KR100306727B1 - 중간주파수와단일로칼발진기를사용하는광대역제로-if직교복조기 - Google Patents

중간주파수와단일로칼발진기를사용하는광대역제로-if직교복조기 Download PDF

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Abstract

저전력 제로-IF 선택 호출 수신기는 제1 믹서(104)용 주입 신호와 한 쌍의 제2 믹서(112, 114)용의 한 쌍의 직교 위상 관련 주입 신호(122, 124)를 발생하는 로칼 발진기(106)를 갖는다. 제1 믹서는 수신된 캐리어 신호(102)를 중간 신호(108)로 변환한다. 로칼 발진기(106)와 결합된 디지탈 위상 천이기/분주기(116)는 1 보다 큰 정수로 분주된 로칼 발진기(106)의 주파수와 동일한 중간 신호(108)의 주파수에서 한 쌍의 직교 위상 관련 주입 신호(122, 124)를 발생한다. 디지탈 위상 천이기/분주기(116)와 결합된 한 쌍의 제2 믹서(112, 114)는 중간 신호(108)의 동위상 및 직교 위상 성분(122, 124)을 각기 동위상 및 직교 위상 베이스밴드 신호(126, 128)로 변환한다.

Description

중간 주파수와 단일 로칼 발진기를 사용하는 광대역 제로-ＩＦ 직교 복조기{WIDE BAND ZERO IF QUADRATURE DEMODULATOR USING A INTERMEDIATE FREQUENCY AND A SINGLE LOCAL OSCILLATOR}
선택 호출 수신기와 같은 휴대용 배터리 작동형 제품에 있어서, 소수 단(stages)을 가지는 직접 변환 수신기들은 저전력 개인용 페이징 수신기들에 사용될 때 많은 이점을 제공한다. 단(stages)들의 수적 감소는 배터리 수명을 길게 하며 물리적 패키지를 작게 한다. 이들 이점이 중요하다고는 하지만, 슈퍼 헤테로다인 수신기(super heterodyne receiver)와 같은 다른 수신기들과 비교할 때 직접 변환 수신기의 설계상의 어려움과 직접 변환 수신기의 성능 저하는 이러한 이점들을 압도해 버린다.
직접 변환 수신기들은 소망의 수신기 반송 주파수(carrier frequency)와 동일한 주파수 상에서 로칼 발진기(local oscillator)를 발진시킬 필요가 있다. 상대적으로 강한 로칼 발진기 신호는 수신기의 입력과 안테나로부터 완전히 아이솔레이트(isolated)되어야만 한다. 그렇지 않으면, 수신기의 신호 주파수 경로로의 로칼 발진기 신호의 누설은 수신기에서의 감지단(sensitive stages)의 과부하의 원인이 되며 검출기의 출력에서 강한 D.C. 성분의 발생을 유발한다. 이러한 상태는 빈약한 감도 및 저하된 스퓨리어스 신호 거부(spurious signal rejection)를 야기한다. D.C. 성분의 존재는 또한 베이스밴드 증폭기 내에서 제거되어져야만 되며, 더 나아가서는 베이스밴드 증폭기의 설계를 복잡하게 한다. 적절한 RF 동작에 필요한 정도의 아이솔레이션은 대형의 비휴대용 수신기들에서는 얻기 어려우며, 특히 매우 작은 개인용 수신기에서는 더욱 어렵다.
직접 변환 수신기에 일반적으로 사용되는 직교 검출기(quadrature detectors)는 동위상 및 직교 위상 출력 신호를 포함하는 2개의 출력들을 갖는 로칼 발진기를 필요로 한다. 양호한 스퓨리어스 신호 거부를 달성하기 위하여, 두 신호의 직교 위상 및 진폭 관계는 매우 정확하게 일치되어야만 한다. 이들 직교 신호들의 요구된 정확도를 얻는 종래 기술의 방법은 가격 및 사양에 있어서, 경쟁적인 개인용 배터리 충전 장비에 요구되는 저부품 수 및 저전력 소비설계의 현대적인 추세에 부응하지 못한다.
종래에는, 주입 신호들에 대한 직교 관계는 직교 출력을 가지는 수동 위상 천이 네트워크 등을 사용하여 얻어졌다. 이 아날로그 위상 천이기는 통상적으로 상당이 제한된 대역폭에 걸쳐 직교 상태를 유지한다. 더 큰 대역폭은 더 복잡하고 부품수의 증가를 통하여 얻어질 수 있다.
