KR20010008950A - 공진 주파수 자동 조정 기능을 갖는 주파수 복조기 및 집적회로에 내장되는 위상 천이기 - Google Patents

공진 주파수 자동 조정 기능을 갖는 주파수 복조기 및 집적회로에 내장되는 위상 천이기 Download PDF

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Abstract

공진 주파수 자동 조정 기능을 갖는 주파수 복조기 및 집적 회로에 내장되는 위상 천이기가 개시된다. 본 발명에 따른 공진 주파수 자동 조정 기능을 갖는 주파수 복조기는, 외부의 송신측으로부터 통신 채널을 통하여 주파수 변조된 메시지 신호를 입력하고, 내부의 공진 주파수를 기준으로 입력된 신호의 순간 주파수에 비례하게 위상 천이시키며, 소정의 제어 전압에 상응하여 공진 주파수를 변화시키는 위상 천이기, 주파수 변조된 메시지 신호와 위상 천이된 신호의 위상을 비교하고, 비교된 결과를 출력하는 위상 비교 수단, 위상 비교 수단에서 출력되는 신호의 저역 성분을 필터링하여 원래의 메시지 신호를 복원하는 저역 통과 필터, 및 소정 스위칭 제어 신호에 응답하여 스위칭되며, 스위칭 온 상태에서 복원된 메시지 신호의 위칭 온 상태를 유지하는 스위칭 수단을 구비하고, 온도와 같은 외부 환경 요인, 또는 위상 천이기의 부품 노화로 인한 공진 주파수 편이를 동작 초기에 검출하여 자동으로 보상할 수 있으며, 이로 인해 원래의 메시지를 왜곡시키지 않고 복원할 수 있다는 효과가 있다.

Description

공진 주파수 자동 조정 기능을 갖는 주파수 복조기 및 집적 회로에 내장되는 위상 천이기{Frequency Demodulator having function of Auto-Adjusting Resonator Frequency and Phase Shifter integrated in IC}
본 발명은 주파수 복조기에 관한 것으로서, 특히, 공진 주파수 자동 조정 기능을 갖는 주파수 복조기에 관한 것이다.
일반적으로 주파수 복조기(Frequency Demodulator)는 원래의 신호 성분인 메시지 신호와 반송파가 주파수 변조(Frequency modulation)된 고주파 신호(RF)로부터 메시지 신호를 복원하는 시스템을 말한다. 즉, 주파수 복조기는 FM라디오 수신기, FM 변복조기 및 그와 유사한 변복조 방식을 사용하는 시스템에 주로 적용된다.
도 1은 종래의 주파수 복조기(100)를 설명하기 위한 블럭도로서, 주파수 복조기(100)는 위상 비교기(12), 위상 천이기(14) 및 저역 통과 필터(16)를 포함한다. 설명의 편의를 위하여 송신측의 주파수 변조기(Frequency Modulator)(110)와 통신 채널(120)을 함께 도시한다.
도 1에 도시된 주파수 복조기(100)는 일반적으로 쿼드러쳐 검파기 (Quadrature Detector)라고도 하며, 송신측의 주파수 변조기(110)는 메시지 신호(MIN)를 소정의 반송파 신호에 의해 주파수 변조하고, 변조된 신호를 통신 채널(120)을 통하여 전송한다. 이 때, 통신 채널(120)을 통하여 입력되는, 주파수 변조된 메시지 신호(IN)는 주파수 복조기(100)로 입력된다.
위상 천이기(14)는 주파수 변조된 메시지 신호(IN)의 순간 주파수에 따라서 위상을 천이시키고, 위상 천이된 결과(SOUT)를 위상 비교기(12)의 비교 신호로 인가한다.
