KR101007243B1 - 다중 센서 신호의 검출 및 처리가 가능한 범용 검출 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저전력-저면적의 범용 다중 가스 검출 회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 센서별 전류 바이어스 회로 구성에 의해 다중 신호 검출이 가능할 뿐만 아니라, 검출하고자 하는 회로만을 활성화시켜 최대한 전력소모를 줄일 수 있는 다중 센서 신호의 검출 및 처리가 가능한 범용 검출 회로에 관한 것이다. 이러한 본 발명의 다중 가스 검출 회로는 센서의 단일 배열 및 다중 배열을 가능하게 하므로 복합 물질의 검출이 가능할 뿐만 아니라, 온도 측정 및 보상 회로부를 구비하여 센서의 온도 특성을 보상할 수 있고, 이에 가스의 존재 및 농도를 정확하게 검출할 수 있는 장점이 있게 된다.

반도체식, 가스 센서, 저전력, 저면적, 범용, 다중, 가스 검출 회로

Description

다중 센서 신호의 검출 및 처리가 가능한 범용 검출 회로{Gas detecting circuits}

본 발명은 다중 센서 신호의 검출 및 처리가 가능한 범용 검출 회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 여러 반도체식 가스 센서의 전기적 신호 범위에 대하여 다중 센서 신호를 검출하고 이를 처리할 수 있는 저전력/저면적 구조의 범용 검출 회로에 관한 것이다.

오늘날 우리의 생활환경 속에는 대단히 많은 종류의 위험한 가스가 존재하고 있는데, 화학플랜트 등과 같은 산업현장뿐만 아니라 일반가정이나 업소 등에서도 유독가스의 위험성은 점자 커지고 있는 실정으로, 예를 들면 가연성 가스의 폭발에 따른 인적, 재산적 손실 및 각종 부산물 가스에 의한 환경오염 등의 많은 피해가 잇따라 발생하고 있다.

따라서, 위험한 가스의 누출 등을 사전에 감지하여 대처할 필요성이 절실히 요구되고 있는데, 인간의 감각기관만으로는 위험 가스의 농도를 정량화하거나 종류 를 거의 판별할 수 없기 때문에 이에 대응하기 위한 다양한 가스 센서가 개발되어 왔으며, 그 중 특히 반도체식 가스 센서의 개발이 활발히 진행되어 왔다.

일반적으로 반도체식 가스 센서는 전기전도도가 크고 융점이 높아서 사용온도 영역에서 열적으로 안정한 성질을 가진다. 이에 따라, 반도체식 가스 센서는 대부분 유독가스, 가연성 가스에 어떤 응답을 나타내어 감지할 수 있는 가스의 종류가 많고, 센서의 제작이 용이할 뿐만 아니라 검출 회로의 구성이 간단하다는 특징이 있다.

하지만, 지금까지 개발된 대부분의 가스 센서는 요구되는 가스만을 선택적으로 감지할 수 있는 가스 선택성이 우수하지 못한 실정으로, 가스 선택성이 우수한 가스 센서의 개발은 아직 미흡한 실정이며, 아직까지 여러 연구자에 의해 개발 중에 있는 것이 사실이다.

이를 해결하기 위한 방법 중의 하나가 반도체식 가스 센서의 모 재료와 촉매를 여러 가지로 바꾸거나 조합하고 센서의 동작 온도를 변경하여 선택성을 부여하는 것이다.

하지만, 이러한 방법은 각 센서의 종류에 따라서 가스 검출 회로의 특성이 변화되어야 하며, 이것은 회로의 복잡성과 전력효율 면에서 안정성 및 경제성을 제한하는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 센서별 전류 바이어스 회로 구성에 의해 다중 신호 검출이 가능할 뿐만 아니라, 검출하고자 하는 회로만을 활성화시켜 최대한 전력소모를 줄일 수 있는 다중 센서 신호의 검출 및 처리가 가능한 범용 검출 회로를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 다중 가스 센서 신호의 검출을 위한 센서 신호 검출부와, 상기 센서 신호 검출부를 제어하기 위한 디지털 제어부와, 데이터 통신을 위한 입/출력 인터페이스로서 검출 신호의 데이터 전송을 위한 UART가 하나의 온-칩 형태로 구성되는 다중 센서 신호의 검출 및 처리가 가능한 범용 검출 회로를 제공한다.

