KR20070103209A - 멀티대역용 전압 제어 발진기 및 이를 포함하는 ｒｆ 통신장치 - Google Patents

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KR20070103209A
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Abstract

멀티대역용 전압 제어 발진기 및 이를 포함하는 RF 통신 장치가 개시된다. 본 발명의 멀티대역용 전압 제어 발진기는 적어도 두개의 미세 동조 분기회로, 즉 주 미세 동조 분기회로 및 보조 미세 동조 분기회로를 구비한다. 주 미세 동조 분기회로는 튜닝 전압에 기초하여 정전용량이 가변되는 적어도 하나의 가변 커패시터를 구비한다. 보조 미세 동조 분기회로는 주파수 대역에 따라서 튜닝 전압에 의하여 커패시턴스가 가변되거나, 상기 튜닝 전압과 무관하게 일정한 커패시턴스를 갖는 고정 커패시터로 동작된다. 이로써, 전압 제어 발진기의 발진 신호의 주파수 대역에 따라, 전압 제어 발진기 이득을 가변시킴으로써, 위상잡음이 증가되는 것을 방지할 수 있다.
VCO, 미세 동조(Fine Tune), 코오스 동조(Coarse Tune), 위상잡음(Phase Noise), VCO 이득(Gain)

Description

멀티대역용 전압 제어 발진기 및 이를 포함하는 ＲＦ 통신 장치{Voltage Controlled Oscillator for Multi-Band and RF Communication apparatus having the same}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 주파수(Radio Frequency : RF) 통신 장치의 구성 블락도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 제어 발진기(Voltage Controlled Oscillator : VCO)를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세 동조부를 나타내는 회로도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 미세 동조부를 나타내는 회로도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 미세 동조부를 나타내는 회로도이다.
도 6은 저 대역 동작시 본 발명의 제3 실시예에 따른 미세 동조부를 포함하는 VCO의 출력 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이다.
본 발명은 RF 통신 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주파수 대역에 따라 게인(gain)을 다르게 조절할 수 있는 멀티대역용 (Multi-band) 전압 제어 발진 기(Voltage Controlled Oscillator : VCO) 및 이를 포함하는 RF 통신 장치에 관한 것이다.
RF 통신 장치는 신호 주파수의 변환을 위하여, 내부적으로 국부 발진기(local oscillator)를 구비한다. 이러한 국부 발진기로는, 제어 전압에 의해서 발진 주파수를 변경할 수 있는 전압 제어 발진기(VCO)가 많이 사용된다.
한편, 많은 RF 통신 장치가 광대역 혹은 멀티대역(multi-band)에서 동작한다. 예를 들어, 최근에는 서로 다른 주파수 대역, 예컨대 셀룰러 대역(800㎒대)과 PCS 대역(1800㎒-2㎓)을 지원하는 듀얼 밴드 이동통신 단말기가 개발되고 있다. 이와 같이 광대역 혹은 멀티대역에서 동작하는 RF 통신 장치에 내장되는 VCO 역시 광대역의 동작 주파수를 가져야 한다.
멀티대역의 동작 주파수를 갖는 전압 제어 발진기는 공진부의 공진 주파수를 변화시키기 위하여, 통상적으로 공진부에 전압에 의하여 커패시턴스 값이 변화되는 버랙터(varactor)를 구비한다. 버랙터는 PN 접합에 인가되는 역방향의 바이어스 전압에 의하여 커패시턴스 값이 변화되는 소자이다. 그러나 버랙터의 제어범위가 한정되어 있을 뿐만 아니라, 전압 제어 발진기 내의 능동소자들이 기생 성분을 가지고 있어서 버랙터만으로는 동조 범위(tuning range)가 매우 좁을 수밖에 없다. 그래서 스위치와 연결된 커패시터들, 스위치와 연결된 인덕터들을 구비함으로써, 넓은 동조 범위를 갖는 전압 제어 발진기를 구현할 수 있다. 그러나 인덕터를 추가하는 데는 커패시터를 추가하는 것보다 칩의 면적이 많이 필요하고, 인덕터를 사용할 때는 연속적인 주파수 동조가 어려운 문제가 따른다.
따라서, 인덕턴스를 가변하는 방식보다 커패시턴스를 가변하는 방식이 선호된다.
