사물인터넷·웨어러블 보급으로 고감도 센서 요구 ‘업’

최태우 기자  desk@cctvnews.co.kr
[2016.8.30.]

독립형 포터블 디바이스나 개인용 전자기기 등 사물인터넷(IoT)과 관련된 수많은 애플리케이션들이 등장하고 있으며 이에 따라 차세대 인텔리전트 센싱 및 측정에 대한 필요도 점점 커지고 있다.

이런 애플리케이션들은 공통적으로 높은 감도를 필요로 하며, 매우 낮은 전류를 감지할 수 있어야 하고 대부분 배터리로 동작하기 때문에 전력 소모도 최소화해야 하며 초소형 폼팩터여야 한다. 또 많은 첨단 센서와 측정 장치들이 출력 신호로 매우 낮은 전류를 발생시킨다.

이 출력 신호들은 최종적으로 디지털 처리돼야 하는데 그 전에 우선 낮은 전류 신호는 전압 지향성(voltage-oriented) 신호로 증폭 및 변환돼야 한다. 그 후에 아날로그-디지털 컨버터(ADC)로 처리하고 프로세서로 출력한다. 이 경우 프로세서는 대부분 마이크로컨트롤러(MCU)다.

대부분의 기성 연산 증폭기(op-amp)는 이런 첨단 센서들이 발생시키는 저전류 출력 신호를 증폭하거나 변환하지 못하기 때문에 이러한 애플리케이션에는 트랜스임피던스 증폭기(TIA, transimpedance amplifier)를 사용하는 것이 가장 적합하다 그런데 안타깝게도 많은 디스크리트 TIA가 높은 입력 누설 전류 때문에 전압 신호로 증폭하고 변환할 수 있는 전류의 한계를 낮게 설정하고 있다.

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이와 같은 MCU + TIA 솔루션은 다양한 애플리케이션에 유용하게 사용할 수 있다. 연기 감지기나 일산화탄소 및 이산화탄소를 감지하는 유독가스 감지기 등의 환경 센싱 시스템은 공기 중에 아주 미량의 연기나 일산화탄소에도 민감하게 반응할 수 있게 된다. 물론 이 MCU + TIA 기술은 빌딩 자동화 시스템 내에서 다른 애플리케이션과 결합하는 것도 가능하다.

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이 외에도 애플리케이션을 적용할 수 있는 범위는 방대하다. 만약 TIA가 통합된 MCU를 애플리케이션에 고려중이라면 TI의 MSP430FR2311 MCU를 추천한다.

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