KR20200123600A - Phase shifter and phase shifting method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 위상 천이기 및 위상 천이 방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 FMCW 레이더 장치를 위한 위상 천이기 및 위상 천이 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a phase shifter and a phase shift method, and more particularly, to a phase shifter and a phase shift method for an FMCW radar device.
주파수 변조 연속파 레이더(frequency modulation continuous wave radar; FMCW radar) 장치는 주파수를 변조한 변조파 신호를 이용한다. FMCW 레이더 장치는 목표물로부터 반사된 반사파 신호와 송신 주파수의 일부를 혼합하여 비트 주파수를 계측함으로써 목표물과 레이더 장치 사이의 거리를 계측할 수 있다. FMCW 레이더 장치는 항공기의 고도계 탱크 내의 수위계, 및 조위계에 사용될 수 있다. 최근 FMCW 레이더 장치는 그 응용 범위를 넓히고 있어 거리를 측정하는 기능뿐만 아니라 방향 탐지 기능까지 갖추도록 발전되고 있다.A frequency modulation continuous wave radar (FMCW radar) device uses a frequency-modulated modulated wave signal. The FMCW radar device can measure the distance between the target and the radar device by measuring the beat frequency by mixing a part of the reflected wave signal reflected from the target and the transmission frequency. The FMCW radar device can be used for water gauges in aircraft altimeter tanks and tide gauges. Recently, the FMCW radar device is expanding its application range, and it is being developed not only to measure distance but also to detect direction.
FMCW 레이더 장치는 빔포밍(beamforming)을 이용하여 계측 동작을 수행하며 빔포밍을 위해서 위상 천이기를 이용한다. FMCW 레이저 장치의 용도 다양화 및 계측 능력 향상을 위해서는 위상 천이기의 동작 주파수 대역폭이 큰 영향을 미친다. 최근 발전 양상에 맞추어 FMCW 레이더 장치에 이용되는 위상 천이기의 동작 주파수 대역폭 한계를 극복하기 위한 다양한 방법이 연구되고 있다.The FMCW radar device performs measurement operations using beamforming, and uses a phase shifter for beamforming. In order to diversify the use of the FMCW laser device and improve measurement capability, the operating frequency bandwidth of the phase shifter has a great influence. In accordance with recent developments, various methods for overcoming the limit of the operating frequency bandwidth of the phase shifter used in the FMCW radar device are being studied.
본 발명은 상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 FMCW 레이더 장치를 위한 위상 천이기 및 위상 천이 방법을 제공할 수 있다.The present invention is to solve the above-described technical problem, the present invention can provide a phase shifter and a phase shift method for an FMCW radar device.
본 발명에 따른 위상 천이기는 입력 신호의 주파수들을 샘플링(sampling) 하고, 그리고 샘플링 된 주파수들에 따라 제어 코드들을 생성하고 그리고 상기 생성된 제어 코드들을 동적으로 변환하여 샘플링 된 주파수들과 쿼드러쳐 발진기(quadrature oscillator)의 자유 발진 주파수들이 같도록 하는 주파수 동기 루프(frequency locked loop; FLL), 제어 코드들에 따라 조절된 자유 발진 주파수들에 기초하여 입력 신호의 주파수들과 동기된 주파수들을 가지는 출력 신호를 생성하는 쿼드러쳐 발진기(quadrature oscillator), 및 출력 신호의 위상을 제어하는 위상 제어기를 포함할 수 있다.The phase shifter according to the present invention samples the frequencies of the input signal, generates control codes according to the sampled frequencies, and dynamically converts the generated control codes to obtain sampled frequencies and a quadrature oscillator ( A frequency locked loop (FLL) in which the free oscillation frequencies of the quadrature oscillator are the same, and an output signal having frequencies synchronized with the frequencies of the input signal based on the free oscillation frequencies adjusted according to the control codes. It may include a quadrature oscillator to generate, and a phase controller that controls the phase of the output signal.
본 발명에 따른 위상 천이 방법은 주파수 동기 루프에 의하여, 위상 천이기에 의해 수신된 입력 신호의 주파수들을 샘플링 하는 단계, 주파수 동기 루프에 의하여, 샘플링 된 주파수들에 따라 쿼드러쳐 발진기의 자유 발진 주파수들을 조절하기 위해 복수의 제어 코드들을 생성하고 그리고 상기 생성된 복수의 제어 코드들을 동적으로 변환하는 단계, 위상 변환기에 의하여 입력 신호의 위상을 변환하는 단계, 쿼드러쳐 발진기에 의하여, 동적으로 변환된 복수의 제어 코드들에 따라 조절된 자유 발진 주파수들에 따라 조절된 자유 발진 주파수들에 기초하여 변환된 입력 신호의 주파수들과 동기된 주파수들을 가지는 출력 신호를 생성하는 단계, 위상 제어기에 의하여 출력 신호의 위상을 제어하는 단계, 및 쿼드러쳐 발진기에 의하여 출력 신호를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.The phase shifting method according to the present invention includes the steps of sampling frequencies of an input signal received by a phase shifter by a frequency locked loop, and adjusting free oscillation frequencies of the quadrature oscillator according to the sampled frequencies by a frequency locked loop Generating a plurality of control codes to perform and dynamically converting the generated control codes, converting a phase of an input signal by a phase converter, a plurality of dynamically converted controls by a quadrature oscillator Generating an output signal having frequencies synchronized with the frequencies of the converted input signal based on the free oscillation frequencies adjusted according to the free oscillation frequencies adjusted according to the codes, the phase of the output signal by a phase controller It may include controlling and outputting an output signal by a quadrature oscillator.
본 발명에 따른 위상 천이기는 FMCW 레이더 장치가 고해상도의 방향 탐지 기능을 가질 수 있도록 할 수 있다.The phase shifter according to the present invention may enable the FMCW radar device to have a high resolution direction detection function.
본 발명에 따른 FMCW 레이더 장치를 위한 위상 천이기는 확장된 동작 주파수의 대역폭을 가질 수 있다.The phase shifter for the FMCW radar device according to the present invention may have an extended operating frequency bandwidth.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 위상 천이기를 예시적으로 보여주는 블록도이다.
도 2는 도 1의 쿼드러쳐 발진기를 예시적으로 설명하기 위한 회로도이다.
도 3은 도 2의 회로도의 동작을 예시적으로 설명하기 위한 위상 다이어그램이다.
도 4는 도 1의 위상 천이기에 따라 설정되는 주파수의 공통 동기 범위를 설명하기 위한 그래프들이다.
도 5는 도 2의 회로도에 포함되는 커패시터의 구성을 예시적으로 보여주는 회로도이다.
도 6a 내지 6c는 도 5의 회로도에 따라 설정되는 쿼드러쳐 발진기의 자유 발진 주파수의 동기 과정을 예시적으로 보여주는 그래프들이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 위상 천이기를 예시적으로 보여주는 블록도이다.
도 8은 도 7의 위상 천이기를 좀 더 상세하게 보여주는 회로도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따라 레이더 장치의 빔포밍을 위한 위상 천이 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다.1 is a block diagram illustrating a phase shifter according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating an exemplary quadrature oscillator of FIG. 1.
3 is a phase diagram for illustratively explaining the operation of the circuit diagram of FIG. 2.
4 are graphs for explaining a common synchronization range of frequencies set according to the phase shifter of FIG. 1.
5 is a circuit diagram illustrating an exemplary configuration of a capacitor included in the circuit diagram of FIG. 2.
6A to 6C are graphs exemplarily showing a synchronization process of the free oscillation frequency of the quadrature oscillator set according to the circuit diagram of FIG. 5.
7 is a block diagram illustrating a phase shifter according to another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a circuit diagram showing the phase shifter of FIG. 7 in more detail.
9 is a flowchart illustrating an exemplary phase shifting method for beamforming of a radar device according to an embodiment of the present invention.
