KR20000069168A - 발진기 - Google Patents

Abstract

접속 경로(COP)를 통해 증폭기(AMP)에 접속된 공진기에 의해 발진기(OSC)가 형성된다. 상기 접속 경로(COP)에서의 기생 공진으로 인한 불필요한 발진을 제거하기 위해TJ, 상기 접속 경로(COP)는 직렬 저항(RS)을 포함하고 있다. 노이즈 성능을 보다 개선하기 위해, 상기 접속 경로(COP)에 직렬 커패시턴스가 포함될 수도 있다. 또한, 이와 같은 직렬 커패시턴스는 상기 발진기가 동조될 수 있는 주파수 범위를 효과적으로 확장할 수 있다.

Description

발진기{Oscillator}

US-A 5,434,544 호(대리인 관리 번호 PHN 14,570)에는 증폭단에 접속된 공진기를 포함하고 있는 발진기가 설명되어 있다. 이 문헌에서, 실제적인 공진기는 일반적으로 이 공진기의 소자들이 불필요한 리액턴스를 가지고 있기 때문에 상이한 공진 주파수를 가지고 있다. 예컨대, UHF 텔레비젼에 사용되는 배리캡(varicap) 다이오드가 제공되어 있는 LC 회로는 3 개의 공진 주파수를 가지고 있으며, 이중 하나의 공진 주파수는 필요한 것이고, 다른 2 개의 공진 주파수는 기생하는 것이다.

불필요한 주파수에서의 발진을 억제하기 위해, 다음의 구성이 제안되어 있다. 증폭기 단은 증폭기 트랜지스터를 구비하고 있고, 이 트랜지스터의 출력 전류는 부하 신호 경로를 통해 부하 트랜지스터의 에미터로 흐른다. 상기 증폭기 단은 상기 신호 경로로부터 상기 부하 트랜지스터의 베이스로의 수동의 용량성의 부트스트랩(bootstrap) 신호 전송에 의해 대역 통과 특성을 얻는다. 따라서, 상기 발진기는 상기 증폭기 단의 통과 대역 내에서 발진하는 것이 바람직하다. 불필요한 발진은 원하는 발진 주파수에 인접한 상기 증폭단의 통과 대역을 조절함으로써 억제된다.

본 발명은 증폭기에 접속된 공진기에 의해 형성된 발진기에 관한 것이다. 상기 발진기는 예컨대 VHF 및/또는 UHF 대역에서의 혼합 캐리어를 제공하는 수신기에 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 기본 구성을 나타낸 개념도.

도 2는 청구의 범위의 청구항 2에 청구된 부가 구성을 나타낸 도면.

도 3은 본 발명에 따른 발진기의 일예의 회로도.

도 4a 및 도 4b는 도 3의 발진기에서의 직렬 저항의 효과를 나타낸 도면.

본 발명의 목적은 노이즈에 대해 상기 배경 기술보다 양호한 성능을 허용하는, 위에서 설명한 종류의 발진기를 제공하는데 있다. 청구항 1 및 3은 본 발명에 따른 발진기와 수신기를 각각 정의하고 있다. 본 발명을 효과적으로 구현하는데 선택적으로 사용될 수 있는 추가적인 특징이 종속항에 정의되어 있다.

본 발명은 다음과 같은 양태를 고려하고 있다. 실제적인 발진기 구현에 있어서, 기생 리액턴스는 공진기에 뿐만 아니라 공진기와 증폭기 사이의 접속 경로에 포함되게 된다. 예컨대, 상기 증폭기가 집적 회로로서 구현되면, 상기 접속 경로는 기생 인턱턴스를 구성하는 본딩 와이어와 리드 프레임을 포함하게 된다. 또한, 상기 접속 경로는 기생 커패시턴스를 구성하는 본딩 패드와 패키지 패드를 포함하게 된다. 어느 경우에도, 상기 공진기와 증폭기 사이의 접속 경로에 포함되어 있는 기생 리액턴스가 기생 공진을 일으키게 된다. 이하에서 기생 접속 경로 공진이라고 하는 이와 같은 기생 공진은 상기 공진기에 의해 제공된 원하는 공진보다 우세할 수 있다. 또한, 상기 기생 접속 경로 공진은 특히, 상기 발진기가 비교적 높은 주파수, 예컨대 1 GHz 정도의 주파수에서 동작하는 경우나, 상기 발진기가 동조 가능한 경우에, 주파수에 있어서 원하는 공진에 인접할 수 있다.

