KR100787172B1 - 이진 검색 알고리즘을 이용한 필터 튜닝 시스템 및 필터튜닝 방법 - Google Patents

이진 검색 알고리즘을 이용한 필터 튜닝 시스템 및 필터튜닝 방법 Download PDF

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Abstract

이진 검색 알고리즘을 이용하여 튜닝 속도를 향상시킨 필터 튜닝 시스템이 개시된다. 필터 튜닝 시스템은 온도나 제조공정에 의해 필터의 시정수가 변화할 경우 변화된 시정수를 검출하는 시정수 검출부와, 검출된 시정수를 기준값과 비교하는 비교기 및 비교결과에 응답하여, 필터의 시정수가 허용오차 내에 있도록 이진 검색 방식으로 필터의 시정수를 보상하는 조절부를 포함한다.

Description

이진 검색 알고리즘을 이용한 필터 튜닝 시스템 및 필터 튜닝 방법 {FILTER TUNING SYSTEM USING BINARY SEARCH ALGORITHM}
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 필터 튜닝 시스템을 포함하는 신호 처리 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 필터 튜닝 시스템의 구조를 나타낸 블록도이다.
도 3은 시간에 따른 시정수 검출부의 출력 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 시정수 검출부 내에서 시정수를 조절하기 위한 커패시터 어레이를 나타낸 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 튜닝 방법을 나타내는 순서도이다.
본 발명은 필터의 튜닝 시스템에 관한 것으로, 특히 온도변화나 생산공정의 오차에 의해 발생하는 필터의 차단주파수(cut-off frequency)를 보상하기 위한 튜닝 시스템이다.
집적회로 안에 내장되는 필터는 온도변화나 생산공정에 의해 차단주파수가 변화하기 때문에 이를 보상하기 위한 튜닝 시스템이 필수적이다. 필터의 차단주파수는 적분기의 시정수(time constant)에 의해 결정된다. 시정수는 온도변화나 생산공정의 변화에 의해 수시로 바뀌게 되는데 본 튜닝 시스템은 시정수를 일정하게 유지하는 기능을 한다.
종래의 필터 튜닝 시스템은 필터의 시정수를 검출하여 이를 기준값과 비교해, 이 비교결과에 따라 상향 카운팅을 하거나, 하향 카운팅을 하는 방식으로 튜닝이 이루지게 되는데, 만약 필터의 시정수가 큰 범위로 변화한 경우에는 카운터가 특정 조절점까지 카운트하기 위해서 오래 시간이 걸린다. 또한 조절간격을 세분하여 조절 해상도가 올라갈수록 특정 조절점까지 카운트하는데 걸리는 시간은 더욱 길어지게 된다.
본 발명은 상술한 종래의 필터 튜닝 시스템의 비효율성을 개선하기 위해 제안된 것으로서, 튜닝 방법은 시정수를 전압으로 바꾸어 기준전압과 비교를 하고 조절부에서 이진검색 알고리즘을 이용하여 빠른 시간에 원하는 시정수를 찾아가는 필터 튜닝 시스템 및 필터 튜닝 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 튜닝 시스템은 온도나 제조공정에 의해 상기 필터의 시정수가 변화할 경우 상기 변화된 시정수 를 검출하는 시정수 검출부와, 상기 검출된 시정수를 기준값과 비교하는 비교기와, 상기 비교결과에 응답하여 상기 필터의 시정수가 허용오차 내에 있도록 이진 검색 방식으로 상기 필터의 시정수를 보상하는 조절부를 포함한다.
상기 시정수 검출부는 필터와 동일한 환경에 배치되어, 상기 시정수의 변화와 같이 변화하는 저항 및 커패시터를 포함하며, 일정한 주기 동안의 기준 입력신호를 적분한 값으로부터 상기 시정수를 검출하는 적분기를 이용할 수 있다.
