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KR101449484B1 - Direct conversion receiver - Google Patents

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KR101449484B1
KR101449484B1 KR1020100115078A KR20100115078A KR101449484B1 KR 101449484 B1 KR101449484 B1 KR 101449484B1 KR 1020100115078 A KR1020100115078 A KR 1020100115078A KR 20100115078 A KR20100115078 A KR 20100115078A KR 101449484 B1 KR101449484 B1 KR 101449484B1
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KR
South Korea
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charge
bank
output
sampling
capacitor
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박정우
이영재
유현규
민병훈
김성도
남 호아이
이상국
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한국전자통신연구원
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Abstract

본 발명은 직접 변환 수신기에 관한 것으로서, 샘플링 주파수에 따라서 입력 전류를 전하 샘플링하는 샘플러부 및 낮은 입력 임피던스를 가지면서 샘플러부의 출력 신호를 수신하여 증폭하고 전류신호를 출력하는 버퍼부를 포함하는 고선형성 믹서 장치와, 믹서 장치의 출력 신호를 데시메이션하고 FIR 필터링 하는 필터 장치를 포함하며, 필터 장치는, 입력 신호를 서로 상이한 샘플링 주기만큼 지연시키고 서로 동일한 또는 상이한 웨이트(weight)를 부여하여 다수의 지연 신호를 생성하여 출력하는 신호전달부와, 신호전달부로부터 출력되는 다수의 지연 신호를 가산하여 결과를 출력하는 가산부를 포함한다.The present invention relates to a direct conversion receiver, and more particularly, to a direct conversion receiver that includes a sampler for charge sampling an input current according to a sampling frequency, and a buffer for receiving and amplifying an output signal of the sampler with a low input impedance, And a filter device for decimating and FIR filtering the output signal of the mixer device, wherein the filter device delays the input signal by a different sampling period from each other and assigns the same or a different weight to each other, And an adder for adding a plurality of delay signals output from the signal transmitter and outputting a result.

Figure R1020100115078
Figure R1020100115078

Description

직접 변환 수신기 {DIRECT CONVERSION RECEIVER}[0001] DIRECT CONVERSION RECEIVER [0002]

본 발명은 직접 변환 수신기에 관한 것으로서, 구체적으로는 무선 통신 단말기에 적용되는 적응성이 우수한 이산 시간 직접 변환 수신기의 구조에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a direct conversion receiver, and more particularly, to a structure of a discrete time direct conversion receiver having excellent adaptability to a wireless communication terminal.

본 발명은 지식경제부의 IT원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2008-F-008-02, 과제명: 차세대 무선 융합 단말용 Advanced Digital RF 기술 개발].The present invention has been derived from the research carried out as part of the IT original technology development project of the Ministry of Knowledge Economy [Task Control Number: 2008-F-008-02, Project: Development of Advanced Digital RF Technology for Next Generation Wireless Fusion Terminals].

일반적으로 전하 샘플링 수신기(charge sampling receiver)는 주파수 다운 컨버젼과 신호 샘플링의 기능을 수행하는 샘플러를 구비한다. 샘플러는 전압 샘플링 또는 전하 샘플링을 이용하여 신호 샘플링을 수행한다.Generally, a charge sampling receiver has a sampler that performs the functions of frequency downconversion and signal sampling. The sampler performs signal sampling using voltage sampling or charge sampling.

전하 샘플링 믹서는 그 자체에 내장된 앨리어싱(aliasing) 및 노이즈 폴딩 (noise folding)제거 특성이 있어 전압 샘플링 믹서에 비해서 샘플러로서 우수한 효과를 가진다.
The Charge Sampling Mixer has its own built in aliasing and noise folding elimination characteristics and has a superior effect as a sampler compared to a voltage sampling mixer.

직접 변환(direct conversion) 다운 샘플링 믹서(downsampling mixer)의 변환이득(conversion gain)은 수학식1과 같이 표현된다.The conversion gain of the direct conversion downsampling mixer is expressed as Equation 1. " (1) "

Figure 112010075490808-pat00001
Figure 112010075490808-pat00001

여기에서 Gm 은 트랜스컨덕터의 트랜스컨덕턴스, fs 는 샘플링 주파수, Cs는 샘플링 커패시터의 커패시턴스이다. Where G m is the transconductance of the transconductor, f s is the sampling frequency, and C s is the capacitance of the sampling capacitor.

상기 식에 따르면, 전하 샘플링 믹서에 내장된 1 차 싱크필터 형태의 앨리어싱(aliasing) 제거 필터의 변환이득(conversion gain)은 주파수 의존성을 갖는다. 전하 샘플링 믹서에 내장된 안티-앨리어싱(anti-aliasing) 싱크 필터(sink filter)의 변환 이득(conversion gain)이 주파수 의존 특성을 갖기 때문에, 종래의 전하 샘플링 수신기는 주파수 대역이 수십 MHz 에서 수 GHz 에 이르는 디지털 TV 튜너와 같은 광대역 응용에는 적용하기 어렵다.
According to this equation, the conversion gain of the aliasing removal filter in the form of a first-order sink filter built in the charge sampling mixer is frequency dependent. Because the conversion gain of the anti-aliasing sink filter built into the charge sampling mixer has a frequency dependent nature, the conventional charge sampling receiver has a frequency band ranging from tens MHz to several GHz It is difficult to apply it to broadband applications such as digital TV tuners.

전하 샘플링 믹서의 또다른 단점으로는 선형성 특성을 들 수 있다. 광대역 응용에서는 선형성 특성이 블록킹 인터피어런스(Blocking Interferences)와 관련되므로 가장 중요한 스펙 중의 하나이다. 트랜스컨덕턴스 증폭단과 샘플링 믹서의 출력은 수신기의 선형성 특성으로 인해 큰 폭의 스윙을 제한받게 된다.
Another disadvantage of the charge sampling mixer is the linearity characteristic. In broadband applications, linearity is one of the most important specifications because it relates to blocking interferences. The output of the transconductance amplifier and the sampling mixer are limited in their swing due to the linearity of the receiver.

상기의 문제점을 해결하기 위해서 본 발명에서는 저전력 및 저공급전압의 조건하에서 믹싱 스테이지 및 샘플링 필터의 광대역 특성 및 선형성(스윙 레인지)을 개선한 구조를 제안하는 것을 목적으로 한다.
In order to solve the above problems, it is an object of the present invention to provide a structure in which a broadband characteristic and a linearity (swing range) of a mixing stage and a sampling filter are improved under conditions of low power and low supply voltage.

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상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 의한 직접 변환 수신기는 샘플링 주파수에 따라서 입력 전류를 전하 샘플링하는 샘플러부 및 낮은 입력 임피던스를 가지면서 상기 샘플러부의 출력 신호를 수신하여 증폭하고 전류신호를 출력하는 버퍼부를 포함하는 고선형성 믹서 장치와, 상기 믹서 장치의 출력 신호를 데시메이션하고 FIR 필터링 하는 필터 장치를 포함하며, 상기 필터 장치는, 입력 신호를 서로 상이한 샘플링 주기만큼 지연시키고 서로 동일한 또는 상이한 웨이트(weight)를 부여하여 다수의 지연 신호를 생성하여 출력하는 신호전달부와, 상기 신호전달부로부터 출력되는 다수의 지연 신호를 가산하여 결과를 출력하는 가산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접 변환 수신기를 포함한다.
According to an aspect of the present invention, there is provided a direct conversion receiver including a sampler unit for charge sampling an input current according to a sampling frequency, a demodulator for receiving and amplifying an output signal of the sampler unit and having a low input impedance, And a filter device for decimating and FIR filtering the output signal of the mixer device, wherein the filter device delays the input signal by a different sampling period from each other and outputs the same or different And a multiplier for multiplying a plurality of delay signals output from the signal transmitter and outputting a result of the multiplication, .

