KR101982434B1 - 커플링을 이용하는 전압 제어 발진 장치 및 이를 포함하는 위상 고정 루프 - Google Patents

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Abstract

커플링을 이용하는 전압 제어 발진 장치 및 이를 포함하는 위상 고정 루프가 개시된다. 개시된 전압 제어 발진 장치는 제1 콜피츠 발진부; 제2 콜피츠 발진부; 제3 콜피츠 발진부; 제4 콜피츠 발진부; 상기 제1 콜피츠 발진부와 상기 제2 콜피츠 발진부를 커플링하는 제1 커플링부; 상기 제2 콜피츠 발진부와 상기 제3 콜피츠 발진부를 커플링하는 제2 커플링부; 상기 제3 콜피츠 발진부와 상기 제4 콜피츠 발진부를 커플링하는 제3 커플링부; 및 상기 제4 콜피츠 발진부와 상기 제1 콜피츠 발진부를 커플링하는 제4 커플링부;를 포함하되, 상기 제1 커플링부 및 상기 제3 커플링부 각각은 직렬 연결된 제1 캐패시터 및 제2 캐패시터를 포함하고, 상기 제2 커플링부 및 상기 제4 커플링부 각각은 직렬 연결된 제1 인덕터 및 제2 인덕터와, 상기 제1 인덕터 및 상기 제2 인덕터 사이에 일단이 연결된 제1 저항을 포함한다.

Description

커플링을 이용하는 전압 제어 발진 장치 및 이를 포함하는 위상 고정 루프{Voltage controlled oscillator using coupling and Phase locked loop comprising the same}
본 발명의 실시예들은 주파수 이동 효과와 전력 손실을 줄일 수 있는 커플링을 이용하는 전압 제어 발진 장치 및 이를 포함하는 위상 고정 루프에 관한 것이다.
고주파, 특히 THz 주파수 대역은 이미징, 분광학, 생화학 검출, 천문학, 광대역 통신 등 다양한 분야에 응용될 수 있다. 이런 THz 대역을 향한 관심은 점점 증가하는 추세이고 작은 크기, 저비용, 저전력 구동 등과 같은 장점이 있는 반도체 소자를 기반으로 한 THz 시스템 구현에 동기 부여가 된다.
THz 시스템에서 중요한 역할을 수행하는 컴포넌트로 위상 고정 루프가 있다. 이는 송수신단의 신호원 혹은 헤테로다인 구조에서 로컬 발진기로 쓰인다. 특히 높은 주파수의 광대역 통신 시스템에서는, 기존의 발진기로는 위상잡음이 심해 통신용 로컬 발진기로 사용이 어렵다.
보통, 위상 잡음을 효과적으로 제거하는 위상 고정 루프가 주로 사용되는데, 주파수 체배기와 주파부 분주기 등과 전압 제어 발진기를 연결하기 위해서는, 버퍼와 신호 분배기 등 발진기에서 나오는 출력 신호를 연결해 주는 추가적인 회로들이 필요하다. 하지만, 이 회로들은 많은 전력 소모와 칩 면적을 가진다. 따라서, 발진기들을 서로 커플링하여 출력되는 신호를 발진기의 개수만큼 증가시키는 방법이 높은 주파수에서는 유리할 수 있다.
한편, 발진기들을 연결하는 여러 가지 방법이 있으나, 이 과정에서 회로의 미스매치와 전송 선로 겹침에 의해 발진 주파수가 이동하고, 출력 전력이 낮아지는 문제점이 발생한다.
본 발명에서는 회로의 미스매치와 전송 선로의 겹침 문제를 해결하고, 발진 주파수의 정확도와 높은 출력을 얻을 수 있는 커플링을 이용하는 전압 제어 발진 장치 및 이를 포함하는 위상 고정 루프를 제안하고자 한다.
본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 전압 제어 발진 장치에 있어서, 제1 콜피츠 발진부; 제2 콜피츠 발진부; 제3 콜피츠 발진부; 제4 콜피츠 발진부; 상기 제1 콜피츠 발진부와 상기 제2 콜피츠 발진부를 커플링하는 제1 커플링부; 상기 제2 콜피츠 발진부와 상기 제3 콜피츠 발진부를 커플링하는 제2 커플링부; 상기 제3 콜피츠 발진부와 상기 제4 콜피츠 발진부를 커플링하는 제3 커플링부; 및 상기 제4 콜피츠 발진부와 상기 제1 콜피츠 발진부를 커플링하는 제4 커플링부;를 포함하되, 상기 제1 커플링부 및 상기 제3 커플링부 각각은 직렬 연결된 제1 캐패시터 및 제2 캐패시터를 포함하고, 상기 제2 커플링부 및 상기 제4 커플링부 각각은 직렬 연결된 제1 인덕터 및 제2 인덕터와, 상기 제1 인덕터 및 상기 제2 인덕터 사이에 일단이 연결된 제1 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 전압 제어 발진 장치가 제공된다.
