KR102623568B1 - 커패시턴스 검출 회로, 센서, 칩 및 전자 기기 - Google Patents

커패시턴스 검출 회로, 센서, 칩 및 전자 기기 Download PDF

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Abstract

서로 연결된 커패시턴스 제어 모듈(1), 전하 변환 모듈(2) 및 필터 모듈(3)을 포함하는 커패시턴스 검출 회로가 제공된다. 커패시턴스 제어 모듈(1)은 커패시턴스(Cx)가 여러 회 충전 및 방전되도록 제어하고, 수신된 전하량에 따라, 디지털 전압 신호를 생성한다. 커패시턴스(Cx)는, 매회 충전/방전 과정에서, 사전설정 전압으로 충전된 후 저장된 모든 전하를 방출한다. 전하 변환 모듈(2)은, 디지털 전압 신호가 하이 레벨일 경우, 사전설정 전하량의 음전하를 상기 커패시턴스 제어 모듈(1)에 출력한다. 사전설정 전하량은 커패시턴스(Cx)가 사전설정 전압으로 충전될 때 저장된 전하량보다 크거나 같다. 필터 모듈(3)은 디지털 전압 신호에 따라 커패시턴스(Cx)의 커패시턴스 값을 나타내는 값을 얻는다.

Description

커패시턴스 검출 회로, 센서, 칩 및 전자 기기
본 발명은 회로 기술 분야에 관한 것으로, 특히 커패시턴스 검출 회로, 센서, 칩 및 전자 기기에 관한 것이다.
커패시턴스 센서는 일반 센서 부재로서, 완전히 충전된 후, 이에 저장된 전하값을 통해 측정이 필요한 파라미터를 반영하여, 압력 검출, 수위 검출, 거리 감지, 불순물 검출, 터치 검출 등과 같은 다양한 파라미터 검출을 구현할 수 있다.
본 발명의 실시예의 목적은 아날로그·디지털 컨버터와 같은 아날로그 회로가 필요없이 측정할 커패시턴스의 커패시턴스 값을 디지털화할 수 있고, 회로 구조가 간단하여, 전력 소모와 비용을 줄이는 커패시턴스 검출 회로, 센서, 칩 및 전자 기기를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예는 서로 연결된 커패시턴스 제어 모듈, 전하 변환 모듈 및 필터 모듈을 포함하는 커패시턴스 검출 회로를 제공하되; 커패시턴스 제어 모듈은 측정할 커패시턴스가 여러 회 충전 및 방전되도록 제어하고, 수신된 전하량에 따라, 디지털 전압 신호를 생성하되; 여기서 측정할 커패시턴스는 매회 충전 및 방전 과정에서, 사전설정 전압으로 충전된 후 저장된 모든 전하를 방출하며; 전하 변환 모듈은 디지털 전압 신호가 하이 레벨일 경우, 사전설정 전하량의 음전하를 커패시턴스 제어 모듈에 출력하되, 사전설정 전하량은 측정할 커패시턴스가 사전설정 전압으로 충전될 때 저장된 전하량보다 크거나 같고; 필터 모듈은 측정할 커패시턴스가 여러 회 충전 및 방전된 후 생성된 디지털 전압 신호에 따라, 측정할 커패시턴스의 커패시턴스 값을 특성화하는 값을 얻는다.
본 발명의 실시예는 전술한 커패시턴스 검출 회로를 포함하는 센서를 더 제공한다.
본 발명의 실시예는 전술한 커패시턴스 검출 회로를 포함하는 칩을 더 제공한다.
본 발명의 실시예는 전술한 커패시턴스 검출 회로를 포함하는 전자 기기를 더 제공한다.
본 발명의 실시예에서, 커패시턴스 제어 모듈은 측정할 커패시턴스가 여러 회 충전 및 방전되도록 제어하고, 측정할 커패시턴스의 매회 충전 및 방전 시, 측정할 커패시턴스는 사전설정 전압으로 충전된 후 저장된 전하를 방출하며, 커패시턴스 제어 모듈은 수신된 전하량에 따라 해당하는 디지털 전압 신호를 출력할 수 있고, 디지털 전압 신호가 로우 레벨일 경우, 커패시턴스 제어 모듈은 측정할 커패시턴스에 의해 방출된 전하만 수신하며; 디지털 전압 신호가 하이 레벨일 경우, 전하 변환 모듈은 사전설정 정하량의 음전하를 커패시턴스 제어 모듈에 출력하고, 즉 커패시턴스 제어 모듈은 측정할 커패시턴스와 전하 변한 모듈에 의해 출력되는 전하를 동시에 수신하며, 계속하여 측정할 커패시턴스의 여러 회 충전 및 방전이 완료된 후, 필터 모듈은 측정할 커패시턴스의 여러 회 충전 및 방전 후 생성된 디지털 전압 신호에 따라, 측정할 커패시턴스의 커패시턴스 값을 특성화하는 값을 획득할 수 있고, 아날로그·디지털 컨버터와 같은 아날로그 회로가 필요없이 측정할 커패시턴스의 커패시턴스 값을 디지털화할 수 있으며, 회로 구조가 간단하여, 전력 소모와 비용을 줄이고; 또한 측정할 커패시턴스의 충전 및 방전 횟수를 증가시켜 커패시턴스 검출 회로의 간섭 저항 기능을 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 커패시턴스 제어 모듈은, 순차적으로 연결된 전하 전이 모듈, 전압 변환 모듈 및 비교 모듈을 포함하되; 비교 모듈은 필터 모듈에 연결되고, 전하 변환 모듈은 전압 변환 모듈에 연결되며; 전하 전이 모듈은 측정할 커패시턴스가 여러 회 충전 및 방전되도록 제어하고, 매회 충전 및 방전 시, 측정할 커패시턴스는 사전설정 전압으로 충전된 후 저장된 전하를 전압 변환 모듈에 방출하며; 전압 변환 모듈은 수신된 전하를 아날로그 전압 신호로 변환시키고; 비교 모듈은 사전설정된 전압 임계값과 아날로그 전압 신호에 따라, 디지털 전압 신호를 출력하며; 전하 변환 모듈은 디지털 전압 신호가 하이 레벨일 경우, 사전설정 전하량의 음전하를 전압 변환 모듈에 출력한다. 본 실시예는 커패시턴스 제어 모듈의 구체적인 구조를 제공한다.
예를 들어, 전하 전이 모듈은 제1 스위치, 제2 스위치 및 제1 전원을 포함하되; 제1 전원은 제1 스위치의 제1단에 연결되고, 제1 스위치의 제2단은 제2 스위치의 제1단에 연결되며, 제2 스위치의 제2단은 접지되고, 제1 스위치와 제2 스위치의 연결 부분은 측정할 커패시턴스의 제1단에 연결되며, 측정할 커패시턴스의 제2단은 전압 변환 모듈에 연결되고, 제1 스위치의 제어단과 제2 스위치의 제어단은 각각 구동 신호를 수신하며; 제1 스위치는 구동 신호에 따라, 측정할 커패시턴스가 충전될 때 온되고, 측정할 커패시턴스가 방전될 때 오프되며; 제2 스위치는 구동 신호에 따라, 측정할 커패시턴스가 충전될 때 오프되고, 측정할 커패시턴스가 방전될 때 온된다. 본 실시예는 자기 용량식 검출에 적용되는 전하 전이 모듈의 구체적인 구조를 제공한다.
예를 들어, 전하 전이 모듈은 제3 스위치, 제4 스위치 및 제2 전원을 포함하되; 제2 전원은 제3 스위치의 제1단에 연결되고, 제3 스위치의 제2단은 제4 스위치의 제1단에 연결되며, 제4 스위치의 제2단은 전압 변환 모듈에 연결되고, 제3 스위치와 제4 스위치의 연결 부분은 측정할 커패시턴스의 제1단에 연결되며, 측정할 커패시턴스의 제2단은 접지되고, 제3 스위치의 제어단과 제4 스위치의 제어단은 각각 구동 신호를 수신하며; 제3 스위치는 구동 신호에 따라, 측정할 커패시턴스가 방전될 때 오프되고, 측정할 커패시턴스가 충전될 때 온되며; 제4 스위치는 구동 신호에 따라, 측정할 커패시턴스가 방전될 때 온되고, 측정할 커패시턴스가 충전될 때 오프된다. 본 실시예는 상호 용량식 검출에 적용되는 전하 전이 모듈의 구체적인 구조를 제공한다.