상기 시정수 검출부는 제1 입력단이 접지되고, 제2 입력단이 상기 저항과 연결되며, 제2 입력단과 출력단 사이에 상기 커패시터가 연결된 연산 증폭기를 포함할 수도 있다.
상기 커패시터는 각 커패시턴스의 값이 두 배씩 증가하는 복수의 커패시터와 상기 각각의 커패시터와 연결되고, 조절신호의 각 비트에 값에 따라 온/오프를 조절하는 복수의 스위치를 포함하는 커패시터 어레이로 구현될 수 있다.
비교기는 상기 시정수 검출부의 출력값과 기준값을 비교하여 상기 시정수 검출부의 출력값이 더 클 경우 제1 논리값을 출력하고, 기준값이 더 클 경우 제2 논리값을 출력할 수 있다.
상기 조절부는 상기 비교기의 출력값이 제1 논리값일 경우, 상기 시정수를 조절간격만큼 감소시켜고, 상기 비교기의 출력값이 제2 논리값일 경우, 상기 시정수를 상기 조절간격만큼 증가시키며, 상기 시정수를 상기 조절간격만큼 증가 또는 감소시키는 과정을 반복할 때마다 상기 조절간격을 절반으로 감소시키게 된다.
본 발명의 일 실시예에 의한 필터 튜닝 방법은 온도나 제조공정에 의해 상기 필터의 시정수가 변화할 경우 상기 변화된 시정수를 검출하는 단계와, 상기 검출된 시정수를 기준값과 비교하는 단계와, 상기 비교결과에 응답하여, 상기 필터의 시정수가 허용오차 내에 있도록 이진 검색 방식으로 상기 필터의 시정수를 보상하는 단계를 포함한다.
상기 시정수를 검출하는 단계는 필터와 동일한 환경에 배치되어, 상기 시정수의 변화와 같이 변화하는 저항 및 커패시터를 이용할 수 있으며, 일정한 주기 동안의 기준 입력신호를 적분한 값으로부터 상기 시정수를 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 검출된 시정수를 기준값과 비교하는 단계는 상기 시정수 검출부의 출력값과 기준값을 비교하여 상기 시정수 검출부의 출력값이 더 클 경우 제1 논리값을 출력하고, 기준값이 더 클 경우 제2 논리값을 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 필터의 시정수를 보상하는 단계는 상기 보상된 필터의 시정수가 최대 허용오차 내에 있을 때까지, 일정 주기를 단위로 상기 비교기의 판단에 응답하여 상기 필터의 시정수를 증가 또는 감소시키는 과정을 반복할 수 있다.
또한, 상기 필터의 시정수를 보상하는 단계는 상기 비교기의 출력값이 제1 논리값일 경우, 상기 시정수를 조절간격만큼 감소시켜고, 상기 비교기의 출력값이 제2 논리값일 경우, 상기 시정수를 조절간격만큼 증가시키는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 시정수를 상기 조절간격만큼 증가 또는 감소시키는 과정을 반복할 때마다 상기 조절간격을 절반으로 감소시켜 가게 된다.
본 발명의 다른 일 실시예에 의한 신호 처리 장치는 시정수의 의해 차단주파수가 결정되는 필터와, 온도나 제조공정에 의해 상기 필터의 시정수가 변화할 경우 변화된 시정수를 보상하는 필터 튜닝 시스템과, 상기 필터 튜닝 시스템에 의한 보상된 시정수를 유지하게 하는 레지스터 블록을 포함하며, 상기 필터 튜닝 시스템은 상기 온도나 제조공정에 의해 상기 필터의 시정수가 변화할 경우 상기 변화된 시정수를 검출하는 시정수 검출부와, 상기 검출된 시정수를 기준값과 비교하는 비교기와, 상기 비교결과에 응답하여 상기 필터의 시정수가 허용오차 내에 있도록 이진 검색 방식으로 상기 필터의 시정수를 보상하는 조절부를 포함한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 필터 튜닝 시스템을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 필터 튜닝 시스템을 포함하는 신호 처리 장치를 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 발명의 일실시예에 의해 신호 처리 장치는 필터(110)와, 필터(110)의 시정수 변화를 보상하기 위한 필터 튜닝 시스템(130), 및 레지스터 블록(120)을 포함한다.
