KR100653199B1

KR100653199B1 - 로컬 신호를 이용하여 수신 신호에서 리키지 성분을제거하는 ｒｆ 수신 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100653199B1
Application number: KR1020050110549A
Authority: KR
Inventors: 권익진; 이흥배
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-11-18
Filing date: 2005-11-18
Publication date: 2006-12-05
Also published as: US7689170B2; EP1788714A3; US20070117511A1; JP2007143104A; EP1788714A2

Abstract

본 발명은 로컬 신호를 이용하여 수신 신호에서 리키지 성분을 제거하는 RF 수신 장치 및 방법에 관한 것으로서, 상기 RF 수신 장치에서는, 노이즈 제거부가 MODEM에서 검출한 위상(THETA)과 이득(AMPTD)에 따라 로컬 신호(LOI)의 이득과 위상을 제어하여, 수신 RF 신호(RXIN)에 섞인 노이즈 성분에 해당하는 신호(Vcal)를 추정하고, 상기 추정된 신호(Vcal)를 상기 수신 RF 신호(RXIN)에서 빼줌으로써, 노이즈 없는 깨끗한 RF 신호가 수신부에서 주파수 다운 변환된다.

RF 수신기, RFID 태그, 리더, 믹서, 노이즈, 리키지, 저전력

Description

로컬 신호를 이용하여 수신 신호에서 리키지 성분을 제거하는 ＲＦ 수신 장치 및 방법{RF Receiving Apparatus and Method for Removing Leakage Component of Received Signal Using Local Signal}

도 1은 일반적인 RF 수신기를 나타내는 도면이다.

도 2는 RFID 송수신 시스템을 설명하기 위한 도면이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 RF 송수신기를 나타내는 도면이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 노이즈 제거부의 구체적인 회로를 나타내는 도면이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 노이즈 제거부의 구체적인 회로를 나타내는 도면이다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 노이즈 제거부의 구체적인 회로를 나타내는 도면이다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 노이즈 제거부의 구체적인 회로를 도면이다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 수신부의 성능을 설명하기 위한 도면이다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 RF 송수신기에 의한 송수신 신호의 처리 과정을 설명하기 위한 주파수 스펙트럼들을 나타내는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

320: BPF(Band Pass Filter)

330: 방향성 커플러(Directional Coupler: DCPLR)

340: 노이즈 제거부

350: 수신부(Receiving Unit: Rx)

360: 송신부(Transmitting Unit: Tx)

400, 500, 600, 700: 위상/이득 제어 회로

본 발명은 RF(Radio Frequency) 송수신 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수신 신호에서 검출한 위상과 이득에 따라 로컬 신호로부터 리키지 성분을 추정하여 제거함으로써 위상 노이즈에 의한 DC(Direct Current) 옵셋을 줄이고 이득 선형성을 향상시킨 RF 수신기 및 방법에 관한 것이다.

휴대폰, DMB 폰, PDA 등 고속 무선 데이터의 송수신을 위한 시스템에서는 RF 신호를 송수신하는 송수신기(transceiver)가 사용된다. 송신기는 데이터를 소정 캐리어 신호에 실어 전송하고, 수신기는 수신되는 RF 신호를 처리하여 데이터를 추출한다. 오늘날, 다양한 형태의 포터블 시스템을 만족 시켜 주기 위한 MB-OFDM UWB(Multi-Band Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ultra-Wide Band Standard) 규격의 유비쿼터스(Ubiquitous) 시스템에서도 소형, 저전력화가 가능한 송수신기의 개발이 큰 이슈화 되기에 이르렀다.

도 1은 일반적인 RF 수신기(100)를 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 상기 RF 수신기(100)는 I-믹서(In-phase mixer)(110), Q-믹서(Quadrature-phase mixer)(130), LPF들(Low Pass Filter)(120, 140) 및 복조기(150)를 포함한다.

상기 I-믹서(110)는 수신되는 RF 신호(RXIN)와 로컬 신호(LOI)를 곱하여 주파수 다운 변환하고, 이때 곱해진 신호는 상기 LPF(120)에서 처리된 후, 상기 LPF(120) 출력은 상기 복조기(150)로 입력된다. 상기 Q-믹서(130)는 상기RF 신호(RXIN)와 로컬 신호의 Q 신호(LOQ)를 곱하여 주파수 다운 변환하고, 이때 곱해진 신호는 상기 LPF(140)에서 처리된 후, 상기 LPF(140) 출력은 상기 복조기(150)로 입력된다. 상기 복조기(150)는 PSK(Phase Shift Keying), QPSK(Quadrature Phase Shift Keying), ASK(Amplitude Shift Keying) 등의 알고리즘에 따라 상기 LPF들(120, 140)의 출력을 이용하여 일정 정보를 얻기 위하여 복조한다. 이와 같이 복조된 신호는 후속 프로세서에서 더 처리될 수 있고, 휴대폰, DMB 폰, PDA, 또는 RFID(Radio Frequency Identification) 리더 등의 디스플레이나 오디오 출력 장치를 통하여 사용자가 인식 가능한 정보로 나타난다.