위상 비교기(12)는 주파수 변조된 메시지 신호(IN)와 위상 천이기(14)에서 위상 천이된 신호를 비교하고, 비교된 위상 차에 상응하는 신호를 출력한다. 즉, 위상 비교기(12)는 주파수 변조된 메시지 신호(IN)와 위상 천이된 신호(SOUT)를 배타적 논리합하여 위상 차를 출력하며, 두 신호의 레벨이 같으면 로우 레벨의 신호를 출력하고, 두 신호의 레벨이 다르면 하이 레벨의 신호를 출력한다.
저역 통과 필터(16)는 위상 비교기(12)에서 출력되는 결과를 저역 필터링하여 원래의 메시지 신호만을 추출한다.
도 2는 도 1에 도시된 주파수 복조기의 위상 천이기(14)를 설명하기 위한 상세한 회로도로서, 입력 신호(IN)와 위상 천이된 신호(SOUT) 사이에 연결된 커패시터(C1)와, 출력 신호(SOUT) 및 접지(GND) 사이에 병렬 연결된 탱크 코일(20)을 포함한다. 여기에서, 탱크 코일(20)은 위상 천이된 신호(SOUT)와 접지(GND)사이에 병렬 연결된 저항(R2), 가변 코일(L2) 및 커패시터(C2)를 포함한다.
도 2에 도시된 탱크 코일(20)은 저항(R2), 가변 코일(L2) 및 커패시터(C2)에 상응하는 공진 주파수 신호를 생성하기 위한 회로이다. 즉, 위상천이기(14)는 공진 주파수를 기준으로 주파수 변조된 메시지 신호(IN)의 순간 주파수에 비례하는 만큼 위상을 천이시켜준다.
도 3은 도 2에 도시된 위상 천이기(14)의 주파수 특성을 설명하기 위한 도면이다. 도 3을 참조하면, 입력 신호(IN)의 순간 주파수가 외부에 구비되는 탱크 코일(30)의 공진 주파수(f0)와 같은 경우에는 -90도 만큼 위상을 천이시키고, 공진 주파수(f0)보다 크거나 작은 경우에는 공진 주파수(f0)와 입력 신호(IN)의 순간 주파수 차에 비례하는 만큼의 위상을 천이시켜준다.
그러나, 도 1에 도시된 종래의 주파수 복조기(100)에서 위상 비교기(12)는 집적 회로(Integrated Circuit:이하, IC)에 내장될 수 있으나, 위상 천이기(14)는 쿼드 코일 등과 같은 사이즈가 큰 부품들로 구성되어 내장될 수 없으므로 IC 외부에 도 2와 같이 IC외부에 LC공진 회로를 구현하게 된다.
또한, 종래에는 455KHz나 10.7MHz를 중심 주파수로 하여 신호 처리를 수행하였으나, 최근의 900MHz 수신기나, 2.4GHz 대역의 수신기에서는 110MHz를 중심 주파수(IF)로 하여 신호 처리를 수행하게 된다. 즉, 455KHz나 10.7MHz를 기준으로 동작하는 주파수 복조기에서는 탱크 코일 또는 판별기(Discriminator)라는 고정 LC 공진 회로를 이용하여 도 2와 같이 위상 천이기(14)를 구현할 수 있다. 이러한 방식으로 위상 천이기(14)를 구현하면, 온도 특성이 우수하고 부품의 노화에 의한 주파수 편이 현상을 줄일 수 있다.
