KR101646226B1 - 초광대역 임펄스 발생기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 입력단 및 출력단을 갖는 초광대역 임펄스 발생기는, 제1 펄스 발생부, 발진 신호 발생부, 및 임펄스 발생부를 포함한다. 제1 펄스 발생부는, 입력단을 통해 데이터 신호를 입력 받고, 데이터 신호를 이용하여 제1 펄스 신호를 발생시킨다. 발진 신호 발생부는, 제1 펄스 신호를 입력 받고, 제1 펄스 신호를 이용하여 발진 신호를 발생시킨다. 임펄스 발생부는, 발진 신호를 입력 받고, 출력단으로 일정한 시간 구간에서만 발진 신호를 통과시켜 임펄스 신호를 발생시킨다. 이와 같이, 본 발명에 따른 초광대역 임펄스 발생기는 발진 신호의 일부를 선택적으로 출력하여 임펄스 신호를 발생시키기 때문에, 발진 신호가 출력되는 시간폭을 제어하여 원하는 대역폭의 임펄스 신호를 발생시킬 수 있다. 또한, 발진 신호가 안정된 진폭을 가진 후에 출력되게 할 수 있으므로, 중심 주파수와 관계없이 일정한 크기의 진폭을 갖는 임펄스 신호를 발생시킬 수 있다.

Description

초광대역 임펄스 발생기{Ultra-Wideband Impulse Generator}

본 발명은 초광대역(Ultra-Wideband: UWB) 임펄스(Impulse) 발생기에 관한 것이다. 구체적으로, 반도체 집적회로에 사용되는 VCO(Voltage Controlled Oscillator)를 이용한 초광대역 임펄스 발생기에 관한 것이다.

초광대역 무선통신 칩이나 레이다 센서 등의 응용 분야에 있어 송신기는 임펄스(impulse)의 신호를 발생시키게 되는데, 매우 빠른 신호로 인하여 하이브리드 모듈(hybrid module) 형태로는 구현하기가 어렵고 제작비용이 많이 발생하는 문제가 있다. 따라서, 기존의 임펄스 발생기를 양산이 쉽고 비용을 저렴하게 할 수 있는 집적회로로 구현하는 방법이 제안되었다.

기존의 초광대역 임펄스 발생기는 크게 전압 제어 발진기(Voltage Controlled Oscillator, VCO)를 이용한 것과 디지털 로직(Digital logic)을 이용한 것으로 나눌 수 있다. 디지털 로직을 이용한 초광대역 임펄스 발생기는 VCO를 이용한 초광대역 임펄스 발생기에 비하여 적은 전력을 소모하고, 디지털 제어를 통해 광대역의 주파수 가변 및 대역폭의 조정이 가능하다는 장점이 있다. 디지털 로직을 이용한 초광대역 임펄스 발생기는 매우 다양하게 구현이 될 수 있는데, 예를 들면, 딜레이(delay) 소자를 이용하여 펄스(pulse) 열(列)을 만든 후 바로 출력으로 내보낼 수도 있고, 각각의 위상차를 두어 차등으로 펄스를 만들어 임펄스를 발생시킬 수도 있다. 하지만 디지털 로직을 이용한 방식의 경우 수율이 좋지 않을 수 있고 여러 개의 임펄스를 연속으로 만들어 송신할 때 구현상의 어려움이 있다. 이에 비해 VCO를 이용한 초광대역 임펄스 발생기는 실제 설계 또는 구현시에 디지털 로직을 이용한 방식과 비슷한 수준의 저전력 설계 또는 구현이 가능하다. 비록, VCO에 이용되는 인덕터의 크기는 크지만, 전체 칩의 크기로 보면 칩크기가 많이 커지지 않기 때문에, 칩면적에 의한 가격 상승도 큰 문제가 되지 않는다. 그리고 VCO의 발진을 위한 펄스 신호의 생성에 있어서, 펄스 신호 생성을 위한 스위치의 온(on)/오프(off) 시간의 상승 및 하강의 경우도 매우 빠르게 이루어지므로 전력소모가 크게 커지지 않는다.

다만, VCO를 이용한 초광대역 임펄스 발생기는, 주파수가 가변됨에 따라, 보다 정확하게 대역폭을 조정하고, 임펄스의 모양을 변경하는 것이 요구되어 왔다. 또한, 중심 주파수가 변경됨에 따라 출력 임펄스 신호의 크기가 바뀌는 문제가 있었다.

한국 등록특허 제10-1063859호 (2011.09.02 등록)

본 발명의 목적은 임펄스 신호의 대역폭을 조정할 수 있는 초광대역(UWB: Ultra WideBand) 임펄스 발생기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 임펄스 신호의 사이드로브(sidelobe)를 최소화할 수 있는 초광대역 임펄스 발생기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 중심 주파수의 가변이 가능하고, 중심 주파수가 달라져도 일정한 크기의 진폭을 갖는 임펄스 신호를 출력할 수 있는 초광대역 임펄스 발생기를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 입력단 및 출력단을 갖는 초광대역 임펄스 발생기는, 제1 펄스 발생부, 발진 신호 발생부, 및 임펄스 발생부를 포함한다. 제1 펄스 발생부는, 입력단을 통해 데이터 신호를 입력 받고, 데이터 신호를 이용하여 제1 펄스 신호를 발생시킨다. 발진 신호 발생부는, 제1 펄스 신호를 입력 받고, 제1 펄스 신호를 이용하여 발진 신호를 발생시킨다. 임펄스 발생부는, 발진 신호를 입력 받고, 출력단으로 일정한 시간 구간에서만 발진 신호를 통과시켜 임펄스 신호를 발생시킨다.

