KR102081155B1 - 고정밀도의 저전력 센서인터페이스장치 - Google Patents

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Abstract

고정밀도의 저전력 센서인터페이스장치에 관한 것으로, 각 충전 구간에서의 센서의 검출량을 각 충전에 대한 방전이 임계 수준까지 진행된 임계 시점을 나타내는 신호로 변환하여 출력하는 타임컨버터, 및 각 충전에 대한 방전의 시작 시점부터 제 1 주파수의 클록 신호를 카운트한 값과 타임컨버터로부터 출력된 신호가 나타내는 임계 시점으로부터 제 1 주파수의 배수에 해당하는 제 2 주파수의 클록 신호를 카운트한 값으로부터 각 충전 구간에서의 센서의 검출량을 나타내는 디지털값을 산출하여 출력하는 디지털컨버터를 포함함으로써 센서의 검출량을 나타내는 디지털값의 정밀도를 대폭 높이면서도 센서인터페이스장치의 전력 소모를 최소화할 수 있다.

Description

고정밀도의 저전력 센서인터페이스장치 {Sensor interface device with low power and high precision}
센서의 검출량을 디지털값으로 변환하는 역할을 하는 센서인터페이스장치에 관한 것으로, 특히 고정밀도의 디지털값을 제공하면서도 전력소모가 매우 적은 센서인터페이스장치에 관한 것이다.
최근 들어, 배터리를 사용하는 스마트폰, 태블릿 PC(Personal Computer), 노트북 컴퓨터 등과 같은 휴대용 기기 분야에서 그 사용 시간을 늘이기 위해 배터리의 에너지 밀도를 높이기 위한 연구와 함께 휴대용 기기를 구성하는 소자들 각각의 전력 소모를 줄이기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 특히, 이러한 휴대용 기기에 설치되는 센서의 종류가 다양화됨과 동시에 그 개수도 증가하고 있다. 센서는 일반적으로 물리 화학적 변화량을 검출하기 때문에 이러한 아날로그 타입의 검출량을 다른 디지털 소자로 제공하기 위해서는 센서의 검출량을 디지털값으로 변환하기 위한 인터페이스장치가 필수적으로 요구된다.
휴대용 기기에 설치되는 센서의 개수가 증가함에 따라 센서별로 센서인터페이스장치의 전력소모도 무시할 수 없는 수준이 되었다. 센서인터페이스장치의 핵심 성능은 그것으로부터 출력되는 디지털값의 정밀도라고 할 수 있다. 휴대용 기기의 성능이 향상되면서 센서인터페이스장치로부터 출력되는 디지털값 역시 높은 정밀도로 디지털 소자에 제공되고 있다. 센서인터페이스장치로부터 고정밀도의 디지털값이 출력되기 위해서는 매우 높은 클록 주파수 기반의 카운트가 요구되는데 클록 주파수의 상승과 카운트 횟수 증가로 인해 전력소모가 증가한다는 문제가 있었다.
센서의 검출량을 나타내는 디지털값의 정밀도를 대폭 높이면서도 클록 주파수의 상승과 카운트 횟수 증가에 인한 센서인터페이스장치의 전력 소모를 최소화할 수 있는 센서인터페이스장치를 제공하는 데에 있다. 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 설명으로부터 또 다른 기술적 과제가 도출될 수도 있다.
본 발명에 따른 센서인터페이스장치는 일정 전압의 충전 후에 센서의 검출량에 따라 방전 시간이 변화되는 충방전회로에 충전과 방전을 반복하면서 각 충전 구간에서의 센서의 검출량을 상기 각 충전에 대한 방전이 임계 수준까지 진행된 임계 시점을 나타내는 신호로 변환하여 출력하는 타임컨버터; 및 상기 각 충전에 대한 방전의 시작 시점부터 제 1 주파수의 클록 신호를 카운트한 값과 상기 타임컨버터로부터 출력된 신호가 나타내는 임계 시점으로부터 제 2 주파수의 클록 신호를 카운트한 값으로부터 상기 각 충전 구간에서의 센서의 검출량을 나타내는 디지털값을 산출하여 출력하는 디지털컨버터를 포함하고, 상기 제 2 주파수는 상기 제 1 주파수의 배수이다.
상기 디지털컨버터는 상기 각 충전에 대한 방전의 시작 시점부터 상기 타임컨버터로부터 출력된 신호가 나타내는 임계 시점까지 상기 제 1 주파수의 클록 신호를 카운트한 값과 상기 타임컨버터로부터 출력된 신호가 나타내는 임계 시점으로부터 상기 제 1 주파수의 클록 신호의 한 주기의 잔여구간 및 한 주기 전체가 경과할 때까지 상기 제 2 주파수의 클록 신호를 카운트한 값에 기초하여 상기 각 충전 구간에서의 센서의 검출량을 나타내는 디지털값을 산출할 수 있다.
상기 디지털컨버터는 상기 각 충전에 대한 방전의 시작 시점부터 상기 타임컨버터로부터 출력된 신호가 나타내는 임계 시점까지 상기 제 1 주파수의 클록 신호의 펄스 개수를 카운트함으로써 상기 제 1 주파수의 클록 신호를 카운트하는 제 1 카운터; 상기 타임컨버터로부터 출력된 신호가 나타내는 임계 시점으로부터 상기 제 1 주파수의 클록 신호의 한 주기의 잔여구간 및 한 주기 전체가 경과할 때까지 상기 제 2 주파수의 클록 신호의 펄스 개수를 카운트함으로써 상기 제 2 주파수의 클록 신호를 카운트하는 제 2 카운터; 및 상기 제 1 카운터의 카운트값과 상기 제 2 카운터의 카운트값에 기초하여 상기 각 충전 구간에서의 센서의 검출량을 나타내는 디지털값을 산출하는 연산기를 포함할 수 있다.
상기 제 1 카운터는 상기 각 충전에 대한 방전의 시작 시점부터 상기 타임컨버터로부터 출력된 신호가 나타내는 임계 시점까지 상기 제 1 주파수의 클록 신호의 펄스 개수를 카운트한 값을 출력하고, 상기 제 2 카운터는 상기 타임컨버터로부터 출력된 신호가 나타내는 임계 시점으로부터 상기 제 1 주파수의 클록 신호의 한 주기의 잔여구간까지 상기 제 2 주파수의 클록 신호의 펄스 개수를 카운트한 값인 제 1 카운트값과 상기 제 1 주파수의 클록 신호의 한 주기의 전체 구간 동안에 상기 제 2 주파수의 클록 신호의 펄스 개수를 카운트한 값인 제 2 카운트값을 출력하고, 상기 연산기는 상기 제 1 카운터로부터 출력된 카운트값과 상기 제 2 카운터로부터 출력된 제 1 카운트값과 제 2 카운트값에 기초하여 상기 각 충전 구간에서의 센서의 검출량을 나타내는 디지털값을 산출할 수 있다.
