KR20200056319A - 록인 증폭기를 구비하는 위상 고정 루프 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

기준 전압을 생성하는 전압 제어 발진기; 상기 기준 전압과 외부로부터 입력되는 입력 전압을 비교하고, 교류 성분을 제거하여, 위상 정보를 추출하는 록인 증폭기; 및 상기 위상 정보에서 노이즈를 제거하고, 상기 입력 전압을 상기 위상 정보에 따라 앞서거나, 또는 뒤지는 형태로 추종하는 출력 전압을 생성하는 루프 필터를 포함하는, 위상 고정 루프 장치를 제공한다.

Description

록인 증폭기를 구비하는 위상 고정 루프 장치 및 방법{PHASE LOCKED LOOP APPARATUS AND METHOD WITH LOCK-IN AMPLIFIER}
본 발명은 록인 증폭기를 구비하는 위상 고정 루프 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 록인 증폭기를 이용하여 고조파 및 DC오프셋의 영향 없이 입력신호의 위상을 정확하게 추출할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
현대에는 비선형 부하 또는 그리드 연결 인버터(GCI: Grid Connected Inverter)의 이용이 증가하여, 그리드로부터 발생하는 고조파도 증가하고 있다.
그리드로부터 발생하는 고조파는 장비 및 도체의 발열, 여러 속도로 운행하는 동안 발생하는 점화, 모터 토크의 맥동 및 그리드 연결 인버터의 비동기화 등의 문제를 야기할 수 있다.
이와 관련하여, IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 519 및 IEEE P1547 등의 고조파 표준은 그리드 연결 인버터가 고조파, 위상, 주파수 변화 등에 있어서, 정의된 수준의 품질을 달성할 것을 주장하고 있다.
이에 따라, 그리드에 순수한 유효 전력을 공급하기 위해, 그리드와 그리드 연결 인버터 간의 동기화가 필수적이며, 이를 위해, DC 오프셋 등으로 인한 불안정한 그리드에서 입력 전압 또는 입력 전류로부터 안정적인 위상각을 검출할 수 있는 위상 고정 루프(PLL: Phase Locked Loop)가 요구되는 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 록인 증폭기를 이용하여 고조파 및 DC오프셋의 영향 없이 입력신호의 위상을 정확하게 추출할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일측면은, 기준 전압을 생성하는 전압 제어 발진기; 상기 기준 전압과 외부로부터 입력되는 입력 전압을 비교하고, 교류 성분을 제거하여, 상기 기준 전압과 상기 입력 전압의 위상 차이로 나타나는 위상 정보를 추출하는 록인 증폭기; 및 상기 위상 정보에서 노이즈를 제거하고, 상기 입력 전압을 상기 위상 정보에 따라 앞서거나, 또는 뒤지는 형태로 추종하는 출력 전압을 생성하는 루프 필터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 록인 증폭기는, 상기 입력 전압을 입력 받고, 상기 입력 전압을 상기 기준 전압에 따라 변조하는 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 변조 신호를 생성하는 변조부; 상기 제1 변조 신호 및 상기 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 신호로부터 교류 성분을 제거하여, 제1 직류 신호 및 제2 직류 신호 중 적어도 하나의 직류 신호를 생성하는 필터부; 및 상기 제1 직류 신호 및 상기 제2 직류 신호 중 적어도 하나의 직류 신호로부터 상기 위상 정보를 계산하는 연산부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 변조부는, 상기 기준 전압의 기준 주파수 정보를 상기 입력 전압에 적용하여 직류 입력 전압 및 교류 입력 전압 중 적어도 하나의 전압으로 분류할 수 있다.
또한, 상기 변조부는, 상기 입력 전압에서 나타나는 입력 주파수 정보와 상기 기준 전압에서 나타나는 기준 주파수 정보의 합 또는 차 중 적어도 하나의 연산에 따라 변조 주파수 정보를 생성하고, 상기 변조 주파수 정보에 따라 진행되는 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 변조 신호를 생성할 수 있다.
