KR100379393B1 - 디지털 ｔｖ 수신기의 캐리어 신호 복구 방법 및 이를위한 주파수 및 위상 동기 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디지털 TV에 관한 것으로, 특히 캐리어(Carrier)신호가 존재하고 이를 이용해 전송 신호의 주파수 및 위상을 맞추는 캐리어 복구 회로에 적당하도록 한 디지털 TV 수신기의 캐리어 신호 복구 방법 및 이를 위한 주파수 및 위상 동기(Frequency Phase Locked Loop; 이하 FPLL이라 칭함) 회로에 관한 것으로, 특히 I 신호를 하향 신호로 변환하는 하향 변환기와, 동일 주파수를 갖으나 위상이 다른 두 I 신호가 입력되면, 상기 입력된 위상이 다른 두 I 신호에 대해 디지털적으로 위상차에 해당하는 신호를 생성하는 위상 비교기와. 상기 위상 비교기에서 위상차가 비교되어 출력된 I 신호를 아날로그 신호로 변환하고 위상 비교기의 출력 전류를 증폭시키는 차지 펌프와, 상기 차지 펌프를 통해 출력된 I 신호의 위상을 자동으로 제어하는 자동 위상 제어 필터로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명을 통해 종래 기술에서 큰 부피를 차지하면서 사용된 저주파 아날로그 이중 밸런스드 믹서가 필요하지 않음으로써, 회로의 집적화에 유리하고 디지털 해석으로 신뢰성이 높으며 편리성이 가능하고 IQ-복조기를 사용하지 않으므로 비용면에서 경제적이라는 장점이 있다.

Description

디지털 ＴＶ 수신기의 캐리어 신호 복구 방법 및 이를 위한 주파수 및 위상 동기 회로{Method of Carrier Recovery in Digital TV and the same FPLL ciruit}

본 발명은 디지털 TV에 관한 것으로, 특히 캐리어(Carrier) 신호가 존재하고 이를 이용해 전송 신호의 주파수 및 위상을 맞추는 캐리어 복구 회로에 적당하도록한 디지털 TV 수신기의 캐리어 신호 복구 방법 및 이를 위한 주파수 및 위상 동기회로에 관한 것이다.

디지털 TV 방송의 지상파 채널을 전송하는 방식의 표준으로서 VSB 방식이 선정된 바 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 FPLL 회로를 설명하는 도면이다.

상기 도 1은 로컬(Local) 신호를 발생하는 전압 제어 발진기(Voltage Controlled Oscillator)(13)와, 상기 전압 제어 발진기(13)에서 발생한 로컬 신호와 중간 주파수 대역의 신호와 캐리어(Carrier) 신호인 파일럿 신호가 합성되어 입력되는 I 신호용 믹서(11)와 Q 신호용 믹서(12), 상기 I 신호용 믹서(11), Q 신호용 믹서(12) 및 전압 제어 발진기(13)을 포함하는 I-Q 복조기(10)와, 상기 I 신호용 믹서11)와 Q 신호용 믹서(12)을 통해 발생된 신호와 상기 전압 제어 발진기(13)에서 발생한 로컬 신호가 믹싱된 성분 중에서 합 성분을 제거하는 제1 저역 필터(14), 제2 저역 필터(15)와, 상기 제1 저역 필터(14)와 제2 저역 필터(15)에서 출력된 신호에 비트 주파수의 크기에 따라 위상만을 변화시켜 출력하는 자동 주파수 제어 필터(Auto Frequency Control Filter)(16)와, 0 보다 큰 신호는 +1로, 0 보다 작은 신호는 -1로 만들어 사각 파형을 출력하는 하드 리미터(Hard Limiter)(17)와, 상기 하드 리미터에(17)서 출력되는 신호와 저역 필터(15)를 통과한 신호를 믹싱하는 저주파 아날로그 이중 밸런스드 믹서(Low Frequency Analog Double Balanced Mixer)(18)와, 상기 믹싱을 통해 출력된 신호의 위상을 자동으로 제어하는 자동 위상 제어 필터(Auto Phase Control Filter)(19)로 구성된다.

