KR20010027910A - 단극 스위치를 이용한 길버트 셀 주파수 혼합기 - Google Patents

단극 스위치를 이용한 길버트 셀 주파수 혼합기 Download PDF

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KR20010027910A
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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속하는 기술분야
본 발명은 단극 스위치를 이용한 길버트 셀 주파수 혼합기에 관한 것임.
2. 발명이 해결하고자하는 과제
본 발명은 단극 스위치 동작에 의해 최적화된 바이어스 조건을 갖도록 하여 변환 이득의 손실을 현저하게 줄일 수 있는 길버트 셀 주파수 혼합기를 제공하는데 그 목적이 있다.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, 게이트에 무선주파수신호가 인가되고, 드레인에 제 1 전류 ID1이 흐르는 제 1 전계효과 트랜지스터; 게이트에 반전무선주파수신호가 인가되고, 드레인에 제 2 전류 ID2가 흐르는 제 2 전계효과 트랜지스터; 게이트에 국부발진자신호가 인가되고, 드레인이 상기 제 1 및 제 2 전계효과 트랜지스터의 소오스에 공통 연결되고, 소오스가 접지에 연결된 제 3 전계효과 트랜지스터; 게이트에 상기 무선주파수신호가 인가되고, 상기 제 1 전계효과 트랜지스터의 드레인과 연결된 드레인에 제 3 전류 ID3이 흐르는 제 4 전계효과 트랜지스터; 게이트에 상기 반전무선주파수신호가 인가되고, 상기 제 2 전계효과 트랜지스터의 드레인과 연결된 드레인에 제 4 전류 ID4가 흐르는 제 5 전계효과 트랜지스터; 및 게이트에 반전국부발진자신호가 인가되고, 드레인이 상기 제 4 및 제 5 전계효과 트랜지스터의 소오스에 공통 연결되고, 소오스가 접지에 연결된 제 6 전계효과 트랜지스터를 포함한다.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 통신 시스템 등에서의 주파수 변환에 이용됨.

