KR20220087389A

KR20220087389A - 응력 센서 및 그 동작 방법들

Info

Publication number: KR20220087389A
Application number: KR1020210180839A
Authority: KR
Inventors: 알피오 잔치
Original assignee: 더 보잉 컴파니
Priority date: 2020-12-17
Filing date: 2021-12-16
Publication date: 2022-06-24
Also published as: CN114649232A; US20220196493A1; EP4016029B1; JP2022096640A; EP4016029A1

Abstract

기판 및 기판 상에 배치된 브리지 회로를 포함하는 응력 센서가 제공된다. 브리지 회로는 출력 노드와 접지 노드 사이에 결합된다. 브리지 회로는 제1 브랜치 및 제2 브랜치를 포함하며, 제1 브랜치는 제1 중간 노드에서 튜닝 가능한 저항기에 결합되는 제1 저항기를 갖는다. 제2 브랜치는 제2 중간 노드에서 Rref 값의 가변 기준 저항기에 결합된 제2 저항기를 가지며, 가변 기준 저항기는 복수의 이산 값들(Rref)에 걸쳐 스위핑하도록 구성된다. 브리지 회로는 또한, 제1 중간 노드에 결합된 양의 입력 단자 및 제2 중간 노드에 결합된 음의 입력 단자를 갖는 증폭기를 포함한다. 증폭기는 Rref 값의 그리고 기판에 가해진 기계적 응력의 함수로써 출력 노드에서 디지털 전압 출력을 발생시키도록 구성된다.

Description

응력 센서 및 그 동작 방법들{STRESS SENSOR AND METHODS OF OPERATING SAME}

본 개시내용의 분야는 일반적으로 응력 센서들에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 응력 모니터링을 위해 구성된 브리지 회로를 포함하는 응력 센서 및 이를 동작시키는 방법들에 관한 것이다.

많은 전기 시스템들은 예를 들어, 그리고 제한 없이, 실리콘 웨이퍼들을 포함하는 반도체 웨이퍼들 상에 제작된 전자 회로들로 구현되거나 이러한 전자 회로들을 포함한다. 반도체 웨이퍼들의 처리 및 패키징은 톱질 동작 자체, 또는 웨이퍼들 자체로부터 절단된 다이들을 패키지 내부에 밀봉하기 위한 후속 성형 공정으로 인해, 다이들에 간혹 기계적 응력을 도입시킨다. 이러한 응력들은 전기 시스템의 성능, 전기 시스템의 회로들 및 전기 시스템의 구조들에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 패키징 후 응력은 아날로그-디지털 변환기들, 디지털-아날로그 변환기들 및 전압 기준 회로들의 정밀도에 주목할 만한 영향을 미친다. 이러한 응력들은 웨이퍼 상에 구현된 트랜지스터들의 캐리어 이동성에 더 영향을 줄 수 있다. 이에 따라, 더 큰 회로 또는 단일 칩 시스템(SoC: system on chip)에 작용하는 기계적 응력들의 특성을 나타내기 위해 응력 센서들이 전자 회로들에 흔히 통합된다.

(1) 정확하고 용이하게 판독되고, (2) 고감도, 고분해능 및 개선된 안정성을 제공하는 간단한 응력 센서들을 갖는 것이 바람직하다.

본 개시내용의 일 양상에 따르면, 응력 센서 회로가 제공된다. 응력 센서 회로는 기계적 응력을 받도록 구성된 기판, 및 기판 상에 배치되며 출력 노드와 접지 노드 사이에 결합된 브리지 회로를 포함한다. 브리지 회로는 R1 값의 제1 저항기를 갖는 제1 브랜치(branch)를 포함하며, 제1 저항기는 제1 중간 노드에서 R 값의 튜닝 가능 저항기에 결합된다. 브리지 회로는 또한, R2 값의 제2 저항기를 갖는 제2 브랜치를 포함하며, 제2 저항기는 제2 중간 노드에서 Rref 값의 가변 기준 저항기에 결합되고, 가변 기준 저항기는 복수의 이산 값들(Rref)에 걸쳐 스위핑(sweep)하도록 구성된다. 브리지 회로는, 제1 중간 노드에 결합된 양의 입력 단자, 및 제2 중간 노드에 결합된 음의 입력 단자를 갖는 증폭기를 더 포함한다. 증폭기는 Rref 값의 그리고 기판에 가해진 기계적 응력의 함수로써 출력 노드에서 디지털 전압 출력을 발생시키도록 구성된다.

본 개시내용의 또 다른 양상에 따르면, 기판에 대한 기계적 응력을 측정하는 방법이 제공된다. 이 방법은 출력 노드와 접지 사이에 결합된 브리지 회로에 전압 공급부를 공급하는 단계를 포함한다. 브리지 회로는 R1 값의 제1 저항기를 갖는 제1 브랜치 ― 제1 저항기는 R 값의 튜닝 가능 저항기에 결합됨 ―, 및 R2 값의 제2 저항기를 갖는 제2 브랜치 ― 제2 저항기는 Rref 값의 가변 기준 저항기에 결합됨 ―를 포함한다. 이 방법은 또한, 복수의 이산 값들(Rref)에 걸쳐 가변 기준 저항기를 스위핑함으로써 Rref 값을 변화시키는 단계, 및 기계적 응력 및 Rref 값의 함수로써 변화하는, 출력 노드에서의 디지털 전압 출력을 판독하는 단계를 포함한다.

본 개시내용의 추가 양상에 따르면, 응력 센서 시스템이 제공된다. 이 시스템은 기계적 응력을 받도록 구성된 기판, 및 기판 상에 배치되며 출력 노드와 접지 노드 사이에 결합된 브리지 회로를 포함한다. 브리지 회로는 R1 값의 제1 저항기를 갖는 제1 브랜치 ― 제1 저항기는 제1 중간 노드에서 R 값의 튜닝 가능 저항기에 결합됨 ―, 및 R2 값의 제2 저항기를 갖는 제2 브랜치 ― 제2 저항기는 제2 중간 노드에서 Rref 값의 가변 기준 저항기에 결합됨 ―를 포함한다. 브리지 회로는 또한, 제1 중간 노드에 결합된 양의 입력 단자, 및 제2 중간 노드에 결합된 음의 입력 단자를 갖는 증폭기를 포함한다. 증폭기는 Rref 값의 그리고 기판에 가해진 기계적 응력의 함수로써 출력 노드에서 디지털 전압 출력을 발생시키도록 구성된다. 이 시스템은 또한, 가변 기준 저항기에 그리고 출력 노드에 결합된 마이크로프로세서를 포함한다. 마이크로프로세서는, 복수의 이산 값들(Rref)에 걸쳐 스위핑하도록 가변 기준 저항기를 제어하고, 그리고 출력 노드에서 디지털 출력을 판독하도록 구성된다.

