KR101548079B1 - Rf 신호의 이득을 제어하는 전력 검출 장치 및 방법 - Google Patents

Rf 신호의 이득을 제어하는 전력 검출 장치 및 방법 Download PDF

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김종선
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홍익대학교 산학협력단
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Abstract

네거티브 피드백 된 제어 신호에 기초하여 상기 RF 신호의 이득을 조절하고, 이득이 조절된 RF 신호를 이용하여 변환한 직류 형태의 RF 신호와 기준 신호를 비교한 결과에 기초하여 제어 신호를 변경하는 전력 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

RF 신호의 이득을 제어하는 전력 검출 장치 및 방법{POWER DETECTION APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING GAIN OF THE RF SIGNAL}
아래의 설명은 전력 검출 장치 및 방법에 관한 것으로 구체적으로는 제어 신호에 기초하여 RF 신호의 이득을 조절하는 가변 이득 증폭기를 이용하여 자동으로 RF 신호의 이득을 제어할 수 있는 전력 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.
종래의 RF 신호의 전력 검출 방법은 다음과 같이 크게 두 가지 방법이 있다.
첫 번째로 전력 검출 방법은 다이오드 검출기(Diode detector)를 이용하는 방법이다. 구체적으로, 전력 검출 방법은 다이오드를 이용하여 RF 신호를 반파정류하고, 캐패시턴스를 연결하여 다이오드의 캐소드 방향에서 직류 형태의 RF 신호를 출력하는 방법이다. 이 때, 다이오드 검출기는 간단한 구조와 정밀한 결과를 획득한다.
두 번째로 전력 검출 방법은 로그 검출기(Logarithmic detector)로 기본 원리를 이용하는 방법이다. 구체적으로 전력 검출 방법은 여러 단으로 구성된 로그 스케일 증폭기를 이용하여 RF 신호를 증폭한다. 그리고, 전력 검출 방법은 로그 스케일 증폭기의 각 단에서 발생하는 출력을 검출기를 사용하여 정류시키고 잘라낸다. 전력 검출 방법은 각 단의 출력 결과들을 결합하고, 로우 패스 필터를 거쳐 리플(Ripple)이 줄어들어 출력이 순수한 직류 형태의 RF 신호를 출력하는 방법이다. 이 때, 로그 검출기는 넓은 동작 범위와 일정한 기울기를 가진다
그러나, 이러한 RF 신호의 전력 검출 방법은 전력 검출 범위가 한정되고 낮은 전력은 측정하지 못한다. 특히나, 다이오드 검출기는 출력 전압이 온도에 민감하다는 문제를 갖고 있다.
따라서, 다양한 환경과 특성에 따라 보다 넓은 영역에서 직류 신호를 검출할 수 있는 RF 신호의 전력 검출 방법이 필요하다.
일실시예에 따르면 가변 이득 증폭기를 복수 개의 스테이지로 연결함으로써, RF 신호의 이득을 조절할 수 있는 범위를 증폭하는 전력 검출 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
일실시예에 따르면 제어 신호에 기초하여 RF 신호의 이득을 조절함으로써, 기준 전압과 같은 값을 갖도록 RF 신호를 변환하는 전력 검출 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
일실시예에 따르면 이득이 제어된 RF 신호를 증폭한 후, 증폭된 RF 신호를 제곱하고 로우 패스 필터를 사용함으로써, RMS 값에 비례하는 직류 형태의 RF 신호를 생성하는 전력 검출 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
일실시예에 따른 RF 신호의 전력 검출 장치는 제어 신호에 기초하여 상기 RF 신호의 이득을 조절하는 이득 조절부; 상기 이득이 조절된 RF 신호를 직류 형태의 RF 신호로 변환하는 신호 변환부; 상기 직류 형태의 RF 신호와 기준 신호를 비교한 결과를 출력하는 신호 비교부; 상기 출력된 결과를 이용하여 상기 제어 신호를 변경하는 신호 변경부를 포함하고, 상기 이득 조절부는 상기 신호 변경부에서 변경한 제어 신호를 피드백받아서 상기 RF 신호의 이득을 조절할 수 있다.
일실시예에 따른 이득 조절부는 상기 RF 신호의 이득이 조절될 수 있는 범위를 고려하여 적어도 하나의 스테이지로 구성될 수 있다.
일실시예에 따른 신호 변환부는 상기 이득이 조절된 RF 신호를 차동 증폭하는 신호 증폭부; 상기 차동 증폭된 RF 신호에 RMS(Root Mean Square) 변환을 적용하는 신호 처리부; 상기 RMS 변환된 RF 신호를 필터링하는 신호 필터링부를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 신호 변경부는 상기 직류 형태로 변환된 RF 신호가 기준 신호보다 작은 경우, 상기 제어 신호의 크기를 증가시킬 수 있다.
일실시예에 따른 이득 조절부는 상기 제어 신호의 크기가 증가함에 따라 상기 RF 신호의 이득이 증가하도록 조절할 수 있다.
일실시예에 따른 RF 신호의 전력 검출 장치는 RF 신호의 이득을 조절하는 이득 조절부; RMS 변환에 기초하여 상기 이득이 조절된 RF 신호를 직류 형태의 RF 신호로 변환하는 신호 변환부; 상기 직류 형태의 RF 신호와 밴드 갭에 기초한 기준 신호를 비교하는 신호 비교부; 및 상기 RF 신호와 기준 신호를 비교한 결과에 따라 상기 RF 신호의 이득을 조절하기 위한 제어 신호를 출력하는 신호 출력부를 포함하고, 상기 이득 조절부는, 상기 신호 출력부에서 출력된 제어 신호의 크기가 증가함에 따라 상기 RF 신호의 이득을 증가시킬 수 있다.
일실시예에 따른 이득 조절부는 RF 신호를 증폭하는 적어도 하나의 스테이지를 이용하여 상기 RF 신호의 이득을 조절할 수 있다.