바람직한 실시예에서, 상기 센서 신호 검출부는,

가스 센서로부터 출력되는 전기적 신호와 버퍼 회로에서 출력되는 기준 신호를 비교하여 디지털 신호를 출력하는 비교기들로 구성된 다중 가스 센서 신호의 검출을 위한 비교기 배열과;

상기 비교기의 출력을 하기 디지털 카운터에 인가시키기 위한 멀티플렉서;

상기 멀티플렉서에서 인가되는 신호에 의해 출력 비트 수를 디지털 값으로 증가 또는 감소시켜 신호를 출력하는 디지털 카운터;

상기 디지털 카운터에서 출력되는 신호를 아날로그 신호로 변환하는 디지털/아날로그 변환기;

상기 디지털/아날로그 변환기에서 출력되는 아날로그 신호를 증폭하여 출력하는 버퍼 회로;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 센서 신호 검출부는 센서 종류별 내부 저항의 변화에 대해 신호의 검출이 가능하도록 디지털 제어부가 출력하는 기준 전류 바이어스 제어를 위한 전류제어신호에 따라 전류 소스를 스위칭하여 각 비교기에 인가되는 기준 신호 및 비교기의 동작 범위를 제어하는 기준 전류 소스 제어 및 바이어스 회로부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 기준 전류 소스 제어 및 바이어스 회로부는 디지털 제어부가 출력하는 전류제어신호에 따라 각 비교기에 인가되는 기준 신호 및 비교기의 동작 범위를 제어하여 비교기 배열 전체가 동종의 가스를 대상물질로 검출하기 위한 단일 센서 배열용으로 동작하거나 이종의 가스를 대상물질로 검출하기 위한 다중 센서 배열용으로 동작하도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 센서 신호 검출부는 디지털 제어부가 출력하는 제어신호에 따라 각 비교기에 아날로그 신호를 전달하는 버퍼 회로를 순차적으로 동작시키는 동시에 해당되는 비교기를 포함한 검출 회로만을 동작시키는 비교기 전류 소스 제어 회로부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 센서 신호 검출부는 각 센서에 대해 실시간 온도 정보를 취득한 뒤 디지털 제어부로 전달하고 상기 디지털 제어부의 제어신호에 따라 센서의 온도를 보상해주는 온도 측정 및 보상 회로부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 온도 측정 및 보상 회로부는,

온도 변화에 따른 센서의 내부 저항 변화를 검출하여 주파수로 변환 및 출력하는 저항/주파수 변환기와;

상기 저항/주파수 변환기에서 출력되는 주파수 신호를 인가받아 디지털 신호로 변환하여 출력하는 디지털 카운터와;

상기 디지털 카운터로부터 출력되는 주파수 신호를 인가받아 이를 온도 신호로 변환하여 디지털 제어부로 출력하는 주파수/온도 변환기와;

상기 디지털 제어부가 요구되는 온도 보상에 따른 제어신호를 아날로그 신호로 변환시켜주는 디지털/아날로그 변환기와;

상기 디지털/아날로그 변환기에서 출력되는 아날로그 신호에 따라 전류를 제어하여 출력하는 전류제어회로부와;

상기 전류제어회로부가 출력하는 전류 신호에 따라 작동하여 센서의 온도를 보상해주는 히터 저항;

을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 본 발명의 다중 가스 검출 회로에 의하면, CMOS 기반의 센서 일체형 다중 센서 신호 검출 회로로 구성이 가능하고, 센서별 전류 바이어스 회로 구 성에 의해 다중 신호 검출이 가능할 뿐만 아니라, 검출하고자 하는 회로만을 활성화시켜 최대한 전력소모를 줄일 수 있는 구조로서 적은 전력소모를 요구하는 센서 및 검출 회로에 범용으로 사용될 수 있다. 이를 이용하면, 센서의 단일 배열 및 다중 배열이 가능하게 되어 복합 물질의 검출이 가능하다.

