KR20060013424A - 주파수 세팅 장치 - Google Patents

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KR20060013424A
KR20060013424A KR1020057022675A KR20057022675A KR20060013424A KR 20060013424 A KR20060013424 A KR 20060013424A KR 1020057022675 A KR1020057022675 A KR 1020057022675A KR 20057022675 A KR20057022675 A KR 20057022675A KR 20060013424 A KR20060013424 A KR 20060013424A
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KR1020057022675A
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크리스토프 카제나베
라인하르트 모노
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지멘스 악티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은 공진 회로를 포함하는 디지털 제어식 발진 회로에 관한 것으로, 상기 발진 회로는 특정 고정밀 주파수를 이용하여 진동을 발생시키는 발진 부재 및 상기 발진 부재의 발진 주파수를 변경하기 위해 상기 발진 부재에 연결되는 세팅 장치(IWS)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 세팅 장치는, 서로 병렬 접속되어 미리 정해진 제 1 전체 커패시턴스(Cvcrude)를 세팅하기 위해 개별적으로 제어될 수 있는 다수의 제 1 세팅 커패시터를 포함하는 제 1 디지털 제어식 커패시턴스 뱅크(KB21); 상기 제 1 커패시턴스 뱅크(KB21)에 병렬로 접속되는 미세 조정 회로(FES); 및 서로 병렬로 접속되어 미리 정해진 제 2 전체 커패시턴스(Cvfine)를 세팅하기 위해 개별적으로 제어될 수 있는 다수의 커패시터를 포함하는 제 2 디지털 제어 커패시턴스 뱅크(KB2)와 제 2 커패시터(Cb)로 이루어진 병렬 회로에 직렬로 접속되는 제 1 커패시터(Ca)를 포함한다.

Description

주파수 세팅 장치{DEVICE FOR SETTING A FREQUENCY}
본 발명은 주파수를 발생시키거나 세팅하기 위한 장치, 특히 고도의 정밀성 및 분해능을 가진 주파수를 발생시키기 위한 발진 회로에 관한 것이다. 이러한 장치들은 특히 이동 전화와 같은 이동 무선 장비에서의 주파수 세팅을 위해 사용된다.
많은 전자 장치, 특히 이동 전화와 같은 통신 기기에서는 발진기 또는 클럭 발생기를 필요로 한다. 그러한 장치들은 예컨대 송신 신호를 발생시키거나, 다른 신호들을 변조하거나 프로세서에 클럭을 발생시키는데 사용된다. 발진기는 정해진 클럭 내에서 정해진 반복율 또는 주파수로 변동하는 신호를 발생시킨다. 상기 주파수를 매우 미세하게 조정할 수 있어야 하는 경우가 빈번하게 발생한다. 종래의 아날로그 제어식 발진기의 경우에는 전자 회로에서 파라미터를 변동시키는 아날로그 제어 신호(전압, 전류, ...)를 이용하여 전술한 설정 기능이 수행된다. 그러나 수 년 전부터 회로 내 요소들이 스위칭되거나 연결/분리되는 발진기도 사용되고 있다. 이 경우, 상기 요소들(예: 커패시터)은 중간값(intermediate value)을 통과할 수 없기 때문에, 주파수가 정해진 단계에서만 세팅될 수 있고 연속되지 않는다. 그 결과, 상기 단계들의 구간이 너무 큰 경우에는 대부분의 시스템에서 문제가 발 생한다. 이러한 유형의 발진기를 디지털 제어식 발진기(DCO = Digitally Controlled Oscillator)라고 한다. 하기에서 상기 방식의 주파수 세팅에 대해 더 상세히 설명한다.
특히 이동 무선 장치에서는, 고도의 주파수 정밀도를 가진 (반송 주파수로 변조되는) 데이터 신호를 위한 반송 주파수로서의 주파수를 발생시키는 것이 중요하다. 예컨대 이동 전화와 같은 이동국은 기지국의 적절한 요청이 있을때 원활한 통신 연결을 확립하기 위해 상기 기지국이 요청하는 주파수를 세팅할 수 있어야 한다. 이러한 목적으로 이동국에는 고도의 정밀도를 가진 주파수 또는 반송 주파수를 발생시킬 수 있는 발진 회로 또는 발진기가 제공되며, 상기 발진기의 주파수는 조정될 수 있다.