그러나, 110MHz를 기준으로하여 신호 처리를 수행하는 주파수 복조기에서는 수십 nH의 고정 코일과 수십 pF의 가변 커패시터를 이용하여 LC공진 회로를 구성해야 한다. 이러한 방식으로 위상 천이기(14)를 구현하면, 각 개별 부품들의 외부 온도 변화와 부품의 노화에 의해 공진 주파수 편이 현상이 발생될 수 있다. 이와 같이, 위상 천이기 내부의 공진 회로에서 발생되는 공진 주파수가 높아지거나 낮아지게 되면, 위상 천이기(14)는 정확히 -90도 만큼 위상 천이를 수행할 수 없기 때문에, 복조된 메시지 신호가 왜곡될 수 있다. 또한, 종래의 위상 천이기(14)는 IC에 내장될 수 없으므로, 내부의 소자들을 개선하여 IC에 내장시킬 수 있는 새로운 방법이 요구된다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는, 고주파 대역에서 신호 처리되는 주파수 복조기의 경우에 부품의 노화 및 외부 온도 변화에 의해 위상 천이기의 공진주파수가 편이되는 것을 자동으로 보상할 수 있는 공진 주파수 자동 조정 기능을 갖는 주파수 복조기를 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자하는 다른 기술적 과제는, 주파수 복조기에서 저항, 커패시터 및 능동 소자를 이용하여 위상 천이기를 구현함으로써 IC에 집적화될 수 있는위상 천이기를 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 주파수 복조기(Frequency Demodulator)를 설명하기 위한 블럭도이다.
도 2는 도 1에 도시된 주파수 복조기의 위상 천이기를 설명하기 위한 회로도이다.
도 3은 도 2의 위상 천이기에서 입력 신호의 주파수에 따른 위상 천이값을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 공진 주파수 자동 조정 기능을 갖는 주파수 복조기를 설명하기 위한 실시예의 블럭도이다.
도 5는 도 4에 도시된 주파수 복조기의 위상 천이기를 설명하기 위한 실시예의 회로도이다.
도 6(a) 및 6(b)는 도 5에 도시된 위상 천이기의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 7은 본 발명에 따른 위상 천이기의 다른 실시예를 나타내는 회로도이다.
상기 과제를 이루기 위해, 본 발명에 따른 공진 주파수 자동 조정 기능을 갖는 주파수 복조기는, 외부의 송신측으로부터 통신 채널을 통하여 주파수 변조된 메시지 신호를 입력하고, 내부의 공진 주파수를 기준으로 입력된 신호의 순간 주파수에 비례하게 위상 천이시키며, 소정의 제어 전압에 상응하여 공진 주파수를 변화시키는 위상 천이기, 주파수 변조된 메시지 신호와 위상 천이된 신호의 위상을 비교하고, 비교된 결과를 출력하는 위상 비교 수단, 위상 비교 수단에서 출력되는 신호의 저역 성분을 필터링하여 원래의 메시지 신호를 복원하는 저역 통과 필터, 및 소정 스위칭 제어 신호에 응답하여 스위칭되며, 스위칭 온 상태에서 복원된 메시지 신호의 위칭 온 상태를 유지하는 스위칭 수단으로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 다른 과제를 이루기 위해, 본 발명에 따른 집적 회로에 내장되는 위상 천이기는, 주파수 변조된 메시지 신호를 복조하여 원래의 메시지 신호를 복원하기 위한 주파수 복조기 내부에 구비되고, 주파수 변조된 메시지 신호를 소정의 공진 주파수에 응답하여 위상 천이시키는 위상 천이기에 있어서, 위상 천이기의 입력 신호와 제1노드 사이에 직렬 연결되고, 하나 이상의 저항과 커패시터로 이루어진 직렬 소자들, 입력 신호와 위상 천이기의 출력 신호 사이에 병렬 연결되고, 하나 이상의 저항과 커패시터로 이루어진 병렬 소자들, 및 제1노드와 출력 신호 사이에 연결되며, 소정의 전압 이득에 따라서 제1노드의 전압을 증폭하는 증폭 수단으로 구성되는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 따른 공진 주파수 자동 조정 기능을 갖는 주파수 복조기에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 공진 주파수 자동 조정 기능을 갖는 주파수 복조기(400)를 설명하기 위한 실시예의 블럭도로서, 위상 비교기(42), 위상 천이기 (44), 저역 통과 필터(46) 및 스위치(SW40)를 포함한다. 설명의 편의를 위하여 송신측의 주파수 변조기(410)와 통신 채널(420)을 함께 도시한다.
