KR20230030211A - Chip Package and Apparatus of MEMS Gas Sensor to provide Variable Output Voltage - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 MEMS 가스센서 칩 패키지 및 MEMS 가스센서 장치에 관한 것이다. 구체적으로는 가변 출력전압 공급이 가능한 MEMS 가스센서 칩 패키지 및 MEMS 가스센서 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a MEMS gas sensor chip package and a MEMS gas sensor device. Specifically, it relates to a MEMS gas sensor chip package capable of supplying a variable output voltage and a MEMS gas sensor device.
가스 센서는 특정 가스의 농도 등을 측정하는 센서이다. 특정 가스의 농도를 측정하는 방식은 전기화학적 반응에 의한 박막의 전기 전도도의 변화를 측정하는 전기화학 방식과 특성 흡수선을 조사하고, 흡수된 광량을 측정하여 가스 농도를 측정하는 광학방식(NDIR, Non-dispersive Infra-Red)으로 구분될 수 있다.The gas sensor is a sensor that measures the concentration of a specific gas. The method of measuring the concentration of a specific gas is an electrochemical method that measures the change in electrical conductivity of a thin film by an electrochemical reaction and an optical method that measures the gas concentration by irradiating a characteristic absorption line and measuring the amount of absorbed light (NDIR, Non -dispersive Infra-Red).
여기서, 전기화학 방식이 저가이며 소형화 할 수 있지만 온도 및 습도에 따라 크게 변화하여 신뢰성이 낮은 단점이 있다. 광학방식은 적외선 조사부와 센서부, 도파관 부로 구성되어 크기가 크며, 측정하는데 걸리는 시간이 길고 소비전력이 큰 문제가 있어서, 저가이면서 신속한 측정을 구현할 수 있는 가스 센서를 구현하는 것이 어렵다는 문제점이 있다.Here, the electrochemical method is inexpensive and can be miniaturized, but has a disadvantage in that reliability is low because it varies greatly depending on temperature and humidity. The optical method is composed of an infrared irradiation unit, a sensor unit, and a waveguide unit, and has a large size, takes a long time to measure and consumes large power, so it is difficult to implement a gas sensor capable of implementing low-cost and rapid measurement. There is a problem.
본 발명은 전기화학 방식에 관한 화학(가스)센서이다.The present invention is a chemical (gas) sensor related to an electrochemical method.
화학센서 동작에서 균일한 온도분포는 매우 중요하다. 열적 균일성은 센서의 감도와 선택성을 증가시키는 요인이다. 또한, 재현성을 위해 마이크로 히터가 필요하다.Uniform temperature distribution is very important in chemical sensor operation. Thermal uniformity is a factor that increases the sensitivity and selectivity of the sensor. Also, a micro-heater is required for reproducibility.
균일한 온도분포를 얻기 위해 히터 구조 설계는 중요하며, 여러 가지 히터 구조설계에 대한 연구가 수행되어 왔다. 히터 설계가 우수하더라고, 설계에 상응하는 수준의 일정한 전압공급이 매우 중요하기 때문이다.In order to obtain a uniform temperature distribution, heater structure design is important, and various heater structure designs have been studied. Even if the heater design is excellent, it is very important to supply a constant voltage corresponding to the design.
종래의 화학센서는 마이크로히터, 전극으로 형성된 보상소자와 검지소자로 구성된 MEMS 가스감지부 칩과, 신호처리 칩을 포함한 PCB 회로기판으로 구성되고, 하우징하는 형태로 진행되어 왔다.Conventional chemical sensors have been developed in the form of housings composed of a MEMS gas sensing unit chip composed of a microheater, a compensation element formed of electrodes and a detection element, and a PCB circuit board including a signal processing chip.
다른 반도체 칩들과 함께 패키징할 수 없으며, 습기와 충격, PCB 기판의 열 발산 등에 민감하고, 가스 포집을 위해 필터링,불안정한 챔버 역할의 하우징 등으로 보호해야 한다.It cannot be packaged together with other semiconductor chips, it is sensitive to moisture, shock, heat dissipation of the PCB board, etc., and must be protected with filtering for gas collection and a housing acting as an unstable chamber.
그리고, 하우징된 제품마다 캘리브레이션을 하는 수작업 또는 고가의 자동화 장비가 필요하는 등, 상대적으로 높은 가격이고 대량 생산하기 어려운 문제점이 있었다. 또한, 불량 비용이 많이 수반되는 어려움이 있다.In addition, there are problems in that it is relatively expensive and difficult to mass-produce, such as requiring manual labor or expensive automation equipment for calibrating each housing product. In addition, there is a difficulty accompanied by a high defect cost.
반면에, 반도체 패키징 기술을 이용한 MEMS 화학(가스)센서 장치는 소형화에 유리하고, 균일한 품질을 가지면서 반도체 공정으로 대량 생산할 수 있고, 하우징을 추가해서 생산할 수 있어서, 다양한 응용 제품군에 적용할 수 있다.On the other hand, the MEMS chemical (gas) sensor device using semiconductor packaging technology is advantageous for miniaturization, can be mass-produced with a semiconductor process while maintaining uniform quality, and can be produced by adding a housing, so it can be applied to various application groups. there is.
반도체 패키징을 할 수 있기 때문에, 감지부 및 마이크로 히터에 능동 바이어싱을 제공할 수 있다. 이러한 능동 바이어싱을 제공하기 위해, 차지펌프(charge pump)회로가 이용될 수 있다.Since semiconductor packaging can be performed, active biasing can be provided to the sensing unit and the micro-heater. To provide this active biasing, a charge pump circuit may be used.
기존의 화학(가스)센서용 마이크로 히터는 특정 스펙으로 한정되어 설계되었기 때문에, 다양한 스펙의 MEMS 센서들에 적용하기 위해서는 각각의 스펙에 맞는 회로를 개별적으로 설계해야 하였다.Since existing micro heaters for chemical (gas) sensors were designed with specific specifications, circuits that fit each specification had to be designed individually in order to apply to MEMS sensors with various specifications.
또한, 마이크로 히터의 구조, 전극 및 감지부의 크기 등의 설계 스펙이 변경되는 경우, 회로를 재설계해야 하는 문제점이 있었다.In addition, when design specifications such as the structure of the micro-heater, the size of the electrodes and the sensing unit are changed, there is a problem in that the circuit must be redesigned.
그러나, MEMS 센서의 스펙마다 전압공급회로(차지펌프)를 재설계하는 것은 그에 따라 공정이 달라지고, 레이아웃이 변경되는 등 개발비용과 제조비용을 증가시키고 비효율을 초래할 수 있는 문제점이 있다.However, redesigning the voltage supply circuit (charge pump) for each specification of the MEMS sensor may increase development and manufacturing costs and cause inefficiency, such as a process and layout change accordingly.
MEMS 마이크로 히터의 공급전압을 가변적으로 공급가능하면, 마이크로 히터 설계 및 공정 개발기간이 단축될 수 있을 것이다. 또한, 공정비용을 절감하고, 대량 생산이 보다 수월해지고, 불량비용이 절감되는 등의 효과가 발생될 것이다.If the supply voltage of the MEMS micro-heater can be variably supplied, the micro-heater design and process development period can be shortened. In addition, effects such as reducing process costs, making mass production easier, and reducing defective costs will occur.
본 발명에 따른 가변 출력전압 공급이 가능한 MEMS 가스센서 칩 패키지 및 MEMS 가스센서 장치는 다음과 같은 해결과제를 가진다.The MEMS gas sensor chip package and the MEMS gas sensor device capable of supplying a variable output voltage according to the present invention have the following problems.
첫째, MEMS 마이크로 히터의 공급전압을 가변적으로 공급하고자 한다.First, it is intended to variably supply the supply voltage of the MEMS micro heater.
둘째, 마이크로 히터의 발열 온도를 가변적으로 조절하고자 한다.Second, it is intended to variably control the heating temperature of the micro-heater.
셋째, 가스감지부를 반제품 형태로 제조하고자 한다.Third, it is intended to manufacture the gas sensing unit in the form of a semi-finished product.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The problems of the present invention are not limited to those mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
본 발명은 가변 출력전압 공급이 가능한 MEMS 가스센서 칩 패키지로서, 인쇄회로기판 상에 구비된 MEMS 가스감지부; 인쇄회로기판 상에 상기 MEMS 가스감지부와 이격배치되어 전기적으로 접속되는 신호처리부; 및 일측에 가스 주입공이 형성되며, 상기 MEMS 가스감지부 및 상기 신호처리부를 이격된 상태로 둘러싸도록 인쇄회로기판 상에 구비된 칩 커버를 포함하며, 상기 신호처리부는 상기 MEMS 가스감지부에 가변전압을 공급하는 가변출력전압 차지펌프부를 구비할 수 있다.The present invention is a MEMS gas sensor chip package capable of supplying a variable output voltage, comprising: a MEMS gas sensing unit provided on a printed circuit board; a signal processing unit electrically connected to the MEMS gas sensing unit on a printed circuit board; and a chip cover having a gas injection hole formed on one side thereof and provided on a printed circuit board to enclose the MEMS gas sensing unit and the signal processing unit in a spaced apart state, wherein the signal processing unit has a variable voltage applied to the MEMS gas sensing unit. A variable output voltage charge pump unit for supplying may be provided.
본 발명은 가변 출력전압 공급이 가능한 MEMS 가스센서 칩 패키지로서, 인쇄회로기판 상에 구비된 MEMS 가스감지부; 인쇄회로기판 상에 상기 MEMS 가스감지부와 이격배치되어 전기적으로 접속되는 신호처리부; 및 일측에 가스 주입공이 형성되며, 상기 MEMS 가스감지부를 이격된 상태로 둘러싸도록 인쇄회로기판 상에 구비된 칩 커버를 포함하며, 상기 신호처리부는 상기 MEMS 가스감지부에 가변전압을 공급하는 가변출력전압 차지펌프부를 구비할 수 있다.The present invention is a MEMS gas sensor chip package capable of supplying a variable output voltage, comprising: a MEMS gas sensing unit provided on a printed circuit board; a signal processing unit electrically connected to the MEMS gas sensing unit on a printed circuit board; and a chip cover having a gas injection hole formed on one side and provided on a printed circuit board to surround the MEMS gas sensing unit in a spaced apart state, wherein the signal processing unit supplies a variable voltage to the MEMS gas sensing unit. A voltage charge pump unit may be provided.
본 발명에 있어서, 상기 MEMS 가스감지부는 마이크로 히터를 갖는 보상소자; 및 마이크로 히터를 가지며, 상기 마이크로 히터 위에 감지물질이 형성된 검지소자를 포함할 수 있다.In the present invention, the MEMS gas sensing unit includes a compensation element having a micro-heater; and a detection element having a micro-heater and having a sensing material formed on the micro-heater.
본 발명에 있어서, 상기 신호처리부는 상기 가변출력전압 차지펌프부; 검파회로로부터 전위차이값을 검출하여 검출신호를 출력하는 검출신호 검출부; 및 상기 검출신호(Vs)를 증폭하여 가스센서 출력신호로서 외부로 출력하는 출력신호 증폭부를 포함할 수 있다.In the present invention, the signal processing unit may include: the variable output voltage charge pump unit; a detection signal detection unit that detects a potential difference value from the detection circuit and outputs a detection signal; and an output signal amplifying unit that amplifies the detection signal Vs and outputs the gas sensor output signal to the outside.
