KR20190133615A - Nfc를 이용한 멀티 폴리머 센서 어레이 - Google Patents

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KR20190133615A
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마르크 헤이로크
아드리안 미코라작
요에르크 포엘틀
크리스토퍼 우드소프
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인피니언 테크놀로지스 아게
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Abstract

센서 디바이스는 제1 검출기 회로, 근거리 통신(NFC) 회로, 및 센서 패키지를 포함한다. 제1 검출기 회로는 저항성 변화 폴리머 타입 검출기, 용량성 시프트 폴리머 타입 검출기, 유전체 변화 폴리머 타입 검출기, 그래핀 기반 센서, 또는 금속 산화물(MOX) 타입 검출기를 사용하여 자극을 검출하도록 구성된다. NFC 회로는 NFC 전력 수신기 및 NFC 데이터 트랜시버를 갖는다. NFC 전력 수신기는 NFC 표준 프로토콜을 사용하여 모바일 디바이스로부터 전력을 수신하고 센서 디바이스에 동작 전력을 제공하도록 구성된다. NFC 데이터 트랜시버는 NFC 표준 프로토콜을 사용하여 모바일 디바이스에 데이터를 송신하도록 구성되며, 이 데이터는 제1 자극에 해당한다. 센서 패키지는 제1 검출기 회로 및 NFC 회로를 수용하도록 구성된다.

Description

NFC를 이용한 멀티 폴리머 센서 어레이{MULTIPOLYMER SENSOR ARRAY UTILIZING NFC}
본 발명은 일반적으로 전자 디바이스에 관한 것이며, 특정 실시예에서, 근거리 통신(near field communication)(NFC) 회로를 갖는 센서를 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
전자 센서는 가스, 압력, 열, 광, 수분, 미립자의 존재, 또는 개인의 특정 건강 파라미터와 같은 물리적 또는 화학적 자극을 측정하고, 그 측정치를 디지털 또는 아날로그 신호로 변환하는 디바이스이다. 전형적으로, 전자 센서는 센서 모듈 및 전자 회로로 구성된다. 센서 모듈은 환경 정보를 감지하고, 전자 회로는 환경 정보를 신호로 변환한다.
일반적인 건강 및 가스 센서의 특성상의 특징은 제한된 동작 수명, 제한된 동작 지속시간, 빈번한 보정 요구 사항, 및 제한된 대상이다. 결과적으로, 모바일 디바이스 공급업체는 일반적으로 이러한 타입의 센서의 동작 수명보다 오래 지속되는 모바일 디바이스에 일부 소비자에게만 유용할 수 있는 이러한 유형의 센서를 직접 통합하는 것을 주저해왔다.
일 실시예에 따르면, 센서 디바이스는 제1 검출기 회로, 근거리 통신(NFC) 회로, 및 센서 패키지를 포함한다. 제1 검출기 회로는 저항성 변화 폴리머 타입 검출기, 용량성 시프트 폴리머 타입 검출기, 유전체 변화 폴리머 타입 검출기, 그래핀 기반 센서, 또는 금속 산화물(MOX) 타입 검출기를 사용하여 자극을 검출하도록 구성된다. NFC 회로는 NFC 전력 수신기 및 NFC 데이터 트랜시버를 갖는다. NFC 전력 수신기는 NFC 표준 프로토콜을 사용하여 모바일 디바이스로부터 전력을 수신하고 센서 디바이스에 동작 전력을 제공하도록 구성된다. NFC 데이터 트랜시버는 NFC 표준 프로토콜을 사용하여 모바일 디바이스에 데이터를 송신하도록 구성되며, 이 데이터는 제1 자극에 해당한다. 센서 패키지는 제1 검출기 회로 및 NFC 회로를 수용하도록 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 센서 디바이스를 사용하여 자극을 감지하는 방법은 센서 디바이스의 근거리 통신(NFC) 회로에 의해, NFC 표준 프로토콜을 사용하여 모바일 디바이스로부터 유도 전류를 수신하는 단계를 포함하며, 유도 전류는 센서 디바이스에 전력을 공급하는 데 사용된다. 상기 방법은 센서 디바이스의 검출기 회로에 의해, 자극을 검출하는 단계를 더 포함한다. 제1 검출기 회로는 저항성 변화 폴리머, 용량성 시프트 폴리머, 유전체 변화 폴리머, 그래핀 기반 센서, 또는 금속 산화물(MOX) 타입 검출기이다. 상기 방법은 또한 센서 디바이스의 센서 회로에 의해, 자극을 디지털 신호로 변환하는 단계, 및 센서 디바이스의 NFC 데이터 트랜시버에 의해, NFC 표준 프로토콜을 사용하여 그 디지털 신호를 모바일 디바이스에 송신하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시예에 따르면, 센서 디바이스는 검출기 회로, 근거리 통신(NFC) 회로, 센서 회로, 비 일시적 메모리 스토리지, 및 프로세서를 포함한다. 검출기 회로는 저항성 변화 폴리머, 용량성 시프트 폴리머, 유전체 변화 폴리머, 그래핀 기반 센서, 또는 금속 산화물(MOX) 타입 검출기를 포함한다. NFC 전력 수신기는 안테나 및 전력 관리 유닛을 포함한다. NFC 회로는 NFC 표준 프로토콜을 사용하여 모바일 디바이스로부터 유도 전류를 수신하도록 구성되며, 유도 전류는 센서 디바이스를 동작시키는 데 사용된다. 비 일시적 메모리 스토리지는 명령어를 포함하고, 프로세서는 비 일시적 메모리 스토리지와 통신한다. 프로세서는, 검출기 회로를 사용하여 자극을 검출하고, 센서 회로를 사용하여 자극을 디지털 신호로 변환하고, NFC 데이터 트랜시버 회로에 의해 NFC 표준 프로토콜을 사용하여 모바일 디바이스에 디지털 신호를 송신하는 명령어를 실행한다.
본 발명 및 그 이점에 대한 보다 완전한 이해를 위해, 이제 첨부된 도면과 관련하여 취해진 아래의 설명이 참조된다.
도 1은 전력 및 데이터를 통신하기 위한 일 실시예의 네트워크의 도면이다.
도 2는 일 실시예의 NFC 파워드 센서(NFC powered sensor)의 블록도를 도시한다.
도 3은 일 실시예의 센서 모듈의 블록도를 도시한다.
도 4는 다른 실시예의 센서 모듈의 블록도를 도시한다.
도 5는 일 실시예의 NFC 전력 수신기의 블록도를 도시한다.
도 6은 일 실시예의 NFC 데이터 트랜시버의 블록도를 도시한다.
도 7은 모바일 디바이스 상에 배치된 스티커 형태의 센서 패키지를 갖는 일 실시예의 NFC 파워드 센서를 도시한다.
도 8은 접착 밴드(adhesive bandage) 형태의 센서 패키지를 갖는 일 실시예의 NFC 파워드 센서를 도시한다.
도 9는 추가 컴포넌트를 가진 일 실시예의 NFC 파워드 센서의 블록도를 도시한다.
도 10은 모바일 디바이스 상에 배치된 스티커 형태의 센서 패키지, 및 활성화 스위치를 갖는 일 실시예의 NFC 파워드 센서를 도시한다.
도 11은 일 실시예의 NFC 파워드 센서의 블록도를 도시한다.
실시예의 구조, 제조 및 사용은 아래에서 상세히 설명된다. 그러나, 본 개시 내용은 다양한 특정 상황으로 구체화될 수 있는 다수의 적용가능한 발명의 개념을 제공한다는 것을 이해해야 한다. 논의된 특정 실시예는 단지 본 발명을 제조하고 사용하기 위한 특정 방식의 예시에 불과할 뿐이며, 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니다.
다른 실시예들로부터의 특징들은 다른 언급이 없는 한, 추가의 실시예들을 형성하기 위해 조합될 수 있다. 실시예들 중 하나와 관련하여 설명된 변형 또는 수정은 다른 실시예에도 적용될 수 있다.
센서는 물리적 또는 화학적인 수량 또는 속성과 관련된 존재 또는 존재 레벨의 표현을 제공한다. 전자 센서는, 예를 들어, 전압 또는 전류의 형태로 대표적인 전자 신호를 제공한다.
모바일 전자 디바이스(예를 들어, 전화기, 스마트 시계, 태블릿 등)의 보급과 이러한 디바이스의 다양한 기능 리스트를 통해 디바이스 제조사는 소형 폼 팩터의 다양한 서비스를 제공할 수 있다. 향상된 처리 능력과 기능성의 적응성은 모바일 디바이스 생태계에서 다양한 센서를 채택할 수 있는 기회를 제공한다. 예를 들어, 맥박 센서, 산소 센서, 온도 센서, 혈압 센서, 기류 센서, 심전도(electrocardiogram)(ECG) 센서, 근전도(electromyography)(EMG) 센서, 갈바닉 스킨 반응(galvanic skin response)(GSR) 센서, 글루코미터(glucometer) 센서, 탈수(dehydration) 센서, 가스 센서, 주변 광 센서, 및 미립자 센서를 포함하는 센서는 종종 이러한 모바일 디바이스 생태계 내에 포함된다.
