I nd o ne s ia n J o urna l o f   E lect rica l En g ineering   a nd   Co m p u t er   Science   Vo l.   11 ,   No .   1 J u ly   201 8 ,   p p .   47 ~ 50   I SS N:  2502 - 4752 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ee cs . v 11 .i 1 . p p 47 - 50           47       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e. co m/jo u r n a ls /in d ex . p h p / ijeec s   P ro po sed  Resis tance - to - Ti m e Co nv erte r w ith  Sw it ching   I m pulse  Calibra t o rs for Appli ca tion in R esis tive Bri dg e Senso rs        M.   Z a ha ng ir 1 ,   Sh er o K ha n 2 ,   I . Ada m 3 ,   K .   Abdu l K a dir 4 ,   A.   N.   No rdin 5 ,   S.  N.   I bra hi m 6   1, 3, 4 Brit is h   M a lay sia n   In stit u te U n iv e rsit y   o f   Ku a la  L u m p u r,   M a la y s ia   G o m b a k   5 3 1 0 0 ,   S e lan g o r M a l a y sia   2, 5, 6 De p a rtm e n o f   Co m p u ter E n g in e e rin g ,   In tern a t io n a Isla m ic Un iv e rsit y   o f   M a la y sia M a la y si a       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle   his to r y:   R ec eiv ed   J an   1 9 ,   2 0 1 8   R ev i s ed   Ma r   2 8 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   A p r   1 9 ,   2 0 1 8       T h is  p a p e p re se n ts  a   sim p le  re sista n c e - to - ti m e   c o n v e rter.  It  c o n si sts  o f   tw o   v o lt a g e   c o m p a ra to rs,  a   ra m p   v o lt a g e   g e n e ra to r,   tw o   lo g ic  g a tes   a n d   im p u lse   v o lt a g e   c a li b ra to rs.  sq u a re - wa v e   g e n e ra to c ircu it   is  su g g e st e d   in   th is   p a p e r.   T h e   d e sig n   is  sim p le  a n d   in d e p e n d e n o f   th e   O P A M P   o f fse issu e s.  T h e   re su lt in g   sq u a re - w a v e   is   re c ti f ied   to   g e t   it DC   e q u iv a len a n d   to   a   tri a n g u lar  o u tp u t;   t h e   tw o   o u tp u ts   a re   a p p li e d   to   a   c o m p a ra to f o g e n e ra ti n g   a   d ig it a o u tp u w it h   a   d u t y   c y c le   p ro p o rti o n a to   a   c h a n g e   in   re sist a n c e   u p o n   w h ich   is d e p e n d e n t h e   DC.   K ey w o r d s :   I m p u l s v o lta g ca lib r ato r s   R a m p   v o ltag g en er ato r   R esi s tan ce - to - ti m co n v er ter   Co p y rig h ©   2 0 1 8   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   M.   Z ah a n g ir   B r itis h   Ma la y s ia n   I n s tit u te  U n iv er s it y   o f   K u ala  L u m p u r ,     Ma la y s ia  Go m b ak   5 3 1 0 0 ,   Selan g o r Ma la y s ia   E m ail:  m u s a n n aj ah a n g ir @ g m ail. co m       1 .   I NT RO DUC T I O N   An   i m p u l s v o ltag g e n er ato r   p r o d u ce s   v er y   s h o r h ig h -   v o lt ag o r   h i g h - c u r r en s u r g es.  T h is   t y p o f   d ev ices  ca n   b f o u n d   in to   t w o   t y p e s i m p u l s v o lta g g en er ato r s   an d   i m p u ls c u r r en g en er ato r s .   Hi g h   i m p u l s v o lta g es  ar u s ed   to   test   th s tr e n g th   o f   elec t r ic  p o w er   eq u ip m e n ag ai n s lig h t n in g   an d   s w i tch i n g   s u r g es.  I n   ad d itio n ,   th e   m icr o p r o ce s s o r s   in   m ea s u r e m en t   s y s te m s   r eq u ir tr an s d u ce r s   w it h   d ig ita o u tp u ts .   