KR102483640B1 - 주파수 보정 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

주파수 보정 장치 및 방법이 제공된다. 주파수 보정 장치는 외부에서 공급되는 채널 주파수 기준(reference) 신호와 수신기 내부 발진기의 고유 발진 신호 간의 주파수 차이를, 발진기에서 생성된 상호 복조 신호(Intermodulation signal)의 포락선을 통해 추출할 수 있고, 해당 포락선에 기초하여 발진기의 고유 발진 주파수를 조절함으로써 상술한 주파수 차이를 최소화할 수 있다.

Description

주파수 보정 방법 및 장치{DEVICE AND METHOD TO CALIBRATE FREQUENCY}
이하, 주파수를 보정하는 방법 및 장치가 제공된다.
초재생수신기(SRR, Super-regenerative Receiver)는 적당한 수신감도를 지니고, 저비용으로 쉽게 구현할 수 있는 수신기로 알려져 있다. 초재생수신기는 원격제어 장난감이나 정보 시스템 및 감시 장치등과 같은 분야에 폭넓게 응용되어 왔다.
초재생수신기는 발진기의 시동시간(start-up time)에 따라 신호를 검출한다. 발진기의 시동시간은 안테나에서 수신한 신호의 파워와 주파수에 기초한다. 발진기는 또한 입력 신호가 없는 경우에도 발진기에 설정된 DC 바이어스의 크기에 따라 열잡음(thermal noise)으로 인해 매우 천천히 발진할 수 있다.
일 실시예에 따르면 주파수 보정 장치는 발진 신호(oscillation signal) 및 외부 신호(external signal)에 기초하여 입력 신호(input signal)를 생성하는 입력 신호 생성부; 상기 입력 신호의 포락선 신호(envelope signal)를 검출하는 포락선 검출부(envelope detector); 및 상기 포락선 신호의 포락선 주파수(envelope frequency)에 기초하여 상기 발진 신호의 발진 주파수(oscillation frequency)를 조절하는 주파수 조절부(frequency tuner)를 포함할 수 있다.
상기 입력 신호 생성부는, 발진기가 상기 발진 신호 및 상기 외부 신호가 혼변조(inter-modulated)된 신호를 상기 입력 신호로서 생성하도록 설정된 이득(gain)으로 상기 외부 신호를 증폭하는 증폭기(amplifier)를 포함할 수 있다.
상기 입력 신호 생성부는, 상기 입력 신호가 상기 외부 신호 및 상기 발진 신호가 혼변조된 신호가 아닌 것으로 판단되는 경우에 응답하여, 상기 이득을 조절하는 이득 제어부(gain controller)를 더 포함할 수 있다.
상기 주파수 조절부는, 상기 포락선 신호의 상기 포락선 주파수가 임계 주파수(threshold frequency) 이하가 되도록 상기 발진 신호의 상기 발진 주파수를 조절할 수 있다.
상기 입력 신호 생성부는, 인덕터(inductor) 및 커패시터(capacitor)를 포함하고, 상기 인덕터 및 상기 커패시터에 의해 결정된 발진 주파수에서 동작하도록 구성된 발진기(oscillator)를 포함하고, 상기 발진기는, 상기 입력 신호로서 상기 외부 주파수를 가지는 인젝션 락킹된 신호(injection locked signal), 상기 발진 주파수를 가지는 고유 발진 신호(natural oscillation signal), 및 상기 외부 주파수 및 상기 발진 주파수 간의 주파수 차이(frequency difference)를 가지는 혼변조된 신호(inter-modulated signal) 중 하나를 상기 외부 신호의 외부 주파수 및 상기 발진 주파수에 기초하여 생성할 수 있다.
상기 커패시터는, 복수의 커패시터들로 구성되는 커패시터 뱅크를 포함하고, 상기 주파수 조절부는, 상기 커패시터 뱅크에 대한 제어 코드(control code)를 결정함으로써 상기 커패시터의 커패시턴스를 제어하고, 상기 발진 주파수를 조절하여 상기 포락선 신호의 포락선 주파수를 감소시킬 수 있다.
상기 커패시터는, 제어 코드에 따라 제1 커패시턴스 단위(first capacitance unit)로 스윕(sweep)될 수 있는 제1 커패시터 뱅크; 및 상기 제어 코드에 따라 제2 커패시턴스 단위(second capacitance unit)로 스윕될 수 있는 제2 커패시터 뱅크를 포함하고, 상기 제1 커패시턴스 단위는 상기 제2 커패시턴스 단위보다 클 수 있다.
상기 주파수 조절부는, 상기 포락선 신호에서 직류 신호(direct current signal)를 제거하여 교류 신호(alternating current signal)를 추출하는 직류 제거부(direct current remover); 상기 교류 신호를 증폭하는 증폭기; 상기 증폭된 교류 신호가 임계 크기(threshold magnitude)를 초과하는 횟수(number)를 마스크 시간(mask time) 동안 카운트(count)하는 카운터(counter); 및 상기 카운트된 횟수에 기초하여 상기 발진 주파수를 조절하는 비교기(comparator)를 포함할 수 있다.
주파수 보정 장치는 상기 조절된 발진 주파수를 이용하여 외부로 신호를 전송하는 송신부를 더 포함할 수 있다.
상기 입력 신호 생성부는, 상기 외부 신호의 주파수 채널(frequency channel)이 정의되어 있는 경우에 응답하여, 상기 주파수 채널에 대해 설정된 타겟 주파수로 상기 발진 주파수를 초기화할 수 있다.
주파수 보정 장치는 상기 주파수 보정 장치의 적어도 일부의 온도를 측정하는 온도 측정부를 더 포함하고, 상기 주파수 조절부는, 상기 측정된 온도가 임계 온도(threshold temperature)를 초과하는 경우에 응답하여, 상기 포락선 신호를 검출하여 상기 발진 주파수를 다시 조절할 수 있다.
일 실시예에 따른 주파수 보정 방법은 발진 신호 및 외부 신호에 기초하여 입력 신호를 생성하는 단계; 상기 입력 신호의 포락선 신호를 검출하는 단계; 및 상기 포락선 신호의 포락선 주파수에 기초하여 상기 발진 신호의 발진 주파수를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
주파수 보정 방법은 상기 외부 신호를 이득으로 증폭하는 단계; 상기 포락선 신호로부터 상기 포락선 주파수가 검출되지 않는 경우에 응답하여 상기 이득을 조정하는 단계; 및 상기 포락선 주파수가 검출될 때까지 상기 이득의 조정을 반복하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 발진 주파수를 조절하는 단계는, 상기 포락선 주파수가 임계 주파수 이하가 되도록 상기 발진 주파수를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 발진 주파수를 조절하는 단계는, 발진기의 커패시턴스를 변경하여 상기 발진 주파수를 조절하는 단계; 상기 포락선 주파수가 검출되지 않을 때까지 상기 커패시턴스를 순차적으로 변경하는 단계; 포락선 주파수가 검출되지 않는 커패시턴스로 변경되기 직전에 설정된 커패시턴스에서 검출되는 포락선 주파수가 임계 주파수를 초과하는 경우에 응답하여 상기 외부 신호를 증폭하기 위한 이득을 조정하는 단계; 및 상기 포락선 주파수가 검출되지 않는 커패시턴스로 조절하기 직전에 설정된 커패시턴스에서 검출되는 포락선 주파수가 임계 주파수 이하인 경우에 응답하여 상기 커패시턴스를 유지하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 발진 주파수를 조절하는 단계는, 발진기에 포함된 제1 커패시터 및 제2 커패시터 중 적어도 하나의 커패시턴스를 변경하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 커패시턴스를 변경하는 단계는, 상기 포락선 주파수가 검출되지 않을 때까지 상기 제1 커패시터의 커패시턴스를 순차적으로 변경하는 단계; 포락선 주파수가 검출되지 않는 커패시턴스로 변경되기 직전에 변경되었던 커패시턴스로 상기 제1 커패시터가 설정된 상태에서, 상기 포락선 신호로부터 검출되는 포락선 주파수가 제1 임계 주파수를 초과하는 경우에 응답하여 상기 외부 신호를 증폭하기 위한 이득을 조정한 후에 상기 제1 커패시터의 커패시턴스를 다시 변경하는 단계; 포락선 주파수가 검출되지 않는 커패시턴스로 변경되기 직전에 변경되었던 커패시턴스로 상기 제1 커패시터가 설정된 상태에서, 상기 포락선 신호로부터 검출되는 포락선 주파수가 제1 임계 주파수 이하인 경우에 응답하여, 상기 포락선 주파수가 검출되지 않을 때까지 상기 제2 커패시터의 커패시턴스를 순차적으로 변경하는 단계; 포락선 주파수가 검출되지 않는 커패시턴스로 변경되기 직전에 변경되었던 커패시턴스로 상기 제2 커패시터가 설정된 상태에서, 상기 포락선 신호로부터 검출되는 포락선 주파수가 제2 임계 주파수를 초과하는 경우에 응답하여 상기 외부 신호를 증폭하기 위한 이득을 조정한 후에 상기 제2 커패시터의 커패시턴스를 다시 변경하는 단계; 및 포락선 주파수가 검출되지 않는 커패시턴스로 변경되기 직전에 변경되었던 커패시턴스로 상기 제2 커패시터가 설정된 상태에서, 상기 포락선 신호로부터 검출되는 포락선 주파수가 제2 임계 주파수 이하인 경우에 응답하여, 상기 제1 커패시터 및 상기 제2 커패시터의 커패시턴스를 유지하는 단계를 포함할 수 있다.
주파수 보정 방법은 발진기에 포함된 커패시터를 상기 커패시턴스의 최대 커패시턴스의 중심값(center value)으로 초기화(initialize)하는 단계; 및 상기 외부 신호에 대한 이득을 증폭기의 최대 이득(max gain)으로 초기화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
주파수 보정 방법은 상기 외부 신호에 대응하는 타겟 채널이 주어진 경우에 응답하여, 상기 발진 주파수를 기저대역 주파수(baseband frequency)를 이용하여 코어스하게 초기화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 주파수 보정 시스템의 개괄적인 구성을 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 주파수 보정 장치에서의 외부 신호의 크기에 따른 입력 신호의 모드들을 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 주파수 보정 장치에서 외부 신호의 크기 변화에 따른 입력 신호의 변화를 도시한다..
