KR950005161B1 - Fm복조회로 - Google Patents

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KR950005161B1
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가부시키가이샤 도시바
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Abstract

내용 없음.

Description

FM복조회로
제1도는 본 발명에 따른 FM복조회로의 제1실시예를 나타낸 회로도.
제2도 및 제3도는 제1도에 도시한 회로의 위상특성에 대해 각 트랜지스터의 영향을 제거하여 해석하기 위한 등가회로 및 해석결과를 나타낸 도면.
제4도는 본 발명에 따른 FM복조회로의 다른 실시예를 나타낸 회로도.
제5도 및 제6도는 제4도에 도시한 회로의 위상특성에 대한 각 트랜지스터의 영향을 제거하여 해석하기 위한 등가회로 및 해석결과를 나타낸 도면.
제7도는 종래의 FM복조회로를 나타낸 회로도.
제8도는 및 제9도는 제7도에 도시한 회로의 위상특성에 대해 각 트랜지스터의 영향을 제거하여 해석하기 위한 등가회로 및 해석결과를 나타낸 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : FM변조입력신호전압원 2 : 차등증폭기(제1차등폭기)
3 : 이상회로(移相回路)
4 : 더블리 밸런스(doubly balance)형 차동곱셈회로
5 : 제1평형입력단자쌍 6 : 제2평형입력단자쌍
7 : 로우패스필터 10 : 제2차동증폭기
Rs: 저항소자 VIN: FM변조입력신호전압원의 신호전압
VOUT: 복조신호출력
본 발명은 FM(주파수변조) 수신기 등에서 사용되는 FM복조회로에 관한 것으으로, 특히 쿼드리쳐(quadrature) FM복조회로에 관한 것이다.
[종래의 기술 및 그 문제점]
종래, 쿼드리쳐 FM복조회로를 집적화할때에는 예컨대 제7도에 도시한 바와 같이 구성이 이용되고 있다.
제7도에서, 참조부호 +B는 전원, GND는 접지전위, 1은 FM변조입력신호전압원, VIN은 FM변조입력신호전압원(1)의 신호전압, 2는 상기 FM변조입력신호전압원(1)으로부터 FM변조신호가 입력되면 이것을 증폭하는 차등증폭기, 3은 상기 차동증폭기(2)으로부터 입력되는 FM변조신호의 중심주파수를 갖는 무변조상태인 반공파신호의 위상을 90°시프트시키는 이상회로(移相回路), 4는 더블리 밸런스형 차동곱셈회로, VOUT은 곱셈회로(4)의 출력신호전압(복조신호출력)이다.
상기 차동증폭기(2)는 FM변조입력신호전압원(1)의 양단에 각 베이스가 접속되고 각 에미터가 공통접속된 NPN트랜지스터(Q1,Q2)와, 차동쌍을 이루는 상기 트랜지스터(Q1,Q2)의 각 콜렉터와 전원(+B ; 교류적인 기준전위단)과의 사이에 대응하는 접속되어 있는 부하저항소자(R1,R2), 상기 트랜지스터(Q1,Q2)의 에미터 공통접속점과 GND와의 사이에 접속되어 있는 바이어스전류원(I1) 및, 상기 트랜지스터(Q1,Q2)중 한쪽(예컨대, Q2)의 베이스에 접속되어 있는 바이어스전압원(VB1)으로 구성되어 있다.
또, 상기 이상회로(3 ; 移相回路)는 상기 차동증폭기(2)의 한쌍의 출력단(트랜지스터(Q1,Q2)의 각 콜렉터)중 한쪽(예컨대 트랜지스터(Q1)의 콜렉터)에 접속된 입력단과 출력단과의 사이에 접속된 콘덴서소자(C1)와, 출력단과 전원(＋B ; 교류적인 기준전위단)과의 사이에 병렬로 접속된 콘덴서소자(C2)와 인덕턴스소자(L1) 및 저항소자(R3)로 구성되어 있다.
