復調装置、これを用いた復調集積素子及び変復調集積素子

本発明は復調装置、これを用いた復調集積素子及び変復調集積素子に係り、より詳しくはスピン素子の位相同調特性を用いて多様な変調信号を復調することができる復調装置、これを用いた復調集積素子及び変復調集積素子に関するものである。

従来の通信システムにおいては、振幅変調または周波数変調された無線信号を復調するとき、電子回路が使用される。

例えば、大韓民国特許出願第10−1999−0007404号に紹介されたマルチモード無線伝送システムは、各通信方式で共通に使うことができる機能は共通変復調機能として共有し、各通信方式で他の機能は他の変復調機能として通信方式ごとに別に提供する電子回路を構成してマルチモードの無線通信を行うことができる。

また、大韓民国特許出願第10−2006−7000266号に紹介された無線通信システム及びそのシステムにおける使用のための無線デジタル受信機は、基地局では信号を低周波信号にダウン変換し信号をオーバーサンプリングした後、無線信号を復調する電子回路を構成し、移動局では信号を低周波信号にダウン変換し信号をアンダーサンプリングした後、無線信号を復調する電子回路を構成することで、互いに異なる復調デジタル回路を用いて無線通信することができる。

図1は従来の電子回路ASK無線受信機の構成図である。

図1を参照すれば、従来の電子回路基盤の直接変換方式の無線通信機器はVCO 40、PLL周波数固定回路50、RFスイッチ10、ミキサー20及び帯域フィルター30を含む。よって、製品のサイズが大きく、電力消耗が高い問題点があり、かつ部品が高価で、フィルターの追加使用によって得られる狭帯域動作の低速通信方式であり、高速通信に制限がある問題点がある。

本発明は前述したような問題を解決するためになされたもので、スピン素子の位相同調特性を用いて振幅位相変調(amplitude shift keying、ASK)、周波数位相変調(frequency shift keying、FSK)の多様な変調信号を復調することができ、基本波の振幅を監視して高調波の流入有無を判別して検波することが可能な復調装置、これを用いた復調集積素子及び変復調集積素子を提供することにその目的がある。

前記のような目的を達成するために、本発明による復調装置は、変調信号を受信して復調信号を出力するスピン素子;前記スピン素子に所定の位相同調特性を付与し、前記発振信号が前記スピン素子に入力される変調信号に同調するようにする位相制御部;及び前記スピン素子から出力される前記変調信号に同調した発振信号を復調し、前記発振信号が持つ情報を復元する検波器;を含む。

また、前記位相制御部は、前記スピン素子に所定の電流を印加して前記スピン素子に位相同調特性を付与する電流発生部を含む。

また、前記位相制御部は、前記スピン素子に所定の磁場を印加して前記電流発生部とともに前記スピン素子に位相同調特性を付与する磁場発生部をさらに含む。

また、前記磁場発生部から印加された磁場を感知する磁場感知部をさらに含む。

また、前記スピン素子の温度を感知し、感知温度による特性変化を補正する温度補償部をさらに含む。

また、前記変調信号はアンテナから受信され、前記アンテナと前記スピン素子との間に設置されて前記変調信号を増幅させる第1増幅器をさらに含む。

また、前記スピン素子の後端に設置されて前記発振信号を増幅させる第2増幅器をさらに含む。

また、周波数がf₀である変調信号を受信する場合、前記スピン素子は前記変調信号を2次ハーモニック信号と認識し、周波数がf₀/2である位相同調信号を出力する。

また、前記スピン素子は、入力される変調信号の中で特定の周波数と同調した位相同調信号をそれぞれ出力する複数のスピン素子を含み、前記位相制御部は、複数の前記スピン素子のそれぞれに対応する複数の位相制御部を含み、前記位相制御部のそれぞれは複数の前記スピン素子のそれぞれから出力される発振信号が複数の前記スピン素子のそれぞれに入力される変調信号に同調するようにする。

また、前記検波器は、複数の前記スピン素子のそれぞれに対応する複数の検波器を含み、前記検波器のそれぞれは複数の前記スピン素子のそれぞれから出力される位相同調信号を復調し、前記位相同調信号が持つ情報を復元する。

また、前記変調信号のそれぞれはアンテナから受信され、前記アンテナと複数の前記スピン素子のそれぞれとの間に設置され、前記変調信号のそれぞれを増幅させる複数の第1増幅器;及び複数の前記スピン素子のそれぞれの後端に設置され、前記位相同調信号のそれぞれを増幅させる複数の第2増幅器をさらに含む。

また、前記複数の位相制御部のそれぞれは、対応するスピン素子に所定の電流を印加して前記スピン素子に位相同調特性を付与する電流発生部;及び前記スピン素子に所定の磁場を印加して前記電流発生部とともに前記スピン素子に位相同調特性を付与する磁気発生部を含む。

