KR102535645B1 - Low noise local oscillator for millimeter wave communication system - Google Patents

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권헌국
강병수
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한국전자통신연구원
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    • H03L7/06—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
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    • H03L7/185—Indirect frequency synthesis, i.e. generating a desired one of a number of predetermined frequencies using a frequency- or phase-locked loop using a frequency divider or counter in the loop a time difference being used for locking the loop, the counter counting between fixed numbers or the frequency divider dividing by a fixed number using a mixer in the loop

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Abstract

밀리미터파 통신 시스템을 위한 저잡음 국부 발진 장치는 분주기를 포함하는 위상 고정 루프를 이용하여 기준 주파수로부터 원하는 출력 주파수를 생성하는 주파수 합성기, 상기 주파수 합성기의 출력 주파수를 설정된 체배수만큼 체배하여 출력하는 주파수 체배기, 그리고 상기 주파수 합성기의 출력 주파수와 상기 분주기의 입력 주파수가 동일해지도록, 상기 주파수 합성기의 출력 주파수와 상기 주파수 체배기의 출력 주파수 사이의 합 또는 차를 상기 분주기로 출력하는 적어도 하나의 혼합기를 포함한다. A low-noise local oscillator for a millimeter wave communication system includes a frequency synthesizer that generates a desired output frequency from a reference frequency using a phase-locked loop including a divider, and a frequency that multiplies the output frequency of the frequency synthesizer by a set multiplier and outputs the frequency. a multiplier, and at least one mixer that outputs a sum or a difference between an output frequency of the frequency synthesizer and an output frequency of the frequency multiplier to the divider so that the output frequency of the frequency synthesizer and the input frequency of the divider are the same. include

Description

밀리미터파 통신 시스템을 위한 저잡음 국부 발진 장치{LOW NOISE LOCAL OSCILLATOR FOR MILLIMETER WAVE COMMUNICATION SYSTEM}Low noise local oscillator for millimeter wave communication system {LOW NOISE LOCAL OSCILLATOR FOR MILLIMETER WAVE COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 밀리미터파 통신 시스템을 위한 저잡음 국부 발진 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 밀리미터파에서 낮은 위상 잡음 특성을 갖는 밀리미터파 통신 시스템을 위한 저잡음 국부 발진 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a low-noise local oscillator for a millimeter wave communication system, and more particularly, to a low-noise local oscillator for a millimeter wave communication system having low phase noise characteristics in a millimeter wave.

일반적으로 무선 통신 시스템은 기저 대역과 고주파 대역간 주파수 변환을 위하여 국부 발진 장치를 사용하며, 국부 발진 장치는 주파수 변환을 위한 단일 주파수의 정현파를 생성하도록 하는 장치이다. 원하는 고성능의 단일 주파수 정현파를 생성하기 위해 위상 고정 루프(Phase Locked Loop, PLL)를 이용하여 주파수 합성기를 구성하도록 하며, 이는 낮은 위상 잡음의 기준 주파수에 동기된 높은 주파수의 신호를 생성하는 역할을 한다. 즉, 고주파 신호를 분주기 N에 의해 저주파로 변환하여 비교기에 의해 기준 주파수와 동일한 위상 잡음 성능이 되도록 하는 것이다. 이때 주파수 합성기의 출력 신호의 위상 잡음은 기준 주파수의 위상잡음보다 20·logN(dB)만큼 열화되는 특성을 보인다.In general, a wireless communication system uses a local oscillation device for frequency conversion between a base band and a high frequency band, and the local oscillation device is a device that generates a sinusoidal wave of a single frequency for frequency conversion. In order to generate a desired high-performance single-frequency sine wave, a frequency synthesizer is configured using a Phase Locked Loop (PLL), which serves to generate a high-frequency signal synchronized with a reference frequency of low phase noise. . That is, the high-frequency signal is converted into a low-frequency signal by the divider N so that the comparator has the same phase noise performance as that of the reference frequency. At this time, the phase noise of the output signal of the frequency synthesizer is degraded by 20·logN (dB) than the phase noise of the reference frequency.

