KR20050084755A - 가변 진폭 ｌｏ 신호들을 사용한 직접 변환 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 주파수 컨버전 프로세스 이후 출력 신호 레벨에 기초하여 LO 신호의 진폭을 제어함으로써 LO 누설을 감소시키는 기술에 관한 것이다. LO 발생기는 VCO 신호를 수신하여, VCO 신호의 주파수와 관련된 주파수 및 가변 진폭을 가진 LO 신호를 생성한다. 가변 이득 증폭기는 제어 신호를 수신하여, 제어 신호에 기초하여 LO 신호의 진폭을 조정한다. 가변 진폭 LO 신호가 출력 신호(예, RF)를 얻기 위해 입력 신호(예, 기저대역)의 주파수 업컨버전(예, 직접 업컨버전)에 사용된다. LO 신호 진폭과 출력 신호 레벨 사이의 관계는 특정 전달함수에 의해 정의된다. 일반적으로, LO 신호는 높은 출력 신호 레벨에 대해 높게 설정되고 낮은 출력 신호 레벨에 대해 비례하게 감소된다.

Description

가변 진폭 ＬＯ 신호들을 사용한 직접 변환 {DIRECT CONVERSION WITH VARIABLE AMPLITUDE LO SIGNALS}
본 발명은 회로들 특히, 가변 진폭 국부 발진기(LO)를 신호를 사용하여 직접 변환을 수행하기 위한 기술들에 관한 것이다.
무선 통신 시스템에서, 데이터는 일반적으로 무선 링크를 통한 전송에 더욱 적합한 무선 주파수(RF) 변조 신호를 얻기 위해 디지털적으로 처리(예, 코딩 및 변조)되어 기저대역으로부터 RF로 주파수로 주파수 업컨버전된다. 주파수 업컨버전은 여러 송신기 아키택처를 사용하여 수행된다. 수퍼 헤테로다인 송신기 아키택처에서, 주파수 업컨버전은 적어도 두 스테이지에서 수행된다 - 제 1 스테이지에서 전형적으로 기저대역으로부터 중간 주파수(IF)로 다음으로 제 2 스테이지에서 IF로부터 RF로 변환된다. 직접 컨버전 송신기 아키택처에서, 주파수 업컨버전은 단일 스테이지에 의해 수행된다 - 기저대역으로부터 RF로 직접 변환된다. 각각의 스테이지는 입력 주파수(기저대역 또는 IF)로부터 출력 주파수(IF 또는 RF)로의 업컨버전을 수행하기 위한 LO 신호를 필요로 한다.
송신기에 대한 중요 설계 고려요인은 RF 변조 신호내 LO 누설량이다. 이상적인 주파수 업컨버전 스테이지는 입력 신호 및 LO 신호를 수신하여, LO 신호의 주파수에 의해 주파수로 병진된 입력 신호인 출력 신호를 생성한다. 하지만, 회로 소자들내 불완전성 및 회로 레이아웃으로 인해, 몇몇 LO 신호는 불가피하게 출력 신호로 누설된다. 누설된 LO 신호는 출력 신호내 간섭과 같은 역할을 하고 더욱이 다른 저하를 야기한다.
LO 누설은 LO 신호의 주파수가 원하는 RF 출력 주파수로 설정되기 때문에 직접 컨버전 송신기의 경우 더욱 문제가 된다. 이러한 송신기에 대해, LO 신호는 출력 신호에 저항적으로(예, 실리콘 기판을 통해) 또는 자기적으로(예, LO 회로 및 송신 신호 경로에 사용된 인덕터들을 통해) 연결될 수 있다. 이와는 대조적으로, 수퍼 헤테로다인 송신기의 경우, 스테이지별 LO 신호들은 원하는 RF 주파수가 아니며, 송신 신호 경로내 LO 커플링 및 이득 분포는 일반적으로 LO 누설이 심각하지 않도록 되어 있다.
LO 누설은 또한 출력 전력에 대해 광범위한 조정을 제공할 것을 요구받는 송신기에 더욱 문제가 된다. 넓은 전력 조정을 필요로 하는 이러한 애플리케이션중 하나가 코드분할 다중접속(CDMA) 통신 시스템이다. CDMA 시스템내 역방향 링크에서, 각각의 단말로부터의 신호는 전체(예, 1.288MHz) 시스템 대역폭에 대해 스펙트럼 확산된다. 각각의 단말로부터 전송된 신호는 시스템내 다른 단말들의 신호에 대해 간섭과 같은 역할을 한다. 간섭을 최소화하고 시스템 커패시티를 증가시키기 위해, 각각의 단말의 송신 전력은 요구된 수신 신호 품질이 다른 단말들에 대한 간섭은 최소화하면서 유지되도록 조정된다. 순방향 링크에서, 각각의 단말에 전송된 송신 전력은 더 많은 단말들이 전체 송신 전력중 주어진 고정된 양만을 서비스하도록 조정된다. 몇몇 CDMA 시스템들에 대해, 단말은 85dB 이상의 범위로 자신의 전력을 조정할 수 있을 것을 요구받는다.
출력 신호가 고전력 레벨일 때, 직접 컨버전 송신기의 경우라도 출력 신호에 대한 LO 누설량은 일반적으로 작다. 하지만, 출력 신호 레벨이 감소된다면, LO 누설은 더욱 중요하게 된다. 실제로, 출력 신호의 품질은 원하는 신호 레벨에 LO 누설량이 접근함에 따라 저하된다. 광범위한 출력 전력을 제공하는데 필요한 직접 컨버전 송신기에 대해, LO 누설은 LO 누설로 인한 저하가 최소 출력 전력 레벨에서도 허용될 수 있도록 하기에 적절하게 처리될 것을 필요로 한다.
그러므로, 직접 컨버전을 수행할 때 출력 신호에 대한 LO 누설을 완화시키기 위한 기술이 필요하다.
도 1은 트랜시버 유닛의 블록도.
도 2는 직접 업컨버전 프로세스를 도시하는 그래프.
도 3은 직접 업컨버터의 블록도.
도 4는 가변 진폭 LO 발생기의 블록도.
도 5는 LO 신호 진폭 대 출력 신호 레벨에 대한 예시적인 전달함수를 도시하는 도면.