도 4는 일 실시예에 따른 주파수 보정 장치에 포함된 발진기의 커패시터 크기 변경에 따른 포락선 신호의 포락선 주파수를 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6은 증폭기의 이득 가변 여부에 따른 각 단(stage)에서의 신호의 파워 레벨(power level)을 도시한다.
도 7은 일 실시예에 따른 주파수 보정 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 8 내지 도 11은 일 실시예에 따른 주파수 보정 장치의 세부적인 구성을 도시한 블록도이다.
도 12는 일 실시예에 따른 주파수 보정 방법을 도시한 흐름도이다.
도 13 내지 도 14는 일 실시예에 따른 주파수 보정 방법의 세부 과정을 도시한 흐름도이다.
도 15 내지 도 17은 일 실시예에 따른 주파수 보정 장치에 있어서 발진기를 구성하는 커패시터 뱅크의 제어를 설명하는 도면이다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수 개의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 일 실시예에 따른 주파수 보정 시스템의 개괄적인 구성을 도시한다.
주파수 보정 시스템(100)은 주파수 보정 장치(110) 및 신호 송신 장치(190)를 포함한다.
신호 송신 장치(190)는 외부 신호를 생성하고, 생성된 외부 신호를 주파수 보정 장치(110)로 안테나를 통해 송신할 수 있다. 외부 신호는 외부 주파수(fext)를 가지는 신호를 나타낼 수 있다. 신호 송신 장치(190)는 외부 주파수(fext)에서 발진하는 전압제어발진기(VCO, voltage-controlled oscillator), 및 발진기(VCO)의 출력을 증폭하는 증폭기(PA, power amplifier) 등을 포함할 수 있다. 외부 신호의 외부 주파수는 신호 송신 장치(190)의 발진기(VCO)에 의해 결정될 수 있다.
주파수 보정 장치(110)는 증폭기(111), 발진기(112), 커패시터(113) 및 포락선 검출기(114) 등을 포함할 수 있다.
증폭기(111)는 외부의 신호 송신 장치(190)로부터, 주파수 보정 장치(110)의 안테나를 통해 수신된 외부 신호를 증폭할 수 있다. 일 실시예에 따르면 증폭기(111)의 이득은 조절될 수 있으며, 이득에 따라 외부 신호를 감소시킬 수도 있으며, 하기에서 설명한다.
발진기(112)는 증폭된 외부 신호 및 발진 신호에 기초하여 입력 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 발진기(112)는 디지털 제어되는 발진기(DCO, digitally controlled oscillator)일 수 있다. 발진 신호의 고유 발진 주파수(natural oscillation frequency)인 발진 주파수(fDCO) 는 커패시터(113)에 기초하여 결정될 수 있다. 커패시터(113)는 발진기(112)의 발진 주파수(fDCO)를 설정하도록 구성된 LC 탱크(LC tank)에 포함된 커패시터를 포함할 수 있고, 이 경우 발진 주파수(fDCO)는 LC 탱크의 공진 주파수(resonant frequency)를 나타낼 수 있다. 입력 신호의 주파수는, 외부 신호의 크기 및 발진 신호의 크기에 기초하여 결정되는 모드에 따라, 외부 신호의 외부 주파수(fext), 발진 신호의 발진 주파수(fDCO) 및 외부 주파수(fext) 및 발진 주파수(fDCO)가 혼합된 주파수(예를 들어, 외부 신호 및 발진 신호가 혼변조된 신호의 주파수) 중 하나로 결정될 수 있다. 하기에서 설명한다. 도 1에서 커패시터(113)는 설명의 편의를 위하여 발진기(112)와 분리되어 도시되었으나, 실시예에 따라서는 발진기(112) 내에 내장될 수도 있다.
이하, 본 명세서에서 발진 주파수는 발진기의 동작 주파수로서, 발진기 본연의 고유 발진 주파수(natural oscillation frequency)를 나타낼 수 있다.
포락선 검출부(114)는 발진기(112)로부터 생성된 입력 신호의 포락선에 대응하는 포락선 신호를 추출할 수 있다. 포락선 신호의 포락선 주파수는 입력 신호의 모드에 따라 임계 주파수 이하의 주파수(예를 들어, 0Hz)이거나, 외부 주파수(fext) 및 발진 주파수(fDCO)의 차이인 주파수 차이(frequency difference)일 수 있다. 입력 신호의 모드에 따른 포락선 신호의 포락선 주파수는 하기에서 설명한다.
일 실시예에 따른 주파수 보정 장치(110)는 초재생 발진기(SRO, super regenerative oscillator) 및 초재생 수신기(SRR, super regenerative receiver)에 적용될 수 있다. 주파수 보정 장치(110)는 초재생 수신기가 동작하는 도중에도 연속적으로 초재생 발진기의 동작 주파수(예를 들어, 발진 주파수)를 동적으로 제어할 수 있다. 아울러, 주파수 보정 장치(110)는 PLL(Phase Locked Loop) 방식에서 발생할 수 있는 채널 주파수(channel frequency)의 드리프트(drift)를 방지할 수 있다. 아울러, 주파수 보정 장치(110)는 저전력에서 동작할 수 있고, 칩 크기(chip size)가 최소화될 수 있다. 더 나아가, 주파수 보정 장치(110)는 TCXO(Temperature Compensated Crystal Oscillator)가 필요 없이 동작할 수 있는 바, BOM(bill of material)이 최소화될 수 있으면서도 정교한 주파수 보정이 보장될 수 있다. 일 실시예에 따른 주파수 보정 장치는 예를 들어, 100 ppm 수준의 정확도를 나타낼 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 주파수 보정 장치에서의 외부 신호의 크기에 따른 입력 신호의 모드들을 도시한다.
외부 신호의 크기에 따라서 입력 신호의 모드들은 3개로 분류될 수 있다. 도 2에서 x축은 외부 신호에 포함된 입력 캐리어 파워(Input Carrier Power)의 크기를 나타낼 수 있고, y축은 외부 신호 및 발진 신호에 기초한 발진기의 출력인 입력 신호의 스윙(swing)을 나타낼 수 있다. x축의 단위는 dBm이고, y축의 단위는 예시적으로 전압의 단위인 V일 수 있으나, 이로 한정하는 것은 아니다.
도 2에 도시된 바와 같이, 외부 신호의 크기, 예를 들어, 입력 캐리어 파워가 증가함에 따라 외부 신호 및 발진 신호에 기초하여 생성된 입력 신호의 형태가 점진적으로 좌측의 형태로부터 우측의 형태로 변화될 수 있다.
도 2의 좌측은 외부 신호의 크기가 발진 신호의 크기에 비해 작은 경우에 생성되는 제1 모드의 입력 신호(221)를 나타낼 수 있다. 제1 모드의 입력 신호(221)의 입력 주파수는 발진기에 포함된 LC 탱크에 기초하여 결정되는 발진 주파수를 나타낼 수 있다. 이러한 제1 모드의 입력 신호(221)에서는 포락선이 직류(DC, direct current) 형태로 나타나는 바, 제1 모드의 입력 신호(221)는 포락선 신호(211)의 포락선 주파수가 0 또는 0에 가까운 값으로 나타날 수 있다. 따라서, 제1 모드의 입력 신호(221)는 발진 신호의 발진 주파수를 주 성분으로 가지고, AM(amplitude modulation)가 없을 수 있다.
도 2의 중간은 외부 신호의 크기와 발진 신호의 크기 간의 차이가 임의의 범위 내인 경우에 생성되는 제2 모드의 입력 신호(222)를 나타낼 수 있다. 제2 모드의 입력 신호(222)의 입력 주파수는 발진기에 포함된 LC 탱크에 기초하여 결정되는 발진 주파수에 대응하는 신호 성분을 포함할 수 있다. 더 나아가, 제2 모드의 입력 신호(222)는 발진 주파수 및 외부 주파수가 혼변조된 포락선 주파수에 대응하는 신호 성분(예를 들어, 포락선 신호(212))을 더 포함할 수 있다. 이와 같이, 제2 모드의 입력 신호(222)는 발진 주파수의 신호 성분 및 발진 주파수 및 외부 주파수 간의 주파수 차이를 가지는 신호 성분을 모두 포함하는 신호로서, 외부 신호 및 발진 신호가 AM된 신호일 수 있다. 예를 들어, 제2 모드의 입력 신호(222)에서 나타나는 포락선 신호(212)의 포락선 주파수는 발진 주파수 및 외부 주파수 간의 주파수 차이를 나타낼 수 있다.
도 2의 우측은 입력 신호의 크기가 발진 신호의 크기에 비해 큰 경우에 생성되는 제3 모드의 입력 신호(223)를 나타낼 수 있다. 제3 모드의 입력 신호(223)의 입력 주파수는 외부 신호의 외부 주파수를 나타낼 수 있다. 이러한 제3 모드의 입력 신호(223)에서는 포락선 신호(213)가 직류 형태로 나타나는 바, 제3 모드의 입력 신호(223)도 제1 모드의 입력 신호(221)와 유사하게 포락선 주파수가 0 또는 0에 가까운 값으로 나타날 수 있다. 따라서, 제3 모드의 입력 신호(223)는 외부 신호의 외부 주파수를 주 성분으로 가질 수 있다. 예를 들어, 제3 모드의 입력 신호(223)는 외부 신호에 대해 인젝션 락킹된(injection locked) 신호일 수 있다. 제3 모드의 입력 신호(223)는 AM이 없는 신호일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 주파수 보정 장치는 외부 신호에 대한 이득을 적절하게 조절하여, 제2 모드의 입력 신호(222)를 생성할 수 있다. 주파수 보정 장치는 제2 모드의 입력 신호(222)에 대한 포락선 신호(212)를 추출하고, 추출된 포락선 신호(212)의 포락선 주파수가 0이 되도록 발진 주파수를 조절함으로써 주파수 보정 장치의 발진 주파수를 외부 주파수에 동기화할 수 있다. 제2 모드의 입력 신호(222)에 있어서, 해당 입력 신호의 포락선 주파수는 외부 신호 및 발진 신호 간의 주파수 차이를 나타내므로, 주파수 보정 장치는 포락선 주파수가 0이 되도록 조절함으로써, 발진 신호의 발진 주파수를 외부 신호의 외부 주파수와 동일해지도록 동적으로 조절할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 주파수 보정 장치에서 외부 신호의 크기 변화에 따른 입력 신호의 변화를 도시한다.
