KR0122005B1 - 다중 주파수변조 위상동기 루프 검파장치 - Google Patents

다중 주파수변조 위상동기 루프 검파장치

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Abstract

이 발명은 다중 주파수변조 위상동기 루프 검파장치에 관한 것으로, 주파수변된 입력신호를 넓은 포착구간으로 포착하여 발진주파수와 위상을 동기시켜 신호를 출력하는 제1위상동기수단과, 상기 제1위상동기수단으로부터 입력되는 신호를 여파하여 출력하는 신호여파수단과, 주파수변조된 입력신호를 좁은 포착구간으로 포착하여 상기 신호여파수단으로부터 입력되는 신호에 따라 발진주파수와 위상을 동기시켜 신호를 출력하여 제2위상동기수단으로 이루어져 있으며, 원하는 주파수에 일정하게 발진하는 신호를 얻기 위한 위상 동기루프에 있어서, 입력되는 주파수변조 신호의 반송파를 추적하는 위상동기수단과 주파수변조에 있어서, 입력되는 주파수변조 신호의 반송파를 추적하는 위상동기수단과 주파수변조 신호를 검파하는 위상동기수단 등 여러 개의 위상동기루프를 사용하여 발진주파수를 추출함으로써 무조정으로 최적 상태에서 동작하여 좁은 포착구간을 설정할 수 있고, 그에 따라 잡음에 강하여 신호대잡음비를 향상할 수 있는 다중 주파수변조 위상동기루프 검파장치에 관한 것이다.

Description

다중 주파수변조 위상동기 루프 검파장치
제1도는 종래 기술의 주파수변조 위상동기 루프 검파장치를 적용한 회로도,
제2도는 이 발명의 제1실시예에 따른 다중 주파수변조 위상동기 루프 검파장치를 적용한 블럭도,
제3도는 이 발명의 제2실시예에 다중 주파수변조 위상동기 루프 검파장치를 적용한 블럭도이다.
본 발명은 다중 주파수변조 위상동기 루프(PLL, phase-locked loop) 검파장치에 관한 것으로서, 더 상세히 말하자면, 원하는 주파수에서 일정하게 발진하는 신호를 얻기 위한 위상동기 루프에 있어서, 입력되는 주파수변조 신호의 반송파를 추적하는 위상동기수단과 주파수변조 신호를 검파하는 위상동기수단 등 여러개의 위상동기 루프를 사용하여 발진주파수를 추출함으로써 무조정으로 최적 상태에서 동작할 수 있는 다중 주파수변조 위상동기 루프 검파장치에 관한 것이다.
제1도는 종래 기술의 주파수변조 위상동기 루프 검파장치를 적용한 회로도이다.
종래 기술의 주파수변조 위상동기 루프 검파장치는 제1도에서 도산 바와 같이, 주파수변조된 신호가 입력단자로 입력되는 위상 검출기(10)와, 상기 위상검출기(10)의 출력단자가 일측단자에 연결되어 연결되어있고 공급 전원이 타측단자에 연결되어 있는 저항(R1)과, 상기 위상검출기(10)의 출력단자가 일측단자에 연결되어 있고 타측단자가 접지되어 있는 커패시터(capacitor, C1)와, 상기 위상검출기(10)의 출력단자(10)의 출력단자가 입력단자로 연결되어 있고 출력단자가 상기 위상검출기(10)에 연결되어 있는 전압제어 발진기(20)로 이루어져 있다.
상기 회로가 최적의 위상동기 루프 동작을 하기 위해서는, 상기 전압제어발진기(20)의 발진주파수(fvco)가 주파수변조된 신호(Vfm)의 주파수와 일치할 수 있도록 전압제어 발진기(20)를 설계해야 한다.
그러나, 반도체 회로의 공정에 있어서 발생되는 제반 매개 변수들의 변동으로 인하여, 요구되는 주파수 특성이 설계된 값과 차이를 보이는 문제가 빈번히 발생한다.
