KR19980074653A - 아날로그 입력 변환 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 아날로그 입력 변환 회로에 있어서, 아날로그 전압 증폭 처리과정에서 내재되어 있는 오차요인을 기준접지의 오프셋 전압 보상이라는 과정을 통해서 제거함으로써, 미세 전압 신호의 고배율 증폭처리를 이용하는 아날로그 입력 변환 회로를 적용하고 있는 제품의 정밀도 및 신뢰성을 향상시킨다.

본 발명은 아날로그 전압 입력부와, 입력된 아날로그 신호를 증폭하는 아날로그 신호 증폭부, 증폭된 아날로그 신호와 아날로그 입력부 기준접지와 아날로그-디지탈 변환기의 기준접지를 각각 전환하여 아날로그-디지탈 변환기에 접속하여 주는 아날로그 전환 스위치부, 접속된 아날로그 신호를 각각 변환하여 주는 아날로그-디지탈 변환기, 아날로그 전환 스위치부를 제어하고 변환된 디지탈 데이터를 연산처리 및 오프셋 보상 처리하는 마이크로 프로세서로 구성된다.

Description

아날로그 입력 변환 장치

본 발명은 아날로그 입력 변환 회로에 관한 것으로, 특히 미세 전압 입력 처리에 적당한 아날로그 입력 변환 장치에 관한 것이다.

종래 아날로그 입력 변환 회로의 구성은, 도 1에 표시한 바와 같이, 아날로그 전압 입력부(1)와, 입력된 아날로그 신호를 증폭하는 아날로그 신호 증폭부(2)와, 그리고 이 신호를 변환하여 주는 아날로그-디지탈 변환기(3)와 변환된 디지탈 데이타를 연산처리하는 마이크로 프로세서(4)로 되어 있다.

종래의 아날로그 입력 변환 회로의 동작을 살펴보면,

ⅰ) 아날로그 전압 입력부를 통해서 입력된 외부 전압 신호는, 아날로그 전압 신호(V_i)로서 아날로그-디지탈 변환기의 입력 허용 범위 내에서 필요한 증폭비(α라 함)에 의해 구성된 아날로그 신호 증폭부에 의해 아날로그 입력 전압 증폭 신호(V_o)로 증폭된다.

V_o=α * V_i(식 1)

위 (식 1)은 도 1에 있어서 V_gi= V_ga일 때 성립한다.

ⅱ) ⅰ)항에서 증폭된 신호는 아날로그-디지탈 변환기에 의해 디지탈 값으로 변환되고, 변환된 데이터는 마이크로 프로세서에 의해 이 회로가 응용되는 제품의 사양에 따라 연산처리되어 다양하게 이용된다.

ⅲ) ⅰ)항에서 만일 V_gi≠ V_ga이면(즉, 아날로그 전압 입력부의 기준접지와 아날로그-디지탈 변환기의 기준접지간의 전위차가 있다면), 상기한 식 1은 아래와 같이 표현된다.

V_o'=α * V_i' (식 2)

이때 V_g= V_gi- V_ga,V_i'= V_i- V_g로 두면 (식 2)는

V_o' = α * (V_gi- V_ga) (식 2-1)

와 같이 표현되고, 위의 (식 1)과 (식 2-1)로부터

V_o' = V_o- α * (V_gi- V_ga) (식 2-2)

을 구할 수 있다(여기서 V_o'는 기준접지간의 전위차가 있을 때 아날로그-디지탈 변환기에 입력되는 아날로그 입력 전압 증폭 신호이다.).

도 1에 있어서, 아날로그 신호 증폭부의 구성은 응용되는 제품의 사양에 따라 다양한 증폭비와 기준전압을 이용하게 되는데, 여기에 사용되는 수동소자(예를 들면 정밀급저항, 가변저항 등)의 허용오차와 능동소자(예를 들면 연산증폭기)의 바이어스 전류, 그리고 아날로그 전압 입력부의 기준접지와 아날로그-디지탈 변환기의 기준접지 사이의 전위차 등에 의해 아날로그 전압 증폭 신호는 일정크기의 오프셋 전압을 유지하게 된다.

특히, 아날로그 입력 전압 신호가 수 ㎶ 단위의 미세한 전압 신호이고, 상기한 미세 전압신호를 높은 증폭비로 증폭할 경우에는 상기한 오프셋 전압이 결코 무시할 수 없는 오차요인으로 남게 된다.

