KR20080090460A - 기가비트-레이트 데이터 검출을 위한 수신기 및 통합형ａｍ―ｆｍ／ｉｑ 복조기 - Google Patents

기가비트-레이트 데이터 검출을 위한 수신기 및 통합형ａｍ―ｆｍ／ｉｑ 복조기 Download PDF

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Abstract

본 개시는 밀리미터-파장 범위(>30㎓)의 반송 주파수를 사용하여, 무선 라디오 링크를 통한 기가비트-레이트 데이터 전송을 제공하는 것을 다룬다. 좀더 구체적으로는, 집적 회로 수신 시스템으로 용이하게 통합될 수 있어서, 그 수신기로 하여금 진폭-편이 키잉(ASK) 또는 기타 진폭 변조(AM)의 검출을 위한 회로로서, 복소 IQ 변조 방식, 그리고 좀더 간단한, 비-코히런트 온-오프 또는 다중-수준 키잉 신호 양자를 지원할 수 있게 하는 회로가 기술된다. 또한, 주파수 판별 네트워크가 부가되면, 주파수 편이 키잉(FSK) 또는 기타 주파수 변조(FM)뿐만 아니라, AM 및 복소 IQ 변조 방식도 처리할 수 있는 수 개의 신규한 라디오 아키텍처가 기술된다. 이러한 라디오 아키텍처들은 검출 하드웨어 컴포넌트들을 효율적으로 공유함으로써 이렇게 다양한 범위의 변조를 지원한다. 직교 하향-변환 및 ASK/AM 양자를 지원하기 위한 아키텍처가 먼저 기술되고, ASK/AM 검출 회로의 상세사항이 이어서 기술되며, 그리고 AM-FM 검출 아키텍처가, 마지막으로 가장 일반적인 AM-FM/IQ 검출 시스템의 기술적 사상 및 FSK/FM 검출 회로의 상세사항이 기술된다.
검출기, 복조기, AM, FM, IQ, ASK, FSK, 기가비트-레이트

Description

기가비트-레이트 데이터 검출을 위한 수신기 및 통합형 ＡＭ―ＦＭ／ＩＱ 복조기{RECEIVER AND INTEGRATED AM-FM/IQ DEMODULATORS FOR GIGABIT-RATE DATA DETECTION}
본 발명은 일반적으로 무선 라디오 링크(wireless radio links)를 통한 데이터 전송에 관한 것이며, 좀더 구체적으로는 무선 라디오 링크를 통한 고속 데이터 전송을 제공하는 검출기 및 수신기에 관한 것이다.
기가비트-레이트 데이터 전송은 세라믹 기판 상에 실장된 수 개의 GaAs 집적 회로(IC)로 구성된 송수신기 모듈로 ASK 변조를 사용하여 60㎓ ISM(Industrial, Scientific, and Medical) 대역에서 이루어져 왔다. 이러한 종래 기술의 일례가 K.Ohata 외, "60㎓ 대역에서의 무선 1.25Gb/s 송수신기 모듈(Wireless 1.25Gb/s Transceiver Module at 60㎓ Band)"에 개시되어 있다. 본 발명의 목적은 ASK 변조를 비롯한 복수의 변조 포맷을 지원하는 단일-IC 수신기 또는 송수신기를 좀더 저렴한 실리콘 공정 기술로 제공하는 것이다.
곱셈 검출기(product detectors)는 ASK 또는 AM 신호의 검출에 대한 연구에서 널리 알려져 있다. 종래 기술의 이러한 검출기의 예로서, Krauss, Bostian 및 Raab의 솔리드 - 스테이트 라디오 공학( Solid - State Radio Engineering ), 그리고 Hagen의 라디오-주파수 전자공학( Radio - Frequency Electronics )으로부터의 발췌가 포함된다. 본 개시에는, 기가비트 데이터 레이트로 동작할 수 있는, 밀리볼트 수준의 IF 입력 신호에 대한 양호한 선형성을 가지는 개선된 곱셈 검출기로서, 그것이 접속된 IF 입력 회로가 동조에서 벗어나지(detune) 않도록 높은 입력 임피던스를 가지고, 수신기가 다른 변조 모드로 사용될 때 IF 입력 회로에 부하를 주거나 전력을 소비하지 않도록 용이하게 전원을 끌 수 있는 곱셈 검출기가 기술된다.
