KR0149302B1 - 톤신호 검출장치 - Google Patents

Abstract

이 발명은 전화기의 집적회로에 적용되어 입력신호의 주파수 성분과 포락선을 검출하여 톤신호의 성분을 판별할 수 있도록 함으로써 밴드패스필터(BPF : Band Pass Filter)를 필요로 하지 않는 톤신호 검출장치(Tone Signal Detection System)에 관한 것으로서,

입력신호의 포락선을 검출하여 피크가 도달하면, 동작하는 카운터와; 상기 카운터의 출력값에 대응하는 주파수를 가지는 발진파형을 생성하는 프로그램가능 오실레이터와; 상기 오실레이터의 발진파형과 입력신호를 곱한 후, 곱해진 신호에 존재하는 직류성분을 검출하기 위한 한 쌍의 믹서, 한 쌍의 저역통과필터, 한 쌍의 제곱기 및 가산기와; 검출된 직류성분이 있을 경우에, 이때의 오실레이터 발진파형의 주파수에 대응하는 카운트 값을 출력하도록 하기 위한 플립플롭을 포함하여 구성되도록 하여,

밴드패스필터를 이용한 톤신호 검출장치에 비해 필터를 사용하지 않으므로 집적회로로 제작될 때 칩의 크기를 줄일 수 있고, 검출해야 하는 신호의 주파수 갯수가 증가하더라도 오실레이터에서 발생되는 발진파형의 주파수 종류를 쉽게 변경시킬 수 있도록 하는 톤신호 검출장치를 제공할 수 있다.

Description

톤신호 검출장치

제1도는 이 발명의 실시예에 따른 톤신호 검출장치의 구성 블록도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 프로그램가능 오실레이터 21,22 : 믹서

31,32 : 제1 및 제2저역통과필터 41,42 : 제1 및 제2제곱기

5 : 가산기 6,72 : 비교기

71 : 피크검출기 8 : 카운터

9 : 플립플롭

이 발명은 톤신호 검출장치(Tone signal detection system)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 말하자면 전화기의 집적회로에 적용되어 입력신호의 주파수 성분과 포락선을 검출하여 톤신호의 성분을 판별할수 있도록 함으로써 밴드패스필터(BPF : Band Pass Filter)를 필요로 하지 않는 톤신호 검출장치에 관한 것이다.

종래의 톤신호를 검출하는 장치로는 밴드패스필터를 이용한 방법이 사용되고 있다. 이러한 밴드패스필터를 이용한 톤신호 검출장치에 관하여, IEEE International Solid-State Circuits Conference, (page 182~183, 342~343)에 A Four-Channel Narrow-Band Call Progress Detector가 개시된 바 있다.

위와 같은 종래의 톤신호 검출장치는 검출하고자 하는 신호의 주파수 성분당 하나의 밴드패스필터가 필요로 한다.

예를 들어, 아래와 같은 톤신호를 검출하기 위해서는 4개의 밴드패스필터가 필요하다.

다이알 톤(Dial Tone) : 350+440 (Hz)

링 톤(Ring Tone) : 440+480 (Hz)

비지 톤(Busy Tone) ; 480+620 (Hz)

그러나, 위와 같이 4개의 밴드패스필터를 집적회로로 구현하기 위해서는 칩면적이 많이 필요하게 되므로 비용이 많이 든다. 또한, 상기 4개의 신호 이외의 다른 신호, 예를 들어 듀얼톤 다중주파수(DTMF : Dual Tone Multi Frequency) 신호를 검출하려고 하면, 추가된 신호의 주파수 성분을 검출하기 위한 필터가 필요하게 되어 시스템을 재구성해야 할 뿐만 아니라 비용도 더 많이 든다.

이 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 기술적 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 내부 발진파형과 입력신호를 곱한 신호의 직류성분과 입력신호의 포락선을 각각 검출하여 입력신호를 곱한 신호의 직류성분과 입력신호의 포락선을 각각 검출하여 입력신호의 주파수 성분을 판단하도록 하는 톤신호 검출장치를 제공하는데 있다.