또한 온도 측정 및 보상 회로부를 구비하므로, 이를 응용할 경우 온도를 검출한 뒤 온도에 따른 가스 반응을 단말기에서 확인할 수 있으며, 또한 온도 특성을 보상하여 농도를 정확하게 검출할 수 있는 장점이 있다. 아울러, 낮은 온도에 의해 가스 반응이 더디게 발생할 수 있는 것을 보상하기 위한 온도 액추에이터(actuator)를 내장하는 경우, 이를 조절하여 온도를 상승시킴으로써 외부의 낮은 온도에서도 가스의 존재 및 농도를 정확하게 검출할 수 있는 장점이 있게 된다.

또한 경제적인 측면에서는 검출 칩을 가스의 종류와 상관없이 생산할 수 있어, 기존에 하나의 가스에 하나의 칩 구현에 따른 가격 상승 및 소량 생산에 따른 문제점을 제거할 수 있다. 또한 단말 시스템과의 적응력을 높이기 위해 UART를 채용함으로써 상용화가 유리하도록 만든 특징이 있다.

이하, 본 발명의 특징 및 이점들은 첨부 도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

첨부한 도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 8×8 센서 배열의 범용 다중 가스 검출 회로의 전체적인 구성을 보여주는 도면이다.

예시한 바의 가스 검출 회로 구조는 크게 전원 계통의 측면과 신호 처리 계통의 측면으로 분류될 수 있다.

우선 전원 계통의 측면에서, 온-칩(On-chip)에 공급되는 전원을 사용하는 디지털 회로와 달리 아날로그 회로는 전원 공급 전압의 잡음 억제와 전력효율의 극대화를 위해 LDO(Low Drop Output) 회로(10)를 사용한다.

신호 처리 계통의 측면에서는 다중 가스 신호 검출을 위한 센서 신호 검출부(100)와, 검출 회로 동작을 제어하기 위한 디지털 제어부(200)와, 단말기와의 데이터 통신을 위한 입/출력 인터페이스로서 검출 신호의 데이터 전송을 위한 UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)(300)로 구성된다.

본 발명에서는 다중 센서 신호의 검출 및 전송을 위한 상기 센서 신호 검출부(100), 센서 신호 검출부(100)를 제어하는 상기 디지털 제어부(200), 단말기와의 데이터 통신을 위한 입/출력 인터페이스인 UART(300)가 하나의 온-칩 형태로 구성되는 바, 이러한 온-칩 형태로 다중 센서 신호 검출을 위한 범용 회로, 즉 다중 센서를 위한 범용 검출 회로를 구성하게 된다.

상기 센서 신호 검출부(100)는 센서 신호의 검출 및 전송을 위해 비교기 배열(110), 멀티플렉서(130), 디지털 카운터(140), 디지털/아날로그 변환기(150), 버퍼 회로(120,160)를 포함하여 구성되며, 여기서 상기 비교기 배열(110)은 도 1의 실시예와 같이 8×8 비교기 배열로 구성될 수 있다.

상기 8×8 비교기 배열(110)의 각 비교기(111)는 센서로부터 출력되는 전기적 신호(센서 출력 전압 신호임)와 버퍼 회로(160)에서 출력되는 아날로그 신호(Analog signal)(즉, 기준 전압 신호임)를 비교하여 디지털 신호를 64:1 멀티플렉서(Multiplexer)(130)에 전달한다.

상기 64:1 멀티플렉서(130)는 해당되는 비교기(111)의 출력을 디지털 카운터(140)의 입력에 순차적으로 인가시키기 위한 다중 채널을 제공하게 되며, 이때 전달되는 신호에 의해 카운터의 출력 비트 수는 디지털 값으로 증가 또는 감소되고, 디지털/아날로그 변환기(150)에 의해 다시 아날로그 신호로 변환된 뒤 상기 버퍼 회로(160)에 입력된다.