모바일 디바이스는 센서를, 예를 들어, 모바일 디바이스 패키지 내에서 미세 전자 기계(microelectromechanical)(MEMS) 센서를 사용하는 내부 컴포넌트로서 가질 수 있다. 그러나, 센서의 추가는 모바일 디바이스 코스트 및 전력 소비의 상승과, 모바일 디바이스 내의 볼륨 공간의 절충을 야기하지만, 예를 들어, 보다 대형화된 배터리, 추가적인 안테나 등과 함께 모바일 디바이스의 다른 특징을 개선하는 데 보다 양호하게 사용될 수 있다.
또한, 일부 센서, 특히, 에이징 센서(aging sensors)는 소비자 모바일 디바이스보다 동작 수명이 짧거나 소비자의 모바일 디바이스의 서브 세트에 유용할 수 있다. 에이징 센서는 시간이 지남에 따라 온도 및 습도에 노출되는 것과 같은 노화 유발 효과로 인한 센서 성능의 저하에 특히 민감한 타입의 센서이다. 에이징 센서의 예로는 폴리머 기반 센서(예를 들어, 저항성 변화 폴리머, 용량성 시프트 폴리머, 유전체 변화 폴리머 등), 그래핀 기반 센서, 또는 금속 산화물(MOX) 센서가 있다. 예로서, 센서는 개인에 의해 방출되는 공기 분자에 노출될 때 결핵(tuberculosis)(TB) 박테리아를 검출하기 위해 폴리머 기반 호흡 분석기의 형태로 고안될 수 있다. 예를 들어, TB 부담이 높은 국가의 휴대 전화에서 이 센서를 구현하면 환영받을 수 있겠지만, TB 부담이 낮은 국가에서의 동일한 구현은 불필요한 비용을 부가할 수 있다.
또한, 제한된 센서 동작 수명(6 개월 내지 12 개월)과 주기적인 센서 보정으로 인해, 모바일 디바이스의 수명 기간 동안 해당 센서가 노후화될 수 있다. 결과적으로, 디바이스 제조사는 이러한 타입의 센서를 모바일 디바이스에 직접 통합하는 데 있어 신중한 접근법을 취할 수 있다.
디바이스 제조사는, 센서가 모바일 디바이스의 외부에 있지만 교환 자극 측정치(exchange stimulus measurements)를 수집할 수 있는 모듈식 시스템(modular system)을 제공하는 것이 유리할 것이다. 이러한 시스템에서, 센서는 자극 정보를 수집할 수 있고, 모바일 디바이스는 이 정보를 분석하는 데 사용될 수 있다. 본원에 기술된 다양한 실시예에 따라, 그리고 본원에서 위에 기술한 일반적인 경향에 따라, 근거리 통신(NFC) 표준 기술을 사용하여 자극을 측정하고 모바일 전자 디바이스에 정보를 전송하는 근거리 통신(NFC) 회로를 갖는 센서가 제시된다.
전력 및 데이터를 통신하기 위한 일 실시예의 네트워크의 도면이 도 1을 사용하여 설명된다. 도 2에는 일 실시예의 NFC 파워드 센서의 블록도가 도시된다. 일 실시예의 센서 모듈의 블록도가 도 3에 도시된다. 도 4에는 다른 실시예의 센서 모듈의 블록도가 도시된다. 일 실시예의 NFC 전력 수신기의 블록도가 도 5에 도시된다. 도 6에는 일 실시예의 NFC 데이터 트랜시버의 블록도가 도시된다. 도 7에는 모바일 디바이스 상에 배치된 스티커 형태의 센서 패키지를 갖는 일 실시예의 NFC 파워드 센서가 도시된다. 도 8에는 접착 밴드 형태의 센서 패키지를 갖는 일 실시예의 NFC 파워드 센서가 도시된다. 도 9에는 추가 컴포넌트를 가진 일 실시예의 NFC 파워드 센서의 블록도가 도시된다. 도 10에는 모바일 디바이스 상에 배치된 스티커 형태의 센서 패키지, 및 활성화 스위치를 갖는 일 실시예의 NFC 파워드 센서가 도시된다. 도 11에는 일 실시예의 NFC 파워드 센서의 블록도가 도시된다. 다음의 설명에서, 동일한 엘리먼트들은 다양한 도면에서 동일한 참조 번호로 표시된다.
도 1은 전력 및 데이터를 통신하기 위한 네트워크(100)의 도면이다. 네트워크(100)는 NFC 파워드 센서(101), 모바일 디바이스(103), 및 선택적으로 원격 서버(105)를 포함한다. 도시된 바와 같이, NFC 파워드 센서(101)는 모바일 디바이스(103)와의 전력(파선) 및 데이터(점선) 커넥션을 수립하며, 이들 커넥션은 제각기, NFC 파워드 센서(101)에 전력을 공급하고, NFC 파워드 센서(101)로부터 모바일 디바이스(103)로 및 그 반대로 데이터를 운반하는 역할을 한다.
일부 실시예에서, 원격 서버(105)가 제공되어, 원격 서버(105)와 모바일 디바이스(103) 간의 데이터 통신을 가능하게 한다. 일 예로서, 모바일 디바이스(103)는 원격 서버(105)와 통신하여, NFC 파워드 센서(101)에 의해 수집된 데이터를 송신할 수 있다. 다른 예에서, 모바일 디바이스(103)는 원격 서버(105)에 저장된, 특정 NFC 파워드 센서(101)에 관한 캘리브레이션 정보(예를 들어, 계수, 룩업 테이블, 선형 또는 비선형 방정식 등) 또는 정보를 수신할 수 있다.
이들 실시예에서, 모바일 디바이스(103)는 NFC 가능 디바이스이다. 모바일 디바이스(103)는 NFC 통신 표준 프로토콜 하에서 수립된 바와 같은 전자기 유도를 사용하여 NFC 파워드 센서(101)에 전력을 제공할 수 있다. 자극을 수집하고 측정하는 NFC 파워드 센서(101)에 전력이 제공된다. 모바일 디바이스(103)는 NFC 파워드 센서(101)로부터 데이터를 수신 또는 판독한다. 일부 실시예에서, 모바일 디바이스(103)는 측정된 데이터를 분석하거나 그 데이터를 원격 서버(105)로 송신한다. 원격 서버(105)는 모바일 디바이스(103)와는 독립적으로 또는 모바일 디바이스(103)와 결합하여, NFC 파워드 센서(101)로부터 수신된 데이터를 분석하여, 예를 들어, 시간 경과에 따른 환경 온도의 증가 또는 감소를 결정하는 것과 같은 측정치들의 추세를 결정할 수 있다.
일반적으로, 디바이스 제조 또는 설계 동안 및 디바이스 전달 이전에, 센서는 알려진 또는 표준 자극 입력에 대해 캘리브레이션된 장비를 사용하여 제어된 환경에서 특성화되거나 캘리브레이션된다. 센서 측정치의 레벨을 캘리브레이션된 입력에 매핑하는 데 사용될 수 있는 특성 곡선이 생성된다. 경우에 따라, 각각의 개별 센서가 캘리브레이션되고, 예를 들어, 테이블, 방정식 등의 형태의 캘리브레이션 보정이 센서와 관련된다. 캘리브레이션 보정은 현장에서 센서 측정치의 보다 정확한 표현을 제공하기 위해 사용된다.
일부 실시예에서, NFC 파워드 센서(101)는 원시 데이터를 프로세싱 없이, 모바일 디바이스(103)에 송신할 수 있다. 그 후, 모바일 디바이스(103) 또는 원격 서버(105)는 독립적으로 또는 결합하여, 캘리브레이션 정보를 사용하여 원시 데이터를 처리 및 분석할 수 있다. 일부 실시예에서, 캘리브레이션 정보는 모바일 디바이스(103) 상에 애플리케이션을 설치한 결과로서 메모리에 저장될 수 있다.
일부 실시예에서, 캘리브레이션 정보는 NFC 파워드 센서(101)의 메모리에 저장될 수 있고, 모바일 디바이스(103)에 전달될 수 있다. 일부 실시예에서, 전술한 바와 같은 캘리브레이션 정보는 원격 서버(105)에 저장될 수 있다. 원격 서버(105)는 원시 데이터를 수신하고, 캘리브레이션 정보를 사용하여 그 데이터를 분석할 수 있다. 대안적으로, 원격 서버(105)는 그 데이터 처리를 위해 모바일 디바이스(103)에 캘리브레이션 정보를 전달할 수 있다.
