KR102291920B1 - 임펄스 송수신기 - Google Patents

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KR102291920B1
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Abstract

본 발명은 임펄스(Impulse) 송수신기에 관한 것으로, 송신기에서 출력된 임펄스 송신신호가 수신부로 누설(leakage) 등으로 인해 유입되어 수신기를 포화시켜 수신기의 정상적인 동작을 저해하는 현상을 해결할 수 있는 임펄스 송수신기에 관한 것이다.
본 발명의 실시 형태에 따른 임펄스 송수신기는, 임펄스 송신신호를 송신하는 송신기와, 송신된 상기 임펄스 송신신호가 타겟에 의해 반사되어 되돌아오는 임펄스 반사신호를 수신하는 수신기를 포함하는 임펄스 송수신기로서, 상기 수신기는 수신 안테나, 저잡음 증폭기 및 상기 수신 안테나와 상기 저잡음 증폭기 사이에 연결된 스위치부를 포함하고, 상기 스위치부는 상기 임펄스 송신신호에 의해 상기 수신 안테나로 누설되는 누설 임펄스 신호가 상기 저잡음 증폭기로 전달되는 것을 차단하고, 상기 수신 안테나를 통해 수신되는 상기 임펄스 반사신호를 상기 저잡음 증폭기로 전달하고, 상기 스위치부의 온(on) 또는 오프(off)를 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 직렬 연결된 다수의 인버터; 및 상기 다수의 인버터 각각의 출력 단자와 연결되는 다수의 입력 단자를 갖는 멀티플렉서;를 포함하고, 상기 멀티플렉서는 k 비트의 선택 입력 단자로 인가된 선택 입력에 응답하여 제1 지연 신호와 제2 지연 신호를 출력하고, 상기 제1 지연 신호는 상기 스위치부를 오프시키기 위한 제어신호로서, 상기 임펄스 송신신호가 송출된 시간(to)에서 시작하는 신호가 t1 시간만큼 지연된 지연신호이고, 상기 제2 지연 신호는 상기 스위치부를 온시키기 위한 제어신호로서, 상기 임펄스 송신신호가 송출된 시간(to)에서 시작하는 신호가 t2 시간만큼 지연된 지연신호이고, 상기 스위치부는 상기 t1 시간부터 상기 t2 시간까지 오프된다.

Description

임펄스 송수신기{IMPULSE TRANSCEIVER}
본 발명은 임펄스(Impulse) 송수신기에 관한 것으로, 송신기에서 출력된 임펄스 송신신호가 수신부로 누설(leakage) 등으로 인해 유입되어 수신기를 포화시켜 수신기의 정상적인 동작을 저해하는 현상을 해결할 수 있는 임펄스 송수신기에 관한 것이다.
초광대역(UWB: Ultra Wide-Band) 무선 통신 시스템은 500MHz 이상의 주파수 대역을 사용하는 통신 시스템 또는 비대역폭(Fractional bandwidth)이 20% 이상인 무선 통신 방식으로 규정되며, 임펄스 방식의 초광대역 통신은 수 ns 이하로 폭이 좁은 임펄스를 이용하여 특정 대역의 RF 주파수로 상하향시켜 정보 또는 데이터를 전송하는 기술이다.
상기 임펄스 방식의 초광대역 무선 시스템은 펄스의 폭이 아주 짧아 고정밀의 위치를 판별할 수 있는 시스템에 응용될 수 있고 전력 소모가 적으면 휴대 단말기 또는 이동용 장치에 장착하여 센서 노드 및 고정밀 위치 인식 장치로도 사용될 수 있어 연구가 활발하게 진행되고 있는 분야이다.
UWB 송수신기(또는 UWB 레이더)는 UWB 기술을 레이더에 접목한 시스템으로, 주파수 영역에서의 광대역 특성을 갖는 매우 짧은 지속시간의 임펄스 신호를 송신하여 사물 및 사람으로부터 반사되어 돌아오는 신호를 수신해 주변 상황을 인지하는 레이더 기술을 의미한다. UWB 송수신기는 신호 생성부에서 수 나노-수 피코 초의 시간 폭을 갖는 임펄스 신호를 생성하여 송신 안테나를 통해 광각 또는 협대역의 각도로 방사한다. 방사된 신호는 환경에서의 다양한 사물이나 사람으로 인해 반사되게 되고 반사된 신호는 수신 안테나 및 ADC를 거쳐 디지털 신호로 변환된다. UWB 송수신기는 초광대역의 주파수를 사용하기 때문에 다른 레이더에 비해 인체에 영향이 거의 없다. UWB 레이더는 1나노초 이하의 저전력 임펄스를 이용하는 레이더로, 센서 소모 전력이 매우 낮고 물체 투과능력과 거리 분해능이 매우 우수한 특징을 가지고 있다.
