KR100826444B1

KR100826444B1 - 디제너레이션 저항을 이용한 광대역 전압제어발진기

Info

Publication number: KR100826444B1
Application number: KR1020060104637A
Authority: KR
Inventors: 이수웅; 나유삼; 김규석; 조병학; 오승민
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2006-10-26
Filing date: 2006-10-26
Publication date: 2008-04-29

Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 디제너레이션 저항을 이용한 광대역 전압제어발진기는, 튜닝전압에 따라 가변되는 커패시턴스 및 인덕턴스에 의해 결정된 주파수에서 공진하는 공진부; 크로스-커플드 트랜지스터 쌍으로 이루어져 상기 공진부에 연결되고, 흐르는 전류에 따라 Gm값이 결정되고, 상기 공진부에 상기 Gm값에 따라 발진용 에너지를 공급하여 서로 다른 위상을 갖는 제1,제2 주파수 신호를 출력하는 제1,제2 MOS 트랜지스터를 포함하는 Gm 셀부; 및 상기 제1 MOS 트랜지스터와 접지 사이에서 서로 병렬로 연결된 제1 복수의 디제너레이션 저항들과, 상기 제1 복수의 디제너레이션 저항들 각각을 선택하기 위한 복수의 스위치를 포함하여, 상기 제1 MOS 트랜지스터에 흐르는 전류를 조절하는 제1 디제너레이션 회로부; 및 상기 제2 MOS 트랜지스터와 접지 사이에서 서로 병렬로 연결된 제2 복수의 디제너레이션 저항들과, 상기 제2 복수의 디제너레이션 저항들 각각을 선택하기 위한 복수의 스위치를 포함하여, 상기 제2 MOS 트랜지스터에 흐르는 전류를 조절하는 제2 디제너레이션 회로부를 포함한다.

디제너레이션 저항, 광대역, 전압제어발진기, VCO, 크로스-커플드 트랜지스터

Description

디제너레이션 저항을 이용한 광대역 전압제어발진기{WIDE-BAND VOLTAGE CONTROLLED OSCILLATOR USING DEGENERATION RESISTORS}

도 1은 종래기술에 따른 광대역 전압제어발진기의 구성도.

도 2는 종래기술에 따른 다른 광대역 전압제어발진기의 구성도.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 광대역 전압제어발진기의 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 공진부 200 : Gm 셀부

300 : 제1 디제너레이션 회로부 310 : 제1 저항회로

320 : 제1 스위치 회로 400 : 제2 디제너레이션 회로부

410 : 제2 저항회로 420 : 제2 스위치 회로

VT : 튜닝전압 Vout1,Vout2 : 제1,제2 주파수 신호

Q10,Q20 : 제1,제2 MOS 트랜지스터 R10~R14 : 복수의 디제너레이션 저항

R20~R24 : 복수의 디제너레이션 저항 SW11~SW14 : 복수의 스위치

SW21~SW24 : 복수의 스위치 L10 : 제1 코일

L20 : 제2 코일 VD10 : 제1 바랙터 다이오드

VD20 : 제2 바랙터 다이오드

본 발명은 모바일 디지탈 방송 송수신 시스템에 적용되는 광대역 전압제어발진기에 관한 것으로, 특히 전류원을 사용하지 않고, 디제너레이션(Degeneration) 저항을 이용하여 전류를 제어할 수 있도록 구현함으로써, 주파수별 최적의 부하 품질계수(Loaded Q)를 획득할 수 있고, 위상잡음을 줄일 수 있으며, 소비전력을 줄일 수 있는 디제너레이션 저항을 이용한 광대역 전압제어발진기에 관한 것이다.

일반적으로, 모바일 디지털 방송수신을 위해 가장 중요하게 요구되는 회로의 특성은 위상잡음(Phase Noise)과 전력소모이다. 아날로그 방송과는 달리 디지털 방송은 문턱(threshold) 이하의 신호에서 영상을 출력할 수 없게 되며, 그 기준은 주파수 영역에서 위상잡음(Phase Noise)으로 판단할 수 있게 된다. 이 때문에 아날로그 방송 수신 시스템과는 달리 디지털 방송 수신 시스템에서는 높은 수준의 위상잡음을 요구하게 된다.

또한, 모바일 시스템에서는 배터리의 용량에 의해 전력 사용이 제한적이므로 전력소모를 최소로 할 수 있는 시스템이 중요하게 고려되어야 한다.

이때, 위상잡음은 수신시스템의 전압제어발진기(VCO:Voltage Controlled Oscillator)의 성능에 의해 큰 영향을 받게 되며, 이 때문에 전압제어발진기(VCO) 의 위상잡음을 최대한 줄이는 것이 전체 수신 시스템의 위상잡음을 최소화 하는데 있어 중요한 역할을 하게 된다.

이러한 전압제어발진기(VCO)의 위상잡음에 영향을 미치는 요인으로는 시스템의 품질계수(Quality Factor)인 부하 품질계수(Loaded Q), 시스템을 구성하는 각 구성요소(Component)들로부터 유입되는 잡음 및 반송파 파워(Carrier Power) 등이 있다. 여기서 부하 품질계수(Loaded Q)가 좋다는 것은 상대적으로 적은 양의 전류소모로 원하는 수준의 AC 출력전압(Vpp)을 출력할 수 있으며, 적은 양의 전류소모로 인해 잡음원도 감소하게 되므로 위상잡음 측면에서도 유리하다.

