KR102486740B1 - 지능형 센서 인식을 위한 센서 인터페이스 장치 및 방법 - Google Patents

지능형 센서 인식을 위한 센서 인터페이스 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

지능형 센서 인식을 위한 센서 인터페이스 장치 및 방법을 개시한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 센싱 커패시터와 연결되어 상기 센싱 커패시터의 정전용량을 측정하는 센서 인터페이스 장치에 있어서, 일 입력단에 인가되는 전압과 타 입력단에 인가되는 기준 전압간을 비교하여 비교 결과를 출력하는 비교기와 상기 비교기의 일 입력단과 기준 전압원 간의 연결을 제어하는 제1 스위치와 상기 센싱 커패시터의 일 끝단과 추가 전압원 또는 접지단과의 연결을 제어하는 제2 스위치와 상기 비교기의 일 입력단과 전류원 간의 연결을 제어하는 제3 스위치와 클럭신호를 생성하여 공급하는 클럭과 상기 비교기의 출력신호를 인가받으며, 상기 비교기의 일 입력단에 인가된 전압이 방전되기 시작하는 순간부터 상기 기준 전압과 동일해질 때까지 상기 클럭으로부터 공급되는 클럭신호의 펄스 개수를 카운팅하는 계수기 및 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치의 동작을 제어하여, 상기 비교기의 일 입력단으로 기준전압과 추가전압 일부와의 합 만큼의 전압이 인가되도록 한 후 방전이 개시되도록 하고, 상기 계수기의 카운팅 결과를 입력받아 상기 센싱 커패시터의 정전용량을 연산하는 제어부를 포함하며, 상기 센싱 커패시터는 상기 비교기의 일 입력단과 상기 제2 스위치의 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 센서 인터페이스 장치를 제공한다.

Description

지능형 센서 인식을 위한 센서 인터페이스 장치 및 방법{Sensor Interface Apparatus and Method for Intelligent Sensor Recognition}
본 발명은 기생 커패시터 성분을 제거한, 지능형 센서 인식을 위한 센서 인터페이스 장치 및 방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
센서는 크게 저항형 센서와 커패시터형 센서가 존재한다. 저항형 센서는 저항을 이용해 회로 내 변화하는 전류를 감지하여 센싱하고자 하는 대상을 센싱하는 장치이며, 커패시터형 센서는 커패시터의 정전용량(Capacitance) 변화를 토대로 센싱하고자 하는 대상을 센싱한다. 저항형 센서가 상대적으로 저렴하게 구현될 수 있지만 지속적으로 전원이 인가되는 상태를 유지해야 하기 때문에, 저전력으로 동작할 수 있는 커패시터형 센서가 다양한 분야에 이용된다. 커패시터형 센서는 터치센서 또는 압력센서 등 다양한 센서로 사용될 수 있으며, MEMS 등에도 적용될 수 있다.
종래의 커패시터형 센서는 센서 역할을 하는 센싱 커패시터와 커패시터의 정전용량을 인지하는 센서 인터페이스 회로를 포함한다. 이때, 센서와 센서 인터페이스 회로가 연결되며 불가피하게 기생 커패시터 성분이 발생하게 된다. 이와 같이 발생하는 기생 커패시터 성분은 센서 인터페이스 회로에서 센싱 커패시터의 정전용량을 연산함에 있어 포함되어 센싱값을 부정확하게 만든다. 센싱된 정전용량에서 기생 커패시터 성분이 제거되어야 하기에, 종래의 커패시터형 센서는 센싱한 센싱값에 추가적으로 기생 커패시터 성분을 제거하기 위한 별도의 공정을 추가로 거쳐야만 했다.
또한, 온도, 공정 또는 전압 등에 의해 커패시터 성분값이 변화할 수 있기에, 이를 보상하여 정확한 센싱 커패시터의 정전용량을 연산해야 한다. 이때, 기생 커패시터 성분 역시 전술한 조건에 영향을 받기 때문에, 보상 공정 역시 기생 커패시터 성분에도 추가적으로 수행되어야 하는 불편이 있었다.
