KR20080018276A - 의사-사인 신호 발생 디바이스 - Google Patents

의사-사인 신호 발생 디바이스 Download PDF

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KR20080018276A
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엔엑스피 비 브이
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    • H03B28/00—Generation of oscillations by methods not covered by groups H03B5/00 - H03B27/00, including modification of the waveform to produce sinusoidal oscillations
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Abstract

의사-사인 신호 발생 디바이스(D)는 i) 선택된 일정 출력 진폭을 갖는 차분 삼각 신호(TS)를 입력 차분 정사각형 신호(SS)로부터 생성하도록 구성된 차분 동조가능 적분 수단(SI)과, ii) 차분 삼각 신호(TS)의 진폭이 선택된 일정 진폭과 동일한 경우 차분 삼각 신호의 적어도 제 3 고조파를 제거하기 위해 차분 삼각 신호(TS)에 선택된 전달 함수를 적용하고 그런 다음 유사-일정 진폭(quasi-constant amplitude)을 갖는 의사-사인 신호(OS)를 출력하도록 구성된 차분 처리 수단(PM)을 포함한다.

Description

의사-사인 신호 발생 디바이스{WIDEBAND RF PSEUDO-SINE SIGNAL GENERATOR}
본 발명은 신호 발생 디바이스에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 의사-사인 신호를 출력하도록 구성된 신호 발생 디바이스에 관한 것이다.
본 명세서에서 "의사-사인 신호(pseudo-sine signals)"는 사인 또는 의사-사인 형상을 갖는 신호를 의미한다.
당업자에게 공지된 바와 같이, "최대한 순수한" 사인 파(sine waves) 또는 신호(연속적임)는, 특히 집적 회로 분야에서 그 수요가 증가하고 있다. 예를 들어, 사인 신호는 무선 주파수(RF) 필터의 중심 주파수, 이미지 제거용으로 사용되는 전 복소 혼합기(a full-complex mixer) 또는 증폭기 이득을 교정하거나, 또는 자체 내부 검사(Built-In Self-Test: BIST)와 같은 테스트(들)를 수행하는 데 사용된다.
대부분의 발생기는 입력 정사각 신호(input square signals)를 이용하여 의사-사인 신호를 발생시킨다. 의사-사인 신호(또는 파)가 넓은 주파수 범위(전형적으로 수 MHz 내지 수 GHz) 내에서 발생될 필요가 있을 때, 입력 정사각형 신호는 일반적으로 2 단계에 걸쳐서 발생된다. 즉, 온-칩 전압 제어 발진기(Voltage Controlled Oscillator: VCO)를 구비한 주파수 합성기가 보다 높은 주파수(수 GHz)에서 신호를 생성하고, 이들 신호는 고주파수 분할기에 의해 PLL의 피드백 루프 내에서 분할된다. 생성된 정사각 신호는 일반적으로 0.5의 듀티 사이클을 가지며, 그들의 고조파 함유량은 풍부하다. 따라서 그들의 고조파를 필터링할 필요가 있다.
고조파 필터링을 위해, 버러워쓰(Butterworth) 또는 체비세프(Chebychev) 타입의 구조를 구현하도록 결합된 OTA(Operational Transconductance Amplifiers)를 포함하는 높은 차수의 필터를 사용할 수 있다. 이들 필터는 고정된 컷-오프 주파수를 가지며, 스위칭될 수 있도록 수동 소자와 결합되어야 한다. 따라서, 이들 필터는 고주파수에 적합하지 않다.
가변 전류(gm/C)에 의해 동조되며 버러워쓰 또는 체비세프 타입의 구조를 구현하도록 결합된 트랜스컨덕터를 구비한 높은 차수의 필터를 또한 사용할 수 있다. 이들 필터는 선형적으로 가변적인 입력 주파수를 갖는 발생기에 사용될 수 있지만, 수백 MHz로 제한된다.
바랙터(varactors) 또는 스위칭형 커패시터와 동조되는 LC 필터를 또한 사용할 수 있다. 그러나, 동작 주파수 범위의 폭은 사용되는 외부 소자(바랙터 또는 스위칭형 커패시터)의 수에 의존한다. 따라서, 이들 필터들이 사용되는 발생기는 부피가 크며 복잡할 수 있다.
