KR101666726B1 - 마이크로 구조체를 이용한 센서 - Google Patents

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Abstract

마이크로 구조체를 이용한 센서가 개시된다. 개시된 센서는 외부 변화를 감지하는 센서로서, 전압제어 발진기를 포함하는 위상 고정 루프; 일단이 상기 전압제어 발진기의 입력단과 연결되고, 타단이 상기 전압제어 발진기의 출력단과 연결되며, 인덕터 및 캐패시터를 포함하는 마이크로 구조체; 및 상기 전압제어 발진기의 입력단에 입력되는 제어전압 및 상기 전압제어 발진기의 출력단에서 출력되는 출력신호의 주파수 중 적어도 하나를 측정하여 센싱값을 측정하는 측정부;를 포함한다.

Description

마이크로 구조체를 이용한 센서{Sensor using micro structure}
본 발명의 실시예들은 감지대상의 특성 변화를 전자기 신호의 주파수 변환으로 검출하는 마이크로 구조체를 이용한 센서에 관한 것이다.
외부 환경 혹은 대상 물질의 변화를 인식하는 센서 기술은 센싱 물질 및 이를 검출하는 방법에 따라 다양한 분류 체계를 가지는 오랜 역사를 가진 기술이다. 특히, 센싱값을 전자기적인 신호로 변환하는 센서 리드아웃(Read-out) IC는 센싱 방법과는 달리 표현가능 한 전기 방법으로 인하여 인식할 수 있는 정보가 제한적이다.
보다 상세하게, 종래의 센싱 방법은 DC 신호 특성 변화에 기초한 1차적 전기 특성 변화와 AC 신호 특성 변화에 기초한 2차적 전기 특성 변화로 구분할 수 있다. 여기서, 1차적 전기 특성 변화에는 저항 변화, 전류 변화 및 전압 변화 인식 방법이 있으며, 2차적 전기 특성 변화에는 캐패시터/인덕터 변화에 의한 임피던스 변화, 주파수/지연 시간 변화 인식 방법이 있다. 두 종류의 센싱 방법은 센싱 물질과 센서 구현 방법에 따라 그 적용을 달리한다.
최근까지의 많은 센서들은 1차적 전기 특성 변화에 기초하여 구현되어 왔다. 이들 센서에 활용되는 리드아웃 IC는 센싱 물질의 종류와 양에 따라 전기 신호선의 저항/전류/전압 변화가 나타나는 것을 인식하는 방법으로, 간단한 회로 구성이 가능하다. 그러나, 이와 같은 기존 방법은 외부 노이즈 신호에 대하여 별도의 보상 회로를 구비해야 하는 것은 물론, 제작 과정에서 발생할 수 있는 특성값 변위로 인해 정보 획득 특성이 달라질 수 있으므로 개별적인 성능 보상 과정이 반드시 필요하다. 또한, 환경 조건에 의해 소자값 자체가 달라질 수 있으므로, 이를 보상하기 위한 별도의 환경 센서(온도 및 습도, 대기압 등)가 구비되어야 한다.
또한, 저항 변화를 인식하는 리드아웃 IC는 휘트스톤 브릿지 형태로 구성하는 것이 일반적이며, 기준 저항과 센싱 물질에 의한 저항 특성값 변화를 인식한다. 이 기술은 외부적인 환경 영향, 내부적인 특성 변화가 발생하여, 저항의 초기 설정된 기본값이 변화하는 경우, 이를 교정(calibration)하기 어려우므로 지속적인 특성 유지가 어렵기에 이로 이한 수명 제약이 발생하는 단점이 있다. 또한, 이를 집적회로 기술을 통해 소형화하는 경우, 제작 공정 오차로 인하여 특성값이 최대 20%이상 달라질 수 있으므로, 균일한 감도를 가지는 센서 특성 확보에 어려움이 크며, 이를 위한 별도의 보상 기술, 센서 배치 방법, 센싱부와 리드아웃 회로간의 인터페이스 등의 문제가 고려되어야 하는 등의 문제점이 존재한다.