본 발명에 있어서, 상기 가변출력전압 차지펌프부는 상기 MEMS 가스감지부의 보상소자와 검지소자의 특성에 따른 전압선택신호 및 기준전압에 따라 전원전압을 승압하여 가변출력전압으로 출력할 수 있다.In the present invention, the variable output voltage charge pump unit may step up the power supply voltage according to a voltage selection signal and a reference voltage according to characteristics of the compensation element and detection element of the MEMS gas sensing unit, and output the variable output voltage.
본 발명에 있어서, 상기 가변출력전압 차지펌프부는 분배율 n/N (1≤=n≤=N인 자연수)를 특정하는 전압선택신호에 따라 차지펌프의 가변출력전압에 분배율 n/N를 승산하여 얻은 분배전압을 기준전압과 비교한 결과에 따라 활성화 또는 비활성화되도록 하는 오실레이터 제어신호를 생성하는 전압레벨제어부; 상기 오실레이터 제어신호가 활성화 될 때에 기 설정된 주파수의 클럭신호를 출력하는 오실레이터; 및 상기 오실레이터로부터 상기 클럭신호가 인가되는 동안 전원전압을 승압하여 상기 가변 출력전압을 출력하는 차지펌프를 포함할 수 있다.In the present invention, the variable output voltage charge pump unit is obtained by multiplying the variable output voltage of the charge pump by the division ratio n/N according to a voltage selection signal specifying the division ratio n/N (a natural number of 1≤=n≤=N). a voltage level controller generating an oscillator control signal to be activated or deactivated according to a result of comparing the divided voltage with the reference voltage; an oscillator outputting a clock signal having a predetermined frequency when the oscillator control signal is activated; and a charge pump outputting the variable output voltage by boosting a power supply voltage while the clock signal is applied from the oscillator.
본 발명에 있어서, 상기 전압레벨 제어부는 상기 차지펌프의 가변 출력전압을 피드백받아 기 설정된 전압간격으로 분배된 N 개의 분배전압들을 생성하는 전압 분배기; 상기 N 개의 분배전압들 중에서 분배율 n/N에 상응하는 n 번째 분배전압을 상기 전압선택신호에 의해 선택하고, 선택된 n번째 분배전압을 출력하는 전압 선택기; 및 상기 n번째 분배전압과 상기 기준전압을 비교하여, 상기 n번째 분배전압이 상기 기준전압보다 낮으면 상기 오실레이터의 동작을 활성화하고, 상기 기준전압보다 높거나 같으면 오실레이터의 동작을 비활성화하도록, 상기 오실레이터 제어신호를 생성하는 비교기를 포함할 수 있다.In the present invention, the voltage level control unit includes a voltage divider receiving feedback of the variable output voltage of the charge pump and generating N divided voltages distributed at predetermined voltage intervals; a voltage selector for selecting an n-th division voltage corresponding to a division ratio n/N among the N division voltages by the voltage selection signal and outputting the selected n-th division voltage; and comparing the nth divided voltage with the reference voltage, activating the operation of the oscillator when the nth divided voltage is lower than the reference voltage, and inactivating the operation of the oscillator when higher than or equal to the reference voltage, the oscillator A comparator for generating a control signal may be included.
본 발명에 있어서, 상기 전압 분배기는 상기 N개의 직렬연결된 저항성 소자들 또는 다이오드들의 노드들에서 각 출력되는 상기 N개의 분배전압들 중에서 상기 전압 분배기의 분배율 n/N에 상응하는 n번째 분배전압을 상기 전압선택신호에 의해 선택하고, 선택된 n번째 분배전압을 출력하도록 동작할 수 있다.In the present invention, the voltage divider generates an n-th division voltage corresponding to a division ratio n/N of the voltage divider among the N division voltages output from nodes of the N series-connected resistive elements or diodes. It is selected by the voltage selection signal and can operate to output the selected n-th distribution voltage.
본 발명에 있어서, 상기 차지펌프는 상기 차지펌프의 반복적인 활성화와 비활성화에 따른 상기 가변 출력전압의 리플 성분을 제거하기 위한 저역통과필터를 더 포함할 수 있다.In the present invention, the charge pump may further include a low pass filter for removing a ripple component of the variable output voltage caused by repeated activation and deactivation of the charge pump.
본 발명은 가변 출력전압 공급이 가능한 MEMS 가스센서 장치로서, 인쇄회로기판 상에 구비된 MEMS 가스감지부; 인쇄회로기판 상에 상기 MEMS 가스감지부와 이격배치되어 전기적으로 접속되는 신호처리부; 일측에 가스 주입공이 형성되며, 상기 MEMS 가스감지부 및 상기 신호처리부를 이격된 상태로 둘러싸도록 인쇄회로기판 상에 구비된 제1 칩 커버; 및 일 측에 가스 주입공이 형성되며, 제1 칩 커버를 이격된 상태로 둘러싸도록 인쇄회로기판 상에 구비된 하우징 커버을 포함하며, 상기 신호처리부는 상기 MEMS 가스감지부에 가변전압을 공급하는 가변출력전압 차지펌프부를 구비할 수 있다.The present invention is a MEMS gas sensor device capable of supplying a variable output voltage, comprising: a MEMS gas sensing unit provided on a printed circuit board; a signal processing unit electrically connected to the MEMS gas sensing unit on a printed circuit board; a first chip cover having a gas injection hole formed on one side and provided on a printed circuit board to surround the MEMS gas sensing unit and the signal processing unit in a spaced apart state; and a housing cover having a gas injection hole formed on one side thereof and provided on the printed circuit board to enclose the first chip cover in a spaced apart state, wherein the signal processing unit supplies a variable voltage to the MEMS gas sensing unit. A voltage charge pump unit may be provided.
본 발명은 가변 출력전압 공급이 가능한 MEMS 가스센서 장치로서, 인쇄회로기판 상에 구비된 MEMS 가스감지부; 인쇄회로기판 상에 상기 MEMS 가스감지부와 이격배치되어 전기적으로 접속되는 신호처리부; 일측에 가스 주입공이 형성되며, 상기 MEMS 가스감지부를 이격된 상태로 둘러싸도록 인쇄회로기판 상에 구비된 제2 칩 커버; 및 일 측에 가스 주입공이 형성되며, 제2 칩 커버와 신호처리부를 이격된 상태로 둘러싸도록 인쇄회로기판 상에 구비된 하우징 커버을 포함하며, 상기 신호처리부는 상기 MEMS 가스감지부에 가변전압을 공급하는 가변출력전압 차지펌프부를 구비할 수 있다.The present invention is a MEMS gas sensor device capable of supplying a variable output voltage, comprising: a MEMS gas sensing unit provided on a printed circuit board; a signal processing unit electrically connected to the MEMS gas sensing unit on a printed circuit board; a second chip cover having a gas injection hole formed on one side and provided on the printed circuit board to surround the MEMS gas sensing unit in a spaced state; and a housing cover having a gas injection hole formed on one side and provided on the printed circuit board to enclose the second chip cover and the signal processing unit in a spaced apart state, wherein the signal processing unit supplies a variable voltage to the MEMS gas sensing unit. A variable output voltage charge pump unit may be provided.
본 발명에 있어서, 상기 각 가스 주입공에는 박막 형태의 필터부가 구비될 수 있다.In the present invention, a filter unit in the form of a thin film may be provided in each of the gas injection holes.
본 발명은 가변 출력전압 공급이 가능한 차지펌프 회로로서, 분배율 n/N (1≤=n≤=N인 자연수)를 특정하는 전압선택신호에 따라 차지펌프의 가변출력전압에 분배율 n/N를 승산하여 얻은 분배전압을 기준전압과 비교한 결과에 따라 활성화 또는 비활성화되도록 하는 오실레이터 제어신호를 생성하는 전압레벨제어부; 상기 오실레이터 제어신호가 활성화 될 때에 기 설정된 주파수의 클럭신호를 출력하는 오실레이터; 및 상기 오실레이터로부터 상기 클럭신호가 인가되는 동안 전원전압을 승압하여 상기 가변 출력전압을 출력하는 차지펌프를 포함할 수 있다.The present invention is a charge pump circuit capable of supplying a variable output voltage, wherein the variable output voltage of the charge pump is multiplied by the division ratio n/N according to a voltage selection signal specifying the division ratio n/N (a natural number where 1≤=n≤=N). a voltage level controller for generating an oscillator control signal to activate or deactivate the divided voltage according to a result of comparing the obtained divided voltage with the reference voltage; an oscillator outputting a clock signal having a predetermined frequency when the oscillator control signal is activated; and a charge pump outputting the variable output voltage by boosting a power supply voltage while the clock signal is applied from the oscillator.
본 발명에 있어서, 상기 전압레벨 제어부는 기 차지펌프의 가변 출력전압을 피드백받아 기 설정된 전압간격으로 분배된 N 개의 분배전압들을 생성하는 전압 분배기; 상기 N 개의 분배전압들 중에서 분배율 n/N에 상응하는 n 번째 분배전압을 상기 전압선택신호에 의해 선택하고, 선택된 n번째 분배전압을 출력하는 전압 선택기; 및 상기 n번째 분배전압과 상기 기준전압을 비교하여, 상기 n번째 분배전압이 상기 기준전압보다 낮으면 상기 오실레이터의 동작을 활성화하고, 상기 기준전압보다 높거나 같으면 오실레이터의 동작을 비활성화하도록, 상기 오실레이터 제어신호를 생성하는 비교기를 포함할 수 있다.In the present invention, the voltage level control unit includes a voltage divider generating N divided voltages distributed at predetermined voltage intervals by receiving feedback of the variable output voltage of the charge pump; a voltage selector for selecting an n-th division voltage corresponding to a division ratio n/N among the N division voltages by the voltage selection signal and outputting the selected n-th division voltage; and comparing the nth divided voltage with the reference voltage, activating the operation of the oscillator when the nth divided voltage is lower than the reference voltage, and inactivating the operation of the oscillator when higher than or equal to the reference voltage, the oscillator A comparator for generating a control signal may be included.
본 발명에 있어서, 상기 전압 분배기는 상기 N개의 직렬연결된 저항성 소자들 또는 다이오드들의 노드들에서 각 출력되는 상기 N개의 분배전압들 중에서 상기 전압 분배기의 분배율 n/N에 상응하는 n번째 분배전압을 상기 전압선택신호에 의해 선택하고, 선택된 n번째 분배전압을 출력하도록 동작할 수 있다.In the present invention, the voltage divider generates an n-th division voltage corresponding to a division ratio n/N of the voltage divider among the N division voltages output from nodes of the N series-connected resistive elements or diodes. It is selected by the voltage selection signal and can operate to output the selected n-th distribution voltage.
본 발명에 있어서, 상기 차지펌프는 상기 차지펌프의 반복적인 활성화와 비활성화에 따른 상기 가변 출력전압의 리플 성분을 제거하기 위한 저역통과필터를 더 포함할 수 있다.In the present invention, the charge pump may further include a low pass filter for removing a ripple component of the variable output voltage caused by repeated activation and deactivation of the charge pump.
