KR20050094754A - 개선된 광대역 ｉ/ｑ 신호 발생 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 I/Q 신호 발생 장치는 국부 발진 주파수를 발생시키는 국부발진기와 송수신 신호를 상기 국부 발진 신호와 혼합해서 기저대역 또는 고주파 신호로 변환하는 한 쌍의 혼합기를 포함하는 무선송수신기에 있어서, 상기 국부발진기를 제어하기 위한 위상고정회로와 상기 국부발진기와 상기 혼합기들 사이에 설치되어 상기 위상고정회로부터 출력되는 제어 신호에 따라 상기 국부발진기의 출력신호를 I 신호와 Q 신호를 분리하여 대응하는 혼합기로 출력하는 다상 검파기를 포함한다. 상기 위상고정회로는, 상기 국부발진기의 출력신호를 I 신호와 Q 신호로 분주하는 분주기, 상기 분주기와 국부발진기의 출력 신호를 이용하여 출력신호의 위상을 검출하는 위상검출기, 그리고 상기 위상검출기의 출력을 검파하여 상기 국부발진기와 상기 다상검파기로 출력하는 저역통과검파기를 포함한다. 본 발명에 따른 I/Q 신호 발생 장치에서는 다상 검파기에 가변 커패시터인 버랙터를 설치하고 PLL로부터 출력되는 제어 신호에 따라 상기 버랙터를 제어함으로써 발진주파수의 변화에 따른 I/Q 불일치를 효과적으로 줄일 수 있다.

Description

개선된 광대역 Ｉ/Ｑ 신호 발생 장치{IMPROVED WIDEBAND I/Q SIGNAL GENERATION TECHNIQUE}

본 발명은 무선통신 시스템에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 무선 통신 시스템을 위한 개선된 I/Q 신호 발생 장치에 관한 것이다.

무선 통신의 확산과 더불어 무선 통신 장비들의 증가에 따라, 송수신 장치의 소형화, 저전력화, 저가격화를 위해 송수신 장치를 구성하는 소자들이 하나의 칩으로 집적화되고 있는 추세에 있다. 이러한 송수신 장치를 구성하는 소자들은 I 및 Q의 참조 위상 신호를 필요로 한다.

직교 채널은 이용한 통신 시스템에서 I, Q 채널은 서로 직교 형태이지만 발진기(oscillator) 등 소자 구현상의 결함으로 두 채널 사이의 직교성이 깨져 통신 시스템의 성능을 저하시키는 이득 및 위상 불균형, DC 오차 등의 발생한다.

한편, 현재와 같이 다양한 무선 통신 표준이 병존하는 환경에서는 직접 전환 수신기 (direct conversion receiver: DCR) 형태의 기술이 필수적으로 요구된다. 종래와 같은 헤테로다인 구조의 수신기에서는 신호가 I/Q 분리 되기 전에 50~60dB 증폭되기 때문에 이후 약간의 증폭을 요하며, 따라서, 불일치의 문제가 크지 않았다. 이와 달리 DCR 구조의 수신기에서는 입력신호가 I/Q 분리 전에 10~20dB 증폭되기 때문에 더 많은 증폭이 요구되며 이로 인해 수신기 설계에 있어 I/Q 불일치의 문제가 더욱 심각하게 고려되어야 한다.

도 1은 종래의 DCR 구조의 I/Q 신호 발생 회로를 보인 도면으로, 대역선택 필터(101)를 통과해 저잡음증폭기(102)에 의해 증폭된 신호는 두 개의 신호라인에 각각 설치되어 있는 믹서(104, 106)에서 국부발진기(103)로부터 발생되는 국부발진 신호와 혼합되어 저역통과필터 (107, 108)와 증폭기(109, 110)을 거쳐 I 및 Q 신호로 출력된다. 상기 국부발진 신호는 I 위상 신호로서 상기 믹서 (106)으로 출력되고 위상 변환기(105)에 의해 90도 위상 변환되어 Q 위상 신호로 상기 믹서 (104)에 출력된다.

