KR100737944B1 - 디지털 멀티미디어 방송용 직접 변환 수신기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수신기에 관한 것으로, 디지털 멀티미디어 방송용 직접 변환(Zero-IF; Intermediate Frequency) 수신기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 디지털 멀티미디어 방송용 직접 변환 수신기는 제1 혼합부, 제1 저대역 통과필터 및 제1 저잡음 증폭부로 구성되며 I 채널을 형성하는 제1 수신부와, 제2 혼합부, 제2 저대역 통과필터 및 제2 저잡음 증폭부로 구성되며 Q 채널을 형성하는 제2 수신부와, 위상고정루프, 국부발진부 및 위상 국부발진부를 포함하여 구성되고, 상기 제1 수신부의 제1 혼합부 및 제2 수신부의 제2 혼합부 각각의 입력단은 위성 주파수 신호를 증폭하는 저잡음 증폭부의 출력단에 연결되고, 상기 제1 수신부의 제1 혼합부 및 제2 수신부의 제2 혼합부 각각의 입력단은 위상 고정루프, 국부발진부 및 위상 국부발진부의 출력단에 연결되는 것을 특징으로 한다.
중간 주파수, 수신기, 튜너, 자동 이득 조절, 디지털 멀티미디어 방송, 위성DMB

Description

디지털 멀티미디어 방송용 직접 변환 수신기{Zero-IF TUNNER for Digital Multimedia Broadcasting}
도 1은 기존의 직접 변환 다운컨버터의 블록도 이다.
도 2는 본 발명에 따른 디지털 멀티미디어 방송용 직접 변환 수신기의 블록도 이다.
도 3는 본 발명에 따른 도 2의 이득제어를 하기 위한 개념도이다.
본 발명은 수신기에 관한 것으로, 디지털 멀티미디어 방송용 직접 변환(Zero-IF; Intermediate Frequency) 수신장치에 관한 것이다.
IF를 이용한 간접 주파수 변환 수신장치는 주파수변환을 반복적으로 해야 한다는 것이며, 결국 반복되는 주파수변환으로 인해 비선형 특성이 추가되어 상호 변조 왜곡이나 기생성분들이 발생하게 된다.
이러한 상호 변조 왜곡이나 기생성분들을 제거하기 위하여 BPF(Band Pass Filter)가 사용됨으로써 생산 단가를 높이는 원인이 된다.
결국, 중간 주파수 변환 없이 RF(Radio Frequency)를 기저대역(baseband)으 로 직접 변환(Direct Conversion; Zero-IF)하는 기술이 소개되었다.
도 1은 기존의 직접 변환 다운컨버전의 블록도 이다.
도시된 바와 같이, 종래 튜너의 구성도는 위성 안테나로부터 수신된 미약한 신호를 1차 증폭하는 저잡음 증폭부(101)가 구비되고, 자동이득제어 신호를 받아 1차 증폭된 신호를 다시 가변 증폭하는 가변증폭부(111)와 외부 LC 탱크(134)에서 발생한 신호를 내부 전압제어 발진기(Voltage Control Oscillator; VCO)(135)에서 수신하여 동위상을 발생하는 국부발진부(133), 국부발진부(133)에서 발진된 신호를 받아 가변증폭부(111)에서 증폭된 신호와 혼합하는 혼합부(112), 혼합부(112)에서 혼합된 신호의 저대역만을 통과시키는 저대역 통과필터부(113), 저대역 통과필터부(113)에서 통과된 신호를 다시 증폭하는 증폭부(114), 증폭부(114)에서 증폭된 신호를 다시 한번 저대역만을 통과시키는 외부 저대역 통과필터부(131), 외부 저대역 통과필터부(131)에서 통과된 신호를 증폭하는 증폭부(115), 증폭부(115)에서 증폭된 신호를 저대역만을 통과시키고 채널의 신호를 출력하는 외부 저대역 통과필터부(116), 자동이득제어 신호를 받아 1차 증폭된 신호를 다시 가변 증폭하는 가변증폭부(121), 외부 LC 탱크(134)에서 발생한 신호를 내부 전압제어 발진기(135)에서 수신하여 90 위상차를 발생하는 국부발진부(133), 국부발진부(133)에서 발진된 신호를 받아 가변증폭부(121)에서 증폭된 신호와 혼합하는 혼합부(122), 혼합부(122)에서 혼합된 신호의 저대역만을 통과시키는 저대역 통과필터부(123), 저대역 통과필터부(123)에서 통과된 신호를 다시 증폭하는 증폭부(124), 증폭부(124)에서 증폭된 신호를 다시 한번 저대역만을 통과시키는 외부 저대역 통과필터부(132), 외부 저대 역 통과필터부(132)에서 통과된 신호를 증폭하는 증폭부(125), 증폭부(125)에서 증폭된 신호를 저대역만을 통과시키고 Q 채널의 신호를 출력하는 외부 저대역 통과필터부(126)로 구성된다.
