KR20120070054A - 4 위상 전압 제어 발진기 - Google Patents

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정재호
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백동현
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한국전자통신연구원
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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 4 위상 전압 제어 발진기는, 전원단과 제 1 바이어스단 사이에 연결되고, 제 1 및 제 2 발진 신호들을 생성하는 제 1 전압 제어 발진부, 상기 전원단과 제 2 바이어스단 사이에 연결되고, 상기 제 1 및 제 2 발진 신호들 각각에 180° 위상 차이를 갖는 제 3 및 제 4 발진 신호들을 생성하는 제 2 전압 제어 발진부, 및 상기 제 1 바이어스단과 접지단 사이에 연결되고, 상기 제 2 바이어스단과 상기 접지단 사이에 연결되는 바이어싱 변압기를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 전압 제어 발진부들 각각은, 상보적으로 크로스 커플링된 피모스 트랜지스터들과 엔모스 트랜지스터들, 하나의 변압기, 버랙터들, 및 커패시터들을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 전압 제어 발진부들 각각의 공진 주파수는, 상기 변압기, 상기 버랙터들, 및 상기 커패시터들에 의하여 결정된다. 본 발명에 따른 4 위상 전압 제어 발진기는 개별적인 인덕터들을 사용하지 않고 하나의 변압기로 구현함으로써, 면적 소모를 줄이면서 직류 바이어싱 문제를 해결할 수 있다.

