KR20000017475U

KR20000017475U - 아날로그 입력 변환 회로의 오프셋 보정 장치

Info

Publication number: KR20000017475U
Application number: KR2019990002982U
Authority: KR
Inventors: 오연식
Original assignee: 이종수; 엘지산전 주식회사
Priority date: 1999-02-26
Filing date: 1999-02-26
Publication date: 2000-09-25

Abstract

본 고안은 아날로그 입력 변환 회로의 오프셋 보정 장치에 관한 것으로, 종래 입력되는 수 μV단위의 미세한 아날로그 입력신호를 증폭함에 있어서 고정된 오프셋 전압을 이용하여 전원전압의 변동, 수동소자의 온도계수 및 능동소자의 온도 드리프트의 영향으로 발생되는 다양한 증폭비 및 기준전압의 변동을 보상함으로써, 상기 오프셋 전압의 오차로 인하여 상기 미세한 아날로그 입력신호에 대한 오프셋 보상의 정밀도 및 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있었다. 따라서, 본 고안은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 오프셋 보정선택부와 마이크로 프로세서를 이용하여 미세 전압 입력 신호를 증폭 처리하는 과정에서 전원전압 및 온도 계수 변동등으로 아날로그 전압 신호 증폭부와 기준전압 생성부에서 발생하는 증폭비 및 기준전압의 변동에 따라 오프셋 전압을 가변하여 보정하도록 함으로써, 고정밀도의 증폭 회로를 응용하는 제품의 정밀도와 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.

Description

아날로그 입력 변환 회로의 오프셋 보정 장치{APPARATUS FOR OFFSET COMPENSATION OF ANALOG INPUT CONVERTING CIRCUIT}

본 고안은 아날로그 입력 변환 회로의 오프셋 보정 장치에 관한 것으로, 특히 미세 아날로그 전압 입력 신호를 입력받아 디지탈 신호로 변환하는 아날로그 입력 변환 회로에 있어서 변동 증폭비 및 실제 아날로그 전압에 대한 디지탈값을 연산하여 상기 아날로그 전압 입력 신호에 대한 증폭 처리 과정에서 발생하는 증폭비 및 기준전압의 변동을 보정하여 고정밀도를 요구하는 미세 전압 입력 신호의 증폭 처리에 적당하도록 한 아날로그 입력 변환 회로의 오프셋 보정 장치에 관한 것이다.

도 1은 종래 아날로그 입력 변환 회로의 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시된 바와 같이 외부로부터 아날로그 전압 신호(Vi)를 입력받는 아날로그 전압 신호 입력부(1)와; 상기 아날로그 전압 신호 입력부(1)를 통해 입력되는 아날로그 전압 신호(Vi)를 증폭하는 증폭부(2)와; 상기 증폭부(2)에서 사용되는 기준전압(Vr)을 생성하는 기준전압 생성부(3)와; 상기 증폭부(2)에서 증폭된 아날로그 신호(Vo)를 디지탈 신호로 변환하여 출력하는 아날로그/디지탈 변환부(4)와; 상기 아날로그/디지탈 변환부(4)의 디지탈 신호를 입력받아 이를 연산처리함과 아울러 각 부의 동작을 제어하는 마이크로 프로세서(5)로 구성되며, 이와 같이 구성된 종래 기술에 따른 동작과정을 상세히 설명한다.

우선, 아날로그 전압 신호 입력부(1)를 통해 외부에서 미세 전압 신호(Vi)를 입력받은 증폭부(2)는 아날로그/디지탈 변환부(3)의 입력 허용 범위내에서 필요한 증폭비(α)와 기준전압 생성부(3)로부터 인가된 기준전압(Vr)에 의해 이를 수학식 1과 같이 증폭하여 출력하게 된다.

Vo = α × Vi + Vr

여기서, α는 증폭비이고, Vr은 기준전압이 되며, 상기 증폭기(2)의 출력 신호(Vo)는 아날로그/디지탈 변환부(4)에 의해 디지털 값으로 변환되고, 상기 변환된 디지털 값을 입력받은 마이크로 프로세서(5)는 이 회로가 응용되는 제품의 규격에 따라 연산 처리되어 다양하게 이용된다.

여기서, 전원전압의 변동이나 온도의 변화등으로 증폭비(α) 및 기준전압(Vr)이 각각 Δα, ΔVr만큼의 변동된다면, 상기 증폭기(2)에서 증폭되어 출력되는 신호(Vo')는 수학식 2와 같이 출력된다.

Vo' = α' × Vi + Vr'

여기서, 변동된 증폭비(α')는 α + Δα로 변동된 지준전압(Vr')은 Vr + ΔVr로 변환하게 되면, 상기 증폭기(2)에서 증폭된 신호(Vo')는 수학식 3과 같이 출력하게 된다.

