KR20100106155A - 자동 이득 제어기 및 이를 포함하는 통신 단말기 - Google Patents

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Abstract

자동 이득 제어기가 개시된다. 상기 자동 이득 제어기는 자동 이득 제어 전압에 따라 차동 입력 신호들에 대한 증폭 이득을 조절하고 조절된 증폭 이득에 따라 증폭된 차동 출력 신호들을 출력하기 위한 가변 이득 증폭부와, 상기 증폭된 차동 출력 신호들 중에서 적어도 하나의 피크 값을 검출하기 위한 피크 검출기와, 검출된 피크 값과 기준 전압을 비교하여 비교 신호를 생성하기 위한 비교기와, 상기 비교 신호에 기초하여 상기 자동 이득 제어 전압과 상기 기준 전압을 조절하기 위한 전압 조절 회로를 포함한다.
자동 이득 제어기(AGC), NFC(Near Field Communication)

Description

자동 이득 제어기 및 이를 포함하는 통신 단말기{Auto gain controller, and communication terminal having the same}
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 신호 처리 기술에 관한 것으로, 특히 수신 성능을 향상 시킬 수 있는 자동 이득 제어기, 및 이를 포함하는 통신 단말기에 관한 것이다.
NFC(Near Field Communication) 같이 비접촉식 IC 카드(예컨대, 스마트카드)를 사용하는 무선 송수신 시스템에 있어서, 상기 비접촉식 IC 카드와 상기 리더 간에 송수신되는 RF 신호의 크기는 상기 비접촉식 IC 카드와 리더 사이의 거리에 따라 가변적으로 변할 수 있다.
이에 따라 비접촉식 IC 카드 또는 리더는 RF 신호를 아날로그-디지털 컨버터(Analog Digital Converter)를 이용하여 변환하여 전송함으로써 신호 왜곡을 줄일 수 있으며, 이 경우 거리에 따라 가변되는 RF 신호의 크기를 아날로그-디지털 컨버터의 입력 범위를 벗어나지 않게 고정하기 위하여 자동 이득 제어기(Auto Gain Control; AGC)를 사용한다.
자동 이득 제어기는 자동적으로 증폭기의 이득을 조절하여 출력 신호의 크기 를 일정하게 유지시키는 장치로써, 상기 입력 신호의 크기에 따라 이득을 조절할 수 있는 피드백 루프를 형성함으로써 일정한 출력이 가능하다. 이러한 자동 이득 제어기를 사용하는 무선 통신 시스템은 구조적으로 출력 신호가 일정하게 유지되기까지 소정의 시간(또는 락킹 타임(locking time))을 필요로 한다. 즉, 자동 이득 제어기는 상기 자동 이득 제어기를 락킹시키기 위하여 프리앰블 신호가 포함된 RF 신호를 전송할 수 있는 무선 통신 시스템에서만 사용이 가능하다.
일반적으로 자동 이득 제어기를 사용할 수 없는 무선 통신 시스템은 일정한 이득을 갖는 고정 이득 증폭기(Fixed Gain Amplifier)를 사용하여 RF 신호를 증폭한다. 이러한 무선 통신 시스템은 상기 고정 이득 증폭기의 이득 값이 높게 설정되어 있거나, 예상보다 큰 RF 신호가 입력되면 출력 신호가 아날로그-디지털 컨버터의 입력 범위를 벗어난다. 또한, 이를 막기 위해 이득 값을 더 낮게 설정하면 전체 무선 통신 시스템의 수신 감도가 저하되는 문제점이 있다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 수신 성능을 향상시킬 수 있는 자동 이득 제어기, 상기 자동 이득 제어기를 포함하는 통신 단말기를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 자동 이득 제어 전압에 따라 이득이 제어된 출력 신호를 모니터링한 결과에 따라 상기 자동 이득 제어 전압을 자동으로 재설정함으로써 출력 신호의 크기를 미리 설정된 일정한 범위 내에 유 지할 수 있는 자동 이득 제어기, 상기 자동 이득 제어기를 포함하는 통신 단말기, 상기 통신 단말기의 신호 처리 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 자동 이득 제어기는 자동 이득 제어 전압에 따라 차동 입력 신호들에 대한 증폭 이득을 조절하고 조절된 증폭 이득에 따라 증폭된 차동 출력 신호들을 출력하기 위한 가변 이득 증폭부와, 상기 증폭된 차동 출력 신호들 중에서 적어도 하나의 피크 값을 검출하기 위한 피크 검출기와, 검출된 피크 값과 기준 전압을 비교하여 비교 신호를 생성하기 위한 비교기와, 상기 비교 신호에 기초하여 상기 자동 이득 제어 전압과 상기 기준 전압을 조절하기 위한 전압 조절 회로를 포함한다.
상기 전압 조절 회로는 상기 비교 신호에 따라 다수의 자동 이득 제어 전압들 중 어느 하나를 상기 자동 이득 제어 전압으로서 출력하기 위한 제1선택 회로와, 상기 비교 신호에 따라 다수의 기준 전압들 중 어느 하나를 상기 기준 전압으로서 출력하기 위한 제2선택 회로를 포함한다.
