KR101916935B1 - Apparatus for driving ultrasonic sensor and system driving ultrasonic sensor including the same and method for driving ultrasonic sensor - Google Patents

Apparatus for driving ultrasonic sensor and system driving ultrasonic sensor including the same and method for driving ultrasonic sensor Download PDF

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Abstract

초음파의 송신 시부터 수신 시까지 소요된 비행 시간이 복수의 시간 영역 중 어느 영역에 속하는지를 결정하고 결정된 영역에 따라 미리 정해진 이득으로 증폭되도록 제어함으로써 근거리 측정 및 장거리 측정 성능을 향상할 수 있는 초음파 센서 구동 장치 및 이를 구비한 초음파 센서 구동 시스템 및 초음파 센서 구동 방법이 제공된다. 상기 초음파 센서 구동 장치는 초음파를 송신 및 수신하는 초음파 센서에 송신 펄스를 제공하는 구동부; 상기 수신된 초음파에 대한 전기적 신호를 증폭하는 증폭부; 및 상기 초음파의 송신 시부터 수신 시까지 소요된 비행 시간이 복수의 시간 영역 중 어느 영역에 속하는지를 결정하고 결정된 영역에 따라 상기 증폭부가 미리 정해진 이득으로 증폭되도록 제어하는 제어부를 포함한다.An ultrasound sensor capable of improving near distance measurement and long distance measurement performance by determining which region of the plurality of time regions the flight time from the transmission to the reception of the ultrasonic wave belongs to and by amplifying to a predetermined gain according to the determined region A driving apparatus, an ultrasonic sensor driving system having the same, and a driving method of the ultrasonic sensor are provided. The ultrasonic sensor driving apparatus includes a driving unit for providing a transmitting pulse to an ultrasonic sensor for transmitting and receiving ultrasonic waves; An amplifying unit for amplifying an electric signal for the received ultrasonic wave; And a control unit for determining which region of the plurality of time regions the flight time period from the transmission to the reception of the ultrasonic wave belongs to, and controlling the amplification unit to amplify the predetermined gain according to the determined region.

Description

초음파 센서 구동 장치 및 이를 구비한 초음파 센서 구동 시스템 및 초음파 센서 구동 방법{APPARATUS FOR DRIVING ULTRASONIC SENSOR AND SYSTEM DRIVING ULTRASONIC SENSOR INCLUDING THE SAME AND METHOD FOR DRIVING ULTRASONIC SENSOR}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasound sensor driving apparatus, an ultrasound sensor driving system, and an ultrasound sensor driving apparatus. 2. Description of the Related Art [0002]

본 발명은 초음파 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초음파 센서를 구동하는 장치, 이를 구비한 초음파 센서 구동 시스템 및 초음파 구동 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an ultrasonic sensor, and more particularly, to an ultrasonic sensor driving apparatus, an ultrasonic sensor driving system having the ultrasonic sensor, and an ultrasonic driving method.

최근 자동차 업체들은 차량 안전 관련 기술 개발을 통해 보다 진보한 안전 기술들을 시장에 출시하고 있다. 이 중 대표적인 것은, 운전자지원시스템(ADAS: Advanced Driver Assistance System)으로 주로 주차와 연관되어 사용되고 있다. 특히, 주차 시에 차량과 물체의 거리를 소리로 알려주는 주차 보조 시스템(Parking Assistance System), 자동주차지원시스템(Automatic Parking Assistance System) 등이 많이 사용되고 있는데, 이러한 시스템에서 핵심적인 기술은 초음파 센서를 통하여 차량 주변 물체들의 위치나 차량과의 거리를 측정하는 기술이다.Recently, automakers are developing more advanced safety technologies through the development of vehicle safety related technologies. A typical example of this is the Advanced Driver Assistance System (ADAS), which is mainly used in connection with parking. In particular, a parking assistance system and an automatic parking assistance system, which are used to notify the distance between the vehicle and an object during parking, are frequently used. A key technology in such a system is an ultrasonic sensor It is a technology to measure the position of objects around the vehicle or the distance from the vehicle.

초음파 센서는 외부 물체와의 거리를 측정하기 위하여 비가청 대역인 20Khz대 이상의 주파수를 가지는 초음파를 송신한 후, 외부 물체로부터 반사되어 나오는 초음파 반향(echo)을 센싱하는 센서이다. 자동차에서는 이러한 초음파 센서에서 센싱된 초음파 반향을 활용하여, 자동차 주변의 물체와의 거리를 측정하고, 경고음, 차량 디스플레이에 표시하는 등 다양한 방식으로 운전자에게 알려주게 된다. The ultrasonic sensor is a sensor that senses an ultrasonic echo reflected from an external object after transmitting an ultrasonic wave having a frequency of 20KHz or more, which is an irreversible band, in order to measure a distance to an external object. In the automobile, the ultrasonic echo sensed by the ultrasonic sensor is used to measure the distance to an object in the vicinity of the automobile, and the driver is informed in various ways such as a warning sound, a display on the vehicle display, and the like.

종래의 초음파 센서를 활용한 거리 측정 장치는 미리 정해진 수만큼의 송신 펄스를 이용하여 초음파를 송신하고, 미리 정해진 증폭율에 따라 수신된 초음파 반향에 대한 전기적인 신호를 증폭시켰다. 따라서, 센싱하는 거리 범위나 정확성에 한계가 있었다. A distance measuring apparatus using a conventional ultrasonic sensor transmits an ultrasonic wave using a predetermined number of transmission pulses and amplifies an electric signal for a received ultrasonic echo according to a predetermined amplification rate. Therefore, there was a limit to the range and accuracy of sensing.

