KR100678672B1

KR100678672B1 - 아날로그/디지털 변환기의 분해능 향상 장치

Info

Publication number: KR100678672B1
Application number: KR1020000004463A
Authority: KR
Inventors: 용성일
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2000-01-29
Filing date: 2000-01-29
Publication date: 2007-02-05
Also published as: KR20010076978A

Abstract

본 발명은 외부로부터 입력되는 아날로그 신호의 분해능(resolution)을 향상시키기 위한 A/D변환기의 분해능 향상 장치에 관한 것으로, 외부로부터 입력되는 아날로그 신호의 분해능을 향상시키기 위하여 상기 아날로그 신호의 소정 범위를 각각 증폭하는 다수개의 증폭부와, 전송된 다수의 가공신호와 원래의 신호를 입력받아 디지털 신호로 변환하는 A/D변환기를 구비한 A/D변환기의 분해능 향상장치에 있어서, 상기 증폭부를 통해 증폭된 다수의 가공신호를 입력받는 다수의 채널과 상기 가공신호의 원래의 신호를 입력받는 채널을 구비하여 다수의 가공신호와 원래의 신호를 상기 A/D변환기로 전송하는 신호전송수단과, 상기 가공신호들의 디지털 신호와 원래 신호의 디지털 신호의 조합 시 그 사이값들을 웨이팅 계수(weighting factor)를 사용하여 분해능을 선형적으로 변화시켜 조합하여 소정 전압범위의 분해능이 향상된 디지털 신호를 만드는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그 결과, 별도의 고 분해능 A/D변환기를 사용함이 없이 외부로부터 입력되는 아날로그 신호의 분해능(resolution)을 향상시킬 수 있어, A/D변환기를 사용하는 제품의 가격 상승 요인을 억제할 수 있다는 효과가 있다.

Description

아날로그/디지털 변환기의 분해능 향상 장치{Analog-to-digital converter}

도 1은 일반적인 A/D변환기의 장치,

도 2는 본 발명에 따른 A/D변환기의 분해능 향상 장치이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10:증폭부 20:먹스

30:A/D변환기 40:제어부(CPU)

본 발명은 A/D변환기의 분해능 향상 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 외부로부터 입력되는 아날로그 신호의 분해능(resolution)을 보다 향상시키기 위한 A/D변환기의 분해능 향상 장치에 관한 것이다.

일반적으로 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는데 아날로그/디지털 변환기(이하, A/D변환기라 한다)를 사용한다.

그 적용 예를 보면, 산업용 기기의 구동방식은 모터를 사용한 서보기구가 일반적이다. 이러한 서보기구는 산업용 기기 전체가 통합된 동작을 하도록 프로그램 제어된다. 이를 위하여, 산업용 기기에는 상위제어기로부터 지령을 받아 서보기구 를 구동하는 서보 드라이브(servo drive)가 구비된다.

서보 드라이브는 서보기구를 구동하기 위한 제어신호를 출력하는 마이크로프로세서(microprocessor)와, 외부로부터 특히 상위제어기로부터 입력되는 아날로그(analog) 신호를 마이크로프로세서가 처리할 수 있도록 디지털(digital) 신호로 변환하는 A/D변환기를 포함한다.

도 1에 도시한 바와 같이, A/D변환기(1)는 외부로부터 입력되는 아날로그 신호, 일례로 상위제어기(미도시)로부터 속도지령이 입력되는 경우 자체 분해능(resolution)에 따라 속도지령의 전압을 디지털 신호로 변환한다. 일례로 분해능이 10비트(bit)인 A/D컨버터의 경우 입력된 속도지령의 전압을 2¹⁰등분하여 디지털 신호로 변환하고, 분해능이 12비트인 A/D컨버터의 경우 입력된 속도지령의 전압을 2¹²등분하여 디지털 신호로 변환한다.

따라서, A/D변환기의 분해능이 높을수록 마이크로프로세서(2)에 입력되는 상위제어기의 속도지령은 세분화되고, 그에 따라 마이크로프로세서(2)는 서보기구를 보다 정밀하게 제어할 수 있다.