그러나 밀리미터파용 통신 시스템은 주파수 합성기에서 생성하는 주파수보다 높은 주파수의 밀리미터파 국부 발진 신호를 필요로 하기 때문에, 주파수 합성기에 의해 생성된 마이크로파 대역의 신호를 주파수 체배기(예를 들면, xM)를 이용하여 더 높은 주파수로 변환하여 사용하는 것이 일반적이다. 그러나, xM 주파수 체배기를 통해 높은 주파수의 신호 생성은 가능하지만, 신호의 위상 잡음 특성은 체배한 M값에 비례하여 20·LogM(dB)만큼 더욱 열화된다.However, since the millimeter wave communication system requires a millimeter wave local oscillation signal with a higher frequency than the frequency generated by the frequency synthesizer, the microwave band signal generated by the frequency synthesizer is converted into a frequency multiplier (eg, xM). It is common to convert to a higher frequency and use it. However, although it is possible to generate a high-frequency signal through the xM frequency multiplier, the phase noise characteristic of the signal is further deteriorated by 20·LogM (dB) in proportion to the multiplied M value.

또한, PLL의 피드백(feedback) 위치를 체배한 출력으로 변경할 경우도 역시 기준 주파수와 비교하기 위해서 분주비가 M x N으로 커지므로, 체배기 입력 신호의 위상잡음보다 20·LogM (dB) 만큼 열화된다. 즉, x2 체배기에 따른 위상 잡음 변화는 입력에 비해 6dB 열화되는 것이다. In addition, when the feedback position of the PLL is changed to the multiplied output, the division ratio is also increased to M x N to compare with the reference frequency, so the phase noise of the multiplier input signal is degraded by 20 LogM (dB). That is, the phase noise change according to the x2 multiplier deteriorates by 6dB compared to the input.

본 발명이 해결하려는 과제는 밀리미터파 통신 시스템의 밀리미터파 국부 발진 장치에서 체배기에 의한 위상 잡음 영향을 없앨 수 있는 밀리미터파 통신 시스템을 위한 저잡음 국부 발진 장치를 제공하는 것이다. An object to be solved by the present invention is to provide a low-noise local oscillator for a millimeter wave communication system capable of eliminating the influence of phase noise caused by a multiplier in the millimeter wave local oscillator of the millimeter wave communication system.

본 발명의 한 실시 예에 따르면, 밀리미터파 통신 시스템을 위한 저잡음 국부 발진 장치가 제공된다. 밀리미터파 통신 시스템을 위한 저잡음 국부 발진 장치는 분주기를 포함하는 위상 고정 루프를 이용하여 기준 주파수로부터 원하는 출력 주파수를 생성하는 주파수 합성기, 상기 주파수 합성기의 출력 주파수를 설정된 체배수만큼 체배하여 출력하는 주파수 체배기, 그리고 상기 주파수 합성기의 출력 주파수와 상기 분주기의 입력 주파수가 동일해지도록, 상기 주파수 합성기의 출력 주파수와 상기 주파수 체배기의 출력 주파수 사이의 합 또는 차를 상기 분주기로 출력하는 적어도 하나의 혼합기를 포함한다. According to one embodiment of the present invention, a low-noise local oscillator for a millimeter wave communication system is provided. A low-noise local oscillator for a millimeter wave communication system includes a frequency synthesizer that generates a desired output frequency from a reference frequency using a phase-locked loop including a divider, and a frequency that multiplies the output frequency of the frequency synthesizer by a set multiplier and outputs the frequency. a multiplier, and at least one mixer that outputs a sum or a difference between an output frequency of the frequency synthesizer and an output frequency of the frequency multiplier to the divider so that the output frequency of the frequency synthesizer and the input frequency of the divider are the same. include

