KR101743494B1 - 플리커 노이즈 개선이 가능한 하향주파수 변환구조 - Google Patents

플리커 노이즈 개선이 가능한 하향주파수 변환구조 Download PDF

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이재경
김진용
백세영
진호정
이후석
백동현
하금원
김정근
한장훈
김진현
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한국항공대학교산학협력단
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Abstract

하향 주파수 변환기에 관한 것으로서, 하향 주파수 변환기는 고주파수 신호를 제1 신호로 변환시키는 제1 주파수 믹서 및 제1 신호를 제2 신호로 변환시키는 제2 주파수 믹서를 포함하되, 상기 제1 주파수 믹서와 상기 제2 주파수 믹서는 신호의 크기를 증폭시킬 수 있다.

Description

플리커 노이즈 개선이 가능한 하향주파수 변환구조 {FLICKER-NOISE IMPROVED RECEIVER ARCHITECTURE}
본원은 플리커 노이즈 개선이 가능한 하향주파수 변환구조에 관한 것이다.
일반적으로 무선 통신 시스템은 크게 음성, 데이터 등을 변조하여 RF 신호로 전송하는 송신기와 송신기에서 변조하여 에어(Air) 상으로 전송한 RF 신호를 수신하여 복조하는 수신기로 구성된다. 무선 통신에서 기저대역(Baseband)의 신호는 송신기에서 반송파 주파수(Carrier Frequency)로 주파수 상향 변환되어 안테나를 통해 RF 신호로 송신되며, 수신기에서 안테나를 통해 수신된 RF 신호는 기저대역 신호로 주파수 하향 변환된다.
이러한 송수신의 관점에서 볼 때, 송신시의 주파수 변환을 상향 변환(Up conversion)이라 하며, 수신시의 주파수 변환을 하향 변환(Down conversion)이라 한다. 상향 변환은 기저대역의 신호가 이보다 주파수가 높은 반송파 신호로 변환됨을 의미하며, 하향 변환은 반송파 신호로부터 이보다 주파수가 낮은 기저대역 신호로 변환됨을 의미한다.
그런데, 종래 대부분의 수신기는 안테나를 통해 수신된 RF 신호의 하향 변환 시 하나의 믹서만을 이용했기 때문에, 하향 변환된 신호가 직류(DC)에 가까워짐에 따라 플리커 노이즈(Flicker Noise, 1/f Noise)에 의하여 잡음 지수(Noise Figure) 성능이 크게 저하되고, 이득이 낮은 단점이 있었다.
본원의 배경이 되는 기술은 한국등록특허공보 제10- 0651493 호(등록일: 2006.11.22)에 개시되어 있다.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, RF 신호의 하향 변환 시 플리커 노이즈에 의한 잡음 지수의 성능 저하를 해소시키고, 이득을 향상시킬 수 있는 하향 주파수 변환기를 제공하려는 것을 목적으로 한다.
본원은 수신된 RF 신호가 DC 신호에 가까운 주파수가 되기 이전에 중간주파수를 경유하게 하여 최종 출력되는 잡음지수를 낮출 수 있는 주파수 변환기를 제공하려는 것을 목적으로 한다.
다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 일 실시예에 따른 고주파수 신호를 저주파수 신호로 변환하는 하향 주파수 변환기는 상기 고주파수 신호를 제1 신호로 변환시키는 제1 주파수 믹서 및 상기 제1 신호를 제2 신호로 변환시키는 제2 주파수 믹서를 포함하되, 상기 제1 주파수 믹서와 상기 제2 주파수 믹서는 신호의 크기를 증폭시킬 수 있다.
또한, 상기 제1 주파수 믹서에는 쵸핑 모드가 적용될 수 있다.
또한, 상기 제1 주파수 믹서는, 쵸핑 모드에 의해 상기 고주파수 신호를 플리커 노이즈의 영향이 없는 주파수 대역으로 이동시킬 수 있다.
또한, 상기 제1 주파수 믹서는, 전압제어발진기의 출력 신호와 국부발진기의 출력 신호를 믹싱하여 생성된 신호를 상기 고주파수 신호와 믹싱할 수 있다.