상기 제1 콜피츠 발진부, 상기 제2 콜피츠 발진부, 상기 제3 콜피츠 발진부 및 상기 제4 콜피츠 발진부 각각은, 직렬 연결된 제1 트랜지스터 및 제2 트랜지스터와, 상기 제1 트랜지스터의 제1 도통 전극과 각각 병렬 연결된 제3 인덕터 및 버랙터와, 상기 제2 트랜지스터의 제2 도통 전극과 연결된 제4 인덕터를 포함한다.
상기 제1 커플링부의 제1 캐패시터의 일단은 상기 제1 콜피츠 발진부의 제1 트랜지스터의 제1 도통 전극과 연결되고, 상기 제1 커플링부의 제2 캐패시터의 일단은 상기 제2 콜피츠 발진부의 제1 트랜지스터의 제1 도통 전극과 연결되고, 상기 제1 커플링부의 제1 캐패시터의 타단과 상기 제1 커플링부의 제2 캐패시터의 타단은 서로 연결되고, 상기 제3 커플링부의 제1 캐패시터의 일단은 상기 제3 콜피츠 발진부의 제1 트랜지스터의 제1 도통 전극과 연결되고, 상기 제3 커플링부의 제2 캐패시터의 일단은 상기 제4 콜피츠 발진부의 제1 트랜지스터의 제1 도통 전극과 연결되고, 상기 제3 커플링부의 제1 캐패시터의 타단과 상기 제3 커플링부의 제2 캐패시터의 타단은 서로 연결될 수 있다.
상기 제2 커플링부의 제1 인덕터의 일단은 상기 제2 콜피츠 발진부의 제1 트랜지스터의 제어 전극과 연결되고, 상기 제2 커플링부의 제2 인덕터의 일단은 상기 제3 콜피츠 발진부의 제1 트랜지스터의 제어 전극과 연결되고, 상기 제2 커플링부의 제1 저항의 일단에는 바이어스 전압이 인가되고, 상기 제2 커플링부의 제1 인덕터의 타단, 상기 제2 커플링부의 제2 인덕터의 타단 및 상기 제2 커플링부의 제1 저항의 타단은 서로 연결되며, 상기 제4 커플링부의 제1 인덕터의 일단은 상기 제4 콜피츠 발진부의 제1 트랜지스터의 제어 전극과 연결되고, 상기 제4 커플링부의 제2 인덕터의 일단은 상기 제1 콜피츠 발진부의 제1 트랜지스터의 제어 전극과 연결되고, 상기 제4 커플링부의 제1 저항의 일단에는 바이어스 전압이 인가되고, 상기 제4 커플링부의 제1 인덕터의 타단, 상기 제4 커플링부의 제2 인덕터의 타단 및 상기 제4 커플링부의 제1 저항의 타단은 서로 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 레퍼런스 신호 및 피드백 신호를 비교하여 위상 비교 신호를 출력하는 위상 주파수 검출기; 상기 위상 비교 신호의 펄스폭에 비례하여 전하를 공급하는 전하 펌프; 상기 전하 펌프에서 출력된 전하를 전압으로 가변하는 루프 필터; 상기 가변된 전압에 기초하여 특정 주파수를 출력하는 전압 제어 발진기; 및 상기 전압 제어 발진기의 출력 신호를 분주하여 상기 피드백 신호를 출력하는 분주기;를 포함하되, 상기 전압 제어 발진기는 제1 콜피츠 발진, 제2 콜피츠 발진부, 제3 콜피츠 발진부, 제4 콜피츠 발진부, 상기 제1 콜피츠 발진부와 상기 제2 콜피츠 발진부를 커플링하는 제1 커플링부, 상기 제2 콜피츠 발진부와 상기 제3 콜피츠 발진부를 커플링하는 제2 커플링부, 상기 제3 콜피츠 발진부와 상기 제4 콜피츠 발진부를 커플링하는 제3 커플링부, 및 상기 제4 콜피츠 발진부와 상기 제1 콜피츠 발진부를 커플링하는 제4 커플링부를 포함하되, 상기 제1 커플링부 및 상기 제3 커플링부 각각은 직렬 연결된 제1 캐패시터 및 제2 캐패시터를 포함하고, 상기 제2 커플링부 및 상기 제4 커플링부 각각은 직렬 연결된 제1 인덕터 및 제2 인덕터와, 상기 제1 인덕터 및 상기 제2 인덕터 사이에 일단이 연결된 제1 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 고정 루프가 제공된다.
