KR20010012420A - 직접적인 센서 인터페이스 모듈 - Google Patents

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KR20010012420A
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KR1019997010373A
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하르토노 다르마와스키타
제임스 비. 놀란
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씨. 필립 채프맨
마이크로칩 테크놀로지 인코포레이티드
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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K5/00—Manipulating of pulses not covered by one of the other main groups of this subclass
    • H03K5/153—Arrangements in which a pulse is delivered at the instant when a predetermined characteristic of an input signal is present or at a fixed time interval after this instant

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Abstract

마이크로컨트롤러로 하여금 저항성, 용량성, 및/또는 전류원 특성중 적어도 하나를 갖는 센서에 직접 인터페이스하도록하는 직접적인 센서 인터페이스(DSI) 모듈. DSI 모듈은 센서전류를 발생시키는 기준 저항기일수 있는 센서 장치에 직접 결합된다. 전류 미러링 회로는 센서전류에 비례하는 충전전류를 출력한다. 용량성 센서 및/또는 용량성 장치는 전류 미러링 회로에 결합되고 충전 전류에 의해 충전될 때 전압을 발생시킨다. 비교기 및 임계 전압원을 사용할 때, 용량성 센서 및/또는 용량성 장치가 제로로부터 임계전압까지로 램프(ramp)하는데 걸리는 시간은 측정될 수 있다. 충전 시간은 센서 판독에 비례한다.

Description

직접적인 센서 인터페이스 모듈{DIRECT SENSOR INTERFACE(DSI) MODULE}
센서 장치는 세개의 클래스: 저항성, 용량성, 및 전류원으로 일반적으로 분류된다. 상기 3개의 클래스들중 통상적인 예는, 저항성 센서 - 서미스터, 가스(즉, CO, 오존, 알코올, 염소, 부탄, 벤젠 등) 검출기, 및 광검출기와; 용량성 센서-상대습도(RH) 센서, 액체 레벨 센서, 각도 또는 선형 변위 센서, 및 존재 검출기와; 전류원 센서 - 광다이오드, 및 포토트랜지스터이다. 현재, 마이크로컨트롤러를 센서와 인터페이스하기위해, 아날로그 대 디지털(A/D) 변환기 또는 어떤 형태의 신호조절 회로(즉, 증폭기)가 필요로 된다. 그러므로, 마이크로컨트롤러로 하여금 종래의 A/D 변환기 및/또는 기존의 신호조절 회로를 필요함이 없이 저항성, 용량성, 및/또는 전류원 특성을 갖는 센서와 직접적으로 인터페이스하도록하는 직접적인 센서 인터페이스 모듈을 구비할 필요가 있다. 직접적인 센서 인터페이스 모듈은 직접적인 센서 인터페이스 모듈의 다수-범위 능력으로 인해 A/D 변환기를 사용하는 종래의 실시보다 더 높은 측정 해상도를 제공할 수 있다. 직접적인 센서 인터페이스 모듈은 3개의 입력 모드: 저항, 정전용량, 또는 전류원중 어느 하나로써 구성될 수 있다. 또한 직접적인 센서 인터페이스 모듈은 다른 형태의 다수 센서를 측정할 수 있다. 직접적인 센서 인터페이스 모듈은 사용자로 하여금 동작시간동안 시스템 측정을 수행하기위해 기준 형태 및 값을 선택하도록하여, 각 장치를 측정할 필요성을 없애고, 직접적인 센서 인터페이스 모듈 파라미터를 반도체 공정변화에 상대적으로 민감하지 않게 한다.
본 발명은 센싱 소자에 관련되고 특히 마이크로컨트롤러로 하여금 종래의 아날로그 대 디지털(A/D) 변환기 및/또는 기존의 신호조절 회로를 필요함이 없이 저항성, 용량성, 및/또는 전류원 특성을 갖는 센서와 직접적으로 인터페이스하도록하는 직접적인 센서 인터페이스 모듈에 관한 것이다.
도 1은 저항 입력 모드에서 동작하는 본 발명의 직접적인 센서 인터페이스 모듈의 단순화된 기능적인 블록도.
도 2는 직접적인 센서 인터페이스 모듈이 저항 입력 모드에서 동작할 때 직접적인 센서 인터페이스 모듈의 타이밍도.
도 3은 정전용량 입력 모드에서 동작하는 본 발명의 직접적인 센서 인터페이스 모듈의 단순화된 가능적인 블록도.
도 4는 전류원 입력 모드에서 동작하는 본 발명의 직접적인 센서 인터페이스 모듈의 단순화된 기능적인 블록도.
도 5는 직접적인 센서 인터페이스 모듈의 정확성 및 일관성(consistency)을 증가시키기위해 사용되는 직접적인 센서 인터페이스 모듈의 다른 실시예의 단순화된 기능적인 블록도.
도 6은 도 5에서 도시된 실시예에 대한 직접적인 센서 인터페이스 모듈의 타이밍도.
도 7a는 저항성 입력만을 갖는 직접적인 센서 인터페이스 모듈의 이용형태 도시도.
도 7b는 저항성 및 용량성 입력을 갖는 직접적인 센서 인터페이스 모듈의 이용형태 도시도.
