본 논문에서는 위상 고정 루프 PLL(Phase Locked Loop)의 궤환 성질을 이용한 Ku-band(10.95-11.70GHz)용 위상고정 유전체 공진 발진기를 설계 및 제작하였다. 직렬 궤환형의 유전체 공진 발진기를 제작한 후, 발진기의 주파수를 전압 제어하기 위해 전압 가변 캐패시터로 작용하는 바랙터 다이오드를 사용하여 전압제어 유전체 공진 발진기를 구현하였다. 이와 같이 제작된 전압제어 유전체 공진 발진기에 샘플링 위상비교기를이용하여 위상고정 유전체 공진 발진기를 제작하였다. 위상고정 유전체 공진 발진기는 X-band 주파수 대역의 전압제어 유전체 공진 발진기 신호를 샘플링 위상 비교기를 이용하여 VHF 대역의 기준 신호에 위상고정시켜 높은 주파수 안정도를 얻는 것으로 유럽형 FSS(Fixed Satellite Service)를 위한 10.00 GHz를 구현하였다. 측정 결과 본 논문의 위상고정 유전체 공진 발진기는 전압제어 유전체 공진 발진기보다 높은 주파수 안정도를 보였으며, 10.00 GHz에서 출력전력 10 dBm 이상이었고 carrier로 부터 10 KHz 벗어난 점에서 -80dBc/Hz의 위상 잡음을 얻었다.
본 논문에서는 125 MHz 목표 주파수의 51-위상 출력 클록을 가지는 전하 펌프 위상 고정 루프(PLL)를 제안한다. 제안된 위상 고정 루프는 51-위상 클록을 출력하면서 최대 동작 주파수를 확보하기 위해 세 개의 전압 제어 발진기(VCO)를 사용한다. 17 단의 지연 소자는 각각의 전압 제어 발진기를 구성하며, 51-위상 클록 사이의 위상 오차를 줄이는 저항 평준화 구조는 세 개의 전압 제어 발진기를 결합시킨다. 제안된 위상 고정 루프는 공급전압 1.0 V의 65 nm 1-poly 9-metal CMOS 공정을 사용한다. 동작 주파수 125 MHz에서 시뮬레이션된 출력 클록의 peak-to-peak 지터는 0.82 ps이다. 51-위상 출력 클록의 차동 비선형성(DNL)과 적분 비선형성(INL)은 각각 -0.013/+0.012 LSB와 -0.033/+0.041 LSB이다. 동작 주파수 범위는 15 ~ 210 MHz이다. 구현된 위상 고정 루프의 면적과 전력 소모는 각각 $580{\times}160{\mu}m^2$과 3.48 mW이다.
제어기 설계에서 이득여유와 위상여유는 견실성 및 안정도 판별의 중요한 척도로 사용되며, 그 중 위상여유는 시스템의 성능지수와 관련된다. 이와 같은 이유로 이득여유와 위상여유의 안정도를 고려한 제어기의 설계방법이 연구되어지고 있다. 근래 Weng Khuen Ho와 Chang Chieh Hang이 제안한 설계방법은 복잡한 계산을 필요로 하는 arctan 함수를 1차 선형함수로 근사화 하여 복잡도를 감소시키면서도 원하는 이득여유와 위상여유를 만족시키는 제어기의 파라미터를 찾았다. 하지만 이 방법은 실제의 arctan 함수를 사용하는 것이 아니라 근사화된 수식을 사용함으로써 오차가 수반되어 원하는 설계조건을 만족 하지 못한다. 따라서 본 논문은 이러한 오차를 최소화하기 위해서 최적화 알고리즘을 이용한 이득여유와 위상여유를 보상하는 PID 제어기를 설계하였다.
본 연구에서는 다채널 결맞음 빔결합 시스템을 위한 위상제어 방식으로 covariant matrix adaption evolution strategy (CMA-ES) 알고리즘 및 stochastic parallel gradient descent (SPGD) 알고리즘을 결합한 이중 위상제어 알고리즘을 제안하고 그 동작 특성을 전산모사를 통해 분석한다. 제안하는 CMA-ES/SPGD 이중 위상제어 알고리즘은 결합된 최종 출력광 세기가 미리 설정된 특정값에 도달하기 전까지는 그 위상제어 최적화를 CMA-ES 알고리즘을 통해 진행하고, 그 이후에는 SPGD 알고리즘으로 전환하여 진행하는 순차적 이중 구조를 취한다. 이를 이상적인 7채널과 19채널 광섬유 결합기 기반 결맞음 빔결함 시스템에 적용하였을 때, 위상제어 최적화 평균 수렴시간이 기존의 SPGD 알고리즘만 단독적용한 경우에 비해 약 10% 단축됨을 확인하였다. 뿐만 아니라, 동일한 결맞음 빔결함 시스템에서 실제 환경과 유사하게 각 채널광에 위상잡음을 부가적으로 인가한 경우, 본 연구에서 제안하는 이중 위상제어 알고리즘을 적용할 경우 주어진 조건에서 그 평균 수렴시간이 기존의 SPGD 알고리즘만 단독적용한 경우에 비해 7채널 시스템의 경우 약 17%, 19채널 시스템의 경우 약 16-27% 정도 단축됨을 확인하였다. 본 연구에서 제안한 CMA-ES/SPGD 이중 위상제어 알고리즘은 향후 실제 대기 환경과 같이 위상잡음 효과를 무시할 수 없는 조건에서 결맞음 빔결합을 구현시 매우 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
본 논문에서는 전압제어지연단(Voltage Controlled Delay Line : VCDL)을 이용하여 기존의 위상고정루프와 다른 형태의 위상 지연고정루프(Phase Delay Locked Loop)를 제안하였다. 이 구조를 이용하여 기존의 위상고정루프의 2차 또는 3차 루프필터(Loop Filter)를 단하나의 커패시터로 구현하여 칩의 크기를 크게 줄였다. 새로이 제안하는 듀얼루프 위상 자연고정루프에서는 전압제어지연단 경로의 커패시터와 전하펌프의 전류 크기를 조절함으로서 작은 이득 값을 가지는 전압제어지연단을 사용할 수 있다. 제안된 회로는 $0.18{\mu}m$ CMOS 공정의 파라미터를 이용하여 Hspice로 시뮬레이션을 수행하고 회로의 동작을 검증하였다.
