KR20080112813A

KR20080112813A - 능동 인덕터를 이용한 전압제어 발진기

Info

Publication number: KR20080112813A
Application number: KR1020070061731A
Authority: KR
Inventors: 김수태
Original assignee: 주식회사 동부하이텍
Priority date: 2007-06-22
Filing date: 2007-06-22
Publication date: 2008-12-26
Also published as: US20080315964A1

Abstract

본 발명은 능동 인덕터를 이용한 전압제어 발진기에 관한 것으로, p-tail 전류원을 사용하여 능동 인덕터와 연결되는 노드의 DC 전압을 낮추어줌으로써 블록 커패시터를 사용하지 않고도 전압제어 발진기를 구성할 수 있도록 한다. 이에 따라 종래 전압제어 발진기에서 발진주파수 가변시 높은 주파수 대역에서는 바랙터에 의해 가변되는 커패시턴스가 기생 커패시턴스에 묻혀 발진주파수의 변화가 어려웠던 문제점을 해결하여 높은 주파수 대역에서도 발진주파수의 가변이 자유롭도록 한다.

능동 인덕터, 가변, p-tail 전류원, 발진기

Description

능동 인덕터를 이용한 전압제어 발진기{VCO USING A DYNAMIC INDUCTOR}

도 1은 종래 전압제어 발진기의 일반적인 회로 구성도,

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 능동 인덕터의 회로 구조도,

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 능동 인덕터를 이용한 P(Parallel)-tail p 코어 전압제어 발진기의 상세 회로 구성도.

<도면의 주요 부호에 대한 간략한 설명>

200 : LC 공진부 300 : 부성저항부

302 : 가변인덕터

본 발명은 전압 제어 발진기에 관한 것으로, 특히 능동 인덕터를 이용한 전압제어 발진기에서 p-tail 전류원을 사용하여 능동 인덕터와 연결되는 노드의 DC 전압을 낮추어줌으로써 블록 커패시터를 사용하지 않고도 발진기를 구성할 수 있도록 하는 P-tail p 코어 전압제어 발진기에 관한 것이다.

통상적으로 전압제어 발진기(Voltage Controlled Oscillator :VCO)는 외부에서 인가된 전압으로 원하는 발진 주파수를 출력할 수 있도록 하는 장치로, RF 신호 를 변/복조할 때 효율과 안정성 확보에 가장 큰 영향을 미치는 회로이다.

위와 같은 전압제어 발진기에서는 입력되는 외부 전압에 따라 정전용량을 가변시키는 가변용량 다이오드(Variable Capacitance Diode : 이하 "바랙터 다이오드"라 함)를 사용하여 전압제어 발진기의 발진 주파수를 가변하고 있다.

도 1은 종래 전압제어 발진기의 일반적인 회로 구성을 도시한 것으로, 기능별로 공진단(100)과, 증폭단(102), 출력정합단(104)으로 이루어진다. 위와 같은 전압제어 발진기는 발진기로서 동작을 위해 반드시 수동 소자 영역인 공진단(100)과 능동 소자 영역인 증폭단(102)이 존재해야 하며, 이들은 정궤환 회로로 구성되어 발진을 일으키며, 또한 공진단(100)에 이용되는 바랙터 다이오드로 인가되는 전압을 조절하여 이의 커패시턴스를 변경함으로써 출력 주파수를 가변시키게 되는 것이다.

그러나, 종래 전압제어 발진기에서 바랙터를 이용한 발진주파수 변경에 있어서, 5GHz 이상의 높은 주파수 대역에서는 부성저항(negative resistance)을 발생시키기 위해 사용되는 능동 회로의 기생 커패시턴스가 매우 크게 되어 공진회로를 구성하기 위해 구현되어야 하는 커패시턴스는 극히 작아지게 된다.

