KR20090050402A

KR20090050402A - 아날로그 디지털 변환기의 허용 입력 범위를 증가시키기위한 신호레벨 변환 회로

Info

Publication number: KR20090050402A
Application number: KR1020070116810A
Authority: KR
Inventors: 홍성철; 엄준호
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2007-11-15
Filing date: 2007-11-15
Publication date: 2009-05-20
Also published as: US7656328B2; US20090128390A1

Abstract

본 발명은 아날로그 디지털 변환기의 허용 입력 범위를 증가시키기 위한 신호레벨 변환 회로에 관한 것으로서, 아날로그 디지털 변환기의 개수 및 해상도의 변화 없이, 정해진 입력 동적 영역의 2배의 입력신호를 디지털 변환할 수 있는 회로를 제공함에 그 특징적인 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 입력신호 Vin 과 특정 신호(Vref1, Vref2)와의 크기를 비교하고 그 차이를 계산하여 출력하는 비교 계산부; 상기 비교 계산부로부터 입력되는 신호를 아날로그 디지털 변환부의 허용 범위 안에 들어오도록 신호 레벨을 변환하는 신호 레벨링 회로부; 상기 신호 레벨링 회로부로부터 출력된 신호 Vo 와 비교 계산부로부터 출력된 신호 Vack1, Vack2 를 디지털화하는 아날로그 디지털 변환부; 및 상기 아날로그 디지털 변환부를 통해 디지털화된 출력신호를 원래의 아날로그 입력신호로 복원하는 신호 처리부; 를 포함한다.

아날로그 디지털 변환기, 동적 영역

Description

아날로그 디지털 변환기의 허용 입력 범위를 증가시키기 위한 신호레벨 변환 회로{THE SIGINAL LEVEL CONVERSION CIRCUIT FOR INCREASING DYNAMIC RANGE OF THE ANALOG TO DIGITAL CONVERTER}

본 발명은 해상도의 감소나 수정 없이 아날로그 디지털 변환기(Analogue to Digital Converter: ADC)의 허용 입력 범위를 증가시키기 위한 신호레벨 변환 회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 일정한 허용 입력범위 -Vmin ~ Vmax를 갖는 아날로그 디지털 변환기의 허용 입력 범위를 최대-2Vmin ~ 2Vmax범위의 신호를 아날로그 디지털 변환기의 해상도의 변화 없이 받을 수 있도록 하는, 아날로그 디지털변환기의 허용 입력 범위를 증가시키기 위한 신호레벨 변환 회로에 관한 것이다.

종래의 아날로그 디지털 변환기의 허용 입력범위를 증가시키기 위한 회로는 도 1 에 도시된 바와 같이, 서로 다른 동적 영역을 갖는 두 개 이상의 아날로그 디지털 변환기(10,20,30)를 갖으며, 입력 아날로그 신호가 아날로그 디지털 변환기(30)의 한계 레벨을 초과하는 진폭을 가질 경우 선택기(40)를 통해 점차적으로 동적 영역이 큰 아날로그 디지털 변환기(10,20)가 동작되도록 하여 신호 입력 크기 에 따라 아날로그 디지털 변환기의 동적 영역을 변화시킴으로써, 전력 소모를 줄이도록 하고 있다.

그러나, 상기 종래 기술은 신호의 크기에 따라 적절한 아날로그 디지털 변환기를 사용하여 전력 소모를 줄이는 장점을 가지고 있으나, 다수개의 아날로그 디지털 변환기를 사용해야 하는 문제가 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 아날로그 디지털 변환기의 개수 및 해상도의 변화 없이, 정해진 입력 동적 영역의 2배의 입력신호를 디지털 변환할 수 있는 회로를 제공함에 그 특징적인 목적이 있다.