이 발명의 다른 목적은 검출해야 하는 신호의 갯수가 증가하더라도 별도의 추가회로 없이 입력신호의 톤신호를 검출할 수 있는 톤신호 검출장치를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 해결하기 위한 수단으로서 이 발명의 구성은,

입력신호의 존재유무를 판단하기 위하여, 입력신호의 포락선을 검출하는 피크검출수단과;

상기 피크검출수단에 의해 입력신호의 포락선이 검출되면, 각각이 주파수의 종류를 의미하는 소정의 카운트 값을 주기적으로 생성하는 카운터와;

상기 카운터로부터 카운트 값이 입력될 때마다, 상기 카운터에서 생성되는 카운터 값에 대응하는 소정의 기준주파수를 가지는 사인성분과 코사인성분의 발진파형을 생성하는 프로그램가능 오실레이터와;

입력신호에 상기 프로그램가능 오실레이터에서 생성된 사인성분과 코사인성분의 발진파형을 각각 곱하는 한 쌍의 믹서와;

상기 각 믹서에서 출력되는 신호의 교류성분을 제거하기 위하여, 각 믹서의 출력신호를 저주파수 영역에서 필터링하여 직류성분을 생성하는 한 쌍의 저역통과필터와;

상기 각 저역통과필터에서 생성된 직류성분을 제곱한 후 그 결과를 합산하는 산술연산부와;

상기 산술연산부의 출력값이 소정 기준값보다 더 큰지를 검출하는 비교수단과;

상기 비교수단에 의해 산술연산부의 직류성분이 소정 기준값보다 더 크면, 상기 카운터의 카운트 값을 외부로 제공하는 플립플롭으로 이루어진다.

상기한 이 발명의 구성에서, 상기 카운터의 카운트 값 출력주기는 플립플롭의 동작주기와 동일하며, 프로그램가능 오실레이터, 믹서, 저역통과필터, 산술연산부 및 비교수단에 의한 처리시간의 총합과 동일하다.

또한, 프로그램가능 오실레이터에서는 상기 카운터의 카운트 값에 대응하는 주파수를 가지는 사인파형 및 코사인파형이 생성된다. 입력신호의 주파수와 프로그램가능 오실레이터에서 생성된 파형의 주파수가 일치하면, 상기 각 저역통과필터의 출력파형에는 직류성분이 존재한다.

비교수단에 의해 소정 기준값 이상의 직류성분이 존재하는 것으로 판단되면, 플립플롭이 동작하며, 플립플롭에 의해 상기 카운터에서 출력되는 현재의 카운트 값이 출력된다. 이때, 상기 카운트 값은 특정 주파수의 신호를 나타내며, 이 발명의 톤신호 검출장치의 입력신호는 플립플롭에 의해 출력되는 카운트 값이 의미하는 주파수의 신호인 것으로 판단된다.

상기한 바와 같이, 카운터의 출력값에 의해 주파수가 제어되는 오실레이터의 발진파형과 입력신호를 곱한 값에 직류성분이 존재할 경우, 그 때의 카운트 값으로부터 톤신호가 판단되도록 함으로써 밴드패스필터를 이용하지 않고도 톤신호를 검출할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 이 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

제1도는 이 발명의 실시예에 따른 톤신호 검출장치의 구성 블록도이다.

먼저, 제1도를 참조하여 이 발명의 실시예에 따른 톤신호 검출장치의 구성을 설명한다.

제1도에 도시된 바와 같이, 이 발명의 실시예에 따른 톤신호 검출장치는, 입력신호(IN)를 받아들이는 피크 검출기(71)와 이에 차례로 연결된 비교기(72) 및 카운터(8)와; 상기 카운터(8)의 출력을 받아들여 사인파형과 코사인파형을 출력하도록 연결된 프로그램가능 오실레이터(1)와; 상기 프로그램가능 오실레이터(1)의 두 출력 중 어느 하나와 입력신호(IN)를 받아들이도록 연결된 두 개의 믹서(21,22)와; 상기 각 믹서(21,22)의 출력을 받아들이도록 연결된 제1 및 제2저역통과필터(31,32)와; 상기 각 저역통과필터(31,32)의 출력단에 연결된 제1 및 제2제곱기(41,42)와; 상기 제1 및 제2제곱기(41,42)의 출력을 받아들이도록 연결된 가산기(5)와; 상기 가산기(5)의 출력이 인에이블단에 연결되며, 상기 카운터(8)의 출력이 데이타 입력단에 연결된 플립플롭(9)으로 구성된다.

상기한 이 발명의 실시예에 따른 톤신호 검출장치의 구성에서, 프로그램가능 오실레이터(1)에서는 사인파형(sinwct)이 생성되어 믹서(21)에 출력될 뿐만 아니라 코사인파형(coswct)이 생성되어 믹서(22)에 출력된다.

또한, 비교기(6,72)는 연산증폭기를 이용하여 구성하였고, 플립플롭(9)은 D-플립플롭을 이용하여 구성하였으나, 이 발명의 기술적 범위는 여기에 한정되지 않고 이와 유사한 기능을 수행하는 회로 또는 소자로 치환될 수 있다.

다음으로, 위에서 설명된 이 발명의 구성 및 도면을 참조하여 이 발명의 실시예에 따른 톤신호 검출장치의 동작을 설명한다.