이에 따라 바랙터에 의해 가변된 커패시턴스가 기생 커패시턴스에 묻혀 발진주파수를 변화시키기 어려운 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 종래 전압제어 발진기에서 발진주파수 가변시 높은 주파수 대역에서는 바랙터에 의해 가변되는 커패시턴스가 기생 커패시턴스에 묻 혀 발진주파수의 변화가 어려웠던 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 능동 인덕터를 이용한 전압제어 발진기에서 p-tail 전류원을 사용하여 능동 인덕터와 연결되는 노드의 DC 전압을 낮추어줌으로써 블록 커패시터를 사용하지 않고도 발진기를 구성할 수 있도록 하는 P-tail p 코어 전압제어 발진기를 제공함에 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 능동 인덕터로서, 전원에 일단이 연결된 바이어스 전류원과, 상기 전류원과 연결되는 드레인과 바이어스 전압단(V1)에 연결된 게이트를 갖는 제1 MOS 트랜지스터와, 상기 전류원의 타단에 연결된 드레인과 바이어스 전압단(V2)에 연결된 게이트를 갖는 제2 MOS 트랜지스터와, 상기 제2 MOS 트랜지스터의 소스에 연결되어 주파수를 발진시키는 LC 공진부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 능동 인덕터를 이용한 전압제어 발진기로서, 포지티브 출력신호 및 네거티브 출력신호에 대응하여 일정한 전류를 공급하는 정전류원과, 서로 커플링되는 두 개의 pMOS 트랜지스터를 포함하여 상기 정전류원으로부터 인가되는 전류에 따라 발진주파수를 출력시키는 부성저항부와, 상기 부성저항부내 두 개의 pMOS 트랜지스터에 연결되어 상기 발진주파수 및 인덕턴스를 가변하는 가변 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예의 동작을 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 능동 인덕터의 회로 구조를 도시한 것이 다. 위 도 2에서 보여지는 바와 같이, 본 발명의 능동 인덕터는 전원(vdd)에 일단이 연결되는 바이어스 전류원(I1)과, 상기 전류원과 연결되는 드레인과 바이어스 전압단(V1)에 연결된 게이트를 갖는 제1 MOS 트랜지스터(M1)와, 상기 전류원(I1)의 타단에 연결된 드레인과 바이어스 전압단(V2)에 연결된 게이트를 갖는 제2 MOS 트랜지스터(M2) 및 제2 MOS 트랜지스터(M2)에 연결되어 공진 용량에 의한 발진주파수를 생성시키는 LC 공진부(200)를 포함한다.

이때 상기 LC 공진부(200)내 인덕터(inductor)(L)는 높은 주파수에서 높은 충실도(Quality-factor)를 갖는 인덕터로 구현한다. 인덕터에서 높은 충실도는 전압제어 발진기의 위상 잡음을 줄이는데 필수적인 요소인데, 본 발명에서는 고주파 영역에서도 위상 잡음을 일정 수준이하로 안정적으로 제어할 수 있는 높은 충실도를 가지는 인덕터를 채용하여 고주파 영역에서도 안정적인 발진주파수 변경이 가능하도록 한다.

즉, 위 도 1에 도시된 본 발명의 능동 인덕터에서는 높은 주파수에서 높은 충실도를 가지는 인덕터(L)를 구현하여 낮은 srf로 높은 주파수에서 인덕턴스를 나타내지 못하는 수동소자와 다른 특성을 나타낸다. 또한 가장 높은 충실도를 나타내는 주파수 및 인덕턴스를 가변할 수 있어 동작 범위가 매우 넓도록 한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 능동 인덕터를 이용한 P(Parallel)-tail p 코어 전압제어 발진기의 상세 회로 구성을 도시한 것이다.

상기 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 P-tail p 코어 전압제어 발진기는 일정한 전류를 공급하는 정전류원(I_L) 및, 전압제어 발진기의 발진을 유지시키는 두 개의 pMOS 트랜지스터(M1, M2)로 구성된 부성 저항부(negative resistance)(300)를 구비하며, 부성 저항부(300)의 두 개의 pMOS 트랜지스터(M1, M2)에는 고주파 영역에서 위상 잡음을 일정 수준이하로 제어할 수 있는 높은 충실도를 나타내는 주파수 및 인덕턴스를 가변할 수 있도록 하는 가변 인덕터(tunable active inductor)(302)를 연결하여 발진주파수의 가변범위가 넓도록 한다.

