KR102516357B1 - 외부 신호에 응답하여 발진기의 주파수를 보정하는 장치 및 방법 - Google Patents

외부 신호에 응답하여 발진기의 주파수를 보정하는 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

주파수를 보정하는 장치 및 방법이 제공된다. 일 실시예에 따른 주파수 보정 장치는 외부 신호에 응답하여, 발진기의 발진 주파수를 외부 주파수에 대응하는 대상 주파수로 보정할 수 있다.

Description

외부 신호에 응답하여 발진기의 주파수를 보정하는 장치 및 방법{METHOD AND DEVICE FOR CALIBRATING FREQUENCY OF OSCILLATOR IN RESPONSE TO EXTERNAL SIGNAL}
이하, 주파수를 보정하는 장치 및 방법이 제공된다.
무선 송수신기는 발진 주파수를 원하는 범위에서 변화시킬 수 있는 발진기를 이용하여 동작할 수 있다. 발진기의 종류는 예를 들어, 제어 전압에 따라 발진 회로의 커패시터의 커패시턴스가 변화 함으로써 발진 주파수가 변화하는 아날로그형의 전압 제어 발진기(예를 들면, 전압 제어 수정발진기(VCXO：Voltage Controlled Crystal Oscillator))나, SPXO(Simple Packaged Crystal Oscillator)의 후단에 프렉셔널(fractional) N－PLL 회로를 접속하고, 외부 단자로부터 프렉셔널 N－PLL 회로의 설정을 바꿈으로써 발진 주파수가 변화하는 디지털형 발진기 등이 알려져 있다.
최근에는 의료 분야에 있어서, 송수신기의 소형화가 요구되면서, 발진기도 소형화될 필요가 있다.
주파수 보정 장치는 발진 신호(oscillation signal) 및 외부 신호(external signal)에 기초하여 입력 신호를 생성하는 입력 신호 생성부(input signal generator); 상기 입력 신호로부터 상기 외부 신호의 외부 주파수 및 상기 발진 신호의 발진 주파수 간의 주파수 차이(frequency difference)에 대응하는 주파수를 가지는 주파수 차이 신호(frequency difference signal)을 추출하는 주파수 차이 추출부(frequency difference extractor); 상기 발진 주파수를 가지는 신호를 분주비(division ratio)로 분주(divide)하여 분주 신호(division signal)를 생성하는 분주기(divider); 및 상기 주파수 차이 신호 및 상기 분주 신호를 비교한 결과에 기초하여 상기 발진 신호의 발진 주파수를 조절하는 주파수 조절부(frequency tuner)를 포함할 수 있다.
상기 입력 신호 생성부는, 상기 발진 주파수에서 동작하도록 구성된 발진기를 포함하고, 상기 발진기는, 상기 외부 신호를 수신하고, 상기 외부 신호 및 상기 발진 신호를 이용하여 상기 입력 신호를 출력하며, 상기 주파수 차이 추출부는, 상기 입력 신호로부터 포락선 신호(envelope signal)를 검출하는 포락선 검출기(envelope detector)를 포함할 수 있다.
상기 입력 신호 생성부는, 발진기에서 출력된 발진 신호 및 상기 외부 신호를 수신하고, 상기 발진 신호 및 상기 외부 신호가 혼합된 혼합 신호를 상기 입력 신호로서 생성하는 주파수 혼합기(frequency mixer)를 포함하고, 상기 주파수 차이 추출부는, 상기 혼합 신호에서 임계 주파수 대역(threshold frequency bandwidth) 내의 신호를 통과시키는 통과 필터(pass filter)를 포함할 수 있다.
상기 입력 신호 생성부는, 상기 발진 주파수에서 동작하도록 구성된 발진기를 포함하고, 상기 발진기는, 상기 발진 주파수를 조절하도록 구성된 커패시터 뱅크를 포함할 수 있다.
상기 주파수 조절부는, 상기 주파수 차이 신호 및 상기 분주 신호를 비교한 결과에 기초하여, 상기 발진 주파수를 이진 검색하여 조절할 수 있다.
상기 입력 신호 생성부는, 버랙터 페어(varactor pair)를 포함하는 발진기를 포함하고, 상기 주파수 조절부는, PFD (phase frequency detector), 전하 펌프(Main CP, Main Charge Pump), 및 루프 필터(LF, Loop Filter)를 포함하는 아날로그 위상 고정 루프(Analog PLL)일 수 있다.
상기 주파수 조절부는, 상기 주파수 차이 신호 및 상기 분주 신호 간의 주파수 차이가 최소화되도록, 상기 발진 주파수를 조절할 수 있다.
상기 주파수 조절부는, 상기 분주 신호의 주파수가 상기 주파수 차이 신호의 주파수보다 작은 경우에 응답하여, 발진기의 커패시턴스를 감소시키고, 상기 분주 신호의 주파수가 상기 주파수 차이 신호의 주파수보다 큰 경우에 응답하여, 발진기의 커패시턴스를 증가시킬 수 있다.
상기 분주비는, 상기 발진 주파수, 상기 외부 신호의 인젝션 전류, 및 발진기의 발진 전류에 기초하여 결정될 수 있다.
상기 입력 신호 생성부는, 미리 정한 주파수 범위(predetermined frequency range)내의 외부 주파수를 가지는 외부 신호를 수신하고, 상기 주파수 조절부는, 상기 발진 신호의 발진 주파수를, 상기 분주비 및 상기 외부 주파수에 기초하여 결정된 대상 주파수로 조절할 수 있다.
상기 분주기는, 상기 입력 신호로부터 포락선을 제거한 신호를 N의 분주비로 분주하고, 상기 주파수 조절부는, 상기 발진 신호의 발진 주파수를, 상기 외부 주파수에 대해 N/(N+1) 배인 주파수로 조절하며, 여기서, N은 0보다 큰 실수일 수 있다.
주파수 보정 장치는 상기 주파수 차이 신호의 신호 세기(signal strength)를 검출하는 신호세기 검출기를 더 포함하고, 상기 신호 세기가 임계 크기를 초과하는 경우에 응답하여, 주파수 보정을 계속하며, 상기 신호 세기가 임계 크기 이하인 경우에 응답하여, 주파수 조정을 종료할 수 있다.
주파수 보정 방법은 발진 신호(oscillation signal) 및 외부 신호(external signal)에 기초하여 입력 신호를 생성하는 단계; 상기 입력 신호로부터 상기 외부 신호의 외부 주파수 및 상기 발진 신호의 발진 주파수 간의 주파수 차이(frequency difference)에 대응하는 주파수를 가지는 주파수 차이 신호(frequency difference signal)을 추출하는 단계; 상기 발진 주파수를 가지는 신호를 분주비(division ratio)로 분주(divide)하여 분주 신호(division signal)를 생성하는 단계; 및 상기 주파수 차이 신호 및 상기 분주 신호를 비교한 결과에 기초하여 상기 발진 신호의 발진 주파수를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 입력 신호를 생성하는 단계는, 상기 외부 신호를 수신하고, 상기 외부 신호 및 상기 발진 신호를 이용하여 상기 입력 신호를 출력하는 단계를 포함하고, 상기 주파수 차이 신호를 추출하는 단계는, 상기 입력 신호로부터 포락선 신호(envelope signal)를 상기 주파수 차이 신호로서 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 입력 신호를 생성하는 단계는, 발진기에서 출력된 발진 신호 및 상기 외부 신호를 수신하고, 상기 발진 신호 및 상기 외부 신호가 혼합된 혼합 신호를 상기 입력 신호로서 생성하는 단계를 포함하고, 상기 주파수 차이 신호를 추출하는 단계는, 상기 혼합 신호에서 임계 주파수 대역(threshold frequency bandwidth) 내의 신호를 통과시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 발진 주파수를 조절하는 단계는, 상기 주파수 차이 신호 및 상기 분주 신호를 비교한 결과에 기초하여, 상기 발진 주파수를 이진 검색하여 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 발진 주파수를 조절하는 단계는, 상기 주파수 차이 신호 및 상기 분주 신호 간의 주파수 차이가 최소화되도록, 상기 발진 주파수를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 입력 신호를 생성하는 단계는, 미리 정한 주파수 범위(predetermined frequency range)내의 외부 주파수를 가지는 외부 신호를 수신하는 단계를 포함하고, 상기 발진 주파수를 조절하는 단계는, 상기 발진 신호의 발진 주파수를, 상기 분주비 및 상기 외부 주파수에 기초하여 결정된 대상 주파수로 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
주파수 보정 방법은 상기 주파수 차이 신호의 신호 세기(signal strength)를 검출하는 단계; 상기 신호 세기가 임계 크기를 초과하는 경우에 응답하여, 주파수 보정을 계속하는 단계; 및 상기 신호 세기가 임계 크기 이하인 경우에 응답하여, 주파수 조정을 종료하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따른 주파수 보정 방법은 발진 신호 및 외부 신호에 기초하여 입력 신호를 생성하는 단계; 상기 입력 신호로부터 상기 외부 신호의 외부 주파수 및 상기 발진 신호의 발진 주파수 간의 주파수 차이에 대응하는 주파수를 가지는 주파수 차이 신호를 추출하는 단계; 상기 주파수 차이 신호의 신호 세기가 임계 크기를 초과하는 경우에 응답하여, 상기 발진기의 발진 주파수를 일방향으로 변화시키는 단계를 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 주파수 보정 시스템을 개괄적으로 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3은 일 실시예에 따른 주파수 보정 장치에서 생성되는 입력 신호의 예시를 도시한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 주파수 보정 장치에 의해 결정되는 최종 발진 주파수를 도시한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 주파수 보정 장치의 개괄적인 구성을 도시한 블록도이다.
