KR102566968B1 - A radio transceiver with a single mixer - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 초고주파 대역을 사용하는 5G/6G 용 저전력 무선 송수신기로서, 기존에 송/수신용으로 각각 존재하던 두 개의 믹서를 하나로 대체하여, 믹서 동작을 위해 요구되는 LO(local oscillator) 전력을 반으로 줄이는, 단일 믹서를 구비한 무선 송수신기에 관한 것이다.The present invention is a low-power wireless transceiver for 5G/6G using ultra-high frequency bands. It replaces two existing mixers for transmission/reception with one, thereby halving the local oscillator (LO) power required for mixer operation. It relates to a radio transceiver with a single mixer.
또한, 본 발명은 기존의 송/수신용 믹서의 역할을 모두 수행하는 하나의 단일 믹서로 구성하되, 아이솔레이터를 구비하여 송/수신 신호의 경로를 분리하도록 구성하는, 단일 믹서를 구비한 무선 송수신기에 관한 것이다.In addition, the present invention is composed of a single mixer that performs all the roles of an existing mixer for transmission / reception, but isolator is provided to a wireless transceiver equipped with a single mixer configured to separate the path of transmission / reception signals it's about
일반적으로, 무선 통신 시스템의 송수신기는 베이스밴드 신호를 반송파에 변조시켜 고주파의 무선 신호로 전송하고, 무선 신호를 수신하여 저주파 신호로 하향 변환하여 복조한다.In general, a transceiver of a wireless communication system modulates a baseband signal to a carrier wave to transmit a high-frequency radio signal, receives the radio signal, down-converts the radio signal to a low-frequency signal, and demodulates the baseband signal.
도 1은 종래기술에 따른 송수신기의 구성을 도시하고 있다[비특허문헌 1].1 shows the configuration of a transceiver according to the prior art [Non-Patent Document 1].
도 1에서 보는 바와 같이, 종래기술에 따른 송수신기(1)는 송신용 믹서(2), 수신용 믹서(3), 및, LO(local oscillator) 신호를 발생시켜주는 전압제어 발진기(voltage control oscillator, VCO)(4)로 구성된다.As shown in FIG. 1, the transceiver 1 according to the prior art includes a transmission mixer 2, a reception mixer 3, and a voltage control oscillator that generates a local oscillator (LO) signal. VCO) (4).
송신용 믹서(2)는 베이스밴드(baseband, BB) 신호를 송신용 LO 신호와 합성하여, 베이스밴드 신호를 높은 주파수 신호로 상향 변환(up-concersion)한다. 즉, 송신 모드에서, 송신용 믹서(2)에서 베이스밴드 신호에서 고주파의 무선 신호로, 주파수를 높여주는 상향 혼합(up-mixing)이 일어난다.The transmission mixer 2 combines a baseband (BB) signal with a transmission LO signal, and up-concerns the baseband signal into a high frequency signal. That is, in the transmission mode, in the transmission mixer 2, up-mixing of increasing the frequency from a baseband signal to a high-frequency radio signal occurs.
또한, 수신용 믹서(3)는 수신된 무선 신호(RF) 신호를 수신용 LO 신호와 합성하여, 고주파의 무선 신호를 낮은 주파수 신호로 하향 변환(down-mixing)한다. 즉, 수신 모드에서, 수신용 믹서(3)에서 무선 신호에서 베이스밴드 신호로, 주파수를 낮춰주는 하향 혼합(up-mixing)이 일어난다.In addition, the receiving mixer 3 synthesizes the received radio signal (RF) signal with the receiving LO signal, and down-mixes the high-frequency radio signal into a low-frequency signal. That is, in the reception mode, down-mixing (up-mixing) of lowering the frequency from the radio signal to the baseband signal occurs in the reception mixer 3.
또한, 버퍼(5,6)는 버퍼 증폭기(buffer amplifier)로서, 믹서(2,3)와 전압제어 발진기(4) 사이에 버퍼(5,6)를 삽입되어 구성된다. 즉, 버퍼(5,6)는 전압제어 발진기(4)에서 발생되는 LO 신호 또는 발진 주파수의 전력을 높여준다.In addition, the buffers 5 and 6 are buffer amplifiers, and are configured by inserting the buffers 5 and 6 between the mixers 2 and 3 and the voltage controlled oscillator 4. That is, the buffers 5 and 6 increase the power of the LO signal generated by the voltage controlled oscillator 4 or the oscillation frequency.
전압제어 발진기(4)가 높은 LO(local oscillator) 파워로 믹서(2,3)를 구동해야 한다. 따라서 버퍼(5,6)는 송신용/수신용 믹서(2,3)의 원활한 동작을 위해서, 필수적으로 구성되어야 한다.The voltage controlled oscillator 4 must drive the mixers 2 and 3 with high local oscillator (LO) power. Therefore, the buffers 5 and 6 must be configured as essential for the smooth operation of the transmission/reception mixers 2 and 3.
특히, 5G 또는 6G용 송수신기는 30 GHz 이상 또는 100 GHz 이상의 매우 높은 주파수를 처리해야 한다. 이러한 초고주파대의 송수신기에서는 최대 발진 주파수(maximum oscillation frequency)의 한계로 인해, 믹서를 구동(driving)할 때 사용되는 버퍼의 디자인이 어렵다. 또한, 이 경우의 전력 증폭을 위한 버퍼 구성은 파워소모가 많을 뿐만 아니라 칩 크기도 커져야 하는 문제점이 있다.In particular, transceivers for 5G or 6G must handle very high frequencies above 30 GHz or above 100 GHz. In such an ultra-high frequency transceiver, it is difficult to design a buffer used when driving a mixer due to a limitation of a maximum oscillation frequency. In addition, the buffer configuration for power amplification in this case has a problem in that power consumption is high and the size of the chip must be increased.
