KR101060648B1

KR101060648B1 - Multiphase Ultra Wideband Signal Generator Using Differential Pulse Oscillator and Its Array

Info

Publication number: KR101060648B1
Application number: KR1020090112667A
Authority: KR
Inventors: 홍성철; 심상훈
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2009-11-20
Filing date: 2009-11-20
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2029-11-20
Also published as: KR20110056009A

Abstract

본 발명은 차동구조의 펄스 오실레이터와 그 배열을 이용한 다 위상 초 광대역 신호 발생기에 관한 것으로서, 전원공급에 따른 펄스 신호를 발생시키는 N개의 펄스 오실레이터; 상기 N개의 펄스 오실레이터 출력신호에 대하여 각각의 반전 증폭 신호를 출력하는 N개의 반전증폭부; 를 포함하되, 상기 펄스 오실레이터가 짝수개인 경우, 펄스 오실레이터의 출력 OUT(+)와 OUT(-)은 각각 반전 증폭부를 거쳐 그 다음 펄스 오실레이터의 출력 OUT(+)와 OUT(-)에 각각 연결되는 방식으로, 마지막 펄스 오실레이터의 출력 OUT(+)와 OUT(-)까지 각각 연결되고, 마지막 펄스 오실레이터의 출력 OUT(+)와 OUT(-)은 각각 반전 증폭부를 거쳐 첫 번째 펄스 오실 레이터의 출력 OUT(-)와 OUT(+)에 각각 연결되도록 배열(array)되며, 상기 펄스 오실레이터의 개수가 홀수개인 경우, 펄스 오실레이터의 출력 OUT(+)와 OUT(-)은 각각 반전 증폭부를 거쳐 그 다음 펄스 오실레이터의 출력 OUT(+)와 OUT(-)에 각각 연결되는 방식으로, 마지막 펄스 오실레이터의 출력 OUT(+)와 OUT(-)까지 각각 연결되고, 마지막 펄스 오실레이터의 출력 OUT(+)와 OUT(-)은 각각 반전 증폭부를 거쳐 첫 번째 펄스 오실레이터의 출력 OUT(+)와 OUT(-)에 각각 연결되도록 배열(array)되는 것을 특징으로 한다. The present invention relates to a pulse oscillator having a differential structure and a multi-phase ultra wideband signal generator using the arrangement thereof, comprising: N pulse oscillators for generating a pulse signal according to a power supply; N inverting amplifiers for outputting respective inverted amplification signals to the N pulse oscillator output signals; Wherein, if the pulse oscillator is an even number, the output of the pulse oscillator OUT (+) and OUT (-) are respectively connected to the output of the next pulse oscillator OUT (+) and OUT (-) through an inverting amplifier In this way, the outputs of the last pulse oscillator are connected to the outputs OUT (+) and OUT (-), respectively, and the outputs of the last pulse oscillator OUT (+) and OUT (-) are respectively inverted through the inverting amplifier and output OUT of the first pulse oscillator. Arranged so as to be connected to (-) and OUT (+), respectively, and when the number of pulse oscillators is odd, the outputs OUT (+) and OUT (-) of the pulse oscillator respectively pass through the inverting amplifier and the next pulse. Connected to the outputs OUT (+) and OUT (-) of the oscillator, respectively, to the outputs OUT (+) and OUT (-) of the last pulse oscillator, respectively, and the outputs OUT (+) and OUT ( -) Is the first pulse after each inverting amplifier And are arranged to be connected to the outputs OUT (+) and OUT (-) of the oscillator, respectively.

초 광대역, 펄스 발생기, PSK, 모듈레이션 Ultra Wideband, Pulse Generator, PSK, Modulation

Description

MULTIPLE PHASE ULTRA WIDE BAND PULSE GENERATOR USING ARRAY OF DIFFERENTIAL PULSED OSCILLATORS}

본 발명은 초 광대역 신호 발생기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차동구조(differential)의 펄스 오실레이터와 그 배열(array)을 이용하여 초 광대역 신호를 발생시키는데 있어, 다 위상 펄스의 발생과 PSK 모듈레이션을 위해 차동구조의 펄스 오실레이터의 등가 반쪽회로를 각각 비동시적으로 단속하고 배열로 구성하는 방식에 관한 기술이다. The present invention relates to an ultra-wideband signal generator, and more particularly, to generating an ultra-wideband signal using a differential pulse oscillator and an array thereof, for generating multiphase pulses and PSK modulation. This is a technique for a method of forming an array in which the equivalent half-circuits of the differential pulse oscillator are asynchronously interrupted.

초 광대역 무선 기술은, 짧은 펄스동작으로 인해 저 전력 동작이 가능하며, 넓은 대역폭을 이용하여 고속의 통신이나 높은 정확도를 가지는 위치추적 시스템의 구현이 가능하기 때문에 현재 연구가 활발히 진행되고 있다. 펄스를 이용하여 송수신을 할 경우 펄스를 모듈레이션 해주지 않으면 신호간의 간섭이나 펄스의 주기적인 반복 특성으로 인해 여러 가지 문제가 발생한다. 레이더 시스템 또는 통신 시스템에서 효과적인 데이터전송 및 타겟 정보의 추출을 위해서는 QPSK 또는 그 이상의 M-PSK 모듈레이션이 필요하다.The ultra-wideband wireless technology is capable of low power operation due to short pulse operation, and is currently being actively researched because high speed communication and high accuracy location tracking system can be implemented using a wide bandwidth. In case of transmitting / receiving using pulses, if the pulses are not modulated, various problems occur due to interference between signals or periodic repetitive characteristics of pulses. QPSK or higher M-PSK modulation is required for effective data transmission and extraction of target information in radar or communication systems.

기존의 초 광대역 펄스 발생 및 BPSK 모듈레이션 방법은 도 1 에 도시된 바와 같이, 스위치(102, 103)와 스위치 제어신호(102a, 103a)를 이용하여 지속적으로 동작하는 차동구조 정현파 발생기(101)의 신호(101a, 101b)가 소정의 시간(τ)동안만 통과하도록 하여 초 광대역 신호(104a, 104b)를 발생시킨다. Conventional ultra-wideband pulse generation and BPSK modulation method, as shown in Figure 1, the signal of the differential structure sinusoidal wave generator 101 continuously operating using the switch (102, 103) and the switch control signal (102a, 103a) Ultra wide signals 104a and 104b are generated by allowing 101a and 101b to pass only for a predetermined time [tau].

