KR101481911B1 - Ｒｆ 부성저항 탱크를 결합한 트랜스포머 피드백 고주파 신호 발생기 - Google Patents

Ｒｆ 부성저항 탱크를 결합한 트랜스포머 피드백 고주파 신호 발생기 Download PDF

Info

Publication number
KR101481911B1
KR101481911B1 KR20130102614A KR20130102614A KR101481911B1 KR 101481911 B1 KR101481911 B1 KR 101481911B1 KR 20130102614 A KR20130102614 A KR 20130102614A KR 20130102614 A KR20130102614 A KR 20130102614A KR 101481911 B1 KR101481911 B1 KR 101481911B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
drain
transistor
gate
transformer
negative resistance
Prior art date
Application number
KR20130102614A
Other languages
English (en)
Inventor
홍종필
윤은승
Original Assignee
충북대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 충북대학교 산학협력단 filed Critical 충북대학교 산학협력단
Priority to KR20130102614A priority Critical patent/KR101481911B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101481911B1 publication Critical patent/KR101481911B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/08—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
    • H03B5/12—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device
    • H03B5/1296—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device the feedback circuit comprising a transformer
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/08—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
    • H03B5/12—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device
    • H03B5/1206—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device using multiple transistors for amplification
    • H03B5/1212—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device using multiple transistors for amplification the amplifier comprising a pair of transistors, wherein an output terminal of each being connected to an input terminal of the other, e.g. a cross coupled pair
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/08—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
    • H03B5/12—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device
    • H03B5/1231—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device the amplifier comprising one or more bipolar transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/08—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
    • H03B5/12—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device
    • H03B5/1237—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device comprising means for varying the frequency of the generator
    • H03B5/124—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device comprising means for varying the frequency of the generator the means comprising a voltage dependent capacitance
    • H03B5/1246—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device comprising means for varying the frequency of the generator the means comprising a voltage dependent capacitance the means comprising transistors used to provide a variable capacitance
    • H03B5/1253—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device comprising means for varying the frequency of the generator the means comprising a voltage dependent capacitance the means comprising transistors used to provide a variable capacitance the transistors being field-effect transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B2200/00—Indexing scheme relating to details of oscillators covered by H03B
    • H03B2200/003—Circuit elements of oscillators
    • H03B2200/0058—Circuit elements of oscillators with particular transconductance characteristics, e.g. an operational transconductance amplifier

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)

Abstract

본 발명은 CMOS 공정을 이용한 고주파 신호 발생기에 관한 것으로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 고주파 신호 발생기는 1차측 코일과 2차측 코일이 상호 인덕턴스로 결합된 트랜스포머, 드레인이 상기 트랜스포머의 1차측 코일과 연결되고, 소스가 접지에 연결되고, 상호 교차 결합된 한 쌍의 코어(Core) 트랜지스터, 드레인이 상기 트랜스포머의 2차측 코일과 연결되고, 게이트가 상기 코어 트랜지스터의 게이트와 드레인이 만나는 교점과 교차 연결되고, 드레인에 출력단이 형성되어 있는 한 쌍의 피드백(Feedback) 트랜지스터 및 상기 트랜스포머의 1차측 코일과 병렬로 연결되어 있으며, 상기 트랜스포머의 인덕턴스 값을 낮추고, 부성저항을 제공하여 발진조건을 만족시키기 위한 RF 부성저항 탱크를 포함한다. 본 발명에 의하면 트랜스포머 피드백 구조에 RF 부성저항 탱크를 결합함으로써, RF 부성저항 탱크가 제공하는 인덕터가 병렬로 연결되어 인덕터의 값을 낮추게 되고, 이에 따라 발진 주파수를 높일 수 있는 효과가 있다.