통상의 전압 제어 발진기는 코오스 동조 분기회로(Coarse Tune Branch) 및 미세 동조 분기회로(Fine Tune Branch)를 구비한다. 상기 코오스 동조 분기회로는 스위치와 연결된 커패시터가 제어됨으로써 커패시턴스 성분이 변화한다. 그리고 미세 동조 분기회로는 전압에 의하여 커패시턴스 성분이 변화하는 버랙터를 구비하여 전압에 의하여 커패시턴스 성분이 변화한다. 전압 제어 발진기는 인덕터를 더 구비하고, 상기 인덕터의 인덕턴스와 상기 코오스 동조 분기회로 및 미세 동조 분기회로의 컨덕턴스 성분의 공진에 의하여 멀티대역의 동작 주파수를 얻을 수 있다.
그러나 갈수록 소형화되는 RF 통신 장치에 있어서, 하나의 전압 제어 발진기로 멀티대역의 주파수 신호를 제어하는 것이 필요한데, 여기에는 많은 문제가 따른다.
일반적으로 하나의 미세 위상동조 분기회로를 사용하는 전압 제어 발진기는 이득이 고정되기 때문에, 저대역과 고대역에 대해 게인을 다르게 조절하기 어렵다. 예를 들어, 저대역용 전압 제어 발진기에서 고대역의 신호를 발생하면, 저대역용 전압 제어 발진기는 큰 이득을 필요로 하기 때문에, 그렇지 않은 고대역의 신호는 불필요하게 이득이 증가하고, 위상 잡음도 따라서 증가하다. 위상 잡음은 선택도(Selectivity) 및 민감도(Sensitivity) 등 RF 회로의 중요한 성능을 결정하는 결정적인 요소이기 때문에 위상 잡음이 증가하는 것은 심각한 문제이다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 멀티 주파수 대역에서 동작하되, 고주파수대역에서의 위상잡음의 열화를 방지할 수 있는 멀티대역용 전압 제어 발진기 및 이를 구비하는 RF 통신 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 주파수 대역에 따라 가변 커패시턴스의 범위를 다르게 조절함으로써, 주파수 대역에 따라 게인을 다르게 조절할 수 있는 멀티대역용 전압 제어 발진기 및 이를 구비하는 RF 통신 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 RF 통신 장치는 국부 발진 신호를 생성하는 전압 제어 발진기 및 RF 신호와 상기 국부 발진 신호를 혼합하는 믹서를 구비한다.
상기 전압 제어 발진기는 동작 주파수 대역에 기초하여, 튜닝 전압에 의하여 정전용량이 가변되거나, 상기 튜닝 전압에 관계없이 일정한 정전용량을 나타내는 적어도 두 개의 미세 동조 분기회로들을 포함한다.
바람직한 일 실시예에서, 상기 전압 제어 발진기는 인덕터, 주 미세 동조 분기회로 및 보조 미세 동조 분기회로를 구비한다. 상기 주 미세 동조 분기회로는 튜닝 전압에 기초하여 정전용량이 가변되는 적어도 하나의 가변 커패시터를 구비하고, 상기 보조 미세 동조 분기회로는 동작 주파수 대역에 기초하여, 상기 튜닝 전압에 의하여 정전용량이 가변되는 가변 커패시터로 동작하거나 상기 튜닝 전압에 관계없이 고정 커패시터로 동작하는 적어도 하나의 버랙터를 구비한다. .
바람직한 다른 일 실시예에서, 상기 전압 제어 발진기는 제1 및 제2 출력단자에 접속되는 인덕터, 동작 주파수 대역에 기초하여 제어되는 제1스위치, 주 미세 동조 분기회로 및 보조 미세 동조 분기회로를 구비한다. 상기 주 미세 동조 분기회로는, 상기 제1 및 제2 출력단자에 접속되며, 튜닝 전압에 의해 정전용량이 가변된다. 상기 보조 미세 동조 분기회로는 상기 제1 및 제2 출력단자에 접속되며, 상기 제1스위치가 온(ON) 상태일 때는 상기 튜닝 전압에 의해 정전용량이 가변되고, 상기 제1 스위치가 오프(OFF) 상태일 때는 정전용량이 가변되지 않는다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 주파수(Radio Frequency : RF, 100) 통신 장치 블락도이다. 도 1은 본 발명에 따른 일 실시예를 설명하기 위하여 RF 통신 장치 중, 수신부를 간략하게 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 일 실시예에 따른 RF 통신 장치의 수신부(100)는 안테나(101), RF 필터 및 증폭기(102), 다운 컨버터(Down Converter, 103), IF 필터 및 증폭기(104), 모뎀(105), 위상 고정 루프(Phase Locked Loop : PLL, 106) 및 전압 제어 발진기(110)를 구비한다.
RF 필터 및 증폭기(102)는 안테나(101)를 통하여 소정의 RF 신호를 수신하고, 상기 수신된 RF 신호 중 원하는 주파수 대역의 RF 신호만을 증폭하여 출력한다.