본 개시는 밀리미터-파장 범위(>30㎓)의 반송 주파수(carrier frequencies)를 사용하여 무선 라디오 링크를 통한 기가비트-레이트 데이터 전송을 제공하려는 목적에 관한 것이다. 좀더 구체적으로, 본 개시에서 기술되는 진폭-편이 키잉(ASK) 또는 기타 진폭 변조(AM)의 검출 회로는 집적 회로 수신 시스템으로 용이하게 통합될 수 있어서, 그 수신기로 하여금 복소 IQ 변조 방식(complex IQ modulation schemes), 그리고 좀더 간단한, 비-코히런트 온-오프 또는 다단계 키잉 신호(non-coherent on-off or multiple-level keying signals) 양자를 지원할 수 있게 된다.
또한, 주파수 판별 네트워크(frequency discriminator network)가 부가되어, 주파수 편이 키잉(FSK) 또는 기타 주파수 변조(FM)뿐만 아니라, AM 및 복소 IQ 변조 방식도 처리할 수 있는 수 개의 신규한 라디오 아키텍처가 본 개시에 기술된다. 이러한 라디오 아키텍처들은 검출 하드웨어 컴포넌트들을 효율적으로 공유함으로써 이렇게 다양한 범위의 변조를 지원한다. 직교 하향-변환(quadrature down-conversion) 및 ASK/AM 양자를 지원하기 위한 아키텍처가 먼저 기술되고, ASK/AM 검출 회로의 상세사항이 이어서 기술되며, 그리고 AM-FM 검출 아키텍처가, 마지막으로 가장 일반적인 AM-FM/IQ 검출 시스템의 기술적 사상 및 FSK/FM 검출 회로의 상세사항이 기술된다.
본 발명의 일 양태는 일반적으로 검출기로서의 제1단 하향-변환 혼합기, 혼합기의 RF 입력 신호 경로의 증폭기, 그리고 혼합기의 LO-입력 신호 경로의 증폭기를 포함하는 수신기에 관한 것으로서, 혼합기의 RF 입력 신호 경로의 증폭기는 혼합기의 RF-입력에 대한 저-이득, 선형 경로를 제공하고, 혼합기의 LO-입력 신호 경로의 증폭기는 혼합기의 LO-입력에 대한 고-이득 경로를 제공하며, 양측 증폭기는 매칭된 지연(matched delays)을 갖는다.
본 발명의 다른 양태는 일반적으로 제1단 하향-변환 혼합기, 선택적인 IF 증폭기, IQ 하향-변환기, 제1단 하향-변환 혼합기 또는 선택적인 IF 증폭기의 출력단의 AM 검출기를 포함하고, I/Q 채널 하향 변환 및 검출된 AM 포락선(AM envelope)을 기저대역 증폭 연쇄(baseband amplification chain)로 다중화(multiplexing)시킬 수 있는 통합형 라디오 수신 장치에 관한 것이다. IF 증폭기는 증폭기 및 필터 양자로서 동작할 수 있다. 신호는 일반적으로 최적의 성능을 위해 검출에 앞서 대역-제한되고, 이러한 대역-제한은 통상 IF에서 이루어진다.
본 발명의 제3 양태는 일반적으로 검출기로서 이중 평형 혼합기(doule balanced mixer)인 제1단 하향-변환 혼합기, 혼합기의 RF 입력 신호 경로의 증폭기, 혼합기의 LO-입력 신호 경로의 증폭기를 포함하는 수신기에 관한 것으로서, 혼합기의 RF 입력 신호 경로의 증폭기는 혼합기의 RF-입력에 대한 저-이득, 선형 경로를 제공하고, 혼합기의 LO-입력 신호 경로의 증폭기는 혼합기의 LO-입력에 대한 고-이득 경로를 제공하며, 양측 증폭기는 매칭된 지연을 갖는다.
