KR20160005690A - 주파수 복조 능력이 내재된 주파수 선택적 대수 증폭기 - Google Patents

주파수 복조 능력이 내재된 주파수 선택적 대수 증폭기 Download PDF

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Abstract

재생식 선택적 대수 검출기 증폭기(LDA)가 통합된 FM 복조 능력을 가질 수 있다. LDA는 종래 기술에 비교할 때 유선 또는 무선 FM 변조된 신호를 수신하고 높은 감도, 높은 스커트 비, 및 최소화된 잡음으로 이를 증폭 또는 복조할 수 있다. 다른 회로, 가령, PLL 또는 믹서와 함께 사용될 때, 간섭 제거 및 주파수 선택성이 개선될 수 있고, 주파수 및 위상 측면에서 정교하게 한 채널에 고정될 수 있다. LDA는 특정 임계값에 도달할 때 자기 소멸하는 간헐적 발진을 발생시킨다. 또한 직접 FM 판별을 수행하기 위한 회로를 내장한다. FM 복조 프로세스는 단순 아날로그 또는 디지털 주파수-전압 변환기에 의해 완성된다. 이는 순간 재생 이득이 저-중일 것이라는 사실이 잡음에 매립된 작은 진폭의 신호를 검출할 수 있게 한다는 사실을 더한다.

Description

주파수 복조 능력이 내재된 주파수 선택적 대수 증폭기{FREQUENCY SELECTIVE LOGARITHMIC AMPLIFIER WITH INTRINSIC FREQUENCY DEMODULATION CAPABILITY}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2013년 03월 15일에 출원된 미국 가특허출원 번호 61/789,829 "Frequency Selective Logarithmic 증폭기 with Intrinsic Frequency Demodulation Capability"의 우선권을 주장하며, 상기 미국 가특허출원의 내용은 그 전체가 본원에 참조로서 포함된다.
기술 분야
본 명세서에 개시된 주 사항은 일체 구성된 FM 복조 능력을 갖는 재생식 선택적 대수 검출기 증폭기(LDA)와 관련된다. 이는, 종래 기술에 비교할 때 높은 감도, 높은 스커트 비(skirt ratio) 및 최소화된 잡음을 갖고, 유선 또는 무선 FM 변조된 신호를 수신하고 이를 증폭하거나 복조할 수 있다. 그 밖의 다른 회로, 가령, 위상 고정 루프(PLL) 또는 혼합기와 함께 사용될 때, 간섭 제거 및 주파수 선택성을 개선할 수 있으며 주파수 및 위상에서 정밀한 채널 상으로 고정될 수 있다. LDA는 특정 임계값에 도달할 때 자기 소멸(self-quench)되는 간헐적 발진을 발생시킨다. 이는 또한 직접 FM 판별(FM discrimination)을 수행하기 위한 회로를 내장한다. 이는 순간 재생 이득이 저-중(low-medium)이라는 사실이 잡음에 매립된 작은 진폭의 신호를 검출하는 것을 가능하게 한다. LDA는 아날로그 또는 디지털 FM, AM 또는 FM & AM 변조된 신호를 변환하여 넓은 다이나믹 레인지에 걸쳐 중간 주파수에서 거의 일정한 진폭 및 유사-디지털(quasi-digital) 펄스들의 트레인(train)을 생성한다. 디지털 주파수-전압 변환기(VFC)는 단순한 프로세싱을 이용해 디지털 전압 워드에서 펄스 주파수를 변환하도록 사용될 수 있다. 대안적으로, 단순한 아날로그 VFC 또는 피크 검출기(peak detector)가 입력 신호를 오디오 또는 비디오 대역폭을 갖는 기저대역으로 복조하도록 사용될 수 있다. 혁신적인 인자는 직접 FM 복조, 높은 감도 및 잡음 레벨로부터의 신호 재생, 높은 스커트 비 및 AFC가 필요 없는 유사 디지털 출력 데이터를 포함한다.
본 명세서에 개시된 재생식 선택 대수 검출기 증폭기(LDA)는 회로 토폴로지 측면에서 초재생식 수신기(super-Regenerative receiver)(SRO)와 유사점을 가진다. 그러나 LDA는 위상 감응성 재생 검출기지만, SRO는 진폭 감응성 재생 장치이다. 구체적으로, LDA는 복수의 사이클 동안 잡음 플로어(noise floor)로부터 신호를 증폭하는 낮은 이득을 갖는 자기-소멸 수단을 가진다. 이와 달리, SRO는 전기적 거동 및 성능을 꽤 다르게 만드는 외부 소멸 및 고 이득을 가진다. LDA와 DC 또는 기저대역 로그 진폭 간에 유사성이 존재하며, 둘 모두 넓은 다이나믹 레인지에 걸쳐 대수 진폭을 제공한다. 덧붙여, LDA는 아날로그 또는 디지털 FM 또는 AM & FM을 동시에 복조할 수 있는 내재적 능력을 가질 수 있다. LDA의 예시가 DockOn AG에게 허여된 미국 특허 출원 7,911,235에서 발견될 수 있으며, 이의 내용 전체가 참조로서 본 명세서에 포함된다.
일반적으로 SRO은 협대역 신호에 대해 사용될 때 형편없는 감도 및 고 출력 잡음을 문제로 가진다. SRO는 또한 오실레이터가 LC 기반일 때 온도 드리프트를 겪을 수 있다. 메인스트림 라디오의 경우 SRO 수신기는 슈퍼-헤테로다인 수신기(super-heterodyne receiver)로 빠르게 대체되었는데, 이는 슈퍼-헤테로다인 수신기가 더 우수한 선택성 및 감도를 갖기 때문이다. 그러나 SRO는 단순하고 낮은 전력을 가지며, 원격 제어 시스템, 단거리 텔레메트리, 및 무선 보안을 위해 수 백년 동안 사용되었다. 선택성 및 드리프트 한계가 SAW 장치를 사용함으로써 1980년대 말에 해결됐었다. 2000년대 초반, 논문에 의하면 최대 GHz 범위까지의 저전력 수신기에서 사용되고 높은 데이터 레이트 적용예에서 적합한 SRO에 대해 새로운 관심이 보였다.
기저대역 대수 증폭기가 복수의 길버트 셀(Gilbert cell)을 기초로 하며, 일반적으로 저-고 주파수에서 중-고 다이나믹 레인지에 걸쳐 우수한 선형성을 제공한다. 더 단순한 대수 증폭기(가령, DC 대수 증폭기)일수록 트랜지스터 대수 전류 대 전압 전달 특성을 기초로 하며, DC에서 저 주파수까지 적용된다.
도면 전체에서, 참조 번호는 참조되는 요소들 간 대응 관계를 지시하도록 재사용될 수 있다. 도면은 본 명세서에 기재된 예를 설명하기 위해 제공되며 본 발명의 범위를 제한하려는 것이 아니다.
도 1은 LDA로부터의 예시적 입력 및 출력 신호를 도시한다.
도 2는 도 1로부터의 입력 및 출력 신호의 조합을 도시한다.
도 3은 신호 및 잡음을 갖는 입력, 재생된 신호, 저 레벨의 출력 주파수 펄스를 도시한다.
도 4는 신호 및 잡음을 갖는 입력, 재생된 신호, 및 더 높은 레벨에서의 출력 주파수 펄스를 도시한다.
도 5는 FM 복조 능력을 갖는 LDA의 시간에 따라 변하는 발진 및 소멸 사이클을 도시한다.
도 6은 병렬 공진 회로 및 직렬 공진 회로를 갖는 4극자를 도시한다.
도 7은 4극자의 대략적인 응답을 도시하는 보드 플롯이다.
도 8a, 8b, 8c, 및 8d는 통합된 FM 복조 회로를 갖는 LDA의 블록도의 다양한 실시예를 도시한다.
도 8e는 LDA 주파수 종(Bell)형 응답의 중심에 비교되는 협대역(NB) FM 복조가 수행될 수 있는 곳을 도시한다.
도 8f는 비교적 광대역(WB) FM 신호의 복조를 도시한다.
도 9는 FM 복조를 갖는 LDA의 개략적 실시예를 도시한다.
도 10은 의사-디지털 주파수 입력을 디지털 출력 펄스 스트림으로 변환되는 예시를 도시한다.
도 11은 디지털 펄스 스트림의 디지털 등가 전압 샘플로의 변환을 도시한다.
도 12는 아날로그 주파수-전압 변환기의 예시를 도시한다.
도 13은 아날로그 검출기의 하나의 실시예를 도시한다.
도 14는 LDA의 또 다른 구현예를 도시한다,
도 15는 마이크로스트립 라인을 갖도록 설계된 정합 네트워크의 예시를 도시한다.
도 16은 CRLH-TL을 갖도록 설계된 정합 네트워크의 예시를 도시한다.
도 17은 도 16의 CRLH-TL를 갖도록 설계된 정합 네트워크를 이용해 2개의 주파수를 정합하기 위한 솔루션의 예시를 도시한다.
도 18은 CRLH-TL의 한 가지 가능한 구현예를 도시한다.
도 19는 고감도 FM 라디오 수신기 및 복조기로서의 LDA의 예시를 도시한다.
도 20은 고정 기준 전압 및 전위차계를 갖는 차동 또는 단일 단부 튜밍 전압을 위한 배리캡 회로 구현예의 예시를 도시한다.
도 21은 희망 FM 라디오 채널로 튜닝되는 정밀 기준 주파수로 고정되는 위상 고정 루프(PLL)의 주파수 고정되는 LDA-펄스 오실레이터의 하나의 실시예를 도시하며, 여기서 안테나는 LDA의 공진 회로와 일체 구성되고 라디오파가 공진 회로의 유도성 부분으로 직접 연결된다.
도 22는 입력 RF_IN으로 연결된 CPL 안테나에 의한 디지털 채널 튜닝을 갖는 LDA 기반 FM 라디오 수신기(FM-LDA)의 하나의 실시예를 도시한다.
도 23은 RF_IN 입력으로 연결된 안테나를 이용한, FSK 또는 FH-SS 변조의 경우의 FM-LDA 및 PLL를 기초로 하는 고감도, 저잡음 증폭기 대체를 도시한다.
도 24a는 슈퍼-헤테로다인 토폴로지를 갖는 FSK 또는 FH-SS 변조에 대한 FM-LDA를 기초로 하는 고감도, 저잡음 증폭기의 하나의 실시예를 도시한다.
도 24b는 FM LDA 및 슈퍼 페테로다인 수신부를 기초로 하는 FSK 수신기에 대한 LNA 대체의 하나의 실시예를 도시한다.
도 25는 FM-LDA LNA 대체의 하나의 예시를 도시한다.
도 26은 FM 모드의 LDA 및 PLL을 기초로 하는 FSK 수신기를 위한 LNA 대체의 또 다른 실시예를 도시한다.
도 27은 FM-LDA 기반 FSK 리피터의 하나의 실시예를 도시한다. 이러한 무선 리피터의 구현은 LNA 대체와 유사하다.
본 명세서에 기재된 LDA 기술은 최신 SRO 및 대수 증폭기(log amp)에 상당한 개선을 가져온다. 예를 들어, LDA는 높은 스커트 비, 매우 높은 감도 및 잡음 억제, 매우 높은 다이나믹 레인지, 우등한 판별력 및 단점 없이 수신기 체인 내 유연한 배치를 갖고 주파수를 복조할 수 있는 내재적 능력을 가질 수 있다. 표 1은 다양한 LDA, SRO, 및 증폭 기술을 이들 각자의 장단점에 비교한다.
표 1: LDA, SRO, 및 증폭기 기술의 비교
Figure pct00001
- 잡음 내에 매립된 약한 신호를 프로세싱하기 위한 이하에서 그 밖의 다른 방법이 고려될 수 있다: 평균화, 선택적 증폭, 필터링, 동기화된 검출, 확산 스펙트럼 및 비선형 RAMAN 광 증폭기.
- 평균화: n개의 주기에 걸쳐 잡음이 감소되지만, 신호가 증폭되지 않는다. 또한 평균화는 정확한 참조용 트리거를 필요로 하며, 이 트리거는 저 신호 레벨에서 잡음성이고 문제가 있을 수 있다.
- 선택적 증폭 및/또는 필터링: 증폭 및/또는 필터링이 주파수 종속적이고 정지적이며, 따라서 주파수 통과 대역에서 시간의 흐름에 따른 어떠한 개선도 제공하지 않고 상기 통과 대역에서 잡음을 감소시키지 않는다. 이는 대역폭이 큰 경우 문제가 된다. 또한 선택적 증폭기가 제한된 잡음 제거를 가진다.
- 동기화된 검출: 이는 입력 신호에 고정하기 위한 위상 고정 루프(PLL)를 이용하며, 선택성은 더 복잡한 방법이 사용되지 않는 한 협대역을 의미하고 또한 매우 낮은 신호 레벨에서 문제가 될 수 있다.
- 직접 시퀀스 확산 스펙트럼(DS-SS): 비트가 송신 변조 프로세스 동안 광역 주파수 스펙트럼에 걸쳐 확산되고 결국 손실성 매체를 통해 통신된다. 수신기는 에너지를 역확산하고 복조된 신호가 잡음 플로어보다 훨씬 더 높게 나타나게 한다(가령, 1000의 일반적인 확산 인자를 갖는 GPS). 이를 위해, 매우 높은 감쇠가 극복될 수 있다. 물론 이 방법은 많은 경우에 실용적이지 않은 DS-SS 송신기를 이용할 수 있다.
- RAMAN 분포형 광 증폭기: 이러한 장치에 의해, SNR이 개선될 수 있고 수백 또는 수천 개의 킬로미터 상의 광섬유 상으로의 데이터 전송이 최소 재생을 이용해 가능하다.
본 명세서에 기재된 LDA 기술은 현재 사용 중인 회로에 비해 증가된 감도, 간섭 제거, 및 회로에 대한 대역폭을 갖는 유선 또는 무선 FM, AM 또는 FM&AM 신호를 수신할 수 있는 일체형 FM 복조(FM-LDA)를 갖는 재생식 대수 검출기 증폭기(LDA)와 관련된다. LDA는 잡음을 최소화하면서 신호를 증폭할 수 있다.