본 발명은 종래 아날로그 입력 변환 회로에 있어서, 아날로그 전압의 증폭처리 과정에서 발생하는 오프셋 전압을 보상처리하도록 한 아날로그 입력 변환 회로와 보상방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 아날로그 전압 입력부, 입력된 아날로그 신호를 증폭하는 아날로그 신호 증폭부, 증폭된 아날로그 신호와 아날로그 입력부 기준접지와 아날로그-디지탈 변환기의 기준접지를 각각 전환하여 아날로그-디지탈 변환기에 접속하여 주는 아날로그 전환 스위치부, 접속된 아날로그 신호를 각각 변환하여 주는 아날로그-디지탈 변환기, 아날로그 전환 스위치부를 제어하고 변환된 디지탈 데이터를 연산처리 및 오프셋 보상 처리하는 마이크로 프로세서로 구성된다.

본 발명은 입력된 신호가 아날로그 신호 증폭부에 의해 증폭된 후의 신호와, 아날로그 입력부 기준접지와 아날로그-디지탈 변환기의 기준접지의 전위차를 상기한 신호 증폭부에 증폭비만큼 증폭한 후, 입력전압 증폭 신호에 해당하는 값으로 보상한다.

도 1은, 종래의 아날로그 입력 변환 회로 블럭도이다.

도 2는, 본 발명의 아날로그 입력 변환 오프셋 보상회로 블럭도이다.

도 3은, 오프셋 전압 보상 처리 순서도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

(1) ---------------------- 아날로그 전압 입력부,

(2) ---------------------- 아날로그 신호 증폭부,

(3) -------------------- 아날로그-디지탈 변환기,

(4) ------------------------- 마이크로 프로세서,

(5) -------------------- 아날로그 전환 스위치부,

V_i-------------------- 아날로그 입력 전압 신호,

V_o--------------- 아날로그 입력 전압 증폭 신호,

V_gi--------- 아날로그 입력 입력부 기준접지 전위,

V_ga------- 아날로그-디지탈 변환기 기준접지 전위,

CS ------------- 아날로그 전환 스위치 제어 신호.

이하, 본 발명의 실시예를 도면에 의거하여 설명한다. 또한, 종래의 기술과 동일 부품에 대해서는 동일 부호를 사용하여 그 설명을 생략한다.

본 발명의 아날로그 입력 변환 오프셋 보상회로의 구성은 도 2에 표시한 바와 같이, 아날로그 전압 입력부(1)와, 입력된 아날로그 신호를 증폭하는 아날로그 신호 증폭부(2), 증폭된 아날로그 신호와 아날로그 입력부 기준접지와 아날로그-디지탈 변환기의 기준접지를 각각 전환하여 아날로그-디지탈 변환기에 접속하여 주는 아날로그 전환 스위치부(5), 접속된 아날로그 신호를 각각 변환하여 주는 아날로그-디지탈 변환기(3), 아날로그 전환 스위치부를 제어하고 변환된 디지탈 데이터를 연산처리 및 오프셋 보상 처리하는 마이크로 프로세서(4)로 구성된다.

본 발명의 아날로그 입력 변환 오프셋 보상회로의 작동은 도 3에 표시한 바와 같이, 마이크로 프로세서로부터 아날로그 전환 스위치 제어 신호(CS)가 입력되어(S2: 단계 2), 아날로그 전환 스위치부의 a와 b를 접속시켜(S3), 아날로그 입력 전압 증폭 신호(V_o)를 아날로그-디지탈 변환기에 의해 변환된 디지탈 데이터로 환산하여 읽는다(이때 변환된 디지탈 데이터를 DT1이라 둔다.)(S4).

또, 마이크로 프로세서로부터 아날로그 전환 스위치 제어 신호(CS)가 입력되어(S2), 아날로그 전환 스위치부의 b와 d를 접속시켜(S5), 아날로그 입력부 기준접지(V_gi)의 전위를 아날로그-디지탈 변환기에 의해서 변환된 디지탈 데이터로 환산하여 읽는다(이때 변환된 디지탈 데이터를 DT2라 둔다.)(S6).

또, 다시 마이크로 프로세서로부터 아날로그 전환 스위치 제어 신호(CS)가 입력되어(S2) 아날로그 전환 스위치부의 c와 d를 접속시켜(S7), 아날로그-디지탈 변환기의 기준접지(V_gi)의 전위를 아날로그-디지탈 변환기에 의해서 변환된 디지탈 데이터로 환산하여 읽는다(이때 변환된 디지탈 데이터를 DT3라 둔다.)(S8).

상기한 3개의 항을 실행한 후 마이크로 프로세서에서도 도 3에 표시하는 바와 같이 오프셋 보상처리를 수행한다(S10). 즉, 아날로그 입력부 기준접지와 아날로그-디지탈 변환기의 기준접지의 전위차를 아날로그 신호 증폭부에서 적용된 증폭비만큼 증폭한 후(S9), 입력 전압 증폭 신호에 해당하는 값으로 보상한다(S10).

