신호처리장치 및 이를 이용한 신호처리방법{SIGNAL PROCESSING APPARATUS AND SIGNAL PROCESSING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 신호처리장치 및 이를 이용한 신호처리방법에 관한 것이다.
차량에는 센서 등으로부터 입력된 신호를 처리하기 위한 신호처리장치가 탑재된다. 일반적으로 신호처리장치는 센서로부터 입력된 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC(Analog to Digital Converter) 또는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는(Digital to Analog Converter)룰 포함하며, 센서 입력값에 대응되는 전압 출력값을 ECU에 제공하는 기능을 수행한다. 도 1은 종래의 신호처리장치의 개략도이다. 도 1을 참조하면, 신호처리장치(110)는 센서(100)로부터 센서 입력값을 입력받으며, ECU에 전압 출력값을 제공한다. 신호처리장치(110)는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC(112), 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 DAC(114)를 포함할 수 있다. 한편, DAC(114)는 디지털 신호를 전압 출력값의 아날로그 신호로 변환하기 위한 게인(GAIN)과 오프셋(OFFSET)을 갖는다. 즉, 이상적인(IDEAL) 전압 출력값과 실제 전압 출력값 사이에는 출력 오차가 존재하기 때문에 게인 및 오프셋의 조절을 통해 출력 오차를 줄일 수 있다. 도 1에서 조절부(116)는 게인 및 오프셋을 조절하여 출력 오차를 줄이는 기능을 수행한다. 이와 같이, 종래의 신호처리장치(110)는 출력 오차를 줄이기 위하여 조절부(116)와 같은 별도의 DAC 조절 회로를 삽입한다. DAC 조절 회로는 복잡한 회로 구성을 갖기 때문에, DAC 조절 회로를 삽입하기 위해서는 제조 원가가 상승하며 DAC 조절 회로가 구성되지 않는 경우에는 출력 오차가 커짐에 따라 차량의 정밀한 제어가 어려운 문제점이 존재한다.
본 발명은 DAC의 출력특성함수를 이용하여 출력 오차가 보상된 전압 출력값의 보상 디지털 신호를 생성함으로써, DAC의 게인 또는 오프셋을 보상하기 위한 별도의 회로를 구성하지 않아도 되므로 제조 비용을 절감시킬 수 있고, 동시에 출력 오차를 크게 줄일 수 있는 신호처리장치 및 이를 이용한 신호처리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 신호처리장치는 센서로부터 입력된 센서 입력값을 디지털 코드로 변환하여 출력하는 ADC, 상기 변환된 디지털 코드를 전압 출력값으로 변환하여 출력하는 DAC 및 미리 정해진 테스트 입력값을 이용하여 상기 DAC의 출력특성함수를 산출하고, 상기 출력특성함수를 이용하여 제1 전압 출력값의 출력 오차가 보상된 제2 전압 출력값을 산출하며, 상기 제2 전압 출력값에 대응되는 보상 디지털 코드를 생성하여 상기 DAC에 입력하는 보상부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 신호처리방법은 미리 정해진 테스트 입력값을 이용하여 상기 DAC의 출력특성함수를 산출하는 단계, 상기 출력특성함수를 이용하여 제1 전압 출력값의 출력 오차가 보상된 제2 전압 출력값을 산출하는 단계, 상기 제2 전압 출력값에 대응되는 보상 디지털 코드를 생성하는 단계 및 상기 보상 디지털 코드를 상기 DAC에 입력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, DAC의 출력특성함수를 이용하여 출력 오차가 보상된 전압 출력값의 보상 디지털 신호를 생성함으로써, DAC의 게인 또는 오프셋을 보상하기 위한 별도의 회로를 구성하지 않아도 되므로 제조 비용을 절감시킬 수 있고, 동시에 출력 오차를 크게 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 신호처리장치의 개략도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 신호처리장치의 구성도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 신호처리장치의 구성도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 출력특성곡선을 도시한 그래프.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 신호처리방법의 순서도.