KR100208686B1 - 페이즈 록 루프를 이용한 대역 필터 - Google Patents

Abstract

페이즈 록 루프 및 포락선 검파기를 이용하여 특정 대역의 주파수 및 진폭을 동시에 여과시키고, 통과 대역의 조절이 가능하도록 구성된 페이즈 록 루프를 이용한 대역 필터가 개시되어 있다. 입력 신호를 일정치 내에서 일정한 증폭율로 증폭하여 출력한다. 입력되는 신호와 궤환되는 전압 제어 발진 신호의 위상을 비교하여 출력하고, 특정 대역의 주파수 성분을 출력한다. 입력되는 신호 중에서 특정 대역의 성분만을 통과시킨다. 입력되는 전압 신호에 따라 주파수를 갖는 발진 신호를 생성하여 출력한다. 입력 신호의 진폭을 검파하여 출력하고, 입력되는 신호에 따라 이득을 조절하고, 출력 신호를 증폭하여 출력한다. 페이즈 록 루프를 이용한 대역 필터는 특정 대역의 주파수 및 진폭을 동시에 여과시키고, 통과 대역의 조절이 가능하여 이상적인 필터의 동작을 수행한다.

Description

페이즈 룩 루프를 이용한 대역 필터

본 발명은 페이즈 록 루프를 이용한 대역 필터에 관한 것으로, 특히 페이즈 록 루프 및 포락선 검파기를 이용하여 특정 대역의 주파수 및 진폭을 동시에 여과시키고, 통과 대역의 조절이 가능하도록 구성된 페이즈 록 루프를 이용한 대역 필터 (BAND PASS FILTER)에 관한 것이다.

필터는 설정된 주파수 대역의 신호만을 통과시키고 나머지는 차단하는 동작 특성을 갖는 장치이다. 이러한 필터에는 구성하는 소자의 종류에 따라 수동(PASSIVE) 필터, 능동(ACTIVE) 필터, 스위치 커패시터(SWITCHED CAPACITOR)필터, 디지틀(DIGITAL)필터 등으로 구분된다. 예를 들면, 상기 수동 필터는 저항(R), 리액턴스(L) 및 캐패시턴스(C)등 수동 소자와 수정 발진자 등으로 구성된다.

또한, 필터는 통과 대역에 따라 저 대역 통과 필터, 고 대역 통과 필터, 대역 필터 등으로 구분된다. 상기 저 대역 통과 필터는 저주파수만을 통과시키고, 고대역 통과 필터는 고주파수를 통과시키며, 대역 통과 필터는 설정된 특정 대역의 신호만을 통과시킨다. 따라서, 각각의 필터는 고유한 동작 특성 및 장점이 있으며, 전자 회로에서 중요한 요소 중의 하나이다. 예를 들면, 능동 필터는 리액턴스와 오피 앰프의 결합에 의해서 구성되며, 전압 이득을 무시할 만큼 아주 작은 부하의 영향, 인덕터의 제거 가능 등의 장점을 가지고 있다. 그 외의 다른 필터들도 각자의 장점이 있다.

그러나, 상기한 종래의 필터는, 고대역 통과 필터인 경우에는 발진 및 감쇄가 증가하여 주파수의 리플(RIPPLE) 현상이 증가하는 단점이 있으며, 저역 통과 필터의 일종으로 정확한 출력이 가능한 디지탈 필터 등은 고주파 영역에서는 사용이 불가능한 단점이 있다.

또한, 현재의 필터는 설정된 대역의 주파수를 정확하게 통과시키는 동작을 수행하는 데 한계가 있으며, 통과 대역보다 통과 대역 밖의 무한 손실이 크기 때문에 이상적인 필터 특성을 구현하지 못하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 페이즈 록 루프에서 특정 주파수 성분을 포획하고, 포락선 검파기에서 포집된 주파수 성분에 대응되는 진폭을 포획하여 이를 동시에 복원하여 이상적인 필터의 기능을 수행하기에 적합하며, 특정 대역의 이득 조절이 가능하여 통과 대역을 가변시킬 수 있는 페이즈 록 루프를 이용한 대역 필터를 제공하는 것이다.

제1도는 본 발명의 실시예에 따른 페이즈 록 루프를 이용한 대역 필터의 구성을 보여주기 위한 블럭도이다.

