KR0163900B1 - 증폭단이 내장된 위상 동기 루프 방식의 에프엠 검파 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 증폭단이 내장된 위상 동기 루프 방식의 에프엠 검파 회로에 관한 것으로, 주파수 변조 신호와 전압 제어 발진기로부터 출력되는 주파수 신호를 입력으로 받아, 입력된 두 신호간의 위상차를 검출하여 출력하는 위상 검출기와, 상기 위상 검출기로부터 출력되는 신호를 입력으로 받아, 검파 출력 신호를 증폭시켜 사용자가 원하는 크기의 레벨 신호로 출력하는 증폭단이 내장된 저역 통과 필터와, 상기 저역 통과 필터로부터 출력되는 신호를 제어 전압 입력으로 받아, 상기 주파수 변조 신호를 추적하여 동기시키기 위한 주파수를 발생시켜 출력하는 전압 제어 발진기로 구성되었으며, 사용자가 원하는 크기의 출력 레벨을 저역 통과 필터에서 직렬로 연결된 저항의 비를 조정해 줌으로써 쉽게 얻을 수 있고, 에프엠 변조 신호의 반송 주파수가 높고 변조도가 낮은 경우에도 별도의 증폭단을 사용하지 않도록 한 증폭단이 내장된 위상 동기 루프 방식의 에프엠 검파 회로에 관한 것이다.

Description

증폭단이 내장된 위상 동기 루프 방식의 에프엠 검파 회로

제1도는 종래 위상 동기 루프 방식의 에프엠 검파 회로를 나타낸 회로도이고,

제2도는 본 발명의 제1실시예에 따른 증폭단이 내장된 위상 동기 루프 방식의 에프엠 검파 회로를 나타낸 회로도이고,

제3도는 본 발명의 제1실시예에 따른 증폭단이 내장된 위상 동기 루프 방식의 에프엠 검파 회로의 저역 통과 필터를 나타낸 다른 회로도이고,

제4도는 본 발명의 제2실시예에 따른 증폭단이 내장된 위상 동기 루프 방식의 에프엠 검파 회로의 저역 통과 필터를 나타낸 회로도이다.

본 발명은 증폭단이 내장된 위상 동기 루프 방식의 에프엠 검파 회로에 관한 것으로서, 더 상세히 말하자면, 에프엠 검파 회로에서 사용자가 원하는 크기의 출력 레벨을 직렬로 연결된 증폭단 저항의 비를 조정해 줌으로써 쉽게 얻을 수 있는 증폭단이 내장된 위상 동기 루프 방식의 에프엠 검파 회로에 관한 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 종래 위상 동기 루프(PLL) 방식의 에프엠(FM) 검파 회로에 대하여 설명하기로 한다.

제1도는 종래 위상 동기 루프(PLL) 방식의 에프엠(FM) 검파 회로를 나타낸 회로도이다.

제1도에 도시되어 있듯이, 종래 위상 동기 루프 방식의 에프엠 검파 회로의 구성은, 주파수 변조 신호(IN)와 전압 제어 발진기(30)로부터 출력되는 주파수 신호를 입력으로 받아, 입력된 두 신호간의 위상차를 검출하여 출력하는 위상 검출기(10)와; 상기 위상 검출기(10)로부터 출력되는 신호를 입력으로 받아, 주파수의 저역 부분을 통과시켜 검파 출력 신호를 출력하는 저역 통과 필터(20)와; 상기 저역 통과 필터(20)로부터 출력되는 신호를 제어 전압(VC) 입력으로 받아, 상기 주파수 변조 신호(IN)를 추적하여 동기시키기 위한 주파수를 발생시켜 출력하는 전압 제어 발진기(30)로 이루어져 있다.

이와 같은 종래의 위상 동기 루프 방식의 에프엠 검파 회로는, 검파 출력 신호의 크기가 입력되는 에프엠 변조 신호의 변조도와 전압 제어 발진기의 이득(Ko)에 의해서 결정되게 된다.