특히 광대역 전압제어발진기를 설계하는 경우에, 부하 품질계수(Loaded Q)는 주파수에 따라 매우 다른 특성을 나타낼 수 있으므로, 설계자의 특별한 관심이 요구되며, 전력소모를 줄이고, 위상잡음을 개선하기 위해서는 회로의 부하 품질계수(Loaded Q)를 향상시키려는 노력이 반드시 필요하다.

한편, 부하 품질계수(Loaded(Circuit) Quality Factor)는, 하기 수학식 1과 같이 표현될 수 있으며, 이는 얼마나 손실없이 신호를 처리할 수 있는지를 말하는 값이다. 여기서, 인덕터(Inductor)나 커패시터(Capacitor) 등의 개별 소자의 품질계수(Quality Factor)를 디바이스 품질계수(Device Quality Factor)라 하고, 인덕터(Inductor)나 커패시터(Capacitor)를 포함한 공진기(Resonator) 뿐만 아니라 회로를 구성하는 트랜지스터(TR), 저항 등의 모든 성분을 포함한 품질계수(Quality Factor)를 부하 품질계수(Loaded Quality Factor) 라고 말한다.

그러므로, 부하 품질계수(Loaded Quality Factor)는 인덕터(Inductor)나 커패시터(Capacitor) 만의 디바이스 품질계수(Device Quality Factor)에 비해 저하된 특성을 나타내게 된다. 부하 품질계수(Loaded Q)에 영향을 주는 요소는 인덕터(Inductor)와 커패시터(Capacitor)의 품질계수(Q), 트랜지스터(TR)의 기생성분, 전류량 등이 있다.

그러나, 부하 품질계수(Loaded Quality Factor)에 가장 큰 영향을 주는 것은 인덕터(Inductor)에 의한 디바이스 품질계수(Device Q)이다. 예를 들어 2GHz 대역에서 인덕터(Inductor)의 디바이스 품질계수(Device Q)는 10정도에 불과하므로 2GHz 대역에서 품질계수(Loaded Q)는 10 이하의 값을 갖게 된다.

또한, 부하 품질계수(Loaded Q)는 주파수에 따라 매우 다른 값을 갖게 되는데, 이는 인덕터(Inductor)나 커패시터(Capacitor)의 Q가 주파수에 따라 달라지고, 트랜지스터(TR) 등의 개별 소자들의 기생성분들도 또한 주파수에 따라 변화하기 때문이다.

그리고, 하기 수학식 2에 나타낸 바와 같이, 부하 품질계수(Loaded Q)는 시스템의 병렬 커패시턴스(Cp) 및 병렬 인덕턴스(Lp)의 영향을 무시하면, 시스템의 병렬 임피던스(Rp)와 비례관계를 갖게 되며, 하기 수학식 3에 나타낸 것처럼 전압 제어발진기(VCO)의 출력전압(Vout)은 시스템의 병렬 임피던스(Rp)와 전류의 곱으로 나타낼 수 있다.

상기 수학식 2 및 3을 참조하면, 출력전압(Vout)을 얻기 위하여 시스템의 병렬 임피던스(Rp)가 큰 경우에는 전류를 상대적으로 적게 흘려도 되지만, 시스템의 병렬 임피던스(Rp)가 작은 경우에는 전류를 상대적으로 많이 흘려야 한다. 예를 들어, 전류를 많이 흘리게 되면, 전력소모 측면에서 불리할 뿐 아니라, 전류를 증가시킴으로 인해 회로의 열잡음이 증가하게 되므로 위상잡음 측면에서도 좋지 않다.

이에 따라, 주파수에 따라 변화하는 또는 저하되는 부하 품질계수(Loaded Q)를 보상하여 전체 회로의 위상잡음 저하를 막고, 전류소모를 줄일 수 있는 방법이 필요하게 된다.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 종래기술에 따른 광대역 전압제어발진기에 대해 설명한다.

도 1은 종래기술에 따른 광대역 전압제어발진기의 구성도로서, 도 1에 도시된 종래기술에 따른 광대역 전압제어발진기는, 튜닝전압(VT)에 따라 결정된 주파수에서 공진하는 공진부(11a)와, 상기 공진부(11a)에 발진에 필요한 에너지를 공급하는 Gm 셀부(11b)를 포함하는 발진부(11)와, 상기 발진부(11)에 일정한 전류를 공급하는 전류원(12)과, 상기 발진부(11)의 출력전압의 피크치를 검출하는 피크 검출부(13)와, 상기 피크검출부(13)에 의한 피크치 전압을 저역통과시켜 안정된 DC 전압을 출력하는 저역통과필터(14)와, 상기 저역통과필터(14)로부터의 검출 전압(Vd)과 기설정된 기준전압(Vref)을 비교하여 그 비교결과에 따라 상기 전류원(12)을 제어하는 비교부(15)를 포함한다.