また、前記磁場発生部のそれぞれから印加された磁場を感知する複数の磁場感知部;及び複数の前記スピン素子の温度を感知し、感知温度による特性変化を補正する温度補償部をさらに含む。

また、本発明による復調集積素子は、基板;前記基板上に備えられる電極から電源を受けて駆動し、変調信号を受信して復調信号を出力する複数のスピン素子;前記スピン素子のそれぞれに所定の位相同調特性を付与し、前記発振信号が前記スピン素子に入力される変調信号に同調するようにする位相制御部;及び前記スピン素子のそれぞれから出力される前記変調信号に同調した発振信号を復調して前記発振信号が持つ情報を復元する検波器;を含む。

また、前記位相制御部は、前記電極と複数の前記スピン素子との間に設置され、前記スピン素子のそれぞれに所定の位相同調特性を付与する電流を発生させて分配する電流発生部を含む。

また、前記位相制御部は、前記スピン素子上にそれぞれ設置され、前記スピン素子に所定の磁場を印加して前記スピン素子に位相同調特性を付与する複数の磁場発生部をさらに含む。

また、電極と複数の前記磁場発生部との間に設置され、前記磁場発生部のそれぞれから磁場を発生させるように電流を分配して供給する電流分配部をさらに含む。

また、前記スピン素子のそれぞれの温度を感知し、感知温度による特性変化を補正する温度補償部をさらに含む。

また、本発明による変復調集積素子は、基板;前記基板上に備えられ、変調信号を送信する変調部;及び前記基板上に備えられ、前記変調信号を受信する復調部;を含み、前記復調部は、変調信号を受信して復調信号を出力する複数のスピン素子;前記スピン素子のそれぞれに所定の位相同調特性を付与し、前記発振信号が前記スピン素子に入力される変調信号に同調するようにする位相制御部;及び前記スピン素子のそれぞれから出力される前記変調信号に同調した発振信号を復調して前記発振信号が持つ情報を復元する検波器;を含む。

また、前記変調部及び前記復調部に電源を分配する電源分配部をさらに含む。

また、前記電源分配部の出力チャネルを制御し、前記変調部及び前記復調部の中で少なくとも一方の電源をオン/オフ(On/Off)させる電源制御部をさらに含む。

また、前記変調部及び前記復調部の中で少なくとも一方に備えられ、周辺環境によって前記復調部に流れる電気信号の特性が変化することを防止する遮蔽膜をさらに含む。

また、前記スピン素子のそれぞれの温度を感知し、感知温度による特性変化を補正する温度補償部をさらに含む。

本発明による復調装置は、スピン素子(STO)の位相同調特性を用いて変調信号を復調することができる。すなわち、一つのSTOを用いて振幅位相変調信号を復調し、あるいは基本周波数が互いに異なる複数のSTOを用いて周波数位相変調信号を復調することができる効果がある。

また、本発明によれば、PLL回路なしでも所要周波数に固定されることができ、RFスイッチ、ミキサー及び帯域フィルターなしでも受信機能を代わることができ、STOの早い安定時間を持つ動作特性によって高速通信が可能な効果がある。

また、本発明によれば、低電力動作が可能でありながらもナノサイズへの集積が容易なSTOを用いて低価の低電力復調装置及びマイクロICを具現することができる効果がある。

さらに、本発明によれば、基本波の振幅を監視して高調波の流入有無を判別して検波することが可能な効果がある。

従来の電子回路ASK無線受信機の構成図である。

本発明の第1実施例による復調装置の第1構成図である。

本発明の第1実施例による復調装置の第2構成図である。

本発明の第1実施例による復調装置の第3構成図である。

本発明の第1実施例による復調装置の第4構成図である。

本発明の第1実施例による復調装置の第5構成図である。

本発明の第1実施例による復調装置の第6構成図である。

本発明の第1実施例による復調装置の第7構成図である。

本発明の第2実施例による復調装置の第1構成図である。

本発明の第2実施例による復調装置の第2構成図である。

本発明の第2実施例による復調装置の第3構成図である。

本発明の実施例による復調集積素子を示した構成図である。

本発明の実施例による復調集積素子の概略斜視図である。

図13のAA’//BB’//CC’//DD’の部分拡大図である。

本発明の実施例による変復調集積素子の第1構成図である。

本発明の実施例による変復調集積素子の第2構成図である。

本発明の実施例による変復調集積素子の第3構成図である。

本発明の実施例による変復調集積素子の第4構成図である。

本発明の実施例による変復調集積素子の概略斜視図である。

以下、添付図面に基づいて本発明の実施例を詳細に説明する。まず、図面において同一構成要素または部品はできるだけ同一参照符号で示していることに留意しなければならない。本発明の説明において関連の公知機能あるいは構成についての具体的な説明は本発明の要旨をあいまいにしないようにするために省略する。

