KR100716540B1

KR100716540B1 - 디지털 자동이득제어 장치

Info

Publication number: KR100716540B1
Application number: KR1020060056690A
Authority: KR
Inventors: 김성도; 유현규
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2005-12-07
Filing date: 2006-06-23
Publication date: 2007-05-09

Abstract

본 발명은 양의 이득과 음의 이득을 가진 2개의 신호 경로를 선택하기 위한 제어신호에서 부적합한 시간지연이 있을 경우에 발생할 수 있는 비선형 자동이득제어 동작을 방지할 수 있는 디지털 자동이득제어 장치를 개시한다. 본 발명의 디지털 자동이득제어 장치는 입력신호 세기를 검출하기 위한 신호강도표시 블록와, 신호강도표시 블록의 출력을 경로전환의 기준이 되는 임의의 기준레벨과 비교하여 경로전환을 위한 제어신호를 생성하는 비교기, 그리고 비교기의 출력을 이용하여 양의 이득과 음의 이득의 신호 경로들 중 어느 하나를 선택하기 위한 스위치 동작에 필요한 리타이밍된 제어신호를 생성하는 리타이밍부를 포함한다.

자동이득제어, RF AGC 장치, RF 증폭기, 제어신호, 비교기, 스위치

Description

디지털 자동이득제어 장치{Digitally-Controlled Automatic Gain Control Apparatus}

도 1은 양(+)의 이득과 음(-)의 이득의 신호 경로를 갖는 종래의 자동이득제어 장치의 블록도,

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 양의 이득과 음의 이득의 신호 경로를 갖는 자동이득제어 장치의 블록도,

도 3은 종래의 비선형 자동이득제어 동작을 유발하는 제어신호의 타이밍도,

도 4는 본 발명의 비선형 자동이득제어 동작을 방지하기 위한 리타이밍된 제어신호의 타이밍도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 제1 스위치

200a: RF 증폭기

400: 제2 스위치

500: 혼합기

600: IF 자동이득 제어부

700: 신호강도표시 블록

800: 비교기

900: 리타이밍부

본 발명은 무선 통신 시스템 수신기의 자동이득제어(Automatic Gain Control: AGC) 장치, 특히 리타이밍된 제어신호의 생성을 위한 리타이밍부를 구비한 디지털 자동이득제어 장치에 관한 것이다.

일반적으로 무선 통신 시스템의 송신기의 출력은 일정하지만 수신기의 출력은 이동 상태, 거리 또는 채널의 환경에 따라 신호 이득의 크기가 변하게 된다. 수신기는 통상 미약한 RF(Radio Frequency) 신호를 증폭하는 RF 증폭기, RF 증폭기에서 증폭된 고주파수의 RF 신호를 IF(Intermediate Frequency) 신호 또는 베이스밴드(baseband) 신호로 주파수 변환시키는 하향변환 혼합기(Down Mixer), 주파수변환된 IF 신호 또는 베이스밴드 신호의 출력 신호레벨을 입력되는 RF 신호의 세기와 무관하게 항상 일정하게 유지시키기 위한 IF 자동이득제어 회로 등으로 구성되어 있다.

기존의 대부분의 수신기에서는 저주파수의 IF 또는 베이스밴드 대역에서만 자동이득제어 회로를 적용하고 있으나, 방송신호를 수신하기 위한 수신기에서는 가변 폭이 매우 큰 방송신호를 처리하기 위해서 IF 또는 베이트밴드 처리부에서의 자동이득제어 회로뿐 아니라 RF 처리부에서도 디지털 신호에 의해 이득을 가변하는 자동이득제어 회로를 적용하고 있다. 그것은 IF 대역에서의 자동이득제어만으로는 가변 폭이 매우 큰 방송 신호에 대해 수신기 선형특성을 만족시킬 수 없기 때문이다. 그리고 RF 처리부에서의 자동이득제어 회로는 미세하게 이득을 제어하는 통상의 IF 자동이득제어 회로와 달리 디지털 신호로 이득을 가변하는 회로 구조를 적용하고 있다. 즉 종래의 RF 자동이득제어 회로는 입력신호의 세기에 따라 여러 단으로 구성된 RF 증폭기를 순차적으로 또는 여러 조합으로 온/오프(on/off) 시켜 이득을 가변하도록 구성된다.