Description

ＲＦ 부성저항 탱크를 결합한 트랜스포머 피드백 고주파 신호 발생기 {TRANSFORMER FEED-BACK HIGH FREQUENCY SIGNAL GENERATOR WITH RF NEGATIVE RESISTANCE TANK}
본 발명은 CMOS 공정을 이용한 고주파 신호 발생기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 RF 부성저항 탱크를 결합한 트랜스포머 피드백 구조를 이용한 고주파 신호 발생기와, 이를 이용한 광대역통신 및 의료영상 장치에 관한 것이다.
CMOS 전압제어발진기는 저렴한 비용과 높은 수율로 인해 계속 연구되고 있다. 하지만 다른 화합물기반의 반도체에 비해서 차단주파수(cut-off frequency)의 제한으로 고주파 사용에 어려움이 있다.
발진주파수는 차단주파수에 제한을 받게 되는데, 발진주파수가 차단주파수에 도달하지 못하는 이유 중 하나가 기생 커패시터 때문이다. 전압제어발진기의 발진주파수는 점점 높아지는 추세이고, THz영역은 아직 그 분야가 많이 계발되지 않았고 다양한 영역에서 새롭게 대두되는 분야로서, THz 영역에 도전하기 위해선 이런 기생 커패시터의 영향을 극복해야 한다.
또한 고주파수 발진으로 갈수록 발진기의 출력파워가 낮아지게 되는데, 높은 출력파워를 내기 위해서 전류를 키워주면 소비전력이 높아지게 되는 단점이 있다.
종래의 CMOS 전압제어발진기를 고주파에 이용하려면 일반적으로 인덕터의 값을 낮춰야 한다. 하지만 인덕터의 값을 낮추게 되면 Q값이 작아져서 발진을 하지 않을 수 있다. 이를 해결하기 위해 트랜지스터의 크기를 키운다면, 결국 기생 커패시터를 키우게 되므로 해결책이 될 수 없다. 고주파 신호 발생기로 이용하기 위해서는 이러한 문제점을 해결해야 한다.
도 1은 종래의 교차결합 전압제어발진기를 도시한 것이다. 가장 많이 쓰이는 CMOS 전압제어발진기 구조이지만, 인덕터의 기생 커패시터와 출력단 버퍼에서 보이는 로드 커패시터(CL)의 영향으로 발진주파수가 차단주파수에 미치지 못해 고주파 신호 발생기 이용에 어려움이 있다.
대한민국 공개특허 10-2011-0011512
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, RF 부성 저항 탱크와 트랜스포머 피드백 구조를 이용하여 높은 발진주파수를 발생시킬 수 있는 고주파 신호 발생기를 제안하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 트랜지스터의 크기를 키우지 않고도 높은 출력파워를 얻을 수 있는 고주파 신호 발생기를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 실시예에 따른 고주파 신호 발생기는 1차측 코일과 2차측 코일이 상호 인덕턴스로 결합된 트랜스포머, 드레인이 상기 트랜스포머의 1차측 코일과 연결되고, 소스가 접지에 연결되고, 상호 교차 결합된 한 쌍의 코어(Core) 트랜지스터, 드레인이 상기 트랜스포머의 2차측 코일과 연결되고, 게이트가 상기 코어 트랜지스터의 게이트와 드레인이 만나는 교점과 교차 연결되고, 드레인에 출력단이 형성되어 있는 한 쌍의 피드백(Feedback) 트랜지스터 및 상기 트랜스포머의 1차측 코일과 병렬로 연결되어 있으며, 상기 트랜스포머의 인덕턴스 값을 낮추고, 부성저항을 제공하여 발진조건을 만족시키기 위한 RF 부성저항 탱크를 포함한다.
상기 한 쌍의 코어 트랜지스터는 NMOS 트랜지스터로서, 드레인이 상기 1차측 코일의 일측에 연결되고, 소스가 접지에 연결되고, 게이트가 제2 코어 트랜지스터의 드레인에 연결되는 제1 코어 트랜지스터와, 드레인이 상기 1차측 코일의 타측에 연결되고, 소스가 접지에 연결되고, 게이트가 제1 코어 트랜지스터의 드레인에 연결되는 제2 코어 트랜지스터로 이루어질 수 있다.
상기 한 쌍의 피드백 트랜지스터는 NMOS 트랜지스터로서, 드레인이 상기 2차측 코일의 일측에 연결되고, 소스가 접지에 연결되고, 게이트가 상기 제1 코어 트랜지스터의 게이트에 연결되는 제1 피드백 트랜지스터와, 드레인이 상기 2차측 코일의 타측에 연결되고, 소스가 접지에 연결되고, 게이트가 상기 제2 코어 트랜지스터의 게이트에 연결되는 제2 피드백 트랜지스터로 이루어질 수 있다.
상기 RF 부성저항 탱크는, 소스가 상기 1차측 코일의 일측에 연결되고, 드레인이 전원에 연결되는 제1 부성저항 트랜지스터, 소스가 상기 1차측 코일의 타측에 연결되고, 드레인이 전원에 연결되는 제2 부성저항 트랜지스터 및 상기 제1 부성저항 트랜지스터의 게이트와 상기 제2 부성저항 트랜지스터의 게이트 사이에 연결되어 있는 인덕터를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 고주파 신호 발생기는 상기 1차측 코일에 병렬로 연결된 제1 가변 커패시터와 제2 가변 커패시터를 더 포함하고, 상기 제1 가변 커패시터와 제2 가변 커패시터의 제어 전압을 조절하는 방식으로 발진주파수를 제어할 수 있다.
