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KR102120926B1 - 무선 송수신기 및 그 동작 방법 - Google Patents

무선 송수신기 및 그 동작 방법 Download PDF

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KR102120926B1
KR102120926B1 KR1020160090861A KR20160090861A KR102120926B1 KR 102120926 B1 KR102120926 B1 KR 102120926B1 KR 1020160090861 A KR1020160090861 A KR 1020160090861A KR 20160090861 A KR20160090861 A KR 20160090861A KR 102120926 B1 KR102120926 B1 KR 102120926B1
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Abstract

일실시예에 따른 무선 송수신기는 RF 신호와 연관된 제1 발진 주파수를 발생시키는 제1 발진기, 클럭 주파수와 연관된 제2 발진 주파수를 발생시키는 제2 발진기, 상기 제1 발진 주파수 및 상기 제2 발진 주파수를 이용하여 카운터 출력 신호를 생성하는 카운터, 및 상기 카운터 출력 신호 및 기준 값을 비교하여 상기 RF 신호와 연관된 디지털 출력 신호를 생성하는 비교기를 포함한다. 상기 제1 발진기 및 상기 제2 발진기는 단일의 무선 송수신기 집적회로 내부에 배치될 수 있다.

Description

무선 송수신기 및 그 동작 방법{RF TRANSCEIVER AND OPERATING METHOD THEREOF}
무선 송수신기 및 그 동작 방법에 연관되며, 보다 구체적으로는 외부 소자의 개수를 최소화하여 잡음, 공정 및 온도 등에 변화에 민감하지 않도록 구성된 무선 송수신기에 연관된다.
무선 송수신기는 일반적으로 수신기 측의 입력단과 송신기 측의 출력단이 분리되어 있고 안테나와의 연결을 위한 스위치 등을 포함하여 구성된다. 따라서, 일반적인 무선 송수신기의 경우 기본적으로 송신기 측의 출력단을 위한 매칭 소자, 수신기 측의 입력단을 위한 송신단을 위한 매칭 소자, 안테나를 위한 매칭 소자 및 스위치 등 많은 외부 소자(external components)들이 사용되어야 한다.
IoT(Internet of Things) 디바이스, 인체삽입형 의료기기 및 소형 센서 시스템 등 무선 송수신기의 소형화가 필수적인 분야에서는 무선 송수신기에서 사용되는 외부 소자의 개수를 최소화할 필요가 있다. 무선 송수신기 집적 회로에서 이용되는 외부 소자로는 안테나, 전원을 안정화하기 위한 캐패시터, 및 기준 주파수를 생성하기 위한 X-tal(Crystal, 크리스탈) 발진기의 X-tal 등이 있다. X-tal은 공정 및 온도 변화에 둔감한 특성이 있어 기준 주파수 발생에 이용되지만 X-tal은 칩 내에 집적할 수 없어 외부 소자로서 사용된다. 이러한 외부 소자들의 사용은 모듈 크기 증가의 원인이 되어 무선 송수신기의 소형화에 장애가 된다.
한편, 칩 내부에 기준 주파수 발생기를 구현하는 경우, 잡음 및 온도 변화에 따라 수신 특성이 민감하게 변하기 때문에 일반적으로 안정성이 떨어진다. 따라서, 사용되는 외부 소자를 최소화하여 모듈 크기의 증가를 방지하면서도 공정, 잡음 및 온도 변화에 둔감한 안정적 성능의 무선 송수신기 구조가 요구된다.
일측에 따르면, 무선 송수신기는 RF 신호와 연관된 제1 발진 주파수를 발생시키는 제1 발진기, 클럭 주파수와 연관된 제2 발진 주파수를 발생시키는 제2 발진기, 상기 제1 발진 주파수 및 상기 제2 발진 주파수를 이용하여 카운터 출력 신호를 생성하는 카운터, 및 상기 카운터 출력 신호 및 기준 값을 비교하여 상기 RF 신호와 연관된 디지털 출력 신호를 생성하는 비교기를 포함한다. 일실시예에서, 상기 카운터 출력 신호는 상기 제1 발진 주파수 및 상기 제2 발진 주파수의 비와 연관된다.
일실시예에서, 상기 제1 발진기는, 상기 RF 신호를 수신하는 안테나, 상기 안테나에 전기적으로 연결된 네거티브 R-제너레이터, 및 상기 안테나 및 상기 네거티브 R-제너레이터와 병렬로 연결된 캐패시터 뱅크를 포함한다.
