KR20230044521A - 에너지 펄스를 사용한 전압 샘플링 및 관련 시스템, 방법 및 장치 - Google Patents

에너지 펄스를 사용한 전압 샘플링 및 관련 시스템, 방법 및 장치 Download PDF

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KR20230044521A
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미르코 롱라킥
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마이크로칩 테크놀로지 인코포레이티드
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Abstract

개시된 방법은 획득 회로의 커넥터 및 연관 커패시터를 소정의 전위로 설정하는 단계; 소정의 제1 지속시간의 에너지 펄스를 커넥터에 제공하는 단계; 에너지 펄스의 소정의 제1 지속시간의 종료 후에 소정의 제2 지속시간에서 실질적으로 발생하는 시간에, 연관 커패시터와 획득 회로의 커넥터를 커플링하는 단계; 및 연관 커패시터에 걸쳐 표시되는 전압을 샘플링하는 단계를 포함한다.

Description

에너지 펄스를 사용한 전압 샘플링 및 관련 시스템, 방법 및 장치
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2020년 9월 3일자로 출원된 미국 특허 가출원 제62/706,704호의 35 U.S.C. §119(e) 하의 이익을 주장하며, 이 출원의 개시 내용은 전체가 참조로 본원에 통합된다.
기술분야
하나 이상의 실시예는 일반적으로 정전용량 센서 및 전극의 자기 정전용량을 측정하는 것에 관한 것이다. 하나 이상의 실시예는 일반적으로 터치 센서에 관한 것이다. 하나 이상의 실시예는 일반적으로 재료 레벨 센서에 관한 것이다.
정전용량 센서는 재료 레벨 센서 및 터치 센서로서 포함하되, 이에 국한되지 않는, 다양한 작동 상황에서 사용된다.
임의의 특정 요소 또는 동작에 대한 논의를 쉽게 식별하기 위해, 참조 번호에서의 최상위 숫자 또는 숫자들은 그 요소가 처음 소개되는 도면 번호를 지시한다.
도 1은 하나 이상의 실시예에 따른, 획득 회로를 포함하는 장치의 개략도를 도시한다.
도 2는 하나 이상의 실시예에 따른, 프로세스를 도시하는 흐름도이다.
도 3은 하나 이상의 실시예에 따른, 프로세스를 도시하는 흐름도이다.
도 4는 하나 이상의 실시예에 따른, 프로세스를 도시하는 흐름도이다.
도 5는 의도되지 않은 커패시터를 포함하는 외부 리드를 통해 정전용량 네트워크에 커플링된 측정 회로를 포함하는 예시적인 시스템의 개략도이다.
도 6은 하나 이상의 실시예에 따른, 고려된 작동 동안 도 5의 정전용량 네트워크에 커플링된 리드에서의 전압의 타이밍도이다.
도 7은 하나 이상의 실시예에 따른, 고려된 작동 동안 의도된 커패시터에서 그리고 의도되지 않은 커패시터에서 전압에 의해 표시되는 각각의 전압 레벨의 그래프 표현이다.
다음의 상세한 설명에서, 상세한 설명의 일부를 형성하고, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시하는 것을 가능하게 하기에 충분히 상세히 설명된다. 그러나, 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 본원에서 가능하게 되는 다른 실시예가 활용될 수 있고 구조, 재료 및 프로세스 변경이 이루어질 수 있다.
본원에 제시된 도면은 임의의 특정한 방법, 시스템, 장치 또는 구조의 실제 도면인 것으로 의미되는 것이 아니라, 단지 본 발명의 실시예를 설명하는 데 이용되는 이상화된 표현이다. 일부 실시예에서 다양한 도면의 유사한 구조체 또는 구성요소는 독자의 편의를 위해 동일한 또는 유사한 도면 부호 부여를 유지할 수 있지만; 도면 부호 부여에서의 유사성은 구조체 또는 구성요소가 크기, 조성, 구성, 또는 임의의 다른 특성에서 동일하다는 것을 반드시 의미하지는 않는다.
다음의 설명은 당업자가 개시된 실시예를 실시할 수 있게 하는 것을 돕기 위한 실시예를 포함할 수 있다. 용어 "예시적인", "예로서", 및 "예를 들어"의 사용은 관련 설명이 예시적인 것임을 의미하며, 본 발명의 범주가 실시예 및 법적 등가물을 포함하도록 의도되지만, 그러한 용어의 사용은 실시예 또는 본 발명의 범주를 명시된 구성요소, 단계, 특징, 기능 등으로 제한하도록 의도되지 않는다.
본원에서 일반적으로 기술되고 도면에 도시된 바와 같은 실시예의 구성요소가 매우 다양한 상이한 구성으로 배열되고 설계될 수 있다는 것이 쉽게 이해될 것이다. 따라서, 다양한 실시예에 대한 다음의 설명은 본 발명의 범주를 한정하려는 것이 아니라, 단지 다양한 실시예를 나타낼 뿐이다. 실시예의 다양한 양태가 도면에 제시될 수 있지만, 명확히 지시되지 않는 한 도면은 반드시 축척대로 도시된 것은 아니다.
또한, 도시되고 설명되는 특정 구현예는 단지 실시예일 뿐이며, 본원에서 달리 명시되지 않는 한 본 발명을 구현하는 유일한 방법으로 해석되지 않아야 한다. 요소, 회로, 및 기능은 불필요한 상세로 본 발명을 모호하게 하지 않기 위해 블록도 형태로 도시될 수 있다. 반대로, 도시되고 설명되는 특정 구현예는 단지 실시예일 뿐이며, 본원에서 달리 명시되지 않는 한 본 발명을 구현하는 유일한 방법으로 해석되지 않아야 한다.
