KR20160108466A - 고주파 파장 투과성의 용량성 센서 패드 - Google Patents

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윌리엄 해드록 스탠딩
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마이크로소프트 테크놀로지 라이센싱, 엘엘씨
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Abstract

용량성 센서 패드는 안테나의 성능에서의 현저한 저하를 야기하지 않고 RF 송신기와 동일 장소에 배치된다(예컨대, 중첩). 하나의 구현에 있어서, 용량성 센서 패드 내의 평방 당 저항을 튜닝하는 것은, 용량성 센서 패드와 안테나가 동일 장소에 배치됨에도 불구하고, 우수한 안테나 효율을 제공하기 위하여 충분히 고주파 파장을 투과시키는 용량성 센서 패드를 제조하는 동안에 유효한 센서 패드 범위 및 성능을 제공할 수 있다.

Description

고주파 파장 투과성의 용량성 센서 패드{RADIOFREQUENCY-WAVE-TRANSPARENT CAPACITIVE SENSOR PAD}
현대의 전자 디바이스들은 일반적으로 고주파수 무선 통신 특히, 모바일 디바이스를 사용한다. 사람의 근육조직은, 그 근육조직이 송신 안테나에 가깝게 위치될 때 강한 무선 파장(wave)에 의해 부정적으로 영향(예컨대, 가열)을 받을 수 있기 때문에, 여러 가지 정부 단체 및 산업체는 사람의 근육조직으로 송신되는 고주파(radiofrequency; RF) 전력을 제한하기 위한 기준을 확립하였다. 예컨대, 특정 흡수율(Specific Absorption Rate; SAR) 테스트는, RF 송신기에 근접하게 위치되는 사람의 근육조직으로 방출된 RF 전력을 측정한다. 이러한 SAR 기준을 충족하기 위한 하나의 접근법은, 신체(예컨대, 사람 신체의 일부)가 RF 송신기에 매우 근접한 상태로 검출될 때 RF 송신 전력을 감소시키는 것을 포함한다.
그러나, 모바일 디바이스의 제한된 실제 부지(estate)에 무선 통신 구성요소들 및 컴퓨팅 구성요소들과 근접성 센서들 및 회로를 통합하는 것은, 모바일 디바이스가 계속해서 발전(예컨대, 수축, 기능성 부가 등)할 때 점점 문제시된다.
본 명세서에서 설명되고 청구되는 구현들은, 안테나의 성능에 있어서 현저한 저하를 야기하지 않고 RF 송신기와 동일 장소에 배치(예컨대, 중첩)될 수 있는 용량성 센서 패드를 제공함으로써 전술한 내용을 처리한다. 하나의 구현에 있어서, 용량성 센서 패드에서의 평방 당 저항을 튜닝하는 것은, 용량성 센서 패드와 안테나가 동일 장소에 배치됨에도 불구하고, 우수한 안테나 효율을 제공하기 위하여 고주파 파장(wave)을 충분히 투과시키는 용량성 센서 패드를 제조하는 동안에 유효한 센서 패드 범위 및 성능을 제공할 수 있다.
이러한 개요는 간략화된 형태로 상세한 설명에서 이하에 추가적으로 설명되는 개념들을 선택하기 위하여 제공된다. 이러한 개요는 청구된 주제의 중요한 특징 또는 본질적인 특징을 식별하도록 의도되지 않으며, 청구된 주제의 범위를 제한하기 위하여 사용되도록 의도되지도 않는다.
다른 구현들이 또한 본 명세서에서 설명되고 인용된다.
도 1은 송신기와 동일 장소에 배치되는 용량성 센서 패드와 매우 근접한 신체 또는 물체의 검출에 응답하여 송신된 반송파의 동적 전력 조정을 제공하는 예시적인 전자 디바이스를 예시한다.
도 2는 RF 송신 안테나와 동일 장소에 배치되는 용량성 센서 패드를 가지는 예시적인 무선 송신 시스템을 나타낸다.
도 3은 RF 송신 안테나와 동일 장소에 배치되는 용량성 센서 패드를 가지는 안테나 볼륨을 예시한다.
도 4는 세그먼트화된 공진 도전체 트레이스를 가진 RF 송신 안테나와 동일 장소에 배치되는 용량성 센서 패드를 가지는 안테나 볼륨을 예시한다.
도 5는 세그먼트화된 공진 도전체가 RF 송신 안테나와 중첩하는 상태로 RF 송신 안테나와 동일 장소에 배치되는 용량성 센서 패드를 가지는 안테나 볼륨을 예시한다.
도 6은 RF 송신 안테나와 중첩되는 세그먼트화된 공진 도전체와 노이즈 차단 칩 저항을 가진 RF 송신 안테나와 동일 장소에 배치되는 용량성 센서 패드를 가진 안테나 볼륨을 예시한다.
도 7은 용량성 센서 패드 범위/영역과 센서 저항 사이의 예시적인 관계를 예시한다.
도 8은 센서 저항에 대한 센서 효율 및 안테나 효율의 예시적인 관계를 예시한다.