본 발명은 전압레벨 제어부, 오실레이터 및 차지펌프를 포함하는 가변 출력전압 차지펌프 장치의 구동방법으로서, 상기 전압레벨 제어부가 분배율 n/N (1≤=n≤=N인 자연수)를 특정하는 전압선택신호에 따라 차지펌프의 가변출력전압에 분배율 n/N를 승산하여 얻은 분배전압을 기준전압과 비교한 결과에 따라 활성화 또는 비활성화되도록 하는 오실레이터 제어신호를 생성하는 S100 단계; 상기 오실레이터가 상기 오실레이터 제어신호가 활성화 될 때에 기 설정된 주파수의 클럭신호를 출력하는 S200 단계; 및 상기 차지펌프가 상기 오실레이터로부터 상기 클럭신호가 인가되는 동안 전원전압을 승압하여 상기 가변 출력전압을 출력하는 S300 단계를 포함할 수 있다.The present invention is a method for driving a variable output voltage charge pump device including a voltage level controller, an oscillator, and a charge pump, wherein the voltage level controller selects a voltage specifying a division ratio n/N (a natural number where 1≤=n≤=N). Step S100 of generating an oscillator control signal to be activated or deactivated according to a result of comparing the divided voltage obtained by multiplying the variable output voltage of the charge pump by the division ratio n/N according to the signal with the reference voltage; Step S200 of the oscillator outputting a clock signal having a preset frequency when the oscillator control signal is activated; and step S300 in which the charge pump outputs the variable output voltage by boosting a power supply voltage while the clock signal is applied from the oscillator.
본 발명에 있어서, S100 단계는 전압 분배기가 상기 차지펌프의 가변 출력전압을 피드백받아 기 설정된 전압간격으로 분배된 N 개의 분배전압들을 생성하는 S110 단계; 전압 선택기가 상기 N 개의 분배전압들 중에서 분배율 n/N에 상응하는 n 번째 분배전압을 상기 전압선택신호에 의해 선택하고, 선택된 n번째 분배전압을 출력하는 S120 단계; 및 비교기가 상기 n번째 분배전압과 상기 기준전압을 비교하여, 상기 n번째 분배전압이 상기 기준전압보다 낮으면 상기 오실레이터의 동작을 활성화하고, 상기 기준전압보다 높거나 같으면 오실레이터의 동작을 비활성화하도록, 상기 오실레이터 제어신호를 생성하는 S130 단계를 포함할 수 있다.In the present invention, step S100 includes step S110 in which a voltage divider receives feedback of the variable output voltage of the charge pump and generates N divided voltages distributed at predetermined voltage intervals; a step S120 in which a voltage selector selects an n-th division voltage corresponding to a division ratio n/N among the N division voltages by the voltage selection signal and outputs the selected n-th division voltage; And a comparator compares the n-th divided voltage with the reference voltage, activates the operation of the oscillator when the n-th divided voltage is lower than the reference voltage, and disables the operation of the oscillator when higher than or equal to the reference voltage, A step S130 of generating the oscillator control signal may be included.
본 발명에 있어서, S110 단계에서, 전압 분배기는 상기 N개의 직렬연결된 저항성 소자들 또는 다이오드들의 노드들에서 각 출력되는 상기 N개의 분배전압들 중에서 상기 전압 분배기의 분배율 n/N에 상응하는 n번째 분배전압을 상기 전압선택신호에 의해 선택하고, 선택된 n번째 분배전압을 출력하도록 동작할 수 있다.In the present invention, in step S110, the voltage divider divides the nth distribution corresponding to the division ratio n/N of the voltage divider among the N division voltages output from the nodes of the N series-connected resistive elements or diodes. A voltage can be selected by the voltage selection signal and operated to output the selected n-th divided voltage.
본 발명에 있어서, S300 단계에서, 상기 차지펌프는 상기 차지펌프의 반복적인 활성화와 비활성화에 따른 상기 가변 출력전압의 리플 성분을 제거하기 위한 저역통과필터를 더 포함할 수 있다.In the present invention, in step S300, the charge pump may further include a low-pass filter for removing a ripple component of the variable output voltage caused by repetitive activation and deactivation of the charge pump.
본 발명에 따른 가변 출력전압 공급이 가능한 MEMS 가스센서 칩 패키지 및 MEMS 가스센서 장치는 다음과 같은 효과를 가진다.The MEMS gas sensor chip package and the MEMS gas sensor device capable of supplying a variable output voltage according to the present invention have the following effects.
첫째, 가변출력전압 차지펌프를 이용하여, MEMS 마이크로 히터의 공급전압을 가변적으로 공급하는 효과가 있다.First, there is an effect of variably supplying the supply voltage of the MEMS micro heater by using a variable output voltage charge pump.
둘째, 마이크로 히터에 가변적인 전압공급이 가능하므로, 발열 온도가 가변적으로 조절되는 효과가 있다.Second, since a variable voltage can be supplied to the micro-heater, there is an effect of variably controlling the heating temperature.
셋째, MEMS 가스감지부(100) 및 신호처리부(200)를 함께 칩 커버로 패키지하는 구조 또는 MEMS 가스감지부(100)를 칩 커버로 패키지하는 구조를 통해, 반제품 형태로 제조하여 성능평가를 진행할 수 있는 효과가 있다.Third, through a structure in which the MEMS
넷째, 어플리케이션이 변경되어도, 차지펌프를 재설계할 필요없이, 출력전압 설정만 변경하면 새로운 어플리케이션에 적용할 수 있으므로, 범용성과 확장성을 제공하는 효과가 있다. Fourth, even if the application is changed, it can be applied to a new application by simply changing the output voltage setting without the need to redesign the charge pump, so there is an effect of providing versatility and scalability.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
도 1은 본 발명에 따른 가변 출력전압 공급이 가능한 MEMS 가스센서 장치의 제1 실시예이다.
도 2는 본 발명에 따른 가변 출력전압 공급이 가능한 MEMS 가스센서 장치의 제2 실시예이다.
도 3은 본 발명에 따른 가변 출력전압 공급이 가능한 MEMS 가스센서 장치에 관한 블록도의 일 실시예이다.
도 4는 본 발명에 따른 가변 출력전압 차지펌프에 관한 블록도의 일 실시예이다.
도 5는 본 발명에 따른 가변 출력전압 차지펌프의 전압 분배기에 관한 회로도의 일 실시예이다.
도 6은 본 발명에 따른 가변 출력전압 차지펌프의 전압 선택부에 관한 회로도의 일 실시예이다.
도 7은 본 발명에 따른 가변 출력전압 차지펌프의 출력전압들을 나타낸 그래프의 일 실시예이다.
도 8은 본 발명에 따른 가변 출력전압 차지펌프 장치의 구동방법의 순서도이다.
도 9는 본 발명에 따른 S100 단계의 세부 순서도이다. 1 is a first embodiment of a MEMS gas sensor device capable of supplying a variable output voltage according to the present invention.
2 is a second embodiment of a MEMS gas sensor device capable of supplying a variable output voltage according to the present invention.
3 is an embodiment of a block diagram related to a MEMS gas sensor device capable of supplying a variable output voltage according to the present invention.
4 is an embodiment of a block diagram related to a variable output voltage charge pump according to the present invention.
5 is a circuit diagram of a voltage divider of a variable output voltage charge pump according to an embodiment of the present invention.
6 is a circuit diagram of a voltage selector of a variable output voltage charge pump according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph illustrating output voltages of a variable output voltage charge pump according to an embodiment of the present invention.
8 is a flowchart of a driving method of a variable output voltage charge pump device according to the present invention.
9 is a detailed flowchart of step S100 according to the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described so that those skilled in the art can easily practice it. As can be easily understood by those skilled in the art to which the present invention pertains, the embodiments described below may be modified in various forms without departing from the concept and scope of the present invention. Where possible, identical or similar parts are indicated using the same reference numerals in the drawings.
본 명세서에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지는 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.The terminology used in this specification is only for referring to specific embodiments and is not intended to limit the present invention. As used herein, the singular forms also include the plural forms unless the phrases clearly indicate the opposite.
본 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.As used herein, the meaning of "comprising" specifies particular characteristics, regions, integers, steps, operations, elements, and/or components, and other specific characteristics, regions, integers, steps, operations, elements, components, and/or components. It does not exclude the presence or addition of groups.
본 명세서에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.All terms including technical terms and scientific terms used in this specification have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. The terms defined in the dictionary are additionally interpreted as having a meaning consistent with the related technical literature and the currently disclosed content, and are not interpreted in an ideal or very formal meaning unless defined.
본 명세서에서 사용되는 방향에 관한 표현, 예를 들어 전/후/좌/우의 표현, 상/하의 표현, 종방향/횡방향의 표현은 도면에 개시된 방향을 참고하여 해석될 수 있다.Expressions related to directions used in this specification, for example, expressions of front/back/left/right, top/bottom, and longitudinal/lateral directions may be interpreted with reference to directions disclosed in the drawings.
이하에서는 도면을 참고하여 본 발명을 설명하고자 한다. 참고로, 도면은 본 발명의 특징을 설명하기 위하여, 일부 과장되게 표현될 수도 있다. 이 경우, 본 명세서의 전 취지에 비추어 해석되는 것이 바람직하다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings. For reference, the drawings may be partially exaggerated in order to explain the features of the present invention. In this case, it is preferable to interpret in light of the whole purpose of this specification.
가스 센서의 동작에서 균일한 온도 분포는 매우 중요하다. 열적 균일성은 가스 센서의 감도와 선택성을 증가시키는 요인이다. 이를 위해 MEMS 가스감지부(검지소자 및 보상소자)내의 마이크로 히터 설계 및 개발이 매우 중요하다. A uniform temperature distribution is very important in the operation of a gas sensor. Thermal uniformity is a factor that increases the sensitivity and selectivity of gas sensors. To this end, the design and development of micro heaters in the MEMS gas sensing unit (detection element and compensation element) are very important.
뿐만 아니라 마이크로 히터 상위에 디스펜싱, 스크린 프린팅 및 박막 증착 등의 방식으로 형성된 감지물질의 특성(도포 양 또는 박막 두께)에 상응하는 수준에서 균일한 온도 분포가 이루어져야 한다. In addition, a uniform temperature distribution must be made at a level corresponding to the characteristics (application amount or thin film thickness) of the sensing material formed by dispensing, screen printing, thin film deposition, etc. on top of the micro heater.
감지 물질은 가스(예로, 수소)에 반응하는 화합물 및 합성화합물이 될 수 있고, 활성화 에너지를 낮출 수 있는 촉매 등이 합성된 복합 화합물로 반제품 센서(마이크로 히터/감지부와 신호처리부)로 제조된 후에 형성되어(칩 케이스 또는 하우징 케이스 없이) 성능 평가를 진행할 수 있다.The sensing material may be a compound or synthetic compound that reacts to gas (eg, hydrogen), and a complex compound synthesized with a catalyst capable of lowering activation energy, which is manufactured as a semi-finished sensor (micro heater/sensing unit and signal processing unit). After being formed (without chip case or housing case), performance evaluation can proceed.
마이크로 히터에 가변적으로 전압 공급이 가능하다면 발열 온도를 가변적으로 조절 가능하고, 감지물질의 특성에 상응하는 균일한 온도 분포를 유지할 수 있어 감지물질의 유실 방지, 내구성 등의 성능이 크게 향상될 수 있다. If voltage can be variably supplied to the micro-heater, the heat generation temperature can be variably adjusted and a uniform temperature distribution corresponding to the characteristics of the sensing material can be maintained, thereby greatly improving performance such as preventing loss of the sensing material and durability. .
