KR20090030102A - 넓은 발진 주파수 범위와 선형 특성을 갖는 전압 제어발진기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 넓은 발진 주파수 범위와 선형 특성을 갖는 전압 제어 발진기에 관한 것으로, LC 공진 회로에 추가로 연결된 다수개의 MOS 트랜지스터에 의해 가변 커패시턴스 범위가 증가되어 제어전압에 대한 발진 주파수를 선형적으로 변화시킬 수 있으며, 상기 MOS 트랜지스터 개수, 폭과 길이 및 동작 영역을 조절하여 발진 주파수의 범위를 넓히거나 좁힐 수 있는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명에 따르면 스위칭 소자를 사용하지 않고도 넓은 발진 주파수 범위와 선형적인 제어전압-발진 주파수의 특성을 갖는 전압 제어 발진기를 구현할 수 있다.
전압 제어 발진기, 버랙터 다이오드, 커패시턴스, MOSFET, 차동방식

Description

넓은 발진 주파수 범위와 선형 특성을 갖는 전압 제어 발진기{A voltage-controlled oscillator with wide frequency range and linear relationship between control voltage and oscillation frequency}
본 발명은 넓은 발진 주파수 범위와 선형 특성을 갖는 전압 제어 발진기에 관한 것으로, 더 자세하게는 LC 공진 회로에 추가로 연결된 다수개의 MOS 트랜지스터에 의해 가변 커패시턴스 범위가 증가되어 넓은 발진 주파수 범위와 선형 특성을 갖는 전압 제어 발진기에 관한 것이다.
본 발명은 정보통신부의 IT신성장동력핵심기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2006-S-006-02, 과제명: 유비쿼터스 단말용 부품 모듈].
일반적으로 전압 제어 발진기(VCO : Voltage Control Oscillator)는 전압 조절로 가변 커패시터의 커패시턴스를 변화시켜 주파수를 조절하는 발진기를 의미한다. 이러한 전압 제어 발진기는 모든 전기 통신 시스템의 없어서는 안 될 부분으로서, 소정의 신호에 대한 주파수를 상향 변환(up-conversion) 하거나 또는 하향 변환(down-conversion)할 때 사용될 수 있다.
도 1a는 종래의 LC 전압 제어 발진기의 회로도이고, 도 1b는 종래의 LC 전압 제어 발진기에서 가변 인덕턴스에 따라 발진 주파수의 범위를 변화시키는 방법을 설명하기 위한 도면이며, 도 1c는 종래의 LC 전압 제어 발진기에서 가변 커패시턴스에 따라 발진 주파수의 범위를 변화시키는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 종래의 LC 전압 제어 발진기(100)는, 제어전압(VC)에 따라 주파수를 발진시키는 LC 공진 회로(130)와, LC 공진 회로(130)로부터 출력되는 발진 주파수를 증폭하는 증폭 회로(150)로 구성되며, 그 연결 관계를 간략하게 설명하면 다음과 같다.
우선, 전원단자(VDD)와 제 1 및 제 2 노드(Q11 및 Q12) 사이에 제 1 가변 인덕터(L1) 및 제 2 가변 인덕터(L2)가 각각 접속되고, 제어전압단자(VC)와 제 1 노드(Q11) 사이에 제 1 가변 버랙터(CV1)가 접속되며, 제어전압단자(VC)와 제 2 노드(Q12) 사이에 제 2 가변 버랙터(CV2)가 접속된다. 제 1 노드(Q11)와 제 2 노드(Q12) 및 제 3 노드(Q13) 사이에 제 1 NMOS 트랜지스터(NM1)의 드레인, 게이트 및 소스 단자가 각각 접속되고, 제 2 노드(Q12)와 제 1 노드(Q11) 및 제 3 노드(Q13) 사이에 제 2 NMOS 트랜지스터(NM2)의 드레인, 게이트 및 소스 단자가 각각 접속된다. 그리고, 제 3 노드(Q13)와 접지단자(GND) 사이에 전류원(Is)이 연결된다.