예컨대 이동 전화 또는 일반적으로 이동 무선 기기에 사용되는 발진 회로 또는 발진기의 일 실시예가 도 1에 도시되어 있다. 회로의 중간에는 고정밀 주파수를 가진 진동을 발생시키도록 설계된 수정 엘리먼트(quartz element)(QO)가 도시되어 있다. 발진 회로 또는 수정 엘리먼트(QO)에 의해 발생한 주파수는 후속하는 주파수 처리 장치를 위한 기준 주파수로 사용된다. 예컨대 GSM(Global System for Mobile Communications) 표준에 따라 운용되는 이동 전화의 경우, 발생한 주파수는 26 MHz ± 2.6 Hz일 수 있다. 발생한 주파수는 예컨대 무선 칩(FC) 상의 무선 장치(FE)로 공급된다. 무선 장치(FE)에서는 예컨대 적절한 체배를 통해 증배값을 갖는 주파수를 발생시키기 위해, 경우에 따라 주파수가 체배 장치(multiplication device) 또는 주파수 체배기(도시되지 않음)로 공급된다. GSM 표준에 따라 운용되 는 이동 전화의 예에서는, 체배된 주파수가 디지털 신호의 반송 주파수로서 900 MHz에 달한다. 무선 신호는 이제 발생 및 체배된 반송 주파수를 기초로 하여 무선 장치 또는 상기 무선 장치와 연결된 안테나(도시되지 않음)에 의해 기지국으로 전송되고, 상기 상기 기지국은 필요에 따라 이동국에 상기 주파수 또는 반송 주파수를 변경하거나 조정할 것을 요청함으로써 무선 신호를 재송신한다. 그러한 요청은 이동 전화의 무선 장치(FE)에 의해 처리되고, 그 결과 반송 주파수를 조정하기 위한 프로세스가 시작된다.
이 경우, 무선 장치(FE) 또는 상기 무선 장치와 연결된 제어 장치가 아날로그 제어 신호(ASS)를 발생시키고, 상기 신호(ASS)는 수정 엘리먼트와 연결된 설정 회로 또는 조정 회로(tuning circuit)(TS)로 공급된다(도면의 좌측 가장자리에 화살표로 표시하였음). 상기 아날로그 제어 신호(ASS)는, 예컨대 외부 간섭을 필터링하기 위해, 먼저 다수의 저항 및 커패시터로 구성된 조정 회로(TS)의 필터 섹션(FI)을 통과한다. 이어서 상기 아날로그 제어 신호는 조정 회로의 심장부, 즉 전압 제어 커패시턴스를 갖는 바리캡(varicap) 또는 버랙터 다이오드(varactor diode)(가변 용량 다이오드)(VC)에 공급된다. 상기 아날로그 제어 신호에 의해 바리캡(VC)의 커패시턴스가 설정됨으로써, 기지국의 요청에 응하기 위해 (이 경우 체배된 반송 주파수를 발생시키기 위한 예에서) 전체 발진 회로의 주파수가 변동되는 방식으로(더 자세한 설명은 도 3을 참조하기 바람) 수정 엘리먼트(QO)의 진동이 영향을 받는다.
전술한 조정 회로를 이용하여 수정 발진기(quartz oscillator)를 위한 제어 전압을 아날로그 방식으로 발생시키거나 보정함으로써, 임의 수준의 정밀도를 가지거나 연속적인 보정이 허용되고, 수정 발진기에서의 정밀한 주파수 세팅이 가능하다는 장점이 얻어지는 반면, 상기 방법은 무선 칩(FC)과 관련하여 조정 회로, 특히 바리캡(VC)을 외부에 배치하는 경우의 높은 비용 및 아날로그 신호의 사용으로 인해 간섭 민감도가 증가한다는 단점이 있다.
외부 조정 회로(TS), 즉 무선 칩 상에 제공되지 않는 조정 회로 대신, 제어 신호 또는 제어 전압을 발생시키기 위해 디지털 주파수 보정을 허용하는 조정 회로를 무선 칩 상에 제공하는 것도 가능하다. 이를 위해 도 2에 수정 발진기의 일 실시예 및 상기 수정 발진기의 회로가 도시되어 있으며, 상기 회로에서는 무선 칩 내에 조정 회로가 제공되어 있다.
