KR101298289B1 - 자이로센서 구동회로, 자이로센서 시스템 및 자이로센서 구동방법 - Google Patents

자이로센서 구동회로, 자이로센서 시스템 및 자이로센서 구동방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자이로센서 구동회로, 자이로센서 시스템 및 자이로센서 구동방법에 관한 것이다. 본 발명의 하나의 실시예에 따라, 진동형 자이로센서의 전하출력을 받아 전압신호로 변환하는 전하전압변환부; 전하전압변환부로부터 신호를 받아 위상을 변환하는 위상변환부; 위상변환부의 출력신호를 받아 펄스파로 출력하는 펄스생성부; 펄스생성부에서 출력되는 펄스파를 구동신호로 인가시키기 위해 특정 전압레벨을 기준으로 하는 펄스신호로 변환하는 펄스변환부; 및 펄스변환부가 특정 전압레벨을 기준으로 하는 펄스신호를 생성하도록 제어하는 제어부; 를 포함하여 이루어지는 자이로센서 구동회로가 제안된다. 또한, 그를 포함하는 자이로센서 시스템 및 자이로센서 구동방법이 제안된다.

Description

자이로센서 구동회로, 자이로센서 시스템 및 자이로센서 구동방법{DRIVING CIRCUIT, SYSTEM AND DRIVING METHOD FOR GYRO SENSOR}
본 발명은 자이로센서 구동회로, 자이로센서 시스템 및 자이로센서 구동방법에 관한 것이다. 구체적으로는 진동형 자이로센서를 구동시키기 위한 자이로센서 구동회로, 그 자이로센서 구동회로를 포함하는 자이로센서 시스템 및 자이로센서 구동방법에 관한 것이다.
자이로 센서는 각속도를 검출하는 센서로서, 항공기 및 로켓, 로봇 등의 자세 제어 및 카메라, 쌍안경 등의 손 떨림 보정, 자동차 미끄럼 및 회전 방지 시스템, 내비게이션 등에 많이 쓰이고 있으며, 최근에는 스마트 폰에도 장착되어 활용도가 매우 크다.
자이로 센서는 여러 가지 타입이 있는데, 회전형, 진동형, 유체식, 광학식 등이 있으며, 모바일 제품으로는 진동형이 현재 많이 쓰이고 있다. 진동형 센서는 크게 두 가지 타입으로 나눌 수 있는데, 하나는 압전 방식과 정전 용량 방식으로 나눌 수 있다. 현재 사용되는 진동형 센서로는 정전용량 방식의 컴(Comb)구조가 대부분을 차지하며, 압전 방식도 일부분 활용되는 추세이다.
압전 방식의 자이로 센서는 보통 코리올리의 힘에 의해 각속도 크기를 탐지하게 되는데, 매스(Mass)의 공진 주파수 크기로 진동시켜야 큰 신호 크기를 가질 수 있기 때문에 구동회로가 매우 중요하다.
종래의 구동 방식은 진동형 센서의 전하를 전압으로 변환하는 차지 앰프(Charge Amp)의 신호를 받아 위상 쉬프터에서 90도 위상을 바꾸게 되고, 이 신호를 증폭하여 다시 진동형 센서에 전압을 인가하는 방식이다. 통상, 최종단에서 신호를 증폭시켜 사인파 형태로 인가하는 방식과 펄스로 인가하는 방식이 있다. 물론 펄스로 인가하더라도 진동형 센서의 출력은 사인파 형태로 나타나게 된다.
통상 센서 출력은 구동신호 부분과 자이로신호 부분이 합쳐져서 출력되게 되는데, 구동신호 부분이 매우 크게 되면, 센서가 망가지거나, 신호가 포화되어 제대로 된 센서신호를 검출할 수 없다. 그러므로 신호가 포화되지 않도록 구동신호 레벨을 조절할 필요가 있다. 본 발명에서는 구동 신호의 크기를 조절 가능하게 함으로써, 적절한 신호 레벨의 센서 신호 출력을 발생할 수 있게 하고자 한다. 즉, 구동신호의 신호 크기를 조절함으로써, 센서신호의 이득을 조절할 수 있도록 하고자 한다.
전술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제1 실시예에 따라, 진동형 자이로센서의 전하출력을 받아 전압신호로 변환하는 전하전압변환부; 전하전압변환부로부터 신호를 받아 위상을 변환하는 위상변환부; 위상변환부의 출력신호를 받아 펄스파로 출력하는 펄스생성부; 펄스생성부에서 출력되는 펄스파를 구동신호로 인가시키기 위해 특정 전압레벨을 기준으로 하는 펄스신호로 변환하는 펄스변환부; 및 펄스변환부가 특정 전압레벨을 기준으로 하는 펄스신호를 생성하도록 제어하는 제어부; 를 포함하여 이루어지는 자이로센서 구동회로가 제안된다.
본 발명의 또 하나의 실시예에 따르면, 펄스변환부는: 특정 전압을 전압레벨에 따라 분배하는 전압분배기; 및 펄스생성부에서 출력되는 펄스파에 의해 스위칭되어 전압분배기에 의해 분배된 전압레벨로부터 제어부의 제어에 따른 특정 전압레벨을 기준으로 하는 펄스신호를 생성하는 특정 전위펄스 발생회로; 를 포함하고 있다.
