KR102237710B1 - 커패시터형 습도센서 - Google Patents

커패시터형 습도센서 Download PDF

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Abstract

본 발명은 커패시터형 습도센서에 관한 것으로, 레퍼런스 커패시터(CR)가 MIM 형태 또는 PIP 형태의 커패시터로 구현되고, 또한 MIM 형태 또는 PIP 형태의 커패시터가 어레이 배열되어 트리밍(trimming)이 가능하도록 한다.

Description

커패시터형 습도센서{Capacitor type Humidity Sensor}
본 발명은 커패시터형 습도센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 습도 센서의 레퍼런스 커패시터(CR)를 MIM(Metal-Insulator-Metal), PIP(Polysilicon-Insulator-Polysilicon)와 같은 종류의 커패시터로 적용하면서 트리밍(trimming) 가능하도록 한 커패시터형 습도센서에 관한 것이다.
습도센서는 습도 변화를 전기적 신호에 기초하여 검출하는 것이고, 근래에는 스마트 폰 등과 같은 스마트 기기에도 장착되고 있다. 즉, 스마트 기기가 대중화되면서 내장되는 센서 종류는 다양해지고 있는데, 주변 습도를 인식하는 습도 센서 역시 대표적인 예이다. 습도 센서를 이용함으로써 생활에 쾌적한 조건을 시각적으로 확인할 수 있다.
스마트 기기 등에 채용되는 습도센서는 보통 수분에 의한 감습 재료의 전기적 성질의 변화를 이용하여 습도를 측정한다. 그리고 상기한 전기적 성질에는 저항, 정전용량 및 공진 주파수 등이 있다. 그 중 습도에 따라 전기적 저항이 변하는 저항형 습도센서와 정전용량이 변하는 커패시터형 습도센서가 가장 많이 생산되고 있기 때문에 이에 따른 연구도 활발하게 이루어지고 있다.
한편, 커패시터형 습도센서는 저항형 습도센서에 비하여 장기 신뢰성이 우수하면서도 선형적인 센서 특성을 가지고 있어 정밀도가 높은 제품에 많이 적용하고 있으며 적용범위가 넓어지고 있는 추세이다.
그리고 커패시터형 습도 센서는 수분이 흡수되면 유전율이 변하는 폴리이미드 등의 감습 폴리머를 유전체로 하여 커패시터(capacitor) 형태로 제조된다.
일반적인 커패시터형 습도센서는 센싱 커패시터와 레퍼런스 커패시터로 구성된다. 그리고 커패시터형 습도센서는 습도 변화에 따라서 센싱 커패시터의 커패시턴스 값은 변동되고 레퍼런스 커패시턴스의 값은 일정하게 유지된다. 레퍼런스 커패시터는 센싱 커패시터의 오프셋을 제거하기 위해 센싱 커패시터와 사이즈가 서로 동일하게 형성하며, 서로 인접하여 배치하게 된다.
즉, 도 1을 보면, 센싱 커패시터(Cs)(10)와 레퍼런스 커패시터(Cr)(12)의 사이즈(size)가 서로 동일하게 형성되면서 서로 인접되어 배치되고 있음을 알 수 있다.
하지만, 센싱 커패시터(Cs)(10)와 레퍼런스 커패시터(Cr)(12)를 동일한 구조 및 사이즈로 형성하더라도 공정 편차에 의한 오프셋(offset) 차이 및 투습 물질에 의한 물성 차이가 존재할 수 있다. 그 결과 실제로는 오프셋(offset)이 제거되지 않고 일정 성분의 오프셋(offset)이 여전히 존재하는 문제가 있다.
따라서 센싱 커패시터(Cs)의 오프셋을 제거하는 것은 사실상 어려운 문제로 볼 수 있는 것이고, 이에 따라 습도를 정확하게 검출하지 못하고 어느 정도의 오차가 반드시 발생한다.
