초음파 기반 캡슐내시경 위치 검출을 위한 고전압 펄스 드라이버와 다채널 FPGA 기반 TDC 설계
초록/요약
본 논문에서는 캡슐 내시경의 위치를 검출하기 위한 고전압 펄스 드라이버(Pulse Driver) 및 FPGA (Field-Programmable Gate Array) 기반 시간-디지털 변환기 (Time-to-Digital Converter, TDC)를 제안한다. 1.2V와 5V의 낮은 공급 전원만 사용하는 공급 전압 곱셈 방식의 제안하는 두 가지 타입의 펄스 드라이버는 55pF 및 1nF 축전기 부하에 대해 27.3V~28.7V의 출력 파형을 생성한다. 전하 재분배를 통해 제안하는 펄스 드라이버는 축전기 부하에 대해 CV2f의 동적 소모 전력 대비 최대 75.4%의 전력 감소와 pMUT 부하에 대해 기존 2단계 펄스 드라이버에 비해 113.7%의 상대 효율 개선을 이루었다. Xilinx사의 Artix-7 FPGA로 구현된 제안하는 TDC는 이득/오류 교정 기술 및 이동 평균 필터를 통해 넓은 입력 범위, 낮은 RMS (Root-Mean-Square) 지터(Jitter) 및 다중 채널(Channel)에 대한 적합성을 이루었다. 거친 TDC와 미세한 TDC의 두 단계로 구성된 제안하는 TDC 구조는 거친 TDC의 최하위 비트 (Least Significant Bit, LSB)와 미세한 TDC의 전체 변환 범위 사이의 불일치로 인한 선형성 저하 문제는 실시간으로 미세한 TDC의 LSB의 해상도를 추정하는 것으로 해결하였다. 측정된 4개의 칩(Chip)의 모든 채널에 대한 DNL (Differential non-linearity) 및 INL (Integral non-linearity)은 4.88ps의 LSB에서 0.6 LSB 내에 있다. TDC 출력의 RMS 지터는 350us의 넓은 입력 범위에서 2.90 ~ 8.03ps로 측정되었다.
more목차
I서론 1
II본론 3
1. 고전압 펄스 드라이버
1.1. 서론 3
1.2. 설계 7
1.2.1. 제안하는 펄스 드라이버의 원리 7
1.2.2. 전체 도식 및 핵심 회로 10
1.2.3. 드라이버 컨트롤러 13
1.3. 측정 16
1.3.1. 출력 파형 18
1.3.2. 축전기 부하에 대한 t에 따른 Vp-p 및 소모 전력 22
1.3.3. pMUT 부하에 대한 t에 따른 맴브레인의 변위 및 상대 효율 개선율 26
1.3.4. 성능 비교 30
2. 다채널 FPGA 기반의 시간-디지털 변환기
2.1. 서론 32
2.2. 설계 39
2.2.1. 전체 도식 39
2.2.2. Fine TDC 42
2.2.3. TDC 해상도 검출기와 이득 교정기 44
2.2.4. sub-TDC 모듈과 TDC 조종기 48
2.2.5. 에러 교정기 51
2.3. 측정 53
2.3.1. RMS 지터 53
2.3.2. 선형성 60
2.3.3. 성능 비교 64
III결론 66
참고문헌 67
Abstract 70
