KR20040062738A

KR20040062738A - 위상 미스매칭을 개선한 믹서 및 주파수 변환장치

Info

Publication number: KR20040062738A
Application number: KR1020030000248A
Authority: KR
Inventors: 오승민; 권효석
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2003-01-03
Filing date: 2003-01-03
Publication date: 2004-07-09
Also published as: CN1516335A; CN100499354C; US7181186B2; KR100541076B1; US20040132423A1

Abstract

본 발명은 90도 위상차를 갖는 두 IF 신호간의 위상 미스매칭(mismatching)을 간단한 구성으로 제거하도록 구현하여 위상 미스매칭을 개선한 믹서 및 주파수 변환 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 주파수 변환 장치는 90。의 위상차를 갖는 제1 및 제2 LO 신호(LO1,LO2)를 제공하는 QSG(51); 상기 QSG(51)로부터의 제1 LO 신호(LO1)와 제2 LO 신호(LO2)의 반전된 주파수와의 합성 위상을 갖는 제1 합성 주파수(LO1')와 입력신호(RFIN)를 믹싱하여 제1 IF 신호(IF1)를 제공하는 제1 믹서(54); 및 상기 QSG(51)로부터의 제1 LO 신호(LO1)와 제2 LO 신호(LO2)와의 합성 위상을 갖는 제2 합성 주파수(LO2')와 입력신호(RFIN)를 믹싱하여 제2 IF 신호(IF2)를 제공하는 제2 믹서(55);를 구비함을 특징으로 한다.

이러한 본 발명에 의하면, 90도 위상차를 갖는 두 IF 신호간의 위상 미스매칭(mismatching)을 간단한 구성으로 제거하도록 구현함으로서, 신호대잡음비(SNR)를 향상시킬 수 있고, 이미지 제거(Image-Rejection) 비율을 높일 수 있도록 하는 효과가 있다.

Description

위상 미스매칭을 개선한 믹서 및 주파수 변환 장치{MIXER AND FREQUENCY CONVERSION APPARATUS FOR IMPROVING PHASE-MISMATCHING}

본 발명은 위상 미스매칭을 개선한 믹서 및 주파수 변환 장치에 관한 것으로, 특히 90도 위상차를 갖는 두 중간주파수(이하,'IF'라 한다) 신호간의 위상 미스매칭(mismatching)을 간단한 구성으로 제거하도록 구현함으로서, 신호대잡음비(SNR)를 향상시킬 수 있고, 이미지 제거(Image-Rejection) 비율을 높일 수 있도록 하는 위상 미스매칭을 개선한 믹서 및 주파수 변환 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 수신기 구조로 많이 사용하는 제로 IF(Zero-IF) 구조 및 이미지 제거(Image-Rejection) 구조는 그 특성상 인페이즈(In-phase) 신호(이하, 'I 신호'라 함)와 직교페이즈(Quadrature-phase) 신호(이하, 'Q 신호'라 함)가 필요하다. 이 두 신호, 즉 I 신호와 Q 신호는 여러 가지 영향에 의해 미스매치(Mismatch)가 발생되는데, 이러한 미스매치(Mismatch)는 신호대잡음비(SNR)를 저하시켜 결국 수신기의 수신감도를 저하시키게 된다.

도 1은 종래 주파수 변환 장치의 구성도로서, 도 1을 참조하면, 도 1에 도시된 주파수 변환 장치는 제로-IF(Zero-IF)구조 또는 이미지 제거(Image-Rejection)구조 등의 수신기에 적용 가능한 주파수 변환기로서, 이는 발진주파수(이하, 'LO'라 한다) 신호(L0)를 제공하는 발진부(11)와, 상기 발진부(11)의 LO 신호의 위상을 90°시프트시키는 위상 시프터(12)와, 상기 위상 시프터(12)를 통한 제1 LO신호(LOI)와 입력신호(RFIN)를 믹싱하여 제1 IF 신호(IIF)를 제공하는 I-믹서(13)와, 상기 발진부(11)의 제2 LO신호(LOQ)와 입력신호(RFIN)를 믹싱하여 제2 IF 신호(QIF)를 제공하는 Q-믹서(14)와, 상기 I-믹서(13)로부터의 제1 IF 신호(IIF)와, 상기 Q-믹서(14)로부터의 제2 IF 신호(QIF)를 각각 저역 통과하는 필터(15,16)를 포함한다.

이와 같은 종래의 주파수 변환 장치의 믹서에서, 국부발진기(local oscillator)로부터 위상차가 90°인 두 LO신호((LO1,LO2) 또는 (LOI, LOQ))를 각각 입력받고, 이들 두 LO 신호와 RF 신호를 믹싱하여 제1 및 제2 IF 신호(IF1,IF2)를 출력하게 되는데, 이 때 상기 제1,제2 IF신호(IF1,IF2)간의 위상차는 90°가 되어야 한다.

