KR20110070797A - Image rejection receiving apparatus using on-chip integrated filter - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An image signal canceling and receiving device using an on-chip notch filter is provided to cancel an image signal more effectively in the reception of the image signal. CONSTITUTION: An RF(Radio Frequency) filter unit(10) filters an RF signal. The amplifier(21) of an image removing filter unit(20) amplifies the output signal of the RF filter unit. The image removing filter(22) of the image removing filter unit eliminates an image signal from the output signal of the amplifier. The image removing filter is composed of a third notch filter. The mixer(23) of the image removing filter unit mixes the image signal-removed signal and an input oscillation signal.

Description

온칩 노치 필터를 사용한 영상 신호 제거 수신 장치{Image rejection receiving apparatus using on-chip integrated filter}Image rejection receiving apparatus using on-chip integrated filter

본 발명은 수신 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게 말하자면 노치 필터를 이용한 영상 신호 제거 수신 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a receiving apparatus, and more particularly, to a video signal removing receiving apparatus using a notch filter.

일반적인 헤테로다인(Heterodyne)의 구조의 수신 장치는 트랜시버 구현에 가장 많이 사용되고 있으며, 무선 주파수(radio-frequency: RF) 신호는 다수의 주파수 변환 단계를 통하여 기저 대역 신호로 변환된다. 도 1은 헤테로다인 구조의 수신 장치를 나타낸 도이다. 일반적인 헤테로다인 구조의 수신 장치는 도 1에서와 같이, RF(radio frequency) 필터(1), 선형 증폭기(2), IR(infrared ray) 필터(3), 혼합기(4), 발진기(5), IF(intermediate frequency) 필터 및 증폭부(6)를 포함한다. In general, a receiver having a structure of a heterodyne is most used for a transceiver, and a radio-frequency (RF) signal is converted into a baseband signal through a plurality of frequency conversion steps. 1 is a diagram showing a receiving device having a heterodyne structure. A typical heterodyne receiver includes a radio frequency (RF) filter (1), a linear amplifier (2), an infrared ray (IR) filter (3), a mixer (4), an oscillator (5), as shown in FIG. An IF (intermediate frequency) filter and an amplifier 6 are included.

이러한 구조의 수신 장치는 수신 분리 감도 성능이 좋고, I(In-phase)/Q(quadrature-phase) 불일치 성능이 좋으며, 또한 주파수를 유연하게 사용할 수 있으며 DC 오프셋이 없고 누설 전류가 없다는 등의 장점이 있다. The receiver of this structure has good reception separation sensitivity, good in-phase (Q) / quadrature-phase (I) mismatch performance, flexible use of frequency, no DC offset and no leakage current. There is this.

그러나 헤테로다인 구조의 수신 장치에서 무선 주파수 신호는

Figure pat00001
를 만족하는 국부 발진(local oscillator: LO) 주파수에 의하여 중간 주파수(intermediate frequency: IF) 신호로 하향변환 되는데,
Figure pat00002
와 동일한 주파수인 영상 신호 또한 중간 주파수 신호로 하향 변환된다. 이것은 간단한 아날로그 아날로그 멀티플리케이션(multiplication)이 혼합되는 두 신호간의 극성을 보존하기 못하기 때문이다. However, in a heterodyne receiver, radio frequency signals
Figure pat00001
It is downconverted to an intermediate frequency (IF) signal by a local oscillator (LO) frequency that satisfies
Figure pat00002
An image signal having the same frequency as is also downconverted to an intermediate frequency signal. This is because simple analog to analog multiplication does not preserve the polarity between two mixed signals.

도 2는 헤테로다인 구조의 수신 장치에서 발생되는 영상 신호 특성을 나타낸 도이다.2 is a diagram illustrating image signal characteristics generated in a reception apparatus having a heterodyne structure.

영상 신호는 원하는 신호보다 더 셀 수 있기 때문에 원하는 신호를 왜곡시키고 시스템이 오작동되도록 할 수 있으며, 그 결과 원하는 신호가 주파수 변환되기 전에 억제된다. Since video signals can be counted more than desired, they can distort the desired signal and cause the system to malfunction, resulting in the desired signal being suppressed before frequency conversion.

영상 신호를 제거하기 위하여 일반적으로 영상 신호 제거 필터(image-rejection filter)를 혼합기(mixer)의 전단에 설치하는 방법이 주로 사용되고 있다. 영상 신호 제거 필터는 일반적으로 오프칩(off-chip) 필터 형태로 구현되기 때문에, 헤테로다인 수신 장치는 저전력, 다중 모드, 다중 표준 구현 등에서 어려움이 있다. In general, a method of installing an image-rejection filter in front of a mixer is mainly used to remove an image signal. Since the video signal rejection filter is generally implemented in the form of an off-chip filter, the heterodyne receiver has difficulties in low power, multi mode, and multi-standard implementation.

