자동차의 와이퍼 브레이드 성능은 자동차 안전성 확보에 크게 기여한다. 유리면에 접착된 먼지나 이물질 등을 제거하는 기능을 확보하기 위해 와이퍼 브레이드는 닦임성, 내구력, 내열 저온 내오존성 내화학성이 높아야 할 뿐만 아니라 소음이 적어야 한다. 이와 같이 와이퍼의 기능 개선을 위해서는 와이퍼의 성능을 평가하고 분석할 수 있는 시스템 장비가 필수적이다. 본 논문에서는 자동차의 와이퍼 누름압을 측정하는 시스템의 개발을 위해 누름압 센서에서 출력되는 신호를 받아 퍼스널 컴퓨터에 전달하는 아날로그 디지털 변환기를 설계하고자 한다. 설계한 ADC는 빠른 동작 속도를 얻으면서 전체 시스템의 면적 및 전력소모를 최적화하는 구조인 파이프라인 ADC이다.
자동차의 와이퍼 브레이드 성능은 자동차 안전성 확보에 크게 기여한다. 유리면에 접착된 먼지나 이물질 등을 제거하는 기능을 확보하기 위해 와이퍼 브레이드는 닦임성, 내구력, 내열 저온 내오존성 내화학성이 높아야 할 뿐만 아니라 소음이 적어야 한다. 이와 같이 와이퍼의 기능 개선을 위해서는 와이퍼의 성능을 평가하고 분석할 수 있는 시스템 장비가 필수적이다. 본 논문에서는 자동차의 와이퍼 누름압을 측정하는 시스템의 개발을 위해 누름압 센서에서 출력되는 신호를 받아 퍼스널 컴퓨터에 전달하는 아날로그 디지털 변환기를 설계하고자 한다. 설계한 ADC는 빠른 동작 속도를 얻으면서 전체 시스템의 면적 및 전력소모를 최적화하는 구조인 파이프라인 ADC이다.
The efficiency of the car's wiper blade has a great contribution to the guarantee of security. To guarantee the wiper blade's ability of getting rid of dust sticking on the glass surface, the qualities of lubricant, durability, heat resistant, low temperature, ozone resistant, chemical resistant mus...
The efficiency of the car's wiper blade has a great contribution to the guarantee of security. To guarantee the wiper blade's ability of getting rid of dust sticking on the glass surface, the qualities of lubricant, durability, heat resistant, low temperature, ozone resistant, chemical resistant must be good as well as it being noiseless. Like this, in order to improve the wiper's skills, it is essential to have a system that is able to assess and analyse the properties of the wiper. In this paper, to create a system that measures the car's wiper pressure, an analog/digital converter (ADC) that receives signals generated from the pressure sensor and transmits it to a personal computer is proposed. The designed ADC is one of the pipeline ADCs that can obtain fast movement rate and also a structure that can optimize the entire system's area as well as the consumption of strength.
The efficiency of the car's wiper blade has a great contribution to the guarantee of security. To guarantee the wiper blade's ability of getting rid of dust sticking on the glass surface, the qualities of lubricant, durability, heat resistant, low temperature, ozone resistant, chemical resistant must be good as well as it being noiseless. Like this, in order to improve the wiper's skills, it is essential to have a system that is able to assess and analyse the properties of the wiper. In this paper, to create a system that measures the car's wiper pressure, an analog/digital converter (ADC) that receives signals generated from the pressure sensor and transmits it to a personal computer is proposed. The designed ADC is one of the pipeline ADCs that can obtain fast movement rate and also a structure that can optimize the entire system's area as well as the consumption of strength.
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문제 정의
본 논문에서는 빠른 동작 속도를 얻으면서 전체 시스템의 면적 및 전력소모를 최적화하는 구조인 파이프라인(pipelined) ADC를 제안하고, 이에 따른 SHA(Sample and Hold Amplifier)를 설계하였다. 본고에서 제안된 파이프라인 ADC는 이전의 입력이 완전히 디지털 출력으로 변환되기까지 대기없이 연속적으로 입력을 받아들이며, 여러 스테이지가 다른 입력에 대해 동시에 동작하며 연속적인 디지털 신호를 출력할 수 있기 때문에 이전의 입력에 대한 출력이 완료되기 전에 연속적으로 입력을 받아들이고 여러 스테이지가 동시에 동작하여 연속적인 출력값을 내보내기 때문에 고속의 동작을 얻으면서 시스템의 전체 면적 및 전력소모를 최소화시킬 수 있는 구조이다.