본 발명의 일 실시예는, 기생 커패시터 성분을 고려할 필요가 없이 커패시터형 센서로부터 센싱값을 획득할 수 있는 센서 인터페이스 장치 및 방법을 제공하는 데 일 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 센싱 커패시터와 연결되어 상기 센싱 커패시터의 정전용량을 측정하는 센서 인터페이스 장치에 있어서, 일 입력단에 인가되는 전압과 타 입력단에 인가되는 기준 전압간을 비교하여 비교 결과를 출력하는 비교기와 상기 비교기의 일 입력단과 기준 전압원 간의 연결을 제어하는 제1 스위치와 상기 센싱 커패시터의 일 끝단과 추가 전압원 또는 접지단과의 연결을 제어하는 제2 스위치와 상기 비교기의 일 입력단과 전류원 간의 연결을 제어하는 제3 스위치와 클럭신호를 생성하여 공급하는 클럭과 상기 비교기의 출력신호를 인가받으며, 상기 비교기의 일 입력단에 인가된 전압이 방전되기 시작하는 순간부터 상기 기준 전압과 동일해질 때까지 상기 클럭으로부터 공급되는 클럭신호의 펄스 개수를 카운팅하는 계수기 및 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치의 동작을 제어하여, 상기 비교기의 일 입력단으로 기준전압과 추가전압 일부와의 합 만큼의 전압이 인가되도록 한 후 방전이 개시되도록 하고, 상기 계수기의 카운팅 결과를 입력받아 상기 센싱 커패시터의 정전용량을 연산하는 제어부를 포함하며, 상기 센싱 커패시터는 상기 비교기의 일 입력단과 상기 제2 스위치의 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 센서 인터페이스 장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 비교기의 일 입력단으로 기생 커패시터가 추가로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 제어부는 상기 계수기의 카운팅 결과, 상기 추가 전압원의 크기 및 상기 전류원의 크기를 토대로 상기 센싱 커패시터의 정전용량을 연산하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 비교기는 상기 타 입력단으로 기준전압을 지속적으로 인가받는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 센서 인터페이스 장치가 센싱 커패시터와 연결되어 상기 센싱 커패시터의 정전용량을 측정하는 방법에 있어서, 비교기의 일 입력단 및 상기 센싱 커패시터에 기준전압을 충전시키는 제1 충전과정과 상기 비교기의 일 입력단에 전압을 추가로 충전시키는 제2 충전과정과 상기 비교기의 일 입력단에 충전된 전압을 방전시키는 방전과정과 상기 비교기의 일 입력단의 전압이 상기 비교기의 타 입력단에 인가된 기준전압과 동일해질 때까지의 클럭 횟수를 계수하는 계수과정 및 상기 계수과정에서 계수된 횟수를 토대로 센싱 캐패시터의 정전용량을 연산하는 연산과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 인터페이스 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 제1 스위치의 동작에 의해, 상기 제1 충전과정에서 상기 비교기의 일 입력단과 기준 전압을 공급하는 기준 전압원이 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 제2 스위치의 동작에 의해, 상기 제1 충전과정에서 상기 센싱 커패시터의 일단이 접지단과 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 제1 스위치의 동작에 의해, 상기 제2 충전과정에서 상기 비교기의 일 입력단과 기준 전압을 공급하는 기준 전압원의 연결이 해제되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 제2 스위치의 동작에 의해, 상기 제2 충전과정에서 상기 센싱 커패시터의 일단이 추가 전압원과 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 제2 스위치의 동작에 의해, 상기 센싱 커패시터의 일단에 다른 구성과의 연결이 해제되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 제3 스위치의 동작에 의해, 방전을 위한 전류원과 상기 비교기의 일 입력단이 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 정전용량을 감지하여 센싱하고자 하는 대상을 센싱하는 센싱 시스템에 있어서, 센싱 커패시터 및 상기 센싱 커패시터와 연결되어, 상기 센싱 커패시터의 정전용량을 측정하는 센서 인터페이스 장치를 포함하며, 상기 센서 인터페이스 장치는 일 입력단에 