KR101296258B1 - 가변 부하 특성 보상 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가변 부하 특성 보상 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 고주파 신호를 송수신하는 입출력 단에 구성된 LC 가변 부하의 특성을 외부 특성 변화에 관계없이 일정하게 유지할 수 있는 가변 부하 특성 보상 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 인덕터와 가변 커패시터를 포함하는 가변 부하 특성 보상 장치에 있어서, 상기 인덕터와 상기 가변 커패시터를 이용하여 발진 신호를 생성하는 발진부; 상기 발진 신호를 입력받아 미리 결정된 기준 신호와 비교한 후 상기 비교 결과에 따라 업 신호 또는 다운 신호를 생성하는 제어 신호 생성부; 및 상기 업 신호 또는 상기 다운 신호를 이용하여 상기 가변 커패시터의 정전 용량을 조절하는 특성 보상부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면 아날로그 발진기와 디지털 회로를 이용하여 원하는 주파수 채널 특성에 맞게 LC 가변 부하의 특성을 자동으로 보상하므로 LC 가변 부하 특성 최적화 효과를 갖는다.

Description

가변 부하 특성 보상 장치 및 방법{Apparatus and method for compensating characteristic of variable load}
본 발명은 가변 부하 특성 보상 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 고주파 신호를 송수신하는 입출력 단에 구성된 LC 가변 부하의 특성을 외부 특성 변화에 관계없이 일정하게 유지할 수 있는 가변 부하 특성 보상 장치 및 방법에 관한 것이다.
고주파 신호를 송수신하는 입출력 단에서는 주파수 특성을 제어하기 위한 목적으로 LC(인덕터-커패시터) 부하를 사용하며, 특히 높은 특성 요소(Quality factor)를 갖는 부하가 요구되거나 사용하는 주파수가 낮을 경우 LC 부하의 구현을 위해 외부 수동 소자가 필수적으로 요구된다.
일반적으로 LC 부하를 구성하는 소자 중 일반적으로 인덕터가 집적과 특성 요소로 인한 제약이 더 크므로 주로 인덕터를 외부 수동 소자로 구성하며, 높은 주파수를 이용하거나 특성 요소가 중요하지 않은 경우에는 인덕터를 칩 내부에 집적한 형태로 LC 부하를 구성할 수도 있다.
그러나, 이와 같은 외부 수동 소자는 제조 공정상 1% 이내의 특성 값 오차를 감안해야 하고, 내부 집적 인덕터는 물리적인 크기 변화와 반도체 공정 특성 변화 등으로 인해 주파수 특성이 설계값과 차이를 가지고 구현되며, 칩 내부에 구현되는 집적 커패시터의 경우에도 공정 변수와 기생 파라메터 등에 의해 그 절대적인 특성 값이 최대 20%까지 달라진다.
또한, 해당 입출력 단에 연결되는 다양한 소자와 패키지 특성, PCB 특성과 연결 등의 외부 환경 영향에 의해 LC 부하의 주파수 특성을 원하는 값으로 정확하게 설계하는 것이 용이하지 못하며, 높은 특성 요소가 요구되는 부하 구성이 필요하거나 정밀한 주파수 특성을 가져야 하는 시스템에서는 LC 특성을 보상하는 방법 없이 LC 부하를 구성하는 것이 불가능해진다.
따라서, 정확한 주파수 특성을 가지는 LC 부하 구성 시 집적 커패시터에 스위칭 회로를 추가하여 커패시터 값을 가변할 수 있는 LC 가변 부하를 사용해야 한다.
종래의 경우 출력단 구성에 있어 외부 출력 신호 크기를 전력 검출기 등의 방법으로 인식하여 출력신호가 가장 큰 값이 되도록 내부 커패시터를 자동 조절하는 방식을 사용하였다.
그러나, 상기 방식의 경우 송신 신호를 생성할 수 있는 출력단에서만 적용 가능한 기법으로 입력단만을 구성된 경우 혹은 입출력 단에서 출력단을 사용하지 않거나 입출력 주파수 특성이 크게 차이 나는 시스템에서는 적용이 불가능한 문제점이 있었다.
