KR101171015B1

KR101171015B1 - 신호 변환 장치 및 이를 구비한 위치 인식 시스템

Info

Publication number: KR101171015B1
Application number: KR1020060010824A
Authority: KR
Inventors: 최정환; 송인상; 권상욱; 김동균
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-02-03
Filing date: 2006-02-03
Publication date: 2012-08-08
Also published as: JP5329764B2; JP2007206080A; US20070182620A1; CN101013156B; KR20070079832A; CN101013156A

Abstract

기계적 스위치를 이용하여 신호를 안정적으로 변조할 수 있는 신호 변환 장치 및 이를 구비한 위치 인식 시스템이 개시된다. 신호 변환 장치는 인가되는 동기 신호에 응답하여 예비 펄스 신호를 생성하는 신호 생성부, 예비 펄스 신호를 가변하여 소정 펄스 폭을 갖는 펄스 신호들로 변환하는 제어 신호들을 출력하는 신호 제어부 및 제어 신호들에 응답하여 예비 펄스 신호를 서로 다른 펄스 폭을 갖는 펄스 신호들로 변환하는 신호 변조부를 포함한다. 신호 변조부는 복수개의 기계적 스위치가 병렬로 연결된 스위치 뱅크 및 각 기계적 스위치가 형성된 노드 사이의 전송 선로를 포함한다. 기계적 스위치를 이용하여 신호 변조부를 형성함으로써 신호의 안정적인 변조와 제품의 소형화 및 저 소모 전력화를 도모할 수 있다.

펄스, 변조, MEMS, 타겟 위치

Description

신호 변환 장치 및 이를 구비한 위치 인식 시스템{APPARATUS FOR TRANSFORMATION OF SIGNAL AND SYSTEM FOR RECOGNITION OF POSITION}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 위치 인식 시스템을 개략적으로 도시한 블록도이다.

도 2는 도 1에 도시된 신호 변환부를 개략적으로 도시한 블록도이다.

도 3은 도 2에 도시된 신호 변조부를 개략적으로 도시한 회로도이다.

도 4는 도 3에 도시된 신호 변조부의 출력 펄스를 설명하기 위한 도면이다.

도 5는 도 3에 도시된 스위칭 소자의 일 실시예를 도시한 평면도이다.

도 6은 도 5의 A 영역을 확대 도시한 사시도이다.

도 7은 도 4에 도시된 스위칭 소자의 스위칭 특성을 설명하기 위한 그래프이다.

도 8은 비교예에 의한 신호 발생 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.

도 9는 도 8에 도시된 신호 변조부를 개략적으로 도시한 회로도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100 : 송신부 200 : 수신부

300 : 신호 변환부 310 : 신호 생성부

320 : 신호 제어부 330 : 신호 변조부

400 : 위치 판단부 1000 : 위치 인식 시스템

ED : 구동 전극 OCN : 접촉 부재

SL1 : 제1 신호 라인 SL2 : 제2 신호 라인

본 발명은 신호 변환 장치 및 이를 구비한 위치 인식 시스템에 관한 것으로서 보다 상세하게는, 기계적 스위치를 이용하여 별도의 신호 보상 회로를 구비하지 않으면서도 신호의 변조를 안정적으로 수행할 수 있는 신호 변환 장치 및 이를 구비한 위치 인식 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 레이더(radar)와 같은 위치 인식 시스템은 신호의 송신부로부터 출사되는 소정 파장 영역의 전자기파가 타겟에서 반사되어 신호의 수신부로 되돌아오는 왕복 시간 또는 타겟에 부딪힘에 따라 변화되는 전자기파를 이용하여 시스템과 타겟 사이의 거리 또는 타겟의 동적 움직임 예를 들어, 타겟의 속도 등을 측정한다.

이러한 위치 인식 시스템은 소정 파장 영역의 주파수를 발생시키기 위하여 소정 펄스를 발생시키는 신호 발생 장치를 구비한다. 그러나, 신호 발생 장치에서 일정한 펄스 폭을 갖는 펄스만을 발생시키는 경우에 일정한 범위와 정확도 내에서 타겟의 위치 좌표를 판단할 수 있을 뿐이다.

이러한 문제점을 방지하기 위해 신호 발생 장치는 펄스 폭을 가변적으로 형 성하여 위치 인식 시스템에 대한 타겟의 위치 좌표의 측정 시, 유효 오차 범위 내에서 측정 가능하도록 한다.

도 8은 일반적인 신호 발생 장치를 도시한 도면이고, 도 9는 도 8에 도시된 신호 변조부(20)를 개략적으로 도시한 회로도이다.

도 8을 참조하면, 일반적인 신호 발생 장치(1)는 신호 생성부(10), 신호 변조부(20), 신호 제어부(30) 및 신호 보상부(40)를 포함한다.

신호 생성부(10)는 동기 신호 즉, 트리거(trigger) 신호가 입력됨에 따라 이에 응답하여 소정 형상 예를 들어, 상승 천이 구간을 갖는 계단 형상의 예비 펄스 신호(O_PS)를 발생시킨다. 여기서, 예비 펄스 신호(O_PS)는 상승 에지(edge), 하강 에지 및 소정 펄스 폭(width)을 갖는 하나의 펄스 신호가 아니라 하강 에지 타이밍과 펄스 폭이 미확정된 상태의 신호로 정의한다.

