KR101681575B1 - 증폭비 조정 방법 - Google Patents

Abstract

증폭 회로에서의 증폭비 조정 방법은 증폭 회로로 인가된 입력 신호를 제 1 증폭비로 증폭한 제 1 출력 신호를 출력하는 단계, 제 1 출력 신호가 포화 출력 값을 초과하는지 판단하는 단계, 제 1 출력 신호가 포화 출력 값을 초과하는 경우, 포화 출력 값을 초과하는 포화 출력 구간을 측정하는 단계, 측정된 포화 출력 구간에서의 증폭비를 제 2 증폭비로 조정하는 단계 및 증폭 회로로 인가된 입력 신호를 포화 출력 구간에서는 제 2 증폭비로 증폭하고, 포화 출력 구간 이외의 구간에서는 제 1 증폭비로 증폭하여 제 2 출력 신호를 출력하는 단계를 포함한다.

Description

증폭비 조정 방법{METHOD FOR ADJUSTING AMPLIFICATION RATIOS}

본 발명은 증폭비 조정 방법에 관한 것이다.

애벌런치 광 다이오드(Avalanche Photo Diode)란, 빛을 전기적 에너지로 변환시켜주는 광통신용 수광 소자의 일종으로써, 광 증배 효과에 의한 높은 이득을 갖는 소자를 말한다. 이러한 애벌런치 광 다이오드는 애벌런치 증가에 의해 큰 광류를 얻을 수 있고, S/N비를 향상시킬 수 있어 고속 장거리 전송용으로 많이 사용되고 있다.

이러한 애벌런치 광 다이오드와 관련하여, 선행기술인 한국공개특허 제 1988-0005469호에는 광통신용 애벌런치 광 다이오드 바이어스 회로에 대해 개시하고 있다.

애벌런치 광 다이오드를 이용한 증폭회로는 광전 변환된 신호가 연산 증폭기의 입력 범위를 초과하여 입력된 경우, 연산증폭기는 출력 범위를 초과하는 출력전압이 발생하여 포화 상태에 이르게 되며, 이러한 포화 상태는 신호를 왜곡시키는 원인이 된다. 따라서 연산 증폭기가 포화 상태에 도달하지 않도록 하여 왜곡 구간 없는 신호를 출력할 수 있는 방법이 요구되고 있다.

종래의 APD 광 전 변환 회로에서 광 전 변환된 신호가 연산 증폭기의 입력 범위를 초과하여 입력된 경우, APD 광 전 변환 회로의 연산 증폭기는 출력 범위를 초과하는 출력전압이 발생하여 포화상태가 되지만, 이를 APD 증폭비 조정을 통해 포화 상태를 방지하는 증폭비 조정 방법을 제공하고자 한다. 또한, 종래의 APD 광 전 변환 회로에서 연산 증폭기가 포화 상태인 경우, 포화 상태로부터 필요 시간을 거쳐 정상 동작 상태로 돌아오게 되며, 필요 시간 동안, 입력 신호와 무관한 왜곡 신호가 출력되지만, 이를 왜곡 구간에서 복원된 신호를 원 신호와 결합하여 왜곡 구간 없는 신호를 생성하는 증폭비 조정 방법을 제공하고자 한다. 다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 실시예는 증폭 회로로 인가된 입력 신호를 제 1 증폭비로 증폭한 제 1 출력 신호를 출력하는 단계, 상기 제 1 출력 신호가 포화 출력 값을 초과하는지 판단하는 단계, 상기 제 1 출력 신호가 상기 포화 출력 값을 초과하는 경우, 상기 포화 출력 값을 초과하는 포화 출력 구간을 측정하는 단계, 상기 측정된 포화 출력 구간에서의 증폭비를 제 2 증폭비로 조정하는 단계 및 상기 증폭 회로로 인가된 입력 신호를 상기 포화 출력 구간에서는 상기 제 2 증폭비로 증폭하고, 상기 포화 출력 구간 이외의 구간에서는 상기 제 1 증폭비로 증폭하여 제 2 출력 신호를 출력하는 단계를 포함하는 증폭비 조정 방법을 제공할 수 있다.

