KR101031890B1 - The apparatus and method for wireless ranging - Google Patents
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Abstract
본 발명은 초광대역 임펄스 신호를 이용하여 거리를 측정하는 데 있어서 고속 ADC 등 고가의 복잡한 소자를 이용하지 않더라도 무선으로 cm급의 정밀한 거리 측정이 가능하도록 하는 무선 거리 측정장치 및 그 방법에 관한 것으로, 임펄스 신호를 송신하고 수신하기까지의 시간 차를 아날로그 방식의 TDC(Time to Digital Converter)를 이용하여 계측하는 펄스 송수신모듈; 및 상기 펄스 송수신모듈에서 계측된 시간 차 및 상기 임펄스 신호의 전달속도를 이용하여 거리를 산출하는 거리산출 모듈을 포함하여, 정밀 무선 거리측정기의 복잡도, 소비전력, 가격 등을 낮출 수 있으며, 이는 초저전력으로 데이터 통신이 가능한 초광대역 임펄스 신호의 장점과 결합되어 위치인식용 RFID, 로봇이동제어, 자동차 주행제어, 지능형 센서노드 등의 다양한 분야에 응용될 수 있다.
UWB, 임펄스, 거리 측정, 수신 시점, TDC
The present invention relates to a wireless distance measuring device and a method for measuring the distance precisely in cm class wirelessly without using an expensive complex device such as a high-speed ADC in measuring the distance using an ultra-wideband impulse signal, A pulse transmitting / receiving module for measuring a time difference between transmitting and receiving an impulse signal by using an analog TDC (Time to Digital Converter); And a distance calculation module for calculating a distance by using the time difference measured by the pulse transmission / reception module and the transmission speed of the impulse signal, thereby reducing complexity, power consumption, price, etc. of a precision wireless range finder, which is seconds Combined with the advantages of ultra-wideband impulse signals capable of data communication at low power, it can be applied to various fields such as RFID, robot movement control, vehicle driving control, and intelligent sensor node.
UWB, Impulse, Distance Measurement, Receive Point, TDC
Description
본 발명은 무선 거리 측정장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고가의 복잡한 소자를 이용하지 않더라도 신호의 수신 시점을 정밀하게 계측하여 거리 측정의 오차범위를 줄일 수 있도록 하는 무선 거리 측정장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a wireless distance measuring device and a method thereof, and more particularly to a wireless distance measuring device which can precisely measure the reception point of a signal to reduce an error range of the distance measurement even without using an expensive and complicated device. It's about how.
최근 들어 무선 데이터 통신과 정밀 위치 인식기술을 융합하고, 이를 위치인식용 RFID, 로봇이동제어, 지능형 센서노드 등에 적용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.Recently, research has been actively conducted to fuse wireless data communication and precision location recognition technology and apply it to location recognition RFID, robot movement control, and intelligent sensor node.
이중 정밀 위치 인식 기술은 크게 무선랜, 블루투스(bluetooth), zigbee 등의 협대역 신호를 이용하는 방식과 나노초(10-9초)이하의 시간 폭을 갖는 임펄스 신호를 이용하는 방식으로 구분될 수 있다.The dual precision location recognition technology can be classified into a method using narrowband signals such as WLAN, Bluetooth, and zigbee, and an impulse signal having a time width of less than 10 seconds (10 -9 seconds).
그러나, 협대역 신호를 이용하는 방식의 경우 위치인식에 대한 오차범위가 1m 이상으로 정밀한 위치 인식이 어렵기 때문에 적용될 수 있는 응용범위가 제한되 는 데 반해, 임펄스 신호를 이용하는 방식의 경우 약 15cm 이내의 오차범위에서 위치 인식이 가능하며 초광대역에서 낮은 전력레벨을 갖기 때문에 타 전자기기에의 간섭이 미미한 장점을 갖는다.However, in the case of using a narrowband signal, the error range for position recognition is more than 1m, so it is difficult to precisely recognize the position. However, in the case of using the impulse signal, the application range is limited to within 15 cm. It is possible to recognize the position in the error range and has a low power level in the ultra-wide band, so the interference to other electronic devices is insignificant.
