KR20110019063A - 싱글 사이드 밴드 믹서, 및 이를 구비한 로컬 오실레이터 - Google Patents
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Abstract
트랜스포머 부하를 갖는 싱글 사이드 밴드 믹서 및 이를 포함하는 로컬 오실레이터가 개시된다. 싱글 사이드 밴드 믹서는 인 페이스(In-phase) 싱글 사이드 밴드 믹서 및 큐 페이스 싱글 사이드 밴드 믹서를 포함한다. 인 페이스 싱글 사이드 밴드 믹서는 인 페이스(In-phase) 출력전류를 발생하고, 2차 측에 큐 페이스(Quadrature-phase) 출력전류의 일부가 흐르는 제 1 트랜스포머 부하를 갖는다. 큐 페이스 싱글 사이드 밴드 믹서는 상기 큐 페이스 출력전류를 발생하고, 2차 측에 인 페이스 출력전류의 일부가 흐르는 제 2 트랜스포머 부하를 갖는다. 따라서, 싱글 사이드 밴드 믹서를 포함하는 로컬 오실레이터는 회로 구성이 간단하고 넓은 출력 주파수 범위를 갖는다.
Description
본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 싱글 사이드 밴드 믹서를 포함하는 로컬 오실레이터를 사용하여 신호를 합성하는 통신 시스템에 관한 것이다.
이동통신이 발전함에 따라 사용되는 주파수 대역이 매우 다양해지고 있다. 이러한 다양한 주파수 범위를 지원하는 무선 송수신기를 구성하려면, 로컬 오실레이터의 구성이 복잡해진다.
다양한 주파수 범위를 갖는 로컬 오실레이터에서 싱글 사이드 밴드 믹서(Single-Side-Band Mixer; SSB)는 중요한 구성요소이다. SSB 믹서의 출력주파수 범위가 작을수록 로컬 오실레이터에 필요한 SSB 믹서 블록의 개수가 증가되고, 로컬 오실레이터 회로가 복잡해지고 반도체 웨이퍼 상에서 차지하는 면적이 증가한다.
본 발명의 목적은 주파수 선택도를 희생하지 않으면서도 넓은 출력 주파수 범위를 갖는 싱글 사이드 밴드 믹서를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 싱글 사이드 밴드 믹서를 포함하는 로컬 오실레이터를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 싱글 사이드 밴드 믹서는 인 페이스(In-phase) 싱글 사이드 밴드 믹서 및 큐 페이스 싱글 사이드 밴드 믹서를 포함한다.
인 페이스 싱글 사이드 밴드 믹서는 인 페이스(In-phase) 출력전류를 발생하고, 2차 측에 큐 페이스(Quadrature-phase) 출력전류의 일부가 흐르는 제 1 트랜스포머 부하(load)를 갖는다. 큐 페이스 싱글 사이드 밴드 믹서는 상기 큐 페이스 출력전류를 발생하고, 2차 측에 상기 인 페이스 출력전류의 일부가 흐르는 제 2 트랜스포머 부하를 갖는다.
본 발명의 하나의 실시예에 의하면, 상기 큐 페이스 출력전류의 일부는 상기 제 1 트랜스포머 부하를 구성하는 트랜스포머 2차 측(secondary loop)을 통해 흐를 수 있다. 이 전류 성분을 커플링 전류 성분이라 한다.
본 발명의 하나의 실시예에 의하면, 상기 제 1 트랜스포머 부하를 구성하는 트랜스포머 1차 측(primary loop)의 인덕턴스의 실효값은 상기 커플링 전류의 크기에 따라 변화되는 상기 트랜스포머 2차 측과의 마그네틱 커플링에 의해 변화할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 의하면, 상기 인 페이스 출력전류의 일부는 상기 제 2 트랜스포머 부하를 구성하는 트랜스포머 2차 측(secondary loop)을 통해 흐를 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 의하면, 상기 제 2 트랜스포머 부하를 구성하는 트랜스포머 1차 측(primary loop)의 인덕턴스의 실효값은 상기 커플링 전류의 크기에 따라 변화되는 상기 트랜스포머 2차 측과의 마그네틱 커플링에 의해 변화할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 의하면, 상기 인 페이스 싱글 사이드 밴드 믹서는 제 1 멀티플라이어 및 제 2 멀티플라이어를 포함할 수 있다.
제 1 멀티플라이어는 상기 제 1 트랜스포머 부하를 구성하는 제 1 트랜스포머 1차 측의 제 1 단자 및 제 2 단자에 결합되고, 두 여현파(cosine wave) 신호에 대해 승산(multiplying) 연산을 수행한다. 제 2 멀티플라이어는 상기 제 1 트랜스포머 부하를 구성하는 제 1 트랜스포머 1차 측의 제 1 단자 및 제 2 단자에 결합되고, 두 정현파(sine wave) 신호에 대해 승산 연산을 수행한다.
본 발명의 하나의 실시예에 의하면, 상기 큐 페이스 싱글 사이드 밴드 믹서는 제 1 멀티플라이어 및 제 2 멀티플라이어를 포함할 수 있다.
제 1 멀티플라이어는 상기 제 1 트랜스포머 부하를 구성하는 제 1 트랜스포머 1차 측의 제 1 단자 및 제 2 단자에 결합되고, 하나의 정현파(sine wave) 신호와 하나의 여현파(cosine wave) 신호에 대해 승산 연산을 수행한다. 제 2 멀티플라이어는 상기 제 1 트랜스포머 부하를 구성하는 제 1 트랜스포머 1차 측의 제 1 단자 및 제 2 단자에 결합되고, 하나의 여현파(cosine wave) 신호와 하나의 정현 파(sine wave) 신호에 대해 승산 연산을 수행한다.