더 넓은 대역폭 상에서 동작하도록 하기 위하여, 디지탈 위상 천이기들이 설계되었다. 그러나, 이들 디지탈 위상 천이기들은 필요한 주입 주파수의 정수배,일반적으로 4배에서 동작하는 로칼 발진기를 필요로 하였다. 결과적으로, 저전력 930 MHz 페이징 수신기의 로칼 발진기는 3720 MHz에서 동작하는 시스템을 탄생시켰으나, 이 시스템은 디지탈 위상 천이기 및 발진기에 필요한 전력을 크게 증가시키고 있다.
따라서, 주파수 변환을 달성하기 위해 추가적인 헤테로다인단(heterodyne stages) 혹은 종래기술의 고주파 발진기들의 사용과 연관된 비용 및 전력 소모의 부담을 발생시키지 않고도 디지탈적으로 합성된 제로-IF 수신기(zero-IF receiver)의 이점을 실현하는 저전력, 직접 변환 수신기가 필요하다.
<발명의 요약>
간략하게, 본 발명에 따르면, 최소 수의 변환단(conversion stages)을 이용하는 이점들을 유지하면서 직접 변환 수신기와 연관된 몇가지 문제점들을 해결하여, 저전력 소비 및 효율적인 동작을 얻을 수 있는 저전력 제로-IF 선택 호출 수신기가 제공된다. 제1 믹서와 로칼 발진기는 수신된 캐리어 신호를 중간 신호로 변환하도록 동작한다. 또한, 동일한 로칼 발진기는 한쌍의 제2 믹서에 의해 중간 신호를 2개의 직교 베이스밴드 신호로 복조하는데 사용되는 2개의 직교 신호를 유도해 내는 디지탈 위상 천이기/분주기에 사용된다.
본 발명은 직접 변환 수신기들에 관한 것으로, 특히 저전력 직접 변환 페이징 수신기들에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따라 구성된 제1 믹서, 단일 로칼 발진기, 광대역 위상 천이기/분주기, 및 제2 및 제3 믹서를 도시한 상세 블럭도.
도 2는 디지탈 위상 천이기/분주기에서 신호들 간의 관계를 나타낸 타이밍도.
도 3은 일부 언밸런스한 소자들과 신호 라인들을 밸런스한 소자들과 신호 라인들로 대체하는 것을 나타낸 상세 블럭도.
도 4는 디지탈 위상 천이기/분주기에서 평형 신호(balanced signals)들 간의 관계를 나타낸 타이밍도.
도 5는 도 3의 소자가 결합된 선택 호출 수신기를 나타낸 도면.
본 발명은 직접 변환 수신기와 연관된 많은 단점들을 극복한다. 도 1을 참조하면, 본 발명은 제2 수정 발진기를 부가함에 따른 비용 및 전력 소비의 부담을 발생시키지 않고도, 수신된 캐리어 신호(102)를 중간 신호(108)로 변환하는 제1 믹서(104)를 채택하므로써 이들 단점을 극복한다. 본 발명의 이러한 달성은 수신된 캐리어 신호(102)의 주파수(fC), 로칼 발진기(106)의 주파수(fLO), 중간 신호(108)의 주파수(fIF), 및 동위상 주입 신호(122) 및 직교 위상 주입 신호(124)의 주파수가 특정 관계를 갖도록 수신기를 설계하므로써 가능하다. 이러한 특정 관계의 주파수들로 수신기를 구동하여, 수신기의 감지단으로의 하이 레벨 신호의 다이렉트 결합으로 인한 성능 저하와 수신기의 반송 주파수 상에서의 로칼 발진기의 동작을 제거한다. 또한, 이러한 방식으로의 수신기 동작은 디지탈 위상 천이기/분주기(116)와 로칼 발진기(106)의 동작 주파수(fLO)를 낮춰 이들 회로들 내에 사용된 부품들에 관한 사양을 축소시키고 전력 소비를 감소시킨다.