도 1에 따라, 고정밀 주파수를 가진 진동을 발생시키도록 설계된 수정 엘리먼트(QO)가 제공된다. 이제 예컨대 전술한 것처럼 반송 주파수를 기지국에서 요청한 값으로 조정하기 위해 상기 수정 엘리먼트 내지는 발진 회로에 의해 발생한 주파수를 변동시켜야 하는 경우, 상기 조정은 도 1에서처럼 아날로그 조정 회로에 의해 수행되지 않고 디지털 제어식 커패시턴스 뱅크(KB11)에 의해 수행된다. 커패시턴스 뱅크(KB11)는 병렬 접속된 다수의 커패시터(K11 내지 K14)를 포함하며, 상기 커패시터들은 정해진 값을 가진 제 1 전체 커패시턴스를 달성하기 위해 개별적으로 연결되거나 분리될 수 있다. 이러한 연결 또는 분리는 각각의 커패시터(K11 내지 K14)에 할당된 스위치(S11 내지 S14)에 의해 이루어진다. 무선 장치(FE) 또는 (도시되지 않은) 제어 장치에 의해 디지털 프로그래밍 워드 또는 보정 워드가 커패시 턴스 뱅크(KB11)로 전송되고, 거기서 관련 커패시터들이 연결 또는 분리된다. 그렇게 하여 발생한 제 1 전체 커패시턴스를 기초로 하여, 수정 발진기(QO)에 의해 발생한 주파수의 변경 또는 조정이 다시 수행되는 방식으로 수정 엘리먼트(QO)의 진동이 영향을 받는다.
전술한 수정 발진기의 디지털 주파수 보정 방법을 사용하면, (수정 발진기를 포함하여) 발진 회로에 사용되는 모든 부품이 무선 칩 상에 제공될 수 있기 때문에 간섭 둔감도가 낮아지고 비용이 적게 드는 제조가 가능해지는 반면, 커패시턴스 뱅크(KB11)에 의해 제어 커패시턴스가 발생하는 동안에는 커패시턴스(
Figure 112005068808773-PCT00001
C)를 갖는 세팅 커패시터(K11 내지 K14)의 연결 또는 분리시 (제 1) 전체 커패시턴스의 불연속적인 또는 양자화된 변동(
Figure 112005068808773-PCT00002
C)으로 인해 오직 불연속적인 또는 양자화된 주파수 내지는 주파수 변동만 발생할 수 있기 때문에, 도 2에 도시된 디지털 주파수 보정 방법으로는 수정 발진기(QO)에 의해 발생한 주파수의 정확한 세팅이 불가능하다(더 상세할 설명은 도 6을 참조하기 바람).
따라서 본 발명의 목적은 저렴한 비용으로 고정밀 주파수를 세팅할 수 있도록 하는 주파수 발생 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은 독립 청구항의 대상을 통해 달성된다. 바람직한 실시예들은 종속 청구항에 기술된다.
본 발명에서 디지털 제어 발진 회로는 첫째로 특정 고정밀 주파수를 가진 진동을 발생시키기 위한 하나 또는 하나 이상의 주파수 규정(frequency-defining) 부품을 갖는다. 상기 부품으로는 특히 수정 엘리먼트 형태의 진동 엘리먼트가 사용될 수 있다. 또한 상기 발진 회로는 상기 발진 회로의 진동 주파수를 변동시키기 위해 상기 주파수 규정 부품과 연결되는 세팅 장치를 가지며, 상기 세팅 장치는 하기의 부품들을 포함한다. 상기 세팅 장치는, 상호 연결되어 미리 정해진 제 1 전체 리액턴스를 설정하기 위해 개별적으로 제어될 수 있는 다수의 제 1 세팅 리액턴스를 포함하는 제 1 디지털 제어 리액턴스 뱅크를 갖는다. 상기 연결은 하기에서처럼 병렬 회로이거나 직렬 회로일 수 있다. 또한, 리액턴스는 유도성 및/또는 용량성 저항에 의해서만 야기되는 교류의 저항을 의미하며, 여기서는 커패시턴스 내지는 커패시터 및/또는 인덕턴스 내지는 코일 등을 일반화한 개념이다. 또한 상기 세팅 장치는, 상기 제 1 리액턴스 뱅크에 연결되며 제 2 리액턴스 및 제 2 디지털 제어 리액턴스 뱅크로 이루어진 병렬 회로에 직렬로 접속되는 제 1 리액턴스를 포함하는 미세 조정 회로를 가지며, 상기 제 2 디지털 제어 리액턴스 뱅크 내에서는 다수의 제 2 세팅 리액턴스가 상호 연결되어 미리 정해진 제 2 전체 리액턴스를 설정하기 위해 개별적으로 제어될 수 있다.