상기에서는 포착구간을 넓게 설계함으로써, 전압제어 발진기(20)의 자체 발진주파수(fvco)가 주파수변조되어 입력되는 신호(Vfm)의 주파수와 일치하지 않고, 차이가 나더라도 검파를 할 수 있도록 하고 있다.
그러나, 상기와 같이 할 경우, 실질적으로 주파수변조되어 입력되는 신호(Vfm)의 주파수와 전압제어 발진기(20)의 발진주파수(fvco)가 일치하지 않기 때문에, 상기 전압제어 발진기(20)의 선형성 등의 문제로 인해 상기 위상동기 루프가 최적의 상태로 동작하지 않게 된다.
상기의 결과로, 검파 후의 신호의 왜율특성 등이 나빠지며, 포착구간을 넓게 구획함으로 인하여 높은 신호대잡음비를 기대하기 어려워지고, 입력에 잡음이 인가되었을 경우, 상기 인가된 잡음 성분 중 포착구간내에 존재하는 성분이 검파되므로, 검파 후의 잡음을 출력하게 되는 문제점이 있다.
따라서, 이 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 원하는 주파수에서 일정하게 발진하는 신호를 얻기 위한 위상동기루프에 있어서, 입력되는 주파수변조 신호의 반송파를 추적하는 위상동기수단과 주파수변조 신호를 검파하는 위상동기수단 등 여러 개의 위상동기 루프를 사용하여 발진주파수를 추출함으로써 무조정으로 최적 상태에서 동작할 수 있는 다중 주파수변조 위상동기 루프 검파장치를 제공하는 데에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 이 발명의 구성은, 주파수변조된 입력신호를 넓은 포착구간으로 포착하여 발진주파수와 위상을 동기시켜 신호를 출력하는 제1위상동기수단과; 상기 제1위상동기수단으로부터 입력되는 신호를 여파하여 출력하는 신호여파수단과; 주파수변조된 입력신호를 좁은 포착구간으로 포착하여 상기 신호여파수단으로부터 입력되는 신호에 따라 발진주파수와 위상을 동기시켜 신호를 출력하는 제2위상동기수단으로 이루어져 있다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 이 발명을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시예를 설명한다.
제2도는 이 발명의 제1실시예에 따른 다중 주파수변조 위상동기 루프 검파장치를 적용한 블럭도이다.
제2도에 도시되어 있듯이 이 발명의 제1실시예에 따른 다중 주파수변조 위상 동기 루프 검파장치의 구성은, 주파수변조된 입력신호를 넓은 포착구간으로 포착하여 발진주파수와 위상을 동기시켜 신호를 출력하는 제1위상동기부(100)와; 상기 제1위상동기부(100)로부터 입력되는 신호를 여파하여 출력하는 신호여파부(200)와; 주파수변조된 입력신호를 좁은 포착구간으로 포착하여 상기 신호여파부(200)로부터 입력되는 신호에 따라 발진주파수와 위상을 동기시켜 신호를 출력하는 제2위상동기부(300)로 이루어져 있다.
상기 제1위상동기부(100)는, 주파수변조된 신호가 입력단자로 입력되는 제1위상 검출기(110)와, 상기 제1위상 검출기(110)의 출력단자가 일측단자에 연결되어 있고 공급전원(Vr)이 타측단자에 연결되어 있는 저항(R11)과, 상기 위상검출기(110)의 출력단자가 일측단자에 연결되어 있고 타측단자가 접지되어 있는 커패시터(C11)와, 상기 제1위상 검출기(110)의 출력단자가 입력단자로 연결되어 있고 출력단자가 상기 위상검출기(110)에 연결되어 있는 제1전압제어 발진기(120)로 이루어져 있다.