도 6a 및 도 6b는 일 실시예에 따른 주파수 보정 장치의 세부적인 구성을 도시한 블록도이다.
도 7 및 도 8은 다른 일 실시예에 따른 주파수 보정 장치의 세부적인 구성을 도시한 블록도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 주파수 보정 장치의 주파수 조절에 따른 발진 주파수 및 주파수 차이 신호의 변화를 도시한 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 주파수 보정 장치에서 사용되는 분주비의 예시를 도시한 도면이다.
도 11 및 도 12는 또 다른 일 실시예에 따른 주파수 보정 장치의 세부적인 구성을 도시한 블록도이다.
도 13은 일 실시예에 따른 주파수 보정 장치에서 외부 신호, 발진 주파수, 및 주파수 차이 신호 등의 발진기의 커패시턴스에 따른 관계를 도시한 도면이다.
도 14, 도 15, 도 16a, 및 도 16b는 일 실시예에 따른 주파수 보정 방법을 도시한 흐름도이다.
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 시스템(frequency calibration system)을 개괄적으로 도시한 도면이다.
주파수 보정 시스템(100)은 신호 송신 장치(190) 및 주파수 보정 장치(110)를 포함한다.
신호 송신 장치(190)는 외부 주파수(fRF)를 가지는 외부 신호를 주파수 보정 장치(110)로 송신할 수 있다. 신호 송신 장치(190)는 외부 주파수(fRF)를 가지는 외부 신호를 정밀한 해상도(resolution)로 생성할 수 있다.
일 실시예에 따른 주파수 보정 장치(110)는 신호 송신 장치(190)로부터 수신된 외부 주파수(fRF)에 응답하여, 발진기의 발진 주파수(fOSC)를 외부 주파수(fRF)에 대응하는 대상 주파수로 조절(tune)할 수 있다. 예를 들어, 주파수 보정 장치(110)는 커패시터의 커패시턴스를 변경하여 발진기를 구성하는 LC 탱크(tank)의 공진 주파수를 변경함으로써, 발진기의 발진 주파수(fOSC)를 대상 주파수(target frequency)로 조절할 수 있다. 본 명세서에서 대상 주파수는, 주파수 보정 장치(110)에서 주파수 조절이 완료된 발진기가 외부 주파수(fRF)에 응답하여 동작하는, 최종 발진 주파수를 나타낼 수 있고, 분주비(division ratio) 및 외부 주파수(fRF)에 기초하여 결정될 수 있다. 주파수 보정 장치(110)가 수신한 외부 신호의 외부 주파수(fRF)가 정확한 경우, 해당 외부 주파수(fRF)에 대응하는 대상 주파수로 발진 주파수를 정밀하게 조절할 수 있다.
본 명세서에서 커패시턴스는 커패시터의 크기를 나타낼 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 주파수 보정 장치(110)는 발진기의 발진 주파수(fOSC)를 조절할 수 있다. 예를 들어, 주파수 보정 장치(110)는 외부 주파수(fRF)를 가지는 외부 신호를 이용하여, 외부 주파수(fRF)에 대해 N/(N+1) 배인 대상 주파수를 가지도록 발진기의 발진 주파수(fOSC)를 조절할 수 있다. 최종적으로 조절된 발진 주파수는 하기 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
일 실시예에 따른 주파수 보정 장치(110)는 추가적인 기준 주파수가 없이도, 외부 신호의 외부 주파수(fRF) 및 발진기의 발진 주파수(fOSC)만을 이용하여, 발진 주파수를 대상 주파수로 조절할 수 있다. 따라서 주파수 보정 장치(110)는 기준 주파수를 생성하기 위한 크리스탈(X-TAL)이 없이 동작할 수 있는 장치로서, XTAL-less 장치일 수 있다. 주파수 보정 장치(110)는 크리스탈이 필요 없이 동작할 수 있는 바, 매우 작은 폼 팩터(form factor)를 가지는 극소형 형태로 설계될 수 있다. 더 나아가 주파수 보정 장치(110)는 크리스탈이 필요 없으므로 저전력(low power)에서 동작할 수 있다.
주파수 보정 장치(110)는 RF IC(Radio Frequency Integrated Circuit)에 구현되거나, 작은 폼 팩터를 가지는 무선 송수신기(Wireless Transceiver) 등으로 구현될 수 있다. 아울러, 주파수 보정 장치(110)는 무선 송수신기의 소형화가 필수적인 기술분야, 예를 들어, IoT(Internet of thing) 분야, MICS (Medical Implant communications system) 분야, 무선 통신이 요구되는 소형 센서 시스템 및 저전력 통신시스템 등에 적용될 수 있다. 이에 따라 무선 송수신기에서 사용하는 외장소자(External Components)의 개수 및 크기가 최소화되어야 할 필요가 있다. 일 실시예에 따른 주파수 보정 장치(110)는 기준 주파수(reference frequency)를 발생하는 기준 발진기(reference oscillator)(예를 들어, 크리스탈)가 필요 없으므로, 주파수 보정 장치(110)의 폼 팩터가 크게 감소될 수 있다. 더 나아가, 주파수 보정 장치(110)는 칩 내부에서 기준 발진기나 외부 크리스탈이 없이도, 안테나를 통해 수신되는 외부 신호에 응답하여 칩 내부의 발진기 주파수를 정확하게 보상(calibrate)할 수 있다. 따라서, 주파수 보정 장치(110)는 무선 송수신기에서 차지하는 모듈 면적이 적으므로, 무선 송수신기의 소형화에 기여할 수 있다.
도 2 및 도 3은 일 실시예에 따른 주파수 보정 장치에서 생성되는 입력 신호의 예시를 도시한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 주파수 보정 장치가 수신한 외부 신호(210)의 외부 주파수(fRF)가 발진기의 발진 주파수(fOSC)와 동일하거나 유사한 경우에 발진기에서 생성되는 입력 신호(230)를 도시한다.
이하, 본 명세서에서 외부 주파수(fRF)는 각 진동수(angular frequency) 형태로도 표현될 수 있고, 각 진동수 형태의 외부 주파수는 ω RF=2πfRF 일 수 있다. 예를 들어, 외부 주파수를 나타내는 기호는 fRF 및 ω RF가 혼용될 수 있다. 아울러, 발진 주파수(fOSC)도 각 진동수의 형태로 표현될 수 있고, 각 진동수 형태의 외부 주파수는 ωOSC=2πfOSC일 수 있다. 예를 들어, 발진 주파수를 나타내는 기호는 fOSC 및 ωOSC 가 혼용될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 VRF는 외부 신호(210)의 전압의 진폭(amplitude)을 나타낼 수 있다. VOSC는 발진 신호(220)의 진폭을 나타낼 수 있다. 외부 신호(210) 및 발진 신호(220)는 코사인 함수의 형태로 나타낼 수 있고 시간 변수 t는 생략하여 표현될 수 있다. 예를 들어, 도시된 바와 같이 외부 신호(210)는 VRFCOS(ω RF)라고 나타낼 수 있고, 발진 신호(220)는 VOSCCOS(ω OSC)라고 나타낼 수 있다.
주파수 보정 장치의 발진기는 외부 신호(210) 및 발진 신호(220)에 기초하여 입력 신호(230)를 생성할 수 있다. 외부 주파수(fRF) 및 발진 주파수(fOSC)의 주파수가 동일하거나 유사한 경우, 외부 신호(210)의 외부 주파수(fRF)가 발진기의 발진 주파수(fOSC)에 락킹될 수 있다. 외부 주파수(fRF)가 발진 주파수(fOSC)에 락킹될 경우, 도 2에 도시된 바와 같이 발진기는 입력 신호(230)로서 발진 신호(220)를 생성할 수 있다. 결과적으로 주파수 보정 장치에 포함된 발진기에서 생성된 입력 신호에 외부 주파수(fRF)가 나타나지 않을 수 있다. 발진 신호(220)의 발진 주파수(fOSC)는 발진기에 포함된 LC 탱크의 인덕턱스 및 커패시턴스에 기초하여 결정되는 공진 주파수(resonant frequency)에 대응할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 주파수 보정 장치가 수신한 외부 신호의 외부 주파수(fRF)가 발진기의 발진 주파수(fOSC)와 상이한 경우에 발진기에서 생성되는 입력 신호를 도시한다.
발진 주파수(fOSC) 및 외부 주파수(fRF) 간에 일정 간격(예를 들어, f)이 존재하는 경우(예를 들어, fRF= fOSC+f인 경우), 발진기는 외부 신호(310) 및 발진 신호(320)가 혼합된 신호를 입력 신호(332)로서 생성할 수 있다. 예를 들어, 입력 신호(332)는 주파수 차이(fRF-fOSC)에 대응하는 성분(도 2에서는 ω RF- ω OSC 으로 도시됨)(331)(예를 들어, 주파수 차이 신호) 및 발진 주파수(fOSC)에 대응하는 성분(예를 들어, 발진 주파수를 가지는 신호)을 포함할 수 있다. 여기서, 일정 간격은 각 진동수의 형태로서, ω=2πf로 나타낼 수도 있다.
