This paper presents an analog signal processing circuit for linearity compensation to extend the measur-ing range of the eddy current displacement sensor (ECDS) for stop lamp switches (SLS). An ECDS can be a con-tactless type switch that ensures semi-permanent operation, and is proposed as a new structure for SLS. A new displacement-dependent quality factor model for the primary transducer (PT) of an ECDS is proposed. This model describes the non-linear behavior of the PT. An analog signal processing algorithm that linearizes the pro-posed model is suggested and implemented in a high voltage 0.35um CMOS technology. By the adoption of the implemented chip, the measuring range of an ECDS is extended by two times compare to that of the conven-tional ECDS.
차량의 정지등 스위치는 브레이크의 위치를 감지하여 MCU 및 정지등 구동회로로 신호를 보내는 역할을 하는 제품이다. 기존의 정지등 스위치는 접촉식 스위치로서 오랜 시간 동안 동작을 하면 금속의 마모와 스프링의 탄성력의 변화로 일정한 스위칭 동작을 보장할 수 없다. 이 경우 자동차 시스템이 브레이크의 위치를 감지하지 못하게 되어 정지등이 켜지지 않거나 CRUISE 컨트롤에 문제가 생기게 된다. 이런 단점을 보완하기 위해 동작 시간에 상관없이 일정한 스위칭 동작을 할 수 있는 새로운 스위치 구조를 찾는 연구가 진행되어왔다.
ECDS는 거리측정센서로서 비접촉식 동작방식에 따른 반영구적인 구동성능과 소형제작이 가능한 점, 그리고 저렴한 가격으로 제작 가능하다는 장점이 있다. ECDS는 이러한 장점 때문에 차세대 정지등 스위치 구조로 인정받고 있으며 ECDS를 이용한 정지등 스위치의 구현에 대한 연구가 진행되었다. 하지만 기존의 연구에서는 Probe Coil의 크기에 비례하는 감지거리의 한계문제와 거리에 비선형적으로 변하는 출력신호문제를 해결하지 못하였다. 본 논문에서는 ECDS를 이용한 정지등 스위치 구현과 더불어 감지거리의 한계를 늘리고 출력신호의 비선형성을 개선하는 방법을 제시한다.
ECDS의 출력신호의 크기는 Probe Coil과 Target의 거리에 따른 Q-factor의 변화에 비례한다. 근본적으로 Q-factor의 거리에 따른 특성이 비선형성을 띄고 Probe Coil의 크기 정도로 거리가 멀어지면 변화를 보이지 않기 때문에 ECDS의 출력신호 또한 별다른 보정을 거치지 않으면 위와 같은 한계를 갖고 있다. 본 논문에서는 Probe Coil의 Q-factor에 대한 새로운 model을 제시하였고, 본 model을 이용한 선형성 보상 알고리즘을 통해 ECDS의 출력파형은 선형화되고 감지거리의 한계를 늘릴 수 있을 것으로 예측하였다.
실제로 본 논문에서는 제시한 선형성 보상 알고리즘을 포함한 ECDS를 0.35um CMOS공정을 이용하여 구현하였고, 측정 결과를 통해 제시된 선형보상회로가 출력파형을 선형화하고 감지거리의 한계를 2배 늘리는 것을 확인하였다.