그러나, 이와 같이 구성된 종래 튜너는 LC 탱크 회로가 외부에 구현되고 실질적으로 Zero-IF가 아니라 near Zero-IF인 회로로 구성 될 뿐만 아니라 저대역 통과필터는 외부에 구성되어 신호의 전달 길이가 길어짐에 따라 발생하는 외부 잡음이 발생할 수 있다.
또한, 종래의 기술로는 광범위한 대역을 Zero-IF로 구성하기엔 적절하지 못하다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 DMB용 Zero-IF 수신장치는 단일칩으로 구성되어 수신장치 설계의 용이성을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 소비전력이 적어야 하는 수신장치에 구성되도록 DMB용 Zero-IF 수신장치를 제공함에 있다.
상술한 기술적과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 직접변환 수신기는 제1 혼합부, 제1 저대역 통과필터 및 제1 저잡음 증폭부로 구성되며 I 채널을 형성하는 제1 수신부와, 제2 혼합부, 제2 저대역 통과필터 및 제2 저잡음 증폭부로 구성되며 Q 채널을 형성하는 제2 수신부와, 위상 고정루프, 국부발진부 및 위상 국부발진부를 포함하여 구성되고, 상기 제1 수신부의 제1 혼합부 및 제2 수신부의 제2 혼합부 각각의 입력단은 위성 주파수 신호를 증폭하는 저잡음 증폭부의 출력단에 연결되고, 상기 제1 수신부의 제1 혼합부 및 제2 수신부의 제2 혼합부 각각의 입력단은 위상국부발진부의 출력단에 연결되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 혼합부는 하향변환 혼합부(Down-Converter Mixer)인 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 디지털 멀티미디어 방송용 직접 변환 수신장치를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 디지털 멀티미디어 방송용 직접 변환 수신기의 블록도 이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 Zero-IF 튜너(200)는 제1 수신부(201), 제2 수신부(202), 저잡음 증폭부(Low-Noise Amplifier; LNA)(204), 위상 국부발진부(Phase Local Oscillator; PLO)(205), 국부발진부(Local Oscillator; LO)(206) 및 위상 고정루프부(Phase Locked Loop; PLL)(207)로 구성된다.
제1 수신부(201)는 혼합부(211), 저대역 통과필터부(Low-Pass Filter; LPF)(212) 및 LNA(213)으로 구성되며 제2 수신부(202)는 혼합부(221), LPF(222) 및 LNA(223)로 구성된다.
LNA(204)는 위성 안테나(203)에서 수신된 미약한 신호를 잡음까지 증폭되는 것을 최대한 억제하면서 신호를 증폭하여 제1 신호부(201)의 혼합부(211)와 제2 신호부(202)의 혼합부(221) 각각의 수단에 신호를 전달한다.
PLL(207)은 LO(206)의 출력 주파수가 흔들리지 않고 일정한 주파수에서 고정될 수 있도록 하고 LO(206)에서 사용되는 전압제어 발진기(Voltage Control Oscillator; VCO)의 전압을 정교하게 조절하여 LO(207)의 출력 주파수를 원하는 주파수로 이동하고 고정시켜 준다.
또한, PPL(207)은 주파수 조합기와 VCO로 구성되며 VCO는 DMB(Digital Multimedia Broadcasting)-S 주파수 범위를 처리 할 수 있다.
여기서, 조합기는 20-bit sigma-delta fractional-N 아키택처로 구성되어 고속 스위칭, 초고해상도 주파수 및 광대역에 따른 잡음특성이 좋은 특성을 가지고 있다.
LO(206)는 위성 신호를 기저대역(baseband)로 변환하기 위한 주파수를 발진하여 혼합부(211, 221)에 공급하기 위한 주파수를 발생한다.
여기서, LO(206)는 외부 LC 탱크 회로가 제거되는 구조로서, 외부에서 추가적인 30V정도의 고전압을 인가할 필요가 없다.
PLO(205)는 동위상(In-Phase) 또는 90°위상(Quadrature-Phase)의 주파수를 발생한다.
제1 수신부(201)의 혼합부(211)는 하향변환(Down-Converter)으로 작용하는 혼합부(211)로 위성안테나(203)및 LNA(204)를 거쳐 증폭된 신호와 PLL(207), LO(206) 및 PLO(205)를 거친 주파수를 이용하여 위성 주파수를 혼합하여 기저대역 주파수 신호로 변경한다.
제1 수신부(201)의 LPF(212)는 혼합부(211)에서 출력되는 주파수 신호 중 선 택적으로 원하는 주파수 신호만 골라내는 역할을 한다.
