KR20040044210A

KR20040044210A - 표면탄성파 공진기를 이용한 고주파 주파수 합성기

Info

Publication number: KR20040044210A
Application number: KR1020020071897A
Authority: KR
Inventors: 양형국; 김을섭; 황치전
Original assignee: 주식회사 쏘닉스
Priority date: 2002-11-19
Filing date: 2002-11-19
Publication date: 2004-05-28

Abstract

본 발명은 제어기나 컴퓨터를 통해 설정한 채널의 주파수를 출력하도록 하는 제어신호에 따라 해당 주파수 신호를 출력하는 주파수 합성기에 관한 것으로서, 위상고정루프부는 상기 제어기 및 PC에서 설정한 채널의 주파수를 출력하도록 제어신호가 입력되면, 피드백신호와 상기 설정된 채널 주파수를 위상 비교하여 설정한 채널 주파수를 출력하도록 하는 제어신호를 출력한다. 발진부는 전원 인가에 따라 발진을 한다. 증폭부는 상기 발진부의 출력을 증폭하여 출력하며, 출력신호를 상기 피드백 신호로서 상기 위상고정루프부로 출력한다. 가변 공진부는 상기 위상고정루프부의 제어신호에 따라 내부의 캐패시턴스 값을 변화시켜 상기 발진부의 출력 신호의 주파수를 상기 설정 채널 주파수로 변화시키고, 상기 발진부에서 발생한 고주파 신호를 협대역화하여 주파수 공진을 한다. 이렇게 함으로써, 고주파대역에서 안정적인 주파수 발진을 하고, 위상잡음 특성이 우수하게 된다.

Description

표면탄성파 공진기를 이용한 고주파 주파수 합성기{Radio frequency synthesizer using SAW resonator}

본 발명은 디지털 통신 시스템에 관한 것으로, 특히, 디지털 통신 시스템에 사용되는 주파수 합성기에 관한 것이다.

일반적으로 무선통신 서비스가 아날로그 방식에서 디지털 방식으로 발전하면서 디지털 통신 시스템에서 바(BER) 특성의 중요성이 대두되고 있다.

이러한 특성의 개선을 위해서는 국부 발진부의 위상잡음 특성이 상당한 영향을 미치고 있어 위상잡음 특성이 우수한 주파수 합성기 모듈이 요구되고 있다.

종래에는 공진을 위해 사용하던 LC 공진기 대신에 마이크로스트립 라인 및 유전체 공진기를 이용하여 위상잡음 특성을 개선하고 있으나, 낮은 Q(quality factor)값으로 인해 위상잡음 특성 개선에 한계가 있다.

본 발명의 기술적 과제는 이러한 종래의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 고주파대역에서 안정적인 주파수 발진을 하고, 위상잡음 특성이 우수하고 집적화되어 디지털 무선통신에 적합한 고주파 주파수 합성기를 제공하는데 있다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 고주파 주파수 합성기의 외형을 나타낸 도면이다.

도2는 본 발명의 실시예에 따른 고주파 주파수 합성기의 구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 설명 *

30: 발진부 40: 증폭부

50: 가변 공진부 60: 위상고정루프 칩

이러한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 하나의 특징에 따른 고주파 주파수 합성기는,

제어기나 컴퓨터를 통해 설정한 채널의 주파수를 출력하도록 하는 제어신호에 따라 해당 주파수 신호를 출력하는 주파수 합성기로서,

상기 제어기 및 PC에서 설정한 채널의 주파수를 출력하도록 제어신호가 입력되면, 피드백신호와 상기 설정된 채널 주파수를 위상 비교하여 설정한 채널 주파수를 출력하도록 하는 제어신호를 출력하는 위상고정루프부;

전원 인가에 따라 발진을 하기 위한 발진부;

상기 발진부의 출력을 증폭하여 출력하며, 출력신호를 상기 피드백 신호로서 상기 위상고정루프부로 출력하는 증폭부;

상기 위상고정루프부의 제어신호에 따라 내부의 캐패시턴스 값을 변화시켜 상기 발진부의 출력 신호의 주파수를 상기 설정 채널 주파수로 변화시키고, 상기발진부에서 발생한 고주파 신호를 협대역화하여 주파수 공진하는 가변 공진부를 포함한다.