자신의 저항 및/또는 커패시터에 다수의 스위치가 결합된 간단한 RC 1차 필 터를 또한 사용할 수 있다. 그러나, 이들 필터는 저조한 필터링 성능을 나타내고, (필요로 하는 스위치의 개수가 많기 때문에) 부피가 크며, 출력 단에서 진폭 조절을 필요로 한다.
RC 광대역 발진기에 PLL(위상 고정 루프)을 고정시킬 수 있고, 또한 발진기의 진폭을 조절하여 그의 출력이 의사-사인 파(또는 신호)가 될 수 있도록 할 수 있다. 그러나, 동작 주파수 범위가 동조되어야 하는 경우, 부가적인 PLL 및 몇 개의 RC 발진기를 사용할 필요가 있으며, 그에 따라 발생기는 부피가 커지고 복잡해진다.
본 발명의 목적은 종래의 단점을 개선하는 것이고, 보다 구체적으로는 광대역 의사-사인 신호 발생기, 즉 넓은 주파수 범위 내에서(전형적으로 수 MHz에서 수 GHz까지) RF 의사-사인 신호를 전달하는 의사-사인 신호 발생기를 제공하는 것이다.
이를 위해, 적어도, 선택된 일정 출력 진폭을 갖는 차분 삼각 신호를 입력 차분 정사각 신호로부터 생성하도록 구성된 차분 동조가능 적분 수단과, 차분 삼각 신호의 진폭이 선택된 일정 진폭과 동일한 경우 적어도 3차 고조파를 제거하기 위해 선택된 전달 함수를 차분 삼각 신호에 적용하고, 그런 다음 유사-일정 진폭(quasi-constant amplitude)을 갖는 의사-사인 신호를 출력하도록 구성된 차분 처리 수단을 포함하는 의사-사인 신호 발생 디바이스를 제공한다.
본 발명에 따른 디바이스는 별도로 고려되는 또는 결합되는 부가적인 특징을 포함할 수 있으며, 특히,
- 본 발명에 따른 디바이스는 차분 삼각 신호의 출력 진폭을 선택된 일정 진폭과 비교하여 이들 진폭의 차이를 나타내는 제어 신호를 전달하도록 구성된 진폭 검출 수단을 더 포함하고, 동조가능 적분 수단은 자신이 출력한 차분 삼각 신호의 출력 진폭을 제어 신호에 따라 조정함으로써 이 출력 진폭이 선택된 일정 진폭과 동일할 수 있도록 한다.
- 본 발명에 따른 디바이스는 상기 동조가능 적분 수단에 결합되며 동조가능 적분 수단에 의해 출력된 차분 삼각 신호의 제 2 고조파가 처리 수단에 공급되기 전에 제거하도록 구성된 부가적인 고조파 제거 수단을 더 포함한다.
- 부가적인 고조파 제거 수단은 차분 삼각 신호의 공통 모드를 조절하는 조절 루프(regulation loop)와 차분 삼각 신호의 가능한 오프셋을 상쇄하는 상쇄 루프를 포함할 수 있다.
- 처리 수단은 tanh(Vin/2Vt)에 비례하는 전달 함수 Vout을 갖는 바이폴라 차분 증폭기일 수 있으며, 상기 식에서, Vt=kT/q이고, k는 볼츠만 상수이며, T는 켈빈의 절대 온도이고, q는 전자 전하이다. 이 경우, 선택된 일정 진폭은 α*Vt와 동일하고, α는 예를 들어 3과 4 사이에 포함된 상수이며, 바람직하게는 3.3이다.
- 변형예에 있어서, 처리 수단은 분극 전류 및 기하학적 구조에 의존하는 전달 함수를 갖는 MOS 차분 증폭기일 수 있다. 이 경우, 선택된 일정 진폭은 MOS 차분 증폭기의 기하학적 구조 및 분극 전류에 의존하는 값과 동일하다.
- 차분 동조가능 적분 수단은 커패시터 수단과 이 커패시터 수단에 급전하며 제어 전류에 의해 동조가능한 동조가능 트랜스컨덕터를 포함할 수 있다. 이 경우, 진폭 검출 수단은 제어 전류를 정의하는 제어 신호를 전달하도록 구성된다.
- 변형예에 있어서, 차분 동조가능 적분 수단은 트랜스컨덕터와 이 트랜스컨덕터에 의해 급전되며 제어 전압에 의해 동조가능한 동조가능 커패시터 수단을 포함할 수 있다. 이 경우, 진폭 검출 수단은 제어 전압을 정의하는 제어 신호를 전달하도록 구성된다.
