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KR102097307B1 - 무선 전력 전송 수신단의 전류 복조 장치 - Google Patents

무선 전력 전송 수신단의 전류 복조 장치 Download PDF

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KR102097307B1
KR102097307B1 KR1020190005025A KR20190005025A KR102097307B1 KR 102097307 B1 KR102097307 B1 KR 102097307B1 KR 1020190005025 A KR1020190005025 A KR 1020190005025A KR 20190005025 A KR20190005025 A KR 20190005025A KR 102097307 B1 KR102097307 B1 KR 102097307B1
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amplifier
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권진규
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어보브반도체 주식회사
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    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전류 복조 장치는 입력신호를 수신하는 전류센서부; 상기 전류센서부에 접속되고, 상기 전류센서부로부터 출력된 출력 신호를의 AC 전압을 제거하는 외부소자부; 및 상기 전류 센서로부터 출력 신호를 수신하는 전류복조부를 포함하고, 상기 전류복조부는 상기 전류센서부의 출력단으로부터 분기되어 상기 외부소자부를 통해 AC 전압이 제거된 신호를 플러스(+) 입력단으로 수신하는 제1 앰프; 상기 전류센서부의 출력단으로부터 분기되어 DC 및 AC 전압을 모두 포함하는 출력신호를 플러스(+) 입력단으로 수신하는 제2 앰프; 및 상기 제1,2 앰프의 출력신호로부터 AC 전압만을 수신하여, 복조된 신호를 출력하는 비교기를 포함 할 수 있다.

Description

무선 전력 전송 수신단의 전류 복조 장치{Current demodulation device of wireless power transmission receiving terminal}
본 발명은 무선 충전을 실행하는 수신 장치에 포함되는 전류 복조 장치에 관한 것이다.
일반적으로 무선 충전 시스템은 무선 전력 전송 방식으로 전기에너지를 공급하는 무선 전력 송신기와 무선 전력 송신기로부터 공급되는 전기에너지를 수신하여 배터리를 충전하는 무선 전력 수신기로 구성된다.
최근 다양한 무선 충전 기기의 사용 및 사용량 증가에 따라 특정되지 않은 다양한 위치에서 기기의 충전을 실행 할 수 있다. 특히 차량의 경우 사용자가 기기를 사용하지 않는 동안에 충전을 실행할 수 있으며, 충전 효율 또 한 높게 가질 수 있다. 특히 다양한 차량 내 공간에서 무선 충전을 실행할 수 있는 장점이 있으며 그에 맞는 다양한 형태의 송신장치 및 수신장치가 요구된다.
본 발명에서는 전류 복조 장치에 대하여 제안한다.
더욱 상세하게, 전류 복조 장치에 인가되는 무선 전력 신호를 전류센서부가 수신하여, 전류센서부로부터 출력된 출력 신호의 DC 전압을 제거하고, AC 전압에 기초하여 복조된 신호를 출력하는 전류 복조 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당 업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 전류 복조 장치는 입력신호를 수신하는 전류센서부; 상기 전류센서부에 접속되고, 상기 전류센서부로부터 출력된 출력 신호를의 AC 전압을 제거하는 외부소자부; 및 상기 전류 센서로부터 출력 신호를 수신하는 전류복조부를 포함하고, 상기 전류복조부는 상기 전류센서부의 출력단으로부터 분기되어 상기 외부소자부를 통해 AC 전압이 제거된 신호를 플러스(+) 입력단으로 수신하는 제1 앰프; 상기 전류센서부의 출력단으로부터 분기되어 DC 및 AC 전압을 모두 포함하는 출력신호를 플러스(+) 입력단으로 수신하는 제2 앰프; 및 상기 제1,2 앰프의 출력신호로부터 AC 전압만을 수신하여, 복조된 신호를 출력하는 비교기를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 외부소자부는 1개의 캐패시터와 1개의 핀으로 이루어진 LPF를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제1 앰프와 상기 제2 앰프 사이에 배치되는 DC 오프셋 제거부를 포함하고, 상기 신호 DC 오프셋 제거부는 제1 저항, 제2 저항 및 제3 저항이 직렬로 연결될 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제1 앰프는 상기 제1 저항 및 상기 제2 저항 사이의 전압을 마이너스(-) 입력단으로 수신할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제2 앰프는 상기 제2 저항 및 상기 제3 저항 사이의 전압을 마이너스(-) 입력단으로 수신할 수 있다.