일 실시예에서, NFC 파워드 센서(101)는 처리된 데이터를 모바일 디바이스에 송신할 수 있다. 그 후, 처리된 데이터는, 예를 들어, 시간 경과에 따라 추가로 분석되어, 처리되고 수집된 데이터의 추세를 결정할 수 있다. NFC 파워드 센서(101)는 모바일 디바이스(103)로부터 또는 내부 메모리로부터 프로세싱을 위한 캘리브레이션 데이터를 수신할 수 있다. 모바일 디바이스(103) 및 원격 서버(105)는 독립적으로 또는 조합하여, 측정치를 추가로 분석할 수 있다.
일부 실시예에서, NFC 파워드 센서(101)는 데이터를 모바일 디바이스(103)로 송신하지 않고, NFC 기술을 사용하여 모바일 디바이스(103)에 의해 전력이 공급될 때 내부 메모리 내의 측정치를 수집한다. 이후에, 모바일 디바이스(103)에 의한 요청 또는 메모리의 특정 저장 용량을 초과하는 것에 의한 트리거 이벤트에 응답하여, NFC 파워드 센서(101)는 메모리에 저장된 수집된 정보를 모바일 디바이스(103)에 송신할 수 있다.
도 2는 본원에 설명된 방법을 수행하기 위한 일 실시예의 NFC 파워드 센서(101)의 블록도를 도시하며, 상기 NFC 파워드 센서(101)는 모바일 디바이스(103)의 외부에 위치한 센서 패키지(111) 내에 수용될 수 있다. NFC 파워드 센서(101)는 검출기(117) 및 센서 회로(119)를 갖는 센서 모듈(113)을 포함한다. NFC 파워드 센서(101)는 또한 NFC 전력 수신기(121) 및 NFC 데이터 트랜시버(123)를 갖는 NFC 회로(115)를 포함할 수 있다.
검출기(117)는 물리적, 가스적, 또는 화학적 자극을 전자 신호로 변환한다. 일부 실시예에서, 예를 들어, 바이오 센서의 경우, 센서 회로(117)는 물리 화학적(physiochemical) 검출기를 포함할 수 있다. 물리 화학적 검출기는 생물학적 또는 화학적 분석물(즉, 분석 대상 물질)과 상호 작용한다. 검출기 요소(즉, 변환기)는 생물학적 또는 화학적 신호를 전기 신호, 예를 들어, 전압 또는 전류로 변환한다.
검출기(117)의 다른 예로서, 가스 센서 또는 가스 검출기는 전극에 연결된 다공성 멤브레인을 가질 수 있다. 센서는 다공성 멤브레인 내에서 확산되는 가스의 양에 따른 전류의 발생 또는 변화를 검출한다.
일부 실시예에서, 검출기(117)는 하나 이상의 MEMS 센서를 포함할 수 있다. MEMS 센서는, 예를 들어, 진동, 압력 또는 가속도를 측정하기 위해 용량성 압력 센서를 사용하여 물리적 자극을 변환한다.
검출기(117)는 폴리머 기반 센서, 그래핀 기반 센서, MOX 기반 센서, 또는 MEMS 센서의 형태 또는 본 기술 분야에서 널리 알려진 임의의 다른 형태의 센서일 수 있는 에이징에 특히 민감한 임의의 다른 타입의 센서일 수 있다.
폴리머 기반 센서에서, 재료 특성(예를 들어, 유전체, 저항성, 볼륨, 용량성 등)의 변화는, 특히, 폴리머 센서의 특정 디자인 특성에 대응하는 환경적 효과에 기인한다.
일 예로서, 수화(hydration)를 감지하고 측정하는 데 사용되는 실시예에서, 검출기(117)는 물에 노출시 물 분자를 흡수 및 확산시킨다. 흡수 및 확산은 폴리머의 치수 변화 및 팽윤(swelling)을 초래한다. 팽윤은 폴리머 전체에 균일하게 퍼진 도전성 입자를 사용하여 측정될 수 있다. 팽윤이 도전성 입자의 분리를 증가시킴에 따라, 폴리머의 벌크 저항 측정치는 표지자로서 또는 적절히 캘리브레이션될 때 수분의 측정치로서 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 검출기(117)는 몇몇 폴리머 기반 센서들의 조합일 수 있다. 일 예로서, 검출기(117)는 저항성 변화 폴리머, 팽윤 폴리머, 또는 용량성 시프트 폴리머의 조합일 수 있다. 유리하게도, 여러 타입의 폴리머 센서를 검출기(117)에 포함시켜 조합적으로 동작시키면, 단일 타입의 폴리머 센서와 비교하여, 데이터 정확도가 개선되고, 측정 오차가 감소되고, 캘리브레이션 오차 또는 캘리브레이션의 변화로 인한 오차가 감소되고, 환경에 대한 노출로 인한 노화 관련 오차가 감소되고, 관심 대상의 이온성 또는 도전성 화합물 또는 관심 대상의 유전체 요소에 대한 감도 및 선택도가 개선된다.
센서 회로(119)는 검출기(117)에 의해 수행된 관련 측정치에 대응하는 전기 신호를 검출기(117)로부터 수신한다. 도 3은 검출기(117) 및 센서 회로(119)를 포함하는 일 실시예의 센서 모듈(113)의 블록도를 도시한다. 센서 회로(119)는 메모리(131) 스토리지 디바이스, 마이크로프로세서(133), 통신 인터페이스 회로(135), 센서 인터페이스 신호 제어 회로(137), 보안/캘리브레이션 데이터 회로(139), 전류 소스(141), 및 아날로그-디지털 컨버터(ADC)(143)를 포함할 수 있다.
센서 인터페이스 신호 제어 회로(137)는 마이크로프로세서(133)와 함께 사용되어, 전류 소스(141)가 검출기(117)에 전류를 제공하게 할 수 있다. 일 실시예에서, 검출기(117)는 저항성 변화 폴리머일 수 있으며, 여기서 검출기(117)의 저항값은 자극에 응답하여 변한다. 전류 소스(141)에 의해 제공된 전류는 검출기(117)를 통해 흐르고, 접지 소스(145)를 기준으로 한 저항기 양단의 전압은 ADC(143)를 사용하여 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환된다. 검출기(117) 내의 저항값이 자극에 응답하여 변화할 때, ADC(143)에서의 관련 전압이 또한 변화한다.
ADC(143)로부터의 측정치는 센서 회로(119)의 센서 인터페이스 신호 제어 회로(137)에서 수신된다. 검출기(117)로부터 수집된 원시 데이터는, 예를 들어, 보안/캘리브레이션 데이터 회로(139)에 저장된 캘리브레이션 데이터를 사용하여 마이크로프로세서(133)에 의해 처리될 수 있다. 원시 데이터 또는 처리된 데이터는 센서 회로(119)의 메모리(131)에 저장될 수 있다. 추가적으로, 메모리(131)는 또한 센서 회로(119)로부터의 데이터를 측정하고, 수집하고, 처리하고, NFC 회로(115)로 전송하는 명령어를 포함할 수 있다. 센서 회로(119)는 그 후, 통신 인터페이스 회로(135)를 사용하여 센서 모듈(113)로부터 NFC 회로(115)로 원시 데이터 또는 처리된 데이터를 송신할 수 있다.
도 4는 다수의 검출기(117) 및 센서 회로(119)를 포함하는 다른 실시예의 센서 모듈(113)의 블록도를 도시한다. 도 4에서, 도 3과 관련하여 전술한 컴포넌트 이외에도, 다수의 검출기(117), 전류 멀티플렉서(147), 및 다수의 스위치(149)가 또한 센서 모듈(113)에 포함된다. 도 4에서 3 개의 검출기(117)만이 도시되어 있지만, 다수의 검출기(117)가 고려될 수 있다.
도시된 바와 같이, 각각의 검출기(117)는 스위치(149)를 사용하여 전류 소스(141) 및 전류 멀티플렉서(147)에 접속된다. 이러한 구성에서, 스위치(149) 구성에 따라, 다수의 측정치가 동시에 수집될 수 있다. 각각의 측정치는 센서 모듈(113)의 ADC(143)를 사용하여 디지털 신호로 변환될 수 있다. 일부 실시예에서, 스위치(149), 전류 소스(141) 및 전류 멀티플렉서(147)는, 예를 들어, 마이크로프로세서(133)를 사용하여, 독립형 유닛으로서의 또는 집합적으로는 검출기(117)의 그룹으로서의 개별 검출기(117)로부터 측정치를 수집하도록 구성될 수 있다. 활성 스위치(149)의 수 및 결과적으로 활성 검출기(117)는 활성 검출기(117)의 그룹을 적절하게 동작 시키는 데 필요한 전류의 양을 최소화하도록(즉, 전력 요구 사항을 최소화하도록) 유리하게 선택될 수 있다.
