KR101749857B1 - 전자 측정 회로 - Google Patents

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Abstract

전자 측정 회로는 2 개의 차동 장착된 커패시터들 (C1, C2) 을 갖는 측정 센서 (1) 를 포함하고, 커패시터들 (C1, C2) 의 각각은 고정 전극, 및 물리적 파라미터가 측정될 때 각각의 커패시터 (C1, C2) 의 용량값을 변경하기 위해서 상기 2 개의 커패시터들 (C1, C2) 의 각각의 고정 전극에 대해 이동가능하도록 배열된 공통 전극을 포함한다. 회로는, 센서로부터 수신된 전하를 적분하기 위해 공통 전극에 접속되고, 공통 전극에 교대로 접속되도록 배열된 2 개의 적분기들을 포함하는 제 1 적분기 유니 (5), 제 제 1 적분기 유닛 (5) 으로부터의 아날로그 출력값들을 비교하기 위한 제 1 비교기 (9), 제 1 적분기 유닛 (5) 으로부터 수신된 전하를 적분하기 위한 제 2 적분기 유닛 (7), 제 2 적분기 유닛으로부터의 아날로그 출력값들을 비교하기 위한 제 2 비교기 (19), 커패시터들에 걸친 상이한 전압값들을 스위칭하기 위한 스위치 회로 (3), 동작을 제어하기 위해 제 1 비교기로부터의 디지털 출력 신호를 스위치로 제공하기 위한 피드백 회로 (11), 및 비교기들로부터의 디지털 출력 신호들 (ai, bi) 을 수신하고 최종 디지털 출력 신호 (y) 를 공급하는 증분 계산 유닛 (13) 을 더 포함한다.

Description

전자 측정 회로{ELECTRONIC MEASUREMENT CIRCUIT}
발명은 물리적 파라미터를 측정하기 위한 측정 회로의 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 용량성 센서를 포함하는 측정 회로에 관한 것이다. 발명은 또한 물리적 파라미터를 측정하는 대응 방법, 및 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.
물리적 파라미터를 측정하기 위해 사용되는 용량성 센서들은 2 개의 고정 전극들 사이에서 탄력있게 유지되는 전기자의 부분을 형성하는 이동식 공통 전극을 포함할 수도 있다. 이 공통 전극은, 예를 들어 가해진 힘의 결과로서 고정 전극들 중 하나 또는 다른 하나의 방향에서 소정의 거리를 이동할 수 있다. 비작동 상태에서, 공통 전극은 2 개의 커패시터들에 대해 동등한 용량값을 정의하는, 2 개의 고정 전극들로부터 대략적으로 동등한 거리에 있다. 공통 전극이 이동할 때, 예를 들어 가해진 힘의 결과로서, 각각의 커패시터의 용량값은 다른 커패시터의 용량값에 역으로 변화한다. 따라서, 용량성 센서의 전자 인터페이스 회로는 2 개의 커패시터들의 커패시턴스에서의 변동에 의존하는 전압의 형태로 출력 신호를 제공하도록 배열된다. 이러한 종류의 용량성 센서는 예를 들어 가속도값들을 측정하기 위해 사용될 수 있다.
전기 인터페이스 회로는 측정 센서로부터의 신호를 프로세싱하기 위해 측정 센서에 접속된다. 특허 US 8,429,981 B2 에 기재된 것과 같은 종래 인터페이스 회로는, 용량성 측정 센서들의 커패시턴스를 프리차지하기 위한 입력으로서 전압을 제공하기 위해서, 디지털-아날로그 변환기 (DAC) 를 사용한다. 이러한 DAC 의 분해능 (resolution) 은 측정 회로의 디지털 출력의 분해능에 직접 링크된다. 예를 들어, 10-비트 분해능 출력은 인터페이스 회로의 피드백 회로에 있어서 10-비트 분해능 DAC 를 필요로 한다. 종래 기법들은 저 분해능 출력 (예를 들어, 10-비트 분해능까지) 에 대해 매우 효율적일 수도 있다. 하지만, DAC 의 정확도에 내재하는 일부 선형성 문제들은 분해능을 넘어 나타난다. 또한, 기존의 해결 방안들에 있어서, 측정 센서 커패시턴스들을 프리차지하기 위해 반복적인 프리차지 페이즈가 필요하다. 하지만, 이 프리차지 페이즈의 단점은 이러한 페이즈 동안 측정 신호가 생성되지 않는 한편, 일부 에너지가 커패시터들을 충전하는데 사용된다는 것이다.