또한, 다른 방법으로 수신단의 최종 출력 신호를 모니터링하여 최종 출력 신호가 가정 최적화되는 방향으로 입력단 부하 특성을 가변하는 방법이 사용되었으나, 상기 방법의 경우에도 최종 출력을 얻어 부하 특성을 가변하는데 까지 필요한 보상 시간이 길어서 급격하게 주파수 특성을 변화하는 경우 적용이 불가능하며 최종 출력 신호가 최적의 값인지를 판단하는 기준이 모호하므로 집적 커패시터 값을 필요 이상으로 변화시켜서 각각의 특성을 저장하고 전체를 비교하는 형태로 구성해야 하므로 필요 없는 보상 과정이 추가되거나 부가적인 메모리 및 제어 회로가 요구되는 문제점이 있었다.
또한, 다른 방법으로 해당 입출력 단에서 발생하는 순간적인 발진 신호를 이용하여 LC 가변 부하의 특성을 파악하고 이를 이용해 보상 시스템을 구성하는 방법이 사용되었으나, 상기 방법의 경우에도 순간 발진 신호를 이용하기 때문에 충분한 보상 시간을 확보할 수 없고, 신호 자체가 안정화되어 있지 못하므로 발생 신호의 주파수 특성에 대한 정확한 예측이 곤란하며, 발생하는 발진 신호 크기를 예측할 수 없으므로 너무 작은 발진 신호 크기가 생성되는 경우에는 보상 회로가 이를 인식하지 못할 수 있어 보상 시스템 동작이 불안정한 문제점이 있었고, 특히 LC 가변 부하에 의한 동작 주파수 범위가 넓은 경우에는 모든 주파수 대역에서 시스템 동작에 필요한 순간 발진 특성을 확보할 수 있다고 확인하기가 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로 인덕터와 커패시터로 구성되는 가변 부하 특성을 원하는 주파수 특성에 맞게 자동으로 최적화시킬 수 있는 가변 부하 특성 보상 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가변 부하 특성 보상 장치는 인덕터와 가변 커패시터를 포함하는 가변 부하 특성 보상 장치에 있어서, 상기 인덕터와 상기 가변 커패시터를 이용하여 발진 신호를 생성하는 발진부; 상기 발진 신호를 입력받아 미리 결정된 기준 신호와 비교한 후 상기 비교 결과에 따라 업 신호 또는 다운 신호를 생성하는 제어 신호 생성부; 및 상기 업 신호 또는 상기 다운 신호를 이용하여 상기 가변 커패시터의 정전 용량을 조절하는 특성 보상부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어 신호 생성부는 미리 결정된 시간 동안의 상기 발진 신호와 상기 기준 신호만을 선택적으로 출력하는 신호 게이팅부, 상기 신호 게이팅부로부터 출력되는 상기 발진 신호와 상기 기준 신호에서 발생되는 글리치 신호를 제거하는 오동작 방지부, 및 상기 오동작 방지부로부터 출력되는 상기 발진 신호와 상기 기준 신호의 속도를 비교하여 상기 비교 결과에 따라 업 신호 또는 다운 신호를 생성하는 신호 비교부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 발진 신호와 상기 기준 신호를 입력받은 후 증폭하여 상기 신호 게이팅부로 출력하는 신호 증폭부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 신호 비교부는 상기 특성 보상부의 동작을 위한 동작 클럭 신호를 더 생성할 수 있다.
또한, 상기 오동작 방지부는 상기 발진 신호 및 상기 지연 신호가 통과하는 신호 지연부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 발진부는 일측이 상기 인덕터 및 상기 가변 커패시터와 연결되는 발진 신호 생성부, 일측이 상기 발진 신호 생성부 타측과 연결되는 전류 공급부, 상기 발진 신호 생성부와 병렬 연결되는 제1 피드백 커패시터, 및 상기 제1 피드백 커패시터와 직렬 연결되는 제2 피드백 커패시터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 특성 보상부는 상기 업 신호 또는 상기 다운 신호에 따라 커패시터 코드를 생성하고 상기 커패시터 코드에 따른 스위칭 동작에 의해 상기 가변 커패시터의 정전 용량이 조절될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가변 부하 특성 보상 방법은 인덕터와 가변 커패시터를 포함하는 가변 부하 특성 보상 방법에 있어서, (a) 상기 인덕터와 상기 가변 커패시터를 이용하여 발진 신호를 생성하는 단계; (b) 상기 발진 신호와 미리 결정된 기준 신호를 비교하는 단계; (c) 상기 비교 결과에 따라 업 신호 또는 다운 신호를 생성하는 단계; 및 (d) 상기 업 신호 또는 상기 다운 신호에 따라 상기 가변 커패시터의 정전 용량을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (b) 단계는 (b1) 미리 결정된 시간 동안의 상기 발진 신호와 상기 기준 신호만을 선택적으로 출력하는 단계; (b2) 상기 선택적으로 출력된 상기 발진 신호와 상기 기준 신호에서 발생되는 글리치(glitch) 신호를 제거하는 단계; 및 (b3) 상기 글리치 신호가 제거된 상기 발진 신호와 상기 기준 신호의 속도를 비교하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 (b1) 단계에 앞서서 상기 발진 신호와 상기 기준 신호를 입력받은 후 증폭하여 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 (d) 단계는 상기 업 신호 또는 상기 다운 신호에 따라 커패시터 코드를 생성하고 상기 커패시터 코드에 따른 스위칭 동작에 의해 상기 가변 커패시터의 정전 용량을 조절하는 단계일 수 있다.
