KR100552663B1 - Multi-band VCO and oscillation method thereof - Google Patents
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Abstract
다중 밴드 전압 제어 발진 장치 및 방법이 개시된다. 이 장치는, 음의 저항을 발생하는 음 저항 발생부 및 외부로부터 입력되는 제어 전압에 응답하여 가변되는 커패시턴스와 외부로부터 입력되는 스위칭 제어 신호에 응답하는 스위칭 동작에 의해 가변된 인덕턴스로 음의 저항에 응답하여 공진하는 공진부를 구비하는 것을 특징으로 한다. 그러므로, 면적, 부피 및 전력 소모를 절감시킬 수 있는 효과를 갖는다.Disclosed are a multiband voltage controlled oscillation apparatus and method. The apparatus is characterized by a negative resistance generator for generating a negative resistance and a negative resistance with a variable inductance by a switching operation in response to a switching control signal input from the outside and a capacitance varying in response to a control voltage input from the outside. And a resonator that resonates in response. Therefore, there is an effect that can reduce the area, volume and power consumption.
Description
도 1은 본 발명에 의한 다중 밴드 전압 제어 발진 장치의 개략적인 블럭도이다.1 is a schematic block diagram of a multi-band voltage controlled oscillation apparatus according to the present invention.
도 2는 도 1에 도시된 다중 밴드 전압 제어 발진 장치의 본 발명에 의한 바람직한 일 실시예의 회로도이다.FIG. 2 is a circuit diagram of a preferred embodiment of the present invention of the multi-band voltage controlled oscillation apparatus shown in FIG.
도 3은 도 1에 도시된 다중 밴드 전압 제어 발진 장치의 본 발명에 의한 바람직한 다른 실시예의 회로도이다.3 is a circuit diagram of another preferred embodiment of the present invention of the multi-band voltage controlled oscillation device shown in FIG.
도 4는 도 1에 도시된 다중 밴드 전압 제어 발진 장치의 본 발명에 의한 바람직한 또 다른 실시예의 회로도이다.4 is a circuit diagram of yet another preferred embodiment of the present invention of the multi-band voltage controlled oscillation apparatus shown in FIG.
도 5는 도 1에 도시된 장치의 본 발명에 의한 또 다른 실시예의 회로도이다.5 is a circuit diagram of another embodiment according to the present invention of the apparatus shown in FIG.
도 6은 도 1에 도시된 장치에서 수행되는 본 발명에 의한 전압 제어 발진 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.FIG. 6 is a flowchart for describing a voltage controlled oscillation method according to the present invention performed in the apparatus shown in FIG. 1.
본 발명은 전압 제어 발진 장치(VCO:Voltage Controlled Oscillator)에 관한 것으로서, 특히, 다중 주파수 대역(multi frequency)용 전압 제어 발진 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a voltage controlled oscillator (VCO), and more particularly, to a voltage controlled oscillator and method for a multi frequency band.
종래의 전압 제어 발진 장치는 두 개의 주파수들로 가변될 수 있는 공진 주파수를 갖는 발진 신호를 생성하기 위해서, 2개의 발진 회로를 사용한다. 또는, 원하는 주파수 대역으로 공진 주파수를 가변시키기 위해서, 종래의 전압 제어 발진 장치는 차동 형태일 경우 다수개의 인덕터들을 마련하고 단일 형태일 경우 적어도 4개 이상의 인덕터들을 마련해야 한다.The conventional voltage controlled oscillation device uses two oscillation circuits to generate an oscillation signal having a resonant frequency that can be varied to two frequencies. Alternatively, in order to vary the resonant frequency to a desired frequency band, the conventional voltage controlled oscillation apparatus should provide a plurality of inductors in the differential form and at least four or more inductors in the single form.
결국, 전술한 종래의 전압 제어 발진 장치는 공진 주파수의 가변시키고자 하는 개수 만큼의 발진 회로들이나 인덕터들을 별도로 마련해야 한다. 그러므로, 종래의 전압 제어 발진 장치의 부피 및 면적이 커지고, 전력 소모가 커지는 문제점들이 있다.As a result, the above-described conventional voltage controlled oscillation apparatus must separately provide as many oscillation circuits or inductors as desired to vary the resonance frequency. Therefore, there are problems in that the volume and area of the conventional voltage controlled oscillation device become large and the power consumption becomes large.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 스위칭을 이용하여 유도성 부하의 길이를 변화시킴으로써 다수개의 주파수들로 가변 가능한 공진 주파수를 갖는 발진 신호를 생성할 수 있는 다중 밴드 전압 제어 발진 장치를 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide a multi-band voltage controlled oscillation apparatus capable of generating an oscillation signal having a resonant frequency that is variable to a plurality of frequencies by varying the length of an inductive load using switching. .