도 2a,2b는 종래 믹서의 내부 블럭도로서, 도 2a,2b를 참조하면, 상기 I-믹서(13)는 입력되는 RF 신호를 증폭하면서 V/I 변환하는 제1 RF 증폭단(13a)과, 상기 제1 RF 증폭단(13a)을 통한 입력신호를 LO 신호(LO1 또는 LOI)에 따라 온/오프 스위칭하는 제1 스위칭단(13b)과, 상기 제1 스위칭단(13b)에 의한 신호를 전압으로 변환하여 출력하는 제1 로드단(13c)을 포함한다. 그리고, 상기 Q-믹서(14)는 입력되는 RF 신호를 증폭하면서 V/I 변환하는 제2 RF 증폭단(14a)과, 상기 제2 RF 증폭단(14a)을 통한 입력신호를 LO 신호(LO2 또는 LOQ)에 따라 온/오프 스위칭하는 제2 스위칭단(14b)과, 상기 제2 스위칭단(14b)에 의한 신호를 전압으로 변환하여 출력하는 제2 로드단(14c)을 포함한다.

그러나, 이러한 종래 주파수 변환 장치에서는 발진기의 소자간의 대칭성이 깨지게 되면 제1 LO 신호와 제2 LO 신호간의 위상차가 90°가 되지 않아, 결국 출력의 위상차가 90°가 되지 못하게 되는데, 즉, 제1 LO 신호와 제2 LO 신호간의 미스매치의 에러는 그대로 제1 IF 신호(IF1)와 제2 IF 신호(IF2)에 미스매치의 에러로 나타나게 되는 문제점이 있다.

도 3은 종래의 다른 주파수 변환 장치의 블럭도로서, 도 3을 참조하면, 종래의 다른 주파수 변환 장치는 90°의 위상차를 갖고 동일한 주파수를 갖는 2개의 LO 신호를 제공하는 QSG(Quadrature Signal Generator)(31)와, 상기 QSG(31)로부터의LO 신호와 입력 RF신호를 믹싱하는 믹서(33,34)를 포함하고, 이러한 주파수 변환 장치에서 2개의 제1 및 제2 LO 신호간의 미스매칭을 제거하기 위해서, 믹서(33,34)에 각각 접속된 필터(35,36)의 후단인 위상검출기(PD:Phase Detector)(37)에서 위상의 미스매치를 제거하기 위해서 상기 필터 및 QSG(31)로 위상 제어신호(C1,C2)를 제공하도록 이루어져 있다.

이는 제1 IF 신호와 제2 IF 신호의 미스매치(Mismatch)를 해결하기 위해, 제1 IF 신호와 제2 IF 신호간의 미스매치에 해당하는 위상차를 위상검출기를 이용해 검출하여 그 위상차를 LPF와 QSG 내부의 위상시프터(Phase Shift)에 각각 전달하여 미스매치(mismatch)를 제거하는 방법이다.

그러나, 이러한 종래의 주파수 변환 장치에서도 이미지 제거(Image-Rejection) 수신기(Receiver)구조에서는 사용할 수 없는데, 그 이유는 이미지 제거(Image-Rejection) 구조에서는 제1 LO 신호(LOI)와 제2 LO 신호(LOQ)간, 또는 I 신호와 Q 신호간의 위상 미스매치(mismatch)로부터 이미지 제거(image-rejection) 비율이 결정되기 때문이고, 또한 이 구조는 구현의 복잡도가 증가하여 사이즈가 커지는 문제점도 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 그 목적은 90도위상차를 갖는 두 IF 신호간의 위상 미스매칭(mismatching)을 간단한 구성으로 제거하도록 구현한 믹서 및 주파수 변환 장치를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 신호대잡음비(SNR)를 향상시킬 수 있고, 이미지 제거(Image-Rejection) 비율을 높일 수 있도록 하는 위상 미스매칭을 개선한 믹서 및 주파수 변환 장치를 제공하는데 있다.

도 1은 종래 주파수 변환 장치의 구성도이다.

도 2a,2b는 종래 믹서의 내부 블럭도이다.

도 3은 종래의 다른 주파수 변환 장치의 블럭도이다.

도 4는 본 발명에 따른 믹서의 블럭도이다.

도 5는 본 발명에 따른 주파수 변환 장치의 블럭도이다.

도 6a,6b는 도 5의 믹서의 내부 블럭도이다.

도 7a,7b는 도 5의 믹서의 회로 예시도이다.

도 8은 더블 블란스드 믹서의 동작 설명도이다.

도 9의 (a),(b)는 본 발명에 의한 제1 LO신호(LO1)와 제2 LO신호(LO2)간의 위상 특성 설명도이다.

도 10a-10d는 종래 IF 신호, LO 신호의 위상 그래프이다.

도 11a-11d는 본 발명의 IF 신호, LO 신호의 위상 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

41 : RF 증폭단 42 : 스위칭단

43 : 로드단 51 : QSG(Quadrature Signal Generator)

51A : 발진부 51B : 위상 시프터

54 : I-믹서 55 : Q-믹서

541 : 제1 RF 증폭단 542 : 제1 스위칭단

543 : 제1 로드단 551 : 제2 RF 증폭단

552 : 제2 스위칭단 553 : 제2 로드단

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 믹서는

입력신호와 LO신호를 믹싱하는 믹서에 있어서,

제1 LO 신호(LO1)에 따라 입력신호(RFIN)를 온/오프 스위칭하는 제1 스위칭부; 및

상기 제1 스위칭부와 병렬로 접속하고, 제2 LO 신호(LO2)의 반전 주파수에 따라 입력신호(RFIN)를 온/오프 스위칭하는 제2 스위칭부

를 구비함을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 주파수 변환 장치는

90。의 위상차를 갖는 제1 및 제2 LO 신호(LO1,LO2)를 제공하는 QSG(51);