제1 수신부(201)의 LNA(213)는 프로그래머블 이득제어(Programmable Gain Amplifier; PGA)와 가변이득 증폭기(Variable Gain Amplifier; VGA)로 구성된다.
LNA(213)을 통하여 출력되는 주파수 신호는 위성 주파수 신호를 기저밴드로 변환된 주파수 신호로 I 채널을 형성한다.
제2 수신부(202)의 혼합부(221)는 하향변환으로 작용하는 혼합부(221)로 위성안타나(203)및 LNA(204)를 거쳐 증폭된 신호와 PLL(207), LO(206) 및 PLO(205)를 거친 주파수를 이용하여 위성 주파수를 혼합하여 기저대역 주파수 신호로 변경한다.
제2 수신부(202)의 LPF(222)는 혼합부(221)에서 출력되는 주파수 신호 중 선택적으로 원하는 주파수 신호만 골라내는 역할을 한다.
제2 수신부(202)의 LNA(223)는 PGA와 VGA로 구성된다.
LNA(223)를 통하여 출력되는 주파수 신호는 위성 주파수 신호를 기저밴드로 변환된 주파수 신호로 Q 채널을 형성한다.
여기서, 제1 수신부(201)의 LPF(212) 및 LNA(213)와 제2 수신부(202)의 LPF(222) 및 LNA(223)를 이용하여 선택적으로 원하는 주파수신호만 골라내기 위해 본 발명에 의한 도 3에 도시한 이득 제어 방법을 이용한다.
도 3은 본 발명에 따른 도 2의 이득 제어를 하기 위한 개념도이다.
도시된 바와 같이, 내부 자동이득제어(Automatic Gain Control; AGC) 전압에 따른 출력 dB을 도시한 것으로 점선(301a)은 RF(Radio Frequency) 이득 곡선이고, 실선(302a)은 기저대역 이득 곡선이며 화살표는 스텝 이득 점프(step gain jump)이다. 도 3에서 VAGC(Voltage of AGC)는 AGC의 전압을 의미한다.
화살표 점 전압(arrow point voltage)는 이득 트립 점(gain trip point)을 의미한다.
RF 이득은 0.8V에서 더 높은 이득으로 점프하고 이 점은 RF 이득 상향 트립 점(RF gain high trip point)을 의미하고, 0.5V에서 더 낮은 이득으로 점프하고 이 점은 RF 이득 하향 트립 점(RF gain low trip point)을 의미한다.
여기서, RF 이득 상향/하향 트립 점은 RF 영역에서 이루어 지고, RF 이득 상향 트립 점의 상향 트립은 RFTRH(Radio Frequency Trip High) 신호에 의해서 결정되며, RF 이득 하향 트립 점의 하향 트립은 RFTRL(Radio Frequency Trip Low) 신호에 의해서 결정된다.
결국, RF 이득의 상향/하향 트립은 RFTRH/RFTRL의 디지털 신호에 의해 변경 가능하다.
기저대역 이득은 1.3V에서 더 높은 이득으로 점프하고 이 점은 1.3V-기저대역 이득 상향 트립 점(1.3V-baseband gain high trip point)을 의미하며, 1.1V에서 더 낮은 이득으로 점프하고 이 점은 기저대역 이득 하향 트립 점(1.1V-baseband gain low trip point)을 의미한다.
여기서, 기저대역 이득 상향/하향 트립 점은 기저대역 영역에서 이루어 지고, 기저대역 이득 상향 트립 점의 상향 트립은 BBTRH(Baseband Trip High) 신호에 의해서 결정되며, 기저대역 이득 하향 트립 점의 하향 트립은 BBTRL(Baseband Trip High) 신호에 의해서 결정된다.
결국, 기저대역 이득의 상향/하향 트립은 BBTRH/BBTRL의 디지털 신호에 의해 변경 가능하다.
RF 영역과 기저대역 영역의 변동은 본 발명에 의한 이득 제어 이론을 이용하여 스위칭 한다.
최초 AGC 전압이 0V로 초기화 되어 있고, 55dB의 이득이 필요할 경우 AGC 전압을 증가 시키게 된다.
AGC 전압의 증가로 인해 AGC 전압이 0.8V를 초가할 경우 RF 스텝 이득을 스테이트(state)9에서 스테이트8로 변경하게 된다.
즉, AGC 전압의 증가로 이득이 증가되었으나 55dB보다 작은 경우 AGC 전압을 계속 증가하게 된다.
AGC 전압이 0.8V보다 높아지고 RF 스텝 이득은 한 스텝 증가하게 된다.
AGC 전압의 증가로 이득이 55dB보다 높아지게 되면 AGC 전압은 이득이 55dB이 될 때까지 다시 감소한다.
또한, 이득이 80dB로 변경되어야 한다면 AGC의 전압은 다시 증가하게 되고 결국 1.3V를 넘어서게 된다.