일실시예에 따른 RF 신호의 전력 검출 방법은 제어 신호에 기초하여 상기 RF 신호의 이득을 조절하는 단계; 상기 이득이 조절된 RF 신호를 직류 형태의 RF 신호로 변환하는 단계; 상기 직류 형태의 RF 신호와 기준 신호를 비교한 결과를 출력하는 단계; 상기 출력된 결과를 이용하여 상기 제어 신호를 변경하는 단계를 포함하고, 상기 RF 신호의 이득을 조절하는 단계는 상기 신호 변경부에서 변경한 제어 신호를 피드백받아서 상기 RF 신호의 이득을 조절할 수 있다.
일실시예에 따른 RF 신호의 전력 검출 방법은 RF 신호의 이득을 조절하는 단계; RMS 변환에 기초하여 상기 이득이 조절된 RF 신호를 직류 형태의 RF 신호로 변환하는 단계; 상기 직류 형태의 RF 신호와 밴드 갭에 기초한 기준 신호를 비교하는 단계; 및 상기 RF 신호와 기준 신호를 비교한 결과에 따라 상기 RF 신호의 이득을 조절하기 위한 제어 신호를 출력하는 단계를 포함하고, 상기 RF 신호의 이득을 조절하는 단계는, 상기 신호 출력부에서 출력된 제어 신호의 크기가 증가함에 따라 상기 RF 신호의 이득을 증가시킬 수 있다.
전력 검출 장치 및 방법은 가변 이득 증폭기를 복수 개의 스테이지로 연결함에 따라 RF 신호의 이득을 조절할 수 있는 범위를 증폭할 수 있다.
전력 검출 장치 및 방법은 제어 신호에 기초하여 RF 신호의 이득을 조절함에 따라 기준 전압과 같은 값을 갖도록 RF 신호를 변환할 수 있다.
전력 검출 장치 및 방법은 이득이 제어된 RF 신호를 증폭한 후, 증폭된 RF 신호를 제곱하고 로우 패스 필터를 사용함으로써, RMS 값에 비례하는 직류 형태의 RF 신호를 생성하는 제공할 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 전력 검출 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 다른 실시예에 따른 전력 검출 장치를 도시한 도면이다.
도 3은 일실시예에 따른 도 1의 전력 검출 장치를 실제로 구현한 도면이다.
도 4는 일실시예에 따른 이득이 조절된 RF 신호를 직류 형태의 RF 신호로 변환하는 동작을 도시한 도면이다
도 5는 일실시예에 따른 차동 증폭기를 이용하여 이득이 조절된 RF 신호의 신호를 증폭하는 예시도이다.
도 6은 일실시예에 따른 가변 이득 증폭기의 구조 및 복수의 스테이지로 구성되는 가변 이득 증폭기에 대한 도면이다.
도 7은 일실시예에 따른 가변 이득 증폭기의 스테이지 증가에 따른 RF 신호의 이득 범위를 나타내는 그래프이다.
도 8은 일실시예에 따른 직류 형태의 RF 신호와 기준 신호를 비교하는 예시도이다.
도 9는 일실시예에 따른 직류 형태의 RF 신호와 기준 신호의 비교 결과에 따라 RF 신호를 변화하는 예시도이다.
도 10은 일실시예에 따른 RF 신호의 이득을 조절함에 따라 시간에 대응하여 변환하는 직류 형태의 RF 신호를 도시한 그래프이다.
도 11은 일실시예에 따른 주파수 대역 별로 RF 신호의 이득을 조절하는 그래프이다.
도 12는 일실시예에 따른 직류 형태의 RF 신호와 기준 신호를 비교한 비교 결과를 도시한 그래프이다.
도 13은 일실시예에 따른 전력 검출 장치로부터 검출한 전력을 도시한 그래프이다.
도 14는 일실시예에 따른 전력 검출 방법을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 일실시예에 따른 전력 검출 장치를 도시한 도면이다.
도 1을 참고하면 전력 검출 장치(101)는 이득 조절부(102), 신호 변환부(103), 신호 비교부(107) 및 신호 변경부(108)를 포함할 수 있다.
이득 조절부(102)는 제어 신호에 기초하여 RF 신호의 이득을 조절할 수 있다. 이득 조절부(102)는 제어 신호에 기초하여 RF 신호의 입력 신호와 출력 신호가 선형적인 관계(dB-linear)를 갖도록 이득을 조절할 수 있다.
일례로, 이득 조절부(102)는 시간이 흐름에 따라 (+) 값을 갖는 RF 신호 또는 (-) 값을 갖는 RF 신호를 입력 받을 수 있다. 그리고, 이득 조절부(102)는 이득을 조절하기 위한 제어 신호에 기초하여 입력 받은 RF 신호의 이득을 조절할 수 있다.
신호 변환부(103)는 이득이 조절된 RF 신호를 직류 형태의 RF 신호로 변환할 수 있다. 이를 위해, 신호 변환부(103)는 신호 증폭부(104), 신호 처리부(105), 신호 필터링부(106)를 포함할 수 있다.
신호 증폭부(104)는 이득이 조절된 RF 신호를 증폭시킬 수 있다. 이때, 신호 증폭기(104)는 이득이 조절된 RF 신호를 차동적으로 증폭시킬 수 있다. 다시 말해, 신호 증폭기(104)는 두 개의 입력 단자를 통해 동일한 RF 신호를 입력 받고, 입력된 두 개의 RF 신호의 차에 비례하도록 RF 신호를 차동적으로 증폭시킬 수 있다.
일례로, 신호 증폭부(104)는 두 개의 입력 단자에 입력된 RF 신호의 차에 비례하여 RF 신호를 증폭시키는 차동 증폭기(Differential Amplifier)를 이용하여 이득이 조절된 RF 신호를 증폭시킬 수 있다. 또한, 신호 증폭부(104)는 두 개의 입력 단자로 입력되는 RF 신호의 공통 모드를 일치시킬 수 있다.