또한, 하나의 실시예에 따르면, 특정 전위펄스 발생회로는: 각각 전압분배기에서 분배된 전압레벨들 중의 2개를 고전압전원과 저전압전원으로 하여 펄스생성부에서 출력되는 펄스파에 의해 스위칭되어 특정 전압레벨을 갖는 펄스신호로 출력시키는 다수의 제1 스위칭소자; 제1 스위칭소자를 통해 출력되는 펄스신호들을 각각 입력받되 제어부의 제어에 따른 특정 전압레벨을 기준으로 하는 펄스신호만을 출력하도록 제어되는 다수의 제2 스위칭소자; 및 제1 스위칭소자에서의 스위칭에 따라 발생되는 펄스 피크를 제거하기 위한 커패시터; 를 포함하고 있다.
또한, 본 발명의 하나의 실시예에 따르면, 펄스변환부에서 변환 생성된 펄스신호의 펄스 파형을 유지시켜 구동신호로 인가하는 버퍼부를 더 포함한다.
본 발명의 또 하나의 실시예에 따르면, 진동형 자이로센서는 압전방식 또는 정전용량식 센서일 수 있다.
다음으로, 전술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제2 실시예에 따라, 구동신호를 입력받아 대상물의 운동에 따른 센서신호를 출력하는 진동형 자이로센서; 자이로센서의 출력을 받아 전압신호로 변환하여 출력하고 구동신호를 생성하여 자이로센서로 인가하는 전술한 실시예들 중의 어느 하나에 따른 자이로센서 구동회로; 자이로센서 구동회로로부터 출력되는 전압신호를 받아 센서신호에 포함된 구동신호를 제거하여 센서신호에 포함된 자이로신호를 분리하는 아날로그신호처리부; 자이로신호를 분리하기 위한 복조신호를 아날로그신호처리부로 인가하는 복조신호인가부; 아날로그신호처리부에서 처리된 자이로신호를 디지털신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환부; 및 변환된 디지털신호를 처리하여 출력시키는 디지털신호처리부; 를 포함하는 자이로센서 시스템이 제안된다.
본 발명의 또 하나의 실시예에 따르면, 진동형 자이로센서는 압전방식 또는 정전용량식 센서일 수 있다.
또한, 전술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제3의 실시예에 따라, 진동형 자이로센서의 전하출력을 받아 전압신호로 변환하는 전하전압변환단계; 변환된 전압신호를 받아 위상을 변환하는 위상변환단계; 위상변환된 신호를 입력받아 펄스파로 출력하는 펄스파생성단계; 출력되는 펄스파를 구동신호로 인가시키기 위해 제어에 따른 특정 전압레벨을 기준으로 하는 펄스 구동신호로 변환시켜 생성하는 구동신호생성단계; 및 펄스 구동신호를 자이로센서로 인가하는 구동신호인가단계; 를 포함하여 이루어지는 자이로센서 구동방법이 제안된다.
본 발명의 또 하나의 실시예에 따르면, 구동신호생성단계에서는 특정 전압을 전압레벨에 따라 분배하고, 펄스파생성단계에서 출력되는 펄스파에 의해 스위칭되어 분배된 전압레벨로부터 제어에 따른 특정 전압레벨을 기준으로 하는 펄스 구동신호를 생성할 수 있다.
또한, 본 발명의 하나의 실시예에 따르면, 구동신호인가단계는 생성된 펄스 구동신호의 펄스 파형을 유지시켜 구동신호로 인가할 수 있다.
본 방법 발명의 또 하나의 실시예에 따르면, 진동형 자이로센서는 압전방식 또는 정전용량식 센서일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라, 구동신호 레벨을 조절하여, 센서의 파괴 또는/및 이득을 조절할 수 있도록 설계되어, 신호 처리 능력을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따라 직접적으로 언급되지 않은 다양한 효과들이 본 발명의 실시예들에 따른 다양한 구성들로부터 당해 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자에 의해 도출될 수 있음은 자명하다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 자이로센서 구동회로를 개략적으로 나타낸 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 자이로센서 구동회로를 포함하는 자이로센서 시스템을 개략적으로 나타내는 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 자이로센서 구동회로의 펄스변환부를 나타내는 회로도이다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 자이로센서 구동회로의 각 블럭에 대한 출력신호를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 자이로센서 구동방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
전술한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다. 본 설명에 있어서, 동일부호는 동일한 구성을 의미하고, 중복되거나 발명의 의미를 한정적으로 해석되게 할 수 있는 부가적인 설명은 생략될 수 있다.
구체적인 설명에 앞서, 본 명세서에서 하나의 구성요소가 다른 구성요소와 '직접 연결' 또는 '직접 결합' 등으로 언급되지 않는 이상, 단순히 '연결' 또는 '결합' 등으로 언급된 경우에는 '직접적으로' 연결 또는 결합될 수 있고, 나아가 그들 사이에 또 다른 구성요소가 삽입되어 연결 또는 결합되는 형태로도 존재할 수 있다.
