KR102463144B1 - Coupling network for a two-dimensional scalable array system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 2차원 확장 가능한 배열 시스템을 위한 커플링 네트워크를 개시한다. 본 발명에 따르면, 드레인 노드, 게이트 노드, 소스 노드 및 공통 노드를 포함하는 복수 픽셀의 발진기, 원천 주파수 신호를 통해 커플링 하기 위해 상기 복수 픽셀의 발진기 중 X축 방향으로 배열되는 제1 발진기들의 드레인 노드, 소스 노드 및 게이트 노드 중 적어도 하나를 연결하는 제1 전송선 및 상기 원천 주파수와 다른 주파수 신호를 통해 커플링 하기 위해 상기 복수 픽셀의 발진기 중 Y축 방향으로 배열되는 제2 발진기들의 공통 노드를 연결하는 제2 전송선을 포함하는 상기 제2 발진기들을 커플링하는 커플링 네트워크가 제공된다. The present invention discloses a coupling network for a two-dimensional scalable array system. According to the present invention, an oscillator of a plurality of pixels including a drain node, a gate node, a source node, and a common node, drains of the first oscillators arranged in the X-axis direction among the oscillators of the plurality of pixels for coupling through a source frequency signal A first transmission line connecting at least one of a node, a source node, and a gate node, and a common node of second oscillators arranged in the Y-axis direction among the oscillators of the plurality of pixels for coupling through a signal having a frequency different from the source frequency is connected A coupling network is provided for coupling the second oscillators including a second transmission line to
Description
본 발명은 2차원 확장 가능한 배열 시스템을 위한 커플링 네트워크에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배열 송수신기의 배열 크기를 2차원으로 확장 가능하게 만드는 커플링 구조에 관한 것이다. The present invention relates to a coupling network for a two-dimensional expandable array system, and more particularly, to a coupling structure that makes the array size of an array transceiver expandable in two dimensions.
고주파 대역은 이미징, 분광학, 생화학 검출, 천문학, 광대역 통신 등 다양한 분야에 응용될 수 있다. The high frequency band can be applied to various fields such as imaging, spectroscopy, biochemical detection, astronomy, and broadband communication.
이 주파수 대역을 향한 관심은 점점 증가하는 추세이고 작은 크기, 저비용, 저전력 구동 등과 같은 장점이 있는 반도체 소자를 기반으로 한 시스템 구현에 동기 부여가 된다.Interest in this frequency band is a growing trend and motivates the implementation of systems based on semiconductor devices with advantages such as small size, low cost, and low power operation.
2차원 배열 시스템을 통하여 송신기의 출력 전력을 높이거나 수신기의 수신 성능을 높이는 등의 효과를 얻을 수 있다. 또 위상 배열을 통해 빔포밍 기술의 구현도 가능하다. Through the two-dimensional array system, effects such as increasing the output power of the transmitter or improving the reception performance of the receiver can be obtained. In addition, it is possible to implement a beamforming technology through a phased array.
2차원 배열 시스템의 구현을 위해서는 각 픽셀(송수신기)의 신호 생성 부분이 위상 동기화 되어 있어야 한다. 위상 동기화를 위한 방식으로는 각 픽셀에 위상 동기화를 위한 신호를 인가해 주는 방식이 있고 픽셀의 신호 생성 부분을 서로 커플링하는 방식이 있다.In order to implement a two-dimensional array system, the signal generating part of each pixel (transceiver) must be phase-synchronized. As a method for phase synchronization, there is a method of applying a signal for phase synchronization to each pixel, and there is a method of coupling a signal generating portion of a pixel to each other.