다시 말하면, 100 GHz 이상의 높은 주파수대에서는 높은 LO 파워를 갖는 전압제어 발진기(VCO)의 설계가 어렵다. 즉, 믹서와 전압제어 발진기(VCO) 사이에 LO 신호를 증폭시켜주는 버퍼가 삽입되는데, 이 버퍼 역시 동작 주파수가 높기 때문에 그 설계 난이도가 높고, 파워/면적 소모가 크다는 문제점이 있다. In other words, it is difficult to design a voltage controlled oscillator (VCO) with high LO power in a high frequency band of 100 GHz or more. That is, a buffer that amplifies the LO signal is inserted between the mixer and the voltage controlled oscillator (VCO), and since this buffer also has a high operating frequency, the design difficulty is high and power/area consumption is high.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 초고주파 대역을 사용하는 5G/6G 용 저전력 무선 송수신기로서, 기존에 송/수신용으로 각각 존재하던 두 개의 믹서를 하나로 대체하여, 믹서 동작을 위해 요구되는 LO(local oscillator) 전력을 반으로 줄이는, 단일 믹서를 구비한 무선 송수신기를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to solve the above-described problems, as a low-power wireless transceiver for 5G / 6G using an ultra-high frequency band, replacing two mixers existing for transmission / reception with one, and operating the mixer It is to provide a wireless transceiver with a single mixer that reduces the LO (local oscillator) power required for
또한, 본 발명의 목적은 기존의 송/수신용 믹서의 역할을 모두 수행하는 하나의 단일 믹서로 구성하되, 아이솔레이터를 구비하여 송/수신 신호의 경로를 분리하도록 구성하는, 단일 믹서를 구비한 무선 송수신기를 제공하는 것이다.In addition, an object of the present invention is to configure a single mixer that performs all the roles of a conventional transmission/reception mixer, but includes an isolator to separate transmission/reception signal paths. to provide a transceiver.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 단일 믹서를 구비한 무선 송수신기에 관한 것으로서, 발진 신호를 출력하는 전압제어 발진기; 송신용 무선 신호와 수신용 무선 신호를 분리하는 제1 아이솔레이터; 송신용 베이스밴드 신호와 수신용 베이스밴드 신호를 분리하는 제2 아이솔레이터; 상기 발진 신호에 의하여, 상기 제1 아이솔레이터에서 출력되는 수신용 무선 신호를 하향 변환하여 상기 제2 아이솔레이터의 수신용 베이스밴드 신호로 전달하거나, 상기 제2 아이솔레이터에서 출력되는 송신용 베이스밴드 신호를 상향 변환하여 상기 제1 아이솔레이터의 송신용 무선 신호로 전달하는, 믹서를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention relates to a wireless transceiver having a single mixer, comprising: a voltage controlled oscillator outputting an oscillation signal; A first isolator separating a radio signal for transmission and a radio signal for reception; a second isolator separating a baseband signal for transmission and a baseband signal for reception; Based on the oscillation signal, the radio signal for reception output from the first isolator is down-converted and transmitted to the baseband signal for reception of the second isolator, or the baseband signal for transmission output from the second isolator is up-converted. and a mixer for transmitting the radio signal for transmission of the first isolator.
또, 본 발명은 단일 믹서를 구비한 무선 송수신기에 있어서, 상기 믹서는 트랜지스터로 구성되고, 상기 트랜지스터의 게이트 노드에 상기 발진 신호가 입력되고, 상기 트랜지스터의 드레인 노드에 상기 제1 아이솔레이터를 연결하고, 상기 트랜지스터의 소스 노드에 상기 제2 아이솔레이터를 연결하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is a wireless transceiver having a single mixer, wherein the mixer is composed of a transistor, the oscillation signal is input to the gate node of the transistor, the drain node of the transistor is connected to the first isolator, It is characterized in that the second isolator is connected to the source node of the transistor.
또, 본 발명은 단일 믹서를 구비한 무선 송수신기에 있어서, 상기 제1 아이솔레이터는 랫레이스 커플러로 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is characterized in that in the wireless transceiver having a single mixer, the first isolator is composed of a rat race coupler.
또, 본 발명은 단일 믹서를 구비한 무선 송수신기에 있어서, 상기 믹서는 I/O 믹서이고, I 신호를 처리하는 제1 트랜지스터부와, Q 신호를 처리하는 제2 트랜지스터부로 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is a wireless transceiver having a single mixer, wherein the mixer is an I/O mixer, and is characterized in that it is composed of a first transistor unit for processing an I signal and a second transistor unit for processing a Q signal. .
또, 본 발명은 단일 믹서를 구비한 무선 송수신기에 있어서, 상기 랫레이스 커플러는 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 포트로 구성되고, 상기 제1 및 제2 포트는 각각 상기 믹서의 제1 및 제2 트랜지스터부의 드레인 단자에 연결되고, 상기 제3 포트는 수신용 무선 신호의 저잡음 증폭기에 연결되고, 상기 제4 및 제5 포트는 송신용 무선 신호의 전력 증폭기에 연결되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the present invention, in a wireless transceiver having a single mixer, the ratrace coupler is composed of first, second, third, fourth, and fifth ports, and the first and second ports are respectively the mixer is connected to the drain terminals of the first and second transistor units, the third port is connected to a low noise amplifier of a radio signal for reception, and the fourth and fifth ports are connected to a power amplifier of a radio signal for transmission. to be
또, 본 발명은 단일 믹서를 구비한 무선 송수신기에 있어서, 상기 제1, 제3, 제2 포트는 각각 1/4 파장(λ)의 거리에 각각 배치되고, 상기 제4 및 제5 포트는 각각 상기 제1 및 제2 포트(31,32)와 1/4 파장(λ)의 거리에 각각 배치되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the present invention, in a wireless transceiver having a single mixer, the first, third, and second ports are respectively disposed at a distance of 1/4 wavelength (λ), and the fourth and fifth ports are respectively It is characterized in that it is disposed at a distance of 1/4 wavelength (λ) from the first and second ports 31 and 32, respectively.
