KR101693983B1 - Voltage control oscillator using capacitive dividing - Google Patents

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윤태열
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한양대학교 산학협력단
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Abstract

캐패시티브 디바이딩을 이용한 전압 제어 발진기가 개시된다. 개시된 전압 제어 발진기는 제1 트랜지스터, 제2 트랜지스터, 제1 캐패시터, 제2 캐패시터, 제3 캐패시터 및 제4 캐패시터를 포함하는 트랜스컨덕턴스부; 및 상기 트랜스컨덕턴스부와 연결된 LC 공진부;를 포함하되, 상기 제1 트랜지스터의 소스 전극은 상기 제2 트랜지스터의 소스 전극과 연결되고, 상기 제1 트랜지스터의 드레인 전극은 제1 노드에서 상기 제2 트랜지스터의 게이트 전극과 연결되고, 상기 제2 트랜지스터의 드레인 전극은 제2 노드에서 상기 제1 트랜지스터의 게이트 전극과 연결되고, 상기 제1 캐패시터는 상기 제1 트랜지스터의 게이트 전극과 상기 제1 트랜지스터의 바디 전극 사이에서 연결되고, 상기 제2 캐패시터는 상기 제1 트랜지스터의 바디 전극과 상기 제1 트랜지스터의 소스 전극 사이에서 연결되고, 상기 제3 캐패시터는 상기 제2 트랜지스터의 게이트 전극과 상기 제2 트랜지스터의 바디 전극 사이에서 연결되고, 상기 제4 캐패시터는 상기 제2 트랜지스터의 바디 전극과 상기 제2 트랜지스터의 소스 전극 사이에서 연결된다. A voltage controlled oscillator using capacitive dividing is disclosed. The disclosed voltage controlled oscillator includes a transconductance unit including a first transistor, a second transistor, a first capacitor, a second capacitor, a third capacitor, and a fourth capacitor; And a LC resonance part connected to the transconductance part, wherein a source electrode of the first transistor is connected to a source electrode of the second transistor, and a drain electrode of the first transistor is connected to the second transistor The drain electrode of the second transistor is connected to the gate electrode of the first transistor at the second node, the first capacitor is connected to the gate electrode of the first transistor and the body electrode of the first transistor, Wherein the second capacitor is connected between the body electrode of the first transistor and the source electrode of the first transistor and the third capacitor is connected between the gate electrode of the second transistor and the body electrode of the second transistor, And the fourth capacitor is connected between the body electrode of the second transistor and the second electrode of the second transistor It is connected between the source electrode of the register.

Description

캐패시티브 디바이딩을 이용한 전압 제어 발진기{Voltage control oscillator using capacitive dividing}[0001] The present invention relates to a voltage controlled oscillator using capacitive dividing,

본 발명의 실시예들은 트랜스컨덕턴스 향상효과를 가지는 전압 제어 발진기에 관한 것이다. Embodiments of the present invention relate to a voltage controlled oscillator having an effect of improving transconductance.

LC-공진기를 이용한 크로스 커플드 구조의 전압 제어 발진기는 제어 전압에 따라 다른 주파수의 LO(Local　Oscillator) 신호를 만들어주는 기능을 수행하는 회로로써, 각종 통신 송수신 시스템에 널리 활용되고 있다. A cross-coupled voltage controlled oscillator using an LC-resonator is a circuit that performs a function of generating a LO (Local Oscillator) signal of a different frequency according to a control voltage, and is widely used in various communication transmission / reception systems.

도 1 내지 도 3는 종래의 전압 제어 발진기의 일례를 도시한 도면이다. 1 to 3 are views showing an example of a conventional voltage-controlled oscillator.

먼저, 도 1에 따른 전압 제어 발진기(100)는 LO 신호를 만들어주는 일반적인 전압 제어 발진기 회로로서, 크로스 커플드 구조의 전압 제어 발진기이다. First, the voltage-controlled oscillator 100 shown in FIG. 1 is a general voltage-controlled oscillator circuit that produces an LO signal, and is a voltage-controlled oscillator of a cross-coupled structure.

전류원(101)는 일정한 전류를 공급하며, 제3 트랜지스터(M3)를 포함한다. 트랜스컨덕턴스부(102)는 발진하기 위하여 필요한 트랜스컨덕턴스를 제공하며, 제1 트랜지스터(M1) 및 제2 트랜지스터(M2)를 포함한다. 이 때, 제1 트랜지스터(M1) 및 제2 트랜지스터(M2)는 크로스 커플드 형태로 연결되어 있다. LC 공진기(103)는 출력 신호, 즉 LO 신호를 출력하며, 인덕터(Ltank)와 두개의 가변 캐패시터(Cvar)를 포함한다. The current source 101 supplies a constant current and includes a third transistor M 3 . Transconductance unit 102 provides the transconductance required to oscillate, a first transistor (M 1) and a second transistor (M 2). In this case, the first transistor M 1 and the second transistor M 2 are connected in a cross-coupled manner. The LC resonator 103 outputs an output signal, that is, an LO signal, and includes an inductor (L tank ) and two variable capacitors (C var ).

