KR102416586B1 - 차량용 레퍼런스 모니터링 회로 및 동작 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 차량용 레퍼런스 모니터링 회로는, 온도 변화에 무관한 램프 신호를 발생하는 램프 신호 발생기, 상기 램프 신호와 센싱 회로의 밴드갭 레퍼런스 전압을 비교하는 비교기, 상기 비교기로부터 출력 신호에 응답하여 내부 클럭의 카운팅 동작을 종료하는 카운터, 초기 카운팅 값을 저장하는 메모리, 및 상기 카운팅 동작의 카운팅 값과 상기 초기 카운팅 값을 비교하여 에러 신호를 출력하는 로직 회로를 포함할 수 있다.

Description

차량용 레퍼런스 모니터링 회로 및 동작 방법{REFERENCE MONITORING CIRCUIT FOR VEHICLE AND OPERATING METHOD THEREOF}
본 발명은 차량용 레퍼런스 모니터링 회로 및 그것의 동작 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 기준 전압 발생기는, 온도 변화 등 주변 환경의 변화와 무관하게 회로에 안정된 기준 전압을 생성하는 BGR(Bandgap Reference) 회로를 포함하고 있다. BGR 회로는 PTAT (proportional to absolute temperature) 와 CTAT (complement to absolute temperature)의 합에 의해 온도에 둔감하다. 특히, BGR 회로는 차량용 제품에 매우 필수적인 회로이다. 차량용 BGR 회로는 자동차의 열기와 냉기 환경에서 지속되어야 함으로 매우 넓은 온도 범위에서 동작해야 한다.
등록특허: 10-0697271, 등록일: 2007. 03.13, 제목: 가변형 기준레벨 발생 기능을 가진 전압 센스 앰프 등록특허: 10-1937263, 등록일: 2019.01.04, 제목: 차량용 카메라를 위한 신호 처리 장치 및 그것의 동작 방법
본 발명의 목적은 레퍼런스 전압을 모니터링 하는 차량용 레퍼런스 모니터링 회로 및 그것의 동작 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 차량용 레퍼런스 모니터링 회로는: 온도 변화에 무관한 램프 신호를 발생하는 램프 신호 발생기; 상기 램프 신호와 센싱 회로의 밴드갭 레퍼런스 전압을 비교하는 비교기; 상기 비교기로부터 출력 신호에 응답하여 내부 클럭의 카운팅 동작을 종료하는 카운터; 초기 카운팅 값을 저장하는 메모리; 및 상기 카운팅 동작의 카운팅 값과 상기 초기 카운팅 값을 비교하여 에러 신호를 출력하는 로직 회로를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 램프 신호 발생기는, 전원단과 상기 램프 신호를 출력하는 노드 사이에 연결되는 PTAT(Proportional To Absolute Temperature) 전류원; 상기 전원단과 상기 노드 사이에 연결되는 CTAT(Complementary To Absolute Temperature) 전류원; 및 상기 노드와 접지단 사이에 연결된 캐패시터를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 캐패시터는 메탈 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
실시 예에 있어서, 상기 램프 신호 발생기는, 전원단과 상기 램프 신호를 출력하는 노드 사이에 연결된 스위치; 상기 노드와 접지단 사이에 연결되는 PTAT(Proportional To Absolute Temperature) 전류원; 상기 노드와 상기 접지단 사이에 연결되는 CTAT(Complementary To Absolute Temperature) 전류원; 및 상기 노드와 상기 접지단 사이에 연결된 캐패시터를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 내부 클럭을 발생하는 클럭 발생기를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 클럭 발생기는 오실레이터를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 차량용 레퍼런스 모니터링 회로의 동작 방법은, 온도 변화에 무관한 램프 신호를 발생하는 단계; 상기 램프 신호와 센싱 회로의 밴드갭 레퍼런스 전압을 비교하면서 클럭에 대한 카운팅 동작을 수행하는 단계; 및 메모리에 저장된 초기 카운팅 값과 상기 카운팅 동작의 카운팅 값을 비교하여 에러 신호를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 램프 신호는 메탈 캐패시터, PTAT(Proportional To Absolute Temperature) 전류원, 및 CTAT(Complementary To Absolute Temperature) 전류원에 의해 발생되는 것을 특징으로 한다.
실시 예에 있어서, 상기 클럭은 상기 센싱 회로에 독립적인 오실레이터로부터 발생되는 것을 특징으로 한다.
실시 예에 있어서, 상기 램프 신호가 상기 밴드갭 레퍼런스 전압보다 클 때, 상기 카운팅 동작을 종료하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 차량용 레퍼런스 모니터링 회로 및 그것의 동작 방법은, 온도 변화에 상관없는 램프 신호를 생성하여 밴드갭 레퍼런스 전압과 비교함으로써, 밴드갭 레퍼런스 전압의 이상 유무를 모니터링 할 수 있다.