도 7c는 저항성 및 전류원 입력을 갖는 직접적인 센서 인터페이스 모듈의 이용형태 도시도.
본 발명의 일실시예에 따라, 본 발명의 목적은 마이크로컨트롤러로 하여금 종래의 아날로그 대 디지털(A/D) 변환기 및/또는 기존의 신호조절 회로를 필요함이 없이 저항성, 용량성, 및/또는 전류원 특성을 갖는 센서와 직접적으로 인터페이스하도록하는 직접적인 센서 인터페이스 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 직접적인 센서 인터페이스 모듈의 다수-범위 능력으로 인해 A/D 변환기를 사용하는 종래의 실시보다 더 높은 측정 해상도를 제공할 수 있다는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 3개의 입력 모드: 저항, 정전용량, 또는 전류원중 어느 하나로써 구성될 수 있는 직접적인 센서 인터페이스 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 다른 형태의 다수 센서를 측정할 수 있는 직접적인 센서 인터페이스 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 사용자로 하여금 동작시간동안 시스템 측정을 수행하기위해 기준 형태 및 값을 선택하도록하는 직접적인 센서 인터페이스 모듈을 제공하는 것이어서, 각 장치를 측정할 필요성을 없애고, 직접적인 센서 인터페이스 모듈 파라미터를 반도체 공정변화에 상대적으로 민감하지 않게 한다.
본 발명의 일실시예에 따라, 마이크로컨트롤러로 하여금 저항성, 용량성, 전류원 특성중 적어도 하나를 갖는 센서에 직접적으로 인터페이스하게하는 직접적인 센서 인터페이스(DSI) 모듈이 개시된다. DSI 모듈은 센서 장치의 출력판독에 비례하는 센서 전류를 발생시키는 센서 장치에 직접 결합된다. 전류 미러링 회로는 센서 장치에 결합되어 센서 장치의 센서 전류에 비례하는 충전전류를 출력한다. 용량성 장치는 전류 미러링 회로에 결합된다. 용량성 장치가 전류 미러링 회로에 의해 출력된 충전전류에 의해 충전될 때 용량성 장치는 전압을 발생시킨다. 스위치는 용량성 장치에 결합되어 전류 미러링 회로에 의해 출력된 충전 전류로 하여금 용량성 장치에 충전하도록한다. 스위치는 용량성 장치를 접지로 방전하는 데 또한 사용된다. DSI 모듈은 비교기를 또한 사용한다. 비교기는 임계값 전압원에 결합된 제 1입력과, 용량성 장치에 결합된 제 2입력을 갖는 다. 용량성 장치에 의해 발생된 전압이 임계전압원과 같은 레벨에 도달할 때 비교기는 신호전송을 위해 사용된다. 비교기의 반전출력에 결합된 입력을 갖는 펄스 발생기는 용량성 장치에 의해 발생된 전압이 임계 전압원과 같을 때 용량성 장치를 접지로 완전히 방전시키도록 스위치를 닫게하는 일정한 펄스를 발생시키기위해 사용된다. 펄스 발생기의 출력신호는 용량성 장치를 충전시키는 시간과 같은 일정한 펄스폭들간의 주기를 갖는다. 상기 시간 주기는 센서 장치의 출력판독에 비례한다. DSI 모듈은 전압 발생기를 더 구비한다. 전압 발생기는 센서장치 및 전류 미러링 회로에 결합된다. 전압 발생기는 일정한 여기 전압을 센서 장치상에 세트하도록 사용되어 센서 장치가 센서 장치의 출력판독에 비례하는 센서 전류를 발생시키도록한다.
본 발명의 앞선 및 다른 목적, 특징, 및 장점은 첨부도면에 예시했듯이 본 발명의 양호한 실시예의 다음의 특정한 설명으로부터 명백해진다.
도 1에서, 저항 입력 모드에서 동작하는 직접적인 센서 인터페이스(DSI) 모듈(10)이 도시된다. 본 실시예에서, DSI 모듈(10)은 저항성 센서(12)상에 일정한 여기 전압을 세트시킨다. 센서 전류(IS)는 샘플되어 사용되어 캐패시터(14)를 충전시킨다. 전압 비교기(16) 및 임계전압 기준(nVREF)을 사용할 때, 캐패시터(14)의 전압이 제로로부터 임계전압 기준(nVREF)으로 램프(ramp)하는 데 걸리는 시간은 측정될 수 있다. 그 충전 시간은 저항성 센서(12)의 저항에 비례한다. 충전 시간이 타이머를 작동하도록 사용된다면, 각 변환의 끝에서 타이머값은 저항성 센서(12)의 저항값에 비례한다.
DSI 모듈(10)이 저항 입력 모드에서 동작할 때, 여기 전압이 전압원(18)에 의해 발생된다. 전압원(18)이 증폭기(20) 및 트랜지스터(22)로 구비된다. 전압원(18)은 2개의 입력 단자를 갖는다. 제 1입력단자는 전압원(VREF)으로 결합된다. 제 2입력단자는 저항성 센서(12)에 결합된다. 증폭기(20)의 출력은 트랜지스터(22)의 게이트에 결합된다. 트랜지스터(22)의 소스는 저항성 센서(12)에 결합되고 트랜지스터(22)의 드레인은 전류 미러링 회로(24)에 결합된다. 본 발명의 양호한 실시예에서, 트랜지스터(22)는 전계효과 트랜지스터(FET)이다.