다음으로, 도 2는 필터링 기법을 활용한 저 위상 잡음의 전압 제어 발진기(200)를 도시하고 있다. Next, FIG. 2 shows a low phase noise voltage controlled oscillator 200 utilizing a filtering technique.

필터링부(201)는 2차 고조파에서 성분들을 필터링하는 역할을 수행하며, 인덕터(LS)와 기생 캐패시턴스 성분(Cpar)을 포함한다. 트랜스컨덕턴스부(102)는 발진하기 위하여 필요한 트랜스컨덕턴스를 제공하며, LC 공진기(103)는 LO 신호를 출력한다. The filtering unit 201 serves to filter components at a second harmonic, and includes an inductor L S and a parasitic capacitance component C par . The transconductance section 102 provides the necessary transconductance for oscillation, and the LC resonator 103 outputs the LO signal.

마지막으로, 도 3은 포워드 바디 바이어싱 기법이 적용된 전압 제어 발진기를 도시한 도면이다. Finally, FIG. 3 illustrates a voltage controlled oscillator to which a forward body biasing technique is applied.

전류원(301)는 일정한 전류를 공급하며, 트랜스컨덕턴스부(302)는 크로스 커플드단을 나타낸다. 이 때, 바디 전극에 소스 전극보다 높은 전압을 인가하여 문턱 전압보다 더 낮은 전압에서 트랜지스터들을 동작시킬 수 있다. LC 공진기(303)는 LO 신호를 출력한다. The current source 301 supplies a constant current, and the transconductance unit 302 represents a cross-coupling stage. At this time, it is possible to operate the transistors at a voltage lower than the threshold voltage by applying a voltage higher than the source electrode to the body electrode. The LC resonator 303 outputs an LO signal.

도 3에 도시된 전압 제어 발진기의 경우, 트랜스컨덕턴스부(302)에 포함된 제1 트랜지스터(M1) 및 제2 트랜지스터(M2)의 문턱전압은 아래의 수학식 1과 같이 표현한다.
3, the threshold voltages of the first transistor M 1 and the second transistor M 2 included in the transconductance unit 302 are expressed by Equation (1) below.

Figure 112015043630590-pat00001
Figure 112015043630590-pat00001

그리고, 포워드 바디 바이어싱 기법이 적용되었을 경우 아래의 수학식 2과 같이 표현된다. 이 때, 포워드 바디 바이어싱 기법은 일반적인 저 전압, 저 전력의 회로들과 시스템에서 더 낮은 전압에서 회로를 작동시키기 위하여 사용되고 있다.
When the forward body biasing technique is applied, the following expression (2) is obtained. At this time, the forward body biasing technique is used to operate circuits at lower voltage and lower power circuits and at lower voltage in general systems.

Figure 112015043630590-pat00002
Figure 112015043630590-pat00002

한편, 도 1에 도시된 전압 제어 발진기는 빠른 스타트업(start-up)과 좋은 위상잡음 특성을 가지며 일반적인 시스템을 구성하는데 장점이 있지만, 더 낮은 전압의 시스템에서 동작하지 않는다는 단점이 있다. Meanwhile, the voltage-controlled oscillator shown in FIG. 1 has a quick start-up and a good phase noise characteristic and is advantageous in configuring a general system, but has a disadvantage in that it does not operate in a lower voltage system.

그리고, 도 2에 도시된 전압 제어 발진기는 기존의 전류원을 없애고, 인덕터로 대신하여 기생 캐패시턴스 성분과 함께 2차 고조파 성분을 필터링하는 역할을 하여 일반적인 전압 제어 발진기보다 더 우수한 위상잡음 특성을 갖지만, 전류원이 없기 때문에 전압에 따른 전류량을 조절할 수 없으며, 낮은 전압의 시스템에서 동작하지 않는다는 단점이 있다. The voltage-controlled oscillator shown in FIG. 2 eliminates the conventional current source and filters the second harmonic component together with the parasitic capacitance component instead of the inductor, and thus has a better phase noise characteristic than a general voltage-controlled oscillator. However, There is a disadvantage in that the amount of current according to the voltage can not be controlled and it does not operate in a low voltage system.

또한, 도 3에 도시된 전압 제어 발진기는 전류원에 의해 전류량이 결정되지만 누설 전류가 발생하여 LC-공진기의 기생 저항성분을 보상하기 위한 트랜스컨덕턴스 값이 작아진다는 단점이 있다.
한편, 관련 선행문헌으로서, 대한민국 등록특허 제10-1415733호(발명명칭: 전압 제어 발진기)가 있다. In the voltage-controlled oscillator shown in FIG. 3, although the amount of current is determined by the current source, there is a disadvantage that a leakage current is generated and the transconductance value for compensating the parasitic resistance component of the LC-resonator is reduced.
On the other hand, Korean Prior Registration No. 10-1415733 (entitled "Voltage Controlled Oscillator") is a related prior art.