한 바람직한 실시예에에서는 세팅 장치가, 상호 연결되어 미리 정해진 (제 1 전체 리액턴스로서의) 제 1 전체 커패시턴스를 설정하기 위해 개별적으로 제어될 수 있는 다수의 (제 1 세팅 리액턴스로서의) 제 1 세팅 커패시터를 포함하는, 디지털 제어가 가능한 (제 1 리액턴스 뱅크로서의) 제 1 커패시턴스 뱅크를 갖는다. 또한 상기 세팅 장치는, 상기 제 1 커패시턴스 뱅크에 연결되며 (제 2 리액턴스로서의) 제 2 커패시터 및 (제 2 리액턴스 뱅크로서의) 제 2 디지털 제어 커패시턴스 뱅크로 이루어진 병렬 회로에 직렬로 접속되는 (제 1 리액턴스로서의) 제 1 커패시턴스를 포함하는 미세 조정 회로를 가지며, 상기 제 2 디지털 제어 커패시턴스 뱅크 내에서는 다수의 (제 2 세팅 리액턴스로서의) 제 2 설정 커패시턴스가 상호 연결되어 미리 정해진 (제 2 전체 리액턴스로서의) 제 2 전체 커패시턴스를 설정하기 위해 개별적으로 제어될 수 있다.
이에 상응하여, 또 다른 한 바람직한 실시예에서는 세팅 장치가, 상호 연결되어 미리 정해진 (제 1 전체 리액턴스로서의) 제 1 전체 인덕턴스를 설정하기 위해 개별적으로 제어될 수 있는 다수의 (제 1 세팅 리액턴스로서의) 제 1 세팅 인덕턴스를 포함하는, 디지털 제어가 가능한 (제 1 리액턴스 뱅크로서의) 제 1 인덕턴스 뱅크를 갖는다. 또한 상기 세팅 장치는, 상기 제 1 커패시턴스 뱅크에 연결되며 (제 2 리액턴스로서의) 제 2 인덕턴스 및 (제 2 리액턴스 뱅크로서의) 제 2 디지털 제어 인덕턴스 뱅크로 이루어진 병렬 회로에 직렬로 접속되는 (제 1 리액턴스로서의) 제 1 인덕턴스를 포함하는 미세 조정 회로를 가지며, 상기 제 2 디지털 제어 인덕턴스 뱅크 내에서는 다수의 (제 2 세팅 리액턴스로서의) 제 2 세팅 인덕턴스가 상호 연결되어 미리 정해진 (제 2 전체 리액턴스로서의) 제 2 전체 인덕턴스를 설정하기 위해 개별적으로 제어될 수 있다. 이 경우, 세팅 인덕턴스들은 정해진 인덕턴스를 가진 코일들, 공진 회로들 또는 라인들을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 디지털 제어 발진 회로는 하기의 장점들을 갖는다.
a) 발진기의 공진 회로 내에서의 주파수 보정이 디지털 방식으로 실시됨에 따라 예컨대 D/A(Digital-Analog) 컨버터 특성들(예: 공급 전압 강하시의 특성)의 영향을 받지 않는다.
b) 프로그래밍 워드가 디지털 방식으로 세팅 장치의 커패시턴스 뱅크에 전송될 수 있고, 그로 인해 간섭 둔감도가 커진다. (아날로그 주파수 보정에서와 같은) 필터링이 생략될 수 있다.
c) 발진 회로의 모든 부품이 하나의 칩 상에 제공될 수 있기 때문에, 설치 공간, 구성 요소 및 비용뿐만 아니라 피팅 비용이 절약된다.
d) 집적 스위칭 회로 내로의 완전한 집적이 이루어짐에 따라, 전기 장치 내발진 회로의 개발 시간이 현저히 단축된다.
세팅 장치 내에 미세 조정 회로를 사용함으로써, 거의 모든 분해능이 달성될 수 있고, 그럼으로써 주파수가 매우 정밀하게 세팅될 수 있다.
