KR20080075522A - 인핸스드 믹서 디바이스 - Google Patents

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Abstract

무선주파수 신호(RF)를 믹스(mixing)하는 디바이스(12, 14)는, 하나의 무선주파수 신호를 포함, 적어도 두 개의 신호를 믹스하는 믹서 회로(18, 20); 및 믹서 회로에 의해 전달된 신호를 수신하고 출력 신호를 도출하는 전류 거울 회로(22, 24)를 포함한다. 전류 거울 회로(18,20)는 저역 통과 필터를 각각 갖는 두 개의 단을 갖는다.
Figure P1020087014242
수신기, 전류 거울 회로, 믹서, 무선주파수 신호

Description

인핸스드 믹서 디바이스{ENHANCED MIXER DEVICE}
본 발명은 전류 거울(current mirror)을 사용하는 신호 믹서(signal mixer) 및 그 믹서를 사용하는 무선주파수 신호용 수신기에 관한 것이다.
출력 전류(output current)를 포함하는 신호 믹서 디바이스는 보편적으로 사용된다. 예를 들면, 무선주파수 수신기에서는 수신된 신호가 증폭된 후 주파수 변경을 위해 국부 발진기(local oscillater)의 신호와 믹스되어 중간 주파수 신호 또는 베이스 밴드 신호가 도출된다. 믹스된 신호는 전류 거울 회로로 인가되어 믹서 디바이스의 출력에서의 임피던스와는 상관없이 출력 전류의 값을 보장한다. 따라서, 출력 전류는 출력 임피던스와는 상관없이 입력 전류에 의해 결정된다.
종래 이러한 믹서의 출력은 복조를 위해 사용되는 디지털 신호로 신호가 변환되기 전에 필터링된다.
그러나, 컨버터의 그리고 다운스트림(downstream) 베이스 밴드 단(base band stage)에서의, 믹서의 선형성(linearity)에 대한 제약 조건(constraints)이 강하다. 보다 상세하게는, 이러한 회로를 설계할 때 포화(saturation) 또는 다른 교란(perturbation)을 피하기 위해 고려되어야할 만큼 신호가 여전히 광범위한 주파수 영역에 걸쳐 확산된 에너지를 갖는다.
따라서, 믹서 디바이스와 그에 따른 수신기는, 준 최적(sub-optimal) 설계 및 준 최적 성능(performances)을 초래하는 불필요한(unwanted) 신호에 기인한 제약 조건을 갖고 설계된다.
본 발명의 목적은, 무선주파수 신호를 믹스하는 인핸스드 디바이스를 제공하여 이러한 문제점을 해결하는 것이다. 이를 위해, 본 발명은 청구항 1에 기술된 바와 같은 믹서 디바이스와 청구항 9에 기술된 바와 같은 대응하는 수신기를 제공한다.
전류 거울단(current mirror stage)에 저역 통과 필터(low pass filter)를 통합함에 따라, 신호의 주파수 스펙트럼의 확산이 감소한다. 따라서 불필요한 신호(unwanted signal)가 신호 처리의 초기에 제거되어 회로의 제약 조건이 완화된다.
본 발명의 다른 특징과 장점은 다음의 도면 및 상세한 설명의 기재에 의해 명백할 것이다.
도 1에, 안테나(4)를 통해, DVB-H 또는 DVB-T 전송에서의 MPEG-2 포맷을 사용한 디지털 텔레비전 신호와 같은, 무선주파수(RF) 신호를 수신하도록 적응된 수신기(2)를 나타낸다.
수신기(2)와 관련하여, 안테나(4)는, 타 처리 회로들로 제공되는 정보 신호(S)를 도출하기 위해 적절한 복조 또는 등화 처리를 수행하는 베이스 밴드 복조기(base band demodulator)(8)로 그 출력이 인가되는 아날로그 프론트 엔드(analog front end)(6)에 연결된다.
다른 소자와 함께, 아날로그 프론트 엔드(6)는, 하나 또는 복수의 저 잡음 앰프(Low noise amplifier: LNA)를 갖는 앰프단(10)을 포함한다. 앰프단(10)의 출력은 두 개의 믹서 디바이스(12, 14)로 인가된다. 각 믹서 디바이스는 또한 국부 발진기(16)에 의해 전달된 신호를 수신한다. 믹서 디바이스(14)로 인가된 신호는 믹서 디바이스(12)로 제공된 신호에 대해 90도의 위상 변이(phase shift)를 갖는다.