발진기를 원하는 동작 주파수에서 동작시키기 위해, 신호 송신 장치가 특정한 외부 주파수(fRF)를 가지는 외부 신호(310)를 주파수 보정 장치로 송신하면, 주파수 보정 장치는 해당 외부 신호(310) 및 발진 신호(320)에 기초하여 입력 신호(332)를 생성하고 입력 신호(332)에 포함된 주파수 성분들을 이용하여 발진기의 발진 주파수(fOSC)를 조절할 수 있다. 예를 들어, 주파수 보정 장치는 분주기 및 포락선 검출기를 이용하여 입력 신호(332)로부터 각각 발진 주파수가 분주된 분주 신호 및 주파수 차이 신호를 추출하여 주파수 조절에 이용할 수 있다. 일 실시에에 따른 주파수 보정 장치는 분주 신호 및 주파수 차이 신호에 대해 실시간으로 주파수 대 주파수를 직접 비교하여 발진 주파수를 조절함으로써, 정밀한 주파수 보정을 수행할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 주파수 보정 장치에 의해 결정되는 최종 발진 주파수를 도시한 도면이다.
주파수 보정 장치는 발진기를 통해 외부 신호 및 발진 신호에 기초하여 입력 신호(410)를 생성할 수 있다. 주파수 보정 장치는 입력 신호(410)로부터 포락선 신호(420) 및 포락선 신호(420)를 제거한 신호(411)를 추출할 수 있다. 여기서, 입력 신호(410)는 외부 신호 및 발진 신호가 크기 변조(AM, amplitude modulation)되어, 혼합된 신호(mixed signal)로서, 상술한 바와 같이 발진 주파수(fOSC)에 대응하는 성분 및 주파수 차이(fRF-fOSC)에 대응하는 성분을 포함할 수 있다.
예를 들어, 포락선 신호(420)가 제거된 신호(411)는 발진 주파수(fOSC)를 가지는 신호일 수 있다. 주파수 보정 장치는 입력 신호(410)로부터 포락선 신호(420)가 제거된 신호(411)를 분주비 N으로 분주할 수 있다. (여기서, N은 0보다 큰 실수) 발진기 주파수(fOSC)가 분주비 N으로 분주된 분주 신호(division signal)(413)의 주파수는 fOSC/N일 수 있다.
아울러, 포락선 신호(420)는 외부 신호의 외부 주파수(fRF) 및 발진 신호의 발진 주파수(fOSC) 간의 주파수 차이(frequency difference)에 대응하는 주파수(fRF-fOSC)를 가지는 주파수 차이 신호(frequency difference signal)일 수 있다.
주파수 보정 장치는 상술한 바와 같이 발진기 주파수가 N으로 분주된 주파수(fOSC/N)와 주파수 차이(fRF-fOSC)가 동일해지도록 발진 주파수(fOSC)를 조절할 수 있다. 예를 들어, 주파수 보정 장치가 주파수 조절을 완료한 경우, 외부 신호의 외부 주파수(fRF) 및 발진기의 발진 주파수(fOSC)는 하기 수학식 1 및 수학식 2를 만족할 수 있다. 하기 수학식 1 및 수학식 2는 서로 등가 관계일 수 있다.
Figure 112016077053564-pat00001
Figure 112016077053564-pat00002
상술한 수학식 1 및 수학식 2의 발진 주파수(fOSC)는 주파수 보정 장치에 의해 결정되는 최종 발진 주파수를 나타낼 수 있다. 상술한 수학식 1 및 2에서 N은 분주비로서 0보다 큰 실수일 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 주파수 보정 장치의 개괄적인 구성을 도시한 블록도이다.
주파수 보정 장치(500)는 입력 신호 생성부(510), 주파수 차이 추출부(520), 분주기(530) 및 주파수 조절부(540)를 포함한다.
입력 신호 생성부(input signal generator)(510)는 발진 신호(oscillation signal) 및 외부 신호(external signal)에 기초하여 입력 신호를 생성할 수 있다. 여기서, 입력 신호 생성부(510)는, 미리 정한 주파수 범위(predetermined frequency range)내의 외부 주파수를 가지는 외부 신호를 수신할 수 있다. 미리 정한 주파수 범위는 주파수 보정 장치(500)가 외부 신호를 수신하도록 설정된 주파수를 나타낼 수 있다. 일 실시예에 따르면, 입력 신호 생성부(510)는 하기 도 6a, 도6b, 도 7, 도 8, 및 도 15에 도시된 바와 같이, 초재생 발진기(SRO, super regenerative oscillator)를 이용하여 입력 신호를 생성할 수 있다. 다른 일 실시예에 따르면, 입력 신호 생성부(510)는 하기 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 주파수 혼합기를 이용하여 입력 신호를 생성할 수 있다.
주파수 차이 추출부(frequency difference extractor)(520)는 입력 신호로부터 외부 신호의 외부 주파수 및 발진 신호의 발진 주파수 간의 주파수 차이(frequency difference)에 대응하는 주파수를 가지는 주파수 차이 신호(frequency difference signal)을 추출할 수 있다.
일 실시예에 따르면 주파수 차이 추출부(520)는, 입력 신호로부터 포락선 신호(envelope signal)를 검출하는 포락선 검출기(envelope detector)를 포함할 수 있다. 포락선 검출기를 포함하는 주파수 차이 추출부(520)는 하기 도 6a, 도 6b, 도 7, 도 8, 및 도 15에서 상세히 설명한다.
다른 일 실시예에 따르면 입력 신호 생성부(510)는, 발진기에서 출력된 발진 신호 및 외부 신호를 수신하고, 발진 신호 및 외부 신호가 혼합된 혼합 신호를 입력 신호로서 생성하는 주파수 혼합기(frequency mixer)를 포함할 수 있다. 이 경우, 주파수 차이 추출부(520)는, 혼합 신호에서 임계 주파수 대역(threshold frequency bandwidth) 내의 신호를 통과시키는 통과 필터(pass filter)를 포함할 수 있다. 통과 필터를 포함하는 주파수 차이 추출부(520)는 하기 도 11 및 도 12에서 상세히 설명한다.
분주기(divider)(530)는 발진 주파수를 가지는 신호를 분주비(division ratio)로 분주(divide)하여 분주 신호(division signal)를 생성할 수 있다. 일 실시예에 따르면 분주기(530)는, 입력 신호로부터 포락선을 제거한 신호를 N의 분주비로 분주할 수 있다. 분주 신호는 분주되기 전의 신호의 주파수에 대해 1/N배의 주파수를 가질 수 있다. 예를 들어, 분주비는, 하기 도 10에서 설명하는 바와 같이, 발진 주파수, 외부 신호의 인젝션 전류, 및 발진기의 발진 전류에 기초하여 결정될 수 있다.
주파수 조절부(frequency tuner)(540)는 주파수 차이 신호 및 분주 신호를 비교한 결과에 기초하여 발진 신호의 발진 주파수를 조절할 수 있다. 주파수 조절부(540)는, 발진 신호의 발진 주파수를, 분주비 및 외부 주파수에 기초하여 결정된 대상 주파수로 조절할 수 있다. 예를 들어, 대상 주파수는 외부 주파수에 대해 N/(N+1) 배인 주파수일 수 있다. 주파수 조절부(540)는, 발진 신호의 발진 주파수를, 외부 주파수에 대해 N/(N+1) 배인 주파수로 조절할 수 있다. 여기서, N은 0보다 큰 실수일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 주파수 조절부(540)는, 주파수 차이 신호 및 분주 신호 간의 주파수 차이가 최소화되도록, 발진 주파수를 조절할 수 있다. 주파수 조절부(540)는, 분주 신호의 주파수가 주파수 차이 신호의 주파수보다 작은 경우에 응답하여, 발진기의 커패시턴스를 이산적으로(discretely) 감소시키고, 분주 신호의 주파수가 주파수 차이 신호의 주파수보다 큰 경우에 응답하여, 발진기의 커패시턴스를 이산적으로 증가시킬 수 있다. 주파수 조절부(540)는, 주파수 차이 신호 및 분주 신호를 비교한 결과에 기초하여, 발진 주파수를 이진 검색하여 조절할 수 있다. 예를 들어, 주파수 조절부(540)는 이진 검색에 기초하여 증가시키거나 감소시킬 커패시턴스를 결정함으로써 발진 주파수를 조절할 수 있다. 커패시턴스가 이진 검색을 이용한 커패시턴스의 조절은 하기 도 9에서 상세히 설명한다.
다른 일 실시예에 따르면, 주파수 조절부(540)는, PFD (phase frequency detector), 전하 펌프(Main CP, Main Charge Pump), 및 루프 필터(LF, Loop Filter)를 포함하는 아날로그 위상 고정 루프(Analog PLL)일 수 있다. 이 경우, 발진기는, 버랙터 페어(varactor pair)를 포함할 수 있다. 발진기의 발진 주파수는 연속적으로(continuously) 조절될 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 일 실시예에 따른 주파수 보정 장치의 세부적인 구성을 도시한 블록도이다.
우선, 도 6a에서는, 주파수 보정 장치(600)가 포락선 신호 및 분주 신호를 이용하여 발진 주파수를 제어하는 경우의 구성을 도시한다.
