KR20010024633A - 액티브 필터 리미트된 ｉｆ 시스템에 대한 로우에서하이로의 ｉｆ 변환 - Google Patents

Abstract

보다 높은 IF로 동작하는 기저대역 시스템에 의해 보다 낮은 IF로 동작하는 수신기로부터의 신호의 처리를 용이하게 하고, 다중 변환 수신기로 현재의 포스트-IF 장치를 계속적으로 사용할 수 있도록, 최종 IF 스테이지가 이전 IF 스테이지보다 높은 주파수로 동작하는 주파수 변환용 액티브 필터를 이용하는 개선된 수신기 구조가 개시되어 있다. 검출기와 같은 포스트-IF 구성요소에 의해 처리하는데 적당한 보다 높은 IF를 달성하기 위해 저 IF 신호 출력이 분할 국부 발진 신호와 디지털적으로 합성된다. 합성 신호는 저 동적 범위 액티브 필터에 의해 필터링되고 리미트된다(22).

Description

액티브 필터 리미트된 ＩＦ 시스템에 대한 로우에서 하이로의 ＩＦ 변환{LOW TO HIGHER IF CONVERSION FOR ACTIVE FILTERED LIMITED IF SYSTEM}

이동 전화 산업은 미국뿐만 아니라 세계 도처에서 상업적 사업에서 놀랄만한 발전을 해 왔다. 주요 대도시 지역에서의 성장은 거의 예상을 뛰어넘는 정도이며 시스템 성능이 순식간에 두드러지게 성장했다. 만약 이러한 경향이 계속되면, 최소 규모의 시장에서도 산업 성장에 따른 영향이 곧 미치게 될 것이다. 고 품질 서비스를 유지하고 가격 상승을 방지하는 것 뿐만 아니라 개선된 성능에 대한 요구를 만족시킬 만한 혁신적인 해법이 요구된다. 이러한 목적을 위해, 수신기 설계가 상당한 주목을 받게 되었다.

종래 수신기에 있어서, 대역 통과 필터는 노이즈 및 간섭을 감소시키는데 이용되었다. 때때로, 추가적인 필터링이 요구될 수 있고 듀얼 다운 변환 슈퍼헤테로다인 수신기가 사용될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 듀얼 다운 변환 슈퍼헤테로다인 수신기(30)는 안테나(31)를 통해 신호를 수신한다. 다음 수신된 신호는 RF 필터(32)에서 필터링되어 저잡음 증폭기/합성기(34)에서 제1 국부 발진기(36)로부터의 신호와 증폭되고 혼합되어 제1 IF를 발생시킨다.

다음 제1 IF 신호는 제1 IF 필터(38)에서 필터링된다. 예를 들어, 셀룰러 무선 장치에서, 제1 IF 필터(38)는 통상 패시브 크리스탈 필터(passive crystal filter)이다. 슈퍼헤테로다인 수신기에서 제2 IF 스테이지(40)는 제2 다운 변환을 위해 제공된다. 그래서, 제1 IF 필터(38)에 의해 출력되는 신호는 IF 필터/합성기(42)에서 증폭된다. 다음 증폭된 신호는 제2 국부 발진기(44)로부터의 신호와 합성되어 제2 IF로 내리 신호를 합성한다. 제2 IF 신호는 통상 패시브 세라믹 필터인 제2 IF 필터(46)에서 필터링된 다음 증폭기(48)로 출력된다. 이러한 신호는 당업자에게 잘 공지된 기술을 사용하여 수신 신호 내의 정보 심볼을 검출하기 위해 검출기(50)에서 처리된다.