최근에는 저항 변화가 발생하는 센싱부를 나노 물질 혹은 나노 구조체를 이용하여 감도를 높이는 연구가 활발히 진행 중이나, 이들 역시 센싱부에서 얻어지는 전기적 신호 변화가 저항 변화라는 점에서 교정 과정이 주기적으로 필요하다는 문제점 및 나노 물질과 나노 구조체를 높은 재현성으로 구현하기 어렵다는 한계가 존재한다.
그리고, 전류 및 전압 변화를 인식하는 방법은 외부 전극으로 유입된 미세 신호를 높은 이득을 가진 증폭기로 증폭하여 센싱 정보를 수집하는 기술이다. 외부 신호 영향을 줄이기 위해, 전극을 3개 이상으로 구성하여, 각 위치(position)에서 수집된 신호의 상호 관계를 분석 처리하는 것을 통해 잡음 신호 영향을 최소화하여 센싱 신호를 추출하는 것이 일반적이다. 이 방법은 모든 전극으로 동일한 외부 노이즈가 유입되는 경우에는 이를 보상하기 매우 어려우며, 측정 대상 신호의 변위가 일정범위 안에 들어와야 하는 단점이 있다. 즉, 증폭단의 오프셋 전압 이하의 신호는 감지가 불가능하며, 동적 영역 이내에 존재하는 신호 수집만이 가능한 단점이 있다. 특히, 이러한 동적 영역은 회로 구성의 특성으로 정해지므로 감지할 수 있는 신호 범위는 이로 인해 결정된다. 또한 증폭기 이득이 높은 경우에는 이로 인한 잡음 증폭 역시 함께 증가할 수 있으므로 동적 영역 확보가 어려운 단점이 있다.
집적회로 기술을 통해 소형화/집적화하는 경우에도 외부 신호 수집을 위한 전극의 크기는 일정 이상 확보가 되어야 하므로, 소형화 필요성이 타 센서 구조에 비해 낮으며, 신호가 DC 신호 주변에 존재하는 경우 리드아웃 IC 자체에서 발생하는 노이즈의 영향으로 신호 대 잡음비가 더욱 저하될 수 있는 문제점이 있다.
또한, MEMS 등 3차원 미세 구조체 기술로 전극을 구성하여 이를 집적화 하는 연구들이 활발하게 진행되고 있으나, 전극 제작 난이도가 높으며 센싱부를 외부에 노출시켜야 하는 패키지 이슈 등의 문제점을 여전히 가지므로 집적화에 불리한 단점이 있다.
그리고, 2차적 전기 특성 변화 기법은 기존 센서들과는 달리 AC 신호를 주로 검출하여 내부 잡음 특성 및 특정 주파수 잡음 영향을 줄일 수 있다. 또한 센싱부 특성 변화에 대해 사용자가 임의로 출력신호 범위를 설정하여, 출력 동적 영역을 규정할 수 있다. 여기서, 상기 기술은 AC 신호를 인가하여 특정 주파수 대역에서의 임피던스 혹은 신호 크기 변화를 검출하거나, 임의 AC신호를 발생하여 크기 및 위상, 지연 특성 변화를 감지하는 형태로 센싱부 특성을 파악한다. 상기한 기법을 이용한 기존 연구는 센싱부를 공진기 형태로 구성하여 공진 특성 변화를 인식하는 센서 구조 형태로 진행되어 왔다. 특히 외부와 차폐된 LC cavity 를 센싱 물 질에만 노출시키는 형태로 구성한 센서는 높은 감도 확보가 가능한 방법이다.
또한, 자유 동작 전압 제어 발진기의 LC 소자를 센싱부로 구성하면 간단히 센싱부 특성 변화에 의한 출력 주파수 변화 특성을 얻을 수 있다. 그러나, 이와 같은 방법은 전압 제어 발진기 특성이 일정하다고 보기 어려우므로, 센싱부 특성 변화에 의해 발진기 자체에서 발생하는 출력 주파수 변화보다 더 큰 출력 변화가 발생하는 경우에만 검출이 가능하다. 따라서, 주파수를 이용하면서도 감도 향상을 크게 기대할 수 없으며, IC 자체 특성이 일정하게 보상되어야 한다는 점으로 센서의 리드아웃 구조로 사용하기에는 한계가 존재한다.