도 5는 일 실시예의 NFC 전력 수신기(121)의 블록도를 도시한다. 도시된 바와 같이, NFC 전력 수신기(121)는 13.56MHz 주파수로 동작하도록 설계된 수신 안테나(161), 전력 관리 유닛(163), 메모리(165) 스토리지 디바이스, 마이크로컨트롤러(167), 통신 인터페이스(169), DC-DC 컨버터(171), 및 전하 저장 디바이스(173)를 포함할 수 있다.
NFC 전력 수신기(121)는 13.56MHz의 무선 주파수 대역 내에서 동작하는 모바일 디바이스(103)에 의해 제공된 유도 전력을 NFC 프로토콜 표준을 사용하여 수신하는 무선 회로이다. 전형적인 NFC 전력 수신기(121)에서, 수신 안테나(161), 예를 들어, 코일은 인덕터로서 작용하고, 모바일 디바이스(103)와 NFC 파워드 센서(101) 사이의 상호 작용 자기장은 NFC 전력 수신기(121)에 전류를 유도한다. 수신 안테나(161)는 선택적으로 수신 안테나(161)의 성능을 최적화하기 위한 동조 회로를 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 전류는 DC-DC 컨버터(171) 및 전력 관리 유닛(163)을 사용하여 관리되고, 결과적으로, 유도 전류는, 도 5에 도시된 일 실시예의 NFC 전력 수신기의 블록도에 따라, NFC 파워드 센서(101)의 동작에 적합한 레벨로 조정된다. 일부 실시예에서, NFC 전력 수신기(121)는 또한 NFC 전력 수신기(121)를 동작시키기 위해 마이크로컨트롤러(167)에 의해 처리되는 명령어를 저장하는 메모리(165)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, NFC 전력 수신기(121)는 전하 저장을 위한 캐패시터, 인덕터 및 배터리 유닛과 같은 전하 저장 디바이스(173)를 선택적으로 포함할 수 있다.
NFC 전력 수신기(121)에 유도된 전력은 통신 인터페이스(169)를 사용하여 NFC 파워드 센서(101)의 다양한 컴포넌트에 전달된다.
도 6은 일 실시예의 NFC 데이터 트랜시버(123)의 블록도를 도시한다. NFC 데이터 트랜시버(123)는 수신 안테나(181), 송신 안테나(183), 마이크로컨트롤러(185), 메모리(187), 통신 인터페이스(189), 및 데이터 컨트롤러(191)를 포함한다.
NFC 데이터 트랜시버(123)는 모바일 디바이스(103)로부터 및 모바일 디바이스(103)에 각각 데이터를 수신하고 송신하는 무선 회로이다. NFC 데이터 트랜시버(123)는, 예를 들어, 코일 형태의 개별 송신 안테나(183) 및 수신 안테나(181)를 가질 수 있다. 그러나, 일부 실시예에서, 수신 안테나(181) 및 송신 안테나(183)는 단일 안테나일 수 있다. 일부 실시예에서, NFC 전력 수신기(121) 및 NFC 데이터 트랜시버(123)는 단일의 공유 안테나를 가져, 보다 컴팩트하고 보다 얇은 NFC 파워드 센서(101)에 기여한다.
NFC 데이터 트랜시버(123)는 또한 데이터 통신과 관련된 태스크를 프레이밍 및 동기화하는 데 사용되는 데이터 컨트롤러(191)를 포함할 수 있다. NFC 데이터 트랜시버(123)는 센서 모듈(113)로부터 센서 정보를 수신하고 모바일 디바이스(103)에 센서 정보를 송신하는 데 사용되는 통신 인터페이스(189) 형태의 데이터 입력 및 출력과 센서를 갖는다.
메모리(187)는 NFC 데이터 트랜시버(123)의 적절한 동작을 위해 마이크로컨트롤러(185)의 처리를 위한 명령어를 저장하도록 구성될 수 있다.
도시된 바와 같이, 검출기(117) 및 센서 회로(119)는 NFC 파워드 센서(101)의 개별 컴포넌트이지만, 두 컴포넌트의 기능성을 갖는 디바이스가 또한 고려될 수 있다. 유사하게, NFC 전력 수신기(121) 및 NFC 데이터 트랜시버(123)의 기능성을 갖는 단일 디바이스가 또한 고려될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 센서 패키지(111)는 센서 모듈(113)과 NFC 회로(115)를 수용한다. 센서 패키지는 측정될 자극에 따라 다양한 폼 팩터 중에서 선택될 수 있다.
일 실시예에서, 센서 패키지(111)는 모바일 디바이스(103)를 수용하는 외부 케이스일 수 있다. 대안적으로, 센서 패키지(111)는 도 7에 도시된 바와 같이, 모바일 디바이스(103) 상에 위치되거나 모바일 디바이스(103)의 보호 케이스 상에 위치되는 스티커 형태일 수 있다. 이러한 실시예에서, 모바일 디바이스(103)에 대한 NFC 파워드 센서(101)의 부근은 거의 연속적인 동작 능력의 가능성을 제공한다.
다른 예로서, 스티커는 도 8에 도시 된 바와 같이, 딱지 또는 상처를 덮는 접착 밴드(예를 들어, 밴드에이드(Band-Aid))의 형태일 수 있다. 스티커에 내장된 센서는 상처에서 먼지, 박테리아 또는 감염의 존재를 감지하거나, 예를 들어, 혈액 내용과 관련하여 백만 분율(PPM)로 레벨을 정량화할 수 있다. 접착 밴드는 또한 경피(transdermal) 센서의 피부 패치로서 사용될 수 있어서, 피부 표면에서 경피적 알코올 농도를 측정함으로써, 예를 들어, 알콜 또는 에탄올 함량 레벨을 검출할 수 있다.
일부 실시예에서, 센서 패키지(111)는, 예를 들어, 혈류, 혈액 함량, 체온, 혈중 납 레벨 등을 측정하기 위한 건강 센서로서 사용되는 이식형 센서일 수 있다. 센서 패키지(111)는 환자의 피부 아래에 삽입되도록 설계될 수 있다. 결과적인 이식형 NFC 파워드 센서(101)는 그 후 외부의 모바일 디바이스가 NFC 파워드 센서(101)에 근접하게 위치될 때 데이터를 측정하여 그 데이터를 외부의 모바일 디바이스(103)에 송신할 수 있다.
일 실시예에서, 개인이 쉽고 일정하게 액세스할 수 있는 물품이 센서 패키지(111)로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 센서 패키지(111)는 의복, 보석류(예를 들어, 반지, 목걸이 등), 열쇠 고리(keychain), 열쇠 고리에 접속된 디바이스, 또는 지갑일 수 있다.
또 다른 실시예에서, 센서 패키지(111)는 의학적 또는 상업적 감지 디바이스의 형태일 수 있다. 일 예로서, 개인의 타액 또는 이마, 설압자(tongue depressor), 또는 온도계로부터 시료를 채취하는 데 사용된 면봉이 센서 패키지(111)로서 사용될 수 있다.
요약하면, 모바일 디바이스(103)로 접근가능한 임의의 디바이스가 센서 패키지(111)로서 사용될 수 있다. 모바일 디바이스(103)에 대한 별도의 모듈인 NFC 파워드 센서(101)는 NFC 파워드 센서(101)의 형태의 효율적인 감지 디바이스 및 모바일 디바이스(103)의 형태의 범용 데이터 분석 디바이스에 다수의 이점을 제공한다.
일부 실시예에서, 센서 패키지(111)는 다양한 최적의 화학적 흐름 설계 기술 및 패턴으로 백 플레이트 및 MEMS 구조를 사용하여 공기 또는 액체의 유동을 최대화하도록 최적화될 수 있다.
도 9는 본원에 설명된 방법을 수행하기 위한 일 실시예의 NFC 파워드 센서(101)의 블록도를 도시하며, 상기 NFC 파워드 센서(101)는 모바일 디바이스(103)의 외부에 위치한 센서 패키지(111) 내에 수용될 수 있다. 도시된 바와 같이, 도 2 내지 도 6과 관련하여 전술한 센서 모듈(113) 및 NFC 회로(115) 이외에도 NFC 파워드 센서(101)는 스위치(201), 보안 ID 칩(203), 전하 저장 디바이스(205), 제어 회로(207), 희생 센서 모듈(209), 및 멤브레인(211)을 선택적으로 포함할 수 있다.
스위치(201)는 전형적으로 비활성 또는 비 전력 상태에 있는 NFC 파워드 센서(101)에 의한 감지 프로세스를 활성화시키는 데 사용될 수 있다. 스위치(201)는, 디바이스가 원할 때 턴온되고, 부주의한 NFC 기반 트리거를 금지하는 것을 보장하도록 도움을 준다. 일 예로서, 모바일 디바이스(103)의 다른 동작과의 간섭을 감소시키기 위해, NFC 파워드 센서(101)는 모바일 디바이스(103)가, 예를 들어, 지불 트랜잭션에서 사용중일 때 비활성 상태에 있게 된다.