임펄스 또는 펄스 모드의 송수신기가 동시에 동작하는 레이더나 통신기기 등 각종 임펄스 송수신기에서, 송신기에서 누설된 과도한 크기의 임펄스가 수신기로 들어가면, 수신기 회로의 간섭신호가 켜져 수신신호의 구분이 어렵고, 심지어 수신기 회로를 포화시켜 회로들의 정상적인 동작이 불가능하게 한다. 이러한 문제는 고출력의 송신기와 수신기가 동시에 동작하는 송수신 시스템에서 자주 발생한다.
이러한 문제를 해결하기 위해서, 종래에 안테나를 분리하거나 주파수를 분리하는 방법이 있다. 하지만, 종래의 안테나를 분리하는 방법은 안테나 간의 격리도가 유한하여 여전히 큰 전력이 수신기로 누설될 수 밖에 없고, 종래의 주파수를 분리하는 방법은 고성능의 듀플렉서 필터(duplexer filter)등을 필요로 한다. 특히, 주파수가 같은 응용(application)의 경우는 안테나 간의 격리도가 문제인데, 안테나 간의 유한한 격리도로 수신기로 누설되는 전력이 수신전력에 비해 매우 커서 포화나 간섭의 문제를 피할 수 없다.
도 1은 종래의 임펄스 송수신기에서 송신전력이 수신기로 누설되는 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 임펄스 레이더 등의 임펄스 송수신기가 동시에 동작하는 각종 임펄스 송수신기에서, 송/수신 안테나 간 유한한 격리도와 보드 등을 통해 송신기(Transmitter)에서 누설된 과도한 크기의 임펄스가 수신기(Rx)로 들어가면 수신기 회로의 간섭신호가 켜져 수신신호의 구분이 어렵고, 심지어 수신기 회로를 포화시켜 정상적인 동작이 불가능하게 한다.
도 2는 송신기에서 출력되는 임펄스 송신신호와 수신기로 누설된 전력, 그리고 이로 인해 수신기가 포화되는 모습과 레이더의 경우 피사체에서 반사된 신호가 수신될 때, 이 신호가 앞선 누설전력에 의한 수신기 포화로 제대로 수신이 되지 못할 수 있는 것을 시간별로 보여주는 그림이다.
이와 같이, 임펄스 송수신기에 있어서, 송신기에서 수신기로 누설된 신호를 제거하여 수신기의 정상적인 동작과 수신감도를 보장할 수 있는 기술이 필요하다.
EP 3077842 A1 KR 10-2006-0113750 A
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 임펄스 등의 신호를 송수신하는 임펄스 송수신기에서 송신기의 누설 전력에도 수신기가 안정적으로 동작할 수 있는 임펄스 송수신기를 제공하는 것이다.
또한, 벽 투과 등 고출력의 임펄스 송신신호가 수신부로 누설(leakage) 등으로 인해 유입되어 수신기를 포화시켜 수신기의 정상적인 동작을 저해하는 현상을 해결할 수 있는 임펄스 송수신기를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시 형태에 따른 임펄스 송수신기는, 임펄스 송신신호를 송신하는 송신기와, 송신된 상기 임펄스 송신신호가 타겟에 의해 반사되어 되돌아오는 임펄스 반사신호를 수신하는 수신기를 포함하는 임펄스 송수신기로서, 상기 수신기는 수신 안테나, 저잡음 증폭기 및 상기 수신 안테나와 상기 저잡음 증폭기 사이에 연결된 스위치부를 포함하고, 상기 스위치부는 상기 임펄스 송신신호에 의해 상기 수신 안테나로 누설되는 누설 임펄스 신호가 상기 저잡음 증폭기로 전달되는 것을 차단하고, 상기 수신 안테나를 통해 수신되는 상기 임펄스 반사신호를 상기 저잡음 증폭기로 전달한다.
여기서, 상기 스위치부는 상기 누설 임펄스 신호가 입력되는 시간 구간에서는 상기 수신 안테나와 상기 저잡음 증폭기를 전기적으로 분리시키고, 상기 누설 임펄스 신호가 입력되는 시간 구간이 지나면 상기 수신 안테나와 상기 저잡음 증폭기 사이를 전기적으로 연결시킬 수 있다.
여기서, 상기 스위치부는 입력 단자와 출력 단자 사이에 연결된 하나의 스위칭 소자를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 스위치부는 다수의 스위칭 소자를 포함하고, 상기 다수의 스위칭 소자는 제1 트랜지스터와 제2 트랜지스터를 포함하고, 상기 제1 트랜지스터의 소스 단자가 상기 스위치부의 입력 단자가 되고, 상기 제1 트랜지스터의 드레인 단자가 상기 스위치부의 출력 단자가 되고, 상기 제2 트랜지스터의 소스 단자는 접지에 연결되고, 상기 제2 트랜지스터의 드레인 단자는 상기 제1 트랜지스터의 출력 단자에 병렬 연결될 수 있다.