일실시예에서, 무선 송수신기는 상기 제2 발진 주파수를 이용하여 상기 제1 발진기의 네거티브 R-제너레이터를 제어하는 ?칭 신호를 발생시키는 ?칭 파 생성기를 더 포함한다. 일실시예에서, 무선 송수신기는 상기 RF 신호의 입력 크기가 미리 결정된 임계 값 이상인 경우 상기 ?칭 파 생성기 및 상기 네거티브 R-제너레이터를 비활성화하는 자동 이득 제어기를 더 포함한다. 일실시예에서, 무선 송수신기는 상기 제1 발진기 및 상기 카운터 사이에 배치되는 AC 커플링 캐패시터를 더 포함한다.
일실시예에서, 무선 송수신기는 송신 데이터를 생성하는 데이터 생성기 및 상기 데이터 생성기로부터 수신된 송신 데이터를 상기 제1 발진기를 이용하여 변조하는 변조기를 더 포함한다. 일실시예에서, 상기 변조기는 OOK 변조기 또는 FSK 변조기 중 적어도 하나를 포함한다.
일실시예에서, 무선 송수신기는 상기 제1 발진기와 전기적으로 연결되고, 상기 제1 발진기의 진폭을 교정하는 자동 진폭 제어기를 더 포함한다. 일실시예에서, 무선 송수신기는 상기 제1 발진기와 전기적으로 연결되고, 상기 제1 발진기의 주파수를 교정하는 자동 주파수 제어기를 더 포함한다.
일실시예에서, 상기 제1 발진기 및 상기 제2 발진기는 단일의 무선 송수신기 집적회로 내부에 배치된다.
다른 일측에 따르면, 무선 송수신기는 RF 신호와 연관된 제1 발진 주파수를 발생시키는 제1 발진기, 클럭 주파수와 연관된 제2 발진 주파수를 발생시키는 제2 발진기, 상기 제1 발진 주파수로부터 포락선 신호를 검출하는 포락선 검출기, 상기 제1 발진 주파수, 상기 제2 발진 주파수 및 상기 포락선을 이용하여 카운터 출력 신호를 생성하는 카운터, 상기 카운터 출력 신호 및 기준 값을 비교하여 상기 RF 신호와 연관된 디지털 출력 신호를 생성하는 비교기를 포함한다. 일실시예에서, 상기 카운터 출력 신호는 상기 제1 발진 주파수 및 상기 제2 발진 주파수의 비와 연관된다. 일실시예에서, 상기 포락선 신호는 상기 카운터의 인에이블 신호로 인가된다.
일실시예에서, 상기 제1 발진기는, 상기 RF 신호를 수신하는 안테나, 상기 안테나에 전기적으로 연결된 네거티브 R-제너레이터, 및 상기 안테나 및 상기 네거티브 R-제너레이터와 병렬로 연결된 캐패시터 뱅크를 포함한다.
일실시예에서, 무선 송수신기는 상기 제2 발진 주파수를 이용하여 상기 제1 발진기의 네거티브 R-제너레이터를 제어하는 ?칭 신호를 발생시키는 ?칭 파 생성기를 더 포함한다. 일실시예에서, 무선 송수신기는 상기 RF 신호의 입력 크기가 미리 결정된 임계 값 이상인 경우 상기 ?칭 파 생성기 및 상기 네거티브 R-제너레이터를 비활성화하는 자동 이득 제어기를 더 포함한다. 일실시예에서, 무선 송수신기는 상기 제1 발진기 및 상기 카운터 사이에 배치되는 AC 커플링 캐패시터를 더 포함한다.
다른 일측에 따르면, 무선 송수신기는 RF 신호와 연관된 제1 발진 주파수를 발생시키는 제1 발진기, 클럭 주파수와 연관된 제2 발진 주파수를 발생시키는 제2 발진기, 상기 제2 발진 주파수를 이용하여 상기 제1 발진기를 제어하는 ?칭 신호를 발생시키는 ?칭 파 생성기, 및 상기 RF 신호의 입력 크기에 기초하여 상기 ?칭 파 생성기를 활성화(enable) 또는 비활성화(disable)하는 자동 이득 제어기를 포함한다.
일실시예에서, 상기 자동 이득 제어기는 상기 RF 신호의 입력 크기가 미리 결정된 값 이상인 경우 상기 ?칭 파 생성기를 비활성화할 수 있다. 일실시예에서, 상기 자동 이득 제어기는 높은 수신 감도 레벨이 요구되는 경우 상기 ?칭 파 생성기를 활성화할 수 있다.
일실시예에서, 무선 송수신기는 상기 제1 발진 주파수 및 상기 제2 발진 주파수를 이용하여 카운터 출력 신호를 생성하는 카운터, 및 상기 카운터 출력 신호 및 기준 값을 비교하여 상기 RF 신호와 연관된 디지털 출력 신호를 생성하는 비교기를 더 포함한다.
도 1은 일실시예에 따른 무선 송수신기의 부분 블록도이다.