전원이 인가되어 회로의 동작이 시작되면, 입력신호(IN)가 믹서(21,22)와 피크검출기(71)에 인가된다. 입력신호(IN)로는 다이알 톤(Dial Tone), 링 톤(Ring Tone), 비지 톤(Busy Tone) 및 듀얼톤 다중주파수(DTMF) 신호등이 사용되며, 전화기에 적용되는 각종 톤신호가 사용될 수 있다.

이러한 입력신호(IN)는 두 주파수성분을 갖는 합성신호로서 아래의 식(1)과 같이 표현된다.

피크검출기(71)에서는 위에서 설명된 입력신호(IN)의 포락선이 검출되며, 검출된 신호는 비교기(72)의 비반전단자에 인가된다. 비교기(72)에서는 비반전단자의 전압과 반전단자의 내부 기준전압(Vref1)이 비교되며, 비반전단자의 전압이 기준전압(Vref1)보다 크면, 하이레벨의 신호가 카운터(8)의 인에이블 단자에 출력된다.

통상, 입력신호(IN)가 존재한다면, 피크검출기(71)에서 포락선이 검출되고, 검출된 포락선의 피크치에 의해 비교기(72)에서 하이레벨 신호가 출력된다. 비교기(72)의 하이레벨에 의해 카운터(8)가 동작하면, 카운터(8)에서는 n비트의 카운트 값이 출력된다. 카운터(8)의 출력은 프로그램가능 오실레이터(1)에 제공된다.

프로그램가능 오실레이터(1)에서는 카운터(8)로부터 입력되는 카운트 값에 대응하는 주파수를 가지는 발진파형이 생성된다. 이러한 발진파형은 (Csin(w_ct) + Ccos(w_ct)로 표현되며, 사인성분은 믹서(21)에 출력되고, 코사인성분은 믹서(22)로 출력된다.

프로그램가능 오실레이터(1)에서 생성되는 발진파형의 종류는 입력신호(IN)로서 존재할 수 있는 신호의 모든 주파수를 포함하도록 설계되며, 발진파형은 카운트 값에 의해 구별되도록 한다.

즉, 입력신호(IN)로서 가능한 신호가 4가지라면, 카운터(8)의 출력값은 2비트로 설계된다. 이러한 카운트 값과 발진파형의 주파수에 관한 매칭은 초기의 오실레이터 세팅에 의해 수행된다. 예를 들어, 카운트 값이 '00'이면 제1형의 주파수를 가지는 발진파형이 프로그램가능 오실레이터에서 생성되고, 이 카운트 값이 외부에 제공되면 제1형의 주파수를 가지는 신호가 입력된 것으로 판단되어 그에 따른 동작이 수행된다.

프로그램가능 오실레이터(1)에서 생성된 발진파형 중 사인성분과 코사인성분은 두 믹서(21,22)에 각각 제공되며, 각 믹서(21,22)에서는 입력신호(IN)와 발진파형이 곱해진다.

각 믹서(21,22)의 출력단 신호를 수식으로 표현하면, 아래와 같다.

여기서, (21)과 (22)는 각 믹서(21,22)의 출력신호이다.

상기 믹서(21,22)의 출력신호는 각각 제1 및 제2저역통과필터(31,32)에 입력되며, 각 저역통과필터에 의해 필터링되어 교류성분이 제거되고 직류성분만 남게 된다.

만약, 발진파형의 주파수인 wc가 입력신호(IN)의 주파수 w1과 같다면, 저역통과필터에 입력되는 신호에는 직류성분이 존재한다.

따라서, 위와 같은 경우(wc=w1)에, 교류성분이 제거된 각 저역통과필터(31,32)의 출력신호는 아래와 같이 표현된다.

다음으로, 상기한 저역통과필터(31,32)의 출력신호는 제1제곱기(41)와 제2제곱기(42)에 각각 입력된다. 각 제곱기(41,42)에서는 입력에 대한 제곱연산이 수행되며, 각 제곱기(41,42)의 출력을 수식으로 표현하면 아래와 같다.

상기 각 제곱기(41,42)의 출력은 가산기(5)에 입력되며, 가산기(5)에서는 두 입력에 대한 덧셈연산이 수행된다. 가산기(5)의 출력을 수식으로 표현하면 아래와 같다.

상기와 같은 가산기(5)의 출력은 비교기(6)의 비반전단자에 인가되며, 비교기(6)에서는 비반전단자의 전압과 반전단자의 기준전압(Vref)이 비교된다. 비반전단자의 전압이 반전단자의 기준전압(Vref)보다 크면, 비교기(6) 출력단의 하이레벨 신호가 플립플롭(9)의 인에이블단자에 입력된다. 통상, 가산기(5)에서 직류성분이 존재하면, 비교기(6)의 출력은 하이레벨이 된다.