예를 들어, 주파수 변조 신호(IN)의 주파수 편차(△f) = ±100㎑이고 전압 제어 발진기의 게인(Gvco) = 1㎒/V라고 가정하면, 전압 제어 발진기(30)는 주파수 변조 신호(IN)의 주파수 변화를 추적하기 위해서 주파수 변조 신호(IN)의 주파수 편차(△f)와 동일하게 ±100㎑의 발진 주파수를 일으켜야 한다.

그런데, 전압 제어 발진기(30)의 게인(Gvco)이 1㎒/V이므로, 전압 제어 발진기(30)가 ±100㎑의 발진 주파수를 일으키기 위해서는 전압 제어 발진기(30)의 제어 전압(VC)이 ±100㎷의 변화를 일으켜야 한다. 따라서, 제어 전압(VC)과 출력 신호(OUT)의 출력 레벨은 ±100㎷로 서로 같게 된다.

다시 말하면, 에프엠 변조 신호의 변조도와 검파 출력 신호의 크기는 비례하며, 전압 제어 발진기의 이득(Ko)과 검파 출력 신호의 크기는 반비례한다. 따라서, 에프엠 변조 신호의 변조도가 고정되고 위상 동기 루프의 특성 즉, 전압 제어 발진기의 자유 발진 주파수(Free Running Frequency), 캡쳐 레인지(Capture Range), 록 레인지(Lock Range)등이 결정되면, 위상 동기 루프의 검파 출력 신호의 레벨은 상기 전압 제어 발진기의 이득(Ko)에 의해 고정되어 출력 레벨을 원하는 대로 자유롭게 조정할 수 없다는 문제점이 있다.

또한, 입력되는 에프엠 변조 신호가, 그 반송 주파수가 높고 변조도가 낮은 경우에는 검파 출력 신호의 레벨이 무척 낮으므로, 이를 사용자가 원하는 레벨로 만들기 위해서는 별도의 증폭단을 사용해야 하는 불편함이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점 및 불편함을 해결하기 위한 것으로서, 저역 통과 필터에 사용되는 저항을 직렬로 2개 이상을 사용하여 별도의 추가되는 증폭단이 없이 저역 통과 필터단에서 검파 출력 신호를 직접 증폭할 수 있도록 구성된 증폭단이 내장된 위상 동기 루프 방식의 에프엠 검파 회로를 제공하는 데에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 주파수 변조 신호와 전압 제어 발진기로부터 출력되는 주파수 신호를 입력으로 받아, 입력된 두 신호간의 위상차를 검출하여 출력하는 위상 검출기와; 상기 위상 검출기로부터 출력되는 신호를 입력으로 받아, 검파 출력 신호를 증폭시켜 출력하는 증폭단이 내장된 저역 통과 필터와; 상기 저역 통과 필터로부터 출력되는 신호를 제어 전압 입력으로 받아, 상기 주파수 변조 신호를 추적하여 동기시키기 위한 주파수를 발생시켜 출력하는 전압 제어 발진기로 이루어져 있다.

상기한 증폭단이 내장된 저역 통과 필터의 구성은, 전압 제어 발진기의 자유 발진을 위한 직류 기준 전압단과 상기 위상 검출기의 출력단을 연결하여 검파 출력 신호를 증폭하도록 설계된 n개의 직렬 저항과; 상기 위상 검출기의 출력단과 접지선을 연결하여 충ㆍ방전을 수행하는 커패시터로 이루어져 있다.

상기한 증폭단이 내장된 저역 통과 필터의 다른 구성은, 전압 제어 발진기의 자유 발진을 위한 직류 기준 전압단에 일측 단자가 연결되어 검파 출력 신호를 증폭하도록 설계된 2개의 직렬 저항과; 상기 직렬 저항과 병렬로 연결된 (n-1)개의 직렬 저항단과; 상기 n개의 직렬 저항단에서 두번째 저항들과 상기 위상 검출기의 출력단을 각각 연결하여 조정 신호에 의해서 스위칭되는 n개의 조정 스위치와; 상기 n개의 직렬 저항단에서 두 저항의 상호 접속점에 각각 일측 단자가 연결되고 타측 단자가 공통으로 연결되어, 상기 조정 스위치와 동기되어 스위칭되는 n개의 조정 스위치와; 상기 위상 검출기의 출력단과 접지선을 연결하여 충ㆍ방전을 수행하는 커패시터로 이루어져 있다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위해 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 설명하기로 한다.

