KR102123999B1 - Device for generating ultra wideband pulse - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 초광대역(ultra-wideband; UWB) 통신에 필요한 초광대역 펄스 생성 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a device for generating ultra-wideband pulses required for ultra-wideband (UWB) communication.
근거리 통신용으로 현재 활발히 사용되고 있는 블루투스 기술은 사용자가 많을 경우 실시간 전송이 원활하게 이루어지지 못하며, 통신 프로토콜이 복잡하고 전력 소모가 크기 때문에 장시간 사용에 어려움을 가지고 있다.The Bluetooth technology, which is currently actively used for short-range communication, has difficulty in real-time transmission when there are many users, and because the communication protocol is complicated and power consumption is large, it is difficult to use for a long time.
이에 따라 이를 극복하기 위한 통신 방식들이 제안되고 있는데, 이중에서도 2002년 4월 미국 연방통신위원회(Federal Communication Commission; FCC)의 주파수 할당 및 상업화 승인 이후, 초광대역 통신 기술에 대한 연구와 개발이 전 세계적으로 활발히 진행되고 있다. 2007년 IEEE 802.15.4a 국제 표준화 그룹에서는 무선 측위 기능까지 수반하는 저속 저전력 W-PAN(Wireless Personal Area Network)용 UWB 표준화를 제정하여 상용화 제품 개발에 속도를 더하고 있다.Accordingly, communication methods have been proposed to overcome this. Among them, research and development on ultra-wideband communication technologies have been conducted worldwide since the approval of the Federal Communications Commission (FCC) for frequency allocation and commercialization in April 2002. As is actively progressing. In 2007, the IEEE 802.15.4a international standardization group enacted UWB standardization for low-speed, low-power wireless personal area networks (W-PANs) with wireless positioning functions, adding speed to commercial product development.
연속적인 정현파를 사용하는 기존의 무선통신 시스템과는 달리, 임펄스 라디오 UWB(Impulse Radio UWB; IR-UWB) 시스템의 송신단에서는 1nsec 내외의 매우 좁은 폭을 갖는 펄스 혹은 가우시안 모노사이클 펄스(Gaussian monocycle pulse)를 단속적으로 전송한다. 초광대역 펄스 생성 장치는 단거리 구간에서 낮은 전력으로 넓은 스펙트럼 주파수를 통하여 많은 양의 디지털 데이터를 전송하기 위한 것으로서, 허가 받은 상용의 대역폭 신호를 해치지 않기 위해 미국 연방통신위원회에서 규약하는 스펙트럼 마스크(즉, FCC 스펙트럼 마스크)를 만족하여야 한다. Unlike conventional wireless communication systems that use continuous sinusoidal waves, at the transmitting end of the Impulse Radio UWB (IR-UWB) system, a pulse with a very narrow width of about 1 nsec or a Gaussian monocycle pulse Intermittently. The ultra-wideband pulse generator is for transmitting a large amount of digital data over a wide spectrum frequency with low power in a short distance section, and is a spectrum mask (ie, a U.S. Federal Communications Commission's protocol to prevent harming a commercially available bandwidth signal). FCC Spectrum Mask).
종래 초광대역 펄스 생성 장치 중에는 생성한 펄스의 전력 스펙트럼 밀도(power spectral density; PSD)가 FCC 스펙트럼 마스크에 부합시키기 위하여 대역 통과 필터를 이용한 것이 있다. 하지만, 이러한 펄스 생성 장치는 펄스의 형태 및 지속이 대역 통과 필터의 과도 응답 특성에 좌우됨으로써 원하는 형태의 펄스 생성이 용이하지 않고, 송신단 안테나와의 인터페이스를 위한 임피던스 정합 회로가 추가적으로 필요하다는 문제점이 있다.Among conventional ultra-wideband pulse generating devices, there is one that uses a band pass filter to match the power spectral density (PSD) of the generated pulses to the FCC spectrum mask. However, such a pulse generating apparatus has a problem in that the shape and duration of the pulse are dependent on the transient response characteristics of the band pass filter, so that the desired shape of the pulse is not easy, and an impedance matching circuit for interfacing with the transmitting end antenna is additionally required. .
또한, 종래 초광대역 펄스 생성 장치 중에는 차동 구조를 채택하고, 상기 차동 구조의 차동 출력과 최종 단일 출력의 인터페이스를 위해 밸룬(balun)을 이용한 것이 있다. 하지만, 이러한 펄스 생성 장치는 추가적인 밸룬을 필요로 하기 때문에 에너지 효율이 떨어진다는 문제점이 있다. 또한, 원하는 펄스 개수에 따라 다상 클럭(multiphase clock)의 생성 및 분배가 필요하여, 전력 소모가 크고 시스템 역시 커진다는 문제점이 있다. In addition, among the conventional ultra-wideband pulse generators, a differential structure is adopted, and a balun is used for the interface between the differential output and the final single output of the differential structure. However, such a pulse generating device requires an additional balloon, so there is a problem that energy efficiency is low. In addition, the generation and distribution of a multiphase clock is required according to the desired number of pulses, so there is a problem that the power consumption is large and the system is also large.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, FCC 스펙트럼 마스크에 부합하면서도, 원하는 형태의 펄스를 용이하게 생성할 수 있는 초광대역 펄스 생성 장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다.The present invention has been devised to solve the above problems, and has an object to provide an ultra-wideband pulse generating device that can easily generate a desired type of pulse while conforming to the FCC spectrum mask.
또한, 본 발명은 저전력 동작이 가능하고, 저가로 구현할 수 있으면서도, 에너지 효율은 상승시킬 수 있는 초광대역 펄스 생성 장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다. In addition, an object of the present invention is to provide an ultra-wideband pulse generating device capable of low power operation, low cost, and high energy efficiency.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 초광대역 펄스 생성 장치는, 입력 받은 스텝 전압을 구형파 전압으로 전환하는 복수 개의 딜레이 셀; 상기 복수 개의 딜레이 셀 각각에 의해 전환된 구형파 전압을 입력 전압으로 하여 전류를 생성하는 복수 개의 트랜지스터; 상기 복수 개의 트랜지스터 각각에 의해 생성된 전류를 전달 받아 지수함수적으로 감쇠되는 복수 개의 정현파 전압을 생성하는 발진기; 및 상기 복수 개의 트랜지스터 및 상기 발진기와 연결되며, 상기 발진기에서 생성되는 복수 개의 정현파 전압을 합성하여 초광대역 펄스를 출력하는 출력단을 포함한다.In order to achieve the above object, the ultra-wideband pulse generating apparatus according to the present invention, a plurality of delay cells for converting the input step voltage to a square wave voltage; A plurality of transistors generating a current by using the square wave voltage converted by each of the plurality of delay cells as an input voltage; An oscillator that receives a current generated by each of the plurality of transistors and generates a plurality of sinusoidal voltages that are exponentially attenuated; And an output terminal which is connected to the plurality of transistors and the oscillator, and outputs an ultra-wideband pulse by synthesizing a plurality of sinusoidal voltages generated by the oscillator.
여기서, 상기 복수 개의 딜레이 셀 각각은 상기 스텝 전압을 소정 시간만큼 지연시켜 이웃하는 딜레이 셀에 지연된 스텝 전압을 출력하거나, 상기 복수 개의 딜레이 셀 각각은 상기 지연된 스텝 전압을 이웃하는 딜레이 셀로부터 입력 받을 수 있다.Here, each of the plurality of delay cells may delay the step voltage by a predetermined time to output a delayed step voltage to a neighboring delay cell, or each of the plurality of delay cells may receive the delayed step voltage from an adjacent delay cell. have.
그리고 상기 복수 개의 딜레이 셀 각각은 인버터를 이용하여 상기 스텝 전압을 소정 시간만큼 지연시킬 수 있다.In addition, each of the plurality of delay cells may delay the step voltage by a predetermined time using an inverter.