그러나, 기존 초음파 센서의 센싱 범위나 정확성의 한계를 뛰어넘는 다양한 응용 분야에 대한 수요들이 점차 높아짐에 따라 초음파 센서를 활용한 거리를 측정하는 기존 시스템들의 개선이 절실하게 되었다. 예컨대, 차량과 이격된 거리에서 외부 주차 공간의 점유 여부를 확인하기 위해 현재보다 더 먼 거리를 센싱할 수 있어야 하거나, 또는 좁은 주차 공간에서 보다 효율적인 주차를 위해 현재보다 더 짧은 거리를 센싱할 수 있어야 하는 등 다양한 이유에서 기존 초음파 센서의 센싱 범위의 확장과 정확성의 향상이 필요하게 되었다.However, as the demand for various application fields exceeding the sensing range and accuracy of the existing ultrasonic sensor is gradually increased, improvement of the existing systems for measuring the distance using the ultrasonic sensor has become urgent. For example, it is necessary to be able to sense a farther distance from the current distance to see whether an external parking space is occupied at a distance from the vehicle, or to sense a shorter distance than the current one for a more efficient parking in a narrow parking space It is necessary to expand the sensing range of existing ultrasonic sensors and improve the accuracy thereof.

특허 공개 번호 10-2005-0006750[공개일: 2005년 1월 17일]Patent Publication No. 10-2005-0006750 [Disclosure Date: January 17, 2005]

본 발명은 상술한 기술적 문제에 대응하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 종래 기술에서의 한계와 단점에 의해 발생하는 다양한 문제점을 실질적으로 보완할 수 있는 것으로, 초음파의 송신 시부터 수신 시까지 소요된 비행 시간을 이전 번에 송신 및 수신된 초음파의 비행 시간과 비교하여 비교 결과에 따라 상기 송신 펄스의 수를 변경하거나 수신된 초음파에 대한 전기적 신호의 증폭 이득을 조절할 수 있는 초음파 센서 구동 장치를 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to substantially obviate the various problems caused by the limitations and disadvantages of the prior art, and it is an object of the present invention to provide an ultrasonic diagnostic apparatus, An ultrasonic sensor driving device for comparing the flight time with the flight time of the ultrasonic wave transmitted and received in the previous time and changing the number of the transmission pulses according to the comparison result or adjusting the amplification gain of the electric signal with respect to the received ultrasonic wave, .

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 초음파 센서 구동 장치는 초음파를 송신 및 수신하는 초음파 센서에 송신 펄스를 제공하는 구동부; 상기 수신된 초음파에 대한 전기적 신호를 증폭하는 증폭부; 및 상기 초음파의 송신 시부터 수신 시까지 소요된 비행 시간이 복수의 시간 영역 중 어느 영역에 속하는지를 결정하고 결정된 영역에 따라 상기 증폭부가 미리 정해진 이득으로 증폭되도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an ultrasonic sensor driving apparatus including: a driving unit for providing a transmitting pulse to an ultrasonic sensor for transmitting and receiving ultrasonic waves; An amplifying unit for amplifying an electric signal for the received ultrasonic wave; And a control unit for determining which region of the plurality of time regions the flight time period from the transmission to the reception of the ultrasonic wave belongs to, and controlling the amplification unit to be amplified to a predetermined gain according to the determined region .

이 경우, 상기 증폭부는 순차적으로 직렬 연결되는 복수의 단(stage)을 포함하는 다단 증폭기 및 상기 다단 증폭기의 각 단의 출력부와 각각 연결되는 멀티플렉서(Multiplexer)를 포함하며, 상기 제어부는 상기 결정된 시간 구간에 따라 상기 멀티플렉서가 상기 각 단의 출력부 중 어느 하나의 출력부의 출력을 선택하여 출력하도록 제어할 수 있다. In this case, the amplifying unit may include a multi-stage amplifier including a plurality of stages serially connected in series, and a multiplexer connected to the output unit of each stage of the multi-stage amplifier, The multiplexer may control the output of one of the output units of the respective stages to be selected and output.

또한, 상기 초음파 센서 구동 장치는 상기 증폭부에 의해 증폭된 전기적 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기 및 상기 디지털 신호를 상기 복수의 영역에 따라 포락선 추출 처리하는 신호처리부를 더 포함할 수 있다.The ultrasonic sensor driving apparatus may further include an analog-to-digital converter for converting an electrical signal amplified by the amplifying unit into a digital signal, and a signal processor for performing envelope extraction processing on the digital signal according to the plurality of regions .

또한, 상기 제어부는 상기 신호처리부에 의해 포락선 추출 처리된 디지털 신호를 기준 전압과 비교하여 상기 기준 전압 이상인 디지털 신호만을 유효한 신호로 인식하며, 상기 기준 전압은 상기 복수의 시간 영역별로 다르게 설정될 수 있다. Also, the controller compares the digital signal extracted by the signal processing unit with the reference voltage, and recognizes only the digital signal having the reference voltage or higher as a valid signal, and the reference voltage may be set differently for each of the plurality of time regions .

본 발명의 다른 양상에 따른 초음파 센서 구동 시스템은 초음파를 송신 및 수신하는 초음파 센서; 상기 초음파 센서에 송신 펄스를 제공하는 구동부; 상기 수신된 초음파에 대한 전기적 신호를 증폭하는 증폭부; 및 상기 초음파의 송신 시부터 수신 시까지 소요된 비행 시간이 복수의 시간 영역 중 어느 영역에 속하는지를 결정하고 결정된 영역에 따라 상기 증폭기가 미리 정해진 이득으로 증폭되도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an ultrasonic sensor drive system including: an ultrasonic sensor for transmitting and receiving ultrasonic waves; A driving unit for providing a transmission pulse to the ultrasonic sensor; An amplifying unit for amplifying an electric signal for the received ultrasonic wave; And a controller for determining which region of the plurality of time regions the flight time period from the transmission to the reception of the ultrasonic wave belongs to, and controlling the amplifier to amplify the predetermined gain according to the determined region .