또한, 상기 필터부는, 25Hz로 나타나는 차단 주파수 대역과 상기 제1 변조 신호 및 상기 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 변조 신호에서 나타나는 변조 주파수 정보를 비교하여 상기 차단 주파수 대역 보다 큰 주파수 대역으로 나타나는 상기 변조 신호의 교류 성분을 제거할 수 있다.
본 발명의 다른 일측면은, 록인 증폭기를 구비하는 위상 고정 루프 방법에 있어서, 기준 전압을 생성하는 단계; 상기 기준 전압과 외부로부터 입력되는 입력 전압을 비교하고, 교류 성분을 제거하여, 상기 기준 전압과 상기 입력 전압의 위상 차이로 나타나는 위상 정보를 추출하는 단계; 및 상기 위상 정보에서 노이즈를 제거하고, 상기 입력 전압을 상기 위상 정보에 따라 앞서거나, 또는 뒤지는 형태로 추종하는 출력 전압을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 위상 정보를 추출하는 단계는, 상기 입력 전압을 입력 받고, 상기 입력 전압을 상기 기준 전압에 따라 변조하는 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 변조 신호를 생성하는 단계; 상기 제1 변조 신호 및 상기 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 신호로부터 교류 성분을 제거하여, 제1 직류 신호 및 제2 직류 신호 중 적어도 하나의 직류 신호를 생성하는 단계; 및 상기 제1 직류 신호 및 상기 제2 직류 신호 중 적어도 하나의 직류 신호로부터 상기 위상 정보를 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 변조 신호를 생성하는 단계는, 상기 기준 전압의 기준 주파수 정보를 상기 입력 전압에 적용하여 직류 입력 전압 및 교류 입력 전압 중 적어도 하나의 전압으로 분류할 수 있다.
또한, 상기 변조 신호를 생성하는 단계는, 상기 입력 전압에서 나타나는 입력 주파수 정보와 상기 기준 전압에서 나타나는 기준 주파수 정보의 합 또는 차 중 적어도 하나의 연산에 따라 변조 주파수 정보를 생성하고, 상기 변조 주파수 정보에 따라 진행되는 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 변조 신호를 생성할 수 있다.
또한, 상기 직류 신호를 생성하는 단계는, 25Hz로 나타나는 차단 주파수 대역과 상기 제1 변조 신호 및 상기 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 변조 신호에서 나타나는 변조 주파수 정보를 비교하여 더 큰 주파수 대역으로 진행되는 상기 변조 주파수 정보에 따른 상기 변조 신호를 제거할 수 있다.
상술한 본 발명의 일측면에 따르면, 록인 증폭기를 구비하는 위상 고정 루프 장치 및 방법을 제공함으로써, 록인 증폭기를 이용하여 고조파 및 DC오프셋의 영향 없이 입력신호의 위상을 정확하게 추출할 수 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 고정 루프 장치의 개략도이다.
도2는 도1의 전압 제어 발진기의 개략도이다.
도3은 도1의 록인 증폭기의 개략도이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 고정 루프 장치의 회로도이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 고정 루프 방법의 순서도이다.
도6은 도5의 위상 정보를 추출하는 단계의 세부 순서도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 고정 루프 장치의 개략도이다.
위상 고정 루프 장치(100)는 전압 제어 발진기(110), 록인 증폭기(120) 및 루프 필터(130)를 포함할 수 있다.
전압 제어 발진기(110)는 기준 전압(111)을 생성할 수 있다. 여기에서, 기준 전압(111)은 교류 전압의 형태로 생성될 수 있으며, 이에 따라, 기준 전압(111)으로 나타나는 교류 전압의 주파수인 기준 주파수 정보를 포함할 수 있다.
또한, 전압 제어 발진기(110)는 기준 전압(111)으로 정현파, 삼각파, 사각파 등의 다양한 파형을 생성할 수 있다. 이때, 기준 전압(111)의 진폭은 임의의 크기로 설정될 수 있다.
한편, 기준 전압(111)은 루프 필터(130)에서 출력되는 출력 전압(131)이 전압 제어 발진기(110)에서 생성되는 전압에 합 연산된 결과일 수 있다.