도 3은 외부 신호의 크기 및 발진 신호의 크기 간의 차이가 임의의 범위 안에 있는 경우로서, 입력 신호들(311, 312, 313, 314, 315, 316, 317)이 제2 모드로서 생성될 수 있다. 입력 신호들(311, 312, 313, 314, 315, 316, 317)은 발진 신호 및 외부 신호가 혼변조된 신호로서 생성될 수 있다. 예를 들어, 도 3은 화살표 방향을 따라서, 외부 신호의 크기가 증가함에 따른 입력 신호들(311, 312, 313, 314, 315, 316, 317) 및 해당 입력신호에 대한 포락선 신호(321, 322, 323, 324, 325, 326, 327)를 도시한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 외부 신호의 크기가 증가할 수록, 포락선 신호(321, 322, 323)의 포락선 주파수가 점차 감소하다가, 외부 신호가 특정 크기인 경우에는 포락선 신호(324)의 포락선 주파수가 0이 되고, 이후 외부 신호의 크기가 더욱 증가하면 다시 포락선 신호(325, 326, 327)의 포락선 주파수가 점차 증가할 수 있다.
하기에서는 주파수 보정 장치가 포락선 주파수를 최소화(예를 들어, 포락선 주파수를 0 또는 0에 가까운 값으로 조절)하는 세부 과정을 상세히 설명한다.
도 4는 일 실시예에 따른 주파수 보정 장치에 포함된 발진기의 커패시터 크기 변경에 따른 포락선 신호의 포락선 주파수를 도시한 도면이다.
포락선 주파수가 락킹 범위(locking range)(410) 내인 경우에, 주파수 보정 장치는 외부 신호의 외부 주파수(fEXT)를 추적할 수 있다. 예를 들어, 락킹 범위(410)는 외부 주파수(fEXT) 및 발진 주파수(fDCO) 간의 차이인 포락선 주파수가 +50Mhz 내지 -50Mhz 이내인 범위를 나타낼 수 있다. 주파수 보정 장치는 포락선 주파수가 락킹 범위(410) 내인 경우, 포락선 주파수가 미리 설정한 임계 주파수(440) 내가 되도록 커패시터 크기를 변경함으로써, 발진기의 발진 주파수를 외부 주파수와 동일해지도록 조절할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 외부 신호의 크기 및 발진 신호의 크기에 따라 발진기의 커패시터 크기 대비 발진 주파수(fDCO) 간의 관계가 달라질 수 있다. 예를 들어, 도 4의 각 선(line)은 발진 주파수 변화에 따른 포락선 신호의 포락선 주파수 변화 양상을 나타낼 수 있고, 외부 신호의 크기에 따라 각 포락선 주파수 변화 양상의 형태가 달라질 수 있다. 도 4에 도시된 3개의 선은, 서로 다른 외부 신호의 크기에 있어서, 포락선 신호의 포락선 주파수 변화 양상을 예시적으로 도시한 것이다.
도 4의 y축은 포락선 신호의 포락선 주파수로서 단위는 Hz이고, 도 4의 x축은 주파수 보정 장치에 포함된 커패시터 크기로서 단위는 fF일 수 있고, 해당 커패시터 크기에 따라 발진기의 발진 주파수(fDCO)가 결정될 수 있다. 다만, 커패시터의 단위가 이로 한정하는 것은 아니고, pF 등과 같이 다양한 스케일에서 커패시터 크기 변경이 고려될 수 있다. 예를 들어, 외부 신호의 크기가 점차적으로 증가되면, 커패시터 크기 대비 포락선 주파수 간의 관계 그래프의 형태(예를 들어, 포락선 주파수 변화 양상)가 제1 방향(420)을 따라 점차적으로 변형될 수 있다.
예를 들어, 외부 신호의 크기가 증가할 수록, 발진 신호의 발진 주파수(fDCO)가 외부 주파수(fEXT)와 동일한 주파수가 아니면서도, 입력 신호의 주파수가 외부 주파수(fEXT)에 동조되는 인젝션 락킹 구간(450)이 증가될 수 있다. 인젝션 락킹 구간(450)에서는 발진기의 입력 주파수가 외부 신호 또는 발진 신호에 동조되어 포락선 신호가 나타나지 않으므로, 포락선 주파수가 0으로 나타날 수 있다.
아울러, 주파수 보정 장치가 외부 신호에 대한 이득을 임의의 값으로 고정할 경우, 해당 이득에 대응하는 커패시터 크기 대비 포락선 주파수 간의 관계에 따라 포락선 주파수가 결정될 수 있다. 예를 들어, 주파수 보정 장치가 발진기의 커패시터의 크기를 임의의 커패시턴스 크기로 변경하면, 현재 선택된 이득에 대응하는 커패시터 크기 대비 포락선 주파수 간의 관계를 나타내는 포락선 주파수 변화 양상을 따라 제2 방향(430)으로 포락선 주파수가 변경될 수 있다. 예를 들어, 주파수 보정 장치가 발진기의 커패시터의 크기를 단계적으로 증가시키면, 포락선 주파수는 현재 선택된 이득에 대응하는 포락선 주파수 변화 양상을 따라 단계적으로 감소되면서 0이 되었다가, 다시 단계적으로 증가될 수 있다.
여기서, 주파수 보정 장치는 가능한 발진 주파수(fDCO) 및 외부 주파수(fEXT) 간의 차이가 최소화되도록, 예를 들어 포락선 주파수가 0이 되도록 발진기의 커패시터를 변경하는 것이 목표이다. 해당 목표를 달성하기 위하여 주파수 보정 장치는 포락선 주파수가 미리 정한 임계 주파수(440) 이하가 되도록 발진기의 커패시터를 설정할 수 있다. 여기서 포락선 주파수가 미리 정한 임계 주파수 이하인 구간(441)은 주파수 보정 장치에 의해 발진 주파수(fDCO) 및 외부 주파수(fEXT) 간의 차이가 최소화된 구간을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 포락선 주파수가 미리 정한 임계 주파수 이하인 구간(441)에서는 발진 주파수(fDCO) 및 외부 주파수(fEXT) 간의 차이가 100 ppm (parts per million) 미만일 수 있다.
도 5 및 도 6은 증폭기의 이득 가변 여부에 따른 각 단(stage)에서의 신호의 파워 레벨(power level)을 도시한다.
도 5은 증폭기의 이득이 고정된 경우에 각 단에서의 파워 레벨을 도시한 것이고, 도 6은 증폭기의 이득이 가변될 수 있는 경우에 각 단에서의 파워 레벨을 도시한 것이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 신호 송신 장치의 VCO 단(예를 들어, 신호 송신 장치의 발진기), PA 단(예를 들어, 신호 송신 장치의 증폭기), TX ANT 단(예를 들어 신호 송신 장치의 안테나), Path Loss 단(예를 들어, 신호 송신 장치 및 주파수 보정 장치 간의 채널), RX ANT 단(예를 들어, 주파수 보정 장치의 안테나)까지는 채널 상태(channel status)에 따라 신호의 파워 레벨이 결정될 수 있다. 도 5 및 도 6에서 LNA 단 이전의 구간에서는, 증폭기의 이득과 무관하게 외부 신호가 최초에 생성된 크기에 따라, 각 단에서의 신호의 파워 레벨이 결정될 수 있다.
다만, 도 5에서는 증폭기의 이득이 고정되어 있는 바, 주파수 보정 장치의 LNA 단(예를 들어, 주파수 보정 장치의 증폭기) 이후로 주파수 보정 장치의 발진기로 입력되는 외부 신호의 크기에 따라 인젝션 락킹 구간이 나타날 수 있다. 여기서, 인젝션 락킹 구간은 발진기에 의해 생성되는 입력 신호의 주파수가 외부 신호의 주파수에 동기화되는 범위 및 구간을 나타낼 수 있다. 도 5에 도시된 구조에서는 주파수 보정 장치의 증폭기의 이득이 조정될 수 없는 바, 발진기에 의해 생성된 입력 신호로부터 추출된 포락선 신호의 포락선 주파수에서 인젝션 락킹 구간이 나타날 수 있다.
이와 달리, 도 6에서는 증폭기의 이득이 조정될 수 있는 바, 주파수 보정 장치는 LNA 단 이후로 외부 신호가 발진기로 입력되는 파워 레벨을 조정함으로써, 인젝션 락킹 범위를 최소화할 수 있다.
예를 들어, 주파수 보정 장치는 외부 신호에 대한 증폭기의 이득을 조정함으로써, 인젝션 락킹을 방지할 수 있다. 주파수 보정 장치는 외부 신호에 대한 이득을 조정함으로써, 외부 신호 및 발진 신호에 기초하여 발진기에 의해 생성되는 입력 신호가 샤프(sharp)한 주파수 선택 특성(frequency selectivity characteristic)을 나타내는 제2 모드(예를 들어, 혼변조 모드(inter-modulation mode))에 있도록 유지할 수 있다. 아울러, 주파수 보정 장치는 외부 신호의 크기와 무관하게 발진기에서 생성되는 입력 신호의 모드를 조정(예를 들어, 제2 모드로 유지)할 수 있다. 더 나아가, 주파수 보정 장치는 외부 신호의 크기가 통신 도중에 변화하더라도, 동적으로 외부 신호에 대한 이득을 조정함으로써 입력 신호의 모드를 조정(예를 들어, 제2 모드로 유지)할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 주파수 보정 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
주파수 보정 장치(700)는 입력 신호 생성부(710), 포락선 검출부(720), 및 주파수 조절부(730)를 포함한다.
