KR20050059080A - 국부 발진기 회로, 이를 포함한 장치 및 통신 시스템 - Google Patents

국부 발진기 회로, 이를 포함한 장치 및 통신 시스템 Download PDF

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KR20050059080A
KR20050059080A KR1020057003186A KR20057003186A KR20050059080A KR 20050059080 A KR20050059080 A KR 20050059080A KR 1020057003186 A KR1020057003186 A KR 1020057003186A KR 20057003186 A KR20057003186 A KR 20057003186A KR 20050059080 A KR20050059080 A KR 20050059080A
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빌헬름 에스 한
엠마누엘 리오우
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코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

원하는 주파수의 출력 발진기 신호를 생성하기 위한 멀티 밴드 국부 발진기는 입력 발진기 신호를 제공하는 단일의 전압 제어 발진기(22)와 스위치 분배기 블럭(20)에 의해 구현된다. 출력 신호는 밴드 스위칭을 위한 필터들 세트(26) 중의 선택된 하나와 주파수 분배기(40)를 통해 통과되며 실질적으로 전압 제어 발진기(22)의 입력 발진기 신호와 혼합된다.

Description

국부 발진기 회로, 이를 포함한 장치 및 통신 시스템{MULTIPLE BAND LOCAL OSCILLATOR FREQUENCY GENERATION CIRCUIT}
본 발명은 일반적으로 반도체 집적 회로(IC) 디바이스에 관한 것으로, 특히 무선 LAN에서 동작하는 통신 장치의 송신기 혹은 수신기에 사용하기 위한 국부 발진기(LO) 주파수 생성 회로에 관한 것이다. 본 발명은 특히 IEEE802.11g무선 장치와 같은 멀티 밴드 국부 발진기(multi-band local oscillator)를 필요로하는 콤보 장치(combo device)에 관한 것이다. 본 발명의 다른 애플리케이션들은 무선 혹은 지상파 매체를 통한 다양한 주파수 대역에서 동작할 필요가 있는 송신기 또는 수신기를 포함한다.
국부 주파수 발진기를 갖는 장치들은 셀룰러 폰 내지 텔레비젼 튜너에서 무선 LAN 혹은 무선 퍼스널 영역 네트워크(wireless personal area networks) 범위의 가령 IEEE802.15, IEEE802.11a/b, HiperLAN2 또는 Zigbee와 같은 다양한 표준화 프로토콜을 구현하는 많은 애플리케이션에서 사용되고 있다. 무선 장치는 그의 수신기의 안테나를 통해 무선 신호를 수신한다. 무선 신호는 베이스밴드 신호를 생성하기 위해 다른 처리를 위한 LO 주파수 생성 회로로부터 생성된 LO 주파수 신호와 혼합된다. 수신기는 통상적으로 다중 주파수 밴드로 무선 신호들을 수신할 수 있다. 현재, 다중 주파수 밴드를 생성하기 위해 주파수 신호를 생성하는 LO 주파수 밴드 스위칭을 구현하는 방식은 여러가지가 있다.
통상적으로, 단순한 구현예는 수개의 전압 제어 발진기(VCO)(각각의 전압 제어 발진기는 생성될 원하는 주파수에 대해 각각이 필요함)와 하나의 멀티플렉서를 포함한다. 멀티플렉서는 원하는 주파수들로부터 소정의 주파수의 선택을 가능케한다. 이러한 기술의 주요 결함은 스위칭 시간이 길며 실리콘 영역이 넓게 요구된다는 것이다.
다른 방안은 하나의 캐패시터 뱅크와 연계하여 오직 하나의 VCO를 사용하는 것이다. 원하는 주파수는 다음에 캐패시터 뱅크 내의 선택된 캐패시터들 중에서 스위칭을 통해 생성된다.
또다른 공지 기술은 하나의 VCO와 그 다음에 N의 젯수를 갖는 주파수 분배기를 사용하는 것이다. 주파수 분배기를 스위칭 온/오프함으로써, VCO 주파수의 정수배 부고조파인 주파수들이 생성된다. 이러한 기술의 한계는 이 기술이 작은 정수에 대해서만 작동되며 비정수 밴드 주파수 비율을 생성할 수가 없다는 것이다. 또한, 고주파수 VCO 가 통상적으로 요구된다.