상기 버퍼 회로(160)는 디지털/아날로그 변환기(150)에서 출력되는 아날로그 신호를 증폭하여 출력하는 바, 그로부터 기준 신호가 되는 아날로그 신호가 각 비교기(111)에 인가되게 된다.

상기 디지털 제어부(200)는 센서 신호 검출부(100)를 제어하는 디지털 제어블록(210)을 포함하여 구성되는데, 상기 디지털 제어블록(210)은 해당되는 비교기(111)의 동작과 출력 신호의 전달을 위해 먹스 어드레스 데이터(Mux address data)와 먹스 인에이블 신호(Mux enable signal)를 비교기 전류 소스 제어 회로부(180)와 64:1 멀티플렉서(130)에 전달한다.

이와 함께 상기 디지털 제어블록(210)은 센서의 기준 전류 바이어스를 제어하기 위해 전류제어신호(Current Control signal)를 기준 전류 소스 제어 및 바이 어스 회로부(170)에 전달하는 역할을 한다.

또한 홀드 신호(Hold signal)는 디지털 제어블록(210)이 레지스터(141)의 디지털 코드를 읽도록 하기 위한 신호로 사용되며, 디지털 카운터(140)를 통해 인가받는다.

또한 리셋 신호(Reset signal)는 센서 신호 검출부(100)와 디지털 제어부(200)의 출력값을 초기화시키기 위해 사용되며, 디지털 카운터(140) 및 레지스터(141)에 인가하게 된다.

첨부한 도 2는 도 1의 가스 검출 회로에서 기준 전류 소스 제어 및 바이어스 회로부의 제어 방법에 대한 상세 구성도이다. 일반적으로 가스 센서는 센서의 종류에 따라 내부 저항값이 변화되기 때문에 가스 검출 회로의 적당한 입력 범위 내에서 동작시켜야 한다.

따라서, 본 발명에서는 다중 센서 신호 검출을 위한 범용 회로를 구현함에 있어서, 센서 종류별 내부 저항의 변화에 대해 비교기(111)의 동작 범위를 제어하는 회로, 즉 센서 기준별 전류 바이어스 회로(171)를 구비한다.

즉, 센서 종류별로 가지는 내부 저항의 변화에 대해 신호의 검출이 가능하도록 센서의 기준 전류를 제어하는 회로를 구비함으로써, 단일 센서의 배열 및 다중 센서의 배열을 통해 복합 물질의 검출이 가능하도록 하는 것이다.

이를 위해, 센서의 기준 전류를 제어하기 위한 기준 전류 소스 제어 및 바이어스 회로부(170)를 구성하여, 이를 통해 전류 소스를 스위칭함으로써 센서의 저항 변화에 대해 센서의 전기적 출력 신호 범위를 제어할 수 있다. 이에 의해 센서 배열에 있어서 단일 센서 및 다중 센서의 배열이 가능한 구조를 제공할 수 있게 된다.

도 2를 참조하면, 전체적으로 8×8 센서 배열의 예를 보여주고 있으며, 8×8 센서 배열 전체가, 대상물질로 같은 가스를 검출하는 동종 센서 배열, 즉 단일 센서 배열이 되도록 구성될 수 있으나(도 2에서 상측의 좌측에 예시함), 이와 같이 하나의 대상물질을 검출하는 것이 아닌, 복합 물질을 검출할 수 있는 다중 센서 배열이 되도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 총 4종의 센서(센서A, B, C, D)로 동작할 수 있도록, 4×4 배열의 센서들이 같은 종류의 대상물질을 검출하는 동종 센서 배열이 되어, 총 4종류의 센서로 동작 가능한 예를 보여주고 있다.

즉, 8×8 센서 배열 전체를 4×4 센서 배열씩 구분하여, 각각의 4×4 센서 배열을 동종 가스를 대상물질로 검출하도록 동작시킴으로써, 8×8 센서 배열 전체가 총 4종류의 가스 검출을 수행할 수 있게 하는 것이다(4종의 대상물질을 검출하는 다중 센서 배열).

