KR101572492B1

KR101572492B1 - 적외선 수신기 회로

Info

Publication number: KR101572492B1
Application number: KR1020117001571A
Authority: KR
Inventors: 마르쿠스 푸치스 누네스
Original assignee: 비쉐이 세미컨덕터 게엠베하
Priority date: 2008-06-23
Filing date: 2009-06-10
Publication date: 2015-11-27
Also published as: ES2386996T3; US20110158657A1; WO2009156063A1; DE102008029620A1; TW201010305A; KR20110038049A; EP2283594B1; EP2283594A1; ATE548813T1; JP5228244B2; JP2011525762A; PL2283594T3; PT2283594E; US8447192B2; TWI455502B

Abstract

본 발명은, 증폭 회로와 복조기를 포함하는, 캐리어 변조된 적외선 신호를 처리하기 위한 적외선 수신기 회로에 관한 것이다. 펄스열 신호를 생성하기 위해 임계값과 비교함으로써 증폭 회로의 출력 신호 또는 증폭 회로의 다운스트림에 연결된 대역 통과 필터의 출력 신호를 디지털화하도록 구성되는 비교기가 제공된다. 수신기 회로는, 펄스열 신호로부터 적외선 신호에 대응하는 추가적인 출력 신호를 추출하기 위해 비교기의 펄스열 신호와 복조기의 출력 신호를 서로 논리적으로 링크하도록 구성되는 논리 회로를 포함한다.

Description

적외선 수신기 회로{INFRARED RECEIVER CIRCUIT}

본 발명은, 증폭기 회로 및 증폭기 회로의 다운스트림에 연결된 복조기를 포함하고, 펄스열 신호(pulse train signal)를 생성하기 위해 임계값과 비교함으로써 증폭기 회로의 출력 신호 또는 증폭기 회로의 다운스트림에 연결된 대역 통과 필터의 출력 신호를 디지털화하도록 구성되는 비교기가 제공되는, 캐리어 변조된(carrier-modulated) 적외선 신호를 처리하기 위한 적외선 수신기 회로에 관한 것이다.

이러한 적외선 신호(IR 신호)를 생성하기 위하여, 예컨대 진폭 변조 또는 디지털 변조 프로세스를 이용하여, 제어 명령 또는 기타 데이터가 캐리어 신호로 변조된다. 그러한 적외선 신호는, 예컨대 리모콘 유닛(remote control unit)에 의해 전송되며, 텔레비전 수상기나 DVD 기기의 제어에 쓰일 수 있다. 일반적으로 각각의 기기에 포토다이오드가 마련되며, 그 출력은 상기 적외선 수신기 회로(IR 수신기 회로)의 입력으로 연결된다. 포토다이오드는 적외선 스펙트럼 영역에서 전송 및 수신된 신호를 전기 신호(광전류)로 변환한다. 이러한 전기 신호는 IR 수신기 회로에서 증폭되고, 바람직하게는 대역 통과 필터링된 후 복조되어, 적외선 신호로 인코딩된 제어 명령 또는 기타 데이터 세트가 이미 복조된 출력 신호의 형태로 IR 수신기 회로의 출력에서 출력될 수 있다.

특히, 그러한 IR 수신기 회로는, IR 수신기 회로의 증폭이 수신 품질에 따라 조정될 수 있는 자동 증폭 조절(automatic amplification regulation)을 포함할 수 있는데, 그에 의해 수신된 신호의 높은 감도가 얻어지는 동시에, 예컨대 외부의 광으로부터 비롯된 간섭 영향이 크게 억제된다.

자동 증폭 조절은, 그 개시 내용이 본 출원의 내용에 포함되는 EP 1 238 468 B1의 조절 논리부와, 조절 증폭기 및 조절 회로로 이루어진다. 이러한 목적으로, 조절 논리부는 대역 통과 필터의 출력 신호와 조절 임계값을 비교하고 대역 통과 필터의 출력 신호가 조절 임계값을 초과하는 경우 구형파(rectangular pulse)를 생성하는 비교기(EP 1 238 468 B1에 명시적으로 기재되지는 않음)를 가진다. 비교기의 출력 신호는 모노플롭(monoflop)(EP 1 238 468 B1에 명시적으로 기재되지는 않음)을 제어하는데, 소정의 시간을 넘어 조절 증폭기의 증폭을 계속적으로 감소시키기 위해 모노플롭은 비교기가 구형파를 생성할 때 소정의 시간 동안 각각의 경우에 셋(set) 된다. 모노플롭이 더 이상 셋이 아니게 되면, 조절 증폭기의 증폭은 다시 계속적으로 증가된다.