또한, 상기 복수 개의 딜레이 셀 각각은 상기 인버터 및 앤드 게이트를 이용하여 상기 스텝 전압을 구형파 전압으로 전환할 수 있다.In addition, each of the plurality of delay cells may convert the step voltage to a square wave voltage using the inverter and the AND gate.
또한, 상기 복수 개의 트랜지스터는 상기 복수 개의 딜레이 셀과 1:1로 대응되도록 연결될 수 있다.In addition, the plurality of transistors may be connected to correspond to the plurality of delay cells 1:1.
그리고 상기 출력단에서 출력되는 초광대역 펄스의 형태는 상기 복수 개의 트랜지스터 각각에서 생성되는 전류의 크기에 따라 달라지는 것을 특징으로 한다.In addition, the shape of the ultra-wideband pulse output from the output terminal is characterized by being changed according to the magnitude of the current generated in each of the plurality of transistors.
상기 발진기는 서로 병렬 연결된 저항, 인덕터 및 커패시터를 포함한 것일 수 있다.The oscillator may include resistors, inductors, and capacitors connected in parallel with each other.
그리고 상기 출력단에는 상기 초광대역 펄스에서 DC 성분을 제거하기 위하여 바이패스 커패시터가 연결될 수 있다.In addition, a bypass capacitor may be connected to the output terminal to remove a DC component from the ultra-wideband pulse.
본 발명은 복수 개의 딜레이 셀이 특정 시간 구간에 따라 복수 개의 트랜지스터에 구형파 전압을 제공하고, 복수 개의 트랜지스터는 발진기에 상기 특정 시간 구간에 따라 전류를 전달하며, 발진기는 상기 전류를 전달 받아 지수함수적으로 감쇠되는 복수 개의 정현파 전압을 생성하여, 출력단에서 초광대역 펄스가 출력되도록 구성되어 있다. 이러한 본 발명에 의하면, 초광대역 펄스 생성 장치에서 생성된 초광대역 펄스의 사이드로브가 FCC 스펙트럼 마스크를 넘지 않도록 억압되기 때문에, FCC 스펙트럼 마스크에 부합할 수 있게 된다. In the present invention, a plurality of delay cells provide a square wave voltage to a plurality of transistors according to a specific time period, the plurality of transistors transmit current to the oscillator according to the specific time period, and the oscillator receives the current to exponentially function It is configured to generate a plurality of sinusoidal voltages that are attenuated by and output an ultra-wideband pulse from the output terminal. According to the present invention, since the side lobe of the ultra-wide-band pulse generated by the ultra-wide-band pulse generating device is suppressed so as not to exceed the FCC spectrum mask, it is possible to conform to the FCC spectrum mask.
또한, 본 발명에 의하면, 발진기를 구성하는 저항, 인덕터 및 커패시터의 합성 임피던스를 조정하는 것만으로도 초광대역 펄스 스펙트럼의 중심 주파수를 가변할 수 있기 때문에, 원하는 형태의 펄스를 손쉽게 생성할 수 있다. Further, according to the present invention, since the center frequency of the ultra-wideband pulse spectrum can be changed simply by adjusting the combined impedance of the resistor, inductor, and capacitor constituting the oscillator, it is possible to easily generate a pulse of a desired shape.
또한, 본 발명에 의하면, 별도의 임피던스 매칭 회로를 구비하지 않더라도 발진기를 통해 안테나와의 임피던스 매칭을 손쉽게 수행할 수 있다. 게다가, 본 발명은 별도의 밸룬이나 임피던스 매칭 회로가 필요하지 않을 뿐 아니라, 복수 개의 딜레이 셀에서 생성하는 디지털 펄스를 통해 초광대역 펄스를 생성하기 때문에, 장치의 저전력 동작이 가능하고, 저가로 구현할 수 있으며, 에너지 효율 또한 상승시킬 수 있게 된다. In addition, according to the present invention, it is possible to easily perform impedance matching with an antenna through an oscillator even without a separate impedance matching circuit. In addition, the present invention not only does not require a separate balloon or impedance matching circuit, but also generates ultra-wideband pulses through digital pulses generated by a plurality of delay cells, so that low-power operation of the device is possible and can be implemented at low cost. Energy efficiency.
도 1은 LC 탱크를 기반으로 한 발진기를 이용하여 초광대역 펄스를 생성하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에서 이용하는 RLC 탱크 기반 발진기의 출력 전압 생성 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2에 나타낸 발진기에서 생성된 출력 전압의 합성으로 인해 삼각형의 포락선 펄스가 생성되는 모습을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초광대역 펄스 생성 장치를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4에 나타낸 딜레이 셀의 내부 구조를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 4에 나타낸 복수 개의 딜레이 셀 중 제1 딜레이 셀을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6에 나타낸 딜레이 셀의 각 구역에 대한 타이밍 다이아그램이다.
도 8은 도 4에 나타낸 복수 개의 딜레이 셀 중 제2 딜레이 셀을 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8에 나타낸 딜레이 셀의 각 구역에 대한 타이밍 다이아그램이다.
도 10은 도 4에 나타낸 초광대역 펄스 생성 장치의 각 구역에 대한 타이밍 다이아그램이다.
도 11은 도 4에 나타낸 장치를 통해 생성한 초광대역 펄스의 시뮬레이션 결과이다.
도 12는 도 4에 나타낸 장치를 안테나의 임피던스와 매칭시킨 시뮬레이션 결과이다.
도 13은 도 11에 나타낸 초광대역 펄스의 전력 스펙트럼 밀도에 관한 시뮬레이션 결과이다.1 is a view for explaining the principle of generating an ultra-wideband pulse using an oscillator based on an LC tank.
2 is a view for explaining the output voltage generation principle of the RLC tank-based oscillator used in the present invention.
3 is a view showing a state in which a triangle envelope pulse is generated due to synthesis of an output voltage generated by the oscillator shown in FIG. 2.
4 is a view showing an ultra-wideband pulse generating apparatus according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing the internal structure of the delay cell shown in FIG.
FIG. 6 is a view showing a first delay cell among a plurality of delay cells shown in FIG. 4.
7 is a timing diagram for each zone of the delay cell shown in FIG. 6.
FIG. 8 is a view showing a second delay cell among the plurality of delay cells shown in FIG. 4.
9 is a timing diagram for each zone of the delay cell shown in FIG. 8.
10 is a timing diagram for each zone of the ultra-wideband pulse generator shown in FIG.
11 is a simulation result of ultra-wideband pulses generated through the apparatus shown in FIG.
12 is a simulation result of matching the device shown in FIG. 4 with the impedance of the antenna.
13 is a simulation result of the power spectrum density of the ultra-wideband pulse shown in FIG. 11.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 초광대역 펄스 생성 장치에 대해 상세하게 설명한다. 첨부한 도면들은 통상의 기술자에게 본 발명의 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위하여 어디까지나 예시적으로 제공되는 것으로서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들로 한정되지 않고 다른 형태로 얼마든지 구체화될 수 있다. Hereinafter, an ultra-wideband pulse generator according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The accompanying drawings are provided by way of example only to ensure that the technical spirit of the present invention can be sufficiently transmitted to a person skilled in the art, and the present invention is not limited to the drawings presented below and can be embodied in any other form. have.
본 발명에 따른 초광대역 펄스 생성 장치에 대해 설명하기 전에, 먼저 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명에서 초광대역 펄스를 생성하는 원리에 대해 설명하기로 한다.Before describing the apparatus for generating ultra-wideband pulses according to the present invention, the principle of generating the ultra-wideband pulse in the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
다중 대역 IR-UWB 시스템에서의 펄스는 단일 대역 시스템에서의 펄스에 비해 긴 지속 시간(duration)을 가지며, 복수 개의 정현파들로 이루어진다. 다중 대역 IR-UWB 시스템에서의 펄스는 발진기의 진폭을 조정함으로써 생성되며, 이로 인해 직사각형(rectangular), 삼각형(triangular), 사인형(sine) 등과 같은 형태의 펄스 포락선을 가질 수 있게 된다. 그리고 발진기의 중심 주파수는 펄스 스펙트럼의 중심 주파수를 정의한다. Pulses in a multi-band IR-UWB system have a longer duration than pulses in a single-band system, and consist of a plurality of sinusoids. In a multi-band IR-UWB system, pulses are generated by adjusting the amplitude of the oscillator, which can have a pulse envelope in the form of a rectangle, triangular, sine, or the like. And the center frequency of the oscillator defines the center frequency of the pulse spectrum.