입력 신호 생성부(510)는 안테나(611) 및 발진기(612)를 포함할 수 있다.
안테나(611)는 외부 신호를 수신할 수 있다. 예를 들어, 안테나(611)는 미리 정한 주파수 범위 내의 외부 주파수를 가지는 외부 신호를 수신할 수 있는 형태 및 구조로 설계될 수 있다.
발진기(612)는 발진 주파수에서 동작하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 발진기(612)는, 외부 신호를 수신하고, 외부 신호 및 발진 신호를 이용하여 입력 신호를 출력할 수 있다. 또한, 발진기(612)는, 발진 주파수를 조절하도록 구성된 커패시터 뱅크를 포함할 수 있다. 발진기(612)를 초재생 발진기라고 나타낼 수도 있다.
주파수 차이 추출부(520)는 포락선 검출기(621)를 포함할 수 있다.
포락선 검출기(621)는 발진기(612)로부터 출력된 입력 신호의 포락선을 검출할 수 있다. 상술한 바와 같이 포락선 검출기(621)에 의해 검출된 포락선 신호의 포락선 주파수는, 외부 신호의 외부 주파수 및 발진 신호의 발진 주파수 간의 주파수 차이일 수 있다.
분주기(530)는 리미팅 증폭기(631) 및 N 분주기(632)를 포함할 수 있다.
리미팅 증폭기(limiting amplifier)(631)는 입력 신호 생성부(510)에서 생성된 입력 신호로부터 포락선을 제거할 수 있다. 예를 들어, 리미팅 증폭기(631)는 입력 신호로부터 포락선을 제거함으로써, 입력 신호로부터 발진 주파수만을 가지는 성분을 추출할 수 있다. 리미팅 증폭기(631)는 발진 주파수 성분만을 가지도록 추출된 신호를 N 분주기(632)로 전달할 수 있다.
N 분주기(632)는 입력 신호로부터 포락선이 제거된 신호를 분주비 N으로 분주할 수 있다. 예를 들어, N 분주기(632)는 발진 주파수를 분주비 N으로 분주함으로써, 분주 신호를 생성할 수 있다.
주파수 조절부(540)는 주파수 판별기(frequency determiner)(641), 이진 검색기(BS, Binary Searcher)(642), 신호세기 검출기, 및 주파수 조정기(frequency controller)(644) 등을 포함할 수 있다.
주파수 판별기(641)는 분주 신호 및 포락선 신호를 비교할 수 있다. 주파수 판별기(641)는 두 신호에 대해 주파수 대 주파수를 비교할 수 있다. 예를 들어, 주파수 판별기(641)는 분주 신호의 발진 주파수가 분주된 주파수 및 포락선 신호의 포락선 주파수 간의 주파수 차이를 산출할 수 있다.
이진 검색기(642)는 주파수 판결기에 의해 산출된, 분주 신호 및 포락선 신호 간의 주파수 차이에 기초하여, 주파수 조정기(644)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 이진 검색기(642)는 주파수 조정기(644)를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하여, 주파수 조정기(644)로 전달할 수 있다.
본 명세서에서 제어 신호는 발진기(612)에 포함된 커패시터의 커패시턴스를 제어하기 위한 신호를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 이진 검색기(642)는 주파수 조정기(644)가 디지털 소자인 경우에는 제어 신호로서 디지털 형태로 된 제어 코드(control code)를 전달할 수 있다. 제어 코드는 커패시터의 커패시턴스에 대응하는 값을 지시하는 비트들로 구성되는 정보일 수 있다. 다른 예를 들어, 주파수 조정기(644)가 아날로그 소자인 경우, 이진 검색기(642)는 제어 신호로서 제어 전압 및 제어 전류 등을 전달할 수 있다.
주파수 조정기(644)는 제어 신호에 따라 발진기(612)의 발진 주파수를 조절할 수 있다. 예를 들어, 주파수 조정기(644)는 커패시터(예를 들어, 커패시터 뱅크, 버랙터 페어 등)를 포함할 수 있고, 상술한 커패시터의 커패시턴스를 제어 신호에 대응하는 값으로 조절할 수 있다. 다만, 주파수 조정기(644)는 도 6a에서 주파수 조절부(540)에 포함되는 것으로 도시되었는데, 이로 한정하는 것은 아니고, 주파수 조정기(644)는 발진기(612)에 포함되도록 구현될 수도 있다.
아울러, 주파수 조절부(540)는 신호세기 검출기(643)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 신호세기 검출기(643)는 주파수 차이 신호의 신호 세기(signal strength) 를 검출할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 신호세기 검출기(643)에 의해 검출된 신호세기에 따라, 주파수 보정 장치(600)의 주파수 조정기(644)는 주파수 보정을 수행할 지 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 주파수 조정기(644)는 신호세기 검출기(643)로부터 검출된 신호세기를 전달받을 수 있고, 주파수 조정기(644)는 신호 세기가 임계 크기를 초과하는 경우에 응답하여, 주파수 보정을 계속할 수 있고, 신호 세기가 임계 크기 이하인 경우에 응답하여, 주파수 보정을 종료할 수 있다.
다만, 도 6a에 도시된 바로 주파수 보정 장치(600)의 구성을 한정하는 것은 아니고, 실시예에 따라 세부 구성이 변경될 수 있다. 예를 들어, 입력 신호 생성부(510)는 외부 신호와 무관하게 결정된 발진 주파수를 가지는 발진 신호를 출력하는 발진기와, 발진 신호 및 외부 신호가 혼합된 입력 신호를 생성하는 주파수 혼합기를 포함할 수 있다. 주파수 혼합기가 이용되는 경우, 주파수 차이 추출부(520)는 혼합 신호에서 임계 주파수 대역 내의 신호를 통과시키는 통과 필터를 포함할 수 있다. 임계 주파수 대역은 포락선 주파수를 나타나는 일정 대역을 나타낼 수 있다.
다른 예를 들어, 도 6b에 도시된 바와 같이, 주파수 보정 장치(600)는 입력 신호 생성부(510), 주파수 차이 추출부(520), 및 주파수 조절부(540)만을 포함할 수 있다. 주파수 조절부(540)는 신호 세기 검출기(643) 및 주파수 조정기(644)만을 포함할 수 있다. 도 6a와 달리, 주파수 보정 장치(600)는 주파수 차이 신호(예를 들어, 포락선 신호)만을 이용하여 발진 주파수를 조절할 수도 있다. 일 실시예에 따르면, 주파수 조정기(644)는 주파수 차이 신호의 신호 세기가 임계 크기를 초과하는 경우 발진 주파수를 계속적으로 증가시킬 수 있고, 신호 세기가 임계 크기 이하인 경우에는 발진 주파수 증가를 종료할 수 있다. 다른 일 실시예에 따르면 주파수 조정기(644)는 신호 세기가 임계 크기를 초과하는 동안 발진 주파수를 계속적으로 감소시킬 수 있고, 신호 세기가 임계 크기 이하인 경우에는 발진 주파수 감소를 종료할 수 있다. 하기 도 16a 및 도 16b에서 상세히 설명한다.
도 7 및 도 8은 다른 일 실시예에 따른 주파수 보정 장치의 세부적인 구성을 도시한 블록도이다.
도 7은 주파수 조절부(740)가 디지털 소자로 구성된 예시를 도시한다.
도 7에 도시된 주파수 보정 장치(700)는 입력 신호 생성부(710), 주파수 차이 추출부(720), 분주기(730), 및 주파수 조절부(740)를 포함할 수 있다.
주파수 보정 장치(700)는 외부에서 수신되는 외부 신호(VRFcosωRF)로 칩 내부 발진 주파수를 자동으로 보정(Calibrate)할 수 있다. 보정이 완료된 발진기에서 출력되는 발진 신호는 VOSCcos(ωRF*(N/(N+1))), 이후의 포락선 신호는 VEDcos(ωRF/(N+1)), 분주 신호는 VOSCcos(ωRF/(N+1))이 될 수 있다. 상술한 바와 같이 포락선 신호의 포락선 주파수 및 분주 신호의 분주 주파수가 동일해지도록 하는 주파수 보정 과정을 하기에서 상세히 설명한다.
도 7에 도시된 입력 신호 생성부(710)는 코일 형태의 안테나(이하, 코일 안테나)를 포함할 수 있고, 코일 안테나를 구성하는 인덕터는 전압제어발진기(VCO, Voltage Controlled Oscillator)의 인덕터일 수 있다. 안테나를 통해 외부에서 수신되는 외부 신호(VRFcosωRF)의 외부 주파수가 발진기의 발진신호(VOSCcosωOSC)의 발진 주파수에 근접하는 경우, 두 신호(외부 신호 및 발진 신호)는 발진기에 의해 상호 주파수 혼합(Mixing)될 수 있다. 두 신호가 혼합된 크기 변조 신호(AM signal, Amplitude Modulation signal) 는 하기와 같은 수학식 3으로 나타낼 수 있다.