따라서, 우수한 성능을 갖는 개선된 LO 주파수 생성 회로가 요구된다.
도 1은 전형적인 종래의 I/O 회로이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 I/O 회로이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 검출 회로의 개략적인 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시에에 따른 전압 참조 회로의 개략적인 도면이다.
도면 전체에 걸쳐 동일한 참조 번호는 유사하거나 대응하는 특징부나 기능부를 나타낸다.
본 발명의 목적은 다양한 주파수 밴드를 생성하는 고유의 발진기를 갖는 멀티 밴드 국부 발진기 구현예를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전압 제어 발진기의 주파수 범위를 선택하기 위해 기존의 구현예보다 더 큰 융통성을 제공하는 국부 발진기 생성 회로를 제공하는 것이다.
이러한 목적 달성을 위해, 본 발명의 LO 주파수 생성 회로는 입력 주파수 신호로부터 출력 LO 주파수 신호를 생성한다. 이 주파수 생성 회로는 하나의 스위치와 다수의 필터를 포함하는 스위치 회로를 포함한다. 스위치 회로는 필터들 중의 하나를 통해 출력 LO 주파수 신호를 필터링하여 필터링된 주파수 신호를 생성하도록 구성된다. 주파수 분배기는 필터링된 주파수 신호의 주파수와 미리 설정된 비율을 승산하여 2차 출력 주파수 신호를 생성하도록 구성된다. 출력 LO 주파수 신호는 입력 주파수 신호와 2차 출력 주파수 신호를 혼합하는 혼합기 내에서 생성된다.
본 발명의 회로는 스위치 회로의 적절한 필터로 스위칭함으로써 원하는 주파수의 출력 신호를 생성할 수가 있다. 따라서, 입력 주파수 신호의 적절한 주파수와 상기 필터 및 주파수에 대한 적절한 특성을 설정함으로써 원하는 출력 주파수 신호를 생성할 수가 있다. 원하는 주파수 밴드는 그후 입력 주파수 신호의 주파수 밴드에 기초하여 획득될 수 있다. 입력 주파수 신호는 국부 전압 제어 발진기(VCO)로부터 획득될 수 있다. 스위치 회로 및 주파수 분배기의 특성은 VCO의 발진 주파수 및 달성하고자 하는 출력 주파수 신호의 원하는 주파수에 기반하여 결정될 수 있다. 스위치 회로의 각각의 필터에 대해 소정의 출력 LO 주파수가 생성될 수 있다.
일실시예에서, 스위치 회로는 로우패스 필터와 하이패스 필터 간의 스위칭을 가능케 하며, 이로써 본 발명은 두개의 주파수 및 대응하는 두개의 주파수 밴드를 유도할 수 있다. 따라서 본 발명의 이점은 단일의 전압 제어 발진기를 사용하여 상이한 주파수 밴드의 생성을 가능케하는 것이다. 본 발명의 다른 이점은 VCO의 입력 주파수의 위와 아래에 위치한 주파수 밴드의 생성을 가능케한다는 것이다. 따라서, 본 발명은 VCO가 동작하는 주파수 밴드의 선택시에 커다란 융통성을 제공한다. 따라서 주파수는 위상 노이즈와 튜닝 범위를 최적화하도록 선택되며, 결과적으로 VCO의 주파수 밴드는 야기되는 위상 노이즈를 감소시키도록 보다 더 작게 만들어질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 본 발명의 회로는 주파수 분배기 대신에 본 발명의 회로를 삽입함으로써 다른 주파수를 생성하는데 사용될 수 있다. 그러한 회로는 두개의 스위치 회로를 포함하며, 상기 스위치 회로가 하이패스 필터와 로우패스 필터 간의 스위칭을 가능케하는 일실시예에서, 이후에 설명될 필터의 이용가능한 4개의 조합으로부터 4개의 주파수가 생성될 수 있다. 다른 실시예에서, 출력 LO 주파수 신호는 본 발명의 회로들의 케스케이드로부터 생성될 수 있다.
다른 목적 및 구현은 본 발명의 완전한 이해와 더불어 첨부되는 도면과 연계하여 취해진 청구범위 및 아래의 상세한 설명을 참조하여 명확하고 분명해질 것이다.
