KR100727814B1

KR100727814B1 - 자동이득 제어 장치 및 이를 구비한 무선 수신기

Info

Publication number: KR100727814B1
Application number: KR1020060098890A
Authority: KR
Inventors: 최장홍; 김성도; 유현규
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2005-12-08
Filing date: 2006-10-11
Publication date: 2007-06-13

Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템 수신기 등에 널리 사용되는 자동 이득 제어(Automatic Gain Control: AGC)장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 무선 통신 시스템 수신기는, 무선 신호의 패스 중에 위치하며 무선 신호를 증폭하기 위한 스텝 가변 이득 증폭부 및 아날로그 가변 이득 증폭부; 상기 아날로그 가변 이득 증폭부의 증폭값을 피드백 제어하기 위한 이득 제어 전압을 생성하는 아날로그 이득 제어부; 상기 제어 전압을 입력받아 상기 스텝 가변 이득 증폭부의 증폭값을 결정하는 디지털 코드를 생성하는 디지털 이득 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 구조의 자동 이득 제어 장치는 아날로그 도메인에서 AGC 루프를 효율적으로 수행하여 전력소모 및 소자의 수를 줄일 수 있으며, 스텝이득 증폭기 및 아날로그 이득 증폭기를 적절히 제어하는 구조로 저렴하게 구현할 수 있다.

RF AGC, IF AGC, 아날로그 도메인, 스텝 이득

Description

자동이득 제어 장치 및 이를 구비한 무선 수신기{AUTO GAIN CONTROL CIRCUIT AND WIRELESS RECIEVER COMPRISING IT}

도 1은 종래기술에 따른 자동이득 제어 장치 장치가 포함된 무선 통신 시스템 수신기의 블록도.

도 2는 본 발명 일실시예에 따른 자동 이득 제어 장치를 적용한 무선 통신 시스템 수신기의 블록도.

도 3은 도 2의 아날로그 이득 제어부의 상세 구성도

도 4는 본 발명을 적용했을 때 RF 입력 신호에 따른 IF 증폭기와 RF 증폭기의 이득 제어 신호를 나타내는 그래프.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100 : 스텝 이득을 갖는 RF 증폭기

200 : 디지털 이득 제어부

202, 203 : 비교기

204, 205 : NAND 게이트 로직 회로

206 : 비순환(Non-Circular) 업/다운 카운터

300 : 아날로그 이득 제어부

301 : 신호 제곱을 위한 혼합기

304 : 전압제어 전류원

303 : 정전류원

302 : 저역 통과 필터

500 : 혼합기

600 : 대역 통과 필터

700 : AD 변환기

본 발명은 무선 통신 시스템 수신기에서의 자동이득 제어(Automatic Gain Control: AGC) 장치에 관한 것이다.

일반적으로 무선 통신 시스템 송신부의 출력은 일정하지만, 수신기의 이동 이나 거리 또는 채널의 환경에 따라 신호의 이득의 크기가 변하게 된다.

그러나, 아날로그 디지털 변환기의 충분한 다이나믹 영역을 확보하기 위해서는 아날로그 디지털 변환기의 입력이 일정한 크기의 값이어야 한다. 따라서 거리의 변화나 채널의 환경 변화에 적응적으로 수신기의 이득이 변해야 한다.

이러한 역할을 하는 것이 자동이득 제어 장치이다. 상기 자동이득 제어 장치는 입력 되는 신호의 전력을 기준 전력과 비교하여 입력신호의 이득을 판단한다. 이때 판단된 이득에 따라 RF 증폭기와 IF 증폭기의 이득을 제어하여 신호가 원하는 크기를 갖도록 한다.

현재 사용되는 대부분의 자동이득 제어 장치는 도 1과 같이 디지털 복조부(104)의 디지털 AGC(105)에 의해 발생된 이득 제어 신호에 의해 RF 증폭기(100)와 IF 증폭기(103)의 이득을 조절한다.