펄스 포락선의 형태에 따라 펄스 스펙트럼은 상이한 사이드로브(sidelobe) 억압 기능을 제공한다. 여기서, 사이드로브 억압 기능은 펄스 스펙트럼에서 메인로브(main lobe)와 사이드로브 간의 차이를 의미한다. 예를 들어, 직사각형의 포락선 펄스는 약 12.86dB의 사이드로브 억압 기능을 제공하고, 삼각형의 포락선 펄스는 약 26.61dB의 사이드로브 억압 기능을 제공하며, 사인형의 포락선 펄스는 약 23dB의 사이드로브 억압 기능을 제공한다. 사이드로브 억압 기능은 미국 연방통신위원회(FCC)에서 할당한 주파수와 관련이 있다. 즉, 초광대역 펄스 생성 장치로 생성한 펄스의 전력 스펙트럼 밀도(PSD)가 FCC 스펙트럼 마스크에 부합하기 위해서는 사이드로브 억압 기능이 클수록 유리하다. Depending on the shape of the pulse envelope, the pulse spectrum provides different sidelobe suppression functions. Here, the sidelobe suppression function means a difference between the main lobe and the sidelobe in the pulse spectrum. For example, a rectangular envelope pulse provides about 12.86 dB of sidelobe suppression, a triangular envelope pulse provides about 26.61 dB of sidelobe suppression, and a sine-shaped envelope pulse suppresses about 23 dB of sidelobe suppression. Function. The sidelobe suppression function is related to the frequency assigned by the Federal Communications Commission (FCC). That is, in order for the power spectrum density (PSD) of the pulse generated by the ultra-wideband pulse generator to conform to the FCC spectrum mask, the larger the sidelobe suppression function, the more advantageous.
또한, 직사각형의 포락선 펄스나 사인형의 포락선 펄스를 생성하는 것에 비해 삼각형의 포락선 펄스를 생성하는 것이 장치의 전력 소모나 에너지 효율 측면에서 유리할 수 있다. 이에 따라, 이하에서는 도 1에 나타낸 바와 같은 삼각형의 포락선 펄스를 생성하는 방법에 대해 설명하기로 하되, 삼각형의 포락선 펄스를 생성하는 방법은 직사각형, 사인형 기타 다른 형상의 포락선 펄스를 생성하는 경우에도 마찬가지로 적용될 수 있다.In addition, generating a triangular envelope pulse may be advantageous in terms of power consumption or energy efficiency of the device, compared to generating a rectangular envelope pulse or a sinusoidal envelope pulse. Accordingly, hereinafter, a method of generating a triangle envelope pulse as illustrated in FIG. 1 will be described, but the method of generating a triangle envelope pulse also includes generating a rectangular, sine, or other shaped envelope pulse. Likewise, it can be applied.
도 1은 LC 탱크를 기반으로 한 발진기를 이용하여 초광대역 펄스를 생성하는 원리를 설명하기 위한 도면이다. 1 is a view for explaining the principle of generating an ultra-wideband pulse using an oscillator based on an LC tank.
도 1에 나타낸 바와 같이, 삼각형의 포락선 펄스는 LC 탱크를 기반으로 한 발진기의 발진 진폭(oscillation amplitude)의 양을 트랜스컨덕터(transconductor; Gm)를 통해 제어함으로써 생성될 수 있다. 본 발명에서는 트랜스컨덕터(Gm)가 서로 병렬 연결된 복수 개의 트랜지스터로 이루어질 수 있으며, 각 트랜지스터는 선형적으로 변하는 트랜스컨덕턴스를 갖는다. As shown in Fig. 1, a triangle envelope pulse can be generated by controlling the amount of oscillation amplitude of an oscillator based on an LC tank through a transconductor (Gm). In the present invention, the transconductor (Gm) may be formed of a plurality of transistors connected in parallel to each other, and each transistor has a transconductance that varies linearly.
트랜스컨덕터(Gm)의 입력단에는 구형파의 디지털 펄스가 입력되며, 이때 상기 구형파의 디지털 펄스는 케스케이드(cascade) 결합된 딜레이 라인(delay lines)에서 생성될 수 있다. 여기서, 상기 딜레이 라인은 인버터를 기반으로 하여 제작될 수 있다. 그리고 상기 딜레이 라인의 전파 딜레이(propagation delay) 및 상기 LC 탱크의 발진 주파수를 튜닝함에 따라, 원하는 형상의 삼각 포락선을 갖는 초광대역 펄스를 생성할 수 있다. A digital pulse of a square wave is input to an input terminal of the transconductor Gm, and the digital pulse of the square wave may be generated from cascade-coupled delay lines. Here, the delay line may be manufactured based on an inverter. And, by tuning the propagation delay of the delay line and the oscillation frequency of the LC tank, it is possible to generate an ultra-wideband pulse having a triangular envelope of a desired shape.
도 2는 본 발명에서 이용하는 RLC 탱크 기반 발진기의 출력 전압 생성 원리를 설명하기 위한 도면이다. 2 is a view for explaining the output voltage generation principle of the RLC tank-based oscillator used in the present invention.
도 2의 좌측에 나타낸 RLC 탱크 기반 발진기는 저항(RT), 인덕터(LT) 및 커패시터(CT)가 서로 병렬 연결되도록 구성되며, 인덕터의 기생 저항(Rser)은 인덕터(LT)와 직렬 연결되도록 구성된다. 여기서, RLC 탱크에 전달되는 에너지는 스위칭 전압(VSWITCH)의 스위칭 주파수(fSWITCH)에 의존하는 전류(Iinj) 형태이다. The RLC tank-based oscillator shown on the left side of FIG. 2 is configured such that the resistor R T , the inductor L T and the capacitor C T are connected in parallel with each other, and the parasitic resistance R ser of the inductor is the inductor L T. It is configured to be connected in series with. Here, the energy delivered to the RLC tank is in the form of a current I inj depending on the switching frequency f SWITCH of the switching voltage V SWITCH .
도 2의 우측에 나타낸 그래프 ①, ②에서 x축은 시간을, y축은 전압을 나타낸다. 그래프 ①은 스위칭 전압(VSWITCH)을 나타낸 것이고, 그래프 ②는 RLC 탱크 기반 발진기의 출력 전압을 나타낸 것이다. In the
구형파 형태의 스위칭 전압(VSWITCH)에 따라 RLC 탱크에 전류(Iinj)가 전달될 경우, 상기 RLC 탱크의 자연 응답(natural response)은 다음의 수학식 1과 같이 2차 미분 방정식 형태로 나타낼 수 있다.When the current I inj is transmitted to the RLC tank according to the switching voltage V SWITCH of the square wave form, the natural response of the RLC tank can be expressed in the form of a second order differential equation as shown in
[수학식 1][Equation 1]
상기 수학식 1에서 는 RLC 탱크 기반 발진기의 출력 전압이고, 이며, 이다. In
그리고 상기 수학식 1에서 α<ωo(즉, underdamped system)라고 가정하면, 상기 수학식 1의 해는 다음의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.In addition, assuming that α<ω o (ie, underdamped system) in
[수학식 2][Equation 2]
상기 수학식 2에서 Vp는 출력 전압의 진폭을, 는 출력 전압의 위상을 나타낸다. 상기 수학식 2 및 그래프 ②에서 알 수 있듯이, RLC 탱크 기반 발진기의 출력 전압은 지수함수적으로 감쇠되는 정현파 형태를 갖는다.In
도 3은 도 2에 나타낸 발진기에서 생성된 출력 전압의 합성으로 인해 삼각형의 포락선 펄스가 생성되는 모습을 나타낸 도면이다. 도 3에서 x축은 시간을, y축은 전압을 나타낸다. 3 is a view showing a state in which a triangle envelope pulse is generated due to synthesis of an output voltage generated by the oscillator shown in FIG. 2. In FIG. 3, the x-axis represents time and the y-axis represents voltage.