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기 다중 밴드 전압 제어 발진 장치에서 수행되는 다중 밴드 전압 제어 발진 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a multi-band voltage controlled oscillation method performed in the multi-band voltage controlled oscillator.
상기 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 다중 밴드 전압 제어 발진 장치는, 음의 저항을 발생하는 음 저항 발생부 및 외부로부터 입력되는 제어 전압에 응답하 여 가변되는 커패시턴스와 외부로부터 입력되는 스위칭 제어 신호에 응답하는 스위칭 동작에 의해 가변된 인덕턴스로 상기 음의 저항에 응답하여 공진하는 공진부로 구성되는 것이 바람직하다.The multi-band voltage controlled oscillation apparatus according to the present invention for achieving the above object is a negative resistance generator for generating a negative resistance and a capacitance that is variable in response to a control voltage input from the outside and a switching control signal input from the outside. Preferably, the resonator is configured to resonate in response to the negative resistance with an inductance variable by a responsive switching operation.
상기 다른 과제를 이루기 위해, 상기 다중 밴드 전압 제어 발진 장치에서 수행되는 본 발명에 의한 전압 제어 발진 방법은, 상기 제어 전압을 이용하여 상기 커패시턴스를 조정하고, 상기 스위치들을 선택적으로 온하여 상기 인덕턴스를 조정하는 단계 및 상기 음 저항을 이용하여 상기 전압 제어 발진 장치를 조정된 상기 커패시턴스와 인덕턴스로 공진시키는 단계로 이루어지는 것이 바람직하다.In order to achieve the above another object, the voltage controlled oscillation method according to the present invention performed in the multi-band voltage controlled oscillation apparatus adjusts the capacitance using the control voltage, and selectively turns on the switches to adjust the inductance. And resonating the voltage controlled oscillation device with the adjusted capacitance and inductance using the negative resistance.
이하, 본 발명에 의한 다중 밴드 전압 제어 발진 장치의 구성 및 동작을 첨부한 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다.Hereinafter, the configuration and operation of a multi-band voltage controlled oscillation apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 의한 다중 밴드 전압 제어 발진 장치의 개략적인 블럭도로서, 음 저항(negative resistance) 발생부(10) 및 공진부(20)로 구성된다.1 is a schematic block diagram of a multi-band voltage controlled oscillation apparatus according to the present invention, which comprises a
도 1에 도시된 음 저항 발생부(10)는 음의 저항을 발생하고, 발생된 음의 저항을 공진부(20)로 출력한다. 왜냐하면, 공진부(20)에서의 공진 주파수가 인덕터등의 기생 성분인 저항에 의해 소멸되어 공진이 멈출 수 있으므로 공진을 계속해서 수행할 수 있도록, 음 저항 발생부(10)는 음의 저항을 공진부(20)로 출력한다. 이 때, 공진부(20)는 외부로부터 입력되는 제어 전압(Vc)에 응답하여 가변되는 커패시턴스와 스위칭 동작에 의해 가변된 인덕턴스로 음 저항 발생부(20)에서 발생된 음의 저항에 응답하여 공진한다. 이를 위해, 도 1에 도시된 공진부(20)는 용량성 부하(22), 유도성 부하(24) 및 스위치들(26)로 구현될 수 있다.The
여기서, 적어도 두 개의 스위치들(26) 각각은 외부로부터 입력되는 스위칭 제어 신호(SC)에 응답하여 스위칭 온 또는 스위칭 오프된다. 이 때, 용량성 부하(22)의 커패턴스는 제어 전압(Vc)에 응답하여 가변되고, 용량성 부하(22)에 연결되는 유도성 부하(24)의 인덕턴스는 스위치들(26)의 스위칭 동작에 의해 가변된다.Here, each of the at least two
도 1에 도시된 다중 밴드 전압 제어 발진 장치는 차동(differential) 형태와 단일(single) 형태[또는, 콜피츠(Colpitts) 형태]로 구현될 수 있다. 이하, 도 1에 도시된 다중 밴드 전압 제어 발진 장치를 차동 및 단일 형태들로 구현한 본 발명에 의한 실시예들 각각의 구성 및 동작을 첨부된 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다.The multi-band voltage controlled oscillation device illustrated in FIG. 1 may be implemented in a differential form and a single form (or Colpitts form). Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the configuration and operation of each of the embodiments according to the present invention, which implements the multi-band voltage controlled oscillation apparatus shown in FIG. 1 in differential and single forms, will be described as follows.