한편, 임펄스 신호를 이용하는 방식의 경우 cm급의 정밀한 거리 측정을 위해서는 수신되는 임펄스 신호에 대해 초광대역 임펄스 수신부에서 최소 1Gsps(sample per second) 이상으로 고속 샘플링을 해야 한다. On the other hand, in the case of using the impulse signal, in order to accurately measure the cm class, the ultra-wideband impulse receiver needs to perform high-speed sampling at least 1 Gsps (sample per second) for the received impulse signal.
따라서, 이를 위해 고속의 ADC(Analog to Digital Converter)를 사용하거나 여러 개의 ADC를 병렬로 연결하여 사용하고 있는데, 이러한 고속의 ADC는 비교적 가격이 높으며, 구동을 위해서는 기가헤르츠(GHz) 단위의 높은 시스템 클럭 주파수를 발생시킬 수 있어야 하므로 소비전력이 상승하는 문제점이 있다. 또한, 여러 개의 ADC를 병렬로 연결하는 경우에도 많은 비용이 소요되며 병렬 연결에 따라 회로가 복잡해지는 문제점이 발생한다.Therefore, for this purpose, a high speed ADC (Analog to Digital Converter) or multiple ADCs are connected in parallel. These high speed ADCs are relatively expensive, and high systems in gigahertz (GHz) are required for operation. Since the clock frequency must be generated, power consumption increases. In addition, connecting multiple ADCs in parallel is costly and causes a complicated circuit due to the parallel connection.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 개선하기 위한 것으로, 초광대역 임펄스 신호를 이용하여 거리를 측정하는 데 있어서 고속 ADC 등 고가의 복잡한 소자를 이용하지 않더라도 무선으로 cm급의 정밀한 거리 측정이 가능하도록 하는 새로운 무선 거리 측정장치 및 그 방법을 제안한다.Accordingly, the present invention is to improve the above-described problems, and to measure the distance by using an ultra-wideband impulse signal to enable accurate distance measurement in cm class wirelessly without using expensive complex elements such as high-speed ADCs. A new wireless distance measuring device and method thereof are proposed.
보다 구체적으로, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 거리 측정장치는 임펄스 신호를 송신하고 수신하기까지의 시간 차를 아날로그 방식의 TDC(Time to Digital Converter)를 이용하여 계측하는 펄스 송수신모듈; 및 상기 펄스 송수신모듈에서 계측된 시간 차 및 상기 임펄스 신호의 전달속도를 이용하여 거리를 산출하는 거리산출 모듈을 포함하여, 정밀 무선 거리측정기의 복잡도, 소비전력, 가격 등을 낮출 수 있으며, 이는 초저전력으로 데이터 통신이 가능한 초광대역 임펄스 신호의 장점과 결합되어 위치인식용 RFID, 로봇이동제어, 자동차 주행제어, 지능형 센서노드 등의 다양한 분야에 응용될 수 있다.More specifically, the wireless distance measuring apparatus according to an embodiment of the present invention includes a pulse transmission and reception module for measuring the time difference between transmitting and receiving an impulse signal using an analog time to digital converter (TDC); And a distance calculation module for calculating a distance by using the time difference measured by the pulse transmission / reception module and the transmission speed of the impulse signal, thereby reducing complexity, power consumption, price, etc. of a precision wireless range finder, which is seconds Combined with the advantages of ultra-wideband impulse signals capable of data communication at low power, it can be applied to various fields such as RFID, robot movement control, vehicle driving control, and intelligent sensor node.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 거리측정 방법은 임펄스 신호를 생성하여 송신하는 제 1 단계; 상기 임펄스 신호에 대응하여 수신된 임펄스 신호에 대해 아날로그 방식의 TDC(Time to Digital Converter)를 이용하여 수신을 감지한 시점과 실제 수신된 시점간 시간 차를 계측하는 제 2 단계; 및 계측된 상기 시간 차를 이용하여 반사물 또는 임의의 지점에 대한 거리를 산출하는 제 3 단계를 포함하여, 종래에 비해 간단하면서도 정밀하게 거리를 측정할 수 있도록 한다.In addition, the wireless distance measuring method according to an embodiment of the present invention comprises a first step of generating and transmitting an impulse signal; A second step of measuring a time difference between a point in time at which reception is received and an actually received point in time using an analog TDC (Time to Digital Converter) for the impulse signal received in response to the impulse signal; And a third step of calculating a distance to a reflector or an arbitrary point using the measured time difference, so that the distance can be measured more simply and precisely than in the related art.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 실시예를 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1 은 본 발명에 따른 무선 거리 측정방식이 간략하게 도시된 도이다.1 is a diagram schematically illustrating a wireless distance measuring method according to the present invention.