송신측의 주파수 변조기(410)는 메시지 신호(MIN)를 소정의 반송파 신호에 의해 주파수 변조하고, 변조된 신호를 통신 채널(420)을 통하여 전송한다. 이 때, 통신 채널(120)을 통하여 입력되는 주파수 변조된 메시지 신호(IN)는 주파수 복조기(400)로 입력되어 복조된다.
위상 비교기(42)는 통신 채널(420)을 통해서 주파수 변조된 신호(IN)를 입력하고, 입력된 신호(IN)와 위상 천이기(44)에서 위상 천이된 신호(SOUT)를 위상 비교하여 비교된 결과를 출력한다.
위상 천이기(44)는 주파수 변조된 메시지 신호(IN)를 입력하고, 내부에서 발생되는 공진 주파수 신호를 기준으로 입력 신호의 순간 주파수에 비례하게 위상 천이시키고, 위상 천이된 신호(SOUT)를 출력하며, 스위치(SW40)를 통하여 인가되는 제어 전압(VOL_C)에 상응하여 공진 주파수를 변화시킨다. 즉, 위상 천이기(44)는 주파수 변조된 신호(IN)의 순간 주파수와 공진 주파수가 같은 경우에는 -90도 만큼 위상 천이시키고, 같지 않은 경우에는 순간 주파수와 공진 주파수 차에 비례하게 위상 천이시킨다.
저역 통과 필터(46)는 위상 비교기(42)의 출력 신호에서 저역 성분을 필터링하여 원래의 메시지 신호를 복원하고, 복원된 메시지 신호(MOUT)를 출력한다. 또한, 복원된 메시지 신호(MOUT) 중에서 직류 성분은 위상 천이기(44)의 제어 전압(VOL_C)으로 인가된다.
스위치(SW40)는 복원된 메시지 신호(MOUT)와 위상 천이기(44) 사이에 연결되어 스위칭 제어 신호(CON)에 의해 온/오프 제어되며, 스위칭 온 상태에서 복원된 메시지 신호(MOUT)의 직류 전압은 제어 전압(VOL_C)으로서 위상 천이기(44)로 인가된다. 여기에서, 스위칭 제어 신호(CON)는 중앙 처리 장치 또는 마이크로프로세서로부터 인가되는 신호로서, 실제 데이타 이전의 프리앰블 신호를 수신하는 동안 인에이블되어 위상 천이기(44)의 공진 주파수를 정확히 조정할 수 있고, 데이타를 수신할 준비가 완료되었으면 스위칭 제어 신호(CON)가 디스에이블되어 이후에 인가되는 데이타들을 수신할 수 있게 한다.
이와 같이, 본 발명에 따른 주파수 복조기는 데이타 수신 초기에 복조된 메시지 신호의 직류 전압을 피드백받음으로써 위상 천이기(44)의 공진 주파수를 조정할 수 있다. 다시 말해서, 데이타 수신 초기에 받아들이는 신호, 예를 들어, 송수신기 간에 통화를 가능하게 하기 위해 링크 설정 시에 주고 받는 프리앰블과 같은 신호를 수신하는 동안에, 위상 천이기(44)의 공진 주파수가 정확히 조정되었는지를 검출하여 공진 주파수가 변화된 경우에는 이를 자동으로 조정할 수 있다.
도 5는 도 4에 도시된 위상 천이기(44)를 설명하기 위한 상세한 회로도로서, 커패시터(C51)와 공진회로(50)를 포함한다.
도 5를 참조하면, 입력 신호(IN)와 위상 천이기(44)의 출력 신호(SOUT) 사이에는 커패시터(C51)가 연결된다. 또한, 출력 신호(SOUT)와 접지(GND) 사이에는 저항(R52), 코일(L52) 및 가변 커패시터(C52)가 병렬로 연결되어 있다. 또한, 출력 신호(SOUT)와 제어 전압(VOL_C) 사이에는 커패시터(C53)가 연결되고, 제어 전압(VOL_C)과 접지(GND)사이에는 바리캡 다이오드(VARICAP DIODE)가 연결된다.