여기서, 상기 스위치부는 다수의 스위칭 소자 및 다수의 전자부품을 포함하고, 상기 스위치부의 입력 단자와 출력 단자 사이에 상기 다수의 트랜지스터가 연결되고, 상기 다수의 트랜지스터는 제1 내지 제4 트랜지스터를 포함하고, 다수의 전자부품은 제1 내지 제3 저항을 포함하고, 상기 제1 트랜지스터의 드레인 단자는 상기 입력 단자에 연결되고, 소스 단자는 상기 제3 트랜지스터의 드레인 단자와 연결되고, 상기 제3 트랜지스터의 소스 단자는 상기 출력 단자에 연결되고, 상기 제2 트랜지스터의 드레인 단자는 상기 제1 트랜지스터의 소스 단자 또는 상기 제3 트랜지스터의 드레인 단자에 연결되고, 상기 제2 트랜지스터의 소스 단자는 접지에 연결되고, 상기 제4 트랜지스터의 드레인 단자는 상기 제3 트랜지스터의 소스 단자 또는 상기 출력 단자에 연결되고, 상기 제4 트랜지스터의 소스 단자는 접지에 연결되고, 상기 제1 내지 제4 트랜지스터의 게이트 단자에는 상기 제2 저항이 직렬 연결되고, 바디 단자에는 상기 제3 저항이 직렬 연결되고, 상기 제1 저항은 상기 입력 단자와 접지 사이에 연결될 수 있다.
여기서, 상기 스위치부의 온(on) 또는 오프(off)를 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 제어부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제어부는, 직렬 연결된 다수의 인버터; 및 상기 다수의 인버터 각각의 출력 단자와 연결되는 다수의 입력 단자를 갖는 멀티플렉서;를 포함하고, 상기 멀티플렉서는 k 비트의 선택 입력 단자로 인가된 선택 입력에 응답하여 제1 지연 신호와 제2 지연 신호를 출력할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 임펄스 송수신기를 사용하면, 임펄스 또는 펄스와 같은 형태의 신호를 이용하는 레이더 및 통신용 송수신기 회로에서 송신기의 출력이 수신기로 누설되어 수신기를 포화시키고 수신기능을 마비시키는 현상을 해결하고 정상적인 수신기로 동작할 수 있는 이점이 있다.
특히, 송수신을 함께 수행하는 임펄스 송수신기에서 고출력의 송신신호에 의해 수신기가 포화되어 근거리 수신신호의 탐지가 불가능하게 되는 문제를 해결할 수 있다. 이를 임펄스 레이더에 적용할 경우, 고출력의 임펄스 송신신호의 송신이 가능하여 탐지거리를 확장하면서도 근거리의 성능을 개선하여 전체적인 탐지 동작 범위(dynamic range)의 개선을 얻을 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래의 임펄스 송수신기에서 송신전력이 수신기로 누설되는 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 송신기의 누설 전력이 수신부를 포화시켜 신호 수신기능이 마비됨을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 따른 임펄스 송수신기의 개략적인 블록도이다.
도 4는 도 3에 도시된 임펄스 송수신기의 송신기(100)에서 누설된 누설 임펄스 신호의 전력을 스위치부(330)로 제거하는 것을 보여주는 타이밍도이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 따른 임펄스 송수신기에 적용될 수 있는 도 3에 도시된 스위치부(330)의 다양한 실시 예들을 설명하기 위한 회로도들이다.
도 6은 제1 지연 신호(t1) 및 제2 지연 신호(t2)를 생성하는 제어부의 일 예를 설명하기 위한 회로도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시 형태를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시 형태는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시 형태는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다.
본 발명의 실시 형태는 임펄스(Impulse) 송수신기에 관한 것으로, 벽 투과 등 고출력의 임펄스 송신신호가 수신부로 누설(leakage) 등으로 인해 유입되어 수신기를 포화시켜 수신기의 정상적인 동작을 저해하는 현상을 해결하기 위한 임펄스 송수신기에 관한 것이다.
본 발명의 실시 형태에 따른 임펄스 송수신기는 수신기의 입력에 송신부에서 유입된 높은 전력의 누설 임펄스 신호를 스위치부로 제거하고, 이후에 수신되는 임펄스 반사신호를 정상적으로 수신할 수 있도록 설계된 임펄스 송수신기이다.