도 9는 송신된 반송파의 동적 전력 조정을 위한 RF 송신 안테나와 동일 장소에 배치되는 용량성 센서 패드를 이용하는 예시적인 동작들을 예시한다.
도 10은 송신 안테나에 대한 근접성을 검출하는 3 센서 패드 구현을 예시한다.
일부 관할 구역에 있어서, 전자 디바이스 제조자에게 최대 에너지 흡수 제한을 부과하는 전자파 인체 흡수율(SAR; specific absorption rate) 기준이 마련되어 있다. 이들 기준은 송신 무선 주파수(RF) 안테나의 주어진 거리 내의 임의의 특정 포인트에서 방출될 수 있는 전자기 방사선의 양에 제한을 둔다. 사용자가 송신 안테나 근처에 사람 신체 부분을 배치시키려 하는 경우에, 디바이스로부터 수 센티미터(예컨대, 0-3 센티미터) 내의 거리에서의 방사선 제한에 특별한 주의를 기울인다. 이러한 제한은, 신체(예컨대, 사람 신체의 일부)가 송신기 부근에서 검출될 때에 송신되는 반송파 신호 강도를 감소시킴으로써 충족될 수도 있다.
개시된 기술의 구현은 RF 송신기와 동일 장소에 배치되는 용량성 센서 패드에서의 AC 전압 파형의 검출된 변화에 응답하여 송신된 반송파의 전력을 동적으로 변경하는 전자 디바이스를 제공한다. 근처의 수신기에서 수신된 반송파의 신호 강도의 검출된 변경에 응답하여 전송되는 반송파의 전력을 동적으로 변경하는 전자 디바이스를 제공한다. 용량성 센서 패드의 AC 전압 파형에서의 검출된 변화는, 용량성 센서 패드에 대한 신체(예컨대, 사람 신체의 일부)의 근접성을 나타낸다. 이러한 방식으로, 신체의 검출된 근접성은, 전자 디바이스의 통신 성능의 현저한 타협없이 SAR 기준의 준수를 달성하기 위하여 RF 송신 전력을 동적으로 조정하는데 사용될 수도 있다.
도 1은 송신기와 동일 장소에 배치되는 용량성 센서 패드와 매우 근접한 신체 또는 물체(일반적으로 “신체”로 지칭됨)의 검출에 응답하여 송신되는 반송파의 동적 전력 조정을 제공하는 예시적인 전자 디바이스(100)를 예시한다. 전자 디바이스(100)는 제한없이, RF 반송파의 송신을 위한 무선 통신 회로를 포함하는 태블릿 컴퓨터, 랩톱, 이동 전화, PDA(personal data assistant), 휴대 전화, 스마트 폰, 블루레이(Blu-Ray) 플레이어, 게임 시스템, 또는 RF 반송파의 송신을 위한 무선 통신 회로를 포함하는 임의의 다른 디바이스일 수도 있다. 영역(101)은 예시된 구현에서의 디스플레이 패널을 나타낸다. 전자 디바이스(100)는 반송파를 송신하는 RF 송신기(102)(송신 안테나를 포함함)를 포함한다. 하나의 구현에서, 반송파는 이동 전화 RF 송신 범위의 주파수(예컨대, 수백 메가헤르츠(MHz))를 갖는다. 다른 구현들도 또한 고려된다. 예시된 구현에 있어서, 전자 디바이스(100)는 이동 전화 RF 능력을 가지는 태블릿 컴퓨터를 나타낸다.
전자 디바이스(100)는 또한, 전자 디바이스(100) 외부의 신체(예컨대, 사람 신체의 부분(108))의 근접성을 검출할 수 있는, RF 송신기(102)와 동일 장소에 배치되는 용량성 센서 패드(104)를 포함한다. 용량성 근접성 검출은 검출기의 범위 내의 유전체 재료의 존재에 기초할 수도 있기 때문에, 용량성 센서 패드(104)는, 예를 들어 사람 손과 같은 보통의(moderate) 도전율을 가진 신체의 근접성을 유리하게 검출한다. 동일 장소에 배치하는 것은, 용량성 센서 패드(104)와 RF 송신기(102) 사이의 중첩되는 위치 결정, 그리고 이들이 직접 접촉되는지 또는 이들 사이에 얇은 절연 또는 비절연 장벽을 가지는지 여부를 참조한다. 동일 장소에 배치되는 구성요소들의 예를 제한하지 않고 나타내는 여러 가지 도면들이 제공된다.
용량성 센서 패드(104)는, 일반적인 용량성 센서 패드와 비교될 때, 평방 당 증가된 저항을 가지며, 상기 용량성 센서 패드(104)는, 용량성 센서 패드와 안테나가 동일 장소에 배치됨에도 불구하고, 우수한 안테나 효율을 제공하기 위하여 고주파 파장을 충분히 투과시키는 용량성 센서 패드를 제조하는 동안에 유효한 센서 패드 범위 및 성능을 제공할 수 있다. 일 구현에 있어서, 평방 당 40-120k 오옴의 범위가 유효하다.