도 5의 공진 회로(50)에서 공진 주파수는 코일(L52)의 인덕턴스와, 가변 커패시터(C52), 및 바리캡 다이오드(VC52)의 커패시턴스에 의해 결정된다. 또한, 위상 천이기(44)에서의 위상 천이 동작은 커패시터(C51)와, 공진 회로(50)의 각 소자들로부터 구해지는 전달 함수에 의해 이루어진다.
도 5의 바리캡 다이오드(VC52)는 입력되는 전압에 따라서 커패시턴스가 달라지며, 피드백되는 메시지 신호의 직류 전압을 제어 전압(VOL_C)으로서 인가받아 커패시턴스를 변화시킨다. 따라서, 바리캡 다이오드(VC52)의 커패시턴스의 변화에 의해 공진 회로(50)의 공진 주파수가 가변될 수 있다.
또한, 도 5의 공진 회로(50)의 공진 주파수(f0)는 다음 수학식과 같이 나타낼 수 있다.
여기에서, VC52는 바리캡 다이오드(VC52)의 커패시턴스를 나타낸다.
도 6(a) 및 6(b)는 도 5에 도시된 위상 천이기(44)의 동작을 설명하기 위한 도면들로서, 도6(a)는 위상 천이기(44)의 공진 주파수(f0)가 입력 신호 즉, 주파수 변조된 고주파 신호(RF)의 중심 주파수(f1)보다 높아지는 경우를 나타내고, 6(b)는 위상 천이기(44)의 공진 주파수(f0)가 중심 주파수(f1)보다 낮아지는 경우를 나타낸다.
도 6(a)를 참조하면, 참조 부호 61은 공진 주파수가 정상적인 값을 갖는 경우에 입력 신호의 순간 주파수와 메시지 신호의 직류 전압과의 관계를 나타낸다. 또한, 참조 부호 62는 공진 주파수가 정상적인 값보다 더 높아지는 경우에 입력 신호의 순간 주파수와 메시지 신호의 직류 전압과의 관계를 나타낸다. 또한, 6(b)를 참조하면, 참조 부호 63은 공진 주파수가 정상적인 값을 갖는 경우에 입력 신호의 순간 주파수와, 메시지 신호의 직류 전압과의 관계를 나타내고, 참조 부호 64는 공진 주파수가 정상적인 값보다 더 낮아지는 경우에 입력 신호의 순간 주파수와, 복원된 메시지 신호의 직류 전압과의 관계를 나타낸다. 또한, 도 6의 f1은 주파수 변조된 고주파 신호(RF)의 중심 주파수를 나타내고, V1은 고주파 신호의 순간 주파수가 중심 주파수와 같을 때, 복원된 메시지 신호의 직류 전압 즉, 중심 전압을 나타낸다.
도 4~도 6을 참조하여 본 발명에 따른 주파수 복조기의 동작을 상세히 설명한다. 우선, 프리앰블 신호를 수신하는 동안에, 스위칭 제어 신호(CON)는 인에이블되고 스위치(SW40)는 스위칭 제어 신호(CON)에 응답하여 온 상태가 된다. 이 때, 위상 천이기(44)의 공진 주파수(f0)가 고주파 신호의 중심 주파수(f1)와 같은 경우에는, 위상 천이기(44)에서 위상 천이된 신호(SOUT)와 입력 신호(IN)는 위상 비교기(42)에서 비교되어 그에 상응하는 출력 신호를 생성한다. 따라서, 저역 통과 필터(46)는 입력된 신호의 저역 성분을 필터링하여 원래의 메시지 신호(MOUT)를 복원한다. 또한, 메시지 신호에 포함된 직류 전압은 스위치(SW40)를 통하여 위상 천이기(44)로 피드백된다. 이 때 제어 전압(VOL_C)은 변화하지 않기 때문에 공진 회로(50)에서 생성되는 공진 주파수도 일정한 값으로 유지된다.