특허 출원 US 2007/0247171 A1 는 가변 커패시턴스를 갖는 하나 또는 2 개의 커패시터의 전자 인터페이스 회로를 기재한다. 상기 인터페이스 회로는 2 개의 입력들을 갖는 차동 적분 증폭기, 제 1 페이즈에서 상이한 전압들에 의해 각각의 커패시터를 충전하고, 제 2 페이즈에서 하나의 각 입력에 각각의 커패시터의 고정 전극을 접속시키는 스위칭 회로를 포함한다. 각각의 커패시터는 제 3 페이즈에서 반대의 상이한 전압들에 의해 바이어싱되고, 그 고정 전극은 제 4 페이즈에서 증폭기의 각 입력에 접속된다. 커패시터들의 공통 전극은 어스에 접속된다. 증폭기로부터의 2 개의 출력 신호들은 스위칭형 커패시터 회로를 제어하기 위해 비교기에서 비교된다. 상기 전자 인터페이스 회로의 동작은, 출력에서 측정된 값을 획득하기에 상대적으로 길고, 커패시터들의 여기 (excitation) 가 대칭 방식으로 수행되며, 이는 결점들이다.
특허 출원 US 2010/0231237 A1 은 물리적 파라미터를 측정하기 위한 용량성 센서를 갖는 전자 회로를 기재한다. 센서는 차동으로 장착된 2 개의 커패시터들을 포함하며, 그 공통 전극은 전하 전송 증폭기의 하나의 입력에 접속된다. 적분기가 전하 전송 증폭기의 출력에 접속되고 동적 비교기에 의해 제어된다. 적분기의 측정된 출력은 동작의 제 1 페이즈에서 여기 유닛을 통해 커패시터들의 고정 전극들에 인가될 수 있다. 제 2 페이즈에서, 커패시터들의 고정 전극들은 여기 유닛을 통해 2 개의 상이한 전압들에 의해 바이어싱된다. 전자 회로의 출력에서 최종 측정된 값을 획득하기 위해서 몇몇 측정 사이클들을 갖는 것이 필요하며, 이는 결점이다.
특허 출원들 DE 10 2005 031607 A1 및 US 2007/0236373 A1 에서는, 차동 커패시터의 용량성 신호 변화를 디지털 신호들로 변환하기 위한 회로만이 기재된다. 상이한 커패시터들은 적분 증폭기의 입력 다음에 비교기에 접속될 수 있다.
본 발명의 목적은 측정 센서들로서 용량성 센서들을 사용하는 측정 회로들의 구조 또는 동작과 관련하여 위에서 확인된 문제들을 극복하는 것이다.
본 발명의 제 1 양태에 따라, 청구항 1 에 인용된 바와 같은 전자 측정 회로가 제공된다.
제안된 새로운 해결 방안은 전자 측정 회로에서 증분 원리에 의해 고 분해능 출력 신호가 획득되는 이점을 갖는다. 연속 시그마 델타 기법을 사용하는 전자 회로들과는 대조적으로, 본 전자 측정 회로의 이러한 동작은 단일 샷 모드 상에서 아날로그에서 디지털로 변환하는 것을 허용한다. 또한, 고 분해능을 유지하며 상당히 양호한 선형성을 갖는 것에 의해 추정을 행하는 것이 필요한 샘플들의 수를 급격히 감소시키는 것이 가능하다. 예를 들어, 연속 기법에서는, 200 개의 샘플들이 제공될 수 있는 반면, 이러한 증분 원리에 의한 본 발명에서는, 측정 출력 신호를 결정하기 위해 단지 128 개의 샘플들만이 제공될 수 있다.
이롭게, 중심 노드 (양자의 커패시터들의 공통 전극) 에서의 이러한 가상 접지 덕분에, 신호는 더 이상 기생 커패시턴스에 의존하지 않는다. 신호는 중심 기생 커패시턴스에 의해 악영향을 받지 않는다. 게다가, 제 1 비교기로부터의 피드백 신호의 주어진 값 동안 센서 커패시터들에 걸친 모든 전압 트랜지션들이 효과적인 측정 출력 신호를 생성하고/분해능을 개선하는데 사용된다.