본 발명에 따른 무선 거리 측정장치에서 활용되는 측정 방식은 크게 두 가지로 나눌 수 있는데, 도 1(a)에 도시된 바와 같이, 하나의 무선 거리 측정장치(10)에서 t1 시각에 초광대역 임펄스 신호를 생성 및 송신하고 송신된 펄스가 사람, 사물 등으로부터 반사하여 되돌아오면, 되돌아온 펄스 신호를 수신한다. 따라서 되돌아온 펄스 신호가 수신된 t2 시각까지의 시간 차를 산출한 후 거리로 환산할 수 있다. 또한, 도 1(b)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 거리 측정장치가 다수 구비되어, 제 1 무선 거리 측정장치(10a)에서 t1 시각에 임펄스를 생성 및 송신하면, 상기 제 1 무선 거리 측정장치(10a)와 이격되어 있는 제 2 무선 거리 측정장치(10b)에서 t2 시각에 이를 수신하고 다시 응답 펄스를 생성하여 t3 시각에 송신한다. 제 1 무선 거리 측정장치에서 t4 시각에 응답 펄스를 수신하면 임펄스를 송신한 시점부터 응답 펄스를 수신한 시점까지의 시간 차인 (t2-t1)+(t4-t3)를 산출하고 이를 거리(distance)로 환산할 수 있다.The measurement method utilized in the wireless distance measuring apparatus according to the present invention can be largely divided into two types, as shown in FIG. 1 (a), an ultra-wideband impulse signal at time t1 in one wireless
따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 거리 측정장치는 초광대역 임펄스 신호를 생성 및 송수신하고, 송수신되는 동안의 시간 간격을 측정하는 펄스 송수신모듈과, 측정된 시간 간격을 환산하여 사람, 사물 등의 반사체 또는 제 2 무선 거리 측정장치와의 이격 거리를 산출하는 거리산출 모듈을 포함한다.Accordingly, a wireless distance measuring apparatus according to an embodiment of the present invention generates and transmits an ultra-wideband impulse signal, and transmits and receives a pulse transceiving module for measuring a time interval during transmission and reception, and converts the measured time interval into a person, an object, and the like. And a distance calculating module for calculating a distance from the reflector or the second wireless distance measuring device.
본 발명의 일실시예에 따른 무선 거리 측정장치에 있어서, 펄스 송수신모듈에서 수행되는 수신펄스의 시간간격 측정은 다음과 같은 개념으로 이루어질 수 있 다. 도 2 는 본 발명에 따른 무선 거리 측정장치에 있어서, 수신 펄스의 시간 측정 개념이 도시된 도이다.In the wireless distance measuring apparatus according to an embodiment of the present invention, the time interval measurement of the reception pulse performed in the pulse transmission / reception module may be made with the following concept. 2 is a diagram illustrating a time measurement concept of a reception pulse in the wireless distance measuring apparatus according to the present invention.
본 발명의 일실시예에 따른 무선 거리 측정장치에 있어서, 펄스 송수신모듈은 기준 클럭으로서 일정 주기를 갖는 시스템 클럭(CLK)을 갖는다. 송신펄스는 시스템 클럭의 상승 에지 시각(t1)에 동기되어 생성 및 송신된다. 펄스가 수신되는 경우에도 시스템 클럭의 상승에지 시점에서 수신 신호를 인식하므로 펄스가 수신되고난 다음의 시스템 클럭의 상승 에지 시각(t2)에서 대략적인 수신 시간을 인식하고, 상승 에지 시각과 실제 펄스의 수신 시각 간 시간 차(w_d)를 측정하여 수신 펄스의 수신 시점을 산출한다. 즉, 송신펄스와 수신펄스의 시간 간격은 (t2-w_d)-t1이 되며, 거리산출 모듈에서는 측정된 시간 간격 데이터 및 임펄스 신호의 전달속도를 이용하여 반사체 또는 다른 무선 거리 측정장치와의 이격 거리를 산출할 수 있다.In the wireless distance measuring apparatus according to an embodiment of the present invention, the pulse transmission / reception module has a system clock CLK having a predetermined period as a reference clock. The transmission pulse is generated and transmitted in synchronization with the rising edge time t1 of the system clock. Even when a pulse is received, the received signal is recognized at the time of the rising edge of the system clock. Thus, the approximate reception time is recognized at the rising edge time t2 of the system clock after the pulse is received. The time difference between reception times (w_d) is measured to calculate the reception time of the reception pulse. That is, the time interval between the transmission pulse and the reception pulse is (t2-w_d) -t1, and the distance calculation module uses the measured time interval data and the propagation speed of the impulse signal to separate the distance from the reflector or another wireless distance measuring device. Can be calculated.
