KR100450658B1 - 스위치드 커패시터 필터 제어장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

스위치드 커패시터 필터 제어 장치 및 방법이 개시된다. 기준 클럭 신호에 응답하여 제어되는 극점 주파수를 갖는 스위치드 커패시터 필터를 제어하는 이 장치는, 변조된 캐리어 신호의 주파수를 추출하고, 추출된 주파수 성분에 상응하는 제어 신호를 출력하는 위상 동기 루프와, 제어 신호의 직류 성분을 추출하는 직류 성분 추출 수단 및 제어 신호의 직류 성분에 상응하여 발진되는 주파수를 갖는 신호를 기준 클럭 신호로서 출력하는 전압 제어 발진 수단을 구비하는 것을 특징으로 하고, 공정 변수에 무관하게 스위치드 커패시터 필터의 극점을 정확히 제어할 수 있고, 자동적으로 SCF를 제어하며, 별도의 기준 클럭 신호 입력 핀이 필요없는 효과가 있다.

Description

스위치드 커패시터 필터 제어 장치 및 방법
본 발명은 스위치드 커패시터 필터(SCF:Switched Capacitor Filter)에 관한 것으로서, 특히 스위치드 커패시터 필터를 제어하는 SCF 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 능동 RC 필터나 동작 상호 콘덕턴스 증폭기(OTA; Operational Transconductance Amplifier) 필터를 집적화할 경우, 공정 변수에 의한 저항 및 커패시터의 산포로 인하여 필터의 극점을 정확히 조정하는 것은 불가능하다. 따라서, 정확한 필터의 극점이 요구되는 경우, 극점을 조정할 수 있는 별도의 수단이 사용된다.
이하, 필터의 극점을 조정하는 종래의 방법들을 첨부한 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 1은 IC의 외부에 외장되는 필터를 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 능동 RC 필터나 OTA 필터와 같은 외부 필터(10)를 IC의 외부에 외장함으로서, 필터의 극점을 정확히 조정하도록 하였다. 이와 같은 방법은 필터의 특성 즉, 필터의 극점, 통과 이득, 제거 이득등의 면에서는 가장 우수하지만, 외부 부품인 고가의 단품 필터(10)가 별도로 필요하고 필터링하고자 하는 신호를 입/출력시키기 위한 핀들이 필요하므로 제작 원가가 높아지는 문제점이 있다.
도 2는 외부 조정 포인트를 사용하여 IC에 내장된 필터의 극점을 조정할 수 있는 종래의 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, IC에 내장되는 OTA 필터(14)의 상호 콘덕턴스(gm)값을 집적회로 외부에 외장되는 가변 저항(R)에 의해 조정함으로서 OTA 필터(14)의 극점을 조정한다. 그러므로, 원하는 필터 특성을 얻을 수 있다. 그러나, 이 장치 역시 외부 부품 및 외부 조정 포인트가 존재하므로 제작 비용이 높아지는 문제점이 있다.
도 3은 IC에 내장되는 필터의 극점을 조정할 수 있으며, 기준 클럭 신호를 사용하는 종래의 SCF(16)의 블럭도이다.
도 3을 참조하면, SCF(16)는 IC에 내장되는 필터의 극점을 조정하는 역할을 하며, 이를 위해, 기준 클럭(CKref)에 의해 그 극점이 조정된다. 그러므로, 외부 부품 및 조정 포인트가 없어 제작 비용을 절감할 수 있다. 즉, 스위치드 캐패시터 필터(16)의 극점은 캐패시터의 절대값과는 상관없이 캐패시터들의 비(ratio)와 스위치를 구동하기 위해 인가되는 기준 클럭 신호(CKref)의 주파수에 의해서만 결정된다. 따라서, 집적회로로 필터를 제작시 공정변수에 의해 캐패시터의 절대값이 변화되더라도 캐패시터들의 상대적인 비는 거의 변화되지 않으므로 정확한 특성을 얻을 수 있다. 반면에, SCF(16)의 극점을 결정하기 위해, SCF(16)의 외부에서 기준 클럭 신호를 별도로 인가해 주어야 하는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 캐리어 신호를 이용하여 생성한 기준 클럭 신호에 의해 SCF를 제어할 수 있는 스위치드 커패시터 필터 제어 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기 스위치드 커패시터 필터 제어 장치에서 수행되는 스위치드 커패시터 필터 제어 방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 IC 외부에 외장되는 필터를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 외부 조정 포인트를 사용하여 IC에 내장된 필터의 극점을 조정할 수 있는 종래의 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 IC에 내장되는 필터의 극점을 조정할 수 있으며, 기준 클럭 신호를 사용하는 종래의 SCF의 블럭도이다.
