KR100573924B1 - 저잡음 및 이미지 억압의 헤테로다인 수신 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 헤테로다인 통신 시스템에 적용되는 주파수 변환기의 저잡음 및 이미지 억압을 위한 헤테로다인 수신 장치에 관한 것이다.

저잡음 및 이미지 억압의 헤테로다인 수신 장치는, 주파수 변환기의 구동부에 인덕터와 커패시터로 이루어져 이미지 주파수에서 직렬 공진하는 필터를 부가하여 이미지 주파수 대역에서는 임피던스가 낮아지게 하고, RF 신호 주파수 대역에서는 임피던스가 높아지도록 하여, 이미지 주파수 대역에서의 열잡음이 중간주파수 출력으로의 변환되는 이득을 억제하고, 이 필터는 저잡음 증폭기의 다음 단에서 수행되는 이미지 억압 기능도 수행한다.

이와 같이 하면, 통신 시스템에서 시스템 성능의 주요 지표가 되는 잡음지수 특성을 향상시킬 수 있고, 원하는 신호에 심각한 왜곡을 가져올 수 있는 이미지 주파수 신호를 억압시킬 수 있는 효과가 있다.

헤테로다인 수신기, 저잡음증폭기, 주파수 변환기, 국부발진 회로, 혼합 회로, 필터

Description

저잡음 및 이미지 억압의 헤테로다인 수신 장치{APPARATUS FOR LOW NOISE AND IMAGE REPRESSION OF HETERODYNE RECEIVER}

도 1은 주파수 변환장치의 이미지 주파수의 특성을 도시한 것이다.

도 2는 종래 기술에 따른 헤테로다인 수신 장치의 구성을 간략히 도시한 것이다.

도 3은 종래 기술의 제1 실시예에 따른 이미지 주파수에서의 이미지 제거 필터를 내장한 저잡음 증폭기의 회로를 도시한 것이다.

도 4는 종래 기술의 제2 실시예에 따른 신호주파수에서의 이미지 제거 필터를 내장한 저잡음 증폭기의 회로를 도시한 것이다.

도 5는 종래 기술의 제3 실시예에 따른 이미지 제거 필터를 내장한 저잡음 증폭기의 회로를 도시한 것이다.

도 6은 종래 기술의 제1 실시예에 따른 능동형 주파수 변환기의 회로를 도시한 것이다.

도 7은 종래 기술의 제2 실시예에 따른 능동형 주파수 변환기의 회로를 도시한 것이다.

도 8은 종래 기술에 따른 주파수 변환기의 변환이득과 잡음지수 특성의 관계를 도시한 것이다.

도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 저잡음 및 이미지 억압의 헤테로다인 수신 장치 중 주파수 변환기의 구성을 도시한 회로도이다.

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 저잡음 이미지 억압의 헤테로다인 수신장치 중 주파수 변환기의 구성을 도시한 것이다.

도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 저잡음 이미지 억압의 헤테로다인 수신장치의 구성을 도시한 것이다.

도 12는 본 발명의 제4 실시예에 따른 저잡음 이미지 억압의 헤테로다인 수신장치의 구성을 도시한 것이다.

도 13은 도 9의 일부구성요소인 주파수 변환기의 잡음지수 특성을 모델링한 도면이다.

도 14는 도 9의 일부 구성요소인 주파수 변환기의 구동부 매칭 상태를 도시한 것이다.

본 발명은 헤테로다인 통신 시스템에 적용되는 주파수 변환기의 저잡음 및 이미지 억압을 위한 저잡음 및 이미지 억압의 헤테로다인 수신 장치에 관한 것이다.

도 1은 주파수 변환 장치의 이미지 주파수의 특성을 도시한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 헤테로다인 수신 장치에서 이미지 주파수는 원하 는 신호(w₁)와 이미지 주파수(w_im)가 국부발진 주파수(LO)를 중심으로 중간 주파수(w_IF)만큼 떨어져서 양쪽으로 존재하며, 두 신호가 주파수 변환기를 거치게 되면 원하는 신호와 이미지 주파수가 동일한 중간주파수로 변환된다.