본 발명의 또 다른 한 측면에서는, 전술한 실시예에 따른 발진 회로를 구비한 전기 장치가 제공된다. 상기 전기 장치는, 특히 무선 신호를 위한 반송 주파수의 베이스로서의 주파수를 발생시키기 위한 발진 회로가 제공된 무선 모듈 또는 무선 장치를 가질 수 있다. 이 경우, 상기 전기 장치는 (휴대용) 컴퓨터나 이동 무선 장치, 특히 이동 전화로서 설계될 수 있다. 무선 모듈 또는 이동 무선 장치는 GSM(Global System for Mobile Communications) 표준, UMTS(Universal Mobile Telecommunications System) 표준, DECT(Digital Enhanced Cordless Telecommunications) 표준, WLAN(Wireless Local Area Network) 표준 또는 CDMA(Code Division Multiple Access) 표준에 따라 운용될 수 있다.
하기에서 첨부된 도면들을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예들이 더 상세히 설명한다.
도 1은 아날로그 주파수 보정을 이용하여 주파수를 발생시키고 세팅하기 위한 회로를 도시한 도면이다.
도 2는 디지털 주파수 보정을 이용하여 주파수를 발생시키고 세팅하기 위한 회로를 도시한 도면이다.
도 3은 아날로그 주파수 보정을 이용하여 주파수를 발생시키고 세팅하기 위한 회로의 세부도이다.
도 4는 주파수 발생 및 세팅을 위한 회로의 세부도를 도 3의 부품들의 대응 회로도로 표현한 도면이다.
도 5는 다수의 커패시터가 하나의 부하 커패시터(load capacitor)(CL) 또는 하나의 부하 커패시턴스에 결합된, 도 4의 대응 회로도이다.
도 6은 예컨대 다수의 접지측 소형 커패시터의 병렬 회로를 이용하여 디지털 제어가 가능한 가변 커패시턴스의 발생을 설명하기 위한 개략도이다.
도 7은 부하 커패시턴스(CL)의 함수로서의 주파수 f(CL)의 그래프이다.
도 8은 예컨대 도 5에 따른 발진 회로의 주파수를 조정하기 위한, 본 발명의 한 실시예에 따른 임피던스 컨버터 회로의 회로도이다.
발진기 또는 발진 회로를 이용하여 주파수를 발생시키고 세팅하기 위한 회로 의 한 바람직한 실시예를 설명하기에 앞서, 먼저 수정 발진기(CXO: Controlled Crystal Oscillator)의 예를 통해 조정 가능 발진기 또는 발진 회로의 기본 이론에 대해 다시 한 번 살펴보고자 한다.
1. 조정 가능한 발진기에서의 주파수 세팅
도 3A에는 공진 회로 또는 공진 시스템을 형성하는 제어 발진기 또는 발진 회로의 3개의 메인 섹션 또는 메인 소자가 도시되어 있다.
a) 능동부(AT): 능동부(AT)는 음의 저항으로서 작용하며, 시스템이 회로의 나머지 부분의 저항을 보상하기 때문에 시스템의 진동을 허용한다. 능동부(AT)는 커패시터(Cactive)에 직렬로 연결된 음의 저항(-R 또는 -Ractive)을 함께 나타낼 수 있다.
b) 주파수 규정부(FT)(여기서는 수정(quartz)): 주파수 규정부(FT)는 일반적으로 병렬 커패시터(C0)를 가진 직렬-RLC-회로를 나타낸다. 수정 발진기의 경우, 어느 정도의 정밀성을 가진 수정 파라미터(R 1, C 1 및 L 1)가 공지되어 있다.
c) 세팅부(ET): 세팅부(ET)는 회로 센터링(도 3D 참조)을 위해 일반적으로 1개의 조정 가능한 커패시터(Cv) 및 몇몇의 부동 커패시터(여기서는 Cs 및 Cp)로 구현된다. 상기 조정 가능 커패시터는 아날로그 신호, 일반적으로 전압(이 경우 VC(X)O 또는 "Voltage Controlled (Crystal) Oscillator")에 의해 또는 하기에 더 상세히 설명되는 디지털 신호에 의해 세팅될 수 있다(이미 도 1과 관련하여 설명하였음).
도 4에는 등가의 소자들을 포함하는, 전술한 수정 발진 회로가 도시되어 있다.
커패시터들(C v, C p, C s 및 C active)이 도 5에서처럼 결합되면, 발진기 내지는 발진 회로의 도시를 더 단순화할 수 있다. 즉, 공진 엘리먼트가 커패시턴스 또는 부하 커패시턴스(C L)와 직렬로 접속된다. C L은 C v, C p, C s 및 C active의 함수이다. 이러한 특수한 경우, C L은 도 4에 따라 하기(등식 1)와 같이 계산된다.
