KR102632074B1 - 부궤환 루프 구조의 위상 복조기 - Google Patents

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Abstract

본 개시의 실시 예에 따른 위상 복조기는 타겟으로 기준 신호를 출력하도록 구성된 송신부, 상기 타겟으로부터 상기 기준 신호에 응답하여 생성된 타겟 신호를 수신하도록 구성된 수신부, 및 상기 타겟 신호를 복조하도록 구성된 복조 처리부를 포함하되, 상기 복조 처리부는 상기 기준 신호에 기초하여 제1 위상 신호를 출력하도록 구성된 위상 제어기, 상기 제1 위상 신호의 위상을 지연시켜 제1 지연 신호를 출력하도록 구성된 위상 지연기, 상기 타겟 신호 및 상기 제1 지연 신호에 기초하여 제1 믹싱 신호를 출력하도록 구성된 믹서, 및 상기 제1 믹싱 신호를 증폭하여 생성된 제1 피드백 신호를 상기 위상 제어기로 출력하도록 구성된 증폭기를 포함하는 위상 복조기.

Description

부궤환 루프 구조의 위상 복조기{PHASE DEMODULATOR WITH NEGATIVE FEEDBACK LOOP}
본 발명은 위상 복조기에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 부궤환 루프 구조를 통해 위상을 복조하는 위상 복조기에 관한 것이다.
CW(Continuous Wave, 연속파) 도플러 레이다는 심박 및 호흡 측정, 미세 진동, 재난 현장에서의 인명 탐지, 저속의 속도 측정 등 다양한 응용 분야에 활용되고 있다. FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave, 주파수 변조 연속파), 광대역 펄스 방식과 비교하여 거리 측정은 불가능하나, 상대적으로 간단한 구조를 갖고 있어 다양한 분야에 활용되고 있다. 안테나를 통해 방사된 CW 신호는 타겟의 움직임에 의해 위상이 변조된다. 변조된 위상 신호는 방사된 CW 신호를 이용하여 동기(Coherent) 복조함으로써 타겟의 속도 및 위상 정보를 측정한다.
일반적인 위상 복조기는 믹서를 사용하여 동상(In-phase) 신호와 직교 위상(Quadrature-phase) 신호를 만들고, 동상 신호와 직교 위상 신호를 각각 증폭하여 위상을 복조한다. 동상 신호 및 직교 위상 신호는 각각 고정된 타겟에 의한 DC(Direct Current, 직류) 신호와 고정된 타겟의 미세한 움직임에 의한 AC(Alternating Current, 교류) 신호를 포함한다.
일반적으로 동상 신호 및 직교 위상 신호의 DC 신호는 AC 신호보다 10~100배 이상 크다. 이에 따라, 동상 신호 및 직교 위상 신호를 왜곡없이 디지털 신호로 변환하기 위해서는 고성능의 ADC(Analog to Digital Converter)의 동적범위(dynamic range) 특성이 요구된다.
본 개시의 실시 예에 따르면, 부궤환 루프 구조를 통해 위상을 복조하는 위상 복조기가 제공된다.
본 개시의 실시 예에 따른 위상 복조기는, 타겟으로 기준 신호를 출력하도록 구성된 송신부, 상기 타겟으로부터 상기 기준 신호에 응답하여 생성된 타겟 신호를 수신하도록 구성된 수신부, 및 상기 타겟 신호를 복조하도록 구성된 복조 처리부를 포함하되, 상기 복조 처리부는 상기 기준 신호에 기초하여 제1 위상 신호를 출력하도록 구성된 위상 제어기, 상기 제1 위상 신호의 위상을 지연시켜 제1 지연 신호를 출력하도록 구성된 위상 지연기, 상기 타겟 신호 및 상기 제1 지연 신호에 기초하여 제1 믹싱 신호를 출력하도록 구성된 믹서, 및 상기 제1 믹싱 신호를 증폭하여 생성된 제1 피드백 신호를 상기 위상 제어기로 출력하도록 구성된 증폭기를 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 위상 제어기는 상기 제1 피드백 신호에 기초하여 제2 위상 신호를 출력하도록 더 구성되고, 상기 위상 지연기는 상기 제2 위상 신호의 위상을 지연시켜 제2 지연 신호를 출력하도록 더 구성되고, 상기 믹서는 상기 타겟 신호 및 상기 제2 지연 신호를 믹싱하여 제2 믹싱 신호를 생성하도록 더 구성되고, 상기 증폭기는 상기 제2 믹싱 신호를 증폭하여 제2 피드백 신호를 상기 위상 제어기로 출력하도록 더 구성된다.
일 실시 예에서, 상기 위상 복조기는 상기 증폭기로부터의 상기 제2 피드백 신호에 기초하여 복조 신호를 출력하도록 구성된 출력 포트를 더 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 위상 제어기는 상기 제1 피드백 신호의 크기 및 위상 임계 값에 기초하여 상기 제2 위상 신호의 상기 위상을 제어하도록 더 구성된 다.