또한, 블록 정의 및 다양한 블록 사이의 논리의 분할은 특정 구현예의 실시예이다. 본 발명이 많은 다른 분할 솔루션에 의해 실시될 수 있다는 것은 당업자에게 쉽게 명백해질 것이다. 대부분의 경우, 타이밍 고려 사항 등에 관한 상세는, 그러한 상세가 본 발명의 완전한 이해를 얻는 데 필요하지 않고 당업자의 능력 내에 있는 경우 생략되었다.
당업자는 정보 및 신호가 다양한 상이한 기술 및 기법 중 임의의 것을 사용하여 표현될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 일부 도면은 표시 및 설명의 명료함을 위해 신호를 단일 신호로 도시할 수 있다. 신호는 신호의 버스를 표현할 수 있으며, 버스는 다양한 비트 폭을 가질 수 있고 본 발명은 단일 데이터 신호를 포함하는 임의의 수의 데이터 신호에 대해 구현될 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다.
본원에 개시된 실시예와 관련하여 설명된 다양한 예시적인 논리 블록, 모듈 및 회로는 범용 프로세서, 특수 목적 프로세서, 디지털 신호 프로세서(DSP), 집적 회로(IC), 주문형 집적 회로(ASIC), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 또는 다른 프로그래밍 가능 논리 디바이스, 개별 게이트 또는 트랜지스터 로직, 개별 하드웨어 구성요소, 또는 본원에 기술된 기능을 수행하도록 설계된 이들의 임의의 조합(이들 모두는 "프로세서"라는 용어의 사용에 포함됨)을 이용하여 구현되거나 수행될 수 있다. 범용 프로세서는 마이크로프로세서일 수 있지만, 대안에서, 프로세서는 임의의 종래의 프로세서, 제어기, 마이크로제어기 또는 상태 기계일 수 있다. 프로세서는 또한 컴퓨팅 디바이스의 조합, 예컨대 DSP와 마이크로프로세서의 조합, 복수의 마이크로프로세서, DSP 코어와 협력하는 하나 이상의 마이크로프로세서, 또는 임의의 다른 이러한 구성으로서 구현될 수 있다. 프로세서를 포함하는 범용 컴퓨터는 특수 목적 컴퓨터로 간주되는 반면, 범용 컴퓨터는 본 발명의 실시예와 관련된 컴퓨팅 명령어(예를 들어, 소프트웨어 코드, 이에 한정되지 않음)를 실행하도록 구성된다.
실시예는 순서도, 흐름도, 구조도, 또는 블록도로서 도시되는 프로세스의 관점에서 설명될 수 있다. 순서도가 작동 동작을 순차적인 프로세스로서 설명할 수 있지만, 이러한 동작 중 다수는 다른 순서로, 병렬로, 또는 실질적으로 동시에 수행될 수 있다. 또한, 동작의 순서는 재배열될 수 있다. 프로세스는 방법, 스레드, 기능, 절차, 서브루틴, 서브프로그램, 다른 구조, 또는 이의 조합에 상응할 수 있다. 또한, 본원에 개시된 방법은 하드웨어, 소프트웨어 또는 둘 모두로 구현될 수 있다. 소프트웨어로 구현되는 경우, 기능은 컴퓨터 판독 가능 매체에 하나 이상의 명령어 또는 코드로서 저장되거나 송신될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터 저장 매체와 한 장소로부터 다른 장소로의 컴퓨터 프로그램의 전송을 용이하게 하는 임의의 매체를 포함하는 통신 매체 둘 모두를 포함한다.
"제1", "제2" 등과 같은 명칭을 사용하는 본원에서의 요소에 대한 임의의 지칭은 이러한 제한이 명시적으로 언급되지 않는 한, 그 요소의 수량 또는 순서를 한정하지 않는다. 오히려, 이러한 명칭은 본원에서 둘 이상의 요소 또는 요소의 인스턴스를 구별하는 편리한 방법으로서 사용될 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 요소에 대한 언급은 2개의 요소만이 거기에서 이용될 수 있거나 제1 요소가 소정 방식으로 제2 요소를 선행해야 한다는 것을 의미하지 않는다. 또한, 달리 언급되지 않는 한, 요소의 세트는 하나 이상의 요소를 포함할 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 주어진 파라미터, 특성, 또는 조건과 관련하여 "실질적으로(substantially)" 또는 "약(about)"이라는 용어는, 당업자가 이해할 정도로, 주어진 파라미터, 특성, 또는 조건이 허용 가능한 제조 또는 작동 공차 내에서와 같은 약간의 변동으로 충족되는 것을 의미하고 포함한다. 예로서, 실질적으로 충족되는 특정 파라미터, 특성, 또는 조건에 따라, 파라미터, 특성, 또는 조건은 적어도 90% 충족되거나, 적어도 95% 충족되거나, 심지어 적어도 99% 충족될 수 있다.
본원에서 사용되는, "위(over, above)", "아래(under)", "상(on)", "아래에 있는(underlying)", "상부(upper)", 또는 "하부(lower)" 등과 같은 임의의 상대적 용어는, 제한 없이, 본 발명 및 첨부 도면을 이해하는 데 있어서의 명확함 및 편리함을 위해 사용되며, 문맥이 달리 명확하게 나타내는 경우를 제외하고는, 임의의 특정 선호도, 배향, 또는 순서를 암시하거나 이에 의존하지 않는다.
이 설명에서, 용어 "커플링되는" 및 이의 파생어는 2개의 요소가 서로 공동 작동하거나 상호작용하는 것을 나타내는 데 사용될 수 있다. 요소가 다른 요소에 "커플링되는"것으로 설명되는 경우, 요소는 직접적인 물리적 또는 전기적 접촉일 수 있거나 존재하는 중간 요소 또는 층일 수 있다. 대조적으로, 요소가 다른 요소에 "직접적으로 커플링되는" 것으로 설명되는 경우, 중간 요소 또는 층이 존재하지 않는다.
