KR101908160B1

KR101908160B1 - 무선주파수 신호들의 수신기

Info

Publication number: KR101908160B1
Application number: KR1020137030830A
Authority: KR
Inventors: 구이도 모이라기; 루카 모이라기; 파올로 모이라기
Original assignee: 에스티이 에스.에이.에스. 디 지. 모이라기 앤 씨.
Priority date: 2011-05-05
Filing date: 2012-05-03
Publication date: 2018-10-15
Also published as: ITMI20110756A1; CA2833980C; WO2012150565A3; HK1193243A1; PL2705606T3; RU2596603C2; JP2014513901A; EP2705606A2; WO2012150565A2; AU2012251389A8; MX2013012666A; AU2012251389B2; AU2012251389A1; RU2013153803A; EP2705606B1; US9270309B2; JP6055816B2; BR112013028511B1; PT2705606E; US20140065995A1

Abstract

수신기 외부의 안테나(101)로부터 유도된 적어도 하나의 무선주파수 변조 신호의 수신기(1)가 기재되어 있고, 이 수신기는 무선주파수 변조 신호의 저잡음 증폭을 위한 제 1 스테이지(103) 및 상기 언급한 신호의 복조 스테이지(106)를 포함한다. 수신기는 제 1 스테이지로부터 유도된 신호에 대한 소정의 주파수에 관하여 대역 통과 필터로서 작용하도록 구성된 SAW 필터(104), SAW 필터로부터 유도된 신호를 증폭하도록 구성된 로그 증폭기(105), 로그 증폭기의 출력 신호의 피크 검출기(402), 및 피크 검출기의 출력 신호(Vopeak)의 함수로서 무선주파수 변조 신호의 증폭을 위한 제 1 스테이지(103)의 이득을 제어하도록 구성된 수단(203)을 포함한다.

Description

무선주파수 신호들의 수신기{RECEIVER OF RADIOFREQUENCY SIGNALS}

본 발명은 무선주파수 신호들의 수신기에 관한 것이다.

대부분의 현재의 무선 주파수 신호들의 수신기들은 통상적으로, 슈퍼헤테로다인 타입의 복합 회로 구조를 사용한다. 이 수신기들은 믹서, 헤테로다인 신호를 생성하는 오실레이터, 및 수신기 주파수를 안정화시키도록 구성된 PLL 회로를 포함한다.

특히, 예를 들어, 탱크에서 정확한 액체 레벨, 타이어에서의 온도 및 압력, 배터리 상태 등과 같은 차량의 일부 부분들에 관한 정보를 송신하고 수신하는 디바이스들의 경우에서, 수신기들은 종종 온보드 컴퓨터내에 통합되거나 차량 내부에서 신호들을 수신하고 온보드 컴퓨터와 통신하는데 더욱 적합한 위치에 위치된다. 수신기에 의해 수신된 데이터는 전용 디스플레이상에 단순한 정보 메시지들 또는 비상 상태들을 디스플레이하기 위해 자동차 내부의 컴퓨터로 송신된다.

그러나, 현재의 수신기들은 특히, 상이한 주파수들에서 2개의 신호들을 비교하고 상이한 주파수들에서 2개의 신호들의 위상차에 비례하는 위상을 갖는 신호를 송출하도록 구성된 위상 검출기의 존재로 인해 복잡하다.

