KR101298800B1 - Frequency mixer - Google Patents

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KR101298800B1
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한국항공우주연구원
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Abstract

전류 재사용 방법을 이용하여 저잡음 및 고이득 특성을 구현하는 주파수 혼합기가 개시된다. 상기 주파수 혼합기는 RF 신호를 입력받는 입력부, 상기 RF 신호를 입력받아 IF 신호를 생성하는 스위칭부 및 상기 스위칭부에 의해 생성된 IF 신호를 출력하는 출력부를 포함한다. 여기서, 상기 입력부로부터 출력된 RF 신호는 상기 입력부로부터 상기 스위칭부로의 2개 이상의 신호 패스들 중 하나의 신호 패스를 통하여 상기 스위칭부로 전송된다. A frequency mixer is disclosed that implements low noise and high gain characteristics using a current reuse method. The frequency mixer includes an input unit for receiving an RF signal, a switching unit for receiving the RF signal and generating an IF signal, and an output unit for outputting an IF signal generated by the switching unit. Here, the RF signal output from the input unit is transmitted to the switching unit through one signal path of two or more signal paths from the input unit to the switching unit.

Description

주파수 혼합기{FREQUENCY MIXER}Frequency Mixer {FREQUENCY MIXER}

본 발명은 저잡음 및 고이득 특성을 구현하는 주파수 혼합기에 관한 것이다. The present invention relates to a frequency mixer that realizes low noise and high gain characteristics.

주파수 혼합기는 입력된 신호의 주파수를 변환하는 장치로서, 주로 통신 시스템에서 안테나를 통하여 입력된 RF 신호의 주파수를 변환하기 위하여 사용된다.A frequency mixer is a device for converting the frequency of an input signal, and is mainly used to convert the frequency of an RF signal input through an antenna in a communication system.

일반적으로, 주파수 혼합기는 한국공개특허공보 제2010-60880호에 개시된 바와 같이 엔-모스 트랜지스터들(N-MOS Transistors)을 캐스코드 구조로 형성하여 이득을 증가시킨다. 그러나, 이러한 주파수 혼합기는 이득은 향상되나 잡음이 증가하는 문제점이 존재한다. Generally, the frequency mixer increases the gain by forming the N-MOS transistors into a cascode structure as disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2010-60880. However, such a frequency mixer has a problem that the gain is improved but the noise is increased.

또한, 주파수 혼합기의 이득은 일반적으로 약 10㏈로서 고이득을 요구하는 최신 기술에 부합되지 못하는 문제점이 있었다. In addition, the gain of the frequency mixer is generally about 10 Hz, which is not compatible with the latest technology requiring high gain.

따라서, 잡음을 증가시키지 않으면서도 고이득을 구현할 수 있는 주파수 혼합기가 요구된다.
Therefore, a frequency mixer capable of realizing high gain without increasing noise is required.

본 발명은 저잡음, 저전력 및 고이득 특성을 실현하는 주파수 혼합기를 제공하는 것이다.The present invention provides a frequency mixer that realizes low noise, low power, and high gain characteristics.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 혼합기는 RF 신호를 입력받는 입력부; 상기 RF 신호를 입력받아 IF 신호를 생성하는 스위칭부; 및 상기 스위칭부에 의해 생성된 IF 신호를 출력하는 출력부를 포함한다. 여기서, 상기 입력부로부터 상기 스위칭부로 연결된 적어도 2개의 신호 패스들이 형성되고, 상기 신호 패스들은 상기 입력부로부터 상기 입력부와 상기 출력부 사이의 노드로의 신호 패스와 상기 입력부로부터 상기 스위칭부로의 직접 신호 패스를 포함하며, 상기 RF 신호는 상기 입력부로부터 상기 스위칭부로의 직접 신호 패스를 통하여 상기 스위칭부로 전송된다.In order to achieve the above object, the frequency mixer according to an embodiment of the present invention includes an input unit for receiving an RF signal; A switching unit configured to receive the RF signal and generate an IF signal; And an output unit for outputting an IF signal generated by the switching unit. Here, at least two signal paths connected from the input part to the switching part are formed, the signal paths comprising a signal path from the input part to a node between the input part and the output part and a direct signal path from the input part to the switching part. And the RF signal is transmitted to the switching unit through a direct signal path from the input unit to the switching unit.

본 발명의 다른 실시예에 따른 주파수 혼합기는 RF 신호를 입력받는 입력부;
상기 RF 신호를 입력받아 IF 신호를 생성하는 스위칭부; 및 상기 스위칭부에 의해 생성된 IF 신호를 출력하는 출력부를 포함한다. 여기서, 상기 입력부로부터 상기 스위칭부로 연결된 적어도 2개의 신호 패스들이 형성되고, 상기 신호 패스들 중 상기 입력부와 상기 스위칭부 또는 상기 출력부 사이의 신호 패스에는 상기 RF 신호를 차단하는 RF 신호 차단부가 형성된다.According to another embodiment of the present invention, a frequency mixer includes an input unit for receiving an RF signal;
A switching unit configured to receive the RF signal and generate an IF signal; And an output unit for outputting an IF signal generated by the switching unit. Here, at least two signal paths connected from the input part to the switching part are formed, and an RF signal blocking part is formed at a signal path between the input part and the switching part or the output part among the signal paths. .

본 발명에 따른 주파수 혼합기는 발진 신호인 LO 신호가 입력되는 스위칭부의 트랜지스터를 피-모스 트랜지스터로 구현하고 커런트 블리딩부를 스위치드 바이어스 회로로 구현하여 저잡음 특성을 실현할 수 있다. The frequency mixer according to the present invention may realize a low noise characteristic by implementing a transistor of a switching unit to which an LO signal, which is an oscillation signal, is input as a P-MOS transistor, and a current bleeding unit as a switched bias circuit.