아래에서는, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있을 정도로, 본 발명의 실시 예들이 명확하고 상세하게 기재될 것이다.In the following, embodiments of the present invention will be described clearly and in detail to the extent that those skilled in the art can easily implement the present invention.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 위상 천이기를 예시적으로 보여주는 블록도이다. 위상 천이기(100)는 레이더 장치(미도시)의 빔포밍을 위해 이용될 수 있다. 레이더 장치는 주파수 변조 연속파 레이더 장치(frequency modulation continuous wave radar, FMCW radar)일 수 있다. 위상 천이기(phase shifter; 100)는 레이더 장치로부터 입력 신호(Sin)를 수신할 수 있다. 위상 천이기(100)로 입력되는 입력 신호(Sin)는 레이더 장치에 의해 주파수 변조된 변조파 신호일 수 있다. 위상 천이기(100)는 위상 천이(phase shifting)에 의하여 입력 신호(Sin)와 다른 위상을 가지되, 입력 신호(Sin)와 동일한 주파수를 가지는 최종 출력 신호(Sout)를 출력할 수 있다. 도 1을 참조하면, 위상 천이기(100)는 위상 변환기(110), 쿼드러쳐 발진기(120), 위상 선택기(130)를 포함할 수 있다.1 is a block diagram illustrating a phase shifter according to an embodiment of the present invention. The
위상 변환기(110)는 위상 천이기(100)로 입력되는 입력 신호(Sin)를 수신할 수 있다. 위상 변환기(110)는 입력 신호(Sin)의 위상을 변환할 수 있다. 위상 변환기(110)는 입력 신호(Sin)의 위상을 90도 단위로 변환할 수 있다. 예를 들어, 위상 변환기(110)는 입력 신호(Sin)의 위상으로부터 90도 차이 나는 출력 위상(Si, Sq)을 발생시킨다. 위상 변환기(110)는 90도 위상 변환기(90 degree phase shifter)로 지칭될 수도 있다. The
쿼드러쳐 발진기(120)는 위상 변환기(110)로부터 제 1 및 제 2 변환된 입력 신호들(Si, Sq)을 수신할 수 있다. 제 1 및 제 2 변환된 입력 신호들(Si, Sq)의 주파수들이 쿼드러쳐 발진기(120)의 동기 범위(locking range)에 포함되는 경우, 쿼드러쳐 발진기(120)는 제 1 및 제 2 변환된 입력 신호들(Si, Sq)와 동기된(locked) 주파수를 가지는 제 1 및 제 2 출력 신호들(Ti', Tq')을 출력할 수 있다. 쿼드러쳐 발진기(120)는 주입 동기식 발진기(injection locked oscillator)일 수 있다. 쿼드러쳐 발진기(120)는 입력 신호(Sin)가 입력되지 않는 경우, 자유 발진 주파수를 가지는 출력 신호를 출력할 수 있다. 쿼드러쳐 발진기(120)는 자유 발진 주파수를 제 1 및 제 2 변환된 입력 신호들(Si, Sq)의 주파수에 동기(locking)시킬 수 있다. 쿼드러쳐 발진기(120)는 차동 구조를 가질 수 있다. 쿼드러쳐 발진기(120)는 제 1 및 제 2 혼합기들(121, 122), 및 동위상 발진기(in-phase oscillator; 123) 및 직각위상 발진기(quadrature-phase oscillator; 124)를 포함할 수 있다.The
제 1 및 제 2 혼합기들(121, 122)은 각각에 입력되는 적어도 두 신호들을 혼합할 수 있다. 제 1 및 제 2 혼합기들(121, 122)은 동일한 주파수를 가지는 적어도 두 신호들을 수신할 수 있다. 제 1 및 제 2 혼합기들(121, 122)은 수신된 적어도 두 신호들을 혼합하여 출력할 수 있다. The first and
동위상 발진기(123) 및 직각위상 발진기(124)는 각각 제 1 및 제 2 혼합기들(121, 122)로부터 출력된 신호를 수신할 수 있다. 동위상 발진기(123) 및 직각위상 발진기(124) 각각은 주입 동기식 발진기일 수 있다. 동위상 발진기(123) 및 직각위상 발진기(124)는 서로 교차 연결(cross coupling)되는 구조로 구성될 수 있다. 동위상 발진기(123) 및 직각위상 발진기(124)의 제 1 및 제 2 출력 신호들(Ti', Tq')의 위상 변화의 범위는 -90도 ~ 90도일 수 있다. 동위상 발진기(123) 및 직각위상 발진기(124)의 서로 교차 연결되는 차동 구조에 의하여 위상 천이기(100)의 위상 천이의 범위는 0 ~ 360도일 수 있다. 동위상 발진기(123) 및 직각위상 발진기(124)의 서로 교차 연결되는 구조에 의하여 동위상 발진기(123) 및 직각위상 발진기(124)는 각각 제 1 및 제 2 혼합기들(121, 122)로 제 1 및 제 2 위상 조절 신호들(Ci, Cq)을 제공할 수 있다. 동위상 발진기(123) 및 직각위상 발진기(124)는 제 1 및 제 2 위상 조절 신호들(Ci, Cq)에 의하여 서로 전기적으로 연결될 수 있고 커플링(coupling) 될 수 있다. 제 1 및 제 2 위상 조절 신호들(Ci, Cq)에 의하여 제 1 및 제 2 출력 신호들(Ti', Tq')의 위상들이 결정될 수 있다. 제 1 및 제 2 위상 조절 신호들(Ci, Cq)의 크기는 가변적일 수 있고 제 1 및 제 2 위상 조절 신호들(Ci, Cq)이 제어되는 과정은 도 7에서 좀 더 상세하게 설명될 것이다. The in-
위상 선택기(130)는 쿼드러쳐 발진기(120)로부터 출력 신호를 수신할 수 있다. 위상 선택기(130)는 제 1 및 제 2 출력 신호들(Ti', Tq')의 위상이 0~360도를 포함할 수 있도록 제 1 및 제 2 출력 신호들(Ti', Tq') 및 제 1 및 제 2 출력 신호들(Ti', Tq') 각각의 위상 반전 신호들(~Ti', ~Tq') 중 하나를 선택할 수 있다. 여기서, 제 1 및 제 2 출력 신호들(Ti', Tq') 각각의 위상 반전 신호들(~Ti', ~Tq')은 제 1 및 제 2 출력 신호들(Ti', Tq')과 위상이 180도 차이 나는 신호들을 의미할 수 있다. 위상 선택기(130)는 위상 다이어그램 상에서 1 사분면에 위치하는 제 1 및 제 2 출력 신호들(Ti', Tq') 중 하나를 선택함으로써 최종 출력 신호(Sout)를 출력할 수 있다. 결국 최종 출력 신호(Sout)는 쿼드러쳐 발진기(120)의 주파수 동기(frequency locking)에 의하여 입력 신호(Sin)와 동일한 주파수를 가지되, 다만 위상 천이에 의하여 입력 신호(Sin)는 다른 위상을 가질 수 있다. 위상 선택기(130)는 쿼드런트 위상 선택기(quadrant phase selector)로 지칭될 수도 있다.The
도 2는 도 1의 쿼드러쳐 발진기를 예시적으로 설명하기 위한 회로도이다. 도 2는 도 1을 참조하여 설명될 것이다. 회로(200)는 발진기(210), 및 제 1 내지 제 2 전류원들(220, 230)을 포함할 수 있다. 발진기(210)는 도 1의 동위상 발진기(123) 및 직각위상 발진기(124) 중 어느 하나일 수 있다. 발진기(210)는 제 1 전류원(220)으로부터 변환된 입력 신호(Sj)를 수신할 수 있고 그리고 제 2 전류원(230)으로부터 위상 조절 신호(Cj)를 수신할 수 있다. 변환된 입력 신호(Sj)는 도 1의 제 1 또는 제 2 변환된 입력 신호(Si, Sq)일 수 있다. 위상 조절 신호(Cj)는 도 1의 제 1 또는 제 2 위상 조절 신호들(Ci, Cq)일 수 있다. FIG. 2 is a circuit diagram illustrating an exemplary quadrature oscillator of FIG. 1. FIG. 2 will be described with reference to FIG. 1. The
발진기(210)는 RLC 공진부(211) 및 보상 트랜스컨덕터(compensation transconductor; Gm)를 포함할 수 있다. RLC 공진부(211)는 저항(R), 인덕터(L), 커패시터(C)를 포함할 수 있다. 발진기(210)의 자유 발진 주파수 및 공진 주파수는 저항(R)의 저항 값, 인덕터(L)의 인덕턴스 값, 커패시터(C)의 커패시턴스 값에 의하여 결정될 수 있다. 보상 트랜스컨덕터(Gm)는 보상 신호(Gj)에 의하여 RLC 공진부(211)의 저항(R)에 의한 에너지 손실을 보상할 수 있다. 보상 트랜스컨덕터(Gm)는 저항(R)에 따른 에너지 손실을 보상하여 발진기(210)의 지속적인 발진을 유도할 수 있다. 저항(R)은 양의 저항 값을 가질 수 있고 그리고 보상 트랜스컨덕터(Gm)는 음의 저항 가질 수 있다. The
크기 및 위상을 갖는 벡터 신호들로 각각의 신호들을 표현하면, 변환된 입력 신호(Sj), 위상 조절 신호(Cj), 보상 신호(Gj)의 합은 출력 신호(Tj)일 수 있다. 출력 신호(Tj)는 RLC 공진부(211)에 의하여 결정된 자유 발진 주파수를 가질 수 있다. 출력 신호(Tj)는 도 1의 제 1 또는 제 2 출력 신호(Ti', Tq')일 수 있다.When each of the signals is expressed as vector signals having a magnitude and a phase, the sum of the converted input signal Sj, the phase control signal Cj, and the compensation signal Gj may be an output signal Tj. The output signal Tj may have a free oscillation frequency determined by the
도 3은 도 2의 회로도의 동작을 예시적으로 설명하기 위한 위상 다이어그램이다. 도 3은 도 2를 참조하여 설명될 것이다.3 is a phase diagram for illustratively explaining the operation of the circuit diagram of FIG. 2. FIG. 3 will be described with reference to FIG. 2.
