KR20170082776A - 주파수 조절 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

주파수 조절 장치 및 방법이 제공된다. 일 실시예에 따른 주파수 조절 장치는 매핑 테이블을 이용하여 발진기의 발진 주파수를 타겟 주파수로 조정하고, 조정된 발진 주파수와 타겟 주파수 간의 발진 오차를 오프셋 테이블을 이용하여 보상할 수 있다.

Description

주파수 조절 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR TUNING FREQUENCY}
이하, 주파수를 보정하는 장치 및 방법이 제공된다.
초재생수신기(SRR, Super-regenerative Receiver)는 적당한 수신감도를 지니고, 저비용으로 쉽게 구현할 수 있는 수신기로 알려져 있다. 초재생수신기는 원격제어 장난감이나 정보 시스템 및 감시 장치등과 같은 분야에 폭넓게 응용되어 왔다.
초재생 수신기는 입력 신호가 존재하는 상황에서 발진기의 신호 크기와 시동시간(start-up time)에 따라 신호를 검출한다. 발진기의 신호 크기와 시동시간은 안테나에서 수신한 신호의 파워와 주파수, 그리고 발진기의 공진 주파수(resonant frequency)에 기초한다. 초재생 발진기는 또한 입력 신호가 없는 경우에도 발진기에 설정된 DC 바이어스의 크기에 따라 열잡음(thermal noise)으로 인해 매우 천천히 발진할 수 있다.
일 실시예에 따른 주파수 조절 장치는 매핑 테이블(mapping table)로부터 타겟 주파수(target frequency)에 대응하여 추출된 타겟 정보(target information) 및 발진기(oscillator)로부터 수집된 발진 정보(oscillation information)에 기초하여 상기 발진기의 발진 주파수(oscillation frequency)를 조절하는 주파수 조절부(frequency tuner); 및 오프셋 테이블(offset table)에 기초하여 상기 조절된 발진 주파수 및 상기 타겟 주파수 간의 발진 오차(oscillation error)를 보상하는 주파수 보상부(frequency compensator)를 포함할 수 있다.
상기 주파수 보상부는, 상기 오프셋 테이블로부터 상기 타겟 주파수에 대응하여 추출된 보상 신호에 기초하여, 상기 발진기의 커패시턴스를 보상할 수 있다
상기 발진기는, 커패시턴스가 조절 가능하도록 구성되는 커패시터를 포함하고, 상기 주파수 조절부는, 상기 커패시터를 제어하기 위한 제어 신호에 기초하여, 상기 커패시터의 일부를 제어하고, 상기 주파수 보상부는, 상기 오프셋 테이블로부터 타겟 주파수에 대응하여 추출된 보상 신호에 기초하여, 상기 커패시터의 나머지를 제어할 수 있다.
상기 주파수 보상부는, 상기 오프셋 테이블로부터 상기 타겟 주파수에 대응하여 추출된 보상 신호를 이용하여 상기 발진기의 커패시터를 제어하기 위한 제어 신호를 보상할 수 있다.
상기 발진기는, 제어 신호의 디지털 코드에 따라 커패시턴스가 조절 가능하도록 구성되는 커패시터를 포함하고, 상기 주파수 보상부는, 상기 오프셋 테이블로부터 상기 타겟 주파수에 대응하여 추출된 보상 신호를 이용하여 상기 제어 신호의 상기 디지털 코드를 변경할 수 있다.
상기 오프셋 테이블은, 복수의 타겟 주파수의 각각에 대하여, 해당 타겟 주파수에 대하여 발생하는 발진 오차를 보상하기 위한 보상 신호가 매핑될 수 있다.
상기 매핑 테이블은, 복수의 타겟 주파수의 각각에 대하여, 마스크 시간 동안 해당 타겟 주파수에 대응하는 발진 횟수에 관한 정보가 매핑될 수 있다.
상기 주파수 조절부는, 상기 타겟 정보를 상기 발진 정보와 비교한 결과에 기초하여 상기 발진기의 상기 발진 주파수를 코어스(coarse)하게 조절하는 제1 조절 제어부; 및 상기 타겟 정보 및 상기 발진 정보를 비교한 결과에 기초하여 상기 발진기의 상기 발진 주파수를 정밀(fine)하게 조절하는 제2 조절 제어부를 포함할 수 있다.
주파수 조절 장치는 상기 발진 오차가 보상된 발진 주파수에서 발진하는 발진기를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 주파수 조절 방법은 매핑 테이블로부터 타겟 주파수에 대응하여 추출된 타겟 정보 및 발진기로부터 수집된 발진 정보에 기초하여 상기 발진기의 발진 주파수를 조절하는 단계; 및 오프셋 테이블에 기초하여 상기 조절된 발진 주파수 및 상기 타겟 주파수 간의 발진 오차를 보상하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 초재생 수신기(SRR, Super Regenerative Receiver)는 외부로부터 수신된 신호에 응답하여 발진하는 초재생 발진기(super regenerative oscillator); 매핑 테이블로부터 타겟 주파수에 대응하여 추출된 타겟 정보 및 상기 초재생 발진기로부터 수집된 발진 정보에 기초하여 상기 초재생 발진기의 발진 주파수를 조절하는 주파수 조절부; 및 오프셋 테이블에 기초하여 상기 조절된 발진 주파수 및 상기 타겟 주파수 간의 발진 오차를 보상하는 주파수 보상부를 포함할 수 있다.
상기 초재생 수신기는, 데이터 패킷(data packet) 수신 전에 상기 주파수 조절부를 활성화하고, 상기 데이터 패킷을 수신하는 동안 상기 주파수 조절부의 적어도 일부를 비활성화할 수 있다.
상기 오프셋 테이블은, 복수의 타겟 주파수의 각각에 대하여, 해당 타겟 주파수에 대하여 발생하는 발진 오차를 보상하기 위한 보상 신호가 매핑될 수 있다.
상기 초재생 발진기는, ??치 파형(quench waveform)으로 구성된 주입 전류(injection current)에 기초하여, 상기 외부로부터 수신된 신호에 응답하여 발진할 수 있다.
상기 초재생 수신기는, 외부로부터 상기 신호를 수신하는 안테나와 상기 초재생 발진기를 전기적으로 격리하고, 상기 안테나로부터 상기 신호를 수신하여 상기 초재생 발진기로 상기 신호를 전달하는 격리기(isolator); 및 상기 초재생 발진기의 발진 신호로부터 엔벨롭을 검출하는 엔벨롭 검출기(envelope detector)를 포함할 수 있다.
상기 주파수 보상부는, 상기 오프셋 테이블로부터 상기 타겟 주파수에 대응하여 추출된 보상 신호에 기초하여, 상기 초재생 발진기의 커패시턴스를 보상할 수 있다.
상기 초재생 발진기는, 커패시턴스가 조절 가능하도록 구성되는 커패시터를 포함하고, 상기 주파수 조절부는, 상기 제어 신호에 기초하여, 상기 커패시터의 일부를 제어하고, 상기 주파수 보상부는, 상기 오프셋 테이블로부터 타겟 주파수에 대응하여 추출된 보상 신호에 기초하여, 상기 커패시터의 나머지를 제어할 수 있다.
상기 주파수 보상부는, 상기 오프셋 테이블로부터 상기 타겟 주파수에 대응하여 추출된 보상 신호를 이용하여 상기 제어 신호를 보상할 수 있다.
상기 초재생 발진기는, 상기 제어 신호의 디지털 코드에 따라 커패시턴스가 조절 가능하도록 구성되는 커패시터를 포함하고, 상기 주파수 보상부는, 상기 오프셋 테이블로부터 상기 타겟 주파수에 대응하여 추출된 보상 신호를 이용하여 상기 제어 신호의 상기 디지털 코드를 변경할 수 있다.