예를 들어, 전압 변환 모듈은 연산 증폭기, 제1 기준 커패시턴스 및 제5 스위치를 포함하되; 전하 전이 모듈과 전하 변환 모듈은 각각 연산 증폭기의 반전 입력단에 연결되고, 연산 증폭기의 비반전 입력단은 접지되며, 제1 기준 커패시턴스의 양단은 연산 증폭기의 반전 입력단과 연산 증폭기의 출력단에 각각 연결되고, 제5 스위치의 양단은 제5 기준 커패시턴스의 양단에 각각 연결되며, 제5 스위치의 제어단은 리셋 신호를 수신하고; 제5 스위치는 리셋 신호에 따라, 전하 전이 모듈이 측정할 커패시턴스를 여러 회 충전 및 방전되도록 제어하기 이전에, 사전설정 지속 시간 내에 온 상태를 유지한다. 본 실시예는 전압 변환 모듈의 구체적인 구조를 제공한다.
예를 들어, 비교 모듈은 전압 비교기 및 제1 트리거를 포함하되; 전압 비교기의 비반전 입력단은 전압 변환 모듈에 연결되고, 전압 비교기의 반전 입력단은 접지되며, 전압 비교기의 출력단은 제1 트리거의 제1 입력단에 입력되고, 제1 트리거의 제2 입력단은 출력 제어 신호를 수신하며, 제1 트리거의 제3 입력단은 구동 신호를 수신하고, 제1 트리거의 출력단은 필터 모듈에 연결되며; 전압 비교기는 아날로그 전압 신호의 전압값이 전압 임계값보다 클 경우, 하이 레벨을 출력하고, 아날로그 전압 신호의 전압값이 전압 임계값보다 작을 경우, 로우 레벨을 출력하며; 제1 트리거는 구동 신호가 상승 에지일 경우, 출력되는 디지털 전압 신호의 레벨이 전압 비교기의 현재 레벨이고, 구동 신호가 하강 에지일 경우, 출력되는 디지털 전압 신호의 레벨이 변하지 않도록 유지한다. 본 실시예는 비교 모듈의 구체적인 구조를 제공한다.
예를 들어, 필터 모듈은 카운터 및 제2 트리거를 포함하되, 비교 모듈은 카운터의 입력단에 연결되고, 카운터의 출력단은 제2 트리거의 제1 입력단에 연결되며, 제2 트리거의 제2 입력단은 출력 제어 신호를 수신하고; 카운터의 구동단은 구동 신호를 수신하며, 카운터는 구동 신호가 상승 에지이고, 디지털 전압 신호가 하이 레벨일 경우, 현재 카운트 값에 1을 가하며; 제2 트리거는 출력 제어 신호가 상승 에지일 경우, 카운터의 카운트 값을 측정할 커패시턴스의 커패시턴스 값을 특성화하는 값으로서 출력한다. 본 실시예는 필터 모듈의 구체적인 구조를 제공한다.
예를 들어, 전하 변환 모듈은 로직 컨트롤러 및 전하 출력 서브 모듈을 포함하되, 로직 컨트롤러의 제1단은 비교 모듈에 연결되고, 로직 컨트롤러의 제2단은 전하 출력 서브 모듈을 통해 전압 변환 모듈에 연결되며; 로직 컨트롤러는 디지털 전압 신호가 하이 레벨일 경우, 전하 출력 서브 모듈이 사전설정 전하량의 음전하를 전압 변환 모듈에 출력하도록 제어한다. 본 실시예는 전하 변환 모듈의 구체적인 구조를 제공한다.
예를 들어, 전하 출력 서브 모듈은 제6 스위치, 제7 스위치, 제8 스위치, 제9 스위치, 제3 전원 및 제2 기준 커패시턴스를 포함하되; 제6 스위치의 제1단은 전압 변환 모듈에 연결되고, 제6 스위치의 제2단은 제8 스위치의 제1단에 연결되며, 제8 스위치의 제2단은 접지되고, 제6 스위치와 제8 스위치의 연결 부분은 제2 기준 커패시턴스의 제1단에 연결되며, 제7 스위치의 제1단은 제3 전원에 연결되고, 제7 스위치의 제2단은 제9 스위치의 제1단에 연결되며, 제9 스위치의 제2단은 접지되고, 제7 스위치와 제9 스위치의 연결 부분은 제2 기준 커패시턴스의 제2단에 연결되며; 제6 스위치의 제어단, 제7 스위치의 제어단, 제8 스위치의 제어단 및 제9 스위치의 제어단은 로직 컨트롤러에 각각 연결되고; 로직 컨트롤러는 디지털 전압 신호가 로우 레벨일 경우, 제6 스위치와 제9 스위치가 모두 온되도록 제어하며, 제7 스위치와 제8 스위치가 모두 오프되도록 제어하고; 로직 컨트롤러는 디지털 전압 신호가 하이 레벨일 경우, 제6 스위치와 제9 스위치가 모두 오프되도록 제어하며, 제7 스위치와 제8 스위치가 모두 온되도록 제어한다. 본 실시예는 전하 출력 서브 모듈의 구체적인 구조를 제공한다.
예를 들어, 커패시턴스 검출 회로는 추출 모듈을 더 포함하되; 커패시턴스 제어 모듈은 추출 모듈을 통해 필터 모듈에 연결되고; 추출 모듈은 사전설정 시간대 내의 디지털 전압 신호를 필터 모듈에 출력한다. 본 실시예에서, 커패시턴스 검출 회로에 추출 모듈을 증가함으로써, 측정할 커패시턴스에 대해 주기적으로 검출할 수 있어, 전력 소모를 줄인다.
예를 들어, 추출 모듈은 AND 게이트이고; AND 게이트의 제1 입력단은 커패시턴스 제어 모듈에 연결되며, AND 게이트의 출력단은 필터 모듈에 연결되고; AND 게이트의 제2 입력단은 출력 제어 신호를 수신하며, 출력 제어 신호가 한 주기 내에서 하이 레벨에 있는 지속 시간은 사전설정 시간대이다. 본 실시예는 추출 모듈의 구체적인 구현 방식을 제공한다.
하나 또는 복수의 실시예는 이에 대응하는 도면 중의 사진을 통해 예시적으로 설명되고, 이러한 예시적 설명은 실시예에 대한 한정으로 구성되지 않으며, 도면 중 동일한 참조 숫자 부호를 갖는 요소는 유사한 요소를 나타내고, 달리 언급되지 않는 한, 도면 중의 도면은 비율적인 한정으로 구성되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 제1 실시예 중의 커패시턴스 검출 회로의 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 제1 실시예 중의 커패시턴스 검출 회로의 모식도이고, 여기서 커패시턴스 제어 모듈은 전하 전이 모듈, 전압 변환 모듈 및 비교 모듈을 포함한다.
도 3은 본 발명에 따른 제2 실시예 중의 전하 전이 모듈의 구조도이고, 여기서 전하 전이 모듈은 상호 용량 검출 방식에 적용된다.
도 4는 본 발명에 따른 제2 실시예 중의 구동 신호가 클록 신호인 시퀀스 다이어그램이다.
도 5는 본 발명에 따른 제2 실시예 중의 전하 전이 모듈의 구조도이고, 여기서 전하 전이 모듈은 자기 용량 검출 방식에 적용된다.
도 6은 본 발명에 따른 제2 실시예 중의 전압 변환 모듈의 구조도이다.
도 7은 본 발명에 따른 제2 실시예 중의 전압 변환 모듈의 블록도이다.
도 8은 본 발명에 따른 제2 실시예 중의 비교 모듈의 구조도이다.
도 9는 본 발명에 따른 제3 실시예 중의 전하 변환 모듈의 구조도이다.