특히 주파수 변환시 이미지 신호가 크면 원하는 신호의 왜곡이 심각해지므로 이미지 제거 기능이 필요하다.

도 2는 종래 기술에 따른 헤테로다인 수신 장치의 구성을 간략히 도시한 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 헤테로다인 수신 장치는 저잡음 증폭기와 주파수 변환기 사이에 이미지 제거를 위한 이미지 제거 필터를 삽입하여 이미지를 제거하고 있다.

이러한 헤테로다인 수신 장치는 이미지 제거용 필터가 수동형 필터로 외장형으로 구현되거나, 하아트리(Hartely) 구조와 위버(Weaver) 구조로 구현되기도 한다.

그런데, 위의 하아트리 구조나 위버 구조는 구현하기 매우 복잡하다는 문제점이 있어, 대개 저잡음 증폭기와 주파수변환기 사이에 이미지 제거 필터를 부가하여 이미지를 제거하고 있는 실정이다.

도 3 내지 도 5는 종래 기술의 제1, 제2, 제3 실시예에 따른 이미지 제거 필터를 내장한 저잡음 증폭기의 회로를 각각 도시한 것이다.

먼저, 종래 기술의 제1 실시예에 따른 이미지 주파수에서의 이미지 제거 필 터를 내장한 저잡음 증폭기는 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 제1 인덕터(L1)와 커패시터(C1)로 이루어진 회로가 이미지 제거 필터 기능을 수행하고, 나머지 트랜지스터(M1, M2)와 제2 인덕터(L2)로 이루어진 회로가 증폭기 기능을 수행한다.

제1 인덕터와 커패시터는 이미지 주파수에서 직렬 공진하고, 노드 X에서의 임피던스

를 낮아지게 하여 이미지 주파수에서 M2로 인가되는 신호 전류를 감소시켜 이미지 주파수의 이득, Vout/Vin을 낮추게 된다.

결과적으로, 상기한 제1 실시예에 따른 이미지 제거 필터를 내장한 저잡음 증폭기는 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 입출력 주파수 특성을 살펴보면 이미지를 억압하는 특성을 갖고 있음을 알 수 있다.

다음, 종래 기술의 제2 실시예에 따른 신호주파수에서의 이미지 제거 필터를 내장한 저잡음 증폭기는, 상기한 제1 실시예와 유사한 구조를 갖고 있지만 이미지를 제거하는 부분이 서로 달라진다.

즉, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 기생 커패시턴스(Cx)는 Lx가 없을 경우에 노드 X에서의 임피던스를 낮아지게 하고, 그로 인해 M1과 M2로 이루어진 캐스코드(CASCODE) 구조의 이득을 낮추게 된다.

또한, Cx는 M2에서 기인하는 잡음의 기여도를 증가시키고, M1에 의해 M2로 인가되는 신호 전류의 기여도를 감소시켜 저잡음 증폭기의 잡음지수 특성을 악화시키게 된다.

따라서, 제1 실시예에 따른 이미지 제거 필터를 내장한 저잡음 증폭기는 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 잡음지수의 주파수 특성을 살펴보면 Cx를 Lx에 의해 신호주파수(f_sig)에서 병렬 공진시켜 잡음지수(Noise Figure)를 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.

종래 기술의 제3 실시예에 따른 이미지 제거 필터를 내장한 저잡음 증폭기는, 상기한 제1 실시예와 제2 실시예의 구조를 적절히 결합하여 3차 필터를 구현한 것이다.

위에서 이미지 제거 필터를 내장한 저잡음 증폭기의 3차 필터는 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 제1 인덕터(Cx), 커패시터(C2), 및 가변 커패시터(C1)로 이루어지는데, C1의 용량 값을 변화시켜 제거하고자 하는 이미지 주파수를 조절할 수 있다.

도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 3차 필터의 임피던스 특성을 살펴보면 노드 X에서의 임피던스

는 이미지 주파수(f_img)에서는 낮아지고, 신호 주파수(f_sig)에서는 높아진다.