T h is   is   tr u o f   lo w   co s a n d   h ig h   ac c u r ac y   p r ess u r an d   ac ce ler atio n   m ea s u r i n g   s y s te m   u s i n g   r esi s tiv e   b r id g s en s o r s .   T h s i m p le s t   ap p r o ac h   o f   co n v er tin g   th b r id g r esis ta n ce   d ev iatio n   in to   d ig ital  f o r m   i s   to   co n v er t t h u n k n o w n   r e s is ta n c to   f r eq u en c y   o r   ti m i n ter v al .   R esi s tan ce - to - f r eq u en c y   co n v er s io n   is   m ai n l y   b ased   o n   r elax atio n   o s c illato r   [ 1 ,   2 ] ,   w h ic h   co n s i s t s   o f   r esi s ti v b r id g f o llo w ed   b y   an   a n alo g u e   v o lta g d i f f er e n tiato r   ( i.e . ,   d if f er en t ial  a m p lif ier   o r   d if f er e n tia l   in te g r ato r ) .   On   th o th er   h an d ,   r esis tan ce - to - t i m co n v er s i o n   is   b ased   o n   p u ls e - w id t h   m o d u lato r s   [ 3 ]   o r   cu r r en t - t u n a b le  Sc h m itt  tr i g g er s   [ 4 ] .   T h f o r m er   co n s is t s   o f   r esis ti v b r id g f o llo wed   b y   p u l s e - w id t h   m o d u lato r s   a n d   d ig ital  t i m d if f er e n tiato r ,   w h i le  th latter   b y   v o lta g e - to - c u r r en co n v er te r s ,   cu r r en t - t u n ab le   Sch m itt tr i g g er s ,   an d   d ig ital  ti m d i f f er e n tiato r .   T h is   p ap er   d escr ib es  n e w   r e s is ta n ce - to - ti m e   co n v er ter ,   w h ich   i s   b elie v ed   to   b e   m o s s i m p le  i n   its   co n f i g u r atio n   an d   o p er atio n .   I r eq u ir es  t w o   v o ltag co m p ar a to r s ,   r am p   v o lta g g e n er ato r ,   an d   d ig ital  ti m e   d if f er e n tiato r .   T h s i m p licit y   o f   th co n v e r ter   m a k es  it  s u i t ab le  f o r   i m p le m e n ti n g   in   s m ar s en s o r ,   w h ic h   g iv e s   d ig ita l o u tp u t d ir ec tl y   co n n ec tab le  to   m icr o p r o ce s s o r           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l 11 ,   No .   1 J u ly   201 8   :   47     50   48   2 .   CIRCUI T   DE S CRIP T I O AND  O P E RA T I O N   Fig u r 1   s h o w s   th e   cir cu it   d iag r a m   o f   t h r esi s ta n ce - to - ti m ( R - to - T )   co n v er ter   f o r   in ter f ac in g   r esis ti v b r id g s en s o r s .   I co n s i s ts   o f   a   r a m p   v o lta g g en e r ato r ,   r esis ti v s e n s o r   b r id g w it h   f o u r   s en s o r s ,   t w o   v o ltag co m p ar ato r s ,   a n d   t w o   lo g ic  g ate s .   T h i m p u ls v o lta g g en er ato r   is   co n n ec ted   to   th p o in t   d en o ted   b y   V int .   T h o u tp u t o f   N OR   g a te  g i v es t h co n ti n u o u s   p u ls e s   to   th ca lib r ato r s .             Fig u r 1 .   C ir cu it  Dia g r a m   o f   t h R e s is ta n ce - to - T i m C o n v er ter             Fig u r e.   2 .   Vo ltag W av ef o r m   at  Var io u s   No d es  o f   th C o n v er ter .     Fig u r e.   3 .   Vo ltag W av ef o r m   at  Var io u s   No d es  o f   th C o n v er ter .         