각 믹서 디바이스(12 및 14)는, 앰프단(10)에 의해 제공된 무선주파수 신호를 국부 발진기(16)에 의해 제공된 신호와 믹스하기 위해, 18 및 20으로 각각 식별되는 믹서 회로를 하나씩 포함한다. 이러한 믹서 회로(18, 20)의 출력 각각은 거울 전류 회로(mirror current circuits)(22, 24)로 인가된다.
거울 전류 회로(22 및 24)는 I로 식별되는 신호의 실수 성분과, Q로 식별되는 신호의 허수 성분을 각각 전달한다.
본 실시예들에서, 앰프단(10)으로부터 베이스 밴드 복조기(8)에 이르기까지의 모든 신호는 보정된(balanced) 신호이고 따라서 전류 거울 회로의 출력 신호들은 임피던스(26, 28)를 통해 전달된 보정된 신호이다.
본 예에서, 임피던스(26 및 28)는 베이스 밴드 복조기(8)의 처리 회로들의 임피던스들이다.
도 2에, 믹서 회로(18) 및 거울 전류 회로(22)에 연결된 입력단(30)을 포함하는 믹서 디바이스(12)의 상세한 회로도를 나타낸다.
입력단(30)은, 각각이 접지에 연결되고 그 게이트 단자에 앰프단(10)에 의해 전달된 무선주파수 신호가 제공되는, 평행하게 설치된 두 개의 트랜지스터(32, 34)를 포함한다. 이러한 입력은 보정된(balanced) 것으로서 음 및 양의 입력(IN+, IN-)으로 각각 칭한다.
물론, 예를 들어 직렬 연결된 트랜지스터를 사용한 다른 종류의 종래의 입력단이 사용될 수 있다.
입력단의 일반적인 기능은 전압을, 즉 양의 입력(IN+)과 음의 입력(IN-) 사이의 전압으로, 변압하여 믹서 회로로 전류를 인가하기 위한 것이다.
입력단 트랜지스터(32, 34)의 출력은 믹서 회로로 인가되며 보다 상세하게는, 각 신호는 제2단 트랜지스터의 쌍(즉, 36, 38과 40, 42)의 서로 연결된 각 쌍의 드레인 단자로 인가된다.
대칭되는 믹서 트랜지스터(36, 42) 각각은 그 게이트 단자에 국부 발진기(16)에 의해 제공되는 신호가 인가되고 그 출력은 믹서 회로의 출력이 된다.
또한, 이러한 출력 각각은 타 쌍의 타 믹서 트랜지스터의 출력과 연결된다. 따라서, 트랜지스터(36)의 출력은 트랜지스터(40)의 출력과 연결되며 역으로 트랜지스터(42)의 출력은 트랜지스터(38)의 출력과 연결된다.
결국, 두 개의 대응하는 트랜지스터(38, 40)의 게이트 단자는 서로 연결된다.
이러한 믹서 회로는 종래의 것으로서 더 상세한 기재는 생략할 것이다.
믹서 회로(18)의 출력, 즉 양 및 음의 출력(OUTm+, OUTm-),은 전류 거울 회로(22)로 인가되며 보다 상세하게는 전류 거울 회로의 제1 단으로 인가된다. 거울 전류 회로의 제1 단은, 그 드레인 단자가 각각 믹서 회로의 출력(OUTm+, OUTm-)에 연결되고 그 소오스 단자가, 직렬 연결된 레지스터 중 어느 하나를 통해, 직류 전압원(V)에 연결된 두 개의 트랜지스터(44, 46)를 포함한다. 이러한 트랜지스터의 게이트 단자는 믹서 회로의 각각의 출력에 연결되며 이러한 게이트 단자에서의 신호는 A 및 B로 칭하며 전류 거울 회로의 제2 단으로 인가된다.
제2 단은, 두 쌍의 트랜지스터(즉 48, 50 및 52, 54)를 포함하며, 트랜지스터 한 쌍은 직류 전압원(V)과 접지(GND) 사이에 연결된 열이다. 상기 트랜지스터 쌍 각각은 직류 전압원(V)에 연결되어 그 게이트 단자로 제1 단의 트랜지스터에 의해 전달되는 신호(A 또는 B)를 각각 수신한다.
전류 거울 회로의 출력은 두 개의 트랜지스터 쌍 각각의 중심점 사이에서 얻은 신호, 즉 일 측의 트랜지스터들(48, 50) 사이의 양의 출력(OUT+)과 타 측의 트랜지스터들(50, 52) 사이의 음의 출력(OUT-)에 의해 생성된다.
