KR20070106538A - 제로 전력 대기 모드 모니터 - Google Patents

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KR20070106538A
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로베르트 핀테르
하랄드 라이터
랄프 쿠르트
마크 티. 존슨
아드리아누스 셈–y
구이도 뮈시
올라프 주흐
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

임피던스 검출기를 지닌 전기 디바이스는 공급 전압으로부터 제 2 전압까지의 경로를 포함한다. 이 경로는 적어도 하나가 확인되어 하는 전기 임피던스와 측정 정점를 가지는 세그먼트를 포함한다. 임피던스 검출기는 또한 측정 정점에 연결된 판별기를 더 포함하고, 이 판별기는 상기 측정 정점에서 관찰된 측정 전압을 평가하도록 배치되며, 추가 공급 전압과 제 3 전압 사이에 위치한다. 이 판별기는 확인될 임피던스가 임계값 이상이라면 상기 공급 전압으로부터 어떠한 상당한 전류도 유도하지 못한다. 이러한 식으로, 대기 모드에서 동작을 재개할 때의 조건의 제로 전력 감독이 달성될 수 있다.

Description

제로 전력 대기 모드 모니터{ZERO POWER STANDBY MODE MONITOR}
본 발명은 일반적으로 전기 디바이스의 조작 및/또는 제어를 위한 임피던스 검출기를 가지는 전기 디바이스에 관한 것이다.
특히 가전 분야에서, 많은 전기 디바이스가 휴대 가능하거나 착용할 수 있는 디바이스로서 사용된다. 이는 이들 디바이스의 설계에 높은 요건을 부과한다. 이들 디바이스는, 단단해야 하고 가능하다면 방수가 되어야 하며 사용하기가 쉬워야 한다. 또한 긴 배터리 수명을 보여줄 것이 요구된다. 가전 디바이스 외에도, 이들 요구사항은 또한 다른 전기 디바이스에 적용되고, 특히 (재충전 가능한) 배터리에 의해 전력이 공급되는 경우 그러하다. 일부 전기 디바이스는 간헐적으로 사용되어, 그것들의 실제 동작 시간과 대기 시간 사이의 비가 상대적으로 낮은데, 즉 대부분의 시간 동안 이들 디바이스는 대기 모드에 있다.
예컨대, 사용자가 하루 종일 통합된 배터리 전원을 가진 전자 장치를 구비하는 특수 안경을 착용할 필요가 있는 눈의 특수한 질환에 관한 일부 응용이 존재한다. 이들 디바이스는 사용자가 전자 디바이스를 사용하지 않는 동안 배터리 소모를 방지하기 위해, 사용자가 그러한 전자 디바이스를 착용할 때마다 전원이 들어오고, 사용자가 그러한 전자 디바이스를 벗을 때마다 전원이 차단될 것을 필요로 한다. 동일한 사항이 분리된 디바이스로서의 또는 안경의 다리(earpiece)에 통합된 보청기(hearing aid), 헤드폰 또는 핸즈-프리 셋(hands-free set)에 적용된다. 보청기의 경우, 음향 신호의 검출시 디바이스를 대기 모드에 두는 것에 관련된 제어를 유도하여, 음향 신호를 증폭할 필요가 없을 때 에너지를 절약하는 것을 생각해볼 수 있다. 대기 모드를 검출하기 위한 방법 모두 상호 보완적인데, 이는 잡음이 있는 환경에서, 사용자는 보청기를 일부러 벗을 수 있고, 따라서 이는 비록 음향 신호가 존재할지라도 보청기를 대기 모드에 있게 한다.
동일한 내용이 지능형 의복에 적용된다. 의복에 통합된 배터리 전원 방식의 전자 장치는 사용자에 의해 턴 온 되거나 턴 오프 될 필요가 있다. 이들 디바이스의 기계적인 스위치 둘레에서는, 하우징을 효율적으로 밀봉하는 것이 어려워 디바이스는 더 비싸지거나 밀봉이 되지 않게 된다. 후자의 경우, 디바이스는 세탁 전에 의복으로부터 제거되어야 한다.
오늘날 기계적인 구성 성분, 즉 기계 스위치는 대부분은 대기 모드에서 동작 모드로 스위칭하는 이러한 기능을 제공한다. 물이나 먼지의 침투를 방지하도록 기계 스위치를 밀봉하는 것이 가능하지만, 이들 옵션은 부가적인 노력을 나타내고 어떤 경우에는 마모가 일어난다.
일 실시예에 따르면, 본 발명의 전기 디바이스는 공급 전압으로부터 제 2 전압으로의 경로를 포함하는 임피던스 검출기를 가진다. 이러한 경로는 적어도 하나가 확인되어야 하는 전기 임피던스와 측정 정점(measuring vertex)을 가지는 세그먼트를 포함한다. 임피던스 검출기는 또한 측정 정점에서 관찰된 전기 측정 신호를 평가하도록 배치되고, 추가 공급 전압과 제 3 전압 사이의 경로에 위치하는 측정 정점에 연결된 판별기(discriminator)를 포함하고, 이를 통해 판별기는 확인될 임피던스가 임계값 이상 남아 있는 경우, 공급 전압으로부터 어떠한 많은 전류도 유도하지 않는다. 측정 신호는 전기 전압일 수 있다.
확인될 임피던스에 따라, 대응하는 세그먼트 내에서 관찰된 임피던스 변화가 일어난다. 확인되는 임피던스는 공급 전압으로부터 제 2 전압까지의 전기 경로의 한 부분이다. 특히, 확인되는 임피던스는 경로의 한 세그먼트에 있다. 세그먼트는 그들 중 어느 것도 전류가 공급 전압으로부터 제 2 전압까지 흐르게 된다면 너무 높은 임피던스를 가지지 않게 되도록, 경로를 형성하기 위해 직렬로 연결될 수 있다. 확인되는 임피던스를 포함하는 것 외의 경로의 세그먼트는, 다른 임피던스, 비선형 구성 성분, 직접 연결 등과 같은 임의의 전기 구성 성분일 수 있다. 2개의 입력 전극 사이의 전기 임피던스가 매우 높다면, 대기 모드로 추정된다. 한편, 특정 최대 임피던스보다 작은 임피던스가 2개의 전극들 사이에 존재한다면, 동작 모드라고 추정된다. 2개의 열거된 경우 사이의 전이는, 측정 정점에서 전압과 같은 측정 신호가 변하게 한다. 이러한 식으로, 대기 모드에서는 동작이 재기될 때의 조건의 제로 전력(zero power) 감독이 달성될 수 있다. 판별기는 측정 신호의 상태를 평가하고, 추가 처리를 위한 측정 신호의 조건을 설정한다. 일반적으로, 임피던스는 또한 커패시터나 인덕터와 같은 복소(complex) 저항일 수 있다. 임피던스의 양을 정하기 위해, 특정 동작 주파수에서의 임피던스의 크기가 사용될 수 있다. 전기 임피던스 검출기는 특히 배터리 전원을 갖춘 디바이스와의 통합에 적합한데, 이는 그것이 대기 모드 동안 낮은 전력 소모를 보여주기 때문이다. 본 발명에 따른 전기 임피던스 검출기가 대기 모드에 있을 때, 2개의 입력 포트 사이의 연결은 매우 높은 전기 임피던스를 나타낸다. 따라서, 실제로 공급 전압으로부터 제 2 전압으로 어떠한 전류도 흐르지 않는다.
임피던스는 전도율(conductivity)일 수 있다. 그러한 임피던스/전도율 양단에 전류가 흐를 수 있다. 임피던스와 전도율은 저항과 같은 동일한 물리적인 구성 성분을 지정할 수 있다.
일 실시예에서, 판별기는 측정될 임피던스가 임계값 이상임을 확인한다면 동일한 공급 전압으로부터 100㎁ 미만, 바람직하게는 1㎁ 미만의 전류를 유도한다. 이는 배터리의 자가 방전 전류보다 훨씬 낮다. 배터리의 자가 방전 전류는 배터리 유형과 충전 상태에 의존하는데, 즉 전형적인 값은 리튬 베터리의 경우, 충전 후 24시간 동안 10㎂가 된다. 임피던스 검출기의 누설 전류는 트랜지스터 유형과 온도에 의존한다. 아날로그 디바이스의 매칭된 듀얼 모노리식(monolithic) 트랜지스터인 MAT01 또는 동등하게 적합한 트랜지스터가 사용된다면, 이 값들이 취해지는 데이터 시트는 25℃에서 100㎀(-55℃...125℃인 전체 범위에 대해서는 100㎁) 정도로 낮을 수 있다.
공급 전압 및/또는 제 2 전압은 DC 전압이거나 AC 전압일 수 있다. 다루어지고 있는 응용과 전원장치에 따라, DC 전압이나 AC 전압이 사용될 수 있다. AC 공급 전압은 회로가 최적인 방식으로 작동하는 일정한 주파수에서 회로가 동작하게 하기 위해 사용될 수 있다. 배터리 전원 응용에서는 DC 전압이 사용되기 쉽다.
추가 공급 전압은 공급 전압과 동일할 수 있다. 제 3 전압은 제 2 전압과 동일할 수 있다. 경로에 공급하는 공급 전압과 판별기에 공급하는 추가 공급 전압을 전기적으로 분리시키는 것이 반드시 필수적이지 않은 회로 배치에서는, 공급 전압과 추가 공급 전압이 모두 실제로 일치될 수 있어, 덜 복잡한 구조가 이루어진다.
관련된 일 실시예에 따르면, 전기 디바이스는 또한 기준 전위를 가지고, 측정 전압이 그러한 기준 전위에 관해 평가된다. 기준 전위는 전기 전위의 차이로서 회로 내의 임의의 전압을 결정하는 것을 허용한다.
또 다른 실시예에서는, 판별기가 스위치를 포함한다. 스위치는 통상 2개인, 유한한 개수의 상태를 가지는 출력 신호를 만들어내는 것을 허용한다. 임피던스 검출기의 상황에서는, 임피던스가 매우 높은지 또는 비교적 낮은지에 대한 결정이 이루어질 필요가 있다.
이러한 스위치는 확인될 임피던스가 임계값 이상 남아있다면 전기가 흐르지 않는 상태로 유지될 수 있다. 임계값 이상인 임피던스는, 센서와 같은 어떠한 임피던스도 임피던스 검출기에 연결되지 않음을 표시할 수 있다. 또 다른 이유는 센서가 결함이 있거나 센서 입력이 일정한 임계 아래에 있는 것일 수 있다. 어떠한 전류도 스위치를 가로질러 흐를 수 없기 때문에, 스위치를 전기가 흐르지 않는 상태에 두는 것이 에너지를 절약한 것이 된다.
관련된 일 실시예에서, 임계값은 조정 가능하다. 이는 큰 범위의 응용에 있어 더 큰 융통성을 보장한다. 임계는, 예컨대 전극의 개수와 유형, 또는 사용된 센서의 유형, 수행된 측정의 종류 등에 의존할 수 있다.
전기 디바이스는 확인될 임피던스를 포함하는 세그먼트 내에서 생성된 2극성 신호를 중계하도록 배치될 수 있다. 특히, 전자생리학적으로(electrophysiological), 하지만 가능하게는 또한 다른 응용에 있어, 환자의 신체에 의해 만들어진 전기 신호{예컨대, 심전도(electrocardiogram)}가 측정된다. 또 다른 예는 음향 신호일 수 있다. 이 신호는 2극성일 수 있다. 2극성 신호는 그것의 부호를 바꿀 수 있는데, 즉 음의 부호를 가질 수 있다. 또한 신호의 음인 부분이 중요할 수 있기 때문에, 이들 부분을 잘라내지 않도록 주의를 기울여야 한다. 2극성 신호를 중계하는 능력은 또한, 사용자가 스스로 입력 포트에 센서를 연결해야 하거나, 특별한 방식으로 전극을 두어야 하는 응용에서 중요할 수 있다. 이러한 능력은 쉬운 사용과 디바이스의 튼튼함을 위해 중요한데, 이는 사용자가 특별한 극성을 이용할 필요가 없기 때문이다. 이는 이러한 상태를 고려하는 회로 설계에 의해 달성된다. 동시에, 임피던스 검출기는 중계되거나 측정될 신호에 의해 방해를 받지 않아야 한다. 심전도 응용에서, 신호가 대략 1㎷와 3㎷ 사이의 전압을 보여준다는 점이 언급된다. 임피던스 검출기는 마이크로폰과 같은 센서의 존재 유무를 검출하기 위해 사용될 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 전기 디바이스는
- 확인될 임피던스의 세그먼트의 양단에 각각 연결되도록 배치된 2개의 입력 포트와,
- 각각 2개의 입력 포트 중 하나와, 공급 전압 또는 제 2 전압 사이의 풀-업(pull-up) 임피던스 또는 풀-다운(pull-down) 임피던스를
더 포함한다.