이와 같이 구성된 LC 전압 제어 발진기(100)에서, 제 1, 2 가변 인덕터(L1, L2)의 전체 가변 인덕턴스를 L이라 하고, 제 1, 2 가변 버랙터(CV1, CV2)의 전체 가변 커패시턴스를 C라 하면, 발진 주파수(
Figure 112007067986210-PAT00001
)는 다음의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007067986210-PAT00002
상기 수학식 1에서 알 수 있는 바와 같이, LC 공진 회로(130)의 전체 가변 인덕턴스(L)와 가변 커패시턴스(C)를 변화시켜 발진 주파수의 범위를 변화시킬 수 있다.
이러한 원리를 이용하여 넓은 발진 주파수 범위를 갖는 전압 제어 발진기를 구현하기 위한 방법으로, 도 1b에 도시된 바와 같이, 스파이럴 전극의 소정 부분에 다수의 스위치를 연결하여 스위치의 온/오프에 따라 턴 수를 변화시켜 전체 인덕턴스를 가변시키는 방법이 국내공개특허 제2004-0078533호(공개일:2004.09.10)에 개시되어 있다.
하지만, 이와 같이 구성된 가변 인덕터는 그 가변 인덕턴스값이 이산적으로 변화되기 때문에 발진 주파수의 범위를 선형적으로 변화시키는 방법으로는 적절하지 못하다는 문제점이 있다.
한편, 발진 주파수의 범위를 변화시키기 위한 또 다른 방법으로, 도 1c에 도시된 바와 같이, 제어전압(VC)에 따라 커패시턴스가 변화되는 2개의 가변 버랙터(Ca, Cb)와, 스위치의 온/오프에 따라 각 단의 커패시턴스가 변화되는 커패시터-어레이(Array)로 구성된 가변 커패시터부(Z)에 의해 전체 커패시턴스를 가변시키는 방법이 국내공개특허 제2004-0085629호(공개일:2004.10.08)에 개시되어 있다.
하지만, 이와 같이 구성된 가변 커패시터부(Z)는 커패시터-어레이(Array)의 스위칭을 위해 칩 내부 혹은 외부에 제어신호 조절장치 및 스위치가 구비되어야만 하며, 이로 인하여 하드웨어적으로 복잡하게 될 뿐만 아니라 스위칭시 신호의 왜곡이 발생되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 넓은 발진 주파수 범위와 선형적인 제어전압-발진 주파수의 특성을 가지면서 하드웨어적으로 간단한 구조의 전압 제어 발진기를 구현하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 넓은 발진 주파수 범위와 선형 특성을 갖는 전압 제어 발진기는, 제어전압에 따라 주파수를 발진시키는 LC 공진 회로와, 상기 발진 주파수를 증폭하는 증폭 회로를 포함하며, 상기 LC 공진 회로는, 인덕터; 상기 인덕터에 병렬 연결된 제 1, 2 가변 버랙터로 이루어지며 제 1 제어전압에 따라 제 1 가변 커패시턴스값을 갖는 제 1 가변 커패시턴스부; 및 상기 제 1, 2 가변 버랙터에 각각 병렬 연결된 제 1, 2 트랜지스터로 이루어지며 제 2 제어전압에 따라 제 2 가변 커패시턴스값을 갖는 제 2 가변 커패시턴스부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 넓은 발진 주파수 범위와 선형 특성을 갖는 전압 제어 발진기는, 제어전압에 따라 주파수를 발진시키는 LC 공진 회로와, 상기 발진 주파수를 증폭하는 증폭 회로를 포함하며, 상기 LC 공진 회로는, 인덕터; 상기 인덕터에 병렬 연결된 제 1, 2 가변 버랙터로 이루어지며 제 1 제어전압에 따라 제 1 가변 커패시턴스값을 갖는 제 1 가변 커패시턴스부; 및 한쌍씩 다단으로 구성되어 상기 제 1, 2 가변 버랙터에 병렬 연결되는 제 1 내지 제 2N 트랜지스터로 이루어지며 제 2 제어전압에 따라 제 2 가변 커패시턴스값을 갖는 제 2 가변 커패시턴스부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 제 2 가변 커패시턴스부를 구성하는 트랜지스터들의 소스 단자와 드레인 단자는 서로 단락되고, 게이트 단자는 상기 제 2 제어전압에 공통으로 연결되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 제 2 가변 커패시턴스부를 구성하는 트랜지스터들의 제 2 가변 커패시턴스값에 따라 상기 제어전압에 대한 발진 주파수가 선형적으로 변화되며, 상기 트랜지스터의 폭과 길이 및 동작 영역에 따라 상기 발진 주파수가 변화된다.