그리고, 일정 주파수 신호가 전송되는 선로를 센싱부로 구성하여 주파수 필터의 컷오프(cut-off) 주파수를 가변하도록 하는 방법은 주파수 신호의 출력 크기만을 가지고 간단히 센싱 정보를 추출할 수 있다는 장점이 있으나, 이 역시 일정한 동작 특성을 보상하기 위한 방법을 구현하기가 어려운 단점이 있다.
상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 2차적 전기 변화 신호 획득을 통한 센서를 구현함에 있어, 주파수 특성이 안정적인 리드아웃 IC를 구성하여 보다 정확하고 안정적인 신호를 수집할 수 있는 마이크로 구조체를 이용한 센서를 제안하고자 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 센싱부를 마이크로 구조체(일례로, 나노 구조체)로 제작하여 고감도 특성 및 소형화가 가능한 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 외부 변화를 감지하는 센서에 있어서, 전압제어 발진기를 포함하는 위상 고정 루프; 일단이 상기 전압제어 발진기의 입력단과 연결되고, 타단이 상기 전압제어 발진기의 출력단과 연결되며, 인덕터 및 캐패시터를 포함하는 마이크로 구조체; 및 상기 전압제어 발진기의 입력단에 입력되는 제어전압 및 상기 전압제어 발진기의 출력단에서 출력되는 출력신호의 주파수 중 적어도 하나를 측정하여 센싱값을 측정하는 측정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서가 제공된다.
상기 인덕터 및 상기 캐패시터는 병렬 연결되되, 상기 인덕터의 일단 및 상기 캐패시터의 일단은 상기 마이크로 구조체의 일단과 연결되고, 상기 인덕터의 타단 및 상기 캐패시터의 타단은 상기 마이크로 구조체의 타단과 연결될 수 있다.
상기 인덕터는 가변 인덕터이고, 상기 캐패시터는 가변 캐패시터일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, N(1 이상의 정수임)개의 지연소자를 가지는 전압제어 지연라인 및 N개의 지연소자에 따른 지연값을 이용하여 목표 주파수를 가지는 신호를 출력하는 에지 컴바이너를 포함하는 지연 고정 루프; N개의 지연 소자 각각과 연결되며, 상기 N개의 지연소자의 지연값을 변경하는 N개의 마이크로 구조체; 및 상기 변경된 N개의 지연소자에 따른 지연값 및 상기 에지 컴바이너의 출력신호의 주파수 중 적어도 하나를 측정하여 센싱값을 측정하는 측정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서가 제공된다.
본 발명에 따른 센서는 2차적 전기 변화 신호 획득을 통한 센서를 구현함에 있어, 보다 정확하고 안정적인 신호를 수집할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 센서는 센싱부를 마이크로 구조체(일례로, 나노 구조체)로 제작하여 고감도 특성 및 소형화가 가능한 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 센서는 AC 신호를 사용하여 리드아웃 IC 자체에서 발생하는 노이즈와 수집 정보를 분리할 수 있으며, 수집하려는 센싱 신호의 동적 영역을 임의로 정할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 센서는 주파수 및 지연시간 측정의 안정성 확보로 고감도 센싱 특성을 얻을 수 있고, 집적화에 유리하며, 센싱정보 이외의 외부 환경 변화에 의한 특성 영향을 최소화 할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 구조체를 이용한 센서의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 구조체(120)와 전압제어 발진기의 연결 형태를 도시한 도면이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압제어 발진기의 출력단에서 출력되는 출력신호의 주파수를 검출하기 위한 측정부의 일례를 도시한 도면이다.
도 4은 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로 구조체를 이용한 센서의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 칩 형태의 센서 배열, 즉 멀티 함수 센서 IC(Sensors-on-a-chip)의 형태를 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
"제1", "제2" 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 구조체를 이용한 센서의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 외부 변화를 감지하는 센서(100)는 위상 고정 루프(110), 마이크로 구조체(120) 및 측정부(130)를 포함한다. 이하, 각 구성요소 별로 그 기능을 상세하게 설명하기로 한다.