다음, 도 6(a)에 도시된 바와 같이 부품의 노화 또는 온도 변화에 의해 위상 천이기(44)의 공진 주파수가 중심 주파수(f1)보다 더 높아지게 되면, 저역 통과 필터(46)를 통해서 출력되는 메시지 신호의 직류 전압은 중심 전압(V1)으로부터 더 낮아져서 P1의 위치에 있게 된다. 따라서, P1 위치에 존재하는 메시지 신호의 직류 전압은 스위치(SW40)를 통하여 위상 천이기(44)의 공진회로(50)로 인가되고 이로 인해 바리캡 다이오드(VC52)의 커패시턴스를 변화시킨다. 이 때 바리캡 다이오드(VC52)에 인가되는 제어 전압(VOL_C)은 중심 전압보다 더 낮은 전압이므로, 바리캡 다이오드(VC52)의 커패시턴스는 이전보다 더 커지게 된다. 따라서, 상기 수학식 1에 의해 위상 천이기(44)의 공진 주파수(f0)는 이전 상태에서 더 낮아지게 되고, 결과적으로 중심 주파수(f1)와 같도록 조정될 수 있다. 따라서, 위상 천이기(44)는 정상적인 값으로 조정된 공진 주파수 신호(f0)에 의해 입력된 신호(IN)를 위상 천이한다.
한편, 도 6(b)에 도시된 바와 같이 부품의 노화 또는 온도 변화에 의해 위상 천이기(44)의 공진 주파수(f0)가 RF신호의 중심 주파수(f1)보다 더 낮아지게 되면, 저역 통과 필터(46)를 통해서 출력되는 메시지 신호의 직류 전압은 중심 전압(V1)으로부터 더 높아져서 P2의 위치에 있게 된다. 이 때, 저역 통과 필터(46)에서 출력되는 직류 전압(P2)은 위상 천이기(44)의 공진 회로(50)로 인가되어 바리캡 다이오드(VC52)의 커패시턴스를 변화시킨다. 이 때, 바리캡 다이오드(VC52)에 인가되는 전압은 중심 전압(V1)보다 높은 전압이므로, 바리캡 다이오드(VC52)의 커패시턴스는 이전보다 더 작아지게 된다. 따라서, 수학식 1에 의해 공진 주파수(f0)는 이전 상태보다 더 높아지게 되어 결과적으로 RF신호의 중심 주파수(f1)와 같아지게 된다.
이와 같이, 위상 천이기(44)의 공진 주파수(f0)가 여러 가지 요인에 의해 변화되더라도, 피드백되는 메시지 신호의 직류 전압(VOL_C)에 의해 바리캡 다이오드(VC52)의 커패시턴스가 가변됨으로써 공진 주파수(f0)가 자동 조정된다. 따라서, 110MHz의 주파수 대역에서 신호 처리되는 주파수 복조기의 경우에, 부품 노화 및 온도 변화에 의해 공진 주파수가 편이되는 현상을 없앨 수 있다.
한편, 도 4의 주파수 복조기는 위상 천이기(44)가 IC 외부에 별도로 구현되어 있는 상태이기 때문에, IC에 내장될 수 있는 새로운 방법이 요구된다. 그 중에 하나는 IC에 집적화될 수 있는 다수의 수동 소자들과, 능동 소자를 함께 이용하는 방법이 이용될 수 있다.
