KR960705399A - 공통 모드 범위 및 동작 환경 전반에 걸쳐 정확한 입력 임피던스 및 이득 특성을 나타내는 신호 조정 장치 및 방법(signal conditioning apparatus and method exhibiting accurate input impedance and gain characteristics over common mode range and operational environments) - Google Patents
공통 모드 범위 및 동작 환경 전반에 걸쳐 정확한 입력 임피던스 및 이득 특성을 나타내는 신호 조정 장치 및 방법(signal conditioning apparatus and method exhibiting accurate input impedance and gain characteristics over common mode range and operational environments)Info
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Abstract
자동차 용도와 같은 용도에서 유용하며, 감지기 입력 신호를 조정하고 예를들어 연료-공기 혼합물 제어 시스템에 유용한 출력을 제공할 수 있는 신호 조정 회로를 지니는 신호 조정 장치가 개시되어 있다. 상기 신호 조정회로는 감지기에 연결된 입력단자, 검출 임피던스, NMOS 및 PMOS 트랜지스터, 피드백 임피던스를 지닌 증폭기를 사용한다. 산소 감지기와 같은 감지기는 감지기 접지로 기준화된 감지기 출력, 및 전력 공급원 및 전력 공급원 접지에 연결된 입력 단자를 지닌다. 상기 신호 조정 회로는 신호 조정 회로 입력 단자 사이의 임피던스가 검출 임피던스에 비해 낮은 경우 감지기 출력 전압 및 감지기 접지 사이의 차동 전압에 비례하는 출력 전압을 제공하는데 스위치드(switched) 임피던스를 사용한다. 그러하지 않을 경우, 스위치드 임피던스를 사용하는 신호 조정 회로는 전력 공급 전압에 비례하는 출력 전압을 제공한다. 상기 신호 조정 회로는 클록 발생기로부터 유도된 주파수로 감지시 차동 전압 및 전력 공급 전압을 샘플링한다. 상기 신호 조정 회로는 단일의 전력 공급원으로부터 유도된 음(-) 바이어스 전압을 지니면서 감지기에 연결된 NMOS 트랜지스터를 제공함으로써, 감지기 접지 및 전력 공급원 접지가 상이한 전위에 있는 경우 동작을 허용한다. 그 이외에도, 선형 상보 금속 산화물 반도체 기술을 사용하여 캐패시터로서 신호 조정 회로 임피던스를 제조하는 것은 매우 정확한 이득 및 입력 임피던스 특성을 야기시킨다.
Description
본 내용은 요부공개 건이므로 전문내용을 수록하지 않았음
제4도는 스위치드(switched) 캐패시터 신호 조정 회로의 회로 다이어그램이다.
Claims (30)
- 클록 발생 제어 신호를 수신하는 단자를 지니는 신호 조정 회로에 있어서, 입력 단자 및 출력 단자를 지니는 증폭기, 증폭기 입력 단자에 연결된 제1단자 및 제2단자를 지니는 입력 임피던스, 입력 임피던스 제2단자에 연결되어 있으며 제1클록 발생 제어 신호에 응답하여 제1 및 제2신호원 입력 단자 사이로 입력 임피던스 제2단자를 스위칭하는 제1수단을 지니는 입력 회로, 입력 임피던스 제2단자에 연결된 제1단자 및 제2단자를 지니는 검출 임피던스를 포함하는 고 임피던스 검출회로, 및 증폭기 입력 및 출력 단자 각각의 양단에 연결된 제2단자 및 제1단자를 지니는 피드백 임피던스를 포함하는 피드백 회로를 포함하는 신호 조정 회로.
- 제1항에 있어서, 상기 증폭기는 연산 증폭기이며 상기 입력 임피던스는 개패시터로부터 유도되는 신호 조정 회로.
- 제1항에 있어서, 상기 고 임피던스 검출 회로의 제2단자에 연결되어 상기 제2단자에 제1기준 전위를 공급하는 전력 공급원, 및 가변 신호원 전압 출력 및 가변 신호원 임피던스를 지니고 상기 제1 및 제2신호원 입력 단자 양단에 연결된 신호원이 결합되어 있으며, 신호원 임피던스가 검출 임피던스에 비해 클 경우, 증폭기 출력이 제1기준 전위에 비례하고 신호원 임피던스가 검출 임피던스에 비해 작을 경우 증폭기 출력이 신호원 전압 출력에 비례하는 신호 조정 회로.