상기 연산기는 상기 제 1 카운터로부터 출력된 카운트값에 0.5를 가산하고, 상기 가산 값에 상기 제 2 카운터로부터 출력된 제 2 카운트값을 승산하고, 상기 승산 값으로부터 상기 제 2 카운터로부터 출력된 제 1 카운트값을 감산함으로써 상기 각 충전 구간에서의 센서의 검출량을 나타내는 디지털값을 산출할 수 있다.
상기 디지털컨버터는 상기 제 1 주파수의 클록 신호로서 상기 제 1 주파수에 따라 주기적으로 펄스를 생성하여 출력하는 제 1 발진기를 더 포함하고, 상기 제 1 카운터는 상기 각 충전에 대한 방전의 시작 시점부터 상기 타임컨버터로부터 출력된 신호가 나타내는 임계 시점까지의 구간 동안 상기 제 1 발진기로부터 출력된 클록 신호의 각 펄스별 상승 에지가 발생할 때마다 제 1 발진기로부터 출력된 클록 신호의 카운트값을 증가시킬 수 있다.
상기 디지털컨버터는 상기 제 2 주파수의 클록 신호로서 상기 제 2 주파수에 따라 주기적으로 펄스를 생성하여 출력하는 제 2 발진기를 더 포함하고, 상기 제 2 카운터는 상기 타임컨버터로부터 출력된 신호가 나타내는 임계 시점으로부터 상기 제 2 발진기로부터 출력된 클록 신호의 한 주기의 잔여구간까지의 구간 동안 상기 제 2 발진기로부터 출력된 클록 신호의 각 펄스별 상승 에지가 발생할 때마다 상기 제 2 발진기로부터 출력된 클록 신호의 카운트값을 증가시키고, 상기 제 2 발진기로부터 출력된 클록 신호의 카운트값을 초기화한 후에 상기 제 1 발진기로부터 출력된 클록 신호의 한 주기의 전체 구간 동안 상기 제 2 발진기로부터 출력된 클록 신호의 각 펄스별 상승 에지가 발생할 때마다 상기 제 2 발진기로부터 출력된 클록 신호의 카운트값을 증가시킬 수 있다.
타임컨버터가 각 충전 구간에서의 센서의 검출량을 각 충전에 대한 방전이 임계 수준까지 진행된 임계 시점을 나타내는 신호로 변환하여 출력하고, 디지털컨버터가 각 충전에 대한 방전의 시작 시점부터 제 1 주파수의 클록 신호를 카운트한 값과 타임컨버터로부터 출력된 신호가 나타내는 임계 시점으로부터 제 1 주파수의 배수에 해당하는 제 2 주파수의 클록 신호를 카운트한 값으로부터 각 충전 구간에서의 센서의 검출량을 나타내는 디지털값을 산출하여 출력함으로써 센서의 검출량을 나타내는 디지털값의 정밀도를 대폭 높이면서도 클록 주파수의 상승과 카운트 횟수 증가에 인한 센서인터페이스장치의 전력 소모를 최소화할 수 있다. 상기된 바와 같은 효과들로 한정되지 않으며, 이하의 설명으로부터 또 다른 효과가 도출될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서인터페이스장치(2)의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 타임컨버터(22)의 구성의 일례를 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 타임컨버터(22)의 구성의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 디지털컨버터(23)의 구성도이다.
도 5는 도 1에 도시된 센서인터페이스장치(2)의 동작 타이밍도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 이하에서 설명되는 본 발명의 실시예는 센서의 검출량을 나타내는 디지털값의 정밀도를 대폭 높이면서도 클록 주파수의 상승과 카운트 횟수 증가에 인한 센서인터페이스장치의 전력 소모를 최소화할 수 있는 센서인터페이스장치에 관한 것이다. 이하에서는 이러한 고정밀도의 저전력 센서인터페이스장치를 간략하게 "센서인터페이스장치"로 호칭하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서인터페이스장치(2)의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 센서인터페이스장치(2)는 제어기(21), 타임컨버터(22), 및 디지털컨버터(23)로 구성된다. 제어기(21)는 센서(1)의 검출량을 디지털값으로 변환하기 위하여 타임컨버터(22)의 동작과 디지털컨버터(23)의 동작을 제어한다. 이러한 제어기(21)는 마이크로프로세서와 타임컨버터(22)의 동작과 디지털컨버터(23)의 동작을 제어하는 프로그램이 저장된 메모리의 조합으로 구현될 수도 있고, 게이트 어레이로 구현될 수도 있다.
타임컨버터(22)는 일정 전압까지의 충전 후에 센서(1)의 검출량에 따라 방전 시간이 변화되는 충방전 회로에 충전과 방전을 반복하면서 각 충전 구간에서의 센서(1)의 검출량을 각 충전에 대한 방전이 임계 수준까지 진행된 임계 시점을 나타내는 신호로 변환하여 출력한다. 이와 같이, 타임컨버터(22)는 각 충전 구간에서의 센서(1)의 검출량을 그것에 비례하는 각 충전에 대한 방전 시간 값, 즉 시간 도메인의 값으로 변환하는 역할을 한다. 디지털컨버터(23)는 각 충전에 대한 방전의 시작 시점부터 주파수 F1의 클록 신호를 카운트한 값과 타임컨버터(22)로부터 출력된 신호가 나타내는 임계 시점으로부터 주파수 F2의 클록 신호를 카운트한 값으로부터 각 충전 구간에서의 센서(1)의 검출량을 나타내는 디지털값을 산출하여 출력한다. 이와 같이, 디지털컨버터(23)는 각 충전에 대한 방전 시간 값을 센서(1)의 검출량을 나타내는 디지털값으로 변환하는 역할을 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 센서(1)의 검출량에 따라 방전 시간이 변화되면 그 방전이 진행됨에 따라 임계 전압 Vth까지 떨어지는 데 소요되는 시간이 달라지게 된다. 방전이 진행됨에 따라 임계 전압 Vth까지 떨어지는 데 소요되는 시간을 카운트함으로써 센서(1)의 검출량을 나타내는 디지털값이 산출될 수 있다. 고정밀도의 디지털값이 산출되기 위해서는 매우 높은 클록 주파수로 카운트되어야 하는데 클록 주파수의 상승과 카운트 횟수 증가로 인해 전력소모가 증가한다는 문제가 있다. 본 실시예에서, 주파수 F2는 주파수 F1의 배수이다. 예를 들어, 주파수 F2는 주파수 F1의 2배, 3배, 4배, ... 일 수 있다.
