KR101208041B1 - Frequency synthesizer for wide range frequenct synthesization with compact size - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A miniature frequency synthesizer for broad bandwidth synthesis is provided to synthesize a broadband frequency by including a control unit which controls the selective connection to a first giro and a second giro of a switch. CONSTITUTION: A variable frequency oscillation circuit(210) outputs a variable frequency signal. A first giro amplifies the variable frequency signal by passing through a source frequency band of the variable frequency signal. The second giro amplifies the variable frequency signal by passing through a harmonic frequency band of the variable frequency signal. A switch receives a switching control signal indicating one of the first giro and the second giro from the outside. The switch is selectively connected to the variable frequency oscillation circuit according to the switching control signal. The switching control signal is received through a serial port interface.

Description

광대역 주파수 합성을 위한 소형 주파수 합성기{Frequency synthesizer for wide range frequenct synthesization with compact size}Frequency synthesizer for wide range frequenct synthesization with compact size

본 발명은, 광대역 주파수 합성을 위한 소형 주파수 합성기에 관한 것이다.The present invention relates to a compact frequency synthesizer for wideband frequency synthesis.

통신시스템에서 신호를 처리하기 위해서 수백 MHz에서 수 GHz까지의 국부발진기(Local Oscillator: LO) 주파수를 사용한다. 이 때 사용하는 주파수는 낮은 위상잡음과 온도 및 전원 잡음 간섭에 영향을 적게 받을수록 시스템의 성능을 보장하게 된다. 이 때, 전압제어발진기(Voltage Controlled Oscillator: VCO)를 직접 제어해서 LO 주파수를 생성할 수 있지만 위상잡음 특성이 좋지 않으며, 온도 변화와 공급 전압 잡음 등과 같은 외부 변화에 출력 주파수가 민감하게 반응하기 때문에 VCO의 변화를 보정하는 시스템이 필요하다. 이로 인해 위상고정루프(Phase Locked Loop: PLL)와 같은 궤환(Feedback) 시스템을 이용해서 위상잡음 감소와 함께 안정된 출력 주파수를 생성한다. 최근 몇 년간 RF 부품 제작기술이 급진전하여 RF 부품은 과거에 비해 놀라울 정도로 소형 경량화되어 단말기의 휴대성을 높이고 있다. 이러한 추세에 따라 PLL 모듈도 소형화가 급속히 진행되고 있다. 주파수 합성기는 위상잠금 혹은 위상고정 회로인 위상고정루프(PLL), 출력 주파수를 발진하는 전압제어발진기(VCO), 저역통과 및 전압변환의 루프필터(Loop Filter: LF)로 구성되어 있으며, PLL의 위상고정루프의 원리를 이용하여 원하는 출력 주파수를 선택할 수 있도록 한 부품이다.Local oscillator (LO) frequencies from hundreds of MHz to several GHz are used to process signals in communication systems. The frequency used is less affected by low phase noise and temperature and power noise interference, ensuring the system's performance. In this case, the voltage controlled oscillator (VCO) can be directly controlled to generate the LO frequency, but the phase noise characteristics are not good, and the output frequency is sensitive to external changes such as temperature change and supply voltage noise. What is needed is a system to compensate for changes in the VCO. This creates a stable output frequency with reduced phase noise using a feedback system such as a phase locked loop (PLL). In recent years, RF component manufacturing technology has advanced rapidly, and RF components are surprisingly small and lightweight compared to the past, thus increasing the portability of the terminal. Due to this trend, miniaturization of PLL modules is proceeding rapidly. The frequency synthesizer consists of a phase locked loop (PLL), a phase locked or phase locked circuit, a voltage controlled oscillator (VCO) that oscillates the output frequency, and a loop filter (LF) for low pass and voltage conversion. Using the principle of phase locked loop, it is possible to select the desired output frequency.

무선통신 시스템에 필수적으로 사용되는 PLL 모듈은 최첨단 핵심기술이 요구되는 제품으로 초창기에는 주로 국외업체인 모토로라와 마쓰시타 등이 생산하여 국내외 휴대폰 생산업체에 공급해 왔지만, 지금은 국내 기술의 발전에 힘입어 0.05cc 이하의 초소형 국산 부품으로 대체되고 있으며 보다 더 휴대하기 간편하고 편리한 다기능 휴대폰 생산이 가능해졌다. 2003년 통계자료를 보면 휴대폰은 세계적으로 연간 4억대가 생산되었고, 가동중인 10억대 이상의 휴대단말 기기도 한층 증가할 기세이다. 방식도 아날로그 방식에서 TDMA 디지털 방식, CDMA 방식으로 발전하여 향후 취급하는 데이터량의 증가와 함께 한층 더 패러다임의 전개가 기대되고 있다. 그 중에 PLL 주파수 합성기는 전반적인 무선통신 시스템에 있어서의 반송파 합성이나 분리 역할을 담당하는 중요 부품으로 발전해 왔다. PLL modules, which are essential for wireless communication systems, require cutting-edge core technologies.In the early days, Motorola and Matsushita, mainly foreign companies, produced and supplied them to domestic and overseas mobile phone manufacturers. It is being replaced by a small domestic component of less than cc, and it is possible to produce a multifunctional mobile phone which is more portable and convenient. According to 2003 statistics, 400 million mobile phones are produced annually worldwide, and more than 1 billion mobile devices are in operation. The method has also evolved from the analog method to the TDMA digital method and the CDMA method, and is expected to further develop a paradigm with an increase in the amount of data to be handled in the future. Among them, the PLL frequency synthesizer has developed into an important component that plays a role of carrier synthesis or separation in the overall wireless communication system.