다운 컨버터(103)는 혼합기(Mixer)로써, RF 필터 및 증폭기(102)로부터 출력된 상기 RF 신호를 전압 제어 발진기로(110)부터 출력된 국부 발진 신호와 혼합하여 중간 주파수(Intermediate Frequency : IF)대역의 신호로 변환한다. RF 신호가 다운 컨버터(103)에 의해 직접 기저대역(baseband) 신호로 변환될 수도 있으나, 여기서는, IF 대역 신호로 변환되는 것으로 가정한다.
IF 필터 및 증폭기(104)는 다운 컨버터(103)로부터 수신한 상기 중간 주파수 대역의 신호 중 원하는 채널의 신호만을 증폭하여 출력한다.
모뎀(105)은 IF 필터 및 증폭기(104)로부터 출력된 신호를 처리하여 원 데이터를 복원하는 회로이다. A/D 변환, 복조, 디인터리브(deinterleave), 디코딩 등의 신호 처리가 모뎀(105)에서 이루어질 수 있다.
전압 제어 발진기(110)는 튜닝 전압(Vtune)에 기초하여 국부 발진 신호를 출력한다.
PLL(106)은 기준 발진 신호(REF)와 전압 제어 발진기(110)로부터 출력된 상기 국부 발진 신호의 피드백 신호를 비교하여 기준 발진 신호(REF)와 피드백 신호의 위상 및 주파수가 동기되도록 전압 제어 발진기(110)를 조절함으로써, 국부 발진 신호의 주파수가 소정 주파수에 동조(tuning)되어 고정(locking)되도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 제어 발진기(Voltage Controlled Oscillator : VCO, 110)를 나타낸 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 일 실시예인 전압 제어 발진기(110)는 제1P채널 트랜지스터(111), 제2P채널 트랜지스터(112), 제1N채널 트랜지스터(113), 제2N채널 트랜지스터(114), 전류원(115), 인덕턴스 분기회로(116), 코오스 동조부(Coarse Tune, 117) 및 미세 동조부(Fine Tune, 118)를 구비한다.
제1P채널 트랜지스터(111)는 전원전압 단자(Vdd)에 연결된 소스, 양의 출력단자(OUTp)에 연결된 드레인 및 음의 출력단자(OUTn)에 연결된 게이트를 갖는다.
제2P채널 트랜지스터(112)는 전원전압 단자(Vdd)에 연결된 소스, 양의 출력단자(OUTp)에 연결된 게이트 및 음의 출력단자(OUTn)에 연결된 드레인을 갖는다.
제1N채널 트랜지스터(113)는 양의 출력단자(OUTp)에 연결된 드레인, 음의 출력단자(OUTn)에 연결된 게이트 및 전류원(115)을 통하여 접지전압 단자(Vss)에 연결된 소스를 가진다.
제2N채널 트랜지스터(114)는 양의 출력단자(OUTp)에 연결된 게이트, 음의 출력단자(OUTn)에 연결된 소스 및 전류원(115)을 통하여 접지전압 단자(Vss)에 연결된 소스를 가진다.
제1P채널 트랜지스터(111), 제2P채널 트랜지스터(112), 제1N채널 트랜지스터(113) 및 제2N채널 트랜지스터(114)는 부성 저항으로써 동작하여, 전압 제어 발진기(110)로 전력을 공급하는 역할을 한다.
인덕턴스 분기회로(116), 코오스 동조 분기회로(117) 및 미세 동조부(118)는 양의 출력단자(OUTp) 및 음의 출력단자(OUTn)에 병렬로 접속된다.
양의 출력단자(OUTp)와 음의 출력단자(OUTn)로 위상이 반대이면서 같은 주파수를 갖는 국부 발진 신호가 출력된다.
인덕턴스 분기회로(116)는 공진을 위한 인덕턴스 성분이고, 코오스 동조부(117)와 미세 동조부(118)는 커패시턴스 성분이다.
전압 제어 발진기(110)는 상기 인덕턴스와 커패시턴스 성분의 공진에 의하여 국부 발진 주파수를 생성한다. 코오스 동조부(117)는 도 2에 도시되어 있지는 않지만, 스위치를 통하여 연결된 다수의 커패시터들로 구현될 수 있다. 소정의 디지털 신호에 의하여 상기 스위치를 제어하여, 상기 커패시터들을 연결하거나 분리시킴으로써 코오스 동조부(117)의 커패시턴스가 정해진다. 상기 정해진 커패시턴스에 의하여 상기 국부 발진 주파수를 생성하기 위한 전압 제어 발진기(110)의 코오스동작 주파수 대역이 결정된다.