다중 변환 슈퍼헤테로다인 수신기의 설계는 통상 두가지 원리를 따른다. (1) 변환은 점진적으로 보다 낮은 중간 주파수로 귀결되어야 한다. 예를 들어, 100 MHZ 신호는 10.7 MHZ에서 제1 IF로 변환된 다음 455 KHZ에서 제2 IF로 변환된다. (2) 제2 변환에 기인한 합성 산출을 억제하도록 제1 IF 필터에 대한 요구를 최소화하고, 이들 필터를 구성하는데 사용되는 재료(예를 들어, 크리스탈 또는 세라믹)에 관련된 제조 제약에 기인하여, 제2 IF의 중앙 주파수는 필터-성능 한계 및 인접 채널 억제 요건에 맞게 가능한 한 높게 되어야 한다.

최근의 발전은 이들 원리중 제2 원리를 진부하게 하였는데, 특히 최신 액티브 IF 필터에 의한 패시브 IF 필터의 대체이다. 종래 수신기 구조에 사용되는 패시브 필터는 예를 들어, 비싸고 큰 장착 영역을 필요로 하기 때문에 문제가 되는 것으로 여겨졌다. 액티브 필터링은 이러한 문제에 대한 만족스러운 대안을 제공한다. 예를 들어, 액티브 필터 회로는 다른 IF 회로, 예를 들어 합성기, 전압 제어 발진기(VCO) 및 검출기와 함께 집적되어 보다 더 컴팩트한 수신기 구조를 만들 수 있다. 이하 설명한 바와 같이 주로 액티브 필터의 성능을 최적화하고 비용을 줄이기 위해, 제2 다운 변환 스테이지에서 액티브 필터를 사용할 때 제2 IF 필터의 중간 주파수를 최소화하는 것이 유리하다.

이러한 점에서, 액티브 필터의 동적 범위가 품질 요소(Q)에 관련함을 주지한다. Q가 증가할 때, 동적 범위는 내려간다(1991년 8월 Gert Groenewold에 의한 IEEE vol. 38의 The Design of High Dynamic Range Continuous-Time Integratable Bandpass Filters를 참조). 추가적으로, Q가 증가할 때 기생 캐패시턴스로 인한 문제를 초래하여 필터 구조에서의 구성요소 범위가 또한 증가한다. 기생 캐패시턴스가 중가할 때, 결국 보다 많은 전류를 필요로 하는 필터의 임피던스를 스케일하기 위해 사용된 총 캐패시턴스는 증가되어야만 한다. 고 중간 주파수에서, 기생 캐패시턴스는 필터의 극 위치를 변경시키고 필터의 허용 오차를 비실용적인 레벨로 저하시킨다. 그러므로, 제2 IF용 중간 주파수는 실리콘 집적용 실제 필터를 생성하기 위해 낮아져야 한다.

그러나 동시에, 검출기(50)와 같은 기저대역 구성요소에 의해 처리하기 위한 보다 높은 제2 IF가 필요하다. 액티브 필터 설계에 보다 낮은 제2 IF를 사용하고자 하는 욕구 및 기저대역 처리용 보다 높은 제2 IF에 대한 필요성 간의 긴장을 해결하기 위한 대안이 있다. 하나의 대안은 보다 낮은 IF에서 기능하도록 기저대역 회로를 재설계하는 것이다. 그러나, 보다 낮은 IF에서 동작하도록 기저대역 회로를 재설계하면 시간을 소비하게 되고 고비용이 든다. 다른 대안은 보다 높은 IF 액티브 필터를 설계하는 것이다. 그러나, 보다 높은 IF용 액티브 필터를 설계하면 결국 전류가 더 높게 되고 실리콘 영역이 증가하게 된다.

그러므로, 전술한 한계를 극복하고 비용 효과 측면에서 보다 낮으면서 보다 높은 제2 IF 모두에 대한 필요를 해결하는 장치의 필요성이 존재한다.

＜발명의 요약＞

본 발명의 목적은 다중 변환 수신기로 종래의 기저대역 장치를 계속해서 사용할 수 있는 간단하고 비용에 효율적인 업-변환기 및 포스트-변환 액티브 필터를 제공함으로써 상술한 결함을 극복하는 것이다.

