KR20060073775A - 주파수 변환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주파수 변환기에 관한 것으로써, 특히, 오프셋-PLL(Offset-Phase Locked Loop)을 위한 주파수 업-변환기(Up-Converter)에서 필터링 특성을 개선할 수 있도록 하는 기술을 개시한다. 이를 위해, 본 발명은 믹서의 출력에서 노이즈를 필터링하기 위한 필터부의 구조를 개선함에 있어서, 대역 저지 필터(BRF;Band-Reject Filter)와 대역 통과 필터(BPF;Band-Pass Filter)의 기능을 동시에 수행할 수 있도록 하여 노이즈 제거 특성을 향상시킬 수 있도록 한다.

Description

주파수 변환기{Frequency converter}

도 1은 종래의 주파수 변환기에 관한 구성도.

도 2a 내지 도 3b는 도 1의 필터에 관한 실시예 및 출력 파형도.

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 주파수 변환기의 구성도 및 출력 파형도.

도 5는 본 발명에 따른 주파수 변환기의 믹서와 필터부에 관한 상세 회로도.

본 발명은 주파수 변환기에 관한 것으로써, 특히, 오프셋-PLL(Offset-Phase Locked Loop)을 위한 주파수 업-변환기(Up-Converter)에서 필터링 특성을 개선할 수 있도록 하는 기술이다.

도 1은 오프셋-PLL(Offset-Phase Locked Loop)을 위한 종래의 주파수 변환기의 구성도이다.

종래의 주파수 변환기는 PLL(1), 전압제어발진기(VCO;Voltage Controlled Oscillator)(2), 분주기(3), 믹서(Mixer;4) 및 필터(5)를 구비한다.

여기서, 전압제어발진기(2)는 PLL의 출력에 따라 발진 주파수 f0를 출력한다. 분주기(3)는 전압제어발진기(2)의 출력을 2분주하여 출력한다. 믹서(4)는 전 압제어발진기(2)의 출력과 분주기(3)의 출력을 믹싱하여 출력한다. 필터(5)는 믹서(4)의 출력에서 노이즈를 제거하여 발진 주파수 f0의 비정수배(1.5배)를 갖는 출력 주파수 fout를 생성한다.

이때, 믹서(4)의 출력 주파수는 전압제어발진기(2) 출력의 0.5배 주파수 성분과 1.5배 주파수 성분을 모두 포함한다. 이에 따라, 필터(5)는 이상적으로 1.5배 주파수 성분을 갖는 출력주파수 fout를 생성한다.

송수신기의 RF(Radio Frequency) 입력신호와 로컬 발진기(Local Oscillator;LO) 내부의 전압제어발진기(2)의 주파수가 유사할 경우, 상호 작용에 의해 발생하는 잡음에 따라 시스템 성능이 저하된다. 이에 따라, 상술된 구조의 주파수 변환기를 이용하여 전압제어발진기(2)의 주파수를 변경하여 원하는 로컬 발진기의 주파수를 생성할 수 있도록 한다.

이러한 구성을 갖는 종래의 주파수 변환기에서, 믹서(4)의 후단에 연결된 필터(5)는 도 2a에 도시된 바와 같이 대역 저지 필터(BRF;Band-Reject Filter;5a)로 구성되거나, 도 3a에 도시된 바와 같이 대역 통과 필터(BPF;Band-Pass Filter;5b)로 구성될 수 있다.

따라서, 필터(5)가 대역 저지 필터(5a)로 구성될 경우 도 2b에 도시된 바와 같이 전압제어발진기(2) 출력의 0.5배 주파수 성분 f0/2을 제거하게 된다. 반면에, 필터(5)가 대역 통과 필터(5b)로 구성될 경우 도 3b에 도시된 바와 같이 전압제어발진기(2) 출력의 1.5배 주파수 성분 3f0/2만 통과시키게 된다.

이러한 필터(5)를 CMOS 공정을 이용하여 온-칩(On-Chip)으로 구현할 경우 엑 티브(Active) 필터로 구현하거나 LC를 이용한 패시브(Passive) 필터로 구현할 수 있다.

따라서, 필터(5)를 엑티브 필터로 구현할 경우 신호의 이득을 얻을 수 있는 장점이 있는 반면에, 잡음 특성을 매우 저하시키며 RF 주파수 대역의 동작 범위가 한정되는 단점이 있다. 이에 따라, 무선 시스템의 로컬 발진기에 사용하기 어려운 문제점이 있다.

