KR20060131312A

KR20060131312A - 복소 계수 필터를 이용한 직교 위상 발진 장치

Info

Publication number: KR20060131312A
Application number: KR1020050051646A
Authority: KR
Inventors: 전시범; 박상근; 이우용
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-06-15
Filing date: 2005-06-15
Publication date: 2006-12-20
Also published as: EP1737123A1; CN1881784A; US20060284686A1

Abstract

본 발명은 무선 송수신기에서 직교 위상 발진 장치에 있어서, 인가되는 전압에 따라 송수신 신호를 변조하기 위한 발진 주파수 신호를 제공하는 전압 제어 발진기와, 상기 전압 제어 발진기로부터의 발진 주파수 신호를 입력받아 입력된 발진 주파수의 네거티브(negative) 주파수 성분 또는 포지티브(positive) 주파수 성분 중 어느 한 성분을 감쇄하여 나머지 한 성분의 신호만 통과시키고, 통과된 신호를 각각 동위상을 가지는 I신호와 직교위상을 가지는 Q신호로 생성하여 출력하는 필터를 포함한다. 이러한 본 발명은 기존처럼 무선 송수신기(RFIC)의 칩 상(on-chip)에 R-C polyphase 필터 또는 Master-Slave FF등을 실장시키지 않아도 되므로 I/Q 신호 발생기 구현이 간단하고 용이한 이점이 있다.

무선 송수신기, I/Q 신호, VCO, 복소 계수 필터

Description

복소 계수 필터를 이용한 직교 위상 발진 장치{APPARATUS FOR GENERATING AN ORTHOGONAL PHASE SIGNAL USING COMPLEX COEFFICIENT FILTER}

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 복소 계수 필터를 이용한 직교 위상 발진 장치에 대한 블록 구성도

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 복소 계수 SAW 필터의 특성을 나타낸 도면

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 복소 계수 SAW 필터를 도시한 도면

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 복소 계수 SAW 필터의 입출력 신호를 나타낸 도면

본 발명은 무선 송수신기에 관한 것으로, 특히 무선 송수신기(RF Tranceiver Intergrated Circuit)에 사용되는 직교 위상 발진 장치에 관한 것이다.

일반적으로 무선 송수신기는 I/Q 변조 방식을 이용하여 정보를 송수신하는 경우가 많다. I/Q 변조 방식이란 송수신 신호를 I(In phase)신호와 Q(Quadrature phase) 신호를 두 축으로 하는 직교 신호로 변조하는 방식을 말한다. I신호는 동위 상 신호이고, Q신호는 직교 위상 신호이다. I/Q 변조 방식에서는 송수신 신호를 복소수 좌표계에서 표현하기 위해 송수신 신호의 실수 성분을 I신호로, 허수 성분을 Q신호로 나타낸다.

통상적으로 무선 송수신기에서는 인가되는 전압에 따라 소정 주파수를 발진하는 VCO를 이용하여 송수신 변조를 위한 발진 주파수를 생성하고, 생성된 발진 주파수를 90°위상 차이가 나는 I성분과 Q성분으로 분리하여 I/Q신호를 생성한다. 그리고 송수신 신호에 상기 생성된 I/Q 신호를 혼합하여 송수신 신호를 변조한다.

그런데 종래 기술에 따르면 I/Q 신호는 주로 무선 송수신기 칩상에 R(Register)-C(Capacitor) polyphase 필터 또는 Master-Slave FF(Flip-Flop)에 의해 생성되는 경우가 많다.

R-C polyphase방식은 R-C 필터의 위상 특성을 이용하여 발진 주파수를 90°위상 차이가 나는 I성분과 Q성분으로 분리하여 출력하는 방식이다. 이러한 R-Cpolyphase방식은 무선 송수신기의 RF 칩상에 저항과 캐패시터를 가지기 때문에 일정 수준의 칩 면적을 차지하게 되고 정확한 90°위상 차이가 나는 직교 위상 특성을 나타내는 구간이 영역이 매우 좁은 단점이 있다.