스위치(201)는 NFC 파워드 센서(101)가 모바일 디바이스(103)의 부근에 연속적으로 위치되는 경우, 예를 들어, 모바일 디바이스(103)의 후면에 부착된 스티커의 경우에 유리할 수 있다. NFC 파워드 센서(101)로부터의 스티커에 의한 전력 인출을 줄이고 전력 효율을 향상시키기 위해, NFC 파워드 센서(101)는 스위치(201)를 통해 활성화된다.
일 실시예에서, 스위치(201)는 외부적으로 트리거되는 사용자 액션 트리거 스위치(예를 들어, 푸시 버튼 스위치, 호흡 활성화 스위치, 애플리케이션 등)일 수 있으며, 이 스위치가 사용되어 NFC 파워드 센서(101)가 활성화되고 측정이 행해져 모바일 디바이스(103)에 의해 수신될 수 있다.
일 예로서, 스위치(201)는 사용자가 일반적으로 개방 회로를 닫는 회로 컴포넌트를 누르는 것에 응답하여 활성화되어, NFC 파워드 센서(101)를 활성화시킬 수 있다.
다른 예에서, 스위치(201)는 모바일 디바이스(103)에 의해 센서 모듈(113)에 송신된 신호에 응답하여 모바일 디바이스(103) 상의 애플리케이션을 사용하여 활성화될 수 있다. NFC 파워드 센서(101)를 활성화시키는 데 사용되는 애플리케이션은 NFC 파워드 센서(101)로부터 측정치를 통신하고 수신하는 데 사용되는 것과 동일한 애플리케이션일 수 있다. 애플리케이션은 선택적으로 도 10에 도시된 바와 같이 NFC 파워드 센서(101) 상의 지정된 패드(221)를 아래로 가압하거나 누르는 것에 의해 사용자에게 스위치(201)를 활성화시키도록 요청할 수 있다.
일부 실시예에서, 스위치(201)는 내부 이벤트에 응답하여 NFC 파워드 센서(101)를 활성화시키는 내부 트리거형 스위치(예를 들어, 타이머, 내부 전하 공핍 등)일 수 있다. 다른 예에서, NFC 파워드 센서(101)는, 일정 시간 동안 전하를 유지하고 모바일 디바이스(103)에 의해 NFC 프로토콜을 사용하여 충전되는 전하 저장 디바이스(205)(예를 들어, 캐패시터, 배터리 등)를 가질 수 있다. NFC 파워드 센서(101)는 완전 충전 모드 동안 또는 전하 저장 디바이스(205)와 관련된 전하 격감 기간 동안 활성화되어 측정을 수행하고, 전하 저장 디바이스(205)의 충전 동안 비활성화될 수 있다.
다른 예로서, NFC 파워드 센서(101)는 시간 기간에 걸쳐 자극의 양자화된 측정을 행하는 데 사용되는 내부 클록 또는 타이밍 회로(202)를 가질 수 있다. NFC 파워드 센서(101)는 측정을 수행하기 위해, 예를 들어, 5 분마다 활성화될 수 있다. 측정이 완료되면, 센서는 다음 활성화 기간까지는 비활성화될 수 있다. 내부 클록 또는 타이밍 회로는 제어 회로(207)의 일부일 수 있다. 제어 회로(207)는 스위치(201)와 협력하여 설정된 간격으로 NFC 파워드 센서를 활성화시키는 데 사용될 수 있다.
다른 예로서, 스위치(201)는 NFC 파워드 센서(101) 상에서 호흡하는 환자에 응답하여 활성화될 수 있다. 스위치(201)는 호흡 행위로부터 형성된 응축물로부터 형성된 접촉에 응답하여 활성화될 수 있다. 제어 회로(207) 내의 동반 회로는 연속적으로 인에이블되거나, 또는 대안적으로 그리고 전력 효율 목적으로 특정 간격으로 턴온되어, 피사체에 의한 호흡 행위와 같은 트리거를 검출할 수 있다. 제어 회로(207) 내의 동반 회로가 트리거를 검출하면, 스위치(201)가 활성화되어 NFC 파워드 센서(101)에 노출된 공기 분자 내의 박테리아의 레벨을 검출할 수 있다.
스위치(201)의 추가적인 이점은, 모바일 디바이스(103)의 수신 및 송신 안테나, NFC 파워드 센서(101), 및 임의의 다른 제3자 NFC 디바이스에서 2 차 또는 비 준수(non-compliant) 무선 주파수(RF) 방사 장비에 의해 야기되는 잠재적 손상 및 튜닝 설계 요구 사항을 감소시킨다는 것이다.
전형적으로, 서로 인접한 다수의 공진 회로는 서로의 공진 회로에 영향을 미치고 각각의 송신 컴포넌트에서 부하 변동을 야기한다. 디 튜닝(detuning)은 전력 효율성을 감소시키고, 표준 비준수를 야기하고, 및 일부 상황에서는 컴포넌트의 손상을 야기할 수 있다.
보안 ID 칩(203)은 모바일 디바이스(103)에 의해 NFC 파워드 센서(101)의 암호화된 보안 식별자 또는 2-인자 인증(2FA)을 제공하는 데 사용될 수 있다. 일 예로서, 제조 중에, 디바이스 제조사는 각각의 NFC 파워드 센서(101)의 개별 특성화 또는 캘리브레이션 또는 NFC 파워드 센서들(101)의 그룹(예를 들어, 제조 로트 등)의 캘리브레이션을 수행할 수 있다.
일부 실시예에서, 캘리브레이션 정보, 센서 특정 데이터 처리 명령어(예를 들어, 처리 계수, 처리 방정식 등) 및/또는 센서 특정 제조 세부 사항(예를 들어, 제조 일자, 동작 수명 등)은 원격 서버(105)에 저장될 수 있고, NFC 파워드 센서(101) 또는 NFC 파워드 센서(101)의 제조 로트와 관련된 식별 번호(예를 들어, 암호화된 일련 번호)로 태깅(tag)될 수 있다. 모바일 디바이스(103)는 보안 ID 칩(203)에 의해 제공된 보안 식별자 정보를 사용하여 원격 서버(105)와 통신함으로써 해당 정보, 예를 들어, NFC 파워드 센서(101)에 특정된 캘리브레이션 정보를 수신할 수 있다. 이는 보안 및 개별화된 캘리브레이션된 분석이 모바일 디바이스(103) 또는 원격 서버(105)에 의해 수행되게 한다.
다른 실시예에서, 캘리브레이션 정보, 센서 특정 데이터 처리 명령어, 및/또는 센서 특정 제조 세부 사항은 보안 ID 칩(203)에 저장될 수 있다. 보안 ID 칩(203)은 이러한 정보를 저장하는 비휘발성 메모리 타입의 저장 컴포넌트를 가질 수 있으며, 이러한 정보는 NFC 기술을 사용하여 모바일 디바이스에 의해 안전하게 액세스될 수 있다.
보안 ID 칩(203)은 또한 디바이스 인증 기기로서 사용되어, NFC 파워드 센서(101)에 저장된 전자 데이터에 대한 비인가 액세스를 방지하거나 NFC 파워드 센서(101)의 비인가 버전(예를 들어, 불법 위조 또는 복제품)의 사용을 방지할 수 있다. 보안 ID 칩(203)은 또한 액세스 인증 유틸리티로서 사용되어, 모바일 디바이스(103) 또는 NFC 파워드 센서(101)에 제품 제조 동안에는 이용 불가능한 추가 정보를 제공할 수 있다. 일 예로서, 모바일 디바이스(103)는 NFC 파워드 센서(101)의 보안 ID 칩(203) 정보를 사용하여 원격 서버(105)로부터 제품 리콜 또는 처리 명령어에 대한 조정에 관한 로트 정보에 액세스할 수 있다.
희생 센서 모듈(209)은 센서 모듈(113)과 동일한 컴포넌트를 가질 수 있고, 센서 모듈(113)과 유사하게 기능할 수 있다. 그러나, 센서 모듈(113)과는 달리, 희생 센서 모듈(209)은 노출되지 않고 자극으로부터 격리되어 있다. 일 예로서, 희생 센서 모듈(209)은 자극으로부터 완전히 격리될 수 있거나 제한된 세트의 자극에만 노출될 수 있다.