여기서, 정현파 발생기(101)가 차동구조인 경우 발진 신호(101a, 101b)는 (+)와 (-)의 위상을 갖게 되므로, (+)신호의 스위치(102)를 이용하여 출력할 경우 출력단(104)의 신호는 (+)의 펄스(104a)가 되고, (-)신호의 스위치(103)을 이용하여 출력할 경우 출력단(104)의 신호는 (-)의 펄스(104b)가 되며, 이것을 이용하여 BPSK 모듈레이션을 할 수 있게 된다. Here, when the sinusoidal wave generator 101 has a differential structure, since the oscillation signals 101a and 101b have a phase of (+) and (-), an output terminal ( The signal of 104 becomes the positive pulse 104a, and when outputted using the switch 103 of the negative signal, the signal of the output terminal 104 becomes the negative pulse 104b. This allows BPSK modulation.

기존의 초 광대역 펄스 발생 및 QPSK 모듈레이션 방법은 도 2 에 도시된 바와 같이, 스위치(202, 203, 204, 205)와 스위치 제어신호(207)를 이용하여 지속적으로 동작하는 직각위상(quadrature) 정현파 발생기(201)의 신호(201a, 201b, 201c, 201d)가 소정의 시간(τ)동안만 통과하도록 하여 초 광대역 신호(208, 209, 210, 211)를 발생시킨다. 여기서, 직각위상(quadrature) 정현파 발생기(201)는 도 2 에서 보는바와 같이 2개의 차동 발진기와 4개의 반전 증폭기로 구성된 배열(array)형태로 구현할 수 있다.The conventional ultra-wideband pulse generation and QPSK modulation method is a quadrature sine wave generator continuously operating using the switches 202, 203, 204, and 205 and the switch control signal 207, as shown in FIG. The signals 201a, 201b, 201c, and 201d of the 201 pass only for a predetermined time? To generate the ultra-wideband signals 208, 209, 210, and 211. Here, the quadrature sine wave generator 201 may be implemented in an array form of two differential oscillators and four inverting amplifiers as shown in FIG. 2.

직각위상(quadrature) 정현파 발생기(201)의 발진 신호(201a, 201b, 201c, 201d)는 0°, 90°, 180°, 270°의 위상을 갖게 되므로, 0° 신호의 스위치(202)를 이용하여 출력할 경우, 출력단(206)의 신호는 0°의 펄스(208)가 되고, 90° 신호의 스위치(203)를 이용하여 출력할 경우, 출력단(206)의 신호는 90°의 펄 스(209)가 되며, 180° 신호의 스위치(204)를 이용하여 출력할 경우, 출력단(206)의 신호는 180°의 펄스(210)가 되고, 270° 신호의 스위치(205)를 이용하여 출력할 경우, 출력단(206)의 신호는 270°의 펄스(211)가 되어, 이것을 이용하면 QPSK 모듈레이션을 할 수 있다.Since the oscillation signals 201a, 201b, 201c, and 201d of the quadrature sinusoidal wave generator 201 have phases of 0 °, 90 °, 180 °, and 270 °, the switch 202 of the 0 ° signal is used. Output signal 206 becomes a pulse 208 of 0 °, and outputs the signal of the output terminal 206 by a pulse of 90 ° 209, and the output of the output terminal 206 is a pulse 210 of 180 degrees, and output using the switch 205 of the 270 degrees signal when outputting using the switch 204 of the 180 ° signal In this case, the signal of the output terminal 206 becomes the pulse 211 of 270 degrees, and this can be used for QPSK modulation.

이러한 기존 초 광대역 펄스 발생기는 스위치부(102, 103, 202, 203, 204, 205)의 삽입 손실로 인해 전력효율이 떨어지며, 스위치부의 삽입 손실을 보상하기위해 스위치부를 능동 앰프형태로 구현할 경우 추가적인 전력손실이 발생하는 문제점이 있다. The conventional ultra-wideband pulse generator has low power efficiency due to the insertion loss of the switch unit 102, 103, 202, 203, 204, and 205, and additional power is realized when the switch unit is implemented in the form of an active amplifier to compensate for the insertion loss of the switch unit. There is a problem that loss occurs.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 차동구조의 펄스 오실레이터와 그 배열을 이용하여 초 광대역 신호를 발생시키는데 있어, 비 동시적 제어신호를 이용하여 등가 반쪽회로 각각을 비 동시적으로 단속함으로써, 발진기의 과도 응답속도를 극대화할 수 있으며, 비 동시적 제어신호의 단속 순서를 교환함으로써 별도의 모듈레이터 없이 PSK 모듈레이션 수행이 가능한 다 위상 초 광대역 신호 발생기를 제공함에 그 특징적인 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and in generating ultra-wideband signals using a pulse oscillator and an arrangement of a differential structure, each of the equivalent half circuits is asynchronously generated using asynchronous control signals. By intermittent, the transient response speed of the oscillator can be maximized, and the characteristic purpose of providing a multi-phase ultra wideband signal generator capable of performing PSK modulation without a separate modulator by exchanging the interruption order of asynchronous control signals is provided.