본 실시예에 따르면, 주파수 F1을 낮추고, 주파수 F2를 높임으로써 센서(1)의 검출량을 나타내는 디지털값의 정밀도를 대폭 높이면서도 클록 주파수의 상승과 카운트 횟수 증가에 인한 센서인터페이스장치(2)의 전력 소모를 최소화할 수 있다. 주파수 F1이 너무 낮으면 주파수 F1의 클록 신호의 카운트가 불가능해질 수 있으므로 센서(1)의 검출량을 고려하여 주파수 F1의 크기는 적절하게 설계되어야 한다. 주파수 F2가 높을수록 센서(1)의 검출량을 나타내는 디지털값의 정밀도가 높아지나 너무 높으면 클록 주파수의 상승과 카운트 횟수 증가로 인해 전력소모가 증가할 수 있기 때문에 센서인터페이스장치(2)가 적용되는 제품이 요구하는 데이터 정밀도와 제품의 전력 상태를 고려하여 적절하게 설계되어야 한다.
보다 상세하게 설명하면, 디지털컨버터(23)는 각 충전에 대한 방전의 시작 시점부터 타임컨버터(22)로부터 출력된 신호가 나타내는 임계 시점까지 주파수 F1의 클록 신호를 카운트한 값과 타임컨버터(22)로부터 출력된 신호가 나타내는 임계 시점으로부터 주파수 F1의 클록 신호의 한 주기의 잔여구간 및 한 주기 전체가 경과할 때까지 주파수 F2의 클록 신호를 카운트한 값에 기초하여 각 충전 구간에서의 센서(1)의 검출량을 나타내는 디지털값을 산출한다. 이하에서는 도 2-5를 참조하면서 제어기(21), 타임컨버터(22), 및 디지털컨버터(23)를 자세히 설명하기로 한다.
도 2는 도 1에 도시된 타임컨버터(22)의 구성의 일례를 도시한 도면이고, 도 3은 도 1에 도시된 타임컨버터(22)의 구성의 다른 예를 도시한 도면이다. 도 2, 3을 참조하면, 도 1에 도시된 타임컨버터(22)는 충방전회로(221), 비교기(222), XNOR 게이트(223)로 구성된다. 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 타임컨버터(22)는 도 2, 3에 도시된 회로 구성 이외에도 충방전 회로에 충전과 방전을 반복하면서 각 충전 구간에서의 센서(1)의 검출량을 각 충전에 대한 방전이 임계 수준까지 진행된 임계 시점을 나타내는 신호로 변환하여 출력할 수 있는 다양한 회로 구성으로 설계될 수 있음을 이해할 수 있다.
도 2에 도시된 센서(1)는 센싱 대상의 물리 화학적 변화량을 저항값의 변화로 검출하는 저항형 센서(11)이다. 이러한 저항형 센서의 대표적인 예로는 가스센서를 들 수 있다. 저항형 가스센서는 두 개의 전극 사이에 세라믹반도체와 같은 금속산화물을 삽입 연결하는 방식으로 제조된다. 이산화질소와 같은 산화가스가 저항형 가스센서에 접촉하게 되면 금속산화물로부터 전자를 받으면서 금속산화물의 저항값은 증가하게 된다. 반면, 일산화탄소와 같은 환원가스가 저항형 가스센서에 접촉하게 되면 금속산화물에 전자를 내주면서 금속산화물의 저항값이 감소하게 된다. 본 실시예는 전자의 경우와 같이, 저항형 센서(11)의 검출량이 많을수록 저항형 센서(11)의 저항값이 증가되는 경우에 적용될 수 있다. 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예가 단순한 회로 변경을 통하여 후자의 경우에도 적용될 수 있음을 이해할 수 있다.
충방전회로(221)는 일정 전압 Vch의 충전 후에 센서(1)의 검출량에 따라 방전 시간이 변화되는 특성을 갖는다. 도 2에 도시된 예에 따르면, 타임컨버터(22)의 충방전회로(221)는 저항형 센서(11)의 검출량에 따라 방전 시간이 변화되도록 제 1 전자스위치(2211), 제 2 전자스위치(2212), 커패시터(2213), 및 전원입력부(2214)로 구성된다. 제 1 전자스위치(2211)와 제 2 전자스위치(2212) 각각은 스위칭 트랜지스터로 구현될 수 있다. 제 1 전자스위치(2211)는 전원입력부(2214)와 커패시터(2213)의 두 개의 단자 중 어느 하나의 단자 사이에 연결되고, 커패시터(2213)의 두 개의 단자 중 다른 하나의 단자는 접지된다. 제 2 전자스위치(2212)는 제 1 전자스위치(2211)와 커패시터(2213)간의 연결 노드와 저항형 센서(11)의 두 개의 단자 중 어느 하나의 단자 사이에 연결되고, 저항형 센서(11)의 두 개의 단자 중 다른 하나의 단자는 접지된다.
제 1 전자스위치(2211)는 제어기(21)의 제어에 따라 RST 구간에서는 온(on)되고, CC, FC1, FC2 등 카운트 구간에서는 오프(off)된다. 제 2 전자스위치(2212)는 제어기(21)의 제어에 따라 RST 구간에서는 오프되고, CC, FC1, FC2 등 카운트 구간에서는 온된다. RST 구간에서 제 1 전자스위치(2211)가 온되고 제 2 전자스위치(2212)가 오프되면, 전원입력부(2214)와 커패시터(2213) 사이는 연결된 상태가 되고, 저항형 센서(11)와 커패시터(2213) 사이는 끊어진 상태가 되어 전원입력부(2214)로부터 출력된 일정 전압 Vch의 전원이 커패시터(2213)에 입력됨에 따라 커패시터(2213)의 충전, 즉 충방전회로(221)의 충전이 이루어진다.
CC, FC1, FC2 등 카운트 구간에서 제 1 전자스위치(2211)가 오프되고 제 2 전자스위치(2212)가 온되면, 전원입력부(2214)와 커패시터(2213) 사이는 끊어진 상태가 되고, 저항형 센서(11)와 커패시터(2213) 사이는 연결된 상태가 되어 커패시터(2213)에 충전된 전하는 저항형 센서(11)를 통해 흘러 나가게 됨에 따라 커패시터(2213)의 방전, 즉 충방전회로(221)의 방전이 이루어진다. 커패시터(2213)의 방전 진행 정도에 따라 커패시터(2213)의 출력전압은 점차적으로 하강하게 된다. 저항형 센서(11)의 검출량이 적음에 따라 저항형 센서(11)의 저항값이 작은 경우, 커패시터(2213)의 방전은 급격하게 이루어지며 커패시터(2213)의 출력전압은 급격하게 하강한다. 반면, 저항형 센서(11)의 검출량이 많음에 따라 저항형 센서(11)의 저항값이 큰 경우, 커패시터(2213)의 방전은 완만하게 이루어지며 커패시터(2213)의 출력전압은 완만하게 하강한다.