NFC 파워드 센서(101)의 동작 수명 동안, NFC 파워드 센서(101)는 다양한 환경 이벤트(예를 들어, 온도 사이클 등)에 노출되고, 이 환경 이벤트는 NFC 파워드 센서(101)의 동작 수명 동안 측정치의 변동 및 드리프트를 잠재적으로 유발할 수 있다. 희생 센서 모듈(209)이 센서 모듈(113)과 유사한 환경 노출에 노출됨에 따라, 열, 냉기, 충격, 습도 또는 어셈블리에 대한 노출에 의해 유발되는 측정치의 변동 및 드리프트는 희생 센서 모듈(209)과 센서 모듈(113) 간에 공유된다. 희생 센서 모듈(209)로부터의 측정치는 그 후, 베이스 라인 측정치 또는 캘리브레이션 기준으로서 사용되어, 환경(예를 들어, 온도, 가스) 노화로부터 폴리머 시프트로 인한 변화를 배제하고, 상응하는 보정 인자를 통해 측정 정확도를 향상시킬 수 있다.
희생 센서 모듈(209)은 또한 NFC 파워드 센서(101)의 수명 종료 및 처분 시간을 나타내기 위해 사용될 수 있다. 희생 센서 모듈(209)로부터 출력되는 출력은 허용성 임계치와 비교될 수 있으며, 이 비교값이 충족되지 않으면 NFC 파워드 센서(101)의 수명 종료를 나타낼 수 있다.
일부 실시예에서, 희생 센서 모듈(209)은 센서 모듈(113)의 반대편에 위치할 수 있어서, 자극에 노출되지 않는다. 일부 실시예에서, 희생 센서 모듈(209)은 센서 모듈(113)에 노출된 특정 자극에 대한 노출로부터 희생 센서 모듈(209)을 격리시키는 멤브레인 필터를 포함할 수 있다.
제어 회로(207)는 센서 모듈(113) 및 희생 센서 모듈(209)에 의해 수집된 원시 데이터를 처리하는 데 사용될 수 있다. 제어 회로(207)는 메모리(213) 및 메모리(213)에 저장된 명령어를 실행하기 위한 프로세서(215)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 프로세서(215)는 NFC 회로(115)를 사용하여 센서 정보를 수집하고 그 정보를 모바일 디바이스(103)에 송신하기 위한 명령어를 처리하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 회로(207)는 NFC 파워드 센서(101)의 다양한 컴포넌트를 제어하는 데 사용될 수 있다. 메모리(207)는 또한 센서 모듈(113) 및/또는 희생 센서 모듈(209)로부터 수집된 측정치를 저장하는 데 사용될 수 있다.
메모리(213)는 또한 제어 회로(207)의 프로세서에 의해 처리될 센서 캘리브레이션 정보 및/또는 프로세서 실행가능 명령어를 저장하는 데 사용될 수 있다. 메모리(213)는 NFC 전력 수신기(121), 전하 저장 디바이스(205), NFC 회로(115) 내의 선택적인 캐패시터 또는 선택적인 배터리를 통해 전력을 수신하는 비 일시적 프로세서 판독가능 매체(예를 들어, 전기적 소거가능 프로그래머블 판독 전용 메모리(EEPROM) 등)로서 구현될 수 있다. 비 일시적 매체는 이동 가능하고 제거 가능할 수 있는 저장 매체와 함께 하나 이상의 고체 상태 메모리 디바이스 및/또는 메모리 디바이스를 포함할 수 있다.
멤브레인(211)은 입자 또는 미립자만이 센서 모듈(113)에 의해 수용되는 것을 효과적으로 허용하는 종류의 필터로서 작용할 수 있다. 일부 실시예에서, NFC 파워드 센서(101)의 다양한 타입의 센서에 대한 입력을 필터링하는 데 다수의 멤브레인이 사용될 수 있다. 예를 들어, 유체 블록 멤브레인은 공기 분자의 특정 특성을 검출하기 위해 호흡 센서에 사용될 수 있는 반면, 유기 블록 멤브레인은 물 분자의 특정 세부 사항을 검출하기 위해 액체 센서에 사용될 수 있다.
다른 예로서, Gore-Tex 재료와 같은 타입의 멤브레인 필터는 물을 차단하지만 공기가 NFC 파워드 센서(101)에 도달하도록 사용될 수 있다. 다른 예에서, 단순한 플라스틱과 같은 타입의 멤브레인 필터는 NFC 파워드 센서(101)로의 압력 및 온도 자극을 통과시키지만, 액체의 노출은 방지한다. 또 다른 예에서, 소수성 재료는 물의 노출을 차단하지만 알코올 또는 오일이 통과할 수 있도록 사용될 수 있다.
멤브레인(211)은 센서 패키지(111)의 일부이거나 대안적으로 센서 모듈(113) 상의 코팅(온 다이 멤브레인(on-die membrane))으로서 도포될 수 있다. 온 다이 멤브레인 및 다중 멤브레인 패키징을 사용하면, 스마트 노즈(smart nose) 디바이스(즉, 멀티-센서 디바이스)에서 보다 광범위한 응용이 가능하다.
예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같은 멀티-센서 NFC 파워드 센서(101)에서, 각각의 검출기(117) 또는 검출기들(117)의 그룹은 다양한 자극을 측정하도록 설계될 수 있다. 이러한 디바이스에서, 각각의 검출기(117) 또는 검출기들(117)의 그룹은 그 구성과 관련된 특정 자극에의 노출을 분리하기 위해 별도의 멤브레인 필터(211)를 가질 수 있다. 한 그룹의 검출기들(117)은 액체에의 노출을 방지하지만 공기에의 노출을 허용하는 멤브레인 필터(211)를 가질 수 있는 반면, 제2 그룹의 검출기들(117)은 공기에의 노출을 방지하지만 액체에의 노출을 허용하는 멤브레인 필터(211)를 가질 수 있다.
도 11은 본원에 설명된 방법을 수행하기 위한 일 실시예의 NFC 파워드 센서(101)의 개략도를 도시한다. 도시된 바와 같이, NFC 파워드 센서(101)는 선택적으로 환경적으로 결합된 필터(201)에서 물리적 또는 화학적 자극을 수신한다.
검출기(117)는 자극을 감지하고, 센서 회로(117)는 NFC 데이터 트랜시버(123)를 사용하여 모바일 디바이스(103)에 측정치를 전송한다. NFC 파워드 센서(101)는 NFC 전력 수신기(121)를 사용하여 전력을 공급받는다.
본 발명의 예시적인 실시예가 여기에 요약된다. 다른 실시예는 또한 본원의 명세서 및 청구범위 전체로부터 이해될 수 있다.
예 1: 센서 디바이스는 제1 검출기 회로, 근거리 통신(NFC) 회로, 및 센서 패키지를 포함한다. 제1 검출기 회로는 저항성 변화 폴리머 타입 검출기, 용량성 시프트 폴리머 타입 검출기, 유전체 변화 폴리머 타입 검출기, 그래핀 기반 센서, 또는 금속 산화물(MOX) 타입 검출기를 사용하여 자극을 검출하도록 구성된다. NFC 회로는 NFC 전력 수신기 및 NFC 데이터 트랜시버를 갖는다. NFC 전력 수신기는 NFC 표준 프로토콜을 사용하여 모바일 디바이스로부터 전력을 수신하고 센서 디바이스에 동작 전력을 제공하도록 구성된다. NFC 데이터 트랜시버는 NFC 표준 프로토콜을 사용하여 모바일 디바이스에 데이터를 송신하도록 구성되며, 이 데이터는 제1 자극에 해당한다. 센서 패키지는 제1 검출기 회로 및 NFC 회로를 수용하도록 구성된다.
예 2: 예 1의 센서 디바이스에 있어서, 제1 자극을 제1 검출기 회로로 지향되게 하고 제1 검출기 회로로부터의 원하지 않는 자극을 차단하도록 구성된 제1 멤브레인 필터를 더 포함한다.
예 3: 예 1 또는 예 2의 센서 디바이스에 있어서, 제2 자극을 검출하도록 구성된 제2 검출기 회로를 더 포함하고, 상기 제2 검출기 회로는 저항성 변화 폴리머, 용량성 시프트 폴리머, 유전체 변화 폴리머, 그래핀 기반 센서, 또는 금속 산화물(MOX) 타입 검출기를 포함한다.
예 4: 예 1 내지 예 3 중 어느 하나의 센서 디바이스에 있어서, 제2 자극을 제2 검출기 회로로 지향되게 하고, 제2 검출기 회로로부터의 제2의 원하지 않는 자극을 차단하도록 구성된 제2 멤브레인 필터를 더 포함한다.
예 5: 예 1의 센서 디바이스에 있어서, 센서 패키지는 스티커의 폼 팩터를 갖는다.
예 6: 예 1의 센서 패키지에 있어서, 센서 패키지는 접착 밴드의 폼 팩터를 갖는다.
예 7: 예 1의 센서 디바이스에 있어서, 희생 센서 회로를 더 포함한다. 희생 센서 회로는 멤브레인 필터를 사용하여 제1 자극으로부터 격리되도록 구성된 제2 검출기 회로를 포함하며, 제1 검출기 회로의 성능에서 드리프트를 결정하는 데 사용되는 기준 측정치로서 구성된다.