이를 위해, 전압 제어 발진기(110)는 루프 필터(130)로부터 출력되는 출력 전압(131)과 전압 제어 발진기(110)에서 생성되는 전압을 합하여 기준 전압(111)을 계산하는 믹서(Mixer)를 더 포함할 수 있다.
이에 따라, 전압 제어 발진기(110)는 기준 전압(111)을 록인 증폭기(120)에 전달할 수 있다.
록인 증폭기(120)는 전압 제어 발진기(110)로부터 기준 전압(111)을 전달받을 수 있으며, 록인 증폭기(120)는 외부로부터 입력 전압(121)을 입력 받을 수 있다.
이에 따라, 록인 증폭기(120)는 기준 전압(111)과 입력 전압(121)을 비교하고, 교류 성분을 제거하여 위상 정보(122)를 추출할 수 있다.
이를 위해, 록인 증폭기(120)는 입력 전압(121)을 기준 전압(111)에 따라 변조하여, 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 변조 신호를 생성할 수 있다.
이때, 록인 증폭기(120)는 기준 전압(111)으로부터 나타나는 기준 주파수 정보에 따라 진행하는 사인파 또는 코사인파 중 적어도 하나의 파형에 따라 입력 전압(121)을 변조할 수 있다.
이와 관련하여, 록인 증폭기(120)는 입력 전압(121)으로부터 나타나는 입력 주파수 정보와 기준 전압(111)의 기준 주파수 정보의 합 또는 차 중 적어도 하나의 연산에 따라 변조 주파수 정보를 생성할 수 있으며, 이에 따라, 변조 신호는 변조 주파수 정보에 따라 진행되는 파형으로 이해할 수 있다. 여기에서, 변조 신호는 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 정보를 의미하는 것으로 이해할 수 있다.
한편, 입력 주파수 정보와 기준 주파수 정보의 합 또는 차 중 적어도 하나의 연산에 따른 변조 주파수 정보는 각각의 주파수 정보의 차이에 따라 고조파 성분이 제거되는 직류 성분 및 각각의 주파수 정보의 합산에 따라 다른 고조파 성분으로 생성되는 교류 성분을 포함할 수 있다.
이러한 경우에, 변조 주파수 정보의 직류 성분에 따라 진행되는 신호는 직류 입력 전압으로 이해할 수 있으며, 변조 주파수 정보의 교류 성분에 따라 진행되는 신호는 교류 입력 전압으로 이해할 수 있다.
이에 따라, 록인 증폭기(120)는 기준 전압(111)의 기준 주파수 정보를 입력 전압(121)에 적용하여 직류 입력 전압 및 교류 입력 전압 중 적어도 하나의 전압으로 분류하는 것으로 이해할 수 있다.
이때, 기준 전압(111)의 기준 주파수 정보를 입력 전압(121)에 적용하는 것은 입력 전압(121)과 기준 전압(111)의 컨볼루션(Convolution) 또는 곱 연산의 결과를 계산하는 것으로 이해할 수 있으며, 여기에서, 컨볼루션은 임의의 함수를 다른 함수의 반전 및 축 이동한 결과에 따른 함수와 곱하고, 설정된 구간에 대해 적분하는 연산을 의미하며, 이러한 컨볼루션은 당업자가 용이하게 이용할 수 있는 연산이므로, 자세한 설명은 생략하도록 한다.
록인 증폭기(120)는 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 신호를 포함하는 변조 신호로부터 교류 성분을 제거하여, 제1 직류 신호 및 제2 직류 신호 중 적어도 하나의 직류 신호를 생성할 수 있다.
이를 위해, 록인 증폭기(120)는 사전에 설정되는 차단 주파수 대역과 변조 신호에서 나타나는 변조 주파수 정보를 비교하여, 차단 주파수 대역 보다 큰 주파수 대역으로 나타나는 변조 신호의 교류 성분을 제거할 수 있다.
이때, 사전에 설정되는 차단 주파수 대역은 입력 전압(121)과 기준 전압(111)에 따라 생성되는 변조 신호의 변조 주파수 정보가 교류 성분으로 판단될 수 있는 주파수 대역을 의미할 수 있으며, 이에 따라, 차단 주파수 대역은 변조 신호의 교류 성분과 직류 성분을 구분하는 기준이 될 수 있다.