또한, 반도체 패키징이 가능해지고, 센서 반제품(칩 커버) 또는 완제품(하우징)의 경우에도 튜닝이 가능하여 수소 자동차 분야 및 기타 분야에서도 사용 가능한 다양한 제품을 생산할 수 있다.In addition, semiconductor packaging becomes possible, and tuning is possible even in the case of a sensor semi-finished product (chip cover) or finished product (housing), making it possible to produce various products that can be used in the field of hydrogen vehicles and other fields.
본 발명은 가변 출력전압 공급이 가능한 MEMS 가스센서 칩 패키지 발명, MEMS 가스센서 장치 발명, 차지펌프 회로 발명 및 차지펌프 장치의 구동방법 발명으로 구현될 수 있다.The present invention can be implemented as an MEMS gas sensor chip package capable of supplying a variable output voltage, an MEMS gas sensor device, a charge pump circuit invention, and a charge pump device driving method invention.
이하에서는 각 발명들을 순차적으로 설명하고자 한다. 또한, 각 발명은 중복되는 내용보다는 차별성있는 주요 내용 위주로 설명하고자 한다.Hereinafter, each invention will be sequentially described. In addition, each invention is intended to be explained based on differentiated main contents rather than overlapping contents.
먼저, 가변 출력전압 공급이 가능한 MEMS 가스센서 칩 패키지 발명을 설명하고자 한다. 칩 패키지 발명은 2가지 실시예가 가능하다.First, the invention of a MEMS gas sensor chip package capable of supplying a variable output voltage will be described. Chip package invention is possible in two embodiments.
본 발명에 따른 칩 패키지 발명의 제1 실시예는 다음과 같다(도 1 참조).A first embodiment of the chip package invention according to the present invention is as follows (see FIG. 1).
본 발명은 가변 출력전압 공급이 가능한 MEMS 가스센서 칩 패키지로서, 인쇄회로기판(10) 상에 구비된 MEMS 가스감지부(100); 인쇄회로기판(10) 상에 상기 MEMS 가스감지부(100)와 이격배치되어 전기적으로 접속되는 신호처리부(200); 및 일측에 가스 주입공(21)이 형성되며, 상기 MEMS 가스감지부(100) 및 상기 신호처리부(200)를 이격된 상태로 둘러싸도록 인쇄회로기판(10) 상에 구비된 칩 커버(20)를 포함하며, 상기 신호처리부(200)는 상기 MEMS 가스감지부(100)에 가변전압을 공급하는 가변출력전압 차지펌프부(210)를 구비할 수 있다.The present invention is a MEMS gas sensor chip package capable of supplying a variable output voltage, comprising: a MEMS
본 발명에 따른 칩 패키지 발명의 제2 실시예는 다음과 같다(도 2 참조).A second embodiment of the chip package invention according to the present invention is as follows (see FIG. 2).
본 발명은 인쇄회로기판(10) 상에 구비된 MEMS 가스감지부(100); 인쇄회로기판(10) 상에 상기 MEMS 가스감지부(100)와 이격배치되어 전기적으로 접속되는 신호처리부(200); 및 일측에 가스 주입공(21)이 형성되며, 상기 MEMS 가스감지부(100)를 이격된 상태로 둘러싸도록 인쇄회로기판(10) 상에 구비된 칩 커버(20)를 포함하며, 상기 신호처리부(200)는 상기 MEMS 가스감지부(100)에 가변전압을 공급하는 가변출력전압 차지펌프부(210)를 구비할 수 있다.The present invention includes a MEMS
본 발명과 같은 전기화학식 가스센서는 제조 특성 상, 센서의 검지 소자(감지 물질)와 반응 가스의 작동 여부 및 성능 확인을 해야 한다. Due to manufacturing characteristics of the electrochemical gas sensor as in the present invention, it is necessary to check the operation and performance of the sensor's detection element (sensing material) and reactive gas.
그런데, 종래의 화학센서는 가스센서 완제품을 제조 후 진행되었고, 추후 성능 미달의 경우 대부분 완제품을 폐기 처리해야 하는 문제점을 안고 있다.However, the conventional chemical sensor has a problem in that the gas sensor is processed after manufacturing the finished product, and most of the finished product must be disposed of in the case of insufficient performance later.
이에, 본 발명은 전술한 칩 패키지의 제1 실시예 및 제2 실시예와 같이, 반제품 센서로 제조되는 것이 가능하다.Thus, the present invention can be manufactured as a semi-finished sensor, like the first and second embodiments of the chip package described above.
본 발명은 제1 실시예 및 제2 실시예의 반제품 상태로 성능평가를 수행할 수 있는 특징이 있다.The present invention is characterized in that performance evaluation can be performed in the semi-finished product state of the first and second embodiments.
본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 MEMS 가스센서 칩 패키지에 있어서, MEMS 가스감지부(100)는 마이크로 히터(111)를 갖는 보상소자(110); 및 마이크로 히터(121)를 가지며, 마이크로 히터(121) 위에 감지물질(122)이 형성된 검지소자(120)를 포함한다.In the MEMS gas sensor chip package according to the first and second embodiments of the present invention, the MEMS
본 발명에 따른 MEMS 가스감지부(100)는 마이크로 히터(111)가 형성된 보상소자(110)와, 보상소자와 동일 스펙의 마이크로 히터(121) 위에 감지물질(122)이 형성된 검지소자(120)로 구성된다.The MEMS
MEMS 가스감지부(100)와 신호처리부(200)는 별개의 공정에서 별개의 칩들에 각각 형성된 후 함께 패키징될 수 도 있고, 하나의 웨이퍼 상에서 동일한 공정 중에 형성될 수도 있다. 설명의 편의를 위해, 도3에서는 두 칩(100)(200)이 각각 별개로 형성된 후에 패키징된 것으로 설명된다.The MEMS
MEMS 가스감지부(100) 상에는 MEMS 보상소자(110)와 검지소자(120)가 형성된다.On the MEMS
보상소자(110)와 검지소자(120)에 전압입력단자(130)를 통해 인가되는 가변 출력전압(Vcpo)에 의해 전압이 공급된다. 목표 가스(예로,수소)와의 반응열에 의한 열 변화에 따라 검지소자(120)의 저항이 변하고, 도 3에서 레퍼런스 저항-1과 레퍼런스 저항-2, 보상소자(110)와 검지소자(120)의 저항 변화값을 휘스톤브리지 검파방식에 따라 전압(V1-V2) 출력값이 검출신호 검출부(220)에 입력된다.Voltage is supplied to the
본 발명에 따른 신호처리부(200)는 가변출력전압 차지펌프부(210); 검파회로로부터 전위차이값을 검출하여 검출신호를 출력하는 검출신호 검출부(220); 및 검출신호(Vs)를 증폭하여 가스센서 출력신호로서 외부로 출력하는 출력신호 증폭부(230)를 포함한다.The
본 발명에 따른 가변출력전압 차지펌프부(210)는 MEMS 가스감지부(100)의 보상소자(110)와 검지소자(120)의 특성에 따른 전압선택신호(Vref) 및 기준전압에 따라 전원전압(Vcc)을 승압하여 가변출력전압(Vcpo)으로 출력할 수 있다.The variable output voltage
본 발명에 따른 가변출력전압 차지펌프부(210)는 분배율 n/N (1≤=n≤=N인자연수)를 특정하는 전압선택신호에 따라 차지펌프의 가변출력전압에 분배율 n/N를 승산하여 얻은 분배전압을 기준전압과 비교한 결과에 따라 활성화 또는 비활성화되도록 하는 오실레이터 제어신호를 생성하는 전압레벨제어부(211); 오실레이터 제어신호가 활성화 될 때에 기 설정된 주파수의 클럭신호를 출력하는 오실레이터(212); 및 오실레이터(212)로부터 상기 클럭신호가 인가되는 동안 전원전압을 승압하여 상기 가변 출력전압을 출력하는 차지펌프(213)를 포함한다.The variable output voltage
검출신호 검출부(220)는 휘스톤브리지 검파회로부터 전위 차이의 값(V1-V2)을 검출하여 검출신호(Vs)를 출력한다.The detection
출력신호 증폭부(230)는 검출신호(Vs)를 증폭하여, 화학센서 출력신호(Vout)로서 외부로 출력한다. The
본 발명에 따른 가변출력전압 차지펌프부(210)의 동작 및 구성을 보다 상세하게 설명하고자 한다.The operation and configuration of the variable output voltage
도 4는 본 발명에 따른 가변 출력전압 차지펌프에 관한 블록도의 일 실시예이다.4 is an embodiment of a block diagram related to a variable output voltage charge pump according to the present invention.
도 3을 함께 참고하면, 도 4의 가변 출력전압 차지펌프부(210)가 MEMS 화학 가스센서장치에서만 이용될 수 있는 것으로 보일 수 있으나, 본 발명에 따른 가변 출력전압 차지펌프는 MEMS 화학 가스센서 장치의 응용분야에만 한정적으로 적용되는 회로가 아니다. 본 발명은 통상적으로 차지펌프를 필요로 하는 장치를 설계할 때에, 차지펌프가 목적이나 스펙에 따라 다른 출력 직류전압을 제공하는 것이 바람직한 경우라면, 어느 응용분야이든 적용될 수 있음을 명확히 하고자 한다.Referring to FIG. 3 together, it may seem that the variable output voltage
도 4에서 가변 출력전압 차지펌프부(210)는 전압레벨 제어부(211), 오실레이터(oscillator)(212) 및 차지펌프(213)를 포함한다. In FIG. 4 , the variable output voltage
본 발명에 따른 전압레벨 제어부(211)는 차지펌프(213)의 가변 출력전압을 피드백받아 기 설정된 전압간격으로 분배된 N 개의 분배전압들을 생성하는 전압 분배기(2111); N 개의 분배전압들 중에서 분배율 n/N에 상응하는 n 번째 분배전압을 상기 전압선택신호에 의해 선택하고, 선택된 n번째 분배전압을 출력하는 전압 선택기(2112); 및 n번째 분배전압과 상기 기준전압을 비교하여, 상기 n번째 분배전압이 상기 기준전압보다 낮으면 상기 오실레이터(212)의 동작을 활성화하고, 상기 기준전압보다 높거나 같으면 오실레이터(212)의 동작을 비활성화하도록, 상기 오실레이터 제어신호를 생성하는 비교기(2113)를 포함한다.The
본 발명에 따른 전압레벨 제어부(211)는 MEMS 가스감지부(100) 내의 보상소자(110)와 검지소자(120)의 스펙에 따라 결정된 분배율 n/N(1≤=n≤=N인 자연수)을 특정하는 전압선택신호(Vsel)에 따라 차지펌프(213)의 가변출력전압(Vcpo)에 분배율 n/N를 승산하여 얻은 분배전압(V_n)을 기준전압(Vref)과 비교한 결과에 따라 오실레이터(212)의 동작을 제어하도록 활성화 또는 비활성화되는 오실레이터 제어신호(ENb)를 생성한다.The voltage
MEMS 가스감지부(100) 내의 보상소자(110)와 검지소자(120)의 스펙에 상응하는 전압값은. 예를 들어 차지펌프(213)의 최소 출력가능전압부터 최대 출력가능전압까지의 범위내에서 선택될 수 있다. The voltage values corresponding to the specifications of the
또한, 가변출력전압(Vcpo) 값이 원하는 전압값에 도달하고 유지되려면, 가변출력전압(Vcpo)에 분배율 n/N를 승산하여 얻은 분배전압(V_n)이 기준전압(Vref)과같아져야 한다. In addition, in order for the variable output voltage Vcpo to reach and maintain a desired voltage value, the division voltage V_n obtained by multiplying the variable output voltage Vcpo by the division ratio n/N must equal the reference voltage Vref.