본 발명의 실시 형태를 통해 제안하는 임펄스 송수신기는 이와 같이 임펄스 등의 신호를 동시에 송수신하는 레이더 및 각종 통신용 송수신기에서 송신기로부터 오는 매우 큰 누설 전력에도 수신기가 포화되거나 왜곡되지 않고 안정적으로 동작하기 위한 기술을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 임펄스 송수신기를 도 3을 참조하여 개략적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 따른 임펄스 송수신기의 개략적인 블록도이다.
도 3에 도시된 본 발명의 실시 형태에 따른 임펄스 송수신기는, 함께 동작가능한 송신기(100)와 수신기(300)를 포함하고, 송신기(100)에서 수신기(300)로 입력되는 누설 임펄스 신호가 수신기(300) 내의 회로들로 입력되는 것을 차단하는 스위치부(330)를 포함한다.
도 3을 참조하면, 송신기(100)와 수신기(300)가 함께 동작하는 본 발명의 실시 형태에 따른 임펄스 송수신기에서, 수신기(300)의 저잡음 증폭기(350) 앞단에 격리도가 우수한 스위치부(330)를 배치하여 송신기(100)에서 누설 임펄스 신호가 들어오는 시간 구간은 스위치부(330)를 꺼서 누설 임펄스 신호를 수신기(300) 내의 회로들로부터 격리시키고, 이후 누설 임펄스 신호가 들어오는 시간 구간이 지나면 스위치부(330)를 켜서 수신기(300) 내의 회로들을 정상적으로 동작시킨다. 이를 통해 수신기(300) 내의 회로들이 누설 임펄스 신호에 의해 포화되어 장시간 상기 회로들이 정상 동작하지 못하는 현상을 막을 수 있다.
송신기(100)는 임펄스 송신신호를 송신하며, 전력 증폭기(110) 및 송신 안테나(150)를 포함한다. 전력 증폭기(110)는 송신 안테나(150)를 통해 무선으로 송신할 임펄스 송신신호의 전력을 증폭한다. 송신 안테나(150)는 전력 증폭기(110)로부터의 전기적 출력 신호를 무선 신호로 복사(radiation)시킨다.
도면에 도시하지 않았지만, 송신기(100)는 무선을 통해 전송하고자 하는 데이터를 아날로그 데이터로 변환하는 DAC(Digital to Analog Converter), 상기 DAC의 출력 신호를 필터링하는 LPF(Low Pass Filter), 국부 주파수 발진기로부터의 국부 주파수 신호를 이용하여 상기 LPF의 출력 신호의 주파수를 상향 변환하는 주파수 상향 믹서를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 주파수 상향 믹서으로부터의 출력 신호가 상기 전력 증폭기(110)로 입력될 수 있다.
수신기(300)는 수신 안테나(310), 스위치부(330) 및 저잡음 증폭기(350)를 포함한다. 수신 안테나(310)는 송신 안테나(150)에서 방사된 임펄스 송신신호 및 임펄스 송신신호가 타겟에 의해 반사되어 되돌아오는 임펄스 반사신호를 수신하여 전기적 신호로 변환한다. 저잡음 증폭기(350)는 수신 안테나(310)로부터 수신되는 신호의 잡음을 최소화하면서 증폭한다.
스위치부(330)는, 수신 안테나(310)와 저잡음 증폭기(350) 사이에 연결 또는 커플링된다. 송신기(100)와 수신기(300)가 함께 또는 동시에 동작하는 경우, 스위치부(330)는 송신기(100)에서 수신기(300)로 입력되는 누설 임펄스 신호가 수신기(300)의 저잡음 증폭기(350)로 입력되는 것을 차단할 수 있다.
스위치부(330)는 송신기(100)로부터의 누설 임펄스 신호가 입력되는 시간 구간(누설 임펄스 구간)에서는 수신 안테나(310)와 저잡음 증폭기(350) 사이를 오픈시켜 수신 안테나(310)와 저잡음 증폭기(350)를 전기적으로 분리시키고, 상기 누설 임펄스 구간이 지나면 수신 안테나(310)와 저잡음 증폭기(350) 사이를 전기적으로 연결시킬 수 있다. 즉, 스위치부(330)는 외부로부터의 제어신호에 기초하여 수신 안테나(310)와 저잡음 증폭기(350) 사이의 전기적 연결을 단락 또는 오픈시킬 수 있다.
도면에 도시하지 않았지만, 수신기(300)는 저잡음 증폭기(350)로부터의 출력 신호의 주파수를 국부 주파수 신호를 이용하여 하향하는 주파수 하향 믹서, 상기 주파수 하향 믹서에서 출력되는 신호를 필터링하는 LPF, LPF로부터 출력되는 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC(Analog to Digital Converter)를 더 포함할 수 있다. 상기 ADC를 통해 출력된 신호는 복조부로 입력되어 송신기(100)에서 송신한 데이터의 복조가 수행될 수 있다.
