KR100664044B1

KR100664044B1 - 무선 수신기의 다이나믹 레인지 자동 제어 장치

Info

Publication number: KR100664044B1
Application number: KR1020050113765A
Authority: KR
Inventors: 김진필
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2005-11-25
Filing date: 2005-11-25
Publication date: 2007-01-03

Abstract

본 발명은 무선수신기에서 다이나믹 레인지를 자동으로 조절하여 시스템의 설계구조 및 노이즈 특성을 개선할 수 있도록 한 기술에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 안테나를 통해 수신되는 고주파신호의 파워를 검출하여 그에 따른 이득제어전압을 출력하는 파워 검출기와; 상기 파워 검출기로부터 입력되는 이득제어전압에 따라 상기 고주파신호를 저이득 모드 또는 고이득 모드로 증폭하는 저잡음 증폭기에 의해 달성된다.

Description

무선 수신기의 다이나믹 레인지 자동 제어 장치{DYNAMIC RANGE AUTOMATIC CONTROL APPARATUS FOR WIRELESS RECEIVER}

도 1은 종래 기술에 의한 무선 수신기의 블록도.

도 2는 종래 기술에 의한 또 다른 무선 수신기의 블록도.

도 3은 본 발명에 의한 무선 수신기의 다이나믹 레인지 자동 제어 장치의 블록도.

도 4는 본 발명에 따른 신호 레벨 변환 그래프.

도 5는 본 발명에 의한 무선 수신기의 다이나믹 레인지 자동 제어 방법의 제어 흐름도.

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***

31 : 저잡음 증폭부 31A,31C : 파워 검출기

31B,31D : 저잡음 증폭기 32 : 대역필터

33 : 혼합기 34 : 저역필터

35 : 가변증폭기 36 : A/D변환기

37 : 디지털신호 처리부

본 발명은 무선수신기의 다이나믹 레인지를 조절하는 기술에 관한 것으로, 특히 다이나믹 레인지를 자동으로 조절하여 시스템의 설계구조 및 노이즈 특성을 개선할 수 있도록 한 무선 수신기의 다이나믹 레인지 자동 제어 장치에 관한 것이다.

최근 들어, 근거리 지상파 방송용 수신기를 설계함에 있어서 다이나믹 레인지(Dynamic Range)에 관한 기술이 주요한 과제로 대두되고 있다. 그 일환으로써, 프론트 엔드(Front-end) 회로인 저잡음 증폭기(LNA: Low Noise Amplifier)에 입력된 다양한 세기의 신호를 아날로그(A)/디지털(D) 변환기의 입력단으로 제공할 때, 가변이득증폭기(VGA: Variable gain amplifier) 및 기타 회로를 이용하여 일정한 신호 레벨로 유지시키기 위한 다양한 기술이 사용되고 있다.

한편, 도 1은 종래 기술에 의한 무선 수신기의 아날로그신호 처리 부분에 대한 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 안테나를 통해 수신되는 고주파신호를 증폭하는 저잡음 증폭기(11)와; 상기 증폭된 고주파신호에 포함된 간섭신호를 제거하기 위한 대역필터(12)와; 상기 대역필터(12)의 출력신호에 국부발진신호(LO1)를 곱하여 베이스밴드 신호로 다운 컨버젼하는 혼합기(13)와; 상기 혼합기(13)에 의해 변환된 베이스밴드 신호를 저역필터링하여 파형을 정형화 하는 저역필터(14)와; 디지털신호 처리부(17)로부터 입력되는 이득제어신호에 따라 상기 정형화된 베이스밴드의 신호를 증폭하는 가변증폭기(15)와; 상기 가변증폭기(15)에서 출력되는 아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 A/D변환기(16)와; 상기 A/D변환기(16)에서 출력되는 디지털 신호를 처리하고, 상기 이득제어신호를 출력하는 디지털신호 처리부(17)로 구성한 것으로, 이의 작용을 설명하면 다음과 같다.

안테나를 통해 수신되는 미약한 세기의 고주파신호(RF)가 저잡음 증폭기(11)에 의해 시스템에서 처리하는데 적당한 수준의 신호로 증폭되고, 그 중폭된 신호에 포함되어 있는 간섭신호가 대역필터(12)에 의해 제거된다.

이후, 상기 대역필터(12)의 출력신호가 혼합기(13)에서 국부발진신호(LO1)와 곱해져 베이스밴드 신호로 다운컨버젼되고, 이렇게 변환된 베이스밴드 신호가 저역필터(14)에 의해 저역필터링되어 파형이 정형화된다.