각 픽셀에 위상 동기화를 위한 신호를 인가하는 방식은 고주파 신호를 직접 인가하는 경우에 레이아웃 상의 문제가 발생하여 배열의 확장성에 문제가 생기고 저주파 신호를 인가하는 경우에는 각 픽셀에 위상동기회로(phase locked loop) 혹은 주파수 체배기 체인이 집적되어야 하기 때문에 각 픽셀의 필요 면적을 초과하게 되어 2차원 배열 시스템 구성이 어렵다는 문제점이 있다. In the method of applying a signal for phase synchronization to each pixel, when a high-frequency signal is directly applied, a problem occurs in layout, causing a problem in the scalability of the arrangement, and when a low-frequency signal is applied, a phase locked circuit (phase locked) to each pixel loop) or frequency multiplier chains must be integrated, so the required area of each pixel is exceeded, making it difficult to construct a two-dimensional array system.
그로 인해 최근 2차원 배열 시스템의 경우는 픽셀 간 커플링을 통하여 위상 고정하는 방식이 많이 적용되고 있다. 하지만 기존의 방식은 커플링을 위한 주파수 신호 성분이 단일함으로 1차원 배열을 위한 커플링에는 적합하지만 2차원 배열을 위해서 더 많은 커플링 지점이 필요한 경우에 주파수 신호가 나뉘어지기 때문에 발진기의 동작에 영향을 주게 되어 안정성이 떨어지고 발진기 자체의 출력 전력이 낮아지는 등의 문제점이 발생할 수 있으며, 위상 고정이 되지 않는 위험성도 크다. 따라서 2차 배열 시스템에 적용되는 것에는 한계를 가진다. For this reason, recently, in the case of a two-dimensional array system, a method of phase fixing through pixel-to-pixel coupling has been widely applied. However, the conventional method is suitable for coupling for a one-dimensional array because the frequency signal component for coupling is single, but when more coupling points are needed for a two-dimensional array, the frequency signal is divided, so the operation of the oscillator is affected. This may cause problems such as poor stability and lowering of the output power of the oscillator itself, and there is also a high risk that the phase is not fixed. Therefore, there is a limit to being applied to the secondary array system.
상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 픽셀 간 커플링의 안정성을 높일 수 있고 커플링으로 인한 각 픽셀의 발진기 성능 하락을 최소화할 수 있는 2차원 확장 가능한 배열 시스템을 위한 커플링 네트워크를 제안하고자 한다. In order to solve the problems of the prior art, the present invention provides a coupling network for a two-dimensional scalable array system that can increase the stability of the coupling between pixels and minimize the degradation of the oscillator performance of each pixel due to the coupling would like to propose
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 2차원 확장 가능한 배열 시스템을 위한 커플링 네트워크로서, 드레인 노드, 게이트 노드, 소스 노드 및 공통 노드를 포함하는 복수 픽셀의 발진기; 원천 주파수 신호를 통해 커플링 하기 위해 상기 복수 픽셀의 발진기 중 X축 방향으로 배열되는 제1 발진기들의 드레인 노드, 소스 노드 및 게이트 노드 중 적어도 하나를 연결하는 제1 전송선; 및 상기 원천 주파수와 다른 주파수 신호를 통해 커플링 하기 위해 상기 픽셀의 복수 픽셀의 발진기 중 Y축 방향으로 배열되는 제2 발진기들의 공통 노드를 연결하는 제2 전송선을 포함하는 상기 제2 발진기들을 커플링하는 커플링 네트워크가 제공된다. In order to achieve the above object, according to an embodiment of the present invention, as a coupling network for a two-dimensional scalable array system, a plurality of pixel oscillators including a drain node, a gate node, a source node, and a common node ; a first transmission line connecting at least one of a drain node, a source node, and a gate node of first oscillators arranged in the X-axis direction among the oscillators of the plurality of pixels for coupling through a source frequency signal; and a second transmission line connecting a common node of second oscillators arranged in the Y-axis direction among oscillators of a plurality of pixels of the pixel to couple through a signal of a frequency different from the source frequency. A coupling network is provided.
상기 제1 전송선은 원천 주파수 신호를 통해 상기 제1 발진기들을 커플링하고, 상기 제2 전송선은 홀수차 또는 짝수차 고조파 신호를 통해 상기 제2 발진기들을 커플링할 수 있다. The first transmission line may couple the first oscillators through a source frequency signal, and the second transmission line may couple the second oscillators through an odd-order or even-order harmonic signal.
