KR20020089518A - 송수신기, 송신기 및 수신기 - Google Patents

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KR20020089518A
KR20020089518A KR1020027014158A KR20027014158A KR20020089518A KR 20020089518 A KR20020089518 A KR 20020089518A KR 1020027014158 A KR1020027014158 A KR 1020027014158A KR 20027014158 A KR20027014158 A KR 20027014158A KR 20020089518 A KR20020089518 A KR 20020089518A
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한빌헬름에스
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코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

송수신기는 제 1 주파수로 제 1 신호를 생성하는 주파수 생성 수단을 구비하고 있다. 상기 주파수 생성 수단은 제 1 주파수로 공진하는 제 1 탱크 수단을 포함하고 있다. 상기 송수신기는 상기 제 1 신호의 기본 주파수의 정수배로 상기 제 1 신호를 승산하는 주파수 승산 수단을 더 포함한다. 상기 주파수 승산 수단은 상기 기본 주파수의 고조파로 공진하는 제 2 탱크 수단을 포함하고, 상기 고조파는 상기 정수배에 의해 결정된다. 상기 주파수 승산 수단은 상기 고조파로 제 2 신호를 출력하는 출력 수단을 포함한다. 상기 제 1 탱크 수단은 상기 제 1 주파수에 대해 주파수 선택도가 높고, 상기 제 2 탱크 수단은 상기 고조파에 대해 주파수 선택도가 높다. 상기 송수신기는 상기 제 1 및 제 2 탱크 수단을 동시에 동조시키는 동조 수단을 포함하고, 상기 제 2 신호를 업/다운 컨버팅하는 업/다운 컨버젼 수단을 구비하고 있다.

Description

송수신기, 송신기 및 수신기{TRANSCEIVER WITH FREQUENCY MULTIPLIER TRACKED TO FREQUENCY GENERATOR}
Philips Data Sheet SA2420, "Low Voltage RF Transceiver-2.45GHz", 16 pages, May 23, 1997에는 송신기를 구비한 송수신기 프론트 엔드 및 수신기 프론트 엔드가 개시되어 있다. 송수신기는 밴드 패스 필터를 통해서 로컬 오실레이터 신호를 믹서에 제공하는 주파수 더블러(doubler)를 구비하고 있다. 주파수 더블러는 주파수 생성기에 의해 생성된 신호의 주파수를 두배가 되게 한다. 이러한 주파수 생성기는 위상 동기 루프(phase locked loop)에 포함된 전압-제어 오실레이터의 형태로 되어 있는 것이 전형적이지만, 다른 타입의 주파수 생성기도 공지되어 있다. 전압-제어 오실레이터는 캐패시터 및 인덕터를 구비한 탱크 회로를 구비하고 있고, 이 회로에 공급되는 동조 회로에 의해 동조된다. SA 2420 집적 회로 등을 사용하는 공지된 송수신기는 탱크 회로의 로드된 양호도(quality factor;Q)가 전형적으로 2-3으로 낮은, 즉 탱크 회로가 낮은 주파수 선택도를 가진, 광대역 주파수 더블러를 사용한다. Q가 낮기 때문에, 이득은 주파수에 대해 플랫(flat)하게 되고, 송수신기는 기본 주파수에서 불필요한 주파수를 거의 억제하지 못하고, 그 승산도 일정하지 않다. 이러한 불필요한 주파수로 인해 수신기 모드인 송수신기에서 불필요한 수신 결과가 나오거나, 블로킹 내성(immunity)을 감소시켜서, 특히 송수신기가 송신기 모드일 때, 오프-칩으로 필터링되어야 한다.
더 일반적으로 유사한 원리가 송수신기에 포함된 공지된 주파수 승산기에 적용된다.
