KR20160020480A - 델타―시그마 변환을 이용하는 용량형 근접 검출 - Google Patents

델타―시그마 변환을 이용하는 용량형 근접 검출 Download PDF

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KR20160020480A
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Abstract

높은 분해능 용량-디지털 컨버터를 생성하기 위해 델타-시그마 변조기와 용량형 전압 분압기 회로를 결합함으로써 용량형 근접 검출이 제공된다. 주기 및 듀티 사이클 카운터들은 오브젝트가 용량형 센서(102)에 근접할 때 용량형 센서(102)의 커패시턴스 값들의 변화들의 비교를 위한 상기 델타-시그마 변조기로부터 듀티 사이클 비율들을 제공한다.

Description

델타―시그마 변환을 이용하는 용량형 근접 검출{CAPACITIVE PROXIMITY DETECTION USING DELTA-SIGMA CONVERSION}
관련 특허 출원
본 출원은 2013년 6월 12일 출원된 공동 소유의 미국 가출원 번호 61/834,236 호의 우선 이익을 주장하며, 상기 미국 가출원은 모든 목적들을 위해 본 출원에 참조로 통합된다.
기술 분야
본 개시는 근접 검출에 관한 것으로, 특히 델타-시그마 변환을 이용하는 용량형 근접 검출에 관한 것이다.
용량형 근접 검출은 커패시턴스 값들의 매우 높은 분해능 변환(> 10-12 비트)을 필요로 한다. 기존 용량형 터치 해결책들을 이용하는 근접 기반 검출 시스템은 반복 측정들, 평균 결과들을 필요로 하고, 따라서 저전력 애플리케이션들에 적합하지 않은 높은 처리 시간 오버헤드를 필요로 한다.
그러므로, 저전력, 고분해능 커패시턴스 변화 검출 시스템, 방법 및 장치가 필요하다. 커패시턴스 변화는 오브젝트가 용량형 센서에 근접하여 얻어진 결과일 수 있다.
실시예에 따르면, 근접 검출 시스템은: 제 1 입력부, 제 2 입력부 및 출력부를 구비한 비교기, - 상기 제 2 입력부는 기준 전압부와 결합할 수 있고 상기 제 1 입력부는 홀딩 커패시터와 결합할 수 있음 -; 용량형 센서; 상기 용량형 센서를 전압과 상기 홀딩 커패시터에 교호로(alternately) 결합하기 위한 스위치; 출력부를 구비한 클록부; 상기 비교기의 출력부와 결합된 입력부, 상기 클록부의 출력부에 결합된 클록 입력부, 및 출력부를 구비한 플립-플롭; 상기 플립-플롭의 출력부와 상기 비교기의 상기 제 1 입력부 사이에 결합된 피드백 저항기; 상기 클록부의 출력부에 결합된 클록 입력부, 리셋 입력부, 상기 플립-플롭의 출력부에 결합된 인에이블 입력부, 및 카운트된 다수의 클록 출력들을 제공하기 위한 출력부를 구비한 듀티 사이클 카운터, - 상기 듀티 사이클 카운터는 상기 인에이블 입력부가 제 1 로직 레벨에 있을 때에만 상기 클록 출력들을 카운트함 -; 및 상기 플립-플롭의 출력부가 제 2 로직 레벨로부터 상기 제 1 로직 레벨로 변할 때마다 상기 스위치를 제어하기 위한 회로를 포함할 수 있고, 카운트된 상기 다수의 클록 출력들은 상기 용량형 센서에 대한 오브젝트의 근접을 결정하는데 사용될 수 있다.
추가 실시예에 따르면, 상기 클록부의 출력부에 결합된 클록 입력부, 리셋/인에이블 입력부 및 캐리 출력부를 구비한 주기 카운터가 제공될 수 있고, 상기 주기 카운터는 측정 시간 주기를 결정한다. 추가 실시예에 따르면, 상기 듀티 사이클 및 주기 카운터들의 카운트 값들은 상기 용량형 센서의 커패시턴스 값에 의존하는 듀티 사이클을 결정하는데 사용될 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 상기 듀티 사이클은 상기 듀티 사이클 카운터의 카운트 값을 상기 주기 카운터의 카운트 값으로 나눈 값일 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 디지털 프로세서 및 메모리가 상기 클록부와 상기 듀티 사이클 및 주기 카운터들에 결합될 수 있고, 상기 디지털 프로세서는 상기 듀티 사이클 및 주기 카운터들의 상기 카운트 값들을 판독하고, 이로부터 상기 용량형 센서의 커패시턴스 값들과 관련된 듀티 사이클들을 결정한다. 추가 실시예에 따르면, 상기 용량형 센서의 커패시턴스 값들과 관련된 상기 듀티 사이클들은 상기 디지털 프로세서 메모리에 저장될 수 있고, 듀티 사이클 변화가 상기 용량형 센서에 근접하는 오브젝트의 검출을 나타내는지를 결정하는데 비교될 수 있다.
추가 실시예에 따르면, 상기 주기 카운터의 상기 캐리 출력부는 상기 디지털 프로세서에 인터럽트 신호를 발생시킨다. 추가 실시예에 따르면, 상기 용량형 센서에 결합된 상기 전압은 로직 하이(high)에 있을 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 상기 용량형 센서에 결합된 상기 전압은 로직 로우(low)에 있을 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 출력 드라이버는 상기 디지털 프로세서에 결합된 입력부 및 상기 스위치에 결합된 출력부를 구비할 수 있고, 상기 용량형 센서에 결합된 상기 전압은 연속적인 듀티 사이클 주기들 동안 로직 하이와 로직 로우 사이를 교호한다. 추가 실시예에 따르면, 마이크로컨트롤러가 상기 디지털 프로세서 및 메모리, 상기 비교기, 상기 클록부, 상기 플립-플롭, 상기 피드백 저항기, 상기 듀티 사이클 카운터, 상기 주기 카운터, 상기 스위치, 및 상기 스위치를 제어하기 위한 상기 회로를 포함한다. 추가 실시예에 따르면, 상기 피드백 저항기는 전류원 및 전류 싱크로 대체될 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 상기 피드백 저항기의 저항값은 프로그램 가능하게 조정될 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 상기 홀딩 커패시터의 커패시턴스 값은 프로그램 가능하게 조정될 수 있다.