도 10은 본 발명에 따른 제3 실시예 중의 전하 출력 서브 모듈의 구조도이다.
도 11은 본 발명에 따른 제4 실시예의 커패시턴스 검출 회로의 모식도이다.
도 12는 본 발명에 따른 제4 실시예 중의 출력 제어 신호의 시퀀스 다이어그램이다.
도 13은 본 발명에 따른 제4 실시예 중의 필터 모듈의 구조도이다.
본 발명의 목적, 기술적 해결수단 및 장점을 보다 명확하게 이해하도록 하기 위해, 아래에 도면 및 실시예를 결부하여, 본 발명의 실시예에 대해 추가로 상세하게 설명한다. 이해해야 할 것은, 여기서 설명되는 구체적인 실시예는 단지 본 발명을 해석하기 위한 것일 뿐, 본 발명을 한정하려는 것은 아니다.
커패시턴스 센서를 사용하여 파라미터를 검출할 경우, 커패시턴스 센서의 커패시턴스 값의 측정은 비교적 핵심적인 단계이고, 현재 일반적으로 아날로그·디지털 컨버터(ADC로 약칭함)를 포함한 아날로그 회로를 통해 커패시턴스 값의 측정을 구현하며, 전력 소모와 비용이 비교적 높다. 이를 기반으로, 발명자는 본 발명의 기술적 해결수단을 제공한다.
본 발명의 제1 실시예는 커패시턴스 검출 회로에 관한 것이며, 센서, 칩 또는 전자 기기에 적용되는 바, 예를 들어, 커패시턴스 센서, 커패시턴스 검출 칩, 휴대폰 태블릿 컴퓨터 등이다. 커패시턴스 검출 회로는 커패시턴스의 커패시턴스 값을 측정할 수 있고, 따라서 측정하여 얻은 커패시턴스 값으로 압력 검출, 수위 검출, 거리 감지, 불순물 검출, 터치 검출 등과 같은 파라미터 검출을 구현한다.
도 1을 참조하면, 커패시턴스 검출 회로는 서로 연결된 커패시턴스 제어 모듈(1), 전하 변환 모듈(2) 및 필터 모듈(3)을 포함하되, 측정할 커패시턴스(Cx)는 커패시턴스 제어 모듈(1)에 연결되고, 연결 방식은 직렬 또는 병렬 연결일 수 있으며, 도면에서는 직렬 연결을 예로 들고, 측정할 커패시턴스(Cx)의 일단은 커패시턴스 제어 모듈(1)에 연결되며, 측정할 커패시턴스(Cx)의 타단은 접지(GND)된다.
커패시턴스 제어 모듈(1)은 측정할 커패시턴스(Cx)가 여러 회 충전 및 방전되도록 제어하고, 또한 수신된 전하량에 따라, 디지털 전압 신호를 생성하되; 여기서 측정할 커패시턴스(Cx)는 매회 충전 및 방전 과정에서, 사전설정 전압으로 충전된 후 저장된 모든 전하를 방출한다.
전하 변환 모듈(2)은 디지털 전압 신호가 하이 레벨일 경우, 사전설정 전하량의 음전하를 커패시턴스 제어 모듈(1)에 출력하되, 사전설정 전하량은 측정할 커패시턴스(Cx)가 사전설정 전압으로 충전될 때 저장된 전하량보다 크거나 같다.
필터 모듈(3)은 측정할 커패시턴스(Cx)가 여러 회 충전 및 방전된 후 생성된 디지털 전압 신호에 따라, 측정할 커패시턴스(Cx)의 커패시턴스 값을 특성화하는 값을 획득한다.
본 발명의 실시예에서, 커패시턴스 제어 모듈은 측정할 커패시턴스가 여러 회 충전 및 방전되도록 제어하고, 측정할 커패시턴스의 매회 충전 및 방전 시, 측정할 커패시턴스는 사전설정 전압으로 충전된 후 저장된 전하를 방출하며, 커패시턴스 제어 모듈은 수신된 전하량에 따라 해당하는 디지털 전압 신호를 출력할 수 있고, 디지털 전압 신호가 로우 레벨일 경우, 커패시턴스 제어 모듈은 측정할 커패시턴스에 의해 방출된 전하만 수신하며; 디지털 전압 신호가 하이 레벨일 경우, 전하 변환 모듈은 사전설정 전하량의 음전하를 커패시턴스 제어 모듈에 출력하고, 즉 커패시턴스 제어 모듈은 측정할 커패시턴스와 전하 변한 모듈에 의해 출력되는 전하를 동시에 수신하며, 계속하여 측정할 커패시턴스의 여러 회 충전 및 방전이 완료된 후, 필터 모듈은 측정할 커패시턴스의 여러 회 충전 및 방전 후 생성된 디지털 전압 신호에 따라, 측정할 커패시턴스의 커패시턴스 값을 특성화하는 값을 획득할 수 있고, 아날로그·디지털 컨버터와 같은 아날로그 회로가 필요없이 측정할 커패시턴스의 커패시턴스 값을 디지털화할 수 있으며, 회로 구조가 간단하여, 전력 소모와 비용을 줄이고; 또한 측정할 커패시턴스의 충전 및 방전 횟수를 증가시켜 커패시턴스 검출 회로의 간섭 저항 기능을 향상시킬 수 있다.
아래에 본 실시예의 커패시턴스 검출 회로의 구현 내용에 대해 구체적으로 설명하지만, 이하 내용은 단지 이해의 편의를 위한 구현 내용일 뿐, 본 해결수단을 구현하기 위해 반드시 필요한 것은 아니다.
도 2를 참조하면, 커패시턴스 제어 모듈(1)은 순차적으로 연결된 전하 전이 모듈(11), 전압 변환 모듈(12), 비교 모듈(13)을 포함하되, 측정할 커패시턴스(Cx)는 전하 전이 모듈(11)(도 2에서는 이를 예로 듬)에 연결되거나, 측정할 커패시턴스(Cx)는 전하 전이 모듈(11) 및 전압 변환 모듈(12)에 동시에 연결된다.
전하 전이 모듈(11)은 측정할 커패시턴스(Cx)가 여러 회 충전 및 방전되도록 제어하고, 측정할 커패시턴스(Cx)의 매회 충전 및 방전 시, 측정할 커패시턴스(Cx)는 사전설정 전압(Vtx)으로 충전된 후 저장된 전하를 전압 변환 모듈(12)로 방출하며, 즉 매회 충전 및 방전의 과정은 측정할 커패시턴스(Cx)에 대해 한 번의 전하 전이를 수행하는 것에 상당하고, 먼저 측정할 커패시턴스(Cx)를 사전설정 전압(Vtx)으로 충전하는데, 이때 측정할 커패시턴스(Cx)에 저장된 전하량 QCx=Vtx*Cx이며, 다음 측정할 커패시턴스(Cx)가 방전되도록 다시 제어하여, 저장된 전하 전부를 전압 변환 모듈(12)로 방출한다.
전압 변환 모듈(12)은 수신된 전하를 아날로그 전압 신호로 변환시킨다. 구체적으로, 측정할 커패시턴스(Cx)의 매회 충전 및 방전 과정에서, 전압 변환 모듈(12)은 측정할 커패시턴스(Cx)의 전하를 수신할 수 있고, 유입된 상기 전하를 전압으로 변환하여 출력하며, 측정할 커패시턴스(Cx)의 매회 충전 및 방전 이후, 전압 변환 모듈(12)의 수신된 전하량을 변화시키므로, 전압 변환 모듈(12)에 의해 출력되는 전압도 변화시키고, 측정할 커패시턴스(Cx)가 여러 회 충전 및 방전되도록 제어된 후, 전압 변환 모듈(12)에 의해 출력되는 복수의 전압은 연속적인 아날로그 전압 신호를 형성할 수 있다.