비교기(222)의 두 개의 입력단자 중 어느 하나의 입력단자는 제 1 전자스위치(2211)와 커패시터(2213)간의 연결 노드에 연결되고, 다른 하나의 입력단자에는 임계전압 Vth가 입력된다. XNOR 게이트(223)의 두 개의 입력단자 중 어느 하나의 입력단자는 비교기(222)의 출력단자에 연결되고, 다른 하나의 입력단자에는 제 1 전자스위치(2211)의 제어신호 S1이 입력된다. XNOR 게이트(223)의 출력단자로부터 타임컨버터(22)의 출력신호 Tout이 출력된다.
비교기(222)는 입력전압 Vin과 임계전압 Vth를 비교함으로써 입력전압 Vin이 임계전압 Vth보다 높으면 하이 상태의 신호 Cout를 출력하고, 입력전압 Vin이 임계전압 Vth 이하이면 로우 상태의 신호 Cout를 출력한다. 상술한 바와 같이, 커패시터(2213)의 방전 진행 정도에 따라 커패시터(2213)의 출력전압, 즉 커패시터(2213)로부터 비교기(222)로 입력되는 전압 Vin은 점차적으로 하강하게 된다. 비교기(222)는 하이 상태의 신호 Cout를 출력하다가 커패시터(2213)로부터 비교기(222)로 입력되는 전압 Vin이 임계전압 Vth 이하가 되면 로우 상태의 신호 Cout를 출력한다.
XNOR 게이트(223)는 제 1 전자스위치(2211)의 제어신호 S1과 비교기(222)의 출력신호 Cout의 상태 값이 서로 동일하면 하이 상태의 신호 Tout를 출력하고, 서로 다르면 로우 상태의 신호 Tout를 출력한다. 제 1 전자스위치(2211)의 제어신호 S1은 RST 구간에서는 하이 상태이고, CC, FC1, FC2 등 카운트 구간에서는 로우 상태이다. RST 구간에서는 비교기(222)로부터 하이 상태의 신호 Cout가 출력되므로 XNOR 게이트(223)로부터 하이 상태의 신호 Tout가 출력된다. CC, FC1, FC2 등 카운트 구간에서는 비교기(222)로부터 하이 상태의 신호 Cout가 출력되다가 커패시터(2213)로부터 비교기(222)로 입력되는 전압 Vin이 임계전압 Vth 이하가 되면 로우 상태의 신호 Cout가 출력된다. 이에 따라, CC, FC1, FC2 등 카운트 구간에서는 XNOR 게이트(223)로부터 로우 상태의 신호 Tout가 출력되다가 커패시터(2213)로부터 비교기(222)로 입력되는 전압 Vin이 임계전압 Vth 이하가 되면 하이 상태의 신호 Tout가 출력된다.
상술한 바와 같이, 저항형 센서(11)의 저항값이 작은 경우에 커패시터(2213)의 방전은 급격하게 이루어지며 커패시터(2213)의 출력전압은 급격하게 하강하므로, XNOR 게이트(223)로부터 출력되는 신호 Tout, 즉 타임컨버터(22)로부터 출력되는 신호 Tout의 상승 에지가 빨리 등장하게 된다. 저항형 센서(11)의 저항값이 큰 경우에 커패시터(2213)의 방전은 완만하게 이루어지며 커패시터(2213)의 출력전압은 완만하게 하강하므로, 타임컨버터(22)로부터 출력되는 신호 Tout의 상승 에지가 늦게 등장하게 된다. 즉, 저항형 센서(11)의 저항값이 커질수록 타임컨버터(22)로부터 출력되는 신호 Tout의 상승 에지의 등장 시점이 그 만큼 늦어지게 된다.
도 3에 도시된 센서(1)는 센싱 대상의 물리적 또는 화학적 변화량을 정전용량값의 변화로 검출하는 정전용량형 센서(12)이다. 이러한 정전용량형 센서(12)의 대표적인 예로는 습도센서를 들 수 있다. 정전용량형 습도센서는 두 개의 전극 사이에 습도에 따라 유전율이 변화되는 물질인 폴리머물질을 삽입 연결하는 방식으로 제조된다. 정전용량형 습도센서 주변의 습도가 높아지면 두 개의 전극 사이에 연결된 폴리머물질은 물과 활발하게 반응하면서 그것의 유전율이 증가하게 되고, 결과적으로 두 개의 전극 사이의 정전용량값은 증가하게 된다. 정전용량형 습도센서 주변의 습도가 낮으면 두 개의 전극 사이에 연결된 폴리머물질은 물과의 반응이 거의 일어나지 않음에 따라 그것의 유전율이 작게 나타나고, 결과적으로 두 개의 전극 사이의 정전용량값은 감소하게 된다.
도 3에 도시된 예에 따르면, 타임컨버터(22)의 충방전회로(221)는 정전용량형 센서(12)의 검출량에 따라 방전 시간이 변화되도록 제 1 전자스위치(2215), 제 2 전자스위치(2216), 저항(2217), 및 전원입력부(2218)로 구성된다. 제 1 전자스위치(2215)와 제 2 전자스위치(2216) 각각은 스위칭 트랜지스터로 구현될 수 있다. 제 1 전자스위치(2215)는 전원입력부(2218)와 정전용량형 센서(12)의 두 개의 단자 중 어느 하나의 단자 사이에 연결되고, 정전용량형 센서(12)의 두 개의 단자 중 다른 하나의 단자는 접지된다. 제 2 전자스위치(2216)는 제 1 전자스위치(2215)와 정전용량형 센서(12)간의 연결 노드와 저항(2217)의 두 개의 단자 중 어느 하나의 단자 사이에 연결되고, 저항(2217)의 두 개의 단자 중 다른 하나의 단자는 접지된다.
제 1 전자스위치(2215)는 제어기(21)의 제어에 따라 RST 구간에서는 온되고, CC, FC1, FC2 등 카운트 구간에서는 오프된다. 제 2 전자스위치(2216)는 제어기(21)의 제어에 따라 RST 구간에서는 오프되고, CC, FC1, FC2 등 카운트 구간에서는 온된다. RST 구간에서 제 1 전자스위치(2215)가 온되고 제 2 전자스위치(2216)가 오프되면, 전원입력부(2218)와 정전용량형 센서(12) 사이는 연결된 상태가 되고, 정전용량형 센서(12)와 저항(2217) 사이는 끊어진 상태가 되어 전원입력부(2218)로부터 출력된 일정 전압 Vch의 전원이 정전용량형 센서(12)에 입력됨에 따라 정전용량형 센서(12)의 충전, 즉 충방전회로(221)의 충전이 이루어진다.
