KR100415524B1 - 파일롯 신호를 사용하여 가변 증폭기의 이득 제어를제공하기 위한 이득 제어 회로 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이득 제어 회로(10)와, 파일롯 신호를 사용하여 가변 증폭 회로(16)의 이득 제어를 하기 위한 방법을 제공한다. 파일롯 신호는 수신된 신호에 더해진다. 파일롯 신호가 수신된 입력 신호에 더해질 때, 샘플링된 입력 신호는 오프셋 또는 저 전력 에러들이 발생하는 점 이상의 레벨을 갖도록 보장하는 최소한의 신호 레벨을 갖는다. 바람직하게는, 파일롯 신호는 증폭기(16)의 동작 대역폭내에 있으면서, 입력 신호의 주파수 범위 밖에 있는 주파수를 갖는 사인파 신호일 것이다.

Description

파일롯 신호를 사용하여 가변 증폭기의 이득 제어를 제공하기 위한 이득 제어 회로 및 방법{A GAIN CONTROL CIRCUIT AND METHOD FOR PROVIDING GAIN CONTROL OF A VARIABLE AMPLIFIER USING A PILOT SIGNAL}

이득 제어 회로는 수신된 신호 또는 전송될 신호에 적용되는 이득 레벨을 제어하기 위해 사용되어 왔다. 대부분의 경우, 상이한 동작 조건에 대하여 일관된 신호 레벨을 유지하는 것이 희망되어왔다. 예를 들어 셀룰러 통신 환경에서는, 한 셀 내의 모든 위치들에서 수신되기에 충분하지만, 근처 셀들에 간섭을 일으키지 않을 정도 세기의 신호 레벨을 갖는 신호를 전송하는 것이 희망된다. 때때로, 셀 크기 또는 셀 내의 통신 안테나의 물리적 위치에 의해 최적의 신호 레벨이 결정된다.

전송된 전체 신호가 선택적으로 인에이블(enable)되는 다중 음성 트래픽 채널을 포함하면, 출력 전력 제어보다는 이득 제어가 필요하게 되어, 합성 신호 전력이 변화하게 된다. 이득 제어는 채널이 인에이블될 때 각각의 개별 음성 채널 레벨은 일정하게 유지시키는 한편, 합성 신호 레벨은 변화시킬 것이다. 이득은 또한, 신호 주파수, 온도, 및 입력 신호 레벨들에서의 변화와 같은 다른 요소들에 따라 변화할 수 있어서, 본 유형의 변화를 고려하여 이득 제어 회로가 사용되어 왔다.

통상, 이득 제어 회로는 입력 및 출력에서의 신호 레벨을 샘플링함으로써, 동작 신호 레벨을 측정할 것이다. 이것은, 많은 RF 증폭기에서 쇼트키 다이오드(Schottky diode)를 사용하여 행해진다. 그러나, 불행히도 이들 다이오드는 특정 전력 레벨 아래에서는 신뢰성있게 기능하지 않는데, 그 이유는 온도 보상(temperature compensation)이 더 어려워지고, 전압 레벨이 너무 낮아져서 연관된 회로에서의 오프셋 전압 및 노이즈를 극복할 수 없게 되기 때문이다.

매우 낮은 신호 레벨들이 검출되거나 또는 어떠한 신호 레벨도 검출되지 않으면, 검출기 바이어스 드리프트(drift), op amp 오프셋 전압 및 전류 등으로부터 결과될 수 있는 제어 회로 내의 고유 전압 오차가 제어 신호 값을 결정하는 데 사용되는 신호의 주요한 성분이 된다. 그 결과 이득은, 실제 신호 레벨을 충분히 반영하지 않은 레벨로 드리프트(drift)된다. 이들 신호 레벨에서는 이득 제어 회로는 필요한 이득 조정을 제공하는 데 효과적이지 않아서, 동적 범위가 줄어드는 결과를 갖는다.