상기 신호여파부(200)는, 상기 제1위상동기부(100)의 출력단자가 입력단자로 연결되어 있는 버퍼(buffer,210)와, 상기 버퍼(210)의 출력단자가 입력단자로 연결되어 있는 저역통과필터(220)로 이루어져 있다.
상기 제2위상동기부(300)는, 주파수변조된 신호가 입력단자로 입력되는 제2위상 검출기(210)와, 상기 제2위상 검출기(210)의 출력단자가 일측단자에 연결되어 있고, 상기 신호여파기(200)의 저역통과필터(220)의 출력단자가 타측단자에 연결되어 있는 저항(R21)과, 상기 제2위상검출기(210)의 출력단자가 일측단자에 연결되어 있고 타측단자가 접지되어 있는 커패시터(C21)와, 상기 제2위상검출기(210)의 출력단자가 접지되어 있고 출력단자가 상기 위상검출기(210)에 연결되어 있는 제1전압제어 발진기(220)로 이루어져 있다.
상기와같이 이루어져 있는 이 발명의 제1실시예에 따른 다중 주파수변조 위상동기 루프 검파장치의 동작은 다음과 같다.
일정한 기준자파수(fc)를 발진하도록 설계된 상기 제1위상동기부(100)에서, 반도체 회로의 공정에 있어서 발생되는 제반 매개 변수들의 변동으로 인하여 요구되는 주파수 특성이 설계된 값과 일정 차이값(△f)를 나타내는 경우가 있다.
상기와 같은 경우, 상기 제1위상동기부(100)의 포착구간이 일정 차이값(△f)의 최대값보다 크도록 설계되었다면, 변조신호(Vfm) 인가시 포착구간이 넓은 상기 제1위상동기부(100)의 발진주파수(fvco)는 기준주파수(fc)로 고정되어 발진하지만, 변조신호가 인가되지 않을 경우에는 일정 차이값(△f)을 가지고 자체 발진하게되어 신호가 들어올때와 들어오지 않을 때의 발진주파수(fvco)가 다르게 된다.
그런데, 자체 발진기의 출력전압(Vr')은 아래의 식 (1)과 같이 되어 공급전원(Vr)이 되고, 변조신호가 입력되어 발진할 때의 출력저압(Vr')은 아래의 식 (2)와 같이 된다.
Vr'=Vr ……………………………………………………(1)
Vr'=Vr+△f/Gvco+음성신호 …………………………(2)
여기서, Gvco :제1전압제어 발진기의 이득
상기 출력전압(Vr')의 신호를 상기 신호여파부(200)의 저역통과필터(200)를 통하여 검파된 음성신호를 제거하면 아래의 식 (3)과 같이 된다.
Vx=Vr+△f/Gvco ………………………………………(3)
제2위상동기부(300)의 전압제어 발진기(620)의 자체 발진주파수(fvco)는 상기 입력전압(Vx)에 의하여 결정되는데, 상기 제1위상동기부(100)와 상기 제2위상동기부(300)의 전압제어 발진기(320)는 동일하고, 상기 제1위상동기부(100)의 전압제어 발진기(120)는 출력전압(Vr')이 아래의 식(4)와 같을때에 기주주파수(fc)의 값으로 발진하게 된다.
Vr'=Vr-△f/Gvco………………………………………(4)
따라서, 상기 제2위상동기부(300)의 자체 발진주파수(fvco)는 상기 기준주파수(fc)가 된다.
그런데, 상기 제2위상동기부(300)로 인가되는 입력신호 역시 기준주파수(fc)에서 발진하는 신호이므로, 상기 제2위상동기부(300)는 정확하게 입력 반송주파수와 전압제어 발진기 자체 발진주파수(fvco)가 일치하는 상태에서 동작하게 된다.
따라서, 포착구간을 필요한 만큼 좁게 설정할 수 있게 된다.