본 발명은 송수신기에 포함된 주파수 생성기에 의해 생성되는 신호를 승산하는 주파수 승산기를 구비한 송수신기에 관한 것이다. 주파수 생성기 및 주파수 승산기는 송수신기에 포함된 수신기와 송신기 사이에 공유될 수 있다. 이러한 송수신기는 소위 WLAN IEEE 802.11b 표준에 있는 디바이스가 될 수 있거나 기타 임의의 적절한 고주파 디바이스가 될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 송수신기의 블록도,
도 2는 본 발명에 따른 주파수 승산기의 회로도,
도 3은 본 발명에 따른 전압 제어 오실레이터 회로내의 탱크 회로,
도 4는 탱크 회로의 용량성 동조를 도시하는 도면,
도 5는 탱크 회로에 사용되는 인덕터의 동조를 도시하는 도면,
도 6은 본 발명의 동작을 도시하는 도면,
도 7은 본 발명의 동작을 더 도시하는 도면.
도면 전체에 걸쳐서 동일한 참조 부호는 동일한 부재에 사용된다.
본 발명의 목적은 생성된 주파수 신호와 관련된 고조파를 효율적으로 억제하면서, 기본적인 감쇄를 적용시키지 않고, 송수신기, 송신기 또는 수신기의 주파수에서의 승산을 제공하는 것이다.
본 발명에 따라서, 송수신기가 제공되고, 상기 송수신기는
제 1 주파수로 공진하는 제 1 탱크 수단을 포함하고 있고, 제 1 주파수로 제 1 신호를 생성하는 주파수 생성수단,
상기 제 1 신호의 기본 주파수의 정수배로 상기 제 1 신호를 승산하는 주파수 승산 수단,
상기 제 1 및 제 2 탱크 수단을 동시에 동조시키는 동조 수단을 포함하고,
상기 주파수 승산 수단은 상기 기본 주파수의 고조파로 공진시키는 제 2 탱크 수단을 포함하고, 상기 고조파는 상기 정수배에 의해 결정되고, 상기 주파수 승산 수단은 상기 고조파로 제 2 신호를 출력하는 출력 수단을 포함하고, 상기 제 1 탱크 수단은 상기 제 1 주파수에 대해서 주파수 선택도가 높고, 상기 제 2 탱크 수단은 상기 고조파에 대해서 주파수 선택도가 높다.
이러한 송수신기에 있어서, 제 2 신호는 업-컨버젼, 다운-컨버젼 또는 업-컨버젼, 다운-컨버젼 모두에 사용될 수 있다. 원리적으로, 본 발명은 송신기-전용(transmitter-only) 디바이스 또는 수신기-전용(receiver-only) 디바이스에 사용될 수 있다.
본 발명은 소망하지 않은 불필요한 고조파를 억제시키는데 필요한 높은 주파수 선택도로 인해서 전체 주파수 특성이 더 이상 플랫하게 되지 않게 되고, 소폭의 주파수 증가만으로 탱크 회로를 동조시킴으로써 보상될 필요가 있다는 생각에 기초한다. 효율적으로는, 전체 주파수 특성이 다시 플랫하게 되게 되는 것을 이룰 수 있다.
바람직하게는, 탱크 회로는 단일(unitary) 캐패시터 및 인덕터로 이루어진 매칭된 온-칩 주파수 결정 소자를 포함한다. 바람직하게는, 주파수 생성 수단 및 주파수 승산 수단의 활성 소자는 동일 에미터 영역을 가지고 있는 바이폴라 트랜지스터 또는 단일 채널 치수(dimension)를 가지고 있는 전계 효과 트랜지스터 매칭된온-칩 소자이다. 이와 함께 전체 소망의 주파수 밴드에 대해 양호한 트래킹이 이루어진다.
주파수 승산 수단의 출력 측에 하이 패스 필터를 적용시킴으로써, 업-컨버젼 및/또는 다운-컨버젼 이전에, 기본 주파수가 더 억제된다.