이와 같이, 본 발명에 따른 초광대역 임펄스 발생기는 발진 신호의 일부를 선택적으로 출력하여 임펄스 신호를 발생시키기 때문에, 발진 신호가 출력되는 시간폭을 제어하여 원하는 대역폭의 임펄스 신호를 발생시킬 수 있다. 또한, 발진 신호가 안정된 진폭을 가진 후에 출력되게 할 수 있으므로, 중심 주파수와 관계없이 일정한 크기의 진폭을 갖는 임펄스 신호를 발생시킬 수 있다.

본 발명에 초광대역 임펄스 발생기는, 제1 펄스 발생부는, 데이터 신호를 지연시켜 복수의 지연 신호를 생성하는 시간 지연부, 복수의 지연 신호 중 제1 지연 신호와 제2 지연 신호를 선택하는 지연 신호 선택부, 및 제1 및 제2 지연 신호를 입력 받고, 제1 및 제2 지연 신호가 겹치는 시간폭을 갖는 제1 펄스 신호를 생성하는 펄스 생성부를 포함할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 초광대역 임펄스 발생기는, 하나의 데이터 신호를 이용하여 복수의 지연 신호를 생성하고 복수의 지연 신호 중에서 두 신호를 선택하여 제1 펄스 신호를 생성하므로, 제1 펄스 발생부의 회로가 간단하고, 정확한 제1 펄스 신호를 발생시킬 수 있다.

본 발명에 따른 초광대역 임펄스 발생기는, 시간 지연부는, 데이터 신호를 지연시켜 적어도 하나의 지연 신호를 각각 생성하는 제1 인버터 체인 및 제2 인버터 체인을 포함하고, 지연 신호 선택부는, 제1 인버터 체인으로부터 출력된 적어도 하나의 지연 신호 중 제1 지연 신호를 선택하는 제1 멀티플렉서(MUX, Multiplexer) 및 제2 인버터 체인으로부터 출력된 적어도 하나의 지연 신호 중 제2 지연 신호를 선택하는 제2 멀티플렉서를 포함하고, 펄스 생성부는, 제1 및 제2 지연 신호를 입력 받아 논리곱연산을 수행하는 앤드 게이트 (AND GATE)를 포함할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 초광대역 임펄스 발생기는, 복수의 인버터와 MUX 및 AND GATE를 이용하여 발진 신호 발생부를 제어할 수 있는 다양한 시간폭의 제1 펄스 신호를 발생시킬 수 있다. 따라서, 제1 펄스 발생부는, 발진 신호가 안정화될 수 있는 충분한 시간폭의 제1 펄스 신호를 발생시킬 수 있다.

본 발명에 따른 초광대역 임펄스 발생기는, 발진 신호 발생부는, 인덕터와 인덕터에 병렬로 연결된 가변 커패시터를 포함하는 발진부, 발진부에 전류를 공급하는 전류원, 및 발진부와 전류원의 연결을 온/오프 시키는 발진 스위치부를 포함하는 전압 제어 발진기(VCO, Voltage Controlled Oscillator)일 수 있다. 발진 스위치부의 온/오프 동작은, 제1 펄스 신호에 의해 제어될 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 초광대역 임펄스 발생기는, 인덕터에 연결된 가변 커패시터의 커패시턴스를 조절하여 임펄스 신호의 중심 주파수를 가변시킬 수 있다. 또한, 발진부와 전류원의 연결을 온/오프 시키는 발진 스위치부의 동작이 제1 펄스 신호에 의하여 제어되므로, 제1 펄스 신호의 시간폭을 조절하여 안정화된 발진 신호가 발생되도록 할 수 있다.

본 발명에 따른 초광대역 임펄스 발생기는, 임펄스 발생부는, 발진 신호를 출력단으로 선택적으로 출력하여 임펄스 신호를 발생시키는 RF 스위치부, 및 RF 스위치부의 온/오프 동작을 제어하는 제2 펄스 신호를 발생시키는 제2 펄스 발생부를 포함할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 초광대역 임펄스 발생기는, 발진 신호가 RF 스위치부로 출력되는 것을 제2 펄스 신호가 제어하므로, 원하는 대역폭을 갖는 임펄스 신호를 발생시킬 수 있다. 또한, 발진 신호가 RF 스위치부로 입력되는 시간을 제어하여 발진 신호가 안정된 진폭을 갖도록 하여 일정한 크기의 진폭을 갖는 임펄스 신호를 발생시킬 수 있다.