증폭기(20) 및 트랜지스터(22)는 저항성 센서(12) 양단에 여기 전압(VREF)을 세트시키는 전압원(18)을 형성한다. 그것은 저항성 센서(12)의 저항(RS)에 의해 제산된 여기 전압(VREF)과 같은 센서전류(IS)(IS=VREF/RS)를 저항성 센서(12)를 통해 흐르게한다. 트랜지스터(22)는 전압 폴로워 장치로서 사용된다. 트랜지스터는 사용자로 하여금 센서 전류(IS)를 측정하도록 할 수 있다.
전류 미러링 회로(24)는 트랜지스터(22)의 드레인 단자에 결합된다. 전류 미러링 회로(24)는 다수의 다른 실시예를 형성할 수 있고 거기에서 그 회로의 출력전류는 입력 전류에 비례한다. 예를 들어, 전류 미러링 회로는 캐스케이드 회로일 수 있다. 도 1에 도시된 실시예에서, 전류 미러링 회로(24)는 2개의 주요한 트랜지스터(26 및 28)로 구비된다. 트랜지스터(26)는 드레인, 게이트, 및 소스 단자를 가지며 다이오드를 연결시킨 트랜지스터이다. 트랜지스터(24)의 소스 단자는 바이어스 전압원(VDD)에 결합된다. 트랜지스터(26)의 게이트 단자는 트랜지스터(26)의 드레인 단자에 결합된다. 트랜지스터(26)의 드레인 단자는 트랜지스터(22)의 드레인 단자에 또한 결합된다. 트랜지스터(28)는 드레인, 게이트, 및 소스 단자를 또한 갖는다. 트랜지스터(26)과 같이, 트랜지스터(28)의 소스 단자는 바이어스 전압 소스(VDD)에 결합된다. 트랜지스터(28)의 게이트 단자는 트랜지스터(26)의 게이트 단자에 결합된다. 트랜지스터(28)의 드레인 단자는 캐패시터(14)에 결합된다. 본 발명의 양호한 실시예에서, 트랜지스터(26 및 28)는 동일한 형태의 FETs이다. 트랜지스터(26 및 28)는 전류 미러를 k 내지 1의 전류감소 계수로써 형성하여, 트랜지스터(28)의 출력전류는 센서 전류(IS)보다 k배만큼 적다(즉 출력전류=IS/k). k값은 트랜지스터(26 및 28)의 크기를 토대로한다.
트랜지스터(28)의 출력전류는 캐패시터(14)를 충전시키기위해 사용된다. 캐패시터(14)의 전압(VC)은 저항성 센서(12)의 저항(RS)에 역비례하는 슬로프(slop)에서 제로 볼트로부터 램프(ramp)한다. 캐패시터(14)는 비교기(16)의 하나의 입력에 결합된다. 비교기(16)의 제 2입력은 변환의 끝을 결정하기위해 사용되는 임계전압(nVREF)에 결합된다. 임계전압(nVREF)값은 특정한 이용형태를 토대로한다. 예를 들어, 본 발명의 하나의 실시예에서, 사용자는 1.2 볼트의 대역간격 기준전압과 같게되는 임계전압(nVREF)을 원할 수 있다. DSI 모듈이 저항 입력 모드에서 동작할 때, 저항성 센서(12)의 저항(RS)에 대한 식이 인출될 때 VREF항이 소거되기때문에 VREF및 nVREF의 값은 간단한 전압 분할기로부터 VDD의 함수로서 쉽게 인출될 수 있다.
캐패시터(14)의 전압(VC)이 임계전압(nVREF)에 도달할 때, 비교기(16)의 출력은 낮게된다. 상기 출력신호는 펄스 발생기(30)의 반전된 입력으로 보내진다. 펄스 발생기(30)는 tP의 일정한 펄스폭을 갖는 펄스를 발생시킨다. 펄스는 캐패시터(14)를 접지로 충분히 방전하는 스위치(32)를 터언온한다. 캐패시터(14)가 완전히 방전될 때, 펄스는 단절되고 스위치(32)는 터언오프된다. 캐패시터(14)의 전압은 제로 볼트로부터 램프하기 시작하고, 전체 변환 사이클은 반복된다.
도 2의 타이밍도로부터 알수 있듯이, 캐패시터(14)가 램프되는 시간동안, 비교기 및 인버터(34) 모두의 출력은 높다. 캐패시터(14)의 전압(VC)이 임계전압(nVREF)에 도달할 때, 비교기(16) 및 인버터 모두의 출력은 낮게 된다. 인버터(34)의 출력이 높게 될때의 시간(즉, 펄스 발생기(30)의 출력이 낮게 될때의 시간)은 저항성 센서(12)의 저항(RS) 및 캐패시터(14)의 값에 비례한다.
저항성 센서(12)의 저항(RS)은 다음의 방법으로 근사(approximate)될 수 있다. 저항성 센서(12) 양단의 전압이 VREF로 유지되기 때문에, 센서 전류(IS)는
IS=VREF/RS(1)
로 표시되고 거기에서 RS는 저항성 센서(12)의 저항이다.