본 발명의 하나의 실시형태에 따른 싱글 사이드 밴드 믹서는 인 페이스(In-phase) 싱글 사이드 밴드 믹서 및 큐 페이스 싱글 사이드 밴드 믹서를 포함한다.
인 페이스 싱글 사이드 밴드 믹서의 부하인 제 1 트랜스포머는 제 1 트랜스포머 1차 측(primary loop)과 제 1 트랜스포머 2차 측(secondary loop)을 갖는다. 큐 페이스 싱글 사이드 밴드 믹서에서 오는 커플링 전류 성분은 상기 제 1 트랜스포머 2차 측에 전기적으로 연결된다. 큐페이스 싱글 사이드 밴드 믹서의 부하도 이와 대칭적인 구조를 갖는다.
본 발명의 하나의 실시형태에 따른 로컬 오실레이터는 제 1 위상동기루프 시스템, 제 2 위상동기루프 시스템 및 싱글 사이드 밴드 믹서를 포함한다.
제 1 위상동기루프 시스템는 제 1 주파수를 갖는 제 1 인 페이스(In-phase) 신호 및 제 1 큐 페이스(Quadrature-phase) 신호를 발생한다. 제 2 위상동기루프 시스템은 제 2 주파수를 갖는 제 2 인 페이스 신호 및 제 2 큐 페이스 신호를 발생한다. 싱글 사이드 밴드 믹서는 상기 제 1 인 페이스 신호, 상기 제 1 큐 페이스 신호, 상기 제 2 인 페이스 신호, 및 상기 제 2 큐 페이스 신호에 대해 주파수 합성을 수행하고, 제 3 인 페이스 신호 및 제 3 큐 페이스 신호를 발생한다.
본 발명의 하나의 실시예에 의하면, 상기 로컬 오실레이터는 주파수 합성 과정에서 발생하는 원하지 않는 주파수 성분을 억제하고 원하는 주파수 성분을 통과시키기 위한 주파수 선택 필터 및 주파수 선택회로를 더 포함할 수 있다.
주파수 선택회로는 밴드 선택신호에 응답하여 상기 싱글 사이드 밴드 믹서의 출력신호 중 원하는 주파수 성분을 선택한다.
본 발명에 따른 싱글 사이드 밴드 믹서는 인 페이스 싱글 사이드 밴드 믹서에 포함된 제 1 트랜스포머 부하의 2차 측에 큐 페이스 출력전류의 일부가 흐르고, 큐 페이스 싱글 사이드 밴드 믹서에 포함된 제 2 트랜스포머 부하의 2차 측에는 인 페이스 출력전류의 일부가 흐른다. 이 때 트랜스포머의 상호 인덕턴스(mutual inductance) 성분에 의해 싱글 사이드 밴드 믹서 및 로컬 오실레이터는 부하의 인덕턴스의 실효값이 변화되는 효과를 가지며, 이에 따라 주파수 선택도를 희생하지 않으면서도 넓은 주파수 대역에서 사용할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 싱글 사이드 밴드 믹서는 회로가 간단하고 반도체 칩 상에서 차지하는 면적이 적다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
한편, 어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정 블록 내에 명기된 기능 또는 동작이 순서도에 명기된 순서와 다르게 일어날 수도 있다. 예를 들어, 연속하는 두 블록이 실제로는 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 관련된 기능 또는 동작에 따라서는 상기 블록들이 거꾸로 수행될 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다.
도 1, 도 2 및 도 3에서는 로컬 오실레이터가 멀티 밴드(multi-band) OFDM 방식의 UWB(ultra wide band) 트랜시버에 적용된 경우를 나타내었다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 싱글 사이드 밴드 믹서를 포함하는 로컬 오실레이터를 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 로컬 오실레이터(1000)는 제 1 위상동기루프 시스템(1100), 제 2 위상동기루프 시스템(1200), 멀티플렉서(1300), 싱글 사이드 밴드 믹서(1400) 및 주파수 선택 필터(frequency selection filter)(1500)를 포함한다.
제 1 위상동기루프 시스템(1100)은 제 1 주파수를 갖는 제 1 인 페이스(In-phase) 신호(RF1I) 및 제 1 큐 페이스(Quadrature-phase) 신호(RF1Q)를 발생한다. 제 2 위상동기루프 시스템(1200)은 제 2 주파수를 갖는 제 2 인 페이스 신호(RF2I) 및 제 2 큐 페이스 신호(RF2Q)를 발생한다. 멀티플렉서(1300)는 밴드 선택신호(BS)에 응답하여 제 2 위상동기루프 시스템(1200)의 출력신호(RF2I, RF2Q)의 극성을 선택하여 제 3 인 페이스 신호(RF2I_M), 및 제 3 큐 페이스 신호(RF2Q_M)를 발생하여 싱글 사이드 밴드 믹서(1400)에 제공한다. 싱글 사이드 밴드 믹서(1400)는 제 1 인 페이스 신호(RF1I), 제 1 큐 페이스 신호(RF1Q), 제 3 인 페이스 신호(RF2I_M), 및 제 3 큐 페이스 신호(RF2Q_M)에 대해 주파수 합성을 수행하고, 제 4 인 페이스 신호(RFOM_I) 및 제 4 큐 페이스 신호(RFOM_Q)를 발생한다. 주파수 선택 필터(1500)는 싱글 사이드 밴드 믹서(1400)의 출력신호들에 포함된 주파수 성분 중 원하는 주파수 성분을 선택하여 제 5 인 페이스 신호(RFO_I) 및 제 5 큐 페이스 신호(RFO_Q)를 발생한다.