또한, 이 수신기들은 상당한 레벨의 전류를 흡수하고 결과적으로 에너지를 낭비시킨다.
미국 특허 제 7,151,759 호는 버스트 동작을 위한 디지털 AGC 시스템을 개시하는데, 특히 무선 로컬 영역 네트워크에서 패킷들을 수신하는데 적합한 디지털 AGC 시스템을 개시한다. 일 실시예는 넓은 동적 범위에 걸쳐 수신된 신호 강도 표시(RSSI)로 지칭되는 신호 강도 측정을 제공하는 로그 검출기를 포함한다. 이러한 AGC 시스템은 신호 전력의 로그를 평균하여 수신된 신호의 전력을 추정하는 것을 포함한다. 패킷 검출 시작(Start of Packet)은 무선 수신기의 메인 아날로그-디지털 변환기를 사용하는 것을 회피하여 전력을 보존한다.
미국 특허 출원 제 2007/207760 호는 분수-N 주파수 합성 신호들을 사용하는 필터 교정을 위한 시스템을 개시한다. 시스템의 측면들은 단일-칩 내의 PLL 회로에 의해 LO 신호의 생성을 가능하게 하고, 칩 내에 통합된 필터 회로에 대한 주파수 응답의 교정을 가능하게 하는 단일-칩 다중-대역 RF 수신기를 포함할 수 있다. 기준 신호는 생성된 LO 신호 및 신시사이저 제어 신호에 기초하여 생성될 수 있다. 주파수 응답은 생성된 기준 신호에 기초하여 필터를 조정하여 교정될 수 있다.
미국 특허 출원 제 5,175,883 호는, 안테나로부터 수신된 신호를 제어 신호에 따른 이득만큼 증폭하기 위한 고주파 증폭 회로와, 고주파 증폭 회로의 출력 주파수를 변환하기 위한 주파수 변환 회로, 주파수 변환 회로의 출력의 중간 주파수 신호 성분들을 선택적으로 통과시키기 위한 협대역 필터, 및 주파수 변환 회로의 출력 레벨에 따라 제어 신호를 생성하기 위한 제어 신호 생성 회로를 포함하는 수신 장치를 개시한다. 따라서, 제어 신호 생성 회로는 주파수 변환 회로의 출력 신호 레벨이 협대역 필터의 레벨에 따른 레벨보다 높은 경우에만 제어 신호를 출력하도록 구성된다.

종래 기술을 고려하여, 본 발명의 목적은 공지된 것 보다 단순하고 공지된 것 보다 낮은 전류 흡수를 갖는 회로식(circuit-wise)인 무선주파수 신호들의 수신기를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 이 목적은 수신기 외부의 안테나로부터 유도되는 적어도 하나의 무선주파수 변조 신호의 수신기에 의해 달성되고, 이 수신기는 무선주파수 변조 신호의 저잡음 증폭을 위한 제 1 스테이지 및 무선주파수 변조 신호의 복조 스테이지를 포함하고, 제 1 스테이지로부터 유도되는 신호에 대한 소정의 주파수에 관하여 대역 통과 필터로서 작용하도록 구성된 SAW 필터, SAW 필터로부터 유도되는 신호를 증폭시키도록 구성된 로그 증폭기, 로그 증폭기의 출력 신호의 피크 검출기, 및 피크 검출기의 출력 신호의 함수로서 무선주파수 변조된 신호의 증폭을 위한 제 1 스테이지의 이득을 제어하도록 구성된 수단을 포함하고, 로그 증폭기의 출력 신호 및 피크 검출기의 출력 신호는 복조 스테이지에 입력되는 것을 특징으로 한다.

본 발명으로 인해, 차량 도어 개방 시스템들 또는 타이어 압력 모니터링 시스템들과 같은 단거리 데이터 송신 및 수신 시스템들에서 사용되는데 특히 적합한 무선주파수 신호들의 수신기를 제공할 수 있다.

수신기는 특히, 펄스 위치 변조(PPM) 또는 펄스 폭 변조(PWM)를 갖는 신호들을 수신하는데 적합하다.