상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 저 전력, 저 전압의 특성을 가지고, 누설 전류를 활용하여 향상된 트랜스컨덕턴스를 가지는 캐패시티브 디바이딩을 이용한 전압 제어 발진기를 제안하고자 한다. In order to solve the problems of the prior art as described above, the present invention proposes a voltage controlled oscillator using capacitive dividing having characteristics of low power and low voltage and having improved transconductance utilizing leakage current .

본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.Other objects of the invention will be apparent to those skilled in the art from the following examples.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 제1 트랜지스터, 제2 트랜지스터, 제1 캐패시터, 제2 캐패시터, 제3 캐패시터 및 제4 캐패시터를 포함하는 트랜스컨덕턴스부; 및 상기 트랜스컨덕턴스부와 연결된 LC 공진부;를 포함하되, 상기 제1 트랜지스터의 소스 전극은 상기 제2 트랜지스터의 소스 전극과 연결되고, 상기 제1 트랜지스터의 드레인 전극은 제1 노드에서 상기 제2 트랜지스터의 게이트 전극과 연결되고, 상기 제2 트랜지스터의 드레인 전극은 제2 노드에서 상기 제1 트랜지스터의 게이트 전극과 연결되고, 상기 제1 캐패시터는 상기 제1 트랜지스터의 게이트 전극과 상기 제1 트랜지스터의 바디 전극 사이에서 연결되고, 상기 제2 캐패시터는 상기 제1 트랜지스터의 바디 전극과 상기 제1 트랜지스터의 소스 전극 사이에서 연결되고, 상기 제3 캐패시터는 상기 제2 트랜지스터의 게이트 전극과 상기 제2 트랜지스터의 바디 전극 사이에서 연결되고, 상기 제4 캐패시터는 상기 제2 트랜지스터의 바디 전극과 상기 제2 트랜지스터의 소스 전극 사이에서 연결되는 것을 특징으로 하는 전압 제어 발진기가 제공된다. According to an aspect of the present invention, there is provided a transconductance device including a first transistor, a second transistor, a first capacitor, a second capacitor, a third capacitor, and a fourth capacitor; And a LC resonance part connected to the transconductance part, wherein a source electrode of the first transistor is connected to a source electrode of the second transistor, and a drain electrode of the first transistor is connected to the second transistor The drain electrode of the second transistor is connected to the gate electrode of the first transistor at the second node, the first capacitor is connected to the gate electrode of the first transistor and the body electrode of the first transistor, Wherein the second capacitor is connected between the body electrode of the first transistor and the source electrode of the first transistor and the third capacitor is connected between the gate electrode of the second transistor and the body electrode of the second transistor, And the fourth capacitor is connected between the body electrode of the second transistor and the second electrode of the second transistor A voltage controlled oscillator, characterized in that connected between the source electrode of the register is provided.

상기 LC 공진부는 제1 공진 캐패시터, 제2 공진 캐패시터 및 공진 인덕터를 포함하되, 상기 제1 공진 캐패시터의 일단은 상기 제1 노드와 연결되고, 상기 제2 공진 캐패시터의 일단은 상기 제2 노드와 연결되고, 상기 제1 공진 캐패시터의 타단과 상기 제2 공진 캐패시터의 타단은 연결되고, 상기 공진 인덕터의 일단은 상기 제1 노드와 연결되고, 상기 공진 인덕터의 타단은 상기 제2 노드와 연결될 수 있다. The LC resonance unit includes a first resonance capacitor, a second resonance capacitor, and a resonance inductor, wherein one end of the first resonance capacitor is connected to the first node, and one end of the second resonance capacitor is connected to the second node The other end of the first resonant capacitor and the other end of the second resonant capacitor are connected to each other, one end of the resonant inductor is connected to the first node, and the other end of the resonant inductor is connected to the second node.

상기 전압 제어 발진기는, 상기 트랜스컨덕턴스부와 연결되고, 2차 고조파에서 성분들을 필터링하는 필터링부;를 더 포함할 수 있다. The voltage controlled oscillator may further include a filtering unit connected to the transconductance unit and filtering the components at a second harmonic.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 인덕터 및 기생 캐패시터를 포함하며, 2차 고조파에서 성분들을 필터링하는 필터링부; 상기 필터링부와 연결되고, 제1 트랜지스터, 제2 트랜지스터, 제1 캐패시터, 제2 캐패시터, 제3 캐패시터 및 제4 캐패시터를 포함하는 트랜스컨덕턴스부; 및 상기 트랜스컨덕턴스부와 연결되는 LC 공진부;를 포함하되, 상기 제1 트랜지스터와 제2 트랜지스터는 크로스 커플드 형태로 연결되고, 상기 제1 캐패시터는 상기 제1 트랜지스터의 게이트 전극과 상기 제1 트랜지스터의 바디 전극 사이에서 연결되고, 상기 제2 캐패시터는 상기 제1 트랜지스터의 바디 전극과 상기 제1 트랜지스터의 소스 전극 사이에서 연결되고, 상기 제3 캐패시터는 상기 제2 트랜지스터의 게이트 전극과 상기 제2 트랜지스터의 바디 전극 사이에서 연결되고, 상기 제4 캐패시터는 상기 제2 트랜지스터의 바디 전극과 상기 제2 트랜지스터의 소스 전극 사이에서 연결되는 것을 특징으로 하는 전압 제어 발진기가 제공된다. According to another embodiment of the present invention, there is also provided a filtering apparatus including an inductor and a parasitic capacitor, the filtering unit filtering components at a second harmonic; A transconductance section connected to the filtering section and including a first transistor, a second transistor, a first capacitor, a second capacitor, a third capacitor, and a fourth capacitor; And a LC resonance part connected to the transconductance part, wherein the first transistor and the second transistor are connected in a cross-coupled manner, and the first capacitor is connected between the gate electrode of the first transistor and the first transistor, Wherein the second capacitor is connected between the body electrode of the first transistor and the source electrode of the first transistor and the third capacitor is connected between the gate electrode of the second transistor and the second electrode of the second transistor, And the fourth capacitor is connected between the body electrode of the second transistor and the source electrode of the second transistor.