상기에서, 검파출력은 제2위상동기부(300)의 출력인데, 상기 제2위상동기부(300)는 전압제어 발진기(320)의 자체 발진주파수(fvco)와 입력되는 반송주파수가 완전히 일치하므로, 상기 전압제어 발진기(320)는 가장 좋은 선형성을 가진 점에서 동작하여 왜곡 특성 등의 향상을 꾀할 수 있고 포착구간을 좁게 설정할 수 있으므로 그만큼 잡음에 강하여 신호대잡음비가 크게 향상된다.
제3도는 이 발명의 제2실시예에 따른 다중 주파수변조 위상동기 루프검파장치를 적용한 블럭도이다.
제3도에 도시되어 있듯이 이 발명의 제2실시예에 따른 다중 주파수변조 위상동기 루프 검파장치의 구성은, 주파수변조된 입력신호를 넓은 포착구간으로 포착하여 발진주파수와 위상을 동기시켜 신호를 출력하는 제1위상동기부(400)와; 상기 제1위상동기부(400)로부터 입력되는 신호를 여파하여 출력하는 신호여파부(500)와; 상기 제1위상동기부(400)로부터 입력되는 신호를 좁은 포착구간으로 포착하여 상기 신호여파부(500)로부터 입력되는 신호에 따라 발진주파수와 위상을 동기시켜 신호를 출력하는 제2위상동기부(600)로 이루어져 있다.
상기 신호여파부(500)의 구성은 상기 제1실시예의 신호여파부(200)와 같으므로 생략한다.
상기 제2위상동기부(600)는, 상기 제1위상동기부(400)의 제1전압제어발진기(420)의 출력단자가 입력단자로 입력되는 제2위상검출기(610)와, 상기 제2위상검출기(620)의 출력단자가 일측단자에 연결되어 있고 상기 신호여파기(500)의 저역통과필터(520)의 출력단자가 타측단자에 연결되어 있는 저항(R61)과, 상기 제2위상검출기(610)의 출력단자가 일측단자에 연결되어 있고 타측단자가 접지되어 있는 커패시터(C61)와, 상기 제2위상검출기(610)의 출력단자가 입력단자로 연결되어 있고 출력단자가 상기 위상검출기(610)에 연결되어 있는 제1전압제어 발진기(620)로 이루어져 있다.
상기와 같이 이루어져 있는 이 발명의 제2실시예에 따른 다중 주파수 변조위상 동기 루프 검파장치의 동작은 다음과 같다.
상기 제1실시예에서와 같이, 제1위상동기부(400)에서 요구되는 주파수 특성이 설게된 값과 차이값(△f)을 나타내는 경우, 상기 제1위상동기부(400)의 포착구간이 일정 차이값(△f)의 최대값보다 크도록 설계되어 변조신호(Vfm)인가시 포착구간이 넓은 상기 제1위상동기부(100)의 발진주파수(fvco)는 기준주파수(fc)로 고정되어 발진하지만, 변조신호가 인가되지 않을 경우에는 일정 차이값(△f)을 가지고 자체 발진하게 되어 신호가 들어올 때와 들어오지 않을 때의 발진주파수(fvco)가 다르게 된다.
그런데 입력에 캐리어(Carrier)가 없을 때, 즉 잡음이 인가된 제1실시예의 경우, 제2위상동기부(300)의 입력신호가 제1위상동기부(100)의 입력신호와 같이 잡음이 그대로 인가되는데, 제2실시예에서는 제1위상동기부(400)의 전압제어 발진기(420)의 출력신호가 제2위상동기부(600)의 위상 검출기(610)로 입력됨으로써, 잡음을 제거한 효과를 거쳐 신호를 받게 된다.
따라서, 상기 제2위상동기부(600)의 입력은 상기 제1실시예의 경우보다 잡음량이 줄어들게 된다.
