본 연구는 파장 분할 다중화(WDM:Wavelength Division Multiplexing) 방식 전송 시스템 (Transmission System)에 사용되는 어븀 첨가 광섬유 증폭기(EDFA : Erbium-Doped Fiber Amplifier)의 이득 제어(Gain Control) 방법에 관한 것으로 어븀 첨가 광섬유에서 상호 이득 포화(Cross Gain Saturation) 현상, 이득 비동질 (Gain In-homogeneity) 특성, 그리고 어븀 이온의 밀도 반전(Population Inversion)의 변화 에 의해 출력되는 다 파장 광 신호들의 광 세기가 각기 다르게 출력되는 현상을 고출력을 내도록 구성된 어븀 첨가 광섬유 증폭기와 고속 제어기를 구성하여 위 현상들을 억제하며 이득을 제어하기 위한 레이저 다이오드(Laser Diode : LD)의 제어전압 조사하고, 얻어진 결과들을 토대로 이득 제어에 적합한 방법을 제시하고 제어기를 설계한다.
본 연구는 파장 분할 다중화(WDM: Wavelength Division Multiplexing) 방식 전송 시스템 (Transmission System)에 사용되는 어븀 첨가 광섬유 증폭기(EDFA: Erbium-Doped Fiber Amplifier)의 이득 제어(Cain Control) 방법에 관한 것으로 어븀 첨가 광섬유에서 상호 이득 포화 (Cross Cain Saturation) 현상, 이득 비동질(Cain In-homogeneity) 특성, 그리고 어븀 이온의 밀도. 반전(Population Inversion)의 변화에 의해 출력되는 다 파장 광 신호들의 광세기가 각기 다르게 출력되는 현상을 고출력을 내도록 구성된 어븀 첨가 광섬유 증폭기와 고속 제어기를 구성하여 위 현상들을 억제하며 이득을 제어하기 위한 레이저 다이오드(Laser Diode : LD)의 제어전압 조사하고, 얻어 진 결과들을 토대로 이득 제어에 적합한 방법을 제시하고 제어기를 설계한다.
한국신호처리시스템학회 2001년도 하계 학술대회 논문집(KISPS SUMMER CONFERENCE 2001
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pp.101-104
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2001
본 논문에서는 5GHz 대역을 사용하는 무선 LAN의 표준안인 IEEE 802.11a-1999를 위한 디지털 자동 이득 제어기를 제안한다. 송수신간의 동기화를 위한 신호인 Training symbol을 이용하여 수신기에 입력되는 신호의 이득을 측정한다. 측정된 이득을 이상적인 이득과 비교하여 갱신할 이득을 구한다. 갱신 이득은 신호를 증폭하는GCA(Gain Controlled Amplifier)의 입력 전압으로 변환되어 신호의 증폭도를 제어하게 된다. 본 논문에서는 하드웨어 부담을 줄이기 위해 부분 선형 근사방법을 이용하여, 갱신 이득을 GCA의 입력 전압으로 변환한다. 보다 정확한 제어를 위하여 이득 측정 및 제어 값의 갱신을 7회 반복하여 수행한다. 본 논문에서 제안한 디지털 자동 이득 제어기는 VHDL을 이용하여 설계하였으며, Xilinx CAD Tool을 이용하여 Timing Verification을 수행하였다.
본 논문에서는 CMOS CCD 카메라 인터페이스 응용을 위한 자동 이득 제어(Automatic Gain Control: AGC)회로를 제안한다. 제안하는 자동 이득 제어 회로는 디지털 신호에 의해 직접 제어되므로 기존의 회로와 달리 별도의 D/A 변환기가 필요 없으며, 신호의 정착 특성은 이득 제어 신호의 변화에 거의 독립적이다. 또한 큰 캐패시턴스를 얻기 위해 적용된 캐패시터 조합 기법은 수위치드 캐패시터 기법을 사용한 자동 이득 제어 회로의 대역폭을 크게 향상시킨다. 캐패시터의 구현시 발생하는 부정합 오차 (mismatch error)는 제안하는 레이아웃 기법에 의해 0.1% 이내로 제한된다. 자동 이득 제어 회로의 출력 신호는 동일 칩에 집적된 10비트 A/D 변환기로 전달된다. 제안하는 자동 이득 제어 회로를 실장한 CCD 카메라 인터페이스 전체 시스템 시제품 0.5 um n-well CMOS 공정으로 구현되어 32dB 이득 제어 영역과 1/8dB 이득 제어 단계를 가지며, 3V 전원 전압과 25MHz의 동작 속도에서 총 173mW의 전력을 소모한다.
