초록
본 논문은 Piezo Resistive Type(PRT) 압력 센서용 신호 처리 아날로그 전단부 IC 설계를 주제로 한다. 센서의 출력 전압을 개선을 하기 위해 센서의 전류를 보상하는 Gauge Factor Calibration 회로, 같은 센서와의 오차가 있더라도 적용이 가능하도록 설계한 Programmable Gain Amplifier (PGA), 클록 생성기에서 발생하는 EMI를 감소시키기 위한 확산 스펙트럼 클록 생성기, 압력 센서의 분해능을 향상시키기 위한 10Bit ADC와 14Bit DAC 그리고 기존 아날로그 방식으로 처리하던 방식과는 달리 디지털 신호처리 방식을 이용한 Calibration Microcontroller (CMC)를 설계하였다. $0.35{\mu}m$ CMOS Process를 이용하여 설계 하였으며, 설계된 IC의 공급 전압은 5V와 3.3V의 전원 분리를 통하여 아날로그 회로는 5V를 사용하고 디지털 회로는 LDO로부터 3.3V를 공급 받도록 구성하였다. Gauge Factor Calibration 회로는 3.75uA부터 120uA까지 보상이 가능하며 PGA는 30dB부터 45dB까지 제어가 가능하고 확산 스펙트럼 클록 생성기는 2.13dB에서 -5.94dB로의 EMI를 감소시킬 수 있다. 공급전압에 대한 ASIC 보호 회로는 800mV부터 6.4V를 제외한 나머지 전압은 차단이 가능하고 14Bit DAC는 0.305mV의 해상도를 가지고 있다. 총 전류 5.32mA를 소모하고 있으며, Die 크기는 $1.94mm{\times}1.94mm$의 면적을 갖는다.
In this paper, a design of Signal Processing Analog Front-End IC for Automotive Piezo-Resistive Type Pressure Sensor is presented. In modern society, as the car turns to go from mechanical to electronic technology, the accuracy and reliability of electronic parts required importantly. In order to improve these points, Programmable Gain Amplifier (PGA) amplifies the received signal in accordance with gain for increasing the accuracy after PRT Sensor is operated to change physical pressure signals to electrical signals. The signal amplified from PGA is processed by Digital blocks like ADC, CMC and DAC. After going through this process, it is possible to determine the electrical signal to physical pressure signal. As processing analog signal to digital signal, reliability and accuracy in Analog Front-End IC is increased. The current consumption of IC is 5.32mA. The die area of the fabricated IC is $1.94mm{\times}1.94mm$.