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 신호처리장치의 구성도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 신호처리장치(200)는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC(202), 센서 입력값을 신호 처리하는 신호 처리부(203), 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 DAC(204) 및 출력특성함수를 이용하여 보상 디지털 신호를 생성하는 보상부(206)를 포함한다. 본 발명의 신호처리장치(200)는 센서(100)와 연결될 수 있으며, 센서(100)로부터 센서 입력값을 수신할 수 있다. 여기서, 센서(100)는 온도 센서 또는 압력 센서, 거리 센서와 같이 변화를 감지하거나 계측하여 일정 신호로 출력하는 센서를 포함하며, 센서 입력값은 센서(100)에 의해 측정된 값으로 온도값, 압력값 또는 거리값일 수 있다. 본 발명의 신호처리장치(200)는 센서 입력값에 대응되는 전압 출력값을 출력하며, 전압 출력값은 ECU(ELECTRONIC CONTROL UNIT)에 입력될 수 있다. 여기서, ECU는 차량의 구동계통, 제동계통, 조향계통을 제어하기 위한 장치로 차량의 전자제어장치일 수 있다. ADC(202)는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 기능을 수행한다. 보다 상세하게는, 센서(100)로부터 입력된 센서 입력값을 디지털 신호로 변환하여 출력하는 기능을 수행한다. ADC(202)는 샘플링(SAMPLING), 양자화(QUANTIZATION), 인코딩(ENCODING) 과정을 통해 센서 입력값을 디지털 신호로 변환할 수 있으며, ADC(202)의 동작은 당해 기술분야에서 알려진 바와 같으므로, 상세한 설명을 생략한다. 신호 처리부(203)는 디지털 신호를 신호 처리하여 전압 출력값을 생성하는 기능을 수행한다. 예를 들어, 센서(100)에 의해 측정된 온도값, 압력값 또는 거리값을 신호 처리하여 ECU(120)에 입력될 전압 출력값을 생성할 수 있다. DAC(204)는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 기능을 수행한다. 보다 상세하게는, DAC(204)는 ADC(202)에 의하여 수행되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 과정의 역과정을 수행하여 디지털 신호를 아날로그 신호로 복원할 수 있다. 본 발명의 실시예에서, DAC(204)는 신호 처리부(203)로부터 출력된 디지털 신호를 전압 출력값으로 변환하여 출력하는 기능을 수행한다. 한편, DAC(204)에 입력된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 출력된 결과인 실제 전압 출력값과 이상적인 전압 출력값 사이에는 출력 오차가 존재한다. 예를 들어, 5V의 전압 출력값에 대응되는 디지털 신호가 입력되더라도 DAC(204)의 출력은 4.5V가 출력되는 것과 같이 이상적인 전압 출력값과 실제 출력값 사이에는 0.5V의 출력 오차가 발생할 수 있다. 전술한 바와 같이, 종래에는 DAC(114)의 게인(GAIN) 또는 오프셋(OFFSET)을 조절하여 출력 오차를 줄인다. 그러나 DAC의 게인 및 오프셋을 조절하기 위한 DAC 조절 회로는 신호처리장치의 생산 비용을 상승시키며, DAC 조절 회로가 구성되지 않는 경우에는 위와 같이 출력 오차가 커져서 정밀한 제어가 어려운 문제점이 존재한다. 본 발명의 신호처리장치(200)는 보상부(206)를 통해 DAC의 출력특성함수를 이용하여 출력 오차가 보상된 전압 출력값의 보상 디지털 신호를 생성함으로써, DAC의 게인 또는 오프셋을 보상하기 위한 별도의 회로를 구성함이 없이도 출력 오차를 크게 줄일 수 있다. 보상부(206)는 출력특성함수를 이용하여 보상 디지털 신호를 생성하는 기능을 수행한다. 보다 상세하게는, 임의의 제1 센서 입력값이 입력되면 ADC(202) 및 DAC(204)를 통해 제1 전압 출력값이 출력된다. 보상부(206)는 출력특성함수를 이용하여 제1 전압 출력값에서 출력 오차가 보상된 제2 전압 출력값을 산출하며, 제2 전압 출력값에 대응되는 보상 디지털 신호를 생성하여 DAC(204)로 출력한다. 여기서, 출력특성함수는 DAC(204)의 출력특성을 나타내는 함수를 의미한다. 