상기 고주파 신호 발생기는 상기 2차측 코일에 병렬로 연결된 제3 가변 커패시터와 제4 가변 커패시터를 더 포함하고, 상기 제3 가변 커패시터와 제4 가변 커패시터의 제어 전압을 조절하는 방식으로 출력 신호의 주파수를 변경할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 고주파 신호 발생기는 1차측 코일과 2차측 코일이 상호 인덕턴스로 결합된 트랜스포머, 드레인이 상기 트랜스포머의 1차측 코일과 연결되고, 소스가 접지에 연결되고, 상호 교차 결합된 한 쌍의 코어(Core) 트랜지스터, 드레인이 상기 트랜스포머의 2차측 코일과 연결되고, 게이트가 상기 코어 트랜지스터의 게이트와 드레인이 만나는 교점과 교차 연결되고, 드레인에 출력단이 형성되어 있는 한 쌍의 피드백(Feedback) 트랜지스터 및 상기 트랜스포머의 2차측 코일과 병렬로 연결되어 있으며, 상기 트랜스포머의 인덕턴스 값을 낮추고, 부성저항을 제공하여 발진조건을 만족시키기 위한 RF 부성저항 탱크를 포함한다.
상기 한 쌍의 코어 트랜지스터는 NMOS 트랜지스터로서, 드레인이 상기 1차측 코일의 일측에 연결되고, 소스가 접지에 연결되고, 게이트가 제2 코어 트랜지스터의 드레인에 연결되는 제1 코어 트랜지스터와, 드레인이 상기 1차측 코일의 타측에 연결되고, 소스가 접지에 연결되고, 게이트가 제1 코어 트랜지스터의 드레인에 연결되는 제2 코어 트랜지스터로 이루어질 수 있다.
상기 한 쌍의 피드백 트랜지스터는 NMOS 트랜지스터로서, 드레인이 상기 2차측 코일의 일측에 연결되고, 소스가 접지에 연결되고, 게이트가 상기 제1 코어 트랜지스터의 게이트에 연결되는 제1 피드백 트랜지스터와, 드레인이 상기 2차측 코일의 타측에 연결되고, 소스가 접지에 연결되고, 게이트가 상기 제2 코어 트랜지스터의 게이트에 연결되는 제2 피드백 트랜지스터로 이루어질 수 있다.
상기 RF 부성저항 탱크는, 소스가 상기 2차측 코일의 일측에 연결되고, 드레인이 전원에 연결되는 제1 부성저항 트랜지스터, 소스가 상기 2차측 코일의 타측에 연결되고, 드레인이 전원에 연결되는 제2 부성저항 트랜지스터 및 상기 제1 부성저항 트랜지스터의 게이트와 상기 제2 부성저항 트랜지스터의 게이트 사이에 연결되어 있는 인덕터를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 고주파 신호 발생기는 상기 1차측 코일에 병렬로 연결된 제1 가변 커패시터와 제2 가변 커패시터를 더 포함하고, 상기 제1 가변 커패시터와 제2 가변 커패시터의 제어 전압을 조절하는 방식으로 발진주파수를 제어할 수 있다.
상기 고주파 신호 발생기는 상기 2차측 코일에 병렬로 연결된 제3 가변 커패시터와 제4 가변 커패시터를 더 포함하고, 상기 제3 가변 커패시터와 제4 가변 커패시터의 제어 전압을 조절하는 방식으로 출력 신호의 주파수를 변경할 수 있다.
본 발명에 의하면 트랜스포머 피드백 구조에 RF 부성저항 탱크를 결합함으로써, RF 부성저항 탱크가 제공하는 인덕터가 병렬로 연결되어 인덕터의 값을 낮추게 되고, 이에 따라 발진 주파수를 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, RF 부성저항 탱크는 인덕터와 같이 부성저항도 제공하므로 작은 트랜지스터 크기를 키우지 않고도 높은 트랜스 컨덕턴스(gm)를 얻을 수 있어서, 출력전압을 높일 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 교차결합 전압제어발진기 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 트랜스포머 피드백 구조와 RF 부성저항 탱크가 트랜스포머 1차측과 결합된 고주파 신호 발생기 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 트랜스포머 피드백 구조와 RF 부성저항 탱크가 트랜스포머 2차측과 결합된 고주파 신호 발생기 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 RF 부성저항 탱크와 그 등가회로를 도시한 도면이다.
도 5는 종래의 교차 결합 발진기와 본 발명에 따른 고주파 신호 발생기의 발진주파수를 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 신호 발생기가 포함된 신호 송수신기의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 신호 발생기가 포함된 의료영상 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 갖는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 트랜스포머 피드백 구조와 RF 부성저항 탱크가 트랜스포머 1차측과 결합된 고주파 신호 발생기 구조를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 고주파 신호 발생기는 트랜스포머(L2, L3), 한 쌍의 코어(Core) 트랜지스터(Mc), 한 쌍의 피드백(Feedback) 트랜지스터(Mfb), RF 부성저항 탱크를 포함한다.