또 다른 변형예에서, 차분 동조가능 적분 수단은 전류 증폭기와 이 전류 증폭기에 의해 급전되며 제어 전압에 의해 동조가능한 동조가능 커패시터 수단을 포함할 수 있다. 이 경우, 진폭 검출 수단은 제어 전압을 정의하는 제어 신호를 전달하도록 구성된다.
- 또 다른 변형예에서, 차분 동조가능 적분 수단은 커패시터 수단과 이 커패시터 수단에 급전하며 제어 전류 또는 전압에 의해 동조가능한 이득을 갖는 동조가능 전류 증폭기를 포함할 수 있다. 이 경우, 진폭 검출 수단은 제어 전류 또는 전압을 정의하는 제어 신호를 전달하도록 구성된다.
- 본 발명에 따른 디바이스는 입력 차분 정사각형 신호를 생성하도록 구성된 생성기 수단을 더 포함할 수 있다.
- 본 발명에 따른 디바이스는 집적 회로(IC)의 적어도 일부분을 구성할 수 있다.
본 발명의 다른 특징 및 장점은 이하의 상세한 설명 및 첨부한 도면으로부터 분명해질 것이다. 첨부한 도면은 본 발명을 완성하는 역할을 할 뿐만 아니라 필요한 경우 본 발명을 정의하는데 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 의사-사인 신호 발생 디바이스의 실시예를 개략적으로 나타내는 도면,
도 2는 차분 삼각 신호 진폭의 함수로서 바이폴라 차분 증폭기에 의한 차분 삼각 신호의 홀수 고조파 제거를 개략적으로 나타내는 도면,
도 3은 차분 삼각 신호(Vin(t)) 및 의사-사인 신호(Vout(t))의 시변을 개략적으로 나타내는 도면.
먼저, 본 발명에 따른 의사 사인 신호 발생 디바이스(이하, "발생기")(D)의 실시예의 일례를 설명하는 도 1을 참조한다.
다음 설명에서, 발생기(D)는 필터를 교정하는 의사-사인 테스트 신호를 생성하고자 하는 것이다. 그러나 본 발명이 그러한 유형의 애플리케이션으로 한정되는 것이 아니라는 점에 유의하는 것이 중요하다.
또한 본 발명은 의사-사인 신호(또는 파)가 필요한 곳이라면 어디에라도 적용할 수 있으며, 특히 구형 신호(또는 구형파)를 생성하는 주파수 합성기를 구비한 임의의 집적 회로, 또는 자체 내부 검사(Built In Self Test:BIST), (테스트 또는 자동 이득 설정을 위한) 증폭 체인의 입력에서의 테스트 신호 주입, 또는 전달 곡선을 결정하기 위한 임의의 디바이스의 입력에서의 테스트 신호 주입과 같은 임의의 테스트에 적용할 수 있다.
도 1에 예시한 바와 같이, 본 발명에 따른 발생기(D)는 적어도 차분 신호 처리 모듈(PM)과 결합되는 동조가능 차분 신호 적분기(SI)를 포함한다.
동조가능 차분 신호 적분기(이하, "적분기")(SI)는 선택된 일정 출력 진폭을 갖는 차분 삼각 신호(TS)를 그것이 차분 입력단에서 수신하는 차분 구형 신호(SS)로부터 생성하도록 구성된다.
다음 설명에서, 차분 구형 신호(SS)는 전압원(VS)에 의해 생성된 전압임을 고려해야 할 것이다. 그러나 차분 구형 신호(SS)는 전류원에 의해 생성된 전류일 수 있다.
도 1에 예시한 바와 같이, 차분 구형 신호(SS)를 전달하는 전압원(VS)은 발생기(D)의 일부분일 수 있다. 그러나 이 전압원(VS)은 또한 발생기(D)의 외부에서 작용할 수도 있다. 예를 들어, 그것은 이동 전화기의 송수신기에서 사용되는 것과 같은 온-칩 전압 제어 발진기(on-chip Voltage Controlled Oscillators: VCO)를 구비한 주파수 합성기일 수도 있다.