보상부(206)는 미리 정해진 테스트 입력값을 ADC(202)에 입력하고, DAC(204)로부터 출력되는 출력값을 이용하여 출력특성함수를 산출할 수 있다. 예를 들어, 제1 테스트 입력값을 ADC(202)에 입력함에 따라 DAC(204)로부터 출력되는 제1 테스트 출력값과 제2 테스트 입력값을 ADC(202)에 입력함에 따라 신호 처리부(203)를 통해 신호 처리되어 DAC(204)로부터 출력되는 제2 테스트 출력값을 좌표계 상에 배치하여 출력특성함수를 산출할 수 있다. 여기서, 출력특성함수는 1차 함수, 2차 함수, 또는 n차 함수일 수 있으며, 출력특성함수의 차수는 테스트 입력값의 수에 따라 결정될 수 있다. 바람직하게는, 보상부(206)는 출력특성함수의 역함수를 이용하여 출력 오차가 보상된 전압 출력값을 산출할 수 있다. 위의 예시에서, 보상부(206)는 테스트 입력값을 이용하여 DAC(204)의 1차 출력특성함수를 산출할 수 있다. 이어서, 보상부(206)는 1차 출력특성함수의 역함수를 산출할 수 있다. 예를 들어, 1차 출력특성함수가 y = ax + b의 형태인 경우, a는 DAC(204)의 게인이고, b는 DAC(204)의 오프셋일 수 있다. 한편, 센서(100)로부터 제1 센서 입력값이 입력되어 DAC(204)에서 출력된 전압 출력값이 4.5V인 경우, 실제로 DAC(204)의 출력 기대값은 5V일 수 있다. 여기서, 출력특성함수는 실제 출력된 전압 출력값 대비 이상적인 전압 출력값인 4.5V / 5V = 0.9를 a값으로 가질 수 있다. 즉, 게인이 0.9인 경우에 4.5V의 전압 출력값이 출력되므로, 게인이 1인 경우에는 5V의 전압 출력값이 출력될 수 있다. 보상부(206)는 4.5V의 전압 출력값에 대한 이상적인 전압 출력값인 5V를 산출하고, 전술한 1차 출력특성함수의 역함수를 이용하여 제1 전압 출력값에서 출력 오차가 보상된 제2 전압 출력값에 대응되는 보상 디지털 신호를 산출할 수 있다. 그 결과, 5V의 전압 출력값에 대응되는 디지털 신호가 DAC(204)에 입력되므로 DAC(204)를 통해 5V가 출력될 수 있고, 별도의 DAC 조절 회로를 구비하지 않고도 DAC(204)의 게인 및 오프셋이 조절된 것과 같은 효과를 얻을 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 제2 전압 출력값을 디지털 신호로 변환하기 위하여 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 ADC가 요구된다. 이를 위하여, 보상부(206)는 도 2에 도시된 바와 같이 제2 전압 출력값에 대응되는 보상 디지털 신호를 생성하기 위한 보상 ADC(208)를 포함할 수 있다. 여기서 보상 ADC(208)는 제2 전압 출력값에 대응되는 보상 디지털 신호를 생성하는 기능을 수행한다. 한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 보상부는 기존의 ADC(202)를 이용할 수도 있다. 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 신호처리장치의 구성도이다. 도 3을 참조하면, 보상부(206)는 내부에 보상 ADC(208)를 구비하지 않고 ADC(202)의 입력단과 연결되어 ADC(202)를 통해 보상 디지털 신호를 생성할 수 있다. 도 3과 같이 신호처리장치(200)를 구성할 경우, 별도의 ADC를 구비하기 위한 비용을 절감시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 출력특성곡선을 도시한 그래프이다. 도 4의 (a)를 참조하면, DAC 출력특성함수가 그래프로 도시된다. 보다 상세하게는, 제1 테스트 입력값(x1)을 ADC에 입력함에 따라 DAC에서 출력되는 제1 테스트 출력값(y1) 및 제2 테스트 입력값(x2)을 ADC에 입력함에 따라 DAC에서 출력되는 제2 테스트 출력값(y2)을 좌표계 상에 배치하고, 좌표계 상의 두 점을 지나는 1차 함수 f(x)를 결정할 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 출력특성함수가 y = ax + b의 형태의 1차 함수인 경우, a는 DAC(204)의 게인이고, b는 DAC(204)의 오프셋일 수 있다. 한편, 센서(100)로부터 입력된 제1 센서 입력값의 전압 기대값이 5V인 경우에도 실제 전압 출력값은 4.5V가 출력될 수 있다. 여기서 출력특성함수의 게인은 5V의 전압 기대값에 대하여 4.5V의 전압 출력값을 출력하므로, 기울기 a는 게인이 0.9인 경우이다. 따라서, 게인이 1인 경우에는 5V의 전압 출력값이 출력될 수 있으므로, 5V를 기준으로 보상 디지털 신호를 생성할 수 있다. 