일반적으로 주파수 합성기(Frequency Synthesizer)라고 하면, 기준신호원, PLL, 루프필터, VCO 등의 부품을 포함한 궤환회로 전체를 말하지만, 목적은 기준신호에 동기한 신호를 안정적으로 유지하는 것이다. 따라서, 시스템 성능을 높이기 위해서는 하나의 부품뿐만이 아니라 전체 부품에 대해 세심한 설계가 필요하다. 특히, 그 중에서 논리회로 설계와 인접한 잡음 특성, 채널 전환시간인 Lock-Up Time 등의 아날로그 특성에도 큰 영향을 줌으로 주파수 합성기 설계시 주의하여야 한다.In general, the frequency synthesizer refers to the entire feedback circuit including components such as a reference signal source, a PLL, a loop filter, and a VCO. However, the purpose is to stably maintain a signal synchronized with the reference signal. Therefore, in order to increase system performance, careful design of not only one component but the entire component is required. In particular, care must be taken when designing a frequency synthesizer as it has a significant effect on the analog circuits such as logic circuit design, adjacent noise characteristics, and lock-up time, which is a channel switching time.

PLL 주파수 합성기에는 주로 Integer-N 방식과 Fractional-N 방식이 사용된다. Integer-N(정수 분주) 방식은 IC화에 유리한 펄스 스웰로우 방식을 기본으로 한 제품이 많다. 펄스 스웰로우 방식의 PLL 주파수 합성기는 기준신호원을 기준 카운터로 분주한 신호와 VCO로부터의 분주한 고주파 신호의 위상차를 위상비교기에서 비교한다. 위상차에 따른 위상 오차신호를 과도응답 신호로서 차지펌프 회로로부터 출력하고, 그것을 루프필터에 의해 직류전압으로 변환해서 VCO를 구동하여 원하는 주파수를 발생시킨다. 이 동작을 궤환 회로에 의해 반복함으로써 안정된 신호를 얻는다. Fractional-N 방식은 분수 분주를 의미하며, 종래의 Integer-N 방식인 정수 분주에 비해 분주비가 분수로 되며 동기 주파수는 기준신호원의 정수배뿐만 아니라 분수배로 궤환 주파수(출력 주파수)를 세분적으로 제어가 가능하며, 기준신호원을 임의로 높일 수 있음으로 위상잡음 특성이 개선이 가능한 것이 특징이다. Integer-N and Fractional-N methods are mainly used for PLL frequency synthesizers. Integer-N (Integer Dispensing) is based on the pulse swell method, which is advantageous for IC. The pulse swell-type PLL frequency synthesizer compares the phase difference of the signal divided by the reference signal source with the reference counter and the high frequency signal divided by the VCO in the phase comparator. The phase error signal corresponding to the phase difference is output from the charge pump circuit as a transient response signal, and is converted into a DC voltage by a loop filter to drive the VCO to generate a desired frequency. By repeating this operation by the feedback circuit, a stable signal is obtained. Fractional-N means fractional division, and the fractionation ratio becomes fractional compared to the integer division, which is the conventional Integer-N system. It is possible to increase the reference signal source arbitrarily, the phase noise characteristics can be improved.

한편 기존의 고주파수용(X-Band 이상)　주파수 합성기는 단일루프 구조로 저주파수를 체배하여　사용하거나, 이중루프 구조인 상향변환(Up-Mixing)　혹은 하향변환(Down-Mixing)　방식으로　발진한다.On the other hand, existing high-frequency (X-Band) frequency synthesizers are used to multiply low frequencies in a single loop structure, or oscillate in a double-loop up-mixing or down-mixing method.

도 1a은 종래의 단일루프 구조의 고주파수용 주파수 합성기의 구성을 예시한 도면이다. 도 1a에 예시된 단일루프 구조의 고주파수용 주파수 합성기는 저주파수(1~4GHz 대역)를 발진하고 체배기를 사용하여 고주파수(X-Band 이상)를 발진하는 방법을 사용한 것으로, 구조가 단순하고 용이하게 고주파 발진을 할 수 있지만, 고주파수 대역에서는 위상잡음 특성인 20LogN인데 분주비 N은 궤환 주파수(출력주파수)에 비례하여 N값이 커짐으로 위상잡음 특성이 불량하다라는 단점이 있다. 1A is a diagram illustrating a configuration of a conventional high frequency frequency synthesizer having a single loop structure. The single loop structured high frequency frequency synthesizer illustrated in FIG. 1A uses a method of oscillating low frequency (1 to 4 GHz band) and using a multiplier to oscillate a high frequency (X-Band or more). Although oscillation can be performed, in the high frequency band, the phase noise characteristic is 20 LogN. However, the division ratio N has a disadvantage in that the phase noise characteristic is poor because the N value increases in proportion to the feedback frequency (output frequency).