FM-LDA는 입력 신호가 시간의 흐름에서 특정 진폭(임계값)에 도달할 때마다 추가 수단 없이 자신의 사이클을 자동으로 재시작함으로써 AM 또는 FM 입력 신호의 신호대잡음비 SNR을 개선하는 일체형 하드웨어에 의해 이러한 목적을 달성한다. 따라서 LDA 회로는 진폭 또는 주파수 변조된 입력을 낮은 중간 주파수("IF") 주파수 펄스의 출력 스트림으로 변환하며, 여기서 순간 주파수가 입력 파에 의해 변조된다(즉, IF 대역으로 옮겨진 AM/FM). 이 출력 스트림은 유사-디지털 주파수-펄스 변조된 신호로서 제공된다. AM 변조될 때, 내재적 대수 계산자(logarithmic scale)를 통해 변환이 이뤄지고 출력된다.
또한 아날로그 주파수-진폭 변환기, 피크 검출기 또는 디지털 카운터, 로직 인버터, 및 디지털 스케일링 회로에 의해, 동일한 주파수-펄스 변주된 출력이 기저대역으로 변환되거나 시간에 따라 변하는 전압으로 복조(0Hz 내지 F_max)될 수 있다.
혁신적인 FM-LDA 회로는 몇 가지 기능을, 일부는 동시에 수행할 수 있다: 대수 증폭, 신호 재생, 주파수 변환, 잡음 필터링, 간섭 제거, 및 아날로그/디지털 진폭/주파수 복조. 추가로:
- AM 모드에서, 출력 주파수는 입력 전압의 대수에 비례한다.
- 주파수 변환의 비-종래적 프로세스의 일부로서 n번의 사이클 동안 잡음을 감소시키면서 신호를 증폭함으로써, LDA가 재생식 수신기 및 증폭기로서 동작한다.
- 내재적 대수 기능은 선형 입력을 대수 출력으로 변환하여, 매우 낮은 입력 레벨에서의 검출을 가능하게 만들며, 이는 대략 10dB의 사용 가능한 다이나믹 레인지를 허용한다.
- LDA는 FM 입력을 상이한 주파수로 트랜스코딩할 수 있다.
- LDA는 조절 가능 주파수를 이용해 다양한 채널 및 회로 기판을 핸들링할 수 있다.
- LDA는 매우 높은 감도를 제공한다.
- LDA는 비용 효율적이며, 스케일 가능하고, IC 칩과 직접 통합될 수 있다.
- LDA는 아날로그, 디지털, AM 및 FM 복조를 수용할 수 있다. 또 다른 유형의 복조법, 가령, PM이 추가 회로와 함께 사용될 수 있으며, 이로 인해 광범위한 실제 적용예에서 유용할 수 있다.
적용예는 다양하다. LDA 기술은 더 높은 감도, 더 높은 다이나믹 레인지, 더 낮은 전력 소비율, 더 우수한 간섭 제거, 증가된 대역폭, 더 우수한 신호대잡음 비(SNR), 더 긴 거리(range), 및/또는 더 깨끗한 증폭의 이익을 누리는 거의 모든 전자 시스템에 통합될 수 있다.
도 1은 LDA로부터의 예시적 입력 및 출력 신호를 도시한다. LDA는 자신의 주파수 캡처 대역폭(frequency capture bandwidth) 내에서 화이트 가우시안 입력 잡음(102)에 의해 마스킹되는 저레벨 입력 신호(101)를 제공할 수 있다. 상기 LDA는 임계값 레벨에 도달할 때까지 많은 주기 동안 증폭된 입력 신호(103)를 재생할 수 있다. 입력 임계값 레벨에 도달될 때, 상기 LDA는 출력 펄스를 생성할 수 있고 자신의 사이클을 재시작할 수 있다.
가우시안 잡음이 랜덤이고 입력 신호와 비-상관되며, 증폭되고 재생되는 입력 신호(103)가 증가되기 때문에, 잡음은 동일한 값으로 평균화되고 유지될 수 있고 따라서 잡음 감소(104)에 의해 표시되는 바와 같이, 복수의 주기에 걸쳐 증폭되지 않는다.
도 2는 도 1로부터의 입력 및 출력 신호의 조합을 도시한다. 복수의 주기 동안 입력 신호(201)들을 조합할 때, 결과 곡선(202)은 시간에 따라 감소된 지터(jitter)를 갖는 재생되고 증폭된 신호를 나타낸다.
이 효과는 광자(photon)가 특정 파장에서 공동에서 증폭되는 LASER와 유사하다. 공진 주파수에서, 정상파(standing wave)가 시간에 따라 구조적으로 에너지를 증강(build up)한다. 증강 주기의 끝에서 상승된 에너지의 방전이 발생하고 프로세스가 재시작한다.
잡음 플로어 및 코히런트 에너지의 느린 증강(및 진폭 지터의 감소)으로부터 발생하는 재생 프로세스를 설명하기 위한 또 다른 예시가 이하에서 제공된다. 높은 품질 계수 및 동일한 주파수 공진을 가지며, 공간의 서로 다른 측부에 각각 위치하는 2개의 유사한 기계적 포크(fork)를 갖는 큰 잡음성 공간(noisy room)이 존재한다. 제1 포크(여기원)는 낮고 일정한 레벨로 두드리고 있다. 제2 포크는 높은 레벨의 잡음 때문에 제1 포크를 거의 "듣지(hear)" 못할 수 있다. 약간의 시간 후, 제2 포크는 공간 내 잡음 레벨에 무관하게, 자신의 높은 품질 계수 때문에, 두 포크 간 약한 결합 때문에, 그리고 마지막으로 기계적 에너지의 느린 동기성 증강 때문에 높은 진폭 레벨을 갖는 제1 포크의 톤 주파수로 증폭되고 공진할 것이다. 중요한 계수는 신호를 증강하지만 랜덤 잡음으로 평균내기 위한 느린 응답이다.
도 3은 저 레벨에서의 신호 및 잡음을 갖는 입력(301), 재생된 신호(302), 및 출력 주파수 펄스(303)를 도시한다. 도 4는 고 레벨 입력에서의 신호 및 잡음을 갖는 입력(401), 재생된 신호(402), 및 출력 주파수 펄스(403)를 도시한다. 도 3 및 4는 더 긴 입력 시간 규모, 및 출력 주파수에 미치는 영향을 도시한다. 입력 신호(잡음 포함)가 상단에서 나타나고 재생된 신호가 중앙에 나타나며, 출력 반복율(output repetition rate)이 하부에 나타난다. 도 3에서 도시된 바와 같이 입력 신호가 저 레벨일 때, LDA는 신호를 재생하고 일정한 임계 값에 도달하는 데 시간이 걸린다. 도 3의 시간 윈도에서, 5번의 재생 사이클이 생성된다. 도 4는 더 높은 입력 신호 및 임계값에 도달하기까지 대응하는 더 빠른 재생 시간을 보여준다. 따라서, LDA는 동일한 시간 윈도 내에 더 많은 재생 사이클을 발생시킨다. 덧붙여, 임의의 저-고 입력 신호(low-to-high input signal)에 대해 출력 펄스의 진폭이 거의 일정하며, 이는 관련된 다이나믹 레인지가 크게 주어질 때 눈에 띌만하다.
AM 모드에서만큼, LDA의 출력 주파수는 입력 전압의 대수(logarithm)에 비례한다:
Figure pct00002
(Hz) 또는
Figure pct00003
(Hz)이며,
F0는 최소 고정 주파수이며,
K 및 K2는 일정한 값이고,
Figure pct00004
는 입력 신호
Figure pct00005
의 RMS 값이고,
Figure pct00006
는 dBm으로의 입력 레벨
Figure pct00007
이며,
Figure pct00008
는 출력 주파수이다.
바람직한 경우, 출력 주파수는 아날로그 또는 디지털 형태로 된 전압 변조로 변환될 수 있다. 이 경우, 저역 통과 필터링 후의 출력 전압은 다음과 같다:
Figure pct00009
(V) 또는
Figure pct00010
(V)
여기서,
Figure pct00011
는 출력 전압이고,
K3 및 K4는 상수값이다.
FM 복조 회로를 갖는 LDA가 다양한 상업적 기술에 대해 가치들의 많은 내재적 속성을 가질 수 있다. 이하에서, FM 복조 회로를 구비하는 LDA로부터 가능할 수 있는 가치 유형들의 비배타적 목록이 제시된다.
전압 변주된 입력 신호의 IF 범위로의 주파수 변조의 변환, 및 대수 압축해제(logarithmic decompression)의 사용이 잡음을 감소하고 잡음에 비해 약한 신호의 다이나믹 레인지를 확대하는 데 특히 효과적이다. 이들 속성에 의해, LDA가 많은 적용예에 이상적으로 적합할 수 있는데, 적용예의 예시로는 다음과 같다:
- 스플래터-프론 레이더(splatter-prone radar); 마이크로-신호 의료용 장치, 가령, 초음파, MRI, 및 CAT 스캔; 어군 탐지기 및 범용 초음파기(sonar); 및 충돌 회피기.
- 신호 분석기, 파워 계측기, 및 RF 송신기 증폭기,
- 무선 네트워크, 가령, Wi-Fi
- 고분해능, 고속, 그러나 고비용의 AD 변환기를 대체하기 위한, 단순하며 전력을 적게 소비하는 LDA 기반 주파수-디지털 변환기
- 기름, 물, 및 기체 산업에서 파이프라인 계측 및 통신,
- 고비용의 ADC 변환기를 LDA, PLL의 몇 개의 가능한 구성으로 대체
더 약한 신호로부터 랜덤 잡음을 필터링할 수 있는 LDA의 능력이 스마트 폰 장치 또는 셀룰러 기지국 수신기를 위한 예를 들어, 수 dB의 신호를 잡음 플로어로부터 추출하기 위한 수단을 준다. 셀 폰의 출력 전력을 추가로 감소(개선된 RF 버짓 링크)하고 따라서 이들의 배터리 수명 및 레인지를 n배만큼 확장하기 위해, LDA 기술이 모바일 폰으로 통합될 수 있다. 또한, 셀룰러 기지국은 LDA를 사용하여 더 약한 신호를 복원할 수 있다. 또한 LDA를 프로세싱 칩으로 직접 통합함으로써, LDA는 마이크로프로세서, 가령, CMOS 프로세서의 전력 소비량을 감소시킬 수 있다.
LDA는 입력 신호를 재생하고 능동적으로 잡음을 감소시키기 때문에, LDA는, 증폭 체인의 제1 또는 제2 블록 후에 배치될 때라도, SNR 비를 상당히 증가시킬 수 있다. 예를 들어, LDA를 저잡음 증폭기와 조합될 때 88-108MHz에서의 FM 라디오 복조에 대한 매우 우수한 감도가 측정되었다.
LDA는 아날로그/디지털 AM, FM 및 그 밖의 다른 변조, 가령, FH-SS를 직접 복조할 수 있고, 추가 회로, 가령, PLL, 혼합기(mixer), 합성기(synthesizer) 등이 추가될 때 n진 아날로그 및 디지털 FM 및 AM 변조를 할 수 있다.
LDA는 RF 변조 주파수에서 또는 그 근방으로 튜닝될 때 많은 유형의 저 레벨 RF 신호를 재생할 수 있다.
표준 디지털 수신기의 몇 가지 기능(직접 디지털 변환을 이용한 RF 주파수에서 저 중간 주파수(low intermediate frequency)로 또는 기저대역으로의 변환)을 대체함으로써 무선 디지털 수신기의 단순화가 이뤄질 수 있다.
기저대역 마이크로볼트 센서(가령, 오디오 대역폭 20Hz-20KH)에서, LDA는 디지털 출력을 갖는 매우 낮은 잡음 및 높은 판별 변환 이득 증폭기로서 사용될 수 있다.
하나의 실시예에서, LDA는 양의 값에서 음의 값으로 주기적으로 변하는 가변 컨덕턴스를 갖는 LC 회로로 간주될 수 있다. 도 5는 FM 복조 능력을 갖는 LDA의 시간에 따라 변하는 발진(oscillation) 및 소멸(quenching) 사이클을 도시한다. 더 구체적으로, 도 5는 사이클의 시작(502)부터 사이클의 종료(503)까지 사이클(501)을 도시한다. 발진은 임계 레벨(505)에 도달할 때까지 증강(504)하고, 여기서 발진이 0으로 점진적으로 분로된다.
도 6은 병렬 공진 회로(601) 및 직렬 공진 회로(602)를 갖는 4극자(quadripole)(600)를 도시한다. 도 6에 도시된 바와 같이 FM 복조 능력을 갖는 LDA는 병렬 및 직렬 공진기 회로(601 및 602)로 만들어진 4극자의 사용을 기초로 한다. 이는 통과대역에서 널 상태(null phase)를 갖는 대역통과 필터이도록 설계된다. 병렬 공진 회로의 예시는 병렬로 연결된 L an C, 적절하게 배치된 오픈 또는 쇼트 스터브를 갖는 송신 라인, 수정 공진자, SAW 회로, SAW, 또는 이들의 조합 등이다. 직렬 공진 회로의 예시로는 직렬로 장착된 L an C, 적절하게 배치된 오픈 또는 쇼트 스터브를 갖는 전송 라인, 수정 공진자, SAW 회로, BAW 또는 이들의 조합이 있다.
도 6의 4극자의 진폭 및 위상에서의 전달 함수가 도 7에 나타난다. 수평 눈금이 주파수(Hz)이고 수직 눈금은 각각 이득(dB) 및 위상(도)이다.
도 7은 4극자의 근사 응답을 보여주는 보드 플롯을 도시한다. FM/AM 복조의 유용한 동작 범위가 점선으로 이루어진 타원 안에서 나타난다. 도 7의 플롯은 진폭 대 주파수(상부) 및 응답 위상 대 주파수(하부)를 나타낸다. 4극자의 설계 및 LDA의 나머지 부분과의 상호작용에 따라서, 이득이 다이어그램에서 나타난 바와 같이 뾰족한 2개의 스파이크를 갖는 편평 또는 곡선형으로 설계될 수 있다.
