KR20010101216A - 진폭-변조 신호를 복조시키는 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미지의 변조 비율에 따른 주파수 f_m을 갖는 신호에 이하여 주파수 f₀을 갖는 사인 곡선형 신호의 진폭을 변조시켜 얻은 변조된 신호를 복조시키기 위한 장치에 관한 것으로, 상기 장치는 하나의 트랜지스터(10)와, 이 트랜지스터(10)의 출력에서 상기 변조된 신호의 1 보다 큰 정수인 전력 N과 같은 유도 신호 S_t를 얻기 위한 상기 트랜지스터의 게이트와, 상기 트랜지스터 출력 신호 내 주파수 성분 f_m을 선택하기 위한 필터를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 장치는 무접촉 휴대용 물체를 식별하는 시스템의 스캐너에 의하여 수신된 진폭-변조 신호를 복조시키는데 사용된다.

Description

진폭-변조 신호를 복조시키는 장치{DEVICE FOR DEMODULATING AN AMPLITUDE-MODULATED SIGNAL}

현재, 휴대용 무접촉 물체(objects)를 식별하도록 디자인된 시스템은 다양한 응용분야에서 폭넓게 사용되고 있다. 이러한 응용분야 중 하나는 많은 분야에서 점차 사용이 증가되고 있는 무접촉 ISO 카드이다. 운송 분야에서 이와 같은 카드는 사용자에게 예약 가능성을 제공하고 요금 지불소(toll booth) 운영을 단순화하기 위하여 개발되어 왔다.

이러한 ISO 카드와는 다른 치수를 갖는 휴대용 물체로는 소형 운송 티켓 등이 있다. 이러한 서로 다른 치수를 갖는 휴대용 물체는 서로 다른 안테나가 필요하고, 그러므로 판독기와 물체 사이의 최적 거리가 서로 다르게 된다. 이 최적 거리는 상기 물체에 의존한다. 더구나, 동일한 판독기에 다양한 휴대용 물체를 판독시키는 것(prsentation)은 다양한 거리를 두고 행해질 수 있다. 이러한 방법으로, ISO형 카드는 0에서 8cm 사이의 거리에서 검침될 수 있으나, 티켓형 운송권(運送券, transport voucher)은 0에서 3cm 사이의 거리에서 검침된다.

무접촉 단말기 또는 판독기가 예를 들어, 10% 정도의 일정한 계수를 갖는 진폭-변조 신호를 방출하는데 비하여, 무접촉 물체는 일정하지 않은 변조 계수에서 진폭이 변조된 동일한 기본 주파수를 갖는 신호에 감응한다. 상기 변조 계수는 무접촉 물체에 의하여 흡수된 에너지와 판독기에 의하여 방출된 에너지 사이의 비율이다. 불행히도, 방출된 에너지는 일정한 반면에, 흡수된 에너지는 다음과 같은 인자들로 인하여 일정하지 않다:

- 상기 무접촉 물체와 단말기 사이의 거리. 이 거리가 증가함에 따라 단말기에 의하여 방출된 에너지는 감소되고, 상기 무접촉 물체에 의하여 흡수되는 에너지 또한 감소된다.

- 상기 물체가 원격으로 전력을 공급받고, 교신하도록 하는 안테나의 크기. 주어진 인덕턴스에 대하여, 안테나의 크기가 클수록 무접촉 물체에 의한 흡수는 커진다. 그러므로 변조계수는 무접촉 객체의 위치에 따라 변화된다.

현재, 다양한 시스템이 진폭-변조 신호를 복조시키는데 사용되고 있다. 진폭-변조된 신호를 복조시키는 전통적인 장치는 피크 검출(peak detection)을 이용하며, 평행 RC 회로와 직렬인 다이오드로 이루어진다. 이 시스템은 상대적으로 저렴한 반면에, R 및 C 값이 변조 계수에 의존한다는 단점을 갖는다. 다시 말해, 만약 이 장치가 주어진 변조 계수에 대하여 유효하다면, 앞서 언급한 무접촉 시스템의 경우에는 변조 계수가 변화될 경우에 비효율적으로 된다.