도 1에서 변조된 RF 신호는 안테나를 통해 수신기에 입력 되고, 입력된 신호는 RF 증폭기(100)에서 이득 제어 신호를 받아 증폭한다. 상기 증폭된 RF 신호는 일반적으로 고주파 신호 이기 때문에 신호 처리하는데 전력 소모와 필터링 하는데 어려움이 있다. 따라서 도 1의 혼합기(101)에 의해 중간 주파수로 다운 커버젼 된 후 채널 이외의 신호를 제거 하기 위해 대역 통과 필터(102)를 통과한다. 부족한 RF 증폭기(100)의 이득을 보전하기 위해 IF 증폭기(103)에서 IF 신호를 증폭한다. 이때 IF 증폭기(103)는 디지털 복조부(104)의 AGC 이득 제어 신호를 받아 이득을 조절한다.

디지털 도메인에서 AGC 제어 신호를 받아 이득을 조절 하는 경우 상기 RF 증폭기(100)와 IF 증폭기(103)의 이득의 선형성이 확보되어야 한다. 만일 상기 증폭기의 이득의 선형성이 확보되지 못하면 AGC 루프의 안정성이 열화 된다.

또한 디지털 도메인에서 이득을 제어하기 위해서는 아날로그 도메인의 소자의 특성을 고려해야 하기 때문에 설계가 더 어려워지는 단점이 있다. 즉 AGC 루프가 길어지기 때문에 고려해야 할 설계 파라미터가 많아진다.

기존의 아날로그 도메인의 AGC 루프의 경우 루프의 안정성 확보를 위해 RF AGC 루프와, IF AGC루프가 독립적으로 동작 되도록 한다. 그러나 RF 증폭기(100)의 경우 선형성과 잡음 특성을 고려해 일반적으로 스텝 이득을 갖는 증폭기로 설계한다. 따라서 AGC 루프를 이용하기가 용이하지 않아 RSSI(Received-Signal-Strength-Indicator)를 적용하여 RF 증폭기(100)의 이득을 제어한다. 그러나 이 경우 RSSI 블록이 고주파 신호를 처리 해야 하기 때문에 전력 소모가 큰 단점을 갖고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 아날로그 도메인에서 AGC 루프를 효율적으로 수행하여 전력소모 및 소자의 수를 줄일 수 있는 자동이득 제어장치 및 이를 구비한 무선 수신기를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 스텝이득 증폭기 및 아날로그 이득 증폭기를 적절히 제어하는 구조로 저렴하게 구현할 수 있는 자동이득 제어장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동이득 제어 장치는, 외부 증폭 수단에 대한 미세 범위의 증폭값을 아날로그 방식으로 피드백 제어하기 위한 이득 제어 전압을 생성하는 아날로그 이득 제어부; 및 상기 이득 제어 전압을 입력받아 상기 외부 증폭 수단에 대한 개략적인 범위의 증폭값을 결정하는 디지털 코드 를 생성하는 디지털 이득 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무선 통신 시스템의 수신기는, 무선 신호의 패스 중에 위치하며 무선 신호를 증폭하기 위한 스텝 가변 이득 증폭부 및 아날로그 가변 이득 증폭부; 상기 아날로그 가변 이득 증폭부의 증폭값을 피드백 제어하기 위한 이득 제어 전압을 생성하는 아날로그 이득 제어부; 상기 제어 전압을 입력받아 상기 스텝 가변 이득 증폭부의 증폭값을 결정하는 디지털 코드를 생성하는 디지털 이득 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명의 무선 수신기에서는 비용이 저렴하고 이득 제어가 정확한 스텝 가변이득 증폭기와 연속적인 이득 제어가 가능한 아날로그 가변이득 증폭기를 사용하여 비용대비 효율적인 이득제어를 추구하고자 한다.

이를 위해, 본 발명의 자동이득 제어 장치에서는 외부의 증폭 수단(본 발명의 수신기에서는 스텝 가변 이득 증폭부 및 아날로그 가변 이득 증폭부)에 대한 이득값 제어를 큰 조정 단위의 개략적인 범위와 미세 범위로 구분하여 수행한다. 개략적인 범위의 이득값 제어를 위해 스텝 이득 증폭 제어를 위한 디지털 코드를 출력하며, 외부의 증폭 수단의 출력 신호에 대한 피드백 방식의 아날로그 이득 제어 전압을 출력하는데, 상기 디지털 코드를 결정하는데 있어 상기 이득 제어 전압의 연속적인 상태를 참작하도록 설계한다. 예컨대, 이득 제어 전압이 계속 이득을 급격히 증가시키는 방향으로 주어지면, 개략적인 범위의 스텝 이득을 증폭시켜 보다 빠르게 이득을 증폭시킬 수 있게 된다.