제2도는 본 발명의 제1실시예에 따른 증폭단이 내장된 위상 동기 루프 방식의 에프엠 검파 회로를 나타낸 회로도이고, 제3도는 본 발명의 제1실시예에 따른 증폭단이 내장된 위상 동기 루프 방식의 에프엠 검파 회로의 저역 통과 필터를 나타낸 다른 회로도이고, 제4도는 본 발명의 제2실시예에 따른 증폭단이 내장된 위상 동기 루프 방식의 에프엠 검파 회로의 저역 통과 필터를 나타낸 회로도이다.

제2도에 도시되어 있듯이, 본 발명의 제1실시예에 따른 증폭단이 내장된 위상 동기 루프 방식의 에프엠 검파 회로의 구성은, 주파수 변조 신호(IN)와 전압 제어 발진기(30)로부터 출력되는 주파수 신호를 입력으로 받아, 입력된 두 신호간의 위상차를 검출하여 출력하는 위상 검출기(10)와; 상기 위상 검출기(10)로부터 출력되는 신호를 입력으로 받아, 검파 출력 신호를 증폭시켜 출력하는 증폭단이 내장된 저역 통과 필터(21)와; 상기 저역 통과 필터(21)로부터 출력되는 신호를 제어 전압(VC) 입력으로 받아, 상기 주파수 변조 신호(IN)를 추적하여 동기시키기 위한 주파수를 발생시켜 출력하는 전압 제어 발진기(30)로 이루어져 있다.

상기한 증폭단이 내장된 저역 통과 필터(21)의 구성은, 전압 제어 발진기의 자유 발진을 위한 직류 기준 전압단(REF)과 상기 위상 검출기(10)의 출력단을 연결하여 검파 출력 신호를 증폭하도록 설계된 2개의 직렬 저항(R1, R2)과; 상기 위상 검출기(10)의 출력단과 접지선을 연결하여 충ㆍ방전을 수행하는 커패시터(C1)로 이루어져 있다.

제3도에 도시되어 있듯이, 상기한 증폭단이 내장된 저역 통과 필터의 다른 구성은, 전압 제어 발진기의 자유 발진을 위한 직류 기준 전압단(REF)과 상기 위상 검출기(10)의 출력단을 연결하여 검파 출력 신호를 증폭하도록 설계된 3개의 직렬 저항(R1, R2, R3)과; 상기 위상 검출기(10)의 출력단과 접지선을 연결하여 충ㆍ방전을 수행하는 커패시터(C1)로 이루어져 있다.

제4도에 도시되어 있듯이, 본 발명의 제2실시예에 따른 증폭단이 내장된 위상 동기 루프 방식의 에프엠 검파 회로의 저역 통과 필터의 구성은, 전압 제어 발진기의 자유 발진을 위한 직류 기준 전압단(REF)에 일측 단자가 연결되어 검파 출력 신호를 증폭하도록 설계된 2개의 직렬 저항(R1, R2)과; 상기 직렬 저항(R1, R2)과 병렬로 연결된 2개의 직렬 저항(R3, R4)과; 상기 두개의 직렬 저항단에서 두번째 저항들(R2, R4)과 상기 위상 검출기(10)의 출력단을 각각 연결하여, 조정 신호에 의해서 스위칭되는 2개의 조정 스위치(S1, S2)와; 상기 2개의 직렬 저항단에서 두 저항(R1과 R2, R3과 R4)의 상호 접속점에 각각 일측 단자가 연결되고 타측 단자가 공통으로 연결되어, 상기 조정 스위치와 동기되어 스위칭되는 2개의 조정 스위치(S1, S2)와; 상기 위상 검출기(10)의 출력단과 접지선을 연결하여 충ㆍ방전을 수행하는 커패시터(C1)로 이루어져 있다.