본 발명은 참부된 도면을 참조한 실시예를 통해 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 장치에 사용하기 위한 수신기(10)의 기능적인 블럭도이다. 수신기(10)는 안테나(12)를 통해 무선 신호를 수신한다. 무선 신호는 로우 노이즈 증폭기(LNA)(14)에 의해 증폭된다. 수신기(10)는 전압 제어 발진기(VCO)(22)를 포함하는데, 이 발진기는 스위치 분배기 블럭(20)에 입력되는 주파수 신호 Fin를 생성한다. 블럭(20)은 혼합기(24)를 통해 LNA(14)로부터 증폭된 주파수 신호와의 혼합을 위해 상이한 주파수 밴드에 존재할 수 있는 국부 발진기(LO) 주파수 신호 Fout를 생성한다. 혼합된 주파수 신호는 로우패스 필터(26)에 의해 필터링되며, 상기 로우패스 필터는 필터링된 신호를 베이스밴드 신호를 생성하기 위한 가변 이득 증폭기(VGA)(32)에 제공한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 스위치 분배기 블럭(20)의 기능적 블럭도이다. 블럭(20)은 혼합기(34), 스위치 회로(36) 및 주파수 분배기(40)를 포함한다. 입력 주파수 신호 Fin은 VCO(22)로부터 스위치 분배기 블럭(20)으로 제공되어 출력 주파수 신호 Fout를 생성한다. 출력 주파수 신호 Fout는 스위치 회로(36) 및 주파수 분배기(40)를 통해 피드백되며 혼합기(34)에 의해 입력 주파수 신호 Fin과 혼합된다. 스위치 회로(36)는 단지 선택된 주파수만이 Fin과 혼합가능하게 하는 다수의 필터를 포함하는데, 이는 나중에 상세히 설명된다. 주파수 분배기(40)는 또한 스위치 회로(36)에서 선택된 주파수를 사전 설정된 비율로 분배한다. 본 발명의 또다른 실시예에서, 주파수 분배기(40)는 스위치 회로(36) 앞에 배치되어 출력 주파수 신호 Fout가 먼저 주파수 분배를 위한 주파수 분배기(40)를 통해 통과하고 그 후 스위치 회로(36)의 필터들 중의 선택된 하나의 필터를 통해 필터링된다. 그러한 구현예는 도 2에 도시된 실시예의 필터들보다는 보다 급격한 특성을 갖는 주파수 필터들을 필요로 하는데, 그 이유는 필터들로 유입되는 주파수들은 보다 작은 밴드에 응축될 수 있기 때문이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 스위치 분배기 블럭(30) 내의 스위치 회로(36)의 구현예를 도시한다. 스위치 회로(36)는 하이패스 필터(42), 로우패스 필터(44) 및 스위치(46)를 포함한다. 스위치(46)는 하이패스 필터(42)와 로우패스 필터(44) 간의 선택을 가능하게 한다. 만약 하이패스 필터(42)가 선택된다면, Fout가 Fout=(N/(N-1))*Fin으로서 표현된다. 한편, 만약 로우패스 필터(44)가 선택된다면, Fout=(N/(N+1))*Fin으로서 표현된다. 일예로서, IEEE802.11a/b 프로토콜 표준을 구현하는 무선 장치에서, N=3과 VCO 주파수 Fin=3.5GHz이면 다음과 같이 하이패스 필터는 Fout=5.25GHz가 되며, 로우패스 필터는 Fout=2.625GHz가 되도록 선택된다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 스위치 분배기 블럭(50)의 도시도이다. 이 실시예는 제 2 혼합기(54)가 부가되고 주파수 분배기(40)의 젯수 N이 우수로 세트된 것을 제외하고는 도 3의 것과 유사하다. 이 실시예는 모든 동위상 출력 I1 및 I2(I2는 180°만큼 시프트됨)와 모든 직교 출력 Q1 및 Q2(Q1은 180°만큼 시프트됨)를 생성하도록 우수 비율을 갖는 분배기(40)의 본질적 특성을 이용한다. 실제로, 우수 비율을 갖는 분배기는 소정의 신호 및 90°및 270°만큼 시프트된 그의 시프트된 버전을 생성하는데 사용될 수 있다. 따라서, 분배기(40)가 출력 신호를 제공할 경우, 그 분배기는 90°, 180° 및 270°만큼 시프트된 버전을 제공한다.