図2は本発明の第1実施例による復調装置の第1構成図である。

図2を参照すれば、本発明の第1実施例による復調装置は、変調信号を受信して発振信号を出力するスピン素子100、スピン素子100に所定の位相同調特性を付与する位相制御部200、及びスピン素子100から出力される発振信号を復調する検波器300を含む。

前記位相制御部200は、前記発振信号が前記スピン素子100に入力される変調信号に同調するようにすることができる。

スピン素子100は、位相制御部200によって所定の位相同調特性が付与される場合、変調信号の周波数と同調した位相同調信号を発振信号として出力することができる。具体的に、前記スピン素子100はスピントルク発振器(spin torque oscillator、以下、STOと言う)からなることができる。STO100は、位相制御部200によって付与される所定の位相同調特性によって、入力される変調信号に同調する発振信号を出力することができる。すなわち、STOは、基本波(fundamental frequency)と、2次、3次、4次などのハーモニック信号を出力することができる。

ここで、STOは、ナノピラー型STO、ナノコンタクト型STO、磁区壁型STO、ボルテックス型STOなどからなることができる。

位相同調特性は、変調信号としてSTO100の基本波または2次ハーモニック周波数のような周波数をSTOに入力すれば、STO100から出力される基本波(fundamental frequency)が入力された周波数と同調しながら出力として現れる特性を意味する。

STO100は、位相同調の際、周波数遷移及び振幅上昇という機能を持っているので、STO発振周波数の特性である低出力レベル及び良くない位相雑音特性を改善することができ、STOから発進する周波数を所要の高出力、低位相雑音周波数に固定することができる。したがって、従来の無線通信装置に使用されたVCO、PLL周波数固定回路、RFスイッチ、ミキサー及び帯域フィルターの機能を取り替えることができる。

すなわち、一般的な受信機においては搬送波を検波し易い周波数に低めるミキサーが使用される。STOは、搬送波nf₀(ここで、nは2以上の整数)が通過しながら高出力のf₀周波数に相当する信号を出力してダウン変換(down conversion)を遂行するので、前記ミキサーの機能を取り替えることができる効果がある。

ここで、f₀は復調器に入力される搬送波の周波数で、復調、つまり再生または回復しなければならない情報を持っている周波数である。

前記スピン素子100は、例えば周波数がf₀である変調信号を受信する場合、前記変調信号を2次ハーモニック信号と認識し、周波数がf₀/2である位相同調信号を出力することができる。

具体的に、空中波によって伝達されるf₀信号を位相同調特性の付与されたSTOに入力する場合、前記STOは前記f₀信号を2次ハーモニック信号と認識してf₀/2信号を基本信号で位相同調させることができる。このような結果として空中波によって得られるf₀周波数の半分であるf₀/2信号をSTO信号から得ることができる。ここで、空中波によって伝達されたf₀周波数信号が振幅位相変調(amplitude shift keying、以下、ASKと言う)された信号であれば前記STOの位相同調過程によってASK変調されたf₀/2信号が得られる。

前記のようなスピン素子100の特性を用いて高調波の流入有無を判別することができる。

例えば、基本信号としてAsin2πf₀t信号を出力する前記STOが空中波によって伝達される変調信号の入力によって(A×C)sin2πf₀t信号を出力する場合、f₀周波数で高い振幅(A×C)を持つので、前記STOに入力される変調信号はハーモニック信号に相当するマイクロ波、例えばBsin2πmf₀t(ここで、mは基本波f₀の実数倍数)またはBsin2πnf₀t(ここで、nは基本波f₀の2以上の整数倍数)が流入したことを判別することができる。

前記検波器300は、前記スピン素子100から出力される前記変調信号に同調した発振信号を復調して前記発振信号が持つ情報を復元することができる。

具体的に、前記検波器300はダイオードの半波整流回路を用いた包絡線検波器からなることができる。ここで、前記検波器300は、前記スピン素子100から出力される発振信号の振幅を監視することにより、前記スピン素子100に変調信号としてハーモニック信号が流入したか否かを判別することができる。

すなわち、前記検波器300は、STOが変調信号の入力によって出力する(A×C)sin2πf₀t信号の振幅(A×C)を監視することにより、前記変調信号によってハーモニック信号に相応するBsin2πmf₀t(ここで、mは基本波f₀の実数倍数)またはBsin2πmf₀t(ここで、nは基本波f₀の2以上の整数倍数)の流入有無を判別することができる。

発明の実施のための形態

以下、添付図面に基づいて本発明の実施例を詳細に。まず、図面において同一構成要素または部品はできるだけ同一参照符号で示していることに留意しなければならない。本発明の説明において関連の公知機能あるいは構成についての具体的な説明は本発明の要旨をあいまいにしないようにするために省略する。

図2〜図8は本発明の第1実施例による復調装置の多様な構成例を示した図である。

図2を参照すれば、本発明の第1実施例による復調装置は、変調信号を受信して発振信号を出力するスピン素子100、スピン素子100に所定の位相同調特性を付与する位相制御部200、及びスピン素子100から出力される発振信号を復調する検波器300を含む。