CC, FC1, FC2 등 카운트 구간에서 제 1 전자스위치(2215)가 오프되고 제 2 전자스위치(2216)가 온되면, 전원입력부(2218)와 정전용량형 센서(12) 사이는 끊어진 상태가 되고, 정전용량형 센서(12)와 저항(2217) 사이는 연결된 상태가 되어 정전용량형 센서(12)에 충전된 전하는 저항(2217)을 통해 흘러 나가게 됨에 따라 정전용량형 센서(12)의 방전, 즉 충방전회로(221)의 방전이 이루어진다. 정전용량형 센서(12)의 방전 진행 정도에 따라 정전용량형 센서(12)의 출력전압은 점차적으로 하강하게 된다. 정전용량형 센서(12)의의 검출량이 적음에 따라 정전용량형 센서(12)의 정전용량값이 작은 경우, 정전용량형 센서(12)에 충전된 전하량이 적어 방전은 급격하게 이루어지며 정전용량형 센서(12)의의 출력전압은 급격하게 하강한다. 반면, 정전용량형 센서(12)의 검출량이 많음에 따라 정전용량형 센서(12)의 정전용량값이 큰 경우, 정전용량형 센서(12)에 충전된 전하량이 많아 방전은 완만하게 이루어지며 정전용량형 센서(12)의의 출력전압은 완만하게 하강한다.
비교기(222)와 XNOR 게이트(223)는 비교기(222)가 제 1 전자스위치(2215)와 커패시터(2213)간의 연결 노드가 아닌, 제 1 전자스위치(2215)와 정전용량형 센서(12)간의 연결 노드에 연결되는 점을 제외하고는 도 2에 도시된 예와 동일하므로 이하에서는 도 2에 도시된 예와의 차이점 위주로 설명하기로 한다. 이하 생략된 내용에 대해서는 도 2에 도시된 예의 설명으로 갈음하기로 한다. 정전용량형 센서(12)의 방전 진행 정도에 따라 정전용량형 센서(12)의 출력전압, 즉 정전용량형 센서(12)로부터 비교기(222)로 입력되는 전압 Vin은 점차적으로 하강하게 된다. 비교기(222)는 하이 상태의 신호 Cout를 출력하다가 정전용량형 센서(12)로부터 비교기(222)로 입력되는 전압 Vin이 임계전압 Vth 이하가 되면 로우 상태의 신호 Cout를 출력한다.
상술한 바와 같이, 정전용량형 센서(12)의 정전용량값이 작은 경우에 정전용량형 센서(12)의 방전은 급격하게 이루어지며 정전용량형 센서(12)의 출력전압은 급격하게 하강하므로, XNOR 게이트(223)로부터 출력되는 신호 Tout, 즉 타임컨버터(22)로부터 출력되는 신호 Tout의 상승 에지가 빨리 등장하게 된다. 정전용량형 센서(12)의 정전용량값이 큰 경우에 정전용량형 센서(12)의 방전은 완만하게 이루어지며 정전용량형 센서(12)의 출력전압은 완만하게 하강하므로, 타임컨버터(22)로부터 출력되는 신호 Tout의 상승 에지가 늦게 등장하게 된다. 즉, 정전용량형 센서(12)의 정전용량값이 커질수록 타임컨버터(22)로부터 출력되는 신호 Tout의 상승 에지의 등장 시점이 그 만큼 늦어지게 된다.
도 4는 도 1에 도시된 디지털컨버터(23)의 구성도이고, 도 5는 도 1에 도시된 센서인터페이스장치(2)의 동작 타이밍도이다. 도 4를 참조하면, 디지털컨버터(23)는 제 1 발진기(231), 제 1 카운터(232), 제 2 발진기(233), 제 2 카운터(234), 및 연산기(235)로 구성된다. 도 5를 참조하면, 제어기(21)는 RST(Reset) 구간, CC(Coarse Count) 구간, FC1(Fine Count 1) 구간, FC2(Fine Count 2) 구간, OFF 구간을 차례대로 반복하면서 각 구간의 특성에 따라 타임컨버터(21)의 충방전과 제 1 발진기(231), 제 1 카운터(232), 제 2 발진기(233), 제 2 카운터(234) 각각의 동작을 제어한다. 도 5에서 제어기(21)로부터 출력된 제어신호는 데이터신호와의 구별을 위해 점선으로 도시되어 있다.
제어기(21)는 RST 구간이 시작되면 타임컨버터(21)의 충방전회로(221)의 충전이 이루어지도록 충방전회로(221)의 스위칭을 제어함과 동시에 제 1 발진기(231), 제 1 카운터(232), 제 2 발진기(233), 및 제 2 카운터(234)를 리셋한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제 1 발진기(231)가 리셋되면 그 출력신호는 하이 상태로 유지되고, 제 2 발진기(233)가 리셋되면 그 출력신호는 로우 상태로 유지된다. 제 1 카운터(232)와 제 2 카운터(234)가 리셋되면 그 각각의 카운트값은 "0"으로 초기화된다. RST 구간은 충방전회로(221)에서 일정 전압 Vch까지의 충전에 소요되는 일정 시간의 구간을 의미한다. 이러한 RST 구간에 해당하는 일정 시간이 경과되면 타임컨버터(22)로부터 출력된 신호 Tout가 하이 상태로 로우 상태로 전환되면서 CC 구간이 시작된다.
제어기(21)는 CC 구간이 시작되면 타임컨버터(21)의 충방전회로(221)의 방전이 이루어지도록 충방전회로(221)의 스위칭을 제어함과 동시에 제 1 발진기(231)가 펄스 생성을 시작하고 제 1 카운터(232)가 제 1 발진기(231)에 대한 카운트를 시작하도록 제 1 발진기(231)의 동작과 제 1 카운터(232)의 동작을 제어한다. 제 1 발진기(231)는 제어기(21)의 제어에 따라 CC 구간에서 주파수 F1의 클록 신호로서 제 1 주파수에 따라 주기적으로 펄스를 생성하여 출력한다. 도 5에 도시된 예에 따르면, 제 1 발진기(231)는 RST 구간에서 하이 상태를 유지하다가 CC 구간의 시작과 동시에 하강하면서 이 하강 에지로부터 출발하여 주기적으로 펄스를 생성한다.