인가되는 전압과 타 입력단에 인가되는 기준 전압간을 비교하여 비교 결과를 출력하는 비교기와 상기 비교기의 일 입력단과 기준 전압원 간의 연결을 제어하는 제1 스위치와 상기 센싱 커패시터의 일 끝단과 추가 전압원 또는 접지단과의 연결을 제어하는 제2 스위치와 상기 비교기의 일 입력단과 전류원 간의 연결을 제어하는 제3 스위치와 클럭신호를 생성하여 공급하는 클럭과 상기 비교기의 출력신호를 인가받으며, 상기 비교기의 일 입력단에 인가된 전압이 방전되기 시작하는 순간부터 상기 기준 전압과 동일해질 때까지 상기 클럭으로부터 공급되는 클럭신호의 펄스 개수를 카운팅하는 계수기 및 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치의 동작을 제어하여, 상기 비교기의 일 입력단으로 기준전압과 추가전압 일부와의 합 만큼의 전압이 인가되도록 한 후 방전이 개시되도록 하고, 상기 계수기의 카운팅 결과를 입력받아 상기 센싱 커패시터의 정전용량을 연산하는 제어부를 포함하며, 상기 센싱 커패시터는 상기 비교기의 일 입력단과 상기 제2 스위치의 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 센싱 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 비교기의 일 입력단으로 기생 커패시터가 추가로 형성되는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 기생 커패시터 성분을 고려할 필요가 없이 커패시터형 센서로부터 센싱값을 획득할 수 있어, 연산량이 현저히 감소할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 시스템의 일 예를 도시한 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 인터페이스 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3 내지 11은 본 발명의 일 실시예에 센서 인터페이스 장치의 시간에 따른 동작을 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 인터페이스 장치의 인터페이싱 방법을 도시한 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 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, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 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 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 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 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 시스템의 일 예를 도시한 회로도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 인터페이스 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 시스템(100)은 센싱 커패시터(110) 및 센서 인터페이스 장치(200)를 포함하며, 센서 인터페이스 장치(200)는 제1 스위치(120), 제2 스위치(124), 제3 스위치(128), 비교기(130), 클럭(140), 계수기(150) 및 제어부(210)를 포함한다.
센싱 시스템(100)은 센싱 커패시터(110) 및 센서 인터페이스 장치(200)를 포함하여, 센싱 커패시터(110)의 정전용량(CS) 값을 디지털로 변환하여 감지한다. 이때, 센서 인터페이스 장치(200)가 센싱 커패시터(110)와 연결될 경우, 필연적으로 인터페이스 장치(200) 내에 기생 커패시터(115)가 배치된다. 이는 센싱 커패시터(110)의 정전용량값을 감지하는데 방해되는 요인이기에 배제되어야 한다. 센서 인터페이스 장치(200)는 제2 스위치(124)를 포함하여 센싱 커패시터(110)를 추가 전원 또는 접지단으로 연결을 조정함으로써, 기생 커패시터(115)의 정전용량 값과 무관하게 센싱 커패시터(110)의 정전용량 값만을 간편하게 연산할 수 있다.
제1 스위치(120)는 제어부(210)의 제어에 따라, 비교기(130)의 일 입력단(138)으로 기준 전압(VREF)이 인가될지 여부를 조정한다. 제1 스위치(120)는 비교기(130)의 일 입력단(138)과 기준 전압(VREF)을 공급하는 전압원 사이에 위치하여, 제어부(210)의 제어에 따라 비교기(130)의 일 입력단(138)으로 기준 전압(VREF)의 인가여부를 결정한다.
