KR20070061176A - 적응성 부성 저항셀을 장착한 멀티밴드용 ｌｃ 공조전압제어발진기 - Google Patents

적응성 부성 저항셀을 장착한 멀티밴드용 ｌｃ 공조전압제어발진기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 재구성이 가능한 멀티밴드 멀티모드 무선 송수신기에 사용되는 LC공조 전압제어발진기(voltage-controlled oscillator:VCO)에 관한 것으로 광대역 멀티밴드의 주파수를 발생시키기위해 커패시터 뱅크와 스위칭할 수 있는 인덕터가 내장된 구조이다. 본 발명의 적응성 에미터-축퇴 부성 저항셀을 내장한 LC공조 전압제어발진기에서 커패시터 뱅크에 의한 발진진폭의 불균형을 보상하기위해 상기 꼬리전류원 대신에 상기 적응성 에미터-축퇴 부성 저항셀을 사용하여 상기 꼬리전류원에 의한 상기 LC공조 전압제어발진기의 위상잡음 열화를 방지한다.
본 발명의 LC 공조 전압제어발진기는, 발진파의 주파수를 결정하는 인덕턴스 성분을 제공하기 위한 인덕턴스부; 발진파의 주파수를 결정하며 제어 비트에 따라 이산적으로 정해지는 커패시턴스 성분을 제공하기 위한 이산 커패시터 뱅크; 및 발진파의 진폭을 일정하게 하기 위해, 상기 제어 비트에 따라 이산적으로 결정되는 부(-)성 저항 성분을 제공하기 위한 이산 부성 저항셀을 포함하는 것을 특징으로 한다.
전압제어발진기, VCO, LC 발진기, 다중 대역 발진기, 꼬리전류원

Description

적응성 부성 저항셀을 장착한 멀티밴드용 ＬＣ 공조 전압제어발진기{LC Resonance Voltage-Controlled Oscillator with Adjustable Negative Resistance Cell for Multi-band}
도 1은 기존의 커패시터 뱅크와 꼬리전류 뱅크를 장착한 멀티밴드 LC 공조 전압제어발진기를 도시한 회로도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 적응성 부성 저항셀을 장착한 멀티밴드 LC 공조 전압제어발진기를 도시한 회로도.
도 3은 도 2의 적응성 부성저항셀의 상세 회로도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 적응성 축퇴 부성 저항셀을 장착한 멀티밴드 LC 공조 전압제어발진기를 도시한 회로도.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 적응성 축퇴 부성 저항셀을 장착한 멀티밴드 LC 공조 전압제어발진기를 도시한 회로도.
도 6은 본 발명 또 다른 실시예에 따른 적응성 축퇴 부성 저항셀을 장착한 멀티밴드 LC 공조 전압제어발진기를 도시한 회로도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
300, 301, 302, 303 : 광대역 LC공조 전압제어발진기
310: 적응성 부성저항셀
322: 이산 커패시터 뱅크
330: 인덕턴스부
340: 전압 레귤레이터
350, 360, 370: 적응성 축퇴 부성저항셀
본 발명은 멀티밴드 LC 공조 전압제어발진기에 관한 것으로, 특히 멀티밴드 멀티모드로 동작하면서도 발진파의 진폭 변동을 보상할 수 있는 멀티밴드 LC 공조 전압제어발진기에 관한 것이다.
멀티밴드 멀티모드 무선송수신기에서 구현하기 어려운 부분이 광대역 LC 공조 전압제어발진기이다. 최근에 상기 광대역 LC 공조 전압제어 발진기의 주파수 조정 범위를 넓히기 위해서, 도 1에 나타난 것처럼 고정된 인덕터(130)를 가지는 LC공조부에 커패시터 뱅크(122-1, 122-2) 및 바렉터(121)를 장착한다.
상기 도 1의 LC 공조 전압제어발진기(VCO)에서 커패시터 뱅크(122-1, 122-2)의 커패시턴스는 2의 배수로 배열되었지만, 다른 양의 정수의 배수 크기로 배열 등 다양한 배열이 가능하다. 그래서 상기 도 1의 LC 공조 전압제어발진기로부터 원하 는 주파수를 갖는 신호를 발생시키기 위해 상기 도 1의 제어 비트 신호(V0, V1, V2, V3)에 의해서 상기 커패시터 뱅크(122-1, 122-2)의 커패턴스가 결정된다.