도 3의 위상 다이어그램은 도 2의 변환된 입력 신호(Sj), 위상 조절 신호(Cj), 보상 신호(Gj) 및 출력 신호(Tj)를 벡터로 나타낸다. 위상 다이어그램은 보상 신호(Gj)를 기준으로 한다. 출력 신호(Tj)의 벡터는 변환된 입력 신호(Sj), 위상 조절 신호(Cj), 및 보상 신호(Gj)의 벡터들의 합일 수 있다. 출력 신호(Tj)의 위상(A)은 변환된 입력 신호(Sj), 위상 조절 신호(Cj), 및 보상 신호(Gj)의 크기들에 의하여 결정될 수 있다. 출력 신호(Tj)의 위상(A)은 은 입력 신호로부터 천이된 값일 수 있다. 본 발명에 따른 위상 천이기는 위상 조절 신호(Cj)의 크기에 의하여 출력 신호(Tj)의 위상을 조절하는 원리에 따라 동작할 수 있다. 이 경우, 변환된 입력 신호(Sj), 위상 조절 신호(Cj), 보상 신호(Gj)의 크기는 고정될 수 있다. 이하의 설명은 상기 원리에 따라 설명될 것이다. The phase diagram of FIG. 3 represents the converted input signal Sj, the phase control signal Cj, the compensation signal Gj, and the output signal Tj of FIG. 2 as vectors. The phase diagram is based on the compensation signal Gj. The vector of the output signal Tj may be a sum of vectors of the converted input signal Sj, the phase adjustment signal Cj, and the compensation signal Gj. The phase A of the output signal Tj may be determined by the magnitudes of the converted input signal Sj, the phase adjustment signal Cj, and the compensation signal Gj. The phase A of the output signal Tj may be a value shifted from the silver input signal. The phase shifter according to the present invention may operate according to the principle of adjusting the phase of the output signal Tj by the magnitude of the phase control signal Cj. In this case, the magnitudes of the converted input signal Sj, the phase control signal Cj, and the compensation signal Gj may be fixed. The following description will be explained in accordance with the above principles.
도 4는 도 1의 위상 천이기에 따라 설정되는 주파수의 공통 동기 범위를 설명하기 위한 그래프들이다. 도 4에서는, 도 1에서의 위상 천이기(100)와 동일한 구조 및 기능을 가지는 제 1 내지 제 n 위상 천이기들(n은 2이상의 자연수)에 따라 주파수의 공통 동기 범위가 설정되는 것으로 가정한다.4 are graphs for explaining a common synchronization range of frequencies set according to the phase shifter of FIG. 1. In FIG. 4, it is assumed that a common synchronization range of frequencies is set according to first to n-th phase shifters (n is a natural number greater than or equal to 2) having the same structure and function as the
제 1 내지 제 n 위상 천이기들 각각의 입력 신호 대비 출력 신호의 위상을 천이하는 값이 다른 경우, 제 1 내지 제 n 위상 천이기들 각각의 자유 발진 주파수들(Fr1 ~ Frn)이 다를 수 있다. 제 1 내지 제 n 위상 천이기들의 동기 범위가 동일하더라도 제 1 내지 제 n 위상 천이기들 각각의 자유 발진 주파수들(Fr1 ~ Frn)에 따라 결정되는 오프셋 주파수(중심주파수)가 달라질 수 있다. 결국, 도 4와 같이 제 1 내지 제 n 위상 천이기들이 가지게 되는 주파수의 공통 동기 범위는 제 1 내지 제 n 위상 천이기들 각각의 동기 범위에 비해 현저히 줄어들 수 있다. FMCW 레이더 장치의 거리 해상도를 향상시키기 위해서는 넓은 대역폭을 갖는 신호를 사용 해야 하는데 도 1의 위상 천이기(100)와 같은 구조로는 넓은 대역폭의 입력 신호에 주파수 동기시키기 어려울 수 있다.When a value for shifting the phase of the output signal compared to the input signal of each of the first to nth phase shifters is different, the free oscillation frequencies Fr1 to Frn of each of the first to nth phase shifters may be different. . Even if the synchronization ranges of the first to nth phase shifters are the same, an offset frequency (center frequency) determined according to the free oscillation frequencies Fr1 to Frn of each of the first to nth phase shifters may vary. As a result, as shown in FIG. 4, the common synchronization range of frequencies that the first to nth phase shifters have may be significantly reduced compared to the synchronization ranges of each of the first to nth phase shifters. In order to improve the distance resolution of the FMCW radar device, a signal having a wide bandwidth must be used, but it may be difficult to synchronize the frequency with an input signal having a wide bandwidth with a structure such as the
도 5는 도 2의 회로도에 포함되는 커패시터의 구성을 예시적으로 보여주는 회로도이다. 도 5는 도 1 및 도 2을 참조하여 설명될 것이다.5 is a circuit diagram illustrating an exemplary configuration of a capacitor included in the circuit diagram of FIG. 2. 5 will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
도 5의 회로도는 커패시터 배열(capacitor array; 300)로 지칭될 수 있다. 커패시터 배열(300)은 이산적으로 제어되는 스위치드 커패시터들(switched capacitors)일 수 있다. 커패시터 배열(300)은 복수의 단위 커패시터들(Cu0 ~ Cun-1) 및 복수의 스위치들(SW0 ~ SWn-1)을 포함할 수 있다. 복수의 단위 커패시터들(Cu0 ~ Cun-1)은 서로 동일한 커패시턴스 값을 가질 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.The circuit diagram of FIG. 5 may be referred to as a
도 2의 커패시터(C)는 커패시터 배열(300)로 대체될 수 있다. 복수의 단위 커패시터들(Cu0 ~ Cun-1)에 각각 연결된 복수의 스위치들(SW0 ~ SWn-1)의 턴-온 및 턴-오프의 제어에 따라 VC 노드와 GND 노드 사이에서 측정된 커패시터 배열(300)의 커패시턴스 값은 조절되고 제어될 수 있다. VC 노드와 GND 노드 사이에서 측정된 커패시터 배열(300)의 커패시턴스 값은 턴-온 된 스위치들과 각각 연결된 단위 커패시터들의 커패시턴스 값들의 총 합일 수 있다. 결과적으로 VC 노드와 GND 노드 사이에서 측정된 커패시터 배열(300)의 커패시턴스 값에 따라 커패시터 배열(300)을 포함하는 쿼드러쳐 발진기(120)의 자유 발진 주파수가 달라질 수 있고 즉, 복수의 스위치들(SW0 ~ SWn-1)의 턴-온 및 턴-오프의 제어에 따라 쿼드러쳐 발진기(120)의 자유 발진 주파수가 조절될 수 있다. The capacitor C of FIG. 2 may be replaced with a
복수의 단위 커패시터들(Cu0 ~ Cun-1)에 각각 연결된 복수의 스위치들(SW0 ~ SWn-1)은 별개의 제어 코드들에 의하여 각각 제어될 수 있다. 제어 코드들은 도 6a 내지 6c, 및 도 7 내지 도 9의 복수의 제어 코드들(CN)에 포함될 수 있고 이는 후술될 것이다.The plurality of switches SW0 to SWn-1 respectively connected to the plurality of unit capacitors Cu0 to Cun-1 may be controlled by separate control codes. The control codes may be included in the plurality of control codes CN of FIGS. 6A to 6C and 7 to 9, which will be described later.