미세 동조부(118)는 저대역 인에이블 신호(Low_Band_EN) 및 튜닝 전압(Vtune)에 기초하여 커패시턴스가 변화된다. 튜닝 전압(Vtune)은 PLL(106)로부터 출력된다.
저대역 인에이블 신호(Low_Band_EN)는 전압 제어 발진기(110)를 포함하는 RF 통신 장치(100)의 모뎀(105)으로부터 출력될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 미세 동조부(300)를 나타내는 회로도이다.
도 1및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 미세 동조부(300)는 주 미세 동조 분기회로(310), 보조 미세 동조 분기회로(320), 제1스위치(330) 및 제2스위치(340)를 구비한다.
제1스위치(330) 및 제2스위치(340)는 NMOS 트랜지스터로 구현할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
주 미세 동조 분기회로(310)는 제1버랙터(311), 제2버랙터(312), 제1커패시터(313), 제2커패시터(314), 제1저항(315) 및 제2저항(316)을 구비한다.
보조 미세 동조 분기회로(320)는 제3버랙터(321), 제4버랙터(322), 제3커패시터(323), 제4커패시터(324), 제3저항(325) 및 제4저항(326)을 구비한다.
제1버랙터(311), 제2버랙터(312), 제3버랙터(321) 및 제4버랙터(322)는 소스와 드레인이 연결된 MOS(Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터로 구현된 누적 모드 MOSFET 버랙터(accumulation mode MOSFET varactor : AMOS)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1버랙터(311)는 제1저항(315)을 통하여 튜닝 전압단자(Vtune)에 연결된 캐소드와 기준전압 단자(Vref)에 접속된 애노드를 갖는다.
제2버랙터(312)는 제2저항(316)을 통하여 튜닝 전압단자(Vtune)에 연결된 캐소드와 기준전압 단자(Vref)에 연결된 애노드를 갖는다.
상기 기준전압 단자(Vref)에 인가되는 기준전압은 상기 전원전압 단자(Vdd)에 인가되는 전원전압의 절반(Vdd/2)일 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 소정의 시뮬레이션이나 테스트를 통해 적정한 값으로 설정될 수 있다.
제1버랙터(311)의 상기 캐소드는 제1커패시터(313)를 통하여 양의 출력단 자(OUTp)에 접속된다.
제2버랙터(312)의 상기 캐소드는 제2커패시터(314)를 통하여 음의 출력단자(OUTn)에 접속된다.
따라서, 주 미세 동조 분기회로(310)의 제1버랙터(311) 및 제2버랙터(312)는 역방향으로 인가되는 튜닝 전압(Vtune)에 의하여 항상 제어된다.
제3버랙터(321)는 제3저항(325)과 제1스위치(330)를 통하여 튜닝 전압단자(Vtune)에 접속되는 캐소드와 기준전압 단자(Vref)에 접속된 애노드를 갖는다.
제4버랙터(322)는 제4저항(326)과 제2스위치(340)를 통하여 튜닝 전압단자(Vtune)에 접속되는 캐소드와 기준전압 단자(Vref)에 접속된 애노드를 갖는다.
제3버랙터(321)의 상기 캐소드는 제3커패시터(323)를 통하여 양의 출력단자(OUTp)에 접속된다.
제4버랙터(322)의 상기 캐소드는 제4커패시터(324)를 통하여 음의 출력단자(OUTn)에 접속된다.
따라서, 보조 미세 동조 분기회로(320)의 제3버랙터(321) 및 제4버랙터(322)는 제1스위치(330)를 통하여 튜닝 전압(Vtune)을 수신하기 때문에, 제1스위치(330)가 ON 상태일 때에만, 튜닝 전압(Vtune)에 의하여 커패시턴스가 가변된다.
제2스위치(340)는 제1스위치(330)를 통하여 튜닝 전압단자(Vtune)에 접속된 드레인, 접지전압 단자(Vss)에 접속된 소스를 갖는다.
제1스위치(330)는 저대역 인에이블 신호(Low_Band_EN)에 기초하여 제어된다. 그리고 제2스위치(340)는 저대역 인에이블 신호(Low_Band_EN)의 반전 신호에 기초 하여 제어된다. 따라서 제2스위치(340)는 제1스위치(330)와 상보적으로 동작한다.
저대역 인에이블 신호(Low_Band_EN)는 주파수 대역에 따라 전압 제어 발진기(110)의 이득을 다르게 조절하기 위한 신호이다. .
저대역 인에이블 신호(Low_Band_EN)는 RF 통신 장치(100)의 모뎀(105)으로부터 생성되어 출력될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 미세 동조부(400)를 나타내는 회로이다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 미세 동조부(400)는 주 미세 동조 분기회로(410), 보조 미세 동조 분기회로(420), 제1스위치(430) 및 제2스위치(440)를 구비한다.