따라서, 실제 펄스의 수신시간과 수신 이후 시스템 클럭의 첫번째 상승 에지간의 시간 차이(w_d)를 정밀하게 측정할수록 정밀한 거리측정이 가능하며, 본 발명에 따른 무선 거리 측정장치 및 그 방법은 이러한 시간 차이를 정밀하게 측정할 수 있도록 제안된 것으로 이를 위한 펄스 송수신모듈은 다음과 같이 구성된다.Therefore, the more precisely measuring the time difference (w_d) between the actual receiving time of the pulse and the first rising edge of the system clock after the reception, the more precise the distance can be measured. It is proposed to measure precisely, and the pulse transceiving module for this is composed as follows.
이때, 시스템 클럭의 동기는 상승에지 또는 하강에지 시각을 기준으로 맞출 수 있는데, 본 명세서에서는 상승에지 시각을 기준으로 동작하는 것을 예로 하여 설명하나 이에 한정되지 않으며 하강에지 시각을 기준으로 동작하도록 변용될수 있음은 물론이다.In this case, the synchronization of the system clock may be adjusted based on the rising edge or falling edge time, but in the present specification, the operation is based on the rising edge time as an example, but the present disclosure is not limited thereto and may be modified to operate based on the falling edge time. Of course.
도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 거리 측정장치에 있어서, 펄스 송수신모듈의 회로 구성이 도시된 블록도이다.3 is a block diagram illustrating a circuit configuration of a pulse transmitting and receiving module in a wireless distance measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일실시예에 따른 무선 거리 측정장치에 있어서, 펄스 송수신모듈은, 도 3 에 도시된 바와 같이, 트리거 회로(50), 플립플롭(52), 펄스폭 생성기(54), 아날로그 TDC 회로(56) 및 타이머 회로(58)를 포함하여 구성될 수 있다.In the wireless distance measuring apparatus according to an embodiment of the present invention, the pulse transmission and reception module, as shown in Figure 3, the trigger circuit 50, flip-flop 52,
트리거 회로(50)는 수신된 임펄스 신호(s_A)의 전압 크기가 일정 값 이상이 되면 트리거링(triggering)되어 high 신호를 출력하며, 비 선형소자로서 쇼트키 다이오드(schottky diode)와 같은 고속 스위칭(switching)이 가능한 소자를 사용하는 것이 바람직하다.The trigger circuit 50 is triggered when the voltage level of the received impulse signal s_A is greater than or equal to a predetermined value, and outputs a high signal. As a non-linear device, high-speed switching such as a schottky diode is performed. It is preferable to use a device capable of).
트리거 회로(50)의 출력신호(s_B)는 시스템 클럭(s_C)과 함께 플립플롭(flip-flop; 52)으로 입력되는데, 플립플롭(52)은 입력된 시스템 클럭(s_C)의 상승에지 시각에서 트리거 회로(50)의 출력 신호가 유지되도록 한다.The output signal s_B of the trigger circuit 50 is input to the flip-flop 52 together with the system clock s_C. The flip-flop 52 is at the rising edge of the input system clock s_C. The output signal of the trigger circuit 50 is maintained.