제 1 예의 경우, 2개의 입력 포트 중 하나와 공급 전압 사이에 임피던스가 제공되어, 폴-업 임피던스로서 작용한다. 풀-업 임피던스를 통해 어떠한 전류도 흐르지 않는다면, 제 1 입력 포트가 풀-업 임피던스의 작용에 의해 공급 전압의 전위까지 풀-업된다(그것이 개방 회로이지 않는 한). 다시 말해, 풀-업 임피던스 양단에는 어떠한 전압 강하도 존재하지 않는다. 유사한 방식으로, 제 2 입력 포트가 또한 풀-다운 임피던스 양단에 어떠한 전압 강하도 존재하지 않도록, 풀-다운 임피던스의 작용에 의해 회로 접지 전압으로 풀 다운된다. 전기 임피던스 검출기가 대기 모드에 있다는 것은, 2개의 입력 포트에 어떠한 측정 신호도 존재하지 않는다는 것을 의미하고, 이는 또한 2개의 입력 포트가 각각 공급 전압 또는 회로 접지 전압으로 풀-업되거나 풀 다운될 수 있다는 것을 의미한다. 한편 동작 모드에서는 2개의 입력 포트가 어떠한 전기 전위도 입력 포트에 인가된 신호에 의해 한정된다고 가정할 수 있어야 한다. 동작 모드에서 0이 아닌 전기 전도율이 2개의 입력 포트 사이에 존재하기 때문에, 풀-업 임피던스(만약 존재한다면)와, 2개의 입력 포트 사이의 전기 전도율과, 풀-다운 임피던스(만약 존재한다면)를 통해 공급 전압으로부터 회로 접지 전압까지 전류가 흐를 수 있다. 이러한 전류는 풀-업 및/또는 풀-다운 임피던스 양단에 전압 강하를 야기하고, 이는 판별기에 의해 검출 가능하다. 이상적으로, 이러한 판별기는 비교기와 같은 특징을 가지는데, 즉 2개의 주요 상태(예컨대, 하이 또는 로)를 가지고, 만약 판별기의 입력에서의 신호가 미리 한정된 임계보다 커지면, 한 상태로부터 다른 상태로의 변경이 일어나며, 그 역도 성립한다. 비록 2개의 상태 사이의 전이가 이상적으로는 가능한 급격해야 하지만, 완만한 전이 또한 허용될 수 있다. 판별기에 연결된 출력단은 또한 출력 신호를 좌우하고, 예컨대 자체의 대기 모드와 동작 모드를 유도하기 위해, 전기 임피던스 검출기에 걸리는(hooked) 임의의 장비의 요구 조건에 적응시킬 수 있다. 2개의 입력 포트 사이의 임피던스인 풀-업 임피던스(만약 존재한다면)와, 풀-다운 임피던스(만약 존재한다면)는 모두 직렬로 연결된다. 그러므로, 이들은 2개 또는 3개의 임피던스, 2개의 입력 포트 사이의 전도율의 역수인 풀-업 임피던스(만약 존재한다면) 및 풀-다운 임피던스(만약 존재한다면)를 가지는 전압 분배기를 형성한다. 풀-업 임피던스와 풀-다운 임피던스 모두 존재한다면, 전압 분배기는 각각 제 1 입력 포트와 제 2 입력 포트에서 2개의 중간 전압을 제공할 수 있다.
풀-업 또는 풀-다운 임피던스는 하나 또는 복수의 저항, 하나 또는 복수의 커패시터, 하나 또는 복수의 인덕터, 하나 또는 복수의 다이오드, 하나 또는 복수의 제너 다이오드, 하나 또는 복수의 트랜지스터 또는 이들의 조합일 수 있다. 임피던스 검출기의 원하는 특성에 따라, 회로는 전술한 구성 성분을 사용하여 설계될 수 있다. 예컨대, AC의 경우 커패시터 및/또는 인덕터의 사용은 원하지 않는 주파수를 걸러낼 수 있다.
스위치와 풀-업 및/또는 풀-다운 임피던스(들)는 다이오드일 수 있다. 다이오드는 큰 면적을 가지는 전자 장치에서 트랜지스터보다 제조하기 쉽고, 이는 잠재적으로 이의 구현 비용을 떨어뜨린다.
또 다른 실시예에서는, 전기 디바이스가 각 공급 전압으로부터 각각의 제 2 전압까지의 하나 또는 복수의 추가 경로를 더 포함하고, 이러한 각각의 추가 경로는 전기 임피던스를 가지는 세그먼트를 포함하며, 이러한 전기 임피던스 중 적어도 하나가 확인되어야 한다. 확인될 임피던스의 세그먼트의 양단에 각각 연결되도록 배치된 확인될 각 임피던스에 관해 2개의 입력 포트를 더 포함한다. 그러한 배치는 여러 전극 쌍들이 리드-오프 조건에 관한 감독을 받게 된다면 사용될 수 있다. 상이한 전극 쌍들은 논리 "AND"(전극 쌍들이 적합하게 연결되는 경우에만 전기 디바이스가 동작한다) 또는 논리 "OR"(전극 쌍 중 하나가 적합하게 연결된다면 전기 디바이스가 동작한다)를 사용하여 결합될 수 있다.
전기 디바이스는 판별기에 연결되고, 판별기의 상태에 응답하여 출력 전압 또는 전류를 전달하여 검출된 전기 임피던스를 표시하는 출력단을 더 포함할 수 있다. 판별기는 전압 강하의 크기를 나타내는 복수의 상태 중 하나를 채택함으로써, 풀-업 또는 풀-다운 임피던스 중 적어도 하나에 걸리는 전압 강하에 응답한다. 판별기에 연결된 출력단은 출력 신호를 조절할 수 있고, 예컨대 고유한 대기 모드와 동작 모드를 유도하기 위해, 전기 임피던스 검출기에 걸리는 임의의 장비의 요구 조건에 출력 신호를 적응시킨다.
관련된 실시예에서, 판별기 및/또는 임피던스 검출기의 출력단은, 전압 강하가 임계값 아래에 있다면, 공급 전압이나 추가 공급 전압으로부터 어떠한 상당한 전류도 유도하지 않고, 전압 강하가 임계값을 초과하게 되면, 판별기 및/또는 출력단은 공급 전압이나 추가 공급 전압으로부터 전류를 유도한다. 풀-업 임피던스 및/또는 풀-다운 임피던스에 걸리는 전압 강하가 임계값 아래에 있게 되면, 대기 모드가 활성화된 것으로 가정된다. 이 경우 판별기 및/또는 출력단은 공급 전압으로부터 어떠한 전류도 유도하지 않거나 무시할 수 있을 정도의 전류를 유도한다. 전원장치는 공급 전압과 회로 접지 전압 사이의 전위차를 제공한다. 동작 모드에서 판별기 및/또는 출력단은 공급 전압으로부터 전류를 유도하는 것이 허용된다.
판별기는 제 1 단과 제 2 단을 포함할 수 있다. 2개의 단을 가지는 판별기는 더 급격한 입력-출력-특징을 가질 수 있어, 판별기의 원치 않는 중간 상태를 제거한다. 판별기가 예컨대 어떤 구성 성분의 포화 효과를 사용한다면, 제 1 단은 아직 포화되지 않을 수 있지만, 제 2 단이 포화되는 것을 돕는다.
관련된 실시예에서, 제 1 단은 스위칭 수단을 포함한다. 스위칭 수단의 제공은 원치 않는 중간 상태를 통과하지 않고 판별기의 2개의 상태 사이에서 변경할 가능성을 주게 된다. 중간 상태는 보통 전기 회로의 전력 소비 측면에서 바람직스럽지는 않다. 현재의 경우에서는 대기 모드와 동작 모드 사이를 구분하는 것에 관심이 있기 때문에, 판별기의 입력에서의 조건에 응답하는 스위칭 수단은 이러한 기능성을 제공한다.
관련된 실시예에서, 제 1 단 스위칭 수단의 제어 입력은 2개의 입력 포트 중 하나에 결합된다. 그러므로 제 1 단 스위칭 수단의 제어 입력에서의 전위는 각 입력 포트의 전위를 따른다. 제 1 제어 입력의 경우, 이는 그것의 전위가 2개의 입력 포트 사이의 풀-업 임피던스와 잃어버린 전기 전도율의 상호 작용에 의해 야기된 대기 모드 동안의 공급 전압까지 풀-업된다는 것을 의미한다. 제 2 입력 포트와 풀-다운 임피던스에 관해서도 유사한 고려가 이루어질 수 있다.
또 다른 실시예에서는, 제 1 단 스위칭 수단의 제어 입력이 저역 필터를 경유하여 2개의 입력 포트 중 하나에 결합된다. 이러한 저역 필터는 판별기가 잡음이 존재하는 환경에서 임의로 한 상태에서 다른 상태로 바뀌는 것을 방지한다.
스위칭 수단은 2극성 트랜지스터와 MOSFET 트랜지스터, 박막 트랜지스터, 다이오드 및 MIM{금속-절연체-금속(metal-insulator-metal)} 다이오드를 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다. MOSFET 트랜지스터는 전류 대신 전압에 의해 제어된다. 반면에 2극성 트랜지스터는 더 낮은 임계 전압을 요구한다. 특히 공급 전압이 다소 낮다면, MOSFET 트랜지스터 대신 회로의 적절한 동작을 위해 2극성 트랜지스터가 제 1 단에서 사용될 수 있다. 2개의 2극성 트랜지스터가 캐스캐이드된(cascaded) 배치(하나는 높은 공급 레일에 부착되고, 나머지 하나는 낮은 공급 레일에 공급되는)에서는, 회로가 1.5V 아래에서 동작하는 것이 가능하다. 이 경우, 적어도 1.2V의 공급 전압(트랜지스터의 임계 전압인 0.6V의 2배)을 가지는 것이 필수적이 된다. 수반된 트랜지스터가 단지 1개인 실시예에서는, 이러한 값보다 훨씬 아래에서 진행된다. 2극성 트랜지스터의 임계 전압이 보통 약 0.5V 내지 0.6V라는 사실로 인해, 1V보다 훨씬 낮은 동작 전압에서 제안된 실시예 중 일부를 동작시키는 것이 가능하다(또한 회로의 나머지 부분이 그것을 지원한다는 조건 하에서).
어떤 디바이스에서 능동 구성 요소(스위치나 다른 기능과 같은)로서 트랜지스터(들)를 사용하는 것은, 본 발명의 디바이스를 비용면에서 효율적이고 더욱 비교적 작게 만들 수 있는데, 이는 예컨대 유리 기판의 매우 작은 표면 영역 위에 트랜지스터를 실현하는 것이 가능하기 때문이다.
대안예로는 디바이스의 능동 구성 성분의 트랜지스터(들)로서 박막 트랜지스터를 사용하는 것이다. 이는 디바이스를 비용면에서 더 효율적이 되게 하고, 플라스틱이나 금속 포일(foil)과 같은 더 가벼운 물질이나 휘어질 수 있는 물질을 사용하는 것이 가능하다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는, 능동 소자로서 다이오드를 포함한다. 다이오드(들)를 본 발명의 디바이스에서 능동 구성 성분으로 사용하게 되면, 본 발명의 디바이스를 비용면에서 훨씬 더 효율적이고 더욱 비교적 작게 만들게 되는데, 이는 트랜지스터 기반의 기술보다 비용면에서 더 저렴한 기술로, 예컨대 유리 기판의 매우 작은 표면 영역 위에 다이오드를 실현하는 것이 가능하기 때문이다.
능동 소자는 또한 비선형 저항 소자, 특히 금속-절연체-금속(MIM) 다이오드를 포함할 수 있다. MIM 다이오드(들)를 본 발명의 디바이스에서 능동 구성 성분으로서 사용하는 것은, 본 발명의 디바이스를 비용면에서 훨씬 더 효율적이 되게 하고, 더욱 비교적 작게 만드는데, 이는 트랜지스터 기반의 기술보다 비용면에서 더 저렴한 기술로, 예컨대 유리 기판의 매우 작은 표면 영역 위에 MIM 다이오드를 실현하는 것이 가능하기 때문이다.
또 다른 실시예에서는, 트랜지스터가 오직 1개의 극성을 지닌다. 이는 회로를 큰 면적을 지닌 전자 기기에서 제작하기 쉽게 한다.