상기 QSG(51)로부터의 제1 LO 신호(LO1)와 제2 LO 신호(LO2)의 반전된 주파수와의 합성 위상을 갖는 제1 합성 주파수(LO1')와 입력신호(RFIN)를 믹싱하여 제1 IF 신호(IF1)를 제공하는 제1 믹서(54); 및

상기 QSG(51)로부터의 제1 LO 신호(LO1)와 제2 LO 신호(LO2)와의 합성 위상을 갖는 제2 합성 주파수(LO2')와 입력신호(RFIN)를 믹싱하여 제2 IF 신호(IF2)를 제공하는 제2 믹서(55)

를 구비함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 위상 미스매칭을 개선한 믹서 및 주파수 변환 장치에 대하여 첨부도면을 참조하여 그 구성 및 작용을 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 믹서의 블럭도로서, 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 믹서는 입력신호와 LO 신호를 믹싱하는 믹서로서, 이는 신호 입력단을 통한 신호를 증폭하는 RF 증폭단(41)과, 제1 LO 신호(LO1)와 제2 LO 신호(LO2)와의 합성 위상을 갖는 합성 주파수(LO)에 따라 상기 RF 증폭단(41)을 통한 입력신호(RFIN)를 온/오프 스위칭하는 스위칭단(42)과, 상기 스위칭단(42)에 의한 신호를 I/V 변환하여 출력하는 로드단(43)을 포함한다.

상기 스위칭단(42)은 제1 LO 신호(LO1)에 따라 입력신호(RFIN)를 온/오프 스위칭하는 제1 스위칭부(42-1)와, 상기 제1 스위칭부와 병렬로 접속하고, 제2 LO 신호(LO2)의 반전 주파수에 따라 입력신호(RFIN)를 온/오프 스위칭하는 제2 스위칭부(42-2)를 포함한다. 상기 제1 스위칭부(42-1) 및 제2 스위칭부(42-2)에 대해서는 하기에 보다 자세하게 설명할 것이다.

도 5는 본 발명에 따른 주파수 변환 장치의 블럭도로서, 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 주파수 변환 장치는 90。의 위상차를 갖는 제1 및 제2 LO 신호(LO1,LO2)를 제공하는 QSG(51)와, 상기 QSG(51)로부터의 제1 LO 신호(LO1)와 제2 LO 신호(LO2)의 반전된 주파수와의 합성 위상을 갖는 제1 합성 주파수(LO1')와 입력신호(RFIN)를 믹싱하여 제1 IF 신호(IF1)를 제공하는 제1 믹서(54)와, 상기 QSG(51)로부터의 제1 LO 신호(LO1)와 제2 LO 신호(LO2)와의 합성 위상을 갖는 제2 합성 주파수(LO2')와 입력신호(RFIN)를 믹싱하여 제2 IF 신호(IF2)를 제공하는 제2 믹서(55)를 포함한다.

상기 QSG(51)는 상기 제1 LO 신호(L01)를 제공하는 발진부(51A)와, 상기 발진부(51A)의 LO 신호의 위상을 90°시프트시켜서 상기 제2 LO 신호(LO2)를 제공하는 위상 시프터(51B)를 포함한다.

도 6a,6b는 도 5의 믹서의 내부 블럭도로서, 도 6a를 참조하면, 상기 제1 믹서(54)는 RF신호 입력단을 통한 신호를 증폭하는 RF 증폭단(541)과, 상기 QSG(51)로부터의 제1 LO 신호(LO1)와, 상기 QSG(51)로부터의 제2 LO 신호(LO2)의 반전 주파수와의 합성 위상을 갖는 제1 합성 주파수(LO1')에 따라, 상기 RF 증폭단(541)을 통한 입력신호(RFIN)를 온/오프 스위칭하는 스위칭단(542)과, 상기 스위칭단(542)에 의한 신호를 I/V 변환하여 출력하는 로드단(543)을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 믹서(54)의 스위칭단(542)은 상기 QSG(51)로부터의 제1 LO 신호(LO1)에 따라 입력신호(RFIN)를 온/오프 스위칭하는 제1 스위칭부(542-1)와, 상기 제1 스위칭부(542-1)와 병렬로 접속하고, 상기 QSG(51)로부터의 제2 LO 신호(LO2)의 반전 주파수에 따라 입력신호(RFIN)를 온/오프 스위칭하는 제2 스위칭부(542-2)를 포함한다.

도 6b를 참조하면, 상기 제2 믹서(55)는 RF신호 입력단을 통한 신호를 증폭하는 RF 증폭단(551)과, 상기 QSG(51)로부터의 제2 LO 신호(LO2)와 상기 QSG(51)로부터의 제1 LO 신호(LO1)와의 합성 위상을 갖는 제2 합성 주파수(LO2')에 따라 상기 RF 증폭단(551)을 통한 입력신호(RFIN)를 온/오프 스위칭하는 스위칭단(552)과, 상기 스위칭단(552)에 의한 신호를 I/V 변환하여 출력하는 로드단(553)을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2 믹서(55)의 스위칭단(552)은 상기 QSG(51)로부터의 제2 LO 신호(LO2)에 따라 입력신호(RFIN)를 온/오프 스위칭하는 제1 스위칭부(552-1)와, 상기 제1 스위칭부(552-1)와 병렬로 접속하고, 상기 QSG(51)로부터의 제1 LO 신호(LO1)에 따라 입력신호(RFIN)를 온/오프 스위칭하는 제2 스위칭부(552-2)를 포함한다.

