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자동변환 LC 캘리브레이터를 이용한 SAW 필터 없는 GPS RX 프론트앤드 구현
A SAW-less GPS RX Front-end using an Automatic LC Calibrator 원문보기

한국산업정보학회논문지 = Journal of the Korea Industrial Information Systems Research, v.21 no.1, 2016년, pp.43 - 50  

김연보 (대구대학교 전자전기공학부) ,  문현원 (대구대학교 전자전기공학부)

초록
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본 논문에서 PVT 변환에 상관없이 거의 일정한 주파수 특성을 갖는 LC 수동 필터를 구현하기 위해 자동 변환 LC 캘리브레이터를 제안하다. 이를 이용하여 SAW 필터 없는 GPS 수신기 프론트엔드를 65nm CMOS 공정을 이용하여 구현하였다. 또한 자동 변환 LC 캘리브레이터에 필요한 신호를 제공하기 위한 새로운 이중 모드 저 잡음 증폭기의 구조를 제안하였다. 구현된 GPS 수신기 프론트엔드의 특성은 약 42.5 dB 전압 이득, 1.35dB 이하의 잡음 지수, 가장 최악 조건의 1710 MHz 블로커 신호에서 -24 dBm의 블로커 입력 P1dB 특성을 보이며 이 때 1.2 V 전원에 7 mA 전류를 소모한다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, new automatic LC calibrator is proposed for realizing a passive LC filter with almost constant frequency characteristic regardless of the PVT variations. The SAW-less GPS RX front-end is implemented using a 65nm CMOS process using the proposed LC calibrator. Also, new dual-mode low no...

주제어

#GPS 수신기   #프론트엔드   #수동 LC 필터   #LC 캘리브레이터   #저 잡음 증폭기  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 또한 외부 밴드의 매우 큰 간섭 신호에 의한 GPS 수신기 특성의 영향을 최소화하기 위하여 집적화된 수동 LC 대역통과필터를 구현하였고 이 수동 LC 대역통과필터의 특성을 PVT 변화에 거의 같은 중심 주파수와 주파수 선택도 특성을 유지하기 위하여 자동 변환 LC 캘리브레이터를 구현하였다. 그리고 자동 변환 LC 캘리브레이터에 필요한 LC 대역통과필터의 공진기에 의해 결정되는 RF 주파수 신호를 생성하기 위한 이중 모드 저 잡음 증폭기 구조를 제안하였다. 제안된 이중 모드 저 잡음 증폭기는 기존 방법[3]과 달리 LC 캘리브레이터에 필요한 RF 주파수 신호를 저 잡음 증폭기에서 구현이 가능하여 추가적인 RF 차동 증폭기가 필요 없다.
  • 본 논문에서는 SAW 필터 없이 높은 선형성 특성을 갖는 GPS 수신기 구조 및 회로를 제안하였다. 또한 외부 밴드의 매우 큰 간섭 신호에 의한 GPS 수신기 특성의 영향을 최소화하기 위하여 집적화된 수동 LC 대역통과필터를 구현하였고 이 수동 LC 대역통과필터의 특성을 PVT 변화에 거의 같은 중심 주파수와 주파수 선택도 특성을 유지하기 위하여 자동 변환 LC 캘리브레이터를 구현하였다. 그리고 자동 변환 LC 캘리브레이터에 필요한 LC 대역통과필터의 공진기에 의해 결정되는 RF 주파수 신호를 생성하기 위한 이중 모드 저 잡음 증폭기 구조를 제안하였다.
  • 본 논문에서는 SAW 필터 없이 높은 선형성 특성을 갖는 GPS 수신기 구조 및 회로를 제안하였다. 또한 외부 밴드의 매우 큰 간섭 신호에 의한 GPS 수신기 특성의 영향을 최소화하기 위하여 집적화된 수동 LC 대역통과필터를 구현하였고 이 수동 LC 대역통과필터의 특성을 PVT 변화에 거의 같은 중심 주파수와 주파수 선택도 특성을 유지하기 위하여 자동 변환 LC 캘리브레이터를 구현하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
GPS 수신기가 수신기의 매우 낮은 위상 잡음 특성을 요구하는 이유는 무엇인가? GPS 수신기는 지구 대기권 밖에 있는 정지 위성으로 오는 매우 낮은 레벨의 L1 주파수의 GPS 신호를 수신하여 위치 정보를 얻어야하기 때문에 수신기의 매우 낮은 위상 잡음 특성을 요구한다. 일반적으로 L1 주파수 대역에는 다른 무선 시스템의 사용을 금지하고 있고 또한 GPS 시스템은 단일 채널로 구성되어 있기 때문에 주변에 간섭신호가 존재하지 않아 내비게이션용으로 사용하는 GPS 수신기의 선형성 특성은 크게 중요하지 않았다.
GPS 수신기가 널리 보급되기 시작한 배경은 무엇인가? 군사용으로 개발된 위성 시스템인 GPS(Global Positioning System)의 L1 주파수 대역을 민간 상업용 사용이 허용되면서 GPS 수신기는 차량용 내비게이션 시스템에 사용됨으로써 널리 보급되기 시작하였다. 특히, 2005년 이후 미국에서 E911을 구현하기 위해 판매되는 모든 휴대 전화기에 GPS 수신기를 장착하도록 FCC (Federal Communication Commission)에서 의무화하였다.
스마트폰에서 GPS 수신기의 선형성 특성이 요구되는 이유는 무엇인가? 일반적으로 L1 주파수 대역에는 다른 무선 시스템의 사용을 금지하고 있고 또한 GPS 시스템은 단일 채널로 구성되어 있기 때문에 주변에 간섭신호가 존재하지 않아 내비게이션용으로 사용하는 GPS 수신기의 선형성 특성은 크게 중요하지 않았다. 하지만 이동 전화기에 GPS 수신기가 장착되어 사용될 때에는 셀룰라 무선 표준의 매우 큰 송신 신호 혹은 이의 고조파 신호들이 GPS 수신기에 간섭 신호로 작용을 한다. 특히 스마트폰에 사용되는 GPS 수신기는 다양한 셀룰라 무선 시스템 표준 송신기들과 WiFi, Bluetooth등의 송신기로부터 출력되는 매우 큰 신호의 안테나와 근접하게 GPS 수신기 안테나가 위치하게 된다. 이처럼 스마트폰에서의 다양한 송신기 출력 신호는 GPS 수신기에게 매우 큰 간섭 신호로 작용하게 되어 모바일 디바이스에 사용되는 GPS 수신기를 구현하고자 할 때에는 매우 큰 선형성 특성을 요구하게 되고 이를 만족하도록 설계되어야 한다.
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참고문헌 (7)