본 발명은 아날로그 디지털 변환기의 허용 입력 범위를 증가시키기 위한 신호레벨 변환 회로에 관한 것으로서, 이러한 기술적 과제를 달성하기 위하여 입력신호 Vin 과 특정 신호(Vref1, Vref2)와의 크기를 비교하고 그 차이를 계산하여 출력하는 비교 계산부; 상기 비교 계산부로부터 입력되는 신호를 아날로그 디지털 변환부의 허용 범위 안에 들어오도록 신호 레벨을 변환하는 신호 레벨링 회로부; 상기 신호 레벨링 회로부로부터 출력된 신호 Vo 와 비교 계산부로부터 출력된 신호 Vack1, Vack2 를 디지털화하는 아날로그 디지털 변환부; 및 상기 아날로그 디지털 변환부를 통해 디지털화된 출력신호를 원래의 아날로그 입력신호로 복원하는 신호 처리부; 를 포함한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 아날로그 디지털 변환기의 개수 및 해상도의 변화 없이, 정해진 입력 동적 영역의 2배의 입력신호를 디지털 변환할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 아날로그 디지털 변환기의 허용 입력 범위를 증가시키기 위한 신호레벨 변환 회로에 관하여 도 2 내지 도 5 를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2 는 본 발명에 따른 아날로그 디지털 변환기의 허용 입력 범위를 증가시키기 위한 신호레벨 변환 회로에 관한 전체 구성도로서, 도시된 바와 같이 비교 계산부(100), 신호 레벨링 회로부(200), 아날로그 디지털 변환부(300) 및 신호 처리부(400)를 포함한다.

도 3 은 본 발명에 따른 비교 계산부(100)에 관한 일예시도로서, 그 세부 구성을 살피면, 비교 계산부(100)는 입력신호 Vin 과 서로 다른 부호를 갖는 특정 신호(Vref1, Vref2)와의 크기를 비교하고 그 차이를 계산하여 출력하는 기능을 수행하는 바, 입력신호 Vin 이 특정 레퍼런스 신호 Vref1 보다 큰 신호인지 여부를 판단하여, 입력신호 Vin 이 특정신호 Vref1 보다 큰 신호인 경우, High 값을 갖는 Vack1 을 출력하는 제 1 비교기(110)와, 입력신호 Vin 이 특정 레퍼런스 신호 Vref2 보다 작은 신호인 경우, High 값을 갖는 Vack2 를 출력하는 제 2 비교 기(120)와, 입력신호 Vin 과 특정 신호 Vref1 을 입력받아 차이 값인 Vin-Vref1 값을 계산하여 출력하는 제 1 계산기(130) 및 입력신호 Vin 과 특정신호 Vref2 를 입력받아 차이 값인 Vin-Vref2 값을 계산하여 출력하는 제 2 계산기(140)를 포함한다. 즉, 비교 계산부(100)는 입력신호 Vin 를 포함한 Vack1, Vack2, Vin-Vref1, Vin-Vref2 값을 출력한다.

도 4 는 본 발명에 따른 신호 레벨링 회로부(200)에 관한 일예시도로서, 그 세부 구성을 살피면, 신호 레벨링 회로부(200)는 비교 계산부(100)로부터 입력되는 아날로그 입력신호를 아날로그 디지털 변환부(300)의 허용 범위 안에 들어오도록 신호 레벨을 변환하는 기능을 수행하는 바, 도시된 바와 같이, 비교 계산부(100)를 통해 입력신호 Vin 이 Vref1 보다 큰 신호인 경우 즉, Vack1 값이 high 인 경우, 스위치(S1)의 접점이 T로 연결되어 전압 adder 회로(210)의 입력단(211)의 값은 Vin-Vref1 이 되며, 입력신호 Vin 이 Vref1 보다 작은 신호인 경우, 스위치(S)의 접점이 F로 연결되어 전압 adder 회로(210)의 입력단(211)의 값은 0 이 된다.

또한, 비교 계산부(100)를 통해 입력신호 Vin 이 Vref2 보다 작은 신호인 경우 즉, Vack2 값이 high 인 경우, 스위치(S2)의 접점이 T로 연결되어 전압 adder 회로(210)의 입력단(212)의 값은 Vin-Vref2 이 되며, 입력신호 Vin 이 Vref2 보다 큰 신호인 경우, 스위치(S)의 접점이 F로 연결되어 전압 adder 회로(210)의 입력단(212)의 값은 0 이 된다.

정리하면, 신호 레벨링 회로부(200)는, 입력신호 Vin 이 특정신호 Vref1 보다 큰 경우, 입력신호(Vin)에서 특정신호(Vref1) 만큼 뺀 신호를 출력하고, 입력신 호 Vin 이 특정신호 Vref2 보다 더 작은 신호인 경우, 입력신호(Vin)에서 특정신호(Vref2) 만큼을 뺀 신호를 출력한다. 또한, 입력신호 Vin이 특정신호 Vref1과 Vref2 사이에 있는 경우, 원래 입력신호(Vin)을 출력한다.