바람직하게는, 다수의 오실레이터 탱크 회로의 단일 용량성 및 유도성 소자가 동일하게 선택된다. 이로써 최소 트래킹 에러가 획득된다. 상기 제 1 탱크 수단은 바람직하게는 제 2 버렉터를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 버렉터는 상기 동조 수단에 포함되는 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명에 따른 송수신기(1)의 블록도이다. 수신 브랜치에서, 송수신기(1)는 로우 노이즈 증폭기(2), 믹서(3)를 포함하고, 송신 브랜치에서, 송수신기(1)는 믹서(4), 밴드 패스 필터(5), 및 전력 증폭기(6)를 포함한다. 송신 및 수신 브랜치는 수신/송신(Tx/Rx) 스위치(7)에 연결된다. 송수신기(1)는 탱크 회로(9)를 구비한 주파수 생성기(8), 탱크 회로(11)를 구비한 주파수 승산기(10), 및 선택적으로 하이 패스 필터(12)를 더 포함한다. 본 발명에 따라서, 탱크 회로(9, 11)는 높은 선택도를 가지고 있고, 동조 가능하며, 주파수 트래킹 모드에서 선택되는, 즉 동조될 때 주파수에서 서로 가깝게 트래킹되도록 동작된다. 사실, 탱크 회로(9, 11)는 바람직하게는 동일한 동조 전압을 인가함으로써, 동시에 동조된다. 더 바람직하게는 유도성 소자 및 용량성 소자와 같은 주파수 결정 소자와 각각의 탱크 회로(9, 11)의 활성 소자는 매칭된다. 온-칩으로 실시될 때, 이러한 매칭은 단일 유도성 소자로서 인덕터를 제조하고, 단일 용량성 소자로서 캐패시터를 제조하는 단계, 예컨대, 바이폴라 트랜지스터의 경우에 동일 에미터 영역을 적용함으로써 표준 구조의 트랜지스터와 같은 활성 소자를 제조하는 단계를 포함한다. 전계 효과 트랜지스터가 사용되는 경우에, 이러한 전계 효과 트랜지스터는 단일 채널 치수를 적용함으로써 매칭된다. 이러한 정확한 매칭은 정확한 주파수 트래킹을 달성한다. 주어진 실시예에서, 주파수 승산기(11)는 주파수 더블러로 동작하도록, 즉 탱크 회로(11)가 주파수 생성기(8)의 출력 주파수를 두배로 공진시키도록 치수가 정해지고, 높은 선택도로 인해서 실질적으로 모든 다른 고조파를 필터링한다. 원리적으로, 주파수 승산기(10)는 제 3 고조파와 같은 다른 고조파를 선택할 수 있다. 제 3 고조파를 선택하는 경우에, 주파수 승산기는 주파수 트리플러로서 동작한다.
승산된 주파수 생성기 주파수는 수신 및 송신 브랜치의 믹서(3, 4) 모두에 인가되거나, 송신 브랜치에만 인가되거나, 수신 브랜치에만 인가될 수 있다. 송신 브랜치 또는 수신 브랜치가 없을 수도 있다. 후자의 경우에 송수신기 대신에 이 디바이스는 각각 송신기 전용 또는 수신기 전용이 될 수 있다.
하이 패스 필터(12)는 선택적이고, 주파수 생성기(8)에 의해 제공되는 기초 주파수 신호의 필터링을 더 수행할 수 있다.
주파수 생성기(8)는 다양한 방법으로 실시될 수 있다. 예컨대, 주파수 생성기(8)는 위상 동기 루프에 포함된 전압 제어 오실레이터를 포함한다. 대안적으로, 주파수 생성기(8)는 단일 오실레이터 또는 복잡한 신디사이저가 될 수 있다. 주파수 생성기(8)의 구성은 본 발명에 필수적인 것이 아니다.