이를 위해 4×4 센서 배열이 1종의 센서로 동작할 수 있도록 센서 종류에 따라 가스 검출 회로의 적당한 입력 범위 내에서 동작되어야 하며, 이때 디지털 제어블록(210)이 기준 전류 바이어스를 제어하기 위한 전류제어신호를 기준 전류 소스 제어 및 바이어스 회로부(170)에 출력하게 되면, 이에 기준 전류 소스 제어 및 바이어스 회로부(170)의 기준 전류 바이어스 회로(171)가 디지털 제어블록(210)이 출력한 전류제어신호에 따라 전류 소스를 스위칭 회로(172)를 통해 스위칭하여 각 비 교기에 인가되는 기준 신호(Reference voltage signal)를 조절하게 된다. 이에 센서의 저항 변화에 대해 센서의 전기적 출력 신호 범위를 제어할 수 있게 된다.

이와 같이 상기 기준 전류 소스 제어 및 바이어스 회로부(170)는 디지털 제어부(200)가 출력하는 전류제어신호에 따라 각 비교기(111)에 인가되는 기준 신호 및 비교기(111)의 동작 범위를 제어하여 비교기 배열(110) 전체가 동종의 가스를 대상물질로 검출하기 위한 단일 센서 배열용으로 동작하거나 이종의 가스를 대상물질로 검출하기 위한 다중 센서 배열용으로 동작하도록 한다.

그리고, 본 발명에서는 다중 센서 신호 검출을 위한 범용 회로를 구현함에 있어서, 센서 신호 검출부(100)를 제어하는 디지털 제어블록(210)은 센서 신호 검출부(100)의 회로(비교기)에 아날로그 신호(Analog signal)를 전달하는 8개의 버퍼 회로(120)를 순차적으로 동작시키는 동시에 해당되는 비교기(111)를 포함한 검출 회로만을 동작시키도록 비교기 전류 소스 제어 회로부(180)에 제어신호를 전달함으로써 전력소모를 최대한 줄이기 위한 구조를 제공한다.

첨부한 도 3은 도 1에 도시된 다중 가스 검출 회로의 동작 방법을 나타내는 개략적인 흐름도이다.

단말기를 통해 초기에 센서 회로의 검출 순서 및 전류 소스의 세팅에 관한 정보를 저장하기 위한 특정 레지스터를 정의하고(S11), 검출 회로 활성화(S12) 후 홀드 신호(Hold signal)에 의해서 데이터를 읽거나 계속 유지하게 된다(S13,S14).

그 후 센서 회로의 센서 신호 검출부(100)와 디지털 제어부(200)는 모두 초기화되고(S15), 연속적인 센서 데이터의 읽기에 따라서 다음 센서 신호 검출 부(100)의 회로 동작을 위해 센서 전류 소스를 세팅하여(S16,S17) 8×8 비교기(센서 검출기) 배열(110)의 해당되는 주소를 확립(센서 검출 주소 확립)한 뒤(S18) 검출 회로를 활성화시키거나(S12) 비활성화시키는 방법(S19)으로 동작되는 구조이다.

첨부한 도 4는 도 1에 도시된 다중 가스 검출 회로에서 디지털/아날로그 변환기의 일 실시예로서, 8비트 디지털/아날로그 변환기의 상세 구성도이다.

이 구조는 크게 두 개의 4비트 디지털/아날로그 변환기(151,152)와 2개의 버퍼(161,162), 그리고 최종 단의 공통 소스 단(common source stage)(163)으로 구성된다.

하위 4비트 디지털/아날로그 변환기(152)와 상위 4비트 디지털/아날로그 변환기(151)의 저항비에 의해 출력 전압비는 1:4가 되고, 버퍼(161,162)에서의 1:1/2 저항비에 의해 저항에 흐르는 전류비는 1:8이 된다.