도 3ⓐ에 나타낸 구형파 형태의 스위칭 전압(VSWITCH,1ST STAGE)은 시간 동안만 온(on) 상태이며, 도 3ⓒ는 도 3ⓐ에 나타낸 구형파 형태의 스위칭 전압(VSWITCH,1ST STAGE)에 따라 RLC 탱크 기반 발진기에 전류(Iinj,a)가 전달될 경우, RLC 탱크 기반 발진기의 출력 전압을 나타낸 것이다.The switching voltage (V SWITCH, 1ST STAGE ) in the form of a square wave shown in FIG. 3ⓐ is time It is ON only for a while, and Fig. 3ⓒ shows RLC when the current I inj,a is transmitted to the RLC tank-based oscillator according to the square wave type switching voltage (V SWITCH, 1ST STAGE ) shown in Fig. 3ⓐ. It shows the output voltage of a tank-based oscillator.
도 3ⓑ에 나타낸 구형파 형태의 스위칭 전압(VSWITCH,2nd STAGE) 역시 시간 동안만 온(on) 상태이며, 다만 도 3ⓑ에 나타낸 구형파 형태의 스위칭 전압(VSWITCH,2nd STAGE)은 도 3ⓐ에 나타낸 구형파 형태의 스위칭 전압(VSWITCH,1ST STAGE)에 비해 2τ 만큼의 시간 딜레이가 존재한다. 그리고 도 3ⓓ는 도 3ⓑ에 나타낸 구형파 형태의 스위칭 전압(VSWITCH,2nd STAGE)에 따라 RLC 탱크 기반 발진기에 전류(Iinj,b)가 전달될 경우, RLC 탱크 기반 발진기의 출력 전압을 나타낸 것이다.The switching voltage (V SWITCH, 2nd STAGE ) in the form of a square wave shown in FIG. 3ⓑ is also time It is ON only for a while, but the switching voltage (V SWITCH, 2nd STAGE ) in the form of a square wave shown in FIG. 3ⓑ is 2τ compared to the switching voltage (V SWITCH, 1ST STAGE ) in the form of a square wave shown in FIG. There is a time delay. And FIG. 3ⓓ shows the output voltage of the RLC tank-based oscillator when the current (I inj,b ) is transmitted to the RLC tank-based oscillator according to the square wave type switching voltage (V SWITCH, 2nd STAGE ) shown in FIG. 3ⓑ. will be.
도 3ⓒ 및 도 3ⓓ에서 알 수 있듯이, RLC 탱크 기반 발진기의 출력 전압(VOUT,1ST STAGE, VOUT,2ND STAGE)은 지수함수적으로 감쇠되는 정현파 형태를 갖는다. 다만, 스위칭 전압(VSWITCH,2nd STAGE)은 스위칭 전압(VSWITCH,1ST STAGE)에 비해 2τ 만큼의 시간 딜레이가 존재하기 때문에, 출력 전압(VOUT,2ND STAGE)의 온(ON) 시점은 출력 전압(VOUT,1ST STAGE)의 온 시점에 비해 2τ 만큼의 시간 딜레이가 존재한다. As can be seen in FIGS. 3ⓒ and 3ⓓ, the output voltages (V OUT, 1ST STAGE , V OUT, 2ND STAGE ) of the RLC tank-based oscillator have a sinusoidal form that is exponentially attenuated. However, since the switching voltage (V SWITCH,2nd STAGE ) has a time delay of 2τ compared to the switching voltage (V SWITCH,1ST STAGE ), the ON time of the output voltage (V OUT,2ND STAGE ) is output There is a time delay of 2 tau compared to the on time of the voltage (V OUT, 1ST STAGE ).
그리고 도 3ⓓ에 나타낸 출력 전압(VOUT,2ND STAGE)은 도 3ⓒ에 나타낸 출력 전압(VOUT,1ST STAGE)에 비해 전체적으로 진폭(Vp)이 더 크다. 이는 도 3ⓒ에서 RLC 탱크 기반 발진기에 전달되는 전류(Iinj,a)에 비해, 도 3ⓓ에서 RLC 탱크 기반 발진기에 전달되는 전류(Iinj,b)를 더 크게 하였기 때문이다(즉, Iinj,a < Iinj,b).And the output voltage (V OUT,2ND STAGE ) shown in FIG. 3ⓓ is larger in amplitude (V p ) than the output voltage (V OUT,1ST STAGE ) shown in FIG. 3ⓒ. This is because the current delivered to the RLC tank-based oscillator (I inj,a ) in FIG. 3ⓒ is larger than the current delivered to the RLC tank-based oscillator (I inj,b ) in FIG. 3ⓓ (ie, I inj,a <I inj,b ).
한편, 도 3ⓔ는 도 3ⓒ에 나타낸 출력 전압(VOUT,1ST STAGE)과 도 3ⓓ에 나타낸 출력 전압(VOUT,2ND STAGE)을 합성한 출력 전압(VOUT,COMBINED)을 나타낸 것이다. 도 3ⓔ에 나타낸 바와 같이, 도 3ⓒ에 나타낸 출력 전압(VOUT,1ST STAGE)과 도 3ⓓ에 나타낸 출력 전압(VOUT,2ND STAGE)을 합성할 경우 삼각형의 포락선 펄스를 생성할 수 있으며, 이와 같이 생성한 삼각형의 포락선 펄스는 FCC 스펙트럼 마스크의 전력 스펙트럼 밀도(PSD)를 넘지 않도록 펄스 스펙트럼의 사이드로브 억압 기능을 제공할 수 있다.On the other hand, Figure 3ⓔ shows the output voltage (V OUT,COMBINED ) of the output voltage (V OUT, 1ST STAGE ) shown in Figure 3ⓒ and the output voltage (V OUT, 2ND STAGE ) shown in Figure 3ⓓ. As shown in Fig. 3ⓔ, when combining the output voltage (V OUT, 1ST STAGE ) shown in Fig. 3ⓒ and the output voltage (V OUT, 2ND STAGE ) shown in Fig. 3ⓓ, a triangle envelope pulse can be generated. , The triangular envelope pulse generated as described above may provide a sidelobe suppression function of the pulse spectrum so as not to exceed the power spectrum density (PSD) of the FCC spectrum mask.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초광대역 펄스 생성 장치를 나타낸 도면이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 초광대역 펄스 생성 장치는 복수 개의 딜레이 셀(100), 복수 개의 트랜지스터(200), 발진기(300) 및 출력단(400)을 포함한다.4 is a view showing an ultra-wideband pulse generating apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, the ultra-wideband pulse generator according to an embodiment of the present invention includes a plurality of
복수 개의 딜레이 셀(100)은 입력 받은 스텝 전압을 구형파 전압으로 전환한다. 여기서, 복수 개의 딜레이 셀(100) 중 가장 좌측에 위치한 딜레이 셀(101)은 외부로부터 스텝 전압을 입력 받으며, 나머지 딜레이 셀(102~107)은 이웃하는 딜레이 셀(101~106)로부터 스텝 전압을 입력 받는다.The plurality of
도 5는 도 4에 나타낸 딜레이 셀의 내부 구조를 나타낸 도면이다. 도 5는 복수 개의 딜레이 셀(100) 중 가장 좌측에 위치한 딜레이 셀(101)을 나타낸 것이지만, 다른 딜레이 셀(102~107)도 이와 동일한 내부 구조를 가질 수 있다.5 is a view showing the internal structure of the delay cell shown in FIG. 5 shows the
도 5를 참조하면, 딜레이 셀(101)은 제1 딜레이 라인(11), 제2 딜레이 라인(21) 및 앤드 게이트(31)를 포함한다. 제1 딜레이 라인(11)은 입력 받은 스텝 전압을 예를 들어 시간 τ만큼 지연시켜 출력하고, 제2 딜레이 라인(21)은 제1 딜레이 라인(11)으로부터 입력 받은 전압을 다시 시간 τ만큼 지연시켜 Vout으로서 출력한다. Referring to FIG. 5, the
앤드 게이트(31)는 제1 딜레이 라인(11)에 입력되는 스텝 전압과, 제2 딜레이 라인(21)에 입력되는 전압을 AND 연산하여 VSWITCH로서 출력한다. 그리고 제1 딜레이 라인(11)과 제2 딜레이 라인(21)은 각각 튜닝 전압 VTUNE을 입력 받을 수 있으며, 이 튜닝 전압 VTUNE은 각 딜레이 라인(11, 21)의 시간 지연(time delay)을 튜닝하는 역할을 한다.The AND
딜레이 셀(100)은 입력 받은 스텝 전압을 소정 시간만큼 지연시켜 Vout으로서 출력하고, 이와 함께 상기 스텝 전압을 구형파 전압으로 전환하여 VSWITCH로서 출력하는 역할도 한다. 이를 위해 딜레이 셀(100)에 포함되어 있는 딜레이 라인은 인버터를 기반으로 하여 이루어질 수 있다.The
도 6은 도 4에 나타낸 복수 개의 딜레이 셀 중 제1 딜레이 셀을 나타낸 도면이고, 도 7은 도 6에 나타낸 딜레이 셀의 각 구역에 대한 타이밍 다이아그램이다. FIG. 6 is a view showing a first delay cell among a plurality of delay cells shown in FIG. 4, and FIG. 7 is a timing diagram for each region of the delay cell shown in FIG. 6.