또한, 상기 제1 주파수 믹서와 상기 제2 주파수 믹서는, In-Phase 신호가 전달되는 경로(path)와 Quadrature-Phase 신호가 전달되는 경로가 대칭적으로 형성되도록, I-믹서의 개수와 Q-믹서의 개수가 서로 동일하게 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 주파수 믹서와 상기 제2 주파수 믹서는, In-Phase 신호가 전달되는 경로(path)와 Quadrature-Phase 신호가 전달되는 경로가 비대칭적으로 형성되도록, I-믹서의 개수와 Q-믹서의 개수가 서로 상이하게 제공될 수 있다.
또한, 본원의 일 실시예에 따른 하향 주파수 변환기는 상기 제2 주파수 믹서로부터 출력된 제2 신호에 대하여 저역 통과 필터링을 수행하는 저역 통과 필터를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 신호는 중간주파수 신호이고, 상기 제2 신호는 상기 중간주파수 신호가 다운 믹싱된 직류 신호일 수 있다.
한편, 본원의 일 실시예에 따른 레이더 수신기는, 고주파수 신호를 제1 신호로 변환시키는 제1 주파수 믹서 및 상기 제1 신호를 제2 신호로 변환시키는 제2 주파수 믹서를 포함하되, 상기 제1 주파수 믹서와 상기 제2 주파수 믹서는 신호의 크기를 증폭시킬 수 있는 하향 주파수 변환기를 포함할 수 있다.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 본원은 제1 주파수 믹서 및 제2 주파수 믹서를 포함한 두 개의 믹서를 이용하여 주파수 하향 변환을 수행하는 하향 주파수 변환기를 제공함으로써, 잡음지수의 성능을 향상시키고, 높은 이득을 얻을 수 있는 효과가 있다.
본원은 RF 신호를 DC 신호로 한번에 하향 변환하지 않고, 두 개의 믹서를 통해 RF 신호가 중간주파수를 경유하여 하향 변환되게 함으로써, 최종 신호가 받는 플리커 노이즈의 영향을 효과적으로 줄일 수 있는 효과가 있다.
본원은 고주파 신호를 받아 DC로 변환하여 원하는 정보를 받는 수신기에 이용될 수 있으며, 특히 노이즈의 영향에 민감한 애플리케이션(application)에 유용하게 적용될 수 있는 효과가 있다.
본원은 미세한 움직임을 감지하는 모션센서, 높은 주파수의 신호를 사용하는 스마트폰 수신기 등에 효과적으로 적용 가능한 효과가 있다.
도 1은 종래에 RF 송수신기의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 종래에 수신기를 통해 RF 신호가 중간주파수로 하향 변환되는 예를 나타낸 제1 도면이다.
도 3은 종래에 수신기를 통해 RF 신호가 중간주파수로 하향 변환되는 예를 나타낸 제2 도면이다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 하향 주파수 변환기의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 하향 주파수 변환기에서 제1 주파수 믹서가 수신하는 믹싱 신호의 생성 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 하향 주파수 변환기에 적용 가능한 제1 쵸핑 모드를 나타낸 도면이다.
도 7은 본원의 일 실시예에 따른 하향 주파수 변환기에 적용 가능한 제2 쵸핑 모드를 나타낸 도면이다.
도 8은 본원의 일 실시예에 따른 하향 주파수 변환기와 종래의 주파수 변환기가 적용되었을 때의 잡음지수 성능을 비교한 그래프이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결" 또는 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본원은 수신된 RF 신호를 DC 신호로 한번에 하향 변환하지 않고, 두 개의 믹서를 통해 RF 신호가 중간주파수를 경유하여 하향 변환되게 함으로써, 최종 신호가 받는 플리커 노이즈의 영향을 줄이고, 잡음 지수의 성능을 향상시키며, 높은 이득을 획득할 수 있는 하향 주파수 변환기에 관한 것이다.
도 1은 종래에 RF 송수신기의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하여 RF 송수신기의 구조를 간단히 살펴보면, 종래의 RF 송수신기는 크게 안테나(10a, 10b), 수신부(Rx, 20), 기저대역부(Baseband, 30), 마이크로컨트롤러(MCU, 40), 위상고정루프(PLL, 50) 및 송신부(Tx, 60)를 포함할 수 있다.
