KR100436193B1 - 높은q대역필터를동조시키기위한방법및장치 - Google Patents

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Abstract

높은 Q 대역 필터(102)는 과도 펄스(204)를 필터에 인가하여 필터가 울리게(to ring) 함으로써 동조된다. 필터의 울림으로 그 제로 교차점(208)이 펄스 트레인(210)으로 변환되고 선정된 수 n까지 디지털 카운터(112)에서 카운트되는 출력이 감쇠된 발진 파형(206)을 만든다. 카운터의 출력(214)은 필터가 정확하게 동조될 때 n 펄스의 시간과 같은 시간주기를 갖는 정확한 타이밍 신호(216)와 비교된다. 비교기(118)의 출력은 적분기(122)에 인가되어 필터를 동조시키기 위해 제어 신호 VC를 발생한다. 이와 같이 고 주파수 동조 문제가 용이하게 구현되는 저 주파수 시간 도메인 문제로 변환된다.

Description

높은 Ｑ 대역 통과 필터를 동조시키기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR TUNING HIGH Q BANDPASS FILTERS}
본 발명은 전자 필터에 관한 것으로, 특히 높은 품질 계수(quality factor, Q)의 대역 전기 회로 필터의 동조에 관한 것이다.
본 발명이 관련되는 종류의 필터는 전기 회로에 존재할 원하는 또는 원치않는 주파수 성분을 강조(emphasize), 강조 해제(deemphasize)하거나 또는 제어하는 장치이다. 필터링 작용은 전기 뿐 아니라, 기계적, 압전, 자기 변형적, 음향과 같은 다른 수단에 의해 달성될 수 있다. 대역 통과 필터는 한정된 대역 또는 스펙트럼 내에서는 에너지를 허용하지만 그 대역 또는 스펙트럼 외에서는 제거하는 필터이다. 대역폭(BW)은 대역 통과 필터에서 3-㏈ 차단(cut-off) 주파수 간의 대역 또는 주파수 허용 윈도우 또는 대역이다. 대역 통과 필터를 기술하는데 있어서, 품질 계수(quality factor)(Q)는 대역폭에 대한 중심 주파수의 비율이다. 중심 주파수(fc)는 3-㏈ 차단 주파수 간의 지형학적 평균 주파수이고, Q 계수가 높을 때 (약 10이상) 수학적 평균에 의해 근사치화될 수 있다. 일반적으로, D. White, A Handbook on Electronic Filters (1963 Donald R. J. White, Germantown, Md)을 참조한다.
예를 들어 셀룰러 전화와 같은 무선 주파수 장치용 대역 통과 필터에 사용되는 필터는 전형적으로 집적회로 상에 형성된다. 집적회로 제조 공정에서의 공정 변화에 의해 형성되는 대역 통과 필터의 중심 주파수의 차가 초래된다. 따라서 이들 필터는 대역통과 주파수의 중심이 소정의 대역통과 특성에 정합하도록 동조되어야 한다.
필터를 동조시키는 한 가지 공지된 기술은 마스터 필터가 동조되며 마스터 필터를 동조시키는 것으로부터 파생된 제어 변수는 슬레이브 필터인 주 필터를 구동시키는데 사용되는 마스터/슬레이브 기술이다. 이와 같은 시스템은 높은 Q 필터 대역 특성의 협소함 때문에 낮은 Q 필터에는 상당한 효과가 있지만, 높은 Q 필터에 대해서는 그다지 효과가 없다. 높은 Q 필터 시스템에서는 마스터와 슬레이브 필터 간에 근소한 트랙킹 에러 조차도 대역 통과 특성을 바람직한 범위에서 벗어나게 할 수 있다.
다른 공지된 기술은 자기 동조(self-tuning)이다. 여기서, 주 필터 그 자체가 동조하는데 사용된다. 이는 필터가 정상적인 경로로부터 분리될 것을 필요로 한다. 많은 응용에서, 이는 자동적으로 이용할 수 있는 아이들 시간(idle times)을 이용함로써 수행될 수 있다. 아이들 시간이 존재하지 않는 상황에서는, 한 필터를 사용하면서 다른 필터는 동조시키는 것과 같은 두개의 필터를 사용하는 것이 필요할 수 있다.