이러한 외부 필터들의 사용에 따라 발생되는 문제를 해소하기 위하여 위상 제거(phase cancellation)를 사용하는 영상 신호 제거 혼합기(image rejection mixer)가 개발되었는데, 이득과 위상의 불일치로 인하여, 영상 제거율(image rejection ratio)이 겨우 35dB 범위 내이다. In order to solve the problems caused by the use of such external filters, an image rejection mixer using phase cancellation has been developed. Due to the difference between the gain and the phase, an image rejection ratio has been developed. Is only in the 35dB range.

80 dB의 영상 신호 제거가 요구되는 수신 장치는 일반적으로 50 dB 이상의 영상 제거율을 가져야 한다. 이를 위하여, 최근에 노치 필터(notch filter)를 사용하는 모놀리식(monolithic) 영상 신호 제거 기술이 개발되고 있다. Receivers that require 80 dB of video signal rejection should generally have a video rejection rate of 50 dB or more. For this purpose, a monolithic video signal cancellation technique using a notch filter has recently been developed.

영상 신호의 주파수에 위치되는 노치 필터는 밴드패스 필터링보다는 영상 신호를 제거하기 위하여 사용되며, 수동형 필터와 능동형 필터로 이루어진다. 그런데 종래의 노치 필터들은 영상 제거율에 한계가 있으며 원하는 신호가 손실되는 단점이 있다. The notch filter located at the frequency of the video signal is used to remove the video signal rather than the bandpass filtering, and consists of a passive filter and an active filter. However, conventional notch filters have a limitation in image removal rate and have a disadvantage in that a desired signal is lost.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 보다 높은 영상 제거율을 가지는 영상 신호 제거 수신 장치를 제공하는 것이다. SUMMARY The present invention has been made in an effort to provide an apparatus for removing image signals having a higher image removal rate.

본 발명의 한 특징에 따른 영상 신호 제거 수신 장치는, 수신되는 무선 주파수 신호를 필터링하여 무선 주파수 필터부; 필터링되어 출력되는 신호로부터 영상 신호를 제거하여 요구되는 수신 신호를 출력하는 영상 제거 필터부를 포함하며, 상기 영상 제거 필터부는 상기 무선 주파수 필터부로부터 출력되는 신호를 증폭하여 출력하는 증폭부; 상기 증폭부로부터 출력되는 신호로부터 영상 신호를 제거하여 출력하며, 3차노치 필터로 이루어지는 영상 제거 필터; 상기 영상 신호가 제거된 신호와 입력되는 발진 신호를 혼합하여 출력하는 혼합기를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for removing image signals, the apparatus including: a radio frequency filter unit for filtering a received radio frequency signal; An image removal filter unit which removes an image signal from the filtered and output signal, and outputs a required reception signal, wherein the image removal filter unit amplifies and outputs the signal output from the radio frequency filter unit; An image removal filter which removes and outputs an image signal from the signal output from the amplifying unit, and comprises a third notch filter; And a mixer for mixing and outputting the signal from which the image signal is removed and the input oscillation signal.

본 발명의 실시 예에 의하면, 신호 수신시에 영상 신호를 보다 효과적으로 제거할 수 있으며, 원하는 신호를 손실 없이 수신할 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present invention, an image signal can be more effectively removed at the time of signal reception, and a desired signal can be received without loss.

도 1은 헤테로다인 구조의 수신 장치를 나타낸 도이다.
도 2는 헤테로다인 구조의 수신 장치에서 발생되는 영상 신호 특성을 나타낸 도이다.
도 3은 2차 능동형 노치 필터의 등가 회로를 나타낸 도이다.
도 4는 3차(third-order) 수동형 노치 필터의 등가 회로를 나타낸 도이다.
도 5는 온칩 인덕터의 퀄리티 팩터에 영향을 받는 3차 수동형 노치 필터의 특성을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 노치 필터의 등가 회로도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 노치 필터를 이용한 영상 제거 수신 장치의 구조를 나타낸 도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 영상 제거 필터와 증폭부의 상세 구조를 나타낸 도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 영상 제거 수신 장치의 영상 제거 필터부의 상세 구조를 나타낸 도이다. 1 is a diagram showing a receiving device having a heterodyne structure.
2 is a diagram illustrating image signal characteristics generated in a reception apparatus having a heterodyne structure.
3 shows an equivalent circuit of a second-order active notch filter.
4 shows an equivalent circuit of a third-order passive notch filter.
5 is a graph showing the characteristics of a third-order passive notch filter affected by the quality factor of an on-chip inductor.
6 is an equivalent circuit diagram of a notch filter according to an exemplary embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating a structure of an image removal receiving apparatus using a notch filter according to an exemplary embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating a detailed structure of an image removing filter and an amplifier according to an exemplary embodiment of the present invention.
9 is a diagram illustrating a detailed structure of an image removing filter of an image removing receiving apparatus according to another exemplary embodiment.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.

명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification and claims, when a part is said to "include" a certain component, it means that it can further include other components, without excluding other components unless specifically stated otherwise.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 수신 장치 및 그 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.A receiver and a method according to an embodiment of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings.

일반적인 2차(second-order) 능동형 노치 필터는 공진 주파수가 영상 주파수에 맞춰져 있는 공진기들을 토대로 이루어진다. A typical second-order active notch filter is based on resonators whose resonant frequency is set to the image frequency.