본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 검출기와 같이, 기저대역 구성요소에 의해 처리하는데 적당한 보다 높은 IF를 달성하기 위해 저 IF를 QS할 국부 발진 신호와 디지털적으로 합성함으로써 이러한 목적이 달성된다. 합성 신호는 저 동적 범위 액티브 필터에 의해 필터링된다. 필터 동적 범위는 필터의 잡음 바닥에서 필터가 가주파수 구성요소를 생성하지 않고 다룰 수 있는 최대 입력 신호 사이의 범위이다. 저 동적 범위 액티브 필터는 40dB과 같이 이들 두 값 간에 비교적 작은 차이를 갖는다. 반면에, 고 동적 범위 액티브 필터는 70에서 80 dB과 같이 보다 큰 차이를 갖는다. 저 동적 범위 액티브 필터는 채널 선택을 제공하는 주 액티브 필터의 특성에 기초하여 동조될 것이다. 신호가 저 동적 범위 필터에 의해 필터링된 후, 원치 않는 구성요소를 제거하고 클린 신호를 제공하기 위해 다시 리미트된다.

발진기 신호는 기저대역 구성요소의 주파수 요건에 따라 조절될 수 있는 기준 주파수로 동작한다. 선택적으로, 프로그래머블 카운터와 같은 분할기가 기저대역 구성요소를 적합하게 하기 위해 기준 주파수를 분할하기 위해 이용될 수 있다. 고 동적 범위 필터로부터 출력된 신호 및 기준 신호의 디지털 합성이 익스클루시브-OR 게이트를 이용하여 수행될 수 있다.

따라서, 본 발명은 많은 다른 검출기와 호환하는 저 IF 백엔드 수신기를 제공한다. 신호를 기저대역 처리에 적응시키는데 필요한 주파수 변환을 달성하기 위해 본 발명의 예시적인 구현은 저 비용 및 저 전류 요소를 이용한다.

본 발명은 일반적으로 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 최종 중간 주파수(IF) 스테이지가 이전 IF 스테이지보다 더 높은 주파수에서 동작하는 다중 변환 수신기에 관한 것이다.

도 1은 종래 듀얼 다운 변환 슈퍼헤테로다인 수신기를 도시하는 도면.

도 2는 종래 주파수 합성기를 도시하는 도면.

도 3은 본 빌명의 예시적인 실시예에 따른 수신기 부문을 도시하는 도면.

도 4(a) 및 4(b)는 도 3 회로의 예시적인 주파수 도메인 입력 및 출력을 각각 도시하는 도면.

본 발명의 완전한 이해를 돕기 위해, 종래 신호 처리의 특징에 대해 도 2를 참조하여 우선 설명된다. 도 2는 슈퍼헤테로다인 수신기의 제2 IF 스테이지, 예를 들어 도 1의 스테이지(40)에서 주파수 합성을 위한 종래 시스템의 개략적 블럭도이다. 입력 주파수 신호(50)는 합성기(54)에서 국부 발진 신호(52)와 합성된다. 입력 신호(50)는 더블 변환 수신기의 제1 IF 필터, 예를 들어 도 1의 필터(38)의 출력으로부터 수신된다. 합성 신호는 채널 선택용 고 동적 범위(예를 들어, 70 dB보다 큼) 액티브 필터(56)를 통과한다. 고 동적 범위 액티브 필터(56)는 또한 간섭 및 광대역 노이즈를 필터링한다. 신호는 다음 리미터(58)에 의해 리미트되어 신호선(60) 상의 소정의 채널을 얻는다. 이러한 신호는 다음 포스트-IF 처리 장치, 예를 들어 검출기(도시되지 않음)로 출력된다.