본 발명에 따르면, LC 공진 회로에 추가로 연결된 다수개의 MOS 트랜지스터에 의해 가변 커패시턴스 범위가 증가되어 발진 주파수의 범위를 넓힐 수 있을 뿐만 아니라 제어전압에 대한 발진 주파수를 선형적으로 변화시킬 수 있으므로, 스위칭 소자를 사용하지 않고도 넓은 발진 주파수 범위와 선형적인 제어전압-발진 주파수의 특성을 갖는 전압 제어 발진기를 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 스위칭 소자를 사용하는 종래의 전압 제어 발진기에 비하여 하드웨어적으로 간단한 전압 제어 발진기를 구현할 수 있으므로, 회로의 집적도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, LC 공진 회로에 추가로 연결된 다수의 MOS 트랜지스터의 폭과 길이 및 동작 영역을 조절하여 발진 주파수의 범위를 간단하게 넓히거나 좁힐 수 있으므로, 여러 다른 발진기 회로에 적용이 용이하다는 효과가 있다.
이하, 본 발명에 따른 넓은 발진 주파수 범위와 선형 특성을 갖는 전압 제어 발진기에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
(실시예 1)
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전압 제어 발진기의 회로도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전압 제어 발진기(200)는, 제어전압(VC)에 따라 주파수를 발진시키는 LC 공진 회로(230)와, LC 공진 회로(230)로부터 출력되는 발진 주파수를 증폭하는 증폭 회로(250)로 구성되어 있다.
그리고, 상기 LC 공진 회로(230)는, 제 1, 2 가변 인덕터(L1, L2)와, 상기 제 1, 2 가변 인덕터(L1, L2)에 각각 병렬 연결된 제 1, 2 가변 버랙터(CV1, CV2)로 이루어진 제 1 가변 커패시턴스부(210)와, 상기 제 1, 2 가변 버랙터(CV1, CV2)에 각각 병렬 연결된 제 1, 2 PMOS 트랜지스터(PM1, PM2)로 이루어진 제 2 가변 커패시턴스부(220)로 구성되어 있으며, 이와 같이 구성된 LC 공진 회로(230)는 다양한 형태의 증폭 회로에 결합이 가능하다.
즉, 본 발명에 따른 전압 제어 발진기(200)는, 도 1a의 전압 제어 발진 기(100)와 비교하여, LC 공진 회로(230)가 제 1, 2 가변 버랙터(CV1, CV2)로 구성된 제 1 가변 커패시턴스부(210) 외에 제 1, 2 PMOS 트랜지스터(PM1, PM2)로 구성된 제 2 가변 커패시턴스부(220)를 더 포함하는 것을 제외하고는 다른 구성요소는 동일하다.
우선 각 구성요소의 연결관계에 대하여 더 자세히 설명하면 다음과 같다.