트랜스포머는 1차측 코일(L3)과, 2차측 코일(L2)이 상호 인덕턴스(M)로 결합되어 있다.
한 쌍의 코어(Core) 트랜지스터(Mc)는 드레인이 트랜스포머의 1차측 코일(L3)과 연결되고, 소스가 접지에 연결되고, 상호 교차 결합되어 있다.
한 쌍의 피드백(Feedback) 트랜지스터(Mfb)는 드레인이 트랜스포머의 2차측 코일(L2)과 연결되고, 게이트가 코어 트랜지스터(Mc)의 게이트와 드레인이 만나는 교점과 교차 연결되고, 드레인에 출력단(Vout+, Vout-)이 형성되어 있다.
RF 부성저항 탱크는 트랜스포머의 1차측 코일(L3)과 병렬로 연결되어 있으며, 트랜스포머의 인덕턴스 값을 낮추고, 부성저항을 제공하여 발진조건을 만족시키는 역할을 한다.
한 쌍의 코어 트랜지스터(Mc)는 NMOS(N channel Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터(transistor)로서, 드레인이 1차측 코일(L3)의 일측에 연결되고, 소스가 접지에 연결되고, 게이트가 제2 코어 트랜지스터의 드레인에 연결되는 제1 코어 트랜지스터와, 드레인이 1차측 코일(L3)의 타측에 연결되고, 소스가 접지에 연결되고, 게이트가 제1 코어 트랜지스터의 드레인에 연결되는 제2 코어 트랜지스터로 이루어진다.
한 쌍의 피드백 트랜지스터(Mfb)는 NMOS 트랜지스터로서, 드레인이 2차측 코일(L2)의 일측에 연결되고, 소스가 접지에 연결되고, 게이트가 제1 코어 트랜지스터의 게이트에 연결되는 제1 피드백 트랜지스터와, 드레인이 2차측 코일(L2)의 타측에 연결되고, 소스가 접지에 연결되고, 게이트가 제2 코어 트랜지스터의 게이트에 연결되는 제2 피드백 트랜지스터로 이루어진다.
RF 부성저항 탱크(Negative resistance tank)는 하나의 인덕터(L1)와 한 쌍의 부성저항 트랜지스터(Mgm)를 포함하여 이루어진다.
제1 부성저항 트랜지스터는 소스가 1차측 코일(L3)의 일측에 연결되고, 드레인이 전원(VDD)에 연결된다.
제2 부성저항 트랜지스터는 소스가 1차측 코일(L3)의 타측에 연결되고, 드레인이 전원(VDD)에 연결된다.
인덕터(L1)는 제1 부성저항 트랜지스터의 게이트와 제2 부성저항 트랜지스터의 게이트 사이에 연결되어 있다.
본 발명에서 1차측 코일(L3)에 한 쌍의 가변 커패시터(Cvar)를 연결하고, 제어 전압(Vcont)을 조절하는 방식으로 발진주파수를 제어할 수 있다.
본 발명에서 2차측 코일(L2)에 한 쌍의 가변 커패시터(Cvar')를 연결하고, 제어 전압(Vcont)을 조절하는 방식으로 발진주파수를 제어할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 트랜스포머 피드백 구조와 RF 부성저항 탱크가 트랜스포머 2차측과 결합된 고주파 신호 발생기 구조를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 고주파 신호 발생기는 트랜스포머(L2, L3), 한 쌍의 코어(Core) 트랜지스터(Mc), 한 쌍의 피드백(Feedback) 트랜지스터(Mfb), RF 부성저항 탱크를 포함한다.
트랜스포머는 1차측 코일(L3)과, 2차측 코일(L2)이 상호 인덕턴스(M)로 결합되어 있다.
한 쌍의 코어(Core) 트랜지스터(Mc)는 드레인이 트랜스포머의 1차측 코일(L3)과 연결되고, 소스가 접지에 연결되고, 상호 교차 결합되어 있다.
한 쌍의 피드백(Feedback) 트랜지스터(Mfb)는 드레인이 트랜스포머의 2차측 코일(L2)과 연결되고, 게이트가 코어 트랜지스터(Mc)의 게이트와 드레인이 만나는 교점과 교차 연결되고, 드레인에 출력단(Vout+, Vout-)이 형성되어 있다.
RF 부성저항 탱크는 트랜스포머의 2차측 코일(L2)과 병렬로 연결되어 있으며, 트랜스포머의 인덕턴스 값을 낮추고, 부성저항을 제공하여 발진조건을 만족시키는 역할을 한다.
한 쌍의 코어 트랜지스터(Mc)는 NMOS(N channel Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터(transistor)로서, 드레인이 1차측 코일(L3)의 일측에 연결되고, 소스가 접지에 연결되고, 게이트가 제2 코어 트랜지스터의 드레인에 연결되는 제1 코어 트랜지스터와, 드레인이 1차측 코일(L3)의 타측에 연결되고, 소스가 접지에 연결되고, 게이트가 제1 코어 트랜지스터의 드레인에 연결되는 제2 코어 트랜지스터로 이루어진다.
한 쌍의 피드백 트랜지스터(Mfb)는 NMOS 트랜지스터로서, 드레인이 2차측 코일(L2)의 일측에 연결되고, 소스가 접지에 연결되고, 게이트가 제1 코어 트랜지스터의 게이트에 연결되는 제1 피드백 트랜지스터와, 드레인이 2차측 코일(L2)의 타측에 연결되고, 소스가 접지에 연결되고, 게이트가 제2 코어 트랜지스터의 게이트에 연결되는 제2 피드백 트랜지스터로 이루어진다.