도 6a 내지 6c는 도 5의 회로도 및 FMCW 입력 신호에 따라 설정되는 쿼드러쳐 발진기의 자유 발진 주파수의 동기 과정을 예시적으로 보여주는 그래프들이다. 예시적으로, 도 6a 내지 6c의 t0 ~ t2 사이의 구간에서 신호들이 도시되었으나, t2 이후의 구간에서도 신호들이 주기 T를 가지며 반복될 수 있다. 도 6a 내지 6c는 도 1, 및 도 5에 기초하여 설명될 것이다. 도 6a는 시간에 대한 입력 신호의 주파수(Ffmcw) 및 쿼드러쳐 발진기(120)의 자유 발진 주파수(Fr)의 그래프들이다. 도 6b는 시간에 대한 VC 노드와 GND 노드 사이에서 측정된 커패시터 배열(300)의 커패시턴스 값(Ctank)의 그래프이다. 도 6c는 시간에 대한 복수의 제어 코드들(CN)을 나타내는 타이밍도이다. 6A to 6C are graphs exemplarily showing a synchronization process of the free oscillation frequency of the quadrature oscillator set according to the circuit diagram of FIG. 5 and the FMCW input signal. For example, signals are shown in a period between t0 and t2 in FIGS. 6A through 6C, but signals may be repeated in a period after t2 as well. 6A to 6C will be described based on FIGS. 1 and 5. 6A are graphs of a frequency (Ffmcw) of an input signal and a free oscillation frequency (Fr) of the
도 6a에서, 시간에 대한 입력 신호의 주파수(Ffmcw)의 그래프는 레이더 장치에 의한 입력 신호의 주파수 변조에 의하여 톱니 파형을 가진다고 가정된다. 입력 신호의 시작은 t0이고, 시간에 대한 입력 신호의 주파수(Ffmcw)는 PRI(Pulse Repetition Interval) 주기(T)를 가지고, 그리고 일정한 기울기를 가질 수 있다. 입력 신호의 주파수(Ffmcw)의 최소값은 Fmin일 수 있고 최대값은 Fmax일 수 있다.In Fig. 6A, it is assumed that a graph of the frequency (Ffmcw) of the input signal versus time has a sawtooth waveform by frequency modulation of the input signal by a radar device. The start of the input signal is t0, and the frequency (Ffmcw) of the input signal with respect to time has a Pulse Repetition Interval (PRI) period (T), and may have a constant slope. The minimum value of the frequency (Ffmcw) of the input signal may be Fmin and the maximum value may be Fmax.
도 6a에서, 쿼드러쳐 발진기(120)의 자유 발진 주파수(Fr)는 샘플링 된 입력 신호의 주파수에 따라 결정될 수 있다. 자유 발진 주파수(Fr)의 파형은 입력 신호의 주파수를 샘플링 하는 데 이용되는 시간 간격(Tstep)에 기초하는 계단 주기 함수 형태를 가질 수 있다. 자유 발진 주파수(Fr)의 변조 주기는 PRI 주기(T)와 동일할 수 있다. In FIG. 6A, the free oscillation frequency Fr of the
도 6b를 참조하면, 도 6b와 같은 커패시턴스 값(Ctank)을 가지는 커패시터 배열(300)에 의하여 자유 발진 주파수(Fr)는 도 6a의 개형을 가질 수 있다. 구체적으로, 커패시턴스 값(Ctank)이 Cmax인 경우, 자유 발진 주파수(Fr)는 Fmin일 수 있고 그리고 커패시턴스 값(Ctank)이 Cmin인 경우, 자유 발진 주파수(Fr)는 Fmax일 수 있다. 쿼드러쳐 발진기(120)의 자유 발진 주파수(Fr)를 도 6a과 같이 조절하는 과정은 도 7과 함께 상세하게 설명될 것이다.Referring to FIG. 6B, the free oscillation frequency Fr may have an outline of FIG. 6A by the
도 6c를 참조하면, 커패시터 배열(300)의 커패시턴스 값(Ctank)을 제어하기 위한 제어 코드는 C0~C4를 포함하는 복수의 제어코드들(CN)과 같이 동적으로 변환될 수 있다. 이에 따라, 커패시터 배열(300)의 커패시턴스 값(Ctank)은 입력 신호의 주파수(Ffmcw)가 가변됨에 따라 동적으로 변환될 수 있다. 여기서, 제어 코드 및 커패시턴스 값(Ctank)이 동적으로 변환하는 것은 복수의 시간 간격들 각각에 따라 제어 코드 및 커패시턴스 값(Ctank)이 변화함을 의미할 수 있다. 예로서, 복수의 시간 간격들은 서로 동일한 단위 길이를 가질 수 있고, 이는 Tstep일 수 있으나, 반드시 예에 한정되는 것은 아니다. Referring to FIG. 6C, the control code for controlling the capacitance value Ctank of the
복수의 시간 간격들에 각각 대응하는 복수의 제어 코드들(CN) 및 커패시턴스 값(Ctank)들은 서로 다른 값을 가질 수 있다. 예를 들면, 커패시턴스 값(Ctank)이 Cmax인 제 1 시간 간격 동안, 제어 코드는 C0일 수 있고, 커패시턴스 값(Ctank)이 Cmin인 제 2 시간 간격 동안, 제어 코드는 C4일 수 있다.The plurality of control codes CN and the capacitance values Ctank respectively corresponding to the plurality of time intervals may have different values. For example, during a first time interval in which the capacitance value Ctank is Cmax, the control code may be C0, and during a second time interval in which the capacitance value Ctank is Cmin, the control code may be C4.
쿼드러쳐 발진기(120)의 자유 발진 주파수가 일정한 경우, 즉 커패시턴스 값(Ctank)을 조절하지 않는 경우, 입력 신호의 주파수(Ffmcw)와 출력 신호의 주파수를 동기시키기 위해서는, 쿼드러쳐 발진기(120)의 주입 동기 주파수 범위는 최소 Fmin ~ Fmax의 주파수 범위가 필요할 수 있다. 다만, 도 6b와 같은 커패시턴스 값(Ctank)을 가지는 커패시터 배열(300)에 의하여 쿼드러쳐 발진기(120)의 자유 발진 주파수(Fr)가 도 6a의 그래프와 같이 나타남에 따라 입력 신호의 주파수(Ffmcw)와 출력 신호의 주파수를 동기시키기 위한 최소 동기 범위는 Frlr로 감소할 수 있다. 결국 더 넓은 입력 신호의 주파수에 대해 출력 신호를 동기시킬 수 있으므로 광대역 위상 천이기의 구현이 가능할 수 있다.When the free oscillation frequency of the
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 위상 천이기를 예시적으로 보여주는 블록도이다. 위상 천이기(1000)는 레이더 장치(미도시)의 빔포밍을 위해 이용될 수 있다. 레이더 장치는 주파수 변조 연속파 레이더 장치일 수 있다. 위상 천이기(1000)는 레이더 장치로부터 입력 신호(Sin)를 수신할 수 있다. 위상 천이기(1000)로 입력되는 입력 신호(Sin)는 레이더 장치에 의해 주파수 변조된 변조파 신호일 수 있다. 위상 천이기(1000)는 위상 천이에 의하여 입력 신호(Sin)와 다른 위상을 가지되, 입력 신호(Sin)와 동일한 주파수를 가지는 최종 출력 신호(Sout)를 출력할 수 있다. 도 7을 참조하면, 위상 천이기(1000)는 위상 변환기(1100), 쿼드러쳐 발진기(1200), 위상 선택기(1300), 제어부(1400), 및 제 1 및 제 2 스위치들(SW1, SW2)를 포함할 수 있다.7 is a block diagram illustrating a phase shifter according to another embodiment of the present invention. The
