KR970008176B1 - 이동통신기기의 선형 저전력 다운컨버터 - Google Patents
이동통신기기의 선형 저전력 다운컨버터 Download PDFInfo
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Abstract
요약 없음.
Description
제 1 도는 일반적인 이동통신기기의 블록 구성도.
제 2 도는 제 1 도에 따른 송,수신부에 대한 상세 구성도.
제 3 도는 선형 및 비선형 성분 추출을 위한 흐름도.
제 4 도는 일반적으로 이용되는 비선형 해석법에 의한 다운컨버터의 블록 구성도.
제 5 도는 본 발명에 따른 선형 저전력 다운컨버터의 블록 구성도.
제 6 도는 제 5 도의 상세 회로 구성도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 듀플렉서2 : 수신부
3 : 송신부12 : 전압제어발진기
13 : 버퍼증폭기14 : 체배기
15 : 체배증폭기16 : 전력분배기
17 : 전력증폭기18 : 저잡음증폭기
19 : LO 증폭기20 : 다운컨버터
21 : 중간주파증폭기30 : 고주파 및 국부발진신호 정합부
31 : 제 1 단락공진부40 : 선형 중간주파증폭부
41 : 잡음제거부42 : 필터부
43 : 감쇠부50 : 중간주파 출력 정합부
51 : 제 2단락공진부52 : 단락정합부
본 발명은 이동통신기기에 관한 것으로, 특히 반도체의 비선형성을 그대로 유지시키면서 설계 접근방식을 국부발진신호 한쪽 단자에 집중시킨 싱글 톤(Single tone) 설계방식을 적용한 이동통신기기의 선형 저전력 다운컨버터(Down converter)에 관한 것이다.
상기 다운컨버터는 주파수 혼합기로서, 어떤 전기적인 신호의 주파수를 변환하는 장치로서 국부발진(Location Oscillator ; 이하 'LO'라 약칭함) 신호와 중간주파(Intermediate Frequency ; 이하 'IF'라 약칭함) 신호를 입력으로 받아서 두 신호 주파수의 합 또는 차를 주파수로 갖는 IF 신호를 출력하는 기능을 갖는다.
일반적으로, 수퍼헤테로다인 통신방식이 제안된 이후로 다운컨버터 주파수 혼합기는 대부분 수신기의 한 구성요소로 사용되어 왔으며, 현재는 기술발전에 힘입어 사용소자가 다이오드에서 FET로 전환되어 가고 있다.
비선형 소자에 의한 고주파 회로 설계는 1965년 미국의 벨(Bell) 연구소에서 다이오드와 트랜지스터를 이용한 설계가 처음으로 이루어졌으며, 70~80년대에는 다이오드 소자가 갖는 변환손실로 인해 BJT나 FET와 같은 트랜지스터가 상대적으로 많이 이용되었는데, 그 이유는 변환이득을 갖는다는 잇점이 있기 때문이다.
일반적인 이동통신기기의 구성은 제 1 도에 도시된 바와 같이 안테나(ANT)로 송수신되는 고주파 신호를 분리시키는 듀플렉서(1)와, 상기 듀플렉서(1)로부터 분리된 신호를 증폭 복조하여 수신하는 수신부(2)와, 상기 듀플렉서(1)를 통해 송신시 신호를 증폭 및 변조하여 송신하는 송신부(3)와, 상기 수신부(2) 및 송신부(3)로 송수신되는 주파수와 발진 주파수를 혼합하는 주파수 혼합부(4)와, 모든 회로를 제어하는 중앙처리장치(5)와, 상기 중앙처리장치(5)의 제어에 따라 송수신되는 음성 및 데이타를 저장하기 위한 제1 내지 제 3메모리(6-8)와, 송수신되는 데이타를 표시하는 액정표시부(11)와, 송수신되는 음성을 입력 및 출력하는 마이크(MIC) 및 스피커(SPK)와, 전송데이타를 입력하는 자판(9)으로 구성되었다.