본 발명에 의하면 아날로그 발진기와 디지털 회로를 이용하여 원하는 주파수 채널 특성에 맞게 LC 가변 부하의 특성을 자동으로 보상하므로 LC 가변 부하 특성 최적화 효과를 갖는다.
또한, 특정 시간 동안의 발진 신호와 기준 신호를 비교하는 신호 게이팅 방법을 적용하여 예측 가능한 보상 소요 시간을 확보하고 정확한 고주파 신호 비교를 가능하게 하며, 상기 신호 게이팅 과정에서 발생할 수 있는 글리치 신호를 제거하기 위한 구성을 포함하므로, 보상 정확도가 높은 고속 고주파 신호 비교를 가능하게 하여 빠른 보상 시간을 확보할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 넓은 주파수의 대역의 가변 범위를 가지는 LC 가변 부하 구성 시 스위칭 소자를 포함하는 가변 커패시터 어레이 구성을 통해 디지털 회로에 의한 스위칭 동작 제어에 따라 가변 커패시터의 특성 보상 장치를 구현할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 외부에서 인가하는 디지털 클럭과 커패시터 코드 수에 의해 특성 보상 완료 시간을 정할 수 있으므로 시스템 동작에서 요구되는 최소 보상 완료 시간을 쉽게 만족시킬 수 있으며, 최하위 비트의 커패시터 코드 변환이 이루어지면 자동으로 동작이 완료되므로 특성 보상 과정이 반복적으로 이루어지는 오동작을 방지할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 아날로그 발진기와 디지털 회로만으로 특성 보상 장치를 구성할 수 있으므로, 가변 부하를 제외한 구성 요소들을 단일 칩에 구현할 수 있어 특성 보상 장치의 크기를 최소화할 수 있고, 특정 시간 동안에만 특성 보상 장치가 온/오프 되므로 전체 시스템의 전력 소모량에 영향을 주지 않는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가변 부하 특성 보상 장치의 블록도,
도 2는 도 1의 발진부의 상세 블록도,
도 3은 도 1의 발진부에서 생성되는 발진 신호에 대한 그래프,
도 4는 도 1의 제어 신호 생성부의 상세 블록도,
도 5는 도 4의 오동작 방지부의 상세 블록도,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가변 부하 특성 보상 방법의 순서도,
도 7은 도 6의 S20에 대한 상세 순서도, 및
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가변 부하 특성 보상 방법에 의한 동작 파형 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 첨가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명이 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가변 부하 특성 보상 장치에 대한 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가변 부하 특성 보상 장치(1)는 안테나(10), 인덕터(20), 가변 커패시터(30), 발진부(40), 제어 신호 생성부(50), 및 특성 보상부(60)를 포함한다.
안테나(10)는 주파수 신호의 전송 및 수신을 위해 구비되고 인덕터(20)는 안테나(10)와 연결되며, 가변 커패시터(30)는 복수 개의 스위칭 소자를 포함하고 복수 개의 커패시터 소자가 어레이 형태로 구성될 수 있다.
발진부(40)는 인덕터(20)와 가변 커패시터(30)를 이용하여 발진 신호를 생성하며, 발진부(40)의 상세 구성은 이하 도 2를 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
제어 신호 생성부(50)는 발진부(40)에서 생성된 상기 발진 신호를 입력받아 미리 결정된 기준 신호와 비교한 후 비교 결과에 따라 업 신호 또는 다운 신호를 생성한다.
이때, 상기 미리 결정된 기준 신호는 송신단(S)과 수신단(R)의 주파수 혼합 시에 사용하는 고주파 신호일 수 있고, 제어 신호 생성부(50)의 상세 구성은 이하 도 4를 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
특성 보상부(60)는 제어 신호 생성부(50)에서 생성되는 상기 업 신호 또는 상기 다운 신호를 이용하여 가변 커패시터(30)의 정전 용량을 조절한다.