상기와 같이 이루어져 있는 본 발명의 제1실시예에 따른 증폭단이 내장된 위상 동기 루프 방식의 에프엠 검파 회로의 동작은 다음과 같다.

제2도에 도시된 본 발명의 제1실시예에 따른 증폭단이 내장된 위상 동기 루프 방식의 에프엠 검파 회로가 제1도에 도시된 종래 위상 동기 루프 방식의 에프엠 검파 회로와 다른 점은, 종래 위상 동기 루프 방식의 에프엠 검파 회로는 전압 제어 발진기(30)의 제어 전압(VC)을 그대로 에프엠 검파 출력 신호로 출력하지만, 본 발명의 제1실시예에 따른 증폭단이 내장된 위상 동기 루프 방식의 에프엠 검파 회로는, 두개의 저항(R1, R2)을 직렬로 연결하여 상기 제어 전압(VC)을 증폭하여 출력하도록 설계된 증폭단이 내장된 저역 통과 필터(21)를 통해서 증폭된 검파 출력 신호(OUT)를 출력한다는 점이다.

따라서, 최종 출력 신호(OUT)의 증폭도는 저항(R1, R2)의 비에 의해서 결정되게 되고, 이를 통해서 사용자가 원하는 크기의 출력 신호를 별도의 증폭단 없이 바로 얻을 수 있게 되는데, 이때 증폭도가 (R1+R2)/R1이므로 최종 출력 신호(OUT) = ((R1+R2)*VC) / R1가 된다.

예를 들어, 주파수 변조 신호(IN)의 주파수 편차(△f) = ±100㎑이고 전압 제어 발진기의 게인(Gvco) = 1㎒/V라고 가정하면, 전압 제어 발진기(30)는 주파수 변조 신호(IN)의 주파수 변화를 추적하기 위해서 주파수 변조 신호(IN)의 주파수 편차(△f)와 동일하게 ±100㎑의 발진 주파수를 일으켜야 한다.

그런데, 전압 제어 발진기(30)의 게인(Gvco)이 1㎒/V이므로, 전압 제어 발진기(30)가 ±100㎑의 발진 주파수를 일으키기 위해서는 전압 제어 발진기(30)의 제어 전압(VC)이 ±100㎷의 변화를 일으켜야 한다. 즉, 제어 전압(VC)의 출력 레벨이 ±100㎷가 된다.

따라서, R1과 R2가 같다면 출력 신호(OUT)의 증폭도가 (R1+R2)/R1이고 제어 전압(VC)의 출력 레벨이 ±100㎷이므로 출력 신호(OUT)은 하기의 식 1과 같다.

상기한 회로를 실제로 집적 회로로 집적화하는 경우에도 저항 자체의 절대값은 공정 산포에 의해 많이 변화되지만, 저항들 사이의 상대비는 거의 변화되지 않으므로 집적 회로에서도 사용자가 원하는 정확한 증폭도를 가지는 회로를 구현할 수 있다.

제3도는 본 발명의 제1실시예에 따른 증폭단이 내장된 위상 동기 루프 방식의 에프엠 검파 회로의 저역 통과 필터를 나타낸 다른 회로도로서, 3개의 저항(R1, R2, R3)을 직렬로 연결하여 검파 출력 신호(OUT1, OUT2)를 각기 다른 두 증폭도를 가지고 증폭하여 출력하도록 설계되었다.

즉, 제3도에 도시되어 있는 것처럼, 제1출력 신호(OUT1)는 (R1+R2)/R1의 증폭도를 가지게 되고, 제2출력 신호(OUT2)는 (R1+R2+R3)/R1의 증폭도를 가지게 된다.

예를 들어 주파수 변조 신호(IN)의 주파수 편차(△f) = ±100㎑이고 전압 제어 발진기의 게인(Gvco) = 1㎒/V라고 가정하면, 전압 제어 발진기(30)는 주파수 변조 신호(IN)의 주파수 변화를 추적하기 위해서 주파수 변조 신호(IN)의 주파수 편차(△f)와 동일하게 ±100㎑의 발진 주파수를 일으켜야 한다.