도 7a,7b는 도 5의 믹서의 회로 예시도로서, 도 7a를 참조하면, 상기 제1 스위칭부(542-1)는 MOS 트랜지스터인 M7, M8, M9, M10으로 구성되어 있는데, 상기 M7의 소스와 M8의 소스가 연결되어 있고, 상기 M9의 소스와 M10의 소스가 연결되어 있고, 상기 M7의 드레인과 M9의 드레인이 연결되어 있고, 상기 M8의 드레인과 M10의 드레인이 연결되어 있고, 상기 M7의 게이트와 M10의 게이트가 연결되어 있고, 상기 M8의 게이트와 M9의 게이트가 연결되어 있다.

또한, 도 7a를 참조하면, 상기 제2 스위칭부(542-2)는 MOS 트랜지스터인 M3, M4, M5, M6으로 구성되어 있는데, 상기 M3의 소스와 M4의 소스가 연결되어 있고, 상기 M5의 소스와 M6의 소스가 연결되어 있고, 상기 M3의 드레인과 M5의 드레인이 연결되어 있고, 상기 M4의 드레인과 M6의 드레인이 연결되어 있고, 상기 M3의 게이트와 M6의 게이트가 연결되어 있고, 상기 M4의 게이트와 M5의 게이트가 연결되어 있다.

도 7(a)의 제1 RF 증폭단(541)은 MOS 트랜지스터인 M1, M2로 구성되어 있는데, 상기 M1의 소스와 M2의 소스는 접지되어 있고, 상기 M1의 드레인에는 상기 M3의 소스, M4의 소스, M7의 소스, M8의 소스가 각각 연결되고, 상기 M1의 드레인에는 상기 M5의 소스, M6의 소스, M9의 소스, M10의 소스가 각각 연결되고, 상기 M1의 게이트에는 RF신호의 "+"단자가 연결되고 상기 M2의 게이트에는 RF신호의 "-"단자가 연결된다.

도 7(a)의 제1 로드단(543)은 MOS 트랜지스터인 M11, M12와 저항1과 저항 2로 구성되어 있는데, 상기 M11의 소스와 M12의 소스는 전원소스에 연결되어 있고, 상기 M11의 게이트와 M12의 게이트에 연결되어 있고, 상기 M11의 드레인에는 상기 M3의 드레인, M5의 드레인, M7의 드레인, M9의 드레인이 각각 연결되어 있고, 상기 M11과 M11의 게이트, M12의 게이트 사이에는 저항 1이 연결되어 있고, 상기 M12의 드레인에는 상기 M4의 드레인, M6의 드레인, M8의 드레인, M10의 드레인이 각각 연결되어 있고, 상기 M12와 M11의 게이트, M12의 게이트 사이에는 저항 2가 연결되어 있다.

그리고, 도 7b를 참조하면, 상기 제1 스위칭부(552-1)는 MOS 트랜지스터인 M27, M28, M29, M30으로 구성되어 있는데, 상기 M27의 소스와 M28의 소스가 연결되어 있고, 상기 M29의 소스와 M30의 소스가 연결되어 있고, 상기 M27의 드레인과 M29의 드레인이 연결되어 있고, 상기 M28의 드레인과 M30의 드레인이 연결되어 있고, 상기 M27의 게이트와 M30의 게이트가 연결되어 있고, 상기 M28의 게이트와 M29의 게이트가 연결되어 있다.

또한, 도 7b를 참조하면, 상기 제2 스위칭부(552-2)는 MOS 트랜지스터인 M23, M24, M25, M26으로 구성되어 있는데, 상기 M23의 소스와 M24의 소스가 연결되어 있고, 상기 M25의 소스와 M26의 소스가 연결되어 있고, 상기 M23의 드레인과M25의 드레인이 연결되어 있고, 상기 M24의 드레인과 M26의 드레인이 연결되어 있고, 상기 M23의 게이트와 M26의 게이트가 연결되어 있고, 상기 M24의 게이트와 M25의 게이트가 연결되어 있다.

도 7(b)의 제2 RF 증폭단(551)은 MOS 트랜지스터인 M21, M22로 구성되어 있는데, 상기 M21의 소스와 M22의 소스는 접지되어 있고, 상기 M21의 드레인에는 M23의 소스, M24의 소스, M27의 소스, M28의 소스가 각각 연결되고, 상기 M21의 드레인에는 상기 M25의 소스, M26의 소스, M29의 소스, M30의 소스가 각각 연결되고, 상기 M21의 게이트에는 은 RF신호의 "+"단자가 M22의 게이트에는 RF신호의 "-"단자가 연결된다.