도 2는 도 1의 로컬 오실레이터에 포함된 제 1 위상동기루프 시스템(1100)의 하나의 예를 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 제 1 위상동기루프 시스템(1100)은 제 1 위상-주파수 검출기(Phase-Frequency Detector: PFD)(1110), 제 1 오실레이터(1120) 및 제 1 분주기(1130)를 포함한다.
제 1 위상-주파수 검출기(PFD)(1110)는 피드백 신호와 기준 주파수를 갖는 신호(FREF)에 응답하여 제어전압신호(VCTRL)를 발생한다. 제 1 오실레이터(1120)는 제어전압 신호(VCTRL)에 응답하여 발진하는 신호를 발생한다. 제 1 분주기(1130)는 제 1 오실레이터(1120)의 출력신호의 주파수를 2로 나눈다. 도 2의 예에서, 제 1 오실레이터(1120)는 7.92GHz를 갖는 신호를 발생하고, 제 1 분주기(1130)의 출력신호는 3960MHz를 갖는 신호이다.
도 3은 도 1의 로컬 오실레이터에 포함된 제 2 위상동기루프 시스템(1200)의 하나의 예를 나타내는 블록도이다.
도 3을 참조하면, 제 2 위상동기루프 시스템(1200)은 제 2 위상-주파수 검출기(PFD)(1210), 제 2 오실레이터(1220), 제 2 분주기(1230) 및 제 3 분주기(1240)를 포함한다.
제 2 위상-주파수 검출기(PFD)(1210)는 피드백 신호(VFB)와 기준 주파수를 갖는 신호(FREF)에 응답하여 제어전압신호(VCTRL)를 발생한다. 제 2 오실레이터(1220)는 제어전압 신호(VCTRL)에 응답하여 발진하는 신호를 발생한다. 제 2 분주기(1230)는 제 2 오실레이터(1220)의 출력신호의 주파수를 2로 나누고, 제 3 분주기(1240)는 제 2 분주기(1230)의 출력신호의 주파수를 2로 나눈다. 도 3의 예에서, 제 2 오실레이터(1220)는 2.112GHz를 갖는 신호를 발생하고, 제 3 분주기(1240)의 출력신호는 528MHz를 갖는 신호이다.
도 4는 도 1의 로컬 오실레이터에 포함된 싱글 사이드 밴드 믹서(1500)의 하나의 예를 나타내는 블록도이다.
도 4를 참조하면, 싱글 사이드 밴드 믹서(1500)는 인 페이스(In-phase) 싱글 사이드 밴드 믹서(1510) 및 큐 페이스(Quadrature-phase) 싱글 사이드 밴드 믹서(1520)를 포함한다.
인 페이스 싱글 사이드 밴드 믹서(1510)는 인 페이스(In-phase) 출력전류를 발생하고, 2차 측(secondary loop)에 큐 페이스(Quadrature-phase) 출력전류의 일부(k×I_QP, k×I_QN)가 흐르는 제 1 트랜스포머 부하(load)(1511)를 갖는다. 큐 페이스 싱글 사이드 밴드 믹서(1520)는 상기 큐 페이스 출력전류를 발생하고, 2차 측에 상기 인 페이스 출력전류의 일부(k×I_IP, k×I_IN)가 흐르는 제 2 트랜스포머 부하(1521)를 갖는다.
서로 다른 2 개의 주파수를 갖는 신호가 더해진 합성신호는 수학식 1 및 수학식 2를 사용하여 구할 수 있다. 수학식 1에서 합성된 결과 신호는 여현파(cosine wave) 신호고, 수학식 2에서 합성된 결과 신호는 정현파(sine wave) 신호이다. 여현파 신호와 정현파 신호 간에는 90도의 위상차가 있다. 일반적으로 cos((ω1+ω2)t)를 인 페이스(In-phase) 신호라 부르고, sin((ω1+ω2)t)를 큐 페이스(Quadrature-phase) 신호라 부른다.
도 5는 싱글 사이드 밴드 믹서의 주파수 합성의 하나의 예를 나타내는 개념도로서, 수학식 1의 신호 합성을 수행하는 회로도이다.
도 5를 참조하면, 신호합성 회로는 제 1 멀티플라이어(MUL1), 제 2 멀티플라이어(MUL2) 및 가산기(ADDER1)를 포함한다.
제 1 멀티플라이어(MUL1)는 서로 다른 주파수를 갖는 두 여현신호들(cos(ω 1t), cos(ω2t))에 대해 승산(multiplication) 연산을 수행한다. 제 2 멀티플라이어(MUL2)는 서로 다른 주파수를 갖는 두 정현신호들(sin(ω1t), sin(ω2t))에 대해 승산 연산을 수행한다. 가산기(ADDER1)는 제 1 멀티플라이어(MUL1)의 출력(cos(ω1t)ㅧ cos(ω2t))과 제 2 멀티플라이어(MUL2)의 출력(sin(ω1t)ㅧ sin(ω2t))에 대해 가산 연산 또는 감산 연산을 수행한다. 제 1 멀티플라이어(MUL1)의 출력과 제 2 멀티플라이어(MUL2)의 출력을 가산하면 cos((ω1-ω2)t)가 출력되고, 제 1 멀티플라이어(MUL1)의 출력과 제 2 멀티플라이어(MUL2)의 출력을 감산하면 cos((ω1+ω2)t)가 출력된다.