본 발명에 따른 전류 복조 장치에 대한 효과를 설명하면 다음과 같다.
전류 복조 장치는 외부소자부와 연결되기 위해 1개의 핀이 사용 되고, 1개의 외부 소자만을 사용함으로써, 전류 복조 장치의 단가를 줄이는 효과를 가질 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이하에 첨부되는 도면들은 본 발명에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 본 발명에 대한 실시예들을 제공한다. 다만, 본 발명의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시예로 구성될 수 있다.
도 1은 일반적인 무선 전력 전송 장치에 있어서 무선 전력 신호의 변조 및 복조를 통하여 무선 전력 송수신을 도시한 도면이다.
도 2는 종래의 발명에 따른 전류 복조 장치를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전류 복조 장치를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 일 실시예에 따른 입력신호와 출력 신호를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예들이 적용되는 장치 및 다양한 방법들에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
실시예의 설명에 있어서, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)", "전(앞) 또는 후(뒤)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(위) 또는 하(아래)" 및"전(앞) 또는 후(뒤)"는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되거나 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 배치되어 형성되는 것을 모두 포함한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1 , 제2 , A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 일반적인 무선 전력 전송 장치에 있어서 무선 전력 신호의 변조 및 복조를 통하여 무선 전력 송수신을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 송신장치(Transmitter)는 전력 제어부를 포함하고, 전력 제어부에 의하여 형성되는 상기 무선 전력 신호는 송신장치와 수신장치(Receiver) 사이에서 폐루프(closed-loop)를 형성할 수 있다. 이때, 상기 무선 전력 신호는 자기장(magnetic field) 또는 전자기장(electro-magnetic field)일 수 있다.
송신장치로부터 상기 무선 전력 신호를 변조(modulation)하여 송신하는 경우, 수신장치는 변조된 무선 전력 신호를 감지할 수 있다. 이때, 수신장치는 전류 복조 장치를 포함할 수 있다. 전류 복조 장치는 상기 수신장치가 감지한 무선 전력 신호를 복조(demodulation) 할 수 있다.
이때, 상기 송신장치와 상기 수신장치 간의 통신에 사용되는 변조 방법은 진폭 변이 방식(ASK: Amplitude Shift Keying) 일 수 있다. 전류 복조 장치에 의해 검출된 전류값 신호에 의한 전류값의 대소를 비교하고, 그 결과를 ASK 복조 신호로서 출력할 수 있다.
도 2는 종래의 발명에 따른 전류 복조 장치를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 종래의 발명에 따른 전류 복조 장치는 전류센서부(110), 외부소자부(120) 및 전류복조부(130)를 포함할 수 있다.
전류센서부(110)는 CSP 핀, CSN 핀 및 CS(Current sensor) 앰프(111)를 포함할 수 있다.
CSP 핀을 통해 CS 입력신호(CSIN)를 수신할 수 있다. CS 입력신호(CSIN)는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호 및 DEM(Demodulation) 신호를 포함할 수 있다. CSP 핀의 타단은 CS 앰프(111)의 플러스(+) 입력단에 연결될 수 있다.
CSN 핀은 일단이 접지단에 연결되고, 다른 타단은 CS 앰프(111)의 -단에 연결될 수 있다.
CS 앰프(111)는 입력 받은 신호에 기초하여 CS 출력신호(CS OUT)를 생성할 수 있다. CS출력신호(CS OUT)는 DC+ AC 신호를 포함할 수 있다.
즉, 출력 신호는 전류센서에서 감지된 전류 신호이고, DC 신호는 수신단에 로드에 따라가 가변 될 수 있고, AC 신호는 송신단으로부터 수신한 변조 신호일 수 있다.