본 명세서에 비록 단수적 표현이 기재되어 있을지라도, 발명의 개념에 반하지 않고 해석상 모순되거나 명백하게 다르게 해석되지 않는 이상 복수의 구성 전체를 대표하는 개념으로 사용될 수 있음에 유의하여야 한다.
본 명세서에서 '포함하는', '갖는', '구비하는', '포함하여 이루어지는' 등의 기재는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 구성요소 또는 그들의 조합의 존재 또는 부가 가능성이 있는 것으로 이해되어야 한다.
우선, 본 발명의 제1 실시예에 따른 자이로센서 구동회로를 도면을 참조하여 구체적으로 살펴본다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 자이로센서 구동회로를 개략적으로 나타낸 블럭도이고, 도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 자이로센서 구동회로를 포함하는 자이로센서 시스템을 개략적으로 나타내는 블럭도이고, 도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 자이로센서 구동회로의 펄스변환부를 나타내는 회로도이고, 도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 자이로센서 구동회로의 각 블럭에 대한 출력신호를 나타내는 도면이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 자이로센서 구동회로는 전하전압변환부(110), 위상변환부(120), 펄스생성부(130), 펄스변환부(140) 및 제어부(170)를 포함하고 있다. 또한, 도 2를 참조하면, 하나의 실시예에 따라 버퍼부(150)를 더 포함할 수 있다.
도 1 및/또는 2를 참조하여, 전하전압변환부(110)를 살펴본다. 전하전압변환부(110)는 진동형 자이로센서(200)의 전하출력을 받아 전압신호로 변환한다. 이때, 하나의 예에 따라, 진동형 자이로센서(200)는 압전방식 또는 정전용량식 센서일 수 있다. 진동형 자이로센서(200)의 예로써 압전방식과 정전용량식 센서는 이미 당해 기술분야에서 널리 알려져 있으므로, 추가적인 구체적 설명을 생략하기로 한다.
진동형 자이로센서(200)의 센서출력신호는 구동신호에 따른 출력과 대상물의 운동에 따른 자이로신호 출력을 포함하고 있는데, 구동신호에 따른 출력이 자이로신호 출력보다 훨씬 크다. 또한, 구동신호에 따른 출력은 센서에 인가되는 구동신호보다 위상이 90° 지연되게 된다. 그러므로 실질적으로는, 구동신호보다 거의 90°위상지연된 센서출력신호가 전하전압변환부(110)로 입력된다.
진동형 센서는 구동신호를 받아서 코리올리 출력을 발생하게 되는데, 코리올리 힘의 유도에 의한 센서 출력 전압을 살펴본다. 하나의 예에 따라, 구동신호와 센서출력신호의 관계를 살펴보면 다음과 같다.
Figure 112011066554507-pat00001
Figure 112013010781566-pat00041
Figure 112011066554507-pat00003
Figure 112013010781566-pat00042
Figure 112011066554507-pat00005
Figure 112013010781566-pat00043
Figure 112011066554507-pat00007
Figure 112013010781566-pat00044
여기서,
Figure 112013010781566-pat00009
,
Figure 112013010781566-pat00010
는 x 방향 구동전압이고,
Figure 112013010781566-pat00011
,
Figure 112013010781566-pat00012
는 y 방향 구동전압이고,
Figure 112013010781566-pat00013
는 z 방향 주파수이고,
Figure 112013010781566-pat00014
,
Figure 112013010781566-pat00015
는 x 방향 출력이고,
Figure 112013010781566-pat00016
,
Figure 112013010781566-pat00017
는 y 방향 출력이고,
Figure 112013010781566-pat00018
는 z 방향 구동신호크기이다.
Figure 112013010781566-pat00019
는 정전용량 또는 압전에 의한 z 방향 이득이고,
Figure 112013010781566-pat00020
,
Figure 112013010781566-pat00021
는 자이로 고유의 이득이고,
Figure 112013010781566-pat00022
,
Figure 112013010781566-pat00023
는 x, y 방향의 회전정도를 나타내는 각속도이다.
Figure 112013010781566-pat00024
,
Figure 112013010781566-pat00025
는 자이로 신호 팩터(factor)이고,
Figure 112013010781566-pat00026
,
Figure 112013010781566-pat00027
,
Figure 112013010781566-pat00028
,
Figure 112013010781566-pat00029
는 노이즈이다. 또한,
Figure 112013010781566-pat00030
는 구동전압신호에 따른 센서출력이고,
Figure 112013010781566-pat00045
,
Figure 112013010781566-pat00046
는 대상물의 운동에 따른 자이로신호 출력으로 자이로 고유의 주파수와 구동신호의 곱으로 표현될 수 있다. 자이로신호 팩터의
Figure 112013010781566-pat00033
는 정현파를 예시적으로 설명하였으나, 정현파가 아닌 펄스형태의 신호가 될 수 있다.