수신부(20)는 안테나(10a)를 통해 RF 신호를 수신할 수 있다. 수신부(20)는 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier, LNA)를 통해 수신된 RF 신호를 저잡음 증폭하고, 믹서(Mixer)를 통해 저잡음 증폭된 RF 신호를 중간주파수(intermediate frequency) 대역으로 하향 변환(Down conversion)할 수 있다.
기저대역부(30)는 하향변환된 신호를 저역 통과 필터(Low Pass Filter, LPF)를 통해 저역 통과 필터링하고, IF증폭기(amplifier)를 통해 디지털 신호 처리에 필요한 ADC의 아날로그 입력신호의 크기를 증폭시킬 수 있다.
MCU(40)는 RF 신호의 송수신 동작을 제어할 수 있으며, 아날로그 디지털 컨버터(Analog Digital Converter, ADC)를 통해 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다.
위상고정루프(PLL, 50)는 국부발진기의 출력 주파수가 흔들리지 않고 일정한 주파수에서 고정될 수 있도록 락킹(locking)할 수 있다. 또한, 위상고정루프(50)는 제어 입력을 통해 국부 발진 신호로 사용되는 전압제어발진기((voltage controlled oscillator, VCO)의 전압을 정교하게 조절하여 국부발진기(Local Oscillator, LO)의 출력 주파수를 원하는 주파수로 이동하고 고정시킬 수 있다.
송신부(60)는 수신된 신호의 전력을 전력 증폭기(Power amplifier, PA)를 통해 증폭시킬 수 있으며, 증폭된 신호는 안테나(10b)로 제공되어 공기 중으로 전파될 수 있다.
상기의 예에서는 RF 송수신기가 안테나(10a, 10b), 수신부(Rx, 20), 기저대역부(Baseband, 30), 마이크로컨트롤러(MCU, 40), 위상고정루프(PLL, 50) 및 송신부(Tx, 60)만 포함하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 하나의 실시예일 뿐 이에 한정된 것은 아니며, 본 실시예가 속하는 기술 사상에서 통상의 지식을 가진 자라면 RF 송수신기에 포함되는 구성 요소에 대하여 다양하게 수정 및 변형하여 적용할 수 있다.
도 2는 종래에 수신기를 통해 RF 신호가 중간주파수로 하향 변환되는 예를 나타낸 제1 도면이고, 도 3은 종래에 수신기를 통해 RF 신호가 중간주파수로 하향 변환되는 예를 나타낸 제2 도면이다.
도 2 내지 도 3에는 수신기의 프론트 엔드(front-end)에 대한 구성이 개략적으로 도시되어 있다. 이들을 참조하면, 종래에 수신기는 RF 신호를 중간주파수로 하향 변환할 때, 안테나를 통해 RF 신호가 수신되면, 수신된 RF 신호를 저잡음 증폭기(LNA)를 통해 저잡음 증폭할 수 있다. 이후, 다운 믹서는 국부발진기로부터 발생된 국부발진신호(LO)와 저잡음 증폭된 신호를 혼합한 후, 혼합된 신호를 출력할 수 있다. 이후, 출력된 혼합 신호는 저역 통과 필터(LPF)를 통해 저역 통과 필터링될 수 있으며, 이에 따라 RF 신호가 중간주파수(IF)로 하향 변환될 수 있다.
이때, 종래의 수신기는 주파수 하향 변환 시 1개의 믹서(다운 믹서)만을 이용하기 때문에 출력신호의 전력이 낮고, 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR)가 낮은 단점이 있다. 이러한 문제를 극복하기 위하여, 이하 본원의 일 실시예에 따른 하향 주파수 변환기는 두 개의 믹서를 이용함으로써, RF 신호가 한번에 하향 변환되지 않고, 중간주파수를 경유하게 하여 하향 변환시킬 수 있는 기술을 제안한다. 또한, 이러한 본원의 일 실시예에 따른 하향 주파수 변환기는 쵸핑 기술을 이용함으로써 플리커 노이즈를 개선시킬 수 있다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 하향 주파수 변환기의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본원의 일 실시예에 따른 하향 주파수 변환기(100)는 크게 제1 주파수 믹서(10), 제2 주파수 믹서(20) 및 저잡음 증폭기(30)를 포함할 수 있다.