도 2는 일실시예에 따른 무선 송수신기의 부분 블록도이다.
도 3은 일실시예에 따른 무선 송수신기의 신호를 도시한 타이밍 다이어그램이다.
도 4는 일실시예에 따른 무선 송수신기의 부분 블록도이다.
도 5는 일실시예에 따른 무선 송수신기의 신호를 도시한 타이밍 다이어그램이다.
도 6은 일실시예에 따른 무선 송수신기의 부분 블록도이다.
도 7은 일실시예에 따른 무선 송수신기의 신호를 도시한 타이밍 다이어그램이다.
도 8은 일실시예에 따른 무선 송수신기의 부분 블록도이다.
도 9는 일실시예에 따른 무선 송수신기의 신호를 도시한 타이밍 다이어그램이다.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 실시될 수 있다. 따라서, 실시예들은 특정한 개시형태로 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 권리범위는 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 일실시예에 따른 무선 송수신기의 부분 블록도이다. 일실시예에서, 무선 송수신기는 IC 칩(110), 제1 외부 소자(120) 및 제2 외부 소자(130)를 포함한다.
도시된 예에서, IC 칩(110)에는 수신기 측의 입력단과 송신기 측의 출력단이 분리되어 있다. 따라서, 제1 외부 소자(120)는 송신기 측의 출력단을 위한 매칭 소자 및 수신기 측의 입력단을 위한 송신단을 위한 매칭 소자를 각각 구비할 필요가 있으며, 그에 더하여 안테나를 위한 매칭 소자 및 스위치를 포함한다. 또한, 제2 외부 소자(130)는 전원을 안정화하기 위한 서플라이 캐패시터 및 기준 주파수를 생성하기 위한 X-tal(Crystal, 크리스탈) 발진기를 포함한다.
제1 외부 소자(120) 및 제2 외부 소자(130)의 사용은 다수의 매칭 소자 및 큰 면적의 X-tal 발진기 사용으로 인하여 무선 송수신기 모듈의 크기를 증가시키는 원인이 될 수 있다.
따라서, 이하에서는 매칭 소자 및 외부 발진기를 사용하지 않고 칩 내부에 집적이 가능한 발진기만을 사용하여 RF 신호를 수신하는 구조가 제안된다. 예를 들어, 제안되는 무선 송수신기 구조는 RF 입력 신호를 안테나를 통해 수신하는 LC 발진기, 내부 주파수를 발생시키는 RC 발진기, 두 발진기의 주파수를 비교하여 RF 입력 신호를 센싱하는 카운터 및 카운터의 출력과 기준 값을 비교하여 디지털 출력을 생성하는 비교기를 포함한다.
제안되는 무선 송수신기 구조는 안테나와 송신기 측 매칭 소자 및 수신기 측 매칭 소자를 서로 통합하여 하나의 RF 포트를 송신 및 수신에 사용한다. 안테나는 칩 내부의 LC 발진기의 인덕터로서 사용되고, 송신 시에는 LC 발진기를 이용하여 송신 신호를 직접 변조한다.
제안되는 무선 송수신기 구조는 비교적 복잡도가 낮은 구조로서 전력 소모가 작고 소형화가 가능하다. 또한, 칩 내부의 LC 발진기 및 RC 발진기(혹은 Ring 발진기)의 주파수를 비교하여 출력을 산출하는 TDC(Time to Digital Converter) 방식을 이용하기 때문에 잡음 및 온도 등의 변화에 민감하지 않은 특성을 가진다.
도 2는 일실시예에 따른 무선 송수신기의 부분 블록도이다. 일실시예에서, 무선 송수신기는 제1 발진기(210), 제2 발진기(220), 카운터(250) 및 비교기(270)를 포함한다. 무선 송수신기는 증폭기(231, 232, 233), AC 커플링 캐패시터(240), ?칭 파 생성기(Quenching Wave Generator; 260), 자동 진폭 제어기(Auto Amplitude Calibration; 281), 자동 주파수 제어기(Auto Frequency Calibration; 282), 자동 이득 제어기(Auto Gain Calibration; 283) 및 온도 보상 전류원(Temperature Compensated Current source; 290)을 더 포함할 수 있다.
제1 발진기(210)는 안테나(211)의 코일을 LC-tank의 인덕터로서 사용하여 안테나(211)에서 수신되는 RF 신호와 연관된 제1 발진 주파수(fOSC1)를 발생시킨다. 제1 발진기(210)는 예를 들어 무선 송수신기 집적회로 내부에 배치된 LC 발진기일 수 있다. 일실시예에서, 제1 발진기(210)는 안테나(211), 캐패시터 뱅크(C-bank; 212) 및 네거티브-R 제너레이터(Negative-R generator; 213)를 포함할 수 있다. 안테나(211)는 예를 들어 루프 안테나일 수 있다. 제1 발진 주파수와 연관된 제1 발진기의 출력 신호(VOSC1)는 증폭기(231, 232)와 AC 커플링 캐패시터(240)를 거쳐 카운터(250)의 클럭(Clk)으로 입력된다.