도 4는 본 발명에 의한 스위치드 커패시터 필터 제어 장치의 블럭도이다.
도 5는 본 발명에 의한 스위치드 커패시터 필터의 제어 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
상기 과제를 이루기 위해, 기준 클럭 신호에 응답하여 제어되는 극점 주파수를 갖는 스위치드 커패시터 필터를 제어하는 본 발명에 의한 SCF 제어 장치는, 변조된 캐리어 신호의 주파수를 추출하고, 추출된 주파수 성분에 상응하는 제어 신호를 출력하는 위상 동기 루프와, 상기 제어 신호의 직류 성분을 추출하는 직류 성분 추출 수단 및 상기 제어 신호의 상기 직류 성분에 상응하여 발진되는 주파수를 갖는 신호를 상기 기준 클럭 신호로서 출력하는 전압 제어 발진 수단으로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 다른 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 스위치드 커패시터 필터 제어 방법은 변조된 캐리어 신호의 주파수 성분을 추출하여, 추출된 주파수 성분을 갖는 제어 신호를 구하는 단계와, 상기 제어 신호의 교류 성분을 제거하는 단계와, 상기 제어 신호의 직류 성분에 상응하여 발진되는 주파수를 갖는 기준 클럭 신호를 구하는 단계 및 상기 기준 클럭 신호에 SCF의 극점 주파수를 제어하는 단계로 이루어지는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 의한 스위치드 커패시터 필터 제어 장치의 구성 및 동작을 첨부한 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 4는 본 발명에 의한 스위치드 커패시터 필터 제어 장치의 블럭도로서, 위상 동기 루프(40)를 구현하는 위상 검출기(42), 저역 통과 필터(44) 및 제1 전압 제어 발진기(46)와, 직류 성분 추출부(50) 및 제2 전압 제어 발진기(60)로 구성된다.
도 4에 도시된 위상 동기 루프(40)는 변조된 캐리어 신호를 입력단자 IN을 통해 입력하고, 입력된 캐리어 신호에 동조되어 캐리어 신호의 주파수를 추출하며, 추출된 주파수 성분에 상응하는 제어 신호를 직류 성분 추출부(50)로 출력한다. 이를 위해, 위상 동기 루프(40)의 위상 검출기(42)는 입력단자 IN을 통해 입력된 변조된 캐리어 신호와 제1 전압 제어 발진기(46)로부터 출력되는 신호의 위상차를 검출하고, 검출된 위상차를 저역 통과 필터(44)로 출력한다. 저역 통과 필터(44)는 위상차의 저역 성분을 필터링하고, 필터링된 저역 성분을 갖는 신호를 제어 신호로서 직류 성분 추출부(50) 및 제1 전압 제어 발진기(46)로 출력한다. 제1 전압 제어 발진기(46)는 제어 신호에 응답하여 발진되는 주파수를 갖는 신호를 위상 검출기(42)로 출력한다. 여기서, 위상 동기 루프(40)가 입력단자 IN을 통해 입력한 캐리어 신호를 추적하여 로킹상태로 들어가게 되면, 제1 전압 제어 발진기(46)는 제어 전압에 상응하여 캐리어 신호와 동일한 주파수로 발진하게 된다.
위상 동기 루프(40)가 로킹상태에 있을 때, 입력단자 IN을 통해 입력된 캐리어 신호가 진폭 변조(AM:Amplitude Modulation)된 신호라면, 제1 전압 제어 발진기(46)의 발진 주파수는 캐리어 신호의 주파수로 고정된 상태에 있게 되어 위상 동기 루프(40)로부터 출력되는 제어 신호는 직류 성분만이 출력되지만, 입력단자 IN을 통해 입력된 캐리어 신호가 주파수 변조(FM:Frequency Modulation)된 신호라면, 제1 전압 제어 발진기(46)의 발진 주파수는 캐리어 신호의 주파수를 중심으로 FM 변조도에 따라 변화하게 되므로 위상 동기 루프(40)로부터 출력되는 제어 신호는 교류 성분을 갖게 된다.