이롭게, 0 인, 이동 질량에 또는 중심 전극에 2 개의 고정 전극들에 의해 가해지는 평균 정전력을 갖는 것이 제공된다. 또한, 필요한 분해능 마다 소비의 적응이 있다.
발명의 제 2 양태에 따라, 청구항 5 에 인용된 바와 같은 물리적 파라미터를 측정하는 방법이 제공된다.
발명의 다른 양태들은 여기에 첨부된 종속 청구항들에서 인용된다.
발명의 다른 피처들 및 이점들은, 첨부된 도면들을 참조하여, 한정이 아닌 예시의 실시형태의 다음의 기재로부터 명백해질 것이며, 도면들에서:
도 1 은 본 발명의 일 양태에 따른 2 차 전자 측정 회로를 나타내는 블록 다이어그램이고; 그리고
도 2 는 2 개의 가능한 값들을 갖는 디지털 피드백 신호들에 대한 도 1 의 회로에서 측정 센서 커패시터들의 전압 스위칭을 도시하는 다이어그램이다.
이제 본 발명의 일 실시형태가 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 기재된다. 상이한 도면들에서 나타나는 동일하거나 대응하는 기능적 및 구조적 엘리먼트들에는 동일한 참조 번호들이 할당된다.
도 1 에 나타낸 측정 회로 또는 시스템은 커패시터들 (C1 및 C2) 을 포함하는 측정 센서 (1), 스위치 회로 (3), 제 1 적분기 회로 또는 유닛 (5), 제 1 비교기 (9), 제 2 적분기 회로 또는 유닛 (7), 제 2 비교기 (19), 및 피드백 회로 (11) 로 구성된다. 추가로 증분 계산 유닛 (13) 이 나타나 있으며, 이 증분 계산 유닛 (13) 은 2 개의 비교기들 (9, 19) 로부터의 2 개의 디지털 출력 신호들 (ai, bi) 을 수신하며, 또한 최종 디지털 신호 (y) 의 샘플링 레이트를 감소시키도록 배열된다. 실제 측정 결과는 데시메이션 (decimation) 후에 출력 신호에 의해 주어지며 통상적으로 12 또는 16 비트의 비트 스트링인 것을 유의해야 한다.
스위치 회로 (3) 는 Vref, Vdd 및 Vss 전압 소스들로의 접속에 의해 커패시터들 (C1 및 C2) 의 충전 또는 방전을 가능하게 하며, 여기서 Vss 는 접지 또는 0 이고, Vdd 는 측정 회로에서 적용가능한 최대 전압이며, Vref 는 Vss 와 Vdd 사이의 전압값이고, 바람직하게 Vdd/2 는 아니다. 이들 커패시터들의 양자 모두는 이들 커패시터들에 걸친 전압이 Vref 일 때 방전된다. 제 1 적분기 회로 (5) 에 있어서, 차동 전하 적분기는 제 1 상부 분기 적분기 커패시터 (Ci1p), 제 1 증폭기 (amp1) 및 제 1 하부 분기 적분기 커패시터 (Ci1m) 로 구성된다. 도시된 차동 전하 적분기는 대칭 적분기이고, 증폭기 (amp1) 를 사용하여 2 개의 커패시터들 (Ci1) 에 의해 전하들을 적분한다. 이 적분기는 상부 분기 스위치 (Tp) 및 하부 분기 스위치 (Tm) 에 의해 노드 (M) 에 접속된다.
제 1 적분기 회로 (5) 는 도 1 에 나타낸 바와 같은 추가 스위치들에 의해 제 2 적분기 회로 (7) 에 직렬로 접속되고, 제 1 비교기 (9) 에 직접 접속된다. 따라서, 제 1 적분기 회로 (5) 로부터의 2 개의 아날로그 출력 신호들 (Vi1p 및 Vi1m) 은 제 1 비교기 (9) 에 그리고 제 2 적분기 회로 (7) 에 제공 (feed) 되도록 배열된다.
제 2 적분기 회로 (7) 에서의 적분기는 제 2 상부 분기 적분기 회로 (Ci2p), 제 2 하부 분기 적분기 회로 (Ci2m) 및 제 2 증폭기 (amp2) 로 구성된다. 이 적분기는 또한 대칭적으로 스위칭되는 적분기이고 커패시터들 (Ci2p, Ci2m ) 및 증폭기 (amp2) 를 교대로 사용하는 것에 의해 제 1 적분기 회로 (5) 로부터 수신된 전하를 적분한다. 또한, 적분기가 전하의 전하의 적분을 수행하는 것을 돕는 커패시터들 (Cs2p 및 Cs2m) 이 또한 나타나 있다.