본 발명의 다른 양상에 따른 초음파 센서 구동 방법은 송신 펄스에 따라 초음파를 송신 및 수신하고 상기 수신된 초음파를 전기적 신호로 변환하는 단계; 상기 전기적 신호를 증폭하는 단계; 및 상기 초음파의 송신 시부터 수신 시까지 소요된 비행 시간이 복수의 시간 영역 중 어느 영역에 속하는지를 결정하고 결정된 영역에 따라 상기 증폭기가 미리 정해진 이득으로 증폭되도록 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of driving an ultrasonic sensor, comprising: transmitting and receiving an ultrasonic wave according to a transmission pulse and converting the received ultrasonic wave into an electrical signal; Amplifying the electrical signal; And determining which region of the plurality of time regions the flight time period from the time of transmitting the ultrasound signal to the time of receiving the ultrasound signal belongs and controlling the amplifier to amplify the predetermined gain according to the determined region .

이 경우, 상기 증폭하는 단계는 순차적으로 직렬 연결되는 복수의 단(stage)을 포함하는 다단 증폭기 및 상기 다단 증폭기의 각 단의 출력부와 각각 연결되는 멀티플렉서(Multiplexer)를 포함하는 증폭부에 의해 수행되고, 상기 결정된 시간 구간에 따라 상기 멀티플렉서(Multiplexer)가 상기 각 단의 출력부 중 어느 하나의 출력부의 출력을 선택하여 출력하여 증폭하는 단계를 포함할 수 있다. In this case, the amplifying step may be performed by an amplification unit including a multi-stage amplifier including a plurality of stages serially connected in series and a multiplexer connected to the output unit of each stage of the multi-stage amplifier And the multiplexer selects and outputs the output of one of the output units of the respective stages according to the determined time interval.

또한, 초음파 센서 구동 방법은 상기 증폭부에 의해 증폭된 전기적 신호를 디지털 신호로 변환하고, 상기 디지털 신호를 상기 복수의 영역에 따라 포락선 추출 처리하는 신호처리단계를 더 포함할 수 있다.The ultrasonic sensor driving method may further include a signal processing step of converting an electrical signal amplified by the amplifying unit into a digital signal and performing envelope extraction processing on the digital signal according to the plurality of areas.

또한, 상기 제어하는 단계는 상기 신호처리부에 의해 포락선 추출 처리된 디지털 신호를 기준 전압과 비교하여 상기 기준 전압 이상인 디지털 신호만을 유효한 신호로 인식하는 단계를 포함하되, 상기 기준 전압은 상기 복수의 시간 영역별로 다르게 설정될 수 있다.The controlling step may include comparing the digital signal extracted by the signal processing unit with a reference voltage and recognizing only a digital signal that is equal to or greater than the reference voltage as a valid signal, Can be set differently.

차량이 물체와 점점 가까워질 경우, 물체의 비행 시간(ToF)은 짧아지고 물체의 크기는 커지므로, 먼 거리 측정을 위해서는 큰 증폭비가 적용되고 짧은 거리의 물체는 감쇄가 적어 작은 증폭비에서도 감지가 가능하다. 따라서, 본 발명에서는 상기 초음파의 송신 시부터 수신 시까지 소요된 비행 시간이 복수의 시간 영역 중 어느 영역에 속하는지를 결정하고 결정된 영역에 따라 상기 증폭부가 미리 정해진 이득으로 증폭되도록 제어함으로써 근거리 측정 및 장거리 측정 성능을 향상할 수 있다. When the vehicle gets close to the object, the ToF of the object becomes shorter and the size of the object becomes larger. Therefore, a large amplification ratio is applied for the distance measurement. It is possible. Therefore, in the present invention, it is determined which of the plurality of time regions the flight time from the transmission to the reception of the ultrasound is transmitted to, and the amplification unit is amplified to a predetermined gain according to the determined region, The measurement performance can be improved.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 센서 구동 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 거리에 따른 각 스테이지별 측정 범위 예를 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 센서 구동 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 증폭부의 상세 회로를 나타낸 도면이다.1 is a block diagram showing an ultrasonic sensor driving system according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining an example of a measurement range for each stage according to the distance according to the embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating an ultrasonic sensor driving method according to an embodiment of the present invention.
4 is a detailed circuit diagram of an amplifier according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한, 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, Is provided to fully inform the user. In addition, for convenience of explanation, components may be exaggerated or reduced in size.

그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.However, it should be understood that the following embodiments are provided so that those skilled in the art will be able to fully understand the present invention, and that various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. It is not.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 센서 구동 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다. 1 is a block diagram showing the configuration of an ultrasonic sensor driving system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 초음파 센서 구동 시스템은 초음파 센서(100) 및 초음파 센서 구동 장치(200)를 포함한다.Referring to FIG. 1, an ultrasonic sensor driving system according to an embodiment of the present invention includes an ultrasonic sensor 100 and an ultrasonic sensor driving apparatus 200.