이와 같은 종래의 RF 수신기(100)에서 상기 RF 신호(RXIN)와 함께 노이즈 성분이 수신될 수 있다. 상기 복조기(150)는 이와 같은 노이즈 성분에 의한 수신 RF 신호의 위상 변동, DC 옵셋, 이득 포화 등의 효과를 제거하기 위한 부담을 가진다. 이와 같이 수신 RF 신호의 SNR을 높이기 위한 상기 복조기(150)에서의 부담은 회로의 복잡도를 증가시킬 뿐만 아니라, 소비 전력을 증가시킨다는 문제점이 있다. 특 히, 이와 같이 수신되는 노이즈 성분은 일반적인 전이중(full-duplex) 통신방식 송수신기에서 사용되는 방향성 커플러(directional coupler: DCPLR)에서 유입될 수 있다. 예를 들어, RFID 태그 리더와 같은 시스템의 송수신기는 하나의 안테나를 통하여 RF 신호를 송수신하고, 이때 송수신 경로를 연결하는 DCPLR에서 수신 RF 신호 쪽으로 송신 RF 신호의 리키지(leakage)가 유입될 수 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 노이즈 성분에 의한 수신 RF 신호의 위상 변동, DC 옵셋, 이득 포화 등의 효과를 제거하기 위하여, 노이즈 성분을 추정하여 상기 수신 RF 신호에서 노이즈를 완전히 제거해 줌으로써, 노이즈 없는 깨끗한 신호가 복조 되도록 하는 RF 수신기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 송신 신호의 리키지와 같은 노이즈 성분을 찾아 수신 RF 신호에서 완전히 제거하여 처리하는 RF 수신 방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 RF 수신기는, 위상 신호와 이득 신호에 따라 로컬 신호의 이득과 위상을 제어하여 수신 신호에 섞인 노이즈 신호를 추정하고, 상기 수신 신호에서 상기 추정된 노이즈 신호를 제거하는 노이즈 제거부; 및 상기 로컬 신호 및 상기 로컬 신호의 Q 신호 중 적어도 하나를 이용하여 상기 추정된 노이즈 신호가 제거된 수신 신호를 주파수 다운 변환하는 수신부를 포함하고, 상기 수신부에서 주파수 다운 변환된 신호의 위상 값과 진폭값 각각으로부터 상기 위상 신호와 상기 이득 신호가 생성되어 상기 노이즈 제거부로 피드백되는 것을 특징으로 한다.

상기 노이즈 제거부는, 상기 위상 신호에 따라 상기 로컬 신호의 위상을 제어한 신호를 생성하는 위상 교정 회로; 및 상기 이득 신호 및 상기 위상 제어된 로컬 신호에 따라 상기 위상 제어된 로컬 신호의 이득을 제어한 신호인 상기 추정된 노이즈 신호를 생성하는 진폭 교정 회로를 포함하고, 상기 수신 신호 전류와 상기 추정된 노이즈 신호 전류의 차이에 의하여 상기 수신 신호에서 상기 추정된 노이즈 신호가 제거되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 RF 수신 방법은, 위상 신호와 이득 신호에 따라 로컬 신호의 이득과 위상을 제어하여 수신 신호에 섞인 노이즈 신호를 추정하는 단계; 상기 수신 신호에서 상기 추정된 노이즈 신호를 제거하는 단계; 상기 로컬 신호 및 상기 로컬 신호의 Q 신호 중 적어도 하나를 이용하여 상기 추정된 노이즈 신호가 제거된 수신 신호를 주파수 다운 변환하는 단계; 및 상기 주파수 다운 변환된 신호의 위상 값과 진폭값 각각으로부터 상기 위상 신호와 상기 이득 신호를 생성하여 피드백하는 단계를 포함한다.

이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 2는 RFID 송수신 시스템(200)을 설명하기 위한 도면이다. 도 2를 참조하 면, 상기 RF 송수신 시스템(200)은 RFID 태그(210) 및 리더(220)를 포함한다. 상기 RFID 태그(210)는 상기 리더(220)로부터의 RF 신호에 일정 식별 정보를 실어준다. 상기 RFID 태그(210)는 상품, 화물, 자재, 유가증권 등 모든 물건과 동식물 등에 부착되어 사용될 수 있고, 일정 IC 칩에 해당 물품과 관련된 식별 정보를 저장한다. 상기 리더(220)는 상기 RFID 태그(210)의 일정 IC 칩에 저장된 해당 물품과 관련된 식별 정보를 비접촉방식으로 읽어내어 관리함으로써, 생산, 유통, 판매 등에 있어 효율 적인 관리가 이루어질 수 있도록 하고 있다. 여기서, RF 송수신기로서 RFID 태그 리더를 예로 들었으나, 이에 한정되지 않으며, 본 발명은 RF 신호를 송수신하는 모든 시스템에 적용될 수 있다.