그러므로, 직류 성분 추출부(50)는 입력단자 IN을 통해 입력되는 캐리어 신호가 주파수 변조된 신호인 경우, 위상 동기 루프(40)와 제2 전압 제어 발진기(60)사이에 위치하여, 제어신호의 교류 성분을 제거하고, 교류 성분이 제거된 제어 신호의 직류 성분을 제2 전압 제어 발진기(60)의 제어 전압으로서 출력한다.
제2 전압 제어 발진기(60)는 직류 성분 추출부(50) 또는 위상 동기 루프(40)에서 출력되는 제어 신호의 직류 성분에 응답하여 발진되는 주파수를 갖는 신호를 기준 클럭 신호로서 출력단자 OUT를 통해 SCF(미도시)로 출력한다. 이 때, 제1 및 제2 전압 제어 발진기들(46 및 60) 각각은 동일한 직류 레벨을 갖는 제어 전압에 의해 동일한 주파수로 발진하는 동일한 회로이다. 그러므로, 제2 전압 제어 발진기(60)의 발진 주파수는 공정 변수와 무관하게 캐리어 신호가 입력되는 동안에는 항상 캐리어 신호의 주파수와 동일하다.
결국, 도 4에 도시된 SCF 제어 장치는 별도의 외부 클럭을 사용할 필요없이, 캐리어 신호에 의해 생성되어 출력단자 OUT를 통해 출력되는 기준 클럭 신호에 의해 SCF의 극점 주파수를 정확히 조정할 수 있다.
이하, 본 발명에 의한 스위치드 커패시터 필터 제어 방법을 첨부한 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 5는 본 발명에 의한 스위치드 커패시터 필터의 제어 방법을 설명하기 위한 플로우차트로서, 제어 신호를 추출하는 단계(제70단계). 제어 신호의 직류 성분에 따라 생성한 기준 클럭 신호에 의해 SCF를 제어하는 단계(제72 ∼ 76단계)로 이루어진다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 의한 스위치드 커패시터 필터 제어 방법에서는 먼저. 변조된 캐리어 신호의 주파수 성분을 추출하여, 추출된 주파수 성분을 갖는 제어 신호를 구한다(제70단계). 제70단계후에, 제어 신호에 교류 성분이 포함되어 있으므로, 제어 신호의 교류 성분을 제거한다(제72단계).
제72단계후에, 제어 신호의 직류 성분에 상응하여 발진되는 주파수를 갖는 기준 클럭 신호를 구한다(제74단계). 제74단계후에, 기준 클럭 신호에 의해 SCF의 극점 주파수 또는 중심 주파수를 제어한다(제76단계).
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 스위치드 커패시터 필터 제어 장치 및 방법은 외부로부터 입력된 기준 클럭 신호를 이용하여 스위치드 커패시터 필터를 제어하지 않고, 캐리어 신호로부터 생성한 기준 클럭 신호를 이용하여 스위치드 커패시터 필터를 제어하기 때문에, 공정 변수에 무관하게 스위치드 커패시터 필터의 극점을 정확히 제어할 수 있고, 자동적으로 SCF를 제어하며, 별도의 기준 클럭 신호 입력 핀이 필요없는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 기준 클럭 신호에 응답하여 제어되는 극점 주파수를 갖는 스위치드 커패시터 필터(SCF)를 제어하는 SCF 제어 장치에 있어서,
    변조된 캐리어 신호의 주파수를 추출하고, 추출된 주파수 성분에 상응하는 제어 신호를 출력하는 위상 동기 루프;
    상기 제어 신호의 직류 성분을 추출하는 직류 성분 추출 수단; 및
    상기 제어 신호의 상기 직류 성분에 상응하여 발진되는 주파수를 갖는 신호를 상기 기준 클럭 신호로서 출력하는 전압 제어 발진 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 스위치드 커패시터 필터 제어 장치.
  2. 변조된 캐리어 신호의 주파수 성분을 추출하여, 추출된 주파수 성분을 갖는 제어 신호를 구하는 단계;
    상기 제어 신호의 교류 성분을 제거하는 단계;
    상기 제어 신호의 직류 성분에 상응하여 발진되는 주파수를 갖는 기준 클럭 신호를 구하는 단계; 및
    상기 기준 클럭 신호에 SCF의 극점 주파수를 제어하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 스위치드 커패시터 필터 제어 방법.
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