前記位相制御部200は、前記発振信号が前記スピン素子100に入力される変調信号に同調するようにすることができる。

スピン素子100は、位相制御部200によって所定の位相同調特性が付与される場合、変調信号の周波数と同調した位相同調信号を発振信号として出力することができる。具体的に、前記スピン素子100はスピントルク発振器(spin torque oscillator、以下、STOと言う)からなることができる。STO100は、位相制御部200によって付与される所定の位相同調特性によって、入力される変調信号に同調する発振信号を出力することができる。すなわち、STOは、基本波(fundamental frequency)と、2次、3次、4次などのハーモニック信号を出力することができる。

ここで、STOは、ナノピラー型STO、ナノコンタクト型STO、磁区壁型STO、Vortex型STOなどからなることができる。

位相同調特性は、変調信号としてSTO100の基本波または2次ハーモニック周波数のような周波数をSTOに入力すれば、STO100から出力される基本波(fundamental frequency)が入力された周波数と同調しながら出力として現れる特性を意味する。

STO100は、位相同調の際、周波数遷移及び振幅上昇という機能を持っているので、STO発振周波数の特性である低出力レベル及び良くない位相雑音特性を改善することができ、STOから発振する周波数を所要の高出力、低位相雑音周波数に固定することができる。したがって、従来の無線通信装置に使用されたVCO、PLL周波数固定回路、RFスイッチ、ミキサー及び帯域フィルターの機能を取り替えることができる。

すなわち、一般的な受信機においては搬送波を検波し易い周波数に低めるミキサーが使用される。STOは、搬送波nf₀(ここで、nは2以上の整数)が通過しながら高出力のf₀周波数に相当する信号を出力してダウン変換(downconversion)を遂行するので、前記ミキサーの機能を取り替えることができる効果がある。

ここで、f₀は復調器に入力される搬送波の周波数で、復調、つまり再生または回復しなければならない情報を持っている周波数である。

前記スピン素子100は、例えば周波数がf₀である変調信号を受信する場合、前記変調信号を2次ハーモニック信号と認識し、周波数がf₀/2である位相同調信号を出力することができる。

具体的に、空中波によって伝達されるf₀信号を位相同調特性が付与されたSTOに入力する場合、前記STOは、前記f₀信号を2次ハーモニック信号と認識してf₀/2信号を基本信号でに相同調させることができ、このような結果として空中波によって得られるf₀周波数の半分であるf₀/2信号をSTO信号から得ることができる。ここで、空中波によって伝達されたf₀周波数信号が振幅位相変調(amplitude shift keying、以下、ASKと言う)された信号であれば、前記STOの位相同調過程によってASK変調されたf₀/2信号が得られる。

前記のようなスピン素子100の特性を用いて高調波の流入有無を判別することができる。

例えば、基本信号としてAsin2πf₀t信号を出力する前記STOが空中波によって伝達される変調信号の入力によって(A×C)sin2πf₀t信号を出力する場合、f₀周波数で高い振幅(A×C)を持つので、前記STOに入力される変調信号はハーモニック信号に相当するマイクロ波、例えばBsin2πmf₀t(ここで、mは基本波f₀の実数倍数)またはBsin2πnf₀t(ここで、nは基本波f₀の2以上の整数倍数)が流入したことを判別することができる。

前記検波器300は、前記スピン素子100から出力される前記変調信号に同調した発振信号を復調して前記発振信号が持つ情報を復元することができる。

具体的に、前記検波器300はダイオードの半波整流回路を用いた包絡線検波器からなることができる。ここで、前記検波器300は、前記スピン素子100から出力される発振信号の振幅を監視することにより、前記スピン素子100に変調信号としてハーモニック信号が流入したか否かを判別することができる。

すなわち、前記検波器300は、STOが変調信号の入力によって出力する(A×C)sin2πf₀t信号の振幅(A×C)を監視することにより、前記変調信号によってハーモニック信号に相応するBsin2πmf₀t(ここで、mは基本波f₀の実数倍数)またはBsin2πmf₀t(ここで、nは基本波f₀の2以上の整数倍数)の流入有無を判別することができる。

図3を参照すれば、前記位相制御部200は、前記スピン素子100に所定の位相同調特性を付与する電流発生部210を含むことができる。

前記電流発生部210は、前記スピン素子100に所定の電流を印加して前記スピン素子100が前記位相同調信号を出力するように前記スピン素子100に位相同調特性を付与することができる。ここで、前記電流発生部210は静電流回路からなるとか静電圧回路からなることにより前記スピン素子100に所定の電流を印加することができる。

図4を参照すれば、前記位相制御部200は、前記スピン素子100に所定の位相同調特性を付与する磁場発生部220をさらに含むことができる。

前記磁場発生部220は前記スピン素子100に所定の磁場を印加して前記電流発生部210とともに前記スピン素子100に位相同調特性を付与することができる。前記磁場発生部220は前記STOの特性を変化させることができる有効な磁場を発生させることによって前記位相同調信号の周波数を制御することができる。