본 발명에 따른 초광대역 임펄스 발생기는, 제2 펄스 신호의 대역폭은 임펄스 신호의 대역폭과 동일할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 초광대역 임펄스 발생기는, 제2 펄스 신호의 대역폭과 임펄스 신호의 대역폭이 동일하므로, 제2 펄스 신호의 대역폭을 조절하면 출력되는 임펄스 신호의 대역폭을 조절할 수 있다.
본 발명에 따른 초광대역 임펄스 발생기는, RF 스위치부는, 발진 신호가 입력되는 RF 입력단, 출력단에 연결되고 발진 신호가 출력되는 RF 출력단, RF 입력단과 RF 출력단 사이에서 발진 신호의 도통을 온/오프 시키는 제1 RF 스위치, 및 RF 출력단과 접지단 사이에서 접지 신호의 도통을 온/오프 시키는 제2 RF 스위치를 포함하고, 제2 펄스 신호는, 제1 RF 스위치 및 제2 RF 스위치의 온/오프 동작을 제어할 수 있다.

본 발명에 따른 초광대역 임펄스 발생기는, RF 스위치부는, 제1 및 제2 RF 스위치의 온/오프 동작을 제어하는 각각의 제어단자에 연결되는 제1 및 제2 직렬저항을 더 포함할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 초광대역 임펄스 발생기는, 제1 및 제2 RF 스위치의 온/오프 동작을 제어하는 제어단자에 직렬저항이 연결되므로, 제어단자의 입력 커패시턴스에 의한 RC 시간정수를 조절하여 임펄스 신호의 파형을 조절할 수 있다. 따라서, 임펄스 신호의 사이드로브를 제거할 수 있다.

본 발명에 따른 초광대역 임펄스 발생기는, 상기 RF 스위치부는, 제1 및 제2 RF 스위치는 MOSFET 트랜지스터이고, 제1 및 제2 RF 스위치의 게이트단에 각각 직렬로 연결되는 제1 및 제2 직렬저항, 상기 제1 RF 스위치와 상기 RF 입력단 사이에 연결되는 제1 커패시터 및 상기 제1 RF 스위치와 상기 RF 출력단 사이에 연결되는 제2 커패시터를 더 포함할 수 있다. 그리고, 제1 커패시터의 일단은 RF 입력단과 연결되고, 타단은 제1 RF 스위치의 드레인단과 연결될 수 있으며, 제2 커패시터의 일단은 RF 출력단과 연결되고, 타단은 제1 RF 스위치의 소스단 및 상기 제2 RF 스위치의 드레인단과 연결될 수 있다. 제2 RF 스위치의 소스단은 상기 접지단과 연결될 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 초광대역 임펄스 발생기는, 제1 및 제2 RF 스위치가 MOSFET 스위치이므로 빠른 동작이 가능하다. 또한, 제1 및 제2 RF 스위치에 제1 및 제2 커패시터가 연결되므로 직류성분을 제거할 수 있다.

본 발명에 따른 초광대역 임펄스 발생기는, 발진 신호 발생부와 임펄스 발생부 사이에 삽입되는 버퍼부를 더 포함할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 초광대역 임펄스 발생기는, 발진 신호 발생부와 임펄스 발생부 사이에 버퍼부가 삽입되므로 발진 신호 발생부가 임펄스 발생부에 의해 받는 영향을 줄이고, 증폭된 발진 신호를 임펄스 발생부에 전달할 수 있다.

개시된 기술의 실시예들은 다음의 장점들을 포함하는 효과를 가질 수 있다. 다만, 개시된 기술의 실시예들이 이를 전부 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.

본 발명에 따르면, 임펄스 신호의 대역폭을 조정할 수 있는 초광대역(UWB: Ultra WideBand) 임펄스 발생기를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 임펄스 신호의 사이드로브를 최소화할 수 있는 초광대역 임펄스 발생기를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 중심 주파수의 가변이 가능하고, 중심 주파수가 달라져도 일정한 크기의 진폭을 갖는 임펄스 신호를 출력할 수 있는 초광대역 임펄스 발생기를 제공할 수 있다.

도 1은 실시예에 따른 초광대역 임펄스 발생기의 블록도이다.
도 2는 실시예에 따른 초광대역 임펄스 발생기의 주요 신호들의 동작 타이밍도이다.
도 3은 실시예에 따른 제1 디지털 펄스 발생기의 회로도이다.
도 4는 실시예에 따른 제1 펄스 발생부에서 다양한 주기의 펄스 신호를 발생시키는 예를 나타내는 그래프이다.
도 5는 실시예에 따른 발진 신호 발생부의 회로도이다.
도 6은 실시예에 따른 임펄스 발생부의 회로도이다
도 7은 실시예에 따른 RF 스위치부의 직렬저항의 크기에 따른 제어전압의 파형을 나타난 그래프이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다.

도 1은 실시예에 따른 초광대역 임펄스 발생기의 블록도이다.

도 1을 참조하면, 실시예에 따른 초광대역 임펄스 발생기(10)는 입력단(IN)을 통해 데이터 신호(Data Input)를 입력 받고, 데이터 신호를 이용하여 제1 펄스 신호를 출력하는 제1 펄스 발생부(100), 제1 펄스 발생부(100)로부터 제1 펄스 신호를 입력 받고, 제1 펄스 신호를 이용하여 발진 신호를 출력하는 발진 신호 발생부(200), 발진 신호 발생부(200)로부터 발진 신호를 입력 받고, 출력단에 발진 신호의 일부를 선택적으로 출력하여 임펄스 신호를 발생시키는 임펄스 발생부(300)를 포함한다. 임펄스 발생부(300)는 발진 신호를 선택적으로 출력하여 임펄스 신호를 발생시키는 RF 스위치부(310)와 RF 스위치부(310)의 온/오프 동작을 제어하는 제2 펄스 신호를 발생시키는 제2 펄스 발생부(320)를 포함할 수 있다. 또한, 발진 신호 발생부(200)와 임펄스 발생부(300) 사이에는 발진 신호 발생부(200)가 임펄스 발생부(300)에 의해 받는 영향을 줄이고, 발진 신호를 증폭하는 버퍼부(400)가 삽입될 수 있다. 발진 신호 발생부(200)와 임펄스 발생부(300) 사이에 버퍼부(400)가 삽입되므로 발진 신호 발생부(200)가 임펄스 발생부(300)에 의해 받는 영향을 줄이고, 증폭된 발진 신호를 임펄스 발생부에 전달할 수 있다.