제2 발진기(220)는 내부 클럭 주파수에 해당하는 제2 발진 주파수(fOSC2)를 발생시킨다. 제2 발진기(220)는 예를 들어 무선 송수신기 집적회로 내부에 배치된 RC 발진기(혹은 Ring 발진기)일 수 있다. 제2 발진 주파수와 연관된 제2 발진기의 출력 신호(VOSC2)는 카운터(250)의 리셋 신호(Rstn)로 이용된다. 예를 들어, 제2 발진기의 출력 신호(VOSC2)의 상승 엣지에서 카운터(250)가 리셋되도록 할 수 있다.
또한, 제2 발진기의 출력 신호(VOSC2)는 제1 발진기(210)를 제어하는 ?칭 신호로 이용될 수 있다. 예를 들어, ?칭 파 생성기(260)는 제2 발진기의 출력 신호(VOSC2)를 이용하여 제1 발진기(210)의 전류원을 제어하는 ?칭 신호를 발생시킬 수 있다. ?칭 신호는 제2 발진 주파수를 이용하되 ?칭 파 생성기(260)에서 신호의 듀티 및 형태를 바꾸어 전류원을 제어한다. 그 결과로 다양한 형태의 전류 파형이 LC 발진기에 인가될 수 있다.
일실시예에서, 네거티브-R 제너레이터(213)는 RF 신호의 입력 크기(input power)에 따라 선택적으로 활성화(enable) 또는 비활성화(disable)될 수 있다. 네거티브-R 제너레이터(213)를 비활성화시키는 경우에는 ?칭 파 생성기(260)가 네거티브-R 제너레이터(213)에 전류를 공급하지 않도록 제어될 수 있다. 예를 들어, RF 신호의 입력 크기가 미리 결정된 임계 값 이상인 경우, 자동 이득 제어기(283)는 네거티브-R 제너레이터(213) 및 ?칭 파 생성기(260)를 비활성화함으로써 RF 입력 신호가 증폭기(231, 232)와 AC 커플링 캐패시터(240)에 의해서만 증폭되도록 할 수 있다. 반대로, RF 신호의 입력 크기가 미리 결정된 임계 값 미만인 경우, 자동 이득 제어기(283)는 네거티브-R 제너레이터(213) 및 ?칭 파 생성기(260)를 활성화함으로써 RF 입력 신호가 제1 발진기(210)의 발진을 통하여 수신되도록 할 수 있다.
일실시예에서, 자동 이득 제어기(283)는 요구되는 수신 감도 레벨에 따라 네거티브-R 제너레이터(213) 및 ?칭 파 생성기(260)를 선택적으로 활성화 또는 비활성화할 수 있다. 예를 들어, 높은 수신 감도 레벨이 요구되는 경우 자동 이득 제어기(283)는 네거티브-R 제너레이터(213) 및 ?칭 파 생성기(260)를 활성화할 수 있다. 반대로, 높은 수신 감도 레벨이 요구되지 않는 경우 자동 이득 제어기(283)는 네거티브-R 제너레이터(213) 및 ?칭 파 생성기(260)를 비활성화할 수 있다.
카운터(250)는 상기 제1 발진 주파수 및 상기 제2 발진 주파수를 이용하여 TDC 방식으로 카운터 출력 신호(COUT)를 생성한다. 카운터 출력 신호(COUT)는 제1 발진 주파수 및 제2 발진 주파수의 비와 연관된다. 제1 발진 주파수와 제2 발진 주파수의 차이가 클수록, RF 신호(VRF)가 1일 때와 0일 때에 카운터(250)에서 카운트되는 클럭의 개수 차이는 더 증가하게 된다.
예를 들어, RF 신호(VRF)가 1일 때에는 제1 발진기(210)의 발진이 상대적으로 빠르게 일어나서 카운터(250)에서 카운트되는 클럭의 개수가 상대적으로 더 큰 값을 가지게 되고, 따라서 카운터 출력 신호(COUT)의 값이 상대적으로 더 클 수 있다. 반대로, RF 신호(VRF)가 0일 때에는 제1 발진기(210)의 발진이 상대적으로 느리게 일어나서 카운터(250)에서 카운트되는 클럭의 개수가 상대적으로 더 작은 값을 가지게 되고, 따라서 카운터 출력 신호(COUT)의 값이 상대적으로 더 작을 수 있다.