따라서, 최종 공통 소스 단(163)에서 모스펫(MOSFET)(FET1,FET2) 크기의 1:2의 비율에 의해 하위 4비트 디지털/아날로그 변환기(152)와 상위 4비트 디지털/아날로그 변환기(151)에 의한 모스펫(MOSFET)의 전류비는 1:16이 된다.

이러한 구조는 기존의 디지털/아날로그 변환기 구조와 비교할 때 저면적으로 구성이 가능한 장점을 제공한다.

그리고, 본 발명에서는 다중 센서 신호 검출을 위한 범용 회로를 구현함에 있어서, 변화하는 센서의 온도에 따라 센서의 선택성과 민감도가 결정되므로, 이를 해결하고자 센서의 온도 측정 및 보상을 위한 회로를 구비한다.

첨부한 도 5는 도 1에 도시된 다중 가스 검출 회로에서 온도 측정 및 보상 회로부의 구성을 도시한 블록도이다.

센서는 온도 변화에 대해 선택성과 민감도에 상당한 영향을 미친다. 따라서, 온도 변화에 대해 센서의 선택성과 민감도의 감소를 줄이기 위해 센서의 실시간 온도 측정 및 센서의 적정한 온도 보상을 위한 회로가 요구된다.

이를 위한 온도 측정 및 보상 회로부(190)의 구성에 대해 설명하면, 이는 저항/주파수 변환기(191), 디지털 카운터(192), 주파수/온도 변환기(193), 디지털 제어블록(210)의 디지털 로직 제어 회로부(211), 디지털/아날로그 변환기(194), 전류제어회로부(195)를 포함하여 구성된다.

우선, 온도 변화에 따른 센서의 내부 저항(R_sensor) 변화가 저항/주파수 변환기(191)에 의해 검출되어 주파수로 변환 및 출력된다. 이때 출력되는 주파수 신호(Clock signal)는 디지털 카운터(192)에 인가되어 디지털 신호(Digital output signal)로 변환되며, 디지털 카운터(192)로부터 출력되는 주파수 신호는 주파수/온도 변환기(193)로 인가된다. 상기와 같이 주파수 신호가 디지털 신호 형태로 주파수/온도 변환기(193)에 인가되면, 주파수/온도 변환기(193)는 이를 온도 신호로 변환하여 출력한다.

또한 상기 주파수/온도 변환기(193)로부터 출력되는 센서의 실시간 온도 신호(Temperature status signal)는 디지털 제어블록(210)에 전달되는데, 이에 디지털 제어블록(210)의 디지털 로직 제어회로부가 요구되는 온도 보상에 따른 제어신호를 주파수/온도 변환기(193)를 통해 디지털/아날로그 변환기(194)에 인가하게 된 다.

결국, 디지털/아날로그 변환기(194), 그리고 전류제어회로부(195)를 통해 온도 액추에이터(actuator)로 구비된 히터 저항(heater resistance)(196)에 흐르는 전류가 제어되며, 이에 센서의 온도가 보상될 수 있게 된다.

한편, 본 발명에서는 다중 센서 신호 검출을 위한 범용 회로를 구현함에 있어서, 센서의 배열은 단일 센서 배열이 가능하고, 또한 다중 센서 배열로 구성하여 복합 가스 검출이 가능하다.

첨부한 도 6은 도 1의 8×8 센서 배열의 범용 가스 검출 회로의 응용에 있어서 단일 센서의 배열과 다중 센서의 배열이 가능한 구조를 보여주고 있다.

상위의 8×8 단일 센서 배열은 기준 전류 소스 제어 및 바이어스 회로부(170)에 의해 도 2에서 보인 바와 같이 여러 기준 전류 소스 중 하나의 전류 소스를 턴-온(turn-on)시킴으로써 단일 센서 신호 검출이 가능하고(도 6의 (a) 참조), 하위의 4×4 다중 센서 배열은 4가지의 복합 가스 검출을 위하여 각각의 해당되는 전류 소스를 제어하는 형태로 구성된다(도 6의 (b) 참조).