또한, 상기 주파수 혼합기는 입력부와 커런트 블리딩부 사이에 인덕터를 형성하며, 입력부를 통하여 입력된 RF 신호를 스위칭부로 전달하는 별도의 신호 패스를 형성하고, 전류 재사용 방법을 사용하며, 그 결과 상기 주파수 혼합기를 저전력, 저잡음 및 고이득 특성을 가지고 구현할 수 있다. 특히, 일반적인 주파수 혼합기는 이득을 향상시키기 위하여 잡음 특성이 저하되나, 본 발명의 주파수 혼합기는 고이득을 구현하면서도 저잡음 및 저전력 특성을 실현할 수 있다. In addition, the frequency mixer forms an inductor between the input unit and the current bleeding unit, forms a separate signal path for transmitting the RF signal input through the input unit to the switching unit, and uses a current reuse method, and as a result, the frequency mixer Can be implemented with low power, low noise and high gain characteristics. In particular, the general frequency mixer has a low noise characteristic in order to improve the gain, but the frequency mixer of the present invention can realize low noise and low power while achieving high gain.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 주파수 혼합기의 회로 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 주파수 혼합기의 회로 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 주파수 혼합기의 회로 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 혼합기의 변환 이득 특성을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 혼합기의 잡음 지수 특성을 도시한 도면이다. 1 is a circuit diagram of a frequency mixer according to a first embodiment of the present invention.
2 is a circuit diagram of a frequency mixer according to a second embodiment of the present invention.
3 is a diagram showing the circuit structure of the frequency mixer according to the third embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating conversion gain characteristics of a frequency mixer according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a noise figure characteristic of a frequency mixer according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 자세히 설명하도록 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 주파수 혼합기는 입력된 신호의 정보를 그대로 유지하면서 상기 신호의 주파수를 변환시키는 회로로서, 예를 들어 S-밴드 통신 시스템의 RF front-end단에 사용되어 안테나를 통하여 입력된 RF 신호의 주파수를 하향 변환시킬 수 있다. The frequency mixer of the present invention is a circuit for converting the frequency of the signal while maintaining the information of the input signal as it is, for example used in the RF front-end of the S-band communication system of the RF signal input through the antenna Frequency can be downconverted.

또한, 본 발명의 주파수 혼합기는 후술하는 바와 같이 저잡음, 고이득 및 저전력 특성을 가지며, 따라서 이러한 특성들을 필요로 하는 다양한 무선 통신 시스템, 예를 들어 우주 통신 시스템, Bluetooth, WLAN, 이동통신단말기 등에 사용될 수 있다. In addition, the frequency mixer of the present invention has low noise, high gain, and low power characteristics as described below, and thus is used in various wireless communication systems requiring such characteristics, for example, space communication systems, Bluetooth, WLAN, mobile communication terminals, and the like. Can be.

이하, 본 발명의 주파수 혼합기의 다양한 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상술하겠다. Hereinafter, various embodiments of the frequency mixer of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 주파수 혼합기의 회로 구조를 도시한 도면이다. 1 is a circuit diagram of a frequency mixer according to a first embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 실시예의 주파수 혼합기는 입력부(100), 스위칭부(102), 출력부(104), 커런트 블리딩부(Current bleeding section, 106), RF 신호 차단부(108) 및 DC 차단부(110)를 포함한다. Referring to FIG. 1, the frequency mixer of the present embodiment includes an input unit 100, a switching unit 102, an output unit 104, a current bleeding section 106, an RF signal blocking unit 108, and a DC blocking unit. The unit 110 includes.

입력부(100)는 예를 들어 안테나를 통하여 특정 주파수를 가지는 RF 신호를 입력받는 부분으로서, 제 1 트랜지스터(M1), 예를 들어 엔-모스 트랜지스터(N-MOS Transistor)를 포함한다. 상기 RF 신호는 제 1 트랜지스터(M1)의 게이트단으로 입력되며, 제 1 트랜지스터(M1)에 의해 상기 주파수 혼합기의 이득이 부스팅될 수 있다. The input unit 100 includes a first transistor M1, for example, an N-MOS transistor, which receives an RF signal having a specific frequency through an antenna. The RF signal is input to the gate terminal of the first transistor M1, and the gain of the frequency mixer can be boosted by the first transistor M1.

스위칭부(102)는 발진 신호인 LO 신호를 입력받아 IF 신호를 생성하는 부분으로서, 전원부(전원전압단, Vdd)에 상호 병렬로 연결된 제 2 트랜지스터(M2) 및 제 3 트랜지스터(M3)를 포함한다. 여기서, LO+ 신호는 제 2 트랜지스터(M2)의 게이트단으로 입력되고, LO- 신호는 제 3 트랜지스터(M3)의 게이트단으로 입력된다. The switching unit 102 receives an LO signal as an oscillation signal and generates an IF signal, and includes a second transistor M2 and a third transistor M3 connected in parallel to a power supply unit (power supply voltage terminal Vdd). do. Here, the LO + signal is input to the gate terminal of the second transistor M2, and the LO- signal is input to the gate terminal of the third transistor M3.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 2 트랜지스터(M2) 및 제 3 트랜지스터(M3) 중 적어도 하나는 피-모스 트랜지스터(P-MOS Transistor)이며, 바람직하게는 모두 피-모스 트랜지스터이다. 이와 같이 스위칭부(102)의 트랜지스터들(M2 및 M3)을 피-모스 트랜지스터로 구현하면, 상기 주파수 혼합기의 잡음이 감소할 수 있다. 구체적으로는, 트랜지스터들(M2 및 M3)을 피-모스 트랜지스터들로 구현하면, LO+ 신호와 LO- 신호가 완벽하게 스위칭되면서 트랜지스터들(M2 및 M3)의 게이트단들로 입력되며, 그 결과 1/f 잡음이 낮아진다. According to an embodiment of the present invention, at least one of the second transistor M2 and the third transistor M3 is a p-MOS transistor, and is preferably a p-MOS transistor. If the transistors M2 and M3 of the switching unit 102 are implemented as p-MOS transistors, the noise of the frequency mixer can be reduced. Specifically, when the transistors M2 and M3 are implemented as P-MOS transistors, the LO + signal and the LO- signal are completely switched, and are input to the gate terminals of the transistors M2 and M3, and as a result 1 / f Noise is low.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, LO+ 신호 및 LO- 신호가 트랜지스터들(M2 및 M3)의 벌크로 입력될 수도 있다. According to another embodiment of the present invention, LO + and LO- signals may be input into the bulk of transistors M2 and M3.