Figure 112005068808773-PCT00003
(1)
수정의 고유 주파수를
Figure 112005068808773-PCT00004
라고 하면, 회로가 진동할 수 있는 주파수 f는 C L의 함수로서 하기와 같이 표현된다(등식 2).
Figure 112005068808773-PCT00005
(2)
이와 같은 부하 커패시턴스(C L)의 주파수(f)의 함수가 도 7에 도시되어 있다.
발진 회로의 주파수(f)는 부하 커패시턴스(C L)의 변동에 의해서, 그리고 C L 자체가 C v의 함수이기 때문에, 조정 가능한 커패시턴스(C v)의 변동에 의해서 세팅될 수 있다.
2. 디지털 제어 발진 회로의 구현
하기에서는 이제 위에서 이미 기술한 조정 가능한 커패시턴스(C v)의 일반적인 구현에 대해 설명한다.
가변 용량을 가진 커패시터의 형성에 대한 기본 원리는 도 6을 참고로 한다. 예컨대 작은 커패시턴스(dC v)를 갖는 다수의 커패시터(K01 내지 K04)가 병렬로 접속됨으로써, 더 큰 커패시턴스 또는 전체 커패시턴스(C v)가 얻어진다. 그러한 병렬 회로를 커패시턴스 뱅크(KB01)라고도 한다(각각의 세팅 커패시터(K11 내지 K14)를 포함하는 커패시턴스 뱅크(KB11)와 관련한 도 2의 설명 참조). 모든 개별 커패시턴스 또는 모든 개별 커패시터의 스위치(S01 내지 S04)에 의해 스위칭이 (프로그래밍 워드를 이용하여) 프로그래밍되면, 큰 커패시턴스(C v)의 값이 변동할 수 있다.
따라서 후속하는 설명을 위해서는, 커패시턴스 뱅크(KB01)가 개별 커패시턴스(dC v)의 연결 또는 분리에 의해 변동되거나 세팅될 수 있는 전체 커패시턴스(C v)를 갖는다고 가정해야 한다.
전술한 개념에 의하면, 주파수 정밀도는 구현 가능한 최소 커패시턴스(dCv)와 매우 밀접한 관련이 있다. 주파수를 전체 부하 커패시턴스(C L)의 함수(방정식 2 및 도 7 참조)로 간주하는 경우, 주파수 정밀도(df(C L))는 하기와 같다.
Figure 112005068808773-PCT00006
값 dC L 은 여기서 전체 부하 커패시턴스의 값에 대해 달성될 수 있는 정밀도이다. C L이 C v의 함수이므로, 하기의 등식도 적용된다.
Figure 112005068808773-PCT00007
상기 2개의 등식은 전체 부하 커패시턴스 (C L)(C v)의 함수로서의 주파수 정밀도를 서술하며, 커패시턴스 뱅크(dC v)의 커패시턴스 단계는 하기와 같다(등식 3).
Figure 112005068808773-PCT00008
도 3 내지 도 5에 따른 발진 회로의 예에서는 다음 2개의 등식이 기술될 수 있다.
Figure 112005068808773-PCT00009
Figure 112005068808773-PCT00010
크기(magnitude)의 개념을 위해서는 하기의 계산예가 고려되어야 한다. 하기의 계산예는 C v = 10pF, dC v = 2fF일 때, 회로의 주파수 정밀도를 산출하는데 사용되며, 수정 파라미터는 하기의 크기를 갖는다.
f 0 = 25992606 Hz
C 1 = 6.6 fF
C 0 = 1.6 pF
따라서 회로는 하기와 같이 설계된다.
Cp = 4 pF
C s = C active = 40 pF
이 경우 하기의 결과가 얻어진다.
Figure 112005068808773-PCT00011
그러나 이러한 정밀도가 충분치 않은 경우들(예컨대 이동 전화와 같이 GSM 표준에 따라 운용되는 이동 무선 장치의 경우)이 있다. 그러한 경우에는 수정 파라미터 또는 회로 내 다른 값들의 최적화를 시도할 수 있으나, 여유도(margin)가 매우 좁은 경우가 많다.