도 6 및 도 7은 각각 가변 진폭 직교 LO 발생기의 블록도 및 개략도.
도 8은 진폭 제어 유닛의 블록도.
본 발명에 따르면, 주파수 컨버전 프로세스 이후 출력 신호의 레벨에 기초하여 LO 신호의 진폭을 제어함으로써 LO 누설을 감소시키는 기술이 제공된다. LO 신호는 높은 레벨 출력 신호에 대해 높게 설정되고, 이는 많은 LO 누설량도 허용할 수 있다. LO 신호는 낮은 레벨 출력 신호에 대해 이에 비례하게 감소되며, 이는 LO 누설로 인한 저하에 더욱 민감하게 된다. 많은 LO 신호가 높은 출력 신호 레벨에서 잡음 및 직선성 성능에 바람직하다. 이러한 요구는 낮은 출력 신호 레벨들에서 감소된다. LO 신호 레벨과 출력 신호 레벨 사이의 전달함수는 캐리어(또는 LO) 억압 및 다른 관련 사항들과 성능 기준들이 달성될 수 있도록 정의된다.
일 실시예는 LO 발생기 및 가변 이득 증폭기로 구성된 집적회로를 제공한다. LO 발생기는 전압 제어 발진기(VCO) 신호(또는 VCO 신호의 하나의 버전)를 수신하여, VCO 신호의 주파수와 관련된 가변 진폭 및 주파수를 가진 LO 신호를 생성한다. 가변 이득 증폭기는 제어 신호를 수신하고, 제어 신호에 기초하여 LO 신호의 진폭을 조정한다. 가변 진폭 LO 신호는 출력 신호(예, 무선 주파수(RF))를 얻기 위해 입력 신호(예, 기저대역)의 주파수 업컨버전(예, 직접 업컨버전)에 사용된다. 직교 LO 생성 및 주파수 업컨버전이 수행되며, 이 경우 입력 신호는 동상(I) 및 직교(Q) 신호들로 구성되며, LO 신호는 I 및 Q LO 신호들로 구성된다.
출력 신호는 업컨버전된 신호로부터 유도되며, 이는 주파수 컨버전에 의해 생성된다. 예를 들어, 출력 신호는 가변 이득을 가진 업컨버전 신호를 증폭함으로써 생성되고, 다음으로 가변 신호 레벨을 가진다. LO 신호의 진폭은 출력 신호 레벨에 의존한다. LO 신호 진폭 및 출력 신호 레벨은 특정 전달함수에 의해 관련된다. 이러한 전달함수는 LO 신호 진폭이 특정 임계치 이상의 출력 신호 레벨에 대해서는 대략적으로 일정하도록 하고 이러한 임계치 이하의 출력 신호 레벨(특정 이득 기울기에 기초하여)에 비례하도록 정의된다. 임계치 및/또는 이득 기울기는 선택가능하거나 또는 프로그램가능하다.
본 발명의 여러 특징들 및 실시예들이 이하에서 상세히 설명된다.
본 발명의 특징들, 특성 및 장점들이 전체적으로 유사 참조 부호들이 식별되는 도면과 관련하여 이하에 개시되는 상세한 설명을 통해 명확해질 것이다.
도 1은 무선 통신에 사용되는 트랜시버 유닛(120)의 실시예의 블록도를 도시한다. 트랜시버 유닛(120)은 송신기 및 수신기를 포함하며, 단말(예, 셀룰러 전화 또는 핸드셋) 또는 CDMA 시스템내 기지국에서 사용된다. 트랜시버 유닛(120)은 다른 통신 시스템을 위한 디바이스들에서 사용될 수도 있다.
송신 경로에서, 디지털 신호 프로세서(110)는 동상(I) 및 직교(Q) 데이터 스트림으로서 디지털 데이터를 제공한다. I 및 Q 데이터 스트림들은 디지털-아날로그 컨버터들(DAC)(122)에 의해 I 및 Q 아날로그 신호들로 변환되며, 디지털-아날로그 변환에 의한 이미지들을 제거하기 위해 필터들(124)에 의해 필터링되며, 증폭기(AMP)(126)에 의해 증폭된다.
직접 업컨버터(130)는 증폭기들(126)로부터 증폭된 I 및 Q 신호들을 수신하고 송신(TX) LO 발생기(144)로부터 I 및 Q 신호들을 수신한다. 직접 업컨버터(130)은 I 및 Q LO 신호들을 사용하여 증폭된 I 및 Q 신호들의 기저대역으로부터 RF로의 직접 컨버전을 수행한다. 업컨버팅된 신호는 가변 이득 증폭기(VGA)(132)에 의해 증폭되고, 필터(134)에 의해 필터링되며, 전력 증폭기(PA)(136)에 의해 증폭되어 RF 변조 신호를 생성한다. 다음으로, RF 변조 신호는 듀플렉서(D)(138)를 통해 라우팅되고 안테나(170)로부터 전송된다.
수신 경로상에서, 신호는 안테나(170)에 의해 수신되어, 듀플렉서(138)를 통해 라우팅되고, 저잡음 증폭기(LNA)(162)에 의해 증폭되며, 필터(164)에 의해 필터링되고, 버퍼(166)에 의해 버퍼링된다. 직접 다운컨버터(170)가 버퍼(166)로부터 버퍼링된 신호를 수신하며, 수신(RX) LO 발생기(154)로부터 I 및 Q LO 신호를 수신한다. 다음으로, 다운컨버터(170)는 I 및 Q LO 신호들을 사용하여 RF로부터의 버퍼링된 신호를 기저대역으로 곧바로 직접 다운컨버전을 수행한다. 다음으로, 기저대역 I 및 Q 신호들은 VGA들(172)에 의해 증폭되고, 필터들(174)에 의해 필터링되며, 아날로그-디지털 컨버터들(ADC)(176)에 의해 디지털화되어 샘플들을 제공한다. 다음으로, 샘플들은 추가의 처리를 위해 디지털 신호 프로세서(110)에 제공된다.