신호 처리부(105)는 차동 증폭된 RF 신호에 RMS 변환을 적용할 수 있다. 다시 말해, 신호 처리부(105)는 차동 증폭된 RF 신호에 대하여 제곱평균의 루트값을 적용하는 RMS 변환을 적용할 수 있다. 여기서, RMS 변환은 RF 신호가 갖는 실효치를 나타내는 변환 방법일 수 있다.
신호 필터링부(106)는 RMS 변환된 RF 신호를 필터링 할 수 있다. 다시 말해, 신호 필터링부(106)는 RMS 변환된 RF 신호를 특정 값 이하의 신호 대역을 갖도록 필터링할 수 있다. 신호 필터링부(106)는 RMS 변환된 RF 신호를 필터링함으로써, 직류 형태의 RF 신호를 변환할 수 있다. 일례로, 신호 필터링부(106)는 로우 패스 필터링(Low Pass Filtering)을 이용하여 RMS 변환된 RF 신호를 필터링 할 수 있다.
즉, 신호 변환부(103)는 이득이 조절된 RF 신호를 증폭한 후, 증폭된 RF 신호를 RMS 변환하고, RMS 변환된 RF 신호를 특정 값 이하의 신호 대역을 갖는 RF 신호로 필터링 함으로써, 이득이 조절된 RF 신호를 직류 형태의 RF 신호로 변환할 수 있다.
신호 비교부(107)는 직류 형태의 RF 신호와 기준 신호를 비교한 결과를 출력할 수 있다. 여기서, 기준 신호는 미리 정해진 신호로, 직류 형태의 RF 신호와의 차를 나타내기 위한 기준이 되는 신호일 수 있다. 그리고, 신호 비교부(107)는 직류 형태의 RF 신호와 기준 신호를 비교한 결과를 에러로 발생시킬 수 있다. 다시 말해, 신호 비교부(107)는 기준 신호를 기준으로 직류 형태의 RF 신호가 큰지 또는 작은지 여부에 따라 비교한 결과를 에러로 발생시킬 수 있다.
일례로, 신호 비교부(107)는 5V값을 가지는 기준 신호라고 가정하여, 직류 형태의 RF 신호가 5V 보다 높은 전압을 가지면, '1'의 값을 발생시키고, 직류 형태의 RF 신호가 5V 보다 작은 전압을 가지면, '0'의 값을 발생시킬 수 있다.
신호 변경부(108)는 출력된 결과를 이용하여 RF 신호의 이득을 조절하기 위한 제어 신호를 변경할 수 있다. 다시 말해, 신호 변경부(108)는 출력된 결과를 이용하여 RF 신호의 이득을 증가시키거나, RF 신호의 이득을 감소시키기 위해 제어 신호의 크기를 변경할 수 있다. 신호 변경부(108)는 직류 형태의 RF 신호가 기준 신호보다 큰지 또는 작은지 여부에 따라, 제어 신호의 크기를 증가시키거나 감소시킬 수 있다.
일례로, 신호 변경부(108)는 직류 형태로 변환된 RF 신호가 기준 신호보다 작은 경우, 제어 신호의 크기를 증가시키고, 직류 형태로 변환된 RF 신호가 기준 신호보다 큰 경우, 제어 신호의 크기를 감소시킬 수 있다.
또한, 출력된 결과에 따라 변경된 제어 신호는 이득 조절부(102)의 제어 신호로 네거티브 피드백 될 수 있다. 그리고, 이득 조절부(102)는 신호 변경부(108)로부터 네거티브 피드백 된 제어 신호에 기초하여 RF 신호의 이득을 조절할 수 있다.
전력 검출 장치(101)는 기준 신호와 직류 형태의 RF 신호 간의 크기를 비교한 결과를 고려하여 제어 신호의 크기를 조절함으로써, 기준 신호와 유사한 값을 갖도록 RF 신호의 이득을 조절할 수 있다.
도 2는 다른 실시예에 따른 전력 검출 장치를 도시한 도면이다.
도 2를 참고하면, 전력 검출 장치(201)는 이득 조절부(202), 신호 변환부(203), 신호 비교부(204), 신호 출력부(205)를 포함할 수 있다.
이득 조절부(202)는 RF 신호의 이득을 조절할 수 있다. 다시 말해, 이득 조절부(202)는 RF 신호의 이득을 조절하기 위한 제어 신호에 기초하여 RF 신호의 이득을 조절할 수 있다. 이 때, 이득 조절부(202)는 제어 신호의 크기가 증가하거나 또는 감소함에 따라 RF 신호의 이득을 증가하거나 감소할 수 있다.
신호 변환부(203)는 이득이 조절된 RF 신호를 직류 형태의 RF 신호로 변화할 수 있다. 구체적으로, 신호 변환부(203)는 RMS 변환에 기초하여 이득이 조절된 RF 신호를 직류 형태의 RF 신호로 변환할 수 있다. 신호 변환부(203)는 이득이 조절된 RF 신호를 증폭시킬 수 있다. 이 때, 신호 변환부(203)는 두 개의 입력 단자를 통해 동일한 RF 신호를 입력 받고, 입력된 두 개의 RF 신호의 차에 비례하도록 RF 신호를 차동적으로 증폭시킬 수 있다.
그리고, 신호 변환부(203)는 증폭된 RF 신호 신호에 대하여 제곱평균의 루트값을 적용하는 RMS 변환을 적용할 수 있다. 신호 변환부(203)는 RMS 변환을 통해 RF 신호가 갖는 실효치를 나타낼 수 있다.