다른 복조 장치는 믹서(mixer)를 사용한다. 이 장치는 변조되지 않은 기본 신호에 의하여 진폭-변조 기본 신호를 배율시킨다(multiply). 여파(filtering) 후에, 상기 변조된 신호는 다른 신호로부터 분리된다. 앞서 설명한 장치와는 달리, 본 장치는 변조 계수와 상관없이 복조를 행한다. 그러나, 이 장치는 상기 믹서 회로(일반적으로 트랜지스터) 외에도 기본 신호의 변조되지 않은 상(phase)을 발생케 하는 위상 동기 루프(phase lock loop, PLL)를 필요로 하는 것이 단점이다. 불행히도, 이러한 장치의 제조비용은 매우 비싼데, 이는 상기 위상 동기 루프의 비용이 믹서 회로보다 100 배는 비싸기 때문이다.

마지막으로, 국제특허공보 WO/42948호에는 100% 변조된 신호 상에서 작용하는 두 전계효과(field effect) 트랜지스터들을 특징으로 하는 제1 복조기와 100% 미만으로 변조된 신호 상에서 작용하는, 7개 정도의 전계효과 트랜지스터를 갖는 제2 변조기를 조합시켜 진폭-변조 신호를 복조시키는 복합 장치가 제시되어 있다.

발명의 요약

본 발명의 목적은 변조되는 동안 적용되는 변조 계수(factor)에 무관하게 진폭-변조 신호를 복조시키는 간략한 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 단지 하나의 트랜지스터만을 이용하여 진폭-변조 신호를 복조시키는 장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 또 다른 목적은 운송시스템 내의 액세스 시스템을 이용하여 무접촉 물체에 의하여 무접촉 휴대용 물체 식별 시스템 내의 판독기로 전송된 진폭-변조 신호를 복조시키는 장치를 제공하는 것이다.

그러므로 본 발명의 목적은 미지의 변조 계수에 따라 주파수 f_m을 갖는 신호를 이용하여 주파수 f₀을 갖는 사인곡선형(sinusoidal) 신호를 진폭-변조시켜 얻어진 변조된 신호를 복조시키는 장치를 제공하는 것으로, 이러한 장치는 하나의 트랜지스터와, 이 트랜지스터의 입력에서 변조된 신호의 전력 N(1 보다 큰 정수)과 같은 유도 신호(derivative signal)를 얻기 위하여 변조신호에 연결된 그리드(grid)와, 상기 트랜지스터 입력 신호에서 주파수 f_m을 선택하도록 하는 트랜지스터의 입력과 접속된 필터로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명이 바람직한 실시예에 따르면, 상기 복조 장치는 하나의 전계 효과 트랜지스터와, 입력 신호의 제곱(square)과 같은 주구성성분(main component)을 포함하는 신호와, 상기 트랜지스터의 입력 신호 중 주파수 f_m이 선택되도록 하는 반공진(antiresonant) 회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 휴대용 무접촉 물체 판독기(reader)에 의하여 휴대용 무접촉 물체로 전송된 기본 신호(fundamental signal)를 진폭 변조한 후에 상기 판독기에 의하여 수신된 진폭-변조 신호 타입을 복조(複調, demodulation)시키는 장치와 관련된 것으로, 특히 낮은 제조 비용으로 생산할 수 있는 장치와 관련된다.

도 1은 본 발명에 따른 복조 장치의 바람직한 실시예를 도시한 회로도,

도 2는 본 발명에 따른 복조 장치에서 실행되는 기능에 대한 개략적인 블록도이다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 복조 장치에 대하여 설명하도록 한다.

