 위상 변화를 겪게 되어 최종적으로 -450도의 위상을 지닌다. Referring to FIG. 4, the graph drawn by the solid line represents the phase characteristic at the node P1, and the graph drawn by the dotted line represents the phase characteristic at the node P2. According to the inherent characteristics of the LC resonant circuit, the phase changes by -180 degrees in the case of parallel resonance, and the +180 degrees in the case of series resonance. The phase characteristic of node P1 is phase shifted from +90 degrees to -90 degrees due to parallel resonance at the low frequency of
도 5는 도 2의 회로도에서 노드(P1)과 노드(P2) 간의 위상 차이를 나타내는 그래프이다.FIG. 5 is a graph illustrating a phase difference between a node P1 and a node P2 in the circuit diagram of FIG. 2.
도 5를 참고하면, 노드(P1)에서만 직렬 공진이 있고, 노드(P2)에서는 직렬 공진이 없으므로, 노드(P1)에서만 위상이 +180도 변한다. 따라서, 수학식 3의 중간 주파수 이전 대역에서 노드(P1)과 노드(P2) 간의 위상 차이는 180도이고, 수학식 4의 중간 주파수 이후 대역에서 노드(P1)과 노드(P2) 간의 위상 차이는 360도이다. 즉, 수학식 2의 낮은 주파수에서는 노드 간 180도의 차동 위상 특성을 가지고, 수학식 4의 높은 주파수에서는 노드 간 360도의 동상 위상 특성을 가지는 신호를 발생시킨다. Referring to FIG. 5, since there is a series resonance only at the node P1 and there is no series resonance at the node P2, the phase changes only +180 degrees at the node P1. Therefore, the phase difference between node P1 and node P2 in the band before the intermediate frequency of Equation 3 is 180 degrees, and the phase difference between node P1 and node P2 in the band after the intermediate frequency of
이와 같이, 도 2의 회로를 저잡음 증폭기(110)의 부하(114)로 사용하면, 이중 대역 무선통신 시스템에서 각 주파수 대역 간의 간섭을 완벽하게 제거하면서, 각 주파수 대역에서 높은 이득을 제공할 수 있음을 알 수 있다. As such, when the circuit of FIG. 2 is used as the
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 신호 변환 장치의 부하부(114)를 나타내는 도면이다.6 is a diagram illustrating a
도 6을 참고하면, 도 2의 회로도의 캐패시터(C3)에 가변 캐패시터인 바랙터(Va)가 병렬 연결되어 있다. 바랙터(Va)의 추가는 수학식 2의 낮은 주파수와 수학식 3의 중간 주파수에 영향을 미치지만 수학식 4의 높은 주파수에는 영향을 미치지 않는다. 즉, 바랙터(Va)는 수학식 2의 낮은 병렬 공진을 변화시켜 이중 대역 중 낮은 주파수 대역의 이득 특성을 원하는 주파수로 조정할 수 있고, 수학식 3의 직렬 공진을 같이 변화시켜 차동 위상 차이와 공통 위상 차이를 나타내는 주파수 대역의 경계가 되는 주파수를 변화시킨다. 따라서, 수학식 2의 낮은 주파수와 수학식 4의 높은 주파수에서의 위상 차이는 항상 차동 위상과 공통 위상으로 유지된다. Referring to FIG. 6, the varactor Va, which is a variable capacitor, is connected in parallel to the capacitor C3 of the circuit diagram of FIG. 2. The addition of the varactor Va affects the low frequency of
도 7은 도 6의 회로도에서 노드(P1)과 노드(P2)에서의 전달 함수 값에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.FIG. 7 is a graph illustrating simulation results of transfer function values at nodes P1 and P2 in the circuit diagram of FIG. 6.