전원단자(VDD)와 제 1 및 제 2 노드(Q21 및 Q22) 사이에 제 1 가변 인덕터(L1) 및 제 2 가변 인덕터(L2)가 각각 접속되고, 제어전압단자(VC)와 제 1 노드(Q21) 사이에 제 1 가변 버랙터(CV1)가 접속되며, 제어전압단자(VC)와 제 2 노드(Q22) 사이에 제 2 가변 버랙터(CV2)가 접속된다. 제 1 노드(Q21)와 제 3 노드(Q23) 및 제 4 노드(Q24) 사이에 제 1 PMOS 트랜지스터(PM1)의 소스, 게이트 및 드레인 단자가 각각 접속되고, 제 2 노드(Q22)와 제 3 노드(Q23) 및 제 5 노드(Q25) 사이에 제 2 PMOS 트랜지스터(PM2)의 소스, 게이트 및 드레인 단자가 각각 접속된다.
여기에서, 상기 제 1, 2 PMOS 트랜지스터(PM1, PM2)의 소스와 드레인 단자는 서로 단락되어 있는 것이 바람직하며, 상기 제 1, 2 PMOS 트랜지스터(PM1, PM2)의 게이트 단자는 제어전압단자(VC)에 공통으로 연결되어 있는 것이 바람직하다.
그리고, 제 4 노드(Q24)와 제 5 노드(Q25) 및 제 6 노드(Q26) 사이에 제 1 NMOS 트랜지스터(NM1)의 드레인, 게이트 및 소스 단자가 각각 접속되고, 제 5 노드(Q25)와 제 4 노드(Q24) 및 제 6 노드(Q26) 사이에 제 2 NMOS 트랜지스터(NM2)의 드레인, 게이트 및 소스 단자가 각각 접속된다.
본 실시예에서는 LC 공진 회로(230)에 가변 인덕턴스값을 갖는 2개의 제 1, 2 가변 인덕터(L1, L2)가 포함된 것으로 설명하였지만, 1개의 가변 인덕터만을 사용하는 것도 가능하며, 가변 인덕터 대신 고정 인덕터를 사용하는 것도 가능하다.
한편, 본 발명은 스위칭 소자를 사용하지 않고도 제 1, 2 가변 버랙터(CV1, CV2)와 제 1, 2 PMOS 트랜지스터(PM1, PM2)를 통해 가변 커패시턴스를 변화시켜 발진 주파수의 범위를 변화시킬 수 있는 것에 가장 큰 특징이 있는 바, 이하의 설명에서 본 발명에 따른 트랜지스터를 통한 가변 커패시턴스 변화 방법에 대하여 보다 상세히 설명한다.
우선, 도 2와 같이 구성된 전압 제어 발진기에 있어서, 제 1, 2 가변 인덕터(L1, L2)가 고정된 인덕턴스값을 갖는다고 가정하면, 발진 주파수에 영향을 미치는 소자는 제 1, 2 가변 버랙터(CV1, CV2)와 제 1, 2 PMOS 트랜지스터(PM1, PM2)로 볼 수 있다.
먼저 상기 제 1, 2 가변 버랙터(CV1, CV2)가 발진 주파수에 미치는 영향을 살펴보면 다음과 같다.
도 3a는 제 1, 2 가변 버랙터(CV1, CV2)의 제어전압(VC)에 대한 커패시턴스 변화를 나타낸 그래프이며, 도 3b는 도 3a와 같은 특성을 가진 제 1, 2 가변 버랙터(CV1, CV2)로 LC 공진 회로를 구성하는 경우 제어전압(VC)에 대한 발진 주파수를 나타낸 그래프이다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 제 1, 2 가변 버랙터(CV1, CV2)는 0 V ~ 0.4 V의 제어전압 구간(VC)에서 비선형적인 특성을 가지며, 이에 따라 도 3b에 도시된 바와 같이 해당 구간에서 발진 주파수도 비선형적으로 변화되는 것을 알 수 있다.
다음으로, 상기 제 1, 2 PMOS 트랜지스터(PM1, PM2)가 발진 주파수에 미치는 영향을 살펴보면 다음과 같다.