실시 예에 따라 상기 자동 이득 제어기는 모드 선택 신호와 상기 비교 신호에 따라 다수의 스위칭 신호들을 생성하기 위한 제어 유닛을 더 포함하고, 상기 전압 조절 회로는 상기 기준 전압에 따라 상기 피크값을 적분하기 위한 적분기와, 상기 다수의 스위칭 신호들 중에서 제1스위칭 신호에 응답하여 다수의 자동 이득 제어 전압들 중에서 어느 하나를 출력하기 위한 제1선택 회로와, 상기 다수의 스위칭 신호들 중에서 제2스위칭 신호에 응답하여 다수의 기준 전압들 중에서 어느 하나를 상기 기준 전압으로서 출력하기 위한 제2선택 회로와, 상기 다수의 스위칭 신호들 중에서 제3스위칭 신호에 응답하여 상기 적분기의 출력 전압과 상기 제1선택 회로의 출력 전압 중에서 어느 하나를 상기 자동 이득 제어 전압으로서 출력하기 위한 제3선택 회로를 포함한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 통신 단말기는 차동 입력 신호들을 수신하기 위한 수신부와, 자동 이득 제어 전압에 따라 차동 입력 신호들에 대한 증폭 이득을 조절하고 조절된 증폭 이득에 따라 증폭된 차동 출력 신호들을 출력하기 위한 가변 이득 증폭부와, 상기 증폭된 차동 출력 신호들 중에서 적어도 하나의 피크 값을 검출하기 위한 피크 검출기와, 검출된 피크 값과 기준 전압을 비교하여 비교 신호를 생성하기 위한 비교기와, 상기 비교 신호에 기초하여 상기 자동 이득 제어 전압과 상기 기준 전압을 조절하기 위한 전압 조절 회로를 포함한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 차동 신호들을 출력하는 제1통신 단말기와, 및 자동 이득 제어 전압에 따라 차동 입력 신호들에 대한 증폭 이득을 조절하고 조절된 증폭 이득에 따라 증폭된 차동 출력 신호들을 출력하는 제2통신 단말기를 포함하는 통신 시스템에서 상기 증폭된 차동 출력 신호들을 출력하는 방법은 상기 제2통신 단말기가 상기 증폭된 차동 출력 신호들 중에서 적어도 하나의 피크 값을 검출하는 단계와, 상기 제2통신 단말기가 검출된 피크 값과 기준 전압을 비교하여 비교 신호를 생성하는 단계와, 상기 제2통신 단말기가 상기 비교 신호에 기초하여 상기 자동 이득 제어 전압과 상기 기준 전압을 조절하는 단계를 포함한다.
상기 증폭된 차동 출력 신호들을 출력하는 방법은 상기 제2통신 단말기가 모 드 선택 신호와 상기 비교 신호에 따라 다수의 스위칭 신호들을 생성하는 단계를 더 포함하고, 상기 상기 자동 이득 제어 전압과 상기 기준 전압을 조절하는 단계는 상기 제2통신 단말기가 적분기를 이용하여 상기 기준 전압에 따라 상기 피크값을 적분하는 단계와, 상기 통신 단말기가 제1선택 회로를 이용하여 상기 다수의 스위칭 신호들 중에서 제1스위칭 신호에 응답하여 다수의 자동 이득 제어 전압들 중에서 어느 하나를 출력하는 단계와, 상기 통신 단말기가 제2선택 회로를 이용하여 상기 다수의 스위칭 신호들 중에서 제2스위칭 신호에 응답하여 다수의 기준 전압들 중에서 어느 하나를 상기 기준 전압으로서 출력하는 단계와, 상기 통신 단말기가 제3선택 회로를 이용하여 상기 다수의 스위칭 신호들 중에서 제3스위칭 신호에 응답하여 상기 적분기의 출력 전압과 상기 제1선택 회로의 출력 전압 중에서 어느 하나를 상기 자동 이득 제어 전압으로서 출력하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 자동 이득 제어기와 이를 포함하는 통신 단말기는 자동 이득 제어 전압에 따라 이득이 제어된 출력 신호를 모니터링한 결과에 따라 상기 자동 이득 제어 전압을 자동으로 재설정함으로써 출력 신호의 크기를 미리 설정된 허용 가능한 범위 내에 유지할 수 있으며 이에 따라 무선 통신 시스템의 수신 감도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예 를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에" 와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1는 본 발명의 실시 예에 따른 자동 이득 제어기의 블록도를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 자동 이득 제어기(100)는 가변 이득 증폭부(110)와 자동 이득 조절 회로(115)를 포함한다.
도 1과 도 2에서는 설명의 편의를 위하여 본 발명의 실시 예에 따른 자동 이득 제어기(100 또는 100')가 각각이 서로 다른 레벨을 갖는 두 개의 제어 전압들 예컨대, 제1제어 전압(VC1)과 제2제어 전압(VC2) 중 어느 하나를 자동 이득 제어 전압(Vctrl)으로서 선택적으로 출력함으로써 가변 이득 증폭부(110)의 증폭 이득을 조절하는 것을 도시하나 본 발명의 실시 예가 제어 전압들의 수에 한정되는 것을 아니다. 또한, 기준 전압 발생기(160)가 두 개의 기준 전압들을 발생하는 것을 도시하나 이는 예시적인 것에 불과하다.
가변 이득 증폭부(110)는 자동 이득 제어 전압(Vctrl)과 수신부, 예컨대 입력 단자들을 통하여 입력된 차동 입력 신호들(VI_P와 VI_N)을 수신하고, 자동 이득 제어 전압(Vctrl)에 따라 수신된 차동 입력 신호들(VI_P와 VI_N)에 대한 증폭 이득을 조절하고 조절된 증폭 이득에 따라 증폭된 차동 출력 신호들(VO_P와 VO_N)을 생성할 수 있다.