논의된 특징들, 기능들 및 이점들은 다양한 실시예들에서는 독립적으로 달성될 수 있거나 또 다른 실시예들에서는 조합될 수 있는데, 이들의 추가 세부사항들은 다음 설명 및 도면들과 관련하여 확인될 수 있다.

도 1은 응력 센서 회로의 일 실시예의 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 응력 센서 회로 내의 저항 값 시프트들에 대한 예시적인 디지털 전압 출력 응답의 그래프이다.
도 3은 도 1에 도시된 응력 센서 회로 내의 기준 저항 값의 제어된 변동에 대한 예시적인 디지털 전압 출력 응답의 그래프이다.
도 4는 기판에 대한 기계적 응력을 측정하는 방법의 일 실시예의 흐름도이다.
도 5는 기판에 대한 기계적 응력을 측정하는 방법의 다른 실시예의 흐름도이다.

본 명세서에서 사용될 때, 단수로 언급되며 단수 표현이 선행되는 엘리먼트 또는 단계는, 복수의 엘리먼트들 또는 단계들을 배제하는 것이 명백하게 언급되지 않는 한 그와 같이 배제하지는 않는 것으로 이해되어야 한다. 더욱이, 본 발명의 "일 실시예" 또는 "예시적인 실시예"에 대한 언급들은 열거된 특징들을 또한 포함하는 추가 실시예들의 존재를 배제하는 것으로 해석되도록 의도되는 것은 아니다.

본 명세서에서 설명되는 응력 센서들의 실시예들은 특정 정밀 전압 기준(PVR: precision voltage reference) 회로들, 이를테면 "Precision Voltage Reference Circuit with Tunable Resistance"라는 명칭으로, Illinois, Chicago 소재의 The Boeing Company에 양도되었으며, 이로써 그 전체가 인용에 의해 본 명세서에 포함되는 미국 특허 제9,405,305호에서 기술되는 PVR 회로들, 또는 "Stress Sensor"라는 명칭으로, Illinois, Chicago 소재의 The Boeing Company에 양도되었으며, 이로써 그 전체가 인용에 의해 본 명세서에 포함되는 미국 특허 제10,704,969호에서 기술되는 응력 센서 회로들과 구조가 유사한 브리지 회로를 제공한다. 이러한 PVR 회로들은 일반적으로, 다양한 연령, 온도 변화 및 방사 이벤트들 하에서 안정적인 전압 출력을 제공하도록 설계된다. 전압 기준의 작은 시프트들도 가속, 위치 및 회전의 오류들로 해석되기 때문에, 이러한 정밀도는 매우 중요하다. 예를 들어, 대륙간 미사일들 및 우주선들을 포함하는 장거리 유도 방식 차량들과 같은 일부 차량들은 정밀도 및 정확도의 오류에 대해 이러한 차량들의 낮은 허용 오차를 충족시키도록 관성 진자 기반 항법 시스템들, 자이로스코픽 기반 항법 시스템들, 또는 이 두 시스템들의 어떤 조합을 사용한다.

본 개시내용의 시스템들 및 방법들은 응력 센서들로부터의 출력들이 온도, 공급, 주파수 및 다른 환경 변수들의 바람직하지 않은 변동들에 대해 특히 탄력적이 되도록 응력 센서들의 안정성 및 분해능을 개선한다. 응력 센서의 하나의 저항성 엘리먼트는 토글 임계치들 사이에서 디지털 방식으로 구동되는데, 여기서 응력 센서로부터의 전압 출력은 고 출력과 저 출력(예컨대, "1"로 지칭되는 고 출력과 "0"으로 지칭되는 저 출력) 간에서 스위칭 또는 토글한다. 개시되는 시스템들 및 방법들은 이러한 응력 센서들의 히스테리시스(hysteretic) 성질을 그리고 이러한 토글 임계 값들의 디지털 표현의 고분해능 식별을 가능하게 하도록 평균화의 이점들을 활용한다. 이러한 이점들은 응력 센서 내에 ADC를 요구하지 않고 실현된다. 본 개시내용의 시스템들 및 방법들은 본 명세서에서 추가로 설명되는 바와 같은 응력 센서의 전압 출력 특징들에 추가로 의존하는데, 이는 출력이 디지털 디바이스(예컨대, 마이크로컨트롤러, 마이크로프로세서 및 필드 프로그래밍 가능 게이트 어레이(FPGA: field-programmable gate array) 등)에 직접 공급될 수 있도록 디지털 출력을 효과적으로 모방한다.

본 명세서에서 설명되는 응력 센서들은 또한, 보다 큰 기계 구조들로 통합되는 반도체 웨이퍼들 상에 구현될 수 있는데, 여기서 보다 큰 기계 구조들의 기계적 변형들은 반도체 웨이퍼들 자체의 기계적 변형들에 강하게 결합된다. 이러한 실시예들은 보다 큰 기계 구조들에 대한 국소 응력들의 미소 규모 모니터링을 가능하게 한다. 본 명세서에서 설명되는 응력 센서들의 실시예들은 보다 큰 감도, 보다 간단한 구현, 및 보다 쉬운 동작, 예컨대 보다 간단하고 보다 정확한 디지털 판독을 제공한다.

도 1은 기판(102) 상에 배치된 응력 센서 회로(100)의 일 실시예의 개략도이다. 응력 센서 회로(100)는 출력 노드(Vout)와 접지 노드(GND) 사이에 결합된 브리지 회로(110)를 포함한다. 출력 노드 및 출력 노드 상에 존재하는 출력 전압은 본 명세서에서 Vout으로 상호 교환 가능하게 지칭된다. 브리지 회로(110)는 R1 값의 저항기(114) 및 R 값의 다른 저항기(116)를 갖는, 간혹 튜닝 브랜치로 지칭되는 제1 브랜치(112)를 포함한다. 제1 브랜치(112) 내에서, 저항기들(114, 116) 사이에는 제1 중간 노드(118)가 있다. 브리지 회로(110)는 또한, R2 값의 저항기(122) 및 Rref 값의 가변 기준 저항기(124)를 갖는, 간혹 가변 브랜치로 지칭되는 제2 브랜치(120)를 또한 포함한다. 제2 브랜치(120) 내에서, 저항기들(122, 124) 사이에는 제2 중간 노드(126)가 있다. 특정 실시예들에서, 제1 브랜치(112) 및 제2 브랜치(120) 각각의 저항기들(114, 122) 및 저항기(124)는 정밀 저항기들이어서, 이러한 저항기들이 온도 안정적이고 방사 안정적이게 한다. 특정 실시예들에서, 저항기들(114, 122)은 동일한 값을 갖는 반면, 다른 실시예들에서, 저항기들(114, 122)은 상이한 값을 갖는다. 더욱이, 저항기들(114, 122)이 동일한 배향을 갖는 것으로 도시되지만, 일부 실시예들에서, 저항기(122)는 저항기(114)에 실질적으로 직교하게 배향된다.