이때, 특성 보상부(60)는 상기 업 신호 또는 상기 다운 신호에 따라 커패시터 코드를 생성하고 상기 커패시터 코드에 따른 스위칭 동작에 의해 가변 커패시터(30)의 정전 용량을 조절할 수 있는데, 다시 말해서 상기 커패시터 코드에 따라 가변 커패시터(30)에 포함된 복수 개의 스위칭 소자의 동작을 제어하여 가변 커패시터(30)의 정전 용량을 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가변 부하 특성 보상 장치(1)의 경우 안테나(10)와 인덕터(20)를 제외한 가변 커패시터(30), 발진부(40), 제어 신호 생성부(50), 및 특성 보상부(60)를 단일 칩 형태로 구현하는 것이 가능하다.
또한, 도 1의 경우 안테나(10)와 인덕터(20)가 직렬 연결된 형태로 구현되어 있으나, 안테나(10)와 인덕터(20)의 연결 방식은 이에 제한되는 것은 아니며 다양한 방식으로 구현할 수 있고, 상기 단일 칩 형태에 인덕터(20)를 포함시켜 구현하는 것이 또한 가능하다.
도 2는 도 1의 발진부의 상세 블록도 이다.
도 2에 도시된 바와 같이 발진부(40)는 발진 신호 생성부(41), 전류 공급부(43), 제1 피드백 커패시터(45), 및 제2 피드백 커패시터(47)를 포함한다.
발진 신호 생성부(41)는 일측이 인덕터(20) 및 가변 커패시터(30)와 연결되고, 전류 공급부(43)는 일측이 발진 신호 생성부(41)의 타측과 연결된다.
제1 피드백 커패시터(45)는 발진 신호 생성부(41)와 병렬 연결되고, 제2 피드백 커패시터(47)는 제1 피드백 커패시터(47)와 직렬 연결된다.
이때, 발진부(40)에서 생성되는 발진 신호의 주파수는 아래의 수학식 1과 같이 결정될 수 있다.
Figure 112012001453112-pat00001
여기에서, fOSC는 발진 주파수를 의미하고, Loff는 인덕터(20)의 특성값(인덕턴스)을 의미하며, CT는 가변 커패시터(30), 제1 피드백 커패시터(45), 및 제2 피드백 커패시터(47)로 인한 전체 특성값(커패시턴스)을 의미한다.
또한, 가변 커패시터(30), 제1 피드백 커패시터(45), 및 제2 피드백 커패시터(47)로 인한 전체 특성값은 아래의 수학식 2와 같이 결정될 수 있다.
Figure 112012001453112-pat00002
여기에서, Ctune은 가변 커패시터(30)의 특성값을 의미하고, Cfb는 제1 피드백 커패시터(45)와 제2 피드백 커패시터(47)의 특성값을 의미한다.
또한, Cfb의 경우 발진부(40)의 설계 과정에서 미리 결정되는 값이므로 실제 발진부(40)에서 생성되는 발진 신호의 가변 특성은 가변 커패시터(30)의 특성값인 Ctune에 의해 결정되며, 충분한 시간 동안 지속할 수 있는 안정적인 주파수 발진 특성을 확보하기 위해서는 발진 신호 생성부(41)로 되돌아오는 전력의 크기가 충분해야 한다.
이에 따라, Cfb와 Ctune은 일정한 비율을 유지해야 하며 Ctune이 커져서 발진 신호 생성부(41)로 피드백되는 전력의 크기가 줄어드는 경우에는 제1 피드백 커패시터(45)와 직렬 연결되는 제2 피드백 커패시터(47)와 같이 피드백 커패시터를 추가하는 방식으로 Cfb의 크기를 늘려서 안정적인 주파수 발진 특성을 확보할 수 있다.
또한, 발진부(40)의 안정적인 동작을 위해서는 기생 성분으로 인한 발진 특성 저하에 유의하면서 발진 신호 생성부(41)의 트랜스 컨덕턴스를 충분히 크게 만들어야 한다.
트랜스 컨덕턴스를 증가시키기 위해서는 신호 생성부(41) 소자의 크기를 증가시키는 방법과 전류 공급원(43)에서 공급 전류 크기를 증가시키는 방법이 있다.