본 발명에 따르면, 회로의 미스매치와 전송 선로의 겹침 문제를 해결하고, 발진 주파수의 정확도와 높은 출력을 얻을 수 있는 장점이 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 위상 고정 루프의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 제어 발진기의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다.
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.
"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.
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.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 종래의 위상 고정 루프의 일례의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 위상 고정 루프는 위상 주파수 검출기(PFD, Phase Frequency Detector)(110), 전하 펌프(Charge Pump)(120), 루프 필터(Loop Fliter)(130) 및 전압 제어 발진기(VCO, Voltage Controlled Oscillator)(140), 주파수 체배기(Frequency Multiplier)(150) 및 주파수 분주기(Frequency Divider)(160)를 포함한다.
위상 주파수 검출기(110)는 레퍼런스 신호(fREF) 및 피드백 신호를 비교하여 위상 비교 신호를 생성한다. 이 때, 피드백 신호는 주파수 분주기(160)에서 출력된다.
전하 펌프(120)는 위상 비교 신호의 펄스폭에 비례하여 전하를 공급하는 기능을 수행하고, 루프 필터(130)는 전하 펌프에서 출력된 전하를 전압으로 가변한다.
전압 제어 발진기(140)는 가변된 전압에 기초하여 특정 주파수를 출력한다. 특정 주파수는 주파수 체배기(150) 및 주파수 분주기(160)로 입력된다. 이 때, 종래의 위상 고정 루프의 경우 차동 입력을 요구하기 때문에, 전압 제어 발진기(140)의 출력을 단일/차동 변환기로 변환한 후 버퍼들을 통해 출력 전압을 주파수 체배기(150) 및 주파수 분주기(160)로 입력한다.
여기서, 사용되는 단일/차동 변환기는 주로 하이브리드 커플러나 발룬 등을 사용하는데, 기존의 3dB 전력 손실 외에 전송 선로에 의한 전력 손실이 발생하는 문제점이 있다. 또한, 버퍼를 설계함에 있어, 최대 출력 전력과 전력 이득간의 트레이드 오프로 인해 낮은 입력 전력을 높은 출력으로 동작하기 어려운 단점이 있다.
도 2는 종래의 위상 고정 루프의 다른 일례의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 문제점을 해결하기 위한 구조로서, 전압 제어 발진기(240) 내의 2개의 전압 제어 발진부들을 서로 커플링하여 동시에 다중으로 전압을 출력한다. 이에 따라, 출력 전력에서 장점이 있으며, 버퍼의 많은 직류 전력 소모와 칩 면적을 제거할 수 있는 장점도 있다.
본 발명은 도 2에서 언급한 커플링을 이용하여 전압 제어 발진기를 구성한다. 이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 제어 발진기를 보다 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 제어 발진기(300)의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 전압 제어 발진기(300)는 위상 고정 루프에 포함된 전압 제어 발진기일 수 있으며, 제1 콜피츠 발진부(310), 제2 콜피츠 발진부(320), 제3 콜피츠 발진부(330), 제4 콜피츠 발진부(340), 제1 커플링부(350), 제2 커플링부(360), 제3 커플링부(370) 및 제4 커플링부(380)를 포함한다.
제1 콜피츠 발진부(310) 및 제2 콜피츠 발진부(320)는 차동-콜피츠 전압 제어 발진기를 구성할 수 있다. 이 때, 제1 콜피츠 발진부(310)와 제2 콜피츠 발진부(320)는 제1 커플링부(350)로 커플링될 수 있으며, 이를 통해 제1 콜피츠 발진부(310)와 제2 콜피츠 발진부(320)는 서로 다른 위상으로 발진한다. 일례로, 제1 콜피츠 발진부(310)는 위상 0°로 발진하고, 제2 콜피츠 발진부(320)는 위상 180°로 발진할 수 있다.