본 발명에 따른 전압 제어 발진기는 저 전력, 저 전압의 특성을 가지고, 누설 전류를 활용하여 향상된 트랜스컨덕턴스를 가지는 장점이 있다. The voltage controlled oscillator according to the present invention has characteristics of low power and low voltage and has an advantage of utilizing an improved leakage current to have an improved transconductance.

도 1 내지 도 3는 종래의 전압 제어 발진기의 일례를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 캐패시티브 디바이딩을 이용한 전압 제어 발진기의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라서, 캐패시티브 디바이딩 연결의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 제어 발진기의 소신호 등가모델을 도시한 도면이다.
도 7 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 제어 발진기의 시뮬레이션 결과를 설명하기 위한 도면이다. 1 to 3 are views showing an example of a conventional voltage-controlled oscillator.
FIG. 4 is a block diagram of a voltage controlled oscillator using capacitive dividing according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
5 is a diagram for explaining the effect of a capacitive dividing connection according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a small-signal equivalent model of a voltage-controlled oscillator according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 7 to 8 are diagrams for explaining simulation results of a voltage-controlled oscillator according to an embodiment of the present invention.

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. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.

"제1", "제2" 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.The terms "first "," second ", and the like can be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. The term "and / or" includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 캐패시티브 디바이딩을 이용한 전압 제어 발진기의 개략적인 구성을 도시한 도면이다. FIG. 4 is a block diagram of a voltage controlled oscillator using capacitive dividing according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 제어 발진기(400)는 필터링부(401), 트랜스컨덕턱스부(402) 및 LC 공진부(403)를 포함한다. 이하, 각 구성요소 별로 그 기능을 상세하게 설명하기로 한다. 4, a voltage controlled oscillator 400 according to an exemplary embodiment of the present invention includes a filtering unit 401, a transconducting jitter unit 402, and an LC resonator unit 403. [ Hereinafter, the function of each component will be described in detail.

필터링부(401)는 2차 고조파에서 성분들을 필터링하며, 더 좋은 위상 잡음을 가지는 효과를 얻는다. 여기서, 필터링부(401)는 인덕터(LS) 및 기생 캐패시터(Cpar)를 포함하며, 이는 병렬로 연결될 수 있다. The filtering unit 401 filters the components at the second harmonic and obtains an effect with better phase noise. Here, the filtering unit 401 includes an inductor L S and a parasitic capacitor C par , which may be connected in parallel.

트랜스컨덕턴스부(402)는 발진하기 위하여 필요한 트랜스컨덕턴스를 제공한다. 여기서, 트랜스컨덕턴스부(402)는 필터링부(401)와 연결되며, 제1 트랜지스터(M1), 제2 트랜지스터(M2), 제1 캐패시터(C1), 제2 캐패시터(C2), 제3 캐패시터(C3) 및 제4 캐패시터(C4)를 포함할 수 있다. The transconductance section 402 provides the necessary transconductance to oscillate. The transconductance unit 402 is connected to the filtering unit 401 and includes a first transistor M 1 , a second transistor M 2 , a first capacitor C 1 , a second capacitor C 2 , A third capacitor C 3 and a fourth capacitor C 4 .

보다 상세하게, 제1 트랜지스터(M1)의 소스 전극은 제2 트랜지스터(M2)의 소스 전극과 연결되고, 이는 인덕터(LS) 및 기생 캐패시터(Cpar)와 연결된다. 그리고, 제1 트랜지스터 (M1)의 드레인 전극은 제1 노드(n1)에서 제2 트랜지스터(M2)의 게이트 전극과 연결되고, 제2 트랜지스터(M2)의 드레인 전극은 제2 노드(n2)에서 제1 트랜지스터(M1)의 게이트 전극과 연결된다. More specifically, the source electrode of the first transistor M 1 is connected to the source electrode of the second transistor M 2 , which is connected to the inductor L S and the parasitic capacitor C par . Then, the first drain electrode of the transistor (M 1) the drain electrode has a first node coupled to the gate electrode of the second transistor (M 2) in the (n 1), the second transistor (M 2) of the second node ( n < 2 > ) is connected to the gate electrode of the first transistor M1.

