KR20030066385A - 전압 제어 발진기 - Google Patents

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KR20030066385A
KR20030066385A KR10-2003-0006089A KR20030006089A KR20030066385A KR 20030066385 A KR20030066385 A KR 20030066385A KR 20030006089 A KR20030006089 A KR 20030006089A KR 20030066385 A KR20030066385 A KR 20030066385A
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오까모또후유끼
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엔이씨 일렉트로닉스 코포레이션
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Abstract

동일한 제어 전압 (Vtune)에서, 스위치 (SW1) 및 스위치 (SW2) 만이 단락되었을 때보다 스위치 (SW3) 및 스위치 (SW4) 만이 단락되었을 때의 발진 주파수가 더 높다. 따라서, 스위치 (SW1) 및 스위치 (SW2) 만이 단락된 경우의 발진 주파수가 설계치 보다 작고 가변용량 다이오드 (D1 및 D2)가 원하는 발진 주파수를 제공하도록 제어될 수 없는 경우에도, 가변용량 다이오드 (D1 및 D2)의 용량을 제어하기 위해 스위치 (SW3) 및 스위치 (SW4) 만을 단락함으로써 원하는 발진 주파수가 제공될 수 있다. 발진 주파수에서, 스위치 (SW1 내지 SW4)를 제어함으로써 어림 조정이 행해질 수 있고, 가변용량 다이오드 (D1 및 D2)로 미세 조정이 행해질 수 있다. 그 결과, 발진 주파수의 범위가 증가한다.

Description

전압 제어 발진기{VOLTAGE CONTROLLED OSCILLATOR}
본 발명은 고주파 신호 발진기에 적합한 전압 제어 발진기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발진 주파수의 증가된 가역 범위를 갖는 향상된 전압 제어 발진기에 관한 것이다.
종래에는 전압 제어 발진기 (VCO)가 고주파 반도체 등에 내장되어 이용되어 왔다. 도 1은 종래의 전압 제어 발진기를 도시하는 회로도이다.
종래의 전압 제어 발진기에서 인덕터 (L101) 및 인덕터 (L102)는 한쪽 끝이 정전류원 (101)에 각각 접속되어 있다. 인덕터 (L101)의 인덕턴스는 인덕터 (L102)의 인덕턴스와 동일하다. 다른 한편, 인덕터 (L101)는 그 다른 한쪽 끝이 가변용량 다이오드 (D101), P-채널 트랜지스터 (Tr101)의 드레인, 및 P-채널 트랜지스터 (Tr102)의 게이트와 접속되어 있고, 인덕터 (L102)는 그 다른 한쪽 끝이 가변용량 다이오드 (D102), P-채널 트랜지스터 (Tr102)의 드레인, 및 P-채널 트랜지스터 (Tr101)의 게이트와 접속되어 있다. 아날로그 제어 전압은 가변용량 다이오드 (D101 및 D102)에 공급되고, 전원 전압 (VDD)은 P-채널 트랜지스터 (Tr101 및 Tr102)의 소스에 각각 공급된다.
상술한 구성을 갖는 종래의 전압 제어 발진기에서는, P-채널 트랜지스터 (Tr101 및 Tr102)의 드레인으로부터 발진 신호를 얻을 수 있다. 발진 신호의 발진 주파수를 ω, 인덕터 (L101 및 L102)의 인덕턴스의 합은 L, 그리고 가변용량 다이오드 (D101 및 D102)의 용량 및 기생용량의 총합을 C라고 가정하자. 그러면, 발진 주파수 ω는 다음 식 (1)으로 주어진다.
ω=(LC)-1/2
일반적으로, 가변용량 다이오드 (D101 및 D102)는 기본 소자로 MOS 트랜지스터를 각각 구비하고 있고, 그 총 용량은 게이트 산화 막의 용량 및 기판내의 공핍층 용량의 합으로부터 나온다. 따라서, 가변용량 다이오드를 구성하는 상기 MOS트랜지스터의 게이트에 적용되는 바이어스의 변동은 공핍층 깊이의 변화를 일으키고, 결국 총 용량의 변화를 가져오게 된다. 즉, 제어 전압의 변화가 총 용량 C 의 변화를 가져오고, 따라서 발진 주파수 ω가 변하게 된다.