도 3은 2차 능동형 노치 필터를 나타낸 도이다. 도3의 (a)는 2차 능동형 노치 필터의 개략적인 구조를 나타낸 도이고, 도 3의 (b)는 도 3의 (a)의 등가 회로를 나타낸 도이다. 3 is a diagram illustrating a second-order active notch filter. FIG. 3A is a diagram showing a schematic structure of a secondary active notch filter, and FIG. 3B is a diagram showing an equivalent circuit of FIG.

여기서 입력 인피던스 Zin는 다음 수학식 1과 같다. Here, the input impedance Z in is represented by Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00003
Figure pat00003

여기서, Cgs1, gm1, rg1는 각각 트랜지스터 M1의 게이트-소스 커패시터, 트랜스컨덕턴스, 그리고 게이트 저항을 나타내며, RLf 는 온칩(on-chip) 인덕터 Lf 의 저항을 나타낸다. Where C gs1 , g m1 and r g1 represent the gate-source capacitor, transconductance, and gate resistance of transistor M 1 , respectively, and R Lf Denotes the resistance of the on-chip inductor L f .

수학식 1에서 우측에 기재된 음(-)의 항은 트랜지스터 M1의 게이트에서 보여지는 음의 저항값(gm1에 비례함)을 나타낸다. gm1 즉, 바이어스 전류 I1를 조절하여, RLf 및 rg1를 제거하는데 충분한 음의 저항을 생성할 수 있다. 그 결과 필터의 퀄리티 팩터 Q를 매우 높은 값까지 증가시킬 수 있다. 온칩 집적 인덕터의 퀄리티는 필터의 퀄리티에 별로 영향을 끼치지 않으며, 이것은 다음 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다. The negative term described on the right side of Equation 1 represents a negative resistance value (proportional to g m1 ) seen at the gate of the transistor M 1 . g m1, i.e., the bias current I 1, can be adjusted to produce sufficient negative resistance to remove R Lf and r g1 . As a result, the quality factor Q of the filter can be increased to very high values. The quality of the on-chip integrated inductor does not significantly affect the quality of the filter, which can be expressed as Equation 2 below.

[수학식 2][Equation 2]

Figure pat00004
Figure pat00004

여기서, Rtotal=RLf+rg1 은 전체 기생 저항을 나타낸다. Where R total = R Lf + r g1 represents the total parasitic resistance.

상기 필터의 공진 주파수 fo는 다음 수학식 3과 같다. The resonant frequency f o of the filter is expressed by Equation 3 below.

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure pat00005
Figure pat00005

이 공진 주파수에서, 입력 임피던스 Zin는 필터의 퀄리티 팩터에 따른 값으로 최소화된다. 그러나 노치 필터는 원하는 신호에 부정적으로 작용할 수 있다. 즉, 원하는 주파수에서 노치 필터의 입력 임피던스는 필터가 없는 경우보다 더 낮아질 수 있다. 그러므로 원하는 신호의 량이 그라운드까지 손실될 수 있다.At this resonant frequency, the input impedance Z in is minimized to a value according to the quality factor of the filter. However, notch filters can negatively affect the desired signal. That is, the input impedance of the notch filter at the desired frequency can be lower than without the filter. Therefore, the desired amount of signal can be lost to ground.

도 4는 3차(third-order) 수동형 노치 필터를 나타낸 도이다. 도 4의 (a)는 3차 수동형 노치 필터의 개략적인 구조를 나타낸 도이고, 도 4의 (b)는 도 4의 (a)의 등가 회로를 나타낸 도이다. 4 is a diagram illustrating a third-order passive notch filter. FIG. 4A is a diagram illustrating a schematic structure of a third-order passive notch filter, and FIG. 4B is a diagram illustrating an equivalent circuit of FIG. 4A.

3차 수동형 노치 필터는 도 4의 (a)에서와 같이, 영상 신호와 필요 신호를 조절하며, 이 필터의 입력 임피던스 Zin는 다음 수학식 4와 같다. 3rd, as in the passive notch filter (a) of Figure 4, to adjust the video signal and the wanted signal, and the input impedance of this filter is the same as Z in the following equation (4).

[수학식 4]&Quot; (4) "

Figure pat00006
Figure pat00006

영상 신호와 필요 신호의 주파수는 다음과 같다. The frequency of the video signal and the required signal is as follows.

[수학식 5][Equation 5]

Figure pat00007
Figure pat00007

여기서 fin은 영상 신호의 주파수를 나타내며, fwanted 는 필요 신호의 주파수를 나타낸다. Where f in represents a frequency of an image signal and f wanted represents a frequency of a required signal.

3차 수동형 노치 필터는 영상 신호의 주파수에서 낮은 임피던스를 제공하고,필요 신호의 주파수에서 높은 임피던스를 제공한다. 그러므로 원하는 신호가 그라운드까지 손실되는 것을 방지할 수 있다. 그러나 온칩 인덕터의 특성이 필터 전체의 퀄리티 팩터에 영향을 끼치는 단점이 있다. The third-order passive notch filter provides low impedance at the frequency of the video signal and high impedance at the frequency of the required signal. Therefore, the desired signal can be prevented from being lost to ground. However, there is a disadvantage that the characteristics of the on-chip inductor affect the quality factor of the entire filter.