따라서, 상기와 같이 동작하는 이 발명의 효과는, 원하는 주파수에서 일정하게 발진하는 신호를 얻기 위한 위상동기 루프에 있어서, 입력되는 주파수변조 신호의 반송파를 추적하는 위상동기수단과 주파수변조 신호를 검파하는 위상동기수단 등 여러 개의 위상동기 루프를 사용하여 발진주파수를 추출함으로써 무조정으로 최적 상태에서 동작하여 좁은 포착구간을 설정할 수 있고, 그에 따라 잡음에 강하여 신호대잡음비를 향상할 수 있는 다중 주파수변조 위상동기 루프 검파장치를 제공하도록 한 것이다.

Claims (5)

  1. 주파수변조된 입력신호를 넓은 포착구간으로 착하여 발진주파수와 위상을 동기시켜 신호를 출력하는 제1위상동기수단(100,400)과; 상기 제1위상동기수단(100,400)으로부터 입력되는 신호의 교류 성분을 여파하여 출력하는 신호여파수단(200,500)과; 주파수변조된 입력신호를 좁은 포착구간으로 포착하여 상기 신호여파수단(200,500)으로부터 입력되는 신호에 따라 발진주파수와 위상을 동기시켜 신호를 검파하여 출력하는 제2위상동기수단(300,600)으로 이루어지며, 상기 제2위상검출기수단(300,600)의 자체 발진주파수와 상기 제1위상동기수단(100,400)의 고정된 발진주파수를 일치하도록 하는 것을 특징으로 하는 다중 주파수변조 위상 동기루프 검파장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1위상동기수단(100,400)은, 주파수변조된 신호가 입력단자로 입력되는 제1위상 검출기(110,410)와, 상기 제1위상 검출기(110,410)의 출력단자가 일측단자에 연결되어 있고 공급전원(Vr)이 타단자에 연결되어 있는 저항(R11,R14)과, 상기 제1위상검출기(110,410)의 출력단자가 일측단자에 연결되어 있고 타측단자가 접지되어 있는 커패시터(C11,C41)와, 상기 제1위상 검출기(110,410)의 출력단자가 입력단자로 연결되어 있고 출력단자가 상기 위상검출기(110,410)에 연결되어있는 제1전압제어 발진기(120,420)로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 다중 주파수변조 위상동기루프 검파장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 신호여파수단(200,500)은, 상기 제1위상동기수단(100,400)의 출력단자가 입력단자로 연결되어 있는 버퍼(210,510)와, 상기 버퍼(210,510)의 출력단자가 입력단자로 연결되어 있는 저역통과필터(220,520)로 이루어져 있는 것을 특징으로 한느 다중 주파수변조 위상동기루프 검파장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2위상동기수단(300)은, 주파수변조된 신호가 입력단자로 입력되는 제2위상 검출기(210)와, 상기 제2위상 검출기(210)의 출력단자가 일측단자에 연결되어 있고 상기 신호여파기(200)의 저역통과필터(220)의 출력단자가 타측단자에 연결되어 있는 커패시터(C21)와, 상기 제2위상 검출기(210)의 출력단자가 입력단자가 입력단자로 연결되어 있고 출력단자가 상기 위상검출기(210)에 연결되어 있는 제1전압제어 발진기(220)로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 다중 주파수변조 위상동기루프 검파장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2위상동기수단(600)은, 상기 제1위상동기수단(400)의 제1전압제어 발진기(420)의 출력단자가 입력단자로 입력되는 제2위상 검출기(610)와, 상기 제2위상 검출기(610)의 출력단자가 일측단자에 연결되어 있고 상기 신호여파기(500)의 저역통과필터(520)의 출력단자가 타측단자에 연결되어 있는 저항(R61)과, 상기 제2위상 검출기(610)의 출력단자가 일측단자에 연결되어 있고 타측단자가 접지되어 있는 커패시터(C61)와, 상기 제2위상 검출기(610)의 출력단자가 입력단자로 연결되어 있고 출력단자가 상기 위상 검출기(610)에 연결되어 있는 제1전압제어 발진기(620)로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 다중 주파수변조 위상동기루프 검파장치.
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