일반적으로, 상이한 캐리어 주파수들의 사용 뿐만 아니라, 상이한 인코딩 프로세스들 및 변조 프로세스들이 전술한 적외선 신호에 대해 알려져 있다. 일반적으로 공지된 상이한 프로세스들에 대하여 광 간섭 영향이 억제된다. 따라서, 예컨대 서로 공간적으로 근접한 복수의 기기를 상이한 리모콘 유닛을 사용하여 상호 간섭을 일으키지 않고 제어하는 것도 가능하다. 즉, 원격 제어 신호의 전송은 정상적으로 연관 기기(예컨대, 텔레비전 수상기)의 해당 제어만을 하게 되며, 자신의 연관된 리모콘 유닛을 갖는 추가적인 기기(예컨대, DVD 플레이어)에 의해 원하지 않는 방식으로 제어 명령으로서 해석되지 않음이 보장된다.

그러나, 기존 기기 각각에 대해 별개의 연관 리모콘 유닛을 제공할 필요가 없도록 하나의 범용 리모콘 유닛(universal remote control unit)을 이용하여 복수의 기기들을 제어하는 것이 요구될 수도 있다. 이는 특히 소위 멀티미디어 개인용 컴퓨터의 IR 수신 모듈에 의해 구현될 수 있는데, 이는 예컨대 텔레비전 수상기에 더하여, 원래 각각 별개의 리모콘 유닛이 이들 추가적인 기기에 제공된 DVD 플레이어나 텔레비전 수상기의 셋탑박스를 제어할 수 있다. 멀티미디어 개인용 컴퓨터의 IR 수신 모듈은 내부에 제공된 적외선 전송기 또는 소위 블래스터 유닛(blaster unit)을 이용하여 추가적인 기기의 IR 수신기에 광학적으로 연결되므로, 범용 리모콘 유닛과 IR 수신 모듈을 통해 원격 제어가 가능하다. 이러한 목적을 위해 요구되는 제어 명령의 지시는 추가 기기의 원래 제공된 리모콘 유닛의 적외선 원격 제어 신호를 사용하여 일어날 수 있다. 즉, IR 수신 모듈은 지시된 제어 명령을 가능한 원래대로 복제(reproduce)할 수 있어야 한다.

단일의 범용 리모콘 유닛에 대한 요구와 독립적으로, 전술한 IR 수신기 회로가 수신된 적외선 신호를 증폭하여 이를 증폭된 형태로, 특히 또한 변조된 형태로 출력하기 위한 소위 익스텐더(extender)의 컴포넌트인 것이 요구될 수도 있다.

본 발명의 목적은, 특히 간섭 필드가 존재하는 경우에도, 전술한 기능들을 단순하게 제공할 수 있는 전술한 종류의 IR 수신기 회로를 제공하는 것이다.

이러한 목적은, 청구항 제1항의 특징을 가지는 IR 수신기 회로에 의해, 특히 수신기 회로가 비교기의 펄스열 신호와 복조기의 출력 신호를 서로 논리적으로 링크하여 펄스열 신호로부터 적외선 신호에 대응하는 추가적인 출력 신호를 추출하도록 구성된 논리 회로를 포함하는 점에서 만족된다.

소위 버스트(burst)의 특정 시퀀스에 의해, 예를 들어, 펄스 부호 변조(PCM), 2-페이즈 마킹(two-phase marking) 또는 펄스 폭 변조(PWM)를 이용하여 인코딩된 적외선 신호가 IR 수신기 회로에 의해 수신된 경우, 상기 비교기는, 낮게 선택된 비교기 임계값을 각각의 버스트의 각각의 진동(oscillation)이 넘어선 때부터 적외선 신호의 캐리어 신호의 주파수를 가지는 각각의 버스트의 수신 동안 디지털 펄스열 신호를 생성한다. 수신된 적외선 신호는 더욱 변조된 디지털 출력 신호로 매핑된다. 이러한 출력 신호는 IR 수신기 회로에 의해 통상적으로 출력되는 복조기의 출력 신호에 부가하여 제공된다.