높은 Q 대역 통과 필터의 자기 동조를 구현하기 위한 가장 널리 사용되는 기술은, 소정의 중심 주파수에 사인파를 인가하고, 출력과 입력파 간의 위상차가 90°일 때까지 필터를 동조시키는 것이다. 이 기술의 단점은 정확한 동작 주파수의 사인파 소스를 가질 필요가 있다는 것이다. 이는 보다 낮은 주파수에서는 문제가 되지 않는다. 그러나, 1㎓와 같이 높은 주파수에서는, 회로에서의 작은 시간 지연조차도 필터가 잘못 동조되게 하는 큰 위상 에러를 초래할 수 있다. 또한, 상기 회로는 보다 높은 주파수의 소스를 가져야 하며, 보다 높은 주파수가 회로의 다른 부분에 용량적으로 결합되어 내부에 간섭을 유발하는 것을 방지할 수 있도록 되어 있어야 한다.
따라서, 극히 정확하고 중심 주파수에서 사인파를 필요로 하지 않는 높은 Q 대역 통과 필터의 중심 주파수를 동조시키기 위한 저비용 및 효율적인 수단의 필요성이 존재한다.
따라서, 본 발명의 목적은 전자 필터를 동조시키기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 대역 통과 필터의 중심 주파수를 동조시키기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 집적회로 상에 형성된 대역 통과 필터의 중심 주파수를 동조시키기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
이들 및 다른 목적, 장점 및 특징은 본 발명의 한 특징에 따라 대역 통과 필터의 중심 주파수를 검출하는 방법으로써 제공된다. 대역 통과 필터가 펄스로 여기되어 그 동조된 주파수에서 링(ring) 된다. 이 필터의 링잉에 의해 발생된 소정의 사이클 수의 발진 파형이 카운트된다. 발생한 소정 수의 사이클 동안 걸린 시간이 이미 알고있는 시간 기준과 비교된다.
본 발명의 다른 특징은 필터의 중심 주파수를 검출하기 위한 장치이다. 펄스 발생기는 필터를 펄스로서 여기시켜 필터가 그 동조 주파수에서 링된다. 카운터는 필터의 링잉에 의해 발생된 소정 수의 사이클의 발진 파형을 카운트한다. 비교기가 소정 수의 사이클 시간을 이미 알고있는 시간 기준과 비교한다.
본 발명의 또 다른 특징은 필터의 동조 방법이다. 필터가 펄스로 여기되어 필터가 그 동조 주파수에서 링된다. 필터의 링잉에 의해 발생된 소정 수의 사이클의 발진 파형이 카운트된다. 발생한 소정 사이클 수 동안 걸린 시간이 이미 알고있는 시간과 비교되어 출력 신호를 발생한다. 상기 출력 신호는 필터를 동조시키는데 사용된다.
본 발명의 또 다른 특징은 필터를 동조시키기 위한 장치이다. 펄스 발생기가 펄스로서 필터를 여기시켜 필터가 그 동조 주파수에서 링된다. 카운터는 필터의 링잉에 의해 발생된 발진 파형의 소정 수의 사이클을 카운트한다. 비교기가 소정 사이클 수 동안 걸린 시간을 공지된 시간 기준과 비교하여 출력 신호를 발생한다. 상기 출력 신호는 필터를 동조시키는데 사용된다.
본 발명의 또 다른 특징은 필터를 동조시키기 위한 장치이다. 펄스 발생기는 펄스로서 필터를 동조시켜 필터가 그 동조 주파수에서 링된다. 카운터는 필터의 링잉에 의해 발생된 발진 파형의 소정 수의 사이클을 카운트한다. 비교기는 발진 펄스의 소정 수의 경과 시간을 기준 신호와 비교하여 출력 신호를 출력한다. 적분기가 출력 신호를 적분하여 제어 신호를 발생하여 필터를 동조시킨다.
도 1은 본 발명의 필터 동조 회로 실시예의 블럭도.
도 2는 도 1의 비교기와 적분기의 구현을 도시하는 개략 블럭도.