신호 변환부(203)는 RMS 변환된 RF 신호를 특정 값 이하의 신호 대역을 갖도록 필터링할 수 있다. 신호 변환부(203)는 RMS 변환된 RF 신호를 필터링함으로써, 직류 형태의 RF 신호를 변환할 수 있다.
신호 비교부(204)는 직류 형태의 RF 신호와 밴드 갭에 기초한 기준 신호를 비교할 수 있다. 여기서, 밴드 갭은 미리 정해진 신호로 직류 형태의 RF 신호를 비교하기 위한 기준 신호를 출력할 수 있다. 신호 비교부(204)는 직류 형태의 RF 신호와 기준 신호를 비교한 결과를 에러로 발생시킬 수 있다. 다시 말해, 신호 비교부(204)는 기준 신호를 기준으로 직류 형태의 RF 신호가 큰지 또는 작은지 여부에 따라 비교한 결과를 에러로 발생시킬 수 있다.
일례로, 신호 비교부(204)는 직류 형태의 RF 신호와 기준 신호 간의 크기를 비교한 차이값에 대하여 '1'과 '0'의 값을 갖는 에러로 비교한 결과를 출력할 수 있다. 그리고, 신호 비교부(204)는 기준 신호보다 직류 형태의 RF 신호의 크기가 큰 경우, '1'의 값을 갖는 결과를 출력하고, 반대인 경우, '0'의 값을 갖는 결과를 출력할 수 있다.
신호 변환부(205)는 RF 신호와 기준 신호를 비교한 결과에 따라 RF 신호의 이득을 조절하기 위한 제어 신호를 출력할 수 있다. 신호 변환부(205)는 출력된 결과를 이용하여 RF 신호의 이득을 증가시키거나, RF 신호의 이득을 감소시키기 위해 제어 신호의 크기를 변경할 수 있다.
다시 말해, 신호 변환부(205)는 직류 형태의 RF 신호가 기준 신호보다 큰지 또는 작은지 여부에 따라, 제어 신호의 크기를 비례하여 증가시키거나 감소시킬 수 있다.
그리고, 신호 변환부(205)로부터 출력된 제어 신호는 이득 조절부(202)의 제어 신호로 네거티브 피드백 될 수 있다. 그리고, 이득 조절부(202)는 신호 변경부(205)로부터 네거티브 피드백 된 제어 신호에 기초하여 RF 신호의 이득을 조절할 수 있다.
도 3은 일실시예에 따른 도 1의 전력 검출 장치를 실제로 구현한 도면이다.
도 3을 참고하면, AGC Loop(Auto Gain Control Loop: 301)는 일실시예에 따른 전력 검출 장치에 대응하는 것으로, 제어 신호에 기초하여 RF 신호의 이득을 자동으로 조절할 수 있다. 구체적으로, AGC loop(301)는 VGA(Variable gain amplifier: 302), RMS 변환기(RMS Conversion: 303), 밴드 갭(Band gap reference: 307), 에러 앰프(Error Amp: 308), 차지 펌프(Charge Pump: 309)를 포함할 수 있다.
VGA(302)는 가변 이득 증폭기로써, 일실시예에 따른 전력 검출 장치의 이득 조절부에 매칭될 수 있다. VGA(302)는 시간이 흐름에 따라 (+) 값을 갖는 RF 신호 또는 (-) 값을 갖는 RF 신호를 입력 받을 수 있다. 그리고, VGA(302)는 차지 펌프(309)로부터 네거티브 피드백 된 제어 신호(Vset)에 기초하여 입력 받은 RF 신호의 이득을 조절할 수 있다. 이 때, VGA(302)는 입력된 RF 신호와 출력되는 RF 신호 간에 선형적인 관계를 갖도록 이득을 조절할 수 있다.
일례로, VGA(302)는 Rout를 극대화하기 위한 Cascode 구조를 가지며, 입력된 RF 신호와 출력되는 RF 신호간에 dB-linear한 관계를 갖도록 이득을 조절할 수 있다.
VGA(302)로부터 출력된 이득이 조절된 RF 신호는 RMS 변환기(303)으로 입력될 수 있다. RMS 변환기(303)는 일실시예에 따른 전력 검출 장치의 신호 변환부에 매칭될 수 있다. RMS 변환기(303)는 이득이 조절된 RF 신호를 직류 형태의 RF 신호로 변환하기 위해 차동 증폭기(Multistage differential amplifier: 304), 전압 제곱기(voltage squaring: 305), 로우 패스 필터(Low Pass Fitter: 306)를 포함할 수 있다.
차동 증폭기(304)는 일실시예에 따른 전력 검출 장치의 신호 증폭부와 매칭될 수 있다. 차동 증폭기(304)는 두 개의 입력 단자에 입력된 RF 신호의 차에 비례하여 RF 신호를 증폭시킬 수 있다. 이 때, 차동 증폭기(304)는 두 개의 입력 단자로 입력되는 RF 신호의 공통 모드를 일치시킬 수 있다.
일례로, 차동 증폭기(304)는 (+) 단자에 2.5V가 입력되고, (-) 단자에 2.4V가 인가되면, 이 때, 입력된 2.5V와 2.4V는 차동 증폭기(304)의 공통 모드의 전압이 되고, 이에 따라 공통 모드의 전압은 2.5V와 2.4V의 평균값인 2.45V가 될 수 있다. 그리고, 차동 전압은 0.1V로 나타낼 수 있다.
전압 제곱기(305)는 일실시예에 따른 전력 검출 장치의 신호 처리부에 매칭될 수 있다. 전압 제곱기(305)는 차동적으로 증폭된 RF 신호에 대하여 제곱 평균의 루트값을 적용하는 RMS 변환을 적용할 수 있다. 구체적으로, 전압 제곱기(305)는 증폭된 RF 신호에 대한 제곱 연산을 수행함으로써, RF 신호의 실효값을 추출할 수 있다. 또한, 전압 제곱기(305)는 증폭된 RF 신호에 대하여 RMS 변환을 적용함으로써, 평균적인 전력을 추정할 수 있다.