도 2는 실시예에 따른 초광대역 임펄스 발생기의 주요 신호들의 동작 타이밍도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 펄스 발생부(100)는 데이터 신호를 입력 받는다. 데이터 신호는 RF 통신을 위한 디지털 데이터 신호일 수 있다. 예를 들면, 데이터 신호는 무선 통신을 위하여 송신기의 디지털부에서 입력된 데이터에 해당하는 클럭 펄스일 수 있으며, 펄스 반복 주파수(PRF)가 1Mhz이고 펄스의 시간폭이 500ns인 신호일 수 있다. 제1 펄스 발생부(100)는 이 데이터 신호를 입력 받아 펄스폭이 2 내지 10ns인 제1 펄스 신호를 발생시킬 수 있다. 발진 신호 발생부(200)는 제1 펄스 신호를 제어신호로 하여 발진 신호를 발생시킨다. 임펄스 발생부(300)의 제2 펄스 발생부(320)에서 발생되는 제2 펄스 신호는 펄스폭이 0.5 내지 2ns이고, RF 스위치부(310)는 이 제2 펄스 신호에 의하여 발진 신호를 출력하여 임펄스 신호를 발생시킨다. 이 때, 발진 신호 발생부(200)와 RF 스위치부(310) 사이에는 버퍼부(400)가 삽입될 수 있으며, 버퍼부(400)의 출력 신호는 발진 신호를 증폭시킨 신호일 수 있다.

도 3은 실시예에 따른 제1 디지털 펄스 발생기의 회로도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 제1 펄스 발생부(100)는 데이터 신호를 입력 받아 다양한 폭의 제어펄스 신호를 생성할 수 있다. 제1 펄스 발생부(100)는 입력된 데이터 신호를 지연시켜 복수의 지연 신호를 생성하는 시간 지연부(110), 시간 지연부(110)로부터 출력되는 복수의 지연 신호 중 제1 지연 신호(A)와 제2 지연 신호(B)를 선택하는 지연 신호 선택부(120), 제1 지연 신호(A)와 제2 지연 신호(B)를 입력 받고, 제1 지연 신호(A)와 제2 지연 신호(B)가 겹치는 시간폭을 갖는 제1 펄스 신호(C)를 출력하는 펄스 출력부(130)를 포함할 수 있다. 따라서, 하나의 데이터 신호를 이용하여 복수의 지연 신호를 생성하고 복수의 지연 신호 중에서 두 신호를 선택하여 제1 펄스 신호(C)를 생성하므로, 제1 펄스 발생부(100)의 회로가 간단하고, 정확한 제1 펄스 신호를 발생시킬 수 있다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 시간 지연부(110)는, 데이터 신호를 지연시켜 적어도 하나의 지연 신호를 각각 생성하는 제1 인버터 체인(111) 및 제2 인버터 체인(112)을 포함할 수 있다. 제1 인버터 체인(111) 및 제2 인버터 체인은(112)는 직렬 또는 병렬로 연결된 복수의 인버터를 포함할 수 있다.

지연 신호 선택부(120)는 제1 인버터 체인(111)의 적어도 하나의 지연 신호를 입력 받는 제1 MUX(multiplexer, 121)와 제2 인버터 체인(112)의 적어도 하나의 지연 신호를 입력 받는 제2 MUX(122)를 포함할 수 있다. 제1 MUX(121)는 제1 인버터 체인(111)에서 생성된 적어도 하나의 지연 신호 중에서 제1 지연 신호(A)를 선택하고, 제2 MUX(122)는 제2 인버터 체인(121)에서 생성된 적어도 하나의 지연 신호 중에서 제2 지연 신호(B)를 선택할 수 있다.

펄스 생성부(130)는 제1 지연 신호(A)와 제2 지연 신호(B)를 입력 받고, 제1 지연 신호(A)와 제2 지연 신호(B)가 겹치는 시간폭을 갖는 제1 펄스 신호(C)를 출력할 수 있다. 펄스 생성부(130)는 제1 및 제2 지연 신호(A, B)를 입력 받아 논리곱연산을 수행하는 앤드 게이트 (AND GATE)를 포함할 수 있다. 펄스 생성부(130)에서 생성된 제1 펄스 신호(C)는 제1 지연 신호(A)와 제2 지연 신호(B)가 겹치는 시간폭을 갖는 펄스 신호이다. 구체적으로, 제1 펄스 신호(C)는 제1 지연 신호(A)가 시작하는 시간에서 시작하고, 제1 지연 신호(A)와 제2 지연 신호(B)가 겹치는 시간폭을 갖는 펄스 신호일 수 있다. 반대로, 제1 펄스 신호(C)는 제2 지연 신호(B)가 시작하는 시간에서 시작하고, 제1 지연 신호(A)와 제2 지연 신호(B)가 겹치는 시간폭을 갖는 펄스 신호일 수도 있다.