도 2는 도 1에 도시된 다중 밴드 전압 제어 발진 장치의 본 발명에 의한 바람직한 일 실시예의 회로도로서, 음 저항 발생부(10A), 용량성 부하(22A), 유도성 부하(24A) 및 스위치들(26A)로 구성된다.FIG. 2 is a circuit diagram of a preferred embodiment of the multi-band voltage controlled oscillation apparatus shown in FIG. 1 according to the present invention, in which a
도 2에 도시된 음 저항 발생부(10A)는 유도성 부하(24A)와 용량성 부하(22A)에 각각 병렬로 연결되어 상보형 차동 형태로 음의 저항을 발생한다. 이를 위해, 음 저항 발생부(10A)는 제1 및 제2 PMOS 트랜지스터들(MP1 및 MP2), 제1 및 제2 NMOS 트랜지스터들(MN1 및 MN2) 및 정 전류원(52)으로 구현될 수 있다. 여기서, 제1 PMOS 트랜지스터(MP1)는 유도성 부하(24A)의 일단(54)에 연결되는 게이트, 공급 전압(Vdd)과 스위치들(26A)의 타측 사이에 연결되는 소스 및 드레인을 갖고, 제2 PMOS 트랜지스터(MP2)는 유도성 부하(24A)의 타단(56)에 연결되는 게이트, 공 급 전압(Vdd)과 유도성 부하(24A)의 일단(54) 사이에 연결되는 소스 및 드레인을 갖는다. 이 때, 제1 NMOS 트랜지스터(MN1)는 유도성 부하(24A)의 일단(54)에 연결되는 게이트, 스위치들(26A)의 타측과 정 전류원(52) 사이에 연결되는 드레인 및 소스를 갖고, 제2 NMOS 트랜지스터(MN2)는 유도성 부하(24A)의 타단(56)과 연결되는 게이트, 유도성 부하(24A)의 일단과 정 전류원(52) 사이에 연결되는 드레인 및 소스를 갖는다. 여기서, 정 전류원(52)은 일정한 전류를 제공하는 역할을 하며, 이를 위해, 바이어스 신호(bias) 신호와 연결되는 게이트, 제1 및 제2 NMOS 트랜지스터들(MN1 및 MN2)의 소스와 접지 사이에 연결되는 드레인 및 소스를 갖는 NMOS 트랜지스터(MNS1)로 구현될 수 있다.The
도 2에 도시된 용량성 부하(22A)는 제어 전압(Vc)에 응답하여 가변되는 커패시턴스를 가지며, 이를 위해, 서로 등을 맞대고 직렬 연결된 커패시터들(C1 및 C2)로 구현될 수 있다. 유도성 부하(24A)는 일단(54)과 타단(56) 사이에 연결되는 단위 길이를 갖는 제1 인덕터(50)로 구현될 수 있다.The
한편, 도 2에 도시된 스위치들(26A)은 유도성 부하(24A)의 일단(54)과 타단(56) 사이에서 서로 다른 위치에 연결되는 일측을 갖고, 음 저항 발생부(10A)에 연결되는 타측을 갖는다. 이 때, 스위치들(26A)은 제1 ∼ 제M(여기서, M은 2이상의 양의 정수) 스위치들(40, 42, ... 및 44)로 구성된다. 예를 들면, 제1 스위치(40)의 일측은 제1 인덕터(50)의 제1 금속층(metal layer)에 연결되고, 제1 스위치(40)의 타측은 음 저항 발생부(10A)와 연결된다. 또한, 제2 스위치(42)의 일측은 제1 인덕터(50)의 제2 금속층에 연결되고, 제2 스위치(42)의 타측은 음 저항 발생부(10A)와 연결된다. 이와 비슷하게, 제M 스위치(44)의 일측은 제1 인덕터(50)의 제M 금속층과 연결되고, 제M 스위치(44)의 타측은 음 저항 발생부(10A)와 연결된다. 이와 같은 구성을 통해, 제1 ∼ 제M 스위치들(40, 42, ... 및 44) 각각은 스위칭 제어 신호(SC)에 응답하여 스위칭 온 또는 오프된다. 예를 들면, 제1 스위치(40)는 스위칭 제어 신호(S1)에 응답하여 스위칭 온 또는 오프되고, 제2 스위치(42)는 스위칭 제어 신호(S2)에 응답하여 스위칭 온 또는 오프되고, 제M 스위치(44)는 스위칭 제어 신호(SM)에 응답하여 스위칭 온 또는 오프된다. 만일, 제1, 제2, ... 및 제M-1 스위치들(40, 42, ...)중 하나만 스위칭 온되고, 다른 스위치들은 스위칭 오프된다면, 제1 인덕터(50)의 일부 인덕턴스가 사용된다. 그러나, 제M 스위치(44)만 스위칭 온되고, 다른 스위치들(40, 42, ...)은 스위칭 오프된다면, 제1 인덕터(50)의 전체 인덕턴스가 사용된다. 이와 같이, 스위치들(26A)의 스위칭 동작에 의해 제1 인덕터(50)의 길이가 변화되어 유도성 부하(24A)의 인덕턴스가 선택적으로 가변될 수 있다.Meanwhile, the