일 구현에 있어서, 용량성 센서 패드(104)에는, 정사각형 파형과 같은 AC 전압 파형이 공급된다. 커패시턴스는 임의의 2개의 도전성 표면들 사이에 존재하는 특성이며, 커패시턴스는 2개의 표면 사이의 거리가 감소할 때 증가한다. 하나의 구성에 있어서, 용량성 센서 패드(104)는 제1 도전성 표면으로서 기능하고, 상기 용량성 센서 패드(104)에 있어서 용량성 연결 거리(110) 내의 사람 신체 부분은 제2 도전성 표면으로서 기능한다. 2개의 도전성 표면들 사이의 거리에서의 변화는 커패시턴스를 변경하고, 이에 의해 용량성 센서 패드(104)에서의 검출가능한 AC 전압 파형의 변화를 야기하고, 용량성 센서 패드(104)와 사람 신체 부분 사이의 근접성에서의 변화를 나타낸다. 예컨대, 사람 신체 부분과 용량성 센서 패드(104) 사이의 갭의 밀폐에 기여된 커패시턴스에서의 증가는, 입력 발진 파형의 상승 에지 및 하강 에지에서의 지연을 야기할 수 있고, 이는 신체의 근접성의 표시로서 측정될 수 있다.
자유 공간에서 측정되는(예컨대, 용량성 센서 패드(104)의 근접성에 있어서 사람 신체 부분의 결여에 기초함), 베이스라인 커패시턴스를 설정하고, 그 베이스라인 커패시턴스를 베이스라인 파형(이는 정사각형 파형에 가까워질 수도 있음)과 연관시킴으로써, 용량성 센서 패드(104)에서의 파형의 변화(예컨대, 더 서서히 상승 또는 하강하는 시간)가 검출될 수 있다. 이러한 변화는 용량성 센서 패드(104)에서의 “용량성 델타(capacitive delta)”를 나타낸다. 용량성 센서 패드(104)는, 용량성 센서 패드(104)와 RF 송신기(102) 사이에 전기적 피드백 경로를 제공하는 송신 전력 제어기(106)에 연결된다. 용량성 델타가 미리 정해진 임계값을 초과하면, 송신 전력 제어기(106)는, 사람의 손과 같은 신체가 용량성 센서 패드(104)에 근접해 있고, 이에 따라 동일한 장소에 배치된 RF 송신기(102)에 근접해 있다고 결정할 수도 있다. 또한, 송신 전력 제어기(106)는, 용량성 센서 패드(104)에 의해 검출된 용량성 델타에 응답하여 RF 송신기(102)의 거동(예컨대, 출력 전력 레벨, 출력 파장 주파수 등)을 변화시키는 제어 회로를 포함한다. 그러므로, 송신 전력 제어기(106)가 신체가 RF 송신기(102)에 근접해 있다고 결정하면, 송신 전력 제어기(106)는 SAR 기준을 따르기 위한 노력으로 그 송신 전력을 감소시키기 위하여 RF 송신기(102)에 신호를 제공할 수 있다.
RF 송신기(102)의 거동을 변경한 이후에, 송신 전력 제어기(106)는 용량성 센서 패드(104)에 의해 수신된 파형을 계속해서 모니터한다. 신체가 용량성 센서 패드(104)로부터 멀리 떨어져 이동하기 시작하면, 용량성 센서 패드(104)와 신체 사이의 용량성 연결은, 용량성 센서 패드(104)에서의 파형에 의해 표시된 바와 같이, 베이스라인 커패시턴스를 향하여 변화한다.
파형들과 개념들의 상이한 유형들은 용량성 센서 패드(104)와 관련하여 사용될 수도 있다. 예를 들어, 전술한 바와 같이, 파형은 근접한 신체의, 유효한 커패시턴스 그리고 이에 따른 근접성에 따라서 변하는 가변 상승 및 하강 시간을 가진 구형파일 수도 있다. 대안적으로, 사인파가 용량성 센서 패드(104)에 적용될 수도 있다. 사인파의 주파수는 근접한 신체의, 유효한 커패시턴스 그리고 이에 따른 근접성에 따라서 변할 수도 있다. 위상 동기 루프 또는 다른 타이밍 회로는, 교대로 신체 또는 물체의 근접성을 결정하기 위하여 사인파의 주파수를 측정하는데 사용될 수도 있다. 사인파, 구형파, 톱니파, 또는 사인파들의 조합인 파를 포함하여, 임의의 타입의 파형이 사용될 수도 있다.
도 2는 RF 송신 안테나(204)와 동일 장소에 배치되는 용량성 센서 패드(212)를 가지는 예시적인 무선 송신 시스템(200)을 예시한다. 무선 송신 시스템(200)은 이동 전화 RF 신호와 같은 반송파를 생성하는 RF 송신기(202)를 포함한다. RF 송신기(202)는 반송파를 무선으로 송신하는 RF 송신 안테나(204)에 연결된다. 송신 안테나(204)는 전자 디바이스의 표면 내에 삽입되고, 그 표면 아래에 위치되거나 또는 그 표면 상에 배치될 수도 있다. 다른 구현들이 또한 사용될 수도 있다.