ここで、前記磁場発生部220が例えばハードディスクメディアの場合、本発明は図示しなかったが、基準周波数f₀を出力する基準発振器をさらに含むことができる。前記スピン素子100は前記ハードディスクメディアの磁気パターンを感知するハードディスクヘッドで、f₀/2信号の振幅または周波数変化によって前記ハードディスクメディアの磁気パターン情報を判読することができる。

図5を参照すれば、本発明の第1実施例による復調装置は、磁場発生部220から印加された磁場を感知して前記位相同調信号の周波数変化を制御する磁場感知部400をさらに含むことができる。スピン素子100から出力される位相同調信号の周波数は印加された電流及び磁場の強度によって制御される。前記磁場感知部400が磁場発生部220から印加された磁場の外に外部からさらに印加された磁場を感知した場合、前記電流発生部210から印加される電流の強度を以前より低く調節することによって前記位相同調信号の周波数変化を制御することができる。

ここで、前記磁場感知部400は、前記スピン素子100に印加される磁場の強度を測定するために、ホールセンサー(Hall sensor)、磁気抵抗センサー(GMR sensor、TMR sensor)などからなることができる。

一方、前記スピン素子100は、前記スピン素子100で感知される温度と前記スピン素子100に印加される電流の強度が一定する場合、磁場の強度が高くなることによってスピンの歳差速度である周波数がますます大きくなるので、前記スピン素子100から発生する周波数を感知する場合、前記磁場発生部220から印加された磁場を感知することができる。よって、前記磁場感知部400は本発明で省略可能な構成である。

図6を参照すれば、本発明の第1実施例による復調装置は、前記スピン素子100の温度を感知し、感知温度による特性変化を補正する温度補償部500をさらに含むことができる。具体的に、温度補償部500は温度の関数による補正方法で前記スピン素子100の温度特性変化を補正することができる。

前記スピン素子100から出力される位相同調信号の振幅(a)は温度上昇によって増加する。前記スピン素子100で感知された温度が基準温度より高い場合、振幅を減少させる補正定数(b<1)を振幅に掛け、感知された温度が基準温度より低い場合、振幅を増加させる補正定数(b>1)を振幅に掛けることで、位相同調信号の振幅を一定に維持させることによって感知温度による特性変化を補正することができる。このために、前記温度補償部500は、前記スピン素子100の温度を感知する温度センサーと、前記スピン素子100の温度による特性変化を補正する温度補償回路とからなることができる。

一方、前記温度補償部500に含まれた温度センサーは省略可能である。すなわち、前記スピン素子100の抵抗は温度の逆数に比例するので、これを用いてスピン素子100の温度を測定することができる。例えば、前記スピン素子100に電圧を印加して電流を測定するとかあるいは前記スピン素子100に電流を印加して電圧を測定した場合、オームの法則によって前記スピン素子100の抵抗を計算することができるので、前記抵抗を用いて前記スピン素子100の温度を測定することができる。この場合、前記温度補償部500の構造を単純化することができ、製造工程を減らすことができる。

図7を参照すれば、本発明の第1実施例による復調装置は変調信号を受信するアンテナ600及び変調信号を増幅させる第1増幅器700をさらに含むことができる。

前記アンテナ600は空中波によって伝達された変調信号を受信することができる。ここで、前記変調信号は振幅位相変調されて送信される信号であることができる。このように、本発明は、前記スピン素子100に注入されるマイクロ波の源泉が前記アンテナ600から得られる。

前記第1増幅器700は前記アンテナ600と前記スピン素子100との間に設置される低雑音増幅器600からなることができる。

一般に、前記アンテナ600を介して受信される変調信号はその強度が低いので、前記第1増幅器は前記変調信号を増幅させる作用をする。

図8を参照すれば、本発明の第1実施例による復調装置は発振信号を増幅させる第2増幅器800をさらに含むことができる。

前記第2増幅器800は前記スピン素子100の後端に設置される可変増幅器からなることができる。第2増幅器800は、前記発振信号の振幅が前記検波器300の検波可能な感度以下に小さい場合、前記発振信号を増幅させる作用をする。

本発明において、前記第1増幅器700及び第2増幅器800は遠距離無線通信のために備えられることができる。

一方、近距離無線通信においては、前記アンテナ600を介して受信される変調信号の強度が高く、前記スピン素子100から出力される発振信号の振幅が前記検波器300の検波可能な感度以上であることができる。この場合、前記第1増幅器700及び第2増幅器800は本発明の構成から省略できる。

前述したように、本発明の第1実施例による復調装置によれば、アンテナ600が空気中に伝達されたASK変調信号を受信し、必要によって第1増幅器700によって前記変調信号が増幅される。