위상 변환기(1100)는 도 1의 위상 변환기(110)와 실질적으로 동일할 수 있다. 다만, 위상 변환기(1100)는 제어부(1400)의 스위치 제어기(1410)가 제 1 스위치(SW1)를 턴-온 하는 경우에 입력 신호(Sin)를 수신할 수 있다.The
쿼드러쳐 발진기(1200)는 도 1의 쿼드러쳐 발진기(1200)와 실질적으로 동일할 수 있다. 다만, 쿼드러쳐 발진기(1200)는 제어부(1400)의 스위치 제어기(1410)가 제 1 스위치(SW1)를 턴-온 하여 위상 변환기(1100)가 입력 신호를 수신한 경우에 위상 변환기(1100)로부터 제 1 및 제 2 변환된 입력 신호들(Si, Sq)을 수신할 수 있다. 제어부(1400)의 스위치 제어기(1410)가 제 1 스위치(SW1)를 턴-오프 한 경우, 위상 변환기(1100)에 입력 신호(Sin)가 입력되지 않으므로 쿼드러쳐 발진기(1200)는 자유 발진 주파수를 가지는 출력 신호를 출력할 수 있다. 제어부(1400)의 스위치 제어기(1410)가 제 1 스위치(SW1)를 제어하는 과정은 후술될 것이다. 쿼드러쳐 발진기(1200)는 제 1 및 제 2 혼합기들(1210, 1220), 및 동위상 발진기(1230) 및 직각위상 발진기(1240)를 포함할 수 있다. The
쿼드러쳐 발진기(1200)의 자유 발진 주파수는 제어부(1400)로부터 제공되는 제어 코드들(CN)에 따라 입력 신호(Sin)의 주파수와 동기될 수 있다. 쿼드러쳐 발진기(1200)로부터 출력되는 제 1 및 제 2 출력 신호들(Ti', Tq')의 위상들은 제어부(1400)의 위상 제어기(1440)로부터 제공되는 위상 제어 신호(PC)에 의하여 제어될 수 있다. 제어부(1400)로부터 제공되는 제어 코드들(CN) 및 제어기(1440)로부터 제공되는 위상 제어 신호(PC)는 후술될 것이다. The free oscillation frequency of the
제 1 및 제 2 혼합기들(1210, 1220)은 도 1의 제 1 및 제 2 혼합기들(121, 122)과 실질적으로 동일할 수 있다. 다만, 제 1 및 제 2 혼합기들(1210, 1220)은 제어부(1400)의 스위치 제어기(1410)가 제 1 스위치(SW1)를 턴-온 하는 경우에 제 1 및 제 2 변환된 입력 신호들(Si, Sq)을 수신할 수 있다.The first and
동위상 발진기(1230) 및 직각위상 발진기(1240)는 도 1의 동위상 발진기(123) 및 직각위상 발진기(124)와 실질적으로 동일할 수 있다. 동위상 발진기(1230) 및 직각위상 발진기(1240)는 제어부(1400)로부터 제공되는 제어 코드들(CN)에 따라 쿼드러쳐 발진기(1200)의 자유 발진 주파수를 조절할 수 있다. 동위상 발진기(1230) 및 직각위상 발진기(1240)는 제어부(1400)로부터 제공되는 위상 제어 신호(PC)에 따라 제 1 및 제 2 위상 조절 신호들(Ci, Cq)을 조절할 수 있고 제어할 수 있다. 제 1 및 제 2 위상 조절 신호들(Ci, Cq)에 의하여 제 1 및 제 2 출력 신호들(Ti', Tq')의 위상들이 결정될 수 있다.The in-
위상 선택기(1300)는 도 1의 위상 선택기(130)와 실질적으로 동일할 수 있다. 다만, 위상 선택기(1300)는 제어부(1400)의 스위치 제어기(1410)가 제 1 스위치(SW1)를 턴-온 하는 경우에 입력 신호(Sin)와 동기된 주파수를 가지는 최종 출력 신호(Sout)를 출력할 수 있다.The
제어부(1400)는 쿼드러쳐 발진기(1200)의 자유 발진 주파수를 입력 신호(Sin)의 주파수와 동기시킬 수 있다. 제어부(1400)는 최종 출력 신호(Sout)의 주파수를 입력 신호(Sin)의 주파수와 동기시키고 최종 출력 신호(Sout)의 위상을 제어할 수 있다. 제어부(1400)는 스위치 제어기(1410), 주파수 동기 루프(frequency locked loop; FLL; 1420), 룩업 테이블(1430), 위상 제어기(1440), 및 제 2 스위치(SW2)를 포함할 수 있다. 제어부(1400)는 주파수 동기에 필요한 설정 데이터를 외부로부터 수신할 수 있다. 이 경우, 레이더 장치는 설정 데이터를 사전에 결정할 수 있다. 또는, 제어부(1400) 주파수 동기에 필요한 설정 데이터를 사전에 결정하고 저장할 수 있다. 설정 데이터는 위상 천이기(1000)의 동작 모드, 입력 신호(Sin)의 시작 시간, 입력 신호(Sin)의 기울기, 입력 신호(Sin)의 주기(예컨대, 도 6a의 PRI 주기), 및 샘플링을 위한 시간 간격(예컨대 도 6a의 Tstep)을 포함할 수 있다.The
스위치 제어기(1410)는 제 1 스위치(SW1), 제 2 스위치(SW2), 및 제 3 스위치(SW3)를 제어할 수 있다. 스위치 제어기(1410)는 제 1 스위치(SW1)를 턴-온 할 수 있고 제 1 스위치(SW1)의 턴-온 에 따라 위상 변환기(1100)는 입력 신호(Sin)를 수신할 수 있다. 스위치 제어기(1410)는 제 2 스위치(SW2)가 쿼드러쳐 발진기(1200)를 주파수 동기 루프(1420)와 연결하거나, 제 2 스위치(SW2)가 쿼드러쳐 발진기(1200)를 룩업 테이블(1430)과 연결하도록 제 2 스위치(SW2)를 제어할 수 있다. 제 1 스위치(SW1)가 턴-오프 되고 제 2 스위치(SW2)가 쿼드러쳐 발진기(1200)를 주파수 동기 루프(1420)와 연결하는 경우, 위상 천이기(1000)는 측정 모드(calibration mode)로 동작할 수 있다. 반면 제 1 스위치(SW1)가 턴-온 되고 제 2 스위치(SW2)가 쿼드러쳐 발진기(1200)를 룩업 테이블(1430)과 연결하는 경우, 위상 천이기(1000)는 FMCW 모드(frequency modulation continuous wave mode)로 동작할 수 있다.The
스위치 제어기(1410)는 제 3 스위치(SW3)를 제어함으로써 제어부(1400)가 입력 신호(Sin)를 수신하거나 제어부(1400)가 입력 신호(Sin)보다 더 낮은 주파수를 가지는 신호(Sref)를 수신하도록 선택할 수 있다. 즉, 제 3 스위치(SW3)는 주파수 동기 루프(1420)가 입력 신호(Sin) 대신 입력 신호(Sin)보다 더 낮은 주파수를 가지는 신호(Sref)를 수신하여 샘플링 하도록 주파수 동기 루프(1420)와 입력 신호(Sin)보다 더 낮은 주파수를 가지는 신호(Sref)를 공급하는 단자를 연결할 수 있다. 입력 신호(Sin)가 고주파인 경우, 주파수 동기 루프(1420)의 동작이 불안정할 수 있다. 즉, 주파수 동기 루프(1420)가 입력 신호(Sin)의 주파수에 따라 동작하기 어려울 수 있다. 따라서, 제어부(1400)가 입력 신호(Sin)보다 더 낮은 주파수를 가지는 신호(Sref)를 수신함으로 인하여 주파수 동기 루프(1420)은 정상적으로 동작할 수 있다. 입력 신호(Sin)보다 더 낮은 주파수를 가지는 신호(Sref)는 입력 신호(Sin)의 주파수를 N(N은 1보다 큰 자연수)으로 나눈 주파수를 가질 수 있다. 설명의 편의를 위하여 이하의 설명은 제어부(1400)가 입력 신호(Sin)를 수신하는 경우를 기초로 할 것이다. The
주파수 동기 루프(1420)는 제어 코드들을 생성할 수 있다. 주파수 동기 루프(1420)는 입력 신호의 주파수들이 가변됨에 따라 생성된 제어 코드들을 동적으로 변환하여 샘플링 된 주파수들과 쿼드러쳐 발진기(1200)의 자유 발진 주파수들이 같도록 할 수 있다. 주파수 동기 루프(1420)는 동적으로 변환된 제어 코드들(CN)을 룩업 테이블에 저장할 수 있다. 주파수 동기 루프(1420)는 설정 데이터에 포함된 샘플링을 위한 시간 간격에 따라 입력 신호(Sin)의 주파수를 샘플링 할 수 있다. 주파수 동기 루프(1420)는 측정 모드에서 자유 발진 주파수에서 동작하는 쿼드러쳐 발진기(1200)를 모니터링 할 수 있다. 주파수 동기 루프(1420)는 입력 신호의 샘플링 된 주파수, 모니터링 된 출력 신호(Smon) 및 설정 데이터에 포함된 입력 신호(Sin)의 시작 시간, 및 입력 신호(Sin)의 주기에 기초하여 제어 코드들(CN)을 생성할 수 있다. 즉, 주파수 동기 루프(1420)는 입력 신호의 샘플링 된 주파수에 따라 쿼드러쳐 발진기(1200)의 자유 발진 주파수를 조절하기 위한 제어 코드들(CN)을 생성할 수 있다.The frequency locked