용어 "연결되는(connected)"은 이 설명에서 용어 "커플링되는"과 상호교환적으로 사용될 수 있고, 명시적으로 달리 나타내지 않는 한 또는 문맥상 당업자에게 달리 나타내지 않는 한 "커플링되는"과 동일한 의미를 갖는다. 요소가 제1 요소와 제2 요소를 "연결하는" 또는 "커플링하는" 것으로 지칭될 때, 이는 제1 요소에 커플링되고 이는 제2 요소에 커플링된다는 것이 이해될 것이다.
본원에서 요소가 다른 요소에 "전기적으로 커플링되는" 것으로 지칭될 때, 하나 이상의 전하 또는 신호는 이 요소와 다른 요소 사이에, 직접적으로 또는 존재하는 경우 중간 요소를 통해, 전송될 수 있다. 요소가 제1 요소와 제2 요소를 "전기적으로 연결하는" 또는 "전기적으로 커플링하는" 것으로 지칭될 때, 하나 이상의 전하 또는 신호는 이 요소를 통해 제1 요소와 제2 요소 사이에, 직접적으로 또는 존재하는 경우 중간 요소를 통해, 전송될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
본원에 기술된 다양한 실시예에서, 정전용량 센서는 정전용량 센서와 접촉하거나 또는 이에 근접한 물체(예컨대, 제한 없이, 손가락, 스타일러스, 재료 또는 다른 신뢰성 있는 검출 가능한 객체)에 응답(예를 들어, 제한 없이, 검출 가능한 커패시턴스의 변화를 신뢰성 있게 나타냄)할 수 있다. 본 발명에서, "접촉(contact)"또는 "터치"는 정전용량 센서와의 물리적 접촉을 포함하고, 정전용량 센서의 근접성 내의 존재를 포함하여, 정전용량 센서가 심지어 물리적 접촉 없이도 이러한 존재에 신뢰성 있게 반응할 것으로 예상될 수 있도록 하는 것을 의미한다. 정전용량 센서와의 실제 물리적 접촉이 요구되지 않는다.
정전용량 센서는, 제한 없이, 물체의 재료 또는 재료들의 양 또는 품질의 변화에 의해 야기될 수 있는 것과 같은, 정전용량 센서를 터치하는 물체의 커패시턴스의 변화(예를 들어, 제한 없이, 탱크 내의 재료의 레벨을 검출하기 위한 레벨 센서의 경우)에 응답할 수 있다.
자기 정전용량은 가상 접지에 대한 전극의 커패시턴스이고, 이러한 가상 접지는 알려져 있거나 알려져 있지 않을 수 있다. 자기 정전용량 센서는 개별적으로 (또는 센서 어레이의 경우에 집합적으로) 자기 정전용량의 변화에 응답하는 정전용량 센서이다. 전극의 자기 정전용량은 측정될 때, 이것은 통상적으로 기준 전위로서 로컬 접지를 갖는 신호에 관한 것이며, 신호는 전극의 자기 정전용량 및 이에 커플링된 외부 정전용량 네트워크의 표시로서 역할을 한다.
전극의 자기 정전용량을 나타내는 전압 신호를 생성하기 위한 통상적인 프로세스는 획득 회로와 연관된 커패시터 상의 전압을 획득하는 단계를 포함하며, 연관 커패시터는 통상적으로 소정의 커패시턴스이고 접지(정전용량 전압 분배기)에 커플링되고, 이는 자기 정전용량을 나타내고 이어서 자기 정전용량을 나타내는 수치를 생성하는 전압을 샘플링한다. (전극을 통해) 연관 커패시터와 외부 정전용량 네트워크는 상이한 알려진 전압 레벨에 먼저 충전(사전-충전됨)된다. 일단 충전되면, (전극을 통해) 커패시터와 외부 정전용량 네트워크는 커플링되고, 이들 각각의 전압 레벨은 동일하게 분포된다. 일단 전압 레벨이 안정되면, 획득 회로의 샘플링 회로(예를 들어, 제한 없이, 아날로그-디지털 변환기(ADC))는 커패시터를 걸쳐 전압의 전압 레벨을 샘플링하고 전극의 자기 정전용량 및 이에 커플링된 외부 정전용량 네트워크를 나타내는 값을 생성한다.
설계 관점에서, 정전용량 센서의 물리적 측정 환경에서의 변화가 측정 결과의 변화에 영향을 주지 않아야 하는 것이 일반적으로 바람직하다. 비제한적인 실시예로서, 센서 어레이 상의 고임피던스 전도성 재료 및 이의 연관된 커패시턴스는 측정 결과에 예측 가능할 수 없게 영향을 미칠 것이다. 비제한적인 실시예로서, 측정된 매체의 증착 재료는 정전용량 센서 또는 센서 어레이의 표면 상에 축적될 수 있다. 비제한적인 실시예로서, 시간이 지남에 따라, 축적된 증착 재료는 하나 이상의 센서, 예를 들어, 터치 센서, 근접 센서 또는 레벨 센서의 표면 상에 고임피던스 전도성 재료("증착물 층")의 하나 이상의 층을 형성할 수 있다. 추가의 비제한적인 실시예로서, 페인트와 같은 고임피던스 전도성 재료는 고임피던스 전도층을 형성하기 위해, 보호층 또는 코팅에 의도적으로 적용될 수 있다. 추가의 비제한적인 실시예로서, 고임피던스 전도성 퍼들은 정전용량 센서 또는 정전용량 센서 어레이를 중첩하는 보호 층 상에 적어도 일시적으로 형성될 수 있다. 설명의 용이함을 위해, 이것이 형성되는 방법에 관계없이 임의의 고임피던스 전도성 재료는 본원에서 "증착 재료"로 지칭된다.