도 6에 나타낸 바와 같이, 제1 딜레이 셀(101)의 딜레이 라인(11, 21)은 인버터(11-1, 21-1)를 포함하며, 인버터(11-1, 21-1)의 전파 지연(propagation delay)을 조정하기 위하여 NMOS 트랜지스터(11-2, 21-2)가 인버터(11-1, 21-1)에 연결될 수 있다.6, the
도 7(a)는 제1 딜레이 셀(101)의 제1 딜레이 라인(11)에 입력되는 스텝 전압을 나타낸 것이다. 도 7(a)와 같은 스텝 전압이 제1 딜레이 라인(11)에 입력될 경우, 제1 딜레이 라인(11)의 제1 인버터(11-1)는 상기 스텝 전압을 시간 τ만큼 지연 및 반전시켜 도 7(a)1과 같은 전압 파형을 출력한다. 7( a) shows the step voltage input to the
계속해서, 도 7(a)1과 같은 전압 파형이 제1 딜레이 셀(101)의 제2 딜레이 라인(21)에 입력될 경우, 제2 딜레이 라인(21)의 제2 인버터(21-1)는 상기 전압 파형을 다시 τ만큼 지연 및 반전시켜 도 7(b)'와 같은 전압 파형, 즉 도 7(a)에 비해 2τ만큼 지연된 스텝 전압을 Vout으로서 출력한다. 그리고 이와 같이 제1 딜레이 셀(101)에서 출력하는 스텝 전압 Vout은 제2 딜레이 셀(102)에 입력된다.Subsequently, when a voltage waveform as shown in FIG. 7(a) 1 is input to the
제1 딜레이 셀(101)의 앤드 게이트(31)는 제1 딜레이 라인(11)에 입력되는 스텝 전압(도 7(a))과, 제2 딜레이 라인(21)에 입력되는 전압(도 7(a)1)을 AND 연산하여 도 7(b)와 같은 전압 파형, 즉 지속 시간이 τ인 구형파 전압을 VSWITCH로서 출력한다. 그리고 이와 같이 제1 딜레이 셀(101)에서 출력하는 구형파 전압 VSWITCH은 후술하는 트랜지스터(201)의 게이트 전극에 입력된다.The AND
비록 도 6에서는 제1 딜레이 라인(11)이 하나의 인버터(11-1)만을 포함하고, 제2 딜레이 라인(21)도 하나의 인버터(21-1)만을 포함하는 것으로 나타냈지만, 각 딜레이 라인(11, 21)에 포함되는 인버터의 개수는 둘 이상일 수 있다. 이때, 둘 이상의 인버터는 서로 케스케이드 결합될 수 있다. 그리고 이와 같이 둘 이상의 인버터가 서로 케이케이드 결합될 경우에는 제1 딜레이 셀(101)에서 출력하는 스텝 전압 Vout의 온 시점이 2τ보다 더 지연되며, 제1 딜레이 셀(101)에서 출력하는 구형파 전압 VSWITCH의 온 시점 역시 동일한 시간만큼 지연될 수 있다.Although FIG. 6 shows that the
도 8은 도 4에 나타낸 복수 개의 딜레이 셀 중 제2 딜레이 셀을 나타낸 도면이고, 도 9는 도 8에 나타낸 딜레이 셀의 각 구역에 대한 타이밍 다이아그램이다. FIG. 8 is a view showing a second delay cell among the plurality of delay cells shown in FIG. 4, and FIG. 9 is a timing diagram for each region of the delay cell shown in FIG. 8.
도 8에 나타낸 바와 같이, 제2 딜레이 셀(102)의 딜레이 라인(12, 22)은 인버터(12-1, 22-1)를 포함하며, 인버터(12-1, 22-1)의 전파 지연을 조정하기 위하여 NMOS 트랜지스터(12-2, 22-2)가 인버터(12-1, 22-1)에 연결될 수 있다.8, the
도 9(b)'는 제2 딜레이 셀(102)의 제1 딜레이 라인(12)에 입력되는 스텝 전압을 나타낸 것으로서, 이는 도 7(b)'에 나타낸 것과 동일한 것이다. 도 9(b)'와 같은 스텝 전압이 제1 딜레이 라인(12)에 입력될 경우, 제1 딜레이 라인(12)의 제1 인버터(12-1)는 상기 스텝 전압을 시간 τ만큼 지연 및 반전시켜 도 9(b)'1과 같은 전압 파형을 출력한다. 9(b)' shows the step voltage input to the
계속해서, 도 9(b)'1과 같은 전압 파형이 제2 딜레이 셀(102)의 제2 딜레이 라인(22)에 입력될 경우, 제2 딜레이 라인(22)의 제2 인버터(22-1)는 상기 전압 파형을 다시 τ만큼 지연 및 반전시켜 도 9(c)'와 같은 전압 파형, 즉 도 9(b)'에 비해 2τ만큼 지연된 스텝 전압을 Vout으로서 출력한다. 그리고 이와 같이 제2 딜레이 셀(102)에서 출력하는 스텝 전압 Vout은 제3 딜레이 셀(103)에 입력된다.Subsequently, when the voltage waveform as shown in FIG. 9(b)′ 1 is input to the
제2 딜레이 셀(102)의 앤드 게이트(32)는 제1 딜레이 라인(12)에 입력되는 스텝 전압(도 9(b)')과, 제2 딜레이 라인(22)에 입력되는 전압(도 9(b)'1)을 AND 연산하여 도 9(c)와 같은 전압 파형, 즉 지속 시간이 τ이되 도 7(b)에 나타낸 구형파 전압에 비해 시간 2τ만큼 지연된 구형파 전압을 VSWITCH로서 출력한다. 그리고 이와 같이 제2 딜레이 셀(102)에서 출력하는 구형파 전압 VSWITCH은 트랜지스터(202)의 게이트 전극에 입력된다. The AND
비록 도 8에서는 도 6과 마찬가지로 제1 딜레이 라인(12)이 하나의 인버터(12-1)만을 포함하고, 제2 딜레이 라인(22)도 하나의 인버터(22-1)만을 포함하는 것으로 나타냈지만, 각 딜레이 라인(12, 22)에 포함되는 인버터의 개수는 둘 이상일 수 있다. 이때, 둘 이상의 인버터는 서로 케스케이드 결합될 수 있다. 이와 같이 둘 이상의 인버터가 서로 케이케이드 결합될 경우에는 제2 딜레이 셀(102)에서 출력하는 스텝 전압 Vout의 온 시점이 2τ보다 더 지연되며, 제2 딜레이 셀(102)에서 출력하는 구형파 전압 VSWITCH의 온 시점 역시 동일한 시간만큼 지연될 수 있다.Although FIG. 8 shows that the
또한, 상술한 바와 마찬가지의 방식으로, 제3 딜레이 셀(103)은 제2 딜레이 셀(102)로부터 입력 받은 스텝 전압을 소정 시간(예를 들어, 2τ)만큼 지연시켜 제4 딜레이 셀(104)에 출력하고, 이와 함께 제2 딜레이 셀(102)로부터 입력 받은 스텝 전압을 구형파 전압 VSWITCH으로 전환하여 트랜지스터(203)의 게이트 전극에 입력시킨다. 즉, 본 발명에서 각각의 딜레이 셀(101~106)은 입력 받은 스텝 전압을 소정 시간(예를 들어, 2τ)만큼 지연시켜 이웃하는 딜레이 셀(102~107)에 지연된 스텝 전압을 출력하도록 구성된다.In addition, in the same manner as described above, the
다만, 도 4에서 가장 우측에 위치한 제7 딜레이 셀(107)은 제6 딜레이 셀(106)로부터 입력 받은 스텝 전압을 구형파 전압 VSWITCH으로 전환하여 트랜지스터(207)의 게이트 전극에 입력시키기만 할 뿐, 제6 딜레이 셀(106)로부터 입력 받은 스텝 전압을 소정 시간(예를 들어, 2τ)만큼 지연시켜 다른 딜레이 셀에 출력하지는 않는다. 즉, 본 발명에서 각각의 딜레이 셀(102~107)은 상기 지연된 스텝 전압을 이웃하는 딜레이 셀(101~106)로부터 입력 받는다.However, the
도 10은 도 4에 나타낸 초광대역 펄스 생성 장치의 각 구역에 대한 타이밍 다이아그램이다. 보다 구체적으로, 도 10(a)는 제1 딜레이 셀(101)에 입력되는 스텝 전압의 타이밍 다이아그램이고, 도 10(b)~(h)는 각 딜레이 셀(101~107)에서 출력하는 구형파 전압의 타이밍 다이아그램이며, 도 10의 VOUT은 후술하는 출력단(400)에서 출력하는 삼각형의 포락선 펄스에 대한 타이밍 다이아그램이다.10 is a timing diagram for each zone of the ultra-wideband pulse generator shown in FIG. More specifically, FIG. 10(a) is a timing diagram of the step voltage input to the