또, 본 발명은 단일 믹서를 구비한 무선 송수신기에 있어서, 상기 랫레이스 커플러는 입력 신호가 상기 제3 포트로 공급되면 상기 제1 및 제2 포트에서 두 개의 동일한 진폭 동 위상 출력 신호를 분배하여 출력하는 제1 스킴과, 제1 및 제2 입력 신호가 각각 상기 제1 및 제2 포트로 공급되면, 상기 제4 및 제5 포트에서 상기 제1 및 제2 입력 신호의 차동 신호를 출력하는 제2 스킴으로, 분리하여 동작하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the present invention, in a wireless transceiver having a single mixer, the lattice coupler distributes two equal amplitude in-phase output signals from the first and second ports when an input signal is supplied to the third port and outputs A first scheme for outputting a differential signal between the first and second input signals at the fourth and fifth ports when the first and second input signals are supplied to the first and second ports, respectively. As a scheme, it is characterized in that it operates separately.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 단일 믹서를 구비한 무선 송수신기에 의하면, 기존에 송/수신용으로 각각 존재하던 두 개의 믹서를 하나로 대체함으로써, 믹서 동작을 위해 요구되는 LO 전력 및 이를 위한 버퍼의 증폭 용량을 반으로 줄일 수 있고, 이를 통해 송수신기의 면적, 소모 전력, 칩 크기 등을 줄일 수 있는 효과가 얻어진다.As described above, according to the wireless transceiver having a single mixer according to the present invention, by replacing two mixers that previously existed for transmission/reception with one, the LO power required for mixer operation and the buffer for this The amplification capacity can be reduced by half, and through this, an effect of reducing the area, power consumption, chip size, etc. of the transceiver is obtained.
즉, 본 발명은 송수신기에서 공유하는 단일 믹서로 송/수신 모두를 지원함으로써, 믹서를 두 개에서 하나로 줄일 수 있다. 또한, 이를 통해, 필요한 소자 수와 버퍼 숫자를 줄일 수 있다.That is, the present invention can reduce the number of mixers from two to one by supporting both transmission and reception with a single mixer shared by the transceiver. Also, through this, the number of required devices and buffers can be reduced.
도 1은 종래기술에 따른 송신용/수신용 2개의 믹서를 구비한 무선 송수신기에 대한 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 송수신기에 대한 구성도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 믹서에 대한 구성도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 랫레이스 커플러에 대한 구성도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 랫레이스 커플러의 결합 상태에 대한 구성도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 제2 아이솔레이터의 구성에 대한 예시도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 펄스폭 무선 송수신기의 수신 모드의 동작을 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 펄스폭 무선 송수신기의 송신 모드의 동작을 도시한 도면.1 is a configuration diagram of a wireless transceiver having two mixers for transmission and reception according to the prior art.
2 is a configuration diagram of a wireless transceiver according to an embodiment of the present invention.
3 is a configuration diagram of a mixer according to an embodiment of the present invention.
4 is a configuration diagram of a rat race coupler according to an embodiment of the present invention.
5 is a configuration diagram of a coupled state of a rat race coupler according to an embodiment of the present invention.
6 is an exemplary view of a configuration of a second isolator according to an embodiment of the present invention;
7 is a diagram illustrating operation of a pulse width wireless transceiver according to an embodiment of the present invention in a reception mode;
8 is a diagram illustrating the operation of a transmission mode of a pulse width wireless transceiver according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 도면에 따라서 설명한다.Hereinafter, specific details for the implementation of the present invention will be described according to the drawings.
또한, 본 발명을 설명하는데 있어서 동일 부분은 동일 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.In addition, in explaining the present invention, the same reference numerals are assigned to the same parts, and the repeated explanation thereof is omitted.
먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 송수신기(100)의 구성에 대하여 도 2를 참조하여 설명한다.First, the configuration of the wireless transceiver 100 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2 .
도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 송수신기(100)는 송/수신 신호와 발진 신호를 혼합하는 믹서(10), 발진 신호를 발생시키는 전압제어 발진기(21), 송/수신 무선 신호를 분리하는 제1 아이솔레이터(30), 및, 송/수신 베이스밴드 신호를 분리하는 제2 아이솔레이터(40)로 구성된다.As shown in FIG. 2, the wireless transceiver 100 according to an embodiment of the present invention includes a mixer 10 that mixes a transmit/receive signal and an oscillation signal, a voltage controlled oscillator 21 that generates an oscillation signal, and a transmit/receive signal. It consists of a first isolator 30 that separates a received radio signal, and a second isolator 40 that separates a transmitted/received baseband signal.
먼저, 전압제어 발진기(voltage control oscillator, VCO)(21)는 LO(local oscillator) 신호(또는 발진 신호)를 발생시킨다. 즉, 전압제어 발진기(21)는 초고주파 대역의 무선 신호를 변조 또는 복조를 위한 발진 신호를 제공한다.First, a voltage control oscillator (VCO) 21 generates a local oscillator (LO) signal (or oscillation signal). That is, the voltage controlled oscillator 21 provides an oscillation signal for modulating or demodulating a radio signal in an ultra-high frequency band.
한편, 바람직하게는, 전압제어 발진기(21)는 발진 신호를 직교 좌표계의 I 발진 신호(LOI)와 Q 발진 신호(LOQ)로 구분하여 제공한다.Meanwhile, preferably, the voltage controlled oscillator 21 divides and provides an oscillation signal into an I oscillation signal (LOI) and a Q oscillation signal (LOQ) of a rectangular coordinate system.
또한, 버퍼(22)가 전압제어 발진기(21)와 믹서(10) 사이에 삽입되어 구비된다. 버퍼(5,6)는 버퍼 증폭기(buffer amplifier)로서, 전압제어 발진기(21)에서 발생되는 발진 신호 또는 발진 주파수의 전력을 높여준다.In addition, a buffer 22 is provided between the voltage controlled oscillator 21 and the mixer 10. The buffers 5 and 6 are buffer amplifiers, and increase the power of an oscillation signal or oscillation frequency generated by the voltage controlled oscillator 21 .