일 실시 예에서, 상기 위상 제어기는 상기 제1 피드백 신호의 크기가 상기 위상 임계 값보다 크면, 상기 제2 위상 신호의 상기 위상을 뒤지게 하도록(lag) 더 구성된다.
일 실시 예에서, 상기 위상 제어기는 상기 제1 피드백 신호 및 상기 위상 임계 값의 차이가 클수록, 상기 제2 위상 신호의 상기 위상을 더 뒤지게 하도록 구성된다.
일 실시 예에서, 상기 위상 제어기는 상기 제1 피드백 신호의 크기가 상기 위상 임계 값보다 작으면, 상기 제2 위상 신호의 상기 위상을 앞서게 하도록(lead) 더 구성된다.
일 실시 예에서, 상기 위상 제어기는 상기 제1 피드백 신호 및 상기 위상 임계 값의 차이가 클수록, 상기 제2 위상 신호의 상기 위상을 더 앞서게 하도록 구성된다.
일 실시 예에서, 상기 위상 지연기는 상기 제1 위상 신호의 위상을 90도 지연시켜 상기 제1 지연 신호를 생성하도록 더 구성된다.
일 실시 예에서, 상기 믹서는 상기 타겟 신호의 주파수로부터 상기 제1 지연 신호의 주파수를 감산하여 상기 제1 믹싱 신호를 생성하도록 더 구성된다.
일 실시 예에서, 상기 위상 제어기 및 상기 위상 지연기는 하나의 집적회로 상에 구현된다.
일 실시 예에서, 상기 믹서 및 상기 증폭기 사이에 연결되고, 상기 제1 믹싱 신호의 고주파 대역을 제거하도록 구성된 로우 패스 필터를 더 포함한다.
본 개시의 실시 예에 따른 위상 복조기의 동작 방법은 기준 신호 및 타겟 신호에 기초하여 제1 믹싱 신호를 생성하는 단계, 상기 제1 믹싱 신호를 증폭하여 제1 피드백 신호를 생성하는 단계, 상기 제1 피드백 신호에 기초하여 지연 신호를 생성하는 단계, 상기 타겟 신호 및 상기 지연 신호를 믹싱하여 제2 믹싱 신호를 생성하는 단계, 상기 제2 믹싱 신호를 증폭하여 제2 피드백 신호를 생성하는 단계, 및 상기 제2 피드백 신호에 기초하여 복조 신호를 출력하는 단계를 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 제1 피드백 신호에 기초하여 상기 지연 신호를 생성하는 단계는 상기 제1 피드백 신호 및 상기 기준 신호에 기초하여 위상 신호를 생성하는 단계, 및 상기 위상 신호의 위상을 지연시켜 지연 신호를 생성하는 단계를 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 타겟 신호 및 상기 지연 신호가 직교하는 방법을 더 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 제1 피드백 신호에 기초하여 상기 지연 신호를 생성하는 단계는, 상기 제1 피드백 신호의 크기 및 위상 임계 값에 기초하여 상기 지연 신호의 위상을 제어하는 단계를 더 포함한다.
본 개시의 실시 예에 따르면, 부궤환 루프 구조를 통해 위상을 지연시켜 타겟 신호의 위상을 복조하는 위상 복조기가 제공된다.
또한, 증폭기의 비포화 영역에서 타겟 신호를 복조함으로써 왜곡 및 변형이 감소하고, 타겟의 정보에 대한 신뢰도 및 정확도가 향상된 위상 복조기가 제공된다.
도 1은 위상 복조기를 구체화한 블록도이다.
도 2는 일반적인 복조 처리부를 구체화한 블록도이다.
도 3은 본 개시의 실시 예에 따른 복조 처리부를 구체화한 블록도이다.
도 4는 본 개시의 실시 예에 따른 복조 처리부를 구체화한 블록도이다.
도 5는 본 개시와 일반적인 개시에 의해 복조된 신호를 구체화한 그래프이다.
도 6은 본 개시와 일반적인 개시의 증폭기 입력 신호를 구체화한 그래프이다.
도 7은 본 개시의 실시 예에 따른 복조 처리부의 동작 방법을 보여주는 순서도이다.
아래에서는, 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있을 정도로, 본 발명의 실시 예들이 명확하고 상세하게 기재될 것이다.
도 1은 본 개시의 실시 예에 따른 위상 복조기를 구체화한 블록도이다. 도 1을 참조하면, 위상 복조기(100)가 도시된다. 위상 복조기(100)는 부궤환 루프 구조(negative feedback)를 통해 타겟 신호(TS)를 복조하는 장치일 수 있다. 부궤환 루프는 위상 제어기, 위상 지연기, 믹서, 및 증폭기를 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 부궤환 루프가 반복될수록 출력되는 신호의 크기는 일정 범위로 수렴할 수 있다.
예를 들어, 위상 복조기(100)는 심박 및 호흡 측정, 미세 진동, 재난 현장에서의 인명 탐지, 저속의 속도 측정 등에 활용 가능한 레이다를 복조하기 위한 장치로 활용될 수 있다.