상기 배경 기술에서는, 불필요한 발진이 기생 공진보다 원하는 공진을 선호하는 증폭기의 대역 통과 특성에 의해 제거된다. 이 대역 통과 특성은 기생 접속 경로 공진이 원하는 공진에 비해 우세한 경우에, 특히, 상기 기생 접속 경로 공진이 주파수에 있어서 원하는 공진에 인접한 경우에, 비교적 첨예할 필요가 있다. 대역 통과 특성을 첨예하게 하기 위해서, 상기 부하 트랜지스터와 수동의 용량성 부트스트랩 신호 전송에 의해 형성된 상기 증폭기의 포지티브 피드백 루프는 값 1에 비교적 가깝게 근사화시키는 이득을 가지고 있어야 한다. 하지만, 이 경우에, 상기 포지티브 피드백 루프 내에서 유효한 부하 트랜지스터의 노이즈가 비교적 크게 증폭되게 된다. 따라서, 상기 배경 기술에서는 불필요한 발진의 제거가 노이즈 성능에 대한 페널티(penalty)에 의해 달성된다. 상기 패널티는 기생 접속 경로 공진이 우세하고 또한 주파수에 있어서 원하는 공진에 인접한 경우에 특히 심각할 수 있다.

본 발명에 따라, 상기 공진기와 증폭기 사이의 접속 경로는 직렬 저항을 포함하고 있다. 이와 같은 직렬 저항은 기생 접속 경로 공진을 원하는 공진보다 매우 크게 줄이는 것으로 알려져 있다. 따라서, 상기 증폭기는 불필요한 발진을 제거하기 위해서 비교적 첨예한 대역 통과 특성을 가질 필요가 없다. 따라서, 상기 증폭기가 대역 통과 특성을 실현하기 위해서 포지티브 피드백 루프에 포함된 부하 트랜지스터를 구비하고 있는 경우에는, 상기 루프가 값 1에 매우 근사화된 이득을 가질 필요가 없다. 이 때문에, 부하 트랜지스터의 노이즈는 상기 배경 기술에서보다 매우 적게 증폭되게 된다. 상기 접속 경로에 포함되어 있는 상기 직렬 저항은 상기 증폭기가 불필요한 발진을 제거하기 위해서 대역 통과 특성을 가질 필요가 없을 정도로 기생 접속 경로 공진을 줄일 수도 있다. 이 경우에, 상기 증폭기는 포지티브 피드백 루프에 포함되어 있는 부하 트랜지스터를 필요로 하지 않게 된다. 대신에, 노이즈가 적은 부하 회로, 예컨대 단일의 저항이 사용될 수 있다.

어떤 경우에도, 본 발명에 의해, 상기 발진기의 증폭기는 상기 배경 기술에서보다 매우 양호한 노이즈 특성을 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 접속 경로에 포함된 직렬 저항이 노이즈 자체의 소스이기 때문에, 역효과에 대해 가중되어야 하는 발진기의 노이즈 성능에 유리한 영향이 제공된다. 대다수의 응용에서는, 유리한 효과가 실질적으로 상기 역효과에 많은 영향을 미친다. 따라서, 본 발명은 상기 배경 기술보다 노이즈에 있어서 양호한 성능을 가지고 있는 발진기를 가능하게 한다.