신호 변조부(20)는 신호 제어부(30)에서 출력되는 제어 신호(CNT)를 기초로 신호 생성부(10)에서 출력되는 예비 펄스 신호(O_PS)와 이를 180°위상 반전시킨 후 출력 지연 시간을 조절하는 방법으로 제1 원시 펄스 신호(P_PS1) 또는 제2 원시 펄스 신호(P_PS2)를 출력한다.

이를 위해, 신호 변조부(20)는 도 9에 도시된 바와 같이 제어 신호(CNT1,..., CNTn)에 응답하여 선택적으로 하나만 활성화되는 복수개의 스위치들이 병렬 연결된 스위치 뱅크(switch bank)를 포함한다.

신호 제어부(30)는 예비 펄스 신호(O_PS)를 가변하여 소정 펄스 폭을 갖는 원시 펄스 신호들(P_PS1, P_PS2)로 변환하기 위한 제어 신호들(CNT)을 출력하여 신 호 변조부(20)의 스위칭 뱅크로 인가한다.

예를 들어, 신호 제어부(30)가 논리 조합 "0 0 ...... 1" 의 제어 신호(CNT)를 출력하는 경우, 제n 스위칭 소자(SWn)만이 활성화되고, 논리 조합 "0 1.... 0"의 제어 신호(CNT)를 출력하는 경우, 제2 스위칭 소자(SW2)만이 활성화된다.

이때, 신호 생성부(10)에서 출력되는 예비 펄스 신호(O_PS)는 활성화된 스위칭 소자(SW)를 경유하여 180°위상 반전되고, 스위치 소자(SW)가 분기된 노드(N5, N6)로부터의 위치 차 즉, 서로 다른 길이를 갖는 전송 선로들(ℓ1,...,ℓn)에 의해 예비 펄스 신호(O_PS)의 입출력 시간 차가 발생하며, 이에 비례하여 제1 및 제2 원시 펄스 신호들(P_PS1, P_PS2)의 펄스 폭이 결정된다.

즉, 예비 펄스 신호(O_PS) 및 180°위상 반전된 반전 예비 펄스 신호가 합성되어 하나의 펄스 신호가 형성되고, 전송 선로들(ℓ1,...,ℓn)에 의해 형성된 펄스 신호가 지연 출력됨에 따라 펄스 신호의 펄스 폭이 결정되어 소정 펄스 폭을 갖는 제1 또는 제2 원시 펄스 신호(P_PS1, P_PS2)가 분기된 노드(N5, N6)를 통해 출력된다.

신호 보상부(40)는 신호 변조부(20)에 포함된 스위칭 뱅크의 각 스위치 소자(SW1, ..., SWn)의 소자 특성에 따라 예비 펄스 신호(O_PS)가 제1 또는 제2 원시 펄스 신호(P_PS1, P_PS2)로 변조될 때의 변조 오차를 보상한다. 이에 따라, 제1 또는 제2 예비 펄스 신호(P_PS1, P_PS2)는 변조 오차가 보상된 제1 또는 제2 펄스 신호(PS1, PS2)로 출력된다.

여기서, 신호 변조부(20)에 포함된 스위치 뱅크의 각 스위치는 일반적으로 고 집접화, 고속 스위칭 동작, 고 수명 및 저 비용화를 도모하기 위해 전계 효과 트랜지스터(MOSFET) 또는 핀 다이오드(PIN diode)를 사용하고 있다.

그러나 상술한 바와 같이 신호 변조부(20)에 포함된 각 스위치를 전계 효과 트랜지스터 또는 핀 다이오드 등의 반도체 스위치로 구성한 경우, 협대역(narrow band) 주파수 범위에 적용에 적합하다.

반면, 광대역(broadband) 주파수 범위를 사용하는 경우, 반도체 스위치의 저항, 인덕턴스 및 커패시턴스의 합성 성분에 의한 소자 특성으로 인하여 삽입 손실(insertion loss)이 증가하고, 전기적 절연 특성(isolation) 등이 저하되는 문제점으로 인하여 펄스 폭을 가변 시 변조 오차가 발생한다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 일반적으로 반도체 스위치의 각 스위치마다 광대역 매칭 회로망(broadband matching network, BMN)(21)을 더 구비하고, 변조된 제1 및 제2 원시 펄스 신호(P_PS1, P_PS2)의 변조 오차를 보상하는 상술한 바와 같은 신호 보상부(40)를 더 구비하여야 한다.

그러나 이와 같이 신호 변조부(20)의 각 스위치마다 광대역 매칭 회로망(21)을 구비하고, 신호 보상부(40)를 더 구비함에 따라 신호 변환 장치의 제조 비용이 증가하고, 고 집적화 및 제품의 소형화 경향에 반하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 별도의 신호 보상 회로를 구비하지 않으면서도 신호의 변조를 안정적으로 수행할 수 있는 신호 변환 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 신호 변환 장치를 구비한 위치 인식 시스템을 제공하는데 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 신호 변환 장치는 신호 생성부, 신호 제어부 및 신호 변조부를 포함한다. 신호 생성부는 인가되는 동기 신호에 응답하여 예비 펄스 신호를 생성한다. 신호 제어부는 예비 펄스 신호를 가변하여 소정 펄스 폭을 갖는 펄스 신호들로 변환하는 제어 신호들을 출력한다. 신호 변조부는 제어 신호들에 응답하여 예비 펄스 신호를 서로 다른 펄스 폭을 갖는 펄스 신호들로 변환한다.