위상 복조기(100)는 송신부(111), 수신부(112), 복조 처리부(120), 프로세서(130)를 포함할 수 있다.
송신부(111)는 타겟을 향해 기준 신호(RF)를 출력할 수 있다. 일 실시 예에서, 기준 신호(RF)는 CW 레이더(Continuous Wave Radar, 연속파 레이더)일 수 있다. 송신부(111) 및 타겟 사이의 거리는 기준 거리(d0)일 수 있다.
수신부(112)는 타겟으로부터 타겟 신호(TS)를 수신할 수 있다. 타겟 신호(TS)는 타겟으로부터 기준 신호(RF)에 응답하여 출력된 신호일 수 있다. 예를 들어, 타겟 신호(TS)는 타겟으로부터 기준 신호(RF)가 반사된 신호일 수 있다. 수신부(112) 및 타겟 사이의 거리는 기준 거리(d0)일 수 있다. 기준 신호(RF) 및 타겟 신호(TS)를 처리하는 동안, 타겟의 위치는 타겟 위치(x(t))로 표현될 수 있다. 타겟 위치(x(t))는 시간(t)에서 좌표를 의미할 수 있다.
복조 처리부(120)는 부궤환 루프 구조를 통해 타겟 신호(TS)를 복조하여 복조 신호(DS)를 출력할 수 있다. 복조 처리부(120)는 기준 신호(RF)를 송신부(111)로 출력할 수 있고, 수신부(112)로부터 타겟 신호(TS)를 수신할 수 있다. 복조 처리부(120)는 복조 신호(DS)를 프로세서(130)로 출력할 수 있다.
프로세서(130)는 복조 처리부(120)로부터 복조 신호(DS)를 수신할 수 있다. 프로세서(130)는 복조 신호(DS)를 이용하여 타겟에 관련된 정보를 생성할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(130)는 복조 신호(DS)에 기초하여 심박 및 호흡 측정, 미세 진동, 재난 현장에서의 인명 탐지 등을 처리할 수 있다.
도 2는 일반적인 복조 처리부를 구체화한 도면이다. 도 2를 참조하면, 복조 처리부(DP)는 타겟 신호(TS)의 위상을 복조하여 복조 신호(DSx)를 생성할 수 있다. 복조 처리부(DP)는 국부 발진기(OS), 위상 분리기(PD), 제1 믹서(MX1), 제2 믹서(MX2), 제1 로우 패스 필터(LPF1), 제2 로우 패스 필터(LPF2), 제1 증폭기(AMP1), 제2 증폭기(AMP2), 및 복조기(DM)를 포함할 수 있다.
국부 발진기(OS)는 기준 주파수(fc)를 갖는 기준 신호(RF)를 생성할 수 있다. 기준 신호(RF)는 다음의 수학식 1을 참조하여 설명된다.
수학식 1은 기준 신호(RF)를 나타내는 수식이다. 수학식 1을 참조하면, T(t)는 기준 신호(RF)를 의미하고, fc는 기준 신호(RF)의 주파수를 의미하고, φ(t)는 기준 신호(RF)의 위상 잡음을 의미한다.
국부 발진기(OS)는 송신부(111)로 기준 신호(RF)를 출력할 수 있다. 송신부(111)는 타겟을 향해 기준 신호(RF)를 송신할 수 있다. 송신부(111) 및 타겟 사이의 거리는 기준 거리(d0)일 수 있다. 기준 신호(RF) 및 타겟 신호(TS)를 처리하는 동안, 타겟의 위치는 타겟 위치(x(t))로 표현될 수 있다. 타겟 위치(x(t))는 시간(t)에서 좌표를 의미할 수 있다.
수신부(112)는 타겟으로부터 기준 신호(RF)에 응답하여 생성된 타겟 신호(TS)를 수신할 수 있다. 타겟 신호(TS)는 타겟으로부터 기준 신호(RF)가 반사된 신호일 수 있다.
위상 분리기(PD)는 기준 신호(RF)에 기초하여, 신호들(PI, PQ)을 생성할 수 있다. 신호(PI)는 기준 신호(RF)와 같은 위상을 가질 수 있다. 신호(PQ)는 기준 신호(RF)와 90˚의 위상 차이를 가질 수 있다.
제1 믹서(MX1)는 타겟 신호(TS) 및 기준 신호(RF)와 같은 위상을 갖는 신호(PI)에 기초하여 제1 신호(IS)를 생성할 수 있다. 제2 믹서(MX2)는 타겟 신호(TS) 및 기준 신호(RF)와 90˚의 위상 차이를 갖는 신호(PQ)에 기초하여 제2 신호(QS)를 생성할 수 있다.
제1 로우 패스 필터(LPF1)는 제1 신호(IS)의 고주파 성분을 제거하여 제1 필터 신호(LIS)를 제1 증폭기(AMP1)로 출력할 수 있다. 제2 로우 패스 필터(LPF2)는 제2 신호(QS)의 고주파 성분을 제거하여 제2 필터 신호(LQS)를 제2 증폭기(AMP2)로 출력할 수 있다. 제1 로우 패스 필터(LPF1) 및 제2 로우 패스 필터(LPF2)가 제1 신호(IS) 및 제2 신호(QS)의 고주파 성분을 제거함으로써, 제1 증폭기(AMP1) 및 제2 증폭기(AMP2)의 증폭 동작에서 고주파 노이즈에 따른 에러가 감소할 수 있다.