이러한 점에서, 비교기에 의해 생성된 펄스열 신호가 실제로 적외선 신호에 대응하는지, 즉 원하는 신호인지 보증하기 위해, 펄스열 신호는, 적외선 신호의 버스트의 수신이 복조기의 출력 신호에 기초하여 결정된 때에, 동시에, 추가적인 출력 신호의 생성에만 사용된다.

그리고 나서, 이러한 방식으로 추출된 펄스열 신호는 전술한 목적으로, 예를 들어 익스텐더 기능으로 사용될 수 있다.

임계값 비교를 위해 상기 비교기에 공급된 신호는 신호 증폭 이후 및 특히 대역 통과 필터링 또는 임의의 기타 추가적인 신호 처리 이후에, 그러나 최종 복조 전에, IR 수신기 회로의 신호 처리 경로로부터 취해진다.

논리 회로는 단순한 논리 게이트, 특히 AND 게이트일 수 있다. 논리 게이트의 두 입력 중 하나 또는 각각은 반전(inverting) 입력이어서 비교기의 펄스 시퀀스 신호 및/또는 복조기의 출력 신호가 궁극적으로 반전된 신호로서 논리 게이트에 공급될 수 있다. 따라서, 이러한 경우, 수신기 회로의 상기 추가적인 출력 신호는 실질적으로 디지털(이산 신호 레벨)이다.

디지털 논리 회로 대신에, 논리 회로는 아날로그 논리 회로로 이루어질 수 있으며, 비교기의 펄스열 신호는 상기 추가적인 출력 신호에서 적외선 신호의 캐리어 신호 상으로 변조되고 본질적으로 사인파형일 수 있다. 따라서, 이러한 경우, 추가적인 출력 신호는 아날로그이거나 단지 유사 디지털(quasi-digital)이다. 예를 들어, 일 실시예에서, 상기 논리 회로는 의도적으로 과변조되지 않은 트랜지스터를 가질 수 있다.

일반적으로 비교기에 의해 생성된 펄스열 신호가 복조기의 출력 신호와의 논리적 링크에만 사용된다는 조건이 세워질 수 있다. 즉, 상기 비교기는 설명한 추가적인 출력 신호의 생성에만 기여할 수 있다. 그러나, 증폭기 회로는 바람직하게는 조절 증폭기, 조절 증폭기의 자동 증폭 조절을 위해 제공되는 대역 통과 필터 또는 증폭기 회로의 출력에 연결되는 조절 논리부, 및 이미 존재하는 조절 논리부의 컴포넌트인 비교기를 포함한다. 따라서, 이러한 경우, 선행 기술에 관하여 전술한 바와 같은 자동 증폭 조절의 목적으로 이미 존재하는 비교기가 본 발명을 구현하는데 사용될 수 있다. 특히 이러한 경우, 비교기의 상기 임계값은 증폭기 신호의 출력 신호의 대기 휴지 레벨(quiescent level)과는 다른 값에 해당한다.

반면에, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 비교기의 임계값은 증폭기 회로 또는 대역 통과 필터의 출력 신호의 대기 휴지 레벨(임계 0)에 적어도 실질적으로 대응한다. 그 지속시간이 특히 연관 버스트의 지속시간에 대응하는 최대 길이의 펄스열 신호가 추출될 수 있다는 점에서 장점이 있으며, 이는 이하의 도면의 설명과 관련하여 보다 명확해질 것이다.

이러한 측면에서, 비교기의 상기 임계값이 적외선 신호의 복조를 위한 복조기에서 고려된 임계값보다 적어도 낮으면 바람직하다.

본 발명의 추가적인 유리한 실시예들은 이하의 도면의 설명, 도면 및 종속항에서 개시된다.

본 발명은 이하에서 도면을 참조하여 예시의 방식으로만 설명될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 IR 수신기 회로의 블록도.
도 2는 도 1에 따른 IR 수신기 회로의 복조기의 블록도.
도 3은 도 2에 따른 복조기의 기능을 설명하기 위한 논리도.
도 4는 도 2에 따른 IR 수신기 회로에 의해 생성된 상이한 신호들을 도시한 도면.