이때, 신호 변조부는 복수개의 기계적 스위치가 병렬로 연결된 스위치 뱅크 및 각 기계적 스위치가 형성된 노드 사이의 전송 선로를 포함한다.

신호 변조부의 스위치 뱅크는 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 스위치를 포함한다.

신호 변조부의 스위치 뱅크는 SPST(single-pole/single-throw) 형태의 스위치를 포함할 수 있다. 또한, 신호 변조부의 스위치 뱅크는 SPDP(single-pole/double-throw) 형태의 스위치를 포함할 수도 있다.

신호 변조부는 예비 펄스 신호가 제어 신호들에 응답하여 활성화된 기계적 스위치와 전송 선로를 경유함에 따라 180°위상 반전된 반전 예비 펄스 신호를 생성하고, 예비 펄스 신호와 반전 예비 펄스 신호를 합성하여 하나의 펄스 신호를 생성한다.

이때, 신호 변조부는 제어 신호들에 응답하여 활성화된 기계적 스위치와 전송 선로의 길이의 차에 의해 발생하는 예비 펄스 신호의 입출력 시간 차를 이용하여 형성된 펄스 신호의 펄스 폭을 가변한다.

신호 생성부는 상승 천이 구간을 갖는 계단 형상의 예비 펄스 신호를 출력한다.

신호 제어부는 초기 구동 시 펄스 폭을 기 설정된 디폴트값으로 설정한다.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 위치 인식 시스템은 송신부, 수신부, 신호 변환부 및 위치 판단부를 포함한다. 송신부는 소정 주파수 범위의 제1 송신 신호 및 제2 송신 신호를 출력한다. 수신부는 제1 및 제2 송신 신호가 소정 타겟에 도달한 후 각각 반사되는 제1 및 제2 수신 신호를 입력받는다. 신호 변환부는 예비 펄스 신호를 생성하고, 예비 펄스 신호를 가변하여 제1 송신 신호를 출력하기 위한 제1 펄스 신호로 변환하며, 제1 수신 신호를 기초로 예비 펄스 신호를 가변하여 제2 송신 신호를 출력하기 위한 제2 펄스 신호들로 변환한다. 위치 판단부는 제1 송신 신호 및 제1 수신 신호를 기초로 타겟의 제1 위치 정보를 판단하고, 제2 송신 신호 및 제2 수신 신호를 기초로 타겟의 제2 위치 정보를 판단한다.

이때, 신호 변환부는 제1 위치 정보에 기초하여 예비 펄스 신호를 가변하기 위한 제어 신호들을 생성하고, 제어 신호들에 응답하여 선택적으로 활성화되어 제2 펄스 신호들을 생성하는 기계적 스위치들을 구비한 스위치 뱅크 및 각 기계적 스위치가 형성된 노드 사이의 전송 선로를 포함한다.

신호 변환부의 스위치 뱅크는 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 스위치를 포함한다.

신호 변환부는 인가되는 동기 신호에 응답하여 예비 펄스 신호를 생성하는 신호 생성부, 예비 펄스 신호를 가변하여 제1 및 제2 펄스 신호들로 변환하는 제어 신호들을 출력하는 신호 제어부 및 스위치 뱅크 및 전송 선로를 포함하고 제어 신호들에 응답하여 예비 펄스 신호를 제1 및 제2 펄스 신호들로 변환하는 신호 변조부를 포함한다.

신호 변환부는 예비 펄스 신호가 제어 신호에 응답하여 활성화된 기계적 스위치와 전송 선로를 경유함에 따라 180°위상 반전된 반전 예비 펄스 신호를 생성하고, 예비 펄스 신호와 반전 예비 펄스 신호를 합성하여 하나의 펄스 신호를 생성한다.

이때, 신호 변환부는 제어 신호들에 응답하여 활성화된 기계적 스위치와 전송 선로의 길이의 차에 의해 발생하는 예비 펄스 신호의 입출력 시간 차를 이용하여 형성된 펄스 신호의 펄스 폭을 가변한다.

제1 펄스 신호는 디폴트 값으로 설정된 제어 신호에 의해 펄스 폭이 결정된다.

이러한 신호 변환 장치 및 이를 구비한 위치 인식 시스템에 의하면, 타겟의 위치 좌표를 측정하기 위해 생성하는 펄스 폭을 가변적으로 형성할 수 있고, 기계적 스위치를 사용하여 펄스 폭을 설정함으로써 별도의 신호 보상 회로를 구비하지 않으면서도 안정적으로 펄스 폭의 변조가 가능하여 고 집적화 및 소형화를 도모할 수 있으며, 제조 비용을 절감할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 위치 인식 시스템(1000)은 송신부(100), 수신부(200), 신호 변환부(300) 및 위치 판단부(400)를 포함한다.

구체적으로, 송신부(100)는 신호 변환부(300)로부터 제1 펄스 신호(PS1) 또는 제2 펄스 신호(PS2)를 입력받고, 제1 또는 제2 펄스 신호(PS1, PS2)에 대응하는 소정 주파수 범위의 제1 송신 신호(Tx1) 또는 제2 송신 신호(Tx2)를 출력한다. 이때, 제1 및 제2 송신 신호(Tx1, Tx2)는 각 주파수 범위가 서로 상이한 신호이다.

