KR0164419B1

KR0164419B1 - 무선 수신기의 자동 이득 제어회로

Info

Publication number: KR0164419B1
Application number: KR1019960011953A
Authority: KR
Inventors: 하지원
Original assignee: 김광호; 삼성전자주식회사
Priority date: 1996-04-19
Filing date: 1996-04-19
Publication date: 1999-02-01
Also published as: CN1080483C; DE19708005C2; CN1163516A; GB2312344B; GB2312344A; GB9701641D0; DE19708005A1; US5999578A; KR970072734A

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

확산 스펙트럼방식 무선 통신시스템

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

안테나에 고전력이 들어와 수신기 초단 저잡음 증폭기를 포화시킴으로써 발생하는 비트 에러율 저하를 방지하기 위한 회로를 디지탈적으로 구현하여 구성을 간단히 하고 경제성을 높인 자동 이득 제어회로를 제공함에 있다.

3. 발명의 해결방법의 요지

본 자동 이득 제어회로는 확산 스펙트럼 방식 무선 데이터 통신시스템에 있어서, 안테나를 통해 수신되어 밴드패스필터링된 신호를 저잡음 증폭하는 저잡음 증폭기와, 상기 안테나를 통해 수신된 신호가 국부발진주파수로서 하향 주파수 변환되기 전까지 일정하게 유지되도록 하기 위해 수신전계감도 전압을 발생하는 리미터와, 상기 리미터를 통해 전달되는 수신신호를 아이 및 큐 채널로 분리하는 수단과, 상기 수신전계감도 전압과 소정의 기준전압을 비교하는 비교기와, 데이타 입력단자로 인가되는 상기 비교기의 출력을 소정의 제1제어신호에 동기되어 출력하는 디플립플롭과, 상기 디플립플롭의 출력과 상기 제1제어신호를 논리곱하는 앤드게이트와, 상기 앤드게이트의 출력을 게이트단자를 통해 입력하고 드레인단자에 소정의 전압이 공급되며 소오스단자는 저항을 거쳐 상기 저잡음 증폭기의 전원단자에 연결되는 전계효과 트랜지스터와, 캐리어를 감지하여 상기 제1제어신호로서 발생하며 상기 아이 및 큐 채널로 분리된 신호로부터 디지탈 복조 데이타를 출력하는 모뎀으로 구성됨을 특징으로 한다.

4. 발명의 중요한 용도

무선 수신기의 자동 이득 제어회로

Description

무선 수신기의 자동 이득 제어회로

제1도는 종래의 자동 이득 제어회로를 갖는 무선 수신기의 구성도.

제2도는 본 발명에 따른 자동 이득 제어회로를 갖는 무선 수신기의 구성도.

제3도는 종래 및 본 발명에 따른 자동 이득 제어회로의 동작 파형도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

9, 15, 16 : 저역통과필터(LPF) 10 : 로그 앰프

11 : AGC앰프 12, 13, 45, 46 : 혼합기

19, 20 : 아날로그/디지탈 변환부 21 : 모뎀

22 : 레벨변화기 23 : 위상편이부

24 : 전압조정발진기 25 : 저잡음 증폭기(LNA)

36 : 비교기 37 : 디플립플롭

38 : 앤드게이트 39 : 모스트랜지스터

41, 42, 44 : 대역통과필터(BPF)

본 발명은 확산 스펙트럼 방식의 무선 데이타 통신시스템에 있어서 자동 이득 제어회로에 관한 것으로, 특히 안테나에 고전력이 들어와 수신기 초단 저잡음 증폭기를 포화시킴으로써 발생하는 비트 에러율 저하를 방지하기 위한 회로를 디지털적으로 구현하여 구성을 간단히 하고 경제성을 높이 자동 이득 제어회로에 관한 것이다.