Description

단극 스위치를 이용한 길버트 셀 주파수 혼합기{GILBERT CELL FREQUENCY MIXER USING UNIPOLAR SWITCH}
본 발명은 통신 시스템 등에서 주파수 변환 소자로 이용되는 길버트 셀 주파수 혼합기에 관한 것으로서, 특히 단극 스위치 동작을 채용해 최적화된 바이어스 조건을 갖도록 하는 길버트 셀 주파수 혼합기에 관한 것이다.
길버트 셀 주파수 혼합기는 통신 시스템에서 주파수 변환 소자로 널리 쓰여져 왔는데, 일반적인 동작은 국부발진자신호가 능동 소자로 이루어진 상위 차동단으로 입력되고 통신 입력신호는 아래 부분의 능동 신호로 부가되나, 위의 일반적인 사용에 대하여 신호 입력이 반전된 길버트 셀 주파수 혼합기의 사용은 알려져 있지 않다.
이와 같이, 신호 입력이 반전된 길버트 셀 주파수 혼합기가 잘 사용되어지지 않는 이유는, 그 동작원리가 단극 스위치 동작으로 양극 스위치 동작일 때 보다 6dB의 부가적인 손실이 있기 때문이다.
그리고, 바이폴라 트랜지스터로 이루어진 길버트 셀 주파수 혼합기는 국부발진자신호의 크기가 300mV 이상이 되면, 스위치 동작이 듀티(Duty)가 50%인 이상적인 스위치로 동작하여 이득이 최대가 되나, 전계효과 트랜지스터(FET : Field Effect Transistor)로 이루어진 길버트 셀 주파수 혼합기에서는 최대 이득을 얻기 위해서 국부발진자신호가 더 커야한다.
그러나, 이득을 최대로 얻기 위해서는 FET의 동작점이 문턱전압에 거의 가까워야 하는데, 이 경우에 선형성이 나빠지는 단점이 있다.
도 1은 종래의 양극 스위치를 이용한 길버트 셀 주파수 혼합기의 회로도로서, 게이트에 국부발진자신호(LO)가 인가되고 드레인에 전류 ID1이 인가되는 FET(F111)와, 게이트에 반전국부발진자신호(/LO)가 인가되고 드레인에 전류 ID2가 인가되는 FET(F112)와, 게이트에 무선주파수신호(RF)가 인가되고 드레인이 FET(F111, F112)들의 소오스에 공통 연결된 FET(F113)와, 게이트에 국부발진자신호(LO)가 인가되고 FET(F111)의 드레인과 연결된 드레인에 전류 ID3이 인가되는 FET(F114)와, 게이트에 반전국부발진자신호(/LO)가 인가되고 FET(F112)의 드레인과 연결된 드레인에 전류 ID4가 인가되는 FET(F115)와, 게이트에 반전무선주파수신호(/RF)가 인가되고 드레인이 FET(F114, F115)들의 소오스에 공통 연결된 FET(F116)와, FET(F113, F116)들의 소오스를 통해 인가되는 전류를 접지로 인가하는 전류소오스(111)로 구성된다.
일반적으로, 주파수 혼합기의 전압변환 이득은 중요한 성능 평가 변수 중의 하나이다. 주파수 변환 트랜스콘덕턴스는 주파수 변환된 출력전류의 rms 값에 입력 통신신호의 rms 값을 나눈것이다.
그리고, 전압변환 이득은 대략 주파수 변환 트랜스콘덕턴스와 부하의 임피던스를 곱한것과 같다. 최대의 부하 임피던스는 이용 가능한 전압에 직류전류를 나눈 것과 같다.
여기서, 이용 가능한 전압은 전원이 주어진 경우에 거의 고정되므로 주파수 변환 트랜스콘덕턴스에 직류전류 값을 나눈것이 주파수 혼합기의 이득을 대표한다.
이와 같은 경우에, 상기한 바와 같은 구조를 갖는 종래의 양극 스위치를 이용한 길버트 셀 주파수 혼합기의 전압 이득은 다음 [수학식 1] 및 [수학식 2]와 같다.
상기 [수학식 1]은 FET의 게이트 길이가 긴 경우의 전압 이득이고, 상기 [수학식 2]는 게이트 길이가 짧을 때의 전압 이득이다.
도 2는 종래의 양극 스위치를 이용한 길버트 셀 주파수 혼합기의 이득 특성도로서, 국부발진자신호의 크기에 따른 이득 특성 변화를 나타내고 있는 것이다.
도 2에서, 채널 길이가 긴 경우(즉, 도 2의 실선)에, 이득의 1dB 감소 점은이고, 3dB점은일 때이다.
그리고, 채널 길이가 짧은 경우(즉, 도 2의 점선)에, 이득의 1dB 감소 점은이고, 3dB점은일 때이다. 즉, 채널 길이가 짧을 경우에는 채널 길이가 긴 경우보다 더 큰 국부발진자 신호가 필요 함을 알 수 있다.
한편, 바이폴라 트랜지스터로 이루어진 길버트 주파수 혼합기의 경우에는 대략 180mV의 국부발진자신호이면 충분하고 직류조건에 무관하므로, 오히려 상기 도 1의 FET로 이루어진 길버트 셀 주파수 혼합기의 경우 이득이 너무 많이 감소되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 단극 스위치 동작에 의해 최적화된 바이어스 조건을 갖도록 하여 변환 이득의 손실을 현저하게 줄일 수 있는 길버트 셀 주파수 혼합기를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 양극 스위치를 이용한 길버트 셀 주파수 혼합기의 회로도.
도 2는 종래의 양극 스위치를 이용한 길버트 셀 주파수 혼합기의 이득 특성도.
도 3은 본 발명에 따른 단극 스위치를 이용한 길버트 셀 주파수 혼합기의 일실시예 회로도.
도 4는 본 발명에 따른 단극 스위치를 이용한 길버트 셀 주파수 혼합기와 종래의 양극 스위치를 이용한 길버트 셀 주파수 혼합기의 이득 특성에 대한 비교도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
F311 내지 F316 : 전계효과 트랜지스터
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 길버트 셀 주파수 혼합기에 있어서, 게이트에 무선주파수신호가 인가되고, 드레인에 제 1 전류 ID1이 흐르는 제 1 전계효과 트랜지스터; 게이트에 반전무선주파수신호가 인가되고, 드레인에 제 2 전류 ID2가 흐르는 제 2 전계효과 트랜지스터; 게이트에 국부발진자신호가 인가되고, 드레인이 상기 제 1 및 제 2 전계효과 트랜지스터의 소오스에 공통 연결되고, 소오스가 접지에 연결된 제 3 전계효과 트랜지스터; 게이트에 상기 무선주파수신호가 인가되고, 상기 제 1 전계효과 트랜지스터의 드레인과 연결된 드레인에 제 3 전류 ID3이 흐르는 제 4 전계효과 트랜지스터; 게이트에 상기 반전무선주파수신호가 인가되고, 상기 제 2 전계효과 트랜지스터의 드레인과 연결된 드레인에 제 4 전류 ID4가 흐르는 제 5 전계효과 트랜지스터; 및 게이트에 반전국부발진자신호가 인가되고, 드레인이 상기 제 4 및 제 5 전계효과 트랜지스터의 소오스에 공통 연결되고, 소오스가 접지에 연결된 제 6 전계효과 트랜지스터를 포함한다.