구동신호와 센서출력신호의 관계식을 참조하면, 구동신호는 위상이 실질적으로 90° 지연되어 센서 출력으로 나타나게 되고, 자이로신호는 자이로 고유의 주파수와 Driving 신호의 곱으로 나타나게 된다. 여기서, 자이로신호보다 구동신호의 크기가 훨씬 크므로, 자이로신호는 구동에 별다른 영향을 미치지 못하게 된다. 만약 센서 입력에 펄스파가 입력되더라도 센서 출력은 90° 위상 지연된 정현파(사인파)가 나타날 수 있게 된다.
하나의 예에서, 전하전압변환부(110)는 차지 앰프(Charge Amp)를 포함하여 이루어진다. 하나의 예에서, 차지 앰프는 센서 출력신호를 받아 위상이 180°반전된 전압신호로 변환하여 출력한다. 이에 따라, 차지 앰프는 센서에 인가된 구동신호보다 위상이 실질적으로 90°앞선 신호를 출력하게 된다.
다음으로, 위상변환부(120)를 살펴본다. 위상변환부(120)는 전하전압변환부(110)로부터 신호를 받아 위상을 변환한다. 하나의 예에서, 위상변환부(120)는 위상 쉬프터를 포함하고 있다. 하나의 예에서, 위상 쉬프터는 전하전압변환부(110), 예컨대 차지 앰프를 거친 전압신호를 90° 위상지연시킨다. 이에 따라, 위상쉬프터를 거친 신호는 센서 출력신호와 비교해보면 90° 앞선 위상을 가지게 된다.
센서출력신호에서 구동신호에 따른 출력이 훨씬 크게 되고, 구동신호에 따른 출력은 구동신호보다 위상이 실질적으로 90° 지연되게 된다. 이에 따라, 하나의 예에서, 자이로센서(200)의 구동신호는 센서출력신호보다 90° 앞선 위상을 만들어 주어야 하므로, 위상 쉬프터를 이용하여 구동신호로 인가될 신호가 센서출력신호보다 위상이 실질적으로 90°앞서도록 위상을 변환시킨다. 위상 쉬프터를 이용하여 위상 조절이 가능하다. 자이로센서(200)의 로드 커패시터가 클 경우 위상이 달라지고, 이때 위상 쉬프터에서 위상을 조절할 수 있다. 또한, 하나의 예에서, 이득(gain)을 갖는 위상 쉬프터를 구비하는 경우에는 입력단과 OP 앰프의 반전단자(-) 사이의 저항 R2와 OP 앰프의 반전단자(-)와 출력단 사이의 저항 R3의 비율인 R3/R2를 조정할 수 있다. 위상 쉬프터에서 위상을 90°지연시키기 위한, 입력단과 OP 앰프의 비반전단자(+) 사이의 가변저항 R1과 비반전단자(+)와 접지단 사이의 커패시터 Cs의 관계는 이론적으로 다음과 같다.
Figure 112011066554507-pat00034
이때,
Figure 112011066554507-pat00035
는 센서 공진주파수이다.
이론적으로는 위의 공식과 같지만, 저항 및 커패시터의 공정 편차 및 회로 지연 등에 의해 위상편차가 나타나므로, 저항이나 커패시터를 튜닝할 수 있도록 구조를 형성한다. 위상 쉬프터 회로는 이미 당해 기술분야에서 널리 알려져 있으므로, 추가적인 세부적인 설명은 생략하기로 한다.
계속하여, 도 1 및/또는 2를 참조하면, 펄스생성부(130)는 위상변환부(120)의 출력신호를 받아 펄스파로 출력한다. 하나의 예에서, 펄스생성부(130)는 비교기를 구비하여 위상 쉬프터로부터 출력된 신호를 입력받아 펄스파를 생성하여 출력한다. 위상 쉬프터(Phase Shifter)의 출력은 펄스생성부(130)를 거쳐서 펄스파로 나타나게 되고, 센서 구동신호가 포화되지 않도록 구동신호 레벨을 조절할 필요가 있으므로, 이 펄스파를 특정한 전위 레벨을 갖는 신호로 변환해야 한다.
또한, 계속하여, 도 1 및/또는 2를 참조하면, 펄스변환부(140)는 펄스생성부(130)에서 출력되는 펄스파를 구동신호로 인가시키기 위해 특정 전압레벨을 기준으로 하는 펄스신호로 변환한다. 일반적으로 자이로센서의 구동신호로 펄스파나 정현파를 인가하게 되는데, 펄스파가 센서 출력을 더 크게 만든다. 구동신호로 펄스파를 인가시킬 때, 접지에서 VDD에 이르는 큰 전압은 인가하게 되면, 센서가 망가지거나 비이상적인 동작을 일으키게 된다. 그러므로 구동신호 레벨을 특정 전압으로 유지할 필요가 있다. 본 실시예에서 펄스변환부(140)에서 구동신호 레벨을 특정 전압으로 유지시키게 된다. 또한, 구동신호 레벨을 조절하여, 이득을 조절할 수 있다. 만약 이득을 크게 하면 전하전압변환부(110), 예컨대 차지 앰프에서 신호가 포화되어 정상적으로 동작하지 않게 된다. 따라서, 신호가 포화되지 않는 최대 이득을 발생시키는 것이 매우 중요하다.