도 1b는 종래의 이중루프 구조의 주파수 합성기의 구성을 예시한 도면이다. 도 1b에 도시된 이중루프 구조의 주파수 합성기는 상향 변환(Up-Mixing) 방식을 사용하여, 고주파수 대역에서 우수한 위상잡음 특성을 얻을 수 있지만, 구조가 복잡하여 소형으로 제작하기 어려운 단점이 있다. 아울러 단일루프와 이중루프 방식의 공통된 단점은 협대역으로 광대역 주파수 합성에 한계가 있다.FIG. 1B is a diagram illustrating a configuration of a conventional frequency synthesizer having a double loop structure. The frequency synthesizer of the double loop structure shown in FIG. 1B can obtain excellent phase noise characteristics in the high frequency band by using an up-mixing method, but has a disadvantage in that the structure is complicated and it is difficult to make it compact. In addition, the common disadvantage of single-loop and double-loop schemes is their narrow bandwidth, which limits the wideband frequency synthesis.

즉, 도 1a 내지 1b에 도시된 종래의 주파수 합성기의 구성으로는 협대역 발진은 가능하나 구조적 한계상 광대역 주파수 합성은 불가능하다. 즉, 도 1a에 예시된 단일루프 고주파수용 주파수 합성기는 저주파수를 발진하고 체배기를 사용하여 고주파수(X-Band 이상)를 발진하는 방법으로 구조가 단순하고 용이하게 고주파 발진을 할 수 있지만 고주파수 대역에서는 위상잡음 특성이 궤환 주파수(출력 주파수)에 비례하여 분주비가 커짐에 따라　위상잡음 특성이　불량해지는 단점이 있으며, 도 1b에 예시된 상향변환 방식의 이중루프 주파수 합성기는 고주파수 대역에서 우수한　위상잡음 특성을 얻을 수 있지만 구조가 복잡한 단점이 있다.That is, narrowband oscillation is possible with the conventional frequency synthesizer shown in FIGS. 1A to 1B, but broadband frequency synthesis is impossible due to structural limitations. That is, the single loop high frequency frequency synthesizer illustrated in FIG. 1A oscillates low frequencies and uses a multiplier to oscillate high frequencies (X-Band or more). As the noise ratio increases in proportion to the feedback frequency (output frequency), there is a disadvantage in that the phase noise characteristic is poor. The up-conversion double loop frequency synthesizer illustrated in FIG. 1B obtains excellent phase noise characteristics in the high frequency band. This can be complicated, but the structure is complex.

상기의 기술적 과제를 이루기 위한, 본 발명에 의한, 소형 주파수 합성기는 가변 주파수 신호를 출력하는 가변주파수발진회로; 상기 가변 주파수 신호의 원천 주파수 대역을 통과시켜서 증폭하여 출력하는 제1지로; 상기 가변 주파수 신호의 고조파 주파수 대역을 통과시켜서 증폭하여 출력하는 제2지로; 상기 제1지로 및 제2지로를 상기 가변주파수발진회로에 선택적으로 전기적 연결시키는 스위치; 및 상기 가변주파수발진회로의 출력 위상을 고정시키는 위상 고정 루프 회로 및 상기 스위치에 연결되어, 상기 스위치의 제1지로 및 제2지로로의 선택적 연결을 제어하는 제어부를 포함한다.In order to achieve the above technical problem, according to the present invention, a small frequency synthesizer includes a variable frequency oscillator circuit for outputting a variable frequency signal; A first branch that passes through the source frequency band of the variable frequency signal and amplifies and outputs the amplified signal; A second branch for amplifying and outputting a harmonic frequency band of the variable frequency signal; A switch for selectively electrically connecting the first branch and the second branch to the variable frequency oscillation circuit; And a phase locked loop circuit for fixing an output phase of the variable frequency oscillation circuit and a control unit connected to the switch to control selective connection of the switch to the first branch and the second branch.

보다 바람직하게는, 상기 제어부는 상기 위상 고정 루프 회로 및 상기 스위치에 직렬 포트 인터페이스를 통해 연결될 수 있다.More preferably, the control unit may be connected to the phase locked loop circuit and the switch via a serial port interface.