- 제3항에 있어서, 상기 전력 공급원은 상기 신호 조정 회로에 제1 및 제2기준 전위를 공급하며, 상기 제1 기준 전위는 +5볼트이고, 상기 제2기준 전위는 0볼트이며, 상기 제1신호원 입력 단자는 -1.5볼트의 전위에 있고, 상기 제2신호원 입력 단자는 -2볼트의 전위에 있는 신호 조정 회로.
- 제1항에 있어서, 제1기준 전위 및 제2기준 전위를 공급하는 전력 공급원 및 가변 신호원 전압 출력 및 가변 신호원 임피던스를 지니며 상기 제1 및 제2신호원 입력 단자 각각의 양단에 연결된 신호원이 결합되어 있고, 상기 입력 임피던스 제1단자 및 증폭기 입력 사이에 연결된 제2클록 발생 제어 신호에 응답하여 증폭기 입력 단자 및 제3기준 전위 사이로 입력 임피던스의 제1단자를 스위칭하는 제2수단, 및 검출 임피던스 및 전력 공급원 사이에 연결된 제3클록 발생 제어 신호에 응답하여 상기 제1 및 제2기준 전위 사이로 검출 임피던스의 제2단자를 스위칭하는 제3수단을 부가적으로 포함하며, 제1주기 동안 상기 제1 및 제3스위칭 수단은 상기 제1 신호원 입력 단자 및 상기 제1기준 전위에 각각 입력 임피던스 제2단자를 연결시키고, 상기 제2스위칭 수단은 상기 제3기준 전위에 입력 임피던스 제1단자를 연결시켜 상기 입력 임피던스가 제1전하를 저장하게 하며, 제2주기동안 상기 제1 및 제3스위칭 수단은 상기 제2신호원 입력 단자 및 상기 제2기준 전위에 각각 상기 입력 임피던스 제2단자를 연결시키고, 상기 제2스위칭 수단은 증폭기 입력 단자에 입력 임피던스 제1단자를 연결시켜 입력 임피던스가 제2전하를 저장하게 하며 증폭기가 제1 및 제2전하 사이의 차와 동일한 전하를 피드백 임피던스로 전달하게 하는 신호 조정 회로.
- 제5항에 있어서, 제4클록 발생제어 신호에 응답하여 제4주기동안 제4기준 전위로 그리고 제2주기 동안 증폭기 출력 단자로 피드백 임피던스의 제2단자를 스위칭하는 제4수단을 부가적으로 포함하는 신호 조정 회로.
- 제6항에 있어서, 상기 제1 및 제2주기는 100킬로 헤르쯔의 주파수에서 반복하는 신호 조정 회로.
- 제6항에 있어서, 진폭 레벨 신장기 회로가 결합되어 있으며, 상기 제1, 제3, 및 제4스위칭 수단은 제어 단자를 각각 지니는 2쌍의 병렬 연결된 NMOS 및 PMOS 트랜지스터를 포함하고, 상기 제2스위칭 수단은 한쌍의 NMOS 트랜지스터를 포함하며, 상기 제1스위칭 수단 NMOS 트랜지스터의 제어 단자는 상기 진폭 레벨 신장기 회로에 연결되어 있고, -4.3볼트의 전위를 지니는 신호 조정 회로.
- 제1항에 있어서, 출력 단자 및 감지기 기준 전위 단자를 지니는 산소 감지기 및 입력 단자를 지니는 연료-공기 혼합물 제어 시스템이 결합되어 있으며, 산소 감지기 출력 단자는 제1신호원 입력 단자에 연결되어 있고, 산소 감지기 기준 전위 단자는 제2신호원 입력 단자에 연결되어 있으며, 연료-공기 혼합물 제어 시스템 입력 단자는 증폭기 출력 단자에 연결되어 있는 신호 조정 회로.