도 8a는 통합형 FM 복조 회로를 갖는 LDA의 블록도를 도시한다. 거동 원리는 다음과 같다: 증폭기(A81)가 루프백으로 커패시터(C81)와 발진하도록 만들어진다. 일반적인 증폭기가 NPN, PNP 트랜지스터, FET 트랜지스터, MOS 트랜지스터, 듀얼 게이트 FET 트랜지스터 등일 수 있다. 또한, 활성 회로의 구성이 Darlington, 공통 베이스(common-base), 공통 컬렉터, 공통 이미터, 캐스코드(Cascode), 차동 쌍(differential pair) 등일 수 있다. 그 밖의 다른 유형의 증폭기, 가령, 단일 또는 복수의 스테이지 증폭기, 로직 증폭기가 사용될 수 있다. 증폭기가 임의의 수의 공정, 가령, 실리콘, Bi-CMOS, GaAs, 또는 그 밖의 다른 임의의 공정에 의해 만들어질 수 있다.
가장 단순한 구현예는 입력(801)에서 증폭기(A81)의 출력으로의 180도 편이(shift) 및 C81에 의해 약 또는 강 결합으로서 유지될 발진을 갖는 것이다. 다시 말하면, C81의 값이 증폭기 이득을 필요에 따라 낮은 값으로 감소시킨다. 4극자가 A81의 출력에 추가되고 통과대역에서의 이의 높은 더 낮은 감쇠에 의해 증폭기가 중심 주파수에서 또는 그 근방에서 공진한다. 회로가 널 상태 범위(null phase range)의 중심으로 조절되고 도 7에 도시된 바와 같이 거기서 동작할 때 최적 FM 복조 모드가 발생한다. 덧붙여, 왜곡 없이 복조될 수 있는 최대 주파수 편차가 널 상태 대역폭과 동일하거나 더 커서, 대역통과 필터 4극자가 타깃 편차를 좁거나 넓거나 무관하게 수용하도록 설계될 수 있다.
LDA 거동의 또 다른 중요한 부분은 샘플링 회로로서 동작하는 RC 회로(R81 및 C83)이다. 증폭기에 연결될 때, 이는 주기적으로 충전되고 이의 전위가 증가될 때 R81 양단의 전압이 증가하고, 이는 증폭기의 출력 전류를 증가시킨다. 동시에, 증폭기의 입력 바이어스 전류가 감소하고 특정 임계값에서 증폭기를 스위치 오프하고 따라서 발진을 스위치 오프한다. 이 시점에서, C83에 누적된 전하가 R83에서 방전되고 그 결과로서 R81 및 C83 상의 전압이 0으로 감소된다. 사이클이 재시작하고 R81 및 C83 상의 전위가 낮기 때문에 증폭기 바이어스 전류가 증가하는 경향을 가지며 약간의 시간 주기 후에 발진이 다시 증강된다.
저역 통과 필터링 후, R81 및 C83 상의 신호가 출력 반복 주파수이며, 이의 형태가 도 5에 도시된 순환 발진 주파수의 포락선을 닮을 수 있다.
다이오드(D81)가 증폭기가 RC 회로(R81 및 C83)로 연결하고 우수한 RF 거동을 갖는 저역 통과 필터로서 기능한다. 전도 상태(입력 전압의 양의 절반 사이클(positive half cycle))일 때 저 임피던스를 갖고 비-전도 상태(입력 전압의 음의 절반 사이클(negative half cycle))일 때 고 임피던스를 가져, RC 회로가 실릴 때 정류기 및 저역 통과 필터로서 동작한다.
입력이 다이오드(D1)의 상부에 약하게 결합된다. 입력 정합이 중요하고 우수한 정합이 성능을 상당히 개선할 수 있다. 결합을 증가시키고 반복 사이클링을 촉진시키기 위해 D81의 캐소드와 증폭기의 바이어스 간 선택사항적 커패시터가 연결될 수 있다.
또 다른 구현예에서, 다이오드(D81)가 비교적 높은 값, 가령, 공진자의 인덕턴스의 값의 10배 및 100nH 내지 1mH 범위의 값의 인덕터로 대체될 수 있다. LDA 발진 동작 주파수가 지나치게 높은 경우, 기생이 저역 통과 효과에 나쁜 영향을 미칠 수 있으며 더 이상적인 구성요소, 가령, 다이오드가 사용될 수 있다. 추가 구현예에서, D81이 능동 구성요소, 가령, 적절하게 바이어스된 트랜지스터로 대체될 수 있다.
몇 가지 유형의 FM 판별기(FM discriminator) 또는 복조기가 존재한다: Foster-Seeley, Travis, 쿼드러처 검출기(quadrature detector), PLL 등이 있다. Foster-Seeley 판별기는 전파 정류에서 사용 및 2개의 다이오드의 주파수에 대해 튜닝되는 특수한 중앙-탭 변압기(transformer)를 이용한다. 어떠한 편차도 없을 때, 변압기의 두 절반 모두 동일하다. FM 신호가 인가될 때, 균형 상태가 파괴되고 신호가 주파수 편차에 비례하는 출력에서 나타난다.
Travis 판별기가 Forster-Seeley와 유사하지만, 변압기의 보조 부분이 중앙 탭과 2개의 대향하는 브랜치를 가지며, 각각의 브랜치가 튜닝 회로 및 슬로프 검출기(slope detector)로 연결된다. 제1 튜닝 회로는 반송파(carrier)보다 약간 더 높아지도록 공진하며, 제2 튜닝 회로가 약간 낮아지도록 공진된다. 출력이 슬로프 검출기(1 및 2)의 전압 간 차이이다. FM 변조가 적용되고 반송파보다 높은 주파수로 편향될 때, 검출기(1)의 전압이 양의 값이 되며 검출기(2)의 전압이 음의 값이 된다. 출력 전압 및 둘 간의 차이가 양의 값이다. FM 변조가 반송파 주파수보다 낮게 편향될 때, 반대현상이 발생하며 출력 전압이 음의 값이 된다. 반대 부호의 2개의 공진 곡선의 추가가 우수한 "S" 곡선 특성 출력을 주며, 여기서 큰 중간 섹션이 선형이다.
쿼드러처 검출기에서, 입력이 2개로 분할되고 경로들 중 하나가 90도만큼 딜레이되며 공진 LC 회로에 적용된다. 마지막으로 2개의 신호가 위상 비교기로 공급되고 저역 통과 필터링된 결과가 복조된 FM 출력이다.
PLL은 하나의 FM 판별기이며 집적 회로의 용이한 액세스에 적합해진다. 유입되는 FM 신호의 위상과 전압-제어된 오실레이터(VCO)의 위상이 비교된다. 결과가 저역 통과 필터이고 VCO를 제어한다. 입력 주파수가 변화함에 따라, 교정 전압이, VCO의 위상 및 주파수를 증가 또는 감소시킴으로써 위상 차이를 보상하기를 원하는 위상 검출기에서 나타난다. PLL의 루프 대역폭이 적절하게 설계된 경우, VCO에 대한 교정 전압이 또한 복조된 출력 전압이다.
이와 달리, 본 명세서에 개시된 LDA 기술은 일부 중요하고 신규한 점을 갖고 있다. S-곡선 특성 출력이 또 다른 판별기로서 제공되고 LDA는 입력 및 출력의 위상이 서로에 대해 180도인 경우에만 발진되는 저 이득 증폭기를 가짐으로써 Travis 판별기의 성능을 시뮬레이트한다. 그러나 본 명세서에 개시된 LDA 기술에서, S-곡선이 4극자 통과대역 대역폭을 초과한다. 결과적으로, FM-LDA가 종래의 FM 판별기처럼 자동 주파수 제어 AFC를 필요로 하지 않으며 S 곡선의 중심에서 정확히 안착할 필요가 없다. 본 발명에 따르는 하나의 구현예에서, 자동-센터링 효과(auto-centering effect)가 있다.
위상이 S-곡선으로 왜곡될 때, LDA 오실레이터가 이의 중앙에서 머무르려 시도한다. 편차가 고주파수로 가는 경우, 반복율이 감소되고, 편차가 더 낮은 주파수로 가는 경우, 반복율이 더 빨라진다. 다음의 3개의 판독값을 가질 수 있는 전력 계측기(power meter)를 갖는 것과 유사한다: 중앙 채널에 가까운 곳, 중앙 채널, 또는 채널 상부. S-곡선이 매우 넓은 경우, 매우 넓은 FM을 복조할 수 있다. 다른 측부 상에서, S-곡선이 좁은 경우, 좁은 FM을 복조할 수 있다.
출력 반복 주파수가 위상 및 주파수 정보를 포함하고 FM 입력 신호에 의해 저 중간 주파수에서 변조된다. 표준 FM 판별기가 일정한 진폭을 채용한다. 본 명세서에 개시된 LDA 기술에서, 이는 넓은 진폭 입력 다이나믹 레인지를 갖고 입력 진폭이 넓거나 매우 좁거나에 무관하게 거의 일정한 반복율 진폭을 제공하는 LDA에 의해 내재적으로 제공된다. 기저대역 신호가 아날로그 또는 디지털 주파수에 의해 전압 변환기(FVC)로 복원된다.
FM-LDA에 의해 재생되기 때문에, 본 명세서의 이점은 다음 중 하나 이상을 포함한다: 높은 다이나믹 레인지에 걸친 매우 높은 감도, 일정한 반복 출력 진폭, 높은 스커트 비(높은 선택성), 및 약간의 추가적인 dB의 진폭을 기저대역 복조 진폭에 추가하는 동시 FM 및 AM 복조.
도 8b 및 8c는 통합 FM 복조 회로 및 교번 출력을 갖는 LDA의 또 다른 실시예를 도시한다. 도 8b 및 8c의 실시예는 교번 출력으로 통과하는 신호를 필터링하도록 구성된 저역 통과 필터(802)를 포함한다. 도 8b에서, 저역 통과 필터(802)는 병렬 공진 회로를 빠져나오는 신호를 교번 출력으로 필터링한다. 도 8c에서, 저역 통과 필터(802)는 병렬 및 직렬 공진 회로로 들어가는 신호를 필터링한다. 이들 실시예의 그 밖의 다른 변형이 가능하다.
FM-LDA의 또 다른 구현에서, 직렬 공진 회로가 제거될 수 있고 LDA가 여전히 슬로프 검출 방법을 기초로 아날로그 또는 디지털 FM을 복조할 수 있다. 좁은 대역 또는 비교적 넓은 대역 FM이 복조될 수 있다. 디지털 FM은 변조, 가령, n진 FSK, MSK, 및 가우시안 필터링된 또는 가우시안 필터링되지 않은 변조를 포함한다. 아날로그 FM 변조의 예시로는 20-20KHz에서의 오디오 FM 변조가 있다. 디지털 FM 변조의 예시로는 4-GFSK가 있다. 도 8d는 LDA의 블록도를 도시한다. 이는 도 8a, 8b, 8c, 9 및 14와 유사하며, 여기서 직렬 공진 회로가 제거되었다. 본 특허에서 기재된 모든 그 밖의 다른 기술, 기능, 및 방법이 가령, 아날로그 또는 디지털 F/V 변환기를 이 구현예의 경우 계속 적용한다.
슬로프 검출 구성에서, 입력 RF 변조된 신호 주파수가 LDA의 주파수 종(bell) 형태의 좌측 또는 우측 슬로프로 조절될 때 최적 FM 복조 모드가 발생한다. 도 8e는 LDA 주파수 종형 응답의 중심에 대해, 좁은 대역(NB) FM 복조가 수행될 수 있는 곳을 도시한다. 정보가 변화율에 의해 반송되기 때문에, 편차가 슬로프에서 상향인지, 슬로프에서 중앙인지, 슬로프에서 낮은 값인지에 무관하게 왜곡이 거의 없을 것으로 예상된다. 바람직한 구현은 아날로그(가령, 오디오) 또는 데이터가 반전되지 않는 우측 슬로프 중앙 상에서 복조하는 것이다. 이와 달리, 좌측 슬로프 상에서 복조가 이뤄진 경우, 아날로그 신호 또는 데이터가 반전될 것이다. 수신기 체인에서 신호를 음수화함으로써 즉 신호에 -1을 곱함으로써 비-반전될 수 있다.
도 8f는 비교적 광대역(WB) FM 신호의 복조를 도시한다. 이를 위해, LDA는 더 넓은 대역폭을 보일 필요가 있고, 공진 회로의 Q 계수가 낮아지고 LDA의 그 밖의 다른 파라미터가 업데이트되도록 설계될 수 있다. 이는 증폭기 AC 및 DC 이득, 바이어스, 도 8b의 피드백 커패시터(C81) 등을 포함할 수 있다. 따라서 LDA의 응답이 도 8f에서 도시된 바와 같이 광대역 FM 변조된 신호를 복조하기 위해 이용 가능한 추가 슬로프 대역폭을 제공한다.
도 8d로 다시 돌아오면, 정합 네트워크(803) 후의 판별된 출력이 나타난다. FM 복조를 완료하기 위해 출력이 아날로그 또는 디지털 주파수 대 전압 변환기를 거칠 필요가 있다. 정합 네트워크(804) 및 저역 통과 필터(802)를 가질 수 있는 3개의 교번 출력이 가능하다. 이들 3개의 대안예가 복조된 신호의 더 높은 전력 레벨을 제공할 수 있고 저역 통과 필터의 컷 주파수가 반복 주파수 frep보다 낮은 경우 주파수 대 전압 변환기를 필요로 하지 않을 수 있다. 제1 대안예(805)에서, 증폭기(A81)의 입력으로부터 신호가 수집된다. 제2 대안예(806)에서, 신호가 증폭기(A81)의 출력으로부터 수집된다. 제3 대안예(807)에서, 신호가 병렬 공진 회로의 커패시터에서의 분할(split)로부터 수집된다.