RF 부성저항 탱크(Negative resistance tank)는 하나의 인덕터(L1)와 한 쌍의 부성저항 트랜지스터(Mgm)를 포함하여 이루어진다.
제1 부성저항 트랜지스터는 소스가 1차측 코일(L3)의 일측에 연결되고, 드레인이 전원(VDD)에 연결된다.
제2 부성저항 트랜지스터는 소스가 1차측 코일(L3)의 타측에 연결되고, 드레인이 전원(VDD)에 연결된다.
인덕터(L1)는 제1 부성저항 트랜지스터의 게이트와 제2 부성저항 트랜지스터의 게이트 사이에 연결되어 있다.
본 발명에서 1차측 코일(L3)에 한 쌍의 가변 커패시터(Cvar)를 연결하고, 제어 전압(Vcont)을 조절하는 방식으로 발진주파수를 제어할 수 있다.
본 발명에서 2차측 코일(L2)에 한 쌍의 가변 커패시터(Cvar')를 연결하고, 제어 전압(Vcont)을 조절하는 방식으로 발진주파수를 제어할 수 있다.
본 발명에서 RF 부성저항 탱크는 하나의 인덕터(L1), 한 쌍의 부성저항 트랜지스터(Mgm)로 구성되어 있다.
트랜스포머 피드백 구조는 하나의 트랜스포머(L2, L3), 한 쌍의 코어 트랜지스터(Mc), 그리고 한 쌍의 피드백 트랜지스터(Mfb)로 구성되어 있다. 트랜스포머(L2, L3)는 상호인덕턴스(M)로 결합되어 있다.
트랜스포머 피드백 구조의 코어 트랜지스터(Mc)는 종래의 교차결합 전압제어발진기와 같이 드레인이 트랜스포머(L3)와 연결되어 있다. 교차연결된 코어 트랜지스터(Mc)의 게이트와 드레인이 만나는 교점과 피드백 트랜지스터(Mfb)의 게이트가 연결되어 트랜스포머(L2)를 통해 피드백 된다. 트랜스포머 피드백 구조는 인덕터가 연결된 종래의 교차결합 발진기에 비해 트랜스포머(L2, L3)의 기생 커패시터와 피드백 트랜지스터(Mfb) 드레인 출력에서 보이는 로드 커패시터의 영향을 줄여 주파수를 높이는 역할을 한다.
도 4는 RF 부성저항 탱크와 그 등가회로를 도시한 도면이다.
도 4의 회로도는 고전적인 부성저항을 생성하는 회로의 모습이다. 부성저항 트랜지스터의 소스 쪽에서 바라본 임피던스를 계산해보면 다음 식과 같다.
Figure 112013078693865-pat00001
이 상태에서 주파수가 높아지게 되면 허수부는 인덕턴스 성분이 되고, 실수부는 부성저항 성분이 된다. 이로써 RF 부성저항 탱크는 고주파수에서 인덕터와 부성저항을 제공함을 확인할 수 있다.
인덕터가 연결된 종래의 교차결합 발진기와 트랜스포머 피드백 구조의 발진주파수를 비교해보면 다음 수학식 2와 같다. 여기서, 커패시터 감소의 공정한 비교를 위해 인덕터(L)는 2(L+M)이라는 값으로 정의하기로 한다.
Figure 112013078693865-pat00002
도 2 및 도 3의 회로도에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 트랜스포머 피드백 구조를 이용함으로써, 인덕터의 기생 커패시터와(Cp) 출력단의 로드 커패시터(CL)의 영향을 각각 1/2배, 1/4배 만큼 줄일 수 있고, 그 결과 주파수를 높여줄 수 있다.
도 2 및 도 3에 예시된 본 발명에 따르면 트랜스포머 피드백 구조에 RF 부성저항 탱크를 결합함으로써, 상기 수학식에 RF 부성저항 탱크가 제공하는 인덕터가 병렬로 연결되어 인덕터의 값을 낮춰서 발진 주파수를 높일 수 있다. 이를 수학식으로 나타내면 다음과 같다.
Figure 112013078693865-pat00003
여기서, Ltank는 트랜스포머 피드백 구조의 인덕터이고, Leq는 RF 부성저항 탱크의 인덕터이다.
이처럼, 본 발명에서 RF 부성저항 탱크는 인덕터와 같이 부성저항도 제공하므로, 작은 트랜지스터 크기를 키우지 않고 높은 트랜스컨덕턴스(gm)를 얻을 수 있어, 출력전압을 높일 수 있다는 장점이 있다.
도 5는 종래의 교차결합된 발진기와 본 발명에서 제안한 고주파 신호 발생기의 발진 주파수를 도시한 그래프이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 고주파 신호 발생기가, 도 1에 도시된 종래의 교차 결합된 발진기에 비해 발진주파수가 증가함을 확인할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 신호 발생기가 포함된 신호 송수신기의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 신호 발생기가 포함된 의료영상 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
이처럼, 본 발명의 고주파 신호 발생기는 신호 송수신기, 의료 영상 장치 등 다양한 관련 분야에서 응용될 수 있다.
이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.
L2 2차측 코일 L3 1차측 코일
L1 인덕터 Mc 코어 트랜지스터
Mfb 피드백 트랜지스터 Mgm 부성저항 트랜지스터