어떠한 신호도 검출되지 않거나, 어떠한 신호도 존재하지 않을 때, 제어 회로 내의 고유의 오차 전압은 증폭기의 이득을 드리프트시켜, 때때로 증폭기의 최대 레벨까지 조정한다. 그 후, 입력 신호가 오차 전압에 의해 더이상 지배되지 않는 레벨에 도달하면, 신호는 제어 루프가 이득을 안정화할 때까지 초기에는 최대의 크기로 증폭됨으로써, 그 결과, 허용가능한 동작 레벨을 초과하는 신호 레벨로 전송되는 신호가 발생될 수 있다. 이것은 해당 증폭기 단(stage) 또는 그 다음의 증폭기 단을 손상시킬 뿐만 아니라 간섭을 초래할 수 있다. 따라서, 이득이 안정화되는 확장된 동적 범위를 갖는 이득 제어 회로가 필요하다.

본 발명은 일반적인 이득 제어 회로에 관한 것으로, 특히 이득 제어 회로의 동적 범위(dynamic range)를 확장하기 위해 파일롯 신호를 사용하는 이득 제어 회로에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 파일롯 신호를 사용하여 이득 제어 회로를 일반적으로 묘사하는 블럭도.

도 2는 도 1에 도시된 이득 제어 회로의 보다 상세한 블럭도.

본 발명은 입력 신호의 신호 레벨이 에러가 훨씬 일어나기 쉬운 신호 레벨 이하로 떨어지는 것을 방지하기 위해, 최소 신호 레벨을 갖는 파일롯 신호가 입력 신호에 더해지는 이득 제어 회로를 제공한다.

보다 자세히 설명하자면, 증폭될 입력 신호를 수신하기 위한 수신 신호 입력과, 입력 신호에 파일롯 신호를 더하기 위해 수신된 신호 입력에 연결된 파일롯 신호 인젝터(pilot signal injector)와, 파일롯 신호를 더한 입력 신호를 수신하기 위해 파일롯 신호 인젝터에 연결되고 제어 입력을 갖는 가변 증폭 회로를 포함한다. 증폭의 레벨은 제어 입력에서 수신된 신호의 값에 따라 변한다. 이득 제어 회로는, 파일롯 신호를 더한 입력 신호를 샘플링하기 위해 파일롯 신호 인젝터에 연결된 입력 샘플링 회로와, 증폭된 출력 신호를 샘플링하기 위해 가변 증폭 회로에 연결된 출력 샘플링 회로와, 파일롯 신호를 더한 샘플링된 입력 신호와 증폭되고 샘플링된 출력 신호를 수신하기 위한 제어 루프-제어 루프는 가변 증폭 회로의 제어 입력에 연결됨-를 더 포함한다.

또한, 파일롯 신호를 사용하여 가변 증폭기의 이득 제어를 위한 방법이 제공공된다. 이 방법은 증폭된 출력 신호를 생성하기 위해, 입력 신호에 파일롯 신호를 더한 입력 신호를 수신하는 단계와, 파일롯 신호를 더한 입력 신호를 가변양만큼 증폭하는 단계를 포함한다. 그 후 이 방법은 파일롯 신호를 더한 입력 신호를 샘플링하고, 증폭된 출력 신호를 샘플링하는 단계와, 파일롯 신호를 더한 샘플링된 입력 신호를, 증폭되고 샘플링된 출력 신호와 비교하는 단계를 포함하고, 파일롯 신호를 더한 샘플링된 입력 신호의 신호 레벨의 수신된 부분이 소정의 임계치 아래로 떨어질 경우, 파일롯 신호를 더한 샘플링된 입력 신호의 신호는 파일롯 신호를 더한 샘플링된 입력 신호의 파일롯 신호 부분을 주로 포함한다. 그 후, 이 방법은 파일롯 신호를 더한 샘플링된 입력 신호와 증폭된 후 샘플링된 출력 신호 간의 비교 결과에 기초하여, 파일롯 신호를 더한 입력 신호를 증폭하는 단계에서, 증폭량을 가변가능하게 조정한다.

보다 자세한 설명을 위해 도면을 참조할 때, 도 1에는 본 발명에 따른 파일롯 신호를 사용한 이득 제어 회로(10)의 블럭도가 일반적으로 도시되어 있다. 도 1에 도시된 회로는 증폭되어질 신호를 수신하기 위한 수신된 신호 입력(12)을 제공한다. 수신된 신호 입력은 파일롯 신호 인젝터(14)에 결합되어, 파일롯 신호가 수신된 신호에 더해진다. 파일롯 신호 인젝터는 가변 증폭 회로(16)에 결합되며, 가변 증폭 회로(16)는 파일롯 신호를 더한 입력 신호를 수신하고, 출력 단자(18)에결합된 증폭된 출력 신호를 생성한다.

