Chip Design of Structure Monitoring Sensor Driving IC for Telemetrics Applications
- 발행기관 서강대학교 대학원
- 지도교수 범진욱
- 발행년도 2008
- 학위수여년월 2008. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 전자공학과
- 식별자(기타) 000000108533
- 본문언어 한국어
목차
본 논문은 구조물 모니터링을 위한 광섬유 센서 구동 IC의 설계와 구현을 제안하고 있다. 연구를 통하여 구조물 모니터링 시스템에 필요한 블록과 스펙을 결정하였으며, IC에 적용할 수 있는 구조를 채택하였다.
구조물로부터 발생되는 신호를 모니터링 하기 위하여 본 시스템은 수신단과 송신단으로 나눠진다. 송신단에서는 레이저 다이오드 구동회로(laser diode driver)를 이용하여 레이저 다이오드(laser diode)를 구동할 뿐만 아니라, 일정한 전력을 발생시킬 수 있도록 한다. 레이저 다이오드(laser diode)에서 발생된 광 신호는 구조물에 부착된 광섬유를 통과하여 수신단의 포토다이오드(photo diode)로 전달된다. 이 때 감지되는 신호를 통하여 구조물의 상태를 확인 할 수 있다. 본 시스템에서 수신단은 trans-impedance amplifier(TIA), variable gain amplifier(VGA), filter 그리고 comparator로 구성되며, 처리하는 신호의 주파수에 따라서 2가지 경로로 나뉜다. 비교적 낮은 주파수의 신호를 처리하는 경로의 경우에는 구조물의 이상신호를 모니터링 할 수 있도록 하며, 높은 주파수 신호를 처리하는 경로는 구조물의 갑작스러운 동적 변형률을 모니터링 할 수 있도록 설계되었다. 본 시스템에서 신호의 주파수 대역은 수백 kHz 이내이므로 회로의 동작 속도 보다는 신호의 이득과 안정성을 우선시하여 설계하였다. TIA 뒷단에는 VGA를 두어 시스템의 다이내믹 영역을 확보하였으며, 필터를 두어서 불필요한 노이즈 성분을 제거할 수 있도록 하였다. 전체 시스템을 설계하기에 앞서 각 세부 블록들은 동부 하이텍 0.18 ㎛ 공정을 통하여 검증하였으며, 전체 시스템은 TSMC 0.25 ㎛ 공정을 사용하여 설계하였다.
목차
This thesis proposes a chip design and implementation of optical fiber sensor ICs for structure monitoring system. We studied and concluded the specification required in the structure monitoring system which can drive and receive the signal, and adopted the topology which is possible to implement the IC. In order to monitoring the signal generated from structure, the system divided into a transmitter and receiver. In case of transmitter, the laser diode driver drives laser diode to illuminate constant laser power. The laser travelling through the optical fiber is delivered to the photo diode at receiver. It is possible to monitor the condition of structure with signals received by photo diode. In the receiver, there are a trans-impedance amplifier(TIA), variable gain amplifiers(VGAs), filters and comparators. The receiver part is divided into 2 paths depending on the signal frequency. Low frequency path senses the long term variance of the structure. Another high frequency path senses the sudden structure changes. In this system, because the bandwidth of the signal is lower than hundreds of kHz, the circuits are on the basis of gain and stability instead of speed. Following the trans-impedance amplifier, a variable gain amplifier defines the dynamic range. Filters are used to attenuate the noise. Before design the whole system, the detail blocks are verified with CMOS 0.18 ㎛ technology. Finally the whole system of driving IC has been designed and simulated with the TSMC 0.25 ㎛ process.