또한, 제1 캐패시터(C1)는 제1 트랜지스터(M1)의 게이트 전극과 제1 트랜지스터(M1)의 바디 전극 사이에서 연결되고, 제2 캐패시터(C2)는 제1 트랜지스터(M1)의 바디 전극과 제1 트랜지스터(M1)의 소스 전극 사이에서 연결된다. 그리고, 제3 캐패시터(C3)는 제2 트랜지스터(M2)의 게이트 전극과 제2 트랜지스터(M2)의 바디 전극 사이에서 연결되고, 제4 캐패시터(C4)는 제2 트랜지스터(M2)의 바디 전극과 제2 트랜지스터(M2)의 소스 전극 사이에서 연결된다. Further, the first capacitor (C 1) is connected between the body electrode of the first transistor (M 1) a gate electrode of the first transistor (M 1) of the second capacitor (C 2) has a first transistor (M 1 And the source electrode of the first transistor M 1 . Then, the third capacitor (C 3) the second being connected between the body electrode of the transistor (M 2) the gate electrode and the second transistor (M 2) of the fourth capacitor (C 4) is a second transistor (M 2 ) it is connected between the source electrode of the electrode body and the second transistor (M 2).

즉, 제1 트랜지스터(M1)과 제2 트랜지스터(M2)는 크로스 커플드 형태로 연결될 수 있으며, 각각의 트랜지스터(M1, M2)에 대해, 게이트 전극과 바디 전극 사이 및 바디 전극과 소스 사이에 캐패시터를 위치시키고, 바디 전극의 전압이 캐패시티브 디바이딩되는 구조를 사용한다. 이 경우, 게이트 전극의 신호가 바디 전극에 인가되어 더 향상된 트랜스컨덕턴스를 가질 수 있다. 또한, 바디 전극에 캐패시티브 디바이딩되어 포워드 바디 바이어싱되는 구조를 사용하는 바, 낮은 공급 전압이 가능함으로 저 전력의 효과를 가지는 장점이 있다. That is, the first transistor M 1 and the second transistor M 2 may be connected in a cross-coupled manner. For each of the transistors M 1 and M 2 , between the gate electrode and the body electrode, A capacitor is placed between the source and the body electrode, and the voltage of the body electrode is capacitivedivided. In this case, a signal of the gate electrode may be applied to the body electrode to have a further improved transconductance. Also, since the body is capacitively coupled to the body electrode and used for forward body biasing, a low supply voltage is available, which is advantageous in that it has a low power effect.

이하, 도 5를 참조하여, 캐패시티브 디바이딩 연결의 효과를 설명하기로 한다. Hereinafter, the effect of the capacitive dividing connection will be described with reference to FIG.

도 5의 (a) 내지 (c)는 종래의 트랜스컨덕턴드부에서 사용되는 회로 구조를 도시한 도면이다. 5 (a) to 5 (c) are diagrams showing a circuit structure used in a conventional transconductance section.

도 5의 (a)의 경우, 캐패시터 C가 DC 블로킹 역할을 하고, 문턱 전압은 아래의 수학식 3와 같다.
In the case of FIG. 5A, the capacitor C serves as a DC blocking function, and the threshold voltage is expressed by Equation 3 below.

Figure 112015043630590-pat00003
Figure 112015043630590-pat00003

이 때, 바디 전극과 소스 전극이 묶여 있어 문턱 전압이

Figure 112015043630590-pat00004
이며, 전압 제어 발진기의 신호의 크기가 일정 이상 커졌을 때, 캐패시터 C를 통해 바디 전극에 교류 신호가 인가된다. 따라서, 바디 전극과 소스 전극 간에 PN 다이오드가 포워드되는 단점이 있다. At this time, since the body electrode and the source electrode are tied together,
Figure 112015043630590-pat00004
And when the magnitude of the signal of the voltage controlled oscillator becomes larger than a predetermined value, the AC signal is applied to the body electrode through the capacitor C. Therefore, there is a drawback that the PN diode is forwarded between the body electrode and the source electrode.

도 5의 (b)의 경우, 바이어스 전압이 인가되며, 이에 따라 문턱전압이 아래의 수학식 4과 같이 변경된다.
In the case of FIG. 5B, a bias voltage is applied, and the threshold voltage is changed as shown in Equation (4) below.

Figure 112015043630590-pat00005
Figure 112015043630590-pat00005

여기서, 전압 제어 발진기의 신호의 크기가 일정 이상 커졌을 때, 캐패시터 C를 통해 바디 전극에 교류 신호가 인가되며, 도 5의 (a)와 마찬가지로 바디 전극과 소스 전극 간에 PN다이오드가 포워드되는 단점이 있다(일반적으로 저항 R은 전압을 인가하는 DC Supply에 교류 신호가 들어가지 않도록 큰 저항을 씀). Here, when the magnitude of the signal of the voltage-controlled oscillator becomes larger than a certain level, an AC signal is applied to the body electrode through the capacitor C, and the PN diode is forwarded between the body electrode and the source electrode as in FIG. (In general, the resistor R uses a large resistor so that the AC signal does not enter the DC supply that applies the voltage).