도 1에 도시된 전자 장치는 본 발명이 바람직한 일실시예를 나타낸 것으로, 주파수 f_m을 갖는 변조 신호에 의하여 주파수 f₀을 갖는 기본 신호를 진폭 변조시켜 얻어진 입력 신호 E_t는 입력 신호의 연속 성분을 제거하는 커패시터(12)를 이용하여 전계효과 트랜지스터(10)의 그리드(grid, 점 1)에 적용된다.

상기 입력 신호는 다음 식에 의하여 주어진다:

E _t = 〔Acos(2⑥f ₀ t)〕*〔1 + mcos(2⑥f _m t)〕

여기서 f₀은 예를 들어 13.56MHz와 같은 기본 신호의 주파수이고, f_m은 예를 들어 847KHz와 같은 변조 신호의 주파수이다.

상기 그리드는 포텐셜 0과 포텐셜 Vdc 사이의 직렬 저항점(14,16)으로 인하여 편파(偏波, polarized)된다는 것을 유의하여야 한다.

사용된 기술(N 또는 P 채널을 갖는 MOS 트랜지스터)에 의존하여, 상기 Vdc 포텐셜은 본 발명의 본질에서 벗어나지 않고 양 또는 음이 될 수 있다.

상기 트랜지스터의 출력(점 3)에서 드레인(drain) 전류는 다음 식에 의하여주어진다:

I _d = (V _p + E _t ) ² (Idss/V _p ² )

여기서, Idss는 상기 트랜지스터의 포화(saturation) 전류이고, V_p는 트랜지스터의 핀치오프(pinch-off) 전류이다.

결과적으로, 상기 식의 항(項, terms) 중 하나는 다음과 같게 된다:

E _t ² ·(Idss/V _p ² )

만약 E_t값이 대입되어 제곱된다면, 상기 항은 다음과 같게 된다:

A ² .m.(Idss/V _p ² ).cos(2⑥f _m t)

그러므로 점 3에서 상기 트랜지스터의 출력 신호는 인덕턴스(18)와 커패시티(20)로 이루어진 반공진(antiresonance) 회로에 적용되고, 선택된 E_t값은 상기 회로가 주파수 f_m에서 공진되도록 한다. 인덕턴스(18)와 직렬인 저항(22)은 상기 반공진 회로의 일부를 형성하며 그 값은 r이며, 트랜지스터(10)의 점 2와 포텐셜 0 사이의 저항(24)은 트랜지스터 편파에 사용된다는 점을 유의하여야 한다.

그러므로 상기 인덕턴스(18)와 커패시티(20)에 의하여 형성된 반공진 회로는필터로 작용하고, 상기 신호의 연속 구성성분을 제거하는 커패시티(26)에 의하여 상기 주파수 f_m이 선택되도록 한다. 따라서 출력 신호 S_t에 대한 등식은 다음과 같다:

S _t = R.A ² .m.(Idss/V _p ² ).cos(2⑥f _m t)

여기서,R =(L.2πf_m)²/2 이고,

L.C.(2⑥f _m t) ² = 1이다.

상기 트랜지스터의 2차 방정식(quadratic) 특성은 트랜지스터(10)(MOS, CMOS 기술 등)의 특성으로 인한 것이며, 이러한 트랜지스터 타입으로 인하여 최상의 결과가 얻어지게 된다. 그러나, 이러한 트랜지스터의 특성은 쌍극(bipolar) 트랜지스터의 비선형성(nonlinearity)으로부터 발생될 수 있다. 쌍극 트랜지스터로 인한 이 비선형성은 고수위(high level) 입력 신호(예를 들어 1볼트)로 인하여 많은 에너지가 수많은 조파(調波, harmonics)에서 상실될 정도로 높다. 그러므로 상기 쌍극 트랜지스터는 입력 신호의 전력 N 승(乘)(신호^N)인 전송함수와 비교될 수 있으며, 여기서 조파 레벨의 경우 N은 0이다.