상술한 바와 같이, 고 동적 범위 필터의 통합을 용이하게 하기 위해 비교적 낮은 제2 IF(예를 들어 50-200 kHz)를 갖는 것이 바람직하다. 그러나, 검출기와 같은 포스트-IF 소자는 통상 보다 높은 IF, 예를 들어 400 - 800 kHz에서 동작한다. 예시적인 목적으로, 낮은 IF가 120 kHz인 반면 보다 높은 IF가 480 kHz라고 가정한다. 그러므로, 본 발명에 따르면, 낮은 IF 신호는 포스트-IF 소자에 의한 처리를 용이하게 하기 위한 소정의 보다 높은 IF 신호로 변환된다.

도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 수신기 부문을 도시하는데, 도 2에서의 동일 참조 번호가 도 3의 유사한 구성 요소를 식별하는데 동일하게 사용된다. 본 발명의 특정 응용 제품중 하나가 셀룰러 무선 수신기인 한편 본 발명은 임의의 신호 수신 장치에 사용될 수 있음을 알 수 있다.

도 3을 참조하면, 제2 IF에서의 리미트된 신호(60)는 디지털 합성기(65)를 이용하여 분할된 신호(64)와 디지털 혼합된다. 분할된 신호는 포스트-IF 소자의 주파수 및 리미트 신호(60)의 주파수 간의 차인 주파수에서 동작한다. 다시 말해서, 리미트 신호(60)의 주파수 및 분할 신호(64)의 주파수의 합은 포스트-IF 소자의 소정 주파수이다.

고 동적 필터가 임의의 원치 않은 신호를 제거하고 리미터가 모든 진폭 성분을 제거하였기 때문에, 리미터 이후 신호의 동적 범위는 매우 낮다. 그래서, 제1 리미터 이후 모든 성분은 최소 동적 범위 요건을 갖는다.

분할 신호(64)를 얻는데 다양한 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 분할기(62)가 기준 주파수를 조절하는 값이 일정한 경우의 소정 분할 신호(64)를 얻기 위해 기준 주파수(61)가 조절될 수 있다. 선택적으로, 분할기(62)는 분할된 신호(64)에 대한 소정 주파수를 얻기 위해 분할 회로의 값을 조절할 수 있도록 프로그램될 수 있다. 상기 주어진 예에서, 제2 IF가 120 kHz이고 소정의 보다 높은 IF는 480 kHz이며, 분할 신호는 360 kHz에서 종작한다.

합성 신호는 저 동적 범위 액티브 필터(66) 및 제2 리미터(68)를 통과한다. 이러한 필터(66)는 합성기(65)에 의해 생성된 원치 않은 합성 산출을 거절한다. 바람직하지 않은 신호의 적당한 감쇠로 인해, 소정 신호가 제2 리미터(68)에 의해 전체적으로 포착된다. 저 동적 범위 필터에 존재하는 노이즈는 제2 리미터에 의해 생성된 노이즈 이하이다. 저 동적 범위 필터(66)로의 입력은 일정 진폭의 방형파일 것이다. 필터(66)는 입력 신호의 선형 필터링 기능을 제공한다.

리미터(68)는 방형파를 생성하기 위해 사인 입력파의 피크값을 제거한다. 리미터(68)는 또한 신호로부터의 진폭 노이즈를 제거하고 보다 높은 IF에서 동작하는 포스트-IF 소자로의 출력용 클린 신호(70)를 제공한다. 일부 포스트-IF 소자에서, 리미터는 빌트-인(built-in)되고, 이 경우에 제2 리미터(70)가 제거될 수 있다.

예시적인 응용을 위한 본 발명에 따른 예시적인 입력(60) 및 출력(70) 신호가 도 4(a) 및 4(b)에 각각 도시되어 있다. 도 4(a)는 디지털 혼합기(65)에 입력되는 IF 신호(60)를 도시한다. 상술한 예시적인 예에서, IF 신호(60)는 120 kHz에 중심을 두는 예시적인 스펙트럼 형태를 갖는다. 분할 주파수 신호(64)는 360 kHz로 동작하고 합성기(65)에 또한 입력된다.