보다 바람직하게는, 상기 제1지로는 상기 스위치로부터 전달되는 가변 주파수 신호로부터 원천주파수 대역을 통과시키는 제1원천주파수대역선택필터; 상기 제1원천주파수대역선택필터로부터 출력되는 신호를 증폭하는 제1증폭기; 상기 제1증폭기에서 출력되는 신호로부터 스퓨리어스 주파수 성분을 제거하는 제2원천주파수대역선택필터; 및 상기 제1원천주파수대역선택필터로부터 출력되는 신호를 증폭하여 출력하는 제2증폭기를 포함할 수 있다.More preferably, the first branch includes a first source frequency band selection filter for passing a source frequency band from a variable frequency signal transmitted from the switch; A first amplifier for amplifying a signal output from the first source frequency band selection filter; A second source frequency band selection filter which removes a spurious frequency component from the signal output from the first amplifier; And a second amplifier for amplifying and outputting a signal output from the first source frequency band selection filter.

보다 바람직하게는, 상기 제2지로는 상기 스위치로부터 전달되는 가변 주파수 신호로부터 고조파 주파수 대역을 통과시키는 제1고조파주파수대역선택필터; 상기 제1고조파주파수대역선택필터로부터 출력되는 신호를 증폭하는 제1증폭기; 상기 제1증폭기에서 출력되는 신호로부터 스퓨리어스 주파수 성분을 제거하는 제2고조파주파수대역선택필터; 및 상기 제1고조파주파수대역선택필터로부터 출력되는 신호를 증폭하여 출력하는 제2증폭기를 포함할 수 있다.More preferably, the second branch includes a first harmonic frequency band selection filter for passing a harmonic frequency band from the variable frequency signal transmitted from the switch; A first amplifier for amplifying a signal output from the first harmonic frequency band selection filter; A second harmonic frequency band selection filter that removes a spurious frequency component from the signal output from the first amplifier; And a second amplifier for amplifying and outputting a signal output from the first harmonic frequency band selection filter.

본 발명에 의하면, 종래의 주파수 합성기에 비하여 고주파수 대역에서 위상잡음 특성이 우수하며, 광대역 주파수 합성이 가능하게 함과 동시에 주파수 합성기 자체의 물리적 크기를 소형화할 수 있다. According to the present invention, the phase noise characteristics are excellent in the high frequency band as compared with the conventional frequency synthesizer, wideband frequency synthesis is possible, and the physical size of the frequency synthesizer itself can be reduced.

특히, 본 발명은 우수한 위상잡음 특성 및 소형화에 유리한 구조로 인하여 유도무기의 Seeker, 무인 항공기 또는 레이더에 탑재되는 장비에 최적화된 소형 주파수 합성기의 구성을 제시한다.In particular, the present invention proposes a configuration of a small frequency synthesizer optimized for equipment mounted on a seeker, an unmanned aerial vehicle, or a radar of an induced weapon due to its excellent phase noise characteristics and an advantageous structure for miniaturization.

도 1a 내지 1b들은 종래의 주파수 합성기의 구조를 예시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 주파수 합성기(200)의 동작 원리를 설명하기 위한 개략적인 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 주파수 합성기의 주파수 발진회로(300)의 구체적인 구성을 예시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 주파수 합성기의 대역선택증폭회로(400)의 구체적인 구성을 예시한 블록도이다.1A to 1B illustrate the structure of a conventional frequency synthesizer.
2 is a block diagram showing a schematic configuration for explaining the operation principle of the frequency synthesizer 200 according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram illustrating a specific configuration of a frequency oscillator circuit 300 of a frequency synthesizer according to an exemplary embodiment of the present invention.
4 is a block diagram illustrating a detailed configuration of the band select amplifier circuit 400 of the frequency synthesizer according to an embodiment of the present invention.

이하의 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 본 발명의 원리를 구현하고 본 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시예들은 원칙적으로, 본 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명의 원리, 관점 및 실시예들 뿐만 아니라 특정 실시예를 열거하는 모든 상세한 설명은 이러한 사항의 구조적 및 기능적 균등물을 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 이러한 균등물들은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 소자를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. The following merely illustrates the principles of the invention. Thus, those skilled in the art will be able to devise various apparatuses which, although not explicitly described or shown herein, embody the principles of the invention and are included in the concept and scope of the invention. Furthermore, all of the conditional terms and embodiments listed herein are, in principle, intended only for the purpose of enabling understanding of the concepts of the present invention, and are not intended to be limiting in any way to the specifically listed embodiments and conditions . It is also to be understood that the detailed description, as well as the principles, aspects and embodiments of the invention, as well as specific embodiments thereof, are intended to cover structural and functional equivalents thereof. In addition, these equivalents should be understood to include not only equivalents now known, but also equivalents to be developed in the future, that is, all devices invented to perform the same function regardless of structure.