비교 모듈(13)은 사전설정된 전압 임계값과 아날로그 전압 신호에 따라, 디지털 전압 신호를 출력한다. 구체적으로, 비교 모듈(13)은 전압 변환 모듈(12)에 의해 송신된 아날로그 전압 신호를 수신한 후, 현재 시각의 전압값과 사전설정된 전압 임계값을 비교하며, 상기 전압값이 상기 전압 임계값보다 클 경우, 출력되는 디지털 신호는 하이 레벨 1이고; 상기 전압값이 상기 전압 임계값보다 작을 경우, 출력되는 디지털 신호는 로우 레벨 0이며; 따라서, 비교 모듈(13)은 아날로그 전압 신호를 수신한 후, 상이한 시각(상이한 충전 및 방전 횟수)의 전압값에 따라, 높은 로우 레벨 신호를 대응되게 출력함으로써, 디지털 전압 신호를 형성한다. 일 예에서, 비교 모듈(13)의 전압 임계값은 사전설정 전압(Vtx)의 절반일 수 있다.
전하 변환 모듈(2)은 디지털 전압 신호가 하이 레벨일 경우, 사전설정 전하량의 음전하를 전압 변환 모듈(12)로 출력하되, 사전설정 전하량은 측정할 커패시턴스(Cx)가 사전설정 전압으로 충전될 때 저장된 전하량보다 크거나 같다. 설명해야 할 것은, 본 실시예에서, 전하 변환 모듈(2)이 음전하를 출력하는 것을 예로 들지만, 이에 한정되지 않으며, 전하 변환 모듈(2)이 양전하를 출력하는 것으로 설정할 수도 있고, 전압 변환 모듈(12)에 역 가산기를 설치하면 된다.
필터 모듈(3)은 측정할 커패시턴스(Cx)의 여러 회 충전 및 방전 후 생성된 디지털 전압 신호에 따라, 측정할 커패시턴스(Cx)의 커패시턴스 값을 특성화하는 값을 획득한다. 구체적으로, 전술한 바로부터 알 수 있듯이, 측정할 커패시턴스(Cx)의 매회 충전 및 방전은 모두 디지털 전압 신호의 하나의 값에 대응하고, 상기 값은 0이거나 1일 수 있으며, 따라서 여러 회 충전 및 방전에 대응하는 디지털 전압 신호 중 값이 1인 수를 통계할 수 있고, 상기 수는 즉 측정할 커패시턴스(Cx)의 커패시턴스 값을 특성화하는 값이며, 상기 값을 얻은 후, 전자 기기의 프로세서에 입력할 수 있음으로써, 프로세서는 사전설정된 커패시턴스 검출 회로의 측정 범위에 따라 측정할 커패시턴스(Cx)의 커패시턴스 값을 획득할 수 있다. 예를 들어, 커패시턴스 검출 회로의 측정 범위는 0-10pF이고, 측정할 커패시턴스(Cx) 충전 및 방전 횟수는 1000회이며, 1000회의 충전 및 방전에 대응하는 디지털 전압 신호 중 값이 1인 수가 500회이면, 측정할 커패시턴스(Cx)의 커패시턴스 값은 500÷1000×10pF=5pF이다.
본 실시예에서, 측정할 커패시턴스(Cx)의 커패시턴스 값에 대해 디지털화를 수행할 경우, 우선 측정할 커패시턴스(Cx)에 대해 여러 회의 전하 전이를 수행하고, 측정할 커패시턴스(Cx)가 전하 전이를 수행할 때마다, 전압 변환 모듈(12)은 전하 전이 모듈(11)에 의해 전이되는 측정할 커패시턴스(Cx)의 방전할 때마다의 전하를 수신할 수 있으며; 전압 변환 모듈(12)의 축적된 전하량이 임계값(Qmax)에 달성하지 않을 경우, 전압 변환 모듈(12)에 의해 출력되는 아날로그 전압 신호의 전압값은 전압 임계값보다 작고, 비교 모듈(13)에 의해 출력되는 디지털 전압 신호는 로우 레벨이며, 이때 전압 변환 모듈(12)이 수신한 전하는 단지 측정할 커패시턴스(Cx)로부터 근원되고, 전압 변환 모듈(12) 중 전하의 축적에 따라, 전압 변환 모듈(12) 중 축적된 전하량이 임계값(Qmax)에 달성할 경우, 전압 변환 모듈(12)에 의해 출력되는 아날로그 전압 신호의 전압값은 전압 임계값보다 크며, 비교 모듈(13)에 의해 출력되는 디지털 전압 신호는 하이 레벨이고, 이때 전하 변환 모듈(2)은 전하량의 음전하를 전압 변환 모듈(12)에 미리 설정하며, 즉 전압 변환 모듈(12)은 측정할 커패시턴스(Cx)에 의해 방전되는 전하 및 전하 변환 모듈(2)에 의해 송신된 음전하를 동시에 수신하고, 사전설정 전하량은 측정할 커패시턴스(Cx)가 사전설정 전압으로 충전될 때 저장된 전하량보다 크거나 같으며, 전압 변환 모듈(12)에 축적된 전하를 소모하여, 전압 변환 모듈(12)에 축적된 전하량이 임계값(Qmax)보다 작아지도록 하고, 따라서 전압 변환 모듈(12)에 의해 출력되는 아날로그 전압 신호의 전압값은 전압 임계값보다 작으며, 비교 모듈(13)에 의해 출력되는 디지털 전압 신호는 로우 레벨이고, 전압 변환 모듈(12)은 축적된 전하량이 임계값(Qmax)에 다시 달성할 때까지 계속하여 전하를 축적한 다음, 측정할 커패시턴스(Cx) 전하의 전이가 종료될 때까지 상기 과정을 반복하며, 이 경우, 여러 회 전하 전이에서, 디지털 전압 신호 중 하이 레벨의 수는 즉 측정할 커패시턴스(Cx)의 커패시턴스 값을 특성화하는 값이다.
본 실시예에서, 전하 전이 모듈은 구동 신호를 수신한 후, 상기 구동 신호에 따라, 측정할 커패시턴스가 여러 회 충전 및 방전되도록 제어하고, 측정할 커패시턴스의 매회 충전 및 방전 시, 측정할 커패시턴스는 사전설정 전압으로 충전된 후 저장된 전하를 전압 변환 모듈로 방출하며; 이로써 측정할 커패시턴스의 여러 회 충전 및 방전이 지난 후, 정량적 전하를 전압 변환 모듈로 여러 회 출력할 수 있고, 전압 변환 모듈은 수신된 전하의 양에 따라 대응되게 전압을 출력할 수 있어, 전하를 아날로그 전압 신호로 변환하여 비교 모듈에 송신하고, 비교 모듈은 사전설정된 전압 임계값과 수신된 아날로그 전압 신호에 따라, 아날로그 전압 신호를 디지털 전압 신호로 변환하여 전하 변환 모듈에 입력하며, 전하 변환 모듈은 디지털 전압 신호가 하이 레벨일 경우, 사전설정 전하량의 음전하를 출력하여 전압 변환 모듈로 피드백할 수 있고, 계속하여 측정할 커패시턴스의 여러 회 충전 및 방전이 완료된 후, 필터 모듈은 측정할 커패시턴스의 여러 회 충전 및 방전 후 생성된 디지털 전압 신호에 따라, 측정할 커패시턴스의 커패시턴스 값을 특성화하는 값을 획득할 수 있고, 아날로그·디지털 컨버터와 같은 아날로그 회로가 필요없이 측정할 커패시턴스의 커패시턴스 값을 디지털화할 수 있으며, 회로 구조가 간단하여, 전력 소모와 비용을 줄이고; 또한 측정할 커패시턴스의 충전 및 방전 횟수를 증가시켜 커패시턴스 검출 회로의 간섭 저항 기능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 제2 실시예는 커패시턴스 검출 회로에 관한 것으로, 본 실시예는 제1 실시예와 비교할 경우, 주요 차이점은 커패시턴스 검출 회로 중 일부 모듈의 구체적인 구조를 제공하는 것이다.
본 실시예에서, 전하 전이 모듈(11)은 수요되는 검출 방식에 따라 그 회로 구조를 설치할 수 있으며, 구체적으로 하기와 같다.
