Design and Implementation of Sensor Readout Circuitry for Automotive Electronic Systems

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. <br/> 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. <br/> 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. 8082 픽셀의 적외선 초점 평면 배열과 판독 회로로 구성된 프로토타입 이미지 시스템을 0.18m CMOS 공정 기술을 통해 구현하였으며, 실험 결과를 통해 제안하는 축차 비교 보정 루프 기법이 마이크로볼로미터의 불균일성으로 인한 고정 패턴 잡음을 효과적으로 보상함을 확인하였다. <br/> 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.<br/>