이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 차동구조의 펄스 오실레이터와 그 배열을 이용한 다 위상 초 광대역 신호 발생기에 관한 것으로서, 전원공급에 따른 펄스 신호를 발생시키는 N개의 펄스 오실레이터; 상기 N개의 펄스 오실레이터 출력신호에 대하여 각각의 반전 증폭 신호를 출력하는 N개의 반전증폭부; 를 포함하되, 상기 펄스 오실레이터가 짝수개인 경우, 펄스 오실레이터의 출력 OUT(+)와 OUT(-)은 각각 반전 증폭부를 거쳐 그 다음 펄스 오실레이터의 출력 OUT(+)와 OUT(-)에 각각 연결되는 방식으로, 마지막 펄스 오실레이터의 출력 OUT(+)와 OUT(-)까지 각각 연결되고, 마지막 펄스 오실레이터의 출력 OUT(+)와 OUT(-)은 각각 반전 증폭부를 거쳐 첫 번째 펄스 오실 레이터의 출력 OUT(-)와 OUT(+)에 각각 연결되도록 배열(array)되며, 상기 펄스 오실레이터의 개수가 홀수개인 경우, 펄스 오실레이터의 출력 OUT(+)와 OUT(-)은 각각 반전 증폭부를 거쳐 그 다음 펄스 오실 레이터의 출력 OUT(+)와 OUT(-)에 각각 연결되는 방식으로, 마지막 펄스 오실레이터의 출력 OUT(+)와 OUT(-)까지 각각 연결되고, 마지막 펄스 오실레이터의 출력 OUT(+)와 OUT(-)은 각각 반전 증폭부를 거쳐 첫 번째 펄스 오실레이터의 출력 OUT(+)와 OUT(-)에 각각 연결되도록 배열(array)되는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the technical problem relates to a multi-phase ultra-wideband signal generator using a pulse oscillator of the differential structure and its arrangement, N pulse oscillator for generating a pulse signal according to the power supply; N inverting amplifiers for outputting respective inverted amplification signals to the N pulse oscillator output signals; Wherein, if the pulse oscillator is an even number, the output of the pulse oscillator OUT (+) and OUT (-) are respectively connected to the output of the next pulse oscillator OUT (+) and OUT (-) through an inverting amplifier In this way, the outputs of the last pulse oscillator are connected to the outputs OUT (+) and OUT (-), respectively, and the outputs of the last pulse oscillator OUT (+) and OUT (-) are respectively inverted through the inverting amplifier and output OUT of the first pulse oscillator. Arranged so as to be connected to (-) and OUT (+), respectively, and when the number of pulse oscillators is odd, the outputs OUT (+) and OUT (-) of the pulse oscillator respectively pass through the inverting amplifier and the next pulse. Connected to the outputs OUT (+) and OUT (-) of the oscillator, respectively, to the outputs OUT (+) and OUT (-) of the last pulse oscillator, respectively, and the outputs OUT (+) and OUT of the last pulse oscillator. The negative pearls go through the inverted amplifiers respectively. Characterized in that the arrangement (array) such that each connected to the - output OUT (+) and OUT of the oscillator ().

본 발명에 따른 초 광대역 신호 발생기를 사용할 경우, 별도의 모듈레이터 없이 PSK 모듈레이션을 수행할 수 있고 빠른 과도응답 특성을 얻을 수 있다. 따라서, 회로구현의 복잡도와 구현 비용을 줄일 수 있고, 저전력, 고속, 고정밀도의 동작특성을 갖는 무선시스템의 구현이 가능하다.When using the ultra-wideband signal generator according to the present invention, PSK modulation can be performed without a separate modulator and fast transient response can be obtained. Therefore, the complexity and implementation cost of the circuit implementation can be reduced, and a wireless system having low power, high speed, and high precision operating characteristics can be implemented.

본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.Specific features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description based on the accompanying drawings. In the meantime, when it is determined that the detailed description of the known functions and configurations related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, it should be noted that the detailed description is omitted.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.

본 발명에 따른 차동구조의 펄스 오실레이터와 그 배열(array)을 이용한 다 위상 초 광대역 신호 발생기(300)(이하, '초 광대역 신호 발생기')에 관하여 도 3 내지 도 15 를 참조하여 설명하면 다음과 같다. A multi-phase ultra wideband signal generator 300 (hereinafter, referred to as an 'ultra wideband signal generator') using a pulse oscillator having a differential structure and an array according to the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 15 as follows. same.

도 3 은 본 발명에 따른 초 광대역 신호 발생기(300)에 관한 전체 구성도이며, 도 4 는 도 3 의 기본 구성단위인 차동구조의 펄스 오실레이터(400)를 나타낸 다. 3 is an overall configuration diagram of the ultra-wideband signal generator 300 according to the present invention, and FIG. 4 illustrates a pulse oscillator 400 having a differential structure, which is a basic structural unit of FIG. 3.

먼저, 본 발명에 따른 초 광대역 신호 발생기(300)의 기본 구성단위인 차동구조 펄스 오실레이터(400)에 관하여 설명하면 다음과 같다.First, the differential structure pulse oscillator 400 which is a basic structural unit of the ultra-wideband signal generator 300 according to the present invention will be described.

차동구조의 펄스 오실레이터(400)는 도 4 에 도시된 바와 같이, 공진기(Resonator)(411:411a, 411b) 및 네가티브 컨턱턴스 발생기(negative conductance)(-G)(412:412a, 412b)로 구성되어, 전원 공급에 따른 펄스 신호를 발생시키는 오실레이터부(410) 및 상기 오실레이터부(410)에 공급되는 전원을 단속하는 제 1 스위치부(420:421,422)를 포함하여 이루어진다.The differential pulse oscillator 400 is composed of a resonator 411: 411a and 411b and a negative conductance generator (-G) 412: 412a and 412b as shown in FIG. 4. And an oscillator unit 410 for generating a pulse signal according to a power supply and first switch units 420: 421, 422 for intercepting power supplied to the oscillator 410.

이때, 제 1 스위치부(420:421,422)는 능동소자 스위치 또는 수동소자 스위치로서, 오실레이터부(410)는 actual 또는 virtual AC ground(430, 440)를 중심으로 등가적인 반쪽회로(Left core, Right core)로 구성되며, 두 등가 반쪽회로에 공급되는 전원을 제 1 스위치부의 두 개의 스위치(421, 422)가 각각 단속하는 구조를 가진다. In this case, the first switch unit 420: 421, 422 is an active element switch or a passive element switch, and the oscillator unit 410 is an equivalent half circuit around the actual or virtual AC ground 430, 440. ), The two switches 421 and 422 intermittently intercept the power supplied to the two equivalent half circuits.

