KR20090009674A

KR20090009674A - Circuit structure of soc for fire-sensing

Info

Publication number: KR20090009674A
Application number: KR1020070073774A
Authority: KR
Inventors: 천지민; 유영신; 한건희
Original assignee: 주식회사 씨엔 이지에스
Priority date: 2007-07-20
Filing date: 2007-07-20
Publication date: 2009-01-23

Abstract

The circuit structure of soc for fire-sensing is provided to prevent the instability generated due to analog components by using one IC as a fire perception sensor. The fire sensor operates in the interval of 2 second and transfers the output from the smoke sensor and the temperature sensor which is converted into AD, to the CPU. Output alternately converted in 1 second with and it delivers. The reference voltage and power are applied at the fire sensor through the pad. The one bit of 8-bit data delivered to the CPU includes the information(MODE) classifying the smoke sensor and the temperature sensor. The seven bit are the ADC result of the successive approximation logic(SAL) ADC result of 8-bit.

Description

Circuit structure of SoC for fire-sensing

도1은 본 발명 화재감지 에스오씨에 대한 시스템 블록도1 is a system block diagram for the present invention fire detection SOS

도2는 본 발명 화재감지 에스오씨의 연기감지 회로도2 is a smoke detection circuit diagram of the present invention fire detection SOS

도3은 본 발명 화재감지 에스오씨의 온도감지 블록도Figure 3 is a temperature detection block diagram of the present invention fire detection SOS

도4는 본 발명 화재감지 에스오씨의 ADC회로 블록도Figure 4 is a block diagram of the ADC circuit of the present invention fire detection SOS

일반적으로 화재감지기는 건물 실내의 천정에 부착 설치되어 화재발생시 온도, 연기 등을 감지하여 연결된 수신기로 화재감지신호를 전송하여 화재경보신호가 발생되도록 하는 장치를 말한다.In general, a fire detector is a device that is installed on the ceiling of a building to detect a temperature, smoke, etc. in the event of a fire and transmits a fire detection signal to a connected receiver to generate a fire alarm signal.

이러한 화재감지기는 연기및 온도를 감지하는 장치로 다수의 전자부품, 예를들면, 저항, 다이오드, 연산증폭기 등과같은 아날로그 부품과 신호의 종합적인 처리및 화재감지신호의 전송을 담당하는 MCU 등과 같은 전자부품이 장착된 구성이다.These smoke detectors are devices that detect smoke and temperature. Electronic devices such as MCUs, which are responsible for the comprehensive processing of signals and the transmission of fire detection signals, and analog components such as resistors, diodes, operational amplifiers, etc. The component is mounted.

그러나, 종래의 화재감지장치는 기판상에 다수의 아날로그 부품으로 구성되어 정확한 데이터 검출에 장애를 발생시켰으며 아날로그 부품의 수량으로 인한 화재감지장치의 크기를 대폭 키우는 결과를 나았다.However, the conventional fire detection device is composed of a large number of analog components on the substrate, causing a failure in accurate data detection, and resulted in significantly increasing the size of the fire detection device due to the number of analog components.

이러한 문제를 해결하기 위하여 하나의 IC에서 화재감지센서의 아날로그 부품들로 구성되어지는 검출회로를 구성하여 아날로그 부품들로 인하여 일어나는 불안정성을 제거하고 아날로그 부품이 차지하였던 부분을 줄이고, 감지부의 회로구성을 종래의 검출방식보다 안정하게 하기위한 목적이 있다.In order to solve this problem, a detection circuit composed of analog components of a fire detection sensor is configured in one IC to remove instability caused by analog components, reduce the portion occupied by analog components, and improve the circuit configuration of the detection unit. It is an object to make it more stable than a conventional detection method.

본 발명은 화재감지시스템에 관한 것으로 연기농도 감지와 온도감지부분 그리고 2가지 부분의 데이터를 ADC를 하여 아날로그 데이터를 디지털로 변환하는 부분등 세가지로 나뉘어진다.The present invention relates to a fire detection system, which is divided into three parts, such as a smoke concentration detection and a temperature detection part, and a part converting analog data into digital data using an ADC of two parts.

이 세가지를 각각 아래에 설명하도록 하겠다.Each of these three will be explained below.