또, 상기 곱셈회로(4)는 상기 차동증폭기(2)의 한쌍의 출력단에 대응하여 접속된 제1평형입력단자쌍(5)과, 상기 이상회로(3)의 출력단 및 전원(+B ; 교류적인 기준전위단)에 대응하여 접속된 제2평형입력단자쌍(6), 상기 제1평형입력단자쌍(5)에 각 일단이 접속되어 있는 직류차단용 결합컨덴서소자(C4,C5), 이 콘덴서소자(C4,C5)의 각 타단에서 각 일단이 접속되어 있는 저항소자(R6,R7), 이 저항소자(R6,R7)의 각 타단에 공통으로 접속되어 있는 바이어스전압원(VB2), 상기 콘덴서(C4,C5)의 각 타단에 각 베이스에 접속되어 있으면서 차동쌍을 이루는 NPN트랜지스터(Q3,Q4), 이 트랜지스터(Q3,Q4)의 에미터공통접속점과 GND와의 사이에 접속되어 있는 바이어스전류원(I2), 이 트랜지스터(Q3)의 콜렉터에 에미터공통접속점이 접속되어 있으면서 차동쌍을 이루는 NPN트랜지스터(Q5,Q6), 각 콜렉터가 대응하여 상기 트랜지스터(Q5,Q,6)의 각 콜렉터에 접속되고 각 베이스에 대응하여 상기 트랜지스터(Q6,Q5)의 각 베이스에 접속되며 상기 트랜지스터(Q4)의 콜렉터에 에미터공통접속점이 접속되어 있으면서 차동쌍을 이루는 NPN트랜지스터(Q7,Q8) 및, 상기 트랜지스터(Q6,Q8)의 콜렉터공통접속점과 전원(+B)과의 사이에 접속되어 있는 로우패스필터(7)로 구성되어 있다.
이때 상기 로우패스필터(7)는 저항소자(R4)와 콘덴서소자(C3)로 이루어지고, 또한 제7도의 회로는 예컨대 이상회로(3 ; 移相回路) 이외의 것이 집적회되어 있고, 이상회로(3)는 집적회로의 외부에 접속된다.
상기 제7도의 회로에 있어서, 차동증폭기(2)의 자동출력단자의 2개의 교류신호전압을 V1과 V2, 이상회로(3)의 출력단의 교류신호전압을 V3으로 표시하면, 곱셈회로(4)의 한쪽의 평형입력단자쌍(5)의 교류입력신호전압(VX1)과 다른쪽의 평형입력단자쌍(6)의 교류입력신호전압(VB2)은,
VX1=V1-V2
VX2=V3
으로 나타내어진다. 따라서, 곱셈회로(4)는 차동증폭기(2)로부터 한쪽의 평형입력단자쌍(5)에 입력되는 FM변조신호와, 이상회로(3)로부터 다른 쪽의 평형입력단자쌍(6)에 입력되는 반송파신호를 곱셈한다. 그리고, 그 출력부의 로우패스필터(7)에 의해 곱셈출력신호 중의 반송파성분 및 그 고주파성분을 제거하고, 복조신호(FM변조전의 변조신호)를 추출하여 출력한다.
제8도 및 제9도는 제7도에 도시한 회로의 위상특성[반송파주파수(fin) 및 신호전압(VX1)에 대한 신호전압(VX2)의 위상차(Φ)의 관계]에 대해, 각 트랜지스터의 영향을 제거하여 해석하기 위한 등가회로 및 해석결과를 나타내고 있다.
이때, 제8도중 V'IN은 FM변조입력신호전압원(1)의 신호전압(VIN)의 역상(逆相)신호전압, 이상회로(3)의 콘덴서소자(C1)의 용량값은 6.8pF, 콘덴서소자(C2)의 용량값은 60pF, 인덕턴스소자(L1)의 값은 2.77μH, 저항소자(R3)의 값은 6.8kΩ인 것으로 한다.
제9도중, 위쪽에 특성은 반송파파수(fin) 및 신호전압(VX1)에 대한 신호전압(VX2)의 위상차(Φ)에 대해 차동증폭기(2)의 부하저항소자(R1 및 R2)의 값을 패러미터로 하여 나타내고 있고, 또 아래쪽의 특성은 상기 위상차(Φ)를 반송파주파수(fin)로 미분한 특성 [즉, 위상차(Φ)의 직선성]을 나타내고 있다.