파일롯 신호 인젝터(14)와 가변 증폭 회로(16)와의 사이에는, 파일롯 신호를 더한 입력 신호를 나타내는 신호를 샘플링하기 위한 입력 샘플링 회로(20)가 결합되어 있다. 가변 증폭 회로(16)와 출력 단자(18)와의 사이에는, 증폭된 출력 신호를 나타내는 신호를 샘플링하기 위한 증폭된 출력 샘플링 회로(22)가 결합되어 있다. 입력 샘플링 회로(20)와 증폭된 출력 샘플링 회로(22)는 제어 루프(24)에 결합되며, 제어 루프(24)는 샘플링된 신호를 수신하고 가변 증폭 회로(16)의 증폭 레벨을 조정하기 위해 가변 증폭 회로(16)에 결합된 제어 신호를 생성한다.

도 2는 도 1에 도시된 이득 제어 회로(10)에 해당하는 이득 제어 회로(26)의 보다 자세한 블럭도이다. 이득 제어 회로(26)는 입력 신호를 수신하기 위한 수신된 신호 입력(12)를 마찬가지로 포함한다. 바람직한 실시예에서, 셀룰러 통신 시스템에 회로(26)가 사용되어서, 입력 신호는 무선 통신 스펙트럼에서의 통상의 동작 주파수를 갖는다.

수신된 신호 입력(12)은 파일롯 신호 인젝터(14)에 결합된다. 파일롯 신호 인젝터는 파일롯 신호를 생성하는 오실레이터(28)를 포함하되, 이 오실레이터는 입력 신호에 생성된 파일롯 신호를 더하기 위한 덧셈기(adder)(30)에 결합되어 있다. 오실레이터는 바람직하게는, 주 RF 신호에 의해 사용되지 않지만 가변 증폭 회로(16)의 동작 주파수 범위내에 있는 주파수의 사인파(sinusoidal) AC 신호를 생성한다. 유사하게는, 파일롯 신호는 수신된 입력 신호에 의해 사용된 주파수에 대응하며 연관 고조파 주파수(harmonic frequency)에서 임의의 중요한 영향을 미치는노이즈 신호들을 생성하지 않는 파일롯 신호용 주파수가 선택되어야만 한다. 이것은, 파일롯 신호에 연관된 출력 신호의 부분이 증폭된 출력 신호로부터 보다 쉽게 필터링될 수 있게 하기 위해, 파일롯 신호가 주파수 도메인에서 입력 신호와 독립되어 있게 한다.

또한, 특정의 최소 신호 레벨을 소정의 임계치 (제어 루프(24)가 정확하게 동작하도록 하며 너무 낮은 입력 신호에 연관되어 발생하는 문제를 피하기에 충분한 최소한의 레벨) 이상으로 유지하도록, 파일롯 신호의 신호 레벨이 선택된다. 입력 신호에 더해진 파일롯 신호를 가질 때, 입력 신호 성분의 신호 레벨이 소정의 임계치 이하로 떨어지면, 파일롯 신호 성분은 전체 신호 레벨이, 에러가 발생하기 쉬운 최소 신호 레벨 이하로 떨어지게 하는 것을 방지한다.

파일롯 신호를 더한 입력 신호는 증폭된 출력 신호를 생성하기 위해 입력 샘플링 회로(20)를 지나, 가변 증폭 회로(16)에 결합된다. 가변 증폭 회로(16)는 제어 입력(34)을 가지며, 증폭기 단(36)에 결합된 가변 감쇠기(attenuator)(32)를 포함한다. 가변 증폭 회로(16)의 전체 이득은 가변 감쇠기(32)에 연관된 이득과, 증폭기 단(36)에 연관된 이득과의 합이다. 이것은, 가변 증폭 회로(16)의 전체 이득이, 제어 입력(34)을 통해 가변 감쇠기(32)를 제어함으로써, 조정될 수 있도록 한다.