가변 이득 증폭부(110)는 가변 이득 증폭기(Variable Gain Amplifier; VGA)로 구현될 수 있으며, 상기 가변 이득 증폭기는 조절될 수 있는 자동 이득 제어 전압(Vctrl)에 따라 입력 신호들(VI_P와 VI_N)에 대한 증폭 이득을 자동으로 조절할 수 있는 증폭기의 일 예이다.
예컨대, 자동 이득 제어기(100)는 차동 입력 신호들(VI_P와 VI_N)의 크기(amplitude)가 큰 경우 자동 이득 제어 전압(Vctrl)에 따라 가변 이득 증폭부(110)의 증폭 이득을 낮춤으로써 증폭된 차동 출력 신호들(VO_P와 VO_N)의 크기 를 감소시키고, 차동 입력 신호들(VI_P와 VI_N)의 크기가 작은 경우 자동 이득 제어 전압(Vctrl)에 따라 가변 이득 증폭부(110)의 증폭 이득을 높임으로써 증폭된 차동 출력 신호들(VO_P와 VO_N)의 크기를 증가시킬 수 있다.
자동 이득 조절 회로(115)는 피크 검출기(Peak Detector, 120), 비교기(Comparator, 130), 및 전압 조절 회로(140)를 포함할 수 있다.
피크 검출기(120)는 가변 이득 증폭부(110)로부터 출력되는 차동 출력 신호들(VO_P와 VO_N) 중에서 적어도 하나의 피크 값(DET_PEAK)을 검출할 수 있다.
비교기(130)는 검출기(120)에 의하여 검출된 피크 값(DET_PEAK)과 기준 전압(VREF)을 수신하고, 수신된 피크 값(DET_PEAK)과 기준 전압(VREF)을 비교하여 비교 결과에 따라 비교 신호(EN)를 출력할 수 있다.
예컨대, 비교기(130)는 피크 값(DET_PEAK)이 기준 전압(VREF)보다 낮은 경우에 제1논리 레벨(예컨대, 로우 레벨)을 갖는 비교 신호(EN)를 출력하고, 피크 값(DET_PEAK)이 기준 전압(VREF)보다 큰 경우 제2논리 레벨(예컨대, 하이레벨)을 갖는 비교 신호(EN)를 출력할 수 있다.
이때, 비교기(130)로부터 출력되는 비교 신호(EN)는 제1선택 회로(141)의 동작을 제어하기 위한 제1선택 신호와 제2선택 회로(145)의 동작을 제어하기 위한 제2선택 신호로 사용될 수 있다.
전압 조절 회로(140)는 제1선택 회로(141)와 제2선택 회로(145)를 포함할 수있다. 제1선택 회로(141)는 비교기(130)로부터 출력된 비교 신호(EN)에 응답하여 제1제어 전압(VC1)과 제2제어 전압(VC2) 중에서 어느 하나를 자동 이득 제어 전압(Vctrl)으로서 가변 이득 증폭부(110)로 출력할 수 있다. 즉, 제1제어 전압(VC1)에 응답하여 동작하는 가변 이득 증폭부(110)의 증폭 이득과 제2제어 전압(VC2)에 응답하여 동작하는 가변 이득 증폭부(110)의 증폭 이득은 서로 다르다.
제2선택 회로(145)는 비교기(130)로부터 출력된 비교 신호(EN)에 응답하여 제1기준 전압(VREF1)과 제2기준 전압(VREF2) 중에서 어느 하나를 기준 전압(VREF)으로서 출력할 수 있다.
따라서 제2선택 회로(145)로부터 출력되는 기준 전압(VREF)은 비교기(130)로부터 출력되는 비교 신호(EN)에 영향을 미칠 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 자동 이득 제어기의 블록도를 나타낸다. 도 2를 참조하면, 자동 이득 제어기(100')는 가변 이득 증폭부(도 1의 가변 이득 증폭부(110)와 동일), 피크 검출기(120), 비교기(130), 제어 유닛(135), 및 전압 조절 회로(140)를 포함할 수 있다.
제어 유닛(135)은 외부로부터 입력되는 모드 선택 신호(MODE_SEL)와 비교기(130)로부터 출력된 비교 신호의 조합에 따라 다수의 스위칭 신호들(SW1, SW2, 및 SW3)을 발생할 수 있다.
전압 조절 회로(140)는 제1선택 회로(141), 제2선택 회로(145), 제어 전압 발생기(150), 기준 전압 발생기(160), 및 적분기(170)를 포함할 수 있다.
제어 전압 발생기(150)는 제어 전압 선택기(151), 및 제1감쇄기(153)를 포함할 수 있다. 예컨대, 제어 전압 발생기(150)는 각각이 서로 다른 레벨을 갖는 다수의 제어 전압들을 생성할 수 있는 구조를 갖는다.
제어 전압 선택기(151)는 제어 전압 선택 신호(Vctrl_SEL)에 응답하여 다수의 전압들, 예컨대 DC 전압들(Various DC signals) 중에서 어느 하나를 선택하고 선택된 전압을 제1제어 전압(VC1)으로서 출력할 수 있다.
