아날로그 기저대역 신호 수신 장치 document_id A220623112061

전계 통신은 공기나 물 또는 인체와 같은 유전체를 전송 매질로 이용하여 데이터를 전송할 수 있고, 사용자가 직관적으로 단말 장치를 선택한 후 데이터 전송이 되기 때문에 사용자에게 직관적 편의성 및 높은 보안성을 제공한다. 도 1은 종래의 무선(Radio Frequency: RF) 통신 시스템에서 사용하는 RF 수신 장치의 구성을 나타낸 도면이다. RF 신호를 수신하기 위해서는 로컬 오실레이터(Local Oscillator: LO), 직교 믹서(Quadrature Mixer), 위상동기루프(Phase Locked Loop: PLL) 등과 같이 RF 캐리어(carrier) 신호와 관련된 요소들을 포함해야 하며, 동위상(In-Phase) 신호와 직교 위상(Quadrature-Phase) 신호로 분리해서 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환해주어야 한다. 도 2는 종래의 광대역 펄스신호 수신 장치의 구성을 나타낸 도면이다. 도 2에 도시된 광대역 펄스신호 수신 장치는, RF 복조 방식을 사용하지 않고, 아날로그 기저대역 신호만으로 전계 통신을 하도록 구성되어 있다. 인체를 데이터 전송매질로 사용하는 통신채널에서 출력되는 미약한 광대역 펄스신호를 디지털 신호로 복원하기 위해서는 50ohm 임피던스 정합과 광대역 증폭 및 대칭적인 임계치 트리거링 블럭(threshold triggering block)을 필요로 한다. 도 3은 종래의 전계 통신 시스템에서 ASK(Amplitude Shift Keying)로 변조된 아날로그 기저대역 차동 신호를 수신하기 위한 장치의 구성을 나타낸 도면이다. 도 3의 수신 장치는 차동 신호를 수신하기 위해 두 개의 전극을 사용한다. 또한 ASK 복조를 위해 차동 증폭과 캐리어(carrier) 주파수 대역의 신호만 통과시키는 밴드패스필터(Band-Pass Filter: BPF)를 사용한 후 피크/홀드(Peak/Hold) 회로를 거쳐 증폭한 후에 로우패스필터(Low-Pass Filter: LPF)로 나머지 캐리어 신호를 없애고 나서 비교기(comparator)를 사용하여 디지털 신호로 복원한다. 그런데 전술한 도 1과 같이 높은 주파수 대역의 RF 수신 장치는 RF 캐리어 신호를 처리하기 위한 요소들(LO, PLL, 직교 믹서)과 동 위상 신호와 직교 위상 신호 둘 다 처리하기 위해 한 쌍의 VGA(Variable Gain Amplifier), LPF, 아날로그 디지털 변환기(Analog Digital Converter: ADC) 등을 필요로 하기 때문에 소비 전력과 면적이 증가하는 단점이 있다. 또한 LO를 사용함에 있어서 직접 변환(direct conversion) 구조를 사용할 경우 DC 오프셋(offset)이나 I/Q 불일치(mismatch) 등의 문제도 발생한다. 도 2와 같이 아날로그 기저대역 전송 방식으로 제안된 전계 통신 시스템에서, 광대역 펄스신호를 수신하기 위해서 대역폭(bandwidth)이 100MHz 이상인 증폭기가 필요하다. 또한 필터를 내장하지 않는 구조이므로 대역 밖(out-of-band)에서 유입되는 간섭 잡음(interference noise)에 취약하며, 100MHz 이상의 광대역을 필요로 하므로 동 위상에서 유입될 수 있는 13.56MHz의 스마트 카드(smart card) 등의 RFID 신호나 88MHz에서 108MHz 정도의 FM 무선 신호에도 영향을 받아 성능이 열화되는 문제가 있다. 도 3과 같은 수신 구조에서는 ASK로 변조된 아날로그 기저대역 신호만 수신 가능한 구조이며, 두 개의 수신 전극을 사용하여 실장에 어려움이 있다.