펄스폭 생성기(54)는 트리거 회로(50)의 출력신호(s_B)와 플립플롭(52)의 출력신호(s_D)를 입력으로 하며, 입력된 두 신호로부터 실제 수신시점과 시스템 클럭의 상승에지 시각 간의 시간 차가 펄스 폭으로 나타날 수 있도록 한다. 즉, 트리거 회로(50)의 출력신호(s_B)가 일정 크기의 전압 이상이 되는 시점부터 플립플롭(52)의 출력신호(s_D)가 high가 되는 시점까지 high 신호를 출력하여, 출력신호의 펄스 폭이 시간 차가 되도록 하며 이에 대한 보다 상세한 설명은 후술하는 도 4에서 설명한다.The
아날로그 TDC회로(56)는 펄스폭 생성기(54)와 연결되어 펄스폭 생성기(54)로 부터 출력된 출력신호(s_E)를 입력신호로 하는데, 실제 수신시점과 시스템 클럭의 상승에지 시각간의 시간 차가 high 신호로 출력되는 제 1 출력신호(s_E)와, 제 1 출력신호를 반전시켜 출력하는 제 2 출력신호()가 아날로그 TDC 회로(56)로 입력될 수 있다. 아날로그 TDC 회로(56)는 상기 제 1 출력신호(s_E)와 제 2 출력신호()를 일정 배수로 증폭시키고 시스템 클럭(s_C)을 이용하여 카운트 함으로써 펄스 폭에 해당하는 시간을 계측할 수 있다.The analog TDC circuit 56 is connected to the
타이머 회로(58)는 아날로그 TDC 회로(56)에서 계측된 시간 값(s_F)과 플립플롭(52)의 출력신호(s_D), 및 시스템 클럭(s_C)을 입력신호로 하여 임펄스 신호를 송신한 때부터 수신된 때까지의 시간(D)을 산출할 수 있다.The timer circuit 58 transmits an impulse signal using the time value s_F measured by the analog TDC circuit 56, the output signal s_D of the flip-flop 52, and the system clock s_C as input signals. Can be calculated from the time until the received (D).
상술한 바와 같이 구성 및 동작하는 본 발명의 일실시예에 따른 펄스 송수신 모듈의 각 부에 대한 신호의 파형은 다음과 같다. 도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 거리 측정장치에 있어서, 펄스 송수신모듈 각 부에서의 파형이 도시된 도이다.The waveform of the signal for each part of the pulse transmission / reception module according to the embodiment of the present invention configured and operated as described above is as follows. FIG. 4 is a diagram illustrating waveforms in respective parts of a pulse transmitting and receiving module in a wireless distance measuring apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이, 수신된 임펄스 신호(s_A)의 크기가 제 1 기준전압(TH_tr) 이상이 되면, 트리거 회로가 active 상태가 되면서 논리상 "high" 신호를 출력하게 된다. 이때, 예를 들어 0V를 "low", 5V를 "high"로 가정하고 high 신호를 출력하는 경우 실제 출력신호(s_B)는 0V에서 5V까지 상승하는 데 약간의 시간이 걸리며 정확하게 5V가 출력되지는 않으므로 논리상 "high"로 판정하는 기준전압을 설정하게 된다. 따라서, 트리거 회로가 트리거링되면서 출력신호의 전압이 급상 승하다가 논리상 "high"로 판정하는 제 2 기준전압(TH_h) 이상이 되는 제 1 시점(t_B)을 갖게 된다. As shown in FIG. 4, when the magnitude of the received impulse signal s_A becomes equal to or greater than the first reference voltage TH_tr, the trigger circuit becomes active and outputs a logic "high" signal. At this time, for example, when 0V is set to "low" and 5V is set to "high", and the high signal is output, the actual output signal s_B takes some time to rise from 0V to 5V, and 5V is not output correctly. Therefore, the reference voltage that is determined to be "high" in logic is set. Therefore, the trigger circuit is triggered to have a first time point t_B at which the voltage of the output signal rises rapidly and becomes equal to or greater than the second reference voltage TH_h that is logically determined to be "high".
플립플롭에서는 트리거 회로의 출력신호(s_B)가 high 신호를 유지하는 상태에서 시스템 클럭 신호(s_C)가 상승에지를 이루면 제 2 시점(t_D)에서 논리상 high 신호를 출력(s_D)하고 유지된다.In the flip-flop, when the system clock signal s_C reaches the rising edge while the output signal s_B of the trigger circuit maintains the high signal, the logic high signal is output and maintained at the second time point t_D.