다음으로, 믹서(10)는 송신하려는 베이스밴드 신호 또는 수신하는 무선 신호에 발진 신호를 합성(mixing)한다.Next, the mixer 10 mixes the oscillation signal with the baseband signal to be transmitted or the radio signal to be received.
또한, 믹서(10)는 트랜지스터 소자로 구성되어, 발진 신호는 트랜지스터 소자의 게이트 노드로 입력되고, 베이스밴드 신호는 소스 노드로, 무선 신호는 드레인 노드에 연결된다.In addition, the mixer 10 is composed of a transistor element, and an oscillation signal is input to a gate node of the transistor element, a baseband signal is connected to a source node, and a radio signal is connected to a drain node.
또한, 믹서(10)는 소스 노드에서 드레인 노드로, 또는 드레인 노드에서 소스 노드로의 양방향 동작이 가능하다. 즉, 믹서(10)는 송/수신 모두를 지원한다.In addition, the mixer 10 can operate in both directions from a source node to a drain node or from a drain node to a source node. That is, the mixer 10 supports both transmission and reception.
다음으로, 제1 아이솔레이터(30)는 송신되는 무선 신호 또는 송신용 무선 신호(TX OUT)와, 수신되는 무선 신호 또는 수신용 무선 신호(RX IN)를 분리한다.Next, the first isolator 30 separates a transmitted radio signal or a radio signal for transmission (TX OUT) and a received radio signal or a radio signal for reception (RX IN).
바람직하게는, 제1 아이솔레이터(30)는 랫레이스 커플러(rat race coupler)로 구성된다.Preferably, the first isolator 30 is composed of a rat race coupler.
한편, 제1 아이솔레이터(30)의 수신용 무선 신호의 입력단에는 저잡음 증폭기(LNA)(51)가 구비되어, 수신되는 송신용 무선 신호에서 잡음을 제거해준다. 또한, 제1 아이솔레이터(30)의 송신용 무선 신호의 출력단에는 전력 증폭기(PA)(52)가 구비되어, 출력되는 송신용 무선 신호의 전력을 증폭시킨다.Meanwhile, a low noise amplifier (LNA) 51 is provided at the input terminal of the wireless signal for reception of the first isolator 30 to remove noise from the received wireless signal for transmission. In addition, a power amplifier (PA) 52 is provided at the output terminal of the radio signal for transmission of the first isolator 30 to amplify the power of the radio signal for transmission.
다음으로, 제2 아이솔레이터(40)는 송신되는 베이스밴드 신호 또는 송신용 베이스밴드 신호(BB IN)와, 수신되는 베이스밴드 신호 또는 수신용 베이스밴드 신호(BB OUT)를 분리한다.Next, the second isolator 40 separates the transmitted baseband signal or transmission baseband signal BB IN from the received baseband signal or reception baseband signal BB OUT.
또한, 제2 아이솔레이터(40)의 송신용 베이스밴드 신호의 입력단에는 송신 증폭기(61)가 구비되고, 제1 아이솔레이터(30)의 수신용 베이스밴드 신호의 출력단에는 수신 증폭기(62)가 구비된다.In addition, the transmission amplifier 61 is provided at the input terminal of the baseband signal for transmission of the second isolator 40, and the receiving amplifier 62 is provided at the output terminal of the baseband signal for reception of the first isolator 30.
한편, 상기와 같은 구성에 의해, 무선 송수신기(100)는 송신 경로 및 수신 경로의 양 방향으로 신호를 혼합하여 전송한다.Meanwhile, with the above configuration, the wireless transceiver 100 mixes and transmits signals in both directions of the transmission path and the reception path.
도 2의 빨간색 경로와 같이, 송신 경로는 베이스밴드 신호의 송신 증폭기(61)에서 제2 아이솔레이터(30b), 믹서(10), 제1 아이솔레이터(30a), 전력 증폭기(52)를 따라가는 경로로서, 베이스밴스 신호를 변조하여 무선 신호로 송신한다.As shown in the red path of FIG. 2, the transmission path is a path that follows the second isolator 30b, the mixer 10, the first isolator 30a, and the power amplifier 52 from the transmit amplifier 61 of the baseband signal, The baseband signal is modulated and transmitted as a radio signal.
또한, 도 2의 파란색 경로와 같이, 수신 경로는 무선 신호의 저잡음 증폭기(51)에서, 제1 아이솔레이터(30a), 믹서(10), 제2 아이솔레이터(30b), 수신 증폭기(62)를 따라가는 경로로서, 무선 신호를 복조하여 베이스밴드 신호로 수신한다.In addition, as shown in the blue path of FIG. 2, the receiving path follows the low noise amplifier 51 of the radio signal, the first isolator 30a, the mixer 10, the second isolator 30b, and the receiving amplifier 62. As, the radio signal is demodulated and received as a baseband signal.
다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 믹서(10)의 구성을 도 3을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.Next, the configuration of the mixer 10 according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIG. 3 .
도 3에서 보는 바와 같이, 믹서(10)는 I/Q 믹서로서, 신호를 직교 좌표계의 I 신호와 Q 신호로 나누어 혼합(mixing)한다. 즉, 믹서(10)는 I 신호를 혼합하는 제1 트랜지스터부(11a)와 Q 신호를 혼합하는 제2 트랜지스터부(11b)로 구성된다.As shown in FIG. 3, the mixer 10 is an I/Q mixer, and divides the signal into an I signal and a Q signal of a Cartesian coordinate system and mixes them. That is, the mixer 10 is composed of a first transistor unit 11a for mixing the I signal and a second transistor unit 11b for mixing the Q signal.
또한, 제1 및 제2 트랜지스터부(11a,11b)는 쌍으로 구성되어, 각각 직교 좌표계의 I 신호와, Q 신호를 처리하도록 구성된다.In addition, the first and second transistor units 11a and 11b are configured in pairs and are configured to process the I signal and the Q signal of the Cartesian coordinate system, respectively.