상기 리더(220)는 MODEM(modulation/demodulation unit)(227)에서 처리된 신호를 송신부(Tx)(226), DCPLR(Directional Coupler: 방향성 커플러)(223), BPF(Band Pass Filter)(222) 및 안테나(221)를 통하여 상기 RFID 태그(210)로 전송한다. 상기 RFID 태그(210)로부터 읽어진 정보가 실려 반사되는 RF 신호는 상기 안테나(221), 상기 BPF(222), 상기 DCPLR(223)을 통하여 수신부(Tx)(224)에서 수신된다. 상기 수신부(224)에서 기저 대역으로 변환된 신호는 상기 MODEM(227)에서 복조될 수 있고, 복조된 신호는 후속 프로세서에서 처리되어 관리될 수 있다. 상기 MODEM(227)에서 변조된 신호를 RF 형태로 전송하기 위한 반송파 신호 및 수신되는 RF 신호의 주파수를 다운 변환하기 위한 국부 발진 신호의 위상 록킹을 위하여 PLL(225)이 이용된다. 상기 리더(220)에서 송수신을 위한 반송파 신호와 국부 발진 신호는 같은 주파수(f₀)일 수 있다.

한편, 일반적인 RF 수신기에서와 같이 상기 수신부(224)는 수신되는 RF 신호(RXIN)에 섞인 노이즈 제거를 용이하게 하기 위하여, 주파수 다운 변환에 국부 발진 신호(LOI) 또는 상기 국부 발진 신호(LOI)의 Q 신호(LOQ) 중 적어도 하나를 이용한다. 상기 수신되는 RF 신호(RXIN)에 섞이는 노이즈는 외부의 환경에 의하여 유입될 수도 있지만, 특히 본 발명에서는 상기 리더(220)와 같은 전이중(full-dulpex) 통신방식 송수신기의 적용시, 상기 송신부(226) 출력이 상기 DCPLR(223)을 통하여 유입되는 리키지(leakage) 문제를 해결하기 위하여 제안되었다. 도 9의 910과 같이, 상기 송신부(226) 출력의 스펙트럼(S_T)이 반송파 주파수 f₀에서 일정 크기를 가질 때, 상기 DCPLR(223)을 통하여 유입되는 리키지 신호 스펙트럼(S_L)도 920과 같이 일정 크기로 나타날 수 있다. 이때, 상기 수신부(224)에서 수신되는 신호의 스펙트럼(S_R + S_L)에는 930과 같이, ±Δ 위치의 깨끗한 수신 RF 신호의 스펙트럼 성분(931) S_R 이외에도 상기 S_L 성분(932)이 섞여있다.

먼저, 상기 수신부(224)에서 수신되는 RF 신호(RXIN)는 [수학식 1]과 같이 표현될 수 있다. [수학식 1]에서 A_RFcos(ω_RFt)는 상기 S_R 성분(931)에 해당하고, A_leakcos(ω_LOt)는 상기 S_L 성분(932)에 해당한다.

[수학식 1]

V_RXIN(t) = A_RFcos(ω_RFt) + A_leakcos(ω_LOt)

일반적으로 상기 수신부(224)에서 수신되는 RF 신호(RXIN)를 기저 대역으로 변환하기 위하여, 상기 수신 RF 신호(RXIN)가 주파수 다운 변환 믹서에서 처리될 때, 상기 S_L 성분(932)에 의하여 위상 변동, DC(Direct Current) 옵셋, 이득 포화 등이 생기고, 이때, 후속 복조기에서는 이들의 영향을 제거하기 위한 복잡한 회로를 가진다. 상기 DC 옵셋 등에 의하여 SNR(Signal to Noise)이 저하되므로 이를 제거할 필요가 있기 때문이다.

예를 들어, 상기 수신 RF 신호(RXIN)의 주파수 다운 변환을 위한 믹서에서 [수학식 2]와 같은 국부 발진 신호(LOI) 및 상기 국부 발진 신호(LOI)의 Q 신호(LOQ)가 이용된다고 가정할 때, 주파수 다운 변환된 신호는 [수학식3]과 같이 표현될 수 있다. [수학식2]에서, θ는 상기 S_L 성분(432)과 국부 발진 신호(LOI) 및 상기 국부 발진 신호(LOI)의 Q 신호(LOQ)간의 위상차이다.

[수학식 2]

V_LOI(t) = A_LOcos(ω_LOt + θ)

V_LOQ(t) = A_LOsin(ω_LOt + θ)

[수학식 3]

V_IFI(t) = {A_RFcos(ω_RFt) + A_leakcos(ω_LOt)} A_LOcos(ω_LOt + θ)

V_IFQ(t) = {A_RFcos(ω_RFt) + A_leakcos(ω_LOt)} A_LOsin(ω_LOt + θ)

이에 따라, [수학식3]을 정리하면, 다운된 주파수 성분 이외에도 [수학식4] 와 같은 DC 옵셋 성분이 존재함을 알 수 있다.