제1감쇄기(153)는 제어 전압 선택기(151)로부터 출력되는 제1제어 전압(VC1)의 크기를 소정의 크기만큼 감쇄시킨 후 감쇄된 전압을 제2제어 전압(VC2)으로서 출력할 수 있다. 실시 예에 따라 더 많은 제어 전압들을 발생하기 위하여 더 많은 감쇄기들이 사용될 수 있다. 제어 전압 발생기(150)는 직렬로 접속된 다수의 저항들을 포함하는 저항 스트링(string)으로 구현될 수 있다.
제1선택 회로(141)는 제1선택기(143)와 제2선택기(144)를 포함할 수 있다. 제1선택기(143)는 제1선택신호(SW1)에 응답하여 다수의 이득 제어 전압들(예컨대, 제1제어 전압(VC1)과 제1제어 전압(VC1)보다 낮은 제2제어 전압(VC2)) 중 어느 하나를 출력할 수 있다.
기준 전압 발생기(160)는 기준 전압 선택기(161), 및 제2감쇄기(163)를 포함할 수 있다. 기준 전압 발생기(160)는 각각이 서로 다른 레벨을 갖는 다수의 기준 전압들을 발생할 수 있다.
기준 전압 선택기(161)는 기준 전압 선택 신호(REF_SEL)에 응답하여 다수의 기준 전압들, 예컨대 DC 전압들(Various DC signals) 중에서 어느 하나를 선택하고 선택된 기준 전압을 제1기준 전압(VREF1)으로서 출력할 수 있다.
제2감쇄기(163)는 기준 전압 선택기(161)로부터 출력된 제1기준 전압(VREF1)의 크기를 소정의 크기만큼 감쇄시킨 후 감쇄된 전압을 제2기준 전압(VREF2)로서 출력한다. 실시 예에 따라 더 많은 기준 전압들을 발생하기 위하여 더 많은 감쇄기가 사용될 수 있다. 또한 기준 전압 발생기(160)는 직렬로 접속된 다수의 저항들을 포함하는 저항 스트링(string)으로 구현될 수 있다.
제2선택회로(145)는 제2선택 신호(SW2)에 응답하여 다수의 기준 전압들(예컨대, 제1기준 전압(VREF1)와 제1기준 신호(VREF1)보다 낮은 제2기준 전압(VREF2)) 중에서 어느 하나를 기준 전압(VREF)으로서 출력할 수 있다.
적분기(170)는 제2선택회로(145)로부터 출력된 기준 전압(VREF)에 따라 피크 값(DET_PEAK)를 적분할 수 있다. 적분기(170)의 동작은 후술한다.
제2선택기(144)는 제3스위칭 신호(SW3)에 따라 적분기(170)의 출력 전압과 제2선택회로(145)의 출력 전압 중에서 어느 하나를 자동 이득 제어 전압(Vctrl)으로서 가변 이득 증폭부(도 1의 110과 실질적으로 동일)로 출력할 수 있다. 따라서 상기 가변 이득 증폭부는 자동 이득 제어 전압(Vctrl)에 따라 증폭 이득을 조절할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 자동 이득 제어기(100과 100')는 가변 이득 증폭부(110)의 출력 신호들(VO_P와 VO_N) 중에서 적어도 하나를 모니터링한 결과(예컨대, 피크 값을 검출한 결과)와 모드 선택 신호(MODE_SEL) 중에서 적어도 하나에 따라 선택된 제어 모드에 따라 자동 이득 제어 전압(Vctrl)과 기준 전압(VREF) 중에서 적어도 하나를 재설정하거나 또는 변경함으로써 가변 이득 증폭부(110)의 증폭 이득을 조절할 수 있다.
예컨대, 피크 검출기(120)로부터 출력된 피크 값(DET_PEAK)이 기준 전압(VREF)보다 커질 때, 전압 조절 회로(140)는 비교기(130)로부터 출력되는 비교 신호에 기초하여 자동 이득 제어 전압(Vctrl)을 제1제어 전압(VC1)에서 제2제어 전압(VC2)으로 변경함으로써 가변 이득 증폭부(110)가 더 낮은 증폭 이득(경우에 따라서는 더 높은 증폭 이득)으로 동작하게 할 수 있다. 또한, 전압 조절 회로(140)는 자동 이득 제어 전압(Vctrl)을 제2제어 전압(VC2)에서 제1제어 전압(VC1)으로 변경함으로써 가변 이득 증폭부(110)가 더 높은 증폭 이득(경우에 따라서는 더 낮은 증폭 이득)으로 동작하게 할 수 있다.
예컨대, 전압 조절 회로(140)는 자동 이득 제어 전압(Vctrl)의 레벨과 기준 전압(VREF)의 레벨을 함께 감소시킬 수 있고 또한 자동 이득 제어 전압(Vctrl)의 레벨과 기준 전압(VREF)의 레벨을 함께 증가시킬 수 있다.
도 3a는 본 발명의 실시 예에 따른 기준 전압의 변화에 의하여 이득이 자동으로 조절되는 과정을 설명하기 위한 그래프이고, 도 3b는 스위칭 이득 제어 모드 로 동작하는 자동 이득 제어기의 입력 신호와 출력 신호의 파형도의 일 에를 나타내고, 도 3c는 자동 이득 제어기의 입력 신호와 출력 신호의 파형도의 다른 예를 나타낸다. 도 4는 자동 이득 제어 모드로 동작하는 자동 이득 제어기의 입력 신호와 출력 신호의 파형도를 나타내고, 도 5는 고정 이득 제어 모드로 동작하는 자동 이득 제어기의 입력 신호와 출력 신호의 파형도를 나타낸다. 도 3b 내지 도 5에 도시된 수신 증폭기(Rx Amplifuer)는 도 1에 도시된 이득 증폭부(110)일 수 있다.