주파수 승산기(11)는 이 주파수 승산기가 높은 선택도를 가지고 동조 가능한 탱크 회로를 포함하고 있는 한, 다양한 방법으로 구현될 수 있다. 탱크 회로(9, 11)는 다양한 방법으로 구현될 수 있다. 당업계에서, 이러한 많은 동조 가능하고 높은 선택도를 가진 탱크 회로가 공지되어 있고, 이러한 탱크 회로는 아날로그 또는 하이브리드 아날로그 및 디지털 수단으로 동조된다. 동조는 배리캡(varicap) 또는 버렉터, PIN 다이오드 스위치된 캐패시터 어레이, 스위치된 인덕터 어레이, 트랜지스터 스위치된 캐패시터 어레이 또는 임의의 다른 동조 수단을 적용해서 행해질 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 주파수 승산기의 회로도이고, 주어진 실시예에서 주파수 더블러와 같은 치수이다. 주파수 승산기(10)는 각각의 컬렉터 경로에 동조 가능한 탱크 회로(22, 23)를 구비한 밸런스된 쌍의 입력 트랜지스터(20, 21) 및 에미터 폴로워로 구성된 출력 트랜지스터(24)를 포함한다. 커플링 캐패시터(25), 전류 소스(26, 27) 및 전압 소스(28)가 더 도시되어 있다. 동조 가능 탱크 회로(22)는 캐패시터(29), 배리캡 또는 버렉터(30) 및 인덕터(31)를 포함한다. 동조 가능 회로(23)는 캐패시터(32), 배리캡 또는 버렉터(33) 및 인덕터(34)를 포함한다.
도 3은 본 발명에 따른 전압 제어 오실레이터 회로의 동조 가능 탱크 회로(40)를 도시하고 있다. 동조 가능 탱크 회로(40)는 인덕터(41, 42, 43, 44), 배리켑(45, 46), 캐패시터(47, 48) 및 저항(49, 50)을 포함한다. 노드(51)에 동조 전압이 인가될 수 있다. 캐패시터(47, 48)사이의 노드(52)는 캐패시터(47, 48), 배리캡(45, 46) 및 저항(49, 50)으로 형성된 동조 회로를 전력원(VCC)에 연결시킨다. 전압 제어 오실레이터(상세하게는 도시되어 있지 않음)의 트랜지스터(47, 48)의 각각의 커플링을 위해 커플링 캐패시터(53, 54)가 더 도시되어 있다. 탱크 회로(40)는 실질적으로 전압 제어 오실레이터의 주파수 결정 소자이다. 탱크 회로(40)는 주파수 승산기(10)에 도시된 바와 같이 배리캡을 사용해서 동조될 수 있지만, 도 1에 비교해서 설명된 바와 같이 많은 대안의 동조 메커니즘이 공지되어 있다. 정확한 트래킹을 가능하게 하도록 동조 가능한 탱크 회로(9, 11)가 매칭되는 것은 기본이다.
설명된 바와 같이 탱크 회로(22, 23, 40)에는 바람직하게는 온-칩 단일 유도성 및 용량성 소자가 적용된다. 주파수 더블러의 경우에, 인덕터(41, 42)는 모두 두배의 인덕터(31, 34)의 인덕턴스를 가지고, 캐패시터(45)는 두배의 캐패시터(29, 30, 32)의 캐패시턴스를 가진다.
따라서, 최소 트래킹 에러가 획득된다. 대안적으로, 캐패시턴스는 네 배가 될 수 있고, 인덕턴스는 동일할 수 있다. 이러한 대안의 선택에서, 예상되는 구성요소의 분산의 영향으로 인해서 트래킹 에러는 더 높을 수 있다. 주파수 트리플러에 대해서, 캐패시턴스와 인덕턴스 모두 오실레이터 탱크 회로 내에서 세 배가 될 수 있다.
도 4는 탱크 회로의 용량성 동조의 대안의 방법을 도시하고 있다. 대안의 동조 가능 탱크 회로는 전계 효과 트랜지스터(62, 63), 인덕터(64) 및 배리캡(65)에 의해 스위칭된 캐패시터(60, 61)의 어레이를 포함하고 있다. 원리적으로, 배리캡(65)이 없어도 된다.