상기 가변 공진부는,

상기 위상고정루프부의 제어신호에 따라 전압이 가변되고, 이에 따라 커패시턴스 값이 변함으로서 상기 설정 주파수의 이동을 유도하는 가변 캐패시터;

상기 발진부에서 발생한 고주파 신호가 공진 주파수와 위상이 같고 상기 발진부의 반사계수가 1보다 큰 경우 고주파 신호의 발생을 더 크게 가질 수 있도록 하며 정확한 주파수 선택을 위한 주파수 공진을 유도하고, 높은 Q값으로 인해 신호의 형태를 협대역화 하는 표면탄성파 공진기;

고주파 신호를 차단하고, 상기 위상고정루프부의 제어신호를 상기 가변 커패시터에 인가하는 인덕터;

전원잡음 및 고주파와 전원간 상호 간섭을 차단하는 구실을 하는 캐패시터;

상기 제어신호인 전압의 전압 강하를 통한 상기 가변 커패시터의 전압변화에 따른 캐패시턴스 값의 변화폭을 완화하는 저항을 포함한다.

제어기나 컴퓨터를 통해 설정한 채널의 주파수를 출력하도록 하는 제어신호에 따라 해당 주파수 신호를 출력하는 고주파 주파수 합성기로서,

전원 인가에 따라 발진을 하기 위한 발진부;

상기 위상고정루프부의 제어신호에 따라 내부의 캐패시턴스 값을 변화시켜 상기 발진부의 출력 신호의 주파수를 상기 설정 채널 주파수로 변화시키고, 상기 발진부에서 발생한 고주파 신호를 협대역화하여 주파수 공진하는 가변 공진부를 포함하며, 상기 발진부, 증폭부는 가변 공진부는 세라믹 적층 기판내에 내장하여 다중 칩 모듈화 하여 집적화되는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명을 이 분야의 통상의 지식을 지닌자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부된 도면을 참조로 하여 실시예에 관하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 주파수 합성기의 외형을 나타낸 도면이다.

도2는 본 발명의 실시예에 따른 주파수 합성기의 구성을 나타낸 도면이다.

도1을 참조하면, 본 발명은 주파수 안정도가 높은 표면 탄성파 공진기(51)를 가변 공진부(50)에 이용하여 전압제어 발진을 하며, 수동소자들은 세라믹 적층 기판(10)내에 내장하여 다중 칩 모듈화 하여 집적화 된 주파수 합성기를 구현한다.

종단(11)은 신호의 출력 및 제어신호의 입출력을 위해 본 기판에 실장을 위한 포트의 구실을 하고, 비아 홀(12)은 여러 층의 기판에서 한 층에서 다른 층으로의 신호 전달을 위한 관통선로의 구실을 하고, 스루 홀(13)은 접지 면과의 연결을 위한 선로 구실을 한다.

캐패시터(14), 저항(15), 실장형 부품(16) 등은 루프필터 및 전원이나 고주파(RF) 신호의 전달, 차단 및 바이패스 역할을 위해 형성한다.

이와 같은 구성에서 가변공진회로(50) 및 발진회로(30), 증폭회로(40)에 의해 원하는 출력의 신호를 발생시키고 다이(Die)상태의 위상고정루프 칩(20)에 의해 가변 공진부(50)의 전압을 제어함으로서 원하는 채널 주파수로의 이동 및 안정적인 발진 주파수를 제공한다.

이러한 외형을 가진 주파수 합성기의 동작에 대해 도2를 참조로 상세히 설명하면 다음과 같다.

도2를 참조하면, 본 발명의 주파수 합성기는,

위상고정루프 칩(20), 발진부(30), 증폭부(40), 가변 공진부(50)를 포함한다.

상기 가변공진부(50), 발진부(30), 증폭부(40)는 콜피츠형 회로를 구성하고 있으며, 가변공진부(50)는 바렉터 다이오드(52) 및 SAW 공진기(51)가 병렬 연결되어 있으며 제어전압에 의해 바렉터 다이오드(52)의 캐패시턴스 값의 변화 의해 발진부(30)의 주파수를 가변시키고, 발진부(30)의 트랜지스터에서 발진을 유도하고, 증폭부(40)의 트랜지스터에서 신호를 증폭함으로서 원하는 출력의 주파수 신호를 제공한다.

그러면, 이러한 구성을 가진 이 발명의 실시예에 따른 주파수 합성기의 동작에 대해 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 위상고정루프 칩(20)은 제어기 및 PC(70)에서 기본주파수로 분주가 가능한 채널 주파수를 설정하면 채널 주파수로 신호를 이동하기 위해 발진부(30)에서 발생한 고주파 신호를 내부의 위상 분주기를 통하여 위상비교를 하여 설정한 채널 주파수로 가변 공진부(50)의 캐패시턴스 값을 변화시켜 신호를 이동하도록 제어신호를 출력한다. 이때, 제어신호는 전류의 형태로 출력된다.