본 논문에서는 와이퍼 누름압 측정을 위한 원칩 솔루션 시스템을 위한 ADC를 설계하였다. 본 연구에서는 칩 면적, 전력소모, 속도 등을 고려하였을 때 파이프라인 ADC를 누름압 측정 시스템에 사용될 변환기로 채택하였다.
본 논문에서는 와이퍼 누름압을 측정하는 시스템을 위한 ADC를 제안하고, SHA를 설계하였다. 파이프 라인 ADC의 각 스테이지는 4 bit의 디지털 신호를 출력하였고 16개의 출력 신호를 디지털 교정회로에서 13 bit로 교정하였다.
이와 같은 와이퍼의 기능을 개선하기 위해서는 와이퍼의 성능을 평가하고 분석할 수 있는 시스템 장비가 필수적이다. 본 논문에서는 자동차의 와이퍼 누름압을 측정하는 시스템 개발을 위해 누름압 센서에서 출력되는 신호를 받아 퍼스널 컴퓨터에 전달하는 A/D 변환기(Analog-to-Digital Converter : 이하 ADC)를 설계하고자 한다[1].
이단 ADC의 각 스테이지의 동작에 대해 알아보겠다. SHA는 아날로그 입력신호를 첫 번째에 따라 샘플링하고 그 값을 홀딩 하는 동작을 한다.
제안 방법
본 논문에서는 와이퍼 누름압 측정을 위한 원칩 솔루션 시스템을 위한 ADC를 설계하였다. 본 연구에서는 칩 면적, 전력소모, 속도 등을 고려하였을 때 파이프라인 ADC를 누름압 측정 시스템에 사용될 변환기로 채택하였다.
본 논문에서는 빠른 동작 속도를 얻으면서 전체 시스템의 면적 및 전력소모를 최적화하는 구조인 파이프라인(pipelined) ADC를 제안하고, 이에 따른 SHA(Sample and Hold Amplifier)를 설계하였다. 본고에서 제안된 파이프라인 ADC는 이전의 입력이 완전히 디지털 출력으로 변환되기까지 대기없이 연속적으로 입력을 받아들이며, 여러 스테이지가 다른 입력에 대해 동시에 동작하며 연속적인 디지털 신호를 출력할 수 있기 때문에 이전의 입력에 대한 출력이 완료되기 전에 연속적으로 입력을 받아들이고 여러 스테이지가 동시에 동작하여 연속적인 출력값을 내보내기 때문에 고속의 동작을 얻으면서 시스템의 전체 면적 및 전력소모를 최소화시킬 수 있는 구조이다.
그러므로 전력 소모, 속도나 칩면적을 고려하였을 때 파이프라인 ADC가 와이프의 누름압 측정에 가장 적합한 설계가 된다. 이번 연구에서는 12 bit의 해상도(resolution)을 가지며 총 4개의 스테이지로 이루어지며 각 스테이지는 4 bit의 해상도를 가지는 플레쉬 ADC를 설계하였다. 각 스테이지에서 출력된 디지털 신호는 DCL을 거친 후 13 bit로 출력되며 마지막 1 bit를 제거 함으로 최종적인 12bit 해상도를 갖는 파이프라인 ADC가 된다.
향후 아날로그 메모리를 이용한 기준 전압 생성회로를 설계하여 회로의 특성을 측정하고, 이 회로를 사용하여 고속의 플레쉬 ADC를 설계할 것이다. 제안될 새로운 플레쉬 ADC는 일반적인 저항열로 구현되던 기준전압 생성을 아날로그 메모리를 이용하여 구현할 것이다. 제안된 파이프라인 ADC의 스테이지에 사용되었던 4 bit 플레쉬 ADC의 저항열은 아날로그 메모리로 대체됨으로서 칩면적의 소모를 최소화하게 될 것이다.
본 논문에서는 와이퍼 누름압을 측정하는 시스템을 위한 ADC를 제안하고, SHA를 설계하였다. 파이프 라인 ADC의 각 스테이지는 4 bit의 디지털 신호를 출력하였고 16개의 출력 신호를 디지털 교정회로에서 13 bit로 교정하였다. 마지막 1 bit는 제거하여 디지털 출력 신호는 전체 12 bit를 얻을 수 있다.