로우 패스 필터(306)는 일실시예에 따른 전력 검출 장치의 신호 필터링부에 매칭될 수 있다. 로우 패스 필터(306)는 RMS 변환된 RF 신호를 특정 값 이하의 신호 대역을 갖도록 필터링할 수 있다. 로우 패스 필터(306)는 RMS 변환된 RF 신호를 필터링함으로써, 직류 형태의 RF 신호를 변환할 수 있다.
RMS 변환기(303)는 이득이 조절된 RF 신호를 증폭하고 제곱 평균의 루트값을 적용한 후, 필터링함으로써, 직류 형태의 RF 신호로 Vrms를 출력할 수 있다.
에러 앰프(308)는 일실시예에 따른 전력 검출 장치의 신호 비교부에 매칭될 수 있다. 에러 앰프(308)는 RMS 변환기(303)로부터 출력된 직류 형태의 RF 신호와 밴드 갭(307)로부터 출력된 기준 신호를 비교할 수 있다. 이 때, 밴드 갭(307)은 직류 형태의 RF 신호와 비교하기 위한 대상이 되는 기준 신호를 생성하며, Vref를 출력할 수 있다.
에러 앰프(308)는 직류 형태의 RF 신호와 기준 신호를 비교하여 비교한 결과를 에러로 출력할 수 있으며, 비교 결과에 따라 '1' 또는 '0'의 값을 갖는 Verr를 출력할 수 있다. 일례로, 에러 앰프(308)는 기준 신호보다 직류 형태의 RF 신호의 크기가 큰 경우, '1'의 값을 갖는 결과를 출력하고, 반대인 경우, '0'의 값을 갖는 결과를 출력할 수 있다.
차지 펌프(309)는 일실시예에 따른 전력 검출 장치의 신호 변경부에 매칭될 수 있다. 차지 펌프(309)는 출력된 결과를 이용하여 RF 신호의 이득을 조절하기 위한 제어 신호를 변경할 수 있다. 다시 말해, 차지 펌프(309)는 출력된 결과를 이용하여 RF 신호의 이득을 증가시키거나, RF 신호의 이득을 감소시키기 위해 제어 신호의 크기를 변경할 수 있다.
차지 펌프(309)로부터 변경된 제어 신호는 VGA(302)의 제어 신호로 네거티브 피드백 될 수 있다. 그리고, VGA(302)는 차지 펌프(309)로부터 네거티브 피드백 된 제어 신호에 기초하여 RF 신호의 이득을 조절할 수 있다. VGA(302)는 제어 신호의 크기가 증가함에 따라 상기 RF 신호의 이득이 증가하도록 조절할 수 있다.
도 4는 일실시예에 따른 이득이 조절된 RF 신호를 직류 형태의 RF 신호로 변환하는 동작을 도시한 도면이다.
도 4를 참고하면, 차동 증폭기(304)는 이득이 조절된 RF 신호를 입력 받을 수 있다. 이 때, 자동 증폭기(304)는 가변 이득 조절기로부터 (+) 값을 갖는 RF 신호 및 (+) 값을 갖는 RF 신호를 입력 받을 수 있다.
그리고, 차동 증폭기(304)는 입력된 RF 신호의 공통 모드를 일치시키고, 공통 모드가 일치된 RF 신호를 증폭시킬 수 있다. 자동 증폭기(304)는 RF 신호에 대하여 RMS 변환을 수행하기 이전에 RF 신호를 증폭함으로써, RF 신호에 대응하여 보다 정확하게 RMS 변환을 적용하기 위한 전처리 과정을 수행할 수 있다.
전압 제곱기(305)는 증폭된 RF 신호에 대하여 제곱 평균의 루트값을 적용함에 따라, 증폭된 RF 신호에 대한 실효값을 추출할 수 있다. 전압 제곱기(305)는 RF 신호에 대하여 제곱 평균의 루트값을 적용함에 따라 교류 전압에 따른 전력을 추정할 수 있다.
패스 로우 필터(306)는 RMS 변환된 RF 신호를 특정 값 이하의 신호 대역을 갖도록 필터링할 수 있다. 로우 패스 필터(306)는 RMS 변환된 RF 신호를 필터링함으로써, 직류 형태의 RF 신호를 변환할 수 있다. 로우 패스 필터(306)는 RMS 변환된 RF 신호에 대한 후처리 과정을 수행할 수 있다.
도 5는 일실시예에 따른 차동 증폭기를 이용하여 이득이 조절된 RF 신호의 신호를 증폭하는 예시도이다.
도 5를 참고하면, 차동 증폭기(304)는 하나 이상의 증폭기로 구성될 수 있다. 구체적으로, 차동 증폭기(304)는 차동적으로 RF 신호를 증폭하는 2 개의 차동 증폭기가 배치될 수 있다. 그리고, 2개의 차동 증폭기는 동일한 동작을 수행할 수 있다. 차동 증폭기(304)는 VGA로부터 출력되는 (+)의 값을 갖는 RF 신호 및 (-)의 값을 갖는 RF 신호를 2개의 입력 단자를 통해 입력 받을 수 있다. 각각의 차동 증폭기는 입력된 RF 신호의 공통 모드를 일치시킨 후, 공통 모드가 일치된 RF 신호를 증폭할 수 있다.
또한, 각각의 차동 증폭기(304)에서 증폭된 RF 신호는 전압 제곱기(305)의 입력 신호로 사용될 수 있다. 전압 제곱기(305)는 차동 증폭기(304)로부터 증폭된 RF 신호를 입력 받아, RMS 변환을 적용할 수 있다.
차동 증폭기(304)는 RMS 변환을 적용하기 이전에 RF 신호에 대한 제곱 연산을 통해 RF 신호를 증폭함으로써, 보다 정밀한 RMS 변환을 수행할 수 있다.