도 4는 실시예에 따른 제1 펄스 발생부에서 다양한 주기의 펄스 신호를 발생시키는 예를 나타내는 그래프이다.

도 1, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 제1 펄스 발생부(100)는 지연 신호 선택부(120)의 제1 제어 신호(A)와 제2 제어 신호(B) 선택에 따라 다양한 주기(Tw)를 갖는 펄스 신호를 발생시킬 수 있다. 구체적으로, 펄스 신호(C)는 진폭은 일정하고, 주기, 즉 시간폭은 원하는 값으로 출력될 수 있다. 따라서, 지연 신호 선택부(120)는, 발진 신호 발생부(200)의 발진에 이용되는 제1 펄스 신호(C)를 만들기 위한 제1 제어 신호(A)와 제2 제어 신호(B)를 선택할 수 있다. 실시예에 따른 제1 펄스 발생부(100)는 후술할 발진 신호 발생부(200)에서 발진된 발진 신호가 안정된 진폭을 갖도록 충분한 시간폭의 제1 펄스 신호(C)를 발생시킬 수 있다.

도 5는 실시예에 따른 발진 신호 발생부의 회로도이다.

도 1 내지 도 3 및 도 5를 참고하면, 발진 신호 발생부(200)는 인덕터(L1)와 인덕터(L1)에 병렬로 연결된 가변 커패시터(Cbank)를 포함하는 발진부(210), 발진부(210)에 전류를 공급하는 전류원(220), 발진부(210)와 전류원(220)의 연결을 온/오프 시키는 발진 스위치부(230)를 포함하는 전압 제어 발진기(VCO, Voltage Controlled Oscillator)일 수 있다. 발진 스위치부(230)의 온/오프 동작은, 제1 펄스 발생부(100)의 제1 펄스 신호(C)에 의해 제어될 수 있다.

발진 신호 발생부(200)의 발진부(210)는 인덕터(L1)와 인덕터(L1)에 병렬로 연결된 가변 커패시터(Cbank)를 포함하고, 인덕터(L1) 및 가변 커패시터(Cbank)와 연결된 크로스 커플(cross coupled) 구조의 한 쌍의 트랜지스터(M1, M2)을 포함할 수 있다. 가변 커패시터(Cbank)의 커패시턴스를 변화시킴에 따라 발진 신호 발생부(200)에서 발생되는 발진 신호의 중심 주파수를 변화시킬 수 있다.

전류원(220)은 발진부(210)와 연결되어 발진을 위한 전류를 공급할 수 있다.

발진 스위치부(230)는 발진부(210)와 전류원(220)의 연결을 온/오프 시킬 수 있다. 발진 스위치부(230)는 제1 펄스 신호(C)를 제어 신호로 입력 받고, 발진 스위치부(230)의 온/오프 동작은 제1 펄스 신호(C)에 의해 제어될 수 있다. 발진 스위치부(230)는 빠르고 안정적인 동작을 위해 MOSFET 트랜지스터(M3)로 구현될 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 발진 신호 발생부(200)는 제1 펄스 발생부(100)부터 제1 펄스 신호(C)를 입력 받고, 제1 펄스 신호(C)를 제어 신호로 하여 발진 신호를 출력할 수 있다. 발진 신호 발생부(200)는 제1 펄스 신호(C)를 입력 되면 발진을 시작한다. 구체적으로, 제1 펄스 신호(C)가 하이(high, H)일 때, 전류원(220)은 발진부(210)와 도통 상태가 되고, 제1 펄스 신호(C)가 로우(low, L)일 때, 전류원(220)과 발진부(210)의 연결은 차단된다. 따라서, 제1 펄스 발생부(100)의 제1 펄스 신호(C)는 발진 신호 발생부(200)의 전류원(220)과 발진부(210)의 연결을 온/오프를 제어하여, 원하는 시간폭을 갖는 발진 신호가 생성되도록 한다. 발진 신호 발생부(200)에서 발진되어 출력된 발진 신호는 도 2에 도시된 바와 같다.

한편, 발진 신호는 중심 주파수의 크기에 따라 일정한 진폭을 갖는 상승 시간(rise time)이 다르기 때문에, 발진 신호의 중심 주파수가 작을수록 상승 시간이 증가한다. 따라서, 일정 구간을 스위칭하여 임펄스 신호를 발생시킬 경우 임펄스 신호의 크기가 작아지는 문제가 있다. 실시예에 따른 제1 펄스 발생부(100)는 발진이 안정화될 수 있을 정도의 충분한 시간폭의 제1 펄스 신호(C)를 전류원(220)에 전달할 수 있다. 발진 신호가 일정한 진폭을 갖게 된 후에 후술할 임펄스 발생부(300)로 입력되므로, 임펄스 신호의 중심 주파수에 관계없이 일정한 크기의 진폭을 갖는 임펄스 신호를 발생시킬 수 있다.

도 6은 실시예에 따른 임펄스 발생부의 회로도이다.