도 6은 도 2에 도시된 싱글 사이드 밴드 믹서(1500)를 상세히 나타낸 회로도이다.
도 6을 참조하면, 싱글 사이드 밴드 믹서(1500)는 인 페이스(In-phase) 싱글 사이드 밴드 믹서(1510) 및 큐 페이스(Quadrature-phase) 싱글 사이드 밴드 믹서(1520)를 포함한다.
인 페이스 싱글 사이드 밴드 믹서(1510)는 제 1 트랜스포머 부하(load)(1511), 제 3 멀티플라이어(1515) 및 제 4 멀티플라이어(1515)를 포함한다.
제 1 트랜스포머 부하(1511)는 제 1 트랜스포머(T1), 제 1 커패시터(C1) 및 제 2 커패시터(C2)를 포함한다. 제 1 트랜스포머(T1)는 제 1 트랜스포머 1차 측(primary loop)(PW1)과 제 1 트랜스포머 2차 측(secondary loop)(SW1)을 갖는다. 제 1 트랜스포머 1차 측(PW1)은 제 1 단자(E1_PW1)와 제 2 단자(E2_PW1)를 갖고, 제 1 트랜스포머 2차 측(SW1)은 제 1 단자(E1_SW1)와 제 2 단자(E2_SW1)를 갖는다.
인 페이스 싱글 사이드 밴드 믹서(1510)의 제 1 출력단자(L1) 및 제 2 출력단자(L2)에 제 1 트랜스포머 부하(1511), 제 3 멀티플라이어(1515)의 출력 단자들 및 제 4 멀티플라이어(1516)의 출력 단자들이 결합되어 있다.
큐 페이스 싱글 사이드 밴드 믹서(1520)는 제 2 트랜스포머 부하(load)(1521), 제 5 멀티플라이어(1525) 및 제 6 멀티플라이어(1526)를 포함한다.
제 2 트랜스포머 부하(1521)는 제 2 트랜스포머(T2), 제 3 커패시터(C3) 및 제 4 커패시터(C4)를 포함한다. 제 2 트랜스포머(T2)는 제 2 트랜스포머 1차 측(primary loop)(PW2)과 제 2 트랜스포머 2차 측(secondary loop)(SW2)을 갖는다. 제 2 트랜스포머 1차 측(PW2)은 제 1 단자(E1_PW2)와 제 2 단자(E2_PW2)를 갖고, 제 2 트랜스포머 2차 측(SW2)은 제 1 단자(E1_SW2)와 제 2 단자(E2_SW2)를 갖는다.
큐 페이스 싱글 사이드 밴드 믹서(1520)의 제 1 출력단자(L3) 및 제 2 출력단자(L4)에 제 2 트랜스포머 부하(1521), 제 5 멀티플라이어(1525)의 출력 단자들 및 제 6 멀티플라이어(1526)의 출력 단자들이 결합되어 있다.
인 페이스 싱글 사이드 밴드 믹서(1510)의 제 1 출력단자(L1)에 제 1 트랜스포머 1차 측(PW1)의 제 1 단자(E1_PW1), 제 3 멀티플라이어(1515)의 하나의 출력 단자, 및 제 4 멀티플라이어(1515)의 하나의 출력 단자가 결합된다. 인 페이스 싱글 사이드 밴드 믹서(1510)의 제 2 출력단자(L2)에 제 1 트랜스포머 1차 측(PW1)의 제 2 단자(E2_PW1), 제 3 멀티플라이어(1515)의 다른 하나의 출력 단자, 및 제 4 멀티플라이어(1515)의 다른 하나의 출력 단자가 결합된다. 또한, 제 3 멀티플라이어(1515)와 제 4 멀티플라이어(1515)에는 제 1 주파수를 갖는 제 1 입력신호(RF1I)와 제 2 주파수를 갖는 제 2 입력신호(RF2I)가 입력된다. 또한, 인 페이스 싱글 사이드 밴드 믹서(1510)의 제 1 출력단자(L1)에 제 2 트랜스포머 2차 측(SW2)의 제 1 단자(E1_SW2)가 결합되고, 인 페이스 싱글 사이드 밴드 믹서(1510)의 제 2 출력단자(L2)에 제 2 트랜스포머 2차 측(SW2)의 제 2 단자(E2_SW2)가 결합된다.
큐 페이스 싱글 사이드 밴드 믹서(1520)의 제 1 출력단자(L3)에 제 2 트랜스포머 1차 측(PW2)의 제 1 단자(E1_PW2), 제 5 멀티플라이어(1525)의 하나의 출력 단자, 및 제 6 멀티플라이어(1526)의 하나의 출력 단자가 결합된다. 큐 페이스 싱글 사이드 밴드 믹서(1520)의 제 2 출력단자(L4)에 제 2 트랜스포머 1차 측(PW2)의 제 2 단자(E2_PW2), 제 5 멀티플라이어(1525)의 다른 하나의 출력 단자, 및 제 6 멀티플라이어(1526)의 다른 하나의 출력 단자가 결합된다. 또한, 제 5 멀티플라이어(1525)와 제 6 멀티플라이어(1526)에는 제 1 주파수를 갖는 제 3 입력신호(RF1Q)와 제 2 주파수를 갖는 제 4 입력신호(RF2Q)가 입력된다. 또한, 큐 페이스 싱글 사이드 밴드 믹서(1520)의 제 1 출력단자(L3)에 제 1 트랜스포머 1차 측(SW1)의 제 1 단자(E1_SW1)가 결합되고, 큐 페이스 싱글 사이드 밴드 믹서(1520)의 제 2 출력단자(L4)에 제 1 트랜스포머 2차 측(SW1)의 제 2 단자(E2_SW1)가 결합된다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 인 페이스 싱글 사이드 밴드 믹서(1510)에 포함된 제 1 트랜스포머 부하(1511)의 2차측에는 큐 페이스 출력전류의 일부(k×I_QP, k×I_QN)가 흐르고, 큐 페이스 싱글 사이드 밴드 믹서(1520)에 포함된 제 2 트랜스포 머 부하(1521)에는 인 페이스 출력전류의 일부(k×I_IP, k×I_IN)가 흐른다. 이들을 커플링 전류라고 할 때, 이 커플링 전류의 크기를 조절함에 따라 부하 인덕턴스의 실효값이 변화되는 효과를 얻을 수 있다. RF1I와 RF1Q 사이에는 90도의 위상차가 있으며, RF2I와 RF2Q 사이에는 90도의 위상차가 있다.