그리고, 상기 저역필터(14)에서 출력되는 베이스밴드의 신호가 가변증폭기(VGA)(15)에 의해 증폭되는데, 이의 이득은 디지털신호 처리부(17)로부터 입력되는 이득제어신호에 의해 결정된다.

상기와 같은 과정을 통해 출력되는 아날로그 신호는 A/D변환기(16)에 의해 디지털 신호로 변환된 후 상기 디지털신호 처리부(17)에서 복조처리된다.

이와 같은 무선 수신기에서 가변증폭기(15)의 이득을 적절히 제어하기 위해서는 아날로그신호 처리부 또는 디지털신호 처리부(17)에서 입력신호를 감지하고, 이를 토대로 디지털신호 처리부(17)에서 제어신호를 출력하여 아날로그신호 처리부에서의 이득이 제어되도록 하여야 하는데, 이에 대한 종래의 실시예를 도 2에 나타내었다.

즉, 도 2는 상기 도 1과 같은 무선 수신기에서의 VGA의 이득 제어 특성을 개선하기 위하여, 디지털신호 처리부(17)에서 저잡음 증폭기(11)의 이득을 제어하도록 구성된 예를 나타낸 것이다.

그런데, 이와 같은 경우에는 입력되는 모든 신호의 레벨을 일정하게 하기 위해 디지털신호 처리부(17)에서의 제어 로직이 복잡하게 설계되어야 하며, 그 디지털신호 처리부(17)가 수신단의 이득제어 특성을 구체적으로 파악하고 있어야 한다.

이와 같이 종래의 무선 수신기에 있어서는 VGA의 이득 제어 특성을 개선하기 위하여 디지털신호 처리부에서 아날로그신호 처리부의 저잡음 증폭기의 이득을 제어하도록 되어 있으므로, 그 디지털신호 처리부의 제어 로직이 복잡해지고, 그 디지털신호 처리부가 수신단의 이득제어 특성을 구체적으로 파악하고 있어야 하는 등 설계상의 어려움이 있었다.

또한, 디지털신호 처리부에서 아날로그신호 처리부의 저잡음 증폭기의 이득을 제어하기 위한 경로를 추가로 확보해야 하는 어려움이 있고, 그만큼 회로 구성이 복잡해지는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 무선 수신기의 아날로그신호 처리부에서 자체적으로 고주파신호의 세기를 검출하고, 그 검출된 결과에 따라 다이나믹 레인지를 자동으로 제어하는 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 제1특징에 따르면, 고주파 파워 검출기의 특성을 이용하여 수신단에 입력되는 0dBm 레벨 이하의 신호를 감지한다.

본 발명의 제2특징에 따르면, 제1특징을 이용하여 이득제어 특성을 갖는 저잡음 증폭기를 제어한다.

본 발명의 제3특징에 따르면, 제2특징을 이용하여 자동으로 일정한 범위의 다이 나믹 레인지를 줄일 수 있다.

본 발명의 제4 특징에 따르면, 제3특징을 구현함에 있어서 여러 단의 회로를 직렬로 연결하여 특성을 보강할 수 있다.

본 발명의 제5 특징에 따르면, 비교적 신호 레벨이 낮은 신호에 대해 낮은 잡음지수(NF: Noise Figure) 특성을 갖도록 저잡음 증폭기를 직렬 형태로 구동시키므로 수신기의 노이즈 특성이 개선된다.

본 발명의 제6 특징에 따르면, 제3특징으로 인하여 요구되는 VGA의 다이나믹 레인지가 줄어든다.

본 발명의 제7 특징에 따르면, 제6특징으로 인하여 고주파(RF)단의 선형성(linearity)이 개선된다.

본 발명의 제8 특징에 따르면, 제7특징으로 인하여 저잡음 증폭기 후단에 이어지는 블록들의 타깃 선형성이 완화된다.

본 발명의 제9 특징에 따르면, 제8특징으로 인하여 선형성과 트레이드 오프(trade-off) 관계에 있는 다른 퍼포먼스를 개선할 수 있다.

본 발명의 제10 특징에 따르면, 제6특징으로 인하여 디지털신호 처리부로부터 VGA로 피드백되는 경로가 줄어든다.