그리고, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명을 통해 실현하고자 하는 특징을 구체적으로 살펴보면, 기존의 양극 스위치 동작을 이용한 길버트 셀 주파수 혼합기에 대하여 국부발진자신호와 무선주파수신호가 인가되는 입력단 위치를 맞바꾸어 단극 스위치 동작을 하도록 하여, 최적화된 바이어스 조건을 잡아 기존에 비하여 변환 이득의 손실이 없도록 하고 국부발진자신호가 작을 때 오히려 이득을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 단극 스위치를 이용한 길버트 셀 주파수 혼합기의 일실시예 회로도이다.
도 3에 도시된 바와같이, 본 발명의 길버트 셀 주파수 혼합기는, 게이트에 무선주파수신호(RF)가 인가되고 드레인에 전류 ID1이 흐르는 FET(F311)와, 게이트에 반전무선주파수신호(/RF)가 인가되고 드레인에 전류 ID2가 흐르는 FET(F312)와, 게이트에 국부발진자신호(LO)가 인가되고 드레인이 FET(F311, F312)들의 소오스에 공통 연결되고 소오스가 접지에 연결된 FET(F313)와, 게이트에 무선주파수신호(RF)가 인가되고 FET(F311)의 드레인과 연결된 드레인에 전류 ID3이 흐르는 FET(F314)와, 게이트에 반전무선주파수신호(/RF)가 인가되고 FET(F312)의 드레인과 연결된 드레인에 전류 ID4가 흐르는 FET(F315)와, 게이트에 반전국부발진자신호(/LO)가 인가되고 드레인이 FET(F314, F315)들의 소오스에 공통 연결되고 소오스가 접지에 연결된 FET(F316)를 구비한다.
즉, 본 발명의 길버트 셀 주파수 혼합기는 종래의 길버트 셀 주파수 혼합기의 경우와 반대로, 국부발진자신호(LO)와 반전국부발진자신호(/LO)는 각각 FET(F313, F316)의 게이트에 인가되고, 또한 무선주파수신호(RF)는 FET(F311, 314)의 게이트에 인가되며, 반전무선주파수신호(/RF)는 FET(F312, 315)의 게이트에 인가된다.
그리고, 국부발진자신호(RF)와 반전국부발진자신호(/RF)가 인가되는 FET(F313, F316)의 게이트 전압을 문턱 전압으로 잡는다.
이와 같이 문턱전압을 설정하는 경우에, 본 발명의 단극-스위치를 이용한 길버트 셀 주파수 혼합기의 전압 이득은 다음 [수학식 3] 및 [수학식 4]와 같다.
상기 [수학식 3]은 FET의 게이트 길이가 긴 경우의 전압 이득이고, 상기 [수학식 4]는 게이트 길이가 짧을 때의 전압 이득이다.
도 4는 본 발명에 따른 단극 스위치를 이용한 길버트 셀 주파수 혼합기와 종래의 양극 스위치를 이용한 길버트 셀 주파수 혼합기 간의 이득비를 나타내는 비교도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 국부발진자신호가 작을 때 본 발명의 이득이 우수함을 알수 있으며, 실제 결과는 국부발진자신호가 클때도 계산치보다 오히려 높음을 알수 있다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 국부발진자신호와 무선주파수신호의 위치를 맞바꾸어 단극 스위치 동작을 하도록 하여, 최적화된 바이어스 조건을 갖도록 하고 이득을 극대화시키는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 길버트 셀 주파수 혼합기에 있어서,
    게이트에 무선주파수신호가 인가되고, 드레인에 제 1 전류 ID1이 흐르는 제 1 전계효과 트랜지스터;
    게이트에 반전무선주파수신호가 인가되고, 드레인에 제 2 전류 ID2가 흐르는 제 2 전계효과 트랜지스터;
    게이트에 국부발진자신호가 인가되고, 드레인이 상기 제 1 및 제 2 전계효과 트랜지스터의 소오스에 공통 연결되고, 소오스가 접지에 연결된 제 3 전계효과 트랜지스터;
    게이트에 상기 무선주파수신호가 인가되고, 상기 제 1 전계효과 트랜지스터의 드레인과 연결된 드레인에 제 3 전류 ID3이 흐르는 제 4 전계효과 트랜지스터;
    게이트에 상기 반전무선주파수신호가 인가되고, 상기 제 2 전계효과 트랜지스터의 드레인과 연결된 드레인에 제 4 전류 ID4가 흐르는 제 5 전계효과 트랜지스터; 및
    게이트에 반전국부발진자신호가 인가되고, 드레인이 상기 제 4 및 제 5 전계효과 트랜지스터의 소오스에 공통 연결되고, 소오스가 접지에 연결된 제 6 전계효과 트랜지스터
    를 포함하여 이루어진 단극 스위치를 이용한 길버트 셀 주파수 혼합기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 국부발진자신호가 인가되는 상기 제 3 전계효과 트랜지스터의 게이트 전압과 상기 반전국부발진자신호가 인가되는 상기 제 6 전계효과 트랜지스터의 게이트 전압을 문턱 전압으로 설정하는 것을 특징으로 하는 단극 스위치를 이용한 길버트 셀 주파수 혼합기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100666701B1 (ko) * 2006-01-05 2007-01-09 뮤텔테크놀러지 주식회사 수동 주파수 변환기 및 이의 주파수 변환방법
KR100882819B1 (ko) * 2007-07-10 2009-02-10 한국과학기술원 복수의 공통 게이트 트랜지스터를 이용한 캐스코드 구조의증폭기
KR101013382B1 (ko) * 2008-11-20 2011-02-14 한양대학교 산학협력단 주파수 혼합기

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100666701B1 (ko) * 2006-01-05 2007-01-09 뮤텔테크놀러지 주식회사 수동 주파수 변환기 및 이의 주파수 변환방법
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