그런데, 상기 제어비트에 따라서 상기 커패시터 뱅크(122-1, 122-2)의 값이 다르게 결정되기 때문에, 상기 LC 공조 발진기의 발진신호 주파수와 진폭도 다르거나, 최악의 경우 선택된 상기 커패시터 뱅크(122-1, 122-2)의 값이 커서 발진이 발생하지 않게 될 수 있다. 이와 같은 현상의 원인이 되는 발진기의 일정한 부하 구동전류와 상기 제어비트에 의해서 변화하는 커패시터 뱅크의 커패시턴스값 때문에 발생하는 불균등한 발진진폭과 발진멈춤을 방지하기위해서, 상기 도 1처럼 LC 공조의 꼬리전류원(190)을 다수개 병렬로 연결한다. 상기 꼬리전류원(190)은 상기 커패시터 뱅크를 조절하는 제어 비트 신호(V0, V1, V2, V3)에 의해서 ON/OFF 된다. 하기 수학식 1은 발진기의 노이즈 성분을 나타낸다.
Figure 112006043024317-PAT00001
상기 수학식 1에서 g는 채널잡음계수, I는 바이어스 전류, Vs는 발진신호진폭, R은 LC공조 부하저항, gm는 꼬리전류원의 트랜지스터의 트랜스컨턱턴스이다. 상기 수학식 1로부터 발진기 노이즈 성분은 바이어스 전류와 트랜스컨덕턴스에 비례하고, 신호진폭에 반비례함을 알 수 있다.
상기에서 살펴본 바와 같이, LC공조 전압제어발진기의 주파수 조정범위를 넓 히기 위해서 커패시터나 인덕터를 이용한 밴드스위칭 기술을 적용하는데, 발진 주파수 즉, 상기 스위칭 커패시터의 크기에 따라 발진주파수의 진폭 변동이 발생한다. 이러한 발진진폭의 변동를 보완하기위해 상기 꼬리전류원의 전류를 증가시킨다. 상기 꼬리 전류원은 저주파 및 고주파 열잡음의 원천으로 LC공조 전압제어발진기의 위상잡음을 열화시킨다.
본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 위상잡음 특성을 개선한 광대역 LC 공조 전압제어 발진기를 제공하는데 그 목적이 있다.
이를 위해, 본 발명은 발진진폭의 변동을 억제하기 위해 구비하는 꼬리 전류원에 의한 위상잡음을 억제한 광대역 LC 공조 전압제어 발진기를 제공하는데 그 심화된 목적이 있다.
또한, 본 발명은 꼬리전류원에 의한 잡음을 억제하면서도 발진진폭의 크기를 보상할 수 있는 광대역 LC 공조 전압제어 발진기를 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 LC 공조 전압제어발진기는, 발진파의 주파수를 결정하는 인덕턴스 성분을 제공하기 위한 인덕턴스부; 발진파의 주파수를 결정하며 제어 비트에 따라 이산적으로 정해지는 커패시턴스 성분을 제공하기 위한 이산 커패시터 뱅크; 및 발진파의 진폭을 일정하게 하기 위해, 상기 제어 비 트에 따라 이산적으로 결정되는 부(-)성 저항 성분을 제공하기 위한 이산 부성 저항셀을 포함하는 것을 특징으로 한다.
종래 기술의 전압제어발진기에 구비된 꼬리전류원의 저주파 및 고주파 잡음을 근본적으로 제거하기 위해, 본 발명의 LC 공조 전압제어발진기는 발진진폭 보상을 위한 꼬리전류원을 생략하고, 여러 개의 부성저항셀과 전압레귤레이터를 사용하여 발진진폭의 크기를 보상한다.
본 발명의 설명에 앞서 용어의 정의에 대하여 기술하겠다. 본 발명의 설명에서 언급되는 커패시턴스부는 고정적인가, 이산적인가, 연속적이며 가변적인가를 따지지 않고 커패시턴스를 부여하는 모든 수단을 의미하며, 연속-가변 커패시터는 선형적으로 값이 결정되는 커패시턴스를 제공하는 예컨대 바렉터 같은 수단을 의미하며, 이산 커패시터 뱅크는 이산적으로 값이 결정되는 커패시턴스 부여 수단을 의미하며, 고정 커패시터는 일반적인 커패시터와 같이 고정된 값을 가지는 커패시턴스의 부여 수단을 의미한다. 인덕턴스부, 연속-가변 인덕터, 이산 인덕터 뱅크, 고정 인덕터 및 저항부, 연속-가변 저항, 이산 저항 뱅크, 고정 저항, 이산 저항부도 동일한 관계를 가지는 수단을 의미한다. 저항부의 경우에는 저항셀이라고도 칭하겠다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
(실시예 1)
도 2는 본 실시예의 광대역 LC공조 전압제어발진기 회로도이다. 도시한 본 실시예의 LC 공조 전압제어발진기(300)는, 발진파의 주파수를 결정하는 인덕턴스 성분을 제공하기 위한 인덕턴스부(330); 발진파의 주파수를 결정하는 커패시턴스 성분을 제공하기 위한 커패시턴스부(320); 발진파의 진폭을 일정하게 하기 위해 이산적으로 결정되는 부(-)성 저항 성분을 제공하기 위한 이산 부성 저항셀(310); 및 전원전압단에서 상기 인덕턴스부로 공급되는 전압을 일정하게 하기 위한 전압 레귤레이터(340)로 이루어진다.