- 원격 감지기로부터 수신되며, 전력 공급원의 제1∼2전압 범위내에 상기 범위보다 낮은 전압값을 포함하는 전압 신호를 조정하도록 단일의 전력 공급원으로부터 동작하는 신호 조정 유니트에 있어서, 원격 감지기로 부터 전압 신호를 수신하도록 감지기 입력 단자에 연결된 전류 단자 및 제어 단자를 지니는 NMOS 스위치를 포함하는 신호 조정 회로, 제3전압으로부터 제4전압으로 변화하는 클록 신호(CLK)를 발생시키는 클록 발생기, 및 CLK를 수신하는 입력단자, CLK에 응답하는 복수개의 스위치, 제1 및 제2단자를 지니는 에너지 저장 디바이스, 및 NMOS 스위치 제어 단자에 연결된 출력 단자를 포함하는 진폭 레벨 신장기 회로를 포함하며, CLK가 제3전압을 지니는 경우, 에너지 저장 디바이스 제1단자는 제3전압을 지니고 제2단자는 대략 제2전압을 지니며 상기 스위치중 제1스위치는 출력을 제1전력 공급원 전압에 연결시키고, CLK가 제4전압을 지니는 경우, 클록 발생기는 대략 음(-)의 제3전압으로 에너지 저장 디바이스 제2단자를 구동시키며 상기 스위칭중 제2스위치는 대략 음(-)의 제1전압에 출력을 연결시키는 신호 조정 유니트.
- 제10항에 있어서, 상기 신호 조정 유니트는 2개의 신호 조정 회로를 포함하는 신호 조정 유니트.
- 제10항에 있어서, 상기 클록 발생기는 단일 레지스터로부터 각각 유도되는 복수개의 클록 신호를 발생시키는 신호 조정 유니트.
- 제12항에 있어서, 상기 레지스터는 신호 조정 유니트의 외부에 배치되어 있는 신호 조정 유니트.
- 증폭기, 상기 증폭기의 입력 단자 및 출력 단자 양단에 연결된 피드백 회로, 출력 단자 및 제1 및 제2감지기 신호 입력 단자를 지니며 입력 회로 출력 단자에 상기 제1 및 제2입력 단자를 연결시키기 위한 복수개의 스위치를 포함하는 입력 회로, 입력 회로 출력 단자에 연결된 제1단자 및 증폭기 입력에 연결된 제2단자를 지니는 임피던스, 및 제1 및 제2공칭 신호 입력 단자, 입력 임피던스 제1단자에 연결된 제1단자 및 제2단자를 지니는 검출 임피던스, 및 검출 임피던스 제2단자에 제1 및 제2공칭 신호 입력 단자를 연결시켜 고 임피던스가 검출 임피던스에 비해 입력회로의 제1 및 제2감지기 신호 입력 단자 사이에 존재할 경우 신호 조정 회로의 이득을 변경시키는 복수개의 스위치를 지니는 고 임피던스 검출 회로를 포함하고, 입력 임피던스 및 피드백 회로는 신호 조정 회로의 이득에 도움이 되는 신호 조정 회로.
- 제14항에 있어서, 상기 증폭기는 연산 증폭기인 신호 조정 회로.
- 제14항에 있어서, 상기 입력 회로는, NMOS 트랜지스터와 병렬로 연결되어 있으며 제1제어 신호 및 제2제어 신호 각각에 연결된 제어 단자를 각각 갖는 PMOS 트랜지스터, 및 상기 제1 및 제2제어 신호 각각에 응답하여 입력 회로 출력 단자에 제1신호원 출력을 전기적으로 연결시키는 동작가능한 전류 경로를 지니는 제1스위치쌍, NMOS 트랜지스터와 병렬로 연결되어 있으며 제3제어 신호 및 제4제어 신호에 각각 연결된 제어 단자를 각각 지니는 PMOS 트랜지스터, 및 상기 제3 및 제4제어 신호 각각에 응답하여 입력 회로 출력 단자에 제1신호원 기준을 전기적으로 연결시키는 동작가능한 전류 경로를 지니는 제2스위칭쌍을 포함하며, 상기 제1제어 신호는 제1전위에서 제2전위로 순환하는 주기 신호이고, 상기 제2제어 신호는 제3전위에서 제1전위로 순환하는 제1제어 신호의 상보 신호이며, 상기 제3제어 신호는 제1전위에서 제2전위로 순환하는 제1제어 신호의 상보 신호이고, 상기 제4제어 신호는 제1전위에서 제3전위로 순환하는 제3제어 신호의 상보 신호이며, 상기 제1 및 제3제어 신호의 제2전위는 비오버래핑(non-overlapping) 되어 있는 신호 조정 회로.