상기 복수 픽셀의 발진기는 차동 콜피츠 발진기 및 크로스 커플드 발진기 중 하나일 수 있다. The oscillator of the plurality of pixels may be one of a differential Colpitts oscillator and a cross-coupled oscillator.
상기 공통 노드는 복수 개이며, 상기 제2 전송선은 Y축 방향으로 배열되는 발진기들의 복수의 공통 노드 중 하나를 연결할 수 있다. The common node may be plural, and the second transmission line may connect one of the plurality of common nodes of the oscillators arranged in the Y-axis direction.
상기 복수 픽셀의 발진기는 차동 콜피츠 발진기들이며, 상기 원천 주파수와 다른 주파수 신호는 2차 고조파 신호일 수 있다. The oscillators of the plurality of pixels may be differential Colpitts oscillators, and a frequency signal different from the source frequency may be a second harmonic signal.
본 발명에 따르면, 각 축의 커플링을 위한 주파수 성분을 분리함으로써 픽셀 간 커플링의 안정성을 높일 수 있고 커플링으로 인한 각 픽셀의 발진기 성능 하락을 최소화할 수 있다는 장점이 있다. According to the present invention, it is possible to increase the stability of the coupling between pixels by separating the frequency components for the coupling of each axis and to minimize the degradation of the oscillator performance of each pixel due to the coupling.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 커플링 네트워크를 도시한 도면이다.
도 2는 공통 드레인 콜피츠 발진기 구조가 두 개 연결된 차동 콜피츠 발진기 구도를 도시한 도면이다.
도 3은 전송선을 통해 각 픽셀을 커플링한 것을 예시적으로 도시한 도면이다. 1 is a diagram illustrating a coupling network according to a preferred embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a configuration of a differential Colpitts oscillator in which two common drain Colpitts oscillator structures are connected.
3 is a diagram exemplarily illustrating coupling of each pixel through a transmission line.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail.
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. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 커플링 네트워크를 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a coupling network according to a preferred embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 커플링 네트워크는 2차원 배열을 갖는 복수 픽셀의 발진기(100)를 포함하며, 복수 픽셀의 발진기(100-1) 중 X축 방향(예를 들어, 가로 방향)으로 배치되는 제1 발진기(100)들과 Y축 방향(예를 들어, 세로 방향)으로 배치되는 제2 발진기(100-2)들은 각각 제1 전송선(102) 및 제2 전송선(104)을 통해 서로 다른 주파수 신호로 커플링된다. 1, the coupling network according to this embodiment includes an
일반적으로 발진기(100)는 내부 트랜지스터 등의 비선형 동작으로 인해 원천 주파수 신호(f0)와 이의 짝수차(2n×f0) 및 홀수차((2n-1)×f0) 고조파 신호들을 함께 생성한다. In general, the
이러한 주파수 신호를 이용하여 발진기(100) 간의 위상을 고정할 수 있다 The phase between the
종래의 2차원 배열 시스템에서는 발진기들을 원천 주파수 신호와 같은 단일 주파수 신호로 커플링하였으나, 본 실시예에서는 커플링 안정성 및 각 픽셀 발진기의 성능 하락을 최소화하기 위해 여러 주파수 신호 중 서로 다른 두 개의 주파수 신호를 각 축(방향)의 커플링에 이용한다. In the conventional two-dimensional array system, oscillators are coupled to a single frequency signal such as a source frequency signal, but in this embodiment, two different frequency signals among various frequency signals to minimize coupling stability and performance degradation of each pixel oscillator. is used for coupling of each axis (direction).
예를 들어, 본 실시예에 따르면, X축 방향으로 배열되는 제1 발진기들은 원천 주파수 신호를 통해 커플링하고, Y축 방향으로 배열되는 제2 발진기들은 2f0 또는 3f0 주파수 신호를 통해 커플링할 수 있다. For example, according to this embodiment, the first oscillators arranged in the X-axis direction are coupled through the source frequency signal, and the second oscillators arranged in the Y-axis direction are coupled through the 2f 0 or 3f 0 frequency signal. can do.