전압 제어 발진기들(VCO)(142 및 152)은 LO 신호들을 생성하는데 사용되며 다음으로, 주파수 업컨버전 및 다운컨버전에 사용된 VCO 신호들을 각각 제공한다. VCO 신호는 특정 기본 주파수(fVCO)를 가진 주기적인 신호이고 임의의 파형을 가진다(예, 사인파, 정현파, 톱니파 등). 다른 주파수들이 CDMA 시스템내에서 순방향(또는 다운링크) 및 역방향(또는 업링크)으로 사용되기 때문에, VCO들(142 및 152)로부터의 VCO 신호들은 LO 생성기(144 및 154)의 설계에 따라 동일한 또는 다른 주파수들을 가진다. 위상 동기 루프(PLL)(140)는 디지털 신호 프로세서(110)로부터 정보를 수신하며, VCO들(142 및 152)의 주파수 및/또는 위상을 조정하는데 사용되는 제어를 제공한다. VCO들(142 및 152)은 몇몇 다른 형태의 발진기로 구현될 수 있다.
TX LO 발생기(144)는 VCO(142)로부터 VCO 신호를 수신하여 직접 업컨버터(130)에 대한 I 및 Q LO 신호들을 생성한다. 유사하게, RX LO 발생기(154)는 VCO(152)로부터 VCO 신호를 수신하여 직접 다운컨버터(170)에 대한 I 및 Q LO 신호들을 생성한다. 진폭 제어 유닛(146 및 156)은 프로세서(110)로부터 제어들을 수신하여 LO 발생기들(144 및 154)로부터의 LO 신호들의 진폭을 각각 조정하는데 사용되는 진폭 제어 신호들을 생성한다.
도 1은 특정 트랜시버 설계를 도시한다. 전형적인 트랜시버에서, 송신 및 수신 경로내 신호들의 컨디셔닝은 증폭기, 필터 등의 하나 이상의 스테이지에 의해 수행되며, 이들은 당업자에게 공지된 바와 같이, 도 1에 도시된 것과 다르게 배치될 수 있다. 도 1에 도시되지 않은 다른 회로 블록들 또한 송신 및 수신 경로들내 신호들을 컨디셔닝하는데 사용된다.
도 1은 송신 및 수신 경로 모두에 대해 사용되는 직접 컨버전을 도시한다. 다른 설계에서, 직접 컨버전은 송신 경로만을 위해 또는 수신 경로만을 위해 사용된다. 여기서 사용된 바와 같이, 용어가 사용되는 문맥에 따라 직접 컨버전은 직접 업컨버전, 직접 다운컨버전 또는 직접 업컨버전과 다운컨버전으로 불린다.
직접 컨버전은 BPSK, QPSK, PSK, QAM 등을 포함하는 여러 변조 방식들에 대해 사용될 수 있고, 이들은 모두 당업자에게 공지되어 있다. 명료함을 위해, 이하에서 직접 업컨버전은 QPSK에 대해 설명되고, 여기서 I 및 Q 기저대역 신호들은 I 및 Q 신호들을 사용하여 업컨버팅된다. 이하의 설명에서, LO 신호는 용어가 사용되는 문맥에 따라 I 및 Q LO 신호들 또는 I 및 Q LO 신호로 불린다.
도 2는 직접 업컨버전 과정을 그래프로 도시한다. I 및 Q 기저대역 신호들(210)은 직류(DC)(즉, 0 헤르쯔)에 중심하며, I 및 Q LO 신호들(212)은 fLO의 기본 주파수를 가진 주기적 신호들이다. 이상적인 직접 업컨버터에 대해, 업컨버팅된 신호(214)는 각각 I 및 Q LO 신호들에 의해 주파수가 병진된 I 및 Q 기저대역 신호들의 합이며, LO 신호들의 일부를 포함하지 않는다. 하지만, 회로 소자들의 결함으로 인해 및/또는 회로 레이아웃으로 인해, 특정 직접 업컨버터로부터의 업커버팅된 신호(216)는 LO 누설로 인해 LO 신호들의 일부를 포함한다. 누설된 LO 신호(218)는 업컨버팅된 신호의 대역폭내이며, 원하는 신호 레벨에 비해 충분히 크다면 업컨버팅된 신호의 품질을 저하시킬 수 있다.
여기서 사용된 바와 같이, "진폭", "신호 레벨", 및 "전력 레벨"은 모두 원하는 신호의 크기와 관련된다. 비록 "진폭"이 몇몇 형태의 신호(예, 주기적, LO 및 VCO 신호들)에 대해 좀더 일반적으로 사용되고 "레벨"이 몇몇 다른 형태의 신호(예, 변조 신호)에 대해 좀더 일반적으로 사용되지만, 이들 용어들 모두 임의의 주어진 신호에 대해 사용될 수 있다.
도 3은 직접 업컨버터(130a)의 일 실시예의 블록도이고, 이는 도 1의 직접 업컨버터(130)에 대해 사용된다. 이러한 실시예에서, 직접 업컨버터(130a)는 합산기(314)에 연결된 믹서들(312a 및 312b) 쌍을 포함한다. 도 1의 증폭기(126)로부터의 I 및 Q 기저대역 신호들은 각각 믹서들(312a ALC 312b)에 제공되고, 이들은 또한 TX LO 발생기(144)로부터 I 및 Q LO 신호들을 수신한다. 각각의 믹서(312)는 자신의 기저대역 신호를 자신의 LO 신호로 업컨버팅하여 업컨버팅된 성분을 생성한다. 다음으로, 합산기(314)는 믹서들(312a 및 312b)로부터 각각 I 및 Q 성분들을 합산하여, 업컨버팅된 신호를 생성한다. 직접 업컨버터(130a)로부터의 업컨버팅된 신호는 VGA(132)에 의해 증폭되어 가변 신호 레벨을 가진 출력 신호(또는 RF 출력)를 제공한다.
도 3은 또한 직접 컨버전 송신기에 대한 LO 누설 경로들을 도시한다. 만일 직접 컨버전 송신기가 RF 집적회로(RFIC)상에 구현된다면, 주요 LO 누설 메커니즘은 (1) 저항성 실리콘 기판을 통한 LO 신호들의 전도(conduction), (2) LO 회로에 사용된 인덕터들과 주파수 업컨버터 이후 송신 신호 경로내 다른 회로들에 대해 사용된 인덕터들 사이의 자기 결합, (3) 기저대역의 회로들내 DC 오프셋들 및 (4) 신호 트레이스들 간의 용량성 결합이다.