또한, 필터(5)를 패시브 필터로 구현할 경우 잡음 특성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 반면에, CMOS 공정으로 구현하였을 경우 인덕터(Inductor)의 퀄리티 인자(Quality Factor)가 좋지 못하기 때문에 이를 이용한 온-칩의 구현시 소자 특성의 저하로 인하여 필터의 성능이 저하될 뿐 아니라 필터링 특성이 크게 개선되지 못하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 특히, 대역 저지 필터(BRF;Band-Reject Filter)와 대역 통과 필터(BPF;Band-Pass Filter)의 기능을 동시에 수행하는 필터를 구현하여 노이즈 제거 특성을 향상시킬 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 주파수 변환기는, 위상 동기 루프의 출력에 따라 특정 발진 주파수를 생성하는 전압 제어 발진기; 전압 제어 발진기의 출력을 분주하여 특정 주파수를 생성하는 분주기; 전압 제어 발진기의 출력과 분주 기의 출력을 믹싱하여 차동 출력 주파수를 생성하는 믹서; 및 차동 출력 주파수에서 특정 주파수 이하를 필터링하고, 차동 출력 주파수에서 특정 주파수를 패스하여 특정 주파수 이외의 노이즈를 필터링하는 필터부를 구비함을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다.

도 4a는 오프셋-PLL(Offset-Phase Locked Loop)을 위한 본 발명의 주파수 변환기의 구성도이다.

본 발명은 PLL(위상동기루프;10), 전압제어발진기(VCO;Voltage Controlled Oscillator)(20), 분주기(30), 믹서(Mixer;40) 및 필터부(50)를 구비한다.

여기서, PLL(10)은 외부로부터의 신호에 의해 임의의 주파수를 발생한다. 전압제어발진기(20)는 PLL(10)의 출력에 따라 발진 주파수 f0를 출력한다. 분주기(30)는 전압제어발진기(20)의 출력을 분주하여 출력한다. 믹서(40)는 전압제어발진기(20)의 출력과 분주기(30)의 출력을 믹싱하여 출력한다. 필터(5)는 믹서(40)의 출력에서 노이즈를 제거하여 발진 주파수 f0의 비정수배(1.5배)를 갖는 출력 주파수 fout를 생성한다.

이때, 믹서(40)의 출력 주파수는 전압제어발진기(20) 출력의 0.5배 주파수 성분과 1.5배 주파수 성분을 모두 포함한다. 이에 따라, 필터(50)는 이상적으로 1.5배 주파수 성분을 갖는 출력주파수 fout를 생성한다.

여기서, 필터(50)는 도 4b에 도시된 바와 같이 대역 저지 필터(BRF;Band-Reject Filter)와 대역 통과 필터(BPF;Band-Pass Filter)의 기능을 동시에 수행하 게 된다.

즉, 목표로 하는 출력주파수 fout가 1.5배 주파수 성분 3f0/2이므로 가장 큰 크기를 갖는 0.5배 주파수 성분 f0/2을 대역 저지 필터를 통해 제거한다. 그리고, 대역 통과 필터를 통해 1.5배 주파수 신호를 통과시키며, 믹서(40)의 출력에서 발생하는 각종 신호들의 노이즈를 제거하고 원하는 주파수 성분 3f0/2를 생성한다.

도 5는 이러한 대역 저지 필터와 대역 통과 필터를 포함하는 필터부(50)와 믹서(40)의 상세 회로도이다.

먼저, 믹서(40)는 입력전압단 Vi2,Vi2B 사이에 직렬 연결된 NMOS트랜지스터 N1,N2를 구비한다. 여기서, NMOS트랜지스터 N1의 게이트 단자에는 입력신호 Vi1가 인가되고, NMOS트랜지스터 N2의 게이트 단자에는 입력신호 Vi1B가 인가된다.

또한, 믹서(40)는 입력전압단 Vi2,Vi2B 사이에 직렬 연결되며, NMOS트랜지스터 N1,N2와 병렬 연결된 NMOS트랜지스터 N3,N4를 구비한다. 여기서, NMOS트랜지스터 N3의 게이트 단자에는 입력신호 Vi1B가 인가되고, NMOS트랜지스터 N4의 게이트 단자에는 입력신호 Vi1가 인가된다.