제9도의 특성에 있어서 주목해야 할 것은 차동증폭기(2)의 부하저항소자(R1 및 R2)의 값이 높지 않으면 안되므로 위상차(Φ)의 직선성의 변곡점이 위상차(Φ)=90°인 점으로부터 벗어난다는 것이다. 이상회로(3)의 각 정수는 반송파주파수(fin)가 FM변조신호의 중심주파수인 경우에 위상차가 Φ=90°로 되도록 설정되므로, 차동증폭기(2)의 부하저항소자(R1 및 R2)의 값이 높게 되면 복조출력의 파형이 상하 비대칭으로 되어 복조출력의 찌그러짐이 악화되게 된다.
따라서, 제7도에 도시한 종래의 쿼드리쳐 FM복조회로는 찌그러짐을 적게하기 위해서는 차등증폭기(2)의 부하저항소자(R1 및 R2)의 값을 한없이 0으로 가깝게 되도록 적게 설정할 필요가 있지만, 차동증폭기(2)의 교류신호전압(V1,V2)의 진폭을 소저의 값으로 유지시키기 위해서는 그 바이어스전류원(I1)의 전류값을 현저히 크게하지 않으면 안되므로 전력손실이 상당히 크게 되어 전력절감형의 FM복조회로가 요구되는 경우에 부적당하였다.
상기한 바와 같이 종래의 쿼드리쳐 FM복조회로는 복조출력의 찌그러짐을 적게하기 위해 차동증폭기의 부하저항소자값을 작게 설정할 필요가 있는데, 차동증폭기의 교류신호전압의 진폭을 소정 값으로 유지시키기 위해서는 그 바이어스전류원을 크게 하지 않으면 안되므로 전력절감형의 FM복조회로가 요구되는 경우에는 부적당하다는 문제가 있었다.
[발명의 목적]
본 발명은 상기한 점을 감안하여 발명된 것으로, 간단한 구성이면서 소비전류를 크게 증대시키지 않고 복조출력이 찌그러짐을 최소로 억제할 수 있어, 전력절감형의 FM복조회로가 요구되는 집적회로화시에 매우 적당한 FM복조회로를 제공함에 그 목적이 있다.
[발명의 구성]
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, FM변조입력신호전압원으로부터 FM변조신호가 입력되면 그것을 증폭시키는 차동증폭기와, 이 차동증폭기로부터 입력되는 FM변조신호의 중심주파수를 갖는 무변조상태의 반송파신호의 위상을 시프트시키는 이상회로, 상기 차동증폭기로부터 한쪽의 평형입력단자쌍에 입력되는 FM변조신호와 사익 이상회로로부터 다른쪽의 평형입력단자쌍에 입력되는 반송파신호를 곱셈하여 복조신호를 출력시키는 곱셈회로를 갖춘 FM복조회로에 있어서, 상기 차동증폭기로부터 이상회로의 출력단에 공급하도록 접속된 저항소자, 또는 상기 차동증폭기로부터 상기 이상회로에 입력되는 반송파신호로서 역상이면서 그 진폭에 비하례하는 반송파신호전류룰 상기 이상회로의 출력단에 공급하는 전류공급수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
[작용]
상기와 같이 구성된 본 발명에서는 이상회로(移相回路)에 입력되는 반송파신호로서 역상(逆相)의 반송파신호가 저항소자를 매개하여, 또는 전류공급수단에서 이상회로의 출력단으로 공급됨으로써 등가적으로 이상회로의 이상특성이 제어되고 곱셈회로에 입력되는 반송파신호의 위상이 제어된다. 이 경우, 저항소자의 값 또는 전류공급수단의 변환콘덴서(Gm)를 적정하게 선택함으로써 곱셈회로에 입력되는 신호에 대산 위상차의 직선성 변곡점을(Φ)로 맞추어 넣은 것이 가능하게 되오 복조출력의 찌그러짐이 작게 억제되게 한다.
