KR20010069649A - 싱글 발란스드 구조 상향 주파수 혼합기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 싱글 발란스드 구조 상향 주파수 혼합기에 관한 것으로서, 본 발명의 혼합기에서는 중간 주파수 신호가 제 1 발룬을 통하여 차동 증폭 회로에 인가되고, 차동 증폭 회로와 연결되어 있는 전류원에는 국부 발진 신호가 인가된다. 제 2 발룬은 차동 증폭 회로와 전원 사이에 연결되어 있는 바이어스용 저항간의 전압 차를 검출하여 무선 주파수 신호로 출력한다.

이와 같이 본 발명의 혼합기는 제 1 발룬의 중간 주파수 신호를 차동 증폭 회로에 제공하고, 국부 발진기 신호를 전류원에 제공하여 중간 주파수 신호 와 국부 발진기 신호를 혼합함으로써 LO 신호를 제거한 안정된 RF 신호를 출력할 수 있다는 효과가 있다.

Description

싱글 발란스드 구조 상향 주파수 혼합기{SINGLE BALANCED UP-CONVERSION MIXER}

본 발명은 싱글 발란스드 구조 상향 주파수 혼합기{Single Balanced Up -Conversion Mixer}에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 국부 발진기 신호가 혼합기에서 출력되는 것을 방지한 싱글 발란스드 구조 상향 주파수 혼합기에 관한 것이다.

송수신기에 있어서 상향 주파수 혼합기는 중간 주파수(Intermediate Frequency : 이하 IF라 함) 신호를 높은 무선 주파수(Radio Frequency : 이하 RF라 함)로 변환시키는 역할을 한다. 도 1에는 일반적인 상향 주파수 혼합기의 회로도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 상향 주파수 혼합기는 두 개의 발룬(Balun)(11, 12), 하나의 차동 증폭 회로(13) 및 전류원(14)을 구비한다.

발룬(11)은 국부 발진기(Local Oscillator이하 LO라 함) 신호를 수신하여 두 개의 출력단으로 출력하되, 두 개의 출력단으로부터 출력되는 LO 신호는 상호 180°의 위상 차를 갖는다. 발룬(11)의 출력단은 차동 증폭 회로(13)를 구성하는 두 개의 트랜지스터(Q1, Q2)의 게이트에 각각 제공된다. 여기서, 발룬(11)의 출력단에서 제공되는 국부 발진기 신호는 180°의 위상 차를 가지므로 트랜지스터(Q1, Q2)는 상호 역구동한다.

차동 증폭 회로(13)의 트랜지스터(Q1,Q2)는 전류원(14)을 구성하는 트랜지스터(Q3)에 연결되어 있으며, 트래지스터(Q3)의 게이트에는 IF 매칭부(15)로부터의 IF 신호가 제공된다. 차동 증폭 회로(13) 내의 트랜지스터(Q1, Q2)는 바이어스용 저항(R1,R2)를 통하여 전원에 연결되어 있고, 제 2 발룬(12)은 저항(R1, R2)과 접속되어 있다. 따라서 발룬(12)에는 트랜지스터(Q1, Q2, Q3)의 구동에 따라 저항(R1,R2)에서의 전압이 제공되며, 발룬(12)은 이 두 신호들 중 어느 하나의 신호를 180°위상 지연시켜 지연되지 않은 다른 신호와 가산하여(실질적으로 두 신호를 감산하여)출력한다.

이러한 회로의 구성에 의하여 발룬(12)은 도 2에 도시된 바와 같이 국부 발진 주파수(LO)와 IF 신호가 혼합된 주파수 신호(LO) 및 (LO-IF) 그리고 (LO+IF)를 출력한다. 이론적으로 도 1 회로에 의해 발룬(12)은 IF 신호를 출력하지 않는다. 그러나 혼합기를 구성하는 회로 소자의 불완전성 등에 의하여 약간의 IF 신호가 출력되며, 도 2에는 이를 표시하기 위하여 점선으로 IF 신호를 도시하였다.

도 2의 발룬(12) 출력 신호((LO), (LO-IF), (LO+IF)) 중에서 LO-IF 신호나 LO+RF 신호를 RF 신호로 사용한다. 만일 LO-IF 신호를 RF 신호로 사용한다면, 그 보다 높은 대역의 신호는 필터로 제거되어야 한다. 그러나 도 2에 도시된 바와 같이 발룬(12)이 출력하는 국부 발진기 신호(LO)는 신호(LO-IF)에 비하여 매우 크므로 필터를 통과하더라도 RF 신호를 왜곡하여 전체 시스템 성능을 저하시킨다.

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로서 본 발명의 목적은 국부 발진기 신호가 포함되지 않은 RF 신호를 제공하는 싱글 발란스드 구조 상향 주파수 혼합기를 제공하는데 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 싱글 발란스드 구조 상향 주파수 혼합기에 있어서, 국부 발진 신호를 입력하여 180°의 위상 차를 갖는 제 1 및 제 2 국부 발진 신호를 출력하는 제 1 발룬과; 중간 주파수 신호를 입력하는 전류원과; 제 1 및 제 2 바이어스용 저항을 통하여 전원에 연결되어 있으며, 전류원과 접속되어, 제 1 발룬으로부터 제공되는 제 1 및 제 2 국부 발진 신호를 차동 증폭하는 차동 증폭 회로와; 제 1 및 제 2 바이어스용 저항 및 차동 증폭 회로 사이에 연결되어 상기 차동 증폭 회로의 구동에 따라 제 1 및 제 2 바이어스용 저항간의 전압 차를 무선 주파수 신호로 제공하는 제 2 발룬을 구비한다.