상기한 항(식 2-2)으로부터 아날로그 입력부 지준접지와 아날로그-디지탈 변환기의 기준접지의 전위차를 고려하지 않은 아날로그 입력 전압 증폭 신호(V_o)에 대하여

V_o= V_o'+ α * (V_gi- V_ga) (식 3)

와 같이 변형되고, 이를 변환된 디지탈 데이터와 연관지어 수식으로 표현하면,

DT = DT1 + α * (DT2 - DT3) (식 4)

이다(여기서 α는 아날로그 신호 증폭부의 증폭비이고, DT는 최종 오프셋 보상된 디지탈 데이터이다.).

본 발명은 종래 아날로그 입력 변환 회로에 있어서, 아날로그 입력부 기준접지와 아날로그-디지탈 변환기의 기준접지간의 전위를 이용하여, 상기한 일정 크기의 오프셋 전압을 상쇄시키도록 마이크로 프로세서를 통하여 보상처리함으로써 미세한 전압 신호의 고증폭 처리에도 다양하게 이용되도록 하여 제품의 정밀도와 신뢰성을 향상시키는 효과를 지닌다.

Claims (2)

1. 외부로부터의 아날로그 전압 신호를 입력하고, 기준접지 단자를 보유한 아날로그 전압 입력부와;

   상기한 아날로그 전압 입력부의 출력단과 접속되어 상기한 아날로그 전압 입력부로부터의 아날로그 출력 신호를 증폭하는 아날로그 신호 증폭부와;

   상기한 아날로그 신호 증폭부로부터 증폭된 아날로그 전압 신호를 입력받아 디지탈 신호로 변환하는 아날로그-디지탈 변환기로서 기준접지 단자를 보유한 아날로그-디지탈 변환기와;

   상기한 아날로그 신호 증폭부의 출력과 접속되는 제1입력단과, 상기한 아날로그 전압 입력부의 기준접지 단자와 접속되는 제2입력단과, 상기한 아날로그-디지탈 변환기의 기준접지 단자와 접속되는 제3입력단과, 상기한 제1입력단, 제2입력단, 제3입력단 중 어는 하나와 연결되는 공통 출력단을 갖고, 이 공통 출력단은 상기한 아날로그-디지탈 변환기의 입력과 접속되는 아날로그 절환 스위치부와;

   상기한 아날로그-디지탈 변환기의 출력과 접속되어 이 아날로그-디지탈 변환기로부터의 디지탈 신호를 연산처리하며, 상기한 아날로그 절환 스위치부와 제어 신호선을 통해 접속되어 아날로그 절환 스위치부의 절환동작을 제어하여 아날로그 절환 스위치부의 상기한 제1입력단을 상기한 공통 출력단에 연결할 때는 증폭된 아날로그 신호를 상기한 아날로그-디지탈 변환기를 통해 디지탈 신호로 변환하여 입력받으며, 상기한 제2입력단을 상기한 공통 출력단에 연결할 때는, 상기한 아날로그 전압 입력부의 기준접지 단자로부터 기준접지 전위신호(V_gi)를, 상기한 아날로그-디지탈 변환기를 통해 디지탈 신호로 변환하여 입력받으며, 상기한 제3입력단을 상기한 공통 출력단에 연결할 때는, 상기한 아날로그-디지탈 변환기의 기준접지 단자로부터의 기준접지 전위신호(V_ga)를, 상기한 아날로그-디지탈 변환기를 통해 디지탈 신호로 변환하여 입력받아 이들 신호로부터 소정의 산출식을 통하여 오프셋 보상된 디지탈 전압값을 산출하는 마이크로 프로세서를 구비하는 것을 특징으로 하는 아날로그 입력 변환 장치.
2. 제1항에 있어서, 마이크로 프로세서가 오프셋 보상된 디지탈 전압값을 하기의 산출식에 의해 산출하는 것을 특징으로 하는 아날로그 입력 변환 장치.

   DT = DT1 + (α * (DT2 - DT3))

   (여기서, DT는 오프셋 보상된 디지탈 전압값이고, DT1은 보상전 디지탈 전압값이며, DT2는 상기한 아날로그 전압 입력부의 기준접지 전위신호(V_gi)를 디지탈 신호로 변환한 값이고, DT3는 상기한 아날로그-디지탈 변환기의 기준접지 전위신호(V_ga)를 디지탈 신호로 변환한 값이며, α는 상기한 아날로그 신호 증폭부의 증폭비이다.)