제1 증폭기(AMP1)는 제1 필터 신호(LIS)를 증폭시켜 동상 신호(I(t))를 생성할 수 있다. 제2 증폭기(AMP2)는 제2 필터 신호(LQS)를 증폭시켜 직교 위상 신호(Q(t))를 생성할 수 있다.
동상 신호(I(t)) 및 직교 위상 신호(Q(t))는 다음의 수학식 2를 참조하여 설명된다.
수학식 2는 동상 신호 및 직교 위상 신호를 나타낸다. 수학식 2를 참조하면, Φ(t)는 동상 신호(I(t)) 및 직교 위상 신호(Q(t))의 위상을 의미한다. AI는 동상 신호(I(t))의 크기를 의미하고, AQ는 직교 위상 신호(Q(t))의 크기를 의미한다. 또한 Φ(t)는 다음의 수학식 3을 참조하여 설명된다.
수학식 3은 동상 신호(I(t))의 위상 및 직교 위상 신호(Q(t))의 위상을 나타내는 수식이다. 예를 들어, 수학식 3은 수학식 2의 동상 신호의 위상 또는 직교 위상 신호의 위상에 대응할 수 있다. 수학식 3을 참조하면, 는 기준 신호(RF)와 타겟 신호(TS)의 위상 잡음의 차를 의미한다. 송신부(111) 및 타겟 사이의 기준 거리(d0)가 크지 않을 경우, 거리 상관(Range Correlation) 효과에 의해 는 무시될 수 있다. θ는 송신부(111) 및 타겟 사이의 기준 거리(d0)에 의해 발생하는 위상을 의미한다. λ는 기준 신호(RF)의 파장을 의미한다. 또한 x(t)는 이동 시간(t)동안 타겟이 움직인 거리를 의미한다.
수학식 2 및 수학식 3을 참조하면, 동상 신호(I(t)), 직교 위상 신호(Q(t)), 및 위상이 설명된다. 동상 신호(I(t)) 및 직교 위상 신호(Q(t))는 DC 성분 및 AC 성분의 합으로 표현될 수 있다. DC 성분은 θ에 기초하여 결정될 수 있다. AC 성분은 x(t)에 기초하여 결정될 수 있다.
동상 신호(I(t))의 경우, θ에 의한 DC 성분은 송신부(111) 및 타겟 사이의 기준 거리(d0)에 기초하여 -AI 및 +AI 사이의 크기를 가질 수 있다. 직교 위상 신호(I(t))의 경우, θ에 의한 DC 성분은 송신부(111) 및 타겟 사이의 기준 거리(d0)에 기초하여 -AQ 및 +AQ 사이의 크기를 가질 수 있다. 이에 따라 동상 신호(I(t)) 및 직교 위상 신호(Q(t))를 디지털 변환하기 위해서는, -AI 내지 +AI 의 사이 및 -AQ 내지 +AQ의 사이의 신호를 처리할 수 있는 ADC(Analog to Digital Converter)가 요구될 수 있다. 즉, 넓은 동적 범위를 갖는 ADC가 요구될 수 있다.
일 실시 예에서, 증폭기는 비포화 영역에서 일정한 증폭 이득을 갖고, 포화 영역에서 일정한 크기의 출력을 가질 수 있다. 예를 들어, 증폭기는 포화 임계 값 미만의 크기를 갖는 입력 신호에 대해서, 일정한 증폭 이득을 가질 수 있다. 증폭기는 포화 임계 값 이상의 크기를 갖는 입력 신호에 대해서, 일정한 크기의 출력 신호를 생성할 수 있다. 증폭기, 입력 신호, 및 출력 신호는 각각 제1 증폭기(AMP1), 제1 필터 신호(LIS), 및 동상 신호(I(t))에 대응하거나, 또는 각각 제2 증폭기(AMP2), 제2 필터 신호(LQS), 밀 직교 위상 신호(Q(t))에 대응할 수 있다.
일 실시 예에서, 복조기(DM)는 동상 신호(I(t)) 및 직교 위상 신호(Q(t))에 기초하여 복조 신호(DSx)를 생성할 수 있다. 복조 신호(DSx)는 타겟 신호(TS)를 복조한 신호일 수 있다.
도 3은 도 1의 복조 처리부를 구체화한 블록도이다. 도 3을 참조하면, 복조 처리부(120a)는 국부 발진기(121), 위상 제어기(122), 위상 지연기(123), 믹서(124), 로우 패스 필터(125), 증폭기(126), 및 출력 포트(127)를 포함할 수 있다. 복조 처리부(120a)는 부궤환 루프 구조를 통해 타겟 신호(TS)를 복조하여 복조 신호(DS)를 출력할 수 있다.