도 3은 기생 극(parasitic poles)으로 인한 2 차수의 시간 도메인 과도 응답 교란(the second-order time domain transient response perturbation)을 도시하는 극-제로 패턴.
도 4는 10의 Q를 갖는 2 차수의 대역 통과 필터의 스텝 응답(the step response)을 도시하는 도면.
도 5는 공액 쌍 기생 극(conjugate pair parasitic poles)을 갖는 10의 Q를 갖는 필터의 대역 통과 응답을 도시하는 도면.
도 6은 고차수의 대역 통과 필터에 대한 극-제로 패턴.
도 7은 도 1의 회로에 대한 여기 및 타이밍 기준 신호 발생을 위한 한 가지 구현의 블럭도.
도 8은 본 발명의 변형된 필터 동조 회로 실시예의 블럭도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
102, 302 : 필터
108, 308 : 제로 교차 검출기
112, 312 : 카운터
122 : 적분기
118 : 비교기
126 : 시스템 클럭부
128 : 여기 카운터
130 : 타이밍 기준 카운터
301 : 여기 펄스 발생기
도 1은 본 발명의 원리에 따른 전자 필터 동조 회로(100)를 도시하는 블럭도이다. 집적 대역 통과 필터와 같은 필터(102)는 여기 입력 펄스를 수신하기 위한 입력 단자(104)에 결합되어 다음에 설정되는 중심 주파수 (fc)에서 링된다. 필터(102)는 적어도 10 그리고 전형적으로 10-20의 범위의 높은 Q 계수를 갖는다. 필터(102)의 링잉으로 인한 발진 파형이 라인(106) 상의 필터의 출력에 나타나고, 제로 교차 검출기(zero crossing detector)(108)에 입력된다. 제로 교차 검출기(108)는 발진 파형에서 제로 교차를 검출하는데 사용되며, 예를 들면 슈미트 트리거의 형태를 취할 수 있다. 제로 교차 검출기(108)의 출력은 라인(110) 상의 일련의 디지털 펄스들이며, 여기서 각각의 펄스는 라인(106) 상의 필터(102)의 발진 출력에서 검출된 제로 교차에 대응한다.
라인(110)은 회로 설계자에 의해 선택된 임의의 수일 있는 소정 수 n까지 카운트하는 디지털 카운터(112)의 입력에 제로 교차 펄스열을 결합한다. 카운터(112)의 출력은 비교기(118)의 제1 입력으로서 라인(114) 상에 공급된다.비교기(118)의 제2 입력은 단자(116)에 인가된 정확한 공지된 시간 기준으로, 이는 소정의 중심 주파수에서 n 제로 교차 펄스의 지속기간과 같은 시간 주기를 갖는다. 카운터(112)의 출력과 기준 간의 차는 적분기(122)에 공급되는 비교기(118)의 출력(120)에서 차신호를 발생한다. 적분기(122)는 이 차를 적분하여, 필터(102)의 중심 주파수를 소정의 중심 주파수와 정합시키도록 조정하는 제어 신호를 라인(124) 상에 발생한다.
단자(114)에 인가된 여기 펄스는 설계자가 선택한 임의의 주파수일 수 있지만, 필터(102)가 현재 설정된 중심 주파수에서 링되도록 충분히 날카로운 과도 파형을 가질 필요가 있다. 펄스의 주파수는 필터가 동조될 필요가 있는 속도에 의해 결정된다. 예를 들면, 펄스는 풀 스케일(full scale) 필터 동작 진폭과 같은 진폭(즉, 1-볼트 풀 스케일 동작 전압 필터에 대해 1-볼트 진폭 펄스)와, 필터가 링하는데 충분한 초기 임펄스를 수신하기에 충분히 긴 지속기간(즉, 20-30 시스템 클럭 펄스 사이클)을 갖는 구형파 펄스(도 1의 204)의 형태를 취한다.