이 특정 관계는 도 1을 참조하여 나타낼 수 있다. 수신된 캐리어 신호(102)와 로칼 발진기(106)로부터의 로칼 발진기 신호(110)는 제1 믹서(104)에 연결된다. 제1 믹서(104)는 fIF= fC- fLO가 되는 경우, 주파수 fIF를 가지는 중간 신호(108)를 생성한다. 또한, 유사 관계는 fIF= fLO- fC또는 fIF= fC+ fLO일 때 전개될 수 있다는 것을 알 수 있다. 중간 신호(108)는 제2 믹서(112) 및 제3 믹서(114)(한쌍의 믹서들)에 결합된다. 또한, 로칼 발진기 신호(110)는 디지탈 위상 천이기/분주기(116)에 연결된다. 디지탈 위상 천이기/분주기(116)는 존슨 카운터(Johnson counter)로서 구성된 제1 D형 래치(120)와 제2 D형 래치(118)를 포함한다. 존슨 카운터와 연관된 신호들은 도 2에 도시된다. 로칼 발진기 신호(110)는 로칼 발진기 신호 파형(202) 처럼 편의를 위하여 구형파로서 도 2에 도시된다. 존슨 카운터의 동작은 디지탈 회로 설계 기술에 익숙한 자들에게는 공지된 기술이다. 검사에 의해, 동위상 주입 신호 파형(204)으로서 표현되는 동위상 주입 신호(122)와 직교 위상 주입 신호 파형(206)으로서 표현되는 직교 위상 주입 신호(124)(한쌍의 직교에 관련된 주입 신호들)는 직교 위상 관계를 가진다는 것이 명백하다. 더 나아가서는 동위상 주입 신호(122)의 주파수와 직교 위상 주입 신호(124)의 주파수(fINJ)는 fLO/N와 동일하다는 것이 명백하다. 설명을 위해, 도 1에 나타난 존슨 카운터는 N = 4를 가진다. 동위상 주입 신호(122)는 제2 믹서(112)에 결합되고 직교 위상 주입 신호(124)는 제3 믹서(114)에 연결된다. 제2 믹서(112)와 제3 믹서(114)는 복수개의 신호들을 생성한다. 해당 신호들은 제2 믹서(112) 및 제3 믹서에 의해 각기 생성된 동위상 베이스밴드 신호(126)와 직교 위상 베이스밴드 신호(128)이며, 수신된 캐리어 신호(102) 상에서 변조된 정보의 직교 성분들로 변환된다. 제2 믹서(112)와 제3 믹서(114)의 적절한 동작에 대하여, fINJ는 본질적으로 fIF와 동일하여야만 한다. 다음으로, fINJ= fIF, fINJ= fLO/N, 및 fIF= fC- fLO일 경우 주파수들간의 특정 관계는 fC= fLO[(N + 1)/N)], 및 fIF= fLO/N으로 나타내어질 수 있다.
중간 신호(108)가 고정된 중간 주파수 증폭기 및 믹서를 가지는 종래의 수신기에서 처럼 고정되는게 아니라, 수신된 캐리어 신호(102)가 변화함에 따라 변화한다. 이러한 방식으로 변하는 중간 신호(108)의 주파수는 워킹(walking) 중간 주파수 신호라고 불리운다.
도 3은 동위상 주입 신호(122)와 직교 위상 주입 신호(124)의 불필요한 결합 및 복사(radiation)를 감소시키기 위한 인핸스먼트(enhancement)형인 도 1의 회로를 나타내는 것으로서, 이 경우, 디지탈 위상 천이기/분주기(116)가 평형(balanced) 출력(302)을 가지는 디지탈 위상 천이기/분주기로 대체되고, 동위상 주입 신호(122)를 전송하는 도전체는 평형 동위상 주입 신호(304)를 전송하는 평형 도전체로 대체되고, 직교 위상 주입 신호(124)를 전송하는 도전체는 평형 직교 위상 주입 신호(306)을 전송하는 평형 도전체로 대체되고, 제2 믹서(112)는 평형 입력(310)을 가지는 제2 믹서로 대체되며, 제3 믹서(114)는 평형 입력(308)을 가지는 제3 믹서로 대체되고 있다.
도 4는 강화형(enhanced) 회로 내에 존재하는 신호 파형을 나타낸다. 평형동위상 주입 신호(304)는 한 쌍의 파형, 즉 평형 0°위상 주입 신호 파형(402)과 평형 180°위상 주입 신호 파형(404)으로 표현되고, 평형 직교 위상 주입 신호(308)는 한 쌍의 파형, 즉 평형 90°위상 주입 신호 파형(406)과 평형 270°위상 주입 신호 파형(408)으로 표현된다. 각 쌍의 두 파형들이 서로 어떻게 상보 되는지에 주목하라. 각 쌍의 신호들은 함께 경로가 형성되어, 다른 회로와의 부적절한 결합을 발생시키는 한 도전체로부터의 어떤 전자계가 나머지 도전체로부터의 전자계에 의해 소멸되게 한다.