본 발명의 제11 특징에 따르면, 제10특징으로 인하여 제어신호 경로가 줄어들어 그만큼 시스템의 구조가 단순해진다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 의한 무선 수신기의 다이나믹 레인지 자동 제어 장치의 일실시 구현예를 보인 블록도로로서 이에 도시한 바와 같이, 안테나를 통해 수신되는 고주파신호의 파워를 검출하고, 그 검출신호에 따라 자체적으로 고주파신호의 이득을 제어하는 저잡음 증폭부(31)와; 상기 증폭된 고주파신호에 포함된 간섭신호를 제거하기 위한 대역필터(32)와; 상기 대역필터(32)의 출력신호에 국부발진신호(LO1)를 곱하여 베이스밴드 신호로 다운 컨버젼하는 혼합기(33)와; 상기 혼합기(33)에 의해 변환된 베이스밴드 신호를 저역필터링하여 파형을 정형화 하는 저역필터(34)와; 디지털신호 처리부(37)로부터 입력되는 이득제어신호에 따라 상기 정형화된 베이스밴드의 신호를 증폭하는 가변증폭기(35)와; 상기 가변증폭기(35)에서 출력되는 아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 A/D변환기(36)와; 상기 A/D변환기(36)에서 출력되는 디지털 신호를 처리하고, 아날로그신호의 증폭률을 제어하기 위해 상기 이득제어신호를 출력하는 디지털신호 처리부(37)로 구성하였다.

상기 저잡음 증폭부(31)는, 안테나를 통해 수신되는 고주파신호의 파워를 검출하여 그에 따른 이득제어전압(Vc1)을 출력하는 파워 검출기(31A)와; 상기 파워 검출기(31A)로부터 입력되는 이득제어전압(Vc1)에 따라 상기 고주파신호를 저이득 모드(low gain mode) 또는 고이득 모드 (high gain mode)로 증폭하는 저잡음 증폭기(31B)와; 상기 파워 검출기(31A) 및 저잡음 증폭기(31B)와 동일한 형태의 증폭단으로 구성되어 그 증폭단에 직렬접속된 파워 검출기(31C) 및 저잡음 증폭기(31D)로 구성하였다.

도 5는 본 발명에 의한 무선 수신기의 다이나믹 레인지 자동 제어 방법에 대한 제어 흐름도로서 이에 도시한 바와 같이, 무선수신기의 안테나를 통해 수신되는 고주파신호의 파워를 검출하여 그에 따른 이득제어전압을 출력하고, 저잡음 증폭기가 그 이득제어전압을 근거로 하여 자체적으로 이득제어를 수행하는 제1과정과; 저잡음 증폭기의 출력신호에 포함된 간섭신호를 제거하고 국부발진신호와 혼합하여 베이스밴드 신호로 다운컨버젼한 후 저역필터링하여 파형을 정형화는 제2과정과; 상기 저역필터링된 베이스밴드의 신호를 디지털신호 처리부로부터 입력되는 이득제어신호에 따라 가변증폭한 후 디지털신호로 변환하여 상기 디지털신호 처리부에 출력하는 제3과정으로 이루어진다.

이와 같이 구성한 본 발명의 작용을 첨부한 도 4를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

상기 파워 검출기(31A)에서는 안테나를 통해 수신되는 고주파신호의 파워를 검출하여 그에 따른 이득제어전압(Vc1)을 저잡음 증폭기(31B)의 이득제어포트에 출력하는데, 통상적인 경우에서와 같이 -30dBm 정도 이상의 신호를 검출할 수 있다.(S1)

참고로, 본 발명이 적용되는 시스템의 입력신호 레벨이 최대 0dBm이므로, 상기 파워 검출기(31A)를 적용하는데 적합한 시스템이라 할 수 있다.

상기 파워 검출기(31A)가 상기 이득제어전압(Vc1)을 출력함에 있어서, -30dBm ∼0dBm의 신호 크기에 대해서는 그 저잡음 증폭기(31B)가 저이득 모드로 동작할 수 있도록 이득제어전압(Vc1)을 출력하고, 그 이하의 신호 크기에 대해서는 고이득 모드로 동작할 수 있도록 이득제어전압(Vc1)을 출력한다.

결국, 상기 저잡음 증폭기(31B)는 후술할 가변증폭기(35)와 달리 주변에 파워 검출기(31A)를 구비해 두고, 이를 이용하여 자체적으로 이득제어를 수행한다. 즉, 상기 저잡음 증폭기(31B)는 자동 이득제어형 저잡음 증폭기(AG-LNA: Automatic Gain control LNA)의 역할을 수행한다.(S2)

그리고, 상기 파워 검출기(31A) 및 저잡음 증폭기(31B)로 구성된 하나의 증폭단으로 고주파 신호를 증폭할 수 있지만, 경우에 따라 도 3에서와 같이 동일한 형태의 증폭단(31C,31D)을 직렬로 접속하여 복수의 증폭단으로 고주파 신호를 증폭할 수도 있다.