위상 고정 루프(PLL: Phase Locked Loop)(110)는 위상 고정 루프(110)는 위상 주파수 판별기(PFD: Phase Frequency Discriminator)(111), 루프 필터(LF: Loop Filter)(112), 전압제어 발진기(VCO: Voltage Controlled Oscillator)(113) 및 분주기(Divider)(114)를 포함하며, 안정된 기준 신호(Reference Signal)와 전압제어 발진기(113)의 출력 신호의 위상을 동기화 함으로써 안정된 출력신호를 얻기 위한 궤환 시스템을 의미한다.
위상 주파수 판별기(110)는 기준신호(Reference Signal)와 전압제어 발진기(114)의 출력신호(Output Signal)를 피드백받아 생성되는 분주 주파수(Divided　Signal)를 입력받고, 그 차이에 해당하는 펄스열을 내보내는 기능을 수행한다.
루프 필터(112)는 루프 동작 중에 발생하는 잡음 주파수들을 걸러내는 기능을 수행한다.
전압제어 발진기(113)는 입력 전압에 의해 발진 신호의 주파수를 가변으로 할 수 있는 발진기이고, 분주기(114)는 전압제어 발진기(113)의 출력신호(Output Signal)의 약수인 주파수를 가진 신호로 출력하는 장치를 의미한다. 즉, 분주기(114)에서는 전압제어 발진기(113)의 출력신호(Output Signal)를 피드백받고, 이를 이용하여 분주 주파수(Divided　Signal)를 출력한다.
위상 고정 루프(110)의 구성은 당업자에게 자명한 것임으로, 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.
마이크로 구조체(120)는 위상 고정 루프(110) 내의 전압제어 발진기(113)에 연결되며, 외부 변화에 따라 전압제어 발진기(113)에서 출력된 출력신호의 주파수 값을 변경하는 기능을 수행한다. 일례로, 마이크로 구조체(112)는 나노 구조체일 수 있다.
보다 상세하게, 마이크로 구조체(120)는 전압제어 발진기(113)의 입력단과 연결되고, 타단이 전압제어 발진기(113)의 출력단과 연결되며, 인덕터(L) 및 캐패시터(C)를 포함한다. 즉, 마이크로 구조체(120) 내의 인덕터(L) 및 캐패시터(C)는 병렬 연결되되, 인덕터(L)의 일단 및 캐패시터(C)의 일단은 마이크로 구조체(120)의 일단과 연결되고, 인덕터(L)의 타단 및 캐패시터(C)의 타단은 마이크로 구조체(120)의 타단과 연결된다. 또한, 인덕터(L)는 가변 인덕터이고, 캐패시터(C)는 가변 캐패시터일 수 있다. 도 2에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 구조체(120)와 전압제어 발진기(113)의 연결 형태를 도시하고 있다.
다시 말해, 가스 검출 내지 온도 변화 등의 외부 변화가 발생하는 경우 마이크로 구조체(120) 내의 인덕터(L) 내지 캐패시터(C)의 값이 변화(즉, 공진 구조의 특성이 변화)하게 되며, 이에 따라 전압제어 발진기(113)의 출력신호의 주파수가 변경되거나, 전압제어 발진기(113)의 제어신호(루프 필터(112)에서 출력됨)가 변경된다. 따라서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 센서(100)는 전압제어 발진기(113)로 입력되는 변경된 제어신호 내지 전압제어 발진기(113)에서 출력되는 출력신호의 주파수의 변화값을 이용하여 센싱값을 측정하여 센싱을 수행한다.
그리고, 측정부(130)는 전압제어 발진기(113)의 입력단에 입력되는 제어전압 및 전압제어 발진기(113)의 출력단에서 출력되는 출력신호의 주파수 중 적어도 하나를 측정하여 센싱값을 측정한다.
도 3에서는 전압제어 발진기(113)의 출력단에서 출력되는 출력신호의 주파수를 검출하기 위한 측정부(130)의 일례를 도시하고 있다. 도 3을 참조하면, 측정부(130)는 복수의 주파수 카운터를 구비하며, 주파수 카운터의 정밀도에 따라 리드아웃의 출력 감도가 달라진다. 이 경우, 주파수의 변화가 큰 경우에는 주파수 카운터의 정밀도가 높지 않아도 되며, 센싱 변화폭과 정밀도를 함께 고려하여 리드아웃의 감도 특성이 정해진다.