무선 송신 시스템(200)은 송신 전력 제어기(206)에 연결된 용량성 센서 패드(212)를 포함한다. 용량성 센서 패드(212)에는, 신체의 근접성을 검출하기 위하여 AC 전압 소스(211)로부터 AC 신호 파형이 공급된다. (AC 전압 소스(211) 및 송신 전력 제어기(206)는 통합된 구성요소들일 수도 있고, 이러한 구성요소들은 용량성 센서 패드(212)에 통합 연결된다.) 사람 신체의 근육조직은 도전성 전해액 및 물 분자를 포함하며, 이는 난-제로 도전율을 나타낸다. AC 신호 파형은 용량성 센서 패드(212)에서 전계를 생성한다. 사람의 손가락과 같은 신체(208)가 용량성 센서 패드(212)에 접근할 때, 신체(208)는 전계와 상호작용한다. 용량성 센서 패드(212)와 신체(208) 사이의 갭(x)이 감소하면, 용량성 센서 패드(212)에서의 커패시턴스 델타를 증가시킨다. 커패시턴스 델타가 AC 신호 파형에서의 변화(예컨대, AC 신호 파형의 진폭, 주파수, 또는 상승/하강 시간에서의 변화)에 의해 표현된다. 변경된 AC 신호 파형은 송신 전력 제어기(206)에 제공되며, 이 송신 전력 제어기(206)는 신체의 근접성을 나타내는 커패시턴스 델타에 대한 AC 신호 파형을 평가한다. 이러한 근접성이 검출되면, 송신 전력 제어기(206)는, RF 송신기(202)에 전기적 피드백 경로를 제공하며, 이에 의해 반송파 신호 강도에 의해 제기된 사람 건강의 위험요소를 감소시키기 위하여 RF 송신기(202)의 거동(예컨대, 송신 전력)의 동적 변경을 허용한다. RF 송신기(202)의 이러한 거동 변경은, 예컨대 디지털 통신 인터페이스 버스 전반에 걸친 통신 신호 또는 디지털 논리 제어 라인을 통하여, 복수의 방식으로 달성될 수도 있다.
신체가 송신 안테나(204)로부터 떨어져 이동하기 시작할 때, 용량성 센서 패드(204)와 신체 사이의 용량성 연결이 감소한다. 용량성 센서 패드(212)에서의 커패시턴스가 감소하고, AC 신호 파형은 베이스 라인으로 되돌아가기 시작한다. 용량성 센서 패드(212)에서의 용량성 델타가 임계 전력 변화 조건 아래로 떨어지면, 송신 전력 제어기(206)는 RF 송신기(202)의 송신 전력을 원래 송신 전력 레벨까지 증가시킨다.
송신 전력 제어기(206)는 상이한 임계 전력 변화 조건의 개수 또는 스펙트럼을 저장하거나 또는 이들에 액세스할 수도 있다. 충족되는 특정 임계 전력 변화 조건에 따르면, 송신 전력 제어기(206)는 RF 송신기(202)의 거동을 상이하게 변경할 수도 있다. 예를 들어, 송신 전력 제어기(206)는, 용량성 센서 패드(212)에서의 용량성 델타에 따라서, 여러 가지 상이한 크기로 RF 송신기(202)의 송신 전력을 증가 또는 감소시킬 수도 있다.
용량성 센서 패드(212)는, 거리 y 만큼 분리된 송신 안테나(204)와 동일 장소에 배치되며, 거리 y는 제로 또는 난-제로(예컨대, 0-3 밀리미터)일 수도 있다. 예를 들어, 용량성 센서 패드(212)는 송신 안테나(204) 상에 직접 배치될 수도 있다. 대안적으로, 비도전성 층은, 용량성 센서 패드(212)와 송신 안테나(204) 사이에 배치될 수도 있다.
도 3은 RF 송신 안테나(304)와 동일 장소에 배치된 용량성 센서 패드(302)를 가지는 안테나 볼륨(300)을 예시한다. 용량성 센서 패드(302)는 중첩되며 RF 송신 안테나(304)의 면적(areal) 치수 내에 있다. 안테나 볼륨(300) 내에서, 도전성 트레이스(306)는, 용량성 센서 패드(302)에서 커패시턴스 변화를 모니터하기 위하여 용량성 센서 패드(302)로부터 SAR 회로(예컨대, 송신 전력 제어기)까지 연장된다. 일 구현에 있어서, RF 송신 안테나(304)는 비도전성 지지 구조(예컨대, 플라스틱으로 제조됨)에 고정된다. 다른 구현에 있어서, 용량성 센서 패드(302) 및 RF 송신 안테나(304)는 다층의 FPC(flexible printed circuit)로서 구성될 수도 있으며, 여기서 용량성 센서 패드(302)는 안테나 볼륨(300)이 존재하는 전자 디바이스의 외부와 마주보는 FPC의 일 측부 상에 있으며, RF 송신 안테나(304)는 용량성 센서 패드(302)보다 더 안쪽에 위치되는 층들 중 하나이다. 또 다른 구현에 있어서, RF 송신 안테나(304)는, 용량성 센서 패드(302)가 전자 디바이스의 외부와 마주보는, RF 송신 안테나(304) 상의 동일 장소에 배치된 상태로, 전자(예컨대, LDS(laser direct structuring) 프로세스를 이용함) 상에 프린트될 수도 있다. 다른 구현들이 사용될 수도 있다.