초음파 센서(100)는 트랜스듀서(transducer)를 포함한다. 이 경우, 초음파 센서(100)는 초음파 구동 장치(200)로부터 수신한 송신 펄스에 따라 트랜스듀서를 진동시켜서 초음파를 송신한다. 그 후, 물체에서 반사되어 나오는 초음파의 반향(echo)이 다시 트랜스듀서를 진동시키면, 트랜스듀서가 물체의 진동을 전기적 신호로 변환하여 출력한다. 통상적으로, 초음파의 송수신은 시간적으로 송신구간 및 수신구간으로 분리되고, 송/수신이 순차적, 반복적으로 이루어진다.The ultrasonic sensor 100 includes a transducer. In this case, the ultrasonic sensor 100 vibrates the transducer according to the transmission pulse received from the ultrasonic driving device 200 to transmit the ultrasonic wave. Then, when the echo of the ultrasonic wave reflected from the object again vibrates the transducer, the transducer converts the vibration of the object into an electric signal and outputs it. Typically, ultrasonic transmission / reception is divided temporally into a transmission interval and a reception interval, and transmission / reception is performed sequentially and repetitively.

초음파 센서 구동 장치(200)는 구동부(210), 증폭부(220), 아날로그-디지털 변환기(ADC, 230), 신호처리부(240), 및 제어부(250)를 포함하며, 상술한 초음파 센서(100)의 트랜스듀서를 통한 초음파의 송수신을 제어하고, 수신된 초음파 반향을 분석하여 외부물체와의 거리를 산출한다. The ultrasonic sensor driving apparatus 200 includes a driving unit 210, an amplification unit 220, an analog-to-digital converter (ADC) 230, a signal processing unit 240, and a control unit 250, ), And analyzes the received ultrasonic echoes to calculate the distance to the external object.

구동부(210)는 송신 펄스를 트랜스듀서에 제공하여 트랜스듀서를 진동시킨다.The driving unit 210 provides a transmission pulse to the transducer to vibrate the transducer.

증폭부(220)는 트랜스듀서로부터 수신된 초음파 반향에 대한 전기적 신호를 증폭한다. 본 발명에 따른 증폭부(220)는 제어부(250)를 통하여 외부 물체와의 거리에 따른 영역에 따라 증폭 이득(Gain)을 변동시켜서 구동할 수 있다.  The amplification unit 220 amplifies the electrical signal for the ultrasonic echo received from the transducer. The amplification unit 220 according to the present invention can drive the amplification unit 220 while varying the amplification gain according to the distance to the external object through the controller 250. [

이하에서는 도 2 및 도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 증폭부(220)의 증폭 이득 변동에 대하여 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 거리에 따른 각 스테이지별 측정 범위 예를 나타낸 도면이다. 도 4는 본 발명에 따른 증폭부(220)의 상세 구성을 나타낸 도면이다.Hereinafter, the amplification gain variation of the amplification unit 220 according to the present invention will be described in detail with reference to FIG. 2 and FIG. 2 is a view showing an example of a measurement range for each stage according to a distance according to an embodiment of the present invention. 4 is a diagram illustrating a detailed configuration of the amplifying unit 220 according to the present invention.

증폭부(220)는 수신된 초음파 반향에 대한 전기적 신호를 증폭한다. 상기 증폭부(220)는 순차적으로 직렬 연결되는 복수의 단(stage)을 포함하는 다단 증폭기(222, 224, 226) 및 상기 다단 증폭기(222, 224, 226)의 각 단의 출력부와 각각 연결되는 멀티플렉서(228)를 포함한다. 도 4에서는 다단 증폭기(222, 224, 226)를 3단으로 구성하였으나, 증폭 이득을 보다 정밀하게 제어하고자 하면 더 많은 증폭단을 활용할 수 있다. 당업자는 다단 증폭기를 적절한 단의 수로 구성할 수 있다.The amplification unit 220 amplifies the electrical signal for the received ultrasonic echo. The amplifying unit 220 is connected to the output of each stage of the multi-stage amplifiers 222, 224, and 226 and the stages of the multi-stage amplifiers 222, 224, and 226 including a plurality of stages serially connected in series, Lt; RTI ID = 0.0 > 228 < / RTI > Although the multi-stage amplifiers 222, 224, and 226 are configured in three stages in FIG. 4, more amplification stages can be utilized to more precisely control the amplification gain. Those skilled in the art will be able to construct a multi-stage amplifier with a suitable number of stages.

상기 다단 증폭기(222, 224, 226)는 제 1 단 증폭기(222), 제 2 단 증폭기 및 제 3 단 증폭기를 포함할 수 있다. 그리고, 제 1, 제 2, 제 3 단 증폭기들은 각각 멀티플랙서(228)의 제 1 입력(228-1), 제 2 입력(228-2) 및 제 3 입력(228-3)와 연결되어 있다.The multi-stage amplifiers 222, 224, and 226 may include a first stage amplifier 222, a second stage amplifier, and a third stage amplifier. The first, second, and third amplifiers are each coupled to a first input 228-1, a second input 228-2, and a third input 228-3 of the multiplexer 228 have.

예컨대, 전체 증폭부(220)의 증폭 이득, 즉, 제 3 입력(228-3)에 입력되는 증폭된 전기적 신호의 이득은 제 1 단 증폭기(222)의 증폭 이득과, 제 2 단 증폭기의 증폭 이득(224)과, 제 3 단 증폭기(226)의 증폭 이득을 곱한 값이 된다. 그리고, 제 2 입력(228-2)에 입력되는 증폭된 전기적 신호의 이득은 제 1 단 증폭기(222)의 증폭 이득과, 제 2 단 증폭기(224)의 증폭 이득을 곱한 값이 된다. 마지막으로 제 1 입력(228-1)에 입력되는 증폭된 전기적 신호의 이득은 제 1 단 증폭기(222)의 증폭 이득과 동일하다.For example, the amplification gain of the total amplification unit 220, that is, the gain of the amplified electrical signal input to the third input 228-3, is determined by the amplification gain of the first stage amplifier 222 and the amplification gain of the second stage amplifier 222, The gain 224 is multiplied by the amplification gain of the third stage amplifier 226. The gain of the amplified electrical signal input to the second input 228-2 is a value obtained by multiplying the amplification gain of the first stage amplifier 222 by the amplification gain of the second stage amplifier 224. [ Finally, the gain of the amplified electrical signal input to the first input 228-1 is the same as the amplification gain of the first stage amplifier 222. [

