KR101503146B1 - 저잡음 증폭기 및 그를 이용한 이득 조절 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 저잡음 증폭기 및 그를 이용한 이득 조절 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 저잡음 증폭기는, 입력단을 통해 인가된 고주파(RF) 신호를 증폭하는 증폭 수단; 상기 증폭 수단의 일단에 접속되며, 증폭 수단에 동작 전원을 공급하는 전원공급부; 수신 방송신호의 크기에 따라 커패시턴스를 가변시킴으로써 수신 신호의 이득을 조절하는 이득 조절부; 및 상기 이득 조절부에 걸리는 전압의 크기를 조절하기 위한 전압크기 조절부를 포함한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, LNA단에서 각 망의 특성에 맞추어 적절한 이득이 설정될 수 있도록 바랙터 다이오드에 의해 커패시턴스를 가변함으로써, 전 주파수 대역에서 수신 감도의 저하 없이 방송을 수신할 수 있다.

Description

저잡음 증폭기 및 그를 이용한 이득 조절 방법{Low Noise Amplifier}
본 발명은 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier:LNA) 및 그를 이용한 이득 조절 방법에 관한 것으로서, 특히 전 주파수 대역에서 수신 감도의 저하 없이 방송을 수신할 수 있는 저잡음 증폭기 및 그를 이용한 이득 조절 방법에 관한 것이다.
이상적인 방송신호는 VHF부터 UHF까지, 저주파 대역부터 고주파 대역까지 신호 손실이 동일하게 일정한 크기로 수신되는 것이나, 실제 망 신호는 저주파 대역이 고주파 대역의 신호보다 더 크게 수신되며 그 크기의 차이는 망에 따라서 각각 다르다.
저주파 대역과 고주파 대역의 수신신호가 크게 차이나는 망에서는 그 차이로 인하여 저주파 대역의 큰 신호가 고주파 대역의 신호 수신에 노이즈로 작용하여 수신 감도를 저하시키는 일이 발생하기도 한다. 또한 다채널의 신호를 수신하기 때문에 LNA를 통해 증폭된 신호는 내부-변조(Inter-modulation) 특성에 의해 수신중 채널의 대역 내부로 스퓨리어스(spurious) 신호가 유입되어 수신 채널의 감도 저하를 야기하게 된다. 특히 레벨이 상대적으로 높은 저주파 대역 신호로부터 발생된 고조파로 인해 LNA를 사용한 시스템에서는 전체적인 수신 감도에 악영향을 받아왔다.
도 1은 종래 저잡음 증폭기의 회로 구성을 보여주는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같은 종래 저잡음 증폭기는 망의 신호크기와 주파수 대역에 상관없이 고정 이득을 가지도록 LNA 단이 설계되어 있기 때문에, 상대적으로 크기가 큰 저주파 대역 신호가 고주파 대역 수신에 노이즈로 작용하여 고주파 대역 신호의 수신 감도를 저하시키게 되는 문제가 있다. 　
일본 공개특허공보 특개2002-141758 한국 공개특허공보 공개번호 10-2004-0075782
본 발명은 상기와 같은 사항을 감안하여 창출된 것으로서, 실제 망에서 방송신호의 크기가 저주파 대역부터 고주파 대역까지 일정하게 수신되지 않을 경우, LNA단에서 수신 방송신호 크기의 차이만큼 보상하기 위해 수신 신호의 이득을 조절하여 원하는 신호의 크기로 증폭함으로써, 전 주파수 대역에서 수신 감도의 저하 없이 방송을 수신할 수 있는 저잡음 증폭기 및 그를 이용한 이득 조절 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 저잡음 증폭기는,
입력단을 통해 인가된 고주파(RF) 신호를 증폭하는 증폭 수단;
상기 증폭 수단의 일단에 접속되며, 증폭 수단에 동작 전원을 공급하는 전원공급부;
첫번째 채널의 수신 신호 세기와 마지막 채널의 수신 신호 세기를 독출하고, 상기 수신 신호들의 세기 간의 차이가 기준 레벨보다 크면, 커패시턴스를 가변시킴으로써 수신 신호의 이득을 조절하는 이득 조절부; 및
상기 이득 조절부에 걸리는 전압의 크기를 조절하기 위한 전압크기 조절부를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 이득 조절부에는 이득 조절부에 걸리는 초기 전압값을 설정하기 위한 초기값 설정부가 병렬로 더 설치될 수 있다.
이때, 상기 초기값 설정부는 상기 이득 조절부와 상기 전압크기 조절부의 공통 접속 노드에 그 일단이 연결되고, 타단은 그라운드에 연결되는 커패시터로 구성될 수 있다.
또한, 상기 증폭 수단과 상기 이득 조절부 사이에는 직류 성분을 차단하기 위한 DC 차단부가 더 설치될 수 있다.
또한, 상기 이득 조절부로는 바랙터 다이오드가 사용될 수 있다.