상기 주파수 보상부는, 상기 타겟 주파수에 대하여, 데이터 패킷을 수신하기 전에 상기 초재생 발진기로 주입되는 바이어스 전류가 일정(constant)한 동안의 상기 초재생 발진기의 발진 주파수와 ??치 파형의 전류가 주입되는 동안의 상기 초재생 발진기의 발진 주파수 간의 차이를 상기 보상 오차로 결정하고, 상기 보상 오차를 보상하기 위한 보상 신호를 상기 타겟 주파수와 매핑하여 오프셋 테이블에 저장할 수 있다.
상기 초재생 수신기는, 타겟 주파수의 송신 신호에 기초하여 상기 초재생 발진기를 발진시키고, 상기 초재생 발진기의 커패시턴스를 변경하면서 엔벨롭 검출기의 출력 또는 아날로그 디지털 변환기의 출력이 최대가 되는 커패시턴스를 타겟 커패시턴스로 결정하며, 상기 타겟 커패시턴스 및 상기 타겟 주파수에서 데이터 패킷을 수신하기 전에 상기 초재생 발진기로 주입되는 바이어스 전류가 일정한 동안의 커패시턴스 간의 차이인 오프셋 커패시턴스를 상기 타겟 주파수와 매핑하여 오프셋 테이블에 저장할 수 있다.
상기 송신 신호는, 외부의 송신기로부터 수신된 신호 또는 온칩 상의 버퍼를 통해 수신되는 신호일 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 신호 수신 장치의 개괄적인 구성을 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 발진기에 주입되는 전류를 도시한다.
도 3 내지 도 6은 일 실시예에 따른 주파수 조절 장치의 원리를 설명한다.
도 7, 도 8a 및 도 8b는 일 실시예에 따른 주파수 조절 방법을 도시한 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 주파수 결정 과정을 도시한 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 주파수 조절 장치의 개괄적인 구성을 도시한다.
도 11은 일 실시예에 따른 주파수 조절 장치의 세부적인 구성을 도시한다.
도 12는 일 실시예에 따른 발진기의 세부적인 구성을 도시한다.
도 13은 일 실시예에 따른 주파수 보상부의 구성을 도시한다.
도 14는 다른 일 실시예에 따른 주파수 조절 장치의 세부적인 구성을 도시한다.
도 15는 또 다른 일 실시예에 따른 주파수 조절 장치의 세부적인 구성을 도시한다.
도 16a 내지 도 16c는 도 15에 도시된 주파수 보상부의 예시적인 구성을 도시한다.
도 17 및 도 18은 일 실시예에 따른 주파수 조절 장치의 적용에 따른 BER(Bit Error Rate) 및 주파수 스펙트럼을 도시한다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수 개의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 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 실시예가 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 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
초재생 수신기는 주기적 ??칭(Periodic Quenching)을 수행하기 때문에 발진기의 바이어스 전류(bias current)의 크기가 초재생 수신기의 동작 중에도 주기적으로 달라질 수 있다. 따라서, 기존의 위상 고정 루프(PLL, Phase Locked Loop) 방식은 수신기 동작 중에 연속적으로 발진기의 주파수를 제어하지 못할 수 있다.
초재생 수신기의 이런 특성으로 인해, 데이터를 수신하기 전에 위상 고정 루프를 이용해 초재생 발진기를 캘리브레이션(Calibration)하고 동작 중에는 위상 고정 루프를 오프시키는 방식이 사용될 수도 있다. 그러나, 상술한 방식은 초재생 수신기의 동작 중에 전하 펌프(Charge Pump) 노드(node)에서 누설 전류(Leakage Current)가 발생하기 때문에, 해당 초재생 발진기의 주파수가 드리프트(drift)될 수도 있다.
또 다른 방식인 주파수 제어 루프(FCL, Frequency Control Loop)는 기존 위상 고정 루프에 비해 저전력 설계에 유리하고, 초재생 발진기 동작 중에도 주파수 드리프트가 발생하지 않는다. 다만, 캘리브레이션 모드에 주파수 제어 루프에 의한 초재생 발진기의 발진 주파수와 실제로 데이터를 수신할 시에 초재생 발진기의 평균 공진 주파수 사이에 주파수 오프셋(frequency offset)이 발생할 수 있고, 이러한 주파수 오프셋에 의해 초재생 수신기의 BER(Bit Error Rate) 성능이 열화될 수 있다.
따라서, 저전력이면서 주기적 ??칭 모드(Periodic quenching mode)에서의 초재생 발진기의 발진 주파수와 안테나로 수신되는 데이터의 실제 주파수가 정렬(align)되는 주파수 합성 기술이 요구된다.
도 1은 일 실시예에 따른 신호 수신 장치의 개괄적인 구성을 도시한다.
신호 수신 장치(100)는 외부로부터 신호(191)를 수신하여 전달하는 장치로서, 안테나(110), 증폭기(120), 발진기(130), 전류원(140), 엔벨롭 검출기(150), 전압이득증폭기(160), 아날로그-디지털 변환기(170), 및 주파수 조절 장치(180)를 포함할 수 있다.
안테나(110)는 외부로부터 신호(191)를 수신할 수 있다. 예를 들어, 안테나(110)는 미리 정한 주파수 대역의 신호(191)를 수신할 수 있다.
증폭기(120)는 수신된 신호(191)를 증폭할 수 있다. 또한, 증폭기(120)는 격리기(isolator)라고 나타낼 수 있고, 격리기는 외부로부터 신호(191)를 수신하는 안테나(110)와 발진기(130)를 전기적으로 격리하고, 안테나(110)로부터 신호(191)를 수신하여 발진기(130)로 신호(191)를 전달할 수 있다.
발진기(130)는 신호(191)를 수신하기 위해 발진할 수 있다. 예를 들어, 발진기(130)는 발진 주파수(oscillation frequency)에서 발진할 수 있고, 발진 주파수는 발진기(130)가 발진하는 주파수로서 발진기(130)에 포함된 커패시터 및 인덕터의 조합에 따른 공진 주파수로 결정될 수 있다. 또한, 발진기(130)는 발진 주파수를 가지는 발진 신호(193)를 출력할 수 있다. 일 실시예에 따른 발진기(130)는 안테나(110)를 통해 수신된 신호(191)를 이용하여 발진할 수 있다. 이와 같이, 외부로부터 수신된 신호에 응답하여 발진하는 발진기(130)를 초재생 발진기(SRO, super regenerative oscillator)라고 나타낼 수 있다. 초재생 발진기(130)를 포함하는 신호 수신 장치(100)는 초재생 수신기(SRR, super regenerative receiver)라고 나타낼 수 있다.
일 실시예에 따른 발진기(130)는 ??치 파형(quench waveform)으로 구성된 주입 전류(injection current)에 기초하여, 외부로부터 수신된 신호에 응답하여 발진할 수 있다.
전류원(140)은 발진기(130)로 전류(192)를 주입할 수 있다. 전류원(140)은 발진기(130)로 충분한 전류를 주입하여 발진기(130)를 발진시킬 수 있고, 전류원(140)이 임계 전류를 발진기(130)로 주입한 경우에는 안테나(110)를 통해 수신된 신호(191)에 응답하여 발진기(130)가 발진을 시작할 수 있다. 또한, 전류원(140)은 발진기(130)로 ??치 파형(quench waveform)의 전류(192)를 제공할 수도 있다.
엔벨롭 검출기(150)는 발진기(130)로부터 출력된 발진 신호(193) 의 엔벨롭(194)을 검출할 수 있다.
전압이득증폭기(160)는 엔벨롭 검출기(150)로부터 출력된 엔벨롭(194)을 증폭시킬 수 있다.
아날로그-디지털 변환기(170)는 증폭된 엔벨롭(194)을 아날로그 신호(191)로부터 디지털 신호(191)로 변환할 수 있다.
주파수 조절 장치(180) 는 발진기(130)의 주파수를 조절할 수 있다. 일 실시예에 따른 주파수 조절 장치(180)는 발진기(130)의 발진 주파수를 타겟 주파수(target frequency)로 조정할 수 있다. 타겟 주파수는 발진기(130)가 동작되어야 하는 원하는 주파수(desired frequency)로서, 수신되는 신호(191)와 동일하거나 유사한 주파수로 설정될 수 있다. 주파수 조절 장치(180)의 구체적인 동작은 하기에서 상세히 설명한다.