적분기(SI)는 일정 트랜스컨덕터(I=gm*Vin, 여기서 Vin은 차분 전압원(VS)에 의해 출력된 구형 신호(SS)를 나타냄), 및 그 트랜스컨덕터의 출력에 접속되고 구형 신호(SS)에 대한 시간 적분을 수행하여 삼각 신호(TS)를 생성하도록 구성된 동조가능 또는 가변적인 커패시터(또는 배리캡(varicap))를 포함할 수 있다.
변형예에서, 적분기(SI)는 구형 신호(SS)에 대한 시간 적분을 수행하여 삼각 신호(TS)를 생성하도록 구성된 일정 커패시터, 및 그 일정 커패시터에 급전하며 제어 전류에 의해 동조가능한 동조가능 트랜스컨덕터를 포함할 수 있다.
(차분 전류원에 의해 출력된) 차분 전류(SS)의 경우, 적분기(SS)는 고정 이득을 갖는 전류 증폭기(I=G*Iin, 여기서 Iin은 구형 신호(SS)를 나타냄), 및 그 전류 증폭기의 출력에 접속되고 구형 신호(SS)에 대한 시간 적분을 수행하여 삼각 신호(TS)를 생성하도록 구성된 가변 또는 동조가능 커패시터(또는 배리캡)를 포함할 수 있다. 이 경우, 커패시터의 값은 제어 전압에 의해 조정된다.
변형예에서, 적분기(SI)는 구형 신호(SS)에 대해 시간 적분을 수행하여 삼각 신호(TS)를 생성하도록 구성된 일정 커패시터, 및 그 일정 커패시터에 급전하며 제어 전류 또는 전압에 의해 (적분기(SI)의 내부 구조에 의존하여) 동조가능한 이득을 갖는 동조가능 또는 가변 전류 증폭기를 포함할 수 있다.
출력된 삼각 신호(TS)의 진폭은 후술하는 바와 같이 차분 신호 처리 모듈(이하, "처리 모듈")(PM)의 유형에 의존하는 선택된 일정 진폭 Ac와 동일하거나 거의 동일한 상태를 유지해야 한다.
이를 위해, 발생기(D)는 적분기(SI)에 의해 출력된 차분 삼각 신호(TS)를 선택된 일정 진폭 Ac와 비교하여 그 차이를 나타내는 신호를 전달하도록 구성된 진폭 검출 모듈(DM)을 포함한다. 예를 들어, 진폭 검출 모듈(DM)은 (i) 적분기(SI)에 의해 출력된 차분 삼각 신호(TS)를 공급받아서 선택된 일정 진폭 Ac와 비교하고 그 진폭 차이를 나타내는 신호를 전달하게 하는 차분 진폭 비교기(DC)와, (ii) 차분 진폭 비교기(DC)에 의해 전달된 신호로부터 에러(또는 제어) 신호를 정의하는 전압 제어 전류원 또는 전압원(a voltage controlled current or voltage source)(AN)을 포함한다.
보다 구체적으로, 적분기(SI)가 일정 커패시터 및 동조가능 트랜스컨덕터를 포함하는 경우, 진폭 검출 모듈(DM)은 그 트랜스컨덕터를 조정하는 제어 전류를 정의한 에러 전류를 출력하는 전압 제어 전류원(a voltage controlled current source: VCCS)(AN)을 포함한다. 적분기(SI)가 배리캡 및 일정 트랜스컨덕터를 포함하는 경우, 진폭 검출 모듈(DM)은 배리캡을 조정하는 제어 전압을 정의한 에러 전압을 출력하는 전압 제어 전압원(a voltage controlled voltage source: VCVS)(AN)을 포함한다.
적분기(SI)가 일정 커패시터 및 동조가능 전류 증폭기를 포함하는 경우, 진폭 검출 모듈(DM)은 전류 증폭기를 조정하는 제어 전류 또는 전압을 정의한 에러 전류 또는 전압을 출력하는 VCCS 또는 VCVS(AN)를 포함한다. 적분기(SI)가 배리캡 및 고정 이득을 갖는 전류 증폭기를 포함하는 경우, 진폭 검출 모듈(DM)은 배리캡을 조정하는 제어 전압을 정의한 에러 전압을 출력하는 전압 제어 전압원(VCVS)(AN)을 포함한다.