도 9는 FM 복조를 이용하는 LDA의 개략도의 하나의 실시예를 도시한다. 도 9는 FM 복조 능력을 갖는 LDA의 구현예를 도시한다. 병렬 공진기 회로(L91/C93) 및 직렬 공진기 회로(L92/C98)가 증폭기의 컬렉터 상에서 발견된다. 하나의 실시예에서, 증폭기가 NPN 트랜지스터일 수 있다. 컬렉터와 이미터 간 180도 위상 편이를 제공하는 트랜지스터, C91 피드백 오실레이터 커패시터, VG91 커패시터(도시되지 않음)를 통해 연결된 입력 소스 신호, 바이어스 VS92, R93, 및 C96, D92 RC 회로로 연결된 다이오드 R94, C911 및 출력 VM91. 선택사항적 C97이 소멸 프로세스를 개선하기 위해 도시된다.
도 10은 디지털 출력 펄스 스트림(1002)으로의 의사-디지털 주파수 입력(1001)의 변환의 일례를 도시한다. 앞서 언급된 바와 같이, 반복 주파수율이 유사-디지털이며 디지털 신호로 성형되기 위한 프로세싱을 거의 필요로 하지 않는다. 우선 진폭 피크 간 거리(peak to peak)가 약 0.5Vpp보다 작은 경우, 증폭될 수 있다. 나타난 바와 같이 진폭이 0.1Vpp인 경우, 이득은 약 5 내지 20이다. 증폭은 하나 또는 여러 단계들로 이뤄질 수 있다. 증폭된 신호가 기준 전압 V_ref에 비교되고 V_ref보다 큰 경우 로직 "1"을 생성하고, 다른 경우라면 "0"을 생성한다. 하나 이상의 로직 게이트가 추가되어 선명한 에지 및 TTL 레벨을 현재 디지털 신호에 제공할 수 있다. 상기 디지털 반복 주파수 출력 신호(1002)가 위상 및 순간 주파수에 대한 정보를 포함할 수 있다. 앞서 언급된 바와 같이, 이는 긴 거리에 걸쳐 또는 잡음성 환경에서 수행될 수 있으며, 정보가 진폭에 대한 것이 아니기 때문에 잡음에 민감하지 않다.
도 11은 디지털 등가 전압 샘플(1105)로의 펄스 스트림(1101)의 변환을 도시한다. 디지털 반복 주파수 신호(1101)는 순간 주파수 미터(1102)를 통과함으로써 디지털 전압 V(k)(1103)으로 변환될 수 있다. 대안적으로, 디지털 역함수에 의해 디지털 반복 주파수 신호(1102)가 주기 미터(period meter)를 통과할 수 있다. 다음과 같이 스케일링(1104) 후에 디지털 전압 V(k)(1105)가 획득된다:
V(k) = F(k)*K1 + V0
여기서, F(k): 순간 주파수의 k번째 샘플
K1: 상수(V/Hz)
V0: 50ohm 상에서 LDA 입력이 종료될 때 발생되는 전압(주파수)에 대응하는 상수 오프셋 전압. 50Ohm에서 V(0) = F(k)*K1
도 12는 아날로그 주파수 대 전압 변환기(FVC)의 예시를 도시한다. FVC는 FM-LDA와 함께 사용될 수 있다. 이는 LDA의 반복 주파수 출력으로 연결된다. 이의 명칭이 가리키는 바와 같이, 평균값이 변환된 전압인 출력을 제공한다. 또한 저역 통과 필터링이 추가될 수 있다. 이는 단순한 FVC이지만 약간의 한계를 가진다: 슬루 레이트(slew rate)가 이전 디지털 방식보다 느리고 일반적으로 정확한 평균 전압 값으로 안정되기까지 몇 개의 펄스를 필요로한다.
도 13은 아날로그 검출기의 하나의 실시예를 도시한다. 또 다른 실시예가 가능하다. 아날로그 검출기가 반복 주파수 출력(VM1)(도 9) 또는 증폭기의 입력에서, 도 4의 T91의 베이스로 연결될 수 있다. 추가 저역 통과 필터링 및 증폭이 추가될 수 있다.
도 14는 LDA의 또 다른 구현예를 도시한다. FM LDA 복조기의 이러한 바람직한 실시예에서, 증폭기 입력(A141)에 대한 온도 보상된 바이어스(1404)가 증폭기(A141)를 온도 보상하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 증폭기가 바이폴라 트랜지스터로 구성된 경우, 이의 VBE가 -2mV/도(degree)에 따라 변화할 것이다. DC 바이어스 전압이 또한 -2mV/도만큼 감소하도록 만들어진 경우, 이미터 상의 DC 전압이 일정하게 유지될 것이고 따라서 저항기 R141을 통한 DC 전류도 일정하게 유지될 것이다.
바이어스 소스의 또 다른 구현예에서, 온도 보상된 전류원이 사용될 수 있다. 증폭기가 일정한 저 주파수 이득을 갖는 전류 증폭기로서 기능할 때, 출력 전류가 실질적으로 바이어스 전류에 이득이 곱해진 것과 동일해질 것이다. 온도 보상된 바이어스 전류를 이용해, 저 주파수 이득이 온도에 따라 일정하게 유지된다고 가정한 경우 증폭기 출력 전류가 또한 온도 보상될 것이다. 예를 들어, 증폭기가 바이폴라 트랜지스터로 만들어진 경우, 그리고 DC 베이스 전류가 온도 보상되고 일정한 경우, DC 컬렉터 전류가 또한 일정해질 것이다. DC 이미지 전류가 베이스 전류와 컬렉터 전류 모두의 합이며, 이 또한 일정한 값이다. 저항기(R141) 양단의 일정한 전류가 베이스-이미터 전압의 변동과 무관하게 일정한 DC 전압을 생성한다. 고 임피던스인 입력 바이어스 전류 소스가 자동으로 -2mV/도의 베이스-이미터 전압 VBE에 따라 변할 전압을 제공하고 이를 보상할 것이다.
FM 복조를 갖는 LDA는 일부 단점, 가령, 입력 포트를 통과할 때 이의 오실레이터로부터의 RF 에너지의 누출을 가진다. 이는 적어도 두 가지 이유로 악화 요인이다. 첫째, LDA가 RF 수신기 내 제1 스테이지로서 사용될 때, RF 에너지가 안테나로 되돌아 공급된다. 이로 인해 안테나는 가능한 의도치 않은 주파수 대역(들)에서 원치 않는 에너지를 방사할 수 있고 EMI 잡음을 발생시킬 수 있다. 둘째, 누출 에너지가 서로 다른 위상 대 입력 신호를 갖는 LDA 입력으로 다시 반영될 수 있다 - 재생 목적을 무산시키는 사실 (재생은 입력 신호와 코히런트인 공진 위상의 느린 증강이다). 따라서 RF 감도를 감소시킨다.
또한 저잡음 증폭기 LNA가 대수 검출기 증폭기 LDA를 선행할 때 이득의 추가 사용이 획득될 수 있다. 실제로 재생 장치인 때, LDA는 선형 회로, 가령, 체인의 제1 증폭기가 수신기의 잡음 지수를 결정하는 핵심 요소인 종래의 수신기 체인 내 선형 회로에 대한 잡음 법칙(Friis의 공식)에 의해 완전히 설명되지 않을 수 있다:
Figure pct00012
(dB) 및
Figure pct00013
여기서, NF: 총 잡음 지수의 비(dB)
F: 총 잡음 지수의 비(선형)
FAi: 증폭 체인의 i번째 증폭기의 선형 잡음 지수
GAi: i번째 증폭기의 선형 이득
재생식 대수 증폭기의 경우, 재생 부분은 수신 체인의 첫 번째 위치 또는 임의의 위치에 배치될 때 SNR을 개선할 수 있다. 따라서 재생식 LDA는, 잡음 제한된 증폭기 수신기 체인에서라도 선행하는 저잡음 증폭기를 잘 활용할 수 있다. 다이나믹 레인지가 신호의 낮은 측(잡음 레벨) 상에서 확장되기 때문에, 이러한 LDA는 잡음 내에 매립된 신호를 더 증폭시킬 수 있다. LDA 없는 이러한 잡음 제한된 수신기에서, 시스템은 잡음 제한적일 것이기 때문에 LNA의 이론적 추가가 거의 사용되지 않을 것이다.
예를 들어, LDA 없는 잡음 제한적 수신기의 앞에 20dB 이득 LNA를 추가하는 것은 감도 레벨을 0 내지 2dB 만큼 증가시키기 어려울 것이다. 다른 한편, 8dB의 재생 지수를 갖는 대수 증폭기를 이용하는 것이 6 내지 8dB의 지수만큼 감도를 개선할 것이다.
따라서 LDA 입력에서의 정합 회로(1401)의 추가가 이전 회로와의 결합을 개선하고 입력 반사를 감소시킬 수 있다. 덧붙여, 입력(1402)에서의 아이솔레이터(isolator)(가령, 높은 절연 지수를 갖는 증폭기)의 추가가 재생 및 이득 기회를 추가로 개선할 수 있다.
앞서 언급된 바와 같이, LDA는 양의 값에서 음의 값으로 주기적으로 변하는 가변 컨덕턴스를 갖는 LC 회로로 간주될 수 있다. 따라서 입력 임피던스가 시간에 따라 변할 수 있고 예를 들어 시간에 따라 변하는 LDA 발진 사이클과 관련하여 Smith 차트의 하단 우측 사분면 내 아크 상에서 이동할 수 있다. 몇 가지 입력 정합 시나리오가 가능하다:
- 평균 값에서 고정 정합되는 켤레(fix matched conjugate)
- 잡음으로부터의 신호 증강인 가장 흥미로운 거동 포인트에 대응하는 임피던스 값에서 고정 정합되는 켤레
- 최대 발진 진폭 레벨(임계값에 도달되는 시점)에서 고정 정합되는 켤레
- 고정 정합되는 켤레가 평균 값인 포인트 또는 고정 정합되는 켤레가 잡음으로부터의 신호 증강인 가장 흥미로운 거동 포인트에 대응하는 임피던스 값인 포인트에서의 듀얼 임피던스 정합
- 예를 들어 LDA 거동 사이클과 동기 상태인 가변 임피던스.
도 15는 마이크로스트립 라인을 갖도록 설계된 정합 네트워크의 예시를 도시한다. 예를 들어, 직렬 마이크로스트립이 임피던스의 실수부를 변경시킬 것이며, 분로 스터브(shunt stub)가 허수부를 조절할 것이다. 분로 스터브는 개방되거나 단락될 수 있다. 정규화된 부하 임피던스가 Smith 차트 상에 위치하는 곳에 따라 분로 스터브는 직렬 마이크로스트립 라인 전 또는 후에 배치될 수 있다. 정규화된 부하 임피던스가 Smith 차트 상의 1+jx 원 내에 있는 경우, 스터브가 직렬 마이크로스트립 라인 뒤에 배치되어야 하고 정규화된 부하 임피던스가 Smith 차트 상의 1+jx 외부에 있는 경우 분로된 스터브가 직렬 마이크로스트립 라인 앞에 배치되어야 한다.
서로 다른 주파수에서 서로 다른 임피던스를 제어하기 위해 이들 종래의 마이크로스트립 라인을 CRLH-TL(composite right-left handed transmission line)로 대체하는 것이 가능하다. 도 16은 CRLH-TL(composite right-left handed transmission line)로 설계된 정합 네트워크의 예시를 도시한다.
도 17은 도 16에 나타난 CRLH-TL을 갖도록 설계된 정합 네트워크를 이용해 2개의 주파수를 정합하기 위한 솔루션의 예시를 도시한다.
도 17의 CRLH-TL B가 개방 단부이거나 단락될 수 있다. 대안적 구현예에서, 도 17의 토폴로지가 유사한 결과에 대해 약간 수정될 수 있다. CLA가 CRA 및 LLA의 우측으로 이동될 수 있다. 또 다른 대안적 구현예에서, 도 17의 토폴로지가 유사한 결과에 대해 약간 수정될 수 있다. CLB가 CRB 및 LLB의 우측으로 이동될 수 있다.
예를 들어, CRLH-TL A는 위상 Φ1과 함께 주파수 f1을 갖고, 위상 Φ2과 함께 주파수 f2를 갖도록 설계될 수 있다. CRLH-TL는 예를 들어 직렬 인덕터 LRA, 분로 커패시터 CRA, 직렬 커패시터 CLA 및 분로 인덕터 LLA를 이용함으로써 설계될 수 있다. CRLH-TL B는, 예를 들어, 직렬 인덕터 LRB, 분로 커패시터 CRB, 직렬 커패시터 CLB 및 분로 인덕터 LLB를 가질 수 있다. CRLH-TL A 및 CRLH-TL B의 임피던스가 다음에 의해 정의될 수 있다:
Figure pct00014
직렬 CRLH-TL A는 임피던스의 실수부를 정의할 수 있고, 분로 CRLH-TL B는 허수부를 정의할 수 있다. 또한 고정된 성분 LRA, CRA, LLA, CLA 및 LRB, CRB, LLB, CLB를 가변/튜닝 가능한 커패시터 및 가변/튜닝 가능한 인덕터로 대체함으로써 변수 임피던스를 설계하는 것이 가능하다. 따라서 임피던스가 동작 주파수에 따라 변경될 수 있다. 예를 들어, 이들 변수 임피던스는 LNA 출력과 LDA 입력 사이의 LDA의 입력 및 출력에서 삽입될 수 있다. 가변 정합이 반복 주파수의 출력에서 삽입될 수 있다. 또한 가변/튜닝 가능한 LDA를 갖기 위해, 인덕터 및 커패시터의 고정된 값을 가변 값으로 대체함으로써 발진 주파수를 서로 다른 값으로 튜닝하는 것이 가능하다.
여러 다른 구현예가 가능하다. 예를 들어, 가변 CRLH-TL B를 갖는 고정된 CRLH-TL A를 갖는 것이 가능하다. 또 다른 예를 들면, 고정된 CRLH-TL B와 함께 가변 CRLH-TL A를 갖는 것이 가능하다. 또 다른 예시에서, 가변 CRLH-TL A 및 가변 CRLH-TL B를 갖는 것이 가능하다.