도 5의 (c)에 도시된 바와 같이, 증폭기의 입력-출력 특성을 살펴보면 이미지 주파수에서 Vout/Vin이 'V'자 형태의 매우 협대역 특성을 가지며, 이미지 주파수에서의 직렬 공진을 위해 필터의 정확한 조절이 이미지 제거에 필수적인 반면에, 신호주파수 근방에서 상당히 광대역의 평탄한 입출력 특성을 가지고 있어 병렬 공진에 대한 정확한 조절이 필요 없음을 알 수 있다.

따라서, 3차 필터는 이미지 제거를 하는 동시에 노드 X에서의 기생 커패시턴스 효과를 상쇄시켜 잡음 특성을 개선시키는 기능을 수행한다.

도 6은 종래 기술의 제1 실시예에 따른 능동형 주파수 변환기의 회로를 도시한 것이고, 도 7은 종래 기술의 제2 실시예에 따른 능동형 주파수 변환기의 회로를 도시한 것이다.

위의 도 6 및 도 7에 도시된 능동형 주파수 변환기는 모스펫(MOSFET)을 이용한 변환 이득(Conversion Gain)을 갖으며, 필터 회로가 없는 경우를 보여주고 있다.

먼저, 도 6에 도시된 능동형 주파수 변환기에서 단일 입력된 RF 전압 신호가 구동(Drive) 단(11)의 M1에 의해 전류 신호로 변환되고, 이렇게 변환된 전류 신호는 국부 발진기(Local Oscillator, LO)의 L0 신호를 인가받아 스위칭 작용하는 M2 및 M3에 의해 곱해진다.

다음, 도 7에 도시된 능동형 주파수 변환기에서 차동 RF 전압신호가 M1과 M2에 의해 전류 신호로 변환되며, 스위칭 작용을 하는 M3-M4, M5-M6에 의해 곱해진다.

도 6에 도시된 바와 같이 처음 구동 단에 단일의 입력신호가 들어오는 경우를 단일 균형 혼합기(Single Balanced Mixer)라 하고, 도 7에 도시된 바와 같이 차동의 입력신호가 들어오는 경우를 이중 균형 혼합기(Double Balanced Mixer)라 한다.

도 8은 종래 기술에 따른 주파수 변환기의 변환이득과 잡음지수 특성의 관계를 도시한 것이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 입력단 X에 인가되는 주파수 성분은 신호 주파수 대역에서의 신호 성분과 입력단 부하 저항(Rs)에 기인하는 신호 주파수 대역과 이미지 주파수 대역에서의 열잡음으로 구성된다.

주파수 변환되는 과정에서 신호성분, 신호주파수 대역에서의 열잡음, 이미지 주파수 대역에서의 열잡음이 중간주파수 대역으로 변환된다. 따라서 출력단 Y에서의 신호대 잡음비는 신호주파수 대역과 이미지 주파수 대역에서의 변환 이득이 동일할 경우에, 입력단 X에서의 신호대 잡음비의 1/2가 됨을 알 수 있다.

결국, 주파수 변환기의 잡음 지수 특성은 주파수 변환기의 이득을 1로 가정했을 경우에 2배(3dB)로 악화되는 문제점이 있다. 즉, 이미지 주파수 대역에서의 변환 이득을 신호 주파수 대역에서의 변환 이득보다 낮출 수 있다면 잡음 지수 특성을 향상시킬 수 있지만, 그렇지 않다면 잡음 지수 특성이 악화된다.

또한, 이미지 제거를 위해 대부분의 통신 시스템에서 필요로 하는 이미지 억압은 60~70dB 이상으로 저잡음 증폭기에 필터를 적용한 구조로는 시스템에서 요구하는 사양을 만족시킬 없어, 저잡음 증폭기의 다음 단에 이미지 억압 기능이 추가되어야 하는 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 주파수 변환기의 잡음 지수 특성을 개선시키면서 저잡음 증폭기와 주파수 변환기에서 필요로 하는 이미지 억압을 수행하는 저잡음 및 이미지 억압의 헤테로다인 수신 장치를 제공하는 것이다.

이러한 과제를 해결하기 위해 본 발명은 주파수 변환기의 구동부에 필터를 부가하여 이미지 주파수 대역에서는 임피던스가 낮아지게 하고, RF 신호 주파수 대역에서는 임피던스가 높아지도록 하여 이미지 주파수 대역에 기인하는 잡음을 감소시키고, 이미지 주파수 신호를 억압하도록 한다.