상기한 구성에서 다운컨버터가 위치한 상세 구성을 제 2 도를 참조하여 설명하면, 먼저 송신부(3)는 전압 제어발진기(12)에서 발진된 신호를 증폭하는 버퍼 증폭기(13)와, 상기 버퍼 증폭기(13)로부터 증폭된 주파수를 정수배하는 체배기(14)와, 상기 체배기(14)를 통해 정수배된 주파수를 증폭하는 체배증폭기(15)와, 체배증폭기(15)로부터 증폭된 신호의 전력을 분배하는 전력분배기(16)와, 상기 전력분배기(16)로부터 분배된 전력을 송신하기 위해 고주파로 증폭하는 전력증폭기(17)로 구성되어져 있고, 또한 수신부(2)는 안테나(ANT)로 수신된 RF(Radio Frequency)를 RF 필터를 통해 필터링한 주파수를 증폭하는 저잡음 증폭기(18)와, 국부발진(LO) 주파수를 증폭하는 LO 증폭기(19)와, 상기 저잡음 증폭기(18)와 LO 증폭기(19)로부터 출력된 신호를 혼합하여 높은 주파수를 낮은 주파수로 낮추어 중간주파신호를 출력하는 다운컨버터(20)와, 상기 다운컨버터(20)에서 출력된 IF 신호를 증폭하는 IF 증폭기(21)로 구성되었다.
이와같이 고주파 회로 설계시 선형설계방법 보다는 비선형 설계방법이 통상 널리 사용된다.
그 이유는 최근 급속하게 발전을 거듭하면서 고성능 제품이 연이어 나오면서도 가격은 상대적으로 낮아져서 상품화에 매우 유리하기 때문이다.
따라서, 상기 선형 및 비선형 성분 추출을 위한 흐름을 제 3 도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
비선형성을 갖는 반도체소자인 트랜지스터(BJT, FET, HEMT등)에 대한 직류(DC) 측정후 기생소자값을 계산하고, 교류(AC) 산란계수 측정후 여러 직류(DC) 바이어스에 대한 산란계수를 측정한 값에 따라 선형 등가회로를 구성(소신호 모델 파라미터)하여 전력동작범위가 매우 작은 신호를 나타내는 소신호 테이타(Small Signal data)를 이용하는 선형설계법으로 선형성분을 추출하고, 상기 선형등가회로 구성이 아닐 경우 비선형 등가회로(대신호 모델 파라미터)를 구성하여 전력동작범위가 매우 큰 신호를 나타내는 대신호 데이타(Large Signal data)를 이용하는 비선형설계법으로 비선형성분을 추출한다.
이때, 트랜지스터에 대한 잡음지수를 측정하고 최소잡음지수를 계산한 값과 상기 소신호 모델 파라미터에 의한 잡음지수 등가회로를 구성하여 잡음성분을 추출한다.
이에 따라 일반적으로 이용되는 비선형 해석방법에 의한 다운컨버터 회로의 블록 구성은 제 4 도에 도시된 바와 같이, RF 신호를 입력으로 받아 RF 신호의 임퍼던스를 정합하는 RF 입력 정합부(25)와, LO 신호를 입력으로 받아 LO 신호를 정합하는 LO 입력 정합부(26)와, 상기 RF 입력 정합부(25)와 LO 입력 정합부(26)로부터의 RF 및 LO 두 입력신호 상호간의 간섭이나 영향을 최대로 줄여 상대적으로 신호의 세기가 큰 LO 신호를 IF 신호로 출력하기 전에 제거하는 트랜지스터(예 ; BJT, FET)(27)와, 상기 트랜지스터(27)에서 출력된 신호를 최대로 하기 위해 출력 임퍼던스를 정합하는 IF 출력 정합부(28)로 구성된다.
이와 같은 구성으로 매우 낮은 신호레벨인 RF 신호가 캐리어 신호인 LO 신호에 의해 주파수가 변환된 새로운 신호레벨인 IF 신호가 출력되는데, 이와 같은 방식은 반드시 비선형 설계법에 의한 투-톤(Two-tone)(즉, 주파수 혼합기에서만 사용되는 특수용어로 입력신호가 두개임을 나타냄) 입력방식으로 회로를 설계하여야 한다.
여기서, RF 신호는 트렌지스터(27)에 입력되기 전 정합회로를 거쳐 손실이 전혀 없도록 복소정합회로를 구성해야 하며, 또한 IF 출력 정합부(28)를 통해 IF 신호가 출력되는 주파수에서 단락공진회로도 함께 병행해서 고려해야 한다.