그러나, 상술한 전압 제어 발진기는 그 평균 주파수에 대해 약 +/-15%의 발진 주파수의 가변 범위를 갖는다. 종래에는 이 범위를 초과하는 어떤 조정도 이루어질 수 없는 문제점이 있었다. 제어 전압은 게이트 산화 막의 용량의 변화를 일으키지 않고, 공핍층은 용량의 변화에 한계가 있기 때문에, 이러한 문제는 가변용량 다이오드 그 자체가 어느 정도 제한된 용량의 가변 범위를 갖고 기생 용량도 제어 전압에 의해 변화되지 않기 때문에 발생된다. 최근에 고속 동작의 발진기가 요구되어졌기 때문에, 인덕터들은 더 높은 발진 주파수를 제공하기 위해 낮은 인덕턴스를 갖도록 설계되어 왔다. 인덕턴스가 더욱 낮아짐에 따라 인덕터의 모양에 의존하는 인덕턴스의 변화율은 더욱 커지게 되었다. 즉, 설계된 인덕터의 형상과 실제로 제조된 인덕터의 형상들의 사소한 차이점은 발진 주파수에서 현저한 결과를 갖게된다. 이러한 조건에서, 발진 주파수의 가변 범위가 상술한 바와 같이 좁게 제한되어 있으면, 인덕턴스의 형상들 간의 상대적으로 작은 차이를 가질 때 발진 주파수에서의 심각한 문제는 발생하지 않으나 설계된 발진 주파수를 얻을 수 없고 발진기는 전혀 사용할 수 없게 된다. 따라서, 이러한 점은 발진기의 제조수율을 심각하게 감소시킨다.
일본 특개평8-162331호에는 발진 주파수의 가변 범위에 대한 회로가 공개되어 있다. 이 회로에는, 인덕터가 회로 장치 안에 결합되어 있고, 그 인덕턴스는 평면에서 볼 때 나선형의 배선에 일치하게 나선형 배선 층에 루프 형상을 제공하여 가변될 수 있도록 만들어지고, 이것은 루프 형상에 따라 상호 자기 유도를 이용하여 나선형 배선의 인덕턴스를 조정한다. 그러나, 전류는 나선형 배선뿐만 아니라 루프형 배선에 항상 제공될 필요가 있기 때문에, 이 회로는 큰 전류를 소모한다. 게다가, 루푸형 배선에 기생용량이 생긴다. 더욱이, 상기 상호 자기 유도는 큰 가변 인덕턴스 범위를 제공하지 않기 때문에 발진 주파수의 가변 범위는 충분하게 증가되지 않는다.
본 발명의 목적은 증가된 발진 주파수의 가변 범위를 제공할 수 있는 전압 제어 발진기를 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 전압 제어 발진기는 동일 제어 전압에 의해 제어되는 용량을 갖는 한 쌍의 가변 용량 커패시터; 상기 한 쌍의 가변 용량 커패시터에 각각 접속된 한 쌍의 인덕터; 상기 한 쌍의 인덕터에 전류를 공급하기 위한 정전류원; 전류가 흐르는 상기 한쌍의 인덕터의 길이들을 스위칭하는 스위칭 장치를 구비한다.
본 발명에는, 전류가 흐르는 인덕터의 길이들 간을 스위칭 장치에 의해 스위칭함으로써 전체 회로의 인덕턴스의 변동을 유발한다. 식 (1)에 나타난 바와 같이, 인덕턴스의 변동은 발진 주파수의 변화를 가져온다. 따라서, 본 발명은 발진 주파수가 가변용량 커패시터의 용량에 의해서만 조정된다는 점에서 종래의 발진기에 비해 증가된 발진 주파수의 가변 범위를 제공한다. 따라서, 인덕터가 설계되었던 인덕터의 형상과 약간 다르게 제조되더라도, 원하는 발진 주파수를 제공할수 있도록 조정이 행해질 수 있다.
상기 스위칭 장치는 상기 인덕터의 가변용량 커패시터의 접속된 단부와는 반대측의 단부에 접속된 한 쌍의 스위치; 한 쌍 또는 복수의 쌍의 스위치들은 각각 상기 각 인덕터들의 양 끝 단부에 접속될 수 있다. 이 경우, 스위치는 트랜지스터를 구비할 수 있다.
또한, 전압 제어 발진기는 한 쌍의 가변 용량 커패시터에 접속된 한 쌍 또는 복수의 쌍의 인덕터를 더 구비할 수 있고, 상기 인덕터들은 정전류원에 의해 전류가 공급되며, 상기 전류의 흐름은 스위칭 장치에 의해 스위칭된다.
본 발명에 따른 다른 전압 제어 발진기는, 동일한 제어 전압에 의해 제어되는 용량을 갖는 한 쌍의 가변 용량 커패시터; 상기 한 쌍의 가변 용량 커패시터의 각각에 접속된 한 쌍의 인덕터; 상기 한 쌍의 인덕터에 전류를 공급하기 위한 정전류원; 전류가 공급되는 상기 한 쌍의 인덕터의 위치 사이를 스위칭하는 스위칭 장치를 구비한다.