확산 스펙트럼 방식은 주로 빌딩 내에서의 디지털 데이터 전송을 위한 통신 방식 중의 하나이다. 일반적인 확산 스펙트럼의 변조 방식은 높은 주파수의 무선(이하 RF라 함.)신호와 의사잡음(Pseudo Noise: 이하 PN이라 함.)코드화된 디지털 데이터를 혼합기(mixer)를 사용하여 넓은 대역 폭과 낮은 스펙트럼 밀도를 갖는 확산된 신호로 만들어 전송함으로써 외부 간섭(interference)의 영향을 줄여 시스템의 성능을 향상시키는 특성이 있다.

이러한 방법에 의해 형성되어 전송되는 확산신호를 수신하고 안정된 복조를 구현하기 위해서는 수신되는 신호의 레벨을 일정하게 유지시켜 주어야 한다. 이 역할을 수행하는 것이 수신단의 앞 부분에 위치한 자동이득제어 앰프(이하 AGC 앰프라 함.)이다.

제1도는 종래의 자동 이득 제어회로를 갖는 무선 수신기의 구성도이다. 수신된 확산신호를 국부발진기의 출력주파수(f_LO1, f_LO2)를 이용하여 하향 주파수 변환하는 제1 및 제2신호 혼합부(12, 13)와, 상기 주파수 변환된 신호를 증폭하고 수신전계감도(이하 RSSI라 함.)에 따른 전압을 발생하는 IF증폭부(14)와, 소정의 클럭을 발생하는 주파수 발진기(24)와, 상기 기준 주파수의 위상을 90°만큼 편이시키는 위상편이부(23)와, I 및 Q채널의 대역외 신호를 제거하는 LPF(15, 16)와, 상기 여파된 신호를 증폭하는 증폭부(17, 18)와, 상기 증폭된 신호를 디지털 형태로 변환하는 아날로그/디지탈(이하 A/D라 함.)변환부(19, 20)와, 상기 A/D변환된 I,Q두 채널의 신호로부터 데이터를 복조하는 모뎀(21)과, 상기 RSSI를 저역 필터링하는 LPF(9)와, 상기 LPF(9)로부터 출력된 신호의 레벨을 변화시키는 레벨 변환기(22)와, 상기 레벨 변환된 신호를 상기 AGC앰프(11)의 좁은 제어 전압 범위에 맞게 변화시켜 주는 로그 앰프(10)로 구성된다.

상기 구성에 따르면, 수신되는 신호의 레벨에 비례하는 전압으로써 AGC앰프(11)를 제어하기 위해 IF앰프(14)를 이용한다. 그런데 상기 IF앰프(14)에서 출력되는 RSSI전압을 직접 사용하는 것은 적절치 못한 경우가 많다. 그러므로 일단 LPF(9)로 필터링을 한 후 AGC앰프(11)가 요구하는 제어 전압 범위로 RSSI 전압의 레벨을 변화시켜 주는 레벨 변환기(22)가 필요한 것이다. 또한 이렇게 레벨을 변화시킨 후에도 상기 AGC앰프(11)를 제어하는데 적절한 범위의 전압 레벨을 얻을 수 없을 경우-RSSI의 동적(dynamic)범위는 넓으나 AGC앰프(11)제어전압의 동적 범위는 매우 좁은 경우-는 상기 로그 앰프(10)를 이용하여 입력 레벨에 대한 출력 레벨의 변화를 줄임으로써 적절한 범위의 제어 전압을 발생시키고 있다.

이와 같이 레벨 변화기(22)나 로그 앰프(10)를 이용하여 자동이득제어를 하는 방식은 레벨 변환기(22)의 구현이 용이하지 않고, AGC앰프(11)의 가변 제어전압 범위에 따라 구현이 불가능한 경우가 발생할 수도 있다. 이때는 부득이 다른 부가회로를 첨가하여 구현할 수밖에 없다. 또한 AGC앰프(11)의 동적 범위는 매우 좁고 RSSI앰프(14)의 출력인 RSSI전압의 동적 범위는 넓을 경우에 필요한 로그 앰프(10)도 동작 주파수가 높아지면 구현이 어려워지는 난점이 있다. 또한 LPF(9)의 대역폭은 자동이득제어 루프의 응답시간 특성을 결정짓는 요소인데, 만약 이 LPF(9)의 대역폭을 넓게 하면 자동이득제어 루프의 응답 특성은 개선되나 루프 내의 잡음 레벨이 증가해서 AGC앰프(11)의 제어전압이 매우 빨리 변화하므로 AGC앰프(11)의 이득 변동도 자연히 심해지게 된다. 반면에 이 LPF(9)의 대역폭을 줄이게 되면 루프 내의 잡음 레벨은 감소하여 AGC앰프(11)의 이득 변동은 상대적으로 줄어드나 자동이득제어 루프의 응답시간 특성이 나빠지게 된다. 결국, 상기 LPF(9)의 대역 폭이 장치의 성능에 영향을 미치지 않도록 적절히 선택하는 것만이 그 해결 방법이겠으나 이 또한 그렇게 간단한 문제가 아니다.

