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KR20150061387A - 주파수 합성 장치 및 주파수 합성 방법 - Google Patents

주파수 합성 장치 및 주파수 합성 방법 Download PDF

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KR20150061387A
KR20150061387A KR1020130145450A KR20130145450A KR20150061387A KR 20150061387 A KR20150061387 A KR 20150061387A KR 1020130145450 A KR1020130145450 A KR 1020130145450A KR 20130145450 A KR20130145450 A KR 20130145450A KR 20150061387 A KR20150061387 A KR 20150061387A
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KR
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modulation
frequency
unit
oscillation
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KR1020130145450A
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임준형
김정태
이재형
김명수
Original Assignee
삼성전기주식회사
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

본 발명은 주파수 합성 장치 및 주파수 합성 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 구현예에 따른 주파수 합성 장치는, 입력 신호의 주파수를 변경하는 전압 제어 발진부, 전압 제어 발진부로부터 출력된 발진 신호를 분주비로 분할하는 분주부 및 상기 분주부에서 출력된 분주 신호를 동기 신호로 이용하여 모듈레이션을 수행하는 모듈레이션부를 포함한다.

Description

주파수 합성 장치 및 주파수 합성 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR FREQUENCY SYNTHESIZING}
본 발명은 주파수 합성 장치 및 주파수 합성 방법에 관한 것이다.
무선통신 분야에서 주요한 요구 사항 중 하나는 소형화에 관한 것이다. 따라서, 이러한 소형화의 요구를 만족하기 위하여 다양한 방식의 주파수 합성 장치가 사용되고 있다.
이러한 주파수 합성 장치의 경우, 높은 속도(high data rate)에서 운용되는 경우, 신호의 왜곡이 발생하는 문제점이 있다. 따라서, 이러한 신호의 왜곡을 보상하기 위하여, 다양한 모듈레이션 기술들이 사용되고 있다.
그러나, 종래의 모듈레이션 기술들은 모듈레이션의 변화량과 주파수가 서로 불일치하는 한계성을 가지고 있었으며, 이로 인하여 모듈레이션 성능이 낮아지는 문제점을 가지고 있다.
특히, 발진된 주파수에 특정한 오차가 있는 경우, 모듈레이션은 오차가 없는 발진 주파수를 기준으로 수행되므로, 발진 오차가 모듈레이션 오차로 확산되는 문제점을 가지고 있다.
하기의 특허문헌 1은 PLL 신디사이저에 관한 것이고, 특허문헌 2는 위상 동기 루프 및 무선 전기 신호 수신 장치에 관한 것이나, 이러한 특허 문헌1및 2도 상술한 한계점을 여전히 가지고 있다.
일본 공개특허공보 제2005-198164호 한국 공개특허공보 제2001-0089227호
본 발명의 과제는 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 발진 신호를 분주한 분주 신호를 모듈레이션의 동기 신호로 사용하여, 주파수에 오차가 발생하는 경우에도 발진 신호와 동기를 확보하여 모듈레이션을 수행함으로써 모듈레이션 성능을 개선시킨 주파수 합성 장치 및 주파수 합성 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 기술적인 측면은 주파수 합성 장치의 일 실시예를 제안한다. 상기 주파수 합성 장치는, 입력 신호의 주파수를 변경하는 전압 제어 발진부, 전압 제어 발진부로부터 출력된 발진 신호를 분주비로 분할하는 분주부 및 상기 분주부에서 출력된 분주 신호를 동기 신호로 이용하여 모듈레이션을 수행하는 모듈레이션부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 모듈레이션부는 모듈레이션 데이터를 상기 전압 제어 발진부의 입력으로 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 분주 신호는 상기 발진 신호와 같은 비의 오차를 가지고 있을 수 있다.