도 3을 참조하여, 펄스변환부(140)의 실시예를 더 구체적으로 살펴본다. 하나의 실시예에 따르면, 펄스변환부(140)는 전압분배기(141) 및 특정 전위펄스 발생회로(143)를 포함하고 있다. 전압분배기(141)는 특정 전압을 전압레벨에 따라 분배한다. 예컨대, 하나의 예에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 전압분배기(141)는 특정 전압을 기준으로 하여 전압을 저항비에 따라 분배할 수 있다. 또한, 도 3을 참조하면, 하나의 예에서, 전압분배기(141)는 저항비에 따라 분배되어 출력되는 출력단에 MOS 커패시터를 달아 스위치의 전하 주입(Charge Injection) 효과에 의한 노이즈 피킹(Peaking)을 줄일 수 있다. 전압분배기(141)에 의해 전압 분배된 회로는 특정 전위펄스 발생회로(143)를 거치게 된다.
또한, 특정 전위펄스 발생회로(143)는 펄스생성부(130)에서 출력되는 펄스파에 의해 스위칭되며, 이때 스위칭에 의해 전압분배기(141)에 의해 분배된 전압레벨로부터 제어부(170)의 제어에 따른 특정 전압레벨을 기준으로 하는 펄스신호를 생성한다.
도 3을 참조하여, 특정 전위펄스 발생회로(143)의 예를 더 구체적으로 살펴본다. 하나의 실시예에 따르면, 특정 전위펄스 발생회로(143)는 다수의 제1 스위칭소자(1431), 다수의 제2 스위칭소자(1433) 및 커패시터(1435)를 포함하고 있다. 이때, 다수의 제1 스위칭소자(1431)는 각각 전압분배기(141)에서 분배된 전압레벨들 중의 2개를 고전압전원과 저전압전원으로 하여 펄스생성부(130)에서 출력되는 펄스파에 의해 스위칭되어 특정 전압레벨을 갖는 펄스신호로 출력시킨다. 이때, 다수의 제1 스위칭소자(1431)는 CMOS로 이루어질 수 있다. 또한, 다수의 제2 스위칭소자(1433)는 제1 스위칭소자(1431)를 통해 출력되는 펄스신호들을 각각 입력받되 제어부(170)의 제어에 따른 특정 전압레벨을 기준으로 하는 펄스신호만을 출력하도록 제어된다. 하나의 예에서, 다수의 제2 스위칭소자(1433)는 아날로그 먹스들로 이루어질 수 있다. 그리고 커패시터(1435)는 제1 스위칭소자(1431)에서의 스위칭에 따라 발생되는 펄스 피크를 제거하기 위한 것이다.
하나의 예에 따라, 도 3을 참조하면, 펄스생성부(130)에서 발생한 펄스는 스위치에 인가되어 순차적으로 온/오프 하면서 특정 전압 레벨을 기준으로 펄스를 발생하게 된다. 발생된 펄스들을 제어부(170)의 제어에 따라 선택하여 최종 출력 펄스를 발생할 수 있도록 한다. 하나의 예에서, 최종 출력되는 구동신호 펄스는 커패시터의 로딩(Loading)능력이 취약하므로 버퍼부(150)를 거치게 되고, 센서 입력 신호로 인가된다. 하나의 예에서, 물론 센서 로드 커패시터(Load Cap)가 클 경우 위상이 달라지므로 위상 쉬프터의 위상을 조절하여야 한다.
그리고 계속하여 도 1 및/또는 3을 참조하면, 제어부(170)는 펄스변환부(140)가 특정 전압레벨을 기준으로 하는 펄스신호를 생성하도록 제어한다. 비록 도 2에 제어부가 도시되지 않았으나, 도 2에 따른 실시예에서도 제어부가 구비되어 있다.
또한, 도 2를 참조하여, 본 발명의 하나의 실시예를 살펴본다. 자이로센서 구동회로는 펄스변환부(140)에서 변환 생성된 펄스신호의 펄스 파형을 유지시켜 구동신호로 인가하는 버퍼부(150)를 더 포함하고 있다.
다음으로, 본 발명의 제2 실시예에 따른 자이로센서 시스템을 도면을 참조하여 살펴본다. 도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 자이로센서 구동회로를 포함하는 자이로센서 시스템을 개략적으로 나타내는 블럭도이다. 본 발명의 실시예를 설명하거나 이해하는데 있어서, 도 2 뿐만 아니라 앞선 자이로센서 구동회로의 실시예들이 참조될 것이고, 그에 따라 중복되는 설명은 생략될 수 있다.
도 2를 참조하면, 하나의 실시예에 따른 자이로센서 시스템은 진동형 자이로센서(200), 자이로센서 구동회로(100), 아날로그신호처리부(320), 복조신호인가부(310), 아날로그-디지털 변환부(330) 및 디지털신호처리부(340)를 포함하고 있다.
진동형 자이로센서(200)는 구동신호를 입력받아 대상물의 운동에 따른 센서신호를 출력한다. 자이로센서(200)는 구동신호를 받아서 구동신호에 따른 출력과 자이로신호 출력이 혼합된 신호를 출력한다. 즉, 센서가 모듈레이터(Modulator) 역할은 수행한다. 또 하나의 실시예에 따르면, 진동형 자이로센서(200)는 압전방식 또는 정전용량식 센서일 수 있다.
