KR20070105195A - 온도 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 온도 센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 정밀한 온도 측정을 할 수 있는 온도센서에 관한 것이다.

본 발명은, 온도에 따라 일정 범위로 변하는 온도전압을 출력하는 온도전압 발생부; 상기 온도전압을 증폭하여 출력하는 증폭부; 및 상기 증폭부의 출력을 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도센서를 제공한다.

본 발명에 따르면, 온도전압을 넓은 범위를 가진 온도전압으로 증폭하여 디지털 신호로 변환함으로써 온도를 더욱 정밀하게 측정할 수 있는 효과가 있으며, 온도센서의 제작 공정상 발생할 수 있는 오차를 제2 기준전압을 조절함으로써 온도 측정 오차를 줄일 수 있고, 아날로그 디지털 변환부에 입력되는 전압의 범위가 커지므로, 아날로그 디지털 변환부의 설계를 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.

온도 센서, 연산증폭기, 아날로그 디지털 변환기(ADC)

Description

온도 센서{TEMPERATURE SENSOR}

도 1 내지 도 4는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 온도 센서의 블록도.

도 5는 본 발명의 실시형태에 따른 온도센서의 증폭부의 출력을 도시한 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100, 200, 300, 400 : 온도 센서

110, 210, 310, 410 : 온도전압 발생부

120, 220, 320, 420 : 증폭부

130, 230, 330, 430 : 아날로그 디지털 변환부

221, 322, 422 : 제1 기준전압 입력단

321, 421 : 연산증폭기

323, 424 : 제1 저항

324, 425 : 제2 저항

423 : 제2 기준전압 입력단

본 발명은 온도 센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 정밀한 온도 측정을 할 수 있는 온도센서에 관한 것이다.

일반적인 온도센서는 온도에 따라 변하는 전압인 온도전압이나 온도에 따라 변하는 전류인 온도전류를 검출하고, 검출된 온도전압 또는 온도전류를 아날로그 디지털 변환기(Analog Digital Converter: ADC)를 이용해 디지털 신호로 변환하는 방식에 의하여 온도를 측정한다.

아날로그 디지털 변환기는 온도전압이나 온도전류를 일정한 비트 수를 가지는 디지털 신호로 변환한다. 디지털 신호의 비트 수가 많을 수록 더 정밀한 온도측정이 가능하다.

그런데, 아날로그 디지털 변환기는 입력되는 아날로그 신호를 구분하는 일정한 해상도를 가지고 있고, 입력되는 아날로그 신호의 범위가 작은 경우에는 디지털 신호의 비트 수도 적게 되어 정밀한 온도 측정이 불가능해진다.

특히, 종래의 온도센서는 온도가 10℃ 변할 때 온도전압은 약 0.03V의 변동폭이 생기는데, 이와 같은 작은 변동 범위를 가진 온도전압으로부터 정밀한 온도 측정이 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 정밀한 온도 감지가 가능한 온도 센서를 제공하는데 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위해서, 본 발명은, 온도에 따라 일정 범위로 변하는 온도전압을 출력하는 온도전압 발생부; 상기 온도전압을 증폭하여 출력하는 증폭부; 및 상기 증폭전압을 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도센서를 제공한다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 증폭부는, 제1 기준전압이 입력되는 제1 기준전압 입력단을 가지며, 상기 제1 기준전압과 상기 온도전압의 차를 증폭하여 출력하는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 증폭부는, 비반전입력단, 반전입력단, 비반전출력단 및 반전출력단을 갖는 연산증폭기; 상기 제1 기준전압 입력단과 상기 반전입력단 사이에 연결된 제1 저항; 및 상기 반전입력단과 상기 비반전출력단 사이에 연결되어 상기 비반전출력단의 출력을 상기 반전입력단으로 피드백하는 제2 저항을 포함한다.

상기 온도전압 발생부의 온도전압이 상기 비반전입력단으로 입력되며, 상기 온도전압과 제1 기준전압의 차를 증폭하여 상기 반전출력단을 통해 상기 아날로그 디지털 변환기로 출력하는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 증폭부는, 상기 반전출력단의 출력 전압 범위를 결정하는 제2 기준전압이 입력되는 제2 기준전압 입력단을 더 포함하고, 상기 온도전압을 증폭한 후, 상기 제2 기준전압에 따라 상기 증폭된 온도전압의 전압 범위를 조정하여 출력하는 것일 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에서, 상기 반전출력단의 출력 전압 범위를 결정하는 제2 기준전압이 입력되는 제2 기준전압 입력단을 더 포함하고, 상기 온도전압과 상기 제1 기준전압의 차를 증폭한 후, 상기 제2 기준전압에 따라 상기 증폭된 값의 전압 범위를 조정하여 출력하는 것일 수 있다.

이에 따르면, 제2 기준전압을 조정하는 것에 의하여 증폭부의 출력 범위가 아날로그 디지털 변환부의 정상 동작 범위로 조정되어 아날로그 디지털 변환부로 입력될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태를 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서, 도면에 도시된 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위하여 과장될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 온도 센서(100)의 블록도이다.