이후, 전압 adder 회로(230)는 입력신호 Vin 과 두 노드 전압(211, 212)의 전압을 모두 더하여 출력신호 Vo 로 출력하게 되며, 이때의 출력신호 Vo 는 다음의 [수식 1] 과 같은 관계를 갖는다.

[수식 1]

아날로그 디지털 변환부(300)는 신호 레벨링 회로부(200)로부터 출력된 신호 Vo 와 비교 계산부(100)로부터 출력된 신호 Vack1, Vack2 를 디지털화하는 기능을 수행한다.

만약, 아날로그 디지털 변환부(300)의 허용 입력 범위가 -Vmin ~ Vmax 이고, Vref1 = Vmax, Vref2 = -Vmin 라 하며, 입력신호 Vin 의 값이 -2Vmin ~ 2Vmax 의 범위를 갖는다면, Vo 의 값은 -Vmin ~ Vmax 의 범위를 갖게 된다. 즉, Vo 의 값은 아날로그 디지털 변환부(300)의 허용 입력 범위 안에 들어오게 되고 신호의 디지털화가 가능하다. 아날로그 디지털 변환부(300)를 통해 디지털화된 신호 Vo 는 다음의 [수식 2] 와 같은 관계를 통해 Vin 신호로 복원된다.

[수식 2]

신호 처리부(400)는 아날로그 디지털 변환부(300)를 통해 디지털화된 출력신호를 원래의 아날로그 입력신호로 복원하는 기능을 수행한다.

구체적으로, 도 5 는 본 발명에 따른 디지털화된 출력신호를 원래의 아날로그 입력신호로 복원을 위한 신호 처리부(400)에 관한 일예시도로서, 도시된 바와 같이 Vack1, Vack2의 신호는 high 혹은 low 값을 가지게 되며, 제 1, 2, 3 신호처리블록(410,420,430)의 입력이 high인 경우 출력이 "1"의 값이 되도록 한다. 또한, 논리 연산자(440,450,460)를 통하여 Vack1 과 Vack2 가 모두 low 값인 경우에만 제 2 신호처리블록(420)의 출력이 "1"의 값이 되도록 한다.

따라서, Vin 의 값이 Vref1 의 값보다 큰 경우, 더하기 회로(470)를 이용하여 Vo 에 복원신호 Vrecover1 의 값을 더한 신호를 곱하기 회로를 통하여 최종 덧셈 회로(490)로 보내게 되며, Vin 의 값이 Vref1 보다 크지 않은 경우, 제 2 신호처리블록(420)의 출력은 "0"이 되어 곱셈회로의 출력은 0 이 되며, 이 값은 최종 덧셈회로(490)로 가게 된다.

또한, Vin 의 값이 Vref2 의 값보다 작은 경우, Vack2 의 값은 high값을 가지며, 더하기 회로(480)를 이용하여 Vo 에 복원신호 Vrecover2 를 더한 신호를 곱 하기 회로를 통하여 최종 덧셈회로(490)에 보내게 된다.

그리고, Vin의 값이 Vref1 보다 작고 Vref2 보다 큰 값인 경우, 제 2 신호처리블록(420)의 출력은 "1"이 되고, 최종 덧셈회로(490)에 Vo 의 신호 값을 그대로 보내게 된다.

따라서, 상술한 바와 같은 신호 복원 방법을 이용하여 최종신호 Vout 는 다음의 [수식 3] 과 같이 나타낼 수 있다.

[수식 3]

이때, [수식 2] 및 [수식 3]에서 Vrecover1 = Vref1, Vrecover2 = Vref2 인 경우 Vout 의 값은 디지털 신호화 하려는 신호 Vin 과 동일한 신호가 된다.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

도 1 은 종래 아날로그 디지털 변환기의 입력 동적 영역을 늘리기 위한 회로를 보여주는 일예시도.

도 2 는 본 발명에 따른 아날로그 디지털 변환기의 허용 입력 범위를 증가시키기 위한 신호레벨 변환 회로에 관한 전체 구성도.

도 3 은 본 발명에 따른 비교 계산부에 관한 일예시도.

도 4 는 본 발명에 따른 신호 레벨링 회로부에 관한 일예시도.