상기 구성에 대한 동작 설명은 다음과 같다.

먼저 중간 주파수 대역의 신호와 캐리어(Carrier) 신호인 파일럿(Pilot)신호가 합쳐진 형태로 FPLL 회로에 입력이 된다.

상기 신호가 입력되면 동시에 I 신호용 믹서(11)와 Q 신호용 믹서(12)를 통과하면서 전압 제어 발진기(17)에서 발생하는 로컬 신호와 상기 I 신호 및 Q 신호가 믹싱된다.

이때, 상기 로컬 신호와 I 신호가 상기 I 신호용 믹서(11)를 통해 믹싱이 된 후 합과 차 성분이 발생한다.

여기서 합 성분을 제거하기 위해 I 신호용 합성 주파수 제거 필터인 제1 저역 필터(14)를 사용한다. 상기 중에서 일부 신호는 타이밍 복원을 위해 도 1에서와 같이 AD 컨버터로 입력된다.

상기 제1 저역 필터(14)를 통과한 신호는 자동 주파수 제어 필터(16)을 통과하는데, 상기 자동 주파수 제어 필터(16)는 로컬 신호와 중간 주파수 입력 신호 중 캐리어 신호인 파일럿 신호의 주파수 차에 해당하는 비트 주파수의 크기에 따라 위상만을 변화시켜 출력하는 특성을 갖고 있다.

상기 자동 주파수 제어 필터(16)에 의해 비트 주파수의 값에 따라 동일 주파수의 위상이 변화된 출력 신호는 하드 리미터(17)를 거치게 된다.

상기 하드 리미터(17)는 0 보다 큰 신호는 +1로, 0 보다 작은 신호는 -1로 만들어 그 출력을 사각 파형으로 만든다.

I 신호용 믹서(11)에 입력된 로컬 신호와 정확히 90도의 위상이 지연된 또 다른 로컬 신호는 Q 신호용 믹서(12)에 인가되어 입력 중간 주파수 신호와 마찬가지로 믹싱이 된 후 합 성분의 신호를 제거하기 위하여 상기 제1 저역 필터(14)와 동일한 특성을 가지는 Q 신호용 합성 주파수 제거 필터인 제2 저역 필터(15)를 사용한다.

상기의 제2 저역 필터(15)를 통해서 얻어진 신호는 하드 리미터(17)을 통과한 사각 파형 신호와 믹싱하는데, 상기 믹싱은 저주파 아날로그 이중 밸런스드 믹서(18)가 담당하게 된다.

상기 저주파 아날로그 이중 밸런스드 믹서(18)는 매우 낮은 주파수의 하드 리미터(17) 출력 신호와 비트 주파수, 복잡한 형태의 기저 대역 Q 신호가 합쳐져 있는 두 신호를 믹싱할 수 있는 고성능을 가지고 있어야 한다.

저주파 아날로그 이중 밸런스드 믹서(18)를 통과한 신호는 자동 위상 제어 필터(19)의 입력으로 들어간다.

즉, 비트 주파수 값에 따라 상기 자동 위상 제어 필터(19)의 출력에서 나타나는 DC 레벨은 I-Q 복조기(10)의 전압 제어 발진기(13)를 제어하며, 이에 따른 전압 제어 발진기 출력 주파수는 입력 중간 주파수 신호의 캐리어 신호와 동일한 주파수 및 위상을 가질 때까지 전체 회로를 돌게 되어 결국 캐리어 복원을 성공적으로 수행한다.

그러나 이와 같은 종래의 기술에 따른 FPLL 회로는 저주파 아날로그 이중 배런스드 믹서는 큰 부피를 차지하며 이에 따른 회로의 집적에 어려움이 있다.

또한, 회로 해석에 있어서 아날로그 요소로 인해 복잡한 해석이 필요하며 반드시 IQ-복조기에 해당하는 부분이 있어야 하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 상기 FPLL 회로의 집적화를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 디지털 요소를 통해 해석의 용이성을 제공 위한 것이다.

