KR20170081357A - 고감도 포락선 검출기 및 그를 포함한 웨이크업 수신 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 고감도 포락선 검출기는 웨이크업 패턴 정보를 기반으로 바이어스 전압신호를 출력하는 적응형 바이어스 전압 발생부; 입력 전압 신호에 상기 바이어스 전압신호를 합하여 합산신호를 출력하는 가산부; 및 상기 합산신호로부터 상기 웨이크업 패턴 정보를 추출하는 포락선 검출부를 포함할 수 있다.

Description

고감도 포락선 검출기 및 그를 포함한 웨이크업 수신 장치{Envelope detector and wake up receiving apparatus having the same}

본 발명은 고감도 포락선 검출기 및 그를 포함한 웨이크업 수신 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 포락선 검출기의 검출률을 향상시키는 기술에 관한 것이다.

근거리 무선 개인통신망(WPAN), 센서 네트워크 시스템, 스마트키 시스템 등 무선 통신을 사용하는 다양한 기술분야에서 시스템을 구성하는 단말장치의 전력 소모를 최소화하기 위해, 평상 시에는 단말장치를 슬립 모드(sleep mode) 상태로 두고, 통신이 필요한 경우에만 단말장치를 활성 모드(active mode)로 웨이크업(wake-up) 통신하는 웨이크업 기술이 사용되고 있다.

이때의 단말장치는 웨이크업 신호를 수신하기 위해 웨이크업 수신기를 포함하게 되며, 웨이크업 수신기가 웨이크업 신호를 수신하면, 수신장치는 슬립 모드에서 깨어나 정상적으로 전원을 공급하여 통신하게 된다.

웨이크업 수신기에 사용되는 신호 검출 회로 중 입력 신호의 저주파 대역 성분만을 추출하는 포락선 검출 회로는 구성이 간단하다는 장점이 있어 널리 사용되고 있는 방식이다.

이러한 포락선 검출 회로는 입력 신호로부터 웨이크업 패턴을 정확히 검출하는 것이 중요한데, 종래의 포락선 검출 회로는 입력신호의 크기가 작은 경우 검출률이 나쁠 수 있다. 즉, 입력신호의 진폭이 작을수록 출력된 신호에서 웨이크업 패턴을 검출하는 것이 어려운 문제점이 있다.

특허공개번호 KR 2012-010046522호

본 발명의 실시예는 송신단과 수신단 사이에 공유된 웨이크업 패턴 정보를 이용하여 포락선 검출부에 입력되는 입력 신호에 바이어스 전압을 더하여 웨이크업 패턴 정보를 검출함으로써 포락선 검출부의 검출도를 향상시킬 수 있는 고감도 포락선 검출기 및 그를 이용한 웨이크업 수신 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 고감도 포락선 검출기는 웨이크업 패턴 정보를 기반으로 바이어스 전압신호를 출력하는 적응형 바이어스 전압 발생부; 입력 전압 신호에 상기 바이어스 전압신호를 합하여 합산신호를 출력하는 가산부; 및 상기 합산신호로부터 상기 웨이크업 패턴 정보를 추출하는 포락선 검출부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 적응형 바이어스 전압 발생부는, 상기 웨이크업 패턴정보에 따라 스위칭되는 스위칭부; 및 상기 바이어스 전압신호를 생성하여 상기 스위칭부의 스위칭에 따라 상기 바이어스 전압신호를 상기 가산부로 출력하는 바이어스 전압 생성부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 가산부는, 상기 입력전압신호의 공통모드전압을 상기 바이어스 전압신호만큼 증가시킬 수 있다.

본 발명에 따른 고감도 포락선 검출기를 포함하는 웨이크업 수신 장치는 입력전압신호에 가변 바이어스 전압을 가하여 웨이크업 패턴 정보를 검출하는 포락선 검출기; 상기 포락선 검출기로부터 출력된 웨이크업 패턴 정보를 필터링하는 기저대역 필터; 상기 필터링된 웨이크업 패턴 정보를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 컨버터; 및 상기 디지털로 변환된 웨이크업 패턴 정보를 프로세싱하는 디지털 프로세서를 포함할 수 있다.