본 발명의 특징들 및 이점들은 첨부한 도면들을 참조하여 제한하지 않는 예로서 이루어진 본 발명의 특정한 실시예들의 아래의 상세한 설명으로부터 명확하게 나타날 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 무선주파수 신호들의 수신기의 블록도를 도시한다.
도 2는 도 1의 수신기의 저잡음 전치증폭기 스테이지의 회로도를 도시한다.
도 3은 도 1의 수신기의 필터링 스테이지의 회로도를 도시한다.
도 4는 도 3의 필터링 스테이지의 주파수 응답의 도면을 도시한다.
도 5는 도 1의 수신기의 로그 증폭기의 회로도를 도시한다.
도 6은 도 5에서의 스테이지의 입력 신호 레벨의 함수로서 출력 전압의 도면을 도시한다.
도 7은 도 1의 수신기에서 사용된 "ASK" 및 "PULSE" 비교기들의 회로도를 도시한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 재료의 기판에서 이루어진 도 1의 수신기를 갖는 패키지를 개략적으로 도시한다.
도 9는 본 발명의 실시예의 변형에 따른 세라믹 재료의 기판에서 이루어진 도 1의 수신기 및 마이크로제어기를 갖는 패키지를 개략적으로 도시한다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 무선주파수 신호들의 수신기(1)가 도시되어 있다. 수신기는 안테나(101)에 의해 수신된 무선주파수 신호의 전치증폭기 스테이지(103), 필터링 스테이지(104), 증폭 스테이지(105) 및 신호 복조 스테이지(106)를 포함한다.

안테나(101)로부터 유도되는 신호는 도 2에서 더 양호하게 알 수 있는 바와 같이, 수신 주파수에 동조된 대역 통과 필터(201)를 포함하는 저잡음 전치증폭기 스테이지(103)에 입력되고, 필터(201)는 또한 임피던스 어댑터의 기능을 갖는다.

필터(201)의 출력 신호는 회로(203)로의 출력 신호에 의해 제어된 무선주파수 트랜지스터(Q1)를 포함하는 회로 블록(202)으로 송신되고, 트랜지스터(Q1)로부터의 출력 신호는 예를 들어, 다음 스테이지의 입력에서 일정한 임피던스를 갖도록 바람직하게는, 약 100 옴의 낮은 값의 저항(R)을 통해 흐른다. 트랜지스터(Q1)는 바람직하게는 공통 이미터 바이폴라 트랜지스터이다. 회로 블록(202)은 그 이득(G)이 회로(203)에 의해 제어되는 저잡음 증폭기 스테이지를 나타낸다.

회로(203)는 수신기(1)에 속하는 피크 검출기(402)로부터 유도된 신호(Vopeak)에 의해 제어된다. 회로(203)는 접지(GND)에 접속된 이미터 단자를 갖는 트랜지스터(Q2), 바람직하게는 공통 이미터 바이폴라 트랜지스터를 포함한다. 트랜지스터(Q2)의 베이스 단자는 저역 통과 필터(R70*C50)에 의해 필터링된 신호(Vopeak)에 의해 구동된다. 트랜지스터(Q2)의 컬렉터 단자상의 신호는 트랜지스터(Q1)의 베이스 단자를 구동하고, 안테나상의 신호 강도에 비례하여 트랜지스터(Q1)의 이득(G)을 변화시키는, 특히, 감소시키는 트랜지스터(Q1)의 베이스 바이어스 전류를 변화시켜서, 회로(203)는 자동 이득 제어 블록을 형성한다. 신호(Vopeak)가 증가할 때, 트랜지스터(Q2)는 트랜지스터(Q1)의 이득(G)을 감소시키도록 작동하고, 바이폴라 트랜지스터(Q1)의 이득(G)은 신호(Vopeak)의 진폭에 반비례한다.

스테이지(103)의 출력 신호는 도 3에서 더 양호하게 알 수 있는 바와 같이, 300과 600kHz 사이의 채널에서 신호들을 선택해야 하고, 즉, 300 내지 600 kHz의 통과 대역에서 신호들을 필터링해야 하고 일정한 그룹 지연 시간(Tg)을 보장해야 하는 스테이지(104)의 SAW 필터(302)에 입력되고, 여기서, 그룹 지연 시간은 SAW 필터의 통과 대역(Bsaw)을 통한 신호의 통과 시간의 변동을 나타낸다. SAW 필터(302)의 입력 및 출력에 배열된 임피던스 어댑터 회로들(301 및 303)은 SAW 필터(302)의 전체 통과 대역(Bsaw)에 대한 일정한 그룹 지연 시간(Tg)을 획득하기 위해 구성된다. 도 4는 도 3의 SAW 필터에 대한 주파수의 함수로서 대역 및 그룹 지연 시간(Tg)의 변동을 도시한다. SAW 필터(302)의 출력 신호는 고정 이득 증폭기(304)에 의해 증폭된다.