도 5는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 스위치 분배기 블럭(60)을 도시한다. 이 실시예는 스위치 회로(36)의 상이한 구현을 포함하는 것을 제외하고는 도 3의 것과 유사하다. 도 5에서, 스위치 회로(36)는 하이패스 필터(42), 로우패스 필터(44) 및 스위치(46)에 부가하여 밴드 패스 필터(62) 및 노치 필터(64)를 포함한다. 스위치(46)는 4개의 필터들 간의 선택을 가능하게 한다. 시리얼 노치 필터(64)는 그의 세팅에 따라 고주파수 혹은 저주파수로 동작할 수 있다. 스위치(46)를 전환하게 되면 하이패스 필터 혹은 로우패스 필터로서 동작하는 필터들(62,64,42 또는 44) 중의 하나를 선택할 수가 있다. 따라서, 출력 주파수 신호 Fout는 원하는 주파수에 따라 로우패스 필터 혹은 하이패스 필터를 통과할 수 있다. 만약 선택된 필터(42, 62 또는 64)가 하이패스 필터로서 동작하게 되면, 출력 주파수 신호 Fout는 다음과 같이, 즉 Fout=(N/(N-1))*Fin으로서 표현될 수 있다. 만약 선택된 필터가 로우패스 필터로 동작하게 된다면, 출력 주파수 신호는 다음과 같이, 즉 Fout=(N/(N+1))*Fin으로서 표현될 수 있다.
위의 실시예에서, 주파수 분배기(40)의 젯수 N은 정수이거나 분수일 수 있다. 또한, 주파수 분배기(40)는 도 6에 도시된 바와 같은 스위치 분배기 블럭에 의해 대치될 수 있으며 그에 따라 주파수 분배기들(40)의 캐스케이스된 구현예를 생성할 수가 있다.
도 6은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 스위치 분배기 블럭(70)을 도시한다. 이 실시예는 주파수 분배기(50)가 다른 스위치 분배기 블럭(40')으로 대치되는 것을 제외하고는 도 2의 것과 유사하다. 주파수 분배기 블럭(40')은 또한 또다른 스위치 분배기 블럭 등으로 대치될 수 있다. 그렇게 함으로서, 2k개의 주파수 밴드들이 생성 및 선택되는데, k는 사용되는 스위치 분배기 블럭의 개수이다. 따라서, 2개의 스위치 분배기 블럭을 사용함으로써, 4개의 주파수 밴드가 생성되며, 3개의 스위치 분배기 블럭을 사용함으로써 8개의 주파수 밴드가 생성될 수 있다. Fout의 주파수 밴드는 Fin을 생성하는 VCO의 주파수 밴드가 되는 Fin의 주파수 밴드로부터 직접 획득된다. 그러한 실시예는 보다 작은 밴드를 갖는 VCO의 사용을 가능하게 하는데, 그 이유는 본 발명이 Fout에 대한 보다 큰 주파수 밴드를 생성할 수 있기 때문이다. 따라서, VCO의 밴드는 위상 노이즈를 최소화하도록 선택될 수 있다.
본 발명이 특정 실시예와 연계하여 기술되었지만, 분명한 것은 당업자라면 전술한 설명에 비추어 많은 대안, 수정, 및 변화를 가할 수 있다는 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위의 사상 및 영역 내에서 모든 수정 및 변화를 포함하는 것으로 간주될 수 있다.