출력단은 트랜지스터와 출력 임피던스를 포함하고 있고, 그 출력 전압은 출력 임피언스에서 분기된다. 출력단의 트랜지스터는 판별기에 의해 제어되고, 그 결과 전류가 출력 트랜지스터와 직렬로 연결되는 출력 임피던스를 통해 흐를 수 있는지를 결정한다. 특히 출력 트랜지스터의 온-임피던스가 출력 임피던스(저항의 형태로 된)에 비해 비교적 낮다면, 공급 전압의 큰 부분이 출력 저항에 걸리게 된다는 것을 예상할 수 있다. 이는 출력단에 연결된 임의의 장비에 대기 모드 또는 동작 모드를 표시하는 애매모호한 출력 신호가 공급될 수 있다는 것을 의미한다.
전기 디바이스는 또한 저온 다결정 실리콘, 비정질 실리콘, 나노결정 실리콘, 마이크로결정 실리콘 또는 카드뮴 세레나이드, 산화 주석, 산화 아연과 같은 다른 반도체 물질 또는 유기 반도체의 그룹으로부터의 물질을 더 포함할 수 있다.
박막 트랜지스터는 능동 매트릭스 액정 디스플레이와 다른 능동 매트릭스 디스플레이의 제작으로부터 알려진 것과 같은 공지된 능동 매트릭스 기술 중 임의의 것을 사용하여 제조될 수 있다. 이들 기술에는 비정질 실리콘(a-Si) 기술, 저온 폴리 실리콘 기술(LTPS), 나노결정 Si 기술, 마이크로결정 Si 기술, CdSe(카드뮴 세레나이드) 기술, SnO(산화 주석) 기술, 폴리머 또는 유기 반도체 기반의 기술 등이 포함된다. 일부 경우, 1개의 극성을 가지는 트랜지스터만이 이용 가능한데 반해(예컨대, a-Si는 n형 트랜지스터만을 제공한다), 다른 경우에서는 양 극성을 가진 트랜지스터가 이용 가능하다(예컨대, LTPS는 n형 및 p형 트랜지스터를 제공한다). 하지만 하나의 디바이스에 2가지 유형이 있는 것은 더 비용이 든다.
박막 다이오드 기술을 사용하여, 다이오드 능동 매트릭스 배열(예컨대, 능동 매트릭스 LCD에 관해 사용되었던 것처럼)이 여러 알려진 방식으로 구동될 수 있고, 그 중 하나는 리셋을 지닌 더블 다이오드(D2R) 접근법으로, 이는 본 명세서에서 참조로 통합되고 K.E. Kuijk에 의해 실린 제 10차 국제 디스플레이 연구 회의(1990년, 암스테르담)의 회의록 174페이지를 참조하라.
본 발명에 따른 회로의 동작은 다이오드 특징과 독립적으로 만들어질 수 있고, PIN이나 Schottky 다이오드 모두 선택될 수 있다. PIN(또는 Schottky-IN) 다이오드는 간단한 3층 공정을 사용하여 형성될 수 있다. 비정질 반도체 층, p-도핑된 진성 및 n-도핑된 구역이 적층된 것이 상부 금속 라인과 바닥 금속 라인 사이에 끼워지고 이들은 수직으로 배향되어 있다. 전기 특성은 정렬에 거의 민감하지 않다.
TFT를 사용하는 것보다 다소 덜 유연성을 제공하는 데 반해, 기술적으로 덜 힘든 금속-절연체-금속(MIM) 다이오드 기술을 사용하는 디바이스를 실현하는 것이 또한 가능하다. MIM 다이오드는 비선형 저항 소자로서 도입될 수 있다.
MIM 디바이스(또는 MIM 다이오드)는 얇은 절연 층에 의해 2개의 금속 층을 분리함으로써 생성되고(그러한 예는 Cr 또는 Mo 금속들 사이에 끼워진 수소첨가 실리콘 질화물 또는 Ta 금속 전극 사이의 Ta2O5 절연체가 있고, A.G.Knapp과 R.A.Hartman에 의한 1994년 제 14차 국제 디스플레이 연구 회의의 회의록 14페이지와 2001년 S.Aomori 등에 의한 SID01 Digest 558페이지를 참조하라. 이들 개시물은 본 명세서에 참조로 통합되어 있다), 크로스-오버(cross-over) 구조의 형태로 편리하게 실현된다. 금속 층들과 또한 절연 층 모두 동일한 기판 위에 실현된다.
또 다른 실시예에서는, 전기 디바이스가 배터리 전원을 구비하고 있다. 이 전기 디바이스는 파워 그리드(power grid)의 이용 가능성과는 무관하다. 실제로 이러한 전기 디바이스가 더 긴 시간에 걸쳐 착용되거나 소지되도록 의도되는 그러한 경우, 전력이 불필요하게 소모되어서는 안 된다.
이러한 전기 디바이스는 추가 전원장치를 더 포함할 수 있다. 이러한 추가 전원장치는 배터리, DC/DC 컨버터, 충전 펌프 또는 유사한 것일 수 있다. 추가 전원장치는, 예컨대 동작 모드 동안 사용되지만, 대기 모드 동안에는 사용되지 않는다. 임피던스 검출기가 낮은 공급 전압으로 작용하도록 설계될 수 있기 때문에, 대기 모드 동안에 추가 전원장치를 사용하는 것이 필수적이지는 않다. 동작 모드 동안 추가 전원장치가 임피던스 검출기에 의해 활성화되는 이들 디바이스의 전원을 켜는데 사용될 수 있다. 특별한 일 실시예에서는, 추가 전원장치가 데이터 처리 디바이스의 전원을 켠다. 이는 데이터 처리 디바이스가, 충분히 높은 공급 전압과 같은 일정한 전원장치를 요구하는 경우에 유용하다. 또한, 데이터 처리 디바이스는 판별기의 스위치에 의해 턴 오프되도록 배치될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 전기 임피던스 검출기는 디바이스에 자동-온 기능을 제공한다. 이는 전용 온/오프 스위치에 관한 필요성을 제거한다. 또한 이 디바이스는 또한 사용하기가 더 쉽다. 디바이스가 직접적인 피부 접촉으로 사용자에 의해 착용되도록 의도되는 예시적인 응용에서, 전극이 모두 사용자의 피부와 접촉하자마자, 전기 임피던스 검출기는 신체에 의해 한정된 전도율을 감지하고 전기 디바이스를 턴 온시킨다. 이는 누군가의 피부와 2개의 전극이 접촉함으로써 일어나기 때문에, 누군가가 디바이스를 손에 잡고 그것들을 사용하고(이동 전화기, 원격 제어기), 그것들을 사용하면서 그것들 위에 맨발로 서 있는(체중계) 등의 경우에 특히 유용하다.또한 사용자가 하루종일 통합된 배터리 전원 공급 전자 장치가 달린 특별한 안경을 쓸 필요가 있는 눈의 특수한 질병에 관한 일부 응용이 존재한다. 이들 디바이스는 사용자가 안경을 착용하자마자 설명한 전기 디바이스로 자동으로 턴 온될 수 있다. 예컨대 안경의 다리에 통합된 보청기 또한 본 발명을 이용해서 자동으로 스위칭 온될 수 있다. 다시 그러한 디바이스를 턴 오프하는 경우, 다음 사항이 제안된다. 게다가 디바이스는 임피던스가 주어진 임계보다 큰 값을 취할 경우 턴 오프된다. 디바이스가 신호를 측정하면, 턴 오프 조건이 신호 임계 아래에 있는 신호에 관련될 수 있다. 이들 경우, 그러한 신호를 측정하고, 언제 그것이 사라질지를 결정하여 디바이스를 대기 모드로 들어가게 하는 것은 데이터 처리 디바이스이다. 게다가 그러한 디바이스는 그러한 조건이 사실이 된 후, 즉 신호가 사라졌거나 미리 한정된 시간 후에는 직접 대기 모드로 들어간다.
또 다른 실시예에서, 전기 디바이스는 입력 포트에 연결 가능한 전기 신호로 비전기 신호를 전환하기 위한 트랜스듀서(transducer)를 더 포함한다. 비-전기 신호는 음향 신호, 광학 신호, 온도, 압력, 자계, 방사 등에 관련된 신호일 수 있다.
또 다른 실시예에서, 트랜스듀서는 비-전기 신호를 수신할 때, 그것의 임피던스를 변화시키도록 배치된다. 트랜스듀서는 능동, 즉 증폭 소자(다이오드나 트랜지스터와 같은)이거나 수동 소자(저항과 같은)일 수 있다. 이후 트랜스듀서의 임피던스 변화는 임피던스 검출기에 의해 검출되고, 이는 전기 디바이스가 대기 모드에서 동작 모드로 진행하게 한다. 비전기 신호 세기의 임계는 언제 디바이스가 대기 모드로부터 동작 모드로 및 그 반대로 진행하는지를 한정한다. 또한 디바이스의 활성화만이 임피던스 검출기에 의해 야기된다는 것이 구상될 수 있다. 이후 디바이스의 비활성화는 전기 디바이스의 부분이거나 그것에 연결되는 데이터 처리 디바이스에 의해 야기된다. 비전기 신호가 일정한 시간 동안 침묵 상태에 있은 후, 데이터 처리 디바이스는 전체 전기 디바이스를 대기 모드로 바꾸기로 결정한다. 전기 디바이스는 비전기 신호가 다시 강해질 때까지 대기 모드에 남아 있는다. 관련된 일 실시예에 따르면, 상기 트랜스듀서는 마이크로폰, 용량성 검출기, 단일 또는 다수의 판을 지닌 커패시터, 압전 소자, 온도 소자(저항, 다이오드, 트랜지스터 등), 자기 저항성 소자, 광 센서(광 다이오드, 광 트랜지스터, 광 저항, CCD 등을 포함하는), 압력 센서, 화학 또는 바이오(bio) 센서의 그룹으로부터 선택된다.
또 다른 일 실시예에서, 전기 디바이스는 복수의 전기 임피던스 검출기를 포함한다. 그러한 디바이스는 사용자의 신체나 그 일부를 경유하여 전기 회로를 닫음으로써 전술한 방식으로 사용자에 의해 제어되는 제어 소자를 구현하기 위해 사용될 수 있다. 그러한 디바이스는, 예컨대 가전 기기에 관한 원격 제어 또는 이동 전화기에 사용될 수 있다. 이는 기계적인 스위치를 회피하여, 그러한 디바이스가 쉽게 밀봉되는 것 및/또는 고유하고 단단한 특징을 보이는 것 및/또는 매끄러운 디자인을 보여주는 것을 가능하게 한다. 복수의 전기 임피던스 검출기는 키패드(keypad)에 연결될 수 있어, 사용자는 상이한 접촉 영역을 연속적으로 접촉함으로써, 숫자 또는 영숫자 코드를 입력할 수 있고, 각각의 접촉 영역은 특별한 키에 대응하며, 복수의 전기 임피던스 검출기 중 하나에 연결된다. 이때 디바이스의 하우징은 금속성이거나 제 1 전극을 나타내는 다수의 금속 인레이(inlay)를 포함한다. 사용자가 디바이스를 손에 가지고 있을 때, 사용자의 피부가 디바이스의 전극와 접촉하게 된다. 하우징의 상부에서는 키패드에 관한 일부 영역이 절연되고, 그 키는 절연 영역 내부에 위치한 작은 금속 표면이다. 사용자가 (다른) 손에 하우징을 쥐고 있으면서 키 패드 중 하나에 손가락을 갖다 대면, 키 전극과 하우징 사이에 접촉을 종료시킨다. 이동 전화기나 원격 제어기의 키패드는 이러한 식으로 실현될 수 있어, 그것들을 먼지에 둔감하게 한다. 가전 기기 분야에서, MP3 플레이어와 핸즈프리에 전화기에 관한 촉각으로 제어된 헤드폰 응용이 그러한 기능성을 이용할 수 있다. 간단한 디바이스는 누군가가 그것을 손에 잡자마자 불을 켜는 토치(torch)일 수 있다.
하지만 또한 공중 전화 부스(booth)나 ATM과 같은 영구적인 설비는 제안된 전기 디바이스로부터 혜택을 볼 수 있다. 그것들의 키패드가 편평한 금속 표면으로서 설계된다면, 유지 비용은 감소되고, 디바이스는 그것들이 현재의 기계적인 누르기 버튼을 지닌 것보다 파손에 덜 취약할 수 있다.