상기 스위칭 장치는 상기 인덕터의 상기 가변용량 커패시터에 접속된 단부와는 반대측의 단부에 접속된 한 쌍의 트랜지스터; 상기 인덕터들의 양 단부 사이의 위치에 각각 접속된 한 쌍 또는 복수의 쌍의 트랜지스터를 구비할 수 있다.
또한, 전압 제어 발진기는 한 쌍의 인덕터들이 접속된 한 쌍 또는 복수의 쌍의 트랜지스터에서의 위치보다 가변용량 커패시터의 각각에 더 가까운 위치에서의 한 쌍의 인덕터들 사이의 단락을 위한 단락 라인을 더 구비할 수 있다. 이것은 발진 신호에 안정된 진폭을 제공하면서 향상된 발진 주파수의 가변 범위를 제공하는 것을 가능하게 한다.
또한, 상기 스위칭 장치는 상기 인덕터의 상기 가변용량 커패시터에 접속된 단부와는 반대측의 단부에 접속된 한 쌍의 트랜지스터; 상기 인덕터들의 양 단부간의 임의의 위치에 설계된 그 인덕터의 일부를 단락하는 한 쌍 또는 복수 쌍의 트랜지스터를 가질 수 있다.
상기 인덕터들은 상기 스위칭 장치를 통해 상기 정전류원에 접속될 수 있고, 또는 바람직하게는 상기 스위칭 장치를 그 사이에 두어 대칭적으로 배치할 수 있다.
도 1은 종래의 전압 제어 발진기를 나타내는 회로도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전압 제어 발진기를 나타내는 회로도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 제어 전압 Vtune 및 발진 주파수 사이의 관계를 나타내는 그래프.
도 4는 본 발명의 제 1 실시에에 따른 전압 제어 발진기의 레이아웃.
도 5는 도 4에서 A-A 라인을 따라 취한 단면도.
도 6은 도 4에서 B-B 라인을 따라 취한 단면도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전압 제어 발진기를 나타내는 회로도.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전압 제어 발진기를 나타내는 회로도.
도 9a 및 9b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 동작을 나타내는 등가 회로도.
도 10a 및 10b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 동작을 나타내는 파형도.
도 11은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전압 제어 발진기를 나타내는 회로도.
도 12a 및 12b는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 동작을 나타내는 등가 회로도.
도 13a 및 13b는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 동작을 나타내는 파형도.
도 14는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 전압 제어 발진기를 나타내는 회로도.
도 15a 및 15b는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 동작을 나타내는 등가 회로도.
도 16a 및 16b는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 동작을 나타내는 파형도.
도 17은 제 2 실시예에서 한 트랜지스터에 집적된 한 쌍의 트랜지스터의 회로 구성을 나타내는 회로도.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
1 : 정전류원L1, L2 : 가변용량 다이오드
SW1, SW2, SW3, SW4 : 스위치
Tr1, Tr2, Tr4, Tr5, Tr6, Tr7, Tr10, Tr11, Tr12 : P 채널 트랜지스터
Tr8, Tr9 : 트랜지스터
이하, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전압 제어 발진기 (VCO)를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다. 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 저압 제어 발진기를 나타내는 회로도이다.
이 실시예에서, 정전류원 (1)의 한 단부에 각각 접속된 4개의 스위치 (SW1 내지 SW4)가 있다. 스위치 (SW1 및 SW2)의 다른 단부는 인덕터 (L1 및 L2)의 한 단부가 각각 접속되어 있다. 인덕터 (L1 및 L2)는 그 인덕턴스가 서로 동일하다. 스위치 (SW3 및 SW4)의 다른 단부는 인덕터 (L1 및 L2)의 중간 지점에 각각 접속되어 있다. 스위치 (SW1 및 SW3) 사이의 인덕터 (L1)의 인덕턴스는 스위치 (SW2 및 SW4) 사이의 인덕터 (L2)의 인덕턴스와 서로 동일하다.
인덕터 (L1)의 다른 단부는 가변용량 다이오드 (D1), P-채널 트랜지스터 (Tr1)의 드레인, P-채널 트랜지스터 (Tr2)의 게이트와 접속되고, 인덕터 (L2)의 다른 단부는 가변용량 다이오드 (D2), P-채널 트랜지스터 (Tr2)의 드레인, P-채널 트랜지스터 (Tr1)의 게이트와 접속된다. 아날로그 제어 전압 (Vtune)은 가변용량 다이오드 (D1 및 D2)에 공급되고, 전원 전압 (VDD)은 P-채널 트랜지스터 (Tr1 및 Tr2)의 소오스에 공급된다.