본 발명의 실시 예에 의하면, 밀리미터파 통신 시스템에서 사용되는 매우 높은 주파수의 밀리미터파 국부 발진 신호 생성을 위해 종래의 기술에서 사용되고 있는 체배기에 의한 위상 잡음 열화를 제거할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, it is possible to remove phase noise deterioration due to a multiplier used in the prior art to generate a very high frequency millimeter wave local oscillation signal used in a millimeter wave communication system.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 저잡음 국부 발진 장치를 위한 주파수 합성기를 나타낸 도면이다.
도 2는 일반적인 밀리미터파 국부 발진 장치의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 일반적인 밀리미터파 국부 발진 장치의 다른 일 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 2-체배기를 사용하는 밀리미터파 국부 발진 장치의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 4-체배기를 사용하는 밀리미터파 국부 발진 장치의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 8-체배기를 사용하는 밀리미터파 국부 발진 장치의 일 예를 나타낸 도면이다. 1 is a diagram illustrating a frequency synthesizer for a low-noise local oscillator according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing an example of a general millimeter wave local oscillation device.
3 is a diagram showing another example of a general millimeter wave local oscillation device.
4 is a diagram showing an example of a millimeter wave local oscillator using a 2-multiplier according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram showing an example of a millimeter wave local oscillation device using a 4-multiplier according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram showing an example of a millimeter wave local oscillator using an 8-multiplier according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. However, the present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification and claims, when a certain component is said to "include", it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 밀리미터파 통신 시스템을 위한 저잡음 국부 발진 장치에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.Now, a low-noise local oscillator for a millimeter wave communication system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 저잡음 국부 발진 장치를 위한 주파수 합성기를 나타낸 도면이다.1 is a diagram illustrating a frequency synthesizer for a low-noise local oscillator according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 주파수 합성기(100)는 비교기(110), 적분기(120), 전압 제어 발진기(130) 및 분주기(140)를 포함한다.Referring to FIG. 1 , the frequency synthesizer 100 includes a comparator 110 , an integrator 120 , a voltage controlled oscillator 130 and a divider 140 .

비교기(110)는 입력되는 기준 주파수 신호의 기준 주파수(fREF)와 N 분주비를 갖는 분배기(140)의 출력 신호(fVCO/N)의 주파수간의 주파수 차이를 검출한다. The comparator 110 detects a frequency difference between a reference frequency f REF of an input reference frequency signal and a frequency of an output signal f VCO /N of the divider 140 having an N division ratio.

적분기(120)는 비교기(110)에 의해 검출된 주파수 차이를 적분하여 전압 제어 발진기(130)의 제어 전압을 생성하고, 제어 전압을 전압 제어 발진기(130)로 출력한다.The integrator 120 integrates the frequency difference detected by the comparator 110 to generate a control voltage of the voltage controlled oscillator 130 and outputs the control voltage to the voltage controlled oscillator 130 .

전압 제어 발진기(130)는 적분기(120)로부터 제어 전압을 입력 받아 제어 전압에 따라 출력 신호의 주파수를 가변시켜 출력하며, 전압 제어 발진기(130)의 출력 신호는 주파수 합성기(100)의 출력 신호가 된다. The voltage controlled oscillator 130 receives the control voltage from the integrator 120 and outputs the variable frequency of the output signal according to the control voltage. The output signal of the voltage controlled oscillator 130 is the output signal of the frequency synthesizer 100 do.

분주기(140)는 전압 제어 발진기(130)의 출력 신호를 피드백 신호로서 입력 받아 전압 제어 발진기(130)의 출력 신호의 주파수(fVCO)를 N 분주비로 분주하여 비교기(110)로 출력한다. The divider 140 receives the output signal of the voltage controlled oscillator 130 as a feedback signal, divides the frequency f VCO of the output signal of the voltage controlled oscillator 130 at a division ratio of N, and outputs it to the comparator 110.

이러한 방법으로, 주파수 합성기(100)는 기준 주파수(fREF)를 주파수 연산 처리하여 원하는 출력 주파수(fVCO)를 출력한다. 이때, 주파수 합성기(100)의 출력 신호의 위상 잡음은 수학식 1과 같이 기준 주파수(fREF)의 위상 잡음보다 20·logN (dB)만큼 열화되는 특성을 보인다.In this way, the frequency synthesizer 100 performs frequency calculation on the reference frequency f REF and outputs a desired output frequency f VCO . At this time, the phase noise of the output signal of the frequency synthesizer 100 exhibits a characteristic of being deteriorated by 20·logN (dB) than the phase noise of the reference frequency f REF as shown in Equation 1.

Figure 112018110177831-pat00001
Figure 112018110177831-pat00001

밀리미터파 통신 시스템은 주파수 합성기(100)에서 생성하는 주파수보다 높은 주파수의 밀리미터파 국부 발진 신호를 필요로 한다. 따라서 도 2에 나타낸 바와 같이 주파수 체배기(frequency multiplier)를 사용한다. The millimeter wave communication system requires a millimeter wave local oscillation signal having a higher frequency than the frequency generated by the frequency synthesizer 100. Therefore, as shown in FIG. 2, a frequency multiplier is used.

도 2는 일반적인 밀리미터파 국부 발진 장치의 일 예를 나타낸 도면이다.2 is a diagram showing an example of a general millimeter wave local oscillation device.