본 발명의 첫 번째 특징에 따른 저잡음 및 이미지 억압의 헤테로다인 수신장치는, 안테나를 통해 입력신호가 수신되면 상기 입력신호의 잡음 지수를 낮춰 증폭 출력시키는 저잡음 증폭기; 및 상기 저잡음 증폭기에서 증폭 출력되는 입력신호와 국부발진 신호를 받아들여 상기 입력신호의 이미지 주파수 대역에서 이득을 억제하고, 상기 입력신호의 신호 주파수 대역에서 이득을 높여주도록 필터링 하여 중간주파수 대역으로 변환하는 주파수 변환기를 포함한다.

상기 주파수 변환기는, 상기 입력신호의 주파수 변환에 사용되는 국부발진 신호를 출력하는 국부발진 회로; 및 상기 국부발진 회로에서 출력되는 국부 발진 신호와 상기 저잡음 증폭기에서 출력되는 입력신호와의 차이주파수를 이미지 억압 및 저잡음을 위한 필터링을 거쳐 일정한 중간주파수로 변환 출력하는 혼합회로를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 혼합 회로는, 상기 증폭기에서 출력되는 입력신호와 상기 국부발진 회로에서 출력되는 국부발진 신호가 입력되고, 상기 신호들의 이미지 억압을 위한 필터링 기능을 수행하는 구동부; 상기 구동부에서 출력되는 입력신호와 국부발진 신호를 시간적으로 스위칭 하는 스위칭부; 상기 스위칭부의 스위칭 동작에 의해 상기 입력신호와 국부발진 신호를 이용해 중간주파수를 출력하는 중간주파수 출력부를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 구동부는, 전계효과 트랜지스터(MOSFET)의 드레인 출력단에 적어도 1개 이상의 인덕터와 커패시터로 이루어져 직렬 공진하는 필터를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 필터의 커패시터는 가변 커패시턴스로 구현되는 것이 바람직하다.

상기 필터는, 상기 입력신호의 이미지 주파수에서 상기 인덕터와 커패시터에 의해 직렬 공진 하도록 하고, 상기 신호주파수에서 상기 전계효과 트랜지스터의 드레인과 소스 사이의 기생 커패시턴스에 의해 병렬 공진 하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 필터는, 상기 전계효과 트랜지스터의 드레인 전류를 증가시켜 상기 전계효과 트랜지스터에 기인하는 잡음을 감소시키는 것이 바람직하다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

먼저, 본 발명의 제1 실시예에 따른 저잡음 및 이미지 억압의 헤테로다인 수신 장치에 대하여 도 1을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 저잡음 및 이미지 억압의 헤테로다인 수신 장치 중 주파수 변환기의 구성을 도시한 회로도이다.

도 9에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 저잡음 및 이미지 억압의 헤테로다인 수신 장치는, 증폭기와 주파수 변환기를 포함하는데, 주파수 변환기는 국부발진 회로와 혼합 회로(mixer)(100)를 포함하고 있다.

도 9에서, M1은 구동부(110)의 NMOS FET, M2와 M3은 스위칭부(120)의 NMOS FET, RF_IN은 RF 입력신호, IF_OUT는 중간주파수 출력신호, V_G는 게이트의 바이어스 전압, VDD는 DC 전원 전압, R_G는 RF 신호 차단 저항, L1과 C1은 필터(115)용 인덕터와 커패시터, LO_IN은 국부발진기의 입력신호, I_DC는 블리딩 전류, L2, L3, C2, C3은 차동 출력을 단일 출력으로 변환하기 위한 파워 컴바이너(POWER COMBINER)를 각각 나타낸다.

국부 발진 회로는 안정한 발진 주파수를 갖으면서 고조파 함유율이 적은 국부발진 신호를 출력하고, 혼합 회로(100)는 증폭기에서 출력되는 입력신호와 국부발진 신호의 차이 주파수를 일정한 중간 주파수로 변환 출력한다.