이하에 첨부되는 도면들은 본 실시 예에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 실시 예들을 제공한다. 다만, 본 실시예의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시 예로 구성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 회로(10)를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 램프 신호 발생기(101)의 온도에 따른 전류 변화를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 레퍼런스 모니터링 회로(200)의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 레퍼런스 모니터링 회로(200a)를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 레퍼런스 모니터링 회로(200)의 동작 방법을 예시적으로 보여주는 흐름도이다.
아래에서는 도면들을 이용하여 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 내용을 명확하고 상세하게 기재할 것이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 혹은 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 혹은 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 혹은 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 혹은 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 혹은 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 혹은 이들을 조합한 것들의 존재 혹은 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
일반적으로, 차량용 회로는 동작의 안정성을 위하여 회로 동작을 모니터링하는 독립적인 회로를 필요로 한다. 센싱 회로에서 일반적으로 기준전압으로 사용되는 BGR(Bandgap Reference) 전압은 회로 내에 유일한 절대 전압이다. 따라서 이러한 절대 전압을 모니터링 하기 위해 별도의 방안이 필요하다. 본 발명의 실시 예에 따른 레퍼런스 모니터링 회로 및 그것의 동작 방법은, 차량용 센싱 회로와 독립적으로 전류와 캐패시터를 사용하는 별도 회로를 통해 BGR 전압을 모니터링 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 회로(10)를 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 차량용 회로(10)는 센싱 회로(100) 및 레퍼런스 모니터링 회로(200)를 포함할 수 있다.
차량용 회로(10)는 차량용 센서일 수 있다. 예를 들어, 차량용 센서는 압력 센서, 가속도 센서, 자이로 센서, 토크 센서, 차고 센서, 유량/유속 센서, 온도 센서, 가스 센서 등일 수 있다.
센싱 회로(100)는 차량에 필요한 적어도 하나의 파라미터를 감지하도록 구현될 수 있다. 센싱 회로(100)는 레퍼런스 전압 발생기(110, BGR) 및 아날로그 디지털 변환기(120, ADC)를 포함할 수 있다. 센싱 회로(100)는 레퍼런스 전압 발생기(100)에서 출력하는 레퍼런스 전압(Vbgr)를 이용하여 센싱 동작에 필요한 다양한 비교 전압들을 발생할 수 있다. 이러한 비교 전압들은 아날로그 디지털 변환기(120)에 의해 코드화 될 수 있다.
레퍼런스 모니터링 회로(200)는 센싱 회로(100)에서 출력하는 레퍼런스 전압(Vbgr)을 모니터링 하고, 레퍼런스 전압(Vbgr)에 이상이 발생할 때 에러 신호(ERR)를 출력하도록 구현될 수 있다.
레퍼런스 모니터링 회로(200)는, 램프 신호 발생기(201), 클럭 발생기(202), 비교기(210), 카운터(220), 메모리(230), 및 로직 회로(240)를 포함할 수 있다.
램프 신호 발생기(201)는 온도 변화에 일정한 램프 신호(Vr)를 발생하도록 구현될 수 있다. 램프 신호 발생기(201)는 캐패시터(C), 제 1 전류원(SC1), 및 제 2 전류원(SC2)를 포함할 수 있다.
캐패시터(C)는 노드(ND1)와 접지단(GND) 사이에 연결되고, 온도 변화에 영향이 적은 메탈 캐패시터를 포함할 수 있다. 제 1 전류원(SC1)는 전원단(VDD)과 노드(ND) 사이에 연결되고, 절대 온도에 비례하는 PTAT(Proportional To Absolute Temperature) 전류원을 포함할 수 있다. 제 2 전류원(SC2)는 전원단(VDD)과 노드(ND) 사이에 연결되고, 절대 온도에 반비례하는 CTAT(Complementary To Absolute Temperature) 전류원을 포함할 수 있다.
램프 신호 발생기(201)는 온도에 따라 일정한 출력을 내는 BGR의 특성에 따라 온도 변화에 영향이 없는 캐패시터(C), PTAT(Proportional To Absolute Temperature) 전류원(SC1), 및 CTAT(Complementary To Absolute Temperature) 전류원(SC2)을 사용하여 온도에 따라 일정한 램프 신호(Vr)를 발생할 수 있다.
클럭 발생기(202)는 센싱 회로(100)와 무관한 내부 클럭(CLK)을 발생하도록 구현될 수 있다. 클럭 발생기(202)는 내부 클럭(CLK)을 발생하는 오실레이터(OSC)를 포함할 수 있다.
비교기(210)는 램프 신호(Vr)와 레퍼런스 전압(Vbgr)를 비교하고, 비교 신호를 출력하도록 구현될 수 있다.