- 제16항에 있어서, 상기 제1전위는 +5볼트이며, 상기 제2전위는 0볼트이고, 상기 제3전위는 -4.3볼트인 신호 조정 회로.
- 제16항에 있어서, 상기 고 임피던스 검출 회로는, NMOS 트랜지스터와 병렬로 연결되어 있으며 제1제어 신호 및 제5제어 신호에 각각 연결된 제어 단자를 각각 지니는 PMOS 트랜지스터, 및 제1 및 제2제어 신호 각각에 응답하여 입력 회로 출력 단자에 제2신호원 출력을 전기적으로 연결시키는 동작 가능한 전류 경로를 지니는 제1스위칭쌍, NMOS 트랜지스터와 병렬로 연결되어 있으며 제3제어 신호 및 제6제어신호 각각에 연결된 제어 단자를 각각 지니는 PMOS 트랜지스터, 및 제3 및 제6제어 신호 각각에 응답하여 입력 회로 출력 단자에 제2신호원 기준을 전기적으로 연결시키는 동작가능한 전류 경로를 지니는 제2스위칭쌍을 포함하며, 상기 제5제어 신호는 제1제어 신호의 상보 신호이고 상기 제6제어 신호는 제3제어 신호의 상보 신호인 신호 조정 회로.
- 제14항에 있어서, 상기 고 임피던스 검출 회로는, NMOS 트랜지스터와 병렬로 연결되어 있으며 제1제어 신호 및 제2제어 신호에 각각 연결된 제어 단자를 각각 지니는 PMOS 트랜지스터, 및 제1 및 제2제어 신호 각각에 응답하여 입력 회로 출력 단자에 제2신호원 출력을 전기적으로 연결시키는 동작 가능한 전류 경로, NMOS 트랜지스터와 병렬로 연결되어 있으며 제3제어 신호 및 제4제어 신호 각각에 연결된 제어 단자를 각각 지니는 PMOS 트랜지스터, 및 제3 및 제6제어 신호 각각에 응답하여 입력 회로 출력 단자에 제2신호원 기준을 전기적으로 연결시키는 동작가능한 전류 경로를 지니는 제2스위칭쌍을 포함하며, 상기 제1제어 신호는 제1전위에서 제2전위로 순환하는 주기 신호이며, 상기 제2제어 신호는 제1제어 신호의 상보 신호이고, 상기 제3제어 신호는 제1전위에서 제2전위로 순환하는 제1제어 신호의 상보 신호이며, 상기 제4제어 신호는 제3제어 신호의 상보 신호이고, 상기 제1 및 제3제어 신호의 제2전위는 비오버래핑되어 있는 신호 조정 회로.
- 제14항에 있어서, 상기 증폭기의 입력 단자 및 출력 단자 양단에 연결된 에너지 저장 요소를 부가적으로 포함하는 신호 조정 회로.
