크로스토크 전류 억제를 위한 저항형 센서 어레이 검출 회로

Abstract

최근 사물인터넷과 인공지능 시장이 발전하면서 전자기기에 적용되는 센서의 중요성이 높아지고 있다. 그 중 저항형 센서는 각종 물리량을 감지하는 센서에 널리 활용되고 있으며, 어레이 형식의 저항형 센서 또한 촉각 센서와 적외선 센서 등 많은 분야에 활용되고 있다. 본 논문에서는 저항형 센서 중 2D 어레이 형식으로 사용되는 센서에 대한 검출 회로를 개발하였다. 제안하는 검출 회로는 저항형 센서 어레이 검출 회로의 중대한 문제인 크로스토크 전류를 제거하여 오차율이 적으며 주변 환경의 영향을 덜 받게 되어 높은 정확도를 가질 수 있도록 하였다. 일반적으로 정확도가 높은 검출 회로는 검출하고자 하는 저항 센서의 어레이 크기가 커질수록 사용되는 연산 증폭기의 수가 많아져 전력 소모가 많은 반면, 제안하는 회로는 저항 검출에 필요한 증폭기의 수를 줄이고 어레이 크기에 상관 없이 증폭기의 수가 고정이 되도록 설계하였다. 따라서 회로의 복잡도를 줄이고 크기를 최소화 함으로써 전력 소모와 생산 단가를 줄일 수 있게 되었다. 이는 촉각 센서와 같이 넓은 면적을 감지하는 저항형 센서의 검출 회로 적용에 적절할 것으로 보이며, 크기가 작고 전력 소모가 작은 만큼 전력 이용이 제한적인 휴대용 전자기기의 센서에 적합한 검출 회로가 될 것으로 보인다. 제안하는 검출 회로는 시뮬레이션과 측정을 통해 검증하였다. 상용 연산 증폭기와 스위치를 모델링해 시뮬레이션 한 결과, 저항 어레이 크기에 상관 없이 0.1% 내외의 오차율을 갖는 것으로 확인하였다. 실제 측정 상에서도 1% 내의 작은 오차율을 갖는 것을 확인하였다.; Recent advances in IoT(internet of things) and A.I.(artificial intelligence) raise the importance of sensors applied to electronic devices. Resistive sensors are widely used to detect various physical magnitudes and have applied to many areas with array structure such as piezo resistive tactile sensors and IR(infrared) sensors. In this thesis, I propose a read-out circuit for 2D resistive sensor arrays. This read-out circuit suppresses the crosstalk current which is critical problem with reading out the sensor arrays and therefore has high accuracy with independence from the environment. Previous read-out circuits of high accuracy use a large number of operational amplifiers; therefore, increases the power consumption. The proposed read-out circuit, whereas, needs only fixed and few operational amplifiers regardless of the size of arrays. So, by minimizing the complexity and size of the circuit can reduce the power consumption and the cost of production. This property is suitable for sensing the area like tactile sensors and can be applied to portable devices running on battery. The proposed read-out circuit is verified by simulation and measurement. With modeled commercial operational amplifiers and switches, the circuit has an error rate of 0.1% regardless of the size of resistive array. In measurement, the error rate is under 1% as well.