여기서, 오실레이터부(410)는, 공진기(411a, 411b)를 우회(bypass)하도록 공진기(411a, 411b)와 네가티브 컨턱턴스 발생기(412a, 412b)의 사이에 연결되어, 스위칭 동작에 의한 울림(ringing)을 줄이거나 스위칭시의 응답속도를 향상시키기 위한 제 2 스위치부(413:413a, 413b)를 포함할 수 있다. Here, the oscillator unit 410 is connected between the resonators 411a and 411b and the negative conductance generators 412a and 412b so as to bypass the resonators 411a and 411b and rings by a switching operation. ) May include a second switch unit (413: 413a, 413b) for reducing the response or improve the response speed during switching.

상기한 바와 같이 구성된 차동구조 펄스 오실레이터(400)의 신호 발생 흐름을 살피면 다음과 같다. Looking at the signal generation flow of the differential pulse structure oscillator 400 configured as described above are as follows.

먼저, 오실레이터부(410)에 공급되는 전원이 소정의 시간동안만 공급되도록 제 1 스위치부(421, 422)를 단속하면, 펄스 형태의 신호가 발생하게 된다. First, when the first switch units 421 and 422 are interrupted so that the power supplied to the oscillator unit 410 is supplied only for a predetermined time, a pulse signal is generated.

여기서, 제 1 스위치부(421, 422)의 제어단자 Enable(+)와 Enable(-)에 입력되는 제어신호에 따라, 출력단자 OUT(+)와 OUT(-)에 출력되는 펄스 신호의 극성(polarity)을 바꿔줄 수 있다. 즉, Enable(+)와 Enable(-)의 제어신호에 따라 OUT(+) 신호의 위상이 0°이고 OUT(-) 신호의 위상이 180°가 되도록 할 수도 있고, OUT(+)의 위상이 180°이고 OUT(-) 신호의 위상이 0°가 되도록 할 수도 있다. Here, the polarity of the pulse signal output to the output terminals OUT (+) and OUT (-) according to the control signals input to the control terminals Enable (+) and Enable (-) of the first switch units 421 and 422. polarity). That is, the phase of the OUT (+) signal may be 0 ° and the phase of the OUT (-) signal may be 180 ° according to the control signals of Enable (+) and Enable (-). It is also possible to have 180 ° and the phase of the OUT (−) signal to 0 °.

본 발명에서는, 서로 180도 위상 차이나는 펄스 오실레이터의 신호를 편의상 '+' 와 '-' 로 구분하도록 하겠다. In the present invention, signals of pulse oscillators that are 180 degrees out of phase will be divided into '+' and '-' for convenience.

도 5 및 도 6 은 Enable(+)와 Enable(-)에 입력되는 신호를 나타낸다. 5 and 6 illustrate signals input to Enable (+) and Enable (-).

제어신호에 따라 'off', 'oscillation ready', 'oscillation' 3가지의 상태가 존재한다. 'oscillation ready' 상태는 다시 'left core oscillation ready' 상태와 'right core oscillation ready' 상태로 나뉘며 도 5 및 도 6 에 각각 나타나 있다. There are three states 'off', 'oscillation ready' and 'oscillation' according to the control signal. The 'oscillation ready' state is further divided into a 'left core oscillation ready' state and a 'right core oscillation ready' state and are shown in FIGS. 5 and 6, respectively.

먼저, 도 5 및 도 6 에서, 'off' 상태에서는 제 1 스위치부(421, 422)는 턴 오프(turn off)되어 있고, 제 2 스위치부(413a, 413b)는 턴 온(turn on)되어있다. First, in FIGS. 5 and 6, in the 'off' state, the first switch parts 421 and 422 are turned off, and the second switch parts 413a and 413b are turned on. have.

이 경우, OUT(+)쪽 left core와 OUT(-)쪽 right core 모두 전류가 흐르지 않고 발진을 위해 필요한 네가티브 컨덕턴스(negative conductance)가 발생하지 않으므로 발진할 수 없는 상태가 된다. In this case, both the left core of the OUT (+) side and the right core of the OUT (-) side are incapable of oscillation because no current flows and the negative conductance necessary for oscillation does not occur.

도 5 의 'Left core oscillation ready' 상태(τ₁)에서, 제 1 스위치부의 스위치421은 턴 온(turn on)(10)되고, 제 1 스위치부의 스위치 422는 턴 오프(turn off)(20) 상태를 유지한다. In the left core oscillation ready state τ ₁ of FIG. 5, the switch 421 of the first switch unit is turned on 10, and the switch 422 of the first switch unit is turned off 20. Maintain state.

차동구조 오실레이터에 대한 등가적인 반쪽회로는, 구동 원리상 (actual 또는 virtual) AC ground를 중심으로 나뉘어진 것이므로, 차동구조 오실레이터가 발진하기 위해서는 양쪽의 등가 반쪽회로가 모두 네가티브 컨덕턴스(negative conductance)(-G)를 가져야 한다. Equivalent half-circuits for differential oscillators are divided around an actuating (actual or virtual) AC ground, so both equivalent half-circuits require both negative conductance (-) for the differential oscillator to oscillate. Must have G).

따라서, 도 5 의 제어신호에 대해 'Left core oscillation ready' 상태(τ₁)에서 left core는 전류가 흐르는 상태가 되지만, right core는 여전히 스위치 422에 의해 턴 오프(turn off)되어 있으므로 결국 발진조건을 만족시킬 수 없게 되어 발진할 수 없는 상태가 된다. Accordingly, in the left core oscillation ready state τ ₁ with respect to the control signal of FIG. 5, the left core is in a current flowing state, but the right core is still turned off by the switch 422, thus eventually oscillating condition. It cannot be satisfied, and it becomes a state which cannot be oscillated.

여기서, 제 2 스위치부(413a, 413b)는 턴 온(turn on)(30) 상태이고, 공진기(411a, 411b)를 AC ground로 우회(bypass)시키고 있으므로, 스위칭시에 발생할 수 있는 울림(ringing)성분을 제거해주게 된다. Here, since the second switch parts 413a and 413b are turned on 30 and bypass the resonators 411a and 411b to AC ground, ringing that may occur during switching may occur. Remove the ingredients.