라인(106) 상의 링잉 필터(ringing filter)(102)의 출력은 시간에 따라 지수적으로 감쇠하는 진폭 감쇠 엔벨로프(amplitude decay envelope) (점선 207)를 갖는 감쇄된 발진 파형(206)이다. 발진 주파수는 필터(102)의 다음에 설정되는 중심 주파수 (fc)와 동일하고, 그 주기 (T＝2π/fc)는 하나의 제로 교차점(208)과 다음 제로 교차점(208) 간의 경과 시간에 의해 정의될 수 있다. 필터 출력(206)의 제로 교차점(208) 각각은 제로 교차 검출기(108)에 의해 검출되어 라인(110) 상에 펄스를 발생한다. 라인(110) 상의 펄스열(210)의 펄스의 주파수 (즉, 제로검출기(108)에 의해 검출된 제로 교차점(208)의 주파수)는 링잉 필터 출력(206)의 주파수(fc)의 2배일 것이다. 펄스열(210)에서 펄스의 주기는 링잉 필터 출력(206)의 주기의 1/2일 것이다. 라인(110) 상의 펄스열(210)은 소정 수의 제로 교차점 펄스 n까지 카운트하기 위해 디지털 카운터(112)를 증가시키는데 사용된다. 이와 같이 소정 수 n은 임의의 수일 수 있지만, 바람직하게 임계 성분의 구비조건을 피하도록 충분히 길어야 한다. 예를 들어, 만일 짧은 주기 카운트가 선정되면, 이때 제어 회로를 통한 극히 작은 지연조차도 중심 주파수에서 큰 에러를 유발할 수 있다. 그러나, 만일 예를 들어 n＝20 또는 30과 같이 보다 큰 수가 선정되면, 이때 작은 지연은 필터(102)의 중심 주파수의 동조의 정확도에 큰 영향을 미치지 못할 것이다. 제로 교차 검출기(108) 및 카운터(112)의 이용으로 높은 주파수/짧은 주기 필터를 동조시키는 작업이 보다 용이하게 해결되는 보다 낮은 주파수/긴 주기 동조 문제로 전환된다. 라인(114) 상의 카운터(112)의 출력(214)은 주파수의 1/n배, 및 라인(110)상의 일련의 제로 교차 검출 출력 펄스의 주기의 n배(예를 들어, n＝20 또는 30)인 일련의 펄스이다. 도 1의 카운터(112)의 출력에 도시된 이와 같이 낮은 주파수/긴 주기 신호(214)는 비교기(118)에 제1 입력으로서 공급된다. 단자(116)는 비교기(118)의 제2 입력에 결합된 공지된 정확한 타이밍 기준 신호(216)를 수신한다. 단자(116)에 인가된 타이밍 신호(216)는, 신호(214)가 소정 중심 주파수에 적절히 동조된 필터(102)의 중심 주파수(fc)인 것처럼 보이는 것에 대응하는 일련의 펄스일 수 있다. 이와 같이 타이밍 신호(216)는 소정의 중심 주파수인 주파수의 2/n배인 주파수와, 소정의 중심 주파수에서 발진하는 필터의 주기의 2/n배인 (한 제로 교차점과 다음 한 제로 교차점 간의 경과 시간) 주기를 갖는 일련의 펄스일 수 있다. 단자(116)에 인가된 기준 신호의 주파수는 예를 들면 필터의 동작 주파수보다 약 10 또는 15배 낮기 때문에, 용이하게 발생되기 쉽고 집적 회로 상의 다른 회로에 용량적으로 결합될 가능성이 적다. 도 1에 도시된 실시예에서, 카운터(112)의 출력(214)의 펄스는 단자(116)에 인가된 기준 신호(216)의 펄스보다 긴 주기를 갖는데, 이는 필터(102)의 실제 주파수가 소정의 주파수보다 낮다는 것을 가리킨다.
라인(120) 상의 비교기(118)의 출력은 라인(114)과 단자(116)에 인가된 입력 신호(214와 216) 간의 차에 근거하여 발생되고 다음에 적분기(122)에 의해 적분되어 필터(102)를 동조시키기 위해 라인(124) 상에 제어 신호 Vc를 공급하는 타이밍 차신호 i이다.