이러한 혼합 회로(100)는 구동부(110), 스위칭부(120), 및 중간주파수 출력부(130)로 구성되어 있다.

구동부(110)는 입력신호와 국부발진 신호를 입력하여, 이미지 억압 및 저잡음을 위한 필터링 기능을 수행한다.

스위칭부(120)는 구동부(110)에서 출력되는 신호를 시간적으로 스위칭 하여 중간주파수 출력부(130)로 전달한다.

중간주파수 출력부(130)는 스위칭부(120)의 스위칭 동작에 의해 입력신호와 국부발진 신호에 의한 중간주파수를 변환 출력한다.

위에서, 구동부(110)는 이미지 억압 및 저잡음을 위해 전계효과 트랜지스터(M1)의 드레인 출력단에 인덕터(L1)와 커패시터(C1)로 이루어져 직렬 공진하는 필터(115)를 포함한다.

필터(115)는 인덕터(L1)와 커패시터(C1), 및 M1의 기생 커패시턴스(Cp)에 의해 이미지 주파수에서 직렬 공진하고, 신호 주파수에서 병렬 공진한다.

또한, 필터(115)는 블리딩(BLEEDING) 전류에 의해 M1의 드레인 전류를 증가시켜 M1에 기인하는 잡음을 감소시킬 수도 있다.

도 10 내지 도 12는 본 발명의 제2, 제3, 제4 실시예에 따른 저잡음 이미지 억압의 헤테로다인 수신장치 중 주파수 변환기의 구성을 각각 도시한 것이다.

도 10 내지 도 12에서, M1, M2는 구동부의 NMOS FET, M3, M4, M5 및 M6은 스위칭부의 NMOS FET, RF_IN+와 RF_IN- 은 차동 RF 입력신호, R_G1과 R _G2는 RF 신호 차단 저항, L1, L2, C1, C2는 필터용 인덕터와 커패시터, I_Bias는 바이어스 전류를 각각 나타낸다.

본 발명의 제2 내지 제4 실시예에 따른 저잡음 및 이미지 억압의 헤테로다인 수신 장치는, 제1 실시예와 달리 이중 균형 혼합회로에 부가되는 필터(115)의 구성이 달라진다.

즉, 제2 실시예에서 필터(116)는 M1과 M2의 드레인 출력 부분의 X와 Y 노드에 각각 L1 및 C1, L2 및 C2가 연결되어 있다. 그리고, 제3 실시예에서 필터(117) 는 X와 Y 노드 사이에 L1, L2, L1과 L2 사이의 C1이 연결되어 있다. 제4 실시예에서 필터(118)는 X와 Y 노드 사이에 L1과 C1이 연결되어 있다.

위의 본 발명의 제2 실시예 내지 제4 실시예는 필터의 구조가 상기한 제1 실시예와 다소 상이하지만, 필터의 저잡음 및 이미지 억압 기능을 동일하게 작용한다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 저잡음 및 이미지 억압의 헤테로다인 수신 장치의 동작을 첨부한 도면을 참고하여 살펴보면 다음과 같다.

도 13은 도 9의 일부구성요소인 주파수 변환기의 잡음지수 특성을 모델링한 도면이다.

도 13에 도시된 바와 같이, 주파수 변환기의 잡음은 구동부(110)에서 I_RF, I_IM, I_IF의 전류 잡음으로 나누어지는데, I_RF는 RF 신호 주파수 대역에서의 전류 잡음, I_IM은 이미지 주파수 대역에서의 전류 잡음, I_IF는 중간주파수 대역에서의 전류 잡음을 각각 나타낸다.

한편, 스위칭부(120)에서의 잡음은 시간축 상에서 주기적으로 변하게 되며, M2와 M3의 게이트에서의 전압 잡음(V_{N, L0})으로 모델링된다.

이와 같은 잡음지수 특성은 RF 신호 주파수 대역에서의 전류 잡음(I_RF, I_IM, I_IF) 각각에 대해 중간주파수 출력으로의 변환 이득을 구하고, 각각의 전류 잡음과 변환 이득을 곱한 후에 중간주파수 출력에서의 잡음의 총합을 아래 수학식 1과 같 이 구한다.