또한, 상기 LO 신호 역시 트랜지스터(27)에 입력되기 전 정합회로를 거쳐 전혀 손실이 없도록 무손실 정합회로를 구성해야 한다.
그리고 상기 IF 출력 정합부(28)에서 출력되는 IF 신호에서는 강한 캐리어 주파수 신호인 LO 주파수에 대해서 단락정합회로가 구성되어야 한다.
이는 출력잡음지수를 낮추는 매우 중요한 역할을 한다.
이상과 같이 다운컨버터 주파수 혼합기 설계시 반도체 소자의 비선형 부분을 갖고 있는 많은 유용한 요소들을 적절하게 이용함으로써 만족스러운 특성을 얻는데 중요한 작용을 했음에 틀림없지만, 비선형 성분자체가 갖고 있는 불규칙성은 동일한 웨이퍼상에서 제작된 소자라 할지라도 각각의 비선형 성분이 전부 다르기 때문에 각각의 개별소자에 대해서 모두 비선형 등가회로를 구성해야 하는 문제점이 있었다.
이러한 비선형 성분을 이용한 회로 구성에서 복잡하고 어려운 추출과정을 거쳐야 하는 비선형 설계기법이 아닌 간단한 선형설계기법을 이용하므로써 투-톤 방식이 아닌 싱글-톤(입력신호가 한개) 방식으로 전환하여 회로를 설계함으로써 매우 간단하고 용이한 회로를 설계할 필요가 있다.
따라서, 본 발명에서는 상기 문제점을 해결하기 위해 반도체 소자인 트랜지스터의 복잡한 파라미터 추출과정을 거쳐야 하는 대신호 데이타 대신 일반적으로 사용되는 소신호 데이타를 사용해서 투-톤 입력방식을 싱글-톤 입력방식으로 전환시킨 이동통신기기의 선형 저전력 다운컨버터를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명을 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명은 선형설계법이므로 두 입력(RF 신호와 LO 신호)을 하나로 묶은 형태의 싱글-톤 입력방식으로 구성한 것으로, 입력신호인 RF 신호가 낮은 입력신호레벨을 갖는 경우 구태여 복잡하고, 비용도 많이 들뿐만 아니라, 많은 변수를 갖는 비선형 설계법에 의존하지 않고서도 강한 캐리어 신호성분을 지닌 국부발진(LO)신호만을 입력단자로 보고 주파수 혼합기를 설계하는 방식의 저전력 다운컨버터 주파수 혼합기는 매우 낮은 입력신호레벨을 갖는 높은 주파수를 낮은 주파수로 하향 변환시키는 역할을 한다.
이에 따른 본 발명의 구성은 제 5 도에 도시된 바와같이, 고주파(RF)신호와 국부발진(LO)신호를 싱글-톤 입력으로 받아 정합하는 고주파 및 국부발진신호 정합부(30)와, 상기 고주파 및 국부발진신호 정합부(30)로부터 출력된 중간주파신호에서 국부발진식호의 출력잡음지수를 낮추어 트랜지스터(FET1)의 게이트에 인가하는 잡음제거부(41), 상기 잡음제거부(41)에서 잡음이 제거된 고주파신호와 국부발진신호 상호간의 간섭이나 영향을 최대로 줄이기 위해 상기 트랜지스터(FET1)의 드레인에 접속되어 상대적으로 신호와 세기가 큰 국부발진신호를 중간주파신호로 출력하기 전에 제거하는 필터부(42), 상기 필터부(42)를 통해 출력 된 신호의 감쇠를 크게 하여 수신감도를 증대시키는 감쇠부(43)를 포함하는 선형 중간주파증폭부(40)와, 상기 선형 중간주파증폭부(40)의 필터부(42)를 통과한 중간주파출력신호를 최대로 전달하기 위해 정합하는 중간주파출력 정합부(50)로 구성된다.