또 하나의 실시예에 따르면, 용량형 센서에 근접하는 오브젝트를 검출하기 위한 방법은: 용량형 센서를 제 1 전압으로 충전하는 단계; 상기 충전된 용량형 센서를 홀딩 커패시터와 병렬로 결합하는 단계; 전압 비교기에 의해, 상기 병렬 연결된 용량형 센서와 홀딩 커패시터의 결과 전압을 기준 전압과 비교하는 단계; 상기 결과 전압이 상기 기준 전압보다 크면, 상기 홀딩 커패시터를 보다 낮은 전압으로 부분적으로 방전하는 단계; 상기 결과 전압이 상기 기준 전압보다 작으면, 상기 홀딩 커패시터를 보다 높은 전압으로 부분적으로 충전하고 하나의 카운트를 듀티 사이클 카운터에 추가하는 단계; 하나의 카운트를 주기 카운터에 추가하는 단계; 및 상기 용량형 센서를 상기 제 1 전압으로 충전하는 단계로 복귀하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법의 추가 실시예에 따르면, 복수의 듀티 사이클 주기 카운트들을 저장하는 단계; 및 상기 복수의 듀티 사이클 카운트들을 상기 복수의 주기 카운트들의 각각으로 나누어 듀티 사이클들을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법의 추가 실시예에 따르면, 상기 듀티 사이클들로부터 상기 용량형 센서의 커패시턴스 값들의 변화들을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법의 추가 실시예에 따르면, 상기 듀티 사이클들로부터 상기 용량형 센서에 대한 오브젝트의 근접을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다른 또 하나의 실시예에 따르면, 용량형 센서에 근접하는 오브젝트를 검출하기 위한 방법은: 용량형 센서를 방전하는 단계; 상기 방전된 용량형 센서를 홀딩 커패시터와 병렬로 결합하는 단계; 전압 비교기에 의해, 상기 병렬 연결된 용량형 센서와 홀딩 커패시터의 결과 전압을 기준 전압과 비교하는 단계; 상기 결과 전압이 상기 기준 전압보다 작으면, 상기 홀딩 커패시터를 보다 높은 전압으로 부분적으로 충전하는 단계; 상기 결과 전압이 상기 기준 전압보다 크면, 상기 홀딩 커패시터를 보다 낮은 전압으로 부분적으로 방전하고 하나의 카운트를 듀티 사이클 카운터에 추가하는 단계; 하나의 카운트를 주기 카운터에 추가하는 단계; 및 상기 용량형 센서를 상기 제 1 전압으로 충전하는 단계로 복귀하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법의 추가 실시예에 따르면, 복수의 듀티 사이클 주기 카운트들을 저장하는 단계; 및 상기 복수의 듀티 사이클 카운트들을 상기 복수의 주기 카운트들의 각각으로 나누어 듀티 사이클들을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법의 추가 실시예에 따르면, 상기 듀티 사이클들로부터 상기 용량형 센서의 커패시턴스 값들의 변화들을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법의 추가 실시예에 따르면, 상기 듀티 사이클들로부터 상기 용량형 센서에 대한 오브젝트의 근접을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다른 또 하나의 실시예에 따르면, 근접 검출용 장치는: 제 1 입력부, 제 2 입력부 및 출력부를 구비한 비교기, - 상기 제 2 입력부는 기준 전압부와 결합할 수 있고 상기 제 1 입력부는 홀딩 커패시터와 결합할 수 있음 -; 용량형 센서를 전압과 상기 홀딩 커패시터에 교호로 결합시키도록 구성된 스위치; 출력부를 구비한 클록부; 상기 비교기의 출력부와 결합된 입력부, 상기 클록부의 출력부에 결합된 클록 입력부, 및 출력부를 구비한 플립-플롭; 상기 플립-플롭의 출력부와 상기 비교기의 상기 제 1 입력부 사이에 결합된 피드백 저항기; 상기 클록부의 출력부에 결합된 클록 입력부, 리셋 입력부, 상기 플립-플롭의 출력부에 결합된 인에이블 입력부, 및 카운트된 다수의 클록 출력들을 제공하기 위한 출력부를 구비한 듀티 사이클 카운터, - 상기 듀티 사이클 카운터는 상기 인에이블 입력부가 제 1 로직 레벨에 있을 때에만 상기 클록 출력들을 카운트함 -; 및 상기 플립-플롭의 출력부가 제 2 로직 레벨로부터 상기 제 1 로직 레벨로 변할 때마다 상기 스위치를 제어하기 위한 회로를 포함할 수 있다.
추가 실시예에 따르면, 카운트된 상기 다수의 클록 출력들은 상기 용량형 센서에 대한 오브젝트의 근접을 결정하는데 사용될 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 카운트된 상기 다수의 클록 출력들은 상기 용량형 센서의 커패시턴스 값들의 변화들을 결정하는데 사용될 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 상기 피드백 저항기는 전류원 및 전류 싱크로 대체될 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 상기 피드백 저항기의 저항값은 프로그램 가능하게 조정될 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 상기 홀딩 커패시터의 커패시턴스 값은 프로그램 가능하게 조정될 수 있다.
또 하나의 실시예에 따르면, 근접 검출용 장치는: 제 1 입력부, 제 2 입력부 및 출력부를 구비한 전압 합산기; 용량형 센서를 전압과 상기 전압 합산기의 상기 제 1 입력부에 교호로 결합시키도록 구성된 스위치; 출력부를 구비한 클록부, - 각 클록 펄스에서 상기 스위치는 상기 용량형 센서를 상기 전압에 일시적으로 결합한 다음 다시 상기 전압 합산기의 상기 제 1 입력부에 결합시킴 -; 기준 전압 출력부를 구비한 전압 기준부; 상기 전압 합산기의 출력부에 결합된 제 1 입력부와 상기 전압 기준부의 출력부에 결합된 제 2 입력부를 구비한 연산 증폭기; 상기 연산 증폭기의 상기 제 1 입력부와 상기 연산 증폭기의 출력부 사이에 결합된 적분 커패시터; 상기 연산 증폭기의 출력부에 결합된 입력부를 구비하고 상기 연산 증폭기 출력을 멀티-비트 디지털 표현으로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터(ADC); 상기 ADC에 결합된 입력부들을 구비하고 상기 ADC로부터의 상기 멀티-비트 디지털 표현을, 상기 전압 합산기의 상기 제 2 입력부에 결합하는 아날로그 피드백 전압으로 변환하는 디지털-아날로그 컨버터(DAC); 상기 ADC로부터의 상기 멀티-비트 디지털 표현에 결합된 입력부들을 구비한 데시메이팅(decimating) 필터; 및 상기 데시메이팅 필터에 결합되고, 오브젝트가 상기 용량형 센서에 근접할 때를 결정하는 디지털 신호 프로세서(DSP)를 포함할 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 상기 ADC, DAC 및 데시메이팅 필터는 상기 클록부로부터의 클록 펄스들과 함께 동기화될 수 있다.
본 개시는 첨부 도면들과 결합된 이하의 설명을 참조하면 보다 완전하게 이해될 수 있다.
도 1은 본 개시의 특정 예시의 실시예에 따른, 용량형 센서 및 델타-시그마 아날로그-디지털 컨버터를 포함하는 용량형 근접 검출 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 2는 본 개시의 또 하나의 특정 예시의 실시예에 따른, 용량형 센서 및 델타-시그마 아날로그-디지털 컨버터를 포함하는 용량형 근접 검출 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 2a는 본 개시의 다른 또 하나의 특정 예시의 실시예에 따른, 용량형 센서 및 델타-시그마 아날로그-디지털 컨버터를 포함하는 용량형 근접 검출 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 3은 본 개시의 특정 예시의 실시예들에 따른, 용량형 근접 검출 시스템의 동작의 개략적인 타이밍도이다.