또한, 상기 포락선 검출기는 상기 디지털 프로세서로부터 출력된 웨이크업 패턴정보를 이용하여 상기 가변 바이어스 전압을 출력할 수 있다.

또한, 상기 포락선 검출기는 상기 웨이크업 패턴 정보를 기반으로 바이어스 전압신호를 출력하는 적응형 바이어스 전압 발생부; 상기 입력 전압 신호에 상기 바이어스 전압신호를 합하여 합산신호를 출력하는 가산부; 및 상기 합산신호로부터 상기 웨이크업 패턴 정보를 추출하는 검출하는 포락선 검출부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 적응형 바이어스 전압 발생부는, 상기 디지털 프로세서에서 출력되는 웨이크업 패턴정보에 따라 스위칭되는 스위칭부; 및 상기 바이어스 전압신호를 생성하여 상기 스위칭부의 스위칭에 따라 상기 바이어스 전압신호를 상기 가산부로 출력하는 바이어스 전압 생성부를 포함할 수 있다.

또한 상기 가산부는, 상기 입력전압신호의 공통 모드 전압을 상기 바이어스 전압신호만큼 증가시킬 수 있다.

또한, 상기 포락선 검출기는 상기 가산기로부터 출력되는 합산신호를 필터링하여 상기 포락선 검출부로 전달하는 RF(Radio Frequency) 대역 필터를 더 포함할 수 있다.

본 기술은 무선통신 시스템에서 웨이크업 신호의 수신 감도를 향상시켜 대기 전력을 최소화할 수 있다.

또한, 본 기술은 웨이크업 신호 패턴을 이용하여 가변 바이어스 전압을 제어하는 고감도 포락선 검출기를 적용함으로써 무선 통신 시스템의 통신 영역을 확장할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 웨이크업 수신장치를 포함하는 무선 송수신 시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1의 수신단의 동작 타이밍도이다.
도 3은 도 1의 수신단의 동작 상태 시간의 비율과 평균 소모 전력 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고감도 포락선 검출기의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 고감도 포락선 검출기의 입력신호와 출력신호를 나타내는 타이밍도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 고감도 포락선 검출기의 출력전압 특성을 일반적인 포락선 검출기의 출력전압 특성과 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 포락선 검출기를 포함한 웨이크업 수신 장치의 구성도이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, 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. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.본 발명은 송신단과 수신단 사이에 공유된 웨이크업 패턴 정보를 포락선 검출기의 입력 신호의 바이어스 전압을 가변적으로 제어하는 데에 활용하여 포락선 검출기의 수신 감도를 향상시키는 기술을 개시한다.

이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 웨이크업 수신장치를 포함하는 무선 송수신 시스템의 구성도이다.

본 발명의 실시예에 따른 무선 송수신 시스템은 송신장치(10)와 수신단의 웨이크업 수신장치(20) 및 수신장치(30) 간에 무선 신호를 송수신한다. 이때, 수신장치(30)에 웨이크업 수신장치(20)를 구비하여, 수신장치(30)의 동작모드를 대기 상태와 활성상태로 나누어 동작시킬 수 있다.

즉, 웨이크업 수신장치(20)는 수신 장치(30)의 동작 모드와 상관없이 항상 켜져 있으면서 원격지의 송신장치(10)에서 전송한 웨이크업 신호를 수신하여 미리 지정된 웨이크업 패턴이 검출되면 수신장치(30)의 동작을 활성화시킨다. 이에, 수신 장치(30)가 필요할 때만 활성화되도록 함으로써 평균 소모 전력을 절감시킬 수 있다.