도 1은 종래의 자동이득제어 장치를 나타내는 블록도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 디지털 신호로 제어되는 종래의 자동이득제어 장치는 입력신호(1)가 미약한 경우에 신호를 증폭하기 위한 양(+)의 이득을 갖는 제1 신호경로(21)와 반대로 입력신호(1)가 매우 큰 경우에 입력신호(1)를 감쇠시키기 위한 음(-)의 이득을 갖는 제2 신호경로(31)를 구비한다.

전술한 종래의 자동이득제어 장치에서는 입력신호(1)가 어느 레벨 이상 클 때 RF 신호를 감쇠시키기 위하여 제1 및 제2 스위치(10, 40)를 통해 양의 이득을 갖는 제1 신호경로(21)에서 음의 이득을 갖는 제2 신호경로(31)로 신호경로를 전환하게 된다. 신호경로를 전환시키는 제어신호(CS0, CS1)는 비교기(80)에서 출력되고, 비교기(80)로부터 제1 및 제2 스위치(10, 40)에 각각 전달된다. 여기서, 두 개로 표시된 제어신호(CS0, CS1)는 비교기(80)에서 생성된 하나의 제어신호이며, 서로 다른 스위치(10, 40)에 각각 전달되는 것을 구분하기 위하여 다른 참조부호로써 표시되었다. 전술한 비교기(80)는 입력신호(1)의 세기를 검출하기 위한 신호강도표시(Received Signal Strength Indication: RSSI) 블록(70)의 출력(71)을 임의의 기 준레벨과 비교한 후 경로전환을 위한 제어신호(81)를 생성한다.

제1 스위치(10)는 입력신호(1)의 세기가 어느 레벨 이상이 되기 전까지는 항상 오프 상태를 유지하고 있으며, 제어신호(81)에 의해 제2 신호경로(31)가 선택된 때에만 온으로 동작한다. 그 이유로써, 음의 이득은 대부분 저항으로 구성된 감쇠기(Attenuator)로 구성되기 때문이다. 즉, 입력신호(1)가 미약한 경우에 음의 이득이 온 되어 있으면 수신기의 수신감도를 떨어뜨리기 때문에 필요한 경우 이외에는 항상 오프 상태를 유지해야 한다.

그러나, 종래의 자동이득제어 장치에서는 비교기(80)의 출력을 이용하여 제1 스위치(10)와 제2 스위치(40)를 동시에 구동하기 때문에 제어신호의 경로 차이나 스위치 블록의 소자 특성이 다를 경우 부하 특성이 달라진다. 즉 종래의 장치에서는 제1 스위치(10)에 도착한 제어신호(81)와 제2 스위치(40)에 도착한 제어신호(81) 간에 원하지 않는 시간지연 차이가 발생하게 된다.

따라서 종래의 자동이득제어 장치에서는, 매우 큰 신호가 입력된 경우 제1 신호경로(21)에서 제2 신호경로(31)로 전환해야 하는데, 도 3에 도시한 바와 같이, 제1 스위치(10)가 온 되기 전에 제2 스위치(40)가 먼저 제2 신호경로(31)를 선택하게 되면 입력되는 RF 신호의 신호경로가 끊어지게 되어 정상적인 이득제어가 되지 않는 문제점이 있다. 또한, 아주 미약한 신호가 입력된 경우 다시 제2 신호경로(31)에서 제1 신호경로(21)로 전환해야 하는데, 제2 스위치(40)가 제1 신호경로(21)를 선택하기에 앞서 제1 스위치(10)가 오프되면 입력되는 RF 신호의 신호경로가 끊어지게 되어 자동이득제어 동작이 정상적으로 동작하지 못하게 되는 문제점 이 있다.