전하 전이 모듈(11)은 상호 용량 검출 방식에 적용되고, 도 3을 참조하면, 전하 전이 모듈(11)은 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2) 및 제1 전원(V1)을 포함한다.
제1 전원(V1)은 제1 스위치(SW1)의 제1단에 연결되고, 제1 스위치(SW1)의 제2단은 제2 스위치(SW2)의 제1단에 연결되며, 제2 스위치(SW2)의 제2단은 접지(GND)되고, 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)의 연결 부분은 측정할 커패시턴스(Cx)의 제1단에 연결되며, 측정할 커패시턴스(Cx)의 제2단은 전압 변환 모듈(12)에 연결되고, 제1 스위치(SW1)의 제어단과 제2 스위치(SW2)의 제어단은 각각 구동 신호(미도시)를 수신하며; 여기서 구동 신호는 신호 발생기에 의해 방출된 신호이고, 신호 발생기는 RC 발진기, 프로세서 및 수정 발진기 회로 등일 수 있다.
제1 스위치(SW1)는 구동 신호에 따라, 측정할 커패시턴스(Cx)가 방전될 때 온되고, 측정할 커패시턴스(Cx)가 충전될 때 오프된다.
제2 스위치(SW2)는 구동 신호에 따라, 측정할 커패시턴스(Cx)가 방전될 때 오프되고, 측정할 커패시턴스(Cx)가 충전될 때 온된다.
여기서, 구동 신호는 클록 신호일 수 있고, 도 4의 시퀀스 다이어그램을 참조하면, 제1 스위치(SW1)는 구동 신호를 수신한 후, 구동 신호가 하이 레벨일 때 온되고, 구동 신호가 로우 레벨일 경우 오프되며; 제2 스위치(SW2)는 구동 신호를 수신한 후, 구동 신호가 하이 레벨일 경우 오프되고, 구동 신호가 로우 레벨일 경우 온된다. 이로써, 구동 신호의 각 주기에서, 구동 신호가 하이 레벨일 경우, 제1 스위치(SW1)는 오프되고, 제2 스위치(SW2)는 온되며, 이때 측정할 커패시턴스(Cx)는 GND에 연결되고, 측정할 커패시턴스(Cx) 중의 전하는 모두 방출되며, 전하량은 0이고; 구동 신호가 로우 레벨일 경우, 제1 스위치(SW1)는 온되고, 제2 스위치(SW2)는 오프되며, 이때 측정할 커패시턴스(Cx)는 제1 전원(V1)에 연결되고, 사전설정 전압(Vtx)으로 충전되며, 측정할 커패시턴스(Cx)에 저장된 전하량은 QCx=Vtx*Cx이고, 다음 주기에서 구동 신호가 하이 레벨일 경우, 제1 스위치(SW1)는 온되고, 제2 스위치(SW2)는 오프되며, 측정할 커패시턴스(Cx) 중 저장된 전하는 전부 전압 변환 모듈(12)로 방출된다.
전하 전이 모듈(11)은 자기 용량 검출 방식에 적용되며, 도 5를 참조하면, 전하 전이 모듈(11)은 제3 스위치(SW3), 제4 스위치(SW4) 및 제2 전원(V2)을 포함한다.
제2 전원(V2)은 제3 스위치(SW3)의 제1단에 연결되고, 제3 스위치(SW3)의 제2단은 제4 스위치(SW4)의 제1단에 연결되며, 제4 스위치(SW4)의 제2단은 전압 변환 모듈(12)에 연결되고, 제3 스위치(SW3)와 제4 스위치(SW4)의 연결 부분은 측정할 커패시턴스(Cx)의 제1단에 연결되며, 측정할 커패시턴스(Cx)의 제2단은 접지되고, 제3 스위치(SW3)의 제어단과 제4 스위치(SW4)의 제어단은 각각 구동 신호를 수신한다.
제3 스위치(SW3)는 구동 신호에 따라, 측정할 커패시턴스가 방전될 때 오프되고, 측정할 커패시턴스(Cx)가 충전될 때 온된다.
제4 스위치(SW4)는 구동 신호에 따라, 측정할 커패시턴스가 방전될 때 온되고, 측정할 커패시턴스(Cx)가 충전될 때 오프된다.
본 실시예에서, 도 4를 참조하면, 상기 구동 신호는 마찬가지로 클록 신호일 수 있고, 제3 스위치(SW3)는 구동 신호를 수신한 후, 구동 신호가 하이 레벨일 때 온되고, 구동 신호가 로우 레벨일 경우 오프되며; 제4 스위치(SW4)는 구동 신호를 수신한 후, 구동 신호가 하이 레벨일 경우 오프되고, 구동 신호가 로우 레벨일 경우 온된다. 이로써, 구동 신호의 각 주기에서, 구동 신호가 하이 레벨일 경우, 제3 스위치(SW3)는 온되고, 제4 스위치(SW4)는 오프되며, 이때 측정할 커패시턴스(Cx)는 제2 전원(V2)에 연결되고, 사전설정 전압(Vtx)으로 충전되며, 측정할 커패시턴스(Cx)에 저장된 전하량은 QCx=Vtx*Cx이고, 구동 신호가 로우 레벨일 경우, 제3 스위치(SW3)는 오프되며, 제4 스위치(SW4)는 온되고, 측정할 커패시턴스(Cx)는 GND에 연결되며, 정할 커패시턴스(Cx) 중의 전하는 전부 방출되고, 전하량은 0이다.
도 6을 참조하면, 연산 증폭기(AMP), 제1 기준 커패시턴스(Cref1) 및 제5 스위치(SW5)를 포함한다.
전하 전이 모듈(11)과 전하 변환 모듈(2)은 각각 연산 증폭기(AMP)으 반전 입력단에 연결되고, 연산 증폭기(AMP)의 비반전 입력단은 접지(GND)되며, 제1 기준 커패시턴스(Cref1)의 양단은 각각 연산 증폭기(AMP)의 반전 입력단과 연산 증폭기(AMP)의 출력단에 연결되고, 제5 스위치(SW5)의 양단은 각각 제1 기준 커패시턴스(Cref1)의 양단에 연결되며, 제5 스위치(SW5)의 제어단은 리셋 신호를 수신한다.
제5 스위치(SW5)는 리셋 신호를 수신할 경우, 사전설정 지속 시간 내에서 온 상태를 유지한다. 구체적으로, 도 4 중 리셋 신호의 파형도를 참조하면, 커패시턴스 검출 회로가 측정할 커패시턴스(Cx)에 대해 검출하기 이전에, 상기 리셋 신호를 제5 스위치(SW5)에 입력하고, 제5 스위치(SW5)는 리셋 신호가 하이 레벨일 경우 온 상태에 있으며, 리셋 신호의 하이 레벨의 지속 지속 시간은 사전설정 지속 시간이므로, 사전설정 지속 시간 내에 제5 스위치(SW5)가 온 상태를 유지하도록 함으로써, 제1 기준 커패시턴스(Cref1) 양단의 모든 전하를 방출할 수 있으며; 제5 스위치(SW5)는 리셋 신호가 로우 레벨일 경우 오프 상태에 있고, 사전설정 지속 시간이 지난 후, 제5 스위치(SW5)가 오프되도록 하며, 따라서 커패시턴스 검출 회로는 측정할 커패시턴스(Cx)에 대해 검출할 수 있다.