도 2를 참고하면, 밀리미터파 국부 발진 장치(200)는 도 1에 도시된 주파수 합성기(100)에 의해 생성된 마이크로파 대역의 신호의 주파수를 주파수 체배기(250)를 사용하여 더 높은 주파수로 변환한다. Referring to FIG. 2 , the millimeter wave local oscillator 200 converts the frequency of the microwave band signal generated by the frequency synthesizer 100 shown in FIG. 1 to a higher frequency using the frequency multiplier 250. .

주파수 체배기(250)는 마이크로파 대역의 신호의 주파수를 정수 M배(xM)로 체배시켜 출력하며, 이 출력 신호가 밀리미터파 국부 발진 장치(200)의 출력 신호가 된다. The frequency multiplier 250 multiplies the frequency of the signal in the microwave band by an integer M times (xM) and outputs it, and this output signal becomes an output signal of the millimeter wave local oscillator 200.

그러나 주파수 체배기(250)를 통해 높은 주파수의 신호 생성은 가능하지만, 신호의 위상 잡음 특성은 체배한 M값에 비례하여 20·LogM(dB) 만큼 더욱 열화된다. However, although a high frequency signal can be generated through the frequency multiplier 250, the phase noise characteristic of the signal is further deteriorated by 20·LogM(dB) in proportion to the multiplied M value.

도 3은 일반적인 밀리미터파 국부 발진 장치의 다른 일 예를 나타낸 도면이다.3 is a diagram showing another example of a general millimeter wave local oscillation device.

도 3을 참고하면, 밀리미터파 국부 발진 장치(300)는 도 2와 달리 분주기(340)가 체배기(350)의 출력 신호를 분주하여 비교기(310)로 출력하는 구조를 가진다. Referring to FIG. 3 , the millimeter wave local oscillation device 300 has a structure in which, unlike FIG. 2 , the divider 340 divides the output signal of the multiplier 350 and outputs the divided signal to the comparator 310 .

이 경우, 비교기(310)에서 분주기(340)의 출력 주파수와 기준 주파수를 비교하기 위해서, 분주기(340)의 분주비는 M x N 으로 커지게 된다. 따라서, 밀리미터파 국부 발진 장치(300)의 출력 신호의 위상 잡음은 주파수 체배기(350)의 입력 신호의 위상잡음보다 20·LogM(dB)만큼 열화된다. 즉, M=2인 주파수 체배기(350)를 사용하면, 위상 잡음 변화는 입력에 비해 6dB 열화된다. In this case, in order to compare the output frequency of the divider 340 and the reference frequency in the comparator 310, the divider ratio of the divider 340 increases to M x N. Accordingly, the phase noise of the output signal of the millimeter wave local oscillator 300 is deteriorated by 20·LogM (dB) than the phase noise of the input signal of the frequency multiplier 350. That is, if the frequency multiplier 350 with M=2 is used, the phase noise change is deteriorated by 6dB compared to the input.

즉, 도 3의 구조에서는 위상 잡음 특성이 수학식 2와 같이 기준 주파수보다 20·LogN + 20·LogM (dB)만큼 열화된다. That is, in the structure of FIG. 3, the phase noise characteristic deteriorates by 20·LogN + 20·LogM (dB) from the reference frequency as shown in Equation 2.