Figure 112016077053564-pat00003
상술한 수학식 3에서, 크기 변조 신호의 A(1+mCOSωmt)에서 변조(modulation) 신호 주파수 ωm 는 ωRF - ωOSC 로서, 외부 신호 및 발진 신호 간의 주파수 차이에 대응할 수 있다. m은 크기 변조 비율(AM Modulation ratio)를 나타낼 수 있다. 본 명세서에서 수학식 3에 따른 크기 변조 신호는 입력 신호라고 나타낼 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 발진기의 출력인 입력 신호는 주파수 차이 추출부(720) 및 분주기(730)로 전달될 수 있다. 입력 신호는 하기 수학식 4 및 수학식 5에 따라, 포락선 신호 및 포락선 신호가 제거된 신호로 분리될 수 있다.
예를 들어, 분주기(730)에 전달되는 입력 신호는 리미팅 증폭기에서 포락선이 제거될 수 있다. 포락선이 제거된 신호는 하기 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112016077053564-pat00004
또한, 포락선 검출기(ED, Envelope Detector)에 의해 검출된 포락선 신호는 하기 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112016077053564-pat00005
상술한 수학식 4에서 VLIMIT(t) 은 입력 신호에서 포락선 신호가 제거된 신호로서 발진 주파수에 대응하는 성분만 포함하는 신호일 수 있다. VENV(t)는 입력 신호의 포락선 신호일 수 있다.
이후, 포락선 신호가 제거된 신호 VLIMIT(t)는 N 분주기(730)에 의해 주파수가 1/N 배로 분주될 수 있다. 발진 주파수 성분이 1/N배로 분주된 신호는 분주 신호라고 나타낼 수 있고, 분주 신호는 하기 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112016077053564-pat00006
주파수 판별기(frequency determiner)는 상술한 수학식 5와 같이 표현되는 포락선 신호 및 상술한 수학식 6과 같이 표현되는 분주 신호를 비교할 수 있다. 본 명세서에서 주파수 판별기는 위상 주파수 검출기(PFD, Phase frequency detector)라고 표현할 수도 있다.
예를 들어, 위상 주파수 검출기(PFD)는, 포락선 신호의 포락선 주파수 및 분주 신호의 분주 주파수를 비교할 수 있다. 위상 주파수 검출기(PFD)가 포락선 주파수 및 분주 주파수를 비교한 결과에 대응하는 출력은, 발진기의 발진 주파수를 제어하기 위한 제어 신호로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 위상 주파수 검출기(PFD)의 출력은 주파수 제어 알고리즘(FCA)으로 전달될 수 있고, 주파수 제어 알고리즘(FCA)는 위상 주파수 검출기(PFD)의 출력에 기초하여 커패시터 뱅크(C-Bank, Capacitor Bank)의 커패시턴스를 조절할 수 있다. 발진기의 발진 주파수는 커패시터 뱅크(C-Bank)의 커패시턴스 및 발진기에 포함된 인덕터의 인덕턴스에 의해 결정될 수 있다. 도 7에서는 코일 안테나에 사용된 인덕터가 발진기의 인덕터로도 사용될 수 있다. 예를 들어, 주파수 제어 알고리즘(FCA)은 이진검색기(BS)로 구현될 수 있으나, 이로 한정하는 것은 아니다. 이진검색기(BS)는 하기와 같이 구현될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 커패시터 뱅크(C-Bank)에 포함된 각 커패시턴스는 이진검색기(BS)로부터 전달되는 제어 코드의 각 비트에 대응하는 커패시터를 포함할 수 있다. 제어 코드가 총 K 비트로 구성되고, i번째 비트가 1인 경우, 커패시터 뱅크(C-Bank)에서 i번째 비트에 대응하는 커패시터가 활성화되어 해당 커패시터의 커패시턴스만큼 커패시터 뱅크(C-Bank)의 커패시턴스가 증가될 수 있다. j번째 비트가 0인 경우, 커패시터 뱅크(C-Bank)에서 j번째 비트에 대응하는 커패시터가 비활성화되어 해당 커패시터의 커패시턴스만큼 커패시터 뱅크(C-Bank)의 커패시턴스가 감소될 수 있다. 여기서, K, i, j는 0 이상의 정수이고, i, j는 K 이하의 정수일 수 있다. 상술한 바와 같이, 제어 코드는 디지털 형태의 정보로서, 도 7에 도시된 주파수 보정 장치(700)는 제어 코드에 따라 이산적으로(discretely) 발진기의 커패시턴스를 증가시키거나 감소시킬 수 있다.
최종적으로, 주파수 보정 장치(700)는 발진 주파수 및 외부 주파수 간의 주파수 관계(frequency relation)가 하기 수학식 7에 수렴하도록, 발진 주파수를 상승시키거나 감소시킬 수 있다.
Figure 112016077053564-pat00007
상술한 수학식 7을 충족하는 외부 주파수 ωRF는 ωOSC 의 (N+1)/N 배일 수 있다. 따라서, 주파수 조절이 완료된 주파수 보정 장치(700)에 대하여 신호 송신 장치가 외부 주파수 ωRF를 ωOSC 의 (N+1)/N 배로 설정하는 경우, 주파수 보정 장치(700)의 발진 주파수 ωOSC는 자동적으로 외부 주파수 ωRF 의 N/(N+1) 배로 설정될 수 있다. 예를 들어, 분주비 64를 가지는 분주기(730)를 포함하는 주파수 보정 장치(700)는, 430MHz 의 발진 주파수를 생성하기 위해서 발진 주파수에 대해 (64+1)/(64)배인 436.6718MHz의 외부 주파수를 가지는 외부 신호를 수신할 수 있다. 여기서, 외부 신호는 신호 송신 장치에 의해 입력(input) 혹은 인가(inject)되는 신호를 나타낼 수 있다.
또한, 주파수 보정 장치(700)의 입력 신호 생성부(710)가 외부 신호 및 발진 신호가 혼합된 입력 신호를 생성하기 위해서는, 외부 주파수가 발진 주파수에 대해 주파수 락킹(frequency locking)이 발생하는 범위를 벗어나도록 설정될 필요가 있다. 외부 신호 및 발진 신호가 상호 혼합되는 주파수 범위에서, 발진기에 의해 출력되는 입력 신호가 주파수 차이(ωRF - ωosc)성분을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 외부 주파수 ωRF가 발진 주파수 ωosc 에 대해 주파수 혼합될 수 있는 미리 정한 주파수 범위(predetermined frequency range)는 하기 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112016077053564-pat00008
상술한 수학식 8에서 IINJ는 주파수 보정 장치(700)가 수신한 외부 신호 전류를 나타낼 수 있고, IOSC는 주파수 보정 장치(700)에 포함된 발진기 출력신호전류를 나타낼 수 있다. Q는 외부 안테나 코일의 인덕터와 가변 커패시터(예를 들어, 커패시터 뱅크) 의 Q 팩터(factor)를 나타낼 수 있고, N은 분주비를 나타낼 수 있다.
추가적으로 신호세기 검출기(signal strength detector)는 포락선 신호의 세기를 검출할 수 있고, RSSI(Received Signal Strength Indicator)라고 나타낼 수도 있다. 일 실시예에 따르면 주파수 보정 장치(700)는 포락선 신호의 세기가 임계 크기를 초과하여 검출되는 경우에 응답하여, 위상 주파수 검출기(PFD)에 기반하여 주파수 보정을 수행할 수 있다. 다른 일 실시예에 따르면, 포락선 신호의 신호 세기가 임계 크기를 초과하는 경우에 응답하여, 주파수 보정 장치(700)는 주파수를 계속적으로 증가(또는 계속적으로 감소)시킬 수 있다. 포락선 신호의 세기가 임계 크기 이하로 검출되는 경우에 응답하여, 주파수 보정 장치(700)는 주파수 보정을 종료할 수 있다.
도 8은 주파수 조절부가 아날로그 소자로 구성된 예시를 도시한다.
도 8에 도시된 주파수 보정 장치(800)의 입력 신호 생성부(810), 주파수 차이 추출부(820), 분주기(830), 및 주파수 조절부(840)의 동작은 도 7에 도시된 주파수 보정 장치(700)의 입력 신호 생성부(710), 주파수 차이 추출부(720), 분주기(730), 및 주파수 조절부(740)의 동작과 유사할 수 있다. 도 8에 도시된 주파수 보정 장치(800)도 최종적으로 상술한 수학식 7을 충족하도록 발진기의 발진 주파수를 조절할 수 있다. 최종적으로 조절된 발진 주파수, 분주 주파수, 및 포락선 주파수도 도 7과 동일할 수 있다.
다만, 도 7에서는 발진기의 주파수가 디지털적으로 제어되는 것과 달리, 도 8에서는 발진기의 주파수가 아날로그적으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 주파수 조절부(840)가 차지 펌프(CP) 및 루프 필터(loop filter)를 이용하여 발진기의 커패시턴스를 연속적으로 조절할 수 있다. 입력 신호 생성부(810)는 버랙터 페어(Varactor pair)를 포함할 수 있고, 버랙터 페어의 커패시턴스는 루프 필터에 의해 연속적으로 변화될 수 있다. 다만, 발진기의 커패시터를 상술한 바로 한정하는 것은 아니고, 발진기는 버랙터 페어 대신, 다른 종류의 가변 커패시터를 포함할 수도 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 주파수 보정 장치의 주파수 조절에 따른 발진 주파수 및 주파수 차이 신호의 변화를 도시한 도면이다.