캐패시터(14) 양단의 전압은
VC=IS*t/(k*C)+V0(2)
VC=VREF*t/(RS*k*C)+V0(3)
로 표시되고 k는 전류 미러링 회로(24)의 트랜지스터(24 및 26)의 이득비이고, C는 캐패시터(14)의 정전용량이고, V0는 전압 비교기 오프세트로 인한 동등한 초기값 및 유전체 흡수에 의해 야기된 캐패시터(14)의 잔류 전하이다.
시간(T1)에서
VC(T1)=n*VREF(4)
VC(T1)=VREF*T1/(RS*k*C)+V0(5)
R(S)=VREF*T1/[(n*VREF-V0)*k*C](6)
이고 이상에 가까운 상황하에서, VREF》V0및 n*VREF》V0(여기서 n는 증폭기(20) 및 비교기(16)간의 전압 분할비)이고, 저항성 센서(12)의 저항(RS)은
RS=T1/(n*k*C) (7)
로 근사될 수 있다.
도 3에서 같은 도면번호 및 심벌은 같은 방법으로 동작하는 같은 소자를 나타내고, DSI 모듈(10)의 제 2실시예는 도시된다. 본 실시예에서, DSI 모듈(10)은 용량성 입력 모드에 있다. 용량성 입력 모드에서 DSI 모듈(10)의 동작은 저항 모드에서 DSI 모듈(10)의 동작과 매우 비슷하다. 정전용량 모드에서, 저항성 센서(12)는 기준 저항기(36)로써 대치된다. 기준 저항기(36)는 전류 미러(24)로 하여금 정전류(IS'/k)를 출력하도록 세트하기위해 사용된다. 전압원(18)이 기준 저항기(36) 양단의 여기전압(VREF')을 세트할 때, 정전류(IS')는 기준 저항기(36)에 의해 제산된 여기전압(VREF')과 같게 되어 기준 저항기(36)를 통해 흐르기 시작하고(IS'=VREF'/RREF) 여기서 RREF는 기준 저항기(36)의 값이다.
본 실시예에서 용량성 센서(38)는 캐패시터(14)와 병렬로 연결된다. 전류 미러(24)에 의해 출력된 정전류(IS'/k)는 캐패시터(14) 및 용량성 센서(38) 모두를 충전시키기위해 사용되어 캐패시터(14) 및 용량성 센서(38) 양단의 전압(VC')이 제로 볼트로부터 램프되기 시작한다. VC'가 램프되는 동안, 비교기(16) 및 인버터(34) 모두의 출력은 높다. VC'가 nVREF에 도달할 때, 비교기 출력은 인버터(34)로부터의 출력이 그러하듯이 고에서 저로 변화한다. 그 시간에, 펄스 발생기(30)는 스위치(32)를 작동시키는 출력펄스(tP')를 발생시켜서 캐패시터(14) 및 용량성 센서(38) 모두를 완전히 방전시킨다. 펄스(tP')의 끝에서, VC'는 다시 램프하기 시작하고, 인버터(34)의 출력은 높은 상태로 복귀한다. 그것은 반복해서 변환 과정 모두를 시작한다. 인버터(34)의 출력이 높게 될때의 시간(즉, 펄스 발생기(30)의 출력이 낮게 될때의 시간)은 캐패시터(14)의 합값 및 용량성 센서(38)의 정전용량에 비례한다.
저항 입력 모드에서처럼, 정전용량 입력 모드에서 VREF' 및 nVREF'의 값은 간단한 전압 분할기로부터 VDD의 함수로써 또한 인출될 수 있다. 용량성 센서(38)의 정전용량값은 저항 입력 모드에서처럼 비슷한 인출을 사용해서 또한 인출될 수 있다. 용량성 센서(38)의 정전용량값(CSENSOR)은
CSENSOR=T1/(n*k*RREF') - C (8)
로 표시되고 여기서 k는 전류 미러링 회로의 트랜지스터(24 및 26)의 이득비이고, C는 캐패시터(14)의 정전용량이고, RREF는 기준 저항기(36)의 값이고, n는 증폭기(20) 및 비교기(16)의 전압 분할비이다.
도 4에서 같은 도면번호 및 심벌은 같은 방법으로 동작하는 같은 소자를 나타내고, DSI 모듈(10)의 제 3실시예는 도시된다. 본 실시예에서, DSI 모듈(10)은 전류원 입력 모드에 있다. 전류원 입력 모드에서 DSI 모듈(10)의 동작은 저항 및 정전용량 입력 모드에서 DSI 모듈(10)의 동작과 매우 비슷하다. 전류원 모드에서, 전류원 센서(40)는 전류 미러링 회로(24)의 트랜지스터(26)의 드레인에 직접 결합된다. 전류원 센서(40)는 전류 미러링 회로(24)에 보내지는 전류(IS")를 발생시킨다. 전류 미러링 회로(24)는 캐패시터(14)를 충전시키기위해 사용되는 출력(IS"/k)을 발생시킨다. 캐패시터(14) 양단의 전압(VC")은 제로 볼트로부터 램프하기 시작한다. VC"가 램프하는 동안, 비교기(16) 및 인버터(34) 모두의 출력은 높다. VC"가 VREF"에 도달할 때, 비교기 출력은 인버터(34)로부터의 출력이 그러하듯이 고에서 저로 변화한다. 그 시간에, 펄스 발생기(30)는 스위치(32)를 작동시키는 출력펄스(tP)를 발생시켜서 캐패시터(14) 모두를 완전히 방전한다. 펄스(tP)의 끝에서, VC"는 다시 램프하기 시작하고, 인버터(34)의 출력은 높은 상태로 복귀한다. 그것은 반복해서 변환 과정 모두를 시작한다. 인버터(34)의 출력이 높게 될때의 시간(즉, 펄스 발생기(30)의 출력이 낮게 될때의 시간)은 캐패시터(14) 및 전류원 센서(40)의 값에 비례한다.