도 2a 및 도 2b는 국부발진기와 위상변환기에서의 이득 불일치를 설명하기 위한 그래프들이고, 도 2c 및 도 2d는 국부발진기와 위상변환기에서의 위상 불일치를 설명하기 위한 그래프들로서, 성상도 상에서 원래의 신호점들이 I 축과 Q축 방향으로 왜곡되어 있음을 알 수 있다.

이러한, 불일치 문제를 해결하기 위한 방법으로 종래의 발진기 구조에서는 분주기(frequency divider)를 사용하는 것이 일반적이며 기준 주파수에 대해 서로 다른 발진 주파수를 요하는 DCR 시스템에서도 널리 이용되고 있다. 그러나, 분주기를 이용한 I/Q 매칭 방식에서는, 입력 신호가 이차 고조파 (second harmonic)를 포함하는 경우 I/Q 신호에는 높은 위상 불일치가 발생하게 되는 단점이 있으며, 전력 소모가 크고, 고주파 발생 및 분리가 매우 어렵다.

또 따른 I/Q 매칭 방식으로는 RC 다상 검파기 (RC polyphase filter)를 이용하는 방법이 알려져 있다. 이 경우 높은 I/Q 불일치로 인해 작은 조절 범위 내에서만 사용될 수 있으며 이득 불일치를 줄이기 위해 제한기(limiter)와 함께 사용되어야 한다. 또한 RC 다상 검파기는 I/Q 신호 전력을 감소시키기 때문에 성능에 제한을 받는 단점을 가지고 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 I/Q 불일치를 최소화하는 동시에 넓은 발진주파수 조절 범위를 가지는 개선된 I/Q 신호 발생 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 발진기의 위상 잡음에 의한 성능 저하를 방지할 수 있는 I/Q 신호 발생 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 하나의 PLL을 이용해 전압제어발진기의 성능 저하 없이 다상 신호 (multiphase signals) 를 제어할 수 있는 I/Q 신호 발생 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 종래의 다상 검파기 방식에서 사용되는 제한기를 제거함으로써 소형화가 가능한 I/Q 신호 발생 장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명이 I/Q 신호 발생 장치는, 국부 발진 주파수를 발생시키는 국부발진기와 송수신 신호를 상기 국부 발진 신호와 혼합해서 기저대역 또는 고주파 신호로 변환하는 한 쌍의 혼합기를 포함하는 무선송수신기에 있어서, 상기 국부발진기를 제어하기 위한 위상고정회로와 상기 국부발진기와 상기 혼합기들 사이에 설치되어 상기 위상고정회로부터 출력되는 제어 신호에 따라 상기 국부발진기의 출력신호를 I 신호와 Q 신호를 분리하여 대응하는 혼합기로 출력하는 다상 검파기를 포함한다.

상기 위상고정회로는 상기 국부발진기의 출력신호를 I 신호와 Q 신호로 분주하는 분주기, 상기 분주기와 국부발진기의 출력 신호를 이용하여 출력신호의 위상을 검출하는 위상검출기, 그리고 상기 위상검출기의 출력을 검파하여 상기 국부발진기와 상기 다상검파기로 출력하는 저역통과검파기를 포함한다.

상기 다상검파기는 상기 위상고정회로로부터의 제어 신호에 따라 상기 국부발진기의 출력을 검파하여 대응 하는 혼합기로 출력하는 제1 및 제2 가변검파기를 포함한다.