비교기(270)는 카운터 출력 신호(COUT)를 기준 값(NT)과 비교하여 RF 신호와 연관된 디지털 출력 신호(NOUT)를 생성한다. 디지털 출력 신호(NOUT)는 카운터 출력 신호(COUT)가 기준 값(NT)보다 더 크거나 같은 경우 1의 값을 가지고, 카운터 출력 신호(COUT)가 기준 값(NT)보다 더 작은 경우 0의 값을 가질 수 있다.
일실시예에서, 무선 송수신기는 제1 발진기(210)의 안정적인 동작을 위하여 무선 송수신기 집적회로 내부에 배치되는 자동 진폭 제어기(281) 및 자동 주파수 제어기(282)를 포함할 수 있다. 자동 진폭 제어기(281)는 제1 발진기(210)와 전기적으로 연결되고 제1 발진기(210)의 진폭을 자동으로 교정하는 기능을 수행할 수 있다. 자동 주파수 제어기(282)는 제1 발진기(210)와 전기적으로 연결되고 제1 발진기(210)의 주파수를 자동으로 교정하는 기능을 수행할 수 있다.
본 실시예에서, 안테나 이외의 모든 구성요소는 무선 송수신기 집적회로 내부에 배치될 수 있다. 따라서, 부피 또는 면적이 큰 외부 소자의 사용이 감소되기 때문에, 본 실시예는 무선 송수신기의 소형화 측면에 있어서 다수의 외부 소자를 사용하는 종래 기술에 비하여 더 유리하다. 또한, 제1 발진기(210) 및 카운터(250) 사이에 배치되는 AC 커플링 캐패시터(240)에 의해 증폭기에서 발생하는 저주파 잡음 및 DC 오프셋을 용이하게 제거할 수 있다는 장점이 있다.
도 3은 일실시예에 따른 무선 송수신기의 신호를 도시한 타이밍 다이어그램이다. 도 3에는 도 2에 따른 무선 송수신기의 수신 동작 중에 각 신호의 시간에 따른 변화가 예시적으로 도시된다. RF 신호(VRF)가 1일 때의 카운터 출력 NOUT1 및 RF 신호(VRF)가 0일 때의 카운터 출력 NOUT0 은 다음의 수학식 1 및 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112016069433769-pat00001
Figure 112016069433769-pat00002
여기서, Tosc1은 제1 발진기의 주기를 나타내고, Tosc2는 제2 발진기의 주기를 나타낸다. NOUT1 및 NOUT0의 차를 ΔN이라 하면, ΔN은 다음의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112016069433769-pat00003
여기서, D1 및 D2는 제2 발진기의 신호 주기와 제1 발진기의 발진하는 구간의 비(duty)로서 다음의 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112016069433769-pat00004
이상의 수학식 및 도 3에서 확인할 수 있는 바와 같이, 제1 발진기는 RF 신호(VRF)가 1일 때와 0일 때에 각각 발진하는 구간의 길이가 서로 상이하므로, 이를 이용하여 카운터의 출력의 차이를 유발시키는 방식이 이용된다.
구체적으로, RF 신호(VRF)가 1일 때에는 제1 발진기의 발진이 상대적으로 빠르게 일어나므로, 발진 구간의 길이(t2)가 비교적 길다. 따라서, 카운터에 의해 카운트되는 클럭의 개수가 상대적으로 더 큰 값을 가지게 된다.
한편, RF 신호(VRF)가 0일 때에는 제1 발진기의 발진이 상대적으로 느리게 일어나므로, 발진 구간의 길이(t'2)가 비교적 짧다. 따라서, 카운터에 의해 카운트되는 클럭의 개수가 상대적으로 더 작은 값을 가지게 된다.
디지털 출력 신호(NOUT)는 카운터 출력 신호(COUT)가 기준 값(NT)보다 더 크거나 같은 경우 1의 값을 가지고, 카운터 출력 신호(COUT)가 기준 값(NT)보다 더 작은 경우 0의 값을 가지도록 생성될 수 있다.
도 4는 일실시예에 따른 무선 송수신기의 부분 블록도이다. 일실시예에서, 무선 송수신기는 제1 발진기(410), 제2 발진기(420), 카운터(450) 및 비교기(470)를 포함한다. 또한, 무선 송수신기는 데이터 생성기(491), SPI(Serial Peripheral Interface; 492), OOK 변조기(493), 및 FSK 변조기(494)를 포함한다. 무선 송수신기는 증폭기(431, 432, 433), AC 커플링 캐패시터(440), ?칭 파 생성기(460), 자동 진폭 제어기(481), 자동 주파수 제어기(482) 및 자동 이득 제어기(483)를 더 포함할 수 있다. 일실시예에서, 제1 발진기(410)는 안테나(411), 캐패시터 뱅크(412) 및 네거티브-R 제너레이터(413)를 포함할 수 있다. 도 4의 무선 송수신기는 RF 신호의 수신에 이용된 RF 포트를 송신에 사용하기 위한 구성을 포함한다. 일실시예에서, 데이터 생성기(491)는 데이터 신호(VDATA)를 생성한다. 생성된 데이터 신호는 발진기의 출력의 크기를 조절하는 OOK(On/Off Keying) 방식의 변조기(493) 또는 0 과 1을 구분할 수 있는 두 발진 주파수(f1, f2)를 이용하는 FSK(Frequency Shift Keying) 방식의 변조기(494)에 의해 변조될 수 있다.