룩업 테이블(1430)은 FMCW 모드에서 쿼드러쳐 발진기(1200)에 제어 코드들(CN)을 제공할 수 있다. 즉, 룩업 테이블(1430)은 쿼드러쳐 발진기(1200)에 제어 코드들(CN)을 동적으로 입력할 수 있다. 이 경우, 룩업 테이블(1430)은 복수의 시간 간격들마다 대응하는 제어 코드들(CN)을 제공할 수 있다. 쿼드러쳐 발진기(1200)는 제어 코드들(CN)에 따라 자유 발진 주파수를 변경하거나 조절할 수 있다. 쿼드러쳐 발진기(1200)는 제어 코드들(CN)에 따라 조절된 자유 발진 주파수에 기초하여 입력 신호의 샘플링 된 주파수와 동기된 주파수를 가지는 제 1 및 제 2 출력 신호들(Ti', Tq')을 생성할 수 있다. 여기서, 쿼드러쳐 발진기(1200)는 복수의 제어 코드들(CN)을 선택적으로 이용할 수 있다. 예를 들어, 룩업 테이블(1430)에 저장된 제어 코드들(CN)이 제 1 내지 제 5 제어 코드들(C0 ~ C4)을 포함하는 경우, 쿼드러쳐 발진기(1200)는 제 1, 제 3, 제 5 제어 코드들(C0, C2, C4)만을 이용하여 자유 발진 주파수를 입력 신호의 샘플링 된 주파수와 동기시킬 수 있다. 이 경우, 모든 시간 범위에서 자유 발지 주파수가 입력 신호의 샘플링 된 주파수와 동일하지는 않을 수 있다. 그럼에도 불구하고 입력 신호의 주파수가 쿼드러쳐 발진기(1200)의 동기 범위에 있을 경우, 자유 발진 주파수는 입력 신호의 주파수에 동기될 수 있다.The lookup table 1430 may provide control codes CN to the
위상 제어기(1440)는 쿼드러쳐 발진기(1200)에 위상 제어 신호(PC)를 제공할 수 있다. 위상 제어기(1440)는 위상 제어 신호(PC)에 따라 쿼드러쳐 발진기(1200)로부터 출력되는 제 1 및 제 2 출력 신호들(Ti', Tq')의 위상들을 제어할 수 있다. 결국 제 1 및 제 2 출력 신호들(Ti', Tq')에 기초하는 최종 출력 신호(Sout)는 입력 신호(Sin)의 위상으로부터 천이된 위상을 가질 수 있다.The
도 8은 도 7의 위상 천이기를 좀 더 상세하게 보여주는 회로도이다. 도 8은 도 2, 도 5, 및 도 7과 함께 설명될 것이다. 도 8에서, 위상 천이기(2000)는 도 7의 위상 천이기(1000)와 실질적으로 동일할 수 있다. 도 8에서는 설명의 편의를 위하여 도 7의 제 1 및 제 2 스위치들(SW1, SW2), 및 제어부(1400)가 생략되었다. 위상 천이기(2000)에는 도 7의 제 1 및 제 2 스위치들(SW1, SW2), 및 제어부(1400)를 포함하는 것으로 해석될 수 있다. 위상 천이기(2000)는 위상 변환기(2100), 쿼드러쳐 발진기(2200), 위상 선택기(2300)를 포함할 수 있다.FIG. 8 is a circuit diagram showing the phase shifter of FIG. 7 in more detail. 8 will be described in conjunction with FIGS. 2, 5, and 7. In FIG. 8, the
위상 변환기(2100) 및 위상 선택기(2300)는 각각 도 1의 위상 변환기(110) 및 위상 선택기(130)와 실질적으로 동일할 수 있다. 또는, 위상 변환기(2100) 및 위상 선택기(2300)는 각각 도 7의 위상 변환기(1100) 및 위상 선택기(1300)와 실질적으로 동일할 수 있다. 도 8에는 도시되어 있지 않으나, 위상 변환기(2100)는 도 7의 위상 변환기(1100)와 마찬가지로 스위치에 연결될 수 있다.The
쿼드러쳐 발진기(2200)는 도 7의 쿼드러쳐 발진기(1200)와 대응할 수 있다. 쿼드러쳐 발진기(2200)는 제 1 및 제 2 입력 트랜스컨덕터들(2211, 2214), 제 1 및 제 2 위상 트랜스컨덕터들(2212, 2213), 인버터(2215), 동위상 발진기(2221), 및 직각위상 발진기(2222)를 포함할 수 있다.The
제 1 및 제 2 입력 트랜스컨덕터들(2211, 2214)은 제 1 및 제 2 변환된 입력 신호들(Si, Sq)을 각각 동위상 발진기(2221) 및 직각위상 발진기(2222)로 전달할 수 있다. 제 1 및 제 2 위상 트랜스컨덕터들(2212, 2213)은 제 1 및 제 2 위상 조절 신호들(Ci, Cq)을 조절할 수 있다. 도 8에는 도시되지 않았으나, 제 1 및 제 2 위상 트랜스컨덕터들(2212, 2213)은 위상 제어 신호를 수신할 수 있고(예컨대, 도 7의 위상 제어기(1440)로부터) 그리고 위상 제어 신호에 의하여 제 1 및 제 2 위상 조절 신호들(Ci, Cq)을 조절할 수 있다. 제 1 및 제 2 위상 트랜스컨덕터들(2212, 2213)은 제 1 및 제 2 위상 조절 신호들(Ci, Cq)을 각각 동위상 발진기(2221) 및 직각위상 발진기(2222)로 전달할 수 있다.The first and second input transconductors 2211 and 2214 may transmit the first and second converted input signals Si and Sq to the in-
동위상 발진기(2221) 및 직각위상 발진기(2222)는 각각 보상 트랜스컨덕터들(Gmi, Gmq), RLC 공진부들(2222_1, 2)을 포함할 수 있다. 동위상 발진기(2221) 및 직각위상 발진기(2222)는 각각 도 7의 동위상 발진기(1230) 및 직각위상 발진기(1240)와 대응할 수 있다. 동위상 발진기(2221) 및 직각위상 발진기(2222)의 각 구성요소들 및 각 신호들은 도 2의 각 구성요소들과 대응할 수 있다. 즉, 보상 트랜스컨덕터들(Gmi, Gmq)은 도 2의 보상 트랜스컨덕터(Gm)에, 저항들(Ri, Rq), 인덕터들(Li, Lq), 및 커패시터들(Ci, Cq)은 각각 도 2의 저항(R), 인덕터(L), 커패시터(C)에 대응할 수 있다. 보상 신호들(Gi, Gq), 변환된 입력 신호들(Si, Sq), 위상 조절 신호들(Ci, Cq), 출력 신호들(Ti', Tq')은 각각 보상 신호(Gj), 변환된 입력 신호(Sj), 위상 조절 신호(Cj), 출력 신호(Tj))에 대응할 수 있다.The in-
도 8에서 도시되지는 않았으나, 커패시터들(Ci, Cq)의 커패시턴스 값들은 도 7의 제어 코드들(CN)에 의하여 달라질 수 있다. 커패시터들(Ci, Cq)은 도 5의 커패시터 배열(300)로 구성될 수 있고 이 경우, 제어 코드들(CN)에 따라 복수의 단위 커패시터들과 각각 연결된 복수의 스위치들의 턴-온 및 턴-오프가 제어 될 수 있고 그리고 쿼드러쳐 발진기(2200)의 자유 발진 주파수는 입력 신호(Sin)의 주파수와 동기될 수 있다.Although not shown in FIG. 8, capacitance values of the capacitors Ci and Cq may be changed by the control codes CN of FIG. 7. The capacitors Ci and Cq may be composed of the
도 9는 본 발명의 실시 예에 따라 레이더 장치의 빔포밍을 위한 위상 천이 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다. 도 9는 도 7을 참조하여 설명될 것이다. 9 is a flowchart illustrating an exemplary phase shifting method for beamforming of a radar device according to an embodiment of the present invention. FIG. 9 will be described with reference to FIG. 7.