상기 제1가변검파기는 송신신호를 상변환 하기 위한 발진주파수를 I 신호와 Q 신호로 분리하여 대응하는 제1 및 제2 혼합기로 출력하고, 상기 제2가변검파기는 수신신호를 하변환 하기 위한 발진 주파수를 I 신호와 Q신호로 분리하여 대응하는 제1 및 제2 혼합기로 출력하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1가변검파기는 상기 제1혼합기로의 출력 라인 상에 병렬로 접지되어 있는 제1버랙터와 상기 제2혼합기로의 출력라인 상에 직렬로 연결되어 있는 제2버랙터를 포함하고, 상기 제2검파기는 상기 제1혼합기로의 출력 라인 상에 병렬로 접지되어 있는 제3버랙터와 상기 제2혼합기로의 출력 라인 상에 직렬로 연결되어 있는 제4버랙터를 포함하며 상기 버랙터들은 위상고정회로로부터의 제어 신호에 따라 동작하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 및 제2가변검파기는 각각 상기 제1혼합기로의 출력 라인 상에 직렬로 연결되어 있는 제1저항과 상기 제2혼합기로의 출력라인 상에 병렬로 접지되어있는 제2저항을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 I/Q 신호 발생 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 I/Q 신호 발생 장치를 보인 블록도이다.

도 3에서 보는 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 I/Q 신호 발생 장치는 국부발진기 (301), 상기 국부 발진기의 발진 주파수를 제어하기 위한 위상 고정 루프 (phase lock loop: PLL) (302), 상기 국부발진기의 출력단에 연결되어 I 및 Q 신호를 출력하는 다상 검파기 (303), 상기 다상 검파기로부터 출력되는 I 신호를 송수신 신호와 혼합하기 위해 I 신호 라인 (310)에 설치되는 제1혼합기 (304), 그리고 상기 검파기로부터 출력되는 Q 신호를 송수신 신호와 혼합하기 위해 Q 신호 라인 (320)상에 설치되는 제2혼합기(305)로 이루어진다.

상기 PLL (302)는 상기 국부발진기(301)의 출력 신호를 기준 신호와 비교하여 그 결과에 따라 상기 국부발진기(301)와 상기 다상 검파기(303)로 제어신호(S_c)를 출력한다.

도 4는 도 3의 PLL의 구성을 보인 확대도이다.

도 4에서 보는 바와 같이, 상기 PLL (302)은 상기 국부발진기(301)의 출력 신호를 I 신호와 Q 신호로 분리하는 분주기 (frequency divider)(401), 상기 분주기 (401)와 상기 국부발진기(301)의 출력 신호를 이용하여 출력 신호의 위상을 검출하기 위한 위상 검출기(402)와 상기 위상 검출기(402)의 출력을 검파하여 제어 신호를 발생하는 저역통과검파기 (low pass filter)(403)로 구성된다.

상기 저역통과컴파기 (403)에서 발생되는 제어 신호는 상기 국부발진기(301)와 상기 다상 검파기(303) 출력된다.

도 5는 도 3의 다상 검파기의 구성을 보인 확대도이다.

도 5에서 보는 바와 같이, 상기 다상 검파기(303)는 주파수의 상/하전환을 위한 두 개의 가변검파기 (510, 520)로 구성된다. 두 가변검파기 중 제1가변 검파기(510)는 상기 국부발진기(301)의 출력 신호를 분리하여 I 신호와 Q 신호로 출력하는 두 개의 출력단(513, 515)을 가지며 두 출력단 중 제1출력단 (513)과 입력단 사이에는 버랙터(511)가 접지되어 있으며 상기 입력단과 상기 제1버랙터 (511) 사이에 제1저항(514)이 직렬로 연결되어 있다. 또한, 제2출력단 (515)와 입력단 사이에는 제2버랙터(516)가 직렬로 설치되어 있으며 상기 제2버랙터(516)와 상기 제2출력단 (515) 사이에 제2저항(517)이 접지되어 있다.

또한, 제2가변 검파기(520)는 상기 국부발진기(301)의 출력 신호를 분리하여 I 신호와 Q 신호로 출력하는 두 개의 출력단(523, 525)을 가지며 두 출력단 중 제3출력단 (523)과 입력단 사이에는 제3버랙터(521)가 접지되어 있으며 상기 입력단과 상기 제3버랙터 (521) 사이에 제3저항(524)이 직렬로 연결되어 있다. 또한, 제4출력단 (525)과 입력단 사이에는 제4버랙터(526)가 직렬로 설치되어 있으며 상기 제4버랙터(516)와 상기 제4출력단 (525) 사이에 제4저항(527)이 접지되어 있다.