미국공개특허 US 2004-0182153(2004. 09. 23, Capacitive Humidity Sensor)
이에 본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 레퍼런스 커패시터(CR)를 MIM 형태 또는 PIP 형태의 커패시터 구조로 형성하는 커패시터형 습도센서를 제공하는 것이다.
이를 통해 어레이(array) 형태로 구성된 MIM 형태 또는 PIP 형태의 커패시터에 대한 트리밍(trimming) 동작을 수행하여 센싱 커패시터(Cs)와의 오프셋(offset) 차이를 제거하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적으로 상대적으로 적은 사이즈의 습도센서를 제공할 수 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은 피드백 커패시터(CF) 역시 MIM 형태 또는 PIP 형태의 커패시터 구조로 형성하고 트리밍하여 습도센서의 정밀도를 향상시키는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, - 드라이브 전압단자(-VDRV)와 연산 증폭기의 반전 단자(-) 사이에 연결되는 센싱 커패시터(CS); 및 + 드라이브 전압단자(+VDRV)와 상기 센싱 커패시터(CS)의 출력 노드(a) 사이에 연결되는 레퍼런스 커패시터(CR)를 포함하고, 상기 레퍼런스 커패시터(CR)를 트리밍하는 커패시터형 습도센서를 제공한다.
상기 레퍼런스 커패시터(CR)는 MIM(metal insulator metal) 커패시터 또는 PIP(polysilicon insulator polysilicon) 커패시터로 이루어지며, 복수 개의 어레이 형태로 구성된다.
상기 MIM(metal insulator metal) 커패시터 또는 PIP(polysilicon insulator polysilicon) 커패시터는 각각 동일한 값을 가지거나 2의 승수 값을 가진다.
상기 연산 증폭기의 반전단자(-)와 출력단자(VMEAS) 사이에 연결되며, MIM 커패시터 또는 상기 PIP 커패시터가 어레이 형태로 구성되는 피드백 커패시터(CF)를 더 포함한다.
상기 연산 증폭기의 반전단자(-)와 출력단자(VMEAS) 사이에 연결되며, 상기 피드백 커패시터(CF)를 리셋시키는 리셋 스위치를 더 포함한다.
상기 피드백 커패시터(CF)에 게인 트리밍 신호(GAIN_TRIM)가 인가되어 이득(gain)을 조정한다.
상기 연산 증폭기의 비반전 단자(+)는 접지 연결된다.
상기 + 드라이브 전압단자(+VDRV)와 상기 - 드라이브 전압단자(-VDRV)에 입력되는 전압 +VD 듀티 및 전압 -VD 듀티는 서로 상이하고, 상기 전압 -VD 듀티가 상기 전압 +VD 듀티보다 더 길게 유지된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 연산 증폭기의 비반전 단자(+)와 연결된 레퍼런스 커패시터(CR)를 포함하고, 상기 레퍼런스 커패시터는 MIM 커패시터 또는 PIP 커패시터가 어레이 형태로 제공되며, 미러(mirror) 구조인 커패시터형 습도센서를 제공한다.
상기 레퍼런스 커패시터(CR)를 트리밍하는 트리밍 신호(REF_TRIM)가 인가된다.
상기 연산 증폭기의 반전단자(-) 및 비반전 단자(+)와 출력단자(VMEAS -)(VMEAS +) 사이에 각각 연결되며, MIM 커패시터 또는 상기 PIP 커패시터가 어레이 형태로 제공되는 한 쌍의 피드백 커패시터(CF)를 더 포함한다.
상기 피드백 커패시터(CF)에 게인 트리밍 신호(GAIN_TRIM)가 인가되어 이득(gain)을 조정한다.
