JP7134321B2 - 圧力検出回路、装置及び圧力入力装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧力検出回路に関し、圧力検出制御の技術分野に属する。具体的には、本発明は、圧力検出回路を開示すると共に、当該圧力検出回路に基づく圧力検出装置、及び当該圧力検出回路又は圧力検出装置からなる圧力入力装置も開示する。

ジョイスティックやスタイラスペンなどの圧力を持つ入力装置は、日常生活において多く使われている。例えば、ゲーム、図形描画、署名などに用いられる。一般的には、ＡＤＣ回路を利用して圧力の変化量を取得する。ＡＤＣは、通常８～１２ビットであり、より高い解像度を得るためには、１６ビットのようなより高いビットが必要である。高ビットＡＤＣが信号源の比較的低い電圧の場合には、ノイズ干渉により解像度が十分に利用されにくい。例えば、２Ｖ／１６ビットの条件下では、１つのＬＳＢ＝２Ｖ／６５５３６＝３１ｕＶであり、背景環境雑音も何れもこの基準桁よりも遥かに高い可能性があることから、この条件下では高ビットＡＤＣが干渉され易いばかりでなく、コストはかなり高い。この方式は干渉され易く、解像度が低い。また、既存のデジタル式のように、圧力情報を伝達する方法もある。具体的には、マザーボードから特定の周波数を供給して、キャパシタの充電時間を計算して静電容量式センサーの圧力情報を取得するが、容量充電（ＲＣ充電）時間であるため、圧力情報とセンサー上の力値は対数となり、両者の対応する関係を実際に表現できない。また、従来の圧力取得方式を採用することは、圧力取得素子（例えばセンサー）に対して、非常に制約があり、使用が極めて不便であった。

以上の課題に基づいて、本発明は、圧力検出回路を開示し、従来のＡＤＣ回路は、高コストで、干渉され易く、低解像度及び適用性に劣るという課題を解決する。また、本発明は、この検出回路にも基づいて、圧力検出装置及び圧力入力装置を開示する。

以上の課題を解決するために、本発明に採用される具体的な態様は、以下の通りである。震動ユニットと、カウンターユニットと、コンパレータユニットと、電圧変換ユニットと、定電流源充電ユニットと、充放電制御ユニットと、を含む圧力検出回路であって、前記震動ユニットは、震動信号を出力するために使用される。前記カウンターユニットは、前記震動ユニットに接続されて、前記震動信号を取得し且つ前記震動信号をカウントクロック信号として、前記震動信号の周波数をカウントする。前記コンパレータユニットは、前記カウンターユニットに接続されて、圧力変換による電圧変化を検出し、且つ前記カウンターユニットのカウントまたは停止を制御するための信号を送信する。前記電圧変換ユニットは、前記コンパレータユニットの１つの入力端子と接続されて、前記コンパレータユニットに固定または可変の比較電圧を提供する。前記定電流源充電ユニットは、前記コンパレータユニットの他の入力端子と接続されて、前記コンパレータユニットに線形的に漸増する比較電圧を提供する。前記充放電制御ユニットは、前記定電流源充電ユニットに接続されて、前記定電流源充電ユニットの充放電を制御することにより、前記電圧変換ユニットから出力される比較可能電圧を比較して、前記コンパレータユニットの出力端子に前記カウンターユニットのカウントイネーブル制御を発生させるために使用される。ここで、前記震動ユニットまたは前記電圧変換ユニットは、前記電圧変換ユニットまたは前記震動ユニットの構成部分として、圧力を前記比較可能電圧または前記震動信号の周波数の変化に変換するための圧力取得ユニットをさらに含む。

また、本発明は、少なくとも上記の圧力検出回路を含む圧力検出装置を開示する。

最後に、本発明は、上記の圧力検出回路又は上記の圧力検出装置を少なくとも含む圧力入力装置を開示する。

本発明は、以上の技術案を採用しているため、従来技術に比べて、以下の技術効果を達成する。本発明は、コンパレータユニット、充放電制御ユニット、電圧変換ユニット及び定電流源充電ユニットを合理設計により加えることで、震動ユニット又は電圧変換ユニットの圧力取得ユニットで圧力の変化を取得して感じることができ、震動ユニットの周波数変化又は電圧変換ユニットの圧力変化により、カウンターのカウント結果と圧力取得ユニットの受力変化量とが正に比例する線形関係を取得する。これにより、圧力取得ユニットの圧力変化量を直接反映させ、複雑なＡＤＣ回路を必要とせずに圧力検出を実現でき、より柔軟性が高く、多くの圧力取得ユニットで利用可能であり、実用性が強く、且つ必要に応じて解像度の大きさを調節でき、解像度が高い。

本発明の圧力検出装置は、上記した圧力検出回路を用いることにより、構造が簡単で柔軟性が高く、かつ解像度の高い技術効果を達成し、様々な圧力検出デバイス及びシステムに広く利用することができる。