하나의 구현에 있어서, 용량성 센서 패드(302)는, 다른 재료 및 치수가 사용될 수도 있지만, 10 내지 40 마이크로미터의 두꺼운 시트 내에 레이아웃된 매립형 탄소를 가진 스크린 온(screened-on) 폴리에스테르 재료로 만들어진 마이크로파 투과성 패드이다. 임의의 범위들이 특정 구성들에 대하여 사용될 수도 있지만, 40k 평방 저항 당 오옴 내지 500k 오옴의 범위는 임의의 구현들에 사용될 수도 있다. 용량성 센서 패드(302)에 대한 재료는, 도전성 필름, 도전성 접착제, 및 다른 수단에 의해 분사되고, 스퍼터링되고, 또는 도포된 재료로서 적용될 수도 있다.
도 4는 세그먼트화된 공진 도전체 트레이스(406)를 가진 RF 송신기 안테나(404)와 동일 장소에 배치된 용량성 센서 패드(402)를 가지는 안테나 볼륨(400)을 예시한다. 안테나 볼륨(400) 내에서, 세그먼트화된 공진 도전성 트레이스(406)는, 용량성 센서 패드(402)에서의 커패시턴스 변화를 모니터하기 위하여 용량성 센서 패드(402)로부터 SAR 회로(예컨대, 송신 전력 제어기)까지 연장된다. 세그먼테이션 없이, 세그먼트화된 공진 도전성 트레이스(406)는, RF 송신 안테나(404)의 동작 주파수 대역들에 공진을 도입하는 RF 공진기를 형성할 수 있고, 안테나 성능을 악화시킬 수 있다. 이에 따라 세그먼트화된 공진 도전성 트레이스(406)를 세그먼트화함으로써(예컨대, 하나 이상의 저항(408)을 도입함으로써), 도전성 트레이스에 의해 야기되는 공진은 RF 송신 안테나(404)의 동작 주파수 대역들 밖으로 이동될 수 있다. 예시적인 세그먼트화 저항 값은, 다른 저항 유형 및 값이 사용될 수도 있지만, 10K 오옴 칩 저항을 포함할 수도 있다.
도전성 트레이스(406)을 세그먼트화하는 것은 높은 값의 저항에 의해 격리되는 트레이스 내의 도전성 공진기들을 더 짧게 만든다. 각각의 더 짧아진 금속 세그먼트는, RF 송신 안테나(404)의 동작 주파수 대역들보다 상이한(예컨대, 더 높은) 주파수에서 공진하도록 설계된다. 이러한 복수의 저항들은 2개의 트레이스 세그먼트보다 더 많은 트레이스 세그먼트를 생성하도록 사용될 수도 있다.
도 5는 RF 송신 안테나(504)와 중첩되는 세그먼트화된 공진 도전체(506)를 가진 RF 송신 안테나(504)와 동일 장소에 배치된 용량성 센서 패드(502)를 가지는 안테나 볼륨(500)을 예시한다. 안테나 볼륨(500) 내에서, 세그먼트화된 공진 도전성 트레이스(506)는, 용량성 센서 패드(502)에서의 커패시턴스 변화를 모니터하기 위하여 용량성 센서 패드(502)로부터 SAR 회로(예컨대, 송신 전력 제어기)까지 연장된다. 이러한 구성은 도전성 트레이스(506)와 RF 송신 안테나(504) 사이에 엄격한(severe) 연결을 도입할 수 있다.
세그먼트화 없이, 세그먼트화된 공진 도전성 트레이스(506)는, RF 송신 안테나(504)의 동작 주파수 대역들에 공진을 도입하는 RF 공진기를 형성할 수 있고, 안테나 성능을 악화시킬 수 있다. 또한, 도 4에 관하여 논의된 구성과 대조하면, RF 송신 안테나(504)는 오른쪽으로 더 멀리 연장되며, RF 송신 안테나(504)의 동작 주파수 대역들에서의 RF 공진이 가진 잠재적인 문제점(예컨대, RF 송신 안테나(504)와 중첩되는 세그먼트화된 공진 도전체(506)에 의해 야기됨)을 더 악화시킨다. 이에 따라서, 세그먼트화된 공진 도전성 트레이스(506)를 세그먼트화함으로써(하나 이상의 저항(508)을 도입함으로써), 도전성 트레이스에 의해 야기된 공진은, RF 송신 안테나(504)의 동작 주파수 대역들 밖으로 이동될 수 있다.