도 1 및 도 6을 참고하면, 임펄스 발생부(300)는 발진 신호 발생부(200)로부터 발진 신호를 입력 받고, 출력단(OUT)에 발진 신호를 선택적으로 출력하여 임펄스 신호를 발생시킨다.

도 1, 도 2 및 도 6에 도시된 바와 같이, 임펄스 발생부(300)는 발진 신호가 출력단(OUT)으로 출력되는 것을 온/오프 시켜 임펄스 신호를 발생시키는 RF 스위치부(310)와, RF 스위치부(310)의 온/오프 동작을 제어하는 제2 펄스 신호를 발생시키는 제2 펄스 발생부(320)를 포함할 수 있다. 발진 신호 발생부(200)의 발진 신호가 출력되는 임펄스 신호 경로에 RF 스위치부(310)가 위치하며, RF 스위치부(310)는 제2 펄스 발생부(320)에 의하여 일정한 시간 구간에서만 온 되어 발진 신호를 통과시킬 수 있다. RF 스위치부(310)의 온/오프 동작에 따라 다양한 시간폭, 즉 대역폭의 임펄스를 발생시킬 수 있다.

RF 스위치부(310)는 발진 신호 발생부(200)에서 발생된 발진 신호가 입력되는 RF 입력단(RF input), 출력단에 연결되고 발진 신호가 출력되는 RF 출력단(RF output), RF 입력단(RF input)과 RF 출력단(RF output) 사이에서 발진 신호의 도통을 온/오프 시키는 제1 RF 스위치(SW1), RF 출력단(RF output)과 접지단 사이에서 접지 신호의 도통을 온/오프 시키는 제2 RF 스위치(SW2)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 RF 스위치(SW1)는 RF 입력단(RF Input)과 RF 출력단(RF output) 사이에 입력되는 직렬 스위치이고, 제2 RF 스위치(SW2)는 RF 출력단(RF output)에 연결되는 션트(shunt) 스위치일 수 있다.

제2 펄스 발생부(320)는 제1 RF 스위치(SW1)와 제2 RF 스위치(SW2)의 온/오프 동작을 제어하는 제2 펄스 신호를 발생시킬 수 있다.

제2 펄스 발생부(320)의 제2 펄스 신호가 RF 스위치부(310)에 입력되면, RF 스위치부(310)는 제2 펄스 신호의 시간폭 동안 발진 신호를 출력하여 임펄스 신호를 발생시킨다. 구체적으로, 제2 펄스 신호는 발진 신호 발생부(200)에서 발진된 발진 신호의 일부가 RF 스위치부(310)를 통해 출력되도록 RF 스위치부(310)를 제어한다.

제2 펄스 신호는 임펄스 신호의 대역폭과 동일한 대역폭을 갖는 신호일 수 있다. RF 스위치부(310)의 온/오프 동작은 제2 펄스 신호에 의하여 제어되어 일정한 시간구간에서만 발진 신호를 RF 출력단(RF output)으로 출력하게 된다. 따라서, 제2 펄스 신호의 대역폭을 조절하면 RF 스위치부(310)의 온/오프 동작이 제어되므로, 임펄스 신호의 시간폭, 즉 대역폭이 조절될 수 있다.

실시예에 따른 초광대역 임펄스 발생기(10)는, RF 스위치부(310)의 제1 및 제2 RF 스위치(SW1, SW2)의 온/오프 동작이 제2 펄스 발생기(320)의 제2 펄스 신호에 의하여 재현성 있고 정교하게 제어되므로, 임펄스 신호의 대역폭도 재현성 있고 정교하게 제어될 수 있다.

도 1 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 RF 스위치(SW1, SW2)에는 각각의 제어단자에 각각 직렬저항(Rbank)이 연결될 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 제1 및 RF 스위치(SW1, SW2)의 온/오프 동작은 제어단자의 입력 커패시턴스와 직렬저항(Rbank)의 RC 시간정수에 의하여 천천히 또는 빠르게 수행할 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 임펄스 발생부(300)는 직렬저항(Rbank)의 크기를 조절하여 제1 및 제2 RF 스위치(SW1, SW2)의 스위칭 속도를 제어할 수 있다. 스위칭 속도가 제어되면, 임펄스 신호는 시간에 따라 일정한 기울기를 가지므로, 임펄스 신호가 테이퍼링(tapering) 되도록 할 수 있다. 일반적인 스위치를 통해 임펄스 신호를 출력할 경우 사각파 형태의 엔벨로프(envelope)가 많이 발생하게 된다. 임펄스 신호가 사각파 형태의 엔벨로프(envelope)를 갖게 되면, 통신에 지장을 주고 전파사양을 만족하지 못하게 된다. 실시예에 따른 임펄스 발생부(300)는 직렬저항(Rbank)의 크기를 제어하여 임펄스 신호를 삼각파 또는 또는 가우시안(Gaussian) 모양으로 테이퍼링 할 수 있다. 따라서, 임펄스 신호의 사이드로브를 최소화할 수 있다.

도 7은 실시예에 따른 RF 스위치부의 직렬저항의 크기에 따른 제어전압의 파형을 나타낸 그래프이다.