저항성 기판 전도는 다음과 같이 발생한다. RFIC상에서, 인덕터는 종종 실리콘 기판을 통한 나선형 금속선으로서 구현된다. 금속선은 커패시터의 상부 플레이트를 형성하고, 저항성 실리콘 기판은 커패시터의 하부 플레이트를 형성한다. 인덕터상의 고주파수 LO 신호는 기판에 용량성 결합된다. 기판은 기판에 결합 또는 접속되는 다른 회로들에 LO 신호의 결합을 위한 저항성 전도 경로를 제공한다.
자기 결합은 다음과 같이 발생된다. 나선형 인덕터를 통해 흐르는 LO 신호의 고주파수 전류는 자기장이고, 이는 다른 인덕터들 또는 다른 회로들에 대한 신호 트레이스들에 결합된다. 결합된 자기장은 LO 신호의 버전이 다른 인덕터들 및/또는 트레이스상에 유도될 수 있도록 한다. 자기 결합의 양은 인덕터들의 주의 깊은 레이아웃에 의해 그리고 당업자에게 공지된 다른 설계 가이드라인을 따름에 의해 감소된다.
상술된 바와 같이, LO 누설은 수퍼 헤테로다인 송신기보다 직접 컨버전 송신기에 대해 더욱 문제가 된다. LO 커플링은 도전성 기판에 용량성 결합이 주파수에 따라 증가되기 때문에 IF 주파수에서보다 RF에서 더 열악하다. 직접 컨버전 송신기에서 사용된 LO 신호가 원하는 RF이지만, 수퍼 헤테로다인 송신기에서 사용된 LO 신호들은 전형적으로 IF(또는 원하는 RF보다 낮은 몇몇 다른 주파수)이기 때문에, 높은 LO 누설이 직접 컨버전 송신기에 대해 예상될 수 있다. 더욱이, 송신 신호 경로에 대한 전체 이득은 수퍼 헤테로다인 송신기내 IF 및 RF 스테이지들 사이에 분포되어 민감도 및 LO 누설이 심각해지지 않도록 한다. 이러한 이득 분포는 어떠한 IF도 없기 때문에 직접 컨버전 송신기에 대해 가능하지 않다. 이러한 이유로, LO 누설은 원하는 성능을 달성하기 위해 직접 컨버전 송신기에 대해 더욱 주의 깊게 해결되어야 한다.
또한 상술된 바와 같이, RF 변조 신호의 품질은 원하지 않는 LO 누설이 원하는 출력 신호 레벨에 접근할 때 저하된다. 특정 예에서와 같이, CDMA 단말은 최소 특정 출력 전력 레벨에서 6dB 또는 그 이상의 신호-대-잡음비(SNR)를 유지할 필요가 있다. 캐리어(또는 LO) 억제에 대한 적당한 설계 예산은 최소특정 출력 전력 레벨에서 10dBc(즉, LO 누설이 LO 신호 레벨 이하에서 10dB이어야 한다). 다음으로, 이는 SNR을 저하시키는 주목할 만한 어떠한 다른 요인도 없다고 가정할 때, 최악의 동작 포인트의 경우 요구된 SNR이 달성될 수 있도록 한다.
여기서, 출력 신호 레벨에 기초하여 LO 신호의 진폭을 제어함으로써 LO 누설을 감소시키도록 하는 기술이 제공된다. 예를 들어, LO 신호는 높은 출력 신호 레벨들에 대해 정상 또는 공칭 레벨로 설정되고, 낮은 출력 신호 레벨에 대해 감소된 레벨로 설정된다. LO 신호 레벨과 출력 신호 레벨 사이의 관계가 특정 전달함수에 의해 정의되고, 이는 이하에서 설명될 바와 같다.
도 4는 가변 진폭 LO 발생기(144a)의 실시예의 간략 블록도이며, 이는 도 1의 TX LO 발생기(144) 및 RX LO 발생기(154)에 대해 사용된다.
이러한 실시예에서, 가변 진폭 LO 발생기(144a)는 LO 발생기(340)에 결합된 가변 이득 증폭기(3300)를 포함한다. 증폭기(330)는 VCO(142)로부터 VCO 시호 및 진폭 제어 신호를 수신하고, 제어 신호에 의해 결정된 진폭 및 VCO 신호의 주파수에 의해 결정된 주파수를 가진 "스위칭" 신호를 제공한다. 스위칭 신호는 VCO 신호의 버전으로서 관찰된다. LO 발생기(340)는 스위칭 신호(및 가능하게는 VCO 신호)를 수신하여 가변 진폭을 가진 I 및 Q LO 신호들을 발생시킨다. LO 신호 진폭은 스위칭 신호 진폭에 의존하며, 이는 다시 제어 신호에 의존한다. 가변 진폭 I 및 Q LO 신호들은 직접 업컨버터(130a)에 제공된다.
도 4는 가변 진폭 LO 발생기의 간략도를 도시하며, 여러 설계로 구현될 수 있다. 특정 설계에 따르면, 신호 흐름이 도 4에 도시된 것과는 다를 수 있다. 예를 들어, 가변 이득 증폭기(330)는 LO 발생기(340) 다음에 위치되어 I 및 Q LO 신호들의 진폭을 조정하는데 사용된다. 다른 예에서와 같이, 가변 이득 증폭기(330)은 LO 발생기(340)내에 통합된다. 일반적으로, I 및 Q LO 신호들의 주파수는 VCO 신호의 주파수에 의존하며, I 및 Q LO 신호들의 진폭은 제어 신호의 진폭에 의존한다.
상술된 바와 같이, LO 누설은 높은 출력 신호 레벨에서는 중요하지 않지만 낮은 출력 신호 레벨에서는 더 문제가 된다. LO 신호 레벨은 출력 신호 레벨에 기초하여 조정된다.
도 5는 LO 신호 진폭 또는 레벨 대 출력 신호 레벨에 대한 예시적인 전달함수를 도시한다. 수직축은 LO 신호 진폭을 나타내고, 이는 dB 단위로 주어진다(즉, LO 신호 진폭은 공칭 LO 신호 진폭에 대해 주어진다). 수평축은 출력 신호 레벨을 나타내고, 이는 dBm 단위로 주어진다.