또한, 제3 콜피츠 발진부(330) 및 제4 콜피츠 발진부(340) 역시 차동-콜피츠 전압 제어 발진기를 구성할 수 있다. 이 때, 제3 콜피츠 발진부(330)와 제4 콜피츠 발진부(340)는 제1 커플링부(350)의 구조가 동일한 커플링부(370)로 커플링될 수 있으며, 이를 통해 제3 콜피츠 발진부(330)와 제4 콜피츠 발진부(340)는 서로 다른 위상으로 발진한다. 일례로, 제3 콜피츠 발진부(330)는 위상 0°로 발진하고, 제4 콜피츠 발진부(340)는 위상 180°로 발진할 수 있다.
그리고, 제2 콜피츠 발진부(320) 및 제3 콜피츠 발진부(330)는 제2 커플링부(360)로 커플링되고, 제4 콜피츠 발진부(340) 및 제1 콜피츠 발진부(310)는 제4 커플링부(370)로 커플링된다. 여기서, 제2 커플링부(360)와 제4 커플링부(380)는 동일한 구조를 가진다.
전압 제어 발진기(300)의 구조를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
제1 콜피츠 발진부(310), 제2 콜피츠 발진부(320), 제3 콜피츠 발진부(330) 및 제4 콜피츠 발진부(340) 각각은, 직렬 연결된 제1 트랜지스터(Q11, Q12, Q13, Q14) 및 제2 트랜지스터(Q21, Q22, Q23, Q24)와, 제1 트랜지스터(Q11, Q12, Q13, Q14)의 제1 도통 전극과 각각 병렬 연결된 제3 인덕터(L31, L32, L33, L34) 및 버랙터(Cvar1, Cvar2, Cvar3, Cvar4)와, 제2 트랜지스터(Q21, Q22, Q23, Q24)의 제2 도통 전극과 일단이 연결된 제4 인덕터(L41, L42, L43, L44)를 포함한다. 여기서, 버랙터는 주파수 변화 동작을 제어하기 위해 사용된다.
한편, 트랜지스터는 BJT(Bipolar Junction Transistor), CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor), HBT(Hetero-junction Bipolar Transistor), HEMT(High Electron Mobility Transistor 등일 수 있다. 일례로, 트랜지스터로 BJT가 사용되는 경우, 제어 전극은 베이스 전극이고, 제1 도통 전극은 이미터 전극이고, 제2 도통 전극은 컬렉터 전극일 수 있다.
그리고, 제1 커플링부(350) 및 제3 커플링부(370) 각각은 직렬 연결된 제1 캐패시터(C1A, C1B) 및 제2 캐패시터(C2A, C2B)를 포함하고, 제2 커플링부(360) 및 제4 커플링부(380) 각각은 직렬 연결된 제1 인덕터(L1A, L1B) 및 제2 인덕터(L2A, L2B)와, 제1 인덕터(L1A, L1B) 및 제2 인덕터(L2A, L2B) 사이에 일단이 연결된 제1 저항(R1A, R1B)을 포함한다.
보다 세부적으로, 제1 콜피츠 발진부(310)의 경우, 제1 트랜지스터(Q11)의 제2 도통 전극과 제2 트랜지스터(Q21)의 제1 도통 전극은 서로 연결되고, 제2 트랜지스터(Q21)의 제어 전극으로는 저항(R2A)을 통해 바이어스 전압이 인가되고, 제4 인덕터(L41)의 타단에는 전원전압(VDD)이 인가되고, 제3 인덕터(L31)의 일단은 제1 트랜지스터(Q11)의 제1 도통 전극과 연결되고, 제3 인덕터(L31)의 타단은 접지와 연결되고, 버랙터(Cvar1)의 일단은 제1 트랜지스터(Q11)의 제1 도통 전극과 연결되고, 버랙터(Cvar1)의 타단에는 조정(tune) 전압이 인가된다.
제2 콜피츠 발진부(320)의 경우, 제1 트랜지스터(Q12)의 제2 도통 전극과 제2 트랜지스터(Q22)의 제1 도통 전극은 서로 연결되고, 제2 트랜지스터(Q22)의 제어 전극으로는 저항(R2A)을 통해 바이어스 전압이 인가되고, 제4 인덕터(L42)의 타단에는 전원전압(VDD)이 인가되고, 제3 인덕터(L32)의 일단은 제1 트랜지스터(Q12)의 제1 도통 전극과 연결되고, 제3 인덕터(L32)의 타단은 접지와 연결되고, 버랙터(Cvar2)의 일단은 제1 트랜지스터(Q12)의 제1 도통 전극과 연결되고, 버랙터(Cvar2)의 타단에는 조정 전압이 인가된다.