이와 같이 하여, 본 발명에 따른 CMOS 기반의 센서 일체형 다중 센서 신호 검출 회로 구조는 센서별 전류 바이어스 회로 구성에 의해 다중 신호 검출이 가능할 뿐만 아니라, 검출하고자 하는 회로만을 활성화시켜 최대한 전력소모를 줄일 수 있는 구조로서 적은 전력소모를 요구하는 센서 및 검출 회로에 범용으로 사용될 수 있다.

이를 이용하면, 센서의 단일 배열 및 다중 배열이 가능하게 되어 복합 물질 의 검출이 가능하다. 또한 온도 측정 및 보상 회로부를 구비하므로, 이를 응용할 경우 온도를 검출한 뒤 온도에 따른 가스 반응을 단말기에서 확인할 수 있으며, 또한 온도 특성을 보상하여 농도를 정확하게 검출할 수 있는 장점이 있다. 아울러, 낮은 온도에 의해 가스 반응이 더디게 발생할 수 있는 것을 보상하기 위한 온도 액추에이터(actuator)를 내장하는 경우, 이를 조절하여 온도를 상승시킴으로써 외부 낮은 온도에서도 가스의 존재 및 농도를 정확하게 검출할 수 있는 장점이 있게 된다.

또한 경제적인 측면에서는 검출 칩을 가스의 종류와 상관없이 생산할 수 있어, 기존에 하나의 가스에 하나의 칩 구현에 따른 가격 상승 및 소량 생산에 따른 문제점을 제거할 수 있다. 또한 단말 시스템과의 적응력을 높이기 위해 UART를 채용함으로써 상용화가 유리하도록 만든 특징이 있다.

이상으로 본 발명에 따른 특정의 바람직한 실시예에 대해 설명하였다. 그러나, 본 발명이 상술한 실시예로 한정되는 것은 아니며, 상술한 실시예가 본 발명의 원리를 응용한 다양한 실시예의 일부를 나타낸 것에 지나지 않음을 이해하여야 한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 8×8 센서 배열의 범용 다중 가스 검출 회로의 전체적인 구성을 보여주는 도면,

도 2는 도 1의 다중 가스 검출 회로에서 기준 전류 소스 제어 및 바이어스 회로부의 제어 방법에 대한 상세 구성도,

도 3은 도 1에 도시된 다중 가스 검출 회로의 동작 방법을 나타내는 개략적인 흐름도,

도 4는 도 1에 도시된 다중 가스 검출 회로에서 디지털/아날로그 변환기의 일 실시예로서, 8비트 디지털/아날로그 변환기의 상세 구성도,

도 5는 도 1에 도시된 다중 가스 검출 회로에서 온도 측정 및 보상 회로부의 구성을 도시한 블록도,

도 6은 도 1의 8×8 센서 배열의 범용 다중 가스 검출 회로의 응용에 있어서 단일 센서의 배열과 다중 센서의 배열이 가능한 구조를 보여주는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 센서 신호 검출부 110 : 비교기 배열

120 : 버퍼 회로 130 : 멀티 플렉서

140 : 디지털 카운터 150 : 디지털/아날로그 변환기

160 : 버퍼 회로

170 : 기준 전류 소스 제어 및 바이어스 회로부

180 : 비교기 전류 소스 제어 회로부

190 : 온도 측정 및 보상 회로부

200 : 디지털 제어부 300 : UART

Claims (7)

1. 삭제
2. 다중 가스 센서 신호의 검출을 위한 센서 신호 검출부(100)와, 상기 센서 신호 검출부(100)를 제어하기 위한 디지털 제어부(200)와, 데이터 통신을 위한 입/출력 인터페이스로서 검출 신호의 데이터 전송을 위한 UART(300)가 하나의 온-칩 형태로 구성되며,

   상기 센서 신호 검출부(100)는,

   가스 센서로부터 출력되는 전기적 신호와 버퍼 회로(160)에서 출력되는 기준 신호를 비교하여 디지털 신호를 출력하는 비교기(111)들로 구성된 다중 가스 센서 신호의 검출을 위한 비교기 배열(110)과;