한편, 이러한 차단 주파수 대역은 25Hz로 설정될 수 있으며, 이 경우에, 록인 증폭기(120)는 변조 신호에서 25Hz 보다 큰 주파수 대역을 가지는 교류 성분을 제거할 수 있다.
이때, 변조 신호로부터 교류 성분이 제거된 신호인 제1 직류 신호 및 제2 직류 신호 중 적어도 하나의 직류 신호는 차단 주파수 대역 보다 작은 주파수 대역으로 진행하는 교류 성분이 포함될 수도 있으나, 이는, 위상 고정 루프 장치(100)의 주변 환경으로부터 발생할 수 있는 오차 범위 이내로 이해할 수 있으며, 이에 따라, 차단 주파수 대역 보다 작은 주파수 대역으로 진행하는 신호는 직류 신호인 것으로 이해할 수 있다.
한편, 록인 증폭기(120)는 차단 주파수 대역 보다 큰 주파수 대역의 신호를 제거하도록 저역 통과 필터(LPF: Low Pass Filter)를 이용할 수 있다.
록인 증폭기(120)는 제1 직류 신호 및 제2 직류 신호 중 적어도 하나의 직류 신호로부터 위상 정보(122)를 계산할 수 있다.
이를 위해, 록인 증폭기(120)는 제1 직류 신호와 제2 직류 신호의 비율을 계산할 수 있으며, 록인 증폭기(120)는 제1 직류 신호와 제2 직류 신호의 비율에 대한 삼각함수를 계산하여, 위상 정보(122)를 계산할 수 있다.
이때, 록인 증폭기(120)는 위상 정보(122)를 계산하는 삼각함수로 역 탄젠트(arctan: arc Tangent)를 이용할 수 있다.
이러한 위상 정보(122)는 록인 증폭기(120)에 입력되는 입력 전압(121)과 전압 제어 발진기(110)로부터 출력되는 기준 전압(111)의 위상 차이와 동일하도록 생성될 수 있으며, 이에 따라, 위상 정보(122)는 기준 전압(111)에 따라 루프 필터(130)에서 출력되는 출력 전압(131)과 해당 기준 전압(111)에 의해 변조되는 입력 전압(121)의 위상 차이로 나타날 수 있다.
루프 필터(130)는 록인 증폭기(120)로부터 생성되는 위상 정보(122)를 전달받을 수 있으며, 루프 필터(130)는 위상 정보(122)에 존재할 수 있는 노이즈를 제거할 수 있다.
여기에서, 노이즈를 제거하는 것은 저역 통과 필터를 이용하여 위상 정보(122)에 존재하는 고주파 잡음 등을 제거하는 것을 의미할 수 있다.
또한, 루프 필터(130)는 입력 전압(121)에서 나타나는 입력 주파수 정보를 위상 정보(122)에 따라 앞서거나, 또는 뒤지는 형태로 추종하는 출력 전압(131)을 생성할 수 있다.
이때, 출력 전압(131)의 출력 주파수 정보는 입력 주파수 정보에 대해서, 위상 정보(122)의 크기에 따른 위상 차이로 앞서거나, 또는 뒤지는 형태의 주파수를 나타낼 수 있으며, 이에 따라, 출력 전압(131)은 입력 전압(121)에 대해, 위상 정보(122)의 크기에 따른 위상 차이가 존재할 수 있다.
이때, 루프 필터(130)는 비례(Proportional) 제어 및 적분(Integral) 제어를 이용하는 PI 제어기로 대체될 수 있으며, 이때, 루프 필터(130)는 입력 전압(121)의 입력 주파수 정보와 출력 전압(131)의 출력 주파수 정보가 동일한 주파수를 나타내도록 출력 전압(131)을 생성할 수 있다.
도2는 도1의 전압 제어 발진기의 개략도이다.
전압 제어 발진기(110)는 발진부(112) 및 믹서부(113)를 더 포함할 수 있다.
발진부(112)는 출력 전압(131)의 출력 주파수 정보에 따라 기준 전압(111)의 기준 주파수 정보가 생성되도록 일정한 크기의 주파수를 생성할 수 있다.
