KR20000014725U

KR20000014725U - Voltage Controlled Oscillator Using Combined Transmission Line

Info

Publication number: KR20000014725U
Application number: KR2019980028052U
Authority: KR
Inventors: 서문교
Original assignee: 서평원; 엘지정보통신 주식회사
Priority date: 1998-12-30
Filing date: 1998-12-30
Publication date: 2000-07-25

Abstract

본 고안은 전압으로 발진 주파수를 제어 할 수 있는 전압 제어 발진기(VCO: Voltage Controlled Oscillator)에 관한 것으로, 특히, 인가되는 전압의 차이에 의하여 캐패시턴스 용량이 변하는 바락터 다이오드(Varactor Diode)를 상기 VCO와 결합하는데 있어서, 결합 전송 선로(Coupled Transmission Line)를 사용하는 것에 관한 것이며, 인덕터와, 캐패시터와, 결합 콘덴서와, 공진기로 구성된 전압 제어 발진기에 있어서, 인가된 전압에 의하여 용량이 변화하는 기능의 바락터 다이오드와, 결합 전송 선로의 길이와, 폭과, 선로와 선로 사이의 간격에 의하여 공진 주파수와 공진주파수의 조정 범위가 결정되는 공진기로 구성되고, 상기와 같은 구성에 의하여, 캐패시터에 의한 손실을 줄이고, Q를 높이며, 또한 위상 잡음을 개선시키는 효과가 있고, 결합용 캐패시터 및 별도의 공진 소자를 사용하지 않음으로 인하여 생산 원가를 줄일 뿐 아니라, 생산성을 향상시키는 효과가 있다.The present invention relates to a voltage controlled oscillator (VCO) capable of controlling an oscillation frequency with a voltage, and in particular, a varactor diode whose capacitance is changed by a difference in applied voltage to a VCO and the VCO. In coupling, the present invention relates to the use of a coupled transmission line, and in a voltage controlled oscillator composed of an inductor, a capacitor, a coupling capacitor, and a resonator, a function of changing capacity by an applied voltage. And a resonator in which the adjustment range of the resonant frequency and the resonant frequency is determined by the length of the diode, the length and width of the coupled transmission line, and the distance between the line and the line. Reducing, increasing Q, and also improving phase noise, coupling capacitors and separate resonance As well as due to not using those to reduce production costs, the effect of improving the productivity.

Description

Voltage Controlled Oscillators Using Combined Transmission Lines

본 고안은 전압으로 발진 주파수를 제어 할 수 있는 전압 제어 발진기(VCO: Voltage Controlled Oscillator)에 관한 것으로, 특히, 인가되는 전압의 차이에 의하여 캐패시턴스 용량이 변하는 바락터 다이오드(Varactor Diode)를 상기 VCO와 결합하는데 있어서, 결합 전송 선로(Coupled Transmission Line)를 사용하는 공진 회로 부분에 관한 것이다.The present invention relates to a voltage controlled oscillator (VCO) capable of controlling an oscillation frequency with a voltage, and in particular, a varactor diode whose capacitance is changed by a difference in applied voltage to a VCO and the VCO. In the coupling, it relates to a portion of a resonant circuit using a coupled transmission line.

전압 제어 발진기(VCO)는 인가되는 전압의 변화에 의하여 발생되는 주파수가 변화하는 장치로서, 인가되는 전압의 변화에 의하여 특성이 변화하는 소자를 사용하여야 한다. 상기와 같이 인가되는 전압의 변화에 의하여, 소자의 특성이 변화하는 소자로서, 가장 많이 사용되고, 대표적인 것이, 바락터 다이오드(Varactor Diode) 이다.The voltage controlled oscillator (VCO) is a device whose frequency is generated by a change in the applied voltage, and should use an element whose characteristics are changed by the change in the applied voltage. As a device in which the characteristics of the device change due to the change of the voltage applied as described above, a varactor diode is most commonly used.

상기 바락터 다이오드는 인가되는 전압의 변화에 따라, 캐패시턴스(Capacitance) 성분이 변화하는 소자로서, 특히, 상기와 같이 인가되는 전압의 변화에 따른 주파수를 변화시키는 전압 제어 발진기(VCO)에 중요한 소자이며, 상기의 바락터 다이오드와 전압 제어 발진기와의 결합이 높은 주파수에서도 손실 없이 이루어 져야 한다.The varactor diode is a device in which the capacitance component changes in accordance with a change in the applied voltage, and is particularly important in a voltage controlled oscillator (VCO) that changes the frequency according to the change in the applied voltage. Therefore, the combination of the above-described Barracter diode and the voltage controlled oscillator should be made without loss even at high frequencies.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 기술로서 캐패시터로 결합되는 전압 제어 발진기를 설명한다.Hereinafter, a voltage controlled oscillator coupled to a capacitor will be described with reference to the accompanying drawings.

