초고분해능 저항형과 용량형 센서 인터페이스 회로에 대한 연구 = A Study on Ultra-High Resolution Resistive and Capacitve Sensor Interface Circuit|RISS 상세보기

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Ultra-high-resolution resistance-difference or capacitance-difference-to-frequency conversion circuit is implemented by combining the odd-harmonic characteristics of a square wave, the sum and difference frequency characteristics of an analog multiplier, and the frequency-division characteristics of a PLL(Phase-Locked Loop) based frequency multiplier.
The proposed resistance-difference conversion circuit consists of two square-wave oscillators using a reference resistor and a sensor resistor, two band-pass filters, an analog multiplier, a low-pass filter, and a PLL-based frequency multiplier.
Similarly, the capacitance-difference conversion circuit has the same configuration, using two square-wave oscillators with a reference capacitor and a sensor capacitor, two band-pass filters, an analog multiplier, a low-pass filter, and a frequency multiplier.
The output frequencies of the two oscillators pass through an odd-order (o-th) band-pass filter and are then processed by an analog multiplier and a low-pass filter to generate a frequency proportional to the resistance (or capacitance) difference. When this signal is applied to a PLL-based frequency multiplier with a division ratio of N, the output frequency increases by a factor of (o×N).
Experimental results with the third harmonic (o=3) and division ratio N=10 confirm that the proposed circuit achieves approximately 30-times improvement in resolution and maintains high sensitivity and linearity with respect to small variations in the sensor element.
Therefore, the proposed ultra-high-resolution capacitive and resistive sensor interface circuit is expected to be effectively applicable to high-precision measurement systems and various sensor applications.

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국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 구형파의 홀수 고조파 특성, 아날로그 멀티플라이어의 합·차 주파수 특성, 그리고 PLL(Phase-Locked Loop)을 이용한 주파수 체배기의 분주비 특성을 결합하여, 초고분해능을 갖는 저항차-주파수와 용량차-주파수 변환 인터페이스 회로를 구현하였다.
저항차 변환 회로는 기준 저항과 센서 저항으로 구성된 두 개의 구형파 발진기, 두 개의 대역통과 여파기, 아날로그 멀티플라이어, 저역통과 여파기, 그리고 PLL 기반 주파수 체배기로 구성된다.
용량차 변환 회로 역시 기준 용량과 센서 용량으로 구성된 두 개의 구형파 발진기, 두 개의 대역통과 여파기, 아날로그 멀티플라이어, 저역통과 여파기, 그리고 주파수 체배기로 동일한 구조를 갖는다.
두 발진기의 출력 주파수는 홀수차(o차) 대역통과 여파기를 통과한 후, 아날로그 멀티플라이어와 저역통과 여파기를 거쳐 저항차(또는 용량차)에 비례하는 차 주파수를 얻는다. 이후 이 신호를 분주비 N을 갖는 PLL 기반 주파수 체배기에 인가하면, 저항차와 용량차에 대한 출력 주파수는 (o×N) 배로 향상된다.
제 3고조파(o=3) 및 분주비 N=10으로 설정하여 실험한 결과, 약 30배의 분해능 향상 효과를 확인하였으며, 센서 소자의 미세한 변화에 대해 높은 감도와 선형성을 확보함을 검증하였다. 따라서 본 연구의 초고분해능 저항형 및 용량형 센서 인터페이스 회로는 고정밀 계측 시스템 및 센서 응용 분야에 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

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본 논문에서는 구형파의 홀수 고조파 특성, 아날로그 멀티플라이어의 합·차 주파수 특성, 그리고 PLL(Phase-Locked Loop)을 이용한 주파수 체배기의 분주비 특성을 결합하여, 초고분해능을 갖는 ...

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