입력 신호 생성부(710)는 발진 신호(oscillation signal) 및 외부 신호(external signal) 에 기초하여 입력 신호(input signal)를 생성할 수 있다. 입력 신호 생성부(710)는, 발진기가 발진 신호 및 외부 신호가 혼변조(inter-modulated)된 신호를 입력 신호로서 생성하도록 설정된 이득(gain)으로 외부 신호를 증폭하는 증폭기(amplifier)를 포함할 수 있다. 또한, 입력 신호 생성부(710)는, 입력 신호가 외부 신호 및 발진 신호가 혼변조된 신호가 아닌 것으로 판단되는 경우에 응답하여, 이득을 조절하는 이득 제어부(gain controller)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면 입력 신호 생성부(710)는, 발진기를 포함할 수 있다. 발진기는 인덕터(inductor) 및 커패시터(capacitor)를 포함하고, 인덕터 및 커패시터에 의해 결정된 발진 주파수에서 동작하도록 구성될 수 있다. 발진기는, 입력 신호로서 외부 주파수를 가지는 인젝션 락킹된 신호(injection locked signal), 발진 주파수를 가지는 고유 발진 신호(natural oscillation signal), 및 외부 주파수 및 발진 주파수 간의 주파수 차이(frequency difference)를 가지는 혼변조된 신호(inter-modulated signal) 중 하나를 외부 신호의 외부 주파수 및 발진 주파수에 기초하여 생성할 수 있다. 예를 들어, 발진기는 초재생 발진기(SRO, super regenerative oscillator)일 수 있다. 인젝션 락킹된 신호는 제3 모드, 고유 발진 신호는 제1 모드, 혼변조된 신호는 제2 모드에 대응할 수 있다.
여기서, 발진기에 포함되는 커패시터는, 복수의 커패시터들로 구성되는 커패시터 뱅크를 포함할 수 있다. 커패시터는, 제어 코드에 따라 제1 커패시턴스 단위(first capacitance unit)로 스윕(sweep)될 수 있는 제1 커패시터 뱅크, 및 제어 코드에 따라 제2 커패시턴스 단위(second capacitance unit)로 스윕될 수 있는 제2 커패시터 뱅크를 포함할 수 있다. 제1 커패시턴스 단위는 제2 커패시턴스 단위보다 클 수 있다. 커패시터스 단위는 해당 커패시터에서 가변가능한 커패시턴스의 해상도(resolution)를 나타낼 수 있다. 커패시터 뱅크에 의한 커패시턴스 조절은 하기 도 15 내지 도 17에서 상세히 설명한다.
포락선 검출부(envelope detector)(720)는 입력 신호의 포락선 신호(envelope signal)를 검출할 수 있다. 포락선 신호는 포락선 주파수를 가지는 신호를 나타낼 수 있다. 입력 신호가 제2 모드인 경우, 입력 신호는 발진 신호 및 외부 신호가 혼변조된 신호일 수 있다. 입력 신호로부터 추출된 포락선 신호의 포락선 주파수는 발진 주파수 및 외부 주파수 간의 주파수 차이(||fDCO-fEXT||)일 수 있다.
주파수 조절부(frequency tuner)(730)는 포락선 신호의 포락선 주파수(envelope frequency)에 기초하여 발진 신호의 발진 주파수(oscillation frequency)를 조절할 수 있다. 예를 들어, 주파수 조절부(730)는 포락선 주파수가 최소화되도록 발진 주파수를 조절할 수 있다.
일 실시예에 따르면 주파수 조절부(730)는, 포락선 신호의 포락선 주파수가 임계 주파수(threshold frequency) 이하가 되도록 발진 신호의 발진 주파수를 조절할 수 있다. 주파수 조절부(730)는, 포락선 주파수에 기초하여 커패시터 뱅크에 대한 제어 코드(control code)를 결정함으로써 커패시터의 커패시턴스를 제어하고, 발진 주파수를 조절하여 포락선 신호의 포락선 주파수를 감소시킬 수 있다.
일 실시예에 따르면 주파수 조절부(730)는, 직류 제거부(direct current remover), 증폭기, 카운터(counter), 및 비교기(comparator)를 포함할 수 있다. 직류 제거부는 포락선 신호에서 직류 신호(direct current signal)를 제거하여 교류 신호(alternating current signal)를 추출할 수 있다. 증폭기는 이득이 가변 가능하도록 구성될 수 있고, 교류 신호를 증폭할 수 있다. 카운터는 증폭된 교류 신호가 임계 크기(threshold magnitude)를 초과하는 횟수(number)를 마스크 시간(mask time) 동안 카운트(count)할 수 있다. 비교기는 카운트된 횟수에 기초하여 발진 주파수를 조절할 수 있다. 예를 들어, 비교기는 카운트된 횟수가 감소되도록 발진기의 커패시터에 대한 제어 코드를 결정할 수 있다. 마스크 시간은 하기 도 10에서 설명한다.
도 8 내지 도 11은 일 실시예에 따른 주파수 보정 장치의 세부적인 구성을 도시한 블록도이다.
주파수 보정 시스템(800)은 신호 송신 장치(190) 및 주파수 보정 장치를 포함할 수 있다. 신호 송신 장치(190)는 외부 주파수(fext)를 가지는 외부 신호를 주파수 보정 장치로 송신할 수 있다.
도 8은 주파수 보정 장치가 외부로부터 외부 신호를 수신하는 수신 경로(RX path) 뿐 아니라, 외부로 신호를 송신하는 송신 경로(TX path)도 포함하는 경우의 블록도를 도시한다. 스위치(801)는 수신 경로 및 송신 경로 중 하나를 안테나에 접속시킬 수 있다.
주파수 보정 장치는 수신 경로로서, 입력 신호 생성부(710), 포락선 검출부(720), 및 주파수 조절부(730) 등을 포함할 수 있다. 수신 경로는 초재생 수신기(SRR, super regenerative receiver)에 대응할 수 있다.
입력 신호 생성부(710)는 증폭기(811), 발진기(812), 및 커패시터(813)를 포함할 수 있다.
증폭기(811)는 안테나를 통해 수신된 외부 신호를 설정된 이득으로 증폭할 수 있다. 여기서, 이득은 발진기(812)가 발진 신호 및 외부 신호가 혼변조(inter-modulated)된 신호(예를 들어, 발진 신호 또는 외부 신호 중 하나로 입력 신호가 락킹되지 않은 신호)가 입력 신호로서 생성되도록 설정될 수 있다. 예를 들어, 증폭기(811)의 이득은, 발진기(812)에서 생성되는 입력 신호가 외부 신호의 외부 주파수와 동일하지 않은 주파수를 가지도록 설정될 수 있다. 주파수 보정 장치는 증폭기(811)의 이득을 해당 증폭기(811)의 최대 이득으로 초기화함으로써, 입력 신호가 외부 주파수를 가지는 것을 방지할 수 있다. 일 실시예에 따른 증폭기(811)의 이득은 가변 가능할 수 있다. 예를 들어, 증폭기(811)는 LNA(low noise amplifier)일 수 있다. 다른 예를 들어, 증폭기(811)는 신호 피딩 증폭기(signal feeding amplifier)일 수도 있다.
발진기(812)는 증폭기(811)로부터 수신되는 증폭된 외부 신호 및 발진 신호에 기초하여 입력 신호를 생성할 수 있다. 입력 신호의 주파수는 도시된 바와 같이 발진 주파수(fDCO)를 주 성분으로 가질 수 있으나, 포락선이 포락선 주파수를 나타낼 수 있다. 발진 신호는 ??칭파생성부(QWG, Quenching wave generator)(840)로부터 출력되는 ??칭파(QW, Quenching wave) 및 발진기(812)에 포함된 커패시터(813)에 기초하여 생성될 수 있다. 본 명세서에서 발진기의 동작 주파수는 발진 주파수라고 나타낼 수 있고, 발진 주파수는 발진기의 LC 탱크에 의해 제어될 수 있다.
포락선 검출부(720)는 입력 신호 생성부(710)로부터 전달 받은 입력 신호로부터, 해당 입력 신호에 대응하는 포락선 신호를 추출할 수 있다. 포락선 신호는 도시된 바와 같이, 외부 신호 및 발진 신호 간의 주파수 차이(|fext-fDCO|)를 포락선 주파수로서 가질 수 있다. 포락선 검출부(720)에서 추출된 포락선 신호는 데이터를 포함할 수 있고, 해당 포락선 신호는 가변이득증폭기(VGA, variable gain amplifier)(850)를 통해 증폭되어, 아날로그 디지털 변환기(ADC, analog to digital converter)(860)를 통해 디지털 형태로 변환될 수 있다. 아날로그 디지털 변환기(860)는 1 비트 심볼 검출기(1-bit symbol detector)를 포함할 수 있다.
주파수 조절부(730)는 포락선 검출부(720)에서 검출된 포락선 신호에 기초하여 커패시터(813)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 주파수 조절부(730)는 커패시터(813)에 포함된 커패시터 뱅크를 제어하기 위한 제어 코드를 출력함으로써 커패시터 뱅크의 커패시턴스를 조절할 수 있고, 조절된 커패시턴스에 따라 발진기의 발진 주파수가 변경될 수 있다. 주파수 조절부(730)는 입력 신호가 혼변조 모드로 생성되도록 증폭기(811)의 이득을 조절하면서, 포락선 신호의 포락선 주파수가 임계 주파수 이하가 되도록 커패시턴스를 조절(예를 들어, 포락선 주파수가 0이 되는 제어 코드를 선택)함으로써, 발진 신호의 발진 주파수를 외부 주파수에 일치시킬 수 있다.