이 경우, 제1 커플링부(350)의 제1 캐패시터(C1A)의 일단은 제1 콜피츠 발진부(310)의 제1 트랜지스터(Q11)의 제1 도통 전극과 연결되고, 제1 커플링부(350)의 제2 캐패시터(C2A)의 일단은 제2 콜피츠 발진부(320)의 제1 트랜지스터(Q12)의 제1 도통 전극과 연결되고, 제1 커플링부(350)의 제1 캐패시터(C1A)의 타단과 제1 커플링부(350)의 제2 캐패시터(C2A)의 타단은 서로 연결된다.
제3 콜피츠 발진부(330)의 경우, 제1 트랜지스터(Q13)의 제2 도통 전극과 제2 트랜지스터(Q23)의 제1 도통 전극은 서로 연결되고, 제2 트랜지스터(Q23)의 제어 전극으로는 저항(R2B)을 통해 바이어스 전압이 인가되고, 제4 인덕터(L43)의 타단에는 전원전압(VDD)이 인가되고, 제3 인덕터(L33)의 일단은 제1 트랜지스터(Q13)의 제1 도통 전극과 연결되고, 제3 인덕터(L33)의 타단은 접지와 연결되고, 버랙터(Cvar3)의 일단은 제1 트랜지스터(Q13)의 제1 도통 전극과 연결되고, 버랙터(Cvar3)의 타단에는 조정 전압이 인가된다.
제4 콜피츠 발진부(340)의 경우, 제1 트랜지스터(Q14)의 제2 도통 전극과 제2 트랜지스터(Q24)의 제1 도통 전극은 서로 연결되고, 제2 트랜지스터(Q24)의 제어 전극으로는 저항(R2B)을 통해 바이어스 전압이 인가되고, 제4 인덕터(L44)의 타단에는 전원전압(VDD)이 인가되고, 제3 인덕터(L34)의 일단은 제1 트랜지스터(Q14)의 제1 도통 전극과 연결되고, 제3 인덕터(L34)의 타단은 접지와 연결되고, 버랙터(Cvar4)의 일단은 제1 트랜지스터(Q14)의 제1 도통 전극과 연결되고, 버랙터(Cvar4)의 타단에는 조정 전압이 인가된다.
이 경우, 제3 커플링부(370)의 제1 캐패시터(C1B)의 일단은 제3 콜피츠 발진부(350)의 제1 트랜지스터(Q13)의 제1 도통 전극과 연결되고, 제3 커플링부(370)의 제2 캐패시터(C2B)의 일단은 제4 콜피츠 발진부(340)의 제1 트랜지스터(Q14)의 제1 도통 전극과 연결되고, 제3 커플링부(370)의 제1 캐패시터(C1B)의 타단과 제3 커플링부(370)의 제2 캐패시터(C2B)의 타단은 서로 연결된다.
한편, 제2 커플링부(360)의 제1 인덕터(L1A)의 일단은 제2 콜피츠 발진부(320)의 제1 트랜지스터(Q12)의 제어 전극과 연결되고, 제2 커플링부(360)의 제2 인덕터(L2A)의 일단은 제3 콜피츠 발진부(330)의 제1 트랜지스터(Q13)의 제어 전극과 연결되고, 제2 커플링부(360)의 제1 저항(R1A)의 일단에는 바이어스 전압(VB1)이 인가되고, 제2 커플링부(360)의 제1 인덕터(L1A)의 타단, 제2 커플링부(360)의 제2 인덕터(L2A)의 타단 및 제2 커플링부(360)의 제1 저항(R1A)의 타단은 서로 연결된다. 또한, 제4 커플링부(380)의 제1 인덕터(L1B)의 일단은 제4 콜피츠 발진부(340)의 제1 트랜지스터(Q14)의 제어 전극과 연결되고, 제4 커플링부(380)의 제2 인덕터(L2B)의 일단은 제1 콜피츠 발진부(310)의 제1 트랜지스터(Q11)의 제어 전극과 연결되고, 제4 커플링부(380)의 제1 저항(R1B)의 일단에는 바이어스 전압(VB1)이 인가되고, 제4 커플링부(380)의 제1 인덕터(L1B)의 타단, 제4 커플링부(380)의 제2 인덕터(L2B)의 타단 및 제4 커플링부(380)의 제1 저항(R1B)의 타단은 서로 연결된다.