연기농도 감지부는 연기에 의해 산란되는 빛의 양으로 연기의 농도를 판단하기 위하여, LED를 켜지 않았을 때의 pixel circuit의 신호와 LED를 켜고 난 후의 pixel circuit의 신호의 차이를 이용한다. 연기에 의해 산란되는 빛의 양에 의해서 포토다이오드가 발생시키는 전류의 크기도 수 pA～수 nA에 불구하고, 연기농도에 따른 빛의 양의 편차가 크지 않기 때문에 전류의 편차 역시 크지 않다. 따라서, 포토다이오드에 흐르는 전류를 적분하는 시간(integration time)을 길게 하여 전압으로 변환하여 연기의 양을 판단할 수 있다. 하지만, 오랜 integration time은 flicker noise의 영향이 커져 올바른 신호의 정보 얻는데 한계가 있다. 따라서 integration time이 매우 길어 flicker noise의 영향이 큰 경우는 integration time은 짧게 유지하는 대신 신호를 여러 번 더하여 연기농도에 의한 전압을 출력으 로 내 보낸다. 그러나, flicker에 의한 영향이 그리 크지 않은 경우는 dark current에 의한 영향만 제거하기 위해 한번 만 그 차이를 구한 전압을 출력으로 내보낸다.The smoke concentration detector uses the difference between the signal of the pixel circuit when the LED is not turned on and the signal of the pixel circuit after the LED is turned on to determine the concentration of the smoke by the amount of light scattered by the smoke. Although the amount of current generated by the photodiode due to the amount of light scattered by the smoke is not large, the variation of the current is not large because the variation in the amount of light according to the smoke concentration is not large. Therefore, the integration time of the current flowing through the photodiode (integration time) can be extended to convert the voltage to determine the amount of smoke. However, long integration time has a big influence of flicker noise, and thus there is a limit to obtaining correct signal information. Therefore, if the integration time is very long and the influence of flicker noise is high, the integration time is added several times instead of keeping the integration time short, and the smoke concentration is output to the output. However, if the influence of the flicker is not so large, the voltage of the difference is output to the output only once to remove only the influence of the dark current.

도 2의 CDS-INT는 기존 SCI의 구조에 phase Φ4, Φ5 를 추가하여 적분 결과를 저장하는 캐패시터 CF 의 LED의 ON, OFF 상태에 따라 방향을 바꾸어 줌으로써 뺄셈을 가능하게 하였다. LED가 켜지지 않은 상태, 즉 Φ4 phase 에서는 기존의 SCI와 같은 동작을 한다. 다음 LED를 켠 상태, 즉 Φ5 phase 에서는 CF 의 방향을 뒤집어서 전하를 저장하기 때문에 이전의 LED가 켜지지 않았을 때의 신호에서 켰을 때의 신호만큼 뺄셈을 하게 되고 연기에 의해 산란된 빛에 의한 신호(VSMOKE)만이 남는다. 이러한 일련의 과정을 N-번 반복하면 N-배 증폭된 신호를 얻어 연기의 양을 판단하기에 적합한 신호를 얻을 수 있다.The CDS-INT of FIG. 2 adds phases Φ4 and Φ5 to the structure of the existing SCI to enable subtraction by changing directions according to the ON and OFF states of the LEDs of the capacitor CF storing the integration result. In the state that the LED is not on, that is, the Φ4 phase, it operates like the conventional SCI. The next LED is turned on, that is, the Φ5 phase reverses the direction of CF to store the charge, so that the signal when the previous LED is not turned on is subtracted by the signal when it is turned on, and the signal by the light scattered by smoke (VSMOKE ) Is left. Repeating this series of N-times results in an N-times amplified signal that is suitable for judging the amount of smoke.

온도감지의 전체 블록은 도3과 같이 다음의 세 개의 블록으로 또한 나뉘어진다.The entire block of temperature sensing is also divided into the following three blocks as shown in FIG.

① PTAT (Proportional to Absolute Temperature) current source① PTAT (Proportional to Absolute Temperature) current source

첫 번째 블록인PTAT current source는 두 개의 면적이 다른 BJT를 사용하여 온도에 따라 output current를 linear 하게 변화시켜주는 역할을 한다. 이 때에 chip 외부에 달아주는 thermistor는 온도에 따라 변화하는 저항 값을 제공해 줌으로써 온도에 따른 current의 변화량에 또한 기여한다.The first block, the PTAT current source, uses two different BJTs to change the output current linearly with temperature. Thermistors attached to the outside of the chip also contribute to the amount of current change with temperature by providing a resistance value that changes with temperature.