본 실시예에 따른 발진기는 차동 콜피츠 발진기 및 크로스 커플드 발진기를 포함할 수 있다. 이들 발진기는 드레인 노드, 게이트 노드, 소스 노드 및 공통 노드를 포함한다.The oscillator according to the present embodiment may include a differential Colpitts oscillator and a cross-coupled oscillator. These oscillators include a drain node, a gate node, a source node and a common node.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 전송선(102)은 원천 주파수 신호를 통해 커플링 하기 위해 X축 방향으로 배열되는 제1 발진기(100-1)들의 드레인 노드, 소스 노드 및 게이트 노드 중 적어도 하나를 연결할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the
또한, 제2 전송선(104)은 원천 주파수 신호와 다른 주파수 신호를 통해 커플링하기 위해 Y축 방향으로 배열되는 제2 발진기(100-2)들의 공통 노드를 연결할 수 있다. In addition, the
도 2는 공통 드레인 콜피츠 발진기 구조가 두 개 연결된 차동 콜피츠 발진기 구도를 도시한 도면이다. 2 is a diagram illustrating a configuration of a differential Colpitts oscillator in which two common drain Colpitts oscillator structures are connected.
도 2는 두 개의 콜피츠 발진기가 교차 결합된 구조를 도시한 것이며, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 트랜지스터, 캐패시터 및 인덕터를 포함할 수 있다. FIG. 2 illustrates a structure in which two Colpitts oscillators are cross-coupled, and as shown in FIG. 2 , may include a plurality of transistors, capacitors, and inductors.
발진기의 커플링을 위해서는 발진기의 특정 노드에서 전송선 등을 통해 다른 발진기를 연결하는 것이 필요하다. For coupling of an oscillator, it is necessary to connect another oscillator through a transmission line or the like at a specific node of the oscillator.
도 2를 참조하면, 원천 주파수 신호를 통해 커플링을 하기 위해서는 A, B 및 C와 같이 드레인 노드, 게이트 노드, 소스 노드 중 적어도 하나를 제1 전송선(102)을 통해 다른 발진기의 대응 노드와 연결할 수 있다. Referring to FIG. 2 , in order to perform coupling through the source frequency signal, at least one of a drain node, a gate node, and a source node, such as A, B, and C, is connected to a corresponding node of another oscillator through the
여기서, A, B 및 C 노드에서는 원천 주파수 신호와 고조파 신호들이 함께 존재하는데, 원천 주파수 신호의 크기가 가장 크기 때문에 원천 주파수 신호로 커플링된다. Here, in nodes A, B, and C, the source frequency signal and harmonic signals exist together, and since the source frequency signal has the largest magnitude, they are coupled to the source frequency signal.
그리고 교차 결합되는 콜피츠 발진기의 원천 주파수 신호는 반대 위상을 가지기 때문에 공통 노드(D, E, F, G)에서는 원천 주파수 신호과 홀수차 고조파 신호는 상쇄되고, 짝수차 고조파 신호만 남게 된다. And since the source frequency signal of the cross-coupled Colpitts oscillator has an opposite phase, the source frequency signal and the odd harmonic signal are canceled at the common nodes (D, E, F, G), leaving only the even harmonic signal.
그로 인해, 공통 노드를 다른 발진기의 공통 노드와 커플링하면 짝수차 고조파 신호 중에 가장 큰 세기를 갖는 2차 고조파 신호로 커플링된다. Therefore, when the common node is coupled with the common node of other oscillators, it is coupled to the second harmonic signal having the greatest intensity among even-order harmonic signals.
서로 다른 주파수 신호로 커플링되는 노드들을 적절히 선택하여 X축 커플링과 Y축 커플링에 활용하면 각 커플링으로 인한 추가 전송선등의 요소들이 다른 축의 커플링에 영향을 적게 미치게 되어 안정적이고 효율적인 커플링 네트워크를 구성할 수 있다. If nodes coupled with different frequency signals are appropriately selected and used for X-axis coupling and Y-axis coupling, elements such as additional transmission lines due to each coupling have little effect on the coupling of other axes, resulting in stable and efficient coupling. A ring network can be formed.