도 10(b)~(h)에서 알 수 있듯이, 각 딜레이 셀(101~107)에서 출력하는 구형파 전압은 2τ만큼의 지연 시간이 존재한다. 그리고 도 10(b)~(h)에 나타낸 구형파 전압은 복수 개의 트랜지스터(200: 201~207)에 개별적으로 인가된다.10(b) to (h), the square wave voltage output from each
복수 개의 트랜지스터(200)는 복수 개의 딜레이 셀(100) 각각에 의해 전환된 구형파 전압을 입력 전압으로 하여 전류를 생성한다. 여기서, 복수 개의 트랜지스터(200)는 복수 개의 딜레이 셀(100)과 1:1로 대응되도록 연결될 수 있다. 이에 따라, 제1 딜레이 셀(101)에서 출력하는 구형파 전압은 제1 트랜지스터(201)의 게이트 전극에 입력될 수 있다. 그리고 제1 트랜지스터(201)가 이와 같이 상기 구형파 전압을 입력 받을 경우에는, 제1 트랜지스터(201)의 드레인 전극과 소스 전극 사이에 채널이 형성되어 일정 크기의 전류가 흐를 수 있게 된다. 이와 마찬가지로, 그 외 다른 딜레이 셀(102~107)에서 출력하는 구형파 전압은 트랜지스터(202~207)의 게이트 전극에 입력될 수 있다. 그리고 트랜지스터(202~207)가 이와 같이 상기 구형파 전압을 입력 받을 경우에는, 트랜지스터(202~207)의 드레인 전극과 소스 전극 사이에 채널이 형성되어 전류가 흐를 수 있게 된다.The plurality of
이때, 복수 개의 트랜지스터(200) 각각에서 생성되는 전류의 크기는 모두 다를 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 트랜지스터(200) 중 중앙에 배치되는 트랜지스터(204)는 가장 큰 전류를 생성하고, 상기 중앙을 기준으로 양측에 배치되는 트랜지스터(201, 202, 203, 205, 206, 207)는 상기 중앙에서 상기 양측으로 갈수록 선형적으로 감소된 크기의 전류를 생성할 수 있다. 이는 도 10(b)~(h)에 나타낸 바와 같은 2τ만큼의 시간 간격으로 발진기(300)에 서로 다른 크기의 전류를 공급하여, 발진기(300)의 진폭 조정을 통해 삼각형의 포락선 펄스를 생성하기 위함이다. At this time, the magnitudes of the currents generated by each of the plurality of
여기서, 복수 개의 트랜지스터(200) 중 중앙에 배치되는 트랜지스터(204)가 가장 큰 전류를 생성하도록 하기 위하여 상기 트랜지스터(204)의 크기를 가장 크게 하는 것이 바람직하다. 그리고 상기 중앙을 기준으로 상기 양측에 배치되는 트랜지스터(201, 202, 203, 205, 206, 207)는 상기 중앙에서 양측으로 갈수록 트랜지스터의 크기를 선형적으로 감소시킴으로써, 상기 중앙에서 상기 양측으로 갈수록 선형적으로 감소된 크기의 전류를 생성하도록 하는 것이 바람직하다. Here, it is preferable to increase the size of the
보다 구체적으로, 복수 개의 트랜지스터(200) 중 중앙에 배치되는 트랜지스터(204)가 가장 큰 전류를 생성하도록 하기 위한 방안 중 하나로, 상기 트랜지스터(204)의 채널 길이(L) 대비 채널 폭(W)을 다른 트랜지스터(201, 202, 203, 205, 206, 207)의 채널 길이(L) 대비 채널 폭(W)에 비해 더 크게 할 수 있다. 즉, 중앙에 배치되는 트랜지스터(204)의 W/L를 다른 트랜지스터(201, 202, 203, 205, 206, 207)의 W/L에 비해 더 크게 할 수 있는 것이다. 이때, 상기 중앙을 기준으로 상기 양측에 배치되는 트랜지스터(201, 202, 203, 205, 206, 207)는 상기 중앙에서 양측으로 갈수록 트랜지스터의 채널 길이(L) 대비 채널 폭(W)을 선형적으로 감소시킴으로써, 상기 중앙에서 상기 양측으로 갈수록 선형적으로 감소된 크기의 전류를 생성하도록 할 수 있다. More specifically, as one of the schemes for the
더불어 채널 길이(L)는 모든 트랜지스터(200)에서 동일하게 제작될 수 있으며, 따라서 이 경우에는 트랜지스터(200)의 채널 폭(W)에 대략 비례해서 각각의 트랜지스터(200)에서 생성되는 전류의 크기가 결정되게 된다. 예를 들어, 모든 트랜지스터(200)의 채널 길이(L)가 동일한 경우, 트랜지스터 폭의 공칭 크기(nominal size)가 12μm일 경우, 도 4에서 중앙에 배치된 제4 트랜지스터(204)의 크기는 공칭 크기의 3.5배로 구성하고, 그 양측에 배치된 제3 트랜지스터(203) 및 제5 트랜지스터(205)는 공칭 크기의 2.5배로 구성할 수 있다. 그리고 제2 트랜지스터(202) 및 제6 트랜지스터(206)는 공칭 크기의 1.5배로 구성하고, 최외각에 배치된 제1 트랜지스터(201) 및 제7 트랜지스터(207)의 크기는 공칭 크기의 0.5배로 구성할 수 있다. 이와 같이 복수 개의 트랜지스터(200) 크기를 중앙에서 양측으로 갈수록 선형적으로 감소하도록 구성할 경우, 출력단(400)에서 출력되는 삼각형 포락선 펄스의 펄스 스펙트럼은 향상된 사이드로브 억압 기능을 제공할 수 있게 된다. In addition, the channel length (L) can be made the same in all the
다만, 삼각형의 포락선 펄스를 생성할 경우에는 이와 같이 복수 개의 트랜지스터(200) 크기를 중앙에서 양측으로 갈수록 선형적으로 감소하도록 구성하는 것이 바람직하지만, 반드시 선형적으로 감소하도록 구성하는 것만으로 한정되는 것은 아니며, 복수 개의 트랜지스터(200)의 크기는 얼마든지 다양하게 구성할 수 있다.However, in the case of generating a triangular envelope pulse, it is preferable to configure the sizes of the plurality of
한편, 사인형의 포락선 펄스를 생성하고자 할 경우에는, 복수 개의 트랜지스터(200) 각각에서 생성되는 전류의 크기를, 상기 삼각형의 포락선 펄스를 생성하는 경우와는 달리 구성할 수 있다. 따라서, 이 경우에는 복수 개의 트랜지스터(200) 각각의 크기를 도 4에 도시된 바와는 달리 정할 것이 요구된다. 그리고 직사각형의 포락선 펄스를 생성하고자 할 경우에는, 복수 개의 트랜지스터(200) 각각에서 생성되는 전류의 크기를 모두 동일하게 할 수 있다. 따라서, 이 경우에는 복수 개의 트랜지스터(200) 크기를 모두 동일하게 할 수 있다. On the other hand, when generating a sinusoidal envelope pulse, the magnitude of the current generated in each of the plurality of
발진기(300)는 도 2에 관해 상술한 바와 같이 저항(RT), 인덕터(LT) 및 커패시터(CT)가 서로 병렬 연결된 RLC 탱크를 기반으로 하여 구성될 수 있으며, 저항(RT), 인덕터(LT) 및 커패시터(CT)는 발진기(300)의 동작 전압원(VDD)의 동작 전압에 의해 동작할 수 있다. The
발진기(300)는 복수 개의 트랜지스터(200) 각각에 의해 생성된 전류를 전달 받아 지수함수적으로 감쇠되는 복수 개의 정현파 전압을 생성한다. 구체적으로, 도 10에 나타낸 0~2τ의 시간 구간에서는 트랜지스터 공칭 크기의 0.5배에 상응하는 전류가 발진기(300)에 전달되어 도 3ⓒ와 같이 발진기(300) 출력 전압의 진폭이 조정되고, 2τ~4τ의 시간 구간에서는 트랜지스터 공칭 크기의 1.5배에 상응하는 전류가 발진기(300)에 전달되어 도 3ⓓ와 같이 발진기(300) 출력 전압의 진폭이 조정될 수 있다. 그리고 이와 같은 방식으로 0~14τ의 시간 구간에서 발진기(300) 출력 전압의 진폭이 조정될 수 있다.The
