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Self-powered gas sensor IC based on photovoltaic energy harvesting = 광전 에너지 하베스팅 기반의 가스 센서 집적회로 설계
서명 / 저자 Self-powered gas sensor IC based on photovoltaic energy harvesting = 광전 에너지 하베스팅 기반의 가스 센서 집적회로 설계 / Hung Phan.
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2019].
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8035004

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MEE 19141

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초록정보

A self-powered gas sensor integrated circuit (IC) suitable for wireless sensor nodes is designed in $0.18\mum$ CMOS process. The novel idea of using the output of the photovoltaic (PV) cell covered by the gas-sensing film allows the proposed sensor system to have low power consumption and compact size. A dual-input shared-inductor boost converter is used to harvest energy efficiently from two PV cells instead of connecting these cells in parallel when the system is exposed to gases. This shows 17% improvement of conversion efficiency at 200ppm nitrogen dioxide gas concentration. Maximum end-to-end efficiency of 87% is achieved at a maximum available power of $446.6\muW$ from two PV cells, and the quiescent current is only 270nA. An input-offset-storage autozeroing technique is used for opamp offset cancellation in order to achieve the high-accuracy gas detection. A modified split-capacitor digital-to-analog converter (DAC) architecture is used for achieving small area in the signal-processing block.

선 센서 노드에 적합한 자가 전원 가스 센서 집적 회로를 $0.18\mum$ CMOS 공정에서 설계하였다. 가스 센싱 필름으로 덮힌 PV 셀을 사용하면서 제안된 센서 시스템은 저전력, 저면적으로 설계가 가능하였다. 시스템이 가스에 노출되었을 때 두 PV 셀로부터 효율적으로 에너지를 획득하기 위해 기존의 PV 셀을 병렬로 연결하는 방법 대신 듀얼-인풋 공유 인덕터 부스트 컨버터를 사용하였다. 이를 통해 200ppm의 이산화질소 가스 농도에서 전압 변환 효율이 17% 향상되었다. 두 PV 셀로부터 최대 $446.6 \muW$를 획득하면서 최대 효율 87%를 달성하였고, 이때 대기 전류는 270nA이다. 정확한 가스 탐지를 위해 연산증폭기 오프셋 제거 방법 중 하나인 입력-오프셋-스토리지 오토제로잉 방법을 사용하였다. 신호 처리 블럭에서 저면적 구현을 위해 스플릿-커패시터 디지털-아날로그 컨버터를 사용하였다.

서지기타정보

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청구기호 {MEE 19141
형태사항 v, 39 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 판헝
지도교수의 영문표기 : Minkyu Je
지도교수의 한글표기 : 제민규
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 전기및전자공학부,
서지주기 Including references
주제 self-powered
gas sensor
photovoltaic energy harvesting
boost converter
offset cancellation
자가 전원
가스 센서
광전지 에너지 하베스팅
부스트 컨버터
오프셋 제거
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