베이스밴드 모듈(baseband module)(870)는 주파수 보정 장치의 전반적인 동작을 제어하는 모듈(module)로서, ??칭파생성부(840)를 제어하거나, 포락선 신호를 수신하여 데이터를 처리하거나, 송신부(880)가 발진기(812)를 이용하여 신호를 외부로 송신하도록 제어할 수 있다.
송신부(880)는 주파수 보정 장치의 송신 경로로서, 상술한 과정을 통하여 조절된 발진 주파수(예를 들어, 발진기(812)의 발진 주파수는 외부 신호의 외부 주파수와 동일한 발진 주파수로 설정됨)를 이용하여 외부로 신호를 송신할 수 있다. 송신부(880)는 온오프키잉송신기(OOK TX, On Off Keying Transmitter)(881) 및 전력 증폭기(PA, power amplifier)(882)를 포함할 수 있다. 베이스밴드(870)의 제어에 따라 온오프키잉송신기(881)는 송신용 데이터를 포함하는 신호를 생성할 수 있고, 초재생발진기인 발진기(812)를 이용하여 외부로 해당 신호를 송신할 수 있다.
도 9에 도시된 주파수 보정 시스템(900)에서 신호 송신 장치(190), 증폭기(811), 발진기(812), 커패시터(813), 포락선 검출부(720), 가변이득증폭기(850), 아날로그 디지털 변환기(860)는 도 8에 도시된 신호 송신 장치(190), 증폭기(811), 발진기(812), 커패시터(813), 포락선 검출부(720), 가변이득증폭기(850), 아날로그 디지털 변환기(860)와 동일하므로 설명을 생략한다.
입력 신호 생성부(710)는 이득 제어부(914)를 더 포함할 수 있다. 이득 제어부(914)는 입력 신호가 외부 신호 및 발진 신호가 혼변조된 신호가 아닌 것으로 판단되는 경우에 응답하여, 이득을 조절할 수 있다. 상술한 바와 같이, 발진기(812)에서 생성되는 입력 신호는 외부 신호의 크기에 따라 제1 모드(예를 들어, 발진 주파수(fDCO)를 가지는 입력 신호를 생성), 제2 모드(예를 들어, 발진 주파수 및 외부 주파수가 혼변조된 입력 신호를 생성), 제3 모드(예를 들어, 입력 신호가 외부 주파수(fext)로 인젝션 락킹)로 분류될 수 있다. 여기서, 이득 제어부(914)는 입력 신호가 제2 모드를 유지하도록 이득을 조절할 수 있다. 주파수 보정 장치는 제2 모드(예를 들어 혼변조 모드)에서 주파수를 추적함으로써 100 ppm 이하의 정교한 주파수 보정을 수행할 수 있다.
주파수 조절부(730)는 직류 제거부(931), 증폭기(932), 및 비교기(934)를 포함할 수 있다. 직류 제거부(931)는 포락선 신호로부터 직류 신호(direct current signal)를 제거할 수 있다. 증폭기(932)는 직류 신호가 제거된 교류 신호를 증폭하여 비교기(934)로 전달할 수 있다. 여기서, 증폭기(932)는 레일 투 레일 증폭기(rail to rail amplifier)일 수 있다. 비교기(934)는 마스크 시간 동안 해당 교류 신호가 특정 값을 초과하는 횟수에 기초하여 추정된 포락선 주파수에 따라 커패시터(813) 및 이득 제어부(914)를 제어할 수 있다.
도 10은 포락선 신호의 포락선 주파수에 기초하여, 발진기의 발진 주파수를 코어스(coarse)하게 조절한 후에 정밀(fine)하게 조절하는 주파수 보정 장치(1000)을 도시한 블록도이다.
도 10에서 입력 신호 생성부(710), 증폭기(811), 발진기(812), 커패시터(813), 이득 제어부(914), 포락선 검출부(720), 직류 제거부(931), 증폭기(932), 가변이득증폭기(850), 아날로그 디지털 변환기(860)는 도 9에 도시된 입력 신호 생성부(710), 증폭기(811), 발진기(812), 커패시터(813), 이득 제어부(914), 포락선 검출부(720), 직류 제거부(931), 증폭기(932), 가변이득증폭기(850), 아날로그 디지털 변환기(860)와 동일하므로 설명을 생략한다.
증폭기(811)는 조절된 이득으로 외부 신호(예를 들어, 도 10에서는 RX Input)를 증폭하여 발진기(812)로 전달할 수 있다. 주파수 보정 장치(1000)의 발진기(812)는 증폭된 외부 신호 및 발진 신호에 기초하여 혼변조된 입력 신호(도 10에서는 DCO output)를 생성할 수 있다. 포락선 검출부(720)는 입력 신호의 포락선인 포락선 신호(도 10에서는 ED Output)를 추출할 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 포락선 신호는 발진기(812)에서 출력된 입력 신호의 피크 지점들의 집합으로 표현되는 신호일 수 있다. 직류 제거부(931)는 직류 신호가 제거된 교류 신호(도 10에서는 DC Block)를 생성할 수 있다. 증폭기(932)는 교류 신호의 진폭을 증폭한 신호(도 10에서는 AMP)를 생성하여 카운터(1035)로 전달할 수 있다.
카운터(1035)는 증폭된 교류 신호의 주파수를 카운트(count)할 수 있다. 예를 들어, 카운터(1035)는 증폭된 교류 신호가 임계 크기(threshold magnitude)를 초과하는 횟수(number)를 마스크 시간(mask time) 동안 카운트(count)할 수 있다. 마스크 시간은, 교류 신호의 주파수(예를 들어, 포락선 주파수)를 추정하기 위해 카운터(1035)가 교류 신호의 발진 횟수를 카운트하도록 설정된 시간 구간으로서, 베이스밴드 클럭(BB CLK, Baseband Clock)(1036)을 기초로 결정될 수 있다. 카운터(1035)는 예를 들어, 교류 신호의 피크 지점이 마스크 시간 동안 나타나는 횟수를 카운트할 수 있다. 교류 신호의 주파수는 포락선 주파수에 대응하고, 카운터(1035)는 카운트된 횟수 대비 마스크 시간으로 포락선 주파수를 계산할 수 있다.
비교기(934)는 카운터(1035)에 의해 추정된 포락선 주파수에 기초하여 이득 제어부(914), 제1 조절부(1037), 제2 조절부(1038)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 비교기(934)는 포락선 주파수가 존재하는 경우에 응답하여, 포락선 주파수가 제거되거나 감소되도록, 이득 제어부(914), 제1 조절부(1037), 제2 조절부(1038) 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 예를 들어, 비교기(934)는 발진기(812)에서 출력되는 입력 신호가 발진 신호 및 외부 신호가 혼변조된 신호가 되도록 이득 제어부(914)를 통해 증폭기(811)의 이득을 조절할 수 있다. 다른 예를 들어, 커패시터(813)가 제1 커패시턴스 단위(first capacitance unit)로 스윕(sweep)될 수 있는 제1 커패시터 및 제2 커패시턴스 단위(second capacitance unit)로 스윕될 수 있는 제2 커패시터로 구성될 수 있다. 여기서, 제1 조절부(1037)는 제1 커패시터를 제어할 수 있고, 제2 조절부(1038)는 제2 커패시터를 제어할 수 있다. 비교기(934)는 제1 조절부(1037)를 통해 커패시터의 커패시턴스를 1차적으로 코어스(coarse)하게 조절함으로써 포락선 주파수를 제1 임계 주파수(예를 들어, 2MHz) 이하로 조절할 수 있다. 이후, 비교기(934)는 제2 조절부(1038)을 통해 커패시턴스를 2차적으로 정밀(fine)하게 조절함으로써, 포락선 주파수를 제2 임계 주파수(예를 들어, 40kHz으로서 100ppm) 이하로 조절할 수 있다. 결과적으로 주파수 조절부(730)의 비교기(934)는 2단계에 걸쳐, 포락선 주파수가 임계 주파수 이하가 되도록 발진기(812)와 연결된 커패시터(813)의 커패시턴스를 조절할 수 있다.
도 11은 온도를 고려하여 주파수를 보정하는 주파수 보정 시스템(1100)의 블록도를 도시한다.
도 11에서 입력 신호 생성부(710), 증폭기(811), 발진기(812), 커패시터(813), 이득 제어부(914), 포락선 검출부(720), 제1 조절부(1037), 제2 조절부(1038), 가변이득증폭기(850), 아날로그 디지털 변환기(860)는 도 9에 도시된 입력 신호 생성부(710), 증폭기(811), 발진기(812), 커패시터(813), 이득 제어부(914), 포락선 검출부(720), 제1 조절부(1037), 제2 조절부(1038), 가변이득증폭기(850), 아날로그 디지털 변환기(860)와 동일하므로 설명을 생략한다. 도 11에서 신호 송신 장치(190)는 도 9의 신호 송신 장치(190)와 동일하므로 설명을 생략한다.
수신 디지털 베이스밴드(RX DBB, RX digital baseband)(1171)는 아날로그 디지털 변환기(860)를 통과한 데이터를 수신하여 데이터를 처리하는 모듈일 수 있다. 처리된 데이터는 데이터 버스(도 11에서는 APB BUS)를 통해 프로세서로 전달될 수 있다.
송신 디지털 베이스밴드(TX DBB, TX digital baseband)(1172)는 데이터 버스를 통해 전달 받은 신호를 송신 경로를 통해 외부로 송신하는 모듈일 수 있다. 예를 들어, 송신 디지털 데이터 베이스밴드(1172)는 온오프 키잉 데이터 시퀀스(On Off keying data sequence)(1173)를 생성할 수 있고, 송신용 증폭기(1174)를 통해 안테나로 전달하여, 외부로 해당 시퀀스(1173)를 송신할 수 있다.