본 발명은 양(+)의 이득과 음(-)의 이득을 가진 2개의 신호경로를 입력신호의 세기에 따라 선별적으로 선택함으로써 자동이득제어 기능을 제공하는 자동이득제어 장치에서 2개의 신호경로를 선택하는 제어신호에서 부적합한 시간지연이 있을 경우에 발생할 수 있는 비선형 자동이득제어 동작을 방지할 수 있는 자동이득제어 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 측면에 의하면, 입력신호 세기를 검출하기 위한 신호강도표시 블록; 신호강도표시 블록의 출력을 경로전환의 기준이 되는 임의의 기준레벨과 비교하여 경로전환을 위한 제어신호를 생성하는 비교기; 및 비교기의 출력을 이용하여 양(positive)의 이득과 음(negative)의 이득의 신호 경로들 중 어느 하나를 선택하기 위한 스위치 동작에 필요한 리타이밍된 제어신호를 생성하는 리타이밍부를 포함하는 디지털 자동이득 제어장치가 제공된다.

바람직하게, 자동이득 제어장치는 제어신호에 응답하여 양의 이득과 음의 이득 중 어느 하나의 신호 경로를 통해 입력신호를 자동이득 제어하는 RF 증폭기와, 음의 이득의 전단에 연결되는 제1 스위치와, 양의 이득과 음의 이득의 후단에 연결되는 제2 스위치를 포함한다. 여기서, 제1 스위치 및 제2 스위치는 리타이밍부로부터 제어신호를 받는다.

또한 자동이득 제어장치는 RF 증폭기에서 증폭된 고주파수의 RF 신호를 IF 신호 또는 베이스밴드 신호로 주파수 변환시키는 혼합기와, 주파수 변환된 IF 신호 또는 베이스밴드 신호의 출력 신호레벨을 일정하게 유지시키기 위한 IF 자동이득 제어부를 포함한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 아래에서 설명하는 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것은 아니며, 단지 예시로 제시된 것이다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 양(+)의 이득과 음(-)의 이득의 신호 경로를 갖는 자동이득제어 장치의 블록도이다.

앞에서 기술한 종래의 자동이득제어 장치에서는 두 스위치(10, 40)로 인가되는 하나의 제어신호가 원하지 않는 시간지연 차이로 인해 장치의 비선형 동작을 유발시켰다. 따라서 본 발명에서는 자동이득제어 장치의 비선형 동작을 미연에 방지하기 위하여 비교기(800)에서 출력된 신호의 타이밍을 조절하여 적어도 두 개의 제어신호(CS1, CS2)를 생성하고 생성된 제어신호를 스위치(100, 400)별로 인가하는 리타이밍부(900)를 구비하는 것을 주된 특징으로 한다.

구체적으로, 도 2에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 자동이득제어 장치는, 양의 이득(200)을 갖는 신호 경로(201), 음의 이득(300)을 갖는 신호 경로(301), 입력신호(2)의 세기를 검출하기 위한 신호강도표시(RSSI) 블록(700)과, 신호강도표시 블록(700)의 출력(701)을 경로전환의 기준이 되는 임의의 기준레벨과 비교하여 경로전환을 위한 출력(801) 즉 제어신호 소스를 생성하는 비교기(800)와, 비교 기(800)의 출력(801)을 이용하여 양의 이득과 음의 이득의 신호 경로들 중 어느 하나를 선택하기 위한 스위치 동작에 필요한 리타이밍된 제어신호(CS1, CS2)를 생성하는 리타이밍부(900)를 포함한다.