여기서, 기저대역 이득(Baseband Gain; GVBB)을 증가하여 필요한 이득이 될 때까지 스텝은 계속 증가하게 된다.
결국, AGC 전압이 0.8V에서 0.9V 사이에서 변동을 하여 출력 이득을 얻고자 할 경우 출력 이득을 제어하는 대상을 0.9V 이하에선 RF의 이득을 제어하고 0.9V 이상에선 기저대역의 이득(GVBB)을 제어하는 것으로 변경하여 원하는 출력 이득을 얻는다.
여기서, 원하는 출력 이득이 감소할 경우 AGC 전압이 감소하게 되고 0.5V 이하일 경우 한 스테이트를 한 스텝 낮게 변경하고, 같은 방법으로 1.1V에서 원하는 이득이 낮은 경우 AGC 전압의 스테이트를 한 스텝 낮게 변경한다.
결국, 기저대역 이득(GVBB)의 최소값을 임의로 제어 가능하게 되어 RF 대역과 기저대역의 이득 할당이 프로그램 가능하게 된다.
본 발명은 단일칩으로 구성된 DMB용 Zero-IF 수신장치는 수신장치 설계의 용이성에 그 효과가 있다.
또한, DMB용 Zero-IF 수신장치를 사용하여 소비전력이 적어야 하는 수신장치에 그 효과가 있다.

Claims (12)

  1. 디지털 멀티미디어 방송용 수신기에 있어서,
    제1 혼합부, 제1 저대역 통과필터 및 제1 저잡음 증폭부로 구성되며 I 채널을 형성하는 제1 수신부와,
    제2 혼합부, 제2 저대역 통과필터 및 제2 저잡음 증폭부로 구성되며 Q 채널을 형성하는 제2 수신부와,
    위상고정루프, 국부발진부 및 위상 국부발진부를 포함하여 구성되고,
    상기 제1 수신부의 제1 혼합부 및 제2 수신부의 제2 혼합부 각각의 입력단은 위성 주파수 신호를 증폭하는 저잡음 증폭부의 출력단에 연결되고,
    상기 제1 수신부의 제1 혼합부 및 제2 수신부의 제2 혼합부 각각의 입력단은 상기 위상 국부발진부의 출력단에 연결되고,
    상기 제1 및 제2 수신부의 이득 제어는 기준 전압 이하에서는 RF 대역의 이득 스텝으로 스위칭되고, 기준 전압 이상에서는 기저대역의 이득 스텝으로 스위칭하는 디지털 멀티미디어 방송용 직접 변환 수신기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 혼합부는 하향변환 혼합부(Down-Converter Mixer)인 디지털 멀티미디어 방송용 직접 변환 수신기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 위상 고정루프는 주파수 조합기와 전압제어 발진기로 구성되고,
    상기 전압제어 발진기는 DMB(Digital Multimedia Broadcasting)-S 주파수 범위이고,
    상기 주파수 조합기는 20-bit sigma-delta fractional-N 아키택처로 구성되는 디지털 멀티미디어 방송용 직접 변환 수신기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 수신부의 저잡음 증폭부는 프로그래머블 이득제어와 가변이득제어 증폭기로 구성되는 디지털 멀티미디어 방송용 직접 변환 수신기.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기저대역의 이득 스텝은 3dB인 디지털 멀티미디어 방송용 직접 변환 수신기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 RF 대역 및 기저대역의 이득 스텝은 각각 2개의 이득 트립 점 (Trip Point)으로 구성되는 디지털 멀티미디어 방송용 직접 변환 수신기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 RF 대역 이득 트집 점은 RF 이득 상향 트립 점과 RF 이득 하향 트립 점으로 구성되고,
    상기 기저대역 이득 트집 점은 기저대역 이득 상향 트립 점과 기저대역 이득 하향 트립 점으로 구성되는 디지털 멀티미디어 방송용 직접 변환 수신기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 RF 이득 상향 트립 점은 0.8V이고,
    상기 기저 대역 상향 트립 점은 1.3V인 디지털 멀티미디어 방송용 직접 변환 수신기.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 RF 이득 하향 트립 점은 0.85이고,
    상기 기저 대역 하향 트립 점은 1.1V인 디지털 멀티미디어 방송용 직접 변환 수신기.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 RF 이득 상향 트립 점은 RFTRH 신호로 제어되고, RF 이득 하향 트립 점 은 RFTRL 신호로 제어되며,
    상기 기저 대역 상향 트립 점은 BBTRH 신호로 제어되고, 기저대역 하향 트립 점은 BBTRL 신호로 제어되는 디지털 멀티미디어 방송용 직접 변환 수신기.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 기저대역 상향 트립 점 및 기저대역 하향 트립 점에서 기저대역 이득(GVBB)의 최소값이 프로그램 가능한 디지털 멀티미디어 방송용 직접 변환 수신기.
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