도 4는 도 3에 도시된 임펄스 송수신기의 송신기(100)에서 누설된 누설 임펄스 신호의 전력을 스위치부(330)로 제거하는 것을 보여주는 타이밍도이다. 구체적으로, 도 4의 (a)는 도 3에 도시된 송신기(100)에서 출력되는 임펄스 송신신호의 시간(t)-전력(Power at TX) 그래프이고, 도 4의 (b)는 도 3에 도시된 수신기(300)의 스위치부(330)로 입력되는 여러 신호들을 설명하기 위한 시간(t)-전력(Power at RX SW in) 그래프이고, 도 4의 (c)는 도 3에 도시된 수신기(300)의 저잡음 증폭기(350)에서 출력되는 여러 신호들을 설명하기 위한 시간(t)-전력(Power at RX LNA out) 그래프이다.
도 4의 (a)를 참조하면, 도 3에 도시된 송신기(100)에서 t0 시간에 임펄스 송신신호(PTX)가 송출된 것으로 정의한다. 여기서, t0 시간은 임펄스 송신신호(PTX)에서 최대 피크값을 갖는 시간일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 최소 피크값을 갖는 시간 또는 최대 피크값을 갖는 시간과 최소 피크값을 갖는 시간 사이의 임의의 시간일 수도 있다.
도 4의 (b)를 참조하면, t0 시간에 임펄스 송신신호(PTX)가 송출된 후, t1 시간부터 t2 시간 사이에 도 3에 도시된 수신기(300)의 스위치부(330)로 누설 임펄스 송신신호(TX leak)가 입력된다. t2 시간 이후에 타겟(target)으로부터 임펄스 송신신호가 반사되어 되돌아오는 임펄스 반사신호(received signal from target)가 도 3에 도시된 수신기(300)의 스위치부(330)로 입력된다. 본 발명의 실시 형태에 따른 임펄스 송수신기는 송신기(100)와 수신기(300)가 함께 동작하므로, 송신기(100)의 송신 안테나(150)에서 출력되는 임펄스 송신신호가 송신 안테나(150)에서 방사된 직후에 수신기(300)의 수신 안테나(310)로 입력된다. 따라서, t0 시간과 t1 시간의 차가 매우 좁다. 임펄스 반사신호(received signal from target)는 타겟(target)으로부터 반사되어 수신기(300)로 되돌아오는 시간이 걸리기 때문에, 누설 임펄스 신호(TX leak)보다 늦게 수신기(300)로 수신된다.
도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 도 3에 도시된 스위치부(330)를 제어하여 스위치부(330)가 오프(off)되는 시간 구간(SW off)과 온(on)되는 시간 구간(SW on)을 설정하면, 송신기(100)로부터 누설되는 누설 임펄스 신호(Tx leak)를 차단할 수 있다. 스위치부(330)가 오프(off)되는 시간 구간(SW off)을 t1 시간으로부터 t2 시간 사이가 되도록 제어하고, 스위치부(330)가 온(on)되는 시간 구간(SW on)을 t2 시간 이후가 되도록 제어할 수 있다.
스위치부(330)가 오프(off)되기 시작하는 t1 시간은, 임펄스 송신신호가 송출되기 시작한 시간인 t0 시간 이후에 설정될 수도 있고, t0 시간과 같은 시간으로 설정될 수도 있다. 스위치부가 온(on)되기 시작하는 t2 시간은, t1 시간을 기준으로, 임펄스 송신신호(PTX)의 시간축 상의 길이를 고려하여 설정될 수도 있다. 한편, 스위치부(330)가 오프(off)되는 시간 구간(SW off)과 스위치부(330)가 온(on)되는 시간 구간(SW on)은 임펄스 송수신기의 사용 목적이나 특성에 따라 설계자가 적절히 설정할 수 있다.
도 3에 도시된 스위치부(330)를 제어하여 스위치부(330)가 온(on)되는 시간 구간과 오프(off)되는 시간 구간을 설정하면, 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 스위치부(300)를 통해 저잡음 증폭기(350) 등의 수신기(300) 내에 포함된 증폭기의 출력은 더 이상 포화되지 않고 누설 전력도 매우 작은 수준이 되어 수신성능에 영향을 주지 않는다. 결과적으로, 이후 타겟에서 반사되어 들어온 임펄스 반사신호(received signal from target)가 정상적으로 수신기(300) 내의 저잡음 증폭기(350)에서 증폭되어 수신될 수 있다. 이를 위해서는 수신기(300)의 스위치부(330)를, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 시간 구간에 따라 온(on) 또는 오프(off)를 제어해 줄 수 있는 제어부(또는 제어회로)가 필요할 수 있다. 상기 제어부는 도 6을 참조하여 설명하도록 하고, 먼저 스위치부(330)의 다양한 실시 예들을 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 따른 임펄스 송수신기에 적용될 수 있는 도 3에 도시된 스위치부(330)의 다양한 실시 예들을 설명하기 위한 회로도들이다. 구체적으로, 도 5의 (a)는 도 3에 도시된 스위치부(330)의 제1 실시 예에 따른 회로도이고, 도 5의 (b)는 도 3에 도 3에 도시된 스위치부(330)의 제2 실시 예에 따른 회로도이며, 도 5의 (c)는 도 3에 도시된 스위치부(330)의 제3 실시 예에 따른 회로도이다.