상기 연산 증폭기의 반전 단자(-) 및 비반전 단자(+)와 +드라이브 전압단자(+VDRV) 및 -드라이브 전압단자(-VDRV) 사이에 각각 연결되는 센싱 커패시터(CS)를 더 포함하여 구성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 커패시터형 습도센서에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
먼저 커패시터형 습도센서의 레퍼런스 커패시터(CR)를 MIM 또는 PIP와 같은 형태의 커패시터를 적용하여 제조하고 있다. 따라서 동일한 커패시터 용량을 가지는 일반적인 커패시터형 습도센서의 사이즈 대비 더 작은 커패시터형 습도센서를 제조할 수 있다.
또한 센싱 커패시터(CS)의 하부의 임의의 위치에 MIM 또는 PIP 형태의 커패시터를 배치할 수 있어, 설계 변경이 용이한 이점도 있다.
그리고 트리밍 가능하도록 MIM 커패시터 또는 PIP 커패시터를 복수 개 배열하여 레퍼런스 커패시터(CR)를 구현하고 있기 때문에, 센싱 커패시터(CS)의 오프셋(offset)를 감소시키거나 제거할 수 있다. 더욱이 피드백 커패시터(CF)를 트리밍 가능하게 어레이 구성된 MIM 커패시터 또는 PIP 커패시터로 구성할 수 있고, 그러면 습도 센서의 정밀도를 더 향상시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 습도센서의 단면도
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 커패시터형 습도센서를 보인 기본적인 회로 구성도
도 3은 도 2의 커패시터형 습도센서를 구체적으로 보인 실시 예 도면
도 4는 도 3의 커패시터형 습도센서의 출력전압과 상대습도에 따른 기울기 변화를 보인 그래프
도 5는 도 3의 커패시터형 습도센서에서 트리밍 과정을 수행한 후의 기울기 특성을 보인 그래프
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 커패시터형 습도센서를 보인 회로 구성도
본 발명은 커패시터형 습도센서를 구성하는 레퍼런스 커패시터(CR) 및 피드백 커패시터(CF)를 트리밍 가능하도록 MIM 또는 PIP 형태의 커패시터로 적용함으로써 센싱 커패시터(CS)의 오프셋(offset) 값을 감소 또는 제거하고, 아울러 칩 사이즈를 감소시키는 것을 기술적 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 커패시터형 습도센서를 보인 기본적인 회로 구성도이다.
도 2를 보면, 커패시터형 습도센서(100)는 - 드라이브 전압단자(-VDRV) 및 + 드라이브 전압단자(+VDRV)를 통해 드라이브 전압이 입력된다. 드라이브 전압은 서로 토글(toggle) 상태면서 서로 중복되지 않게 입력된다. 이때 - 드라이브 전압단자(-VDRV) 측에는 센싱 커패시터(CS)(102)가 연결되고, 상기 센싱 커패시터(CS)(102)의 출력 노드(a)와 + 드라이브 전압단자(+VDRV) 사이에는 레퍼런스 커패시터(CR)(104)가 연결된다.
출력 노드(a)는 연산 증폭기(110)의 반전 단자(-)와 연결된다. 그리고 연산증폭기(110)의 비반전 단자(+)는 접지(ground) 상태이다.
연산 증폭기(110)의 반전 단자(-) 측과 출력 단자(b)에는 일정 용량 값을 갖는 피드백 커패시터(CF)(106)와 리셋 스위치(sw)가 연결된다. 리셋 스위치(sw)를 통해 피드백 커패시터(CF)(106)의 값을 리셋시켜 준 후, 상기 드라이브 전압이 입력되게 한다.
여기서, 레퍼런스 커패시터(CR)(104)와 피드백 커패시터(CF)(106)의 값은 레퍼런스 트리밍 신호(REF_TRIM)와 게인 트리밍 신호(GAIN_TRIM)에 의해 조정 가능하다. 물론 레퍼런스 커패시터(CR)(104)와 피드백 커패시터(CF)(106)의 값 조정은 출력 전압(VMEAS) 값에 따라 선택적으로 수행될 것이다.