이때, 위 P-tail 전압제어 발진기에서는 상기 정전류원(I_L)으로 P-tail 전류원을 사용하여 능동 인덕터와 연결되는 노드의 DC 전압을 낮추어 줌으로써, 블록 커패시터(block capacitor)를 사용하지 않고도 발진기를 구성할 수 있도록 한다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 능동 인덕터를 이용한 전압제어 발진기에서는 p-tail 전류원을 사용하여 능동 인덕터와 연결되는 노드의 DC 전압을 낮추어줌으로써 블록 커패시터를 사용하지 않고도 발진기를 구성할 수 있도록 한다. 이에 따라 종래 전압제어 발진기에서 발진주파수 가변시 높은 주파수 대역에서는 바랙터에 의해 가변되는 커패시턴스가 기생 커패시턴스에 묻혀 발진주파수의 변화가 어려웠던 문제점을 해결하여 높은 주파수 대역에서도 발진주파수의 가변이 자유롭도록 한다.

한편 상술한 본 발명의 설명에서 실시 예에는 구체적인 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위에 의해 정하여져야 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 능동 인덕터를 이용한 전압제어 발진기에서는 p-tail 전류원을 사용하여 능동 인덕터와 연결되는 노드의 DC 전압을 낮추어줌으로써 블록 커패시터를 사용하지 않고도 발진기를 구성할 수 있도록 한다. 이에 따라 종래 전압제어 발진기에서 발진주파수 가변시 높은 주파수 대역에서는 바랙터에 의해 가변되는 커패시턴스가 기생 커패시턴스에 묻혀 발진주파수의 변화가 어려웠던 문제점을 해결하여 높은 주파수 대역에서도 발진주파수의 가변이 자유롭도록 하는 이점이 있다.

Claims

전원에 일단이 연결된 바이어스 전류원과,

상기 전류원과 연결되는 드레인과 바이어스 전압단(V1)에 연결된 게이트를 갖는 제1 MOS 트랜지스터와,

상기 전류원의 타단에 연결된 드레인과 바이어스 전압단(V2)에 연결된 게이트를 갖는 제2 MOS 트랜지스터와,

상기 제2 MOS 트랜지스터의 소스에 연결되어 주파수를 발진시키는 LC 공진부

를 포함하는 능동 인덕터.
제 1 항에 있어서,

상기 LC 공진부는, 일정 기준 이상의 높은 충실도(Q-factor)를 가지는 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동 인덕터.
포지티브 출력신호 및 네거티브 출력신호에 대응하여 일정한 전류를 공급하는 정전류원과,

서로 커플링되는 두 개의 pMOS 트랜지스터를 포함하여 상기 정전류원으로부터 인가되는 전류에 따라 발진주파수를 출력시키는 부성저항부와,

상기 부성저항부내 두 개의 pMOS 트랜지스터에 연결되어 상기 발진주파수 및 인덕턴스를 가변하는 가변 인덕터

를 포함하는 능동 인덕터를 이용한 전압제어 발진기.
제 3 항에 있어서,

상기 정전류원은, P-tail 전류원인 것을 특징으로 하는 능동 인덕터를 이용한 전압제어 발진기.
제 4 항에 있어서,

상기 p-tail 전류원은,

상기 가변 인덕터에서 블록 커패시터 없이 발진기의 구성이 가능하도록 상기 가변 인덕터 입력 노드의 DC 전압을 일정 기준 레벨이하로 낮추는 것을 특징으로 하는 능동 인덕터를 이용한 전압제어 발진기.
제 5 항에 있어서,

상기 가변 인덕터는, 일정 기준 이상의 높은 충실도(Q-factor)를 갖도록 구현되는 것을 특징으로 하는 능동 인덕터를 이용한 전압제어 발진기.