이러한 고임피던스 전도성 재료는 외부 정전용량 네트워크의 의도된 커패시터와 함께 의도되지 않은 커패시터의 적어도 일부를 형성할 수 있고, 의도되지 않은 커패시터는 이에 커플링된 전극 및 외부 정전용량 네트워크에 인가되는 사전 충전 전압 레벨에 영향을 미칠 수 있고, 전압 레벨의 결과는 동일하게 분포된다. 예를 들어, 전하는 더 저임피던스, 의도된 커패시터로부터 더 고임피던스, 의도되지 않은 커패시터로 전송될 수 있으며, 전극에서 보이고 획득 회로의 연관 커패시터와 공유되는 전압 레벨에 영향을 미칠 수 있다. 이러한 고임피던스 전도성 재료는 다른 실시예에서 상이한 센서 간의 크로스토크의 원인일 수 있다.
본 발명의 발명자는 자기 정전용량 측정에 대한 고임피던스 전도성 재료의 예측 가능하지 않는 영향에 대한 약간의 내성을 제공하기 위해, 비제한적인 실시예로서, 인가된 전압의 정상 상태에 도달하는 외부 정전용량 네트워크에 의존하지 않는 전압 획득 프로세스가 바람직할 것임을 인식한다.
하나 이상의 실시예는 일반적으로 전극의 자기 정전용량, 보다 구체적으로는, 이에 커플링된 정전용량 네트워크의 의도된 커패시터를 나타내는 전압을 획득하기 위한 프로세스에 관한 것이다. 연관 커패시터, 즉, 획득 회로와 연관된 커패시터, 및 전극이 소정의 전위로 충전되고 소정 지속시간의 에너지 펄스(예를 들어, 제한 없이, 전류 펄스 또는 전압 펄스)가 완전히 방전된 전극에 인가된다.
하나 이상의 실시예에서, 에너지 펄스의 지속시간은 외부 정전용량 네트워크에 존재할 수 있거나 또는 존재하지 않을 수 있는 의도되지 않은 커패시터를 전혀 충전하는 경우, 고임피던스 전도성 재료의 의도되지 않은 커패시터를 부분적으로만 충전하도록 (소정으로) 선택된다. 고임피던스 전도성 재료가 존재하는 경우, 에너지 펄스의 지속시간은 에너지 펄스의 에너지를 주로 저임피던스, 의도된 커패시터에 저장하도록 미리 결정될 수 있다. 고임피던스 전도성 재료가 존재하지 않는 경우, 전압 펄스의 에너지는 의도된 커패시터에 저장된다. 이어서, 개시된 프로세스는 연관 커패시터와 전극을 커플링하고, 따라서 연관 커패시터와 외부 정전용량 네트워크는 의도되지 않은 커패시터 전에, 존재하는 경우, 무시할 수 없을 정도로 신호에 영향을 미칠 수 있다. 연관 커패시터에서 수신된 신호는 의도된 커패시터에 의해 영향을 받지만, 의도되지 않은 커패시터에 의해서는, 즉, 존재하는 경우, 무시할 만하다.
도 1은 하나 이상의 실시예에 따른, 획득 회로(102), 및 선택적으로 샘플링 회로(104)와 전극(118)을 포함하는 장치(100)의 개략도이다. 하나 이상의 실시예에서, 획득 회로(102) 및 장치(100)는 더 일반적으로, 에너지 펄스(126)를 이용하는 샘플링될 전압(VS)("전압(VS)")을 획득한다. 전압(VS)은 전극(118)의 자기 정전용량(CS)을 나타내는 전압 레벨을 표시한다. 고려되는 작동에서, 전극(118)의 자기 정전용량(CS)은 변경될 수 있고 전압(VS)은 응답적으로 변경될 수 있다.
획득 회로(102)는 스위칭 회로(106), 제2 에너지 공급원(108), 제1 에너지 공급원(110), 제어 회로(112), 연관 커패시터(114), 및 커넥터(116)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 획득 회로(102) 및 장치(100)는 더 일반적으로, 점선을 사용하여 도 1에 의해 도시되는 전극(118)을 선택적으로 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 장치(100)는 전극(118)의 자기 정전용량(CS)을 나타내는 값(120)을 생성하기 위한 선택적 샘플링 회로(104)를 포함할 수 있다. 고려되는 작동에서, 전극(118)의 자기 정전용량(CS)은 변경될 수 있고, 전압(VS)은 변경될 수 있고, 샘플링 회로(104)에 의해 생성된 값(120)은 이에 비례하여 변경될 수 있다. 커넥터(116)는, 비제한적인 실시예로서, 제한 없이, 리드 라인, 패드, 핀, 입력 포트, 출력 포트, 또는 입력/출력 포트일 수 있다.
스위칭 회로(106) 및 제어 회로(112)는 스위칭 회로(106)를 통해 커넥터(116)에 선택적으로 커플링되는 전극(118)의 자기 정전용량(CS)을 나타내는 전압 레벨을 표시하는 연관 커패시터(114)를 걸쳐 전압(VS)을 생성하도록 커플링된다. 스위칭 회로(106)는, 제어 회로(112)에 응답하여, 제1 에너지 공급원(110)을 커넥터(116) 및 전극(118)에 선택적으로 커플링/디커플링할 수 있고; 제1 에너지 공급원(110)을 연관 커패시터(114)에 선택적으로 커플링/디커플링할 수 있고; 제2 에너지 공급원(108)(도 1에 접지 공급원으로 도시됨)을 연관 커패시터(114), 커넥터(116), 및 전극(118)에 선택적으로 커플링/디커플링할 수 있고; 연관 커패시터(114)를 커넥터(116)에 선택적으로 커플링/디커플링할 수 있고; 연관 커패시터(114)를 동일하거나 상이한 시간에서 각각 샘플링 회로(104)에 선택적으로 커플링/디커플링할 수 있다.