その後、基準以上のf₀周波数無線信号電力レベルがSTOに入力され、前記STOが前記アンテナ600から入力されたf₀周波数を2次ハーモニック信号と認識し、位相同調特性を持つように位相制御部200によって電流及び磁場が前記STOにセットされる。

その結果、前記STOは、前記アンテナ600を介して受けたf₀周波数に同調してf₀/2周波数に固定された信号を出力することになる。

このように、半分に分配された固定された周波数信号は必要によって第2増幅器800に入力されて増幅され、最終に検波器300によって無線信号が持つ情報を獲得することができることになる。

図9〜図11は本発明の第2実施例による復調装置の多様な構成例を示した図である。

図9を参照すれば、本発明の第2実施例による復調装置は、複数のスピン素子100、複数位相制御部200、及び複数の検波器300を含む。前記複数のスピン素子100は、位相制御部200によって付与される位相同調特性によって、入力される変調信号の中で特定の周波数に同調した位相同調信号をそれぞれ出力することができる。例えば、前記スピン素子100はf₁、f₂の二つの周波数にFSK変調された信号を受信する場合、前記変調信号を2次ハーモニック信号と認識し、周波数がf₁/2、f₂/2である位相同調信号を出力することができる。

図9はスピン素子100が二つのSTO(STO1、STO2)からなり、位相制御部200も二つの位相制御部(位相制御部1、位相制御部2)からなるものを例として示したものである。空中波によって伝達されるf₁信号を位相同調特性が付与されたSTO1に入力し、かつ空中波によって伝達されるf₂信号を位相同調特性が付与されたSTO₂に入力する場合、それぞれの二つの経路において前記STO1はf₁/2を出力し、前記STO2はf₂/2を出力することで、半分に分配された固定された周波数信号を得ることができる。

すなわち、位相制御部1によってSTO1がf₁信号に位相同調するようにすれば前、記f₁信号にだけ前記STO1が反応してSTO1の出力信号としてf₁/2を出力し、同じ原理で位相制御部2によってSTO2がf₂信号に位相同調するようにすれば、前記f₂信号にだけ前記STO2が反応してSTO2の出力信号としてf₁/2を出力することができる。

一方、ここでは二つの周波数に変調された空中波信号、つまり1−level FSK変調された信号を復調するために二つのSTOをアレイ化して使用する方法について説明したが、これは一例に過ぎないもので、多様な変形例が可能である。すなわち、m−level指数を持つFSK変調の場合には、2^m個またはそれ以上のSTOをアレイ化してm−level復調装置を具現することができる。このような特性を拡張してSTOアレイ基盤の周波数ホッピング(frequency hopping)システムに適した復調装置の設計も可能である。

前記位相制御部200は前記スピン素子100にそれぞれ対応する。前記位相制御部200は、それぞれ前記スピン素子100に所定の位相同調特性を付与し、前記発振信号が前記スピン素子100のそれぞれに入力される変調信号に同調するようにすることができる。

前記複数の検波器300は前記スピン素子100のそれぞれに対応するように備えられ、スピン素子100から出力される位相同調信号を復調し、前記位相同調信号が持つ情報を復元することができる。ここで、それぞれの前記検波器300は、本発明の第1実施例による復調装置に含まれた検波器と同様にダイオードの半波整流回路を用いた包絡線検波器からなることができ、前記スピン素子100から出力される発振信号の振幅を監視することにより、前記スピン素子100に変調信号としてハーモニック信号が流入したか否かを判別することができる。

図10を参照すれば、本発明の第2実施例による復調装置は、アンテナ600、前記変調信号を増幅させる複数の第1増幅器700、及び前記発振信号を増幅させる第2増幅器800をさらに含むことができる。

前記アンテナ600は空中波によって伝達されたそれぞれの変調信号を受信することができる。ここで、前記変調信号は周波数位相変調(frequency shift keying、以下、FSKと言う)されて送信される信号であることができる。

前記第1増幅器700は前記アンテナ600と前記スピン素子100のそれぞれとの間に設置される低雑音増幅器600からなることにより、前記変調信号をそれぞれ増幅させることができる。

前記第2増幅器800は複数の前記スピン素子100の後端にそれぞれ設置され、位相同調信号を増幅させる複数の可変増幅器600からなることができる。

図11を参照すれば、前記複数の位相制御部200のそれぞれは前記スピン素子100に所定の位相同調特性を付与する電流発生部210及び磁場発生部220をそれぞれ含むことができる。

具体的に、前記位相制御部200はそれぞれ前記スピン素子100が特定の周波数の変調信号のみ受け、前記変調信号の特定の周波数と同調した位相同調信号をそれぞれ出力することができるように対応するスピン素子100に電流及び磁場を印加することができる。

図11を参照すれば、電流発生部1は前記STO1がf₁信号に位相同調するように特定電流である電流1を印加することができ、電流発生部2は前記STO2がf₂信号に位相同調するように特定電流である電流2を印加することができる。

