KR20040006722A - 손실 전달 특성을 갖는 길버트-셀 믹서 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 손실 전달 특성을 갖는 길버트-셀 믹서 회로에 관한 것으로, 상세하게는 DBM으로 사용되고, 길버트-셀 믹서회로를 포함하는 RF 송수신기에 있어서, 상기 길버트-셀 믹서회로는, 바이어스 영역이 선형 영역에서 동작되도록 설계하여 외부로부터 입력되는 RF 신호가 손실 특성을 갖도록 하는 전달 컨덕턴스 회로와, 상기 전달 컨덕턴스 회로로부터 출력되는 RF 신호에 의해서 구동되어 중간주파수 신호를 발생시키는 코어 회로와, 상기 전달 컨덕턴스 회로로 입력되는 전류값을 조절하여 이의 손실 전달 특성을 변화시켜 손실의 정도를 조정하고, 입력 임피던스를 고정시켜 안정된 조건에서 손실 특성을 제어할 수 있도록 하는 손실 제어 회로를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서 상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면 손실 전달 특성의 믹서 회로를 구현하여 IMD 특성을 개선시킬 수 있으며, 또한 낮은 전압 및 전류를 사용해도 IMD 특성을 구현할 수 있기 때문에 열 문제 및 신뢰성을 향상시킬 수 있고, GaAS같은 고가의 반도체 공정을 사용하지 않고도 믹서 회로를 제조할 수 있다.

Description

손실 전달 특성을 갖는 길버트-셀 믹서 회로{GILBERT-CELL MIXER CIRCUIT FOR HAVING LOSS TRANSFER CHARACTERISTIC}

본 발명은 더블 컨버젼 방식의 튜너에 관한 것으로, 상세하게는 RF 신호와 발진 신호를 믹싱하여 1차 IF 신호를 출력하는 믹서 회로가 IMD(Inter Modulation Distortion : 상호 변조 왜곡)가 향상되면서도, 저전압, 저전류로 동작이 가능하도록 하는 손실 전달 특성을 갖는 길버트-셀 믹서 회로에 관한 것이다.

일반적으로 튜너는 주파수 조정 또는 임피던스 조정이 가능한 소자블럭이나 회로블럭을 말한다.

이러한 튜너는 IF 주파수를 출력하는 싱글 컨버젼 방식(single conversion type)과, 1차 IF 주파수 신호를 증폭 및 혼합한 후 2차 IF 주파수로 변화시켜 검파 처리하는 더블 컨버젼 방식이 있다.

이중 더블 컨버젼 방식의 튜너는 멀티 캐리어 및 광대역 신호를 1GHz 이상의 1차 IF 주파수로 상향 변환시킨 후, 이를 다시 낮은 2차 IF 주파수로 하향 변환하는 방식인 데, 전압 제어 발진기의 대역폭이 약 1옥타브 이하이며, 트랙킹 필터가 필요 없다. 그러나 모든 대역의 입력 신호를 처리해야 하므로 IMD(Inter Modulation Distortion : 상호 변조 왜곡)가 크게 증가하므로 선형성이 좋은 믹서 회로를 설계를 해야 한다.

그래서 도 1에 도시된 바와 같이 DBM(Double Balanced Mixer) 구조를 가지는 길버트-셀 믹서회로가 1차 믹서로 사용된다.

그러나 이러한 종래의 믹서 회로는 IMD 특성을 개선하기 위해서 DBM타입으로 구현하여 GaAS와 같은 고가의 반도체 공정을 사용하여 믹서를 제조하기 때문에 제조 단가가 상승되는 문제점이 있다.

또한 종래의 믹서 회로는 이득 특성을 갖기 때문에 이로 인하여 IMD 특성을 개선하기 위해서 고전압과 고전류를 사용함으로써 배터리의 소모가 빠르고, 발열에 의해 회로가 오동작하는 다른 문제점이 있다.

따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 손실 전달 특성의 믹서 회로를 구현하여 IMD 특성을 개선시킬 수 있으며, 또한 낮은 전압 및 전류를 사용해도 IMD 특성을 구현할 수 있기 때문에 열 문제 및 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 하는데 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 저전력에서도 IMD 특성을 구현함으로써 GaAS같은 고가의 반도체 공정을 사용하지 않고도 가격이 저렴한 반도체 공정(CMOS 계열, BJT 계열)을 사용하여 믹서 회로의 제조가 가능하도록 하는데 있다.