도 7은 도 4에 도시된 인 페이스(In-phase) 싱글 사이드 밴드 믹서에 포함된 멀티플라이어들을 나타내는 회로도이다. 도 7의 멀티플라이어들은 수학식 1에 나타낸 두 신호의 여현 합성(cosine synthesis)을 수행한다.
도 7을 참조하면, 제 3 멀티플라이어(1515)와 제 4 멀티플라이어(1515)는 동일한 회로 구조를 가지며, 인 페이스 싱글 사이드 밴드 믹서(1510)의 제 1 출력단자(L1) 및 제 2 출력단자(L2)에 결합되어 있다.
제 3 멀티플라이어(1515)는 NMOS 트랜지스터들(MN1 ~ MN7)을 포함하고, 제 4 멀티플라이어(1515)는 NMOS 트랜지스터들(MN8 ~ MN14)을 포함한다. NMOS 트랜지스터(MN7)와 NMOS 트랜지스터(MN14)의 게이트에는 바이어스 전압(VB)이 인가된다. NMOS 트랜지스터(MN5)의 게이트에는 cosω1t가 인가되고, NMOS 트랜지스터(MN6)의 게이트에는 -cosω1t가 인가된다. NMOS 트랜지스터(MN1)의 게이트와 NMOS 트랜지스터(MN4)의 게이트에는 cosω2t가 인가되고, NMOS 트랜지스터(MN2)의 게이트와 NMOS 트랜지스터(MN3)의 게이트에는 -cosω2t가 인가된다.
NMOS 트랜지스터(MN12)의 게이트에는 sinω1t가 인가되고, NMOS 트랜지스터(MN13)의 게이트에는 -sinω1t가 인가된다. NMOS 트랜지스터(MN8)의 게이트와 NMOS 트랜지스터(MN11)의 게이트에는 -sinω2t가 인가되고, NMOS 트랜지스터(MN9) 의 게이트와 NMOS 트랜지스터(MN10)의 게이트에는 sinω2t가 인가된다.
제 3 멀티플라이어(1515)와 제 4 멀티플라이어(1516)가 인 페이스 싱글 사이드 밴드 믹서(1510)의 제 1 출력단자(L1) 및 제 2 출력단자(L2)에 결합되어 있으므로 전류의 가산(addition) 및 감산(subtraction)이 이루어진다.
도 8은 도 4에 도시된 큐 페이스(Quadrature-phase) 싱글 사이드 밴드 믹서에 포함된 멀티플라이어들을 나타내는 회로도이다. 도 8의 멀티플라이어들은 수학식 2에 나타낸 두 신호의 정현 합성(sine synthesis)을 수행한다.
도 8을 참조하면, 제 5 멀티플라이어(1525)와 제 6 멀티플라이어(1526)는 동일한 회로 구조를 가지며, 큐 페이스 싱글 사이드 밴드 믹서(1520)의 제 1 출력단자(L3) 및 제 2 출력단자(L4)에 결합되어 있다.
제 5 멀티플라이어(1525)는 NMOS 트랜지스터들(MN15 ~ MN21)을 포함하고, 제 6 멀티플라이어(1526)는 NMOS 트랜지스터들(MN22 ~ MN28)을 포함한다. NMOS 트랜지스터(MN21)와 NMOS 트랜지스터(MN28)의 게이트에는 바이어스 전압(VB)이 인가된다. NMOS 트랜지스터(MN19)의 게이트에는 sinω1t가 인가되고, NMOS 트랜지스터(MN20)의 게이트에는 -sinω1t가 인가된다. NMOS 트랜지스터(MN15)의 게이트와 NMOS 트랜지스터(MN18)의 게이트에는 cosω2t가 인가되고, NMOS 트랜지스터(MN16)의 게이트와 NMOS 트랜지스터(MN17)의 게이트에는 -cosω2t가 인가된다.
NMOS 트랜지스터(MN26)의 게이트에는 cosω1t가 인가되고, NMOS 트랜지스터(MN27)의 게이트에는 -cosω1t가 인가된다. NMOS 트랜지스터(MN22)의 게이트와 NMOS 트랜지스터(MN25)의 게이트에는 -sinω2t가 인가되고, NMOS 트랜지스터(MN23) 의 게이트와 NMOS 트랜지스터(MN24)의 게이트에는 sinω2t가 인가된다.
제 5 멀티플라이어(1525)와 제 6 멀티플라이어(1526)가 큐 페이스 싱글 사이드 밴드 믹서(1520)의 제 1 출력단자(L3) 및 제 2 출력단자(L4)에 결합되어 있으므로 전류의 가산(addition) 및 감산(subtraction)이 이루어진다.