도 1에 의해 도시된 특정 비제한적인 실시예에서, 스위칭 회로(106)는 제어 회로(112)에 응답하여 본원에서 논의된 다양한 연결을 선택적으로 온 또는 오프하는, 비제한적인 실시예로서, 스위치(S1 내지 S6)를 포함한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 스위치(예를 들어, 제한 없이, 하나 이상의 스위치(S1 내지 S6)), 또는 스위치를 통한 연결은 "온"인 것으로 기술되는 경우 이는 전류가 스위치 또는 연결을 통해 전송될 수 있음을 의미하고, 스위치가 "오프"인 것으로 기술되는 경우 이는 전류가 스위치 또는 연결을 통해 전송되지 않음, "열림"인 것으로도 지칭되는 것을 의미한다.
제어 회로(112)는, 스위칭 회로(106) 및 그 각각의 스위치(S1~S6)가 전압(VS)을 생성하고 선택적으로 샘플링 회로(104)가 전압(VS)을 샘플링하고 값(120)을 생성하도록 할 수 있게 하기 위해 획득 프로세스의 작동을 수행할 수 있는 것에 응답하여 제어 신호(124)를 생성하는 프로세서 또는 논리 회로일 수 있거나, 이를 포함할 수 있다.
하나 이상의 실시예에서, 선택적 샘플링 회로(104)는 연관 커패시터(114)에서 전압(VS)의 샘플링된 전압 레벨에 적어도 부분적으로 응답하여 값(120)을 생성하도록 커플링될 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 샘플링 회로(104)는, 제한 없이, 연속 근사 레지스터(SAR) 유형 ADC와 같은 ADC일 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 연관 커패시터(114)는 샘플링 회로(104) 외부에 있는 커패시터일 수 있거나 또는 이를 포함할 수 있고, 또는, 제한 없이, ADC의 내부 커패시터와 같은 샘플링 회로(104) 내부에 있는 커패시터일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 일부 고려되는 작동에서, 전극(118) 및 이에 커플링된 외부 정전용량 네트워크(미도시)가 소정의 전위에 충전되고 의도되지 않은 커패시터가 정전용량 네트워크(예를 들어, 제한 없이, 정전용량 센서(의도된 커패시터인 정전용량 센서) 상에 증착된 고임피던스 전도성 재료)에 존재하는 경우, 이러한 의도되지 않은 커패시터는 전하 전송, 전압(VS), 및 값(120)에 영향을 미칠 수 있다.
하나 이상의 실시예에서, 스위칭 회로(106)는 제어 회로(112)에 응답하여 제1 에너지 공급원(110)을 통해 에너지 펄스(126)를 생성할 수 있다. 에너지 펄스(126)의 극성은 소정의 전위와 관련하여 양 또는 음일 수 있다. 에너지 펄스(126)의 펄스 폭은 제어 회로(112)에서 구성된 소정의 지속시간(122)의 소정의 제1 지속시간에 실질적으로 상응할 수 있다. 에너지 펄스(126)는 양 진행 펄스, 또는 음 진행 펄스일 수 있다. 작동은, 소정의 전위가 제2 에너지 공급원(108)으로부터 달성되고 에너지 펄스(126)가 제1 에너지 공급원(110)으로부터 제공되는 실시예에서 기술되지만, 이것은 임의의 방식으로 제한하려는 것으로 의도되지 않는다. 다른 실시예(미도시)에서, 소정의 전위는 제2 에너지 공급원(108)으로부터 달성되고, 또 다른 실시예에서, 에너지 펄스(126)는 제2 에너지 공급원(108)으로부터 제공된다.
하나 이상의 실시예에서, 각각의 소정의 지속시간(122)은 제어 회로(112)에서 각각의 값으로 구성될 수 있다. 소정의 지속시간(122)의 비제한적인 실시예는 에너지 펄스(126)의 펄스 폭(본원에서 "소정의 제1 지속시간"으로도 지칭됨), 에너지 펄스(126)를 제공하는 것과 전극(118)과 이에 커플링된 정전용량 네트워크 및 연관 커패시터(114) 사이의 전하 공유를 개시하는 것 사이의 지연의 지속시간(본원에서 "소정의 제2 시간 지속시간"으로도 지칭됨), 및 전극(118)과 연관 커패시터(114) 사이의 전하 공유를 개시하는 것과 연관 커패시터(114)에서 전압(VS)을 샘플링하는 것 사이의 지연의 지속시간(본원에서 "소정의 제3 시간 지속시간"으로도 지칭됨)을 포함한다. 하나 이상의 실시예에서, 각각의 소정의 지속시간(122)은 제어 회로(112)에서 구성될 수 있고, 추가로 구성 가능할 수 있다.
전극(118)에 커플링된 정전용량 네트워크가 고임피던스 의도되지 않은 커패시터 및 저임피던스 의도된 커패시터를 포함하는 경우, 고임피던스 의도되지 않은 커패시터는 저임피던스 의도된 커패시터보다 훨씬 더 큰 정도로 진동(또는 펄스화된) 신호에 의한 에너지 전달에 저항할 것이다. 에너지는, 에너지 펄스의 펄스 폭이 매우 짧은 경우, 에너지 펄스를 통해, 적어도 순간적으로, 저임피던스 의도된 커패시터에 저장될 수 있다. 고임피던스 의도되지 않은 커패시터는, 에너지 펄스가 고주파 신호인 경우와 같이 펄스에 응답하고 의도되지 않은 커패시터로의 에너지 전달에 저항할 것이다. 저임피던스 의도된 커패시터는 또한 펄스가 고주파수 신호인 경우와 같이 펄스에 응답하지만, 이의 임피던스(실시예에서, 와이어로서 모델링될 수 있음)는 에너지 펄스를 통한 에너지 전달에 저항하기에 불충분하다.