도 2는 일 실시예에 따른 발진기에 주입되는 전류를 도시한다.
발진기로 주입되는 전류(200)는 복수의 모드마다 다른 형태일 수 있다. 예를 들어, 발진기는 캘리브레이션 모드(210) 및 수신 모드(220)에서 동작할 수 있고, 캘리브레이션 모드(210)는 신호 수신 장치(예를 들어, 초재생 수신기)가 데이터를 수신하기에 앞서, 발진기의 주파수를 미리 수신되는 신호의 주파수(예를 들어, 타겟 주파수)로 설정하기 위한 모드이고, 수신 모드(220)는 발진기가 타겟 주파수에서 동작함으로써 신호 수신 장치가 데이터를 포함하는 신호를 수신하는 모드를 나타낼 수 있다. 캘리브레이션 모드(210)를 통해 발진기의 발진 주파수가 타겟 주파수에 맞춰지면, 신호 수신 장치는 복수의 수신 모드(220)를 반복하여 데이터를 수신할 수 있다. 각 수신 모드(220) 간에는 발진기로 주입되는 전류가 오프(off)되는 구간이 존재할 수 있고, 수신 모드(220)는 하나의 심볼에 대응할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 캘리브레이션 모드(210)에서 전류원은 발진기로 정적인 전류(static current)를 주입할 수 있다. 예를 들어, 정적인 전류는 일정한 값을 가지는 전류로서, 평균값이 Iave _cal일 수 있고, Iave _cal는 발진기를 발진시키기에 충분한 전류량일 수 있다.
수신 모드(220)에서 전류원은 ??치 파형의 주입 전류를 주입할 수 있다. 예를 들어, ??치 파형은 도 2에서 지수 곡선(exponential curve)과 유사한 형태로 도시되었으나 이로 한정하는 것은 아니며 다양한 형태로 구성될 수 있고, ??치 파형의 평균값 Iave_qwg는 발진기를 발진시키는 임계전류량일 수 있다.
각각의 모드마다 주파수 조절부의 동작이 오프되는 구간(예를 들어, 주입 전류가 0인 구간)이 있는 바, 발진기가 주기적인 ??칭(quenching)을 수행하게 되어, 연속적으로 주파수를 추적하지 못할 수 있고, 이로 인하여 주파수 드리프트가 발생할 수 있다. 주파수 드리프트에 의해, 신호 수신 장치의 발진기의 발진 주파수와 원하는 타겟 주파수 간에 발진 오차가 오프셋 주파수로서 발생할 경우, BER 성능이 저하될 수 있는 바, 일 실시예에 따른 신호 수신 장치는 하기에서 설명하는 주파수 보상부를 통해 발진 오차를 보상할 수 있다,
도 3 내지 도 6은 일 실시예에 따른 주파수 조절 장치의 원리를 설명한다.
도 3은 발진기로 주입되는 주입 전류(IOSC)에 따른 발진 주파수(310)를 나타낸 그래프이다. 도 3에 도시된 바와 같이 주입 전류(IOSC)가 증가하면 발진 주파수(310)는 감소하게 될 수 있다. 여기서, 도 3에 도시된 바와 같이 발진기는 임계 전류(320) 이상이 주입되어야 발진할 수 있다.
아울러, 주입 전류의 크기에 따라 주파수 드리프트(frequency drift)가 발생하는 바, 도 4에 도시된 바와 같이, 주입 전류의 평균 값이 커질 수록, 신호 수신 장치(예를 들어, 초재생 수신기)의 선택도 중심 주파수(selectivity center frequency)가 낮아질 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 캘리브레이션 모드에서의 평균 전류(Iave _cal)보다 수신 모드에서의 평균 전류(Iave _ qwg)가 낮은 바, 캘리브레이션 모드에서 선택된 발진기의 발진 주파수에 대해 타겟 주파수(fch)를 중심으로 캘리브레이션 모드의 주파수 스펙트럼(410)이 나타나는 것과 달리, 수신 모드에서는 주파수 드리프트에 의해 타겟 주파수(fch)에 오프셋 주파수(foffset)이 적용되어 수신 모드의 주파수 스펙트럼(420)이 나타날 수 있다.
이와 관련하여 도 5를 참조하면, 도 5의 x축은 발진기의 각 주파수에 대한 설정(예를 들어, 커패시턴스를 지정하는 코드)을 나타내고, y축은 각 주파수에 지정된 커패시터 코드에 따른 발진 주파수를 나타낼 수 있다. 도 5에서는 3개의 주파수를 예로 도시하였으나, 이로 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 3번 주파수에 지정된 커패시터 코드에 따라 발진기가 캘리브레이션 모드에서는 f1의 주파수(510)에서 발진할 수 있으나, 해당 발진기가 동일한 커패시턴스로 동작하는 경우에 있어서 수신 모드로 진입하게 될 경우 보다 높은 주파수(예를 들어, 도 5에서는 f3의 주파수)(520)에서 동작하게 되는 주파수 드리프트가 발생할 수 있다. 일 실시예에 따른 신호 수신 장치는 발진기의 커패시턴스를 보상함으로써, 타겟 주파수(예를 들어, 도 5에서는 타겟 주파수를 f2로 가정)(530)로 조절할 수 있다.
예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 캘리브레이션 모드에서 특정 주파수(fch')(610)에서 발진하도록 조정된 발진기는, 실제로 수신 모드에서는 오프셋이 적용된 주파수(fch+foffset)(620)에서 발진할 수 있고, 일 실시예에 따른 주파수 조절 장치가 발진기의 커패시턴스를 제어함으로써 타겟 주파수(fch)(630)에서 발진기를 동작시킬 수 있다.
도 7 및 도 8a 및 도 8b는 일 실시예에 따른 주파수 조절 방법을 도시한 도면이다.
도 7은 주파수 조절 방법의 흐름도를 도시한다.
우선, 단계(710)에서 주파수 조절부는 매핑 테이블로부터 타겟 주파수에 대응하여 추출된 타겟 정보 및 발진기로부터 수집된 발진 정보에 기초하여 발진기의 발진 주파수를 조절할 수 있다. 매핑 테이블은, 복수의 타겟 주파수의 각각에 대하여, 마스크 시간 동안 해당 타겟 주파수에 대응하는 발진 횟수에 관한 정보가 매핑된 테이블을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 타겟 정보는 타겟 주파수에서 마스크 시간 동안 발진기가 발진할 수 있는 횟수를 나타낼 수 있고, 발진 정보는 마스크 시간 동안 발진기가 발진한 횟수를 나타낼 수 있다. 마스크 시간은 마스크 신호가 주어진 시간으로서, 발진 횟수를 카운트하기 위한 기준이 되는 시간 구간을 나타낼 수 있고, 마스크 시간의 길이는 설계에 따라 변경될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 주파수 조절부는 매핑 테이블을 통해, 수신된 신호의 타겟 주파수에 대응하는 마스크 시간 동안의 발진 횟수를 추출하고, 추출된 타겟 주파수의 발진 횟수를 발진기의 발진 횟수와 비교할 수 있다. 주파수 조절부는 타겟 정보의 발진 횟수보다 발진 정보의 발진 횟수가 크면 발진기의 발진 주파수를 감소시키고, 발진 정보의 발진 횟수가 타겟 정보의 발진 횟수 이하이면 발진기의 발진 주파수를 증가시킴으로써, 발진기의 발진 주파수를 타겟 주파수로 조절할 수 있다.