도 6은 RF 송신 안테나(604)와 노이즈 차단 칩 저항(610)과 중첩되는 세그먼트화된 공진 도전체(606)을 가진 RF 송신 안테나(606)와 동일 장소에 배치된 용량성 센서 패드(602)를 가진 안테나 볼륨(600)을 예시한다. 안테나 볼륨(600) 내에, 세그먼트화된 공진 도전성 트레이스(606)는, 용량성 센서 패드(602)에서의 커패시턴스 변화를 모니터하기 위하여 용량성 센서 패드(602)로부터 SAR 회로(예컨대, 송신 전력 제어기)까지 연장된다.
세그먼트화 없이, 세그먼트화된 공진 도전성 트레이스(606)는 RF 송신 안테나(604)의 동작 주파수 대역들로 공진을 도입하는 RF 공진기를 형성할 수 있고, 안테나 성능을 악화시킬 수 있다. 또한, 도 4에 관하여 논의된 구성과 대조하여, RF 송신 안테나(604)는 오른쪽으로 더 멀리 연장되고, RF 송신 안테나(604)의 동작 주파수 대역들 내의 RF 공진과의 잠재적인 문제점[예컨대, RF 송신 안테나(604)와 중첩되는 세그먼트화된 공진 도전체(606)에 의해 야기됨]을 더 악화시킨다. 따라서, 세그먼트화된 공진 도전성 트레이스(606)를 세그먼트화함로써(예컨대, 하나 이상의 저항(608)을 도입함으로써), 도전성 트레이스에 의해 야기된 공진은 RF 송신 안테나(604)의 동작 주파수 대역들 밖으로 이동될 수 있다.
또한, SAR 회로로부터의 세그먼트화된 도전성 트레이스(606)는 눈에 띌수도 있다. 그 결과, 도 6은 SAR 회로로부터의 노이즈 및 도전성 트레이스를 차단하기 위하여 안테나 볼륨 외부에 노이즈 차단 칩 저항(610)을 도입한다. 예시적인 저항들(610)은, 다른 저항성 소자들이 사용될 수도 있지만, 0201 또는 0402 크기의 10k 오옴 칩 저항을 포함할 수도 있다. 노이즈 차단 칩 저항(610)은 RF 송신 안테나(604)에 도달함으로써 도전성 트레이스(606) 상의 노이즈를 차단한다.
도 7은 용량성 센서 패드 범위/영역 (Y-축)과 센서 저항(X-축) 사이의 예시적인 관계(700)를 예시한다. 플롯(712)은 용량성 센서 패드의 저항률에 대한 용량성 센서 패드의 성능을 나타낸다. 빗금친 영역(702)은 일반적으로 재료를 양호한 “도전체”로서 분류한, 항을 가진 재료의 범위를 나타낸다. 빗금친 영역(704)은 일반적으로 재료를 양호한 “절연체”로서 분류한, 저항을 가진 재료의 범위를 나타낸다. 점선 박스(706)는 용량성 센서 패드들에서의 용량성 근접성 감지를 위하여 양호하게 동작하도록 구비되는 저항의 범위를 나타낸다. 점선 박스(708)는 비교적 RF 투과성을 가지는 것으로 구비되는 저항의 범위를 나타낸다. 이에 따라서, 박스(706 및 708)로부터의 중첩 영역들은 빗금친 영역(710)을 나타내며, 이는 일반적으로 고주파 파장을 투과시켜 남겨지는 동안에 근접성을 감지하는데 충분히 효과적인 재료로 분류된, 저항을 가진 재료들의 범위를 나타낸다.
도 8은 센서 저항에 대한 센서 및 안테나 효율의 예시적인 관계(800)를 예시한다. 영역(802)은, 120k 오옴/평방을 초과하는 센서 효율의 비교적 완만한 감소에 의해 도시된 바와 같이, 수용가능한 동작 결과들이 이러한 범위의 외부에서 달성될 수 있지만, 센서 효율 및 안테나 효율이 일반적으로 동일한 저항률 범위(예컨대, 40k 오옴/평방 내지 120k 오옴/평방) 내의 최대점 부근에 있는 저항률 범위를 나타낸다.
도 9는 송신된 반송파의 동적 전력 조정을 위하여 RF 송신 안테나와 동일 장소에 배치된 용량성 센서 패드를 이용하기 위한 예시적인 동작(900)을 예시한다. 구성 동작(902)은 전자 디바이스 내에서 RF 송신 안테나와 함께 저항성 용량성 센서 패드를 동일한 장소에 배치한다. 송신 동작(902)은, 저항성 용량성 센서 패드를 통하여, 이동 전화 RF 신호와 같은 RF 반송파를 송신한다. 검출 동작(904)은 저항성 용량성 패드에 의해 감지된 커패시턴스에서의 변화에 기초하여 신체의 근접성을 검출한다.