이에 따라, 분배율 n/N는 기준전압(Vref)값을 원하는 전압값, 즉 목표하는 가변출력전압(Vcpo)으로 나눈 비율이라고 할 수 있다. Accordingly, the division ratio n/N may be referred to as a ratio obtained by dividing the value of the reference voltage Vref by a desired voltage value, that is, a target variable output voltage Vcpo.
따라서, 본 발명의 가변출력전압 차지펌프부(210)는 차지펌프(213)의 최소 출력가능전압부터 최대 출력가능전압까지의 범위내에서, 분배율 n/N를 낮출수록 높은 전압레벨에서 고정되는 가변출력전압(Vcpo)을 얻을 수 있고, 분배율 n/N를 높이면 낮은 전압레벨에서 고정되는 가변출력전압(Vcpo)을 얻을 수 있다. Therefore, the variable output voltage
한편, 도 4에서 오실레이터 제어신호(ENb)는 논리 Low일 때에 활성화되는 신호인 것으로 예시되나, 반드시 그러한 것은 아니고 논리 High일 때에 활성화되는 신호로서 생성될 수도 있다. Meanwhile, in FIG. 4 , the oscillator control signal ENb is exemplified as a signal activated when the logic is low, but may be generated as a signal activated when the logic is high.
구체적으로, 전압레벨 제어부(211)는 전압분배기(2111), 전압선택기(2112) 및 비교기(2113)를 포함할 수 있다.Specifically, the
본 발명에 따른 전압 분배기(2111)는 상기 N개의 직렬연결된 저항성 소자들 또는 다이오드들의 노드들에서 각 출력되는 상기 N개의 분배전압들 중에서 상기 전압 분배기(2111)의 분배율 n/N에 상응하는 n번째 분배전압을 상기 전압선택신호에 의해 선택하고, 선택된 n번째 분배전압을 출력하도록 동작할 수 있다.The
전압분배기(2111)는 차지펌프(213)의 가변출력전압(Vcpo)을 피드백받아 기 설정된 소정 전압간격으로, 바람직하게는 균등한 전압간격으로 분배된 N 개의분배전압들(V_1 …*V_N)을 생성한다. The
예를들어, 전압분배기(2111)는 도 5와 같이, N 개의 직렬연결된 저항성 소자들로 또는 N 개의 직렬연결된 다이오드들(D_1, D_2, D_3, …*, D_n, …*D_N)로 구현될 수있다. 두 저항성 소자 또는 두 다이오드의 접점노드(node)에서 각 분배된 전압들(V_1, V_2, V_3, …*, Vn, …*V_N)을 출력할 수 있다.For example, as shown in FIG. 5, the
전압선택기(2112)는 N개의 직렬 연결된 저항성 소자들 또는 다이오드들의 각 노드들에서 각 출력되는 N개의 분배전압들(V_1, …*, V_N)중에서 분배율 n/N에 상응하는 전압분배기(2111)의 n번째 분배전압(V_n)을 전압선택신호(Vsel)에 의해 선택하고, 선택된 분배전압(V_n)을 출력한다. The
바람직하게는, 전압선택기(2112)는 N개의 분배전압들(V_1, …*, V_N) 중에서 전압분배기(2111)의 분배율 n/N에 상응하는 n번째 노드, 즉 아래에서 n번째 저항성 소자 또는 다이오드와 n+1번째 저항성 소자 또는 다이오드 사이의 노드에서 출력되는 n번째 분배전압(V_n)을 전압선택신호(Vsel)에 의해 선택하고, 선택된 분배전압(V_n)을 출력한다. Preferably, the
이때, 전압선택기(2112)는 분배율 n/N가 최대일 때(n=N)에 N번째 분배전압(V_N)을 선택하고, 분배율 n/N가 최소일 때(n=1)에 1번째 분배전압(V_1)을 선택한다는 점에 유의한다. At this time, the
예를들어, 전압선택기(2112)는 도 6과 같이, 각 일 측은 분배전압(V_1 내지V_N 중 하나)에 연결되고, 타 측은 비교기(2113)에 연결된 N개의스위치들(SW_1 내지SW_N)을 병렬로 포함하고, 전압선택신호(Vsel)에 의해 스위치들(SW_1 내지SW_N) 중 하나(SW_n)만 선택적으로 통전시킴으로써, 전압분배기(2111)로부터 제공된 N개의 분배전압들(V_1 내지V_N) 중에 n번째 분배전압(V_n)을 선택적으로 비교기(2113)에 출력할 수 있다. For example, as shown in FIG. 6, the
비교기(2113)는 분배율 n/N에 상응하는 n번째 분배전압(V_n)과 기준전압(Vref)을 비교하여, 분배율 n/N에 상응하는 n번째 분배전압(V_n)이 기준전압(Vref)보다 낮으면 오실레이터(212)의 동작을 활성화하고, 그렇지않으면(높거나 같으면) 오실레이터(212)의 동작을 비활성화하도록, 오실레이터 제어신호(ENb)를 생성한다. The
한편, 도 4에서 비교기(2113)는 (+)단자에서 분배율 n/N에 상응하는 n번째분배전압(V_n)을 입력받고, (-)단자에서 기준전압(Vref)을 입력받는 것으로 예시되어 있다. 기준전압(Vref)보다 분배율 n/N에 상응하는 n번째 분배전압(V_n)이 더 낮은 동안에는, 즉 비교기(2113)에서 논리 Low가 출력되는 동안에는 가변출력전압(Vcpo)을 증가시키기 위해 오실레이터(212)를 동작시켜야 하므로, 비교기(2113)는 예시적으로 논리 Low일 때에 활성화되는 신호(ENb)로서 오실레이터 제어신호(ENb)를 출력한다. On the other hand, in FIG. 4, the
실시예에 따라, 비교기(2113)는 (-)단자에서 분배율 n/N에 상응하는 n번째 분배전압(V_n)을 입력받고 (+)단자에서 기준전압(Vref)을 입력받는 것으로 구현될 수 도 있다. 이 경우에, 기준전압(Vref)보다 분배율 n/N에 상응하는 n번째 분배전압(V_n)이 더 높은 동안에, 즉 비교기(2113)에서 논리 High가 출력되는 동안에 가변출력전압(Vcpo)을 증가시키기 위해 오실레이터(212)를 동작시켜야 하므로, 비교기(2113)는 예시적으로 논리 High 일 때에 활성화되는 신호로서 오실레이터 제어신호를 출력할 수 있다. Depending on the embodiment, the
이어서, 오실레이터(212)는 오실레이터 제어신호(ENb)의 활성화 여부에 따라 기 설정된 소정 주파수의 클럭신호(CLK, CLKb)를 차지펌프(213)로 출력할 수 있다. 오실레이터 제어신호(ENb)가 비활성화되면(즉, 도 4에서 비교기(2113)에서 분배율 n/N의 분배전압(V_n)이 기준전압(Vref)보다 높아질 경우에), 오실레이터(212)의 클럭신호(CLK, CLKb) 자체의 생성이 중단될 수 있다. Subsequently, the
차지펌프(213)는 오실레이터(212)로부터 클럭신호(CLK)가 인가되는 동안 전원전압(Vcc)을 승압하여 가변출력전압(Vcpo)을 출력한다. The
차지펌프(213)의 가변출력전압(Vcpo)이 원하는 전압 레벨에 이르기 전까지는 전압레벨제어부(211)의 오실레이터 제어신호(Enb)에 의해 오실레이터(212)로부터 클럭신호(CLK)의 출력이 활성화되므로 가변출력전압(Vcpo)이 계속 상승한다. The output of the clock signal CLK from the
가변출력전압(Vcpo)이 일정 전압레벨에 도달하면, 전압레벨 제어부(211)의 오실레이터 제어신호(Enb)에 의해 오실레이터(212)로부터 클럭신호(CLK)의 출력이 비활성화되므로 차지펌프(213)의 동작도 비활성화된다. 이에 따라, 가변출력전압(Vcpo)은 더이상 상승하지 않고 보상소자(110) 및 검지소자(120) 내부의 등가 시정수에 따라 감소하지만, 가변출력전압(Vcpo)의 감소폭이 전압레벨제어부(211) 내의 비교기(2113)에 의해 검출 될 정도를 넘어서면, 다시 오실레이터(212)의 클럭신호(CLK)의 출력이 활성화되면서 가변출력전압(Vcpo)이 다시 높아진다. 이러한 식으로 차지펌프(213)는 활성화/비활성화를 반복하면서 가변출력전압(Vcpo)의 크기를 일정하게 유지한다. When the variable output voltage Vcpo reaches a certain voltage level, the output of the clock signal CLK from the
본 발명에 따른 차지펌프(213)는 차지펌프의 반복적인 활성화와 비활성화에 따른 상기 가변 출력전압의 리플 성분을 제거하기 위한 저역통과필터를 더 포함할 수 있다.The
실시예에 따라, 차지펌프(213)의 출력단자에 커패시터를 포함하는 저역통과필터(214)를 이용하여 차지펌프(213)의 활성화/비활성화에 따른 가변출력전압(Vcpo)의 리플 성분을 제거할 수도 있다. According to an embodiment, a ripple component of the variable output voltage Vcpo according to activation/deactivation of the
이하에서는, 본 발명에 따른 가변 출력전압 공급이 가능한 MEMS 가스센서 장치 발명을 설명하고자 한다. 전술한 MEMS 가스센서 칩 패키지 발명과 기술특징은 실질적으로 동일하다. 이에, 중복되는 내용은 생략하고, 차별성을 위주로 설명하고자 한다. Hereinafter, an MEMS gas sensor device capable of supplying a variable output voltage according to the present invention will be described. Technical features of the aforementioned MEMS gas sensor chip package invention are substantially the same. Therefore, we will omit the overlapping contents and focus on the differentiation.
도 1은 본 발명에 따른 가변 출력전압 공급이 가능한 MEMS 가스센서 장치의 제1 실시예이다. 도 2는 본 발명에 따른 가변 출력전압 공급이 가능한 MEMS 가스센서 장치의 제2 실시예이다.1 is a first embodiment of a MEMS gas sensor device capable of supplying a variable output voltage according to the present invention. 2 is a second embodiment of a MEMS gas sensor device capable of supplying a variable output voltage according to the present invention.
본 발명에 따른 MEMS 가스센서 장치의 제1 실시예는 다음과 같다.A first embodiment of the MEMS gas sensor device according to the present invention is as follows.