한편, 발진부(30)는 트랜지스터(31)의 베이스, 이미터간 피드백 캐패시터(32)를 통해 발진기 트랜지스터(31)의 반사계수를 1보다 크게 가짐으로서 임피던스의 위상과 크기를 변화시켜 불안정 영역에서 동작하도록 유도하여 발진 현상을 일으켜 고주파 신호를 발생시키도록 동작한다. 그리고, 저항(33),(34),(35)는 트랜지스터(31)가 동작할 수 있는 바이어스 인가를 위한 전압 강하 역할을 하고, 캐패시터(36),(37)은 바이어스 인가에 따른 전원잡음 제거 및 고주파 신호의 스퓨리어스 발생을 제거하기 위한 동작을 하며, 캐패시터(38)는 값의 크기에 따라 고주파 신호의 출력을 작게 또는 크게 함으로서 출력레벨을 조정하며, 스퓨리어스 발생을 억제하도록 동작한다. 이러한 발진부(30)의 발진동작은 이 분야에서 널리 알려진 것이므로 상세 설명은 생략하며, 다른 형태의 발진기로 변형이 가능하다.

그러면, 증폭부(40)는 발진부(30)에서 발생한 고주파 신호를 Vcc에서 인가한 전압이 저항(42), 인덕터(43)를 통해 트랜지스터가 동작할 수 있는 전압으로 인가함으로서 증폭 트랜지스터(41)를 통해 신호의 크기를 증폭시켜 준다. 그리고 출력 측의 캐패시터(44),(45)값을 조정하여 고조파 신호의 발생을 억제하고, 스퓨리어스 특성을 개선하도록 동작한다. 이러한 증폭부(30)의 증폭동작도 이 분야에서 널리 알려진 것이므로 상세 설명은 생략하며, 다른 형태의 증폭기로 다양하게 구현이 가능하다.

이러한 증폭부(40)의 출력신호는 외부의 믹서(80)로 출력됨과 동시에 위상 고정루프 칩(20)으로 피드백 된다.

그러면, 외부의 믹서(80)는 이를 이용하여 일정 주파수를 가진 고주파 신호와 합성하여 원하는 주파수 신호를 생성하여 사용하게 된다.

이러한 과정을 통해 주파수 합성이 일어나며, 상기 위상고정루프 칩에서 전류가 출력되면, 가변 공진부(50)의 가변 캐패시터 역할을 하는 배렉터 다이오드(52)는 전압의 크기에 따라 캐패시턴스 값이 변하게 된다.

그러면, 이로 인해 발진부(30) 출력 주파수의 이동을 유도하게 된다. 즉, 위상고정루프 칩(20)에 의한 주파수 설정을 통해 원하는 채널 주파수로의 주파수 이동이 가능하게 된다.

그리고 표면탄성파 공진기(52)는 발진부(30)에서 발생한 고주파 신호가 공진기(51)의 공진 주파수와 위상이 같고 발진부(30)의 반사계수가 1보다 큰 경우 고주파 신호의 발생을 더 크게 가질 수 있도록 하고, 정확한 주파수 선택을 위한 주파수 공진을 유도한다.

그리고, 표면탄성파 공진기(51)는 높은 Q값으로 인해 신호의 형태를 협대역화 하여 위상잡음 특성을 대폭 개선할 수 있다.

그리고 표면탄성파 공진기(51)는 정확한 주파수 발생을 유도함으로 별도의 주파수 조정 작업 없이 대량생산을 가능하게 한다.

그리고 인덕터(53)는 고주파 신호의 차단 및 조정전압의 배랙터 다이오드에의 인가를 위한 구실을 하고, 캐패시터(54),(56)는 전원잡음 및 고주파와 전원간 상호 간섭을 차단하는 구실을 하며, 저항(55)은 조정전압의 전압 강하를 통한 배랙터 다이오드(52)의 전압변화에 따른 캐패시턴스 값의 변화폭을 완화하는 역할을 한다.

이렇게 회로를 구성하고 세라믹 적층 기술을 이용하여 고주파 주파수 합성기 모듈을 구현함으로서 모듈의 크기를 줄여 초소형화 시킬 수 있을 뿐만 아니라 위상잡음 특성을 크게 개선할 수 있다.

이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정한 것은 아니다.

이 상에서와 같이, 이 발명의 실시예에서, 기존의 마이크로스트립라인 및 유전체 공진기 대신 높은 Q값을 갖는 표면탄성파 공진기를 이용함으로서 별도의 주파수 튜닝 공정을 거치지 않고 정확한 주파수 신호 발생을 유도하며, 위상잡음 특성의 개선 효과를 얻을 수 있다.