이에 따라 본 발명은 2차원으로 확장 가능한 배열 시스템을 만들 수 있다. Accordingly, the present invention can make a two-dimensionally expandable array system.
도 3은 전송선을 통해 각 픽셀을 커플링한 것을 예시적으로 도시한 도면이다. 3 is a diagram exemplarily illustrating coupling of each pixel through a transmission line.
도 2의 발진기 구조에서 B 노드(소스 노드)를 연결하여 X축 방향으로 커플링하고, D와 G 노드(공통 노드)를 연결하여 Y축 방향으로 커플링을 한 2차원 커플링 네트워크를 나타낸 것이다. In the oscillator structure of FIG. 2, a two-dimensional coupling network is shown in which a B node (source node) is connected to be coupled in the X-axis direction, and D and G nodes (common node) are connected to perform coupling in the Y-axis direction. .
상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.The above-described embodiments of the present invention have been disclosed for the purpose of illustration, and various modifications, changes, and additions will be possible within the spirit and scope of the present invention by those skilled in the art having ordinary knowledge of the present invention, and such modifications, changes and additions should be regarded as belonging to the following claims.
Claims (5)
드레인 노드, 게이트 노드, 소스 노드 및 공통 노드를 포함하는 복수 픽셀의 발진기;
원천 주파수 신호를 통해 커플링 하기 위해 상기 복수 픽셀의 발진기 중 X축 방향으로 배열되는 제1 발진기들의 드레인 노드, 소스 노드 및 게이트 노드 중 적어도 하나를 연결하는 제1 전송선; 및
상기 원천 주파수와 다른 주파수 신호를 통해 커플링 하기 위해 상기 복수 픽셀의 발진기 중 Y축 방향으로 배열되는 제2 발진기들의 공통 노드를 연결하는 제2 전송선을 포함하는 상기 제2 발진기들을 커플링하되,
상기 복수 픽셀의 발진기는 공통 드레인 콜피츠 발진기 구조가 두 개 연결된 차동 콜피츠 발진기들이며,
상기 원천 주파수와 다른 주파수 신호는 2차 고조파 신호인는 커플링 네트워크. A coupling network for a two-dimensional scalable array system, comprising:
an oscillator of a plurality of pixels including a drain node, a gate node, a source node, and a common node;
a first transmission line connecting at least one of a drain node, a source node, and a gate node of first oscillators arranged in the X-axis direction among the oscillators of the plurality of pixels for coupling through a source frequency signal; and
Coupling the second oscillators including a second transmission line connecting a common node of the second oscillators arranged in the Y-axis direction among the oscillators of the plurality of pixels in order to couple through a signal of a frequency different from the source frequency,
The oscillators of the plurality of pixels are differential Colpitts oscillators in which two common drain Colpitts oscillator structures are connected,
wherein the frequency signal different from the source frequency is a second harmonic signal.
상기 제1 전송선은 원천 주파수 신호를 통해 상기 제1 발진기들을 커플링하고, 상기 제2 전송선은 홀수차 또는 짝수차 고조파 신호를 통해 상기 제2 발진기들을 커플링하는 커플링 네트워크. The method of claim 1,
wherein the first transmission line couples the first oscillators via a source frequency signal, and the second transmission line couples the second oscillators via an odd or even harmonic signal.
상기 복수 픽셀의 발진기는 차동 콜피츠 발진기 및 크로스 커플드 발진기 중 하나인 커플링 네트워크.The method of claim 1,
wherein the oscillator of the plurality of pixels is one of a differential Colpitts oscillator and a cross-coupled oscillator.
상기 공통 노드는 복수 개이며,
상기 제2 전송선은 Y축 방향으로 배열되는 발진기들의 복수의 공통 노드 중 하나를 연결하는 커플링 네트워크.The method of claim 1,
The common node is plural,
The second transmission line is a coupling network connecting one of a plurality of common nodes of oscillators arranged in a Y-axis direction.
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