도 18은 CRLH-TL의 하나의 잠재적 구현예이다. 도 18의 직렬 브랜치 CRLH-TLA가 LDA로 연결되고 병렬 CRLH-TLB가 LNA/입력으로 연결되며 하단 좌측 개방된 브랜치로 연결되며, 여기서 도 17의 토폴로지는 수정되었고 가령 CLA가 CRA의 우측(LDA 쪽)으로 이동했다.
도 19는 고감도 FM 라디오 수신기 및 복조기로서의 LDA(1900)의 하나의 예시를 도시한다. 이 실시예에서, FM-LDA가 FM 라디오에 대한 RF 프론트 엔드로서 사용될 수 있다. 상기 FM 라디오 채널 안테나(1901)는 LDA 입력(1902)으로 직접 공급(feed)할 수 있다. 선택사항적 LNA(1903) 및 정합 회로(1904)가 감도를 증가시키고 입력 포트를 통한 누수를 감소시킬 수 있다. 아날로그 또는 디지털 방식으로 FVC(1905)에 의해 LDA 출력 반복율을 전압으로 변환시킴으로써 복조된 오디오 출력이 획득될 수 있다. DC 전압 V_tune(1906)이 배리캡(varicap)에 인가될 때 FM 채널이 선택된다.
이 구성은 광대역 FM 복조 출력을 제공한다. (가령, 아래에서 언급된 바와 같이 PLL 구현예를 이용하는) 좁은 대역 FM이 복조될 수 있는 그 밖의 다른 구성이 가능하다.
도 20은 고정된 기준 전압 및 전위차계(potentiometer)(Rp1)에 의한 전압의 차동(differential) 또는 단일 단(single-ended) 튜닝을 위한 배리캡 회로 구현예의 예시를 도시한다. 도 20은 배리캡의 차동(differential) 또는 단일 단(single-ended) 제어의 가능한 구현예를 도시한다. 고 임피던스(Rv201 및 Rv202)를 통해 DC 전압 V_tune이 배리캡(Cv)에 인가된다.
작은 변동의 모델에서, 병렬 공진 회로의 상부 노드가 AC 접지에 있다고 가정하면, 다음과 같이, 배리캡 브랜치의 총 추가 커패시턴스 CADD가 C201 및 C202와 직렬 연결된 CV이다.
Figure pct00015
그 후 총 커패시턴스 CT는 다음과 같다:
Figure pct00016
브랜치에서 CV의 효과를 최대화하기 위해, C201 및 C202는 CV보다 크거나 훨씬 커야 한다.
COTHER의 커패시턴스가 병렬 공진 회로의 하부 노드에서 나타나는 커패시턴스의 모든 다른 기여분의 조합일 수 있다. 능동 구성요소의 등가 커패시턴스(가령, 트랜지스터 C_CE // C_CB)의 기여분, 즉 도 8의 피드백 커패시터(C81)의 커패시턴스에 인쇄 회로로 인한 기생 커패시턴스 등을 더한 것의 기여분을 포함할 수 있다. 또 다른 구현예에서 병렬 회로의 커패시턴스가 제거되고 배리캡의 암(arm)으로 대체된다. 이 경우, 상기 공식에서 항 CRES _ PARAL가 0이다.
이러한 FM LDA 기반 수신기의 더 단순한 구현예에서, 조절 가능한 커패시터 또는 인덕턴스에 의해 주파수 조절이 수동으로 또는 기계적으로 이뤄진다. 병렬 공진 회로의 커패시터가 주파수 라디오 채널을 조절하는 조절 가능한 커패시터로 대체된다. 실제로, 고정 선택 가능한 커패시터의 번치가 확장을 위해 추가되어 88MHz 내지 108MHz의 전체 주파수 대역폭(즉, 주파수 범위)을 커버할 수 있다.
이전 회로의 반-디지털(semi-digital) 구현예에서, 병렬 공진 회로의 고정 커패시턴스가 동일하거나 상이한 값의 독립적으로 선택 가능하며 병렬 연결된 둘 이상의 고정된 커패시터에 의해 대체될 수 있다. 커패시터가 병렬로 추가될 때 2개의 노드 간 총 커패시턴스가 추가되기 때문에, 이 회로의 선호되는 구현예가 2진 시퀀스를 이용하는 것일 것이며, 따라서 예를 들어, C1=C, C2=2×C, C3=4×C, ..., Cn=2N×C이다. 2진 시퀀스를 이용할 때, 값 C에서 값 2N-1까지의 모든 커팬시턴스 값이 생성될 수 있고 0이 더해질 수 있다.
예를 들어, 출력 주파수가 LC 곱의 역 제곱근에 대략 비례하기 때문에 출력 주파수 대(versus) 입력 선택을 선형화하도록 커패시터의 또 다른 시퀀스가 선택될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 2진, 10진, 또는 그 밖의 다른 방식으로 변할 수 있는 시퀀스를 갖고, 커패시터를 대신하여 또는 커패시터에 추가로 인덕턴스가 변화할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 하나의 작은값 배리캡(small-value varicap)이 고정된 선택 가능 커패시터의 뱅크 또는 인베토리에 추가될 수 있다. 상기 작은값 배리캡이 조절 분해능(adjustment resolution)을 증가시키기 위해 추가될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 복수의 배리캡이 병렬로 사용될 수 있다. 예를 들어, 복수의 커패시터, 가령, 적어도 C1, C2, 및 C3이 병렬로 배치될 수 있다. 하나의 커패시터 C1이 약 0.5C 내지 약 1.5C 범위의 커패시턴스를 가질 수 있고, 또 다른 커패시터 C2가 약 1C 내지 약 3C 범위의 커패시턴스를 가질 수 있으며, 또 다른 커패시터 C3이 약 2C 내지 약 6C의 커패시턴스를 가질 수 있다. 추가 커패시터가 병렬로 배치되어 커패시터(C1, C2, 및 C3)를 보충할 수 있다. 또 다른 실시예에서, LC 회로의 집합이 스위치 온(ON) 및 스위치 오프(OFF)되어 LDA의 발진 주파수를 변경할 수 있다.
일부 LDA 구현예는 특정 단점을 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 LDA 구현예가 형편없는 선택성 및 온도에 따른 드리프트를 가질 수 있다. 도 21은 위상 고정 루프(PLL)(2102)에서 원하는 FM 라디오 채널로 튜닝된 정밀한 기준 주파수로 주파수 및 위성 고정된 LDA-펄스화된 오실레이터(2104)를 도시한다. 디지털 IC, 또는 프로세서 유닛에 의해, 또는 FM 자동차 라디오에서 발견되는 것과 같은 "디지털 다이얼러(digital dialer)"를 이용해 최종 사용자에 의해 채널의 선택이 제어될 수 있다.
LDA(2104)의 펄스 발진이 필터링, 증폭 및 디지털화되고 N에 의한 주파수 디바이더(2103)로 공급된다. 위상/주파수 비교기가 N 디바이더로부터 발생된 신호와 기준 신호를 비교한다. 상기 기준 신호는 로컬 오실레이터(2101), 가령, 디지털 수정 오실레이터로부터 발생될 수 있고 카운터 M(2106)에 의해 나눠질 수 있다. 위상/주파수 비교기(2107)가 두 입력 신호 간 위상/주파수 차이에 비례하는 교정 전압을 생성한다. 다양한 속성, 즉, 이득, 출력 범위, 출력 임피던스 및 출력 신호의 유형(펄스, 가변 전압 등)을 갖는 몇 가지 유형의 비교기가 사용될 수 있다. PLL의 루프 공진을 결정하는 저역 통과 필터가 뒤따른다. 앞서 기재된 바와 같이 필터링된 신호 Vc(t)가 LDA(2104)의 병렬 공진 회로의 배리캡으로 공급된다. 효과적으로 대수 증폭기가 제어된 VCO로서 사용된다. 복조된 FM 신호가 제어 전압 Vc(t)이다. PLL(2102)의 루프 대역폭이 적절하게 조정될 수 있는데, 이 구성에서, FM 라디오 채널의 최저 오디오 주파수, 즉, 50Hz보다 낮아야 한다. PLL 루프 대역폭이 비(ratio) M, 위상 비교기 이득(rad/s) 및 VCO 이득(MHz/V)에 의해 영향받는다.
88.0MHz 내지 108.0MHz의 FM 라디오 대역에서의 0.1MHZ의 조절 스텝(adjustment step)을 위해, 비교 주파수는 0.1MHz 최대치를 갖거나 임의의 모듈로 값(modulo value) 미만, 가령, 50KHz, 25, 20, 10KHz 등을 가질 수 있다. 하나의 실시예에서, M 및 N은 위상 비교기의 입력에서 0.1MHz의 이 값을 얻도록 조절될 수 있다. 이 경우, 비 N은 10×F_channel(MHz), 가령, 88.0MHz에 대해 880, 88.1MHz에 대해 881, ..., 107.9MHz에 대해 1079, 및 108.0MHz에 대해 1080으로 설정될 수 있다.
일반적으로, 선택사항적 스퀄치(squelch) 기능이 FM 라디오에서 사용되도록 추가될 수 있다. 이는 어떠한 라디오 채널도 존재하지 않을 때 잡음성 오디오 콘텐츠가 통과하는 것을 막을 수 있다. 상기 스퀄치 스위치(2108)는 LDA 오디오 출력 전압의 오디오 복조된 RMS 값에 의해 제어될 수 있다. RMS 값이 특정 임계값을 초과할 때 LDA는 충분한 레벨의 라디오 채널 상으로 고정된다고 가정된다.
표준 FM 라디오 수신기와 다른, 이 실시예의 일부 이점의 비-제한적 예시가 다음과 같다:
- LDA의 고 임피던스 병렬 공진 회로에서 FM 신호가 직접 수신되기 때문에 어떠한 외부 안테나도 없다. 이로 인해 어떠한 외부 안테나도 필요하지 않기 때문에 무시할 수 없는 조립 및 비용이 절약된다. 그러나 RF 감도가 물리적 크기에 제한적이고, 회로가 예를 들어 라디오 전파 감쇠가 과도한 자동차 계기판 또는 임의의 비-자유 공간 위치에 삽입되는 경우 고감도가 필요할 수 있다.
- PLL 및 FM-LDA 높은 스커트 비로 인한 높은 선택성
- 단순하고 저렴한 FM 라디오 프론트-엔드 회로
- 작은 PCB 영역(가령, 1제곱인치)
- 회로당 1 인덕턴스만 필요로 할 수 있다
- 현재 FM 라디오로서 디지털 주파수 조절
- -110dBm 수준의 중-고 감도
- 자동차 적용: 계기판의 일부분이 비전도성일 필요가 있다.
- 통합 가능(구성요소 또는 집적 회로)
2개의 복조된 오디오 출력이 가능함을 알아야 한다. 한 가지 가능한 출력은 VCO(즉, Vc(t))의 제어 전압을 이용한 협대역 FM(또는 위상)이다. 또 다른 가능한 출력은 단순 주파수-전압 변환기를 갖고 전압으로 변환된 정규 LDA 펄스 주파수 풀력을 갖는 광대역 FM이다.
도 22은 안테나를 이용한 디지털 채널 튜닝을 갖는 LDA-기반 FM 라디오 수신기의 실시예를 도시한다. 이 실시예는 도 21에 도시된 것과 거의 유사하며, 적어도 다음의 차이를 가진다. 첫째, 도 22에 도시된 실시예는 안테나(2210), LNA(2209), 및 재생식 LDA(2204)의 포함으로 인한 매우 높은 감도를 제공할 수 있다. 둘째, 적합한 안테나는 자동차 계기판과 같은 파티션을 통한 최상의 결합 및 투과를 위해 자기장 H(루프) 및 전기장 E(모노폴/다이폴) 수신부을 내장하는 동일한 인쇄 회로 기판 상에 인쇄될 수 있는 대략적으로 전방향성 소형(가령, 2 제곱인치) 안테나(2210)이다. 이 용도를 위한 매우 적합하고 선호되는 인쇄 안테나는 이의 지오메트리로 인해 H와 E 장을 최대화하는 CPL 안테나이다.
본 명세서에 기재된 특징을 갖는 LDA 기반 FM 라디오 수신기가 디지털 라디오, 위성 라디오 등을 위해 구성될 수 있다. 유사한 유형의 토폴로지가 위성 라디오 및 디지털 라디오를 위해 사용될 수 있다.
LDA는 FM 수신기, AM 수신기, 또는 조합된 FM과 AM 수신기 및 복조기에서 사용될 수 있다. FM 복조를 갖는 LDA 수신기에 대한 한 가지 이점은 FM, AM 또는 둘 모두를 동시에 복조할 수 있다는 것이다. 이는 종래의 판별기에 비해 수 dB의이득을 제공한다. 또 다른 이점은 우수한 선택성을 제공하는 LDA의 높은 스커트 비이다. 예를 들어, FM 라디오의 경우, 강한 신호가 가까이 있는 상황에서 약한 신호를 청취할 때 높은 스커트 비가 더 우수한 오디오 품질을 허용할 수 있다(가령, 이는 강한 신호와 약한 신호 모두를 구별할 수 있다).
도 23은 FSK 또는 주파수 호핑 확산 스펙트럼 FH-SS 변조를 위한 FM-LDA 및 PLL 기반의 고감도, 저잡음 증폭기 배치를 도시한다. 이 실시예는 디지털 FM 신호 및 디지털 FM FH-SS의 내재적 복조를 목표로 삼을 수 있다.
FM 모드에서의 LDA(2304)는 고감도로 FSK 입력(2310) 변조를 내재적으로 복조할 수 있다. PLL(2302)에 LDA를 추가함으로써 더 높은 스커트 비에 의해 선택성이 증가될 수 있고, 간섭 제거가 증가될 수 있으며 협대역 또는 광대역 채널을 원하는대로 정밀하게 선택하게 될 수 있다. 이는 BB 또는 저 IF로의 직접 복조이며 어떠한 슈퍼-헤테로다인 스테이지가 존재하지 않는다. 입력 잡음 대역폭이 전체 주파수 대역(채널 BW보다 넓음) 또는 이와 달리 단 하나의 특정 채널을 커버할 수 있다. 그러나 두 경우 모두에서, 재생 지수는 신호대잡음 비를 증가시킬 수 있다.