국부 발진기(121)는 발진 주파수를 갖는 기준 신호(RF)를 생성할 수 있다. 국부 발진기(121)는 송신부(111) 및 위상 제어기(122)로 기준 신호(RF)를 출력할 수 있다.
위상 제어기(122)는 기준 신호(RF)에 기초하여 위상 신호(PC)를 생성할 수 있다. 위상 제어기(122)는 위상 신호(PC)를 위상 지연기(123)로 출력할 수 있다. 위상 제어기(122)는 기준 신호(RF)의 위상을 -180˚ 내지 180˚의 범위 내에서 선형적으로 지연시킨 신호를 생성할 수 있다. 위상 제어기(122)는 피드백 신호(FS)의 크기에 기초하여 위상 신호(PC)의 위상을 제어할 수 있다.
일 실시 예에서, 위상 제어기(122)는 피드백 신호(FS)의 크기 및 미리 정해진 위상 임계 값에 기초하여 위상 신호(PC)의 위상을 제어할 수 있다. 위상 임계 값은 위상 제어기(122)가 위상을 뒤지게 하거나 또는 앞서게 하는 기준이 되는 값일 수 있다. 예를 들어, 위상 제어기(122)는 피드백 신호(FS)의 크기가 위상 임계 값보다 크면, 위상 신호(PC)의 위상을 뒤지게 할 수 있다. 위상 제어기(122)는 피드백 신호(FS)의 크기가 위상 임계 값보다 작으면, 위상 신호(PC)의 위상을 앞서게 할 수 있다.
일 실시 예에서, 위상 제어기(122)는 피드백 신호(FS)와 위상 임계 값의 차이가 클수록 위상 신호(PC)의 위상을 더 뒤지게 하도록 제어할 수 있다. 일 실시 예에서, 위상 제어기(122)는 피드백 신호(FS)와 위상 임계 값의 차이가 클수록 위상 신호(PC)의 위상을 더 앞서게 하도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 피드백 신호(FS)의 크기가 0.1인 경우 위상 제어기(122)는 위상 신호(PC)의 위상을 10˚만큼 지연시킬 수 있고, 피드백 신호(FS)의 크기가 0.2인 경우 위상 제어기(122)는 위상 신호(PC)의 위상을 20˚만큼 지연시킬 수 있다. 그러나, 본 개시는 이에 제한되지 않으며, 위상 제어기(122)는 각각의 실시 예들에 따라 피드백 신호(FS)의 크기에 기초하여 위상 신호(PC)의 위상을 제어할 수 있다.
위상 지연기(123)는 위상 신호(PC)의 위상을 지연시켜 지연 신호(PS)를 생성할 수 있다. 위상 지연기(123)는 지연 신호(PS)를 믹서(124)로 출력할 수 있다. 일 실시 예에서, 위상 지연기(123)는 위상 신호(PC)의 위상을 90˚만큼 지연시켜 지연 신호(PS)를 생성할 수 있다.
믹서(124)는 타겟 신호(TS)와 지연 신호(PS)에 기초하여 믹싱 신호(MS)를 생성할 수 있다. 일 실시 예에서, 믹서(124)는 타겟 신호(TS)의 주파수로부터 지연 신호(PS)의 주파수를 감산하여 믹싱 신호(MS)를 생성할 수 있다. 믹서(124)는 믹싱 신호(MS)를 증폭기(126)로 출력할 수 있다. 일 실시 예에서, 믹서(124)는 믹싱 신호(MS)를 로우 패스 필터(125)로 출력할 수 있다.
로우 패스 필터(125)는 믹싱 신호(MS)의 고주파 성분을 제거한 신호를 증폭기(126)로 출력할 수 있다. 로우 패스 필터(125)는 믹서(124) 및 증폭기(126) 사이에 연결될 수 있다. 로우 패스 필터(125)가 믹싱 신호(MS)의 고주파 성분을 제거함으로써, 증폭기(126)의 증폭 동작에서 고주파 노이즈에 따른 에러가 감소할 수 있다.
증폭기(126)는 믹싱 신호(MS)를 증폭하여 피드백 신호(FS)를 생성할 수 있다. 증폭기(126)는 경로 손실(path loss)에 의해 감쇠된 신호를 증폭하여 신호 크기를 보상할 수 있다. 증폭기(126)는 피드백 신호(FS)를 위상 제어기(122) 및 출력 포트(127)로 출력할 수 있다. 일 실시 예에서, 피드백 신호(FS)는 위상 신호(PC)와 선형적인 관계를 가질 수 있다.
일 실시 예에서, 복조 처리부(120a)는 부궤환 루프 구조를 가질 수 있다. 부궤환 루프 구조는 증폭기(126)로부터의 피드백 신호(FS)가 위상 제어기(122)를 제어하는 구조를 의미할 수 있다. 부궤환 루프는 위상 제어기(122), 위상 지연기(123), 믹서(124), 및 증폭기(126)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 부궤환 루프를 통해 피드백 신호(FS)가 생성됨에 따라, 위상 제어기(122)는 위상 신호(PC)의 위상과 타겟 신호(TS)의 위상이 같도록 위상 신호(PC)의 위상을 제어할 수 있다. 일 실시 예에서, 위상 제어기(122)는 피드백 신호(FS)의 크기 및 위상 임계 값에 기초하여 위상 신호(PC)의 위상을 제어할 수 있다.