[수학식 4]

V_IFI(t)의 DC 성분 = 1/2 A_leakA_LOcosθ

V_IFQ(t)의 DC 성분 = 1/2 A_leakA_LOsinθ

본 발명에서는, 이와 같이 수신되는 노이즈 성분, 즉, 상기 S_L 성분(932)을 상기 수신부(224) 앞에서 추정하여 상기 수신 RF 신호(RXIN)로부터 빼주어, 이에 따라 생성되는 깨끗한 수신 신호가 후속 수신부(224) 및 MODEM(227)에서 처리되도록 한다. 이에 따라, MODEM(227)에서의 복조 시에 DC 옵셋 등을 제거하기 위한 부담을 덜어 줄 수 있다.

예를 들어, [수학식 1]에서 상기 S_L 성분(932) A_leakcos(ω_LOt)을 추정할 수 있다면, 상기 수신 RF 신호(RXIN)로부터 A_leakcos(ω_LOt)을 빼는 것에 의하여, 깨끗한 수신 신호 성분, 즉, 상기 S_R 성분(931) A_RFcos(ω_RFt)을 얻을 수 있다.

이와 같은 목적을 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 RF 송수신기(300)가 도 3에 도시되어 있다. 도 3을 참조하면, 상기 RF 송수신기(300)는 도 2와 유사한 안테나(310), BPF(320), DCPLR(330), 및 송신부(360)를 가진다. 이외에도, 상기 RF 송수신기(300)는 노이즈 제거부(340) 및 수신부(350)를 가진다.

상기 노이즈 제거부(340)는 개념적으로 위상/이득 제어부(342) 및 감산기(341)을 가진다. 상기 위상/이득 제어부(342)는 위상 신호(THETA)와 이득 신호 (AMPTD)에 따라 로컬 신호(LOI)의 이득과 위상을 제어하여 수신 RF 신호(RXIN)에 섞인 노이즈 신호(Vcal)를 추정하고, 상기 감산기(341)는 상기 수신 RF 신호(RXIN)에서 상기 추정된 노이즈 신호(Vcal)를 제거한다. 이에 따라, 상기 수신부(350)는 도 1과 같은 방식으로, 상기 로컬 신호(LOI) 및 상기 로컬 신호(LOI)의 Q 신호 중 적어도 하나를 이용하여 상기 수신 RF 신호(RXIN)에서 상기 추정 노이즈 신호(Vcal)가 제거된 신호(RXO)를 주파수 다운 변환한다. 여기서 기술되는 상기 로컬 신호(LOI) 및 그 Q 신호는 상기 송수신기(300) 내부의 일정 PLL에서 생성되는 국부 발진 신호 및 상기 국부 발진 신호의 Q 신호이다. 여기서, Q 신호는 [수학식 2]와 같이 서로 90도 위상 차이 있는 신호이다.

상기 수신부(350)에서 주파수 다운 변환은, 도 1과 같은 내부 믹서들을 이용하여 상기 신호(RXO)와 상기 로컬 신호(LOI/LOQ)를 [수학식 3]과 같이 곱함으로써 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 신호(RXO)가 3000MHz 이고, 상기 로컬 신호(LOI)가 1000MHz 인 경우에, 두 신호의 곱에 의하여 2000MHz 신호가 생성될 수 있다. 여기서 3000MHz 보다 높은 주파수의 생성 신호는 노이즈로서 필터링될 수 있다. 이와 같이 주파수 다운 변환된 신호가 중간 주파수 대역의 신호라면, 다른 믹서들에 의하여 한번 더 기저 대역으로 변환된 다음 후속 LPF 등에서 처리될 수도 있다.

상기 위상/이득 제어부(342)가 입력받는 상기 위상 신호(THETA)와 상기 이득 신호(AMPTD)는 상기 수신부(350)에서 주파수 다운 변환된 신호의 위상 값과 진폭값 각각으로부터 검출되어 피드백될 수 있다. 후속 MODEM(227)에서는 상기 수신부 (350)에서 주파수 다운 변환된 신호의 위상과 진폭을 판단할 수 있고, 이때 상기 MODEM(227)은 해당 위상 값과 진폭값 각각에 대응되는 아날로그 또는 디지털 신호들을 생성할 수 있는 것으로 가정되었다.

상기 위상/이득 제어부(342)에서 생성되는 상기 추정된 노이즈 신호(Vcal)는 [수학식 5]와 같이 나타낼 수 있고, [수학식 5]에서 위상 θ를 제로로 제어하고, Acal을 A_leak와 같게 제어하면, 상기 추정된 노이즈 신호(Vcal)는 [수학식 1]의 상기 S_L 성분(932)과 같게 된다.

[수학식 5]

V_cal = A_calcos(ω_LOt + θ)

이와 같이 추정되는 노이즈 신호(Vcal)는 상기 감산기(341)에서 상기 수신 RF 신호(RXIN)로부터 빼지고, 이에 따라 상기 감산기(341)에서 출력되는 노이즈 없는 수신 신호(RXO)가 상기 수신부(350)로 전달된다. 상기 감산기(341)의 실제 동작은 상기 추정 노이즈 신호(Vcal)의 180도 위상 반전 신호를 상기 수신 RF 신호(RXIN)와 합하는 방식으로 이루어질 수 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 상기 노이즈 제거부(340)로 이용될 구체적인 회로(400)를 나타내는 도면이다.