도 1은 IR 수신기 회로(10) 및 그 주변의 블록도를 도시하고 있다. 광 전송 다이오드(6)에 의해 전송된 캐리어 변조된 데이터가 포토다이오드(5)에 의해 적외선 펄스로서 수신된다. 예컨대 38kHz의 캐리어 주파수를 가지는, 포토다이오드(5)에 입사하는 적외선 펄스는 전기 전류 신호 S_IN으로 변환되고, 이는 이후 IR 수신기 회로(10)의 입력 커넥터(11)에 인가된다. 이러한 전기 전류 신호 S_IN은 트랜스임피던스 증폭기(transimpedance amplifier)로서 동작하는 입력 회로(1)에 공급되고, 이는 전류 신호 S_IN을 증폭하여 전압 신호로 변환한다. 이러한 점에서, 생성된 전압은 다운스트림 신호 준비 단계에서 잡음 부분을 무시해도 될 정도가 되도록 충분히 커야 한다. 다운스트림 신호 준비부(2)에서, 이러한 전압 신호는 조절 증폭기(21)에 의해 다시 증폭되고, 리미터(limiter)(22)에 의해 제한되며, 이후 대역 통과 필터(23)에서 필터링된다.

리미터(22)에 의한 신호 제한은, 다운스트림 대역 통과 필터(23)의 과변조를 피하고, 예컨대 전원 커넥터(supply connector) V_S를 통해 IR 수신기 회로(10)로 들어가는 펄스와 같은 간섭을 억제하는데 필요하다. 대역 통과 필터링된 신호 B_out은 신호 준비부(2)와 인접한 측정부(evaluation part)(3)에서 복조기(31)에 의해 복조되며, 연관된 부하 저항을 가지는 구동기 트랜지스터(driver transistor)(32)를 통해 추가적인 처리를 위해 마이크로컨트롤러(7)에서 출력 신호 S_out으로서 이용가능해진다.

전송 다이오드(6)에 의해 전송된 원하는 신호의 증폭을 최적화하여 IR 수신기 회로의 감도를 최적화하기 위해, IR 수신기 회로(10)는 조절 회로(4)를 가지는데, 이는 조절 증폭기(21)에 조절 신호를 공급하고, 라인(75)을 통해 대역 통과 필터(23)의 출력 신호 B_out을 수신한다. 입력 신호 S_IN의 증폭이 입력 신호의 크기(magnitude)에 따라 변한다는 점에서 신호 대 잡음 비를 최적화하는 것이 이 조절 회로(4)의 목적이다. 조절 회로(4)는 조절 논리부(자동 이득 제어, AGC)(41) 및 디지털 아날로그 변환기(DAC)(42)로 구성된다. 조절 논리부(41)는 원하는 신호를 간섭 신호로부터 분리하고, 원하는 신호의 증폭을 가능한한 높은 레벨로 설정하여, 원하는 신호에 대한 높은 감도를 얻는다. 동시에, 외부 광과 같은 간섭 영향이 감소된다. 디지털 아날로그 변환기(42)는 조절 논리부(41)에 의해 생성된 디지털 증폭 정보를 조절 증폭기(21)를 위한 아날로그 제어 전압으로 변환한다.

복조기(31)의 기능은 이하에서 도 2 및 도 3에 따른 연관 도면을 참조하여 상세히 설명하겠다.

도 2에 따르면, 대역 통과 필터(23)로부터 유래된 출력 신호 B_out은, 그 임계 전압(319)이 대역 통과 필터 대기 휴지 레벨에 대하여 신호에 따라 복수의 단계에 걸쳐 설정될 수 있는 고정설정된 기준값인 비교기(311)에 의해 디지털화된다. 펄스열 Comp_sig로 표시된 비교기(311)의 디지털 신호(도 3의 선도 311 참조)는 아날로그 적분기 회로(313)에서 적분된다. 이 적분기(313)는 각각 최대 이득 한계 0%와 100%까지 충전(CHARGE) 및 방전(DISCHARGE) 상태를 알며, 제한된 적분 전압 곡선(도 3의 선도 313 참조)이 출력 신호 Int_out으로서 생성된다. 적분기(313)의 출력에 슈미트 트리거(Schmitt trigger)(316)가 제공된다. 본 출원의 예에서, 슈미트 트리거(316)에 대한 입력 및 출력 스위칭 임계값은 각각 80% 및 40%이며(도 3의 선도 316 참조), 즉 구형 복조 출력 신호 D_out의 양의 가장자리(positive flank)는 최대값의 80%의 상승하는 적분기 값에서 생성되고, 음의 가장자리(negative flank)는 40%의 적분기 값의 돌아오는 값에서 생성된다.