입력부(100) 및 스위칭부(102)를 전체적으로 고려하면, 입력부(100)를 높은 트랜스컨덕턴스(transconductance) 특성을 가지는 엔-모스 트랜지스터(M1)로 사용하여 이득을 향상시키면서 스위칭부(102)를 피-모스 트랜지스터들(M2 및 M3)로 구현하여 잡음을 감소시킨다. 결과적으로, 본 실시예의 주파수 혼합기는 이득을 향상시키면서도 저잡음을 실현할 수 있다. Considering the input unit 100 and the switching unit 102 as a whole, the input unit 100 may be used as an NMOS transistor M1 having high transconductance characteristics to improve the gain, -Mod transistors M2 and M3 to reduce noise. As a result, the frequency mixer of the present embodiment can realize low noise while improving the gain.

출력부(104)는 스위칭부(102)의 트랜지스터들(M2 및 M3)과 각기 연결된 부하 저항들(RL)을 포함하며, 스위칭부(102)에 의해 생성된 IF+ 신호 및 IF- 신호를 IF+단 및 IF-단을 통하여 출력시킨다. 여기서, IF+ 신호 및 IF- 신호는 RF 신호에 해당하는 제 1 주파수와 LO 신호에 해당하는 제 2 주파수 사이의 제 3 주파수를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 주파수 혼합기는 제 1 주파수의 RF 신호를 변환하여 상기 제 1 주파수보다 낮은 제 3 주파수의 IF 신호를 출력시킨다. 다만, 상기 IF 신호는 상기 RF 신호와 동일한 정보를 포함할 수 있다. The output unit 104 includes load resistors R L connected to the transistors M2 and M3 of the switching unit 102, respectively, and outputs the IF + signal and the IF− signal generated by the switching unit 102 to IF +. Output through stage and IF stage. Here, the IF + signal and the IF- signal may have a first frequency corresponding to the RF signal and a third frequency between the second frequency corresponding to the LO signal. For example, the frequency mixer converts an RF signal of a first frequency and outputs an IF signal of a third frequency lower than the first frequency. However, the IF signal may include the same information as the RF signal.

커런트 블리딩부(106)는 RF 신호 차단부(108)과 만나는 노드(n2)와 트랜지스터들(M2 및 M3)의 소스단들이 만나는 노드(n3) 사이에 연결된다. 결과적으로, 전원부(Vdd)로부터 출력된 전류가 노드(n3)에서 제 2 트랜지스터(M2), 커런트 블리딩부(106) 및 제 3 트랜지스터(M3)로 분기된다. 한편, 커런트 블리딩부(106)는 전류를 분기시킬 수 있는 한 다양한 회로로 구현될 수 있다. The current bleeding unit 106 is connected between the node n2 that meets the RF signal blocking unit 108 and the node n3 where the source terminals of the transistors M2 and M3 meet. As a result, the current output from the power supply unit Vdd branches to the second transistor M2, the current bleeding unit 106, and the third transistor M3 at the node n3. Meanwhile, the current bleeding unit 106 may be implemented in various circuits as long as it can branch a current.

커런트 블리딩부(106)가 존재할 경우와 존재하지 않을 경우를 비교하면, 커런트 블리딩부(106)가 존재하는 경우 트랜지스터들(M2 및 M3)로 흐르는 전류의 양이 커런트 블리딩부(106)가 존재하지 않을 경우의 전류의 양보다 작아진다. 따라서, 커런트 블리딩부(106)가 존재하는 경우 부하 저항(RL)을 커런트 블리딩부(106)가 존재하지 않을 경우의 부하 저항(RL)보다 크게 설정할 수 있다. 여기서, 주파수 혼합기의 이득은 부하 저항(RL)의 값에 비례하므로, 커런트 블리딩부(106)가 존재하는 경우의 주파수 혼합기의 이득이 커런트 블리딩부(106)가 존재하지 않는 경우의 주파수 혼합기의 이득보다 높을 수 있다. 즉, 본 실시예의 주파수 혼합기는 커런트 블리딩부(106)를 사용하여 전체 변환 이득을 향상시킨다. Compared with the case where the current bleeding unit 106 is present and the case where the current bleeding unit 106 is not present, when the current bleeding unit 106 is present, the amount of current flowing through the transistors M2 and M3 does not exist. If not, it becomes smaller than the amount of current. Therefore, it is possible to largely set than the current-releasing part if 106 is present load resistance load resistor (R L) of the case does not exist, the (R L), the current-releasing section 106. The Here, since the gain of the frequency mixer is proportional to the value of the load resistance R L , the gain of the frequency mixer in the case where the current bleeding portion 106 exists is the gain of the frequency mixer in the case where the current bleeding portion 106 does not exist May be higher than the gain. That is, the frequency mixer of the present embodiment uses the current bleeding section 106 to improve the overall conversion gain.