동조 동작이 수행될 때마다, 비교기(118)의 신호 i 출력은 기술분야의 공지된 기술을 이용하여, 적분기(122)에 의해 적분되어 필터(102)를 그 중심 주파수에 동조시키는 라인(124) 상에 제어 신호를 발생한다. 라인(124) 상의 출력은 예를 들어 DC 전압 Vc일 수 있으며, 필터(102)는 전압 제어 동조 기술을 이용하여 동조될 수 있다. 상기 기술은 장점으로써 필터가 정확하게 동조될 때까지 반복된다. 필터가 소정의 중심 주파수에 동조되는 속도는 부분적으로 단자(104)에 인가된 여기 신호(204)에 있는 펄스의 주파수에 의해 결정된다. 높은 속도의 펄스는 소정의 시간 주기 내에서 보다 많은 반복을 가능하게 할 것이고, 따라서 고속의 제어를 가능하게 한다. 필터는 주기적으로 동조될 필요가 있으며, 이와 같은 동조는 동작에 따라 몇 밀리초마다 필요할 수 있다. 예를 들면, 셀룰러 전화에서, 필터의 동조가 통화에서의 럴(lulls) 동안에 수행될 수 있어, 동조 절차가 총체적으로 사용자에게 투명하다. 송신에서 어떠한 럴도 없고 송신에서의 중단이 허용될 수 없는 그와 같은 상황에서는, 하나의 필터가 사용중인 반면에 다른 필터는 동조되고 있는 두개의 필터를 가질 필요가 있을 수 있다.
비교기(118)와 적분기(122)는 예를 들면 도 2에 개략적으로 도시된 바와 같이 구현될 수 있다. 카운터 출력 라인(114)은 양 전압원 +Vdd과 라인(120) 간에 접속된, 양 전류원(119)의 제어 동작에 접속된다. 기준 신호 입력 단자(116)는 라인(120)과 음 전압원 -Vdd간에 접속된, 동일하지만 대향하는 음 전류원(121)의 동작 제어에 접속된다. 적분 캐패시터 Ci의 한 단자는 라인(120 및 124)에 접속되고, 다른 단자는 접지에 접속된다. 라인(114)에서의 카운터 출력 신호(214)가 하이(또는, 선택적으로, 로우)이고 단자(116)에서의 기준 신호(216)가 로우 (또는, 선택적으로, 하이)일 때, 전류 Iup는 양 전압원 +Vdd에서 라인(120)으로 흘러 양(+) 방향으로 캐패시터 Ci를 충전시킨다. 다른 한편, 라인(114)에서의 신호(214)가 로우(또는, 선택적으로, 하이)이고 단자(116)에서의 신호(216)가 하이(또는, 선택적으로, 로우)일 때, 전류 Idown는 라인(120)에서 음 전압원 -Vdd으로 흘러 반대, 즉 음 방향으로 캐패시터 Ci를 충전시킨다. 그러나, 라인(114)와 단자(116)에서의신호(214, 216)가 모두 하이 또는 모두 로우일 때, 어떠한 순 전류(net currents)도 라인(120)으로 또는 라인(120)에서부터 흐르지 않는다. 따라서, 필터(102)의 실제 중심 주파수가 소정의 중심 주파수보다 낮은 경우(도 1에 도시된 경우), 라인(114) 상의 펄스의 주기는 단자(116)에서의 펄스의 주기보다 길 것으로, Iup인가의 순간은 Idown인간의 순간을 초과할 것이다. 이는 결국 캐패시터 Ci상에 순 양(+) 전하(net positive charge)의 발생과 라인(124) 상에 양 제어 전압 Vc의 발생을 초래할 것이다. 다른 한편, 필터(102)의 실제 중심 주파수가 소정의 주파수보다 높을 때, 라인(114) 상의 펄스는 단자(116)에서의 그것보다 짧은 주기를 가질 것으로, Idown인가의 순간이 지배적이어서, 캐패시터 Ci상에 순 음 전하(net negative charge)와 음 제어 전압 Vc의 발생을 초래할 것이다. 제어 전압 Vc은 이때 공지된 방법을 이용하여 라인(114) 상의 펄스의 주기가 단자(116)에서의 펄스의 주기와 동일하고 제어 전압 Vc이 일정한 값이 될 때까지 필터(102)의 주파수를 증가시키거나 또는 감소시킨다.