일 실시예에서, 상기 주파수 합성 장치는 상기 분주 신호와 기준 신호 간의 위상 차이를 검출하여 출력하는 위상 비교부를 더 포함하고, 상기 전압 제어 발진부, 상기 분주부 및 상기 위상 비교부는 루프 회로를 구성할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 모듈레이션부는, 상기 루프 회로와 연동하여 모듈레이션을 수행하는 제1 모듈레이터 및 상기 분주부와 연동하여 모듈레이션을 수행하는 제2 모듈레이터를 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 기술적인 측면은 주파수 합성 장치의 다른 일 실시예를 제안한다. 상기 주파수 합성 장치는, 입력 신호의 주파수를 변경하는 전압 제어 발진부, 전압 제어 발진부로부터 출력된 발진 신호를 분주비로 분할하는 분주부, 상기 분주 신호와 기준 신호 간의 위상 차이를 검출하여 출력하는 위상 비교부 및 상기 전압 제어 발진부 또는 상기 분주부 중 적어도 하나와 연동하여 모듈레이션을 수행하는 모듈레이션부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 분주 신호는 상기 발진 신호와 같은 비의 오차를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전압 제어 발진부는 상기 분주부 및 상기 위상 비교부와 루프 회로를 구성하고, 상기 모듈레이션부는 상기 루프 회로와 연동하여 모듈레이션을 수행하는 제1 모듈레이터를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전압 제어 발진부는 상기 분주부와 연동하여 모듈레이션을 수행하는 제2 모듈레이터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 제3 기술적인 측면은 주파수 합성 방법의 일 실시예를 제안한다. 상기 주파수 합성 방법은, 입력 신호의 주파수를 변경하여 발진 신호를 생성하는 단계, 상기 발진 신호를 소정의 비율로 분할하여 분주 신호를 생성하는 단계, 상기 분주 신호와 기준 신호 간의 위상 차이를 검출하여 발진 신호를 조절하는 단계 및 상기 분주 신호를 동기 신호로 이용하여 모듈레이션을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 분주 신호는 상기 발진 신호와 같은 비의 오차를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 모듈레이션을 수행하는 단계는, 상기 발진 신호를 대상으로 모듈레이션을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 모듈레이션을 수행하는 단계는, 상기 분주 신호를 대상으로 모듈레이션을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 의하면, 발진 신호를 분주한 분주 신호를 모듈레이션의 동기 신호로 사용하여, 주파수에 오차가 발생하는 경우에도 발진 신호와 동기를 확보하여 모듈레이션을 수행함으로써 모듈레이션 성능을 개선시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 주파수 합성 장치의 일 예를 도시하는 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 주파수 합성 장치의 일 실시예를 도시하는 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 주파수 합성 장치의 다른 일 실시예를 도시하는 구성도이다.
도 4는 도 1의 위상 비교부의 입출력 신호를 설명하기 위한 참고도이다.
도 5는 일반적인 주파수 합성 장치의 모듈레이션 특성을 도시하는 참고도이다.
도 6은 본 발명에 따른 주파수 합성 장치의 모듈레이션 특성을 도시하는 참고도이다.
도 7은 본 발명에 따른 위상 비교부의 출력 신호를 설명하기 위한 참고도이다.
도 8은 본 발명에 따른 주파수 합성 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
도 1은 일반적인 주파수 합성 장치(10)의 일 예를 도시하는 구성도이다.
도 1에 도시된 주파수 합성 장치의 일 예는, 위상 비교부(11), 전하 펌프(12), 필터부(13), 전압 제어 발진기(14), 분주기(15) 및 모듈레이션부(16)를 포함하고 있다.
위상 비교부(11)는 기준 신호와 분주 신호를 입력받아 두 신호의 주파수 위상을 비교한다. 위상 비교부(11)는 기준 신호와 분주 신호의 위상 차이에 해당하는 출력 신호를 전하 펌프(12)에 제공한다.
전하 펌프(12)는 위상 비교부(11)의 출력 신호를 입력받고, 그에 상응하는 전류를 출력한다.
전하 펌프(12)에서 출력된 전류는 필터부(13)로 입력되고, 필터부(13)는 입력된 전류를 전압으로 변환하여 전압 제어 발진부(14)에 제공할 수 있다. 여기에서, 필터부(13)에서 출력된 전압은 전압 제어 발진부(14)의 컨트롤 신호로서 사용될 수 있다.