플립플롭(9)의 인에이블 단자에 하이레벨 신호가 입력되면, 데이타 입력단에서 지연되고 있던 카운터(8)의 카운트 값은 플립플롭(9)의 출력단(Q)을 통해 외부로 제공된다.

외부에 제공되는 카운트 값으로부터 입력신호(IN)의 주파수 성분이 판별될 수 있다. 한편, 가산기(5)의 출력으로부터 직류성분이 존재하지 않는다면, 비교기(6)에서 로우레벨이 출력되어 플립플롭(9)이 동작하지 않는다. 따라서, 그때의 오실레이터(1) 발진파형의 주파수는 입력신호(IN)의 주파수와 일치하지 않으므로, 외부에 제공되지 않는다.

위에서 살펴본 바와 같이, 이 발명의 실시예에 따른 톤신호 검출장치에서는 입력신호(IN)의 위상에 무관하게 출력신호가 발생되므로 위상에 대한 고려가 요구되지 않는다. 이에 따라, 입력신호(IN)와 오실레이터의 발진파형을 동기시킬 필요가 없게 되어 시스템의 구성이 보다 간단해진다.

이 발명의 실시예에 따른 톤신호 검출장치에서는 가산기(5)에서 출력되는 직류성분의 유무를 이용하여 톤신호의 주파수 성분이 판별된다. 또한, 상기 가산기(5)의 출력은 입력신호(IN)와 발진파형 간의 위상편이에는 무관하며, 입력신호의 주파수 및 진폭과 관련된다.

이 발명의 실시예의 톤신호 검출장치에 따르면, 밴드패스필터를 이용한 톤신호 검출장치에 비해 필터를 사용하지 않으므로 집적회로로 제작될 때 칩의 크기를 줄일 수 있다.

또한, 검출해야 하는 신호의 주파수 갯수가 증가하더라도 오실레이터에서 발생되는 발진파형의 주파수 종류를 쉽게 변경시킬 수 있으므로, 시스템의 이식성이 높은 톤신호 검출장치를 제공할 수 있다.

Claims (5)

1. 입력신호의 존재유무를 판단하기 위하여, 입력신호의 포락선을 검출하는 피크검출수단과; 상기 피크검출수단에 의해 입력신호의 포락선이 검출되면, 각각이 주파수의 종류를 의미하는 소정의 카운트 값이 입력될때마다, 상기 카운터에서 생성되는 카운트 값에 대응하는 소정의 기준주파수를 가지는 사인성분과 코사인성분의 발진파형을 생성하는 프로그램가능 오실레이터와; 입력신호에 상기 프로그램가능 오실레이터에서 생성된 사인성분과 코사인성분의 발진파형을 각각 곱하는 한 쌍의 믹서와; 상기 각 믹서에서 출력되는 신호의 교류성분을 제거하기 위하여, 각 믹서의 출력신호를 저주파수 영역에서 필터링하여 직류성분을 생성하는 한 쌍의 저역통과필터와; 상기 각 저역통과필터에서 생성된 직류성분을 제곱한 후, 그 결과를 합산하는 산술연산부와; 상기 산술연산부의 출력값이 소정 기준값보다 더 큰지를 검출하는 비교수단과; 상기 비교수단에 의해 산술연산부의 직류성분이 소정 기준값보다 더 크면, 상기 카운터의 카운트 값을 외부로 제공하는 플립플롭을 포함하여 이루어지는 것으로 특징으로 하는 톤신호 검출장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 산술연산부는 상기 각 저역통과필터의 출력을 받아들여, 입력에 대한 제곱연산을 각각 수행하는 한 쌍의 제곱기와; 상기 각 제곱기의 출력을 받아들여, 입력에 대한 덧셈연산을 수행하는 가산기로 구성되는 것을 특징으로 하는 톤신호 검출장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기한 카운터의 카운트 값 출력주기는 상기 프로그램가능 오실레이터, 믹서, 저역통과필터, 산술연산부 및 비교수단에 의한 처리시간의 총합과 동일하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 톤신호 검출장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기한 피크검출수단은 입력신호의 포락선을 검출하는 피크검출기와; 상기 피크검출기에서 검출된 포락선이 소정 기준값보다 크면, 상기 카운터를 동작시키는 비교기로 구성되는 것을 특징으로 하는 톤신호 검출장치.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 플립플롭은 지연동작을 수행하는 디-플립플롭인 것을 특징으로 하는 톤신호 검출장치.