그러나 A/D변환기는 분해능이 높아짐에 따라 그 가격 또한 비싸진다. 그 결과, 산업용 기기의 반응 정도를 향상시키기 위해 고(高) 분해능의 A/D변환기를 사용하고자 할 경우 제조비용이 상승한다는 문제점이 있었다.

또한, 외부로부터 입력되는 아날로그 신호의 특정 범위만을 고(高) 분해능으로 읽어들이고 나머지 범위는 저(低) 분해능으로 읽어들여도 된다고 했을 때 A/D변 환기는 반드시 고 분해능의 것을 사용해야만 한다. 그 결과, 특정 범위의 분해능만을 향상시키는데 있어서도 고 분해능의 A/D변환기를 사용함으로써 이를 사용하는 제품의 가격 상승 요인이 되었다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 별도의 고 분해능 A/D변환기를 사용함이 없이 외부로부터 입력되는 아날로그 신호의 분해능(resolution)을 보다 향상시킬 수 있도록 한 A/D변환기의 분해능 향상 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 저 분해능의 A/D변환기의 이용하여 외부로부터 입력되는 아날로그 신호의 필요부분만을 고(高) 분해능으로 읽어들여 고 분해능의 A/D변환기를 사용하는 것과 같은 효과를 얻을 수 있도록 한 A/D변환기의 분해능 향상 장치를 제공하는데 있다.

본 발명은 전술한 기술적 과제를 달성할 수 있도록, 외부로부터 입력되는 아날로그 신호의 분해능을 향상시키기 위하여 상기 아날로그 신호의 소정 범위를 각각 증폭하는 다수개의 증폭부와, 전송된 다수의 가공신호와 원래의 신호를 입력받아 디지털 신호로 변환하는 A/D변환기를 구비한 A/D변환기의 분해능 향상장치에 있어서, 상기 증폭부를 통해 증폭된 다수의 가공신호를 입력받는 다수의 채널과 상기 가공신호의 원래의 신호를 입력받는 채널을 구비하여 다수의 가공신호와 원래의 신호를 상기 A/D변환기로 전송하는 신호전송수단과, 상기 가공신호들의 디지털 신호와 원래 신호의 디지털 신호의 조합 시 그 사이값들을 웨이팅 계수(weighting factor)를 사용하여 분해능을 선형적으로 변화시켜 조합하여 소정 전압범위의 분해능이 향상된 디지털 신호를 만드는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 A/D변환기의 분해능 향상 장치이다. 이에 도시한 바와 같이, 외부로부터 입력되는 아날로그 신호의 특정범위의 분해능을 향상시킬 수 있도록 기 설정범위의 전압값을 증폭하는 다수개의 증폭부(10)와, 증폭된 다수의 입력신호(이하, 가공신호라 한다)와 가공신호의 원래 신호를 입력받을 수 있도록 다수의 채널을 포함하고 가공신호 및 원래의 신호를 단일의 전송로를 통하여 전송하는 신호전송수단, 일례로 먹스(20)와, 신호전송수단(20)로부터 전송된 다수의 가공신호 및 원래의 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 A/D변환기(30), 그리고 A/D변환기(30)로부터 원래의 신호 및 가공신호들의 디지털 신호를 조합하여 분해능이 향상된 디지털 신호를 만들어 내는 제어부(40)를 포함한다.

여기서, 증폭부(10)는 원래의 신호의 일부분을 증폭하여 분해능을 향상시키기 위한 것으로, 원래 신호의 전압범위 중 고(高) 분해능을 얻고자 하는 부분의 전압값을 증폭한다. 따라서, 원래 신호의 다수 범위를 증폭하여 분해능을 향상시키고자 할 경우 각 범위의 전압값을 증폭하기 위한 각각의 증폭부가 필요하다. 일례로, 원래 신호의 전압범위가 0∼5V이고 고 분해능을 얻고자 하는 전압범위가 2∼3V, 3∼4V일 경우 2∼3V를 증폭하기 위한 증폭부와 3∼4V를 증폭하기 위한 증폭부가 필요하다. 또한, 원래 신호의 각 전압범위마다 이를 증폭하기 위한 증폭부를 둘 경우 원래 신호의 전(全) 전압범위를 제어부(40)에서 고 분해능으로 읽어들일 수 있다.