브리지 회로(110)는 또한 제1 중간 노드(118)와 제2 중간 노드(126) 사이의 브리지로서 결합된 증폭기(140)를 포함한다. 증폭기(140)에는 전압(Vdd)이 공급된다. 증폭기(140)는 제1 중간 노드(118)에 결합된 양의 입력 단자 및 제2 중간 노드(126)에 결합된 음의 입력 단자를 포함한다. 증폭기(140)는 또한 Vout에 결합된 출력 단자를 포함한다. 특정 실시예들에서, 증폭기(140)는 복수의 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET: metal-oxide semiconductor field effect transistor)들을 포함하여, 증폭기(140)를 온도 안정적이고 방사 안정적으로 만든다.

동작 동안, Vout은 R1 및 R 값들, 그리고 R2 및 Rref 값들에 각각 기초하여 제1 브랜치(112) 및 제2 브랜치(120)로 분배된다. 제1 중간 노드(118)에서 전압(Vb)이 제시되고, 제2 중간 노드(126)에서 전압(Va)이 제시된다. 제2 브랜치(120)에 의해 형성된 분배기는 상대적으로 선형적인데, 즉 Va는 Vout에 대해 선형적이다. 특정 실시예들에서, 이를테면 PVR 회로들에서, 제1 브랜치(112)에 의해 형성된 분배기는 바람직하게는, 저항기(116) 및 그의 값(R)의 구현에 기반하여 실질적으로 비선형적인데, 즉 Vb는 Vout에 대해 실질적으로 비선형적이다. 이러한 어레인지먼트는 PVR 회로 출력을 R1, R2 및 Rref의 저항 값들의 변화들에 대해 덜 민감하게 만든다. 본 명세서에서 설명되는 브리지 회로들의 다른 실시예들에서, 제1 브랜치(112)에 의해 형성된 분배기는 바람직하게는, 상대적 저항 값들(R1, R2, Rref)이 예를 들어, 기계적 응력들로 인해 서로에 대해 시프트할 때, 더 크고 더 갑작스러운 감도의 Vout을 산출하도록 저항기(116)의 구현에 기반하여 보다 선형적(예컨대, 단지 약간만 비선형적)이다.

증폭기(140)는 선형 고이득 오차 증폭기로서 동작하며, 브랜치들에 피드백되는 Vout을 생성하여, 브리지 회로(110)에 대한 자체 참조로서의 역할을 한다. 증폭기(140)를 사용하는 브리지 회로(110)의 자체 참조는 공급 의존성을 실질적으로 없애며, (도시되지 않은) 시동 회로를 통해 시동 전압이 인가되면 폐쇄 루프 수렴을 제공한다. 시동 회로는 예를 들어, 전원이 켜질 때 제2 중간 노드(126)에서 전압(Va)을 상승시킴으로써 루프를 활성화한다. 증폭기(140)는 크게 규제되지 않는 전압 공급부에 의해 공급되며, 적어도 100㏈의 전력 공급 제거(PSR: power supply rejection)로 구현될 수 있다. 더욱이, 증폭기(140)는 폐쇄 루프의 순방향 경로에서 동작하며, 이는 예컨대, 브리지의 안정성에 대한 온도 및 방사 대 증폭기 자체의 시프트들의 영향을 감소 및/또는 최소화한다.

응력 센서 회로의 일 실시예에서, 저항기(116)의 값(R)(R=1/CF)은 준-상수로 유지된다. 이는 주파수(F)를 일정한 값으로, 커패시턴스(C)를 일정한 값으로 튜닝하고, 브리지의 중간 노드들의 그리고 이후 그 출력(Vout)을 포함하여 회로 전체의 평형을 제공하도록 (예컨대, 미국 특허 제10,704,969호에 도시된 바와 같은 스위치드 커패시터 등가 저항기(116)를 형성하는 반도체 스위치들의 접합 커패시터들과 같은) 기생 엘리먼트들의 작은 잔류 비선형성에 의존함으로써 이루어진다. 이런 식으로, 응력 센서 회로(100)는 R1, R2, 또는 이들 간의 차이의 변화들에 비교적 더 민감하다. 이러한 값들 중 임의의 값이 변할 때, Vout은 고 출력에서 저 출력으로(예컨대, "1"로 설정된 고 출력에서 "0"으로 설정된 저 출력으로) 비교적 갑작스러운 변화를 경험한다. 일부 경우들에서, 응력 센서 회로(100)가 최적으로 민감하도록 저항기(R)를 원하는 초기 상태로 튜닝하는 것이 어려울 수 있다. 더욱이, 응력 센서 회로(100)의 초기화 시간과 그로부터의 판독 시간 사이에 온도, 노화(aging), 공급 및 주파수와 같은 다양한 환경 요인들이 변한다. 그러한 경우들에서, 센서 출력의 잘못된 트리거들 또는 누락된 트리거들이 발생할 수 있다.

본 개시내용에 따르면, 제1 브랜치(112)는 증폭기(140)를 통해 적어도 어느 정도의 긍정적인 피드백을 나타낸다고 인식된다. 구체적으로, Vout이 고 출력일 때, 이 전압 출력은 저항기(114)와 저항기(116) 사이의 전압 분할의 결과로서 증폭기(140)의 양의 단자에서, 그에 따른 더 높은 전압에 기여하고, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 예시적인 실시예에서, 증폭기(140)는 고 출력으로부터 저 출력으로의 값들(R1 또는 R2)(또는 이들 간의 차이)의 변화에 대한 응답으로 가파른 전압 출력 시프트를 나타낸다. 이러한 전압 출력 시프트는 전압 출력 곡선(200)과 함께 도 2에 그래프로 도시된다. 따라서 브리지 회로(110)의 저항성 엘리먼트들 중 하나의 저항성 엘리먼트의 저항성 값― 구체적으로는, 저항기(124)의 값(Rref) ―을 변화시킴으로써, 고 출력과 저 출력 간에 그리고 저 출력과 고 출력 간에 토글 또는 스위칭하도록 Vout이 구동될 수 있다고 추가로 인식된다. 긍정적인 피드백 거동의 결과는 또한 센서 루프의 히스테리시스 성질인데(예컨대, 증폭기(140) 주위에 루프된 제1 브랜치(112)는 튜닝 가능 히스테리시스 비교기 또는 튜닝 가능 슈미트 트리거(Schmitt trigger)와 기능적으로 동일함), 이는 일치하는 것이 아니라, 오히려 변화되는 저항성 엘리먼트의 2개의 상이한 값들: 구체적으로는, 저항기(124)의 값(Rref)에서 발생하는 반대의 출력 토글 임계치들을 (상향 및 하향 저항 값 스위프들 동안) 나타낸다. 따라서 도 2에 도시된 전압 출력 거동은 2개의 상이한 토글 임계치들로: 업-스윙 저항성 램프 자극에 대해 한번 그리고 다운-스윙 저항성 램프 자극에 대해 한번 반복된다(본 명세서에서 추가로 설명되는 바와 같이, 도 3을 또한 참조).