자이로센서 구동회로(100)는 자이로센서(200)의 출력을 받아 전압신호로 변환하여 출력하고 구동신호를 생성하여 자이로센서(200)로 인가한다. 전술한 실시예들을 참조한다. 이때, 자이로센서 구동회로(100)는, 도 1을 참조하면, 전하전압변환부(110), 위상변환부(120), 펄스생성부(130), 펄스변환부(140) 및 제어부(170)를 포함하고 있다. 또한, 도 2를 참조하면, 하나의 실시예에 따라 버퍼부(150)를 더 포함할 수 있다.
도 1 및/또는 2를 참조하면, 전하전압변환부(110)는 진동형 자이로센서(200)의 전하출력을 받아 전압신호로 변환한다. 다음으로, 위상변환부(120)는 전하전압변환부(110)로부터 신호를 받아 위상을 변환한다. 도 1 및/또는 2를 참조하면, 펄스생성부(130)는 위상변환부(120)의 출력신호를 받아 펄스파로 출력한다.
계속하여, 도 1 및/또는 2를 참조하면, 펄스변환부(140)는 펄스생성부(130)에서 출력되는 펄스파를 구동신호로 인가시키기 위해 특정 전압레벨을 기준으로 하는 펄스신호로 변환한다. 도 3을 참조하여, 하나의 실시예에 따르면, 펄스변환부(140)는 전압분배기(141) 및 특정 전위펄스 발생회로(143)를 포함하고 있다. 전압분배기(141)는 특정 전압을 전압레벨에 따라 분배한다. 또한, 특정 전위펄스 발생회로(143)는 펄스생성부(130)에서 출력되는 펄스파에 의해 스위칭되며, 이때 스위칭에 의해 전압분배기(141)에 의해 분배된 전압레벨로부터 제어부(170)의 제어에 따른 특정 전압레벨을 기준으로 하는 펄스신호를 생성한다.
도 3을 참조하여, 특정 전위펄스 발생회로(143)의 예를 더 구체적으로 살펴보면, 특정 전위펄스 발생회로(143)는 다수의 제1 스위칭소자(1431), 다수의 제2 스위칭소자(1433) 및 커패시터(1435)를 포함하고 있다. 이때, 다수의 제1 스위칭소자(1431)는 각각 전압분배기(141)에서 분배된 전압레벨들 중의 2개를 고전압전원과 저전압전원으로 하여 펄스생성부(130)에서 출력되는 펄스파에 의해 스위칭되어 특정 전압레벨을 갖는 펄스신호로 출력시킨다. 또한, 다수의 제2 스위칭소자(1433)는 제1 스위칭소자(1431)를 통해 출력되는 펄스신호들을 각각 입력받되 제어부(170)의 제어에 따른 특정 전압레벨을 기준으로 하는 펄스신호만을 출력하도록 제어된다. 커패시터(1435)는 제1 스위칭소자(1431)에서의 스위칭에 따라 발생되는 펄스 피크를 제거하기 위한 것이다.
하나의 예에 따라, 도 3을 참조하면, 펄스생성부(130)에서 발생한 펄스는 스위치에 인가되어 순차적으로 온/오프 하면서 특정 전압 레벨을 기준으로 펄스를 발생하게 된다. 발생된 펄스들을 제어부(170)의 제어에 따라 선택하여 최종 출력 펄스를 발생할 수 있도록 한다.
계속하여 도 1 및/또는 3을 참조하면, 제어부(170)는 펄스변환부(140)가 특정 전압레벨을 기준으로 하는 펄스신호를 생성하도록 제어한다.
또한, 도 2를 참조하여, 또 하나의 실시예를 살펴보면, 자이로센서 구동회로(100)는 펄스변환부(140)에서 변환 생성된 펄스신호의 펄스 파형을 유지시켜 구동신호로 인가하는 버퍼부(150)를 더 포함하고 있다.
도 2의 아날로그신호처리부(320)는 자이로센서 구동회로(100)로부터 출력되는 전압신호를 받아 센서신호에 포함된 구동신호를 제거하여 센서신호에 포함된 자이로신호를 분리한다. 센서출력신호에 합쳐진 신호를 분리하는 디모듈레이터의 역할은 아날로그신호처리부(320)에서 수행된다. 디모듈레이터 역할은 구동신호에 따른 출력과 자이로신호출력을 분리하는 것이다. 하나의 예에서, 필터를 거쳐 구동신호에 따른 출력을 제거하고 자이로신호를 남아있도록 할 수 있다. 이때, 하나의 예에서, 복조신호를 인가하고 필터, 예컨대 LPF를 통과시킴으로써 구동신호에 따른 출력을 제거하고 자이로신호만 남도록 할 수 있다. 이때, 디모듈레이터에 인가되는 신호는 센서출력신호보다 90°앞선 위상을 가질 수 있다.
복조신호인가부(310)는 자이로신호를 분리하기 위한 복조신호를 아날로그신호처리부(320)로 인가한다. 하나의 예에서, 복조신호는 자이로센서 구동회로(100)에서 출력되는 구동신호 펄스일 수 있다.
