KR100630824B1 - Apparatus and method for suppressing a noise component of received signal in an ultrasonic sensor system - Google Patents

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Abstract

A noise restricting device and method of an ultrasonic sensor system are provided to effectively cut off noise generated in amplifying by using an operational amplifier with non-linear amplification characteristic for each voltage level. A device for restricting noise of a received signal to be processed in a microcomputer(150) in a system having an ultrasonic sensor(110) and the microcomputer processing the signal received in the ultrasonic sensor includes a non-linear amplifier(140) for non-linearly amplifying the signal received into the ultrasonic sensor according to a gain control value and outputting the amplified signal, and a detector(130) for detecting the signal level received in the ultrasonic sensor, supplying a first gain control value as the gain control value of the non-linear amplifier if the detected signal level is higher than a pre-set level, and supplying a second gain control value lower than the first gain control value as the gain control value if the detected level of the signal is lower than the pre-set level.

Description

초음파 센서 시스템의 잡음 억제 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR SUPPRESSING A NOISE COMPONENT OF RECEIVED SIGNAL IN AN ULTRASONIC SENSOR SYSTEM} Noise suppression device and method of ultrasonic sensor system {APPARATUS AND METHOD FOR SUPPRESSING A NOISE COMPONENT OF RECEIVED SIGNAL IN AN ULTRASONIC SENSOR SYSTEM}

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 초음파 센서 시스템의 구성을 보여주는 도면. 1 is a view showing the configuration of an ultrasonic sensor system according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1에 도시된 비선형 증폭기의 구성을 구체적으로 보여주는 도면. FIG. 2 is a diagram showing in detail the configuration of the nonlinear amplifier shown in FIG. 1; FIG.

도 3은 도 2에 도시된 비선형 증폭기의 특성을 보여주는 도면. 3 shows the characteristics of the nonlinear amplifier shown in FIG.

본 발명은 초음파 센서를 구비하는 시스템에 관한 것으로, 특히 상기 초음파 센서에 의해 수신된 신호를 증폭하여 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a system having an ultrasonic sensor, and more particularly, to an apparatus and method for amplifying and processing a signal received by the ultrasonic sensor.

차량용 BWS(Back Warning System)와 같은 경보시스템에서는 초음파 센서를 구비하고 있다. 이러한 초음파 센서를 구비하는 시스템에서 약 교류(AC) 100볼트(V)의 전압으로 초음파 센서를 구동하게 되면, 물체를 맞고 초음파 센서쪽으로 수 신되는 신호는 수 마이크로볼트(μV)에 지나지 않는다. 따라서 상기 초음파 센서 시스템에서는 약 20~30배 정도의 증폭율을 가지는 증폭기를 여러 단 연결하여 상기 초음파 센서에 수신된 신호를 약 10,000~100,000배 정도의 신호로 증폭함으로써 이후의 신호 처리에 적합한 레벨이 되도록 한다. 이 경우 신호만 증폭되는 것이 아니라 같이 수신된 신호에 포함된 잡음(noise) 또한 같이 증폭이 되기 때문에, 최종단에 이르러서는 원하는 신호의 레벨과 잡음의 레벨이 거의 차이가 나지 않는 현상이 발생한다. Alarm systems such as automotive BWS (Back Warning System) are equipped with ultrasonic sensors. When the ultrasonic sensor is driven at a voltage of about 100 volts (AC) in a system having such an ultrasonic sensor, the signal received by the object and toward the ultrasonic sensor is only a few microvolts (μV). Therefore, in the ultrasonic sensor system, a plurality of amplifiers having an amplification rate of about 20 to 30 times are connected to a plurality of stages to amplify a signal received by the ultrasonic sensor into a signal of about 10,000 to 100,000 times, thereby providing a level suitable for subsequent signal processing. Be sure to In this case, not only the signal is amplified but also the noise included in the received signal is also amplified together. Therefore, a phenomenon occurs in which the level of the desired signal and the level of the noise hardly differ at the final stage.

이러한 현상은 상기 초음파 센서 시스템의 최종단에서의 신호 처리를 불가능하게 한다는 문제점을 초래한다. 물론 이 문제점은 별도의 잡음 감소 장치들을 사용함으로써 해소될 수 있지만, 이로 인한 부대 비용의 발생은 불가피하게 초래된다. This phenomenon causes a problem that makes it impossible to process the signal at the final stage of the ultrasonic sensor system. This problem can of course be solved by the use of separate noise reduction devices, but this inevitably leads to the occurrence of incidental costs.