도 3은 도 1에 도시된 다중 밴드 전압 제어 발진 장치의 본 발명에 의한 바람직한 다른 실시예의 회로도로서, 음 저항 발생부(10B), 용량성 부하(22B), 유도성 부하(24B) 및 스위치들(26B)로 구성된다.3 is a circuit diagram of another preferred embodiment of the multi-band voltage controlled oscillation device shown in FIG. 1 according to the present invention, in which the
도 3에 도시된 음 저항 발생부(10B)는 용량성 부하(22B)에 병렬로 연결되어 단일 차동 형태로 음의 저항을 발생한다. 이를 위해, 음 저항 발생부(10B)는 정 전류원(64), 제3 및 제4 NMOS 트랜지스터들(MN3 및 MN4)로 구현될 수 있다. 여기서, 제3 NMOS 트랜지스터(MN3)은 용량성 부하(22B)의 일단(76)에 연결되는 게이트, 용량성 부하(22B)의 타단(74)과 정 전류원(64) 사이에 연결되는 드레인 및 소스를 갖고, 제4 NMOS 트랜지스터(MN4)는 용량성 부하(22B)의 타단(74)에 연결되는 게이트, 용량성 부하(22B)의 일단(76)과 정 전류원(64) 사이에 연결되는 드레인 및 소스를 갖는다. 여기서, 정 전류원(64)은 일정한 전류를 제공하는 역할을 하며, 이를 위해, 바이어스 신호(bias) 신호와 연결되는 게이트, 제3 및 제4 NMOS 트랜지스터들(MN3 및 MN4)의 소스와 접지 사이에 연결되는 드레인 및 소스를 갖는 NMOS 트랜지스터(MNS2)로 구현될 수 있다.The
도 3에 도시된 용량성 부하(22B)는 제어 전압(Vc)에 응답하여 가변되는 커패시턴스를 가지며, 이를 위해, 서로 등을 맞대고 직렬 연결된 커패시터들(C3 및 C4)로 구현될 수도 있다. 유도성 부하(24B)는 스위치들(26B)중 일부의 스위치들(80, ..., 82 및 84)에서 가장 큰 인덕턴스를 생성하는 스위치(80)의 일측(70)과 용량성 부하(22B)의 타단(74) 사이에 연결되는 제2 인덕터(60) 및 스위치들(26B)중 타부의 스위치들(90, ..., 92 및 94)중에서 가장 큰 인덕턴스를 생성하는 스위치(90)의 일측(72)과 용량성 부하(22B)의 일단(76) 사이에 연결되는 제3 인덕터(62)로 구현될 수 있다.The
한편, 도 3에 도시된 스위치들(26B)중 일부의 스위치들(80, ..., 82 및 84)은 제2 인덕터(60)의 일단(70)과 타단(74) 사이에서 서로 다른 위치에 연결되는 일측을 갖고, 공급 전압(Vdd)에 연결되는 타측을 갖는다. 이와 비슷하게, 타부의 스위치들(90, ..., 92 및 94)은 제3 인덕터(62)의 일단(72)과 타단(76) 사이에서 서 로 다른 위치에 연결되는 일측을 갖고 공급 전압(Vdd)에 연결되는 타측을 갖는다. 예컨데, 스위치들(26B)은 제M+1, ..., 제M+N-1, 제M+N, 제M+N+1, ..., 제M+2N-1 및 제M+2N(여기서, N은 2이상의 양의 정수) 스위치들(80, ..., 82, 84, 90, ..., 92 및 94)로 구성된다. 예를 들면, 제M+1 스위치(80)의 일측은 제2 인덕터(60)의 제1 금속층에 연결되고, 제M+1 스위치(80)의 타측은 공급 전압(Vdd)에 연결된다. 또한, 제M+N-1 스위치(82)의 일측은 제2 인덕터(60)의 제N-1 금속층에 연결되고, 제M+N-1 스위치(82)의 타측은 공급 전압(Vdd)에 연결된다. 이와 비슷하게, 제M+N 스위치(84)의 일측은 제2 인덕터(60)의 제N 금속층과 연결되고, 제M+N 스위치(84)의 타측은 공급 전압(Vdd)에 연결된다. 제M+N+1 스위치(90)의 일측은 제3 인덕터(62)의 제1 금속층에 연결되고, 제M+N+1 스위치(90)의 타측은 공급 전압(Vdd)에 연결된다. 또한, 제M+2N-1 스위치(92)의 일측은 제3 인덕터(62)의 제N-1 금속층에 연결되고, 제M+2N-1 스위치(92)의 타측은 공급 전압(Vdd)에 연결된다. 이와 비슷하게, 제M+2N 스위치(94)의 일측은 제3 인덕터(62)의 제N 금속층과 연결되고, 제M+2N 스위치(94)의 타측은 공급 전압(Vdd)에 연결된다.Meanwhile, some of the