상기한 트리밍 과정을 수행하기 위해 커패시터형 습도센서(100)의 레퍼런스 커패시터(CR)(104) 및 피드백 커패시터(CF)(106)는 MIM 커패시터 또는 PIP 커패시터 형태가 채용된다. 상기 MIM(metal insulator metal) 커패시터나 PIP(polysilicon insulator polysilicon) 커패시터는 MOS(Metal Oxide Silicon)형 커패시터나 정션 커패시터(junction capacitor)와는 달리 바이어스에 독립적인 특징을 제공하고 있다.
상기 MIM 커패시터나 PIP 커패시터가 레퍼런스 커패시터(CR)(104) 및 피드백 커패시터(CF)(106)에 적용된 예는 도 3을 참조하기로 한다.
도 3은 도 2의 커패시터형 습도센서를 구체적으로 보인 실시 예 도면이다.
도 3을 보면, + 드라이브 전압단자(+VDRV)와 센싱 커패시터(CS)(102)의 출력 노드(a) 사이에 레퍼런스 커패시터(CR)(104)가 연결됨을 알 수 있다.
구체적으로 레퍼런스 커패시터(CR)(104)에는 MIM 또는 PIP 형태를 갖는 복수 개의 개별 레퍼런스 커패시터(CR0, CR1, CR2 ...)가 어레이 형태로 연결된다. 그리고 각 개별 레퍼런스 커패시터(CR0, CR1, CR2 ...)에는 스위치(SR0, SR1, SR2 ...)가 연결되며, 스위치(SR0, SR1, SR2 ...) 온 동작에 따라 레퍼런스 트리밍 신호(REF_TRIM)가 선택적으로 인가된다.
이때 상기 개별 레퍼런스 커패시터(CR0, CR1, CR2 ...)의 값은 서로 동일한 값을 가지거나 2의 승수 값을 가진다. 예를 들어 개별 레퍼런스 커패시터(CR0, CR1, CR2 ...)가 각각 1pF 값을 가지거나, 또는 CR0는 1pF, CR1는 2pF, CR2는 4pF, CR3는 8pF와 같이 셋팅할 수 있다. 한편 개별 레퍼런스 커패시터(CR0, CR1, CR2 ...)의 개수는 많을수록 미세한 트리밍이 가능하지만 커패시터형 습도센서(100)의 사이즈 및 성능 등을 종합적으로 고려하여 개별 레퍼런스 커패시터(CR0, CR1, CR2 ...)의 적정 개수를 결정하는 바람직하다.
이와 같이 레퍼런스 커패시터(CR)(104)를 일반 반도체 공정에서 제공하는 MIM 커패시터 또는 PIP 커패시터로 구성하면, 커패시터형 습도센서(100)를 더 작게 제조할 수 있다. 예컨대, 통상적인 MIM 커패시터의 단위 면적당 커패시터는 1fF/u2 ~ 4fF/u2이고, 센싱 커패시터의 단위 면적당 커패시터는 약 0.001fF/u2 ~ 0.1fF/u2로서, MIM 커패시터가 더 높기 때문이다.
마찬가지로 피드백 커패시터(CF)(106) 역시 MIM 또는 PIP 형태를 갖는 개별 피드백 커패시터(CF0, CF1, CF2 ...)가 어레이 형태로 연결된다. 그리고 개별 피드백 커패시터(CF0, CF1, CF2 ...)에는 스위치(SF0, SF1, SF2 ...)가 연결된다. 스위치(SF0, SF1, SF2 ...)를 통해 게인 트리밍 신호(GAIN_TRIM)가 인가된다.
이와 같이 피드백 커패시터(CF)(106)도 MIM 또는 PIP 형태의 커패시터로 하면, 이득 조정이 가능하기 때문에 더 정밀한 습도 센서를 제조할 수 있게 된다.