따라서, 소비전류를 억제하게 위해 차동증폭기의 바이어스전류원의 전류값을 작게 설정하여 차동증폭기의 교류신호전압의 진폭을 소정 값으로 유지시킬 수 있도록 차동증폭기의 부하저항소자값을 높게 설정한 경우에도, FM변조신호의 중심주파수에서 위상차의 직선성 변곡점을 위상차가 90°인 점으로 맞추어 넣은 것이 가능하게 되어 복조출력의 찌그러짐이 거의 악화되지 않게 된다.
[실시예]
이하, 예시도면을 참조하여 본 발명의 1실시예를 상세히 설명한다.
제1도는, 예컨대, 이상회로(3 ; 移相回路) 이외의 것이 집적회로화된 쿼드리쳐 FM복조회로를 나타내고 있고, 제7도를 참조하여 설명한 종래의 쿼드리쳐 FM복조회로에 비해 차동증폭기(2)로부터 이상회로(3)에 입력되는 반송파신호로서 역상이면서 그 진폭에 비례하는 반송파신호전압을 상기 차동증폭기(2)로부터 이상회로(3)의 출력단에 공급하기 위한 저항소자(R5)가 부가되어 있는(예컨대, 집적회로에 내장되어 있는) 점이 다르고, 그 외는 동일하므로 제7도와 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
상기 제1도의 회로에서는, 이상회로(3)의 입력되는 반송파신호로서 역상의 반송파신호가 이상회로(3)의 출력단에 공급됨에 의해 등가적으로 이상회로(3)의 이상특성(移相特性)이 제어되고, 곱셈회로(4)의 다른쪽 평형입력단자쌍(6)에 입력되는 반송파신호의 위상이 제어된다.
제2도 및 제3도는 제1도에 도시한 회로의 위상특성[반송파주파수(fin) 및 신호전압(VX1)에 대한 신호전압(VX2)의 위상차(Φ)의 관계]에 대해 각 트랜지스터의 영향을 제거하여 해석하기 위한 등가회로 및 해석결과를 나타내고 있다.
이때, 제2도중 R1=R2=2kΩ이고, 저항소자(R5)이외의 각 정수는 제7도에서와 같다.
제3도중, 윗쪽의 특성은 반송파주파수(fin) 및 신호전압(VX1)에 대한 신호전압(VX2)의 위상차(Φ)에 대한 저항소자(R5)의 값을 패러미터(R5=∞, 10kΩ, 5kΩ)로 하여 나타내고 있고, 아래쪽의 특성을 상기 위상차(Ω)를 반송파주파수(fin)로 미분한 특성(즉, 위상차(Ω)의 직선성)을 나타내고 있다.
제3도의 특성에 있어서, 위상차(Ω)의 직선성의 변곡점에 대응하는 위상차(Ω)가 R5=∞일때에 68°, R5=10kΩ일때 84°, R5=5kΩ일때 96°로 변화하고 있다. 즉, R5의 값을 ∞(종래예에 해당함)로부터 작아지게함에 따라 위상차(Ω)의 직선성의 변곡점이 90°보다 작은 값에서부터 90°로 가깝게 되고, 또 90°를 넘어 크게되어 감을 알 수 있다. 즉, R5의 값을 적정하게 성택함으로써 FM변조신호의 중심주파수에서 위상차(Ω)의 직선성의 변곡점을 위상차가 Ω=90°인 점에 맞추어 넣은 것이 가능하게 된다. 변곡점이 90°에 합치되면 복조출력의 파형은 상하대칭으로 되어 찌그러짐에 작게 억제되게 된다.
따라서, 소비전력을 억제하기 위해 차동증폭기(2)의 바이어스전류원(I)의 전류값을 작게 설정하고, 차동증폭기(2)의 교류신호전압(V1,V2)의 진폭을 소정 값으로 유지시킬 수 있도록 차동증폭기(2)의 부하저항소자(R1 및 R2)의 값을 높게 설정한 겨우(예컨대, R1=R2=2kΩ)에도 위상차(Ω)의 직선성의 변곡점을 위상차가 Ω=90°인 점에 맞추어 넣은 것이 가능하게 되어 복조출력의 찌그러짐이 거의 악화되지 않게 된다.