상기와 같이 본 발명의 고선형성 믹서 및 직접 변환 수신기에 따르면, 아날로그 패시브 믹서를 사용하여 변환 이득의 주파수 의존 특성을 제거할 수 있어 광대역 특성을 얻을 수 있다.As described above, according to the high linearity mixer and the direct conversion receiver of the present invention, the frequency dependency characteristic of the conversion gain can be eliminated by using the analog passive mixer, thereby obtaining the wide band characteristic.

또한 상기와 같이 본 발명의 직접 변환 수신기에 따르면, 버퍼부를 추가로 구비함으로써 믹서의 선형성을 개선할 수 있다.
Also, according to the direct conversion receiver of the present invention as described above, the linearity of the mixer can be improved by further providing a buffer unit.

도 1은 본 발명의 고선형성 믹서를 포함하는 직접 변환 수신기의 전체 기능 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 직접 변환 수신기에 사용되는 믹서 장치의 기능 블럭도이다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 믹서 장치의 샘플러부의 회로 수준에서 일 구현예이다.
도 4a 내지 4d는 본 발명의 직접 변환 수신기의 버퍼부의 회로 수준에서 일 구현예이다.
도 5a 및 5b는 본 발명의 필터 장치의 일 구현예 및 장치 동작을 위한 클럭의 타이밍 다이어그램도이다.
도 6a 및 6b는 본 발명의 필터 장치의 다른 구현예 및 장치 동작을 위한 클럭의 타이밍 다이어그램도이다.
1 is a functional block diagram of a direct conversion receiver including a high linearity mixer of the present invention.
2 is a functional block diagram of a mixer device used in the direct conversion receiver of the present invention.
Figures 3a and 3b are exemplary implementations at the circuit level of the sampler portion of the mixer device of the present invention.
Figures 4A-4D illustrate one implementation at the circuit level of the buffer portion of the direct conversion receiver of the present invention.
Figures 5A and 5B are timing diagram diagrams of an embodiment of a filter device of the present invention and a clock for device operation.
6A and 6B are timing diagrams of a clock for another implementation of the filter device of the present invention and device operation.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention.

도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and like parts are denoted by similar reference numerals throughout the specification.

또한, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
Also, when a part is referred to as "including " an element, it does not exclude other elements unless specifically stated otherwise.

도 1은 본 발명의 고선형성 믹서 장치를 포함하는 직접 변환 수신기의 전체 기능 블럭도이다.1 is a functional block diagram of a direct conversion receiver including a high linearity mixer apparatus of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 직접 변환 수신기는 고선형성 믹서 장치(200) 및 필터 장치(300)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한 상기 고선형성 믹서 장치(200) 및 필터 장치(300)에 샘플링 신호를 공급하는 국부 발진 장치(400)를 추가로 구비할 수 있다. 아울러, 수신단에는 수신되는 신호를 증폭하기 위한 증폭 장치(100)를 더 구비할 수 있다.
Referring to FIG. 1, the direct conversion receiver of the present invention may include a high linearity mixer device 200 and a filter device 300. The local oscillator 400 may further include a local oscillator 400 for supplying a sampling signal to the high linearity mixer 200 and the filter 300. In addition, the receiving end may further include an amplifying device 100 for amplifying the received signal.

일반적으로 전하 영역에서 믹서 및 필터를 동작시키기 위해서는 입력신호가 전압신호가 아닌 전류신호가 되어야 한다. 따라서 고선형성 믹서 장치(200) 앞단에 트랜스 컨덕턴스 증폭기(120)를 구비하는 것이 바람직하다. Generally, in order to operate the mixer and filter in the charge region, the input signal must be a current signal, not a voltage signal. Therefore, it is preferable to provide the transconductance amplifier 120 at the front end of the high linearity mixer device 200.

또한, 트랜스 컨덕턴스 증폭기(120) 앞단에 저잡음 증폭기(110)를 두는 것이 일반적인 수신기의 모습이다. 수신되는 RF 신호는 신호의 강도는 낮고 잡음의 강도가 강하기 때문이다.
In addition, it is a typical receiver to place a low noise amplifier 110 in front of the transconductance amplifier 120. The received RF signal has a low signal strength and strong noise.

본 발명의 고선형성 믹서 장치(200)는 일반적인 전압 신호를 출력하는 방식의 믹서가 아닌 전류 교환 패시브 믹서(current commutating passive mixer)의 형태 또는 전하 샘플러(charge sampler)의 형태를 이용하여 전류 신호가 출력되는 믹서로 구현함이 바람직하다.The high linearity mixer apparatus 200 of the present invention uses a form of a current commutating passive mixer or a form of a charge sampler instead of a conventional mixer for outputting a voltage signal, It is preferable to implement the mixer.

상기와 같은 형태로 믹서 장치(200)를 설계할 경우 믹서의 변환이득(conversion gain)이 수학식2와 같이 된다.When the mixer apparatus 200 is designed in the above-described manner, the conversion gain of the mixer is expressed by Equation (2).

Figure 112010075490808-pat00002
Figure 112010075490808-pat00002

여기에서 Gm 은 트랜스 컨덕터의 트랜스컨덕턴스, Req 는 스위치 커패시터 네트워크의 등가 저항이다. 등가 저항 Req 는 샘플링 레이트(Rate)와 샘플링 커패시터의 커패시턴스가 일정할 경우에 상수이다.Where G m is the transconductance of the transconductor and R eq is the equivalent resistance of the switched capacitor network. The equivalent resistance R eq is a constant when the sampling rate (Rate) and the capacitance of the sampling capacitor are constant.

따라서 상기와 같은 형태로 믹서 장치(200)를 설계하면 주파수 특성이 샘플링 주파수에 비의존적이기 때문에 주파수 특성이 우수해진다.Therefore, when the mixer device 200 is designed in the above-described manner, the frequency characteristic is excellent because the frequency characteristic is independent of the sampling frequency.

또한 고선형성을 달성하기 위해서 일반적으로 사용되는 트랜스인피던스 증폭기(transimpedence amplifier)를 이용하여 믹서단을 터미네이션하는 대신 본 발명에서는 낮은 입력임피던스를 가지면서 전류 증폭을 수행하는 버퍼를 사용하여 믹서 단을 터미네이션한다. 상기와 같은 특성을 가지는 버퍼의 일 예로 공통게이트(common-gate) 증폭기가 있다.In addition, instead of terminating the mixer stage using a transimpedence amplifier generally used to achieve high linearity, the present invention uses a buffer that performs current amplification with a low input impedance to terminate the mixer stage . An example of a buffer having such characteristics is a common-gate amplifier.

이를 위해서, 본 발명의 믹서 장치(200)은 샘플러부(210) 및 버퍼부(220)를 구비할 수 있다.
To this end, the mixer apparatus 200 of the present invention may include a sampler unit 210 and a buffer unit 220.

필터 장치(300)는 믹서 장치(200)에서 출력되는 신호에서 고주파 성분을 제거하기 위한 FIR 필터링 및 높은 샘플링 레이트를 낮추기 위한 데시메이션을 수행한다.The filter unit 300 performs FIR filtering to remove high frequency components from the signal output from the mixer unit 200 and decimation to lower the high sampling rate.

필터 장치(300)는 저전력 및 저공급전압의 조건을 만족하기 위해서 전하 영역 데시메이션 필터로 설계하는 것이 바람직하다. 필터 장치(300)를 전하 영역 데시메이션 필터로 설계할 경우, 회로의 복잡도를 낮추기 위해서 스위치 및 캐패시터로 구성되는 데시메이션 필터로 설계하는 것이 바람직하다. 다만 이 경우에는 스위치를 제어하는 클럭이 정확한 타이밍을 갖도록 생성해야 한다.The filter device 300 is preferably designed with a charge region decimation filter to meet the conditions of low power and low supply voltage. When designing the filter device 300 as a charge region decimation filter, it is desirable to design the filter device 300 as a decimation filter composed of a switch and a capacitor in order to reduce the complexity of the circuit. In this case, however, the clock that controls the switch must be generated with the correct timing.