상기 제1 내지 제4 버랙터 (511, 516, 521, 526)는 상기 저역통과검파기(402)로부터 출력되는 제어신호에 의해 제어된다.

상기 다상 변환기 (303)에 버랙터 (511, 516, 521, 526)을 설치하여 상기 PLL의 제어신호에 따라 버랙터의 정전용량 값을 제어 함으로써 주파수 변화에 따른 I/Q 불일치를 효과적으로 줄일 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 I/Q 신호 발생 장치에서는 다상 검파기에 가변 커패시터인 버랙터를 설치하고 PLL로부터 출력되는 제어 신호에 따라 상기 버랙터를 제어함으로써 발진주파수의 변화에 따른 I/Q 불일치를 효과적으로 줄일 수 있다.

또한 본 발명의 I/Q 신호 발생 장치에서는 버랙터를 이용함으로써 I/Q 불일치를 최소화하는 동시에 넓은 범위에서 발진주파수의 조절이 가능하다.

또한, 본 발명의 I/Q 신호 발생 장치에서는 버랙터에 의한 정확한 I/Q 신호를발생시키기 때문에 발진기의 위상 잡음에 의한 성능 저하를 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 I/Q 신호 발생 장치에서는 종래의 다상 검파기 방식에서 사용되는 제한기를 제거함으로써 송수신장치의 소형화에 기여한다.

도 1은 종래의 DCR 구조의 I/Q 신호 발생 회로를 보인 도면;

도 2a 및 도 2b는 종래의 I/Q 신호 발생 회로에서 국부발진기와 위상변환기의 이득 불일치를 설명하기 위한 그래프이고, 도 2c 및 도 2d는 국부발진기와 위상변환기의 위상 불일치를 설명하기 위한 그래프;

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 I/Q 신호 발생 장치를 보인 블록도;

도 4는 도 3의 PLL의 구성을 보인 확대 블록도; 그리고

도 5는 도 3의 다상 검파기의 구성을 보인 확대 블록도이다.

Claims (14)

1. 국부 발진 주파수를 발생시키는 국부발진기와 송수신 신호를 상기 국부 발진 신호와 혼합해서 기저대역 또는 고주파 신호로 변환하는 한 쌍의 혼합기를 포함하는 무선송수신기에 있어서,

   상기 국부발진기를 제어하기 위한 위상고정회로;와

   상기 국부발진기와 상기 혼합기들 사이에 설치되어 상기 위상고정회로부터 출력되는 제어 신호에 따라 상기 국부발진기의 출력신호를 I 신호와 Q 신호를 분리하여 대응하는 혼합기로 출력하는 다상 검파기를 포함하는 I/Q 신호 발생 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 위상고정회로는:

   상기 국부발진기의 출력신호를 I 신호와 Q 신호로 분주하는 분주기;