本発明の圧力入力装置は、以上の圧力検出回路や圧力検出装置を採用することにより、柔軟性や解像度が高く、適応性が強いという技術効果を奏し、各種の圧力入力デバイス及びシステムに広く利用されることができる。

本発明の実施例における技術的解決策をより明確に説明するために、以下、実施例の記述に必須な図面を簡単に紹介する。明らかなように、以下に述べる図面は、あくまで本発明のいくつかの実施例に過ぎず、当業者にとって、創造的な労働を支払わない前提で、これらの図面に基づいて他の図面を得ることもできる。

本発明の一実施例における圧力検出回路の構成を示すブロック図である。 圧力取得ユニットが抵抗式圧力センサーである場合の圧力検出回路の模式図である。 圧力取得ユニットが容量式圧力センサーである場合の圧力検出回路の模式図である。 圧力取得ユニットがインダクタ式圧力センサーである場合の圧力検出回路の模式図である。 圧力取得ユニットが抵抗ブリッジ式圧力センサーである場合の圧力検出回路の模式図である。 第２キャパシタの充電曲線の比較表である。 図２～５における各信号の波形タイミングチャートである。

以下、本願実施例における図面を参照しながら、本願実施例における技術的解決策を明確且つ全体的に説明するが、以下の記載はあくまでも本願の一実施例に過ぎず、すべての実施例ではない。本願の実施例に基づき、当業者が創造的な労働なしに得られるすべての他の実施例は、本願の保護範囲に属する。

本発明の説明では、「一端」、「他端」、「両端」、「間」等の用語で示された方位や位置関係は、図面に示す方位や位置関係に基づくものであり、本発明の説明を容易且つ簡略化にするためだけであり、係る装置や部品が特定の方位を有し、特定の方位で構成または操作されることを指示や暗示することではない。従って、本発明に対する制限として理解できないとともに、本発明における各電子部品前の「第一」、「第二」、「第三」や、各電子部品の後の「Ｒ１」、「Ｒ２」、「ＵＵ１Ａ」、「Ｕ１Ｂ」等は、具体的な意味を持たず、各電子部品を区別したり、対応する電子部品のシンボルとして表示され、各電子部品に対して他の意味が生じない。

本発明の記載では、「設置」、「接続」という用語は、特に明確な規定や限定がない限り、広く理解されるべきであり、例えば、固定接続であってもよいし、取り外し可能であったり、一体的に接続されていてもよい。直接連結してもよいし、中間媒体を介して間接的に連結してもよい。電気的な接続や信号接続などの非構造的な接続であってもよい。当業者にとって、上記の用語が本発明における具体的な意味において具体的に理解できるであろう。

図１は、本発明の一実施形態の圧力検出回路の構成ブロック図であり、圧力検出回路１０が開示されており、圧力検出装置としても表現される。圧力検出回路１０は、少なくとも、震動信号を出力する震動ユニット１１と、震動ユニット１１に接続されて震動信号を取得し、且つ震動信号をカウントクロック信号として、震動信号の周波数をカウントするためのカウンターユニット１２と、を含む。

また、圧力検出回路１０は、コンパレータユニット１３、電圧変換ユニット１４、定電流源充電ユニット１５及び充放電制御ユニット１６を含む。

コンパレータユニット１３は、カウンターユニット１２に接続されて、圧力変換により得られた電圧変化を検出し且つ信号を出力して、カウンターユニット１２のカウントまたは停止を制御する。

電圧変換ユニット１４は、コンパレータユニット１３の一方の入力端子に接続されて、コンパレータユニット１３に固定または可変の比較電圧を供給する。

定電流源充電ユニット１５は、コンパレータユニット１３の他方の入力端子に接続されて、コンパレータユニット１３に対して直線的に増加する比較可能電圧を供給するために使用される。

充放電制御ユニット１６は、定電流源充電ユニット１５に接続されて、定電流源充電ユニット１５の充放電を制御することにより、電圧変換ユニット１４から出力される比較可能電圧を比較し、コンパレータユニット１３の出力端子にカウンターユニット１２のカウントイネーブル制御を発生させる。

震動ユニット１１または電圧変換ユニット１４は、電圧変換ユニット１４または震動ユニット１１の構成部分として、圧力を比較可能電圧または震動信号の周波数の変化に変換させるための圧力取得ユニットをさらに含む。

本発明の圧力検出回路は、電圧変換ユニット１４または震動ユニット１１の構成部分として圧力取得ユニットを用いて、圧力を比較可能電圧の変化または震動信号の周波数の変化に変換させることで、震動ユニット１１または電圧変換ユニット１４の圧力取得ユニットで圧力の変化を感じてもらう。さらに、震動ユニット１１の周波数の変化または電圧変換ユニット１４の圧力変化により、カウンターユニット１２のカウント結果と圧力取得ユニットの受力変化量とが正比例且つ連続的な線形関係を示すことにより、圧力取得ユニットの圧力の大きさ及び圧力変化量を直接に反映し、圧力取得数値がより正確であり、複雑なＡＤＣ回路を必要とせず、且つより省電力であり、解像度が高く、ほとんどの圧力取得ユニットに適用され、実用性が高い。