측정할 커패시턴스(Cx)에 대해 검출할 경우, 측정할 커패시턴스(Cx)는 여러 회의 전하 전이를 수행하며, 아래에 Q곱으로 연산 증폭기(AMP)가 수신한 전하량을 나타내고, 연산 증폭기(AMP) 출력 전압은 Vout=Q곱/Cref1이며, 연산 증폭기(AMP)의 출력 전압 Vout가 사전설정된 전압 임계값 Vx보다 작을 경우, 비교 모듈(13)의 출력은 0이고, 이때 측정할 커패시턴스(Cx)에서 방출된 전하만이 연산 증폭기(AMP)에 도달하며, 연산 증폭기(AMP)가 수신한 전하량이 지속적으로 많아질수록, 연산 증폭기(AMP)의 출력 전압 Vout는 Vout가 비교 모듈(13) 중 사전설정된 전압 임계값 Vx보다 클 때까지 점차 증가하고, 이때 연산 증폭기(AMP)가 수신한 전하량 Q곱은 임계값(Qmax)에 도달하며, Qmax= Cref1*Vx이고, 비교 모듈(13)의 출력은 0에서 1로 변경되며, 전하 변환 모듈(2)은 사전설정 전하량의 음전하 Q4를 연산 증폭기(AMP)로 출력하고, 연산 증폭기(AMP)의 출력 Vout=(Q곱- Q4)/Cref1이며; 여러 회 전하 전이 이후, 연산 증폭기(AMP)의 출력 Vout= QCx/Cref1+Vout’이고, 여기서 Vout’는 이전 전하 전이 시 연산 증폭기(AMP)의 출력을 나타낸다.
설명해야 할 것은, 본 실시예에서, 도 6 중의 하나의 회로로 전압 변환 모듈(12)의 기능을 구현하지만 이에 한정되지 않으며, 도 7을 참조하면, 전압 변환 모듈(12)은 순차적으로 연결된 합산 서브 모듈(121), 적분 서브 모듈(122) 및 변환 서브 모듈(123)을 포함하되, 합산 서브 모듈(121)은 전하 전이 모듈(11)과 전하 변환 모듈(2)에 각각 연결된다. 여기서, 합산 서브 모듈(121)은 수신된 전하의 대수 합을 계산하기 위한 것이고, 적분 서브 모듈(122)은 합산 서브 모듈(121)에 의해 출력되는 전하를 캐치하여 합산하기 위한 것이며, 변환 서브 모듈(123)은 적분 서브 모듈(122)에 의해 출력되는 전하를 아날로그 전압 신호로 변환하기 위한 것이다.
본 실시예에서, 도 8을 참조하면, 비교 모듈(13)은 전압 비교기(131) 및 제1 트리거(132)를 포함하고, 제1 트리거(132)는 D 트리거(도면에서는 이를 예로 듬)일 수 있다.
전압 비교기(131)의 비반전 입력단은 전압 변환 모듈(12)에 연결되고, 전압 비교기의 반전 입력단은 접지(GND)되며, 전압 비교기(131)의 출력단은 제1 트리거(132)의 제1 입력단에 연결되고, 제1 트리거(132)의 제2 입력단은 구동 신호를 수신하며, 제1 트리거(132)의 출력단은 필터 모듈(3)에 연결되고; 여기서, 구동 신호는 도 4 중의 클록 신호일 수 있다.
전압 비교기(131)는 아날로그 전압 신호의 전압값이 전압 임계값보다 클 경우, 하이 레벨을 출력하고, 아날로그 전압 신호의 전압값이 전압 임계값보다 작을 경우, 로우 레벨을 출력한다.
제1 트리거(132)는 구동 신호가 상승 에지일 경우, 출력하는 디지털 전압 신호의 레벨이 전압 비교기(131)의 현재 레벨이 되고, 구동 신호가 하강 에지일 경우, 출력하는 디지털 전압 신호의 레벨이 변하지 않도록 유지한다. 즉 제1 트리거(132)는 구동 신호가 하이 레벨일 경우, 전압 비교기(131)의 현재 레벨을 출력하는 디지털 전압 신호의 레벨로 사용하고; 제1 트리거(132)는 구동 신호가 로우 레벨일 경우, 출력하는 디지털 전압 신호의 레벨이 변하지 않도록 유지한다.
본 실시예는 제1 실시예에 비해, 커패시턴스 검출 회로 중 전하 전이 모듈, 전압 변환 모듈 및 비교 모듈의 구체적인 구조를 제공한다.
본 발명의 제3 실시예는 커패시턴스 검출 회로에 관한 것으로, 본 실시예는 제2 실시예와 비교할 경우, 주요 차이점은 전하 변환 모듈의 구체적인 구조를 제공하는 것이다.
본 실시예에서, 도 9를 참조하면, 전하 변환 모듈(2)은 로직 컨트롤러(21) 및 전하 출력 서브 모듈(22)을 포함한다. 로직 컨트롤러(21)의 제1단은 비교 모듈(13)에 연결되고, 로직 컨트롤러(21)의 제2단은 전하 출력 서브 모듈(22)을 통해 전압 변환 모듈(12)에 연결된다.
로직 컨트롤러(21)는 디지털 전압 신호가 하이 레벨일 경우, 전하 출력 서브 모듈(22)이 사전설정 전하량의 음전하를 전압 변환 모듈(12)에 출력하도록 제어한다.
일 예에서, 도 10을 참조하면, 전하 출력 서브 모듈(22)은 제6 스위치(SW6), 제7 스위치(SW7), 제8 스위치(SW8), 제9 스위치(SW9), 제3 전원(V3) 및 제2 기준 커패시턴스(Cref2)를 포함한다.
제6 스위치(SW6)의 제1단은 전압 변환 모듈(12)에 연결되고, 제6 스위치(SW6)의 제2단은 제8 스위치(SW8)의 제1단에 연결되며, 제8 스위치(SW8)의 제2단은 접지되고, 제6 스위치(SW6)와 제8 스위치(SW8)의 연결 부분은 제2 기준 커패시턴스(Cref2)의 제1단에 연결되며, 제7 스위치(SW7)의 제1단은 제3 전원(V3)에 연결되고, 제7 스위치(SW7)의 제2단은 제9 스위치(SW9)의 제1단에 연결되며, 제9 스위치(SW9)의 제2단은 접지되고, 제7 스위치(SW7)와 제9 스위치(SW9)의 연결 부분은 제2 기준 커패시턴스(Cref2)의 제2단에 연결되며; 제6 스위치(SW6)의 제어단, 제7 스위치(SW7)의 제어단, 제8 스위치(SW8)의 제어단 및 제9 스위치(SW9)의 제어단은 각각 로직 컨트롤러(21)에 연결된다.
로직 컨트롤러(21)는 디지털 전압 신호가 하이 레벨일 경우, 제6 스위치(SW6)와 제9 스위치(SW9)가 모두 오프되도록 제어하고, 제7 스위치(SW7)와 제8 스위치(SW8)가 모두 온되도록 제어하며, 이때, 제2 기준 커패시턴스(Cref2)는 제3 전원(V3)과 연결되고, 기준 전압(V ref2)으로 충전되며, 제2 기준 커패시턴스(Cref2)에 저장된 전하량은 Qref2=-Vref2* Cref2이고, 즉 사전설정 전하량이며, 제2 기준 커패시턴스(Cref2)에 저장된 전하를 전압 변환 모듈(12)로 방출한다.
로직 컨트롤러(21)는 디지털 전압 신호가 로우 레벨일 경우, 제6 스위치(SW6)와 제9 스위치(SW9)가 모두 온되도록 제어하고, 제7 스위치(SW7)와 제8 스위치(SW8)가 모두 오프되도록 제어하며, 제2 기준 커패시턴스(Cref2)는 접지(GND)되고, 제2 기준 커패시턴스(Cref2)에 저장된 전하는 전부 그라운드 단부로 방출된다.
본 실시예는 제1 실시예에 비해, 전하 변환 모듈의 구체적인 구조를 제공한다.
본 발명의 제4 실시예는 커패시턴스 검출 회로에 관한 것으로, 본 실시예는 제1 실시예와 비교할 경우, 주요 차이점은 도 11을 참조하면, 커패시턴스 검출 회로가 추출 모듈(4)을 더 포함하는 것이다. 비교 모듈(13)은 추출 모듈(4)을 통해 필터 모듈(3)에 연결된다.
추출 모듈(4)은 사전설정 시간대 내의 디지털 전압 신호를 필터 모듈(3)에 출력한다.