조절 증폭기(21)의 증폭 조절을 위하여, 조절 논리부는 특히, 하나의 입력에 대역 통과 필터(23)의 출력 신호 B_out이 인가되고 다른 입력에 조절 임계값 U₀가 인가되는 비교기(411)(도 1)를 포함한다. 조절은 선행 기술에 관하여 전술한 방식으로 이루어진다.

증폭 조절을 위한 비교기(411)의 출력 신호의 사용과 독립적으로, 비교기(411)의 출력은 AND 게이트(413)의 입력에 연결되며, AND 게이트(413)의 다른 입력은 복조기(31)의 출력(출력 신호 D_out)에 연결된다.

AND 게이트(413)의 효과는, 복조기(31)의 출력 신호 D_out, AND 게이트(413)의 출력 신호 D_out2 및 대역 통과 필터(23)의 출력 신호 B_out가 도시되고 조절 임계값 U₀가 대역 통과 필터(23)의 출력 신호 B_out에 대해 표시된 도 4에 도시되어 있다.

영역 T의 대역 통과 필터(23)의 출력 신호 B_out은 IR 수신기 회로(10)에 의해 수신된 원격 제어 신호의 버스트에 대응한다. 영역 T에서, 대역 통과 필터의 출력 신호 B_out의 각각의 진동은 조절 임계값 U₀보다 커서, 도 3의 Comp_sig 신호(311)의 방식으로 형성된 규칙적인 펄스열 신호(별도로 도시되지 않음)가 영역 T에서 비교기(411)에 의해 생성되고, 대역 통과 필터(23)의 출력 신호 B_out의 주파수를 가지며, 따라서 원격 제어 신호의 캐리어 신호의 주파수를 가진다.

비교기(411)에 의해 생성된 펄스열 신호는 AND 게이트(413)에 의해 복조기(31)의 출력 신호 D_out과 AND 연산되어 출력 신호 D_out2를 생성하는데, 이는 마찬가지로 원격 제어 신호의 캐리어 신호의 주파수를 가진다. 복조기(31)의 출력 신호 D_out과의 AND 연산은, 원격 제어 신호에 기초하지 않은 펄스를 배제하나, 조절 논리부(41)와 조절 회로(4) 및 조절 증폭기(21)의 계속적인 조절 활동에 의해 발생하여 원격 제어 신호에 대응하는 출력 신호 D_out2의 허위(falsification)가 방지될 수 있도록 수행된다.

이러한 점에서, 도 4에 도시된 출력 신호 D_out2의 펄스 그룹 G의 지속시간은 복조기(31)의 출력 신호 D_out의 구형파 신호 P의 지속시간보다 다소 짧다(펄스 그룹 G와 구형파 신호 P는 동일한 버스트에 기초함). 펄스 그룹 G의 비교적 짧은 지속시간은, 적분기(313) 및 슈미트 트리거(316)와 그를 위해 선택된 설정의 사용 때문에 비교기(411)에 의해 발생된 펄스열 신호와 기저 버스트 뒤로 복조기(31)의 구형파 신호 P가 처지기(lag) 때문이다. 그러나, 버스트가 통상적으로 그 지속시간에 대하여 소정의 허용오차(tolerance)를 가질 수 있기 때문에, 더 불리하지는 않다.

AND 게이트에 공급되는 펄스열 신호의 생성을 위한 비교기(411)의 사용은, 이미 존재하는, 반도체 컴포넌트로서 통상적으로 만들어지는 IR 수신기 회로가 사용될 수 있다는 장점을 가진다.