T h co m p ar ato r   1   an d   th u p p er   h alf   b r id g f o r m   Sc h m itt  tr ig g er   w h o s t h r es h o ld   v o lta g is   g i v en   b y   [ 5 ]      1 = ( 1 ) 1 + 2     ( 1 )       Si m i lar l y ,   th e   co m p ar ato r   2   a n d   t h lo w er   h al f   b r id g f o r m   Sch m i tt  tr i g g er   w h o s t h r es h o ld   v o ltag e   is   g i v e n   b y   [ 7 ]      2 = ( 1 + ) 2 + 2     ( 2 )       W h er Δ R   r ep r esen t s   t h c h an g i n   r esi s ta n ce   o f   th s e n s o r s   an d   L 1+   is   th o u tp u t   s at u r ati o n   v o lta g e   o f   th co m p ar ato r   1 ,   L 2 is   th o u tp u s at u r atio n   v o ltag o f   th co m p ar ato r   2 .   No te   th at  V TH1   an d   V TH2   ar p r o p o r tio n al  to   th r esis ta n ce   ch an g 1   −  Δ R / R   a n d   1 Δ R / R ,   r esp ec tiv el y .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       P r o p o s ed   R esis ta n ce - to - Tim C o n ve r ter w ith   S w i tch in g   I m p u ls C a lib r a to r s   fo r ...   ( M.   Za h a n g ir )   49   3 .   E XP E RIM E NT A L   AND  RE SU L T S   I n   th is   w o r k ,   to   s ee   h o w   th R - to - T   co n v er ter   o p er ates ,   o n e   m a y   r ef er   to   Fig u r 2 ,   w h ich   s h o w s   th e   s ig n al   w av e f o r m s   at   t h v ar io u s   n o d es   o f   th e   co n v er ter ,   an d   a s s u m es  th at   b o th   Sc h m itt  t r ig g er s   ar at   t h eir   p o s itiv s at u r atio n   le v el s   ( L 1+ ,   L 2+ )   a n d   th b r id g is   u n b ala n ce d .   P r io r   to   th s tar o f   t h co n v er s io n   c y c le,   th FET   ( ON1 )   is   s w i tch ed   ON,   th u s   d i s ch a r g in g   t h e   ti m i n g   ca p ac ito r   C   o f   th e   r a m p   in te g r ato r   an d   s e tti n g   th e   i n p u v o ltag e s   o f   th e   Sc h m itt  tr i g g er s   V I NT   to   0   V.   T h co n v er s io n   s tar ted   w h e n   th FET ( ON1 )   is   s w itc h ed   O FF   Si n ce   th r ef er e n ce   cu r r en I R   f lo w s   t h r o u g h   th ca p ac ito r ,   V I N T   r is es  lin ea r l y   w it h   s lo p o f   I R /C .   W h en   V I NT   r ea c h es  t h h ig h   t h r e s h o ld   v o lta g o f   th e   u p p er   Sch m itt  tr i g g er   V TH1 ,   t h o u tp u o f   t h u p p er   Sc h m itt   tr ig g er   V S MT1   f all s   to   ze r o   an d   th o u tp u o f   th e   XOR g a te   V OUT   b ec o m es  h i g h .   Den o tin g   t1   th ti m d u r atio n   f o r   w h ich   V S M T1   k ee p s   L 1+ ,   w ca n   w r ite  [ 6 ]     1   =     1   =     2    ( 1  ) 1 +     ( 3 )       T h co n v er s io n   p r o ce s s   co n ti n u es  u n til  VI NT   r ea ch es   th e   h i g h   th r e s h o ld   v o ltag o f   t h lo w er   Sc h m itt   tr ig g er   V TH2 .   A t h is   i n s tan t,  t h o u tp u o f   t h lo w er   Sc h m itt  tr i g g e r   V S MT2   f al ls   to   ze r o ,   th er eb y   V OUT   b ec o m es  lo an d   th o u t p u o f   t h NOR  g a te  VSW   b ec o m es  h ig h .   T h r a m p   in te g r ato r   is   s w itch ed   O FF   an d   cla m p ed   th e   v o ltag V I NT   to   g r o u n d .   T h is ,   in   t u r n ,   tr i g g er s   th Sch m i tt  tr ig g er s ,   ca u s in g   t h eir   o u tp u ts   r is to   L 1+   a n d   L 2+ r esp ec tiv el y ,   a n d   V SW   g o e s   to   lo w .   