도 5의 (a) 내지 (c)를 참조하면, 스위치부(330)는 다양한 스위칭 소자(예를 들어, 트랜지스터) 및 다른 여러 전자부품으로 구현이 가능하다. 스위치부(330)는 격리도 특성을 개선하고 삽입손실은 줄이기 위해 스위칭 소자를 직렬(series) 또는/및 병렬(shunt)의 다양한 구조와 조합으로 설계가 가능하다. 스위치부(330)가 온(on)인 상태에서는 낮은 삽입손실을 갖고, 스위치부(330)가 오프(off)인 상태에서는 격리도를 높이는 것이 중요하다. 이를 고려하여 스위치부(330)의 구조를 선택할 수 있다. 일반적으로, 낮은 삽입손실은 격리도가 나쁠 수 있고 격리도를 높이려면 삽입손실이 높아질 수 있어 설계의 절충이 필요하다.
도 5의 (a)를 참조하면, 스위치부(330)의 제1 실시 예는, 하나의 스위칭 소자로서, 하나의 트랜지스터(TR1)를 포함할 수 있다. 트랜지스터(TR1)는 N-채널 모스 전계효과 트랜지스터(N-ch MOSFET)일 수 있다. 트랜지스터(TR1)의 소스 단자가 스위치부(330)의 입력 단자(SW_in)가 되고, 트랜지스터(TR1)의 드레인 단자가 스위치부(330)의 출력 단자(SW_out)가 될 수 있다. 트랜지스터(TR1)의 게이트 단자(G1)로 인가되는 제어신호에 따라 드레인 단자와 소스 단자 사이의 전류를 제어할 수 있다. 그러나, 이에 한정하는 것은 아니고, 트랜지스터(TR1)은 P-채널 모스 전계효과 트랜지스터일 수도 있다.
도 5의 (b)를 참조하면, 스위치부(330)의 제2 실시 예는, 다수의 스위칭 소자로서, 다수의 트랜지스터(TR1', TR2')를 포함할 수 있다. 다수의 트랜지스터(TR1', TR2')는 제1 트랜지스터(TR1')과 제2 트랜지스터(TR2')를 포함할 수 있다. 제1 트랜지스터(TR1')과 제2 트랜지스터(TR2')는 N-채널 모스 전계효과 트랜지스터(N-ch MOSFET)일 수 있다. 그러나, 이에 한정하는 것은 아니고, 제1 트랜지스터(TR1')과 제2 트랜지스터(TR2')는 P-채널 모스 전계효과 트랜지스터일 수도 있다. 제1 트랜지스터(TR1')의 소스 단자가 스위치부(330)의 입력 단자(SW_in)가 되고, 제1 트랜지스터(TR1')의 드레인 단자가 스위치부(330)의 출력 단자(SW_out)가 될 수 있다. 제2 트랜지스터(TR2')의 소스 단자는 접지에 연결되고, 드레인 단자는 제1 트랜지스터(TR1')의 출력 단자(SW_out)에 병렬 연결될 수 있다. 제1 트랜지스터(TR1')의 게이트 단자(G1)로 인가되는 제어신호에 따라 드레인 단자와 소스 단자 사이의 전류를 제어할 수 있고, 제2 트랜지스터(TR2')의 게이트 단자(G2)로 인가되는 제어신호에 따라 드레인 단자와 소스 단자 사이의 전류를 제어할 수 있다. 제1 트랜지스터(TR1')의 게이트 단자(G1)와 제2 트랜지스터(TR2')의 게이트 단자(G2)로 인가되는 제어신호를 제어하여 입력 단자(SW_in)와 출력 단자(SW_out) 사이로 흐르는 전류가 제어될 수 있다.