제2 스위치(124)는 제어부(210)의 제어에 따라, 센싱 커패시터(110)의 일단(비교기의 일 입력단(138)과 연결되는 일단의 반대편)으로 추가 전압(VDD) 또는 접지단(GND)이 연결될 수 있도록 하거나 연결을 차단한다. 제2 스위치(124)는 센싱 커패시터(110)의 일단이 추가 전압(VDD)을 공급하는 전압원과 연결되도록 하여, 추가전압이 각 커패시터(110, 115)에 의해 분배되며 비교기의 일 입력단(138)에 추가로 전압이 인가되도록 한다. 또는, 제2 스위치(120)는 센싱 커패시터(110)의 일단이 접지단과 연결되어, 센싱 커패시터(110)에 일정한 전압이 충전될 수 있도록 한다. 또는, 제2 스위치(124)는 센싱 커패시터(110)의 일단이 전술한 구성들 중 어느 하나와도 연결되지 않도록 할 수 있다. 이에, 센싱 커패시터(110)는 개방 회로가 되어 충전이 일어나지 않는다.
제3 스위치(128)는 제어부(210)의 제어에 따라, 비교기(130)의 일 입력단(138)으로 전류원(IB)의 연결 여부를 조정한다. 제3 스위치(128)는 비교기(130)의 일 입력단(138)과 전류원(IB)의 연결여부를 조정하여, 비교기(130)의 일 입력단(138)으로 인가된 전압의 방전 여부를 결정한다.
비교기(130)는 양 입력단(134)에 인가되는 전압의 크기를 비교하여 차이에 대한 결과를 출력한다. 비교기(130)의 일 단(134)으로는 기준 전압(VREF)이 지속적으로 인가되며, 비교기(130)의 타 단(138)으로는 기준 전압(VREF) 또는 기준 전압 이상의 크기를 가지며 방전에 의해 크기가 변화하는 전압이 인가된다. 비교기(130)의 양 입력단으로 전압이 인가되면, 비교기(130)는 출력단으로 양자의 차이를 출력한다.
클럭(140)은 비교기(130) 및 계수기(150)에 클럭신호를 제공한다. 클럭(140)이 클럭신호를 공급함으로써, 계수기(150)가 클럭신호를 이용해 비교기(130)의 출력을 입력받아 방전되는 시간을 측정할 수 있도록 한다.
계수기(150)는 입력되는 클럭신호의 펄스 개수를 계수하여, 비교기(130)의 일 단(138)으로 인가된 전압이 방전을 시작하여 기준전압까지 방전되는 시간을 측정한다. 클럭신호는 일정한 주기를 갖기 때문에, 계수한 펄스 개수를 이용해 펄스 개수가 계수될 때 까지의 시간을 측정할 수 있다. 계수기(150)는 센싱 커패시터(110)로 인해 일정 전압까지 방전되는 시간을 측정하여, 센싱 커패시터(110)의 크기를 연산할 수 있도록 한다.
제어부(210)는 제1 내지 제3 스위치(120, 124, 128)의 동작을 제어하며, 계수기(150)에서 카운팅된 펄스의 개수를 토대로 센싱 커패시터(110)의 정전용량을 연산한다. 제어부(210)의 제1 내지 제3 스위치(120, 124, 128) 동작 제어나 센싱 커패시터(110)의 정전용량 연산은 도 3 내지 11을 참조하여 상세히 후술한다. 제어부(210)는 제1 내지 제3 스위치(120, 124, 128)의 동작에 의해, 센싱 커패시터(110)의 정전용량을 연산 과정에서 기생 커패시터(115)의 정전용량을 전혀 고려하지 않을 수 있다. 이에 의해, 제어부(210)의 연산량이 현저히 감소할 수 있다.
도 3 내지 11은 본 발명의 일 실시예에 센서 인터페이스 장치의 시간에 따른 동작을 도시한 도면이다.