また、磁場発生部1は前記STO1がf₁信号に位相同調するように有効な磁場である磁場1を印加することができ、磁場発生部2は前記STO2がf₂信号に位相同調するように有効な磁場である磁場2を印加することができる。

このように、位相制御部1は電流1及び磁場1によってSTO1をf₁信号に位相同調するようにすることができ、同じ原理で位相制御部2は電流2及び磁場2によってSTO2をf₂信号に位相同調するようにすることができる。

また、本発明の第2実施例による復調装置は、図11に示したように、前記磁場発生部220のそれぞれから印加された磁場を感知する複数の磁場感知部400、及び複数の前記スピン素子100の温度を感知し、感知温度による特性変化を補正する温度補償部500をさらに含むことができる。ここで、前記磁場感知部400及び温度補償部500は本発明の第1実施例による復調装置に含まれた磁場感知部及び温度補償部とその構成及び機能が実質的に同様であるのでその詳細な説明は省略する。

前述したように、本発明の第2実施例による復調装置によれば、アンテナ600を介して受信したFSK変調されたf₁、f₂の空中波信号が対応する第1増幅器700によって十分なレベルにそれぞれ増幅される。

その後、STO1には増幅されたf₁信号が、STO2には増幅されたf₂信号がそれぞれ入力され、前記STO1、STO2が前記アンテナ600から入力されたf₁、f₂周波数を2次ハーモニック信号と認識し、位相同調特性を持つように前記STO1、STO2にそれぞれ対応する位相制御部200によって特定電流及び有効な磁場が前記STO1、STO2にそれぞれセットされる。この際、前記STO1には電流1及び磁場1が、前記STO2には電流2及び磁場2がそれぞれセットされる。

その結果、前記STO1は前記アンテナ600を介して受けたf₁周波数に同調してf₁/2周波数に固定された信号を出力することになり、前記STO2はf₂周波数に同調してf₂/2周波数に固定された信号を出力することになる。

このように、半分に分配された固定された周波数信号は必要によって第2増幅器800に入力されて増幅され、最終に検波器300によって無線信号が持つ情報を獲得することができることになる。

以下、図12〜図14に基づいて本発明の実施例による復調集積素子を詳細に説明する。

本発明の実施例による復調集積素子は前述した本発明の第1実施例及び第2実施例による復調装置を一つの単位集積回路(IC)チップ(chip)に製作したもので、前記復調集積素子をスピントロニック復調器(spintronic demodulator)と呼ぶことができる。

図12は本発明の実施例による復調集積素子を示した構成図である。図12を参照すれば、復調集積素子は、基板910、及び前記基板910上に集積して形成される復調装置を含むことができる。基板910上には復調装置に電源を印加するための電極920が設けられている。

復調装置は図2〜図11を参照して説明した本発明の第1及び第2実施例による復調装置からなることができる。

図12を参照すれば、本実施例による復調集積素子の復調装置は、複数のスピン素子100、スピン素子100のそれぞれに対して位相同調特性を付与する位相制御部200、及び複数のスピン素子100のそれぞれから出力される変調信号を検出する検波器300を含むことができる。また、復調装置は、前記スピン素子100のそれぞれの温度を感知し、感知温度による特性変化を補正する温度補償部500をさらに含むことができる。

前記スピン素子100は前記電極920から電源を受けて駆動して発振信号を出力することができる。ここで、前記スピン素子100は基板910に組み込まれるエンベッディド(embedded)STOからなることができ、後述する電流分配部930とカレントワイヤ(currentwire)940を介して連結できる。

本実施例による復調集積素子において、復調装置を構成するスピン素子100、位相制御部200、検波器300、及び温度補償部500のそれぞれは本発明の第1及び第2実施例による復調装置の同一部材名を使う構成要素と構成が実質的に同様であるのでその詳細な説明は省略する。

図13を参照すれば、位相制御部は、前記電極920と複数の前記スピン素子100との間に設置され、複数のスピン素子のそれぞれに印加される電流を発生する電流発生部210を含むことができる。ここで、前記電流発生部210は前記スピン素子100のそれぞれに所定の位相同調特性を付与する電流を発生してそれぞれのスピン素子100に分配することができる。

また、前記位相制御部は、前記スピン素子100上にそれぞれ設置される複数の磁場発生部220をさらに含むことができる。磁場発生部220はスピン素子100のそれぞれに所定の磁場を印加することにより、前記スピン素子100に位相同調特性を付与する。この磁場発生部220は、図14に示したように、パターニング工程によって、基板910上に集積される2次元の平板コイルからなることができる。

また、本発明の実施例による復調集積素子は、図13に示したように、前記電極920と複数の前記磁場発生部220との間に設置される電流分配部930を含むことができる。前記電流分配部930は前記磁場発生部220のそれぞれから磁場を発生させるように電流を分配して供給することができる。