도 5의 전달함수(510)에 의해 도시된 바와 같은 실시예에서, LO 신호는 출력 신호 레벨이 특정 임계치 레벨에 도달할 때까지 공칭 진폭으로 유지된다. 출력 신호 레벨이 이러한 임계치 레벨 이하로 떨어질 때, LO 신호 레벨은 LO 발생기에 대해 가변 이득 증폭기의 이득을 조정함으로써 상응하게 조정된다. 임계치 레벨 이하의 이득 기울기는 LO 신호 레벨이 출력 신호 레벨에 비해 완화되는 비율을 지시한다. 임계치 레벨 및/또는 이득 기울기는 트랜시버에 대해 선택가능 또는 프로그램 가능한 파라미터들이며, 캐리어 억제 및/또는 임의의 다른 관련 사항들을 충족시키기 위해 요구된 LO 누설내 완화량에 기초하여 결정된다.
도 5에 도시된 LO 신호 레벨 대 출력 신호 레벨에 대한 전달함수는 하나의 예시적인 함수이다. LO 신호 레벨과 출력 신호레벨 사이의 관계는 또한 여러 다른 함수들에 기초하여 정의되며, 이는 본 발명의 범위내이다.
도 1 및 도 4에 도시된 트랜시버 설계에 대해. 출력 신호 레벨은 VGA(132)의 이득에 의해 결정되며 이에 직접 관련된다. VGA(132)에 대한 이득 제어 신호는 이러한 이득을 결정하고 LO 신호 레벨 대 VGA(132)에 대한 이득 제어에 대해 정의된다. 전달함수는 LO 신호 대 VGA(132)의 이득 제어에 대해 정의된다. LO 신호 레벨이 출력 신호 레벨에 기초하여 VGA 이득에 의존하여 변하기 때문에, LO 발생기에 대한 진폭 제어가 VGA에 대한 이득 제어에 기초하여 유도된다.
높은 진폭 LO 신호가 믹서(예, 도 4의 믹서(312a 또는 312b))에 공급될 때, 믹서는 스위치와 같은 역할을 하고, 업컨버탕된 신호의 신호 레벨은 기저대역 신호 레벨에 대부분 의존한다(LO 신호 레벨에는 의존하지 않는다). 하지만, 낮은 진폭 LO 신호가 믹서에 공급되면, 믹서는 멀티플렉서와 같은 역할을 하고, 업컨번팅된 신호는 기저대역 신호 레벨 및 LO 신호 레벨에 의존한다. 따라서, LO 신호에 대한 진폭 조정은 출력 신호 레벨(특히 낮은 LO 신호 진폭에 대해 중간에서) 에 영향을 주고 출력 신호에 대한 이득 제어의 설계를 고려하거나 또는 통합된다.
LO 신호의 진폭은 믹서의 다른 특성들에 영향을 준다. 예를 들면, 믹서의 직선성 및 믹서에 의해 생성된 잡음량은 모두 LO 신호 진폭에 의존한다. 이러한 이유들로 인해, 다량의 LO 누설이 허용될 수 있을 때 높은 출력 신호 레벨에 대해 높은 진폭 LO 신호를 사용함으로써 우수한 성능이 달성된다.
가변 진폭 LO 발생기에 사용하기 위한 임계치 레벨 및/또는 이득 기울기는 여러 방식으로 결정된다. 일 실시예에서, LO 누설은 경험적 측정들, 컴퓨터 시뮬레이션 등에 기초하여 트랜시버 유닛들의 조합에 대해 여러 출력 신호 레벨에 대해 결정된다. 이러한 정보는 트랜시버 설계를 특징짓는데 사용된다. 임계치 및/또는 이득 기울기는 캐리어 억제 사양이 초과될 수 있는 불량한 트랜시버에 대해 충족될 수 있도록 선택된다. 다른 실시예에서, LO 누설이 트랜시버에 의해 (예, 정상 동작동안) 측정되며, 임계치 레벨 및/또는 이득 기울기가 캐리어 억제 사양이 트랜시버 유닛에 대해 충족될 수 있도록 선택된다. 다른 실시예에서, 임계치 레벨 및/또는 이득 기울기는 트랜시버 유닛에 의해 정량화될 수 있는 하나 이상의 파라미터들 또는 기준들에 기초하여 조정된다. 이러한 파라미터들은 직선성, 출력 잡음, 컨버전 이득 등을 포함한다.
도 6은 가변 진폭 직교 LO 발생기(144b)의 블록도이고, 이는 LO 발생기(144a)의 일례이다. 이러한 실시예에서, 가변 진폭 직교 LO 발생기(144b)는 가변 이득 증폭기(630) 및 LO 발생기(640)를 포함한다. LO 발생기(640)는 믹서들(642a 및 642b) 쌍 및 N으로 나누는 유닛(744)을 포함한다.
증폭기(630)는 VCO(142)로부터 VCO 신호 및 진폭 제어 신호를 수신하며, 제어 신호에 의해 결정된 진폭 및 VCO 신호의 주파수에 의해 결정된 주파수를 가진 스위칭을 제공한다. N으로 나누는 유닛(644)은 VCO 신호를 수신하며 VCO 신호의 주파수의 1/N을 가진 I 및 Q "믹서 LO"를 생성하며, 여기서 N은 1 이상의 임의의 양의 정수일 수 있다. 따라서, N으로 나누는 유닛(644)은 VCO 신호를 N으로 분주한다.
믹서들(642a 및 64b)은 증폭기(630)로부터 스위칭 신호 및 N으로 나누는 유닛(644)으로부터 I 및 Q 믹서 LO 신호들을 각각 수신한다. 각각의 믹서(642)는 스위칭 신호 진폭에 의존하는 진폭을 가진 개별 LO 신호를 생성하기 위해 자신의 믹서 LO 신호로 스위칭 신호를 믹싱한다. LO 신호 진폭은 진폭 제어 신호에 의해 제어된다. 만일 VCO 신호의 주파수가 fVCO라면, 스위칭 신호의 주파수는 fVCO이고 믹서 LO 신호의 주파수는 fVCO/N이다. 이중 측파대역 믹서에 대해, LO 신호의 주파수는 이고, 이는 스위칭 및 믹서 LO 신호들에 대해 합산 주파수 및 차분 주파수 를 포함한다. 주파수들중 하나는 일반적으로 필터링되어, LO 신호에 대해 다른 주파수를 남겨둔다. 단일 측파대역 믹서에 대해, LO 신호의 주파수는 단일 측파대역 믹서의 설계에 의존하여, 합산 주파수 및 차분 주파수 중 하나이다. 일반적으로, 믹서들(642a 및 642b)은 각각 단일 측파대역 믹서 또는 이중 측파대역 믹서일 수 있다.