다른 모든 엘리먼트들은 변경되지 않고 환경 조건들이 가능한 한 균일하게 유지되면서, 브리지 회로(110)의 토글 임계 값들을 포함하는 일정 범위의 값들 간에, 본 명세서에서 추가로 설명되는 바와 같이 Rref를 변화시킴으로써, 전압 출력의 토글이 유도될 수 있고, 결과적으로 이러한 토글 임계치들이 용이하게 식별될 수 있다. 증가 스위프와 감소 스위프 모두에서 이러한 범위의 값들에 걸쳐 Rref를 반복적으로 구동함으로써, (고 출력에서 저 출력으로, 그리고 저 출력에서 고 출력으로) Vout의 출력 레벨 토글이 발생하는 Rref의 값들의(또는 동일하게, 그 구동 파라미터들의) 통계적 분포가 획득될 수 있다. 통계적 분포들로부터, 평균화가 수행되어, 시스템이 평균화 기법들에 대해 알려진 판독 안정성 및 잡음 필터링의 이점들을 가질 수 있게 할 수 있다. 특히, Vout이 스위칭하게 하는 이산 Rref 값들의 상향 및 하향 디지털 "스위프"는 랜덤 잡음의 존재 시에도, 센서의 전환점들의 정확한 위치에 관한 더 많은 통계적 신뢰도를 축적하도록 반복될 수 있다.

Rref는 반복적으로 (ⅰ) 전압(Vout)이 고 출력에서 저 출력으로 스위칭하는 고 토글 임계치를 거쳐 최소 Rref 값에서 최대 Rref 값으로 증가되고, 그리고 (ⅱ) 전압(Vout)이 저 출력에서 고 출력으로 스위칭하는 저 토글 임계치를 거쳐 최대 Rref 값에서 최소 Rref 값으로 감소된다. 본 명세서에서 추가로 설명되는 바와 같이, Rref의 변동들에 대한 Vout의 히스테리시스 차동 전압 응답은 도 3에 도시된 그래프(300)에 도시된다. 수평 축은 저항(예컨대, Rref 값)이고, 수직 축은 전압(예컨대, 전압 출력(Vout))이다. 특히, Vout은 Rref를 변화시킴으로써 고 출력(Vref+, 예컨대 "1")과 저 출력(Vref-, 예컨대, "0") 간에 선택적으로 스위칭된다. Rref가 최소 값에서 최대 값으로 구동될 때, Vout은 출력 곡선(302)을 가로지르고, 히스테리시스 비교기 차동 입력은 β·Vref-에서 β·Vref+로 비례적으로 변화한다. Rref가 (예컨대, 306에서) 고 토글 임계치에 도달할 때, 출력 곡선(302)은 Vref+에서 Vref-로의 Vout의 전환을 반영한다. 마찬가지로, Rref가 최대 값에서 최소 값으로 구동될 때, Vout은 출력 곡선(304)을 가로지르고, 히스테리시스 비교기 차동 입력은 β·Vref+에서 다시 β·Vref-로 비례적으로 변화한다. Rref가 (예컨대, 308에서) 저 토글 임계치에 도달할 때, 출력 곡선들(304)은 Vref-에서 Vref+로의 Vout의 전환을 반영한다. 이 실시예에서, 계수 β = R(Vref)/[R1+R(Vref)]이고, 여기서 R은 위에서 설명된 바와 같이 클록 주파수(F) 및 고정 커패시턴스(C)에 의해 결정된다. 추가로, 최대 및 최소 Rref 값들은 미리 결정되고, (예컨대, 실제 임계 값과 잡음 사이의 구별을 가능하게 하는 어떤 미리 정의된 마진에 의해) 고 및 저 토글 임계 값들 위 및 아래에서 각각 선택된다.

예시적인 실시예에서, 저항기(124)는 디지털 방식으로 제어되는 전위차계(potentiometer) 또는 R-DAC로서 구현되며, 본 명세서에서는 "R-DAC(124)"로 지칭될 수 있다. R-DAC(124)는 고유 저항 값(예컨대, 직렬로 적용되는 내부 저항기들의 조합)을 각각 나타내는, 디지털 "워드들"로도 또한 지칭 되는 디지털 코드들을 사용하여 Rref 값을 변화시킨다. 예시적인 실시예에서, R-DAC(124)는 적어도 8-비트 길이인 디지털 워드들을 수용한다. 하나의 특정 실시예에서, R-DAC(124)는 LSB(Least Significant Bit)당 2.5㏀/256 = 9.8Ω의 분해능을 제공하는 8-비트 인터페이스를 갖는 2.5㏀ 디지털 전위차계를 포함하며, 이는 브리지 회로(110)의 등가 감지 분해능으로 변환된다. 이 데이터로부터, (예를 들어, ㎪ 단위로 압력으로서 표현되는) 등가의 최소 검출 가능 응력량이 계산될 수 있다.

일부 실시예들에서, R-DAC(124)는 마이크로컨트롤러, 마이크로프로세서, DSP, FPGA 등과 같은 디지털 디바이스(150)에 의해 인터페이스를 통해 제어 가능하다. 디지털 디바이스(150)는 디지털 디바이스(150)와 R-DAC(124) 간의 통신을 가능하게 하는 방식으로 R-DAC(124)에 결합된다. 디지털 디바이스(150)는 R-DAC(124)를 제어하기에(예컨대, R-DAC(124)가 Rref 값을 변화시키기 위해 사용하는 디지털 워드들을 저장하기에) 적합한 디지털 메모리 레지스터를 포함한다. 추가로 또는 대안으로, 디지털 디바이스(150)는 R-DAC(124)로부터 Rref를 제어하는 각각의 디지털 워드를 판독 및 기록한다. 또한, 디지털 디바이스(150)는 증폭기(140)의 출력 노드에서 Vout을 판독한다. 따라서 디지털 디바이스(150)는 Vout이 고 출력(예컨대, 1)에서 저 출력(예컨대, 0)으로, 그리고 저 출력에서 고 출력으로 스위칭하는 Rref(동등하게는, Rref 값)를 제어하는 R-DAC(124)에 공급된 디지털 워드를 판독 및 기록하도록 구성된다. 디지털 디바이스(150)는 센서의 디지털 출력 전압이 토글될 때 R-DAC(124)에 공급되는 대응하는 디지털 워드들로서 이러한 Rref 값들을 식별하고, 이러한 Rref 값들을 고 토글 임계치 및 저 토글 임계치로서 각각 기록한다.