여기서, 상기 비교부에서는, 기준전압과 검출전압과의 비교결과에 따라, 전류원의 전류를 조절하여, 상기 Gm 셀부(12)의 트랜스 컨덕턴스(Gm)를 조절하여 전압제어발진기의 출력레벨을 조절할 수 있게 된다.

그러나, 도 1에 도시된 종래기술에 따른 광대역 전압제어발진기에서, 자동 증폭 제어(AAC:Automatic Amplitude Control) 기능을 사용하기 위해서는, 도 1에 도시한 바와 같이 피크검출부, 저역통괴필터 및 비교부 등의 부가회로가 필요하므로 회로가 복잡하다는 단점이 있고, 이로 인해, 전력소모와 잡음 측면에서 회로에 부담으로 작용하게 되는 단점이 있으며, 뿐만 아니라, 자동 증폭 제어 루프가 피드 백(Feedback)을 형성하게 되면서 원하지 않는 기생발진의 가능성도 존재하게 되어 회로의 안정성(Stability) 측면에서도 부담이 되는 문제점이 있다.

도 2는 종래기술에 따른 다른 광대역 전압제어발진기의 구성도로서, 도 2에 도시된 종래기술에 따른 광대역 전압제어발진기는, 튜닝전압(VT)에 따라 결정된 주파수에서 공진하는 공진부(21a)와, 상기 공진부(21a)에 발진에 필요한 에너지를 공급하는 Gm 셀부(21b)를 포함하는 발진부(21)와, 상기 발진부(21)에 일정한 전류를 공급하는 전류원(22)과, 동작전압(Vdd)에 병렬로 연결된 복수의 전류원을 포함하는 전류원부(23)와, 상기 전류원부(23)의 각 전류원을 선택하는 복수의 스위치를 포함하는 스위치부(24)와, 상기 전류원(22)과 전류미러를 형성하고, 상기 스위치부(24)에 의해 선택된 전류원을 포함하는 전류원부(23)로부터의 전류와 동일한 전류를 상기 전류원(22)에 흐르게 하는 전류 미러용 소자(25)를 포함한다.

상기 전류원부(23)와 스위치부(24)는 선택적으로 전류의 양을 결정할 수 있는 전류원 탱크회로를 구성한다.

도 2에 도시한 바와 같은 종래기술에 따른 광대역 전압제어발진기는, 전류원 탱크회로를 이용하는 것으로, 도 1에 도시된 자동 증폭 제어와 같은 원리로 부하 품질계수(Loaded Q)를 보상하고 전류소모를 최소화 할 수 있도록 전류량을 스위칭 시켜가며 광대역 전압제어발진기에서의 발진을 유지하는 방법이다.

그런데, 도 2에 도시된 회로에서는 전술한 도 1에 도시된 전압제어발진 방식에 비해 부가회로가 상대적으로 적으며, 피드백루프(Feedback Loop)가 따로 존재하지 않기 때문에 안정성(Stability) 측면에서 장점이 있으나, 전류원으로 부터의 잡음 유입의 문제는 여전히 존재하게 된다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 그 목적은, 전류원을 사용하지 않고, 디제너레이션(Degeneration) 저항을 이용하여 전류를 제어할 수 있도록 구현함으로써, 주파수별 최적의 부하 품질계수(Loaded Q)를 획득할 수 있고, 위상잡음을 줄일 수 있으며, 소비전력을 줄일 수 있는 디제너레이션 저항을 이용한 광대역 전압제어발진기을 제공하는데 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일실시예에 따른 디제너레이션 저항을 이용한 광대역 전압제어발진기는, 튜닝전압에 따라 가변되는 커패시턴스 및 인덕턴스에 의해 결정된 주파수에서 공진하는 공진부; 크로스-커플드 트랜지스터 쌍으로 이루어져 상기 공진부에 연결되고, 흐르는 전류에 따라 Gm값이 결정되고, 상기 공진부에 상기 Gm값에 따라 발진용 에너지를 공급하여 서로 다른 위상을 갖는 제1,제2 주파수 신호를 출력하는 제1,제2 MOS 트랜지스터을 포함하는 Gm 셀부; 및 상기 제1 MOS 트랜지스터와 접지 사이에서 서로 병렬로 연결된 제1 복수의 디제너레이션 저항들과, 상기 제1 복수의 디제너레이션 저항들 각각을 선택하기 위한 복수의 스위치를 포함하여, 상기 제1 MOS 트랜지스터에 흐르는 전류를 조절하는 제1 디제너레이션 회로부; 및 상기 제2 MOS 트랜지스터와 접지 사이에서 서로 병렬로 연결된 제2 복수의 디제너레이션 저항들과, 상기 제2 복수의 디제너레이션 저항들 각각을 선택하기 위한 복수의 스위치를 포함하여, 상기 제2 MOS 트랜지스터에 흐르는 전류를 조절하는 제2 디제너레이션 회로부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 공진부는, 동작전압단에 연결된 일단을 갖는 제1 코일; 상기 동작전압단에 연결된 일단을 갖는 제2 코일; 상기 제1 코일의 타단에 연결된 캐소드를 갖는 제1 바랙터 다이오드; 및 상기 제2 코일의 타단에 연결된 캐소드와, 상기 제1 바랙터 다이오드의 애노드 및 상기 튜닝전압을 공급받기 위한 튜닝전압단에 연결된 애노드를 갖는 제2 바랙터 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 Gm 셀부의 제1 MOS 트랜지스터는, 상기 제1 코일과 제1 바랙터 다이오드간의 접속노드인 제1 접속노드에 연결된 드레인과, 상기 제2 코일과 제2 바랙터 다이오드간의 접속노드인 제2 접속노드에 연결된 게이트를 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 Gm 셀부의 제2 MOS 트랜지스터는, 상기 제2 코일과 제2 바랙터 다이오드간의 접속노드인 제2 접속노드에 연결된 드레인과, 상기 제1 코일과 제1 바랙터 다이오드간의 접속노드인 제1 접속노드에 연결된 게이트를 갖는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 디제너레이션 회로부는, 상기 Gm 셀부의 제1 MOS 트랜지스터의 소오스와 접지사이에 병렬로 접속된 상기 제1 복수의 디제너레이션 저항들을 포함하는 제1 저항회로; 및 상기 제1 저항회로에 포함된 제1 복수의 디제너레이션 저항들중 적어도 하나의 디제너레이션 저항을 선택하는 상기 복수의 스위치를 포함하는 제1 스위치 회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 스위치 회로의 복수의 스위치 각각은, 상기 제1 저항회로에 포함되어 서로 병렬로 연결된 제1 복수의 디제너레이션 저항들 각각의 사이에 접속된 것을 특징으로 한다.