양쪽 경우 모두에서, 에러 신호(전류 또는 전압)는 선택된 일정 진폭 Ac에 대한 전류 삼각 신호 진폭의 갭을 나타낸다. 따라서 삼각 신호 진폭은 선택된 일 정 진폭이 진폭 변조 모듈(DM)로부터 수신된 에러(또는 제어) 신호로 나타낸 값만큼 상이한 경우, 적분기(SI)는 그것의 시상수를 상기 에러 신호의 함수로서 수정하여, 삼각 신호 진폭이 선택된 일정 진폭 Ac와 다시 동일해지게 한다.
처리 모듈(PM)은 선택된 전달 함수를 적분기(SI)에 의해 출력된 차분 삼각 신호(TS)에 적용하여 적어도 그 차분 삼각 신호(TS)가 포함하는 3차 고조파(H3)를 제거한 후 의사 일정 진폭을 갖는 의사-사인 신호를 출력하도록 구성된다.
차분 삼각 신호(TS)는 홀수 및 짝수 고조파(특히, 2차 고조파(H2), 3차 고조파(H3), 5차 고조파(H5), 7차 고조파(H7) 및 9차 고조파(H9))를 포함한다. 당업자에게 알려져 있는 바와 같이, 처리 모듈(PM)이 삼각 신호로부터 그것의 3차 고조파(H3)를 제거하는 경우(또한 5차 고조파(H5)가 충분히 낮추어진 경우), 결과적으로 생성된 신호는 (테일러 전개에서의 사인 신호와 매우 유사한) 사인 신호 또는 tanh(hyperbolic tangent) 신호처럼 보인다. 따라서 3차 고조파(H3)(또한 바람직하게는 낮은 5차 고조파(H5)) 없이, 삼각 신호는 의사-사인 신호처럼 보인다.
도 2에 예시한 바와 같이, 바이폴라 차분 증폭기에 의한 차분 삼각 신호 3차 고조파의 제거는 차분 삼각 신호(TS)의 진폭에 따라 심하게 변화한다. 보다 구체적으로, 이러한 제거는 차분 삼각 신호의 진폭이 선택된 일정 진폭 Ac와 (거의) 동일한 경우에 충분히 효율적으로 나타난다. 등가의 제거는 또한 MOS(Metal Oxyde Semiconductor) 차분 증폭 내에 나타난다.
이것이 적분기(SI)에 의해 출력된 삼각 신호(TS)의 진폭이 가급적 선택된 일 정 진폭 Ac와 동일한 것이 중요한 이유가 된다.
최적으로 제거하기 위한 선택된 일정 진폭 Ac는 처리 모듈(PM)의 유형에 의존한다.
예를 들어, 처리 모듈(PM)이 바이폴라 차분 증폭기인 경우, 선택된 일정 진폭 Ac는 α*Vt와 같아야 하며, 이 때 α는 상수이고 Vt는 절대 온도에 의존하는 파라미터이다.
보다 구체적으로, α는 3 내지 4 사이에 포함되는 상수이며, 3.3인 것이 바람직하다.
Vt는 이후에 정의되는 바이폴라 동 증폭기의 전달 함수 Vout(t)에 나타나는 파라미터이며, 처리 모듈(PM)에 의해 출력되는 의사-사인 신호(OS)를 나타낸다.
Figure 112008005619463-PCT00001
이 때, tanh는 하이퍼볼릭 탄젠트이고, Vin(t)은 (2차 고조파 제거를) 처리할 차분 삼각 신호(TS)를 나타내며, Vt=kT/q이고, k는 볼츠만 상수(k=1.38*10-23)이며, T는 켈빈 단위 절대 온도이고, q는 전자 전하(1.6*10-19)이다.
차분 삼각 신호 Vin(t)(TS) 및 의사-사인 신호 Vout(t)(OS)의 시간 변화는 도 3의 도식에 간단히 도시되어 있다.
도 2에 예시한 바와 같이, 바이폴라 차분 증포기(PM)의 전달 함수는 또한 차분 삼각 신호(TS)에 포함된 5차 고조파(H5), 7차 고조파(H7) 및 9차 고조파(H9)의 양호한 제거를 허용한다. 또한, 차분 삼각 신호 진폭이 α*Vt(Ac)와 (거의) 유사한 경우, 5차 고조파(H5), 7차 고조파(H7) 및 9차 고조파(H9)의 제거는 대략 40 내지 50 dB의 범위 내로 제한된다.