도 4(b)는 디지털 합성기(65)의 출력을 도시한다. 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 합성기(65)의 출력은 합성기(65)에서의 신호(60 및 64)의 곱에 의해 생성된 바람직하지 않은 프러덕트(72) 뿐만 아니라 소정 신호(70)를 포함한다. 그래서, 저 동적 범위 필터(66)는 성분(70)을 통과시키고 바람직하지 않은 성분(72)을 필터링하도록 도 4(b)에 도시된 필터 특성을 갖는다.

본 발명은 이해를 돕기 위해 특정 실시예의 관점에서 설명되었다. 그러나, 상기 실시예는 제한적이라기 보다는 예시적인 것이다. 본 발명의 중심 사상과 범위를 벗어나지 않고 상기 도시된 특정 실시예로부터 개선될 수 있음은 당업자에게 명백하다. 그러므로, 본 발명은 상기 예에 제한되는 것으로 간주되어서는 안되며, 다음 클레임과 완전히 동일한 범위가 되는 것으로 간주되어야 한다.

Claims (25)

1. 수신기에 있어서,

   입력 중간 주파수(IF) 신호;

   입력 IF 신호 및 국부 발진 신호를 합성하여 제1 합성 신호를 생성하기 위한 제1 합성기;

   상기 제1 합성 신호를 필터링하기 위한 제1 액티브 필터;

   상기 필터링된 신호를 리미팅(limiting)하고 제1 리미터 신호를 출력하기 위한 리미터(limiter); 및

   다운스트림 성분에 의해 처리하기 위한 상기 입력 IF 신호보다 높은 주파수를 발생시키기 위해 상기 제1 리미터 신호를 변환시키기 위한 주파수 변환 수단

   을 포함하는 수신기.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 합성 신호는 120㎑로 동작하는 수신기.
3. 제1항에 있어서, 상기 변환 신호는 480㎑로 동작하는 수신기.
4. 제1항에 있어서, 상기 다운스트림 구성요소는 복조기를 포함하는 수신기.
5. 제1항에 있어서, 상기 주파수 변환 수단은

   상기 주파수에서 상기 제1 리미터 신호를 상기 변환 신호로 업컨버트(upconverting)하기 위한 제2 합성기; 및

   상기 변환 신호를 필터링하기 위한 제2 액티브 필터

   를 더 구비하는 수신기.
6. 제1항에 있어서,

   무선 주파수(RF) 신호를 수신하기 위한 노드;

   상기 RF 신호를 중간 주파수(IF)로 다운컨버트(downconverting)하기 위한 제3 합성기; 및

   상기 다운컨버트된 신호를 필터링하여 상기 입력 IF 신호를 발생하는 제3 필터

   를 더 포함하는 수신기.
7. 수신기에 있어서,

   제1 주파수에서 동작하는 중간 주파수(IF) 입력 신호;

   수신기의 신서사이저(synthesizer)로부터 유도되며, 제2 주파수에서 동작하는 국부 발진 신호;

   상기 입력 신호와 상기 국부 발진 신호를 합성하여, 제3 주파수에서 동작하는 제1 합성 신호를 발생하는 주파수 합성기;

   상기 제1 합성 신호로부터 간섭 및 광대역 노이즈를 필터링 아웃(filtering out)하기 위한 고 동적 범위(high dynamic range) 액티브 필터;

   상기 필터로부터의 상기 필터 신호를 리미트하여 제1 리미터 신호를 출력하기 위한 리미터;

   상기 수신기의 신서사이저로부터, 제4 주파수에서 동작하는 분할 신호와, 상기 제1 리미터 신호를 합성하여, 제5 주파수에서 동작하는 제2 합성 신호를 발생하기 위한 디지털 합성기;

   상기 제2 합성 신호의 원치않는 부분을 필터링 아웃하여 제2 필터 신호를 만들기 위한 저 동적 범위 액티브 필터; 및

   상기 제2 필터 신호로부터 진폭 노이즈를 제거하여, 포스트-IF 구성요소에 의해 처리하기 위해 상기 입력 신호의 주파수 이상인 주파수에서 동작하는 제2 리미터 신호를 출력하기 위한 제2 리미터