필터(110)는 입력 신호(IN)를 필터링한 후 출력 신호(OUT)로 출력하며 신호 처리 장치에서는 광범위하게 사용된다. 필터(110)의 종류로는 로우 패스 필터, 하이 패스 필터, 밴드 패스 필터 등이 있다. 필터 튜닝 시스템(130)은 온도 변화나 제조공상의 변화에 의해 필터의 시정수가 변화하고, 이에 따라 차단 주파수가 변할 때, 시정수 또는 차단 주파수를 기준값과 가까워지도록 보상한다. 레지스터 블록(120)은 보상이 완료된 경우 필터가 보상된 시정수 값을 유지하도록 조절신 호(CAL)를 저장한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 필터 튜닝 시스템의 구조를 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 필터 튜닝 시스템은, 시정수 검출부(210), 비교기(220), 및 조절부(230)를 포함한다.
시정수 검출부(210)는 필터의 시정수를 검출한다. 실시예에 따라서 시정수 검출부는 시정수를 전압으로 바꾸어주는 적분기를 이용하여 구현될 수 있다. 적분기는 연산 증폭기(213)와 저항(212) 및 커패시터(211)를 이용하여 구현할 수 있는데, 이 때 적분기에 포함된 저항(212)의 크기와 커패시터(211)의 용량은 튜닝의 대상이 되는 필터의 시정수에 부합하도록 설정하면 된다. 만약 필터내의 저항의 크기와 커패시터의 용량이 온도변화에 따라 달라지거나, 반도체 제조공정상의 변화로 인해 회로 동작에 요구되는 수치와 달라질 경우, 적분기에 포함된 저항(212)과 커패시터(211) 또한 필터와 동일한 환경에 놓여지게 되므로 필터 내의 저항 및 커패시터의 변화에 따라 적분기 내의 저항(212) 및 커패시터(211) 또한 비슷한 특성을 보이며 변화하게 된다. 따라서 필터의 시정수가 달라질 때 적분기 내의 같이 변화하므로 변화된 시정수를 검출할 수 있다.
비교기(220)는 검출된 시정수(DET)를 기준값(REF)과 비교한다. 비교기는 검출된 시정수(DET)가 기준값(REF)보다 클 경우 논리 하이를 출력하고, 검출된 시정수(DET)가 기준값(REF)보다 작을 경우 논리 로우를 출력한다. 여기서, 검출된 시정수(DET)와 기준값(REF)은 필터의 시정수와 실제 회로 동작에 요구되는 기준 시정수 와의 대소를 비교할 수 있는 신호이면 된다.
조절부(230)는 비교기(220)의 비교 결과에 따라 필터와 적분기의 시정수를 조절한다. 이 과정에서 본 발명의 일실시예에 의한 필터 튜닝 시스템의 조절부(230)는 이진 검색 알고리즘을 이용한다. 조절신호(CAL)는 N 비트로 이루어질 수 있으며, 종래의 튜닝 시스템은 카운터에 의해 최하위 비트(LSB)에 해당하는 조절간격만을 한 단계씩 증가 또는 감소시키므로 초기에 검출된 시정수(DET)가 기준값(REF)과 오차가 클 경우 이를 조절하는데 많은 시간이 걸리지만, 본 발명의 일실시예에 의한 튜닝 시스템은 최상위 비트(MSB)부터 최하위 비트(LSB)까지 단계적으로 조절간격을 감소시켜가면서 필터의 시정수를 조절하기 때문에 N 비트의 조절신호를 이용할 경우 N번의 검색만으로 조절을 완료할 수 있다.