대상 데이터
이러한 특성을 갖는 연산 증폭기를 SHA 회로에서 사용하였으며 SHA회로의 입력신호 Vin을 50KHz sine파를 인가하였으며 클럭은 중첩되지 않는 두 개의 클럭을 사용하였다.
회로의 검증을 위해 Hspice를 사용하였으며, 공정 파라메터는 삼성 0.35μm공정 파라미터를 이용하였다.
이론/모형
반대로 개루프 구조는 피드백을 가지지 않아 속도가 빠르지만 폐루프 구조에 비해 회로의 안정성이 떨어진다. 본 연구에서는 빠른 동작 속도를 가지는 개루프 구조를 사용하였다. 그림5는 개루프 구조의 SHA를 보여주고 있다[4][5].
후속연구
제안될 새로운 플레쉬 ADC는 일반적인 저항열로 구현되던 기준전압 생성을 아날로그 메모리를 이용하여 구현할 것이다. 제안된 파이프라인 ADC의 스테이지에 사용되었던 4 bit 플레쉬 ADC의 저항열은 아날로그 메모리로 대체됨으로서 칩면적의 소모를 최소화하게 될 것이다.
향후 아날로그 메모리를 이용한 기준 전압 생성회로를 설계하여 회로의 특성을 측정하고, 이 회로를 사용하여 고속의 플레쉬 ADC를 설계할 것이다. 제안될 새로운 플레쉬 ADC는 일반적인 저항열로 구현되던 기준전압 생성을 아날로그 메모리를 이용하여 구현할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
와이퍼 브레이드의 유리면에 접착된 먼지나 이물질을 제거하는 기능을 확보하기 위한 조건은 무엇인가?
와이퍼 브레이드는 유리면에 접착된 먼지나 이물질을 제거하는 기능을 확보하기 위해서 닦임성, 내구력, 내열, 저온, 내오존성, 내화학성이 높아야 할 뿐만 아니라 소음이 적어야 한다. 이와 같은 와이퍼의 기능을 개선하기 위해서는 와이퍼의 성능을 평가하고 분석할 수 있는 시스템 장비가 필수적이다.
ADC와 같이 전압이나 전류 등과 같은 아날로그 입력 신호를 디지털 신호로 변환시키는 기능을 무엇이라 부르는가?
ADC는 전압이나 전류 등과 같은 아날로그 입력 신호를 디지털 신호로 변환시킨다. 이러한 기능을 인코더(encoder)라 하며 와이퍼의 누름압 측정을 위한 시스템 이외에도 많은 응용분야에서 ADC는 신호를 변환하므로 시스템 간의 인터페이스 문제를 해결하여 준다. 최근 급속하게 발전하고 있는 디지털화 추세를 타고 ADC는 응용분야를 넓혀가고 있으며 그 응용분야로는 이동통신 단말기, 광대역 모뎀 등과 같은 통신 분야, MRI, 보청기 등의 의료기기 분야, 음성인식, 제어기 센서 등의 컴퓨터 분야 등 산업 전반에 널리 쓰이며 그 응용분야에 따라 적용되는 ADC의 사양과 구조가 결정된다[2].
적분형 ADC의 특성과 장점은 무엇인가?
동작 속도가 비교적 느린 신호를 제어하기 위해서는 높은 정확도를 가지며 구조가 간단한 적분형 ADC를 많이 사용한다. 적분형 ADC는 구조가 단순하여 구현이 용이하며 잡음에 강한 특성을 가지고 있을 뿐만 아니라 정밀도가 높다는 장점이 있다. 비교적 빠른 변환 속도와 높은 정밀도를 가진 Succesive Approximation ADC는 회로의 구조가 간단하고 전력 소모가 적은 장점을 가지지만 수동 소자의 정합 제한으로 10 bit 이상의 고해상도 변환기를 구현할 때는 선형성이 떨어지고 미싱 코드가 발생 할 수 있다.
참고문헌 (5)
Stephen H. Lewis; Paul R. Gray. A Pipelined 5-Msample/s 9-bit Analog-to-Digital Converter, IEEE J. Solid-State Circuits, vol SC-22, no. 6, pp 351-358, Dec 1987.
McParland, R. J.; Singh, Ranbir. 1.25V, Low Cost, Embedded Flash Memory for Low Density Applications. 2000 symposium on VLSI circuits Digest of Technical paper. June 2000.
Behzad Razavi; Bruce A. wooley. A 12-b 5-MSample/s Two-step CMOS A/D Converter. IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 27, no. 12, pp 1667-1678, Dec 1992.
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