S110 단계에서, 주파수 동기 루프(1420)는 복수의 시간 간격들에 따라 위상 천이기(1000)에 수신된 입력 신호(Sin)의 주파수를 샘플링 할 수 있다. 이 경우, 복수의 시간 간격들은 제어부(1400)에 저장되거나 외부로부터 입력된 설정 데이터에 포함될 수 있다. 예로서, 복수의 시간 간격들은 서로 동일한 길이를 가질 수 있다.In step S110, the frequency locked
S120 단계에서, 주파수 동기 루프(1420)는 입력 신호의 샘플링 된 주파수에 따라 쿼드러쳐 발진기(1200)의 자유 발진 주파수를 조절하기 위한 복수의 제어 코드들(CN)을 생성할 수 있고 그리고 생성된 복수의 제어 코드들(CN)을 동적으로 변환할 수 있다. 복수의 제어 코드들(CN)은 복수의 시간 간격들에 대응할 수 있다. 주파수 동기 루프(1420)는 측정 모드에서 자유 발진 주파수에서 동작하는 쿼드러쳐 발진기(1200)를 모니터링 할 수 있다. 주파수 동기 루프(1420)는 입력 신호의 샘플링 된 주파수, 모니터링 된 출력 신호(Smon) 및 설정 데이터에 포함된 입력 신호(Sin)의 시작 시간, 및 입력 신호(Sin)의 주기에 기초하여 복수의 제어 코드들(CN)을 생성할 수 있다. 주파수 동기 루프(1420)는 생성된 복수의 제어 코드들(CN)을 룩업 테이블에 저장할 수 있다.In step S120, the frequency locked
S130 단계에서, 제어부(1400)는 쿼드러쳐 발진기(1200)에 입력 신호의 주파수에 대응하는 복수의 제어 코드들(CN)을 대응하는 복수의 시간 간격들에 맞추어 동적으로 입력하여 쿼드러쳐 발진기(1200) 내의 커패시터의 값을 조절할 수 있다. 이에 따라, 쿼드러쳐 발진기(1200)의 동기 영역을 확장할 수 있다. 결과적으로, 쿼드러쳐 발진기(1200)는 입력 신호의 주파수와 동기된 신호를 출력할 수 있다.In step S130, the
룩업 테이블(1430)은 FMCW 모드에서 쿼드러쳐 발진기(1200)에 복수의 제어 코드들(CN)을 제공할 수 있다. 이 경우, 룩업 테이블(1430)은 대응하는 시간 간격 동안 복수의 제어 코드들(CN) 각각을 쿼드러쳐 발진기(1200)에 제공할 수 있다. 예를 들어, 복수의 제어 코드들(CN) 중 제 1 제어 코드는 제 1 시간 간격에 대응할 수 있고, 그리고 룩업 테이블(1430)은 제 1 제어 코드를 제 1 시간 간격 동안 쿼드러쳐 발진기(1200)에 제공할 수 있다. 쿼드러쳐 발진기(1200)는 복수의 제어 코드들(CN)에 따라 자유 발진 주파수를 변경하거나 조절할 수 있다. 쿼드러쳐 발진기(1200)는 복수의 제어 코드들(CN)에 따라 조절된 자유 발진 주파수에 기초하여 입력 신호의 주파수와 동기된 주파수를 가지는 제 1 및 제 2 출력 신호들(Ti' Ti')을 생성할 수 있다.The lookup table 1430 may provide a plurality of control codes CN to the
S140 단계에서, 위상 제어기(1440)는 출력 신호의 위상을 제어할 수 있다. 도 8을 참조하면, 위상 제어기(1440)는 쿼드러쳐 발진기(1200)에 위상 제어 신호(PC)를 제공함으로써 쿼드러쳐 발진기(1200)로부터 출력되는 제 1 및 제 2 출력 신호들(Ti' Tq')의 위상들을 제어할 수 있다.In step S140, the
위상 선택기(1300)는 쿼드러쳐 발진기(1200)로부터 출력 신호를 수신할 수 있다. 위상 선택기(1300)는 위상 다이어그램 상에서 1 사분면에 위치하는 제 1 및 제 2 출력 신호들(Ti', Tq') 및 제 1 및 제 2 출력 신호들(Ti', Tq')의 위상 반전 신호들(~Ti', ~Tq') 중 하나를 선택함으로써 최종 출력 신호(Sout)를 출력할 수 있다. 출력 신호가 도 3과 같은 위상 다이어그램 상에서 1 내지 4 사분면에 위치하는 경우, 위상 선택기(1300)는 위상 다이어그램 상에서 1 사분면에 위치하는 출력 신호를 선택함으로써 출력 신호를 선택할 수 있다. 위상 선택기(130)는 위상 다이어그램 상에서 1 사분면에 위치하는 제 1 및 제 2 출력 신호들(Ti', Tq')을 선택함으로써 최종 출력 신호(Sout)를 출력할 수 있다. 결국 최종 출력 신호(Sout)는 쿼드러쳐 발진기(120)의 주파수 동기(frequency locking)에 의하여 입력 신호(Sin)와 동일한 주파수를 가지되, 다만 위상 천이에 의하여 입력 신호(Sin)는 다른 위상을 가질 수 있다.The
위에서 설명한 내용은 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 예들이다. 본 발명에는 위에서 설명한 실시 예들뿐만 아니라, 단순하게 설계 변경하거나 용이하게 변경할 수 있는 실시 예들도 포함될 것이다. 또한, 본 발명에는 상술한 실시 예들을 이용하여 앞으로 용이하게 변형하여 실시할 수 있는 기술들도 포함될 것이다.The contents described above are specific examples for carrying out the present invention. The present invention will include not only the embodiments described above, but also embodiments that can be changed in design or easily changed. In addition, the present invention will also include techniques that can be easily modified and implemented in the future using the above-described embodiments.
100, 1000, 2000: 위상 천이기
110, 1100, 2100: 위상 변환기
120, 1200, 2200: 쿼드러쳐 발진기
130, 1300, 2300, 위상 선택기100, 1000, 2000: phase shifter
110, 1100, 2100: phase converter
120, 1200, 2200: quadrature oscillator
130, 1300, 2300, phase selector
Claims (16)
상기 동적으로 변환된 제어 코드들에 따라 조절된 상기 자유 발진 주파수들에 기초하여 상기 입력 신호의 상기 주파수들과 동기된 주파수들을 가지는 출력 신호를 생성하는 상기 쿼드러쳐 발진기; 및
상기 출력 신호의 위상을 제어하는 위상 제어기를 포함하는 위상 천이기.Free oscillation of the sampled frequencies and a quadrature oscillator by sampling the frequencies of the input signal, generating control codes according to the sampled frequencies, and dynamically converting the generated control codes A frequency locked loop (FLL) that makes frequencies equal;
The quadrature oscillator generating an output signal having frequencies synchronized with the frequencies of the input signal based on the free oscillation frequencies adjusted according to the dynamically converted control codes; And
Phase shifter comprising a phase controller for controlling the phase of the output signal.
상기 쿼드러쳐 발진기는 공진부를 포함하고, 그리고
상기 주파수 동기 루프는 상기 동적으로 변환된 제어 코드들에 따라 상기 공진부를 제어함으로써 상기 쿼드러쳐 발진기의 상기 자유 발진 주파수들을 조절하는 위상 천이기.The method of claim 1,
The quadrature oscillator includes a resonator, and
The frequency locked loop is a phase shifter that controls the free oscillation frequencies of the quadrature oscillator by controlling the resonator according to the dynamically converted control codes.
상기 공진부는 복수의 단위 커패시터(unit capacitor)들을 포함하고, 그리고
상기 주파수 동기 루프는 상기 동적으로 변환된 제어 코드들에 따라 상기 복수의 단위 커패시터들과 각각 연결된 복수의 스위치들의 턴-온 및 턴-오프를 제어함으로써 상기 자유 발진 주파수들을 변화시키는 위상 천이기.The method of claim 2,
The resonance unit includes a plurality of unit capacitors, and
The frequency locked loop is a phase shifter for changing the free oscillation frequencies by controlling turn-on and turn-off of a plurality of switches respectively connected to the plurality of unit capacitors according to the dynamically converted control codes.