도 4는 제 1, 2 PMOS 트랜지스터(PM1, PM2)의 제어전압(VC)에 대한 커패시턴스 변화를 나타낸 그래프로, 도 4에 도시된 바와 같이 제 1, 2 PMOS 트랜지스터(PM1, PM2)는 0 V ~ 0.4 V의 제어전압 구간(VC)에서 급격하게 커패시턴스값이 변화되는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 제 1, 2 가변 버랙터(CV1, CV2)와 제 1, 2 PMOS 트랜지스터(PM1, PM2)의 특성을 이용한 것으로, 도 2에 도시된 바와 같이 LC 공진 회로(230)에 제 1, 2 PMOS 트랜지스터(PM1, PM2)를 추가로 연결하여 일부 구간의 제어전압 구간(예를 들어 0 V ~ 0.4 V)에서 커패시턴스값을 크게 증가시켜 발진 주파수의 특성이 선형적으로 변화될 수 있도록 한 것이다.
도 5a는 컴퓨터 모의 실험을 통해 제 1, 2 가변 버랙터(CV1, CV2)와 제 1, 2 PMOS 트랜지스터(PM1, PM2)에 의한 전체 커패시턴스를 나타낸 그래프이며, 도 5b는 전체 커패시턴스가 도 5a와 같은 경우 컴퓨터 모의 실험을 통해 제어전압(VC)에 대한 발진 주파수를 나타낸 그래프이다. 여기에서, 도 5a 및 도 5b의 실험 결과는 회로의 기생성분이 포함된 것으로, 기생성분에 의한 효과를 제거한다고 할지라도 실험 결과는 크게 달라지지 않는다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 도 2와 같이 구성된 전압 제어 발진기(200)의 전체 커패시턴스는 도 3a 및 도 4의 그래프와 비교하여 0 V ~ 0.4 V의 제어전압 구간 에서 크게 증가되어 있으며, 이에 따라 도 5b에 도시된 바와 같이 제어전압-발진 주파수의 관계가 선형적인 특성을 갖게 되는 것을 알 수 있다. 또한, 그 발진 주파수 가변 범위도 400 ~ 920 MHz로, 도 4b의 발진 주파수 가변 범위인 590 ~ 990 MHz 에 비하여 1.3배 증가된 것을 알 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 전압 제어 발진기(200)는, 스위칭 소자를 사용하지 않고도 LC 공진 회로(230)에 추가로 연결된 제 1, 2 PMOS 트랜지스터(PM1, PM2)에 의해 가변 커패시턴스 범위가 증가되어 발진 주파수의 범위를 넓힐 수 있을 뿐만 아니라 제어전압에 대한 발진 주파수를 선형적으로 변화시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 전압 제어 발진기(200)는 스위칭 소자를 사용하는 종래의 전압 제어 발진기에 비하여 하드웨어적으로 간단한 구조를 갖게 되며, 상기 제 1, 2 PMOS 트랜지스터(PM1, PM2)의 폭과 길이 및 동작 영역을 조절하여 발진 주파수의 범위를 간단하게 넓히거나 좁힐 수 있으므로 여러 다른 발진기 회로에 적용이 용이하다.
(실시예 2)
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전압 제어 발진기(600)의 회로도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 전압 제어 발진기(600)는, 도 2의 전압 제어 발진기(200)와 비교하여 제 2 가변 커패시턴스부(620)에 다수의 PMOS 트랜지스터(PM1, PM2, …, PM(2N))가 다단으로 병렬 연결된 것을 제외하고는 다른 구성요소는 동일하다.
즉, 제 2 가변 커패시턴스부(620)에는, 소스와 드레인 단자가 서로 단락되고 제어전압(VC)이 게이트 단자에 인가되는 다수의 PMOS 트랜지스터(PM1, PM2, …, PM(2N))가 2개씩 한쌍으로 구성되어 다단으로 병렬 연결되어 있다.