상기 노이즈 제거부(340)를 위한 회로(400)는 위상 교정 회로(410), 진폭 교정 회로(420), 부하 회로(430), 및 수신 RF 신호(RXIN)를 입력 받기 위한 N 채널 MOSFET(MN1)을 포함한다. 상기 부하 회로(430)는 제1 전원(VDD)에 연결되는 수동 또는 능동 소자들을 가질 수 있고, 일정 부하로서 작용한다.

상기 위상 교정 회로(410)는 제1 전원(VDD)과 제2 전원(GND) 사이에 직렬 연결된 제1 MOSFET(MP1), 제2 MOSFET(MN4) 및 제3 MOSFET(MN5)를 가지고, 또한, 상기 제1 MOSFET(MP1)의 소스/드레인 사이에 연결된 커패시터(C₀)를 가진다. 상기 제1 MOSFET(MP1)는 P 채널 타입이고, 상기 제2 MOSFET(MN4) 및 상기 제3 MOSFET(MN5)는 N 채널 타입인 것이 바람직하다.

도 4와 같이, 상기 제1 MOSFET(MP1)의 게이트는 상기 제1 전원(VDD)에 연결된다. 상기 제2 MOSFET(MN4)의 게이트는 로컬 신호(LOI)를 받는다. 상기 제3 MOSFET(MN5)의 게이트는 위상 신호(THETA)를 받는다. 상기 제1 MOSFET(MP1)와 상기 제2 MOSFET(MN4) 접점에서는, 상기 위상 신호(THETA)에 따라 상기 로컬 신호(LOI)의 위상이 제어된 신호(PLOI)가 출력된다.

상기 진폭 교정 회로(420)는 상기 부하 회로(430)의 한 전극과 상기 수신 RF 신호(RXIN)를 받는 MOSFET(MN1)의 드레인 전극이 연결된 접점과 상기 제2 전원(GND) 사이에 직렬 연결된 제1 MOSFET(MN2) 및 제2 MOSFET(MN3)를 가진다. 상기 MOSFET(MN1)의 소스는 상기 제2 전원(GND)에 접지된다.

도 4에서, 상기 제1 MOSFET(MN2)의 게이트는 상기 위상 교정 회로(410)로부터 생성된 상기 위상 제어된 로컬 신호(PLOI)를 받는다. 상기 제2 MOSFET(MN3)의 게이트는 상기 이득 신호(AMPTD)를 받는다. 상기 부하 회로(430)와 상기 제1 MOSFET(MN2)의 접점에서는, 상기 위상 제어된 로컬 신호(PLOI) 및 상기 이득 신호 (AMPTD)에 따라 상기 수신 RF 신호(RXIN)에서 추정 노이즈 신호(Vcal)가 빼진 신호(RXO)가 출력된다.

즉, 상기 진폭 교정 회로(420)는 상기 이득 신호(AMPTD) 및 상기 위상 제어된 로컬 신호(PLOI)에 따라 상기 위상 제어된 로컬 신호(PLOI)의 이득을 제어한 신호인 상기 추정된 노이즈 신호(Vcal)를 생성함에 따라, 상기 제1 MOSFET(MN2)의 드레인에는 상기 추정 노이즈 신호(Vcal)에 의한io₂의 전류가 흐른다고 가정된다. 상기 MOSFET(MN1)의 드레인에는 상기 수신 RF 신호(RXIN)에 따라 io₁의 전류가 흐른다고 가정된다. 따라서, 상기 부하 회로(430)와 상기 제1 MOSFET(MN2)의 접점에서는, 상기 수신 RF 신호(RXIN)에 의한 io₁의 전류와 상기 추정 노이즈 신호(Vcal)(io₂에 의한 MN2 드레인의 신호 전압)에 의한 상기 io₂의 전류 간의 차이에 따른 출력 전류 io가 흐른다. 상기 이득 신호(AMPTD) 및 상기 위상 제어된 로컬 신호(PLOI)가 커질 때, 상기 부하 회로(430)와 상기 제1 MOSFET(MN2)의 접점에서 출력되는 신호(RXO)의 전압은 작아지므로, 상기 출력 전류 io에 의한 신호(RXO)는 상기 수신 RF 신호(RXIN)로부터 상기 추정 노이즈 신호(Vcal)가 빼진 신호에 해당한다.

도 4에서, 상기 위상 교정 회로(410)에서는, 상기 위상 신호(THETA)에 따라 MOSFET MP1의 트랜스 컨덕턴스(transconductance)를 제어하는 것에 의하여, [수학식 5]에서 위상 θ를 제로로 하기 위하여 상기 로컬 신호(LOI)의 위상을 제어하고, 상기 위상 제어된 로컬 신호(PLOI)를 생성함을 알 수 있다.