특히, 제1 및 제2 트랜지스터부(11a,11b) 각각은 발진 신호(LOI, LOQ)가 입력되도록 연결하는 게이트 단자(12a,12b), 베이스밴드(BB_I, BB_Q) 신호가 연결되는 소스 단자(13a,13b), 무선(RF_I, RF_Q) 신호가 연결되는 드레인 단자(14a,14b)를 구비한다.In particular, the first and second transistor units 11a and 11b each have gate terminals 12a and 12b connected to input oscillation signals LOI and LOQ, and source terminals to which baseband signals BB_I and BB_Q are connected ( 13a and 13b) and drain terminals 14a and 14b to which radio (RF_I and RF_Q) signals are connected.
또한, 바람직하게는, 제1 및 제2 트랜지스터부(11a,11b) 각각은 트랜지스터 2개를 사용해서 두 신호 경로를 서로 반전된 2개의 신호, 즉, 양(+)과 음(-)의 평형 신호(balanced signal)로 분리한다. 드레인 단자(14a,14b)는 2개 트랜지스터의 드레인 노드의 출력을 합하여 1개의 단자로 구성된다.In addition, preferably, each of the first and second transistor units 11a and 11b uses two transistors and transmits two signal paths inverted to each other, that is, a balance of positive (+) and negative (-). separated into a balanced signal. The drain terminals 14a and 14b are composed of one terminal by summing the outputs of the drain nodes of the two transistors.
한편, 믹서(10)는 소스 노드(13a,13b)에서 드레인 단자(14a,14b)로, 또는 드레인 노드(14a,14b)에서 소스 노드(13a,13b)로의 양방향 동작이 가능하다. 즉, 믹서(10)는 송/수신 모두를 지원한다.Meanwhile, the mixer 10 can operate in both directions from the source nodes 13a and 13b to the drain terminals 14a and 14b or from the drain nodes 14a and 14b to the source nodes 13a and 13b. That is, the mixer 10 supports both transmission and reception.
또한, 믹서(10)는 게이트 단자(12a,12b)에서 입력되는 발진 신호(LOI,LOQ)에 의해, 발진 신호(LOI,LOQ)의 주파수에 따라 상향 변환(up-conversion) 또는 하향 변환(down-conversion) 된다. 특히, 소스 노드(13a,13b)에서 드레인 단자(14a,14b) 방향으로 신호가 전달될 때 상향 변환되고, 그 반대인 경우 하향 변환된다.In addition, the mixer 10 performs up-conversion or down-conversion according to the frequency of the oscillation signals LOI and LOQ by the oscillation signals LOI and LOQ input from the gate terminals 12a and 12b. -conversion). In particular, when signals are transmitted from the source nodes 13a and 13b to the drain terminals 14a and 14b, they are up-converted, and vice versa, they are down-converted.
믹서를 수동(Passive)으로 동작시키면, 기본적으로 믹서의 RF 노드와 BB 노드들은 가역적(reciprocal)으로 동작한다. 즉, 송신을 위해서, BB 노드와 LO에 각각 신호를 넣어주면 믹싱을 통해서 상향 변환이 된 RF 신호가 생성된다. 반대로, 수신을 위해서는, RF 노드와 LO에 신호를 인가하면, 하향 변환 된 신호가 BB 노드로 출력된다. 따라서 송/수신 상황에 따라서 입력을 BB/LO 혹은 RF/LO 에 인가하므로서 송수신을 선택할 수 있다. 따라서 믹서(10)는 양방향 동작이 가능하다.When the mixer is operated passively, the mixer's RF node and BB nodes basically operate reciprocally. That is, for transmission, when a signal is input to the BB node and the LO, an up-converted RF signal is generated through mixing. Conversely, for reception, when a signal is applied to the RF node and the LO, the down-converted signal is output to the BB node. Therefore, transmission/reception can be selected by applying the input to BB/LO or RF/LO according to the transmission/reception situation. Accordingly, the mixer 10 can operate in both directions.
다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 제1 아이솔레이터(30)의 구성을 도 4를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.Next, the configuration of the first isolator 30 according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIG. 4 .
도 4에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 제1 아이솔레이터(30)는 랫레이스 커플러(rat race coupler)로 구성된다. 이하에서, 랫레이스 커플러의 도면 부호를 제1 아이솔레이터의 도면 부호와 같이 30을 사용한다.As shown in FIG. 4, the first isolator 30 according to one embodiment of the present invention is composed of a rat race coupler. Hereinafter, 30 is used as the reference numeral of the rat race coupler, like the reference numeral of the first isolator.
특히, 제1 아이솔레이터(30)는 5개의 포트를 가지는 랫레이스 커플러로 구성된다. 3개의 포트(31,32,33)는 링의 오른쪽에서 1/4 파장(λ)의 거리에 각각 배치된다. 이때, 양단에 배치된 2개의 포트(31,32)를 각각 제1 및 제2 포트라 하고, 중앙에 배치된 포트(33)를 제3 포트라 부르기로 한다. In particular, the first isolator 30 is composed of a rat race coupler having five ports. The three ports 31, 32, and 33 are respectively disposed at a distance of 1/4 wavelength λ from the right side of the ring. At this time, the two ports 31 and 32 disposed at both ends are referred to as first and second ports, respectively, and the port 33 disposed in the center is referred to as a third port.
또한, 2개의 포트(34,35)는 링의 왼쪽에서 1/2 파장(λ)의 거리에 각각 배치된다. 이때의 2개이 포트를 각각 제4 및 제5 포트라 부르기로 한다. 또한, 오른쪽에 배치된 3개의 포트 중 양 끝단의 제1 및 제2 포트(31,32)는 왼쪽에 배치된 제4 및 제5 포트(34,35)와 각각 1/4 파장(λ)의 거리에 각각 배치된다.In addition, the two ports 34 and 35 are respectively disposed at a distance of 1/2 wavelength λ from the left side of the ring. The two ports at this time will be referred to as fourth and fifth ports, respectively. In addition, among the three ports disposed on the right side, the first and second ports 31 and 32 at both ends are 4 and 5 ports 34 and 35 disposed on the left side, respectively, of a quarter wavelength (λ). placed on each street.