전류원 입력모드에서 캐패시터(14)의 전압은
VC(t)=IS "*t/(k*C)+V0(9)
로 표시되고 k는 전류 미러링 회로(24)의 트랜지스터(24 및 26)의 이득비이고, C는 캐패시터(14)의 정전용량이고, V0는 전압 비교기 오프세트로 인한 동등한 초기값 및 유전체 흡수에 의해 야기된 캐패시터(14)의 잔류 전하이다.
시간(T1)에서
VC(T1)=VREF"(10)
VC(T1)=IS"*T1/(k*C)+V0(11)
IS"=[(VREF"-V0)*k*C]/T1(12)
이고 이상에 가까운 상황하에서, VREF"》V0'이고, 센서 전류는
IS"=VREF"*k*C/T1 (13)
로 근사적으로 될 수 있다.
DSI 모듈(10)의 정확도 및 일관성을 증가시키기위해, 제 2비교기는 상기 논의된 실시예 각각에서 캐패시터(14)의 충전시간을 측정하기위해 사용될 수 있다. 도 5에서 볼수 있듯이, 제 2비교기(36)는 기준 전압원(mVREF"')에 결합된 제 1입력을 갖고 여기서 m은 증폭기(즉 도 1,3의 증폭기(20) 또는 도 4의 증폭기(16)) 및 비교기(26)간의 전압 분할비이다. m값은 n보다 적은 수이다. 비교기(36)의 제 2입력은 캐패시터(14)에 결합된다. 캐패시터(14)가 충전됨에 따라, 전압(VC"')이 mVREF"'의 시작전압에 도달하자마자 비교기(36)는 플립플롭(38)을 세트하고 플립플롭(38)의 출력은 높게된다. 캐패시터(14)가 충전됨에 따라, 전압(VC"')이 계속해서 램프된다. VC"'이 nVREF"'로 도달할 때, 비교기(16)의 출력은 플립플롭(38)을 리세트하고 플립플롭(38)의 출력은 낮게 된다. 비교기(16)는 스위치(32)를 작동시키는 출력펄스(tP"')를 발생시키도록 펄스 발생기(30)에 또한 신호전송하여 캐패시터(14)를 완전히 방전한다. 펄스(tP"')의 끝에서, VC"'는 완전히 방전되고 다시 램프하기 시작한다. 그것은 반복해서 변환과정을 시작한다. 플립플롭(38)의 출력이 높을 때의 시간은 모든 세개의 실시예에서 센서의 값에 비례한다.
도 7a-7c에서, 같은 도면번호 및 심벌은 같은 소자를 나타내고, 다른 센서 소자 형태를 갖는 몇개의 가능한 DSI 모듈(10)이 사용되어 도시된다. 특히 도 7a에서, DSI 모듈(10)은 CO 센서 및 서미스터(즉, 저항성 센서)에 직접 인터페이스하기위해 사용된다. 10K 및 100K의 기준 저항기는 센서의 저항범위를 커버하도록 모듈을 측정하기위해 사용된다. 저항기의 값이 이용형태 및 실제의 센서 특성에 따른다.
도 7b에서, DSI 모듈(10)은 상대습도(RH) 센서 및 서미스터(즉 각기 저항성 및 용량성 센서)에 직접 인터페이스하기위해 사용된다. DSI 모듈(10)은 서미스터 저항을 측정하기위해 사용된 범위를 측정하도록 10K의 기준 저항기를 필요로 한다. RH 센서를 측정하기위해, DSI 모듈(10)은 50pF의 캐패시터를 기준으로서 사용한다. DSI 모듈(10)은 용량성 센서 또는 기준을 측정할 때, 10K의 기준 저항기는 DSI 모듈(10)을 동작하기에 필요한 정전류를 발생시키기위해 또한 사용된다. 저항 및 캐패시터의 값은 이용형태 및 실제의 센서 특성에 따른다.
도 7c에서, DSI 모듈(10)은 광다이오드 및 서미스터(즉, 각기 전류원 센서 및 저항성 센서)에 직접적으로 인터페이스하기위해 사용된다. 다시, 10K 및 100K의 기준 저항기는 센서의 출력범위를 커버하는 DSI 모듈의 범위를 측정하기위해 사용된다. 저항기의 값은 이용형태 및 실제의 센서 특성에 따른다.