또한, 상기 전압크기 조절부는 일단이 상기 이득 조절부에 연결되고, 타단은 범용 입출력단(GPIO)에 연결된 제1 저항과, 일단은 상기 범용 입출력단에 연결되고 타단은 그라운드에 연결된 제2 저항으로 구성될 수 있다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 저잡음 증폭기를 이용한 이득 조절 방법은,
a) 제어부에 의해 첫번째 채널의 수신 신호 세기를 메모리에서 독출하는 단계;
b) 제어부에 의해 마지막 채널의 수신 신호 세기를 메모리에서 독출하는 단계;
c) 상기 독출된 첫번째 채널의 수신 신호 세기와 마지막 채널의 수신 신호 세기 간의 차이가 기준 레벨보다 큰 지를 판별하는 단계;
d) 상기 첫번째 채널과 마지막 채널의 수신 신호 세기 간의 차이가 기준 레벨보다 크면, 이득 조절부의 바랙터 다이오드의 커패시턴스를 증대시키는 단계; 및
e) 상기 바랙터 다이오드의 커패시턴스의 증대를 통해 고주파 이득을 증가시키는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 단계 d)에서 상기 첫번째 채널과 마지막 채널의 수신 신호 세기 간의 차이가 기준 레벨보다 크면, 저잡음 증폭기의 범용 입출력단의 출력 신호의 크기를 하이(high)에서 로우(low)로 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 단계 a) 이전에 제어부에 의해 자동으로 채널을 검색하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, LNA단에서 각 망의 특성에 맞추어 적절한 이득이 설정될 수 있도록 바랙터 다이오드에 의해 커패시턴스를 가변함으로써, 전 주파수 대역에서 수신 감도의 저하 없이 방송을 수신할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래 저잡음 증폭기의 회로 구성을 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 저잡음 증폭기의 회로 구성을 보여주는 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 저잡음 증폭기를 이용한 이득 조절 방법의 실행 과정을 보여주는 흐름도.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되지 말아야 하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 저잡음 증폭기의 회로 구성을 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 저잡음 증폭기는 증폭 수단(210), 전원공급부(220), 이득 조절부(230), 전압크기 조절부(240)를 포함하여 구성된다.
상기 증폭 수단(210)은 입력단을 통해 인가된 고주파(RF) 신호를 증폭한다. 이와 같은 증폭 수단(210)으로는 바이폴라 트랜지스터가 사용될 수 있다.
상기 전원공급부(220)는 상기 증폭 수단(210)의 일단(즉, 컬렉터단)에 접속되며, 증폭 수단(210)에 동작 전원을 공급한다. 이와 같은 전원공급부(220)로는 직류 전압(예를 들면, DC 5V)을 공급하는 직류 전원수단이 사용될 수 있다.
상기 이득 조절부(230)는 수신 방송신호의 크기에 따라 커패시턴스를 가변시킴으로써 수신 신호의 이득을 조절한다. 구체적으로, 첫번째 채널의 수신 신호 세기와 마지막 채널의 수신 신호 세기를 독출하고, 상기 수신 신호들의 세기 간의 차이가 기준 레벨보다 크면, 커패시턴스를 가변시킴으로써 수신 신호의 이득을 조절할 수 있다. 이와 같은 이득 조절부(230)로는 바랙터 다이오드가 사용될 수 있다.
여기서, 이상과 같은 이득 조절부(230)에는 이득 조절부(230)에 걸리는 초기 전압값을 설정하기 위한 초기값 설정부(250)가 병렬로 더 설치될 수 있다. 이때, 상기 초기값 설정부(250)는 상기 이득 조절부(230)와 상기 전압크기 조절부(240)의 공통 접속 노드에 그 일단이 연결되고, 타단은 그라운드에 연결되는 커패시터로 구성될 수 있다.
또한, 상기 증폭 수단(210)과 상기 이득 조절부(230) 사이에는 직류 성분을 차단하기 위한 DC 차단부(250)가 더 설치될 수 있다. 이때, 이와 같은 DC 차단부 (250)로는 커패시터가 사용될 수 있다.
상기 전압크기 조절부(240)는 상기 이득 조절부(230)에 걸리는 전압의 크기를 조절한다. 여기서, 이와 같은 전압크기 조절부(240)는 일단은 상기 이득 조절부(30)에 연결되고, 타단은 범용 입출력단(GPIO)에 연결된 제1 저항(R7)과, 일단은 상기 범용 입출력단에 연결되고 타단은 그라운드에 연결된 제2 저항(R6)으로 구성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 저잡음 증폭기를 이용한 이득 조절 방법의 실행 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 저잡음 증폭기를 이용한 이득 조절 방법에 따라, 먼저 제어부(미도시)에 의해 첫번째 채널의 수신 신호 세기(RM1으로 설정함)를 메모리(미도시)에서 독출한다(단계 S302). 여기서, 이와 같은 단계 S302 이전에 제어부(미도시)에 의해 자동으로 채널을 검색하는 단계(S301)를 더 포함할 수 있다.
첫번째 채널의 수신 신호 세기(RM1)의 독출이 완료되면, 마찬가지로 제어부에 의해 마지막 채널의 수신 신호 세기(RM2로 설정함)를 메모리에서 독출한다(단계 S303).