T h r am p   in te g r ato r   is   s w itc h ed   ON  af ter   th f ix ed   d u r atio n   T 0   o f   th e   i m p u l s ca lib r ato r   an d   n e co n v er s io n   p r o ce s s   is   s tar ted .   Den o tin g   t 2   th t i m d u r atio n   f o r   w h ic h   V S MT2   k ee p s   L 2+ ,   w ca n   w r i te,   [ 8     2   =       2   =     2    ( 1 +  ) 2 +                     ( 4 )     T h ti m in ter v al  o f   V OU T   p u ls is   g i v en   b y   [ 8 ] ,      = 2 1 = 2  { ( 1 +  ) 2 + ( 1  ) 1 + }     ( 5 )     I f   th co m p ar ato r s   ar id en tica l,  th en   L 1+   = L 2+   = L +   a n d   Δ t is   s i m p li f ied   to ,      =  (  ) +     ( 6 )     E q u atio n   ( 6 )   in d icate s   t h at  t h e   co n v er ter   o f f er s   an   eq u i v ale n o u tp u t   p u l s w h o s ti m in te r v al  is   p r o p o r tio n al  to   th r esis ta n ce   ch a n g e.   I f   L 1+   is   n o t e q u al  to   L 2+ ,   t h o u tp u ca n   b ex p r ess ed   as f o llo w : [ 6 ]      = 2  ( 2 +     1 + ) + 2  (  ) ( 2 +   + 1 + )     ( 7 )     E x a m in at io n   o f   th i s   r esu lt  i n d icate s   th at   t h er is   an   o f f s et  er r o r   p r o d u ce d   b y   d if f er e n ce s   o f   co m p ar ato r s .   T h e   Δ R   i s   t h ch a n g in   th r esi s tan ce   o f   th r e s is t iv b r id g e   s en s o r s .   W h en e v er   ch a n g in g   th v a lu e s   o f   Δ R   af f ec ts   t h ca lib r ato r s .       4 .   CO NCLUS I O N   T h is   cir cu it  co n v er ts   r e s is ta n ce   ch a n g in   th b r id g i n to   its   eq u i v ale n ti m i n ter v a ch an g e.   I i s   p r o v en   th at  th d esi g n   p r in cip l an d   th cir c u it  co n f i g u r at io n   ar s i m p le.   B esid es  t h ese,   t h e   co n v er ter   f ea t u r es   g o o d   lin ea r it y   i n   it s   co n v er s i o n   ch ar ac ter is tic s   a n d   h i g h   ac cu r ac y   i n   t h lo w - p o w er   s u p p ly   v o lta g es.  T h es e   p r o p er ties   m a k t h co n v er te r   s u it   f o r   i m p le m en tin g   t h s m ar s e n s o r s   u s i n g   th e   r esis t i v b r id g s en s o r s .   R ef er r i n g   to   ( 6 ) ,   th e   ti m e   in t er v al  ( Δ t)   d ep en d s   m er el y   on   t h ca p ac ita n ce ,   r e s is t a n ce   an d   cu r r e n o f   t h e   v o ltag g e n er ato r ,   b esid es th s atu r atio n   v o lta g o f   t h co m p ar ato r .   B y   th ad v a n ce m en t in   th s e m ico n d u cto r   tech n o lo g y ,   it i s   ea s y   to   f in d   t h id e n tical  co m p ar ato r s .   T h id en tical  co m p ar ato r s   en s u r i n g   h i g h   ac cu r ac y   a n d   v alid ate  ( 6 ) .   Fu r t h er ,   th in te g r ato r   ca n   b r ep lace d   b y   th m icr o p r o ce s s o r .   T h m icr o p r o ce s s o r   r ep lac es  th tas k   to   s w itc h   ON  a n d   OFF  t h v o ltag g en er ato r .   R ed u ce s   th co m p o n e n ts   co u n an d   p o s s ib l y   i m p r o v es  t h e   ac cu r ac y   o f   t h r esi s tan ce - to -   t i m co n v er ter .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l 11 ,   No .   