본 논문에서는 인버터를 사용하여 진행파형 초음파 모터를 구동할 때에 구동 주파수, 위상차 및 상간의 전압을 제어하기 위해 새로운 방식의 초음파 모터 구동용 디지털 제어기를 제안하였다. 제안된 디지털 제어기는 주파수 발생과 위상차 제어를 하기 위하여 기존의 제어기에서 사용한 디지털-아날로그 혼합 방식이 아닌 디지털 논리에 의하여 출력이 발생되며 이로 인하여 제어기의 구성이 대폭 단순해진 특징을 갖는다. 제안된 디지털 제어기는 두 가지 형태로 주파수와 위상만을 제어하기 위한 경우와 상간의 전압까지 제어하기 위한 경우로 분리하였다. 실험에서는 상용 LSI와 EPLD를 사용하여 구현된 단순화된 디지털 제어기의 성능을 평가하였다.
듀얼 액티브 브릿지 컨버터는 고전력 전달에 유용한 절연형 양방향 컨버터이다. 듀얼 액티브 브릿지 (DAB) 컨버터의 가장 간단한 제어 방식은 고주파 변압기의 일차단과 이차단의 위상 차이를 통해 전달 전력을 제어하는 위상천이변조 (PSM) 방식이다. 그러나 위상 변동 방식을 이용하면 경부하 상황에서 소프트 스위칭이 이루어지지 않으며 순환 전류 또한 크게 발생하여 변환 효율이 낮아지게 된다. 본 논문에서는 위상 및 듀티가 변동된 컨버터의 최적 동작점을 파악하기 위한 DAB 컨버터의 운용 특성 연구를 수행하였다. 컨버터의 위상과 듀티에 따른 동작 파형, 경계 조건, RMS 전류, 소프트스위칭의 여부 등이 분석되었다.
본 논문에서는 125 MHz 동작 주파수에서 51개 위상의 클록을 출력하는 위상 고정 루프(phase-locked loop: PLL)을 제안한다. 제안된 위상 고정 루프는 125 MHz 주파수의 51-위상 클록을 출력하기 위해서 저항으로 연결된 3개의 전압제어발진기 (voltage controlled oscillator: VCO)를 이용한다. 각 전압제어발진기는 17단의 delay-cell로 구성되며, 3 개의 전압제어발진기를 연결하는 저항을 통해 동일한 위상차를 가지는 51개 위상 클록을 구현한다. 제안된 위상 고정 루프는 1.0 V의 공급전압을 이용하는 65 nm CMOS 공정에서 설계되었으며, 125 MHz 동작 주파수에서 시뮬레이션된 DNL과 peak-to-peak jitter는 각각 +0.0016/-0.0020 LSB와 1.07 ps이다. 제작된 위상 고정 루프의 면적과 전력 소모는 각각 $290{\times}260{\mu}m^2$과 2.5 mW이다.
본 논문에서는 pHEMT의 게이트 전압을 제어하여 저 위상잡음과 고 안정 특성을 나타내는 Ku-band위상 동기유전체공진 발진기를 설계하였다. 발진기를 설계에서 위상잡음에 영향을 주는 P-HEMT의 비선형소자를 선정하고 게이트 전압에 따라 최소 위상잡음을 나타내도록 최적화 시켰으며 바이어스에 따른 산란계수를 이용하여 전압제어 마이크로파 발진기를 설계한 후 안정특성을 위하여 위상동기회로를 적용하였다. 디지털마이크로파 통신시스템에 이용되는 10.75GHz의 주파수에서 동작되는 고안정 위상동기발진기는 전치분주기 형태로 제작하였으며 설계된 마이크로파 발진기는 9.17dBm 출력전력과 -88 dBc/Hz @10KHz의 위상잡음 특성을 나타내었다.
선박과 건축용 창유리에 발생하는 결로 결빙 현상을 방지하기 위해 발열유리를 사용 한다. 발열유리를 ON/OFF방식으로 제어하게 되면 발열유리의 종류에 따라 유리코팅이 훼손 될 우려가 있다. 발열체의 등가저항 및 열시정수가 적은 경우에는 TRAIC의 위상제어 방식을 사용해야 한다. 또한 다수의 발열유리를 제어하기 위해서는 제어기 각각의 통신선이 필요하지만 전력선통신을 이용하면 별도의 통신선이 필요가 없어진다. 그러므로 설치비용이 감소하고 외관이 좋아지며, 발열유리의 추가적 설치와 장치의 위치 변경이 용이해진다. 본 연구에서는 전력선통신과 TRIAC 위상제어 방법을 이용하여 전체 발열유리 온도제어 시스템을 구성하고, 실험을 통해 검증하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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