RF 신호 차단부(108)는 입력부(100)를 통하여 입력된 RF 신호가 노드(n2) 방향으로 전달되는 것을 차단하는 역할을 수행한다. 물론, RF 신호 차단부(108)의 회로는 RF 신호를 차단하는 한 다양하게 변형될 수 있다.The RF signal blocking unit 108 serves to block the RF signal input through the input unit 100 in the direction of the node n2. Of course, the circuit of the RF signal blocking unit 108 may be variously modified as long as it blocks the RF signal.

이러한 RF 신호 차단부(108)는 RF 신호를 차단하는 역할뿐만 아니라 이득을 부스팅하는 역할도 수행할 수 있다. 예를 들어, RF 신호 차단부(108)로서 제 1 인덕터(L1)를 사용하면, 제 1 인덕터(L1)가 제 1 트랜지스터(M1) 및 커런트 블리딩부(106)에 사용될 수 있는 트랜지스터의 기생 캐패시터와 공진하며, 그 결과 상기 주파수 혼합기의 이득이 부스팅된다. 이러한 이득 부스팅 동작은 후술하겠다. The RF signal blocking unit 108 may perform a role of boosting gain as well as blocking the RF signal. For example, when the first inductor L1 is used as the RF signal blocking unit 108, a parasitic capacitor of a transistor in which the first inductor L1 may be used for the first transistor M1 and the current bleeding unit 106. Resonant with, boosting the gain of the frequency mixer. This gain boosting operation will be described later.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 노드(n1)로부터 노드(n3)로 별도의 신호 패스가 형성되며, 도 1에 도시된 바와 같이 신호 패스 내에 DC 차단부(110)로서 캐패시터(C)가 형성될 수 있다. 캐패시터(C)는 AC 견지에서 저항이 작아서 RF 신호를 통과시키나 DC를 차단시킨다. 결과적으로, 입력부(100)를 통하여 입력된 RF 신호는 상기 신호 패스를 통하여 전달되나, 전원부로부터 출력된 전류는 상기 신호 패스로는 흐르지 않는다. According to an embodiment of the present invention, a separate signal path is formed from the node n1 to the node n3, and as shown in FIG. 1, the capacitor C is formed as the DC blocking unit 110 in the signal path. Can be. Capacitor C has a small resistance in terms of AC, allowing the RF signal to pass but blocking DC. As a result, the RF signal input through the input unit 100 is transmitted through the signal path, but the current output from the power supply unit does not flow in the signal path.

제 1 인덕터(L1)가 RF 신호의 전달을 차단하므로, 입력부(100)를 통하여 입력된 RF 신호는 상기 신호 패스를 통하여 스위칭부(102)로 전달된다. 이렇게 별도의 신호 패스를 통하여 RF 신호를 전달하는 경우의 잡음 및 전력 소모는 신호 패스 없이 노드(n2) 방향으로 RF 신호를 전달하는 경우의 잡음 및 전력 소모보다 작아질 수 있다. Since the first inductor L1 blocks the transmission of the RF signal, the RF signal input through the input unit 100 is transmitted to the switching unit 102 through the signal path. The noise and power consumption when the RF signal is transmitted through the separate signal path may be smaller than the noise and power consumption when the RF signal is transmitted toward the node n2 without the signal path.

제 2 인덕터(L2)는 상기 전원부와 노드(n3) 사이에 연결되고, 상기 전원부로 신호가 누설되는 것을 방지하여 잡음을 감소시키며, 원하는 사용 주파수를 구현하는 역할을 수행한다. 물론, 전원부와 노드(n3) 사이에 인덕터가 아닌 저항이 사용될 수도 있지만, 저항을 사용하는 경우 신호의 누설이 발생되어 잡음이 증가할 수 있다. 따라서, 상기 전원부와 노드(n3) 사이에는 제 2 인덕터(L2)를 사용하는 것이 효율적이다. The second inductor L2 is connected between the power supply unit and the node n3 to reduce noise by preventing a signal from leaking to the power supply unit and to implement a desired use frequency. Of course, a resistor other than an inductor may be used between the power supply unit and the node n3, but when the resistor is used, leakage of a signal may occur and noise may increase. Therefore, it is efficient to use the second inductor L2 between the power supply unit and the node n3.

정리하면, 본 실시예의 주파수 혼합기는 스위칭부(102)의 트랜지스터들(M2 및 M3)을 피-모스 트랜지스터들로 구현하고 RF 신호를 전달하는 별도의 신호 패스를 형성하여 잡음을 낮추며, 커런트 블리딩부(106) 및 제 1 인덕터(L1)를 사용하여 이득을 부스팅시킨다. 결과적으로, 상기 주파수 혼합기는 저잡음, 저전력 및 고이득 특성을 실현할 수 있다. In summary, the frequency mixer of the present embodiment implements the transistors M2 and M3 of the switching unit 102 as P-MOS transistors, forms a separate signal path for transmitting an RF signal, and lowers noise. Boost the gain using 106 and the first inductor L1. As a result, the frequency mixer can realize low noise, low power and high gain characteristics.

도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 주파수 혼합기의 회로 구조를 도시한 도면이다. 2 is a circuit diagram of a frequency mixer according to a second embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 실시예의 주파수 혼합기는 입력부(200), 스위칭부(202), 출력부(204), 커런트 블리딩부(206), RF 신호 차단부(208) 및 DC 차단부(210)를 포함한다. Referring to FIG. 2, the frequency mixer of the present embodiment includes an input unit 200, a switching unit 202, an output unit 204, a current bleeding unit 206, an RF signal blocking unit 208, and a DC blocking unit 210. It includes.

커런트 블리딩부(206)를 제외한 나머지 구성요소들은 제 1 실시예에서와 동일하므로, 이하 동일한 구성요소들에 대한 설명은 생략한다. The remaining components except for the current-bleeding unit 206 are the same as those in the first embodiment, and a description of the same components will be omitted.