Figure 112018110177831-pat00002
Figure 112018110177831-pat00002

PLL을 이용한 주파수 합성기는 비교기를 통해 기준 신호와 피드백 신호의 주파수 및 위상 잡음을 동일한 성능이 되도록 하는 것으로써, 분주기의 출력 신호는 기준 신호의 주파수 및 위상 잡음과 동일하다고 할 수 있다. 이를 기준으로 분주기의 입력으로 역산해 보면, 주파수 합성기의 출력 주파수 및 위상 잡음을 확인할 수 있다. 즉, 분주기의 분주비(N)에 의해 주파수 N배, 위상 잡음은 20·logN(dB)만큼 악화된다. 이러한 특성으로 볼 때, 비교기로 입력되는 피드백 신호의 위상 잡음이 주파수 체배기에 의해 열화된 위상 잡음을 유지하면서, 주파수 합성기(100)의 출력 주파수(fVCO)와 같다면, 주파수 체배기의 출력 신호의 위상 잡음 성능은 주파수 체배기가 없는 주파수 합성기(100)의 출력 신호의 위상 잡음과 동일한 결과를 얻을 수 있는 것이다. 결과적으로, 주파수 합성기의 분주비 등 다른 설정 변경 없이 주파수 체배기에 의한 위상 잡음 열화를 제거할 수 있음을 알 수 있다.A frequency synthesizer using a PLL makes the frequency and phase noise of a reference signal and a feedback signal the same through a comparator, and the output signal of the divider can be said to be the same as the frequency and phase noise of the reference signal. Based on this, if the inverse calculation is performed with the input of the divider, the output frequency and phase noise of the frequency synthesizer can be confirmed. That is, the frequency N times and the phase noise deteriorate by 20·logN (dB) by the division ratio (N) of the divider. In view of these characteristics, if the phase noise of the feedback signal input to the comparator is equal to the output frequency f VCO of the frequency synthesizer 100 while maintaining the phase noise deteriorated by the frequency multiplier, the output signal of the frequency multiplier The phase noise performance is the same as that of the phase noise of the output signal of the frequency synthesizer 100 without a frequency multiplier. As a result, it can be seen that phase noise deterioration by the frequency multiplier can be removed without changing other settings such as the frequency division ratio of the frequency synthesizer.

분주기의 입력 주파수를 주파수 합성기(100)의 출력 주파수(fVCO)와 같고, 주파수 체배기의 출력 신호의 위상 잡음을 갖도록 하기 위해서 본 발명의 실시 예에서는 주파수 변환을 위한 혼합기(Mixer)와 원치 않는 신호 제거를 위한 대역 통과 여파기를 추가로 사용함으로써, 별도의 발진기 없이 상기 목적을 달성할 수 있도록 구성한다. In order to have the input frequency of the divider equal to the output frequency f VCO of the frequency synthesizer 100 and to have the phase noise of the output signal of the frequency multiplier, in an embodiment of the present invention, a mixer for frequency conversion and unwanted By additionally using a band pass filter for signal cancellation, the above object can be achieved without a separate oscillator.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 2-체배기를 사용하는 밀리미터파 국부 발진 장치의 일 예를 나타낸 도면이다.4 is a diagram showing an example of a millimeter wave local oscillator using a 2-multiplier according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참고하면, 밀리미터파 국부 발진 장치(400)는 도 3에 도시된 구조에서 혼합기(460) 및 대역 통과 여파기(470)를 더 포함한다. Referring to FIG. 4 , the millimeter wave local oscillator 400 further includes a mixer 460 and a band pass filter 470 in the structure shown in FIG. 3 .

혼합기(460)는 2개의 단일 주파수를 입력 받고, 2개의 단일 주파수의 합과 차를 출력한다. 즉, 혼합기(460)는 전압 제어 발진기(430)의 출력 주파수(fVCO)와 주파수 체배기(450)의 출력 주파수(2·fVCO)를 입력 받아 두 주파수간의 합 또는 차를 출력하는데, 분주기(440)의 입력 주파수를 도 1에 도시된 주파수 합성기의 출력 주파수(fVCO)와 동일하게 하기 위해 혼합기(460)는 전압 제어 발진기(430)의 출력 주파수(fVCO)와 체배기(450)의 출력 주파수(2·fVCO)의 차(fVCO)를 출력한다. 도 4에서는 2배의 체배를 수행하는 2-체배기(450)를 도시하였다. The mixer 460 receives two single frequencies and outputs the sum and difference of the two single frequencies. That is, the mixer 460 receives the output frequency (f VCO ) of the voltage controlled oscillator 430 and the output frequency (2·f VCO ) of the frequency multiplier 450 and outputs the sum or difference between the two frequencies. To make the input frequency of 440 equal to the output frequency f VCO of the frequency synthesizer shown in FIG. The difference (f VCO ) of the output frequency (2·f VCO ) is output. 4 shows a 2-multiplyer 450 that performs multiplication by a factor of two.

대역 통과 여파기(470)는 혼합기(460)의 출력 신호로부터 원치 않은 신호를 제거한 후 분주기(440)로 출력한다. The band pass filter 470 removes an unwanted signal from the output signal of the mixer 460 and outputs it to the divider 440.

도 4에 도시된 밀리미터파 국부 발진 장치(400)의 구조에서는 위상 잡음 특성이 수학식 3과 같이 기준 주파수보다 20·LogN(dB) 만큼 열화된다. In the structure of the millimeter wave local oscillator 400 shown in FIG. 4 , the phase noise characteristic deteriorates by 20·LogN (dB) from the reference frequency as shown in Equation 3.