여기서, 상기 인덕턴스부(330)는 상기 전압 레귤레이터(340)에 연결되며 서로 다른 전류 경로를 가지는 제1 인덕턴스부(332-1, 331-1) 및 제2 인덕턴스부(332-2, 331-2)를 포함하고, 상기 커패시턴스부(320)는 상기 제1 인덕턴스부에 연결되며 외부의 제어비트(V0 ~ V3)에 따라 커패시턴스가 이산적으로 결정되는 제1 이산 커패시터 뱅크(322-1) 및 제2 이산 커패시터 뱅크(322-2)를 포함한다.
이때, 이산 부성 저항셀(310)은, 상기 제1 인덕턴스부(332-1, 331-1)와 제1 이산 커패시터 뱅크(322-1)의 연결 노드 및 상기 제2 인덕턴스부(332-2, 331-2)와 제2 이산 커패시터 뱅크(322-1)의 연결 노드 사이에 위치하며, 상기 외부의 제어비트(V0 ~ V3)에 따라 양 연결 노드간의 부성 저항값이 이산적으로 결정된다.
또한, 상기 제1 인덕턴스부 및 제2 인덕턴스부는 각각 이산 인덕턴스 뱅크(332-1, 332-2) 및 고정 인덕터(331-1, 331-2)로 이루어지며, 상기 커패시턴스 부(320)는 제어전압(Vtu)에 따라 연속적으로 결정되는 커패시턴스를 제공하기 위한 제1 바렉터(321-1) 및 제2 바렉터(321-2)를 더 포함할 수 있다. 상기 제1/제2 고정 인덕터(331-1, 331-2)는 고정된 인덕턴스 성분을 제공하기 위한 것이며, 상기 제1/제2 이산 인덕터 뱅크(332-1, 332-2)는 인덕턴스 제어 비트(BS)에 따라 이산적으로 정해지는 인덕턴스 성분을 제공하기 위한 것으로, 도면에서는 각각 1개의 인덕터 및 이에 대한 우회 경로를 제공하는 스위칭 모스트랜지스터(MS)로 구성하였다.
도시한 바와 같이, 본 실시예의 LC공조 전압제어발진기는 전원전압단에서 접지전압단까지 2개의 LC 발진 경로를 형성하는데, 상기 제1 인덕턴스부(332-1, 331-1), 제1 이산 커패시터 뱅크(322-1) 및 제1 바렉터(321-1)로 하나의 LC 발진 경로를 형성하며, 상기 제2 인덕턴스부(332-2, 331-2), 제2 이산 커패시터 뱅크(322-2) 및 제2 바렉터(321-2)로 나머지 LC 발진 경로를 형성한다.
상기 전압 레귤레이터(340)는 전원전압(Vdd)의 변동을 보상함으로써 상기 LC공조 전압제어발진기(300)에 일정한 전류를 흐르게 하는 장치이다.
상기 인덕터부(330)의 상기 스위칭 모스트랜지스터(MS, MS')의 게이트를 ON/OFF하는 게이트 제어 비트(BS)에 의해서 제1/제2 이산 인덕터 뱅크(332-1, 332-2)가 ON 또는 OFF 된다. 상기 스위칭 모스트랜지스터는 피모스(PMOS)이므로 인덕턴스 제어 비트(BS)가 1일 때 OFF되어 전류가 흐르지 않고, 0일 때 ON되어 전류가 흐르게 된다. 상기 인덕턴스 제어 비트(BS)에 의해서 상기 모스트랜지스터(MS, MS')가 ON되면 상기 제1/제2 고정 인덕터(331-1, 331-2)만이 상기 전압레귤레이터(340)에 바로 연결되어 상기 광대역 LC공조 전압제어발진기(300)는 하이밴드(high band: 7GHz ~ 10GHz)에서 발진 주파수를 생성한다. 상기 인덕턴스 제어비트(BS)에 의해서 상기 모스트랜지스터(MS, MS')가 OFF되면 상기 제1/제2 고정 인덕터(331-1, 331-2)가 상기 제1/제2 인덕터 뱅크(332-1, 332-2)의 인덕터를 통해서 상기 전압레귤레이터(340)에 연결되어 상기 광대역 LC공조 전압제어발진기(300)는 로밴드(low band: 3GHz ~ 6GHz)에서 발진 주파수를 생성한다. 상기와 같은 과정으로 생성되는 발진파의 주파수는 하기 수학식 2와 수학식 3으로 표현된다.