도 2는 도 1의 수신단의 동작 타이밍도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 웨이크업 수신장치(20)가 웨이크업 패턴을 감지할 때만 수신장치(30)가 턴온됨을 알 수 있다.

도 3은 도 1의 수신단의 동작 상태 시간의 비율(Duty ratio)과 평균 소모 전력 P_AVG사이의 관계를 나타내는 그래프이다. 수신장치(30)의 평균 소모 전력 (P _average )은 하기의 수학식 1과 같이 표현할 수 있다.

여기서, P_average는 평균 소모 전력을 의미하고 T_idle은 대기 모드 시간, T_active는 활성화 시간을 의미한다.

아래 수학식 2는 동작 시간 비율(duty ratio)를 나타낸다.

즉 도 3을 참조하면 실제 사용 환경에서 수신장치(30)의 활성 상태가 유지되는 시간(P _active )은 대기 상태로 유지되는 시간(P _idle )에 비하여 매우 짧기 때문에 수신단의 평균 소모 전력은 대기 상태에서의 소모 전력(P _idle )에 수렴하는 값으로 결정된다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고감도 포락선 검출기의 구성도이다.

포락선 검출기는 입력된 RF 신호의 크기 정보를 검출하는 것으로써, 일반적으로 수신부의 RSSI(Received Signal Strength Indicator) 기능을 구현하거나 송신부에서 최종적으로 출력되는 신호의 크기를 일정하게 유지시킨다.

본 발명의 실시예에 따른 고감도 포락선 검출기는 적응형 바이어스 발생부(110), 가산기(120), 및 포락선 검출부(130)를 구비한다.

적응형 바이어스 발생부(110)는 바이어스 전압 신호 V_{BIAS ,A}를 출력한다.

가산기(120)는 적응형 바이어스 발생부(110)로부터 출력되는 바이어스 전압신호 V_{BIAS ,A}와 입력 전압신호 V_{WuRX ,IN}을 합하여 합산신호 V_{WuRX ,SUM}을 출력한다.

포락선 검출부(130)는 합산 신호 V_{WuRX ,SUM}로부터 웨이크업 패턴정보를 검출하여 후단의 아날로그 디지털 변환기로 전달한다. 즉, 포락선 검출부(130)는 웨이크업 패턴이 1일 때에는 높은 바이어스 전압 V_high를 출력하고 웨이크업 패턴이 0일 때에는 낮은 바이어스 전압 V_low을 출력하여 합산 신호 V_{WuRX ,SUM}의 포락선을 검출해 내는 기능을 담당한다. 이러한 웨이크업 패턴 검출을 위해, 포락선 검출부(130)는 0과 1의 정보를 표현하는 전압의 차이를 정확히 검출해야 한다.

도 5는은 고감도 검출기의 가변 바이어스 전압 V_{BIAS ,A}, 일반 포락선 검출기의 검출신호 V_{DET1 ,OUT}, 고감도 포락선 검출기(100)의 검출신호 V_{DET2 ,OUT}의 예시를 비교하여 나타내고 있다. 이때, 검출신호 V_{DET2 ,OUT}는 RF 대역 필터(140), 포락선 검출부(150), 기저 대역 필터(200)를 통과한 출력 신호인 것으로 가정한다. 도 5에 도시된 바와 같이 고감도 검출기(100)의 가변 바이어스 전압 V_{BIAS ,A}으로 인해 고감도 포락선 검출기(100)의 검출신호 V_{DET2 ,OUT}의 로우레벨과 하이레벨의 크기 차이가 커져서 웨이크업 패턴이 보다 명확히 나타남을 알 수 있다.