도 7(b)의 제2 로드단(553)은 MOS 트랜지스터인 M31, M32와 저항3과 저항 4로 구성되어 있는데, 상기 M31의 소스와 M32의 소스는 전원소스에 연결되어 있고, 상기 M31의 게이트와 M32의 게이트에 연결되어 있고, 상기 M31의 드레인에는 상기 M23의 드레인, M25의 드레인, M27의 드레인, M29의 드레인이 각각 연결되어 있고, 상기 M31과 M31의 게이트, M32의 게이트 사이에는 저항 3이 연결되어 있고, 상기 M32의 드레인에는 상기 M24의 드레인, M26의 드레인, M28의 드레인, M30의 드레인이 각각 연결되어 있고, 상기 M32와 M31의 게이트, M32의 게이트 사이에는 저항 4가 연결되어 있다.

도 7에서 제1 LO신호의 "+"단이 상기 M7의 게이트, M10의 게이트, M23의 게이트, M26의 게이트에 각각 연결되고, 제1 LO신호의 "-"단이 상기 M8의 게이트, M9의 게이트, M24의 게이트, M25의 게이트에 각각 연결되고, 제2 LO신호의 "+"단이 상기 M4의 게이트, M5의 게이트, M27의 게이트, M30의 게이트에 각각 연결되고, 제2 LO신호의 "-"단이 상기 M3의 게이트, M6의 게이트, M28의 게이트, M29의 게이트에 각각 연결된다.

도 8은 더블 블란스드 믹서의 동작 설명도이고, 도 9의 (a),(b)는 본 발명에 의한 제1 LO 신호(LO1)와 제2 LO 신호(LO2)간의 위상 특성 설명도이며, 도 10a-10d는 종래 IF 신호, LO 신호의 위상 그래프이다. 그리고, 도 11a-11d는 본 발명의 IF 신호, LO 신호의 위상 그래프이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작을 첨부도면에 의거하여 하기에 상세히 설명한다.

도 4를 참조하여 본 발명의 믹서에 대해서 설명하면, 먼저, RF 증폭단(41)은 신호 입력단을 통한 신호를 사전에 설정된 이득으로 증폭하는데, 이 증폭과정을 수행하면서 V/I 변환도 수행한다. 이후, 스위칭단(42)에서는 제1 LO 신호(LO1)와 제2 LO 신호(LO2)와의 합성 위상을 갖는 합성 주파수(LO)에 따라 상기 RF 증폭단(41)을 통한 입력신호(RFIN)를 온/오프 스위칭한다. 그리고, 로드단(43)은 상기스위칭단(42)의 출력신호에 사전에 설정된 로드(R)를 제공하는데, 즉, 상기 스위칭단(42)에 의한 신호를 I/V 변환(I*R=V)하여 출력한다.

상기 스위칭단(42)의 제1 스위칭부(42-1)는 제1 LO 신호(LO1)에 따라 입력신호(RFIN)를 온/오프 스위칭하고, 상기 스위칭단(42)의 제2 스위칭부(42-2)는 상기 제1 스위칭부와 병렬로 접속하고, 제2 LO 신호(LO2)의 반전 주파수에 따라 입력신호(RFIN)를 온/오프 스위칭한다. 상기 제1 스위칭부(42-1) 및 제2 스위칭부(42-2)에 대해서는 하기에 보다 자세하게 설명할 것이다.

전술한 바와 같이, 2개의 LO 신호를 합성하여 하나의 합성 주파수를 제공할 수 있으며, 이러한 LO 신호의 합성에 의하면 90°의 위상차를 갖는 2개의 LO 신호를 보다 정확하게 생성할 수 있게 되는데, 이에 대해서는 하기에 상세하게 설명한다.

도 5를 참조하여 본 발명의 주파수 변환 장치에 대해서 설명하면, 본 발명의 주파수 변환 장치의 QSG(51)는 90。의 위상차를 갖는 제1 및 제2 LO 신호(LO1,LO2)를 제공하고, 그 다음 제1 믹서(54)는 상기 QSG(51)로부터의 제1 LO 신호(LO1)와 제2 LO 신호(LO2)의 반전된 주파수와의 합성 위상을 갖는 제1 합성 주파수(LO1')와 입력신호(RFIN)를 믹싱하여 제1 IF 신호(IF1)를 제공하며, 그리고, 제2 믹서(55)는 상기 QSG(51)로부터의 제1 LO 신호(LO1)와 제2 LO 신호(LO2)와의 합성 위상을 갖는제2 합성 주파수(LO2')와 입력신호(RFIN)를 믹싱하여 제2 IF 신호(IF2)를 제공한다.

예를 들어, 상기 제1 LO 신호(LO1)와 제2 LO 신호(LO2)는 각각 LOI 신호 또는 LOQ 신호에 대응될 수 있는데, 이 경우, 상기 제1 믹서(54)는 I신호를 처리하는 I 믹서에 해당되고, 상기 제2 믹서(55)는 Q신호를 처리하는 Q 믹서에 해당된다.

상기 QSG(51)의 발진부(51A)는 상기 제1 LO 신호(L01)를 제공하고, 또한, 상기 QSG(51)의 위상 시프터(51B)는 상기 발진부(51A)의 LO 신호의 위상을 90°시프트시켜서 상기 제2 LO 신호(LO2)를 제공한다.