이처럼, 본 실시 예는 레퍼런스 커패시터(CR)(104) 및 피드백 커패시터(CF)(106)를 MIM 또는 PIP 커패시터로 구성함으로써, 그 레퍼런스 커패시터(CR)(104) 및 피드백 커패시터(CF)(106)를 트리밍 가능하게 하고 있다.
이어서는 레퍼런스 커패시터(CR)(104) 및 피드백 커패시터(CF)(106)의 트리밍 값에 대해 살펴본다.
도 3에 도시된 바와 같이 + 드라이브 전압단자(+VDRV) 및 - 드라이브 전압단자(-VDRV)에는 소정 주기 동안 토글(toggle) 상태로 드라이브 입력전압이 인가된다. 구체적으로 +드라이브 전압단자(+VDRV)와 -드라이브 전압단자(-VDRV)에 입력 파형은 ±VD 레벨로 인가된다. 이때 -드라이브 전압단자(-VDRV)와 +드라이브 전압단자(+VDRV)에 입력되는 전압이 바뀌는(transient) 순간이 서로 중첩이 되지 않게 입력이 된다. 즉, P1 구간에서 -드라이브 전압단자(-VDRV)로 입력되는 전압 -VD의 듀티는 P2 구간에서 입력되는 전압 +VD 듀티보다 더 길다. 반대로 P1 구간에서 +드라이브 전압단자(+VDRV)로 입력되는 전압 +VD 듀티보다 P2구간에 입력되는 전압 -VD의 듀티가 더 길다. 이렇게 하는 이유는 -드라이브 전압단자(-VDRV)와 +드라이브 전압단자(+VDRV)가 동시에 턴 온(turn on) 또는 턴 오프(turn off) 되는 시점을 제거하기 위함이다. 여기서 P1 구간과 P2 구간은 동일하다.
이렇게 드라이브 전압이 인가될 때, 센싱 커패시터(CS)(102)와 레퍼런스 커패시터(CR)(104)의 각 전극 사이에서 발생하는 정전용량 값과 비례하는 전하가 피드백 커패시터(CF)(106)에 축적된다. 그리고 축적된 전하와 대응하는 전압이 출력 단자(b)를 통해 출력전압(VMEAS)으로 출력된다.
이때 출력전압(VMEAS)은 공정 산포 등에 따라 다르게 출력된다. 즉, 만약 센싱 커패시터(CS)(102)의 커패시터 값이 습도센서(Chumidity)가 공정 산포에 의해 ±△CO 와 ±△Chumi dity 만큼의 산포가 존재한다면 출력전압(VMEAS)은 상대습도 RH의 함수로 나타낼 수 있으며, [수학식 1]로 나타낼 수 있다.
Figure 112014056699442-pat00001
여기서, CO는 습도에 무관한 초기 커패시턴스이며, CHumidity는 상대습도(RH)에 의한 커패시턴스 변화성분을 나타낸다.
상기 [수학식 1]을 참조하여 트리밍 수행 전의 기울기 값과 이상적인 기울기 값을 비교하기로 한다. 이는 도 4와 같다.
도 4를 보면, 센싱 커패시터(CS)(102)의 오프셋(off set)이 존재하지 않은 이상적인 상태의 기울기 값(Chumidity/CF)을 부호 'L'로 표시한다면, 공정 산포 등에 의해 센싱 커패시터(CS)(102)의 오프셋(offset)이 존재한 경우의 기울기 값(Chumidity±ΔChumidity/CF)은 부호 'M'과 같이 서로 다른 기울기를 가지게 된다.
그러나, 본 실시 예에 따라 레퍼런스 커패시터(CR)(104)에 대한 트리밍 과정을 적용하면 오프셋(offset)를 감소 또는 제거할 수 있게 된다. 즉 도 5에 도시한 바와 같이 이상적인 기울기 값(Chumidity/CF)을 추종하여 거의 동일하거나 유사한 기울기를 가지게 되는 것이다.