하나 이상의 실시예에서, 소정의 지속시간(122)의 제1 소정의 지속시간의 값은 고임피던스 의도되지 않은 커패시터가 존재하는 경우에 저항되도록 선택될 수 있고, 따라서 실질적으로 에너지 펄스(126)의 모든 에너지는 전극(118)에 커플링된 저임피던스 의도된 커패시터에, 적어도 순간적으로, 저장된다. 비제한적인 실시예로서, 120 나노초 미만의 펄스 폭은 해당 기계적/물리적 구현에 따라, 정전용량 터치 센서 어플리케이션 또는 정전용량 재료 레벨 센서 어플리케이션에 적합할 것이다. 특정 비제한적인 실시예에서, 0.5 내지 120 나노초의 펄스 폭이 적합할 것이다. 본 발명은 펄스 폭 또는 타이밍에 대한 특정 범위에 한정되지 않고, 위에서 논의된 범위와 상이한 펄스 폭의 활용은 본 발명의 범주를 초과하지 않는다.
하나 이상의 실시예에서, 스위칭 회로(106)는 제어 회로(112)에 응답하여 연관 커패시터(114)와 커넥터(116)에 커플링된 전극(118)과 연관 커패시터(114) 사이의 전하 공유를 개시하는 커넥터(116)를 커플링할 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 연관 커패시터(114)와 커넥터(116)는 에너지 펄스(126)의 제1 소정의 지속시간의 종료 후에 소정의 제2 지속시간 동안 커플링될 수 있다. 고임피던스 의도되지 않은 커패시터는 소정의 제2 지속시간에 응답하고, 적어도 순간적으로, 의도되지 않은 커패시터로부터의 에너지 전달에 저항할 것이고, 따라서, 정전용량 네트워크와 연관 커패시터(114) 사이의 전하 공유는 주로 연관 커패시터(114)와 정전용량 네트워크의 의도된 커패시터 사이에 있다.
하나 이상의 실시예에서, 이러한 전하 공유에 응답하는 연관 커패시터(114)에서 발생되는 전압(VS)은 주로 소정의 제2 지속시간의 종료 후에, 적어도 순간적으로, 정전용량 네트워크의 의도된 커패시터에 의해 영향을 받을 수 있다. 선택적 샘플링 회로(104)는 적어도 실질적으로 전압(VS)을 샘플링하는 경우, 고임피던스 의도되지 않은 커패시터는 이로부터 에너지 전달에 저항하고 있을 것이고, 전압 샘플은 의도되지 않은 커패시터의 영향을 거의 받지 않거나 전혀 받지 않을 수 있다.
특히, 본 발명 및 본원에 논의된 다양한 실시예는 고임피던스 재료가 하나 이상의 정전용량 센서 상에 증착되거나 증착될 수 있는 경우에 한정되지 않는다. 정전용량 커플링이 의도되지 않은 커패시터(예를 들어, 제한 없이, 노이즈 또는 전자기 간섭)를 형성할 수 있게 하는 고임피던스 재료 또는 다른 영향 요인이 존재하는 경우, 또는 이러한 증착물 또는 외부 영향이 존재하지 않는 경우에, 다양한 실시예는 전극의 자기 정전용량을 결정하는 데 사용될 수 있다.
도 2는 하나 이상의 실시예에 따른, 커넥터(116)에 커플링된 전극(118)의 자기 정전용량(CS)을 나타내는 연관 커패시터(114)에서 전압(VS)을 발생하고, 선택적으로 이를 나타내는 값(120)을 발생하는 프로세스(200)를 도시하는 흐름도이다.
작동(202)에서, 프로세스(200)는 (예를 들어, 제1 에너지 공급원(110) 또는 제2 에너지 공급원(108)으부터의 에너지를, 제한 없이, 제공함으로써) 획득 회로(102)의 커넥터(116) 및 연관 커패시터를 소정의 전위로 충전하거나 방전한다. 다양한 실시예에서, 에너지는, 제한 없이, 전압 또는 전류일 수 있다. 다양한 실시예에서, 연관 커패시터(114) 또는 커넥터(116)는 제공된 에너지를 통해 특정 전압 레벨(예를 들어, 기준 전압의 전압 레벨, 전압 레일의 전압 레벨, 전압 레일 또는 기준 전압의 전압 레벨의 일부, 또는, 제한 없이, 접지)로 설정될 수 있다. 하나의 특정 실시예에서, 작동(202)은 획득 회로(102)의 커넥터(116) 및 연관 커패시터(114)를 접지로 방전한다.
작동(204)에서, 프로세스(200)는 (예를 들어, 제한 없이, 제1 에너지 공급원(110) 또는 제2 에너지 공급원(108)을 통해 생성되는) 소정의 제1 지속시간(예를 들어, 제한 없이, 소정의 지속시간(122) 중의 하나에 상응하는 지속시간)의 에너지 펄스(126)를 커넥터(116)에 제공한다. 다양한 구현예에서, 에너지 펄스는 전류 펄스 또는 전압 펄스일 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 소정의 제1 지속시간은 에너지 전달이 고임피던스 의도되지 않은 커패시터에 의해 저항되고, 하나가 존재하는 경우, 저임피던스 의도된 커패시터에 의해 허용되도록 선택될 수 있다.
선택적 작동(206)에서 나타내는 바와 같이, 작동(204)의 에너지 펄스는 소정의 전위와 관련하여 양 진행 펄스, 또는 소정의 전위와 관련하여 음 진행 펄스일 수 있다.