도 1 내지 도 3b을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 자동 이득 제어기(100)의 동작을 설명하면 다음과 같다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 자동 이득 제어기(100 또는 100')는 비교기(130)의 출력 신호(EN)에 따라 자동 이득 제어 전압(Vctrl)의 레벨과 기준 전압(VREF)의 레벨도 함께 변경할 수 있다.
보다 상세히 설명하면, 본 발명의 실시 예에 따른 자동 이득 제어기(100 또는 100')는 가변 이득 증폭부(110)의 증폭 이득을 예컨대 제1이득(G1) 또는 제1이득(G1)보다 작은 제2이득(G2)으로 조절할 수 있다.
전압 조절 회로(140)는 가변 이득 증폭부(110)의 출력 신호들(VO_P와 VO_N) 중에서 적어도 하나를 모니터링(또는 피크 값을 검출)한 결과에 따라, 예컨대 피크 값(DET_PEAK)이 기준 전압(VREF)에 도달할 때 자동 이득 제어 전압(Vctrl)을 변경함으로써 가변 이득 증폭부(110)의 증폭 이득을 제1이득(G1) 또는 제2이득(G2)으로 조절할 수 있다.
예컨대, 검출기(120)로부터 출력된 피크 값(DET_PEAK)이 제1기준 전압(VREF1) 에 도달할 때, 전압 조절 회로(140)는 자동 이득 제어 전압(Vctrl)을 제1제어 전압(VC1)보다 낮은 제2제어전압(VC2)으로 변경함과 동시에 기준 전압(VREF)을 제1기준 전압(VREF1)보다 낮은 제2기준 전압(VREF2)으로 변경함으로써 가변 이득 증폭부(110)의 증폭 이득을 제2이득(G2)에서 제1이득(G1)으로 변경할 수 있다.
또한, 검출기(120)로부터 출력된 피크 값(DET_PEAK)이 제2기준 전압(VREF2)에 도달할 때, 전압 제어 회로(140)는 자동 이득 제어 전압(Vctrl)을 제2제어 전압(VC2)보다 높은 제1제어전압(VC1)으로 변경함과 동시에 기준 전압(VREF)을 제2기준 전압(VREF2)보다 높은 제1기준 전압(VREF1)으로 변경함으로써 가변 이득 증폭부(110)의 증폭 이득을 제1이득(G1)에서 제2이득(G2)으로 변경할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 자동 이득 제어기(100 또는 100')는 자동 이득 제어 전압(Vctrl)이 변경될 때 기준 전압(VREF)을 함께 변경할 수 있다.
상술한 바와 같이, 자동 이득 제어기(100)는 입력 신호(Input Signal)의 변화를 전압 조절 회로(140)를 통하여 검출하고 검출 결과에 따라 자동 이득 제어 전압(Vctrl)과 기준 전압(VREF)을 재설정하거나 또는 변경함으로써 가변 이득 증폭부(110)의 증폭 이득을 조절할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 자동 이득 제어기(100')는 다수의 동작 모드들 중에서 어느 하나를 사용하여 가변 이득 증폭부(110)의 증폭 이득을 조절할 수 있다.
피크 검출기(120)는 가변 이득 증폭부(도 1의 110과 동일)로부터 출력되는 차동 출력 신호들(VO_P와 VO_N) 중에서 적어도 하나의 피크 값(DET_PEAK)을 검출하고, 비교기(130)는 피크 검출기(120)로부터 출력되는 피크 값(DET_PEAK)과 전압 조절 회로(140))로부터 출력되는 기준 전압(VREF)을 비교하여 비교 결과에 따라 비교 신호를 출력할 수 있다.
제어 유닛(65)은 자동 이득 제어기(100')의 동작 모드를 제어하기 위한 모드 선택 신호(MODE_SEL)와 비교기(130)로부터 출력되는 비교 신호의 조합에 따라 다수의 제어 신호들 예컨대, 제1선택 신호(SW1), 제2선택 신호(SW2), 및 상기 제3선택 신호(SW3)를 생성할 수 있다. 예컨대, 모드 선택 신호(MODE_SEL)는 N(N은 자연수)-비트 신호일 수 있다.
이때, 제1선택 신호(SW1)는 제1선택기(143)의 동작을 제어하기 위한 선택 신호이고, 제2선택 신호(SW2)는 제2선택 회로(145)의 동작을 제어하기 위한 선택 신호이며, 제3선택 신호(SW3)는 제2선택기(144)의 동작을 제어하기 위한 선택 신호일 수 있다.
여기서, 모드 선택 신호(MODE_SEL)는 사용자 선택에 의한 SFR(Special Function Resistor)의 설정에 기초하여 다양하게 결정될 수 있다.
적분기(170)는 검출기(120)로부터 출력되는 피크 값(DET_PEAK)과 제2선택 회로(145)로부터 출력되는 기준 전압(VREF)을 수신하고, 수신된 피크 값(DET_PEAK)과 기준 전압(VREF)에 따라 생성된 출력 전압을 출력할 수 있다. 이때, 적분기(170)의 출력 전압은 피크 값(DET_PEAK)이 기준 전압(VREF)보다 작을 때 시간이 지남에 따라 서 점차 증가(예컨대, 충전)하고, 상기 피크 값(DET_PEAK)이 기준 전압(VREF)보다 클 때 시간이 지남에 따라 점차 감소(예컨대, 방전)할 수 있다. 실시 예에 따라 반대로 구현될 수도 있다.