커런트 블리딩부(206)는 제 4 트랜지스터(M4) 및 제 5 트랜지스터(M5)를 포함한다. The current bleeding unit 206 includes a fourth transistor M4 and a fifth transistor M5.

제 4 트랜지스터(M4) 및 제 5 트랜지스터(M5)는 각기 엔-모스 트랜지스터일 수 있으며, 스위치드 바이어스 회로(Switched bias circuit)를 형성한다. The fourth transistor M4 and the fifth transistor M5 may each be an N-MOS transistor, and form a switched bias circuit.

제 4 트랜지스터(M4)의 게이트단은 스위칭부(202)의 제 2 트랜지스터(M2)의 드레인단에 연결되며, 제 5 트랜지스터(M5)의 게이트단은 스위칭부(202)의 제 3 트랜지스터(M3)의 드레인단에 연결된다. 결과적으로, 제 2 트랜지스터(M2)가 온(On)되는 경우 제 4 트랜지스터(M4)가 온되며, 제 3 트랜지스터(M3)가 온되는 경우 제 5 트랜지스터(M5)가 온된다. 이렇게 커런트 블리딩부(206)를 스위치드 바이어스 회로로 구현하면,1/f 잡음이 감소한다. The gate terminal of the fourth transistor M4 is connected to the drain terminal of the second transistor M2 of the switching unit 202, and the gate terminal of the fifth transistor M5 is the third transistor M3 of the switching unit 202. Is connected to the drain end of the As a result, the fourth transistor M4 is turned on when the second transistor M2 is turned on, and the fifth transistor M5 is turned on when the third transistor M3 is turned on. When the current bleeding unit 206 is implemented as a switched bias circuit, 1 / f noise is reduced.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 트랜지스터(M4 또는 M5)는 제 1 트랜지스터(M1)와 캐스코드 구조를 형성한다. According to an embodiment of the present invention, the transistor M4 or M5 forms a cascode structure with the first transistor M1.

정리하면, 본 실시예의 주파수 혼합기는 커런트 블링딩부(206)를 스위치드 바이어스 회로로 구현하여 잡음을 감소시킨다. 또한, 제 1 인덕터(L1)가 스위치드 바이어스 회로를 구성하는 트랜지스터들(M4 및 M5)의 기생 캐패시터와 공진하여 상기 주파수 혼합기의 변환 이득을 부스팅시킨다. 결과적으로, 상기 주파수 혼합기는 커런트 블리딩부(206)를 이용하여 고이득을 구현하면서 잡음을 감소시킬 수 있다. In summary, the frequency mixer of the present embodiment reduces noise by implementing the current bling unit 206 as a switched bias circuit. In addition, the first inductor L1 resonates with the parasitic capacitors of the transistors M4 and M5 constituting the switched bias circuit to boost the conversion gain of the frequency mixer. As a result, the frequency mixer may reduce noise while implementing high gain using the current bleeding unit 206.

전력 측면에서 살펴보면, 제 2 트랜지스터(M2)로 흐르는 전류, 제 3 트랜지스터(M3)로 흐르는 전류 및 커런트 블리딩부(206)로 흐르는 전류가 노드(n2)에서 합해진 후 제 1 트랜지스터(M1)로 흐른다. 즉, 전류가 재사용되며, 그 결과 상기 주파수 혼합기를 저전력으로 구현할 수 있다. 물론, 상기 주파수 혼합기는 전류 경로 상에 제 1 인덕터(L1)를 설정하여 고이득도 구현한다. In terms of power, the current flowing through the second transistor M2, the current flowing through the third transistor M3, and the current flowing through the current bleeding unit 206 are summed at the node n2 and flow into the first transistor M1. . That is, the current is reused, and as a result, the frequency mixer can be implemented at low power. Of course, the frequency mixer implements high gain by setting the first inductor L1 on the current path.

잡음 측면에서 살펴보면, 스위칭부(202)의 트랜지스터들(M2 및 M3)을 피-모스 트랜지스터들로 구현하고 커런트 블리딩부(206)를 스위치드 바이어스 회로로 구현하여 잡음을 감소시킨다. 또한, 제 2 인덕터(L2) 및 입력부(200)를 통하여 입력된 RF 신호가 전달되는 경로에 존재하는 트랜지스터들(M4, M2 및 M3)의 기생 캐패시터들에 의해 잡음이 감소한다. 따라서, 본 실시예의 주파수 혼합기를 저잡음으로 구현할 수 있다. In terms of noise, noise is reduced by implementing transistors M2 and M3 of the switching unit 202 as P-MOS transistors and implementing the current bleeding unit 206 as a switched bias circuit. In addition, noise is reduced by parasitic capacitors of the transistors M4, M2, and M3 existing in a path through which the RF signal input through the second inductor L2 and the input unit 200 is transmitted. Therefore, the frequency mixer of the present embodiment can be implemented with low noise.

위에서는, 커런트 블리딩부(206)가 스위치드 바이어스 회로로 구현되었지만 하나의 엔-모스 트랜지스터로 구현될 수도 있다. In the above, the current bleeding unit 206 is implemented as a switched bias circuit, but may be implemented as a single N-MOS transistor.

도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 주파수 혼합기의 회로 구조를 도시한 도면이다. 3 is a diagram showing the circuit structure of the frequency mixer according to the third embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 실시예의 주파수 혼합기는 입력부(300), 스위칭부(302), 출력부(304), 커런트 블리딩부(306), RF 신호 차단부(308) 및 DC 차단부(310)를 포함한다. Referring to FIG. 3, the frequency mixer of the present embodiment includes an input unit 300, a switching unit 302, an output unit 304, a current bleeding unit 306, an RF signal blocking unit 308, and a DC blocking unit 310. It includes.