이와 같은 구성을 통해, 제M+1 ∼ 제M+2N 스위치들(80, ..., 82, 84, 90, ..., 92 및 94) 각각은 스위칭 제어 신호(SC)에 응답하여 스위칭 온 또는 오프된다. 예를 들면, 제M+1 및 제M+N+1 스위치들(80 및 90) 각각은 스위칭 제어 신호(SM+1)에 응답하여 스위칭 온 또는 오프되고, 제M+N-1 및 M+2N-1 스위치들(82 및 92) 각각은 스위칭 제어 신호(SM+N-1)에 응답하여 스위칭 온 또는 오프되고, 제M+N 및 제M+2N 스위치들(84 및 94) 각각은 스위칭 제어 신호(SM+N)에 응답하여 스위칭 온 또는 오프된다.Through this configuration, each of the M + 1 to M + 2N switches 80, ..., 82, 84, 90, ..., 92, and 94 switches in response to the switching control signal SC. On or off. For example, each of the M + 1 and M + N + 1 switches 80 and 90 is switched on or off in response to the switching control signal S M + 1 , and M + N-1 and M Each of the + 2N-1
만일, 제M+2, ... 및 제M+N 스위치들( ..., 82 및 84)중 하나만 스위칭 온되고 제M+1 스위치(80) 및 다른 스위치들은 스위칭 오프된다면 제2 인덕터(60)의 일부 인덕턴스가 사용되지만, 제M+1 스위치(80)만 스위칭 온되고 다른 스위치들(..., 82 및 84)은 스위칭 오프된다면 제2 인덕터(60)의 전체 인덕턴스가 사용된다. 이와 비슷하게, 제M+N+2, ... 및 제M+2N 스위치들( ..., 92 및 94)중 하나만 스위칭 온되고 제M+N+1 스위치(90) 및 다른 스위치들은 스위칭 오프된다면 제3 인덕터(62)의 일부 인덕턴스가 사용되지만, 제M+N+1 스위치(90)만 스위칭 온되고 다른 스위치들( .., 92 및 94)은 스위칭 오프된다면 제3 인덕터(62)의 전체 인덕턴스가 사용된다. 이와 같이, 스위치들(26B)의 스위칭 동작에 의해 제2 및 제3 인덕터들(60 및 62)의 각 길이가 변화되어 유도성 부하(24B)의 인덕턴스가 가변될 수 있다.If only one of the M + 2, ... and M + N switches (..., 82 and 84) is switched on and the M + 1
도 4는 도 1에 도시된 다중 밴드 전압 제어 발진 장치의 본 발명에 의한 바람직한 또 다른 실시예의 회로도로서, 음 저항 발생부(10C), 용량성 부하(22C), 유도성 부하(24C) 및 스위치들(26C)로 구성된다.FIG. 4 is a circuit diagram of another preferred embodiment of the multi-band voltage controlled oscillation device shown in FIG. 1 according to the present invention, which includes a negative
도 4에 도시된 음 저항 발생부(10C)는 스위치들(26C)의 일측에 연결되어 단일 차동 형태로 음의 저항을 발생한다. 이를 위해, 음 저항 발생부(10C)는 정 전류원(124), 제3 및 제4 PMOS 트랜지스터들(MP3 및 MP4)로 구현될 수 있다. 여기서, 제3 PMOS 트랜지스터(MP3)는 스위치들(26C)중 일부 스위치들(160, ..., 162 및 164)의 일측(132)과 연결되는 게이트, 정 전류원(124)과 스위치들(26C)중 타부 스 위치들(140, ..., 142 및 144)의 일측(130) 사이에 연결되는 소스 및 드레인을 갖고, 제4 PMOS 트랜지스터(MP4)는 타부 스위치들(140, ..., 142 및 144)의 일측(130)과 연결되는 게이트, 정 전류원(124)과 일부 스위치들(160, ..., 162 및 164)의 일측(132) 사이에 연결되는 소스 및 드레인을 갖는다. 여기서, 정 전류원(124)은 일정한 전류를 제공하는 역할을 하며, 이를 위해, 바이어스 신호(bias) 신호와 연결되는 게이트, 공급 전압(Vdd)과 제3 및 제4 PMOS 트랜지스터들(MP3 및 MP4)의 소스 사이에 연결되는 소스 및 드레인을 갖는 PMOS 트랜지스터(MPS1)로 구현될 수 있다.The
도 4에 도시된 용량성 부하(22C)는 제어 전압(Vc)에 응답하여 가변되는 커패시턴스를 가지며, 이를 위해, 서로 등을 맞대고 직렬 연결된 커패시터들(C5 및 C6)로 구현될 수도 있다. 유도성 부하(24C)는 도 3에 도시된 유도성 부하(24B)와 동일한 구성을 가지며, 동일한 동작을 수행한다. 예컨데, 도 4에 도시된 유도성 부하(24C)는 용량성 부하(22C)의 일단(126)과 타부 스위치들(140, ..., 142 및 144)중 가장 큰 인덕턴스를 생성하는 스위치(140)의 타측(120) 사이에 연결되는 제4 인덕터(110) 및 용량성 부하(22C)의 타단(128)과 일부 스위치들(160, ..., 162 및 164)중 가장 큰 인덕턴스를 생성하는 스위치(160)의 타측(122) 사이에 연결되는 제5 인덕터(112)로 구현될 수 있다.The