  1. J. Ko, J. Kim, S. Cho and K. Lee, "A 19-mW $2.6-mm^2$ L1/L2 dual-band CMOS GPS receiver," IEEE J. Solid-State Circuits, Vol. 40, No. 7, pp. 1414-1424, 2005. 

    상세보기 crossref

  2. H. Moon, S.-C. Heo, H. Yu, J. Yu, J.-S. Chang, S.-I. Choi, S. Lee, W.-S. Choo and B.-H. Park, "A 27mW 2.2dB NF GPS receiver using a capacitive cross-coupled structure in 65nm CMOS," Custom Integrated Circuits Conference (CICC), September 19-22, 2010, San Jose, CA, USA, pp. 1-4, IEEE Press. 

  3. H. Moon, S. Lee, S.-C. Heo, H. Yu, J. Yu, J.-S. Chang, S.-I. Choi and B.-H. Park, "A 23mW fully integrated GPS receiver with robust interferer rejection in 65nm CMOS," International Solid-State Circuits Conference (ISSCC), February 7-11, 2010, San Francisco, CA, USA, pp. 68-69, IEEE Press. 

  4. P. Yu, T. Sepke, B. Helal, S. Shekarchian, D. Gerna, K. Sarrigeorgidis, L. Smaini, A. Mitra, J. Li, B. Brunn, G. Uehara and T. Cho, "A $1.2mm^2$ fully integrated GPS radio with cellular/WiFi Co-existence," Custom Integrated Circuits Conference (CICC), September 19-22, 2010, San Jose, CA, USA, pp. 1-4, IEEE Press. 

  5. H. Moon and J.-T. Ryu "A new image rejection receiver architecture using simultaneously high-side and low-side injected LO signals," Journal of the Korea Industrial Information System Research, Vol. 18, No. 2, pp. 35-40, 2013. 

  6. H. Khatri, L. Li, T. Chang, P. S. Gudem and L. E. Larson, "A SAW-less CDMA receiver front-end with single-ended LNA and single-balanced mixer with 25% duty-cycle LO in 65nm CMOS," Symposium on Radio Frequency Integrated Circuits (RFIC), June 7-9, 2009, Boston, MA, USA, pp. 13-16, IEEE Press. 

  7. Y.-B. Kim and H. Moon, "Implementation of a CMOS FM RX front-end with an automatic tunable input matching network," Journal of the Korea Industrial Information System Research, Vol. 19, No. 4, pp. 17-24, 2014. 

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