도1 은 종래의 기술로서 캐패시터를 이용한 바락터 다이오드와 전압 제어 발진기의 결합 상태도 이다.1 is a diagram illustrating a coupling state of a varactor diode and a voltage controlled oscillator using a capacitor according to the related art.

종래의 기술로서, 코일로 이루어진 인덕터(10)와, 인가된 전압에 의하여 캐패시턴스가 변화하는 바락터 다이오드(20)와, 크리스털 또는 인덕터 등으로서 고유 진동 주파수에 의하여 공진 되는 기능의 공진기(Resonator)(40)와, 상기 인덕터(10) 및 바락터 다이오드(20)로 구성된 LC 회로와 상기 공진기(40)를 연결하는 기능의 제1 결합 캐패시터(30)와, 상기 공진기(40)를 통과한 신호를 결합시켜 주는 기능의 제2 결합 캐패시터(50)로 구성된다.In the related art, a coil inductor 10, a varactor diode 20 whose capacitance is changed by an applied voltage, and a resonator having a function of resonating with a natural vibration frequency as a crystal or an inductor ( 40, a first coupling capacitor 30 having a function of connecting the LC circuit composed of the inductor 10 and the varactor diode 20 and the resonator 40, and a signal passing through the resonator 40. It consists of a second coupling capacitor (50) having a function of coupling.

이하 종래 기술의 작용을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the operation of the prior art will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

주파수를 제어할 목적으로 입력되는 조정 전압(V_TUNE)이 인가되면, 상기 인덕터(10)를 통하여 상기 바락터 다이오드(20)에 인가된다. 따라서, 상기 바락터 다이오드(20)는 인가된 전압에 의하여 캐패시턴스 값을 갖게 되고, 상기 인덕터(10)와 함께 LC 회로를 형성한다.When the adjustment voltage V _TUNE input for the purpose of controlling the frequency is applied, it is applied to the varactor diode 20 through the inductor 10. Accordingly, the varactor diode 20 has a capacitance value according to the applied voltage, and forms an LC circuit together with the inductor 10.

상기 LC 회로에서 형성된 신호는 상기 제1 결합 캐패시터(30)에 인가되고, 상기 제1 결합 캐패시터(30)에 의하여 직류 성분은 통과하지 못하고, 교류 성분만 통과하여 상기 공진기(40)에 인가된다.The signal formed in the LC circuit is applied to the first coupling capacitor 30, and the DC component is not passed through the first coupling capacitor 30, but only the AC component is applied to the resonator 40.

상기 공진기(40)는 제1 결합 캐패시터를 통하여 인가된 신호가 자체 공진 주파수 범위 내에 있는 신호일 경우, 공진 되어 일정한 주파수의 신호를 계속 출력시키게 된다.When the signal applied through the first coupling capacitor is a signal within a self-resonant frequency range, the resonator 40 is resonated to continuously output a signal of a constant frequency.

상기 공진기(40)로부터 출력된 신호는 제2 결합 캐패시터(50)에 의하여 교류 성분만 출력시킨다.The signal output from the resonator 40 outputs only an AC component by the second coupling capacitor 50.

즉, 인덕터(10)와 바락터 다이오드(20)로 이루어진 LC 회로의 출력 신호는 제1 결합 캐패시터를 통하여 상기 공진기(40)에 인가되는데, 주파수가 수 GHz 대역에서는 상기 제1 결합 캐패시터(30)에 의한 신호의 손실(Loss)이 커지게 되고, 또한 Q가 낮아지며, 위상 잡음(Phase Noise)이 발생하여, 신호의 특성을 열화 시키게 되는 문제점이 있다.That is, the output signal of the LC circuit composed of the inductor 10 and the varactor diode 20 is applied to the resonator 40 through a first coupling capacitor. When the frequency is several GHz, the first coupling capacitor 30 is applied. Loss of the signal increases, Q decreases, and phase noise occurs, resulting in deterioration of signal characteristics.

본 고안은 상기와 같은 종래 기술에서의 신호 손실(Loss)이 크고, Q가 낮으며, 위상 잡음이 발생함으로 인한 신호의 열화 등을 해결하는 장치를 제공하고자 하는 것이 그 목적이다.It is an object of the present invention to provide an apparatus for solving signal degradation due to large signal loss (Loss), low Q, and phase noise in the prior art as described above.