그런데, 전압 제어 발진기(30)의 게인(Gvco)이 1㎒/V이므로, 전압 제어 발진기(30)가 ±100㎑의 발진 주파수를 일으키기 위해서는 전압 제어 발진기(30)의 제어 전압(VC)이 ±100㎷의 변화를 일으켜야 한다. 즉, 제어 전압(VC)의 출력 레벨이 ±100㎷가 된다.

따라서, 저항 R1과 R2와 R3가 같다면, 제1출력 신호(OUT1)의 증폭도가 (R1+R2)/R1이고 제2출력 신호(OUT2)의 증폭도가 (R1+R2+R3)/R1이며 제어 전압(VC)가 ±100㎷이므로 제1출력 신호(OUT1)와 제2출력 신호(OUT2)는 각각 하기의 식 2, 식 3과 같다. 이때 제어 전압(VC)의 출력 레벨은 저항 R2와 R3에 관계없이 ±100㎷인데, 이는 전압 제어 발진기가 ±100㎑의 발진 주파수를 일으키기 위해서는 전압(VC)이 ±100㎷의 변화를 일으켜야 하기 때문이다.

이와 같이 직렬 저항을 통해서, 검파 출력 신호(VC, OUT1, OUT2)의 레벨을 다양하게 조정하기를 원할 때 별도의 증폭단 없이 여러가지 레벨의 검파 출력을 얻을 수 있으며, 제3도에 도시된 3개의 직렬 저항(R1, R2, R3)뿐만 아니라 그 이상의 저항을 연결하여 보다 다양한 레벨의 검파 출력을 얻을 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제2실시예에 따른 증폭단이 내장된 위상 동기 루프 방식의 에프엠 검파 회로의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

제4도는 본 발명의 제2실시예에 따른 증폭단이 내장된 위상 동기 루프 방식의 에프엠 검파 회로의 저역 통과 필터를 나타낸 회로도로서, 조정 신호에 의해서 위상 동기 루프 자체의 캡쳐 레인지도 조정할 수 있는 회로이다. 제4도에 도시되어 있는 것처럼, 제1조정 신호(CK1)가 액티브된 경우에는 (R1+R2)/R1의 증폭도를 가지고 이 때 저역 통과 필터(23)의 극주파수(ω1)는 1/(2πR1ㆍC1)이 된다.

반대로, 제2조정 신호(CK2)가 액티브된 경우에는 (R3+R4)/R3의 증폭도를 가지게 되며, 이 때의 극주파수(ω2)는 1/(2πR3ㆍC1)이 된다.

예를 들어 주파수 변조 신호(IN)의 주파수 편차(△f) = ±100㎑이고 전압 제어 발진기의 게인(Gvco) = 1㎒/V라고 가정하면, 전압 제어 발진기(30)는 주파수 변조 신호(IN)의 주파수 변화를 추적하기 위해서 주파수 변조 신호(IN)의 주파수 편차(△f)와 동일하게 ±100㎑의 발진 주파수를 일으켜야 한다.

그런데, 전압 제어 발진기(30)의 게인(Gvco)이 1㎒/V이므로, 전압 제어 발진기(30)가 ±100㎑의 발진 주파수를 일으키기 위해서는 전압 제어 발진기(30)의 제어 전압(VC)이 ±100㎷의 변화를 일으켜야 한다. 즉, 제어 전압(VC)의 출력 레벨이 ±100㎷가 된다.

따라서, 저항 R1과 R2가 같다면 제1출력 신호(OUT1)의 증폭도가 (R1+R2)/R1이고 제어 전압(VC)이 ±100㎷이므로 제1출력 신호(OUT1)는 하기의 식 4와 같고, 저항 R3과 R4가 같다면 제2출력 신호(OUT2)의 증폭도가 (R3+R4)/R3이고 제어 전압(VC)이 ±100㎷이므로 제2출력 신호(OUT2)는 하기의 식 5와 같다. 이때 제어 전압(VC)의 출력 레벨은 저항 R2와 R4에 관계없이 ±100㎷인데, 이는 전압 제어 발진기가 ±100㎑의 발진 주파수를 일으키기 위해서는 전압(VC)이 ±100㎷의 변화를 일으켜야 하기 때문이다.