3. 임피던스 컨버터의 사용을 통한 정밀도의 증가
이제 전술한 가변 용량(Cv)을 갖는 (간단한) 커패시턴스 뱅크(KB01)가 2개의 커패시턴스 뱅크, 즉 조정 가능 커패시턴스(C vcrude )를 갖는 제 1 커패시턴스 뱅크(KB21) 및 조정 가능 커패시턴스(C vfine )를 갖는 제 2 커패시턴스 뱅크(KB22)를 포함 하는 임피던스 컨버터 회로로 대체된다. 각각의 신규 커패시턴스 뱅크들의 구조(세팅 커패시터들의 병렬 회로) 및 작동 방식은 커패시턴스 뱅크(KB01)(또는 도 2의 커패시턴스(KB11))의 구조 및 작동 방식에 상응한다. 임피던스 컨버터 회로의 회로 설계가 도 8에 도시되어 있다. 여기서는 커패시터 Ca, 커패시터 Cb 및 제 2 커패시턴스 뱅크(KB22)가 하기에 설명될 미세 조정 장치 내지는 미세 조정 회로(FES)를 형성한다. 2개의 뱅크 각각에 대해 커패시턴스 변동의 도달 가능한 최대 정밀도(dC v )는 기술적으로(커패시터 제조시) 커패시터 또는 조정 커패시터의 도달 가능한 최소 커패시턴스(dC vmin )로 제한되거나 커패시턴스 뱅크 내 커패시터의 수로 제한된다. 대부분의 경우 커패시턴스(C vcrude )는 요구되는 주파수 당김(frequency pulling) 범위(f(C vcrudemax )-f(C vcrudemin ))가 평균 정밀도로 달성되도록 설계된다. 이 경우 미세 정밀도는 C vfine , C a 및 C b 의 조합을 통해 달성된다.
임피던스 컨버터 회로의 등가 커패시턴스 또는 총 커패시턴스를 C v 라 하고, 상기 C v 는 하기와 같이 산출될 수 있다(등식 4).
Figure 112005068808773-PCT00012
Figure 112005068808773-PCT00013
Figure 112005068808773-PCT00014
(4)
상기 식을 통해, C v 가 어림 추정된 커패시턴스(C vcrude )와 미세 양자화된 커패시턴스(C add )의 합으로부터 산출된다는 것을 알 수 있다.
커패시턴스 C add 가 커버해야 하는 최대 커패시턴스 범위가
Figure 112005068808773-PCT00015
라면, 대부분의 경우 하기의 범위가 적용되는 것이 바람직하다.
Figure 112005068808773-PCT00016
여기서는 Ca + Cb 》Cvfine을 선택하는 것이 유리하다. 그러면 하기와 같은 근사법을 이용하여 C v 를 단순화할 수 있다(등식 5).
Figure 112005068808773-PCT00017
(5)
등식 (5)는 C a 및 C b 를 적절하게 선택함으로써 C v 를 선형으로 이용할 수 있다는 것을 보여준다. 그러한 경우 에 C a 및 C b 의해 변환된 커패시턴스 범위에 C v 의 정확히 하나의 단(step)이 대응된다. 이는 전술한 2번에서 설명하였다. 이제 정밀도가 개선된 것만 보이면 된다.
Cvfine이 작은 단 또는 작은 커패시턴스 단(dC vfine )만큼 스위칭되면, dC v 의 경우 이는 하기의 단에 상응한다.
Figure 112005068808773-PCT00018
등식 (4)로부터 하기의 식이 유도될 수 있다(등식 6).
Figure 112005068808773-PCT00019
Figure 112005068808773-PCT00020
(6)
Figure 112005068808773-PCT00021
미세 분해능에 도달하기 위해서는, Ca + Cb 》Cvfine이 적용되도록 C a 및 C b 를 선택해야 한다. 그러한 경우, 식 (6)을 다음과 같이 쓸 수 있다.
Figure 112005068808773-PCT00022
(7)
상기 식을 다음과 같이 더 단순화시킬 수 있다(등식 8).
Figure 112005068808773-PCT00023
(8)
이제 임피던스 컨버터 회로(IWS)의 바람직한 효과를 구체적인 수치를 예로 들어 설명한다. 커패시터 제조 기술을 통해 최소값으로서 dC vfine = 2fF (= 2 femtofarad)의 커패시턴스 값을 갖는 커패시턴스 뱅크의 조정 커패시터가 제조될 수 있다. C a = 1 pF 및 C b = 10 pF 가 선택된다. 이 경우 임피던스 컨버터 회로의 총 커패시턴스(C v )는 식 (8)에 의해 산출될 수 있는 dC v 의 단으로 양자화될 수 있다. 이로부터 KB22의 커패시턴스가 dC vfine 만큼 변동하는 경우 임피던스 컨버터 회로(IWS)의 유효 커패시턴스 변동은 최종적으로 dC v = 0.0165 fF 로 산출된다. 이는 부하 커패시턴스의 세팅을 위해 단 하나의 커패시턴스 뱅크만 사용하는 방법에 비해 분해능이 약 121 팩터만큼 개선된 것에 상응한다.