본 발명은 인쇄회로기판(10) 상에 구비된 MEMS 가스감지부(100); 인쇄회로기판(10) 상에 상기 MEMS 가스감지부(100)와 이격배치되어 전기적으로 접속되는 신호처리부(200); 일측에 가스 주입공(21)이 형성되며, 상기 MEMS 가스감지부(100) 및 상기 신호처리부(200)를 이격된 상태로 둘러싸도록 인쇄회로기판(10) 상에 구비된 제1 칩 커버(20a); 및 일 측에 가스 주입공(31)이 형성되며, 제1 칩 커버(20a)를 이격된 상태로 둘러싸도록 인쇄회로기판(10) 상에 구비된 하우징 커버(30)을 포함하며, 상기 신호처리부(200)는 상기 MEMS 가스감지부(100)에 가변전압을 공급하는 가변출력전압 차지펌프부(210)를 구비할 수 있다.The present invention includes a MEMS
본 발명에 따른 MEMS 가스센서 장치의 제2 실시예는 다음과 같다.A second embodiment of the MEMS gas sensor device according to the present invention is as follows.
본 발명은 인쇄회로기판(10) 상에 구비된 MEMS 가스감지부(100); 인쇄회로기판(10) 상에 상기 MEMS 가스감지부(100)와 이격배치되어 전기적으로 접속되는 신호처리부(200); 일측에 가스 주입공(21)이 형성되며, 상기 MEMS 가스감지부(100)를 이격된 상태로 둘러싸도록 인쇄회로기판(10) 상에 구비된 제2 칩 커버(20b); 및 일 측에 가스 주입공(31)이 형성되며, 제2 칩 커버(20b)와 신호처리부(200)를 이격된 상태로 둘러싸도록 인쇄회로기판(10) 상에 구비된 하우징 커버(30)을 포함하며, 상기 신호처리부(200)는 상기 MEMS 가스감지부(100)에 가변전압을 공급하는 가변출력전압 차지펌프부(210)를 구비할 수 있다.The present invention includes a MEMS
도 1에 도시된 MEMS 가스센서 장치의 제1 실시예는 본 발명에 따른 MEMS 가스센서 칩 패키지의 제1 실시예(제1 칩 커버 관련)를 포함한다.The first embodiment of the MEMS gas sensor device shown in FIG. 1 includes the first embodiment (related to the first chip cover) of the MEMS gas sensor chip package according to the present invention.
도 2에 도시된 MEMS 가스센서 장치의 제2 실시예는 본 발명에 따른 MEMS 가스센서 칩 패키지의 제2 실시예(제2 칩 커버 관련)를 포함한다.The second embodiment of the MEMS gas sensor device shown in FIG. 2 includes the second embodiment (related to the second chip cover) of the MEMS gas sensor chip package according to the present invention.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 MEMS 가스센서 장치는 칩 커버(20)에 형성된 가스 주입공(21)과 하우징 커버(30)에 형성된 가스 주입공(22)을 구비할 수 있다1 and 2, the MEMS gas sensor device according to the present invention may include a
본 발명에 따른 각 가스 주입공(21)(31)에는 박막 형태의 필터부(40)가 구비될 수 있다. 필터부(40)는 가스 종류와 목적에 따라 달리 구비될 수 있다.A
가스 주입공(21)(31)에 구비된 2개의 필터부는 피독(수분 또는 일산화탄소 등)을 최소화 하는 역할을 할 수 있다. 필터부에 사용되는 재료는 박막 또는 필름 형태로 특정 가스를 필터링할 수 있는 소재를 사용해, 가스 주입공을 포함하는 케이스(하우징, 칩 커버)에 부착될 수 있다.The two filter units provided in the gas injection holes 21 and 31 may play a role of minimizing poisoning (moisture or carbon monoxide, etc.). A material used for the filter unit may be attached to a case (housing, chip cover) including a gas injection hole by using a material capable of filtering a specific gas in the form of a thin film or film.
일 실시예로서, 수분/습기 피독은 단계별로, 하우징 커버(30)의 가스 주입공(31)에 구비된 필터부와 칩 커버(20)의 가스 주입공(210)에 구비된 필터부의 순서로 단계적으로 필터링되는 것이 가능하다.As an embodiment, moisture/moisture poisoning is performed step by step in the order of the filter unit provided in the
칩 커버의 필터부를 거치면 수분 피독량이 최소화 되어, 챔버(가스포집 량)크기에 따라, 회복시간 및 반응시간에 영향을 줄 수 있다.When passing through the filter part of the chip cover, the amount of moisture poisoning is minimized, and depending on the size of the chamber (gas collection amount), it can affect the recovery time and reaction time.
다른 실시예로서, 하우징 커버의 필터부는 습기를 방지하고, 칩 커버부의 필터부는 타 가스를 방지하여 피독 방지역할을 할 수도 있을 것이다.As another embodiment, the filter part of the housing cover prevents moisture, and the filter part of the chip cover part prevents other gases to prevent poisoning.
본 발명에 따른 MEMS 가스센서 장치는 하우징 챔버 및 칩 커버 챔버로 구분될 수 있다. 챔버의 부피는 가스 포집 양을 결정할 수 있다. 즉 챔버의 크기는 가스 포집양을 의미한다. 가스의 양에 따라, 가스센서의 회복 및 반응시간 성능이 좌우될 수 있다.The MEMS gas sensor device according to the present invention can be divided into a housing chamber and a chip cover chamber. The volume of the chamber can determine the amount of gas collection. That is, the size of the chamber means the amount of gas collection. Depending on the amount of gas, the recovery and response time performance of the gas sensor may be affected.
종래의 챔버 크기는 하우징 케이스의 부피와 같으므로, 본 발명에 따른 도 1 및 도 2의 실시예보다 크다.Since the conventional chamber size is equal to the volume of the housing case, it is larger than the embodiment of FIGS. 1 and 2 according to the present invention.
도 1의 실시예의 경우, 도 2의 실시예보다는 크지만 종래의 크기보다 70% 정도 줄어든 크기이고, 가장 작은 크기는 도 2와 같이 MEMS 부분만 케이스화 한 것이 가장 작다.In the case of the embodiment of FIG. 1, it is larger than the embodiment of FIG. 2, but is about 70% smaller than the conventional size, and the smallest size is the case in which only the MEMS part is encased as shown in FIG.
가스센서의 성능 중 특정 가스에 반응 후 회복시간 및 반응시간은 매우 중요한 척도이다. 전술한 바와 같이, 도 1 및 도 2에 제시된 구성과 본 발명에 따른 마이크로 히터 기술을 통해, 매우 빠른 회복시간 및 반응시간을 줄일 수 있다. 또한 재현성 및 정확도를 높일 수 있다.Among the performance of a gas sensor, recovery time and response time after responding to a specific gas are very important measures. As described above, through the configuration shown in FIGS. 1 and 2 and the micro-heater technology according to the present invention, very fast recovery time and response time can be reduced. In addition, reproducibility and accuracy can be improved.
이하에서는, 본 발명에 따른 가변 출력전압 공급이 가능한 차지펌프 회로 발명을 설명하고자 한다. 전술한 MEMS 가스센서 칩 패키지 발명과 기술특징은 실질적으로 동일하다. 이에, 중복되는 내용은 생략하고, 차별성을 위주로 설명하고자 한다. Hereinafter, the invention of a charge pump circuit capable of supplying a variable output voltage according to the present invention will be described. Technical features of the aforementioned MEMS gas sensor chip package invention are substantially the same. Therefore, we will omit the overlapping contents and focus on the differentiation.
본 발명은 가변 출력전압 공급이 가능한 차지펌프 회로로서, 분배율 n/N (1≤=n≤=N인자연수)를 특정하는 전압선택신호에 따라 차지펌프의 가변출력전압에 분배율 n/N를 승산하여 얻은 분배전압을 기준전압과 비교한 결과에 따라 활성화 또는 비활성화되도록 하는 오실레이터 제어신호를 생성하는 전압레벨제어부(211); 상기 오실레이터 제어신호가 활성화 될 때에 기 설정된 주파수의 클럭신호를 출력하는 오실레이터(212); 및 상기 오실레이터(212)로부터 상기 클럭신호가 인가되는 동안 전원전압을 승압하여 상기 가변 출력전압을 출력하는 차지펌프(213)를 포함한다.The present invention is a charge pump circuit capable of supplying a variable output voltage, wherein the variable output voltage of the charge pump is multiplied by the division ratio n/N according to a voltage selection signal specifying the division ratio n/N (1≤=n≤=N factor constant). a voltage
도 5는 본 발명에 따른 가변 출력전압 차지펌프의 전압 분배기에 관한 회로도의 일 실시예이다. 도 6은 본 발명에 따른 가변 출력전압 차지펌프의 전압 선택부에 관한 회로도의 일 실시예이다. 도 7은 본 발명에 따른 가변 출력전압 차지펌프의 출력전압들을 나타낸 그래프의 일 실시예이다. 5 is a circuit diagram of a voltage divider of a variable output voltage charge pump according to an embodiment of the present invention. 6 is a circuit diagram of a voltage selector of a variable output voltage charge pump according to an embodiment of the present invention. 7 is a graph illustrating output voltages of a variable output voltage charge pump according to an embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 MEMS 가스센서 장치의 가변출력전압 차지펌프는 보상소자(110)와 검지소자(120)사이의 전압으로서 분배율 n/N의 크기에 따라, 분배율 n/N가 크면(1에 가까우면) 최소 레벨에 가깝고, 분배율 n/N가 작아지면(0에가까우면) 최대 레벨에 가깝도록 가변하는 출력전압들 중 하나를 바이어스 전압신호로서 출력할 수 있다.Referring to FIG. 7, the variable output voltage charge pump of the MEMS gas sensor device according to the present invention is the voltage between the
이하에서는, 본 발명에 따른 가변 출력전압 공급이 가능한 차지펌프 장치의 구동방법 발명을 설명하고자 한다. 전술한 MEMS 가스센서 칩 패키지 발명과 기술특징은 실질적으로 동일하다. 이에, 중복되는 내용은 생략하고, 차별성을 위주로 설명하고자 한다. Hereinafter, an invention of a method for driving a charge pump device capable of supplying a variable output voltage according to the present invention will be described. Technical features of the aforementioned MEMS gas sensor chip package invention are substantially the same. Therefore, we will omit the overlapping contents and focus on the differentiation.
도 8은 본 발명에 따른 가변 출력전압 차지펌프 장치의 구동방법의 순서도이다. 도 9는 본 발명에 따른 S100 단계의 세부 순서도이다. 8 is a flowchart of a driving method of a variable output voltage charge pump device according to the present invention. 9 is a detailed flowchart of step S100 according to the present invention.