아날로그-디지털 변환부(330)는 아날로그-디지털 컨버터(ADC)를 구비하고, 아날로그신호처리부(320)에서 처리된 자이로신호를 디지털신호로 변환한다.
디지털신호처리부(340)는 ADC에서 변환된 디지털신호를 처리하여 출력시킨다.
다음으로, 본 발명의 제3의 실시예에 따른 자이로센서 구동방법을 도면을 참조하여 살펴본다. 본 실시예들을 살펴봄에 있어서, 다음의 도 5뿐만 아니라 앞서 설명된 자이로센서 구동회로의 실시예들 및 도 1 내지 4가 참조될 것이고, 이에 따라 중복되는 설명은 생략될 수 있다.
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 자이로센서 구동방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 자이로센서 구동방법의 하나의 실시예는 전하전압변환단계(S100), 위상변환단계(S200), 펄스파생성단계(S300), 구동신호생성단계(S400) 및 구동신호인가단계(S500)를 포함하고 있다.
먼저, 전하전압변환단계(S100)에서는 진동형 자이로센서(200)의 전하출력을 받아 전압신호로 변환한다. 이때, 하나의 실시예에 따르면, 진동형 자이로센서(200)는 압전방식 또는 정전용량식 센서일 수 있다.
다음, 위상변환단계(S200)에서는 변환된 전압신호를 받아 위상을 변환한다.
다음으로, 펄스파생성단계(S300)에서는 위상변환된 신호를 입력받아 펄스파로 출력한다.
구동신호생성단계(S400)에서는 출력되는 펄스파를 구동신호로 인가시키기 위해 제어에 따른 특정 전압레벨을 기준으로 하는 펄스 구동신호로 변환시켜 생성한다.
본 발명의 또 하나의 실시예에 따르면, 구동신호생성단계(S400)에서는 특정 전압을 전압레벨에 따라 분배하고, 펄스파생성단계(S300)에서 출력되는 펄스파에 의해 스위칭되어 분배된 전압레벨로부터 제어에 따른 특정 전압레벨을 기준으로 하는 펄스 구동신호를 생성할 수 있다.
그리고 구동신호인가단계(S500)에서는 펄스 구동신호를 자이로센서(200)로 인가한다.
또한, 본 발명의 하나의 실시예에 따르면, 구동신호인가단계(S500)는 생성된 펄스 구동신호의 펄스 파형을 유지시켜 구동신호로 인가할 수 있다.
이상에서, 전술한 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 범주를 제한하는 것이 아니라 본 발명에 대한 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자의 이해를 돕기 위해 예시적으로 설명된 것이다. 또한, 전술한 구성들의 다양한 조합에 따른 실시예들이 앞선 구체적인 설명들로부터 당업자에게 자명하게 구현될 수 있다. 따라서, 본 발명의 다양한 실시예는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 범위는 특허청구범위에 기재된 발명에 따라 해석되어야 하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변경, 대안, 균등물들을 포함하고 있다.
100 : 자이로센서 구동회로 110 : 전하전압변환부
120 : 위상변환부 130 : 펄스생성부
140 : 펄스변환부 150 : 버퍼부
170 : 제어부 200 : 진동형 센서
310 : 복조신호 인가부 320 : 아날로그신호처리부
330 : 아날로그-디지털 변환부 340 : 디지털신호처리부

Claims (12)

  1. 진동형 자이로센서의 전하출력을 받아 전압신호로 변환하는 전하전압변환부;
    상기 전하전압변환부로부터 신호를 받아 위상을 변환하는 위상변환부;
    상기 위상변환부의 출력신호를 받아 펄스파로 출력하는 펄스생성부;
    상기 펄스생성부에서 출력되는 상기 펄스파를 상기 구동신호로 인가시키기 위해 특정 전압레벨을 기준으로 하는 펄스신호로 변환하는 펄스변환부; 및
    상기 펄스변환부가 상기 특정 전압레벨을 기준으로 하는 펄스신호를 생성하도록 제어하는 제어부; 를 포함하고,
    상기 펄스변환부는: 특정 전압을 전압레벨에 따라 분배하는 전압분배기; 및 상기 펄스생성부에서 출력되는 펄스파에 의해 스위칭되어 상기 전압분배기에 의해 분배된 전압레벨로부터 상기 제어부의 제어에 따른 상기 특정 전압레벨을 기준으로 하는 상기 펄스신호를 생성하는 특정 전위펄스 발생회로; 를 포함하는,
    자이로센서 구동회로.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 특정 전위펄스 발생회로는: 각각 상기 전압분배기에서 분배된 전압레벨들 중의 2개를 고전압전원과 저전압전원으로 하여 상기 펄스생성부에서 출력되는 펄스파에 의해 스위칭되어 특정 전압레벨을 갖는 펄스신호로 출력시키는 다수의 제1 스위칭소자; 상기 제1 스위칭소자를 통해 출력되는 펄스신호들을 각각 입력받되 상기 제어부의 제어에 따른 상기 특정 전압레벨을 기준으로 하는 상기 펄스신호만을 출력하도록 제어되는 다수의 제2 스위칭소자; 및 상기 제1 스위칭소자에서의 스위칭에 따라 발생되는 펄스 피크를 제거하기 위한 커패시터; 를 포함하는,
    자이로센서 구동회로.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 펄스변환부에서 변환 생성된 펄스신호의 펄스 파형을 유지시켜 상기 구동신호로 인가하는 버퍼부를 더 포함하는 자이로센서 구동회로.