이하, 상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 실시예에 따른 전압 제어 발진기의 동작을 설명한다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 제어 전압 (Vtune)과 발진 주파수사이의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 3의 실선은 스위치 (SW1 및 SW2)만이 단락된 경우의 관계를 나타내고, 파선은 스위치 (SW3 및 SW4)만이 단락된 경우의 관계를 나타낸다.
상술한 구성을 갖는 전압 제어 발진기에서, P-채널 트랜지스터 (Tr1 및 Tr2)의 드레인으로부터 발진 신호를 얻는 게 가능하다. 도 3에 나타난 바와 같이, 발진 신호의 발진 주파수는 제어 전압 (Vtune)에 따라 변한다. 즉, 발진 주파수는 스위치 (SW1 및 SW2) 만이 단락되거나 스위치 (SW3 및 SW4)만이 단락되는 양 경우에서 제어 전압 (Vtune)이 증가됨에 따라 증가된다. 즉, 동일한 제어 전압 (Vtune)에서 스위치 (SW3 및 SW4)가 단락된 경우에 제공되는 발진 주파수는 스위치 (SW1 및 SW2)만이 단락된 경우에 제공되는 주파수보다 높다. 이것은 전류가 스위치 (SW3 및 SW4) 만이 단락된 상태에서 인덕터 (L1 및 L2)의 일부로 흐르기 때문이며, 따라서 전류 경로의 인덕턴스가 감소한다.
스위치 (SW1 및 SW2) 만이 단락된 상태로 설계된 것보다 발진 주파수가 더낮고 가변용량 다이오드 (D1 및 D2)의 용량은 원하는 발진 주파수로 제공되도록 제어될 수 없다고 가정하자. 이러한 경우에도, 가변용량 다이오드 (D1 및 D2)의 용량을 제어하는 스위치 (SW3 및 SW4) 만을 단락함으로써 원하는 발진 주파수를 제공하는 것이 가능하다. 즉, 발진 주파수에서, 스위치 (SW1) 내지 스위치 (S\4)를 제어하는 것으로 어림 조정이 행해질 수 있고, 가변용량 다이오드 (D1 및 D2)로 미세 조정을 행해질 수 있다. 그 결과, 발진 주파수의 범위는 증가된다. 예를 들어, 기준 주파수에 비해 약 +/-30%로 발진 주파수의 범위가 증가되는 것이 가능하다.
본 실시예에서, 두 쌍의 스위치들이 인덕터 (L1 및 L2)에 접속된다. 그러나, 많은 수의 스위치들이 사용될수록 많은 단계의 어림 조정이 이용되고, 따라서 발진 주파수의 범위도 더 증가된다.
다음, 상술한 실시예를 실현하기 위한 구조에 대해서 설명한다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전압 제어 발진기의 레이아웃이다. 도 5는 도 4의 A-A 라인을 따라 취한 단면도이다. 도 6은 도 4의 B-B 라인을 따라 취한 단면도이다.
반도체 기판 (11)의 표면에, 스위치 (SW1) 및 스위치 (SW2)의 공통의 확산층 (12), 스위치 (SW1)의 확산층 (13), 스위치 (SW2)의 확산층 (14), 스위치 (SW3) 및 스위치 (SW4)의 공통의 확산층 (15), 스위치 (SW3)의 확산층 (16), 스위치 (SW4)의 확산층 (17)이 형성된다. 확산층 (12)은 확산층 (13) 및 확산층 (14) 사이에 위치하며, 확산층 (15)은 확산층 (16) 및 확산층 (17) 사이에 위치한다. 스위치(SW1)를 위한 게이트 절연막 (18)은 반도체 기판 (11) 상의 확산층 (12) 및 확산층 (13)사이에 형성되며, 스위치 (SW2)를 위한 게이트 절연막 (19)은 반도체 기판 (11) 상의 확산층 (12) 및 확산층 (14) 사이에 형성된다. 스위치 (SW3)를 위한 게이트 절연막 (20)은 반도체 기판 (11)상의 확산층 (15) 및 확산층 (16) 사이에 형성되며, 스위치 (SW4)를 위한 게이트 절연막 (21)은 반도체 기판 (11)상의 확산층 (15) 및 확산층 (17) 사이에 형성된다. 게이트 절연막 (18) 내지 (21) 상에는 게이트 전극 (22) 내지 (25)가 각각 형성된다.