이때, 발진부(112)에서 생성되는 주파수의 크기는 기준 주파수 정보와 출력 주파수 정보의 차이로 나타날 수 있다.
한편, 발진부(112)는 기준 주파수 정보와 출력 주파수 정보의 차이 값으로 설정되는 주파수에서 공진하는 인덕터 및 캐패시터를 더 포함할 수 있으며, 발진부(112)는 인덕터 또는 캐패시터 중 적어도 하나의 요소의 크기가 변하도록 제어하여, 공진 주파수를 변경할 수 있다.
이에 따라, 발진부(112)에서 생성되는 기준 전압(111)의 기준 주파수 정보는, 발진부(112)에 구비되는 인덕터와 캐패시터가 공진하는 주파수의 크기와 출력 주파수 정보의 크기에 합 또는 차 중 적어도 하나의 연산에 의해 결정되는 것으로 이해할 수 있다.
이를 위해, 믹서부(113)는 발진부(112)에서 생성되는 신호의 주파수와 출력 전압(131)의 출력 주파수 정보의 합 또는 차 중 적어도 하나의 연산을 수행하여, 기준 주파수 정보를 계산하고, 이에 따라, 기준 주파수 정보를 따라 진행하는 기준 전압(111)이 전압 제어 발진기(110)에서 생성될 수 있다.
도3은 도1의 록인 증폭기의 개략도이다.
록인 증폭기(120)는 변조부(123), 필터부(125) 및 연산부(127)를 더 포함할 수 있다.
변조부(123)는 전압 제어 발진기(110)로부터 기준 전압(111)을 전달받을 수 있으며, 변조부(123)는 외부로부터 입력 전압(121)을 입력 받을 수 있다.
이에 따라, 변조부(123)는 기준 전압(111)과 입력 전압(121)을 비교하고, 교류 성분을 제거하여 위상 정보(122)를 추출할 수 있다.
이를 위해, 변조부(123)는 입력 전압(121)을 기준 전압(111)에 따라 변조하여, 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 변조 신호(124)를 생성할 수 있다.
이때, 변조부(123)는 기준 전압(111)으로부터 나타나는 기준 주파수 정보에 따라 진행하는 사인파 또는 코사인파 중 적어도 하나의 파형에 따라 입력 전압(121)을 변조할 수 있다.
예를 들어, 제1 변조 신호는 입력 전압(121)과 기준 주파수 정보에 따라 진행하는 사인파의 곱 연산에 따라 계산되는 신호를 의미할 수 있으며, 제2 변조 신호는 입력 전압(121)과 기준 주파수 정보에 따라 진행하는 코사인파의 곱 연산에 따라 계산되는 신호를 의미할 수 있다.
이와 같이, 제1 변조 신호와 제2 변조 신호는 입력 전압(121)이 기준 주파수 정보에 따라 진행하는 서로 다른 신호에 따라 변조된 신호로 이해할 수 있다.
필터부(125)는 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 신호를 포함하는 변조 신호(124)로부터 교류 성분을 제거하여, 제1 직류 신호 및 제2 직류 신호 중 적어도 하나의 직류 신호(126)를 생성할 수 있다.
이를 위해, 필터부(125)는 사전에 설정되는 차단 주파수 대역과 변조 신호(124)에서 나타나는 변조 주파수 정보를 비교하여, 차단 주파수 대역 보다 큰 주파수 대역으로 나타나는 변조 신호(124)의 교류 성분을 제거할 수 있다.
여기에서, 차단 주파수 대역은 25Hz로 설정될 수 있으며, 이 경우에, 필터부(125)는 변조 신호(124)에서 25Hz 보다 큰 주파수 대역을 가지는 교류 성분을 제거할 수 있다.
연산부(127)는 제1 직류 신호 및 제2 직류 신호 중 적어도 하나의 직류 신호(126)로부터 위상 정보(122)를 계산할 수 있다.
이를 위해, 연산부(127)는 제1 직류 신호와 제2 직류 신호의 비율을 계산할 수 있으며, 연산부(127)는 제1 직류 신호와 제2 직류 신호의 비율에 대한 역 탄젠트를 계산하여, 위상 정보(122)를 계산할 수 있다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 고정 루프 장치의 회로도이다.