이때 펄스폭 생성기로는 트리거 회로의 출력신호(s_B)와 플립플롭의 출력신호(s_D)가 함께 입력되는데, 트리거 회로의 출력신호(s_B)가 "high"로 판정되는 제 1 시점(t_B)에 동기하여 high 신호를 출력(s_E)하고, 플립플롭의 출력신호(s_D)가 high 가 되는 제 2 시점(t_D)에서 low 신호를 출력(s_E)하게 된다. 따라서, 제 1 시점(t_B)에서부터 제 2 시점(t_D)까지의 시간 동안만 high 신호를 출력하게 되며, 트리거 회로로부터 high 신호가 출력된 때가 실제 임펄스 신호가 수신된 때인 것으로 판단한다면, high 신호가 출력되는 펄스 폭은 상술한 도 2에서 구하고자 하는 수신된 것으로 감지된 시점과 실제 수신된 시점간 시간 차(w_d)와 동일하게 된다.At this time, the output signal s_B of the trigger circuit and the output signal s_D of the flip-flop are input together to the pulse width generator, and at the first time point t_B at which the output signal s_B of the trigger circuit is determined to be "high". In synchronization, the high signal is output (s_E), and the low signal is output (s_E) at the second time point t_D at which the output signal s_D of the flip-flop becomes high. Therefore, the high signal is output only during the time from the first time point t_B to the second time point t_D, and if it is determined that the time when the high signal is output from the trigger circuit is when the actual impulse signal is received, the high signal The output pulse width is equal to the time difference w_d between the time when it is detected that the received signal is to be obtained and the actual time when it is obtained.
아날로그 TDC(Time to Digital Converter) 회로는 상술한 바와 같은 과정에 의해 펄스폭 생성기로부터 출력된 출력신호(s_E)의 펄스폭을 시간 단위로 계측할 수 있다.The analog TDC (Time to Digital Converter) circuit may measure the pulse width of the output signal s_E output from the pulse width generator by the unit of time as described above.
일반적으로 TDC는 크게 디지털 방식과 아날로그 방식으로 나뉠 수 있는데, 종래 기술에 따른 무선 거리 측정장치에서 적용되던 디지털 방식의 TDC는 시간 분해능이 우수한 고정밀, 고속의 클럭을 필요로 하기 때문에 시스템이 복잡해지며 소모전력이 높은 단점이 있다. 따라서 본 발명에 따른 무선 거리 측정장치에서는 종 래에 비해 상대적으로 낮은 시스템 클럭이 입력되는 아날로그 방식의 TDC 회로를 적용하며, 이에 대한 구체적인 예는 도 5와 함께 후술하여 설명한다.In general, TDC can be divided into digital and analog methods. Digital TDC used in the wireless distance measuring device according to the prior art requires a high-precision, high-speed clock with high time resolution. The disadvantage is high power. Therefore, in the wireless distance measuring apparatus according to the present invention, an analog TDC circuit having a relatively low system clock input is applied. A specific example thereof will be described later with reference to FIG. 5.
한편, 타이머 회로는 시스템 클럭(s_C) 및 TDC 회로의 출력(s_F)을 이용하여 임펄스 신호의 송수신 시간차를 산출할 수 있는데, 임펄스 신호는 시스템 클럭의 상승에지에 동기하여 생성 및 송신되므로 송신 시점에서의 시스템 클럭수와, 수신 시점에서의 시스템 클럭수 및 TDC 회로의 출력 값을 산술적으로 계산하면 송수신 시간 차를 도출할 수 있다.On the other hand, the timer circuit can calculate the transmission and reception time difference of the impulse signal using the system clock (s_C) and the output (s_F) of the TDC circuit, the impulse signal is generated and transmitted in synchronization with the rising edge of the system clock, so The arithmetic calculation of the number of system clocks, the number of system clocks at the time of reception, and the output value of the TDC circuit can be used to derive the transmission / reception time difference.
또한, 도출된 시간 차 데이터는 거리산출 모듈로 전달되어 반사체 또는 또 다른 무선 거리 측정장치까지의 이격 거리가 산출될 수 있으며, 보다 정밀한 분해능으로 시간차를 측정함으로써 실제 거리에 대한 오차범위를 크게 줄일 수 있다.In addition, the derived time difference data can be transferred to a distance calculation module to calculate a separation distance to a reflector or another wireless distance measuring device, and by measuring the time difference with more precise resolution, the error range with respect to the actual distance can be greatly reduced. have.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 거리 측정장치에 있어서, 펄스폭 생성기의 출력신호를 정밀한 시간 분해능으로 측정할 수 있도록 하는 TDC 회로는 다음과 같이 구성될 수 있다. On the other hand, in the wireless distance measuring apparatus according to an embodiment of the present invention, the TDC circuit for measuring the output signal of the pulse width generator with a precise time resolution may be configured as follows.