또한, 상기 진폭 교정 회로(420)에서는, 상기 이득 신호(AMPTD) 및 상기 위 상 제어된 로컬 신호(PLOI)에 따라 MOSFET들 MN2, MN3의 트랜스 컨덕턴스를 제어하는 것에 의하여, [수학식 5]에서 진폭 Acal을 A_leak와 같게 제어하기 위하여 상기 위상 제어된 로컬 신호(PLOI)의 진폭을 제어하고, 상기 추정 노이즈 신호(Vcal)에 대응되는 io₂의 전류를 생성함을 알 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 상기 노이즈 제거부(340)로 이용될 구체적인 회로(500)를 나타내는 도면이다.

상기 노이즈 제거부(340)를 위한 회로(500)는 도 4의 회로(400)와 유사하게 동작한다. 다만, 상기 노이즈 제거 회로(500)는 도 4의 노이즈 제거 회로(400)에서의 MOSFET들에 대응되는 MP1 및 MN1~MN5이외에도, 해당 차동 신호들, 즉, 수신 RF 신호(RXIN)의 차동 신호(RXIN-), 위상 제어된 로컬 신호(PLOI)의 차동 신호(PLOI-), 로컬 신호(LOI)의 차동 신호(LOI-) 각각을 입력 받기 위한 MN1', MN2', MN4'를 가지며, 상기 위상 제어된 로컬 신호(PLOI)의 차동 신호(PLOI-)를 생성하기 위한 MP1', C₀'를 가진다. 잘 알려져 있는 바와 같이, 차동 신호는 서로 180도 위상차가 있는 신호로서, 신호 SNR을 높이기 위하여 일반적으로 사용되고 있다.

이와 같이, 상기 노이즈 제거 회로(500)에서는, 해당 부하 회로와의 동작에 의하여, 위상 신호(THETA)와 이득 신호(AMPTD)에 따라 차동 신호 세트인 상기 수신 RF 신호들(RXIN, RXIN-)와 상기 로컬 신호들(LOI, LOI-)에서 상기 추정 노이즈 신호(Vcal)가 제거된 신호의 차동 신호 세트(RXO, RXO-)를 생성한다. MODEM(227)에서 검출되는 위상 신호(THETA)와 이득 신호(AMPTD)는 차동 신호 형태로 입력될 필요없 다. 도 5에서, 전류원(CS)는 상기 수신 RF 신호들(RXIN, RXIN-)에 따라 MOSFET들 MN1, MN1'로부터의 전류가 제2 전원(GND) 쪽으로 흐르게 하여, 상기 추정 노이즈 신호(Vcal)가 제거된 신호들(RXO, RXO-)이 안정적으로 생성되도록 한다. 상기 전류원(CS)은 MOSFET에 일정 바이어스가 가해진 형태로 구현될 수 있다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 상기 노이즈 제거부(340)로 이용될 구체적인 회로(600)를 나타내는 도면이다.

상기 노이즈 제거 회로(600)는 도 4의 회로(400)와 같은 기본 회로(610)를 가지고, 다만, MODEM(227)에서 출력되는 디지털 형태의 위상 신호(b₁, b₂, b₃,...)와 이득 신호(C₁, C₂, C₃,...)를 처리하기 위한 회로들(620, 630)을 가진다. 상기 회로 620은 N 비트의 위상 신호(b₁, b₂, b₃,...)에 따라 해당 비트 신호를 받는 MOSFET를 온/오프하여 생성한 전류들(Ip1, Ip2, Ip3,...)에 의하여 결정되는 아날로그 위상 신호(THETA)를 출력한다. 상기 회로 630은 N 비트의 이득 신호(C₁, C₂, C₃,...)에 따라 해당 비트 신호를 받는 MOSFET를 온/오프하여 생성한 전류들(Ig1, Ig2, Ig3,...)에 의하여 결정되는 아날로그 이득 신호(AMPTD)를 출력한다.

이에 따라, 상기 기본 회로(610)는 도 4와 유사하게 동작할 수 있다. 즉, 상기 기본 회로(610)는 상기 위상 신호(THETA)와 상기 이득 신호(AMPTD)에 따라 로컬 신호(LOI)의 이득과 위상을 제어하여 수신 RF 신호(RXIN)에 섞인 노이즈 신호(Vcal)를 추정하고, 상기 수신 RF 신호(RXIN)에서 상기 추정된 노이즈 신호(Vcal) 를 제거한 신호(RXO)를 생성한다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 상기 노이즈 제거부(340)로 이용될 구체적인 회로(700)를 나타내는 도면이다.

상기 노이즈 제거 회로(700)는 도 4의 회로(400)와 유사한 구조를 가진다. 다만, 사용되는 MOSFET들의 채널 타입이 완전히 반대이다. 즉, 도 7에서, 수신 RF 신호(RXIN)를 받는 MOSFET MP1, 위상 제어된 로컬 신호(PLOI)를 받는 MOSFET MP2, 이득 신호(AMPTD)를 받는 MOSFET MP3, 로컬 신호(LOI)를 받는 MOSFET MP4, 및 위상 신호(THETA)를 받는 MOSFET MP5는 모두 P 채널 타입이고, 커패시터 C₀와 연결된 MOSFET MN1은 N 채널 타입이다. 이와 같이 도 4의 회로(400)와 반대 구조를 가지는 상기 노이즈 제거 회로(700)에 대해서는, 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 도 4의 회로(400)로부터 용이하게 이해될 수 있다.