도 5는 탱크 회로에서 사용되는 인덕터의 동조를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 노드(72)와 노드(73) 사이에 직렬로 배치된 한 쌍의 인덕터(70, 71)는 전계 효과 트랜지스터(74)에 의해 스위칭된다.
도 6은 본 발명의 동작을 도시하는 도면이다. 실선인 높은 선택도의 주파수 특성(80)은, 예컨대 2.4GHz-2.5GHz의 밴드에서 2.45GHz 주파수와 같은 주어진 주파수 밴드의 중간에서 f=f0에서 탱크 회로(22, 23, 40)에 의한 제 2 고조파의 주파수선택을 나타내고 있고, 기본 주파수 f0/2=1.225GHz 및 f=3f0/2=3.675GHz와 같은 더 높은 고조파의 억제를 나타내고 있다. 점선인 주파수 특성(81, 82)은 주파수 밴드의 외부 에지 2.4GHz 및 2.5GHz 각각의 주파수 특성이다. 또한 이 에지에서, 오실레이터 탱크 회로의 주파수 특성은 주파수 더블러 탱크 회로의 주파수 특성 즉, 오실레이터에 대해서 각각 1.2GHz 및 1.25GHz의 주파수 특성을 트래킹한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 높은 선택도의 주파수 특성은 주어진 주파수 밴드에서 약간 변화된다.
도 7은 본 발명의 동작을 더 나타내는 도면이다. f=f0=2.45GHz인 중간 주파수에서 주파수 밴드의 외부 에지로 소폭의 주파수 단계로 변화하는 탱크 회로(9)의 주파수 특성이 도시되어 있다. 이 단계는 주파수 밴드내의 물리 채널의 증가 또는 임의의 다른 적절한 증가가 될 수 있다. 동조는 분리되어서 또는 연속해서 행해질 수 있다. 따라서, 본 발명에 따라, 실선(91)으로 도시된 바와 같이, 효율적이고, 실질적인 플랫한 주파수 특성이 전체 주파수 밴드에 걸쳐서 획득된다.
전술한 바와 같이, 당업자는 첨부된 청구의 범위에 의해 한정되는 바와 같이 본 발명의 사상과 범주 내에서 다양한 수정이 행해질 수 있고, 본 발명이 제공되는 실시예에 한정되지 않음을 이해할 것이다. 용어 "포함한다"는 것은 청구의 범위에 기재되어 있는 것 이외의 구성요소 또는 단계의 존재를 배제하지 않는다.

Claims (11)

  1. 송신기에 있어서,
    제 1 주파수의 제 1 신호를 생성하고, 상기 제 1 주파수로 공진하는 제 1 탱크 수단(9)을 포함하고 있는 주파수 생성 수단(8)과,
    상기 제 1 신호의 기본 주파수의 정수배로 상기 제 1 신호를 승산하는 주파수 승산 수단(10)-상기 주파수 승산 수단(10)은 상기 기본 주파수의 고조파로 공진하는 제 2 탱크 수단(11)을 포함하고, 상기 고조파는 상기 정수배에 의해 결정되고, 상기 주파수 승산 수단(10)은 상기 고조파로 제 2 신호를 출력하는 출력 수단(24)을 포함하고, 상기 제 1 탱크 수단(9)은 상기 제 1 주파수에 대해서 주파수 선택도가 높고, 상기 제 2 탱크 수단은 상기 고조파에 대해서 주파수 선택도가 높음-과,
    상기 제 1 및 제 2 탱크 수단(9, 11)을 동시에 동조시키는 동조 수단(30, 33, 45, 46)과,
    상기 제 2 신호를 사용해서 전송 신호를 업-컨버젼하는 업-컨버젼 수단(4)을 포함하는 송신기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 동조 수단(30, 35)은 상기 주파수 밴드의 물리 채널의 주파수 증가 중에, 주어진 주파수 밴드에 대해 상기 제 2 탱크 수단(11)을 동조시키도록 구성된 송신기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 물리 채널은 상기 주어진 주파수 밴드에 비해 좁은 채널 밴드 폭을 가지는 송신기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 탱크 수단(9)은 제 1 주파수 결정 소자(41-48)를 포함하고, 상기 제 2 탱크 수단(11)은 제 2 주파수 결정 소자(29-34)를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 