본 발명의 다른 이점은 다음과 같다. 상기 발진기의 성능은 또한 증폭기와 공진기가 일부분을 형성하고 있는 발진 루프의 이득에 좌우된다. 상기 발진 루프 이득이 너무 작으면, 상기 발진기는 발진을 할 수 없게 된다. 상기 발진 루프 이득이 너무 크면, 상기 증폭기의 트랜지스터가 포화 상태로 될 수 있으며, 이에 따라 발진 신호에 악영향을 미치게 된다. 실제로, 상기 발진 루프 이득은 공진기가 동조되면 변하게 되며, 따라서 성능은 일정하지 않게 된다. 대다수의 응용에서, 공진기와 증폭기 사이의 접속 경로의 직렬 저항은 동조의 결과로 발진 루프 이득의 변동을 효과적으로 감소시키는 것으로 알려져 있다. 따라서, 본 발명은 또한 발진기가 원하는 동조 범위에 걸쳐 실질적으로 일정한 성능을 가지도록 하는데 기여하게 된다.

본 발명은 전체적으로, 또는 부분적으로 집적 회로로서 구현될 수 있다. 예컨대, 상기 집적 회로는 포지티브 피드백 경로를 포함하고 있는 발진기의 증폭기를 구비할 수 있다. 상기 발진기의 공진기는 외부에 설치될 수 있고 상기 포지티브 피드백 경로에 접속될 수 있다. 이와 같은 구현의 이점은 공진기를 증폭기에 접속하는 비교적 적은 수의 핀 및 외부 소자가 직접 회로에 제공되어야 한다는 점이다. 이와 같이 비용면에서 효율적인 구현에서는, 공진기와 증폭기간의 접속 경로에 본 발명에서와 같이 직렬 저항이 제공되지 않으면, 불필요한 발진의 잠재적인 위험이 존재하게 됨에 주의해야 한다. 따라서, 본 발명은 신뢰성있고 비용면에서 효율적인 집적 회로 구현을 가능하게 한다.

본 발명은 수신 신호를 중간 주파수로 변환하는 혼합기를 구비한 수신기에 적용될 수도 있다. 혼합 캐리어를 혼합기에 공급하는데 발진기가 필요하게 된다. 본 발명에 의해 발진기는 신뢰성 있고 비용면에서 효율적인 집적 회로 형태로 구현될 수 있기 때문에, 본 발명은 수신기의 적절한 비용에 기여하게 된다. 또한, 본 발명에 의해 발진기가 비교적 양호한 노이즈 성능을 가질 수 있기 때문에, 본 발명은 만족스러운 수신 품질에 기여하게 된다. 위에서 언급한 이점은 본 발명이 예컨대 디지탈 비디오 방송(DVB) 수신기와 같은 디지탈 수신기에의 사용에 특히 적합하게 한다.

본 발명, 및 본 발명을 효과적으로 구현하는데 선택적으로 사용될 수 있는 추가 구성은 이하에서 설명되는 도면으로부터 명백해진다.

먼저, 참조 부호의 사용을 위해 일부 표시가 행해지게 된다. 유사한 구성은 도면 전체에 걸쳐 동일한 문자 코드에 의해 표시되어 있다. 각종 유사한 구성이 단일 도면에 도시될 수도 있다. 이 경우에, 유사한 구성을 서로 구별하기 위해 문자 코드에 숫자가 부가된다. 유사한 구성의 번호가 연속적인 파라미터이면 괄호 안에 번호가 존재하게 된다. 상세한 설명 및 청구의 범위에서는, 적절한 경우, 참조 부호의 숫자가 생략될 수 있다.

도 1에는 본 발명의 기본 구성이 실선으로 예시되어 있다. 발진기(OSC)는 접속 경로(COP)를 통해 증폭기(AMP)에 접속된 공진기(RES)에 의해 형성되어 있다. 상기 접속 경로는 직렬 저항(RS)을 포함하고 있다.