   상기 분주기와 국부발진기의 출력 신호를 이용하여 출력신호의 위상을 검출하는 위상검출기; 그리고

   상기 위상검출기의 출력을 검파하여 상기 국부발진기와 상기 다상검파기로 출력하는 저역통과검파기를 포함하는 I/Q 신호 발생 장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 다상검파기는 상기 위상고정회로로부터의 제어 신호에 따라 상기 국부발진기의 출력을 검파하여 대응 하는 혼합기로 출력하는 제1 및 제2 가변검파기를 포함하는 I/Q 신호 발생 장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 제1가변검파기는 송신신호를 상변환 하기 위한 발진주파수를 I 신호와 Q 신호로 분리하여 대응하는 혼합기로 출력하는 것을 특징으로 하는 I/Q 신호 발생 장치.
5. 제 3항에 있어서, 상기 제2가변검파기는 수신신호를 하변환 하기 위한 발진 주파수를 I 신호와 Q 신호로 분리하여 대응하는 혼합기로 출력하는 것을 특징으로 하는 I/Q 신호 발생 장치.
6. 제 3항에 있어서, 상기 제1가변검파기는 송신신호를 상변환 하기 위한 발진주파수를 I 신호와 Q 신호로 분리하여 대응하는 제1 및 제2 혼합기로 출력하고, 상기 제2가변검파기는 수신신호를 하변환 하기 위한 발진 주파수를 I 신호와 Q신호로 분리하여 대응하는 제1 및 제2 혼합기로 출력하는 것을 특징으로 하는 I/Q 신호 발생 장치.
7. 제 6항에 있어서, 상기 제1가변검파기는 상기 제1혼합기로의 출력 라인 상에 병렬로 접지되어 상기 위상고정회로로부터의 제어 신호에 따라 동작하는 버랙터를 포함하는 것을 특징으로 하는 I/Q 신호 발생 장치.
8. 제 6항에 있어서, 상기 제1가변검파기는 상기 제2혼합기로의 출력 라인 상에 직렬로 연결되어 상기 위상고정회로로부터의 제어 신호에 따라 동작하는 버랙터를 포함하는 것을 특징으로 하는 I/Q 신호 발생 장치.
9. 제 6항에 있어서, 상기 제1가변검파기는 상기 제1혼합기로의 출력 라인 상에 병렬로 접지되어 있는 제1버랙터와 상기 제2혼합기로의 출력라인 상에 직렬로 연결되어 있는 제2버랙터를 포함하며 상기 버랙터들은 상기 위상고정회로로부터의 제어 신호에 따라 동작하는 것을 특징으로 하는 I/Q 신호 발생 장치.
10. 제 6항에 있어서, 상기 제2가변검파기는 상기 제1혼합기로의 출력 라인 상에 병렬로 접지되어 상기 위상고정회로로부터의 제어 신호에 따라 동작하는 버랙터를 포함하는 것을 특징으로 하는 I/Q 신호 발생 장치.
11. 제 6항에 있어서, 상기 제2가변검파기는 상기 제2혼합기로의 출력 라인 상에 직렬로 연결되어 상기 위상고정회로로부터의 제어 신호에 따라 동작하는 버랙터를 포함하는 것을 특징으로 하는 I/Q 신호 발생 장치.
12. 제 6항에 있어서, 상기 제2검파기는 상기 제1혼합기로의 출력 라인 상에 병렬로 접지되어 있는 제1버랙터와 상기 제2혼합기로의 출력 라인 상에 직렬로 연결되어 상기 위상고정회로로부터의 제어 신호에 따라 동작하는 제2버랙터를 포함하며 상기 버랙터들은 상기 위상고정회로로부터의 제어 신호에 따라 동작하는 것을 특징으로 하는 I/Q 신호 발생 장치.
13. 제 6항에 있어서, 상기 제1가변검파기는 상기 제1혼합기로의 출력 라인 상에 병렬로 접지되어 있는 제1버랙터와 상기 제2혼합기로의 출력라인 상에 직렬로 연결되어 있는 제2버랙터를 포함하고, 상기 제2검파기는 상기 제1혼합기로의 출력 라인 상에 병렬로 접지되어 있는 제3버랙터와 상기 제2혼합기로의 출력 라인 상에 직렬로 연결되어 있는 제4버랙터를 포함하며 상기 버랙터들은 위상고정회로로부터의 제어 신호에 따라 동작하는 것을 특징으로 하는 I/Q 신호 발생 장치.
14. 제 13항에 있어서, 상기 제1 및 제2가변검파기는 각각 상기 제1혼합기로의 출력 라인 상에 직렬로 연결되어 있는 제1저항과 상기 제2혼합기로의 출력라인 상에 병렬로 접지되어있는 제2저항을 포함하는 I/Q 신호 발생 장치.