이에 따라, 믹서(40)는 두쌍의 차동 입력 Vi1,Vi1B, Vi2,Vi2B을 통해 특정 주파수를 갖는 전압제어발진기(20)의 출력과 분주기(30)의 출력이 인가되어, 출력단 VO,VOB을 통해 1.5배 주파수를 갖는 차동 구형파 신호가 생성된다.

그리고, 필터부(50)는 출력단 VO,VOB 사이에 연결된 캐패시터 C1,C2와 인덕터 L를 구비한다.

여기서, 필터부(50)에서 캐패시터 C1의 캐패시턴스를 Cp라 하고, 캐패시터 C2의 캐패시턴스를 Cs라 가정한다. 그러면, 대역 통과 필터의 중심 주파수는 1/[2π*L*Cp]가 되고, 대역 저지 필터의 중심 주파수는 1/[2π*L*(Cp+Cs)]가 된다.

이러한 주파수를 갖는 필터부(50)는 엑티브 필터 또는 패시브 필터로 구현할 수 있다. 본 발명이 적용되는 무선 시스템에서 로컬 발진기의 주파수가 GHz 대역인 점을 감안하면 믹서(40)의 입출력 신호들 사이의 주파수 간격이 충분하다.

이에 따라, 본 발명은 필터링의 성능 저하 문제를 완화시킬 수 있게 된다. 또한, 최종 출력단에 버퍼(미도시)를 삽입할 경우 신호의 손실을 방지하여 원하는 신호의 크기로 복원할 수 있게 된다.

즉, 송수신기의 RF(Radio Frequency) 입력신호와 로컬 발진기(Local Oscillator;LO) 내부의 전압제어발진기(20)의 주파수가 유사할 경우, 상호 작용에 의해 발생하는 잡음에 따라 시스템 성능이 저하된다. 이에 따라, 상술된 구조의 주파수 변환기를 이용하여 전압제어발진기(20)의 주파수를 변경하여 원하는 로컬 발진기의 주파수를 생성할 수 있도록 한다.

따라서, 본 발명의 실시예에서 필터부(50)는 도 5에 도시된 바와 같이 무선 시스템의 로컬 발진기로 사용되기 적합한 구조의 패시브 필터로 구현하게 된다. 도 5에 도시된 필터부(50)는 차동 패시브 믹서(40)의 차동 출력에서 대역 저지 필터와 대역 통과 필터의 기능을 동시에 수행할 수 있게 된다.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으 로 보아야 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 무선통신 시스템에서 RF(Radio Frequency) 신호의 송수신시 로컬 발진기(Local Oscillator;LO)로 사용되는 제로 IF(Zero-Intermediate Frequency) 또는 로우 IF(Low-Intermediate Frequency) 수신기 구조에 적용된다. 이에 따라, 본 발명은 셀프 믹싱, DC 오프셋 등의 노이즈 문제로 인한 수신기의 BER(Bit Error Ratio;비트 오류율) 성능 저하를 개선할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

Claims (5)

1. 위상 동기 루프의 출력에 따라 특정 발진 주파수를 생성하는 전압 제어 발진기;

   상기 전압 제어 발진기의 출력을 분주하여 특정 주파수를 생성하는 분주기;

   상기 전압 제어 발진기의 출력과 분주기의 출력을 믹싱하여 차동 출력 주파수를 생성하는 믹서; 및

   상기 차동 출력 주파수에서 특정 주파수 이하를 필터링하고, 상기 차동 출력 주파수에서 상기 특정 주파수를 패스하여 상기 특정 주파수 이외의 노이즈를 필터링하는 필터부를 구비함을 특징으로 하는 주파수 변환기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 필터부는 대역 저지 필터와 대역 통과 필터를 구비함을 특징으로 하는 주파수 변환기.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 믹서는 두쌍의 차동 입력단을 통해 상기 전압제어발진기의 출력과 상기 분주기의 출력이 인가되고, 출력단을 통해 상기 차동 출력 주파수를 생성하는 차동 패시브 믹서를 구비함을 특징으로 하는 주파수 변환기.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 필터부는

   상기 차동 출력 주파수의 출력단 사이에 직렬 연결된 제 1캐패시터 및 제 2캐패시터; 및

   상기 제 1캐패시터와 병렬 연결된 인덕터를 구비함을 특징으로 하는 주파수 변환기.
5. 제 1항에 있어서, 상기 필터부는 엑티브 필터를 구비함을 특징으로 하는 주파수 변환기.

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