제 1 카운터(232)는 제어기(21)의 제어에 따라 CC 구간에서 각 RST 구간에서의 충전에 대한 방전의 시작 시점부터 타임컨버터(22)로부터 출력된 신호 Tout가 나타내는 임계 시점까지 제 1 발진기(231)로부터 출력된 주파수 F1의 클록 신호의 펄스 개수를 카운트함으로써 제 1 발진기(231)로부터 출력된 주파수 F1의 클록 신호를 카운트하고, 이와 같이 주파수 F1의 클록 신호의 펄스 개수를 카운트한 값 NCC를 출력한다. 본 실시예에 따르면, 제 1 카운터(232)는 각 RST 구간에서의 충전에 대한 방전의 시작 시점부터 타임컨버터(22)로부터 출력된 신호 Tout가 나타내는 임계 시점까지의 구간 ts 동안 제 1 발진기(231)로부터 출력된 클록 신호의 각 펄스별 상승 에지가 발생할 때마다 제 1 발진기(231)로부터 출력된 클록 신호의 카운트값을 하나씩 증가시키고, 그 구간에 대한 카운트가 완료되면 카운트값 NCC를 출력한다.
상술한 바에 따르면, 각 RST 구간에서의 충전에 대한 방전의 시작 시점은 타임컨버터(22)로부터 출력된 신호 Tout가 하이 상태가 로우 상태로 전환되는 시점, 즉 하강 에지의 등장 시점이고, 타임컨버터(22)로부터 출력된 신호 Tout가 나타내는 임계 시점은 타임컨버터(22)로부터 출력된 신호 Tout가 로우 상태가 하이 상태로 전환되는 시점, 즉 상승 에지의 등장 시점이다. 이와 같이, 타임컨버터(22)로부터 출력된 신호 Tout는 그 임계 시점을 로우 상태가 하이 상태로 전환되는 시점, 즉 상승 에지의 등장 시점으로 나타낸다. 즉, 제 1 카운터(232)는 타임컨버터(22)로부터 출력된 신호 Tout의 하강 에지 등장 시점부터 바로 다음의 상승 에지 등장 시점까지의 구간 ts 동안 제 1 발진기(231)로부터 출력된 주파수 F1의 클록 신호의 펄스 개수, 즉 상승 에지 개수를 카운트한다. 도 5에 도시된 세 가지 데이터 변환 예들 중, 첫 번째 예에서 제 1 카운터(232)의 카운트값 NCC는 "2"이다.
CC 구간은 타임컨버터(22)로부터 출력된 신호 Tout가 하이 상태에서 로우 상태로 전환되었다가 다시 하이 상태로 전환되는 가변 길이의 시간 구간을 의미한다. 상술한 바와 같이, CC 구간의 길이는 충방전회로(221)의 방전 시간, 즉 센서(1)의 검출량에 비례하게 된다. 타임컨버터(22)로부터 출력된 신호 Tout가 하이 상태로 전환됨에 따라 CC 구간이 종료되면 FC1 구간이 시작된다. 제어기(21)는 FC1 구간이 시작되면 제 2 발진기(233)가 클록신호 생성을 시작하고 제 2 카운터(234)가 제 2 발진기(233)에 대한 카운트를 시작하도록 제 2 발진기(233)의 동작과 제 2 카운터(234)의 동작을 제어한다. 제 2 발진기(233)는 제어기(21)의 제어에 따라 FC1 구간에서 주파수 F2의 클록 신호로서 주파수 F2에 따라 주기적으로 펄스를 생성하여 출력한다. 도 5에 도시된 예에 따르면, 제 2 발진기(233)는 RST, CC 구간에서 로우 상태를 유지하다가 FC1 구간의 시작과 동시에 상승하면서 이 상승 에지로부터 출발하여 주기적으로 펄스를 생성한다.
FC1 구간은 타임컨버터(22)로부터 출력된 신호 Tout가 나타내는 임계 시점으로부터 주파수 F1의 클록 신호의 한 주기의 잔여구간까지의 구간 tRemain을 의미하고, FC2 구간은 FC1 구간 다음에 바로 이어지는 주파수 F1의 클록 신호의 한 주기 전체 구간을 의미한다. 제 2 카운터(234)는 제어기(21)의 제어에 따라 FC1, FC2 구간에서 타임컨버터(22)로부터 출력된 신호 Tout가 나타내는 임계 시점으로부터 제 1 발진기(231)로부터 출력된 주파수 F1의 클록 신호의 한 주기의 잔여구간 및 한 주기 전체가 경과할 때까지 제 2 발진기(233)로부터 출력된 주파수 F2의 클록 신호의 펄스 개수를 카운트함으로써 제 2 발진기(233)로부터 출력된 주파수 F2의 클록 신호를 카운트한다. 연산기(235)는 제 1 카운터(232)의 카운트값과 제 2 카운터(234)의 카운트값에 기초하여 각 RST 구간에 해당하는 각 충전 구간에서의 센서(1)의 검출량을 나타내는 디지털값 Dout을 산출한다.
보다 상세하게 설명하면, 제 2 카운터(234)는 제어기(21)의 제어에 따라 FC1, FC2 구간에서 타임컨버터(22)로부터 출력된 신호 Tout가 나타내는 임계 시점으로부터 제 1 발진기(231)로부터 출력된 주파수 F1의 클록 신호의 한 주기의 잔여구간까지 제 2 발진기(233)로부터 출력된 주파수 F2의 클록 신호의 펄스 개수를 카운트한 값인 카운트값 NFC1과 제 1 발진기(231)로부터 출력된 주파수 F1의 클록 신호의 한 주기의 전체 구간 동안에 제 2 발진기(233)로부터 출력된 제 2 주파수의 클록 신호의 펄스 개수를 카운트한 값인 카운트값 NFC2를 출력한다.
본 실시예에 따르면, 제 2 카운터(234)는 FC1 구간에서 타임컨버터(22)로부터 출력된 신호 Tout가 나타내는 임계 시점으로부터 제 1 발진기(231)로부터 출력된 클록 신호의 한 주기의 잔여구간까지의 구간 tRemain 동안 제 2 발진기(233)로부터 출력된 클록 신호의 각 펄스별 상승 에지가 발생할 때마다 제 2 발진기(233)로부터 출력된 클록 신호의 카운트값을 하나씩 증가시키고, 그 구간에 대한 카운트가 완료되면 카운트값 NFC1를 출력한다. 이어서, 제 2 카운터(234)는 FC2 구간에서 제 2 발진기(233)로부터 출력된 클록 신호의 카운트값을 초기화한 후에 제 1 발진기(231)로부터 출력된 클록 신호의 한 주기의 전체 구간 동안 제 2 발진기(233)로부터 출력된 클록 신호의 각 펄스별 상승 에지가 발생할 때마다 제 2 발진기(233)로부터 출력된 클록 신호의 카운트값을 하나씩 증가시키고, 그 구간에 대한 카운트가 완료되면 카운트값 NFC2를 출력한다.