정리하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 센서(100)은 2차원 또는 3차원의 마이크로 구조체(120)을 통해 주파수 신호 변화를 이용하여 센싱을 수행하는 리드아웃 IC를 포함하는 센서로서, 전압제어 발진기(113)의 입력값 또는 출력값의 변화를 측정하고, 이를 통해 외부 환경의 변화를 센싱할 수 있다. 이 때, 위상 고정 루프(110)에 의해 주파수 출력은 안정성이 높게 되고, 외부 노이즈를 최소화하게 되며, 센싱 물질 특성 변화에 따라 민감하게 변화하는 장점이 있다.
또한, 전압제어 발진기(113)의 주파수 가변 범위에 따라 센서 출력의 동적 영역이 정해짐으로, 위상 고정 루프(110)의 설계 시, 이를 고려한 출력 최적화가 가능하다. 그리고, 집적화가 용이하고, AC 신호를 사용하므로 저주파 혹은 DC에 존재하는 노이즈 영향을 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 4은 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로 구조체를 이용한 센서의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 4을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 외부 변화를 감지하는 센서(400)는 지연 고정 루프(410), 복수의 마이크로 구조체(420) 및 측정부(430)를 포함한다. 이하, 각 구성요소 별로 그 기능을 상세하게 설명하기로 한다.
지연 고정 루프(DLL: Delay Locked Loop)(410)는 기준 클럭인 외부 클럭과 내부 클럭 사이의 신호의 위상을 비교하여 그 차이에 의해 동작하는 궤환 시스템으로서, 구조상 위상 고정 루프(110)와 유사하다. 여기서, 지연 고정 루프(410)는 전압제어 지연라인(VCDL: Voltage Controlled Delay Line)(411), 피드백부(412) 및 에지 컴바이너(Edge Combiner)(413)를 포함한다.
전압제어 지연라인(411)는 기준신호를 일정 시간 동안 지연하여 지연값을 생성한다. 이 때, 전압제어 지연라인(411)는 제어전압(VCTRL)에 의해 제어되는 N(1 이상의 정수임)개의 지연소자를 포함하며, 이는 직렬로 연결된다. 그리고, 피드백부(412)는 기준신호와 전압제어 지연라인(411)의 출력신호를 이용하여 N개의 지연소자를 제어하기 위한 제어전압(VCTRL)를 출력한다. 그리고, 에지 컴바이너(413)는 N개의 지연소자에 따른 지연값을 이용하여 목표 주파수를 가지는 출력신호(Output Signal)를 출력한다.
지연 고정 루프(410)의 구성은 당업자에게 자명한 것임으로, 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.
여기서, 복수의 마이크로 구조체(420)는 외부 변화에 따라 N개의 지연소자 각각에서 출력된 지연값을 변경하는 기능을 수행한다. 이 때, 마이크로 구조체(420)는 N개의 지연 소자 각각과 연결된다. 즉, N개의 마이크로 구조체(420) 중 i번째 마이크로 구조체는 N개의 지연소자 중 i번째 지연소자와 i+1번째 지연소자 사이에 연결되고, 마이크로 구조체(420) 내의 인덕터(L) 및 캐패시터(C)는 병렬로 연결된다. 일례로, 마이크로 구조체(420) 역시 나노 구조체일 수 있다.
그리고, 측정부(430)는 변경된 N개의 지연소자에 따른 지연값 및 에지 컴바이너(413)의 출력신호(Output Signal)이 주파수 중 적어도 하나를 측정하여 센싱값을 측정한다. 일례로서, 측정부(430)는 도 3에 도시한 바와 같다.