주파수 조절부(730)는 제1 조절부(1037), 제2 조절부(1038)과 함께, 온도 검출부(1131), 제1 비교기(1132), 베이스밴드 클럭(1133), 제2 비교기(1134)를 더 포함할 수 있다.
온도 검출부(1131)는 주파수 보정 장치(110)의 적어도 일부의 온도를 측정할 수 있다. 예를 들어, 온도 검출부(1131)는 주파수 보정 장치(110) 내에서, 발진기의 발진 주파수에 영향이 큰 부분의 온도를 측정하도록 구성될 수 있다.
주파수 조절부(730)에 포함된 제1 비교기(1132)는 도 9에 도시된 비교기(934)와 유사한 동작을 수행할 수 있다. 더 나아가, 제1 비교기(1132)는 측정된 온도가 임계 온도(threshold temperature)를 초과하는 경우에 응답하여, 포락선 신호를 검출하여 발진 주파수를 다시 조절할 수 있다. 임계 온도는 발진기의 발진 주파수에 영향을 줄 수 있는 온도로 설정될 수 있다. 예를 들어, 임계 온도는 10도로 설정될 수 있고, 주파수 보정 장치(110)의 온도가 10도를 벗어나면 주파주 보정 장치(110)는 주파수 보정 과정이 이미 종료되었더라도, 다시 주파수 보정을 수행할 수 있다.
주파수 조절부(730)에 포함된 제2 비교기(1134)는 베이스밴드 클럭(1133)에 기초하여 제1 조절부(1037)를 통하여 발진기(812)의 발진 주파수를 조절할 수 있다. 예를 들어, 제2 비교기(1134)는 외부 신호의 주파수 채널(frequency channel)이 정의되어 있는 경우에 응답하여, 베이스밴드 클럭(1133)을 이용하여 주파수 채널에 대해 설정된 타겟 주파수로 발진 주파수를 초기화할 수 있다.
도 11에서 제1 비교기(1132)는 코어스 보정(coarse calibration) 및 정밀 보정(fine calibration)을 수행할 수 있고, 제2 비교기(1134)는 보조적인 코어스 보정(Auxiliary coarse calibration)을 수행할 수 있다. 코어스 보정은 주파수 보정 장치(110)가 증폭기(811), 발진기(812), 포락선 검출부(720), 및 제1 비교기(1132), 제1 조절부(1037)를 순차적으로 동작시키는 과정을 반복함으로써 수행할 수 있고, 1MHz 단위로 발진 주파수를 조절할 수 있다. 정밀 보정은 주파수 보정 장치(110)가 증폭기(811), 발진기(812), 포락선 검출부(720), 및 비교기, 제2 조절부(1038)를 순차적으로 동작시키는 과정을 반복함으로써 수행할 수 있고, 100ppm 단위로 발진 주파수를 조절할 수 있다. 보조적인 코어스 보정은 주파수 보정 장치(110)가 초기 상태에서 베이스밴드 클럭(1133) 및 제2 비교기(1134)를 동작시킴으로써 수행할 수 있고, 1MHz 단위로 발진 주파수를 조절할 수 있다. 아울러, 커패시터는 제1 커패시터 뱅크 및 제2 커패시터 뱅크로 구성될 수 있고, 예를 들어, 제1 커패시터 뱅크는 1MHz 단위로 스윕가능하도록 구성된 MIM(metal-insulator-metal) 커패시터일 수 있고, 제2 커패시터 뱅크는 40ppm 단위로 스윕가능하도록 구성된 버랙터 페어(varactor pair)일 수 있다.
도 12는 일 실시예에 따른 주파수 보정 방법을 도시한 흐름도이다.
우선 단계(1210)에서 주파수 보정 장치는 발진 신호 및 외부 신호에 기초하여 입력 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 주파수 보정 장치의 발진기는 발진 신호 및 외부 신호를 이용하여, 발진 신호 및 외부 신호가 혼변조된 입력 신호를 생성할 수 있다. 주파수 보정 장치는 발진 신호 및 외부 신호를 혼변조하기 위하여, 외부 신호에 대한 이득을 조절할 수 있다.
그리고 단계(1220)에서 주파수 보정 장치는 입력 신호의 포락선 신호를 검출할 수 있다. 발진 신호 및 외부 신호가 혼변조된 입력 신호의 포락선 신호는 발진 신호의 발진 주파수 및 외부 신호의 외부 주파수 간의 주파수 차이를 가질 수 있다.
이어서 단계(1230)에서 주파수 보정 장치는 포락선 신호의 포락선 주파수에 기초하여 발진 신호의 발진 주파수를 조절할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 주파수 보정 장치는 포락선 주파수가 임계 주파수 이하가 되도록 발진 주파수를 조절할 수 있다. 예를 들어, 주파수 보정 장치는 발진기의 커패시턴스를 변경하여 발진 주파수를 조절할 수 있고, 포락선 주파수가 검출되지 않을 때까지 커패시턴스를 순차적으로 변경할 수 있다. 여기서, 주파수 보정 장치는 포락선 주파수가 검출되지 않는 커패시턴스로 변경되기 직전에 설정된 커패시턴스에서 검출되는 포락선 주파수가 임계 주파수를 초과하는 경우에 응답하여 외부 신호를 증폭하기 위한 이득을 조정할 수 있다. 아울러, 포락선 주파수가 검출되지 않는 커패시턴스로 조절하기 직전에 설정된 커패시턴스에서 검출되는 포락선 주파수가 임계 주파수 이하인 경우에 응답하여 주파수 보정 장치는 커패시턴스를 유지할 수 있다. 구체적인 커패시턴스 변경 과정은 하기 도 13 및 도 14에서 상세히 설명한다.
일 실시예에 따르면, 주파수 보정 장치는 발진기에 포함된 제1 커패시터(예를 들어, 56fF MIM(metal-insulator-metal) 커패시터) 및 제2 커패시터(예를 들어, 1~2fF MOS(Metal Oxide Semiconductor) 커패시터) 중 적어도 하나의 커패시턴스를 변경할 수 있다. 예를 들어, 제1 커패시터는 1MHz 정도의 해상도로 발진 주파수를 제어하도록 구성될 수 있고, 제2 커패시터는 10~20kHz 정도의 해상도로 발진 주파수를 제어하도록 구성될 수 있다.
도 13 내지 도 14는 일 실시예에 따른 주파수 보정 방법의 세부 과정을 도시한 흐름도이다.
도 13은 외부 신호에 대응하는 타겟 채널이 주어지지 않은 경우의 주파수 보정 방법을 도시한 흐름도이다. 주파수 보정 장치는 타겟 채널이 주어지지 않았으므로, 하기 단계(1310)과 같은 초기화 과정을 수행할 수 있다.
우선, 단계(1310)에서 주파수 보정 장치는 발진기에서 출력되는 입력 신호가 혼변조된 신호가 되도록, 외부 신호에 대한 이득을 조절할 수 있다. 예를 들어, 단계(1311)에서 주파수 보정 장치는 발진기에 포함된 커패시터를 커패시턴스의 최대 커패시턴스의 중심값(center value)으로 초기화(initialize)하고, 외부 신호에 대한 이득을 증폭기의 최대 이득(max gain)으로 초기화할 수 있다. 그리고 단계(1312)에서 주파수 보정 장치는 포락선 주파수가 검출되도록 이득을 조정할 수 있다. 예를 들어, 단계(1311)에서 증폭기가 최대 이득으로 초기화되었으므로, 이득 제어부는 증폭기의 이득을 단계적으로 감소시킬 수 있다. 이어서 단계(1313)에서 주파수 보정 장치는 포락선 주파수가 0 MHz인 지 여부를 판단할 수 있다. 포락선 신호로부터 포락선 주파수가 검출되지 않는 경우에 응답하여 이득을 조정할 수 있고, 포락선 주파수가 검출될 때까지 이득의 조정을 반복할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 초기 상태에서 포락선 주파수가 검출되지 않는 경우는 발진기에서 생성되는 입력 신호가 발진 신호 또는 외부 신호에 락킹된 것일 수 있다. 주파수 보정 장치는 입력 신호에서 포락선 주파수가 검출될 때까지 외부 신호에 대한 이득을 조정함으로써, 입력 신호를 발진 신호 및 외부 신호가 혼변조된 모드로 유지할 수 있다.
그리고 단계(1320)에서 주파수 보정 장치는 발진기에 포함된 커패시터를 코어스하게 조절할 수 있다. 예를 들어, 주파수 보정 장치는 커패시터 뱅크에서 제1 커패시터 뱅크의 커패시턴스를 1차적으로 조절할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 단계(1321)에서 주파수 보정 장치는 포락선 주파수가 검출되지 않을 때까지 제1 커패시터의 커패시턴스를 순차적으로 변경할 수 있다. 예를 들어, 주파수 보정 장치는 포락선 주파수가 검출되지 않을 때까지 제1 커패시터의 커패시턴스를 순차적으로 증가시킬 수 있다. 다만, 이로 한정하는 것은 아니고, 제1 커패시터의 커패시턴스를 증가시켰는데 오히려 포락선 주파수가 증가하는 경우에는, 주파수 보정 장치가 제1 커패시터의 커패시턴스를 순차적으로 감소시킬 수 있다.
그리고 단계(1322)에서 주파수 보정 장치는 i-1 번째에 설정된 커패시턴스에서 나타나는 포락선 주파수가 제1 임계 주파수보다 큰지 판단할 수 있다. 여기서 i는 1 이상의 정수이고, i번째 설정된 커패시턴스는, 제1 커패시터 뱅크에 대해 포락선 주파수가 검출되지 않도록 설정된 첫 커패시턴스 값을 나타낼 수 있다.
이어서 단계(1323)에서 i-1번째로 설정된 커패시턴스에 대한 포락선 주파수가 제1 임계 주파수 이하인 경우에 응답하여, 주파수 보정 장치는 외부 신호에 대한 이득을 조절하고, 단계(1321)부터 반복할 수 있다.