도 3 내지 5는 최초로 센싱 커패시터(110)에 선충전되는 동작을 도시한 도면이다.
제어부(210)는 제1 스위치(120)가 비교기(130)의 일 입력단(138)과 기준 전압원을 연결하도록, 제2 스위치(124)가 센싱 커패시터(110)의 일단을 접지단과 연결하도록, 제3 스위치(128)는 비교기(130)의 일 입력단(138)과 전류원이 연결되지 않도록 제어한다. 이에 따라, 비교기(130)의 일 입력단(138)까지의 회로는 도 4와 같이 구현된다. 제1 스위치(120)의 동작에 의해 기준 전압원에서 기준 전압(VREF)이 센싱 커패시터(110)와 기생 커패시터(115)에 충전된다. 각 커패시터로의 충전으로 인해, 비교기(130)의 일 입력단(138)의 전위(전압)는 기준 전압만큼 형성된다.
도 6 내지 8은 다음으로 비교기(130)의 일 입력단(138)에 전압이 추가로 충전되는 동작을 도시한 도면이다.
제어부(210)는 제1 스위치(120)가 비교기(130)의 일 입력단(138)과 기준 전압원의 연결을 해제하도록, 제2 스위치(124)가 센싱 커패시터(110)의 일단을 추가 전압원과 연결하도록, 제3 스위치(128)는 지속적으로 비교기(130)의 일 입력단(138)과 전류원이 연결되지 않도록 제어한다. 전술한 선충전에 의해 각 캐패시터에는 기준전압이 충전된 상태이며, 비교기(130)의 일 입력단(138)에는 기준전압만큼의 전위가 인가되어 있는 상황이다. 이때, 제2 스위치(124)가 동작하며 센싱 커패시터(110)의 일단에 추가 전압(VDD)이 인가될 경우, 센싱 커패시터(110)와 기생 커패시터(115)는 직렬연결된 형태를 갖는다. 이에, 추가 전압(VDD)에서 각 커패시터(110, 115)로 전압 분배가 일어난다. 이때, 기생 커패시터(115)의 양단(비교기(130)의 일 입력단(138))에는 다음의 전압이 인가된다. 기생 커패시터(115)의 양단을 ΔV라 가정하면,
Figure 112021046010198-pat00001
여기서, CP는 기생 커패시터(115)의 정전용량을 의미한다. 폐회로를 구성하는 추가 전압원과 각 커패시터(110, 115)는 충전만이 수행되기 때문에, 비교기(130)의 일 입력단(138)에는 기준 전압(VREF)에 추가적으로 전압 분배에 의한 ΔV가 추가적으로 인가된다. 이에 따라, 비교기(130)의 일 입력단(138)에는 VREF+ΔV만큼의 전압이 인가된다.
도 9 내지 11은 다음으로 커패시터에 충전된 전압에서 방전되며 방전시간을 카운팅하는 동작을 도시한 도면이다.
제어부(210)는 제1 스위치(120)가 연결 해제상태를 유지하도록, 제2 스위치(124)가 센싱 커패시터(110)의 일단과 추가 전압원 또는 접지단과의 연결을 모두 해제하도록, 제3 스위치(128)는 비교기(130)의 일 입력단(138)과 전류원이 연결되도록 제어한다. 제2 스위치(124)의 동작에 의해 센싱 커패시터(110)는 개방된 것과 같은 효과를 가져오며, 기생 커패시터(115)에 의해 비교기(130)의 일 입력단(138)에 유지되던 전압(VREF+ΔV)은 전류원(IB)에 의해 방전이 일어난다. 도 11에서와 같이 방전은 일정한 기울기로 일어나게 된다. 계수기(150)는 비교기(130)의 출력을 지속적으로 인가받으며, 방전이 VREF까지 수행되는 기간동안 클럭(140)에서 인가되는 클럭신호의 펄스 개수를 카운팅한다. 클럭신호는 일정한 주기를 가지고 있기 때문에, 펄스 개수를 카운팅함으로써 비교기(130)의 일 입력단(138)에 유지되던 전압(VREF+ΔV)으로부터 VREF까지 방전되는 시간을 측정할 수 있다.