제2도는 제1도에 도시한 페이즈 록 루프를 이용한 대역 필터의 자동 이득 조절증폭기를 보여주기 위한 회로도이다.

제3도는 제1도에 도시한 페이즈 록 루프를 이용한 대역 필터의 입력 신호의 파형을 주파수 함수로 보여주고 전압제어신호의 주파수 가변 영역을 포획영역으로 보여주기 위한 그래프이다.

제4도는 제1도에 도시한 페이즈 록 루프를 이용한 대역 필터의 전압 제어 발진기의 출력 신호의 파형을 주파수 함수로 보여주기 위한 그래프이다.

제5도 및 제6도는 제1도에 도시한 페이즈 록 루프를 이용한 대역 필터의 자동 이득 조절 증폭기 전압-전류 특성도이다.

제7도 및 제8도는 제1도에 도시한 페이즈 록 루프를 이용한 대역 필터의 자동이득 조절 증폭기의 전압-이득 특성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 한계 증폭기 20 : 위상 검출기

30 : 루프 필터 40 : 전압 제어 발진기

50 : 포락선 검파기 60 : 자동 이득 조절 증폭기

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 페이즈 록 루프를 이용한 대역필터는 입력 신호를 일정치 내에서 일정한 증폭율로 증폭하여 출력하는 한계 증폭기; 한계 증폭기로부터 입력되는 신호와 궤환되는 전압 제어 발진 신호의 위상을 비교하여 출력하고, 특정 대역의 주파수 성분을 출력하는 위상 검출기; 위상 검출기로부터 입력되는 신호 중에서 특정 대역의 성분만을 통과시키는 루프 필터; 루프 필터로부터 입력되는 전압 신호에 따라 주파수를 갖는 발진 신호를 생성하여 출력하는 전압 제어 발진기; 입력 신호의 진폭을 검파하여 출력하는 포락선 검파기; 및 위상 검출기 및 포락선 검파기로부터 입력되는 신호에 따라 이득을 조절하고, 상기 전압 제어 발진기의 출력 신호를 증폭하여 출력하는 자동 이득 조절 증폭기로 이루어진다.

페이즈 록 루프를 이용한 대역 필터는 특정 대역의 주파수 및 진폭을 동시에 여과시키고, 통과 대역의 조절이 가능하여 이상적인 필터의 동작을 수행한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명의 실시예에 따른 페이즈 록 루프를 이용한 대역 필터의 구성 블럭도이다.

페이즈 록 루프(Phase Locked Loop, PLL)는 위상 검출기, 루프 필터, 증폭기, 전압 제어 발진기(Voltage Controlled Oscillator, VCO)등으로 구성된 귀환 루프로서, 출력 전압을 귀환하여 수신되는 주파수와 동일하게 전압을 출력시키기 위한 장치이다

제1도에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 페이즈 록 루프를 이용한 대역 필터는, 한계 증폭기(10)에서 입력된 신호(fin)의 특정 대역이 설정된 증폭율만큼 증폭하여 출력시킨다. 상기 한계 증폭기(10)의 출력단에는 입력 신호의 위상을 검출하여 출력하는 위상 검출기(20)가 접속된다. 상기 위상 검출기(20)의 출력단에는 루프 필터(30)가 접속된다. 상기 루프 필터(30)는 상기 위상 검출기(20)에서 입력된 신호 중에서 특정 대역의 주파수 성분만을 통과시키도록 동작한다. 상기 루프 필터(30)의 출력단에는 전압 제어 발진기(40)가 접속된다. 상기 전압 제어 발진기(40)의 출력측은 상기 위상 검출기(20)에 궤환되도록 구성되어 상기 로프 필터(30)를 통하여 입력되는 신호와 동일한 주파수의 발진 신호를 생성하여 출력시킨다.

또한, 입력 신호(fin)는 신호선의 크기를 검파하여 출력하는 포락선 검파기(50)에 입력된다. 상기 포락선 검파기(50)는 입결된 신호(fin)의 진폭 성분을 검파하여 출력시킨다. 상기 위상 검출기(20), 포락선 검파기(50) 및 전압 제어 발진기(40)의 출력단에는 자동 이득 조절 증폭기(60)가 접속된다. 상기 자동 이득 조절 증폭기(60)는 상기 위상 검출기(20), 포락선 검파기(50) 및 전압 제어 발진기(40)에서 입력되는 신호에 따라 조절된 이득에 따라 특정 대역의 주파수 성분 및 진폭 성분만을 출력시킨다.