그리고 단계(720)에서 주파수 보상부는 오프셋 테이블에 기초하여 조절된 발진 주파수 및 타겟 주파수 간의 발진 오차를 보상할 수 있다. 오프셋 테이블은, 복수의 타겟 주파수의 각각에 대하여, 해당 타겟 주파수에 대하여 발생하는 발진 오차를 보상하기 위한 보상 신호가 매핑된 테이블을 나타낼 수 있다. 발진 오차는 타겟 주파수 및 발진 주파수 간의 차이로서, 상술한 바와 같이 ??치 파형의 주입 전류의 사용으로부터 발생한 주파수 드리프트에 의해 발생할 수 있다. 보상 신호는 임의의 타겟 주파수에 대해 발생하는 발진 오차를 보상하기 위한 신호로서, 예를 들어, 발진기의 커패시턴스를 조절할 것을 지시하는 신호일 수 있다.
또한, 주파수 조절 방법은 매핑 테이블을 생성하는 동작, 및 주파수를 조절 및 보상한 이후 주파수 조절부의 전력 소모를 최소화하는 동작을 더 포함할 수 있다.
도 8a는 일 실시예에 따른 주파수 조절 방법에서 오프셋 테이블 등을 생성하는 방법을 도시한 흐름도이다.
단계(801)에서 주파수 조절 장치는 오프셋 테이블을 생성할 수 있다. 예를 들어, 주파수 조절 장치는 각각의 타겟 주파수에 대하여 발진 오차가 최소화되는 보상 신호를 매핑하여 오프셋 테이블을 생성할 수 있다. 발진 오차가 최소화되는 보상 신호의 결정은 하기 도 8a 내지 도 9d에서 상세히 설명한다. 신호 수신 장치는 실시간으로 또는 일정 주기마다 각각의 타겟 주파수에 대한 발진 오차를 측정하여 오프셋 테이블을 생성할 수 있는데, 이로 한정하는 것은 아니고 미리 저장된 오프셋 테이블을 사용할 수도 있다. 미리 저장된 오프셋 테이블을 사용할 경우, 주파수 조절 장치는 주파수를 조절하는데 소요되는 시간 및 전력을 절감할 수 있다.
이후, 단계(802)에서 주파수 조절 장치는, 단계(720)에서 발진 오차가 보상된 후에, 주파수 조절부의 일부를 비활성화할 수 있다. 예를 들어, 신호 수신 장치는 데이터 패킷(data packet) 수신 전에 주파수 조절부를 활성화하고, 데이터 패킷을 수신하는 동안 주파수 조절부의 적어도 일부를 비활성화할 수 있다. 예를 들어, 주파수 조절 장치는 데이터 패킷을 수신하기 전 또는 비컨(beacon)의 수신 시에 단계들(710 및 720)에 따라 주파수 조절부를 활성화하여 발진기의 발진 주파수를 타겟 주파수로 조절하면서 발진 오차를 보상할 수 있고, 주파수 조절이 완료된 이후 데이터 패킷을 수신하는 동안에는 주파수 조절부의 일부를 비활성화함으로써 전력 소모를 최소화할 수 있다.
도 8b는 일 실시예에 따라 오프셋 테이블을 생성하기 위해 측정된 BER을 도시한다.
주파수 조절 장치는 각각의 타겟 주파수에 대하여 발진 오차를 보상하기 위한 보상 신호를 매핑하여 오프셋 테이블을 생성할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 주파수 보상부는 각각의 타겟 주파수에 대하여, 데이터 패킷을 수신하기 전에 상기 초재생 발진기로 주입되는 바이어스 전류가 일정한 동안(예를 들어, 캘리브레이션 모드)의 초재생 발진기의 발진 주파수와 ??치 파형의 전류가 주입되는 동안(예를 들어, 수신 모드)의 초재생 발진기의 발진 주파수 간의 차이를 보상 오차로 결정하고, 보상 오차를 보상하기 위한 보상 신호를 타겟 주파수와 매핑하여 오프셋 테이블에 저장할 수 있다. 예를 들어, 주파수 조절 장치는 각각의 타겟 주파수에 대하여, BER(Bit Error Rate)가 최소화되는 보상 신호를 매핑할 수 있다.
도 8b에서 y축은 BER을 나타낼 수 있고, x축은 발진기의 발진 주파수를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 캘리브레이션 모드에서 특정 타겟 주파수(fch)에서 발진하도록 설정된 발진기의 커패시턴스(Ccal)에 대하여, 주파수 조절 장치는 다양한 오프셋 커패시턴스(예를 들어, Coffset1, Coffset2, Coffset3)를 적용하여 BER을 측정할 수 있다. 주파수 조절 장치는 발진기가 BER이 최소화되는 주파수가 타겟 주파수와 일치하거나 유사한 오프셋 커패시턴스를 가지도록 제어하는 보상 신호(예를 들어, 발진기의 가변 커패시터를 제어하는 신호)를 해당 타겟 주파수에 매핑할 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 주파수 결정 과정을 도시한 도면이다.
초재생 수신기(900)가 동작할 때, 특정 타겟 주파수의 송신 신호(TX signal)가 안테나(110)로 인가될 수 있고, 초재생 수신기(900)는 수신된 송신 신호에 초재생 발진기(130)를 인덕션 락킹(Induction Locking)시킴으로써 초재생 발진기(130)를 발진시킬 수 있다. 초재생 수신기(900)는 인덕션 락킹된 초재생 발진기(130)의 출력 신호에 대해 엔벨롭 검출(Envelope Detection) 및 아날로그 디지털 변환(ADC)을 수행한 후에, 디지털 베이스밴드(Digital Baseband)(930)에서 심볼 검출(Symbol Detection)을 수행할 수 있다. 예를 들어, 초재생 수신기(900)는 가장 좋은 BER(Bit Error rate)을 나타내는 공진 주파수가 되도록 LC 탱크(LC tank)의 커패시턴스 값(예를 들어, 타겟 커패시턴스)을 결정함으로써, 송신 신호에 최적화된 발진 주파수를 결정할 수 있다.
구체적으로는, 초재생 수신기(900)는 채널 주파수에 적합한 커패시턴스 값(예를 들어, 타겟 커패시턴스)을 설정하기 위하여, 초재생 수신기(900)에 원하는 채널 주파수의 송신 신호를 인가한 상태에서 LC 탱크의 커패시터 값을 조절하면서 엔벨롭 검출기(150)의 출력이 최대인 커패시턴스 값(예를 들어, 타겟 커패시턴스)을 검색할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상술한 바에 따라 채널 주파수에 최적화되도록 결정된 커패시턴스 값(예를 들어, 타겟 커패시턴스)과, 도 2에서 상술한 캘리브레이션 모드(예를 들어, 타겟 주파수에서 데이터 패킷을 수신하기 전에 초재생 발진기로 주입되는 바이어스 전류가 일정한 동안)에서 디지털 캘리브레이션 루프(Digital Calibration Loop)을 통해 획득된 커패시턴스 값과의 차이가 오프셋 커패시턴스(Offset capacitance)가 될 수 있다. 오프셋 커패시턴스는 오프셋 주파수를 보상하기 위한 커패시턴스 값을 나타낼 수 있다. 초재생 수신기(900)는 상술한 바에 따라 획득된 오프셋 커패시턴스 값을 오프셋 테이블에 저장하고, 주파수 캘리브레이션 루프(frequency calibration loop)에 의해 주파수를 합성할 때, 오프셋 커패시턴스만큼 보정함으로써 초재생 수신기(900)에서 오프셋 주파수에 의한 오차를 방지할 수 있고, 최적화된 BER을 제공할 수 있다.
초재생 수신기(900)에서 오프셋 커패시턴스를 획득하기 위하여, 송신 신호를 인가하는 구조는 도 9와 같이 외부의 송신기(909)를 이용하는 구조가 사용될 수 있다.
도 9의 각 구조는 도 1에서 설명한 안테나(110), 증폭기(120), 초재생발진기(130), 엔벨롭 검출기(150), 전압이득증폭기(160), 및 아날로그 디지털 변환기(170) 등과 함께 주파수 조절 장치(1000)를 포함하고, 더 나아가 피크 검색(Peak Search)(910), 전압제어발진기(VCO, Voltage Controlled Oscillator)(920), FPGA 베이스밴드(FPGA Baseband)(930), 증폭기(AMP)(950), 스위치(S/W)(960), ??치생성로직(QWG logic, Quench wave generation logic)(970), 및 기준 클럭 생성기(reference clock generator)(980) 등의 블록을 포함할 수 있다.