도 4 및 도 5는 본 개시의 특정 예시의 실시예들에 따른, 용량형 근접 검출 시스템들의 동작의 개략적인 프로세스 흐름도들이다.
도 6은 본 개시의 다른 또 하나의 특정 예시의 실시예에 따른, 용량형 센서 및 델타-시그마 아날로그-디지털 컨버터를 포함하는 용량형 근접 검출 시스템의 개략적인 블록도이다.
본 개시는 다양한 변형들 및 대안의 형태들을 허용하지만, 그의 특정 예시의 실시예들이 도면들에 도시되었고 본 명세서에서 상세히 설명된다. 하지만, 그 특정 예시의 실시예들에 대한 설명은 본 개시를 여기에서 개시된 특정 형태들로 한정하고자 하는 것이 아니고, 오히려, 본 개시는 부속 특허청구범위에 의해 정의되는 모든 변형들 및 균등물들을 포괄하는 것으로 이해되어야 한다.
다양한 실시예들에 따르면, 용량형 센서에 근접하는 오브젝트에 의해 초래되는 용량형 센서의 커패시턴스 값들의 작은 변화들을 검출하는데 사용될 수 있는 고분해능 용량형-디지털 컨버터를 생성하기 위해 델타-시그마 변조기와 용량형 분압기 회로를 결합함으로써, 용량형 근접 검출 시스템, 방법 및 장치가 제공될 수 있다.
델타-시그마 변환과 용량형 측정을 결합하는 것은 몇몇 이점들을 갖는다. 델타-시그마 컨버터는 조정 가능한 분해능을 가지며, 디지털 프로세서 오버헤드 없이 동작할 수 있다. 디지털 프로세서가 저전력 슬립(sleep) 모드에 있을 때, 델타-시그마 컨버터는 커패시턴스 측정들 동안에 저전력 모드로 동작할 수 있다.
이제 도면들을 보면, 예시적인 실시예들의 세부사항들이 개략적으로 도시되어 있다. 도면들에서 같은 요소들은 같은 숫자들로 나타내어지며, 유사한 요소들은 같은 숫자들에 다른 소문자 첨자를 붙여서 나타내어질 것이다.
도 1을 보면, 본 개시의 특정 예시의 실시예에 따른, 용량형 센서 및 델타-시그마 아날로그-디지털 컨버터를 포함하는 용량형 근접 검출 시스템의 개략적인 블록도가 도시되어 있다. 전체적으로 숫자 100으로 표시된 용량형 근접 검출 시스템은 용량형 센서(102), 디지털 프로세서 및 메모리(114), 제 1 타이머/카운터(128), 제 2 타이머 카운터(132), D 플립-플롭(134), 전압 비교기(136), 전압 기준부(142), 홀딩 커패시터(140), 피드백 저항기(138), 단극 쌍투형 스위치(150), 원샷 단안정(monostable) 발생기(152), 클록부(126), 통신 인터페이스(116), 및 통신 포트(118)를 포함할 수 있다. 용량형 센서(102)를 제외한 상기 요소들은 (아날로그 회로와 디지털 회로를 둘 다 구비한) 혼합 신호 집적 회로 디바이스(130), 예를 들면 주문형 반도체(ASIC), 프로그램 가능 로직 어레이, (예를 들어 독립 주변기기로서 사용되는) 단순한 디지털 상태 머신, 또는 마이크로컨트롤러에 의해 제공될 수 있다. 통신 인터페이스(116)는 직렬 통신 인터페이스, 예를 들면 RS-232, USB, SPI, I2C, 마이크로와이어 또는 UNI/O 등일 수 있고, 그리고 데이터, 예를 들면 통신 포트(118)를 통한 근접 검출 및 알람, 병렬 버스(미도시됨) 및/또는 사람 또는 오브젝트가 용량형 센서(102)에 근접할 때 설정/소거되는 개별 표시기들(예컨대, LED)(미도시됨)을 제공할 수 있다.
용량형 센서(102)는 용량형 센서(102)를 전압에 연결하는 회로에 의해 짧은 시간 내에 상기 전압(예를 들어 VDD)으로 충전된다. 이 회로는 원샷 단안정 발생기(152)에 의해 제어되는 스위치(150)를 포함할 수 있지만 이것으로 한정되는 것은 아니며, 원샷 단안정 발생기(152)에 의해서 스위치(150)가 용량형 센서(102)를 VDD에 일시적으로 결합시킨 다음 도로 홀딩 커패시터(140)와 병렬 연결로 되게 한다. 단안정 발생기(152) 및 스위치(150)는 설명을 위한 목적으로 도시되었지만, 디지털 회로 설계 분야에서 통상의 지식을 가지고 본 개시의 혜택을 갖는 자라면, 용량형 센서(102)를 빠르게 충전한 다음 홀딩 커패시터(140)와 재연결하기 위한 대안적이고 동일한 효과를 가진 회로들을 용이하게 구현할 수 있다. 홀딩 커패시터(140)의 용량 값은 용량형 센서(102)의 용량 값보다 크므로, 용량형 센서(102)가 홀딩 커패시터(140)와 병렬로 연결될 때 용량형 센서(102)에 대한 VDD의 충전이 홀딩 커패시터(140)의 전압 충전을 상당히 변화시키지는 않을 것이다. 홀딩 커패시터(140)의 전형적인 값들은 약 20 내지 약 500 피코패럿일 수 있지만, 이것으로 한정되지 않는다. 용량형 센서(102)의 전형적인 값들은 약 5 내지 약 50 피코패럿일 수 있지만, 이것으로 한정되지 않는다. 오브젝트 접근이 없는 경우로부터 오브젝트가 접근하는 경우까지의 용량 값 변화는 근접 센서(102)의 용량 값의 약 0.1 내지 0.5 퍼센트, 예를 들면 약 1로부터 약 250 펨토-패럿까지일 수 있지만, 이것으로 한정되지 않는다.
오랜 기간이 지나면, 홀딩 커패시터(140)의 전압은 대략 전압 기준부(142)의 전압(기준 전압)으로 확정될 것이다. 이것이 델타-시그마 변조기 전압 평형점이다. 기준 전압은 VDD보다 작거나 VSS보다 큰 임의의 값, 예를 들면 VDD*3/4, VDD/2, VDD/4 등일 수 있는데, VDD/2인 것이 바람직하며 그 이유는 가장 큰 측정 범위를 제공할 수 있기 때문이다. VDD로 충전된 용량형 센서(102)의 전압은 두 개의 커패시터들의 개별 용량 값들 및 전압들을 기반으로 상기 두 개의 커패시터들 사이에 분압된다. 처음에는 용량형 센서(102)의 전압이 홀딩 커패시터(140)의 전압보다 크므로, 커패시터들이 둘 다 병렬로 연결될 때 결과가 되는 전압은 홀딩 커패시터(140) 초기 전압, 예를 들면 VDD/2보다 클 것이다. 용량형 센서(102)의 커패시턴스가 변화하면, 상기 두 개의 커패시터들에 걸친 전압 분압은 변경되고 그 결과 홀딩 커패시터(140)의 전압 변화를 가져올 것이다.