이에 따라, 적분기(170)는 차동 입력 신호들(VI_P와 VI_N)의 변화량에 따라 자동적으로 조절되는 출력 전압을 생성할 수 있으며, 제2선택기(144)로부터 출력되는 전압(Vctrl)에 따라 가변 이득 증폭부(110)의 증폭 이득도 차동 입력 신호(VI_P와 VI_N)의 변화량에 따라 자동적으로 조절될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 자동 이득 제어기(100')는 모드 선택 신호(MODE_SEL)에 기초하여 다수의 동작 모드들 예컨대, 스위칭 이득 제어 모드, 자동 이득 제어 모드, 및 고정 이득 제어 모드 중에서 어느 하나의 동작 모드로 동작할 수 있다. 다수의 동작 모드들 각각은 다수의 스위칭 신호들(SW1, SW2, 및 SW3) 각각의 레벨에 반영될 수 있다.
모드 선택 신호(MODE_SEL)에 따라 자동 이득 제어기(100')가 스위칭 이득 제어 모드로 동작할 경우, 가변 이득 증폭부(110)의 증폭 이득은 입력 신호(Input Signal)의 크기에 따라 변경될 수 있다. 이 경우, 도 3b에 도시된 바와 같이 자동 이득 제어기(100)는 이득 조절된 출력 신호(Output Signal)를 얻을 수 있다.
도 3b에 도시된 바와 같이, T1시점까지, 즉 피크 값(DET_PEAK)이 제1기준 전압(VREF1)에 도달할 때까지 이득 증폭부(110)는 제1이득(G1)으로 입력 신호(Input Sinal)를 증폭할 수 있다. T1시점에서 이득 증폭부(110)의 이득은 자동 이득 제어 전압(Vctrl)에 따라 제1이득(G1)에서 제2이득(G2)로 낮아진다. 피크 값(DET_PEAK)이 제2기준 전압(VREF2)에 도달할 때까지, 즉 T1시점부터 T3시점까지 이득 증폭부(110)는 제2이득(G2)으로 입력 신호(Input Signal)를 증폭할 수 있다. 피크 값(DET_PEAK)이 제2기준 전압(VREF2)보다 낮아지는 시점, T3시점에서 이득 증폭부(110)의 이득은 자동 이득 제어 전압(Vctrl)에 따라 제2이득(G2)에서 제1이득(G2)로 높아진다. 따라서, 이득 증폭부(110)는 제1이득(G1)으로 입력 신호(Input Signal)를 증폭할 수 있다.
또한, 도 3c에 도시된 바와 같이, 피크 값(DET_PEAK)이 제1기준 전압(VREF1)보다 작고 제2기준 전압(VREF2)보다 높을 때 이득 증폭부(110)는 제2이득(G2)으로 입력 신호(Input Sinal)를 증폭할 수 있다. 피크 값(DET_PEAK)이 제2기준 전압(VREF2)보다 낮아질 때 이득 증폭부(110)의 이득은 자동 이득 제어 전압(Vctrl)에 따라 제2이득(G2)에서 제1이득(G1)로 높아진다. 따라서, 피크 값(DET_PEAK)이 제2기준 전압(VREF2)보다 높고 제1기준 전압(VREF1)보나 낮은 동안, 이득 증폭부(110)는 제2이득(G2)으로 입력 신호(Input Signal)를 증폭할 수 있다.
도 3a 내지 도 3b를 참조하여 설명한 바와 같이, 피크 값(DET_PEAK)이 제1기준 전압(VREF1)보다 낮은 구간에서 이득 증폭부(110)는 제1이득(G1)으로 입력 신호(Input Sinal)를 증폭하고, 피크 값(DET_PEAK)이 제1기준 전압(VREF1)보다 높아질 때부터 이득 증폭부(110)의 이득은 제1이득(G1)에서 제2이득(G2)으로 변경된 후 피 크 값(DET_PEAK)이 제2기준 전압(VREF2)보다 낮아질 때까지 이득 증폭부(110)는 제2이득(G2)으로 입력 신호(Input Sinal)를 증폭할 수 있다. 예컨대, 도 3a에 도시된 바와 같이 출력 전압, 즉 피크 값(DET_PEAK)의 변화에 대한 이득의 변화는 히스테리시스 특성을 가질 수 있다.
모드 선택 신호(MODE_SEL)에 따라 자동 이득 제어기(100')가 자동 이득 제어 모드로 동작할 경우, 제2선택기(144)는 제3선택 신호(SW3)에 응답하여 적분기(170)의 출력 전압을 자동 이득 제어 전압(Vctrl)으로서 출력할 수 있다. 이 경우, 도 4에 도시된 바와 같이 자동 이득 제어기(100')는 가변 이득 증폭부(110)의 증폭 이득을 입력 신호(Input Signal)의 변화에 따라 자동으로 조절함으로써 출력 신호(Output Signal)의 크기를 기준 전압(VREF)의 범위 내에서 일정하게 유지할 수 있다.