도4를 참조하면, 전압 제어 발진기(110)에 구비되는 믹서부(113)는 출력 전압(131)과 발진부(112)에서 생성되는 신호로부터 나타나는 각각의 주파수 정보에 따라 기준 전압(111)을 생성하고, 전압 제어 발진기(110)는 기준 전압(111)을 록인 증폭기(120)에 전달하는 것을 확인할 수 있다.
이에 따라, 록인 증폭기(120)에 구비되는 변조부(123)는 외부로부터 입력되는 입력 전압(121)을 기준 전압(111)에 따라 변조하여 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 변조 신호(124)를 생성할 수 있으며, 필터부(125)는 저역 통과 필터 등을 이용하여, 변조 신호(124)로부터 나타나는 교류 성분이 제거된 제1 직류 신호 및 제2 직류 신호 중 적어도 하나의 직류 신호(126)를 생성할 수 있다.
이에 따라, 록인 증폭기(120)의 연산부(127)는 제1 직류 신호와 제2 직류 신호의 비율로 나타나는 값에 대한 역 탄젠트를 계산하여, 입력 전압(121)과 기준 전압(111)의 위상 차이에 따른 위상 정보(122)를 생성할 수 있다.
루프 필터(130)는 록인 증폭기(120)로부터 위상 정보(122)를 전달받고, 위상 정보(122)에 존재하는 노이즈를 제거할 수 있으며, 루프 필터(130)는 입력 전압(121)에서 나타나는 입력 주파수 정보를 위상 정보(122)에 따라 앞서거나, 또는 뒤지는 형태로 추종하는 출력 전압(131)을 생성할 수 있다.
이때, 출력 전압(131)과 입력 전압(121)의 위상 차이는 기준 전압(111)과 입력 전압(121)의 위상 차이와 동일할 수 있으며, 기준 전압(111)에서 나타나는 위상이 변하는 경우에, 기준 전압(111)과 입력 전압(121)의 새로운 위상 차이에 따라, 새로운 위상을 나타내는 출력 전압(131)이 생성되는 것으로 이해할 수 있다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 고정 루프 방법의 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 위상 고정 루프 방법은 도 1에 도시된 위상 고정 루프 장치(100)와 실질적으로 동일한 구성 상에서 진행되므로, 도 1의 위상 고정 루프 장치(100)와 동일한 구성요소에 대해 동일한 도면 부호를 부여하고, 반복되는 설명은 생략하기로 한다.
위상 고정 루프 방법은 기준 전압을 생성하는 단계(600), 위상 정보를 추출하는 단계(610) 및 출력 전압을 생성하는 단계(620)를 포함할 수 있다.
기준 전압을 생성하는 단계(600)는 교류 전압의 주파수인 기준 주파수 정보에 따라 진행하는 기준 전압(111)을 생성할 수 있다.
기준 전압을 생성하는 단계(600)는 전압 제어 발진기(110)에서 생성되는 기준 전압(111)을 록인 증폭기(120)에 전달할 수 있다.
위상 정보를 추출하는 단계(610)는 기준 전압(111)과 입력 전압(121)을 비교하고, 교류 성분을 제거하여 위상 정보(122)를 추출할 수 있다.
이를 위해, 위상 정보를 추출하는 단계(610)는 입력 전압(121)을 기준 전압(111)에 따라 변조하여, 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 변조 신호(124)를 생성할 수 있다.
이때, 위상 정보를 추출하는 단계(610)는 기준 전압(111)으로부터 나타나는 기준 주파수 정보에 따라 진행하는 사인파 또는 코사인파 중 적어도 하나의 파형에 따라 입력 전압(121)을 변조할 수 있다.
위상 정보를 추출하는 단계(610)는 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 신호를 포함하는 변조 신호(124)로부터 교류 성분을 제거하여, 제1 직류 신호 및 제2 직류 신호 중 적어도 하나의 직류 신호(126)를 생성할 수 있다.