신호전송수단(이하, 먹스라 한다;20)은 증폭부(10)에서 증폭된 아날로그 신호 및 원래 신호를 단일의 전송로를 통해 A/D변환기(30)에 전송하기 위한 것이므로, 입력 채널수는 원래의 신호와 가공신호들의 수와 동일하거나 많은 것을 사용한다.

A/D변환기(30)는 먹스(20)로부터 전송된 신호, 즉 원래의 신호와 가공된 신호들을 입력받아 디지털 신호로 변환하기 위한 것으로, 원래 신호는 A/D변환기(30)의 자체 분해능을 가지고, 가공신호들은 A/D변환기(30)의 자체 분해능 보다 향상된 분해능을 가진다. 일례로, 분해능이 10비트인 A/D변환기를 사용하고 증폭율이 4배인 증폭부를 사용하였을 경우 원래의 신호는 10비트의 분해능을 갖는 반면 가공신호들은 4배 증폭되었기 때문에 12비트이 분해능을 갖는다. 즉, 가공신호들은 실제적으로 분해능이 12비트인 A/D변환기에 의해 디지털 신호로 변환된 것과 같은 분해능 향상 효과를 갖는다.

그리고 제어부(일례로 CPU;40)는 원래의 신호 및 가공신호들의 디지털 신호를 조합하여 분해능이 향상된 디지털 신호를 만들어 낸다. 즉, 분해능이 향상된 가공신호들의 디지털 신호에 A/D변환기(30)의 자체 분해능을 갖는 원래 신호의 디지털 신호를 조합하여 최초 아날로그 신호의 전압범위에 상응하는 디지털 신호를 만들어낸다. 이때, 분해능이 향상된 디지털 신호와 A/D변환기(30)의 자체 분해능을 갖는 디지털 신호를 조합하는데 있어 그 사이값은 웨이팅 계수(weighting factor)를 사용하여 값을 결정한다. 이로써, 최초 아날로그 신호의 전압범위에 상응하며 특정범위의 분해능이 향상된 디지털 신호가 만들어진다.

이하, 전술한 구성요소를 참조하여 본 발명의 작동과정을 상세히 설명한다.

일반적으로 많은 산업용 기기들은 외부로부터 지령을 받아 그 지령에 의해 구동된다. 일례로, 상위제어기(미도시)로부터 아날로그 형태의 속도지령이 입력될 경우 서보드라이브의 A/D변환기(30)는 이를 디지털 신호 변환하여 제어부(40)에 입력한다. 특히, 속도지령의 경우 고속명령보다는 저속명령시 A/D변환기(30)의 고 분해능이 요구된다. 본 발명은 이와 같이 아날로그 지령의 특정범위의 분해능을 향상시키는데 양호하게 적용된다.

먼저, 증폭부(10)의 증폭율이 ×4라 하고 상위제어기로부터 출력된 속도지령의 하위 20%의 분해능을 향상시키고자 할 경우, 상위제어기로부터 속도지령이 출력되면, 먹스(20)는 채널 ch를 통하여 원 신호 그대로 속도지령을 입력받고 증폭부(10)를 통해 속도지령의 하위 20%가 4배 증폭된 가공신호를 채널 ch1을 통하여 입력받는다.

상기 먹스(20)로부터 전송된 속도지령의 원 신호 및 가공신호가 A/D변환기(30)에 입력된 경우, A/D변환기(30)는 입력된 각 신호를 디지털 신호로 변환한다. 이때, A/D변환기(30)의 분해능을 10비트라 가정하였을 경우, 속도지령의 원 신호는 10비트의 분해능을 가지며 가공신호는 12비트의 분해능을 가진다. 이는 가공신호가 4배 증폭되었기 때문이다. 따라서, 속도지령의 하위 20%범위는 12비트의 분해능을 갖는다.