제2도는 제1도에 도시한 페이즈 록 루프를 이용한 대역 필터의 자동 이득 조절 증폭기의 일 예를 도시한 회로도이다.

제2도에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 페이즈 록 루프를 이용한 대역 필터의 자동 이득 조절 증폭기의 구성은, 전압 제어 발진기(60)에서 출력된 전압 제어 발진 신호(VCO)가 각각의 베이스 단자에 입력되도록 제1 및 제2트랜지스터(Q1, Q2)가 좌우로 대칭되도록 접속된다. 상기 제1 및 제2트랜지스터(Q1, Q2)의 에미터단은 공통으로 접속되어 제2가변 전류원(IS2)과 접속된다.

상기 제1 및 제2트랜지스터(Q1, Q2)의 콜렉터단은 각각 제1 및 제2저항(R1, R2)을 통하여 구동 전원(Vcc)과 접속되도록 구성된다. 상기한 제1 및 제2트랜지스터(Q1, Q2)의 에미터 단자의 접속점과 전원선의 사이에는 제1가변 전류원(IS1)이 접속되어 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 페이즈 록 루프를 이용한 대역 필터의 자동 이득 조절 증폭기의 동작을 설명한다.

제3도는 제1도에 도시한 페이즈 록 루프를 이용한 대역 필터의 입력신호의 파형을 주파수 함수로 보여주기 위한 그래프이고, 제4도는 제1도에 도시한 페이즈 록 로프를 이용한 대역 필터의 전압 제어 발진기의 출력 신호의 파형을 주파수 함수로 보여주기 위한 그래프이다.

그리고, 제5도 및 제6도는 제1도에 도시한 페이즈 록 루프를 이용한 대역 필터의 자동 이득 조절 증폭기의 전압-전류 특성도이고, 제7도 및 제8도는 제1도에 도시한 페이즈 록 루프를 이용한 대역 필터의 자동 이득 조절 증폭기의 전압-이득 특성도이다.

입력 신호(fin)는 한계 증폭기(10)에 입력되어 특정 대역이 설정된 증록율로 증폭되어 위상 검출기(20)로 출력된다. 위상 검출기(20)는 한계 증폭기(10)로부터 입력되는 신호 및 전압 제어 발진기(40)로부터 궤환되는 신호를 서로 비교하여 두 신호의 합주파수와 차주파수 성분을 갖는 신호의 주파수 성분을 검출하여 제5도에서 보는 바와 같이 자동 이득 조절 증폭기(60)로 출력시킨다.

또한, 상기 위상 검출기(20)는 입력된 신호(fin)를 루프 필터(30)로 출력한다. 루프 필터(30)는 위상 검출기(20)로부터 입력되는 신호의 특정 주파수 성분만을 통과시켜 전압 제어 발진기(40)에 출력시킨다. 전압 제어 발진기(40)에서는 상기 루프 필터(30)를 통하여 입력된 신호와 동일한 전압 제어 발진기(40)에서는 상기 루프 필터(30)를 통하여 입력된 신호와 동일한 전압 제어 신호를 상기 위상 검출기(20)에 궤환시킨다. 이와 동시에 제3도에 나타낸 바와 같이 설정된 특정 대역의 신호와 동일하도록 제4도에 나타낸 바와 같이 조정된 전압 제어 발진 신호를 자동 이득 조절 증폭기(60)에 입력된 신호에 따른 전압 신호를 인가한다.

그리고, 한계 증폭기(10)의 입력단 전단에서 입력 신호(fin)가 분리되어 포락선 검파기(50)에 입력된다. 포락선 검파기(50)는 입력된 신호(fin)의 진폭 성분을 검파하여 제5도에 나타낸 바와 같이 자동 이득 조절 증폭기(60)로 출력시킨다.

전압 제어 발진기(40)에서 출력된 전압 제어 발진 신호(VCO)는 자동 이득 조절 증폭기(60)내의 제1 및 제2트랜지스터(Q1, Q2)의 베이스 단자에 입력되고, 상기 위상 검파기(10)에서 출력된 신호는 상기한 제1 및 제2트랜지스터(Q1, Q2)의 에미터 단자의 접속점과 전원선의 사이에 접속된 제1가변 전류원(IS1)에 인가된다.

