A lock-in-amplification-based electromagnetic sensor interface for localization has been proposed. The proposed electromagnetic sensor interface is suitable for the implementation of small electromagnetic sensor systems because it operates at low power compared to existing structures, with high accuracy. In order to operate the entire system with little power, a slow comparator that operates at low power and a phase shifter circuit were applied. Recently, in the medical field, electromagnetic sensor systems are emerging for use as localization systems of objects for high-precision surgery. Existing electromagnetic sensor systems for localization are difficult to apply to the medical field because of the power and size of the sensor interface. If the sensor interface were designed to use low-power integrated circuit technology, the entire system could be small. However, in the case of a lock-in amplifier, which is a suitable structure for an electromagnetic sensor interface, the existing structures that use integrated circuit technology still use a lot of power.
For this thesis, the principle of an electromagnetic wave-based localization sensor system, fundamentals, conventional system, and previous lock-in amplification based sensor interface circuit were examined. Moreover, a new low power sensor interface circuit structure is proposed based on lock-in amplification. Finally, the performance was verified through post-layout simulation results.
3차원 위치 지정을 위한 주파수 고정 증폭 기반 전자기 센서 인터페이스가 제안되었다. 제안된 전자기 센서 인터페이스는 높은 정확도를 가지면서도 기존 구조에 비해 작고 저전력으로 동작하기 때문에 소형 전자기 센서 시스템에 적합하다. 전체 시스템을 작은 파워로 동작시키기 위해서 저전력으로 동작하는 느린 비교기와 추가적인 위상 이동을 위한 회로가 적용되었다. 최근 의료 분야에서 전자기 센서 시스템은 높은 정확도의 수술을 위한 유망한 물체의 3차원 위치 지정 시스템으로 떠오르고 있다. 기존 3차원 위치 지정 전자기 센서 시스템들은 센서 인터페이스의 파워와 크기로 인해서 의료 분야에 적용하는 데에 어려움이 있다. 센서 인터페이스를 저전력 집적회로 기술을 이용해서 설계할 경우 전체 시스템을 작게 구현할 수 있다. 하지만 전자기 센서 인터페이스에 적합한 구조인 주파수 고정 증폭기의 경우, 집적회로 기술을 사용한 기존 구조들이 여전히 많은 파워를 사용한다는 문제점을 가지고 있다.
본 학위논문에서는 전자기파 기반의 위치 센서 시스템의 원리, 기초 이론, 기존 시스템, 그리고 기존 주파수 고정 증폭 기반 센서 인터페이스 회로에 대해서 고찰한다. 그 후 제안하는 주파수 고정 증폭 기반의 새로운 저전력 센서 인터페이스 회로 구조에 대해서 다루고자 한다. 최종적으로 포스트 레이아웃 시뮬레이션 결과를 통해서 성능을 검증하였다.