도 5의 (c)를 참조하면, 스위치부(330)의 제3 실시 예는, 다수의 스위칭 소자(TR1'', TR2'', TR3'', TR4'') 및 다수의 전자부품(R1, R2, R3)을 포함할 수 있다. 입력 단자(SW_IN)와 출력 단자(SW_OUT) 사이에 다수의 트랜지스터(TR1'', TR2'', TR3'', TR4'')가 연결될 수 있다. 제1 트랜지스터(TR1'')의 드레인 단자는 입력 단자(SW_IN)에 연결되고, 소스 단자는 제3 트랜지스터(TR3'')의 드레인 단자와 연결된다. 제3 트랜지스터(TR3'')의 소스 단자는 출력 단자(SW_OUT)에 연결된다. 제2 트랜지스터(TR2'')의 드레인 단자는 제1 트랜지스터(TR1'')의 소스 단자 또는 제3 트랜지스터(TR3'')의 드레인 단자에 연결되고, 제2 트랜지스터(TR2'')의 소스 단자는 접지에 연결된다. 제4 트랜지스터(TR4'')의 드레인 단자는 제3 트랜지스터(TR3'')의 소스 단자 또는 출력 단자(SW_OUT)에 연결되고, 제4 트랜지스터(TR4'')의 소스 단자는 접지에 연결된다. 제1 트랜지스터(TR1'') 내지 제4 트랜지스터(TR4'')의 게이트 단자에는 제2 저항(R2)이 직렬 연결되어 있고, 바디 단자에는 제3 저항(R3)가 직렬 연결된다. 제1 저항(R1)은 입력 단자(SW_IN)와 접지 사이에 연결된다. 제1 트랜지스터(TR1'')과 제3 트랜지스터(TR3'')의 게이트 단자는 같은 제어 신호(C)가 인가되고, 제2 트랜지스터(TR2'')와 제4 트랜지스터(TR4'')의 게이트 단자는 상기 제어 신호(C)에 상반되는 제어 신호(CB)가 인가된다.
여기서, 도 3에 도시된 스위치부(330)가 도 5의 (a) 내지 (c)에 도시된 실시 예들로 한정되는 것은 아니고, 다양한 형태의 회로도로 구성될 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 본 발명의 실시 형태에 따른 임펄스 송수신기에 있어서, 도 4의 (b)에 도시된 타이밍도를 얻기 위해 스위치부(330)를 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 제어부(미도시)가 필요할 수 있다.
제어부(미도시)는 송신기(100)의 임펄스 송신신호의 송출을 시작하는 것을 알리는 신호인, t0 시간에서 시작하는 임의의 신호를 이용하여 t1 시간에서 스위치부(330)를 오프(off)하기 위한 제1 지연 신호와 t2 시간에서 스위치부(330)를 온(on)하기 위한 제2 지연 신호를 생성해야 한다. 이는 인버터 등과 같은 단위시간 지연 회로의 조합을 통해 구현이 가능하다. 도 6을 참조하여 예시적으로 설명한다.
도 6은 제1 지연 신호(t1) 및 제2 지연 신호(t2)를 생성하는 제어부의 일 예를 설명하기 위한 회로도이다.
도 6을 참조하면, 도 3에 도시된 스위치부(330)의 온(on)/오프(off) 제어를 위한 제어부는, 다수의 인버터 및 멀티플렉서(MUX)를 포함할 수 있다.
도 6에 도시된 제어부에 있어서, 다수의 인버터들(N개의 인버터들)은 직렬로 연결될 수 있으며, 각 인버터의 출력 단자가 멀티플렉서(MUX)의 다수의 입력 단자에 연결될 수 있다. 인버터의 개수는 멀티플렉서(MUX)의 입력 단자의 개수와 대응될 수 있다.
멀티플렉서(MUX)는 k 비트(k bits)의 선택 입력 단자를 더 포함할 수 있으며, N개의 입력 단자를 수신하고, 2개의 출력 단자를 갖는다. 멀티플렉서(MUX)는 선택 입력 단자로 인가된 선택 입력에 응답하여 N개의 입력 신호들 중 선택적으로 2개의 출력 신호를 출력할 수 있다. 구체적으로, 멀티플렉서(MUX)는 다수의 인버터로부터 다수의 지연 신호들을 입력받고, 선택 입력 단자로 인가된 선택 입력에 응답하여 제1 지연 신호(t1)와 t2 지연 신호(t2)를 출력할 수 있다. 여기서, 제1 지연 신호(t1)은 t0 시간에서 시작하는 신호가 t1 시간 만큼 시간 지연된 지연 신호이고, 제2 지연 신호(t2)는 t0 시간에서 시작하는 신호가 t2 시간 만큼 지연된 지연 신호이다.
도 6에 도시된 제어부로부터 생성된 제1 지연 신호(t1)와 제2 지연 신호(t2)가 도 3에 도시된 스위치부(330)로 제공되면, 스위치부(330)는 t1 시간에서 스위치부(330)가 오프되고, t2 시간에서 스위치부(330)가 온될 수 있다. 따라서, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, t1 시간부터 t2 시간까지는 스위치부(330)는 오프(off)되어 수신 안테나(310)와 저잡음 증폭기(350) 사이가 오픈되고, t2 시간 이후부터는 수신 안테나(310)와 저잡음 증폭기(350) 사이가 단락될 수 있다.