Figure 112006043024317-PAT00002
Figure 112006043024317-PAT00003
상기 수식에서 fo는 발진주파수, Cbank는 커패시터 뱅크, Cvar는 바랙터의 커패시턴스를 나타낸다.
상기 LC공조 전압제어발진기(300)에서 상기 제1/제2 이산 커패시터 뱅크(322-1, 322-2)는 4개 혹은 그 이상의 커패시터로 구성되며, 커패시턴스는 모두 동일하거나, 도시한 바와 같이 2 또는 양의 정수의 제곱수로 증가하도록 구현할 수 있다. 상기 제1/제2 이산 커패시터 뱅크(322-1, 322-2)는 제어비트(V0, V1, V2, V3)에 의해서 온(on) 또는 오프(off)되며 상기 LC공조 전압제어발진기(300)의 발진 주파수를 이산적(discrete)으로 조정한다. 상기 LC공조 전압제어발진기(300)에서 제1/제2 바랙터(321-1, 321-2)는 PLL의 루프필터 출력전압(Vtu)에 의해서 상기 LC공조 전압제어발진기(300)의 발진주파수를 연속적(continuous)적으로 조정한다.
상기 광대역 LC공조 전압제어발진기(300)에서 상기 부성 저항셀(310)은 1쌍의 고정 저항(m, m')과 4쌍의 가변 부성 저항용 모스트랜지스터(m0, m0, m1, m1‘, m2, m2‘, m3, m3‘)로 구성된다. 상기 가변 부성 저항용 모스트랜지스터는 제어비트(V0, V1, V2, V3)에 의해서 온 또는 오프되며, 각 모스트랜지스터의 게이트에 스위치가 연결되어 온 또는 오프된다. 도 3은 상기 부성저항셀(310)을 더 자세하게 도시한 도면이다.
상기 도 3의 A-B 노드에 대하여 주어지는 부성 저항셀(310)의 입력저항은 하기 수학식 4와 같다.
Figure 112006043024317-PAT00004
상기 수학식 4의 입력 부성저항은 부성 저항셀(310)의 트랜스컨덕턴스에 반비례한다. 즉, 트랜스컨덕턴스가 클수록, 애스펙스비(aspect ratio, W/L)이 클수록, 드레인 전류가 클수록, 입력 부성 컨덕턴스(1/Rin)가 커져서 발진크기도 커지게 된다. 병렬공진 발진회로에서 발진조건은 수학식 5와 같이 나타낸다.
Figure 112006043024317-PAT00005
상기 수학식 5에서 RT는 LC공조회로가 공진시의 병렬저항을 나타낸다. 상기 수학식 5와 같이 입력 부성저항이 작을수록, 즉, 트랜스컨덕턴스(gm)가 클수록 더 큰 부성 컨덕턴스를 얻게 되어서 발진진폭도 커진다.
본 실시예의 부성 저항셀(310)을 구성하는 각 모스트랜지스터(m0, m0, m1, m1‘, m2, m2‘, m3, m3‘)의 애스펙스비는 모두 동일하게 구성하거나, 도시한 이산 커패시터 뱅크(322)와 마찬가지로 2 또는 양의 정수의 제곱수로 증가하도록 구현할 수 있다. 동일하게 구성하면 보다 정확한 애스펙스비를 얻을 수 있어 발진진폭의 보상이 보다 정밀해지는 반면, 상기 제1/제2 이산 커패시터 뱅크(322-1, 322-2)와 동일한 규칙으로 구성하면 제1/제2 이산 커패시터 뱅크(322-1, 322-2)에 사용되는 제어비트(V0, V1, V2, V3)를 그대로 턴오프 제어용으로 사용할 수 있는 장점이 있다.