일반적인 CMOS 기술에서, 온칩 인덕터의 퀄리피 팩터는 직렬 저항에 의해좌우된다. 온칩 인덕터의 직렬 저항을 제외하고 다른 모든 기생 성분을 무시하는 경우, 3차 수동형 노치 필터는 도 4의 (b)와 같은 등가 회로로 나타낼 수 있다. 영상 주파수에서의 3차 수동형 노치 필터의 퀄리티 팩터를 나타내면, 다음과 같이 나타낼 수 있다. In general CMOS technology, the quality factor of an on-chip inductor is dictated by the series resistance. If all other parasitic components are ignored except the series resistance of the on-chip inductor, the third-order passive notch filter may be represented by an equivalent circuit as shown in FIG. If the quality factor of the third-order passive notch filter at the image frequency is expressed, it can be expressed as follows.

[수학식 6] &Quot; (6) "

Figure pat00008
Figure pat00008

여기서 RL1은 인덕터 L1의 직렬 저항을 나타낸다 Where R L1 represents the series resistance of the inductor L 1

위의 수학식 6에서와 같이, 필터의 퀄리티 팩터는 인덕터 L1의 기생 직렬 저항에 의하여 제한된다. CMOS 기술에서 온칩 인덕터는 높은 저항을 가지는 경향이 있다. As in Equation 6 above, the quality factor of the filter is limited by the parasitic series resistance of the inductor L1. On-chip inductors in CMOS technology tend to have high resistance.

도 5는 온칩 인덕터의 퀄리티 팩터에 영향을 받는 3차 수동형 노치 필터의 특성을 나타낸 그래프이다. 첨부한 도 5를 참조하면, 3차 수동형 노치 필터는 온칩 인더터의 낮은 퀄리티로 인하여 영상 제거율에 한계를 가짐을 알 수 있다. 5 is a graph showing the characteristics of a third-order passive notch filter affected by the quality factor of an on-chip inductor. Referring to FIG. 5, it can be seen that the third-order passive notch filter has a limitation in image removal rate due to the low quality of the on-chip injector.

본 발명의 실시 예에서는 보다 높은 영상 제거율을 가지는 노치 필터를 이용한 영상 제거 수신 장치를 제공한다. An embodiment of the present invention provides an image removal receiving apparatus using a notch filter having a higher image removal rate.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 노치 필터의 등가 회로도이다. 도 6의 (a)는 본 발명의 실시 예에 따른 노치 필터의 개략적인 구조를 나타낸 도이고, 도 6의 (b)는 도 6의 (a)에 도시된 노치 필터의 등가 회로를 나타낸 도이다. 6 is an equivalent circuit diagram of a notch filter according to an exemplary embodiment of the present invention. 6 (a) is a diagram showing a schematic structure of a notch filter according to an embodiment of the present invention, Figure 6 (b) is a diagram showing an equivalent circuit of the notch filter shown in (a) of FIG. .

첨부한 도 6에서, 본 발명의 실시 예에 따른 노치 필터의 입력 임피던스는 다음과 같이 나타낼 수 있다. 6, the input impedance of the notch filter according to the embodiment of the present invention can be expressed as follows.

[수학식 7][Equation 7]

Figure pat00009
Figure pat00009

여기서, Z1은 다음과 같이 나타낼 수 있다. Here, Z 1 may be represented as follows.

[수학식 8][Equation 8]

Figure pat00010
Figure pat00010

여기서, Cgs1, gm1, rg1는 각각 트랜지스터 M1의 게이트-소스 커패시터, 트랜스컨덕턴스, 그리고 게이트 저항을 나타내며, RLf 는 온칩(on-chip) 인덕터 Lf 의 저항을 나타낸다.Where C gs1 , g m1 and r g1 represent the gate-source capacitor, transconductance, and gate resistance of transistor M 1 , respectively, and R Lf Denotes the resistance of the on-chip inductor L f .

위의 수학식 8의 우측에 기재된 음(-)의 항은 트랜지스터 M1의 게이트에서 보여지는 음의 저항값(gm1에 비례함)을 나타낸다. 바이어스 전류 I1 를 사용하여 gm1를 조절하여, RLf 및 rg1를 제거하는데 충분한 음의 저항을 생성할 수 있다. 그러므로 본 발명의 실시 예에 따른 노치 필터의 퀄리티 팩터는 온칩 인덕터의 퀄리티 팩터에 영향을 받지 않는다. 즉, 온칩 인덕터의 낮은 퀄리티 팩터에서 불구하고 매우 높은 퀄리티 팩터를 획득할 수 있다. The negative (-) term described on the right side of Equation 8 above represents a negative resistance value (proportional to g m1 ) seen at the gate of the transistor M 1 . The bias current I 1 can be used to adjust g m1 to produce enough negative resistance to remove R Lf and r g1 . Therefore, the quality factor of the notch filter according to the embodiment of the present invention is not affected by the quality factor of the on-chip inductor. In other words, a very high quality factor can be obtained despite the low quality factor of the on-chip inductor.