하향 주파수 변환기(100)는 고주파수 신호(RF 신호)를 저주파 신호(Base band 신호)로 하향 변환 시, 2개의 주파수 믹서(10, 20)를 경유하여 하향 변환할 수 있다. 하향 주파수 변환기(100)는 제1 주파수 믹서(10)를 통해 고주파수 신호를 제1 신호로 하향 변환하고, 제2 주파수 믹서(20)를 통해 제1 신호를 제2 신호로 하향 변환할 수 있다. 제1 신호는 중간주파수 신호이고, 제2 신호는 제1 신호의 중간주파수 신호가 다운 믹싱된 직류(DC) 신호일 수 있다.
자세히 살펴보면, 제1 주파수 믹서(10)는 고주파수 신호를 제1 신호로 변환시킬 수 있다.
제1 주파수 믹서(10)는 저잡음 증폭기(30)를 통해 저잡음 증폭된 고주파수 신호를 수신할 수 있다. 저잡음 증폭기(30)는 안테나를 통해 수신된 고주파수 신호에서 잡음 신호에 대한 증폭을 억제하고, 미약한 신호의 크기를 증폭시킬 수 있다.
또한, 제1 주파수 믹서(10)는 주파수 합성에 필요한 LO 주파수를 국부발진기(미도시)로부터 수신할 수 있다.
국부발진기는, 제1 주파수 믹서(10)가 고주파수 신호를 제1 신호로 하향 변환할 수 있도록, 기준 신호인 LO 주파수를 제1 주파수 믹서(10)로 공급할 수 있다.
제1 주파수 믹서(10)는 국부발진기로부터 수신된 LO 주파수 신호와 저잡음 증폭기(30)를 통해 저잡음 증폭된 고주파수 신호를 혼합함으로써 제1 신호를 출력할 수 있다. 이때, 제1 주파수 믹서(10)는 두 주파수의 차에 기초하여 제1 신호를 출력할 수 있다. 제1 주파수 믹서(10)는 제1 신호 출력 시, 신호의 크기를 증폭시켜 출력할 수 있다.
제1 주파수 믹서(10)에는 쵸핑(Chopping) 모드가 적용될 수 있으며, 제1 주파수 믹서(10)에 쵸핑 모드가 적용됨으로써, 제1 주파수 믹서(10)는 쵸핑 모드에 의해 고주파수 신호를 플리커 노이즈의 영향이 없는 주파수 대역으로 이동시킬 수 있다. 즉, 제1 주파수 믹서(10)는 쵸핑 모드에 의해, 플리커 노이즈의 영향이 적은 부분에서 입력된 신호(RF 신호)를 증폭하기 때문에 잡음 지수를 개선시킬 수 있다.
더 자세히 살펴보면, 제1 주파수 믹서(10)는 LO 주파수 신호 수신 시, 쵸퍼 컨트롤러(Chopper controller, 미도시)에 의하여 생성된 쵸핑 주파수(fchop)를 고려할 수 있다. 제1 주파수 믹서(10)는 국부발진기로부터 생성된 LO 주파수 신호와 쵸퍼 컨트롤러에 의하여 생성된 쵸핑 주파수를 믹싱한 신호(즉, LO신호 + FCHOP)를 수신할 수 있으며, 상기 수신된 믹싱 신호와 저잡음 증폭된 고주파수 신호를 혼합함으로써 제1 신호를 출력할 수 있다. 쵸퍼 컨트롤러는 국부발진기의 출력 신호를 소정 주기로 온/오프함으로써, 쵸핑 기능을 제공할 수 있다.