그룹 지연 시간(Tg)의 항등성(constancy)은 예를 들어, 변조 신호가 펄스 폭 변조(PWM) 또는 펄스 위치 변조(PPM)를 갖는 신호일 때와 같이, 무선주파수 변조 신호의 상승 및 하강 에지들의 정확한 증폭을 허용하고, 여기서, 예를 들어, 무선주파수 펄스들은 대략 100 나노초의 상승 및 하강 에지들을 갖는다.

증폭기(304)의 출력 신호는 스테이지(105)에 속하고 입력 신호를 증폭하도록 구성된, 도 5에 도시된 로그 증폭기(401)에 입력된다. 로그 증폭기(401)는 온도 보상 증폭기이고, 일련의 다중의 증폭 스테이지들(Ai…An)에 의해 고이득을 수행한다. 도 6은 상이한 주파수들에서 로그 증폭기(401)의 입력 신호 레벨(In)의 함수로서 출력 전압(Vodet)의 파형의 도면을 도시한다.

로그 증폭기의 출력 신호(Vodet)는 정보를 복조하는 복조 스테이지로 송신된다. 로그 증폭기(401)의 동일한 출력 신호(Vodet)가 로그 증폭기(401)의 출력 신호들의 피크들을 검출하도록 구성된 피크 검출기(402)로 송신된다. 바람직하게는, 피크 검출기(402)는 비반전 입력 단자에서 로그 증폭기(401)의 출력 신호를 갖고, 반전 입력 단자와 접속되고 접지(GND)에 차례로 접속된 커패시터(C1)의 단자와 접속된 다른 단자를 갖는 저항(R2)의 단자와 접속된 캐소드를 갖는 다이오드(404)의 애노드와 접속된 출력을 갖는 연산 증폭기(403)를 포함하고, 커패시터(C1)에 관한 시간 상수는 작은 값, 약 1 마이크로초를 갖는다. 커패시터(C1)의 단자들에서의 전압(Vopeak)은 피크 검출기의 출력이다. 출력 신호(Vopeak)는 신호 복조를 수행하도록 구성된 비교기로 송신되고 무선주파수 트랜지스터(202)를 제어하는 회로(203)에 의해 사용된다. 저항(R2)은 낮은 값, 바람직하게는, 22 옴을 갖고, 연산 증폭기에 의한 신호 전파 지연들을 보상하는 회로 동작을 안정화시키는 역할을 한다.

최종으로, 신호들(Vodet 및 Vopeak)은 도 7에 더 양호하게 도시되어 있는 바와 같이, 수신 변조 신호에 포함된 정보를 디지털적으로 재구성하는 복조 스테이지(106)로 송신된다. 비교기(501)는 진폭 변조 진폭 시프트 키잉(ASK) 또는 온-오프 키잉(OOK) 변조로 변조된 신호의 경우에 복조를 수행하고, 비교기(501)는 그것의 비반전 입력에서 신호(Vodet)를 수신하고, 그것의 반전 입력에서는, 접지(GND)에 차례로 접속되는 커패시터(C2) 및 반전 입력과 접속된 저항(R3)을 포함하는 회로에 의해 조정된 신호(Vodet)의 평균값이 존재한다. 비교기(501)의 출력 신호는 신호(Infask)이다. 출력 신호(Vopeak)는 신호(RSSI)로서 송신된다.