비교기(136) 및 D 플립-플롭(134)은 델타-시그마 변조기를 포함한다. 홀딩 커패시터(140)의 전압이 기준 전압(Vref)보다 클 때에는, 비교기(136)의 출력은 로우(low)가 되고 그리고 다음 클록 펄스 이후에 D 플립-플롭(134)의 Q-출력은 로우, 예를 들면 VSS가 된다. D 플립-플롭(134)의 로우 출력이 홀딩 커패시터(140)의 전압보다 작을 것이기 때문에, 홀딩 커패시터(140)는 피드백 저항기(138)를 통해 보다 낮은 전압으로 방전될 것이다. 홀딩 커패시터(140)의 전압이 기준 전압(Vref)보다 작을 때에는, 비교기(136)의 출력이 하이가 되고 그리고 다음 클록 펄스 이후에 D 플립-플롭(134)의 Q-출력은 하이, 예를 들면 VDD가 된다. D 플립-플롭(134)의 하이 출력이 홀딩 커패시터(140)의 전압보다 클 것이기 때문에, 홀딩 커패시터(140)는 피드백 저항기(138)를 통해 높은 전압으로 충전될 것이다. 피드백 저항기(138)의 전형적인 값은 약 100 옴 내지 약 10,000 옴일 수 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 피드백 저항기(138)는 홀딩 커패시터(140)에 연결되어 있는 동안 용량형 센서(102)에 의해 더해진 전하량과 크기가 유사한 홀딩 커패시터(140)로부터의 전하량을 더하거나 빼는 것이 바람직하다. 홀딩 커패시터(140)의 전하(Q)는 V = q/C 및 dV = dq/C로부터 결정될 수 있으며, 여기서 자신의 커패시턴스 값으로 나누어진 홀딩 커패시터(140)의 전하 변화는 그의 전압 변화를 제공한다. 저항기가 공급하는 전하량은 q = t*(Vdd - Vcap)/R에 의해 결정될 수 있으며, t = 클록 주기이다.
제 1 및 제 2 타이머/카운터들(128 및 132)은 듀티 사이클 측정 시스템을 형성한다. 제 2 타이머 카운터(132)는 커패시턴스-디지털 값 변환이 일어나는 시간의 길이를 결정하고, 제 1 타이머 카운터(128)는 홀딩 커패시터의 전압이 기준 전압보다 작을 때 이 변환 시간 중에 발생하는 클록 펄스들의 수를 카운트한다. 제 2 타이머 카운터(132)의 인에이블 입력부가 (D-플립-플롭(134)으로부터 출력되는) 하이일 때, 제 2 타이머 카운터(132)는 단지 클록 펄스들을 카운트할 것이다. 델타-시그마 변환 주기는 제 1 타이머/카운터(128)로부터의 캐리 아웃(오버플로우)이 있을 때까지 계속될 수 있다. 이 캐리 아웃은 디지털 프로세서(114)에 변환 주기가 끝났다고 경보를 발하는데 이용될 수 있다. 여기서 디지털 프로세서(114)는 예를 들어 n-비트 버스를 통해 제 2 타이머/카운터(132)의 카운트 값을 판독할 수 있고, 제 2 타이머/카운터(132)의 카운트 값을 제 1 타이머/카운터(128)의 최대 카운트 값(변환 주기)으로 나눔으로써 표시되는 듀티 사이클 비를 계산할 수 있다. 이후에 디지털 프로세서(114)는 제 1 및 제 2 타이머/카운터들(128 및 132)을 리셋할 수 있다.
이진 10 비트 카운트 값(210)은 1024 카운트 입도(granularity)를 갖고, 이진 20 비트 카운트 값(220)은 1,048,576 카운트 입도를 갖는 등일 것이다. 명백하게도, 제 1 및 제 2 타이머/카운터들(128 및 132)이 갖는 비트들의 수가 클수록, 분해능은 더 커질 것이고 결정될 수 있는 커패시턴스 값의 변화는 더 미세할 것이다. 하지만, 보다 많은 비트들의 수를 갖는 타이머/카운터는 보다 긴 커패시턴스-이진 변환 시간을 필요로 한다. 제 2 타이머/카운터(132)로부터 판독된 카운트 값들로부터, 디지털 프로세서는 용량형 센서(102)가 커패시턴스 값의 변화를 가질 때를 결정할 수 있다.
도 3을 보면, 본 개시의 특정 예시의 실시예들에 따른, 용량형 근접 검출 시스템의 동작의 개략적인 타이밍도가 도시되어 있다. 오랜 기간이 지나고 그리고 외부 전압의 영향이 없다면 홀딩 커패시터(142)의 전압은 기준 전압 ± 매우 작은 에러 전압일 것이다. 이것은 대략 50 퍼센트의 듀티 사이클을 가져온다. 상기 듀티 사이클은, 제 2 타이머/카운터(132)가 제로(zero)로부터 캐리 아웃을 생성하는 그의 최대 비트 카운트까지 (또는 사전 로딩된(preloaded) 디지털 값으로부터 그의 최대 비트 카운트까지) 카운트하는데 걸리는 시간 동안의 제 1 타이머/카운터(128)에 의해 카운트된 클록 펄스들의 수를 제 1 타이머/카운터(128)의 최대 비트 카운트, 예를 들면 델타-시그마 변조기에 의한 커패시턴스-디지털 값 변환 동안 카운트된 클록 펄스들의 수로 나눈 값으로 정의될 수 있다.
외부 전압이 용량형 센서(102)로부터 홀딩 커패시터(140)에 도입될 때, 용량형 센서(102)의 전압이 홀딩 커패시터(140)의 초기 전압보다 더 포지티브하면, 홀딩 커패시터(140)의 결과로 생긴 전압은 기준 전압보다 더 포지티브할 것이다. 얼마나 더욱 더 포지티브한지는 예를 들어 VDD로 충전된 용량형 센서(102)의 커패시턴스 값에 의존한다. 용량형 센서(102)의 커패시턴스 값이 홀딩 커패시터의 커패시턴스 값보다 작기 때문에, 상기 홀딩 커패시터의 결과 전압의 포지티브 증가는 홀딩 커패시터의 초기 전압의 백분율일 것이고, 그리고 용량형 센서(102)가 홀딩 커패시터(140)보다 훨씬 더 작은 커패시턴스 값을 가지면, 그 결과 생기는 포지티브 전압 증가는 작은 증가일 것이다. 용량형 센서(102)가 더 낮은 값의 전압, 예를 들어 VSS로 방전될 때에는, 홀딩 커패시터(140) 및 용량형 센서(102)와의 연결부 상의 전압은 마찬가지로 더 낮아질 것이다.