안테나(411)와 제1 발진기(410)가 서로 직접 연결된 구조이므로, 송신 시에도 제1 발진기(410)의 출력이 바로 안테나(411)를 통해 외부로 송출된다. 이 때 제1 발진기(410)의 발진 주파수는 Ccode[n:0]를 이용하여 제어될 수 있다.
다른 구성들에 대하여는 위에서 도 2를 참조하여 설명된 내용이 동일하게 적용될 수 있으므로 자세한 설명은 생략된다.
도 5는 일실시예에 따른 무선 송수신기의 신호를 도시한 타이밍 다이어그램이다. 도 5에는 도 4에 따른 무선 송수신기의 송신 동작 중에 각 신호의 시간에 따른 변화가 예시적으로 도시된다.
도시된 예에서, VRF(OOK)는 OOK 방식에 따라 변조된 RF 신호를 나타낸다. OOK 방식에서는 데이터 신호(VDATA)가 1인 경우 발진기의 출력이 on을 나타내고 데이터 신호(VDATA)가 0인 경우 발진기의 출력이 off를 나타내도록 하여 RF 신호를 변조할 수 있다.
한편, VRF(FSK)는 FSK 방식에 따라 두 발진 주파수(f1, f2)를 이용하여 변조된 RF 신호를 나타낸다. FSK 방식에서는 데이터 신호(VDATA)가 1인 경우 발진기의 출력이 제1 발진 주파수(f1)를 나타내고 데이터 신호(VDATA)가 0인 경우 발진기의 출력이 제2 발진 주파수(f2)를 나타내도록 하여 RF 신호를 변조할 수 있다.
도 6은 일실시예에 따른 무선 송수신기의 부분 블록도이다. 일실시예에서, 무선 송수신기는 제1 발진기(610), 제2 발진기(620), 카운터(650) 및 비교기(670)를 포함한다. 또한, 무선 송수신기는 필터(691) 및 비교기(692) 를 포함한다. 무선 송수신기는 증폭기(631, 632, 633), AC 커플링 캐패시터(640), ?칭 파 생성기(660), 자동 진폭 제어기(681), 자동 주파수 제어기(682) 및 자동 이득 제어기(683)를 더 포함할 수 있다. 일실시예에서, 제1 발진기(610)는 안테나(611), 캐패시터 뱅크(612) 및 네거티브-R 제너레이터(613)를 포함할 수 있다.
도 6의 무선 송수신기는 기준이 되는 특정 레벨(VREF)을 검출하는 포락선 검출기(Envelop Detector)를 이용하여 검출된 포락선 신호(VED)를 카운터(650)의 인에이블(Enable; En) 신호로 인가하는 구성을 포함한다.
다른 구성들에 대하여는 위에서 도 2를 참조하여 설명된 내용이 동일하게 적용될 수 있으므로 자세한 설명은 생략된다.
도 7은 일실시예에 따른 무선 송수신기의 신호를 도시한 타이밍 다이어그램이다. 도 7에는 도 6에 따른 무선 송수신기의 수신 동작 중에 각 신호의 시간에 따른 변화가 예시적으로 도시된다. 도 7에 도시된 실시예의 경우, 포락선 검출기를 이용하여 검출된 포락선 신호(VED)가 카운터(650)의 인에이블 신호로 인가된다
구체적으로, RF 신호(VRF)가 1일 때에는 제1 발진기의 발진이 상대적으로 빠르게 일어나므로, 발진 구간의 길이(t2)가 비교적 길다. 따라서, 카운터에 의해 카운트되는 클럭의 개수가 상대적으로 더 큰 값을 가지게 된다.
한편, RF 신호(VRF)가 0일 때에는 제1 발진기의 발진이 상대적으로 느리게 일어나므로, 발진 구간의 길이(t'2)가 비교적 짧다. 따라서, 카운터에 의해 카운트되는 클럭의 개수가 상대적으로 더 작은 값을 가지게 된다.