일 예에서, 추출 모듈(4)은 AND 게이트이고; AND 게이트의 제1 입력단은 비교 모듈(13)에 연결되며, AND 게이트의 출력단은 필터 모듈(3)에 연결되고, AND 게이트의 제2 입력단은 출력 제어 신호를 수신하며, 출력 제어 신호가 한 주기 내에서 하이 레벨에 있는 지속 시간은 사전설정 시간대이다. 즉, 도 12를 참조하면, 출력 제어 신호는 주기적인 신호이고, 출력 제어 신호의 하나의 주기에서, 사전설정 시간대(T) 내에 하이 레벨일 경우, 사전설정 시간대(T)의 디지털 전압 신호를 추출하여 필터 모듈(3)에 입력할 수 있으며, 필터 모듈(3)은 사전설정 시간대(T)의 디지털 전압 신호에 따라 상기 주기 내에서 측정할 커패시턴스의 커패시턴스 값을 특성화하는 값을 얻을 수 있고; 이로써, 측정할 커패시턴스(Cx)의 커패시턴스 값을 주기적으로 획득할 수 있다.
일 예에서, 도 13을 참조하면, 필터 모듈(3)은 카운터(31) 및 제2 트리거(32)를 포함하고, 제2 트리거(32)는 D 트리거일 수 있다.
비교 모듈(13)은 카운터(31)의 입력단에 연결되고, 카운터(31)의 출력단은 제2 트리거(32)의 제1 입력단에 연결되며, 제2 트리거(32)의 제2 입력단은 출력 제어 신호를 수신한다(도 12를 참조 바람).
카운터(31)의 구동단은 구동 신호를 수신하고(도 4를 참조 바람), 카운터(31)는 구동 신호가 상승 에지이고 디지털 전압 신호가 하이 레벨일 경우, 현재 카운트 값에 1을 가한다.
제2 트리거(32)는 출력 제어 신호가 상승 에지일 경우, 카운터(31)의 카운트 값을 출력하여 측정할 커패시턴스(Cx)의 커패시턴스 값을 특성화하는 값으로 사용한다.
본 실시예에서, 카운터(31)는 구동 신호가 하이 레벨일 경우 카운트하고, 디지털 전압 신호가 하이 레벨일 경우, 카운트 값에 1을 가하며, 디지털 전압 신호가 로우 레벨일 경우, 카운트 값은 변하지 않고, 제2 트리거(32)는 출력 제어 신호가 상승 에지일 경우, 카운터(31)에 누적된 카운트 값을 출력하여 측정할 커패시턴스(Cx)의 커패시턴스 값을 특성화하는 값으로 사용하며, 카운터(31)으 카운트 값을 초기화한다.
본 실시예는 제1 실시예에 비해, 커패시턴스 검출 회로에 추출 모듈을 증가함으로써, 측정할 커패시턴스에 대해 주기적으로 검출할 수 있어 전력 소모를 줄인다.
본 발명의 제5 실시예는 센서에 관한 것으로, 센서는 커패시턴스 센서일 수 있고, 센서는 전자 기기에 적용될 수 있으며, 센서는 제1 실시예 내지 제4 실시예 중 어느 하나에 따른 커패시턴스 검출 회로를 포함한다.
본 발명의 제6 실시예는 칩에 관한 것으로, 칩은 커패시턴스 검출 칩일 수 있고, 칩은 전자 기기에 적용될 수 있으며, 칩은 제1 실시예 내지 제4 실시예 중 어느 하나에 따른 커패시턴스 검출 회로를 포함한다.
본 발명의 제7 실시예는 전자 기기에 관한 것으로, 제1 실시예 내지 제4 실시예 중 어느 하나에 따른 커패시턴스 검출 회로를 포함하고, 전자 기기는 예를 들어 휴대폰, 태블릿 컴퓨터 등일 수 있다.
일 예에서, 전자 기기는 프로세서를 더 포함하되, 프로세서는 커패시턴스 검출 회로에 의해 출력되는 측정할 커패시턴스의 커패시턴스 값을 특성화하는 값에 따라, 측정할 커패시턴스의 커패시턴스 값을 얻고; 구체적으로, 사전설정된 커패시턴스 검출 회로의 측정 범위에 따라, 측정할 커패시턴스(Cx)의 커패시턴스 값을 획득한다. 예를 들어, 커패시턴스 검출 회로의 측정 범위는 0-10pF이고, 측정할 커패시턴스(Cx) 충전 및 방전 횟수는 1000회이며, 1000회의 충전 및 방전에 대응하는 디지털 전압 신호 중 값이 1인 수가 500회이면, 측정할 커패시턴스(Cx)의 커패시턴스 값은 500÷1000×10pF=5pF이다.
본 기술분야의 통상의 기술자는, 상기 각 실시예는 본 발명을 구현하는 구체적인 실시예이고, 실제 적용에서, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 형태 및 세부 사항에 대한 다양한 변경이 이루어질 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (15)

  1. 커패시턴스 검출 회로로서,
    서로 연결된 커패시턴스 제어 모듈, 전하 변환 모듈 및 필터 모듈을 포함하되;
    상기 커패시턴스 제어 모듈은 측정할 커패시턴스가 여러 회 충전 및 방전되도록 제어하고, 수신된 전하량에 따라, 디지털 전압 신호를 생성하되; 측정할 커패시턴스는 매회 충전 및 방전 과정에서, 사전설정 전압으로 충전된 후 저장된 모든 전하를 방출하며;
    상기 전하 변환 모듈은 상기 디지털 전압 신호가 하이 레벨일 경우, 사전설정 전하량의 음전하를 상기 커패시턴스 제어 모듈에 출력하되, 상기 사전설정 전하량은 상기 측정할 커패시턴스가 사전설정 전압으로 충전될 때 저장된 전하량보다 크거나 같고;
    상기 필터 모듈은 상기 측정할 커패시턴스가 여러 회 충전 및 방전된 후 생성된 상기 디지털 전압 신호에 따라, 상기 측정할 커패시턴스의 커패시턴스 값을 특성화하는 값을 얻고,
    상기 필터 모듈은 카운터 및 제2 트리거를 포함하되, 상기 커패시턴스 제어 모듈은 상기 카운터의 입력단에 연결되고, 상기 카운터의 출력단은 상기 제2 트리거의 제1 입력단에 연결되며, 상기 제2 트리거의 제2 입력단은 출력 제어 신호를 수신하고;
    상기 카운터의 구동단은 구동 신호를 수신하며, 상기 카운터는 상기 구동 신호가 상승 에지이고, 상기 디지털 전압 신호가 하이 레벨일 경우, 현재 카운트 값에 1을 가하며;
    상기 제2 트리거는 상기 출력 제어 신호가 상승 에지일 경우, 상기 카운터의 카운트 값을 상기 측정할 커패시턴스의 커패시턴스 값을 특성화하는 값으로서 출력하는, 커패시턴스 검출 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 커패시턴스 제어 모듈은, 순차적으로 연결된 전하 전이 모듈, 전압 변환 모듈 및 비교 모듈을 포함하되; 상기 비교 모듈은 상기 필터 모듈에 연결되고, 상기 전하 변환 모듈은 상기 전압 변환 모듈에 연결되며;
    상기 전하 전이 모듈은 측정할 커패시턴스가 여러 회 충전 및 방전되도록 제어하고, 매회 충전 및 방전 시, 상기 측정할 커패시턴스는 사전설정 전압으로 충전된 후 저장된 전하를 상기 전압 변환 모듈에 방출하며;
    상기 전압 변환 모듈은 수신된 전하를 아날로그 전압 신호로 변환시키고;
    상기 비교 모듈은 사전설정된 전압 임계값과 상기 아날로그 전압 신호에 따라, 디지털 전압 신호를 출력하며;
    상기 전하 변환 모듈은 상기 디지털 전압 신호가 하이 레벨일 경우, 사전설정 전하량의 음전하를 상기 전압 변환 모듈에 출력하는, 커패시턴스 검출 회로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전하 전이 모듈은 제1 스위치, 제2 스위치 및 제1 전원을 포함하되;
    상기 제1 전원은 상기 제1 스위치의 제1단에 연결되고, 상기 제1 스위치의 제2단은 상기 제2 스위치의 제1단에 연결되며, 상기 제2 스위치의 제2단은 접지되고, 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치의 연결 부분은 상기 측정할 커패시턴스의 제1단에 연결되며, 상기 측정할 커패시턴스의 제2단은 상기 전압 변환 모듈에 연결되고, 상기 제1 스위치의 제어단과 상기 제2 스위치의 제어단은 각각 구동 신호를 수신하며;