한편, 도 6 의 'Right core oscillation ready' 상태(τ₁)에서, 제 1 스위치부의 스위치 421은 턴 오프(turn off)(40) 상태를 유지하고, 스위치 422는 턴 온(turn on)(50)된다. Meanwhile, in the 'right core oscillation ready' state τ ₁ of FIG. 6, the switch 421 of the first switch unit maintains a turn off 40 state, and the switch 422 is turned on 50. )do.

차동구조의 오실레이터가 발진하기 위해서는 양쪽의 등가 반쪽회로가 모두 네가티브 컨덕턴스(negative conductance)(-G)를 가져야 한다는 것을 생각해보면, right core는 전류가 흐르는 상태가 되지만 left core는 여전히 스위치 421에 의해 턴 오프(turn off)되어 있으므로 결국 발진조건을 만족 시킬 수 없게 되어 발진할 수 없는 상태가 된다. 여기서, 제 2 스위치부(413a, 413b)는 'left core oscillation ready'와 마찬가지로 턴 온(turn on)(60) 상태이고, 공진기(411a, 411b)를 AC ground로 우회(bypass)시키고 있으므로 스위칭시에 발생할 수 있는 울림(ringing)성분을 제거해주게 된다.Considering that both equivalent half-circuits must have negative conductance (-G) for the oscillator of the differential structure to oscillate, the right core is in the current state but the left core is still turned by the switch 421. Since it is turned off, the oscillation condition cannot be satisfied and the oscillation state cannot be generated. Here, the second switch unit (413a, 413b) is turned on (60), like the 'left core oscillation ready', and because the bypass resonators (411a, 411b) to the AC ground (switching) when switching Eliminate ringing components that may occur in the

'oscillation' 상태는 도 5 와 같이 'left core oscillation ready'인 상태에서 'oscillation' 상태가 되는 경우와, 도 6 과 같이 'right core oscillation ready'인 상태에서 'oscillation' 상태가 되는 경우로 나뉠 수 있다. The 'oscillation' state may be divided into 'oscillation' state from 'left core oscillation ready' state as shown in FIG. 5 and 'oscillation' state from 'right core oscillation ready' state as shown in FIG. 6. have.

이 두 가지 경우는, 발진초기조건이 left core와 right core간에 서로 교환되어 일어나므로, 발진 신호의 위상 역시 서로 교환된다. 이때, 차동 발진기의 특성상 서로 180도의 위상 차이를 보이므로 발진 신호의 극성(polarity)이 반대 방향으로 일어난다. In both cases, since the initial conditions of oscillation are exchanged between the left core and the right core, the phases of the oscillation signal are also interchanged. At this time, since the phase difference of 180 degrees due to the characteristics of the differential oscillator, the polarity (polarity) of the oscillation signal occurs in the opposite direction.

따라서, 도 5 의 경우, 발진이 시작하는 순간에 right core에 전원이 공급되면서 발진이 일어나고, 도 6 의 경우, 발진이 시작하는 순간에 left core에 전원이 공급되면서 발진이 일어나며, 발진기가 차동 동작을 하게 되므로 도 5 와 도 6 의 제어신호에 의해 서로 극성(polarity)이 다른 발진 신호가 발생하게 된다. Therefore, in FIG. 5, oscillation occurs while power is supplied to the right core at the start of oscillation, and in FIG. 6, oscillation occurs while power is supplied to the left core at the start of oscillation, and the oscillator is differentially operated. Since the oscillation signals having different polarities are generated by the control signals of FIGS. 5 and 6.

즉, 도 4 에 도시된 바와 같은, 차동구조에 도 5 의 제어신호를 인가했을 경우 OUT(+)(또는 OUT(-))에 출력되는 신호의 위상과, 도 6 의 제어신호를 인가했을 경우, OUT(+)(또는 OUT(-))에 출력되는 신호의 위상은 서로 180°의 차이를 보이게 된다. 따라서, 도 4 와 같은 차동구조에 도 5 와 도 6 과 같은, 비 동시적인 제어신호를 이용하면 별도의 모듈레이터 없이 BPSK모듈레이션을 수행할 수 있다. That is, when the control signal of FIG. 5 is applied to the differential structure as shown in FIG. 4, when the phase of the signal output to OUT (+) (or OUT (-)) and the control signal of FIG. 6 are applied. The phases of the signals output to OUT (+) (or OUT (-)) show a 180 ° difference with each other. Therefore, using the non-simultaneous control signals as shown in FIGS. 5 and 6 in the differential structure as shown in FIG. 4, BPSK modulation can be performed without a separate modulator.

또한, 본 발명에 따른 비 동시적인 제어신호(도 5, 도 6)는 발진 초기에 차동구조 펄스 오실레이터의 과도응답 속도를 극대화 시켜주는 장점이 있다. 이것은, 차동구조 오실레이터의 경우 등가 반쪽회로(Left core, Right core)의 양단에 동시적인 외란이 일어날 경우 이것을 억제하려는 동작 특성이 있기 때문인데, 이러한 문제는 위와 같은 비 동시적인 제어신호를 이용함으로써 해결될 수 있다. In addition, the non-synchronous control signal according to the present invention (Figs. 5 and 6) has the advantage of maximizing the transient response speed of the differential pulse structure oscillator at the beginning of the oscillation. This is because, in case of differential oscillator, there is an operation characteristic to suppress the simultaneous disturbance at both ends of the left and right cores. This problem is solved by using the above non-simultaneous control signal. Can be.

본 발명에 따론 초 광대역 신호 발생기(300)는, 전원공급에 따른 펄스 신호를 발생시키는 N개의 펄스 오실레이터(400)와, N개의 펄스 오실레이터 출력신호에 대하여 각각의 반전 증폭 신호를 출력하는 N개의 반전증폭부(500)를 포함한다. According to the present invention, the ultra-wideband signal generator 300 includes N pulse oscillators 400 for generating pulse signals according to a power supply and N inverts for outputting respective inverted amplified signals with respect to the N pulse oscillator output signals. An amplifier 500 is included.