본 예에서, 제 2 적분기 (7) 는 제 2 비교기 (19) 에 직접 접속되고, 제 2 적분기 회로 (7) 로부터의 2 개의 아날로그 출력 신호들 (Vi2p 및 Vi2m) 은 제 2 비교기 (19) 에 제공되도록 배열된다. 제 2 비교기 (19) 는 제 2 적분기 회로 (7) 로부터 수신된 2 개의 아날로그 입력 신호들을 비교하도록 배열된다.
제 1 및 제 2 비교기 (9 및 19) 에서의 비교에 기초하여, 제 1 비교기 출력 신호 (ai) 는 양 또는 음의 값을 갖거나, 1 또는 0 (-1) 이고, 제 2 비교기 출력 신호 (bi) 는 양 또는 음의 값을 가지며, 이는 1 또는 0 (-1) 이다. 제 1 및 제 2 비교기들 (9 및 19) 로부터의 상기 2 개의 출력 신호들 (ai 및 bi) 은 증분 계산 유닛 (13) 에 공급되고, 이 증분 계산 유닛 (13) 은 이 측정 회로의 최종 디지털 출력 신호 (y) 를 공급한다. 각각의 비교기 (9 또는 19) 는 아날로그-디지털 변환기로서 또한 동작하도록 고려될 수 있다.
그 후 제 1 비교기 출력 신호 (ai) 는 이후 더 상세하게 설명될 바와 같이 스위칭 동작을 제어하기 위해 스위치 회로 (3) 에 피드백 신호 라인 (11) 을 통해 제공하도록 배열된다. 신호 (ai) 의 값은 적분될 전하가 양 또는 음인지 여부, 즉 적분이 특히 제 1 적분기 회로 (5) 에서 측정 구조의 하부 분기에 의해 행해지는지 또는 측정 구조의 상부 분기에 의해 행해지는지 여부를 결정한다. 기재된 회로가 전하들을 적분하는 방식 때문에, 도 1 에서의 회로는 2 차 시그마 델타 구조인 것으로 고려될 수 있다.
신호 (ai) 의 값이 양이면, 양의 피드백이 스위치 회로 (3) 에 인가되고, 본 예에서, 도 2 에 또한 나타낸 바와 같이, 시간 (Tp) 후에 다음의 2 개의 트랜지션들의 시퀀스가 커패시터들 (C1 및 C2) 에 인가된다:
- 제 1 트랜지션 : V1 에서의 전기적 포텐셜은 Vref 에서 Vdd 로 스위칭되는 한편, V2 에서의 전기적 포텐셜은 Vref 에서 Vss 로 스위칭되며, 스위치 (Tp) 는 C1 에 저장된 전하 및 C2 에 저장된 전하의 차이가 제 1 상부 분기 적분기 회로 (Ci1p) 로 전송되도록 활성화되거나 폐쇄된다. 주어진 시간 기간 후에 스위치 (Tp) 는 개방된다.
- 제 2 트랜지션 : V1 에서의 전기적 포텐셜은 Vdd 에서 Vref 로 스위칭되는 한편, V2 에서의 전기적 포텐셜은 Vss 에서 Vref 로 스위칭되며, 스위치 (Tm) 는 C1 에 저장된 전하 및 C2 에 저장된 전하의 차이가 제 1 하부 분기 적분기 회로 (Ci1m) 로 전송되도록 활성화되거나 폐쇄된다. 주어진 시간 기간 후에 스위치 (Tm) 는 개방된다.
신호 (ai) 의 값이 음이면, 음의 피드백이 스위치 회로 (3) 에 인가되고, 본 예에서, 도 2 에 또한 나타낸 바와 같이, 정의된 Tm 의 제 2 시간 후에 다음의 2 개의 트랜지션들의 시퀀스가 인가된다:
- 제 1 트랜지션 : V1 에서의 전기적 포텐셜은 Vref 에서 Vss 로 스위칭되는 한편, V2 에서의 전기적 포텐셜은 Vref 에서 Vdd 로 스위칭되며, 스위치 (Tm) 는 C1 에 저장된 전하 및 C2 에 저장된 전하의 차이가 제 1 하부 분기 적분기 회로 (Ci1m) 로 전송되도록 활성화되거나 폐쇄된다. 주어진 시간 기간 후에 스위치 (Tm) 는 개방된다.