상기 제1 스위치 회로의 복수의 스위치 각각은, 각 주파수별로 사전에 최적화 디제너레이션 저항값을 제공하도록, 각 주파수별로 사전에 매핑된 스위칭 신호에 따라 스위칭되는 것을 특징으로 한다.

상기 제2 디제너레이션 회로는, 상기 Gm 셀부의 제2 MOS 트랜지스터의 소오스와 접지사이에 병렬로 접속된 상기 제2 복수의 디제너레이션 저항을 포함하는 제2 저항회로; 및 상기 제2 저항회로에 포함된 제2 복수의 디제너레이션 저항중 적어도 하나의 디제너레이션 저항을 선택하는 상기 복수의 스위치를 포함하는 제2 스위치 회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제2 스위치 회로의 복수의 스위치 각각은, 상기 제2 저항회로에 포함되어 서로 병렬로 연결된 상기 제2 복수의 디제너레이션 저항 각각의 사이에 접속된 것을 특징으로 한다.

상기 제2 스위치 회로의 복수의 스위치 각각은, 각 주파수별로 사전에 최적화 디제너레이션 저항값을 제공하도록, 각 주파수별로 사전에 매핑된 스위칭 신호 에 따라 스위칭되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은 설명되는 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상에 대한 이해를 돕기 위해서 사용된다. 본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 광대역 전압제어발진기의 구성도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 광대역 전압제어발진기는, 튜닝전압(VT)에 따라 가변되는 커패시턴스 및 인덕턴스에 의해 결정된 주파수에서 공진하는 공진부(100)와, 크로스-커플드 트랜지스터 쌍으로 이루어져 상기 공진부(100)에 연결되고, 흐르는 전류에 따라 Gm값이 결정되고, 상기 공진부(100)에 상기 Gm값에 따라 발진용 에너지를 공급하여 서로 다른 위상을 갖는 제1,제2 주파수 신호(Vout1,Vout2)를 출력하는 제1,제2 MOS 트랜지스터(Q10,Q20)를 포함하는 Gm 셀부(200)와, 제1 디제너레이션 회로부(300) 및 제2 디제너레이션 회로부(400)를 포함한다.

상기 제1 디제너레이션 회로부(300)는, 상기 제1 MOS 트랜지스터(Q10)와 접지 사이에서 서로 병렬로 연결된 제1 복수의 디제너레이션 저항들(R10~R14)과, 상기 제1 복수의 디제너레이션 저항들(R10~R14) 각각을 선택하기 위한 복수의 스위치(SW11~SW14)를 포함하여, 상기 제1 MOS 트랜지스터(Q10)에 흐르는 전류를 조절한다.

상기 제2 디제너레이션 회로부(400)는, 상기 제2 MOS 트랜지스터(Q20)와 접지 사이에서 서로 병렬로 연결된 제2 복수의 디제너레이션 저항들(R20~R24)과, 상기 제2 복수의 디제너레이션 저항들(R20~R24) 각각을 선택하기 위한 복수의 스위치(SW21~SW24)를 포함하여, 상기 제2 MOS 트랜지스터(Q20)에 흐르는 전류를 조절한다.

상기 공진부(100)는, 동작전압(Vdd)단에 연결된 일단을 갖는 제1 코일(L10)과, 상기 동작전압(Vdd)단에 연결된 일단을 갖는 제2 코일(L20)과, 상기 제1 코일(L10)의 타단에 연결된 캐소드를 갖는 제1 바랙터 다이오드(VD10)와, 상기 제2 코일(L20)의 타단에 연결된 캐소드와, 상기 제1 바랙터 다이오드(VD10)의 애노드 및 상기 튜닝전압(VT)을 공급받기 위한 튜닝전압단에 연결된 애노드를 갖는 제2 바랙터 다이오드(VD20)를 포함한다.