모든 기생 성분들이 제거되었다고 가정할 경우, 입력 임피던스 ZIn , filter는 다음과 같이 나타낼 수 있다. Assuming that all parasitic components have been removed, the input impedance Z In , filter can be expressed as

[수학식 9][Equation 9]

Figure pat00011
Figure pat00011

여기서,

Figure pat00012
를 만족한다.here,
Figure pat00012
.

위의 수학식 9로부터, 영상 신호의 주파수 fIm 및 필요 신호의 주파수 fwanted는 다음과 같다. From the above equation (9), the frequency f Im of the video signal And the frequency f wanted of the required signal is as follows.

[수학식 10][Equation 10]

Figure pat00013
Figure pat00013

본 발명의 실시 예에 따른 노치 필터의 퀄리티 팩터는 다음과 같다. The quality factor of the notch filter according to the embodiment of the present invention is as follows.

[수학식 11][Equation 11]

Figure pat00014
Figure pat00014

입력 임피던스 Zin는 영상 주파수에서 최소화되기 때문에 전체 영상 신호는 원래의 경로로부터 추출된다. 반면에, 입력 임피던스 Zin는 필요 신호의 주파수에서 최대화되기 때문에 원래의 경로부터 추출되지 않는다. 따라서, 영상 신호는 억제되며 필요 신호는 감소되지 않는다. Since the input impedance Z in is minimized at the image frequency, the entire image signal is extracted from the original path. On the other hand, the input impedance Z in is not extracted from the original mirror because it is maximized at the frequency of the required signal. Thus, the video signal is suppressed and the necessary signal is not reduced.

본 발명의 실시 예에 따른 노치 필터에서, 커패시터 Cf는 영상 신호의 주파수에서 공진기를 보정할 수 있도록 조절될 수 있다. 이러한 조절 가능한 커패시터 Cf는 온칩 반도체 다이오드 저항기(varactor)로 구현될 수 있다. In the notch filter according to the embodiment of the present invention, the capacitor C f may be adjusted to correct the resonator at the frequency of the image signal. This adjustable capacitor C f may be implemented as an on-chip semiconductor diode resistor (varactor).

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 노치 필터를 이용한 영상 제거 수신 장치의 구조를 나타낸 도이다. 7 is a diagram illustrating a structure of an image removal receiving apparatus using a notch filter according to an exemplary embodiment of the present invention.

첨부한 도 7에 도시되어 있듯이, 본 발명의 실시 예에 따른 영상 제거 수신 장치는, 무선 주파수 필터부(10) 및 영상 제거 필터부(20), 및 발진부(30)를 포함한다. As shown in FIG. 7, the apparatus for removing images according to an embodiment of the present invention includes a radio frequency filter unit 10, an image removing filter unit 20, and an oscillator 30.

무선 주파수 필터부(10)는 수신되는 무선 주파수 신호를 필터링하여 출력한다. The radio frequency filter unit 10 filters and outputs the received radio frequency signal.

영상 제거 필터부(20)는 필터링되어 출력되는 신호로부터 영상 신호를 제거하여 필요 신호를 출력하며, 증폭부(21), 영상 제거 필터(22), 및 혼합기(mixer)(23)를 포함한다. 발진기(30)가 발진 신호(VCO)를 혼합기(23)로 제공한다. The image removal filter unit 20 outputs a required signal by removing an image signal from the filtered and output signal, and includes an amplifier 21, an image removal filter 22, and a mixer 23. Oscillator 30 provides oscillation signal VCO to mixer 23.

증폭부(21)는 무선 주파수 필터부(10)로부터 출력되는 신호를 증폭하여 출력하며, 예를 들어 저잡음 증폭기(low noise amplifier: LNA)로 이루어질 수 있다. The amplifier 21 amplifies and outputs a signal output from the radio frequency filter unit 10 and may be, for example, a low noise amplifier (LNA).

영상 제거 필터(22)는 증폭부(21)로부터 출력되는 신호로부터 영상 신호를 제거하여 출력하며, 특히 본 발명의 실시 예에 따른 영상 제거 필터는 도 6에 도시된 바와 같은 등가 회로를 가지는 노치 필터로 이루어진다. The image removal filter 22 removes and outputs an image signal from the signal output from the amplifier 21. In particular, the image removal filter according to the embodiment of the present invention has a notch filter having an equivalent circuit as shown in FIG. Is made of.

혼합기(23)는 영상 신호가 제거된 신호와 입력되는 발진 신호(VCO)를 혼합하여 출력한다. 즉, 혼합기(23)를 통하여 기저 대역의 원하는 신호가 출력된다. The mixer 23 mixes and outputs a signal from which an image signal is removed and an input oscillation signal VCO. In other words, the baseband desired signal is output through the mixer 23.