도 7을 참고하면, 시뮬레이션은 바랙터(Va)가 10fF일 때와 500fF일 때 노드(P1)과 노드 (P2) 각각에 대하여 수행되었다. 그래프에서 나타난 바와 같이, 바랙터(Va)가 10fF일 때와 500fF일 때 모두, 높은 주파수에서 노드(P1)에서의 전달함수와 노드(P2)에서의 전달함수가 동일한 값을 가지는 것으로 나타난다. 반면, 낮은 주파수와 직렬 공진인 중간 주파수에서 노드(P1)에서의 전달함수와 노드(P2)에서의 전달함수는 다른 값을 가지는 것으로 나타난다.Referring to FIG. 7, the simulation was performed for each of the nodes P1 and P2 when the varactor Va is 10fF and 500fF. As shown in the graph, when the varactor Va is 10fF and 500fF, the transfer function at the node P1 and the transfer function at the node P2 at the high frequency appear to have the same value. On the other hand, the transfer function at node P1 and the transfer function at node P2 appear to have different values at intermediate frequencies, which are in series resonance with low frequencies.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 신호 변환 장치의 부하부(114)를 나타내는 도면이다.8 is a diagram showing a
도 8을 참고하면, 도 2의 회로도에서 캐패시터(C1)에 바랙터(Va1)가 병렬 연결되고, 캐패시터(C2)에 바랙터(Va2)가 병렬 연결되어 있다. 바랙터(Va1, Va2)의 추가는 수학식 2의 낮은 주파수, 수학식 3의 중간 주파수 및 수학식 4의 높은 주파수에 모두 영향을 미친다. 즉, 도 8의 회로도는 이중 대역의 낮은 주파수 대역과 높은 주파수 대역의 이득을 모두 조절할 수 있고, 위상 차이의 경계가 되는 주파수 역시 같이 변하므로 간섭을 제거하기 위한 조건은 항상 유지된다. Referring to FIG. 8, in the circuit diagram of FIG. 2, the varactor Va1 is connected in parallel to the capacitor C1, and the varactor Va2 is connected in parallel to the capacitor C2. The addition of varactors Va1 and Va2 affects both the low frequency of equation (2), the intermediate frequency of equation (3) and the high frequency of equation (4). That is, the circuit diagram of FIG. 8 can control both the gain of the low frequency band and the high frequency band of the dual band, and the frequency that is the boundary of the phase difference also changes so that the condition for removing interference is always maintained.
도 9는 도 8의 회로도에서 노드(P1)과 노드(P2)에서의 전달함수 값에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.FIG. 9 is a graph illustrating simulation results of transfer function values at nodes P1 and P2 in the circuit diagram of FIG. 8.
도 9를 참고하면, 시뮬레이션은 바랙터(Va)가 10fF일 때와 100fF일 때 노드(P1)과 노드 (P2) 각각에 대하여 수행되었다. 그래프에서 나타난 바와 같이, 바랙터(Va)가 10fF일 때와 100fF일 때 모두, 낮은 주파수, 중간 주파수와 높은 주파수에서 노드(P1)에서의 전달함수와 노드(P2)에서의 전달함수가 동일한 값을 가지는 것으로 나타난다. Referring to FIG. 9, the simulation was performed for each of the nodes P1 and P2 when the varactor Va is 10fF and 100fF. As shown in the graph, when the varactor Va is 10fF and 100fF, the transfer function at node P1 and the transfer function at node P2 are the same value at low, intermediate and high frequencies. Appears to have
도 10은 도 2의 회로도를 2 단의 저잡음 증폭기 설계에 적용한 예를 나타낸다.FIG. 10 shows an example of applying the circuit diagram of FIG. 2 to a low noise amplifier design having two stages.
도 10을 참고하면, 저잡음 증폭기(1000)는 중간 탭 인덕터(1020, 1050), 캐스코드 증폭기(1010, 1040) 및 임피던스 정합 수단(1030)을 포함한다.Referring to FIG. 10, the
임피던스 정합 수단(1030)은 캐패시터(C3), 인덕터(L2) 및 트랜지스터(M5)를 포함한다.The impedance matching means 1030 includes a capacitor C3, an inductor L2 and a transistor M5.