- 제 2 트랜지션 : V1 에서의 전기적 포텐셜은 Vss 에서 Vref 로 스위칭되는 한편, V2 에서의 전기적 포텐셜은 Vdd 에서 Vref 로 스위칭되며, 스위치 (Tp) 는 C1 에 저장된 전하 및 C2 에 저장된 전하의 차이가 제 1 상부 분기 적분기 회로 (Ci1p) 로 전송되도록 활성화되거나 폐쇄된다. 주어진 시간 기간 후에 스위치 (Tp) 는 개방된다.
본 발명에 따라, 적분기들은 모든 전압 트랜지션 동안, 즉 커패시터들 (C1 및/또는 C2) 에 걸친 전압이 하나의 값으로부터 다른 값으로 상승 또는 강하할 때, 전하를 적분하도록 배열된다. 하지만, 전압값이 일정하게 유지될 때, 적분은 발생하지 않는다. 스위치들 (Tp 및 Tm) 의 동작은 바람직하게 스위치 회로 (3) 의 동작과 동기된다. 스위치 회로에서, 전압 스위치 주파수는 예를 들어 100 kHz 와 1000 kHz 사이일 수도 있다. 전압 스위치 주파수는 바람직하게 측정 회로의 동작 동안 일정하다. 전하의 적분은 측정 회로의 하부 분기의 적분기들에서 및 상부 분기의 적분기들에서 교대로 행해진다. 즉, 스위치 (Tp) 가 폐쇄될 때, 스위치 (Tm) 는 개방되며, 그 역 또한 마찬가지이다.
본 실시형태에 따라, 초기화 페이즈 동안, Vcm 이 제 2 적분기 회로 (7) 에 접속될 때, 공통 노드 (M) 는 Vref 에 직접 접속되고, 회로의 정상 동작 동안, 노드 (M) 은 증폭기 (amp1) 를 통해 가상 접지 (Vref) 에 접속된 상태를 유지하고, 이로써 실질적으로 일정한 전기적 포텐셜을 유지한다. 이러한 특성은 노드 (M) 와 접지 사이의 기생 커패시턴스의 소거를 가능하게 한다. 따라서, 전송된 전하에 대응하는 신호가 후속하여 기생 커패시턴스에 의해 영향을 받지 않는다.
용량성 센서에 대한 2 차 아날로그 프론트 엔드의 동작은 도 1 을 참조하여 위에 기재되었다. 용어 2 차 구조는 여기서 2 개의 적분 회로들을 갖는 구조를 지칭한다는 것이 이해된다. 하지만, 고차의 구조들을 사용하는 것에 의해 측정 회로를 구현하는 것이 가능하다. 실제로, 측정 구조에서의 적분기 회로들의 수가 많아질 수록, 양자화 잡음이 더 감소될 수 있다.
위에 설명되고 도 2 에 도시된 커패시터들 (C1 및 C2) 에 걸친 전압 변화들은 출력 신호 (ai) 의 값에 의존하여 노드들 (Vi1p 및 Vi1m) 에서의 전압 적분 및 Ci1p, Ci1m 으로 그리고 거기서부터 다른 적분기들의 커패시터들로의 전하 (Q) 의 전송을 유도한다. 실제로, 전하 (Q) 의 전송은 상부 또는 양의 분기에서 (스위치 (Tp) 를 통해) 다음과 같이 정의된다:
신호 (ai) 의 값이 양, 예를 들어 +1 일 때의 제 1 트랜지션:
Q = dQ1 + dQ2 (식 중, dQ1 = C1·(Vref - Vref) - C1·(Vref - Vdd) 이고 dQ2 = C2·(Vref - Vref) - C2·(Vref - Vss) 이다), Vref = Vdd/2 + Vmax (식 중, dQ1 및 dQ2 는 각각 커패시터들 (C1 및 C2) 상의 표면 전하 또는 저장된 전하의 변화의 레이트이고, Vmax 는 시스템의 감응도 (데시메이션 후의 출력 신호/(C1-C2))를 정하기 위해 자유도를 기재한다). 따라서, Q = -C1·(-Vdd/2 + Vmax) - C2·(Vdd/2 + Vmax) 또는 Q = (C1 - C2)·Vdd/2 - Vmax·(C1 + C2).