산업상, 주유소나 정유소와 같은 소위 "폭발성 지역(explosive area)"이 존재하고, 이러한 곳에서는 디바이스에 기계적인 스위치를 사용하는 것이 일반적으로 금지되는데, 이는 어떤 상황 하에서는 열거나 닫을 때 기계적인 스위치의 접촉 사이에 미세한 스파크가 나타나기 때문이다. 그러므로 폭발성 지역에 관한 디바이스와 도구는 또한 전술한 기술의 가능한 적용 분야가 될 수 있다.
전기 디바이스나 임피던스 검출기가 디바이스 주위에 전기적으로 전도성인 물질의 존재에 관한 센서로 고려된다면, 또 다른 다양한 응용이 확인될 수 있다. 이는 특히 디바이스가 사용되기 전의 오랜 시간{긴 저장 수명(long self-lifetime)}에 걸쳐 통상적으로 저장되는 응용에 적절하다.
디바이스의 이러한 카테고리에 관한 일 예는 채워지자마자 경고음을 내는 기저귀이다. 일반적으로 1회용(전기) 디바이스는 본 발명에 따른 회로에 매우 적합하다. 또 다른 예는 삼키는 순간에 동작하게 되는 전자-알약(e-pills: electonic-pills)일 수 있다. 동일한 것이 글루코스(glucose) 테스트나 임신 진단과 같은 일부 바이오-테스트에 적용된다. 그러한 디바이스는 통상 디스플레이와 일부 검출기 및 처리 수단을 포함한다. 그러한 디바이스를 스위칭 온할 필요가 없다면 매우 간편하게 된다. 측정되기 위해, 디바이스 위에 유체가 존재하는 순간, 자동으로 스위칭 온된다. 또 다른 예는 구명 보트와 구명 조끼에 설치된 등으로, 이들은 구조 팀의 주의를 끌도록 디바이스가 물에 닿자마자 자동으로 번쩍거리기 시작한다. 현재는, 디바이스가 젖게 될 때, 전기를 발생시키기 시작하는 것은 배터리 그 자체이다. 본 명세서에서 제안된 기술은 매우 긴 저장 수명을 보여주는 표준 배터리와 조합하여 일 대안예를 제공할 수 있다. 예컨대, 오염 물질, 기체, 꽃가루, 생물학적 물질에 관한 공기(air)를 원격에서 감시하거나 생물학적 테러(bio-terrorism) 등에 대한 보호를 위한 연기/불 검출기나 다른 환경 센서도 생각해볼 수 있다.
또한, 측정될 입력 신호로서 진동이 사용될 수 있다. 군사 분야(방향 탐지형 마이크로폰), 지진 검출기, 빌딩, 다리 등의 안정성에 응용할 수 있다. 후자의 경우는 매우 긴 대기 시간을 가질 수 있다.
물을 검출하는 능력 또한 건설 업계에 있어 매우 흥미로울 수 있다. 특히 벽에서의 수분은 빌딩과 구조물의 안전성과 기능성에 심각하게 영향을 미칠 수 있는 매우 빠르게 확산되는 문제이다. 게다가, 기존의 빌딩 유지가 건설 업계의 큰 부분을 나타내는 선진국에서는 물이 주요 이슈가 될 수 있다.
작은 용접 밀폐된 패키지 내에 있게 되는 물 센서 유닛을 생각해볼 수 있다. 이 센서 유닛은 전극이 패키지 표면 내로 매끄럽게 통합되는, 제안된 전기 디바이스 또는 임피던스 검출기의 회로를 센서로서 포함하고, 긴 저장 수명을 지닌 배터리를 포함하며, 최종적으로는 물 검출의 경우 경고 신호를 내기 위한 외부로의 링크, 바람직하게는 몇 가지 종류의 무선 링크를 포함한다. 이들 센서는 빌딩, 제방 등의 벽에 파묻혀, 물이 조용히 구조물에 침투하는 경우 조기 경보를 발하게 된다. 물이 다시 물러날 때, 센서 유닛은 드디어 경고 신호를 중단시켜, 빌딩 안전성의 추정을 가능하게 한다. 훨씬 더 동일한 방식으로, 물 센서 유닛은 또한 신축된 벽과 빌딩에서의 콘크리트의 양생 과정을 관찰하기 위해 사용될 수 있다. 물 센서는 또한 차량의 와이드스크린 와이퍼(wiper)에 관한 비 센서나 차량의 밑면 또는 휠 아치(wheel arch) 상의 젖은 노면 센서로서의 역할을 할 수 있다.
자기 저항성 센서와 같은 자기 센서의 경우, 안티록(antilock) 브레이크 시스템, 전자 나침반 및 자기 바이오센서에서의 사용이 언급될 수 있다.
전기 신호 외에, 다른 유형의 신호가 입력으로서 사용될 수 있다. 일부 응용에서는, 예컨대 음향 신호를 임피던스로 변환하는 마이크로폰 등이 존재한다. 이에 관한 응용은 아기 전화기, 보청기(또한 소리가 임계 이상일 때 턴 온), 잡음 소거 디바이스, 이어(ear) 스피커, 예컨대 잡음 오염의 원격 감지가 포함된다. 광학 신호는, 예컨대 원격 제어의 감지 유닛에서의 또 다른 가능한 응용 분야이다. 텔레비전, 하이-파이(fi-fi) 유닛과 같은 많은 디바이스의 경우, 이는 특히 대기 모드가 제로 전력일 수 있는 경우 에너지 절약 가능성을 생성하게 된다.
본 발명을 또한 용량성 결합을 통해, 촉각 입력을 감지하기 위한 디바이스에서 사용하는 것이 가능하다. 따라서, 그러한 회로의 전극은 직접적으로 접촉될 필요는 없다. 그러한 기술은 접촉 스크린, 지문 센서 및 심지어 피로 센서와 연계된 차량 운전대에서 사용될 수 있다.
본 발명의 전기 디바이스는 또한 추가 입력 포트를 더 포함할 수 있다. 한 쌍의 2개의 임의의 입력 포트 사이의 임피던스가 임계값을 초과하는지에 대한 결과는 논리 조합에 의해 조합된다. 그러한 논리 조합은 AND 연산, OR 연산, XOR 연산 또는 또 다른 논리 연산일 수 있다. 예컨대, 모든 입력 포트가 의미 있는 신호를 얻기 위해 적합하게 연결되어야 한다면 AND 연산이 사용될 수 있다.
본 발명의 전기 디바이스는 추가 입력 포트를 더 포함할 수 있고, 이 경우 순환 측정이 2개의 입력 포트를 짝을 짓는 것을 순환시킴으로써 수행된다. 이는 전기 디바이스가 최상의 신호를 탐색하는 것을 허용하고, 이러한 최상의 신호는 2개의 임의의 전극 사이에 존재할 수 있다. 2개 이상의 임피던스 검출기와 데이터 처리 디바이스가 제공된다면, 한 임피던스 검출기가 양호한(예컨대, 강한) 신호를 항상 찾기 위해 사용될 수 있는 데 반해, 나머지 임피던스 검출기는 실제 데이터 획득을 수행한다. 일단 1개의 현재 획득된 것보다 더 나은(예컨대, 더 강한) 신호가 이용 가능하다는 사실이 발견되었다면 이러한 2개의 임피던스 검출기의 역할이 변경될 수 있다.
추가 입력 포트를 포함하는 전기 디바이스에서, 디바이스는 한정된 품질 측정에 따라 최상인 신호를 나타내는 2개의 입력 포트 쌍을 찾기 위해 배치될 수 있다. 이는 순환 방식으로, 임의로 또는 특정 패턴에 기초하여 행해질 수 있다. 예컨대, 그러한 패턴은 어느 입력 포트가 이들 입력 포트에 대한 검색에 초점을 맞추어 (가까운) 과거에 양호한(예컨대, 강한) 신호를 나타냈는지를 기억할 수 있다. 이 상황에서 "양호한" 및 "최상의" 신호라는 것은 한정된 품질 측정(신호 진폭, 신호 대 잡음비 등)에 따른 "양호한(good)", "더 나은(better)" 및 "최상인(best)"을 의미한다.
또 다른 실시예는 전술한 바와 같은 전기 디바이스에서 사용될 임피던스 검출기에 관한 것이다. 이러한 임피던스 검출기는 확인될 임피던스를 포함하는 세그먼트의 말단에 있는 적어도 하나의 정점(vertex)에 연결 가능하다. 이러한 임피던스 검출기는 기존의 전기 디바이스에 관한 추가(add-on)로서 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전기 임피던스 검출기의 기본 구조를 도시하는 개략적인 회로도.
도 2a는 스위칭 소자로서 MOSFET 트랜지스터를 이용하는, 본 발명에 따른 전기 임피던스 검출기의 회로도.
도 2b는 제 1 판별기 단에서는 2극성 트랜지스터를 이용하고, 다른 곳에서는 스위칭 소자로서 MOSFET 트랜지스터를 이용하는, 본 발명에 따른 전기 임피던스 검출기의 회로도.
도 3은 개수가 감소한 구성 성분을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 임피던스 검출기의 회로도.
도 4는 1개의 N-MOSFET과 2개의 다이오드를 가진 전기 임피던스 검출기의 회로도.
도 5는 1개의 NPN-2극성 트랜지스터와 2개의 다이오드를 가진 전기 임피던스 검출기의 회로도.
도 6은 1개의 P-MOSFET과 2개의 다이오드를 가진 전기 임피던스 검출기의 회로도.
도 7은 1개의 PNP-2극성 트랜지스터와 2개의 다이오드를 가진 전기 임피던스 검출기의 회로도.
도 8은 1개의 N-MOSFET과 제너 다이오드를 가진 전기 임피던스 검출기의 회로도.
도 9는 1개의 NPN-2극성 트랜지스터와 제너 다이오드를 가진 전기 임피던스 검출기의 회로도.
도 10은 1개의 P-MOSFET과 제너 다이오드를 가진 전기 임피던스 검출기의 회로도.
도 11은 1개의 PNP-2극성 트랜지스터와 제너 다이오드를 가진 전기 임피던스 검출기의 회로도.
도 12는 1개의 N-MOSFET, 제너 다이오드 및 통상적인 다이오드를 가진 전기 임피던스 검출기의 회로도.
도 13은 1개의 NPN-2극성 트랜지스터, 제너 다이오드 및 통상적인 다이오드를 가진 전기 임피던스 검출기의 회로도.
도 14는 1개의 P-MOSFET, 제너 다이오드 및 통상적인 다이오드를 가진 전기 임피던스 검출기의 회로도.
도 15는 1개의 PNP-2극성 트랜지스터, 제너 다이오드 및 통상적인 다이오드를 가진 전기 임피던스 검출기의 회로도.
도 16은 단일 n형 트랜지스터 판별기를 가진 전기 임피던스 검출기의 회로도.
도 17은 p형 트랜지스터 판별기를 가진 전기 임피던스 검출기의 회로도.
도 18은 단일 n형 트랜지스터와 풀-업(pull-up)으로서 역방향인 다이오드를 가지는 판별기를 구비한 전기 임피던스 검출기의 회로도.
도 19는 입력 단자 중 하나가 공급 전압에 연결되는 판별기를 구비한 전기 임피던스 검출기의 회로도.
도 20은 입력 중 하나가 접지 전압에 연결된 판별기를 구비한 전기 임피던스 검출기의 회로도.
도 21은 저항 대신 다이오드와 전계 효과 트랜지스터를 사용하는 전기 임피던스 검출기의 회로도.
도 21a는 풀-다운 다이오드에 관한 대안을 보여주는 도 21의 세부도.
도 22는 도 21에 도시된 간략화된 전기 임피던스 검출기의 일 변형예의 회로도.
도 23은 소비자가 직접 동력을 공급하는 도 16과 유사한 간략화된 전기 임피던스 검출기의 회로도.
도 24는 AND 조합을 구현하기 위해, 도 16에 도시된 2개의 전기 임피던스 검출기가 배치된 회로도.
도 25는 비-반전 출력 신호를 가진 도 24의 회로도와 유사한 회로도.
도 26은 다수의 입력을 지원하는 도 24의 회로도와 유사한 회로도.
도 27은 OR 조합을 구현하기 위해, 도 16에 도시된 2개의 전기 임피던스 검출기가 배치된 회로도.
도 28은 다수의 전극 입력을 지원하는 전기 임피던스 검출기의 회로도.
도 29는 입력 센서 패드의 임의의 연결에 관한 다수의 입력 회로로 강화된 전기 임피던스 검출기의 회로도.
도 30은 제 2 전기 임피던스 검출기로 강화된 도 29의 배치를 도시하는 도면.
도 31은 전계 효과 트랜지스터를 사용하는 전기 임피던스 검출기의 회로도.