본 발명의 제4 양태는 일반적으로 지연-라인 FM 검출기(delay-line FM detector)와 AM 곱셈 검출기를 병합시키는 병합기(merger)를 포함하는 AM-FM 검출기에 관한 것으로서, AM 곱셈 검출기의 하드웨어가 지연-라인 FM 검출기에서 재사용되고, FM 검출기는 부가적인 판별 위상 편이 네트워크만을 사용하여 구현된다.
본 발명의 제5 양태는 일반적으로 제1단 하향-변환 혼합기, 선택적인 IF 증폭기, IQ 하향-변환기, 제1단 하향-변환 혼합기 또는 선택적인 IF 증폭기의 출력단의 AM 검출기, 및 제1단 하향-변환 혼합기 또는 선택적인 IF 증폭기의 출력단의 FM 검출기를 포함하는 통합형 라디오 수신 장치에 관한 것으로서, 이 장치는 하나 이상의 변조 방식 유형을 지원한다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 단지 예시적인 목적으로 본 발명이 기술될 것이다.
도 1은 본 발명의 현재 바람직한 실시예의 전체 시스템 블록도.
도 2는 종래 기술에 의한 곱셈 검출기를 도시한 도면.
도 3은 종래 기술에 의한 다른 곱셈 검출기를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 현재 바람직한 실시예의 곱셈 검출기의 구현예를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 현재 바람직한 실시예의 곱셈 검출기의 회로 구현예를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예의 수신기에 대한 시뮬레이션 결과의 스크린샷을 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 다른 실시예의 수신기에 대한 시뮬레이션 결과의 스크린샷을 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 현재 바람직한 다른 실시예의 전체 시스템 블록도.
도 9는 본 발명의 현재 바람직한 다른 실시예의 곱셈 검출기의 구현예를 도시한 도면.
도 10은 도 9의 곱셈 검출기의 좀더 구체적인 구현예를 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 현재 바람직한 다른 실시예의 전체 시스템 블록도.
도 12는 도 11의 실시예의 회로 구현예를 도시한 도면.
도 13은 도 12의 증폭기의 좀더 상세한 개략도.
도 14는 도 12의 판별 필터의 좀더 상세한 회로 구현예를 도시한 도면.
도 1은 중간 주파수(intermediate frequency)에서의 직교 하향-변환 및 능동 ASK/AM 검출기(5)를 통합하는 본 발명의 신규한 라디오 아키텍처를 도시한다. ASK/AM 검출기 출력(5)은 I-채널 하향-변환 출력과 다중화되어(6), 검출된 ASK/AM 신호의 필터링 및 증폭을 위해 기존 기저대역 로우-패스 필터(baseband low-pass filter) 및 증폭기(9)를 재사용할 수 있게 된다. 통합형 AM 검출기는 비-코히런트 온-오프 키잉 신호 및 기타 진폭-편이-키잉 변조를 검출하는 기능을 제공함으로써 60㎓ 수신기의 적용 범위를 넓힌다. 이러한 비-코히런트 변조 포맷에 따르면, 수신된 데이터를 복조하기 위한 반송파 위상 복구(carrier phase recovery) 또는 기타 복소 기저대역 IQ 신호 처리가 필요 없게 되므로, 라디오 시스템 설계가 단순화된다. ASK/AM 포맷은 간섭 또는 반사 신호의 영향을 받지 않는 고 지향성 무선 데이터 링크(highly directional wireless data link)에 적합하다. 반면, 복소 기저대역 IQ 신호 처리는 전방향 무선 데이터 링크(omni-directional wireless data link)에 있어서 요구될 수 있는, 간섭 신호 및 반사 신호를 차단하는 기능을 제공한다. 따라서, 양측 변조 모드를 검출할 수 있는 수신기는 좀더 넓은 적용 범위를 갖는다.