상기 Gm 셀부(200)의 제1 MOS 트랜지스터(Q10)는, 상기 제1 코일(L10)과 제1 바랙터 다이오드(VD10)간의 접속노드인 제1 접속노드(NC1)에 연결된 드레인과, 상기 제2 코일(L20)과 제2 바랙터 다이오드(VD20)간의 접속노드인 제2 접속노드(NC2)에 연결된 게이트를 갖다.

또한, 상기 Gm 셀부(200)의 제2 MOS 트랜지스터(Q20)는, 상기 제2 코일(L20)과 제2 바랙터 다이오드(VD20)간의 접속노드인 제2 접속노드(NC2)에 연결된 드레인과, 상기 제1 코일(L10)과 제1 바랙터 다이오드(VD10)간의 접속노드인 제1 접속노드(NC1)에 연결된 게이트를 갖는다.

상기 제1 디제너레이션 회로부(300)는, 상기 Gm 셀부(200)의 제1 MOS 트랜지스터(Q10)의 소오스와 접지사이에 병렬로 접속된 상기 제1 복수의 디제너레이션 저항들(R10~R14)을 포함하는 제1 저항회로(310)와, 상기 제1 저항회로(310)에 포함된 제1 복수의 디제너레이션 저항들(R10~R14)중 적어도 하나의 디제너레이션 저항을 선택하는 상기 복수의 스위치(SW11~SW14)를 포함하는 제1 스위치 회로(320)를 포함한다.

상기 제1 스위치 회로(320)의 복수의 스위치(SW11~SW14) 각각은, 상기 제1 저항회로(310)에 포함되어 서로 병렬로 연결된 제1 복수의 디제너레이션 저항들(R10~R14) 각각의 사이에 접속된다.

또한, 상기 제1 스위치 회로의 복수의 스위치 각각은, 각 주파수별로 사전에 최적화 디제너레이션 저항값을 제공하도록, 각 주파수별로 사전에 매핑된 스위칭 신호에 따라 스위칭된다.

상기 제2 디제너레이션 회로(400)는, 상기 Gm 셀부(200)의 제2 MOS 트랜지스터(Q20)의 소오스와 접지사이에 병렬로 접속된 상기 제2 복수의 디제너레이션 저항들(R20~R24)을 포함하는 제2 저항회로(410)와, 상기 제2 저항회로(410)에 포함된 제2 복수의 디제너레이션 저항들(R20~R24)중 적어도 하나의 디제너레이션 저항을 선택하는 상기 복수의 스위치(SW21~SW24)를 포함하는 제2 스위치 회로(420)를 포함한다.

상기 제2 스위치 회로(420)의 복수의 스위치(SW21~SW24) 각각은, 상기 제2 저항회로(410)에 포함되어 서로 병렬로 연결된 상기 제2 복수의 디제너레이션 저항들(R20~R24) 각각의 사이에 접속된다.

상기 제2 스위치 회로의 복수의 스위치 각각은, 각 주파수별로 사전에 최적화 디제너레이션 저항값을 제공하도록, 각 주파수별로 사전에 매핑된 스위칭 신호에 따라 스위칭된다.

전술한 복수의 디제너레이션 저항과 해당 복수의 스위치와의 구성에서, 상기 제1 및 제2 스위치 회로(320,420) 각각의 복수의 스위치는, 서로 병렬로 연결된 복수의 디제너레이션 저항 사이의 스위치로서, 상기 복수의 스위치가 해당 복수의 디제너레이션 저항과 직렬로 연결될 경우에는 각 스위치의 온저항이 디제너레이션 저항에 더해질 수 있으므로, 이러한 바람직하지 않는 영향을 배제시키기 위해서, 상기 복수의 스위치를 상기 복수의 디제너레이션 저항 사이에 연결하며, 이에 따라, 각 스위치의 온저항이 디제너레이션 저항에 영향을 주지 않게 된다.

이하, 본 발명의 작용 및 효과를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 3을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 광대역 전압제어발진기에 대한 동작을 설명하면, 도 3에서, 먼저 공진부(100)는, 튜닝전압(VT)에 따라 가변되는 커패시턴스 및 인덕턴스에 의해 결정된 주파수에서 공진한다.

즉, 상기 공진부(100)에 대한 동작을 설명하면, 튜닝전압(VT)의 크기에 따라 제1 및 제2 바랙터 다이오드(VD10,VD20)의 각 커패시턴스가 가변되고, 이에 따라, 상기 공진부(100)의 제1 및 제2 코일(L10,L20)의 각 인덕턴스와 상기 제1 및 제2 바랙터 다이오드(VD10,VD20)의 각 커패시턴스에 의해서 공진 주파수가 결정된다.

이때, Gm 셀부(200)는 크로스-커플드 트랜지스터 쌍에 해당되는 제1,제2 MOS 트랜지스터(Q10,Q20)를 포함하여, 흐르는 전류에 따라 Gm값이 결정되어, 상기 공진부(100)에 상기 Gm값에 따라 발진용 에너지를 공급하며, 또한 서로 다른 위상을 갖는 제1,제2 주파수 신호(Vout1,Vout2)를 출력한다.