도 6a를 참조하여 상기 제1 믹서(54)에 대해서 설명하면, 상기 제1 믹서(54)의 RF 증폭단(541)은 RF신호 입력단을 통한 신호를 증폭하고, 그 다음, 상기 제1 믹서(54)의 스위칭단(542)은 상기 QSG(51)로부터의 제1 LO 신호(LO1)와 상기 QSG(51)로부터의 제2 LO 신호(LO2)와의 반전 주파수와의 합성 위상을 갖는 제1 합성 주파수(LO1')에 따라 상기 RF 증폭단(541)을 통한 입력신호(RFIN)를 온/오프 스위칭한다. 그리고, 상기 제1 믹서(54)의 로드단(543)은 상기 스위칭단(542)에 의한 신호를 I/V 변환하여 출력한다. 여기서, 상기 제1 합성 주파수(LO1')은 I 합성 주파수 또는 Q 합성 주파수에 해당될 수 있으며, 본 발명의 설명에서는 I 합성 주파수에 대응시켜 설명할 것이다.

또한, 상기 스위칭단(542)의 제1 스위칭부(542-1)는 상기 QSG(51)로부터의 제1 LO 신호(LO1)에 따라 입력신호(RFIN)를 온/오프 스위칭하고, 상기 스위칭단(542)의 제2 스위칭부(542-2)는 상기 QSG(51)로부터의 제2 LO 신호(LO2)의 반전 주파수에 따라 입력신호(RFIN)를 온/오프 스위칭한다.

여기서, 상기 제1 스위칭부(542-1)와 상기 제2 스위칭부(542-2)가 병렬로 연결되어 있으므로, 상기 제1 스위칭부(542-1)와 상기 제2 스위칭부(542-2)에 의해서 제1 LO 신호(LO1)와 제2 LO 신호(LO2)의 반전 주파수 사이에 합성이 도 9에 도시한 바와 같이 이루어진다.

도 6b를 참조하여 상기 제2 믹서(55)에 대해서 설명하면, 상기 제2 믹서(55)의 RF 증폭단(551)은 RF신호 입력단을 통한 신호를 증폭하고, 그 다음, 상기 제2 믹서(55)의 스위칭단(552)은 상기 QSG(51)로부터의 제2 LO 신호(LO2)와 상기 QSG(51)로부터의 제1 LO 신호(LO1)와의 합성 위상을 갖는 제2 합성 주파수(LO2')에 따라 상기 RF 증폭단(551)을 통한 입력신호(RFIN)를 온/오프 스위칭하며, 그리고, 상기 제2 믹서(55)의 로드단(553)은 상기 스위칭단(552)에 의한 신호를 I/V 변환하여 출력한다. 여기서, 상기 제2 합성 주파수(LO2')은 I 합성 주파수 또는 Q 합성 주파수에 해당될 수 있으며, 본 발명의 설명에서는 Q 합성 주파수에 대응시켜 설명할 것이다.

또한, 상기 스위칭단(552)의 제1 스위칭부(552-1)는 상기 QSG(51)로부터의 제2 LO 신호(LO2)에 따라 입력신호(RFIN)를 온/오프 스위칭하고, 상기 스위칭단(552)의 제2 스위칭부(552-2)는 상기 제1 스위칭부(552-1)와 병렬로 접속하고, 상기 QSG(51)로부터의 제1 LO 신호(LO1)에 따라 입력신호(RFIN)를 온/오프 스위칭한다.

여기서, 상기 제1 스위칭부(552-1)와 상기 제2 스위칭부(552-2)가 병렬로 연결되어 있으므로, 상기 제1 스위칭부(552-1)와 상기 제2 스위칭부(552-2)에 의해서 제1 LO 신호(LO1)와 제2 LO 신호(LO2) 사이에 합성이 도 9에 도시한 바와 같이 이루어진다.

전술한 바와 같이, 도 6a, 6b를 참조하면, 상기 제1 스위칭단(542)은 LO1과 -LO2를, 그리고 상기 제2 스위칭단(552)은 LO2와 LO1을 입력으로 하면, 두 신호는 도 9에 도시한 바와 같이, 위상 특성을 가지게 된다.

도 9의 (a)를 참조하면, 상기 LO1과 -LO2는 LO1'을 형성하고, 도 9의 (b)를 참조하면, LO2와 LO1은 LO2'를 형성하는데, 상기 LO1', LO2'는 위상차는 90°를 이루게 된다. 이 때 합해진 두 신호는 하나의 신호가 인가된 것처럼 동작하여 일반적인 주파수변환기의 동작특성을 가진다. 여기서 합해진 두 신호간의 진폭 미스매치가 생기게 되는데 주파수변환기의 특성상 일정 크기 이상의 LO 신호(LO)가 스위칭 단에 인가되면 증폭에 영향을 주지 않기 때문에 크게 문제가 되지 않는다. 단, 추가되는 스위칭 단의 전류의 크기에 따라 위상의 미스매치의 개선 정도와 진폭 에러는 서로 상관 관계를 가지고 있으므로 진폭 미스매치가 영향을 크게 주지 않을 정도로 추가되는 스위칭 단의 전류와 크기를 결정해야 한다.

그리고, 도 7a,7b 및 도 8을 참조하여 본 발명의 믹서의 실제 회로구성 예를 들어 LO 신호의 합성에 대해서 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 8을 참조하면, 일 예로 더블 발란스드 믹서(Double Balanced Mixer)인 경우, 이 믹서에서는 도 8에 도시한 바와 같이 RF 증폭단에 흐르는 전류및는 수학식 1과 같이 표현될 수 있고, 그리고 스위칭부(542-2)에 흐르는 전류내지는 하기 수학식 2와 같이 표현될 수 있다. 하기 수학식에서 I SUB D는 직류(DC)를 의미한다.