보다 상세하게는, 주파수 보정 장치는, 포락선 주파수가 검출되지 않는 커패시턴스(예를 들어, i번째에 설정된 커패시턴스)로 변경되기 직전에 변경되었던 커패시턴스(예를 들어, i-1번째에 설정되었던 커패시턴스)로 제1 커패시터가 설정된 상태에서, 포락선 신호로부터 검출되는 포락선 주파수가 제1 임계 주파수를 초과하는 경우에 응답하여 외부 신호를 증폭하기 위한 이득을 조정한 후에 제1 커패시터의 커패시턴스를 다시 변경할 수 있다.
이어서 단계(1330)에서 주파수 보정 장치는 발진기에 포함된 커패시터를 정밀하게 조절할 수 있다. 예를 들어, 주파수 보정 장치는 커패시터 뱅크에서 제2 커패시터 뱅크의 커패시턴스를 2차적으로 조절할 수 있다. 제2 커패시터 뱅크는 제2 커패시터 단위씩 스윕될 수 있고, 제1 커패시터 뱅크는 제1 커패시터 단위씩 스윕될 수 있으며, 제1 커패시터 단위는 제2 커패시터 단위보다 클 수 있다.
일 실시예에 따르면, 단계(1331)에서 주파수 보정 장치는 포락선 주파수가 검출되지 않을 때까지 제2 커패시터의 커패시턴스를 순차적으로 변경할 수 있다. 예를 들어, 주파수 보정 장치는 포락선 주파수가 검출되지 않을 때까지 제2 커패시터의 커패시턴스를 순차적으로 증가시킬 수 있다. 다만, 이로 한정하는 것은 아니고, 제2 커패시터의 커패시턴스를 증가시켰는데 오히려 포락선 주파수가 증가하는 경우에는, 주파수 보정 장치가 제2 커패시터의 커패시턴스를 순차적으로 감소시킬 수 있다.
그리고 단계(1332)에서 주파수 보정 장치는 i-1 번째에 설정된 커패시턴스에서 나타나는 포락선 주파수가 제2 임계 주파수보다 큰지 판단할 수 있다. 여기서 i는 1 이상의 정수이고, i번째 설정된 커패시턴스는 제2 커패시터 뱅크에 대해 포락선 주파수가 검출되지 않도록 설정된 첫 커패시턴스 값을 나타낼 수 있으며, 단계(1322)의 i와는 구분될 수 있다.
이어서 단계(1333)에서 i-1번째로 설정된 커패시턴스에 대한 포락선 주파수가 제2 임계 주파수 이하인 경우에 응답하여, 주파수 보정 장치는 외부 신호에 대한 이득을 조절하고, 단계(1331)부터 반복할 수 있다.
보다 상세하게는 주파수 보정 장치는 포락선 주파수가 검출되지 않는 커패시턴스(예를 들어, i번째에 설정된 커패시턴스)로 변경되기 직전에 변경되었던 커패시턴스(예를 들어, i-1번째에 설정되었던 커패시턴스)로 제1 커패시터가 설정된 상태에서, 포락선 신호로부터 검출되는 포락선 주파수가 제1 임계 주파수 이하인 경우에 응답하여, 포락선 주파수가 검출되지 않을 때까지 제2 커패시터의 커패시턴스를 순차적으로 변경할 수 있다. 주파수 보정 장치는 포락선 주파수가 검출되지 않는 커패시턴스로 변경되기 직전에 변경되었던 커패시턴스(예를 들어, i-1번째 커패시턴스)로 제2 커패시터가 설정된 상태에서, 포락선 신호로부터 검출되는 포락선 주파수가 제2 임계 주파수를 초과하는 경우에 응답하여 외부 신호를 증폭하기 위한 이득을 조정한 후에 제2 커패시터의 커패시턴스를 다시 변경할 수 있다.
최종적으로 주파수 보정 장치는 포락선 주파수가 검출되지 않는 커패시턴스로 변경되기 직전에 변경되었던 커패시턴스(i-1번째에 설정되었던 커패시턴스)로 제2 커패시터가 설정된 상태에서, 포락선 신호로부터 검출되는 포락선 주파수가 제2 임계 주파수 이하인 경우에 응답하여, 제1 커패시터 및 제2 커패시터의 커패시턴스를 유지할 수 있다. 일 실시예에 따르면 제2 임계 주파수가 100ppm으로 설정된 경우에 있어서, i-1번째에 설정된 커패시턴스에서 포락선 주파수(여기서, 포락선 주파수는 발진 주파수 및 외부 주파수 간의 주파수 차이에 대응함)가 이미 100ppm이하이므로, i번째에 설정된 커패시턴스에서도 포락선 주파수가 100ppm 이하인 것이 보장될 수 있다.
도 14은 외부 신호에 대응하는 타겟 채널이 주어진 경우의 주파수 보정 방법을 도시한 흐름도이다. 주파수 보정 장치는 타겟 채널이 주어졌으므로, 하기 단계(1410)와 같은 초기화 과정을 수행할 수 있다.
우선, 단계(1410)에서 주파수 보정 장치는 발진 주파수를 기저대역 주파수(baseband frequency)로 초기화할 수 있다. 예를 들어, 주파수 보정 장치는 외부 신호에 대응하는 타겟 채널이 주어진 경우에 응답하여, 발진 주파수를 기저대역 주파수를 이용하여 코어스하게 초기화할 수 있다. 예를 들어, 600ppm의 성능을 가지는 베이스밴드 클럭은 기저대역 주파수(예를 들어, 0.2598MHz=600ppm x 433 MHz)의 신호를 생성할 수 있다. 베이스밴드 클럭에 포함된 커패시터는 1MHz 단위로 스윕가능하도록 구성된 MIM 커패시터일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 주파수 보정 장치는 상술한 기저대역 주파수를 이용하여 발진 주파수와 외부 주파수 간의 오차가 대략적으로 1.5MHz 미만이 되도록, 발진 주파수를 초기화할 수 있다.
이후, 주파수 보정 장치는 단계들(1420, 1421, 1422, 1423, 1430, 1431, 1432, 1433)을 도 13에서 상술한 단계들(1320, 1321, 1322, 1323, 1330, 1331, 1332, 1333)과 유사한 동작을 통해 수행할 수 있다.
도 15 내지 도 17은 일 실시예에 따른 주파수 보정 장치에 있어서 발진기를 구성하는 커패시터 뱅크의 제어를 설명하는 도면이다.
주파수 보정 장치의 발진기가 커패시터를 포함하고, 해당 커패시터가 커패시터 뱅크일 수 있다. 도 15는 커패시터 뱅크에서 코어스한 부분에 할당된 제1 커패시터 뱅크 및 정밀한 부분에 할당된 제2 커패시터 뱅크인 경우, 해당 커패시터 뱅크에 의해 조절될 수 있는 발진 주파수의 예시를 설명하기 위한 도면이다. 예를 들어, 도 15는 600ppm RC 발진기(Resistance-Capacitance Oscillator)를 기준으로, 제1 커패시터 뱅크가 1MHz 단위로 스윕될 수 있도록 설정된 56fF MIM 커패시터이고, 제2 커패시터 뱅크가 1.5fF MOS 버랙터인 경우를 기준으로 발진기의 발진 주파수를 도시한 도면이다.
도 15에 도시된 그래프(1500)에서 y축은 발진기에 포함된 LC 탱크에 의해 결정되는 발진 주파수를 나타낼 수 있고, x축은 커패시터 뱅크를 제어하기 위한 제어 코드 중에서 코어스한 부분을 제어하기 위한 제1 제어 코드를 나타낼 수 있다. 제1 제어 코드에 따라, 활성화되는 커패시터에 따라 제1 커패시터 뱅크의 커패시턴스(1511)가 제1 커패시턴스 단위씩 스윕(sweep)될 수 있다. 제1 커패시터 뱅크는 도 15에 도시된 바와 같이 바이너리 크기(binary size)로 구성되어, 제1 커패시터 뱅크에 포함된 각 커패시터가 활성화될 때마다 해당 커패시터의 커패시턴스 만큼씩 제1 커패시터 뱅크의 커패시턴스가 증가될 수 있다. 도 15에서 제1 커패시턴스 단위는 1MHz로 도시되었으나, 이로 한정하는 것은 아니고, 설계에 따라 변경될 수 있다.
주파수 보정 장치는 상술한 제1 제어 코드에 따라 제1 커패시터 뱅크의 커패시턴스(1511)를 결정할 수 있고, 제2 제어 코드에 따라 제2 커패시터 뱅크의 커패시턴스(1513)를 결정할 수 있다. 도 15의 우측에 도시된 영역(1510)은 제2 커패시터 뱅크에 의해 조절될 수 있는 범위를 나타낼 수 있다. 커패시터 뱅크의 커패시턴스는, 제1 커패시터 뱅크에 의해 결정된 커패시턴스(1511)에 제2 커패시터 뱅크에 의해 결정된 커패시턴스가 부가된 크기일 수 있다. 제2 커패시터 뱅크의 커패시턴스는 정밀한 부분을 제어하기 위한 제2 제어 코드(1512)에 기초하여 결정될 수 있다.
도 16은 커패시터 뱅크의 예시를 도시한다. 커패시터 뱅크는 제1 커패시터 뱅크(1610) 및 제2 커패시터 뱅크(1620)를 포함할 수 있고, 제1 커패시터 뱅크(1610)는 커패시터 뱅크에서 코어스한 부분의 커패시턴스에 할당되고, 제2 커패시터 뱅크(1620)는 커패시터 뱅크에서 정밀한 부분의 커패시턴스에 할당될 수 있다. 도 17은 도 16에 도시된 커패시터 뱅크에서 설정될 수 있는 커패시턴스의 예시를 도시한다. 도 17에서 y축은 커패시터 뱅크에 의해 결정되는 커패시턴스에 대응하는 발진 주파수를 나타낼 수 있고, x축은 정밀한 부분에 대응하는 제2 제어 코드를 나타낼 수 있다. 도 17의 각각의 선(line)은 코어스한 부분에 대응하는 제1 커패시터 뱅크에서 결정된 커패시턴스를 기준으로, 제2 커패시턴스 뱅크의 크기 변경에 따라 발진 주파수가 변화하는 추세를 나타낼 수 있다. 주파수 보정 장치는 제1 커패시터 뱅크를 제1 커패시턴스 단위(1710)씩 스윕할 수 있고, 제2 커패시터 뱅크의 커패시턴스 가변 범위(1720) 내에서 정밀 조절할 수 있다. 예를 들어, 제1 커패시터 뱅크의 제1 커패시턴스가 결정되면, 결정된 제1 커패시턴스를 기준으로 제2 커패시턴스의 제2 커패시턴스가 부가되어 최종 커패시턴스가 결정될 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다.　 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.　　