또한, 전체 표면 상에는 층간 절연막 (26)이 형성된다. 층간 절연막 (26)에는 도전층 (27 내지 31)이 삽입되어 있다. 또한, 층간 절연막 (26)에는, 도전층 (27) 및 확산층 (12) 사이를 접속하는 콘택트 (32)가, 도전층 (28) 및 확산층 (13) 사이를 접속하는 콘택트 (33)가, 도전층 (29) 및 확산층 (14) 사이를 접속하는 콘택트 (34)가, 도전층 (27) 및 확산층 (15) 사이를 접속하는 콘택트 (35)가, 도전층 (30) 및 확산층 (16)사이를 접속하는 콘택트 (36)가, 도전층 (31) 및 확산층 (17) 사이를 접속하는 콘택트 (37)가 형성된다. 또한, 층간 절연막 (26) 상에는, 도전 나선층 (38 및 39)이 인덕터 (L1 및 L2)로서 각각 형성된다. 도전층 (38 및 39)은 평면에서 볼 때 도전층 (27)에 대해 대칭적으로 형성된다. 층간 절연막 (26)에는, 도전층 (28) 및 도전층 (38)의 내측의 단부를 접속하는 콘택트 (40)가, 도전층 (29) 및 도전층 (39)의 내측의 단부를 접속하는 콘택트 (41)가, 도전층 (30) 및 도전층 (38)의 내측의 단부를 접속하는 콘택트 (42)가, 도전층 (31) 및 도전층 (39)의 내측의 단부를 접속하는 콘택트 (43)가 형성된다. 콘택트 (42및 43)는 평면에서 볼 때 도전층 (27)에 대해 대칭적으로 형성된다.
도전층 (27)은 정전류원 (1)에 의해 전류가 공급되고, 가변용량 다이오드 등은 도전층 (38 및 39)의 외측 단부에 각각 접속된다.
상술한 구조에서, 게이트 전극 (22)을 갖는 MOS 트랜지스터는 스위치 (SW1)로 기능하고, 게이트 전극 (23)을 갖는 MOS 트랜지스터는 스위치 (SW2)로 기능하고, 게이트 전극 (24)을 갖는 MOS 트랜지스터는 스위치 (SW3)로 기능하고, 게이트 전극 (25)을 갖는 MOS 트랜지스터는 스위치 (SW4)로 기능한다. 따라서, 게이트 전극 (22 및 23)의 전위 및 게이트 전극 (24 및 25)의 전위는 상호 배타적으로 제어될 수 있고, 따라서 스위치 (SW1) 및 스위치 (SW2) 만 단락되거나 스위치 (SW3) 및 스위치 (SW4) 만 단락될 수 있다. 이러한 방법으로 스위치의 제어를 행하는 것은 상술한 바와 같이 넓은 범위의 발진 주파수를 얻는 것을 가능하게 한다.
스위치 (SW1 내지 SW4)는 전형적으로 제어 전압 (Vtune) 만으로 조정하여 원하는 발진 주파수를 얻도록 일단 제조되고 고정되지만, 용도에 따라 바뀔수도 있다.
상술한 실시예에서, 복수 쌍의 스위치들은 한 쌍의 인덕터에 접속되어 넓은 범위의 발진 주파수를 제공한다. 그러나, 복수 쌍의 인덕터를 제공하고 그 중에서 하나 또는 복수의 쌍을 선택함으로써 향상된 발진 주파수 범위를 제공하는 것 또한 가능하다.
본 발명의 다른 실시예에서, 트랜지스터 (Tr1 및 Tr2)는 도 7에 도시된 바와 같이 정전류원 (1) 및 인덕터 (L1 및 L2)의 사이에 각각 접속될 수 있다.
이하, 제 2 실시예를 참조하여 본 발명을 설명한다. 도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전압 제어 발진기를 나타내는 회로도이다.
제 2 실시예에서, P-채널 트랜지스터 (Tr6 및 Tr7)의 드레인은 인덕터 (L1) 및 인덕터 (L2) 사이에 각각 접속되어 있다. 상기 트랜지스터 (Tr6 및 Tr7)의 소오스는 전원전압 (VDD)이 공급되고, 제어 신호 (C2)는 상기 트랜지스터 (Tr6 및 Tr7)의 게이트에 공급된다. P-채널 트랜지스터 (Tr4 및 Tr5)의 드레인은 인덕터 (L1 및 L2)의 중간 지점에 각각 접속되어 있다. 트랜지스터 (Tr4)의 드레인 및 트랜지스터 (Tr6)의 드레인 사이의 인덕턴스는 트랜지스터 (Tr5)의 드레인 및 트랜지스터 (Tr7)의 드레인 사이의 인덕턴스와 동일하다. 상기 트랜지스터 (Tr4 및 Tr5)의 소오스에는 전원전압 (VDD)이 공급되고, 제어 신호 (C1)는 상기 트랜지스터 (Tr4 및 Tr5)의 게이트에 공급된다.