Description

4 위상 전압 제어 발진기{QUADRATURE-PHASE VOLTAGE CONTROLLED OSCILLATOR}
본 발명은 4 위상 전압 제어 발진기에 관한 것이다.
4 위상 전압 제어 발진기는 크기가 서로 동일하고 위상이 90° 씩 지연된 4개의 발진 신호를 발생시키기 위한 회로로서, 현재 직접 변환 방식의 유, 무선 송수신기에서 주로 활용되고 있다. 예를 들어, 4위상 위상/진폭변조방식(QPSK : Quadrature Phase Shift-Keying)을 사용하는 무선 시스템이나 각종 유/무선 통신 송수신기(transceiver) 구조에 사용되는 4위상 국부발진기(LO : Local Oscillator)에 적용되고 있다.
본 발명의 목적은 면적 소모를 줄이고, 직류 바이어싱 문제를 해결하는 4 위상 전압 제어 발진기를 제공하는데 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 4 위상 전압 제어 발진기는, 전원단과 제 1 바이어스단 사이에 연결되고, 제 1 및 제 2 발진 신호들을 생성하는 제 1 전압 제어 발진부, 상기 전원단과 제 2 바이어스단 사이에 연결되고, 상기 제 1 및 제 2 발진 신호들 각각에 90° 위상 차이를 갖는 제 3 및 제 4 발진 신호들을 생성하는 제 2 전압 제어 발진부, 및 상기 제 1 바이어스단과 접지단 사이에 연결되고, 상기 제 2 바이어스단과 상기 접지단 사이에 연결되는 바이어싱 변압기를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 전압 제어 발진부들 각각은, 상보적으로 크로스 커플링된 피모스 트랜지스터들과 엔모스 트랜지스터들, 하나의 변압기, 버랙터들, 및 커패시터들을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 전압 제어 발진부들 각각의 공진 주파수는, 상기 변압기, 상기 버랙터들, 및 상기 커패시터들에 의하여 결정된다.
본 발명에 따른 4 위상 전압 제어 발진기는 개별적인 인덕터들을 사용하지 않고 하나의 변압기로 구현함으로써, 면적 소모를 줄이면서 직류 바이어싱 문제를 해결할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 4 위상 전압 제어 발진기를 보여주는 도면이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 4 위상 전압 제어 발진기(100)를 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 4 위상 전압 제어 발진기(100)는 제 1 전압 제어 발진부(110), 제 2 전압 제어 발진부(120), 및 바이어싱 변압기(130)를 포함한다.
제 1 전압 제어 발진부(110)는 전원단(VDD)과 제 1 바이어스단(Vs1) 사이에 연결되고, 제 1 및 제 2 발진 신호들(IP, IN)을 생성한다.
제 2 전압 제어 발진부(120)는 전원단(VDD)과 제 2 바이어스단(Vs2) 사이에 연결되고, 제 1 전압 제어 발진부(110)로부터 출력되는 제 1 및 제 2 발진 신호들(IP,IN) 각각에 90°위상차를 갖는 제 3 및 제 4 발진 신호들(QP, QN)을 생성한다.
제 1 및 제 2 전압 제어 발진부들(110, 120)은 서로 동일한 구성들로 구현될 수 있다. 아래에서는 설명의 편의를 위하여 제 1 전압 제어 발진부(110)에 대하여만 설명하도록 하겠다.
제 1 전압 제어 발진부(110)는 하트리(Hartly) 전압 제어 주파수 생성 장치를 차등 구조로 구현함으로써, 저잡음의 2 위상 신호들(IP, IN)을 생성할 수 있다.
제 1 전압 제어 발진부(110)는, 피모스 트랜지스터들(M1, M2)과 엔모스 트랜지스터들(M3, M4)이 상보적으로 크로스 커플링된(complementary cross-coupled) 구조로 구현됨으로써 부성 저항(negative resistance) 만든다. 이렇게 형성된 부성 저항 값으로 인하여 공진(혹은 발진)이 시작한다. 여기서, 제 1 전압 제어 발진부(110)의 공진 주파수는 하나의 변압기(112; L1, L2, L3, L4), 버랙터들(V1, V2) 및 커패시터들(C1, C2, C3, C4)에 의해 결정된다. 여기서 하나의 변압기(112)는 복수의 인덕턴스 성분들(L1, L2, L3, L4)을 포함한다.
한편, 공진 주파수는, 노드(Vc1)로 들어가는 전압(0.1V ~1.1V)에 의해 버랙터들(V1, V2)의 캐패시턴스 값이 가변됨으로써 조절될 수 있다.
본 발명에서는 직류 바이어스(dc-biasing) 문제를 해결하기 위하여, 인덕터들(L1, L2, L3, L4)이 하나의 5포트 변압기(112)로 구현된다.
제 2 전압 제어 발진부(120)도 제 1 전압 제어 발진부(110)와 동일하게 구현될 것이다. 제 2 전압 제어 발진부(120)의 공진 주파수는 하나의 변압기(122; L5, L6, L7, L8), 버랙터들(V3, V4), 및 커패시터들(C5, C6, C7, C8)에 의해 결정된다.
바이어싱 변압기(130)는 제 1 전압 제어 발진부(110)과 제 2 전압 제어 발진부(120)를 접지단(GND)에 연결한다. 예를 들어, 바어이싱 변압기(130)는 제 1 전압 제어 발진부(110)의 제 1 바이어스단(Vs1)과 접지단(GND) 사이에 연결되고, 동시에 제 2 전압 제어 발진부(120)의 제 2 바이어스단(Vs1)과 접지단(GND) 사이에 연결된다.
아래에서는, 4 위상 전압 제어 발진기(100)에 대한 동작 설명을 하도록 하겠다. 제 1 바이어스단(Vs1) 및 제 2 바이어스단(Vs2)의 전압 스윙이 동일 위상(In-Phase) 일 때에는, 노드(IP) 및 노드(QP)의 전압 스윙 역시 동일 위상이 된다. 이때, 4 위상 전압 제어 발진기(100)는 전압 제한 영역에서 동작한다.
반면에, 제 1 바이어스단(Vs1) 및 제 2 바이어스단(Vs2)의 전압 스윙이 반대 위상(Anti-Phase)일 때에는, 노드(IP)의 위상과 노드(QP)의 위상이 90° 차이가 난다. 또한, 제 1 바이어스단(Vs1) 및 제 2 바이어스단(Vs2)에서 발생하는 2차 하모닉 주파수 때문에 노드들(IP, IN, QP, QN)의 전압 스윙 크기가 커진다. 이때, 4 위상 전압 제어 발진기(100)는 전류 제한 영역에서 동작한다.
처음에 전압이 인가될 때, 제 1 및 제 2 바이어스단들(Vs1, Vs2)는 짝수 모드(Even mode; In-Phase)로 동작한다. 그러나 강한 전류가 흐르게 되면, 루프의 비선형 특성의 선택으로 인해 홀수 모드(Odd mode; Anti-Phase)로 동작한다. 이로써, 저 잡음의 4 위상 신호가 생성된다.
이때 바이어싱 변압기(L9, L10)는 서로 커플링 되어 있기 때문에 자연스럽게 홀수 모드를 유도하고, 동시에 인덕터 2개를 썼을 때 생기는 면적 소모를 줄일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 4 위상 전압 제어 발진기(100)는 개별적인 인덕터들을 사용하지 않고 변압기(112/122/130)로 구현함으로써, 면적 소모를 줄이면서 직류 바이어싱 문제를 해결할 수 있다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지로 변형할 수 있다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허 청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 4 위상 전압 제어 발진기
110: 제 1 전압 제어 발진부
120: 제 2 전압 제어 발진부
130: 바이어싱 변압기

Claims (1)

  1. 전원단과 제 1 바이어스단 사이에 연결되고, 제 1 및 제 2 발진 신호들을 생성하는 제 1 전압 제어 발진부;
    상기 전원단과 제 2 바이어스단 사이에 연결되고, 상기 제 1 및 제 2 발진 신호들 각각에 180° 위상 차이를 갖는 제 3 및 제 4 발진 신호들을 생성하는 제 2 전압 제어 발진부; 및
    상기 제 1 바이어스단과 접지단 사이에 연결되고, 상기 제 2 바이어스단과 상기 접지단 사이에 연결되는 바이어싱 변압기를 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 전압 제어 발진부들 각각은, 상보적으로 크로스 커플링된 피모스 트랜지스터들과 엔모스 트랜지스터들, 하나의 변압기, 버랙터들, 및 커패시터들을 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 전압 제어 발진부들 각각의 공진 주파수는, 상기 변압기, 상기 버랙터들, 및 상기 커패시터들에 의하여 결정되는 4 위상 전압 제어 발진기.
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