초음파 거리 측정회로용 프론트-엔드 IC의 설계 (A Design of Ultra-sonic Range Meter Front-end IC)

서지정보

· 발행기관 : 대한전자공학회
· 수록지 정보 : 전자공학회논문지 - IE / 47권 / 4호 / 1 ~ 9페이지
· 저자명 : 이준성

초록

초음파신호를 이용하여 두 물체 사이의 거리를 측정할 수 있도록 초음파신호를 발생시키고 이를 수신하여 증폭하는 프론트-앤드 IC를 설계하였다. 40[kHz]~300[kHz]의 초음파 신호를 발생시켜서 피에조진동자를 통해 간헐적으로 송신하는 회로와 피에조 수신기에서 받은 미세한 반사 신호를 증폭하여 노이즈를 제거한 후 처음 송신된 신호와의 시간 차이를 펄스폭으로 출력하고 이를 이용하여 물체사이의 거리를 계산할 수 있는 기능을 내장하였다. 본 설계에서는 두 가지 기술을 작용하여 기능을 개선하였다. 첫째, 주파수 자동조정(SFC) 회로이다. OTA회로의 gm을 가변시켜 초음파 신호발생기의 출력주파수와 수신단의 밴드패스필터의 중심주파수가 서로 연동되도록 조정해 줌으로써 신호 복원을 용이하게 하였다. 둘째, 가변 이득 조절회로(VGC)이다. 이 회로는 두 물체사이의 거리에 상관없이 수신되는 신호의 진폭이 일정하도록 동작하는 기능을 한다. 또한, 출력레벨변환회로를 적용하여 송신신호의 진폭을 40[V]로 상승시켜 측정거리를 늘리는 시도를 하였다. 시뮬레이션을 위한 공정은 0.6um] 급, 40[V] CMOS 공정을 사용하였다. 전원전압 5[V], 소비전력은 약 12[mW]정도이다. 회로의 규모가 최소화 되어 있고 외부소자 수를 줄였기 때문에 휴대형기기에 편리하게 사용할 수 있게 하였다.

영어초록

This paper describes a ultrasonic signal processing front-end IC for distance range meter and body detector. The burst shaped ultrasonic signal is generated by a self oscillator and its frequency range is about 40[kHz]-300[kHz]. The generated ultrasonic signal transmit through piezo resonator. The another piezo device transduce from received ultrasonic signal to electrical signals. This front-end IC contained low noise amplifier, band pass filter, busrt detector and time pulse generator and so on. This IC has two type of new idea for improve function and performance, which are self frequency control (SFC) and Variable Gain Control amplifier (VGC) scheme. The dimensions and number of external parts are minimized in order to get a smaller hardware size. This device has been fabricated in a O.6[um] double poly, double metal 40[V] High Voltage CMOS process.

참고자료

· 없음