圧力変化をより精緻に取得するために、本発明の圧力検出回路は、充放電制御ユニット１６とカウンターユニット１２とに接続されて、カウンターユニット１２をリセットし、且つ充放電制御ユニット１６を制御するための信号制御ユニットをさらに含む。前記信号制御ユニットは、充放電電圧を制御することにより、コンパレータユニット１３の充放電を充放電制御ユニット１６で制御して、カウンターユニット１２を起動してカウントを行う。

震動ユニット１１は、カウンターユニット１２のカウントクロック信号として震動信号を生成して出力する。震動ユニット１１は、少なくとも第１インバータＵＵ１Ａ、第２インバータＵ１Ｂ、第１キャパシタＣ１、第１抵抗器Ｒ２及び第２抵抗器Ｒ１を含む。第１インバータＵ１Ａと第２インバータＵ１Ｂは、共同で二段信号増幅器を構成し、それぞれ７４０４インバータなどの同型のインバータを採用できる。第１インバータＵ１Ａの出力端子は、第２インバータＵ１Ｂの入力端子に接続される。第２インバータＵ１Ｂの出力端子は、カウンターユニットに接続されて、震動信号を出力する。第１抵抗器Ｒ２の一端は、第１インバータＵ１Ａの入力端子に接続される。第２抵抗器Ｒ１の一端は、第２インバータＵ１Ｂの入力端子に接続される。第１キャパシタＣ１の一端は、第２インバータＵ１Ｂの出力端子に接続される。そして、第１キャパシタＣ１、第１抵抗器Ｒ２及び第２抵抗器Ｒ１の他端は、互いに接続されている。

以上、震動ユニット１１の基礎構成部分であるが、圧力取得ユニットを震動ユニット１１の構成要素として受力検出に用いると、力を受けた際に震動ユニット１１に対応する周波数の震動信号を発生させる。しかも、圧力取得ユニットが力を受けた際に、震動ユニット１１の周波数が変化する。この周波数の変化量は、圧力取得ユニットの受力に正比例する。このとき、電圧変換ユニット１４は、固定不変の電圧を供給する。具体的には、上記の震動ユニット１１の基礎構成部分において、図２に示すように、第２抵抗器Ｒ１は、震動ユニット１１の圧力取得ユニットとして抵抗式圧力センサーを選択して使用することができる。または、図３に示すように、第１キャパシタＣ１は、震動ユニット１１の圧力取得ユニットとして容量式圧力センサーを選択して使用することができる。または、図４に示すように、第２抵抗器Ｒ１は、インダクタ式圧力センサーによって置き換えられて、震動ユニット１１の圧力取得ユニットとされる。これに基づき、震動ユニット１１は、多種の圧力取得ユニット（抵抗式圧力センサー、容量式圧力センサー、及びインダクタンス式圧力センサー）に適用できるので、本発明の適用性がより高くなる。

引き続き図１～図４を参照すると、コンパレータユニット１３は、カウンターユニット１２に接続されて、圧力変換による電圧変化を検出し且つ信号を出力して、カウンターユニット１２のカウントまたはオフを制御する。コンパレータＵ４Ａを直接に選択して用いることができる。コンパレータＵ４Ａの正極は、電圧変換ユニット１４に接続される。電圧変換ユニット１４により固定または可変の比較電圧を取得する。コンパレータＵ４Ａの負極は、定電流源充電ユニット１５に接続されて、定電流源充電ユニット１５を介して線形的に漸増する比較電圧を取得する。コンパレータＵ４Ａの出力端子は、カウンターユニット１２のイネーブル制御入力端子に接続されて、カウンターユニット１２からパルスのゲート制御信号が入力される。定電流源充電ユニット１５には、充放電制御ユニット１６がさらに接続されている。充放電制御ユニット１６は、電圧変換ユニット１４を充放電させるように制御して、比較可能電圧を変化させる。これに伴い、コンパレータＵ４Ａの出力端子の電位も変化する。これにより、コンパレータＵ４Ａの出力端子が高電位である場合、カウンターユニット１２はカウントを開始する。コンパレータＵ４Ａの出力端子が低電位である場合、カウンターユニット１２はカウントを停止する。

