KR101760153B1 - 아날로그 신호의 분석 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 회전 운동에 관한 정보를 전달하는 아날로그 신호(150)의 분석 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 방법에 있어서 상기 아날로그 신호(150)는 분석을 위해 AD컨버터(126)의 의해 판독되며 상기 아날로그 신호(150)의 제로 크로싱이 결정된다.
Description
본 발명은 회전 운동에 관한 정보를 전달하는 아날로그 신호의 분석 방법 및 특히 상기 방법의 실시에 적합한 아날로그 신호의 분석을 위한 회로 장치에 관한 것이다.
회전 운동하는 회전체의 경우에 상기 회전 운동에 관한 정보가 센서를 이용해 기록된다. 이때, 예를 들어 인덕티브 센서가 이용된다. 상기 신호의 분석을 통해 상기 회전체의 회전 속도 및 위치에 관한 정보를 얻어야 한다.
인덕티브 센서에 의한 속도 신호의 처리를 위한 공지된 회로 장치는, 아날로그 회로, 예를 들어 임계값 추적 기능을 갖는 비교기를 이용하여, 회전 속도가 다른 경우 입력 전압의 크기가 다른 문제점을 잘 분석할 수 있다는 원리에 근거한다.
그러나 상기 회로 장치의 단점은 분석 회로의 비용이 높다는 것이다. 그러나, 로엔드 세그먼트, 즉 간단한 해법들이 이용되는 세그먼트에서는 상기 인덕티브 센서가 점점 많이 이용되는데, 상기 인덕티브 센서가 저렴하기 때문이다.
상기 배경에 기초하여 제1항에 따른 신호의 분석 방법 및 제8항의 특징들을 포함하는 회로 장치가 제시되었다. 본 발명의 그외 실시예들은 종속항들 및 상세한 설명에 제시된다.
그러므로 제안된 신호 처리 장치가 디지털 기술의 표준 컴포넌트로 충분하므로, 훨씬 더 양호하게 집적될 수 있으며 더 작게 형성되기 때문에 더 저렴하다.
입력 전압이 큰 경우 입력에 대해 판독되며, 이에 따라 150V의 입력 신호에서 약 2.5V 분해능이 달성된다. 예를 들어 엔진 시동에서처럼 입력 전압이 낮으면, 예를 들어 5V의 훨씬 더 낮은 최대값과, 이에 따라 약 80mV 분해능을 갖는 제2 입력이 이용된다. 대안으로서 단일의 AD컨버터만이 이용될 수도 있으며, 이때 상기 AD컨버터는 예를 들어 5V의 입력 전압 범위를 가지며, 상기 신호의 제로 크로싱만을 분석할 경우에는 더 큰 모든 신호를 제한한다.
이때 AD컨버터는 상기 양 범위들 중 어느 하나를 매우 빠르게, 예를 들어 500ns 변환 시간으로 변환한다. 프로세서에서 디지털 신호 처리에 의해 상기 입력 신호로부터, 디지털 필터의 계산 가능성을 포함한 회전 속도 신호가 검출된다.
다른 실시예들은 다소간의 비트를 갖는 AD컨버터의 이용 또는 판독을 위한 AD 채널만의 이용을 포함할 수 있다.
본 발명의 그 외 장점들 및 실시예들은 상세한 설명 및 첨부 도면으로부터 비롯한다. 본 발명의 범주를 벗어남이 없이, 앞서 언급하였고 하기에서 설명하려는 특징들은 각각의 경우 제시된 조합으로뿐만 아니라 다른 조합으로도 또는 단독으로도 이용될 수 있음은 물론이다.
도 1은 종래 기술에 따른 회로 장치에 관한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 회로 장치의 일 실시예에 관한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 회로 장치의 일 실시예에 관한 도면이다.
본 발명은 실시예들을 참고하여 도면에 개략적으로 도시되어 있으며 도면을 참고로 상세히 설명된다.
도 1에는 전체적으로 도면 부호 "10"으로 표시된 종래 기술에 따른 회로 장치가 도시되어 있다. 상기 회로 장치(10)는 예를 들어 크랭크축에 이용된다.
상기 도면에는 제어 유닛(14)에 연결된 인덕티브 센서(12)가 도시되어 있다. 상기 제어 유닛 내에 제1 커패시터(16), 제2 커패시터(18), 제1 저항(20), 제2 저항(22), 제3 저항(24), 제4 저항(26), 제3 커패시터(28), 제5 저항(38) 및 제4 커패시터(40)가 제공되어 있다. 조사하려는 회전체, 예를 들어 크랭크축의 회전에 관한 정보를 제공하는 아날로그 신호(32)가 상기 출력부(30)에 인가된다. 상기 아날로그 신호(32)는 추가 처리를 위해 ASIC(34)에 입력된다.