도 1을 참조하면, 온도 센서(100)는 온도전압 발생부(110), 증폭부(120) 및 아날로그 디지털 변환부(130)를 포함하여 구성된다.

상기 온도전압 발생부(110)는 온도에 따라 일정한 범위를 가지면서 변하는 온도전압을 생성하여 증폭부(120)에 공급한다.

상기 증폭부(120)는 상기 온도전압을 아날로그 디지털 변환부(130)의 정상 동작 범위에 맞도록 증폭한 다음 아날로그 디지털 변환부(130)에 공급하며, 상기 아날로그 디지털 변환부(130)는 증폭부(120)로부터의 입력을 디지털 신호로 변환한다.

이와 같이, 아날로그 디지털 변환부(130)가 증폭부(120)에서 증폭된 상기 온도전압을 디지털 신호로 변환함으로써, 더욱 넓은 범위를 가지는 온도전압으로부터 디지털 신호를 생성한다. 따라서, 아날로그 디지털 변환부(130)는 온도전압을 더욱 세밀하게 구분하여 디지털 신호로 변환할 수 있으므로 온도 센서(100)는 정밀한 온도 측정을 할 수 있게 된다.

도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 온도 센서(200)의 블록도이다.

도 2를 참조하면, 온도 센서(200)는 온도전압 발생부(210), 증폭부(220), 아날로그 디지털 변환부(230)를 포함하여 구성되며, 증폭부(220)는 제1 기준전압이 입력되는 제1 기준전압 입력단(221)을 더 포함한다.

상기 증폭부(220)는 온도전압 발생부(210)의 온도전압과 제1 기준전압 입력단(221)에 입력되는 제1 기준전압을 비교하여 그 차이를 증폭한다.

온도전압은 일정한 범위를 가지면서 온도에 비례하여 변한다. 제1 기준전압은 상기 온도전압의 범위의 중간값이 될 수 있다. 따라서, 증폭부(220)에서 출력되는 값은 상기 온도전압과 온도전압의 중간값인 제1 기준전압과의 차이를 증폭한 값이 되어 아날로그 디지탈 변환부(230)로 출력된다.

도 3은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 온도 센서(300)의 블록도이다.

도 3을 참조하면, 온도센서(300)는 온도전압 발생부(310), 증폭부(320) 및 아날로그 디지털 변환부(330)를 포함하여 구성되며, 증폭부(320)는 연산증폭기(321), 제1 저항(323), 제2 저항(324) 및 제1 기준전압 입력단(322)을 포함한다.

연산증폭기(321)는 비반전입력단, 반전입력단, 비반전출력단 및 반전출력단을 갖는다.

비반전입력단에는 온도전압 발생부(310)의 온도전압이 입력되며, 연산증폭기(321)는 상기 온도전압과 제1 기준전압의 차이를 증폭하여 반전출력단으로 출력한다.

제1 저항(323)은 제1 기준전압 입력단(322)과 반전입력단을 연결한다. 제2 저항(324)은 비반전출력단과 반전입력단을 연결하여 비반전출력단의 출력을 반전입력단으로 피드백한다.

이와 같은 구성을 통하여 증폭부(320)는 온도전압과 제1 기준전압의 차가 증폭하고 이를 연산증폭기(321)의 반전출력단을 통하여 아날로그 디지털 변환부(330)로 입력한다.

도 4는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 온도 센서(400)의 블록도이다.

도 4를 참조하면, 온도센서(400)는 온도전압 발생부(410), 증폭부(420) 및 아날로그 디지털 변환부(430)를 포함하여 구성되며, 증폭부(420)는 연산증폭기(421), 제1 저항(424), 제2 저항(425), 제1 기준전압 입력단(422) 및 제2 기준전압 입력단(423)을 포함한다.

연산증폭기(421)는 비반전입력단, 반전입력단, 비반전출력단 및 반전출력단을 갖는다. 상기 제2 기준전압 입력단(423)은 연산증폭기(421)에 포함된다.

상기 제2 기준전압은 반전출력단의 출력이 일정 전압 범위를 가지도록 결정 된다. 상기 전압 범위는 아날로그 디지털 변환부(430)의 정상 동작 범위와 동일하거나 정상 동작 범위에 포함될 수 있다.

비반전입력단에는 온도전압 발생부(410)의 온도전압이 입력되며, 연산증폭기(421)는 온도전압과 제1 기준전압의 차이를 증폭한 후 제2 기준전압 입력단(423)에서 입력되는 제2 기준전압에 따라 출력 범위를 조정하여 조정된 값을 반전출력단으로 출력한다.

제1 저항(424)은 제1 기준전압 입력단(422)과 반전입력단을 연결한다. 제2 저항(425)은 비반전출력단과 반전입력단 사이에 연결되어 비반전출력단의 출력을 반전입력으로 피드백한다.

아날로그 디지털 변환부(430)는 입력되는 전압을 디지털 신호로 바꾸는데 있어서, 입력 전압이 일정 범위에 해당되는 경우에만 정상적으로 동작한다.