이하, 상술한 구성을 갖는 제 2 실시예의 동작을 설명한다. 도 9a는 제어 신호 (C1)가 액티브 (low) 상태에 있고 제어 신호 (C2)가 인액티브 (high) 상태에 있을 때의 등가 회로를 나타낸다. 다른 한편, 도 9b는 제어 신호 (C1)가 인액티브 (high) 상태에 있고 제어 신호 (C2)가 액티브 (low) 상태에 있을 때의 등가 회로를 나타낸다. 또한, 도 9a는 트랜지스터 (Tr4 및 Tr5)의 드레인 및 인덕터 (L1 및 L2) 사이의 접속 포인트가 인덕터 (L1 및 L2)의 외측에 설치하는 극단의 경우를 나타낸다. 도 10a는 제어 신호 (C1)가 액티브 상태에 있고 제어 신호 (C2)가 인액티브 상태에 있을 때의 파형을 갖는 발진 신호를 나타낸다. 반면에, 도 10b는 제어 신호 (C1)가 인액티브 상태에 있고 제어 신호 (C2)가 액티브 상태에 있을 때의 파형을 갖는 발진 신호를 나타낸다.
제어 신호 (C1)가 액티브 상태에 있고 제어 신호 (C2)가 인액티브 상태에 있는 경우, 트랜지스터 (Tr4 및 Tr5)는 온 (ON) 상태에 있고 트랜지스터 (Tr6 및 Tr7)는 오프 (OFF) 상태에 있다. 따라서, 도 9a에 도시된 상태는 전원 전압 (VDD)이 직접 가변용량 커패시터에 공급되는 경우와 매우 유사하다. 다른 한편, 제어 신호 (C1)가 인액티브 상태에 있고 제어 신호 (C2)가 액티브 상태에 있는 경우, 트랜지스터 (Tr6 및 Tr7)는 온 (ON) 상태에 있고 트랜지스터 (Tr4 및 Tr5)는 오프 (OFF) 상태에 있다. 따라서, 도 9b에 도시된 바와 같이, 전원 전압 (VDD)는 인덕터 (L1 및 L2)의 접속 포인트에 공급된다. 도 10a 및 10b에 도시된 바와 같이, 발진 신호의 주파수 및 최대 진폭은, 인덕터를 걸친 진폭이 VDD에서 0V로의 진폭을 갖는 도 9a에 나타난 상태에서와 인덕터를 걸친 +VDD에서 -VDD로의 진폭을 갖는 도 9b에 나타낸 상태에서 차이를 갖게 된다. 따라서, 주파수 및 최대 진폭은 제어 신호 (C1)가 인액티브 상태에 있고 제어 신호 (C2)가 액티브 상태에 있는 경우보다 더 크다. 발진 신호가 동일한 진폭을 갖는 경우에도, 인덕터를 걸친 발진 상태의 차이에 의해, 발진 신호의 주파수는 제어 신호 (C1)가 인액티브 상태에 있고 제어 신호 (C2)가 액티브 상태에 있는 경우에 더 크게 된다.
따라서, 제 2 실시예는 가변용량 다이오드 (D1 및 D2)의 제어 전압 (Vtune)의 변화 없이 발진 주파수를 바꾸는 것이 가능하게 한다.
이하, 본 발명을 제 3 실시예를 참조하여 설명한다. 도 11은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전압 제어 발진기를 나타내는 회로도이다.
제 3 실시예에서는, 제 2 실시예가 트랜지스터 (Tr4 및 Tr5)의 드레인과 대응되는 인덕터 (L1 및 L2)의 접속점에서보다도 가변용량 다이오드 (D1 및 D2) 측에 더 가까운 곳에서 단락 라인 (2)에 의해 인덕터 (L1 및 L2)가 단락되도록 수정된다.
이하, 상술한 구성을 갖는 제 3 실시예의 동작을 설명한다. 도 12a는 제어 신호 (C1)가 액티브 상태에 있고 제어 신호 (C2)가 인액티브 상태에 있을 때의 등가회로를 나타낸다. 반면, 도 12b는 제어 신호 (C1)가 인액티브 상태에 있고 제어 신호 (C2)가 액티브 상태에 있을 때의 등가회로를 나타낸다. 도 13a는 제어 신호 (C1)가 액티브 상태에 있고 제어 신호 (C2)가 인액티브 상태에 있을 때의 파형을 갖는 발진 신호를 나타낸다. 반편 도 13b는 제어 신호 (C1)가 인액티브 상태에 있고 제어 신호 (C2)가 액티브 상태에 있을 때의 파형을 갖는 발진 신호를 나타낸다.