제어부(210)는 계수기(150)의 측정을 토대로 다음의 간단한 연산과정을 거치며 기생 커패시터(115)의 존재와 무관하게 1회의 연산으로도 센싱 커패시터(110)의 정전용량을 연산할 수 있다.
Figure 112021046010198-pat00002
Figure 112021046010198-pat00003
Figure 112021046010198-pat00004
Figure 112021046010198-pat00005
Figure 112021046010198-pat00006
전술한 수식을 보면, Δt는 계수기(150)에 의해 계수되는 성분이며, IB와 VDD는 전류원과 추가 전압원에서 각각 인가되는 전원의 크기인 점에서 기생 커패시터(115)의 성분없이 기 알고 있는 성분으로 간단히 센싱 커패시터(110)의 정전용량값이 연산될 수 있다.
제어부(210)의 제어에 따라, 센싱 커패시터(110)의 정전용량값을 연산함에 있어 기생 커패시터(115)의 그것을 고려할 필요가 없기 때문에, 온도, 공정 또는 전압 등에 의해 센싱 커패시터 정전용량값이 변화하더라도 센싱 커패시터(110)의 정전용량값만을 보정하면 된다.
이러한 공정을 거치며, 제어부(210)는 별도의 연산없이 기 알고 있는 성분과 계수기(150)에서 계수되는 성분으로 1회로 센싱 커패시터(110)의 정전용량값을 연산할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 인터페이스 장치의 인터페이싱 방법을 도시한 순서도이다.
제어부(210)는 센싱 캐패시터(110)에 기준 전압(VREF)이 충전되도록 제1 스위치(120) 및 제2 스위치(124)를 제어한다(S1210). 제어부(210)는 제1 스위치(120) 및 제2 스위치(124)를 제어하여, 기준 전압원이 비교기의 일 단(128)과 연결되고, 센서 캐패시터(110)의 일단이 접지단과 연결되도록 제어한다. 이에 따라, 센서 캐패시터(110)에 기준 전압이 충전되며, 비교기의 일 단(128)에 기준 전압만큼의 전위가 인가된다.
제어부(210)는 비교기(150)의 일 단에 추가 전압이 인가되도록, 제1 스위치(120) 및 제2 스위치(124)를 제어한다(S1220). 제어부(210)는 제1 스위치(120) 및 제2 스위치(124)를 제어하여, 기준 전압원이 비교기의 일 단(128)과 연결이 해제되고, 센서 캐패시터(110)의 일단이 추가 전압원(VDD)과 연결되도록 한다. 이에 의해, 기생 캐패시터(115)에 추가 전압 중 일부가 분배되며, 비교기의 일 단(128)에 기준 전압과 추가전압의 일부의 합(VREF+ΔV) 만큼의 전위가 인가된다.
제어부(210)는 비교기(150)의 일 단에 충전된 전압에 방전이 일어나도록, 제2 스위치(124) 및 제3 스위치(128)를 제어한다(S1230). 제어부(210)는 제2 스위치(124) 및 제3 스위치(128)를 제어하여, 전류원이 비교기의 일 단(128)과 연결되도록 한다. 이에 의해, 비교기의 일 단(128)에 인가되고 있던 기준 전압과 추가전압의 일부의 합(VREF+ΔV) 만큼의 전압에서 방전이 일어난다.
계수기(150)는 비교기(130)의 일단의 전압이 타단에 인가되는 기준전압과 동일해질 때까지의 클럭 횟수를 계수한다(S1240). 비교기(130)의 일단에서는 기준 전압과 추가전압의 일부의 합(VREF+ΔV) 만큼의 전압으로부터 방전이 수행된다. 계수기(150)는 비교기(130)의 출력을 입력받아, 방전이 되는 시점에서부터 방전되는 전압과 타단에 인가되는 기준전압이 동일해질 때까지 인가되는 클럭신호의 펄스 개수를 카운팅한다.