상기 상술한 바와 같이 도 2의 LC공조 전압제어발진기(300)의 작동에 대해 좀 더 자세하게 설명하면 다음과 같다. 상기 도 2의 부성 저항셀(310)를 이용한 광대역 LC공조 전압제어발진기(300)는 상기 도 2의 모스트랜시스터(MS)의 게이트를 온 또는 오프하는 인덕턴스 선택 비트(BS)에 의해서 상위밴드(high band: 7GHz ~ 10GHz) 그룹과 하위밴드(low band: 3GHz ~ 6GHz) 그룹의 발진 주파수를 선택해서 발생시키며, 상기 LC공조 전압제어발진기(300)의 제1/제2 이산 커패시터 뱅크(322- 1, 322-2)를 이산적으로 제어하는 제어 비트(V0 ~ V3)에 의해서 상/하위밴드 그룹에 속하는 각 서브밴드(subband)를 발생시키고, 상기 제1/제2 바랙터(321-1, 321-2)의 제어전압(Vtu)에 의해서 발진주파수를 연속적으로 변동시킬 수 있다. 즉, 상기 인덕턴스 선택 비트(BS)에 의해 상/하위밴드 그룹이 선택되며, 선택된 그룹내에서 제어 비트(V0 ~ V3)에 의해 서브밴드가 선택되며, 선택된 서브밴드의 범위 내에서 제어전압(Vtu)에 의해 최종적으로 발진하려는 주파수가 결정된다.
본 실시예의 부성 저항셀(310)은, 턴온 전압이 인가된 모스트랜지스터 소자의 병결 연결 개수로서 그 저항이 결정된다. 도시한 LC 공조 전압제어발진기(300)는, 전원전압단(VDD)에서 접지전압단으로 전류 경로를 형성하는 2개의 LC 경로로 이루어지며, 각 LC 경로에는 인덕턴스부(330)를 이산 커패시터 뱅크(322)를 각각 구비한다. 각 LC 경로상 인덕턴스부(330)와 이산 커패시터 뱅크(322)의 연결 노드 2개 사이에는 바렉터(321) 및 이산 부성 저항셀(310)가 연결된다. 발진기의 기본적인 구조를 형성하기 위해, 상기 이산 부성 저항셀(310)를 이루는 모스트랜지스터들 중 한 쌍(m, m')은 항상 교차 결합쌍 구조로 상기 연결 노드와 접지전압단 사이에 연결되어 있다. 상기 제어비트(V0 ~ V3)에 따라 연결되는 다른 부성 저항용 모스트랜지스터쌍도 교차 결합쌍 구조를 형성한다.
상기 LC공조 전압제어발진기(300)의 제1/제2 이산 커패시터 뱅크(322-1, 322-2)를 이산적으로 스위칭 할 때, 또한 상기 LC공조 전압제어발진기(300)의 부성 저항셀(310)를 이산적으로 스위칭함으로써 발진진폭의 크기를 보상한다. 즉, 상기 제1/제2 이산 커패시터 뱅크(322-1, 322-2)에 사용되는 제어 비트가 상기 부성 저 항셀(310)를 스위칭하는데 사용된다. 상기 제1/제2 이산 커패시터 뱅크(322-1, 322-2)의 크기의 변화에 의한 발진 진폭의 변화가 부성 저항셀(310)의 부성 저항값 변화로 인해 상쇄되어 주파수에 무관하게 일정한 진폭을 가지는 발진파를 생성할 수 있게 된다. 종래 기술과는 달리 꼬리전류원을 사용하지 않기 때문에 LC 공조 전압제어발진기(300)로 입력되는 전원전압의 변동에 민감하게 반응할 수 있기 때문에, 전압 레귤레이터(340)를 구비하여 전원전압을 안정화시키는 것이 바람직하다. 상술한 것처럼, 꼬리전류원셀을 제거하고 상기 부성저항셀(310)과 상기 전압레귤레이터(340)을 사용하면, 꼬리전류원의 잡음에 의한 위상잡음 열화를 방지하면서도 발진 진폭의 변동을 보상할 수 있다.
(실시예 2)
도 4는 부성 저항셀과 별도로 에미터 축퇴 결합쌍을 구비한 본 실시예의 광대역 LC공조 전압제어발진기의 회로도이다.
도시한 본 실시예의 LC 공조 전압제어발진기(301)도 도 2의 경우와 거의 동일한 기능을 수행하는 전압 레귤레이터(340), 인덕턴스부(330), 제1/제2 이산 커패시터 뱅크(322-1, 322-2), 제1/제2 바렉터(321-1, 321-2)를 포함하며, 제1 인덕턴스부(332-1, 331-1), 제1 이산 커패시터 뱅크(322-1) 및 제1 바렉터(321-1)로 하나의 LC 발진 경로를 형성하며, 제2 인덕턴스부(332-2, 331-2), 제2 이산 커패시터 뱅크(322-2) 및 제2 바렉터(321-2)로 나머지 LC 발진 경로를 형성한다.