제4도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 쿼드러쳐 FM복조회로를 나타내고 있고, 제7도를 참조하여 설명한 종래의 쿼드러쳐 FM복조회로에 상기 차동증폭기(2 ; 이하, 제2차동증폭기라고 칭함)로부터 이상회로(3)에 입력되는 반송파신호호서 역상이면서 그 진폭에 비례하는 반송파 신호전류를 이상회로(3)의 출력단에 공급하는 전류공급수단이 부가되어 있는 점이 다르고, 그 외는 마찬가지이므로 제7도와 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
상기 전류공급수단으로서 예컨대, 상기 FM변조입력신호전압원(1)으로부터 FM변조신호가 입력되면 이것을 증폭하는 제2차동증폭기(1)가 설치되어 있다. 이 제2차동증폭기(10)는 각 에미터가 공통접속되고 각 베이스가 제1차동증폭기(2)의 차동쌍트랜지스터(Q1,Q2)의 각 베이스에 대응하는 접속된(즉, 제2차동증폭기2)와 마찬가지로 바이어스전압원(VX1) 및 FM변조입력신호전압원(1)에 접속되어 있다) NPN트랜지스터(Q9,Q10)와, 이 차동쌍을 이루는 트랜지스터(Q9,Q10)의 에미터공통접속점과 GMD와의 사이에 접속된 바이어스전류원(I3)으로 이루어져 통상 집적회로에 내장된다. 그리고, 상기 트랜지스터(Q9,Q10)중 한쪽 트랜지스터(Q9)의 콜렉터는 전원(+B ; 교류적인 기준단위단)에 접속되고, 다른쪽 트랜지스ㅌ(Q10)의 콜렉터는 상기 이상회로(3)의 출력단에 접속되어 있다.
상기 제4도의 회로에서는, 이상회로(3)에 입력되는 반송파신호로서 역상이면서 그 진폭에 비례하는 반송파신호전류가 이상회로(3)의 출력단에 공급됨에 의해, 등가적으로 이상회로(3)의 이상특성이 제어됨과 더불어 곱셈회로(4)의 다른쪽 평형입력단자쌍(6)에 입력되는 반송파신호의 위상이 제어된다.
제5도 및 제6도는 제4도에 도시한 회로의 위상특성[반송파주파수(fin) 및 신호전압(VX1)에 대한 신호전압(VX2)의 위상차(Φ)의 관계]에 대해 각 트랜지스터의 영향을 제거하여 해석하기 위한 등가회로 및 해석결과를 나타내고 있다.
이때, 제5도중 참조부호 GM은 입력전압(VY)를 전류출력으로 변환시키는 콘덕턴스회로로서, 그 변환콘덕턴스를 Gm으로 하면 출력전류(I0)는
I0=Gm×VY
로 된다. 또, R1=R2=2kΩ이고 그 외의 각 정수는 제7도와 마찬가지이다.
제6도중, 윗쪽의 특성은 반송파주파수(fin) 및 신호전압(신호전압(VX1)에 대한 신호전압(VX2)의 위상차(Φ)에 대해 Gm의 값을 0(종래예에 해당함), 0.1mS(지멘스), 0.2mS로 하여 나타내고 있다. 또, 아래쪽의 특성은 상기 위상차(Φ)를 반송파주파수(fin)로 미분한 특성(즉, 위상차 (Φ)의 직선성)을 나타내고 있다.
제6도의 특성에 있어서, 위상차 (Φ)의 직선성의 변곡점에 대응하는 위상차(Φ)가 Gm=0일때 68°, Gm=0.1mS일때 86°, Gm=0.2mS일때 105°로 변화하고 있다. 즉, Gm의 값을 0에서부터 커지게 함으로써 위상차(Ω)의 직선성의 변곡점이 90°보다 작은 값에서부터 90°로 가깝게 되고, 또 90°를 넘어 크게 되어 감을 알 수 있다. 즉, Gm의 값이 적정하게 되도록 바이어스전류원(I3)의 전류값을 선택함으로써 FM변조신호의 중심주파수에서 위상차(Ω)의 직선성의 변곡점을 위상차가 Ω=90°로 맞추어 넣은 것이 가능하게 되어 복조출력의 찌그러짐에 작게 억제하는 것이 가능하게 된다.