이러한 성질을 이용함으로써, 도 2에 도시된 복조 장치를 구성할 수 있는데,이 장치에서 입력 신호 E_t(30)는 트랜지스터에 의하여 N 승(E_t ^N)이 된다(32). 그러므로 상기 신호는 필터에 의하여 여파(濾波, filtering)되어 원하는 f_m을 갖는 출력신호 S_t만을 콜렉트(collect)한다.

상기 필터(34)는 상기 주파수 신호 f_m이 가장 낮은 주파수 신호인 한 통과대역(通過帶域, pass-band) 필터일 수 있고, 상기 신호 E_t의 다른 성분은 f_m의 배수 또는 f₀과 근사한 주파수 또는 f₀의 배수인 주파수를 갖는 전력 N 승(乘)임을 유의하여야 한다. 여기서 f₀은 f_m보다 훨씬 크다.

본 발명의 청구범위에서 사용될 수 있는 트랜지스터들은 보다 잘 조파를 생성시키는 2차 방정식(quardratic) 특성을 갖는 트랜지스터 보다 더 낮은 신호/노이즈 비율을 가지므로 변조 계수에 무관하게 진폭을 복조시킬 수 있다.

이상에서 설명한 장치는 무접촉 휴대용 물체 식별 시스템의 판독기에 의하여 수신된 진폭-변조 신호를 복조시키는데 사용될 수 있다. 본 장치는 또한 카드 또는 티켓의 칩 내에 위치한 상기 시스템 판독기에 의하여 전송된 진폭-변조 신호를 복조시키는데 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 장치는 무접촉 물체 식별 시스템에서 사용되는 것이 바람직하나, 변조 계수가 정확히 알려지지 않은 진폭-변조 신호를 복조시킬 필요성이 있는 곳에서는 낮은 비용으로 사용될 수 있다.

Claims (6)

1. 미지의 변조 계수에 따른 주파수 f_m을 갖는 신호에 의하여 주파수 f₀을 갖는 사인 곡선형 신호를 진폭 변조시켜 얻어진 변조된 신호를 복조시키기 위한 장치에 있어서,

   하나의 트랜지스터(10)와, 상기 변조된 신호의 1 보다 큰 정수인 전력 N과 같은 상기 트랜지스터의 출력에서 유도 신호 S_t를 얻기 위하여 상기 변조된 신호 E_t에 접속되어 있는 그리드(grid)와, 상기 트랜지스터의 출력 신호에서 주파수 f_m을 선택하도록 구성된 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 진폭-변조 신호를 복조시키는 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 필터(34)는

   단일 주파수 성분 f_m이 상기 출력 신호 S_m에서 선택되도록 하는 통과대역(pass-band)인 것을 특징으로 하는 진폭-변조 신호를 복조시키는 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 트랜지스터는

   이 트랜지스터의 드레인(drain) 상의 출력 신호 전류가 〔다음 등식〕을 만족하기 위한 전계효과 트랜지스터(10)인 것을 특징으로 하는 진폭-변조 신호를 복조시키는 장치:

   〔등식 :

   I _d = (V _p + E _t ) ² (Idss/V _p ² )

   여기서, Idss는 상기 트랜지스터의 포화(saturation) 전류이고, V_p는 상기 트랜지스터의 핀치-오프(pinch-off) 전류이다〕.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 통과대역 필터는

   주파수 f_m에서 공진하는 반공진(antiresonant) 필터인 것을 특징으로 하는 진폭-변조 신호를 복조시키는 장치.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 트랜지스터(10)는

   고수위 입력 신호에 대하여 비선형성(nonlinearity)을 발생시키는 쌍극(bipolar) 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 진폭-변조 신호를 복조시키는 장치.
6. 휴대용 물체로부터 수신된 진폭-변조된 신호를 복조시키는 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따라 구성된 판독기를 이용하여 무접촉 휴대용 물체를 식별하기 위한 시스템.