정리하면, 가스 검출 내지 온도 변화 등의 외부 변화가 발생하는 경우 마이크로 구조체(420) 내의 인덕터(L) 내지 캐패시터(C)의 값이 변화(즉, 공진 구조의 특성이 변화)하게 되며, 이에 따라 N개의 지연소자에서 출력되는 지연값이 변경되거나, 지연시간으로 인해 생성되는 에지 컴바이너(413)의 출력 신호(Output Signal)의 주파수가 변경된다. 즉, 지연 고정 루프(410)을 구성하는 전압제어 지연라인을 나노 구조체로 구성하여 센싱 물질의 종류와 양에 따라 지연시간이 달라지도록 구성한다. 따라서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 센서(400)는 변경된 N개의 지연소자에 따른 지연값 내지 에지 컴바이너(413)의 출력신호(Output Signal)이 주파수의 변화값을 이용하여 센싱값을 측정하여 센싱을 수행한다. 또한, 복수의 공진구조 특성이 더해지므로 감도 향상이 가능해진다.
그리고, 본 발명의 제2 실시예에 따른 센서(400)은 2차원 또는 3차원의 마이크로 구조체(420)을 통해 주파수 신호 변화를 이용하여 센싱을 수행하는 리드아웃 IC를 포함하는 센서로서, 집적화가 용이하고, AC 신호를 사용하므로 저주파 혹은 DC에 존재하는 노이즈 영향을 줄일 수 있는 장점이 있다.
한편, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 칩 형태의 센서 배열, 즉 멀티 함수 센서 IC(Sensors-on-a-chip)의 형태를 도시한 도면이다.
보다 상세하게, 도 5의 (a)는 단일 대상 객체를 위한 센서(형상에 따른 센싱 물질 반응 정도를 구분, 변화 방향까지 감지할 수 있음)를 도시하고 있으며, 도 5의 (b)는 복수의 대상 객체를 위한 센서(물질 종류에 따른 반응 정도에 따라 구분 형상에 따른 센싱물질 반응 정도를 구분)를 도시하고 있다.
도 5를 참조하면, 단일 칩에서 여러 센싱 물질 혹은 구조체를 이용할 수 있으며, 출력 결과를 결합하여 신호처리과정으로 분석 처리한다. 단일 물질에 대한 배열형 센서동작이 가능하게 되고(도 5의 (a)), 다양한 센싱물질을 적용하여 감도향상(물질양 인식) 및 물질 종류 구분이 가능하게 된다(도 5의 (b)).
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (5)

  1. 외부 변화를 감지하는 센서에 있어서,
    전압제어 발진기를 포함하는 위상 고정 루프;
    일단이 상기 전압제어 발진기의 입력단과 연결되고, 타단이 상기 전압제어 발진기의 출력단과 연결되며, 병렬 연결된 인덕터 및 캐패시터를 포함하는 마이크로 구조체 - 상기 인덕터의 일단 및 상기 캐패시터의 일단은 상기 마이크로 구조체의 일단과 연결되고, 상기 인덕터의 타단 및 상기 캐패시터의 타단은 상기 마이크로 구조체의 타단과 연결됨 -; 및
    상기 전압제어 발진기의 입력단에 입력되는 제어전압 및 상기 전압제어 발진기의 출력단에서 출력되는 출력신호의 주파수 중 적어도 하나를 측정하여 센싱값을 측정하는 측정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 인덕터는 가변 인덕터이고, 상기 캐패시터는 가변 캐패시터인 것을 특징으로 하는 센서.
  4. N(1 이상의 정수임)개의 지연소자를 가지는 전압제어 지연라인 및 N개의 지연소자에 따른 지연값을 이용하여 목표 주파수를 가지는 신호를 출력하는 에지 컴바이너를 포함하는 지연 고정 루프;
    N개의 지연 소자 각각과 연결되며, 상기 N개의 지연소자의 지연값을 변경하는 N개의 마이크로 구조체; 및
    상기 변경된 N개의 지연소자에 따른 지연값 및 상기 에지 컴바이너의 출력신호의 주파수 중 적어도 하나를 측정하여 센싱값을 측정하는 측정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
  5. 제4항에 있어서,
    N개의 지연소자는 직렬로 연결되고, 상기 N개의 마이크로 구조체 중 i번째 마이크로 구조체는 상기 N개의 지연소자 중 i번째 지연소자와 i+1번째 지연소자 사이에 연결되고, 상기 마이크로 구조체 내의 인덕터 및 캐패시터는 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 센서.
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