멀티플랙서(228)는 제어부(250)으로부터의 제어 신호, 예를 들어, 멀티플랙서(228)의 어드레싱(addressing) 신호를 입력 받아, 제 1 입력(228-1), 제 2 입력(228-2) 및 제 3 입력(228-3) 중 어느 하나의 입력을 선택하게 된다.The multiplexer 228 receives a control signal from the controller 250, for example, an addressing signal of the multiplexer 228, and outputs a first input 228-1, a second input 228 -2) and the third input 228-3.

선택된 입력의 증폭 이득이 각각 다르므로, 전체적인 초음파 센서 구동 장치에서 증폭 이득을 다이나믹하게 조절하는 것이 가능하다. Since the amplification gains of the selected inputs are different from each other, it is possible to dynamically adjust the amplification gain in the entire ultrasonic sensor driving apparatus.

제어부(250)는 도 2에 도시한 바와 같이, 하나의 초음파 송수신 구간에서 초음파가 송신된 후, 초음파 반향이 수신될 때까지의 거리인 비행 거리(TOF)를 산출할 수 있다. 이 경우, 증폭 이득 선택부(252)는 산출된 비행 거리에 따라 제 1 입력, 제 2 입력, 제 3 입력 중 적어도 어느 하나를 선택하는 신호를 생성할 수 있다. As shown in FIG. 2, the control unit 250 can calculate the TOF, which is the distance from the transmission of the ultrasonic wave to the reception of the ultrasonic echo in one ultrasonic transmission / reception section. In this case, the amplification gain selector 252 may generate a signal for selecting at least one of the first input, the second input, and the third input according to the calculated flying distance.

예를 들어 증폭 이득 선택부(252)는 가장 근거리 부분인 경우(도 2의 1st 영역), 제 1 단 증폭기(222)와 연결된 제 1 입력(228-1)을 선택할 수 있고, 중거리 부분인 경우(도 2의 2nd 영역)에는 제 2 단 증폭기(224)와 연결된 제 2 입력(228-2)를 선택할 수 있으며, 장거리 부분인 경우(도 2의 3rd 영역)에는 제 3 단 증폭기(226)와 연결된 제 3 입력(228-3)을 선택할 수 있다. For example, the amplification gain selector 252 can select the first input 228-1 connected to the first stage amplifier 222 when it is the nearest portion (the 1 st region in FIG. 2) case (Fig. 2 nd zone 2), the second, and to select the amplifier stage 224, a second input (228-2) associated with, in the case of long-distance portion (Fig. 3 rd area in Fig. 2), the third stage amplifier ( 226 and a third input 228-3 coupled to the second input 228-3.

또한, 도시한 바와 같이, 영역이 중첩되는 경우도 있다. 영역이 중첩된 부분에서는 복수의 입력을 순차적으로 수신하여 제어부(250)에서 적절한 입력 값을 선택할 수도 있다. 예를 들어, 제 1 영역과 제 2 영역이 중복되는 부분(228-4)의 경우에는 제 1 입력(228-1) 및 제 2 입력(228-2)에서 출력되는 출력값을 순차적으로 제어부(250)로 전달할 수도 있다.Also, as shown in the figure, the regions may be overlapped. The control unit 250 may sequentially receive a plurality of inputs and select an appropriate input value. For example, in the case of the portion 228-4 where the first region and the second region are overlapped, the output values output from the first input 228-1 and the second input 228-2 are sequentially output to the controller 250 ).

따라서, 본 발명에 따르면, 근거리에 있는 물체(TOF가 작은 물체)의 경우에는 증폭 이득이 감소하고, 장거리에 있는 물체(TOF가 큰 물체)의 경우에는 증폭 이득이 증가하게 된다. 근거리에 있을 경우에는 증폭 이득이 높을 경우, 여진 구간의 신호들까지 불필요하게 크게 증폭이 될 수 있는데, 증폭 이득을 본 발명과 같이 감소시킴으로서, 근거리 측정에 유리하게 된다. 또한 본 발명에 따르면, 장거리에 있는 물체의 경우에는 증폭 이득을 높이기 때문에 이전에는 필터 아웃되는 작은 신호들도 분석가능하게 되었다.Therefore, according to the present invention, the amplification gain decreases in the case of an object at a close distance (an object with a small TOF), and the amplification gain increases in the case of an object at a long distance (an object with a large TOF). When the amplification gain is high, the signals of the excitation section can be amplified unnecessarily. When the amplification gain is high, it is advantageous for the near distance measurement. According to the present invention, since the amplification gain is increased in the case of an object at a long distance, small signals that have been previously filtered out can be analyzed.

따라서, 본 발명에 따르면 초음파 센서의 측정 가능 영역이 크게 확대될 수 있다.Therefore, according to the present invention, the measurable area of the ultrasonic sensor can be greatly enlarged.

이하에서는 다시 도 1을 참조하여 다른 구성들에 대하여 상세히 설명한다. Hereinafter, other configurations will be described in detail with reference to FIG.

도 1을 참조하면, 아날로그-디지털 변환기(230)는 초음파센서(100)에 의해 수신된 초음파 반향에 대한 전기적 신호가 증폭부(220)에서 증폭된 신호를 디지털로 변환하여, 신호처리부(240)에 전달할 수 있다.1, the analog-to-digital converter 230 converts an electrical signal for the ultrasonic echo received by the ultrasonic sensor 100 into a digital signal, amplified by the amplifier 220, .