스위치 동작을 위한 스위칭부는 제1 스위치(100)와 제2 스위치(400)로 이루어지며, 제1 스위치(100)는 RF 증폭기(200a)의 음의 이득(300)의 전단에 연결되고, 제2 스위치(400)는 양의 이득(200)과 음의 이득(300)의 후단에 함께 연결된다. 여기서, RF 증폭기(200a)는 디지털 신호로 이득을 가변하는 구조를 가진다. 예컨대, 입력신호(2)의 세기에 따라 여러 단으로 구성된 RF 증폭기를 순차적으로 또는 여러 조합으로 온/오프 동작시켜 이득을 가변하도록 구현될 수 있다.

신호강도표시 블록(700)은 수신기에 입력되는 신호의 강도를 표시하는 회로를 포함한다. 신호강도표시 블록(700)의 출력은 통상 DC 아날로그 레벨이며, 내부의 아날로그-디지털 컨버터에 의해 샘플 추출되고, 추출된 결과 코드가 비교기(800)의 입력으로 전달된다.

리타이밍부(900)는 인버터(Inverter) 회로와 로직 셀(Logic Cell)로 구성되어 있으며 비교기(800)의 출력신호를 입력받아 도 4에 도시한 것과 같은 타이밍을 갖는 두 개의 제어신호(CS1, CS2)를 생성한다. 즉, 리타이밍부(900)는 리타이밍된 제어신호(CS1, CS2)를 생성하여 제1 제어신호(CS1)를 제1 스위치(100)에 인가하고 제1 제어신호(CS1)에 대하여 소정의 시간 지연을 갖는 제2 제어신호(CS2)를 제2 스위치(400)에 인가한다. 전술한 구성에 의하면, 양의 이득과 음의 이득의 신호 경로를 선택적으로 통과하는 입력신호가 끊기거나 중첩되지 않고 연속적으로 처리될 수 있다.

또한 본 발명에 따른 자동이득제어 장치는, 선택된 신호 경로를 통해 입력신호를 자동이득 제어하는 RF 증폭기(200a)에서 증폭된 고주파수의 RF 신호를 IF 신호 또는 베이스밴드 신호로 주파수 변환시키는 혼합기(500), 및 주파수 변환된 IF 신호 또는 베이스밴드 신호의 출력 신호레벨을 일정하게 유지시키기 위한 IF 자동이득 제어부(600)를 포함한다.

혼합기(500)는 RF 증폭기(200a)를 통해 적당히 저잡음 증폭된 RF 신호를 IF 신호 또는 베이스밴드 신호로 주파수 하향변환한다. 이를 위하여 혼합기(500)는 RF 국부발진기(미도시) 등을 통해 주파수 합성을 위한 국부 발진 주파수를 받는다.

IF 자동이득 제어부(600)는 수신기의 RF 자동이득제어 동작만으로는 미약한 수신신호 예컨대 방송신호와 같은 수신신호를 채널 필터링을 거친 후 IF 증폭기를 통해 상당량의 신호 증폭을 수행한다.

전술한 디지털 자동이득제어 장치의 동작을 종래 기술의 자동이득제어 장치의 동작과 비교하여 설명하면 다음과 같다. 도 3은 종래의 비선형 자동이득제어 동작을 유발하는 제어신호의 타이밍도이고, 도 4는 본 발명의 비선형 자동이득제어 동작을 방지하기 위한 리타이밍된 제어신호의 타이밍도이다.

먼저 도 1 및 도 3을 참조하면, 종래의 자동이득제어 장치에서는 예컨대 신호강도표시 블록(70)으로부터 비교기(80)로 입력되는 신호(71)에 기초하여 생성된 하나의 제어신호가 두 스위치(10, 40)에 인가될 때 신호 경로 차이나 스위치 블록의 소자 특성 차이 즉 부하 특성 차이로 인하여 원하는 않는 시간 지연 차이를 갖 고 제1 스위치(10) 및 제2 스위치(40)에 도달할 수 있다. 이 경우, 제1 스위치(10)와 제2 스위치(40)는 원하지 않는 시간 지연 차이를 갖고 전달되는 제어신호(81)에 의해 오류를 발생하게 된다. 따라서 종래의 자동이득제어 장치에서는 비선형 동작구간이 발생하여 장치가 정상적으로 동작하지 못하게 되는 경우가 발생한다.