제1 주파수 믹서(10)가 수신하는 믹싱된 신호는 전압제어발진기의 출력 신호와 국부발진기의 출력 신호를 믹싱하여 생성된 신호일 수 있다. 이는 도 5를 참조하여 보다 쉽게 이해될 수 있으며, 도 5에서 제1 주파수 믹서(10)가 수신하는 믹싱 신호는 LO신호 + FCHOP 신호로서 LOI 및 LOQ를 의미하고, 전압제어발진기의 출력 신호는 VCOI 및 VCOQ를 의미하며, 국부발진기의 출력 신호는 XLOI 및 XLOQ를 의미한다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 하향 주파수 변환기에서 제1 주파수 믹서가 수신하는 믹싱 신호의 생성 예를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 제1 주파수 믹서(10)가 수신하는 믹싱 신호(LOI, LOQ)는 전압제어 발진기의 출력 신호(VCOI, VCOQ)와 국부발진기의 출력 신호(XLOI, XLOQ)를 혼합하여 생성될 수 있으며, 각각의 신호는 하기 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112016020155969-pat00001
본원의 일 실시예에 따른 하향 주파수 변환기(100)는, 제1 주파수 믹서(10)와 제2 주파수 믹서(20) 외에, 제1 주파수 믹서(10)로 공급될 신호(LOI, LOQ)를 깨끗한 톤(Tone)으로 생성하기 위한 2개의 믹서(31, 32)를 포함할 수 있다. 따라서, 하향 주파수 변환기(100)는 2개의 믹서(31, 32)를 통해, 1개의 톤의 깨끗한 신호(LOI, LOQ)를 생성할 수 있다.
한편, 본원의 일 실시예에 따른 하향 주파수 변환기(100)는 2 개의 쵸핑 모드로 동작할 수 있으며, 이는 후술할 도 6 및 도 7을 통해 보다 자세히 설명하기로 한다.
제2 주파수 믹서(20)는 제1 주파수 믹서(10)를 통해 출력된 제1 신호를 제2 신호로 변환시킬 수 있다. 제2 주파수 믹서(20)는 제1 주파수 믹서(10)를 통해 출력된 제1 신호와 국부발진기로부터 출력된 신호(XLOI, XLOQ)를 수신할 수 있으며, 두 신호를 혼합함으로써 제2 신호를 출력할 수 있다. 이때, 제2 주파수 믹서(20)는 두 주파수의 차에 기초하여 제2 신호를 출력할 수 있다. 제2 주파수 믹서(20)는 제2 신호 출력 시, 신호의 크기를 증폭시켜 출력할 수 있다.
본원의 일 실시예에 따른 하향 주파수 변환기(100)는 저역 통과 필터를 포함할 수 있으며, 제2 주파수 믹서(20)로부터 출력된 제2 신호는 저역 통과 필터(LPF)를 통해 특정 주파수 이하의 주파수 신호만이 통과될 수 있다. 이렇게 저역 통과 필터를 통과한 신호는 하향 주파수 변환기(100)의 최종 출력 신호로서, 이는 기저대역(Base-band) 신호에 대응할 수 있다.
이하에서는 도 6 내지 도 7을 참조하여, 본원의 일 실시예에 따른 하향 주파수 변환기(100)에 적용 가능한 두 가지 쵸핑 모드에 대하여 설명하기로 한다.
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 하향 주파수 변환기에 적용 가능한 제1 쵸핑 모드를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 본원의 일 실시예에 따른 하향 주파수 변환기(100)에서 제1 주파수 믹서(10)와 제2 주파수 믹서(20)는, In-Phase 신호가 전달되는 경로(path)와 Quadrature-Phase 신호가 전달되는 경로가 대칭적으로 형성되도록, I-믹서의 개수와 Q-믹서의 개수가 서로 동일하게 제공될 수 있다. 자세히 살펴보면 다음과 같다.
제1 주파수 믹서(10)는 안테나(1)를 통해 수신된 RF 신호를 입력 신호로 수신할 수 있다.
제1 주파수 믹서(10)는 도 5를 통해 생성된 LO신호의 In-Phase 신호(LOI)와 Quadrature-Phase 신호(LOQ)를 수신할 수 있다. 이후, 제1 주파수 믹서(10)는 LOI신호와 LOQ 신호 각각을 RF 신호와 다운 믹싱함으로써, 제1 신호(중간주파수)로서 IF1I와 IF1Q를 출력할 수 있다.