Claims (12)

1차측 코일과 2차측 코일이 상호 인덕턴스로 결합된 트랜스포머;
드레인이 상기 트랜스포머의 1차측 코일과 연결되고, 소스가 접지에 연결되고, 상호 교차 결합된 한 쌍의 코어(Core) 트랜지스터;
드레인이 상기 트랜스포머의 2차측 코일과 연결되고, 게이트가 상기 코어 트랜지스터의 게이트와 드레인이 만나는 교점과 교차 연결되고, 드레인에 출력단이 형성되어 있는 한 쌍의 피드백(Feedback) 트랜지스터; 및
상기 트랜스포머의 1차측 코일과 병렬로 연결되어 있으며, 상기 트랜스포머의 인덕턴스 값을 낮추고, 부성저항을 제공하여 발진조건을 만족시키기 위한 RF 부성저항 탱크를 포함하되,
상기 한 쌍의 코어 트랜지스터는 NMOS 트랜지스터로서,
드레인이 상기 1차측 코일의 일측에 연결되고, 소스가 접지에 연결되고, 게이트가 제2 코어 트랜지스터의 드레인에 연결되는 제1 코어 트랜지스터와,
드레인이 상기 1차측 코일의 타측에 연결되고, 소스가 접지에 연결되고, 게이트가 제1 코어 트랜지스터의 드레인에 연결되는 제2 코어 트랜지스터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고주파 신호 발생기.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 한 쌍의 피드백 트랜지스터는 NMOS 트랜지스터로서,
드레인이 상기 2차측 코일의 일측에 연결되고, 소스가 접지에 연결되고, 게이트가 상기 제1 코어 트랜지스터의 게이트에 연결되는 제1 피드백 트랜지스터와,
드레인이 상기 2차측 코일의 타측에 연결되고, 소스가 접지에 연결되고, 게이트가 상기 제2 코어 트랜지스터의 게이트에 연결되는 제2 피드백 트랜지스터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고주파 신호 발생기.
청구항 3에 있어서,
상기 RF 부성저항 탱크는,
소스가 상기 1차측 코일의 일측에 연결되고, 드레인이 전원에 연결되는 제1 부성저항 트랜지스터;
소스가 상기 1차측 코일의 타측에 연결되고, 드레인이 전원에 연결되는 제2 부성저항 트랜지스터; 및
상기 제1 부성저항 트랜지스터의 게이트와 상기 제2 부성저항 트랜지스터의 게이트 사이에 연결되어 있는 인덕터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고주파 신호 발생기.
청구항 1에 있어서,
상기 고주파 신호 발생기는 상기 1차측 코일에 병렬로 연결된 제1 가변 커패시터와 제2 가변 커패시터를 더 포함하고,
상기 제1 가변 커패시터와 제2 가변 커패시터의 제어 전압을 조절하는 방식으로 발진주파수를 제어하는 것을 특징으로 하는 고주파 신호 발생기.
청구항 1에 있어서,
상기 고주파 신호 발생기는 상기 2차측 코일에 병렬로 연결된 제3 가변 커패시터와 제4 가변 커패시터를 더 포함하고,
상기 제3 가변 커패시터와 제4 가변 커패시터의 제어 전압을 조절하는 방식으로 출력 신호의 주파수를 변경하는 것을 특징으로 하는 고주파 신호 발생기.
1차측 코일과 2차측 코일이 상호 인덕턴스로 결합된 트랜스포머;
드레인이 상기 트랜스포머의 1차측 코일과 연결되고, 소스가 접지에 연결되고, 상호 교차 결합된 한 쌍의 코어(Core) 트랜지스터;
드레인이 상기 트랜스포머의 2차측 코일과 연결되고, 게이트가 상기 코어 트랜지스터의 게이트와 드레인이 만나는 교점과 교차 연결되고, 드레인에 출력단이 형성되어 있는 한 쌍의 피드백(Feedback) 트랜지스터; 및
상기 트랜스포머의 2차측 코일과 병렬로 연결되어 있으며, 상기 트랜스포머의 인덕턴스 값을 낮추고, 부성저항을 제공하여 발진조건을 만족시키기 위한 RF 부성저항 탱크를 포함하되,
상기 한 쌍의 코어 트랜지스터는 NMOS 트랜지스터로서,
드레인이 상기 1차측 코일의 일측에 연결되고, 소스가 접지에 연결되고, 게이트가 제2 코어 트랜지스터의 드레인에 연결되는 제1 코어 트랜지스터와,
드레인이 상기 1차측 코일의 타측에 연결되고, 소스가 접지에 연결되고, 게이트가 제1 코어 트랜지스터의 드레인에 연결되는 제2 코어 트랜지스터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고주파 신호 발생기.
삭제
청구항 7에 있어서,
상기 한 쌍의 피드백 트랜지스터는 NMOS 트랜지스터로서,
드레인이 상기 2차측 코일의 일측에 연결되고, 소스가 접지에 연결되고, 게이트가 상기 제1 코어 트랜지스터의 게이트에 연결되는 제1 피드백 트랜지스터와,
드레인이 상기 2차측 코일의 타측에 연결되고, 소스가 접지에 연결되고, 게이트가 상기 제2 코어 트랜지스터의 게이트에 연결되는 제2 피드백 트랜지스터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고주파 신호 발생기.
청구항 9에 있어서,
상기 RF 부성저항 탱크는,
소스가 상기 2차측 코일의 일측에 연결되고, 드레인이 전원에 연결되는 제1 부성저항 트랜지스터;
소스가 상기 2차측 코일의 타측에 연결되고, 드레인이 전원에 연결되는 제2 부성저항 트랜지스터; 및
상기 제1 부성저항 트랜지스터의 게이트와 상기 제2 부성저항 트랜지스터의 게이트 사이에 연결되어 있는 인덕터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고주파 신호 발생기.
청구항 7에 있어서,
상기 고주파 신호 발생기는 상기 1차측 코일에 병렬로 연결된 제1 가변 커패시터와 제2 가변 커패시터를 더 포함하고,
상기 제1 가변 커패시터와 제2 가변 커패시터의 제어 전압을 조절하는 방식으로 발진주파수를 제어하는 것을 특징으로 하는 고주파 신호 발생기.
청구항 7에 있어서,
상기 고주파 신호 발생기는 상기 2차측 코일에 병렬로 연결된 제3 가변 커패시터와 제4 가변 커패시터를 더 포함하고,
상기 제3 가변 커패시터와 제4 가변 커패시터의 제어 전압을 조절하는 방식으로 출력 신호의 주파수를 변경하는 것을 특징으로 하는 고주파 신호 발생기.
KR20130102614A 2013-08-28 2013-08-28 Ｒｆ 부성저항 탱크를 결합한 트랜스포머 피드백 고주파 신호 발생기 KR101481911B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20130102614A KR101481911B1 (ko) 2013-08-28 2013-08-28 Ｒｆ 부성저항 탱크를 결합한 트랜스포머 피드백 고주파 신호 발생기