요컨대, 구조가 동일한 제1 커플링부(350)와 제3 커플링부(370)를 커플링부 A라 호칭하고, 구조가 동일한 제2 커플링부(360)와 제4 커플링부(380)를 커플링부 B라 호칭하면, 본 발명은 커플링부 A와 커플링부 B가 4개의 콜피츠 발진부들(310, 320, 330, 340)에 서로 교차되어 배치되며, 이에 따라 제1 콜피츠 발진부(310)와 제2 콜피츠 발진부(320)가 서로 다른 위상으로 발진하고, 제3 콜피츠 발진부(330)와 제4 콜피츠 발진부(340)가 서로 다른 위상으로 발진하며, 제1 콜피츠 발진부(310) 및 제3 콜피츠 발진부(330)는 동일 위상으로 발진하고, 제2 콜피츠 발진부(320) 및 제4 콜피츠 발진부(340)는 동일 위상으로 발진한다.
또한, 상기에서 언급한 구조를 통해, 추가적인 캐패시터와 전송 선로 없이 콜피츠 발진부들(310, 320, 330, 340)을 자체적으로 커플링할 수 있는 장점이 있다. 즉, 추가적인 면적과 전송 선로간 간섭이 없이 전압 제어 발진기를 효과적으로 구성할 수 있다. 또한 추가 캐패시터와 전송 선로의 연결이 없어 Q-팩터의 저감이 없으므로 출력 전력의 감소도 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다.
도 4의 (a) 및 (b)는 제1 주파수 발진부(310)과 제3 주파수 발진기(330)의 발진 주파수를 시뮬레이션한 결과이다. 도 4의 (a) 및 (b)를 참조하면, 두 동작 주파수가 일치함을 확인할 수 있다.
도 4의 (c)는 제1 주파수 발진부(310)와 제2 주파수 발진부(320)의 시뮬레이션한 결과이다. 도 4의 (c)를 참조하면, 두 위상이 180° 차이가 나는 것을 확인할 수 있다.
도 4의 (d)는 제1 주파수 발진부(310)과 제3 주파수 발진기(330)의 시뮬레이션한 결과이다. 도 4의 (d)를 참조하면, 두 위상이 일치함을 확인할 수 있다.
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.

Claims (5)

  1. 전압 제어 발진 장치에 있어서,
    제1 콜피츠 발진부; 제2 콜피츠 발진부; 제3 콜피츠 발진부; 제4 콜피츠 발진부; 상기 제1 콜피츠 발진부와 상기 제2 콜피츠 발진부를 커플링하는 제1 커플링부; 상기 제2 콜피츠 발진부와 상기 제3 콜피츠 발진부를 커플링하는 제2 커플링부; 상기 제3 콜피츠 발진부와 상기 제4 콜피츠 발진부를 커플링하는 제3 커플링부; 및 상기 제4 콜피츠 발진부와 상기 제1 콜피츠 발진부를 커플링하는 제4 커플링부;를 포함하되,
    상기 제1 커플링부 및 상기 제3 커플링부 각각은 제1 캐패시터 및 제2 캐패시터를 포함하고, 상기 제2 커플링부 및 상기 제4 커플링부 각각은 제1 인덕터, 제2 인덕터 및 제1 저항을 포함하고,
    상기 제1 콜피츠 발진부, 상기 제2 콜피츠 발진부, 상기 제3 콜피츠 발진부 및 상기 제4 콜피츠 발진부 각각은, 제1 트랜지스터, 제2 트랜지스터, 제3 인덕터, 제4 인덕터 및 버랙터를 포함하되, 상기 제1 트랜지스터의 제1 도통 전극과 상기 제3 인덕터의 일단과 상기 버랙터의 일단은 서로 연결되고, 상기 제1 트랜지스터의 제2 도통 전극은 상기 제2 트랜지스터의 제1 도통 전극과 연결되고, 상기 제2 트랜지스터의 제2 도통 전극은 상기 제4 인덕터의 일단과 연결되고, 상기 제2 트랜지스터의 제어 전극으로 제2 저항을 통해 제2 바이어스 전압이 인가되고, 상기 제3 인덕터의 타단은 접지와 연결되고, 상기 제4 인덕터의 타단에는 전원전압이 인가되고, 상기 버랙터의 타단에는 제3 저항을 통해 조정 전압이 인가되며,