출력이 경우에 따라 다음 중 하나로부터 선택될 수 있다.
- F_Data_out: 상기 출력이 F_rep라고도 지칭되는 반복 주파수 출력이다. 데이터의 각각의 비트가 순간 주파수(F_rep 펄스 간 순간 주기에 걸친 바로 그 주파수)로서 제공된다. 출력은 유사-디지털이고 잡음에 민감하지 않다. 이는 효과적으로 잡음 문제 없이 필요에 따라 롱 케이블로 전송될 수 있다. 또한 데이터가 주파수 영역에 있기 때문에, 비싸고 전력 소비가 심한 고속 ADC가 필요하지 않다. 도 10 및 11을 참조하여 앞서 언급된 회로에 의해 데이터가 추출될 수 있고 데이터(k)가 전달된다.
- Data_out(t): 데이터가 이미 기저대역 주파수(0Hz 내지 Fmax)로 변환된다. Data_out(t) 출력 전압은 제한된 신호 성형 또는 이전에 강조된 경우 탈-강조(de-emphasizing)를 이용해 약간 프로세싱될 수 있다.
- NB FM data_out(t): 이는 PLL의 VCO에 대한 제어 전압이도록 발생하는 협대역(NB) FM 전압 출력이며, 이 경우 값이 PLL이 입력 신호를 따르도록 시도하기 위한 위상 교정 또는 협대역 FM에 대응한다. PLL의 대역폭이 시스템이 올바르게 행동하도록 올바르게(보통 데이터 레이트보다 낮게) 설정되어야 한다.
또 다른 실시예에서, 그리고 입력 잡음 대역폭을 추가로 감소하기 위해, 선택 가능한 병렬 및 직렬 공진기의 세트가 LDA에 추가될 수 있다. 집적 회로에서 구현될 때, 추가된 복잡도는 관련 요인이 더 이상이 아닐 수 있다.
추가 실시예에서, 하나 이상의 센서(들)로부터 발생된 하나 이상의 주파수 변조된 신호(들)의 증폭 및 복조를 위해 회로가 사용될 수 있다. 일반적인 적용예가 센서, 가령, 온도 또는 그 밖의 다른 물리적 파라미터의 주파수 함수에서 발진하는 수정 공진기(crystal resonator)를 포함할 수 있다. 입력이 무선 또는 유선 연결될 수 있다. 일부 임피던스 정합 또는 분극/바이어스 네트워크가 하나 이상의 센서(들) 및 FM-LDA을 인터페이싱하도록 사용될 수 있다. 그 밖의 다른 센서는 압전기 센서, 가속도계, 심지어 센서 어레이를 포함할 수 있다. 변조는 주파수 처핑(frequency chirping) 또는 스위핑(sweeping)을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 선택성이 최고 중요도를 갖는 경우, 도 24a 및 24b에서 나타난 바와 같이 입력에 슈퍼-헤테로다인 스테이지가 추가될 수 있다. 도 24a는 슈퍼-헤테로다인 토폴로지를 갖는 FSK 또는 FH-SS 변조를 위한 FM-LDA를 기초로 하는 고감도 저잡음 증폭기의 실시예를 도시한다.
도 24a 및 24b는 FM LDA 및 슈퍼 헤테로다인 수신을 기초로 하는 FSK 수신기(2401)를 위한 LNA 대체의 실시예를 도시한다. 회로 레벨에서, 슈퍼-헤테로다인 토폴로지의 이점은 고차 필터(high order filter)를 적용하고 따라서 높은 선택성을 획득하는 것을 가능하게 하는 고정 입력 주파수를 생성한다는 것일 수 있다. 또한 수신 체인 내 다음의 회로가 어느 채널이 선택되는지에 무관하게 고정 주파수에서 신호를 다루는데, 왜냐하면, 도 24a의 RF라고 지칭되는 가변 채널 주파수가 LO1, 가령 믹서 출력(2402) 상의 가변 주파수에 의해 선택되고, 다른 경우라면 일반적으로 필터링되는 RF의 주파수와 L01의 주파수의 차이와 동일한 중간 주파수 IF를 제공하기 때문이다. 다시 말하면, 수신기에 의해, 가령, 하나의 채널을 선택하기 위해 RF 주파수 내 N개의 채널들 중에 LO1이 선택되고 선택된 채널에 무관하게 중간 고정 주파수 IF로 하향 변환(down-convert)된다. LDA는 협대역 증폭기 및 재생 장치이기 때문에, 고차 필터링을 이용해 자신의 동작 주파수 대역 밖의 주파수 성분을 필터링 제거한다. 높은 컷 주파수 및 낮은 컷 주파수 사이드 모두에 대해 고차 필터링을 갖는 활성 대역 통과 필터의 기능을 보인다. LDA의 하나의 적용예는 성분 또는 서브-시스템 대체로서 범위, 신호대잡음 비, 다이나믹 레인, 및 간섭 제거를 더 제공한다. 가령 현재 현장에서 VCO 모듈에 대해 행해지는 것처럼, LDA 솔루션이 집적 회로 또는 소형 모듈에 통합되는 경우, 복수의 FM/FSK/FH-SS 수신기에서 RF 저잡음 증폭기 LNA의 경우 고성능의 드롭-인 대체(drop-in replacement)일 수 있다. 이점은 수신기를 완전히 재설계하지 않고 하나의 구성요소를 대체함으로써 성능을 증가시킨다는 것이다.
도 24b의 실시예에서, 표준 RF LNA가 FM 복조 능력을 갖는 LDA 기반 회로에 의해 대체될 수 있다. 대체에 의해 얻어질 수 있는 복수의 이점의 비제한적 예시는 다음과 같다:
- 더 높은 감도(매우 약한 신호 복원)
- 높은 스커트 비로 인한 더 높은 선택성(가까운 그리고 먼 주파수 간섭 제거)
- 더 높은 다이나믹 레인지(약한 신호에서 강한 신호까지)
- 더 낮은 잡음 대역폭(보통의 LNA처럼 전체 주파수 대역을 증폭하지 않음)
- 더 높은 간섭 제거율
- 사용 주파수 대역 밖의 중-강 간섭으로 인한 더 높은 포화(saturation) 제거율
이 실시예는 또한 전통적인 슈퍼-헤테로다인 수신기에 비해 우수한 성능을 가지는데, 주로, 더 높은 감도, 더 높은 다이나믹 레인지, 더 높은 강한 간섭 제거율, 및 높은 스커트 비로 인한 더 높은 선택성을 가진다. 이 실시예는 FM 협대역 또는 광대역 변조, 디지털 FSK 또는 FM 기반 FH-SS를 위해 사용될 수 있다.
RF 입력 신호가 고정 FM 대역 상에 있는 경우, 로컬 오실레이터(LO1 및 LO2)가 고정될 수 있다. 신호가 주파수 대역(즉, 주파수 범위) 내 한 채널에 있는 경우, 로컬 오실레이터(LO1 및 LO2)가 조절 가능할 수 있다. 입력 신호가 디지털 FM이고 주파수 호핑 확산 스펙트럼인 경우, LO1 및 LO2는 기민(agile)할 수 있으며 채널과 채널 사이를 호핑할 때 자신의 주파수를 변경하고 입력된 RF 신호를 따를 수 있다. LDA의 슈퍼헤테로다인 구조 및 높은 스커트 비가 높은 선택성 및 높은 간섭 제거율을 제공한다. LNA가 전체 사용 주파수 대역을 커버할 수 있는 반면에, 본 명세서에 개시된 LDA 기술은 선택된 채널에 집중한다. 따라서 앞서 나열된 것과 같은 성능이 우수하다.
믹서(2402)를 이용해 도 24b에서의 입력 신호가 F_RF - F_LO1에서 고정 IF 주파수로 하향 변환(down convert)된다. F_RF + F_LO1에서의 원치 않는 성분이 주파수 선택적으로 IF 주파수를 특정 대역폭 f_IF +/- BW에 정합하도록 설계된 LDA(2403)에 의해 필터링된다. 상기 LDA(2403)는 입력 신호를 재생하여 믹서(2402) 뒤에서라도 고감도를 제공한다. LNA(2404)가 LDA(2403)와 통합되어 감도를 추가로 개선하고 입력 포트에 대한 절연성(isolation)을 더 증가시키며 입력(믹서(2402) 및 안테나(2401))에서의 RF 에너지가 누수되지 않게 한다. LDA(2403)의 출력 주파수 반복이 최고 데이터 입력보다 적어도 1 내지 2배 더 빠를 수 있다. 2개의 시나리오가 나타날 수 있다: 첫째, LDA가 입력 데이터의 심볼 레이트(symbol rate)와 동기화되지 않으며 나이퀴스트(Nyquist) 기준을 따르기 위해, 출력 주파수 F_rep가 최고 입력 데이터 레이트보다 적어도 2배 더 높아야 한다. 2) 둘째, LDA가 입력 데이터의 심볼 레이트와 동기화되고 이 경우 출력 주파수 F_rep는 최고 입력 데이터 레이트의 적어도 1배일 수 있는데, 왜냐하면, 실제로 카운트될 수 있는 것은 F_rep의 변화율이며 이 변화율은 입력 데이터의 것의 2배 이상이어야 하기 때문이다. 마지막으로 이는 출력 RF 주파수에서 또 다른 믹서(2406 및 LO2)에 의해 RF로 다시 혼합된다(상향 변환(up convert)된다).
출력 신호가 F_RF - 2×F_rep에서 이미지를 포함할 수 있음을 알아야 한다. 대부분의 경우, 다음의 수신 스테이지가 주파수 채널 밖의 신호를 제거할 수 있고, 따라서 이는 어떠한 문제도 일으키지 않을 수 있다. 필요에 따라, F_RF - 2×F_rep에서의 이미지를 소거하기 위해 이미지 제거 믹서가 사용될 수 있다.
도 25는 FM-LDA LNA 대체의 하나의 예시를 도시한다. LNA(2501)는 RF 입력(2502), RF 출력(2503), 하나 이상의 전압 공급기(2507), 및 접지 연결부(2504)를 가질 수 있다. 덧붙여, 위상 코히런트이도록 수신기 기준 주파수(2505)와의 연결을 가질 수 있다. 또한 선택된 주파수 대역에서 둘 이상의 채널이 존재하는 경우, 채널 입력 정보(2506)가 제공될 수 있다. 디지털 워드, 가령, 913MHz의 숫자 913일 수 있다. 이 숫자는 2진수 "1110010001", 16진수 "391" 등으로 코딩될 수 있다.
도 26은 FM 모드 및 PLL에서 LDA를 기반으로 하는 FSK 수신기를 위한 LNA 대체의 또 다른 실시예를 도시한다. 이 구현예는 도 24b에 도시된 실시예와 유사하지만, 일부 면에서 더 단순하다. RF LNA에 비교할 때, 도 26에 도시된 실시예가 더 높은 감도, 더 높은 판별력, 및 더 높은 간섭 제거를 가질 수 있다. 헤테로다인이 없어서, LDA(2601)가 광대역인 전체 사용 주파수 대역을 커버할 수 있고, 기준 로컬 오실레이터(2603)에 고정된 PLL(2602)을 이용함으로써 올바른 채널로 설정될 수 있다. 입력 잡음 대역폭은, 채널이 선택될 전체 사용 주파수 대역을 포함할 수 있기 때문에 더 클 수 있다. 따라서 수신 감도가 감소될 수 있지만, 재생식 시스템이기 때문에, 중요할 수 있는 것을 결정하는 것이 분명하지 않을 수 있다.
도 27은 FM-LDA 기반 FSK 리피터(repeater)의 하나의 실시예를 도시한다. 이러한 무선 리피터의 구현이 LNA 대체와 유사하다. 그러나 몇 가지 차이가 가능하다. 하나의 차이는 출력 이미지의 주파수가 믹서(2706)의 출력 RF에 매우 가까이 있기 때문에 출력 이미지는 제거되지 않거나 잘 제거되지 않을 수 있어서, 출력 믹서(2706)는 이미지 제거 믹서로 대체될 수 있다. 선택사항적 파워 증폭기(2707) 및 대역통과 필터(2708)가 추가될 수 있고 마지막으로 재-발산 안테나(re-emitting antenna)(2709)로 공급될 수 있다. 아날로그 리피터는 재전송 주파수가 또 다른 채널에 있을 것을 필요로 하고 그렇지 않은 경우 시스템은 스스로 간섭을 일으키고 발진할 수 있다. 동일한 주파수로 재전송하기 위해, 일부 지능 및 메모리가 사용되고 시 분할 다중 접속(TDMA)을 이용해 수신 신호와 동시가 아닌 때에 신호가 재전송되거나 반송파가 충돌 회피 CSMA/CA 프로토콜을 이용해 다중 접속을 감지할 수 있다.
전통적인 FM 검출기에 비교되는 FM LDA의 또 다른 이점은 FM 및 AM의 동시 복조가 복조된 기저대역 볼륨의 약 4dB 이상의 추가를 야기할 수 있다. LDA가 FM 변조를 복조하고 진폭 및 위상의 정보를 보유하는 IF 주파수에서 반복율(repetition rate)을 보일 수 있으며, 이에 대해 펄스 간 순간 주파수 변동이 입력 신호 v(t)에 대응한다. FVC를 공급하고 V_out(t)를 얻거나 디지털 FVC를 적용함으로써 신호가 추출될 수 있다. 반복적 출력 펄스 신호가 잡음에 민감하지 않는데, 왜냐하면 정보가 FM 변조되기 때문이다. 이는 잡음성 환경 및 장시간에 걸쳐 신호의 전송이 필요한 경우에 유리할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 조건적 언어, 가령, "~ 할 수 있는", "~ 일 수 있는", "예를 들어", 등은, 달리 특정하게 언급되지 않는 한, 또는 사용되는 맥락 내에서 다릴 이해되지 않는 한, 일반적으로 특정 예시가 특정 특징, 요소, 및/또는 단계들을 포함함을 의미하는 의도를 가진다. 따라서 이러한 조건적 언어는 특징, 요소, 및/또는 단계들이 하나 이상의 예시에 대해 임의의 방식으로 필요함을 의미하는 의도는 아니며, 하나 이상의 예시는 저자 입력 또는 설득이 있거나 없거나, 이들 특징, 요소 및/또는 단계들이 임의의 특정 예시에 포함되거나 수행되어야 할지 여부를 결정하기 위한 로직을 포함함을 의미하지 않는다. 용어 "포함하는" 등은 포괄적으로 개방형으로 사용되며 추가 요소, 특징부, 동작, 등을 배제하지 않는다. 또한 용어 "또는"은, 가령 요소들의 목록을 연결하기 위해 사용될 때 상기 목록의 하나 또는 일부 또는 모든 요소들을 의미하도록 포괄적으로 사용된다.