수신부(200)는 제1 및 제2 송신 신호(Tx1, Tx2)가 소정 타겟(target)에 도달한 후 각각 반사되는 제1 및 제2 수신 신호(Rx1, Rx2)를 입력받는다.

신호 변환부(300)는 동기 신호에 응답하여 예비 펄스 신호(O_PS)를 생성한다.

여기서, 예비 펄스 신호(O_PS)는 상승 에지(edge), 하강 에지 및 소정 펄스 폭(width)을 갖는 하나의 펄스 신호가 아니라 하강 에지 타이밍과 펄스 폭이 미확정된 상태의 신호로 정의한다.

신호 변환부(300)는 예비 펄스 신호(O_PS)를 180°위상 반전한 반전 예비 펄스 신호(도시하지 않음)를 생성하고, 예비 펄스 신호(O_PS)와 반전 예비 펄스 신호 를 합성하여 하나의 펄스 신호를 생성한다. 또한, 신호 변환부(300)는 예비 펄스 신호(O_PS)와 반전 예비 펄스 신호를 합성하여 형성된 하나의 펄스 신호의 펄스 폭을 결정함으로써, 제1 및 제2 송신 신호(Tx1, Tx2)를 출력하기 위한 제1 및 제2 펄스 신호를 생성한다. 이때, 제2 펄스 신호는 제1 수신 신호(Rx1)에 기초하여 예비 펄스 신호를 180°위상 반전하고, 펄스 폭을 결정함으로써 생성 및 출력된다.

여기서, 신호 변환부(300)는 제1 수신 신호(Tx1) 및 제1 송신 신호(Rx1)의 입출력 시간 차 또는 주파수 변화에 따라 판단되는 타겟의 제1 위치 정보(PI1)에 기초하여 예비 펄스 신호(O_PS)를 가변하는 제어 신호들을 생성한다. 이때, 신호 변환부(300)는 생성된 제어 신호들에 응답하여 선택적으로 활성화되는 기계적 스위치 예를 들어, MEMS 스위치(Micro Electro Mechanical System)를 구비한 스위치 뱅크와 스위치 뱅크에 포함된 각 스위치가 형성된 노드 사이의 전송 선로를 포함한다. 신호 변환부(300)에 관한 보다 구체적인 사항은 도 2 내지 도 7을 통하여 상세히 설명하기로 한다.

위치 판단부(400)는 제1 송신 신호(Tx1) 및 제1 수신 신호(Rx1)를 기초로 타겟의 제1 위치 정보(PI1)를 판단한다. 이때, 제1 송신 신호(Tx1)는 위치 인식 시스템(1000)의 초기 구동 시 기 설정된 디폴트값으로 출력되기 때문에 일정한 범위와 정확도 내에서 타겟의 위치 좌표를 판단할 수 있을 뿐 정확한 위치 정보를 판단하기 곤란하다.

따라서, 위치 판단부(400)는 정확한 타겟의 위치 정보를 판단하기 위해 제1 위치 정보(PI1)를 신호 변환부(300)로 제공하고, 신호 변환부(300)는 제1 위치 정 보(PI1)를 기초로 예비 펄스 신호를 가변하여 제2 펄스 신호(PS2)를 출력한다.

이때, 위치 판단부(400)는 위치 인식 시스템과 타겟 사이의 거리를 측정하기 위해 송신부(100)와 수신부(200)로부터 각각 제1 송신 신호(Tx1) 및 제1 수신 신호(Rx1)의 출력 타이밍(SOT)과 입력 타이밍(SIT)를 입력받을 수 있고, 타겟의 속도를 측정하기 위해 제1 송신 신호(Tx1)의 주파수 범위와 제1 수신 신호(Rx1)의 주파수 범위를 입력받아 이의 차를 비교할 수도 있다. 이에 따라, 타겟의 근사적인 제1 위치 정보(PI1)를 판단한다.

또한, 동일한 원리로 위치 판단부(400)는 제2 송신 신호(Tx2)와 제2 수신 신호(Rx2)를 기초로 타겟의 정밀한 제2 위치 정보(PI2)를 판단함으로써, 위치 인식 시스템(1000)과 타겟 사이의 거리 또는 타겟의 이동 속도 등을 측정한다.

위와 같은 동작을 타겟의 위치 좌표 또는 이동 속도가 원하는 정밀도 범위내에서 얻어질 때까지 반복함으로써, 정밀한 위치 인식 시스템을 구현할 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된 신호 변환부(300)를 개략적으로 도시한 블록도이고, 도 3은 도 2에 도시된 신호 변조부(330)를 개략적으로 도시한 회로도이며, 도 4는 도 3에 도시된 신호 변조부(330)의 출력 펄스를 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 신호 변환부(300)는 신호 생성부(310), 신호 제어부(320) 및 신호 변조부(330)를 포함한다.

구체적으로, 신호 생성부(310)는 타겟의 위치 정보를 판단하기 위해 구동 시 동기 신호 즉, 트리거(trigger) 신호를 입력받아 도 4에 도시된 바와 같이 상승 천이 구간을 갖는 계단 형상(step-like)의 예비 펄스 신호(O_PS)를 생성한다.