또한, DAC(204)의 전압 출력값이 5V가 될 수 있도록 보상부(206)가 보상 디지털 코드를 생성하며, 이를 위하여 출력특성함수의 역함수 g(y)를 이용할 수 있다. 전술한 1차 출력특성함수의 역함수에 보상 디지털 신호를 생성하기 위한 전압 출력값을 대입한 결과를 통해 보상 디지털 신호를 결정할 수 있다. 도 4의 (b)에서 볼 수 있듯이, 임의의 센서 입력값에 대한 실제 DAC 출력은 이상적인 DAC 출력(ideal)에 비해 낮다. 그러나, 본 발명에 의하면 보상부가 DAC의 출력특성함수를 이용하여 출력 오차가 보상된 전압 출력값의 보상 디지털 신호를 생성함으로써, 이상적인 DAC 출력에 보다 근접하도록 보상 DAC 출력을 출력할 수 있음을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 신호처리방법의 순서도이다. 도 5의 신호처리방법은 도 2 또는 도 3의 신호처리장치(200)를 이용하여 수행될 수 있다. 전술한 바와 같이, 신호처리장치(200)는 센서로부터 입력된 센서 입력값을 디지털 신호로 변환하여 출력하는 ADC(202), 디지털 신호를 전압 출력값으로 변환하여 출력하는 DAC(204) 및 출력특성함수를 이용하여 보상 디지털 신호를 생성하는 보상부(206)를 포함할 수 있다. 이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 신호처리장치(200)를 이용한 신호처리방법에 관하여 설명한다. 먼저, 테스트 입력값(x1, x2) 및 테스트 출력값(y1, y2)을 이용하여 출력특성함수를 산출한다(S502). 전술한 바와 같이, 테스트 입력값(x1, x2) 및 테스트 출력값(y1, y2)을 좌표계 상에 배치함으로써, 좌표계 상의 두 점을 지나는 1차 함수 f(x)를 결정할 수 있다. 도 5와 같이 두 개의 테스트 입력값과 그에 따른 테스트 출력값을 이용하는 경우에는 출력특성함수의 차수는 1차로 결정될 수 있다. 그다음, 센서로부터 센서 입력값이 입력되며, ADC가 제1 센서 입력값을 입력받아 디지털 신호로 변환한다(S504). 여기서, 디지털 신호는 디지털 코드의 형태일 수 있다. 그다음, DAC가 디지털 신호 또는 디지털 코드를 제1 전압 출력값으로 출력한다(S506). 한편, 전술한 바와 같이 제1 전압 출력값은 디지털 신호에 따라 DAC에서 출력될 것으로 기대되는 전압 기대값과 상이할 수 있다. 예를 들어, 5V를 출력하기 위한 디지털 신호가 DAC에 입력되었음에도 DAC의 실제 출력은 4.5V일 수 있다. 이는 출력 오차에 기인하는 것으로, 본 발명에서는 보상부가 보상 디지털 신호를 생성하여 출력 오차를 보상할 수 있다. 출력 오차를 보상하는 단계로는, 먼저 보상부가 출력특성함수를 이용하여 제1 전압 출력값의 출력 오차가 보상된 제2 전압 출력값을 산출한다(S508). 전술한 바와 같이 출력특성함수는 y = ax + b의 형태의 1차 함수일 수 있으며, 이 경우 a와 b는 각각 DAC(204)의 게인과 오프셋을 나타낼 수 있다. 즉, 5V의 전압 기대값에 대하여 4.5V의 전압 출력값을 출력하는 경우, 출력특성함수의 게인 a는 0.9이다. 따라서, 게인이 1인 경우에는 5V의 전압 출력값이 출력될 것이므로, 5V를 기준으로 보상 디지털 신호를 생성할 수 있다. 그다음, 제2 전압 출력값에 대응되는 보상 디지털 코드를 생성한다(S510). 이를 위하여, 단계(S502)는 출력특성함수의 역함수를 산출하는 단계를 포함할 수 있다. 출력특성함수의 역함수를 이용하여, 제2 전압 출력값인 5V에 대응되는 보상 디지털 코드를 생성할 수 있다. 단계(S510)는 보상 디지털 코드를 생성하기 위한 보상 ADC(208)를 통해 수행되거나, 본 발명의 ADC(202)를 그대로 이용하여 수행될 수 있다. 마지막으로, 보상 디지털 코드를 DAC에 입력하여 전압 출력값을 생성하고, ECU에 출력한다(S512). 위의 예에서, 제2 전압 출력값이 5V에 대응되는 보상 디지털 코드를 DAC에 입력하므로, DAC의 출력은 5V가 될 수 있다. 전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, DAC의 출력특성함수를 이용하여 출력 오차가 보상된 전압 출력값의 보상 디지털 신호를 생성함으로써, DAC의 게인 또는 오프셋을 보상하기 위한 별도의 회로를 구성하지 않아도 되므로 제조 비용을 절감시킬 수 있고, 동시에 출력 오차를 크게 줄일 수 있는 장점이 있다. 전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. |