도 5 는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 거리 측정장치에 있어서, 아날로그 방식 TDC 회로가 도시된 예시 도이다.5 is an exemplary diagram showing an analog type TDC circuit in the wireless distance measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 5 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 아날로그 방식의 TDC 회로는 다수의 전류원(I1, I2) 및 커패시터(C1, C2)를 포함하여 이루어져 입력된 신호를 일정 배수로 증폭시키고 시스템 클럭(s_C)과 비교함으로써 펄스 폭에 해당하는 시간을 측정할 수 있다.As shown in FIG. 5, an analog TDC circuit according to an embodiment of the present invention includes a plurality of current sources I1 and I2 and capacitors C1 and C2 to amplify an input signal by a predetermined multiple. By comparing the clock s_C, the time corresponding to the pulse width can be measured.
보다 상세하게 설명하면, 펄스폭 생성기로부터 출력되는 두 개의 출력신 호(s_E, )는 각각 TDC 회로를 구성하는 트랜지스터의 게이트 신호로 입력된다. 이때, 에미터 단에 각각 연결된 전류원(I1, I2)과 콜렉터 단에 각각 연결된 커패시터(C1, C2)에 의해 증폭될 수 있으며, 증폭 배수는 트랜지스터에 연결된 두 커패시터(C1, C2)의 용량비(M)와 두 전류원(I1, I2)의 전류비(N)의 곱에 해당하는 배수가 될 수 있다. 또한, 증폭된 입력신호는 시간을 두고 방전하게 되는데, 방전하는 동안 비교기는 일정한 신호를 발생시키며, AND 게이트로 비교기의 출력신호와 시스템 클럭(s_C)이 입력된다. 또한, 신호의 방전이 끝날 때까지 AND 게이트의 출력신호에 대해 카운터를 작동시킨다.More specifically, the two output signals (s_E, outputted from the pulse width generator) Are input to the gate signals of the transistors constituting the TDC circuit. In this case, amplification may be amplified by current sources I1 and I2 connected to the emitter stage and capacitors C1 and C2 respectively connected to the collector stage, and the amplification factor is the capacity ratio M of the two capacitors C1 and C2 connected to the transistor. ) May be a multiple corresponding to the product of the current ratio N of the two current sources I1 and I2. In addition, the amplified input signal is discharged over time. During the discharge, the comparator generates a constant signal, and the output signal of the comparator and the system clock s_C are input to the AND gate. The counter is also operated on the output signal of the AND gate until the discharge of the signal is completed.
즉, 입력된 신호의 펄스 폭은 시스템 클럭의 상승에지와 실제 펄스가 수신된 시점간 시간차에 해당하며, 이 펄스는 전류비(N) 및 커패시터 용량비(M)에 의해 MxN배로 확대되어 결과적으로 시스템 클럭(s_C)주기의 1/(MxN) 배로 정밀한 시간 측정이 가능하다. That is, the pulse width of the input signal corresponds to the time difference between the rising edge of the system clock and the point in time at which the actual pulse is received, and this pulse is expanded by MxN times by the current ratio (N) and the capacitor capacity ratio (M), resulting in the system. Accurate time measurement is possible by 1 / (MxN) times the clock (s_C) period.