Figure 112018110177831-pat00003
Figure 112018110177831-pat00003

또한 주파수 영역에서 혼합기(460)의 연산을 고려해 보면 두 입력의 위상 잡음간 상호상관 연산 동작에 의해 두 입력 중 보다 성능이 열악한 위상 잡음 특성을 갖는다는 것을 알 수 있다. In addition, considering the operation of the mixer 460 in the frequency domain, it can be seen that the phase noise characteristics of the two inputs are inferior to those of the two inputs due to the cross-correlation operation between the phase noises of the two inputs.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 4-체배기를 사용하는 밀리미터파 국부 발진 장치의 일 예를 나타낸 도면이다. 5 is a diagram showing an example of a millimeter wave local oscillation device using a 4-multiplier according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참고하면, 밀리미터파 국부 발진 장치(500)는 4-체배기(550) 및 2개의 혼합기(562, 564)를 사용하는 구조를 가진다. Referring to FIG. 5 , the millimeter wave local oscillator 500 has a structure using a 4-multiplier 550 and two mixers 562 and 564.

4-체배기(550)는 2개의 2-체배기(552, 554)를 포함한다. The 4-multiplier 550 includes two 2-multipliers 552 and 554.

분주기(540)의 입력 주파수를 도 1에 도시된 주파수 합성기의 출력 주파수(fVCO)와 동일하게 하기 위해 혼합기(562)는 전압 제어 발진기(530)의 출력 주파수(fVCO)와 2-체배기(552)의 출력 주파수(2·fVCO)를 입력 받아 두 주파수간의 합(3·fVCO)을 출력하고, 혼합기(564)는 혼합기(562)의 출력 주파수(3·fVCO)와 2-체배기(554)의 출력 주파수(4·fVCO)를 입력 받아 두 주파수간의 차(fVCO)를 출력한다. To make the input frequency of the divider 540 equal to the output frequency f VCO of the frequency synthesizer shown in FIG. 552 receives the output frequency (2 f VCO ) and outputs the sum of the two frequencies (3 f VCO ), and the mixer 564 outputs the output frequency (3 f VCO ) of the mixer 562 and It receives the output frequency (4·f VCO ) of the multiplier 554 and outputs the difference between the two frequencies (f VCO ).

도 5에 도시된 밀리미터파 국부 발진 장치(500)의 구조에서는 수학식 4와 같이 4-체배기(560)에 의해 발생하는 12dB(=20·log4)의 위상 잡음 열화가 출력에 발생하지 않는다. In the structure of the millimeter wave local oscillator 500 shown in FIG. 5, phase noise deterioration of 12dB (=20·log4) caused by the 4-multiplier 560 does not occur in the output as shown in Equation 4.

Figure 112018110177831-pat00004
Figure 112018110177831-pat00004

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 8-체배기를 사용하는 밀리미터파 국부 발진 장치의 일 예를 나타낸 도면이다. 6 is a diagram showing an example of a millimeter wave local oscillator using an 8-multiplier according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참고하면, 밀리미터파 국부 발진 장치(600)는 8-체배기(650) 및 3개의 혼합기(662, 664, 666)를 사용하는 구조를 가진다. Referring to FIG. 6 , the millimeter wave local oscillator 600 has a structure using an 8-multiplier 650 and three mixers 662 , 664 , and 666 .

8-체배기(650)는 3개의 2-체배기(652, 654, 656)를 포함한다. The 8-multiplier 650 includes three 2-multipliers 652, 654 and 656.

분주기(640)의 입력 주파수를 도 1에 도시된 주파수 합성기의 출력 주파수(fVCO)와 동일하게 하기 위해, 혼합기(662)는 전압 제어 발진기(630)의 출력 주파수(fVCO)와 2-체배기(652)의 출력 주파수(2·fVCO)를 입력 받아 두 주파수간의 합(3·fVCO)을 출력하고, 혼합기(664)는 혼합기(662)의 출력 주파수(3·fVCO)와 2-체배기(654)의 출력 주파수(4·fVCO)를 입력 받아 두 주파수간의 합(7·fVCO)을 출력한다. 그리고 혼합기(666)는 혼합기(664)의 출력 주파수(7·fVCO)와 2-체배기(654)의 출력 주파수(8·fVCO)를 입력 받아 두 주파수간의 차(fVCO)를 출력한다. To equalize the input frequency of divider 640 to the output frequency f VCO of the frequency synthesizer shown in FIG. The multiplier 652 receives the output frequency (2 f VCO ) and outputs the sum of the two frequencies (3 f VCO ), and the mixer 664 outputs the output frequency (3 f VCO ) of the mixer 662 and 2 - Receives the output frequency (4·f VCO ) of the multiplier 654 and outputs the sum (7·f VCO ) between the two frequencies. Further, the mixer 666 receives the output frequency (7·f VCO ) of the mixer 664 and the output frequency (8·f VCO ) of the 2-multiplier 654 and outputs a difference (f VCO ) between the two frequencies.