필터 장치(300)를 통과한 신호는 디지털 신호 프로세싱을 위한 장치(ADC, DSP 등)로 전송된다.
The signal passed through the filter device 300 is transmitted to a device (ADC, DSP, etc.) for digital signal processing.

도 2는 본 발명의 직접 변환 수신기에 사용되는 믹서 장치의 기능 블럭도이다.2 is a functional block diagram of a mixer device used in the direct conversion receiver of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 믹서 장치(200)는 샘플러부(210) 및 버퍼부(220)을 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 2, the mixer apparatus 200 of the present invention may include a sampler unit 210 and a buffer unit 220.

트랜스 컨덕턴스 증폭기(120)는 전압 입력(Vi+, Vi-)를 받아서 전류 신호를 출력한다. 바이패스 캐패시터(121)는 트랜스 컨덕턴스 증폭기(120)에서 출력되는 신호의 DC 성분을 제거한다.Transconductance amplifier 120 receives voltage inputs (Vi +, Vi-) and outputs a current signal. The bypass capacitor 121 removes the DC component of the signal output from the transconductance amplifier 120.

샘플러부(210)는 입력신호와 국부발진 신호를 믹싱하여 이산 시간 전류신호를 생성한다. 이를 위해서 샘플러부(210)는 스위치 소자로 구현될 수 있고 스위칭 동작을 제어하는 클럭에 따라서 샘플링을 수행한다. 스위칭 동작을 제어하는 클럭의 주기는 샘플링 주파수가 되도록 하는 것이 바람직하다. The sampler unit 210 mixes the input signal and the local oscillation signal to generate a discrete time current signal. For this, the sampler unit 210 may be implemented as a switch element and performs sampling according to a clock controlling the switching operation. It is preferable that the period of the clock for controlling the switching operation be a sampling frequency.

스위치 소자의 경우 집적도 및 설계의 편의성을 고려할 때 MOSFET을 이용하여 구현되는 것이 바람직하다. MOSFET은 게이트에 제어 클럭을 입력시키고 소스에 전류신호를 입력하면, 제어 클럭에 따라서 입력 전류신호를 샘플링하는 동작을 수행한다. 즉, MOSFET은 스위치 소자로서의 동작을 수행한다. 또한 MOSFET은 집적회로로 설계시 구조가 간단하여 비용적인 측면에서 유리하며, 허용 전류 및 이득 등의 설계도 너비 대 길이(W/L) 만을 변경함으로써 용이하게 구현할 수 있어 설계의 용이성도 제공한다. 도 2에 도시된 샘플러부(210)는 스위칭 소자인 MOSFET을 이용하여 구현된 더블 밸런스드 믹서이다. 자세한 동작의 설명은 도 3을 참조하여 하기한다.In the case of a switch device, it is preferable to use a MOSFET in consideration of integration degree and design convenience. The MOSFET inputs the control clock to the gate and the current signal to the source, and performs the operation of sampling the input current signal according to the control clock. That is, the MOSFET performs an operation as a switching element. In addition, the MOSFET is an integrated circuit, which is advantageous in terms of cost because of its simple structure in designing, and can be easily implemented by changing only the design width-to-length (W / L) such as allowable current and gain. The sampler unit 210 shown in FIG. 2 is a double balanced mixer implemented using a MOSFET, which is a switching device. The detailed operation will be described with reference to Fig.

또한, 샘플러부(210)를 전하 샘플링 형태의 믹서로 설계하면 도1에 대한 설명에서 기재하였듯이 주파수 특성이 우수해지는 효과도 발생한다. In addition, if the sampler unit 210 is designed as a charge sampling type mixer, the frequency characteristic can be improved as described in the description of FIG.

다만 샘플러부(210)를 상기와 같은 스위칭 소자(특히, MOSFET등의 증폭소자)로 구현시 입출력단의 스윙 범위(swing range)가 클수록 소자의 특성상 선형성이 나빠지는 문제가 발생한다. 따라서 선형 구간 내에서 신호처리가 가능하도록 하기 위해서는 입출력단의 임피던스를 낮게 설정해야 한다. 또한 트랜스 컨덕턴스 증폭기(100)의 출력단의 스윙 범위도 높지 않도록 해야 한다. 따라서 샘플러부(210) 다음 단의 회로는 입력 임피던스가 낮을 것이 요구된다.
However, when the sampler unit 210 is implemented as a switching device as described above (in particular, an amplifying device such as a MOSFET), the larger the swing range of the input / output stage, the worse the linearity is due to the characteristics of the device. Therefore, in order to enable signal processing in the linear section, the impedance of the input / output stage must be set low. Also, the swing range of the output terminal of the transconductance amplifier 100 should be set so as not to be high. Therefore, the circuit of the next stage of the sampler unit 210 is required to have a low input impedance.

버퍼부(220)는 상기에 기재된 이유 때문에 낮은 임피던스를 가지며, 샘플러부(210)의 출력의 스윙 범위가 좁아 신호특성이 나쁘므로 이를 증폭하는 기능까지 수행한다.The buffer unit 220 has a low impedance due to the reason described above, and performs a function of amplifying the signal because the swing range of the output of the sampler unit 210 is narrow and the signal characteristic is bad.

일반적으로는 트랜스임피던스 증폭기(TIA)로 믹서단을 터미네이션하지만 트랜스 임피던스 증폭기의 특성상 출력특성이 전류원으로서 기능하지 않고 전압원으로 기능하는 문제가 있다. 따라서 전류 신호를 이용하여 필터링을 하는 필터 장치(300)과의 연결을 위해서는 베이스밴드 트랜스컨덕턴스 증폭기를 추가적으로 구비해야하는 문제가 있다.Generally, a mixer stage is terminated by a transimpedance amplifier (TIA), but the output characteristic of the transimpedance amplifier does not function as a current source but functions as a voltage source. Accordingly, there is a problem that a baseband transconductance amplifier is additionally required for connection with the filter device 300 that performs filtering using a current signal.

이에 본 발명의 믹서장치는 트랜스임피던스 증폭기 대신 입력임피던스는 낮으면서도 전류증폭을 통해서 전류를 필터장치(300)로 공급하는 버퍼부(220)를 포함하여 구현된다.Therefore, the mixer apparatus of the present invention includes a buffer unit 220 that supplies a current to the filter device 300 through a current amplification while having a low input impedance instead of a transimpedance amplifier.

상기와 같은 특성을 구현할 수 있는 회로의 예로는 공통 게이트 증폭기가 있다. 공통 게이트 증폭기를 이용할 경우 캐스코드(cascode) 형태로 구현함으로써 입출력단의 전류 및 임피던스 특성도 쉽게 조절할 수 있어 설계의 편의성을 제공하는 장점이 있다. 도2에 도시된 버퍼부(220)는 공통 게이트 증폭기를 캐스코드 형태로 구현한 일 예이다. 자세한 동작의 설명은 도 4를 참조하여 하기한다.
An example of a circuit capable of implementing such characteristics is a common gate amplifier. When the common gate amplifier is used, the current and impedance characteristics of the input and output stages can be easily controlled by implementing it in a cascode form, thereby providing the convenience of design. The buffer unit 220 shown in FIG. 2 is an example in which the common gate amplifier is implemented in the form of a cascode code. The detailed operation will be described with reference to Fig.

도 3a 및 3b는 본 발명의 믹서 장치의 샘플러부의 회로 수준에서 일 구현예이다.Figures 3a and 3b are exemplary implementations at the circuit level of the sampler portion of the mixer device of the present invention.

도 3a를 참조하면, 샘플러부(210)는 2개의 MOSFET을 이용하여 더블 밸런스드 (double balanced) 믹서의 형태로 구현할 수 있다.Referring to FIG. 3A, the sampler unit 210 may be implemented in the form of a double balanced mixer using two MOSFETs.