도 5의 (c)의 경우, 알 수 없는 전압(VFloating)에 의해 문턱 전압이 아래의 수학식 5과 같이 변경된다.
In the case of (c) of FIG. 5, the threshold voltage is changed according to the following equation (5) by the unknown voltage (V Floating ).

Figure 112015043630590-pat00006
Figure 112015043630590-pat00006

따라서, 도 5의 (a), (b)와 같이 전압 제어 발진기의 신호의 크기가 일정 이상 커졌을 때, 바디 전극과 소스 전극 간에 PN다이오드가 포워드되는 단점이 있다.5 (a) and 5 (b), the PN diode is forwarded between the body electrode and the source electrode when the magnitude of the signal of the voltage-controlled oscillator becomes larger than a certain level.

도 5의 (d)는 본 발명에 따른 캐패시티브 디바이딩의 회로 구조를 도시한 도면이다. FIG. 5D is a diagram illustrating a circuit structure of a capacitive divider according to the present invention.

도 5의 (d)를 참조하면, 트랜지스터의 바디 전극의 전압은 아래의 수학식 6과 같다.
Referring to FIG. 5 (d), the voltage of the body electrode of the transistor is expressed by Equation (6) below.

Figure 112015043630590-pat00007
Figure 112015043630590-pat00007

즉, 교류 신호와 DC 전압이 디바이딩되는 것을 확인할 수 있으며, 일정 이상의 전압에서도 캐패시터 C1과 C2의 비율에 의해 바디 전극과 소스 전극 간의 PN다이오드가 포워드되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 캐패시티브 디바이딩 기법을 활용할 경우 아래의 수학식 7와 같이 문턱전압을 낮출 수 있다.
That is, it can be confirmed that the AC signal and the DC voltage are divided, and it is possible to prevent the PN diode between the body electrode and the source electrode from being forwarded by the ratio of the capacitors C 1 and C 2 even if the voltage exceeds a certain level. Also, when the capacitive dividing technique is used, the threshold voltage can be lowered as shown in Equation (7) below.

Figure 112015043630590-pat00008
Figure 112015043630590-pat00008

다시, 도 4를 참조하면, LC 공진부(403)는 출력 신호, 즉 LO 신호를 출력하며, 인덕터(Ltank)와 두개의 공진 캐패시터(Cvar1, Cvar2)를 포함한다. 여기서, 공진 캐패시터(Cvar1, Cvar2)는 가변 캐패시터일 수 있다. 4, the LC resonance unit 403 outputs an output signal, that is, an LO signal, and includes an inductor (L tank ) and two resonance capacitors C var1 , C var2 ). Here, the resonant capacitors C var1 , C var2 ) may be a variable capacitor.

보다 상세하게, 제1 공진 캐패시터(Cvar1)의 일단은 제1 노드(n1)와 연결되고, 제2 공진 캐패시터(Cvar2)의 일단은 제2 노드(n2)와 연결된다. 그리고, 제1 공진 캐패시터(Cvar1)의 타단과 제2 공진 캐패시터(Cvar2)의 타단은 연결되며, 여기로 제어 전압(Vctrl)이 인가된다. 또한, 공진 인덕터(Ltank)의 일단(Ltank)은 제1 노드(n1)와 연결되고, 공진 인덕터(Ltank)의 타단은 제2 노드(n2)와 연결될 수 있다. More specifically, one end of the first resonant capacitor C var1 is connected to the first node n 1 and one end of the second resonant capacitor C var2 is connected to the second node n 2 . The other end of the first resonant capacitor C var1 and the other end of the second resonant capacitor C var2 are connected to each other and a control voltage V ctrl is applied thereto. Further, the other end of one resonant inductor (L tank) to the first node is connected to the (n 1), a resonance inductor (L tank) of (L tank) can be connected to the second node (n 2).

정리하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 제어 발진기(400)는 캐패시티브 디바이딩을 기법을 이용하였고, 그 결과 포워드 바디 바이어싱 되는 전압을 외부에서 인가하는 방식이 아닌 전압 제어 발진기(400)의 공급전압을 활용하여 캐패시터의 비율에 따라 결정할 수 있으며, 트랜스컨덕턴스 향상 효과를 가지며, 더 낮은 위상 잡음 및 저 전력을 구현할 수 있는 장점이 있다. In summary, the voltage-controlled oscillator 400 according to an embodiment of the present invention uses a capacitive dividing technique, and as a result, a voltage-controlled oscillator 400 (not shown) for applying a forward- ), It can be determined according to the ratio of the capacitor, has the effect of improving the transconductance, has the advantage of realizing lower phase noise and lower power.

도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 제어 발진기(400)의 소신호 등가모델을 도시한 도면이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 전압 제어 발진기(400)는 기존의 일반적인 크로스 커플드 구조의 전압 제어 발진기보다 향상된 트랜스컨덕턴스를 도출할 수 있다.6 is a diagram illustrating a small signal equivalent model of a voltage controlled oscillator 400 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, the voltage-controlled oscillator 400 of the present invention can derive an improved transconductance from a voltage-controlled oscillator of a conventional cross-coupled structure.