따라서 본 발명의 목적은 초음파 센서에서 수신된 신호를 증폭하여 처리하는 시스템에서 최종단에서의 수신 신호에 포함된 잡음 성분을 억제하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide an apparatus and method for suppressing a noise component included in a received signal at a final stage in a system for amplifying and processing a signal received by an ultrasonic sensor.

본 발명의 다른 목적은 초음파 센서를 구비하는 시스템에서 최종단에서의 수신 신호의 SNR을 개선하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다. Another object of the present invention is to provide an apparatus and a method for improving the SNR of a received signal at a final stage in a system having an ultrasonic sensor.

본 발명의 또 다른 목적은 초음파 센서를 구비하는 시스템에서 최종단에서 별도의 잡음 억제 장치를 사용함에 따른 부대 비용의 발생을 최소화하는 장치 및 방법을 제공함에 있다. It is still another object of the present invention to provide an apparatus and method for minimizing the occurrence of incidental cost of using a separate noise suppression device at the end in a system having an ultrasonic sensor.

이러한 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 초음파 센서와, 상기 초음파 센서에서 수신된 신호를 처리하는 마이컴을 구비하는 시스템에서 상기 마이컴에서 처리될 수신 신호의 잡음을 억제하기 위한 장치로서 비선형 증폭기와, 검파기를 포함함을 특징으로 한다. 상기 비선형 증폭기는 상기 초음파 센서에서 수신된 신호를 미리 제공되는 이득 제어값에 따라 비선형 증폭하여 출력한다. 상기 검파기는 상기 초음파 센서에서 수신된 신호의 레벨을 검출하고, 검출된 신호의 레벨이 미리 설정된 레벨보다 높은 경우에는 제1 이득 제어값을 상기 비선형 증폭기의 이득 제어값으로 제공하고, 검출된 신호의 레벨이 상기 설정된 레벨보다 낮은 경우에는 상기 제1 이득 제어값보다 낮은 제2 이득 제어값을 상기 비선형 증폭기의 이득 제어값으로 제공한다. The present invention for achieving these objects is a device for suppressing the noise of the received signal to be processed in the microcomputer in a system having an ultrasonic sensor, a microcomputer for processing the signal received by the ultrasonic sensor, a non-linear amplifier, It is characterized by including. The nonlinear amplifier non-amplifies and outputs the signal received from the ultrasonic sensor according to a gain control value provided in advance. The detector detects a level of a signal received by the ultrasonic sensor, and when the level of the detected signal is higher than a preset level, provides a first gain control value as a gain control value of the nonlinear amplifier, and When the level is lower than the set level, a second gain control value lower than the first gain control value is provided as a gain control value of the nonlinear amplifier.

이하 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 참조번호들 및 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. DETAILED DESCRIPTION A detailed description of preferred embodiments of the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings. It should be noted that reference numerals and like elements among the drawings are denoted by the same reference numerals and symbols as much as possible even though they are shown in different drawings. In the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 초음파 센서 시스템의 구성을 보여주는 도 면이다. 1 is a view showing the configuration of an ultrasonic sensor system according to an embodiment of the present invention.

상기 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 시스템은 초음파 센서 110과, 상기 초음파 센서 110에서 수신된 신호를 처리하는 마이컴(MICOM) 150을 구비하는 시스템으로, 상기 마이컴 150에서 처리될 수신 신호의 잡음을 억제하기 위한 장치로서 비선형 증폭기(Non-linear Amplifier) 140과, 검파기 130을 포함함을 특징으로 한다. Referring to FIG. 1, the system according to an embodiment of the present invention is a system including an ultrasonic sensor 110 and a MICOM 150 for processing a signal received by the ultrasonic sensor 110. A device for suppressing noise of a signal is characterized by including a non-linear amplifier 140 and a detector 130.