발진부(40)의 동작이 제어 신호 포트(T)에 인가되는 전압에 의해 용이하게 이루어질 수 있으므로 부하 보정이 필요한 시간 동안만 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가변 부하 특성 보상 장치(1)를 동작시켜 발진부(40)에서 발생하는 소모 전력이 전체 장치에서 차지하는 영향이 크지 않으나, 동작 시 순간적으로 발생하는 전류 소모를 줄이는 것이 성능 안정성 확보 및 기생 특성에 의한 영향을 줄이는 데 유리하다.
따라서, 발진 주파수 특성에 영향을 주지 않는 범위에서 발진 신호 생성부(41)를 충분히 크게 가져가고 이에 맞추어 충분한 전력을 공급함으로써 시스템 전체에서 소모되는 전력의 크기를 줄일 수 있다.
도 3은 도 1의 발진부에서 생성되는 발진 신호에 대한 그래프이다.
여기에서, Ao는 발진 신호의 크기를 의미하고 tu는 발진 신호가 안정 상태에 이르기까지 소요되는 시간을 의미한다.
도 3에 도시된 바와 같이 가변 커패시터(30)의 크기가 작은 경우 발진부(40)에서 생성되는 발진 신호 파형(OS1)과 가변 커패시터(40)의 크기가 큰 경우 발진부(40)에서 생성되는 발진 신호 파형(OS2)의 형태가 차이가 있으며, 발진 신호가 안정 상태에 이르기까지 소요되는 시간의 경우에도 차이가 있는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 제어 신호 생성부(50)의 원활한 동작을 위해서는 발진부(40)를 동작시키고 충분한 시간 이후에 생성되는 신호를 받아야 하며, 발진부(40)에서 생성되는 발진 신호의 주파수 크기가 너무 작아서 신호 증폭부(51)에서 충분한 신호 인식이 불가능한 경우에는 발진 주파수의 영향을 주지 않는 범위 내에서 발진부(40)의 출력측에 별도의 신호 증폭부를 추가하는 것이 가능하다.
도 4는 도 1의 제어 신호 생성부(50)의 상세 블록도, 도 5는 도 4의 오동작 방지부의 상세 블록도 이다.
도 4에 도시된 바와 같이 제어 신호 생성부(50)는 신호 증폭부(51), 신호 게이팅부(53), 오동작 방지부(55), 및 신호 비교부(57)를 포함한다.
신호 증폭부(51)는 발진부(40)에서 생성되는 발진 신호(S1)와 미리 결정된 기준 신호(S2)를 입력받은 후 증폭하여 신호 게이팅부(53)로 출력한다.
신호 게이팅부(53)는 미리 결정된 시간 동안의 발진 신호(S1)와 기준 신호(S2)를 선택적으로 출력한다.
이때, 상기 미리 결정된 시간은 신호 비교부(57)에서 발진 신호(S1)와 기준 신호(S)에 비교 동작이 이루어질 수 있는 충분한 시간일 수 있고, 신호 게이팅부(53)의 동작을 위해서 필요한 클럭 신호는 내부 디지털 클럭을 분주하여 생성할 수 있다.
오동작 방지부(55)는 신호 게이팅부(53)로부터 출력되는 발진 신호(S1)와 기준 신호(S2)에서 발생되는 글리치(glitch) 신호를 제거한다.
이때, 상기 글리치 신호는 발진 신호(S1)와 기준 신호(S2)가 신호 게이팅부(53)를 통과하는 과정에서 짧은 순간 동안 급격하게 발생하고 사라지는 신호를 의미하는데, 상기 글리치 신호의 경우 신호 게이팅부(53)를 통과한 발진 신호(S1)와 기준 신호(S2)의 초기 구간에서 발생할 수 있으므로 도 5에 도시된 바와 같이 오동작 방지부(55)에 포함된 신호 지연부(56)를 발진 신호(S1)가 통과하도록 하여 신호 게이팅부(53)를 통과한 발진 신호(S1)와 기준 신호(S2)의 초기 구간에 포함된 상기 글리치 신호를 제거할 수 있다.(여기에서, 도 5의 경우 발진 신호(S1)가 신호 지연부(56)를 통과하는 구성만 도시하였으나, 기준 신호(S2)는 도 5의 구성과 병렬 구성되는 별도의 신호 지연부(56)를 통과함)
또한, 신호 지연부(56)의 구성에 따라 신호 게이팅부(53)를 통과한 발진 신호(S1)와 기준 신호(S2)의 신호 제거 구간을 조절할 수 있으므로 글리치 신호의 제거를 위한 충분한 시간을 확보할 수 있고, 이에 따라 제거하고자 하는 글리치 신호가 포함된 신호 영역을 충분히 설정할 수 있어 설계 자유도를 확보하는 것이 가능해진다.