도 2 및 3은 종래 기술에 설명된 바와 같은, 도 1의 ASK 검출기로서 사용될 수 있는 곱셈 검출기를 도시한다. 도 2는 혼합기(13)의 양측 입력에 인가된 변조된 입력 신호를 도시하는 개념도이다. 혼합기를 구현하는 상세사항을 특정하지 않으면, 이러한 구성의 전달 함수를 알 수 없지만, 혼합기가 양측 입력에 걸쳐 동등한 변환 이득을 가지면, 출력 신호(14)는 입력 신호의 제곱이 되어 원하는 절대값 함수에 가까워진다.
다수의 실제 혼합기 회로는 양측 입력에 걸쳐 동등한 변환 이득을 갖지 못하며, 오히려 하나의 입력(도 2 내지 4에서의 LO 입력)에 대해서는 상대적으로 큰 진폭의 신호를 필요로 하고, 또 다른 입력(도 2 내지 4에서의 RF 입력)에 대해서는 상대적으로 높은 변환 이득 및 선형 반응 특성을 제공한다. 도 3은 혼합기의 LO- 입력(17)에 거의 일정한 입력 신호 수준을 제공하기 위해 제한기 또는 제한 증폭기(limiter or limiting amplifier; 18)를 사용하는 좀더 현실적인 곱셈 검출기를 도시한다. 혼합기의 LO-입력이 충분히 큰 신호 수준을 가질 경우, 이러한 회로는 원하는 절대값 함수에 좀더 근접하게 가까워진다.
도 3의 회로는 혼합기의 RF-입력 신호(16) 및 LO-입력 신호(17)를 시간-정렬(time-aligning)하는 기능을 제공하지 않으므로, 높은 데이터 레이트 및 낮은 입력-신호 수준에서는 적절하게 동작하지 않을 것이다. 혼합기로의 두 입력 신호가 잘못 정렬되는 경우, 검출기의 출력 진폭은 감소하고 출력 펄스는 넓어져서, 검출기의 유효 대역폭을 줄이게 된다. 회로 시뮬레이션에 따르면, 가장 높은 입력 변조 주파수에서 일 사이클의 10도 내지 20도 내로 두 신호를 정렬하는 것이 바람직한데, 이는 1㎓의 변조 주파수에서는 28㎰ 내지 65㎰에 해당하는 것이다. 입력 신호들을 시간-정렬하는 기능을 제공하는 개선된 곱셈 검출기가 도 4 및 5에 도시된다. 또한, 이 개선된 곱셈 검출기는 높은 입력 임피던스를 가져서 그것이 접속된 IF 입력 회로를 이조시키지 않으며, 용이하게 전원을 끌 수 있어 수신기가 다른 변조 모드로 사용될 때 IF 입력 회로에 부하를 가하거나 전력을 소비하지 않는데, 이러한 모든 특징이 도 1의 아키텍처를 실제로 구현하는데 바람직하다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 ASK/AM 검출기의 구현예는 검출기로서 이중 평형 혼합기(26), 그리고 증폭기 1(27) 및 증폭기 2(28)로 각각 표시된, 혼합기의 RF-입력 신호 경로 및 LO-입력 신호 경로의 증폭기들을 포함한다. 증폭기 2(28)는 혼합기의 LO-입력에 대한 상대적으로 고-이득의 경로를 제공하고, 증폭기 1(27)은 혼함기의 RF-입력에 대한 상대적으로 좀더 저-이득의 선형 경로를 제공한다. 이러한 두 증폭기는 매칭된 지연을 갖도록 설계된다. 이는 토폴로지 상(topologically) 유사한 증폭기들을 사용함으로써 달성된다. 증폭기 2(28)는 Q8 내지 Q11(37 내지 40) 및 R10 내지 R14(66 내지 70)으로 구성되어 있는데, 저항 R12(68)는 이득을 낮추고, 증폭기 2(28)를 선형화하며, (선택적인) C5(84)는 증폭기 1(27) 및 증폭기 2(28)의 지연 및 대역폭을 매칭시키는 것을 보조한다. 즉, 부궤환(degeneration) 저항 R12(68)의 포함은 그것이 생성하는 부궤환으로 인해 증폭기 1(27)의 지연을 감소시키고 대역폭을 증가시킬 수 있는데, C5(84)의 포함은 증폭기 2(28)와의 매칭을 위해 증폭기 1(27)의 대역폭을 감소시키고 지연을 증가시켜 R12(68)를 보상한다. 많은 경우에, C5(84)는 불필요할 수 있고, 증폭기 지연은 토폴로지 상의 유사성에 의해 적절하게 일치될 수 있다.