캐패시터(C3)는 입력 단자(IN)와 트랜지스터(M5)의 소스 사이에 연결되어 있으며, 인덕터(L2)는 트랜지스터(M5)의 소스와 접지 사이에 연결되어 있다. 트랜지스터(M5)의 드레인은 캐스코드 증폭기(1010)의 트랜지스터(M1)의 게이트에 연결되어 있고, 트랜지스터(M5)의 게이트는 바이어스 전압(Vb2)을 공급하는 전원에 연결되어 있다. Capacitor C3 is connected between input terminal IN and the source of transistor M5, and inductor L2 is connected between the source of transistor M5 and ground. The drain of the transistor M5 is connected to the gate of the transistor M1 of the
트랜지스터(M5)는 공통 게이트 구조의 트랜지스터로서, 트랜지스터(M5)는 각각 제어 단자, 입력 단자 및 출력 단자를 가지는 증폭 소자이다. 도 10에서는 트랜지스터(M5)를 n-채널 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor, FET)로 예시하였다. The transistor M5 is a transistor having a common gate structure, and the transistor M5 is an amplifier having a control terminal, an input terminal, and an output terminal, respectively. In FIG. 10, the transistor M5 is illustrated as an n-channel field effect transistor (FET).
캐패시터(C3)는 입력 단자(IN)로 입력되는 단일 위상 신호(VRF)에서 직류 전압을 차단하고, 인덕터(L2)는 단일 위상 신호(VRF)에서 교류 전압을 차단한다.The capacitor C3 blocks the DC voltage at the single phase signal VRF input to the input terminal IN, and the inductor L2 blocks the AC voltage at the single phase signal VRF.
단일 위상 신호(VRF)는 트랜지스터(M5)의 소스로 입력되고, 트랜지스터(M5)의 드레인을 통하여 트랜지스터(M1)의 게이트로 출력된다. 즉, 단일 위상 신호(VRF)는 트랜지스터(M5)에 의해 반사없이 트랜지스터(M1)의 게이트로 입력될 수 있다. 이때, 트랜지스터(M1)의 입력 임피던스는 트랜지스터(M5)의 소스로 흐르는 직류 전류와 트랜지스터(M5)의 크기를 조절하여 주파수 대역과 상관없이 항상 일정하게 할 수 있다.The single phase signal VRF is input to the source of the transistor M5 and is output to the gate of the transistor M1 through the drain of the transistor M5. That is, the single phase signal VRF may be input to the gate of the transistor M1 without reflection by the transistor M5. In this case, the input impedance of the transistor M1 may be always constant regardless of the frequency band by adjusting the magnitude of the direct current flowing through the source of the transistor M5 and the transistor M5.
한편, 중간 탭 인덕터 (1020, 1050)는 도 2의 회로도와 유사하게 모델링될 수 있다. 중간 탭 인덕터(1020, 1050)는 서로 대칭적으로 연결되어 있는 인덕터(Lc1와 Lc2, Lc3와 Lc4)를 포함하고, 중간 탭과 기판 사이에 존재하는 기생 캐패시터도 대칭적으로 존재한다. 중간 탭 인덕터와 기생 캐패시터는 도 2의 회로도에서의 인덕터(L1), 인덕터(L2), 캐패시터(C1), 캐패시터(C2)로 모델링될 수 있다. Meanwhile, the
또한, 도 2의 회로도의 캐패시터(C3)는 중간 탭 인덕터 선로들이 물리적으로 가깝게 위치하는 특성으로 인해 기본적으로 존재한다. 따라서 본 발명의 한 실시예에 따른 2단 저잡음 증폭기는 각 단의 부하가 이중 대역 무선통신 시스템의 신호에 대한 잡음을 동시에 낮추고 이득을 제공하며 각 대역간의 간섭을 완벽히 제거 할 수 있는 역할을 한다.In addition, capacitor C3 in the circuit diagram of FIG. 2 is basically present due to the characteristic that the intermediate tap inductor lines are physically located close to each other. Therefore, the two-stage low noise amplifier according to an embodiment of the present invention serves to lower the noise of the signal of the dual band wireless communication system simultaneously, provide gain, and completely remove interference between the bands.