따라서, 송수신 펄스 간 시간간격 역시, 시스템 클럭 주기의 1/(MxN) 배의 분해능으로 측정이 가능하다. 즉, 예를 들어 시스템 클럭이 10MHz이고 전류비와 용량비의 곱이 100이면 시스템 클럭 주기인 100nsec의 1/100배인 1nsec 해상도로 시간 측정이 가능하므로 기가헤르츠 대의 높은 시스템 클럭이 아니라 낮은 시스템 클럭을 생성하더라도 나노 스케일의 해상도로 정밀하게 시간을 측정할 수 있어, 거리 측정장치의 소비전력 뿐만 아니라 복잡도 및 가격을 낮출 수 있다. 또한, 광대역에서 낮은 전력으로 데이터 통신이 가능한 초광대역 임펄스 신호의 장점과 결합되어 마이크로파를 이용한 정밀 거리 측정기, 위치인식용 RFID, 로봇이동제어, 자동차 주행제어, 지능형 센서노드, 물류 위치 관리 등 여러 응용분야에서 적용될 수 있을 것이다.Therefore, the time interval between transmit and receive pulses can also be measured with a resolution of 1 / (MxN) times the system clock period. That is, for example, if the system clock is 10 MHz and the product of the current ratio and the capacity ratio is 100, the time can be measured at a resolution of 1 nsec, which is 1/100 of 100 nsec of the system clock period. Thus, even if a low system clock is generated instead of a high system clock of gigahertz, The precise time measurement with nano-scale resolution can reduce the complexity and cost as well as the power consumption of the rangefinder. In addition, it combines the advantages of ultra-wideband impulse signal that enables data communication at broadband power and low power, and is suitable for many applications such as precision range finder using microwave, RFID for location recognition, robot movement control, vehicle driving control, intelligent sensor node, and logistics location management. Applicable in the field
이상과 같이 본 발명에 따른 무선 거리 측정장치 및 그 방법을 예시된 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 아날로그 TDC 회로를 이용하여 펄스의 송수신 시간 차를 정밀하게 측정함으로써 측정장치의 소비전력이나 가격을 낮출 수 있도록 하는 본 발명의 기술사상은 보호되는 범위 이내에서 당업자에 의해 용이하게 응용될 수 있음은 자명하다.As described above, the wireless distance measuring apparatus and method thereof according to the present invention have been described with reference to the illustrated drawings, but by using an analog TDC circuit to accurately measure the time difference between transmitting and receiving pulses, power consumption and cost of the measuring apparatus can be lowered. It is apparent that the technical idea of the present invention can be easily applied by those skilled in the art within the scope of protection.
도 1 은 본 발명에 따른 무선 거리 측정방식이 간략하게 도시된 도,1 is a simplified view showing a wireless distance measuring method according to the present invention,
도 2 는 본 발명에 따른 무선 거리 측정장치에 있어서, 수신 펄스의 시간 측정 개념이 도시된 도,2 is a view illustrating a time measurement concept of a reception pulse in the wireless distance measuring apparatus according to the present invention;
도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 거리 측정장치에 있어서, 펄스 송수신모듈의 회로 구성이 도시된 블록도,3 is a block diagram showing a circuit configuration of a pulse transmitting and receiving module in a wireless distance measuring apparatus according to an embodiment of the present invention;
도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 거리 측정장치에 있어서, 펄스 송수신모듈 각 부에서의 파형이 도시된 도, 및4 is a view illustrating a waveform in each part of a pulse transmission / reception module in a wireless distance measuring apparatus according to an embodiment of the present invention; and
도 5 는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 거리 측정장치에 있어서, 아날로그 방식 TDC 회로가 도시된 예시 도이다.5 is an exemplary diagram showing an analog type TDC circuit in the wireless distance measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10, 10a, 10b: 무선 거리 측정장치 50: 트리거 회로10, 10a, 10b: wireless distance measuring device 50: trigger circuit
52: 플립플롭 54: 펄스폭 생성기52: flip-flop 54: pulse width generator
56: 아날로그 TDC 회로 58: 타이머 회로56: analog TDC circuit 58: timer circuit
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Families Citing this family (4)
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KR101269556B1 (en) * | 2011-09-06 | 2013-06-04 | 연세대학교 산학협력단 | Distance detecting radar using time-digital convertor |
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KR101404085B1 (en) * | 2013-12-16 | 2014-06-11 | 연세대학교 산학협력단 | Wireless communicatino device, apparatus and method for measuring distance employing the same |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008076390A (en) | 2006-09-15 | 2008-04-03 | Triple-In Holding Ag | Distance imaging |
KR20090121609A (en) * | 2008-05-22 | 2009-11-26 | 엘에스전선 주식회사 | Multi channel laser range finder |
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Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008076390A (en) | 2006-09-15 | 2008-04-03 | Triple-In Holding Ag | Distance imaging |
KR20090121609A (en) * | 2008-05-22 | 2009-11-26 | 엘에스전선 주식회사 | Multi channel laser range finder |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9971312B1 (en) | 2017-07-07 | 2018-05-15 | Qualcomm Incorporated | Pulse to digital converter |
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