이와 같이, 상기 노이즈 제거 회로들(400, 500, 600, 700)을 이용하여 추정될 수 있는 [수학식 5]의 상기 추정 노이즈 신호(Vcal)의 위상과 진폭이, [수학식 1]에서의 상기 S_L 성분(932) A_leakcos(ω_LOt)과 같다면, 도 9에서와 같이, 수신부(350)에서 주파수 다운 변환된 출력은 S_R 성분(940) 만에 의한 깨끗한 식별 정보 만이 나타날 수 있다. 이는 상기 S_L 성분(932) A_leakcos(ω_LOt)에 의하여 합성된 신호에서 나타나는 위상 변동이나 DC 옵셋이 제거되어, 도 8의 820, 830과 같이 이득이 포화됨이 없이 이득의 선형성이 개선되기 때문이다. 도 8에서, 810은 본 발명에 따른 노이즈 제거 회로(400/500/600/700)가 적용되지 않을 때, DC 옵셋 등에 의하여 SNR 이 작아지고 이득의 선형성이 나빠지는 현상을 나타낸다. 820의 그래프는 630의 그래프 보다 상기 S_L 성분(932) A_leakcos(ω_LOt)의 영향이 큰 경우의 그래프이다.

도 2에서 RFID 태그(210)로부터 읽어진 깨끗한 식별 정보만이 수신부(350)에서 추출되고 LPF 등에서 처리되면, 도 9의 950과 같이 ±Δ 위치에 실린 정보가 MODEM(227)에서 안정적으로 복조 될 수 있다. 이와 같은 노이즈 제거 회로(400/500/600/700)에서의 상기 S_L 성분(932)의 제거에 따라, MODEM(227)에서는 DC 옵셋 등 노이즈 효과를 제거하기 위한 큰 부담 없이 복조할 수 있다.

위에서 기술한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 RF 수신기에서는, 노이즈 제거부(340)가 MODEM(227)에서 검출한 위상(THETA)과 이득(AMPTD)에 따라 로컬 신호(LOI)의 이득과 위상을 제어하여, 수신 RF 신호(RXIN)에 섞인 노이즈 성분에 해당하는 신호(Vcal)를 추정하고, 상기 추정된 신호(Vcal)를 상기 수신 RF 신호(RXIN)에서 빼줌으로써, 노이즈 없는 깨끗한 RF 신호(RXO)가 수신부(350)에서 주파수 다운 변환된다.

본 명세서에서 개시된 방법 및 장치에서 사용되는 기능은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 RF 수신기 및 방법에서는, 노이즈 성분을 추정하여 수신 RF 신호에서 노이즈를 완전히 제거해줌으로써, 노이즈 없는 깨끗한 신호를 처리하도록 하므로, 노이즈 성분에 의한 수신 RF 신호의 위상 변동, DC 옵셋, 이득 포화 등을 제거하기 위한 복조 시의 부담을 줄일 수 있는 효과가 있다. 이에 따라, 회로 면적이 줄어들고 복잡도가 감소하며 이에 따라 전력 소모도 줄어든다. 따라서, 본 발명의 RF 수신기 및 방법은 고속 무선 데이터의 송수신을 위한 휴대 폰, DMB 폰, PDA 등이나 유비쿼터스 시스템의 송수신기에 적용되어 시스템의 성능을 높일 수 있다.

Claims

위상 신호와 이득 신호에 따라 로컬 신호의 이득과 위상을 제어하여 수신 신호에 섞인 노이즈 신호를 추정하고, 상기 수신 신호에서 상기 추정된 노이즈 신호를 제거하는 노이즈 제거부; 및

상기 로컬 신호 및 상기 로컬 신호의 Q 신호 중 적어도 하나를 이용하여 상기 추정된 노이즈 신호가 제거된 수신 신호를 주파수 다운 변환하는 수신부

를 포함하고,

상기 수신부에서 주파수 다운 변환된 신호의 위상 값과 진폭값 각각으로부터 상기 위상 신호와 상기 이득 신호가 생성되어 상기 노이즈 제거부로 피드백되는 것을 특징으로 하는 RF 수신기.
제1항에 있어서, 상기 노이즈 제거부는,

상기 위상 신호에 따라 상기 로컬 신호의 위상을 제어한 신호를 생성하는 위상 교정 회로; 및

상기 이득 신호 및 상기 위상 제어된 로컬 신호에 따라 상기 위상 제어된 로컬 신호의 이득을 제어한 신호인 상기 추정된 노이즈 신호를 생성하는 진폭 교정 회로

를 포함하고,

상기 수신 신호 전류와 상기 추정된 노이즈 신호 전류의 차이에 의하여 상기 수신 신호에서 상기 추정된 노이즈 신호가 제거되는 것을 특징으로 하는 RF 수신기.
제2항에 있어서, 상기 위상 교정 회로는,