이는 레퍼런스 커패시터(CR)(104)의 트리밍 값을 구함으로써 가능하고, 도 4에 도시된 기울기가 서로 다른 'L'과 'M'를 함께 참조하면서 설명한다.
일단, 도 4에서 M 기울기의 B 포인트 전압에서 A 포인트 전압을 감산한 결과는 [수학식 2]와 같다.
Figure 112014056699442-pat00002
또한 L 기울기의 B 포인트 전압에서 A 포인트 전압을 감사한 결과는 [수학식 3]과 같다.
Figure 112014056699442-pat00003
한편 트리밍 결과에 따른 기울기 M은 이상적인 기울기 L과 같아야 한다. 따라서 [수학식 2]와 [수학식 3]은 다음의 [수학식 4]와 같이 같은 조건이 성립되어야 한다.
Figure 112014056699442-pat00004
따라서 상기 [수학식 2] 내지 [수학식 4]를 이용하면 피드백 커패시터(CF)(106)의 트리밍 값을 [수학식 5]와 같이 구할 수 있게 된다.
Figure 112014056699442-pat00005
이와 같이 피드백 커패시터(CF)(106)의 트리밍 값이 구해지면, 레퍼런스 커패시터(CR)(104)의 트리밍 값을 구할 수 있게 된다. 이는 [수학식 6]과 같다.
Figure 112014056699442-pat00006
상기한 과정에 따라 피드백 커패시터(CF)(106)의 트리밍 값과 레퍼런스 커패시터(CR)(104)의 트리밍 값을 구하는 과정을 살펴보았다.
그러면, 구해진 트리밍 값과 근접한 개별 레퍼런스 커패시터 또는 개별 피드백 커패시터가 연결되도록 스위치 SR0,SR1, SR2... 및 스위치 SF0, SF1, SF2...중 해당 스위치를 턴 온시키게 되고, 그 결과로서 센싱 커패시터(CS)(102)의 오프셋을 감소 또는 제거한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 커패시터형 습도센서를 보인 회로 구성도이다.
도면을 보면 연산 증폭기의 반전 단자(-)와 비반전 단자(+)에 트리밍 가능하도록 MIM 커패시터 어레이 구조가 미러(mirror) 형태로 구성된 예이다.
이는 상술한 도 2 및 도 3의 커패시터형 습도센서의 경우 비반전 단자(+)가 접지된 상태이지만, 비반전 단자(+)가 흔들리거나 노이즈(noise)가 포함될 수 있기 때문이다. 그러면 트리밍을 하더라도 트리밍 효과가 상쇄될 수 있기 때문이다.
반면, 도 6을 보면 연산 증폭기의 반전 단자(-) 및 비반전 단자(+)에 각각 연결되는 레퍼런스 커패시터(CR) 및 피드백 커패시터(CF)가 MIM 커패시터나 PIP 커패시터를 어레이로 구성하고 있음을 알 수 있다. 이때 출력은 +출력전압(VMEAS+)와 -출력전압(VMEAS-)의 전위차가 된다.