일반적으로, 앞서 기재된 다양한 특징 및 프로세스가 서로에 대해 독립적으로 사용되거나 여러 다른 방식으로 조합될 수 있다. 모든 가능한 조합 및 하위조합이 본 발명의 범위 내에 있다. 덧붙여, 일부 구현예에서 특정 방법 또는 프로세스 블록이 생략될 수 있다. 본 명세서에 기재된 상기 방법 및 프로세스가 또한 임의의 특정 시퀀스로 제한되지 않고 이와 관련된 블록 또는 상태는 적절한 다른 시퀀스로 수행될 수 있다. 예를 들어, 기재된 블록 또는 상태는 특정하게 개시된 순서와 다른 순서로 수행될 수 있거나, 복수의 블록 또는 상태가 하나의 단일 블록 또는 상태로 조합될 수 있다. 예시적 블록 또는 상태가 직렬로, 병렬로, 또는 그 밖의 다른 임의의 방식으로 수행될 수 있다. 블록 또는 상태가 개시된 예시에 추가 또는 상기 예시로부터 제거될 수 있다. 본 명세서에 기재된 예시적 시스템 및 구성요소가 기재된 것과 상이하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 요소는 개시 예시에 추가, 개시 예시로부터 제거 또는 개시 예시에 비해 재배열될 수 있다.
특정 예시가 기재되었지만, 이들 예시는 예를 들 목적으로 제시된 것이며, 본 명세서에 개시된 사항의 범위를 제한하려는 것은 아니다. 실제로, 본 명세서에 기재된 신규한 방법 및 시스템은 그 밖의 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 특허청구범위 및 이들의 균들물이 본 명세서에 개시된 사항의 범위 및 사상 내에 있는 이러한 형태 또는 수정예를 커버하도록 의도된다.

Claims (64)

  1. 통신 장치의 수신 체인에서 사용되기 위한 시스템으로서, 상기 시스템은
    입력 신호를 수신하고 상기 입력 신호를 기초로 발진(oscillation)을 생성하도록 구성된 증폭 회로,
    실질적으로 0 위상 영역을 갖는 주파수 통과 대역 전달 응답을 확립하도록 구성된 하나 이상의 4극자 공진 회로 - 상기 하나 이상의 4극자 공진 회로는 증폭 회로로 연결되며 시스템의 동작 주파수를 확립하도록 구성됨 - ,
    상기 증폭 회로로 연결되고 지정된 임계값을 기초로 상기 발진을 종료시켜, 상기 발진을 주기적으로 고정(clamp) 및 재시작하여, 전압 스파이크(voltage spike)의 시리즈를 발생시키도록 구성된 샘플링 회로 - 전압 스파이크의 순간 주파수가 입력 신호의 주파수 변조(FM) 및 진폭 변조(AM) 변조 정보를 반송(carry)하고, 출력 신호로서 출력되며, 상기 출력 신호는 입력 신호와 상이한 주파수를 가짐 - , 및
    출력 신호를 입력 신호 및 증폭기에 의해 발생되는 발진으로부터 격리하기 위해 증폭기 회로와 샘플링 회로 사이에 연결된 저역 통과 필터 회로
    를 포함하는, 통신 장치의 수신 체인에서 사용되기 위한 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 저역 통과 필터 회로 및 샘플링 회로는 다이오드를 포함하는 회로를 포함하는, 통신 장치의 수신 체인에서 사용되기 위한 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 저역 통과 필터 회로 및 상기 샘플링 회로는 인덕터를 포함하는 회로를 포함하는, 통신 장치의 수신 체인에서 사용되기 위한 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 시스템은
    전압 스파이크를 수신하고, FM 및 AM 변조 정보를 기저대역 주파수로 가져감으로써 FM 및 AM 변조 정보를 복조하도록 구성된 주파수-전압 회로(frequency to voltage circuit)를 더 포함하는, 통신 장치의 수신 체인에서 사용되기 위한 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 샘플링 회로의 활성 노드, 증폭기의 바이어스 또는 베이스, 증폭기의 출력, 및 4극자의 활성 노드 중 하나 이상에 의해 출력 신호가 출력되는, 통신 장치의 수신 체인에서 사용되기 위한 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 샘플링 회로는 주파수 변조를 내재적으로(intrinsically) 복조하도록 구성된, 통신 장치의 수신 체인에서 사용되기 위한 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 시스템은 입력 신호의 신호 강도와 무관하게 FM 및 AM 변조 정보 중 하나 또는 둘 모두를 복조하도록 구성되는, 통신 장치의 수신 체인에서 사용되기 위한 시스템.
  8. 제7항에 있어서, FM 및 AM 변조 중 하나 또는 둘 모두를 복조하는 것은 추가 검출 감도의 이득을 제공하는, 통신 장치의 수신 체인에서 사용되기 위한 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 시스템은 입력 신호의 신호 강도와 무관하게 FM 및 AM 변조 정보 중 하나 또는 둘 모두를 복조하도록 구성되는, 통신 장치의 수신 체인에서 사용되기 위한 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 시스템은 내재된 저 이득을 기초로 하는 잡음 플로어 및 고 신호 감도를 제공하기 위한 구조로부터 입력 신호를 재생하도록 구성되는, 통신 장치의 수신 체인에서 사용되기 위한 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 입력 신호는 AM 입력을 포함하고 출력 신호는 주파수 출력을 포함하는, 통신 장치의 수신 체인에서 사용되기 위한 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 시스템은 내재적 저 이득을 기초로 하는 잡음 플로어 및 고 신호 감도를 제공하기 위한 구조로부터 입력 신호를 재생하도록 구성되는, 통신 장치의 수신 체인에서 사용되기 위한 시스템.
  13. 제1항에 있어서, 상기 시스템은 지정 레벨의 선택성(selectivity)을 갖는 스커트 비(skirt ratio)를 제공하는, 통신 장치의 수신 체인에서 사용되기 위한 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 상기 시스템은 주파수-전압 변환기 및 아날로그 검출기 중 하나 이상을 이용해 반복 주파수 출력으로부터의 출력 신호를 전압 출력으로 변환하도록 구성되는, 통신 장치의 수신 체인에서 사용되기 위한 시스템.
  15. 제1항에 있어서, 상기 시스템은 반복 주파수 출력을 펄스로 성형하고,
    순간 주파수 측정을 수행한 후 디지털 스케일링 기능을 수행해 디지털 전압 출력을 획득하는 것, 및
    주기를 측정한 후 인버터(inverter) 기능 및 디지털 스케일링 기능을 수행하여 디지털 전압 출력을 획득하는 것
    중 적어도 하나를 수행함으로써 반복 주파수 출력으로부터의 출력 신호를 디지털 전압으로 변환하도록 구성되는, 통신 장치의 수신 체인에서 사용되기 위한 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 디지털 전압 출력의 디지털 펄스들 간 시간 주기가 특정 레이트(rate)에서의 클록(clock)을 이용해 카운팅되는, 통신 장치의 수신 체인에서 사용되기 위한 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 주기의 클록은 디지털 전압 출력으로부터의 최소 측정 시간 주기보다 실질적으로 2N배 더 작은 주기의 클록이 2진 정확도의 N 비트를 갖는 디지털 전압 출력을 제공하도록 사용되는, 통신 장치의 수신 체인에서 사용되기 위한 시스템.
  18. 제1항에 있어서, 시스템은 잡음 플로어로부터의 약한 신호(weak signal)의 재생을 가능하게 하도록 약 1.001 내지 약 3의 이득을 제공하도록 구성되는, 통신 장치의 수신 체인에서 사용되기 위한 시스템.
  19. 제1항에 있어서, 하나 이상의 4극자 공진 회로는 LC 회로, SAW, BAW, 지정 임피던스의 송신 라인, 지정 길이의 송신 라인, 및 스터브(stub)를 갖는 송신 라인 중 적어도 하나를 포함하는, 통신 장치의 수신 체인에서 사용되기 위한 시스템.
  20. 제1항에 있어서, 상기 시스템은 입력 바이어스를 수신하도록 구성되는, 통신 장치의 수신 체인에서 사용되기 위한 시스템.
  21. 제20항에 있어서, 상기 입력 바이어스는 온도 보상된 전류원 및 온도 보상된 전압원 중 하나 이상을 포함하는, 통신 장치의 수신 체인에서 사용되기 위한 시스템.
  22. 제20항에 있어서, 상기 입력 바이어스는 전류원 및 전압원 중 하나 이상을 포함하는, 통신 장치의 수신 체인에서 사용되기 위한 시스템.
  23. 제1항에 있어서, 증폭 회로는 트랜지스터, 증폭기, 다이오드, 전계효과 트랜지스터(FET), 금속-옥사이드-반도체(MOS), 듀얼 게이트 증폭기, GaN 증폭기, Si 증폭기, 및 실리콘 상보 금속-옥사이드-반도체(SiCMOS) 중 하나 이상을 포함하는, 통신 장치의 수신 체인에서 사용되기 위한 시스템.
  24. 통신 장치의 수신 체인에서 사용되기 위한 시스템으로서, 상기 시스템은,
    입력 신호를 수신하고 상기 입력 신호를 기초로 발진(oscillation)을 생성하도록 구성된 증폭 회로,
    실질적으로 0 위상 영역을 갖는 주파수 통과 대역 전달 응답을 확립하도록 구성된 하나 이상의 4극자 공진 회로 - 상기 하나 이상의 4극자 공진 회로는 증폭 회로로 연결되며 시스템의 동작 주파수를 확립하도록 구성됨 - ,
    상기 증폭 회로로 연결되고 지정된 임계값을 기초로 상기 발진을 종료시켜, 상기 발진을 주기적으로 고정(clamp) 및 재시작하여, 전압 스파이크(voltage spike)의 시리즈를 발생시키도록 구성된 샘플링 회로 - 상기 전압 스파이크의 순간 주파수는 입력 신호의 FM 및 AM 변조 정보를 반송하며 출력 신호로서 출력되고 상기 출력 신호는 입력 신호와 상이한 주파수를 가짐 - ,
    출력 신호를 입력 신호 및 증폭기에 의해 발생되는 발진으로부터 격리하기 위해 증폭기 회로와 샘플링 회로 사이에 연결된 저역 통과 필터 회로,
    입력 신호 및 출력 신호 중 적어도 하나를 수신하고 입력 신호 및 출력 신호 중 하나 이상의 정합 및 결합을 개선하도록 구성된 정합 회로, 및
    입력 신호와 정합 회로 간 아이솔레이션 회로(isolation circuit) - 상기 아이솔레이션 회로는 역방향 에너지의 누출을 감소시키도록 구성됨
    를 포함하는, 통신 장치의 수신 체인에서 사용되기 위한 시스템.
  25. 제24항에 있어서, 상기 아이솔레이션 회로는 서큘레이터, 스플리터, 커플러 및 감쇠기 중 하나 이상을 갖는 수동 회로를 포함하는, 통신 장치의 수신 체인에서 사용되기 위한 시스템.
  26. 제24항에 있어서, 상기 아이솔레이션 회로는 저잡음 증폭기(LNA) 및 증폭기 중 하나 이상을 갖는 능동 회로를 포함하는, 통신 장치의 수신 체인에서 사용되기 위한 시스템.
  27. 통신 장치의 수신 체인에서 사용되기 위한 대수 검출기 증폭기(logarithmic detector amplifier)로서, 상기 대수 검출기 증폭기는
    FM 입력 신호를 수신하도록 구성된 FM 수신기,
    입력 신호를 수신하고 FM 입력 신호를 기초로 발진을 생성하도록 구성된 증폭기,
    증폭기로 연결된 적어도 하나의 4극자 - 상기 적어도 하나의 4극자는 병렬 공진 회로 및 직렬 공진 회로를 갖고, 상기 적어도 하나의 4극자는 FM 입력 신호를 필터링하고 증폭기가 목표 주파수에서 공진하게 하는 대역통과 필터로서 구성됨 - , 및
    증폭기로 연결되고 지정 임계값을 기초로 발진을 종료하여 상기 발진을 주기적으로 고정시키고 재시작하여 전압 스파이크들의 시리즈를 생성하도록 구성된 샘플링 회로 - 전압 스파이크의 순간 주파수는 FM 입력 신호의 FM 변조 정보를 반송(carry)하고 FM 출력 신호로서 출력됨 -
    를 포함하며,
    목표 주파수는 가변적이며 대수 검출기 증폭기의 적어도 하나의 파라미터를 기초로 하는, 대수 검출기 증폭기.
  28. 제27항에 있어서, 대수 검출기 증폭기의 적어도 하나의 파라미터는 적어도 하나의 4극자의 커패시턴스를 포함하는, 대수 검출기 증폭기.
  29. 제28항에 있어서, 적어도 하나의 4극자의 커패시턴스를 변화시킴으로써 목표 주파수는 변하는, 대수 검출기 증폭기.
  30. 제27항에 있어서, 적어도 하나의 4극자의 병렬 공진 회로의 커패시턴스를 변화시킴으로써 상기 목표 주파수는 변하는, 대수 검출기 증폭기.