상기 A/D변환기(30)에 의해 디지털 신호 변환된 원 신호 및 가공신호가 제어부(40)에 입력된 경우, 제어부(40)는 원 신호의 디지털 신호와 가공신호의 디지털 신호를 조합하여 최초 상위제어기의 속도지령(아날로그 형태)에 상응하는 디지털 신호를 만들어낸다. 즉, 제어부(40)는 속도지령의 하위 20%까지는 분해능이 향상된 가공신호의 디지털값을 사용하고, 그 나머지 범위는 A/D변환기의 자체 분해능을 갖는 원 신호의 디지털값을 사용한다. 따라서, 최초 속도지령의 하위 20%는 고 분해능을 갖게된다.

여기서, 속도지령의 분해능이 향상된 하위 20%의 디지털 신호와 A/D변환기(30)의 자체 분해능을 나머지 부분의 디지털 신호를 조합하는데 있어, 그 사이값을 웨이팅 계수를 사용하여 값을 결정한다. 즉, 분해능이 다른 두 디지털 신호의 접속구간인 소정범위, 일례로 20∼25%범위의 디지털값을 웨이팅 계수에 따라 선형적으로 분해능을 감소시킴으로써 접속구간의 분해능이 급격히 변화함을 방지한다.

이와 같이, 서보 드라이브의 동작 특성상 저속에서의 분해능이 고속에서의 분해능보다 중요하므로 서보제어시에 필요한 부분만을 고 분해능으로 읽어들임으로써 마치 전체적으로 분해능이 향상된 것과 같은 효과를 얻을 수 있다.

또한, 외부로부터 입력되는 아날로그 신호의 전(全) 전압범위를 읽어들일 수 있도록 다수의 증폭부를 설치하고 각 증폭부를 통하여 전술한 바와 같이 디지털 신호를 조합하여 하나의 신호로 복원시킴으로써 외부로부터 입력되는 아날로그 신호의 특정범위 뿐만 아니라 전 전압범위의 분해능을 향상시킬 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 별도의 고 분해능 A/D 변환기를 사용함이 없이 외부로부터 입력되는 아날로그 신호의 분해능(resolution)을 향상시킬 수 있다. 또, 저 분해능의 A/D변환기의 이용하여 외부로부터 입력되는 아날로그 신호의 필요부분만을 고(高) 분해능으로 읽어들여 고 분해능의 A/D변환기를 사용하는 것과 같은 효과를 얻을 수 있다. 또한, 외부로부터 입력되는 아날로그 신호의 전(全) 전압범위를 읽어들일 수 있도록 다수의 증폭부를 설치할 경우 외부로부터 입력되는 아날로그 신호의 특정범위 뿐만 아니라 전 전압범위의 분해능을 향상시킬 수 있다. 그 결과, A/D변환기를 사용하는 제품의 가격 상승 요인을 억제할 수 있다는 매우 뛰어난 효과가 있다.

Claims

외부로부터 입력되는 아날로그 신호의 분해능을 향상시키기 위하여 상기 아날로그 신호의 소정 범위를 각각 증폭하는 다수개의 증폭부와,

전송된 다수의 가공신호와 원래의 신호를 입력받아 디지털 신호로 변환하는 A/D변환기를 구비한 A/D변환기의 분해능 향상장치에 있어서,

상기 증폭부를 통해 증폭된 다수의 가공신호를 입력받는 다수의 채널과 상기 가공신호의 원래의 신호를 입력받는 채널을 구비하여 다수의 가공신호와 원래의 신호를 상기 A/D변환기로 전송하는 신호전송수단과,

상기 가공신호들의 디지털 신호와 원래 신호의 디지털 신호의 조합 시 그 사이값들을 웨이팅 계수(weighting factor)를 사용하여 분해능을 선형적으로 변화시켜 조합하여 소정 전압범위의 분해능이 향상된 디지털 신호를 만드는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 A/D변환기의 분해능 향상 장치.
삭제
제1항에 있어서, 상기 신호전송수단의 채널수는 외부로부터 입력되는 아날로그 신호와 그 가공신호들의 개수보다 많거나 동일한 것을 특징으로 하는 A/D변환기의 분해능 향상 장치.