물론, 처리 수단(PM)이 바이폴라 차분 증폭기 대신에 MOS 차분 증폭기인 경우, (3차 고조파 제거가 최적이기 위한) 선택된 일정 진폭 Ac는 α*Vt와 같지 않을 것이다. 이 경우, 선택된 일정 진폭 Ac는 실제로 MOS 차분 증폭기의 분극 전류 및 기하구조(파라미터 w(게이트 폭) 및 L(게이트 길이))에 의존한다.
고조파 제거를 향상시키고 그에 따라 처리 수단(PM)에 의해 출력되는 신호(OS)의 의사-사인 형상을 향상시키기 위해, 발생기(D)는 도 1에 예시한 바와 같이 적분기(SI)와 처리 수단(OM) 사이의 (또는 삽입된) 신호 경로에 접속된 추가 고조파 제거 모듈(AM)을 포함할 수 있다.
이 추가 고조파 제거 모듈(AM)은 적분기(SI)에 의해 출력된 차분 삼각 신호(TS)에 포함된 2차 고조파(H2)를 제거하도록 구성된다.
이 추가 고조파 제거 모듈(AM)의 유형은 신호 유형에 의존한다. 예를 들어, 차분 삼각 신호(TS)가 전압인 경우, 추가 고조파 제거 모듈(AM)은 적분기(SI)에 연결된 2개의 처리 루프를 포함하는 것이 바람직하다.
제 1 처리 루프는 차분 삼각 신호(TS)의 공통 모드 조절에 사용되는 조절 루 프이다. 차분 삼각 신호(TS)가 전압 차 V2-V1(TS=V2-V1)인 것으로 가정한다. 평균 전압(V2+V1)/2=Vaver이 V2와 V1 사이(즉, 차분 신호 경로들 사이)에 접속된 조절 루프의 저항 브리지를 이용하여 감지될 수 있다. 이제 원하는 공통 모드 전압이 Vcm이라고 가정하면, Vcm 및 Vaver은 Vaver-Vcm에 비례하는 에러 신호를 생성하는 조절 루프의 피드백 증폭기의 입력일 수 있다. 따라서 적분기(SI) 내의 내부 바이어싱이 (Vaver-Vcm)으로 조정되어, Vaver=Vcm으로 정의되는 정상 지점에 도달할 수 있다.
제 2 처리 루프는 차분 삼각 신호(TS)의 오프셋 상쇄에 이용되는 상쇄 루프이다.
여전히 TS=V2-V1인 것으로 가정하면, TS는 신호 경로로부터 상쇄 루프의 차분 증폭기의 입력으로 유도되며, V2-V1에 비례하는 에러 신호를 생성한다. 이 에러 신호는 상쇄 루프 내로 심하게 저역 통과 필터링되고 그에 따라 상쇄 루프의 대역폭은 TS에 대한 관심 최소 주파수보다 훨씬 작다. 적분기 SI의 차분 내부 바이어싱은 (V2-V1)저역통과=0에 의해 정의된 정점(steady point)을 얻기 위해 상기 에러 신호와 동조된다.
이제, 차분 삼각 신호(TS)가 전류인 경우, 상술한 추가 고조파 제거 모듈(AM)은 차분 신호 경로 사이에서 병렬로 배치된 저항에 의해 급전될 수 있다. 이들 저항에 의해 차분 전류로부터 전압을 구성할 수 있다. 이 전압은 추가 고조파 제거 모듈(AM)에 의해 재사용된다. 저항에 대한 공통 모드 전압은 VCC 또는 임의의 적절한 전압원일 수 있다.
처리 모듈(PM)의 부하는 일정한 저항일 수 있음을 이해하는 것이 중요하다. 이 경우, 발생기(D)는 추가 고조파 제거 모듈(AM)을 필요로 하지 않는다. 사실, 발생기(D)는 차분형이기 때문에, 제 1 출력 신호와 공통 모드 전압원으로서의 VCC(또는 임의의 다른 적절한 전압원) 사이에 제 1 출력 저항이 접속되며, 제 2 출력 신호와 VCC(또는 임의의 다른 적절한 전압원) 사이에 제 2 출력 저항이 접속된다.
보다 높은 차수의 고조파를 한층 더 필터링할 수 있다. 이를 위해, 발생기(D)는 상술한 제 1 및 제 2 출력 저항과 제각각 병렬로 배치된 제 1 및 제 2 출력 커패시터를 포함할 수 있다. 이들 제 1 및 제 2 출력 커패시터(스위치 커패시터 또는 베리캡)의 동조가능 버전이 사용되어 신호 주파수의 함수로서의 필터링의 효율을 개선할 수 있다.