도 9에 도시된 구조의 초재생 수신기(900)는 외부의 송신기(909)를 통해 송신 신호로서 RF OOK 출력(Radio Frequency On-Off Keying output)을 수신할 수 있다.
피크 검색(910) 블록은 안테나(110) 단에 인가되는 캐리어 주파수(carrier frequency)에, 초재생 발진기(130)의 주파수가 조절된 정도를 평가하기 위해, 초재생 발진기(130)의 출력의 피크(Peak)를 검출할 수 있다. 피크 검색(910) 블록은 검출된 피크의 값이 클수록 초재생 발진기(130)가 안테나(110) 단에 인가되는 캐리어 주파수에 대하여 주파수 정렬(frequency alignment)의 정도가 큰 것으로 평가할 수 있다. 피크 검색(910) 블록은 이진 검색(Binary search)을 이용하여 커패시턴스 값을 변경해나갈 수 있으나, 이로 한정하는 것은 아니고 설계에 따라 다양한 검색 기법을 적용할 수 있다.
전압제어발진기(920)는 송신 신호의 캐리어(carrier)를 생성하는 블록을 나타낼 수 있다.
주파수 조절 장치(1000)는 캘리브레이션 모드 및 수신 모드에서 초재생 수신기(900)의 주파수를 타겟 주파수로 조절 및 보상하는 장치로서 하기 도 10 내지 도 18에서 상세히 설명한다. 요약컨대, 주파수 조절 장치(1000)는 위상 고정(Phase Lock) 방식에 의한 위상 고정 루프(PLL, Phase Locked Loop)이 아닌 주파수 캘리브레이션 루프(FCL, Frequency Calibration Loop)일 수 있다.
데이터 시퀀스(Data sequence)(935)는 송신 신호를 통해 전송되는 정보 비트(information bit)를 나타낼 수 있다. 송신 신호에 따라서 코딩되지 않은 비트(Uncoded bits) 또는 코딩된(Coded bits)일 수 있다.
FPGA 베이스밴드(930)는 초재생 수신기(900)의 심볼 검출(Symbol Detection), BER 측정, 및 송신 신호의 정보 비트(Information Bit)의 처리 등을 수행할 수 있다. 또한, FPGA 베이스밴드(930)는 SPI 제어(SPI Control) 등을 통해 세부적으로 초재생 수신기(900)의 각 블록을 조정할 수 있다.
증폭기(950)는 전압제어발진기(920)의 출력을 증폭할 수 있다.
또한, 초재생 수신기(900)는 랜덤 바이 페이저(미도시됨) 및 바이 페이즈드 증폭기(미도시됨)를 포함할 수 있다. 랜덤 바이 페이저(미도시됨) 및 바이 페이즈드 증폭기(미도시됨)는 스프레딩 시퀀스(Spreading Sequence)를 적용한 OOK(On/OFF Keying)에서 발생하는 송신 신호의 하모닉 라인 스퍼(harmonic line Spur)를 제거할 수 있으나, 이것으로 수신기 구조를 한정하는 것은 아니고 다양한 수신기 구조가 가능하다.
스위치(960)는 안테나(110)의 동작을 수신(RX) 또는 송신(TX)에 대해 전환(Switching)할 수 있다.
??치생성로직(970)은 초재생 발진기(130)의 바이어스 전류(Bias Current)인 ??치 파형(Quench Waveform)을 생성하는 블록을 나타낼 수 있고, 아날로그 회로(Analog circuit) 및 디지털 회로(Digital circuit)를 포함할 수 있다.
기준 클럭 생성기(980)는 크리스탈(Xtal)의 기준 클럭(Reference Clock)을 기반으로 초재생 수신기(900) 에서 필요한 기준 클럭 신호들을 생성할 수 있다.
구체적으로는, 도 9에 도시된 구조의 초재생 수신기(900)는 외부 송신기(909)를 타겟 채널 주파수로 설정한 후, 초재생 수신기(900) 내에서 피크 검출을 통해 초재생 발진기(130)의 채널 주파수를 조절할 수 있다. 이후, 초재생 수신기(900)는 엔벨롭 검출기(150)에서 초재생 발진기(130)의 출력의 피크를 검출할 수 있고, 피크 검색(910)에 기초하여 커패시턴스 값에 따른 초재생 발진기(130)의 최대 출력을 검색하는 알고리즘을 수행할 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 주파수 조절 장치의 개괄적인 구성을 도시한다.
주파수 조절 장치(1000)는 주파수 조절부(1010) 및 주파수 보상부(1020)를 포함한다. 여기서, 주파수 조절 장치(1000)는 발진기와 연결되어, 발진기의 발진 주파수를 조절할 수 있다. 예를 들어, 발진기는 발진 주파수가 변경될 수 있도록, 커패시턴스가 조절 가능하도록 구성되는 커패시터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 발진기에 포함되는 커패시터는 커패시터 뱅크(Capacitor bank)로 구성될 수 있거나, MOS 버랙터(metal oxide semiconductor varactor)로 구성될 수 있으나, 이로 한정하는 것은 아니고 다양한 가변 커패시터가 사용될 수 있다.
주파수 조절부(1010)는 매핑 테이블(mapping table)로부터 타겟 주파수(target frequency)에 대응하여 추출된 타겟 정보(target information) 및 발진기(oscillator)로부터 수집된 발진 정보(oscillation information)에 기초하여 발진기의 발진 주파수(oscillation frequency)를 조절할 수 있다. 예를 들어, 주파수 조절부(1010)는 오프셋 테이블로부터 타겟 주파수에 대응하여 추출된 보상 신호에 기초하여, 발진기의 커패시턴스를 보상할 수 있다. 주파수 조절부(1010)는 발진기의 커패시터를 제어하기 위한 제어 신호에 기초하여, 커패시터의 일부를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어 신호는 발진 정보 및 타겟 정보에 기초하여 생성된 신호로서, 발진기의 발진 주파수가 변경될 수 있도록 커패시턴스를 변경하는 신호를 나타낼 수 있고, 발진기의 커패시터가 커패시터 뱅크인 경우에는 커패시터 뱅크의 각각의 커패시터의 온오프를 지시하는 디지털 코드일 수 있다.
주파수 보상부(1020)는 오프셋 테이블(offset table)에 기초하여 조절된 발진 주파수 및 타겟 주파수 간의 발진 오차(oscillation error)를 보상할 수 있다. 예를 들어, 주파수 보상부(1020)는 오프셋 테이블로부터 타겟 주파수에 대응하여 추출된 보상 신호에 기초하여, 커패시터의 나머지(예를 들어, 주파수 조절부(1010)에 의해 제어되는 부분을 제외한 나머지 부분)를 제어할 수 있다.
다른 예를 들면, 주파수 보상부(1020)는, 오프셋 테이블로부터 타겟 주파수에 대응하여 추출된 보상 신호를 이용하여 발진기의 커패시터를 제어하기 위한 제어 신호를 보상할 수 있다. 예를 들어, 제어 신호의 디지털 코드에 따라 커패시턴스가 조절 가능하도록 구성되는 커패시터(예를 들어, 디지털 코드의 각 비트에 대응하는 커패시터들로 구성되는 커패시터 뱅크)를 포함하고, 주파수 보상부(1020)는, 오프셋 테이블로부터 타겟 주파수에 대응하여 추출된 보상 신호를 이용하여 제어 신호의 디지털 코드를 변경할 수 있다. 예를 들어, 주파수 보상부(1020)는 매핑 테이블에 의해 생성된 제어 신호의 디지털 코드에 따라 발진기가 동작하게 될 경우 발진 주파수와 타겟 주파수 간에 발진 오차가 발생하는 바, 제어 신호 자체의 디지털 코드를 변경함으로써 발진 오차를 제거할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 주파수 조절 장치(1000)와 연결되는 발진기는, 발진 오차가 보상된 발진 주파수에서 발진할 수 있다.