신호 제어부(320)는 예비 펄스 신호(O_PS)를 가변하여 소정 펄스 폭을 갖는 제1 및 제2 펄스 신호(PS1, PS2)를 생성하기 위한 제어 신호들(CNT)을 출력한다. 예를 들어, 신호 제어부(320)는 초기 구동 시 일정한 펄스 폭을 갖는 제1 펄스 신호(PS1)를 생성하기 위해 디폴트 값으로 저장된 제어 신호 또는 도 1에 도시된 위치 판단부(400)에서 출력되는 제1 위치 정보(PI1)에 응답하여 제2 펄스 신호(PS2)의 펄스 폭을 결정하기 위한 제어 신호들을 출력한다.

신호 변조부(330)는 신호 생성부(310)에서 출력되는 예비 펄스 신호(O_PS)를 입력받고 제어 신호들(CNT)에 응답하여 예비 펄스 신호(O_PS)를 가변하며 초기 구동 시 타겟의 제1 위치 정보(PI1)를 산출하는 제1 펄스 신호(PS1) 또는 제1 위치 정보(PI1)를 기초로 타겟의 제2 위치 정보(PI2)를 산출하는 제2 펄스 신호(PS2)를 출력한다.

위와 같은 동작을 타겟의 위치 좌표 또는 이동 속도가 원하는 정밀도 범위내에서 얻어질 때까지 반복한다.

이러한 구성을 갖는 신호 변환부(300)에 관해 도 1 내지 도 4를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 위치 인식 시스템(1000)이 구동함에 따라 신호 제어부(320)는 위치 인식 시스템(1000)에 대한 타겟의 제1 위치 정보(PI1)를 판단하기 위하여 신호 생성부(310)에서 출력되는 예비 펄스 신호(O_PS)가 기 설정된 펄스 폭을 갖는 제1 펄스 신호(PS1)로 가변되도록 신호 변조부(330)를 제어한다.

따라서, 신호 변조부(330)는 디폴트 값으로 저장된 제어 신호에 응답하여 기 설정된 펄스 폭을 갖는 제1 펄스 신호(PS1)를 출력한다.

제1 펄스 신호(PS1)는 송신부(100)를 통해 타겟으로 제1 펄스 신호(PS1)에 대응하는 주파수 범위의 파장을 갖는 제1 송신 신호(Tx1)로 출력된다.

또한, 타겟으로 출력되는 제1 송신 신호(Tx1)는 타겟으로부터 반사되어 제1 수신 신호(Rx1)로 수신부(200)에 입력된다. 위치 판단부(400)는 제1 송신 신호(Tx1)와 제1 수신 신호(Rx1)의 입출력 시간 차 또는 신호의 변화를 판단하여 타겟의 대략적인 제1 위치 정보(PI1)를 산출하고, 제1 위치 정보(PI1)를 신호 제어부(320)로 제공한다.

이에 따라, 신호 제어부(320)는 신호 변조부(330)를 제어하여 예비 펄스 신호(O_PS)를 가변함으로써 제2 펄스 신호(PS2)를 출력한다.

즉, 타겟의 정확한 위치 정보인 제2 위치 정보(PI2)를 산출하기 위하여 타겟이 원거리에 위치할수록 펄스 폭이 긴 제2 송신 신호(Tx2)를 출력하고, 타겟이 근거리에 위치할수록 펄스 폭이 짧은 제2 송신 신호(Tx2)를 출력하여야 하는데 이는, 예비 펄스 신호(O_PS)를 가변하여 제2 펄스 신호(PS2)의 펄스 폭을 결정함으로써 달성된다.

이에 따라, 신호 변환부(300)는 정적 또는 동적으로 위치하는 타겟의 제1 위치 정보(PI1)에 기초하여 제2 송신 신호(Tx2)를 출력하기 위한 제2 펄스 신호(PS2)를 출력하고, 제2 펄스 신호(PS2)는 송신부(100)를 통해 타겟으로 제2 펄스 신호(PS2)에 대응하는 주파수 범위의 파장을 갖는 제2 송신 신호(Tx2)로 출력된다.

이러한 제2 송신 신호(Tx2)와 제2 송신 신호(Tx2)에 대응하여 반사되는 제2 수신 신호(Rx2)를 근거로 위치 판단부(400)가 타겟의 정밀한 제2 위치 정보(PI2)를 산출한다.

판단된 제2 위치 정보(PI2)는 위치 인식 시스템(1000)이 구동되는 동안 무한 루프를 통해 신호 변환부(300)로 제공되어 연속적으로 타겟의 위치 정보를 판단할 수 있다.

이때, 신호 변조부(330)는 도 3에 도시된 바와 같이 복수개의 스위치 소자들(SW1,..., SWn)로 구성된 스위치 뱅크와 각 스위치 소자들(SW1,..., SWn)이 형성된 노드 사이의 소정 길이(ℓ1,...,ℓn)를 갖는 전송 선로를 포함한다.

특히, 본 발명의 일 실시예에 의한 스위치 뱅크는 내부에 포함된 스위치 소자가 기계적(mechanical) 스위치로 형성된다. 일례로 각 스위치 소자는 MEMS 스위치로 형성된다.

신호 제어부(320)에서 출력되는 제어 신호들(CNT)이 n 비트의 논리 조합 "0 0 ... 1"로 출력되는 경우, 스위치 뱅크의 제n 스위치 소자(SWn)만이 활성화되고, 제어 신호(CNT)가 논리 조합 "1 0 .... 0"로 출력되는 경우 스위치 뱅크의 제1 스위치 소자(SW1) 만이 활성화된다.