    상기 제1 콜피츠 발진부의 버랙터의 타단과 상기 제2 콜피츠 발진부의 버랙터의 타단은 서로 연결되고, 상기 제3 콜피츠 발진부의 버랙터의 타단과 상기 제4 콜피츠 발진부의 버랙터의 타단은 서로 연결되고,
    상기 제1 커플링부의 제1 캐패시터의 일단은 상기 제1 콜피츠 발진부의 제1 트랜지스터의 제1 도통 전극과 연결되고, 상기 제1 커플링부의 제2 캐패시터의 일단은 상기 제2 콜피츠 발진부의 제1 트랜지스터의 제1 도통 전극과 연결되고, 상기 제1 커플링부의 제1 캐패시터의 타단과 상기 제1 커플링부의 제2 캐패시터의 타단은 서로 연결되고,
    상기 제3 커플링부의 제1 캐패시터의 일단은 상기 제3 콜피츠 발진부의 제1 트랜지스터의 제1 도통 전극과 연결되고, 상기 제3 커플링부의 제2 캐패시터의 일단은 상기 제4 콜피츠 발진부의 제1 트랜지스터의 제1 도통 전극과 연결되고, 상기 제3 커플링부의 제1 캐패시터의 타단과 상기 제3 커플링부의 제2 캐패시터의 타단은 서로 연결되고,
    상기 제2 커플링부의 제1 인덕터의 일단은 상기 제2 콜피츠 발진부의 제1 트랜지스터의 제어 전극과 연결되고, 상기 제2 커플링부의 제2 인덕터의 일단은 상기 제3 콜피츠 발진부의 제1 트랜지스터의 제어 전극과 연결되고, 상기 제2 커플링부의 제1 저항의 일단에는 제1 바이어스 전압이 인가되고, 상기 제2 커플링부의 제1 인덕터의 타단, 상기 제2 커플링부의 제2 인덕터의 타단 및 상기 제2 커플링부의 제1 저항의 타단은 서로 연결되며,
    상기 제4 커플링부의 제1 인덕터의 일단은 상기 제4 콜피츠 발진부의 제1 트랜지스터의 제어 전극과 연결되고, 상기 제4 커플링부의 제2 인덕터의 일단은 상기 제1 콜피츠 발진부의 제1 트랜지스터의 제어 전극과 연결되고, 상기 제4 커플링부의 제1 저항의 일단에는 바이어스 전압이 인가되고, 상기 제4 커플링부의 제1 인덕터의 타단, 상기 제4 커플링부의 제2 인덕터의 타단 및 상기 제4 커플링부의 제1 저항의 타단은 서로 연결되며,
    상기 제1 콜피츠 발진부와 상기 제2 콜피츠 발진부는 서로 다른 위상으로 발진하고, 상기 제3 콜피츠 발진부와 상기 제4 콜피츠 발진부는 서로 다른 위상으로 발진하고, 상기 제1 콜피츠 발진부 및 상기 제3 콜피츠 발진부는 동일 위상으로 발진하고, 상기 제2 콜피츠 발진부 및 상기 제4 콜피츠 발진부는 동일 위상으로 발진하는 것을 특징으로 하는 전압 제어 발진 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 레퍼런스 신호 및 피드백 신호를 비교하여 위상 비교 신호를 출력하는 위상 주파수 검출기;
    상기 위상 비교 신호의 펄스폭에 비례하여 전하를 공급하는 전하 펌프;
    상기 전하 펌프에서 출력된 전하를 전압으로 가변하는 루프 필터;
    상기 가변된 전압에 기초하여 특정 주파수를 출력하는 전압 제어 발진기; 및
    상기 전압 제어 발진기의 출력 신호를 분주하여 상기 피드백 신호를 출력하는 분주기;를 포함하되,
    상기 전압 제어 발진기는 제1 콜피츠 발진부, 제2 콜피츠 발진부, 제3 콜피츠 발진부, 제4 콜피츠 발진부, 상기 제1 콜피츠 발진부와 상기 제2 콜피츠 발진부를 커플링하는 제1 커플링부, 상기 제2 콜피츠 발진부와 상기 제3 콜피츠 발진부를 커플링하는 제2 커플링부, 상기 제3 콜피츠 발진부와 상기 제4 콜피츠 발진부를 커플링하는 제3 커플링부, 및 상기 제4 콜피츠 발진부와 상기 제1 콜피츠 발진부를 커플링하는 제4 커플링부를 포함하되,