도 9와 도 10은 트랜스포머에 의한 마그네틱 커플링을 통해 부하 인덕턴스의 실효값이 조절되는 원리를 나타낸다. 도 6의 싱글 사이드 밴드 믹서에 포함된 트랜스포머의 등가회로의 하나의 예를 나타내는 회로도이다.
도 9를 참조하면, 트랜스포머는 인덕턴스(L1)를 갖는 1차 측(primary loop)과 인덕턴스(L2)를 갖는 2차 측(secondary loop)을 가지며, 1차 측과 2차 측 사이에는 상호 인덕턴스(M)를 갖는다. 1차 측의 양단에는 커패시터(C)가 연결될 수 있다.
도 9에 도시된 트랜스포머가 도 6에 도시된 인 페이스 싱글 사이드 밴드 믹서(1510)에 포함된 제 1 트랜스포머 부하(1511)이면, 제 1 트랜스포머 부하(1511)의 2차측에는 큐 페이스 출력전류의 일부(k×I_QP, k×I_QN)가 흐른다.
도 9를 참조하면, 트랜스포머 1차 측 양단의 전압(V)은 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
수학식 3에서, i2=aㅧ i1(a는 실수)의 관계가 성립할 경우, i2와 i1 간에는 0도 또는 180도의 위상차가 발생하며, 1차 측의 인덕턴스(L1)가 증가하거나 감소되 는 효과가 있다. 예를 들면, L1이 L1 + aㅧ M으로 변화되는 효과가 있다.
도 10은 마그네틱 커플링(magnetic coupling)에 의해 트랜스포머 1차 측의 실효값이 바뀌는 효과를 설명하기 위한 회로도이며, 하나의 예로서 Quadrature VCO(Voltage-Controlled Oscillator)에 사용되는 트랜스포머 부하를 나타낸다. 도 10의 회로에는 트랜스포머 1차 측(L1)의 양단에 커패시터(C)와 부성 저항(-R)이 연결되어 있다. 여기에서 부성 저항(-R)은 단지 VCO의 경우에 해당되는 예시를 위해 필요할 뿐 그 부호는 중요하지 않다.
도 10에서, 점선에 연결된 gm 블록과 ㅁ 90도 블록은 믹서의 트랜스포머에 결합된 멀티플라이어들에 의해 발생되는 효과를 나타낸다. 예를 들어, gm은 전압-전류 변환을 나타내고, ㅁ 90도 블록은 인 페이스 전류와 큐 페이스 전류 사이의 90도 위상차를 나타낸다. 또한, 인덕터에서 전압과 전류 사이에는 90도의 위상차가 있으므로 i2와 i1 간에는 0도 또는 180도의 위상차가 발생될 수 있다.
도 9에 도시된 트랜스포머의 공진 주파수(f0)는 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
수학식 4를 참조하면, i2=a× i1(a는 실수)의 관계가 성립할 경우, 공진 주파수(f0)는 a의 값에 의해 조절될 수 있다.
도 6에 도시된 싱글 사이드 밴드 믹서(1500)는 인 페이스 싱글 사이드 밴드 믹서에 포함된 제 1 트랜스포머 부하의 2차측에 큐 페이스 출력전류의 일부가 흐르 고, 큐 페이스 싱글 사이드 밴드 믹서에 포함된 제 2 트랜스포머 부하의 2차측에는 인 페이스 출력전류의 일부가 흐른다. 이 커플링 전류 성분의 크기를 조절함에 따라서, 로컬 오실레이터(115)는 부하의 인덕턴스의 실효값이 변화되는 효과를 얻을 수 있으며, 이 효과로부터 주파수 선택도를 희생하지 않으면서도 넓은 주파수 대역에서 사용할 수 있다.
도 11은 도 6의 싱글 사이드 밴드 믹서에 포함된 트랜스포머를 반도체 집적회로 상에서 구현한 모노리식 트랜스포머의 하나의 예를 나타내는 도면이다.
모노리식 트랜스포머는 1차 측(primary loop)과 2차 측(secondary loop)의 위치에 따라 적층형(stacked) 트랜스포머, 동심형(concentric) 트랜스포머 및 인터와운드형(inter-wound) 트랜스포머로 나눌 수 있다. 도 11에 도시된 모노리식 트랜스포머는 인터와운드형(inter-wound) 트랜스포머이며, 1차 측(primary loop)과 2차 측(secondary loop)이 서로 얽혀 있다.
본 발명의 원리는 Quadrature 신호를 버퍼링(buffering)하는 로컬 오실레이터 버퍼에도 적용될 수 있다. 도 12는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 트랜스포머 로드(load)를 갖는 로컬 오실레이터 버퍼를 포함하는 로컬 오실레이터를 나타내는 블록도이다.
도 12를 참조하면, 로컬 오실레이터(2000)는 위상동기루프 시스템(2100) 및 로컬 오실레이터 버퍼(2500)를 포함한다.
위상동기루프 시스템(2100)은 제 1 주파수를 갖는 제 1 인 페이스(In-phase) 신호(RF1I) 및 제 1 큐 페이스(Quadrature-phase) 신호(RF1Q)를 발생한다. 로컬 오 실레이터 버퍼(2500)는 제 1 인 페이스 신호(RF1I) 및 제 1 큐 페이스 신호(RF1Q)에 대해 버퍼링을 수행하고, 제 2 인 페이스 신호(RFOI) 및 제 2 큐 페이스 신호(RFOQ)를 발생한다.