전압 제어 발진부(14)는 전압 제어 발진기(Voltage Controlled Oscillator)를 포함할 수 있다. 전압 제어 발진기는 기준 신호와 분주 신호의 위상 차이에 상응하는 컨트롤 신호를 입력받고, 컨트롤 신호에 따라 새로운 발진 신호를 출력할 수 있다.
전압 제어 발진부(14)의 출력 신호, 즉, 새로운 발진 신호는 분주부(15)에 의하여 분주되어 위상 비교부(11)로 피드백 입력 될 수 있다.
모듈레이션부(16)는 변조 신호를 분주기(15)에 제공하여 변조를 수행할 수 있다. 모듈레이션부(16)는 기준 클록을 이용하여 동기화하여 모듈레이션을 수행할 수 있다.
도 1에 도시된 주파수 합성 장치(10)의 일 예는 모듈레이션에 있어서 일정한 오차가 발생하는 경우, 그러한 오차를 보정할 수 없는 문제점이 있다.
특히, 원하는 시점에 발진 신호가 원하는 주파수로 변경되지 않는 경우, 상 에러(Phase error)가 발생하게 되어 TX 모듈레이션 신호의 질이 낮아지는 문제점이 있다.
도 4는 도 1의 위상 비교부의 입출력 신호를 설명하기 위한 참고도이다.
즉, 도 4는 모듈레이션 신호 입력에 따른 위상 비교부(PFD, Phase Frequency Detector)의 출력(업 펄스/다운 펄스) 및 입력(기준 신호/분주신호)를 보여 주고 있다.
만약 전압 제어 발진부(14)가 주어진 모듈레이션 정보에 따라 주파수를 정확하게 발진하고 있다면, 위상 비교부(11)에는 업펄스 도는 다운 펄스가 발생하지 않을 수 있다.
그러나 도 4에 도시된 예는, 모듈레이션 구간동안 원하는 주파수로 발진되지 않고 있어 그 구간에 위상 비교부(11)에 업펄스 또는 다운 펄스가 발생하게 된다. 이러한 위상 비교부(11)의 출력은 다시 전압 제어 발진부(14)의 주파수를 변경하게 된다.
이러한 경우, 모듈레이션 신호가 PLL의 루프 밴드(Loop bandwidth)보다 큰 경우는 이를 따라가지 못하게 되며, 따라서, 주파수 변동량이 위상(Phase) 변동량으로 보이게 되어 신호의 질을 저감시키게 된다.
이하에서는, 도 2 내지 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 주파수 합성 장치의 다양한 실시예들에 대하여 설명한다. 다만, 도 1에서 상술한 설명과 동일한 내용은 이하에서 중복적으로 설명하지 아니한다.
도 2는 본 발명에 따른 주파수 합성 장치의 일 실시예를 도시하는 구성도이다.
도 2를 참조하면, 주파수 합성 장치(100)는 위상 비교부(110), 전하 펌프(120), 필터부(130), 전압제어 발진부(140), 분주부(150) 및 모듈레이션부(160)를 포함할 수 있다.
위상 비교부(110)는 분주 신호와 기준 신호 간의 위상 차이를 검출하여 출력할 수 있으며, 이러한 위상 차이는 전하 펌프(120) 및 필터부(130)를 거쳐 전압 제어 발진부(140)의 입력으로 제공될 수 있다.
전압제어 발진부(140)는 입력 신호의 주파수를 변경하고, 분주부(150)는 전압 제어 발진부(140)로부터 출력된 발진 신호를 소정의 비율로 분할할 수 있다.
여기에서, 전압 제어 발진부(140), 분주부(150) 및 위상 비교부(110)는 루프 회로를 구성할 수 있다.
모듈레이션부(160)는 분주부(150)에서 출력된 분할 신호를 동기 신호로 이용하여 모듈레이션을 수행할 수 있다.
즉, 모듈레이션부(160)는 모듈레이션을 수행하는 동기 신호로서, 기준 클록이 아닌 분할 신호를 이용하고 있다.