신호 비교부(57)는 오동작 방지부(55)를 통과한 발진 신호(S1)와 기준 신호(S2)의 속도를 비교하여 업 신호 또는 다운 신호를 생성한다.
이때, 신호 비교부(57)는 발진 신호(S1)와 기준 신호(S2)의 속도 비교를 위한 고속 카운터를 포함할 수 있으며, 발진 신호(S1)와 기준 신호(S2)는 병렬 구성되는 고속 카운터의 클럭 입력으로 각각 인가된 후 출력되는데, 병렬 구성된 고속 카운터의 출력에서 먼저 나오는 신호가 더 높은 주파수를 가진 것으로 판단할 수 있으므로, 신호 비교부(57)는 발진 신호(S1)와 기준 신호(S2)의 속도를 비교하여 발진 신호(S1)가 기준 신호(S2)보다 높은 주파수를 갖는 경우 다시 말해서 발진 신호(S1)가 더 빨리 출력되는 경우 업 신호를 생성하고, 발진 신호(S1)가 기준 신호(S2)보다 낮은 주파수를 갖는 경우 다시 말해서 기준 신호(S2)가 더 빨리 출력되는 경우 다운 신호를 생성할 수 있다.
또한, 신호 비교부(57)는 업 신호 또는 다운 신호 생성시에 특성 보상부(60)의 동작을 위한 동작 클럭 신호를 더 생성할 수 있다.
또한, 특성 보상부(60)는 신호 비교부(57)로부터 출력되는 업 신호 또는 다운 신호를 이용하여 가변 커패시터(30)의 정전 용량 조절을 위한 커패시터 코드 신호(S3)를 생성할 수 있고, 커패시터 코드 신호(S3)의 전송이 완료된 경우 보정 완료 알림 신호(S4)를 생성할 수 있다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가변 부하 특성 보상 방법의 순서도, 도 7은 도 6의 S20의 상세 순서도, 및 도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가변 부하 특성 보상 방법에 따른 동작 파형 그래프이다.
도 6 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가변 부하 특성 보상 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 6에 도시된 바와 같이 동작 Enable 신호가 입력되면(도 8의 (a)) S10에서 발진부(40)가 인덕터(20)와 가변 커패시터(30)를 이용하여 발진 신호를 생성한다.(도 8의 (b))
S20에서 제어 신호 생성부(50)가 상기 발진 신호를 입력받아 미리 결정된 기준 신호와 비교한다.
이때, S20은 도 7에 도시된 바와 같이 신호 게이팅부(53)가 미리 결정된 시간 동안의 상기 발진 신호와 상기 기준 신호만을 선택적으로 출력하는 단계(S21)(도 8의 (c)), 오동작 방지부(55)가 신호 게이팅부(53)에서 출력된 발진 신호와 기준 신호에 포함된 글리치 신호를 제거하는 단계(S23), 및 신호 비교부(57)가 오동작 방지부(55)에서 출력된 발진 신호와 기준 신호의 속도를 비교하는 단계(S25)를 포함할 수 있다.
또한, S21에 앞서서 신호 증폭부(51)가 상기 발진 신호와 상기 기준 신호를 입력받은 후 증폭하여 신호 게이팅부(53)로 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
S30에서 신호 비교부(57)가 상기 비교 결과에 따라 업 신호 또는 다운 신호를 생성한다.(도 8의 (d))
이때, S30에 이어서 신호 비교부(57)가 특성 보상부(60)의 동작을 위한 동작 클럭 신호를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.(도 8의 (e))
S40에서 특성 보상부(60)가 상기 업 신호 또는 상기 다운 신호를 이용하여 가변 커패시터(30)의 정전 용량을 조절하면 종료가 이루어진다.(도 8의 (f))
이때, S40은 상기 업 신호 또는 상기 다운 신호에 따라 커패시터 코드를 생성하고, 상기 커패시터 코드에 따른 스위칭 동작에 의해 가변 커패시터(30)의 정전 용량을 조절하는 단계일 수 있는데, 도 8의 (f)에 도시된 바와 같이 특성 보상부(60)의 입력으로 들어오는 신호의 방향에 따라, 다시 말해서 입력이 업 신호이냐 또는 다운 신호이냐에 따라 클럭이 입력되는 시점에서 이진 코드로 구성된 커패시터 코드를 1bit씩 변화시키며, 커패시터 코드를 구성하는 각 데이터 비트는 가변 커패시터(30)에 포함된 복수 개의 스위칭 소자 각각의 동작을 제어할 수 있다.