② TIA (Trans-impedance Amplifier)② TIA (Trans-impedance Amplifier)

PTAT단에서 나오는 current output을 input으로 받아, voltage out put으로 변화시켜주는 역할을 한다.It receives the current output from the PTAT stage as an input and changes the voltage out put.

③ SC AMP (switched capacitor amplifier)SC AMP (switched capacitor amplifier)

TIA단을 통하여 얻을 수 있는 output voltage의 range가 제한적이기 때문에 이를 signal ground (1.5V＠3.0V power / 1.65V＠3.3V power)를 기준으로 증폭해 주는 역할을 한다.Since the range of output voltage that can be obtained through TIA stage is limited, it amplifies it based on signal ground (1.5V＠3.0V power / 1.65V＠3.3V power).

세 번째로 ADC하여 아날로그 데이터를 디지털데이터로 변환하는 부분은 다음과 같다.Third, ADC converts analog data into digital data as follows.

도4는 8-bit successive approximation ADC의 block diagram이다. Smoke sensor와 thermal sensor로부터 들어온 1.65V～2.65V(1.5V～2.5V)의 아날로그 입력은 charge redistribution ADC와 successive approximation logic 사이의 정보 교환을 거쳐 8-bit 디지털 출력으로 변환된다. ADC의 입력은 MUX를 통해 smoke sensor와 thermal sensor 중 하나로부터 전달 받는다. ADC의 동작을 위해서는 500KHz의 ADC_CLK와 ADC 동작의 시작을 알리는 ADC_START 신호가 요구된다. ADC_V265와 ADC_SSR_TS_165는 charge redistribution ADC가 사용하는 reference 전압 값들이다. ADC의 동작이 종결될 시 ADC_STOP이 High가 되어 ADC의 출력이 valid한 상태인 것을 알려준다. ADC_PWDNn은 1초마다 1번 사용되는 ADC의 전력 소모를 줄이기 위한 입력으로 Low가 되면 ADC_CLK가 High로 고정되어 더 이상 에너지를 낭비하지 않는다4 is a block diagram of an 8-bit successive approximation ADC. 1.65V to 2.65V (1.5V to 2.5V) analog inputs from smoke and thermal sensors are converted to 8-bit digital outputs through the exchange of information between the charge redistribution ADC and the successive approximation logic. The input of the ADC is routed from one of the smoke sensor and the thermal sensor through the MUX. For the operation of the ADC, the ADC_CLK of 500KHz and the ADC_START signal indicating the start of the ADC operation are required. ADC_V265 and ADC_SSR_TS_165 are reference voltage values used by the charge redistribution ADC. When the operation of ADC is terminated, ADC_STOP becomes High, indicating that the output of ADC is valid. ADC_PWDNn is an input to reduce power consumption of ADC that is used once every 1 seconds. When it goes low, ADC_CLK is fixed to High so it no longer wastes energy.

하나의 IC로 아날로그 부분들을 구성하여 화재감지센서의 아날로그 부품들로 인하여 일어나는 불안정성을 제거하고 아날로그 부품이 차지하였던 부분을 줄이고, 감지부의 회로구성에서 연기감지부분에 CDS를 사용하여 종래에 수nA의 연기감지 신호의 증폭시 발생하는 노이즈를 줄여주는 역할을 하게되고 그 결과로 안정된 연기감지시스템을 구성하게 된다. 또한 온도감지부분에서도 비선형성의 온도감지 Thermistor의 데이터를 PTAT를 이용한 선형성을 구성하고 TIA로 증폭하므로써 디지털 회로에서 검출하기 용이하게 된다.By constructing analog parts with one IC, it eliminates instability caused by analog parts of fire detection sensor, reduces the part occupied by analog parts, and uses CDS for smoke detection part in circuit of detection part. It plays a role of reducing the noise generated when amplifying the smoke detection signal, resulting in a stable smoke detection system. In addition, in the temperature sensing part, the linearity using PTAT is amplified by TIA and the data of the nonlinear temperature sensing thermistor is easily detected by the digital circuit.

Claims

SoC and its circuit which receives analog signal input through smoke sensor and temperature sensor, appropriately amplifies, converts it into digital signal and delivers it to digital processing processor

The method of claim 1, wherein the smoke detection analog signal processing of the smoke detection sensor is a circuit using a method of amplifying by adding the sum of n times the current difference between when the smoke detection LED is turned on and off.