두 신호들(즉, 스위칭 및 믹서 LO 신호들)을 혼합한 LO 신호의 생성은 특정 이점을 제공할 수 있다. 가장먼저, VCO(142)는 LO 신호의 주파수로 동작할 필요가 없으며, 이는 VCO로부터 출력 신호로의 LO 누설을 감소시킬 수 있다. 다음으로, 여러 주파수들의(예, 다른 동작 대역들에 대한) LO 신호는 N에 대해 적절한 값을 선택함으로서 쉽게 얻어진다.
도 6은 가변 진폭 직교 LO 발생기의 간략도이며, 이는 여러 설계에 따라 구현될 수 있다. 특정 설계에 따라, 신호 흐름은 도 6에 도시된 것과 다르다. 예를 들어, 가변 이득 증폭기(630)는 스위칭 신호의 진폭을 조정하기 위해 믹서들(642a 및 642b)의 이득을 제어하는데 사용된다.
도 7은 가변 진폭 직교 LO 발생기(144c)의 일 실시예의 개략도이며, 이는 도 6의 직교 LO 발생기(144b)에 대한 특정 설계이다.
이러한 실시예에서, 가변 이득 증폭기(630)는 다른 입력 쌍에 결합된 전류 미러를 포함한다. 전류 미러는 NPN 저항들(730a 및 730b) 및 저항들(732a 및 732b)을 포함한다. 트랜지스터들(730a 및 730b)의 베이스들은 함께 트랜지스터(730a)의 콜렉터에 결합되고, 이러한 콜렉터는 진폭 제어 신호에 대한 전류 Iin을 수신한다. 트랜지스터(730a 및 730b)의 에미터들은 각각 저항들(732a 및 732b)읠 일단부에 결합되고, 이들 저항들의 다른 단부는 회로 접지에 결합된다. 다른 입력 쌍은 VCO(142)로부터 차분 VCO 신호를 수신하는 베이스들 및 트랜지스터(730a)의 콜렉터에 함께 결합되는 에미터들을 가진 NPN 트랜지스터들(734a 및 734b)을 포함한다.
믹서들(642a)은 NPN 트랜지스터들(712a, 712b, 712c 및 712d), 커패시터(714a) 및 인덕터들(716a 및 716b)을 포함한다. 트랜지스터들(712a 및 712b)은 N으로 나누는 유닛(644)로부터 차분 I 믹서 LO 신호를 수신하는 베이스 및 트랜지스터(734a)의 콜렉터에 함께 결합되는 에미터들을 가진다. 트랜지스터들(712c 및 712d)은 트랜지스터(712b 및 712a)의 베이스에 결합된 베이스들 및 각각 트랜지스터(734b)의 콜렉터에 함께 결합되는 에미터들, 및 각각 트랜지스터들(712a 및 712b)의 콜렉터들에 결합되는 콜렉터들을 가진다. 인덕터들(716a 및 716b)은 직렬로 결합되며, 이들의 조합은 커패시터(714a)와 병렬로 결합되어 탱크 회로를 형성한다. 탱크 회로(즉, 커패시터(714a)의 두 단부들)는 트랜지스터들(712a 및712b)의 콜렉터들에 결합되고, 이는 차분 I LO 신호를 제공한다. 믹서(642b)는 믹서(642a)로서 동일한 회로 소자를 포함한다. 믹서(642a)에 대해, NPN 트랜지스터들(712e 및 712f)의 에미터들은 함께 트랜지스터(734a)의 콜렉터에 결합되고 트랜지스터들(712g 및 712h)의 에미터들은 함께 트랜지스터들(734b)에 결합되며, 트랜시스터들(712e 및 712f)의 콜렉터들은 각각 트랜지스터들(712g 및 712h)의 콜렉터들에 결합되며, 트랜지스터들(712e 및 712f)의 콜렉터들은 차분 Q LO 신호를 제공한다.
N으로 나누는 유닛(644)은 차분 VCO 신호를 수신하여, 인수 N으로 VCO 신호를 나누며, 90도 위상이 벗어난 차분 I 및 Q 믹서 LO 신호들을 제공한다. 전형적으로 N은 인수 2이지만 일반적으로 임의의 양의 정수일 수 있다.
가변 진폭 직교 LO 발생기(144c)는 다음과 같이 동작한다. 진폭 제어 신호에 대한 입력 전류 Iin은 트랜지스터(730a)의 콜렉터에 제공된다. 전류 미러 설계로 인해, 트랜지스터(730b)를 통한 전류 I1은 트랜지스터(730a)를 통한 입력 전류 Iin 및 저항(732a) 대 저항(732b)의 비에 의해 결정된다. 만일 저항비가 단위값 즉 1.0이라면, 트랜지스터(730b)를 통한 전류는 입력 전류와 같다(즉, I1=Iin).
차분 입력 쌍이 차분 VCO 신호에 의해 나누어지고, 이는 fVCO의 비율로 트랜지스터들(734a 및 743b)을 통해 전류 I1을 선택적으로 스위칭하고, 이러한 주파수는 VCo 신호의 주파수이다. 따라서, 트랜지스터들(734a 및 734b)을 통한 전류는 VCO 신호에 의해 결정된 비율로 스위칭되고 입력 전류 Iin에 의해 결정된 진폭들을 가진다. 트랜지스터(734a)을 통한 전류 I2는 믹서(642a)의 "바이어스 테일" 전류이고, 트랜지스터(734b)를 통한 전류 I3은 믹서(642b)의 바이어스 테일 전류이다. 각각의 믹서에 대한 평균 바이어스 테일 전류는 Iin/2이다.