소스 단에는 입력 전류신호를 인가하고 게이트 단에는 제어 신호를 인가한다. 스위칭 소자로 사용한 MOSFET이 NMOS인 경우, 게이트 단이 'high'가 되면 소스 단의 신호가 드레인 단으로 전송될 수 있어 전류가 흐르게 된다.An input current signal is applied to the source terminal and a control signal is applied to the gate terminal. When the MOSFET used as the switching device is an NMOS, if the gate terminal is 'high', the signal at the source terminal can be transferred to the drain terminal, and current flows.

또한 MOSFET이 스위치 소자로 동작하기 때문에 입력신호 iin은 아날로그 신호이나 출력신호 Iin + 및 Iin -는 이산 시간 신호가 된다.Since the MOSFET operates as a switching element, the input signal i in is an analog signal and the output signals I in + and I in - are discrete-time signals.

도 3b를 참조하면, 샘플러부(210)는 4개의 MOSFET을 이용하여 더블 밸런스드 믹서를 차동 회로 형태인 전류 스위칭 쿼드로 구현할 수 있다. 차동회로로 구현할 경우 공통 모드(common mode) 노이즈를 제거할 수 있어 노이즈 특성이 우수해지는 효과가 있으므로 샘플러부(210)를 차동 회로 형태로 구현하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 3B, the sampler unit 210 may implement a double-balanced mixer as a current switching quad, which is a differential circuit type, using four MOSFETs. In the case of a differential circuit, it is preferable to implement the sampler unit 210 in the form of a differential circuit because common mode noise can be removed and the noise characteristic can be improved.

MOSFET의 게이트에 입력되는 제어 신호 (LO+, LO-)는 국부 발진 장치(400)에서 생성된 샘플링 신호이다. LO+ 및 LO-는 서로 180도의 위상차이를 가지는 클럭 신호이다. The control signals (LO +, LO-) input to the gates of the MOSFETs are the sampling signals generated by the local oscillator 400. LO + and LO- are clock signals having a phase difference of 180 degrees with each other.

스위치 소자가 MOSFET으로 구현되었기 때문에 소자의 특성상 입력 신호 또는 출력 신호의 스윙 범위가 큰 경우 선형성이 나빠지는 문제가 있으므로, 입출력단의 선형성을 높이기 위해서 스윙 범위가 좁은 신호를 입력받고 스윙 범위가 좁은 신호를 출력해야 한다. 이를 위해서 출력단은 50 ~ 100 옴(ohm) 정도의 낮은 임피던스를 가지는 부하로 터미네이션할 필요가 있다.
Since the switch element is implemented as a MOSFET, there is a problem that the linearity is deteriorated when the swing range of the input signal or the output signal is large due to the characteristics of the element. Therefore, in order to improve the linearity of the input / output stage, a signal with a narrow swing range is input, . To do this, the output stage needs to be terminated with a load with a low impedance of about 50 to 100 ohms.

도 4a 내지 4d는 본 발명의 직접 변환 수신기의 버퍼부의 회로 수준에서 일 구현예이다.Figures 4A-4D illustrate one implementation at the circuit level of the buffer portion of the direct conversion receiver of the present invention.

도 4a를 참조하면, 본 발명의 버퍼부(220)는 증폭 트랜지스터(222), 소스 단의 전류원(221) 및 드레인 단의 전류원(223)을 포함하고, 소스 단으로 입력이 인가되고 드레인 단으로 출력되는 공통 게이트 증폭기로 설계된다. 소스 단과 드레인 단에 전류원(221, 223)을 두고 게이트 단에는 바이어스 전압을 인가하여 증폭기를 바이어싱한다. 바이어싱은 출력단의 스윙 범위가 이후 단의 구동에 충분한 범위가 되도록 설정해야 한다.4A, the buffer unit 220 includes an amplifying transistor 222, a current source 221 at the source terminal, and a current source 223 at the drain terminal. The buffer unit 220 includes an input terminal connected to the source terminal, And is designed as an output common-gate amplifier. Current sources 221 and 223 are connected to the source and drain terminals, and a bias voltage is applied to the gate terminal to bias the amplifier. Biasing should be set so that the swing range of the output stage is sufficient for the subsequent stages of driving.

샘플러부(210)의 선형성 향상을 위해서 버퍼부(220)으로 입력되는 신호의 크기는 충분히 작으므로 버퍼부(220)에서 입력신호의 증폭은 소신호 해석을 통해서 파악할 수 있다. In order to improve the linearity of the sampler unit 210, the size of the signal input to the buffer unit 220 is sufficiently small, so that the amplification of the input signal in the buffer unit 220 can be understood through a small signal analysis.

입력단에서 보이는 입력 임피던스는 전류원(221) 및 증폭 트랜지스터(222) 임피던스의 병렬 연결된 임피던스로서 수학식 3과 같이 표현된다.The input impedance seen at the input stage is expressed as Equation (3) as the parallel connected impedance of the current source 221 and the amplification transistor 222 impedance.

Figure 112010075490808-pat00003
Figure 112010075490808-pat00003

일반적인 증폭 트랜지스터의 gm의 값이 크므로 공통 게이트 증폭기의 소신호 측면에서 본 입력 임피던스는 충분히 낮게 되어 샘플러부(210)가 요구하는 특성을 만족한다.Since the value of g m of the general amplifying transistor is large, the input impedance seen from the side of the small signal of the common gate amplifier becomes sufficiently low to satisfy the characteristics required by the sampler unit 210.

또한, 공통 게이트 증폭기의 출력 임피던스는 전류원의 구성에만 의존적이므로 원하는 출력 임피던스의 설계가 용이하다.In addition, since the output impedance of the common gate amplifier depends only on the configuration of the current source, it is easy to design a desired output impedance.

직접 변환 수신기에서 필요한 중요 특성 중 하나는 노이즈 특성인데 특히 중요한 것이 플릭커 노이즈(flicker noise) 특성이다. 이를 제거하기 위해서는 증폭 트랜지스터(222)의 설계 면적을 증가시키면 된다. 또한 증폭 특성 및 입력 임피던스를 결정하는 gm은 증폭 트랜지스터(222)의 너비 대 길이비(W/L)을 조정함으로써 쉽게 결정이 가능하다. One of the important characteristics required in a direct conversion receiver is the noise characteristic, which is particularly important in the flicker noise characteristic. In order to remove this, the design area of the amplifying transistor 222 may be increased. Gm that determines the amplification characteristics and input impedance can be readily determined by adjusting the width-to-length ratio (W / L) of the amplifying transistor 222. [

본 발명의 버퍼부의 출력은 이산 시간 출력의 형태를 가지므로 증폭 트랜지스터의 증폭 성능은 우수한 것이 바람직하다. 따라서 입력 임피던스를 낮게 하고 증폭 특성을 우수하게 하기 위해서 gm이 충분히 크도록 너비 대 길이 비를 결정하는 것이 바람직하다.Since the output of the buffer portion of the present invention has a form of discrete time output, it is preferable that the amplification performance of the amplification transistor is excellent. Therefore, it is desirable to determine the width-to-length ratio so that g m is sufficiently large in order to lower the input impedance and to improve the amplification characteristics.

즉, 본 발명의 공통 게이트 증폭기 형태의 버퍼부(220)은 샘플러부(210)이 원하는 임피던스 특성 및 이후 단의 구동에 필요한 임피던스 특성 및 증폭 특성을 동시에 만족할 수 있는 회로 구성의 일 예이다.That is, the buffer unit 220 in the form of a common gate amplifier of the present invention is an example of a circuit configuration in which the sampler unit 210 can simultaneously satisfy a desired impedance characteristic, an impedance characteristic and an amplification characteristic necessary for driving at a subsequent stage.