신호 (ai) 의 값이 음, 예를 들어 -1 또는 0 일 때의 제 2 트랜지션:
Q = dQ1 + dQ2 (식 중, dQ1 = C1·(Vref - Vref) - C1·(Vss - Vref) 이고, dQ2 = C2·(Vref - Vref) - C2·(Vdd - Vref) 이다), Vref = Vdd/2 + Vmax. 따라서, Q = C1·(Vdd/2 + Vmax) + C2·(-Vdd/2 - Vmax) 또는 Q = (C1 - C2)·Vdd/2 + Vmax·(C1 + C2).
그 결과, 다음의 표현이 획득된다:
Vi1p(n+1) = Q/Ci1p = ((C1 - C2)/Ci1p)·Vdd/2 - Vmax·((C1 + C2)/Ci1p)·ai + Vi1p(n)
위의 식에서, 변수 n 은 주어진 상태를 지칭한다. Vi1m 에서의 전압은 Vi1p 에서의 전압의 대칭 노드 전압이고, 그 식은
Vi1m(n+1) = Q/Ci1m = -((C1 - C2)/Ci1m)·Vdd/2 + Vmax·((C1 + C2)/Ci1m)·ai - Vi1m(n) 이다.
하나는 2 차 시그마 델타에 대한 추정을 정의할 수 있으며, 이는 예를 들어 다음과 같은 증분 계산에 의해 주어진다:
Σi (k - i)·(ai + bi) (i = 1 부터 k 이고, 2/(k·(k + 1)) 의 정확도를 가짐)
위의 식에서, 변수 k 는 디지털 출력들의 시리즈들인, 사용된 디지털 샘플들 (ai 및 bi) 의 수이다. 12-비트 분해능 변환을 달성하기 위해서, 128 사이클들이 필요하다. 디지털 출력들 (ai 및 bi) 의 2 개의 시리즈들에 의해, 단일 샷 출력 (y) 을 재구성하는 것이 가능하다. 그래서 유닛 (13) 에서의 계산은 증분 원리에 의해 동작된다.
상술한 측정 회로들은 몇몇 다른 방식들로 수정될 수 있다. 예를 들어, 측정 회로의 차수가 더 많은 적분기 회로를 포함하도록 증가될 수 있고, 또는 다중 비트 양자화기가 사용될 수도 있다. 다중 비트 구조는 하나의 피드백 신호 사이클에 대하여, 즉 피드백 신호의 하나의 값에 대하여, 다중레벨 양자화기를 사용하고 수개의 트랜지션들 (예를 들어, 2 개 보다 많음) 을 사용하는 것에 의해 달성될 수 있다. 구조에서의 약간의 수정들에 관계 없이, 2 개의 고정 전극들에 의해 중심 전극에 또는 이동 질량에 가해지는 평균 정전력은 0 이다. 또한, 측정 회로의 대칭 구조 덕분에, 모든 피드백 신호 사이클에 대해 리셋 페이즈가 필요하지 않다. 실제로, 본 발명에서, 2 개의 트랜지션들 후에, C1 및 C2 에 걸친 전압은, 바람직하게 Vdd/2 는 아닌, 초기 상태에 대응하는, Vref 로 다시 스위칭된다.
발명은 도면들 및 상기 기재에서 상세하게 예시되고 기재되었지만, 그러한 예시 및 기재는 한정적인 것이 아니라 예시적이거나 모범적인 것으로 고려되어야 하며, 발명은 개시된 실시형태에 제한되지 않는다. 다른 실시형태들 및 변형들은, 개시물 및 첨부된 청구항들의 연구에 기초하여, 청구된 발명을 수행할 때 당업자에 의해 이해되고, 달성될 수 있다.
청구항들에서, 단어 "포함하는 (comprising)" 은 다른 엘리먼트들 또는 단계들을 배제하지 않으며, 부정 관사 "a" 또는 "an" 는 복수를 배제하지 않는다. 상이한 피처들이 서로 상이한 종속 청구항들에서 인용된다는 단순한 사실은 이들 피처들의 조합이 이롭게 사용될 수 없는 것을 나타내지 않는다. 청구항들에서의 임의의 참조 부호들은 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.