본 실시예의 LC 공조 전압제어발진기(301)는 상기 2개의 LC 경로 사이에 형 성되는 2개의 모스트랜지스터(m, m')로 이루어진 에미터-축퇴 결합쌍(352), 상기 에미터-축퇴 결합쌍(352)과 접지전압단 사이에 연결되는 축퇴 저항부(353, 353', 354, 354') 및 상기 에미터-축퇴 결합쌍(352)의 두 에미터 노드간에 연결되는 축퇴 커패시턴스부(355, 356)의 구조에 특징이 있다. 즉, 본 실시예의 LC 공조 전압제어발진기(301)의 부성 저항셀(350)은 축퇴 커패시턴스부(degeneration capacitor; Ce)와 축퇴 저항부(degeneration resistor; Re), 및 축퇴 교차결합쌍(cross-coupled pair: m)으로 구성된다.
상기 에미터-축퇴 결합쌍(352)의 기능을 위해 상기 축퇴 저항부 및 축퇴 커패시턴스부는 적어도 하나의 고정 축퇴 저항(353), 및 고정 축퇴 커패시터(355)를 포함한다. 이산 축퇴 커패시터 뱅크(356)를 이루는 각 단위 커패시터 및 이산 축퇴 저항 뱅크(354-1, 354-2)를 이루는 각 단위 저항소자는, 제1/제2 이산 커패시터 뱅크(322-1, 322-2)와 마찬가지로 모두 동일하게 구성하거나, 2 또는 양의 정수의 제곱수로 증가하도록 구현할 수 있으나, 정확한 값으로 구현하기 위해 모두 동일하게 구현하는 것이 바람직하다.
상기 도 4의 에미터-축퇴 교차결합쌍 부성 저항셀(350)은 상기 도 2의 교차결합쌍(310)보다 더높은 주파수에서 발진할 수 있으며, 위상잡음 특성도 우수하다. 상기 도 4의 에미터-측퇴 교차결합쌍(350)에서 축퇴커패시터(Ce)와 축퇴저항(Re)의 크기에 따라서 부성저항, 위상잡음, 발진주파수에 영향을 미친다. 따라서, 상기 도 4의 에미터-측퇴 교차결합쌍(350)에서 축퇴 커패시터 뱅크(356)와 축퇴 저항 뱅크(354)의 스위치를 제어비트(V0 ~ V3)로 온 또는 오프함으로써 위상잡음과 발진주 파수의 진폭을 조정할 수 있다. 상기 도 4에서 에미터-축퇴 교차결합쌍(350)의 축퇴 저항(Re)에서 국부적으로 저주파에서 부궤환이 발생함으로써 저주파 잡음이 위상잡음으로 변환되는 것이 어느 정도 줄어든다. 이것은 수학식 6과 같이 나타낸다.
Figure 112006043024317-PAT00006
상기 수학식 6에서 vnf는 상기 교차결합쌍(350)의 게이트에서 저주파 잡음원, vnb는 상기 저주파 잡음원(vnf)에 의해 게이트-소스단사이에 유기된 저주파 잡음전압, Av1은 상기 교차결합쌍(350) 트랜지스터의 저주파 전압이득을 나타낸다.
도 4의 상기 에미터-축퇴 교차결합쌍(350)에서 축퇴 저항(Re)과 축퇴 커패시터(Ce)는 하기 수학식 7과 같이 입력 부성저항을 발생시킨다.
Figure 112006043024317-PAT00007
상기 수학식 7이 나타내는 것처럼, 상기 축퇴 저항 뱅크(354)와 축퇴 커패시터 뱅크(356)를 스위칭함로써 발진주파수의 진폭을 조절할 수 있다.
(실시예 3)
도 5는 적응성 에미터-축퇴 부성 저항셀(360)를 장착한 광대역 LC공조 전압제어발진기(302)를 나타낸다. 본 실시예의 부성 저항셀(360)은 제어 비트에 따라 병렬 연결되는 다수개의 단위 부성 저항셀들로 이루어진다. 상기 각 단위 이산 부성 저항셀(362-0)은, 어느 하나의 드레인이 다른 하나의 소스에 각각 연결되는 에미터-축퇴 결합쌍 구조로, 상기 인덕턴스부와 이산 커패시터 뱅크의 연결 노드에 드레인이 연결되는 단위 모스트랜지스터쌍(m, m', m0, m0' ~ m3, m3'); 상기 단위 모스트랜지스터쌍(m, m', m0, m0' ~ m3, m3')에 직렬 연결되는 단위 저항소자; 및 상기 단위 저항소자와 병렬 연결된 단위 커패시터로 이루어진다. 상기 부성 저항셀(360)을 이루는 각 단위셀들 중 적어도 하나의 단위셀(362)은 항상 LC 경로에 연결되는 구조를 가지는 것이 바람직하다.