도 1은 종래 싱글 발란스드 구조 상향 주파수 혼합기의 회로도,

도 2는 종래 싱글 발란스드 구조 상향 주파수 혼합기의 주파수 특성을 도시한 도면,

도 3은 본 발명에 따른 싱글 발란스드 구조 상향 주파수 혼합기의 회로도,

도 4는 본 발명에 따른 싱글 발란스드 구조 상향 주파수 혼합기의 주파수 특성도,

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11, 12 : 발룬 13 : 차동 증폭 회로

14 : 전류원 15 : IF 매칭부

16 : LO 매칭부

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 싱글 발란스드 구조 상향 주파수 혼합기의 회로도가 도시되어 있다.

도시된 바와 같이 본 발명의 혼합기는 도 1에 도시된 종래의 혼합기와 유사하게 두 개의 발룬(11, 12), 차동 증폭 회로(13) 및 전류원(14)을 구비하나, 발룬(11)에는 IF 신호가 제공되며, 전류원(14)에는 LO 신호가 제공된다. 즉 발룬(11)은 IF 신호를 수신하여 두 개의 출력단으로 출력하되, 두 개의 출력단으로부터 출력되는 IF 신호는 상호 180°의 위상 차를 갖는다. 발룬(11)의 출력 신호는 차동 증폭 회로(13)를 구성하는 두 개의 트랜지스터(Q1, Q2)의 게이트에 각각 제공되므로 트랜지스터(Q1, Q2)는 상호 역구동한다.

차동 증폭 회로(13)의 트랜지스터(Q1,Q2)는 전류원(14)을 구성하는 트랜지스터(Q3)에 연결되어 있으며, 트래지스터(Q3)의 게이트에는 LO 매칭부(16)로부터의 LO 신호가 제공된다. 차동 증폭 회로(13) 내의 트랜지스터(Q1, Q2)는 바이어스용 저항(R1,R2)을 통하여 전원에 연결되어 있고, 발룬(12)은 저항(R1, R2)과 접속되어 있다.

한편 트랜지스터(Q1-Q3)가 FET일 때에 트랜지스터(Q1-Q3)의 드레인 전류는수학식 1로 정의된다.

상기 식에서는 게이트와 소오스 간의 전압이며는 트랜지스터의 턴온 전압이다.

상기 수학식 1을 이용하여 트랜지스터(Q1, Q2)의 드레인 전류()는 수학식 2와 수학식 3으로 구할 수 있다.

수학식 2, 3에서는 트랜지스터(Q3)의 드레인 전류이며,는 도시된바와 같이 IF 신호를 의미한다.

상기 수학식 2, 3에 의한 드레인 전류()는 도시된 바와 같이 발룬(12)에 각각 제공되며, 발룬(12)은 수학식 4와 같이 드레인 전류()의 전류차를 출력한다.

여기서, 바이어스용 저항(R1, R2)이 동일한 저항값(R)을 가지면, 수학식 4는 전압()에 대한 수학식인 수학식 5로 나타낼 수 있다.

수학식 5의 전압()은 상기 발룬(12)의 출력 전압을 의미하며, 이 출력 전압()은 발진 신호(LO)에 대한 성분이 없음을 알 수 있다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이 발룬(12)은 IF 신호 외에 IF 신호와 LO 신호가 혼합된 신호(LO-IF) 및 (LO+IF)신호만이 출력하며, LO 신호는 나타나지 않는다. 이러한 결과는 이론적인 것이며, 실재로는 소자의 불완전성 등에 의하여 점선으로 도시한 바와 같이 약간의 LO 성분은 존재한다. 그러나 LO 성분은 매우 작은 상태이므로 필터 등을 이용하면 충분히 제거할 수 있음은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 주파수 혼합기는 발룬의 IF 신호를 차동 증폭기 회로에 제공하고, LO 신호를 전류원에 제공하여 IF 신호와 LO 신호의 혼합된 RF 신호에 LO 신호 없이 출력할 수 있다는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 싱글 발란스드 구조 상향 주파수 혼합기에 있어서,

   중간 주파수 신호를 입력하여 180°의 위상 차를 갖는 제 1 및 제 2 국부 발진 신호를 출력하는 제 1 발룬과;

   국부 발진기 신호를 입력하는 전류원과;

   제 1 및 제 2 바이어스용 저항을 통하여 전원에 연결되어 있으며, 상기 전류원과 접속되어, 상기 제 1 발룬으로부터 제공되는 상기 제 1 및 제 2 국부 발진 신호를 차동 증폭하는 차동 증폭 회로와;

   상기 제 1 및 제 2 바이어스용 저항 및 상기 차동 증폭 회로 사이에 연결되어 상기 차동 증폭 회로의 구동에 따라 상기 제 1 및 제 2 바이어스용 저항간의 전압 차를 무선 주파수 신호로 제공하는 제 2 발룬을 구비하는 싱글 발란스드 구조 상향 주파수 혼합기.