출력단(400)은 복수 개의 트랜지스터(200) 및 발진기(300)와 연결되어 있으며, 이에 따라 출력단(400)에서는 상기 발진기(300)에서 생성되는 복수 개의 정현파 전압을 합성하여 삼각형의 포락선 펄스를 출력하게 된다. 출력단(400)에서 출력하는 삼각형의 포락선 펄스는 도 10에 나타낸 VOUT과 같은 형태를 갖게 된다.The
한편, 출력단(400)에는 삼각형의 포락선 펄스에서 DC 성분을 제거하기 위하여 바이패스 커패시터(CBYPASS)가 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 바이패스 커패시터(CBYPASS)는 발진기(300)와 출력단(400) 사이에 연결될 수 있으며, 고주파 대역의 통과 특성으로 인해 삼각형의 포락선 펄스에서 DC 성분뿐 아니라 저주파 성분의 차단 역할도 수행할 수 있다. Meanwhile, a bypass capacitor C BYPASS may be connected to the
한편, 출력단(400)에서 출력하는 삼각형의 포락선 펄스는 안테나를 통해 송출된다. 이때, 안테나의 임피던스가 예를 들어 50Ω일 경우, 발진기(300)를 구성하는 저항(RT), 인덕터(LT) 및 커패시터(CT)의 합성 임피던스 역시 50Ω으로 매칭시킴으로써 안테나의 펄스 송출 효율을 최대로 할 수 있다. Meanwhile, a triangle envelope pulse output from the
도 11은 도 4에 나타낸 장치를 통해 생성한 초광대역 펄스의 시뮬레이션 결과이다. 도 11의 시뮬레이션 결과는 900mV의 동작 전압(VDD)에서 수행한 것으로서, 초광대역 펄스의 피크-대-피크(peak-to-peak) 전압 Vpp는 577mV로 측정되었고, 초광대역 펄스의 진폭은 중앙을 기준으로 양측으로 갈수록 선형적으로 감소하였다. 그리고 초광대역 펄스의 유효 펄스 폭(effective pulse width) tpulse는 1.6ns로 측정되었다.11 is a simulation result of ultra-wideband pulses generated through the apparatus shown in FIG. The simulation result of FIG. 11 was performed at an operating voltage (V DD ) of 900 mV, and the peak-to-peak voltage V pp of the ultra-wideband pulse was measured to be 577 mV, and the amplitude of the ultra-wideband pulse was It decreased linearly toward both sides with respect to the center. And the effective pulse width t pulse of the ultra-wideband pulse was measured to be 1.6 ns.
도 12는 도 4에 나타낸 장치를 안테나의 임피던스와 매칭시킨 시뮬레이션 결과이다. 발진기(300)를 구성하는 저항(RT), 인덕터(LT) 및 커패시터(CT)의 합성 임피던스를 조정하여 안테나의 임피던스와 동일하게 50Ω으로 매칭시켰으며, 상기 합성 임피던스를 조절하여 펄스 스펙트럼의 중심 주파수가 4GHz인 지점에서 안테나와 임피던스 매칭이 이루어지도록 하였다. 즉, 발진기(300)를 구성하는 저항(RT), 인덕터(LT) 및 커패시터(CT)의 합성 임피던스를 조정하는 것만으로도 초광대역 펄스 스펙트럼의 중심 주파수를 가변시킬 수 있으며, 이에 따라 원하는 형태의 펄스를 손쉽게 생성할 수 있게 된다. 또한, 별도의 임피던스 매칭 회로를 구비하지 않더라도 발진기(300)를 통해 안테나와의 임피던스 매칭 역시 손쉽게 수행할 수 있다.12 is a simulation result of matching the device shown in FIG. 4 with the impedance of the antenna. The synthesized impedance of the resistor (R T ), the inductor (L T ) and the capacitor (C T ) constituting the
한편, 도 13은 도 11에 나타낸 초광대역 펄스의 전력 스펙트럼 밀도에 관한 시뮬레이션 결과이다. 도 13에 나타난 바와 같이, 메인로브의 중심 주파수는 4GHz이며, 이때의 전력 레벨(power level)은 -60.39dBm으로 나타났다. 그리고 제1 사이드로브의 중심 주파수는 3.1GHz이며, 이때의 전력 레벨은 -81.8dBm으로 나타났다. 도 13에 표시되어 있는 점선은 FCC 스펙트럼 마스크를 나타낸 것으로서, 초광대역 펄스의 전력 스펙트럼 밀도는 FCC 스펙트럼 마스크를 넘지 않아야 한다. 도 13에 의하면, 도 11에서 생성한 초광대역 펄스의 전력 스펙트럼 밀도는 FCC 스펙트럼 마스크에 부합한다는 것을 알 수 있으며, 특히 사이드로브가 FCC 스펙트럼 마스크를 넘지 않도록 적절히 억압되어 있다는 것을 알 수 있다. Meanwhile, FIG. 13 is a simulation result of the power spectrum density of the ultra-wideband pulse shown in FIG. 11. As shown in FIG. 13, the center frequency of the main lobe is 4 GHz, and the power level at this time is -60.39 dBm. And the center frequency of the first side lobe was 3.1 GHz, and the power level at this time was -81.8 dBm. The dotted line shown in FIG. 13 shows the FCC spectrum mask, and the power spectrum density of the ultra-wideband pulse should not exceed the FCC spectrum mask. According to FIG. 13, it can be seen that the power spectrum density of the ultra-wideband pulse generated in FIG. 11 conforms to the FCC spectrum mask, and in particular, it is found that the sidelobe is properly suppressed so as not to exceed the FCC spectrum mask.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명의 기술적 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.As described above, although the present invention has been described by limited embodiments and drawings, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and variations from these descriptions are made by those skilled in the art to which the present invention pertains. It is possible. Therefore, the technical idea of the present invention should be understood only by the claims, and all equivalent or equivalent modifications thereof will be said to fall within the scope of the technical idea of the present invention.