이하에서 본 발명에 따른 IC에 내장되는 위상 천이기에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 7은 본 발명에 따른 IC에 내장되는 위상 천이기를 설명하기 위한 실시예의 회로도로서, 저항들(R71, R72), 커패시터들(C71, C72) 및 능동 소자로서의 증폭기(77)를 포함한다. 여기에서, 증폭기(77)의 전압이득은 -K인 것으로 가정된다.
도 7을 참조하면, 저항(R71)과 커패시터(C71)는 입력 신호(IN)와 제1노드(N1) 사이에 직렬 연결되는 직렬 소자들이고, 증폭기(77)는 제1노드(N1)와 위상 천이된 신호(SOUT) 사이에 연결되어 있다. 또한, 저항(R72)과 커패시터(C72)는 병렬 소자들로서, 입력 신호(IN)와 위상 천이된 신호(SOUT) 사이에 병렬로 연결되어 있다.
도 7에 도시된 위상 천이기는 IC에 내장하기 위해 증폭기(77)와 같은 능동 소자를 이용한다는 특징이 있다. 즉, 종래의 위상 천이기에 이용되었던 쿼드러쳐 코일은 높은 안정도(Q)를 얻을 수 있다는 장점이 있지만, IC에 내장될 수 없으므로 단말기의 경박 단소화 면에서 큰 단점이 될 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 저항, 커패시터와 같은 수동 소자들과, 능동 소자를 함께 이용하여 위상 천이기를 구현한다. 또한, 도 7에 도시된 위상 천이기를 도 4의 주파수 복조기(400)에 적용한다고 가정할 때, 도 4의 스위치(SW40)는 오프 상태를 유지하도록 한다.
도 7의 위상 천이기에서 전달 특성을 살펴보면 다음과 같다. 즉, 노드(N1)에서의 전압은, 증폭기(77)의 전압 이득을 -K라 가정하였으므로, -VSOUT/K이 된다. 따라서, -VSOUT/K를 이용하여 입력 전압과 출력 전압과의 관계를 다음과 같은 수학식으로 나타낼 수 있다.
여기에서, VIN는 입력 신호(IN)의 전압을 나타내고, VSOUT는 출력 신호(SOUT)의 전압을 나타낸다. 따라서, 수학식 2를 다시 정리하면, 전체적인 전달 함수 T(S)는 다음과 같이 구해질 수 있다.
여기에서, 위상 천이 시에 천이되는 각도를 보다 크게 하여 효과적인 위상 천이를 수행하기 위해서는를 다음 수학식 4와 같이 정의할 수 있으며, 따라서 K는 수학식 5와 같이 구해질 수 있다.
또한, 도 7에 도시된 위상 천이기의 공진 주파수(wO)는 다음과 같이 구해질 수 있다.
즉, 수학식 6에 나타난 바와 같이, 공진 주파수 wO는 직렬 연결된 저항(R71), 커패시터(C71)와, 병렬 연결된 저항(R72), 커패시터(C72)의 값에 의해 결정된다. 이 때, 안정도(Qo)는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
따라서, 수학식 3에서 구해진 전달 함수 T(S)를 다시 정리하면 다음과 같다.
따라서, 위상 천이 시의 각도는 다음과 같이 구해질 수 있다.
여기에서, w는 입력 신호(IN)의 순간 주파수를 나타내고, wO는 위상 천이기의 공진 주파수를 나타낸다. 이와 같이, 공진 주파수(wO)와 입력 신호(IN)의 주파수 (w)가 분수 형태를 취하게 되면, 입력 주파수(w)가 공진 주파수(wO)의 정수 배에 비례하게 변이할 때보다 위상 천이가 더 커질 수 있다. 즉, 일반적인 쿼드 코일의 경우에도 분수 형태를 취할 수는 있으나, 수학식 9와는 형태가 다르고, IC화된 위상 천이기들에 있어서 위상 천이 각도는 입력 주파수에 단순 비례하도록 구현되어 있는 경우가 많다. 따라서, 이러한 경우에는 위상 천이 시의 각도가 공진 주파수(wO)에 단순 비례하게 위상 천이되면서 입력되는 메시지 신호를 복조하였으나, 본 발명에서는 위상 천이 각도가 수학식 9에 나타난 바와 같이 분수 형태를 취하도록 구현된다. 따라서, 입력 주파수(w)의 변동이 작더라도 그에 따른 위상 천이 값을 키워줌으로써 메시지 신호 복원 시에 복원된 메시지 신호의 전압 레벨이 줄어들지 않도록 제어할 수 있다.