도 1에 도시된 델타-시그마 회로는 상기 결과 전압이 기준 전압보다 클 때 D 플립-플롭(134)의 듀티 사이클을 감소시킬 것이고, 그리고 상기 결과 전압이 기준 전압보다 작을 때에는 D 플립-플롭(134)의 듀티 사이클을 증가시킬 것이다 - 예를 들면, 용량형 센서(102)를 각각 VDD와 VSS 중 어느 하나로 충전함. 이것은 용량형 센서(102)의 커패시턴스 값이 변경될 때를 결정하는 방법의 기본이다.
예를 들면 도 3에서, 제 1 커패시턴스 값의 용량형 센서(102)가 제 1 전압(예를 들면, VDD)으로 충전되고나서 홀딩 커패시터(140)와 병렬로 연결될 때, 그 순간 전압은 숫자 360으로 표시된 만큼 증분할 것이다. 델타-시그마 변조기는 듀티 사이클을 50 퍼센트보다 낮은 값으로 감소시킴으로써 이러한 전압 증가를 보상하기 시작할 것이다. 어떠한 오브젝트도 용량형 센서(102)에 근접하지 않는 경우에는 듀티 사이클이 약 45 퍼센트이다. 이제 오브젝트가 용량형 센서(102)에 근접할 때 결과가 되는 커패시터들의 결합은 숫자 362로 표시된 보다 큰 포지티브 전압 증분을 생성할 것이다(용량형 센서(102)는 용량형 센서(102)에 근접하는 오브젝트로 인한 자신의 보다 큰 커패시턴스 값 때문에 용량형 센서(102)에 더 많은 전압 충전을 갖는다). 이 경우에 듀티 사이클은 약 37 퍼센트이다. 어떠한 오브젝트도 용량형 센서(102)에 근접하지 않을 때의 듀티 사이클보다 훨씬 적다.
용량형 센서(102)는 홀딩 커패시터의 전압이 피드백 저항기(138)를 통해 기준 전압보다 작은 전압 값으로 방전될 때 단지 더 포지티브한 값으로 충전될 것이다. D 플립-플롭(134)은 하나의 비트 메모리 소자로서 역할을 하기 때문에, 용량형 감지 커패시터를 충전할 지의 여부는 하나의 클록 이후에 결정될 것이다. 델타-시그마 컨버터에 있어서는, 전송 전압 충전 값들의 매우 작은 차이가 쉽게 결정될 수 있다. 제 1 카운터/타이머(128)가 더 많은 비트들(보다 긴 샘플 시간)을 가질수록, 오브젝트가 용량형 센서(102)에 근접하지 않거나 근접하는 경우에 전압 충전 차이들의 분해능은 더욱 좋아진다.
디지털 프로세서 및 메모리(114)는 용량형 센서의 커패시턴스 값들과 관련된 듀티 사이클들을 저장할 수 있으며, 그리고 듀티 사이클에 변화가 있을 때에는 디지털 프로세서가 오브젝트 근접 검출을 발생시킬 수 있고 추가로 통신 인터페이스를 통해 이 오브젝트 근접 검출을 통신할 수 있다.
도 2를 보면, 본 개시의 또 하나의 특정 예시의 실시예에 따른, 용량형 센서 및 델타-시그마 아날로그-디지털 컨버터를 포함하는 용량형 근접 검출 시스템의 개략적인 블록도가 도시되어 있다. 도 2에 도시된 회로는 도 1에 도시된 회로와 실질적으로 동일하게 동작하지만, 디지털 프로세서(114)의 디지털 출력부와 스위치(150)에 결합되는 전압 드라이버(254)가 추가되며, 여기서 제 1 전압 출력(예컨대, VDD)과 제 2 전압 출력(예컨대, VSS) 중 어느 하나는 전압 드라이버(254)의 출력일 수 있고 각각 용량형 센서(102)를 충전하거나 방전하는데 사용될 수 있다. 기준 전압보다 더 포지티브한 전압이 용량형 센서(102)를 충전하는데 사용되면, 오브젝트가 용량형 센서(102)에 근접할 때에는 델타-시그마 컨버터에 의해 측정된 듀티 사이클이 감소할 것이다. 기준 전압보다 적은 포지티브 전압이 용량형 센서(102)를 방전하는데 사용되면, 오브젝트가 용량형 센서(102)에 근접할 때에는 델타-시그마 컨버터에 의해 측정된 듀티 사이클이 증가할 것이다.
디지털 프로세서(114)는 용량형 센서(102)를 교호로(alternately) 충전 및 방전할 수 있고, 각각의 충전 및 방전 측정 주기 동안 듀티 사이클을 측정할 수 있다. 예를 들면, 한번은 용량형 센서(102)가 매번 충전된 상태에서 1024 샘플들의 전체 변환을 수행하고, 또 한번은 용량형 센서(102)가 매번 방전된 상태에서 1024 샘플들의 전체 변환을 수행하고, 그리고 이후에는 차등의 용량 변화를 측정하기 위해 두 개의 값들을 뺀다. 1024보다 많은 샘플들을 채취하는 것은 용량 변화 측정의 분해능을 증가시킬 것이며, 여기서 2048 샘플들은 11비트 분해능을 제공하고 4096은 12비트 분해능을 제공하는 등이다. 피드백 저항기(138)의 크기는 또한 VDD/2에 대한 보다 미세한 분해능을 제공하도록 조정될 수 있는데, 보다 높은 값의 저항은 보다 작은 변화들에 더 많은 분해능을 제공하고 그리고 용량형 센서(102)의 보다 큰 변화들을 측정하도록 돕는다. 델타-시그마 컨버터가 최적의 용량 변화 분해능을 위해 "튜닝"될 수 있도록, 프로그램 가능한 가변 홀딩 커패시터(140)가 제공될 수 있음이 예상되고 본 개시의 범위 내에 있다. 프로그램 가능한 가변 피드백 저항기(138)가 제공되어 용량 변화를 "튜닝"하는데 사용될 수 있다.
도 2a를 보면, 도 1 및 도 2에 도시된 피드백 레지스터(138)는 홀딩 커패시터(140)의 보다 선형적인 충전/방전을 위해 정전류원(239) 및 정전류 싱크(238)로 대체되어 있다. D 플립-플롭(134)의 Q-출력부가 로직 하이일 때, 정전류원(239)은 VDD로부터 홀딩 커패시터(140)로 정전류를 공급하도록 활성화될 수 있다. 그리고 D 플립-플롭의 Q-출력부가 로직 로우일 때에는, 정전류원(238)이 홀딩 커패시터(140)로부터 VSS로 정전류를 싱크하도록 활성화될 수 있다.