예 8: 예 1의 센서 디바이스에 있어서, 센서 디바이스에 보안 액세스를 제공하도록 구성된 보안 ID 칩을 더 포함한다.
예 9: 예 1의 센서 디바이스에 있어서, 보안 ID 칩 및 프로세서를 더 포함한다. 보안 ID 칩은 센서 디바이스의 캘리브레이션 정보를 저장하도록 구성되며, 프로세서는 제1 자극 및 캘리브레이션 정보에 따라 NFC 데이터 트랜시버에 의해 송신된 데이터를 생성하도록 구성된다.
예 10: 예 1의 센서 디바이스에 있어서, 센서 디바이스의 인증의 검증을 제공하도록 구성된 보안 ID 칩을 더 포함한다.
예 11: 예 1의 센서 디바이스에 있어서, 센서 디바이스에 특정된 외부 디바이스로부터 센서 디바이스 정보를 인출하는 데 사용되는 보안 기준 태그를 제공하도록 구성된 보안 ID 칩을 더 포함한다.
예 12: 센서 디바이스를 사용하여 자극을 감지하는 방법은 센서 디바이스의 근거리 통신(NFC) 회로에 의해, NFC 표준 프로토콜을 사용하여 모바일 디바이스로부터 유도 전류를 수신하는 단계를 포함하며, 유도 전류는 센서 디바이스에 전력을 공급하는 데 사용된다. 상기 방법은 센서 디바이스의 검출기 회로에 의해, 자극을 검출하는 단계를 더 포함한다. 제1 검출기 회로는 저항성 변화 폴리머, 용량성 시프트 폴리머, 유전체 변화 폴리머, 그래핀 기반 센서, 또는 금속 산화물(MOX) 타입 검출기이다. 상기 방법은 또한 센서 디바이스의 센서 회로에 의해, 자극을 디지털 신호로 변환하는 단계, 및 센서 디바이스의 NFC 데이터 트랜시버에 의해, NFC 표준 프로토콜을 사용하여 그 디지털 신호를 모바일 디바이스에 송신하는 단계를 포함한다.
예 13: 예 12의 방법에 있어서, 센서 디바이스의 제2 검출기 회로에 의해, 제2 자극을 검출하는 단계를 더 포함하며, 상기 제2 검출기 회로는 저항성 변화 폴리머, 용량성 시프트 폴리머, 유전체 변화 폴리머, 그래핀 기반 센서, 또는 금속 산화물(MOX) 타입 검출기를 포함한다. 상기 방법은, 센서 회로에 의해 제2 자극을 제2 디지털 신호로 변환하는 단계 및 NFC 데이터 트랜시버에 의해, 제2 디지털 신호를 모바일 디바이스에 송신하는 단계를 더 포함한다.
예 14: 예 12의 방법에 있어서, 센서 디바이스의 멤브레인 필터에 의해, 검출기 회로로부터 원하지 않는 자극물을 필터링하는 단계 및 자극을 검출기 회로로 지향시키는 단계를 더 포함한다.
예 15: 예 12의 방법에 있어서, NFC 데이터 트랜시버에 의해, 모바일 디바이스로부터 데이터를 수신하는 단계를 더 포함하고, 데이터는 자극을 디지털 신호로 변환하는 데 사용된다.
예 16: 예 15의 방법에 있어서, 데이터는 캘리브레이션 데이터 또는 처리 명령어를 포함한다.
예 17: 예 12의 방법에 있어서, 센서 디바이스의 희생 센서 회로에 의해, 검출기 회로의 성능에서 드리프트를 결정하는 데 사용되는 베이스 라인 측정치를 검출하는 단계를 더 포함한다.
예 18: 예 17의 방법에 있어서, 희생 센서 회로의 베이스 라인 측정치에 따라 검출기 회로의 노후화를 결정하는 단계를 더 포함한다.
예 19: 예 12의 방법에 있어서, 자극을 검출하는 단계는 내부 클록 또는 타이밍 회로에 따라 미리 결정된 시간 간격으로 자극을 측정하는 단계를 더 포함한다.
예 20: 예 12의 방법에 있어서, 자극을 검출하기 전에 센서 디바이스를 활성화시키는 단계를 더 포함하며, 센서 디바이스는 활성화되기 전에 비활성화 모드에 있다.
예 21: 예 20의 방법에 있어서, 센서를 활성화시키는 단계는 센서 디바이스의 사용자에 의한 호흡 응축물에 대한 노출에 응답하여 센서 디바이스를 활성화하는 단계를 포함한다.
예 22: 센서 디바이스는 검출기 회로, 근거리 통신(NFC) 회로, 센서 회로, 비 일시적 메모리 스토리지, 및 프로세서를 포함한다. 검출기 회로는 저항성 변화 폴리머, 용량성 시프트 폴리머, 유전체 변화 폴리머, 그래핀 기반 센서, 또는 금속 산화물(MOX) 타입 검출기를 포함한다. NFC 전력 수신기는 안테나 및 전력 관리 유닛을 포함한다. NFC 회로는 NFC 표준 프로토콜을 사용하여 모바일 디바이스로부터 유도 전류를 수신하도록 구성되며, 유도 전류는 센서 디바이스를 동작시키는 데 사용된다. 비 일시적 메모리 스토리지는 명령어를 포함하고, 프로세서는 비 일시적 메모리 스토리지와 통신한다. 프로세서는, 검출기 회로를 사용하여 자극을 검출하고, 센서 회로를 사용하여 자극을 디지털 신호로 변환하고, NFC 데이터 트랜시버 회로에 의해 NFC 표준 프로토콜을 사용하여 모바일 디바이스에 디지털 신호를 송신하는 명령어를 실행한다.
예 23: 예 22의 센서 디바이스에 있어서, 사용자 액션 트리거 스위치를 더 포함하며, 프로세서는 사용자 액션 트리거 스위치의 활성화시 센서 디바이스가 자극을 검출하게 하고 사용자 액션 트리거 스위치의 비활성화시 센서 디바이스를 디스에이블시키는 명령어를 실행한다.
예 24: 예 23의 센서 디바이스에 있어서, 사용자 액션 트리거 스위치의 활성화는 NFC 전력 수신기의 안테나를 전력 관리 유닛에 연결하는 것을 포함한다.
예 25: 예 23의 센서 디바이스에 있어서, 사용자 액션 트리거 스위치의 비활성화는 NFC 전력 수신기의 안테나를 전력 관리 유닛으로부터 분리하는 것을 포함한다.
예 26: 예 22의 센서 디바이스에 있어서, 프로세서는 모바일 디바이스로부터 캘리브레이션 데이터를 수신하는 명령어를 실행하며, 상기 자극은 상기 캘리브레이션 데이터를 사용하여 상기 디지털 신호로 변환된다.
예 27: 예 22의 센서 디바이스에 있어서, 프로세서는 디지털 신호를 비 일시적 메모리 스토리지에 저장하는 명령어를 실행한다.
예 28: 예 22의 센서 디바이스에 있어서, 센서 디바이스는 비활성화 모드에 있고, 프로세서가 센서 디바이스의 스위치를 트리거하는 것에 응답하여 센서 디바이스를 활성화하는 명령어를 실행한다.
예 29: 예 28의 센서 디바이스에 있어서, NFC에 의해 수신된 유도 전류에 따라 전력 전하를 저장하도록 구성된 전하 저장 디바이스를 더 포함한다.
본 발명이 예시적인 실시예를 참조하여 기술되었지만, 이러한 기술은 제한적인 의미로 해석되도록 의도하는 것이 아니다. 예시적인 실시예 및 본 발명의 다른 실시예의 다양한 변경 및 조합은 본 설명을 참조하면 당업자에게는 명백할 것이다. 그러므로, 첨부된 청구범위는 임의의 그러한 변형예 또는 실시예를 포괄하는 것으로 의도된다.

Claims (29)

  1. 센서 디바이스로서,
    제1 자극을 검출하도록 구성된 제1 검출기 회로 - 상기 제1 검출기 회로는 저항성 변화 폴리머, 용량성 시프트 폴리머, 유전체 변화 폴리머, 그래핀 기반 센서, 또는 금속 산화물(MOX) 타입 검출기를 포함함 - ;
    근거리 통신(NFC) 회로 - 상기 NFC 회로는 NFC 표준 프로토콜을 사용하여 모바일 디바이스로부터 전력을 수신하고 상기 센서 디바이스에 동작 전력을 제공하도록 구성되는 NFC 전력 수신기; 및 상기 NFC 표준 프로토콜을 사용하여 상기 모바일 디바이스에 상기 제1 자극에 대응하는 데이터를 송신하도록 구성되는 NFC 데이터 트랜시버를 포함함 - ; 및
    상기 제1 검출기 회로 및 상기 NFC 회로를 수용하도록 구성되는 센서 패키지를 포함하는
    센서 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    제1 멤브레인 필터를 더 포함하되, 상기 제1 멤브레인 필터는
    상기 제1 자극을 상기 제1 검출기 회로로 지향시키고,
    상기 제1 검출기 회로로부터의 원하지 않는 자극을 차단하도록 구성되는
    센서 디바이스.