1 J u ly   201 8   :   47     50   50   ACK NO WL E D G M E NT   Fin a n cial  a s s i s ta n ce   f o r   t h is   r e s ea r ch   b y   th I I UM   R esear c h   Ma n ag e m e n C en ter   ( R MC)  v ia  R I GS  Gr a n No   R I GS 1 5 - 147 - 0 1 4 7   is   h ig h l y   a ck n o w led g ed .       RE F E R E NC E S     [1 ]     K.  M o c h izu k a n d   K.  W a tan a b e ,   A   h ig h - re so lu ti o n ,   li n e a re sista n c e - to -   f re q u e n c y   c o n v e rter ,   IEE T ra n s.   In stru m.  M e a s.,   v o l.   4 5 ,   n o .   3 ,   p p .   7 6 1 7 6 4 ,   J u n .   1 9 9 6 .     [2 ]     S .   Ka li y u g a v a r a d a n ,   A   li n e a re sista n c e - to - ti m e   c o n v e rter  w it h   h ig h   re so lu ti o n ,   IEE T ra n s.  I n str u m.  M e a s.,   v o l.   4 9 ,   n o .   1 ,   p p .   1 5 1 1 5 3 ,   F e b .   2 0 0 0   [3 ]     V .   F e rra ri,   D.  M a rio li ,   a n d   A .   T a ro n i,   Os c il lato r - b a se d   in terf a c e   f o m e a su ra n d - p lu s - tem p e ra tu re   re a d o u f ro m   re sistiv e   b rid g e   se n so rs,”   IEE T r a n s.  I n stru m.  M e a s.,   v o l.   4 9 ,   n o .   3 ,   p p .   5 8 5 5 9 0 ,   J u n .   2 0 0 0 .     [4 ]     C.   B.   M o r lan ,   B.   O.  B u a f u ll ,   G .   M .   M iran d a ,   a n d   A .   Re g u e iro - G o m e z ,   A   lo w - c o st  c ircu it   w it h   d ir e c d ig it a o u t p u t   f o p re ss u re   m e a su re m e n t,   IEE T ra n s.   In stru m .   M e a s.,   v o l.   4 8 ,   n o .   4 ,   p p .   8 1 7 8 1 9 ,   A u g .   1 9 9 9 .     [5 ]     H.  Kim ,   W .   S .   C h u n g ,   S .   H.   S o n ,   a n d   H.  J.  Kim ,   A   b rid g e   re sista n c e   d e v iatio n - to - t im e   in terv a c o n v e rter  f o r   re sisti v e   se n so b rid g e s,”   IEI CE,   El e c tro ,   Exp re ss ,   v o l.   4 ,   p p .   3 2 6 - 3 3 1 ,   2 0 0 7 .     [6 ]     W. - S .   Ch u n g a ,   M . - Y.  A n ,   a n d   S . - H.  S o n ,   A   si m p le  re sista n c e - to - ti m e   c o n v e rter  f o re sisti v e   b rid g e   se n so rs,”   IEI CE,   El e c tro ,   Exp re ss ,   v o l.   5 ,   No - 9 ,   p p .   3 1 0 - 3 1 5 ,   2 0 0 8   [7 ]     A h m e d   Yo u n e S h d e f a t,   M o o n - I Jo o ,   S u n g - Ho o n   Ch o i ,   He e - Ch e o Kim ,   " Util izin g   EC Wav e fo rm   F e a tu re a s   Ne w   Bio m e tri c   A u th e n ti c a ti o n   M e th o d , "   In ter n a ti o n a J o u r n a o El e c tric  &   Co mp u ter   En g i n e e rin g   ( IJ ER E) V o l .   8 ,   No .   2 ,   A p ril   2 0 1 8   [8 ]     M .   Zah a n g ir,   S h e ro z   Kh a n ,   I.   A d a m ,   K.  A b d u Ka d ir,   A .   N.  No rd i n ,   S .   N.  Ib ra h im ,   " A   p ro p o se d   Re sista n c e - to - T i m e   Co n v e rter  w it h   S w it c h in g   Im p u lse   Ca li b ra to rs  i n   Re sistiv e   Brid g e   S e n so rs,"   Pro c e e d in g o f   th e   IE E In ter n a ti o n a Co n fer e n c e   o n   S ma rt  I n stru me n t a ti o n ,   M e a su re me n a n d   Ap p li c a ti o n   ( ICS I M 2 0 1 7 ) ,   2 7 - 2 8 No v 2 0 1 7 ,   T h e   Ev e rl y   Ho tel  P u traja y a ,   M a la y sia     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.