제1스위치(430) 및 제2스위치(440)는 NMOS 트랜지스터로 구현할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
주 미세 동조 분기회로(410)는 제1버랙터(411), 제2버랙터(412), 제1커패시터(413), 제2커패시터(414),　제1저항(415) 및 제2저항(416)을 구비한다.
보조 미세 동조 분기회로(420)는 제3버랙터(421), 제4버랙터(422), 제3커패시터(423), 제4커패시터(424), 제3저항(425) 및 제4저항(426)을 구비한다.
제1버랙터(411), 제2버랙터(412), 제3버랙터(421) 및 제4버랙터(422)는 다이오드 버랙터일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1버랙터(411)는 제1저항(415)을 통하여 접지전압 단자(Vss)에 접속된 애노드와 튜닝 전압단자(Vtune)에 접속된 캐소드를 갖는다.
제2버랙터(412)는 제2저항(416)을 통하여 접지전압 단자(Vss)에 접속된 애노 드와 튜닝 전압단자(Vtune)에 접속된 캐소드를 갖는다.
제1버랙터(411)의 상기 애노드는 제1커패시터(413)를 통하여 양의 출력단자(OUTp)에 접속된다.
제2버랙터(412)의 상기 애노드는 제2커패시터(414)를 통하여 음의 출력단자(OUTn)에 접속된다.
따라서, 주 미세 동조 분기회로(410)의 제1버랙터(411) 및 제2버랙터(412)는 역방향으로 인가되는 튜닝 전압(Vtune)에 의하여 항상 제어된다.
제3버랙터(421)는 제3저항(425)을 통하여 접지전압 단자(Vss)에 접속된 애노드와 제1스위치(430)를 통하여 튜닝 전압단자(Vtune)에 접속된 캐소드를 갖는다.
제4버랙터(422)는 제4저항(426)을 통하여 접지전압 단자(Vss)에 접속된 애노드와 제1스위치(430)를 통하여 튜닝 전압단자(Vtune)에 접속된 캐소드를 갖는다.
제3버랙터(421)의 상기 애노드는 제3커패시터(423)를 통하여 양의 출력단자(OUTp)에 접속된다.
제4버랙터(422)의 상기 애노드는 제4커패시터(424)를 통하여 음의 출력단자(OUTn)에 접속된다.
따라서, 보조 미세 동조 분기회로(420)의 제3버랙터(421) 및 제4버랙터(422)는 제1스위치(430)를 통하여 튜닝 전압(Vtune)을 수신하기 때문에, 제1스위치(430)가 ON 상태일 때에만, 튜닝 전압(Vtune)에 의하여 가변된다.
제2스위치(440)는 제1스위치(430)를 통하여 튜닝 전압단자(Vtune)에 접속된 드레인, 접지전압 단자(Vss)에 접속된 소스를 갖는다.
제1스위치(430)는 저대역 인에이블 신호(Low_Band_EN)에 기초하여 제어된다. 그리고 제2스위치(440)는 저대역 인에이블 신호(Low_Band_EN)의 반전 신호에 기초하여 제어된다. 따라서 제2스위치(440)는 제1스위치(430)와 상보적으로 동작한다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 미세 동조부(500)를 나타내는 회로도이다.
도 5를 참조하면, 미세 동조부(500)는 주 미세 동조 분기회로(510), 보조 미세 동조 분기회로(520), 제1스위치(530) 및 제2스위치(540)를 구비한다.
제1스위치(530) 및 제2스위치(540)는 NMOS 트랜지스터로 구현할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3 및 도 5를 참조하면, 주 미세 동조 분기회로(510)는 제1버랙터(511), 제2버랙터(512), 제1커패시터(513), 제2커패시터(514), 제1저항(515) 및 제2저항(516)을 구비하며, 상기 제1실시예에 따른 미세 동조부(300)의 주 미세 동조 분기회로(310)와 같은 구조를 갖는 것을 알 수 있다. 따라서 주 미세 동조 분기회로(510)는 주 미세 동조 분기회로(310)와 동작이 같으므로, 자세한 설명은 생략하기로 한다.