연산기(235)는 제 1 카운터(232)로부터 출력된 카운트값 NCC과 제 2 카운터(234)로부터 출력된 카운트값 NFC1과 카운트값 NFC2에 기초하여 각 RST 구간에 해당하는 각 충전 구간에서의 센서(1)의 검출량을 나타내는 디지털값 Dout을 산출한다. 도 5에 도시된 세 가지 데이터 변환 예들 중, 첫 번째 예에서 제 1 카운터(232)의 카운트값 NFC1은 "8"이고, 카운트값 NFC2는 "10"이다. 도 5를 참조하면, 센서(1)의 검출량에 비례하는 충방전회로(221)의 방전 시간, 즉 타임컨버터(22)로부터 출력된 신호 Tout의 하강 에지 시점부터 그 다음에 나타나는 상승 에지 시점까지의 구간 tS은 주파수 F1의 클록 신호의 분해능(resolution)으로 카운트되었기 때문에 센서(1)의 검출량을 나타내는 디지털값의 정밀도를 높이기 위해서는 주파수 F2의 클록 신호의 분해능에 해당하는 카운트로 변환되어야 한다. 이러한 변환 과정은 다음 수학식 1 ~ 3에 나타나 있다.
Figure 112018074547279-pat00001
Figure 112018074547279-pat00002
Figure 112018074547279-pat00003
수학식 1을 참조하면, 제 2 발진기(233)로부터 출력된 클록 신호의 주기 tF2에 대한 제 1 발진기(231)로부터 출력된 클록 신호의 주기 tF1의 비율은 제 2 카운터(234)로부터 출력된 카운트값 NFC2이다. 도 5에 도시된 세 가지 데이터 변환 예들 중, 첫 번째 예에서 제 2 카운터(234)로부터 출력된 카운트값 NFC2는 "10"이므로 제 2 발진기(233)로부터 출력된 클록 신호의 주기 tF2에 대한 제 1 발진기(231)로부터 출력된 클록 신호의 주기 tF1의 비율은 "10"이 된다. 여러 가지 원인들로 인해, 제 2 카운터(234)로부터 출력된 카운트값 NFC2에 미세한 오차가 발생할 수 있으나, 주기 tF2에 대한 주기 tF1의 비율과 거의 동일하므로 무시될 수 있다. 주기 tF2에 대한 주기 tF1의 비율은 미리 정해진 값, 예를 들어 "10"으로 센서인터페이스장치의 비휘발성 메모리(미도시)에 저장될 수 있다. 이 경우, FC2 구간에서의 카운트가 생략될 수 있으나 발진기의 주파수는 온도, 전압, 공정 미스매치(mismatch) 등으로 인해 미세하게 변화될 수 있기 때문에 FC2 구간에서의 카운트를 수행함이 바람직하다.
센서(1)의 검출량을 나타내는 디지털값 Dout은 제 2 발진기(233)로부터 출력된 클록 신호의 주기 tF2에 대한 타임컨버터(22)로부터 출력된 신호 Tout의 구간 tS의 비율로 표현될 수 있다. 주기 tF2에 대한 구간 tS의 비율은 수학식 2에 따라 산출될 수 있다. 구간 tS의 길이가 주기 tF2로 나누어지지 않을 경우에 주기 tF2에 대한 구간 tS의 비율은 "(NCC + 0.5)*NFC2 - NFC1"과 정확히 일치하지 않을 수도 있으나 주파수 F2의 클록 신호의 분해능을 고려할 때 매우 미세한 오차이므로 무시될 수 있다. 따라서, 센서(1)의 검출량을 나타내는 디지털값 Dout은 수학식 3에 따라 산출될 수 있다. 수학식 2에서 NCC 로부터 0.5가 감산된 것은 제 1 발진기(231)는 RST 구간에서 하이 상태를 유지하다가 CC 구간의 시작과 동시에 하강하면서 이 하강 에지로부터 출발하여 주기적으로 펄스를 생성하기 때문이다. 도 5에 도시된 세 가지 데이터 변환 예들 중, 첫 번째 예에서 센서(1)의 검출량을 나타내는 디지털값 Dout은 수학식 3에 따라 "2.5*10 - 8 = 17"이 된다.
이와 같이, 연산기(235)는 제 1 카운터(232)로부터 출력된 카운트값 NCC에 0.5를 가산하고, 그 가산 값에 제 2 카운터(234)로부터 출력된 카운트값 NFC2을 승산하고, 그 승산 값으로부터 제 2 카운터(234)로부터 출력된 카운트값 NFC1을 감산함으로써 각 RST 구간에 해당하는 각 충전 구간에서의 센서(1)의 검출량을 나타내는 디지털값을 산출할 수 있다. FC2 구간이 종료되면 센서인터페이스장치(2)의 디지털값 출력 주기에 맞추기 위하여 FC2 구간의 종료 시점부터 디지털값 출력 주기의 종료 시점까지의 잔여 구간은 OFF 구간으로 처리된다. OFF 구간에서는 RST 구간과의 연속성을 위해 제 1 발진기(231)의 출력신호는 하이 상태로 유지되고, 제 2 발진기(233)의 출력신호는 로우 상태로 유지된다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 제 1 발진기(231)의 클록 주파수 F1을 낮추고, 제 2 발진기(233)의 클록 주파수 F2를 높임으로써 센서(1)의 검출량을 나타내는 디지털값의 정밀도를 대폭 높이면서도 클록 주파수의 상승과 카운트 횟수 증가에 인한 센서인터페이스장치(2)의 전력 소모를 최소화할 수 있다. 그 뿐만 아니라, 본 실시예에 따른 센서인터페이스장치(2)는 저항형 센서(11), 정전용량형 센서(12) 등 다양한 센서에 적용될 수 있기 때문에 범용적인 고정밀도의 저전력 센서인터페이스장치(2)가 제공될 수 있다. 특히, 본 실시예에 따른 센서인터페이스장치(2)가 스마트폰과 같이 다양한 센서가 탑재되면서도 전력 소비를 최대한 효율적으로 운영하여야 하는 기기에 적용될 경우에 센서 종류에 따라 각기 다른 종류의 인터페이스장치를 설치할 필요가 없게 되어 전체 시스템을 단순화할 수 있으면서도 센서와의 인터페이싱에 소비되는 전력을 최소화할 수 있고 매우 높은 정밀도의 센서 값이 다른 디지털 소자들에 제공될 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 그 다양한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명에 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 ... 센서
11 ... 저항형 센서 12 ... 정전용량형 센서
2 ... 센서인터페이스장치
21 ... 제어기
22 ... 타임컨버터
221 ... 충방전회로
2211, 2215 ... 제 1 전자스위치
2212, 2216 ... 제 2 전자스위치
2213 ... 커패시터 2217 ... 저항
2214, 2218 ... 전원입력부
222 ... 비교기 223 ... XNOR 게이트
23 ... 디지털컨버터