직접적인 센서 인터페이스 모듈(10)은 종래의 A/D 변환기 또는 종래의 신호 조절 회로를 필요로 함이 없이 마이크로컨트롤러로 하여금 저항성, 용량성, 및/또는 전류원 특성을 갖는 센서와 직접 인터페이스하게된다. 직접적인 센서 인터페이스 모듈(10)은 직접적인 센서 인터페이스의 다수-범위 능력으로 인해 A/D 변환기를 사용하는 종래의 실행보다 더 높은 측정 해상도를 제공할 수 있다. 직접적인 센서 인터페이스 모듈은 3개의 입력모드: 저항, 정전용량, 또는 전류원중 어느 하나와 구성될 수 있다. 알맞은 멜티플렉서 회로를 사용함으로써, 직접적인 센서 인터페이스 모듈은 다른 형태의 다수 센서를 측정할 수 있다. 알맞은 멀티플렉서 회로를 사용하는 것은 사용자로 하여금 기준 형태 및 기준값을 선택하도록하여 동작시간동안 시스템 측정을 수행하고, 각 장치를 측정할 필요성을 제거하고, 직접적인 센서 인터페이스의 모듈 파라미터를 과정 변화에 상대적으로 덜 민감하게한다.
본 발명이 그 양호한 실시예를 참고로 특히 도시 및 설명되지만, 당업자에게는 앞서고 다른 형태 및 상세한 설명이 본 발명의 정신 및 범위를 벗어남이 없이 그 내에서 이루어짐을 이해하게된다.

Claims (27)

  1. 마이크로컨트롤러로 하여금 저항성, 용량성, 및 전류원 특성중 적어도 하나를 갖는 센서에 직접 인터페이스하도록하는 직접적인 센서 인터페이스(DSI) 모듈에 있어서,
    상기 센서 장치의 출력판독에 비례하는 센서전류를 발생시키는 센서 장치와;
    상기 센서 장치에 결합되어, 상기 센서 장치의 상기 센서전류에 비례하는 충전전류를 출력하는 전류 미러링 회로와;
    상기 전류 미러링 회로에 결합되어, 상기 전류 미러링 회로에 의해 출력된 상기 충전전류에 의해 충전되는 바와 같은 전압을 발생하는 용량성 장치와;
    상기 용량성 장치에 결합되어, 상기 전류 미러링 회로에 의해 출력된 상기 충전전류로 하여금 상기 용량성 장치에 충전하고 상기 용량성 장치를 접지에 방전하는 스위치와;
    상기 용량성 장치에 의해 발생된 상기 전압이 상기 임계 전압원의 레벨에 도달할 때 신호전송하기위해 임계 전압원에 결합된 제 1입력 및 상기 용량성 장치에 결합된 제 2입력을 갖는 비교기와;
    상기 비교기의 반전된 출력에 결합된 입력을 갖고, 상기 용량성 장치에 의해 발생된 상기 전압이 상기 임계전압원의 레벨에 도달할 때 상기 용량성 장치를 완전히 방전하도록 상기 스위치를 닫게하는 일정한 펄스폭을 발생하는 펄스 발생기의 결합을 구비하는 것을 특징으로 하는 직접적인 센서 인터페이스 모듈.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 전류 미러링 회로가 캐스케이드 회로인 것을 특징으로 하는 직접적인 센서 인터페이스 모듈.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 전류 미러링 회로는,
    드레인, 게이트, 및 소스 단자를 갖는 제 1트랜지스터와;
    드레인, 게이트, 및 소스 단자를 갖는 제 2트랜지스터를 구비하고,
    상기 제 1트랜지스터에서 상기 제 1트랜지스터의 상기 게이트 단자는 상기 제 1트랜지스터의 상기 드레인 단자에 결합되고, 상기 제 1트랜지스터의 상기 드레인 단자는 상기 센서장치에 결합되고, 상기 제 1트랜지스터의 상기 소스 단자는 바이어스 전압원에 결합되고,
    상기 제 2트랜지스터에서 상기 제 2트랜지스터의 상기 소스 단자는 상기 바이어스 전압원 및 상기 제 1단자의 상기 소스 단자에 결합되고, 상기 제 2트랜지스터의 상기 게이트 단자는 상기 제 1트랜지스터의 상기 게이트 및 드레인 단자에 결합되고, 상기 제 2트랜지스터의 상기 드레인 단자는 상기 용량성 장치에 결합되는 것을 특징으로 하는 직접적인 센서 인터페이스 모듈.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 제 1트랜지스터 및 상기 제 2트랜지스터는 전계효과트랜지스터(FETs)인 것을 특징으로 하는 직접적인 센서 인터페이스 모듈.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 DSI 모듈이 전류원 입력 모드에서 동작할 때 센서 장치는 전류원 센서인 것을 특징으로 하는 직접적인 센서 인터페이스 모듈.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 센서 장치 및 상기 전류 미러링 회로에 결합되어, 상기 센서 장치로 하여금 상기 센서 장치의 상기 출력판독에 비례하는 상기 센서전류를 발생시키도록 일정한 여기 전압을 상기 센서장치에 세트하는 전압 발생기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 직접적인 센서 인터페이스 모듈.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 전압 발생기는,
    상기 일정한 여기 전압을 발생시키는 전압 기준원에 결합된 제 1입력과, 상기 센서 장치에 결합된 제 2입력을 갖는 증폭기와;
    상기 증폭기에 결합된 제 1단자와, 상기 전류 미러링 회로에 결합된 제 2단자와, 상기 센서 장치에 결합된 제 3단자를 가지며 상기 일정한 여기 전압을 출력하고 상기 센서 전류를 측정하는 전압 폴로워(follower) 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 직접적인 센서 인터페이스 모듈.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 전압 폴로워 장치는 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 직접적인 센서 인터페이스 모듈.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 트랜지스터는 전계효과 트랜지스터(FET)인 것을 특징으로 하는 직접적인 센서 인터페이스 모듈.