베이스 밴드 복조기(8)의 처리 회로들의 임피던스를 나타내는 임피던스(26)는 두 개의 출력(OUT+, OUT-) 사이에 연결되며 따라서 신호(I)를 수신한다.
제2 단 트랜지스터의 각 쌍의 두 번째 트랜지스터들(50, 54)은 높은 임피던스를 가짐으로써 전류 신호가 베이스 밴드 복조기(8)로 흐르도록 하여 게인 손실을 최소화한다.
트랜지스터(50, 54)의 게이트 단자들에는, 임피던스(26)의 제어 목적을 위해 종래의 방식으로 연결된 바이어스 조절 회로(bias adjustment circuit)(58)에 의해 전달된 바이어스 신호가 인가된다.
또한, 전류 거울 회로(22)는, 믹서 회로에 의해 전달되는 신호의 저역 통화 필터링을 수행하도록 적응된다. 이러한 필터링은 전류 거울 회로의 종래 기능, 즉 임피던스의 출력과 상관없이 입력 전류에 의해 결정되는 출력 전류를 제공하는 기능과 함께 수행된다.
본 예에서, 전류 거울 회로의 제1 및 제2 단 각각은, 제1 및 제2 단의 트랜지스터에 연결된 커패시터를 사용하는 저역 통과 필터를 포함한다. 보다 상세하게는, 이러한 저역 통과 필터는 수동 필터(passive filters), 즉 트랜지스터와 같은 능동 소자를 갖지않는 필터이다. 이에 따라 디바이스의 전류 소비가 감소한다.
제1 단에서, 필터링 커패시터(60, 62)가 두 개의 트랜지스터(44, 46) 각각에 병렬로, 즉 직류 전압원(V)와 믹서 회로의 각 출력(OUTm+, OUTm-) 사이에 연결된다. 본 예에서, 이러한 필터의 차단(cut-off) 주파수는 대략 14MHz이다.
제2 단에서, 필터링 커패시터(64)는 각 트랜지스터(48, 52)의 드레인 단자 사이, 즉 두 개의 트랜지스터 쌍 각각의 중심점 사이에 연결된다. 이 커패시터는 또한 불필요한 신호를 약화시키고, 두 개의 단 각각의 임피던스로서 독립적이며, 이 커패시터(64)의 차단 주파수는 제1 단의 차단 주파수와 다를 수 있으며 특히 더 작을 수 있다. 본 예에서, 커패시터(64)의 차단 주파수는 대략 8MHz이다.
따라서, 본 발명의 믹서는, 전류가 출력 인피던스와는 상관없이 입력 전류에 의해 결정되고 동시에 필터링되는 신호를 전달한다. 따라서, 신호의 진폭(swing)이 작고 따라서 다운스트림 단의 임피던스가 높아질 수 있고 선형 제약 조건이 줄어든다. 보다 상세하게는, 전류 거울 회로, 베이스 밴드 회로 및 아날로그 디지털 변환기(analog digital converter)에 대한 요구 사항이 완화된다. 또한, 감소한 선형 제약 조건으로 인해, 보다 낮은 선형성 사양을 갖는 소자의 사용에 의해 디바이스의 전체적인 전류 소비가 감소한다.
도 1은 전류 거울 단을 갖는 믹서 디바이스를 포함하는 수신기를 나타낸다;
도 2는 본 발명에 따른 믹서 디바이스의 상세한 회로를 나타낸다;
도 3, 4, 5 및 6은 본 발명의 다른 실시예들을 나타낸다.
본 발명의 다른 실시예가 또한 가능하며, 특히 필터링 커패시터를 연결하는 다양한 회로의 사용에 의한다.
도 3을 참조하여 나타낸 다른 실시예에서, 하나의 단일 필터링 커패시터(70)가, 도 2를 참조하여 설명한 제2 단의 회로설계와 유사한 방식으로 제 단에 사용된다. 이 커패시터(70)는 제1 단 트랜지스터(44, 46)의 드레인 단자 사이, 즉 믹서 회로의 출력들(OUTm+, OUTm-) 사이에 연결된다.
이와 달리, 전술한 두 개의 실시예가 도 4에 나타낸 바와 같이 결합될 수 있 다. 본 예에서 결합은 제1 단에 적용되며 필터링 커패시터(72, 74)는 트랜지스터(44, 46) 각각에 병렬로 연결되며 타 커패시터(76)가 믹서 회로의 사이에 연결된다.