상기 비선형 증폭기 140은 상기 초음파 센서 110에서 수신된 신호를 미리 제공되는 이득 제어값에 따라 비선형 증폭하여 출력한다. 1차 증폭기 120은 상기 초음파 센서 110과 상기 검파기 120의 사이 및 상기 초음파 센서 110과 상기 비선형 증폭기 140의 사이에 접속되고, 상기 초음파 센서 110에서 수신된 신호를 증폭하여 출력한다. 상기 검파기 130은 상기 초음파 센서 110에서 수신된 후 상기 1차 증폭기 120에 의해 증폭된 신호의 레벨을 검출한다. 상기 검파기 130은 검출된 신호의 레벨이 미리 설정된 레벨보다 높은 경우에는 제1 이득 제어값을 상기 비선형 증폭기 140의 이득 제어값으로 제공하고, 검출된 신호의 레벨이 상기 설정된 레벨보다 낮은 경우에는 상기 제1 이득 제어값보다 낮은 제2 이득 제어값을 상기 비선형 증폭기 140의 이득 제어값으로 제공한다. The nonlinear amplifier 140 nonlinearly amplifies and outputs the signal received from the ultrasonic sensor 110 according to a gain control value provided in advance. The primary amplifier 120 is connected between the ultrasonic sensor 110 and the detector 120 and between the ultrasonic sensor 110 and the nonlinear amplifier 140, and amplifies and outputs a signal received by the ultrasonic sensor 110. The detector 130 detects the level of the signal received by the ultrasonic sensor 110 and amplified by the primary amplifier 120. The detector 130 provides a first gain control value as a gain control value of the nonlinear amplifier 140 when the level of the detected signal is higher than a preset level, and when the level of the detected signal is lower than the predetermined level, the first gain control value. A second gain control value lower than one gain control value is provided as a gain control value of the nonlinear amplifier 140.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 초음파 센서 시스템은 전압별로 차등적으로 증폭이득을 가지는 비선형 증폭기 140을 이용하여 신호의 경우 높은 증폭이득을 가지고 증폭을 시키고, 잡음의 경우 낮은 이득으로 증폭이 되도록 한다. 이에 따라 결과적으로 SNR이 매우 높은 증폭기 시스템을 설계한 것이다. As described above, the ultrasonic sensor system according to the embodiment of the present invention uses the nonlinear amplifier 140 having the differential amplification gain for each voltage to amplify the signal with a high amplification gain and to amplify the noise with a low gain. . The result is an amplifier system with very high SNR.

도 2는 도 1에 도시된 비선형 증폭기 140의 구성을 구체적으로 보여주는 도면이다. FIG. 2 is a diagram illustrating in detail the configuration of the nonlinear amplifier 140 illustrated in FIG. 1.

상기 도 2를 참조하면, 상기 비선형 증폭기 140은 연산증폭기(Operational Amplifier)와, 저항들 RG, RF, RL로 구성된다. 상기 연산증폭기는 VG단자를 구비하는데, 상기 VG단자는 상기 검파기 130의 출력단에 접속되고, 이 VG단자를 통해 입력되는 제어전압값에 따라 이득이 제어된다. Referring to FIG. 2, the nonlinear amplifier 140 includes an operational amplifier and resistors R G , R F , and R L. The operational amplifier is provided to the terminal V G, wherein G V terminal is connected to the output terminal of the detector 130, the gain is controlled according to a control voltage input through the terminal V G.

도 3은 도 2에 도시된 비선형 증폭기 140의 특성을 보여주는 도면이다. 3 is a diagram illustrating characteristics of the nonlinear amplifier 140 shown in FIG. 2.

상기 도 3을 참조하면, 상기 비선형 증폭기 140은 입력 전압별로 다르게 정해지는 증폭 이득 특성을 가진다. 이러한 비선형 증폭기 140의 사용은 입력 전압에 비례하여 증폭되는 선형 증폭기를 사용하는 경우에 입력 전압에 따른 이득의 조정이 불가능한 점과 달리 입력 전압에 따른 이득의 조정을 가능하게 한다. Referring to FIG. 3, the nonlinear amplifier 140 has an amplification gain characteristic that is determined differently for each input voltage. The use of the nonlinear amplifier 140 enables the gain to be adjusted according to the input voltage, in contrast to the fact that the gain is not adjusted according to the input voltage when a linear amplifier is amplified in proportion to the input voltage.