스위칭부(302)를 제외한 나머지 구성요소들은 제 1 실시예에서와 유사하므로, 이하 유사한 구성요소들에 대한 자세한 설명은 생략한다. Since the remaining components except for the switching unit 302 are similar to those in the first embodiment, detailed description of similar components will be omitted.

스위칭부(302)는 엔-모스 트랜지스터인 제 2 트랜지스터(M2) 및 제 3 트랜지스터(M3)로 구현된다. 여기서, 각 트랜지스터들(M2 및 M3)은 입력부(300)의 제 1 트랜지스터(M1)와 캐스코드 구조를 형성하여 이득을 향상시킨다. The switching unit 302 is implemented by a second transistor M2 and a third transistor M3 which are nMOS transistors. Here, each of the transistors M2 and M3 forms a cascode structure with the first transistor M1 of the input unit 300 to improve the gain.

물론, 본 실시예의 주파수 혼합기에서도 제 1 인덕터(L1)에 의해 변환 이득이 부스팅되고, 입력부(300)를 통하여 입력된 RF 신호는 별도의 신호 패스를 통하여 스위칭부(302)로 전달된다. Of course, in the frequency mixer of the present embodiment, the conversion gain is boosted by the first inductor L1, and the RF signal input through the input unit 300 is transferred to the switching unit 302 through a separate signal path.

이하, 본 발명의 주파수 혼합기의 실험 결과를 첨부된 도면들을 참조하여 상술하겠다. 다만, 제 2 실시예의 주파수 혼합기를 이용하여 실험하였고, 사용 주파수 대역을 1.95㎓ 내지 2.1㎓로 설정하였다. Hereinafter, experimental results of the frequency mixer of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the experiment was performed using the frequency mixer of the second embodiment, and the frequency band used was set to 1.95 Hz to 2.1 Hz.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 혼합기의 변환 이득 특성을 도시한 도면이다. 4 is a diagram illustrating conversion gain characteristics of a frequency mixer according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명의 주파수 혼합기는 사용 주파수 대역(1.95㎓ 내지 2.1㎓)에서 약 15.8㏈의 변환 이득을 가짐을 확인할 수 있다. 도시하지는 않았지만, 일반적인 주파수 혼합기는 높은 경우 약 10㏈의 변환 이득을 가진다. 즉, 본 발명의 주파수 혼합기는 일반적인 주파수 혼합기에 비하여 최소 1.5배 이상의 변환 이득을 가짐을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 4, it can be seen that the frequency mixer of the present invention has a conversion gain of about 15.8 kHz in a frequency band (1.95 kHz to 2.1 GHz). Although not shown, a typical frequency mixer has a conversion gain of about 10 Hz at high. That is, it can be seen that the frequency mixer of the present invention has a conversion gain of at least 1.5 times as compared to the general frequency mixer.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 혼합기의 잡음 지수 특성을 도시한 도면이다. 5 is a diagram illustrating a noise figure characteristic of a frequency mixer according to an embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 주파수 혼합기의 잡음 지수(Noise Figure)는 사용 주파수 대역(1.95㎓ 내지 2.1㎓)에서 약 4.43㏈이다. 일반적인 주파수 혼합기의 잡음 지수가 약 10㏈임을 감안하면 본 발명의 주파수 혼합기의 잡음 지수가 상당히 낮음을 확인할 수 있다.As shown in Fig. 5, the noise figure of the frequency mixer of the present invention is about 4.43 kHz in the used frequency band (1.95 kHz to 2.1 kHz). Considering that the noise figure of a general frequency mixer is about 10 dB, it can be seen that the noise figure of the frequency mixer of the present invention is considerably low.

또한, 도시하지는 않았지만, 본 발명의 주파수 혼합기는 1.2V의 공급전압(전원부의 전압)에 대하여 2.11㎽ 전력 소모를 가지며, 즉 상당히 우수한 저전력 특성을 가진다. In addition, although not shown, the frequency mixer of the present invention has a power consumption of 2.11 kV with respect to a supply voltage of 1.2 V (voltage of the power supply section), that is, has a very good low power characteristic.

도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 주파수 혼합기의 특징을 정리하면, 본 발명의 주파수 혼합기는 고이득을 구현하면서도 저잡음 및 저전력 특징도 만족시킨다. 4 and 5 summarize the features of the frequency mixer of the present invention, the frequency mixer of the present invention satisfies the low noise and low power characteristics while achieving high gain.

물론, 본 발명의 주파수 혼합기는 1.95㎓ 내지 2.1㎓의 주파수 대역뿐만 아니라 3G 대역, WLAN 대역, 우주통신 대역 등과 같은 다른 주파수 대역에서도 저잡음, 저전력 및 고이득 특성을 구현할 수 있다. 특히, 본 발명의 주파수 혼합기는 일반적인 주파수 혼합기에 비하여 낮은 잡음 및 저전력 특성을 가지면서도 높은 변환 이득을 구현할 수 있다. Of course, the frequency mixer of the present invention can realize low noise, low power, and high gain in other frequency bands, such as the 3G band, the WLAN band, and the space communication band, as well as the frequency band of 1.95 GHz to 2.1 GHz. In particular, the frequency mixer of the present invention can realize a high conversion gain while having a low noise and low power characteristics compared to a general frequency mixer.

상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다. The embodiments of the present invention described above are disclosed for purposes of illustration, and those skilled in the art having ordinary knowledge of the present invention may make various modifications, changes, and additions within the spirit and scope of the present invention. Should be considered to be within the scope of the following claims.