이와 같은 동작을 각 주파수에 따라 정상적으로 수행하기 위해서는, 제1 디제너레이션 회로부(300) 및 제2 디제너레이션 회로부(400) 각각이 상기 Gm 셀부(200)의 각 제1,제2 MOS 트랜지스터(Q10,Q20)에 흐르는 전류를 조절하여야 한다.

상기 제1 디제너레이션 회로부(300) 및 제2 디제너레이션 회로부(400)의 동작에 대해 설명하면, 먼저, 상기 제1 디제너레이션 회로부(300)는, 서로 병렬로 연결된 제1 복수의 디제너레이션 저항들(R10~R14)과 상기 제1 복수의 디제너레이션 저항들(R10~R14) 각각을 선택하기 위한 복수의 스위치(SW11~SW14)를 포함하여, 상기 제1 MOS 트랜지스터(Q10)에 흐르는 전류를 조절한다.

그리고, 상기 제2 디제너레이션 회로부(400)는, 서로 병렬로 연결된 제2 복수의 디제너레이션 저항들(R20~R24)과, 상기 제2 복수의 디제너레이션 저항들(R20~R24) 각각을 선택하기 위한 복수의 스위치(SW21~SW24)를 포함하여, 상기 제2 MOS 트랜지스터(Q20)에 흐르는 전류를 조절한다.

이와 같이, 상기 Gm 셀부(200)의 제1 및 제2 MOS 트랜지스터(Q10,Q20)에 흐 르는 전류가 조절되면, 상기 크로스-커플드 트랜지스터 쌍에 해당되는 제1,제2 MOS 트랜지스터(Q10,Q20)의 Gm값이 가변되며, 이에 따라 상기 제1,제2 주파수 신호(Vout1,Vout2)의 크기가 조절된다.

이하, 상기 제1 및 제2 디제너레이션 회로부(300,400)의 동작에 대해 보다 자세히 설명한다.

먼저, 상기 제1 디제너레이션 회로부(300)에 대해 설명하면, 상기 제1 디제너레이션 회로부(300)의 제1 저항회로(310)는, 상기 Gm 셀부(200)의 제1 MOS 트랜지스터(Q10)의 소오스와 접지사이에 병렬로 접속된 상기 제1 복수의 디제너레이션 저항들(R10~R14)을 포함하며, 또한, 상기 제1 디제너레이션 회로부(300)의 제1 스위치 회로(320)는, 상기 제1 저항회로(310)에 포함된 제1 복수의 디제너레이션 저항들(R10~R14)중 적어도 하나의 디제너레이션 저항을 선택하는 상기 복수의 스위치(SW11~SW14)를 포함한다.

이때, 상기 제1 스위치 회로(320)의 복수의 스위치(SW11~SW14)를 이용하여 상기 제1 저항회로(310)의 제1 복수의 디제너레이션 저항들(R10~R14)중에서 원하는 개수만큼 디제너레이션 저항을 선택할 수 있다.

예를 들어, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 제1 저항회로(310)가 제1 내지 제5 디제너레이션 저항들(R10~R14)을 포함하고, 상기 제1 저항회로(310)가 제2 내지 제5 디제너레이션 저항(R11~R14)을 선택하기 위해, 상기 제1 스위치 회로(320)가 제1 내지 제4 스위치(SW11~SW14)를 포함하는 경우에 대해 설명한다.

이때, 상기 제1 내지 제5 디제너레이션 저항들(R10~R14) 각각의 저항치를 200Ω이라고 하면, 상기 제1 스위치 회로(320)의 복수의 스위치(SW11~SW14)가 모두 오프된 상태에서의 디제너레이션 저항값은 제1 디제너레이션 저항(R10)에 의한 저항치인 200Ω이 된다.

상기 제1 스위치(SW11)만 온된 상태라면, 제1 및 제2 디제너레이션 저항(R10,R11)에 의한 저항치(200Ω//200Ω=100Ω)인 100Ω이 된다. 그리고, 상기 제1 내지 제4 스위치(SW11~SW14)가 모두 온된 상태에서는 제1 내지 제5 디제너레이션 저항들(R10~R14)에 의한 저항치(200Ω//200Ω//200Ω//200Ω//200Ω=40Ω)인 40Ω이 된다.

여기서, 상기 제1 스위치 회로의 복수의 스위치 각각은, 각 주파수별로 사전에 최적화 디제너레이션 저항값을 제공하도록, 각 주파수별로 사전에 매핑된 스위칭 신호에 따라 스위칭된다.

다음, 상기 제2 디제너레이션 회로부(400)에 대해 설명하면, 상기 제2 디제너레이션 회로부(400)의 제2 저항회로(410)는, 상기 Gm 셀부(200)의 제2 MOS 트랜지스터(Q20)의 소오스와 접지사이에 병렬로 접속된 상기 제2 복수의 디제너레이션 저항들(R20~R24)을 포함하며, 또한, 상기 제2 디제너레이션 회로부(400)의 제2 스위치 회로(420)는, 상기 제2 저항회로(410)에 포함된 제2 복수의 디제너레이션 저항들(R20~R24)중 적어도 하나의 디제너레이션 저항을 선택하는 상기 복수의 스위치(SW21~SW24)를 포함한다.

