KR20010067235A

KR20010067235A - 전기 신호의 진폭 비교와 진폭 차분 정정 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20010067235A
Application number: KR1020000056622A
Authority: KR
Inventors: 콘스탄티니디스니콜라스; 크리논구일라우메; 샤반실바인
Original assignee: 롤페스 요하네스 게라투스 알베르투스; 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 1999-09-28
Filing date: 2000-09-27
Publication date: 2001-07-12
Also published as: JP2001168663A; EP1089427A1; DE60035559D1; EP1089427B1; US6792254B1; DE60035559T2; CN1227809C; KR100744856B1; CN1289930A

Abstract

본 발명은 2 개의 전기 신호 Iout과 Qout의 진폭을 비교하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 방법은 상기 신호 Iout과 Qout이 전달하는 전력을 비교하는 단계를 포함한다. 본 발명에 의하면, 이들 신호가 서로 이상(out of phase)인 경우 비교할 신호의 최대치를 저장할 필요가 없다.

응용 분야 : QAM, QPSK, 또는 QBSK 복조기 내부에서 90°의 위상차를 갖는 I, Q 신호 사이의 진폭 비교의 정정.

Description

전기 신호의 진폭 비교와 진폭 차분 정정 방법 및 장치{METHOD OF COMPARING THE AMPLITUDES OF TWO ELECTRIC SIGNALS}

본 발명은 2 개의 전기 신호의 진폭을 비교하는 방법에 관한 것이다.

이러한 비교는, 예컨대, 이득 제어(gain controls)를 수행하기 위해, 모든 종류의 전자 회로에서 종종 수행된다. 2 개의 동상(synchronous) 신호의 진폭은 간단한 비교기를 이용하여 쉽게 비교할 수 있지만, 상기 신호가 이상(out of phase)인 경우에는 문제가 달라진다. 후자의 경우, 이러한 신호는 서로 다른 시간에 최대치와 최소치에 도달하기 때문에, 상기 신호를 서로 비교하는 것은 단순히 그들의 진폭에 있어서의 차분(difference)을 나타내는 것에 그치지는 않는다. 이러한 신호의 비교를 가능하게 하는 대부분의 방법은 저장 단계(storage stages)를 이용하여 신호의 최대치를 저장하는데, 어떤 경우에는 이들 신호의 최대치 및 최소치를 디지털 형태로 저장하고 비교하기 위해 상기 신호를 아날로그/디지털 변환하기도 한다. 이러한 방법은 실리콘 표면적 및 에너지 소모라는 양 측면에서 볼 때 복잡하고 값비싼 구조물을 필요로 한다.

본 발명의 목적은 신호를 저장하지 않고도 2 개의 신호의 진폭을 비교할 수 있는 방법에 의해 이들 단점을 극복하는 것이다.

도입부에서 설명한 본 발명에 따른 방법은 상기 신호가 전달하는 전력(powers)을 비교하는 단계를 포함한다는 특징을 갖는다.

이 방법은 신호가 전달하는 전력이 그 진폭을 나타낸다는 사실을 이용하고 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 신호를 즉시 비교하기 위해 각 신호의 진폭값을 동시에 얻어야 할 필요 - 신호가 이상인 경우는 어려움 - 가 없다. 각 신호에 대해, 각 신호가 전달하는 전력을 나타내는 소정의 데이터를 생성하는 것으로 족하며, 상기 데이터는 위상과 무관하다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 방법은 이들 신호의 진폭의 제곱의 평균치 사이의 차분을 나타내는 값을 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 방법은 신호가 전달하는 전력을 나타내는 데이터를 생성하는 것과 이들데이터를 비교하는 것을 단일한 단계로 결합한다.

본 발명에 따른 방법은 2 개의 신호 사이의 진폭 차분을 정정하는 데 유리하게 사용할 수 있다. 가능한 실시예에서, 본 발명은

ㆍ 2 개의 신호의 진폭을 비교하는 단계와,

ㆍ 최소 진폭을 갖는 신호를 증폭함과 동시에 최고 진폭을 갖는 신호를 감쇠(attenuate)시키는 단계

를 순환적으로(cyclically) 수행하되, 전술한 방법에 의해 신호의 진폭 사이의 비교를 수행하는 것을 특징으로 한다.

다른 실시예에서, 본 발명은 신호가 전달하는 전력을 비교하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 제 1 및 제 2 입력 신호의 진폭 비교 장치와 관련된다.