도 1에는 또한 다음과 같은 구성이 점선으로 예시되어 있다. 발진기(OSC)가 수신기(REC)의 일부를 형성한다. 상기 발진기는 수신 신호(Srf)를 중간 주파수(IF)로 변환하는 혼합기(MIX)에 혼합 캐리어(Smix)를 제공한다.

도 2에는 다음과 같은 부가 구성이 예시되어 있다. 공진기(RES)와 증폭기(AMP) 사이의 접속 경로(COP)는 또한 직렬 커패시턴스(CS)를 포함하고 있다. 도 2의 구성은 다음의 사항에 기초하고 있다. 상기 발진기의 노이즈 성능은 상기 증폭기(AMP)에 접속될 때 상기 공진기(RES)의 위상 주파수 특성에 좌우된다. 위상 주파수 특성이 원하는 공진에 근접하게 경사가 급할수록, 노이즈 성능은 양호해지게 된다. 상기 직렬 커패시턴스(CS)는 위상 주파수 특성의 경사를 효과적으로 증가시킨다. 따라서, 상기 직렬 커패시턴스(CS)는 더욱 개선된 노이즈 동작에 기여한다.

도 2의 구성의 다른 이점은 다음과 같다. 상기 발진기는 동조 가능해야 한다. 실제로, 동조 가능 발진기는 예컨대 동조 제어 전압에 의해 조절 가능한 리액턴스를 가지고 있는 전기 소자를 공진기에 제공함으로써 실현된다. 상기 발진기의 동조 범위는 이 전기 소자의 리액턴스가 조절될 수 있을 범위 뿐만 아니라, 발진기의 구조 및 구비되어 있는 다른 전기 소자의 특성에 의해 결정된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 직렬 커패시턴스(CS)가 상기 공진기(RES)와 증폭기(AMP) 사이의 접속 경로에 포함되어 있으면, 직렬 커패시턴스가 포함되어 있지 않은 경우에 비해 일반적으로 동조 범위가 넓어지게 된다. 따라서, 도 2의 구성에 의해, 비교적 넓은 주파수 범위에 걸쳐 발진기가 동조될 수 있다.

도 3에는 위에서 설명한 도 1 및 도 2의 구성을 포함하고 있는 본 발명에 따른 발진기의 일예가 예시되어 있다. 도 3의 발진기에서, 증폭기(AMP)는 집적 회로(IC)의 일부를 형성하고 있고, 집적된 커패시턴스(Ci1 - Ci4)의 형태로 포지티브 피드백 경로를 구비하고 있다. 또한, 상기 증폭기는 3 개의 집적된 트랜지스터(Ti1-Ti3), 2개의 집적된 저항(Ri1, Ri2) 및 상기 집적된 트랜지스터(Ti1-Ti3)에 바이어스 전압을 공급하는 집적된 바이어스 회로(BIAS)를 구비하고 있다. 상기 공진기(RES)는 2 개의 인덕터(L1, L2), 2개의 커패시터(C1, C2), 저항기(R1), 및 동조 전압(Vtun)이 인가될 수 있는 버렉터(VAR)에 의해 형성되어 있다. 상기 공진기(RES)는 상기 접속 경로(COP)를 통해 상기 증폭기(AMP)의 노드(N1, N2)에 접속되어 있다.

도 3의 발진기에서, 접속 경로(COP)는 한쌍의 직렬 저항(RS1, RS2)과 한쌍의 직렬 커패시턴스(CS1, CS2)를 구비하고 있다. 또한, 상기 접속 경로는 기생 커패시턴스(Cpar)와 기생 인덕턴스(Lpar)를 구비하고 있다. 기생 커패시턴스(Cpar1)는 예컨대 인쇄 회로 기판 상의 두 트랙간의 용량성 접속 때문일 수 있다. 기생 커패시턴스(Cpar2)는 접속 경로(COP)의 일부를 형성하고 있는 집적 회로(IC)의 두 접속핀(P1, P2)간의 용량성 접속 때문일 수 있다. 상기 기생 인덕턴스(Lpar1, Lpar2)는 예컨대 집적 회로(IC)의 리드 프레임에 의해 형성될 수 있고, 기생 인덕턴스(Lpar3, Lpar4)는 본딩 와이어에 의해 형성될 수도 있다.