도 4는 상기와 같은 고주파 신호의 증폭처리에 의한 신호 레벨의 변화 특성을 나타낸 것이다. 즉, 첫 번째 증폭단에 입력된 신호의 다이나믹 레인지(DR1)가 저잡음 증폭기(31B)에 의해 다이나믹 레인지(DR2)로 변경되어 두 번째 증폭단에 전달된다.

또한, 비교적 파워 레벨이 높은 고주파 신호에 대해 상기 설명에서와 같이 각 증폭단에서 파워를 검출하여 이득을 제어하기 때문에 저잡음증폭기의 선형성 문제도 해결된다.

그리고, 아주 미약한 고주파신호(minimum signal)에 대해서는 직렬접속된 2단의 저잡음 증폭부가 로우 노이즈 모드(low noise mode)로 동작하기 때문에 수신기의 노이즈 특성이 개선된다.

한편, 상기 설명에서와 같이 2단으로 구성된 저잡음 증폭부(31)에 의해 증폭되어 출력되는 신호에 포함되어 있는 간섭신호가 대역필터(32)에 의해 제거된 후, 혼 합기(33)에서 국부발진신호(LO1)와 곱해져 베이스밴드 신호로 다운컨버젼되고, 이렇게 변환된 베이스밴드 신호가 저역필터(34)에 의해 저역필터링되어 파형이 정형화된다.(S3-S5)

그리고, 상기 저역필터(34)에서 출력되는 베이스밴드의 신호가 가변증폭기(35)에 의해 증폭되는데, 여기에서의 이득은 디지털신호 처리부(37)로부터 입력되는 이득제어신호에 의해 결정된다.(S6)

상기와 같은 과정을 통해 출력되는 아날로그 신호는 A/D변환기(36)에 의해 디지털 신호로 변환된 후 상기 디지털신호 처리부(37)에서 복조처리된다.(S7,S8)

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 RF 리시버 프론트-엔드 단에서 자동으로 이득제어를 수행함으로써, 뒷단의 회로에서 요구되는 다이나믹 레인지 특성이 완화되는 효과가 있다.

또한, 자체적으로 증폭 제어동작을 수행함으로써 디지털신호 처리부로부터의 제어경로가 생략되어 그 디지털신호 처리부의 제어 로직이 간단해지고, 설계상의 어려움이 해소되는 효과가 있다.

Claims

무선수신기에 있어서, 수신되는 고주파신호의 파워를 검출하여 그에 따른 이득제어전압을 출력하는 파워 검출기와;

상기 이득제어전압에 따라 상기 고주파신호의 이득을 결정하는 저잡음 증폭기로 이루어진 증폭단을 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 무선 수신기의 다이나믹 레인지 자동 제어 장치.
제1항에 있어서, 파워 검출기는 -30dBm ∼0dBm의 신호 크기에 대해서는 상기 저잡음 증폭기가 저이득 모드로 동작할 수 있도록 이득제어전압을 출력하고, 그 이하의 신호 크기에 대해서는 고이득 모드로 동작할 수 있도록 이득제어전압을 출력하도록 구성된 것을 특징으로 하는 무선 수신기의 다이나믹 레인지 자동 제어 장치.
제1항에 있어서, 저잡음 증폭기는 상기 이득제어전압에 따라 상기 고주파신호를 저이득 모드 또는 고이득 모드로 증폭하도록 구성된 것을 특징으로 하는 무선 수신기의 다이나믹 레인지 자동 제어 장치.
제1항에 있어서, 저잡음 증폭기는 아주 미약한 고주파신호에 대해 로우 노이즈 모드로 동작하도록 구성된 것을 특징으로 하는 무선 수신기의 다이나믹 레인지 자동 제어 장치.
제1항에 있어서, 증폭단은 복수개의 직렬 회로로 구성된 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 수신기의 다이나믹 레인지 자동 제어 장치.
수신되는 고주파신호의 파워를 검출하여 그에 따른 이득제어전압을 출력하고, 저잡음 증폭기가 그 이득제어전압을 근거로 고주파 신호의 이득을 결정하는 제1과정과;

상기 저잡음 증폭기의 출력신호를 국부발진신호와 혼합하여 베이스밴드 신호로 다운컨버젼하는 제2과정과;

상기 베이스밴드의 신호를 디지털신호 처리부로부터 입력되는 이득제어신호에 따라 가변증폭한 후 디지털신호로 변환하는 제3과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무선 수신기의 다이나믹 레인지 자동 제어 방법.