바람직하게, 본 발명에 따른 의사-사인 신호 발생 디바이스(또는 발생기)(D)는 예를 들어 MOS 기술, BiCMOS 기술 또는 바이폴라 기술과 같이 칩 공장에 사용되는 임의의 기술에서 구현될 수 있는 집적 회로(IC)의 적어도 일부분을 구성한다.
본 발명에 따른 발생기는 몇 몇 중요한 장점을 제공한다.
- 다수의 주파수 합성기에 의해 생성된 LO(국부 발진기) 신호를 재사용할 수 있다.
- 의사-사인 신호의 출력 진폭은 사실상 일정(유사-일정(quasi-constant))한데, 그 이유는 차분 처리 모듈(예를 들어, 바이폴라 차분 증폭기)은 거의 완벽하게 스위칭된다(약 80mV). 사실, 진폭이 선택된 일정 진폭(AC)과 동일한 경우, 처리 모듈의 차분 증폭기는 그의 전원의 대략 90%를 사용하였으며, 그에 따라 삼각 신호의 진폭이 약간 변하는 경우, 출력된 의사-사인 신호의 진폭은 유사-일정하게 유지된다.
- 적분기는 진폭 검출 루프에 결합되는 경우 적분 상수를 주파수의 함수로서 선형적으로 업데이트하기 때문에 임의의 스위치가 필요하지 않다. 입력 주파수가 Fin이고 이의 관련 주기 Tin=1/Fin으로 가정한다. 진폭 검출 수단의 피드백 루프는 선택된 일정 진폭(AC)까지 삼각 신호(TS)를 얻으려 한다. 즉, 하나의 적분 시상수만이 주어진 시간 Tin/4에서 전압을 0에서 AC로 선형적으로 증가시킬 수 있다. 이 적분 시상수는 4*AC/Tin에 의해 주어진다. 일반적인 방정식 C*V=I*Tin으로부터, V/Tin=I/C임을 알 수 있다. 따라서, Tin이 변경되는 경우, I,C 또는 V는 동조되어야 한다. V=4*AC=상수이기 때문에, I 및 C만이 변경될 수 있고, 그에 따라 두 개의 접근방식이 유도될 수 있다. 즉, I를 동조시키는 방식(이 경우, 적분기는 커패시터를 포함하고 진폭 검출 수단은 VCC를 포함한다) 또는 C를 동조시키는 방식(이 경우, 적분기는 베리캡을 포함하고 진폭 검출 수단은 VCVS를 포함한다)이 있다.
- 본 발명에 따른 발생기는 주파수의 함수로서 H3, H5, H7 및 H9의 일정한 제거를 각각에 대하여 대략 40dB보다 양호하게 제공한다.
- 본 발명에 따른 발생기는 적은 수의 적분기로 인해 저잡음 발생기일 수 있 다(전형적으로 반송파에 대하여 제각각 수 Hz 내지 수백 MHz의 -130dBc/Hz의 주변에서, 출력 바닥 잡음(output noise floor)(또는 출력에서의 잡음 밀도(Vnoise density))은 2nV/√(Hz) 정도로 낮을 수 있다. 잡음 전압(Vn)은 관심 대역폭의 함수로서 표현될 수 있다. 즉, Vn[dBμV]=Vnoise density[dBμV]+10*log(대역폭)).
본 발명은 단지 예로서 상술한 의사-사인 신호 발생 디바이스의 실시예에 국한되지 않으며, 이하의 청구항의 범주 내에서 당업자에 의해 고려될 수 있는 모든 또 다른 실시예를 포함하려 한다.