CS 앰프(111)의 출력단은 전류 복조 장치의 제1 앰프(131)의 플러스(+) 입력단에 연결 될 수 있다. 이때, 상기 CS 앰프(111)의 출력단과 제1 앰프(131) 사이에 외부소자부(120)가 배치될 수 있다.
외부소자부(120)는 CS_OUT핀, IDEM 핀 및 LPF(Low Pass Fillter) & AC 커플링 소자(121)를 포함할 수 있다.
외부소자부(120)는 CS_OUT핀을 통해 전류센서부(110)로부터 출력 신호(CS OUT)를 수신할 수 있다.
외부소자부(120)의 LPF & AC 커플링 소자(121)는 3개의 캐패시터 및 1개 의 저항으로 이루어 질 수 있다. LPF & AC 커플링 소자(121)를 통해 출력 신호(CS OUT)의 신호 중 DC 전압 레벨을 제거할 수 있다.
외부소자부(120)는 IDEM 핀을 통해 DC 전압 레벨을 제거된 출력 신호(CS OUT)를 전류복조부(130)로 출력할 수 있다.
전류복조부(130)는 제1 앰프(131), 이득 제어부(133) 및 비교기(135)를 포함할 수 있다.
제1 앰프(131)는 플러스(+) 단자를 통해 AC 전압 레벨 정보만을 포함하는 출력 신호(CS OUT)신호를 수신할 수 있다. 이득 제어부(133)는 제1 앰프(131)의 마이너스(-) 입력단 및 제1 앰프(131)의 출력단에 연결될 수 있다.
비교기(135)는 입력된 AC 신호를 비교하여 신호를 복원하고 이를 복조 신호(DMOD_O)로 출력할 수 있다.
따라서, 종래 기술에 따른 전류 복조 장치는 외부소자부(120)와 연결되기 위해 2개의 핀이 사용 되고, 외부소자부(120)가 1개의 저항 및 3개의 캐피시터를 사용함으로써, 전류 복조 장치의 단가가 상승되는 문제점이 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전류 복조 장치를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 전류 복조 장치는 전류센서부(210), 외부소자부(220) 및 전류복조부(230)를 포함할 수 있다.
전류센서부(210)는 CSP 핀, CSN 핀, CSP 핀 및 CS 앰프(211)를 포함할 수 있다.
CSP 핀을 통해 CS 입력신호(CSIN)를 수신할 수 있다. CS 입력신호(CSIN)는 PWM(Pulse Width Modulation)신호 및 DEM(Demodulation)신호를 포함할 수 있다. CSP 핀의 타단은 CS 앰프(211)의 플러스(+) 입력단에 연결될 수 있다.
CSN 핀은 일단이 접지단에 연결되고, 다른 타단은 CS 앰프(211)의 마이너스(-) 입력단에 연결될 수 있다.
CS 앰프(211)는 입력 받은 신호에 기초하여 CS 출력신호(CSOUT)를 생성할 수 있다. CS출력신호(CS OUT)는 DC+ AC 신호를 포함할 수 있다.
즉, 출력 신호는 전류센서에서 감지된 전류 신호이고, DC 신호는 수신단에 로드에 따라가 가변 될 수 있고, AC 신호는 송신단으로부터 수신한 변조 신호일 수 있다.
CS 앰프(211)의 출력단은 전류 복조 장치의 제1 앰프(231) 및 제2 앰프의 플러스(+) 입력단에 연결 될 수 있다. 이때, 상기 CS 앰프(211)의 출력단과 제1 앰프(231) 사이에 외부소자부(220)가 배치될 수 있다.
외부소자부(220)는 LPF를 포함할 수 있다. 상기 LPF는 1개의 캐패시터로 이루어 질 수 있다. LPF를 통해 출력 신호(CS OUT)의 신호 중 AC 전압 레벨을 제거할 수 있다.
외부소자부(220)는 1개의 IDEM 핀을 통하여 전류센서부(210) 및 전류복조부(230)와 연결될 수 있다.