일 실시 예에서, 부궤환 루프를 통해 믹싱 신호(MS)가 생성됨에 따라, 믹싱 신호(MS)의 크기는 일정 범위로 수렴할 수 있다. 일 실시 예에서, 증폭기(126)의 이득이 상당히 큰(예를 들어, 무한대) 경우, 부궤환 루프가 반복 수행됨에 따라 믹싱 신호(MS)의 크기는 특정 값(예를 들어, 0)에 근접할 수 있다. 일 실시 예에서, 타겟 신호(TS)와 지연 신호(PS)의 위상차가 90˚에 근접하면, 믹싱 신호(MS)의 크기는 특정 값(예를 들어 0)에 근접할 수 있다. 예를 들어 타겟 신호(TS)의 위상이 지연 신호(PS)의 위상보다 앞설 수 있고, 위상 차이는 90˚에 근접할 수 있다. 이 때, 믹싱 신호(MS)의 크기는 특정 값(예를 들어, 0)에 근접할 수 있다.
출력 포트(127)는 피드백 신호(FS)에 기초하여 복조 신호(DS)를 출력할 수 있다. 일 실시 예에서, 피드백 신호(FS)와 복조 신호(DS)는 같은 위상을 가진 신호일 수 있다. 일 실시 예에서, 타겟 신호(TS)와 지연 신호(PS)의 위상이 직교하는 경우, 복조 신호(DS)는 타겟 신호(TS)가 복조된 신호일 수 있다. 출력 포트(127)는 복조 신호(DS)를 프로세서(130)으로 출력할 수 있다.
도 4는 본 개시의 실시 예에 따른 도 1의 복조 처리부를 구체화한 블록도이다. 도 4를 참조하면, 복조 처리부(120b)는 국부 발진기(121), 통합 위상 지연기(127), 믹서(124), 로우 패스 필터(125), 증폭기(126), 및 출력 포트(127)를 포함할 수 있다. 복조 처리부(120b)는 부궤환 루프 구조를 통해 타겟 신호(TS)를 복조하여 복조 신호(DS)를 출력할 수 있다.
도 4의 국부 발진기(121), 믹서(124), 로우 패스 필터(125), 증폭기(126), 출력 포트(127)는 도 3의 국부 발진기(121), 로우 패스 필터(125), 믹서(124), 증폭기(126), 출력 포트(127)와 유사하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략된다.
통합 위상 지연기(127)는 기준 신호(RF)의 위상을 지연시켜 통합 지연 신호(TPS)를 생성할 수 있다. 통합 위상 지연기(127)는 피드백 신호(FS)에 기초하여 기준 신호(RF)의 위상을 지연시킬 수 있다. 통합 위상 지연기(127)는 통합 지연 신호(TPS)를 믹서(124)로 출력할 수 있다. 즉, 통합 위상 지연기(127)는 도 3의 위상 제어기(122) 및 위상 지연기(123)가 하나의 집적회로 상에 구현된 것일 수 있다. 통합 지연 신호(TPS)는 도 3의 지연 신호(PS)에 대응할 수 있다.
도 5는 본 개시와 일반적인 개시의 복조된 신호를 구체화한 그래프이다. 도 5를 참조하면, 타겟 신호(TS), 일반적인 개시의 복조 신호(DSx), 및 본 개시의 복조 신호(DS)의 위상 변화가 도시된다. 가로 축은 시간을 나타낸다. 세로 축은 위상(radian)을 나타낸다. 복조 신호(DSx) 및 복조 신호(DS)는 타겟 신호(TS)를 복조한 신호일 수 있다.
복조 신호(DSx) 및 타겟 신호(TS)의 파형들을 참조하면, 복조 신호(DSx)의 위상과 타겟 신호(TS)의 위상은 상이할 수 있다. 즉, 일반적인 개시의 복조 신호(DSx)는 타겟 신호(TS)에 대한 위상이 왜곡됨에 따라, 타겟의 정보에 대한 신뢰도 및 정확성이 저하된 신호일 수 있다.
반면에, 복조 신호(DS) 및 타겟 신호(TS)의 파형을 참조하면, 복조 신호(DS)의 위상과 타겟 신호(TS)의 위상은 유사할 수 있다. 즉, 복조 신호(DS)는 복조 신호(DSx)보다 왜곡 또는 변형이 적은 신호일 수 있고, 타겟의 정보에 대한 신뢰도 및 정확성이 향상된 신호일 수 있다.
상술된 바와 같이, 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 부궤환 루프내의 증폭기가 선형 구간에서 동작하도록 하여, 왜곡 또는 변형이 적은 복조 신호(DS)(예를 들어, 타겟 신호(TS)와 유사한 파형을 갖는 신호)를 획득할 수 있다. 이에 따라, 복조 동작의 신뢰도 및 정확도가 향상된 복조기가 제공될 수 있다.