비교기(502)는 펄스 위치 변조(PPM) 또는 펄스 폭 변조(PWM)로 변조된 신호의 경우에 복조를 수행하고, 비교기(502)는 그것의 비반전 입력에서 신호(Vodet)를 수신하고, 그것의 반전 입력에서는, 저항들(R4 및 R5)로 이루어진 저항 분할기에 의해 유도된 레퍼런스 신호가 존재하고, 신호(Vopeak)가 일련의 저항들(R4 및 R5) 양단에 존재한다. 저항들(R4 및 R5) 및 커패시터(C1)의 값들은 출력 전압(Vopeak)의 감쇠 시간 상수를 결정하고, 일반적으로 대략 수 밀리초인 이 시간 상수는 수신된 신호가 타이어 압력을 송신하기 위해 사용된 신호들에서와 같이, 갑작스런 진폭 변동들에 의해 영향을 받으면 중요해진다. 비교기(502)의 출력 신호는 신호(Infppm)이다. 신호들(Infask, Infppm 및 RSSI)은 복조 스테이지(106) 및 수신기(1)의 출력 신호들이다.

특히, 본 발명에 따른 수신기는 차량들, 바람직하게는, 자동차들에 배열된 데이터 송수신 시스템들에 더욱 적합하다. 송신기는 타이어 온도 또는 타이어 압력에 대한 데이터를 송신하기 위해 자동차의 다양한 부분들, 예를 들어, 배터리 다음에 또는 타이어에 위치될 수도 있다.

수신기는 이 데이터를 수신하고 이 데이터를 디스플레이상에 경고들 또는 메시지들을 디스플레이하는 중앙 컴퓨터로 전송한다.

바람직하게는, 펄스 위치 변조를 갖는 타이어 압력의 송신의 경우에, 송신된 신호는 메시지의 시작을 나타내고 통상적으로 3 마이크로초의 폭(W)을 갖는 제 1 펄스의 생성으로 진동의 트리거링에 의해 소정의 기간 이후에 시작한다. 그 후, 다른 후속 펄스들이 생성되고, 그것의 시간적 위치들, 즉, 하나의 펄스와 다음 펄스 사이의 기간은 송신될 정보의 콘텐츠를 나타낸다.

본 발명에 따른 수신기는 특히, 펄스 위치 변조에 따라 변조된 데이터를 수신하는데 적합하다.

본 발명에 따르면, 패키지 LTCC라 또한 칭하는 패키지(600)를 제작할 수 있고, 여기서, 도 1 내지 6에 도시된 수신기(1)는 도 8에 도시된 바와 같이, 저온 동시 소성 세라믹(LTCC) 기법을 사용하여 세라믹 재료(601)의 기판에서 제작된다. 수신기는 피크 검출기(402)의 커패시터(C1) 및 복조기(106)의 C2를 제외하고 세라믹 기판에서 일체로 제조되고, 이 커패시터들은 피크 검출기 및 복조기의 시간 상수들을 수신기의 상이한 요건들에 적합하게 하기 위해 외부로부터 입수가능하다.

도 9는 본 발명의 실시예의 변형에 따른 패키지를 도시하고, 이 패키지는 수신기(1)에 커플링된 마이크로제어기(602)를 포함하고, 여기서, 마이크로제어기(602)는 수신된 PPM 변조 신호들을 관리하도록 구성된다.