ASIC(34)의 출력부(44)에 처리 신호(46)가 출력되며, 상기 신호는 분석을 위해 마이크로콘트롤러(48)에서 판독되고, 이를 위해 위상 동기 루프 PLL(PLL: Phase Locked Loop)(50)에 입력된다.
유의점은 인덕티브형 크랭크축 센서가 이용된다는 것인데, 이러한 센서가 홀 센서에 비해 저렴하고 튼튼하며 매우 정확하기 때문이다. 그러나 홀 센서가 마이크로콘트롤러에 직접 연결될 수 있는데 반하여, 인덕티브형 크랭크축 센서는 특수하게 처리될 수밖에 없는 아날로그 신호를 제공한다. 역시 도 1에 도시된 것처럼, 지금까지 이는 특정 분야의 특수한 소자를 이용해, 이 경우에 ASIC(34)를 이용해 실시된다.
그러나 장점으로 볼 수 있는 것은 상기 ASIC(34)를 절약하여, 인덕티브 센서(12)의 아날로그 신호(32)를 직접 마이크로콘트롤러(48)를 이용해 판독할 수 있다는 것이다. 이때 마이크로콘트롤러의 AD컨버터가 이용될 수 있으므로, 상기 아날로그 신호가 판독되고 그 외 모든 처리가 디지털 방식으로 마이크로콘트롤러에서 실시된다.
이는 그러나 용이하게 달성될 수는 없는데, 상기 센서 신호의 진폭이 크랭크축의 회전 속도에 비례하기 때문이다. 이러한 속도는 1:1000를 초과하는 범위에서 가변적이고, 즉 20rpm미만의 엔진의 냉간 시동 내지 20000rpm을 초과하는 엔진의 최고 속도까지의 범위에서 가변적이다. 이에 상응하게 상기 신호의 진폭이 거동한다. 상기 신호는 대략 100mVp(mV피크)부터 대략 100Vp까지의 범위에서 가변적이다.
특히 저속에서 상기 신호는 노이즈에 대하여 민감하다. 차폐 비용이 일반적으로 너무 비싸기 때문에, 종종 상기 센서와 상기 엔진 제어 유닛(ECU) 사이에 대칭적 와이어링이 이용된다.
또한, 유의점은 상기 센서 신호가 직류 성분을 가지지 않으므로 AD컨버터의 옵셋 에러는 어떤 역할도 하지 않는다는 것이다. 이것은 예를 들어 소프트웨어를 이용해 완전히 보상될 수 있다. 보강 에러는 아무런 도움이 안 되는데, 상기 신호의 절대값이 중요하지 않기 때문이다.
샘플링 주파수와 관련하여 고려할 점은 상기 센서 신호가 1 내지 3개의 빠진 이를 포함하는 마킹에서 몇몇 저조파 성분을 갖는 사인파 형태에 가깝다는 것이다. 그러므로 무거운 화물차의 경우에 약 20kHz의 샘플링 주파수(fs) 및 오토바이에서 약 100kHz의 샘플링 주파수가 충분하다.
AD컨버터의 분해능에서 유의점은, 필요한 각도 분해능(φres)을 얻기 위해, AD컨버터의 분해능(Vres)이 충분히 높아야 한다는 것이다.
상기 신호가 저항(20, 22, 24 및 26)을 포함하는 인덕티브 센서(12)에 의해 어떻게 처리되는지 또는 컨디셔닝되는지가 도 1에 도시되어 있다. 상기 커패시터(16과 18)는 정전기 방전(ESD) 및 전자기 방해(EMI)로부터 보호하는데 이용된다. 커패시터(28)는 노이즈 억제에 이용된다.
상기 신호(32)의 제로 크로싱을 검출하기 위해, ASIC(34)가 아날로그 비교기를 이용한다. 제로 크로싱의 경우에 ASIC(34)는 디지털 출력부에서 펄스를 발생시킨다. 상기 디지털 출력부는 마이크로콘트롤러(48) 내 타이머 유닛을 구동한다. 상기 ASIC(34)는 차동 입력을 갖는다.
도 2에는 본 발명에 따른 회로 장치(100)가 도시되어 있다. 상기 도면에 인덕티브 센서(102), 제어 유닛(104) 및 마이크로콘트롤러(106)가 도시되어 있다.
상기 제어 유닛(104)은 제1 커패시터(108), 제2 커패시터(110), 제1 저항(112), 제2 저항(114), 제3 저항(116), 제4 저항(118), 제3 커패시터(120), 제5 저항(122) 및 제6 저항(124)을 갖는다.
상기 마이크로콘트롤러(106)는 AD컨버터(126)와, 소프트웨어 또는 소프트웨어 블럭이 저장되어 있는 연산 유닛(128)과, PLL(130)을 포함한다. 상기 샘플링 주파수(fs)(132)가 사전 설정되어 있다.