一方、本発明による復調集積素子は、図示しなかったが、本発明による復調装置と同様に前記磁場発生部220から印加された磁場を感知する磁場感知部、復調信号を増幅する第1増幅器、及び第2増幅器をさらに含むことができる。

以下、図15〜図19に基づいて本発明の実施例による変復調集積素子を詳細に説明する。

本発明の実施例による変復調集積素子は、前述した本発明の実施例による復調集積素子に変調部を付け加えて一つの単位集積回路(IC)チップ(chip)に製作したもので、前記変復調集積素子をスピントロニック単一チップ変復調器(spintronic onechip MODEM)と呼ぶことができる。

前記変復調集積素子は復調部と既存の送信機(transmitter)または変調器(modulator)用スピントルク型発振素子を一緒に集積して極小型のICに製作したもので、多様な形式の変調部を一緒に集積して小型化をはかることができる。

図16を参照すれば、本発明の実施例による変復調集積素子は、基板910、基板910上に集積されて変調信号を送信する変調部70、及び基板910上に集積され、受信された変調信号を復調する復調部80を含む。

前記復調部80は、基板910に組み込まれる複数のエンベッディド(embedded)STOからなる複数のスピン素子100、スピン素子100のそれぞれに位相同調特性を付与する位相制御部200、及びスピン素子100のそれぞれから出力される前記変調信号に同調した発振信号を復調する検波器300を含む。

また、前記位相制御部200は、図19に示したように、電流をそれぞれのスピン素子100に分配して前記スピン素子100に位相同調特性を付与する電流発生部210、及び平板コイルからなり、前記スピン素子100に所定の磁場を印加して前記スピン素子100に位相同調特性を付与する磁場発生部220を含むことができる。また、前記復調部80は、前記スピン素子100のそれぞれの温度を感知し、感知温度による特性変化を補正する温度補償部500をさらに含むことができる。

本実施例による変復調集積素子において、復調装置を構成するスピン素子100、位相制御部200、検波器300、及び温度補償部500のそれぞれは本発明の第1及び第2実施例による復調装置の同一部材名を使う構成要素と構成が実質的に同様であるのでその詳細な説明は省略する。

また、図16を参照すれば、本発明の実施例による変復調集積素子は、変調部70及び復調部80に電源を分配する電源分配部950をさらに含むことができる。電源分配部950は、前記変調部70と前記復調部80の消耗電力の差が大きい場合、前記変調部70と前記復調部80の駆動が円滑になるように電源を分配して供給する作用をする。

また、図17を参照すれば、本発明の実施例による変復調集積素子は、前記電源分配部950の出力チャネルを制御する電源制御部960をさらに含むことができる。前記電源制御部960は前記電源分配部950の出力チャネルを制御して前記変調部70または前記復調部80の電源をオン/オフ(On/Off)させることができる。

すなわち、前記電源分配部950は、前記変調部70と前記復調部80の電源使用量が互いに異なることができるので、前記変調部70と前記復調部80に適切な電源を生成して前記電源制御部960に供給し、前記電源制御部960は電源供給可否を決定して前記変調部70と前記復調部80に電源を供給することができる。このように、前記変調部70または前記復調部80の駆動が前記電源制御部960によって制御されることにより、本発明による復調集積素子を発信専用、受信専用または発信及び受信兼用(both use)に運営することができる。

また、図18を参照すれば、本発明の実施例による変復調集積素子は、前記変調部70または前記復調部80の中で少なくとも一方に備えられる遮蔽膜970をさらに含むことができる。このように遮蔽膜970を備えることにより、前記変調部70から発生する電波、または周辺温度や周辺磁気によって発生する前記復調部80に流れる電気信号の特性変化を防止することができる。

前記遮蔽膜970はその素材として透磁率の高い強磁性体(ferromagnetic material)からなる場合、磁気遮蔽の作用をすることができる。例えば、前記復調部80に密着して設置される場合、前記遮蔽膜970は放熱作用して、前記復調部80の特性が温度上昇によって変化することを防止することができる。

以上のように、本発明による復調装置、これを用いた復調集積素子及び変復調集積素子を例示した例示図面に基づいて説明したが、この明細書に開示された実施例及び図面によって本発明が限定されるものではなく、本発明の技術思想範囲内で当業者によって多様な変形が可能であるのはいうまでもない。

本発明によれば、スピン素子の位相同調特性を用いて振幅位相変調信号または周波数位相変調信号を復調することができるので、無線通信の分野に一層効果的に活用できる。

10 RFスイッチ 20 ミキサー 30 帯域フィルター 40 VCO 50 PLL 60 復調集積素子 70 変調部 80 復調部 90 変復調集積素子 100 スピン素子 200 位相制御部 210 電流発生部 220 磁場発生部 300 検波器 400 磁場感知部 500 温度補償部 600 アンテナ 700 第1増幅器 800 第2増幅器 910 基板 920 電極 930 電流分配部 940 カレントワイヤ 950 電源分配部 960 電源制御部 970 遮蔽膜