주파수 결정 소자(29-34, 41-48)는 제 1 온-칩 매칭 소자인 송신기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 온-칩 매칭 소자(29-34, 41-48)는 단일(unitary) 용량성 소자 및 단일 유도성 소자를 포함하는 송신기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 주파수 생성 수단(8)은 제 1 활성 소자(47, 48)를 포함하고, 상기 제 1 승산 수단(10)은 제 2 활성 소자(20, 21)를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 활성 소자(20, 21, 47, 48)는 제 2 온-칩 매칭 소자인 송신기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 활성 소자(20, 21, 47, 48)는 매칭 에미터 영역을 가진 바이폴라 트랜지스터를 포함하는 송신기.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 활성 소자(20, 21, 47, 48)는 단일 채널 치수를 가진 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 송신기.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 탱크 수단(9)은 제 1 수의 상기 단일 유도성 소자 및 제 2 수의 상기 단일 유도성 소자를 포함하고, 상기 제 2 탱크 수단(11)은 제 3 수의 상기 단일 용량성 소자 및 제 4 수의 상기 단일 용량성 소자를 포함하고, 상기 제 1 수는 상기 제 3 수의 제 1 배수(multiple)이고, 상기 제 2 수는 상기 제 4 수의 제 2 배수이고, 상기 제 1 배수는 바람직하게는 상기 제 2 배수와 같은 송신기.
  10. 송수신기(1)에 있어서,
    제 1 주파수의 제 1 신호를 생성하고, 상기 제 1 주파수로 공진하는 제 1 탱크 수단(9)을 포함하는 주파수 생성 수단(8)과,
    상기 제 1 신호의 기본 주파수의 정수배로 상기 제 1 신호를 승산하는 주파수 승산 수단(10)-상기 주파수 승산 수단(10)은 상기 기본 주파수의 고조파로 공진하는 제 2 탱크 수단(11)을 포함하고, 상기 고조파는 상기 정수배에 의해 결정되고, 상기 주파수 승산 수단(10)은 상기 고조파로 제 2 신호를 출력하는 출력 수단(24)을 포함하고, 상기 제 1 탱크 수단(9)은 상기 제 1 주파수에 대해서 주파수 선택도가 높고, 상기 제 2 탱크 수단은 상기 고조파에 대해서 주파수 선택도가 높음-과,
    상기 제 1 및 제 2 탱크 수단(9, 11)을 동시에 동조시키는 동조 수단(30, 33, 45, 46)
    을 포함하는 송수신기(1).
  11. 수신기에 있어서,
    제 1 주파수의 제 1 신호를 생성하고, 상기 제 1 주파수로 공진하는 제 1 탱크 수단(9)을 포함하고 있는 주파수 생성 수단(8)과,
    상기 제 1 신호의 기본 주파수의 정수배로 상기 제 1 신호를 승산하는 주파수 승산 수단(10)-상기 주파수 승산 수단(10)은 상기 기본 주파수의 고조파로 공진하는 제 2 탱크 수단(11)을 포함하고, 상기 고조파는 상기 정수배에 의해 결정되고, 상기 주파수 승산 수단(10)은 상기 고조파로 제 2 신호를 출력하는 출력 수단(24)을 포함하고, 상기 제 1 탱크 수단(9)은 상기 제 1 주파수에 대해서 주파수 선택도가 높고, 상기 제 2 탱크 수단은 상기 고조파에 대해서 주파수 선택도가 높음-과,
    상기 제 1 및 제 2 탱크 수단(9, 11)을 동시에 동조시키는 동조 수단(30, 33, 45, 46)과,
    상기 제 2 신호를 사용해서 수신된 신호를 다운-컨버젼하는 다운-컨버젼 수단(3)
    을 포함하는 송신기.
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