도 3은 시간에 따른 시정수 검출부의 출력 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 튜닝 시스템의 시정수 검출부는 일정한 기준 입력신호를 적분기로 적분한 출력값을 이용하여 시정수를 검출한다. 적분기의 저항값을 R이라고 하고, 커패시터의 용량을 C라 할 때, 그래프에서 직선의 기울기는 -1/RC 에 비례하므로 적분기의 커패시턴스 값이 달라지면 직선의 기울기도 달라진다. 일정한 주기(T)동안 마다 출력값(DET1, DET2)을 측정하여 이 값을 기준값(REF)와 비교하면, 필터의 시정수와 기준 시정수의 대소관계를 판단할 수 있다.
예를 들어, 적분기의 출력값(DET1)이 기준값(REF)보다 클 경우, 직선의 기울기의 크기가 작은 것이므로 필터의 시정수는 요구치보다 큰 것이고, 시정수를 감소 시키는 방향으로 조절이 이루어지고, 적분기의 출력값(DET2)이 기준값(REF)보다 작을 경우, 직선의 기울기의 크기가 큰 것이므로 필터의 시정수는 요구치보다 작은 것이고, 시정수를 증가시키는 방향으로 조절이 이루어진다.
도 4는 시정수 검출부 내에서 시정수를 조절하기 위한 커패시터 어레이를 나타낸 회로도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 튜닝 시스템의 시정수 검출부는 조절신호(CAL)로 적분기의 커패시턴스 값을 조절할 수 있어야 한다. 본 실시예에서는 다수의 커패시터를 어레이 형태로 병렬 연결하고, 연결된 각각의 커패시터를 스위치로 이용하여 단락 여부를 결정한다. 실시예에 따라서 커패시턴스 값을 조절하여 주는 여러 가지 회로를 이용할 수 있다.
도 4는 6비트의 조절신호(CAL)를 사용할 경우, 6개의 커패시터(401~406)를 이용하며, 각각 커패시터는 32C부터 1/2 씩 감소되어 16C, 8C, 4C, 2C, C 값을 가지며, 각각 커패시터의 용량은 조절신호의 최상위 비트(MSB)부터 최하위 비트(LSB)까지의 각 비트가 표시하는 조절간격에 대응된다. 이와 같은 구성에서 조절신호에 최상위 비트(MSB)에서 최하위 비트(LSB)까지의 각 비트는 각각의 스위치(407~412)의 단락 여부를 결정하여 총 커패시턴스의 값을 조절한다. 총 커패시턴스는 커패시터 어레이에서 스위치로 연결된 커패시터의 개별 커패시턴스의 합으로 표현되므로 본 실시예에서는 0 ~ 63C 의 커패시턴스로 조절이 가능한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 튜닝 방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 도 5를 도 2와 함께 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 튜닝 방법을 설명한다.