로컬 오실레이터 버퍼(2500)는 트랜스포머 부하(2510)를 가지며, 도 4에 도시된 싱글 사이드 밴드 믹서(1500)와 유사한 구조를 가지며 유사한 부하 구조를 가지며, 트랜스포머 부하에 관련해서는 유사하게 동작한다. 즉, 인 페이스 싱글 사이드 밴드 믹서에 포함된 제 1 트랜스포머 부하의 2차측에는 큐 페이스 출력전류의 일부가 흐르고, 큐 페이스 싱글 사이드 밴드 믹서에 포함된 제 2 트랜스포머 부하의 2차측에는 인 페이스 출력전류의 일부가 흐른다. 이들 전류 성분을 커플링 전류라 할 때, 이 커플링 전류의 크기를 조절함에 따라서, 로컬 오실레이터 버퍼(2500)는 부하의 인덕턴스의 실효값이 변화되는 효과가 있고, 넓은 주파수 대역에서 사용할 수 있다.
도 13은 도 1에 도시된 로컬 오실레이터를 포함하는 통신 시스템의 하나의 예를 나타내는 회로도이다.
도 13을 참조하면, 통신 시스템(3000)은 로컬 오실레이터(115), 송신부(122), 스위치(117), 안테나(116) 및 수신부(123)를 포함한다.
로컬 오실레이터(115)는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 로컬 오실레이터(1000)에 대응하며 발진신호(LO)와 발진신호(LO)의 1/2 베의 주파수를 갖는 LO/2를 발생한다.
송신부(122)는 제 1 증폭기(111), 제 1 믹서(112), 제 2 증폭기(113) 및 제 1 필터(114)를 포함한다. 제 1 증폭기(111)는 기저대역(baseband) 신호를 증폭한다. 제 1 믹서(112)는 제 1 증폭기(111)의 출력인 기저대역(baseband) 신호를 LO/2와 주파수 합성하고 RF(Radio Frequency) 신호(RF)로 상향 변화(up-converting)하여 출력한다. 제 2 증폭기(113)는 RF 신호(RF)를 증폭하고, 제 1 필터(114)는 증폭된 RF 신호(RF)를 필터링한다. 필터링된 RF 신호(RF)는 스위치(117)와 안테나(116)를 통해 송신된다.
수신부(123)는 제 2 필터(118), 제 3 증폭기(119), 제 2 믹서(120) 및 제 4 증폭기(121)를 포함한다. 제 2 필터(118)는 안테나(116)와 스위치(117)를 통해 수신된 신호를 필터링하고, 제 3 증폭기(119)는 제 2 필터(118)의 출력신호를 증폭하여 RF 신호(RF)를 출력한다. 제 2 믹서(120)는 RF 신호(RF)를 LO 또는 LO/2와 주파수 합성하고 기저대역(baseband) 신호로 하향 변환(down-converting)한다. 제 4 증폭기(121)는 제 2 믹서(120)의 출력신호를 증폭하여 출력한다.
도 2의 통신 시스템(3000)에 포함된 로컬 오실레이터(115)는 인 페이스 싱글 사이드 밴드 믹서에 포함된 제 1 트랜스포머 부하에 큐 페이스 출력전류의 일부가 흐르고, 큐 페이스 싱글 사이드 밴드 믹서에 포함된 제 2 트랜스포머 부하에는 인 페이스 출력전류의 일부가 흐른다. 따라서, 로컬 오실레이터(115)는 부하의 인덕턴스의 실효값이 변화되는 효과를 가지며, 주파수 선택도를 희생하지 않으면서도, 넓은 주파수 대역에서 사용할 수 있다.
본 발명은 통신 시스템에 적용이 가능하며, 특히 통신 시스템의 로컬 오실렝 이터에 적용이 가능하다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 싱글 사이드 밴드 믹서를 포함하는 로컬 오실레이터를 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 로컬 오실레이터에 포함된 제 1 위상동기루프 시스템의 하나의 예를 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 1의 로컬 오실레이터에 포함된 제 2 위상동기루프 시스템의 하나의 예를 나타내는 블록도이다.
도 4는 도 1의 로컬 오실레이터에 포함된 싱글 사이드 밴드 믹서의 하나의 예를 나타내는 블록도이다.
도 5는 싱글 사이드 밴드 믹서의 주파수 합성의 하나의 예를 나타내는 회로도이다.
도 6은 도 4에 도시된 싱글 사이드 밴드 믹서를 상세히 나타낸 회로도이다.
도 7은 도 4에 도시된 인 페이스(In-phase) 싱글 사이드 밴드 믹서에 포함된 멀티플라이어들을 나타내는 회로도이다.
도 8은 도 4에 도시된 큐 페이스(Quadrature-phase) 싱글 사이드 밴드 믹서에 포함된 멀티플라이어들을 나타내는 회로도이다.
도 9는 도 6의 싱글 사이드 밴드 믹서에 포함된 트랜스포머 부하부분의 등가회로의 하나의 예를 나타내는 회로도이다.
도 10은 마그네틱 커플링(magnetic coupling)에 의해 트랜스포머 1차 측의 실효값이 바뀌는 효과를 설명하기 위한 회로도이다.
도 11은 도 6의 싱글 사이드 밴드 믹서에 포함된 트랜스포머를 반도체 집적회로 상에서 구현한 모노리식 트랜스포머의 하나의 예를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 트랜스포머 로드(load)를 갖는 로컬 오실레이터 버퍼를 나타내는 블록도이다.