도 32는 외부 전압에 의해 동조 가능한 전계 효과 트랜지스터를 사용하는 전기 임피던스 검출기의 회로도.
도 33은 한정 가능한 임계를 나타내는 전기 임피던스 검출기의 회로도.
도 34는 조정 가능한 임계를 나타내는 전기 임피던스 검출기의 회로도.
도 35는 가변 임계를 나타내는 전기 임피던스 검출기의 회로도.
도 36은 도 35에 도시된 전기 임피던스 검출기의 일 변형예를 도시하는 도 면.
도 37은 다이오드와 커패시터만을 사용하는 전기 임피던스 검출기의 회로도.
도 38은 1개의 다이오드와 커패시터를 사용하는 전기 임피던스 검출기의 회로도.
도 39는 도 3에 도시된 전기 임피던스 검출기의 수정예를 도시하는 도면.
도 40은 제 2 배터리와 NPN-2극성 트랜지스터를 이용하는 전기 임피던스 검출기의 회로도.
도 41은 제 2 배터리와 N-MOSFET 트랜지스터를 이용하는 전기 임피던스 검출기의 회로도.
도 42는 제 2 배터리와 PNP-2극성 트랜지스터를 이용하는 전기 임피던스 검출기의 회로도.
도 43은 제 2 배터리와 P-MOSFET 트랜지스터를 이용하는 전기 임피던스 검출기의 회로도.
다음 설명에서, 도면이 설명될 때 구성 성분이 통상적으로 언급되고 설명되며, 그러한 구성 성분은 처음으로 나타난다. 유사하거나 동일한 참조 기호가 유사하거나 동일한 구성 성분에 관해 사용된다.
도 1은 개략적인 방식으로 임피던스 검출기의 기본 구조를 도시한다. 도 1의 왼쪽에 공급 전압(+Vbat1)으로부터 제 2 전압(V2)까지의 경로의 3개의 세그먼트가 도 시되어 있다. 각 세그먼트는 각각 2개의 말단 네트워크(31, 20, 32)를 포함한다. 네트워크(31, 20, 32)의 배치는 전압 분배기로서 간주될 수 있다. 이는 네트워크(31, 20, 32)가 전도성이거나 저항인 경우이기도 하다. 중간에 있는 2개의 말단 네트워크(20)는, 예컨대 그것의 임피던스에 관해 테스트되거나 확인될 것이다. 많은 응용에서, 확인될 2개의 말단 네트워크(20)는 임피던스 검출기가 동작하는 동안 그것의 상태를 변경한다. 2개의 말단 네트워크(20)의 상태 변경은 2개의 네트워크(20, 32) 사이의 정점의 전위 변경을 가져온다. 이러한 전위는 판별기(50)에 의해 평가되고, 그 기본 구조는 도 1에 도시되어 있다. 판별기(50)는 추가 공급 전압(+Vbat2)과 제 3 전압(V3)에 연결된다. 그것은 2개의 네트워크(20, 32) 사이의 정점의 전위에 응답하는 스위치(51)를 포함한다. 스위치(51)를 닫게 되면 전류가 추가 공급 전압(+Vbat2)으로부터 제 3 전압(V3)까지 흐르게 한다. 이러한 전류는, 예컨대 외부 유닛(미도시)을 구동하거나 외부 유닛에 공급하기 위해 사용될 수 있다.
이제, 도 2a를 참조하면, 전기 임피던스 검출기(100)의 회로도가 도시되어 있다. 검출될 전기 임피던스는 제 1 입력 포트(121)(E1)와 제 2 입력 포트(122)(E2) 사이에 전기적으로 위치한다. 이러한 전기 임피던스 검출기(100)는 공급 전압(+Vbat)에 의해 공급되고, 이는 배터리에 의해 제공될 수 있다. 이는 또한 회로 접지 전압(0V)을 가진다. 전기 임피던스 검출기(100)의 본질적인 부분 중 하나는 판별기이고, 이는 제시된 경우 2개의 단(stage)을 가진다. 판별기의 제 1 단은 2개의 MOSFET 트랜지스터(151, 152) 둘레에 설계된다. 알려진 방식으로, MOSFET 트랜 지스터의 드레인-소스 저항은 동일한 트랜지스터의 게이트-소스 전압에 의해 제어된다. 임피던스 검출기에 관한 정지된 상태를 가정하면, 저항(141)(R3)과 커패시터(143)(C1)의 배치가 무시될 수 있는데, 이는 그것이 DC 전압에 영향을 미치지 않는 저역 필터이기 때문이다. 따라서 MOSFET 트랜지스터(151)(M1)의 게이트(G)의 전위는 저항(131)(R1)에 걸리는 전압 강하에 의해 결정된다. 이 저항(131)은 MOSFET 트랜지스터(151)에 관한 풀-업 저항으로서의 기능을 한다. 유사한 배치가 풀-업 저항(132)(R2)을 지닌 MOSFET 트랜지스터(152)(M2)와, 저항(142)(R4)과 커패시터(144)(C2)로 이루어진 저역 필터 둘레에서 발견될 수 있다.
판별기의 제 2 단은 MOSFET 트랜지스터(163)(M4) 및 대응하는 풀-업 저항(161)(R5) 그리고 MOSFET 트랜지스터(164)(M3) 및 대응하는 풀-업 저항(162)(R6)을 포함한다.
전기 임피던스 검출기(100)의 출력단은 MOSFET 트랜지스터(172)(M5), 대응하는 풀-업 저항(171)(R7), 출력 저항(173)(R8) 및 출력 포트(174)를 포함한다. 출력 포트(174)와 회로 접지 전압 사이에서 입력 포트(121, 122) 사이에 전기 전도성의 존재 유무를 나타내는 출력 전압이 분기될 수 있다.
MOSFET 트랜지스터(M3, M4, M5)의 배치는 또한 다음 방식으로 이해될 수 있 다. MOSFET 트랜지스터(M3)는 MOSFET 트랜지스터(M1)로부터 오는 신호에 관한 논리 인버터의 기능을 취한다. MOSFET 트랜지스터(M4, M5)는 MOSFET 트랜지스터(M2)의 드레인과 MOSFET 트랜지스터(M3)의 드레인에 존재하는 신호에 관한 논리 AND 함수로서 간주될 수 있다.
5개의 MOSFET 트랜지스터(151, 152, 163, 164, 172) 각각은 강화형(enhancement type)이고, 이는 게이트(G)와 소스 사이에 제어 전압이 수 볼트의 일정한 임계 아래에 있는 한, 드레인(D)과 소스(S) 사이의 채널이 완전히 전기가 통하지 않음을 의미한다.
입력 포트(121, 122)가 충분히 큰 전기 전도율(즉, 충분히 작은 임피던스)에 의해 연결되지 않는 한, MOSFET 트랜지스터(151)는 열리게 되는데, 이는 풀-업 저항(131)이 그것의 게이트-소스-전압을 0으로 구동하기 때문이다. 그 이유는 공급 전압(+Vbat)과 회로 접지 전압(0V) 사이에 어떠나 전류 경로도 존재하지 않기 때문이다. 동일한 이유로 MOSFET 트랜지스터(152)도 열리는데, 이는 풀-다운 저항(132)이 그것의 게이트-소스-전압을 0으로 구동하기 때문이다. MOSFET 트랜지스터(151, 152) 모두가 열리게 되면, 저항(162, 161)을 통해 전류가 흐르지 않게 되어, 이들 MOSFET 트랜지스터(163, 164)를 열린 상태로 두게 되는데, 이는 그것들의 게이트-소스-전압이 이후 저항(161, 162)에 의해 각각 0으로 구동되기 때문이다. MOSFET 트랜지스터(163)가 열리게 되면, 출력 저항(173)에 공급되는 전류가 없게 되어, 출 력 전압(Vlead)이 0이 된다.
2개의 입력 포트(121, 122)가 그것들 사이의 전기 전도율에 의해 연결되자마자, 저항(131, 132)과, 2개의 입력 포트(121, 122) 사이의 전기 전도율이 전압 분배기를 형성하게 되어, 이는 MOSFET 트랜지스터(151, 152) 모두에 충분한 게이트-소스-전압을 공급하게 되어 MOSFET 트랜지스터(151, 152) 모두를 스위칭 온시킨다. 저항(141)과 커패시터(143)은 저역 필터를 나타내고, 이는 잡음이 존재하는 환경에서 임의로 MOSFET 트랜지스터(151)가 턴 온 및 턴 오프되는 것을 방지한다. 동일한 내용이 MOSFET 트랜지스터(152)에 관해서 저항(142)과 커패시터(144)의 경우에 적용된다.
제 1 판별기 단 MOSFET 트랜지스터(151 또는 152)가 전류가 흐르게 되면, 판별기의 제 2 단과 전기 임피던스 검출기(100)의 출력단을 통해 전파하게 된다.
비록 모든 응용에 관해 요구되는 것은 아니지만, 예컨대 데이터 획득 또는 분석을 위해, 예컨대 데이터 처리 디바이스(180)를 입력 포트(121, 122)에 연결하는 것을 예상할 수 있다. 전기 전도율이 2개의 입력 포트 사이에 존재하게 되면, 그들 각각의 전압은 데이터 획득 또는 분석 디바이스(180)를 위한 입력으로서 작용을 하게 되는데, 이 디바이스는 일부 다른 방식으로 입력 포트(121, 122)에 연결되는 전극, 센서, 안테나, 프로브 등에 의해 골라진 신호를 평가, 저장 또는 처리한다. 통상, 데이터 처리 디바이스는 측정된 신호의 세기가 약하기 때문에 높은 입력 임피던스를 나타낸다. 그 결과, 데이터 처리 디바이스(180)는 본 발명에 의해 수행 된 임피던스 검출에 간섭하지 않는다.
데이터 처리 디바이스(180)는 신호 처리를 위해 설계된다. 이러한 데이터 처리 디바이스(180)는 증폭, 필터링, 레벨 시프팅(shifting), A/D 전환, 기억 등을 수행할 수 있다. 낮은 동작 전압과 레일 대 레일(rail-to-rail) 증폭을 위한 데이터 처리 디바이스(180)에 관한 회로를 설계하는 기술이 알려져 있다.
도 2b는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한다. 이러한 전기 임피던스 검출기에서는 판별기의 제 1 단의 2개의 MOSFET 트랜지스터(151 또는 152)가 2개의 2극성 트랜지스터(251, 252)로 대체되었다. 특히 공급 전압(+Vbat)이 다소 낮다면, 회로의 적합한 동작을 위해, 제 1 단에서 MOSFET 트랜지스터를 가지지 않게 하는 것이 현명할 수 있다. 도 2a에 도시된 실시예의 2개의 MOSFET 트랜지스터(151 또는 152)가 적합하게 스위칭 온하도록 하기 위해서는, MOSFET 트랜지스터(151 또는 152)의 임계 전압의 합보다 공급 전압(+Vbat)이 더 큰 것이 필수적이다. 이 합은 수 볼트에 이를 수 있다. 그러므로, 도 2b에 도시된 실시예는 대신, 대략 0.6V만큼이나 낮은 베이스-이미터 전압에서 이미 턴 온할 2극성 트랜지스터(251, 252)를 사용한다. 그렇게 함으로써, 오직 1.5V의 공급 전압으로 회로를 동작시키는 것이 가능하게 된다. 이러한 실시예는 또한 공급 전압이 3V라면 사용될 수 있고, 이러한 3V는 예컨대 2개의 표준 AA- 또는 AAA-배터리에 의해 만들어지는 전압이다. 이들 실시예에서, 출력 전압은 예컨대 데이터 처리 디바이스(180) 및 전기 디바이스의 임의의 다른 구성 성분에 공급하기 위해 직접 사용될 수 있고, 전기 디바이스의 임의 의 다른 구성 성분은 전기 디바이스가 대기 모드에 있을 때는 오프인 상태로 되고, 동작 모드에 있을 때는 온 상태가 되도록 의도된다. 대안적으로, 출력 전압은 예컨대 전원장치 제어 회로에 관한 트리거(trigger) 신호로서 사용될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 가능한 실시예를 도시한다. 도 2a에 도시된 실시예와 비교했을 때, 도 3에 도시된 실시예는 더 적은 개수의 구성 성분을 가진다. 도 3은 전기 임피던스 검출기(100)의 회로도를 도시한다. 풀-업 저항(131), 풀-다운 저항(132), 저역 필터(R3, C1 및 R4, C2) 및 판별기(M1, M2)의 제 1 단을 포함하는 입력 회로는 도 2a를 참조하여 이미 설명된 것에 대응한다. M2의 드레인에 존재하는 MOSFET 트랜지스터(152)(M2)의 출력은 저항(161)(R5)을 경유하여 MOSFET 트랜지스터(163)(M4)의 게이트에 이전과 동일한 방식으로 연결된다. 하지만 MOSFET 트랜지스터(151)(M1)의 출력은 더 이상 인버터를 통과하지 않는다. 그 대신, MOSFET 트랜지스터(M4)의 소스와 풀-다운 저항(155)(R15)에 직접 연결된다. 이러한 풀-다운 저항(R15)은 M1이나 M4 어느 것도 전류가 흐르지 않는다면, M1의 드레인과 M4의 소스에서의 전압부터 접지 전압까지 취함으로써, M1의 드레인과 M4의 소스 사이의 연결부에 한정된 전압이 존재하는 것을 보장한다. 이러한 과도 현상의 속도는 주로 저항(R15)의 값에 의존한다. 이전과 같이, 논리 AND는 MOSFET 트랜지스터(M1, M2)의 출력 신호에 대해 수행된다. 그들 각각의 게이트에 존재하는 신호에 의해 각각 제어 되는 2개의 MOSFET 트랜지스터(M4, M5)에 의해 간단하게 AND 함수가 수행되는 도 2a의 회로와는 대조적으로, MOSFET 트랜지스터(M4) 둘레의 도 3의 회로는 본래의, 즉 내재적인 논리 AND 함수를 구현한다. MOSFET 트랜지스터(M4)의 게이트는 MOSFET 트랜지스터(M2)의 출력에 의해 제어되고, 이는 입력 신호 중 하나를 제공한다. 제 2 입력 신호는 MOSFET 트랜지스터(M1)에 의해 제공되고, MOSFET 트랜지스터(M4)의 소스에서의 전압을 직접 제어한다. 위에서 지적된 바와 같이, 이러한 실시예는 MOSFET 트랜지스터(M3)와, 논리 AND 게이트의 MOSFET 트랜지스터(M5)에 의해 구현된 논리 신호 인버터를 경제적으로 사용한다. 비록 이러한 전기 임피던스 검출기의 축소된 구현예가 도 2a에 도시된 것보다 약간 덜 이상적인 스위칭 특징을 가질 수 있지만, 특정 응용에 관해서는 매우 적합할 수 있다.