링잉 필터(102)의 발진 파형(206)에서 제로 교차점의 주파수는 필터(102)의 중심 주파수의 전류 설정을 실제적으로 표현한다. 이는 수학식 1과 같은 전달 함수를 갖는 2차 대역 통과 필터를 고려함으로써 증명될 수 있다:
Figure pat00001
이 시스템의 스텝 응답은 다음 수학식 2와 같다:
Figure pat00002
여기서 s는 공지된 합성 주파수이며,
Figure pat00003
는 필터 전송의 중심 주파수이고,
Figure pat00004
는 품질 계수이다. 스텝 입력에 대한 이 함수의 시간 응답은 다음 수학식 3의 형태를 취한다.
Figure pat00005
여기서, Α는 상수이고,
Figure pat00006
이고,
Figure pat00007
은 다음 수학식 4로 주어지는 제로 교차점의 주파수이다:
Figure pat00008
Figure pat00009
과간의 차이는
Figure pat00011
의 높은 값에 대해 약
Figure pat00012
이다. 이 차는
Figure pat00013
가 적당한 값일 때에도 극히 작다. 따라서, 높은 Q 계수 필터의 경우, 필터(102)를 링잉하고 결과로 나타나는 신호(206)에서 제로 교차점(208)을 카운트하는 것이 필터(102)의 실제 중심 주파수 설정을 결정하는 뛰어난 방법이다.
필터의 과도 응답 및 진폭 응답에 대한 기생 극의 효과는 최소이다. 기생 극이 필터 통과 대역보다 높은 주파수라고 가정하면, 도 3에 도시된 극-제로패턴(pole-zero pattern) 표현에 가능한 시나리오가 제시된다. 통상적인 극은 P1과 P1'로 표시되어 있다. 기생 극은 P2, P2' 및 P3로 표시되어 있다. 상기 기생 극을 갖는 스텝 입력(a step input)에 대한 시간 응답은 다음 수학식 5와 같다:
Figure pat00014
여기서,
Figure pat00015
로 정의된다. 기생 극에 대응하는 합성 주파수는 매우 빨리 소멸한다. 따라서, 이와 같은 극은 이 기술에 거의 영향을 미치지 않는다.
이와 같이 제로 교차점 측정은 높은 Q 필터에 대해 최대 필터 전송의 뛰어난 측정을 제시한다. 시뮬레이션에 따르면, 이와 같은 접근방법은 종래의 위상 측정 방법을 이용하는 것보다 정확한 크기가 될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 실제의 응답 대 시뮬레이트된 응답의 비교 결과가 도 4와 도 5에 제시되어 있다.
본 발명은 또한 보다 높은 차수의 필터에 적용할 수 있다. 보다 높은 모든 차수의 대역 통과 필터는 다음 수학식 6으로 제시된 임펄스 응답을 갖는 이상적인 전달 함수에 근사하려고 시도한다:
Figure pat00016
물론, 이상적인 필터는 실현할 수 없고, 무한대의 지연을 갖는다. 모든 필터 근사치화 기술(approximation techniques)은 s의 유리함수(rational function)와 이상적인 필터 특성 간의 에러를 최소로 하는데 목표를 두고 있다. 따라서, 이와 같은 모든 필터의 과도 응답은 또한 이상적인 임펄스 응답에 거의 근사치화할 것이 예상되는 것이 타당하다. "물리적" 설명은 예를 들어 체비쉐브(Chebyshev) 대역 통과 필터를 고려하면 명확할 것이다. 이는 L·P 프로토타입에 대한 L·P 내지 B·P 변환을 이용함으로써 얻어진다. 극히 좁은 대역 통과 필터의 경우, 극 위치는 라인 s＝jωx에 대해 대칭인데, 여기서 ωx는 극의 허수 부분의 산술 평균 주파수이다(도 6을 참조). 과도 응답은 다음 수학식 7과 같다:
Figure pat00017
따라서,
Figure pat00018
여기서, 사인 항(sine term)은 대역 통과 필터의 중심 주파수에 대응하는 사인파이고, 코사인 항(the cosine term)은 비트 주파수(저주파수 엔벨로프)이다. 따라서, 제로 교차의 주파수는 대역 통과 필터의 중심 주파수에 대응하고, 그 차이는 약 0.1％이다.