전류복조부(230)는 제1 앰프(231), 제2 앰프(233), DC 오프셋 제거부(235) 및 비교기(237)를 포함할 수 있다. 전류복조부(230)는 전류센서부(210)와 연결되는 VP단자를 포함하고, 외부소자부(220)와 연결되는 VN 단자를 포함할 수 있다.
제1 앰프(231)는 VN 단자를 통해 DC 전압 레벨 정보만을 포함하는 출력 신호(CS OUT)신호를 플러스(+) 입력단을 통해 수신할 수 있다. 제1 앰프(231)의 마이너스(-) 입력단은 DC 오프셋 제거부(235)의 일단에 연결되어, 제1 앰프(231)의 출력신호가 피드백 될 수 있다.
제2 앰프(233)는 VP 단자를 통해 DC 및 AC 전압 레벨 정보를 포함하는 출력 신호(CS OUT)을 플러스(+) 입력단을 통해 수신할 수 있다. 제2 앰프(233)의 마이너스(-) 입력단은 DC 오프셋 제거부(235)의 일단에 연결되어, 제2 앰프(233)의 출력신호가 피드백 될 수 있다.
DC 오프셋 제거부(235)는 제1,2 앰프 및 비교기(237) 사이에 배치될 수 있다. DC 오프셋 제거부(235)는 제1 저항(R1), 제2 저항(R2), 제3 저항(R3)을 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1,2,3 저항은 순서대로 직렬로 연결되어 배치될 수 있다. 상기 제1 저항의 일단은 상기 제1 앰프(231)의 출력단 및 상기 비교기(237)의 마이너스(-) 입력단에 연결되고, 타단은 제2 저항 및 제1 앰프(231)의 마이너스(-) 입력단에 연결될수 있다. 상기 제3 저항의 일단은 상기 제2 앰프(233)의 출력단 및 상기 비교기(237)의 플러스(+) 입력단에 연결되고, 타단은 제2 저항 및 제2 앰프(233)의 마이너스(-) 입력단에 연결될 수 있다.
이에 따라, 제1 앰프(231)의 마이너스(-) 입력단은 DC 오프셋 제거부(235)의 제1 저항 및 제2 저항 사이에 연결될 수 있다. 상기 제1 앰프(231)는 상기 제1 저항 및 상기 제2 저항 사이의 전압을 마이너스(-) 입력단으로 수신할 수 있다.
또한, 제2 앰프(233)의 마이너스(-) 입력단은 DC 오프셋 제거부(235)의 제2 저항 및 제3 저항 사이에 연결될 수 있다. 상기 제2 앰프(233)는 상기 제2 저항 및 상기 제3 저항 사이의 전압을 마이너스(-) 입력단으로 수신할 수 있다.
DC 오프셋 제거부(235)의 제 1,2,3 저항(R1, R2, R3)은 가변 저항일 수 있고, 이를 통해 전류 복조 장치 내의 부하 임피던스(Impedance)를 변경시킬 수 있다. 이에 따라, DC 오프셋 제거부(235)는 제1 앰프(231) 및 제2 앰프(233)의 각각의 출력 신호에서 DC 전압 레벨을 제거할 수 있다.
비교기(237)는 AC 레벨만 포함된 신호를 수신하고 입력된 AC 신호를 비교하여 신호를 복원하고 이를 복조 신호(DMOD_O)로 출력할 수 있다.
비교기(237)는 제1 앰프 및 제2 앰프의 출력 결과를 수신하여, ASK(Amplitude Shift Keying) 복조 신호로서 출력하는 기능, 즉 ASK 복조 기능을 수행할 수 있다.
이러한 본원 발명에 따른 전류 복조 장치의 전류복조부(230)는 전류센서부(210)가 감지한 전류를 VN 단자를 통해 외부장치부(220)의 LPF(221)를 거쳐 DC 전압 레벨 정보만을 포함하는 CS 출력신호(CSOUT신호)를 수신하고 VP 단자를 통해 DC 및 AC 전압 레벨 정보를 포함하는 CS 출력신호(CSOUT신호)를 수신하여, DC 오프셋 제거부(235)를 통해 DC 레벨을 제거함으로써, 비교기(237)가 AC 신호만을 수신하여, 복조된 신호를 출력할 수 있다.