따라서 본 발명의 샘플러부(210) 및 버퍼부(220)를 결합하여 사용함으로써 고선형성 특성을 가지는 믹서 장치(200)를 구현할 수 있다.
Therefore, the mixer apparatus 200 having high linearity characteristics can be realized by using the sampler unit 210 and the buffer unit 220 of the present invention in combination.

도 4b를 참조하면, 본 발명의 버퍼부(220)는 차동 형태의 공통 게이트 증폭기 형태로 구현할 수 있다. 더 나아가 드레인 전류원(223)은 전류 반사(current mirror) 구조를 이용하여 구현할 수 있으며, 전류 반사 구조로 구현할 경우 차동단 사이의 전류 피드백 기능도 수행할 수 있다.Referring to FIG. 4B, the buffer unit 220 of the present invention may be implemented as a differential type common gate amplifier. Furthermore, the drain current source 223 can be implemented using a current mirror structure, and when implemented with a current reflection structure, a current feedback function between the differential stages can be performed.

도 4b의 버퍼부(220)의 입력 임피던스 및 증폭 특성은 도 4a와 유사하게 된다. 출력 임피던스는 전류 반사 구조의 임피던스가 된다.The input impedance and amplification characteristics of the buffer unit 220 of FIG. 4B are similar to those of FIG. 4A. The output impedance is the impedance of the current reflection structure.

도 4c를 참조하면, 도4b에 도시된 본 발명의 버퍼부(220)의 소스 단 전류원(221)을 작은 임피던스의 부하 저항으로 대치할 수 있다. Referring to FIG. 4C, the source-stage current source 221 of the buffer unit 220 of the present invention shown in FIG. 4B can be replaced with a load resistor having a small impedance.

다만 도 4c와 같이 구현할 때에는, 부하 저항(221)의 크기는 충분히 작아야만 버퍼부의 바이어스 조건 및 저공급 전압 요건을 만족시킬 수 있다. 왜냐하면 버퍼부(220)에서 처리해야 할 전류량이 커서 부하 저항의 크기가 클 경우 부하 저항(221)에서 전압 강하가 커지기 때문에 저공급 전압 요건 하에서는 바이어스 조건을 맞출 수 없게 되기 때문이다.
4C, the bias condition of the buffer portion and the low supply voltage requirement can be satisfied only when the size of the load resistor 221 is sufficiently small. This is because when the magnitude of the current to be processed in the buffer unit 220 is large and the magnitude of the load resistance is large, the voltage drop becomes large in the load resistor 221, so that the bias condition can not be met under the low supply voltage requirement.

도 4d를 참조하면, 도 4b에 도시된 본 발명의 버퍼부(220)를 폴디드 캐스코드 믹싱 OTA(operational transconductance amplifier) 형태로 변형하여 구현할 수 있다.Referring to FIG. 4D, the buffer unit 220 shown in FIG. 4B may be modified into a folded cascode mixing OTA (operational transconductance amplifier).

버퍼부(220)의 출력 임피던스 특성을 향상시키기 위해서 드레인 단의 전류원(223)을 캐스코드 형태(223 및 224)로 변경하였다. 이를 통해서 향상된 출력 임피던스 특성을 가지게 된다. In order to improve the output impedance characteristic of the buffer unit 220, the current source 223 at the drain end is changed to the cascode types 223 and 224. This results in improved output impedance characteristics.

또한 버퍼부(220)의 소스 단 전류원(221)도 전류 반사 구조를 이용하여 구현하였다.
Also, the source-stage current source 221 of the buffer unit 220 is implemented using a current reflecting structure.

도 5a는 본 발명의 필터 장치의 일 구현예이다.5A is an embodiment of the filter device of the present invention.

도 5a를 참조하면, 본 발명의 필터 장치(300)는 전하 영역 데시메이션 필터로 구현하였고, 스위치 및 캐패시터를 포함하는 뱅크 다수 및 스위치 및 캐패시터를 포함하는 출력단을 포함하여 구현될 수 있다. Referring to FIG. 5A, the filter device 300 of the present invention is implemented with a charge region decimation filter and may include a plurality of banks including a switch and a capacitor, and an output stage including a switch and a capacitor.

도 5a에서는 3개의 캐패시터 단(314 내지 316), 3개의 입력 스위치 쌍(311, 312, 313) 및 3개의 출력 스위치 쌍(317, 318, 319)을 가지는 뱅크 4개(310 내지 340); 및 전류 신호를 가산하는 캐패시터(352), 전하 출력을 제어하는 스위치(351) 및 캐패시터(352)에 충전된 전하를 방전하기 위한 스위치(353)를 가지는 출력단(350)으로 필터 장치(300)를 구현한 예를 도시한다.5A shows four banks 310 to 340 having three capacitor stages 314 to 316, three input switch pairs 311, 312 and 313 and three output switch pairs 317, 318 and 319; And an output terminal 350 having a capacitor 352 for adding a current signal, a switch 351 for controlling the charge output and a switch 353 for discharging the charge charged in the capacitor 352, Fig.

상기의 필터 장치(300)는 타임 인터리브 방식으로 동작하는 FIR 필터이다. 특히, 입력 신호를 전류 신호로 할 경우, 얼라이어싱(aliasing) 제거 특성을 갖는 본 발명의 샘플러부(210)의 잇점을 활용할 수 있다. 또한, 출력단의 캐패시터에서는 IIR 필터링이 이루어진다.The filter device 300 is an FIR filter that operates in a time interleaved manner. Particularly, when the input signal is a current signal, the advantage of the sampler unit 210 of the present invention having the aliasing removal characteristic can be utilized. In the output stage capacitor, IIR filtering is performed.

3개의 입력 스위치 쌍(311, 312, 313)은 각각 상이한 지연 시간 및 동일한 주기를 가지는 클럭 신호에 의해서 동작이 제어된다. The three input switch pairs 311, 312, and 313 are controlled in operation by a clock signal having a different delay time and the same period, respectively.

3개의 캐패시터 단(314, 315, 316)은 각각 2개의 전하 충전용 캐패시터와 2개의 전하 방전용 스위치를 구비하고 있다. 전하 방전용 스위치는 Ra 클럭에 따라서 동작이 제어된다.The three capacitor stages 314, 315, and 316 each include two charge-charging capacitors and two charge-discharge switches. The operation of the charge discharge switch is controlled by the Ra clock.

3개의 출력 스위치 쌍(317, 318, 319)는 연결된 각 캐패시터 단에 충전된 전하를 출력단으로 전송하는 것을 제어하며, 동일한 클럭에 의해서 제어된다.The three output switch pairs 317, 318, and 319 control transfer of the charged charge to the output terminal of each connected capacitor stage, and are controlled by the same clock.

또한 뱅크에는 전하의 전송을 위한 2개의 전하 패스(path)가 있다. 전하 패스 상에 입력 스위치 및 출력 스위치가 배치되고, 양 스위치 사이의 각 전하 패스 상에 충전용 캐패시터 및 방전용 스위치가 연결된다.The bank also has two charge paths for the transfer of charge. An input switch and an output switch are disposed on the charge path, and a charging capacitor and a discharging switch are connected on the respective charge paths between the both switches.

다른 뱅크(320 내지 340)의 구성 및 동작도 상기와 동일하다.The configuration and operation of the other banks 320 to 340 are the same as described above.

상기와 같은 뱅크(310 내지 340)를 통해서 캐패시터 단(314 내지 316)에 충전하고 출력단(350)으로 출력하는 전하량은 각 캐패시터 단이 동일하다. 즉, 1차 싱크 필터를 위한 회로 구성이다.
The amounts of charges charged in the capacitor stages 314 to 316 through the banks 310 to 340 and output to the output stage 350 are the same for each capacitor stage. That is, it is a circuit configuration for the first-order sync filter.

도 5b는 본 발명의 필터 장치의 동작을 위한 도 5a에 도시된 각 스위치들의 제어 클럭의 타이밍 다이어그램이다.5B is a timing diagram of the control clock of each of the switches shown in FIG. 5A for operation of the filter device of the present invention.