도 6에 도시된 밀리미터파 국부 발진 장치(600)의 구조에서는 수학식 5와 같이 8-체배기(660)에 의해 발생하는 18dB(=20·log8)의 위상 잡음 열화가 출력에 발생하지 않는다. In the structure of the millimeter wave local oscillator 600 shown in FIG. 6, phase noise deterioration of 18dB (=20·log8) caused by the 8-multiplier 660 does not occur in the output as shown in Equation 5.

Figure 112018110177831-pat00005
Figure 112018110177831-pat00005

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다. Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also included in the scope of the present invention. that fall within the scope of the right.

Claims (10)

밀리미터파 통신 시스템을 위한 저잡음 국부 발진 장치로서,
분주기를 포함하는 위상 고정 루프를 이용하여 기준 주파수로부터 원하는 출력 주파수를 생성하는 주파수 합성기,
상기 주파수 합성기의 출력 주파수를 설정된 체배수만큼 체배하여 출력하는 적어도 하나의 주파수 체배기, 그리고
상기 주파수 합성기의 출력 주파수와 상기 분주기의 입력 주파수가 동일해지도록 설정하는 적어도 하나의 혼합기
를 포함하는 밀리미터파 통신 시스템을 위한 저잡음 국부 발진 장치.A low-noise local oscillation device for a millimeter wave communication system,
A frequency synthesizer generating a desired output frequency from a reference frequency using a phase-locked loop including a divider;
At least one frequency multiplier for multiplying and outputting the output frequency of the frequency synthesizer by a set multiplier, and
At least one mixer configured to set the output frequency of the frequency synthesizer and the input frequency of the divider to be the same
A low-noise local oscillator for a millimeter wave communication system comprising a. 제1항에서,
상기 적어도 하나의 혼합기는 상기 주파수 합성기의 출력 주파수와 상기 적어도 하나의 주파수 체배기의 출력 주파수 사이의 합 또는 차를 상기 분주기로 출력하는 밀리미터파 통신 시스템을 위한 저잡음 국부 발진 장치.In paragraph 1,
The at least one mixer outputs a sum or difference between an output frequency of the frequency synthesizer and an output frequency of the at least one frequency multiplier to the divider. 제1항에서,
2배의 체배를 수행하는 하나의 2-체배기가 사용되는 경우, 하나의 혼합기가 상기 주파수 합성기의 출력 주파수와 상기 2-체배기의 출력 주파수의 차를 출력하는 밀리미터파 통신 시스템을 위한 저잡음 국부 발진 장치.In paragraph 1,
Low-noise local oscillation device for millimeter wave communication system in which one mixer outputs the difference between the output frequency of the frequency synthesizer and the output frequency of the two-multiplier when one 2-multiplier performing 2-time multiplication is used . 제1항에서,
2배의 체배를 수행하는 2개의 2-체배기가 사용되는 경우, 2개의 혼합기 중 제1 혼합기에서는 상기 주파수 합성기의 출력 주파수와 상기 2개의 2-체배기 중 첫 번째 2-체배기의 출력 주파수의 합을 출력하고, 상기 2개의 혼합기 중 제2 혼합기에서는 상기 제1 혼합기의 출력 주파수와 상기 2개의 2-체배기 중 두 번째 2-체배기의 출력 주파수의 차를 출력하는 밀리미터파 통신 시스템을 위한 저잡음 국부 발진 장치.In paragraph 1,
When two 2-multipliers performing a 2-multiplier are used, in the first mixer of the two mixers, the sum of the output frequency of the frequency synthesizer and the output frequency of the first 2-multiplier of the two 2-multipliers Low-noise local oscillation device for a millimeter wave communication system outputting a difference between an output frequency of the first mixer and an output frequency of a second 2-multiplier of the two 2-multipliers in the second mixer of the two mixers. . 삭제delete 제1항에서,