도 6은 본 개시와 일반적인 개시의 증폭기 입력 신호를 구체화한 그래프이다. 도 6을 참조하면, 일반적인 개시의 제1 필터 신호(LIS), 제2 필터 신호(LQS), 및 본 개시의 믹싱 신호(MS)가 도시된다. 가로 축은 시간을 나타낼 수 있다. 세로 축은 전압을 나타낼 수 있다. 믹싱 신호(MS), 제1 필터 신호(LIS), 및 제2 필터 신호(LQS)는 증폭기의 입력 신호이다.
일 실시 예에서, 제1 필터 신호(LIS) 및 제2 필터 신호(LQS)는 각각 DC 성분 및 AC 성분을 가질 수 있다. 일 실시 예에서, 제1 필터 신호(LIS)는 수학식 2의 동상 신호(I(t))에 대응할 수 있다. 제2 필터 신호(LQS)는 수학식 2의 직교 위상 신호(Q(t))에 대응할 수 있다.
본 개시의 믹싱 신호(MS)의 크기는 상당히 작은 값(예를 들어, 루프 이득으로 나뉜 값)인 것을 확인할 수 있다. 제1 필터 신호(LIS) 및 제2 필터 신호(LQS)와 비교했을 때, 믹싱 신호(MS)의 크기는 특정 값(예를 들어, 0)에 근접한 값일 수 있다. 부궤환 루프 구조를 통해 특정 값(예를 들어, 0)에 근접한 값을 갖는 믹싱 신호(MS)가 증폭기에 입력되므로, 증폭기가 포화되지 않는 영역에서 타겟 신호를 복조할 수 있다.
상술된 바와 같이, 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 증폭기가 포화되지 않는 영역에서 타겟 신호를 복조함에 따라, 왜곡 또는 변형이 적은 복조 신호(DS)(예를 들어, 타겟 신호(TS)와 유사한 파형을 갖는 신호)를 획득할 수 있다. 이에 따라, 복조 동작의 신뢰도 및 정확도가 향상된 복조기가 제공될 수 있다.
도 7은 본 개시의 실시 예에 따른 복조 처리부의 동작 방법을 보여주는 순서도이다. 도 7을 참조하면, 복조 처리부의 동작 방법이 도시된다. 복조 처리부는 도 3의 복조 처리부에 대응할 수 있다. 복조 처리부는 부궤환 루프 구조를 통해 타겟 신호를 복조하여 복조 신호를 출력할 수 있다
S110 단계에서, 복조 처리부는 기준 신호 및 타겟 신호를 믹싱하여 제1 믹싱 신호를 생성할 수 있다. 일 실시 예에서, 복조 처리부는 타겟 신호의 주파수로부터 기준 신호의 주파수를 감산하여 제1 믹싱 신호를 생성할 수 있다. 일 실시 예에서, 기준 신호는 CW 레이더(Continuous Wave Radar, 연속파 레이더)일 수 있다. 타겟 신호는 타겟이 기준 신호에 응답하여 생성한 신호일 수 있다. 예를 들어, 타겟 신호는 타겟으로부터 기준 신호가 반사된 신호일 수 있다.
S120 단계에서, 복조 처리부는 제1 믹싱 신호를 증폭하여 제1 피드백 신호를 생성할 수 있다.
S130 단계에서, 복조 처리부는 제1 피드백 신호에 기초하여 지연 신호를 생성할 수 있다. 즉, 본 개시의 복조 처리부는 기준 신호에 기초하여 생성된 제1 피드백 신호가 다시 기준 신호를 제어하는데 사용되도록 하는 부궤환 루프 구조를 가질 수 있다.
일 실시 예에서, 복조 처리부는 제1 피드백 신호에 기초하여 위상 신호를 생성하고, 위상 신호의 위상을 지연시켜 지연 신호를 생성할 수 있다. 일 실시 예에서, 복조 처리부는 제1 피드백 신호의 크기 및 위상 임계 값에 기초하여 위상 신호의 위상을 제어할 수 있다.
S140 단계에서, 복조 처리부는 타겟 신호 및 지연 신호를 믹싱하여, 제2 믹싱 신호를 생성할 수 있다. 이 때, 제2 믹싱 신호는 S110 단계의 제1 믹싱 신호에 대응할 수 있으며, 시간적으로 늦게 생성된 신호일 수 있다. 예를 들어, 제2 믹싱 신호는 제1 믹싱 신호와 동일한 단자에서 생성되는 신호일 수 있고, 제1 믹싱 신호가 생성되는 루프의 다음 루프(즉, 다음 순환)에서 생성된 신호일 수 있다. 일 실시 예에서, 복조 처리부는 타겟 신호의 주파수로부터 지연 신호의 주파수를 감산하여 제2 믹싱 신호를 생성할 수 있다. 일 실시 예에서, 타겟 신호 및 지연 신호는 직교할 수 있다.