증폭된 출력 신호는, 파일롯 신호에 연관된 증폭된 출력 신호 성분을 제거하고, 출력 단자(18)에 필터링된 신호를 통과시키기 위해, 증폭된 출력 샘플링 회로(22)를 지나, 대역 통과 필터(bandpass filter)(38)에 결합된다.

입력 샘플링 회로(20)는 파일롯 신호를 더한 입력 신호에 비례하는 샘플링된 입력 신호를 생성하기 위해, 커플러(coupler)(40)를 포함한다. 커플러는 1차 전도 경로(42)와 2차 전도 경로(44)를 포함한다. 샘플링된 입력 신호는 2차 전도 경로(44)에서 유도된 전류에 의해 발생되고, 2차 전도 경로(44)에서 유도된 전류는 1차 전도 경로(42)의 전류에 의해 생성된 전자기장으로부터 생성된다. 유사하게는, 증폭된 출력 회로(22)는 커플러(46)를 포함하고, 증폭된 출력 신호에 비례하는 증폭된 후 샘플링된 출력 신호를 생성한다. 샘플링된 입력 신호와 샘플링된 출력 신호는 제어 루프(24)에 결합되어, 제어 신호를 생성하는 데 사용된다.

제어 루프(24)는 그 샘플링된 입력 신호를 수신하여, 기준 증폭 레벨 신호를 생성하기 위한 기준 증폭 레벨 조정 회로(48)의 입력에 연결한다. 바람직한 실시예에서, 기준 증폭 레벨 조정 회로(48)는 가변 증폭기(50)이다. 기준 증폭 레벨 신호와, 증폭된 후 샘플링된 출력 신호 각각은, 해당 RF 검출기(54 및 56)를 지나, 비교 회로(52)에 결합된다.

바람직한 실시예에서, RF 검출기(54 및 56)는 다이오드(58 및 60)로서, 기준 증폭 레벨 신호와, 증폭된 후 샘플링된 출력 신호를 정류하여, 해당 신호에 비례하는 DC 전압을 생성한다.

비교 회로는 2개의 정류된 신호들을 비교하고 제어 신호를 생성하며, 제어 신호는 가변 증폭 회로(16)의 제어 입력(34)에 결합된다. 기준 증폭 레벨 신호가 가변 증폭기(50)의 이득에 따라 변화하기 때문에, 가변 증폭기(50)의 이득을 조정함으로써, 가변 증폭 회로(16)의 전체 이득이 그에 대응하여 설정될 수 있다.

본 발명에 의해 제공되는 파일롯 신호를 사용함으로써, 수신된 입력 신호의 신호 레벨이 파일롯 신호의 신호 레벨 이상일 때, 비교 대상의 정류된 신호를, 수신된 입력 신호에 연관된 신호 레벨에 충분히 대응시킬 수 있다. 그러나, 수신된 입력 신호의 신호 레벨이 파일롯 신호의 신호 레벨 이하로 떨어질 때, 비교 대상의 정류된 신호는 파일롯 신호에 연관된 신호 레벨로 충분히 대응될 수 있다. 상기에 의해, 확장된 동적 범위(dynamic range)를 갖는 이득 제어 회로의 장점들 중의 적어도 하나의 장점을 이용하여, 올바르게 검출될 수 있는 에러 전압에 의해 크게 영향받지 않을 만큼 충분히 높은 신호 레벨을 갖는 샘플링된 신호들이 존재한다는 것을 보장할 수 있다.

상기의 설명으로부터, 본 발명의 이득 제어 회로와, 파일롯 신호를 사용하여 가변 증폭기의 이득 제어를 제공하는 방법은 많은 장점들을 갖는데, 그 장점들 중의 몇 개의 내용은 상술되었으며, 나머지 다른 장점들도 본 발명으로부터 충분히 알 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 원리와 동떨어지지 않는 한, 상술된 회로 및 방법에는 여러 변형들이 행해질 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

1. 이득 제어 회로에 있어서,

   증폭될 입력 신호를 수신하기 위한 수신 신호 입력;

   상기 입력 신호에 파일롯 신호(pilot signal)를 더하기 위해 상기 수신 신호 입력에 연결된 파일롯 신호 인젝터(pilot signal injector) - 파일롯 신호를 더한 상기 입력 신호는 최소 신호 레벨을 유지할 수 있음- ;