필터가 동작해야 할 경우, 온도 변화와 제조공정에 의한 시정수의 변화를 보상하기 위해서 시정수 검출부(210)의 커패시터 어레이에 N 비트의 조절신호(CAL)를 제공하여 커패시턴스를 조절하게 되는데, 튜닝이 시작되면 조절신호(CAL)를 초기화한다(S501). 조절신호의 각 비트 중 최상위 비트(MSB)를 조절비트로 설정하여 초기에는 큰 간격으로 커패시턴스를 조절하고, 여러 단계를 반복할수록 조절비트를 하위비트로 이동시켜 조절되는 간격을 1/2 씩 감소시키는 이진 검색 알고리즘을 이용한다. 시정수 검출부(210)내의 저항과 커패시터는 필터의 시정수가 온도나 제조공정상 변화에 의해 변할 때, 같이 변화하게 되므로 시정수 검출부(210)를 통해 필터 내의 시정수 값을 검출한다(S503). 비교기(220)는 시정수 검출부(210)의 출력값을 기준값과 비교하여 그 결과를 조절부(230)로 출력한다(S504). 조절부(230)는 검출된 시정수이 기준값으로부터 허용오차 내에 있는지를 체크한다. 이진 검색 알고리즘을 사용할 경우 조절신호가 최하위 비트(LSB)까지 조절이 완료되었는지 체크하는 방식으로 이루어질 수도 있다(S505). 만약, 최하위 비트까지 조절이 완료되었다면 튜닝이 모두 이루어진 것이므로 튜닝을 종료하고(S510), 조절신호를 레지스터에 저장해서 필터의 시정수 보상이 계속 유지되도록 하며(S511), 튜닝 시스템은 동작을 종료한다. 만약, 최하위 비트(LSB)까지 조절이 완료되지 않았고, 검출된 값이 기준 값보다 크다면(S506), 필터의 시정수가 기준값보다 크다는 의미이므로 필터의 시정수를 감소시킨다(S507). 이때, 조절신호에서 해당 비트를 0 으로 설정할 수 있다. 검출된 값이 기준 값보다 작다면(S506), 필터의 시정수가 기준 값보다 작다는 의미 이므로, 필터의 시정수를 증가시킨다(S508). 이때, 조절신호에서 해당 비트를 1 로 설정할 수 있다. 필터의 시정수를 증가 또는 감소시킬 때, 이와 동시에 시정수 검출부의 시정수도 같이 증가 또는 감소시켜 필터의 증가 또는 감소된 시정수와 같은 값을 갖도록 한다. 또는, 시정수 검출부의 시정수를 모두 조절하고 튜닝이 완료된 다음 필터의 시정수를 한꺼번에 조절할 수도 있다. 튜닝 초기에는 최상위 비트(MSB)만을 조절비트로 하여서 오차가 있을 수 있으므로, 조절간격을 최상위 비트(MSB)로부터 한 비트씩 하위 비트로 이동해 가면서 필터의 시정수 검출 및 조절 과정을 반복하게 된다.
따라서, 본 발명에 의한 필터 튜닝 방법은 조절신호의 최상위 비트(MSB)에서부터 최하위 비트(LSB)까지 위의 과정을 N 번 반복하는 것만으로도 필터의 튜닝을 완료할 수 있기 때문에 튜닝의 속도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 필터 튜팅 시스템은 온도 변화나 제조공정상의 변화에 의한 시정수 변화 및 차단 주파수의 변화를 보상하기 위해 이진 검색 알고리즘을 이용하므로, 변화가 큰 경우에도 종래의 튜닝 시스템에 비해 빠르게 튜닝이 이루어질 수 있으며 조절간격이 세밀하고, 조절신호의 비트가 커서 해상도를 큰 경우에도 튜닝 시간에 영향을 적게 받게 된다.

Claims (12)

  1. 온도나 제조공정에 의해 필터의 시정수가 변화할 경우, 상기 필터와 동일한 환경에 배치되어 상기 변화된 시정수와 같이 변화하는 커패시터를 포함하는 적분기를 이용하여, 일정한 주기 동안의 기준 입력신호를 적분한 값으로부터 상기 변화된 시정수를 검출하는 시정수 검출부;
    상기 검출된 시정수를 기준값과 비교하는 비교기; 및
    상기 비교결과에 응답하여, 상기 필터의 시정수가 허용오차 내에 있도록 이진 검색 방식으로 상기 필터의 시정수를 보상하는 조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 필터 튜닝 시스템
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 시정수 검출부는
    제1 입력단이 접지되고, 제2 입력단이 저항과 연결되며, 제2 입력단과 출력단 사이에 상기 커패시터가 연결된 연산 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 필터 튜닝 시스템
  4. 제1항에 있어서, 상기 커패시터는
    각 커패시턴스의 값이 두 배씩 증가하는 복수의 커패시터; 및
    상기 각각의 커패시터와 연결되고, 조절신호의 각 비트에 값에 따라 온/오프를 조절하는 복수의 스위치를 포함하는 커패시터 어레이인 것을 특징으로 하는 필터 튜닝 시스템
  5. 제1항에 있어서, 비교기는 상기 시정수 검출부의 출력값과 기준값을 비교하여 상기 시정수 검출부의 출력값이 더 클 경우 제1 논리값을 출력하고, 기준값이 더 클 경우 제2 논리값을 출력하는 필터 튜닝 시스템
  6. 제1항에 있어서, 상기 조절부는,
    상기 비교기의 출력값이 제1 논리값일 경우, 상기 시정수를 조절간격만큼 감소시켜고, 상기 비교기의 출력값이 제2 논리값일 경우, 상기 시정수를 상기 조절간격만큼 증가시키며,
    상기 시정수를 상기 조절간격만큼 증가 또는 감소시키는 과정을 반복할 때마다 상기 조절간격을 절반으로 감소시켜 가는 것을 특징으로 하는 필터 튜닝 시스템.