제어부(210)는 클럭 횟수, 기준전압 및 방전을 위한 전류원의 크기를 토대로 센싱 캐패시터의 정전용량을 연산한다(S1250). 제어부(210)는 기생 커패시터(115)의 정전용량과 무관하게 전술한 성분만을 이용하여 센싱 커패시터(110)의 정전용량을 연산하거나 보정할 수 있다.
도 12에서는 각 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것이다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 각 도면에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 각 과정 중 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 12는 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
한편, 도 12에 도시된 과정들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽힐 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 즉, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등) 및 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 센싱 시스템
110: 센싱 커패시터
115: 기생 커패시터
120, 124, 128: 스위치
130: 비교기
140: 클럭
150: 계수기
200: 센서 인터페이스 장치
210: 제어부

Claims (13)

  1. 센싱 커패시터와 연결되어 상기 센싱 커패시터의 정전용량을 측정하는 센서 인터페이스 장치에 있어서,
    일 입력단에 인가되는 전압과 타 입력단에 인가되는 기준 전압간을 비교하여 비교 결과를 출력하며, 상기 일 입력단으로 기생 커패시터가 추가로 형성되는 비교기;
    상기 비교기의 일 입력단과 기준 전압원 간의 연결을 제어하는 제1 스위치;
    상기 센싱 커패시터의 일 끝단과 추가 전압원 또는 접지단과의 연결을 제어하는 제2 스위치;
    상기 비교기의 일 입력단과 전류원 간의 연결을 제어하는 제3 스위치;
    클럭신호를 생성하여 공급하는 클럭;
    상기 비교기의 출력신호를 인가받으며, 상기 비교기의 일 입력단에 인가된 전압이 방전되기 시작하는 순간부터 상기 기준 전압과 동일해질 때까지 상기 클럭으로부터 공급되는 클럭신호의 펄스 개수를 카운팅하는 계수기; 및
    상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치의 동작을 제어하여, 상기 기준 전압원에서 기준 전압이 상기 센싱 커패시터와 상기 기생 커패시터에 충전되도록 제어하고, 상기 추가 전압원에 의한 추가 전압이 상기 센싱 커패시터와 상기 기생 커패시터에 전압 분배되도록 제어하며, 상기 기생 커패시터에 의해 상기 비교기의 일 입력단에 유지되던 전압이 상기 전류원에 의해 방전이 일어나도록 제어하며, 상기 계수기의 카운팅 결과를 입력받아 상기 센싱 커패시터의 정전용량을 연산하는 제어부를 포함하며,
    상기 센싱 커패시터는 상기 비교기의 일 입력단과 상기 제2 스위치의 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 센서 인터페이스 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 계수기의 카운팅 결과, 상기 추가 전압원의 크기 및 상기 전류원의 크기를 토대로 상기 센싱 커패시터의 정전용량을 연산하는 것을 특징으로 하는 센서 인터페이스 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 비교기는,
    상기 타 입력단으로 기준전압을 지속적으로 인가받는 것을 특징으로 하는 센서 인터페이스 장치.