   를 구비하는 수신기.
8. 제7항에 있어서, 상기 제3 주파수는 상기 제1 주파수와 상기 제2 주파수의 합인 수신기.
9. 제7항에 있어서, 상기 제1 합성 신호는 120㎑로 동작하는 수신기.
10. 제7항에 있어서, 상기 제5 주파수는 상기 제3 주파수와 상기 제4 주파수의 합인 수신기.
11. 제7항에 있어서, 상기 변환 신호는 480kHz로 동작하는 수신기.
12. 제7항에 있어서, 상기 제2 디지털 합성기는 익스클루시브 OR(XOR) 게이트인 수신기.
13. 제7항에 있어서, 상기 분할 신호는 360㎑로 동작하는 수신기.
14. 제7항에 있어서, 상기 제2 합성 신호는 일정한 진폭의 방형파인 수신기.
15. 복조용 수신 신호를 준비하는 방법에 있어서,

    중간 주파수(IF) 입력 신호와 국부 발진 신호를 합성하여 제1 합성 IF 신호를 만드는 단계;

    상기 제1 합성 IF 신호를 간섭 및 광대역 노이즈를 필터링하기 위한 제1 액티브 필터에 통과시켜, 제1 필터 IF 신호를 만드는 단계;

    상기 제1 필터 IF 신호를 제1 리미터에 통과시켜 제1 리미터 IF 신호를 출력하는 단계; 및

    상기 제1 리미터 IF 신호를 상기 제1 리미터 IF 신호의 주파수 이상인 주파수로 변환하는 단계

    를 포함하는 방법.
16. 제15항에 있어서, 상기 제1 합성 신호는 120㎑로 동작하는 방법.
17. 제15항에 있어서, 상기 변환 신호는 480㎑로 동작하는 방법.
18. 제15항에 있어서, 상기 변환 단계는

    디지털 합성기를 거쳐, 상기 제1 리미터 신호를 국부 발진기로부터의 분할 신호와 합성하여, 제2 합성 신호를 만드는 단계,

    저 동적 범위 액티브 필터를 사용하여 상기 제2 합성 신호의 원치않는 부분을 필터링하여 제2 필터 신호를 만드는 단계, 및

    제2 리미터를 사용하여 상기 제2 필터 신호로부터 진폭 노이즈를 제거하여, 포스트-IF 구성요소에 의한 처리에 사용될 출력 신호를 만드는 단계

    를 더 포함하는 방법.
19. 제18항에 있어서, 상기 제2 디지털 합성기는 익스클루시브 OR(XOR) 게이트인 방법.
20. 제18항에 있어서, 상기 분할 신호는 360㎑로 동작하는 방법.
21. 제18항에 있어서, 상기 제2 합성 신호는 일정한 진폭의 방형파인 방법.
22. 제18항에 있어서, 상기 저 동적 범위는 40㏈인 방법.
23. 수신기에 있어서,

    무선 주파수(RF) 신호를 수신하기 위한 노드;

    상기 RF 신호를 제1 중간 주파수(IF) 신호로 다운컨버트(downconverting)하기 위한 수단;

    상기 IF 신호를 제2 IF 신호로 다운컨버트하기 위한 수단;

    상기 제2 IF 신호를 제3 IF 신호로 업컨버트(upconverting)하기 위한 수단; 및

    상기 제3 IF 신호를 복조/검출하기 위한 수단

    을 포함하는 수신기.
24. 제1항에 있어서, 상기 RF 신호를 IF 신호로 변환시키기 위한 상기 다운컨버팅 수단이 주파수 합성기를 구비하는 수신기.
25. 제1항에 있어서, 상기 제1 IF 신호를 상기 제2 IF 신호로 변환시키기 위한 상기 다운컨버팅 수단이 주파수 합성기를 구비하는 수신기.