도1 은 종래의 기술로서 캐패시터를 이용한 바락터 다이오드와 전압 제어 발진기의 결합 상태도 이고,1 is a diagram illustrating a coupling state of a varactor diode and a voltage controlled oscillator using a capacitor according to the related art.

도2a 는 본 고안의 일 실시예에 의한 고주파 대역에서의 전압 제어 발진기의 공진 회로 부분이고,Figure 2a is a resonant circuit portion of the voltage controlled oscillator in the high frequency band according to an embodiment of the present invention,

도2b 는 본 고안의 다른 일 실시예에 의한 고주파 대역에서의 전압 제어 발진기의 공진 회로 부분이고,2b is a resonant circuit portion of a voltage controlled oscillator in a high frequency band according to another embodiment of the present invention,

도2c 는 본 고안의 또 다른 일 실시예에 의한 고주파 대역에서의 전압 제어 발진기의 공진 회로 부분이다.Figure 2c is a resonant circuit portion of a voltage controlled oscillator in a high frequency band according to another embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

10 : 인덕터 20 : 바락터 다이오드10: inductor 20: baracter diode

30, 50 : 결합 캐패시터 40 : 공진기30, 50: coupling capacitor 40: resonator

60, 65 : 결합 전송 선로60, 65: combined transmission line

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출한 본 고안은, 바락터 다이오드를 사용한 LC 회로와 공진기를 결합하는데 있어서, 캐패시터를 사용하지 않고, 결합 전송 선로(Coupled Transmission Line) 사용함으로서, GHz 대역의 높은 주파수에서도 손실을 줄이고, Q를 높이며, 위상 잡음을 줄임으로서 신호의 특성을 좋게 하는 전압 조정 발진기에 관한 것으로서, 인덕터와, 캐패시터와, 결합 콘덴서와, 공진기로 구성된 전압 제어 발진기에 있어서, 인가된 전압에 의하여 용량이 변화하는 기능의 바락터 다이오드와, 결합 전송 선로의 길이와, 폭과, 선로와 선로 사이의 간격에 의하여 공진 주파수와 공진 주파수 조정 범위가 결정되는 공진기로 구성된 것을 특징으로 한다.The present invention devised in order to achieve the above object, in the coupling of an LC circuit using a Barracter diode and a resonator, by using a coupled transmission line (Coupled Transmission Line) without using a capacitor, a high frequency in the GHz band The present invention relates to a voltage controlled oscillator that reduces loss, increases Q, and reduces phase noise, thereby improving signal characteristics.A voltage controlled oscillator comprising an inductor, a capacitor, a coupling capacitor, and a resonator is applied to an applied voltage. And a resonant frequency and a resonant frequency adjustment range are determined by the barracter diode having a function of varying capacitance, the length of the coupling transmission line, the width, and the distance between the line and the line.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 의한 전압 제어 발진기를 설명한다.Hereinafter, a voltage controlled oscillator according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도2a 는 본 고안의 일 실시예에 의한 고주파 대역에서의 전압 제어 발진기의 공진 회로 부분이고, 도2b 는 본 고안의 다른 일 실시예에 의한 고주파 대역에서의 전압 제어 발진기의 공진 회로 부분이고, 도2c 는 본 고안의 또 다른 일 실시예에 의한 고주파 대역에서의 전압 제어 발진기의 공진 회로 부분이다.FIG. 2A is a resonant circuit portion of a voltage controlled oscillator in a high frequency band according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a resonant circuit portion of a voltage controlled oscillator in a high frequency band according to another embodiment of the present invention. 2c is a resonant circuit portion of a voltage controlled oscillator in a high frequency band according to another embodiment of the present invention.

도면에서의 부재 번호 중 종래의 기술에 의한 도면과 동일한 기능을 하는 블록 또는 소자는 동일한 부재 번호를 사용하였다.Among the member numbers in the drawings, the same member numbers are used for blocks or elements having the same function as those of the conventional art.

발진 주파수를 제어할 목적으로 인가되는 제어 전압(V_TUNE)을 입력받는 인덕터(10)와, 인가된 제어 전압(V_TUNE)에 의하여 용량이 변화하는 기능의 바락터 다이오드(20)와, 복수의 결합 전송 선로로서, 그 길이와, 폭과, 선로와 선로 사이의 간격에 의하여 공진 주파수 및 공진 대역을 결정되는 공진기로 구성된다.An inductor 10 that receives a control voltage V _TUNE applied for the purpose of controlling the oscillation frequency, a barracter diode 20 having a function of changing its capacitance by an applied control voltage V _TUNE , and a plurality of A combined transmission line, comprising a resonator whose resonant frequency and resonant band are determined by its length, width, and distance between the line and the line.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 의한 결합 전송 선로를 이용한 전압 제어 발진기의 작용을 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the operation of the voltage controlled oscillator using a coupled transmission line according to the present invention.