具体的には、圧力取得ユニットが震動ユニット１１の構成要素として受力検出に用いる場合、電圧変換ユニット１４は、オペアンプＵ３Ａ、第３抵抗器Ｒ５、第４抵抗器Ｒ１１、第５抵抗器Ｒ１２、第６抵抗器Ｒ７、第７抵抗器Ｒ８、第８抵抗器Ｒ４及び第９抵抗器Ｒ６を含む電圧増幅器である。オペアンプＵ３Ａの負極は接地されて、正負２つの入力端子の電圧が等しくなるように負のフィードバック接続を形成する一方、オペアンプＵ３Ａの正極には第３抵抗器Ｒ５、第４抵抗器Ｒ１１が順次に接続される。第４抵抗器Ｒ１１は、外部の第１給電電源ＶＣＣに接続される。第１給電電源ＶＣＣは、オペアンプＵ３Ａの給電端子にも接続されてそれに給電する。オペアンプＵ３Ａの出力端子は、コンパレータＵ４Ａに接続されている。第５抵抗器Ｒ１２、第６抵抗器Ｒ７及び第７抵抗器Ｒ８は、順に接続されている。第５抵抗器Ｒ１２の他端は、第３抵抗器Ｒ５と第４抵抗器Ｒ１１との間に接続される。第６抵抗器Ｒ７と第７抵抗器Ｒ８との間は、オペアンプＵ３Ａの負極に導線で接続される。第７抵抗器Ｒ８の他端は、オペアンプＵ３Ａの出力端子に接続されている。第８抵抗器Ｒ４の一端は、オペアンプＵ３Ａの正極に接続される。第８抵抗器Ｒ４の他端は、オペアンプＵ３Ａの給電端子に接続される。第９抵抗器Ｒ６の一端は、オペアンプＵ３Ａの正極に接続される。第９抵抗器Ｒ６の他端は、接地されている。外部の第１給電電源ＶＣＣの電圧の大きさを維持または変更することにより、コンパレータＵ４Ａの正極に固定の比較可能電圧が入力されることを確保できる。電圧変換ユニット１４は、圧力取得ユニットがともに震動ユニット１１内にある場合、固定レベルのイネーブル信号を提供して、カウンターユニット１２をイネーブルさせる。

以上は、電圧変換ユニット１４の基礎構成部分であるが、圧力取得ユニットが電圧変換ユニット１４の構成要素として力を受ける場合には、図５に示すように、第４抵抗器Ｒ１１及び第５抵抗器Ｒ１２を電気ブリッジ式圧力センサーＲ３により置き換えて、電圧変換ユニット１４の圧力取得ユニットとすることができる。このとき、震動信号の出力周波数は固定の（定周波数）に変化せず、上述した震動ユニット１１の基礎構成部分を震動ユニット全体として選択することができる。電気ブリッジ式圧力センサーＲ３が力を受ける時に、その上の力がコンパレータユニット１３のプラス端の電圧に比例する。このとき、充放電制御ユニット１６の充放電時間はコンパレータユニット１３のプラス端の電圧に比例するため、カウンターユニット１２のカウント結果はセンサーが受けた力の変化量に比例する。

なお、上記の電圧変換ユニット１４は、具体的なコンパレータユニット１３、例えば一部の実施形態におけるコンパレータＵ４Ａの正極に接続される。具体的には、オペアンプＵ３Ａの出力端子は、コンパレータＵ４Ａの正極に接続される。コンパレータＵ４Ａによる電力供給は、第１給電電源ＶＣＣを直接に採用することができる。

具体的には、定電流源充電ユニット１５は、トランジスタＱ１と、第１ダイオードＤ１と、第２ダイオードＤ２と、第１０抵抗器Ｒ９と、を含む。第１０抵抗器Ｒ９は、トランジスタＱ１のエミッタと外部の第２供給電源ＶＣＣに接続される。第１ダイオードＤ１のアノードは、外部の第２給電電源ＶＣＣに接続される。第１ダイオードＤ１のカソードは、第２ダイオードＤ２のアノードに接続される。第２ダイオードＤ２のカソードは、トランジスタＱ１のベース電極に接続される。トランジスタＱ１のコレクタ電極は、コンパレータユニット１３に接続されている。定電流源充電ユニット１５は、コンパレータユニット１３に対して線形的に漸増する比較電圧を与えるものである。トランジスタＱ１のコレクタ電極は、例えば、コンパレータユニット１３のコンパレータＵ４Ａの負極に接続可能である。

充放電制御手段１６は、本発明における充放電及び制御モジュールとして、第２キャパシタＣ２、電界効果トランジスタＱ２及び第１１抵抗器Ｒ１０を含む。第２キャパシタＣ２の負極は、第１１抵抗器Ｒ１０の一端に接続されて接地される。第２キャパシタＣ２の正極は、トランジスタＱ１のコレクタ電極に接続される。第１１抵抗器Ｒ１０の他端は、第２ダイオードＤ２のカソードに接続されている。電界効果トランジスタＱ２のドレイン電極は、電界効果トランジスタＱ１のコレクタ電極及び第２キャパシタＣ２の正極に接続される。電界効果トランジスタＱ２のソース電極は、第２キャパシタＣ２の負極に接続され且つ接地される。電界効果トランジスタＱ２のゲート電極は、信号制御ユニットに接続されている。