    상기 제1 스위치는 상기 구동 신호에 따라, 상기 측정할 커패시턴스가 충전될 때 온되고, 상기 측정할 커패시턴스가 방전될 때 오프되며;
    상기 제2 스위치는 상기 구동 신호에 따라, 상기 측정할 커패시턴스가 충전될 때 오프되고, 상기 측정할 커패시턴스가 방전될 때 온되는, 커패시턴스 검출 회로.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 전하 전이 모듈은 제3 스위치, 제4 스위치 및 제2 전원을 포함하되;
    상기 제2 전원은 상기 제3 스위치의 제1단에 연결되고, 상기 제3 스위치의 제2단은 상기 제4 스위치의 제1단에 연결되며, 상기 제4 스위치의 제2단은 상기 전압 변환 모듈에 연결되고, 상기 제3 스위치와 상기 제4 스위치의 연결 부분은 상기 측정할 커패시턴스의 제1단에 연결되며, 상기 측정할 커패시턴스의 제2단은 접지되고, 상기 제3 스위치의 제어단과 상기 제4 스위치의 제어단은 각각 구동 신호를 수신하며;
    상기 제3 스위치는 상기 구동 신호에 따라, 상기 측정할 커패시턴스가 방전될 때 오프되고, 상기 측정할 커패시턴스가 충전될 때 온되며;
    상기 제4 스위치는 상기 구동 신호에 따라, 상기 측정할 커패시턴스가 방전될 때 온되고, 상기 측정할 커패시턴스가 충전될 때 오프되는, 커패시턴스 검출 회로.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 전압 변환 모듈은 연산 증폭기, 제1 기준 커패시턴스 및 제5 스위치를 포함하되;
    상기 전하 전이 모듈과 상기 전하 변환 모듈은 각각 상기 연산 증폭기의 반전 입력단에 연결되고, 상기 연산 증폭기의 비반전 입력단은 접지되며, 상기 제1 기준 커패시턴스의 양단은 상기 연산 증폭기의 반전 입력단과 상기 연산 증폭기의 출력단에 각각 연결되고, 상기 제5 스위치의 양단은 상기 제1 기준 커패시턴스의 양단에 각각 연결되며, 상기 제5 스위치의 제어단은 리셋 신호를 수신하고;
    상기 제5 스위치는 상기 리셋 신호에 따라, 상기 전하 전이 모듈이 측정할 커패시턴스를 여러 회 충전 및 방전되도록 제어하기 이전에, 사전설정 지속 시간 내에 온 상태를 유지하는, 커패시턴스 검출 회로.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 비교 모듈은 전압 비교기 및 제1 트리거를 포함하되;
    상기 전압 비교기의 비반전 입력단은 상기 전압 변환 모듈에 연결되고, 상기 전압 비교기의 반전 입력단은 접지되며, 상기 전압 비교기의 출력단은 상기 제1 트리거의 제1 입력단에 입력되고, 상기 제1 트리거의 제2 입력단은 출력 제어 신호를 수신하며, 상기 제1 트리거의 제3 입력단은 구동 신호를 수신하고, 상기 제1 트리거의 출력단은 상기 필터 모듈에 연결되며;
    상기 전압 비교기는 상기 아날로그 전압 신호의 전압값이 상기 전압 임계값보다 클 경우, 하이 레벨을 출력하고, 상기 아날로그 전압 신호의 전압값이 상기 전압 임계값보다 작을 경우, 로우 레벨을 출력하며;
    상기 제1 트리거는 상기 구동 신호가 상승 에지일 경우, 출력되는 상기 디지털 전압 신호의 레벨이 상기 전압 비교기의 현재 레벨이고, 상기 구동 신호가 하강 에지일 경우, 출력되는 상기 디지털 전압 신호의 레벨이 변하지 않도록 유지하는, 커패시턴스 검출 회로.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 전하 전이 모듈은 로직 컨트롤러 및 전하 출력 서브 모듈을 포함하되, 상기 로직 컨트롤러의 제1단은 상기 비교 모듈에 연결되고, 상기 로직 컨트롤러의 제2단은 상기 전하 출력 서브 모듈을 통해 상기 전압 변환 모듈에 연결되며;
    상기 로직 컨트롤러는 상기 디지털 전압 신호가 하이 레벨일 경우, 상기 전하 출력 서브 모듈이 사전설정 전하량의 음전하를 상기 전압 변환 모듈에 출력하도록 제어하는, 커패시턴스 검출 회로.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전하 출력 서브 모듈은 제6 스위치, 제7 스위치, 제8 스위치, 제9 스위치, 제3 전원 및 제2 기준 커패시턴스를 포함하되;
    상기 제6 스위치의 제1단은 상기 전압 변환 모듈에 연결되고, 상기 제6 스위치의 제2단은 상기 제8 스위치의 제1단에 연결되며, 상기 제8 스위치의 제2단은 접지되고, 상기 제6 스위치와 상기 제8 스위치의 연결 부분은 상기 제2 기준 커패시턴스의 제1단에 연결되며, 상기 제7 스위치의 제1단은 상기 제3 전원에 연결되고, 상기 제7 스위치의 제2단은 상기 제9 스위치의 제1단에 연결되며, 상기 제9 스위치의 제2단은 접지되고, 상기 제7 스위치와 상기 제9 스위치의 연결 부분은 상기 제2 기준 커패시턴스의 제2단에 연결되며;
    상기 제6 스위치의 제어단, 상기 제7 스위치의 제어단, 상기 제8 스위치의 제어단 및 상기 제9 스위치의 제어단은 상기 로직 컨트롤러에 각각 연결되고;
    상기 로직 컨트롤러는 상기 디지털 전압 신호가 로우 레벨일 경우, 상기 제6 스위치와 상기 제9 스위치가 모두 온되도록 제어하며, 상기 제7 스위치와 상기 제8 스위치가 모두 오프되도록 제어하고;
    상기 로직 컨트롤러는 상기 디지털 전압 신호가 하이 레벨일 경우, 상기 제6 스위치와 상기 제9 스위치가 모두 오프되도록 제어하며, 상기 제7 스위치와 상기 제8 스위치가 모두 온되도록 제어하는, 커패시턴스 검출 회로.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 커패시턴스 검출 회로는 추출 모듈을 더 포함하되; 상기 커패시턴스 제어 모듈은 상기 추출 모듈을 통해 상기 필터 모듈에 연결되고;
    상기 추출 모듈은 사전설정 시간대 내의 상기 디지털 전압 신호를 상기 필터 모듈에 출력하는, 커패시턴스 검출 회로.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 추출 모듈은 AND 게이트이고; 상기 AND 게이트의 제1 입력단은 상기 커패시턴스 제어 모듈에 연결되며, 상기 AND 게이트의 출력단은 상기 필터 모듈에 연결되고;
    상기 AND 게이트의 제2 입력단은 출력 제어 신호를 수신하며, 상기 출력 제어 신호가 한 주기 내에서 하이 레벨에 있는 지속 시간은 상기 사전설정 시간대인, 커패시턴스 검출 회로.
  11. 센서로서,
    제1항에 따른 커패시턴스 검출 회로를 포함하는, 센서.
  12. 칩으로서,
    제1항에 따른 커패시턴스 검출 회로를 포함하는, 칩.
  13. 전자 기기로서,
    제1항에 따른 커패시턴스 검출 회로를 포함하는, 전자 기기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전자 기기는 프로세서를 더 포함하되;
    상기 프로세서는, 상기 커패시턴스 검출 회로에 의해 출력되는 상기 측정할 커패시턴스의 커패시턴스 값을 특성화하는 값에 따라, 상기 측정할 커패시턴스의 커패시턴스 값을 얻는, 전자 기기.
  15. 삭제
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