도 5b를 참조하면, S1 내지 S6는 각각 일 샘플링 주기만큼씩 지연되고, AS 및 BS는 3 샘플링 주기만큼 온(On)된다. 따라서 도 5a의 필터는 데시메이션 비가 3인 FIR 필터로 동작한다. 도 5b의 타이밍 다이어그램에 의해 샘플링 주기(또는 적분 윈두우(integration window), Ti = Ts = 1/fs)는 에일리어징 제거기능을 위해 필요한 m* fs (m은 자연수) 에서의 널을 제공해 준다. Referring to FIG. 5B, S1 to S6 are delayed by one sampling period, respectively, and AS and BS are turned on by three sampling periods. Therefore, the filter of FIG. 5A operates as an FIR filter with a decimation ratio of 3. 5B, the sampling period (or the integration window, Ti = Ts = 1 / fs) provides a null at m * fs (m is a natural number ) necessary for the anti-aliasing function .

이하에서는 정의 입력 신호(Iout+)에 대한 동작만을 캐패시터 뱅크 Ap(310)를 예로 들어 설명한다. 부의 입력 신호(Iout-)에 대한 동작은 정의 입력 신호에 대한 동작과 대칭적이다.Hereinafter, only the operation for the positive input signal Iout + will be described taking the capacitor bank Ap 310 as an example. The operation for the negative input signal Iout- is symmetrical with the operation for the positive input signal.

초기 상태에서 모든 커패시터의 충전 전하량은 0 이다. In the initial state, the charge amount of all the capacitors is zero.

처음에 스위칭 신호(As)가 오프(Off)되면, 회로는 샘플링 모드(Sampling Mode)에서 동작한다. 출력 스위치(317, 318, 319)는 개방되고, 입력 스위치(311, 312, 313)가 순차적으로 닫히도록 입력 스위칭 신호(S1, S2, S3)가 온(On)된다. 이 스위칭 신호에 의해서 샘플링 캐패시터(314, 315, 316)에는 3개의 전하 샘플이 순차적으로 충전된다. When the switching signal As is initially turned off, the circuit operates in the sampling mode. The output switches 317, 318 and 319 are opened and the input switching signals S1, S2 and S3 are turned on so that the input switches 311, 312 and 313 are sequentially closed. By this switching signal, three charge samples are sequentially charged in the sampling capacitors 314, 315, and 316.

이어서 스위칭 신호(As)가 온(On)되면, 출력 스위치(317, 318, 319)가 닫히면서 전하 공유 모드(Charge Sharing Mode)로 들어간다. 이 때, 출력단의 스위치(351)가 닫히도록 스위칭 신호(RD)가 온(On)되면, 회로는 리드아웃 모드에서 동작하게 된다. 이 모드에서는 샘플링 캐패시터(314, 315, 316) 및 출력단의 캐패시터(352)가 동시에 연결되어 샘플링 캐패시터(314, 315, 316)에 충전된 전하가 출력단의 캐패시터(352)로 전달된다. 한편, 출력단의 캐패시터(352)에서는 IIR 필터링 효과가 발생한다.Subsequently, when the switching signal As is turned on, the output switches 317, 318 and 319 are closed to enter the charge sharing mode. At this time, when the switching signal RD is turned on so that the switch 351 at the output terminal is closed, the circuit operates in the lead-out mode. In this mode, the sampling capacitors 314, 315 and 316 and the capacitor 352 of the output stage are connected at the same time so that the charges charged in the sampling capacitors 314, 315 and 316 are transferred to the capacitor 352 of the output stage. On the other hand, the IIR filtering effect occurs in the capacitor 352 at the output stage.

다음에, 샘플링 캐패시터(314, 315, 316) 내의 리셋 스위치들에 인가된 리셋 신호(Ra)가 온(On)되면, 회로는 리셋 모드로 들어가서 샘플링 캐패시터(314, 315, 316)에 잔류하는 전하들을 방전한다. 필요에 따라서는 리셋 모드에서 로컬 리셋 신호인 Ra 대신 간단하게 글로벌 리셋 스위치(453)을 닫아서 샘플링 캐패시터(314, 315, 316)의 잔류 전하를 방전할 수 있다.
Next, when the reset signal Ra applied to the reset switches in the sampling capacitors 314, 315, and 316 is turned on, the circuit enters the reset mode and charges the charge remaining in the sampling capacitors 314, 315, and 316 . If necessary, in the reset mode, instead of the local reset signal Ra, the global reset switch 453 can be closed to discharge the residual charge in the sampling capacitors 314, 315, and 316.

한편, 캐패시터 뱅크 Ap(310)가 전하공유 모드의 동작을 수행하는 동안, 캐패시터 뱅크 Bp(320)는 샘플링 모드의 동작을 수행한다.Meanwhile, while the capacitor bank Ap 310 performs the operation in the charge sharing mode, the capacitor bank Bp 320 performs the operation in the sampling mode.

캐패시터 뱅크 Ap(310)는 리셋 모드의 동작을 수행한 후 샘플링 모드의 동작을 다시 수행하고, 캐패시터 뱅크 Bp(320)는 샘플링 모드의 동작을 수행한 후 전하 공유 모드의 동작을 수행한다. 즉, 필터 장치(300)의 각 캐패시터 뱅크(310, 320)는 반복 순환적으로 필터링을 위한 동작을 수행한다. The capacitor bank Ap 310 performs the operation in the reset mode and then performs the operation in the sampling mode again, and the capacitor bank Bp 320 performs the operation in the charge sharing mode after performing the operation in the sampling mode. That is, each of the capacitor banks 310 and 320 of the filter device 300 performs an operation for filtering repeatedly and cyclically.

도 5a에 도시된 필터 장치(300)를 도 5b의 타이밍도에 따라서 동작시키면 웨이팅 팩터(Weighting Factor)가 상수이고 입력 샘플 3개마다 1개의 출력 샘플을 얻을 수 있으므로 데시메이션비가 3인 1차 싱크 필터가 구현된다.
When the filter device 300 shown in FIG. 5A is operated according to the timing chart of FIG. 5B, since the weighting factor is constant and one output sample can be obtained for every three input samples, A filter is implemented.

도 6a는 본 발명의 필터 장치의 다른 구현예이다.6A is another embodiment of the filter device of the present invention.

도 6a를 참조하면, 도 5a의 회로와 비교할 때 출력 스위치(317 내지 319)가 모두 전류 패스에 연결되지 않는 점을 볼 수 있다. 캐패시터 단(314 및 316)은 하나의 캐패시터가 출력 스위치(317 및 319)에 의해서 방전되도록 구성된다.Referring to FIG. 6A, it can be seen that the output switches 317 to 319 are not all connected to the current path as compared to the circuit of FIG. 5A. The capacitor stages 314 and 316 are configured such that one capacitor is discharged by the output switches 317 and 319.

도 6b의 타이밍 다이어그램을 참조하면, 입력 스위치 S1 내지 S3가 순차적인 지연 신호를 생성하므로 순차적 지연 신호가 출력단(350)으로 출력될 때는 웨이트 비가 1:2:1인 상태로 출력단으로 전송된다. 따라서 각 지연 신호의 웨이트가 상이하면서 대칭적 형태를 가지므로 데시메이션 비가 3인 2차 싱크 필터가 구현된다.Referring to the timing diagram of FIG. 6B, since the input switches S1 to S3 generate a sequential delay signal, when a sequential delay signal is output to the output stage 350, the weight ratio is 1: 2: 1. Therefore, a second-order sink filter having a decimation ratio of 3 is implemented because each delay signal has a symmetrical shape with different weights.

2차 싱크 필터는 1차 싱크 필터에 비해서 주파수 특성의 측면에서 볼 때 널의 폭이 넓고 깊이가 깊어서 안티 앨리어싱(anti-aliasing) 특성이 우수하다.The secondary sink filter is superior in anti-aliasing characteristics due to its wide width and deep depth in terms of frequency characteristics as compared with the primary sink filter.