カウンターユニット１２は、少なくとも４つのカウンターからなり、圧力取得ユニットが力を受けた後にカウントするためのものである。４つのカウンターのENピンは、それぞれコンパレータユニット１３に接続される。４つのカウンターのＲSｔピンは、それぞれ充放電制御ユニット１６に接続される。４つのカウンターのうちの１つのカウンターのＣＬＫピンは、震動ユニット１１に接続される。残りの３つのカウンターのＣＬＫピンは、順次に、１つ前のカウンターのＱ３ピンに接続されている。具体的には、４つのカウンターのENピンは、具体的なコンパレータユニット１３の部分的な実施形態におけるコンパレータＵ４Ａの出力端子に接続されてもよい。４つのカウンターのうちの１つのカウンターのＣＬＫピンは、震動ユニット１１（具体的には、第２インバータＵ１Ｂの出力端子）に接続される。４つのカウンターのＲＳＴピンは、それぞれ充放電制御ユニット１６の電界効果トランジスタＱ２のゲート電極に接続される。より具体的には、４つのカウンターは、それぞれ、カウンターＵ２Ａ、カウンターＵ２Ｂ、カウンターＵ５Ａ及びカウンターＵ５Ｂであり、それぞれ４５１８型のカウンターまたは他の型番のパルスカウンターを採用可能である。ここで、カウンターＵ２Ａ、カウンターＵ２Ｂ、カウンターＵ５Ａ及びカウンターＵ５ＢのＥＮピンは、それぞれコンパレータＵ４Ａの出力端子に接続される。カウンターＵ２Ａ、カウンターＵ２Ｂ、カウンターＵ５Ａ及びカウンターＵ５ＢのＲＳＴピンは、それぞれ電界効果トランジスタＱ２のゲート電極に接続される。カウンターＵ２ＡのＣＬＫピンは、第２インバータＵ１Ｂの出力端子に接続される。カウンターＵ２ＡのＱ３ピンは、カウンターＵ２ＢのＣＬＫピンに接続される。カウンターＵ２ＢのＱ３ピンは、カウンターＵ５ＡのＣＬＫピンに接続される。カウンターＵ５ＡのＱ３ピンは、カウンターＵ５ＢのＣＬＫピンに接続される。カウンターＵ２Ａ、カウンターＵ２Ｂ、カウンターＵ５Ａ及びカウンターＵ５Ｂの残りのピンであるＱ０、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４は、出力ピンとしてカウント結果を出力する。なお、本実施形態では、４つのカウンターを選択することは、１つの具体的な実施形態のみである。１つのカウンターを直列接続する毎に、カウンターユニット１２のカットアップが増える（基数乗算）。具体的には、４５１８型のカウンターを例にとり、単一のカウンターが４進数であれば、４つのカウンターが直列接続された後に４×４＝１６進数のカウンターを構成している。このとき、カウンターユニット１２のカウント範囲が０～６５５３５である。この値の最終的なカウント結果は、圧力の変化量を代表する。従って、本実施形態のコンパレータユニット１３は、センサーが受けた力の大きさに応じて、異なる進数及び／または異なる数のカウンターを選択してカウンターユニット１２を構成してもよい。本実施例は、具体的なコンパレータユニット１３の組成を限定するものではない。

以上をまとめると、図１～図４に示すように、上記の圧力取得ユニットは、容量式圧力センサー、抵抗式圧力センサーまたはインダクタ式圧力センサーである場合、対応するセンサーが受けた力は変化する時に、震動ユニット１１は、第１キャパシタＣ１の影響を受けて震動回路を形成する。震動回路の周波数の変化量は、センサーが受けた力に比例する。コンパレータＵ４Ａの正端には、固定電圧が入力される。コンパレータＵ４Ａの負端は、第２キャパシタＣ２が開始すると放電される。このとき、コンパレータＵ４Ａの出力端子が高い準位となり、カウンターユニット１２がカウントを開始し、定電流源充電ユニット１５が第２キャパシタＣ２に対して充電を開始する。一旦、第２キャパシタＣ２の電圧がコンパレータＵ４Ａの正端より高くなると、コンパレータＵ４Ａの出力端子が低準位となり、カウンターユニット１２がカウントを停止し、カウンターユニット１２のカウント結果はセンサーが受けた力の変化量に比例するので、センサーの圧力変化を検知できる。そして、第２キャパシタＣ２の容量の大きさを変更することで、その充電時間を変更して、さらに検出回路全体の解像度を変更する。

さらに、図５に示すように、上記の圧力取得ユニットが電気ブリッジ式圧力センサーＲ３のときに、震動ユニット１１の震動回路が出力する周波数は、固定的である（即ち、固定された第１キャパシタＣ１と第２抵抗器Ｒ１を採用する）。電気ブリッジ式圧力センサーＲ３に印加される力がコンパレータＵ４Ａの正極端子の電圧に比例し、定電流源充電ユニット１５の第２キャパシタＣ２への充電時間がコンパレータＵ４Ａの正極端子の電圧に比例することで、カウンターユニット１２のカウント結果は電気ブリッジ式圧力センサーＲ３が受ける力の変化量に比例することが分かる。