231 ... 제 1 발진기 232 ... 제 1 카운터
233 ... 제 2 발진기 234 ... 제 2 카운터
235 ... 연산기

Claims (7)

  1. 일정 전압의 충전 후에 센서의 검출량에 따라 방전 시간이 변화되는 충방전회로에 충전과 방전을 반복하면서 각 충전 구간에서의 센서의 검출량을 상기 각 충전에 대한 방전의 시작 시점과 상기 각 충전에 대한 방전이 임계 수준까지 진행된 임계 시점을 나타내는 신호로서 상기 각 충전에 대한 방전의 시작 시점에서 제 1 상태가 제 2 상태로 전환되고 상기 임계 시점에서 상기 제 2 상태가 상기 제 1 상태로 전환되는 신호로 변환하여 출력하는 타임컨버터; 및
    상기 타임컨버터로부터 출력된 신호가 나타내는 각 충전에 대한 방전의 시작 시점부터 제 1 주파수의 클록 신호를 카운트한 값과 상기 타임컨버터로부터 출력된 신호가 나타내는 임계 시점으로부터 제 2 주파수의 클록 신호를 카운트한 값으로부터 상기 각 충전 구간에서의 센서의 검출량을 나타내는 디지털값을 산출하여 출력하는 디지털컨버터를 포함하고,
    상기 제 2 주파수는 상기 제 1 주파수의 배수인 것을 특징으로 하는 센서인터페이스장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 디지털컨버터는 상기 타임컨버터로부터 출력된 신호가 나타내는 각 충전에 대한 방전의 시작 시점부터 상기 타임컨버터로부터 출력된 신호가 나타내는 임계 시점까지 상기 제 1 주파수의 클록 신호를 카운트한 값과 상기 타임컨버터로부터 출력된 신호가 나타내는 임계 시점으로부터 상기 제 1 주파수의 클록 신호의 한 주기의 잔여구간 및 한 주기 전체가 경과할 때까지 상기 제 2 주파수의 클록 신호를 카운트한 값에 기초하여 상기 각 충전 구간에서의 센서의 검출량을 나타내는 디지털값을 산출하는 것을 특징으로 하는 센서인터페이스장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 디지털컨버터는
    상기 타임컨버터로부터 출력된 신호가 나타내는 각 충전에 대한 방전의 시작 시점부터 상기 타임컨버터로부터 출력된 신호가 나타내는 임계 시점까지 상기 제 1 주파수의 클록 신호의 펄스 개수를 카운트함으로써 상기 제 1 주파수의 클록 신호를 카운트하는 제 1 카운터;
    상기 타임컨버터로부터 출력된 신호가 나타내는 임계 시점으로부터 상기 제 1 주파수의 클록 신호의 한 주기의 잔여구간 및 한 주기 전체가 경과할 때까지 상기 제 2 주파수의 클록 신호의 펄스 개수를 카운트함으로써 상기 제 2 주파수의 클록 신호를 카운트하는 제 2 카운터; 및
    상기 제 1 카운터의 카운트값과 상기 제 2 카운터의 카운트값에 기초하여 상기 각 충전 구간에서의 센서의 검출량을 나타내는 디지털값을 산출하는 연산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서인터페이스장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 카운터는 상기 타임컨버터로부터 출력된 신호가 나타내는 각 충전에 대한 방전의 시작 시점부터 상기 타임컨버터로부터 출력된 신호가 나타내는 임계 시점까지 상기 제 1 주파수의 클록 신호의 펄스 개수를 카운트한 값을 출력하고,
    상기 제 2 카운터는 상기 타임컨버터로부터 출력된 신호가 나타내는 임계 시점으로부터 상기 제 1 주파수의 클록 신호의 한 주기의 잔여구간까지 상기 제 2 주파수의 클록 신호의 펄스 개수를 카운트한 값인 제 1 카운트값과 상기 제 1 주파수의 클록 신호의 한 주기의 전체 구간 동안에 상기 제 2 주파수의 클록 신호의 펄스 개수를 카운트한 값인 제 2 카운트값을 출력하고,
    상기 연산기는 상기 제 1 카운터로부터 출력된 카운트값과 상기 제 2 카운터로부터 출력된 제 1 카운트값과 제 2 카운트값에 기초하여 상기 각 충전 구간에서의 센서의 검출량을 나타내는 디지털값을 산출하는 것을 특징으로 하는 센서인터페이스장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 연산기는 상기 제 1 카운터로부터 출력된 카운트값에 0.5를 가산하고, 상기 가산 값에 상기 제 2 카운터로부터 출력된 제 2 카운트값을 승산하고, 상기 승산 값으로부터 상기 제 2 카운터로부터 출력된 제 1 카운트값을 감산함으로써 상기 각 충전 구간에서의 센서의 검출량을 나타내는 디지털값을 산출하는 것을 특징으로 하는 센서인터페이스장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 디지털컨버터는
    상기 제 1 주파수의 클록 신호로서 상기 제 1 주파수에 따라 주기적으로 펄스를 생성하여 출력하는 제 1 발진기를 더 포함하고,
    상기 제 1 카운터는 상기 타임컨버터로부터 출력된 신호가 나타내는 각 충전에 대한 방전의 시작 시점부터 상기 타임컨버터로부터 출력된 신호가 나타내는 임계 시점까지의 구간 동안 상기 제 1 발진기로부터 출력된 클록 신호의 각 펄스별 상승 에지가 발생할 때마다 제 1 발진기로부터 출력된 클록 신호의 카운트값을 증가시키는 것을 특징으로 하는 센서인터페이스장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 디지털컨버터는
    상기 제 2 주파수의 클록 신호로서 상기 제 2 주파수에 따라 주기적으로 펄스를 생성하여 출력하는 제 2 발진기를 더 포함하고,
    상기 제 2 카운터는 상기 타임컨버터로부터 출력된 신호가 나타내는 임계 시점으로부터 상기 제 2 발진기로부터 출력된 클록 신호의 한 주기의 잔여구간까지의 구간 동안 상기 제 2 발진기로부터 출력된 클록 신호의 각 펄스별 상승 에지가 발생할 때마다 상기 제 2 발진기로부터 출력된 클록 신호의 카운트값을 증가시키고, 상기 제 2 발진기로부터 출력된 클록 신호의 카운트값을 초기화한 후에 상기 제 1 발진기로부터 출력된 클록 신호의 한 주기의 전체 구간 동안 상기 제 2 발진기로부터 출력된 클록 신호의 각 펄스별 상승 에지가 발생할 때마다 상기 제 2 발진기로부터 출력된 클록 신호의 카운트값을 증가시키는 것을 특징으로 하는 센서인터페이스장치.
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