또한 Master-Slave FF(Flip-Flop) 방식은 원하는 발진 주파수의 2^N배 높은 주파수를 N개의 종속 접속된 N개의 Master-Slave에 인가하고 각 플립-플롭의 내부에서 원하는 출력 주파수에 해당하는 I성분과 Q성분을 추출하는 방식이다. 이러한 Master-Slave FF 방식은 R-C 방식에 비해서 출력신호 중 중 정확한 90°위상 차이가 나는 직교 위상 특성을 나타내는 구간의 대역폭이 크기는 하지만 나눗셈 역할을 하는 플립-플롭을 구현해야 하고 플립-플롭을 구동시키는데 전력이 많이 소모된다. 또한 원하는 발진 주파수보다 원하는 발진 주파수의 2^N배 높은 주파수를 발진하므로 이로 인한 전류 소모량이 큰 단점이 있다.

따라서 본 발명의 목적은 직교 위상 특성을 나타내는 대역폭이 넓은 복소 계수 필터를 이용한 직교 위상 발진 장치를 제공하는 데 있다.

또한 본 발명의 목적은 원하는 발진 주파수보다 높은 발진 주파수를 제공하지 않아도 되는 복소 계수 필터를 이용한 직교 위상 발진 장치를 제공하는 데 있다.

또한 본 발명의 목적은 전력 소모가 복소 계수 필터를 이용한 직교 위상 발진 장치를 제공하는 데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 무선 송수신기에서 직교 위상 발진 장치에 있어서, 인가되는 전압에 따라 송수신 신호를 변조하기 위한 발진 주파수 신호를 제공하는 전압 제어 발진기와, 상기 전압 제어 발진기로부터의 발진 주파수 신호를 입력받아 입력된 발진 주파수의 네거티브(negative) 주파수 성분 또는 포지티브(positive) 주파수 성분 중 어느 한 성분을 감쇄하여 나머지 한 성분의 신호만 통과시키고, 통과된 신호를 각각 동위상을 가지는 I신호와 직교위상을 가지는 Q신 호로 생성하여 출력하는 필터를 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면에 표시되더라도 가능한 동일한 참조번호 및 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 복소 계수 필터를 이용한 직교 위상 발진 장치에 대한 블록 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 복소 계수 필터를 이용한 직교 위상 발진 장치(20)는 기존의 R-C polyphase 필터 또는 Master-Slave FF(Flip-Flop) 대신 Complex coefficient SAW(Surface Acoustic Wave) 필터(이하 '복소 계수 SAW 필터' 라 칭함)(22)를 이용하여 I/Q 신호를 생성한다.

이러한 본 발명의 실시 예에 따르면 복소 계수 필터를 이용한 직교 위상 발진 장치 (20)는 VCO(Voltage Controlled Oscillator)(12), 버퍼(Buffer)(14), 복소 계수 SAW 필터(22)를 포함한다.

VCO(12)는 인가되는 전압에 따라 송수신 신호를 변조하기 위한 발진 주파수를 제공한다.

버퍼(14)는 VCO(12)로부터의 발진 주파수를 복소 계수 SAW 필터(22)에 제공한다.

복소 계수 SAW 필터(22)는 수동소자로서 무선 송수신기 칩(chip)(10) 외부에 구비될 수 있으며 IC 핀(pin)들(31~33)을 통해 무선 송수신기 칩 내의 버퍼(14)와 혼합기(16)사이에 연결된다.

그리고 복소 계수 SAW 필터(22)는 VCO(12)로부터의 발진 주파수를 입력받아 입력된 신호와 동일한 위상을 갖는 I 신호와, 90도의 위상차를 갖는 Q 신호를 각각 생성하여 혼합기(16)로 출력한다.

그러면 혼합기(16)는 송수신 신호에 I/Q 신호를 혼합하여 변조한다.

이하 상기한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 I/Q 신호 생성기(20)에서의 복소 계수 SAW 필터(22)에 대해 구체적으로 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 복소 계수 SAW 필터(22)의 특성을 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 복소 계수 SAW 필터(22)는 VCO(12)에 의해 발생된 발진 주파수에 의한 CW(Continous Wave) 신호가 인가되면, CW 신호의 네거티브(negative) 주파수 성분 또는 포지티브(positive) 주파수 성분 중 어느 한 성분의 신호만 통과시키는 특성을 가진다.