전술한 제1, 제2, 제3, 제4 또는 제5 인덕터(50, 60, 62, 110 또는 112)는 도 2, 도 3 또는 도 4에 도시된 바와 같이 사각형 나선 모양으로 구현될 수도 있으며, 도 2, 도 3 또는 도 4에 도시된 바와 달리 원형, 오각형 또는 팔각형 따위의 나선 모양으로 구현될 수도 있다.The first, second, third, fourth, or
한편, 도 4에 도시된 타부 스위치들(140, ..., 142 및 144)은 음 저항 발생부(10C)에 연결되는 일측(130)을 갖고, 제4 인덕터(110)의 일단(120)과 타단(126) 사이에서 서로 다른 위치에 연결되는 타측을 갖는다. 또한, 일부 스위치들(160, ..., 162 및 164)은 음 저항 발생부(10C)에 연결되는 일측(132)을 갖고, 제5 인덕터(112)의 일단(122)과 타단(128) 사이에서 서로 다른 위치에 연결되는 타측을 갖는다. 예컨데, 스위치들(26C)은 제M+2N+1, ..., 제M+2N+P-1, 제M+2N+P, 제M+2N+P+1, ..., 제M+2N+2P-1 및 제M+2N+2P(여기서, P는 2이상의 양의 정수) 스위치들(140, ..., 142, 144, 160, ..., 162 및 164)로 구성된다. 예를 들면, 제M+2N+1 스위치(140)의 일측(130)은 음 저항 발생부(10C)에 연결되고, 제M+2N+1 스위치(140)의 타측은 제4 인덕터(110)의 제1 금속층에 연결된다. 또한, 제M+2N+P-1 스위치(142)의 일측(130)은 음 저항 발생부(10C)에 연결되고, 제M+2N+P-1 스위치(142)의 타측은 제4 인덕터(110)의 제P-1 금속층에 연결된다. 이와 비슷하게, 제M+2N+P 스위치(144)의 일측(130)은 음 저항 발생부(10C)에 연결되고, 제M+2N+P 스위치(144)의 타측은 제4 인덕터(110)의 제P 금속층과 연결된다. 제M+2N+P+1 스위치(160)의 일측(132)은 음 저항 발생부(10C)에 연결되고, 제M+2N+P+1 스위치(160)의 타측은 제5 인덕터(112)의 제1 금속층에 연결된다. 또한, 제M+2N+2P-1 스위치(162)의 일측(132)은 음 저항 발생부(10C)에 연결되고, 제M+2N+2P-1 스위치(162)의 타측은 제5 인덕터(112)의 제P-1 금속층에 연결된다. 이와 비슷하게, 제M+2N+2P 스위치(164)의 일측(132)은 음 저항 발생부(10C)에 연결 되고, 제M+2N+2P 스위치(164)의 타측은 제5 인덕터(112)의 제P 금속층과 연결된다.Meanwhile, the
이와 같은 구성을 통해, 제M+2N+1 ∼ 제M+2N+2P 스위치들(140, ..., 142, 144, 160, ..., 162 및 164) 각각은 스위칭 제어 신호(SC)에 응답하여 스위칭 온 또는 오프된다. 예를 들면, 제M+2N+1 및 M+2N+P+1 스위치들(140 및 160) 각각은 스위칭 제어 신호(SM+2N+1)에 응답하여 스위칭 온 또는 오프되고, 제M+2N+P-1 및 M+2N+2P-1 스위치들(142 및 162) 각각은 스위칭 제어 신호(SM+2N+P-1)에 응답하여 스위칭 온 또는 오프되고, 제M+2N+P 및 제M+2N+2P 스위치들(144 및 164) 각각은 스위칭 제어 신호(SM+2N+P)에 응답하여 스위칭 온 또는 오프된다.Through this configuration, each of the M + 2N + 1 to M + 2N + 2P switches 140,..., 142, 144, 160,... It is switched on or off in response. For example, each of the M + 2N + 1 and M + 2N + P + 1 switches 140 and 160 is switched on or off in response to a switching control signal S M + 2N + 1 , and the M + th N + Each of the 2N + P-1 and M + 2N + 2P-1
만일, 제M+2N+2, ... 및 제M+2N+P 스위치들( ..., 142 및 144)중 하나만 스위칭 온되고 제M+2N+1 스위치(140) 및 다른 스위치들은 스위칭 오프된다면 제4 인덕터(110)의 일부 인덕턴스가 사용되지만, 제M+2N+1 스위치(140)만 스위칭 온되고 다른 스위치들(..., 142 및 144)은 스위칭 오프된다면 제4 인덕터(110)의 전체 인덕턴스가 사용된다. 이와 비슷하게, 제M+2N+P+2, ... 및 제M+2N+2P 스위치들( ..., 162 및 164)중 하나만 스위칭 온되고 제M+2N+P+1 스위치(160) 및 다른 스위치들은 스위칭 오프된다면 제5 인덕터(112)의 일부 인덕턴스가 사용되지만, 제M+2N+P+1 스위치(160)만 스위칭 온되고 다른 스위치들( .., 162 및 164)은 스위칭 오프된다면 제5 인덕터(112)의 전체 인덕턴스가 사용된다. 이와 같이, 스위치들(26C)의 스위칭 동작에 의해 제4 및 제5 인덕터들(110 및 112)의 각 길이가 대등하게 변화되어 유도성 부하(24C)의 인덕턴스가 가변될 수 있다.If only one of the M + 2N + 2, ... and M + 2N + P switches (..., 142 and 144) is switched on and the M + 2N + 1