이를 위해, 위상 정보를 추출하는 단계(610)는 사전에 설정되는 차단 주파수 대역과 변조 신호에서 나타나는 변조 주파수 정보를 비교하여, 차단 주파수 대역 보다 큰 주파수 대역으로 나타나는 변조 신호의 교류 성분을 제거할 수 있다.
위상 정보를 추출하는 단계(610)는 제1 직류 신호 및 제2 직류 신호 중 적어도 하나의 직류 신호(126)로부터 위상 정보(122)를 계산할 수 있다.
이를 위해, 위상 정보를 추출하는 단계(610)는 제1 직류 신호와 제2 직류 신호의 비율을 계산할 수 있으며, 위상 정보를 추출하는 단계(610)는 제1 직류 신호와 제2 직류 신호의 비율에 대한 역 탄젠트를 계산하여, 위상 정보(122)를 계산할 수 있다.
이러한 위상 정보(122)는 입력 전압(121)과 기준 전압(111)의 위상 차이와 동일하도록 생성될 수 있다.
출력 전압을 생성하는 단계(620)는 위상 정보를 추출하는 단계(610)로부터 생성되는 위상 정보(122)를 전달받을 수 있으며, 출력 전압을 생성하는 단계(620)는 위상 정보(122)에 존재할 수 있는 노이즈를 제거할 수 있다.
또한, 출력 전압을 생성하는 단계(620)는 입력 전압(121)을 위상 정보(122)에 따라 앞서거나, 또는 뒤지는 형태로 추종하는 출력 전압(131)을 생성할 수 있다.
도6은 도5의 위상 정보를 추출하는 단계의 세부 순서도이다.
위상 정보를 추출하는 단계(610)는 변조 신호를 생성하는 단계(611), 직류 신호를 생성하는 단계(612) 및 위상 정보를 계산하는 단계(613)를 더 포함할 수 있다.
변조 신호를 생성하는 단계(611)는 입력 전압(121)을 기준 전압(111)에 따라 변조하여, 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 변조 신호(124)를 생성할 수 있다.
이때, 변조 신호를 생성하는 단계(611)는 기준 전압(111)으로부터 나타나는 기준 주파수 정보에 따라 진행하는 사인파 또는 코사인파 중 적어도 하나의 파형에 따라 입력 전압(121)을 변조할 수 있다.
직류 신호를 생성하는 단계(612)는 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 신호를 포함하는 변조 신호(124)로부터 교류 성분을 제거하여, 제1 직류 신호 및 제2 직류 신호 중 적어도 하나의 직류 신호(126)를 생성할 수 있다.
이를 위해, 직류 신호를 생성하는 단계(612)는 사전에 설정되는 차단 주파수 대역과 변조 신호에서 나타나는 변조 주파수 정보를 비교하여, 차단 주파수 대역 보다 큰 주파수 대역으로 나타나는 변조 신호의 교류 성분을 제거할 수 있다.
위상 정보를 계산하는 단계(613)는 제1 직류 신호 및 제2 직류 신호 중 적어도 하나의 직류 신호(126)로부터 위상 정보(122)를 계산할 수 있다.
이를 위해, 위상 정보를 계산하는 단계(613)는 제1 직류 신호와 제2 직류 신호의 비율을 계산할 수 있으며, 위상 정보를 계산하는 단계(613)는 제1 직류 신호와 제2 직류 신호의 비율에 대한 역 탄젠트를 계산하여, 위상 정보(122)를 계산할 수 있다.