모드 선택 신호(MODE_SEL)에 따라 자동 이득 제어기(100)가 고정 이득 제어 모드로 동작할 경우, 제1선택기(143)는 제1선택 신호(SW1)에 응답하여 제1제어 전압(VC1)과 제2제어 전압(VC2) 중에서 어느 하나 예컨대, 제1제어 전압(VC1)을 출력하고, 제2선택기(144)는 제3선택 신호(SW3)에 응답하여 제1제어 전압(VC1)을 자동 이득 제어 전압(Vctrl)으로서 출력할 수 있다. 다시 말해, 자동 이득 제어기(100')는 입력 신호(Input Signal)의 변화에 상관 없이 어느 하나의 전압을 자동 이득 제어 전압(Vctrl)으로서 가변 이득 증폭부(110)로 출력함으로써 가변 이득 증폭부(110)는 고정된 증폭 이득을 갖는 증폭기로 사용될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이 자동 이득 제어기(100 또는 100')가 입력 신호(Input Signal)를 가변 이득 증폭부(110)의 고정된 증폭 이득을 사용하여 증폭하는 경우, 입력 신호(Input Signal)의 크기가 증가함에 따라 출력 신호(Output Signal)의 크기도 점차 증가한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 단말기들을 포함하는 통신 시스템의 블락도를 나타낸다. 도 6을 참조하면, 무선 통신 시스템(10)은 제1통신 단말기(20)와 제2통신 단말기(30)를 포함할 수 있다.
제1통신 단말기(20)는 제1NFC 모듈(20)일 수 있고 제2통신 단말기(30)는 제2NFC(30)일 수 있다. 예컨대, 제1통신 단말기(20)가 리더(reader)로 동작하는 경우 제2NFC 모듈(30)은 비접촉 IC 카드(또는 태그)로 동작할 수 있고, 이와 반대로 제1통신 단말기(20)가 비접촉식 IC 카드 동작하고 제2통신 단말기(30)가 리더로 동작할 수도 있다.
제1통신 단말기(20)과 제2통신 단말기(30) 각각은 비접촉 IC 카드 예컨대, 스마트 카드로 구현될 수 있으며, 이 경우 무선 통신 시스템(10)은 ISO 14443 TYPE A, ISO 14443 TYPE B, ISO 15693, 또는 Felica와 같은 프로토콜을 사용하여 통신 동작을 수행할 수 있다.
제1NFC 모듈(20)은 제1RF신호를 송신하기 위한 송신부(23)와 외부로부터 송신되는 제2RF신호를 수신하기 위한 수신부(25)를 포함하고, 제2NFC 모듈(30)은 제2RF신호를 송신하기 위한 송신부(35)와 외부로부터 송신되는 제1RF신호를 수신하기 위한 수신부(33)를 포함할 수 있다.
각 송신부(23과 35)는 각 NFC 모듈(20과 30) 내에 저장된 데이터를 프로토콜 규격의 데이터로 디코딩하고 디코딩된 각 데이터(또는 데이터 패킷)를 각 RF신호 변환하여 외부로 전송할 수 있다.
각 수신부(25과 33)는 외부로부터 전송된 각 RF신호를 수신하고 수신된 각 RF신호를 프로토콜 규격에 맞는 데이터로 인코딩하여 인코딩된 데이터를 생성할 수 있다.
제1RF신호(또는 제2RF신호)가 송신부(23 또는 35)로부터 수신부로 전송되는 동안, 수신부(33 또는 25)에 수신되는 제1RF신호(또는 제2RF신호)의 세기는 채널 경로상에서 발생되는 전송 손실(path loss)에 의해 줄어들기 때문에 미약하다.
이에 따라, 수신부(25 또는 33)는 본 발명의 실시 예에 따른 자동 이득 제어기(100)를 이용하여 수신 동작시 입력되는 제1RF 신호(또는 제2RF신호)의 크기가 약하거나 또는 지나치게 크지 않도록 조정할 수 있다.
즉, ISO 14443 TYPE B, 또는 Felica와 같은 프로토콜을 사용하는 무선 통신 시스템(10)에서 본 발명의 실시 예에 따른 자동 이득 제어기(100 또는 100')는 자동 이득 제어 모드로 동작함으로써 출력 신호의 크기를 일정하게 유지할 수 있다.
또한, ISO 14443 TYPE A, 또는 15693과 같은 프로토콜을 사용하는 무선 통신 시스템(10)에서 본 발명의 실시 예에 따른 자동 이득 제어기(100 또는 100')는 스위칭 이득 제어 모드 또는 고정 이득 제어 모드로 동작함으로써 출력 신호(Output Signal)의 크기를 조절할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 자동 이득 제어기(100 또는 100')는 자동 이득 제어 모드, 고정 이득 제어모드, 및 스위칭 이득 제어 모드 중 어느 하나로 선택적으로 동작할 수 있으므로 프로토콜 종류에 상관없이 모든 무선 통신 시스템에서 입력 신호의 증폭 이득을 조절할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템(10)은 사용자 선택에 따라 다수의 동작 모드들 중에서 어느 하나를 선택적으로 사용할 수 있는 자동 이득 제어기(100 또는 100')를 사용함으로써 프로토콜 종류에 상관없이 기존의 무선 통신 시스템에 비해 향상된 수신 성능을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템(10)은 동작 모드에 따라 자동 이득 제어기(100 또는 100')의 이득을 선택적으로 제어하기 위한 프로그램 또는 알고리즘 등의 소프트웨어를 개발할 필요없이 하드웨어만으로 용이하게 구현할 수 있 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 상세한 설명이 제공된다.