Vo' = (α × Vi + Vr) + (Δα × Vi + ΔVr) = Vo + ΔVo

따라서, 상기 증폭기(2)의 출력신호(Vo)를 입력받은 아날로그/디지탈 변환기(4)는 이를 디지탈 신호로 변환하여 마이크로 프로세서(5)로 출력하게 된다.

상기와 같이 종래 입력되는 수 μV단위의 미세한 아날로그 입력신호를 증폭함에 있어서 고정된 오프셋 전압을 이용하여 전원전압의 변동, 수동소자의 온도계수 및 능동소자의 온도 드리프트의 영향으로 발생되는 다양한 증폭비 및 기준전압의 변동을 보상함으로써, 상기 오프셋 전압의 오차로 인하여 상기 미세한 아날로그 입력신호에 대한 오프셋 보상의 정밀도 및 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있었다.

따라서, 본 고안은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 변동 증폭비 및 실제 아날로그 전압에 대한 디지탈값을 연산하여 상기 아날로그 전압 입력 신호에 대한 증폭 처리 과정에서 발생하는 증폭비 및 기준전압의 변동을 보정하여 고정밀도를 요구하는 미세 전압 입력 신호의 증폭 처리에 적당하도록 한 아날로그 입력 변환 회로의 오프셋 보정 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 아날로그 입력 변환 회로의 구성을 보인 블록도.

도 2는 본 고안을 적용한 아날로그 입력 변환 회로의 구성을 보인 블록도.

도 3은 도 2의 동작 흐름도.

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***

50 : 마이크로 프로세서 60 : 오프셋 보정 선택부

61,62 : 스위치

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안의 구성은 외부로부터 아날로그 전압 신호를 입력받는 아날로그 전압 신호 입력부와; 상기 아날로그 전압 신호와 기준접지 신호, 기준전압 신호를 오프셋 보정 선택 신호에 의해 선택적으로 연결하는 오프셋 보정 선택부와; 상기 오프셋 보정 선택부를 통해 아날로그 전압 신호, 기준접지 신호, 기준전압 신호를 입력받아 이를 증폭하여 출력하는 아날로그 전압 신호 증폭부와; 상기 아날로그 전압 신호 증폭부에서 사용되는 기준전압을 생성하는 기준전압 생성부와; 상기 아날로그 전압 신호 증폭부에서 증폭된 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환하여 출력하는 아날로그/디지탈 변환부와; 상기 아날로그/디지탈 변환부의 디지탈 신호를 입력받아 이를 연산처리함과 아울러 각 부의 동작을 제어하는 마이크로 프로세서로 구성하여 된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 고안에 따른 일실시예에 대한 동작과 작용효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 고안을 적용한 아날로그 입력 변환 회로의 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시한 바와 같이 외부로부터 아날로그 전압 신호(Vi)를 입력받는 아날로그 전압 신호 입력부(10)와; 상기 아날로그 전압 신호(Vi)와 기준접지 신호(Vg), 기준전압 신호(Vr)를 오프셋 보정 선택 신호(CS)에 의해 선택적으로 연결하여 출력하는 오프셋 보정 선택부(60)와; 상기 기준전압(Vr)을 생성하는 기준전압 생성부(30)와; 상기 오프셋 보정 선택부(60)를 통해 아날로그 전압 신호(Vi), 기준접지 신호(Vg), 기준전압 신호(Vr)를 입력받아 이를 증폭하여 출력하는 증폭부(20)와; 상기 증폭부(20)에서 증폭된 아날로그 신호(Vo)를 디지탈 신호로 변환하여 출력하는 아날로그/디지탈 변환부(40)와; 상기 아날로그/디지탈 변환부(40)의 디지탈 신호를 입력받아 이를 연산처리함과 아울러 각 부의 동작을 제어하는 마이크로 프로세서(50)로 구성하며, 상기 오프셋 보정 선택부(60)는 제1 단자(b)는 아날로그 전압 신호 입력부(10)의 양 단자(+)에 연결하고, 제2,제3 단자(b')(c)는 서로 아날로그 전압 신호 입력부(10)의 음 단자(-)에 병렬 연결하고, 제4,제5 단자(a)(a')는 각각 상기 증폭부(20)의 입력단에 연결한 제1 스위치(61)와; 제1 단자(c')는 상기 제1 스위치의 제2,제3 단자(b')(c)에 공통 연결하고, 제2,제3 단자(d)(e)는 각각 상기 기준전압 생성부(30)의 기준전압(Vr) 및 기준접지(Vg)에 연결한 제2 스위치(62)로 구성하며, 이와 같이 구성한 본 고안에 따른 동작과정을 첨부한 도 3의 동작흐름도를 참조하여 상세히 설명한다.