본 논문에서는 클리퍼(clipper)의 고속 동작 특성을 활용하여 자동 이득제어 회로의 정착시간(settling time)을 극히 짧게 구현할 수 있는 새로운 구조의 자동 이득제어 회로를 제안하였다. 제안한 자동 이득제어 회로에 대해서 해석적으로. 동작특성을 분석했다. 아울러 상용 파운드리(foundry)를 이용하여 1.2Gbps EPON 시스템용 버스트 모드 전치증폭회로를 설계하여 그 특성을 해석 결과와 비교 검증했다. 설계된 회로의 특성은 해석 결과와 잘 일치했으며 1㎱ 이하의 극히 짧은 정착시간(settling time)이 구현되고 있음을 확인 할 수 있었다
주파수 영역에서 제어기를 설계하기 위해서는 시스템의 대역폭, 초대 주파수 응답, 저주파에서의 이득, 고주파에서의 이득 감쇄 정도를 고려한다. 또한 나이퀴스트 선도, 보우드 선도 등을 활용하여 폐루프 제어 시스템의 이득여유, 위상 여유를 확보할 수 있도록 한다. 일반적으로 저주파 영역에서는 개루프의 이득이 기준치보다 크도록 하고, 고주파수 영역에서는 기준치보다 작도록 설계를 하며, 폐루프 응답에서 대역폭이 유지되고, 공진피크점의 응답 크기는 1에 비하여 과도하게 크지 않도록 설계를 한다.
본 논문에서는 핀틀을 이용한 가변추력 고체 추진기관의 추력을 제어하기 위하여 이론적으로 모델을 구하고 압력 제어기를 설계하였다. 고전적인 모델 선형화 및 비례-적분제어를 설계했을 때 실제 모델의 비선형성에 의해 발생하는 제어기 성능 저하를 줄이기 위해 이득 계획 기법을 적용하였다. 시스템의 특징을 고려하여 연소관 내부 체적 변화에 따라 이득을 조절하는 방법과, 연소관 내부 압력에 의해 이득을 조절하는 방법으로 두종류의 이득 계획 제어기를 설계하였다. 각 제어기를 가변 추력기 모델에 적용하여 폐루프 시스템 응답특성을 비교하였으며 가변 추력 추진기관 특성에 따라서 어떤 제어기를 선택하는 것이 유리한지 제안하였다.
본 논문에서는 CMOS 스위치를 이용한 디지털 이득 제어 구조를 가진 이득 조절 증폭기 (PGA, Programmable Gain Amplifier)를 제안한다. 기존의 아날로그 이득 제어 방식에서는 가변적인 트랜스 컨덕턴스를 활용하는 과정에서 바이어스 전류나 전압에 의해 이득이 변하게 되어 순간적으로 구성회로의 바이어스 포인트가 변하기 때문에 왜곡이 발생하게 되는 문제점이 있다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 기존의 gm-boosting 증폭기를 변형한 디지털 이득 제어 방식으로 설계되어 있기 때문에 우수한 선형성을 가지며 특수 목적에 맞도록 그 이득을 6dB에서 60dB까지 7가지 단계로 조절 가능하다. 제안한 PGA는 기존 회로에 비해 0.2dB 보다 작은 이득오차와 0.47mW의 낮은 소비전력 특성을 보였다.
본 논문에서는 파장분할다증(WDM) 첨가(add)/절취(drop)망에서 채널의 add/drop에 따라 망 내에 있는 EDFA의 이득을 제어함에 있어 세계 최초로 외란 간측기법을 적용하는 새로운 이득-클램핑(gain-clamping) 방법을 제안한다. 이득-클램핑을 위한 제어신호는 공칭 제어신호와 채널의 add/drop에 따른 이득변동을 보정하기 위한 부가제어신호로 구성된다. 외란 관측기법에 근거하여, 부가 제어신호는 채별의 add/op에 의해 발생하는 추정 외란을 보정할 수 있도록 설계하였다. 이러한 부가 제어신호를 생성하는 회로는 간단한 전자소자를 이용하여 쉽게 구현할 수 있다. 모의실험을 통해 본 논문에서 제안하는 방법을 사용할 때 채널의 add/drop 과정에서 EDFA의 출력 파형에 나타나는 이득변화에 따른 요철이 최소로 됨을 보여줌으로써 본 방법이 기존의 여타 방법들에 비해 월등함을 입증하였다.
본 논문에서는 새롭게 제안한 ASE 차동 감시 방법을 이용하여 EDFA의 이득 과도 현상 및 정상상태의 이득 오차를 제어하는 방법에 대해 기술한다. 현재까지 EDFA의 과도현상을 해결하기 위해 제안된 방법들은 대부분 제어에 있어서 특정한 기준점을 필요로 하기 때문에 다양한 규격을 갖는 증폭기들에 적용하고자 할 때에는 증폴기 각각의 특성을 측정하여 제어 파라미터를 변경하거나 제어 회로를 수정해야 하는 불편이 있어Te. 본 논문에서는 이를 해결하기 위한 방법으로서 이득 대력양단의 ASE 파워를 서로 비교하여 얻은 이득 평탄도의 변화를 이득의 변화로 간주하는 이득 오차 검출기를 제안하였다. 제안한 방법은 이득과 이득 평탄도의 1:1 대응관계를 이용하는 것으로서, 밀도 반전의 변화를 직접적으로 반영할 뿐만 아니라, 그 동작에 있어서 제어 회로의 기준점을 필요로 하지 않기 때문에 하나의 회로를 서로 다른 이득 특성을 갖는 증폭기에 회로의 변경 없이 적용할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 이를 검증하기 위해 실제 제작된 EDFA 및 여러 개의 EDFA로 연결된 링크를 대상으로 완전한 이득 고정 시스템을 구현하였는데 제작된 증폭기의 정상상태 이득 및 이득 고정 시스템의 설계 파라미터에 무관하게 정확한 이득 고정 성능을 얻을 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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