제2 주파수 믹서(20)는 제1 주파수 믹서(10)의 출력 신호(IF1I, IF1Q)를 입력 신호로 수신할 수 있다. 이후, 제2 주파수 믹서(20)는 제1 주파수 믹서(10)의 출력 신호(IF1I, IF1Q) 각각에 국부발진기로부터 수신된 신호(XLOI, XLOQ)를 다운 믹싱함으로써, 제2 신호(직류 신호)로서 IF2I와 IF2Q를 출력할 수 있다. 이때, IF2I와 IF2Q신호는 제2 주파수 믹서(20)로부터 출력된 신호에 저역 통과 필터(40)가 적용된 신호일 수 있다.
한편, 도 6 내지 도 7에 적용되는 각각의 신호는 하기 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112016020155969-pat00002
이러한 제1 쵸핑 모드에서는, 제1 주파수 믹서(10)에서 In-Phase 신호와 Quadrature-Phase 신호가 발생하며, 신호가 지나가는 I 믹서와 Q 믹서의 개수가 동일하기 때문에 각 경로가 대칭적으로 형성될 수 있다.
도 7은 본원의 일 실시예에 따른 하향 주파수 변환기에 적용 가능한 제2 쵸핑 모드를 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 본원의 일 실시예에 따른 하향 주파수 변환기(100)에서 제1 주파수 믹서(10)와 제2 주파수 믹서(20)는, In-Phase 신호가 전달되는 경로(path)와 Quadrature-Phase 신호가 전달되는 경로가 비대칭적으로 형성되도록, I-믹서의 개수와 Q-믹서의 개수가 서로 상이하게 제공될 수 있다. 자세히 살펴보면 다음과 같다.
제1 주파수 믹서(10)는 안테나(1)를 통해 수신된 RF 신호를 입력 신호로 수신할 수 있다.
제1 주파수 믹서(10)는 도 5를 통해 생성된 LO신호의 In-Phase 신호(LOI)와 Quadrature-Phase 신호(LOQ)를 수신할 수 있다. 이때, 제1 주파수 믹서(10)는 LOI신호와 RF 신호를 다운 믹싱함으로써, 제1 신호(중간주파수)로서 IF1I을 출력할 수 있다.
이후, IF1I 신호는 제2 주파수 믹서(20)의 입력 신호로서 적용될 수 있다. 제2 주파수 믹서(20)는 IF1I 신호와 국부발진기로부터 수신된 신호(XLOI, XLOQ) 각각을 다운 믹싱함으로써, 제2 신호(직류 신호)로서 IF2I와 IF2Q를 출력할 수 있다. 이때, IF2I와 IF2Q신호는 제2 주파수 믹서(20)로부터 출력된 신호에 저역 통과 필터(40)가 적용된 신호일 수 있다.
이러한 제2 쵸핑 모드에서는, 제2 주파수 믹서(20)에서 In-Phase 신호와 Quadrature-Phase 신호가 발생하며, 신호가 지나가는 I 믹서와 Q 믹서의 개수가 다르기 때문에 각 경로가 비대칭적으로 형성될 수 있다.
본원의 일 실시예에 따른 하향 주파수 변환기(100)는, 제1 주파수 믹서(10)가 쵸핑 기법이 적용된 신호를 기초로 하여 플리커 노이즈의 영향이 적은 부분에서 입력된 신호(RF 신호)를 증폭하기 때문에, 잡음 지수의 성능이 향상될 수 있다.
즉, 종래에 1개의 믹서를 이용하여 주파수를 하향 변환하는 수신기의 경우 잡음 지수 값이 높았던 반면, 2개의 믹서를 이용하여 주파수를 하향 변환하는 본원의 하향 주파수 변환기(100)는 최종 잡음 지수의 값을 현저히 낮춤으로써 잡음 지수 성능을 향상시킬 뿐 아니라 열잡음(Tehrmal Noise)도 향상시키고, 종래 대비 높은 이득(Gain)을 획득할 수 있다.
도 8은 본원의 일 실시예에 따른 하향 주파수 변환기와 종래의 주파수 변환기가 적용되었을 때의 잡음지수 성능을 비교한 그래프이다.