특히, 그래프(300)에 도시된 바와 같이, 고 출력에서 저 출력으로 그리고 저 출력에서 고 출력으로의 Vout의 특징적 응답들은 아날로그 상태들이지만, 이들은 디지털 디바이스(150)에 의해 구별 가능하고 직접적으로 판독될 정도로 충분히 급격하다. 따라서 위에서 설명된 바와 같이, Vout은 디지털 출력과 기능적으로 동등한 것으로 간주될 수 있다. 이 디지털 출력은 어떠한 신호 사전 조정도 없이 그리고 어떠한 추가 비교기도 요구하지 않고 브리지 회로(110)를 사용하여 직접적으로 획득된다. 따라서 본 개시내용의 결과적인 브리지 회로(110)는 디지털 입력(예컨대, R-DAC(124)에 의해 사용되는 디지털 워드) 및 디지털 출력(예컨대, 디지털 디바이스(150)에 의해 직접 판독된 Vout 레벨)을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

일반적으로 고 또는 "1" 출력 및 저 또는 "0" 출력으로 지칭되는 고 및 저 전압 값들은 브리지 회로(110)의 특정 구조에 그리고 그 내부의 다양한 저항성 엘리먼트들의 값들뿐만 아니라 증폭기(140)의 특성들에도 의존한다고 쉽게 이해되어야 한다. 예를 들어, 일 특정 실시예에서, 고 출력은 1.0V 내지 1.2V이고, 저 출력은 0.2V 내지 0.4V이다. 그러나 본 개시내용은 고 출력과 저 출력 간의 차이가 (예컨대, Rref의 토글 임계치들에서의) 이들 사이의 시프트의 급격성으로 인해 쉽게 구별 가능하게 고분해능 Vout을 제공하도록 적절하게 일반화된다. 더욱이, 브리지 회로(110)는 이 회로의 실질적인 디지털 특징이 주어지면, 비교적 높은 잡음 내성을 나타낸다.

디지털 디바이스(150)에서 Vout의 전환이 검출될 때, (Rref 값을 제어하기 위해 R-DAC(124)에 발행된 디지털 워드에 의해 표현될 수 있는) Rref 값은, 본질적으로 랜덤할 때 고유한 "디더(dither)"로서 해석될 수 있는 열 잡음 및 다른 효과들에 의해 영향을 받는다. 이러한 디더는 응력 센서 회로(100)의 분해능을 증가시키는 데 유리하게 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서는, 응력 센서 회로(100)의 동작 동안 인공(예컨대, 디지털) 디더가 의도적으로 도입된다. 이러한 일부 실시예들에서, 이러한 디지털 디더는 (도시되지 않은) PRNG(Pseudo-Random Number Generation) 회로를 통해 생성된 랜덤 이진 잡음의 형태로 도입된다. Vout의 전환 값들은 각각 DC 상수 값이고, 관찰 중인 변수는 당연히 느리기 때문에, 이러한 인공 잡음의 단순한 저역 통과 필터링이 (예컨대, 매우 긴 평균화를 사용하여) 수행될 수 있고, 이로써 잡음의 대부분을 거부하고 관심 있는 값들을 격리시킬 수 있다. 일 특정 실시예에서, 저항기(Rref)에 병렬로 또는 직렬로 디지털 전위차계의 형태로 미세 디더가 도입된다. 이러한 추가 디지털 전위차계는 R-DAC(124)의 원래의 디지털 분해능의 1 LSB를 넘게 토글 임계치들의 범위를 넓히는 랜덤 디지털 워드에 의해 변조된다. 평균화 기법들과 결합하여, 이 방법은 (R-DAC(124)에 공급되는 고유 디지털 워드에 의해 표현되는) 정확한 토글 임계 값들(Rref)을 식별하는 것을 가능하게 한다.

응력 센서 회로(100)를 효과적으로 디지털화하기 위한 이러한 방법은 이전의 응력 센서들처럼, 회로 노화 및 환경 조건들(예컨대, 온도)의 변화들에 다소 취약하다고 인식된다. 이러한 변동들은 토글 임계 값들(Rref)에 랜덤하게 또는 체계적으로 영향을 미칠 수 있다. 일부 구현들에서, 예컨대 토글 임계 값(Rref)은 클록 주파수(F), 인가 전압(Vdd) 및/또는 온도의 변화들로 인해 4-6 LSB만큼 시프트된다. 이러한 시프트들은 응력 센서 회로(100)의 허위 긍정(false-positive) 트리거들을 야기할 수 있거나, 대안으로, 응력 센서 회로(100)에 의해 검출되는 것으로 여겨지는 기계적 응력의 변화들을 가리기에 충분히 중요할 수 있다.

Rref의 고 토글 임계 값 및 저 토글 임계 값 모두가 이러한 조건들에 의해 유사하게 영향을 받는다는 것이 본 개시내용에 따른 유리한 인식이다. 따라서 Rref의 고 토글 임계치 및 저 토글 임계치의 디지털 워드 표현들을 기록함으로써, 디지털 디바이스(150)는 이들 간의 차이를 계산하도록 구성된다. 즉, 디지털 디바이스(150)가 고 출력에서 저 출력으로의 Vout의 전환을 검출할 때, Rref가 최소 값에서 최대 값으로 상향 카운트로 증가됨에 따라, 디지털 디바이스(150)는 상향 Rref 스위프 동안 고 토글 임계치를 기록한다. 마찬가지로, 디지털 디바이스(150)가 저 출력에서 고 출력으로의 Vout의 전환을 검출할 때, Rref가 최대 값에서 최소 값으로 하향 카운트로 감소됨에 따라, 디지털 디바이스(150)는 후속하는 하향 Rref 스위프 동안 저 토글 임계치를 기록한다. 디지털 디바이스(150)는 차동 판독으로 지칭되는, 고 토글 임계치와 저 토글 임계치 간의 차이를 계산한다. 하나의 예시적인 구현에서, 위에서 설명된 바와 같이, 절대 토글 임계 값들의 더 큰 시프트들과는 대조적으로, 차동 판독은 클록 주파수(F), 인가 전압(Vdd) 및/또는 온도의 넓은 변동들에 대한 응답으로 최대 2 LSB까지만 시프트한다.

따라서 차동 판독은 절대 토글 임계 값들에 비해 개선된 안정성 및 신뢰성을 나타낸다. 결국, 환경/노화 조건들에 대한 감도를 감소시키면서, 응력 센서 회로(100)의 보다 정확한 동작이 가능해진다. Rref의 절대 토글 임계 값들과 관련하여 본 명세서에서 앞서 설명된 평균화의 동일한 이점들이 마찬가지로 차동 판독에 적용될 수 있다. 특히, 센서의 차동 판독의 분해능을 증가시키기 위해, 잡음 및/또는 다른 파라미터 변동을 도입하거나 시스템에서 자연적으로 발생하는 잡음/변동을 활용하면서, 상향 및 하향 스위프들이 임의의 횟수로 반복될 수 있다.

이에 따라, 응력 센서 회로(100)는 저항기들(114, 122)의 움직임(또는 이들 간의 차)을 훨씬 더 큰 분해능으로 측정할 수 있는 고감도 "저항-디지털 변환기(RDC: resistance to digital converter)" 회로이다.