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20130102614A KR101481911B1 (ko) 2013-08-28 2013-08-28 Ｒｆ 부성저항 탱크를 결합한 트랜스포머 피드백 고주파 신호 발생기

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101481911B1 true KR101481911B1 (ko) 2015-01-15

Family

ID=52588848

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR20130102614A KR101481911B1 (ko) 2013-08-28 2013-08-28 Ｒｆ 부성저항 탱크를 결합한 트랜스포머 피드백 고주파 신호 발생기

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101481911B1 (ko)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160092735A (ko) * 2015-01-28 2016-08-05 충북대학교 산학협력단 트랜스포머 출력단과 트랜스포머 피드백 rf 부성저항 교차 결합 발진기 구조를 이용한 고출력 신호 발생기
KR101678786B1 (ko) * 2015-07-06 2016-12-06 충북대학교 산학협력단 Ｒｆ 부성 저항 탱크와 트랜스포머 피드백을 이용한 주입동기 주파수 분배기
KR20170006166A (ko) * 2015-07-07 2017-01-17 충북대학교 산학협력단 콜피츠 발진기와 트랜스포머 피드백 발진기의 병렬 트랜스포머 결합을 이용한 고주파 및 고출력 신호 발생기
KR20170006772A (ko) * 2015-07-09 2017-01-18 충북대학교 산학협력단 직렬 콜피츠 발진기의 피드백을 이용한 고주파 및 고출력 신호 발생기
KR101799902B1 (ko) * 2016-09-06 2017-11-21 충북대학교 산학협력단 병렬 트랜스포머 결합과 콜피츠 발진기의 드레인-소스 피드백을 이용한 고출력 고주파 신호 발생기
KR101932341B1 (ko) 2017-06-20 2018-12-24 충북대학교 산학협력단 콜피츠 발진기
CN113746429A (zh) * 2021-09-06 2021-12-03 芯灵通(天津)科技有限公司 一种基于变压器耦合的堆叠压控振荡器

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001111341A (ja) * 1999-10-05 2001-04-20 Toshiba Corp 電圧制御発振装置
JP2005124098A (ja) * 2003-10-20 2005-05-12 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 電圧制御発振器

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001111341A (ja) * 1999-10-05 2001-04-20 Toshiba Corp 電圧制御発振装置
JP2005124098A (ja) * 2003-10-20 2005-05-12 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 電圧制御発振器