도 1은 종래의 손실 전달 특성을 갖는 길버트-셀 믹서 회로의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도

도 2는 본 발명에 따른 손실 전달 특성을 갖는 길버트-셀 믹서 회로의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도

도 3은 본 발명에 따른 손실 전달 특성을 갖는 길버트-셀 믹서 회로의 바이어스 영역을 종래의 믹서 회로와 비교하기 위한 그래프

<도면중 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 길버트-셀 믹서 회로110 : 코어 회로

120 : 전달 컨덕턴스 회로130 : 손실 제어 회로

140 : IF 증폭기C10 : 콘덴서

RS10, 20 : 제 1, 2저항Q10, Q20, Q30, Q40 : 트랜지스터

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,

DBM으로 사용되고, 길버트-셀 믹서회로를 포함하는 더블 컨버젼 방식의 튜너에 있어서,

상기 길버트-셀 믹서회로는,

바이어스 영역이 선형 영역에서 동작되도록 설계하여 외부로부터 입력되는 RF 신호가 손실 특성을 갖도록 하는 전달 컨덕턴스 회로와,

상기 전달 컨덕턴스 회로로부터 출력되는 RF 신호에 의해서 구동되어 중간주파수 신호를 발생시키는 코어 회로와,

상기 전달 컨덕턴스 회로로 입력되는 전류값을 조절하여 이의 손실 전달 특성을 변화시켜 손실의 정도를 조정하고, 입력 임피던스를 고정시켜 안정된 조건에서 손실 특성을 제어할 수 있도록 하는 손실 제어 회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기에서 상기 길버트-셀 믹서회로는,

상기 코어 회로로부터 출력되는 중간 주파수 신호의 이득 특성을 높이기 위하여 이의 출력단에 집적화되는 IF 증폭기를 더 포함한다.

여기에서 또한 상기 손실 제어 회로는,

상기 전달 컨덕턴스 회로에 직렬 연결되는 제 1저항과,

상기 제 1저항에 직렬 연결되는 제 2저항과,

상기 제 1저항과 제 2저항의 연결 노드에 병렬 연결되는 콘덴서로 구성된다.

이하, 본 발명에 의한 손실 전달 특성을 갖는 길버트-셀 믹서 회로의 구성을 도 2를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 손실 전달 특성을 갖는 길버트-셀 믹서 회로의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 손실 전달 특성을 갖는 길버트-셀 믹서 회로(100)는, 코어 회로(110)와, 전달 컨덕턴스 회로(120)와, 손실 제어 회로(130)와, IF 증폭기(140)로 구성된다.

코어 회로(110)는 내부에 4개의 트랜지스터(Q10, Q20, Q30, Q40)를 구비하며, 전달 컨덕턴스 회로(120)로부터 출력되는 RF 신호에 의해서 트랜지스터(Q10,Q20, Q30, Q40)가 구동되어 중간주파수 신호를 발생시킨다.

전달 컨덕턴스 회로(120)는 바이어스 영역이 선형 영역에서 동작되도록 설계하여 외부로부터 입력되는 RF 신호가 손실 특성을 갖도록 한다.

손실 제어 회로(130)는 전달 컨덕턴스 회로(120)로 입력되는 전류값을 조절하여 이의 손실 전달 특성을 변화시켜 손실의 정도를 조정하고, 입력 임피던스를 고정시켜 안정된 조건에서 손실 특성을 제어한다. 여기에서 손실 제어 회로(130)는 전달 컨덕턴스 회로(120)에 직렬 연결되는 제 1저항(RS10)과, 제 1저항(RS10)에 직렬 연결되는 제 2저항(RS20)과, 제 1저항(RS10)과 제 2저항(RS20)의 연결 노드에 병렬 연결되는 콘덴서(C10)로 구성된다.

이하 본 발명에 따른 손실 전달 특성을 갖는 길버트-셀 믹서 회로의 동작을 도 2 및 도 3을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 손실 전달 특성을 갖는 길버트-셀 믹서 회로의 바이어스 영역을 종래의 믹서 회로와 비교하기 위한 그래프이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 먼저 전달 컨덕턴스 회로(120)는 도 3에 도시된 선형 영역(Linear Region)에서 동작하도록 설계한다.