보조 미세 동조 분기회로(520)도 상기 제1실시예에 따른 미세 동조부(300)의 보조 미세 동조 분기회로(320)와 거의 유사한 구조를 갖는다. 상기 제1실시예에 따른 미세 동조부(300)의 보조 미세 동조 분기회로(320)와 유사하게 제1버랙터(521), 제2버랙터(522), 제1저항(525) 및 제2저항(526)을 구비한다. 그러나 도 3에 도시된 보조 미세 동조 분기회로(320)와 다르게, 보조 미세 동조 분기회로(520)는 주 미세 동조 분기회로(510)와 별도로 커패시터들을 구비하지 않고, 제1커패시터(513) 및 제2커패시터(514)를 공유한다. 따라서 제3버랙터(521)의 상기 캐소드는 제1커패시터(513)를 통하여 양의 출력단자(OUTp)에 접속된다. 그리고 제4버랙터(522)의 상기 캐소드는 제2커패시터(514)를 통하여 음의 출력단자(OUTn)에 접속된다. 보조 미세 동조 분기회로(520)의 자세한 동작도 보조 미세 동조 분기회로(320)의 동작과 거의 유사하므로, 자세한 설명은 생략하기로 한다. 저대역 인에이블 신호(Low_Band_EN)는 주파수 대역에 따라 전압 제어 발진기(110)의 이득을 다르게 조절하기 위한 신호이다. 전압 제어 발진기(110)의 이득은 튜닝 전압(Vtune)의 변화에 따른 발진 주파수의 변화를 의미한다.
저대역 인에이블 신호(Low_Band_EN)는 RF 통신 장치(100)의 모뎀(108)으로부터 생성되어 출력될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
미세 조정부(300, 400 또는 500)를 포함하는 전압 제어 발진기(110)의 동작 주파수 대역이 고대역일 때는 로우레벨의 저대역 인에이블 신호(Low_Band_EN)에 의하여 제1스위치(330, 430 또는 530)가 OFF 상태가 됨으로써, 보조 미세 동조 분기회로(320, 420 또는 520)를 튜닝 전압 단자(Vtune)와 차단시킨다. 이 때, 제1스위치(330, 430 또는 530)와 상보적으로 동작하는 제2스위치(340, 440 또는 540)가 ON 상태이기 때문에, 제3버랙터(321, 421 또는 521) 및 제4버랙터(322, 422 또는 522)에 순방향 바이어스가 인가됨으로써, 제3버랙터(321, 421 또는 521) 및 제4버랙터(322, 422 또는 522)는 일정한 커패시턴스를 갖는 고정 커패시터로 동작한다.
미세 조정부(300, 400 또는 500)를 포함하는 전압 제어 발진기(110)의 동작 주파수 대역이 저대역일 때는 하이레벨의 저대역 인에이블 신호(Low_Band_EN)에 의하여 제1스위치(330, 430 또는 530)가 ON 상태가 됨으로써, 보조 미세 동조 분기회로(320, 420 또는 520)가 튜닝 전압단자(Vtune)에 접속된다. 따라서 제3버랙터(321, 421 또는 521) 및 제4버랙터(322, 422 또는 522)에 인가되는 역방향 바이어스인 튜닝 전압(Vtune)에 의하여 커패시턴스가 가변된다.
따라서, 전압 제어 발진기(110)가 동작 주파수 신호의 대역이 낮으면, 튜닝 전압(Vtune)에 의하여 제어되는 커패시턴스를 증가시켜서, 전압 제어 발진기 이득을 증가시킨다. 그리고 동작 주파수 신호의 대역이 높으면, 미세 조정부(300, 400 또는 500)를 구성하는 보조 미세 동조 분기회로(320, 420 또는 520)를 튜닝 전압(Vtune)에 관계없이 일정한 커패시턴스를 갖는 고정 커패시터로 동작시켜, 전압 제어 발진기 이득을 작게 한다.
도 6은 저대역 동작시 본 발명의 제3실시예에 따른 미세 동조부(500)를 포함하는 VCO의 출력 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이다.
도 6을 참조하면, 0.4[V]에서 2.4[V]까지의 튜닝전압(Vtune)에 의하여 보조 미세 동조 분기회로(320)를 포함하는 미세 동조부(300)에 의한 VCO의 출력(w/ Aux. Fine tune branch)과 보조 미세 동조 분기회로를 포함하지 않고 주 미세 동조 분기회로만으로 동작하는 미세 동조부에 의한 VCO의 출력(w/o Aux, Fine tune branch)이 주파수 형태로 나타난다.
저대역 동작시, 미세 동조부(300)의 보조 미세 동조 분기회로(320)는 가변 커패시터로 동작하여 튜닝전압(Vtune)에 따른 가변 주파수 범위(약 3.570~3.604 [GHz])가 보조 미세 동조 분기회로를 포함하지 않는 미세 동조부에 의한 가변 주파수 범위(약 3.557~3.602 [GHz])보다 넓은 것을 알 수 있다. 따라서 저대역 동작시, 보조 미세 동조 분기회로(320)를 추가함으로써, VCO 이득이 커지게 된다.