여기에서, 각 단별로 PMOS 트랜지스터(PM1, PM2, …, PM(2N))의 크기와 동작 영역을 서로 다르게 할 수 있고, 상기 PMOS 트랜지스터(PM1, PM2, …, PM(2N))의 게이트와 소스/드레인 극성을 반대로 할 수도 있으며, PMOS 트랜지스터 대신 NMOS 트랜지스터를 이용하는 것도 가능하다.
그리고, 제 1, 2 가변 인덕터(L1, L2)는 고정된 인덕턴스값을 갖는 인덕터로 구성하거나 또는 다수의 스위칭을 사용해서 가변 인덕턴스값을 갖는 인덕터로 구성할 수도 있으며, 마찬가지로 제 1, 2 가변 버랙터(CV1, CV2)는 연속적으로 변화하는 다수의 버랙터 다이오드로 구성하거나 또는 다수의 스위칭으로 이산적으로 커패시턴스값을 변화시킬 수 있는 버랙터 다이오드로 구성할 수 있다.
이와 같이 구성된 전압 제어 발진기(600)에서, 제 2 가변 커패시턴스부(620)에 포함된 각 PMOS 트랜지스터(PM1, PM2, …, PM(2N))들은 특정 제어전압 구간(예를 들어 0 V ~ 0.4 V)에서 커패시턴스가 급격하게 증가되고 그 증가된 커패시턴스값을 합하면, 제 1, 2 가변 버랙터(CV1, CV2)의 가변 커패시턴스 범위 보다 매우 큰 가변 커패시턴스 범위를 갖게 된다.
따라서, 본 발명의 전압 제어 발진기(600)는, 제 2 가변 커패시턴스부(620)에 포함된 다수의 PMOS 트랜지스터들(PM1, PM2, …, PM(2N))에 의해 가변 커패시턴스 범위가 증가되어 도 2의 전압 제어 발진기(200)에 비하여 보다 큰 발진 주파수 범위를 갖게 된다. 또한, 상기 다수의 PMOS 트랜지스터들(PM1, PM2, …, PM(2N))에 의해 가변 커패시턴스가 증가되어 제어전압에 대한 발진 주파수를 선형적으로 변화시킬 수 있으며, 상기 각 PMOS 트랜지스터들(PM1, PM2, …, PM(2N))의 폭과 길이 및 동작 영역을 조절하여 발진 주파수의 범위를 간단하게 넓히거나 좁힐 수 있으므로 여러 다른 발진기 회로에 적용이 용이하다.
(실시예 3)
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전압 제어 발진기(700)의 회로도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 전압 제어 발진기(700)는, 도 6의 전압 제어 발진기(600)와 비교하여, 제 1 가변 커패시턴스부(710)의 제 1, 2 가변 버랙터(CV1, CV2)가 제 1 제어전압(VC1)에 연결된 것과, 제 2 가변 커패시턴스부(720)가 한쌍씩 다단으로 구성되어 상기 제 1, 2 가변 버랙터(CV1, CV2)에 병렬 연결되는 다수의 NMOS 트랜지스터(NM1, NM2, …, NM(2N))로 이루어진 것과, 상기 다수의 NMOS 트랜지스터(NM1, NM2, …, NM(2N))의 게이트 단자가 제 2 제어전압(VC2)에 연결된 것을 제외하고는 다른 구성요소는 동일하다.
이와 같이 제 2 가변 커패시턴스부(720)가 한쌍씩 다단으로 구성된 다수의 NMOS 트랜지스터(NM1, NM2, …, NM(2N))로 이루어진 경우, 각 단별로 인가되는 제어전압을 서로 다르게 하여 다수의 제어전압에 의해 발진 주파수 범위를 증가시키는 것도 가능하다.