S150 단계에서, 복조 처리부는 제2 믹싱 신호를 증폭하여 제2 피드백 신호를 생성할 수 있다. 이 때, 제2 피드백 신호는 S120 단계의 제1 피드백 신호에 대응할 수 있으며, 시간적으로 늦게 생성된 신호일 수 있다. 예를 들어, 제2 피드백 신호는 제1 피드백 신호와 동일한 단자에서 생성되는 신호일 수 있고, 제2 피드백 신호가 생성되는 루프의 다음 루프에서 생성된 신호일 수 있다.
S160 단계에서, 복조 처리부는 제2 피드백 신호에 기초하여 복조 신호를 출력할 수 있다. 일 실시 예에서, 제2 피드백 신호와 복조 신호는 같은 위상을 갖는 신호일 수 있다.
상술된 내용은 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 실시 예들이다. 본 발명은 상술된 실시 예들뿐만 아니라, 단순하게 설계 변경되거나 용이하게 변경할 수 있는 실시 예들 또한 포함할 것이다. 또한, 본 발명은 실시 예들을 이용하여 용이하게 변형하여 실시할 수 있는 기술들도 포함될 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 상술된 실시 예들에 국한되어 정해져서는 안 되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 위상 복조기
111: 송신부
112: 수신부
120a, 120b, 120c: 복조 처리부
122: 위상 제어기
123: 위상 지연기
124: 믹서
125: 증폭기

Claims (16)

  1. 타겟으로 기준 신호를 출력하도록 구성된 송신부;
    상기 타겟으로부터 상기 기준 신호에 응답하여 생성된 타겟 신호를 수신하도록 구성된 수신부; 및
    상기 타겟 신호를 복조하도록 구성된 복조 처리부를 포함하되,
    상기 복조 처리부는:
    상기 기준 신호에 기초하여 위상 신호를 출력하고 그리고 피드백 신호의 크기 및 위상 임계 값에 기초하여 상기 위상 신호의 위상을 제어하도록 구성된 위상 제어기;
    상기 위상 신호의 위상을 지연시켜 지연 신호를 출력하도록 구성된 위상 지연기;
    상기 타겟 신호 및 상기 지연 신호에 기초하여 믹싱 신호를 출력하도록 구성된 믹서; 및
    상기 믹싱 신호를 증폭하여 생성된 피드백 신호를 상기 위상 제어기로 출력하도록 구성된 증폭기를 포함하는 위상 복조기.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 증폭기로부터의 상기 피드백 신호에 기초하여 복조 신호를 출력하도록 구성된 출력 포트를 더 포함하는 위상 복조기.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상 제어기는 상기 피드백 신호의 크기가 상기 위상 임계 값보다 크면, 상기 위상 신호의 상기 위상을 뒤지게 하도록(lag) 더 구성된 위상 복조기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 위상 제어기는 상기 피드백 신호 및 상기 위상 임계 값의 차이가 클수록, 상기 위상 신호의 상기 위상을 더 뒤지게 하도록 구성된 위상 복조기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상 제어기는 상기 피드백 신호의 크기가 상기 위상 임계 값보다 작으면, 상기 위상 신호의 상기 위상을 앞서게 하도록(lead) 더 구성된 위상 복조기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 위상 제어기는 상기 피드백 신호 및 상기 위상 임계 값의 차이가 클수록, 상기 위상 신호의 상기 위상을 더 앞서게 하도록 구성된 위상 복조기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상 지연기는 상기 위상 신호의 위상을 90도 지연시켜 상기 지연 신호를 생성하도록 더 구성된 위상 복조기.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 믹서는 상기 타겟 신호의 주파수로부터 상기 지연 신호의 주파수를 감산하여 상기 믹싱 신호를 생성하도록 더 구성된 위상 복조기.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상 제어기 및 상기 위상 지연기는 하나의 집적회로 상에 구현되는 위상 복조기.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 믹서 및 상기 증폭기 사이에 연결되고, 상기 믹싱 신호의 고주파 대역을 제거하도록 구성된 로우 패스 필터를 더 포함하는 위상 복조기.
  13. 위상 복조기의 동작 방법에 있어서:
    기준 신호 및 지연 신호에 기초하여 믹싱 신호를 생성하는 단계;
    상기 믹싱 신호를 증폭하여 피드백 신호를 생성하는 단계;
    타겟 신호 및 상기 피드백 신호에 기초하여 상기 지연 신호를 생성하는 단계;
    상기 피드백 신호의 크기 및 위상 임계 값에 기초하여 상기 지연 신호의 위상을 제어하는 단계; 및
    상기 피드백 신호에 기초하여 복조 신호를 출력하는 단계를 포함하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 피드백 신호에 기초하여 상기 지연 신호를 생성하는 단계는:
    상기 피드백 신호 및 상기 기준 신호에 기초하여 위상 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 위상 신호의 위상을 지연시켜 지연 신호를 생성하는 단계를 포함하는 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 타겟 신호 및 상기 지연 신호는 직교하는 방법.
  16. 삭제
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