도 11은 일 실시예에 따른 주파수 조절 장치의 세부적인 구성을 도시한다.
신호 수신 장치(1100)에 포함된 주파수 조절 장치(1000)는 도 11에 도시된 바와 같이 발진기(예를 들어, 초재생 발진기)(1130)와 연결될 수 있고, 발진기는 증폭기(120)를 통해 수신된 신호를 이용하여 발진하면서 발진 신호를 엔벨롭 검출기(150)로 전달할 수 있다.
주파수 조절 장치(1000)는 도 10에 도시된 바와 같이 주파수 조절부(1010) 및 주파수 보상부(1020)를 포함한다.
주파수 조절부(1010)는 매핑 테이블(1111), 제1 조절 제어부(1112)(first tuning controller), 제2 조절 제어부(1113)(second tuning controller), 디지털 비교기(1114)(digital comparator), 카운터(1115)(counter), 타이밍 생성기(1116)(Timing generator), 및 1/2 분주기(1117)(1/2 Divider)를 포함할 수 있다.
매핑 테이블(1111)은 상술한 바와 같이, 복수의 타겟 주파수의 각각에 대하여, 마스크 시간 동안 해당 타겟 주파수에 대응하는 발진 횟수에 관한 정보가 매핑된 테이블을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 채널 선택 신호(예를 들어, ch_sel<4:0>)를 통해 특정 타겟 주파수가 선택된 경우, 매핑 테이블(1111)은 선택된 타겟 주파수에 대응하는 타겟 정보를 디지털 비교기(1114)로 제공할 수 있다. 도 11에서는 매핑 테이블(1111)로부터의 출력이 MUX(multiplexer)에서 Coarse_ref<17:0> 신호 및 Fine_ref<17:0> 신호를 이용하여 발진 정보로 변환될 수 있으나, 이로 한정하는 것은 아니다.
제1 조절 제어부(1112)는 타겟 정보를 발진 정보와 비교한 결과에 기초하여 발진기(1130)의 발진 주파수를 코어스(coarse)하게 조절할 수 있다. 예를 들어, 발진기(1130)의 커패시터가 15비트의 커패시터 뱅크로 구성되는 경우, 제1 조절 제어부(1112)는 주파수의 코어스한 부분에 대응하는 커패시터로서, 디지털 코드의 15비트 내지 6비트에 대응하는 커패시터의 온오프(On/Off)를 제어할 수 있다. 다만, 비트 등을 상술한 바로 한정하는 것은 아니고, 제1 조절 제어부(1112)는 발진기(1130)의 커패시턴스를 코어스하게 조절할 수 있다.
제2 조절 제어부(1113)는 타겟 정보 및 발진 정보를 비교한 결과에 기초하여 발진기(1130)의 발진 주파수를 정밀(fine)하게 조절할 수 있다. 예를 들어, 발진기(1130)의 커패시터가 15비트의 커패시터 뱅크로 구성되는 경우, 제2 조절 제어부(1113)는 주파수의 정밀한 부분에 대응하는 커패시터로서, 디지털 코드의 5비트 내지 1비트에 대응하는 커패시터의 온오프(On/Off)를 제어할 수 있다. 다만, 비트 등을 상술한 바로 한정하는 것은 아니고, 제2 조절 제어부(1113)는 발진기(1130)의 커패시턴스를 정밀하게 조절할 수 있다.
디지털 비교기(1114)는 타겟 정보를 발진 정보와 비교하고, 비교한 결과를 제1 조절 제어부(1112) 및 제2 조절 제어부(1113)에 제공할 수 있다. 예를 들어, 디지털 비교기(1114)는 발진기(1130)의 발진 신호를 마스크 시간 동안 카운트한 값(예를 들어, 발진 횟수)과 타겟 주파수에 대응하는 마스크 시간 동안의 발진 횟수와 비교할 수 있다. 이를 위해, 디지털 비교기(1114)는 타겟 정보 및 발진 정보를 MSB(Most Significant bit)부터 LSB(Least Significant bit)까지 비교할 수 있다. 이후, 디지털 비교기(1114)는 발진기(1130)의 발진 신호의 발진 주파수가 타겟 주파수에 비해 주파수가 높은지 낮은지를 출력하여 제1 조절 제어부(1112) 및 제2 조절 제어부(1113)로 제공할 수 있다.
카운터(1115)는 마스크 시간(mask time) 동안 발진기(1130)에 대한 발진 정보를 측정할 수 있다. 여기서, 발진기(1130)에 대한 발진 정보는, 발진기(1130)의 발진 주파수, 및 마스크 시간 동안의 발진기(1130)의 발진 횟수를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 카운터(1115)는 발진기(1130)의 발진 횟수를 마스크 시간 동안 카운트할 수 있다. 예를 들면, 카운터(1115)는 발진기(1130)의 분주된 출력 신호(예를 들면, 1/2 분주기(1117)(1010)를 통과한 신호)를 일정한 시간 동안 카운트할 수 있다. 이때, 카운터(1115)가 카운트하는 시간은 타이밍 생성기(1116)의 MSK_CNT 신호에 의해 인에이블(Enable)될 수 있다. 여기서, MSK_CNT 신호가 인가되는 시간은 마스크 시간에 대응할 수 있다.
타이밍 생성기(1116)는 기준 주파수(예를 들면, REF_CLK)를 분주하여, 카운터(1115), 디지털 비교기(1114), 제1 조절 제어부(1112), 및 제2 조절 제어부(1113) 등이 동작하기 위한 타이밍 신호(timing signal)(예를 들면, 타이밍 신호는 RST_CNT, MSK_CNT, EN_COMP, 및 EN_TUNE를 포함)를 제공할 수 있다.
1/2 분주기(1117)는 카운터(1115)에 입력되는 발진기(1130)의 출력을 분주할 수 있다. 예를 들면, 분주기는 발진기(1130)의 발진 신호를 2로 분주(divide)할 수 있다. 주파수가 높은 경우, 카운터(1115)가 정상적으로 동작하지 않을 수 있기 때문에 1/2 분주기(1117)를 통해 카운터(1115)로 입력되는 신호의 주파수를 낮출 수 있다. 분주기는 프리스케일러(Prescaler)라고 나타낼 수 있다.
주파수 보상부(1020)는 오프셋 테이블(1121) 및 오프셋 제어부(1122)를 포함할 수 있다.
오프셋 테이블(1121)은 복수의 타겟 주파수의 각각에 대하여, 해당 타겟 주파수에 대하여 발생하는 발진 오차를 보상하기 위한 보상 신호가 매핑된 테이블로서, 선택된 타겟 주파수에 대응하는 보상 신호를 출력할 수 있다.
오프셋 제어부(1122)는 오프셋 테이블(1121)을 이용하여, 발진기(1130)의 발진 오차를 보상하기 위한 보상 신호를 제공할 수 있다. 예를 들어, 오프셋 제어부(1122)는 특정 타이밍에 보상 신호를 발진기(1130)로 전달할 수 있다. 오프셋 제어부(1122)는 캘리브레이션 모드 동안에는 디폴트(default) 신호를 발진기(1130)로 제공하고, 수신 모드 동안에는 보상 신호를 발진기(1130)로 전달할 수 있다. 도 11에서는 Offset_ctrl 신호를 통해, 오프셋 제어부(1122)는 동작을 달리할 수 있다. 하기 도 13에서 설명한다.
도 12는 일 실시예에 따른 발진기의 세부적인 구성을 도시한다.