Claims (12)

  1. 물리적 파라미터를 측정하기 위한 전자 측정 회로로서,
    - 2 개의 차동 장착된 (differential mounted) 커패시터들 (C1, C2) 을 포함하는 측정 센서 (1) 로서, 상기 커패시터들 (C1, C2) 의 각각이 고정 전극, 및 상기 2 개의 커패시터들 (C1, C2) 에 공통인 공통 전극을 포함하고, 상기 공통 전극은 상기 물리적 파라미터가 측정될 때 각각의 커패시터 (C1, C2) 의 용량값을 변경하기 위해서 상기 2 개의 커패시터들 (C1, C2) 의 각각의 고정 전극에 대해 이동가능하도록 배열되는, 상기 측정 센서 (1);
    - 상기 측정 센서 (1) 로부터 수신된 전하를 적분하기 위해 상기 공통 전극에 접속되고, 상기 공통 전극에 교대로 접속되도록 배열된 2 개의 적분기들을 포함하는, 제 1 적분기 유닛 (5);
    - 상기 제 1 적분기 유닛 (5) 의 상기 2 개의 적분기들로부터의 아날로그 출력값들을 비교하고 제 1 디지털 출력 신호 (ai) 를 공급하기 위한 제 1 비교기 (9),
    - 상기 제 1 적분기 유닛 (5) 으로부터 수신된 전하를 적분하기 위해 접속된 제 2 적분기 유닛 (7) 으로서, 상기 제 1 적분기 유닛 (5) 의 상기 2 개의 적분기들로부터의 전하를 교대로 적분하도록 배열된 2 개의 적분기들을 포함하는, 상기 제 2 적분기 유닛 (7);
    - 상기 제 2 적분기 유닛 (7) 의 상기 2 개의 적분기들로부터의 아날로그 출력값들을 비교하고 제 2 디지털 출력 신호 (bi) 를 공급하기 위한 제 2 비교기 (19);
    - 상기 2 개의 커패시터들 (C1, C2) 에 걸친 상이한 전압값들을 스위칭하기 위해 상기 측정 센서 (1) 에 접속된 스위치 회로 (3);
    - 상기 스위치 회로 (3) 의 동작을 제어하기 위해 상기 제 1 비교기 (9) 로부터의 상기 제 1 디지털 출력 신호 (ai) 를 상기 스위치 회로 (3) 로 제공 (feed) 하기 위한 피드백 회로 (11); 및
    - 상기 측정 회로의 최종 디지털 출력 신호 (y) 를 공급하기 위해 상기 제 1 비교기 (9) 로부터의 상기 제 1 디지털 출력 신호 (ai) 및 상기 제 2 비교기 (19) 로부터의 상기 제 2 디지털 출력 신호 (bi) 를 수신하는 증분 계산 유닛 (13) 을 포함하는, 물리적 파라미터를 측정하기 위한 전자 측정 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 적분기 유닛 (5) 및 상기 제 2 적분기 유닛 (7) 은 직렬로 접속되는, 물리적 파라미터를 측정하기 위한 전자 측정 회로.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 적분기 유닛 (5) 및 상기 제 2 적분기 유닛 (7) 은 교대로 동작하도록 배열된 2 개의 스위치들에 의해 접속되는, 물리적 파라미터를 측정하기 위한 전자 측정 회로.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 적분기 유닛들 (5, 7) 의 각각은 하나의 증폭기 (amp1, amp2) 및 대칭 적분기로서 접속된 2 개의 적분기 커패시터들 (Ci1p, Ci1m, Ci2p, Ci2m) 을 포함하는, 물리적 파라미터를 측정하기 위한 전자 측정 회로.