상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본 발명을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.

전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 종래의 APD 광 전 변환 회로에서 광 전 변환된 신호가 연산 증폭기의 입력 범위를 초과하여 입력된 경우, APD 광 전 변환 회로의 연산 증폭기는 출력 범위를 초과하는 출력전압이 발생하여 포화상태가 되지만, 이를 APD 증폭비 조정을 통해 포화 상태를 방지하는 증폭비 조정 방법을 제공할 수 있다. 또한, 종래의 APD 광 전 변환 회로에서 연산 증폭기가 포화 상태인 경우, 포화 상태로부터 필요 시간을 거쳐 정상 동작 상태로 돌아오게 되며, 필요 시간 동안, 입력 신호와 무관한 왜곡 신호가 출력되지만, 이를 왜곡 구간에서 복원된 신호를 원 신호와 결합하여 왜곡 구간 없는 신호를 생성하는 증폭비 조정 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 종래의 증폭 회로를 도시한 도면이다.
도 2a 내지 도 2b는 종래의 증폭 회로에 의해 왜곡된 출력 신호를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 증폭 회로를 도시한 도면이다.
도 4a 내지 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 APD 증폭 회로에 의해 출력된 출력 신호를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 APD 증폭 회로에서 증폭비를 조정하는 방법의 순서도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에 있어서 '부(部)'란, 하드웨어에 의해 실현되는 유닛(unit), 소프트웨어에 의해 실현되는 유닛, 양방을 이용하여 실현되는 유닛을 포함한다. 또한, 1 개의 유닛이 2 개 이상의 하드웨어를 이용하여 실현되어도 되고, 2 개 이상의 유닛이 1 개의 하드웨어에 의해 실현되어도 된다.

본 명세서에 있어서 단말 또는 디바이스가 수행하는 것으로 기술된 동작이나 기능 중 일부는 해당 단말 또는 디바이스와 연결된 서버에서 대신 수행될 수도 있다. 이와 마찬가지로, 서버가 수행하는 것으로 기술된 동작이나 기능 중 일부도 해당 서버와 연결된 단말 또는 디바이스에서 수행될 수도 있다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 종래의 증폭 회로를 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 종래의 증폭 회로는 APD(Avalanch Photo Diode) 광전 변환 회로일 수 있으며, APD 광전 변환 회로는 연산 증폭기부(110) 및 APD 부(120)를 포함할 수 있다. 이 때, 입력 신호는 광신호일 수 있다.

APD 광전 변환 회로에서의 증폭비는 연산 증폭기부(110)의 증폭비와 APD 부(120)의 증폭비의 곱일 수 있다. 연산 증폭기부(110)에서의 증폭비는 전류 신호를 전압 신호로 변환하는 증폭비를 의미하며, APD 부(120)에서의 증폭비는 광신호를 전류 신호로 변환하는 증폭비를 의미할 수 있다.

도 2a 내지 도 2b는 종래의 증폭 회로에 의해 출력된 출력 신호를 도시한 도면이다.

도 2a는 APD 광전 변환 회로에서 출력전압 범위 이내의 광신호가 입력된 경우를 도시한 도면이다. 도 2a를 참조하면, 입력 신호인 광신호(200)는 APD 광전 변환 회로(210)를 거쳐 전압 신호(220)로 변환되어 출력될 수 있다. 이 때, 전압 신호(220)는 출력 범위(230) 내에 위치하므로, 왜곡이 발생하지 않는다.