이상과 같은 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 따르면, I 신호를 하향 신호로 변환하는 하향 변환기와, 동일 주파수를 갖으나 위상이 다른 두 I 신호가 입력되면, 상기 입력된 위상이 다른 두 I 신호에 대해 디지털적으로 위상차에 해당하는 신호를 생성하는 위상 비교기와. 상기 위상 비교기에서 위상차가 비교되어 출력된 I 신호를 아날로그 신호로 변환하고 위상 비교기의 출력 전류를 증폭시키는 차지 펌프와, 상기 차지 펌프를 통해 출력된 I 신호의 위상을 자동으로 제어하는 자동 위상 제어 필터로 이루어진다.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 따르면, I 신호가 하향 변환기를 통해 하향 신호로 변환되어 저역 필터로 입력되는 단계와, 상기 저역 필터에서 캐리어 신호 성분만으로 주파수와 위상이 동기되어 출력된 I 신호가 제 1 하드 리미터를 통해 위상 비교기에 입력되고, 동시에 상기 I 신호가 자동 주파수 제어 필터와 제 2 하드 리미터를 통해 캐리어 신호 주파수의 차에 해당하는 비트 주파수의 크기에 따른 위상만이 변화되어 상기 위상 비교기로 입력되는 단계와, 상기 위상 비교기에서 상기 I 신호를 서로 비교함으로서 그 차가 디지털적 신호로 생성되어 출력된 I 신호가 차지 펌프를 통과하면서 아날로그 신호로 변환되고, 상기 변환된 신호의 출력 전류를 증폭하여 출력하고 상기 신호가 자동 위상 제어 필터에 입력되어 캐리어 신호와 동일한 주파수, 위상으로 복원되는 단계를 포함하여 이루어진다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 FPLL 회로를 설명하는 도면

도 2는 본 발명에 따른 FPLL 회로를 설명하는 도면

도 3은 본 발명에 따른 주파수 변화를 나타내는 도면

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

101 : I 신호용 믹서 102 : 제1 저역 필터

103 : 제2 저역 필터 104 : 자동 주파수 제어 필터

105 : 제1 하드 리미터 106 : 제2 하드 리미터

107 : 위상 비교기 108 : 차지 펌프

109 : 자동 위상 제어 필터 110 : 전압 제어 발진기

이하 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 구성 및 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 FPLL 회로를 설명하는 도면이다.

상기 도 2의 FPLL 회로는, I 신호용 믹서(101), 제1 저역 필터(102), 제2 저역 필터(103), 자동 주파수 제어 필터(104), 제1 하드 리미터(105), 제2 하드 리미터(106), 위상 비교기(107), 차지 펌프(Charge Pump)(108), 자동 위상 제어 필터(109), 전압 제어 발진기(110)로 구성된다.

하향 변환기(100)는 I 신호용 믹서(101)과 제1 저역 필터(102)로 구성된다.

전압 제어 발진기(110)는 로컬 신호를 발생하도록 구성된다.

I 신호용 믹서(101)는 상기 전압 제어 발진기(110)에서 발생한 로컬 신호와, 중간 주파수 대역의 신호와, 캐리어 신호인 파일럿 신호가 합성되어 입력되도록 구성된다.

제1 저역 필터(102)는 상기 전압 제어 발진기(110)에서 발생된 로컬 신호와 상기 믹서(101)를 통해 발생된 신호가 믹싱된 성분 중에서 합 성분을 제거하도록 구성된다.

제2 저역 필터(103)는 캐리어 신호 성분만으로 주파수 및 위상을 고정시키도록 구성된다.

자동 주파수 제어 필터(104)는 상기 제2 저역 필터(103)에서 출력된 신호에 대한 비트 주파수의 크기에 따라 위상만을 변화시켜 출력하도록 구성된다.

제1 하드 리미터(106)와 제2 하드 리미터(106)는 0보아 큰 신호는 +1, 0보다 작은 신호는 -1로 만들어 사각 파형을 출력하도록 구성된다.