따라서, 프로세서 또는 이와 유사한 개념으로 표시된 기능 블록을 포함하는 도면에 도시된 다양한 소자의 기능은 전용 하드웨어뿐만 아니라 적절한 소프트웨어와 관련하여 소프트웨어를 실행할 능력을 가진 하드웨어의 사용으로 제공될 수 있다. 프로세서에 의해 제공될 때, 기능은 단일 전용 프로세서, 단일 공유 프로세서 또는 복수의 개별적 프로세서에 의해 제공될 수 있고, 이들 중 일부는 공유될 수 있다. 또한, 프로세서, 제어 또는 이와 유사한 개념으로 제시되는 용어의 사용은 소프트웨어를 실행할 능력을 가진 하드웨어를 배타적으로 인용하여 해석되어서는 아니 되고, 제한 없이 디지털 신호 프로세서(DSP) 하드웨어, 소프트웨어를 저장하기 위한 롬(ROM), 램(RAM) 및 비휘발성 메모리를 암시적으로 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 주지 관용의 다른 하드웨어도 포함될 수 있다. Thus, the functions of the various elements shown in the drawings, including the functional blocks shown in the figures or similar concepts, may be provided by use of dedicated hardware as well as hardware capable of executing software in connection with appropriate software. When provided by a processor, the functions may be provided by a single dedicated processor, a single shared processor, or a plurality of individual processors, some of which may be shared. Also, the use of terms such as processor, control, or similar concepts should not be construed as exclusive reference to hardware capable of executing software, but may include, without limitation, digital signal processor (DSP) hardware, (ROM), random access memory (RAM), and non-volatile memory. Other hardware may also be included.

상술한 목적, 특징 및 장점들은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 더욱 분명해 질 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하거나 간략하게 설명하는 것으로 한다. The above objects, features and advantages will become more apparent from the following detailed description in conjunction with the accompanying drawings. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

한편 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.On the other hand, when an element is referred to as "including " an element, it does not exclude other elements unless specifically stated to the contrary.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 주파수 합성기(200)의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of a frequency synthesizer 200 according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 주파수 합성기(200)는 가변주파수발진회로(210) 및 대역선택증폭회로(220)를 포함한다.2, the frequency synthesizer 200 according to the present embodiment includes a variable frequency oscillator circuit 210 and a band selective amplifier circuit 220.

가변주파수발진회로(210)의 전압제어발진기(VCO)로부터 출력되는 가변주파수 신호는 스위치(SWITCH)로 전달된다. 제어부(미도시) 등에 의하여 원천(Fundamental) 주파수 대역에서의 발진상태로 전환되면 대역선택증폭회로(220)의 스위치(SWITCH)에 위해 스위칭되어 필터링을 통해 최종출력주파수 대역이 원천주파수대역으로 출력되도록 한다.The variable frequency signal output from the voltage controlled oscillator VCO of the variable frequency oscillator circuit 210 is transferred to a switch SWITCH. When the control unit (not shown) is switched to the oscillation state in the source frequency band, it is switched to the switch (SWITCH) of the band selective amplifier circuit 220 so that the final output frequency band is output to the source frequency band through filtering. do.

반대로 가변주파수발진회로(210)의 전압제어발진기(VCO)로부터 출력되는 가변주파수 신호가 제어부(미도시) 등에 의하여 고조파(Harmonic) 주파수 대역에서의 발진상태로 전환되면 대역선택증폭회로(220)의 스위치(SWITCH)에 의해 스위칭되어 필터링을 통해 최종출력주파수 대역이 고조파 주파수 대역으로 출력되도록 한다.On the contrary, when the variable frequency signal output from the voltage controlled oscillator (VCO) of the variable frequency oscillator circuit 210 is switched to an oscillation state in a harmonic frequency band by a controller (not shown) or the like, It is switched by a switch (SWITCH) so that the final output frequency band is output to the harmonic frequency band through filtering.

즉, 본 실시예에 따른 주파수 합성기(200)는 가변주파수발진회로(210)의 전압제어발진기(VCO)에서 출력된 주파수를 필터링하기 전에 대역선택증폭회로(220)의 스위치를 두어, 원천 출력주파수 신호만을 출력하는 회로와 주파수 출력주파수 신호만을 출력하는 회로에 선택적으로 스위칭할 수 있게 할 수 있게 하는 것을 특징으로 한다. That is, the frequency synthesizer 200 according to the present embodiment switches the band selective amplification circuit 220 before filtering the frequency output from the voltage controlled oscillator (VCO) of the variable frequency oscillator circuit 210, and thus the source output frequency. It is possible to selectively switch to a circuit for outputting only a signal and a circuit for outputting only a frequency output frequency signal.

이처럼 대역선택증폭회로(220)에서 출력되는 최종 출력주파수 대역을 원천 주파수 대역과 고조파 주파수 대역으로 출력할 수 있어 소형으로도 광대역 주파수의 합성이 가능한 주파수 합성기를 구현할 수 있다.As such, the final output frequency band output from the band selective amplification circuit 220 can be output as a source frequency band and a harmonic frequency band, thereby realizing a frequency synthesizer capable of synthesizing a wide band frequency even in a small size.