다시 말해서, 업 신호가 특성 보상부(60)에 입력되는 경우 커패시터 코드를 증가시켜 커패시터 코드에 대응되는 스위칭 소자를 온 시키는 방식으로 가변 커패시터(30)의 정전 용량을 높임으로써 결과적으로 발진부(30)에서 생성되는 발진 신호의 주파수를 낮출 수 있고, 다운 신호가 특성 보상부(60)에 입력되는 경우 커패시터 코드를 감소시켜 커패시터 코드에 대응되는 스위칭 소자를 오프 시키는 방식으로 가변 커패시터(30)의 정전 용량을 낮춤으로써 결과적으로 발진부(30)에서 생성되는 발진 신호의 주파수를 낮출 수 있게 된다.
따라서, 커패시터 코드의 수만큼 이 과정을 반복하면 커패시터 코드의 최상위 비트(MSB)에서 최하위 비트(LSB)까지 커패시터 코드를 정할 수 있게 되며, 도 8의 (f)의 경우 도 8의 (d)의 신호 비교부(57)에서 출력되는 신호가 모두 업 신호 이므로 커패시터 코드의 각 비트가 모두 1로 변화되는 것을 확인할 수 있다.
또한, S40에 이어서 특성 보상부(60)가 보정 완료 신호를 생성하여 발진부(30), 제어 신호 생성부(40), 및 특성 보상부(50)의 동작을 종료시키는 단계를 더 포함할 수 있다.(도 8의 (g))
또한, 특성 보상부(60)의 가변 커패시터(30) 정전 용량 조절 시간은 아래의 수학식과 같이 결정될 수 있다.
Figure 112012001453112-pat00003
여기에서, Tcal은 특성 보상부(60)의 가변 커패시터(30) 정전 용량 조절 시간, Nbit는 커패시터 코드의 전체 비트수, 및 fclock은 신호 게이팅부(53)의 동작에 사용된 클럭 주파수를 의미한다.
예를 들어, 8비트로 구성된 커패시터 코드를 1MHz의 디지털 클럭으로 신호 게이팅을 하는 경우 10us 이내에 가변 커패시터(30)의 정전 용량 조절이 완료될 수 있게 된다.
본 발명의 가변 부하 특성 보상 장치 및 방법은 아날로그 발진기인 발진부(40)와 디지털 회로인 제어 신호 생성부(50) 및 특성 보상부(60)로 구성되며, 제어 신호 생성부(50)가 발진부(40)에서 생성된 발진 신호와 미리 결정된 신호를 비교하여 업 신호 또는 다운 신호를 생성하고 특성 보상부(60)가 상기 업 신호 또는 다운 신호에 따라 커패시터 코드를 생성하고 상기 커패시터 코드에 따라 가변 커패시터(30)의 정전 용량을 조절하는 방식으로 LC 가변 부하의 특성 보상을 수행할 수 있다.
따라서, 원하는 주파수 채널 특성에 맞게 LC 가변 부하의 특성을 자동으로 보상하므로 LC 가변 부하 특성 최적화가 가능해진다.
또한, 발진 신호와 기준 신호에 대한 신호 게이팅 시 발생하는 글리치 신호를 제거한 후 두 신호를 직접 비교하는 방식으로 동작하므로 글리치 신호로 인한 오동작을 방지하여 보상 정확도를 높이고 고속으로 두 고주파 신호를 비교하므로 빠른 보상 시간을 확보할 수 있게 된다.
또한, 외부에서 인가하는 디지털 클럭과 커패시터 코드 수에 의해 원하는 특성 보상 완료 시간을 정할 수 있으므로 요구되는 최소 보상 완료 시간을 쉽게 만족시킬 수 있으며, 최하위 비트의 커패시터 코드 변환이 이루어지면 자동으로 동작이 완료되므로 특성 보상 과정이 반복적으로 이루어지는 오동작을 방지할 수 있게 된다.