위상 비교기(107)은 동일 주파수를 가진 두 입력 I 신호의 위상을 비교하여 자동적으로 제어하도록 구성된다.

차지 펌프(108)는 상기 위상 비교기(107)에서 위상차로 인해 발생한 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하며 상기 위상 비교기(107)에서 출력되는 전류가 미약함으로 인하여 상기 전류를 증폭시켜 동기 타임을 빠르게 가져가도록 구성된다.

자동 위상 제어 필터(109)는 상기 차지 펌프(108)를 통해 출력된 신호의 위상을 자동적으로 제어하도록 구성된다.

상기 구성에 대한 동작 설명은 다음과 같다.

중간 주파수 대역의 신호와, 캐리어 신호 즉 파일럿 신호가 합쳐진 형태로 회로에 입력되면 맨 처음 I 신호용 믹서(101)에 들어가게 된다.

I 신호용 믹서(101)에 입력된 신호는 전압 제어 발진기(110)에서 발생한 로컬 신호와 믹싱되어 합과 차 성분이 발생하고 이때 합 성분을 제거하기 위해 합성 주파수 제거 필터인 제1 저역 필터(102)를 통과한 후, 타이밍 복원을 위해서 I 신호에 대한 AD 변환기 입력으로 들어간다.

I 신호용 믹서(101)와 제1 저역 필터(102)로 구성된 하향 변환기를 통과한 I 신호는 주파수 옵셋(offset) 필터인 제2 저역 필터(103)로 들어간다.

상기 제2 저역 필터(103)는 중간 주파수 대역의 파일럿 신호가 로컬 신호와 믹싱되어 기저 대역으로 옮겨왔을 때의 위치에 해당하는 대역까지를 저역 통과함으로써 캐리어 신호 성분만으로 주파수 및 위상 고정을 시키기는 역할을 한다.

상기 제2 저역 필터(103)에서 출력된 신호는 자동 주파수 제어 필터(104)로 입력된다.

상기 자동 주파수 제어 필터(104)는 캐리어 신호가 기저 대역으로 하향 변환기를 통해 변환되었을 때 캐리어 신호에 해당되는 주파수 대역만을 통과하도록 역할을 한다.

또한 상기 자동 주파수 제어 필터(104)는 로컬 신호와, 중간 주파수 신호 중 캐리어 신호 즉 파일럿 신호 주파수의 차에 해당하는 비트 주파수의 크기에 따라 위상만을 변화시켜 출력하는 역할도 한다.

상기 비트 주파수의 값에 따라 동일 주파수의 위상이 변화된 출력 신호는 제2 하드 리미터(106)를 통과하게 된다.

상기 제2 하드 리미터(106)는 0 보다 큰 신호는 +1로, 0 보다 작은 신호는 -1로 만들어 사각 파형을 출력하는 역할을 한다.

즉, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 주파수와 위상을 고정시킨다.

또한, 제1 저역 필터(103)에서 출력된 또 다른 신호는 제1 하드 리미터(105)를 통과하여 디지털 신호로 출력된다.

이렇게 단순히 디지털로 출력된 신호와 위상을 변화시켜 출력된 디지털 신호는 위상 비교기(107)로 인가되어 비교된다.

여기서 상기 위상 비교기(107)는 R-S 플립플롭이나 XOR 게이트 및 여타 디지털 소자로 구성된 위상 비교기를 말한다.

상기 위상 비교기(107)는 쇼트키 다이오드와 저주파용 변압기로 이루어진 종래 기술의 저주파 아날로그 이중 밸런스드 믹서에 비해 간단하게 구현될 수 있다.

상기 위상 비교기(1070)의 출력 신호는 디지털 적으로 위상차에 해당하는 신호를 생성하며, 상기 생성된 신호를 차지 펌프(108)와 자동 위상 제어 필터(109)를 통과한 후 DC 레벨에 가까운 출력 신호를 생성한다.

상기 자동 위상 제어 필터(109)는 루프(Loop) 필터로서, 비트 주파수 값에 따른 위상 비교기의 출력 형태는 크게 3가지로 나타낼 수 있는데, 자세한 그래프 형태는 도 3에 나타난 바와 같다.