이때, 위상 정보(122)는 입력 전압(121)과 기준 전압(111)의 위상 차이와 동일하도록 생성될 수 있다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 위상 고정 루프 장치
111: 기준 전압
112: 발진부
113: 믹서부
121: 입력 전압
122: 위상 정보
123: 변조부
124: 변조 신호
125: 필터부
126: 직류 신호
127: 연산부
131: 출력 전압

Claims (10)

  1. 기준 전압을 생성하는 전압 제어 발진기;
    상기 기준 전압과 외부로부터 입력되는 입력 전압을 비교하고, 교류 성분을 제거하여, 상기 기준 전압과 상기 입력 전압의 위상 차이로 나타나는 위상 정보를 추출하는 록인 증폭기; 및
    상기 위상 정보에서 노이즈를 제거하고, 상기 입력 전압을 상기 위상 정보에 따라 앞서거나, 또는 뒤지는 형태로 추종하는 출력 전압을 생성하는 루프 필터를 포함하는, 위상 고정 루프 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 록인 증폭기는,
    상기 입력 전압을 입력 받고, 상기 입력 전압을 상기 기준 전압에 따라 변조하는 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 변조 신호를 생성하는 변조부;
    상기 제1 변조 신호 및 상기 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 신호로부터 교류 성분을 제거하여, 제1 직류 신호 및 제2 직류 신호 중 적어도 하나의 직류 신호를 생성하는 필터부; 및
    상기 제1 직류 신호 및 상기 제2 직류 신호 중 적어도 하나의 직류 신호로부터 상기 위상 정보를 계산하는 연산부를 더 포함하는, 위상 고정 루프 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 변조부는,
    상기 기준 전압의 기준 주파수 정보를 상기 입력 전압에 적용하여 직류 입력 전압 및 교류 입력 전압 중 적어도 하나의 전압으로 분류하는, 위상 고정 루프 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 변조부는,
    상기 입력 전압에서 나타나는 입력 주파수 정보와 상기 기준 전압에서 나타나는 기준 주파수 정보의 합 또는 차 중 적어도 하나의 연산에 따라 변조 주파수 정보를 생성하고, 상기 변조 주파수 정보에 따라 진행되는 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 변조 신호를 생성하는, 위상 고정 루프 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 필터부는,
    25Hz로 나타나는 차단 주파수 대역과 상기 제1 변조 신호 및 상기 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 변조 신호에서 나타나는 변조 주파수 정보를 비교하여 상기 차단 주파수 대역 보다 큰 주파수 대역으로 나타나는 상기 변조 신호의 교류 성분을 제거하는, 위상 고정 루프 장치.
  6. 록인 증폭기를 구비하는 위상 고정 루프 방법에 있어서,
    기준 전압을 생성하는 단계;
    상기 기준 전압과 외부로부터 입력되는 입력 전압을 비교하고, 교류 성분을 제거하여, 상기 기준 전압과 상기 입력 전압의 위상 차이로 나타나는 위상 정보를 추출하는 단계; 및
    상기 위상 정보에서 노이즈를 제거하고, 상기 입력 전압을 상기 위상 정보에 따라 앞서거나, 또는 뒤지는 형태로 추종하는 출력 전압을 생성하는 단계를 포함하는, 위상 고정 루프 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 위상 정보를 추출하는 단계는,
    상기 입력 전압을 입력 받고, 상기 입력 전압을 상기 기준 전압에 따라 변조하는 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 변조 신호를 생성하는 단계;
    상기 제1 변조 신호 및 상기 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 신호로부터 교류 성분을 제거하여, 제1 직류 신호 및 제2 직류 신호 중 적어도 하나의 직류 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 제1 직류 신호 및 상기 제2 직류 신호 중 적어도 하나의 직류 신호로부터 상기 위상 정보를 계산하는 단계를 더 포함하는, 위상 고정 루프 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 변조 신호를 생성하는 단계는,
    상기 기준 전압의 기준 주파수 정보를 상기 입력 전압에 적용하여 직류 입력 전압 및 교류 입력 전압 중 적어도 하나의 전압으로 분류하는, 위상 고정 루프 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 변조 신호를 생성하는 단계는,
    상기 입력 전압에서 나타나는 입력 주파수 정보와 상기 기준 전압에서 나타나는 기준 주파수 정보의 합 또는 차 중 적어도 하나의 연산에 따라 변조 주파수 정보를 생성하고, 상기 변조 주파수 정보에 따라 진행되는 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 변조 신호를 생성하는, 위상 고정 루프 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 직류 신호를 생성하는 단계는,
    25Hz로 나타나는 차단 주파수 대역과 상기 제1 변조 신호 및 상기 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 변조 신호에서 나타나는 변조 주파수 정보를 비교하여 더 큰 주파수 대역으로 진행되는 상기 변조 주파수 정보에 따른 상기 변조 신호를 제거하는, 위상 고정 루프 방법.

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