따라서, 제1 기준전압 입력단(422)에서 입력된 제1 기준전압과 온도전압 발생부(410)의 온도전압의 차이가 증폭되고, 증폭된 값이 아날로그 디지털 변환부(430)의 정상 동작 범위에 포함될 수 있도록 상기 증폭된 값을 제2 기준전압에 따라 상승 또는 하강시켜 출력 범위를 조정한다.

예를 들면, 전압 발생부(410)의 온도전압과 제1 기준전압의 차이가 증폭된 값이 -0.5V에서 +0.5V의 범위를 가지며, 아날로그 디지털 변환부(430)의 정상 동작 범위가 입력이 0V에서 1V인 경우, 상기 증폭부(420)가 출력이 아날로그 디지털 변 환부(530)의 정상 동작 범위인 0V에서 1V의 범위의 전압을 출력할 수 있도록 제2 기준전압 입력단(423)에 0.5V의 제2 기준전압을 인가하는 것일 수 있다.

이와 같이, 제1 기준전압과 제2 기준전압을 조정하는 것에 의하여 온도전압 발생부의 종류에 따라 아날로그 디지털 변환부를 별도로 설계할 필요가 없어지므로 아날로그 디지털 변환부의 설계비용이 절감되게 된다.

또한, 온도전압 발생부 또는 연산증폭기의 제작 공정시 공정오차가 발생할 수 있는데, 이러한 공정오차를 제2 기준전압을 변경하는 것에 의하여 아날로그 디지털 변환부에 균일한 입력을 공급할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시형태에 따른 온도센서의 증폭부의 출력을 도시한 그래프이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 증폭부에서 출력되는 값은 10℃의 온도 변화에 약 0.14V의 전압 변화를 가지는데, 이는 종래기술의 0.03V의 전압 변화보다 더 큰 값이다.

입력되는 전압을 0.01V 단위로 판단할 수 있는 아날로그 디지털 변환기를 사용하였을 때 검출되는 온도의 최소 구분단위는 종래기술의 경우 3.3℃가 되나, 본 발명의 온도센서는 0.6가 된다.

따라서, 본 발명에 따른 온도센서는 종래기술에 비하여 더욱 정밀한 온도 변화를 감지할 수 있다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이며, 이 또한 첨부된 청구범위에 기재된 기술적 사상에 속한다 할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 온도전압을 넓은 범위를 가진 온도전압으로 증폭하여 디지털 신호로 변환함으로써 온도를 더욱 정밀하게 측정할 수 있는 효과가 있다.

또한, 온도센서의 제작 공정상 발생할 수 있는 오차를 제2 기준전압을 조절함으로써 온도 측정 오차를 줄일 수 있다.

그리고, 아날로그 디지털 변환부에 입력되는 전압의 범위가 커지므로, 아날로그 디지털 변환부의 설계를 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 온도에 따라 일정 범위로 변하는 온도전압을 출력하는 온도전압 발생부;

   상기 온도전압을 증폭하여 출력하는 증폭부; 및

   상기 증폭전압을 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환부

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도센서.
2. 제1항에 있어서, 상기 증폭부는,

   제1 기준전압이 입력되는 제1 기준전압 입력단을 가지며, 상기 제1 기준전압과 상기 온도전압의 차를 증폭하여 출력하는 것을 특징으로 하는 온도센서.
3. 제2항에 있어서, 상기 증폭부는,

   비반전입력단, 반전입력단, 비반전출력단 및 반전출력단을 갖는 연산증폭기;

   상기 제1 기준전압 입력단과 상기 반전입력단 사이에 연결된 제1 저항; 및

   상기 반전입력단과 상기 비반전출력단 사이에 연결되어 상기 비반전출력단의 출력을 상기 반전입력단으로 피드백하는 제2 저항을 포함하고,

   상기 온도전압 발생부의 온도전압이 상기 비반전입력단으로 입력되며, 상기 온도전압과 제1 기준전압의 차를 증폭하여 상기 반전출력단을 통해 상기 아날로그 디지털 변환기로 출력하는 것을 특징으로 하는 온도센서.
4. 제1항에 있어서, 상기 증폭부는,

   상기 반전출력단의 출력 전압 범위를 결정하는 제2 기준전압이 입력되는 제2 기준전압 입력단을 더 포함하고,

   상기 온도전압을 증폭한 후, 상기 제2 기준전압에 따라 상기 증폭된 온도전압의 전압 범위를 조정하여 출력하는 것을 특징으로 하는 온도센서.
5. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 증폭부는,

   상기 반전출력단의 출력 전압 범위를 결정하는 제2 기준전압이 입력되는 제2 기준전압 입력단을 더 포함하고,

   상기 온도전압과 상기 제1 기준전압의 차를 증폭한 후, 상기 제2 기준전압에 따라 상기 증폭된 값의 전압 범위를 조정하여 출력하는 것을 특징으로 하는 온도센서.

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