상기 도 5의 적응성 에미터-축퇴 부성 저항셀(360)은 상술한 도 2의 적응성 부성저항셀(310)을 에미터-축퇴 방법을 결합한 부성 저항셀로 구성한 것으로, 이에 따른 동작특성은 도 2 및 도 4에서 상술한 것과 유사하며, 중복되는 부분의 설명은 생략하겠다.
도 5에서 상기 에미터-축퇴 부성 저항셀(360)에 각 단위셀을 이루는 모스트랜지스터의 애스펙스비는 모두 동일하게 구성하거나, 2 또는 양의 정수의 제곱수로 증가하도록 구현할 수 있으며, 후자의 경우에는 각 단위셀을 이루는 각 단위 축퇴저항과 각 단위 커패시터도 2 또는 양의 정수의 제곱수로 증가하는 서로 다른 값을 가져야 한다. 또한, 상기 각 단위 축퇴저항과 각 단위 커패시터는 제어비트(V0 ~ V3)에 의해서 선택되어 발생되는 발진주파수에서 각 각의 값이 최적화되도록 결정될 수 있다. 상술한 바와 같이, 에미터 축퇴저항(Re)은 바이어스 안정화 및 저주파 잡음 억제용으로 사용된다.
(실시예 4)
도 6은 적응성 에미터-축퇴 부성 저항셀(370)를 장착한 광대역 LC공조 전압제어발진기(303)를 나타낸다. 본 실시예의 부성 저항셀(370)은 제어 비트에 따라 병렬 연결되는 다수개의 단위 부성 저항셀들로 이루어진다. 상기 각 단위 이산 부성 저항셀(372-0)은, 어느 하나의 드레인이 다른 하나의 소스에 각각 연결되는 에미터-축퇴 결합쌍 구조로, 상기 인덕턴스부와 이산 커패시터 뱅크의 연결 노드에 드레인이 연결되는 단위 모스트랜지스터쌍(m, m', m0, m0' ~ m3, m3'); 상기 단위 모스트랜지스터쌍(m, m', m0, m0' ~ m3, m3')에 직렬 연결되는 단위 저항소자; 및 상기 각 단위모스트랜지스터쌍의 소스사이에 위치하는 단위 커패시터로 이루어진다. 상기 부성 저항셀(370)을 이루는 각 단위셀들 중 적어도 하나의 단위셀(372)은 항상 LC 경로에 연결되는 구조를 가지는 것이 바람직하다.
상기 도 6의 축퇴 커패시터(m, m')는 상기 도 5의 축퇴 커패시터와 회로적으로 대등한 요소이다. 상기 도 6의 적응성 에미터-축퇴 부성 저항셀(370)은 상술한 도 2의 적응성 부성저항셀(310)을 에미터-축퇴 방법을 결합한 부성 저항셀로 구성한 것으로, 이에 따른 동작특성은 도 2 및 도 4에서 상술한 것과 유사하며, 중복되는 부분의 설명은 생략하겠다.