100 : 입력부 102 : 스위칭부
104 : 출력부 106 : 커런트 블리딩부
108 : RF 신호 차단부 110 : DC 차단부
200 : 입력부 202 : 스위칭부
204 : 출력부 206 : 커런트 블리딩부
208 : RF 신호 차단부 210 : DC 차단부
300 : 입력부 302 : 스위칭부
304 : 출력부 306 : 커런트 블리딩부
308 : RF 신호 차단부 310 : DC 차단부100: Input unit 102:
104: output unit 106: current bleeding unit
108: RF signal blocking unit 110: DC blocking unit
200: Input unit 202:
204: output unit 206: current bleeding unit
208: RF signal blocking unit 210: DC blocking unit
300: input unit 302: switching unit
304: output unit 306: current bleeding unit
308: RF signal blocking unit 310: DC blocking unit

Claims (17)

RF 신호를 입력받는 입력부;
상기 RF 신호를 입력받아 IF 신호를 생성하는 스위칭부; 및
상기 스위칭부에 의해 생성된 IF 신호를 출력하는 출력부를 포함하되,
상기 입력부로부터 상기 스위칭부로 연결된 적어도 2개의 신호 패스들이 형성되고, 상기 신호 패스들은 상기 입력부로부터 상기 입력부와 상기 출력부 사이의 노드로의 신호 패스와 상기 입력부로부터 상기 스위칭부로의 직접 신호 패스를 포함하며, 상기 RF 신호는 상기 입력부로부터 상기 스위칭부로의 직접 신호 패스를 통하여 상기 스위칭부로 전송되는 것을 특징으로 하는 주파수 혼합기. An input unit for receiving an RF signal;
A switching unit configured to receive the RF signal and generate an IF signal; And
An output unit for outputting the IF signal generated by the switching unit,
At least two signal paths connected from said input to said switching part are formed, said signal paths comprising a signal path from said input part to a node between said input part and said output part and a direct signal path from said input part to said switching part; And the RF signal is transmitted to the switching unit through a direct signal path from the input unit to the switching unit. 제1항에 있어서, 상기 신호 패스들 중 하나는 상기 RF 신호를 차단하고 상기 신호 패스들 중 하나는 상기 RF 신호를 통과시키는 것을 특징으로 하는 주파수 혼합기. The frequency mixer of claim 1, wherein one of the signal paths blocks the RF signal and one of the signal paths passes the RF signal. 제1항에 있어서, 상기 RF 신호를 통과시키는 신호 패스는 DC를 차단시키는 것을 특징으로 하는 주파수 혼합기. The frequency mixer of claim 1, wherein the signal path through which the RF signal passes blocks DC. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 스위칭부는 적어도 2개의 트랜지스터들을 사용하되, 상기 트랜지스터들 중 적어도 하나는 피-모스 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 주파수 혼합기. The frequency mixer of claim 1, wherein the switching unit uses at least two transistors, and at least one of the transistors is a P-MOS transistor. 제1항에 있어서, 상기 주파수 혼합기는,
전원부; 및
상기 전원부와 상기 스위칭부 사이의 노드와 입력부와 상기 출력부 사이의 노드 사이에 연결된 커런트 블리딩부를 더 포함하되,
상기 커런트 블리딩부는 스위치드 바이어스 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 주파수 혼합기. The method of claim 1, wherein the frequency mixer,
A power supply unit; And
And a current bleeding unit connected between a node between the power supply unit and the switching unit and a node between an input unit and the output unit,
And the current bleeding unit has a switched bias structure. 제1항에 있어서, 상기 입력부는 제 1 트랜지스터를 가지고, 상기 스위칭부는 제 2 트랜지스터 및 제 3 트랜지스터를 가지며, 상기 출력부는 상기 제 2 트랜지스터에 연결되는 제 1 저항 및 상기 제 3 트랜지스터에 연결되는 제 3 저항을 포함하고, 상기 입력부로부터 상기 제 2 트랜지스터 및 상기 제 3 트랜지스터가 만나는 노드로의 신호 패스는 상기 입력부로부터 상기 제 1 저항 및 제 2 저항이 만나는 노드로의 신호 패스와 별도로 형성되며, 상기 RF 신호는 상기 별도로 형성된 신호 패스를 통하여 상기 스위칭부로 전달되는 것을 특징으로 하는 주파수 혼합기. The semiconductor device of claim 1, wherein the input unit has a first transistor, the switching unit has a second transistor and a third transistor, and the output unit is connected to the first resistor and the third transistor. A signal path from the input to the node where the second transistor and the third transistor meet, the signal path being formed separately from the signal path from the input to the node where the first and second resistors meet, And the RF signal is transmitted to the switching unit through the separately formed signal path. 제7항에 있어서, 상기 제 1 트랜지스터와 상기 제 1 저항 및 제 2 저항이 만나는 노드 사이에 제 1 인덕터가 형성되되,
상기 제 1 인덕터는 AC 견지에서 무한대 저항을 가지면서 상기 제 1 트랜지스터, 상기 제 4 트랜지스터 또는 상기 제 5 트랜지스터에 형성된 기생 캐패시터와 공진하여 이득을 부스팅시키는 것을 특징으로 하는 주파수 혼합기. The method of claim 7, wherein a first inductor is formed between the first transistor and a node where the first resistor and the second resistor meet each other.
And the first inductor has an infinite resistance in terms of AC and resonates with a parasitic capacitor formed in the first transistor, the fourth transistor, or the fifth transistor to boost the gain. 제7항에 있어서, 상기 별도로 형성된 신호 패스 상에는 캐패시터가 형성되며, 전원부와 상기 제 2 트랜지스터 및 상기 제 3 트랜지스터가 만나는 노드 사이에는 제 2 인덕터가 형성되는 것을 특징으로 하는 주파수 혼합기. The frequency mixer of claim 7, wherein a capacitor is formed on the separately formed signal path, and a second inductor is formed between a power supply unit and a node where the second transistor and the third transistor meet each other. 제7항에 있어서, 상기 주파수 혼합기는,