따라서 1차 싱크 필터는 평탄한 통과 대역 특성 및 상대적으로 높지 않은 잡음 지수와 선형성 스펙이 요구될 때 사용할 수 있고, 2차 싱크 필터는 칩 면적 및 전력 소모를 감수하고라도 강력한 안티 앨리어싱 특성이 요구될 때 사용할 수 있다.Therefore, the primary sink filter can be used when a flat passband characteristic and a relatively low noise figure and linearity specification are required. The secondary sink filter can be used when strong anti-aliasing characteristics are required even though the chip area and power consumption are required .

도 6b의 타이밍 다이어그램을 참조하여, 필터 장치(300)의 동작을 설명하며, 정의 입력 신호(Iout+)에 대한 동작만을 캐패시터 뱅크 Ap(310)를 예로 들어 설명한다. Referring to the timing diagram of FIG. 6B, the operation of the filter device 300 will be described, and only the operation on the positive input signal Iout + will be described taking the capacitor bank Ap 310 as an example.

처음에 스위칭 신호(As)가 오프(Off)되면, 회로는 샘플링 모드(Sampling Mode)에서 동작한다. 출력 스위치(317, 318, 319)는 개방되고, 입력 스위치(311, 312, 313)가 순차적으로 닫히도록 입력 스위칭 신호(S1, S2, S3)가 온(On)된다. 이 스위칭 신호에 의해서 샘플링 캐패시터(314, 315, 316)에는 3개의 전하 샘플이 순차적으로 충전된다. 특히, 샘플링 캐패시터(314, 315, 316)를 구성하는 두 커패시터는 동일한 양의 전하를 축적한다.
When the switching signal As is initially turned off, the circuit operates in the sampling mode. The output switches 317, 318 and 319 are opened and the input switching signals S1, S2 and S3 are turned on so that the input switches 311, 312 and 313 are sequentially closed. By this switching signal, three charge samples are sequentially charged in the sampling capacitors 314, 315, and 316. In particular, the two capacitors constituting the sampling capacitors 314, 315 and 316 accumulate the same amount of charge.

이어서 스위칭 신호(As)가 온(On)되면, 출력 스위치(317, 318, 319)가 닫히면서 전하 공유 모드(Charge Sharing Mode)로 들어간다. 이 때, 출력단의 스위치(351)가 닫히도록 스위칭 신호(RD)가 온(On)되면, 회로는 리드아웃 모드에서 동작하게 된다. 이 모드에서는 샘플링 캐패시터(314, 315, 316) 및 출력단의 캐패시터(352)가 동시에 연결되어 샘플링 캐패시터(314, 315, 316)에 충전된 전하가 출력단의 캐패시터(352)로 전달된다. 그런데, 이 경우에는 도 5a 및 도 5b의 필터 장치(300)와 다른 동작을 수행한다. 제2 샘플링 캐패시터(315)를 구성하는 두 커패시터는 모두 출력단의 커패시터(352)에 연결되는데 반해, 제1 및 제3 샘플링 캐패시터(314 및 316)를 구성하는 각각의 두 커패시터는 그중 1개의 커패시터만 출력단의 커패시터(352)에 연결되고, 출력단의 캐패시터(352)와 연결되지 않는 여타의 캐패시터는 공통 전압(Vcm)에 연결된다는 점에서 도 5a 및 도 5b의 경우와 구별된다. Subsequently, when the switching signal As is turned on, the output switches 317, 318 and 319 are closed to enter the charge sharing mode. At this time, when the switching signal RD is turned on so that the switch 351 at the output terminal is closed, the circuit operates in the lead-out mode. In this mode, the sampling capacitors 314, 315 and 316 and the capacitor 352 of the output stage are connected at the same time so that the charges charged in the sampling capacitors 314, 315 and 316 are transferred to the capacitor 352 of the output stage. However, in this case, an operation different from that of the filter device 300 of FIGS. 5A and 5B is performed. Both of the capacitors constituting the second sampling capacitor 315 are connected to the capacitor 352 of the output stage while each of the two capacitors constituting the first and third sampling capacitors 314 and 316 is connected to only one of the capacitors 352 5A and 5B in that the capacitors 352 of the output stage are connected to the common voltage Vcm and the other capacitors not connected to the capacitor 352 of the output stage are connected to the common voltage Vcm.

상기와 같은 스위칭 제어를 통해서 필터 장치(300)의 FIR 필터 계수는 삼각형꼴의 윈도우(triangular window) 형태인 1:2:1이 되고, 이를 통해 에일리어징(Aliasing) 제거 성능이 보다 우수한 2 차 싱크필터를 구현할 수 있다
Through the above switching control, the FIR filter coefficient of the filter device 300 becomes 1: 2: 1 in the form of a triangular window, and through this, Sink filters can be implemented

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 당업자에게 있어 명백할 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the inventions. To those skilled in the art.

100: 증폭기
110: 저잡음 증폭기 120: 트랜스 컨덕턴스 증폭기
200: 믹서 장치
210: 샘플러부 220: 버퍼부
300: 필터 장치
310 내지 340: 신호전달부 350: 가산부
400: 국부 발진 장치
100: amplifier
110: low noise amplifier 120: transconductance amplifier
200: Mixer device
210: Sampler unit 220: Buffer unit
300: Filter device
310 to 340: Signal transferring unit 350:
400: local oscillator