図６は、第２キャパシタＣ２の充電曲線の対照図である。図６を合わせて分かるように、
１）従来技術がＲＣ充電を採用したが、ＲＣ充電が公式Ｖｃ＝Ｅ－Ｅ＊ｅｘｐ（－ｔ／ＲＣ）で計算されるため、Ｖｃとｔとが対数関係を呈する。具体的には、ｆ（ｘ）に示す通りである。
２）本実施形態では、定電流で充電するが、定電流の充電式は、Ｖｃ＝Ｉ＊ｔ／Ｃである。Ｉが一定であるため、Ｖｃとｔは直線関係を呈する。具体的な関係は、ｆ’（ｘ）に示す通りである。本実施形態で述べた技術効果「カウンターのカウント結果がセンサーの受力変化量に比例する」を直接に反映している。

以上の実施形態により開示された圧力検出回路１０の具体的な内容に基づき、図７は、図２～５における各信号の波形タイミングチャート（図面では、ＣＮＴ－００が震動ユニットが出力するカウントクロック信号を示す）であり、図７に示すように、当該圧力検出回路１０の具体的な動作原理は下記の通りである。

Ａ）初期時に、ＲＥＳＥＴは高電位であり、カウンターＵ２Ａ、カウンターＵ２Ｂ、カウンターＵ５Ａ、カウンターＵ５ＢのＲＳＴピン及び電界効果トランジスタＱ２のゲート電極は高電位である。このとき、カウンターユニット１２は、クリアされて、カウントを停止する。第２キャパシタＣ２は、ゼロ電位まで放電される。コンパレータＵ４ＡのＯｕｔ（出力端子）は、高電位である。

Ｂ）圧力の取得を開始する時に、ＲＥＳＥＴを低電位とし、カウンターＵ２Ａ、カウンターＵ２Ｂ、カウンターＵ５Ａ及びカウンターＵ５ＢのＲＳＴピン及び電界効果トランジスタＱ２のゲート電極は、低電位となる。このとき、カウンターユニット１２はカウントを開始し、定電流源充電ユニット１５は第２キャパシタＣ２を充電し始める。第２キャパシタＣ２電圧がコンパレータＵ４Ａ＋（Ｕ４Ａ正極であり、Ｕ４Ａ－がＵ４Ａ負極を表す）より高い場合、コンパレータＵ４ＡのＯｕｔは低電位に変換され、カウンターＵ２Ａ、カウンターＵ２Ｂ、カウンターＵ５Ａ及びカウンターＵ５ＢのＥＮピンは低電位となり、カウンターユニット１２はカウントを停止する。

Ｃ）カウント値の読み取りが完了した後に、再びＲＥＳＥＴを高電位にし、ステップＡとステップＢとを繰り返す。

以下、具体的なデータを併せて本発明をさらに説明する。

（１）圧力取得ユニットが容量式センサー又は抵抗式センサーである場合に、タイマーの計時時間は、Ｑ＝ＣＶ＝ＩＴ、Ｔ＝Ｃ＊Ｖ／Ｉである。

具体的には、Ｖは、目標電圧であり、１．２５Ｖを取る。容量Ｃは、５１０ｐＦを取る。電流は、０．５μＡを取る。これにより、Ｔ＝１．２５Ｖ＊５１０ｐＦ／０．５μＡ＝１２７５μｓが得られる。

１）圧力取得ユニットが容量式センサーであるときに、抵抗は１０ＫΩを固定的に選んで、時間は１２７５ μｓ(Ｔ＝２.２ ＲＣ)であり、容量式センサーの受力の大きさは変えられ、印加力は小さいから大きくなる。容量がＣ＝５ｐＦ、Ｃ＝５０ｐＦ及びＣ＝１００ｐＦと対応的に変化する。印加時間と震動周波数は、それぞれ０.１１ μｓ／９.０９ＭＨｚ、１.１１μｓ／９０９ＫＨz及び２.２μｓ／４５４ＫＨｚである。これにより、１２７５μｓ内で得られたカウント値は、それぞれ１２６２２、１２６２及び６３１であり、圧力変化量及びカウント結果から、カウンターユニット１２のカウント結果は、センサーが受けた力の変化量に比例することが分かる。

２）圧力取得ユニットが抵抗式センサーであるときに、容量は５ｐＦを固定的に選択し、計時時間は１２７５μｓ（Ｔ＝２．２ＲＣ）である。抵抗式センサーの受力の大きさは変えられ、印加力は小さいから大きくなる。抵抗は、Ｒ＝５００ＫΩ、Ｒ＝１００ＫΩ及びＲ＝１０ＫΩと対応的に変化する。印加時間と震動周波数は、それぞれ５．５μｓ／１８１ＫＨｚ、１．１１μｓ／９０９ＫＨz及び０．１１μｓ／９．０９ＭＨzである。１２７５μｓ内で得られたカウント値は、それぞれ２３１、１２６２及び１２６２２である。圧力変化量とカウント結果から、カウンターユニット１２がカウントした結果は、センサーが受けた力の変化量に比例することが分かる。具体的なデータは表１に示す通りである。