따라서, 본 발명의 전압 제어 발진기(700)는, 스위칭 소자를 사용하지 않고도 제 2 가변 커패시턴스부(720)에 포함된 다수의 NMOS 트랜지스터들(NM1, NM2, …, NM(2N))에 의해 가변 커패시턴스 범위가 증가되어 발진 주파수의 범위를 넓힐 수 있을 뿐만 아니라 제어전압에 대한 발진 주파수를 선형적으로 변화시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 전압 제어 발진기(700)는 다수의 제어전압에 의해 도 6의 전압 제어 발진기(600)에 비하여 보다 큰 발진 주파수 범위를 갖게 된다. 또한, 각 NMOS 트랜지스터들(NM1, NM2, …, NM(2N))의 폭과 길이 및 동작 영역을 조절하여 발진 주파수의 범위를 간단하게 넓히거나 좁힐 수 있으므로 여러 다른 발진기 회로에 적용이 용이하다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1a는 종래의 LC 전압 제어 발진기의 회로도이다.
도 1b는 종래의 LC 전압 제어 발진기에서 가변 인덕턴스에 따라 발진 주파수 범위를 변화시키는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1c는 종래의 LC 전압 제어 발진기에서 가변 커패시턴스에 따라 발진 주파수 범위를 변화시키는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전압 제어 발진기의 회로도이다.
도 3a는 가변 버랙터의 제어전압에 대한 커패시턴스 변화를 나타낸 그래프이며, 도 3b는 도 3a와 같은 특성을 가진 가변 버랙터로 LC 공진 회로를 구성하는 경우 제어전압에 대한 발진 주파수를 나타낸 그래프이다.
도 4는 PMOS 트랜지스터의 제어전압에 대한 커패시턴스 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5a는 컴퓨터 모의 실험을 통해 도 2의 LC 공진 회로에 의한 전체 커패시턴스를 나타낸 그래프이며, 도 5b는 LC 공진 회로의 전체 커패시턴스가 도 5a와 같은 경우 컴퓨터 모의 실험을 통해 제어전압에 대한 발진 주파수를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전압 제어 발진기의 회로도이다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전압 제어 발진기의 회로도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
210, 610, 710 : 제 1 가변 커패시턴스부
220, 620, 720 : 제 2 가변 커패시턴스부
130, 230, 630, 730 : LC 공진 회로
150, 250, 650, 750 : 증폭 회로
L1, L2 : 제 1, 2 가변 인덕터
CV1, CV2 : 제 1, 2 가변 버랙터
NM1, NM2, …, NM(2N) : NMOS 트랜지스터
PM1, PM2, …, PM(2N) : PMOS 트랜지스터

Claims (16)

  1. 제어전압에 따라 주파수를 발진시키는 LC 공진 회로와,
    상기 발진 주파수를 증폭하는 증폭 회로를 포함하며,
    상기 LC 공진 회로는,
    인덕터;
    상기 인덕터에 병렬 연결된 제 1, 2 가변 버랙터로 이루어지며 제 1 제어전압에 따라 제 1 가변 커패시턴스값을 갖는 제 1 가변 커패시턴스부; 및
    상기 제 1, 2 가변 버랙터에 각각 병렬 연결된 제 1, 2 트랜지스터로 이루어지며 제 2 제어전압에 따라 제 2 가변 커패시턴스값을 갖는 제 2 가변 커패시턴스부를 포함하는 것을 특징으로 하는 넓은 발진 주파수 범위와 선형 특성을 갖는 전압 제어 발진기.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1, 2 트랜지스터의 소스 단자와 드레인 단자는 서로 단락되고, 상기 제 1, 2 트랜지스터의 게이트 단자는 상기 제 2 제어전압에 공통으로 연결된 것을 특징으로 하는 넓은 발진 주파수 범위와 선형 특성을 갖는 전압 제어 발진기.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제 1, 2 트랜지스터의 제 2 가변 커패시턴스값에 따라 상기 제어전압에 대한 발진 주파수가 선형적으로 변화되는 것을 특징으로 하는 넓은 발진 주파수 범위와 선형 특성을 갖는 전압 제어 발진기.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1, 2 트랜지스터의 폭과 길이 및 동작 영역에 따라 상기 발진 주파수가 변화되는 것을 특징으로 하는 넓은 발진 주파수 범위와 선형 특성을 갖는 전압 제어 발진기.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 제 1, 2 트랜지스터는 NMOS 트랜지스터 또는 PMOS 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 넓은 발진 주파수 범위와 선형 특성을 갖는 전압 제어 발진기.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 제 1, 2 제어전압은 서로 다른 전압값을 갖거나, 또는 서로 동일한 전압값을 갖는 것을 특징으로 하는 넓은 발진 주파수 범위와 선형 특성을 갖는 전압 제어 발진기.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 인덕터는 고정 인덕터 또는 가변 인덕터인 것을 특징으로 하는 넓은 발진 주파수 범위와 선형 특성을 갖는 전압 제어 발진기.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 LC 공진 회로는 적어도 하나 이상의 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 넓은 발진 주파수 범위와 선형 특성을 갖는 전압 제어 발진 기.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 가변 커패시턴스부는 두개 이상의 가변 버랙터로 이루어진 것을 특징으로 하는 넓은 발진 주파수 범위와 선형 특성을 갖는 전압 제어 발진기.