우선, 마이크로 프로세서(50)는 오프셋 보정 선택 신호(CS)를 오프셋 보정 선택부(60)로 출력하면, 상기 오프셋 보정 선택 신호(CS)를 입력받은 상기 오프셋 보정 선택부(60)는 증폭부(20)의 입력단으로 아날로그 전압 신호 입력부(10)를 통해 입력되는 아날로그 입력 신호(Vi)를 출력한다.

즉, 상기 오프셋 보정 선택부(60)내 제1 스위치(61)는 상기 증폭부(20)의 입력단과 연결된 단자(a),(a')와 각각 상기 아날로그 전압 신호 입력부(10)의 양단자 및 음단자와 연결된 단자(b),(b')를 연결하여 상기 아날로그 입력 신호(Vi)를 상기 증폭부(20)의 입력단으로 전달한다.

그리고, 상기 아날로그 입력신호(Vi)를 입력단으로 입력받은 상기 증폭부(20)는 수학식 2와 같이 증폭된 신호(Vo')를 출력한다.

그리고, 상기 증폭부(20)의 출력 신호(Vo')를 입력받은 아날로그/디지탈 변환부(40)는 이를 디지탈 신호로 변환하여 출력하고, 이를 입력받은 마이크로 프로세서(50)는 제1 증폭 변환신호(DT1)로 저장한다.

그리고, 상기 마이크로 프로세서(50)는 오프셋 보정 선택 신호(CS)를 상기 오프셋 보정 선택부(60)로 출력하여 상기 증폭부(20)의 입력단으로 기준접지전압(Vg)을 출력한다.

즉, 상기 오프셋 보정 선택 신호(CS)를 입력받은 상기 오프셋 보정 선택부(60)내 제1 스위치(61)는 상기 증폭부(20)의 입력단과 연결된 단자(a),(a')와 서로 공통 연결된 제2,제3 단자(b'),(c)를 연결함과 아울러 제2 스위치(62)는 상기 제1 스위치(61)의 공통연결된 제2,제3 단자(b'),(c)와 연결된 제1 단자(c')를 기준접지전압(Vg)와 연결된 제3 단자(e)에 연결함으로써, 상기 증폭부(20)의 입력단으로 상기 기준접지전압(Vg)를 출력한다.

따라서, 상기 오프셋 보정 선택부(60)를 통해 기준접지전압(Vg)을 입력받은 상기 증폭부(60)는 상기 수학식 2를 통해 증폭비(α')성분이 제외한 인가된 기준전압(Vr')성분만이 증폭된 증폭 신호(Vo')를 출력한다.

그리고, 상기 증폭된 신호(Vo')를 입력받은 아날로그/디지털 변환부(40)는 이를 디지탈 신호로 변환하여 출력하고, 이를 입력받은 상기 마이크로 프로세서(50)는 이를 제2 증폭 변환신호(DT2)로 저장한다.

그리고, 상기 마이크로 프로세서(50)는 오프셋 보정 선택 신호(CS)를 상기 오프셋 보정 선택부(60)로 출력하여 상기 제1 스위치(61)의 단자(a)(a')를 각각 단자(c)(b')에 연결하고, 상기 단자(c)(b')와 연결된 상기 제2 스위치(62)의 단자(c')와 기준전원전압(Vr')이 입력되는 단자(d)를 연결하여 상기 증폭부(20)의 입력단으로 기준전원전압(Vr')을 입력한다.

따라서, 상기 증폭부(20)는 상기 수학식 2에 따라 상기 기준전원전압(Vr')을 증폭하여 출력하고, 이를 입력받은 아날로그/디지탈 변환부(40)에서 이를 디지탈 신호로 변환하여 출력하고, 이를 입력받은 마이크로 프로세서(50)는 이를 제3 증폭변환신호(ST3)로 저장한다.

그리고, 상기 마이크로 프로세서(50)는 상기 저장된 증폭 변환신호(DT1)를 이용하여 상기 변동된 증폭비(α')와 기준전압(Vr')에 따른 오프셋의 영향을 증폭 신호(Vo')의 변환 결과로부터 실제 아날로그 전압 신호(Vi) 및 증폭비(α')를 각각 수학식 4, 수학식 5와 같이 연산한다.

Vi = ( Vo' - Vr') / α'

α' = ( Vo' / Vr') - 1

그리고, 상기 마이크로 프로세서(50)는 상기 제2,제3 증폭 변환신호(DT2)(DT3)를 이용하여 증폭비(α')에 대한 관계식의 증폭비(ALPHA) 및 제1,제2 증폭 변환신호(DT1)(DT2)에 대한 관계식의 증폭비(ALPHA)를 각각 수학식 6, 수학식 7을 이용하여 연산한다.