  10. 제 7항에 있어서, 상기 전류 미러링 회로는,
    드레인, 게이트, 및 소스 단자를 갖는 제 1트랜지스터와;
    드레인, 게이트, 및 소스 단자를 갖는 제 2트랜지스터를 구비하고,
    상기 제 1트랜지스터에서 상기 제 1트랜지스터의 상기 게이트 단자는 상기 제 1트랜지스터의 상기 드레인 단자에 결합되고, 상기 제 1트랜지스터의 상기 드레인 단자는 상기 전압 폴로워 장치에 결합되고, 상기 제 1트랜지스터의 상기 소스 단자는 바이어스 전압원에 결합되고,
    상기 제 2트랜지스터에서 상기 제 2트랜지스터의 상기 소스 단자는 상기 바이어스 전압원 및 상기 제 1단자의 상기 소스 단자에 결합되고, 상기 제 2트랜지스터의 상기 게이트 단자는 상기 제 1트랜지스터의 상기 게이트 및 드레인 단자에 결합되고, 상기 제 2트랜지스터의 상기 드레인 단자는 상기 용량성 장치에 결합되는 것을 특징으로 하는 직접적인 센서 인터페이스 모듈.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 DSI 모듈이 저항 입력 모드에서 동작할 때 상기 센서 장치는 저항성 센서 소자이고, 상기 전압 발생기는 상기 저항성 센서 소자로 하여금 상기 센서 장치의 상기 출력판독에 비례하는 상기 센서전류를 발생시키도록 일정한 여기 전압을 상기 저항성 센서 소자에 세트하는 것을 특징으로 하는 직접적인 센서 인터페이스 모듈.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 센서 장치는 정전류원을 발생시키는 기준 저항기인 것을 특징으로 하는 직접적인 센서 인터페이스 모듈.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 용량성 장치와 병렬로 결합되고, 상기 DSI 모듈이 용량성 입력 모드에서 동작할 때 상기 충전 전류에 의해 충전되는 센서 캐패시터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 직접적인 센서 인터페이스 모듈.
  14. 제 7항에 있어서, 전압원에 결합되어 시작 전압 레벨을 표시하는 제 1입력과, 상기 용량성 장치에 의해 발생된 상기 전압이 상기 시작 전압 레벨에 도달할 때 상기 용량성 장치에 결합되어 신호전송하는 제 2입력을 갖는 제 2비교기와;
    상기 비교기에 결합된 입력과, 상기 용량성 장치에 의해 발생된 상기 전압이 상기 시작 전압 레벨보다 크고 상기 임계 전압원의 상기 레벨보다 적을 때 상기 제 2비교기에 결합되어 출력신호를 발생하는 제 2입력을 갖는 플립플롭을 더 구비하며,
    상기 플립플롭의 상기 출력신호는 상기 센서 장치의 상기 출력판독에 비례하는 펄스폭을 갖는 것을 특징으로 하는 직접적인 센서 인터페이스 모듈.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 DSI 모듈이 전류원 입력 모드에서 동작할 때 상기 센서 장치는 전류원 센서인 것을 특징으로 하는 직접적인 센서 인터페이스 모듈.
  16. 제 14항에 있어서, 상기 DSI 모듈이 저항 입력 모드에서 동작할 때 상기 센서 장치는 저항성 센서 소자이고, 상기 전압 발생기는 상기 저항성 센서 소자로 하여금 상기 센서 장치의 상기 출력판독에 비례하는 상기 센서전류를 발생시키도록 일정한 여기 전압을 상기 저항성 센서 소자에 세트하는 것을 특징으로 하는 직접적인 센서 인터페이스 모듈.
  17. 제 14항에 있어서, 상기 센서 장치는 정전류원을 발생시키는 기준 저항기인 것을 특징으로 하는 직접적인 센서 인터페이스 모듈.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 용량성 장치와 병렬로 결합되고, 상기 DSI 모듈이 용량성 입력 모드에서 동작할 때 상기 충전 전류에 의해 충전되는 센서 캐패시터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 직접적인 센서 인터페이스 모듈.