  31. 제30항에 있어서, 상기 적어도 하나의 4극자의 병렬 공진 회로는 가변 커패시턴스 또는 조절 가능한 커패시턴스를 가지며, 상기 적어도 하나의 4극자의 병렬 공진 회로의 커패시턴스는 아날로그 제어기 또는 디지털 제어기를 이용해 변하는, 대수 검출기 증폭기.
  32. 제30항에 있어서, 상기 적어도 하나의 4극자의 병렬 공진 회로의 커패시턴스는 아날로그 제어기를 이용해 변하며, 아날로그 제어기는 가변 캡 버튼, 전위차계, 또는 디지털-아날로그 제어기를 갖는 마이크로제어기 중 하나 이상을 포함하는, 대수 검출기 증폭기.
  33. 제31항에 있어서, 상기 적어도 하나의 4극자의 병렬 공진 회로의 커패시턴스는 디지털 제어기를 이용해 변하며, 상기 디지털 제어기는 마이크로제어, 현장 프로그래머블 게이트 어레이(field programmable gate array)(FPGA), 또는 로직 회로를 포함하는, 대수 검출기 증폭기.
  34. 제27항에 있어서, 상기 샘플링 회로의 지정 임계 레벨을 변화시킴으로써, 출력 반복 주파수는 변하고, 상기 임계 레벨은 저항기의 값 또는 커패시턴스를 변화시킴으로써 변하는, 대수 검출기 증폭기.
  35. 제27항에 있어서, 목표 주파수는 증폭기의 바이어스를 변화시킴으로써 변하는, 대수 검출기 증폭기.
  36. 제27항에 있어서, 목표 주파수는 약 88MHz 내지 약 108MHz의 범위 내에서 변하는, 대수 검출기 증폭기.
  37. 제27항에 있어서, 상기 FM 입력 신호는 디지털 FM 변조 RF 신호이고, 상기 디지털 FM 변조 RF 신호는 주파수-편이 키잉(FSK) 신호, 가우시안 주파수-편이 키잉(GFSK) 신호, n-FSK 신호, 가우시안 n-FSK 신호, 최소-편이 키잉(MSK) 신호, 또는 가우시안 최소 편이 키잉(GMSK) 신호, 가우시안 필터링, n진 FSK 신호, 디지털 변조 중 하나 이상을 포함하는, 대수 검출기 증폭기.
  38. 제37항에 있어서, 상기 목표 주파수는 약 1GHz, 약 168MHz, 약 433MHz, 약 868MHz, 및 약 902MHz 중 적어도 하나를 포함하는, 대수 검출기 증폭기.
  39. 제27항에 있어서,
    폐쇄 루프 구성이며, 발진을 기준 위상 또는 기준 주파수에 비교하도록 구성된 위상 고정 루프(PLL)
    를 더 포함하고 상기 PLL은 값의 범위 내에서 목표 주파수를 변경시키도록 구성되는, 대수 검출기 증폭기.
  40. 제39항에 있어서, PLL에 의한 목표 주파수의 변경은, 특정 채널을 정밀하게 선택하기 위해, 또는 온도와 관련된 드리프트를 교정하기 위해, 또는 고정 공차에 대해 조절하기 위해 이뤄질 수 있는, 대수 검출기 증폭기.
  41. 제39항에 있어서, 상기 PLL은 PLL의 파라미터를 변화시킴으로써 목표 주파수를 변경하도록 구성되며, 여기서 PLL의 파라미터는 디바이더 M, 기준 디바이더 N, 및 기준 주파수 중 적어도 하나를 포함하는, 대수 검출기 증폭기.
  42. 슈퍼-헤테로다인 토폴로지(super-heterodyne topology)의 FM 수신기에서 사용되기 위한 시스템으로서, 상기 시스템은
    제1 지정 주파수에서 제1 중간 신호를 수신하도록 구성된 대수 검출기 증폭기(logarithmic detector amplifier)(LDA) - 상기 LDA는 상기 제1 중간 신호를 기초로 발진을 생성하고, 상기 발진으로부터 변조 정보를 결정하며, 제2 지정 주파수에서 제2 중간 신호를 생성하도록 구성됨 - ,
    입력 주파수에서 무선 주파수(RF) 입력 신호를 수신하고 RF 신호를 제1 지정 주파수의 제1 중간 신호로 변환하도록 구성된 제1 믹서 - 상기 입력 주파수는 주파수 범위 내에 있음 - , 및
    입력 주파수와 제1 지정 주파수 간 차이의 지시자를 제1 믹서로 제공하도록 구성된 제1 가변 오실레이터
    를 포함하는, 슈퍼-헤테로다인 토폴로지의 FM 수신기에서 사용되기 위한 시스템.
  43. 제42항에 있어서, RF 입력 신호는 FM 라디오 신호, 디지털 FM 라디오 신호, 아날로그 FM 신호, 주파수-편이 키잉(FSK) 신호, 가우시안 주파수-편이 키잉(GFSK) 신호, HD 라디오 신호, 위성 라디오 신호, 최소-편이 키잉(MSK) 신호, 가우시안 최소 편이 키잉(GMSK) 신호, 또는 n진 디지털 FM 신호 중 적어도 하나를 포함하는, 슈퍼-헤테로다인 토폴로지의 FM 수신기에서 사용되기 위한 시스템.
  44. 제42항에 있어서, 상기 LDA는 제1 중간 신호의 감도를 증가시키고, LDA의 입력 포트를 통한 누출을 감소시키도록 구성된 정합 회로를 포함하는, 슈퍼-헤테로다인 토폴로지의 FM 수신기에서 사용되기 위한 시스템.
  45. 제44항에 있어서, 상기 LDA는 입력 포트와 정합 회로 간에서 제1 중간 신호를 격리하도록 구성된 저잡음 증폭기를 더 포함하는, 슈퍼-헤테로다인 토폴로지의 FM 수신기에서 사용되기 위한 시스템.
  46. 제42항에 있어서, 상기 시스템은 기준 주파수를 제1 가변 오실레이터로 제공하도록 구성된 주파수 기준 소스를 더 포함하는, 슈퍼-헤테로다인 토폴로지의 FM 수신기에서 사용되기 위한 시스템.
  47. 제42항에 있어서, 상기 시스템은 기준 주파수를 제1 가변 오실레이터로 제공하도록 구성된 제어기를 더 포함하는, 슈퍼-헤테로다인 토폴로지의 FM 수신기에서 사용되기 위한 시스템.
  48. 제47항에 있어서,
    폐쇄 루프 구성이며 전압-제어식 오실레이터(VCO)로서 동작하도록 구성된 위상 고정 루프(PLL) - 상기 제어기는 PLL로 기준 주파수를 제공하도록 구성됨 - 를더 포함하는, 슈퍼-헤테로다인 토폴로지의 FM 수신기에서 사용되기 위한 시스템.
  49. 제48항에 있어서, PLL의 N 디바이더는 입력 RF 신호의 주파수를 조절하도록 구성되며, LDA의 출력은 PLL의 N 디바이더로 연결되는, 슈퍼-헤테로다인 토폴로지의 FM 수신기에서 사용되기 위한 시스템.
  50. 제42항에 있어서, 상기 시스템은 아날로그 전압-주파수 변환기, 디지털 전압-주파수 변환기, 및 아날로그 FM 검출기 중 하나 이상을 더 포함하는, 슈퍼-헤테로다인 토폴로지의 FM 수신기에서 사용되기 위한 시스템.
  51. 제42항에 있어서, 입력 RF 신호는 유선 FM 신호, 무선 FM 신호, 아날로그 FM 신호, 및 디지털 FM 신호 중 적어도 하나를 포함하는, 슈퍼-헤테로다인 토폴로지의 FM 수신기에서 사용되기 위한 시스템.
  52. 제42항에 있어서, 제2 지정 주파수의 제2 중간 신호를 출력 주파수를 갖는 출력 RF 신호로 변환하도록 구성된 제2 믹서 - 상기 출력 주파수는 주파수 범위 내에 있음 - , 및
    제2 믹서에 출력 주파수와 제2 지정 주파수 간 차이의 지시자를 제공하도록 구성된 제2 가변 오실레이터
    를 더 포함하는, 슈퍼-헤테로다인 토폴로지의 FM 수신기에서 사용되기 위한 시스템.
  53. 제52항에 있어서, 상기 시스템은 제2 가변 오실레이터로 기준 주파수를 제공하도록 구성된 주파수 기준 소스를 더 포함하는, 슈퍼-헤테로다인 토폴로지의 FM 수신기에서 사용되기 위한 시스템.
  54. 제52항에 있어서, 상기 시스템은 기준 주파수를 제2 가변 오실레이터로 제공하도록 구성된 제어기를 더 포함하는, 슈퍼-헤테로다인 토폴로지의 FM 수신기에서 사용되기 위한 시스템.
  55. 제53항에 있어서, 상기 시스템은 출력 RF 신호가 입력 RF 신호의 정보를 반복시키도록 리피터를 동작시키며, 상기 출력 RF 신호는 입력 RF 신호로부터 증폭되는, 슈퍼-헤테로다인 토폴로지의 FM 수신기에서 사용되기 위한 시스템.
  56. 제55항에 있어서, 상기 입력 주파수는 출력 주파수와 상이한, 슈퍼-헤테로다인 토폴로지의 FM 수신기에서 사용되기 위한 시스템.
  57. 제55항에 있어서, 입력 주파수는 출력 주파수와 동일하며, 제2 믹서는 완전한 메시지가 입력 신호를 통해 제1 믹서에 의해 수신된 후 출력 신호를 통해 상기 완전한 메시지를 출력하도록 구성되는, 슈퍼-헤테로다인 토폴로지의 FM 수신기에서 사용되기 위한 시스템.
  58. 제56항에 있어서,
    제2 믹서로 연결된 필터 - 상기 필터는 출력 신호로부터 특정 주파수 성분을 필터링하도록 구성된 - 를 더 포함하는, 슈퍼-헤테로다인 토폴로지의 FM 수신기에서 사용되기 위한 시스템.
  59. 제58항에 있어서,
    필터로 연결된 증폭기 필터 - 상기 증폭기는 필터링된 출력 신호를 증폭하도록 구성됨 - 를 더 포함하는, 슈퍼-헤테로다인 토폴로지의 FM 수신기에서 사용되기 위한 시스템.
  60. 제58항에 있어서, 상기 필터는 고역 통과 필터(high pass filter), 대역 통과 필터(band pass filter), 및 저역 통과 필터(low pass filter) 중 하나 이상을 포함하는, 슈퍼-헤테로다인 토폴로지의 FM 수신기에서 사용되기 위한 시스템.
  61. 통신 장치의 수신 체인에서 사용되기 위한 시스템으로서, 상기 시스템은
    입력 신호를 수신하고 상기 입력 신호를 기초로 발진(oscillation)을 생성하도록 구성된 증폭 회로,
    증폭 회로에 연결되며 시스템의 동작 주파수를 확립하도록 구성된 하나 이상의 병렬 공진 회로,
    상기 증폭 회로로 연결되고 지정된 임계값을 기초로 상기 발진을 종료시켜, 상기 발진을 주기적으로 고정(clamp) 및 재시작하여, 전압 스파이크(voltage spike)의 시리즈를 발생시키도록 구성된 샘플링 회로 - 전압 스파이크의 순간 주파수가 입력 신호의 주파수 변조(FM) 및 진폭 변조(AM) 변조 정보를 반송(carry)하고, 출력 신호로서 출력되며, 상기 출력 신호는 입력 신호와 상이한 주파수를 가짐 - , 및
    출력 신호를 입력 신호 및 증폭기에 의해 생성되는 발진으로부터 격리하기 위해, 증폭기 회로와 상기 샘플링 회로 사이에 연결된 저역 통과 필터 회로
    를 포함하며,
    슬로프 검출(slope detection)을 이용해 시스템의 주파수 응답의 슬로프 상에서 입력 FM 신호 변조가 복조될 수 있도록 시스템의 동작 주파수는 입력 신호의 주파수와 상이한, 통신 장치의 수신 체인에서 사용되기 위한 시스템.
  62. 제61항에 있어서, 상기 입력 FM 신호 변조는 협대역 FM 신호 변조인, 통신 장치의 수신 체인에서 사용되기 위한 시스템.
  63. 제61항에 있어서, 상기 입력 FM 신호 변조는 광대역 FM 신호 변조인, 통신 장치의 수신 체인에서 사용되기 위한 시스템.
  64. 통신 장치의 수신 체인에서 사용되기 위한 시스템으로서, 상기 시스템은
    입력 신호를 수신하고 상기 입력 신호를 기초로 발진(oscillation)을 생성하도록 구성된 증폭 회로,
    상기 증폭 회로에 연결되며 시스템의 동작 주파수를 확립하도록 구성된 하나 이상의 병렬 공진 회로,
    상기 증폭 회로로 연결되고 지정된 임계값을 기초로 상기 발진을 종료시켜, 상기 발진을 주기적으로 고정(clamp) 및 재시작하여, 전압 스파이크(voltage spike)의 시리즈를 발생시키도록 구성된 샘플링 회로 - 전압 스파이크의 순간 주파수는 입력 신호의 주파수 변조(FM) 및 진폭 변조(AM) 변조 정보를 반송함 - ,
    출력 신호를 입력 신호 및 증폭기에 의해 발생하는 발진으로부터 격리하기 위해 증폭기 회로와 샘플링 회로 사이에 연결된 저역 통과 필터 회로, 및
    입력 신호로부터 복조된 FM 신호를 출력하도록 구성된 저역 통과 필터가 뒤 따르는 정합 네트워크 - 상기 정합 네트워크의 입력은 증폭기의 출력, 증폭기의 입력, 하나 이상의 병렬 공진 회로 내의 커패시터 스플릿(capacitor split)으로 구성된 그룹 중 하나 이상으로 연결되며, 상기 출력 신호는 입력 신호와 상이한 주파수를 가짐 -
    를 포함하며,
    슬로프 검출을 이용해 입력 FM 신호 변조가 시스템의 주파수 응답의 슬로프 상에서 복조될 수 있도록 상기 시스템의 동작 주파수는 입력 신호의 주파수와 상이한, 통신 장치의 수신 체인에서 사용되기 위한 시스템.


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