도 7은 도 1의 회로(100)에서 여기 신호(204)와 타이밍 기준 신호(216)의 발생에 대한 한 가지 가능한 구현을 도시한다. 시스템 클럭(126)은 여기 카운터(an excitation counter)(128)에 입력하는 일련의 클럭 펄스(226)를 발생한다. 카운터(128)는 m 시스템 클럭 펄스 사이클의 펄스 폭 주기를 갖는 여기 신호(204)를 발생하기 위해 클럭 펄스의 수 m까지 카운트하도록 하드 와이어(hard wired) 또는 프로그램되어 있다. 이와 유사하게, 클럭 펄스(226)는 또한 타이밍 기준 카운터(130)에도 입력된다. 카운터(130)는 k 시스템 클럭 펄스의 펄스 폭 주기를 갖는 타이밍 기준 신호(216)를 발생하기 위해 클럭 펄스의 수 k까지 카운트하도록 하드 와이어 또는 프로그램되어 있다. 제로 교차 카운터(112)의 카운트 n과 타이밍 기준 카운터(130)의 카운트 k가 선택되어, 신호(216)의 펄스 주기는 필터(102)를 소정의 중심 주파수에 동조시키는 신호(214)의 펄스 주기에 대응한다. 정합된 신호(214, 216)의 주기가 신호(206)의 주기보다 훨씬 길게 되어 있기 때문에 정합에 있어서의 임의의 에러가 최소화된다.
도 8은 도 1의 동조 회로(100)의 변형된 실시예(300)를 도시한다. 여기서, 신호(204)(도 1을 참조)는 도 1의 필터(102), 제로 교차 검출기(108), 카운터(112), 비교기(118), 및 적분기(122)와 함께 단일 집적회로에 포함된 여기 펄스 발생기(301)(이는 필요하다면 도 7의 시스템 클럭(126)과 카운터(128)의 형태를 취할 수 있다)에 의해 발생된다. 그러나, 타이밍 기준 신호(216)는 대응하는 필터(102), 제로 교차 검출기(108), 및 카운터(112) 소자와 동일하게 구성된 필터(302), 제로 교차 검출기(308), 및 카운터(312)에 의해 발생된다. 따라서, 이는 제1 필터(102)가 제2 필터(102) 또는 그 역으로 동조될 수 있는 관계를 제시한다. 입력(104)을 거쳐 필터(102)를 여기시키는데 사용된 동일한 신호 형태(204)(도 1)가 또한 라인(302)를 거쳐 필터(302)에 공급된다. 이때 제로 교차 검출기(308)는 필터(302)의 감쇠된 발진 파형(도 1의 206과 유사한) 출력으로부터 도 1에 도시된 신호(210)와 유사한 펄스를 발생한다. 카운터(312)는 필터(302)에 대해 설정된 중심 주파수의 2/n 배수인 펄스 주파수를 갖는 출력(도 1의 214와 유사한)을 발생하도록 제로 검출 펄스의 수 n를 카운트한다. 다음에, 단자(116)에서 타이밍 기준 신호에 대해 이전에 설명된 바와 같이, 카운터(312)의 출력(도 1의 214와 유사한)이 카운터(112)로부터의 대응하는 신호(214)와 비교되어, 동조 제어 신호가 필터(102)에 공급되어 필터(102)가 필터(302)에 동조된다.
본 발명에 따르면, 극히 정확하고 중심 주파수에서 사인파를 필요로 하지 않는 높은 Q 대역 통과 필터의 중심 주파수를 동조시키기 위한 저비용 및 효율적인 수단을 제공할 수 있다.
본 발명이 관련된 기술분야의 숙련자는 상기 설명은 본 발명의 단지 예시적인 실시예와 응용이며, 첨부된 특허청구의 범위로써 정의된 본 발명의 정신과 영역으로부터 이탈하지 않고 상기에 대해 다양한 변형과 수정이 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다.