따라서, 본원 발명에 따른 전류 복조 장치는 외부소자부(220)와 연결되기 위해 1개의 핀이 사용 되고, 외부소자부(220)는 로우패스필터(LPF) 동작을 수행하기 위한 1개의 외부 소자만을 사용함으로써, 전류 복조 장치의 단가를 줄이는 효과를 가질 수 있다.
도 4는 본 발명에 일 실시예에 따른 입력신호와 출력 신호를 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 그래프의 세로축은 전압(V)이 증가하는 방향이고, 그래프의 가로축은 전압 측정 시간(time)이 증가하는 방향을 도시하고 있다.
도 4 참조하면, 전류 복조 장치는 전류센서부(210)를 통해 CS 입력신호(CSIN)를 수신할 수 있다. CS 입력신호(CSIN)은 DC 전압 및 AC 전압을 포함할 수 있다. DC 전압은 수신단에 로드에 따라가 가변되는 전압 일 수 있고, AC 전압은 송신단으로부터 수신한 변조 신호의 전압일 수 있다.
따라서, CS 입력신호(SCIN)는 DC 전압이 하이 상태이고, AC 전압이 하이상태인 경우, 최대 전압으로 V1의 전압값을 가질 수 있다. CS 입력신호(CSIN)는 DC 전압이 로우 상태이고, AC 전압이 로우 상태인 경우, 최저 전압으로 V2의 전압값을 가질 수 있다.
한편, 전류복조부(230)를 통해 출력되는 복조 신호(DMOD_O)는 CS 입력신호(CSIN)에서 DC 전압 레벨이 제거되어, AC 전압 레벨이 복조된 신호이다.
복조 신호(DMOD_O)는 AC 전압이 하이 상태인 경우, 최대 전압으로 V3의 전압값을 가질 수 있다. 복조 신호(DMOD_O)는 AC 전압이 로우 상태인 경우, 최저 전압이 0V 일 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100,200: 전류 복조 장치
110,210: 전류센서부
120,220: 외부소자부
130,230: 전류복조부
111,211: CS(Current sensor) 앰프
111,211: LPF(Low Pass Fillter)
131,231: 제1 앰프
233: 제2 앰프
135, 237: 비교기

Claims (5)

  1. 입력신호를 수신하는 전류센서부;
    상기 전류센서부에 접속되고, 상기 전류센서부로부터 출력된 출력 신호를의 AC 전압을 제거하는 외부소자부; 및
    상기 전류 센서로부터 출력 신호를 수신하는 전류복조부를 포함하고,
    상기 전류복조부는
    상기 전류센서부의 출력단으로부터 분기되어 상기 외부소자부를 통해 AC 전압이 제거된 신호를 플러스(+) 입력단으로 수신하는 제1 앰프;
    상기 전류센서부의 출력단으로부터 분기되어 DC 및 AC 전압을 모두 포함하는 출력신호를 플러스(+) 입력단으로 수신하는 제2 앰프; 및
    상기 제1,2 앰프의 출력신호로부터 AC 전압만을 수신하여, 복조된 신호를 출력하는 비교기를 포함하는
    전류 복조 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 외부소자부는
    1개의 캐패시터 및 1개의의 핀으로 이루어진 LPF(Low Pass Fillter)를 포함하는
    전류 복조 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 앰프와 상기 제2 앰프 사이에 배치되는 DC 오프셋 제거부를 포함하고,
    상기 신호 DC 오프셋 제거부는
    제1 저항, 제2 저항 및 제3 저항이 직렬로 연결되는
    전류 복조 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제1 앰프는
    상기 제1 저항 및 상기 제2 저항 사이의 전압을 마이너스(-) 입력단으로 수신하는 전류 복조 장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 제2 앰프는
    상기 제2 저항 및 상기 제3 저항 사이의 전압을 마이너스(-) 입력단으로 수신하는 전류 복조 장치.
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