제3도의 (b)에 따르면, 한 패킷내에서의 신호레벨을 살펴볼 때 수신신호 레벨의 급격한 변동이 있을 때에는 자동이득제어 루프의 응답시간 특성으로 인해 제대로 이득제어가 이루어지지 않고 있다.

따라서 본 발명의 목적은 안테나의 고전력이 들어와 수신기 초단 저잡음 증폭기를 포화시킴으로써 발생하는 비트 에러율 저하를 방지하기 위한 회로를 디지탈적으로 구현하여 구성을 간단히 하고 경제성을 높인 자동이득 제어회로를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 리미터(limitter)와 로직 게이트(logic gate)를 사용하여 수신기 초단의 저잡음 앰프를 온/오프함으로써 자동 이득 제어가 이루어지도록 함을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라고 가능한한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한 하기 설명에서는 구체적인 회로의 구성 소자 등과 같은 많은 특정(特定)사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다할 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제2도는 본 발명에 따른 자동 이득 제어회로를 갖는 무선 수신기의 구성도로서, LNA(25)와, 수신되는 신호가 국부발진주파수로서 하향 주파수 변환하기 전까지-혼합기(45, 46)의 입력단까지-일정하게 유지되도록 하는 리미터(28)와, 상기 리미터(28)에서 발생하는 RSSI전압과 소정의 기준전압-LNA(25)를 오프시켜야 하는 입력 신호 레벨에 해당하는 RSSI기준전압-을 Vref와 비교하는 비교기(36)와, 상기 비교기(36)의 출력을 데이타 입력단자(D)로 입력하고 모뎀(35)에서 출력되는 제1제어신호(Carrier Sensing Signal : CRS)에 동기되며 상기 모뎀(35)에서 출력되는 제2제어신호(Reset : RST)를 리셋단자로 입력으로 하는 디플립플롭(37)과, 상기 디플립플롭(37)의 출력과 상기 제1제어신호(CRS)를 논리곱하는 앤드게이트(38)와, 상기 앤드게이트(38)의 출력을 게이트단자를 통해 입력하고 드레인단자에 +5V가 공급되며 소오스단자는 저항을 거쳐 LNA(25)의 전원단자(Vcc)에 연결되는 P-채널 FET(전계효과 트랜지스터)와, 수신된 신호를 국부 발진기(도시하지 않음.)의 출력 주파수(f_LO1, f_LO2)를 이용하여 하향 주파수 변환하는 제1 및 제2혼합부(12, 13)와, 소정의 클럭을 발생하는 주파수 발진기(24)와, 상기 기준 주파수의 위상을 90°만큼 편이시키는 위상편이부(23)와, I 및 Q채널의 대역외 신호를 제거하는 LPF(15, 16)와, 상기 여파된 신호를 증폭하기 위한 증폭부(17, 18)와, 상기 증폭된 신호를 디지탈 신호로 변환하는 A/D변환부(19, 20)와, 상기 A./D 변환된 I 및 Q 두 채널의 신호로부터 데이터를 복조하는 모뎀(21)으로 구성된다.