이상에서 실시 형태들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 포함되며, 반드시 하나의 실시 형태에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 형태에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 형태들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 형태들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시 형태를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 형태의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 형태에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 송신기
300: 수신기
330: 스위치부

Claims (7)

  1. 임펄스 송신신호를 송신하는 송신기와, 송신된 상기 임펄스 송신신호가 타겟에 의해 반사되어 되돌아오는 임펄스 반사신호를 수신하는 수신기를 포함하는 임펄스 송수신기로서,
    상기 수신기는 수신 안테나, 저잡음 증폭기 및 상기 수신 안테나와 상기 저잡음 증폭기 사이에 연결된 스위치부를 포함하고,
    상기 스위치부는 상기 임펄스 송신신호에 의해 상기 수신 안테나로 누설되는 누설 임펄스 신호가 상기 저잡음 증폭기로 전달되는 것을 차단하고, 상기 수신 안테나를 통해 수신되는 상기 임펄스 반사신호를 상기 저잡음 증폭기로 전달하고,
    상기 스위치부의 온(on) 또는 오프(off)를 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는, 직렬 연결된 다수의 인버터; 및 상기 다수의 인버터 각각의 출력 단자와 연결되는 다수의 입력 단자를 갖는 멀티플렉서;를 포함하고,
    상기 멀티플렉서는 k 비트의 선택 입력 단자로 인가된 선택 입력에 응답하여 제1 지연 신호와 제2 지연 신호를 출력하고,
    상기 제1 지연 신호는 상기 스위치부를 오프시키기 위한 제어신호로서, 상기 임펄스 송신신호가 송출된 시간(to)에서 시작하는 신호가 t1 시간만큼 지연된 지연신호이고,
    상기 제2 지연 신호는 상기 스위치부를 온시키기 위한 제어신호로서, 상기 임펄스 송신신호가 송출된 시간(to)에서 시작하는 신호가 t2 시간만큼 지연된 지연신호이고,
    상기 스위치부는 상기 t1 시간부터 상기 t2 시간까지 오프되는, 임펄스 송수신기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위치부는 상기 누설 임펄스 신호가 입력되는 시간 구간에서는 상기 수신 안테나와 상기 저잡음 증폭기를 전기적으로 분리시키고, 상기 누설 임펄스 신호가 입력되는 시간 구간이 지나면 상기 수신 안테나와 상기 저잡음 증폭기 사이를 전기적으로 연결시키는, 임펄스 송수신기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위치부는 입력 단자와 출력 단자 사이에 연결된 하나의 스위칭 소자를 포함하는, 임펄스 송수신기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위치부는 다수의 스위칭 소자를 포함하고,
    상기 다수의 스위칭 소자는 제1 트랜지스터와 제2 트랜지스터를 포함하고,
    상기 제1 트랜지스터의 소스 단자가 상기 스위치부의 입력 단자가 되고, 상기 제1 트랜지스터의 드레인 단자가 상기 스위치부의 출력 단자가 되고, 상기 제2 트랜지스터의 소스 단자는 접지에 연결되고, 상기 제2 트랜지스터의 드레인 단자는 상기 제1 트랜지스터의 출력 단자에 병렬 연결된, 임펄스 송수신기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위치부는 다수의 스위칭 소자 및 다수의 전자부품을 포함하고,
    상기 스위치부의 입력 단자와 출력 단자 사이에 상기 다수의 스위칭가 연결되고,
    상기 다수의 스위칭 소자는 제1 내지 제4 트랜지스터를 포함하고, 다수의 전자부품은 제1 내지 제3 저항을 포함하고,
    상기 제1 트랜지스터의 드레인 단자는 상기 입력 단자에 연결되고, 소스 단자는 상기 제3 트랜지스터의 드레인 단자와 연결되고,
    상기 제3 트랜지스터의 소스 단자는 상기 출력 단자에 연결되고,
    상기 제2 트랜지스터의 드레인 단자는 상기 제1 트랜지스터의 소스 단자 또는 상기 제3 트랜지스터의 드레인 단자에 연결되고,
    상기 제2 트랜지스터의 소스 단자는 접지에 연결되고,
    상기 제4 트랜지스터의 드레인 단자는 상기 제3 트랜지스터의 소스 단자 또는 상기 출력 단자에 연결되고,
    상기 제4 트랜지스터의 소스 단자는 접지에 연결되고,
    상기 제1 내지 제4 트랜지스터의 게이트 단자에는 상기 제2 저항이 직렬 연결되고, 바디 단자에는 상기 제3 저항이 직렬 연결되고,
    상기 제1 저항은 상기 입력 단자와 접지 사이에 연결된, 임펄스 송수신기.
  6. 삭제
  7. 삭제
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