   상기 비교기(111)의 출력을 하기 디지털 카운터(140)에 인가시키기 위한 멀티플렉서(130);

   상기 멀티플렉서(130)에서 인가되는 신호에 의해 출력 비트 수를 디지털 값으로 증가 또는 감소시켜 신호를 출력하는 디지털 카운터(140);

   상기 디지털 카운터(140)에서 출력되는 신호를 아날로그 신호로 변환하는 디지털/아날로그 변환기(150);

   상기 디지털/아날로그 변환기(150)에서 출력되는 아날로그 신호를 증폭하여 출력하는 버퍼 회로(160);

   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 센서 신호의 검출 및 처리가 가능한 범용 검출 회로.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 센서 신호 검출부(100)는 센서 종류별 내부 저항의 변화에 대해 신호의 검출이 가능하도록 디지털 제어부(200)가 출력하는 기준 전류 바이어스 제어를 위한 전류제어신호에 따라 전류 소스를 스위칭하여 각 비교기(111)에 인가되는 기준 신호 및 비교기(111)의 동작 범위를 제어하는 기준 전류 소스 제어 및 바이어스 회로부(170)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 센서 신호의 검출 및 처리가 가능한 범용 검출 회로.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 기준 전류 소스 제어 및 바이어스 회로부(170)는 디지털 제어부(200)가 출력하는 전류제어신호에 따라 각 비교기(111)에 인가되는 기준 신호 및 비교기(111)의 동작 범위를 제어하여 비교기 배열(110) 전체가 동종의 가스를 대상물질로 검출하기 위한 단일 센서 배열용으로 동작하거나 이종의 가스를 대상물질로 검출하기 위한 다중 센서 배열용으로 동작하도록 하는 것을 특징으로 하는 다중 센서 신호의 검출 및 처리가 가능한 범용 검출 회로.
5. 청구항 2에 있어서,

   상기 센서 신호 검출부(100)는 디지털 제어부(200)가 출력하는 제어신호에 따라 각 비교기(111)에 아날로그 신호를 전달하는 버퍼 회로(120)를 순차적으로 동작시키는 동시에 해당되는 비교기(111)를 포함한 검출 회로만을 동작시키는 비교기 전류 소스 제어 회로부(180)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 센서 신호의 검출 및 처리가 가능한 범용 검출 회로.
6. 청구항 2에 있어서,

   상기 센서 신호 검출부(100)는 각 센서에 대해 실시간 온도 정보를 취득한 뒤 디지털 제어부(200)로 전달하고 상기 디지털 제어부(200)의 제어신호에 따라 센서의 온도를 보상해주는 온도 측정 및 보상 회로부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 센서 신호의 검출 및 처리가 가능한 범용 검출 회로.
7. 청구항 6에 있어서,

   상기 온도 측정 및 보상 회로부(190)는,

   온도 변화에 따른 센서의 내부 저항 변화를 검출하여 주파수로 변환 및 출력하는 저항/주파수 변환기(191)와;

   상기 저항/주파수 변환기(191)에서 출력되는 주파수 신호를 인가받아 디지털 신호로 변환하여 출력하는 디지털 카운터(192)와;

   상기 디지털 카운터(192)로부터 출력되는 주파수 신호를 인가받아 이를 온도 신호로 변환하여 디지털 제어부(200)로 출력하는 주파수/온도 변환기(193)와;

   상기 디지털 제어부(200)가 요구되는 온도 보상에 따른 제어신호를 아날로그 신호로 변환시켜주는 디지털/아날로그 변환기(194)와;

   상기 디지털/아날로그 변환기(194)에서 출력되는 아날로그 신호에 따라 전류를 제어하여 출력하는 전류제어회로부(195)와;

   상기 전류제어회로부(195)가 출력하는 전류 신호에 따라 작동하여 센서의 온도를 보상해주는 히터 저항(196);

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 센서 신호의 검출 및 처리가 가능한 범용 검출 회로.

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