외부에서 주파수를 제어 할 목적으로 인가되는 제어 전압(V_TUNE)은 인덕터(10)와, 인가된 제어 전압(V_TUNE)에 의하여 용량이 변화하는 기능의 바락터 다이오드(20)에 인가되고, 상기 인덕터(10)와 바락터 다이오드(20)의 LC 회로에 의하여 발진된 주파수는 복수의 결합 전송 선로(60, 65)로 구성된 공진기에 인가된다.The control voltage V _TUNE applied for the purpose of controlling the frequency from the outside is applied to the inductor 10 and the varactor diode 20 whose function is changed by the applied control voltage V _TUNE . The frequency oscillated by the LC circuit of the inductor 10 and the varactor diode 20 is applied to a resonator composed of a plurality of coupled transmission lines 60 and 65.

상기 복수의 결합 전송 선로(60, 65)는 그 길이(L1,L2)와, 폭(W1,Q2)과, 선로와 선로 사이의 간격(S)에 의하여 공진 주파수 및 공진 대역을 결정되고, 또한, 전송 선로와 전송 선로의 간격에 의하여 손실(Loss) 없이 결합되며, 상기 결합 전송 선로에 의하여 높은 Q가 유지되고, 신호의 위상 변화에 의한 위상 잡음(Phase Noise)의 특성이 향상된다.The plurality of coupled transmission lines 60, 65 determine the resonant frequency and the resonant band by the lengths L1 and L2, the widths W1 and Q2, and the spacing S between the lines and the lines. The coupling is performed without loss by the distance between the transmission line and the transmission line, the high Q is maintained by the combined transmission line, and the characteristic of phase noise due to the phase change of the signal is improved.

상기와 같은 결합 전송 선로의 형태는 도2a, 도2b 및 도2c에서 볼 수 있다.The shape of the combined transmission line as described above can be seen in FIGS. 2A, 2B and 2C.

상기와 같은 구성의 결합 전송 선로(60,65)를 사용하여 바락터 다이오드(20)와 결합시킨 전압 제어 발진기는 종래의 기술에서와 같이 높은 주파수에 의한 손실(Loss)이 없으므로, Q가 높아지고, 위상 변화가 적으므로 위상 잡음(Phase Noise) 특성이 향상되어 신호의 열화를 개선하며, 캐패시터를 사용하지 않고 또한 결합 전송 선로(60,65)가 공진기의 역할을 대신 함으로 인하여 원가를 절감할 수 있다.Since the voltage controlled oscillator coupled to the Barracter diode 20 using the combined transmission lines 60 and 65 having the above-described configuration does not have a loss due to high frequency as in the prior art, Q becomes high. Since the phase change is small, the phase noise characteristic is improved to improve signal deterioration, and the cost can be reduced because the coupling transmission lines 60 and 65 take the role of resonators without using a capacitor. .

상기와 같이 구성된 본 고안의 결합 전송 선로를 이용한 전압 제어 발진기는 결합 전송 선로를 사용함으로서, 캐패시터에 의한 손실을 줄이고, Q를 높이며, 또한 위상 잡음을 개선시키는 효과가 있고, 결합용 캐패시터 및 별도의 공진 소자를 사용하지 않음으로 인하여 생산 원가를 줄일 뿐 아니라, 생산성을 향상시키는 효과가 있다.The voltage controlled oscillator using the coupled transmission line of the present invention configured as described above has the effect of reducing losses due to capacitors, increasing Q, and also improving phase noise by using a coupled transmission line, and a coupling capacitor and a separate By not using the resonance element, not only reduces the production cost, but also improves the productivity.

Claims

In a voltage controlled oscillator comprising an inductor, a capacitor, a coupling capacitor, and a resonator,

A barracter diode whose capacity varies with applied voltage,

2. A voltage controlled oscillator using a coupled transmission line, comprising a resonator having a resonant frequency and a resonant frequency adjustment range determined by a length, a width, and a distance between the line and the line of each coupled transmission line.

According to claim 1,

The coupled transmission line is a voltage controlled oscillator using a coupled transmission line, characterized in that at the same time as the resonator and the coupling capacitor.