제 3 실시예에서, 제어 신호 (C1)가 액티브 상태에 있고 제어 신호 (C2)가 인액티브 상태에 있는 경우, 트랜지스터 (Tr4 및 Tr5)를 갖는 인덕터 (L1 및 L2)의 접속점 사이의 코일은 도 12a에 도시된 바와 같이 초크 코일 (L3)로 기능한다. 한편, 도 12b에 도시된 바와 같이, 제어 신호 (C1)가 인액티브 상태에 있고, 제어신호 (C2)가 액티브 상태에 있는 경우, 본 실시예는 제 2 실시예와 동일한 상태를 제공한다. 도 13a 및 13b에 도시된 바와 같이, 이것은 제어 신호 (C1)가 액티브 상태에 있고 제어 신호 (C2)가 인액티브 상태에 있는 경우의 진폭이, 제어 신호 (C1)가 인액티브 상태에 있고 제어 신호 (C2)가 액티브 상태에 있는 경우의 진폭과거의 동일한 결과를 가져온다. 이것은 또한 제어 신호 (C1)가 액티브 상태에 있고 제어 신호 (C2)가 인액티브 상태에 있는 경우의 주파수가, 제어 신호 (C1)가 인액티브 상태에 있고 제어 신호 (C2)가 액티브 상태에 있는 경우의 주파수보다 더 높도록 하는 하는 결과를 가져온다.
따라서, 제 3 실시예는 가변용량 다이오드 (D1 및 D2)의 제어 전압 (Vtune)의 변화 없이도 발진 주파수가 변하도록 하는 것을 가능하게 한다. 이것은 또한 발진 주파수를 바꾸어도 안정된 진폭을 얻는 것이 가능하다.
이하, 본 발명을 제 4 실시예를 참조하여 설명한다. 도 14는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 전압 제어 발진기의 회로도이다.
제 4 실시예는 인덕터 (L1)의 두 포인트 사이를 단락할 수 있는 트랜지스터 (Tr8)와 인덕터 (L2)의 두 포인트 사이를 단락할 수 있는 단락할 수 있는 트랜지스터 (Tr9)가 제공된다. 제어 신호 (C1)는 트랜지스터 (Tr8 및 Tr9)의 게이트에 공급된다. P-채널 트랜지스터 (Tr10)의 드레인은 인덕터 (L1 및 L2) 사이에 접속된다. 상기 트랜지스터 (Tr10)의 소오스에는 전원 전압 (VDD)가 공급되고 게이트에는 제어 신호 (C2)가 공급된다.
이하, 상술한 구조를 갖는 제 4 실시예의 동작을 설명한다. 도 15a는 제어 신호 (C1 및 C2)가 액티브 상태에 있는 경우의 등가 회로를 나타낸다. 반면, 도 15b는 제어 신호 (C1)가 인액티브 상태에 있고 제어 신호 (C2)가 액티브 상태에 있는 경우의 등가 회로를 나타낸다. 도 16a는 제어 신호 (C1)가 액티브 상태에 있고 제어 신호 (C2)가 인액티브 상태에 있는 파형을 갖는 발진 신호를 나타낸다.반면, 도 16b는 제어 신호 (C1)가 인액티브 상태에 있고 제어 신호 (C2)가 액티브 상태에 있는 파형을 갖는 발진 신호를 나타낸다.
제어 신호 (C1 및 C2)가 액티브 상태에 있는 경우, 트랜지스터 (Tr8 및 Tr9)는 온 (ON) 상태에 있다. 트랜지스터 (Tr10)는 오프 (OFF) 상태에 있다. 반면, 제어 신호 (C1)가 인액티브 상태에 있고 제어 신호 (C2)가 액티브 상태에 있는 경우, 트랜지스터 (Tr10)는 온 (ON) 상태에 잇고 트랜지스터 (Tr8 및 Tr9)는 오프 (OFF) 상태에 있다. 발진 회로의 인덕턴스는 도 15a 및 도 15b에 도시된 바와 같이 제어 신호 (C1 및 C2)가 액티브 상태에 있는 경우보다 낮고, 도 16a 및 도 16b에 도시된 바와 같이 발진 신호의 주파수는 더 높다.
따라서, 제 4 실시예는 발진 주파수가 변하더라도 안정된 진폭을 얻을 뿐만 아니라 가변용량 다이오드 (D1 및 D2)의 제어 전압 (Vtune)의 변화 없이 발진 주파수를 변화시킬 수 있게 한다.