결정 동작(908)은, 용량성 센서 패드의 커패시턴스에서의 검출된 변화가 적어도 하나의 임계 전력 변화 조건을 충족하는지 여부를 결정한다. 임계 전력 변화 조건은 무선 송신 시스템의 RF 전력 검출기에 의해 액세스가능한 메모리 위치들에 저장될 수도 있다.
용량성 센서 패드의 커패시턴스에서의 검출된 변화가 임계 전력 변화 조건을 충족하면, 적절한 응답 액션을 결정하기 위하여 부가적인 분석이 수행될 수도 있다. 이러한 분석에 기초하여, 응답 동작이 식별되고 구현될 수 있다.
결정 동작(908)이, 용량성 센서 패드에서의 커패시턴스 변화가 적어도 하나의 임계 전력 변화 조건을 충족시킨다고 결정하면, 조정 동작(910)은 송신된 RF 반송파의 전력을 조정한다. 전력 조정의 정도는 용량성 센서 패드에서의 검출된 커패시턴스의 변화의 크기에 의존할 수도 있다. 조정 동작(910)이 송신된 RF 반송파의 전력을 조정한 이후에, 대기 동작(912)이, 용량성 센서 패드의 커패시턴스에서의 또 다른 변화가 검출 동작에 의해 검출될 때까지 상정된다.
결정 동작(908)이 용량성 센서 패드의 커패시턴스에서의 변화가 임계 전력 변화 조건을 충족시키지 않았다고 결정 하면, 조정 동작(910)은 실행되지 않는다. 오히려, 대기 동작(912)은 용량성 센서 패드의 커패시턴스에서의 또 다른 변화가 검출 동작(906)에 의해 검출될 때까지 추정된다.
도 10은 송신 안테나(1002)에 대한 근접성을 검출하는 3센서 패드 구현(1000)을 예시한다. 용량성 센서 패드들(1004, 1006, 및 1008)은 일반적으로 서로 직교하며, 송신 안테나(1002)의 면적과 중첩하고/이러한 면적을 둘러싼다(예컨대, 송신 안테나와 함께 3개의 센서 패드들(1004, 1006, 및 1008)을 동일한 장소에 배치.) (완전히 직교하지 않는 측부들을 가지는 컴퓨팅 디바이스 케이스의 프로파일 내에 맞추어지도록, 센서 패드들(1004, 1006, 및 1008)이 완전히 직교하는 것으로 도시되어 있지는 않지만, 이들은 복수의 축 예컨대, X, Y, 및 Z로부터의 근접성 신호들을 식별하기 위하여 충분히 직교한다.) 센서 패드들(1004, 1006, 1008)은 트레이스들(1010, 1012, 및 1014)에 의해 송신 전력 제어기(도시되지 않음)에 연결된다. 센서 패드들은 3개의 상이한 축을 모니터하기 때문에, 송신 전력 제어기는 근접한 외부 물체의 방향을 추론할 수 있다. 또한, 온도 및 습도 델타(delta)에 의한 용량성 측정 구동, 원인은, 복수의 센서 패드들(1004, 1006, 및 1008) 모두가 함께 드리프트될 때, 근접성 신호로부터 분리하기가 더 쉬워진다.
용량성 센서 패드(1004, 1006, 및 1008)는 여기서 설명된 다른 용량성 센서 패드들에 관하여 이전에 논의된 바와 같이, 매우 저항력이 있다. 트레이스(1010, 1012, 및 1014)는, 이전에 설명한 구현들에 관하여 논의된 바와 같이, 세그멘팅 저항들 및 노이즈 차단 저항들을 포함할 수도 있다.
여기에 설명된 본 발명의 구현은 하나 이상의 컴퓨터 시스템에서의 논리 단계들로서 구현된다. 본 발명의 논리 동작들은, (1) 하나 이상의 컴퓨터 시스템에서 실행하는 일련의 프로세서 구현 단계들로서 그리고 (2) 하나 이상의 컴퓨터 시스템 내의 상호 연결된 머신 또는 회로 모듈로서 구현된다. 구현은, 발명을 구현하는 컴퓨터 시스템의 성능 요건에 따른 선택 사항이다. 따라서, 여기에 설명된 발명의 실시예들을 구성하는 논리 동작들은 동작, 단계, 물체 또는 모듈로서 다양하게 지칭된다. 또한, 논리 동작들은, 명시적으로 달리 청구되지 않는 한 또는 특정 순서가 청구항 언어에 의해 본질적으로 필요하게 되지 않는 한, 임의의 순서대로, 원하는 바에 따라 추가하고 생략하여 수행될 수도 있음을 이해해야 한다.
상기의 명세서, 예 및 데이터는 발명의 예시적인 실시예들의 구조 및 사용의 완전한 설명을 제공한다. 본 발명의 사상 및 범위에서 벗어나지 않고서 발명의 많은 구현들이 이루어질 수 있으므로, 본 발명은 이하 첨부된 청구범위에 속한다. 또한, 상이한 실시예들의 구조적 특징들은 인용된 청구범위에서 벗어나지 않고서 또 다른 구현에 결합될 수도 있다.