이때, 예비 펄스 신호(O_PS)가 활성화된 스위칭 소자(SW)와 전송 선로를 경유하면서 180°위상 반전되는 반전 예비 펄스 신호가 생성되고, 예비 펄스 신호(O_PS)와 반전 예비 펄스 신호가 합성되어 하나의 펄스 신호가 형성된다.

이때, 형성된 펄스 신호는 활성화된 스위치 소자(SW)와 활성화된 스위치 소자(SW)까지의 전송 선로의 길이 즉, 활성화된 스위치 소자와 스위치 뱅크가 분기된 노드(N3, N4) 사이의 길이에 의해 지연 출력된다.

이러한 지연 출력 시간 차에 비례하여 즉, 제n 스위치 소자(SWn)로부터 제1 스위치 소자(SW1) 방향 상에서 하나의 스위치 소자(SW)가 활성화될 때, 형성된 펄스 신호의 펄스 폭(w)은 증가하는 값을 갖도록 설정된다.

예를 들어, 제1 스위치 소자(SW1)가 활성화된 경우 형성된 전송 선로의 길이(ℓ0+ℓ1+...+ℓn)와 제2 스위칭 소자(SW2)가 활성화된 경우 형성된 전송 선로의 길이(ℓ1+ℓ2+...+ℓn)는 전송 선로의 길이(ℓ0) 만큼의 차이가 있고, 형성된 펄스 신호는 전송 선로의 길이(ℓ0)를 경유하는 만큼의 지연 출력 시간 차가 발생한다.

따라서, 형성된 펄스 신호는 전송 선로의 길이(ℓ0)를 경유하는 시간 만큼 지연 출력되고, 이에 의해 제2 스위칭 소자(SW2)가 활성화된 경우에 비해 제1 스위칭 소자(SW1)가 활성화된 경우 펄스 신호의 펄스 폭(w)은 큰 값으로 형성된다.

정리하면, 예비 펄스 신호(O_PS)는 활성화된 스위치 소자(SW)와 전송 선로를 경유함에 따라 180°위상 반전된 반전 예비 펄스 신호와 합성되어 하나의 펄스 신호로 변환되고, 형성된 펄스 신호는 활성화된 스위치 소자(SW)와 활성화된 스위치 소자(SW)까지의 전송 선로의 길이에 의한 지연 출력 시간에 의해 펄스 폭(w)이 가변되어 제2 펄스 신호(PS2)로 출력된다.

이때, 제1 펄스 신호(PS1)는 제1 내지 제n 스위칭 소자 중 어느 스위치 소자(SW)가 활성화되어 일정한 펄스 폭을 갖도록 형성하여도 무방하고, 제1 펄스 신호(PS1)를 생성하기 위한 제어 신호(CNT)는 임의의 논리 조합을 갖는 디폴트값으로 형성하여도 무방하다.

이러한 신호 변조부(330)의 스위치 뱅크는 신호 생성부(310)와 송신부(100) 사이의 전송 선로에서 분로(shunt)로 형성된다.

신호 변조부(330)에 포함된 스위치 소자에 대해 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 5는 도 3에 도시된 스위칭 소자의 일 실시예를 도시한 평면도이고, 도 6은 도 5의 A 영역을 확대 도시한 사시도이며, 도 7은 도 4에 도시된 스위칭 소자의 스위칭 특성을 설명하기 위한 그래프이다.

도 2 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 신호 변조부(330)는 MEMS 스위치를 구비한 스위치 뱅크로 형성된다.

본 발명의 일 실시예에 의한 MEMS 스위치(SW)는 구동 전극(ED) 및 접촉 부재(OCN)를 포함한다.

구체적으로, 구동 전극(ED)은 제1 노드(N1)로부터 분기된 제1 신호 라인(SL1)과 제2 노드(N2)로부터 분기된 제2 신호 라인(SL2)의 대향하는 양측에서 연장되고, 기판(SUB)에서부터 소정 간격(D)만큼 이격되며, 제1 신호 라인(SL1)과 제2 신호 라인(SL2)의 각각의 일단을 커버하도록 형성된다. 또한, 구동 전극(ED)에는 신호 제어부(320)로부터 제어 신호(CNT)가 인가된다. 이때, 제어 신호(CNT)는 논리값 "0" 또는 "1"에 대응하는 전위 레벨의 전압으로 인가된다.

또한, 제1 신호 라인(SL1)은 기판(SUB)에 밀착 형성된 고정 신호 라인으로 형성되고, 제2 신호 라인(SL2)은 기판(SUB)에 제2 노드(N2)와 인접한 영역에서 고정단(EFX)이 형성되고, 제1 노드(N1)와 인접한 영역에서 제1 신호 라인(SL1)에 대 해 소정 높이(d)로 이격된 자유단(EFR)이 형성된다. 이때, 접촉 부재(OCN)은 자유단(EFR) 하부에 형성되어 제1 신호 라인(SL1)의 일단과 대향 배치된다.

신호 제어부(320)로부터 제어 신호(CNT)가 즉, 논리값 "1"에 대응하는 전위 레벨이 인가되는 경우, 제어 신호(CNT)의 전위와 기판 전압 즉, 접지 전압(GND)과의 사이에 전기장이 발생한다. 이에 의해 접촉 부재(OCN)와 구동 전극(ED) 사이에 정전 인력이 발생하여 접촉 부재(OCN)는 기판(SUB) 방향으로 이동하게 된다.