도 6은 일실시예에 따른 가변 이득 증폭기의 구조 및 복수의 스테이지로 구성되는 가변 이득 증폭기에 대한 도면이다.
도 6을 참고하면, 가변 이득 증폭기(601)의 구조는 RF 신호를 입력 받는 회로, 제어 신호를 입력 받는 회로, 제어 신호에 따라 이득이 조절된 RF 신호를 출력하는 회를 포함할 수 있다.
가변 이득 증폭기(601)는 외부로부터 시간이 흐름에 따라 (+) 값을 갖는 RF 신호 또는 (-) 값을 갖는 RF 신호를 입력 받을 수 있다. 그리고, 가변 이득 증폭기(601)는 RF 신호의 이득을 조절하기 위한 제어 신호를 입력 받을 수 있다. 제어 신호는 차지 펌프로부터 네거티브 피드백될 수 있다.
가변 이득 증폭기(601)는 제어 신호에 기초하여 RF 신호의 이득을 조절할 수 있으며, 이득이 조절된 (+) 값을 갖는 RF 신호 또는 (-) 값을 갖는 RF 신호를 출력할 수 있다. 이 때, RF 신호의 입력 신호와 출력 신호는 dB-linear한 관계를 가질 수 있다.
그리고, 가변 이득 증폭기(601)는 가변 이득 증폭기의 스테이지(602)를 증가시켜, RF 신호의 검출 범위를 조절할 수 있다. 구체적으로, 가변 이득 증폭기(601)는 서로 다른 주파수 영역을 검출할 수 있는 가변 이득 증폭기의 스테이지(602)를 증가시킴에 따라 RF 신호의 검출 범위를 확대시킬 수 있다. 또한, 가변 이득 증폭기(601)는 가변 이득 증폭기의 스테이지(602)를 증가시킴에 따라 RMS 변환이 가능한 범위가 넓어지고, 전압 제곱기(305)는 RMS 변환이 가능한 범위가 넓어짐에 따라 RMS 변환 과정에서 보다 높은 정밀도를 제공할 수 있다.
도 7은 일실시예에 따른 가변 이득 증폭기의 스테이지 증가에 따른 RF 신호의 이득 범위를 나타내는 그래프이다.
도 7을 참고하면 가변 이득 증폭기는 서로 다른 주파수 영역을 검출할 수 있는 복수의 스테이지를 포함할 수 있다. 가변 증폭기는 도 7의 그래프와 같이 넓은 주파수 영역에 대하여 RF 신호를 입력 받을 수 있으며, 입력 받은 RF 신호의 이득을 조절할 수 있다.
따라서, 가변 이득 증폭기는 스테이지를 증가함에 따라 RF 신호의 이득을 조절할 수 있는 범위가 넓어질 수 있다. 또한, 가변 이득 증폭기의 스테이지는 RF 신호를 검출하기 위한 범위에 따라 스테이지 개수가 조정될 수 있다.
도 8은 일실시예에 따른 직류 형태의 RF 신호와 기준 신호를 비교하는 예시도이다.
도 8을 참고하면, 에러 앰프(308)는 RMS 변환기로부터 직류 형태의 RF 신호를 입력 받을 수 있다. 그리고, 에러 앰프(308)는 밴드 갭으로부터 직류 형태의 RF 신호와 비교하기 위한 기준 신호를 입력 받을 수 있다.
에러 앰프(308)는 직류 형태의 RF 신호와 기준 신호 간의 크기를 비교하여 비교한 결과를 출력할 수 있다. 다시 말해, 에러 앰프(308)는 직류 형태의 RF 신호와 기준 신호 간의 차를 이용하여 기준 신호보다 직류 형태의 RF 신호가 큰지 또는 작은지 여부에 따라 직류 형태의 RF 신호를 변환하기 위한 결과를 출력할 수 있다.
즉, 에러 앰프(308)는 직류 형태의 RF 신호를 기준 신호와 동일한 값을 가질 수 있도록 RMS 변환을 통해 생성된 직류 형태의 RF 신호를 기준 신호와 비교할 수 있다. 그리고, 에러 앰프(308)는 비교한 결과에 따라 직류 형태의 RF 신호가 기준 신호보다 큰지 또는 작은지에 대한 결과를 출력할 수 있다.
도 9는 일실시예에 따른 직류 형태의 RF 신호와 기준 신호의 비교 결과에 따라 RF 신호를 변화하는 예시도이다.
도 9를 참고하면, 차지 펌프(309)는 에러 앰프로부터 출력된 결과에 대응하여 제어 신호를 제어할 수 있다. 다시 말해, 차지 펌프(309)는 출력된 결과에 반비례하여 제어 신호를 제어할 수 있다.
차지 펌프(309)는 에러 앰프로부터 기준 신호보다 직류 형태의 RF 신호가 크다는 결과를 입력 받을 수 있다. 차지 펌프(309)는 입력된 결과에 대응하여 제어 신호의 크기를 감소시킬 수 있다. 반대로, 차지 펌프(309)는 에러 앰프로부터 기준 신호보다 직류 형태의 RF 신호가 작다는 결과를 입력 받을 수 있다. 차지 펌프(309)는 입력된 결과에 대응하여 제어 신호의 크기를 증가시킬 수 있다.
여기서, 차지 펌프(309)의 제어 신호는 VGA의 제어 신호로 연결되어 RF 신호의 이득을 조절하기 위해 사용되며, 제어 신호가 갖는 값에 따라 VGA의 이득이 조절될 수 있다. 다시 말해, VGA의 이득은 에러 앰프에서 비교한 결과를 기준으로 제어 신호가 갖는 값에 따라 달라 질 수 있다.