Claims (27)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 샘플링 주파수에 따라서 입력 전류를 전하 샘플링하는 샘플러부 및 낮은 입력 임피던스를 가지면서 상기 샘플러부의 출력 신호를 수신하여 증폭하고 전류신호를 출력하는 버퍼부를 포함하는 고선형성 믹서 장치; 및
상기 믹서 장치의 출력 신호를 데시메이션하고 FIR 필터링 하는 필터 장치를 포함하며,
상기 필터 장치는,
입력 신호를 서로 상이한 샘플링 주기만큼 지연시키고 서로 동일한 또는 상이한 웨이트(weight)를 부여하여 다수의 지연 신호를 생성하여 출력하는 신호전달부와, 상기 신호전달부로부터 출력되는 다수의 지연 신호를 가산하여 결과를 출력하는 가산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접 변환 수신기.
A high linearity mixer device including a sampler for charge sampling an input current according to a sampling frequency and a buffer for receiving and amplifying an output signal of the sampler with a low input impedance and outputting a current signal; And
And a filter device for decimating and FIR-filtering the output signal of the mixer device,
Wherein the filter device comprises:
A signal transmitter for delaying input signals by different sampling periods and generating and outputting a plurality of delay signals by assigning the same or different weights to each other and outputting a plurality of delay signals output from the signal transmitter; And an adder for outputting an output of the direct conversion receiver.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제9항에 있어서,
상기 버퍼부는,
상기 샘플러부의 출력신호를 터미네이션(termination)하는 공통 게이트 증폭기(common gate amplifier)를 포함하여 구현되는 것을 특징으로 하는 직접 변환 수신기.
10. The method of claim 9,
The buffer unit includes:
And a common gate amplifier for terminating an output signal of the sampler unit.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제9항에 있어서,
상기 신호 전달부는,
전하를 충전하는 샘플링 모드의 동작과, 상기 샘플링 모드의 동작에서 충전된 전하를 출력하는 전하 공유 모드의 동작을 수행하는 4개의 뱅크들을 포함하며,
상기 4개의 뱅크들 각각은,
상기 믹서 장치의 양의 출력 신호에 연결되어, 상기 샘플링 모드의 동작과 상기 전하 공유 모드의 동작을 순차적 반복적으로 수행하는 뱅크 Ap;
상기 뱅크 Ap에 연결되어, 상기 뱅크 Ap의 샘플링 모드의 동작이 수행되는 동안 상기 전하 공유 모드의 동작을 수행하고, 상기 뱅크 Ap의 전하 공유 모드의 동작이 수행되는 동안 상기 샘플링 모드의 동작을 수행하는 뱅크 Bp;
상기 믹서 장치의 음의 출력 신호에 연결되어, 상기 샘플링 모드의 동작과 상기 전하 공유 모드의 동작을 순차적 반복적으로 수행하는 뱅크 An; 및
상기 뱅크 An에 연결되어, 상기 뱅크 An의 샘플링 모드의 동작이 수행되는 동안 상기 전하 공유 모드의 동작을 수행하고, 상기 뱅크 An의 전하 공유 모드의 동작이 수행되는 동안 상기 샘플링 모드의 동작을 수행하는 뱅크 Bn을 포함하는 것을 특징으로 하는 직접 변환 수신기.
10. The method of claim 9,
Wherein the signal transfer unit comprises:
And four banks for performing an operation of a sampling mode for charging the charge and an operation of a charge sharing mode for outputting the charged charge in the operation of the sampling mode,
Wherein each of the four banks comprises:
A bank Ap connected to a positive output signal of the mixer unit for sequentially and repeatedly performing the operation of the sampling mode and the operation of the charge sharing mode;
The operation of the charge sharing mode is performed while the operation of the sampling mode of the bank Ap is performed, and the operation of the sampling mode is performed while the operation of the charge sharing mode of the bank Ap is performed Bank Bp;
A bank A connected to the negative output signal of the mixer device for sequentially and repeatedly performing the operation of the sampling mode and the operation of the charge sharing mode; And
An operation of the charge sharing mode is performed while the operation of the sampling mode of the bank An is performed and an operation of the sampling mode is performed while the operation of the charge sharing mode of the bank An is performed And a bank Bn.
제21항에 있어서,
상기 뱅크 Ap, 뱅크 Bp, 뱅크 An 및 뱅크 Bn 각각은,
상기 샘플링 모드의 동작에서, 상기 전하를 충전하는 전하 충전용 커패시터 쌍 및 상기 전하 충전용 커패시터 쌍 각각에 병렬 연결된 전하 방전용 스위치 쌍을 각각 포함하는 3개의 커패시터단;
상기 믹서 장치와 상기 3개의 커패시터단 각각의 연결을 각각 개폐하는 3개의 입력 스위치 쌍; 및
상기 3개의 커패시터단 각각과 상기 전하 공유 모드의 동작 동안 상기 다수의 뱅크들로부터 출력되는 전하를 저장하는 출력단간의 연결을 개폐하는 3개의 출력 스위치 쌍을 포함하는 것을 특징으로 하는 직접 변환 수신기.
22. The method of claim 21,
The bank Ap, the bank Bp, the bank An, and the bank Bn, respectively,
Three capacitor stages each including a charge-charge capacitor pair for charging the charge and a charge-discharge switch pair connected in parallel to each of the charge-charge capacitor pairs in the operation of the sampling mode;
Three input switch pairs for opening and closing connections of the mixer device and each of the three capacitor stages; And
And three output switch pairs for opening and closing connections between each of the three capacitor stages and an output stage for storing charges output from the plurality of banks during operation of the charge sharing mode.
제22항에 있어서,
상기 3개의 입력 스위치 쌍은, 1 샘플링 주기만큼 지연되어 순차로 턴온되어 상기 3개의 커패시터단의 전하 충전용 커패시터 쌍에 순차로 전하를 충전하며,
상기 3개의 출력 스위치 쌍은, 3 샘플링 주기 동안 턴온되어 상기 출력단으로 전하를 전달함으로써, 상기 전하 영역 데시메이션 필터 장치를 데이메이션 비가 3인 1차 싱크 필터로 동작시키는 것을 특징으로 하는 직접 변환 수신기.
23. The method of claim 22,
The three input switch pairs are sequentially turned on by a delay of one sampling period to sequentially charge the charge-charging capacitor pairs of the three capacitor stages,
Wherein the three output switch pairs are turned on during three sampling periods to transfer charge to the output stage thereby to operate the charge region decimation filter device as a primary sink filter with a data rate of 3.
제22항에 있어서,
상기 3개의 출력 스위치 쌍 중 2개의 스위치 쌍 각각에 포함된 하나의 스위치에는 공통 전압이 연결되는 것을 특징으로 하는 직접 변환 수신기.
23. The method of claim 22,
And a common voltage is connected to one switch included in each of the two pairs of the three output switch pairs.
제24항에 있어서,
상기 3개의 입력 스위치 쌍은, 1 샘플링 주기만큼 지연되어 순차로 턴온되어 상기 전하 충전용 커패시터 쌍에 순차로 전하를 충전하며,
상기 3개의 출력 스위치 쌍은, 3 샘플링 주기 동안 턴온되어 상기 출력단으로 전하를 전달함으로써, 상기 전하 영역 데시메이션 필터 장치를 데이메이션 비가 3인 2차 싱크 필터로 동작시키는 것을 특징으로 하는 직접 변환 수신기.
25. The method of claim 24,
The three input switch pairs are sequentially turned on by a delay of one sampling period to sequentially charge the charge-charging capacitor pair,
Wherein the three output switch pairs are turned on for three sampling periods to transfer charge to the output stage thereby to operate the charge region decimation filter device as a secondary sink filter with a data rate of 3.
제22항에 있어서,
상기 출력단은,
상기 전하 공유 모드의 동작에서, 상기 전하 충전용 커패시터 쌍에 저장된 전하를 전달받아 저장하는 출력단의 커패시터;
상기 출력단의 커패시터와 상기 뱅크 Ap, 상기 뱅크 Bp, 상기 뱅크 An 또는 상기 뱅크 Bn 간의 연결을 개폐하는 출력단의 스위치; 및
상기 3개의 커패시터단의 전하 충전용 커패시터 쌍에 저장된 전하를 방전시키기 위한 글로벌 리셋 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접 변환 수신기.
23. The method of claim 22,
Wherein,
A capacitor in an output stage for receiving and storing the charge stored in the charge-charging capacitor pair in the charge sharing mode of operation;
An output terminal switch for opening / closing a connection between the capacitor at the output terminal and the bank Ap, the bank Bp, the bank An, or the bank Bn; And
And a global reset switch for discharging the charge stored in the charge-charging capacitor pair of the three capacitor stages.
제22항에 있어서,
상기 뱅크 Ap, 뱅크 Bp, 뱅크 An 및 뱅크 Bn는, 각각 상기 전하의 전송을 위한 2개의 전하패스를 구비하며,
상기 뱅크 Ap의 2개의 전하 패스와 상기 뱅크 Bp의 2개의 전하 패스는 상호 크로스 연결되고, 상기 뱅크 An의 2개의 전하 패스와 상기 뱅크 Bn의 2개의 전하 패스는 상호 크로스 연결되며,
상기 뱅크 Ap 및 상기 뱅크 An의 3개의 커패시터단, 3개의 입력 스위치 쌍 및 3개의 출력 스위치 쌍은 상기 크로스 연결된 2개의 전하 패스 중 일 라인에 각각 연결되며,
상기 뱅크 Bp 및 상기 뱅크 Bn의 3개의 커패시터단, 3개의 입력 스위치 쌍 및 3개의 출력 스위치 쌍은 상기 크로스 연결된 2개의 전하 패스 중 나머지 라인에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 직접 변환 수신기.
23. The method of claim 22,
The bank Ap, the bank Bp, the bank An, and the bank Bn each have two charge paths for transferring the charges,
Two charge paths of the bank Ap and two charge paths of the bank Bp are cross-connected to each other. Two charge paths of the bank An and two charge paths of the bank Bn are cross-
Three capacitor stages of the bank Ap and the bank An, three input switch pairs and three output switch pairs are connected to one of the two cross-coupled charge paths,
Three capacitor stages of the bank Bp and the bank Bn, three input switch pairs and three output switch pairs are respectively connected to the remaining lines of the two cross-coupled charge paths.
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