이렇게 하면 접지로 연결된 비반전 단자(+)의 상태와 상관없이 센싱 커패시터(CS)의 오프셋 값을 제어할 수 있게 된다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 커패시터형 습도센서의 레퍼런스 커패시터(CR) 및 피드백 커패시터(CF)를 트리밍 가능하도록 MIM 커패시터나 PIP 커패시터로 구성하고 있음을 알 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 도시된 실시 예를 참고하여 설명하고 있으나, 이는 예시적인 것들에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 요지 및 범위에 벗어나지 않으면서도 다양한 변형, 변경 및 균등한 타 실시 예들이 가능하다는 것을 명백하게 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적인 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
102 : 센싱 커패시터(CS)
104 : 레퍼런스 커패시터(CR)
106 : 피드백 커패시터(CF)
110 : 연산증폭기

Claims (13)

  1. - 드라이브 전압단자(-VDRV)와 연산 증폭기의 반전 단자(-) 사이에 연결되는 센싱 커패시터(CS); 및
    + 드라이브 전압단자(+VDRV)와 상기 센싱 커패시터(CS)의 출력 노드(a) 사이에 연결되는 레퍼런스 커패시터(CR)를 포함하고,
    상기 레퍼런스 커패시터(CR)은 상기 센싱 커패시터(CS)의 오프셋을 감소 또는 제거하도록 상기 레퍼런스 커패시터(CR)의 트리밍 값에 의해 트리밍되도록 하고,
    습도 출력 전압값은 상기 레퍼런스 커패시터(CR)의 트리밍 값과 피드백 커패시터(CF)의 트리밍 값에 의해 결정되는 커패시터형 습도센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 레퍼런스 커패시터(CR)는 MIM(metal insulator metal) 커패시터 또는 PIP(polysilicon insulator polysilicon) 커패시터로 이루어지며, 복수 개의 어레이 형태로 구성되는 커패시터형 습도센서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 MIM(metal insulator metal) 커패시터 또는 PIP(polysilicon insulator polysilicon) 커패시터는 각각 동일한 값을 가지거나 2의 승수 값을 가지는 커패시터형 습도센서.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 연산 증폭기의 반전단자(-)와 출력단자(VMEAS) 사이에 연결되며,
    MIM 커패시터 또는 상기 PIP 커패시터가 어레이 형태로 구성되는 피드백 커패시터(CF)를 더 포함하는 커패시터형 습도센서.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 연산 증폭기의 반전단자(-)와 출력단자(VMEAS) 사이에 연결되며,
    상기 피드백 커패시터(CF)를 리셋시키는 리셋 스위치를 더 포함하는 커패시터형 습도센서.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 피드백 커패시터(CF)에 게인 트리밍 신호(GAIN_TRIM)가 인가되어 이득(gain)을 조정하는 커패시터형 습도센서.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 연산 증폭기의 비반전 단자(+)는 접지 연결되는 커패시터형 습도센서.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 + 드라이브 전압단자(+VDRV)와 상기 - 드라이브 전압단자(-VDRV)에 입력되는 전압 +VD 듀티 및 전압 -VD 듀티는 서로 상이하고,
    상기 전압 -VD 듀티가 상기 전압 +VD 듀티보다 더 길게 유지되는 커패시터형 습도센서.
  9. - 드라이브 전압단자(-VDRV)와 연산 증폭기의 반전 단자(-) 사이에 연결되는 센싱 커패시터(CS);
    + 드라이브 전압단자(+VDRV)와 상기 센싱 커패시터(CS)의 출력 노드(a) 사이에 연결되는 레퍼런스 커패시터(CR);
    상기 연산 증폭기의 반전 단자(-)와 상기 연산 증폭기의 출력 단자(b) 사이에 연결되는 피드백 커패시터(CF)를 포함하며,
    상기 레퍼런스 커패시터(CR)는 MIM 커패시터 또는 PIP 커패시터가 어레이 형태로 제공되며, 미러(mirror) 구조이면서, 상기 센싱 커패시터(CS)의 오프셋을 감소 또는 제거하도록 상기 레퍼런스 커패시터(CR)의 트리밍 값에 의해 트리밍되도록 하고,
    상기 피드백 커패시터(CF)은 어레이 형태로 구성된 하나 이상의 MIM 커패시터 또는 PIP 커패시터를 포함하며 게인 트리밍 신호(GAIN_TRIM)가 인가되어 이득(gain)을 조정하는 커패시터형 습도센서.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 레퍼런스 커패시터(CR)를 트리밍하는 트리밍 신호(REF_TRIM)가 인가되는 커패시터형 습도센서.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 연산 증폭기의 비반전 단자(+)는 접지 연결되는 커패시터형 습도센서.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 + 드라이브 전압단자(+VDRV)와 상기 - 드라이브 전압단자(-VDRV)에 입력되는 전압 +VD 듀티 및 전압 -VD 듀티는 서로 상이하고,
    상기 전압 -VD 듀티가 상기 전압 +VD 듀티보다 더 길게 유지되는 커패시터형 습도센서.