도 2b는 APD 광전 변환 회로에서 출력전압 범위 이상의 광신호가 입력된 경우를 도시한 도면이다. 도 2b를 참조하면, 입력 신호인 광신호(240)는 APD 광전 변환 회로(250)를 거쳐 전압 신호(260)로 변환되어 출력될 수 있다. 이 때, 전압 신호(260)는 출력 범위(270)를 초과하는 출력 전압이 발생하게 됨으로써, 연상 증폭기부(110)는 포화 상태(280)에 도달하게 된다. 이러한 포화 상태는 APD 광전 변환 회로에서의 신호 왜곡의 원인이 된다. 연상 증폭기부(110)는 포화 상태에서 필요 시간을 거쳐 정상 동작 상태가 되는데, 이 때, 필요 시간 동안 출력 신호는 입력 신호와 무관한 왜곡 신호(290)가 출력된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 증폭 회로를 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 증폭 회로는 APD(Avalanch Photo Diode) 광전 변환 회로일 수 있으며, APD 광전 변환 회로는 APD 부(310) 및 연산 증폭기부(320)를 포함할 수 있다. 이 때, 입력 신호는 광신호일 수 있다.

APD 부(310)는 역전압 제어기를 포함할 수 있고, -V인 역전압의 절대값에 비례하여 증폭비를 증가시킬 수 있다. 이 때, APD 부(310)는 역전압 조정을 통해 1배~수백배까지 증폭비를 조정할 수 있다.

또한, APD 부(310)는 증폭비를 1nSec 이하로 제어할 수 있다. 이 때, APD 부(310)의 증폭비에 대한 조정 시간은 -V인 역전압 제어 속도와 동일하며, 물리적 연결 시간이 불필요해지고, 연산 증폭비의 안정화를 위한 시간이 불필요해질 수 있다.

연산 증폭기부(320)는 저항 R(330) 값에 비례하여 증폭비를 증가시킬 수 있다. 이 때, 연산 증폭기부(320)는 저항 R(330) 값을 조정하여 1배~수만배까지 증폭비를 조정할 수 있다.

또한, 연산 증폭기부(320)의 증폭비에 대한 조정 시간은 100nSec 이상으로 제어할 수 있다. 연산 증폭기부(320)는 복수의 저항(330, R1, R2, R3)을 선택적으로 연결하여 증폭비 조정 시간을 조정할 수 있게 된다. 이 때, 증폭비 조정 시간은 물리적 연결 시간과 연산 증폭기부(320)의 안정화 시간의 합을 나타낼 수 있다.

일 실시예에서, APD 광전 변환 회로는 증폭 회로로 인가된 입력 신호를 제 1 증폭비로 증폭한 제 1 출력 신호를 출력할 수 있다. 이 때, 입력 신호는 광신호일 수 있으며, 제 1 증폭비는 APD 부(310)의 증폭비와 연산 증폭기부(320)의 곱인 것일 수 있다. APD 광전 변환 회로는 제 1 출력 신호가 포화 출력 값을 초과하는지 판단할 수 있다. 이 때, 제 1 출력 신호가 포화 출력 값을 초과하는 경우, 포화 출력 값을 초과하는 포화 출력 구간을 측정하여 측정된 포화 출력 구간에서의 증폭비를 제 2 증폭비로 조정할 수 있다. 예를 들어, APD 광전 변환 회로는 포화 출력 구간이 시작되는 시점인 제 1 시점 및 포화 출력 구간이 끝나는 시점인 제 2 시점을 ADC(Analog to Digital Convertor)를 이용하여 포화 출력 구간을 측정할 수 있다. 포화 출력 구간의 측정이 완료되면, APD 광전 변환 회로는 APD 부(310)의 증폭비만을 조정하여 제 2 증폭비를 조정할 수 있다. 제 2 증폭비는 APD 부(310)의 증폭비와 연산 증폭기부(320)의 증폭비의 곱일 수 있으며, 포화 출력 구간에서의 제 2 출력 신호가 적어도 포화 출력 값을 초과하지 않도록 조정될 수 있다. 다른 예를 들어, APD 광전 변환 회로는 APD 부(310)의 증폭비만을 조정하는 것뿐만 아니라, 연산 증폭기부(320)의 증폭비도 조정하여 제 2 증폭비를 조정할 수 있다. APD 광전 변환 회로는 증폭 회로로 인가된 입력 신호를 포화 출력 구간에서는 제 2 증폭비로 증폭하고, 포화 출력 구간 이외의 구간에서는 제 1 증폭비로 증폭하여 제 2 출력 신호를 출력할 수 있다.