또한, QPSK 모듈레이션을 위한 차동구조 펄스 오실레이터는 도 3 과 같은 배열(array)형태로 구성할 수 있다. In addition, the differential pulse oscillator for QPSK modulation can be configured in an array form as shown in FIG.

즉, 도 3 에 도시된 바와 같이 제 1 펄스 오실레이터(400a)의 출력 OUT(+)와 OUT(-)은 각각 제 1 반전증폭부(500a)를 거쳐, 제 2 펄스 오실레이터(400b)의 출력 OUT(+)와 OUT(-)에 각각 연결되며, 제 2 펄스 오실레이터(400b)의 출력 OUT(+)와 OUT(-)은 제 2 반전증폭부(500b)를 거쳐, 제 1 펄스 오실레이터(400a)의 출력 OUT(-)와 OUT(+)에 각각 연결된다. That is, as shown in FIG. 3, the output OUT (+) and OUT (−) of the first pulse oscillator 400a pass through the first inverting amplifier 500a and the output OUT of the second pulse oscillator 400b, respectively. Respectively connected to (+) and OUT (−), and the outputs OUT (+) and OUT (−) of the second pulse oscillator 400b pass through the second inverting amplifier 500b and the first pulse oscillator 400a. Are connected to the output of OUT (-) and OUT (+) respectively.

이때, 제 1 펄스 오실레이터(400a) 및 제 2 펄스 오실레이터(400b) 각각에 대해 제어신호가 필요하다.In this case, a control signal is required for each of the first pulse oscillator 400a and the second pulse oscillator 400b.

한편, 도 5 와 같이 left core가 먼저 켜진후에 발진이 시작되도록 제어하는 입력신호를 로직 0 이라 하고, 도 6 과 같이 right core가 먼저 켜진후에 발진이 시작되도록 제어하는 입력신호를 로직 1 이라 하자. Meanwhile, as shown in FIG. 5, the input signal for controlling the oscillation to start after the left core is turned on first is referred to as logic 0, and the input signal for controlling the oscillation to start after the right core is turned on first as shown in FIG.

즉, 제 1 펄스 오실레이터(400a)는 left core가 먼저 켜진후에 발진이 시작되도록 신호(도 5 의 신호)를 입력시키고, 제 2 펄스 오실레이터(400b)는 right core가 먼저 켜진후에 발진이 시작되도록 신호(도 6 의 신호)를 입력시킨다고 하면, 제 1 펄스 오실레이터(400a)와 제 2 펄스 오실레이터(400b) 각각에 대한 제어신호(OSC_400a, OSC_400b)는 (0, 1)로 표현할 수 있다. That is, the first pulse oscillator 400a inputs a signal (signal of FIG. 5) to start oscillation after the left core is turned on first, and the second pulse oscillator 400b signals to start oscillation after the right core is turned on first. If the signal of Fig. 6 is inputted, the control signals OSC _400a and OSC _400b for each of the first pulse oscillator 400a and the second pulse oscillator 400b can be expressed as (0, 1).

이때, (0, 0) 또는 (0, 1) 또는 (1, 0) 또는 (1, 1)에 의해 발생된 신호는 발진 초기조건이 서로 교환되어 발진신호의 위상변화 역시 가능하고, 각 배열간에 직각위상(Quadrature)의 관계가 있으므로, QPSK 모듈레이션을 수행할 수 있다. 각각의 입력신호에 따른 출력 신호의 위상 관계는 도 7 과 같다.At this time, the signals generated by (0, 0) or (0, 1) or (1, 0) or (1, 1) can be changed in phase of the oscillation signal because the initial conditions of oscillation are exchanged with each other. Since there is a quadrature relationship, QPSK modulation can be performed. The phase relationship of the output signal according to each input signal is shown in FIG.

QPSK 이상의 M-PSK가 요구되는 경우에는 도 8 과 같이 보다 많은 수의 배열(array) 형태로 구성하여 구현할 수 있다. 도 8 의 (a) 는 차동구조의 펄스 오실레이터(400)가 짝수 개수로 배열되었을 경우를 나타내는 일예시도이며, (b) 는 차동구조의 펄스 오실레이터(400)가 홀수 개수로 배열되었을 경우를 나타내는 일예시도이다. If the M-PSK or more than the QPSK is required, it can be implemented by configuring a larger number of array (array) as shown in FIG. FIG. 8A is an exemplary view illustrating a case in which the pulse oscillators 400 of the differential structure are arranged in even numbers, and FIG. 8B illustrates a case in which the pulse oscillators 400 of the differential structure are arranged in odd numbers. This is an example.

즉, 펄스 오실레이터가 짝수개인 경우, 펄스 오실레이터의 출력 OUT(+)와 OUT(-)은 각각 반전 증폭부를 거쳐 그 다음 펄스 오실레이터의 출력 OUT(+)와 OUT(-)에 각각 연결되는 방식으로, 마지막 펄스 오실레이터의 출력 OUT(+)와 OUT(-)까지 각각 연결되고, 마지막 펄스 오실레이터의 출력 OUT(+)와 OUT(-)은 각각 반전 증폭부를 거쳐 첫 번째 펄스 오실 레이터의 출력 OUT(-)와 OUT(+)에 각각 연결되도록 배열(array)된다.That is, when there are even pulse oscillators, the outputs OUT (+) and OUT (-) of the pulse oscillator are connected to the outputs OUT (+) and OUT (-) of the next pulse oscillator, respectively, through the inverting amplifier. It is connected to the outputs OUT (+) and OUT (-) of the last pulse oscillator, respectively, and the outputs OUT (+) and OUT (-) of the last pulse oscillator are each through the inverting amplifier section and the output OUT (-) of the first pulse oscillator. It is arranged to be connected to and OUT (+), respectively.