도 5 는 본 발명에 따른 신호 처리부에 관한 일예시도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

100: 비교 계산부 200: 신호 레벨링 회로부

300: 아날로그 디지털 변환부 400: 신호 처리부

110: 제 1 비교기 120: 제 2 비교기

130: 제 1 계산기 140: 제 2 계산기

Claims

아날로그 디지털 변환기의 허용 입력 범위를 증가시키기 위한 신호레벨 변환 회로에 있어서,

입력신호 Vin 과 특정 신호(Vref1, Vref2)와의 크기를 비교하고 그 차이를 계산하여 출력하는 비교 계산부(100);

상기 비교 계산부(100)로부터 입력되는 신호를 아날로그 디지털 변환부(300)의 허용 범위 안에 들어오도록 신호 레벨을 변환하는 신호 레벨링 회로부(200);

상기 신호 레벨링 회로부(200)로부터 출력된 신호 Vo 와 비교 계산부(100)로부터 출력된 신호 Vack1, Vack2 를 디지털화하는 아날로그 디지털 변환부(300); 및

상기 아날로그 디지털 변환부(300)를 통해 디지털화된 출력신호를 원래의 아날로그 입력신호로 복원하는 신호 처리부(400); 를 포함하는 아날로그 디지털 변환기의 허용 입력 범위를 증가시키기 위한 신호레벨 변환 회로.
제 1 항에 있어서,

상기 비교 계산부(100)는

상기 입력신호 Vin 이 Vref1 보다 큰 신호인지 여부를 판단하여, 입력신호 Vin 이 특정신호 Vref1 보다 큰 신호인 경우, High 값을 갖는 Vack1 을 출력하는 제 1 비교기(110);

상기 입력신호 Vin 이 Vref2 보다 작은 신호인 경우, High 값을 갖는 Vack2 를 출력하는 제 2 비교기(120);

상기 입력신호 Vin 과 Vref1 을 입력받아 그 차이 값인 Vin-Vref1 값을 계산하여 출력하는 제 1 계산기(130); 및

상기 입력신호 Vin 과 Vref2 를 입력받아 그 차이 값인 Vin-Vref2 값을 계산하여 출력하는 제 2 계산기(140); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 아날로그 디지털 변환기의 허용 입력 범위를 증가시키기 위한 신호레벨 변환 회로.
제 1 항에 있어서,

상기 신호 레벨링 회로부(200)는, 입력신호 Vin 이 특정신호 Vref1 보다 큰 경우 상기 입력신호 Vin 에서 특정신호 Vref1 만큼 뺀 신호를 출력하고, 상기 입력신호 Vin 이 특정신호 Vref2 보다 작은 신호인 경우 입력신호 Vin 에서 특정신호 Vref2 만큼을 뺀 신호를 출력하고, 상기 입력신호 Vin 이 특정신호 Vref1과 Vref2 사이에 있는 경우 원래 입력신호 Vin 을 출력하는 것을 특징으로 하는 아날로그 디지털 변환기의 허용 입력 범위를 증가시키기 위한 신호레벨 변환 회로.
제 1 항에 있어서,

상기 아날로그 디지털 변환부(300)의 허용 입력 범위가 -Vmin ~ Vmax 인 경 우,
인 것을 특징으로 하는 아날로그 디지털 변환기의 허용 입력 범위를 증가시키기 위한 신호레벨 변환 회로.
제 1 항에 있어서,

상기 아날로그 디지털 변환부(300)의 허용 입력 범위가 -Vmin ~ Vmax 인 경우, 상기 특정 신호 Vref1, Vref2 의 범위는 각각
,
인 것을 특징으로 하는 아날로그 디지털 변환기의 허용 입력 범위를 증가시키기 위한 신호레벨 변환 회로.
제 1 항에 있어서,

상기 신호 처리부(400)는,

입력신호 Vin 이 Vref1 보다 큰 경우 상기 아날로그 디지털 변환부(300)로부터 디지털화된 신호 Vo 에 일정한 복원신호 Vrecover1 를 더하고,

상기 입력신호 Vin 이 Vref2 보다 작은 경우 상기 Vo 에 일정한 복원신호 Vrecover2 를 더하고,

상기 입력신호 Vin 이 상기 Vref2 와 Vref1 의 값 사이의 값인 경우 상기 Vo 의 값을 그대로 취함으로써, 상기 Vo 값으로부터 원래 입력 신호 Vin 을 복원하는 것을 특징으로 하는 아날로그 디지털 변환기의 허용 입력 범위를 증가시키기 위한 신호레벨 변환 회로.
제 1 항에 있어서,

상기 특정 신호 Vref1 와 Vref2 는, 서로 다른 부호를 갖는 것을 특징으로 하는 아날로그 디지털 변환기의 허용 입력 범위를 증가시키기 위한 신호레벨 변환 회로.