（２）圧力取得ユニットが抵抗ブリッジ式センサーである場合に、計時時間は、同様にＴ＝(１.５ Ｖ*５／６)*５１０ ｐＦ／０.５μＡ＝１２７５ μｓを取る。震動ユニット１１が８ＭＨｚ定周波数を使用し、印加力が小、中、大に分けられると、印加力が抵抗ブリッジセンサーに対応して出力する電圧は０.２Ｖ、０.８Ｖ及び１.２５ Ｖとなり、抵抗ブリッジセンサーに対応する電力量Ｑの変化は、それぞれ０.２*５１０ｐＣ＝１０２ｐＣ、０.８*５１０ｐＣ＝４０８ｐＣ及び１.２５*５１０ｐＣ ＝ ６３７.５ｐＣとなり、印加時間Ｔはそれぞれ、１０２ｐＣ／０.５μＡ＝２０４μｓ、４０８ｐＣ／０.５μＡ＝９１６μｓ及び６３７.５ｐＣ／０.５μＡ＝１２７５μｓである。これによって、８ＭＨｚ定周波数及び１２７５μｓ内で得られたカウント値は、それぞれ１６３２、７３２８、１０２００である。定電流源充電ユニット１５の第２充電器Ｃ２に対する充電時間は、コンパレータＵ４Ａの正極端子の電圧に比例し、得られたカウンターユニット１２のカウント結果として、電気ブリッジ圧力センサーＲ３の受力変化量と正比例をなすことが分かる。具体的なデータは表２に示す通りである。

以上は、本発明の圧力検出回路に関する全ての内容である。これに基づき、本発明は、上記の圧力検出回路を少なくとも含む圧力検出装置をさらに開示している。

本発明の圧力検出装置は、上述した圧力検出回路を採用するため、上述した圧力検出回路のすべての技術的機能を有し、感度と解像度が高く、省電力及び適用性がより広いという製品の特徴を有し、各種の圧力検出装置及びシステムに広く使用されることができる。

本発明の圧力検出装置においては、幾つかの他の構造は、例えば、圧力検出回路を保護するためのケース、圧力検出回路に用いられるキャリア回路基板、手書きペンやゲームジョイスティックなどの外部圧力入力のためのキャリアは、何れも必要に応じて従来の技術構造を選択して対応機能を実現することができる。本発明は、この圧力検出装置における圧力検出回路以外の構造に対して、余分に限定しない。

最後に、本発明は、上記の圧力検出回路または上記の圧力検出装置を少なくとも含む圧力入力装置をさらに開示している。

本発明の圧力入力装置は、以上の圧力検出回路または圧力検出装置を採用することにより、上記の圧力検出回路または圧力検出装置のすべての技術的機能を有し、感度と解像度が高く、省電力及び適用性がより広いという製品の特徴を有し、各種の圧力入力装置及びシステムに広く使用されることができる。

本発明の圧力入力装置においては、幾つかの他の構造は、例えば、圧力検出回路を保護するためのケース、圧力検出回路に用いられるキャリア回路基板、手書きペンやゲームジョイスティックなどの外部圧力入力用のキャリアは、何れも必要に応じて従来の技術構造を選択して対応機能を実現することができる。本発明は、この入力装置における圧力検出回路以外の構造に対して、余分に限定しない。

以上は、本願の実施例のみであり、本願の発明権の範囲を限定するものではなく、本願明細書及び図面を利用して作成された等価な構造又は等価なプロセスを、直接又は間接的に他の関連技術分野に適用して得られたものは、いずれも本願発明の保護範囲内に含まれる。

Claims (10)