도 9에 도시된 그래프에서 y축은 주파수 차이 신호(920) 및 분주 신호(910)가 나타내는 주파수로서, 단위는 Hz일 수 있다. x축은 시간으로서 단위는 초(second)일 수 있다.
아울러, x축의 하단에는 위상주파수 검출기(PFD)의 출력(990)의 예시를 도시하였는데, 위상주파수 검출기(PFD)는 각 구간마다 발진 주파수가 분주된 신호의 분주 주파수가 외부 주파수 이상인 경우 1, 분주 주파수가 외부 주파수보다 작은 경우 0을 출력할 수 있다. 다만, 이로 한정하는 것은 아니고, 설계에 따라 0과 1이 바뀌어 사용되거나, 더 나아가 0과 1의 이진수(binary number) 이외에 다른 정보가 사용될 수도 있다.
주파수 조절부는 주파수 차이 신호(920) 및 분주 신호(910) 간의 주파수를 비교하여, 주파수 차이 신호(920) 및 분주 신호(910) 간의 주파수 차이(930)에 기초하여 발진기의 커패시턴스를 변경할 수 있다.
예를 들어, 주파수 조절부는, 분주 신호(910)의 주파수가 주파수 차이 신호(920)의 주파수보다 작은 경우(예를 들어,
Figure 112016077053564-pat00009
)에 응답하여, 발진기의 커패시턴스를 감소시킬 수 있다. 주파수 조절부는 분주 신호(910)의 주파수가 주파수 차이 신호(920)의 주파수보다 큰 경우(
Figure 112016077053564-pat00010
)에 응답하여, 발진기의 커패시턴스를 증가시킬 수 있다. 주파수 조절부는 분주 신호(910)의 주파수 및 주파수 차이 신호(920)의 주파수가 동일하거나 그 차이가 미리 정한 주파수 값(예를 들어, 100ppm) 이하인 경우에 응답하여 주파수 조절이 완료된 것으로 판단할 수 있다. 발진 신호의 발진 주파수는, 외부 주파수에 대해 N/(N+1) 배인 주파수로 조절될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 발진기의 커패시턴스는 이진 검색에 기초하여 조절될 수 있다. 예를 들어, 주파수 조절부는, 임의의 타이밍에서 분주 신호(910)의 주파수가 주파수 차이 신호(920)의 주파수보다 작은 경우에 응답하여, 해당 타이밍에 설정되어 있던 커패시턴스 이하의 범위 중에서 중간 값으로 커패시터의 커패시턴스를 감소시킬 수 있다. 주파수 조절부는, 임의의 타이밍에서 분주 신호(910)의 주파수가 주파수 차이 신호(920)의 주파수보다 큰 경우에 응답하여, 해당 타이밍에 설정되어 있던 커패시턴스 이상의 범위 중에서 중간 값으로 커패시터의 커패시턴스를 증가시킬 수 있다.
도 9에 도시된 타이밍도에서 주파수 차이 신호(920) 및 분주 신호(910)는 도 7에 도시된 주파수 차이 추출부(720) 및 분주기(730)에 의해 각각 출력된 것을 나타낼 수 있다. 주파수 차이 신호(920) 및 분주 신호(910) 간의 주파수 차이(930)는 단계적으로 감소되어 0으로 수렴할 수 있다. 예를 들어, 주파수 보정 장치는 주파수 차이(930)가 100 ppm 이하로 감소되는 경우에 응답하여, 주파수 보정이 완료된 것으로 판단할 수 있다.
아울러, 아날로그 분주 신호(940)는 도 8에 도시된 버랙터 페어에 의해 제어되는 발진기의 발진 주파수가 분주된 신호를 나타낼 수 있다. 도 8에 도시된 분주기(830)에서 출력되는 분주 신호의 주파수도, 도 9에 도시된 바와 같이 주파수 차이 신호의 주파수와 동일해지도록 점진적으로 조절될 수 있다. 아날로그 분주 신호(940)는 설명의 편의를 위하여 도 9의 다른 신호들(910, 920, 930)과 함께 도시하였다.
결과적으로, 주파수 보정 장치는 초기의 분주 신호 및 주파수 차이 신호 간의 주파수 차이(930)인
Figure 112016077053564-pat00011
를 0으로 수렴시킬 수 있다. 주파수 조절이 완료되면
Figure 112016077053564-pat00012
이 될 수 있다.
일 실시예에 따른 주파수 보정 장치는 추가적인 기준 주파수 발생기(예를 들어, 크리스탈 등)가 없이도, 외부 신호의 외부 주파수를 정확하게 추적(track)할 수 있다. 예를 들어, 주파수 보정 장치가 이진 검색에 기초한 주파수 조절을 완료한 이후, 주파수 보정 장치의 최종 주파수 오차는 하기 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112016077053564-pat00013
상술한 수학식 9에서, ωRF는 주파수 보정 장치가 수신한 외부 신호의 외부 주파수, ωOSC는 발진기의 발진 주파수, CT는 K 비트로 구성되는 커패시터가 가변될 수 있는 최대 크기의 커패시턴스, Ltank는 발진기에 포함된 인덕터의 인덕턴스, K는 커패시터 뱅크의 총 비트 수(여기서, K는 1 이상의 정수), N은 분주기의 분주비(여기서, N은 0보다 큰 실수)를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 주파수 보정 장치의 주파수 오차는 100KHz 정도로 나타날 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 주파수 보정 장치에서 사용되는 분주비의 예시를 도시한 도면이다.
도 10의 y축은 주파수 차이 신호(fRF-fOSC)의 주파수로서 단위는 Hz일 수 있다. x축은 분주기의 분주비 N을 나타낼 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 분주기의 분주비 N은 임계 분주비(1010)보다 작은 값을 가지도록 설정될 수 있다.
Figure 112016077053564-pat00014
예를 들어, 분주비 N은 상술한 수학식 10에 기초하여, 발진 주파수 ωOSC, 외부 신호의 인젝션 전류 IINJ, 및 발진기의 발진 전류 IOSC에 기초하여 결정되는 임계 분주비(1010)(수학식 10의 우변)보다 작은 값을 가지도록 설정될 수 있다.
도 11 및 도 12는 또 다른 일 실시예에 따른 주파수 보정 장치의 세부적인 구성을 도시한 블록도이다.
도 11 및 도 12는 발진기와 데이터 수신 경로가 분리된 송수신기(transceiver)의 구조에 구현된 주파수 보정 장치(1100, 1200)를 도시한다. 예를 들어, 주파수 보정 장치(1100, 1200)는 Low IF (Low Intermediate Frequency)에서 동작하는 송수신기의 구조로 구현될 수 있다. 아울러, 도 11 및 도 12에 도시된 주파수 보정 장치(1100, 1200)에서 주파수 차이 추출부(520)의 출력 노드에서 나타나는 V2RCOS(ωRF/(N+1)) 신호 및 분주기(530)의 출력 노드에서 나타나는 V1LCOS(ωRF/(N+1)) 신호는 주파수 조절이 완료된 이후의 신호를 나타낼 수 있다. 주파수 조절이 완료된 발진 주파수 ωOSC는 N/(N+1)*ωRF로 표현될 수 있다. 아울러, 본 명세서에서 시간 변수 t는 생략되어 표현될 수 있다. 여기서, V2R은 주파수 차이 신호의 전압 진폭을 나타낼 수 있고, V1은 발진 신호의 전압 진폭을 나타낼 수 있으며, V1L은 분주 신호의 전압 진폭을 나타낼 수 있다.
일 실시예에 따르면, 도 11에 도시된 바와 같이, 입력 신호 생성부(510)는 발진기로부터 발진 신호를 수신하고, 외부로부터 외부 신호를 수신할 수 있으며, 발진 신호 및 외부 신호가 혼합된 입력 신호를 생성하는 주파수 혼합기를 포함할 수 있다. 도 7 및 도 8에 도시된 주파수 보정 장치(1100)와 달리, 도 11에 도시된 주파수 보정 장치(1100)에서 발진기는 오직 발진 주파수를 가지는 발진 신호만을 출력할 수 있다.
또한, 주파수 차이 추출부(520)는, 혼합 신호에서 임계 주파수 대역(threshold frequency bandwidth) 내의 신호를 통과시키는 통과 필터(pass filter)(1121)를 포함할 수 있다. 통과 필터(1121)는 혼합 신호로부터 주파수 차이 성분만을 추출할 수 있다. 도 11에 도시된 구조에서 통과 필터(1121)는 저역 통과 필터(LPF, low pass filter)를 나타낼 수 있다.
도 11에 도시된 주파수 조절부(540)는 도 7에 도시된 구조와 유사하게, 이진 검색에 기초하여 이산적(discretely)으로 커패시턴스를 변경함으로써 발진 주파수를 보정할 수 있다.
아울러, 주파수 보정 장치(1100)는 데이터 추출부(data extractor)(1180)는 아날로그 디지털 변환기(ADC, analog digital converter)를 통해 입력 신호로부터 데이터를 추출할 수 있다. 더 나아가, 주파수 보정 장치(1100)는 발진기의 발진 주파수를 이용하여 버퍼(1190)를 거쳐 외부로 신호를 송신할 수도 있다. 여기서, 송신에 사용되는 발진 주파수는, 주파수 보정 장치(1100)에 의해 보상이 완료된 주파수일 수 있다.