- 감지기 입력에 감지기 신호를 제공하는 감지기 신호원 및 상기 신호원과 직렬로 연결된 감지기 임피던스를 포함하는 감지기로부터의 입력에 해당하는 출력을 제공하는 신호 조정 장치에 있어서, 출력 및 입력을 지니는 증폭기, 공칭 신호 발생기, 제1, 제2, 제3 및 제4기준 단자, 제1 및 제2단자를 지니는 제1임피던스, 제1단자를 지니며 제1임피던스 제1단자에 연결된 제2단자를 또 지니는 제2임피던스, 제1단자를 지니며 제1임피던스 제2단자에 연결된 제2단자를 또 지니는 제3임피던스, 상기 클록 발생기에 연결된 제어 단자, 상기 제1임피던스 제1단자에 연결된 공통 단자, 상기 감지기 입력에 연결된 제1스위치 단자, 및 상기 제1기준 단자에 연결된 제2스위치 단자를 지니는 제1스위치 회로, 상기 클록 발생기에 연결된 제어 단자, 상기 제2임피던스 제1단자에 연결된 제1공통, 상기 제2기준단자에 연결된 제1스위치 단자, 및 상기 공칭 신호 발생기에 연결된 제2스위치 단자를 지니는 제2스위치 회로, 상기 클록 발생기에 연결된 제어 단자, 상기 제3임피던스 제1단자에 연결된 공통 단자, 상기 증폭기 출력에 연결된 제1스위치 단자, 및 상기 제3기준 단자에 연결된 제2스위치 단자를 지니는 제3스위치 회로, 및 상기 클록 발생기에 연결된 제어 단자, 상기 제1임피던스 제2단자에 연결된 공통단자, 상기 증폭기 입력에 연결된 제1스위치 단자, 및 제4기준 단자에 연결된 제2스위치 단자를 지니는 제4스위치 회로를 포함하는 신호 조정 장치.
- 제21항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4기준 단자는 0볼트의 전위를 지니는 신호 조정 장치.
- 제21항에 있어서, 상기 제1 및 제4스위치 회로는 상기 클록 발생기에 연결된 각각의 제4단자를 부가적으로 포함하며, 상기 클록 발생기는 상기 제1스위치 회로에 제1, 제2, 제3 및 제4제어 신호, 및 제1바이어스 신호를 제공하고, 상기 제2스위치 회로에 제1, 제2, 제3, 제5 및 제6제어 신호를 제공하며, 상기 제3스위치 회로에 제3, 제6, 제1, 및 제4제어 신호를 제공하고, 상기 제4스위치 회로에 상기 제5 및 제6제어 신호 및 제1바이어스 신호를 제공하는 신호 조정 장치.
- 제23항에 있어서, 상기 제1제어 신호는 제1전위에서 제2전위로 순환하는 주기 신호이며, 상기 제2제어 신호는 제3전위에서 제1전위로 순환하는 제1제어 신호의 상보 신호이고, 상기 제3제어 신호는 제2전위에서 제1전위로 순환하는 제1제어 신호의 상보 신호이며, 상기 제4제어 신호는 제2전위에서 제3전위로 순환하는 제3제어 신호의 상보 신호이고, 상기 제5제어 신호는 제2전위에서 제1전위로 순환하는 제1신호의 상보 신호이며, 상기 제6제어 신호는 제1전위에서 제2전위로 순환하는 제3제어 신호의 상보 신호이고, 상기 제2전위는 비오버래핑되어 있는 신호 조정 장치.
- 제24항에 있어서, 제5기준 단자, 제1전위에서 제2전위로 순환하는 클록킹된 입력 신호의 진폭을 제1전위로부터 제3전위로 순환하는 진폭 신장된 신호로 신장시키는 진폭레벨 신장기 회로로서, 상기 클록킹된 입력 신호를 수신하도록 상기 클록 발생기에 연결된 제1제어 단자, 상보형의 제1클록킹된 입력 신호를 수신하는 제2제어 단자, 상기 공칭 신호 발생기에 연결된 제1기준 단자, 및 출력 단자를 지니는 제5스위치 회로, 제1단자 및 상기 제5스위치 제1제어 단자에 연결된 제2단자를 지니는 에너지 저장 디바이스, 상기 에너지 저장 디바이스의 제2단자에 연결된 제1스위치 단자 및 제5기준 단자에 연결된 제2단자를 지니는 제1스위치를 포함하는 진폭 레벨 신장기 회로를 부가적으로 포함하는 신호 조정 장치.