이때, 상기 제2 스위치 회로(420)의 복수의 스위치(SW21~SW24)를 이용하여 상기 제2 저항회로(410)의 제2 복수의 디제너레이션 저항들(R20~R24)중에서 원하는 개수만큼 디제너레이션 저항을 선택할 수 있다.

예를 들어, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 제2 저항회로(410)가 제6 내지 제10 디제너레이션 저항들(R20~R24)을 포함하고, 상기 제2 저항회로(410)가 제7 내지 제10 디제너레이션 저항(R21~R24)을 선택하기 위해, 상기 제2 스위치 회로(420)가 제5 내지 제8 스위치(SW21~SW24)를 포함하는 경우에 대해 설명한다.

이때, 상기 제6 내지 제10 디제너레이션 저항들(R20~R24) 각각의 저항치를 200Ω이라고 하면, 상기 제2 스위치 회로(420)의 복수의 스위치(SW21~SW24)가 모두 오프된 상태에서의 디제너레이션 저항값은 제6 디제너레이션 저항(R10)에 의한 저항치인 200Ω이 된다.

상기 제5 스위치(SW21)만 온된 상태라면, 제6 및 제7 디제너레이션 저항(R20,R21)에 의한 저항치(200Ω//200Ω=100Ω)인 100Ω이 된다. 그리고, 상기 제5 내지 제8 스위치(SW21~SW24)가 모두 온된 상태에서는 제6 내지 제10 디제너레이션 저항들(R20~R24)에 의한 저항치(200Ω//200Ω//200Ω//200Ω//200Ω=40Ω)인 40Ω이 된다.

여기서, 상기 제2 스위치 회로의 복수의 스위치 각각은, 각 주파수별로 사전 에 최적화 디제너레이션 저항값을 제공하도록, 각 주파수별로 사전에 매핑된 스위칭 신호에 따라 스위칭된다.

전술한 바에 따르면, 본 발명의 일실시예에 따른 광대역 전압제어발진기에서는, 주파수에 따라 달라지는 부하 품질계수(Loaded Q)를 보상하기 위해 저항을 원하는 값으로 바꾸어 가며 사용할 수 있게 된다. 그리고 샘플 측정결과로부터 주파수에 따라 최적화된 디제너레이션 저항을 찾아내어 레지스터(Register)에 매핑(Mapping)시키는 경우, 회로는 주파수에 따라 자동적으로 디제너레이션 저항을 바꾸어 가면서 동작을 수행하게 된다.

또한, 본 발명의 일실시예에서 제안하는 도 3에 도시된 광대역 전압제어발진기에서는, 광대역 전압제어발진기가 발진이 필요한 넓은 대역폭에 대하여 부하 품질계수(Loaded Q)의 저하를 최소화하여 안정적인 발진을 유지할 수 있다. 그리고, 위상잡음의 주요한 잡음원인 전류원을 제거하고, 대신 디제너레이션(Degeneration) 저항의 양을 조절하여 시스템의 부하 품질계수(Loaded Q)를 보상할 수 있도록 하였다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 전류원을 사용하지 않고, 디제너레이션(Degeneration) 저항을 이용하여 전류를 제어할 수 있도록 구현함으로써, 주파수 별 최적의 부하 품질계수(Loaded Q)를 획득할 수 있고, 위상잡음을 줄일 수 있으며, 소비전력을 줄일 수 있는 효과가 있다.

즉, 광대역 전압제어발진기 설계에 있어서, 디제너레이션(Degeneration) 저항을 스위칭하여 위상잡음을 개선하고 전력소모를 최소화할 수 있으며, 광대역 전압제어발진기 설계시에 발생하는 주파수에 따른 부하 품질계수(Loaded Q)의 변화를 디제너레이션 저항을 사용하여 보상할 수 있고, 샘플 측정시 주파수에 따른 디제너레이션 저항의 스위칭을 통해 최적의 디제너레이션 저항값을 알아내고 이 값을 레지스터에 매핑하여 이용할 수 있다. 또한, 최적화된 부하 품질계수(Loaded Q)를 사용한다는 것은 원하는 AC 전압출력(Vpp)을 위해 비교적 적은 양의 전류를 소모하여 동작하는 것이 가능하며, 적은 양의 전류를 사용하므로 위상잡음에 영향을 주는 잡음의 유입이 적다. 또한, 전류원을 사용하지 않는 구조이므로, 전류원으로부터 유입되는 잡음이 없어서 위상잡음 측면에서 유리하다. 그리고, 전류원이 없으므로 회로는 저전압 공정(90nm 이하)에 적용이 유리하다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 장치는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백하다.