도 4는 도 5에 구현되었던 일반적인 회로 아키텍처를 도시하는데, 도 4의 증폭기 1(20)이 도 5의 증폭기 1(27)에 대응하는 식으로 도 5에 대응한다. 또한, 도 5의 세부적인 회로는 도 1의 IF 회로에 부하를 가하거나 그것을 이조시키지 않도록 회로의 입력 임피던스를 올리기 위해 선택적인 입력 버퍼 증폭기(29)를 포함한다.
회로 시뮬레이션이 ASK 복조기를 갖는 전체 수신기에 대해 수행되었는데, 그 수신기의 부분적인 블록도는 도 1에 도시되어 있다. 실제로 시뮬레이션이 수행된 세부적인 회로에는 20㏈의 이득을 갖는 저-잡음 증폭기가 도 1에 도시된 RF 입력(1) 전에 포함되었다. 혼합기(2) 및 IF 증폭기(4)는 각각 10㏈의 이득을 가지므로, LNA 입력과 IF 증폭기 출력 사이에는 전부 40㏈의 이득이 존재한다. 이러한 회로가 -65㏈m 내지 -35㏈m의 LNA-적용 신호 수준(LNA-referred signal levels)에 대해 시뮬레이션되었고, 이러한 신호 수준은 ASK 검출기 입력에서의 5㎷ 내지 500㎷ 범위의 IF 신호로 이어졌다. RF-입력 주파수는 64㎓였고, IF는 9.1㎓였다.
도 6에 도시된 시뮬레이션 결과는 0.9 변조 지수(modulation index)를 갖는 RF 입력의 1㎓ 정현파 진폭 변조(sinusoidal amplitude modulation)의 경우이다. 도 6 하단의 형상(87)은 IF 파형(진폭 대 시간)이고, 중간 형상(88)은 ASK 검출기 출력 파형이며, 상단 형상(89)은 기저대역 증폭기를 통한 로우-패스 필터링 및 증폭 후의 검출된 ASK 출력이다. 도 5의 회로가 입력 신호의 절대값에 근접하게 가까워지는 것을 볼 수 있는데, 이러한 절대값이 로우 패스 필터링되면 AM 또는 ASK 신호가 재생성된다. 1㎓ 정현파 변조는 2Gb/s의 온-오프(2단계 ASK) 키잉과 거의 동등하다.
도 7에 도시된 시뮬레이션 결과는 4Gb/s의 데이터 레이트와 동등한 2G심볼/s로 4-단계 ASK 입력을 사용하는, 통합형 곱셈 검출기를 갖는 전체 수신기의 경우이다. 하단 형상(90)은 4개의 진폭 단계를 보여주는 RF 입력 파형(진폭 대 시간)이고, 하단에서 두 번째 형상(91)은 IF 파형이며, 하단에서 세 번째 형상(92)은 ASK 검출기 출력 파형이고, 상단 형상(94)은 4개의 별개의 복조된 단계를 보여주는, 기저대역 증폭기를 통한 증폭 및 로우-패스 필터링 후의 복조된 ASK 출력이다.
이하의 참조문헌에 의해 예시된 바와 같이, AM/ASK 검출기에 대한 광범위한 종래 기술이 존재한다. 미국 특허번호 제3,691,465호(McFadyen), 미국 특허번호 제4,000,472호(Eastland), 미국 특허번호 제4,250,457호(Hoffmann), 미국 특허번호 제4,320,346호(Healey), 미국 특허번호 제4,359,693호(Sauer), 미국 특허번호 제4,492,926호(Kusakabe)와 같이, 특허된 회로의 대다수는 다이오드-기반이다. 미국 특허번호 제3,673,505호(Limberg), 미국 특허번호 제3,965,435호(Kriedt), 미국 특허번호 제4,320,346호(Healey)를 비롯한 다른 검출기들은 정류를 수행하기 위해 다이오드 외의 수단을 사용한다. 미국 특허번호 제3,705,355호(Palmer), 미국 특허번호 제3,792,364호(Ananias), 미국 특허번호 제6,230,000호(Tayloe)를 비롯한 곱셈 검출기들(즉, 혼합기-기반 또는 곱셈기-기반 검출기들) 중에는 본 발명의 도 4 내지 5에 도시된 매칭된 지연 회로를 채용하고 있는 것이 전혀 없다.