도 4는 브리지 회로(110)가 배치되는 기판(102)에 대한 기계적 응력을 측정하는 방법(400)의 일 실시예의 흐름도이다. 출력 노드(Vout)와 접지 노드(GND) 사이에 결합된 브리지 회로(110)에 전압 공급부가 제공된다(410). 브리지 회로(110)는 (R1 값을 갖는) 저항기(114), (R 값을 갖는) 튜닝 가능 저항기(116), (R2 값을 갖는) 저항기(122) 및 (가변 값(Rref)을 갖는) 가변 기준 저항기(124)를 포함한다. 브리지 회로의 평형점 및 출력 노드 전압은 기판(102)이 받게 되는 기계적 응력의 함수로써 변화한다.

Rref의 복수의 이산 값들을 거쳐 가변 기준 저항기를 스위핑함으로써 Rref 값이 변화되고(420), 출력 노드에서의 디지털 전압 출력이 판독되며(430), 여기서 디지털 출력은 Rref 값 및 기판(102)에 대한 기계적 응력의 함수로써 변화한다.

방법(400)은 추가적인, 더 적은 그리고/또는 대안적인 단계들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 5는 위에서 설명된 단계들(410, 420, 430)뿐만 아니라 추가 단계들을 포함하는, 기판(102)에 대한 기계적 응력을 측정하는 다른 방법(500)의 다른 실시예의 흐름도를 도시한다. 특히, 제1 값에서 제2 값으로의 상향 스위프에서 (예컨대, R-DAC(124)에 의해) Rref 값을 증가시킴(510)으로써 Rref 값이 변화된다(420). 각각의 값은 다중 비트 디지털 워드(예컨대, 8-비트 이상의 디지털 워드)를 포함할 수 있다. 상향 스위프 동안 고 레벨에서 저 레벨로의 디지털 전압 출력의 제1 전환을 (예컨대, 디지털 디바이스(150)에 의해) 검출함(520)으로써 출력 노드에서의 디지털 전압이 판독된다(430). 검출된 제1 전환에 대응하는 Rref 값의 다중 비트 디지털 워드 표현이 (예컨대, 디지털 디바이스(150)에 의해) 고 토글 임계 값으로서 기록된다(530).

그 후, 제2 값에서 제1 값으로의 하향 스위프에서 (예컨대, R-DAC(124)에 의해) Rref 값을 감소시킴(540)으로써 Rref 값이 변화된다(420). 하향 스위프 동안 저 레벨에서 고 레벨로의 디지털 전압 출력의 제2 전환을 (예컨대, 디지털 디바이스(150)에 의해) 검출함(550)으로써 출력 노드에서의 디지털 전압이 판독된다(430). 검출된 제2 전환에 대응하는 Rref 값의 다중 비트 디지털 워드 표현이 (예컨대, 디지털 디바이스(150)에 의해) 저 토글 임계 값으로서 기록된다(560).

고 토글 임계 값과 저 토글 임계 값 간의 차이는 차동 판독으로서 (예컨대, 디지털 디바이스(150)에 의해) 기록된다(570). 이 방법(500)은 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 여러 번 반복될 수 있다.

일 실시예에서, 방법(400) 또는 방법(500)은 그들의 단계들 중 임의의 단계 또는 모든 단계들 동안 응력 센서 회로에 인공 잡음을 도입하는 단계, 및 (예컨대, 적절한 필터링 후에) 차동 판독에 대한 인공 잡음의 영향을 기록하는 단계를 포함한다.

본 명세서에서 설명한 방법들, 시스템들 및 장치의 예시적인 기술적 효과는: (a) 알려진 감지 회로들에 대한 응력 센서 회로의 감도 및 안정성을 개선하는 것; (b) 센서로부터의 디지털 판독의 분해능을 증가시키기 위해 평균화의 이익들을 적용하는 것; 그리고 (c) ADC를 요구하지 않으면서 이러한 이익들을 달성하는 것 중 적어도 하나를 포함한다.

본 명세서에서 설명되는 시스템들 및 방법들은 본 명세서에서 설명되는 특정 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 그보다 시스템들의 컴포넌트들 및/또는 방법들의 단계들은 본 명세서에서 설명되는 다른 컴포넌트들 및/또는 단계들과 독립적으로 그리고 별개로 이용될 수 있다.

본 개시내용의 다양한 실시예들의 특정 특징들이 일부 도면들에 도시되고 다른 도면들에는 도시되지 않을 수 있지만, 이는 단지 편의를 위한 것이다. 본 개시내용의 원리들에 따라, 도면의 임의의 특징은 임의의 다른 도면의 임의의 특징과 조합하여 참조 및/또는 청구될 수 있다.

추가로, 본 개시내용은 다음 조항들에 따른 예들을 포함한다:

조항 1. 디지털 전압 출력을 발생시키도록 동작 가능한 응력 센서 회로로서, 이 응력 센서 회로는:

기계적 응력을 받도록 구성된 기판; 및

기판 상에 배치되며 출력 노드와 접지 노드 사이에 결합된 브리지 회로를 포함하며, 이 브리지 회로는:

R1 값의 제1 저항기를 갖는 제1 브랜치 ― 제1 저항기는 제1 중간 노드에서 R 값의 튜닝 가능 저항기에 결합됨 ―;

R2 값의 제2 저항기를 갖는 제2 브랜치 ― 제2 저항기는 제2 중간 노드에서 Rref 값의 가변 기준 저항기에 결합되고, 가변 기준 저항기는 복수의 이산 값들(Rref)에 걸쳐 스위핑하도록 구성됨 ―; 및

제1 중간 노드에 결합된 양의 입력 단자, 및 제2 중간 노드에 결합된 음의 입력 단자를 갖는 증폭기를 포함하고, 증폭기는 Rref 값의 그리고 기판에 가해진 기계적 응력의 함수로써 출력 노드에서 디지털 전압 출력을 발생시키도록 구성된다.

조항 2. 조항 1의 응력 센서 회로에서, 가변 기준 저항기는 디지털 전위차계 또는 R-DAC이고, Rref 값을 디지털 방식으로 제어하도록 구성된다.

조항 3. 조항 2의 응력 센서 회로에서, 가변 기준 저항기는 적어도 8-비트의 분해능을 갖는다.

조항 4. 조항 1의 응력 센서 회로는, 출력 노드에 결합되며 출력 노드에서 디지털 전압 출력을 판독하도록 구성된 디지털 디바이스를 더 포함한다.

조항 5. 조항 4의 응력 센서 회로에서, 가변 기준 저항기는 제1 값에서 제2 값으로의 상향 스위프 및 제2 값에서 제1 값으로의 후속 하향 스위프에서 Rref 값을 디지털 방식으로 제어하도록 구성된 R-DAC이다.

조항 6. 조항 5의 응력 센서 회로에서, 디지털 디바이스는 상향 스위프 동안 고 레벨에서 저 레벨로의 디지털 전압 출력의 제1 전환 및 하향 스위프 동안 저 레벨에서 고 레벨로의 디지털 전압 출력의 제2 전환을 검출하도록 추가로 구성된다.