트랜지스터(M5)의 드레인으로 출력되는 광대역의 단일 위상 신호(VRF)는 중간 탭 인덕터(1050)에 의해 입력 차동 위상 신호 및 동상 위상 신호로 변환된다.The wideband single phase signal VRF output to the drain of the transistor M5 is converted into an input differential phase signal and an in-phase phase signal by the
중간 탭 인덕터(1050)의 각 인덕터(Lc3, Lc4)의 일단은 탭을 통해 서로 공유되어 교류 접지(AC ground)된다. 즉, 각 인덕터(Lc3, Lc4)의 일단은 전원(Vdd)이나 접지에 연결될 수 있고 특정 바이어스 전압을 공급하는 전원에 연결될 수도 있다. One end of each of the inductors Lc3 and Lc4 of the
인덕터(Lc3)의 타단은 캐스코드 증폭기(1010)의 입력 단자(N1) 및 트랜지스터(M5)의 드레인에 연결되고, 인덕터(Lc4)의 타단은 캐스코드 증폭기(1040)의 입력 단자(Nl')에 연결된다. 인덕터(Lc3)는 트랜지스터(M5)의 부하로 작용하고, 두 개의 다른 주파수에서 공진을 발생시킨다. The other end of the inductor Lc3 is connected to the input terminal N1 of the
이때, 첫 번째 공진은 중간 탭 인덕터(1050)의 인덕터(Lc3)와 트랜지스터(M5)의 드레인과 소스 사이에 연결되어 있는 기생 캐패시터 및 중간 탭 인덕터(1050)의 인덕터들(Lc3과Lc4) 사이에 존재하는 기생 캐패시터에 의해 공진이 일어난다. 이는 이중 대역 시스템의 낮은 주파수 대역에 해당한다. 낮은 주파수 대역의 출력 신호는 차동 위상으로 나타난다. In this case, the first resonance is between the inductor Lc3 of the
두 번째 공진은 중간 탭 인덕터(1050)의 인덕터(Lc3)와 트랜지스터(M5)의 드레인과 소스 사이에 연결되어 있는 기생 캐패시터에 의한 공진이 발생한다. 이는 이중 대역 시스템의 높은 주파수 대역에 해당하고, 높은 주파수 대역의 출력 신호는 공통 위상으로 출력된다. The second resonance is caused by a parasitic capacitor connected between the inductor Lc3 of the
공진 주파수가 중간 탭 인덕터(1050)의 여러 기생 캐패시터에 의해 결정되므로, 이중 대역은 모두 협대역 이득 특성을 나타낸다.Since the resonant frequency is determined by the various parasitic capacitors of the
본 발명의 실시 예에서는 협대역 이득 특성을 개선하기 위해, 2단의 캐스코드 증폭기(1010, 1040)로 중간 탭 인덕터(1050)에 의해 변환된 차동 위상 신호와 공통 위상 신호를 인가한다. In an embodiment of the present invention, the differential phase signal and the common phase signal converted by the
본 발명에서의 2번째 증폭단은 차동 위상의 신호는 차동 위상 신호로 출력하고, 공통 위상의 신호는 공통 위상의 신호로 출력하는 형태로 제안되었다. In the present invention, the second amplifier stage has been proposed to output a differential phase signal as a differential phase signal and a common phase signal as a common phase signal.
그런 후에, 중간 탭 인덕터(1020)를 거쳐 낮은 주파수 대역의 신호는 여전히 차동 위상 신호로, 높은 주파수 대역의 신호는 여전히 공통 위상 신호로 최종 출력된다. 다만 중간 탭 인덕터(1020)의 값을 첫번째 단의 중간 탭 인덕터(1050) 값과 다르게 하여, 공진 주파수를 약간 다르게 구현하였다. 이를 통해 이중 대역의 각 대역은 협대역이 아닌 광대역으로 구현될 수 있다.Thereafter, the low frequency band signal is still a differential phase signal through the
도 11은 도 10의 회로도에 대한 이득 특성과 위상 차이 특성을 나타내는 그래프이다.FIG. 11 is a graph illustrating gain and phase difference characteristics of the circuit diagram of FIG. 10.