또 다른 실시예에서, 본 발명은

ㆍ 전술한 바와 같이 제 1 및 제 2 입력 신호의 진폭을 비교하는 비교 장치와,

ㆍ 상기 제 1 및 제 2 입력 신호를 각각 수신하는 신호 입력부, 상기 비교 장치로 이들 입력 신호를 제공하는 신호 출력부, 상기 비교 장치로부터 신호를 수신하는 이득 제어 입력부를 구비하는 제 1 및 제 2 가변 이득 증폭기 - 상기 비교 장치로부터의 신호는 상기 제 1 및 제 2 가변 이득 증폭기의 출력 신호의 진폭 사이의 차분을 나타냄 -

를 포함하는 제 1 및 제 2 입력 신호 사이의 진폭 차분 정정 장치와 관련된다.

본 발명은 모든 종류의 전기 회로에서 사용될 수 있지만, 특히 라디오 주파수 신호의 복조 중에 발생할 수 있는 진폭 차분을 정정하는 데 유리하게 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명은

ㆍ 90°의 위상차를 갖는 2 개의 출력 신호를 제공하는 이차 모듈(a quadratic module) - 상기 위상은 상기 라디오 신호가 전달하는 데이터를 나타냄 - 과,

ㆍ 상기 이차 모듈의 출력 신호 사이의 진폭 차분을 정정하는 장치

를 포함하는 라디오 신호 수신 장치와 관련되는데, 수신 장치는 전술한 정정 장치를 수용한다.

본 발명의 이들 특징 및 기타 특징은 후술할 실시예(들)에 의해 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명을 구현하는 데 사용되는 라디오 신호(radio signals) 수신 장치를 도시하는 기능도의 일부를 도시하는 도면,

도 2는 그러한 장치에 포함되는 특정한 구성요소의 전기적 회로도.

도 1은 라디오 신호를 수신하는 수신 장치를 개략적으로 도시하고 있는데, 수신 장치는

ㆍ 2 개의 출력 신호 I, Q를 제공하는 이차 모듈 QUAD - 상기 2 개의 신호는 90°의 위상차를 갖고 위상은 라디오 신호가 전달하는 데이터를 나타냄 - 와

ㆍ 이차 모듈 QUAD의 출력 신호 I, Q 사이의 진폭의 차분을 정정하는 정정 장치 CORR

을 포함한다.

수신 장치는 라디오 신호를 수신하고 라디오 신호를 전자 신호 SR로 변환하는 안테나 및 필터링 장치 AF를 포함한다. 이차 모듈 QUAD는 이차 모듈 QUAD의 출력 신호 I, Q를 각각 제공하는 제 1 및 제 2 믹서 MIX1, MIX2, 주어진 주파수 - 일반적으로 조절가능함 - 에서의 출력 신호를 제공하는 오실레이터 OSC, 오실레이터 OSC의 출력 신호를 90° 위상 천이(phase shift)하는 위상 천이기(a phase shifter) PS를 포함한다. 제 1 믹서 MIX1은 라디오 신호 SR 및 오실레이터 OSC의 출력 신호에 대해 90°의 위상 천이를 나타내는 신호를 수신한다. 따라서, 이차 모듈 QUAD의 출력 신호 I, Q는 라디오 신호 SR의 주파수와 오실레이터 OSC의 출력 신호의 주파수의 차분과 동일한 주파수를 가지면서, 서로 90°의 위상차를 갖는데, 이들의 위상은 라디오 신호 SR이 전달하는 데이터를 나타낸다. 라디오 신호를 이런 방식으로 처리하는 것은 QAM, QPSK, 또는 QBSK 형의 복조기에서도 관례상 사용되는데, 이에 의해 라디오 신호의 복조가 준비된다.

이차 모듈 QUAD에 의해 라디오 신호 SR을 처리하면 출력 신호 I, Q 사이의 진폭의 차분이 생길 수 있는데, 이는 이 장치가 수행할 복조에 나쁜 영향을 미친다. 이러한 차분은 정정 장치 CORR에 의해 정정될 것이며, CORR은

ㆍ 이차 모듈 QUAD의 출력 신호 I, Q를 수신하는 신호 입력부, 정정 장치 CORR의 출력 신호 Iout, Qout을 제공하는 출력부를 포함하는 제 1 및 제 2 가변 이득 증폭기 AGC1, AGC2와,

ㆍ 출력 신호 Iout, Qout을 수신하고 상기 신호 Iout, Qout이 전달하는 전력 사이의 차분을 나타내며 이들 신호의 진폭 사이의 비교 결과인 출력 신호 SP를 발생시키는 발생 모듈(a product module) PR을 포함한다.