도 8에 도시된 바와 같이, 위상-편이 판별 네트워크가 부가되면, 본 개시의 기술적 사상은 FSK/FM 신호의 검출을 또한 포함하도록 확장될 수 있다. FSK/FM 검출기(94)는 전술한 ASK/AM 검출기와 동일한 컴포넌트들을 다수 사용하여 구성된다. 위상-편이 네트워크 H(f)(98)는 IF 반송 주파수에서 90°의 위상 편이를 갖도록 설계된다. 이러한 회로는 당업계에 주지된 것이며, 지연-라인 FM 검출기 또는 직교 FM 복조기 등으로 다양하게 지칭된다.
도 9는 이러한 지연-라인 FM 검출기를 AM 곱셈 검출기와 함께 ASK/AM 또는 FSK/FM 신호 중 하나를 복조할 수 있는 라디오 아키텍쳐로 병합할 수 있는 방식을 도시한다. 도 9를 참조하면, 스위치 Sw1(104)을 닫고 스위치 Sw2(105) 및 Sw3(106)을 여는 경우, 검출기가 도 3에 도시된 것과 같은 AM 곱셈 검출기로 구성된다. 스위치 Sw2(105) 및 Sw3(106)을 닫고 Sw1(104)을 여는 경우, 검출기가 도 8에 도시된 것과 같은 지연-라인 FM 검출기로 구성된다.
도 10은 도 4 및 5에 도시된 개선된 AM 곱셈 검출기를 포함하는 AM-FM 검출기 아키텍처의 좀더 구체적인 구현예를 도시한다. 도 10에서는, 도 4의 입력 신호를 시간-정렬하는데 사용되는 2개의 증폭기(증폭기 1(20) 및 증폭기 2(21))가 (도 4의 증폭기 1(20)에 대응하는) "선형 증폭기"(113) 및 (도 4의 증폭기 2(21)에 대응하는) "제한 증폭기"(118)로 명시적으로 나타나 있다. 또한, 위상-편이 판별 네트워크 H(f)(117)의 한 가지 가능한 실현예가, 본 발명의 수신기에서 사용되는 주파수인 9㎓ IF에 대해 도시되어 있다. 도 10을 참조하면, 스위치 Sw1(114)을 닫고 스위치 Sw2(115) 및 Sw3(116)을 여는 경우, 검출기가 도 3에 도시된 것과 같은 AM 곱셈 검출기로 구성된다. 스위치 Sw2(115) 및 Sw3(116)을 닫고 Sw1(114)을 여는 경우, 검출기가 도 8에 도시된 것과 같은 지연-라인 FM 검출기로 구성된다.
도 11은 가장 일반적인 수신기 아키텍처를 도시한다. 그 아키텍처는 복소 IQ 변조 방식, ASK/AM 및 FSK/FM의 3가지 상이한 변조를 지원한다. (다른 스위치들은 열리고) 스위치 SwI(124) 및 SwQ(127)가 닫히면, 이 아키텍처는 IQ 복조를 제공한다. (다른 스위치들은 열리고) SwAM(125)이 닫히면, AM 복조가 제공된다. (다른 스위치들은 열리고) SwFM(126)이 닫히면, FM 복조가 제공된다. (다른 스위치들은 열리고) SwAM(125) 및 SwFM(127) 양자가 닫히면, AM 및 FM 동시 복조가 제공되므로, 비-코히런트 데이터 레이트가 2배로 향상될 가능성이 있다. 도시가 생략되었지만, ASK/AM 혼합기 신호 경로에 매칭된 지연을 갖는 증폭기들을 제공함으로써 도 4의 개선된 ASK/AM 검출기가 도 11에서 사용될 수 있음을 이해하여야 한다. AM 및 FM 동시 복조의 경우, AM 검출기는 그것의 검출된 출력 수준에 대한 FM 의 누설을 제한하기 위해 가능한 한 주파수의 영향을 받지 않아야 하며, FM 검출기는 그것의 검출된 출력 수준에 대한 AM의 누설을 제한하기 위해 가능한 한 진폭의 영향을 받지 않아야 한다.