Claims (15)

  1. 전자 디바이스에 있어서,
    상기 전자 디바이스 외부의 신체의 근접성을 검출하도록 구성된 용량성 센서 패드와,
    상기 용량성 센서 패드와 동일 장소에 배치되며 상기 용량성 센서 패드를 통하여 고주파(radiofrequency)를 송신하도록 구성되는 고주파 안테나
    를 포함하는 전자 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 용량성 센서 패드로부터 안테나 볼륨 외부로 연장되는 용량성 트레이스와,
    상기 도전성 트레이스에 있어서 상기 고주파 안테나의 동작 대역의 외부의 도전성 트레이스 내에 신호 공진을 이동시키도록 구성되는 하나 이상의 세그멘팅 저항들을 더 포함하는 전자 디바이스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 용량성 센서 패드로부터 안테나 볼륨 외부로 연장되며 상기 고주파 안테나의 일부와 중첩되는 도전성 트레이스와,
    상기 도전성 트레이스에서의, 상기 고주파 안테나의 동작 대역들 외부의 상기 도전성 트레이스 내에 신호 공진을 이동시키도록 구성된 상기 안테나 볼륨 내의 하나 이상의 세그멘팅 저항들을 더 포함하는 전자 디바이스.
  4. 제1항에 있어서
    상기 용량성 센서 패드로부터 안테나 볼륨 외부로 연장되며 상기 고주파 안테나의 일부와 중첩되는 도전성 트레이스와,
    상기 도전성 트레이스에서의, 상기 안테나 볼륨 외부의 노이즈 차단 저항을 더 포함하는 전자 디바이스.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고주파 안테나에 연결된 고주파 송신기와,
    상기 용량성 센서 패드와 상기 고주파 송신기에 연결되며, 상기 용량성 센서 패드가 커패시턴스에서의 변화를 나타낼 때 상기 고주파 송신기의 송신 전력을 조정하도록 구성되는 송신 전력 제어기를 더 포함하는 전자 디바이스.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 고주파 안테나에 연결된 고주파 송신기와,
    상기 용량성 센서 패드와 상기 고주파 송신기에 연결되며, 상기 용량성 센서 패드가 임계 전력 변화 조건을 더 이상 충족시키지 않는, 커패시턴스에서의 변화를 나타낼 때 상기 고주파 송신기의 송신 전력을 증가시키도록 구성되는 송신 전력 제어기를 더 포함하는 전자 디바이스.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 고주파 안테나에 연결된 고주파 송신기와,
    상기 용량성 센서와 상기 고주파 송신기에 연결되며, 상기 용량성 센서 패드가 임계 전력 변화 조건을 충족하는, 커패시턴스에서의 변화를 나타낼 때 상기 고주파 송신기의 송신 전력을 감소시키도록 구성되는 송신 전력 제어기를 더 포함하는 전자 디바이스.
  8. 제1항에 있어서, 상기 용량성 센서 패드는 40,000 오옴/평방을 초과하는 저항률을 가지는 것인 전자 디바이스.
  9. 제1항에 있어서, 상기 용량성 센서 패드는 실질적으로 40,000 오옴/평방 내지 120,000 오옴/평방의 범위 내의 저항률을 가지는 것인 전자 디바이스.
  10. 제1항에 있어서, 상기 용량성 센서 패드는 상기 고주파 안테나에 직접 부착되는 것인 전자 디바이스.
  11. 제1항에 있어서, 상기 용량성 센서 패드는 중첩되고, 3 mm 이하 만큼 상기 고주파 안테나로부터 분리되어 있는 것인 전자 디바이스.
  12. 제1항에 있어서, 상기 용량성 센서 패드는 중첩되고 상기 고주파 안테나의 면적(areal) 치수 내에 있는 것인 전자 디바이스.
  13. 방법에 있어서,
    고주파 안테나와 동일 장소에 배치되는 용량성 센서 패드를 구성하는 단계를 포함하며,
    상기 고주파 안테나는 상기 용량성 센서 패드를 통하여 고주파 파동을 송신하도록 위치되며, 상기 용량성 센서 패드는 도전성 신체의 근접성을 검출하도록 구성되는 것인 방법.
  14. 전자 디바이스에 있어서,
    전자 디바이스 외부의 신체의 근접성을 검출하도록 구성되는 센서 패드와,
    상기 센서 패드에 인접한 유전체의 제1 표면과,
    상기 평면 안테나에 인접한 유전체의 제2 표면을 포함하며
    상기 평면 안테나는 상기 용량성 센서와 동일 장소에 배치되며 상기 용량성 센서 패드를 통하여 고주파 신호들을 송신하도록 구성되는 것인 전자 디바이스.
  15. 제14항에 있어서, 상기 센서 패드는 제1 센서 패드이며,
    상기 전자 디바이스는, 실질적으로 상기 제1 센서 패드에 직교하여 배치되는 제2 센서 패드를 더 포함하는 것인 전자 디바이스.
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