바람직하게 상기 스텝 가변이득 증폭기는 안테나에서 수신된 고주파 신호를 증폭하는데 사용하며, 상기 아날로그 가변이득 증폭기는 AD 변환기의 입력이 일정한 크기를 갖도록 입력 신호를 증폭 또는 감쇠시킨다.

바람직하게 상기 아날로그 가변이득 증폭기의 이득값을 조절하기 위한 아날로그 이득 제어부(Analog AGC)를 구비하며, 상기 스텝 가변이득 증폭기의 이득 제어에 대해서는 상기 아날로그 이득 제어부의 제어 전압을 소정의 이득 제어용 디지털 코드로 변환하여 수행한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시된 것이다.

(실시예)

도 2에 도시한 본 실시예의 자동이득 제어 장치를 구비한 무선 수신기는, 외부 안테나에서 수신된 RF 신호를 입력받아 증폭하기 위한 스텝 가변 이득 증폭기인 RF 증폭기(100); 외부 A/D 변환기(700)로 일정레벨로 증폭된 신호를 출력하기 위한 아날로그 가변 이득 증폭기인 IF 증폭기(400); 상기 A/D 변환기(106)의 입력의 크기를 일정하게 하기 위해, 상기 아날로그 가변 이득 증폭부의 이득을 피드백 제어하기 위한 이득 제어 전압을 생성하는 아날로그 이득 제어부(300, 아날로그 IF AGC); 상기 이득 제어 전압을 입력받아 상기 스텝 가변 이득 증폭부의 증폭값을 결정하는 디지털 코드를 생성하는 디지털 이득 제어부(200); 상기 스텝 가변 이득 증폭기(100)의 출력 신호를 소정의 중간 주파수로 다운컨버젼하기 위한 혼합 기(500); 및 상기 혼합기(500)의 다운컨버젼 신호를 필터링하여 상기 IF 증폭기(400)로 전달하기 위한 대역 통과 필터(600)를 포함한다.

도 2는 본 실시예에 따른 자동이득 제어 장치, 안테나, A/D 변환기로 구성된 무선 통신 시스템 수신기의 구조를 도시한 것이다. 도시한 구조에서 안테나, RF 증폭기(100), 혼합기(500), 대역 통과 필터(600), IF 증폭기(400) 및 A/D 변환기(700)가 주 신호패스를 이루는 것을 알 수 있다. 도시한 구조에서는 상기 IF 증폭기(400)의 출력 신호로서, 상기 IF 증폭기(400)를 피드백 제어하는 아날로그 이득 제어부(300)를 구비한다. 상기 아날로그 이득 제어부(300)는 상기 IF 증폭기(400)의 이득을 제어하기 위한 이득 제어 전압을 생성한다. 따라서, 상기 IF 증폭기(400)는 전압에 따라 이득이 제어되는 증폭기인 것이 바람직하다. 또한 본 실시예의 상기 이득 제어 전압은 상기 디지털 이득 제어부(200)에 인가되며, 상기 디지털 이득 제어부(200)는 상기 이득 제어 전압에 따라 RF 증폭기(100)의 이득 제어를 위한 디지털 코드를 변경한다.

도 2에 도시한 바와 같이 상기 디지털 이득 제어부(200)는, RF 증폭기(100)의 스텝 이득을 제어하기 위한 비순환 업/다운 카운터(206), 비순환 업/다운 카운터(206)의 극성을 결정하기 위해 아날로그 이득 제어부(300)의 제어신호인 IF 이득 제어 전압을 입력 받아 기준 전압(Vref_up, Vref_dn)과 비교하는 전압비교기(202, 203), 및 상기 비교기(202, 203)의 출력을 기준주파수 클럭 신호에 맞추어 펄스 형태로 출력하기 위한 낸드 게이트(204, 205)로 이루어질 수 있다.

상기 구성의 디지털 이득 제어부(200)의 동작을 설명하면 다음과 같다.