그런 후, 상기 독출된 첫번째 채널의 수신 신호 세기(RM1)와 마지막 채널의 수신 신호 세기(RM2) 간의 차이(RM1-RM2)가 기준 레벨보다 큰 지를 판별한다(단계 S304).
상기 판별에서, 상기 첫번째 채널과 마지막 채널의 수신 신호 세기 간의 차이(RM1-RM2)가 기준 레벨보다 크면, 이득 조절부(230)의 바랙터 다이오드의 커패시턴스를 증대시킨다(단계 S306). 또한, 상기 단계 S304의 판별에서, 상기 첫번째 채널과 마지막 채널의 수신 신호 세기 간의 차이(RM1-RM2)가 기준 레벨이하이면, 방송 신호의 수신이 정상적으로 이루어지는 것으로 간주하고 이득 조절을 완료한다.
여기서, 상기 첫번째 채널과 마지막 채널의 수신 신호 세기 간의 차이(RM1-RM2)가 기준 레벨보다 크면, 저잡음 증폭기의 범용 입출력단(GPIO)의 출력 신호의 크기를 하이(high)에서 로우(low)로 조절하는 단계(S305)를 더 포함할 수 있다.
이후, 이상과 같이 이득 조절부(230)의 바랙터 다이오드의 커패시턴스의 증대를 통해 고주파 이득을 증가시킨다(단계 S307). 이렇게 하여 방송 신호 수신에 따른 이득 조절이 완료된다.
이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 저잡음 증폭기는 LNA단에서 각 망의 특성에 맞추어 적절한 이득이 설정될 수 있도록 바랙터 다이오드에 의해 커패시턴스를 가변함으로써, 전 주파수 대역에서 수신 감도의 저하 없이 방송을 수신할 수 있는 장점이 있다.
이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
210...증폭 수단 220...전원공급부
230...이득 조절부 240...전압크기 조절부
250...초기값 설정부 260...DC 차단부

Claims (10)

  1. 입력단을 통해 인가된 고주파(RF) 신호를 증폭하는 증폭 수단;
    상기 증폭 수단의 일단에 접속되며, 증폭 수단에 동작 전원을 공급하는 전원공급부;
    첫번째 채널의 수신 신호 세기와 마지막 채널의 수신 신호 세기를 독출하고, 상기 수신 신호들의 세기 간의 차이가 기준 레벨보다 크면, 커패시턴스를 가변시킴으로써 수신 신호의 이득을 조절하는 이득 조절부; 및
    상기 이득 조절부에 걸리는 전압의 크기를 조절하기 위한 전압크기 조절부를 포함하는 저잡음 증폭기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이득 조절부에는 이득 조절부에 걸리는 초기 전압값을 설정하기 위한 초기값 설정부가 병렬로 더 설치되어 있는 저잡음 증폭기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 초기값 설정부는 상기 이득 조절부와 상기 전압크기 조절부의 공통 접속 노드에 그 일단이 연결되고, 타단은 그라운드에 연결되는 커패시터로 구성된 저잡음 증폭기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 증폭 수단과 상기 이득 조절부 사이에는 직류 성분을 차단하기 위한 DC 차단부가 더 설치되어 있는 저잡음 증폭기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 DC 차단부는 커패시터로 구성된 저잡음 증폭기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 이득 조절부는 바랙터 다이오드로 구성된 저잡음 증폭기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전압크기 조절부는 일단이 상기 이득 조절부에 연결되고, 타단은 범용 입출력단에 연결된 제1 저항과, 일단은 상기 범용 입출력단에 연결되고 타단은 그라운드에 연결된 제2 저항으로 구성된 저잡음 증폭기.
  8. a) 제어부에 의해 첫번째 채널의 수신 신호 세기를 메모리에서 독출하는 단계;
    b) 제어부에 의해 마지막 채널의 수신 신호 세기를 메모리에서 독출하는 단계;
    c) 상기 독출된 첫번째 채널의 수신 신호 세기와 마지막 채널의 수신 신호 세기 간의 차이가 기준 레벨보다 큰 지를 판별하는 단계;
    d) 상기 첫번째 채널과 마지막 채널의 수신 신호 세기 간의 차이가 기준 레벨보다 크면, 이득 조절부의 바랙터 다이오드의 커패시턴스를 증대시키는 단계; 및
    e) 상기 바랙터 다이오드의 커패시턴스의 증대를 통해 고주파 이득을 증가시키는 단계를 포함하는 저잡음 증폭기를 이용한 이득 조절 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 단계 d)에서 상기 첫번째 채널과 마지막 채널의 수신 신호 세기 간의 차이가 기준 레벨보다 크면, 저잡음 증폭기의 범용 입출력단의 출력 신호의 크기를 하이(high)에서 로우(low)로 조절하는 단계를 더 포함하는 저잡음 증폭기를 이용한 이득 조절 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 단계 a) 이전에 제어부에 의해 자동으로 채널을 검색하는 단계를 더 포함하는 저잡음 증폭기를 이용한 이득 조절 방법.
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