한편, 랫레이스 커플러(30)는 2개의 스킴(scheme)으로 분리되어 동작된다.On the other hand, the rat race coupler 30 is operated by being separated into two schemes.
첫번째 스킴(scheme)은 전력 분배기로 작동한다. 즉, 입력 신호가 제3 포트(33)로 공급되면, 제1 및 제2 포트(31,32)에서 두 개의 동일한 진폭 동 위상 출력 신호를 분배하여 얻게 된다. 이를 동일모드 스킴(common mode scheme)이라 부르기로 한다.The first scheme works as a power divider. That is, when the input signal is supplied to the third port 33, the first and second ports 31 and 32 obtain two identical amplitude and same-phase output signals by distributing them. This will be referred to as a common mode scheme.
두번째 케이스는 전력 차동기로 작동한다. 즉, 제1 및 제2 입력 신호가 각각 제1 및 제2 포트(31,32)로 공급되면, 제4 및 제5 포트(34,35)에서 제1 및 제2 입력 신호의 차동 신호를 얻게 된다. 특히, 제4 포트(34)는 제1 입력 신호에서 제2 입력 신호의 차이 신호를 출력하고, 제5 포트(35)는 제2 입력 신호에서 제1 입력 신호의 차이 신호를 출력한다. 이를 차동 스킴(differential scheme)이라 부르기로 한다.The second case acts as a power differential. That is, when the first and second input signals are supplied to the first and second ports 31 and 32, respectively, differential signals of the first and second input signals are obtained at the fourth and fifth ports 34 and 35. do. In particular, the fourth port 34 outputs a difference signal between the first input signal and the second input signal, and the fifth port 35 outputs a difference signal between the second input signal and the first input signal. This is referred to as a differential scheme.
따라서 랫레이스 커플러(30)는 2개의 스킴(scheme)에 의해 진행되는 신호의 경로를 분리할 수 있다.Therefore, the ratrace coupler 30 can separate the paths of signals carried by the two schemes.
다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 랫레이스 커플러(30)의 결합 구성을 도 5를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.Next, a coupling configuration of the rat race coupler 30 according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIG. 5 .
도 5에서 보는 바와 같이, 랫레이스 커플러(30)의 제1 및 제2 포트(31,32)는 각각 믹서(10)의 드레인 단자(14a,14b)에 각각 연결된다. 바람직하게는, 제1 포트(31)에는 직교 좌표계의 신호 I를 처리하는 드레인 단자(14a)에 연결되고, 제2 포트(32)에는 직교 좌표계의 신호 Q를 처리하는 드레인 단자(14b)에 연결된다.As shown in FIG. 5, the first and second ports 31 and 32 of the rat race coupler 30 are respectively connected to the drain terminals 14a and 14b of the mixer 10, respectively. Preferably, the first port 31 is connected to the drain terminal 14a for processing the signal I of the Cartesian coordinate system, and the second port 32 is connected to the drain terminal 14b for processing the signal Q of the Cartesian coordinate system. do.
또한, 랫레이스 커플러(30)의 제3 포트(33)는 저잡음 증폭기(51)에 연결된다. 즉, 수신되는 무선 신호가 랫레이스 커플러(30)의 제3 포트(33)에 공급된다.In addition, the third port 33 of the rat race coupler 30 is connected to the low noise amplifier 51. That is, the received radio signal is supplied to the third port 33 of the rat race coupler 30.
또한, 랫레이스 커플러(30)의 제4 및 제5 포트(34,35)는 전력 증폭기(52)에 연결된다. 즉, 제4 및 제5 포트(34,35)의 출력 신호가 전력 증폭기(52)로 공급된다.In addition, the fourth and fifth ports 34 and 35 of the rat race coupler 30 are connected to the power amplifier 52 . That is, the output signals of the fourth and fifth ports 34 and 35 are supplied to the power amplifier 52 .
다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 제2 아이솔레이터의 구성에 대하여 도 6을 참조하여 설명한다.Next, the configuration of the second isolator according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6 .
제2 아이솔레이터(40)는 통상의 송수신 신호를 분리하는 회로로 구성될 수 있다. 일례로서, 도 6과 같이, 스위치로 구성될 수 있다. 즉, 간단한 BB측 제2 아이솔레이터(40)는 두 개의 스위치로 구현되며, 스위치 두 개 중 하나만을 켜서 송신과 수신 모드를 선택한다. 송신 모드 스위치만을 켜주면, BB IN 이라는 신호가 버퍼를 거쳐서 믹서로 입력되게 되며, 이 신호가 상향 변환을 통해서 RF 신호가 만들어진다. 반대로 수신 모드 스위치만을 켜주면, 믹서(10)에 의해서 하향 변환된 BB 신호가 수신 모드 스위치를 거쳐 버퍼를 통과하여 BB OUT 측으로 빠져 나간다.The second isolator 40 may be configured as a circuit that separates normal transmission and reception signals. As an example, as shown in FIG. 6, it may be configured as a switch. That is, the simple BB-side second isolator 40 is implemented with two switches, and only one of the two switches is turned on to select transmission and reception modes. When only the transmit mode switch is turned on, a signal called BB IN is input to the mixer through a buffer, and an RF signal is created through up-conversion of this signal. Conversely, if only the reception mode switch is turned on, the BB signal down-converted by the mixer 10 passes through the buffer through the reception mode switch and exits to the BB OUT side.
다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 송수신기(100)의 수신 모드 동작을 도 7을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.Next, a reception mode operation of the wireless transceiver 100 according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 7 .