도 5를 참조하여 나타내는 또 다른 실시예에서, 필터링 커패시터(78, 80)는 트랜지스터의 드레인 단자와 접지 사이 전류 거울 회로(22)의 제1 단에 연결된다.
이러한 다양한 회로들 모두, 즉, 각 트랜지스터에 병렬로 연결된 커패시터의 사용, 드레인 단자 사이에 연결된 단일 커패시터의 사용, 접지에 연결된 커패시터의 사용 뿐만 아니라 두 개의 회로의 결합은 제2 단에서도 사용될 수 있다.
이와 달리, 제1 단 트랜지스터의 게이트 단자 각각은 A 및 B 신호를 각각 출력하는 레지스터(82, 84)와 직렬 연결될 수 있다. 본 실시예에서, 도 6에 나타낸 바와 같이 필터링 커패시터(86, 88)는 직류 전압원(direct voltage source)과 레지스터(82, 84)의 출력 사이에 연결된다.
전술한 모든 실시예들은 유사한 신호 필터링을 수행할 것이며 전술한 바와 같이 제2 단 필터와 결합할 수 있으며 수동 필터의 사용으로 인해 전류 소비를 감소시킨다.
또한, 단일 입력을 갖는 비보정(non-balanced) 회로의 사용이 가능하며 여기서 입력단, 믹서 회로와 전류 거울 회로가 종래의 방식으로 적응된다.
또한, 임의의 필터링 커패시터, 즉 커패시터(60, 62, 64, 70, 76, 78, 80, 86, 88)는 서로 다른 불필요한 주파수를 약화시키기 위해 조정가능하도록 구현할 수 있다.

Claims (8)

  1. 무선주파수 신호(RF)를 믹스(mix)하는 디바이스(12, 14)에 있어서,
    하나의 무선주파수 신호를 포함, 적어도 두 개의 신호를 믹스하는 믹서 회로(18, 20); 및
    상기 믹서 회로의 출력(OUTm+,OUTm-)에 연결된 제1 단과 상기 디바이스의 출력(OUT+,OUT-)에 연결된 제2 단을 포함하는 전류 거울 회로(22, 24)를 포함하며,
    상기 제1 및 제2 단 각각은 저역 통과 필터를 각각 포함하는 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 단은 직류 전압원(V)과 상기 믹서 회로(OUTm+,OUTm-)의 출력 중 어느 하나 사이에 각각 연결된 트랜지스터들(44,46)을 포함하고, 상기 제2 단은 상기 디바이스의 출력 중 어느 하나와 상기 직류 전압원 사이에 각각 연결된 트랜지스터들(48,52)을 포함하며,
    상기 디바이스는 상기 제1 및 제2 단 트랜지스터들에 각각 연결된 필터링 커패시터들(60,62;72,74)을 더 포함하는 디바이스.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 필터링 커패시터들(60,62;72,74)은 상기 제1 및 제2 단 중 적어도 하나의 트랜지스터(44,46) 각각과 병렬로 연결되는 디바이스.
  4. 제 2 항 및 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    필터링 커패시터(64;70)는 상기 제1 및 제2 단 중 적어도 하나의 트랜지스터들의 드레인 단자 사이에 연결되는 디바이스.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    필터링 커패시터(78,80)는 상기 제1 및 제2 단 중 적어도 하나의 각 트랜지스터의 드레인 단자와 접지(GND) 사이에 연결되는 디바이스.
  6. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 단의 각 트랜지스터의 게이트 단자들은 임피던스(82,84)에 직렬 연결되며, 상기 디바이스는 상기 임피턴스들 각각의 출력과 상기 직류 전압원 사이에 연결되는 필터링 커패시터(86,88)를 더 포함하는 디바이스.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 단은 직류 전압원(V)과 접지 사이에 직렬로 연결된 트랜지스터들(48,50,52,54)의 쌍을 포함하며 상기 디바이스의 출력들은 상기 제2 단의 상기 트랜지스터들의 쌍들 각각의 중심점들에서 형성되는 디바이스.
  8. 베이스 밴드단(base band stage)(8)에 연결된 적어도 하나의 믹서 디바이스를 포함하는 아날로그 프론트 엔드(analog front end)(6)를 포함하고, 상기 믹서 디바이스는 상기 청구항 1 내지 7 중 어느 하나의 항에 따른 믹서 디바이스인 것을 특징으로 하는 무선 주파수 신호 수신기.
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