ALPHA = ( DT3 / DT2 ) - 1

DTi = ( DT1 - DT2 ) / ALPHA

여기서, DTi는 실제 아날로그 전압 신호(Vi)에 해당하는 디지털값이다.

그리고, 상기 마이크로 프로세서(50)는 수학식 1, 즉 증폭비(α)와 기준전압(Vr)의 변동에 따른 영향을 받지 않는 아날로그 전압 증폭 신호(Vo)에 대한 디지털 관계식을 이용하여 실제 아날로그 전압 신호에 대한 오프셋 보정된 디지탈값(DTo)을 수학식 8을 통해 연산한다.

DTo = DTα × DTi + DTr

여기서, DTα와 DTr은 최초 회로 설계시에 결정된 증폭비(α)와 기준전압(Vr)에 대응하는 디지탈값이다.

따라서, 상기 마이크로 프로세서(50)는 변동 증폭비 및 실제 아날로그 전압에 대한 디지탈값을 연산하여 상기 아날로그 전압 입력 신호에 대한 증폭 처리 과정에서 발생하는 증폭비 및 기준전압의 변동을 보정한 실제 아날로그 전압 신호에 대한 오프셋 보정된 디지탈값을 연산하여 출력한다.

상기에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 고안은 오프셋 보정선택부와 마이크로 프로세서를 이용하여 변동 증폭비 및 실제 아날로그 전압에 대한 디지탈값을 연산하여 상기 아날로그 전압 입력 신호에 대한 증폭 처리 과정에서 발생하는 증폭비 및 기준전압의 변동을 보정하도록 함으로써, 고정밀도의 증폭 회로를 응용하는 제품의 정밀도와 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims

외부로부터 아날로그 전압 신호를 입력받는 아날로그 전압 신호 입력부와; 상기 아날로그 전압 신호와 기준접지 신호, 기준전압 신호를 오프셋 보정 선택 신호에 의해 선택하여 출력하는 오프셋 보정 선택부와; 상기 오프셋 보정 선택부를 통해 아날로그 전압 신호, 기준접지 신호, 기준전압 신호를 입력받아 이를 증폭하여 출력하는 증폭부와; 상기 증폭부에서 사용되는 기준전압을 생성하는 기준전압 생성부와; 상기 아날로그 전압 신호 증폭부에서 증폭된 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환하여 출력하는 아날로그/디지탈 변환부와; 상기 아날로그/디지탈 변환부의 디지탈 신호를 입력받아 이를 연산처리함과 아울러 각 부의 동작을 제어하는 마이크로 프로세서로 구성하여 된 것을 특징으로 하는 아날로그 입력 변환 회로의 오프셋 보정 장치.
제1항에 있어서, 상기 마이크로 프로세서는 변동 증폭비를 연산하고, 그 연산된 변동 증폭비를 이용하여 실제 아날로그 전압 신호에 대한 디지털값을 연산하여 증폭비 및 기준전압 변동에 대한 오프셋을 보정하도록 한 것을 특징으로 하는 아날로그 입력 변환 회로의 오프셋 보정 장치.
제1항에 있어서, 상기 오프셋 보정 선택부는 제1 단자는 아날로그 전압 신호 입력부의 양 단자에 연결하고, 제2,제3 단자는 서로 아날로그 전압 신호 입력부의 음 단자에 공통 연결하고, 제4,제5 단자는 각각 아날로그 전압 신호 증폭부의 입력단에 연결한 제1 스위치와; 제1 단자는 상기 제1 스위치의 공통연결된 제2,제3 단자에 연결하고, 제2,제3 단자는 각각 기준전압 생성부의 출력단 및 기준접지에 연결한 제2 스위치로 구성하여 된 것을 특징으로 하는 아날로그 입력 변환 회로의 오프셋 보정 장치.
제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 오프셋 보정 선택부는 오프셋 보정 선택 신호를 입력받아 제1 스위치의 제1,제2 단자와 제4,제5 단자를 연결하여 증폭부의 입력단으로 아날로그 입력 신호를 출력하거나, 상기 제1 스위치의 제2,제3 단자와 제4,제5 단자를 연결함과 아울러 제2 스위치의 제1,제2 단자를 연결하여 상기 증폭부의 입력단으로 기준전압 신호를 출력하거나, 상기 제1 스위치의 제2,제3 단자와 제4,제5 단자를 연결함과 아울러 상기 제2 스위치의 제1,제3 단자를 연결하여 상기 증폭부의 입력단으로 기준접지 신호를 출력하도록 한 것을 특징으로 하는 아날로그 입력 변환 회로의 오프셋 보정 장치.