일 실시예에 따른 발진기(1130)는 도 12에 도시된 바와 같이, 전압으로 제어되는 발진기(1130)(VCO, Voltage Controlled Oscillator)로서 ??치 파형으로 된 전류(IQWG)가 자동으로 공급되고, 고정된 인덕턴스 값을 가지는 인덕터 및 조절될 수 있는 커패시턴스 값을 가지는 커패시터로 구성될 수 있다. 커패시터는 복수의 커패시터로 구성되는 커패시터 뱅크일 수 있고, 커패시터 뱅크의 일부 커패시터(1210)는 주파수 조절부에 의해 제어되고, 나머지 커패시터(1220)는 주파수 보상부에 의해 제어될 수 있다. 발진기(1130)는 VO + 신호 및 VO -신호를 발진 신호로서 출력할 수 있다. 도 12에 도시된 가변 커패시터의 구조는 순전히 예시적인 것으로서, 다양한 가변 커패시터가 사용될 수 있다.
발진기(1130)의 일부 커패시터(1210)는 제어 신호(예를 들어, Coarse_CAPS<n1:0> 및 Fine_CAPS<n2:0>)에 의해 커패시턴스가 조절될 수 있다. n1+1비트만큼의 커패시터가 코어스 조절에 대해 할당될 수 있고, n2+1만큼의 커패시터가 정밀 조절에 대해 할당될 수 있다. 예를 들어, 커패시터 뱅크에서 각각의 비트에 대응하는 커패시터는 제어 신호의 디지털 코드(예를 들어, C<0> 내지 C<n>)에 의해 온오프(on/off)될 수 있다. 여기서, n=n1+n2+2이고, n, n1, n2은 각각 1이상의 정수일 수 있다. 또한, 발진기(1130)의 나머지 커패시터(1220)는 보상 신호(예를 들어, Offset<m:0>)에 의해 커패시턴스가 보상될 수 있다. 여기서, m은 1이상의 정수일 수 있다. 예를 들어, Coarse_CAPS<i>(여기서, i는 1이상 n이하의 정수>에 1의 디지털 비트가 인가되는 경우, C<i>의 커패시터가 활성화될 수 있고, 이 때 C<0> 부터 C<n1>까지의 커패시터는 코어스 조절에 할당되고, C<n1+1>부터 C<n>까지의 커패시터는 정밀 조절에 할당되는 것을 가정할 수 있다. 아울러, offset<j>(여기서, j는 1이상 m이하의 정수>에 1의 디지털 비트가 인가되는 경우, offset_C<j>의 커패시터가 활성화될 수 있다.
도 13은 일 실시예에 따른 주파수 보상부의 구성을 도시한다.
주파수 보상부는 도 11에서 상술한 바와 같이, 오프셋 테이블(1121) 및 오프셋 제어부(1122)를 포함할 수 있다. 오프셋 제어부(1122)는 도 13에 도시된 바와 같이 MUX(1322)를 통해 보상 신호를 제공할 수 있다. 예를 들어, 오프셋 제어부(1122)는 Offset_ctrl 신호에 따라, 캘리브레이션 모드에서는 디폴트 신호(예를 들어, 주파수 보상부에 할당된 커패시터를 모두 온, 단 이로 한정하는 것은 아니고 모두 오프할 수도 있음)를 제공하고, 수신 모드에서 보상 신호를 발진기로 제공할 수 있다.
도 14는 다른 일 실시예에 따른 주파수 조절 장치의 세부적인 구성을 도시한다.
도 14에 도시된 주파수 조절부(1010)는 도 13과 유사하게 동작할 수 있다. 제1 조절 제어부(1112) 및 제2 조절 제어부(1113)는 Mode_ctrl 신호에 의해 캘리브레이션 모드 또는 수신 모드에서 동작할 수 있고, Mode_ctrl 신호는 타이밍 생성기(1116)에 의해 제공될 수 있다.
일 실시예에 따른 주파수 보상부(1020)는 오프셋 테이블(1421) 및 DAC 구동 오프셋 제어부(DAC driven offset controller) (1422)를 포함할 수 있다. 여기서, 도 14에 도시된 발진기(1430)는 디지털 코드로 제어되는 제1 커패시터 및 아날로그 전압으로 제어되는 제2 커패시터를 포함할 수 있으며, 제1 커패시터는 제1 조절 제어부(1112) 및 제2 조절 제어부(1113)에 의해 조절될 수 있고, 제2 커패시터는 DAC 구동 오프셋 제어부(1422)에 의해 제어될 수 있다.
예를 들어, 오프셋 테이블(1421)은 선택된 주파수에 대응하는 보상 신호를 생성할 수 있다. DAC 구동 오프셋 제어부(1422)는 디지털 코드로 된 보상 신호를 아날로그 전압으로 변환하여 제2 커패시터를 제어할 수 있다. 도 14에 도시된 주파수 보상부(1020)는 보상 신호에 기초하여 선택된 타겟 주파수에 대응하는 아날로그 전압을 생성할 수 있고, 해당 아날로그 전압을 통해 제2 커패시터의 커패시턴스를 제어함으로써, 제1 커패시터의 커패시턴스에 의해 결정된 발진 주파수를 보상할 수 있다.
도 15는 또 다른 일 실시예에 따른 주파수 조절 장치의 세부적인 구성을 도시한다.
도 15에 도시된 주파수 조절부(1010)는 도 13과 유사하게 동작할 수 있다.
일 실시예에 따른 주파수 보상부(1020)는 오프셋 테이블(1521) 및 오프셋 제어부(1522)를 포함하고, 주파수 조절부(1010)에서 생성된 제어 신호를 보상할 수 있다. 예를 들어, 오프셋 테이블(1521)은 선택된 타겟 주파수에 대응하는 보상 신호를 생성할 수 있고, 오프셋 제어부(1522)는 생성된 보상 신호를 이용하여 주파수 조절부(1010)에서 생성된 제어 신호의 디지털 코드를 변경할 수 있다. 여기서, 오프셋 제어부(1522)는 Offset_ctrl 신호에 따라 캘리브레이션 모드 또는 수신 모드에서 동작할 수 있고, 수신 모드에서만 제어 신호를 보상할 수 있다.
도 15에 도시된 발진기(1530)는 보상 신호에 기초하여 보상된 제어 신호의 디지털 코드에 따라 커패시턴스가 결정되는 커패시터를 포함할 수 있다.
도 16a 내지 도 16c는 도 15에 도시된 주파수 보상부의 예시적인 구성을 도시한다.
도 16a에서는 오프셋 제어부(1522)는, offset_ctrl 신호에 따라 수신 모드일 경우에는 제1 조절 제어부(1112) 및 제2 조절 제어부(1113)로부터 생성된 제어 신호에 오프셋 테이블(1521)로부터 추출된 보상 신호를 부가한 신호를 MUX를 통해 선택하여 발진기(1530)로 전달할 수 있다. 캘리브레이션 모드일 경우에는 제1 조절 제어부(1112) 및 제2 조절 제어부(1113)로부터 생성된 제어 신호가 발진기(1530)로 바로 전달될 수 있다. 도 16a에서 offset_ctrl 신호는 주파수 보상부(1020)가 자체적으로 생성할 수 있다.
도 16b에서 오프셋 제어부(1522)는 도 16a와 유사하게 동작되도록 구성될 수 있고, offset_ctrl 신호를 주파수 보상부(1020)의 외부(예를 들어, 타이밍 제어기 등)로부터 수신할 수 있다. 또한, 도 16c에서 오프셋 제어부(1522)는 도 16a와 유사하게 동작될 수 있고, offset_ctrl 신호를 오프셋 테이블(1521)이 생성하여 MUX에서 선택 신호로 사용할 수 있다.
도 17 및 도 18은 일 실시예에 따른 주파수 조절 장치의 적용에 따른 BER(Bit Error Rate) 및 주파수 스펙트럼을 도시한다.
도 17에 도시된 바와 같이, 보상 없이 타겟 주파수로 조절된 신호 수신 장치의 BER(1720)에 비해, 일 실시예에 따라 발진 오차가 보상된 신호 수신 장치의 BER(1710)이 감소될 수 있다.