본 발명에 따르면, 온도와 같은 외부 환경 요인, 또는 위상 천이기의 부품 노화로 인한 공진 주파수 편이를 동작 초기에 검출하여 자동으로 보상할 수 있으며, 이로 인해 원래의 메시지를 왜곡시키지 않고 복원할 수 있다는 효과가 있다. 또한, 능동 소자를 이용하여 위상 천이기를 구현함으로써 IC에 내장할 수 있으며, 효과적인 위상 천이를 수행할 수 있다는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 외부의 송신측으로부터 통신 채널을 통하여 주파수 변조된 메시지 신호를 입력하고, 내부의 공진 주파수를 기준으로 상기 입력된 신호의 순간 주파수에 비례하게 위상 천이시키며, 소정의 제어 전압에 상응하여 상기 공진 주파수를 변화시키는 위상 천이기;
    상기 주파수 변조된 메시지 신호와 상기 위상 천이된 신호의 위상을 비교하고, 상기 비교된 결과를 출력하는 위상 비교 수단;
    상기 위상 비교 수단에서 출력되는 신호의 저역 성분을 필터링하여 원래의 메시지 신호를 복원하는 저역 통과 필터; 및
    소정 스위칭 제어 신호에 응답하여 스위칭되며, 스위칭 온 상태에서 상기 복원된 메시지 신호의 직류 성분을 상기 제어 전압으로서 인가하는 스위칭 수단을 포함하고,
    상기 스위칭 수단은 상기 송신측으로부터 프리앰블 신호를 수신하는 동안 스위칭 온 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 주파수 복조기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 위상 천이기는,
    상기 위상 천이기의 입력 신호와 출력 신호 사이에 연결되는 제1커패시터; 및
    상기 출력 신호와 접지 사이에 연결되어 상기 공진 주파수를 생성하는 공진 회로를 포함하고,
    상기 공진 회로는,
    상기 제어 전압에 의해서 커패시턴스가 변화되고, 상기 변화된 커패시턴스에 의해 상기 공진 주파수를 조정하는 바리캡 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 복조기.
  3. 주파수 변조된 메시지 신호를 복조하여 원래의 메시지 신호를 복원하기 위한 주파수 복조기 내부에 구비되고, 상기 주파수 변조된 메시지 신호를 소정의 공진 주파수에 응답하여 위상 천이시키는 위상 천이기에 있어서,
    상기 위상 천이기의 입력 신호와 제1노드 사이에 직렬 연결되고, 하나 이상의 저항과 커패시터로 이루어진 직렬 소자들;
    상기 입력 신호와 상기 위상 천이기의 출력 신호 사이에 병렬 연결되고, 하나 이상의 저항과 커패시터로 이루어진 병렬 소자들; 및
    상기 제1노드와 상기 출력 신호 사이에 연결되며, 소정의 전압 이득에 따라서 상기 제1노드의 전압을 증폭하는 증폭 수단을 포함하고,
    상기 위상 천이기의 위상 천이 각도는 다음 수학식;
    에 의해 구해지며,
    상기 Q0는 안정도를 나타내고, w0는 공진 주파수를 나타내며, w는 상기 주파수 변조된 메시지 신호의 순간 주파수를 나타내는 것을 특징으로 하는 위상 천이기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019093580A1 (ko) * 2017-11-13 2019-05-16 순천향대학교 산학협력단 위상 천이기

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