제1 믹서(104), 제2 믹서(112), 제3 믹서(114), 평형 입력(310)을 가지는 제2 믹서, 및 평형 입력(308)을 가지는 제3 믹서는 다음 중 하나를 포함하나, 이에 국한되지는 않는다: 비선형 반도체 믹서, 스위칭 믹서, 또는 길버트(Gilbert) 셀.
로칼 발진기(106)는 디지탈 로직 및 위상 동기 루프 기술을 이용하여, 도 5에 나타난 것 처럼 수정 제어형 발진기 또는 주파수 합성기(508)일 수 있다. 이러한 응용에 적절한 많은 주파수 생성 기술이 있다는 것이 이해될 수 있다.
디지탈 위상 천이기/분주기(116)와 평형 출력(302)을 가지는 디지탈 위상 천이기/분주기는 다음 중 하나를 포함하나, 이에 국한되지는 않는다: 상보형 금속 산화물 반도체 로직 또는 에미터 결합형 로직. 또한, 바람직한 실시예에 있어서, 모든 회로는 포지티브와 네가티브 포텐샬 간의 단일 다이오우드 드롭(drop)만으로 설계되므로, 1 볼트 D.C. 혹은 그 이하에서 완전하게 기능하는 회로들을 생성한다.
선택 호출 페이징 수신기는 도 3의 광대역 위상 천이기/분주기 복조기(506)와 결합되어 도 5에 나타난다. 로칼 발진기(106)는 로칼 발진기 신호(110)를 제공하는 주파수 합성기(506)로 대체된다. 이 실시예에 있어서, 반송파는 안테나(502)에 의해 수신되어(intercepted) RF 증폭기(504)에 연결된다. RF 증폭기(504)의 출력은 수신된 캐리어 신호(102)를 광대역 위상 천이기/분주기 복조기(506)에 제공한다. 광대역 위상 천이기/분주기 복조기(506)로부터의 동위상 베이스밴드 신호(126)와 직교 위상 베이스밴드 신호(128)는 디코더(512)와 연결된다. 디코더(512)는 사용된 신호 및 변조 형태에 적합한 신호 처리를 제공한다. POCSAG 프로토콜의 경우에 있어서, 신호는 디지탈 2 상태 주파수 천이 키 신호(digital two state frequency shift key)이다. 적절한 신호 처리를 이용하여, 많은 다른 형태의 변조 및 신호를 사용하여 신호가 처리될 수 있음을 알 수 있다. 디코더(512)는 제어기(514)에 결합된다. 이 제어기(514)는 주파수 합성기(508), 코드 플러그(510) 및 사용자 인터페이스(516)에 결합된다. 제어기(514)는 선택 호출 페이징 수신기의 다양한 기능을 기본적으로 제어하고, 통상적으로 마이크로 프로세서, 메모리 및 필요한 입출력 장치로 이루어진다. 코드 플러그(510)는 선택 호출 특성을 구현하기 위하여 제어기에 필요한 고유 식별 정보를 저장한다. 사용자 인터페이스(516)는 정보의 수신을 나타내는 오디오(audio), 시각(visual) 또는 기계적 신호를 사용자에게 제공하며, 수신기를 제어하기 위한 명령들을 사용자가 입력하기 위한 푸시 버튼 및 디스플레이를 포함할 수도 있다.
본 발명의 대안적인 실시예에 있어서, 로칼 발진기(106), 제1 믹서(104), 평형 입력(310)을 가지는 제2 믹서, 평형 입력(308)을 가지는 제3 믹서, 및 평형 출력(302)을 가지는 디지탈 위상 천이기/분주기는 단일 집적 회로로 집적되어질 수있다. 이 집적 회로는 도 5에 나타난 주파수 합성기(508)를 채택하므로써 더욱 강화될 수 있다.