도 7에서 보는 바와 같이, 수신되는 무선 신호(RX 입력)는 저잡음 증폭기(51)로 전달되고, 저잡음 증폭기(51)의 LNA 출력은 랫레이스 커플러(30)의 제3 포트(33)로 제공된다. 즉, 랫레이스 커플러(30)는 동일모드 스킴(common mode scheme)으로 동작된다. 그래서 랫레이스 커플러(30)는 제1 및 제2 포트(31,32)에서 두 개의 동일한 진폭 동 위상 출력 신호를 분배하여 출력한다.As shown in FIG. 7, the received radio signal (RX input) is passed to the low noise amplifier 51, and the LNA output of the low noise amplifier 51 is provided to the third port 33 of the rat race coupler 30 . That is, the ratrace coupler 30 operates in a common mode scheme. Therefore, the rat race coupler 30 divides and outputs two equal amplitude in-phase output signals from the first and second ports 31 and 32.
그런데 랫레이스 커플러(30)의 제1 및 제2 포트(31,32)는 믹서(10)의 드레인 노드(14a,14b)에 연결되어 있으므로, 동일모드(common mode)의 LNA 출력이 믹서(10)의 2개의 드레인 노드(14a,14b)로 분배되어 전달된다.However, since the first and second ports 31 and 32 of the ratrace coupler 30 are connected to the drain nodes 14a and 14b of the mixer 10, the LNA output of the same mode (common mode) ) is distributed and transmitted to the two drain nodes 14a and 14b.
다음으로, 믹서(10)에서, LNA 출력은 하향 변환(down-conversion)이 되어, 하향된 베이스밴드 신호가 소스 노드(13a,13b)로 출력된다. 특히, 제1 트랜지스터부(11a)의 소스 노드(13a)에서는 베이스밴드 I 신호가 출력되고, 제2 트랜지스터부(11b)의 소스 노드(13b)에서는 베이스밴드 Q 신호가 출력된다.Next, in the mixer 10, the LNA output is down-converted, and the down-converted baseband signal is output to the source nodes 13a and 13b. In particular, a baseband I signal is output from the source node 13a of the first transistor unit 11a, and a baseband Q signal is output from the source node 13b of the second transistor unit 11b.
다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 송수신기(100)의 송신 모드 동작을 도 8을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.Next, a transmission mode operation of the wireless transceiver 100 according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 8 .
도 8에서 보는 바와 같이, 베이스밴드 신호(TX_BB)는 믹서(10)의 소스 노드(13a,13b)로 전달된다. 이때, 베이스밴드 신호(TX_BB)의 I 신호는 제1 트랜지스터부(11a)의 소스 노드(13a)로 전달되고, 베이스밴드 신호(TX_BB)의 Q 신호는 제2 트랜지스터부(11b)의 소스 노드(13b)로 전달된다.As shown in FIG. 8, the baseband signal TX_BB is transmitted to the source nodes 13a and 13b of the mixer 10. At this time, the I signal of the baseband signal TX_BB is transferred to the source node 13a of the first transistor unit 11a, and the Q signal of the baseband signal TX_BB is transmitted to the source node of the second transistor unit 11b ( 13b).
다음으로, 믹서(10)에서, 베이스밴드 신호는 상향 변환(up-conversion)이 되어, 상향된 무선 신호가 드레인 노드(14a,14b)로 출력된다. 특히, 제1 트랜지스터부(11a)의 드레인 노드(14a)에서는 I 신호가 출력되고, 제2 트랜지스터부(11b)의 드레인 노드(14b)에서는 Q 신호가 출력된다.Next, in the mixer 10, the baseband signal is up-converted, and the up-converted radio signal is output to the drain nodes 14a and 14b. In particular, an I signal is output from the drain node 14a of the first transistor section 11a, and a Q signal is output from the drain node 14b of the second transistor section 11b.
그런데 믹서(10)의 드레인 노드(14a,14b)에 랫레이스 커플러(30)의 제1 및 제2 포트(31,32)이 연결되어 있으므로, 상향 변환된 신호는 랫레이스 커플러(30)의 제1 및 제2 포트(31,32)로 제공된다. 특히, 제1 포트(31)에는 I 신호(TXI)가 제공되고, 제2 포트(32)에는 Q 신호(TXQ)가 제공된다.However, since the first and second ports 31 and 32 of the ratrace coupler 30 are connected to the drain nodes 14a and 14b of the mixer 10, the up-converted signal is First and second ports 31 and 32 are provided. In particular, an I signal (TX I ) is provided to the first port 31 , and a Q signal (TX Q ) is provided to the second port 32 .
이때, 랫레이스 커플러(30)는 차동 스킴(differential scheme)으로 동작된다. 그래서 랫레이스 커플러(30)는 제4 및 제5 포트(34,35)에서 입력되는 두 개의 신호에 대한 차동 성분을 출력한다. 특히, 제4 포트(34)에는 I 신호(TXI)에서 Q 신호(TXQ)의 차동 성분(TXI-TXQ)이 출력되고, 제5 포트(35)에는 Q 신호(TXQ)에서 I 신호(TXI)의 차동 성분(TXQ-TXI)이 출력된다.At this time, the ratrace coupler 30 operates in a differential scheme. Therefore, the ratrace coupler 30 outputs a differential component for two signals input from the fourth and fifth ports 34 and 35. In particular, the differential component (TX I -TX Q ) of the I signal (TX I ) to the Q signal ( TX Q ) is output to the fourth port 34, and the Q signal (TX Q ) is output to the fifth port 35. The differential component (TX Q -TX I ) of the I signal (TX I ) is output.
랫레이스 커플러(30)의 제4 및 제5 포트(34,35)에서 출력되는 2개의 차동 성분이 전력 증폭기(52)로 전달된다.Two differential components output from the fourth and fifth ports 34 and 35 of the ratrace coupler 30 are transferred to the power amplifier 52.
이상, 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.In the above, the invention made by the present inventors has been specifically described according to the above embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various changes can be made without departing from the gist of the present invention.