이하, 도 7 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 제어 발진기(400)의 시뮬레이션 결과를 설명하기로 한다. Hereinafter, simulation results of the voltage-controlled oscillator 400 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 to 8. FIG.

도 6은 주파수 가변 특성을 나타낸 그래프이다. 본 발명의 전압 제어 발진기(400)의 출력 주파수는 제어 전압을 0V에서 1.8V로 가변하였을 때, 2.309 ~ 2.556GHz의 가변이 가능하며, 출력 전력은 -0.5618 ~ -0.0239dBm이 됨을 확인할 수 있다. 6 is a graph showing frequency variable characteristics. The output frequency of the voltage-controlled oscillator 400 of the present invention can be varied from 2.309 to 2.556 GHz when the control voltage is varied from 0 V to 1.8 V, and the output power is -0.5618 to -0.0239 dBm.

도 7은 위상잡음 특성을 나타낸 그래프이다. 제어 전압 0V ~ 2.309GHz의 출력 주파수에서 1MHz의 오프셋 주파수에서 -123dBc/Hz의 위상잡음 특성을 나타냄을 확인할 수 있다. 7 is a graph showing phase noise characteristics. It can be seen that the phase noise characteristic is -123dBc / Hz at the offset frequency of 1MHz at the output frequency of control voltage 0V ~ 2.309GHz.

즉, 본 발명의 전압 제어 발진기(400)는 0.39V의 공급전압에 0.456mW의 전력 소모를 가지며, 이는 종래의 기술에 비해 트랜스컨덕턴스 향상 효과를 가지며, 공급전압을 활용하여 추가로 바디 바이어싱을 위한 추가적인 회로나 외부의 전압을 활용하지 않아 복잡도가 감소하고 전력 소모가 낮은 장점이 있다.That is, the voltage-controlled oscillator 400 of the present invention has a power consumption of 0.456 mW at a supply voltage of 0.39 V, which has an effect of improving transconductance as compared with the conventional technology, and further utilizes the supply voltage to perform additional body biasing There is an advantage in that the additional circuit or the external voltage is not utilized and the complexity is reduced and the power consumption is low.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다. As described above, the present invention has been described with reference to particular embodiments, such as specific elements, and limited embodiments and drawings. However, it should be understood that the present invention is not limited to the above- Various modifications and variations may be made thereto by those skilled in the art to which the present invention pertains. Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .

Claims (5)