본 발명은 전압레벨 제어부(211), 오실레이터(212) 및 차지펌프(213)를 포함하는 가변 출력전압 차지펌프 장치의 구동방법으로서, 상기 전압레벨 제어부(211)가 분배율 n/N (1≤=n≤=N인 자연수)를 특정하는 전압선택신호에 따라 차지펌프의 가변출력전압에 분배율 n/N를 승산하여 얻은 분배전압을 기준전압과 비교한 결과에 따라 활성화 또는 비활성화되도록 하는 오실레이터 제어신호를 생성하는 S100 단계; 상기 오실레이터(212)가 상기 오실레이터 제어신호가 활성화 될 때에 기 설정된 주파수의 클럭신호를 출력하는 S200 단계; 및 상기 차지펌프(213)가 상기 오실레이터(212)로부터 상기 클럭신호가 인가되는 동안 전원전압을 승압하여 상기 가변 출력전압을 출력하는 S300 단계를 포함한다.The present invention is a method for driving a variable output voltage charge pump device including a voltage
본 발명에 따른 S100 단계는 전압 분배기(2111)가 상기 차지펌프(213)의 가변 출력전압을 피드백받아 기 설정된 전압간격으로 분배된 N 개의 분배전압들을 생성하는 S110 단계; 전압 선택기(2112)가 상기 N 개의 분배전압들 중에서 분배율 n/N에 상응하는 n 번째 분배전압을 상기 전압선택신호에 의해 선택하고, 선택된 n번째 분배전압을 출력하는 S120 단계; 및 비교기(2113)가 상기 n번째 분배전압과 상기 기준전압을 비교하여, 상기 n번째 분배전압이 상기 기준전압보다 낮으면 상기 오실레이터(212)의 동작을 활성화하고, 상기 기준전압보다 높거나 같으면 오실레이터(212)의 동작을 비활성화하도록, 상기 오실레이터 제어신호를 생성하는 S130 단계를 포함한다.Step S100 according to the present invention includes step S110 in which the
본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The embodiments described in this specification and the accompanying drawings merely illustrate some of the technical ideas included in the present invention by way of example. Therefore, since the embodiments disclosed in this specification are intended to explain rather than limit the technical spirit of the present invention, it is obvious that the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. All modified examples and specific examples that can be easily inferred by those skilled in the art within the scope of the technical idea included in the specification and drawings of the present invention should be construed as being included in the scope of the present invention.
10 : 기판
20 : 칩 커버
20a : 제1 칩 커버
20b : 제2 칩 커버
21 : 가스 주입공
30 : 하우징 커버
31 : 가스 주입공
40 : 필터부
100 : MEMS 가스감지부
110 : 보상소자
111 : 마이크로 히터
120 : 검지소자
121 : 마이크로 히터
122 : 감지물질
130 : 전압입력단자
200 : 신호처리부
210 : 가변출력전압 차지펌프부
211 : 전압레벨 제어부
2111 : 전압 분배기
2112 : 전압 선택기
2113 : 비교기
212 : 오실레이터
213 : 차지펌프
220 : 검출신호 검출부
230 : 출력신호 증폭부
10: substrate 20: chip cover
20a: first chip cover 20b: second chip cover
21: gas injection hole 30: housing cover
31: gas injection hole 40: filter unit
100: MEMS gas detection unit 110: compensation element
111: micro heater 120: detection element
121: micro heater 122: sensing material
130: voltage input terminal
200: signal processing unit 210: variable output voltage charge pump unit
211: voltage level controller 2111: voltage divider
2112: voltage selector 2113: comparator
212: oscillator 213: charge pump
220: detection signal detection unit 230: output signal amplification unit
Claims (20)
인쇄회로기판 상에 상기 MEMS 가스감지부와 이격배치되어 전기적으로 접속되는 신호처리부; 및
일측에 가스 주입공이 형성되며, 상기 MEMS 가스감지부 및 상기 신호처리부를 이격된 상태로 둘러싸도록 인쇄회로기판 상에 구비된 칩 커버를 포함하며,
상기 신호처리부는 상기 MEMS 가스감지부에 가변전압을 공급하는 가변출력전압 차지펌프부를 구비한 것을 특징으로 하는 가변 출력전압 공급이 가능한 MEMS 가스센서 칩 패키지.MEMS gas sensing unit provided on the printed circuit board;
a signal processing unit electrically connected to the MEMS gas sensing unit on a printed circuit board; and
A gas injection hole is formed on one side and includes a chip cover provided on a printed circuit board to surround the MEMS gas sensing unit and the signal processing unit in a spaced apart state,
The MEMS gas sensor chip package capable of supplying a variable output voltage, characterized in that the signal processing unit includes a variable output voltage charge pump unit for supplying a variable voltage to the MEMS gas sensing unit.
인쇄회로기판 상에 상기 MEMS 가스감지부와 이격배치되어 전기적으로 접속되는 신호처리부; 및
일측에 가스 주입공이 형성되며, 상기 MEMS 가스감지부를 이격된 상태로 둘러싸도록 인쇄회로기판 상에 구비된 칩 커버를 포함하며,
상기 신호처리부는 상기 MEMS 가스감지부에 가변전압을 공급하는 가변출력전압 차지펌프부를 구비한 것을 특징으로 하는 가변 출력전압 공급이 가능한 MEMS 가스센서 칩 패키지.MEMS gas sensing unit provided on the printed circuit board;
a signal processing unit electrically connected to the MEMS gas sensing unit on a printed circuit board; and
A gas injection hole is formed on one side and includes a chip cover provided on a printed circuit board to surround the MEMS gas sensing unit in a spaced apart state,
The MEMS gas sensor chip package capable of supplying a variable output voltage, characterized in that the signal processing unit includes a variable output voltage charge pump unit for supplying a variable voltage to the MEMS gas sensing unit.
상기 MEMS 가스감지부는
마이크로 히터를 갖는 보상소자; 및
마이크로 히터를 가지며, 상기 마이크로 히터 위에 감지물질이 형성된 검지소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 출력전압 공급이 가능한 MEMS 가스센서 칩 패키지.According to claim 1 or claim 2,
The MEMS gas sensing unit
Compensation element with micro-heater; and
A MEMS gas sensor chip package capable of supplying a variable output voltage, characterized in that it has a micro-heater and includes a sensing element on which a sensing material is formed on the micro-heater.
상기 신호처리부는
상기 가변출력전압 차지펌프부;
검파회로로부터 전위차이값을 검출하여 검출신호를 출력하는 검출신호 검출부; 및
상기 검출신호(Vs)를 증폭하여 가스센서 출력신호로서 외부로 출력하는 출력신호 증폭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 출력전압 공급이 가능한 MEMS 가스센서 칩 패키지.The method of claim 3,
The signal processing unit
the variable output voltage charge pump unit;
a detection signal detection unit that detects a potential difference value from the detection circuit and outputs a detection signal; and
An MEMS gas sensor chip package capable of supplying a variable output voltage, characterized in that it comprises an output signal amplifier for amplifying the detection signal (Vs) and outputting it to the outside as a gas sensor output signal.
상기 가변출력전압 차지펌프부는
상기 MEMS 가스감지부의 보상소자와 검지소자의 특성에 따른 전압선택신호 및 기준전압에 따라 전원전압을 승압하여 가변출력전압으로 출력하는 특징으로 하는 가변 출력전압 공급이 가능한 MEMS 가스센서 칩 패키지.The method of claim 4,
The variable output voltage charge pump unit
A MEMS gas sensor chip package capable of supplying a variable output voltage, characterized in that the power supply voltage is boosted according to the voltage selection signal and the reference voltage according to the characteristics of the compensation element and the detection element of the MEMS gas sensing unit and output as a variable output voltage.
상기 가변출력전압 차지펌프부는
분배율 n/N (1≤=n≤=N인 자연수)를 특정하는 전압선택신호에 따라 차지펌프의 가변출력전압에 분배율 n/N를 승산하여 얻은 분배전압을 기준전압과 비교한 결과에 따라 활성화 또는 비활성화되도록 하는 오실레이터 제어신호를 생성하는 전압레벨제어부;
상기 오실레이터 제어신호가 활성화 될 때에 기 설정된 주파수의 클럭신호를 출력하는 오실레이터; 및
상기 오실레이터로부터 상기 클럭신호가 인가되는 동안 전원전압을 승압하여 상기 가변 출력전압을 출력하는 차지펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 출력전압 공급이 가능한 MEMS 가스센서 칩 패키지.The method of claim 5,
The variable output voltage charge pump unit
Activated according to the result of comparing the division voltage obtained by multiplying the variable output voltage of the charge pump by the division ratio n/N with the reference voltage according to the voltage selection signal specifying the division ratio n/N (a natural number of 1≤=n≤=N) or a voltage level control unit generating an oscillator control signal to be inactivated;
an oscillator outputting a clock signal having a predetermined frequency when the oscillator control signal is activated; and
A MEMS gas sensor chip package capable of supplying a variable output voltage, characterized in that it comprises a charge pump for outputting the variable output voltage by boosting a power supply voltage while the clock signal is applied from the oscillator.
상기 전압레벨 제어부는
상기 차지펌프의 가변 출력전압을 피드백받아 기 설정된 전압간격으로 분배된 N 개의 분배전압들을 생성하는 전압 분배기;
상기 N 개의 분배전압들 중에서 분배율 n/N에 상응하는 n 번째 분배전압을 상기 전압선택신호에 의해 선택하고, 선택된 n번째 분배전압을 출력하는 전압 선택기; 및
상기 n번째 분배전압과 상기 기준전압을 비교하여, 상기 n번째 분배전압이 상기 기준전압보다 낮으면 상기 오실레이터의 동작을 활성화하고, 상기 기준전압보다 높거나 같으면 오실레이터의 동작을 비활성화하도록, 상기 오실레이터 제어신호를 생성하는 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 출력전압 공급이 가능한 MEMS 가스센서 칩 패키지.The method of claim 6,
The voltage level controller
a voltage divider receiving feedback from the variable output voltage of the charge pump and generating N divided voltages divided at predetermined voltage intervals;
a voltage selector for selecting an n-th division voltage corresponding to a division ratio n/N among the N division voltages by the voltage selection signal and outputting the selected n-th division voltage; and
The oscillator is controlled to compare the n-th divided voltage with the reference voltage, activate the operation of the oscillator when the n-th divided voltage is lower than the reference voltage, and deactivate the operation of the oscillator when the n-th divided voltage is equal to or higher than the reference voltage. MEMS gas sensor chip package capable of supplying a variable output voltage, characterized in that it comprises a comparator for generating a signal.
상기 전압 분배기는
상기 N개의 직렬연결된 저항성 소자들 또는 다이오드들의 노드들에서 각 출력되는 상기 N개의 분배전압들 중에서 상기 전압 분배기의 분배율 n/N에 상응하는 n번째 분배전압을 상기 전압선택신호에 의해 선택하고, 선택된 n번째 분배전압을 출력하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 가변 출력전압 공급이 가능한 MEMS 가스센서 칩 패키지.The method of claim 7,
The voltage divider is
An n-th division voltage corresponding to a division ratio n/N of the voltage divider is selected from among the N division voltages output from nodes of the N series-connected resistive elements or diodes by the voltage selection signal, and the selected An MEMS gas sensor chip package capable of supplying a variable output voltage, characterized in that it operates to output an n-th distribution voltage.
상기 차지펌프는
상기 차지펌프의 반복적인 활성화와 비활성화에 따른 상기 가변 출력전압의 리플 성분을 제거하기 위한 저역통과필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 출력전압 공급이 가능한 MEMS 가스센서 칩 패키지.The method of claim 6,
The charge pump
The MEMS gas sensor chip package capable of supplying a variable output voltage, characterized in that it further comprises a low pass filter for removing a ripple component of the variable output voltage according to repeated activation and deactivation of the charge pump.