10 : 믹서
11a : 제1 트랜지스터부 11b : 제2 트랜지스터부
12a : 제1 게이트 단자 12b : 게이트 단자
13a : 제1 소스 단자 13b : 소스 단자
14a : 제1 드레인 단자 14b : 드레인 단자
21 : 전압제어 발진기
22 : 버퍼
30 : 제1 아이솔레이터 40 : 제2 아이솔레이터
51 : 저잡음 증폭기(LNA) 52 : 전력 증폭기(PA)
61 : 송신 증폭기 62 : 수신 증폭기10 : Mixer
11a: first transistor unit 11b: second transistor unit
12a: first gate terminal 12b: gate terminal
13a: first source terminal 13b: source terminal
14a: first drain terminal 14b: drain terminal
21: voltage controlled oscillator
22: buffer
30: first isolator 40: second isolator
51: low noise amplifier (LNA) 52: power amplifier (PA)
61: transmit amplifier 62: receive amplifier
Claims (7)
발진 신호를 출력하는 전압제어 발진기;
송신용 무선 신호와 수신용 무선 신호를 분리하는 제1 아이솔레이터;
송신용 베이스밴드 신호와 수신용 베이스밴드 신호를 분리하는 제2 아이솔레이터;
상기 발진 신호에 의하여, 상기 제1 아이솔레이터에서 출력되는 수신용 무선 신호를 하향 변환하여 상기 제2 아이솔레이터의 수신용 베이스밴드 신호로 전달하거나, 상기 제2 아이솔레이터에서 출력되는 송신용 베이스밴드 신호를 상향 변환하여 상기 제1 아이솔레이터의 송신용 무선 신호로 전달하는, 믹서를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 믹서를 구비한 무선 송수신기.
In a wireless transceiver with a single mixer,
a voltage controlled oscillator outputting an oscillation signal;
A first isolator separating a radio signal for transmission and a radio signal for reception;
a second isolator separating a baseband signal for transmission and a baseband signal for reception;
Based on the oscillation signal, the radio signal for reception output from the first isolator is down-converted and transmitted to the baseband signal for reception of the second isolator, or the baseband signal for transmission output from the second isolator is up-converted. A wireless transceiver having a single mixer, characterized in that it comprises a mixer for transmitting the radio signal for transmission of the first isolator.
상기 믹서는 트랜지스터로 구성되고, 상기 트랜지스터의 게이트 노드에 상기 발진 신호가 입력되고, 상기 트랜지스터의 드레인 노드에 상기 제1 아이솔레이터를 연결하고, 상기 트랜지스터의 소스 노드에 상기 제2 아이솔레이터를 연결하는 것을 특징으로 하는 단일 믹서를 구비한 무선 송수신기.
According to claim 1,
The mixer is composed of a transistor, the oscillation signal is input to a gate node of the transistor, the first isolator is connected to a drain node of the transistor, and the second isolator is connected to a source node of the transistor. A radio transceiver with a single mixer.
상기 제1 아이솔레이터는 랫레이스 커플러로 구성되는 것을 특징으로 하는 단일 믹서를 구비한 무선 송수신기.
According to claim 2,
The first isolator is a wireless transceiver with a single mixer, characterized in that consisting of a rat race coupler.
상기 믹서는 I/O 믹서이고, I 신호를 처리하는 제1 트랜지스터부와, Q 신호를 처리하는 제2 트랜지스터부로 구성되는 것을 특징으로 하는 단일 믹서를 구비한 무선 송수신기.
According to claim 3,
The mixer is an I/O mixer, and is composed of a first transistor unit for processing an I signal and a second transistor unit for processing a Q signal.
상기 랫레이스 커플러는 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 포트로 구성되고,
상기 제1 및 제2 포트는 각각 상기 믹서의 제1 및 제2 트랜지스터부의 드레인 단자에 연결되고,
상기 제3 포트는 수신용 무선 신호의 저잡음 증폭기에 연결되고,
상기 제4 및 제5 포트는 송신용 무선 신호의 전력 증폭기에 연결되는 것을 특징으로 하는 단일 믹서를 구비한 무선 송수신기.
According to claim 4,
The rat race coupler is composed of first, second, third, fourth, and fifth ports,
The first and second ports are connected to drain terminals of the first and second transistor units of the mixer, respectively;
The third port is connected to a low noise amplifier of a radio signal for reception,
The fourth and fifth ports are connected to a power amplifier of a radio signal for transmission.
상기 제1, 제3, 제2 포트는 각각 1/4 파장(λ)의 거리에 각각 배치되고, 상기 제4 및 제5 포트는 각각 상기 제1 및 제2 포트(31,32)와 1/4 파장(λ)의 거리에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 단일 믹서를 구비한 무선 송수신기.
According to claim 5,
The first, third, and second ports are each disposed at a distance of 1/4 wavelength (λ), and the fourth and fifth ports are respectively connected to the first and second ports 31 and 32 and 1/ A wireless transceiver having a single mixer, characterized in that each is disposed at a distance of 4 wavelengths (λ).
상기 랫레이스 커플러는 입력 신호가 상기 제3 포트로 공급되면 상기 제1 및 제2 포트에서 두 개의 동일한 진폭 동 위상 출력 신호를 분배하여 출력하는 제1 스킴과, 제1 및 제2 입력 신호가 각각 상기 제1 및 제2 포트로 공급되면, 상기 제4 및 제5 포트에서 상기 제1 및 제2 입력 신호의 차동 신호를 출력하는 제2 스킴으로, 분리하여 동작하는 것을 특징으로 하는 단일 믹서를 구비한 무선 송수신기.
According to claim 5,
The lattice coupler has a first scheme for dividing and outputting two equal amplitude in-phase output signals from the first and second ports when an input signal is supplied to the third port, and the first and second input signals, respectively When supplied to the first and second ports, a second scheme for outputting differential signals of the first and second input signals at the fourth and fifth ports, comprising a single mixer characterized in that it operates separately. a radio transceiver.
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