  13. 삭제
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230047624A (ko) 2021-10-01 2023-04-10 호남대학교 산학협력단 광섬유 습도 센서
KR20230093968A (ko) 2021-12-20 2023-06-27 호남대학교 산학협력단 젤라틴이 코팅된 광섬유 브래그 격자형 습도 센서 시스템

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3855129B1 (en) * 2017-03-22 2023-10-25 Knowles Electronics, LLC Interface circuit for a capacitive sensor
CN108828029B (zh) * 2018-08-14 2020-10-23 天津大学 基于插入式电容传感器的含水率测量装置
JP7234843B2 (ja) * 2018-11-16 2023-03-08 ミネベアミツミ株式会社 検出装置及び電荷電圧変換回路
CN209326840U (zh) 2018-12-27 2019-08-30 热敏碟公司 压力传感器及压力变送器
US11144824B2 (en) * 2019-01-29 2021-10-12 Silicon Storage Technology, Inc. Algorithms and circuitry for verifying a value stored during a programming operation of a non-volatile memory cell in an analog neural memory in deep learning artificial neural network
KR102630328B1 (ko) * 2022-10-19 2024-01-31 한국과학기술원 습도센서 모듈과 이를 구비하는 습도 측정장치 및 이를 이용하는 습도측정 방법
CN116046856A (zh) * 2023-01-13 2023-05-02 上海矽睿科技股份有限公司 电容式湿度传感器和湿度检测设备

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060186901A1 (en) 2005-02-24 2006-08-24 Denso Corporation Moisture sensor device and self-diagnosing method therefor
US20120007215A1 (en) * 2005-09-30 2012-01-12 Broadcom Corporation On-chip capacitor structure

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3915563C1 (ko) * 1989-05-12 1990-10-25 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung Ev, 8000 Muenchen, De
US5420515A (en) * 1992-08-28 1995-05-30 Hewlett-Packard Company Active circuit trimming with AC and DC response trims relative to a known response
US6731121B1 (en) * 1999-10-15 2004-05-04 Microsensors Corp. Highly configurable capacitive transducer interface circuit
JP3855950B2 (ja) 2003-03-19 2006-12-13 株式会社デンソー 容量式湿度センサ
US6903558B1 (en) * 2003-04-25 2005-06-07 National Semiconductor Corporation Digitizing ohmmeter system
US8952839B2 (en) * 2012-12-31 2015-02-10 Silicon Laboratories Inc. Successive approximation register analog-to-digital converter with multiple capacitive sampling circuits and method
US10177781B2 (en) * 2013-06-24 2019-01-08 Silicon Laboratories Inc. Circuit including a switched capacitor bridge and method
EP2851661B1 (en) * 2013-09-24 2021-12-15 ams AG Optical sensor arrangement and method for light sensing
JP6228865B2 (ja) * 2014-03-06 2017-11-08 アルプス電気株式会社 センサ装置の検査方法及びそのセンサ装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060186901A1 (en) 2005-02-24 2006-08-24 Denso Corporation Moisture sensor device and self-diagnosing method therefor
US20120007215A1 (en) * 2005-09-30 2012-01-12 Broadcom Corporation On-chip capacitor structure

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230047624A (ko) 2021-10-01 2023-04-10 호남대학교 산학협력단 광섬유 습도 센서
KR20230093968A (ko) 2021-12-20 2023-06-27 호남대학교 산학협력단 젤라틴이 코팅된 광섬유 브래그 격자형 습도 센서 시스템

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