11, 12: 제1 딜레이 셀
11-1, 21-1: 인버터
11-2, 21-2: NMOS 트랜지스터
21, 22: 제2 딜레이 셀
31, 32: 앤드 게이트
100(101, 102, 103, 104, 105, 106, 107): 딜레이 셀
200(201, 202, 203, 204, 205, 206, 207): 트랜지스터
300: 발진기
400: 출력단11, 12: first delay cell
11-1, 21-1: Inverter
11-2, 21-2: NMOS transistor
21, 22: second delay cell
31, 32: and gate
100 (101, 102, 103, 104, 105, 106, 107): delay cell
200 (201, 202, 203, 204, 205, 206, 207): transistor
300: oscillator
400: output stage
Claims (8)
상기 복수 개의 딜레이 셀 각각에 의해 전환된 구형파 전압을 입력 전압으로 하여 전류를 생성하는 복수 개의 트랜지스터;
상기 복수 개의 트랜지스터 각각에 의해 생성된 전류를 전달 받아 지수함수적으로 감쇠되는 복수 개의 정현파 전압을 생성하는 발진기; 및
상기 복수 개의 트랜지스터 및 상기 발진기와 연결되며, 상기 발진기에서 생성되는 복수 개의 정현파 전압을 합성하여 초광대역 펄스를 출력하는 출력단;을 포함하며,
상기 복수 개의 딜레이 셀 각각은 상기 스텝 전압을 소정 시간만큼 지연시켜 이웃하는 딜레이 셀에 지연된 스텝 전압을 출력하거나,
상기 복수 개의 딜레이 셀 각각은 상기 지연된 스텝 전압을 이웃하는 딜레이 셀로부터 입력 받고,
상기 복수 개의 딜레이 셀 각각은 인버터를 이용하여 상기 스텝 전압을 소정 시간만큼 지연시키며,
상기 복수 개의 딜레이 셀 각각은 상기 인버터 및 앤드 게이트를 이용하여 상기 스텝 전압을 상기 구형파 전압으로 전환하는 것을 특징으로 하는 초광대역 펄스 생성 장치.
A plurality of delay cells that convert the input step voltage to a square wave voltage;
A plurality of transistors generating a current by using the square wave voltage converted by each of the plurality of delay cells as an input voltage;
An oscillator that receives a current generated by each of the plurality of transistors and generates a plurality of sinusoidal voltages that are exponentially attenuated; And
It includes; and an output terminal that is connected to the plurality of transistors and the oscillator and outputs an ultra-wideband pulse by synthesizing a plurality of sinusoidal voltages generated by the oscillator.
Each of the plurality of delay cells delays the step voltage by a predetermined time to output a delayed step voltage to a neighboring delay cell,
Each of the plurality of delay cells receives the delayed step voltage from a neighboring delay cell,
Each of the plurality of delay cells delays the step voltage by a predetermined time using an inverter,
Each of the plurality of delay cells is an ultra-wideband pulse generator, characterized in that for converting the step voltage to the square wave voltage using the inverter and the end gate.
상기 복수 개의 트랜지스터는 상기 복수 개의 딜레이 셀과 1:1로 대응되도록 연결된 것을 특징으로 하는 초광대역 펄스 생성 장치.
According to claim 1,
The plurality of transistors are connected to the plurality of delay cells 1:1, characterized in that the ultra-wideband pulse generator.
상기 출력단에서 출력되는 초광대역 펄스의 형태는 상기 복수 개의 트랜지스터 각각에서 생성되는 전류의 크기에 따라 달라지는 것을 특징으로 하는 초광대역 펄스 생성 장치.
The method of claim 5,
The shape of the ultra-wideband pulse output from the output terminal varies depending on the magnitude of the current generated in each of the plurality of transistors.
상기 발진기는 서로 병렬 연결된 저항, 인덕터 및 커패시터를 포함하는 초광대역 펄스 생성 장치.
According to claim 1,
The oscillator is an ultra-wideband pulse generator comprising a resistor, an inductor and a capacitor connected in parallel to each other.
상기 출력단에는 상기 초광대역 펄스에서 DC 성분을 제거하기 위하여 바이패스 커패시터가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 초광대역 펄스 생성 장치.According to claim 1,
A device for generating an ultra-wideband pulse, wherein a bypass capacitor is connected to the output terminal to remove a DC component from the ultra-wideband pulse.
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006229853A (en) * | 2005-02-21 | 2006-08-31 | Rohm Co Ltd | Signal amplifier circuit and electronic apparatus using the same |
| KR20080052285A (en) * | 2006-12-06 | 2008-06-11 | 한국전자통신연구원 | Ultra-low-power pulse generator for multiband IR-UWB and its method |
| KR20090028286A (en) * | 2007-09-14 | 2009-03-18 | 삼성전기주식회사 | Ultra Wideband Pulse Signal Generator |
| KR20100068809A (en) | 2008-12-15 | 2010-06-24 | 주식회사 코아로직 | Device for generating ultra-wide band(uwb) frequency, transceiver comprising the same device and method of generating uwb frequency using frequency division |
| KR101298179B1 (en) * | 2012-03-30 | 2013-08-20 | 실리콘알엔디(주) | Digital pulse generator of ultra wideband with gaussian pulse shaping |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4365795B2 (en) * | 2005-02-18 | 2009-11-18 | 株式会社ルネサステクノロジ | Pulse generator and transmitter using the same |
| KR101954659B1 (en) * | 2012-08-14 | 2019-03-07 | 삼성전자주식회사 | Apparatus and method for generating gussian pulse and ultra wide band communication apparatus for generating gussian pulse |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006229853A (en) * | 2005-02-21 | 2006-08-31 | Rohm Co Ltd | Signal amplifier circuit and electronic apparatus using the same |
| KR20080052285A (en) * | 2006-12-06 | 2008-06-11 | 한국전자통신연구원 | Ultra-low-power pulse generator for multiband IR-UWB and its method |
| KR20090028286A (en) * | 2007-09-14 | 2009-03-18 | 삼성전기주식회사 | Ultra Wideband Pulse Signal Generator |
| KR20100068809A (en) | 2008-12-15 | 2010-06-24 | 주식회사 코아로직 | Device for generating ultra-wide band(uwb) frequency, transceiver comprising the same device and method of generating uwb frequency using frequency division |
| KR101298179B1 (en) * | 2012-03-30 | 2013-08-20 | 실리콘알엔디(주) | Digital pulse generator of ultra wideband with gaussian pulse shaping |
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