도 12는 본 발명에 따른 FM 검출기의 구체적인, 트랜지스터-수준 구현예를 도시하는데, 이는 도 11의 수신기 아키텍처의 일부로서 구현되었다. 이러한 FM 검출기의 일반적인 유형은 지연-라인 FM 검출기, 직교 FM 복조기 또는 FM 제한-판별기로서 다양하게 알려져 있으며, 당업계에 주지한 것이다. 본 발명에 따른 개선된 회로는 각 단이 진폭에 따른 이득(amplitude dependent gain)을 갖는 3단 제한 증폭기(137)를 사용한다. 이러한 진폭에 따른 이득은 낮은 진폭의 입력 신호에 대해서는 상대적으로 높은 이득을 제공하고, 좀더 높은 진폭의 입력 신호에 대해서는 좀더 낮은 이득을 제공하는 것이다. 이러한 진폭에 따른 이득은 좀더 높은 진폭의 입력 신호에 대해 좀더 완만한 클리핑 특성을 제공하여, 출력 신호에 존재하는 비대칭성 및 2차 왜곡 곱을 최소화하면서도, 좀더 낮은 진폭의 입력 신호에 대한 효율적인 제한을 여전히 제공하는 것이다. 출력 신호의 임의의 비대칭성 또는 2차 왜곡은 제한기 출력의 진폭-의존성 DC 오프셋으로 이어지고, 이에 따라 진폭-변조된 신호의 억제가 좀더 양호하지 못하게 되고, 신호-대-잡음 비가 좀더 낮아진다. 따라서, 본 발명에 따른 개선된 제한 증폭기는 AM 신호가 존재해도 높은 신호-대-잡음 비를 유지하므로, 도 11에 도시된 바와 같은, AM 및 FM 동시 변조에 사용되는 시스템에 있어 매우 중요할 것이다.
도 13은 제한 증폭기의 세부사항을 도시한다. 각 증폭단은 두 쌍의 입력 트 랜지스터를 갖는데, 그 중 한 쌍인 (Q1(139), Q3(141))은 저항에 의해 부궤환되어 있지만, 그 중 다른 한 쌍인 (Q2(140), Q4(142))는 그렇지 않다. 비-부궤환 쌍(non-degenerated pair)은 입력-신호 진폭이 그 쌍의 차동 출력 전류가 포화되는 지점에 도달할 때까지 작은 입력 신호에 대해 높은 이득을 제공한다. 부궤환 쌍은 좀더 낮은 이득을 제공하지만, 포화되기 전에는 좀더 큰 신호를 수용할 것이다. 따라서, 전체적인 증폭기의 클리핑 특성이 좀더 완만하게 구성되어, 출력에서의 좀더 낮은 DC 오프셋 및 좀더 적은 2차 왜곡 곱을 제공한다.
도 14는 도 12에서 사용되는 판별 필터의 구체적인 회로 구현예를 도시한다. 그 필터는 8.9㎓의 중심 주파수에서 90도의 위상 편이를 갖도록 설계되고, 이러한 중심 주파수에 대해 ±2.0㎓까지의 범위에 걸친 입력 주파수의 편향(deviation)을 가지면서 선형인 위상 편이를 제공한다. 이는 도 10에 도시된 이론적인 네트워크의 실질적인 차동, 온-칩 구현이다.