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
700: 주파수 보정 장치
710: 입력 신호 생성부
720: 포락선 검출부
730: 주파수 조절부

Claims (20)

  1. 발진 신호(oscillation signal) 및 외부 신호(external signal)에 기초하여 입력 신호(input signal)를 생성하는 입력 신호 생성부;
    상기 입력 신호의 포락선 신호(envelope signal)를 검출하는 포락선 검출부(envelope detector); 및
    상기 검출된 포락선 신호의 포락선 주파수(envelope frequency)에 기초하여 상기 발진 신호의 발진 주파수(oscillation frequency)를 조절하는 주파수 조절부(frequency tuner)
    를 포함하는 주파수 보정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입력 신호 생성부는,
    발진기가 상기 발진 신호 및 상기 외부 신호가 혼변조(inter-modulated)된 신호를 상기 입력 신호로서 생성하도록 설정된 이득(gain)으로 상기 외부 신호를 증폭하는 증폭기(amplifier)
    를 포함하는 주파수 보정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 입력 신호 생성부는,
    상기 입력 신호가 상기 외부 신호 및 상기 발진 신호가 혼변조된 신호가 아닌 것으로 판단되는 경우에 응답하여, 상기 이득을 조절하는 이득 제어부(gain controller)
    를 더 포함하는 주파수 보정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 주파수 조절부는,
    상기 포락선 신호의 상기 포락선 주파수가 임계 주파수(threshold frequency) 이하가 되도록 상기 발진 신호의 상기 발진 주파수를 조절하는,
    주파수 보정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 입력 신호 생성부는,
    인덕터(inductor) 및 커패시터(capacitor)를 포함하고, 상기 인덕터 및 상기 커패시터에 의해 결정된 발진 주파수에서 동작하도록 구성된 발진기(oscillator)
    를 포함하고,
    상기 발진기는,
    상기 입력 신호로서 외부 주파수를 가지는 인젝션 락킹된 신호(injection locked signal), 상기 발진 주파수를 가지는 고유 발진 신호(natural oscillation signal), 및 상기 외부 주파수 및 상기 발진 주파수 간의 주파수 차이(frequency difference)를 가지는 혼변조된 신호(inter-modulated signal) 중 하나를 상기 외부 신호의 외부 주파수 및 상기 발진 주파수에 기초하여 생성하는,
    주파수 보정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 커패시터는,
    복수의 커패시터들로 구성되는 커패시터 뱅크를 포함하고,
    상기 주파수 조절부는,
    상기 커패시터 뱅크에 대한 제어 코드(control code)를 결정함으로써 상기 커패시터의 커패시턴스를 제어하고, 상기 발진 주파수를 조절하여 상기 포락선 신호의 포락선 주파수를 감소시키는,
    주파수 보정 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 커패시터는,
    제어 코드에 따라 제1 커패시턴스 단위(first capacitance unit)로 스윕(sweep)될 수 있는 제1 커패시터 뱅크; 및
    상기 제어 코드에 따라 제2 커패시턴스 단위(second capacitance unit)로 스윕될 수 있는 제2 커패시터 뱅크
    를 포함하고,
    상기 제1 커패시턴스 단위는 상기 제2 커패시턴스 단위보다 큰,
    주파수 보정 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 주파수 조절부는,
    상기 포락선 신호에서 직류 신호(direct current signal)를 제거하여 교류 신호(alternating current signal)를 추출하는 직류 제거부(direct current remover);
    상기 교류 신호를 증폭하는 증폭기;
    상기 증폭된 교류 신호의 주파수를 카운트(count)하는 카운터(counter); 및
    상기 카운트된 횟수에 기초하여 상기 발진 주파수를 조절하는 비교기(comparator)
    를 포함하는 주파수 보정 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 조절된 발진 주파수를 이용하여 외부로 신호를 전송하는 송신부
    를 더 포함하는 주파수 보정 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 입력 신호 생성부는,
    상기 외부 신호의 주파수 채널(frequency channel)이 정의되어 있는 경우에 응답하여, 상기 주파수 채널에 대해 설정된 타겟 주파수로 상기 발진 주파수를 초기화하는,
    주파수 보정 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 주파수 보정 장치의 적어도 일부의 온도를 측정하는 온도 측정부
    를 더 포함하고,
    상기 주파수 조절부는,
    상기 측정된 온도가 임계 온도(threshold temperature)를 초과하는 경우에 응답하여, 상기 포락선 신호를 검출하여 상기 발진 주파수를 다시 조절하는,
    주파수 보정 장치.
  12. 발진 신호 및 외부 신호에 기초하여 입력 신호를 생성하는 단계;
    상기 입력 신호의 포락선 신호를 검출하는 단계; 및
    상기 검출된 포락선 신호의 포락선 주파수에 기초하여 상기 발진 신호의 발진 주파수를 조절하는 단계
    를 포함하는 주파수 보정 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 외부 신호를 이득으로 증폭하는 단계;
    상기 포락선 신호로부터 상기 포락선 주파수가 검출되지 않는 경우에 응답하여 상기 이득을 조정하는 단계; 및
    상기 포락선 주파수가 검출될 때까지 상기 이득의 조정을 반복하는 단계
    를 더 포함하는 주파수 보정 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 발진 주파수를 조절하는 단계는,
    상기 포락선 주파수가 임계 주파수 이하가 되도록 상기 발진 주파수를 조절하는 단계
    를 포함하는 주파수 보정 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 발진 주파수를 조절하는 단계는,
    발진기의 커패시턴스를 변경하여 상기 발진 주파수를 조절하는 단계;
    상기 포락선 주파수가 검출되지 않을 때까지 상기 커패시턴스를 순차적으로 변경하는 단계;
    포락선 주파수가 검출되지 않는 커패시턴스로 변경되기 직전에 설정된 커패시턴스에서 검출되는 포락선 주파수가 임계 주파수를 초과하는 경우에 응답하여 상기 외부 신호를 증폭하기 위한 이득을 조정하는 단계; 및
    상기 포락선 주파수가 검출되지 않는 커패시턴스로 조절하기 직전에 설정된 커패시턴스에서 검출되는 포락선 주파수가 임계 주파수 이하인 경우에 응답하여 상기 커패시턴스를 유지하는 단계
    를 포함하는 주파수 보정 방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 발진 주파수를 조절하는 단계는,
    발진기에 포함된 제1 커패시터 및 제2 커패시터 중 적어도 하나의 커패시턴스를 변경하는 단계
    를 포함하는 주파수 보정 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 커패시턴스를 변경하는 단계는,
    상기 포락선 주파수가 검출되지 않을 때까지 상기 제1 커패시터의 커패시턴스를 순차적으로 변경하는 단계;
    포락선 주파수가 검출되지 않는 커패시턴스로 변경되기 직전에 변경되었던 커패시턴스로 상기 제1 커패시터가 설정된 상태에서, 상기 포락선 신호로부터 검출되는 포락선 주파수가 제1 임계 주파수를 초과하는 경우에 응답하여 상기 외부 신호를 증폭하기 위한 이득을 조정한 후에 상기 제1 커패시터의 커패시턴스를 다시 변경하는 단계;
    포락선 주파수가 검출되지 않는 커패시턴스로 변경되기 직전에 변경되었던 커패시턴스로 상기 제1 커패시터가 설정된 상태에서, 상기 포락선 신호로부터 검출되는 포락선 주파수가 제1 임계 주파수 이하인 경우에 응답하여, 상기 포락선 주파수가 검출되지 않을 때까지 상기 제2 커패시터의 커패시턴스를 순차적으로 변경하는 단계;
    포락선 주파수가 검출되지 않는 커패시턴스로 변경되기 직전에 변경되었던 커패시턴스로 상기 제2 커패시터가 설정된 상태에서, 상기 포락선 신호로부터 검출되는 포락선 주파수가 제2 임계 주파수를 초과하는 경우에 응답하여 상기 외부 신호를 증폭하기 위한 이득을 조정한 후에 상기 제2 커패시터의 커패시턴스를 다시 변경하는 단계; 및
    포락선 주파수가 검출되지 않는 커패시턴스로 변경되기 직전에 변경되었던 커패시턴스로 상기 제2 커패시터가 설정된 상태에서, 상기 포락선 신호로부터 검출되는 포락선 주파수가 제2 임계 주파수 이하인 경우에 응답하여, 상기 제1 커패시터 및 상기 제2 커패시터의 커패시턴스를 유지하는 단계
    를 포함하는 주파수 보정 방법.
  18. 제12항에 있어서,
    발진기에 포함된 커패시터를 상기 커패시터의 최대 커패시턴스의 중심값(center value)으로 초기화(initialize)하는 단계; 및
    상기 외부 신호에 대한 이득을 증폭기의 최대 이득(max gain)으로 초기화하는 단계
    를 더 포함하는 주파수 보정 방법.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 외부 신호에 대응하는 타겟 채널이 주어진 경우에 응답하여, 상기 발진 주파수를 기저대역 주파수(baseband frequency)를 이용하여 코어스하게 초기화하는 단계
    를 더 포함하는 주파수 보정 방법.
  20. 하드웨어와 결합되어 제12항 내지 제19항 중 어느 한 항의 방법을 실행시키기 위하여 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
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