Claims

무선주파수 변조 신호의 저잡음 증폭을 위한 제 1 스테이지(103) 및 상기 무선주파수 변조 신호의 복조 스테이지(106)를 포함하는 수신기 외부의 안테나(101)로부터 유도되는 적어도 하나의 무선주파수 변조 신호의 수신기(1)로서,
상기 제 1 스테이지로부터 유도되는 신호에 대한 소정의 주파수에 관하여 대역 통과 필터로서 작용하도록 구성된 SAW 필터(104),
상기 SAW 필터로부터 유도되는 신호를 증폭시키도록 구성된 로그 증폭기(401),
상기 로그 증폭기의 출력 신호의 피크 검출기(402), 및
상기 피크 검출기의 출력 신호(Vopeak)의 함수로서 상기 무선주파수 변조 신호의 증폭을 위한 상기 제 1 스테이지(103)의 이득(G)을 제어하도록 구성된 수단(203)을 포함하고,
상기 로그 증폭기의 출력 신호(Vodet) 및 상기 피크 검출기의 출력 신호(Vopeak)는 상기 복조 스테이지(106)에 입력되는 것을 특징으로 하는 수신기.
제 1 항에 있어서,
상기 수단(203)은 상기 피크 검출기의 상기 출력 신호의 값 증가에 대응하여 상기 무선주파수 변조 신호의 증폭의 상기 제 1 스테이지(103)의 상기 이득(G)을 감소시키도록 구성되고, 상기 수단은 상기 피크 검출기의 상기 출력 신호의 값 감소에 대응하여 상기 무선주파수 변조 신호의 증폭의 상기 제 1 스테이지의 상기 이득(G)을 증가시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 수신기.
제 1 항에 있어서,
상기 수단(203)은 베이스 단자가 상기 출력 신호(Vopeak)에 의해 제어되는 제 1 공통 이미터 바이폴라 트랜지스터(Q2)를 포함하고, 상기 제 1 증폭 스테이지(103)는 제 2 공통 이미터 바이폴라 트랜지스터(Q1)를 포함하고, 전류가 상기 제 1 공통 이미터 바이폴라 트랜지스터의 컬렉터 단자를 통해 흐르는 전류에 의존하여 상기 제 2 공통 이미터 바이폴라 트랜지스터(Q1)의 베이스 단자를 통해 흐르는 것을 특징으로 하는 수신기.
제 1 항에 있어서,
상기 피크 검출기(402)는 적어도 하나의 커패시터(C1)를 포함하고, 상기 적어도 하나의 커패시터의 값은 상기 피크 검출기의 상기 출력 신호의 감쇠 시간 상수를 결정하는 것을 특징으로 하는 수신기.
제 4 항에 있어서,
상기 피크 검출기(402)는 비반전 입력 단자에서 상기 로그 증폭기(401)의 출력 신호를 갖는 연산 증폭기(403)를 포함하고, 상기 연산 증폭기의 출력 단자는 상기 연산 증폭기의 반전 입력 단자와 접속되고 레퍼런스 전압(GND)에 접속된 다른 단자를 갖는 상기 커패시터(C1)의 일 단자와 접속된 다른 단자를 갖는 저항(R2)의 일 단자와 접속된 캐소드를 갖는 다이오드의 애노드와 접속되는 것을 특징으로 하는 수신기.
제 1 항에 있어서,
상기 복조 스테이지(106)는 상기 로그 증폭기의 상기 출력 신호를 평균하도록 구성된 수단(R3, C2)을 포함하고, 상기 수단은 적어도 다른 커패시터(C2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 수신기.
세라믹 재료 기판(601)에서 제조되는 제 1 항에 기재된 수신기(1)를 포함하는 저온 동시소성 세라믹(LTCC) 패키지(600)로서,
상기 피크 검출기(402)는 적어도 하나의 커패시터(C1)를 포함하고, 상기 적어도 하나의 커패시터의 값은 상기 피크 검출기의 상기 출력 신호의 감쇠 시간 상수를 결정하고,
상기 복조 스테이지(106)는 상기 로그 증폭기의 상기 출력 신호를 평균하도록 구성된 수단(R3, C2)을 포함하고, 상기 수단은 적어도 다른 커패시터(C2)를 포함하며,
상기 적어도 하나의 커패시터(C1) 및 상기 적어도 다른 커패시터(C2)는 상기 패키지 외부에 있는, LTCC 패키지.
제 7 항에 있어서,
상기 세라믹 재료 기판(601)에서 제조된 마이크로제어기(602)를 포함하고, 상기 수신기는 상기 마이크로제어기와 상호작용하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 LTCC 패키지.