이러한 왜곡 구간에서 원래의 신호로 복원시키는 기술은 하나의 제어부에 광 신호 발생기와 광 신호 수광기(APD 광전 변환 회로)가 내장된 시스템에 사용되며, 제어부에서 동일 신호를 발생시키고, 동일 신호를 광 신호 수광기에 수광시킴으로써, 신호 복원이 가능하게 된다. 본 기술은 광 수신기, 광 센서, 반사손실 및 삽입손실 계측기, OTDR(Optical Time Domain Reflecttometer)와 같은 다양한 분야에서 활용될 수 있다.

도 4a 내지 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 APD 증폭 회로에 의해 출력된 출력 신호를 도시한 도면이다.

도 4a는 포화 구간 시간을 측정하는 과정을 도시한 도면이다. 도 4a를 참조하면, APD 광전 변환 회로는 입력 신호인 광신호(400)가 인가되면, 고속 ADC(Analog to Digital Converter)를 이용하여 출력 범위(410)를 벗어난 구간인 t1~t2 구간(420)의 시간을 측정할 수 있다. 이러한 출력 범위(410)를 벗어난 구간(420)은 APD 광전 변환 회로에서 왜곡 구간(430)의 원인이 된다.

도 4b는 APD 부(310)의 증폭비 조정을 통해 연산 증폭기부(320)의 포화 상태를 방지하는 과정을 도시한 도면이다. 도4b를 참조하면, APD 광전 변환 회로는 동일 신호를 수광할 때, t1<t<t2 구간(420)에서 APD 부(310)의 증폭비를 1배(450)로 조정하고, t<t1(410) 및 t2<t(430) 구간에서 APD 부(310)의 증폭비를 100배(440, 460)로 설정하여 연산 증폭기부(320)의 포화 상태를 방지(470)할 수 있게 된다. 이 때, APD 특성에 따라 기본 APD 증폭비는 달라질 수 있다. 이러한 과정을 거쳐 APD 광전 변환 회로는 왜곡 구간(430)에서 복원된 신호를 원 신호와 결합하여 왜곡 구간이 없는 신호(480)를 출력할 수 있게 된다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 APD 증폭 회로에서 증폭비를 조정하는 방법의 순서도이다. 도 5에 도시된 실시예에 따른 APD 증폭 회로에 의해 수행되는 증폭비를 조정하는 방법은 도 3, 도 4a 및 도 4b에 도시된 실시예에 따른 APD 증폭 회로에서 시계열적으로 처리되는 단계들을 포함한다. 따라서, 이하 생략된 내용이라고 하더라도 도 3에 도시된 실시예에 따른 APD 증폭 회로에 관하여 이미 기술된 내용은 도 5에 도시된 실시예에 따른 APD 증폭 회로에 의해 증폭비를 조정하는 방법에도 적용된다.