- 정상 감지기 동작시 감지된 이벤트의 특성을, 그리고 비정상 감지기 동작시 공칭 표시를 나타내는 조정된 신호를 제공하도록 감지기로부터의 출력 신호를 처리하는 신호 조정 회로에 있어서, 상기 감지기내에 포함되어 있으며 상기 감지된 이벤트에 응답하는 제2임피던스를 통한 제1전압으로부터의 제1전하 레벨로 제1임피던스를 충전시키는 제1충전 수단, 제2임피던스가 제3임피던스 보다 클 경우 주로 제3임피던스를 통한 제2전하 레벨로 상기 제1임피던스를 충전시키는 제2충전 수단, 상기 증폭기의 입력상에의 충전 단계로부터 초래되는 제1임피던스상에의 제3전하 레벨의 인가를 위해 상기 제1임피던스에 제3전압을 인가하는 스위칭 수단, 및 상기 제1임피던스상의 예비 충전 레벨 및 제3전하 레벨 사이의 전하 레벨차를 전달하도록 증폭기의 피드백 경로에 제4임피던스를 지니는 증폭 수단을 포함하고, 상기 감지기 출력 신호는 조정되는 신호 조정 회로.
- 감지기 기준 전위로 기준화되는 감지기로부터의 감지기 출력 신호를 처리하고 정상 감지기 동작시 감지된 이벤트의 특성을 나타내고 비정상 감지기 동작시 공칭 제1 및 제2기준 전위로부터의 공칭 표시를 제공하는 제어 신호를 제어 유니트에 제공하는 전자 제어 보드에 있어서, 제1 및 제2단자를 지니는 입력 임피던스, 상기 입력 임피던스에 연결되어 있으며 감지기 출력 신호 및 감지기 기준 전위를 샘플링하고 정상 감지기 동작시 감지기 출력 표시 전하를 제1임피던스로 전달하는 입력 단자를 지니는 제1샘플링 수단, 상기 입력 임피던스에 연결되어, 상기 공칭 제1 및 제2기준 전위를 샘플링하고 비정상 감지기 동작시 검출 임피던스를 통한 공칭 표시 전하를 제1임피던스로 전달하는 제2샘플링 수단, 증폭수단의 출력 신호를 변경하여 정상 감지기 동작시 감지기 출력 표시 전하를 제4임피던스로 전달하고 비정상 감지기 동작시 공칭 표시 전하를 전달하도록 제4임피던스를 갖는 피드백 경로를 지니는 증폭 수단을 포함하고, 제1샘플링 수단 입력 단자 사이의 임피던스가 검출 임피던스에 비해 높은 전자 제어 보드.
- 제27항에 있어서, 상기 증폭 수단의 출력 신호는 아날로그 신호이며, 상기 증폭 수단에 연결되어 증폭수단 출력 신호를 등가의 디지탈 신호로 변환시키는 아날로그-디지탈 변환기, 및 상기 증폭수단 출력에 연결되어 제어 유니트에 전자 제어 신호를 제공하는 마이크로컨트롤러 수단를 부가적으로 포함하는 전자 제어 보드.
- 제28항에 있어서, 상기 제어 유니트는 내연기관 연료-공기 혼합물을 제어하는 전자 제어 보드.
- 정상 감지기 동작시 감지된 이벤트의 특성을, 그리고 비정상 감지기 동작시 공칭 표시를 나타내는 조정된 신호를 제공하도록 감지기로부터의 출력 신호를 처리하는 방법에 있어서, 상기 감지기내에 포함되어 있으며 상기 감지된 이벤트에 응답하는 제2임피던스를 통한 제1전압으로부터 제1임피던스를 충전시키는 단계, 제2임피던스가 제3임피던스 보다 클 경우 주로 제3임피던스를 통한 제2전압으로부터 제1임피더스를 충전시키는 단계, 제1임피던스상에서의 충전 단계로부터의 과잉 전하를 초래시키는 제1임피던스상에의 전하의 인가를 위해 제1임피던스에 제3전압을 인가시키는 단계, 및 증폭기의 피드백 경로내의 제4임피던스로 제1임피던스상의 과잉 전하를 전달하도록 증폭기의 조정된 출력신호를 변경하는 단계를 포함하는 방법.※ 참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.
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