Claims (14)

  1. 필터의 필터 극 주파수(filter pole frequency)를 검출하는 방법에 있어서,
    상기 필터를 링잉시켜(ring) 발진 파형(oscillating waveform)을 발생하도록 하는 펄스로서 상기 필터를 여기시키는 단계;
    상기 필터의 링잉에 의해 발생된 상기 발진 파형에서 소정 수의 발진을 카운트하는 단계; 및
    상기 소정 수의 발진에 대한 경과 시간을 이미 알고있는 기준 시간과 비교하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 카운트 단계는 상기 발진 파형에서의 제로 교차점(zero crossings)의 수를 카운트하고, 상기 소정 수를 카운트하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 카운트 단계는, 상기 발진 파형을 일련의 펄스들로 변환하는 단계, 및 상기 일련의 펄스들을 디지털적으로 카운트하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 필터의 필터 극 주파수를 검출하기 위한 장치에 있어서,
    상기 필터를 링잉시켜 발진 파형을 발생하도록 하는 펄스로서 상기 필터를 여기시키기 위한 펄스 발생기;
    상기 필터에 결합되며, 상기 필터의 링잉에 의해 발생된 상기 발진 파형에서의 소정 수의 발진을 카운트하기 위한 카운터; 및
    상기 카운터에 결합되어 상기 소정 수의 발진의 경과 시간을 이미 알고있는 기준 시간과 비교하기 위한 비교기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 카운터는 디지털 카운터인 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 발진 파형을 일련의 펄스들로 변환하기 위한 제로 교차 검출기(zero crossing detector)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 대역 통과 필터를 동조시키는 방법에 있어서,
    상기 필터를 그 설정된 중심 주파수에서 링잉시켜 발진 파형을 발생하도록 하는 펄스로서 상기 필터를 여기시키는 단계;
    상기 필터의 링잉에 의해 발생된 상기 발진 파형에서의 소정 수의 발진을 카운트하는 단계;
    상기 소정 수의 발진에 대한 경과 시간과 이미 알고있는 기준 시간을 비교하여, 상기 기준 시간과 상기 경과 시간 간의 차에 대응하는 차신호를 발생하는 단계;
    제어 신호를 발생하기 위해 상기 차신호를 적분하는 단계; 및
    상기 제어 신호로 상기 필터를 동조시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 카운트 단계는 상기 발진 파형에서의 제로 교차점의 수를 카운트하고, 상기 소정 수를 카운트하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 카운트 단계는 상기 발진 파형을 일련의 펄스들로 변환하고 상기 일련의 펄스들을 디지털적으로 카운트하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 비교 단계에서, 상기 이미 알고있는 기준 시간은 소정의 중심 주파수와 같은 중심 주파수에서 링잉하는 필터에 의해 발생된 대응하는 발진 파형 동안 경과하는 상기 소정 수의 발진과 동일한 수의 발진에 대한 경과 시간에 대응하는 것을특징으로 하는 방법.
  11. 대역 통과 필터를 동조시키기 위한 장치에 있어서,
    상기 필터를 그 설정된 중심 주파수에서 링잉시켜 발진 파형을 발생하도록 하는 펄스로서 상기 필터를 여기시키기 위한 펄스 발생기;
    상기 필터에 결합되며, 상기 필터의 링잉에 의해 발생된 상기 발진 파형에서의 소정 수의 발진을 카운트하기 위한 카운터;
    상기 카운터에 결합되며, 차신호를 발생하기 위해 상기 소정 수의 발진의 경과 시간을 이미 알고있는 기준 시간과 비교하기 위한 비교기; 및
    상기 비교기에 결합되며, 상기 필터를 동조시키는 제어 신호를 발생하기 위해 상기 차신호를 적분하기 위한 적분기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 카운터는 디지털 카운터인 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 발진 파형을 일련의 펄스들로 변환하기 위한 제로 교차 검출기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    제1 필터가 동조될 소정의 중심 주파수와 같은 중심 주파수에서 링잉하는 상기 제1 필터와 동일한 제2 필터에 의해 발생된 대응하는 발진 파형 동안 경과하는 상기 소정 수의 발진과 동일한 수의 발진에 대한 경과 시간에 대응하는 상기 공지된 기준 시간을 발생하기 위한 기준 신호 발생기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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