작동(208)에서, 에너지 펄스(126)의 소정의 제1 지속시간의 종료 후에 프로세스(200)는 연관 커패시터(114)와 커넥터(116)를 커플링하여 연관 커패시터(114)와 커넥터(116) 사이의 전하 공유, 소정의 제2 지속시간 동안의 전하 공유를 개시한다. 다양한 실시예에서, 소정의 제2 지속시간은 소정의 지속시간(122) 중의 하나에 상응하는 지속시간일 수 있다. 작동(208)은 제1 지속시간의 종료 후에, 또는 제1 지속시간의 종료 직후에, 또는 제1 지속시간의 종료 후에 제3 소정의 지속시간 후에 작은 스위칭 지연을 발생시킬 수 있다.
작동(210)에서, 프로세스(200)는 연관 커패시터(114)에 걸쳐 표시되는 전압(VS)을 (예를 들어, 제한 없이, 샘플링 회로(104)를 통해) 샘플링한다. 선택적으로, 프로세스(200)는 연관 커패시터(114)와 커넥터(116)의 커플링 후에 실질적으로 소정의 제3 지속시간(예를 들어, 제한 없이, 제어 회로(112)에 구성된 소정의 지속시간(122) 중의 하나에 상응하는 지속시간)을 발생시키는 시간에서 전압(VS)을 샘플링한다. 비제한적인 실시예로서, 정전용량 터치 센서 또는 정전용량 재료 레벨 센서 어플리케이션에서, 소정의 제3 지속시간의 지속시간은 약 200 나노초 미만일 수 있으며, 이러한 연관 커패시터(114)는 의도되지 않은 커패시터 전에 전극(118)으로부터 디커플링될 수 있고, 존재하는 경우, 의도된 커패시터 및 연관 커패시터(114)에 영향을 미칠 수 있다. 하나의 비제한적인 실시예에서, 제3 지속시간은 약 80 나노초 미만이다. 선택적으로, 작동(210)은 커패시터에 걸쳐 표시되는 전압을 샘플링하기 전에 연관 커패시터(114)로부터 커넥터(116)를 디커플링하는 단계를 포함할 수 있다.
선택적 작동(212)에서, 프로세스(200)는 샘플링된 전압(VS)에 적어도 부분적으로 응답하는 값(120)을 생성한다. 동작(202, 204, 208 및 210)이 장치(100)에서 수행될 때, 값(120)은 커넥터(116)에 커플링된 전극(118)의 자기 정전용량(CS)을 나타낸다.
도 3은 하나 이상의 실시예에 따른, 프로세스(200)의 작동(202 및 204)의 소정의 전위 및 에너지 펄스로 커패시터 및 커넥터를 충전하거나 방전하기 위한 프로세스(300)를 도시하는 흐름도이다.
작동(302)에서, 프로세스(300)는 전압 공급원 또는 전압 제한된 전류 공급원을 획득 회로의 커넥터에 그리고 커패시터 및 커넥터를 소정의 전위(즉, 전압 레벨)로 충전하거나 방전하는 연관 커패시터에 제공한다.
작동(304)에서, 프로세스(300)는 커넥터에 에너지를 저장하기 위해 획득 회로의 커넥터에, 선택적으로 이에 커플링된 전극에, 그리고 선택적으로 이에 커플링된 정전용량 네트워크의 의도된 커패시터에 소정의 제1 지속시간의 전압 펄스 또는 전류 펄스를 제공한다.
선택적 작동(306)에서, 프로세스(300)는 작동(302)에 제공된 소정의 전위와 관련하여 양 진행 극성 또는 음 진행 극성을 갖는 전압 펄스 또는 전류 펄스를 제공한다.
도 4는 하나 이상의 실시예에 따른, 전압(VS) 및 선택적으로 값(120)을 생성하기 위해 제어 회로(112)에 응답하는 장치(100)에 의해 실행되는 프로세스(400)를 도시하는 흐름도이다.
작동(402)에서, 프로세스(400)는 (예를 들어, 제한 없이, 온 되는 스위치(S3)를 통해) 연관 커패시터(114)를 제1 에너지 공급원(110) 또는 제2 에너지 공급원(108)과 같은 에너지 공급원에, 제한 없이, 커플링하여 연관 커패시터(114)를 소정의 전위로, 즉, 특정 전압 레벨로 충전하거나 방전한다.
작동(404)에서, 프로세스(400)는 (예를 들어, 제한 없이, 온 되는 스위치(S6)를 통해) 획득 회로(102)의 커넥터(116)를 제1 에너지 공급원(110) 또는 제2 에너지 공급원(108)과 같은 에너지 공급원에, 제한 없이, 커플링하여, 커넥터(116)를 소정의 전위로 충전하거나 방전한다.
작동(402) 및 작동(404) 동안, 스위치(S1 및 S4)는 오프일 수 있고, 제1 에너지 공급원(110) 또는 제2 에너지 공급원(108)에 대한 이용되지 않은 연결을 위한 스위치(S2, S3, S5 및 S6)는 오프일 수 있다. 스위치(S4)는 커넥터(116) 및 연관 커패시터(114)가 소정의 전위에 있도록 하기 위해 온일 수 있다.
작동(406)에서, 연관 커패시터(114) 및 커넥터(116)가 초기에 디커플링되는 상태(예를 들어, 제한 없이, 스위치(S4)는 오프임)에서, 프로세스(400)는 연관 커패시터(114) 및 커넥터(116)를 커플링된 에너지 공급원으로부터 각각 디커플링한다. 따라서, 제1 에너지 공급원(110)의 경우, 스위치(S2 및 S5)는 오프 되고, 제2 에너지 공급원(108)의 경우, 스위치(S3 및 S6)는 오프 된다. 프로세스(400)는 커넥터(116)를 에너지 공급원(예를 들어, (예를 들어, 제한 없이, 온 되는 스위치(S5)를 통해) 제1 에너지 공급원(110), 또는 (예를 들어, 제한 없이, 온 되는 스위치(S6)를 통해) 제2 에너지 공급원(108))에 커플링하여, 에너지 펄스를 제공하는 단계를 시작한다.