본 실시예에 따른 주파수 합성기는 원천(Fundamental) 주파수 성분 외에 고조파(Harmonic) 주파수 성분을 사용함으로써, 도 1a 및 도 1b 등에 개시된 주파수 합성기와 달리, 체배기(multiplier) 또는 믹서(mixer)를 사용하지 않고서도 광대역 주파수의 합성이 가능하고, 체배기(multiplier) 또는 믹서(mixer)를 사용하지 않음에 따라 고주파수 대역에서의 위상 잡음 특성을 개선할 수 있게 되며, 또한 단순한 구조의 소형 주파수 합성기를 구현할 수 있게 된다.The frequency synthesizer according to the present embodiment uses harmonic frequency components in addition to the fundamental frequency components, and thus, unlike the frequency synthesizer disclosed in FIGS. 1A and 1B, without using a multiplier or a mixer, It is also possible to synthesize wideband frequencies, improve the phase noise characteristics in the high frequency band by not using a multiplier or mixer, and also realize a simple structure of a small frequency synthesizer. .

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 주파수 합성기의 주파수 발진회로(300)의 구체적인 구성을 예시한 블록도이다.3 is a block diagram illustrating a specific configuration of a frequency oscillator circuit 300 of a frequency synthesizer according to an exemplary embodiment of the present invention.

본 실시예에 따른 가변 주파수 발진회로(300)는 가변 주파수를 출력하기 위한 구성으로서 전압제어 발진기(Voltage Controlled Oscillator: VCO)와 고주파 위상고정루프(PLL)로 구분된다.The variable frequency oscillator 300 according to the present embodiment is configured to output a variable frequency and is divided into a voltage controlled oscillator (VCO) and a high frequency phase locked loop (PLL).

위상고정루프 (PLL)를 이용하는 주파수 합성기는 외부의 전압제어발진기(VCO)로부터 입력되는 고조파 주파수 신호를 소정의 분주비율에 따라 분주한다. 여기서 분주된 신호는 기준신호원(REF)와 함께 고주파 위상고정루프를 이루는 위상 검출기(Phase Frequency Detector: PFD)의 입력으로 이용된다. 즉, 위상고정루프(PLL)은 송신해 온 신호가 기준신호원과 일치할 때까지 계속 순환시키는 방법으로 주파수를 고정하는 부궤환 회로(Negative Feedback)의 하나로서 신호가 특정 위상으로 유지되고 흔들리지 않게 정확한 고정점을 잡아준다. A frequency synthesizer using a phase locked loop (PLL) divides harmonic frequency signals input from an external voltage controlled oscillator (VCO) according to a predetermined division ratio. The divided signal is used as an input of a phase frequency detector (PFD) that forms a high frequency phase locked loop together with the reference signal source REF. That is, the phase locked loop (PLL) is a negative feedback circuit that fixes the frequency in such a manner as to continuously cycle until the transmitted signal matches the reference signal source so that the signal is kept in a specific phase and is not shaken. Hold the correct anchor point

루프필터(Loop Filter)는 저대역통과 필터(LPF) 형태의 구조를 통해 전압제어발진기(VCO)의 조절단자인 입력전압을 가변할 수 있다. The loop filter may change an input voltage, which is a control terminal of the voltage controlled oscillator (VCO), through a low pass filter (LPF) type structure.

전압제어발진기(VCO)로부터 출력되는 가변주파수 신호는 분배기(DIVIDER)를 통하여 일부는 위상의 고정을 위하여 위상고정루프(PLL)로 귀환되고, 일부는 후술할 대역선택증폭회로의 스위치(Switch)로 전달된다.The variable frequency signal output from the voltage controlled oscillator (VCO) is partially returned to the phase locked loop (PLL) for fixing the phase through the divider (DIVIDER), and part of the variable frequency signal (VCO) to the switch of the band selective amplifier circuit to be described later. Delivered.

이때, 위상고정루프(PLL)에서의 출력 주파수 설정을 위해, SPI(Serial Port Interface)를 통해 Data, Clock, Enable의 3가지 설정 신호를 위상고정루프에 전달할 수 있다.In this case, in order to set the output frequency in the phase locked loop (PLL), three setting signals such as data, clock, and enable may be transmitted to the phase locked loop through a serial port interface (SPI).

더불어, 본 실시예에서는 제어부(미도시)에서 SPI를 통해 상기한 출력 주파수 설정 신호와 더불어, 스위치 제어 신호를 후술할 대역선택증폭회로의 스위치(Switch)로 전달하여, 가변주파수발진회로(300)에서 출력되는 가변주파수 신호를 원천주파수대역 또는 고조파주파수대역으로 선택적으로 통과할 수 있게 한다. In addition, in the present embodiment, the control unit (not shown) transmits the switch control signal to the switch of the band selective amplifier circuit, which will be described later, together with the output frequency setting signal through the SPI, and then the variable frequency oscillator circuit 300. Allows the variable frequency signal output from to be selectively passed through the source frequency band or harmonic frequency band.

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 주파수 합성기의 대역선택증폭회로(400)의 구체적인 구성을 예시한 블록도이다.4 is a block diagram illustrating a detailed configuration of the band select amplifier circuit 400 of the frequency synthesizer according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 대역선택증폭회로(400)는 스위치(410), 제1지로(420) 및 제2지로(430)를 포함한다.Referring to FIG. 4, the band select amplifier circuit 400 according to the present embodiment includes a switch 410, a first branch 420, and a second branch 430.