전술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 센서 시스템에서, 상기 최종 수신신호에 포함된 잡음 성분을 억제하기 위한 동작을 정리해보면 다음과 같다. In the ultrasonic sensor system according to the embodiment of the present invention as described above, the operation for suppressing the noise component included in the final received signal is summarized as follows.

먼저, 상기 초음파 센서 110에서 수신된 신호를 미리 제공되는 이득 제어값에 따라 비선형 증폭하여 상기 최종 수신신호로서 출력하는 비선형 증폭기 140을 제공한다. 다음에, 상기 검파기 130은 상기 초음파 센서 110에서 수신된 신호의 레벨을 검출한다. 그 다음에, 상기 검파기 130은 상기 검출된 신호의 레벨이 미리 설정된 레벨보다 높은 경우에는 제1 이득 제어값을 상기 비선형 증폭기 140의 이득 제어값으로 제공한다. 반면에, 상기 검출된 신호의 레벨이 상기 설정된 레벨보다 낮은 경우에는 상기 제1 이득 제어값보다 낮은 제2 이득 제어값을 상기 비선형 증폭기 140의 이득 제어값으로 제공한다. First, a nonlinear amplifier 140 for non-linear amplifying the signal received by the ultrasonic sensor 110 according to a gain control value provided in advance is output as the final received signal. Next, the detector 130 detects the level of the signal received by the ultrasonic sensor 110. Next, the detector 130 provides a first gain control value as a gain control value of the nonlinear amplifier 140 when the level of the detected signal is higher than a preset level. On the other hand, when the level of the detected signal is lower than the set level, the second gain control value lower than the first gain control value is provided as the gain control value of the nonlinear amplifier 140.

이와 같이 비선형 증폭기 140의 이득 조절부 단자에는 전단의 검파기 130에서 검파된 파형을 통해, 비선형 증폭기의 이득을 조절하고, 입력단을 통하여 수신 신호를 입력하면, 잡음같은 낮은 전압 레벨을 가지는 신호는 낮은 이득을 가지고 증폭이 되게 되고, 신호같은 높은 전압 레벨을 가지는 신호는 높은 이득을 가지고 증폭이 되므로, 최종 수신단에 이르러서는 잡음과 수신신호간의 차이가 확연히 들어나게 된다. 따라서 SNR 또한 크게 향상되게 된다. In this way, if the gain control unit of the nonlinear amplifier 140 adjusts the gain of the nonlinear amplifier through the waveform detected by the detector 130 at the front end and inputs the received signal through the input terminal, a signal having a low voltage level such as noise has a low gain. Since the signal is amplified with a high voltage level such as a signal, the signal is amplified with a high gain, so that the difference between the noise and the received signal is clearly reached at the final receiver. Therefore, the SNR is also greatly improved.

이러한 본 발명은 차량용 BWS 외에, 초음파 센서를 사용하는 모든 시스템에 적용될 수 있다. 즉 초음파 센서에 수신된 미약한 신호를 증폭하여 이용하는 시스템이라면 비선형 증폭기는 어디든지 적용될 수 있으며, 어떠한 시스템에 적용하던지 최종단에서 높은 SNR을 얻을 수 있다. The present invention can be applied to any system using an ultrasonic sensor, in addition to the vehicle BWS. That is, if the system uses amplified weak signals received by the ultrasonic sensor, the nonlinear amplifier can be applied anywhere, and in any system, a high SNR can be obtained at the final stage.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. Meanwhile, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the scope of the following claims, but also by those equivalent to the scope of the claims.

상술한 바와 같이 본 발명은 초음파 센서를 사용하는 시스템에서 기존의 선형 증폭 특성을 가지는 증폭기가 아닌, 전압 레벨별로 비선형의 증폭 특성을 가지는 연산증폭기를 이용함으로써 증폭 중간에 생기는 잡음을 효과적으로 차단할 수 있다. 이러한 본 발명으로 인하여, 종래 초음파 센서가 사용된 시스템에서 발생하는 잡음을 효과적으로 억제할 수 있으며, 이로 인해 별도의 잡음 감소 장치들이 크게 필요하지 않으므로, 이에 따른 부대비용 감소를 기대할 수 있다는 이점이 있다. As described above, the present invention can effectively block noise generated in the middle of amplification by using an operational amplifier having a nonlinear amplification characteristic for each voltage level, rather than an amplifier having a conventional linear amplification characteristic in a system using an ultrasonic sensor. Due to the present invention, it is possible to effectively suppress the noise generated in the system in which the conventional ultrasonic sensor is used, and thus there is an advantage that the additional cost reduction can be expected because no separate noise reduction devices are required.