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160092735A (ko) * 2015-01-28 2016-08-05 충북대학교 산학협력단 트랜스포머 출력단과 트랜스포머 피드백 rf 부성저항 교차 결합 발진기 구조를 이용한 고출력 신호 발생기
KR101678764B1 (ko) 2015-01-28 2016-11-22 충북대학교 산학협력단 트랜스포머 출력단과 트랜스포머 피드백 rf 부성저항 교차 결합 발진기 구조를 이용한 고출력 신호 발생기
KR101678786B1 (ko) * 2015-07-06 2016-12-06 충북대학교 산학협력단 Ｒｆ 부성 저항 탱크와 트랜스포머 피드백을 이용한 주입동기 주파수 분배기
KR20170006166A (ko) * 2015-07-07 2017-01-17 충북대학교 산학협력단 콜피츠 발진기와 트랜스포머 피드백 발진기의 병렬 트랜스포머 결합을 이용한 고주파 및 고출력 신호 발생기
KR101706854B1 (ko) 2015-07-07 2017-02-14 충북대학교 산학협력단 콜피츠 발진기와 트랜스포머 피드백 발진기의 병렬 트랜스포머 결합을 이용한 고주파 및 고출력 신호 발생기
KR20170006772A (ko) * 2015-07-09 2017-01-18 충북대학교 산학협력단 직렬 콜피츠 발진기의 피드백을 이용한 고주파 및 고출력 신호 발생기
KR101726055B1 (ko) 2015-07-09 2017-04-13 충북대학교 산학협력단 직렬 콜피츠 발진기의 피드백을 이용한 고주파 및 고출력 신호 발생기
KR101799902B1 (ko) * 2016-09-06 2017-11-21 충북대학교 산학협력단 병렬 트랜스포머 결합과 콜피츠 발진기의 드레인-소스 피드백을 이용한 고출력 고주파 신호 발생기
KR101932341B1 (ko) 2017-06-20 2018-12-24 충북대학교 산학협력단 콜피츠 발진기
CN113746429A (zh) * 2021-09-06 2021-12-03 芯灵通(天津)科技有限公司 一种基于变压器耦合的堆叠压控振荡器
CN113746429B (zh) * 2021-09-06 2024-03-19 芯灵通(天津)科技有限公司 一种基于变压器耦合的堆叠压控振荡器

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101481911B1 (ko) Ｒｆ 부성저항 탱크를 결합한 트랜스포머 피드백 고주파 신호 발생기
US11646697B2 (en) Resonator circuit
US9490745B1 (en) Voltage-controlled oscillator
US8823463B2 (en) Oscillator circuit and method for generating an oscillation
JP2011101322A (ja) 発振回路及び半導体装置
US10355643B2 (en) Differential Colpitts voltage-controlled oscillator
US9774310B2 (en) Common mode noise suppressing device
JP4836030B2 (ja) Ｌｃ発振回路
US20190081595A1 (en) Voltage waveform shaping oscillator
KR101479856B1 (ko) 교차 결합된 상보형 트랜지스터와 트랜스포머 커플링을 이용한 고주파 신호 발생기
US9595943B2 (en) Implementing broadband resonator for resonant clock distribution
KR101678786B1 (ko) Ｒｆ 부성 저항 탱크와 트랜스포머 피드백을 이용한 주입동기 주파수 분배기
KR101678738B1 (ko) 병렬 파워결합 트랜스포머와 ｒｆ 부성저항 교차 결합 발진기 구조를 이용한 고출력 신호 발생기
KR101706855B1 (ko) 교차 결합된 상보형 트랜지스터와 트랜스포머 커플링을 이용한 주입동기 주파수 분배기
KR101799902B1 (ko) 병렬 트랜스포머 결합과 콜피츠 발진기의 드레인-소스 피드백을 이용한 고출력 고주파 신호 발생기
KR101706854B1 (ko) 콜피츠 발진기와 트랜스포머 피드백 발진기의 병렬 트랜스포머 결합을 이용한 고주파 및 고출력 신호 발생기
Chlis et al. A novel differential Hartley CMOS oscillator circuit topology
CN205490422U (zh) 一种适合宽带调谐的压控振荡器
KR101678764B1 (ko) 트랜스포머 출력단과 트랜스포머 피드백 rf 부성저항 교차 결합 발진기 구조를 이용한 고출력 신호 발생기
KR101726055B1 (ko) 직렬 콜피츠 발진기의 피드백을 이용한 고주파 및 고출력 신호 발생기
Meharde et al. Low Voltage CMOS Active Inductor with Bandwidth and Linearity Improvement
KR101726084B1 (ko) 콜피츠 발진기와 교차 결합 발진기의 병렬 트랜스포머 결합을 이용한 고주파 및 고출력 신호 발생기
CN111884622B (zh) 一种宽频带工作的差分有源电感
KR101563805B1 (ko) Ｒｆ 부성저항 회로와 교차 결합된 상보형 발진기를 이용한 신호 발생기
KR101563408B1 (ko) 저 전력과 저 위상 잡음의 특성을 가지는 컴플리멘터리 콜피츠 전압 제어 발진기

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180103

Year of fee payment: 4