일 실시예에서, 모듈레이션부(160)는 전압 제어 발진부(140) 또는 분주부(150) 중 적어도 하나와 연동하여 모듈레이션을 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 분할 신호는 발진 신호와 같은 비의 오차를 가지고 있을 수 있으며, 따라서 모듈레이션이 일어날 때 발진 신호와 같은 비율을 오차를 기준으로 수행되므로, 모듈레이션과 분주의 동기가 이루어져 모듈레이션의 품질이 향상될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 주파수 합성 장치의 다른 일 실시예를 도시하는 구성도이다.
도 3에 도시된 주파수 합성 장치는 도 2의 모듈레이션부(160)의 구체적인 일 실시예를 도시하고 있다.
모듈레이션부는 제1 모듈레이터(161)와 제2 모듈레이터(162)를 포함할 수 있다.
제1 모듈레이터(161)는 루프 회로와 연동하여 모듈레이션을 수행할 수 있다.
제2 모듈레이터(162)는 분주부(150)와 연동하여 모듈레이션을 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 모듈레이터(161)는 모듈레이션 데이터를 출력하는 모듈레이터이고, 제2 모듈레이터(162)는 이러한 모듈레이션 데이터를 이용하는 시그마 델타 모듈레이터 일 수 있다.
도 5는 일반적인 주파수 합성 장치의 모듈레이션 특성을 도시하는 참고도이고, 도 6은 본 발명에 따른 주파수 합성 장치의 모듈레이션 특성을 도시하는 참고도이다.
도 5 및 도 6은 FSK 신호로 변환하는 과정을 보여주고 있다.
만약 주파수의 적분성분인 위상이 주파수 편차에 의해 fd/-fd 주파수가 주파수 오프셋이 발생하면 위상정보가 왜곡이 일어나게 된다.
따라서, 주파수 에러 성분에 따른 상(Phase)변화, 즉 주파수의 적분치를 비교함으로써 위상 정보의 왜곡 여부를 판정할 수 있다.
먼저 도 5의 경우, 적분치 F1은 페이즈의 오차가 누적적으로 영향을 미치므로, 약 90도 이상의 오차가 발생하고 있음을 알 수 있다. 즉, Phase의 왜곡이 크게 일어나게 되어 I/Q 신호에 심각한 상 에러를 발생시키게 되므로, 원하는 I/Q 모듈레이션이 구현되지 못한다.
한편 도 6의 경우, 분주 신호를 이용하여 모듈레이션을 수행하므로, 주파수의 에러가 모듈레이션에도 함께 반영되므로, 모듈레이션의 동기는 보다 정확하게 이루어짐을 알 수 있다.
즉, 적분치 F2에서는 페이즈 오차가 거의 발생하지 않고 있음을 알 수 있다. 따라서, 도 5에 도시된 예에 비하여 I/Q 모듈레이션의 성능이 대폭 향상된 것을 알 수 있다.
도 7은 FSK 신호를 비교하기 위한 참고도이다.
도 7의 위쪽 그래프는 기준 신호를 이용하여 생성된 FSK 신호를 도시하고 있고, 아래쪽 그래프는 분주 신호를 생성된 FSK 신호를 도시하고 있다.
도시된 바와 같이, 분주 신호를 이용하여 생성된 FSK 신호는 일정한 오차가 반영될 수 있으나, 이는 분주 신호의 오차와 같은 비의 오차를 가지고 있으므로, 결국 모듈레이션에 있어서는 분주 신호와 모듈레이션이 상호 동기를 이룰 수 있게 된다.
도 8은 본 발명에 따른 주파수 합성 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 순서도이다.
도 8에 도시된 주파수 합성 방법의 일 실시예는 도 2 내지 도 3을 참조하여 설명한 주파수 합성 장치에서 수행되므로, 도 2 및 도 3을 참조하여 상술한 내용과 동일하거나 그에 상응하는 내용에 대해서는 이하에서 중복적으로 서술하지 아니한다.
주파수 합성 장치(100)는 입력 신호의 주파수를 변경하여 발진 신호를 생성할 수 있다(S810).
주파수 합성 장치(100)는 발진 신호를 소정의 비율로 분할하여 분주 신호를 생성하고(S820), 분주 신호와 기준 신호 간의 위상 차이를 검출하여 발진 신호를 조절할 수 있다(S830).