도 1, 도 2 및 도 2a에 도시된 근접 검출 시스템들은 (아날로그 회로 및 디지털 회로를 둘 다 구비한) 혼합 신호 집적 회로 디바이스(130), 예를 들면 주문형 반도체(ASIC), 프로그램 가능 로직 어레이, (예를 들어 독립 주변기기로서 사용되는) 단순한 디지털 상태 머신, 또는 표준형 온-칩 주변기기의 대부분을 포함하는 마이크로컨트롤러로 간편하게 구현될 수 있다. 그것은 높은 분해능과 낮은 CPU 오버헤드를 제공할 것이다. 그것은 내부의 디지털 프로세서 및 메모리(114)의 슬립 모드 동작을 포함하는 저전력 소모의 작은 핀 카운트 디바이스들 내에 구현될 수 있다.
도 4 및 도 5를 보면, 본 개시의 특정 예시의 실시예들에 따른, 용량형 근접 검출 시스템들의 동작의 개략적인 프로세스 흐름도들이 도시되어 있다. 도 4는 용량형 센서(102)가 제 1 전압(예컨대, VDD)으로 충전되는 경우를 예시하며, 도 5는 용량형 센서(102)가 제 2 전압(예컨대, VSS)으로 방전되는 경우를 예시한다. 둘 다의 경우들은 실질적으로 동일한 방식으로 기능한다.
단계(402)에서는 용량형 센서(102)가 제 1 전압으로 충전된다. 단계(404)에서는 충전된 용량형 센서(102)가 홀딩 커패시터(140)와 병렬로 결합된다. 단계(406)에서는 홀딩 커패시터(140)의 결과 전압이 기준 전압과 비교되고, 여기서 단계(408)에서: 상기 결과 전압이 상기 기준 전압보다 크면, 단계(410)에서 홀딩 커패시터의 전압은 부분적으로 방전되고, 그리고 단계(412)에서 하나의 카운트가 주기 카운터(타이머/카운터)(128)에 추가되고; 상기 결과 전압이 상기 기준 전압보다 작으면, 단계(414)에서 홀딩 커패시터의 전압은 부분적으로 충전되고, 단계(416)에서는 하나의 카운트가 듀티 사이클 카운터(타이머/카운터)(132)에 추가되고, 그리고 단계(412)에서 하나의 카운트가 주기 카운터(타이머/카운터)(128)에 추가된다. 이후에는 단계(402)로 복귀한다.
단계(502)에서는 용량형 센서(102)가 방전된다. 단계(504)에서는 방전된 용량형 센서(102)가 홀딩 커패시터(140)와 병렬로 결합된다. 단계(506)에서는 홀딩 커패시터(140)의 결과 전압이 기준 전압과 비교되고, 여기서 단계(508)에서: 상기 결과 전압이 상기 기준 전압보다 작으면, 단계(510)에서 홀딩 커패시터의 전압은 부분적으로 충전되고, 그리고 단계(512)에서 하나의 카운트가 주기 카운터(타이머/카운터)(128)에 추가되고; 상기 결과 전압이 상기 기준 전압보다 크면, 단계(514)에서 홀딩 커패시터의 전압은 부분적으로 방전되고, 단계(516)에서는 하나의 카운트가 듀티 사이클 카운터(타이머/카운터)(132)에 추가되고, 그리고 단계(512)에서 하나의 카운트가 주기 카운터(타이머/카운터)(128)에 추가된다. 이후에는 단계(502)로 복귀한다.
위에서 보다 상세히 설명된 바와 같이, 주기 카운터(128)가 타임 아웃될 때마다 복수의 듀티 사이클 카운트들이 디지털 프로세서 메모리(114)에 저장될 수 있고, 이 듀티 사이클 카운트들은 용량형 센서에 대한 오브젝트의 근접을 나타내는 용량형 센서(102)의 커패시턴스 값 변화들로 인한 듀티 사이클들을 결정하는데 사용될 수 있다.
도 6을 보면, 본 개시의 다른 또 하나의 특정 예시의 실시예에 따른, 용량형 센서 및 델타-시그마 아날로그-디지털 컨버터를 포함하는 용량형 근접 검출 시스템의 개략적인 블록도가 도시되어 있다. 전체적으로 숫자 600으로 표시된 용량형 근접 검출 시스템은 용량형 센서(102), 디지털 신호 프로세서 및 메모리(614), 데시메이팅(decimating) 필터(662), 멀티-비트 디지털-아날로그 컨버터(DAC)(654), 멀티-비트 아날로그-디지털 컨버터(ADC)(656), 연산 증폭기(636), 적분 피드백 커패시터(658), 아날로그 합산기(660), 전압 기준부(642), 단극 쌍투형 스위치(150), 원샷 단안정 발전기(652), 클록부(626), 통신 인터페이스(116), 및 통신 포트(118)를 포함할 수 있다. 용량형 센서(102)를 제외한 상기 요소들은 (아날로그 회로와 디지털 회로를 둘 다 구비한) 혼합 신호 집적 회로 디바이스(630), 예를 들면 주문형 반도체(ASIC), 프로그램 가능 로직 어레이, (예를 들어 독립 주변기기로서 사용되는) 단순한 디지털 상태 머신, 또는 마이크로컨트롤러에 의해 제공될 수 있다. 통신 인터페이스(116)는 직렬 통신 인터페이스, 예를 들면 RS-232, USB, SPI, I2C, 마이크로와이어 또는 UNI/O 등일 수 있고, 그리고 데이터(예를 들면, 통신 포트(118)를 통한 근접 검출 및 알람), 병렬 버스(미도시됨) 및/또는 사람 또는 오브젝트가 용량형 센서(102)에 근접할 때 설정/소거하는 개별 표시기들(예컨대, LED)(미도시됨)을 제공할 수 있다.
용량형 센서(102)는 용량형 센서(102)를 전압에 연결하는 회로에 의해 짧은 시간 내에 상기 전압(예를 들어 VDD)으로 충전된다. 이 회로는 원샷 단안정 발생기(652)에 의해 제어되는 스위치(650)를 포함할 수 있지만 이것으로 한정되는 것은 아니며, 원샷 단안정 발전기(652)에 의해 스위치(650)는 용량형 센서(102)를 VDD에 일시적으로 결합한 다음 다시 합산기(660)의 입력부에 결합시킨다. 단안정 발생기(652) 및 스위치(650)는 설명을 위한 목적으로 도시되었지만, 디지털 회로 설계 분야에서 통상의 지식을 가지고 본 개시의 혜택을 갖는 자라면, 용량형 센서(102)를 빠르게 충전한 다음 합산기(660)와 재연결하기 위한 대안적이고 동일한 효과를 가진 회로들을 용이하게 구현할 수 있다.