제 1 및 제 2 증폭기 AGC1, AGC2에는 발생 모듈 PR의 출력 신호 SP를 수신하는 이득 제어 입력부가 제공된다. 전술한 예에서, 이들 제어 입력부는 서로에 대해 반전(invert)되어, 2 개의 신호 Iout, Qout 사이의 진폭의 차분으로 인해 진폭이 최저인 신호의 증폭과 동시에 진폭이 최고인 신호의 감쇠를 일으키도록 한다. 이에 의해, 증폭기 AGC1, ABC2를 구성함에 있어서, 2 개의 증폭기의 제어 입력부의 배선만이 다른, 동일한 구조를 사용할 수 있다. 이 장치가 최적의 복조를 수행하도록 보장하기 위해서는 출력 신호 Iout, Qout이 가능한 한 대칭적인 경로를 따를 필요가 있다. 증폭기 AGC1, AGC2는, 예를 들어, 길버트 셀(Gilbert cells)과 같이 당업자에게 주지된 다양한 형태로 구현할 수 있다.

이 실시예에서, 발생 모듈 PR은 신호 Iout, Qout의 제곱 사이의 차분을 나타내는 출력 신호를 제공하는 2 개의 출력 단자 S1, S2를 구비하는 소위 생성 모듈 GEN을 포함한다. 또한, 발생 모듈 PR은 생성 모듈 GEN이 생성한 신호를 수신하는 저역 통과 필터 LPF를 포함한다. 이 필터는, 이를테면, 생성 모듈 GEN의 출력 단자 S1, S2 사이에 배치되는 캐패시터로 이루어질 수도 있다. 저역 통과 필터는 수신하는 신호를 평균하는 효과를 갖는 것으로 잘 알려져 있다. 따라서, 저역 통과 필터 LPF가 제공하는 신호 SP는 신호 Iout, Qout이 전달하는 전력 사이의 차분을 나타내는데, 전력은 이들 신호 Iout, Qout의 진폭의 제곱의 평균치 형태로 표현된다. 그러므로, 신호 SP는 정정 장치 CORR의 출력 신호 Iout, Qout의 진폭을 비교한 결과를 나타낸다. 신호 Iout, Qout이 90°의 위상차를 나타내기는 하지만, 신호 SP를 정교화(elaborate)하기 위해 저장할 필요는 없다.

도 2는 생성 모듈 GEN의 일 실시예를 도시하는 전기 회로도로서, 이 실시예에서 GEN은

ㆍ 제 1 차분 쌍을 형성하는 제 1 및 제 2 트랜지스터 T1, T2와,

ㆍ 제 2 차분 쌍을 형성하는 제 3 및 제 4 트랜지스터 T3, T4와,

ㆍ 제 3 차분 쌍을 형성하는 제 5 및 제 6 트랜지스터 T5, T6과,

ㆍ 제 4 차분 쌍을 형성하는 제 7 및 제 8 트랜지스터 T7, T8과,

ㆍ 제 5 차분 쌍을 형성하는 제 9 및 제 10 트랜지스터 T9, T10

을 포함한다.

각 트랜지스터에는 제어 단자(a control terminal), 전달 단자(a transfer terminal), 기준 단자(a reference terminal)가 제공된다. 이 실시예에서 사용된 트랜지스터는 베이스, 컬렉터, 에미터가 제어 단자, 전달 단자, 기준 단자를 각각 형성하는 바이폴라 트랜지스터이다. 또한, 게이트, 드레인, 소스가 제어 단자, 전달 단자, 기준 단자를 형성하는 MOS 형 트랜지스터를 사용할 수도 있다.

제 1 트랜지스터 T1의 전달 단자는 제 3 및 제 4 트랜지스터 T3, T4의 기준 단자에 접속되고, 제 2 트랜지스터 T2의 전달 단자는 제 5 및 제 6 트랜지스터 T5, T6의 기준 단자에 접속된다.

제 1, 제 3, 제 7 트랜지스터 T1, T3, T7의 제어 단자는 각각 신호 Iout을 수신한다.

제 2, 제 6, 제 10 트랜지스터 T2, T6, T10의 제어 단자는 신호 Qout을 수신한다.

제 4, 제 5, 제 8, 제 9 트랜지스터 T4, T5, T8, T9의 제어 단자는 각각 동일한 기준 신호 REF를 수신한다.

이 신호 REF는 신호 Iout, Qout의 DC 성분의 명목값(nominal value)과 동일한 값을 갖는 DC 신호가 되도록 선택하는 것이 유리하다.

제 3, 제 4, 제 8 트랜지스터 T3, T5, T8의 전달 단자는 제 1 저항 R1을 통해 전원 단자 VCC에 각각 접속된다. 제 4, 제 6, 제 10 트랜지스터 T4, T6, T10의 전달 단자는 제 2 저항 R2를 통해 상기 전원 단자 VCC에 각각 접속된다.