도 2에서는 본 발명의 실시 예에 따른 복소 계수 SAW 필터(22)의 통과대역이 포지티브(positive) 주파수 성분인 경우를 도시하고 있다. 예를 들어 CW 신호가 입력되면, 복소 계수 SAW 필터(22)는 도 2에 도시된 바와 같이 포지티브 주파수 성분인 +ω₀주파수 대역의 신호는 통과시키고, 네거티브 주파수 성분인 -ω₀주파수 대 역의 신호는 감쇄시킨다.

본 발명의 실시 예에 따르면 상기 통과된 포지티브(positive) 주파수 성분의 신호는 복소수(complex) 신호로 나타낼 수 있다. 복소수 신호는 실수 성분의 신호와 허수 성분을 가지며, 실수 성분의 신호와 허수 성분은 90도 위상 차이를 가지도록 나타낼 수 있다.

복소 계수 SAW 필터(22)는 통과된 포지티브 주파수 성분의 신호를 90도 위상 차이를 가지는 실수 성분과 허수 성분으로 분리하고 분리된 실수 성분과 허수 성분의 신호를 각각 I/Q 신호로 출력한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 복소 계수 SAW 필터(22)를 도시한 도면이고,도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 복소 계수 SAW 필터(22)의 입출력 신호를 나타낸 도면이다.

이하 도 3 및 도 4를 참조하여 정현파인 cos(ωt)신호가 입력되는 경우 복소 계수 SAW 필터(22)의 동작을 설명한다.

도 3에서 복소 계수 SAW 필터(22)에 입력되는 입력 신호 cos(ωt)는 하기 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.

상기 수학식 1에서

는 포지티브 성분이고,

는 네거티브 성분이다.

도 4를 참조하면, 상기한 바와 같은 수학식 1의 입력 신호는 도 4의 (a)와 같이 나타낼 수 있다. 도 4의 (a)에는 포지티브 성분과 네거티브 성분이 도시되어 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면 복소 계수 SAW 필터(22)는 상기한 바와 같이 입력 신호를 포지티브 성분과, 네거티브 성분의 두 성분으로 분리한다.

그러면 상기 포지티브 성분

은 도 4의 (b)와 같이 나타낼 수 있다.

또한, 상기 네거티브 성분

은 도 4의 (c)와 같이 나타낼 수 있다.

포지티브 성분이 선택된 경우, 두 성분중 네거티브 성분이 필터에 의해 제거되고, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 포지티브 성분인

만 통과된다.

그런데

는 다시 하기 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.

상기 수학식 2에서

는 복소 계수 SAW 필터(22)의 입력신호( cos(ωt))와 동일한 위상을 가지는 실수 성분이다. 그리고

는 입력신호( cos(ωt))와 90도 위상 차이를 가지는 허수 성분이다.

복소 계수 SAW 필터(22)는 통과된 포지티브 주파수 성분의 신호

를 수학식 2와 같이 실수 성분인

와 허수 성분인

로 분리하고 각각 다른 출력 단자를 통하여 출력한다.

즉, 복소 계수 SAW 필터(22)는 CW 신호가 입력되면 입력 신호를 실수 성분과 허수 성분으로 분리하고, 각 실수 성분과 허수 성분을 입력 신호와 동일한 위상을 가지는 I신호와 입력 신호와 90도 위상 차이가 나는 Q신호를 생성하여 출력한다.

그런데 본 발명의 실시 예에 따른 복소 계수 SAW 필터(22)는 도 2에 도시된 바와 같이 유한한 크기의 감쇄량을 가지며, 이러한 복소 계수 SAW 필터(22)의 감쇄량이 복소 계수 SAW 필터(22)에 의해 출력되는 I/Q 신호의 직교 위상 특성의 정확도를 결정한다.

예를 들어, 복소 계수 SAW 필터(22)는 만약 입력 신호의 네거티브 주파수 성분이 충분히 감쇄되지 않으면, 여분의 네거티브 주파수 성분이 포지티브 주파수 성분에 영향을 미쳐 I/Q신호의 직교 특성이 정확하지 못하다.