도 4는 1개의 N-MOSFET과 2개의 다이오드를 지닌 전기 임피던스 검출기의 회로도이다. 이전 실시예와 비교했을 때, 더 적은 개수의 구성 성분을 사용한다. 특히, 판별기는 스위칭 소자로서 단일 N-MOSFET(452)을 사용한다. 또한, 이러한 전기 임피던스 검출기는 2개의 다이오드(431)가 풀-업 저항으로서 사용된다는 점에서 이전의 것과는 상이하다. 이러한 그리고 다음 실시예에서, 직렬로 연결된 다이오드의 개수는 또한 3개 이상일 수 있다는 사실이 주목되어야 한다. 그것들의 목적은 충분히 높은 전압 강하를 생성하여 데이터 처리 디바이스(180)의 어느 입력도 풀(full) 공급 전압이나 0V에 직접 묶이지 않게 되는 것이다. 다이오드의 개수는 사용되는 다이오드의 유형에 의존한다. 표준 다이오드는 400㎷ 내지 700㎷의 전압 강하를 나타낸다. 대안적으로, 200㎷ 내지 300㎷의 전압 강하를 가지는 Schottky 다이오드가 사용될 수 있다. 그러므로, 상이한 다이오드 유형의 임의의 조합을 포함하는 직렬로 연결된 하나 이상의 다이오드를 사용하는 것이 유리하다. 선택적으로, 1개의 단일 다이오드만이 사용될 수 있다. 명백하게 하기 위해, 저항(R1, R2, R3)은 각각 기준 기호(432, 442, 461)를 가진다. 동일한 설명이 참조 기호(444)를 가지는 커패시터(C2)에 대해 적용된다. 그것들의 기능은 유사한 구성 성분에 관해서 위에서 설명되었다.
도 5는 1개의 NPN 2극성 트랜지스터와 2개의 다이오드를 지닌 전기 임피던스 검출기의 회로도이다. 이 회로는 NPN-2극성 트랜지스터(552)가 스위칭 소자로서 사용된 것 외에는 도 4에 도시된 것과 유사하다.
도 6은 1개의 P-MOSFET과 2개의 다이오드를 지닌 전기 임피던스 검출기의 회로도이다. 이 회로는 1개의 P-MOSFET(151)과 2개의 다이오드(632)를 사용하고, 그것의 MOSFET(152)(도 1 참조) 둘레의 대응 부분은 생략되었다. P-MOSFET(151)의 게이트 전압의 제어를 구성하는 회로는 기본적으로 도 2a에 관해 변경되지 않는다. 저항(641)(R2)은 저역 필터의 부분이고, 저항(662)(R3)은 출력 전압이 분기되는 저항이다.
도 7은 1개의 PNP-2극성 트랜지스터와 2개의 다이오드를 지닌 전기 임피던스 검출기의 회로도이다. 도 7은 PNP-2극성 트랜지스터(251)를 사용하는 것을 제외하 고는 도 6과 같다.
도 8은 1개의 N-MOSFET과 제너 다이오드를 지닌 전기 임피던스 검출기의 회로도이다. 이 회로는 2개의 다이오드 대신 제너 다이오드(831)가 사용되는 점을 제외하고는 도 4에 도시된 것과 유사하다.
도 9는 1개의 NPN 2극성 트랜지스터와 제너 다이오드를 지닌 전기 임피던스 검출기의 회로도이다. 이 회로는 2개의 다이오드 대신 제너 다이오드(831)가 사용되는 점을 제외하고는 도 5에 도시된 것과 유사하다.
도 10은 1개의 P-MOSFET과 제너 다이오드(1032)를 지닌 전기 임피던스 검출기의 회로도이다. 이 회로는 2개의 다이오드 대신 제너 다이오드(1032)가 사용되는 점을 제외하고는 도 6에 도시된 것과 유사하다.
도 11은 1개의 PNP 2극성 트랜지스터와 제너 다이오드를 지닌 전기 임피던스 검출기의 회로도이다. 이 회로는 2개의 다이오드 대신 제너 다이오드(1032)가 사용되는 점을 제외하고는 도 7에 도시된 것과 유사하다.
도 12는 1개의 N-MOSFET(452)과 제너 다이오드 및 일반 다이오드를 지닌 전기 임피던스 검출기의 회로도이다. 이 회로는 2개의 다이오드 대신, 제너 다이오드(831)와 순방향으로 된 다이오드(1231)가 사용된다는 점을 제외하고는 도 4에 도시된 것과 유사하다.
도 13은 1개의 NPN 2극성 트랜지스터(552)와 제너 다이오드 및 일반 다이오드를 지닌 전기 임피던스 검출기의 회로도이다. 이 회로는 2개의 다이오드 대신, 제너 다이오드(831)와 순방향으로 된 다이오드(1231)가 사용된다는 점을 제외하고 는 도 5에 도시된 것과 유사하다.
도 14는 1개의 P-MOSFET(151)과 제너 다이오드 및 일반 다이오드를 지닌 전기 임피던스 검출기의 회로도이다. 이 회로는 2개의 다이오드 대신, 제너 다이오드(1032)와 순방향으로 된 다이오드(1432)가 사용된다는 점을 제외하고는 도 6에 도시된 것과 유사하다.
도 15는 1개의 PNP 2극성 트랜지스터(251)와 제너 다이오드 및 일반다이오드를 지닌 전기 임피던스 검출기의 회로도이다. 이 회로는 2개의 다이오드 대신, 제너 다이오드(1032)와 순방향으로 된 다이오드(1432)가 사용된다는 점을 제외하고는 도 7에 도시된 것과 유사하다.
도 16은 단일 n형 트랜지스터 판별기를 지닌 전기 임피던스 검출기의 회로도이다. n형 트랜지스터(152)는 이러한 배치에서 유일한 스위칭 소자이다. n형 트랜지스터(152)는 주로 출력 전압이 분기될 수 있는 정점을 제공하기 위한 역할을 하는 저항(1673)을 구동시킨다. 리드-오프(lead-off) 회로에서 단일 트랜지스터를 사용하는 것은, 2개 이상의 트랜지스터를 사용하는 실시예와 다음 차이점을 보여준다. 첫 번째는 오직 1개의 트랜지스터의 임계 전압만을 초과할 필요가 있기 때문에 배터리 전압이 감소될 수 있다는 것이다. 도 2a 내지 도 3에 보여진 회로에서는, 트랜지스터 중 하나의 임계 전압의 2배가 필요했다. 1개만의 트랜지스터로의 감소는 직접적인 전력 절감을 가져온다. 또한, 회로는 오직 n형(도 16) 또는 p형(도 17) 트랜지스터로 실현될 수 있다. 이는 CMOS(상보 금속 산화물 반도체:complementary metal oxide semiconductor)가 반드시 필요하지는 않다는 것을 의미한다. 이러한 식으로, 회로는 종종 오직 1개의 극성을 가진 트랜지스터가 이용 가능하거나(비정질 Si는 n형 뿐인 유기 TFT) 비용이 더 저렴한 과정이 이용 가능한(p형뿐이거나 n형뿐인 LTPS는 CMOS LTPS에 비해 2개의 마스크 과정을 절약한다) 비용이 덜 드는 큰 면적을 가지는 전자 기기에 적합하다. 또 다른 특징은, 큰 면적을 가지는 전자 기기가 유연한 기판 위에 제작 가능하고, 이는 일치성이 요구되는 응용에 특히 적합하게 한다. 마지막으로, 도 16의 회로는 또한 더 적은 비용의 구성 성분 계산을 유도하여 더 적은 비용의 더 작은 기판을 만들 수 있게 한다.
도 17은 단일 p형 트랜지스터 판별기를 지닌 전기 임피던스 검출기의 회로도이다. 도 17은 도 16의 것의 짝 회로(companion circuit)를 보여준다. 저항(1775)은 출력 전압이 분기되는 것을 허용한다.
도 18은 단일 n형 트랜지스터와 풀-업으로서 역방향으로 된 다이오드를 가지는 판별기를 지닌 전기 임피던스 검출기의 회로도이다. 그것이 유도되는 도 16에 대해서, 도 18은 저항(131)을 대체하는 다이오드(1831)를 보여준다. 역방향으로 된 이 다이오드(1831)는 높은 옴 저항의 역할을 한다.
도 19는 공급 전압에 연결된 입력 포트 중 하나를 가지는 판별기를 지닌 전기 임피던스 검출기의 회로도이다. 이 도 19에서의 회로는 입력 포트(121)가 직접 +Vbat에 묶인다는 점에서, 도 16과 도 18에서의 것과는 상이하다. 도 19에서의 회로는, 예컨대 입력 포트(121, 122)에서 2극성 신호를 측정하는 것이 반드시 필요한 것은 아닌 경우에 사용될 수 있다. 수정된 데이터 처리 디바이스(181)는 입력 포트 중 하나가 +Vbat에 묶이는 입력 신호를 다룰 수 있다.
도 20은 입력 포트 중 하나가 접지 전압에 연결된 판별기를 지닌 전기 임피던스 검출기의 회로도이다. 수정된 데이터 처리 디바이스(182)는 입력 포트 중 하나가 0V에 묶이는 입력 신호를 다룰 수 있다.
도 21은 저항 대신 다이오드와 전계 효과 트랜지스터를 사용하는 전기 임피던스 검출기의 회로도이다. 역방향으로 연결되는 다이오드(1831)는 도 18에서 이미 알려져 있다. 또한, 또 다른 다이오드(2132)가 또한 제 2 입력 포트(122)로부터 접지 전압(0V)까지 역방향으로 연결된다. 또한, 일부 저항이 전계 효과 트랜지스터로 대체된다. 이 실시예와 도 22에 도시된 실시예는, 큰 면적을 가진 전자 장치 내에잘 한정된 저항을 실현하는 것이 어렵고, 때때로 다이오드가 이용 가능하지 않게 된다는 사실을 참작한다. 이들 이유 때문에, 저항은 일반적으로 +Vbat 전력 선에 연결된 게이트를 지닌 게이트 바이어스된 전계 효과 트랜지스터(2142, 2173)으로 대체되었다. 그 저항값은 전계 효과 트랜지스터의 W/L 비(폭/길이 비)를 고름으로써 한정된다. 일부 경우, 풀-업 또는 풀-다운 저항과 같이 단지 높은, 그러나 그 외에는 한정되지 않은 저항값이 요구된다. 이들 경우, 대응하는 저항은 다이오드로 대체될 수 있다. 다이오드가 큰 면적을 가지는 전자 장치 기술(예컨대, a-Si 및 LTPS TFT 기술)에서 즉시 이용 가능하지 않다면, 다이오드는 TFT에 연결된 다이오드로서 실현되었다. 이는 2개의 트랜지스터(2132a)에 의해 도 21a에 도시되어 있다. 단일 트랜지스터(2132a)로 충분하다. 이들 구현예는 또한 본 출원에서 설명된 다른 대부 분의 실시예에 또한 적용 가능하다는 사실을 주목해야 한다.