조항 7. 조항 6의 응력 센서 회로에서, 디지털 디바이스는, 검출된 제1 전환에 대응하는 Rref 값의 디지털 워드 표현을 고 토글 임계 값으로서 그리고 검출된 제2 전환에 대응하는 Rref 값의 디지털 워드 표현을 저 토글 임계 값으로서 기록하도록 추가로 구성된다.

조항 8. 조항 7의 응력 센서 회로에서, 디지털 디바이스는 고 토글 임계 값과 저 토글 임계 값 간의 차이를 차동 판독으로서 기록하도록 추가로 구성된다.

조항 9. 조항 8의 응력 센서 회로에서, R-DAC는 복수의 반복되는 상향 및 하향 스위프들에서 Rref 값을 디지털 방식으로 제어하도록 추가로 구성되고, 디지털 디바이스는 복수의 반복되는 상향 및 하향 스위프들에서 상향 및 하향 스위프들의 각각의 쌍에 대해 개개의 차동 판독을 기록하도록 추가로 구성된다.

조항 10. 조항 7의 응력 센서 회로에서, 제1 값(Rref)은 고 토글 임계 값 이상이고, 제2 값(Rref)은 저 토글 임계 값 이하이다.

조항 11. 조항 5의 응력 센서 회로에서, 디지털 디바이스는 R-DAC를 제어하여 각각의 Rref 값을 결정하도록 구성된 디지털 메모리 레지스터를 포함한다.

조항 12. 조항 5의 응력 센서 회로에서, 디지털 디바이스는 마이크로컨트롤러, 마이크로프로세서 또는 FPGA를 포함한다.

조항 13. 기판에 대한 기계적 응력을 측정하는 방법으로서, 이 방법은:

출력 노드와 접지 사이에 결합된 브리지 회로에 전압 공급부를 공급하는 단계 ― 이 브리지 회로는:

R1 값의 제1 저항기를 가지며, 제1 저항기가 R 값의 튜닝 가능 저항기에 결합되는 제1 브랜치; 및

R2 값의 제2 저항기를 가지며, 제2 저항기가 Rref 값의 가변 기준 저항기에 결합되는 제2 브랜치를 포함함 ―;

복수의 이산 값들(Rref)에 걸쳐 가변 기준 저항기를 스위핑함으로써 Rref 값을 변화시키는 단계; 및

기계적 응력 및 Rref 값의 함수로써 변화하는, 출력 노드에서의 디지털 전압 출력을 판독하는 단계를 포함한다.

조항 14. 조항 13의 방법에서, 상기 Rref 값을 변화시키는 단계는:

제1 값에서 제2 값으로의 상향 스위프에서 Rref 값을 증가시키는 단계; 및

제2 값에서 제1 값으로의 후속 하향 스위프에서 Rref 값을 감소시키는 단계를 포함한다.

조항 15. 조항 14의 방법에서, 상기 디지털 전압 출력을 판독하는 단계는:

상향 스위프 동안 고 레벨에서 저 레벨로의 디지털 전압 출력의 제1 전환을 검출하는 단계; 및

하향 스위프 동안 저 레벨에서 고 레벨로의 디지털 전압 출력의 제2 전환을 검출하는 단계를 포함한다.

조항 16. 조항 15의 방법은:

검출된 제1 전환에 대응하는 Rref 값의 디지털 워드 표현을 고 토글 임계 값으로서 기록하는 단계; 및

검출된 제2 전환에 대응하는 Rref 값의 디지털 워드 표현을 저 토글 임계 값으로서 기록하는 단계를 더 포함한다.

조항 17. 조항 16의 방법은, 고 토글 임계 값과 저 토글 임계 값 간의 차이를 차동 판독으로서 기록하는 단계를 더 포함한다.

조항 18. 조항 17의 방법은:

브리지 회로에 인공 잡음을 도입하는 단계; 및

차동 판독에 대한 인공 잡음의 영향을 기록하는 단계를 더 포함한다.

조항 19. 조항 17의 방법은:

복수의 반복되는 상향 및 하향 스위프들에서 Rref 값을 증가 및 감소시키는 단계; 및

복수의 반복되는 상향 및 하향 스위프들에서 상향 및 하향 스위프들의 각각의 쌍에 대해 개개의 차동 판독을 기록하는 단계를 더 포함한다.

조항 20. 조항 13의 방법은, 가변 기준 저항기와 출력 노드 사이에 디지털 디바이스를 결합하는 단계를 더 포함하며, 디지털 디바이스는 상기 변화시키는 단계 및 상기 판독하는 단계를 수행하도록 구성된다.

조항 21. 응력 센서 시스템은:

기계적 응력을 받도록 구성된 기판;

기판 상에 배치되며 출력 노드와 접지 노드 사이에 결합된 브리지 회로 ― 이 브리지 회로는:

R1 값의 제1 저항기를 가지며, 제1 저항기가 제1 중간 노드에서 R 값의 튜닝 가능 저항기에 결합되는 제1 브랜치;

R2 값의 제2 저항기를 가지며, 제2 저항기가 제2 중간 노드에서 Rref 값의 가변 기준 저항기에 결합되는 제2 브랜치; 및

제1 중간 노드에 결합된 양의 입력 단자, 및 제2 중간 노드에 결합된 음의 입력 단자를 갖는 증폭기를 포함하며, 증폭기는 Rref 값의 그리고 기판에 가해진 기계적 응력의 함수로써 출력 노드에서 디지털 전압 출력을 발생시키도록 구성됨 ―; 및

가변 기준 저항기에 그리고 출력 노드에 결합된 마이크로프로세서를 포함하며, 마이크로프로세서는:

복수의 이산 값들(Rref)에 걸쳐 스위핑하도록 가변 기준 저항기를 제어하고; 그리고

출력 노드에서 디지털 전압 출력을 판독하도록 구성된다.

조항 22. 조항 21의 응력 센서 시스템에서, 마이크로프로세서는:

제1 값에서 제2 값으로의 상향 스위프 및 제2 값에서 제1 값으로의 후속 하향 스위프에서 Rref 값을 디지털 방식으로 제어하고; 그리고

상향 스위프 동안 고 레벨에서 저 레벨로의 디지털 전압 출력의 제1 전환 및 하향 스위프 동안 저 레벨에서 고 레벨로의 디지털 전압 출력의 제2 전환을 검출하도록 추가로 구성된다.

조항 23. 조항 22의 응력 센서 시스템에서, 마이크로프로세서는:

검출된 제1 전환에 대응하는 Rref 값의 디지털 워드 표현을 고 토글 임계 값으로서 그리고 검출된 제2 전환에 대응하는 Rref 값의 디지털 워드 표현을 저 토글 임계 값으로서 기록하고; 그리고

고 토글 임계 값과 저 토글 임계 값 간의 차이를 차동 판독으로서 기록하도록 추가로 구성된다.