  10. 제어전압에 따라 주파수를 발진시키는 LC 공진 회로와,
    상기 발진 주파수를 증폭하는 증폭 회로를 포함하며,
    상기 LC 공진 회로는,
    인덕터;
    상기 인덕터에 병렬 연결된 제 1, 2 가변 버랙터로 이루어지며 제 1 제어전압에 따라 제 1 가변 커패시턴스값을 갖는 제 1 가변 커패시턴스부; 및
    한쌍씩 다단으로 구성되어 상기 제 1, 2 가변 버랙터에 병렬 연결되는 제 1 내지 제 2N 트랜지스터로 이루어지며 제 2 제어전압에 따라 제 2 가변 커패시턴스값을 갖는 제 2 가변 커패시턴스부를 포함하는 것을 특징으로 하는 넓은 발진 주파수 범위와 선형 특성을 갖는 전압 제어 발진기.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 제 1 내지 제 2N 트랜지스터의 소스 단자와 드레인 단자는 서로 단락되고, 상기 제 1 내지 제 2N 트랜지스터의 게이트 단자는 상기 제 2 제어전압에 공통으로 연결된 것을 특징으로 하는 넓은 발진 주파수 범위와 선형 특성을 갖는 전압 제어 발진기.
  12. 제 10항에 있어서, 상기 제 1 내지 제 2N 트랜지스터의 제 2 가변 커패시턴스값에 따라 상기 제어전압에 대한 발진 주파수가 선형적으로 변화되는 것을 특징으로 하는 넓은 발진 주파수 범위와 선형 특성을 갖는 전압 제어 발진기.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 2N 트랜지스터의 폭과 길이 및 동작 영역에 따라 상기 발진 주파수가 변화되는 것을 특징으로 하는 넓은 발진 주파수 범위와 선형 특성을 갖는 전압 제어 발진기.
  14. 제 10항에 있어서, 상기 제 1 내지 제 2N 트랜지스터는 NMOS 트랜지스터 또는 PMOS 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 넓은 발진 주파수 범위와 선형 특성을 갖는 전압 제어 발진기.
  15. 제 10항에 있어서, 상기 제 1, 2 제어전압은 서로 다른 전압값을 갖거나, 또는 서로 동일한 전압값을 갖는 것을 특징으로 하는 넓은 발진 주파수 범위와 선형 특성을 갖는 전압 제어 발진기.
  16. 제 10항에 있어서,
    상기 제 2 제어전압이 서로 다른 제 2-1 내지 제 2-N 제어전압으로 구성된 경우,
    상기 한쌍씩 다단으로 구성된 각 단의 트랜지스터에 상기 서로 다른 제 2-1 내지 2-N 전압이 각각 인가되는 것을 특징으로 하는 넓은 발진 주파수 범위와 선형 특성을 갖는 전압 제어 발진기.
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