Claims

튜닝전압에 따라 가변되는 커패시턴스 및 인덕턴스에 의해 결정된 주파수에서 공진하는 공진부;

크로스-커플드 트랜지스터 쌍으로 이루어져 상기 공진부에 연결되고, 흐르는 전류에 따라 Gm값이 결정되고, 상기 공진부에 상기 Gm값에 따라 발진용 에너지를 공급하여 서로 다른 위상을 갖는 제1,제2 주파수 신호를 출력하는 제1,제2 MOS 트랜지스터을 포함하는 Gm 셀부; 및

상기 제1 MOS 트랜지스터와 접지 사이에서 서로 병렬로 연결된 제1 복수의 디제너레이션 저항들과, 상기 제1 복수의 디제너레이션 저항들 각각을 선택하기 위한 복수의 스위치를 포함하여, 상기 제1 MOS 트랜지스터에 흐르는 전류를 조절하는 제1 디제너레이션 회로부; 및

상기 제2 MOS 트랜지스터와 접지 사이에서 서로 병렬로 연결된 제2 복수의 디제너레이션 저항들과, 상기 제2 복수의 디제너레이션 저항들 각각을 선택하기 위한 복수의 스위치를 포함하여, 상기 제2 MOS 트랜지스터에 흐르는 전류를 조절하는 제2 디제너레이션 회로부

를 포함하는 것을 특징으로 하는 디제너레이션 저항을 이용한 광대역 전압제어발진기.
제1항에 있어서, 상기 공진부는,

동작전압단에 연결된 일단을 갖는 제1 코일;

상기 동작전압단에 연결된 일단을 갖는 제2 코일;

상기 제1 코일의 타단에 연결된 캐소드를 갖는 제1 바랙터 다이오드; 및

상기 제2 코일의 타단에 연결된 캐소드와, 상기 제1 바랙터 다이오드의 애노드 및 상기 튜닝전압을 공급받기 위한 튜닝전압단에 연결된 애노드를 갖는 제2 바랙터 다이오드

를 포함하는 것을 특징으로 하는 디제너레이션 저항을 이용한 광대역 전압제어발진기.
제2항에 있어서, 상기 Gm 셀부의 제1 MOS 트랜지스터는,

상기 제1 코일과 제1 바랙터 다이오드간의 접속노드인 제1 접속노드에 연결된 드레인과, 상기 제2 코일과 제2 바랙터 다이오드간의 접속노드인 제2 접속노드에 연결된 게이트를 갖는 것을 특징으로 하는 디제너레이션 저항을 이용한 광대역 전압제어발진기.
제3항에 있어서, 상기 Gm 셀부의 제2 MOS 트랜지스터는,

상기 제2 코일과 제2 바랙터 다이오드간의 접속노드인 제2 접속노드에 연결된 드레인과, 상기 제1 코일과 제1 바랙터 다이오드간의 접속노드인 제1 접속노드에 연결된 게이트를 갖는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 디제너레이션 저항을 이용한 광대역 전압제어발진기.
제4항에 있어서, 상기 제1 디제너레이션 회로부는,

상기 Gm 셀부의 제1 MOS 트랜지스터의 소오스와 접지사이에 병렬로 접속된 상기 제1 복수의 디제너레이션 저항들을 포함하는 제1 저항회로; 및

상기 제1 저항회로에 포함된 제1 복수의 디제너레이션 저항들중 적어도 하나의 디제너레이션 저항을 선택하는 상기 복수의 스위치를 포함하는 제1 스위치 회로

를 포함하는 것을 특징으로 하는 디제너레이션 저항을 이용한 광대역 전압제어발진기.
제5항에 있어서, 상기 제1 스위치 회로의 복수의 스위치 각각은,

상기 제1 저항회로에 포함되어 서로 병렬로 연결된 제1 복수의 디제너레이션 저항들 각각의 사이에 접속된 것을 특징으로 하는 디제너레이션 저항을 이용한 광대역 전압제어발진기.
제6항에 있어서, 상기 제1 스위치 회로의 복수의 스위치 각각은,

각 주파수별로 사전에 최적화 디제너레이션 저항값을 제공하도록, 각 주파수별로 사전에 매핑된 스위칭 신호에 따라 스위칭되는 것을 특징으로 하는 디제너레이션 저항을 이용한 광대역 전압제어발진기.
제5항에 있어서, 상기 제2 디제너레이션 회로는,

상기 Gm 셀부의 제2 MOS 트랜지스터의 소오스와 접지사이에 병렬로 접속된 상기 제2 복수의 디제너레이션 저항들을 포함하는 제2 저항회로; 및

상기 제2 저항회로에 포함된 제2 복수의 디제너레이션 저항들중 적어도 하나의 디제너레이션 저항을 선택하는 상기 복수의 스위치를 포함하는 제2 스위치 회로

를 포함하는 것을 특징으로 하는 디제너레이션 저항을 이용한 광대역 전압제어발진기.
제8항에 있어서, 상기 제2 스위치 회로의 복수의 스위치 각은,

상기 제2 저항회로에 포함되어 서로 병렬로 연결된 상기 제2 복수의 디제너레이션 저항들 각각의 사이에 접속된 것을 특징으로 하는 디제너레이션 저항을 이용한 광대역 전압제어발진기.
제9항에 있어서, 상기 제2 스위치 회로의 복수의 스위치 각각은,

각 주파수별로 사전에 최적화 디제너레이션 저항값을 제공하도록, 각 주파수별로 사전에 매핑된 스위칭 신호에 따라 스위칭되는 것을 특징으로 하는 디제너레이션 저항을 이용한 광대역 전압제어발진기.