카운터(220)는 비교기(210)의 비교 신호가 전달될 때까지 내부 클럭(CLK)을 카운팅 하도록 구현될 수 있다.
메모리(230)는 카운터(220)의 초기 카운팅값을 저장하도록 구현될 수 있다. 메모리(230)는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 센싱 회로(100)의 동작의 기준을 잡기 위하여 최초 동작 시 출력된 초기 카운팅 값은 메모리(230)에 저장될 수 있다. 메모리(230)에 저장된 값은 매 동작 시 값을 비교하는 기준이 되며 최초 동작 이후 변화시키지 않는다.
로직 회로(240)는 레퍼런스 모니터링 회로(200)의 전반적인 동작을 제어하고, 에러 신호(ERR)를 출력하도록 구현될 수 있다. 로직 회로(240)는 최초 동작 이후에 출력된 카운터(220)의 값이 최초에 메모리에 저장된 값과 비교하고, 일정범위 이상 벗어나면 에러 신호(ERR) 출력할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 램프 신호 발생기(101)의 온도에 따른 전류 변화를 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 2를 참조하면, 램프 신호 발생기(101)의 캐패시터(C)에 흐르는 전류(Ic)는 온도의 변화에 따라 일정하게 유지되고 있다.
제 1 전류원(SC1)는 PTAT(Proportional To Absolute Temperature) 전류원으로써, 온도가 증가함에 따라 증가된 전류(Iptat)을 생성하고 있다. 제2 전류원(SC2)는 CTAT(Complementary To Absolute Temperature) 전류원으로써, 온도가 증가함에 따라 감소된 전류(Ictat)를 생성하고 있다. Iptat와 Ictat가 온도에 딸 상보적으로 특성을 보임에 따라, 전체 전류(Ic)는 일정하게 유지된다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 레퍼런스 모니터링 회로(200)의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
레퍼런스 모니터링 회로(200)는 최초 Start 신호가 들어오면 램프 신호(Vr)를 발생할 수 있다. 램프 신호(Vr)는 시간에 따라 일정하게 증가될 수 있다.
비교기(210)는 램프 신호(Vr)와 밴드갭 레퍼런스 전압(Vbgr)을 비교하여 비교 신호를 출력할 수 있다. 카운터(220)는 시작 신호에 응답하여 클럭(CLK)을 카운팅 동작을 시작하고, 비교 신호에 응답하여 카운팅 동작을 종료할 수 있다. 즉, 램프 신호(Vr)가 밴드갭 레퍼런스 전압(Vbgr) 보다 크면, 카운터(220)는 정지될 수 있다. 이때, 메모리(230)는 카운팅 동작을 종료한 카운트값을 저장할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 램프 신호 발생기는 다양하게 구현될 수 있다. 램프 신호 발생기는 스위치를 더 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 레퍼런스 모니터링 회로(200a)를 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 4를 참조하면, 레퍼런스 모니터링 회로(200a)는, 도 1에 그것과 다른 램프 신호 발생기(201a)를 포함하고 있다.
램프 신호 발생기(201a)는 스위치(SW), 캐패시터(C), 제 1 전류원(SC1), 및 제 2 전류원(SC2)를 포함할 수 있다. 스위치(SW)는 전원단(VDD)와 노드(ND) 사이에 연결될 수 있다. 캐패시터(C)는 노드(ND)와 접지단(GND) 사이에 연결될 수 있다. 제 1 전류원(SC1)는 노드(ND)와 접지단(GND) 사이에 연결되고, PTAT(Proportional To Absolute Temperature) 전류원을 포함할 수 있다. 제 2 전류원(SC2)는 노드(ND)와 접지단(GND) 사이에 연결되고, 절대 온도에 반비례하는 PTAT(Proportional To Absolute Temperature) 전류원을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 레퍼런스 모니터링 회로(200)는 센싱 회로(100)와 독립적으로 전류와 캐패시터를 사용한 Single/Double Slope ADC를 통해 BGR 전압을 모니터링 할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 레퍼런스 모니터링 회로(200)의 동작 방법을 예시적으로 보여주는 흐름도이다. 도 1 내지 도 5를 참조하면, 레퍼런스 모니터링 회로(200)는 다음과 같이 동작할 수 있다.
레퍼런스 모니터링 회로(200)는 온도 변화에 무관한 램프 신호(Vr) 를 발생할 수 있다(S110). 램프 신호(Vr)와 센싱 회로(100)로부터 출력된 밴드갭 레퍼런스 전압(Vbgr)를 비교하면서 카운터(220)의 카운팅 동작이 수행될 수 있다(S120). 램프 신호(Vr)가 밴드갭 레퍼런스 전압(Vbgr)보다 클 때, 카운터(220)의 카운팅 동작은 종료될 것이다. 이때, 카운팅 동작의 카운팅 값과 메모리(230)에 저장된 값을 비교하여 에러 신호(ERR)가 출력될 수 있다. 만일, 카운팅 값과 저장된 값의 차이가 사전에 결정된 범위를 벗어나면, 에러 신호(ERR)가 출력될 수 있다(S130).