    상기 제1 커플링부 및 상기 제3 커플링부 각각은 제1 캐패시터 및 제2 캐패시터를 포함하고, 상기 제2 커플링부 및 상기 제4 커플링부 각각은 제1 인덕터, 제2 인덕터 및 제1 저항을 포함하고,
    상기 제1 콜피츠 발진부, 상기 제2 콜피츠 발진부, 상기 제3 콜피츠 발진부 및 상기 제4 콜피츠 발진부 각각은, 제1 트랜지스터, 제2 트랜지스터, 제3 인덕터, 제4 인덕터 및 버랙터를 포함하되, 상기 제1 트랜지스터의 제1 도통 전극과 상기 제3 인덕터의 일단과 상기 버랙터의 일단은 서로 연결되고, 상기 제1 트랜지스터의 제2 도통 전극은 상기 제2 트랜지스터의 제1 도통 전극과 연결되고, 상기 제2 트랜지스터의 제2 도통 전극은 상기 제4 인덕터의 일단과 연결되고, 상기 제2 트랜지스터의 제어 전극으로 제2 저항을 통해 제2 바이어스 전압이 인가되고, 상기 제3 인덕터의 타단은 접지와 연결되고, 상기 제4 인덕터의 타단에는 전원전압이 인가되고, 상기 버랙터의 타단에는 제3 저항을 통해 조정 전압이 인가되며,
    상기 제1 콜피츠 발진부의 버랙터의 타단과 상기 제2 콜피츠 발진부의 버랙터의 타단은 서로 연결되고, 상기 제3 콜피츠 발진부의 버랙터의 타단과 상기 제4 콜피츠 발진부의 버랙터의 타단은 서로 연결되고,
    상기 제1 커플링부의 제1 캐패시터의 일단은 상기 제1 콜피츠 발진부의 제1 트랜지스터의 제1 도통 전극과 연결되고, 상기 제1 커플링부의 제2 캐패시터의 일단은 상기 제2 콜피츠 발진부의 제1 트랜지스터의 제1 도통 전극과 연결되고, 상기 제1 커플링부의 제1 캐패시터의 타단과 상기 제1 커플링부의 제2 캐패시터의 타단은 서로 연결되고,
    상기 제3 커플링부의 제1 캐패시터의 일단은 상기 제3 콜피츠 발진부의 제1 트랜지스터의 제1 도통 전극과 연결되고, 상기 제3 커플링부의 제2 캐패시터의 일단은 상기 제4 콜피츠 발진부의 제1 트랜지스터의 제1 도통 전극과 연결되고, 상기 제3 커플링부의 제1 캐패시터의 타단과 상기 제3 커플링부의 제2 캐패시터의 타단은 서로 연결되고,
    상기 제2 커플링부의 제1 인덕터의 일단은 상기 제2 콜피츠 발진부의 제1 트랜지스터의 제어 전극과 연결되고, 상기 제2 커플링부의 제2 인덕터의 일단은 상기 제3 콜피츠 발진부의 제1 트랜지스터의 제어 전극과 연결되고, 상기 제2 커플링부의 제1 저항의 일단에는 제1 바이어스 전압이 인가되고, 상기 제2 커플링부의 제1 인덕터의 타단, 상기 제2 커플링부의 제2 인덕터의 타단 및 상기 제2 커플링부의 제1 저항의 타단은 서로 연결되며,
    상기 제4 커플링부의 제1 인덕터의 일단은 상기 제4 콜피츠 발진부의 제1 트랜지스터의 제어 전극과 연결되고, 상기 제4 커플링부의 제2 인덕터의 일단은 상기 제1 콜피츠 발진부의 제1 트랜지스터의 제어 전극과 연결되고, 상기 제4 커플링부의 제1 저항의 일단에는 바이어스 전압이 인가되고, 상기 제4 커플링부의 제1 인덕터의 타단, 상기 제4 커플링부의 제2 인덕터의 타단 및 상기 제4 커플링부의 제1 저항의 타단은 서로 연결되며,
    상기 제1 콜피츠 발진부와 상기 제2 콜피츠 발진부는 서로 다른 위상으로 발진하고, 상기 제3 콜피츠 발진부와 상기 제4 콜피츠 발진부는 서로 다른 위상으로 발진하고, 상기 제1 콜피츠 발진부 및 상기 제3 콜피츠 발진부는 동일 위상으로 발진하고, 상기 제2 콜피츠 발진부 및 상기 제4 콜피츠 발진부는 동일 위상으로 발진하는 것을 특징으로 하는 위상 고정 루프.
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