RF 입력 신호 크기가 클 경우 아날로그 이득 제어부(300)가 출력하는 IF 이득 제어 전압은 감소되고, 이에 따라 이득 제어 전압이 기준전압(Vref_dn) 보다 작게 되면 업/다운 카운터(206)의 극성이 음으로 되어 RF 증폭기(100)의 디지털 제어 이득 코드를 감소 시키게 된다. 이때 코드의 감소되는 속도는 기준주파수 클럭신호의 주기와 같다. 반대로 RF 입력 신호의 크기가 작을 경우 IF의 이득제어 신호의 전압은 증가되어, 기준전압(Vref_up) 보다 크게 되면, 업/다운 카운터(206)의 극성이 양이 되어 RF 증폭기(100)의 디지털 제어 이득 코드를 증가시키게 된다. 한편, 이득 제어 전압이 기준전압(Vref_dn) 보다 크고 기준전압(Vref_up) 보다 작으면 업/다운 카운터(206)는 이전의 카운팅 값을 그대로 유지한다.

만일 업/다운 카운터(206)의 출력값이 최대값에 이르렀는데도 계속 이득 제어 코드를 증가시키는 펄스가 발생하면, 이때는 업/다운 카운터의 출력값은 최대값에 계속 머무르도록 구현할 수 있다. 이때에도 아날로그 이득 제어부의 이득 제어 전압은 계속 상승하도록 구현할 수 있다. 반대로 비순환 카운터의 특성상, 업/다운 카운터(206)의 출력값이 최소값에 이르렀는데도 계속 이득 제어 코드를 감소시키는 펄스가 발생하면, 업/다운 카운터(206)의 출력값은 최소값에 계속 머무른다. 그리고 아날로그 이득 제어부의 이득 제어 전압은 계속 감소하게 된다. 이는 RF 증폭기(100) 보다 출력단에 가까운 IF 증폭기(400)가 이득을 정밀제어하는 것이 바람직하기 때문이다.

도 3에 도시한 바와 같이 상기 아날로그 이득 제어부(300)는, 상기 아날로그 이득 증폭기(400)의 출력 신호를 제곱하기 위한 혼합기(301); 상기 혼합기(301)의 출력 신호의 고조파를 제거하여 이득 제어 전압으로 변환하기 위한 저역통과 필터(302); 및 저역통과 필터(302)의 출력 신호에 기준 레벨을 부여하기 위한 기준 레벨 부여기를 포함할 수 있다.

상기 혼합기(301)는 IF 신호의 크기를 추출하기 위해 IF 신호를 제곱하는 역할을 수행한다. 상기 기준 레벨 부여기는, 아날로그 IF 증폭기(400)에 대하여 일정하게 유지시키고자 하는 출력 크기를 결정하는 정전류원(303), 상기 정전류원(303)과 상기 혼합기의 출력을 전류형태로 비교하기 위한 전압제어 전류원(304)으로 구현할 수 있다. 상기 저역 통과 필터(302)는 상기 정전류원(303)과 전압제어 전류원(304)의 전류 차이를 전압으로 변환하고 고조파 성분을 제거한다. 상기 저역 통과 필터(302)의 출력은 IF 이득 제어 전압이다.

도 4는 본 실시예에 따라 무선 통신 시스템 수신기를 구성했을 경우 가능한 일 예로 RF 파워의 크기에 따른 RF 증폭기의 디지털 이득 제어 코드와 IF 이득 제어 전압을 그래프로 나타내었다. 그래프에서 RF 증폭기의 디지털 이득 제어 코드가 최대값과 최소값의 사이에 있을 경우 IF 이득 제어 전압은 박스안의 임의의 점에서 수렴하게 된다. 그러나 RF 증폭기의 디지털 이득 제어 코드가 최대값과 최소값 사이에서 수렴하지 아니하면 IF 이득 제어 전압은 박스의 외부의 이득 곡선에서 수렴하게 된다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형이 가능하다.

상기와 같은 본 발명의 무선 통신 시스템 수신기 및 자동 이득 제어 장치는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 간단한 구성으로서 스텝 가변 이득 증폭기의 이득 제어를 위한 디지털 코드를 직접 입력 받지 아니하여도 아날로그 도메인에서 스텝 이득 가변 증폭기의 이득을 제어 할 수 있다.

둘째, RF 신호의 파워를 검출하기 위한 RSSI와 같은 블록이 필요하지 아니하기 때문에 전력 소모면 에서 유리하다.