  19. 마이크로컨트롤러로 하여금 저항성, 용량성, 및 전류원 특성중 적어도 하나를 갖는 센서에 직접 인터페이스하도록하는 직접적인 센서 인터페이스(DSI) 모듈에 있어서,
    상기 센서 장치의 출력판독에 비례하는 센서전류를 갖는 센서 장치와;
    상기 센서 장치에 결합되어, 상기 센서 장치의 상기 센서전류에 비례하는 충전전류를 출력하는 전류 미러링 회로와;
    상기 전류 미러링 회로에 결합되어, 상기 전류 미러링 회로에 의해 출력된 상기 충전전류에 의해 충전되는 바와 같은 전압을 발생하는 용량성 장치와;
    상기 용량성 장치에 결합되어, 상기 전류 미러링 회로에 의해 출력된 상기 충전전류로 하여금 상기 용량성 장치에 충전하고 상기 용량성 장치를 접지에 방전하는 스위치와;
    임계 전압원에 결합된 제 1입력과, 상기 용량성 장치에 결합되어 상기 용량성 장치에 의해 발생된 상기 전압이 상기 임계 전압원의 레벨에 도달할 때 신호전송하는 제 2입력을 갖는 제 1비교기와;
    전압원에 결합되어 시작 전압 레벨을 표시하는 제 1입력과, 상기 용량성 장치에 의해 발생된 상기 전압이 상기 시작 전압 레벨에 도달할 때 신호전송하는 제 2입력을 갖는 제 2비교기와;
    상기 제 1비교기에 결합된 제 1반전된 입력과, 상기 용량성 장치에 의해 발생된 상기 전압이 상기 시작 전압 레벨보다 크고 상기 임계 전압원의 상기 레벨보다 적을 때 상기 제 2비교기에 결합되어 출력신호를 발생하는 제 2반전된 입력을 갖는 플립플롭과;
    상기 비교기의 반전된 출력에 결합된 입력을 갖고, 상기 용량성 장치에 의해 발생된 상기 전압이 상기 임계전압원의 레벨에 도달할 때 상기 용량성 장치를 완전히 방전하도록 상기 스위치를 닫게하는 일정한 펄스폭을 발생하는 펄스 발생기의 결합을 구비하는 것을 특징으로 하는 직접적인 센서 인터페이스 모듈.
  20. 제 19항에 있어서, 상기 DSI 모듈이 전류원 입력 모드에서 동작할 때 상기 센서 장치는 전류원 센서인 것을 특징으로 하는 직접적인 센서 인터페이스 모듈.
  21. 제 19항에 있어서, 상기 센서 장치 및 상기 전류 미러링 회로에 결합되어, 상기 센서 장치로 하여금 상기 센서 장치의 상기 출력판독에 비례하는 상기 센서전류를 발생시키도록 일정한 여기 전압을 상기 센서장치에 세트하는 전압 발생기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 직접적인 센서 인터페이스 모듈.
  22. 제 21항에 있어서, 상기 전압 발생기는,
    전압 기준원에 결합되어 상기 일정한 여기 전압을 발생시키는 제 1입력과, 상기 센서 장치에 결합된 제 2입력을 갖는 증폭기와;
    드레인, 게이트 및 소스 단자를 갖는 FET를 구비하며,
    상기 FET에서 상기 게이트 단자는 상기 증폭기에 결합되고, 상기 드레인 단자는 상기 전류 미러링 회로에 결합되고, 상기 소스 단자는 상기 센서 장치에 결합되어 상기 일정한 여기 전압을 출력하고 상기 센서 전류를 측정하는 것을 특징으로 하는 직접적인 센서 인터페이스 모듈.
  23. 제 22항에 있어서, 상기 DSI 모듈이 저항 입력 모드에서 동작할 때 상기 센서 장치는 저항성 센서 소자이고, 상기 전압 발생기는 상기 저항성 센서 소자로 하여금 상기 센서 장치의 상기 출력판독에 비례하는 상기 센서전류를 발생시키도록 일정한 여기 전압을 상기 저항성 센서 소자에 세트하는 것을 특징으로 하는 직접적인 센서 인터페이스 모듈.
  24. 제 22항에 있어서, 상기 센서 장치는 정전류원을 발생시키는 기준 저항기인 것을 특징으로 하는 직접적인 센서 인터페이스 모듈.
  25. 제 24항에 있어서, 상기 용량성 장치와 병렬로 결합되고, 상기 DSI 모듈이 용량성 입력 모드에서 동작할 때 상기 충전 전류에 의해 충전되는 센서 캐패시터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 직접적인 센서 인터페이스 모듈.
  26. 제 19항에 있어서, 상기 전류 미러링 회로는 캐스케이드 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 직접적인 센서 인터페이스 모듈.
  27. 제 19항에 있어서, 상기 전류 미러링 회로는,
    드레인, 게이트, 및 소스 단자를 갖는 제 1전계효과 트랜지스터(FET)와;
    드레인, 게이트, 및 소스 단자를 갖는 제 2 FET를 구비하고,
    상기 제 1 FET의 상기 게이트 단자는 상기 FET 트랜지스터의 상기 드레인 단자에 결합되고, 상기 제 1 FET의 상기 드레인 단자는 상기 센서 장치에 결합되고, 상기 제 1 FET의 상기 소스 단자는 바이어스 전압원에 결합되고,
    상기 제 2 FET의 상기 소스 단자는 상기 바이어스 전압원 및 상기 제 1 FET의 상기 소스 단자에 결합되고, 상기 제 2 FET의 상기 게이트 단자는 상기 제 1 FET의 상기 게이트 및 드레인 단자에 결합되고, 상기 제 2 FET의 상기 드레인 단자는 상기 용량성 장치에 결합되는 것을 특징으로 하는 직접적인 센서 인터페이스 모듈.
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