DAC(654)의 출력부는 합산기(660)의 제 2 입력부에 결합된다. DAC(654)는 멀티-비트 DAC, 예를 들면 4개의 전압 입력 레벨들을 갖는 2 비트들일 수 있다. 합산기(660)는 용량형 센서(102)의 전압과 DAC(654)의 출력 전압을 합산한다. 적분 커패시터(658)와 결합된 연산 증폭기(636)는 합산기(660)의 출력 전압과 전압 기준부(642)의 기준 전압 간의 차이를 적분한다. 기준 전압은 VDD/2일 수 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 연산 증폭기(636)로부터 출력되는 적분 전압은 클록부(626)로부터의 매 클록 펄스마다 ADC(656)에 의해 샘플링되며, 다음 클록 펄스시에는 적분 전압의 디지털 표현이 ADC(656)의 출력부에서 얻어질 수 있다. ADC(656)는 멀티-레벨 출력, 예를 들면 4개의 출력 레벨들을 갖는 2 비트들을 가질 수 있다. ADC(656)의 멀티-레벨 출력부는 DAC(654) 및 데시메이팅 필터(662)에 결합된다. ADC(656), DAC(654) 및 데시메이팅 필터(662)의 동작은 클록부(626)의 각각의 클록 펄스에서 동기화된다. 데시메이팅 필터(662)의 멀티-비트 출력은 디지털 신호 프로세서(614)에 결합될 수 있다. 오브젝트의 근접 검출을 얻기 위한 추가 처리는 위에서 보다 상세히 설명된 바와 같다.
도 6에 도시된 회로는, 예를 들어 근접 검출의 도 1, 도 2 및 도 2a에 도시된 회로들과 실질적으로 동일한 결과를 제공하며, 여기서 제 1 및 제 2 카운터/타이머들(128 및 132)은 데시메이팅 필터(662)와 디지털 신호 프로세서(614)로 대체되어 있다. 홀딩 커패시터(140), 피드백 저항기(138), 전압 비교기(136) 및 D-플립 플롭(134)은 합산기(660), 연산 증폭기(636), 적분 커패시터(658), ADC(656) 및 DAC(654)로 대체되어 있다. 도 6에 도시된 실시예의 이점은 멀티-비트 기능들로 인해 시그마-델타 변환들을 보다 빠르게 수행함으로써, 용량형 센서에 대한 오브젝트의 근접을 나타내는 용량형 센서의 커패시턴스의 변화를 보다 빠르게 검출할 수 있는 회로 기능이다.
본 개시의 실시예들은 본 개시의 예시적인 실시예들을 참조하여 도시되고 설명되고 정의되었지만, 이러한 참조는 본 개시의 한정을 의미하지 않고 이러한 한정이 추정되지도 않는다. 개시된 본 발명은 이 기술분야에 통상의 기술을 가지고 본 개시의 혜택을 갖는 사람들에게는 형태와 기능에 있어서 상당한 수정, 대체, 및 균등물들이 가능하다. 본 개시의 도시되고 설명된 실시예들은 단지 예로서, 본 개시의 범위를 한정하지 않는다.

Claims (30)

  1. 근접 검출 시스템으로서,
    제 1 입력부, 제 2 입력부 및 출력부를 구비한 비교기, - 상기 제 2 입력부는 기준 전압부와 결합하고 상기 제 1 입력부는 홀딩 커패시터와 결합함 -;
    용량형 센서;
    상기 용량형 센서를 전압과 상기 홀딩 커패시터에 교호로(alternately) 결합하기 위한 스위치;
    출력부를 구비한 클록부;
    상기 비교기의 출력부와 결합된 입력부, 상기 클록부의 출력부에 결합된 클록 입력부, 및 출력부를 구비한 플립-플롭;
    상기 플립-플롭의 출력부와 상기 비교기의 상기 제 1 입력부 사이에 결합된 피드백 저항기;
    상기 클록부의 출력부에 결합된 클록 입력부, 리셋 입력부, 상기 플립-플롭의 출력부에 결합된 인에이블 입력부, 및 카운트된 다수의 클록 출력들을 제공하기 위한 출력부를 구비한 듀티 사이클 카운터, - 상기 듀티 사이클 카운터는 상기 인에이블 입력부가 제 1 로직 레벨에 있을 때에만 상기 클록 출력들을 카운트함 -; 및
    상기 플립-플롭의 출력부가 제 2 로직 레벨로부터 상기 제 1 로직 레벨로 변할 때마다 상기 스위치를 제어하기 위한 회로를 포함하고,
    카운트된 상기 다수의 클록 출력들은 상기 용량형 센서에 대한 오브젝트의 근접을 결정하는데 사용되는, 근접 검출 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 클록부의 출력부에 결합된 클록 입력부, 리셋/인에이블 입력부 및 캐리 출력부를 구비한 주기 카운터를 더 포함하고,
    상기 주기 카운터는 측정 시간 주기를 결정하는, 근접 검출 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 듀티 사이클 및 주기 카운터들의 카운트 값들은 상기 용량형 센서의 커패시턴스 값에 의존하는 듀티 사이클을 결정하는데 사용되는, 근접 검출 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 듀티 사이클은 상기 듀티 사이클 카운터의 카운트 값을 상기 주기 카운터의 카운트 값으로 나눈 값인, 근접 검출 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 클록부와 상기 듀티 사이클 및 주기 카운터들에 결합된 디지털 프로세서 및 메모리를 더 포함하고,
    상기 디지털 프로세서는 상기 듀티 사이클 및 주기 카운터들의 상기 카운트 값들을 판독하고, 이로부터 상기 용량형 센서의 커패시턴스 값들과 관련된 듀티 사이클들을 결정하는, 근접 검출 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 용량형 센서의 커패시턴스 값들과 관련된 상기 듀티 사이클들은 상기 디지털 프로세서 메모리에 저장되고, 듀티 사이클 변화가 상기 용량형 센서에 근접하는 오브젝트의 검출을 나타내는지를 결정하는데 비교되는, 근접 검출 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 주기 카운터의 상기 캐리 출력부는 상기 디지털 프로세서에 인터럽트 신호를 발생시키는, 근접 검출 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 용량형 센서에 결합된 상기 전압은 로직 하이(high)에 있는, 근접 검출 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 용량형 센서에 결합된 상기 전압은 로직 로우(low)에 있는, 근접 검출 시스템.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 디지털 프로세서에 결합된 입력부 및 상기 스위치에 결합된 출력부를 구비하는 출력 드라이버를 더 포함하고,
    상기 용량형 센서에 결합된 상기 전압은 연속적인 듀티 사이클 주기들 동안 로직 하이와 로직 로우 사이를 교호하는, 근접 검출 시스템.
  11. 제 5 항에 있어서,
    마이크로컨트롤러가 상기 디지털 프로세서 및 메모리, 상기 비교기, 상기 클록부, 상기 플립-플롭, 상기 피드백 저항기, 상기 듀티 사이클 카운터, 상기 주기 카운터, 상기 스위치, 및 상기 스위치를 제어하기 위한 상기 회로를 포함하는, 근접 검출 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 피드백 저항기는 전류원 및 전류 싱크로 대체되는, 근접 검출 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 피드백 저항기의 저항값은 프로그램 가능하게 조정될 수 있는, 근접 검출 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 홀딩 커패시터의 커패시턴스 값은 프로그램 가능하게 조정될 수 있는, 근접 검출 시스템.