즉, 도 3에서 살펴보면, 도 2의 자동 주파수 제어 필터(104)를 통과한 a` 지점의 I 신호는 하드 리미터(104)를 통과하여 디지털 신호로 바뀐다.

또한 b` 지점을 지나는 또 다른 I 신호는 하드 리미터(105)를 통과하여 상기 와 마찬가지로 디지털 신호로 바뀐다.

여기서 비트 주파수는 로컬 신호 주파수와, 캐리어 신호 즉 파일럿 신호 주파수의 차이로써, 도 3에서 볼 때 비트 주파수의 값이 0이 되면 위상 비교기(107)을 통과한 출력 신호의 그래프는 0에 가까워지며, 비트 주파수가 + 이거나, - 의경우에 따라 출력 신호의 그래프 모습이 달라진다.

상기 비트 주파수의 값에 따라 자동 위상 제어 필터(109)의 출력에서 나오는 DC 레벨은 전압 제어 발진기(110)를 제어한다.

상기 전압 제어 발진기(110)의 출력 주파수는 입력 중간 주파수 신호의 캐리어 신호와 동일한 주파수 및 위상을 가질 때까지 계속해서 전체 회로를 순환하다가 최종적으로 캐리어 복원을 성공적으로 수행한다.

본 발명에 따른 디지털 TV 수신기의 캐리어 신호 복구 방법 및 이를 위한 주파수 및 위상 동기 회로는 종래 기술에서 큰 부피를 차지하면서 사용된 저주파 아날로그 이중 밸런스드 믹서가 필요하지 않음으로써, 회로의 집적화에 유리하고 디지털 해석으로 신뢰성이 높고 편리성이 크며 또한 IQ-복조기를 사용하지 않기 때문에 비용면에서 경제적인 효과가 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정하는 것이 아니라 특허 청구 범위에 의해서 정해져야 한다.

Claims (3)

1. I 신호를 하향 신호로 변환하는 하향 변환기와;

   동일 주파수를 갖으나 위상이 다른 두 I 신호가 입력되면, 상기 입력된 위상이 다른 두 I 신호에 대해 디지털적으로 위상차에 해당하는 신호를 생성하는 위상 비교기와;

   상기 위상 비교기에서 위상차가 비교되어 출력된 I 신호를 아날로그 신호로 변환하고 위상 비교기의 출력 전류를 증폭시키는 차지 펌프와;

   상기 차지 펌프를 통해 출력된 I 신호의 위상을 자동으로 제어하는 자동 위상 제어 필터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 디지털 TV 수신기의 캐리어 신호 복구를 위한 주파수 및 위상 동기 회로.
2. 제 1항에 있어서, 하향 변환기는 I 신호용 믹서와 제1 저역 필터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 디지털 TV 수신기의 캐리어 신호 복구를 위한 주파수 및 위상 동기 회로.
3. I 신호가 하향 변환기를 통해 하향 신호로 변환되어 저역 필터로 입력되는 단계와;

   상기 저역 필터에서 캐리어 신호 성분만으로 주파수와 위상이 동기되어 출력된 I 신호가 제 1 하드 리미터를 통해 위상비교기에 입력되고, 동시에 상기 I 신호가 자동 주파수 제어 필터와 제 2 하드 리미터를 통해 캐리어 신호 주파수의 차에 해당하는 비트 주파수의 크기에 따른 위상 변화되어 상기 위상 비교기에 입력되는 단계와;

   상기 위상 비교기에서 상기 I 신호를 서로 신호를 비교함으로서 그 차가 디지털적 신호로 생성되어 출력된 I 신호가 차지 펌프를 통과하면서 아날로그 신호로 변환되고, 상기 변환된 신호의 출력 전류를 증폭하여 출력하고 상기 신호가 자동 위상 제어 필터에 입력되어 캐리어 신호와 동일한 주파수, 위상으로 복원되는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 디지털 TV 수신기의 캐리어 신호 복구 방법.