디지털 출력 신호(NOUT)는 카운터 출력 신호(COUT)가 기준 값(NT)보다 더 크거나 같은 경우 1의 값을 가지고, 카운터 출력 신호(COUT)가 기준 값(NT)보다 더 작은 경우 0의 값을 가지도록 생성될 수 있다.
도 8은 일실시예에 따른 무선 송수신기의 부분 블록도이다. 일실시예에서, 무선 송수신기는 제1 발진기(810), 제2 발진기(820), 카운터(850) 및 비교기(870)를 포함한다. 또한, 무선 송수신기는 제1 전류원(891), 제2 전류원(892) 및 온도 보상 제어기(893)를 포함한다. 무선 송수신기는 증폭기(831, 832, 833), AC 커플링 캐패시터(840), ?칭 파 생성기(860), 자동 진폭 제어기(881), 자동 주파수 제어기(882) 및 자동 이득 제어기(883)를 더 포함할 수 있다. 일실시예에서, 제1 발진기(810)는 안테나(811), 캐패시터 뱅크(812) 및 네거티브-R 제너레이터(813)를 포함할 수 있다.
일실시예에서, 제1 전류원(891)은 제1 발진기(810)에 전류를 공급하고, 제2 전류원(892)은 제2 발진기(820)에 전류를 공급할 수 있다. 이 때, 제1 발진기(810) 및 제2 발진기(820) 각각의 온도에 따른 발진 주파수 변화율이 서로 상이한 경우, 온도 보상 제어기(893)는 상이한 변화율을 보상하도록 제1 전류원(891) 및 제2 전류원(892)을 제어할 수 있다.
제안되는 무선 송수신기 구조에서는 제1 발진기(810) 및 제2 발진기(820)의 주파수의 비를 카운터 출력 신호로 산출하는 방식을 이용하기 때문에, 최종적인 출력 신호는 온도에 따른 변화율이 둔감할 수 있다.다른 구성들에 대하여는 위에서 도 2를 참조하여 설명된 내용이 동일하게 적용될 수 있으므로 자세한 설명은 생략된다.
도 9는 일실시예에 따른 무선 송수신기의 신호를 도시한 타이밍 다이어그램이다. 도 9는 종래의 ED(Envelope Detector) 방식과 일실시예에 따른 TDC 방식을 비교하여 나타낸다. 특히, 도 9에서는 ED 방식과 TDC 방식에서 겪는 잡음의 영향의 차이를 확인할 수 있다.
ED 방식의 경우 데이터 신호(data)가 0일 때의 출력 신호의 크기 V0와 데이터 신호(data)가 1일 때의 출력 신호의 크기 V1의 차이(Vs=V1-V0) 가해지는 잡음(ΔVs)보다 큰 경우에만 신호의 구별이 가능하다. 신호의 출력은 클수록 좋지만 신호의 출력은 공급 전압(VLimited)에 의해 제한된다. 따라서, 이러한 신호의 크기의 제한으로 인해 잡음에 따른 열화를 피하기 어렵다.
그러나, TDC 방식의 경우, 데이터 신호(data)가 0일 때의 출력 신호의 크기 N0와 데이터 신호(data)가 1일 때의 출력 신호의 크기 N1 차이(ΔNS=N1-N0)는 N1의 크기를 증가시킴으로써 증가될 수 있다. TDC 방식에서는 시간 영역(Time Domain)에서의 시간 차이를 측정하므로 ΔNs는 Tosc1 를 짧게(즉, 발진 주파수를 빠르게) 할수록, 그리고 ?치 파 생성기의 발진 주파수(fosc1)를 느리게 할수록 증가된다. 또한, ?치 파 생성기에서 신호의 Duty를 증가시킴으로써 T1구간이 더 길어질 수 있다.
한편, ΔNs 는 정착 시간(Settling Time)에 따른 기울기 S1을 크게 할수록 증가되며 기울기는 high Q(LC)를 이용할수록 유리하다. 또한, 기울기에 따라 잡음에 의해 변화되는 구간 ΔN0 혹은 ΔN1 도 감소될 수 있다.