신호처리부(240)는 초음파 반향에 대한 전기적 신호의 잡음을 제거하고, 포락선을 추출하는 등 제어부(250)에서 분석가능한 신호로 변환/처리하기 위한 모듈이다. 예를 들어, 각종 디지털 필터 등을 통하여 송신 주파수를 중심으로 일정 범위의 주파수 만을 걸러내는 대역 통과 필터, 대역 통과 필터를 거친 신호에서 포락선(envelope)을 추출하는 포락선 추출기, 추출된 포락선 신호의 노이즈를 추출하는 저대역 통과 필터 등을 포함할 수 있다. The signal processing unit 240 is a module for converting / processing the ultrasonic wave into an analytical signal in the controller 250, such as eliminating the noise of the electric signal for the ultrasonic echo and extracting the envelope. For example, a bandpass filter that filters a certain range of frequencies around a transmission frequency through various digital filters, an envelope extractor that extracts an envelope from a signal passed through a bandpass filter, And a low-pass filter for extracting a low-pass filter.

제어부(250)는 상기 초음파의 송신 시부터 수신 시까지 소요된 비행 시간이 복수의 시간 영역 중 어느 영역에 속하는지를 결정하고 결정된 영역에 따라 상기 증폭부(220)가 미리 정해진 이득으로 증폭되도록 제어한다. 상기 제어부(250)의 증폭 이득 선택부(252)는 상기 결정된 시간 구간에 따라 상기 멀티플렉서(228)가 상기 각 단의 출력부 중 어느 하나의 출력부의 출력을 선택하여 출력하도록 제어한다. The control unit 250 determines which region of the plurality of time regions the flight time from the transmission to the reception of the ultrasound is transmitted to, and controls the amplification unit 220 to amplify the amplified signal with a predetermined gain according to the determined region . The amplification gain selector 252 of the controller 250 controls the multiplexer 228 to select and output the output of any one of the outputs of the stages according to the determined time interval.

상기 제어부(250)는 상기 신호처리부(240)에 의해 포락선 추출 처리된 디지털 신호를 기준 전압과 비교하여 상기 기준 전압 이상인 디지털 신호만을 유효한 신호로 인식하며, 상기 기준 전압은 상기 복수의 시간 영역별로 다르게 설정될 수 있다.The control unit 250 compares a digital signal extracted by the envelope processing unit 240 with a reference voltage, and recognizes only a digital signal that is equal to or greater than the reference voltage as a valid signal. The reference voltage is different for each of the plurality of time regions Can be set.

따라서, 복수의 시간 영역별로 기준 전압을 다르게 설정함으로써, 근거리에 있는 물체의 경우에는 보다 의미있는 물체만을 분석할 수 있게 되며, 장거리에 있는 물체의 경우에는 기존에 분석하지 못하던 물체들까지 분석할 수 있게 된다. 따라서, 본 발명에 따르면 초음파 센서의 측정 가능 영역이 크게 확대될 수 있다.Therefore, by setting the reference voltage differently for a plurality of time domains, it is possible to analyze only a more meaningful object in the case of a nearby object, and in the case of an object in a long distance, . Therefore, according to the present invention, the measurable area of the ultrasonic sensor can be greatly enlarged.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 센서 구동 방법을 설명하는 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating an ultrasonic sensor driving method according to an embodiment of the present invention.

초음파 센서(100)는 송신 펄스에 따라 초음파를 송신 및 수신하고 상기 수신된 초음파를 전기적 신호로 변환한다(단계 S302). 증폭부(220)는 상기 전기적 신호를 증폭한다(단계 S304).The ultrasonic sensor 100 transmits and receives ultrasonic waves according to a transmission pulse, and converts the received ultrasonic waves into electrical signals (step S302). The amplification unit 220 amplifies the electrical signal (step S304).

상기 증폭하는 단계는 순차적으로 직렬 연결되는 복수의 단(stage)을 포함하는 다단 증폭기(222) 및 상기 다단 증폭기의 각 단의 출력부와 각각 연결되는 멀티플렉서(224)를 포함하는 증폭부(220)에 의해 수행되고, 상기 결정된 시간 구간에 따라 상기 멀티플렉서(Multiplexer)가 상기 각 단의 출력부 중 어느 하나의 출력부의 출력을 선택하여 출력하여 증폭하는 단계를 포함할 수 있다.The amplifying step may include an amplifying part 220 including a multi-stage amplifier 222 including a plurality of stages serially connected in series and a multiplexer 224 connected to the output of each stage of the multi- And the multiplexer selects and outputs the output of one of the output units of the respective stages according to the determined time interval.

아날로그-디지털 변환기(230)는 상기 증폭부(220)에 의해 증폭된 전기적 신호를 디지털 신호로 변환하고(단계 S306), 신호처리부(240)는 상기 디지털 신호를 상기 복수의 영역에 따라 포락선 추출 처리한다(단계 S308). The analog-to-digital converter 230 converts the electrical signal amplified by the amplification unit 220 into a digital signal (step S306), and the signal processing unit 240 performs envelope extraction processing (Step S308).

상기 초음파의 송신 시부터 수신 시까지 소요된 비행 시간이 복수의 시간 영역 중 어느 영역에 속하는지를 결정하고 결정된 영역에 따라 상기 증폭부(220)가 미리 정해진 이득으로 증폭되도록 제어한다(단계 S310). The ultrasound transducer 220 determines which region of the plurality of time regions the flight time from the transmission to the reception of ultrasonic waves belongs to, and controls the amplification unit 220 to amplify a predetermined gain according to the determined region (Step S310).