또한, 펄스 오실레이터의 개수가 홀수개인 경우, 펄스 오실레이터의 출력 OUT(+)와 OUT(-)은 각각 반전 증폭부를 거쳐 그 다음 펄스 오실레이터의 출력 OUT(+)와 OUT(-)에 각각 연결되는 방식으로, 마지막 펄스 오실레이터의 출력 OUT(+)와 OUT(-)까지 각각 연결되고, 마지막 펄스 오실레이터의 출력 OUT(+)와 OUT(-)은 각각 반전 증폭부를 거쳐 첫 번째 펄스 오실레이터의 출력 OUT(+)와 OUT(-)에 각각 연결되도록 배열(array)된다. 한편, 상기 도 3 의 경우, 차동구조의 펄스 오실레이터(400)가 짝수 개수로 배열되었을 경우인 것을 알 수 있다. Also, when the number of pulse oscillators is odd, the outputs OUT (+) and OUT (-) of the pulse oscillator are connected to the outputs OUT (+) and OUT (-) of the next pulse oscillator, respectively, through the inverting amplifier. To the outputs OUT (+) and OUT (-) of the last pulse oscillator, respectively, and the outputs OUT (+) and OUT (-) of the last pulse oscillator respectively pass through the inverting amplifier and output OUT (+) of the first pulse oscillator. ) And are arranged to be connected to OUT (-), respectively. Meanwhile, in the case of FIG. 3, it can be seen that the pulse oscillator 400 of the differential structure is arranged in an even number.

이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.

도 9 는 본 발명의 일실시예에 따른 CMOS와 LC 공진기(LC resonator)를 이용하여 구현된 차동구조 펄스 오실레이터(600)의 구성도로서, 차동구조의 오실레이터부(610a, 610b, M₃, M₄)와 스위치부(M₁, M₂, M₅, M₆)로 구성된다. 9 is a block diagram of a differential structure pulse oscillator 600 implemented using CMOS and the LC resonator (LC resonator) in accordance with one embodiment of the present invention, the oscillator unit of differential structure (610a, 610b, M _3, M ₄ ) and a switch (M ₁ , M ₂ , M ₅ , M ₆ ).

M₃와 M₄는 각각의 드레인과 게이트가 서로 크로스 커플(cross couple)되어 네가티브 컨턱턴스(negative conductance)(-G)를 제공하며, LC 공진기(LC resonator)(610a, 610b)의 손실을 보상하여 LC 차동 오실레이터를 구성한다. M ₃ and M ₄ each drain and gate are cross-coupled with each other to provide negative conductance (-G), compensating for losses in LC resonators 610a and 610b. Configure the LC differential oscillator.

여기서, M₃ 와 M₄에 공급되는 전원을 M₁ 과 M₂를 이용하여 단속하는 구조를 가지며, M₅와 M₆는 스위칭 동작에 의한 울림(ringing)을 줄이거나 스위칭시의 응답속도를 향상시키기 위한 목적으로 사용된다. Here, it has a structure to control the power supplied to M ₃ and M ₄ by using M ₁ and M ₂ , M ₅ and M ₆ to reduce the ringing (ringing) due to the switching operation or to improve the response speed during switching Used for the purpose of

도 10 은 도 9 를 CMOS공정을 이용하여 제작한 칩의 사진도로서, 본 발명에 따른 초 광대역 신호 발생방법은 IC(Integrated Circuit) 형태로 제작이 용이하다. FIG. 10 is a photographic view of a chip fabricated using the CMOS process of FIG. 9. The ultra-wideband signal generation method according to the present invention may be easily manufactured in the form of an integrated circuit (IC).

도 11 은 도 5 의 제어 신호를 인가했을 때, OUT(+) 출력 신호의 시뮬레이션 결과를 나타내며, 도 12 은 도 6 의 제어 신호를 인가했을 때, OUT(+) 출력 신호의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. FIG. 11 illustrates a simulation result of the OUT (+) output signal when the control signal of FIG. 5 is applied, and FIG. 12 illustrates a simulation result of the OUT (+) output signal when the control signal of FIG. 6 is applied.

도 13 은 도 11 과 도 12 에서 나타내는 시뮬레이션 출력신호의 위상을 비교하기 위해 두 결과를 합쳐놓은 것으로서, 이를 통해 도 5 와 도 6 의 제어신호를 이용하여, 출력 신호의 위상을 180° 변화시켜 줄 수 있음을 알 수 있고, 100ps 정도의 빠른 과도응답을 보이는 것을 알 수 있다. FIG. 13 shows the sum of the two results in order to compare the phases of the simulation output signals shown in FIGS. 11 and 12. Through this, the phase of the output signal can be changed by 180 ° using the control signals of FIGS. 5 and 6. It can be seen that a fast transient response of about 100ps can be seen.

도 14 는 본 발명의 일실시예에 따른 CMOS와 LC 공진기(LC resonator)를 이용하여 구현한 초 광대역 신호 발생기(700)의 구성도로서, 차동구조 펄스 오실레이터와, 배열(array) 구성을 위한 반전증폭부(M₃', M₄')로 구성된다. FIG. 14 is a schematic diagram of an ultra-wideband signal generator 700 implemented using a CMOS and LC resonator according to an embodiment of the present invention, and includes a differential pulse oscillator and an inversion for an array configuration. It consists of an amplifier (M ₃ ', M ₄ ').

도 15 는 도 7 의 제어 신호에 따른 OUT(+)_400a 출력 신호의 시뮬레이션 결과를 나타내며, 입력 신호에 따른 출력신호의 위상 관계를 보여준다. FIG. 15 illustrates a simulation result of an OUT (+) _400a output signal according to the control signal of FIG. 7 and shows a phase relationship of the output signal according to the input signal.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다. As described above and described with reference to a preferred embodiment for illustrating the technical idea of the present invention, the present invention is not limited to the configuration and operation as shown and described as described above, it is a deviation from the scope of the technical idea It will be understood by those skilled in the art that many modifications and variations can be made to the invention without departing from the scope of the invention. Accordingly, all such suitable changes and modifications and equivalents should be considered to be within the scope of the present invention.

도 1 는 기존의 초 광대역 펄스 발생 및 BPSK 모듈레이션을 설명하기 위한 일예시도.1 is an exemplary diagram for explaining conventional ultra-wideband pulse generation and BPSK modulation.

도 2 는 기존의 초 광대역 펄스 발생 및 QPSK 모듈레이션을 설명하기 위한 일예시도.2 is an exemplary diagram for explaining conventional ultra-wideband pulse generation and QPSK modulation.