대안적으로, 대역 통과 필터(23)의 출력 신호를 대역 통과 필터(23)의 출력 신호의 대기 휴지 레벨(0 레벨) 또는 대기 휴지 레벨과 아주 조금 다른 레벨과 비교하는 별도의 비교기가 제공될 수도 있다. 기저 버스트에 대해 구형파 신호 P가 뒤처짐에도 불구하고, 원격 제어 신호 또는 그 캐리어 주파수가 두 버스트 사이에서 검출될 수 있기 때문에, 복조기(311)의 출력 신호 D_out의 구형파 신호 P의 최대 지속시간을 넘어서는 펄스 그룹 G가 생성될 수 있다.

또한, 복조기(31)의 출력 신호 D_out과 AND 연산하기 위해 비교기(311)에 의해 생성된 펄스열 신호 Comp_sig를 사용하는 것도 가능하다.

본 발명은 단순한 방식으로 원격 제어 신호를 매핑하는 신호를 제공하는 것을 가능하게 한다.

1: 입력 회로
2: 신호 준비부
3: 측정부
4: 조절 회로
5: 포토다이오드
6: 전송 다이오드
7: 마이크로컨트롤러
10: IR 수신기 회로
11: 입력 커넥터
21: 조절 증폭기
22: 리미터
23: 대역 통과 필터
31: 복조기
32: 구동기 트랜지스터
41: 조절 논리부
42: 디지털 아날로그 변환기
75: 라인
311: 비교기
313: 적분기 회로
316: 슈미트 트리거
319: 임계 전압
411: 비교기
413: AND 게이트
B_out: 대역 통과 필터의 출력 신호
Comp_sig: 펄스열 신호
D_out: 복조기의 출력 신호
G: 펄스 그룹
Int_out: 적분기의 출력 신호
P: 구형파 신호
S_IN: 전류 신호
S_out: 구동기 트랜지스터의 출력 신호
T: 영역
U₀: 조절 임계값
V_S: 전원 커넥터

Claims

캐리어 변조된 적외선 신호를 처리하기 위한 적외선 수신기 회로(10)로서, 증폭기 회로(1, 21) 및 상기 증폭기 회로의 다운스트림에 연결되는 복조기(31)를 포함하고, 상기 증폭기 회로(1, 21) 또는 상기 증폭기 회로(1, 21)에 연결된 대역 통과 필터(23)의 출력 신호(B_out)를 임계값(U₀)과 비교하여 디지털 펄스열 신호(pulse train signal)를 생성하도록 구성되는 비교기(411)가 제공되며,
상기 수신기 회로(10)는 상기 펄스열 신호로부터 상기 적외선 신호에 대응하는 추가적인 출력 신호(D_out2)를 추출하도록 상기 비교기(411)의 상기 펄스열 신호와 상기 복조기의 출력 신호(D_out)를 서로 논리적으로 링크하도록 구성되는 논리 회로(413)를 포함하는 것을 특징으로 하는 수신기 회로.
제1항에 있어서,
상기 논리 회로(413)는 논리 게이트 중에서, AND 게이트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수신기 회로.
제1항에 있어서,
상기 논리 회로는, 최대 이득으로 완전히 설정되지는 않은 트랜지스터를 가지는, 아날로그 논리 회로로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수신기 회로.
제1항에 있어서,
상기 임계값(U₀)은 상기 복조기(31)에서의 상기 적외선 신호의 상기 복조를 위해 고려된 임계값(319)보다 적은 것을 특징으로 하는 수신기 회로.
제1항에 있어서,
상기 증폭기 회로(1, 21)는 조절 증폭기(21)를 포함하고, 상기 증폭기 회로(1, 21) 또는 상기 대역 통과 필터(23)의 상기 출력에 연결된 조절 논리부(41)가 상기 조절 증폭기(21)의 자동 증폭 조절을 위해 제공되며, 상기 비교기(411)가 상기 조절 논리부(41)의 컴포넌트인 것을 특징으로 하는 수신기 회로.
제1항에 있어서,
상기 임계값(U₀)은 상기 증폭기 회로(1, 21) 또는 상기 대역 통과 필터(23)의 상기 출력 신호(B_out)의 대기 휴지 레벨(quiescent level)에 대응하는 것을 특징으로 하는 수신기 회로.