각각의 믹서(642)는 fVCO/N의 주파수를 가진 N으로 나누는 유닛(644)으로부터 개별 차분 믹서 LO 신호에 의해 구동된다. 각각의 믹서로부터의 차분 LO 출력(예, 믹서(642a)에 대한 트랜지스터들(712a 및 712b)의 콜렉터들에서 차분 신호)는 스위칭 및 믹서 LO 신호들의 합산 및 차분 주파수들을 포함한다. 탱크 회로는 합산 주파수 또는 차분 주파수중 하나로 조정되고, (1) 조정될 원하는 주파수를 통과하며 (2) 원하는 주파수 및 다른 스푸리어스 신호들과 잡음을 필터링하도록 동작한다. 탱크 회로는 또한 차분 LO 시호에 대한 전압 신호를 제공하기 위해 전류-대-전압 컨버전을 수행한다.
도 7은 가변 진폭 직교 LO 발생기(144c)가 바이폴라 트랜지스터들로 구현되는 설계를 도시한다. 일반적으로, 가변 이득 LO 발생기는 CMOS, BiCMOS, GaAs 등을 포함하는 임의의 처리 기술을 사용하여 구현된다.
믹서(642a 및 642b)로부터의 I 및 Q LO 신호들은 믹서들에 대한 바이어스 테일 전류들 I2 및 I3에 선형적으로 비례하는 진폭을 가진 전압 신호들이고, 이는 진폭 제어 신호에 대한 입력 전류 Iin에 비례한다. 때러 입력 제어 신호의 선형 변화에 기초하여 I 및 Q LO 신호들의 진폭을 지수적으로 조정하는 것이 바람직하다. 이러한 종류의 관계는 "데시벨-선형적(linear-in-dB)"이라 불린다. linear-in-dB 제어는 입력 제어 신호에 지수적으로 의존할 입력 전류 Iin을 생성함으로써 달성될 수 있다.
도 8은 도 1의 유닛(146)의 일례인 진폭 제어 유닛(146a)의 블록도이다. 유닛(146a)은 입력 제어 신호(전압 신호)를 수신하고 진폭 제어 신호(전류 신호)를 생성한다.
유닛(146a)내에서, 전압-전류(V-I) 컨버터(812)는 입력 제어 신호에 대한 전압 Vin을 전류 Ia(Ia∝V)로 컨버팅한다. 다음으로, 유닛(814)은 온도 보상된 전류 Ib를 제공하기 위해 전류 Ia에 온도 보상을 수행한다. 온도 보상은 I 및 Q LO 신호들의 진폭이 온도 변화에 대해 대략적으로 일정하게 유지되도록 하며, 이는 성능을 개선한다. 다음으로, 유닛(816)은 온도 보상된 전류 Ib를 전류 Ib에 지수적으로 관계하는 전류 Ic로 컨버팅한다(즉, ). 이러한 지수함수는 데시벨-선형 제어를 제공하는데 사용된다(즉, LO 신호 진폭은 전류 Ib에 대해 데시벨로 선형이다).
다음으로, 임계치 및 기울기 제어 유닛(818)은 전류 Ic를 수신하여 진폭 제어 신호에 대한 입력 전류 Iin을 생성한다. 특히, 유닛(818)은 전류 Ic가 임계치 값 이하로 떨어질 때까지 특정 공칭 값으로 클립하고, 이러한 임계치는 선택가능하거나 또는 프로그램 가능하다. 유닛(818)은 입력 전류 Iin이 전류 Ic에 의존하는 비율을 조정하기 위한 수단을 제공한다. 이러한 비율은 선택가능하거나 또는 프로그램 가능하다. 유닛(818)은 도 7에 도시된 가변 진폭 직교 LO 발생기내 전류 미러에 입력 전류 Iin을 제공한다. 임계치 및/또는 이득 기울기는 설계시, 제조동안, 정상 동작동안에 설정될 수 있다.
명료함을 위해, 특정 실시예 및 설계가 이상에서 설명되었다. LO 누설을 완화하기 위해 가변 진폭 LO 신호를 사용하여 직접 컨버전을 수행하기 위해 여기서 설명된 기술은 여러 시스템들 및 애플리케이션들에 사용된다. 예를 들어, 이들 기술등은 직접 업컨버전(상술된 바와 같은) 및 직접 다운컨버전에 사용된다. 직접 다운컨버전 수신기의 경우, LO 신호의 진폭은 수신된 신호(예, 도 1의 버퍼 출력)의 진폭에 기초하여 조정된다.
여기서 설명된 기술들은 직교 변조(예, 설명된 QPSK, QAM 등) 뿐만 아니라 비직교 변조(예, BPSK)에 사용된다. 비직교 변조의 경우, 오로지 하나의 LO 신호(직교 I 및 Q LO 신호들 대신)만이 주파수 컨버전에 사용된다.
가변 진폭 LO 신호들을 사용하여 수행되는 여기서 설명된 기술들은 여러 수단에 의해 구현된다. 예를 들어, 이들 기술들은 하드웨어, 소프트웨어 또는 이 둘의 조합으로 구현된다. 하드웨어의 구현으로, 기술들중 하나 또는 이들의 조합을 구현하기 위해 사용되는 엘리먼트들은 하나 이상의 주문형 직접회로(ASIC), 디지털 신호 프로세서(DSP), 디지털 신호 프로세싱 디바이스(DSPD), 프로그램가능 논리 디바이스(PLD), 현장 프로그램가능 게이트 어레이(FPGA), 프로세서, 제어기, 마이크로-콘트롤러, 마이크로프로세서, 설명된 기능을 수행하도록 설계된 다른 전자유닛 또는 이들의 조합으로 구현된다.
설명된 실시예들의 이상의 설명은 당업자로 하여금 본 발명을 실시 또는 사용할 수 있도록 하기 위한 것이다. 당업자라면 이들 실시예에 대해 여러 변경이 가능하다는 것을 알 수 있을 것이고, 여기서 설명된 일반 원리가 본 발명의 정신 또는 범위를 벗어남없이 다른 실시예들에도 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여기서 설명된 원리 및 신규한 특징들에 부합하는 가장 광범위한 범위에 따른다.

Claims (21)

  1. 전압 제어 발진기(VCO)를 수신하여, 상기 VCO 신호의 주파수와 관련된 주파수 및 가변 진폭을 가진 국부 발진기(LO) 신호를 생성하도록 동작하는 국부 발진기 발생기; 및
    제 1 제어 신호를 수신하여, 상기 제 1 제어 신호에 기초하여 상기 LO 신호의 진폭을 조정하도록 구성된 가변 이득 증폭기 - 가변 진폭 LO 신호는 출력 신호를 얻기 위해 입력 신호의 주파수 업컨버전에 사용됨 -을 포함하는 직접회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가변 진폭 LO 신호는 무선 주파수(RF)의 출력 신호를 얻기 위해 입력 신호의 직접 업컨버전에 사용되는 직접회로.