   파일롯 신호를 더한 상기 입력 신호를 수신하고 증폭된 출력 신호를 생성하기 위해 상기 파일롯 신호 인젝터에 연결되며, 제어 입력을 갖는 가변 증폭 회로 -상기 제어 입력에서 수신된 신호 값에 의존하는 증폭 레벨을 가짐- ;

   파일롯 신호를 더한 상기 입력 신호를 샘플링하기 위해, 상기 파일롯 신호 인젝터에 연결된 입력 샘플링 회로;

   상기 증폭된 출력 신호를 샘플링하기 위해, 상기 가변 증폭 회로에 연결된 출력 샘플링 회로;

   상기 가변 증폭 회로의 상기 제어 입력에 연결된 제어 신호를 생성하기 위해, 파일롯 신호가 더해진 상기 샘플링된 입력 신호와, 상기 증폭되고 샘플링된 출력 신호를 수신하기 위한 제어 루프(control loop); 및

   상기 증폭된 출력 신호로부터 상기 파일롯 신호에 대응하는 증폭된 출력 신호 부분을 필터링하기 위해, 상기 가변 증폭 회로에 연결된 출력 필터

   를 포함하는 이득 제어 회로.
2. 제1항에 있어서, 상기 파일롯 신호 인젝터는 상기 파일롯 신호를 생성하기 위한 오실레이터(oscillator)와, 파일롯 신호를 더한 상기 입력 신호를 생성하기 위해 상기 오실레이터와 상기 수신 신호 입력에 연결된 덧셈기(adder)를 포함하는 이득 제어 회로.
3. 제2항에 있어서, 상기 파일롯 신호는 사인파(sinusoidal) AC 신호인 이득 제어 회로.
4. 제3항에 있어서, 상기 사인파 파일롯 신호의 주파수는 상기 가변 증폭 회로의 동작 주파수 범위내에 있으면서, 상기 입력 신호의 주파수 범위 밖에 있는 이득 제어 회로.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서, 상기 입력 샘플링 회로는 커플러(coupler)를 포함하는 이득 제어 회로.
7. 제1항에 있어서, 상기 출력 샘플링 회로는 커플러를 포함하는 이득 제어 회로.
8. 제1항에 있어서, 상기 제어 루프는, 파일롯 신호를 더한 상기 샘플링된 입력 신호를 수신하고 기준 증폭 레벨 신호를 생성하는 기준 증폭 레벨 조정 회로를 포함하는 이득 제어 회로.
9. 제8항에 있어서, 상기 기준 증폭 레벨 조정 회로는 가변 증폭기를 포함하는 이득 제어 회로.
10. 파일롯 신호를 사용하여 가변 증폭기의 이득 제어를 제공하기 위한 방법에 있어서,

    입력 신호를 수신하는 단계;

    상기 입력 신호에 파일롯 신호를 더하는 단계 - 파일롯 신호를 더한 상기 입력 신호는 최소 신호 레벨을 유지함 - ;

    증폭된 출력 신호를 생성하기 위해, 파일롯 신호를 더한 상기 입력 신호를 가변양(variable amount)만큼 증폭하는 단계;

    파일롯 신호를 더한 상기 입력 신호를 샘플링하는 단계;

    상기 증폭된 출력 신호를 샘플링하는 단계;

    파일롯 신호를 더한 상기 샘플링된 입력 신호를 상기 증폭되고 샘플링된 출력 신호와 비교하는 단계 -파일롯 신호를 더한 상기 샘플링된 입력 신호의 신호 레벨 중 수신된 부분이 소정의 임계치 이하로 떨어질 경우, 파일롯 신호를 더한 상기 샘플링된 입력 신호는 파일롯 신호를 더한 상기 샘플링된 입력 신호의 파일롯 신호 부분을 주로 포함함- ;

    파일롯 신호를 더한 상기 샘플링된 입력 신호와 상기 증폭되고 샘플링된 출력 신호와의 비교 결과에 기초하여, 파일롯 신호를 더한 상기 입력 신호를 가변양만큼 증폭하는 상기 단계에서, 증폭의 가변양을 조정하는 단계; 및

    상기 증폭된 출력 신호로부터 상기 파일롯 신호에 대응하는 증폭된 출력 신호 부분을 필터링하는 단계

    를 포함하는 방법.