여기서, G_C,RF, G_C,IM은 전류 잡음 I_RF, I_IM의 중간주파수 출력으로의 전류변환 이득을 나타내며, I_N,LO는 전압 잡음(V_N,LO)DP 의한 중간주파수 출력에서의 전류 잡음을 나타내고, I_N,RL은 중간주파수 출력에 부하저항 R_L을 연결하였을 경우의 전류 잡음을 나타낸다.

중간주파수 대역에서의 전류 잡음(I_IF)은 중간주파수 출력이 차동 형태의 출력으로 나올 경우에 출력 잡음에 나타나지 않게 된다.

수학식 1에서

과

이 주된 잡음 요인으로, 필터(115)는 특히

를 이미지 주파수에서의 변환 이득을 줄임으로써 잡음 성능을 개선시킨다.

수학식 1에서

은 국부발진 신호에 기인하는 것이므로 국부발진 회로의 입력전력을 크게 하여 최소화할 수 있다.

수학식 1에 의해 중간주파수 출력에서의 잡음 전류의 총합을 구한 후에, 중간주파수 출력에서의 잡음의 총합을 RF 입력신호의 중간주파수 출력으로의 변환 이득을 나누어 입력 측에서 본 잡음을 구하고, 입력 측에서 본 잡음을 저항(R_S)에 의 한 열잡음으로 나누어 잡음 지수를 구한다.

이때, 중간주파수 출력에서의 전압 잡음(

)은 중간주파수 출력에서의 전류 잡음의 총합(

)을 출력단 부하 저항(R_L)과 곱하고, RF 입력신호의 중간주파수로의 전압 변환이득(Ac)으로 나누면 입력 측에서 본 전압잡음(

)을 구할 수 있다.

잡음 지수는 아래 수학식 3과 같이 입력단 부하 저항(Rs)의 열잡음 4kTRs로 나누면 된다.

수학식 3에서 k는 볼츠만 상수이며, T는 잡음 온도를 각각 나타낸다.

도 9 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 필터(115)의 인덕터(L1)와 커패시터(C1)는 이미지 주파수에서 직렬 공진하고, 그로 인해 입력 임피던스(

)는 이미지 주파수에서 낮아지고 원하는 RF 신호 주파수에서는 높은 값을 갖게 된다.

이미지 주파수에서의 낮은 임피던스로 인해 X 노드에서의 이미지 주파수의 전류 신호는 억압되며, 중간주파수 출력으로의 변환 이득을 낮추게 되어 결국 이미지 주파수를 억압하게 된다. 반면에, 필터(115)는 원하는 신호주파수에서 높은 임피던스로 인해 변환 이득이 높아지도록 한다.

도 14는 도 9의 일부 구성요소인 주파수 변환기의 구동부 매칭 상태를 도시한 것이다.

도 14에 도시된 바와 같이, 구동부(110)에서 인덕터 Ls와 Lg를 이용하여 입력 임피던스를 50??에 맞추면, 입력 임피던스(Zin)는 아래 수학식 4에 의해 결정된다.

수학식 4는 실수 부분과 허수 부분으로 나눌 수 있는데, 실수 부분의 첫 번째 항을 50Ω으로 정합시키고, 허수부분은 직렬 공진되도록 Ls와 Lg 값을 정하여 서로 상쇄시킨다. 위에서, gm1은 M1의 트랜스 컨덕턴스를, Cgs1은 M1의 게이트-소스간 커패시턴스를 각각 나타낸다.

아래 표 1은 도 9의 각 구성요소에 일정 값을 정해놓고 모의 실험한 결과이다.

모의 실험을 위해, RF 입력신호는 5.25㎓에 입력전력을 -30dBm, 국부발진 신호는 4.25㎓에 입력전력을 0dBm, 중간주파수 출력은 입력 신호와 국부발진 신호의 차이에 해당하는 1㎓가 되도록 한다.

Ls는 비교적 작은 용량 값을 가지므로 1mm 당 0.8nH의 값을 가정한 본드 와이어(bond wire)를 이용하고, Lg는 오프-칩(OFF-CHIP) 인덕터로 가정한다.