2배의 체배를 수행하는 3개의 2-체배기가 사용되는 경우, 3개의 혼합기 중 제1 혼합기에서는 상기 주파수 합성기의 출력 주파수와 상기 3개의 2-체배기 중 첫 번째 2-체배기의 출력 주파수의 합을 출력하고, 상기 3개의 혼합기 중 제2 혼합기에서는 상기 제1 혼합기의 출력 주파수와 상기 3개의 2-체배기 중 두 번째 2-체배기의 출력 주파수의 합을 출력하며, 상기 3개의 혼합기 중 제3 혼합기에서는 상기 제2 혼합기의 출력 주파수와 상기 3개의 2-체배기 중 세 번째 2-체배기의 출력 주파수의 차를 출력하는 밀리미터파 통신 시스템을 위한 저잡음 국부 발진 장치. In paragraph 1,
When three 2-multipliers performing 2-time multiplication are used, the first mixer among the three mixers calculates the sum of the output frequency of the frequency synthesizer and the output frequency of the first 2-multiplier among the three 2-multipliers. output, and the second mixer of the three mixers outputs the sum of the output frequency of the first mixer and the output frequency of the second two-multiplier of the three two-multipliers, and in the third mixer of the three mixers A low-noise local oscillator for a millimeter wave communication system that outputs a difference between an output frequency of the second mixer and an output frequency of a third two-multiplier among the three two-multipliers. 밀리미터파 통신 시스템을 위한 저잡음 국부 발진 장치에서 주파수를 생성하는 방법에서,
주파수 합성기에서 분주기를 포함하는 위상 고정 루프를 이용하여 기준 주파수로부터 제1 주파수를 생성하는 단계,
적어도 하나의 주파수 체배기를 사용하여 상기 제1 주파수를 설정된 체배수만큼 체배하여 출력하는 단계, 그리고
상기 제1 주파수와 상기 적어도 하나의 주파수 체배기에서 출력되는 주파수를 이용하여 상기 제1 주파수와 상기 분주기의 입력 주파수를 동일하게 설정하는 단계
를 포함하는 주파수 생성 방법. In a method for generating a frequency in a low-noise local oscillator for a millimeter wave communication system,
Generating a first frequency from a reference frequency using a phase-locked loop including a divider in a frequency synthesizer;
Multiplying and outputting the first frequency by a set multiplier using at least one frequency multiplier, and
Setting the first frequency and the input frequency of the divider to be the same using the first frequency and the frequency output from the at least one frequency multiplier.
Frequency generation method comprising a. 제7항에서,
상기 설정하는 단계는 상기 제1 주파수와 상기 적어도 하나의 주파수 체배기에서 출력되는 주파수의 합 또는 차를 이용하여 상기 제1 주파수와 상기 분주기의 입력 주파수를 동일하게 설정하는 단계를 포함하는 주파수 생성 방법.In paragraph 7,
The setting step includes setting the first frequency to be the same as the input frequency of the divider using a sum or difference between the first frequency and a frequency output from the at least one frequency multiplier. . 제7항에서,
상기 설정하는 단계는 2배의 체배를 수행하는 하나의 2-체배기가 사용되는 경우, 상기 제1 주파수와 상기 2-체배기의 출력 주파수의 차를 출력하는 단계를 포함하는 주파수 생성 방법. In paragraph 7,
The setting step includes outputting a difference between the first frequency and an output frequency of the doubler when one doubler performing multiplication by a factor of two is used. 제7항에서,
2배의 체배를 수행하는 2개의 2-체배기가 사용되는 경우, 상기 설정하는 단계는
상기 제1 주파수와 상기 2개의 2-체배기 중 첫 번째 2-체배기의 출력 주파수의 합을 출력하는 단계, 그리고
상기 합에 해당되는 주파수와 상기 2개의 2-체배기 중 두 번째 2-체배기의 출력 주파수의 차를 출력하는 출력하는 단계를 포함하는 주파수 생성 방법.
In paragraph 7,
When two 2-multipliers performing 2-fold multiplication are used, the setting step
outputting the sum of the first frequency and the output frequency of the first two-multiplier of the two two-multipliers; and
and outputting a difference between a frequency corresponding to the sum and an output frequency of a second 2-multiplier among the two 2-multipliers.
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