결국, 음 저항 발생부(10A, 10B 또는 10C)로부터 발생되는 음의 저항에 응답하여 유도성 부하(24A, 24B 또는 24C)와 용량성 부하(22A, 22B 또는 22C)는 공진을 일으킨다. 이 때, 공진 주파수는 유도성 부하(24A, 24B 또는 24C)의 인덕턴스가 스위칭 동작에 의해 가변됨에 따라 변하며, 가변된 공진 주파수를 갖는 발진 신호가 출력단자 OUT1 또는 OUT2[또는, (OUT3 또는 OUT4) 또는 (OUT5 또는 OUT6)]을 통해 출력될 수 있다. 여기서, 도 2, 도 3 및 도 4에 도시된 다중 밴드 전압 제어 발진 장치들은 상보형 MOS(CMOS) 차동 형태, 단일 N형 MOS(NMOS) 차동 형태 및 단일 P형 MOS(PMOS) 차동 형태로 각각 발진 신호를 생성한다. 이 때, 도 2에 도시된 CMOS 차동 형태의 전압 제어 발진 장치에서 제1 인덕터(50)의 최대 인덕턴스가 L이라면, 도 3 또는 도 4에 도시된 N형 또는 P형 MOS 차동 형태의 전압 제어 발진 장치에서 제2 또는 제3 인덕터(60 또는 62)[또는, 제4 또는 제5 인덕터(110 또는 112)]의 최대 인덕턴스는 L/2이 된다.As a result, the
도 5는 도 1에 도시된 장치의 본 발명에 의한 또 다른 실시예의 회로도로서, 음 저항 발생부(10D), 용량성 부하(22D), 유도성 부하(24D) 및 스위치들(26D)로 구성된다.FIG. 5 is a circuit diagram of yet another embodiment according to the present invention of the apparatus shown in FIG. 1, comprising a negative
도 5에 도시된 스위치들(26D)은 유도성 부하(24D)의 일단과 타단 사이에서 서로 다른 위치에 연결되는 일측을 갖고, 음 저항 발생부(10D)에 연결되는 타측을 갖는다. 이 때, 음 저항 발생부(10D)는 스위치들(26D)의 타측과 접지 사이에 연결되는 저항(R1), 스위치들(26D)의 타측과 공급 전압(Vdd) 사이에 연결되는 저항(R2), 공급 전압(Vdd)과 연결되는 일측을 갖는 저항(R3), 스위치들(26D)의 타 측과 연결되는 베이스와 저항(R3)의 타측과 접지 사이에 연결되는 컬렉터 및 이미터를 갖는 트랜지스터(Q1) 및 트랜지스터(Q1)의 컬렉터와 출력단자 OUT7 사이에 연결되는 커패시터(C7)로 구현될 수 있다. 여기서, 커패시터(C7)는 직류 성분을 차단하는 역할을 한다.The
전술한 구성을 갖는 음 저항 발생부(10D)로부터 발생되는 음의 저항에 응답하여 유도성 부하(24D)와 용량성 부하(22D)는 공진을 일으킨다. 이 때, 공진 주파수는 유도성 부하(22D)의 인덕턴스가 스위치들(26D)의 스위칭 동작에 의해 가변됨에 따라 변할 수 있으며, 가변된 공진 주파수를 갖는 발진 신호가 출력단자 OUT7을 통해 출력된다. 이와 같이, 도 5에 도시된 장치는 단일 형태로 발진 신호를 생성한다.The
한편, 도 2, 도 3, 도 4 및 도 5에 도시된 스위치들(26A, 26B, 26C 및 26D) 각각은 금속 산화막 반도체(MOS:Metal-Oxide Semiconductor) 스위치, 핀 다이오드(PIN diode) 스위치 또는 마이크로 전자 기계 시스템(MEMS:Micro ElectoMechanical System) 스위치로 구현될 수 있다. 이 때, 각 스위치가, MOS 스위치인 경우 CMOS 단일 칩 고주파 집적 회로(MMIC:Monolithic Microwave Integrated Circuit)가 되고, 핀 다이오드 스위치인 경우 바이폴라 CMOS(BiCMOS) 기술에 의해 MMIC가 되고, MEMS 스위치인 경우 오프 칩(off chip)이 될 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 전술한 본 발명에 의한 다중 밴드 전압 제어 발진 장치의 실시예들 각각은 단일 칩으로 구현될 수 있다.Meanwhile, each of the