이에 따라, 접촉 부재(OCN)가 형성된 제2 신호 라인(SL2)의 자유단(EFR)도 기판(SUB) 방향으로 유동되어 제1 신호 라인(SL1)과 제2 신호 라인(SL2)이 전기적으로 접촉된다.

즉, 제1 신호 라인(SL1)과 제2 신호 라인(SL2)가 전기적으로 접촉함에 따라 신호 생성부(310)에서 출력되는 예비 펄스 신호(O_PS)의 전송 경로가 형성된다.

이와 같은 방법을 통해 활성화된 스위치 소자(SW)와 전송 선로를 경유함에 따라 예비 펄스 신호(O_PS)는 180°위상 반전 및 지연되어 반전 예비 펄스 신호가 형성되고, 예비 펄스 신호(O_PS)와 반전 예비 펄스 신호가 합성되어 하나의 펄스 신호를 생성한다. 또한, 활성화된 스위치 소자(SW)와 스위치 뱅크가 분기된 노드(N3, N4)로부터 활성화된 스위치 소자(SW)의 이격 거리 차 즉, 전송 선로의 길이의 차에 의해 형성된 펄스 신호의 펄스 폭이 결정되어 예비 펄스 신호(O_PS)가 제1 및 제2 펄스 신호(PS1, PS2)로 변환 출력된다.

본 발명의 일 실시예와 같이 신호 변조부(330)를 MEMS 스위치와 같은 기계적 스위치로 구성한 경우, 도 7에 도시된 바와 같은 신호 특성을 가질 수 있다.

도 7을 참조하면, 신호 변조부(330)를 MEMS 스위치로 사용함에 따라 삽입 손실(Insertion loss)은 저주파에서 고주파로 갈수록 낮아지고, 절연 특성(Isolation)은 저주파에서 고주파로 갈수록 높아지는 특성을 확인할 수 있다.

이상적인 스위치 소자인 경우, 주파수의 변화에 무관하게 삽입 손실은 0 dB의 값을 갖고, 절연 특성은 -∞의 값을 갖는다. 여기서, 삽입 손실은 2-포트 회로망에서 각 스위치 소자의 온(on) 및 오프(off) 상태에 대한 S 전달 행렬의 소정 반사 계수(S₂₁)로부터 도출되는 반사 손실(return loss)이 dB값으로 정의된 값이다.

그러나, 도 8과 도 9에 도시된 비교예에서 설명한 바와 같이, 전계 효과 트랜지스터 또는 핀 다이오드 등과 같은 반도체 스위치의 경우, 삽입 손실과 절연 특성이 반도체 스위치의 저항, 인덕턴스 및 커패시턴스의 합성 성분에 의해 그 성능 저하가 발생하게 된다.

이에 따라, 반도체 스위치를 사용하여 신호 변조부(330)의 스위치 뱅크를 구성하는 경우, 이를 보상하기 위한 광대역 매칭 회로망(BMN)과 신호 보상부(50)를 더 구성해 주어야 한다.

그러나, 본 발명에서는 스위치 소자를 MEMS 스위치로 구성하여 신호 변조부(330)의 절연 특성 및 삽입 손실이 주파수의 변화에 무관하게 그 허용 범위를 벗어나지 아니한 범위 내에서 스위칭 동작이 이루어진다.

이는 반도체 스위치를 사용하기 위하여 필수적으로 구비해야 하는 광대역 매칭 회로망(BMN)과 신호 보상부(40)를 구성하지 않고도 동등한 또는 그 이상의 스위 칭 동작을 구현할 수 있음을 의미한다.

본 발명에서 설명한 MEMS 스위치는 MEMS 스위치 중 일례를 들어 설명한 것이며, 이외에도 다양한 종류의 MEMS 스위치로 신호 변조부(330)의 스위치 뱅크를 구성할 수 있음은 당업자에게 자명한 사항이다.

또한, 본 발명에서는 MEMS 스위치를 SPST(single-pole/single-throw) 형태의 스위치로 구성하였으나, SPDP(single-pole/double-throw) 형태의 스위치등 다양한 형태로 형성할 수도 있음은 당업자에게 자명한 사항이다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의하면, 신호 변환 장치가 기계적 스위치를 이용하여 펄스 폭을 변조하여 출력함으로써, 반도체 스위치를 이용하는 경우 발생하는 삽입 손실 및 절연 특성 저하의 문제점을 방지함으로써, 신호의 안정적인 변조가 가능하다.

또한 반도체 스위치를 사용하는 경우에 저항, 인덕턴스 및 커패시턴스의 합성 성분으로 인한 삽입 손실 및 절연 특성 저하를 방지하기 위해 필수적으로 구성해야 하는 신호 보상부 및 광대역 매칭 회로망을 생략 가능하여 신호 변환 장치의 구현 시 소형화 및 고 집적화가 가능하다.