  5. 센서 인터페이스 장치가 센싱 커패시터와 연결되어 상기 센싱 커패시터의 정전용량을 측정하는 방법에 있어서,
    기생 커패시터가 형성되는 비교기의 일 입력단 및 상기 센싱 커패시터에 기준전압을 충전시키는 제1 충전과정;
    추가 전압원에 의한 추가전압이 상기 센싱 커패시터와 상기 기생 커패시터에 전압분배되도록 하여, 상기 비교기의 일 입력단에 전압을 추가로 충전시키는 제2 충전과정;
    상기 기생 커패시터에 의해 상기 비교기의 일 입력단에 유지되던 전압이 전류원에 의해 방전되도록 하는 방전과정;
    상기 비교기의 일 입력단의 전압이 상기 비교기의 타 입력단에 인가된 기준전압과 동일해질 때까지의 클럭 횟수를 계수하는 계수과정; 및
    상기 계수과정에서 계수된 횟수를 토대로 센싱 캐패시터의 정전용량을 연산하는 연산과정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 인터페이스 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    제1 스위치의 동작에 의해, 상기 제1 충전과정에서 상기 비교기의 일 입력단과 기준 전압을 공급하는 기준 전압원이 연결되는 것을 특징으로 하는 센서 인터페이스 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    제2 스위치의 동작에 의해, 상기 제1 충전과정에서 상기 센싱 커패시터의 일단이 접지단과 연결되는 것을 특징으로 하는 센서 인터페이스 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    제1 스위치의 동작에 의해, 상기 제2 충전과정에서 상기 비교기의 일 입력단과 기준 전압을 공급하는 기준 전압원의 연결이 해제되는 것을 특징으로 하는 센서 인터페이스 방법.
  9. 제5항에 있어서,
    제2 스위치의 동작에 의해, 상기 제2 충전과정에서 상기 센싱 커패시터의 일단이 추가 전압원과 연결되는 것을 특징으로 하는 센서 인터페이스 방법.
  10. 제5항에 있어서,
    제2 스위치의 동작에 의해, 상기 센싱 커패시터의 일단에 다른 구성과의 연결이 해제되는 것을 특징으로 하는 센서 인터페이스 방법.
  11. 제5항에 있어서,
    제3 스위치의 동작에 의해, 방전을 위한 전류원과 상기 비교기의 일 입력단이 연결되는 것을 특징으로 하는 센서 인터페이스 방법.
  12. 정전용량을 감지하여 센싱하고자 하는 대상을 센싱하는 센싱 시스템에 있어서,
    센싱 커패시터; 및
    상기 센싱 커패시터와 연결되어, 상기 센싱 커패시터의 정전용량을 측정하는 센서 인터페이스 장치를 포함하며,
    상기 센서 인터페이스 장치는
    일 입력단에 인가되는 전압과 타 입력단에 인가되는 기준 전압간을 비교하여 비교 결과를 출력하며, 상기 일 입력단으로 기생 커패시터가 추가로 형성되는 비교기;
    상기 비교기의 일 입력단과 기준 전압원 간의 연결을 제어하는 제1 스위치;
    상기 센싱 커패시터의 일 끝단과 추가 전압원 또는 접지단과의 연결을 제어하는 제2 스위치;
    상기 비교기의 일 입력단과 전류원 간의 연결을 제어하는 제3 스위치;
    클럭신호를 생성하여 공급하는 클럭;
    상기 비교기의 출력신호를 인가받으며, 상기 비교기의 일 입력단에 인가된 전압이 방전되기 시작하는 순간부터 상기 기준 전압과 동일해질 때까지 상기 클럭으로부터 공급되는 클럭신호의 펄스 개수를 카운팅하는 계수기; 및
    상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치의 동작을 제어하여, 상기 기준 전압원에서 기준 전압이 상기 센싱 커패시터와 상기 기생 커패시터에 충전되도록 제어하고, 상기 추가 전압원에 의한 추가 전압이 상기 센싱 커패시터와 상기 기생 커패시터에 전압 분배되도록 제어하며, 상기 기생 커패시터에 의해 상기 비교기의 일 입력단에 유지되던 전압이 상기 전류원에 의해 방전이 일어나도록 제어하며, 상기 계수기의 카운팅 결과를 입력받아 상기 센싱 커패시터의 정전용량을 연산하는 제어부를 포함하며,
    상기 센싱 커패시터는 상기 비교기의 일 입력단과 상기 제2 스위치의 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 센싱 시스템.
  13. 삭제
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