이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate 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 상기 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. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 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 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 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 (26)

  1. RF 신호와 연관된 제1 발진 주파수를 발생시키는 제1 발진기;
    클럭 주파수와 연관된 제2 발진 주파수를 발생시키는 제2 발진기;
    상기 제1 발진 주파수 및 상기 제2 발진 주파수를 이용하여 카운터 출력 신호를 생성하는 카운터;
    상기 카운터 출력 신호 및 기준 값을 비교하여 상기 RF 신호와 연관된 디지털 출력 신호를 생성하는 비교기; 및
    상기 제2 발진 주파수를 이용하여 상기 제1 발진기의 네거티브 R-제너레이터를 제어하는 ?칭 신호를 발생시키는 ?칭 파 생성기
    를 포함하는, 무선 송수신기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 카운터 출력 신호는 상기 제1 발진 주파수 및 상기 제2 발진 주파수의 비와 연관되는, 무선 송수신기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 발진기는,
    상기 RF 신호를 수신하는 안테나;
    상기 안테나에 전기적으로 연결된 네거티브 R-제너레이터; 및
    상기 안테나 및 상기 네거티브 R-제너레이터와 병렬로 연결된 캐패시터 뱅크
    를 포함하는, 무선 송수신기.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 RF 신호의 입력 크기가 미리 결정된 임계 값 이상인 경우 상기 ?칭 파 생성기 및 상기 네거티브 R-제너레이터를 비활성화하는 자동 이득 제어기를 더 포함하는, 무선 송수신기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 발진기 및 상기 카운터 사이에 배치되는 AC 커플링 캐패시터를 더 포함하는, 무선 송수신기.
  7. 제1항에 있어서,
    송신 데이터를 생성하는 데이터 생성기; 및
    상기 데이터 생성기로부터 수신된 송신 데이터를 상기 제1 발진기를 이용하여 변조하는 변조기
    를 더 포함하는, 무선 송수신기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 발진기와 전기적으로 연결되고, 상기 제1 발진기의 진폭을 교정하는 자동 진폭 제어기를 더 포함하는, 무선 송수신기.
  9. 제1항에 있어서
    상기 제1 발진기와 전기적으로 연결되고, 상기 제1 발진기의 주파수를 교정하는 자동 주파수 제어기를 더 포함하는, 무선 송수신기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 발진기 및 상기 제2 발진기는 단일의 무선 송수신기 집적회로 내부에 배치되는, 무선 송수신기.
  11. RF 신호와 연관된 제1 발진 주파수를 발생시키는 제1 발진기;
    클럭 주파수와 연관된 제2 발진 주파수를 발생시키는 제2 발진기;
    상기 제1 발진 주파수로부터 포락선 신호를 검출하는 포락선 검출기;
    상기 제1 발진 주파수, 상기 제2 발진 주파수 및 상기 포락선을 이용하여 카운터 출력 신호를 생성하는 카운터;
    상기 카운터 출력 신호 및 기준 값을 비교하여 상기 RF 신호와 연관된 디지털 출력 신호를 생성하는 비교기; 및
    상기 제2 발진 주파수를 이용하여 상기 제1 발진기의 네거티브 R-제너레이터를 제어하는 ?칭 신호를 발생시키는 ?칭 파 생성기
    를 포함하는, 무선 송수신기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 카운터 출력 신호는 상기 제1 발진 주파수 및 상기 제2 발진 주파수의 비와 연관되는, 무선 송수신기.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 포락선 신호는 상기 카운터의 인에이블 신호로 인가되는, 무선 송수신기.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제1 발진기는,
    상기 RF 신호를 수신하는 안테나;
    상기 안테나에 전기적으로 연결된 네거티브 R-제너레이터; 및
    상기 안테나 및 상기 네거티브 R-제너레이터와 병렬로 연결된 캐패시터 뱅크
    를 포함하는, 무선 송수신기.
  15. 삭제
  16. 제11항에 있어서,
    상기 RF 신호의 입력 크기가 미리 결정된 임계 값 이상인 경우 상기 ?칭 파 생성기 및 상기 네거티브 R-제너레이터를 비활성화하는 자동 이득 제어기를 더 포함하는, 무선 송수신기.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 제1 발진기 및 상기 카운터 사이에 배치되는 AC 커플링 캐패시터를 더 포함하는, 무선 송수신기.
  18. RF 신호와 연관된 제1 발진 주파수를 발생시키는 제1 발진기;
    클럭 주파수와 연관된 제2 발진 주파수를 발생시키는 제2 발진기;
    상기 제2 발진 주파수를 이용하여 상기 제1 발진기를 제어하는 ?칭 신호를 발생시키는 ?칭 파 생성기; 및
    상기 RF 신호의 입력 크기에 기초하여 상기 ?칭 파 생성기를 활성화(enable) 또는 비활성화(disable)하는 자동 이득 제어기
    를 포함하는 무선 송수신기.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 자동 이득 제어기는 요구되는 수신 감도 레벨에 기초하여 상기 ?칭 파 생성기의 활성화 여부를 결정하는, 무선 송수신기.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 제1 발진 주파수 및 상기 제2 발진 주파수를 이용하여 카운터 출력 신호를 생성하는 카운터; 및
    상기 카운터 출력 신호 및 기준 값을 비교하여 상기 RF 신호와 연관된 디지털 출력 신호를 생성하는 비교기
    를 더 포함하는, 무선 송수신기.
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