또한, 아날로그 발진기와 간단한 디지털 회로만으로 특성 보상 장치를 구성할 수 있으므로, 가변 부하를 제외한 구성 요소들을 집적화할 수 있어 특성 보상 장치의 크기를 최소화할 수 있고, 보상 시간 동안에만 장치가 온/오프 되므로 특성 보상 장치가 적용되는 전체 시스템의 전력 소모량에 큰 영향을 주지 않게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경, 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면들에 의해서 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
(1) : 가변 부하 특성 보상 장치 (10) : 안테나
(20) : 인덕터 (30) : 커패시터
(40) : 발진부 (41) : 발진 신호 생성부
(43) : 전류 공급부 (45) : 제1 피드백 커패시터
(47) : 제2 피드백 커패시터 (50) : 제어 신호 생성부
(51) : 신호 증폭부 (53) : 신호 게이팅부
(55) : 오동작 방지부 (57) : 신호 비교부
(60) : 특성 보상부

Claims (11)

  1. 인덕터와 가변 커패시터를 포함하는 가변 부하 특성 보상 장치에 있어서,
    상기 인덕터와 상기 가변 커패시터를 이용하여 발진 신호를 생성하는 발진부;
    상기 발진 신호를 입력받아 미리 결정된 기준 신호와 비교한 후 상기 비교 결과에 따라 업 신호 또는 다운 신호를 생성하는 제어 신호 생성부; 및
    상기 업 신호 또는 상기 다운 신호를 이용하여 상기 가변 커패시터의 정전 용량을 조절하는 특성 보상부를 포함하고,
    상기 제어 신호 생성부는 미리 결정된 시간 동안의 상기 발진 신호와 상기 기준 신호만을 선택적으로 출력하는 신호 게이팅부, 상기 신호 게이팅부로부터 출력되는 상기 발진 신호와 상기 기준 신호에서 발생되는 글리치 신호를 제거하는 오동작 방지부, 및 상기 오동작 방지부로부터 출력되는 상기 발진 신호와 상기 기준 신호의 속도를 비교하여 상기 비교 결과에 따라 업 신호 또는 다운 신호를 생성하는 신호 비교부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 부하 특성 보상 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 발진 신호와 상기 기준 신호를 입력받은 후 증폭하여 상기 신호 게이팅부로 출력하는 신호 증폭부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 부하 특성 보상 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 신호 비교부는 상기 특성 보상부의 동작을 위한 동작 클럭 신호를 더 생성하는 것을 특징으로 하는 가변 부하 특성 보상 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 오동작 방지부는 상기 발진 신호 및 상기 기준 신호가 통과하는 신호 지연부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 부하 특성 보상 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 발진부는 일측이 상기 인덕터 및 상기 가변 커패시터와 연결되는 발진 신호 생성부, 일측이 상기 발진 신호 생성부 타측과 연결되는 전류 공급부, 상기 발진 신호 생성부와 병렬 연결되는 제1 피드백 커패시터, 및 상기 제1 피드백 커패시터와 직렬 연결되는 제2 피드백 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 부하 특성 보상 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 특성 보상부는 상기 업 신호 또는 상기 다운 신호에 따라 커패시터 코드를 생성하고 상기 커패시터 코드에 따른 스위칭 동작에 의해 상기 가변 커패시터의 정전 용량이 조절되는 것을 특징으로 하는 가변 부하 특성 보상 장치.
  8. 인덕터와 가변 커패시터를 포함하는 가변 부하 특성 보상 방법에 있어서,
    (a) 상기 인덕터와 상기 가변 커패시터를 이용하여 발진 신호를 생성하는 단계;
    (b) 상기 발진 신호와 미리 결정된 기준 신호를 비교하는 단계;
    (c) 상기 비교 결과에 따라 업 신호 또는 다운 신호를 생성하는 단계; 및
    (d) 상기 업 신호 또는 상기 다운 신호에 따라 상기 가변 커패시터의 정전 용량을 조절하는 단계를 포함하고,
    상기 (b) 단계는,
    (b1) 미리 결정된 시간 동안의 상기 발진 신호와 상기 기준 신호만을 선택적으로 출력하는 단계;
    (b2) 상기 선택적으로 출력된 상기 발진 신호와 상기 기준 신호에서 발생되는 글리치(glitch) 신호를 제거하는 단계; 및
    (b3) 상기 글리치 신호가 제거된 상기 발진 신호와 상기 기준 신호의 속도를 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 부하 특성 보상 방법.
  9. 삭제
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 (b1) 단계에 앞서서,
    상기 발진 신호와 상기 기준 신호를 입력받은 후 증폭하여 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 부하 특성 보상 방법.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 (d) 단계는,
    상기 업 신호 또는 상기 다운 신호에 따라 커패시터 코드를 생성하고 상기 커패시터 코드에 따른 스위칭 동작에 의해 상기 가변 커패시터의 정전 용량을 조절하는 단계인 것을 특징으로 하는 가변 부하 특성 보상 방법.
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