Claims (15)

  1. 의사-사인 신호 발생 디바이스(pseudo-sine signal generation device)(D)에 있어서,
    i) 선택된 일정 출력 진폭을 갖는 차분 삼각 신호(differential triangular signals)를 입력 차분 정사각 신호로부터 생성하도록 구성된 차분 동조가능 적분 수단(SI)과,
    ii) 상기 차분 삼각 신호의 진폭이 상기 선택된 일정 진폭과 동일한 경우 상기 차분 삼각 신호의 적어도 제 3 고조파를 제거하기 위해 상기 차분 삼각 신호에 상기 선택된 전달 함수를 적용하고 그런 다음 유사-일정 진폭(quasi-constant amplitude)을 갖는 의사-사인 신호를 출력하도록 구성된 차분 처리 수단(PM)을 포함하는
    의사-사인 신호 발생 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 차분 삼각 신호의 출력 진폭을 상기 선택된 일정 진폭과 비교하여 이들 진폭 간의 차이를 나타내는 제어 신호를 전달하도록 구성된 진폭 검출 수단(DM)을 더 포함하고,
    상기 동조가능 적분 수단(SI)은 자신이 출력한 상기 차분 삼각 신호의 출력 진폭을 상기 제어 신호에 따라 조정하여 이 출력 진폭이 상기 선택된 일정 진폭과 동일하게 하는
    의사-사인 신호 발생 디바이스.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 동조가능 적분 수단(SI)에 결합되며 상기 동조가능 적분 수단(SI)에 의해 출력된 상기 차분 삼각 신호의 제 2 고조파가 상기 처리 수단에 공급되기 전에 제거되도록 구성된 추가 고조파 제거 수단(AM)을 더 포함하는
    의사-사인 신호 발생 디바이스.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 추가 고조파 제거 수단(AM)은 상기 차분 삼각 신호의 공통 모드 조절을 위한 조절 루프(regulation loop)와 상기 차분 삼각 신호의 오프셋 상쇄를 위한 상쇄 루프를 포함하는 의사-사인 신호 발생 디바이스.
  5. 제 1 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차분 처리 수단(PM)은 tanh(Vin/2Vt)에 비례하는 전달 함수(Vout)를 갖는 바이폴라 차분 증폭기이되, Vt=kT/q이고, k는 볼츠만 상수(the Boltzman constant)이며, T는 켈빈 단위의 절대 온도이고, q는 전자 전하이고,
    상기 선택된 일정 진폭은 α*Vt와 동일하되, α는 상수인
    의사-사인 신호 발생 디바이스.
  6. 제 5 항에 있어서,
    α는 3과 4 사이에 포함된 상수인
    의사-사인 신호 발생 디바이스.
  7. 제 6 항에 있어서,
    α는 3.3과 동일한
    의사-사인 신호 발생 디바이스.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차분 처리 수단(PM)은 그것의 분극 전류 및 기하학적 구조(its polarization current and geometry)에 의존하는 전달 함수(Vout)를 갖는 MOS 차분 증폭기이며,
    상기 선택된 일정 진폭은 상기 분극 전류 및 기하학적 구조에 의존하는 값과 동일한
    의사-사인 신호 발생 디바이스.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차분 동조가능 적분 수단(SI)은 커패시터 수단과 상기 커패시터 수단에 급전하며 제어 신호에 의해 정의된 제어 전류에 의해 동조가능한 동조가능 트랜스컨덕터(a tunable transconductor)를 포함하는
    의사-사인 신호 발생 디바이스.
  10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차분 동조가능 적분 수단(SI)은 트랜스컨덕터와 상기 트랜스컨덕터에 의해 급전되며 제어 신호에 의해 정의된 제어 전압에 의해 동조가능한 동조가능 커패시터 수단을 포함하는
    의사-사인 신호 발생 디바이스.
  11. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차분 동조가능 적분 수단(SI)은 전류 증폭기와 상기 전류 증폭기에 의해 급전되며 제어 신호에 의해 정의된 제어 전압에 의해 동조가능한 동조가능 커패시터 수단을 포함하는
    의사-사인 신호 발생 디바이스.
  12. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차분 동조가능 적분 수단(SI)은 커패시터 수단과 상기 커패시터 수단에 급전하며 제어 신호에 의해 정의된 제어 전류 또는 전압에 의해 동조가능한 이득을 갖는 동조가능 전류 증폭기를 포함하는
    의사-사인 신호 발생 디바이스.
  13. 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항과 결합한 제 1 항의 의사-사인 신호 발생 디바이스에 있어서,
    상기 진폭 검출 수단(DM)은 상기 제어 전류 또는 전압을 정의하는 상기 제어 신호를 출력하도록 구성되는
    의사-사인 신호 발생 디바이스.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입력 차분 정사각 신호를 생성하도록 구성된 발생기 수단(VS)을 더 포함하는
    의사-사인 신호 발생 디바이스.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    집적 회로(IC)의 적어도 일부분을 구성하는
    의사-사인 신호 발생 디바이스.
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