단계 S510에서 증폭 회로는 증폭 회로로 인가된 입력 신호를 제 1 증폭비로 증폭한 제 1 출력 신호를 출력할 수 있다. 이 때, 입력 신호는 광신호이고, 증폭 회로는 APD(Avalanch Photo Diode) 광전 변환 회로일 수 있다. APD 광전 변환 회로는 APD 부 및 연산 증폭기를 포함하며, 제 1 증폭비는 APD 부의 증폭비와 연산 증폭기부의 증폭비의 곱일 수 있다. 단계 S520에서 증폭 회로는 제 1 출력 신호가 포화 출력 값을 초과하는지 판단할 수 있다. 단계 S530에서 증폭 회로는 제 1 출력 신호가 포화 출력 값을 초과하는 경우, 포화 출력 값을 초과하는 포화 출력 구간을 측정할 수 있다. 이 때, 포화 출력 구간은 포화 출력 구간이 시작되는 시점인 제 1 시점 및 포화 출력 구간이 끝나는 시점인 제 2 시점을 ADC(Analog to Digital Convertor)를 이용하여 측정할 수 있다. 단계 S540에서 증폭 회로는 측정된 포화 출력 구간에서의 증폭비를 제 2 증폭비로 조정할 수 있다. 이 때, 제 2 증폭비는 APD 부의 증폭비와 연산 증폭기부의 증폭비의 곱일 수 있으며, APD 부의 증폭비만을 조정하여 제 2 증폭비를 조정할 수 있으며, 제 2 증폭비는 포화 출력 구간에서의 제 2 출력 신호가 적어도 포화 출력 값을 초과하지 않도록 조정되는 것일 수 있다. 단계 S550에서 증폭 회로는 증폭 회로로 인가된 입력 신호를 포화 출력 구간에서는 제 2 증폭비로 증폭하고, 포화 출력 구간 이외의 구간에서는 제 1 증폭비로 증폭하여 제 2 출력 신호를 출력할 수 있다.

상술한 설명에서, 단계 S510 내지 S550은 본 발명의 구현예에 따라서, 추가적인 단계들로 더 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계 간의 순서가 변경될 수도 있다.

도 1 내지 도 5를 통해 설명된 증폭비를 조정하는 방법은 컴퓨터에 의해 실행되는 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램 또는 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 또한, 도 1 내지 도 5를 통해 설명된 증폭비를 관리하는 방법은 컴퓨터에 의해 실행되는 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 또는 반송파와 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

310: APD 부
320: 연산 증폭기부

Claims (6)

1. 증폭 회로에서의 증폭비 조정 방법에 있어서,
   상기 증폭 회로로 인가된 입력 신호를 제 1 증폭비로 증폭한 제 1 출력 신호를 출력하는 단계;
   상기 제 1 출력 신호가 포화 출력 값을 초과하는지 판단하는 단계;
   상기 제 1 출력 신호가 상기 포화 출력 값을 초과하는 경우, 상기 포화 출력 값을 초과하는 포화 출력 구간을 측정하는 단계;
   상기 측정된 포화 출력 구간에서의 증폭비를 제 2 증폭비로 조정하는 단계; 및
   상기 증폭 회로로 인가된 입력 신호를 상기 포화 출력 구간에서는 상기 제 2 증폭비로 증폭하고, 상기 포화 출력 구간 이외의 구간에서는 상기 제 1 증폭비로 증폭하여 제 2 출력 신호를 출력하는 단계
   를 포함하고,
   상기 포화 출력 구간을 측정하는 단계는 상기 포화 출력 구간이 시작되는 시점인 제 1 시점 및 상기 포화 출력 구간이 끝나는 시점인 제 2 시점을 ADC(Analog to Digital Convertor)를 이용하여 측정하는 것인, 증폭비 조정 방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 입력 신호는 광신호이고, 상기 증폭 회로는 APD(Avalanch Photo Diode) 광전 변환 회로인 것인, 증폭비 조정 방법.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 APD 광전 변환 회로는,
   APD 부 및 연산 증폭기부를 포함하고,
   상기 제 1 증폭비 및 상기 제 2 증폭비는, 상기 APD 부의 증폭비와 상기 연산 증폭기부의 증폭비의 곱인 것인, 증폭비 조정 방법.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제 2 증폭비로 조정하는 단계는,
   상기 APD 부의 증폭비만을 조정하여 상기 제 2 증폭비를 조정하는 것인, 증폭비 조정 방법.
   
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 2 증폭비는,
   상기 포화 출력 구간에서의 상기 제 2 출력 신호가 적어도 상기 포화 출력 값을 초과하지 않도록 조정되는 것인, 증폭비 조정 방법.

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