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Design and Implementation of Sensor Readout Circuitry for Automotive Electronic Systems : 차량용 전장 시스템을 위한 센서 판독 회로의 설계 및 구현
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- Authors
- Advisor
- 김수환
- Major
- 융합과학기술대학원 지능형융합시스템학과
- Issue Date
- 2018-08
- Publisher
- 서울대학교 대학원
- Description
- 학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 융합과학기술대학원 지능형융합시스템학과, 2018. 8. 김수환.
- Abstract
- 최근 IT 기술의 발전과 함께 안전주행, 편의 도모, 경제성 및 친환경성의 지속적인 요구가 확대됨에 따라 차량용 전장 시스템의 중요성이 증가하고 있다. 차량용 전장 시스템은 주행 관련 각종 정보를 획득하고 차량 내 각종 전자장치를 제어하기 위해 다양한 센서의 활용이 필수적이고 이를 판독하기 위한 반도체 회로를 핵심 부품으로 한다.
본 논문의 주제는 차량용 전장 시스템을 위한 센서 판독 회로의 설계로 차량 내 사용되는 다양한 센서 중 적외선 야간투시시스템에 사용되는 적외선 열상 센서와 배터리 수준의 고전압 출력을 갖는 센서를 대상으로 한다.
본 논문에서는 적외선 열상 센서의 판독을 위해서 셔터 기반의 축차 비교 보정 루프를 갖는 비냉각식 마이크로볼로미터 적외선 이미지 회로를 제시한다. 적외선 감지를 위한 비냉각 방식이 냉각식에 비해 크기와 소비전력을 줄일 수 있지만, 마이크로볼로미터들간의 불균일성은 복잡한 교정 기술을 필요로 하게 하여 저가의 소형 장치로의 구현을 제한하고 있다. 따라서 본 논문에서는 기존의 보정 방식에서 요구되는 외부 프로세서와 소프트웨어 적용을 위한 보정 테이블의 검출 과정을 제거하고 하나의 칩으로의 집적화 및 자동 교정이 가능한 축차 비교 보정 루프 기법을 제안한다. 8082 픽셀의 적외선 초점 평면 배열과 판독 회로로 구성된 프로토타입 이미지 시스템을 0.18m CMOS 공정 기술을 통해 구현하였으며, 실험 결과를 통해 제안하는 축차 비교 보정 루프 기법이 마이크로볼로미터의 불균일성으로 인한 고정 패턴 잡음을 효과적으로 보상함을 확인하였다.
본 논문에서는 고전압 출력을 갖는 센서의 판독을 위해서 8 비트 마이크로 컨트롤러 기반의 고전압 입력 인터페이스를 제시한다. 소프트웨어 프로그램 기능이 포함된 마이크로 컨트롤러는 다수의 센서를 통합 관리하기에 용이함에 따라 차량용 전장 제어를 위한 핵심 부품으로 사용된다. 비용 절감 및 안전성 향상을 위해 더 많은 디지털 및 아날로그 기능 모듈을 통합이 지속되고 있지만, 여전히 배터리 과전압으로부터 트랜지스터의 보호하고 5V 미만의 신호로의 조정을 위해 위한 외부 수동 소자는 필수적으로 요구된다. 본 논문에서는 제기된 문제의 해결을 위해 배터리 레벨의 입력을 외부 소자 없이 판독하기 위한 32 채널 12V 입력 인터페이스를 제안한다. 또한 외부 소자의 사용을 최소화 하기 위해 1Mbps CAN 트랜시버와 8 비트 임베디드 플래시 마이크로 컨트롤러를 함께 집적하였다. 0.18um BCDMOS 공정 기술로 제작된 프로토 타입을 통해 -40C에서 150C까지 안정적으로 동작함을 확인하였다.
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