이에 따라, 위치 인식 시스템의 소형화, 고 집적화를 도모할 수 있으며, 제조 비용을 절감할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으 로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

인가되는 동기 신호에 응답하여 예비 펄스 신호를 생성하는 신호 생성부;

상기 예비 펄스 신호를 가변하여 소정 펄스 폭을 갖는 펄스 신호들로 변환하는 제어 신호들을 출력하는 신호 제어부; 및

상기 제어 신호들에 응답하여 상기 예비 펄스 신호를 서로 다른 펄스 폭을 갖는 상기 펄스 신호들로 변환하는 신호 변조부를 포함하고,

상기 신호 변조부는,

복수개의 기계적 스위치가 병렬로 연결된 스위치 뱅크; 및

상기 각 기계적 스위치가 형성된 노드 사이의 전송 선로를 포함한 것을 특징으로 하는 신호 변환 장치.
제1항에 있어서, 상기 신호 변조부의 스위치 뱅크는 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 스위치를 포함한 것을 특징으로 하는 신호 변환 장치.
제1항에 있어서, 상기 신호 변조부의 스위치 뱅크는 SPST(single-pole/single-throw) 형태의 스위치를 포함한 것을 특징으로 하는 신호 변환 장치.
제1항에 있어서, 상기 신호 변조부의 스위치 뱅크는 SPDP(single-pole/double-throw) 형태의 스위치를 포함한 것을 특징으로 하는 신호 변환 장치.
제1항에 있어서, 상기 신호 변조부는 상기 예비 펄스 신호가 상기 제어 신호들에 응답하여 활성화된 상기 기계적 스위치와 상기 전송 선로를 경유함에 따라 180°위상 반전된 반전 예비 펄스 신호를 생성하고, 상기 예비 펄스 신호와 반전 예비 펄스 신호를 합성하여 하나의 펄스 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 신호 변환 장치.
제5항에 있어서, 상기 신호 변조부는 상기 제어 신호들에 응답하여 활성화된 상기 기계적 스위치와 상기 전송 선로의 길이의 차에 의해 발생하는 상기 예비 펄스 신호의 입출력 시간 차를 이용하여 형성된 상기 펄스 신호의 펄스 폭을 가변하는 것을 특징으로 하는 신호 변환 장치.
제1항에 있어서, 상기 신호 생성부는 상승 천이 구간을 갖는 계단 형상의 상기 예비 펄스 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 신호 변환 장치.
제1항에 있어서, 상기 신호 제어부는 초기 구동 시 상기 펄스 폭을 기 설정된 디폴트값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 신호 변환 장치.
소정 주파수 범위의 제1 송신 신호 및 제2 송신 신호를 출력하는 송신부;

상기 제1 및 제2 송신 신호가 소정 타겟에 도달한 후 각각 반사되는 제1 및 제2 수신 신호를 입력받는 수신부;

예비 펄스 신호를 생성하고, 상기 예비 펄스 신호를 가변하여 상기 제1 송신 신호를 출력하기 위한 제1 펄스 신호로 변환하며, 상기 제1 수신 신호를 기초로 상기 예비 펄스 신호를 가변하여 상기 제2 송신 신호를 출력하기 위한 제2 펄스 신호들로 변환하는 신호 변환부; 및

상기 제1 송신 신호 및 제1 수신 신호를 기초로 상기 타겟의 제1 위치 정보를 판단하고, 상기 제2 송신 신호 및 제2 수신 신호를 기초로 상기 타겟의 제2 위치 정보를 판단하는 위치 판단부를 포함하고,

상기 신호 변환부는,

상기 제1 위치 정보에 기초하여 상기 예비 펄스 신호를 가변하기 위한 제어 신호들을 생성하고, 상기 제어 신호들에 응답하여 선택적으로 활성화되어 상기 제2 펄스 신호들을 생성하는 기계적 스위치들을 구비한 스위치 뱅크 및 상기 각 기계적 스위치가 형성된 노드 사이의 전송 선로를 포함한 것을 특징으로 하는 위치 인식 시스템.
제9항에 있어서, 상기 신호 변환부의 스위치 뱅크는 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 스위치를 포함한 것을 특징으로 하는 위치 인식 시스템.
제9항에 있어서, 상기 신호 변환부는

인가되는 동기 신호에 응답하여 예비 펄스 신호를 생성하는 신호 생성부;

상기 예비 펄스 신호를 가변하여 상기 제1 및 제2 펄스 신호들로 변환하는 제어 신호들을 출력하는 신호 제어부; 및

상기 스위치 뱅크 및 전송 선로를 포함하고, 상기 제어 신호들에 응답하여 상기 예비 펄스 신호를 상기 제1 및 제2 펄스 신호들로 변환하는 신호 변조부를 포함한 것을 특징으로 하는 위치 인식 시스템.
제9항에 있어서, 상기 신호 변환부는 상기 예비 펄스 신호가 상기 제어 신호들에 응답하여 활성화된 상기 기계적 스위치와 상기 전송 선로를 경유함에 따라 180°위상 반전된 반전 예비 펄스 신호를 생성하고, 상기 예비 펄스 신호와 반전 예비 펄스 신호를 합성하여 하나의 펄스 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 위치 인식 시스템.
제12항에 있어서, 상기 신호 변환부는 상기 제어 신호들에 응답하여 활성화된 상기 기계적 스위치와 상기 전송 선로의 길이의 차에 의해 발생하는 상기 예비 펄스 신호의 입출력 시간 차를 이용하여 형성된 상기 펄스 신호의 펄스 폭을 가변하는 것을 특징으로 하는 위치 인식 시스템.
제9항에 있어서, 상기 제1 펄스 신호는 디폴트 값으로 설정된 제어 신호에 의해 펄스 폭이 결정되는 것을 특징으로 하는 위치 인식 시스템.