제 3 및 제 6 트랜지스터 T3, T6의 전달 단자는 생성 모듈 GEN의 출력 단자 S1, S2를 각각 형성한다.

제 7 및 제 9 트랜지스터 T7, T9의 전달 단자는 전원 단자 VCC에 각각 접속된다.

제 1, 제 4, 제 5 차분 쌍은 제 1, 제 4, 제 5 전류원 I1, I4, I5에 의해 분극(polarize)된다. 이들 전류원은 모두 J라 지칭하는 동일한 명목값을 갖는 전류를 발생하도록 구현되는 것이 유리하다.

i(i는 1 내지 10) 번째 트랜지스터 Ti의 전달 단자를 통해 흐르는 전류는 Ji라 지칭한다. 출력 단자 S1, S2 사이에서 생성 모듈 GEN이 제공하는 출력 신호는 V(S1) - V(S2) = VCC-R1ㆍ(J3 + J5 + J8) - [VCC-R2ㆍ(J4 + J6 + J10)]으로 표현된다. 제 1 및 제 2 저항 R1, R2의 값을 동일한 값 R로 선택하면, 출력 신호는 Rㆍ[(J4 + J6 + J10) - (J3 + J5 + J8 )]로 표현된다.

서로 다른 차분 쌍을 형성하는 트랜지스터의 전달 단자를 통해 흐르는 전류의 표현은 다음 공식으로부터 유도할 수 있는데,

J1 = J/2ㆍ[1 + tanh(Iout - Qout)/2ㆍVt],

J2 = J/2ㆍ[1 - tanh(Iout - Qout)/2ㆍVt],

여기서, tanh는 하이퍼볼릭 탄젠트 함수를 나타내고, Vt = kㆍT/q이며, k는 볼츠만 상수이고, T는 절대 온도이며, q는 기본 전하이다.

한편, x가 0에 가까우면 tanh(x)는 x와 대등하다. 이제, 신호 Iout, Qout은 각각 REF + iout, REF + qout으로 각각 표현될 수 있는데, iout, qout은 기준 신호 REF의 값에 비해 진폭이 미약한 AC 성분이다.

전술한 식을 결합하면, 생성 모듈 GEN의 출력 신호에 대한 다음과 같은 표현을 얻을 수 있다.

V(S1) - V(S2) = J/2ㆍ(iout²- qout₂)/(2ㆍVt)².

따라서, 이 출력 신호는 신호 Iout, Qout의 AC 성분의 제곱 사이의 차분에 비례하며, 이들 신호의 진폭의 제곱 사이의 차분을 나타낸다. 이 출력 신호 V(S1) - V(S2)는 저역 통과 필터 LPF의 입력에 인가되는데, 그 출력은 신호 Iout, Qout이 전달하는 전력 사이의 비교를 나타내는 신호 SP를 제공한다.

제 3 및 제 4 차분 쌍은 제 1, 제 2, 제 3 차분 쌍만으로 이루어진 생성 모듈의 출력 신호 내에 존재하는 고조파 성분(harmonic content)의 일부의 감산을 가능하게 한다. 그러나, 이러한 생성 모듈은 그 주성분이 신호 Iout, Qout의 진폭의제곱 사이의 차분을 나타내는 출력 신호를, 열등한 스펙트럼 순도(an inferior spectral purity)로, 전달할 것이다.

기타 장점 중에서도, REF가 신호 Iout, Qout의 DC 성분의 값과 동일하게 선택된다는 사실 및 생성 모듈 GEN의 이 실시예에서 설명한 구조의 대칭성으로 인해 생성 모듈 GEN의 출력 신호 V(S1) - V(S2)가 기준 신호 REF의 값의 변화에 거의 둔감(unsensitive)하게 된다는 사실에 유의해야 한다.

본 발명에 의하면 신호를 저장하지 않고도 2 개의 신호의 진폭을 비교할 수 있다.