상기 제어하는 단계(S310)는 상기 신호처리부(240)에 의해 포락선 추출 처리된 디지털 신호를 기준 전압과 비교하여 상기 기준 전압 이상인 디지털 신호만을 유효한 신호로 인식하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 기준 전압은 상기 복수의 시간 영역별로 다르게 설정될 수 있다.The controlling step S310 may include comparing a digital signal extracted by the signal processing unit 240 with a reference voltage, and recognizing only a digital signal having the reference voltage or higher as a valid signal. The reference voltage may be set differently for each of the plurality of time regions.

따라서, 본 발명에 따르면, 상기 초음파의 송신 시부터 수신 시까지 소요된 비행 시간이 복수의 시간 영역 중 어느 영역에 속하는지를 결정하고 결정된 영역에 따라 상기 증폭부가 미리 정해진 이득으로 증폭되도록 제어함으로써 근거리 측정 및 장거리 측정 성능을 향상할 수 있다. Therefore, according to the present invention, it is determined whether the flight time from the transmission to the reception of the ultrasonic wave belongs to which of the plurality of time regions, and the amplification unit is amplified to a predetermined gain according to the determined region, And long distance measurement performance can be improved.

한편, 본 발명의 상세한 설명 및 첨부도면에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들을 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and similarities. Accordingly, the scope of the present invention should be construed as being limited to the embodiments described, and it is intended that the scope of the present invention encompasses not only the following claims, but also equivalents thereto.

100: 초음파 센서
200: 초음파 센서 구동 장치
210: 구동부
220: 증폭부
222, 224, 226: 다단 증폭기
228: 멀티플렉서
230: 아날로그-디지털 변환기
240: 신호 처리부
250: 제어부100: Ultrasonic sensor
200: Ultrasonic sensor driving device
210:
220:
222, 224, 226: multi-stage amplifier
228: Multiplexer
230: Analog-to-digital converter
240: Signal processor
250:

Claims (12)