상기 위상 신호에 따라 트랜지스터의 트랜스 컨덕턴스를 제어하여 상기 로컬 신호의 위상을 제어하는 것을 특징으로 하는 RF 수신기.
제3항에 있어서, 상기 위상 신호는 디지털 값인 것을 특징으로 하는 RF 수신기.
제2항에 있어서, 상기 진폭 교정 회로는,

상기 이득 신호 및 상기 위상 제어된 로컬 신호에 따라 트랜지스터의 트랜스 컨덕턴스를 제어하여 상기 위상 제어된 로컬 신호의 진폭을 제어하는 것을 특징으로 하는 RF 수신기.
제5항에 있어서, 상기 이득 신호는 디지털 값인 것을 특징으로 하는 RF 수신기.
제1항에 있어서, 상기 노이즈 제거부는 차동 신호 세트인 상기 수신 신호와 상기 로컬 신호로부터 상기 노이즈 신호의 차동 신호 세트를 추정하는 것을 특징으 로 하는 RF 수신기.
제2항에 있어서, 상기 위상 교정 회로는,

제1 전원과 제2 전원 사이에 직렬 연결된 제1 MOSFET, 제2 MOSFET 및 제3 MOSFET와 상기 제1 MOSFET의 소스/드레인 사이에 연결된 커패시터를 가지고,

상기 제1 MOSFET의 게이트는 상기 제1 전원에 연결되고,

상기 제2 MOSFET의 게이트는 상기 로컬 신호를 받으며,

상기 제3 MOSFET의 게이트는 상기 위상 신호를 받고,

상기 제1 MOSFET와 상기 제2 MOSFET 접점에서 상기 위상 제어된 로컬 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 RF 수신기.
제8항에 있어서, 상기 제1 MOSFET는 상기 제2 MOSFET 및 상기 제3 MOSFET와 다른 채널 타입인 것을 특징으로 하는 RF 수신기.
제2항에 있어서, 상기 진폭 교정 회로는,

부하 회로의 한 전극과 상기 수신 신호를 받는 트랜지스터의 한 전극이 연결된 접점과 전원 사이에 직렬 연결된 제1 MOSFET 및 제2 MOSFET를 가지고,

상기 제1 MOSFET의 게이트는 상기 위상 제어된 로컬 신호를 받으며,

상기 제2 MOSFET의 게이트는 상기 이득 신호를 받고,

상기 부하 회로와 상기 제1 MOSFET의 접점에서 상기 수신 신호로부터 상기 추정 노이즈 신호가 빼진 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 RF 수신기.
제1항에 있어서,

상기 RF 수신기는 RF 신호 송수신에 이용되는 방향성 커플러에서 송신 신호의 노이즈가 상기 수신 신호에 유입되어 섞이는 송수신기에 이용되는 것을 특징으로 하는 RF 수신기.
위상 신호와 이득 신호에 따라 로컬 신호의 이득과 위상을 제어하여 수신 신호에 섞인 노이즈 신호를 추정하는 단계;

상기 수신 신호에서 상기 추정된 노이즈 신호를 제거하는 단계;

상기 로컬 신호 및 상기 로컬 신호의 Q 신호 중 적어도 하나를 이용하여 상기 추정된 노이즈 신호가 제거된 수신 신호를 주파수 다운 변환하는 단계; 및

상기 주파수 다운 변환된 신호의 위상 값과 진폭값 각각으로부터 상기 위상 신호와 상기 이득 신호를 생성하여 피드백하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 수신 방법.
제12항에 있어서, 상기 수신 신호 전류와 상기 추정된 노이즈 신호 전류의 차이에 의하여 상기 수신 신호에서 상기 추정된 노이즈 신호가 제거되는 것을 특징으로 하는 RF 수신 방법.
제13항에 있어서, 상기 로컬 신호의 위상 제어는 상기 위상 신호에 따라 트랜지스터의 트랜스 컨덕턴스를 제어하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 RF 수신 방법.
제14항에 있어서, 상기 위상 신호는 디지털 값인 것을 특징으로 하는 RF 수신 방법.
제13항에 있어서, 상기 위상 제어된 로컬 신호의 이득 제어는 상기 이득 신호 및 상기 위상 제어된 로컬 신호에 따라 트랜지스터의 트랜스 컨덕턴스를 제어하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 RF 수신 방법.
제16항에 있어서, 상기 이득 신호는 디지털 값인 것을 특징으로 하는 RF 수신 방법.
제12항에 있어서, 차동 신호 세트인 상기 수신 신호와 상기 로컬 신호로부터 상기 노이즈 신호의 차동 신호 세트가 추정되는 것을 특징으로 하는 RF 수신 방법.
제12항에 있어서,

상기 RF 수신 방법은 RF 신호 송수신에 이용되는 방향성 커플러에서 송신 신호의 노이즈가 상기 수신 신호에 유입되어 섞이는 송수신기에 이용되는 것을 특징 으로 하는 RF 수신 방법.
제12항 내지 제19항 중 어느 한 항의 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록되어 있는 것을 특징으로 하는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록매체.