RF 대역 필터(140)와 기저 대역 필터(200)로 인한 신호 감쇄가 없다고 가정하면, 웨이크업 수신장치의 수신 감도는 0과 1의 데이터에 대한 포락선 검출부(130)의 출력 전압 차이가 아날로그-디지털 변환기(300)의 전압 해상도 이상이어야 하는 조건을 만족하는 포락선 검출부(130)의 최소 입력 신호의 크기로 정의된다. 이 때, 포락선 검출부(130)의 입출력 전압 변환 특성은 웨이크업 수신장치의 수신 감도를 결정하는 데에 중요한 요소이며, 포락선 검출부(130)의 신호 검출도는 수학식 3와 같이 표현할 수 있다. V_IN,low와 V_IN,high는 데이터가 0과 1일 때 입력 신호의 진폭 크기, V_{OUT ,low}와 V_OUT,high 는 데이터가 0과 1일 때의 출력 신호의 진폭의 크기를 나타낸다.

즉, 입력 전압신호 V_{WuRX ,IN}에 대한 검출신호 V_{DET1 ,OUT}는 0과 1의 전압차이가 작은데 반해, 합산신호 V_{WuRX ,SUM}에 대한 검출신호 V_{DET2 ,OUT}는 0과 1의 전압차이가 크다.

이에, 포락선 검출부(130)가 0과 1을 검출할때, 입력 전압신호 V_{WuRX ,IN}에 대해 0과 1을 검출할 때 보다 합산신호 V_{WuRX ,SUM}에 대해 0과 1을 검출하는 것이 더욱 용이하고 정확하다.

포락선 검출부(130)의 입출력 신호의 파형은 대략 도 5와 같은 형태를 이루며, 도 6과 같이 신호 검출도가 증가하게 된다. 이와 같이, 본 발명의 포락선 검출기는 입력 전압신호 V_{WuRX ,IN}에 바이어스전압신호 V_{BIAS ,A}를 합한 합산신호 V_{WuRX ,SUM}에 대해 0과 1을 검출함으로써 포락선 검출기의 신호 검출도를 도 6과 같이 증가시킴으로써 더욱 검출률을 향상시킬 수 있다.

도 6은 일반적인 포락선 검출기(DET1)와 본 발명의 실시예에 따른 고감도 포락선 검출기(DET2)의 입출력 전압 특성을 비교한 그래프이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 일반적인 포락선 검출기의 신호 검출도는 입력전압 V_iIN,P과 출력전압 V_DET 사이에서 선형적인 관계를 유지한다. 또한, 동일한 크기의 웨이크업 신호가 입력될 때, 가변 바이어스 전압을 적용한 고감도 포락선 검출기의 신호 검출도(DET2)가 일반적인 포락선 검출기의 신호 검출도(DET1)에 비하여 향상됨을 알 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 포락선 검출기를 포함한 웨이크업 수신 장치의 구성도이다.

본 발명의 실시예에 따른 웨이크업 수신 장치는 포락선 검출기(100), 기저대역 필터(200), 아날로그 디지털 컨버터(300), 디지털 프로세서(400)를 구비한다.

포락선 검출기(100)는 적응형 바이어스 발생부(110), 가산기(120), RF 대역필터(140), 포락선 검출부(130)를 구비한다.

적응형 바이어스 발생부(110)는 바이어스 전압 생성부(111) 및 스위치 SW를 구비한다. 바이어스 전압 생성부(111)는 바이어스 전압을 생성하고, 스위치 SW는 디지털 프로세서(400)에 의해 출력된 웨이크업 패턴신호에 의해 제어되어 턴온된다.

가산기(120)는 송신단으로부터 입력된 입력 전압신호 V_{WuRX ,IN}에 바이어스전압신호 V_{BIAS ,A}를 합하여 합산신호 V_{WuRX ,SUM}을 출력한다.

RF 대역 필터(140)는 수신된 합산신호 V_{WuRX ,SUM}을 필터링한다.

포락선 검출부(130)는 RF 대역 필터(140)에서 필터링된 합산 신호 V_{WuRX ,SUM}로부터 웨이크업 패턴정보를 검출한다. 이때, 포락선 검출부(130)의 구체적인 기능은 상술한 도 4에서 설명한 바와 같다.