상기 제 2 트랜지스터 및 상기 제 3 트랜지스터가 만나는 노드와 상기 제 1 저항 및 제 2 저항이 만나는 노드 사이에 연결되는 커런트 블리딩부를 더 포함하되,
상기 커런트 블리딩부는 엔-모스 트랜지스터인 제 4 트랜지스터 및 제 5 트랜지스터를 가지고, 상기 제 4 트랜지스터의 게이트단은 상기 제 2 트랜지스터와 상기 제 1 저항 사이에 연결되며, 상기 제 5 트랜지스터의 게이트단은 상기 제 3 트랜지스터와 상기 제 2 저항 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 주파수 혼합기. The method of claim 7, wherein the frequency mixer,
And a current bleeding unit connected between a node where the second transistor and the third transistor meet and a node where the first resistor and the second resistor meet each other.
The current bleeding unit has a fourth transistor and a fifth transistor, which are N-MOS transistors, a gate end of the fourth transistor is connected between the second transistor and the first resistor, and a gate end of the fifth transistor is connected to the fourth transistor. And a third mixer connected between the third transistor and the second resistor. RF 신호를 입력받는 입력부;
상기 RF 신호를 입력받아 IF 신호를 생성하는 스위칭부; 및
상기 스위칭부에 의해 생성된 IF 신호를 출력하는 출력부를 포함하되,
상기 입력부로부터 상기 스위칭부로 연결된 적어도 2개의 신호 패스들이 형성되고, 상기 신호 패스들 중 상기 입력부와 상기 스위칭부 또는 상기 출력부 사이의 신호 패스에는 상기 RF 신호를 차단하는 RF 신호 차단부가 형성되는 것을 특징으로 하는 주파수 혼합기. An input unit for receiving an RF signal;
A switching unit configured to receive the RF signal and generate an IF signal; And
An output unit for outputting the IF signal generated by the switching unit,
At least two signal paths connected from the input part to the switching part are formed, and an RF signal blocking part for blocking the RF signal is formed at a signal path between the input part and the switching part or the output part among the signal paths. Frequency mixer. 제11항에 있어서, 상기 RF 신호 차단부는 인덕터인 것을 특징으로 하는 주파수 혼합기. 12. The frequency mixer of claim 11, wherein the RF signal blocking unit is an inductor. 제11항에 있어서, 상기 입력부로부터 상기 RF 신호 차단부로의 신호 패스와 별도로 상기 입력부로부터 상기 스위칭부로의 신호 패스가 형성되되,
상기 입력부로부터 출력된 RF 신호가 상기 별도로 형성된 신호 패스를 통하여 상기 스위칭부로 전달되는 것을 특징으로 하는 주파수 혼합기. The method of claim 11, wherein a signal path from the input unit to the switching unit is formed separately from the signal path from the input unit to the RF signal blocking unit.
And the RF signal output from the input unit is transferred to the switching unit through the separately formed signal path. 제11항에 있어서, 상기 별도로 형성된 신호 패스 상에는 DC를 차단하는 캐패시터가 형성되는 것을 특징으로 하는 주파수 혼합기. 12. The frequency mixer of claim 11, wherein a capacitor for blocking DC is formed on the separately formed signal path. 제11항에 있어서, 상기 스위칭부는 적어도 2개의 트랜지스터들을 사용하되, 상기 트랜지스터들 중 적어도 하나는 피-모스 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 주파수 혼합기. The frequency mixer of claim 11, wherein the switching unit uses at least two transistors, and at least one of the transistors is a P-MOS transistor. 제11항에 있어서, 상기 주파수 혼합기는,
전원부; 및
상기 전원부와 상기 스위칭부 사이의 노드와 입력부와 상기 출력부 사이의 노드 사이에 연결된 커런트 블리딩부를 더 포함하되,
상기 커런트 블리딩부는 스위치드 바이어스 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 주파수 혼합기. The method of claim 11, wherein the frequency mixer,
A power supply unit; And
And a current bleeding unit connected between a node between the power supply unit and the switching unit and a node between an input unit and the output unit,
And the current bleeding unit has a switched bias structure. 제11항에 있어서, 상기 입력부는 제 1 트랜지스터를 가지고, 상기 스위칭부는 제 2 트랜지스터 및 제 3 트랜지스터를 가지며, 상기 출력부는 상기 제 2 트랜지스터에 연결되는 제 1 저항 및 상기 제 3 트랜지스터에 연결되는 제 3 저항을 포함하고, 상기 입력부로부터 상기 제 2 트랜지스터 및 상기 제 3 트랜지스터가 만나는 노드로의 신호 패스는 상기 입력부로부터 상기 제 1 저항 및 제 2 저항이 만나는 노드로의 신호 패스와 별도로 형성되며, 상기 제 1 트랜지스터와 상기 제 1 저항 및 제 2 저항이 만나는 노드 사이에 제 1 인덕터가 형성되고, 상기 제 1 인덕터는 상기 제 1 트랜지스터, 상기 제 4 트랜지스터 또는 상기 제 5 트랜지스터에 형성된 기생 캐패시터와 공진하여 이득을 부스팅시키는 것을 특징으로 하는 주파수 혼합기.

12. The display device of claim 11, wherein the input portion has a first transistor, the switching portion has a second transistor and a third transistor, and the output portion is connected to the first resistor and the third transistor. A signal path from the input to the node where the second transistor and the third transistor meet, the signal path being formed separately from the signal path from the input to the node where the first and second resistors meet, A first inductor is formed between a first transistor and a node where the first resistor and the second resistor meet, and the first inductor resonates with a parasitic capacitor formed in the first transistor, the fourth transistor, or the fifth transistor. A frequency mixer, characterized by boosting gain.

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