본 발명에 대해 상기 실시예를 참고하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명에 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 발진 신호의 주파수 대역에 따라 미세 조정 분기회로를 튜닝 전압에 의하여 커패시턴스가 변하는 가변 커패시터로 동작시키거나, 튜닝 전압에 관계없이 일정한 커패시턴스를 나타내는 고정 커패시터로 동작시킨다. 구체적으로는, 상대적으로 높은 이득을 필요로 하는 낮은 주파수 대역에서는 가변 커패시턴스의 범위를 증가시키고, 상대적으로 낮은 이득을 필요로 하는 높은 주파수 대역에서는 가변 커패시턴스의 범위를 줄인다. 따라서, 높은 주파수 대역에서는 불필요한 이득 증대로 인해 위상 잡음이 증가하는 문제점을 방지할 수 있다. 이로써, 성능이 우수한 멀티대역용 전압 제어 발진기를 제공할 수 있다.

Claims (14)

  1. 인덕터;
    튜닝 전압에 기초하여 정전용량이 가변되는 적어도 하나의 가변 커패시터를 구비하는 주 미세 동조 분기회로; 및
    동작 주파수 대역에 기초하여, 상기 튜닝 전압에 의하여 정전용량이 가변되는 가변 커패시터로 동작하거나 상기 튜닝 전압에 관계없이 고정 커패시터로 동작하는 적어도 하나의 버랙터를 구비하는 보조 미세 동조 분기회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티 대역용 전압 제어 발진기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 주 미세 동조 분기 회로의 적어도 하나의 가변 커패시터는 상기 동작 주파수 대역에 상관없이 상기 튜닝 전압에 응답하여 정전용량이 가변되고,
    상기 보조 미세 동조 분기 회로의 적어도 하나의 버랙터는 상기 동작 주파수 대역이 제1 동작 주파수 대역일 때에는 상기 튜닝 전압에 응답하여 정전용량이 가변되고, 상기 동작 주파수 대역이 제2 동작 주파수 대역일 때에는 상기 튜닝 전압에 상관없이 고정된 값을 가지는 것을 특징으로 하는 멀티 대역용 전압 제어 발진기.
  3. 제1 및 제2 출력단자에 접속되는 인덕터;
    동작 주파수 대역에 기초하여 제어되는 제1스위치;
    상기 제1 및 제2 출력단자에 접속되며, 튜닝 전압에 의해 정전용량이 가변되는 주 미세 동조 분기회로; 및
    상기 제1 및 제2 출력단자에 접속되며, 상기 제1스위치가 온(ON) 상태일 때는 상기 튜닝 전압에 의해 정전용량이 가변되고, 상기 제1 스위치가 오프(OFF) 상태일 때는 정전용량이 가변되지 않는 보조 미세 동조 분기회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티 대역용 전압 제어 발진기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 스위치는 상기 동작 주파수 대역이 제1 주파수 대역일 때는 온되고, 상기 동작 주파수 대역이 제2 주파수 대역일 때는 오프되며,
    상기 제1 주파수 대역은 상기 제2 주파수 대역보다 낮은 것을 특징으로 하는 멀티 대역용 전압 제어 발진기.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 멀티 대역용 전압 제어 발진기는 상기 튜닝 전압이 입력되는 튜닝 전압 단자를 더 구비하고,
    상기 주 미세 동조 분기회로는, 제1저항을 통하여 상기 튜닝 전압단자와 제1전압 단자 사이에 접속되는 제1버랙터; 및
    제2저항을 통하여 상기 튜닝 전압단자와 상기 제1전압 단자 사이에 접속되는 제2버랙터를 구비하고,
    상기 보조 미세 동조 분기회로는
    제3저항을 통하여 상기 제1 스위치의 제1 단자와 상기 제1전압 단자 사이에 접속되는 제3버랙터; 및
    제4저항을 통하여 상기 제1 스위치의 상기 제1단자와 상기 제1전압 단자 사이에 접속되는 제4버랙터를 구비하며,
    상기 제1 스위치의 제2단자는 상기 튜닝전압단자에 접속되는 것을 특징으로 하는 멀티 대역용 전압 제어 발진기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 주 미세 동조 분기회로는 상기 제1버랙터를 통하여 상기 제1전압 단자와 상기 제1 출력단자 사이에 접속되는 제1커패시터; 및
    상기 제2버랙터를 통하여 상기 제1전압 단자와 상기 제2 출력단자 사이에 접속되는 제2커패시터를 더 구비하며,
    상기 보조 미세 동조 분기회로는
    상기 제3버랙터를 통하여 상기 제1 스위치의 상기 제1 단자와 상기 제1 출력단자 사이에 접속되는 제3커패시터; 및
    상기 제4버랙터를 통하여 상기 제1 스위치의 상기 제1 단자와 상기 제2 출력단자 사이에 접속되는 제4커패시터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티 대역용 전압 제어 발진기.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 주 미세 동조 분기회로 또는 상기 보조 미세 동조 분기회로는,
    일 단자는 상기 제1버랙터 및 제3 버랙터를 통하여 상기 제1전압 단자에 접속되고, 다른 일 단자는 상기 제1 출력단자에 접속되는 제1커패시터; 및
    일 단자는 상기 제2버랙터 및 제4 버랙터를 통하여 상기 제1전압 단자에 접속되고, 다른 일 단자는 상기 제2 출력단자에 접속되는 제2커패시터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티 대역용 전압 제어 발진기.