상기한 고주파 및 국부발진신호 정합부(30)에는 직렬공진시 임퍼던스를 최소로 되게 고파를 접지로 바이패스시켜 제거하는 제 1 단락공진부(31)가 부가되고, 상기 중간주파출력 정합부(50)에는 중간주파출력 정합부(50)로부터 출력된 중간주파신호에서의 고조파를 접지로 바이패스시켜 제거하는 제2단락공진부(51)와 이 중간주파신호에서 불필요한 부분을 재차 제거하는 단락정합부(52)가 부가된다.
이와 같은 구성에 의한 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.
고주파 및 국부발진신호 정합부(30)는 싱글-톤 입력방식에 의해 고주파신호와 국부발진신호가 입력되고, 이때 제 1 단락공진부(31)(즉, L1과 C1으로 구성)를 통해 입력된 신호의 고조파를 제거한다.
상기 제 1 단락공진부(31)에서 고조파가 제거된 중간주파신호중의 국부발진신호의 잡음을 잡음제거부(41)를 통해 제거하여 트랜지스터(FET1)의 게이트에 인가하여 동작시킨다.
이와 같이 동작시에 감쇠를 크게 하기 위해 감쇠부(43)의 저항값(Rs)을 크게 하고, 인덕턴스값(L1)을 작게 한다.
상기 필터부(42)는 상기 잡음제거부(41)에 의해 잡음이 제거된 신호에서 국부발진신호를 제거한다.
상기 국부발진신호가 제거되어 출력된 중간주파신호에서 제 2 단락공진부(즉, L2와 C2로 구성)(51)에 의해 고조파를 재차 바이패스시켜 출력된 중간주파신호에서 불요파를 단락정합부(52)를 통해 정합하여 중간주파신호를 출력한다.
이에 따라 본 발명은 저전력 다운컨버터 주파수 혼합기 설계시 복잡하고 비용이 많이 드는 비선형 설계법으로 설계하지 않고서도 충분히 원하는 특성을 얻을 수 있으므로, 회로의 응용은 다양하다.
이상과 같이 본 발명은 무선전화기, 휴대폰, 페이져등의 이동통신기기류에서 간단한 선형 데이타성분으로 설계할 수 있을 뿐만 아니라 단시간에 회로를 완성할 수 있는 잇점이 있다.
Claims (3)
- 고주파(RF)신호와 국부발진(LO)신호를 싱글-톤 입력으로 받아 정합하는 고주파 및 국부발진신호 정합부(30)와, 상기 고주파 및 국부발진신호 정합부(30)로부터 출력된 중간주파신호에서 국부발진신호의 출력 잡음지수를 낮추어 트랜지스터(FET1)의 게이트에 인가하는 잡음제거부(41), 상기 잡음제거부(41)에서 잡음이 제거된 고주파신호와 국부발진신호 상호간의 간섭이나 영향을 최대로 줄이기 위해 상기 트랜지스터(FET1)의 드레인에 접속되어 상대적으로 신호의 세기가 큰 국부발진신호를 중간주파신호로 출력하기 전에 제거하는 필터부(42), 상기 필터부(42)를 통해 출력된 신호의 감소를 크게 하여 수신감도를 증대시키는 감쇠부(43)를 포함하는 선형 중간주파 증폭부(40)와, 상기 선형 중간주파 증폭부(40)의 필터부(42)를 통과한 중간주파출력신호를 최대로 전달하기 위해 정합하는 중간주파출력 정합부(50)로 구성된 것을 특징으로 하는 이동통신기기의 선형 저전력 다운컨버터.
- 제 1 항에 있어서, 상기 고주파 및 국부발진신호 정합부(30)에는 직렬공진시 임피던스를 최소로 되게 고조파를 접지로 바이패스시켜 제거하는 제 1 단락공진부(31)가 부가되는 것을 특징으로 하는 이동통신기기의 선형 저전력 다운컨버터.
- 제 1 항에 있어서, 상기 중간주파출력 정합부(50)에는 상기 중간주파출력 정합부(50)로부터 출력된 중간주파신호에서의 고조파를 접지로 바이패스시켜 제거하는 제2 단락공진부(51)와 이 중간주파신호에서 불필요한 부분을 재차 제거하는 단락공진부(52)가 부가된 것을 특징으로 하는 이동통신기기의 선형 저전력 다운컨버터.
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