증폭부(21)와 혼합기(23) 사이에 위치된 본 발명의 실시 예에 따른 영상 제거 필터(22)는 다음과 같은 구조로 이루어진다. The image removal filter 22 according to the exemplary embodiment of the present invention, positioned between the amplifier 21 and the mixer 23, has a structure as follows.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 영상 제거 필터와 증폭부의 상세 구조를 나타낸 도이다. 8 is a diagram illustrating a detailed structure of an image removing filter and an amplifier according to an exemplary embodiment of the present invention.

본 발명의 실시 예에 따른 증폭부(21)는 캐스케이드 형태의 저잡음 증폭기로 이루어지며, 영상 제거 필터(22)는 3차 능동형 노치 필터로 이루어진다. 이러한 본 발명의 실시 예에 따른 증폭부(21) 및 영상 제거 필터(22)를 통합하여 "영상 신호 제거 저잡음 증폭기(an image-rejection low noise amplifier : IR-LNA)"로 명명할 수 있다. The amplifier 21 according to the embodiment of the present invention is composed of a cascade low noise amplifier, and the image rejection filter 22 is formed of a third-order active notch filter. The amplification unit 21 and the image rejection filter 22 according to the exemplary embodiment of the present invention may be integrated and may be referred to as an “an image-rejection low noise amplifier (IR-LNA)”.

캐스케이드 형태의 저잡음 증폭기 기술은 일반적인 저잡음 증폭기에 비하여 높은 이득과, 적당한 잡음, 낮은 밀러 효과(Miller effect), 그리고 높은 입출력 절연 등의 효과를 가지며, 감쇠 인덕터(degeneration inductor) Ls가 잡음과 임피던스 매칭을 하기 위하여 사용된다. 여기서 캐스케이드 형태의 저잡음 증폭기 즉, LNA의 코어(core)는 추가되는 커패시터 Cexi에 따라 달라진다. 이 LNA 구성은 매우 낮은 소비 전력에서 최대 잡음 지수(NFmin)과 동일한 잡음 지수(NF)를 획득하는데 사용된다. Cascade in the form of a low noise amplifier technology has the effect of a high gain, and the like suitable noise, low Miller effect (Miller effect), and a high input-output insulation than the common low noise amplifier, a damping inductor (degeneration inductor) L s noise and impedance matching It is used to do Here the cascaded low noise amplifier, ie the core of the LNA, depends on the capacitor C exi added. This LNA configuration is used to obtain a noise figure (NF) equal to the maximum noise figure (NF min ) at very low power consumption.

첨부한 도 8에 도시되어 있듯이, 본 발명의 실시 예에 따른 영상 제거 수신 장치의 증폭부(21)는 서로 직렬로 연결되어 캐스캐이드 형태의 증폭기를 형성하는 트랜지스터(M1) 및 트랜지스터(M2), 트랜지스터(M1)의 게이트 단자에 연결된 인덕터(Lg), 트랜지스터(M1)의 게이트 단자와 에미터 단자 사이에 연결된 외부 커패시터 (Cex1), 트랜지스터(M1)의 에미터 단자에 연결된 감쇠 인덕터(Ls), 트랜지스터(M2) 의 콜렉터 단자에 연결된 인덕터(Lo), 인덕터(Lo)와 트랜지스터(M2)의 콜렉터 단자 사이에 연결된 커패시터(Cc)를 포함한다. 여기서 트랜지스터(M2)의 에미터 단자가 트랜지스터(M1)의 콜렉터 단자에 연결되며, 트랜지스터(M2)의 에미터 단자와 트랜지스터(M1)의 콜렉터 단자에 사이에 형성된 연결 노드(X)에 영상 제거 필터(220)가 연결된다. As shown in FIG. 8, the amplifying unit 21 of the image removing receiving apparatus according to the exemplary embodiment of the present invention is connected in series with each other to form a transistor M 1 and a transistor M forming a cascaded amplifier. 2), the emitter terminal of the transistor (the inductor (L g is connected to the gate terminal of M 1)), the transistors (M 1 external capacitor (C ex1) connected between the gate terminal and the emitter terminal of) the transistors (M 1) attenuation inductor (L s) connected to, an inductor (L o) is connected to the collector terminal of the transistor (M 2), an inductor (L o) and a capacitor (C c) coupled between the collector terminal of the transistor (M 2) . Wherein the emitter terminal of the transistor (M 2) is connected to the collector terminal of the transistor (M 1), the transistor connected to the node (X) formed between the collector terminal of the emitter terminal and a transistor (M 1) of the (M 2) An image removal filter 220 is connected thereto.

영상 신호 제거 필터(22)는 연결 노드에 연결된 인덕터(Lf), 인덕터와 병렬되어 LC 필터를 형성하는 캐패시터(Ct), 인덕터(Lf)에 게이트 단자가 연결된 트랜지스터(M3), 트랜지스터(M3)의 에미터 단자에 병렬로 연결되어 있는 커패시터(Cf)을 포함하며, 트랜지스터(M3)의 에미터 단자에 전류원(If)이 생성된다. The image signal rejection filter 22 includes an inductor L f connected to a connection node, a capacitor C t parallel to the inductor to form an LC filter, a transistor M 3 having a gate terminal connected to the inductor L f , and a transistor. comprises a capacitor (C f) connected in parallel to the emitter terminal of the (M 3), and a current source (I f) is generated on the emitter terminal of the transistor (M 3).