도 1, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 임펄스 발생부(300)는, RF 스위치부(310)의 직렬저항(Rbank)의 크기를 조절함에 따라 임펄스 신호의 상승 시간(rise time)과 하강 시간(fall time)을 변경할 수 있다. 임펄스 신호의 상승 시간과 하강 시간이 변경되면 임퍼스 신호의 엔벨로프를 변경되므로, 임펄스 신호의 사이드로브를 최소화할 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 초광대역 임펄스 발생기(10)는 출력단 외부에 필터 등을 사용하지 않아도 되는 효과가 있다.

또한, 도 1, 도 2 및 도 6에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 임펄스 발생부(300)는 발진 신호 발생부(200)에 발생된 발진 신호가 RF 스위치부(310)로 입력되는 시간을 지연시킬 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 임펄스 발생부(300)는 발진 신호가 안정된 진폭을 갖게 된 후에, 발진 신호가 임펄스 발생부(300)의 RF 스위치부(310)로 입력되도록 한다. 실시예에 따른 임펄스 발생부(300)는 발진 신호가 안정된 진폭을 갖게 된 후에, 발진 신호가 임펄스 발생부(300)의 RF 스위치부(310)로 입력되도록 할 수 있다. 따라서, 발진 신호가 일정한 진폭을 갖게 된 후에 임펄스 발생부(300)로 입력되므로, 임펄스 신호의 중심 주파수에 관계없이 일정한 크기의 진폭을 갖는 임펄스 신호를 발생시킬 수 있다. 이를 위해, 실시예에 따른 임펄스 발생부(300)의 제2 펄스 발생부(320)는 발진 신호 발생부(200)의 발진 신호가 RF 스위치부(310)를 통해 출력되기 시작하는 시간이 지연되도록 제2 펄스 신호를 발생시킬 수 있다. 따라서, 발진 신호가 안정된 진폭을 갖게 된 후에 RF 스위치부(310)로 입력되므로, 중심 주파수가 작은 임펄스 신호도 일정한 크기의 진폭을 가질 수 있다. 따라서, 중심 주파수가 달라지더라도 임펄스 신호의 진폭은 달라지지 않는다.

이하에서는, 실시예에 따른 임펄스 발생부(300)의 구체적인 회로에 대하여 설명하도록 한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 제1 RF 스위치(SW1)와 제2 RF 스위치(SW2)는 빠른 스위칭을 위하여 트랜지스터로 구현될 수 있다. 예를 들면, 제1 및 제2 RF 스위치(SW1, SW2)는 모스펫(MOSFET) 트랜지스터일 수 있다. 그러나, 제1 및 제2 RF 스위치(SW1, SW2)는 반드시 MOSFET 트랜지스터 구현되어야 하는 것은 아니며, 바이폴라정션 트랜지스터(BJT)이거나, 다이오드 회로로 구현될 수 있다.

제1 RF 스위치(SW1)의 게이트단에는 제2 펄스 신호가 입력될 수 있다. 되고, 제1 RF 스위치(SW1)의 드레인단은 RF 입력단(RF input)과 연결되고, 소스단은 RF 출력단(RF output)과 연결될 수 있다. 제2 RF 스위치(SW2)의 게이트단에는 제2 펄스 신호가 입력될 수 있으며, 이 제2 펄스 신호는 제1 RF 스위치(SW1)에 입력되는 제2 펄스 신호와는 상보적인 신호일 수 있다. 구체적으로, 제1 RF 스위치(SW1)에 입력되는 신호가 하이(H)신호이면 제2 RF 스위치(SW2)에 입력되는 신호는 로우(L)신호이고, 제1 RF 스위치(SW1)에 입력되는 신호가 로우(L)신호이면, 제2 RF 스위치(SW2)에 입력되는 신호는 하이(H)신호일 수 있다. 제2 RF 스위치(SW2)의 소스단은 접지단과 연결되고, 드레인단은 RF 출력단(RF output)와 연결될 수 있다. RF 입력단과 제1 RF 스위치(SW1) 사이에는 제1 커패시터(C1)이 연결될 수 있고, RF 출력단과 제1 RF 스위치(SW1)의 소스단 및 제2 RF 스위치(SW2)의 드레인단에는 제2 커패시터(C2)가 삽입될 수 있다. 제1 및 제2 커패시터(C1, C2)는 RF 스위치부(310)에 흐르는 직류 성분을 제거할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 무선 통신 등에 이용되고, 중심 주파수 가변이 용이한 초광대역 임펄스 발생기를 손쉽게 구현할 수 있다. 또한, 전압 제어 발진부와 펄스 발생부를 이용하여 임펄스 신호의 대역폭도 조정가능하고, 중심 주파수에 따른 임펄스 신호의 진폭도 일정하게 할 수 있으며, RF 스위치부에 직렬저항을 연결하여 임펄스 신호의 사이드로브도 제거할 수 있다.