또한 전달 컨덕턴스 회로(120)에 손실 제어 회로인 제 1저항(RS10)과, 제 2저항(RS20)을 직렬로 연결하고, 제 2저항(RS20)에 콘덴서(C10)를 연결한 후, 제 1저항(RS10)과, 제 2저항(RS20)의 저항값에 의해서 조절하여 전류값을 조정하여 전달 컨덕턴스 회로(120)의 손실전달 특성을 변화시켜서 손실의 정도를 조정한다. 특히 길버트-셀 믹서 회로(100)의 입력 임피던스는 제 2저항(RS20)의 저항값에 의해서 영향을 받기 때문에 제 2저항(RS20)과, 제 1저항(RS10)의 저항값을 적절히 조합하여 입력 임피던스의 변화없이 안정된 조건에서 손실 특성을 제어한다.

또 길버트-셀 믹서 회로(100)는 기존의 믹서 회로와 비교했을 때 이득 특성을 얻을 수 없기 때문에 코어 회로(110)의 출력단에 IF 증폭기(140)를 집적화시켜 종래의 믹서 회로가 갖는 이득특성과 동일한 특성을 구현한다.

이러한 상태에서 전달 컨덕턴스 회로(120)의 RF+와 RF- 단자로 RF 신호가 입력되면 이의 전달 컨덕턴스(Gm)에 의해서 손실 특성을 갖는 상태에서 RF 신호가 코어 회로(110)로 입력된다.

이때 코어 회로(110)는 LO+와 LO- 단자로 입력되는 국부 발진기(도시 생략)의 발진 신호인 LO 신호에 의해서 스위칭되어 입력된 RF 신호를 중간 주파수 신호로 변환시킨다. 특히 LO 신호와, RF 신호는 각각 역상의 평형 신호이므로 LO 신호에 의해서 코어 회로(110)의 트랜지스터 Q10, Q40과 Q20, Q30이 서로 번갈아가며 온/오프되므로 RF 신호가 출력 단자에 나타나지 않으므로 우수한 분리도(Isolation)특성을 나타낸다.

따라서 믹서 회로가 손실 전달 특성을 가지고, 낮은 전압 및 전류에서도 동작되면서도 IMD 특성이 구현된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 손실 전달 특성을 갖는 길버트-셀 믹서 회로에 의하면, 손실 전달 특성을 믹서 회로를 구현하여 IMD 특성을 개선시킬 수 있으며, 또한 낮은 전압 및 전류를 사용해도 IMD 특성을 구현할 수 있기때문에 열 문제 및 신뢰성을 향상시킬 수 있고, 저전력에서도 IMD 특성을 구현함으로써 GaAS같은 고가의 반도체 공정을 사용하지 않고도 믹서 회로를 제조할 수 있다.

Claims (3)

1. 바이어스 영역이 선형 영역에서 동작되도록 설계하여 외부로부터 입력되는 RF 신호가 손실 특성을 갖도록 하는 전달 컨덕턴스 회로와,

   상기 전달 컨덕턴스 회로로부터 출력되는 RF 신호에 의해서 구동되어 중간주파수 신호를 발생시키는 코어 회로와,

   상기 전달 컨덕턴스 회로로 입력되는 전류값을 조절하여 이의 손실 전달 특성을 변화시켜 손실의 정도를 조정하고, 입력 임피던스를 고정시켜 안정된 조건에서 손실 특성을 제어할 수 있도록 하는 손실 제어 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 손실 전달 특성을 갖는 길버트-셀 믹서 회로.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 길버트-셀 믹서회로는,

   상기 코어 회로로부터 출력되는 중간 주파수 신호의 이득 특성을 높이기 위하여 이의 출력단에 집적화되는 IF 증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 손실 전달 특성을 갖는 길버트-셀 믹서 회로.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 손실 제어 회로는,

   상기 전달 컨덕턴스 회로에 직렬 연결되는 제 1저항과,

   상기 제 1저항에 직렬 연결되는 제 2저항과,

   상기 제 1저항과 제 2저항의 연결 노드에 병렬 연결되는 콘덴서로 구성되는 것을 특징으로 하는 손실 전달 특성을 갖는 길버트-셀 믹서 회로.