  15. 용량형 센서에 근접하는 오브젝트를 검출하기 위한 방법으로서,
    용량형 센서를 제 1 전압으로 충전하는 단계;
    상기 충전된 용량형 센서를 홀딩 커패시터와 병렬로 결합하는 단계;
    전압 비교기에 의해, 상기 병렬 연결된 용량형 센서와 홀딩 커패시터의 결과 전압을 기준 전압과 비교하는 단계;
    상기 결과 전압이 상기 기준 전압보다 크면, 상기 홀딩 커패시터를 보다 낮은 전압으로 부분적으로 방전하는 단계;
    상기 결과 전압이 상기 기준 전압보다 작으면, 상기 홀딩 커패시터를 보다 높은 전압으로 부분적으로 충전하고 하나의 카운트를 듀티 사이클 카운터에 추가하는 단계;
    하나의 카운트를 주기 카운터에 추가하는 단계; 및
    상기 용량형 센서를 상기 제 1 전압으로 충전하는 단계로 복귀하는 단계를 포함하는, 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    복수의 듀티 사이클 주기 카운트들을 저장하는 단계; 및
    상기 복수의 듀티 사이클 카운트들을 상기 복수의 주기 카운트들의 각각으로 나누어 듀티 사이클들을 계산하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 듀티 사이클들로부터 상기 용량형 센서의 커패시턴스 값들의 변화들을 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 듀티 사이클들로부터 상기 용량형 센서에 대한 오브젝트의 근접을 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  19. 용량형 센서에 근접하는 오브젝트를 검출하기 위한 방법으로서,
    용량형 센서를 방전하는 단계;
    상기 방전된 용량형 센서를 홀딩 커패시터와 병렬로 결합하는 단계;
    전압 비교기에 의해, 상기 병렬 연결된 용량형 센서와 홀딩 커패시터의 결과 전압을 기준 전압과 비교하는 단계;
    상기 결과 전압이 상기 기준 전압보다 작으면, 상기 홀딩 커패시터를 보다 높은 전압으로 부분적으로 충전하는 단계;
    상기 결과 전압이 상기 기준 전압보다 크면, 상기 홀딩 커패시터를 보다 낮은 전압으로 부분적으로 방전하고 하나의 카운트를 듀티 사이클 카운터에 추가하는 단계;
    하나의 카운트를 주기 카운터에 추가하는 단계; 및
    상기 용량형 센서를 상기 제 1 전압으로 충전하는 단계로 복귀하는 단계를 포함하는, 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    복수의 듀티 사이클 주기 카운트들을 저장하는 단계; 및
    상기 복수의 듀티 사이클 카운트들을 상기 복수의 주기 카운트들의 각각으로 나누어 듀티 사이클들을 계산하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 듀티 사이클들로부터 상기 용량형 센서의 커패시턴스 값들의 변화들을 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 듀티 사이클들로부터 상기 용량형 센서에 대한 오브젝트의 근접을 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  23. 근접 검출용 장치로서,
    제 1 입력부, 제 2 입력부 및 출력부를 구비한 비교기, - 상기 제 2 입력부는 기준 전압부와 결합하고 상기 제 1 입력부는 홀딩 커패시터와 결합함 -;
    용량형 센서를 전압과 상기 홀딩 커패시터에 교호로 결합시키도록 구성된 스위치;
    출력부를 구비한 클록부;
    상기 비교기의 출력부와 결합된 입력부, 상기 클록부의 출력부에 결합된 클록 입력부, 및 출력부를 구비한 플립-플롭;
    상기 플립-플롭의 출력부와 상기 비교기의 상기 제 1 입력부 사이에 결합된 피드백 저항기;
    상기 클록부의 출력부에 결합된 클록 입력부, 리셋 입력부, 상기 플립-플롭의 출력부에 결합된 인에이블 입력부, 및 카운트된 다수의 클록 출력들을 제공하기 위한 출력부를 구비한 듀티 사이클 카운터, - 상기 듀티 사이클 카운터는 상기 인에이블 입력부가 제 1 로직 레벨에 있을 때에만 상기 클록 출력들을 카운트함 -; 및
    상기 플립-플롭의 출력부가 제 2 로직 레벨로부터 상기 제 1 로직 레벨로 변할 때마다 상기 스위치를 제어하기 위한 회로를 포함하는, 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    카운트된 상기 다수의 클록 출력들은 상기 용량형 센서에 대한 오브젝트의 근접을 결정하는데 사용되는, 장치.
  25. 제 23 항에 있어서,
    카운트된 상기 다수의 클록 출력들은 상기 용량형 센서의 커패시턴스 값들의 변화들을 결정하는데 사용되는, 장치.
  26. 제 23 항에 있어서,
    상기 피드백 저항기는 전류원 및 전류 싱크로 대체되는, 장치.
  27. 제 23 항에 있어서,
    상기 피드백 저항기의 저항값은 프로그램 가능하게 조정될 수 있는, 장치.
  28. 제 23 항에 있어서,
    상기 홀딩 커패시터의 커패시턴스 값은 프로그램 가능하게 조정될 수 있는, 장치.
  29. 근접 검출용 장치로서,
    제 1 입력부, 제 2 입력부 및 출력부를 구비한 전압 합산기;
    용량형 센서를 전압과 상기 전압 합산기의 상기 제 1 입력부에 교호로 결합시키도록 구성된 스위치;
    출력부를 구비한 클록부, - 각 클록 펄스에서 상기 스위치는 상기 용량형 센서를 상기 전압에 일시적으로 결합한 다음 다시 상기 전압 합산기의 상기 제 1 입력부에 결합시킴 -;
    기준 전압 출력부를 구비한 전압 기준부;
    상기 전압 합산기의 출력부에 결합된 제 1 입력부와 상기 전압 기준부의 출력부에 결합된 제 2 입력부를 구비한 연산 증폭기;
    상기 연산 증폭기의 상기 제 1 입력부와 상기 연산 증폭기의 출력부 사이에 결합된 적분 커패시터;
    상기 연산 증폭기의 출력부에 결합된 입력부를 구비하고 상기 연산 증폭기 출력을 멀티-비트 디지털 표현으로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터(ADC);
    상기 ADC에 결합된 입력부들을 구비하고 상기 ADC로부터의 상기 멀티-비트 디지털 표현을, 상기 전압 합산기의 상기 제 2 입력부에 결합하는 아날로그 피드백 전압으로 변환하는 디지털-아날로그 컨버터(DAC);
    상기 ADC로부터의 상기 멀티-비트 디지털 표현에 결합된 입력부들을 구비한 데시메이팅(decimating) 필터; 및
    상기 데시메이팅 필터에 결합되고, 오브젝트가 상기 용량형 센서에 근접할 때를 결정하는 디지털 신호 프로세서(DSP)를 포함하는, 장치.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 ADC, DAC 및 데시메이팅 필터는 상기 클록부로부터의 클록 펄스들과 함께 동기화되는, 장치.
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