결국, VGA의 이득은 기준 신호를 기준으로 직류 형태의 RF 신호가 기준 신호보다 크면 제어 신호가 감소되고, 이에 따라 이득이 감소될 수 있다. 일례로, 에러 펌프는 기준 신호 보다 직류 형태의 RF 신호가 큰 경우, 직류 형태의 RF 신호가 크다는 결과를 에러로 출력하고, 차지 펌프는 결과에 기준으로 제어 신호를 감소시킬 수 있다. 그리고, VGA의 이득은 제어 신호가 감소됨에 따라 감소될 수 있다.
반대로, VGA의 이득은 기준 신호를 기준으로 직류 형태의 RF 신호가 기준 신호보다 작으면, 제어 신호가 증가되고, 이에 따라 이득이 증가될 수 있다. 일례로, 에러 펌프는 기준 신호 보다 직류 형태의 RF 신호가 작은 경우, 직류 형태의 RF 신호가 작다는 결과를 에러로 출력하고, 차지 펌프는 결과에 기준으로 제어 신호를 증가시킬 수 있다. 그리고, VGA의 이득은 제어 신호가 증가됨에 따라 증가될 수 있다.
도 10은 일실시예에 따른 RF 신호의 이득을 조절함에 따라 시간에 대응하여 변환하는 직류 형태의 RF 신호를 도시한 그래프이다.
도 10을 참고하면, 그래프는 시간에 대응하여 변환하는 직류 형태의 RF 신호를 도시한 그래프일 수 있다. 그래프는 1GHz에서 입력 신호의 변화에 따라 RMS 변환이 적용된 직류 형태의 RF 신호가 기준 신호에 가장 가까운 -100dBm 부터 0dBm까지 특정 RF 신호로 자동적으로 이득이 제어 되는 결과를 나타낼 수 있다.
도 11은 일실시예에 따른 주파수 대역 별로 RF 신호의 이득을 조절하는 그래프이다.
도 11을 참고하면, 그래프는 무선랜(WLAN)의 대역을 포함하는 0.5-5GHz 대역에서 넓은 범위의 RF 입력에 대하여 자동으로 이득이 제어되어 일정한 크기를 갖는 RMS 변환이 적용된 직류 형태의 RF 신호를 출력하는 결과를 나타낼 수 있다.
도 12는 일실시예에 따른 직류 형태의 RF 신호와 기준 신호를 비교한 비교 결과를 도시한 그래프이다.
도 12를 참고하면, 그래프는 전력 검출 장치의 전력 검출기의 이상적인 출력을 기준으로 오차를 데시벨로 나타낸 결과일 수 있다. 전력 검출 장치는 에러가 ±0.5dB의 결과에서 적어도 70dB이상의 검출 범위를 제공하고, 에러가 ±0.1dB인 매우 정밀한 출력 결과도 60dB이상의 검출 범위를 제공할 수 있다.
도 13은 일실시예에 따른 전력 검출 장치로부터 검출한 전력을 도시한 그래프이다.
도 13을 참고하면, 그래프는 증폭된 RF 신호를 RMS 변환하는 과정에서 추정되는 전력에 대한 그래프일 수 있다. 전력 검출 장치는 0.5-5GHz 대역에서 적어도 70dB이상의 범위가 검출 가능한 와이드 다이나믹 레인지 RMS 전력 검출을 제공 할 수 있다.
도 14는 일실시예에 따른 전력 검출 방법을 도시한 도면이다.
단계(1401)에서 전력 검출 장치는 제어 신호에 기초하여 RF 신호의 이득을 조절할 수 있다. 전력 검출 장치는 제어 신호에 기초하여 RF 신호의 입력 신호와 출력 신호가 선형적인 관계(dB-linear)를 갖도록 이득을 조절할 수 있다. 또한, 전력 검출 장치는 제어 신호의 크기가 증가하거나 또는 감소함에 따라 RF 신호의 이득을 증가하거나 감소할 수 있다.
단계(1402)에서 전력 검출 장치는 이득이 조절된 RF 신호를 직류 형태의 RF 신호로 변환할 수 있다. 구체적으로, 전력 검출 장치는 RMS 변환에 기초하여 이득이 조절된 RF 신호를 직류 형태의 RF 신호로 변환할 수 있다. 전력 검출 장치는 두 개의 입력 단자를 통해 동일한 RF 신호를 입력 받고, 입력된 두 개의 RF 신호의 차에 비례하도록 RF 신호를 차동적으로 증폭시킬 수 있다.
전력 검출 장치는 증폭된 RF 신호 신호에 대하여 제곱평균의 루트값을 적용하는 RMS 변환을 적용할 수 있다. 그리고, 전력 검출 장치는 RF 신호 신호에 RMS 변환을 적용함에 따라 전력을 추정할 수 있다.
전력 검출 장치는 RMS 변환된 RF 신호를 특정 값 이하의 신호 대역을 갖도록 필터링할 수 있다. 전력 검출 장치는 RMS 변환된 RF 신호를 필터링함으로써, 직류 형태의 RF 신호를 변환할 수 있다.
단계(1403)에서 전력 검출 장치는 직류 형태의 RF 신호와 밴드 갭에 기초한 기준 신호를 비교할 수 있다. 전력 검출 장치는 직류 형태의 RF 신호와 기준 신호를 비교한 결과를 에러로 발생시킬 수 있다.
이 때, 전력 검출 장치는 직류 형태의 RF 신호와 기준 신호를 비교하여 동일한 경우, 전력 검출 장치의 동작을 종료할 수 있다. 또한, 전력 검출 장치는 직류 형태의 RF 신호와 기준 신호를 비교하여 동일하지 않은 경우, 제어 신호를 제어할 수 있다.
다시 말해, 전력 검출 장치는 RF 신호와 기준 신호를 비교한 결과에 따라 RF 신호의 이득을 조절하기 위한 제어 신호를 출력할 수 있다. 전력 검출 장치는 출력된 결과를 이용하여 RF 신호의 이득을 증가시키거나, RF 신호의 이득을 감소시키기 위해 제어 신호의 크기를 변경할 수 있다.