주파수 합성 장치(100)는 분주 신호를 동기 신호로 이용하여 모듈레이션을 수행할 수 있다(S840).
여기에서, 분할 신호는 발진 신호와 같은 비의 오차를 가질 수 있다.
S840에 대한 일 실시예에서, 주파수 합성 장치(100)는 발진 신호를 대상으로 모듈레이션을 수행할 수 있다.
S840에 대한 일 실시예에서, 주파수 합성 장치(100)는 분주 신호를 대상으로 모듈레이션을 수행할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
11 : 위상 비교부
12 : 전하 펌프
13 : 필터부
14 : 전압제어 발진부
15 : 분주부
16 : 모듈레이션부
110 : 위상 비교부
120 : 전하 펌프
130 : 필터부
140 : 전압제어 발진부
150 : 분주부
160 : 모듈레이션부
161 : 제1 모듈레이터
162 : 제2 모듈레이터

Claims (13)

  1. 입력 신호의 주파수를 변경하는 전압 제어 발진부;
    상기 전압 제어 발진부로부터 출력된 발진 신호를 분주비로 분할하는 분주부; 및
    상기 분주부에서 출력된 분주 신호를 동기 신호로 이용하여 모듈레이션을 수행하는 모듈레이션부;를 포함하는 주파수 합성 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 모듈레이션부는
    모듈레이션 데이터를 상기 전압 제어 발진부의 입력으로 제공하는 주파수 합성 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 분주 신호는
    상기 발진 신호와 같은 비의 오차를 가지고 있는 주파수 합성 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 주파수 합성 장치는
    상기 분주 신호와 기준 신호 간의 위상 차이를 검출하여 출력하는 위상 비교부; 를 더 포함하고,
    상기 전압 제어 발진부, 상기 분주부 및 상기 위상 비교부는 루프 회로를 구성하는 주파수 합성 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 모듈레이션부는
    상기 루프 회로와 연동하여 모듈레이션을 수행하는 제1 모듈레이터; 및
    상기 분주부와 연동하여 모듈레이션을 수행하는 제2 모듈레이터; 를 포함하는 주파수 합성 장치.
  6. 입력 신호의 주파수를 변경하는 전압 제어 발진부;
    전압 제어 발진부로부터 출력된 발진 신호를 분주비로 분할하는 분주부;
    상기 분주 신호와 기준 신호 간의 위상 차이를 검출하여 출력하는 위상 비교부; 및
    상기 전압 제어 발진부 또는 상기 분주부 중 적어도 하나와 연동하여 모듈레이션을 수행하는 모듈레이션부; 를 포함하는 주파수 합성 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 분주 신호는
    상기 발진 신호와 같은 비의 오차를 가지고 있는 주파수 합성 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 전압 제어 발진부는
    상기 분주부 및 상기 위상 비교부와 루프 회로를 구성하고,
    상기 모듈레이션부는
    상기 루프 회로와 연동하여 모듈레이션을 수행하는 제1 모듈레이터를 포함하는 주파수 합성 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 전압 제어 발진부는
    상기 분주부와 연동하여 모듈레이션을 수행하는 제2 모듈레이터; 를 더 포함하는 주파수 합성 장치.
  10. 입력 신호의 주파수를 변경하여 발진 신호를 생성하는 단계;
    상기 발진 신호를 소정의 비율로 분할하여 분주 신호를 생성하는 단계;
    상기 분주 신호와 기준 신호 간의 위상 차이를 검출하여 발진 신호를 조절하는 단계; 및
    상기 분주 신호를 동기 신호로 이용하여 모듈레이션을 수행하는 단계; 를 포함하는 주파수 합성 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 분주 신호는
    상기 발진 신호와 같은 비의 오차를 가지고 있는 주파수 합성 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 모듈레이션을 수행하는 단계는
    상기 발진 신호를 대상으로 모듈레이션을 수행하는 단계; 를 포함하는 주파수 합성 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 모듈레이션을 수행하는 단계는
    상기 분주 신호를 대상으로 모듈레이션을 수행하는 단계; 를 더 포함하는 주파수 합성 방법.
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