인쇄회로기판 상에 상기 MEMS 가스감지부와 이격배치되어 전기적으로 접속되는 신호처리부;
일측에 가스 주입공이 형성되며, 상기 MEMS 가스감지부 및 상기 신호처리부를 이격된 상태로 둘러싸도록 인쇄회로기판 상에 구비된 제1 칩 커버; 및
일 측에 가스 주입공이 형성되며, 제1 칩 커버를 이격된 상태로 둘러싸도록 인쇄회로기판 상에 구비된 하우징 커버을 포함하며,
상기 신호처리부는 상기 MEMS 가스감지부에 가변전압을 공급하는 가변출력전압 차지펌프부를 구비하는 것을 특징으로 하는 가변 출력전압 공급이 가능한 MEMS 가스센서 장치.MEMS gas sensing unit provided on the printed circuit board;
a signal processing unit electrically connected to the MEMS gas sensing unit on a printed circuit board;
a first chip cover having a gas injection hole formed on one side and provided on a printed circuit board to surround the MEMS gas sensing unit and the signal processing unit in a spaced apart state; and
A gas injection hole is formed on one side and includes a housing cover provided on the printed circuit board to surround the first chip cover in a spaced apart state,
The MEMS gas sensor device capable of supplying a variable output voltage, characterized in that the signal processing unit includes a variable output voltage charge pump unit for supplying a variable voltage to the MEMS gas sensing unit.
인쇄회로기판 상에 상기 MEMS 가스감지부와 이격배치되어 전기적으로 접속되는 신호처리부;
일측에 가스 주입공이 형성되며, 상기 MEMS 가스감지부를 이격된 상태로 둘러싸도록 인쇄회로기판 상에 구비된 제2 칩 커버; 및
일 측에 가스 주입공이 형성되며, 제2 칩 커버와 신호처리부를 이격된 상태로 둘러싸도록 인쇄회로기판 상에 구비된 하우징 커버을 포함하며,
상기 신호처리부는 상기 MEMS 가스감지부에 가변전압을 공급하는 가변출력전압 차지펌프부를 구비하는 것을 특징으로 하는 가변 출력전압 공급이 가능한 MEMS 가스센서 장치.MEMS gas sensing unit provided on the printed circuit board;
a signal processing unit electrically connected to the MEMS gas sensing unit on a printed circuit board;
a second chip cover having a gas injection hole formed on one side and provided on the printed circuit board to surround the MEMS gas sensing unit in a spaced state; and
A gas injection hole is formed on one side and includes a housing cover provided on the printed circuit board to surround the second chip cover and the signal processing unit in a spaced apart state,
The MEMS gas sensor device capable of supplying a variable output voltage, characterized in that the signal processing unit includes a variable output voltage charge pump unit for supplying a variable voltage to the MEMS gas sensing unit.
상기 각 가스 주입공에는 박막 형태의 필터부가 구비되는 것을 특징으로 하는 가변 출력전압 공급이 가능한 MEMS 가스센서 장치.According to claim 10 or claim 11,
A MEMS gas sensor device capable of supplying a variable output voltage, characterized in that a filter unit in the form of a thin film is provided in each gas injection hole.
상기 오실레이터 제어신호가 활성화 될 때에 기 설정된 주파수의 클럭신호를 출력하는 오실레이터; 및
상기 오실레이터로부터 상기 클럭신호가 인가되는 동안 전원전압을 승압하여 상기 가변 출력전압을 출력하는 차지펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 출력전압 공급이 가능한 차지펌프 회로.Activated according to the result of comparing the division voltage obtained by multiplying the variable output voltage of the charge pump by the division ratio n/N with the reference voltage according to the voltage selection signal specifying the division ratio n/N (a natural number of 1≤=n≤=N) or a voltage level control unit generating an oscillator control signal to be inactivated;
an oscillator outputting a clock signal having a predetermined frequency when the oscillator control signal is activated; and
and a charge pump configured to output the variable output voltage by boosting a power supply voltage while the clock signal is applied from the oscillator.
상기 전압레벨 제어부는
상기 차지펌프의 가변 출력전압을 피드백받아 기 설정된 전압간격으로 분배된 N 개의 분배전압들을 생성하는 전압 분배기;
상기 N 개의 분배전압들 중에서 분배율 n/N에 상응하는 n 번째 분배전압을 상기 전압선택신호에 의해 선택하고, 선택된 n번째 분배전압을 출력하는 전압 선택기; 및
상기 n번째 분배전압과 상기 기준전압을 비교하여, 상기 n번째 분배전압이 상기 기준전압보다 낮으면 상기 오실레이터의 동작을 활성화하고, 상기 기준전압보다 높거나 같으면 오실레이터의 동작을 비활성화하도록, 상기 오실레이터 제어신호를 생성하는 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 출력전압 공급이 가능한 차지펌프 회로.The method of claim 13,
The voltage level controller
a voltage divider receiving feedback of the variable output voltage of the charge pump and generating N divided voltages divided at predetermined voltage intervals;
a voltage selector for selecting an n-th division voltage corresponding to a division ratio n/N among the N division voltages by the voltage selection signal and outputting the selected n-th division voltage; and
The oscillator is controlled to compare the n-th divided voltage with the reference voltage, activate the operation of the oscillator when the n-th divided voltage is lower than the reference voltage, and deactivate the operation of the oscillator when the n-th divided voltage is equal to or higher than the reference voltage. A charge pump circuit capable of supplying a variable output voltage, comprising a comparator for generating a signal.
상기 전압 분배기는
상기 N개의 직렬연결된 저항성 소자들 또는 다이오드들의 노드들에서 각 출력되는 상기 N개의 분배전압들 중에서 상기 전압 분배기의 분배율 n/N에 상응하는 n번째 분배전압을 상기 전압선택신호에 의해 선택하고, 선택된 n번째 분배전압을 출력하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 가변 출력전압 공급이 가능한 차지펌프 회로.The method of claim 14,
The voltage divider is
An n-th division voltage corresponding to a division ratio n/N of the voltage divider is selected from among the N division voltages output from nodes of the N series-connected resistive elements or diodes by the voltage selection signal, and the selected A charge pump circuit capable of supplying a variable output voltage, characterized in that it operates to output an n-th divided voltage.
상기 차지펌프는
상기 차지펌프의 반복적인 활성화와 비활성화에 따른 상기 가변 출력전압의 리플 성분을 제거하기 위한 저역통과필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 출력전압 공급이 가능한 차지펌프 회로.The method of claim 13,
The charge pump
The charge pump circuit capable of supplying a variable output voltage, further comprising a low pass filter for removing a ripple component of the variable output voltage caused by repeated activation and deactivation of the charge pump.
상기 전압레벨 제어부가 분배율 n/N (1≤=n≤=N인 자연수)를 특정하는 전압선택신호에 따라 차지펌프의 가변출력전압에 분배율 n/N를 승산하여 얻은 분배전압을 기준전압과 비교한 결과에 따라 활성화 또는 비활성화되도록 하는 오실레이터 제어신호를 생성하는 S100 단계;
상기 오실레이터가 상기 오실레이터 제어신호가 활성화 될 때에 기 설정된 주파수의 클럭신호를 출력하는 S200 단계; 및
상기 차지펌프가 상기 오실레이터로부터 상기 클럭신호가 인가되는 동안 전원전압을 승압하여 상기 가변 출력전압을 출력하는 S300 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 출력전압 공급이 가능한 차지펌프 장치의 구동방법.A driving method of a variable output voltage charge pump device including a voltage level controller, an oscillator, and a charge pump,
The voltage level controller compares the divided voltage obtained by multiplying the variable output voltage of the charge pump by the division ratio n/N according to a voltage selection signal specifying the division ratio n/N (a natural number of 1≤=n≤=N) with the reference voltage. S100 step of generating an oscillator control signal to be activated or deactivated according to one result;
Step S200 of the oscillator outputting a clock signal having a preset frequency when the oscillator control signal is activated; and
and step S300 in which the charge pump outputs the variable output voltage by boosting a power supply voltage while the clock signal is applied from the oscillator.
전압 분배기가 상기 차지펌프의 가변 출력전압을 피드백받아 기 설정된 전압간격으로 분배된 N 개의 분배전압들을 생성하는 S110 단계;
전압 선택기가 상기 N 개의 분배전압들 중에서 분배율 n/N에 상응하는 n 번째 분배전압을 상기 전압선택신호에 의해 선택하고, 선택된 n번째 분배전압을 출력하는 S120 단계; 및
비교기가 상기 n번째 분배전압과 상기 기준전압을 비교하여, 상기 n번째 분배전압이 상기 기준전압보다 낮으면 상기 오실레이터의 동작을 활성화하고, 상기 기준전압보다 높거나 같으면 오실레이터의 동작을 비활성화하도록, 상기 오실레이터 제어신호를 생성하는 S130 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 출력전압 공급이 가능한 차지펌프 장치의 구동방법.The method according to claim 17, step S100
Step S110 in which the voltage divider receives feedback of the variable output voltage of the charge pump and generates N divided voltages divided at predetermined voltage intervals;
a step S120 in which a voltage selector selects an n-th division voltage corresponding to a division ratio n/N among the N division voltages by the voltage selection signal and outputs the selected n-th division voltage; and
The comparator compares the n-th divided voltage with the reference voltage, activates the operation of the oscillator when the n-th divided voltage is lower than the reference voltage, and disables the operation of the oscillator when higher than or equal to the reference voltage. A method of driving a charge pump device capable of supplying a variable output voltage, comprising a step S130 of generating an oscillator control signal.
전압 분배기는 상기 N개의 직렬연결된 저항성 소자들 또는 다이오드들의 노드들에서 각 출력되는 상기 N개의 분배전압들 중에서 상기 전압 분배기의 분배율 n/N에 상응하는 n번째 분배전압을 상기 전압선택신호에 의해 선택하고, 선택된 n번째 분배전압을 출력하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 가변 출력전압 공급이 가능한 차지펌프 장치의 구동방법.The method according to claim 17, in step S110,
The voltage divider selects the n-th division voltage corresponding to the division ratio n/N of the voltage divider from among the N division voltages output from nodes of the N series-connected resistive elements or diodes by the voltage selection signal. and operating to output the selected n-th distribution voltage.
상기 차지펌프는 상기 차지펌프의 반복적인 활성화와 비활성화에 따른 상기 가변 출력전압의 리플 성분을 제거하기 위한 저역통과필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 출력전압 공급이 가능한 차지펌프 장치의 구동방법.
The method according to claim 17, in step S300,
The charge pump driving method of a charge pump device capable of supplying a variable output voltage, characterized in that further comprising a low-pass filter for removing a ripple component of the variable output voltage caused by repeated activation and deactivation of the charge pump.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
KR1020210112153A KR20230030211A (en) | 2021-08-25 | 2021-08-25 | Chip Package and Apparatus of MEMS Gas Sensor to provide Variable Output Voltage |
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KR1020210112153A KR20230030211A (en) | 2021-08-25 | 2021-08-25 | Chip Package and Apparatus of MEMS Gas Sensor to provide Variable Output Voltage |
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KR1020210112153A KR20230030211A (en) | 2021-08-25 | 2021-08-25 | Chip Package and Apparatus of MEMS Gas Sensor to provide Variable Output Voltage |
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Citations (1)
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KR101773954B1 (en) | 2011-09-28 | 2017-09-05 | 한국전자통신연구원 | Micro Electro Mechanical Systems Type Electrochemical Gas Sensor |
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2021
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Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR101773954B1 (en) | 2011-09-28 | 2017-09-05 | 한국전자통신연구원 | Micro Electro Mechanical Systems Type Electrochemical Gas Sensor |
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