도 1는 본 발명의 실시 예에 따른 자동 이득 제어기의 블록도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 자동 이득 제어기의 블록도를 나타낸다.
도 3a는 본 발명의 실시 예에 따른 기준 전압의 변화에 의하여 이득이 자동으로 조절되는 과정을 설명하기 위한 그래프이다.
도 3b는 스위칭 이득 제어 모드로 동작하는 자동 이득 제어기의 입력 신호와 출력 신호의 파형도의 일 예를 나타낸다.
도 3c는 자동 이득 제어기의 입력 신호와 출력 신호의 파형도의 다른 예를 나타낸다.
도 4는 자동 이득 제어 모드로 동작하는 자동 이득 제어기의 입력 신호와 출력 신호의 파형도를 나타낸다.
도 5는 고정 이득 제어 모드로 동작하는 자동 이득 제어기의 입력 신호와 출력 신호의 파형도를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 단말기들을 포함하는 통신 시스템의 블락도를 나타낸다.

Claims (6)

  1. 자동 이득 제어 전압에 따라 차동 입력 신호들에 대한 증폭 이득을 조절하고 조절된 증폭 이득에 따라 증폭된 차동 출력 신호들을 출력하기 위한 가변 이득 증폭부;
    상기 증폭된 차동 출력 신호들 중에서 적어도 하나의 피크 값을 검출하기 위한 피크 검출기;
    검출된 피크 값과 기준 전압을 비교하여 비교 신호를 생성하기 위한 비교기; 및
    상기 비교 신호에 기초하여 상기 자동 이득 제어 전압과 상기 기준 전압을 조절하기 위한 전압 조절 회로를 포함하는 자동 이득 제어기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전압 조절 회로는,
    상기 비교 신호에 따라 다수의 자동 이득 제어 전압들 중에서 어느 하나를 상기 자동 이득 제어 전압으로서 출력하기 위한 제1선택 회로; 및
    상기 비교 신호에 따라 다수의 기준 전압들 중에서 어느 하나를 상기 기준 전압으로서 출력하기 위한 제2선택 회로를 포함하는 자동 이득 제어기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 자동 이득 제어기는,
    모드 선택 신호와 상기 비교 신호에 따라 다수의 스위칭 신호들을 생성하기 위한 제어 유닛을 더 포함하고,
    상기 전압 조절 회로는,
    상기 기준 전압에 따라 상기 피크값을 적분하기 위한 적분기;
    상기 다수의 스위칭 신호들 중에서 제1스위칭 신호에 응답하여 다수의 자동 이득 제어 전압들 중에서 어느 하나를 출력하기 위한 제1선택 회로;
    상기 다수의 스위칭 신호들 중에서 제2스위칭 신호에 응답하여 다수의 기준 전압들 중에서 어느 하나를 상기 기준 전압으로서 출력하기 위한 제2선택 회로; 및
    상기 다수의 스위칭 신호들 중에서 제3스위칭 신호에 응답하여 상기 적분기의 출력 전압과 상기 제1선택 회로의 출력 전압 중에서 어느 하나를 상기 자동 이득 제어 전압으로서 출력하기 위한 제3선택 회로를 포함하는 자동 이득 제어기.
  4. 차동 입력 신호들을 수신하기 위한 수신부;
    자동 이득 제어 전압에 따라 차동 입력 신호들에 대한 증폭 이득을 조절하고 조절된 증폭 이득에 따라 증폭된 차동 출력 신호들을 출력하기 위한 가변 이득 증폭부;
    상기 증폭된 차동 출력 신호들 중에서 적어도 하나의 피크 값을 검출하기 위한 피크 검출기;
    검출된 피크 값과 기준 전압을 비교하여 비교 신호를 생성하기 위한 비교기; 및
    상기 비교 신호에 기초하여 상기 자동 이득 제어 전압과 상기 기준 전압을 조절하기 위한 전압 조절 회로를 포함하는 통신 단말기.
  5. 제4항에 있어서, 상기 전압 조절 회로는,
    상기 비교 신호에 따라 다수의 자동 이득 제어 전압들 중에서 어느 하나를 상기 자동 이득 제어 전압으로서 출력하기 위한 제1선택 회로; 및
    상기 비교 신호에 따라 다수의 기준 전압들 중 어느 하나를 상기 기준 전압으로서 출력하기 위한 제2선택 회로를 포함하는 통신 단말기.
  6. 제4항에 있어서, 상기 통신 단말기는,
    모드 선택 신호와 상기 비교 신호에 따라 다수의 스위칭 신호들을 생성하기 위한 제어 유닛을 더 포함하고,
    상기 전압 조절 회로는,
    상기 기준 전압에 따라 상기 피크값을 적분하기 위한 적분기;
    상기 다수의 스위칭 신호들 중에서 제1스위칭 신호에 응답하여 다수의 자동 이득 제어 전압들 중에서 어느 하나를 출력하기 위한 제1선택 회로;
    상기 다수의 스위칭 신호들 중에서 제2스위칭 신호에 응답하여 다수의 기준 전압들 중에서 어느 하나를 상기 기준 전압으로서 출력하기 위한 제2선택 회로; 및
    상기 다수의 스위칭 신호들 중에서 제3스위칭 신호에 응답하여 상기 적분기의 출력 전압과 상기 제1선택 회로의 출력 전압 중에서 어느 하나를 상기 자동 이득 제어 전압으로서 출력하기 위한 제3선택 회로를 포함하는 통신 단말기.
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