또한, 포락선 검파기(50)는 입력된 신호(fin)의 진폭 성분을 검파하여 제6도에 나타낸 바와 같이 상기 제1 및 제2트랜지스터(Q1, Q2)의 에미터단이 공통으로 접속되어 형성된 제2가변 전류원(IS2)에 인가시킨다.

따라서, 자동 이득 조절 증폭기(60)의 제1 및 제2트랜지스터(Q1, Q2)가 베이스단으로는 통과시키고자 하는 특정 대역과 동일하게 조정된 전압 신호가 인가되고, 제1가변 전류원(IS1)으로는 통과시키고자 하는 특정 대역의 주파수 성분이 입력되며, 상기 제2가변 전류원(IS2)으로는 통과시키고자 하는 특정 대역의 진폭 성분이 입력된다.

상기 주파수 성분 및 진폭 성분은 각각 제1가변 전류원(IS1)의 제2가변 전류원(IS2)에 흐르는 전류를 조절하게 되어 차동 증폭되도록 구성된 자동 이득 조절 증폭기의 이득을 조절하는 것이다.

결과적으로, 자동 이득 조절 증폭기(60)에서는 제7도에 나타낸 바와 같이, 각각 제1가변 전류원(IS1)에 흐르는 전류에 따라 특정 대역의 주파수 성분만을 통과시키며, 제8도에 나타낸 바와 같이, 제2가변 전류원(IS2)에 흐르는 전류에 비례하도록 선형적으로 진폭 성분을 조절한다.

이에 따라, 입력 신호의 주파수 대역을 제한하면서 특정 주파수 대역만이 통과되는 밴드 패스 필터링 특성을 얻을 수가 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 주파수 성분 및 이에 대응되는 진폭을 동시에 복원하여 이상적인 필터의 기능을 수행하기에 적합하며, 특정 대역의 이득조절이 가능하여 통과 대역을 가변시킬 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 구체적으로 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니라, 당업자의 통상적인 지식의 범위 내에서 그 변형이나 개량도 가능하다.

Claims (4)

1. 입력 신호를 일정치 내에서 일정한 증폭율로 증폭하여 출력하는 한계 증폭기; 상기 한계 증폭기로부터 입력되는 신호와 궤환되는 전압 제어 발진 신호의 위상을 비교하여 출력하고, 특정 대역의 주파수 성분을 출력하는 위상 검출기; 상기 위상 검출기로부터 입력되는 신호 중에서 특정 대역의 성분만을 통과시키는 루프 필터; 상기 루프 필터로부터 입력되는 전압 신호에 따라 주파수를 갖는 발진 신호를 생성하여 출력하는 전압 제어 발진기; 입력 신호의 진폭을 검파하여 출력하는 포락선 검파기; 및 상기 위상 검출기 및 포락선 검파기로부터 입력되는 신호에 따라 이득을 조절하고, 상기 전압 제어 발진기의 출력신호를 증폭하여 출력하는 자동 이득 조절 증폭기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 페이즈 록 루프를 이용한 대역 필터.
2. 제1항에 있어서, 상기 자동 이득 조절 증폭기는 위상 검출기로부터 입력되는 신호에 따라 특정 대역의 주파수 성분의 증폭율을 조절하는 것을 특징으로 하는 페이즈 록 루프를 이용한 대역 필터.
3. 제1항에 있어서, 상기한 자동 이득 조절 증폭기는 포락선 검파기로부터 입력되는 신호에 따라 선형적인 증폭 이득 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 페이즈 록 루프를 이용한 대역 필터.
4. 제1항에 있어서, 상기 자동 이득 조절 증폭기는 전압 제어 발진 신호에 각각의 베이스가 연결되고 에미터는 공통 접속되어 있는 제1 및 제2트랜지스터; 상기한 제1 및 제2트랜지스터의 컬렉터와 전원선의 사이에 각각 연결되어 있는 저항 수단; 상기한 제1 및 제2트랜지스터의 에미터와 전원선의 사이에 연결되어 있는 제1가변 전류원과; 및 상기한 제1 및 제2트랜지스터의 에미터와 접지 사이에 연결되어 있는 제2가변 전류원을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 페이즈 록 루프를 이용한 대역 필터.