도 11을 참고하면, 이중 대역 중 높은 주파수 대역의 이득 특성은 낮은 주파수 대역의 이득 특성과 달리, 인덕터의 값에 따라 공진 지점 민감하게 변하지 않는다. 낮은 주파수인 수학식 2의 인덕터 값에 곱해지는 캐패시터 값이 높은 주파수인 수학식 4의 동일한 인덕터 값에 곱해지는 캐패시터의 값보다 상당히 크므로, 인덕터 값의 변화에 따른 수학식 2의 낮은 주파수의 변화가 수학식 4의 높은 주파수의 변화보다 민감하기 때문이다.Referring to FIG. 11, unlike the gain characteristics of the low frequency band, the gain characteristics of the high frequency band among the dual bands are not sensitive to the resonance point depending on the value of the inductor. Since the capacitor value multiplied by the inductor value of
한편, 저잡음 증폭기의 출력 양단 사이의 위상 차이를 살펴보면, 낮은 주파수에 대해서는 180도의 위상 차이를 나타내고, 높은 주파수에 대해서는 0도(또는 360도)의 위상 차이를 나타내는 것을 알 수 있다. On the other hand, when looking at the phase difference between the output of the low noise amplifier, it can be seen that the phase difference of 180 degrees for a low frequency, 0 (or 360 degrees) for a high frequency.
도 12는 도 10의 회로도의 이중 대역 출력 신호의 트랜션트(transient) 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.FIG. 12 is a graph illustrating a transient simulation result of the dual band output signal of the circuit diagram of FIG. 10.
도 12를 참고하면, 낮은 주파수 대역에 해당하는 4.5GHz의 주파수에서는 차동 위상 신호를 출력하지만, 높은 주파수 대역에 해당하는 10.5GHz 주파수에서는 공통 위상 신호를 출력하는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 12, it can be seen that a differential phase signal is output at a frequency of 4.5 GHz corresponding to a low frequency band, but a common phase signal is output at a frequency of 10.5 GHz corresponding to a high frequency band.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있다. The embodiments of the present invention described above are not implemented only by the apparatus and method, but may be implemented through a program for realizing the function corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention or a recording medium on which the program is recorded.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It belongs to the scope of right.
Claims (8)
제1 캐패시터, 제2 캐패시터, 제3 캐패시터, 제1 인덕터 및 제2 인덕터를 포함하고,
상기 제3 캐패시터는 제1 노드와 제2 노드 사이에 연결되고,
상기 제1 노드와 상기 제3 캐패시터 사이에 상기 제1 인덕터와 상기 제1 캐패시터의 일단이 연결되고,
상기 제2 노드와 상기 제3 캐패시터 사이에 상기 제2 인덕터와 상기 제2 캐패시터가 연결되고,
상기 제1 인덕터, 상기 제1 캐패시터, 상기 제 2 인덕터 및 상기 제2 캐패시터의 타단은 접지에 연결되며,
상기 저잡음 증폭기는 제1 주파수 대역의 신호와 제2 주파수 대역의 신호를 포함하는 무선 주파수 신호를 증폭하고,
상기 제1 주파수 대역의 신호를 차동 위상 신호로 출력하고, 상기 제2 주파수 대역의 신호를 공통 위상 신호로 출력하는 부하 회로.In the load circuit of a low noise amplifier,
A first capacitor, a second capacitor, a third capacitor, a first inductor, and a second inductor,
The third capacitor is connected between the first node and the second node,
One end of the first inductor and the first capacitor is connected between the first node and the third capacitor,
The second inductor and the second capacitor are connected between the second node and the third capacitor,
The other ends of the first inductor, the first capacitor, the second inductor, and the second capacitor are connected to ground,
The low noise amplifier amplifies a radio frequency signal including a signal of a first frequency band and a signal of a second frequency band,
And a load circuit for outputting the signal of the first frequency band as a differential phase signal and the signal of the second frequency band as a common phase signal.
바랙터를 더 포함하고,
상기 바랙터는 상기 제3 캐패시터에 병렬 연결되는 부하 회로.The method of claim 1,
Further includes varactors,
The varactor is connected in parallel with the third capacitor.
제1 바랙터와 제2 바랙터를 더 포함하고,
상기 제1 바랙터는 상기 제1 캐패시터에 병렬 연결되고, 상기 제2 바랙터는 상기 제2 캐패시터에 병렬 연결되는 부하 회로.The method of claim 1,
Further comprising a first varactor and a second varactor,
And the first varactor is connected in parallel with the first capacitor and the second varactor is connected in parallel with the second capacitor.
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