도 3의 발진기가 동작하는 방식은 다음과 같이 설명될 수 있다. 공진기(RES)와 접속 경로(COP)는 노드(N1)와 노드(N2) 사이에서 임피던스를 구성한다. 또한, 증폭기(AMP)도 이들 노드 사이에서 임피던스를 구성한다. 이들 두 임피던스의 각각은 저항과 리액턴스의 병렬 접속으로 간주될 수도 있다. 상기 발진기는 잠재적으로 다음과 같은 2 가지 조건이 만족되는 주파수에서 발진할 수 있다. 첫째로, 두 임피던스의 리액턴스는 부호가 반대이어야 하고 값은 동일해야 한다. 둘째로, 이하에서 탱크(tank) 저항이라고 하는, 공진기(RES)와 접속 경로(COP)에 의해 구성된 저항은 증폭기(AMP)에 의해 구성된 저항의 절대값보다 큰 값을 가지고 있어야 한다. 상기 탱크 저항은 음(-)의 부호를 가지고 있고 공진기(RES)를 효과적으로 비댐핑(un-damp)시킨다. 따라서, 이하에서 비댐핑 저항이라고 한다. 도 3의 발진기에서, 비댐핑 저항의 값은 실질적으로 주파수와 무관하므로, US-A 5,434,544 호(대리인 관리 번호 PHN 14,570)에 설명되어 있는 발진기의 경우가 아님을 주의해야 한다. 후자의 발진기는 주파수에 좌우되는 값을 가진 비댐핑 저항을 제공하는 증폭기를 가지고 있다.

도 3의 발진기의 TV 응용에서는, 10 오옴 정도의 직렬 저항(RS1, RS2)으로 양호한 결과가 얻어질 수 있다. 예컨대, 도 3의 발진기는 각각 47 오옴, 27 오옴 및 15 오옴인 직렬 저항(RS1, RS2)으로 VHF-A 대역, VHF-B 대역, UHF 대역에서의 동조를 위해 적용되었다. 직렬 커패시턴스(CS1, CS2)는 수 피코패럿 정도이면 바람직하다. 이들 값으로, UHF 대역에서의 동조는 직렬 커패시터가 사용되지 않은 경우 대략 최대치 900 MHz에서 대략 1070 MHz로 확장될 수 있다. 또한, 상기 직렬 커패시턴스(CS1, CS2)는 VHF-A 대역 및 VHF-B 대역에서의 동조 범위를 효과적으로 확대될 수 있었기 때문에, 상기 공진기(RES)의 구현은 중요하지 않다. 즉, 상기 공진기(RES)의 소자들이 전체적인 VHF-A 대역과 VHF-B 대역에 걸쳐 동조하기 위한 소자 범위에 있어서 덜 엄격한 요건을 만족해야 한다. 또한, 상기 대역의 경우에, 상기 직렬 커패시턴스(CS1, CS2)는 노이즈에 있어서 상당한 개선을 제공하였다.

도 4a 및 도 4b에는 공진기(RES)와 증폭기(AMP) 사이의 접속 경로(COP)의 직렬 저항(RS1, RS2)의 효과가 예시되어 있다. 이 두 도면에는 공진기(RES)의 각종 동조 상태에 있어서 노드(N1, N2) 사이의 탱크 저항(Rtank)이 주파수(F)의 함수로서 도시되어 있다. 도 4a는 직렬 저항(RS)이 제로값일 때, 즉 직렬 저항이 없을 때 얻어지고, 도 4b는 상기 직렬 저항(RS)이 5 오옴의 값을 가지고 있을 때 얻어진다. 두 도면에는, 원하는 공진이 위치될 수 있는 하나의 주파수 범위(FRwant)와 기생 공진이 위치될 수 있는 2개의 주파수 범위(FRpar1, FRpar2)가 존재한다. 상기 공진기(RES)는 도 3의 발진기의 UHF TV 응용을 위해 설계되었음을 주의해야 한다.