이하, 도 1에 도시된 다중 밴드 전압 제어 발진 장치에서 수행되는 본 발명 에 의한 전압 제어 발진 방법을 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.Hereinafter, a voltage controlled oscillation method according to the present invention performed in the multi-band voltage controlled oscillation apparatus shown in FIG. 1 will be described with reference to the accompanying drawings.
도 6은 도 1에 도시된 장치에서 수행되는 본 발명에 의한 전압 제어 발진 방법을 설명하기 위한 플로우차트로서, 커패시턴스와 인덕턴스를 조정하는 단계(제200 단계) 및 음의 저항을 이용하여 본 발명에 의한 전압 제어 발진 장치를 공진시키는 단계(제202 단계)로 구성된다.FIG. 6 is a flowchart for explaining a voltage controlled oscillation method according to the present invention performed in the apparatus shown in FIG. 1, in which the capacitance and inductance are adjusted (step 200) and the negative resistance is used in the present invention. Resonating the voltage controlled oscillation device (step 202).
전술한 본 발명에 의한 전압 제어 발진 장치는, 외부로부터 주어지는 제어 전압(Vc)을 이용하여 용량성 부하(22, 22A, 22B, 22C 또는 22D)의 커패시턴스를 조정하고, 스위치들(26, 26A, 26B, 26C 또는 26D)을 선택적으로 스위칭 온하여 유도성 부하(24, 24A, 24B, 24C 또는 24D)의 인덕턴스를 조정한다(제200 단계).The voltage controlled oscillation apparatus according to the present invention described above adjusts the capacitance of the capacitive loads 22, 22A, 22B, 22C or 22D using the control voltage Vc supplied from the outside, and switches 26, 26A, Selectively switching on 26B, 26C or 26D to adjust the inductance of
제200 단계후에, 용량성 부하(22, 22A, 22B, 22C 또는 22D)와 유도성 부하(24, 24A, 24B, 24C 또는 24D)는 음 저항 발생부(10, 10A, 10B, 10C 또는 10D)로부터 발생되는 음 저항을 이용하여 조정된 커패시턴스와 인덕턴스로 공진된다(제202 단계).After the 200th step, the
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 다중 밴드 전압 제어 발진 장치 및 방법은 적어도 두 개 이상으로 가변될 수 있는 공진 주파수를 갖는 발진 신호를 생성하기 위해 필요한 유도성 부하의 인덕턴스 변화를 인덕터의 길이를 스위칭 동작에 의해 선택적으로 조정하므로서 달성할 수 있으므로, 차동 형태의 경우 한 개의 인덕터 또는 단일 형태의 경우 두 개의 인덕터들만을 요구하므로, 면적, 부피 및 전력 소모를 절감시킬 수 있는 효과를 갖는다.As described above, the multi-band voltage controlled oscillation apparatus and method according to the present invention is to change the inductance length of the inductive load required to generate the oscillation signal having a resonant frequency which can be varied by at least two or more. This can be achieved by selectively adjusting by switching operation, which requires only one inductor in the differential form or two inductors in the single form, thereby reducing area, volume and power consumption.
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