Claims (11)

  1. 저전력 제로-IF 선택 호출 수신기에 있어서:
    제1 주파수(fLO)에서 주입 신호를 발생하는 로칼 발진기와;
    상기 로칼 발진기와 결합되어, 중간 신호와 연관된 제3 주파수(fIF)가 제1 주파수 (fLO)와 제2 주파수 (fC)의 합 또는 차 중 하나인 경우, 상기 제1 주파수(fLO)에서의 상기 주입 신호에 응답하여 상기 제2 주파수(fC)의 수신된 캐리어 신호를 상기 제3 주파수(fIF)의 중간 신호로 변환하기 위한 제1 믹서와;
    상기 로칼 발진기 및 상기 제1 믹서에 결합되어, 1 보다 큰 정수로 분주된 상기 제1 주파수(fLO)인 상기 제3 주파수(fIF)에서 한 쌍의 직교 위상 관련 주입 신호를 발생하는 디지탈 위상 천이기/분주기와;
    상기 디지탈 위상 천이기/분주기 및 상기 제1 믹서에 결합되어, 상기 한 쌍의 직교 위상 관련 주입 신호들의 동위상 및 직교 위상 성분에 각기 응답하여 상기 중간 신호의 동위상 성분을 동위상 베이스밴드 신호로변환하고, 상기 중간 신호의 직교 위상 성분을 직교 위상 베이스밴드 신호로 변환하는 한 쌍의 제2 믹서
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 저전력 제로-IF 선택 호출 수신기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제3 주파수(fIF)는 4로 분주된 상기 제1 주파수(fLO)임을 특징으로 하는 저전력 제로-IF 선택 호출 수신기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 로칼 발진기는 개별 수정 제어형 단일 주파수 발진기를 포함하는 것을 특징으로 하는 저전력 제로-IF 선택 호출 수신기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 로칼 발진기는 주파수 합성형 발진기를 포함하는 것을 특징으로 하는 저전력 제로-IF 선택 호출 수신기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 믹서는 스위칭 믹서를 포함하는 것을 특징으로 하는 저전력 제로-IF 선택 호출 수신기.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2 믹서들은 스위칭 믹서들을 포함하는 것을 특징으로 하는 저전력 제로-IF 선택 호출 수신기.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 믹서, 상기 디지탈 위상 천이기/분주기, 및 상기 한 쌍의 제2 믹서들은 단일 집적 회로 상에 제조되는 것을 특징으로 하는 저전력 제로-IF 선택 호출 수신기.
  8. 저전력 제로-IF 선택 호출 수신기에 있어서:
    제2 주파수에서 캐리어 신호를 수신하고, 제1 주파수에서 로칼 발진기 주입신호에 응답하여 제3 주파수에서 워킹 중간 주파수 신호(walking intermediate frequency signal)를 생성하는 제1 믹서와;
    상기 제1 믹서로부터 상기 워킹 중간 주파수 신호를 수신하고 상기 캐리어 신호 내에 포함된 변조 정보의 실제 및 가상 성분들을 나타내는 적어도 2개의 출력 신호들을 생성하는 직접 변환 직교 복조기와;
    1보다 큰 정수 N으로 분주된 상기 제1 주파수와 동일하며 또한 상기 제1 주파수와 제2 주파수의 합 또는 차 중 하나와 동일한 상기 제3 주파수에서 제2 로칼 발진기 주입 신호를 상기 직접 변환 직교 복조기에 제공하고, 상기 제1 주파수에서 제1 로칼 발진기 주입 신호를 상기 제1 믹서에 제공하도록 동작하는 로칼 발진기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 저전력 제로-IF 선택 호출 수신기.
  9. 제8항에 있어서, 상기 정수 N은 4와 동일함을 특징으로 하는 저전력 제로-IF 선택 호출 수신기.
  10. 제8항에 있어서, 상기 직접 변환 직교 복조기는:
    상기 제1 믹서 및 디지탈 위상 천이기/분주기에 결합되어, 상기 제2 발진기 신호의 동위상 주입 성분에 응답하여 상기 워킹 중간 주파수 신호의 동위상 성분을 동위상 베이스밴드 신호로 변환하는 제2 믹서와;
    상기 제1 믹서 및 상기 디지탈 위상 천이기/분주기에 결합되어, 상기 제2 발진기 신호의 직교 위상 주입 성분에 응답하여 상기 워킹 중간 주파수 신호의 직교위상 성분을 직교 위상 베이스밴드 신호로 변환하는 제3 믹서
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 저전력 제로-IF 선택 호출 수신기.
  11. 제8항에 있어서, 상기 직접 변환 직교 복조기는:
    디지탈 위상 천이기/분주기 및 상기 제1 믹서에 결합되어, 상기 제2 발진기 신호의 동위상 및 직교 위상 성분에 각기 응답하여, 상기 워킹 중간 주파수 신호의 동위상 성분을 동위상 베이스밴드 신호로 변환하고 상기 워킹 중간 주파수 신호의 직교 위상 성분을 직교 위상 베이스밴드 신호로 변환하는 한 쌍의 제2 믹서들을 포함하는 것을 특징으로 하는 저전력 제로-IF 선택 호출 수신기.
KR1019970708612A 1995-05-31 1996-04-22 중간주파수와단일로칼발진기를사용하는광대역제로-if직교복조기 KR100306727B1 (ko)

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