도 6에서 상기 에미터-축퇴 부성 저항셀(370)에 각 단위셀을 이루는 모스트랜지스터의 애스펙스비는 모두 동일하게 구성하거나, 2 또는 양의 정수의 제곱수로 증가하도록 구현할 수 있으며, 후자의 경우에는 각 단위셀을 이루는 각 단위 축퇴 저항과 각 단위 커패시터도 2 또는 양의 정수의 제곱수로 증가하는 서로 다른 값을 가져야 한다. 또한, 상기 각 단위 축퇴저항과 각 단위 커패시터는 제어비트(V0 ~ V3)에 의해서 선택되어 발생되는 발진주파수에서 각 각의 값이 최적화디되도록 결정될 수 있다. 상술한 바와 같이, 에미터 축퇴저항(Re)은 바이어스 안정화 및 저주파 잡음 억제용으로 사용된다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
상기 구성의 본 발명에 따른 부성 저항셀을 구비한 LC 공조 전압제어발진기를 실시함에 따라, 다중 밴드 발진을 위한 커패시터 뱅크의 온/오프시 발생하는 발진진폭의 변동을 충분히 보상할 수 있으면서도, 위상잡음의 열화를 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (9)

  1. 발진파의 주파수를 결정하는 인덕턴스 성분을 제공하기 위한 인덕턴스부;
    발진파의 주파수를 결정하며 제어 비트에 따라 이산적으로 정해지는 커패시턴스 성분을 제공하기 위한 이산 커패시터 뱅크; 및
    발진파의 진폭을 일정하게 하기 위해, 상기 제어 비트에 따라 이산적으로 결정되는 부(-)성 저항 성분을 제공하기 위한 이산 부성 저항셀
    를 포함하는 LC 공조 전압제어발진기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인덕턴스부는 서로 다른 전류 경로를 가지는 제1 인덕턴스부 및 제2 인덕턴스부를 포함하고,
    상기 이산 커패시터 뱅크는 상기 제1 인덕턴스부에 연결되는 제1 이산 커패시터 뱅크 및 상기 제2 인덕턴스부에 연결되는 제2 이산 커패시터 뱅크를 포함하며,
    상기 이산 부성 저항셀은, 상기 제1 인덕턴스부와 제1 이산 커패시터 뱅크의 연결 노드 및 상기 제2 인덕턴스부와 제2 이산 커패시터 뱅크의 연결 노드 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 LC 공조 전압제어발진기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 인덕턴스부 및 제2 인덕턴스부는,
    고정된 인덕턴스 성분을 제공하기 위한 고정 인덕터; 및
    인덕턴스 제어 비트에 따라 이산적으로 정해지는 인덕턴스 성분을 제공하기 위한 이산 인턱턴스 뱅크
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 LC 공조 전압제어발진기.
  4. 제2항에 있어서,
    제어 전압에 따라 연속적으로 결정되는 커패시턴스 성분을 제공하기 위한 연속-가변 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LC 공조 전압제어발진기.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 인덕턴스부로 공급되는 전압을 일정하게 하기 위한 전압 레귤레이터를 더 포함하는 특징으로 하는 LC 공조 전압제어발진기.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이산 부성 저항셀은,
    어느 하나의 드레인이 다른 하나의 소스에 각각 연결되는 교차 결합쌍 구조로, 상기 인덕턴스부와 이산 커패시터 뱅크의 연결 노드와 접지전압단 사이에 위치하는 모스트랜지스터쌍으로 이루어지는 다수개의 단위 부성 저항셀을 포함하며,
    상기 다수개의 단위 부성 저항셀은 상기 제어 비트에 따라 스위칭되는 것을 특징으로 하는 LC 공조 전압제어발진기.
  7. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이산 부성 저항셀은,
    상기 2개의 LC 경로상에 형성되는 에미터-축퇴 결합쌍;
    상기 2개의 LC 경로 사이에 위치하며, 상기 제어 비트에 따라 이산적으로 정해지는 커패시턴스를 가지는 축퇴 이산 커패시터 뱅크; 및
    상기 2개의 LC 경로에 각각 구비되며, 상기 제어 비트에 따라 이산적으로 정해지는 저항을 가지는 축퇴 이산 저항부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 LC 공조 전압제어발진기.
  8. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이산 부성 저항셀은,
    어느 하나의 드레인이 다른 하나의 소스에 각각 연결되는 에미터-축퇴 결합쌍 구조로, 상기 인덕턴스부와 이산 커패시터 뱅크의 연결 노드에 드레인이 연결되는 단위 모스트랜지스터쌍;
    상기 단위 모스트랜지스터쌍에 직렬 연결되는 단위 저항소자;
    상기 단위 저항소자와 병렬 연결된 단위 커패시터로 이루어지는 다수개의 단위 부성 저항셀을 포함하며,
    상기 다수개의 단위 부성 저항셀은 상기 제어 비트에 따라 스위칭되는 것을 특징으로 하는 LC 공조 전압제어발진기.
  9. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이산 부성 저항셀은,
    어느 하나의 드레인이 다른 하나의 소스에 각각 연결되는 에미터-축퇴 결합 쌍 구조로, 상기 인덕턴스부와 이산 커패시터 뱅크의 연결 노드에 드레인이 연결되는 단위 모스트랜지스터쌍;
    상기 단위 모스트랜지스터쌍에 직렬 연결되는 단위 저항소자;
    단위 모스트랜지스터 및 단위 저항소자의 연결 노드들 사이에 위치하는 단위 커패시터로 이루어지는 다수개의 단위 부성 저항셀을 포함하며,
    상기 다수개의 단위 부성 저항셀은 상기 제어 비트에 따라 스위칭되는 것을 특징으로 하는 LC 공조 전압제어발진기.
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