  5. 측정 센서 (1) 를 포함하는 전자 측정 회로에 의해 물리적 파라미터를 측정하는 방법으로서,
    상기 측정 센서 (1) 는 2 개의 차동 장착된 커패시터들 (C1, C2) 을 포함하고, 상기 커패시터들 (C1, C2) 의 각각은 고정 전극, 및 상기 커패시터들 (C1, C2) 의 양자 모두에 공통인 공통 전극을 포함하고, 상기 공통 전극은 상기 물리적 파라미터가 측정될 때 각각의 커패시터 (C1, C2) 의 용량값을 변경하기 위해서 상기 2 개의 커패시터들 (C1, C2) 의 각각의 고정 전극에 대해 이동가능하도록 배열되며,
    상기 물리적 파라미터를 측정하는 방법은,
    - 제 1 적분기 유닛 (5) 이 상기 공통 전극에 접속되어 상기 측정 센서 (1) 로부터 수신된 전하를 적분하는 것으로서, 상기 제 1 적분기 유닛 (5) 은 상기 공통 전극에 교대로 접속되는 2 개의 적분기들을 포함하는, 상기 수신된 전하를 적분하고, 그리고 상기 전하의 적분을 교대로 수행하며;
    - 제 1 비교기 (9) 가 상기 제 1 적분기 유닛 (5) 의 상기 2 개의 적분기들로부터의 아날로그 출력값들을 비교하고 제 1 디지털 출력 신호 (ai) 를 출력하며;
    - 제 2 적분기 유닛 (7) 이 상기 제 1 적분기 유닛 (5) 으로부터 수신된 전하를 적분하기 위해 접속되고, 상기 제 2 적분기 유닛 (7) 은 2 개의 적분기들을 포함하여 상기 제 1 적분기 유닛 (5) 의 상기 2 개의 적분기들로부터의 전하의 적분을 교대로 수행하며;
    - 제 2 비교기 (19) 가 상기 제 2 적분기 유닛 (7) 의 상기 2 개의 적분기들로부터의 아날로그 출력값들을 비교하고 제 2 디지털 출력 신호 (bi) 를 공급하며;
    - 피드백 회로 (11) 가 상기 측정 센서 (1) 에 접속된 스위치 회로 (3) 에 상기 제 1 비교기 (9) 로부터의 디지털 출력 신호 (ai) 를 제공하며;
    - 상기 스위치 회로 (3) 가 수신된 상기 제 1 디지털 출력 신호 (ai) 의 값에 따라 상기 2 개의 커패시터들 (C1, C2) 에 걸친 전압을 변화시키며; 그리고
    - 증분 계산 유닛 (13) 이 상기 제 1 비교기 (9) 로부터의 상기 제 1 디지털 출력 신호 (ai) 및 상기 제 2 비교기 (19) 로부터의 상기 제 2 디지털 출력 신호 (bi) 를 수신하고, 상기 측정 회로의 2 진 출력 신호 (y) 를 공급하는 것
    을 포함하는, 물리적 파라미터를 측정하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 2 개의 커패시터들 (C1, C2) 에 걸친 전압은 적어도 3 개의 상이한 전압값들 (Vss, Vdd, Vref) 사이에서 스위칭되는, 물리적 파라미터를 측정하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 전압값들 중 하나는 0 이고, 상기 전압값들 중 하나는 최대 전압을 나타내며, 상기 전압값들 중 하나는 0 과 상기 최대 전압 사이인, 물리적 파라미터를 측정하는 방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 디지털 출력 신호 (ai) 의 하나의 값은 상기 제 1 적분기 유닛 (5) 의 상기 2 개의 적분기들의 각각으로 하여금 상기 2 개의 커패시터들 (C1, C2) 사이의 전하의 차이를 교대로 적분하게 하는, 물리적 파라미터를 측정하는 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 디지털 출력 신호 (ai) 의 하나의 값은 상기 2 개의 커패시터들 (C1, C2) 의 각각에 걸친 전압을 제 1 전압값 (Vref) 에서 제 2 전압값 (Vdd, Vss) 으로 변화시키고, 다시 상기 제 1 전압값 (Vref) 으로 변화시키는, 물리적 파라미터를 측정하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 커패시터들 (C1, C2) 중 하나에 걸친 전압값이 상기 제 2 전압값 (Vdd, Vss) 으로 스위칭될 때, 다른 커패시터 (C1, C2) 에 걸친 전압값은 제 3 전압값 (Vdd, Vss) 으로 스위칭되는, 물리적 파라미터를 측정하는 방법.
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 공통 전극은 상기 측정 회로의 동작 동안 일정한 전기 포텐셜에 있는, 물리적 파라미터를 측정하는 방법.
  12. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 적분기 유닛 (5) 은 2 개의 스위치들 (Tp, Tm) 에 의해 상기 측정 센서 (1) 에 접속되고, 상기 2 개의 스위치들 (Tp, Tm) 의 동작은 상기 제 1 디지털 출력 신호 (ai) 의 상태에 의존하여 상기 스위치 회로 (3) 의 동작과 동기되는, 물리적 파라미터를 측정하는 방법.
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