도 1 및 도 2와 관련하여 설명한 발진 회로를 실무에 적용하는 것과 관련하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 발진 회로, 즉 디지털 제어가 가능한 임피던스 컨버너 회로(IWS)를 구비한 발진 회로도 역시 이동 전화의 무선 칩에 통합될 수 있다. 예컨대 도 2에 도시된 커패시턴스 뱅크(KB11)가 임피던스 컨버터 회로(IWS)로 대체될 수 있다. 작동을 위해 고정밀 주파수를 필요로 하는 다른 전기 장치에도 물론 본 발명의 일 실시예에 따른 발진 회로를 사용할 수 있다.

Claims (10)

  1. 디지털 제어 발진 회로로서,
    규정된 고정밀 주파수를 가진 진동을 발생시키기 위한 주파수 규정(frequency-defining) 부품(QO); 및
    상기 발진 회로(QO)의 진동 주파수를 변동시키기 위해 상기 주파수 규정 부품(QO)과 연결되는 세팅 장치(IWS)를 가지며,
    상기 세팅 장치는
    상호 연결되어 미리 정해진 제 1 전체 리액턴스(Cvcrude)를 세팅하기 위해 개별적으로 제어될 수 있는 다수의 제 1 세팅 리액턴스를 포함하는 제 1 디지털 제어 리액턴스 뱅크(KB21); 및
    상기 제 1 리액턴스 뱅크(KB21)에 연결되며, 제 2 리액턴스(Cb) 및 제 2 디지털 제어 리액턴스 뱅크(KB22)로 이루어진 병렬 회로에 직렬로 접속되는 제 1 리액턴스(Ca)를 포함하는 미세 조정 회로(FES)를 포함하며,
    상기 제 2 디지털 제어 리액턴스 뱅크(KB22) 내에서는 다수의 제 2 세팅 리액턴스가 상호 연결되어 미리 정해진 제 2 전체 리액턴스(Cvfine)를 세팅하기 위해 개별적으로 제어될 수 있는,
    디지털 제어 발진 회로.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 주파수 규정 부품은 특히 수정 엘리먼트(quartz element) 형태의 진동 엘리먼트(QO)일 수 있는,
    디지털 제어 발진 회로.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 리액턴스(Ca) 및 제 2 리액턴스(Cb)를 합한 리액턴스가 상기 제 2 전체 리액턴스(Cvfine)보다 훨씬 더 큰,
    디지털 제어 발진 회로.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 리액턴스(KB21) 및/또는 제 2 리액턴스(KB22)가 디지털 프로그래밍 워드에 의해 제어될 수 있고, 상기 프로그래밍 워드에 기초하여 각각의 세팅 리액턴스가 연결되거나 분리되는,
    디지털 제어 발진 회로.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 리액턴스 뱅크 및/또는 제 2 리액턴스 뱅크는, 상호 연결되어 미리 정해진 전체 리액턴스로서의 전체 커패시턴스를 세팅하기 위해 개별적으로 제어 될 수 있는 세팅 리액턴스로서의 다수의 세팅 커패시터를 포함하는 커패시턴스 뱅크인,
    디지털 제어 발진 회로.
  6. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 리액턴스 뱅크 및/또는 제 2 리액턴스 뱅크는, 상호 연결되어 미리 정해진 전체 리액턴스로서의 전체 인덕턴스를 세팅하기 위해 개별적으로 제어될 수 있는 세팅 리액턴스로서의 다수의 세팅 인덕턴스를 포함하는 인덕턴스 뱅크인,
    디지털 제어 발진 회로.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 세팅 인덕턴스는, 정해진 인덕턴스를 갖는 코일, 공진 회로 또는 라인인,
    디지털 발진 회로.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 따른 발진 회로를 구비한 전기 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    이동 무선 장치, 특히 이동 전화로 구현되는,
    전기 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    GSM 표준, UMTS 표준, DECT 표준, WLAN 표준 또는 CDMA 표준에 따라 운용되는,
    전기 장치.
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