반면에, 도 2 및 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동이득제어 장치에서는, 매우 큰 세기를 갖는 입력신호(2)가 인가되어 제1 신호경로(201)에서 제2 신호경로(301)로의 전환이 필요한 경우, 비교기(800)로부터 입력되는 하나의 제어신호(801)에 기초하여 리타이밍부(900)에서 리타이밍된 두 제어신호(CS1, CS2)를 생성하고, 리타이밍된 즉 임의의 시간 지연을 갖도록 생성된 두 제어신호(CS1, CS2)를 제1 및 제2 스위치(100, 400)에 각각 인가하여 제2 스위치(400)가 제2 신호경로(301)를 선택하기 전에 제1 스위치(100)가 온 되도록 작용한다. 다른 한편으로, 입력신호(2)가 미약하여 다시 제2 신호경로(301)에서 제1 신호경로(201)로 전환하고자 하는 경우, 제2 스위치(400)가 제1 신호경로(201)를 선택한 다음 제1 스위치(100)가 오프 되도록 리타이밍부(900)에서 제1 및 제2 스위치(100, 400)로 인가되는 제1 및 제2 제어신호(CS1, CS2)를 원하는 순서대로 임의의 시간 지연을 갖도록 리타이밍하여 출력할 수 있다. 따라서 본 발명에 의하면 신호 경로 차이나 스위치 블록의 소자 특성 차이 등의 원인에 의한 장치의 비선형 동작구간 발생을 방지함으로써 자동이득제어 장치의 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 디지털 자동이득제어 장치는 리타이밍부를 이용하여 각 스위치별로 인가되는 리타이밍된 제어신호를 생성함으로써 도 3에 도시한 바와 같이 종래의 자동이득제어 장치에서 제어신호의 타이밍 문제로 인하여 발생하는 이득제어의 오동작 문제를 해결할 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 종래의 자동이득제어 장치에서 제어신호의 타이밍 문제로 인하여 발생하는 이득제어의 오동작 문제를 해결할 수 있다. 아울러, 오동작을 방지할 수 있는 디지털 자동이득제어 장치를 이용하는 무선 통신 시스템의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims

입력신호 세기를 검출하기 위한 신호강도표시 블록;

상기 신호강도표시 블록의 출력을 경로전환의 기준이 되는 임의의 기준레벨과 비교하여 상기 경로전환을 위한 제어신호를 생성하는 비교기; 및

상기 비교기의 출력을 이용하여 양의 이득과 음의 이득의 신호 경로들 중 어느 하나를 선택하기 위한 스위치 동작에 필요한 리타이밍된 제어신호를 생성하는 리타이밍부를 포함하는 디지털 자동이득 제어장치.
제 1 항에 있어서,

상기 양의 이득과 상기 음의 이득 중 어느 하나의 신호 경로를 통해 상기 입력신호를 자동이득 제어하는 RF 증폭기;

상기 음의 이득의 전단에 연결되는 제1 스위치; 및

상기 양의 이득과 상기 음의 이득의 후단에 연결되는 제2 스위치를 포함하는 디지털 자동이득제어 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 제1 스위치 또는 상기 제2 스위치는 상기 리타이밍부로부터 상기 제어신호는 받는 디지털 자동이득제어 장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

상기 RF 증폭기에서 증폭된 고주파수의 RF 신호를 IF 신호 또는 베이스밴드 신호로 주파수 변환시키는 혼합기; 및

상기 주파수 변환된 IF 신호 또는 베이스밴드 신호의 출력 신호레벨을 일정하게 유지시키기 위한 IF 자동이득 제어부를 포함하는 디지털 자동이득 제어장치.