그리고, 상기 로드단(543)에서의 출력 전류 io1, io2 및는 하기 수학식 3, 4 및 5와 같이 표현될 수 있다.

상기한 수학식들에서, 90° 위상차를 갖는 제1 신호 및 제2 신호, 즉 2개의 신호를 입력할 때 출력도 90°의 위상차를 나타내게 되는 것이 바람직하며, 이는 하기 수학식 6에 보인 바와 같다.

상기 수학식 6에서, 만약 두 θ°의 위상 미스매치가 발생된다면, 출력 위상차는 하기 수학식 7과 같이 표현될 수 있다.

상기 수학식 7에서의 두 식을 합성하여 위상(Phase) 표기법으로 나타내면 하기 수학식 8과 같은 형태로 표현될 수 있는데, 이는 도 9에 도시한 바와 같이 본 발명에 따라 두 LO 신호의 위상을 합성(LO1',L02')하는 것에 해당된다.

그리고, 상기 수학식 8을 이용하면, 90°의 위상차를 갖는 두 신호, 즉 I 합성 주파수(LO1')와 Q 합성 주파수(LO2')의 위상차()는 하기 수학식 9와 같이 표현된다.

이때, I 합성 주파수(LO1')와 Q 합성 주파수(LO2')의 진폭차는 위에서 설명한 바와 같이 믹서의 특성상 그 효과를 거의 제거할 수 있다. 따라서, 출력전류(,)는 하기 수학식 10과 같이 된다.

여기서 합해진 두 신호간의 진폭 미스매치가 생기게 되는데 주파수 변환기 특성상 일정크기 이상의 LO 신호(LO)가 스위칭단에 인가되면 증폭에 영향을 주지 않기 때문에 크게 문제가 되지 않는다.

도 10a-10d는 종래의 제1 및 제2 IF 신호(IF1,IF2), 제1 및 제2 LO 신호(LO1,LO2)의 위상 그래프이고, 도 11a-11d는 본 발명의 제1 및 제2 IF신호(IF1,IF2), 제1 및 제2 LO 신호(LO1',LO2')의 위상 그래프이다.

먼저, 도 10a 내지 도 10d를 참조하면, 도 10c의 LO1 및 LO2의 파형에서 10d에서와 같은 위상차(110.007°)가 있는 경우, 도 10a의 IF1 및 IF2의 파형은 도 10b에서와 같은 위상차(250.377°)가 있으나, 그런데, 도 11a 내지 도 11d를 참조하면, 본 발명의 경우에는, 도 11c의 LO1' 및 LO2'의 파형에서 도 11d에서와 같은 위상차(110.007°)가 있는 경우, 도 11a의 IF1 및 IF1의 파형은 도 11b에서와 같은 위상차(93.1419°)가 있다.

이에 따르면, 종래의 위상 변조기와 본 발명에 따른 위상 변조기에 20°의 위상 미스매치가 있는 LO 신호(LO)를 입력했을 때의 IF 출력의 미스매치 개선도를 비교해 보면, 도 10a-10d 및 도 11a - 11d에 잘 도시되어 있다.

본 발명의 주파수 변환기는 본래의 스위칭단과 추가하는 스위칭단의 비율을 2:1로 하였다. 종래의 경우에서 볼 때는 LO 신호(LO)의 위상 미스매치가 그대로 출력 IF에 미스매치로 나타나고 있는 반면에, 도 11a 내지 도 11d를 참조하면 본 발명의 주파수 변화기의 경우는 위상 미스매치가 20°에서 3.14°로 개선되는 것을 확인할 수 있다. 따라서 본 발명의 주파수 변환기를 이용함으로서 간단히 LO 신호의 위상 미스매치에 의한 IF의 위상 미스매치를 해결할 수 있다.

전술한 바와 같은 본 발명이 적용되는 주파수 변환 장치는 차 또는 합 주파수를 생성하는 믹서, 더블 반란스드 믹서, 주파수 변환기 등을 포함할 수 있고, 또한, 본 발명은 주파수 변환 장치뿐만 아니라, 주파수 변환기능을 수행하는 컨버젼 블록 등과 같이, 90° 위상차를 갖는 신호를 처리하는 송수신기에 적용될 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 90도 위상차를 갖는 두 IF 신호간의 위상 미스매칭(mismatching)을 간단한 구성으로 제거하도록 구현함으로서, 신호대잡음비(SNR)를 향상시킬 수 있고, 이미지 제거(Image-Rejection) 비율을 높일 수 있도록 하는 효과가 있다.

이상의 설명은 본 발명의 구체적인 실시 예에 대한 설명에 불과하고, 본 발명은 이러한 구체적인 실시 예에 한정되지 않으며, 또한, 본 발명에 대한 상술한 구체적인 실시 예로부터 그 구성의 다양한 변경 및 개조가 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.