그러므로 도 2에 따른 회로 장치의 경우 ASIC가 제공되어 있지 않다. 제어 유닛(104)의 출력부에서 컨디셔닝 신호는 분석하려는 아날로그 신호(150)로서, 직접 AD컨버터(126)의 차동 입력을 직접 실행한다. AD컨버터(126)가 클리핑(Clipping) 시에 손상을 받지 않도록, 상기 저항(122와 124)은 전류를 제한한다. 그러므로 상기 인덕티브 센서(102)는 직접 AD컨버터(126)와 연결되어 있다. AD컨버터(126)는 샘플링 값(Samples)(152)을 출력한다. 연산 유닛(128)에서의 상기 소프트웨어 블럭은 타임 스탬프(Time Stamps)(154)를 출력한다.
소위 클리핑의 경우 유의점은 AD컨버터(126)가 클리핑되면, 필요한 수의 비트가 감소될 수 있다는 것이다. 이는 가능한데, 상기 신호(150)의 제로 크로싱만이 관심 대상이기 때문이다. 노이즈 억제 알고리즘을 가능하게 하기 위해, 0 근처 작은 범위만이 디지털화되어야 한다. 상기 신호의 나머지가 버려질 수 있다(Clipping).
AD컨버터(126)는 일정한 비율(fs)(132)을 갖는 샘플링 값(152)을 제공한다. 연산 유닛(128)에서 실행되는 상기 소프트웨어는 상기 값을 제로 크로싱의 타임 스탬프(154)로 변환한다.
각각의 샘플링 시점에(예를 들어 모든 20㎲@fs=50Hz), 제로 크로싱을 찾는 보간 루틴이 호출된다. 제로 크로싱이 나타나면, 상기 보간 루틴은 소위 큐빅 스플라인(큐빅 보간) 또는 다른 적절한 알고리즘을 이용하므로, 제로 크로싱의 시점을 결정할 수 있다. 상기 타임 스탬프(154)는 마이크로콘트롤러(106)의 타이머 유닛의 디지털 PLL(130)에 대한 출력이다. 이때부터 추가 처리는 공지된 바와 같다.
이와 같은 방식으로 예를 들어 상기 회전체의 회전 속도 또는 회전율이 검출될 수 있지만 회전체의 위치나 각도 위치도 검출될 수 있다.
Claims (10)
- 회전 운동에 관한 정보를 전달하는, 인덕티브 센서(102)의 아날로그 신호(150)가 분석을 위해 AD컨버터(126)의 의해 판독되어 상기 아날로그 신호(150)의 제로 크로싱이 결정되는, 아날로그 신호(150)의 분석 방법에 있어서,
인덕티브 센서(102)는 저항(122 및 124)을 통해 직접 AD컨버터(126)와 연결되고, AD컨버터(126)가 클리핑 시에 손상을 받지 않도록, 상기 저항(122와 124)은 전류를 제한하고,
AD 컨버터(126)는 제로 크로싱 근처의 소량의 신호만을 디지털화하여 비트 수를 감소시키는 것을 특징으로 하는, 아날로그 신호(150)의 분석 방법. - 제1항에 있어서, 상기 제로 크로싱은 보간 루틴을 이용해 결정되는, 아날로그 신호의 분석 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 분석에 근거하여, 회전하는 회전체의 위치가 결정되는, 아날로그 신호의 분석 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 분석에 근거하여, 회전하는 회전체의 회전 속도가 결정되는, 아날로그 신호의 분석 방법.
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- 삭제
- 회전 운동에 관한 정보를 전달하는, 인덕티브 센서(102)의 아날로그 신호(150)를 분석하기 위한, 인덕티브 센서(102)와, 저항(122 및 124)과, AD컨버터(126)를 구비한 회로 장치이며, 이때 아날로그 신호(150)는 마이크로콘트롤러(106) 안에 제공된 AD컨버터(126)를 분석하기 위해 판독되는, 아날로그 신호의 분석을 위한 회로 장치에 있어서,
인덕티브 센서(102)는 저항(122 및 124)을 통해 직접 AD컨버터(126)와 연결되고, AD컨버터(126)가 클리핑 시에 손상을 받지 않도록, 상기 저항(122와 124)은 전류를 제한하고,
AD 컨버터(126)는 제로 크로싱 근처의 소량의 신호만을 디지털화하여 비트 수를 감소시키는 것을 특징으로 하는, 아날로그 신호의 분석을 위한 회로 장치. - 제7항에 있어서, 타임 스탬프의 출력을 위해 소프트웨어가 저장되어 있는 연산 유닛(128)이 제공되어 있는, 아날로그 신호의 분석을 위한 회로 장치.
- 제7항 또는 제8항에 있어서, 마이크로콘트롤러(106) 안에 추가 처리를 위한 PLL(130)이 제공되어 있는, 아날로그 신호의 분석을 위한 회로 장치.
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