이러한 구조에서, 증폭부(21)의 트랜지스터(M1)의 DC 바이어스 전압, 크기(W1), 외부 커패시터(Cex1)의 값, 감쇠(degenerative) 인덕터(Ls)들이 전력 억제된 잡음 및 입력 매칭 기술의 최적 원리에 따라 선택된다. In such a structure, the DC bias voltage of the transistor M 1 of the amplifier 21, the magnitude W1, the value of the external capacitor C ex1 , the noise and input in which the degenerative inductors L s are power suppressed It is selected according to the optimal principle of the matching technique.

게이트 인덕터(Lg)가 입력 임피던스 매칭(예를 들어, 50Ω)을 위하여 사용된다. 이에 따라 연결 노드(X)에서의 기생 커패시턴스(Cx)가 해당 노드에서의 임피던스보다 낮고 캐스케이드 구조의 이득을 감소시키므로, LNA의 잡음 지수(NF)를 향상시킬 수 있다. 여기서 기생 커패시턴스(Cx)는 트랜지스터(M2)에 의한 잡음이 더 두드러지도록 하기 때문에, 인덕터 Lf1을 이용하여 기생 커패시턴스(Cx)가 특정 주파수에서 병렬 공진에 의하여 제거될 수 있다. 그 결과 트랜지스터(M2)에 의한 잡음은 기생 커패시턴스(Cx)가 효과적으로 제거될 때 무시될 수 있다. Gate inductor L g is used for input impedance matching (eg, 50Ω). Accordingly, since the parasitic capacitance C x at the connection node X is lower than the impedance at the node and reduces the gain of the cascade structure, the noise figure NF of the LNA can be improved. Since the parasitic capacitance C x makes noise by the transistor M 2 more prominent, the parasitic capacitance C x can be removed by parallel resonance at a specific frequency using the inductor L f1 . As a result, noise by transistor M 2 can be ignored when parasitic capacitance C x is effectively removed.

도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 영상 제거 수신 장치의 영상 제거 필터부의 구조도이다. 9 is a structural diagram of an image removing filter unit of an image removing receiving apparatus according to another exemplary embodiment.

본 발명의 다른 실시 에에 다른 영상 제거 수신 장치의 영상 제거 필터부는영상 제거 하향 변환 혼합기(image-rejection down-conversion mixer:IR-Mixer)라고 명명될 수 있으며, 도 9에 도시된 영상 제거 하향 변환 혼합기는 싱글 발란스 길버트-셀 기술(single balanced Gilbert-cell)을 사용하고 있다.According to another embodiment of the present invention, an image removal filter unit of another image removal receiving apparatus may be referred to as an image-rejection down-conversion mixer (IR-Mixer), and the image removal down-conversion mixer shown in FIG. Uses single balanced Gilbert-cell technology.

도 9에 도시된 본 발명의 실시 예에 따른 영상 제거 필터(20)는 크게 트랜스컨덕턴스(transconductance)부(211), 스위칭부(212), 로딩(loading)부(213), 그리고 필터부(214)를 포함한다. The image removal filter 20 according to the exemplary embodiment of the present invention illustrated in FIG. 9 is largely comprised of a transconductance unit 211, a switching unit 212, a loading unit 213, and a filter unit 214. ).

트랜스컨덕턴스부(211)는 입력되는 RF 신호를 증폭하고 이것을 해당하는 전류 신호로 변환하는 트랜지스터(M11)을 포함하며, 스위칭부(212)는 차동 국부 발진 신호(differential local oscillator signal)에 의하여 구동되는 트랜지스터(M22, M32)를 포함하며, RF 신호를 차동 로컬 발진 신호와 곱하여 IF 신호로 출력한다. The transconductance unit 211 includes a transistor M 11 which amplifies an input RF signal and converts it into a corresponding current signal, and the switching unit 212 is driven by a differential local oscillator signal. Transistors M 22 and M 32 , which are multiplied by the differential local oscillation signal and output as an IF signal.

로딩부(213)는 전압 헤드룸(headroom)을 보유하기 위한 로딩 인덕터(Lo)를 포함하며, 이것은 선형성을 보다 향상시킬 수 있다. Loading unit 213 includes a load inductor (L o) for holding the voltage headroom (headroom), it is possible to improve the linearity.

필터부(214)는 트랜지스터(M4), 인덕터(Lf), 커패시터(Cf) 그리고 커패시터(Ct)를 포함하며, 위의 도 8에 도시된 필터(220와 동일한 구조로 이루어진다. 필터부(214)에 의하여 영상 신호가 보다 억제될 수 있다. 즉, 저잡음 증폭기 내부에 단지 하나의 영상 제거 기능을 가지는 종래의 수신기에 비하여, 본 발명의 실시 예에 따른 수신 장치의 영상 제거 비율을 증가시켜 효율적으로 영상 신호가 억제될 수 있다. The filter unit 214 includes a transistor M 4 , an inductor L f , a capacitor C f , and a capacitor C t , and has the same structure as the filter 220 illustrated in FIG. 8. The video signal can be further suppressed by the unit 214. That is, compared to a conventional receiver having only one video removal function inside the low noise amplifier, an image removal rate of the receiving device according to an embodiment of the present invention is increased. The video signal can be suppressed efficiently.