  8. 제5항에 있어서, 상기 멀티 대역용 전압 제어 발진기는
    상기 제1스위치를 통하여 상기 튜닝 전압단자와 제2전압 단자에 접속되고, 상기 제1스위치와 상보적으로 동작하는 제2스위치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티 대역용 전압 제어 발진기.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 멀티 대역용 전압 제어 발진기는 상기 튜닝 전압이 입력되는 튜닝 전압 단자를 더 구비하고,
    상기 주 미세 동조 분기회로는,
    상기 튜닝 전압단자와 제1저항을 통하여 제1 전압 단자 사이에 접속되는 제1버랙터; 및
    상기 튜닝 전압단자와 제2저항을 통하여 상기 제1전압 단자 사이에 접속되는 제2버랙터를 구비하고,
    상기 보조 미세 동조 분기회로는
    제3저항을 통하여 상기 제1전압 단자와 상기 제1 스위치의 제1단자 사이에 접속되는 제3버랙터; 및
    제4저항을 통하여 상기 제1전압 단자와 상기 제1 스위치의 상기 제1단자 사이에 접속되는 제4버랙터를 구비하며,
    상기 제1 스위치의 제2단자는 상기 튜닝전압단자에 접속되는 것을 특징으로 하는 멀티 대역용 전압 제어 발진기.
  10. 제9항에 있어서, 상기 주 미세 동조 분기회로 또는 상기 보조 미세 동조 분기회로는
    일 단자는 상기 제1 저항 또는 상기 제3 저항을 통하여 상기 제1 전압 단자에 접속되고, 다른 일 단자는 상기 제1 출력단자에 접속되는 제1커패시터; 및
    일 단자는 상기 제2 저항 또는 상기 제4 저항을 통하여 상기 제1 전압 단자에 접속되고, 다른 일 단자는 상기 제2 출력단자에 접속되는 제2커패시터를 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티 대역용 전압 제어 발진기.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 전압 단자는
    접지 전압 단자인 것을 특징으로 하는 멀티 대역용 전압 제어 발진기.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 멀티 대역용 전압 제어 발진기는
    상기 제1스위치를 통하여 상기 튜닝 전압단자와 상기 접지전압 단자에 접속되고, 상기 제1스위치와 상보적으로 동작하는 제2스위치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티 대역용 전압 제어 발진기.
  13. 광대역 RF(Radio Frequency) 통신 장치에 있어서,
    국부 발진 신호를 생성하는 전압 제어 발진기; 및
    RF 신호와 상기 국부 발진 신호를 혼합하는 믹서를 구비하며,
    상기 전압 제어 발진기는
    인덕터;
    튜닝 전압에 기초하여 정전용량이 가변되는 적어도 하나의 가변 커패시터를 구비하는 주 미세 동조 분기회로; 및
    동작 주파수 대역에 기초하여, 상기 튜닝 전압에 의하여 정전용량이 가변되는 가변 커패시터로 동작하거나 상기 튜닝 전압에 관계없이 고정 커패시터로 동작하는 적어도 하나의 버랙터를 구비하는 보조 미세 동조 분기회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 RF 통신 장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 주 미세 동조 분기 회로의 적어도 하나의 가변 커패시터는 상기 동작 주파수 대역에 상관없이 상기 튜닝 전압에 응답하여 정전용량이 가변되고,
    상기 보조 미세 동조 분기 회로의 적어도 하나의 버랙터는 상기 동작 주파수 대역이 제1 동작 주파수 대역일 때에는 상기 튜닝 전압에 응답하여 정전용량이 가변되고, 상기 동작 주파수 대역이 제2 동작 주파수 대역일 때에는 상기 튜닝 전압에 상관없이 고정된 값을 가지는 것을 특징으로 하는 RF 통신 장치.
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