셋째, 아날로그 도메인에서 스텝 가변 이득 증폭기 및 아날로그 가변 이득 증폭기의 이득을 독립적으로 제어 하기 때문에 디지털 블록과의 의존성을 최소화할 수 있으며, 간단한 구조이기 때문에 칩화가 용이하다.

Claims

외부 증폭 수단에 대한 미세 범위의 증폭값을 아날로그 방식으로 피드백 제어하기 위한 이득 제어 전압을 생성하는 아날로그 이득 제어부;

상기 이득 제어 전압을 입력받아 상기 외부 증폭 수단에 대한 개략적인 범위의 증폭값을 결정하는 디지털 코드를 생성하는 디지털 이득 제어부

를 포함하는 자동이득 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 디지털 이득 제어부는,

상기 디지털 코드를 생성하기 위한 비순환 업/다운 카운터; 및

기준 전압과 상기 이득 제어 전압을 비교하여 상기 비순환 업/다운 카운터의 극성을 결정하는 전압 비교기

를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동이득 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 아날로그 이득 제어부는,

상기 외부 증폭 수단의 출력 신호를 제곱하기 위한 혼합기;

상기 혼합기의 출력 신호의 고조파를 제거하여 이득 제어 전압으로 변환하기 위한 저역통과 필터; 및

상기 저역통과 필터의 출력 신호에 기준 레벨을 부여하기 위한 기준 레벨 부여기

를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동이득 제어 장치.
제3항에 있어서,

상기 기준 레벨 부여기는,

상기 외부 증폭 수단에 대하여 일정하게 유지시키고자 하는 출력 크기를 결정하기 위한 정전류원;

상기 혼합기의 출력 크기에 따른 전류를 생성하기 위한 전압제어 전류원을 포함하며,

상기 정전류원 전류와 전압제어 전류원 전류의 차이가 상기 저역 통과 필터로 인가되는 것을 특징으로 하는 자동이득 제어 장치.
무선 신호의 패스 중에 위치하며 무선 신호를 증폭하기 위한 스텝 가변 이득 증폭기 및 아날로그 가변 이득 증폭기;

상기 아날로그 가변 이득 증폭기의 증폭값을 피드백 제어하기 위한 이득 제어 전압을 생성하는 아날로그 이득 제어부;

상기 이득 제어 전압을 입력받아 상기 스텝 가변 이득 증폭기의 증폭값을 결정하는 디지털 코드를 생성하는 디지털 이득 제어부

를 포함하는 무선 수신기.
제5항에 있어서,

상기 스텝 가변 이득 증폭기는 외부 안테나에서 수신된 RF 신호를 입력받으며,

상기 아날로그 가변 이득 증폭기는 외부 AD 컨버터로 증폭된 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 무선 수신기.
제5항에 있어서,

상기 스텝 가변 이득 증폭기의 출력 신호를 소정의 중간 주파수로 다운컨버젼하기 위한 혼합기; 및

상기 혼합기의 다운컨버젼 신호를 필터링하여 상기 아날로그 가변 이득 증폭기로 전달하기 위한 대역 통과 필터

를 더 포함하는 무선 수신기.
제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디지털 이득 제어부는,

상기 디지털 코드를 생성하기 위한 비순환 업/다운 카운터; 및

기준 전압과 상기 이득 제어 전압을 비교하여 상기 비순환 업/다운 카운터의 극성을 결정하는 전압 비교기

를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 수신기.
제5항에 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 아날로그 이득 제어부는,

상기 아날로그 가변이득 증폭기의 출력 신호를 제곱하기 위한 혼합기;

상기 혼합기의 출력 신호의 고조파를 제거하여 이득 제어 전압으로 변환하기 위한 저역통과 필터; 및

상기 저역통과 필터의 출력 신호에 기준 레벨을 부여하기 위한 기준 레벨 부여기

를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 수신기.
제9항에 있어서,

상기 기준 레벨 부여기는,

상기 아날로그 가변이득 증폭기에 대하여 일정하게 유지시키고자 하는 출력 크기를 결정하기 위한 정전류원;

상기 혼합기의 출력 크기에 따른 전류를 생성하기 위한 전압제어 전류원을 포함하며,

상기 정전류원 전류와 전압제어 전류원 전류의 차이가 상기 저역 통과 필터로 인가되는 것을 특징으로 하는 무선 수신기.