복소 계수 SAW 필터(22)에서 입력 신호의 네거티브 주파수 성분을 감쇄하지 않았을 경우 필터의 출력은 하기 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.

상기 수학식 3에서

이 네거티브 주파수 성분을 의미하며,

는 여분의 네거티브 주파수 성분의 크기를 나타낸다.

따라서 네거티브 주파수 성분을 충분히 감쇄시키기 위해서는 복소 계수 SAW 필터(22)의 감쇄량을

가 무시할 수 있을 정도의 작은 값이 되도록 결정해야 한다.

이때

를 dB로 나타내면, 복소 계수 SAW 필터(22)의 감쇄량은 -20log

dB 이상임이 바람직하다.

상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 예컨대 본 발명의 실시 예에 따른 I/Q 신호 생성기(20)에서는 복소 계수 SAW 필터(22)의 통과 대역을 포지티브 주파수 성분으로 설정한 경우에 대해 설명하였으나, 그 반대의 경우, 즉 통과 대역을 네거티브 주파수 성분으로 설정하도 I/Q 신호를 얻을 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위의 균등한 것에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 기존처럼 무선 송수신기(RFIC)의 칩 상(on-chip)에 R-C polyphase 필터 또는 Master-Slave FF등을 실장시키지 않아도 되므로 I/Q 신호 발생기 구현이 간단하고 용이한 이점이 있다.

또한 본 발명은 수동 소자인 복소 계수 SAW 필터를 사용함으로써 기존의 능동 소자인 Master-Slave FF등을 이용한 I/Q 신호 발생기 보다 전류 소모를 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 LO(Local Oscillator) 분배기 또는 90도 위상 천이기 등을 필요로 하지 않으며, 높은 VCO 주파수를 필요로 하지 않으므로 기존 I/Q 신호 발생기 보다 전류 소모를 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 복소 계수 SAW 필터 감쇄량을 크게하여 직교 특성이 정확한 I/Q신호를 얻을 수 있으므로, 기존에 비해 I/Q신호의 부정확한 직교 특성에 의한 신호대 잡음비(SNR) 저하를 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims

무선 송수신기에서 직교 위상 발진 장치에 있어서,

인가되는 전압에 따라 송수신 신호를 변조하기 위한 발진 주파수 신호를 제공하는 전압 제어 발진기와,

상기 전압 제어 발진기로부터의 발진 주파수 신호를 입력받아 입력된 발진 주파수의 네거티브(negative) 주파수 성분 또는 포지티브(positive) 주파수 성분 중 어느 한 성분을 감쇄하여 나머지 한 성분의 신호만 통과시키고, 통과된 신호를 각각 동위상을 가지는 I신호와 직교위상을 가지는 Q신호로 생성하여 출력하는 필터를 포함함을 특징으로 하는 직교 위상 발진 장치.
제1항에 있어서,

상기 필터는 복소 계수 SAW 필터임을 특징으로 하는 직교 위상 발진 장치.
제1항에 있어서,

상기 필터는 통과된 신호를 복소수(complex) 신호인 실수 성분의 신호와 허수 성분의 신호로 분리하고, 분리된 실수 성분과 허수 성분의 신호를 각각 I/Q 신호로 출력함을 특징으로 하는 복소 위상 발진 장치.
제1항에 있어서,

상기 필터는 포지티브 주파수 성분의 신호만 통과시킴을 특징으로 하는 복소 위상 발진 장치.
제1항에 있어서,

상기 필터는 네거티브 주파수 성분의 신호만 통과시킴을 특징으로 하는 복소 위상 발진 장치.
제1항에 있어서,

상기 입력된 발진 주파수의 네거티브 주파수 성분 또는 포지티브 주파수 성분 중 어느 한 성분을 감쇄하기 위한 감쇄량은 상기 감쇄하고자 하는 어느 한 성분의 여분의 주파수 성분 크기를 무시할 수 있을 정도의 감쇄량으로 결정함을 특징으로 하는 복소 위상 발진 장치.