그리고, 변경된 제어 신호는 이득을 조절하기 위해 네거티브 피드백 될 수 있다. 그리고, 전력 검출 장치는 네거티브 피드백 된 제어 신호에 기초하여 RF 신호의 이득을 조절할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
101: 전력 검출 장치 102: 이득 조절부
103: 신호 변환부 104: 신호 증폭부
105: 신호 처리부 106: 신호 필터링부
107: 신호 비교부 108: 신호 변경부

Claims (9)

  1. RF 신호의 전력 검출 장치에 있어서,
    제어 신호에 기초하여 상기 RF 신호의 이득을 조절하는 이득 조절부;
    상기 이득이 조절된 RF 신호를 직류 형태의 RF 신호로 변환하는 신호 변환부;
    상기 직류 형태의 RF 신호와 기준 신호를 비교한 결과를 출력하는 신호 비교부;
    상기 출력된 결과를 이용하여 상기 제어 신호를 변경하는 신호 변경부
    를 포함하고,
    상기 이득 조절부는,
    상기 신호 변경부에서 변경한 제어 신호를 피드백받아서 상기 RF 신호의 이득을 조절하고,
    상기 신호 변환부는,
    상기 이득이 조절된 RF 신호를 차동 증폭하는 신호 증폭부;
    상기 차동 증폭된 RF 신호에 RMS(Root Mean Square) 변환을 적용하는 신호 처리부;
    상기 RMS 변환된 RF 신호를 필터링하는 신호 필터링부
    를 포함하는 RF 신호의 전력 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이득 조절부는,
    상기 RF 신호의 이득이 조절될 수 있는 범위를 고려하여 적어도 하나의 스테이지로 구성되는 RF 신호의 전력 검출 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 신호 변경부는,
    상기 직류 형태로 변환된 RF 신호가 기준 신호보다 작은 경우, 상기 제어 신호의 크기를 증가시키는 RF 신호의 전력 검출 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 이득 조절부는,
    상기 제어 신호의 크기가 증가함에 따라 상기 RF 신호의 이득이 증가하도록 조절하는 RF 신호의 전력 검출 장치.
  6. RF 신호의 전력 검출 장치에 있어서,
    RF 신호의 이득을 조절하는 이득 조절부;
    RMS 변환에 기초하여 상기 이득이 조절된 RF 신호를 직류 형태의 RF 신호로 변환하는 신호 변환부;
    상기 직류 형태의 RF 신호와 밴드 갭에 기초한 기준 신호를 비교하는 신호 비교부; 및
    상기 RF 신호와 기준 신호를 비교한 결과에 따라 상기 RF 신호의 이득을 조절하기 위한 제어 신호를 출력하는 신호 출력부
    를 포함하고,
    상기 이득 조절부는, 상기 신호 출력부에서 출력된 제어 신호의 크기가 증가함에 따라 상기 RF 신호의 이득을 증가시키는 RF 신호의 전력 검출 장치.
  7. RF 신호의 전력 검출 장치에 있어서,
    RF 신호의 이득을 조절하는 이득 조절부;
    RMS 변환에 기초하여 상기 이득이 조절된 RF 신호를 직류 형태의 RF 신호로 변환하는 신호 변환부;
    상기 직류 형태의 RF 신호와 밴드 갭에 기초한 기준 신호를 비교하는 신호 비교부; 및
    상기 RF 신호와 기준 신호를 비교한 결과에 따라 상기 RF 신호의 이득을 조절하기 위한 제어 신호를 출력하는 신호 출력부
    를 포함하고,
    상기 이득 조절부는,
    상기 신호 출력부에서 출력된 제어 신호의 크기가 증가함에 따라 상기 RF 신호의 이득을 증가시키고,
    상기 이득 조절부는,
    RF 신호를 증폭하는 적어도 하나의 스테이지를 이용하여 상기 RF 신호의 이득을 조절하는 RF 신호의 전력 검출 장치.
  8. 제어 신호에 기초하여 RF 신호의 이득을 조절하는 단계;
    상기 이득이 조절된 RF 신호를 직류 형태의 RF 신호로 변환하는 단계;
    상기 직류 형태의 RF 신호와 기준 신호를 비교한 결과를 출력하는 단계;
    상기 출력된 결과를 이용하여 상기 제어 신호를 변경하는 단계
    를 포함하고,
    상기 RF 신호의 이득을 조절하는 단계는,
    상기 변경한 제어 신호를 피드백받아서 상기 RF 신호의 이득을 조절하고,
    상기 직류 형태의 RF 신호로 변환하는 단계는,
    상기 이득이 조절된 RF 신호를 차동 증폭하는 단계;
    상기 차동 증폭된 RF 신호에 RMS(Root Mean Square) 변환을 적용하는 단계;
    상기 RMS 변환된 RF 신호를 필터링하는 단계
    를 포함하는 RF 신호의 전력 검출 방법
  9. RF 신호의 이득을 조절하는 단계;
    RMS 변환에 기초하여 상기 이득이 조절된 RF 신호를 직류 형태의 RF 신호로 변환하는 단계;
    상기 직류 형태의 RF 신호와 밴드 갭에 기초한 기준 신호를 비교하는 단계; 및
    상기 RF 신호와 기준 신호를 비교한 결과에 따라 상기 RF 신호의 이득을 조절하기 위한 제어 신호를 출력하는 단계
    를 포함하고,
    상기 RF 신호의 이득을 조절하는 단계는,
    상기 RF 신호의 이득을 조절하기 위해 출력된 제어 신호의 크기가 증가함에 따라 상기 RF 신호의 이득을 증가시키는 RF 신호의 전력 검출 방법.
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