도 12에 도시된 주파수 보정 장치(1200)에서 분주기(530), 주파수 조절부(540)는 도 8에 도시된 분주기(530), 주파수 조절부(540)와 동일하게 동작할 수 있다. 입력 신호 생성부(510), 데이터 추출부(1280), 버퍼(1290)는 도 11에 도시된 입력 신호 생성부(510), 데이터 추출부(1180), 버퍼(1190)와 동일하게 동작할 수 있다.
주파수 차이 추출부(520)는 대역 통과 필터(BPF, band pass filter)(1221)를 포함할 수 있다. 대역 통과 필터는 일정 구간의 대역에 있는 주파수를 통과시키는 필터를 나타낼 수 있다.
도 12에 도시된 주파수 조절부(540)는 도 8에 도시된 구조와 유사하게, 연속적(continuously)으로 발진 주파수를 조절할 수 있다.
도 13은 일 실시예에 따른 주파수 보정 장치에서 외부 신호, 발진 주파수, 및 주파수 차이 신호 등의 발진기의 커패시턴스에 따른 관계를 도시한 도면이다.
도 13에서 좌측의 y축은 외부 신호(1310), 발진 신호(1330), 및 발진 신호(1330)의 주파수가 (N+1)/N배된 신호(1320)의 커패시터 코드에 따른 주파수로서 단위는 Hz일 수 있다. 우측의 y축은 분주 신호(1350), 및 주파수 차이 신호(1340)의 커패시터 코드에 따른 주파수로서 단위는 Hz일 수 있다. 좌측의 y축과 우측의 y축은 스케일(scale)이 다를 수 있다. x축은 커패시터 코드(capacitor code)를 나타낼 수 있다. 커패시터 코드는 제어 신호의 디지털 형태로서, 제어 코드라고 나타낼 수도 있다. 도 13에 도시된 커패시터 코드는 총 256비트를 나타낼 수 있다.
주파수 보정 장치는 분주 신호(1350)의 분주 주파수(fOSC/N) 및 주파수 차이 신호(1340)의 주파수(fRF-fOSC)가 동일해지도록 커패시터 코드를 제어할 수 있다. 분주 신호(1350)의 분주 주파수(fOSC/N) 및 주파수 차이 신호(1340)의 주파수(fRF-fOSC)가 동일해지는 제1 지점(1370)은 도 13에 도시된 바와 같이 나타낼 수 있다.
상술한 분주 신호(1350) 및 주파수 차이 신호(1340)에 기초한 주파수 보정은 외부 신호(1310) 및 발진 신호(1330)의 스케일에서 다음과 같이 해석될 수 있다. 예를 들어, 상술한 제1 지점(1370)의 커패시터 코드에서, 외부 신호(1310)의 외부 주파수(fRF) 및 발진 신호(1330)의 발진 주파수(fOSC)가 (N+1)/N배된 신호(1320)의 주파수가 동일(예를 들어, fRF=(N+1)/N*fOSC)해지는 제2 지점(1360)이 나타날 수 있다. 결과적으로 발진 신호(1330)의 발진 주파수(fOSC)는 외부 신호(1310)의 외부 주파수(fRF)에 대해 N/(N+1)배인 주파수(1380)로 설정될 수 있다.
도 14, 도 15, 도 16a, 및 도 16b는 일 실시예에 따른 주파수 보정 방법을 도시한 흐름도이다.
도 14는 주파수 보정 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
우선, 단계(1410)에서 주파수 보정 장치의 입력 신호 생성부는 발진 신호 및 외부 신호에 기초하여 입력 신호를 생성할 수 있다. 입력 신호는 상술한 바와 같이, 발진 신호 및 외부 신호가 혼합된 신호로서, 발진 주파수에 대응하는 성분 및 외부 주파수와 발진 주파수 간의 주파수 차이 성분을 포함할 수 있다.
그리고 단계(1420)에서 주파수 보정 장치의 주파수 차이 추출부는 입력 신호로부터 외부 신호의 외부 주파수 및 발진 신호의 발진 주파수 간의 주파수 차이에 대응하는 주파수를 가지는 주파수 차이 신호를 추출할 수 있다.
이어서 단계(1430)에서 주파수 보정 장치는 발진 주파수를 가지는 신호를 분주비로 분주하여 분주 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 주파수 보정 장치는 발진 주파수를 가지는 신호가 주파수 분주기(예를 들어, 분주기)에 의해 주파수 분주된 신호를 생성할 수 있다. 도 7 및 도 8에 도시된 구조에서 발진 주파수를 가지는 신호는 입력 신호에서 포락선 신호가 제거된 신호일 수 있다. 도 11 및 도 12에 도시된 구조에서 발진 주파수를 가지는 신호는 발진기로부터 출력되는 발진 신호일 수 있다.
상술한 단계들(1420, 1430)은 서로 병렬적으로 수행될 수 있는 바, 주파수 보정 장치는 단계들(1420, 1430)을 동시에 수행할 수 있다.
그리고 단계(1440)에서 주파수 보정 장치의 주파수 조절부는 주파수 차이 신호 및 분주 신호를 비교한 결과에 기초하여 발진 신호의 발진 주파수를 조절할 수 있다. 예를 들어, 주파수 조절부는 상술한 바와 같이, 발진기의 커패시턴스를 이산적으로 또는 연속적으로 조절함으로써, 발진 신호의 발진 주파수를 조절할 수 있다.
다만, 주파수 보정 방법을 도 14에 도시된 바로 한정하는 것은 아니고, 도 1 내지 도 13에 도시된 주파수 보정 장치의 세부적인 동작과 결합되어 수행될 수 있다.
도 15는 주파수 보정 방법을 상세하게 도시한 흐름도이다.
우선, 주파수 보정 장치는 외부 신호를 수신(1510)할 수 있다. 또한, 주파수 보정 장치는 발진 주파수(1520)를 설정할 수 있다. 주파수 보정 장치는 발진 주파수 및 외부 주파수가 혼합된 주파수를 가지는 입력 신호를 생성(1530)할 수 있다. 주파수 보정 장치는 포락선 신호를 제거하여 발진 주파수를 가지는 신호를 추출할 수 있고, 발진 주파수를 분주(1540)할 수 있다. 이후 주파수 보정 장치는 입력 신호로부터 포락선 신호를 분리(1550)할 수 있다.
그리고, 주파수 보정 장치는 포락선 신호의 크기(VED)를 검출할 수 있고, 임계 크기(VTH)와 비교(1560)할 수 있다. 주파수 보정 장치는 포락선 신호의 신호 세기(VED)가 임계 크기(VTH)를 초과하는 경우에 응답하여 발진 주파수 분주 동작(1540) 및 발진 신호 주파수 제어(1580)를 계속할 수 있다. 주파수 보정 장치는 신호 세기(VED)가 임계 크기(VTH) 이하인 경우에 응답하여, 주파수 보정을 종료할 수 있다.
주파수 보정 장치는 분리된 포락선 신호의 포락선 주파수 및 발진 주파수가 분주된 분주 신호의 분주 주파수를 비교(1570)할 수 있다. 주파수 보정 장치는 포락선 신호 및 분주 신호를 비교한 결과에 기초하여 발진신호 주파수를 제어(1580)할 수 있다. 여기서, 주파수 보정 장치는 발진 신호의 발진 주파수에 대한 주파수 가변 범위를 설정할 수도 있다. 주파수 가변 범위는 발진기의 총 커패시턴스에 기초하여 결정될 수 있다. 주파수 보정 장치는 조절된 발진 주파수를 발진기에 대해 설정(1520)할 수 있고, 포락선 신호가 검출되지 않거나, 포락선 주파수 및 분주 주파수가 동일해질 때까지 상술한 과정을 반복할 수 있다.
도 16a 및 도 16b는 포락선 신호의 신호 세기만을 이용하는 주파수 보정 방법을 도시한 흐름도이다. 예를 들어, 주파수 보정 장치는 포락선 신호의 신호 세기에 직접(directly) 응답하여 주파수 증가(또는 감소) 동작을 수행할 수 있다.
도 16a 및 도 16b에서는 우선, 주파수 보정 장치는 외부 신호를 수신(1610)할 수 있다. 또한, 주파수 보정 장치는 발진 주파수(1620)를 설정할 수 있다. 주파수 보정 장치는 발진 주파수 및 외부 주파수가 혼합된 주파수를 가지는 입력 신호를 생성(1630)할 수 있다. 주파수 보정 장치는 입력 신호로부터 포락선 신호를 분리(1650)할 수 있다. 그리고, 주파수 보정 장치는 포락선 신호의 크기(VED)를 검출할 수 있고, 임계 크기(VTH)와 비교(1660)할 수 있다.
주파수 보정 장치는 주파수 차이 신호의 신호 세기가 임계 크기를 초과하는 경우에 응답하여, 상기 발진기의 발진 주파수를 일방향으로 변화시킬 수 있다. 신호 세기가 임계 크기 이하인 경우에 응답하여, 주파수 보정 장치는 발진 주파수 변화를 종료할 수 있다. 일방향은, 발지 주파수가 증가하는 방향(incremental direction) 또는 감소하는 방향(decremental direction)을 나타낼 수 있다.