도 22는 도 21에 도시된 간략화된 전기 임피던스 검출기의 일 변형예의 회로도이다. 특히, 다이오드(2132)가 다이오드로서 연결되는 트랜지스터(2232)로 대체된다.
도 23은 소비 장치가 직접 전력을 공급받는 도 16과 유사한 간략화된 전기 임피던스 검출기의 회로도이다. 이 경우, 소비 장치는 데이터 처리 디바이스(180)이다. 이 데이터 처리 디바이스(180)를 판별기 트랜지스터(163)를 경유하여 전원장치에 연결함으로써, 판별기가 활성화될 때에만 데이터 처리 디바이스가 전력을 공급받는 상황을 실현하는 것이 가능하다. 외부 설비에 의해 사용될 수 있는 출력 신호를 생성하기 위해, 선택적인 구동기가 도시된다. 이러한 구동기는 전계 효과 트랜지스터(2352)와 저항(2373)을 포함한다. 이 구동기는 회로의 제로 전력 거동에 어떠한 부정정적인 영향도 미치지 않는다.
도 24는 AND 조합을 구현하기 위해, 도 16에 도시된 것과 같은 2개의 전기 임피던스 검출기를 배치한 것의 회로도이다. 도 24 내지 도 27의 실시예에서, 2쌍 이상의 전극과 함께 동작하는 제로 전력 임피던스 검출기에 관한 회로가 제안된다. 도 24 내지 도 26의 실시예는, 의미 있는 측정을 얻기 위해 모든 전극이 연결될 필요가 있는 응용에서 사용될 수 있다. 도 24의 우측에는 알려진 임피던스 검출기가 거울 방식(mirrored fashion)으로 도시되어 있다. 이는 2개의 입력 포트인 2421(E3)과 2422(E4)를 나타낸다. 저항(2431, 2432)은 각각 풀-업 저항 및 풀-다운 저항의 역할을 한다. 데이터 처리 디바이스(180)는 한 번 더 나타나지만, 또한 도 24의 좌측에 있는 것과 동일할 수 있다. 위에서 알려진 것처럼, 저항(2442)과 커패시터(2444)는 저역 필터를 형성한다. 이 저역 필터는 전계 효과 트랜지스터(2452)에 연결되고, 이 트랜지스터(2452)는 트랜지스터(152)와 직렬로 연결된다. 트랜지스터(152, 2452) 모두가 전류가 흐를 수 있다면, 저항(461)과 전계 효과 트랜지스터(152, 2452)만의 직렬 연결을 통해 전류가 흐를 수 있다. 이러한 경우, 반전된 출력 신호가 출력 포트(2474)에서 얻어질 수 있다.
도 25는 반전되지 않은 출력 신호를 지닌 도 24의 것과 유사한 회로도이다. 이러한 목적을 위해, 2개의 트랜지스터(152, 2452)가 +Vbat와 저항(662) 사이에 배치된다. 반전되지 않은 출력 신호가 출력 포트(2574)에서 관찰될 수 있다.
도 26은 다수의 입력을 지원하는 도 24의 것과 유사한 회로도이다. 도 26의 아랫 부분에 있는 트랜지스터(2452)는 추가 임피던스 검출기가 트랜지스터(152, 2452)와 직렬로 연결될 수 있다는 것을 표시한다. 또한 데이터 처리 디바이스(180)가 그러한 직렬 연결의 부분이므로, 모든 트랜지스터(152, 2452) 등이 전류가 흐를 수 있다면 전류가 공급될 것이다.
도 27은 OR 조합을 구현하기 위해, 도 16에 도시된 2개의 전기 임피던스 검출기를 배치한 것의 회로도이다. 이 실시예에서, 회로는 적어도 하나의 리드(lead)가 전류가 흐를 수 있을 때 전력이 공급된다. 제 2의 입력 포트(2721, 2722) 쌍이 분석 디바이스(180)에 연결된다. 입력 포트(2721)는 저항(2731)에 의해 +Vbat에 연 결된다. 입력 포트(2722)는 저항(2732)에 의해 0V에 연결된다. 저역 필터는 저항(2742)과 커패시터(2744)를 포함한다. 트랜지스터(2752)는 트랜지스터(152)와 병렬로 되어 있어, 그 중 하나가 전류가 흐를 수 있다면, 데이터 처리 디바이스(180)가 0V에 연결되고, 이는 전류를 처리 디바이스(180)에 공급하게 된다.
도 28은 다수의 전극 입력을 지원하는 전기 임피던스 검출기의 회로도이다. 이 실시예에서, 다수의 전극이 센서 입력 포인트 각각에 연결된다. 이러한 동작 모드에서, 감지 회로는 임의의 전도율(즉, 충분히 낮은 임피던스)이, 제 1 입력 포인트{포트(121, 2821)를 포함하는}에 연결된 전극 중 임의의 것과 제 2 센서 입력 포인트{포트(122, 2822)를 포함하는}에 연결된 전극 중 임의의 것 사이에서 측정되자마자, 동작을 시작한다.
도 29는 입력 센서 패드의 임의의 연결을 위한 다수의 입력 회로가 보강된 전기 임피던스 검출기의 회로도이다. 도 29에서는, 기본 회로가 스위칭 어레이(2920)와 제어기(2983)로 보강된다. 이 제어기는 센서 입력 패드(S1 내지 S8) 중 하나만이 입력 포트(122)(E2)에 연결되고, 나머지 것들 중 하나, 여러 개 또는 모두가 121(E1)에 연결되도록 처리한다. 일정한 속도로, 이들 연결은 순환된다. 2개의 임의의 패드가 연결될 때에는 검출기가 활성화되는 타임슬롯(timeslot)이 존재하게 된다. 이제 제어기(2983)가 순환을 중단하고 회로(180)가 필요한 신호 처리를 수행할 수 있다.
도 30은 제 2 전기 임피던스 검출기로 보강된 도 29의 배치를 도시한다. 항 상 최상의 신호를 찾는 것을 허용하는 예시적인 2중 회로(double circuit)가 도시되어 있다. 하부의 임피던스 검출기는 기본적으로 상부의 임피던스 검출기와 동일하다. 또한, 회로는 스위칭-어레이(3020)와 제어기(3083)를 포함한다. 하부의 임피던스 검출기의 경우, 그것의 출력 포트(3074)와 함께 그것의 입력 포트(3021, 3022)에만 기준 기호가 제공된다. 이 회로는 다음과 같은 기능을 한다. 1개의 검출기가 전도율 신호를 찾자마자, 스위치 스캐닝이 중단된다. 이제 나머지 검출기가 스캐닝을 시작하고, 또 다른 활성 조합이 발견된다면, 그것의 출력 신호{처리 디바이스(180)로부터의}가 첫 번째 것과 비교된다. 이제 최상의 또는 가장 강한 신호 검출기가 중단되고, 가장 약한 신호 검출기가 계속해서 입력 전극을 스캐닝한다. 또한 시간 차이 측정이 행해질 수 있다. 물론, 8개의 입력에는 제한이 없다. 스위치 어레이를 구동하기 위해 클록 신호를 스캐닝하기 위한 전자 장치가 낮은 전력에서 설계될 수 있다.
도 31은 전계 효과 트랜지스터를 사용하는 전기 임피던스 검출기의 회로도이다. 도시된 실시예에서, 커패시터(144)에 병렬로 연결된 추가 트랜지스터(3144)가 제공된다. 트랜지스터(3144)는 저항으로서 작용하고, 임피던스 검출기의 임계에 영향을 미칠 수 있다. 또 다른 트랜지스터(3142)는 또 다른 저항으로서 작용하고, 마찬가지로 임피던스 검출기의 임계에 영향을 미치기 위해 사용될 수 있다. 양 트랜지스터 모두 그것들 각각의 게이트를 경유하여 +Vbat에 연결된다. 따라서 임피던스 검출기의 임계는 트랜지스터의 W/L 비를 고름으로써 영향을 받을 수 있다.
도 32는 외부 전압에 의해 동조 가능한 전계 효과 트랜지스터를 사용하는 전기 임피던스 검출기의 회로도이다. 이 실시예에서, 트랜지스터(3242, 3244)는 그것들 각각의 게이트를 경유하여 외부 전압에 연결된다. 입력 포트(3223)(Vext)는 양 트랜지스터의 게이트에 연결된다. 이 실시예는 조정 가능한 임피던스 검출기에 관한 임계를 한정한다. 물론, 각 트랜지스터 또한 개별 외부 전압에 의해 제어될 수 있다.
도 33은 한정 가능한 임계를 나타내는 전기 임피던스 검출기의 회로도이다. 이 실시예에서는, 한정 가능한 임피던스의 임계를 제공하는 회로가 제안되고 그러한 회로가 활성화된다. 그러한 임계는 판별기의 입력에서 2개의 트랜지스터(142, 3344)의 비에 의해 한정된다. 다시, 가변 저항이 한정된 게이트 전압을 지닌 트랜지스터로서 실현될 수 있다. 추가 요구 사항은 2개의 저항(142, 3344)이 높은 옴 저항을 가져야 한다는 점이다.
도 34는 조정 가능한 임계를 나타내는 전기 임피던스 검출기의 회로도이다. 조정 가능한 전압 분배기는 저항(3442, 3444)에 의해 형성되고, 이들 저항은 모두 조정 가능하다. 이 전압 분배기는 판별기와, 트랜지스터(3452)와 저항(3473)을 포함하는 출력단 사이에 배치된다. 그 임계는, 예컨대 1개 또는 2개의 적절한 제어 놉(knob)에 의해 조정될 수 있다.
도 35는 가변 임계를 나타내는 전기 임피던스 검출기의 회로도이다. 도 34의 실시예와 비교했을 때, 2개의 조정 가능한 저항이 전계 효과 트랜지스터(3542, 3544)로 대체되었다. 이는 변하는 상황에 적응시키기 위해, 디바이스가 동작하는 동안 임계를 프로그래밍하는 것을 가능하게 한다. 이를 위해, 전계 효과 트랜지스터의 게이트가, 예컨대 마이크로컨트롤러(미도시)에 연결되어야 한다.
도 36은 도 35에 도시된 전기 임피던스 검출기의 일 변형예이다. 전압 분배기를 사용하는 대신, 도 35의 저항(173)이 2개의 전계 효과 트랜지스터(3573)로 대체된다. 트랜지스터의 임계의 비는 회로의 임계를 결정한다.
도 37은 다이오드와 커패시터만을 사용하는 전기 임피던스 검출기의 회로도이다. 이 실시예에서는, 제로 전력 임피던스 검출기가 능동 소자로서 1개의 다이오드만을 사용하여 실현된다. 다이오드는 큰 면적을 가진 전자 기기에서 트랜지스터보다 제조하기 쉬우므로, 이 실시예를 잠재적으로 비용이 덜 들게 만든다. 2개의 다이오드(3752)가 1개의 트랜지스터를 대체한다. 단일 다이오드 또한 가능하다. 출력 전압은 커패시터(3773)에 의해 유지된다. 만약 입력 포트(121, 122) 사이에 전도율이 존재한다면, 입력 포트(122)는 다이오드(3731)의 역 바이어스 전압과 같은 전위를 취하게 된다. 통상 이러한 전압은 2개의 다이오드(3752)에 의해 보여지는 것과 같은 순방향 바이어스 전압의 2배보다 높다. 따라서, 커패시터(3773)가 V역방향 바이어스 - V순방향 바이어스(3개의 다이오드가 동일한 유형이라면)과 같은 전압까지 충전되지 않는 한, 2개의 다이오드(3752)를 통해 전류가 흐르게 된다. 입력 포트(121, 122) 사이의 전도율이 억제된다면, 전류의 흐름이 중단된다. 입력 포트(122)는 0V로 떨어져, 2개의 다이오드(3752)는 커패시터(3773)를 재충전하는 전류가 흐르는 것을 방지한다. 커패시터(3773)는 처음에는 본래의 전압을 유지하지만, 곧 출력 포트(174)를 경유하여 방전한다.