도 3 은 본 발명에 따른 차동구조의 펄스 오실레이터와 그 배열(array)을 이용한 다 위상 초 광대역 신호 발생기에 관한 구성도. 3 is a block diagram of a multi-phase ultra-wideband signal generator using a pulse oscillator having a differential structure and an array thereof according to the present invention.

도 4 는 본 발명에 따른 차동구조의 펄스 오실레이터에 관한 구성도. 4 is a block diagram of a pulse oscillator of a differential structure according to the present invention.

도 5 및 도 6 은 본 발명에 따른 차동구조의 펄스 오실레이터의 제어신호를 보이는 일예시도.5 and 6 are exemplary views showing control signals of a pulse oscillator of a differential structure according to the present invention.

도 7 은 본 발명에 따른 제어신호에 따른 출력 위상의 관계를 보이는 일예시도.7 is an exemplary view showing a relationship between an output phase according to a control signal according to the present invention.

도 8 은 본 발명에 따른 임의 개수의 펄스 오실레이터 배열을 이용한 다 위상 초 광대역 신호 발생기에 관한 구성도. 8 is a schematic diagram of a multi-phase ultra wideband signal generator using any number of pulse oscillator arrays in accordance with the present invention.

도 9 는 본 발명의 일실시예에 따른 CMOS와 LC 공진기(LC resonator)를 이용하여 구현된 차동구조 펄스 오실레이터의 구성도.9 is a block diagram of a differential pulse oscillator implemented using a CMOS and LC resonator according to an embodiment of the present invention.

도 10 은 본 발명에 따른 CMOS 공정을 이용하여 실제 구현된 초 광대역 신호 발생기 IC(Integrated Circuit)의 사진도.10 is a photographic representation of an ultra wideband signal generator integrated circuit (IC) actually implemented using a CMOS process in accordance with the present invention.

도 11 은 본 발명에 따른 도 5 의 제어신호에 따른, 실제 구현된 초 광대역 신호 발생기 IC의 컴퓨터 시뮬레이션 결과를 보여주는 그래프. FIG. 11 is a graph showing computer simulation results of an actually implemented ultra wideband signal generator IC according to the control signal of FIG. 5 in accordance with the present invention. FIG.

도 12 는 본 발명에 따른 도 6 의 제어신호에 따른, 실제 구현된 초 광대역 신호 발생기 IC의 컴퓨터 시뮬레이션 결과를 보여주는 그래프. FIG. 12 is a graph showing computer simulation results of an actually implemented ultra wideband signal generator IC according to the control signal of FIG. 6 in accordance with the present invention. FIG.

도 13 은 본 발명에 따른 도 11 및 도 12 에서 나타내는 시뮬레이션 출력신호의 위상을 비교하기 위한 그래프.13 is a graph for comparing the phases of the simulation output signals shown in FIGS. 11 and 12 according to the present invention.

도 14 는 본 발명의 일실시예에 따른 CMOS와 LC 공진기(LC resonator)를 이용하여 구현한 초 광대역 신호 발생기의 구성도.14 is a block diagram of an ultra-wideband signal generator implemented using a CMOS and LC resonator according to an embodiment of the present invention.

도 15 는 도 7 의 제어 신호에 따른 OUT(+)_400a 출력 신호의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프.FIG. 15 is a graph illustrating a simulation result of an OUT (+) _400a output signal according to the control signal of FIG. 7. FIG.

Claims

In a multi-phase ultra wideband signal generator using a differential pulse oscillator and its arrangement,

N pulse oscillators for generating pulse signals according to power supply;

N inverting amplifiers for outputting respective inverted amplification signals to the N pulse oscillator output signals; Including,

When the pulse oscillators are even, the outputs OUT (+) and OUT (-) of the pulse oscillator are respectively connected to the outputs OUT (+) and OUT (-) of the next pulse oscillator through an inverting amplifier section, respectively. The outputs of the pulse oscillator are connected to OUT (+) and OUT (-) respectively, and the outputs of OUT (+) and OUT (-) of the last pulse oscillator are respectively inverted through the inverting amplifier section. Arranged to be connected to OUT (+) respectively,

If the number of pulse oscillators is odd, the outputs OUT (+) and OUT (-) of the pulse oscillator are respectively connected to the outputs OUT (+) and OUT (-) of the next pulse oscillator through an inverting amplifier. , The outputs of the last pulse oscillator are connected to OUT (+) and OUT (-), respectively, and the outputs of the last pulse oscillator OUT (+) and OUT (-) are each through the inverting amplifier section. And are arranged to be connected to and OUT (-), respectively.

Each of the N pulse oscillators,

An oscillator unit configured of a resonator and a negative conductance generator to generate a pulse signal according to a power supply; And

A first switch unit for interrupting power supplied to the oscillator unit; Including,

The oscillator unit comprises an equivalent half circuit (Left core, Right core) centered on an actual or virtual AC ground, and has a structure in which two switches of the first switch unit interrupt each of the power supplied to the two equivalent half circuits. A multi-phase ultra-wideband signal generator using a differential pulse oscillator and its arrangement.

delete

Claim 3 was abandoned when the setup registration fee was paid.

The method of claim 1,

Two switches of the first switch unit,

And a pulse oscillator having a differential structure and an arrangement thereof, wherein the power supplied to each of the equivalent half circuits is asynchronously interrupted.

The method of claim 1,

Two switches of the first switch unit,

A multi-phase ultra-wideband signal generator using a differential pulse oscillator and its arrangement, characterized in that an intermittent sequence of asynchronous control signals is exchanged to enable BPSK modulation.

The method of claim 1,

The oscillator unit,

And a second switch unit connected between the resonator and the negative conductance generator so as to bypass the resonator, so as to reduce the ringing caused by the switching operation or to improve the response speed during the switching. Multi-phase ultra wideband signal generator using that array.

Claim 6 was abandoned when the registration fee was paid.

The method of claim 1,

Two switches of the first switch unit,

A multi-phase ultra wideband signal generator using a pulse oscillator having a differential structure and its arrangement, characterized in that it is an active element switch or a passive element switch.