  3. 제2항에 있어서,
    제2 자극을 검출하도록 구성된 제2 검출기 회로를 더 포함하며, 상기 제2 검출기 회로는 저항성 변화 폴리머, 용량성 시프트 폴리머, 유전체 변화 폴리머, 그래핀 기반 센서, 또는 금속 산화물(MOX) 타입 검출기를 포함하는
    센서 디바이스.
  4. 제3항에 있어서,
    제2 멤브레인 필터를 더 포함하되, 상기 제2 멤브레인 필터는
    상기 제2 자극을 상기 제2 검출기 회로로 지향시키고,
    상기 제2 검출기 회로로부터의 제2의 원하지 않는 자극을 차단하도록 구성되는
    센서 디바이스.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 센서 패키지는 스티커의 폼 팩터를 갖는
    센서 디바이스.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 센서 패키지는 접착 밴드의 폼 팩터를 갖는
    센서 디바이스.
  7. 제1항에 있어서,
    제2 검출기 회로를 포함한 희생 센서 회로를 더 포함하며, 상기 제2 검출기회로는 멤브레인 필터를 사용하여 상기 제1 자극으로부터 격리되도록 구성되며, 상기 희생 센서 회로는 상기 제1 검출기 회로의 성능에서 드리프트를 결정하는 데 사용되는 기준 측정치로서 구성되는
    센서 디바이스.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 센서 디바이스에 보안 액세스를 제공하도록 구성된 보안 ID 칩을 더 포함하는
    센서 디바이스.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 센서 디바이스의 캘리브레이션 정보를 저장하도록 구성되는 보안 ID 칩; 및
    상기 제1 자극 및 상기 캘리브레이션 정보에 따라 상기 NFC 데이터 트랜시버에 의해 송신된 데이터를 생성하도록 구성되는 프로세서를 더 포함하는
    센서 디바이스.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 센서 디바이스의 인증의 검증을 제공하도록 구성된 보안 ID 칩을 더 포함하는
    센서 디바이스.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 센서 디바이스에 특정된 외부 디바이스로부터 센서 디바이스 정보를 인출하는 데 사용되는 보안 기준 태그를 제공하도록 구성된 보안 ID 칩을 더 포함하는
    센서 디바이스.
  12. 센서 디바이스를 사용하여 자극을 감지하는 방법으로서,
    상기 센서 디바이스의 근거리 통신(NFC) 회로에 의해, NFC 표준 프로토콜을 사용하여 모바일 디바이스로부터 유도 전류를 수신하는 단계 - 상기 유도 전류는 상기 센서 디바이스에 전력을 공급하는 데 사용됨 -;
    상기 센서 디바이스의 검출기 회로에 의해, 자극을 검출하는 단계 - 상기 검출기 회로는 저항성 변화 폴리머, 용량성 시프트 폴리머, 유전체 변화 폴리머, 그래핀 기반 센서, 또는 금속 산화물(MOX) 타입 검출기를 포함함 -;
    상기 센서 디바이스의 센서 회로에 의해, 상기 자극을 디지털 신호로 변환하는 단계; 및
    상기 센서 디바이스의 NFC 데이터 트랜시버에 의해, 상기 NFC 표준 프로토콜을 사용하여 상기 모바일 디바이스로 상기 디지털 신호를 송신하는 단계를 포함하는
    방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 센서 디바이스의 제2 검출기 회로에 의해, 제2 자극을 검출하는 단계 - 상기 제2 검출기 회로는 저항성 변화 폴리머, 용량성 시프트 폴리머, 유전체 변화 폴리머, 그래핀 기반 센서, 또는 금속 산화물(MOX) 타입 검출기를 포함함 -;
    상기 센서 회로에 의해, 상기 제2 자극을 제2 디지털 신호로 변환하는 단계; 및
    상기 NFC 데이터 트랜시버에 의해, 상기 제2 디지털 신호를 상기 모바일 디바이스로 송신하는 단계를 더 포함하는
    방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 센서 디바이스의 멤브레인 필터에 의해, 상기 검출기 회로로부터 원하지 않는 자극물을 필터링하는 단계; 및 상기 자극을 상기 검출기 회로로 지향시키는 단계를 더 포함하는
    방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 NFC 데이터 트랜시버에 의해, 상기 모바일 디바이스로부터 데이터를 수신하는 단계를 더 포함하며, 상기 데이터는 상기 자극을 상기 디지털 신호로 변환하는 데 사용되는
    방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 데이터는 캘리브레이션 데이터 또는 처리 명령어를 포함하는
    방법.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 센서 디바이스의 희생 센서 회로에 의해, 상기 검출기 회로의 성능에서 드리프트를 결정하는 데 사용되는 베이스 라인 측정치를 검출하는 단계를 더 포함하는
    방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 희생 센서 회로의 상기 베이스 라인 측정치에 따라 상기 검출기 회로의 노후화를 결정하는 단계를 더 포함하는
    방법.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 자극을 검출하는 단계는 내부 클록 또는 타이밍 회로에 따라 미리 결정된 시간 간격으로 상기 자극을 측정하는 단계를 더 포함하는
    방법.
  20. 제12항에 있어서,
    상기 자극을 검출하기 전에 상기 센서 디바이스를 활성화시키는 단계를 더 포함하며, 상기 센서 디바이스는 활성화되기 전에 비활성화 모드에 있는
    방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 센서를 활성화시키는 단계는 상기 센서 디바이스의 사용자에 의한 호흡 응축물에 대한 노출에 응답하여 상기 센서 디바이스를 활성화하는 단계를 포함하는
    방법.
  22. 센서 디바이스로서,
    저항성 변화 폴리머, 용량성 시프트 폴리머, 유전체 변화 폴리머, 그래핀 기반 센서, 또는 금속 산화물(MOX) 타입 검출기를 포함하는 검출기 회로;
    안테나 및 전력 관리 유닛을 포함하고, 근거리 통신(NFC) 표준 프로토콜을 사용하여 모바일 디바이스로부터 유도 전류를 수신하도록 구성된 근거리 통신(NFC) 전력 수신기 - 상기 유도 전류는 상기 센서 디바이스를 동작시키는 데 사용됨 -;
    센서 회로;
    NFC 데이터 트랜시버 회로;
    명령어를 포함하는 비 일시적 메모리 스토리지; 및
    상기 비 일시적 메모리 스토리지와 통신하는 프로세서를 포함하며; 상기 프로세서는:
    상기 검출기 회로를 사용하여 자극을 검출하는 것;
    상기 센서 회로를 사용하여 상기 자극을 디지털 신호로 변환하는 것; 및
    상기 NFC 데이터 트랜시버 회로에 의해 상기 NFC 표준 프로토콜을 사용하여 상기 모바일 디바이스에 상기 디지털 신호를 송신하는 것을 수행하는 명령어를 실행하는
    센서 디바이스.
  23. 제22항에 있어서,
    사용자 액션 트리거 스위치를 더 포함하고, 상기 프로세서는:
    상기 센서 디바이스가 상기 사용자 액션 트리거 스위치의 활성화시 상기 자극을 검출하게 하는 것; 및 상기 사용자 액션 트리거 스위치의 비활성화시 상기 센서 디바이스를 디스에이블하는 것을 수행하는 명령어를 실행하는
    센서 디바이스.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 사용자 액션 트리거 스위치의 활성화는 상기 NFC 전력 수신기의 안테나를 상기 전력 관리 유닛에 연결하는 것을 포함하는
    센서 디바이스.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 사용자 액션 트리거 스위치의 비활성화는 상기 NFC 전력 수신기의 안테나를 상기 전력 관리 유닛으로부터 분리하는 것을 포함하는
    센서 디바이스.
  26. 제22항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 모바일 디바이스로부터 캘리브레이션 데이터를 수신하는 명령어를 실행하며, 상기 자극은 상기 캘리브레이션 데이터를 사용하여 상기 디지털 신호로 변환되는
    센서 디바이스.
  27. 제22항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 디지털 신호를 상기 비 일시적 메모리 스토리지에 저장하는 명령어를 실행하는
    센서 디바이스.
  28. 제22항에 있어서,
    상기 센서 디바이스는 비활성화 모드에 있고, 상기 프로세서는 상기 센서 디바이스의 스위치를 트리거하는 것에 응답하여 상기 센서 디바이스를 활성화하는 명령어를 실행하는
    센서 디바이스.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 NFC에 의해 수신된 유도 전류에 따라 전력 전하를 저장하도록 구성된 전하 저장 디바이스를 더 포함하는
    센서 디바이스.
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