Claims

입력신호와 LO 신호를 믹싱하는 믹서에 있어서,

제1 LO 신호(LO1)에 따라 입력신호(RFIN)를 온/오프 스위칭하는 제1 스위칭부; 및

상기 제1 스위칭부와 병렬로 접속하고, 제2 LO 신호(LO2)의 반전 주파수에 따라 입력신호(RFIN)를 온/오프 스위칭하는 제2 스위칭부;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 미스매칭을 개선한 믹서.
90。의 위상차를 갖는 제1 및 제2 LO 신호(LO1,LO2)를 제공하는 QSG(51);

상기 QSG(51)로부터의 제1 LO 신호(LO1)와 제2 LO 신호(LO2)의 반전된 주파수와의 합성 위상을 갖는 제1 합성 주파수(LO1')와 입력신호(RFIN)를 믹싱하여 제1 IF 신호(IF1)를 제공하는 제1 믹서(54); 및

상기 QSG(51)로부터의 제1 LO 신호(LO1)와 제2 LO 신호(LO2)와의 합성 위상을 갖는 제2 합성 주파수(LO2')와 입력신호(RFIN)를 믹싱하여 제2 IF 신호(IF2)를 제공하는 제2 믹서(55);

를 구비함을 특징으로 하는 위상 미스매칭을 개선한 주파수 변환 장치.
제2항에 있어서, 상기 QSG(51)는

상기 제1 LO 신호(L01)를 제공하는 발진부(51A); 및

상기 발진부(51A)의 LO 신호의 위상을 90°시프트시켜서 상기 제2 LO 신호(LO2)를 제공하는 위상 시프터(51B);

를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 미스매칭을 개선한 주파수 변환 장치.
제2항에 있어서, 상기 제1 믹서(54)는

상기 QSG(51)로부터의 제1 LO 신호(LO1)에 따라 입력신호(RFIN)를 온/오프 스위칭하는 제1 스위칭부(542-1); 및

상기 제1 스위칭부(542-1)와 병렬로 접속하고, 상기 QSG(51)로부터의 제2 LO 신호(LO2)의 반전 주파수에 따라 입력신호(RFIN)를 온/오프 스위칭하는 제2 스위칭부(542-2);를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 미스매칭을 개선한 주파수 변환 장치.
제2항에 있어서, 상기 제2 믹서(55)는

상기 QSG(51)로부터의 제2 LO 신호(LO2)에 따라 입력신호(RFIN)를 온/오프 스위칭하는 제1 스위칭부(552-1); 및

상기 제1 스위칭부(552-1)와 병렬로 접속하고, 상기 QSG(51)로부터의 제1 LO신호(LO1)에 따라 입력신호(RFIN)를 온/오프 스위칭하는 제2 스위칭부(552-2);를 포함하는 것을 특징으로 하는 미스매칭을 개선한 주파수 변환 장치.
제4항에 있어서, 상기 제1 스위칭부(542-1)는

MOS 트랜지스터인 M7, M8, M9, M10으로 구성되어 있는데,

상기 M7의 소스와 M8의 소스가 연결되어 있고,

상기 M9의 소스와 M10의 소스가 연결되어 있고,

상기 M7의 드레인과 M9의 드레인이 연결되어 있고,

상기 M8의 드레인과 M10의 드레인이 연결되어 있고,

상기 M7의 게이트와 M10의 게이트가 연결되어 있고,

상기 M8의 게이트와 M9의 게이트가 연결되어 구성된 것을 특징으로 하는 위상 미스매칭을 개선한 주파수 변환 장치.
제4항에 있어서, 상기 제2 스위칭부(542-2)는

MOS 트랜지스터인 M3, M4, M5, M6으로 구성되어 있는데,

상기 M3의 소스와 M4의 소스가 연결되어 있고,

상기 M5의 소스와 M6의 소스가 연결되어 있고,

상기 M3의 드레인과 M5의 드레인이 연결되어 있고,

상기 M4의 드레인과 M6의 드레인이 연결되어 있고,

상기 M3의 게이트와 M6의 게이트가 연결되어 있고,

상기 M4의 게이트와 M5의 게이트가 연결되어 구성된 것을 특징으로 하는 위상 미스매칭을 개선한 주파수 변환 장치.
제5항에 있어서, 상기 제1 스위칭부(552-1)는

MOS 트랜지스터인 M27, M28, M29, M30으로 구성되어 있는데,

상기 M27의 소스와 M28의 소스가 연결되어 있고,

상기 M29의 소스와 M30의 소스가 연결되어 있고,

상기 M27의 드레인과 M29의 드레인이 연결되어 있고,

상기 M28의 드레인과 M30의 드레인이 연결되어 있고,

상기 M27의 게이트와 M30의 게이트가 연결되어 있고,

상기 M28의 게이트와 M29의 게이트가 연결되어 구성된 것을 특징으로 하는 위상 미스매칭을 개선한 주파수 변환 장치.
제5항에 있어서, 상기 제2 스위칭부(552-2)는

MOS 트랜지스터인 M23, M24, M25, M26으로 구성되어 있는데,

상기 M23의 소스와 M24의 소스가 연결되어 있고,

상기 M25의 소스와 M26의 소스가 연결되어 있고,

상기 M23의 드레인과 M25의 드레인이 연결되어 있고,

상기 M24의 드레인과 M26의 드레인이 연결되어 있고,

상기 M23의 게이트와 M26의 게이트가 연결되어 있고,

상기 M24의 게이트와 M25의 게이트가 연결되어 구성된 것을 특징으로 하는 위상 미스매칭을 개선한 주파수 변환 장치.