  3. 제1항에 있어서, 상기 출력 신호는 가변 신호 레벨을 가지며, 상기 LO 신호의 진폭은 상기 출력 신호 레벨에 의존하는 직접회로.
  4. 제3항에 있어서, 상기 LO 신호 진폭은 특정 임계치 이상에서 상기 출력 신호 레벨에 대해 일정하며, 상기 특정 임계치 이하에서 상기 출력 신호 레벨에 비례하는 직접회로.
  5. 제4항 있어서, 상기 특정 임계치는 선택가능한 직접회로.
  6. 제4항에 있어서, 상기 LP 신호 진폭 대 상기 출력 신호 레벨내 변화의 비는 선택가능한 직접회로.
  7. 제3항에 있어서, 상기 LO 신호 진폭은 캐리어 억제 사양을 충족하기 위해 상기 출력 신호 레벨에 기초하여 조정되는 직접회로.
  8. 제1항에 있어서, 상기 LO 신호 진폭은 상기 제 1 제어 신호를 생성하는데 사용된 제 2 제어 신호에 대해 지수적인 직접회로.
  9. 제1항에 있어서, 상기 LO 신호 진폭은 상기 제 1 제어 신호를 생성하는데 사용된 제 2 제어 신호에 대해 보상된 온도인 직접회로.
  10. 제1항에 있어서,
    제 2 제어 신호를 수신하여 상기 제 1 제어 신호를 생성하도록 동작하는 진폭 제어 유닛 - 상기 제 1 및 제 2 제어 신호들은 특정 전달함수에 의해 관련됨 -을 더 포함하는 직접회로.
  11. 제1항에 있어서, 상기 LO 발생기는
    상기 VCO 신호를 수신하여, 상기 VCO 신호의 주파수와 관련된 주파수를 가진 믹서 LO 신호를 생성하도록 동작하는 분할기 유닛; 및
    상기 LO 신호를 제공하기 위해 상기 VCO 신호의 버전으로 상기 믹서 LO 신호를 수신하여 믹싱하도록 동작하는 믹서를 포함하는 직접회로.
  12. 제11항에 있어서, 상기 분할기는 상기 믹서 LO 신호를 생성하기 위해 인수 N - 상기 N은 양의 정수 -으로 상기 VCO 신호의 주파수를 나누도록 동작하는 직접회로.
  13. 제11항에 있어서, 상기 믹서는 단일 측파대역인 직접회로.
  14. 제10항에 있어서, 상기 LO 발생기 및 가변 이득 증폭기는 바이폴라 트렌지스터들로 구현되는 직접회로.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 출력 신호가 얻어지는 업컨버팅된 신호를 생성하기 위해 상기 입력 신호를 수신하여 가변 진폭 LO 신호로 업컨버팅하도록 동작하는 주파수 업컨버터를 더 포함하는 직접회로.
  16. 전압 제어 발진기(VCO) 신호를 수신하여, 상기 VCO 신호의 주파수와 관련된 주파수 및 가변 진폭을 가진 국부 발진기(LO) 신호를 생성하도록 동작하는 국부 발진기 발생기; 및
    제어 신호를 수신하여, 상기 제어 신호에 기초하여 상기 LO 신호의 진폭을 조정하도록 동작하는 가변 이득 증폭기 - 가변 진폭 LO 신호는 출력 신호를 얻기 위해 입력 신호의 주파수 다운컨버전을 위해 사용되며, 상기 입력 신호는 가변 신호 레벨을 가지며 상기 LO 신호의 진폭은 입력 신호 레벨에 의존함 -를 포함하는 직접회로.
  17. 전압 제어 발진기(VCO) 신호를 수신하여, 상기 VCO 신호와 관련된 주파수 및 가변 진폭을 가진 동상(I) 및 직교(Q) 국부 발진기(LO) 신호들을 생성하도록 동작하는 국부 발진기 발생기; 및
    제어 신호를 수신하며, 상기 제어 신호에 기초하여 상기 I 및 Q LO 신호들의 진폭들을 조정하도록 동작하는 제 1 가변 이득 증폭기; 및
    업컨버팅된 신호를 생성하기 위해 I 및 Q 기저대역 신호들을 수신하여 가변 진폭 I 및 Q LO 신호들을 업컨버팅하도록 동작하는 주파수 업컨버터를 포함하는 디바이스.
  18. 제17항에 있어서,
    가변 신호 레벨을 가진 출력 신호를 제공하기 위해 상기 업컨버팅된 신호를 가변 이득으로 증폭하도록 동작하는 제 2 가변 이득 증폭기 - 상기 LO 신호의 진폭은 상기 출력 신호 레벨에 의존함 -을 더 포함하는 디바이스.
  19. 전압 제어 발진기(VCO) 신호에 기초하여 국부 발진기(LO) 신호를 생성하는 수단 - 상기 LO 신호는 상기 VCO 신호의 주파수와 관련된 주파수 및 가변 진폭을 가짐 -;
    제 1 제어 신호에 기초하여 상기 LO 신호의 진폭을 조정하는 수단; 및
    출력 신호를 얻기 위해 상기 가변 진폭 LO 신호를 사용하여 입력 신호의 주파수 컨버전을 수행하는 수단을 포함하는 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 출력 신호는 가변 신호 레벨을 가지며, 상기 LO 신호 진폭은 상기 출력 신호 레벨에 의존하는 장치.
  21. 무선 통신 시스템에서 주파수 컨버전을 수행하는 방법으로서,
    전압 제어 발진기(VCO)에 기초하여 국부 발진기(LO) 신호를 생성하는 단계 - 상기 LO 신호는 상기 VCO 신호의 주파수와 관련된 주파수 및 가변 진폭을 가짐 -;
    제 1 제어 신호에 기초하여 상기 LO 신호의 진폭을 조정하는 단계; 및
    출력 신호를 얻기 위해 상기 가변 진폭 LO 신호를 사용하여 입력 신호의 주파수 컨버전을 수행하는 단계를 포함하는 방법.
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