초음파를 송신 및 상기 초음파의 반향을 수신하는 초음파 센서에 송신 펄스를 제공하는 구동부;
상기 수신된 초음파 반향에 대한 전기적 신호를 증폭하는 증폭부;
상기 증폭부에 의해 증폭된 전기적 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기;
상기 디지털 신호를 복수의 영역에 따라 포락선 추출 처리하는 신호처리부; 및
상기 초음파의 송신 시부터 수신 시까지 소요된 비행 시간을 산출하고, 상기 산출된 시간이 복수의 시간 영역 중 어느 영역에 속하는지를 결정하고 결정된 영역에 따라 상기 증폭부가 미리 정해진 이득으로 증폭되도록 제어하는 제어부를 포함하며,
상기 복수의 시간 영역은 상기 초음파 센서로부터 물체와의 거리에 따라서 구분된 영역으로 구성되고,
상기 제어부는 상기 신호처리부에 의해 포락선 추출 처리된 디지털 신호를 기준 전압과 비교하여 상기 기준 전압 이상인 디지털 신호만을 유효한 신호로 인식하며,
상기 기준 전압은 상기 복수의 시간 영역별로 다르게 설정되는,
초음파 센서 구동 장치.
A driving unit for providing a transmission pulse to an ultrasonic sensor for transmitting ultrasonic waves and receiving echoes of the ultrasonic waves;
An amplifying unit for amplifying an electrical signal for the received ultrasonic echoes;
An analog-to-digital converter for converting an electrical signal amplified by the amplifying unit into a digital signal;
A signal processing unit for performing envelope extraction processing on the digital signal according to a plurality of regions; And
A control unit for calculating the flight time from the transmission to the reception of the ultrasonic wave, determining which region of the plurality of time regions the calculated time belongs to, and controlling the amplification unit to amplify to a predetermined gain according to the determined region, / RTI >
Wherein the plurality of time regions are divided into regions separated from the ultrasonic sensor according to a distance from the object,
The control unit compares the digital signal obtained by the envelope extraction process by the signal processing unit with a reference voltage, and recognizes only a digital signal having the reference voltage or higher as a valid signal,
Wherein the reference voltage is set differently for each of the plurality of time regions,
Ultrasonic sensor drive device.
제 1 항에 있어서,
상기 증폭부는 순차적으로 직렬 연결되는 복수의 단(stage)을 포함하는 다단 증폭기 및 상기 다단 증폭기의 각 단의 출력부와 각각 연결되는 멀티플렉서(Multiplexer)를 포함하며,
상기 제어부는 상기 결정된 시간 구간에 따라 상기 멀티플렉서가 상기 각 단의 출력부 중 어느 하나의 출력부의 출력을 선택하여 출력하도록 제어하는,
초음파 센서 구동 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the amplifying unit includes a multi-stage amplifier including a plurality of stages sequentially connected in series, and a multiplexer connected to the output unit of each stage of the multi-stage amplifier,
Wherein the control unit controls the multiplexer to select and output the output of one of the output units of the respective stages according to the determined time period,
Ultrasonic sensor drive device.
삭제delete 삭제delete 초음파를 송신 및 수신하는 초음파 센서;
상기 초음파 센서에 송신 펄스를 제공하는 구동부(210);
상기 수신된 초음파에 대한 전기적 신호를 증폭하는 증폭부(220);
상기 증폭부에 의해 증폭된 전기적 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기;
상기 디지털 신호를 복수의 영역에 따라 포락선 추출 처리하는 신호처리부; 및
상기 초음파의 송신 시부터 수신 시까지 소요된 비행 시간을 산출하고, 상기 산출된 시간이 복수의 시간 영역 중 어느 영역에 속하는지를 결정하고 결정된 영역에 따라 상기 증폭부가 미리 정해진 이득으로 증폭되도록 제어하는 제어부를 포함하며,
상기 복수의 시간 영역은 상기 초음파 센서로부터 물체와의 거리에 따라서 구분된 영역으로 구성되고,
상기 제어부는 상기 신호처리부에 의해 포락선 추출 처리된 디지털 신호를 기준 전압과 비교하여 상기 기준 전압 이상인 디지털 신호만을 유효한 신호로 인식하며,
상기 기준 전압은 상기 복수의 시간 영역별로 다르게 설정되는,
초음파 센서 구동 시스템.
An ultrasonic sensor for transmitting and receiving ultrasonic waves;
A driving unit 210 for providing a transmission pulse to the ultrasonic sensor;
An amplifying unit 220 for amplifying an electrical signal for the received ultrasonic wave;
An analog-to-digital converter for converting an electrical signal amplified by the amplifying unit into a digital signal;
A signal processing unit for performing envelope extraction processing on the digital signal according to a plurality of regions; And
A control unit for calculating the flight time from the transmission to the reception of the ultrasonic wave, determining which region of the plurality of time regions the calculated time belongs to, and controlling the amplification unit to amplify to a predetermined gain according to the determined region, / RTI >
Wherein the plurality of time regions are divided into regions separated from the ultrasonic sensor according to a distance from the object,
The control unit compares the digital signal obtained by the envelope extraction process by the signal processing unit with a reference voltage, and recognizes only a digital signal having the reference voltage or higher as a valid signal,
Wherein the reference voltage is set differently for each of the plurality of time regions,
Ultrasonic sensor drive system.
제 5 항에 있어서,
상기 증폭부는 순차적으로 직렬 연결되는 복수의 단(stage)을 포함하는 다단 증폭기 및 상기 다단 증폭기의 각 단의 출력부와 각각 연결되는 멀티플렉서(Multiplexer)를 포함하며,
상기 제어부는 상기 결정된 시간 구간에 따라 상기 멀티플렉서(Multiplexer)가 상기 각 단의 출력부 중 어느 하나의 출력부의 출력을 선택하여 출력하도록 제어하는,
초음파 센서 구동 시스템.
6. The method of claim 5,
Wherein the amplifying unit includes a multi-stage amplifier including a plurality of stages sequentially connected in series, and a multiplexer connected to the output unit of each stage of the multi-stage amplifier,
Wherein the control unit controls the multiplexer to select and output the output of one of the output units of the respective stages according to the determined time interval,
Ultrasonic sensor drive system.
삭제delete 삭제delete 송신 펄스에 따라 초음파를 송신 및 수신하고 상기 수신된 초음파를 전기적 신호로 변환하는 단계;
상기 전기적 신호를 증폭하는 단계;
상기 증폭된 전기적 신호를 디지털 신호로 변환하고, 상기 디지털 신호를 복수의 영역에 따라 포락선 추출 처리하는 신호처리단계; 및
상기 초음파의 송신 시부터 수신 시까지 소요된 비행 시간을 산출하고, 상기 산출된 시간이 복수의 시간 영역 중 어느 영역에 속하는지를 결정하고 결정된 영역에 따라 증폭부가 미리 정해진 이득으로 증폭되도록 제어하는 단계를 포함하며,
상기 복수의 시간 영역은 초음파 센서로부터 물체와의 거리에 따라서 구분된 영역으로 구성되고,
상기 제어하는 단계는 상기 신호처리단계에 의해 포락선 추출 처리된 디지털신호를 기준 전압과 비교하여 상기 기준 전압 이상인 디지털 신호만을 유효한 신호로 인식하는 단계를 포함하되, 상기 기준 전압은 상기 복수의 시간 영역별로 다르게 설정되는,
초음파 센서 구동 방법.
Transmitting and receiving an ultrasonic wave according to a transmission pulse and converting the received ultrasonic wave into an electric signal;
Amplifying the electrical signal;
A signal processing step of converting the amplified electrical signal into a digital signal and performing envelope extraction processing on the digital signal according to a plurality of areas; And
Calculating a flight time from the transmission to the reception of the ultrasonic wave, determining which region of the plurality of time regions the calculated time belongs to, and controlling the amplification unit to amplify to a predetermined gain according to the determined region ≪ / RTI &
Wherein the plurality of time zones are divided into zones separated from the ultrasonic sensor according to a distance from the object,
Wherein the step of controlling includes comparing a digital signal extracted by the envelope processing by the signal processing step with a reference voltage and recognizing only a digital signal that is equal to or greater than the reference voltage as a valid signal, Differently,
A method of driving an ultrasonic sensor.
제 9 항에 있어서,
상기 증폭하는 단계는 순차적으로 직렬 연결되는 복수의 단(stage)을 포함하는 다단 증폭기 및 상기 다단 증폭기의 각 단의 출력부와 각각 연결되는 멀티플렉서(Multiplexer)를 포함하는 증폭부에 의해 수행되고, 상기 결정된 시간 구간에 따라 상기 멀티플렉서(Multiplexer)가 상기 각 단의 출력부 중 어느 하나의 출력부의 출력을 선택하여 출력하여 증폭하는 단계를 포함하는,
초음파 센서 구동 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the amplifying step is performed by an amplification unit including a multi-stage amplifier including a plurality of stages connected in series and a multiplexer connected to the output unit of each stage of the multi-stage amplifier, And the multiplexer selects and outputs the output of one of the output units of the respective stages according to the determined time interval.
A method of driving an ultrasonic sensor.
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