  7. 온도나 제조공정에 의해 상기 필터의 시정수가 변화할 경우 상기 변화된 시정수를 검출하는 단계;
    상기 검출된 시정수를 기준값과 비교하는 단계; 및
    상기 비교결과에 응답하여, 상기 필터의 시정수가 허용오차 내에 있도록 이진 검색 방식으로 상기 필터의 시정수를 보상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 필터 튜닝 방법
  8. 제7항에 있어서, 상기 시정수를 검출하는 단계는 필터와 동일한 환경에 배치되어, 상기 시정수의 변화와 같이 변화하는 저항 및 커패시터를 이용하여, 일정한 주기 동안의 기준 입력신호를 적분한 값으로부터 상기 시정수를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 필터 튜닝 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 검출된 시정수를 기준값과 비교하는 단계는 상기 시정수 검출부의 출력값과 기준값을 비교하여 상기 시정수 검출부의 출력값이 더 클 경우 제1 논리값을 출력하고, 기준값이 더 클 경우 제2 논리값을 출력하는 단계를 포함하는 필터 튜닝 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 필터의 시정수를 보상하는 단계는 상기 보상된 필터의 시정수가 최대 허용오차 내에 있을 때까지, 일정 주기를 단위로 상기 비교기의 판단에 응답하여 상기 필터의 시정수를 증가 또는 감소시키는 과정을 반복하는 것을 특징으로 하는 필터 튜닝 방법.
  11. 제7항에 있어서, 상기 필터의 시정수를 보상하는 단계는
    상기 비교기의 출력값이 제1 논리값일 경우, 상기 시정수를 조절간격만큼 감소시켜고, 상기 비교기의 출력값이 제2 논리값일 경우, 상기 시정수를 조절간격만큼 증가시키는 단계를 포함하며,
    상기 시정수를 상기 조절간격만큼 증가 또는 감소시키는 과정을 반복할 때마다 상기 조절간격을 절반으로 감소시켜 가는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 필터 튜닝 방법.
  12. 시정수의 의해 차단주파수가 결정되는 필터;
    온도나 제조공정에 의해 상기 필터의 시정수가 변화할 경우 변화된 시정수를 보상하는 필터 튜닝 시스템; 및
    상기 필터 튜닝 시스템에 의한 보상된 시정수를 유지하게 하는 레지스터 블록을 포함하며,
    상기 필터 튜닝 시스템은,
    상기 온도나 제조공정에 의해 상기 필터의 시정수가 변화할 경우 상기 변화된 시정수를 검출하는 시정수 검출부;
    상기 검출된 시정수를 기준값과 비교하는 비교기; 및
    상기 비교결과에 응답하여, 상기 필터의 시정수가 허용오차 내에 있도록 이진 검색 방식으로 상기 필터의 시정수를 보상하는 조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 처리 장치.
KR1020060120693A 2006-12-01 2006-12-01 이진 검색 알고리즘을 이용한 필터 튜닝 시스템 및 필터튜닝 방법 KR100787172B1 (ko)

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