Claims (10)

  1. 입력 주파수 신호로부터 출력 LO 주파수 신호를 생성하기 위한 국부 발진기(LO) 회로에 있어서,
    하나의 스위치 및 다수의 필터를 포함하되, 다수의 필터들 중의 하나의 필터를 통해 출력 LO 주파수 신호를 필터링하여 필터링된 주파수 신호를 생성하도록 구성된 스위치 회로와,
    상기 필터링된 주파수 신호의 주파수를 사전 설정된 비율로 승산하여 2차 출력 주파수 신호를 생성하도록 구성된 주파수 분배기와,
    상기 입력 주파수 신호와 상기 2차 출력 주파수 신호를 혼합하여 상기 출력 LO 주파수 신호를 생성하도록 구성된 혼합기를 포함하는
    국부 발진기 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위치 회로는 상기 필터링된 주파수 신호를 생성하기 위한 필터를 포함하되, 상기 필터는 로우패스 필터, 하이패스 필터, 밴드 패스 필터 또는 노치 필터 중의 하나인
    국부 발진기 회로.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 입력 주파수 신호를 생성하기 위한 전압 제어 발진기를 더 포함하는
    국부 발진기 회로.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 입력 주파수 신호는 실질적으로 3.5GHz와 동일한 주파수를 가지며,
    상기 분배기는 상기 필터링된 주파수 신호로부터 상기 2차 출력 주파수 신호를 생성하기 위한 2차 국부 발진기(LO) 회로를 포함하되,
    상기 2차 회로는,
    2차 스위치와 다수의 2차 필터를 포함하되, 상기 2차 필터들 중의 하나의 필터를 통해 상기 2차 출력 LO 주파수 신호를 필터링하여 2차 필터링된 주파수 신호를 생성하도록 구성된 2차 스위치 회로와,
    상기 2차 필터링된 주파수 신호를 제 2 사전 설정된 비율로 승산하도록 구성된 2차 주파수 분배기와,
    상기 필터링된 주파수 신호와 상기 2차 주파수 분배기의 출력을 혼합하여 상기 2차 출력 주파수 신호를 생성하도록 구성된 2차 혼합기를 포함하는
    국부 발진기 회로.
  5. 입력 주파수 신호로부터 출력 LO 주파수 신호를 생성하기 위한 국부 발진기(LO) 회로를 포함하는 장치에 있어서,
    상기 국부 발진기 회로는,
    하나의 스위치 및 다수의 필터를 포함하되, 상기 필터들 중의 하나를 통해 상기 출력 LO 주파수 신호를 필터링하여 필터링된 주파수 신호를 생성하도록 구성된 스위치 회로와,
    상기 필터링된 주파수 신호의 주파수를 사전 설정된 비율로 승산하여 2차 출력 주파수 신호를 생성하도록 구성된 주파수 분배기와,
    상기 입력 주파수 신호와 상기 2차 출력 주파수 신호를 혼합하여 상기 출력 LO 주파수 신호를 생성하도록 구성된 혼합기를 포함하는
    장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 장치는 IEEE802.11 표준의 보충에 기반하여 동작하는 송신기를 포함하는 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 장치는 IEEE802.11a, IEEE802.11b, 또는 IEEE802.11g 표준 중의 하나에 기반하여 동작하는 수신기를 포함하는
    장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 장치는
    무선 LAN을 통해 데이터 신호를 수신하기 위한 안테나와,
    상기 수신된 데이터 신호와 상기 출력 LO 주파수 신호를 혼합하기 위한 혼합 장치를 더 포함하는
    장치.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 장치는
    무선 주파수 데이터 신호를 송신하기 위한 안테나와,
    베이스밴드 데이터 신호와 상기 출력 LO 주파수 신호를 혼합하여 상기 무선 주파수 데이터 신호를 생성하기 위한 혼합 장치를 더 포함하는
    장치.
  10. 액세스 포인트 및 무선 매체를 통해 통신을 행하기 위한 적어도 하나의 모바일 스테이션을 포함하는 통신 시스템에 있어서,
    상기 액세스 포인트 또는 상기 모바일 스테이션 중의 하나는
    입력 주파수 신호로부터 출력 LO 주파수 신호를 생성하기 위한 국부 발진기(LO) 회로를 포함하며,
    상기 국부 발진기 회로는,
    하나의 스위치 및 다수의 필터를 포함하되, 상기 필터들 중의 하나를 통해 상기 출력 LO 주파수 신호를 필터링하여 필터링된 주파수 신호를 생성하도록 구성된 스위치 회로와,
    상기 필터링된 주파수 신호의 주파수를 사전 설정된 비율로 승산하여 2차 출력 주파수 신호를 생성하도록 구성된 주파수 분배기와,
    상기 입력 주파수 신호를 상기 2차 출력 주파수 신호와 혼합하여 상기 출력 LO 주파수 신호를 생성하도록 구성된 혼합기를 포함하는
    통신 시스템.
KR1020057003186A 2002-08-27 2003-08-22 국부 발진기 회로, 이를 포함한 장치 및 통신 시스템 KR20050059080A (ko)

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