상기 구성에 따른 본 발명의 동작을 구체적으로 설명하면, 안테나를 통하여 수신된 신호는 일단 대역통과필터(이하 BPF라 함. : 41)로 입력된다. 상기 대역통과필터(41)를 거친 신호는 LNA(25)에 의해 증폭된 다음 제1혼합부(12)에 의해 하향 주파수 변환된다. 그리고 다시 BPF(42)와 앰프(43)를 거친 다음 제2혼합부(13)에 의해 다시 하향 변환된 후 BPF(44)를 거치고 리미터(28)를 거치게 된다. 상기 리미터(28)는 출력 신호 레벨을 입력 신호 레벨의 넓은 변화에 대해서 일정하게 유지시켜 주며 입력 신호 레벨에 비례하는 직규 전압인 RSSI를 출력한다. 리미터(28)의 출력은 I 및 Q 채널로 분리되어 각기 LPF(15, 16)으로 입력된다. 상기 LPF(15, 16)의 출력을 각각 증폭하는 앰프(17, 18)를 거쳐 출력되는 신호는 각각 A/D변환부(19, 20)를 거쳐 모뎀(21)으로 입력되어 데이터를 복조하게 된다.

한편, 리미터(28)의 또 다른 출력인 RSSI전압은 비교기(36)로 제공되어 소정의 기준전압-[LNA(25)를 오프 시켜야 하는 입력 신호 레벨에 해당하는 전압과 비교되는데, 만약 리미터(28)의 출력 전압이 기준전압 보다 낮으면, 즉 정상적인 입력 신호 레벨이면 상기 비교기(36)의 출력은 0이 된다. 이때는 모뎀(35)에서 나오는 제1제어신호(CRS)가 0이든 1이든 상관없이 앤드게이트(38)에 의해 0이 된다. 그 결과 P-FET(39)의 게이트에 0이 입력되어 P-FET(39)의 소오스는 1(5V)이 된다. 그러므로 LAN(25)는 항상 온 상태에 있게 된다.

반면에 상기 리미터(28)의 출력 전압이 기준전압 보다 높으면(즉, 매우 큰 입력 신호 레벨이면)상기 비교기(36)의 출력이 1이 된다. 이때는 상기 모뎀(35)에서 출력되는 제1제어신호(CRS)가 0에서 1로 천이하는 시점에서 디플립플롭(37)의 출력이 1이 된다. 그러므로 앤드게이트(38)의 출력도 1이 되어 P-FET(39)의 게이트에 1이 입력되며 P-FET(39)의 소오스는 0(0V)이 됨으로써 상기 LNA(25)는 오프 상태로 가게 된다. 여기서 상기 디플립플롭(37)은 상기 제1제어신호(CRS)가 0에서 1로 천이할 때(상승 에지)에만 상태가 변하고, 상기 제1제어신호(CRS)는 1패킷의 초기에만 0에서 1로 천이하므로 1패킷 구간에 LNA(25)의 온/오프 상태는 변하지 않는다. 그러므로 1 패킷내에서 일어나는 수신레벨의 급격한 변동이 없어져 수신레벨을 항상 일정하게 유지할 수 있다.

결론적으로 말하면, 종래와 같이 로그앰프 및 레벨변환기 등을 사용하게 되면 그 구현이 간단하지 않고 동작 주파수에도 제한을 받으며 상용화된 칩을 이용하더라고 가격적인 측면에서는 만족할 만하지 못하다. 그리고 수신전계감도 전압을 저역 필터링할 때 그 대역 폭에 의해 자동이득제어 루프의 응답시간 특성이 정해지므로 대역 폭의 설정이 장치의 성능에 미치는 영향이 매우 큰 데 반하여, 본 실시예에 따른 자동이득제어는 상기와 같이 구현이 까다로운 로그앰프나 LPF를 사용하지 않고 간단한 로직 게이트를 사용하여 LNA를 온/오프 함으로써 종래의 자동이득제어 기능을 대신하는 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 가격적인 면에서도 종래의 자동이득제어 시스템에 비해 훨씬 유리한 장점이 있다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위 뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims

확산 스펙트럼 방식 무선 데이터 통신시스템에 있어서, 안테나를 통해 수신되어 밴드패스필터링된 신호를 저잡음 증폭하는 저잡음 증폭기와, 상기 안테나를 통해 수신된 신호가 국부발진주파수로서 하향 주파수 변환되기 전까지 일정하게 유지되도록 하기 위해 수신전계감도 전압을 발생하는 리미터와, 상기 리미터를 통해 전달되는 수신신호를 아이 및 큐 채널로 분리하는 수단과, 상기 수신전계감도 전압과 소정의 기준전압을 비교하는 비교기와, 데이타 입력단자로 인가되는 상기 비교기의 출력을 서정의 제1제어신호에 동기되어 출력하는 디플립플롭과, 상기 디플립플롭의 출력과 상기 제1제어신호를 논리곱하는 앤드게이트와, 상기 앤드게이트의 출력을 게이트단자를 통해 입력하고 드레인단자에 소정의 전압이 공급되며 소오스단자는 저항을 거쳐 상기 저잡음 증폭기의 전원단자에 연결되는 전계효과 트랜지스터와, 캐리어를 감지하여 상기 제1제어신호로서 발생하며 상기 아이 및 큐 채널로 분리된 신호로부터 디지탈 복조 데이타를 출력하는 모뎀으로 구성됨을 특징으로 하는 자동 이득 제어회로.
제1항에 있어서, 상기 기준전압은 상기 저잡음 증폭기를 오프시켜야 하는 입력 신호 레벨임을 특징으로 하는 자동 이득 제어회로.
제1항에 있어서, 상기 모뎀은 상기 디플립플롭을 리셋시키기 위한 제2제어신호를 발생하는 수단을 더 구비함을 특징으로 하는 자동 이득 제어회로.
확산 스펙트럼 방식 무선 데이터 통신시스템에서 수신기 초단의 저 잡음 앰프의 이득을 제어하는 회로에 있어서, 안테나를 통해 수신되어 밴드패스필터링된 신호를 저잡음 증폭하는 저잡음 증폭기와, 상기 안테나를 통해 수신된 신호가 국부발진주파수로서 하향 주파수 변환되기 전까지 일정하게 유지되도록 하기 위해 수신전계감도 전압을 발생하는 리미터와, 상기 수신전계감도 전압과 소정의 기준전압을 비교하는 비교기와, 데이타 입력단자로 인가되는 상기 비교기의 출력을 소정의 제1제어신호에 동기되어 출력하는 디플립플롭과, 상기 디플립플롭의 출력과 상기 제1제어신호를 논리곱하는 앤드게이트와, 상기 앤드게이트의 출력을 게이트단자를 통해 입력하고 드레인단자에 소정의 전압이 공급되며 소오스단자는 저항을 거쳐 상기 저잡음 증폭기의 전원단자에 연결되는 전계효과 트랜지스터와, 상기 수신신호를 소정의 제1 및 제2 국부발진주파수를 이용하여 하향 주파수 변환하는 제1 및 제2혼합부와, 기준 주파수를 발생하는 주파수 발진기와, 상기 기준 주파수의 위상을 90°만큼 편이시키는 위상편이부와, 상기 리미터에서 출력되는 신호에 각각 상기 기준 주파수 혹은 상기 90°위상편이된 신호를 혼합하여 아이 및 큐 채널의 신호로 분리하는 제 3 및 제4혼합부와, 아이 및 큐 채널의 대역외 신호를 제거하는 저역통과필터와, 상기 여파된 신호를 증폭하기 위한 증폭부와, 상기 증폭된 신호를 디지탈 신호로 변환하는 아날로그./디지탈 변환부와, 캐리어를 감지하여 상기 제1제어신호로서 발생하며 상기 아이 및 큐 채널로 분리된 신호로부터 디지탈 복조 데이타를 출력하는 모뎀으로 구성됨을 특징으로 하는 자동 이득 제어회로.
제4항에 있어서, 상기 기준전압은 상기 저잡음 증폭기를 오프시켜야 하는 입력 신호 레벨임을 특징으로 하는 자동 이득 제어회로.
제4항에 있어서, 상기 모뎀은 상기 디플립플롭을 리셋시키기 위한 제2제어신호를 발생하는 수단을 더 구비함을 특징으로 하는 자동 이득 제어회로.