기저대역 필터(200)는 포락선 검출부(130)로부터 출력된 웨이크업 패턴정보를 필터링한다.

아날로그 디지털 컨버터(300)는 기저대역 필터(200)에서 필터링된 웨이크업 패턴정보를 디지털신호로 변환한다.

디지털 프로세서(400)는 디지털로 변환된 웨이크업 패턴 정보를 디지털 프로세싱 처리를 하여 적응형 바이어스 발생부(110)로 출력한다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (9)

1. 웨이크업 패턴 정보를 기반으로 바이어스 전압신호를 출력하는 적응형 바이어스 전압 발생부;
   입력 전압 신호에 상기 바이어스 전압신호를 합하여 합산신호를 출력하는 가산부; 및
   상기 합산신호로부터 상기 웨이크업 패턴 정보를 추출하는 포락선 검출부
   를 포함하는 고감도 포락선 검출기.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 적응형 바이어스 전압 발생부는,
   상기 웨이크업 패턴정보에 따라 스위칭되는 스위칭부; 및
   상기 바이어스 전압신호를 생성하여 상기 스위칭부의 스위칭에 따라 상기 바이어스 전압신호를 상기 가산부로 출력하는 바이어스 전압 생성부;
   를 포함하는 고감도 포락선 검출기.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 가산부는,
   상기 입력전압신호의 공통모드전압을 상기 바이어스 전압신호만큼 증가시키는 것을 특징으로 하는 고감도 포락선 검출기.
4. 입력전압신호에 가변 바이어스 전압을 가하여 웨이크업 패턴 정보를 검출하는 포락선 검출기;
   상기 포락선 검출기로부터 출력된 웨이크업 패턴 정보를 필터링하는 기저대역 필터;
   상기 필터링된 웨이크업 패턴 정보를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지컬 컨버터; 및
   상기 디지털로 변환된 웨이크업 패턴 정보를 프로세싱하는 디지털 프로세서
   를 포함하는 고감도 포락선 검출기를 포함하는 웨이크업 수신 장치.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 포락선 검출기는 상기 디지털 프로세서로부터 출력된 웨이크업 패턴정보를 이용하여 상기 가변 바이어스 전압을 출력하는 것을 특징으로 하는 고감도 포락선 검출기를 포함하는 웨이크업 수신 장치.
6. 청구항 4에 있어서,
   상기 포락선 검출기는
   상기 웨이크업 패턴 정보를 기반으로 바이어스 전압신호를 출력하는 적응형 바이어스 전압 발생부;
   상기 입력 전압 신호에 상기 바이어스 전압신호를 합하여 합산신호를 출력하는 가산부; 및
   상기 합산신호로부터 상기 웨이크업 패턴 정보를 추출하는 검출하는 포락선 검출부
   를 포함하는 고감도 포락선 검출기를 포함하는 웨이크업 수신 장치.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 적응형 바이어스 전압 발생부는,
   상기 디지털 프로세서에서 출력되는 웨이크업 패턴정보에 따라 스위칭되는 스위칭부; 및
   상기 바이어스 전압신호를 생성하여 상기 스위칭부의 스위칭에 따라 상기 바이어스 전압신호를 상기 가산부로 출력하는 바이어스 전압 생성부;
   를 포함하는 고감도 포락선 검출기를 포함하는 웨이크업 수신 장치.
8. 청구항 6에 있어서,
   상기 가산부는,
   상기 입력전압신호의 공통모드전압을 상기 바이어스 전압신호만큼 증가시키는 것을 특징으로 하는 고감도 포락선 검출기를 포함하는 웨이크업 수신 장치.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 포락선 검출기는
   상기 가산기로부터 출력되는 합산신호를 필터링하여 상기 포락선 검출부로 전달하는 RF(Radio Frequency) 대역 필터를 더 포함하는 고감도 포락선 검출기를 포함하는 웨이크업 수신 장치.

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