또한, 도 18에 도시된 바와 같이, 보상 없이 타겟 주파수로 조절된 경우에는 오프셋 주파수가 포함된 주파수 스펙트럼(1820)이 나타나는 것과 달리, 일 실시예에 따라 발진 오차가 보상된 신호 수신 장치의 주파수 스펙트럼(1810)의 중심 주파수가 타겟 주파수에 매칭될 수 있다.
일 실시예에 따른 주파수 조절 장치는 상술한 바와 같이, 오프셋 테이블을 이용하여 발진 오차를 보상함으로써, 오프셋 주파수 및 주파수 드리프트의 발생을 방지할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다.　 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.　　
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (20)

  1. 주파수 조절 장치에 있어서,
    매핑 테이블(mapping table)로부터 타겟 주파수(target frequency)에 대응하여 추출된 타겟 정보(target information) 및 발진기(oscillator)로부터 수집된 발진 정보(oscillation information)에 기초하여 상기 발진기의 발진 주파수(oscillation frequency)를 조절하는 주파수 조절부(frequency tuner); 및
    오프셋 테이블(offset table)에 기초하여 상기 조절된 발진 주파수 및 상기 타겟 주파수 간의 발진 오차(oscillation error)를 보상하는 주파수 보상부(frequency compensator)
    를 포함하는 주파수 조절 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 주파수 보상부는,
    상기 오프셋 테이블로부터 상기 타겟 주파수에 대응하여 추출된 보상 신호에 기초하여, 상기 발진기의 커패시턴스를 보상하는,
    주파수 조절 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 발진기는,
    커패시턴스가 조절 가능하도록 구성되는 커패시터를 포함하고,
    상기 주파수 조절부는,
    상기 커패시터를 제어하기 위한 제어 신호에 기초하여, 상기 커패시터의 일부를 제어하고,
    상기 주파수 보상부는,
    상기 오프셋 테이블로부터 타겟 주파수에 대응하여 추출된 보상 신호에 기초하여, 상기 커패시터의 나머지를 제어하는,
    주파수 조절 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 주파수 보상부는,
    상기 오프셋 테이블로부터 상기 타겟 주파수에 대응하여 추출된 보상 신호를 이용하여 상기 발진기의 커패시터를 제어하기 위한 제어 신호를 보상하는,
    주파수 조절 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 발진기는,
    제어 신호의 디지털 코드에 따라 커패시턴스가 조절 가능하도록 구성되는 커패시터를 포함하고,
    상기 주파수 보상부는,
    상기 오프셋 테이블로부터 상기 타겟 주파수에 대응하여 추출된 보상 신호를 이용하여 상기 제어 신호의 상기 디지털 코드를 변경하는,
    주파수 조절 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 오프셋 테이블은,
    복수의 타겟 주파수의 각각에 대하여, 해당 타겟 주파수에 대하여 발생하는 발진 오차를 보상하기 위한 보상 신호가 매핑된,
    주파수 조절 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 매핑 테이블은,
    복수의 타겟 주파수의 각각에 대하여, 마스크 시간 동안 해당 타겟 주파수에 대응하는 발진 횟수에 관한 정보가 매핑된,
    주파수 조절 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 주파수 조절부는,
    상기 타겟 정보를 상기 발진 정보와 비교한 결과에 기초하여 상기 발진기의 상기 발진 주파수를 코어스(coarse)하게 조절하는 제1 조절 제어부; 및
    상기 타겟 정보 및 상기 발진 정보를 비교한 결과에 기초하여 상기 발진기의 상기 발진 주파수를 정밀(fine)하게 조절하는 제2 조절 제어부
    를 포함하는 주파수 조절 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 발진 오차가 보상된 발진 주파수에서 발진하는 발진기
    를 포함하는 주파수 조절 장치.
  10. 초재생 수신기(SRR, Super Regenerative Receiver)에 있어서,
    외부로부터 수신된 신호에 응답하여 발진하는 초재생 발진기(super regenerative oscillator);
    매핑 테이블로부터 타겟 주파수에 대응하여 추출된 타겟 정보 및 상기 초재생 발진기로부터 수집된 발진 정보에 기초하여 상기 초재생 발진기의 발진 주파수를 조절하는 주파수 조절부; 및
    오프셋 테이블에 기초하여 상기 조절된 발진 주파수 및 상기 타겟 주파수 간의 발진 오차를 보상하는 주파수 보상부
    를 포함하는 초재생 수신기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 초재생 수신기는,
    데이터 패킷(data packet) 수신 전에 상기 주파수 조절부를 활성화하고,
    상기 데이터 패킷을 수신하는 동안 상기 주파수 조절부의 적어도 일부를 비활성화하는,
    초재생 수신기.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 오프셋 테이블은,
    복수의 타겟 주파수의 각각에 대하여, 해당 타겟 주파수에 대하여 발생하는 발진 오차를 보상하기 위한 보상 신호가 매핑된,
    초재생 수신기.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 초재생 수신기는,
    외부로부터 상기 신호를 수신하는 안테나와 상기 초재생 발진기를 전기적으로 격리하고, 상기 안테나로부터 상기 신호를 수신하여 상기 초재생 발진기로 상기 신호를 전달하는 격리기(isolator); 및
    상기 초재생 발진기의 발진 신호로부터 엔벨롭을 검출하는 엔벨롭 검출기(envelope detector)
    를 포함하는 초재생 수신기.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 주파수 보상부는,
    상기 오프셋 테이블로부터 상기 타겟 주파수에 대응하여 추출된 보상 신호에 기초하여, 상기 초재생 발진기의 커패시턴스를 보상하는,
    초재생 수신기.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 초재생 발진기는,
    커패시턴스가 조절 가능하도록 구성되는 커패시터를 포함하고,
    상기 주파수 조절부는,
    제어 신호에 기초하여, 상기 커패시터의 일부를 제어하고,
    상기 주파수 보상부는,
    상기 오프셋 테이블로부터 타겟 주파수에 대응하여 추출된 보상 신호에 기초하여, 상기 커패시터의 나머지를 제어하는,
    초재생 수신기.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 주파수 보상부는,
    상기 오프셋 테이블로부터 상기 타겟 주파수에 대응하여 추출된 보상 신호를 이용하여 제어 신호를 보상하는,
    초재생 수신기.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 초재생 발진기는,
    제어 신호의 디지털 코드에 따라 커패시턴스가 조절 가능하도록 구성되는 커패시터를 포함하고,
    상기 주파수 보상부는,
    상기 오프셋 테이블로부터 상기 타겟 주파수에 대응하여 추출된 보상 신호를 이용하여 상기 제어 신호의 상기 디지털 코드를 변경하는,
    초재생 수신기.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 주파수 보상부는,
    상기 타겟 주파수에 대하여, 데이터 패킷을 수신하기 전에 상기 초재생 발진기로 주입되는 바이어스 전류가 일정(constant)한 동안의 상기 초재생 발진기의 발진 주파수와 ??치 파형의 전류가 주입되는 동안의 상기 초재생 발진기의 발진 주파수 간의 차이를 상기 보상 오차로 결정하고,
    상기 보상 오차를 보상하기 위한 보상 신호를 상기 타겟 주파수와 매핑하여 오프셋 테이블에 저장하는,
    초재생 수신기.
  19. 제10항에 있어서,
    상기 초재생 수신기는,
    타겟 주파수의 송신 신호에 기초하여 상기 초재생 발진기를 발진시키고, 상기 초재생 발진기의 커패시턴스를 변경하면서 엔벨롭 검출기의 출력이 최대가 되는 커패시턴스를 타겟 커패시턴스로 결정하며, 상기 타겟 커패시턴스 및 상기 타겟 주파수에서 데이터 패킷을 수신하기 전에 상기 초재생 발진기로 주입되는 바이어스 전류가 일정한 동안의 커패시턴스 간의 차이인 오프셋 커패시턴스를 상기 타겟 주파수와 매핑하여 오프셋 테이블에 저장하는,
    초재생 수신기.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 송신 신호는,
    외부의 송신기로부터 수신된 신호,
    초재생 수신기.
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