본 발명에 따른 단계들 및/또는 동작들은 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해될 수 있는 것과 같이, 다른 순서로, 또는 병렬적으로, 또는 다른 에포크(epoch) 등을 위해 다른 실시 예들에서 동시에 일어날 수 있다. 실시 예에 따라서는, 단계들 및/또는 동작들의 일부 또는 전부는 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체에 저장된 명령, 프로그램, 상호작용 데이터 구조(interactive data structure), 클라이언트 및/또는 서버를 구동하는 하나 이상의 프로세서들을 사용하여 적어도 일부가 구현되거나 또는 수행될 수 있다. 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체는 예시적으로 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 및/또는 그것들의 어떠한 조합일 수 있다. 또한, 본 명세서에서 논의된 "모듈"의 기능은 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 및/또는 그것들의 어떠한 조합으로 구현될 수 있다.
본 발명의 실시 예들의 하나 이상의 동작들/단계들/모듈들을 구현/수행하기 위한 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체 및/또는 수단들은 ASICs(application-specific integrated circuits), 표준 집적 회로들, 마이크로 컨트롤러를 포함하는, 적절한 명령들을 수행하는 컨트롤러, 및/또는 임베디드 컨트롤러, FPGAs(field-programmable gate arrays), CPLDs(complex programmable logic devices), 및 그와 같은 것들을 포함할 수 있지만, 여기에 한정되지는 않는다.
한편, 상술 된 본 발명의 내용은 발명을 실시하기 위한 구체적인 실시 예들에 불과하다. 본 발명은 구체적이고 실제로 이용할 수 있는 수단 자체뿐 아니라, 장차 기술로 활용할 수 있는 추상적이고 개념적인 아이디어인 기술적 사상을 포함할 것이다.
10: 차량용 회로
100: 센싱 회로
200: 레퍼런스 모니터링 회로
201: 램프 신호 발생기
202: 클럭 발생기
210: 비교기
220: 카운터
230: 메모리
240: 로직 회로
110: 밴드갭 레퍼런스 전압 발생기
120: 아날로그 디지털 변환기

Claims (10)

  1. 차량용 레퍼런스 모니터링 회로에 있어서:
    온도 변화에 무관한 램프 신호를 발생하는 램프 신호 발생기;
    상기 램프 신호와 센싱 회로의 밴드갭 레퍼런스 전압을 비교하는 비교기;
    상기 비교기로부터 출력 신호에 응답하여 내부 클럭의 카운팅 동작을 종료하는 카운터;
    초기 카운팅 값을 저장하는 메모리; 및
    상기 카운팅 동작의 카운팅 값과 상기 초기 카운팅 값을 비교하여 에러 신호를 출력하는 로직 회로를 포함하되,
    상기 램프 신호 발생기는,
    전원단과 상기 램프 신호를 출력하는 노드 사이에 연결되는 PTAT(Proportional To Absolute Temperature) 전류원;
    상기 전원단과 상기 노드 사이에 연결되는 CTAT(Complementary To Absolute Temperature) 전류원; 및
    상기 노드와 접지단 사이에 연결된 캐패시터를 포함하고,
    상기 램프 신호는 시간에 따라 일정하게 증가하는 레퍼런스 모니터링 회로.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐패시터는 메탈 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 레퍼런스 모니터링 회로.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 클럭을 발생하는 클럭 발생기를 더 포함하는 레퍼런스 모니터링 회로.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 클럭 발생기는 오실레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 레퍼런스 모니터링 회로.
  7. 차량용 레퍼런스 모니터링 회로의 동작 방법에 있어서,
    온도 변화에 무관한 램프 신호를 발생하는 단계;
    상기 램프 신호와 센싱 회로의 밴드갭 레퍼런스 전압을 비교하면서 클럭에 대한 카운팅 동작을 수행하는 단계; 및
    메모리에 저장된 초기 카운팅 값과 상기 카운팅 동작의 카운팅 값을 비교하여 에러 신호를 출력하는 단계를 포함하되,
    상기 램프 신호는 메탈 캐패시터, PTAT(Proportional To Absolute Temperature) 전류원, 및 CTAT(Complementary To Absolute Temperature) 전류원에 의해 발생되고, 시간에 따라 일정하게 증가하는 방법.
  8. 삭제
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 클럭은 상기 센싱 회로에 독립적인 오실레이터로부터 발생되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 램프 신호가 상기 밴드갭 레퍼런스 전압보다 클 때, 상기 카운팅 동작을 종료하는 단계를 더 포함하는 방법.
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