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배터리 전류의 정밀 측정을 위한 단일 비트 2차 CIFF 구조 델타 시그마 모듈레이터
A Single-Bit 2nd-Order CIFF Delta-Sigma Modulator for Precision Measurement of Battery Current 원문보기

한국정보전자통신기술학회논문지 = Journal of Korea institute of information, electronics, and communication technology, v.13 no.3, 2020년, pp.184 - 196  

배기경 (R&D Center, PIXELPLUS) ,  천지민 (School of Electronic Engineering, Kumoh National Institute of Technology)

초록
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본 논문에서는 배터리 관리 시스템 (BMS)에서 2차 전지 배터리를 통해 흐르는 전류의 정밀한 측정을 위한 cascaded-of-integrator feedforward (CIFF) 구조의 단일 비트 2차 델타-시그마 모듈레이터를 제안하였다. 제안된 모듈레이터는 2개의 스위치드 커패시터 적분기, 단일 비트 비교기, 비중첩 클록 발생기 및 바이어스와 같은 주변 회로로 구현하였다. 제안된 구조는 낮은 공통 모드 입력 전압을 가지는 low-side 전류 측정 방법에 적용되도록 설계되었다. Low-side 전류 측정 방법을 사용하면 회로 설계에 부담이 줄어들게 되는 장점을 가진다. 그리고 ±30mV 입력 전압을 15비트 해상도를 가지는 ADC로 분해하기 때문에 추가적인 programmable gain amplifier (PGA)를 구현할 필요가 없어 수 mW의 전력소모를 줄일 수 있다. 제안된 단일 비트 2차 CIFF 델타-시그마 모듈레이터는 350nm CMOS 공정으로 구현하였으며 5kHz 대역폭에 대해 400의 oversampling ratio (OSR)로 95.46dB의 signal-to-noise-and-distortion ratio (SNDR), 96.01dB의 spurious-free dynamic range (SFDR) 및 15.56비트의 effective-number-of-bits (ENOB)을 달성하였다. 델타 시그마 모듈레이터의 면적 및 전력 소비는 각각 670×490㎛2 및 414㎼이다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, a single-bit 2nd-order delta-sigma modulator with the architecture of cascaded-of-integrator feedforward (CIFF) is proposed for precision measurement of current flowing through a secondary cell battery in a battery management system (BMS). The proposed modulator implements two switche...

주제어

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제안 방법

  • In this paper, we consider the design of the sensor interface circuit to measure the current precisely among the parameters such as voltage, temperature, and current to check the battery operation. In general, there are two measurement techniques for measuring current.
  • In this paper, we proposed the single-bit 2nd-order delta-sigma modulator with the architecture of CIFF for precision measurement of current flowing through the secondary cell battery in the BMS. The proposed modulator implements two switched capacitor integrators and a single-bit comparator with peripheral circuits such as a non-overlapping clock generator and a bias circuit.
  • The method is divided into a high-side sensing method with a shunt resistor between the battery and the system and a low-side sensing method with a shunt resistor between the system and ground.
  • 7 shows the proposed single-bit 2nd-order CIFF delta-sigma modulator to achieve high resolution. The proposed delta-sigma modulator circuit is composed of two switched-capacitor integrators, a clock generator, a single bit comparator, and other logic for control and digital signal output.
  • In this paper, we proposed the single-bit 2nd-order delta-sigma modulator with the architecture of CIFF for precision measurement of current flowing through the secondary cell battery in the BMS. The proposed modulator implements two switched capacitor integrators and a single-bit comparator with peripheral circuits such as a non-overlapping clock generator and a bias circuit. The proposed structure is designed to be applied to low-side current sensing method with low common mode input voltage.
  • The proposed modulator implements two switched capacitor integrators and a single-bit comparator with peripheral circuits such as a non-overlapping clock generator and a bias circuit. The proposed structure is designed to be applied to low-side current sensing method with low common mode input voltage. Using the low-side current measurement method has the advantage of reducing the burden on the circuit design.
  • 9 shows the frequency responses obtained by performing the post-simulations with parasitic effects on the OTA for the first integrator. The simulations are performed under TT corner, FF corner, and SS corner.Table 2 shows the corner post-simulation results of the OTA.
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참고문헌 (21)

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