도 8을 참조하면, 종래의 주파수 변환기가 적용된 수신기(con_DM)는 잡음 지수(NF)가 10 Hz에서 46.1 dB이고, 1 MHz에서 14.1 dB로 나타났다. 반면, 본원의 일 실시예에 따른 하향 주파수 변환기(100), 즉, 쵸핑 모드가 적용된 하향 주파수 변환기(CHOP_DM)는 잡음 지수(NF)가 10 Hz에서 25.4 dB이고, 1 MHz에서 9.5 dB로 나타났다.
따라서, 쵸핑 기법이 적용된 본원의 하향 주파수 변환기(100)는, 종래 기술에 비하여 10 Hz에서 21 dB(46.1 dB -25.4 dB = 20.7 dB) 이상으로 잡음 지수의 성능이 개선되고, 1 MHz에서 4.6 dB 이상으로 잡음 지수의 성능이 개선된 것을 확인할 수 있다.
한편, 본원은 고주파수 신호를 제1 신호로 변환시키는 제1 주파수 믹서 및 상기 제1 신호를 제2 신호로 변환시키는 제2 주파수 믹서를 포함하되, 상기 제1 주파수 믹서와 상기 제2 주파수 믹서는 신호의 크기를 증폭시킬 수 있는 하향 주파수 변환기(100)를 포함하는 레이더 수신기를 제공할 수 있다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 하향 주파수 변환기
1: 안테나
10: 제1 주파수 믹서
20: 제2 주파수 믹서
30: 저잡음 증폭기
40: 저역 통과 필터

Claims (9)

  1. 고주파수 신호를 저주파수 신호로 변환하는 하향 주파수 변환기에 있어서,
    상기 고주파수 신호를 제1 신호로 변환시키는 제1 주파수 믹서; 및
    상기 제1 신호를 제2 신호로 변환시키는 제2 주파수 믹서를 포함하되,
    상기 제1 주파수 믹서와 상기 제2 주파수 믹서는 신호의 크기를 증폭시키고,
    상기 제1 신호는 국부발진기로부터 생성된 LO 주파수 신호와 쵸퍼 컨트롤러에 의하여 생성된 쵸핑 주파수를 믹싱한 신호(LOI , LOQ ) 및 상기 고주파수 신호(RF)를 혼합하여 생성되는 중간 주파수 신호(IF1I , IF1Q )로서, 하기 수학식 1을 만족하고,
    [수학식 1]
    Figure 112017000610908-pat00011

    상기 제2 신호는 상기 중간주파수 신호가 다운 믹싱된 직류 신호(IF2I , IF2Q )로서, 하기 수학식 2를 만족하는 것인, 하향 주파수 변환기.
    [수학식 2]
    Figure 112017000610908-pat00012
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 주파수 믹서에는 쵸핑 모드가 적용되는 것인, 하향 주파수 변환기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 주파수 믹서는, 쵸핑 모드에 의해 상기 고주파수 신호를 플리커 노이즈의 영향이 없는 주파수 대역으로 이동시키는 것인, 하향 주파수 변환기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 주파수 믹서는,
    전압제어발진기의 출력 신호와 국부발진기의 출력 신호를 믹싱하여 생성된 신호를 상기 고주파수 신호와 믹싱하는 것인, 하향 주파수 변환기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 주파수 믹서와 상기 제2 주파수 믹서는, In-Phase 신호가 전달되는 경로(path)와 Quadrature-Phase 신호가 전달되는 경로가 대칭적으로 형성되도록, I-믹서의 개수와 Q-믹서의 개수가 서로 동일하게 제공되는 것인, 하향 주파수 변환기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 주파수 믹서와 상기 제2 주파수 믹서는, In-Phase 신호가 전달되는 경로(path)와 Quadrature-Phase 신호가 전달되는 경로가 비대칭적으로 형성되도록, I-믹서의 개수와 Q-믹서의 개수가 서로 상이하게 제공되는 것인, 하향 주파수 변환기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 주파수 믹서로부터 출력된 제2 신호에 대하여 저역 통과 필터링을 수행하는 저역 통과 필터를 더 포함하는 하향 주파수 변환기.
  8. 삭제
  9. 제1항에 따른 하향 주파수 변환기를 포함하는 레이더 수신기.
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