도 13은 도 1에 도시된 로컬 오실레이터를 포함하는 통신 시스템의 하나의 예를 나타내는 회로도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1000 : 로컬 오실레이터
1100, 1200 : 위상동기루프 시스템
1300 : 주파수 선택 필터
1400 : 멀티플렉서
1500 : 싱글 사이드 밴드 믹서
1510 : 인 페이스(In-phase) 싱글 사이드 밴드 믹서
1511 : 제 1 트랜스포머 부하
1520 : 큐 페이스(Quadrature-phase) 싱글 사이드 밴드 믹서
1521 : 제 2 트랜스포머 부하
Claims (9)
- 인 페이스(In-phase) 출력전류를 발생하고, 2차 측에 큐 페이스(Quadrature-phase) 출력전류의 일부가 흐르는 제 1 트랜스포머 부하(load)를 갖는 인 페이스(In-phase) 싱글 사이드 밴드 믹서; 및상기 큐 페이스 출력전류를 발생하고, 2차 측에 상기 인 페이스 출력전류의 일부가 흐르는 제 2 트랜스포머 부하를 갖는 큐 페이스 싱글 사이드 밴드 믹서를 포함하는 싱글 사이드 밴드 믹서.
- 제 1 항에 있어서,상기 큐 페이스 출력전류의 일부는 상기 제 1 트랜스포머 부하를 구성하는 트랜스포머 2차 측(secondary loop)을 통해 흐르는 것을 특징으로 하는 싱글 사이드 밴드 믹서.
- 제 2 항에 있어서,상기 제 1 트랜스포머 부하를 구성하는 트랜스포머 1차 측(primary loop)의 인덕턴스의 실효값은 상기 트랜스포머 2차 측과의 마그네틱 커플링에 의해 변화하는 것을 특징으로 하는 싱글 사이드 밴드 믹서.
- 제 1 항에 있어서,상기 인 페이스 출력전류의 일부는 상기 제 2 트랜스포머 부하를 구성하는 트랜스포머 2차 측(secondary loop)을 통해 흐르는 것을 특징으로 하는 싱글 사이드 밴드 믹서.
- 제 4 항에 있어서,상기 제 2 트랜스포머 부하를 구성하는 트랜스포머 1차 측(primary loop)의 인덕턴스의 실효값은 상기 트랜스포머 2차 측과의 마그네틱 커플링에 의해 변화하는 것을 특징으로 하는 싱글 사이드 밴드 믹서.
- 제 1 항에 있어서, 상기 인 페이스 싱글 사이드 밴드 믹서는상기 제 1 트랜스포머 부하를 구성하는 제 1 트랜스포머 1차 측의 제 1 단자 및 제 2 단자에 결합되고, 두 여현파(cosine wave) 신호에 대해 승산(multiplying) 연산을 수행하는 제 1 멀티플라이어; 및상기 제 1 트랜스포머 부하를 구성하는 제 1 트랜스포머 1차 측의 제 1 단자 및 제 2 단자에 결합되고, 두 정현파(sine wave) 신호에 대해 승산 연산을 수행하는 제 2 멀티플라이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 싱글 사이드 밴드 믹서.
- 제 1 항에 있어서, 상기 큐 페이스 싱글 사이드 밴드 믹서는상기 제 2 트랜스포머 부하를 구성하는 제 2 트랜스포머 1차 측의 제 1 단자 및 제 2 단자에 결합되고, 하나의 정현파(sine wave) 신호와 하나의 여현파(cosine wave) 신호에 대해 승산 연산을 수행하는 제 1 멀티플라이어; 및상기 제 1 트랜스포머 부하를 구성하는 제 1 트랜스포머 1차 측의 제 1 단자 및 제 2 단자에 결합되고, 하나의 여현파(cosine wave) 신호와 하나의 정현파(sine wave) 신호에 대해 승산 연산을 수행하는 제 2 멀티플라이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 싱글 사이드 밴드 믹서.
- 제 1 주파수를 갖는 제 1 인 페이스(In-phase) 신호 및 제 1 큐 페이스(Quadrature-phase) 신호를 발생하는 제 1 위상동기루프 시스템;제 2 주파수를 갖는 제 2 인 페이스 신호 및 제 2 큐 페이스 신호를 발생하는 제 2 위상동기루프 시스템; 및상기 제 1 인 페이스 신호, 상기 제 1 큐 페이스 신호, 상기 제 2 인 페이스 신호, 및 상기 제 2 큐 페이스 신호에 대해 주파수 합성을 수행하고, 제 3 인 페이스 신호 및 제 3 큐 페이스 신호를 발생하는 싱글 사이드 밴드 믹서를 포함하는 로컬 오실레이터.
- 제 8 항에 있어서, 상기 로컬 오실레이터는상기 싱글 사이드 밴드 믹서의 출력신호들에 포함된 주파수 성분 중 원하는 주파수 성분을 선택하기 위한 주파수 선택 필터; 및밴드 선택신호에 응답하여 상기 주파수 선택 필터의 출력신호의 주파수 성분을 선택하는 주파수 선택회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로컬 오실레이터.
Priority Applications (2)
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020090076633A KR20110019063A (ko) | 2009-08-19 | 2009-08-19 | 싱글 사이드 밴드 믹서, 및 이를 구비한 로컬 오실레이터 |
Publications (1)
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|---|---|
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Family
ID=43604870
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020090076633A KR20110019063A (ko) | 2009-08-19 | 2009-08-19 | 싱글 사이드 밴드 믹서, 및 이를 구비한 로컬 오실레이터 |
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2010
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