이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 초광대역 임펄스 발생기
100: 제1 펄스 발생부
110: 시간 지연부
120: 지연 신호 선택부
130: 펄스 생성부
200: 발진 신호 발생부
210: 발진부
220: 전류원
230: 발진 스위치부
300: 임펄스 발생부
310: RF 스위치부
320: 제2 펄스 발생부
400: 버퍼부

Claims (10)

1. 입력단 및 출력단을 갖는 초광대역 임펄스 발생기이고,
   상기 입력단을 통해 데이터 신호를 입력 받고, 상기 데이터 신호를 이용하여 제1 펄스 신호를 발생시키는 제1 펄스 발생부;
   상기 제1 펄스 신호를 입력 받고, 상기 제1 펄스 신호를 이용하여 발진 신호를 발생시키는 발진 신호 발생부; 및
   상기 발진 신호를 입력 받고, 상기 출력단으로 일정한 시간 구간에서만 상기 발진 신호를 통과시켜 임펄스 신호를 발생시키는 임펄스 발생부
   를 포함하는 초광대역 임펄스 발생기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 펄스 발생부는,
   상기 데이터 신호를 지연시켜 복수의 지연 신호를 생성하는 시간 지연부,
   상기 복수의 지연 신호 중 제1 지연 신호와 제2 지연 신호를 선택하는 지연 신호 선택부, 및
   상기 제1 및 제2 지연 신호를 입력 받고, 상기 제1 및 제2 지연 신호가 겹치는 시간폭을 갖는 상기 제1 펄스 신호를 생성하는 펄스 생성부
   를 포함하는, 초광대역 임펄스 발생기.
3. 제2항에 있어서,
   상기 시간 지연부는, 상기 데이터 신호를 지연시켜 적어도 하나의 지연 신호를 각각 생성하는 제1 인버터 체인 및 제2 인버터 체인을 포함하고,
   상기 지연 신호 선택부는, 상기 제1 인버터 체인으로부터 출력된 적어도 하나의 지연 신호 중 상기 제1 지연 신호를 선택하는 제1 멀티플렉서(MUX, Multiplexer) 및 상기 제2 인버터 체인으로부터 출력된 적어도 하나의 지연 신호 중 상기 제2 지연 신호를 선택하는 제2 멀티플렉서를 포함하고,
   상기 펄스 생성부는, 상기 제1 및 제2 지연 신호를 입력 받아 논리곱연산을 수행하는 앤드 게이트 (AND GATE)를 포함하는,
   초광대역 임펄스 발생기.
4. 제1항에 있어서,
   상기 발진 신호 발생부는,
   인덕터와 상기 인덕터에 병렬로 연결된 가변 커패시터를 포함하는 발진부, 상기 발진부에 전류를 공급하는 전류원, 및 상기 발진부와 상기 전류원의 연결을 온/오프 시키는 발진 스위치부를 포함하는 전압 제어 발진기(VCO, Voltage Controlled Oscillator)이고,
   상기 발진 스위치부의 온/오프 동작은, 상기 제1 펄스 신호에 의해 제어되는,
   초광대역 임펄스 발생기.
5. 제1항에 있어서,
   상기 임펄스 발생부는,
   상기 발진 신호를 상기 출력단으로 선택적으로 출력하여 임펄스 신호를 발생시키는 RF 스위치부, 및
   상기 RF 스위치부의 온/오프 동작을 제어하는 제2 펄스 신호를 발생시키는 제2 펄스 발생부
   를 포함하는, 초광대역 임펄스 발생기.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제2 펄스 신호의 대역폭은 상기 임펄스 신호의 대역폭과 동일한,
   초광대역 임펄스 발생기
7. 제5항에 있어서,
   상기 RF 스위치부는, 상기 발진 신호가 입력되는 RF 입력단, 상기 출력단에 연결되고 상기 발진 신호가 출력되는 RF 출력단, 상기 RF 입력단과 상기 RF 출력단 사이에서 상기 발진 신호의 도통을 온/오프 시키는 제1 RF 스위치, 및 상기 RF 출력단과 접지단 사이에서 접지 신호의 도통을 온/오프 시키는 제2 RF 스위치를 포함하고,
   상기 제2 펄스 신호는, 상기 제1 RF 스위치 및 상기 제2 RF 스위치의 온/오프 동작을 제어하는, 초광대역 임펄스 발생기.
8. 제7항에 있어서,
   상기 RF 스위치부는,
   상기 제1 및 제2 RF 스위치의 온/오프 동작을 제어하는 각각의 제어단자에 연결되는 제1 및 제2 직렬저항을 더 포함하는,
   초광대역 임펄스 발생기.
9. 제7항에 있어서,
   상기 RF 스위치부는,
   상기 제1 및 제2 RF 스위치는 MOSFET 트랜지스터이고,
   상기 제1 및 제2 RF 스위치의 게이트단에 각각 직렬로 연결되는 제1 및 제2 직렬저항, 상기 제1 RF 스위치와 상기 RF 입력단 사이에 연결되는 제1 커패시터 및 상기 제1 RF 스위치와 상기 RF 출력단 사이에 연결되는 제2 커패시터를 더 포함하고,
   상기 제1 커패시터의 일단은 상기 RF 입력단과 연결되고, 타단은 상기 제1 RF 스위치의 드레인단과 연결되고,
   상기 제2 커패시터의 일단은 상기 RF 출력단과 연결되고, 타단은 상기 제1 RF 스위치의 소스단 및 상기 제2 RF 스위치의 드레인단과 연결되고,
   상기 제2 RF 스위치의 소스단은 상기 접지단과 연결되는,
   초광대역 임펄스 발생기.
10. 제1항에 있어서,
    상기 발진 신호 발생부와 상기 임펄스 발생부 사이에 삽입되는 버퍼부를 더 포함하는,
    초광대역 임펄스 발생기.
    

Images