제 2 내지 제 4 실시예에서, 인덕터에 접속된 드레인을 갖는 1개의 트랜지스터가 각 인덕터에 제공되며, 이러한 트랜지스터들은 하나의 트랜지스터로 집적될 수 있다. 도 17은 제 2 실시예에서 한 쌍의 트랜지스터가 하나의 트랜지스터로 집적된 회로의 구성을 나타내는 회로도이다. P-채널 트랜지스터 (Tr11)는 트랜지스터 (Tr4) 및 트랜지스터 (Tr5)에 해당되고, P-채널 트랜지스터 (Tr12)는 트랜지스터 (Tr6) 및 트랜시스터 (Tr7)에 해당된다.
한편, 제 1 실시예에서, 드레인이 인덕터의 가운데 부분에 접속되는 복수의 쌍의 트랜지스터를 설치할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 회로 전체의 인덕턴스 값을 변화시켜, 발진 주파수의 가변 범위를 확대시킬 수 있다. 따라서, 제작된 인덕터의 형상이 설계된 것으로부터 약간 다르게 제작되더라도, 원하는 발진 주파수를 제공하도록 조정이 가능하다.

Claims (10)

  1. 동일한 제어 전압에 의해 제어되는 용량 (capacitor)을 갖는 한 쌍의 가변용량 커패시터;
    상기 한 쌍의 가변용량 커패시터에 각각 접속된 한 쌍의 인덕터;
    상기 한 쌍의 인덕터에 전류를 공급하기 위한 정전류원; 및
    전류가 흐르는 상기 한 쌍의 인덕터 부분의 길이들 사이를 스위칭하는 스위칭 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 전압 제어 발진기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭 장치는,
    상기 가변용량 커패시터와 접속된 상기 인덕터의 타 단부와는 반대측에 있는 상기 인덕터의 일 단부에 각각 접속된 한 쌍의 스위치; 및
    상기 인덕터의 양 단부 사이의 임의의 위치에 각각 접속된 한 쌍 또는 복수 쌍의 스위치를 구비하는 것을 특징으로 하는 전압 제어 발진기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 스위치는 트랜지스터를 구비하는 것을 특징으로 하는 전압 제어 발진기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 가변용량 커패시터에 접속된 한 쌍 또는 복수의 쌍의 인덕터를 더 구비하고, 상기 인덕터는 상기 정전류원에 의해 전류가 공급되며, 상기 인덕터를 흐르는 상기 전류는 상기 스위칭 장치에 의해 스위칭되는 것을 특징으로 하는 전압 제어 발진기.
  5. 동일한 제어 전압에 의해 제어되는 용량 (capacitor)을 갖는 한 쌍의 가변용량 커패시터;
    상기 한 쌍의 가변용량 커패시터에 각각 접속된 한 쌍의 인덕터;
    상기 한 쌍의 인덕터에 전류를 공급하기 위한 정전류원; 및
    전류가 공급되는 상기 한 쌍의 인덕터상의 위치들 사이를 스위칭하는 스위칭 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 전압 제어 발진기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 스위칭 장치는,
    상기 가변용량 커패시터와 접속된 상기 인덕터의 타 단부와는 반대측에 있는 상기 인덕터의 일 단부에 각각 접속된 한 쌍의 트랜지스터; 및
    상기 인덕터의 양 단부 사이의 위치에 각각 접속된 한 쌍 또는 복수의 쌍의 트랜지스터를 구비하는 것을 특징으로 하는 전압 제어 발진기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 한 쌍 또는 복수의 쌍의 트랜지스터가 상기 한 쌍의 인덕터에 접속된 위치보다 상기 가변용량 커패시터에 더 가까운 위치에서 상기 한 쌍의 인덕터 사이를 단락시키기 위한 단락 라인을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전압 제어 발진기.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 스위칭 장치는,
    상기 가변용량 커패시터에 접속된 상기 인덕터의 타 단부와는 반대측에 있는 상기 인덕터의 일 단부에 접속된 트랜지스터; 및
    상기 인덕터의 양 단부 사이의 임의의 위치에 제공되어 상기 인덕터를 단락 하는 한 쌍 또는 복수 쌍의 트랜지스터를 구비하는 것을 특징으로 하는 전압 제어 발진기.
  9. 제 1, 2, 3, 5, 6, 7 및 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인덕터는 상기 스위칭 장치를 통해 상기 정전류원으로 접속되는 것을 특징으로 하는 전압 제어 발진기.
  10. 제 1, 2, 3, 5, 6, 7 및 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인덕터들은 그 사이에 배치된 상기 스위칭 장치에 대해 대칭적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 전압 제어 발진기.
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