  4. 청구항 1 내지 3 중의 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 진동형 자이로센서는 압전방식 또는 정전용량식 센서인,
    자이로센서 구동회로.
  5. 구동신호를 입력받아 대상물의 운동에 따른 센서신호를 출력하는 진동형 자이로센서;
    상기 자이로센서의 출력을 받아 상기 구동신호를 생성하여 상기 자이로센서로 인가하는 자이로센서 구동회로로서, 상기 자이로센서의 전하출력을 받아 전압신호로 변환하는 전하전압변환부, 상기 전하전압변환부로부터 신호를 받아 위상을 변환하는 위상변환부, 상기 위상변환부의 출력신호를 받아 펄스파로 출력하는 펄스생성부, 상기 펄스생성부에서 출력되는 상기 펄스파를 상기 구동신호로 인가시키기 위해 특정 전압레벨을 기준으로 하는 펄스신호로 변환하는 펄스변환부 및 상기 펄스변환부가 상기 특정 전압레벨을 기준으로 하는 상기 펄스신호를 생성하도록 제어하는 제어부를 포함하는 자이로센서 구동회로;
    상기 자이로센서 구동회로로부터 출력되는 전압신호를 받아 상기 센서신호에 포함된 상기 구동신호를 제거하여 상기 센서신호에 포함된 자이로신호를 분리하는 아날로그신호처리부;
    상기 자이로신호를 분리하기 위한 복조신호를 상기 아날로그신호처리부로 인가하는 복조신호인가부;
    상기 아날로그신호처리부에서 처리된 자이로신호를 디지털신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환부; 및
    상기 변환된 디지털신호를 처리하여 출력시키는 디지털신호처리부; 를 포함하는 자이로센서 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 펄스변환부는: 특정 전압을 전압레벨에 따라 분배하는 전압분배기; 및 상기 펄스생성부에서 출력되는 펄스파에 의해 스위칭되어 상기 전압분배기에 의해 분배된 전압레벨로부터 상기 제어부의 제어에 따른 상기 특정 전압레벨을 기준으로 하는 상기 펄스신호를 생성하는 특정 전위펄스 발생회로; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 자이로센서 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 특정 전위펄스 발생회로는: 각각 상기 전압분배기에서 분배된 전압레벨들 중의 2개를 고전압전원과 저전압전원으로 하여 상기 펄스생성부에서 출력되는 펄스파에 의해 스위칭되어 특정 전압레벨을 갖는 펄스신호로 출력시키는 다수의 제1 스위칭소자; 상기 제1 스위칭소자를 통해 출력되는 펄스신호들을 각각 입력받되 상기 제어부의 제어에 따른 상기 특정 전압레벨을 기준으로 하는 상기 펄스신호만을 출력하도록 제어되는 다수의 제2 스위칭소자; 및 상기 제1 스위칭소자에서의 스위칭에 따라 발생되는 펄스 피크를 제거하기 위한 커패시터; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 자이로센서 시스템.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 자이로센서 구동회로는 상기 펄스변환부에서 변환 생성된 펄스신호의 펄스 파형을 유지시켜 상기 구동신호로 인가하는 버퍼부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자이로센서 시스템.
  9. 청구항 5 내지 8 중의 어느 하나에 있어서,
    상기 진동형 자이로센서는 압전방식 또는 정전용량식 센서인,
    자이로센서 시스템.
  10. 진동형 자이로센서의 전하출력을 받아 전압신호로 변환하는 전하전압변환단계;
    상기 변환된 전압신호를 받아 위상을 변환하는 위상변환단계;
    상기 위상변환된 신호를 입력받아 펄스파로 출력하는 펄스파생성단계;
    상기 출력되는 펄스파를 상기 구동신호로 인가시키기 위해 제어에 따른 특정 전압레벨을 기준으로 하는 펄스 구동신호로 변환시켜 생성하는 구동신호생성단계; 및
    상기 펄스 구동신호를 상기 자이로센서로 인가하는 구동신호인가단계; 를 포함하고,
    상기 구동신호생성단계에서는 특정 전압을 전압레벨에 따라 분배하고, 상기 펄스파생성단계에서 출력되는 펄스파에 의해 스위칭되어 상기 분배된 전압레벨로부터 상기 제어에 따른 상기 특정 전압레벨을 기준으로 하는 상기 펄스 구동신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 자이로센서 구동방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 구동신호인가단계는 상기 생성된 펄스 구동신호의 펄스 파형을 유지시켜 상기 구동신호로 인가하는 것을 특징으로 하는 자이로센서 구동방법.
  12. 청구항 10 또는 11에 있어서,
    상기 진동형 자이로센서는 압전방식 또는 정전용량식 센서인,
    자이로센서 구동방법.
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