스위치(410)는 제어부(미도시)로부터 스위치 제어 신호에 따라, 전압제어발진기(VCO)로부터 출력된 가변주파수 신호를 제1지로(420) 또는 제2지로(430)에 선택적으로 전기적 연결을 시켜준다.The switch 410 selectively connects the variable frequency signal output from the voltage controlled oscillator (VCO) to the first branch 420 or the second branch 430 according to a switch control signal from a controller (not shown). give.

본 실시예에서의 스위치 제어 신호는 1 bit로 구현될 수 있으며, 이 경우 “1”인 경우에는 가변주파수 신호가 제1지로(420)로 연결되도록 스위칭시키고, “0”인 경우에는 가변주파수 신호가 제2지로(430)로 연결되도록 스위칭시킬 수 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다고 할 것이다.In the present embodiment, the switch control signal may be implemented with 1 bit. In this case, in the case of “1”, the switch control signal is switched so that the variable frequency signal is connected to the first branch 420. May be switched to be connected to the second branch 430, but this is only one embodiment, and the present invention is not limited thereto.

제1지로(420)는 가변주파수 신호의 원천주파수 대역을 통과시키고 이를 증폭시켜서 출력하기 위한 구성으로서, 제1원천주파수대역선택필터(FILTER, 421), 제1증폭기(AMP, 422), 제2원천주파수대역선택필터(FILTER, 423) 및 제2증폭기(AMP, 424)를 포함한다.The first branch 420 is configured to pass the source frequency band of the variable frequency signal, amplify it, and output the first source frequency band selection filter (FILTER, 421), the first amplifier (AMP, 422), and the second. Source frequency band selection filter (FILTER, 423) and a second amplifier (AMP, 424).

제1 원천주파수대역선택필터(FILTER, 421)은 불필요한 주파수 출력성분을 제거하는 기본적인 기능 이외에 사용중인 채널대역 즉 원천주파수(Fundamental Frequency)만 통과시키는 기능을 한다.The first source frequency band selection filter FILTER 421 functions to pass only the channel band being used, that is, the fundamental frequency, in addition to the basic function of removing unnecessary frequency output components.

제1증폭기(AMP, 422) 및 제2증폭기(AMP, 424)들은 최종단에서 충분한 전력을 가진 신호를 내보낼 수 있도록 전력을 증폭하는 기능을 한다. 수신단의 경우 외부에서 수신된 신호는 그 크기가 매우 작으며 덩달아 매우 지저분한 잡음들을 포함하고 있기 때문에 잡음을 최소화하면서 증폭하는 것(Low Noise Amplification) 이 중요해지는 반면, 송신단에서는 안테나에서 적절한 최대전력으로 신호를 방출해야 원하는 곳까지 전자파가 도달할 수 있으므로 최종적으로 얼마만한 전력으로 증폭시키는 것(Power amplification)이 중요하기 때문이다. 따라서, 제1 및 제2증폭기(422, 424)를 통해 최종단에서 출력되는 원천주파수 대역의 신호가 송신하기에 충분한 크기를 갖도록 충분히 중폭시켜야 한다.The first amplifiers AMP 422 and the second amplifiers AMP 424 function to amplify the power to output a signal having sufficient power at the final stage. In the case of the receiver, since the externally received signal is very small and contains very dirty noises, it is important to minimize noise while minimizing the noise. This is because power amplification is important because the electromagnetic wave can reach the desired place when it emits light. Therefore, the first and second amplifiers 422 and 424 must be sufficiently heavy so that the signal of the source frequency band output from the last stage has a sufficient size to transmit.

제2 대역선택 필터는 제1증폭기(422) 후단에 비선형적인 스퓨리어스 주파수 성분들이 나타날 수 있으므로 이를 제거하고 원하는 주파수 대역만 외부로 출력하기 위하여 최종적으로 대역통과 필터링을 한다. 수신단과 안테나를 공유하는 시스템이라면 듀플렉서(duplexer)로 이를 대체할 수 있다.In the second band selection filter, since non-linear spurious frequency components may appear at the rear end of the first amplifier 422, the second band selection filter performs bandpass filtering to finally output the desired frequency band to the outside. If a system shares an antenna with a receiver, a duplexer can replace this.

한편, 필요에 따라 아이솔레이터(Isolator)를 구비할 수도 있다. 아이솔레이터는 안테나를 통해 역으로 유입되는 신호를 방지하기 위한 구성으로서, 특정 방향으로만 신호가 전달될 수 있도록 신호의 방향을 고정한다.Meanwhile, an isolator may be provided as necessary. The isolator is configured to prevent a signal flowing back through the antenna, and fixes the direction of the signal so that the signal can be transmitted only in a specific direction.