도 38은 단일 다이오드와 커패시터를 사용하는 전기 임피던스 검출기의 회로도이다. 이러한 간단한 실시예에서, 입력 포트(121, 122) 사이에 전도율이 존재하게 된다면, 다이오드(3852)가 직렬 커패시터(3773)를 충전시켜, 출력 전압(V0)이 증가하게 하고, 출력(174)에 연결된 임의의 설비를 활성화시킨다. 이 실시예에서, 분석 디바이스가 턴-오프 상황을 결정할 수 있고, 대기 상황이 검출된다면 커패시터(3773)를 0V로 리셋할 수 있는 것이 필수적이다.
도 39는 도 3에 도시된 전기 임피던스 검출기의 일 수정예를 도시한다. 2개의 판별기 트랜지스터(151, 152)가 이제 저항(3955)과 함께 직렬로 연결된다. 출력 단은 저항(3955)을 통해 흐르는 전류를 평가한다. 저항(3955)을 통해 흐르는 충분히 높은 전류는 출력단이 출력 포트(174)에서 "하이(high)" 신호를 생성하게 한다.
도 40은 제 2 배터리와 NPN 2극성 트랜지스터를 이용하는 전기 임피던스 검출기의 회로도이다. 제 1 배터리(4001)는 임피던스 검출기에 공급 전압을 제공한다. 제 2 배터리(4002)는 제 1 배터리와 직렬로 연결된다. 제 1 배터리와 제 2 배터리의 직렬 연결은 처리 디바이스(180)의 동작을 위해 요구될 수 있는 더 높은 전압을 나타낸다. 제 2 배터리(4002)는 임피던스 검출기의 적절한 동작을 위해 중요하지 않다. 그러므로, 전체 회로가 여전히 대기 모드에 있으면서 전력 소비를 제로로 만들려는 목표를 충족시킬 수 있도록 전도율 조건이 검출된 후에만 부분(180)을 구동시키기 위해 스위칭 온될 수 있다.
도 41 내지 도 43은, 제 1 배터리(4001), 제 2 배터리(4002), N-MOSFET 트랜지스터(452), PNP-2극성 트랜지스터(251) 및 P-MOSFET 트랜지스터(151)를 각각 이용하는 도 40과 유사한 실시예를 도시한다.
본 명세서에서 가장 실제적인 실시예로 간주되는 실시예를 통해 본 발명이 제시되고 설명되었다. 하지만 당업자라면 본 발명의 범주 내에서 그러한 실시예로부터의 변형이 이루어질 수 있고, 명백한 수정이 이루어질 수 있음을 인식한다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 전기 디바이스의 조작 및/또는 제어를 위해 임피던스 검출기를 필요로 하는 전기 디바이스에 이용 가능하다.

Claims (37)

  1. 공급 전압으로부터 제 2 전압까지의 경로를 포함하는 임피던스 검출기를 가지는 전기 디바이스로서,
    상기 경로는 적어도 하나가 확인되어야 하는 전기 임피던스와 측정 정점을 가지는 세그먼트를 포함하고, 상기 임피던스 검출기는 상기 측정 정점에 연결되고 상기 측정 정점에서 관찰된 전기 측정 신호를 평가하기 위해 배치되며, 추가 공급 전압과 제 3 전압 사이의 경로에 배치되는 판별기를 더 포함하고, 이로 인해 확인될 임피던스가 임계값 이상 남아있다면, 상기 판별기가 상기 공급 전압으로부터 어떠한 상당한 전류도 유도하지 않는, 임피던스 검출기를 가지는 전기 디바이스.
  2. 제 1항에 있어서, 전기 신호는 전압인, 임피던스 검출기를 가지는 전기 디바이스.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 임피던스는 전도율(conductivity)인, 임피던스 검출기를 가지는 전기 디바이스.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 확인될 임피던스가 임계값 이상 남아있다면, 상기 판별기가 상기 공급 전압으로부터 100㎁ 미만의 전류, 바람직하게는 1㎁ 미만의 전류를 유도하는, 임피던스 검출기를 가지는 전기 디바이스.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공급 전압 및/또는 제 2 전압은 DC 전압인, 임피던스 검출기를 가지는 전기 디바이스.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 추가 공급 전압은 상기 공급 전압과 같거나 및/또는 상기 제 3 전압은 상기 제 2 전압과 같은, 임피던스 검출기를 가지는 전기 디바이스.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 기준 전위를 더 가지고, 상기 측정 신호는 상기 기준 전위에 관하여 평가되는, 임피던스 검출기를 가지는 전기 디바이스.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 판별기는 스위치를 포함하는, 임피던스 검출기를 가지는 전기 디바이스.
  9. 제 8항에 있어서, 확인될 임피던스가 임계값 이상 남아있다면, 상기 스위치는 비도통인 상태에 있는, 임피던스 검출기를 가지는 전기 디바이스.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 임계값은 조정 가능한, 임피던스 검출기를 가지는 전기 디바이스.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 확인될 임피던스를 포함하는 세그먼트 내에 생성된 2극성 신호를 중계하도록 배치된, 임피던스 검출기를 가지는 전기 디바이스.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 확인될 전도율의 상기 세그먼트의 양단에 각각 연결되도록 배치된 2개의 입력 포트와,
    - 상기 2개의 입력 포트와, 상기 공급 전압 또는 제 2 전압 사이에 각각 풀-업(pull-up) 임피던스 또는 풀-다운(pull-down) 임피던스를
    더 포함하는, 임피던스 검출기를 가지는 전기 디바이스.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 풀-업 또는 풀-다운 임피던스는, 1개의 저항 또는 복수의 저항, 1개의 커패시터 또는 복수의 커패시터, 1개의 인덕터 또는 복수의 인덕터, 1개의 다이오드 또는 복수의 다이오드, 1개의 제너 다이오드 또는 복수의 제너 다이오드, 1개의 트랜지스터 또는 복수의 트랜지스터, 또는 이들의 조합인, 임피던스 검출기를 가지는 전기 디바이스.
  14. 제 8항에 종속하는 제 12항 또는 제 13항에 있어서, 상기 스위치와 상기 풀-업 및/또는 풀-다운 임피던스(들)는 다이오드인, 임피던스 검출기를 가지는 전기 디바이스.
  15. 제 12항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 공급 전압으로부터 각각의 제 2 전압까지의 1개의 추가 경로 또는 복수의 추가 경로를 더 포함하고, 상기 각각의 추가 경로는 적어도 하나가 확인되어야 할 전기 임피던스를 가지는 세그먼트를 포함하며, 확인될 전도율의 상기 세그먼트의 양단에 각각 연결되도록 배치된 확인될 임피던스 각각에 관한 2개의 입력 포트를 더 포함하는, 임피던스 검출기를 가지는 전기 디바이스.
  16. 제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 판별기에 연결되고, 검출된 전기 전도율을 표시하는 상기 판별기의 상태에 응답하여 출력 전압을 전달하는 출력단을 더 포함하고,
    상기 판별기는 전압 강하의 크기를 나타내는 복수의 상태 중 하나를 채택함으로써, 상기 풀-업 또는 풀-다운 저항 중 적어도 하나의 양단의 전압 강하에 응답하는, 임피던스 검출기를 가지는 전기 디바이스.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 전압 강하가 상기 임계값 아래에 있다면, 상기 판별기 및/또는 출력단은 상기 공급 전압으로부터 어떠한 상당한 전류도 유도하지 않고, 상기 전압 강하가 상기 임계값을 초과하게 되면, 상기 판별기 및/또는 출력단이 상기 공급 전압 또는 상기 추가 공급 전압으로부터 전류를 유도하는, 임피던스 검출기를 가지는 전기 디바이스.
  18. 제 1항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 판별기는 제 1 단과 제 2 단을 포함하는, 임피던스 검출기를 가지는 전기 디바이스.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 제 1 단은 스위칭 수단을 포함하는, 임피던스 검출기를 가지는 전기 디바이스.
  20. 제 19항에 있어서, 상기 제 1 단 스위칭 수단의 제어 입력은 상기 2개의 입력 포트 중 하나에 결합되는, 임피던스 검출기를 가지는 전기 디바이스.
  21. 제 19항에 있어서, 상기 제 1 단 스위칭 수단의 제어 입력은 저역 필터를 경유하여 상기 2개의 입력 포트 중 하나에 결합되는, 임피던스 검출기를 가지는 전기 디바이스.
  22. 제 19항 내지 제 21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스위칭 수단은 2극성 트랜지스터와 MOSFET 트랜지스터, 박막 트랜지스터, 다이오드 및 MIM 다이오드를 포함하는 그룹으로부터 선택되는, 임피던스 검출기를 가지는 전기 디바이스.
  23. 제 22항에 있어서, 상기 트랜지스터는 오직 1개의 극성을 가지는, 임피던스 검출기를 가지는 전기 디바이스.
  24. 제 16항에 의존할 때 제 16항 내지 제 23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 출력단은 트랜지스터와 출력 임피던스를 포함하고, 상기 출력 전압은 상기 출력 임피던스에서 분기되는(tapped), 임피던스 검출기를 가지는 전기 디바이스.
  25. 제 1항 내지 제 24항 중 어느 한 항에 있어서, 저온 다결정 실리콘, 비정질 실리콘, 나노결정 실리콘, 마이크로결정 실리콘 또는 카드뮴 세레나이드, 산화 주석, 산화 아연과 같은 다른 반도체 물질 또는 유기 반도체의 그룹으로부터의 물질을 더 포함하는, 임피던스 검출기를 가지는 전기 디바이스.
  26. 제 1항 내지 제 25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 디바이스는 배터리 전원 공급을 가지는, 임피던스 검출기를 가지는 전기 디바이스.
  27. 제 1항 내지 제 26항 중 어느 한 항에 있어서, 추가 전원장치를 포함하는, 임피던스 검출기를 가지는 전기 디바이스.
  28. 제 27항에 있어서, 상기 추가 전원장치는 데이터 처리 디바이스에 전기를 공급하는, 임피던스 검출기를 가지는 전기 디바이스.
  29. 제 28항에 있어서, 상기 데이터 처리 디바이스는 상기 판별기의 스위치에 의해 턴 오프되도록 배치되는, 임피던스 검출기를 가지는 전기 디바이스.
  30. 제 1항 내지 제 29항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 디바이스에 자동-온(automatic-on) 기능을 제공하는, 임피던스 검출기를 가지는 전기 디바이스.
  31. 제 12항에 종속하는 제 12항 내지 제 30항 중 어느 한 항에 있어서, 비전기 신호를 입력 포트에 연결 가능한 전기 신호로 전환하기 위한 트랜스듀서를 더 포함하는, 임피던스 검출기를 가지는 전기 디바이스.
  32. 제 31항에 있어서, 상기 트랜스듀서는 비전기 신호를 수신할 때, 그것의 임피던스를 변화시키도록 배치되는, 임피던스 검출기를 가지는 전기 디바이스.
  33. 제 1항 내지 제 32항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 임피던스 검출기를 포함하고, 상기 전기 디바이스는 상기 복수의 임피던스 검출기의 출력에 응답하여 상이한 스위칭 상태를 대비하는, 임피던스 검출기를 가지는 전기 디바이스.
  34. 제 12항에 종속하는 제 12항 내지 제 33항 중 어느 한 항에 있어서, 추가 입력 포트를 더 포함하고, 한 쌍의 2개의 임의의 입력 포트 사이의 임피던스가 임계값을 초과하는지에 대한 결과가 논리 조합에 의해 조합되는, 임피던스 검출기를 가 지는 전기 디바이스.
  35. 제 12항에 의존할 때 제 12항 내지 제 34항 중 어느 한 항에 있어서, 추가 입력 포트를 더 포함하고, 순환식(cyclic) 측정이 2개의 입력 포트의 쌍을 순환시킴으로써 수행되는, 임피던스 검출기를 가지는 전기 디바이스.
  36. 제 12항에 의존할 때 제 12항 내지 제 35항 중 어느 한 항에 있어서, 추가 입력 포트를 더 포함하고, 상기 디바이스는 한정된 품질 측정에 따라 최상인 신호를 나타내는 2개의 입력 포트의 쌍을 찾기 위해 배치되는, 임피던스 검출기를 가지는 전기 디바이스.
  37. 제 1항 내지 제 36항 중 어느 한 항에 따른 전기 디바이스에서 사용될 임피던스 검출기로서, 상기 임피던스 검출기는 확인될 임피던스를 포함하는 상기 세그먼트의 말단에 위치한 적어도 하나의 정점에 연결 가능한, 임피던스 검출기.
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