도 4a에서, 탱크 저항은 주파수 범위(FRwant) 내의 원하는 공진 주파수에서 보다는 주파수 범위(FRpar2) 내의 기생 공진 주파수에서 높을 수 있다. 원하는 공진 주파수에서의 발진 조건을 만족하기 위해서, 증폭기(AMP)에 의해 구성된 비댐핑 저항은 상기 탱크 저항의 값보다 작은 절대 값을 가지고 있어야 한다. 하지만, 이 경우에, 상기 비댐핑 저항의 절대값은 상기 기생 공진 주파수에서의 탱크 저항보다 확실히 작아진다. 따라서, 상기 발진기(OSC)는 원하는 공진 주파수가 아닌 기생 공진 주파수에서 발진하게 되는 위험이 있다.

도 4b에서, 탱크 저항은 주파수 범위(FRpar1, FRpar2)의 기생 공진 주파수에서보다는 주파수 범위(FR)의 원하는 공진 주파수에서 항상 높다. 상기 증폭기(AMP)는 원하는 공진 주파수에서의 탱크 저항보다 작지만, 기생 공진 주파수에서의 탱크 저항보다 높은 절대값을 가지도록 설계될 수 있다. 이 경우에, 발진 조건은 원하는 공진 주파수에서만 만족될 수 있다. 하지만, 비댐핑 저항이 기쟁 공진 주파수에서의 탱크 저항보다 작은 절대값을 가지고 있더라도, 발진기는 상기 탱크 저항이 이 주파수보다 높기 때문에 원하는 공진 주파수에서 바람직하게 발진하게 된다.

첨부 도면 및 위의 설명은 본 발명을 한정하는 것이 아니고 예시하는 것이다. 청구의 범위 내에 속하는 수많은 변형예가 있음은 명백하다. 이 점에 있어서 다음과 같은 결론이 가능하다.

각종 유닛에 대해 기능이나 기능 소자들을 물리적으로 확대하는 수많은 방식이 존재한다. 이 점에 있어서, 첨부 도면은 각각 본 발명의 한가지 가능한 실시예만을 나타낸 매우 개략적인 것이다.

괄호 내의 참조 부호는 관련 청구의 범위에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다.

본 발명은 수신 신호를 중간 주파수로 변환하는 혼합기를 구비한 수신기에 적용될 수 있다. 혼합 캐리어를 혼합기에 공급하는데 발진기가 필요하게 된다. 본 발명에 의해 발진기는 신뢰성 있고 비용면에서 효율적인 집적 회로 형태로 구현될 수 있기 때문에, 본 발명은 수신기의 적절한 비용에 기여하게 된다. 또한, 본 발명에 의해 발진기가 비교적 양호한 노이즈 성능을 가질 수 있기 때문에, 본 발명은 만족스러운 수신 품질에 기여하게 된다. 위에서 언급한 이점은 본 발명이 예컨대 디지탈 비디오 방송(DVB) 수신기와 같은 디지탈 수신기에의 사용에 특히 적합하게 한다.

Claims (3)

1. 접속 경로(COP)를 통해 증폭기(AMP)에 접속된 공진기(RES)에 의해 형성된 발진기(OSC)에 있어서,

   상기 접속 경로(COP)가 직렬 저항(RS)을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 발진기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 접속 경로(COP)가 직렬 커패시턴스(DS)를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 발진기.
3. 수신 신호(Srf)를 중간 주파수(IF)로 변환하는 혼합기(MIX)와,

   상기 혼합기(MIX)에 혼합 캐리어(Smix)를 제공하는 제 1 항의 발진기(OSC)를 구비한 수신기.