따라서, 소비전력을 억제하기 위해 제1차동증폭기(2)의 바이어스전류원(I1)의 전류값을 작게 설정하여, 제1차동증폭기(2)의 교류신호전압(V1,V2)의 진폭을 소정 값으로 유지시킬 수 있도록 제1차동증폭기(2)의 부하저항소자(R1 및 R2)의 값을 높게 설정한 경우(예컨대, R1=R2=2kΩ)에도 위상차(Ω)의 직선성의 변곡점을 위상차가 Ω=90°인 점에 맞추어 넣은 것이 가능하게 되어 복조출력의 찌그러짐이 거의 악화되지 않게 된다.
한편, 상기 제1차등증폭기(2)의 차동쌍을 이루는 트랜지스터(Q1,Q2)의 각 에미터측에 각각 저항소자를 삽입하여 이득을 희망하는 값으로 조정하도록 하여도 좋다.
또, 상기 실시예에서 나타낸 각 정소 및 도면중에 도시한 반송파주파수(fin)의 값은 일례로서, 본 발명은 상기 수치예에만 한정되는 것은 아니다.
[발명의 효과]
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 종래의 쿼드러쳐 FM복조회로에 대하여 1개의 저항소자 또는 간단한 구성의 전류공급수단을 부가하는 것만으로 소비전력을 크게 증가시키지 않고 복조출력의 찌그러짐을 최소로 억제할 수 있어, 전력절감의 FM복조회로가 요구되는 집적회로화시에 매우 적당한 FM복조회로를 실현할 수가 있다.

Claims (4)

  1. FM변조입력신호전압원(1)으로부터 FM변조신호가 입력되면 그것을 증폭시키는 차동증폭기(2)와, 이 차동증폭기(2)로부터 입력되는 FM변조신호의 중심주파수를 갖는 무변조상태의 반송파신호의 위상을 시프트시키는 이상회로(3) 및, 상기 차동증폭기(2)로부터 한쪽의 평형입력단자쌍(5)에 입력되는 FM변조신호와 상기 이상회로(3)로부터 다른쪽의 평형입력단자쌍(6)에 입력되는 반소파신호를 곱셈하여 복조신호를 출력시키는 곱셈회로(4)를 갖춘 FM변조신호에 있어서, 상기 차동증폭기(2)로부터 이상회로(3)에 입력되는 반송파신호로서 역상의 반송파신호전압을 상기 차동증폭기(2)에서 이상회로(3)의 출력단에 공급하도록 접속된 저항소자(R5)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 FM복조회로.
  2. FM변조입력신호전압원(1)으로부터 FM변조신호가 입력되면 그것을 증폭시키는 차동증폭기(2)와, 이 차동증폭기(2)로부터 입력되는 FM변조신호의 중심주파수를 갖는 무변조상태의 반송파신호의 위상을 시프트시키는 이상회로(3) 및, 상기 차동증폭기(2)로부터 한쪽의 평형입력단자쌍(5)에 입력되는 FM변조신호와 상기 이상회로(3)로부터 다른쪽의 평형입력단자쌍(6)에 입력되는 반송파신호를 곱셈하여 복조신호를 출력시키는 곱셈회로(4)를 갖춘 FM변조회로에 있어서, 상기 차동증폭기(2)로부터 이상회로(3)에 입력되는 반송파신호로서 역상이면서 그 진폭에 비례하는 반송파신호전류를 상기 이상회로(3)의 출력단에 공급하는 전류공급수단(10)이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 FM복조회로.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전류공급수단(10)이 상기 차동증폭기(2)와는 별도로 설치되고, 상기 차동증폭기(2)와 마찬가지로 상기 FM변조신호가 입력되면 그것을 증폭시키는 제2차동증폭기인 것을 특징으로 하는 FM복조회로.
  4. 제2항에 있어서, 상기 차동증폭기(2)의 차동쌍을 이루는 트랜지스터(Q1,Q2)의,각 에미터측에 각각 저항소자가 삽입되어 있는 특징으로 하는 FM복조회로.
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