Claims (3)

초음파 센서와, 상기 초음파 센서에서 수신된 신호를 처리하는 마이컴을 구비하는 시스템에서 상기 마이컴에서 처리될 수신 신호의 잡음을 억제하기 위한 장치에 있어서, An apparatus for suppressing noise of a received signal to be processed in the micom in a system having an ultrasonic sensor and a microcomputer for processing a signal received by the ultrasonic sensor, 상기 초음파 센서에서 수신된 신호를 미리 제공되는 이득 제어값에 따라 비선형 증폭하여 출력하는 비선형 증폭기와, A nonlinear amplifier for nonlinear amplifying and outputting the signal received from the ultrasonic sensor according to a gain control value provided in advance; 상기 초음파 센서에서 수신된 신호의 레벨을 검출하고, 검출된 신호의 레벨이 미리 설정된 레벨보다 높은 경우에는 제1 이득 제어값을 상기 비선형 증폭기의 이득 제어값으로 제공하고, 검출된 신호의 레벨이 상기 설정된 레벨보다 낮은 경우에는 상기 제1 이득 제어값보다 낮은 제2 이득 제어값을 상기 비선형 증폭기의 이득 제어값으로 제공하는 검파기를 포함함을 특징으로 하는 상기 잡음 억제 장치. Detects the level of the signal received by the ultrasonic sensor, and if the level of the detected signal is higher than a preset level, provides a first gain control value as a gain control value of the nonlinear amplifier, and the level of the detected signal is And a detector providing a second gain control value lower than the first gain control value as a gain control value of the nonlinear amplifier when the level is lower than the set level. 제1항에 있어서, 상기 초음파 센서와 상기 검파기의 사이 및 상기 초음파 센서와 상기 비선형 증폭기의 사이에 접속되고, 상기 초음파 센서에서 수신된 신호를 증폭하는 증폭기를 더 포함함을 특징으로 하는 상기 잡음 억제 장치. The noise suppression apparatus of claim 1, further comprising an amplifier connected between the ultrasonic sensor and the detector and between the ultrasonic sensor and the nonlinear amplifier, the amplifier amplifying a signal received by the ultrasonic sensor. Device. 초음파 센서와, 상기 초음파 센서에서 수신된 신호를 증폭하여 최종 수신신 호로서 출력하는 증폭기와, 상기 최종 수신신호를 처리하는 마이컴을 구비하는 초음파 센서 시스템에서, 상기 최종 수신신호에 포함된 잡음 성분을 억제하기 위한 방법에 있어서, In an ultrasonic sensor system having an ultrasonic sensor, an amplifier for amplifying a signal received by the ultrasonic sensor and outputting it as a final received signal, and a microcomputer for processing the final received signal, the noise component included in the final received signal is included. In the method for suppressing, 상기 초음파 센서에서 수신된 신호를 미리 제공되는 이득 제어값에 따라 비선형 증폭하여 상기 최종 수신신호로서 출력하는 비선형 증폭기를 제공하는 과정과, Providing a non-linear amplifier for non-linear amplifying the signal received by the ultrasonic sensor according to a gain control value provided in advance and outputting it as the final received signal; 상기 초음파 센서에서 수신된 신호의 레벨을 검출하는 과정과, Detecting a level of a signal received by the ultrasonic sensor; 상기 검출된 신호의 레벨이 미리 설정된 레벨보다 높은 경우에는 제1 이득 제어값을 상기 비선형 증폭기의 이득 제어값으로 제공하고, 상기 검출된 신호의 레벨이 상기 설정된 레벨보다 낮은 경우에는 상기 제1 이득 제어값보다 낮은 제2 이득 제어값을 상기 비선형 증폭기의 이득 제어값으로 제공하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법. When the level of the detected signal is higher than a predetermined level, a first gain control value is provided as a gain control value of the nonlinear amplifier, and when the level of the detected signal is lower than the set level, the first gain control. And providing a second gain control value lower than a value as a gain control value of the nonlinear amplifier.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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