제2 지로(430)는 가변주파수 신호의 고조파 주파수 대역을 통과시키고, 이를 증폭시켜서 출력하기 위한 구성으로서, 제1고조파주파수대역선택필터(HARMONIC FILTER, 431), 제1증폭기(AMP, 432), 제2고조파주파수대역선택필터(HARMONIC FILTER, 433) 및 제2증폭기(AMP, 434)를 포함하며, 제2지로의 각 구성요소는 제1지로의 각 구성요소에 서로 대응되며, 다만, 제2지로의 제1 및 제2 고조파주파수대역선택필터(431, 433)은 제1지로의 제1및 제2원천주파수대역선택필터(421, 423)과 통과주파수대역이 서로 상이하다. 즉, 제2지로의 제1 및 제2 고조파주파수대역선택필터(431, 433)는 제1지로의 제1지로의 제1및 제2원천주파수대역선택필터(421, 423)와 달리, 고조파 주파수(Harmonic Frequency)를 통과시키게 된다.The second branch 430 is configured to pass a harmonic frequency band of a variable frequency signal, amplify it, and output the first harmonic frequency band selection filter (HARMONIC FILTER 431), a first amplifier (AMP, 432), A second harmonic frequency band selection filter (HARMONIC FILTER) 433 and a second amplifier (AMP) 434, wherein each component of the second branch corresponds to each of the components of the first branch; The first and second harmonic frequency band selection filters 431 and 433 of the branch are different from the pass frequency bands of the first and second source frequency band selection filters 421 and 423 of the first branch. That is, the first and second harmonic frequency band selection filters 431 and 433 to the second branch are different from the first and second source frequency band selection filters 421 and 423 to the first branch to the first branch. Pass the (Harmonic Frequency).

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation, You will understand. Accordingly, the true scope of protection of the present invention should be determined only by the appended claims.

Claims (4)

가변 주파수 신호를 출력하는 가변주파수발진회로;
상기 가변 주파수 신호의 원천 주파수 대역을 통과시켜서 증폭하여 출력하는 제1지로;
상기 가변 주파수 신호의 고조파 주파수 대역을 통과시켜서 증폭하여 출력하는 제2지로; 및
외부로부터 상기 제1지로 및 제2지로 중 하나를 가리키는 스위칭 제어 신호를 수신하여 상기 스위칭 제어 신호에 따라 상기 가변주파수발진회로에 선택적으로 전기적 연결시키는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 주파수 합성기.A variable frequency oscillator circuit for outputting a variable frequency signal;
A first branch that passes through the source frequency band of the variable frequency signal and amplifies and outputs the amplified signal;
A second branch for amplifying and outputting a harmonic frequency band of the variable frequency signal; And
And a switch configured to receive a switching control signal indicating one of the first branch and the second branch from the outside and to selectively electrically connect the variable frequency oscillation circuit according to the switching control signal. 제1항에 있어서,
상기 스위칭 제어 신호는 직렬 포트 인터페이스를 통해 수신되는 것을 특징으로 하는 소형 주파수 합성기.The method of claim 1,
The switching control signal is received via a serial port interface. 제1항에 있어서,
상기 제1지로는
상기 스위치로부터 전달되는 가변 주파수 신호로부터 원천주파수 대역을 통과시키는 제1원천주파수대역선택필터;
상기 제1원천주파수대역선택필터로부터 출력되는 신호를 증폭하는 제1증폭기;
상기 제1증폭기에서 출력되는 신호로부터 스퓨리어스 주파수 성분을 제거하는 제2원천주파수대역선택필터; 및
상기 제1원천주파수대역선택필터로부터 출력되는 신호를 증폭하여 출력하는 제2증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 주파수 합성기.The method of claim 1,
In the first branch
A first source frequency band selection filter for passing a source frequency band from the variable frequency signal transmitted from the switch;
A first amplifier for amplifying a signal output from the first source frequency band selection filter;
A second source frequency band selection filter which removes a spurious frequency component from the signal output from the first amplifier; And
And a second amplifier for amplifying and outputting a signal output from the first source frequency band selection filter. 제1항에 있어서,
상기 제2지로는
상기 스위치로부터 전달되는 가변 주파수 신호로부터 고조파 주파수 대역을 통과시키는 제1고조파주파수대역선택필터;
상기 제1고조파주파수대역선택필터로부터 출력되는 신호를 증폭하는 제1증폭기;
상기 제1증폭기에서 출력되는 신호로부터 스퓨리어스 주파수 성분을 제거하는 제2고조파주파수대역선택필터; 및
상기 제1고조파주파수대역선택필터로부터 출력되는 신호를 증폭하여 출력하는 제2증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 주파수 합성기.The method of claim 1,
In the second branch
A first harmonic frequency band selection filter for passing a harmonic frequency band from the variable frequency signal transmitted from the switch;
A first amplifier for amplifying a signal output from the first harmonic frequency band selection filter;
A second harmonic frequency band selection filter that removes a spurious frequency component from the signal output from the first amplifier; And
And a second amplifier for amplifying and outputting a signal output from the first harmonic frequency band selection filter.
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KR102077620B1 (en) * 2019-07-29 2020-04-07 한화시스템(주) Low Phase Noise Ultra-wideband Frequency Synthesizer and Frequency Synthesizer method

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