이러한 서면 기술은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들이 임의의 디바이스들 또는 시스템들을 제작하여 사용하고 임의의 통합된 방법들을 수행하는 것을 포함하여 최선 모드를 포함하는 다양한 실시예들을 실시할 수 있게 하기 위해 예들을 사용하여 그러한 실시예들을 개시한다. 특허 가능 범위는 청구항들에 의해 정의되고, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 생각나는 다른 예들을 포함할 수 있다. 그러한 다른 예들은, 그 예들이 청구항들의 문언과 다르지 않은 구조적 엘리먼트들을 갖는다면, 또는 그 예들이 청구항들의 문언과 사소한 차이들을 갖는 동등한 구조적 엘리먼트들을 포함한다면, 청구항들의 범위 내에 있는 것으로 의도된다.

Claims

디지털 전압 출력을 발생시키도록 동작 가능한 응력 센서 회로로서,
기계적 응력을 받도록 구성된 기판; 및
상기 기판 상에 배치되며 출력 노드와 접지 노드 사이에 결합된 브리지 회로를 포함하며,
상기 브리지 회로는:
R1 값의 제1 저항기를 갖는 제1 브랜치(branch) ― 상기 제1 저항기는 제1 중간 노드에서 R 값의 튜닝 가능 저항기에 결합됨 ―;
R2 값의 제2 저항기를 갖는 제2 브랜치 ― 상기 제2 저항기는 제2 중간 노드에서 Rref 값의 가변 기준 저항기에 결합되고, 상기 가변 기준 저항기는 복수의 이산 값들(Rref)에 걸쳐 스위핑(sweep)하도록 구성됨 ―; 및
상기 제1 중간 노드에 결합된 양의 입력 단자, 및 상기 제2 중간 노드에 결합된 음의 입력 단자를 갖는 증폭기를 포함하고,
상기 증폭기는 상기 Rref 값의 그리고 상기 기판에 가해진 기계적 응력의 함수로써 상기 출력 노드에서 상기 디지털 전압 출력을 발생시키도록 구성되는,
응력 센서 회로.
제1 항에 있어서,
상기 가변 기준 저항기는 디지털 전위차계(potentiometer) 또는 R-DAC이고, 상기 Rref 값을 디지털 방식으로 제어하도록 구성되는,
응력 센서 회로.
제2 항에 있어서,
상기 가변 기준 저항기는 적어도 8-비트의 분해능을 갖는,
응력 센서 회로.
제1 항에 있어서,
상기 출력 노드에 결합되며 상기 출력 노드에서 상기 디지털 전압 출력을 판독하도록 구성된 디지털 디바이스를 더 포함하는,
응력 센서 회로.
제4 항에 있어서,
상기 가변 기준 저항기는 제1 값에서 제2 값으로의 상향 스위프 및 상기 제2 값에서 상기 제1 값으로의 후속 하향 스위프에서 상기 Rref 값을 디지털 방식으로 제어하도록 구성된 R-DAC인,
응력 센서 회로.
제5 항에 있어서,
상기 디지털 디바이스는 상기 상향 스위프 동안 고 레벨에서 저 레벨로의 상기 디지털 전압 출력의 제1 전환 및 상기 하향 스위프 동안 상기 저 레벨에서 상기 고 레벨로의 상기 디지털 전압 출력의 제2 전환을 검출하도록 추가로 구성되는,
응력 센서 회로.
제6 항에 있어서,
상기 디지털 디바이스는, 검출된 제1 전환에 대응하는 Rref 값의 디지털 워드 표현을 고 토글 임계 값으로서 그리고 검출된 제2 전환에 대응하는 Rref 값의 디지털 워드 표현을 저 토글 임계 값으로서 기록하도록 추가로 구성되는,
응력 센서 회로.
제7 항에 있어서,
상기 디지털 디바이스는 상기 고 토글 임계 값과 상기 저 토글 임계 값 간의 차이를 차동 판독으로서 기록하도록 추가로 구성되는,
응력 센서 회로.
제5 항에 있어서,
상기 디지털 디바이스는 상기 R-DAC를 제어하여 각각의 Rref 값을 결정하도록 구성된 디지털 메모리 레지스터를 포함하는,
응력 센서 회로.
제5 항에 있어서,
상기 디지털 디바이스는 마이크로컨트롤러, 마이크로프로세서 또는 FPGA를 포함하는,
응력 센서 회로.
기판에 대한 기계적 응력을 측정하는 방법으로서,
출력 노드와 접지 사이에 결합된 브리지 회로에 전압 공급부를 공급하는 단계 ― 상기 브리지 회로는:
R1 값의 제1 저항기를 가지며, 상기 제1 저항기가 R 값의 튜닝 가능 저항기에 결합되는 제1 브랜치; 및
R2 값의 제2 저항기를 가지며, 상기 제2 저항기가 Rref 값의 가변 기준 저항기에 결합되는 제2 브랜치를 포함함 ―;
복수의 이산 값들(Rref)에 걸쳐 상기 가변 기준 저항기를 스위핑함으로써 상기 Rref 값을 변화시키는 단계; 및
상기 기계적 응력 및 상기 Rref 값의 함수로써 변화하는, 상기 출력 노드에서의 디지털 전압 출력을 판독하는 단계를 포함하는,
기판에 대한 기계적 응력을 측정하는 방법.
제11 항에 있어서,
상기 Rref 값을 변화시키는 단계는:
제1 값에서 제2 값으로의 상향 스위프에서 상기 Rref 값을 증가시키는 단계; 및
상기 제2 값에서 상기 제1 값으로의 후속 하향 스위프에서 상기 Rref 값을 감소시키는 단계를 포함하는,
기판에 대한 기계적 응력을 측정하는 방법.
제12 항에 있어서,
상기 디지털 전압 출력을 판독하는 단계는:
상기 상향 스위프 동안 고 레벨에서 저 레벨로의 상기 디지털 전압 출력의 제1 전환을 검출하는 단계; 및
상기 하향 스위프 동안 상기 저 레벨에서 상기 고 레벨로의 상기 디지털 전압 출력의 제2 전환을 검출하는 단계를 포함하는,
기판에 대한 기계적 응력을 측정하는 방법.
제13 항에 있어서,
검출된 제1 전환에 대응하는 Rref 값의 디지털 워드 표현을 고 토글 임계 값으로서 기록하는 단계; 및
검출된 제2 전환에 대응하는 Rref 값의 디지털 워드 표현을 저 토글 임계 값으로서 기록하는 단계를 더 포함하는,
기판에 대한 기계적 응력을 측정하는 방법.
제11 항에 있어서,
상기 가변 기준 저항기와 상기 출력 노드 사이에 디지털 디바이스를 결합하는 단계를 더 포함하며,
상기 디지털 디바이스는 상기 변화시키는 단계 및 상기 판독하는 단계를 수행하도록 구성되는,
기판에 대한 기계적 응력을 측정하는 방법.