Claims (10)

  1. 복소 IQ 변조 신호(complex IQ modulation signal), ASK/AM 변조 신호, FSK/FM 변조 신호를 수신하기 위한 통합형 라디오 수신 장치(integrated radio receiver device)로서,
    제1단 하향-변환 혼합기(first stage down-conversion mixer)(122);
    상기 제1단 하향-변환 혼합기의 출력에 접속되고, 수신된 ASK/AM 변조 신호들로부터 복조된 ASK/AM 출력을 제공하는 AM 검출기; 및
    상기 제1단 하향-변환 혼합기의 상기 출력에 접속되고, 수신된 FSK/FM 변조 신호들로부터 복조된 FSK/FM 출력을 제공하는 FM 검출기
    를 포함하고,
    상기 장치는, 상기 제1단 하향-변환 혼합기의 상기 출력에 접속되고, 수신된 복소 IQ 변조 신호들로부터 복조된 I-채널 출력 및 Q-채널 출력을 제공하는 IQ 하향-변환기를 더 포함하며, 상기 AM 검출기의 상기 출력은 상기 I-채널 출력 또는 Q-채널 출력 중의 하나와 함께 기저대역 증폭기 및 필터로 다중화될 수 있는 것을 특징으로 하는, 라디오 수신 장치.
  2. 제3항에 있어서,
    상기 FM 검출기의 상기 출력은 상기 I-채널 출력 또는 Q-채널 출력 중의 하나와 함께 기저대역 증폭기 및 필터로 다중화될 수 있는, 수신기.
  3. 제2항에 있어서,
    동시에 수신된 ASK/AM 및 FSK/FM 신호들에 대하여, 상기 AM은 AM 복조를 제공하고 상기 FM 검출기는 FM 복조를 제공하는, 수신기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기저대역 증폭기는 3단 제한 증폭기(three-stage limiting amplifier)인, 수신기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 기저대역 증폭기는
    포지티브 및 네거티브 차동 입력들 각각에 접속된 제1 입력 트랜지스터 쌍(Q1, Q3); 및
    상기 포지티브 및 네거티브 차동 입력들 각각에 접속된 제2 입력 트랜지스터 쌍(Q2, Q4)
    을 포함하고,
    상기 제1 입력 트랜지스터 쌍은 저항(R3)으로 부궤환되어(degenerated) 상기 증폭기의 상기 차동 입력들로부터 상기 증폭기의 차동 출력들로의 저-이득, 선형 경로를 제공하며, 상기 제2 트랜지스터 쌍은 저항으로 부궤환되지 않아 상기 증폭기의 상기 차동 입력들로부터 상기 증폭기의 차동 출력들로의 고-이득 경로를 제공 하는, 수신기.
  6. 제1항에 있어서,
    90도 위상 편이(90 degree phase shift)를 갖는 판별 필터(discriminator filter)(129)를 더 포함하고, 상기 필터는 차동 필터이며 상기 수신기의 IF 주파수에 중심이 맞추어진, 수신기.
  7. 수신기로서,
    제1단 하향-변환 혼합기(2); 및
    제2 혼합기(24, 26) 및 상기 제2 혼합기의 LO-입력 신호 경로의 증폭기(21, 28) - 상기 제2 혼합기의 LO-입력 신호 경로의 상기 증폭기는 상기 혼합기의 LO-입력에 대해 고-이득 경로를 제공함 - 를 포함하는 검출기
    를 포함하고,
    상기 검출기는 상기 제2 혼합기의 RF-입력 신호 경로의 증폭기(20, 27) - 상기 제2 혼합기의 RF-입력 신호 경로의 상기 증폭기(20, 27)는 상기 혼합기의 RF-입력에 대해 저-이득, 선형 경로를 제공함 - 를 더 포함하며, 상기 양측 증폭기는 매칭된 지연(matched delays)을 갖는 것을 특징으로 하는, 수신기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 혼합기(24, 26)는 이중 평형 혼합기(double balanced mixer)인, 수 신기.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 제2 혼합기(24, 26)로부터의 출력은 I-채널 혼합기로부터의 출력과 결합되는, 수신기.
  10. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 제2 혼합기(24, 26)로부터의 출력은 Q-채널 혼합기로부터의 출력과 결합되는, 수신기.
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