표 1에 나타나 있듯이, 주파수 변환기에 필터를 추가한 경우에, 잡음 지수의 특성은 블리딩 전류를 흘리지 않을 경우에 약 1.8~2.7dB 정도 개선되고, 블리딩 전류를 증가시킬수록 잡음 지수 특성이 더 개선됨을 알 수 있다.

RF 신호 주파수에서 중간주파수로의 변환 이득은 약 5~9dB정도를 얻었다.

통신 시스템에서 여러 회로가 직렬로 연결될 경우에, 통신 시스템의 잡음 지수 성능은 뒷단에 연결되는 회로의 잡음 지수 성능이 좋이 않으면 시스템의 전체 성능을 크게 악화시키게 된다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에서는 주파수 변환기의 구동부의 출력 노드에 필터를 추가함으로써 RF 신호 주파수 대역에서 변환 이득을 높여주고, 이미지 주파수 대역에서 변환 이득을 낮추어 이미지 주파수 대역에서의 열잡음이 중간주파수 대역으로 변환되는 이득을 억제하여 잡음 지수 성능을 향상시키고, 아울러 이미지 억압도 할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 그 외의 다양한 변경이나 변형이 가능하다.

이와 같이, 본 발명에 의한 저잡음 및 이미지 억압의 헤테로다인 수신 장치는, 주파수 변환기의 구동부의 출력단에 필터를 추가하여 RF 신호 주파수 대역에서는 중간주파수 출력으로의 변환 이득을 높여지고, 이미지 주파수 대역에서는 변환 이득을 낮추어 잡음 지수 성능을 향상시키고, 이미지 주파수 신호를 억압시켜 원하는 신호의 왜곡을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 안테나를 통해 입력신호가 수신되면 상기 입력신호의 잡음 지수를 낮춰 증폭 출력시키는 저잡음 증폭기; 및

   상기 입력신호의 주파수 변환에 사용되는 국부발진신호를 출력하는 국부 발진 회로,

   상기 증폭기에서 출력되는 입력신호와 상기 국부발진 회로에서 출력되는 국부발진신호가 입력되고 상기 신호들에 대한 필터링을 하는 구동부, 상기 구동부에서 출력되는 입력신호와 국부발진신호를 시간적으로 스위칭하는 스위칭부 및 상기 스위칭부의 스위칭 동작에 의해 입력신호와 국부발진신호를 이용하여 중간주파수를 출력하는 중간주파수 출력부를 포함하는 혼합회로를 갖는 주파수 변환기;

   를 포함하고,

   상기 구동부는 구동부의 출력단에 필터를 포함하여, 이미지 주파수 신호를 억압하면서, 입력신호의 이미지 주파수 대역에서의 이득을 억제하는 동시에 신호 주파수 대역에서 이득을 높여주는

   저잡음 및 이미지 억압의 헤테로다인 수신 장치.
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4. 제1항에 있어서,

   상기 구동부는,

   전계효과 트랜지스터(MOSFET)의 드레인 출력단에 적어도 1개 이상의 인덕터와 커패시터로 이루어져 직렬 공진하는 필터를 포함하는 저잡음 및 이미지 억압의 헤테로다인 수신 장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 필터의 커패시터는 가변 커패시턴스로 구현되는 것을 특징으로 하는 저잡음 및 이미지 억압의 헤테로다인 수신 장치.
6. 제4항에 있어서,

   상기 필터는,

   상기 입력신호의 이미지 주파수에서 상기 인덕터와 커패시터에 의해 직렬 공진 하도록 하고, 상기 신호주파수에서 상기 전계효과 트랜지스터의 드레인과 소스 사이의 기생 커패시턴스에 의해 병렬 공진 하도록 하는 것을 특징으로 하는 저잡음 및 이미지 억압의 헤테로다인 수신 장치.
7. 제4항에 있어서,

   상기 필터는,

   상기 전계효과 트랜지스터의 드레인 전류를 증가시켜 상기 전계효과 트랜지스터에 기인하는 잡음을 감소시키는 것을 특징으로 하는 저잡음 및 이미지 억압의 헤테로다인 수신 장치.

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