Claims

2 개의 전기 신호의 진폭(amplitudes)을 비교하는 방법에 있어서,

상기 신호가 전달하는 전력(power)을 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 신호 진폭 비교 방법.
제 1 항에 있어서,

이들 신호의 진폭의 제곱의 평균치 사이의 차분(a difference)을 나타내는 값을 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 신호 진폭 비교 방법.
2 개의 전기 신호 사이의 진폭의 차분을 정정(correct)하는 방법에 있어서,

상기 2 개의 신호의 진폭을 비교하는 단계와, 최소 진폭을 갖는 신호를 증폭함과 동시에 최고 진폭을 갖는 신호를 감쇠(attenuate)시키는 단계를 순환적으로(cyclically) 수행하되,

제 1 항의 방법에 의해 신호의 진폭 사이의 비교를 수행하는 것을 특징으로 하는 전기 신호 진폭 차분 정정 방법.
제 1 및 제 2 입력 신호의 진폭을 비교하는 장치에 있어서,

상기 신호가 전달하는 전력을 비교하는 수단 비교 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 입력 신호 진폭 비교 장치.
제 4 항에 있어서,

상기 비교 수단은 제 1 및 제 2 입력 신호를 수신하고 상기 입력 신호의 진폭의 제곱의 평균치 사이의 차분을 나타내는 출력 신호를 발생시키는 발생 모듈(a product module)을 포함하는 것을 특징으로 하는 입력 신호 진폭 비교 장치.
제 5 항에 있어서,

상기 발생 모듈은 제 1 차분 쌍(a first differential pair)을 형성하는 제 1 및 제 2 트랜지스터와, 제 2 차분 쌍을 형성하는 제 3 및 제 4 트랜지스터와, 제 3 차분 쌍을 형성하는 제 5 및 제 6 트랜지스터를 포함하되,

각 트랜지스터에는 제어 단자(a control terminal), 전달 단자(a transfer terminal), 기준 단자(a reference terminal)가 제공되고,

상기 제 1 트랜지스터의 전달 단자는 상기 제 3 및 제 4 트랜지스터의 기준 단자에 접속되고, 상기 제 2 트랜지스터의 전달 단자는 상기 제 5 및 제 6 트랜지스터의 기준 단자에 접속되며,

상기 제 1 및 제 3 트랜지스터의 제어 단자는 상기 제 1 입력 신호를 수신하고,

상기 제 2 및 제 6 트랜지스터의 제어 단자는 상기 제 2 입력 신호를 수신하며,

상기 제 4 및 제 5 트랜지스터의 제어 단자는 동일한 기준 신호를 수신하고,

상기 제 3 및 제 5 트랜지스터의 전달 단자는 제 1 저항(a first resistor)을 통해 전원 단자(a supply terminal)에 접속되며,

상기 제 4 및 제 6 트랜지스터의 전달 단자는 제 2 저항을 통해 상기 전원 단자에 접속되고,

상기 발생 모듈은 상기 제 3 및 제 6 트랜지스터의 전달 터미널로부터 인출한 입력 신호를 수신하고 상기 발생 모듈의 출력 신호를 제공하는 저역 통과 필터(a low-pass filter)를 포함하는 것을 특징으로 하는 입력 신호 진폭 비교 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 발생 모듈은 제 4 차분 쌍을 형성하는 제 7 및 제 8 트랜지스터와, 제 5 차분 쌍을 형성하는 제 9 및 제 10 트랜지스터를 포함하되,

상기 제 7 트랜지스터의 제어 단자는 상기 제 1 입력 신호를 수신하고,

상기 제 10 트랜지스터의 제어 단자는 상기 제 2 입력 신호를 수신하며,

상기 제 8 및 제 9 트랜지스터의 제어 단자는 동일한 기준 신호를 수신하고,

상기 제 8 및 제 10 트랜지스터의 전달 단자는 각각 상기 제 1 및 제 2 저항을 통해 상기 전원 단자에 접속되는 것을 특징으로 하는 입력 신호 진폭 비교 장치.
제 1 및 제 2 입력 신호 사이의 진폭의 차분을 정정하는 장치에 있어서,

제 4 항에 의해 상기 제 1 및 제 2 입력 신호의 진폭을 비교하는 비교 장치와,

상기 제 1 및 제 2 입력 신호를 각각 수신하는 신호 입력부, 상기 비교 장치로 이들 입력 신호를 제공하는 신호 출력부, 상기 비교 장치로부터 신호를 수신하는 이득 제어 입력부를 구비하는 제 1 및 제 2 가변 이득 증폭기 - 상기 비교 장치로부터의 신호는 상기 제 1 및 제 2 가변 이득 증폭기의 출력 신호의 진폭 사이의 차분을 나타냄 -

를 포함하는 입력 신호 진폭 차분 정정 장치.
라디오 신호를 수신하는 수신 장치에 있어서,

90°의 위상차를 갖는 2 개의 출력 신호를 제공하는 이차 모듈(a quadraticmodule) - 상기 위상은 상기 라디오 신호가 전달하는 데이터를 나타냄 - 과,

제 8 항에 의해 상기 이차 모듈의 출력 신호 사이의 진폭 차분을 정정하는 장치

를 포함하는 수신 장치.