Claims

제어기나 컴퓨터를 통해 설정한 채널의 주파수를 출력하도록 하는 제어신호에 따라 해당 주파수 신호를 출력하는 고주파 주파수 합성기로서,

상기 제어기 및 PC에서 설정한 채널의 주파수를 출력하도록 제어신호가 입력되면, 피드백신호와 상기 설정된 채널 주파수를 위상 비교하여 설정한 채널 주파수를 출력하도록 하는 제어신호를 출력하는 위상고정루프부;

전원 인가에 따라 발진을 하기 위한 발진부;

상기 발진부의 출력을 증폭하여 출력하며, 출력신호를 상기 피드백 신호로서 상기 위상고정루프부로 출력하는 증폭부;

상기 위상고정루프부의 제어신호에 따라 내부의 캐패시턴스 값을 변화시켜 상기 발진부의 출력 신호의 주파수를 상기 설정 채널 주파수로 변화시키고, 상기 발진부에서 발생한 고주파 신호를 협대역화하여 주파수 공진하는 가변 공진부를 포함하는 고주파 주파수 합성기.
제1항에 있어서,

상기 가변 공진부는,

상기 위상고정루프부의 제어신호에 따라 전압이 가변되고, 이에 따라 커패시턴스 값이 변함으로서 상기 설정 주파수의 이동을 유도하는 가변 캐패시터;

상기 발진부에서 발생한 고주파 신호가 공진 주파수와 위상이 같고 상기 발진부의 반사계수가 1보다 큰 경우 고주파 신호의 발생을 더 크게 가질 수 있도록 하며 정확한 주파수 선택을 위한 주파수 공진을 유도하고, 높은 Q값으로 인해 신호의 형태를 협대역화 하는 표면탄성파 공진기를 포함하는 고주파 주파수 합성기.
제2항에 있어서,

상기 가변 공진부는,

고주파 신호를 차단하고, 상기 위상고정루프부의 제어신호를 상기 가변 커패시터에 인가하는 인덕터;

전원잡음 및 고주파와 전원간 상호 간섭을 차단하는 구실을 하는 캐패시터;

상기 제어신호인 전압의 전압 강하를 통한 상기 가변 커패시터의 전압변화에 따른 캐패시턴스 값의 변화폭을 완화하는 저항을 포함하는 고주파 주파수 합성기.
제어기나 컴퓨터를 통해 설정한 채널의 주파수를 출력하도록 하는 제어신호에 따라 해당 주파수 신호를 출력하며, 전원 인가에 따라 발진을 하기 위한 발진부;

상기 발진부의 출력을 증폭하여 출력하며, 출력신호를 피드백 신호로서 출력하는 증폭부를 구비하는 고주파 주파수 합성기로서,

상기 제어기 및 PC에서 설정한 채널의 주파수를 출력하도록 제어신호가 입력되면, 상기 증폭부의 피드백신호와 상기 설정된 채널 주파수를 위상 비교하여 설정한 채널 주파수를 출력하도록 하는 제어전류를 출력하는 위상고정루프부;

상기 위상고정루프부의 제어전류에 따라 전압이 가변되어 내부의 캐패시턴스 값을 변화시켜 상기 발진부의 출력 신호의 주파수를 상기 설정 채널 주파수로 변화시키고, 상기 발진부에서 발생한 고주파 신호를 협대역화하여 주파수 공진하는 가변 공진부를 포함하는 고주파 주파수 합성기.
제어기나 컴퓨터를 통해 설정한 채널의 주파수를 출력하도록 하는 제어신호에 따라 해당 주파수 신호를 출력하는 고주파 주파수 합성기로서,

상기 제어기 및 PC에서 설정한 채널의 주파수를 출력하도록 제어신호가 입력되면, 피드백신호와 상기 설정된 채널 주파수를 위상 비교하여 설정한 채널 주파수를 출력하도록 하는 제어신호를 출력하는 위상고정루프부;

전원 인가에 따라 발진을 하기 위한 발진부;

상기 발진부의 출력을 증폭하여 출력하며, 출력신호를 상기 피드백 신호로서 상기 위상고정루프부로 출력하는 증폭부;

상기 위상고정루프부의 제어신호에 따라 내부의 캐패시턴스 값을 변화시켜 상기 발진부의 출력 신호의 주파수를 상기 설정 채널 주파수로 변화시키고, 상기 발진부에서 발생한 고주파 신호를 협대역화하여 주파수 공진하는 가변 공진부를 포함하며, 상기 발진부, 증폭부는 가변 공진부는 세라믹 적층 기판(10)내에 내장하여 다중 칩 모듈화 하여 집적화되는 것을 특징으로 하는 고주파 주파수 합성기.
제5항에 있어서,

신호의 출력 및 제어신호의 입출력을 위해 본 기판에 실장을 위한 포트의 역할을 하는 종단,

여러 층의 기판에서 한 층에서 다른 층으로의 신호 전달을 위한 관통선로의 구실을 하는 비아홀,

접지 면과의 연결을 위한 선로 구실을 하는 스루홀을 더 포함하는 고주파 주파수 합성기.