도 16a에서 주파수 보정 장치는 포락선 신호의 신호 세기(VED)가 임계 크기(VTH)를 초과하는 경우에 응답하여 발진기의 주파수를 계속 증가(1670)시킬 수 있다. 예를 들어, 주파수 가변 범위 설정시, 주파수 보정 장치는 발진기의 발진 주파수를 최소 주파수로 설정할 수 있고, 신호 세기(VED)가 임계 크기(VTH)를 초과하는 동안에는 발진 주파수를 일방적으로 계속해서 증가시키기만 할 수 있다. 이후, 주파수 보정 장치는 신호 세기(VED)가 임계 크기(VTH) 이하인 경우에 응답하여, 주파수 증가를 종료할 수 있다.
도 16b에서 주파수 보정 장치는 포락선 신호의 신호 세기(VED)가 임계 크기(VTH)를 초과하는 경우에 응답하여 발진기의 주파수를 계속 감소(1680)시킬 수 있다. 예를 들어, 주파수 가변 범위 설정시, 주파수 보정 장치는 발진기의 발진 주파수를 최대 주파수로 설정할 수 있고, 신호 세기(VED)가 임계 크기(VTH)를 초과하는 동안에는 발진 주파수를 일방적으로 계속해서 감소시키기만 할 수 있다. 이후, 주파수 보정 장치는 신호 세기(VED)가 임계 크기(VTH) 이하인 경우에 응답하여, 주파수 감소를 종료할 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 장치에 저장될 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.
100: 주파수 보정 시스템
110: 주파수 보정 장치
190: 신호 송신 장치

Claims (20)

  1. 발진 신호(oscillation signal) 및 외부 신호(external signal)에 기초하여 입력 신호를 생성하는 입력 신호 생성부(input signal generator);
    상기 입력 신호로부터 상기 외부 신호의 외부 주파수 및 상기 발진 신호의 발진 주파수 간의 주파수 차이(frequency difference)에 대응하는 주파수를 가지는 주파수 차이 신호(frequency difference signal)을 추출하는 주파수 차이 추출부(frequency difference extractor);
    상기 발진 신호를 분주비(division ratio)로 분주(divide)하여 분주 신호(division signal)를 생성하는 분주기(divider); 및
    상기 주파수 차이 신호 및 상기 분주 신호를 비교한 결과에 기초하여, 상기 주파수 차이 신호의 신호 세기에 따라 상기 발진 신호의 발진 주파수를 조절하는 주파수 조절부(frequency tuner)
    를 포함하는 주파수 보정 장치(frequency calibration apparatus).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입력 신호 생성부는,
    상기 발진 주파수에서 동작하도록 구성된 발진기
    를 포함하고,
    상기 발진기는,
    상기 외부 신호를 수신하고, 상기 외부 신호 및 상기 발진 신호를 이용하여 상기 입력 신호를 출력하며,
    상기 주파수 차이 추출부는,
    상기 입력 신호로부터 포락선 신호(envelope signal)를 검출하는 포락선 검출기(envelope detector)
    를 포함하는 주파수 보정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 입력 신호 생성부는,
    발진기에서 출력된 발진 신호 및 상기 외부 신호를 수신하고, 상기 발진 신호 및 상기 외부 신호가 혼합된 혼합 신호를 상기 입력 신호로서 생성하는 주파수 혼합기(frequency mixer)
    를 포함하고,
    상기 주파수 차이 추출부는,
    상기 혼합 신호에서 임계 주파수 대역(threshold frequency bandwidth) 내의 신호를 통과시키는 통과 필터(pass filter)
    를 포함하는 주파수 보정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 입력 신호 생성부는,
    상기 발진 주파수에서 동작하도록 구성된 발진기
    를 포함하고,
    상기 발진기는,
    상기 발진 주파수를 조절하도록 구성된 커패시터 뱅크
    를 포함하는 주파수 보정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 주파수 조절부는,
    상기 주파수 차이 신호 및 상기 분주 신호를 비교한 결과에 기초하여, 상기 발진 주파수를 이진 검색하여 조절하는,
    주파수 보정 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 입력 신호 생성부는,
    버랙터 페어(varactor pair)를 포함하는 발진기를 포함하고,
    상기 주파수 조절부는,
    PFD (phase frequency detector), 전하 펌프(Main CP, Main Charge Pump), 및 루프 필터(LF, Loop Filter)를 포함하는 아날로그 위상 고정 루프(Analog PLL)인,
    주파수 보정 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 주파수 조절부는,
    상기 주파수 차이 신호 및 상기 분주 신호 간의 주파수 차이가 최소화되도록, 상기 발진 주파수를 조절하는,
    주파수 보정 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 주파수 조절부는,
    상기 분주 신호의 주파수가 상기 주파수 차이 신호의 주파수보다 작은 경우에 응답하여, 발진기의 커패시턴스를 감소시키고,
    상기 분주 신호의 주파수가 상기 주파수 차이 신호의 주파수보다 큰 경우에 응답하여, 발진기의 커패시턴스를 증가시키는,
    주파수 보정 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 분주비는,
    상기 발진 주파수, 상기 외부 신호의 인젝션 전류, 및 발진기의 발진 전류에 기초하여 결정되는,
    주파수 보정 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 입력 신호 생성부는,
    미리 정한 주파수 범위(predetermined frequency range)내의 외부 주파수를 가지는 외부 신호를 수신하고,
    상기 주파수 조절부는,
    상기 발진 신호의 발진 주파수를, 상기 분주비 및 상기 외부 주파수에 기초하여 결정된 대상 주파수로 조절하는,
    주파수 보정 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 분주기는,
    상기 입력 신호로부터 포락선을 제거한 신호를 N의 분주비로 분주하고,
    상기 주파수 조절부는,
    상기 발진 신호의 발진 주파수를, 상기 외부 주파수에 대해 N/(N+1) 배인 주파수로 조절하며,
    여기서, N은 0보다 큰 실수인,
    주파수 보정 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 주파수 차이 신호의 신호 세기(signal strength)를 검출하는 신호세기 검출기
    를 더 포함하고,
    상기 신호 세기가 임계 크기를 초과하는 경우에 응답하여, 주파수 보정을 계속하며,
    상기 신호 세기가 임계 크기 이하인 경우에 응답하여, 주파수 조정을 종료하는,
    주파수 보정 장치.
  13. 발진 신호 및 외부 신호에 기초하여 입력 신호를 생성하는 단계;
    상기 입력 신호로부터 상기 외부 신호의 외부 주파수 및 상기 발진 신호의 발진 주파수 간의 주파수 차이에 대응하는 주파수를 가지는 주파수 차이 신호를 추출하는 단계;
    상기 발진 신호를 분주비로 분주하여 분주 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 주파수 차이 신호 및 상기 분주 신호를 비교한 결과에 기초하여, 상기 주파수 차이 신호의 신호 세기에 따라 상기 발진 신호의 발진 주파수를 조절하는 단계
    를 포함하는 주파수 보정 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 입력 신호를 생성하는 단계는,
    상기 외부 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 외부 신호 및 상기 발진 신호를 이용하여 상기 입력 신호를 출력하는 단계
    를 포함하고,
    상기 주파수 차이 신호를 추출하는 단계는,
    상기 입력 신호로부터 포락선 신호를 상기 주파수 차이 신호로서 검출하는 단계
    를 포함하는 주파수 보정 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 입력 신호를 생성하는 단계는,
    발진기에서 출력된 발진 신호 및 상기 외부 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 발진 신호 및 상기 외부 신호가 혼합된 혼합 신호를 상기 입력 신호로서 생성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 주파수 차이 신호를 추출하는 단계는,
    상기 혼합 신호에서 임계 주파수 대역 내의 신호를 통과시키는 단계
    를 포함하는 주파수 보정 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 발진 주파수를 조절하는 단계는,
    상기 주파수 차이 신호 및 상기 분주 신호를 비교한 결과에 기초하여, 상기 발진 주파수를 이진 검색하여 조절하는 단계,
    를 포함하는 주파수 보정 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 입력 신호를 생성하는 단계는,
    미리 정한 주파수 범위(predetermined frequency range)내의 외부 주파수를 가지는 외부 신호를 수신하는 단계
    를 포함하고,
    상기 발진 주파수를 조절하는 단계는,
    상기 주파수 차이 신호 및 상기 분주 신호 간의 주파수 차이가 최소화되도록, 상기 발진 주파수를 조절하는 단계,
    주파수 보정 방법.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 주파수 차이 신호의 신호 세기(signal strength)를 검출하는 단계;
    상기 신호 세기가 임계 크기를 초과하는 경우에 응답하여, 주파수 보정을 계속하는 단계; 및
    상기 신호 세기가 임계 크기 이하인 경우에 응답하여, 주파수 조정을 종료하는 단계,
    를 포함하는 주파수 보정 방법.
  19. 발진 신호 및 외부 신호에 기초하여 입력 신호를 생성하는 단계;
    상기 입력 신호로부터 상기 외부 신호의 외부 주파수 및 상기 발진 신호의 발진 주파수 간의 주파수 차이에 대응하는 주파수를 가지는 주파수 차이 신호를 추출하는 단계;
    상기 주파수 차이 신호의 신호 세기가 임계 크기를 초과하는 것에 응답하여, 발진기의 발진 주파수를 일방향으로 변화시키는 단계
    를 포함하는 주파수 보정 방법.
  20. 하드웨어와 결합되어 제13항 내지 제19항 중 어느 한 항의 방법을 실행시키기 위하여 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
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