또한, 연결 노드(X)에서의 기생 커패시턴스(Cx)가 해당 노드에서의 임피던스보다 작기 때문에 트랜스컨덕턴스가 감소되어 RF 신호가 손실되고 잡음이 유발되어 혼합기의 변환 이득 및 잡음 지수가 감소된다. 그러므로, 본 발명의 실시 예에 따른 필터부(214)의 인덕터(Lf)을 이용하여 기생 커패시턴스(Cx)를 제거하여 영상 제거 필터부 즉, 영상 하향 변환 혼합기의 잡음 지수를 향상시킬 수 있다. In addition, since the parasitic capacitance C x at the connection node X is smaller than the impedance at the node, the transconductance is reduced, so that the RF signal is lost and noise is induced to reduce the conversion gain and noise figure of the mixer. Therefore, by removing the parasitic capacitance C x using the inductor L f of the filter unit 214, the noise figure of the image removing filter unit, that is, the image down-conversion mixer may be improved. .

이러한 구조로 이루어지는 본 발명의 실시 예에 따른 영상 제거 수신 장치의 전단(front-end)은 예를 들어, 1.8Vdml 전압으로 동작하는 0.18 ㎛ CMOS로 구현될 수 있다. 예를 들어, 2.4㎓ 대역의 광대역랜(WLAN)에서, 2.4㎓의 RF 신호가 입력되고 로컬 발진 신호가 400㎒의 IF 신호를 위해 2.0㎓ 이고, 영상 신호가 1.6㎓에 위치된다고 하자. 이 경우 도 9에서와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 영상 제거 필터부인 영상 하향 변환 혼합기에 의하면, 1㎜ 길이당 대략 0.8nH를 가지는 와이어 본딩(wire-boding)d 의하여 유도성 부궤환(inductive degeneration)이 구현될 수 있다. 오프칩(off-chip) 형태의 게이트 인덕터 Lg는 높은 퀄리티 팩터로 인하여, 온칩 인덕터에 비하여 보다 향상된 잡음 지수를 획득하기 위하여 사용된다. 로딩 인덕터(Lo) 및 (Lf)는 나선형 인덕터로 구현될 수 있다. The front-end of the image removal receiving apparatus according to the embodiment of the present invention having such a structure may be implemented with, for example, 0.18 μm CMOS operating at a voltage of 1.8 V dml. For example, in a 2.4 GHz wideband LAN, a 2.4 GHz RF signal is input, the local oscillation signal is 2.0 GHz for the 400 MHz IF signal, and the video signal is located at 1.6 GHz. In this case, according to the image down-conversion mixer, which is an image removing filter unit according to an embodiment of the present invention as shown in FIG. 9, inductive degeneration is performed by wire-boding d having approximately 0.8 nH per 1 mm length. ) May be implemented. The off-chip gate inductor L g is used to obtain an improved noise figure compared to the on-chip inductor due to the high quality factor. Loading the inductor (L o) and (L f) may be implemented as spiral inductors.

이러한 본 발명의 실시 예에 따른 영상 제거 하향 변환 혼합기에서, 로딩 인덕터(Lo)를 제외하고는 모든 구성 요소가 하나의 칩으로 집적화될 수 있다. In the image cancellation down-conversion mixer according to the embodiment of the present invention, all components except the loading inductor L o may be integrated into one chip.

본 발명의 실시 예에 따른 에서, 노치 필터를 사용한 경우와 사용하지 않은 경우에 따른 성능들을 비교하면 다음 표 1과 같다. In accordance with an embodiment of the present invention, comparing the performance according to the case of using and not using the notch filter is shown in Table 1 below.

Figure pat00015
Figure pat00015

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.

Claims (1)

수신되는 무선 주파수 신호를 필터링하여 무선 주파수 필터부;
필터링되어 출력되는 신호로부터 영상 신호를 제거하여 요구되는 수신 신호를 출력하는 영상 제거 필터부
를 포함하며,
상기 영상 제거 필터부는
상기 무선 주파수 필터부로부터 출력되는 신호를 증폭하여 출력하는 증폭부;
상기 증폭부로부터 출력되는 신호로부터 영상 신호를 제거하여 출력하며, 3차노치 필터로 이루어지는 영상 제거 필터;
상기 영상 신호가 제거된 신호와 입력되는 발진 신호를 혼합하여 출력하는 혼합기
를 포함하는, 영상 신호 제거 수신 장치.
A radio frequency filter unit filtering the received radio frequency signal;
Image removal filter unit for outputting the required received signal by removing the video signal from the filtered output signal
Including;
The image removal filter unit
An amplifier for amplifying and outputting a signal output from the radio frequency filter unit;
An image removal filter which removes and outputs an image signal from the signal output from the amplifying unit, and comprises a third notch filter;
A mixer for mixing and outputting the signal from which the image signal is removed and the input oscillation signal
Receiving device, including a video signal.
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