제1 트랜지스터, 제2 트랜지스터, 제1 캐패시터, 제2 캐패시터, 제3 캐패시터 및 제4 캐패시터를 포함하는 트랜스컨덕턴스부; 및
상기 트랜스컨덕턴스부와 연결된 LC 공진부;를 포함하되,
상기 제1 트랜지스터의 소스 전극은 상기 제2 트랜지스터의 소스 전극과 연결되고, 상기 제1 트랜지스터의 드레인 전극은 제1 노드에서 상기 제2 트랜지스터의 게이트 전극과 연결되고, 상기 제2 트랜지스터의 드레인 전극은 제2 노드에서 상기 제1 트랜지스터의 게이트 전극과 연결되고,
상기 제1 캐패시터의 일단은 상기 제1 트랜지스터의 게이트 전극과 연결되고 상기 제1 캐패시터의 타단은 상기 제1 트랜지스터의 바디 전극과 연결되고, 상기 제2 캐패시터의 일단은 상기 제1 트랜지스터의 바디 전극과 연결되고 상기 제2 캐패시터의 타단은 상기 제1 트랜지스터의 소스 전극과 연결되고, 상기 제3 캐패시터의 일단은 상기 제2 트랜지스터의 게이트 전극과 연결되고 상기 제3 캐패시터의 타단은 상기 제2 트랜지스터의 바디 전극과 연결되고, 상기 제4 캐패시터의 일단은 상기 제2 트랜지스터의 바디 전극과 연결되고 상기 제4 캐패시터의 타단은 상기 제2 트랜지스터의 소스 전극과 연결되는 것을 특징으로 하는 전압 제어 발진기.A transconductance section including a first transistor, a second transistor, a first capacitor, a second capacitor, a third capacitor, and a fourth capacitor; And
And an LC resonance part connected to the transconductance part,
Wherein a source electrode of the first transistor is connected to a source electrode of the second transistor, a drain electrode of the first transistor is connected to a gate electrode of the second transistor at a first node, A second transistor connected to the gate electrode of the first transistor,
Wherein one end of the first capacitor is connected to the gate electrode of the first transistor and the other end of the first capacitor is connected to the body electrode of the first transistor and one end of the second capacitor is connected to the body electrode of the first transistor, One end of the third capacitor is connected to the gate electrode of the second transistor, and the other end of the third capacitor is connected to the body of the second transistor, and the other end of the third capacitor is connected to the source electrode of the second transistor. Wherein one end of the fourth capacitor is connected to the body electrode of the second transistor and the other end of the fourth capacitor is connected to the source electrode of the second transistor. 제1항에 있어서,
상기 LC 공진부는 제1 공진 캐패시터, 제2 공진 캐패시터 및 공진 인덕터를 포함하되,
상기 제1 공진 캐패시터의 일단은 상기 제1 노드와 연결되고, 상기 제2 공진 캐패시터의 일단은 상기 제2 노드와 연결되고, 상기 제1 공진 캐패시터의 타단과 상기 제2 공진 캐패시터의 타단은 연결되고,
상기 공진 인덕터의 일단은 상기 제1 노드와 연결되고, 상기 공진 인덕터의 타단은 상기 제2 노드와 연결되는 것을 특징으로 하는 전압 제어 발진기. The method according to claim 1,
The LC resonance unit includes a first resonance capacitor, a second resonance capacitor, and a resonance inductor,
One end of the first resonant capacitor is connected to the first node, one end of the second resonant capacitor is connected to the second node, the other end of the first resonant capacitor and the other end of the second resonant capacitor are connected ,
Wherein one end of the resonant inductor is connected to the first node and the other end of the resonant inductor is connected to the second node. 제1항에 있어서,
상기 전압 제어 발진기는,
상기 트랜스컨덕턴스부와 연결되고, 2차 고조파에서 성분들을 필터링하는 필터링부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전압 제어 발진기. The method according to claim 1,
Wherein the voltage-
And a filtering unit coupled to the transconductance unit and filtering the components at a second harmonic. 인덕터 및 기생 캐패시터를 포함하며, 2차 고조파에서 성분들을 필터링하는 필터링부;
상기 필터링부와 연결되고, 제1 트랜지스터, 제2 트랜지스터, 제1 캐패시터, 제2 캐패시터, 제3 캐패시터 및 제4 캐패시터를 포함하는 트랜스컨덕턴스부; 및
상기 트랜스컨덕턴스부와 연결되는 LC 공진부;를 포함하되,
상기 제1 트랜지스터와 제2 트랜지스터는 크로스 커플드 형태로 연결되고, 상기 제1 캐패시터의 일단은 상기 제1 트랜지스터의 게이트 전극과 연결되고 상기 제1 캐패시터의 타단은 상기 제1 트랜지스터의 바디 전극과 연결되고, 상기 제2 캐패시터의 일단은 상기 제1 트랜지스터의 바디 전극과 연결되고 상기 제2 캐패시터의 타단은 상기 제1 트랜지스터의 소스 전극과 연결되고, 상기 제3 캐패시터의 일단은 상기 제2 트랜지스터의 게이트 전극과 연결되고 상기 제3 캐패시터의 타단은 상기 제2 트랜지스터의 바디 전극과 연결되고, 상기 제4 캐패시터의 일단은 상기 제2 트랜지스터의 바디 전극과 연결되고 상기 제4 캐패시터의 타단은 상기 제2 트랜지스터의 소스 전극과 연결되는 것을 특징으로 하는 전압 제어 발진기.A filtering unit including an inductor and a parasitic capacitor, the filtering unit filtering components at a second harmonic;
A transconductance section connected to the filtering section and including a first transistor, a second transistor, a first capacitor, a second capacitor, a third capacitor, and a fourth capacitor; And
And an LC resonance part connected to the transconductance part,
The first transistor and the second transistor are connected in a cross-coupled manner, one end of the first capacitor is connected to the gate electrode of the first transistor, and the other end of the first capacitor is connected to the body electrode of the first transistor One end of the second capacitor is connected to the body electrode of the first transistor, the other end of the second capacitor is connected to the source electrode of the first transistor, and one end of the third capacitor is connected to the gate of the second transistor And the other end of the third capacitor is connected to the body electrode of the second transistor, one end of the fourth capacitor is connected to the body electrode of the second transistor, and the other end of the fourth capacitor is connected to the second transistor Is connected to the source electrode of the voltage controlled oscillator. 제4항에 있어서,
상기 LC 공진부는 제1 공진 캐패시터, 제2 공진 캐패시터 및 공진 인덕터를 포함하되,
상기 제1 공진 캐패시터의 일단은 상기 제1 트랜지스터의 드레인 전극 및 제2 트랜지스터의 게이트 전극이 연결된 제1 노드와 연결되고, 상기 제2 공진 캐패시터의 일단은 상기 제2 트랜지스터의 드레인 전극 및 제1 트랜지스터의 게이트 전극이 연결된 제2 노드와 연결되고, 상기 제1 공진 캐패시터의 타단과 상기 제2 공진 캐패시터의 타단은 연결되고,
상기 공진 인덕터의 일단은 상기 제1 노드와 연결되고, 상기 공진 인덕터의 타단은 상기 제2 노드와 연결되는 것을 특징으로 하는 전압 제어 발진기. 5. The method of claim 4,
The LC resonance unit includes a first resonance capacitor, a second resonance capacitor, and a resonance inductor,
Wherein one end of the first resonance capacitor is connected to a drain electrode of the first transistor and a first node connected to the gate electrode of the second transistor and one end of the second resonance capacitor is connected to the drain electrode of the second transistor and the first transistor, The other end of the first resonant capacitor and the other end of the second resonant capacitor are connected to each other,
Wherein one end of the resonant inductor is connected to the first node and the other end of the resonant inductor is connected to the second node.
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