1. 震動信号を出力するために使用される震動ユニットと、
   前記震動ユニットに接続されており、前記震動信号を取得し且つ前記震動信号をカウントクロック信号として、前記震動信号の周波数をカウントするカウンターユニットと、を備える圧力検出回路であって、
   前記圧力検出回路は、さらに、
   前記カウンターユニットに接続されて、圧力変換による電圧変化を検出し、且つ前記カウンターユニットのカウントまたは停止を制御するための信号を送信するコンパレータユニットと、
   前記コンパレータユニットの１つの入力端子と接続されて、前記コンパレータユニットに固定または可変の比較電圧を提供する電圧変換ユニットと、
   前記コンパレータユニットの他の入力端子と接続されて、前記コンパレータユニットに線形的に漸増する比較電圧を提供する定電流源充電ユニットと、
   前記定電流源充電ユニットに接続されて、前記定電流源充電ユニットの充放電を制御することにより、前記電圧変換ユニットから出力される比較可能電圧を比較して、前記コンパレータユニットの出力端子に前記カウンターユニットのカウントイネーブル制御を発生させるために使用される充放電制御ユニットと、を備え
   ここで、前記震動ユニットまたは前記電圧変換ユニットは、前記電圧変換ユニットまたは前記震動ユニットの構成部分として、圧力を前記比較可能電圧または前記震動信号の周波数の変化に変換する圧力取得ユニットをさらに含むことを特徴とする圧力検出回路。
2. 前記充放電制御ユニットと前記カウンターユニットの両方に接続される信号制御ユニットをさらに備え、前記信号制御ユニットは、カウンターをリセットし、充放電制御ユニットを制御することによって、充放電電圧を制御することを特徴とする請求項１に記載の圧力検出回路。
3. 震動ユニットは、第１インバーター、第２インバーター、第１キャパシタ、第１抵抗器、及び第２抵抗器を含み、
   前記第１インバーターの出力端子は、前記第２インバーターの入力端子に接続され、前記第２インバーターの出力端子は、前記カウンターユニットに接続されて前記震動信号を出力し、前記第１抵抗器の一端は、前記第１インバーターの入力端子に接続され、前記第２抵抗器の一端は、前記第２インバーターの入力端子に接続され、前記第１キャパシタの一端は、前記第２インバーターの出力端子に接続され、
   また、前記第１キャパシタ、前記第１抵抗器及び前記第２抵抗器の他端は、互いに接続されており、
   ここで、前記第１キャパシタは、前記震動ユニットの前記圧力取得ユニットとしての容量式圧力センサーであり、
   若しくは、前記第２抵抗器は、前記震動ユニットの前記圧力取得ユニットとしての抵抗式圧力センサーであり、
   若しくは、前記第２抵抗器は、前記震動ユニットの前記圧力取得ユニットとしてのインダクタ式圧力センサーであることを特徴とする請求項１に記載の圧力検出回路。
4. 前記コンパレータユニットは、コンパレータであり、ここで、前記コンパレータの正極は、前記電圧変換ユニットに接続され、前記コンパレータの負極は、前記定電流源充電ユニットに接続され、前記コンパレータの出力端子は、前記カウンターユニットのイネーブル制御入力端子に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力検出回路。
5. 前記電圧変換ユニットは、オペアンプ、第３抵抗器、ブリッジ式圧力センサー、第６抵抗器、第７抵抗器、第８抵抗器、及び第９抵抗器を含む電圧増幅器であり、
   ここで、前記オペアンプの正極には、前記第３抵抗器と前記ブリッジ式圧力センサーとが順次に接続されており、前記ブリッジ式圧力センサーは、外部の第１給電電源に接続されており、前記オペアンプの出力端子は、前記コンパレータユニットに接続されており、
   前記ブリッジ式圧力センサーには、前記第６抵抗器がさらに接続されており、前記第６抵抗器は、前記第７抵抗器に接続されており、前記第６抵抗器と前記第７抵抗器との間は、導線を介して前記オペアンプの負極に接続され、前記第７抵抗器の他端は、前記オペアンプの出力端子に接続され、
   前記第８抵抗器は、一端が前記オペアンプの正極に接続され、他端が前記外部の第１給電電源に接続され、
   前記第９抵抗器は、一端が前記オペアンプの正極に接続され、他端が接地されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力検出回路。
6. 前記定電流源充電ユニットは、トランジスタ、第１ダイオード、第２ダイオード及び第１０抵抗器を含み、
   ここで、前記第１０抵抗器は、それぞれ前記トランジスタのエミッタと外部の第２給電電源と接続されており、
   前記第１ダイオードの陽極は、前記外部の第２給電電源に接続され、前記第１ダイオードの陰極は、前記第２ダイオードの陽極に接続され、前記第２ダイオードの陰極は、前記トランジスタのベース電極に接続され、前記トランジスタのコレクター電極は、前記コンパレータユニットに接続されることを特徴とする請求項１に記載の圧力検出回路。
7. 前記充放電制御ユニットは、第２キャパシタ、電界効果トランジスタ及び第１１の抵抗器を含み、
   ここで、前記第２キャパシタの負極は、前記第１１の抵抗器の一端と接続され且つ接地されており、前記第２キャパシタの正極は、前記トランジスタのコレクター電極と接続されており、前記第１１の抵抗器の他端は、前記第２ダイオードの陰極に接続されており
   前記電界効果トランジスタのドレイン電極は、前記トランジスタのコレクター電極及び前記第２キャパシタの正極に接続されており、前記電界効果トランジスタのソース電極は、前記第２キャパシタの負極に接続され且つ接地されており、前記電界効果トランジスタのゲート電極は、前記信号制御ユニットに接続されることを特徴とする請求項６に記載の圧力検出回路。
8. 前記カウンターユニットは、４つのカウンターを含み、
   ここで、前記４つのカウンターのＥＮピンは、いずれも前記コンパレータユニットに接続されており、前記４つのカウンターのＲＳＴピンは、何れも前記充放電制御ユニットに接続されており、前記４つのカウンターのうちの１つのカウンターのＣＬＫピンは、前記震動ユニットに接続されており、前記４つのカウンターのうちの他の３つのカウンターのＣＬＫピンは、順次に前のカウンターのＱ３ピンに接続されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力検出回路。
9. 少なくとも請求項１～８の何れか一項に記載の前記圧力検出回路を含むことを特徴とする圧力検出装置。
10. 少なくとも請求項１～８の何れか一項に記載の前記圧力検出回路を含むことを特徴とする圧力入力装置。

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