상기 쿼드러쳐 발진기는 복수의 트랜스컨덕터(transconductor)들을 포함하고, 그리고
상기 위상 제어기는 위상 제어 신호에 의하여 상기 복수의 트랜스컨덕터들 각각을 제어함으로써 상기 출력 신호의 상기 위상을 제어하는 위상 천이기.The method of claim 1,
The quadrature oscillator includes a plurality of transconductors, and
The phase controller is a phase shifter for controlling the phase of the output signal by controlling each of the plurality of transconductors by a phase control signal.
상기 출력 신호 및 상기 출력 신호의 위상 반전 신호 중 하나를 선택하는 위상 선택기를 더 포함하는 위상 천이기.The method of claim 1,
The phase shifter further comprising a phase selector for selecting one of the output signal and the phase inversion signal of the output signal.
상기 동적으로 변환된 제어 코드들을 저장하는 룩업 테이블(lookup table)을 더 포함하는 위상 천이기.The method of claim 1,
A phase shifter further comprising a lookup table for storing the dynamically converted control codes.
상기 쿼드러쳐 발진기를 상기 주파수 동기 루프와 연결하거나, 상기 쿼드러쳐 발진기를 상기 룩업 테이블과 연결하는 스위치를 더 포함하는 위상 천이기.The method of claim 6,
The phase shifter further comprises a switch connecting the quadrature oscillator to the frequency locked loop or connecting the quadrature oscillator to the lookup table.
상기 입력 신호의 위상을 변환하는 위상 변환기를 더 포함하고, 그리고
상기 쿼드러쳐 발진기가 상기 변환된 입력 신호를 수신하도록 상기 쿼드러쳐 발진기와 상기 위상 변환기를 연결하는 스위치를 더 포함하는 위상 천이기.The method of claim 1,
Further comprising a phase converter for converting the phase of the input signal, and
A phase shifter further comprising a switch connecting the quadrature oscillator and the phase converter so that the quadrature oscillator receives the converted input signal.
상기 주파수 동기 루프가 상기 입력 신호 대신 상기 입력 신호보다 더 낮은 주파수를 가지는 제 1 신호를 수신하여 상기 제 1 신호의 주파수를 샘플링 하도록 상기 주파수 동기 루프와 제 1 신호 공급 단자를 연결하는 스위치를 더 포함하는 위상 천이기.The method of claim 1,
Further comprising a switch connecting the frequency-locked loop and the first signal supply terminal so that the frequency-locked loop receives a first signal having a lower frequency than the input signal instead of the input signal and samples the frequency of the first signal. Phase shifting.
상기 주파수 동기 루프에 의하여, 상기 샘플링 된 주파수들에 따라 쿼드러쳐 발진기(quadrature oscillator)의 자유 발진 주파수들을 조절하기 위해 복수의 제어 코드들을 생성하고 그리고 상기 생성된 복수의 제어 코드들을 동적으로 변환하는 단계;
위상 변환기에 의하여 상기 입력 신호의 위상을 변환하는 단계;
상기 쿼드러쳐 발진기에 의하여, 상기 동적으로 변환된 복수의 제어 코드들에 따라 조절된 상기 자유 발진 주파수들에 기초하여 상기 변환된 입력 신호의 상기 주파수들과 동기된 주파수들을 가지는 출력 신호를 생성하는 단계;
위상 제어기에 의하여 상기 출력 신호의 위상을 제어하는 단계; 및
상기 쿼드러쳐 발진기에 의하여 상기 출력 신호를 출력하는 단계를 포함하는 위상 천이 방법.Sampling frequencies of an input signal received by a phase shifter by a frequency locked loop (FLL);
Generating a plurality of control codes to adjust free oscillation frequencies of a quadrature oscillator according to the sampled frequencies by the frequency locked loop, and dynamically converting the generated plurality of control codes ;
Converting the phase of the input signal by a phase converter;
Generating an output signal having frequencies synchronized with the frequencies of the converted input signal based on the free oscillation frequencies adjusted according to the plurality of dynamically converted control codes by the quadrature oscillator ;
Controlling the phase of the output signal by a phase controller; And
And outputting the output signal by the quadrature oscillator.
상기 쿼드러쳐 발진기는 공진부를 포함하고, 그리고
상기 출력 신호를 생성하는 단계는 상기 동적으로 변환된 복수의 제어 코드들에 따라 상기 공진부를 제어함으로써 상기 자유 발진 주파수들을 조절하는 단계를 포함하는 위상 천이 방법.The method of claim 10,
The quadrature oscillator includes a resonator, and
The step of generating the output signal comprises adjusting the free oscillation frequencies by controlling the resonator according to the plurality of dynamically converted control codes.
상기 공진부는 복수의 단위 커패시터(unit capacitor)들을 포함하고, 그리고
상기 출력 신호를 생성하는 단계는 상기 주파수 동기 루프에 의하여 상기 동적으로 변환된 복수의 제어 코드들에 따라 상기 복수의 단위 커패시터들과 각각 연결된 복수의 스위치들의 턴-온 및 턴-오프를 제어함으로써 상기 자유 발진 주파수들을 조절 단계를 더 포함하는 위상 천이 방법.The method of claim 11,
The resonance unit includes a plurality of unit capacitors, and
The generating of the output signal includes controlling turn-on and turn-off of a plurality of switches respectively connected to the plurality of unit capacitors according to the plurality of control codes dynamically converted by the frequency locked loop. The phase shifting method further comprising adjusting free oscillation frequencies.
상기 위상 천이기는 복수의 트랜스컨덕터(transconductor)들을 포함하고, 그리고
상기 출력 신호의 상기 위상을 제어하는 단계는 상기 위상 제어기에 의하여 상기 복수의 트랜스컨덕터들을 제어함에 따라 상기 출력 신호의 상기 위상을 제어하는 단계를 포함하는 위상 천이 방법.The method of claim 10,
The phase shifter includes a plurality of transconductors, and
Controlling the phase of the output signal comprises controlling the phase of the output signal as controlling the plurality of transconductors by the phase controller.
상기 위상 천이기는 위상 선택기를 포함하고, 그리고
상기 출력 신호를 출력하는 단계는 상기 위상 선택기에 의하여 상기 출력 신호 및 상기 출력 신호의 위상 반전 신호 중 하나를 선택하는 단계를 포함하는 위상 천이 방법.The method of claim 10,
The phase shifter comprises a phase selector, and
The step of outputting the output signal comprises selecting one of the output signal and a phase inversion signal of the output signal by the phase selector.
상기 위상 천이기는 룩업 테이블(lookup table)을 포함하고, 그리고
상기 생성된 복수의 제어 코드들을 동적으로 변환하는 단계는 상기 생성된 복수의 제어 코드들을 동적으로 변환한 후에 상기 주파수 동기 루프에 의하여 상기 룩업 테이블에 상기 동적으로 변환된 복수의 제어 코드들을 저장하는 단계를 포함하는 위상 천이 방법.The method of claim 10,
The phase shifter includes a lookup table, and
The step of dynamically converting the generated plurality of control codes includes dynamically converting the generated plurality of control codes and then storing the dynamically converted plurality of control codes in the lookup table by the frequency lock loop. Phase shift method comprising a.
상기 생성된 복수의 제어 코드들을 동적으로 변환하는 단계는 상기 쿼드러쳐 발진기를 모니터링 함으로써 상기 샘플링 된 입력 신호에 따라 상기 자유 발진 주파수를 조절하기 위한 상기 복수의 제어 코드들을 생성하고 상기 생성된 복수의 제어 코드들을 동적으로 변환하는 단계를 포함하는 위상 천이 방법. The method of claim 10,
The step of dynamically converting the generated plurality of control codes includes generating the plurality of control codes for adjusting the free oscillation frequency according to the sampled input signal by monitoring the quadrature oscillator, and generating the plurality of control codes A method of phase shifting comprising dynamically transforming codes.
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KR1020190046667A KR20200123600A (en) | 2019-04-22 | 2019-04-22 | Phase shifter and phase shifting method |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023177009A1 (en) * | 2022-03-18 | 2023-09-21 | 한밭대학교 산학협력단 | Voltage controlled oscillator for compensating for temperature on basis of phase injection |
-
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- 2019-04-22 KR KR1020190046667A patent/KR20200123600A/en unknown
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WO2023177009A1 (en) * | 2022-03-18 | 2023-09-21 | 한밭대학교 산학협력단 | Voltage controlled oscillator for compensating for temperature on basis of phase injection |
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