상기한 저역 통과 필터의 극주파수(ω1, ω2)는 위상 동기 루프의 록 레인지에는 영향을 주지 않으나 캡쳐 레인지를 결정하는 요소가 되므로, 제1, 제2조정 신호(CK1, CK2)를 이용하여 검파 출력 신호(VC)의 레벨과 함께 위상 동기 루프 자체의 캡쳐 레인지도 조정해 줄 수 있다.

또, 제4도에 도시된 회로에서는 제1, 제2조정 신호(CK1, CK2)를 이용하여 저항만을 스위칭해 주었지만, 필요에 따라서는 저역 통과 필터의 커패시터도 역시 스위칭하여 조정이 가능하며, 이를 통해서 저역 통과 필터의 극주파수 및 위상 동기 루프의 캡쳐 레인지를 조정할 수 있다. 또한, 2개 이상의 조정 신호를 이용하여 다양한 특성을 한 회로에서 구현할 수도 있다.

따라서, 상기와 같이 동작하는 본 발명의 실시예에 따른 증폭단이 내장된 위상 동기 루프 방식의 에프엠 검파 회로의 효과는, 사용자가 원하는 크기의 출력 레벨을 저역 통과 필터에서 직렬로 연결된 저항의 비를 조정해 줌으로써 쉽게 얻을 수 있고, 에프엠 변조 신호의 반송 주파수가 높고 변조도가 낮은 경우에도 별도의 증폭단을 사용하지 않도록 한 것이다.

Claims (3)

1. 직렬 연결된 n개의 직렬 저항과, 상기 직렬 저항의 일측 끝단에 일단이 연결되고 타단이 접지된 커패시터로 이루어지며, 상기 직렬 저항의 일측 끝단과 상기 커패시터의 일단에 두 신호간의 위상차를 검출하는 위상 검출기의 출력단이 연결되고, 상기 직렬 저항의 타측 끝단으로 기준 전압이 입력되며, 상기 직렬 저항을 이루는 각 저항의 연결지점에 출력단이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 증폭단이 내장된 저역 통과 필터.
2. 전압 제어 발진기의 자유 발진을 위한 직류 기준 전압단에 일측 단자가 연결되어 검파 출력 신호를 증폭하도록 설계된 2개의 직렬 저항과; 상기 직렬 저항과 병렬로 연결된 (n-1)개의 직렬 저항단과; 상기 n개의 직렬 저항단에서 두 번째 저항들과 위상 검출기의 출력단을 각각 연결하여 조정 신호에 의해서 스위칭되는 n개의 조정 스위치와; 상기 n개의 직렬 저항단에서 두 저항의 상호 접속점에 각각 일측 단자가 연결되고 타측 단자가 공통으로 연결되어, 상기 조정 스위치와 동기되어 스위칭되는 n개의 조정 스위치와; 상기 위상 검출기의 출력단과 접지선을 연결하여 충ㆍ방전을 수행하는 커패시터로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 조정 스위치를 갖는 증폭단이 내장된 저역 통과 필터.
3. 주파수 변조 신호와 전압 제어 발진기로부터 출력되는 주파수 신호를 입력으로 받아, 입력된 두 신호간의 위상차를 검출하여 출력하는 위상 검출기와; 상기 위상 검출기로부터 출력되는 신호를 입력받아, 검파 출력 신호를 증폭시켜 사용자가 원하는 크기의 레벨 신호로 출력하는 저역 통과 필터와; 상기 저역 통과 필터로부터 출력되는 신호를 제어 전압 입력으로 받아, 상기 주파수 변조 신호를 추적하여 동기시키기 위한 주파수를 발생시켜 출력하는 전압 발진기로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 증폭단이 내장된 위상 동기 루프 방식의 에프엠 검파 회로.