작동(408)에서, 연관 커패시터(114) 및 커넥터(116)가 디커플링되는 상태(예를 들어, 제한 없이, 스위치(S4)는 오프임)에서, 작동(406)에서 커넥터(116)와 에너지 공급원을 커플링한 후에 소정의 제1 지속시간의 종료에서 실질적으로 발생하는 시간에, 프로세스(400)는 커넥터(116)와 에너지 공급원을 디커플링한다. 제1 에너지 공급원(110)이 에너지 펄스에 대한 에너지를 제공하는 경우 스위치(S5)는 오프 되고, 제2 에너지 공급원(108)이 에너지 펄스에 대한 에너지를 제공하는 경우 스위치(S6)는 오프 된다.
이에 의해 작동(404 및 406)의 조합은 소정의 제1 지속시간의 에너지 펄스를 제공한다.
작동(410)에서, 프로세스(400)는, 커넥터(116)와 에너지 공급원을 디커플링한 후에, 연관 커패시터(114)와 커넥터(116)를 (예를 들어, 제한 없이, 온 되는 스위치(S4)를 통해) 커플링하여 그 사이에 전하 공유를 개시한다. 작동(410)은 제1 지속시간의 종료 후에, 또는 제1 지속시간의 종료 직후에, 또는 제1 지속시간의 종료 후에 제3 소정의 지속시간 후에 작은 스위칭 지연을 발생시킬 수 있다.
작동(412)에서, 연관 커패시터(114)와 커넥터(116)의 커플링 후에 소정의 제2 지속시간에 실질적으로 발생하는 시간에, 프로세스(400)는 연관 커패시터(114)에서 전압(VS)에 의해 표시되는 전압 레벨을 샘플링한다. 하나 이상의 실시예에서, 작동(412)에서 다수의 샘플이 프로세스(400)의해 취해질 수 있다.
선택적 작동(414)에서, 프로세스(400)는 전압(VS)의 샘플링된 전압 레벨에 적어도 부분적으로 응답하여 값(120)을 생성한다. 작동(402, 404, 406, 408, 410 및 412)이 장치(100)에서 수행될 때, 값(120)은 커넥터(116)에 커플링된 전극(118)의 자기 정전용량(CS)을 나타낸다.
도 5는 의도되지 않은 커패시터(512)를 포함하는 외부 리드(516)를 통해 정전용량 네트워크(514)에 커플링된 측정 회로(506)를 포함하는 시스템(500)의 개략도이다. 측정 회로(506)는, ADC 커패시터(502), 스위치(504) 및 ADC(508)를 포함하는 단순화된 블록도로서 도 5에 의해 도시되지만, 획득 회로(102), 샘플링 회로(104)(본원에서, ADC(508)), 및 전극(118)(본원에서, 외부 리드(516))을 포함하는 장치(100)다. 도 5에 도시된 특정 비제한적인 실시예에서, 측정 회로(506)는 "uC"로 라벨링된 마이크로컨트롤러의 회로(예를 들어, 제한 없이, 집적 회로)이다.
의도된 커패시터(510)의 저항(R1)은 와이어로 도 5에 의해 도시되고, 의도되지 않은 커패시터(512)의 저항(Rd)은 의도되지 않은 커패시터(512)와 직렬로 연결된 저항기(518)로서 도시된다. 의도된 커패시터(510)의 커패시턴스는 커패시턴스(C1)으로 도시되고, 의도되지 않은 커패시터(512)의 커패시턴스는 커패시턴스(Cd)로서 도시된다. 특히, 작동 동안, 의도된 커패시터(510) 및 의도되지 않은 커패시터(512)의 각각의 저항 및 임피던스는 주파수 응답에 기초하여 비제한적인 실시예로서 변할 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 저항(R1)은 제한 없이 마이크로컨트롤러(uC)의 포트를 정전기 방전(ESD) 또는 전자기 간섭(EMI)으로부터 보호하기 위한 저항, 이를 형성하는 트랜지스터와 같은 마이크로컨트롤러(uC)의 포트의 구조의 저항, ITO(Indium Tin Oxide) 유형 구조와 같은 센서 라인의 반도체 구조의 재료 및 센서 라인의 저항 및 마이크로컨트롤러(uC)의 포트가 피딩 라인, 트래킹 라인 및 본드 패드와 같은 센서 라인에 연결되는 커넥터의 저항을 포함하는 다양한 저항성 요소의 각각의 저항을 나타낼 수 있다.
에너지 펄스가 정전용량 네트워크(514)에 인가될 때, 에너지 펄스의의 에너지 대부분(즉, 실질적으로 모든)은 정전용량 네트워크(R1*C1)의 의도된 커패시터(510) 부분에 저장되고, 이때 에너지 펄스의 에너지의 소수(즉, 있는 경우, 나머지 중의 적어도 일부)는 의도되지 않은 커패시터(512)에 저장된다. 저임피던스의 의도된 커패시터(510) 부분에서 고임피던스의 의도하지 않은 커패시터(512) 부분으로의 전하 전송은 에너지 펄스가 종료된 경우에도 진행되지만 에너지 펄스는 정전용량 네트워크(514)의 고임피던스 부분의 전압의 기울기인 전압(Vd)이 R1, C1, Rd 및 Cd를 포함하는 네트워크에 응답하기 때문에 저임피던스 부분의 전압이 고임피던스 부분과 함께 분배되는 데 걸리는 시간을 증가시키고, 따라서 ΔVC1>ΔVCd; (여기서, ΔVC1는 정전용량 네트워크(514)의 저임피던스 의도된 커패시터(510) 걸쳐 전압 VC1의 기울기(변화 속도)에 상응하고, ΔVCd는 정전용량 네트워크(514)의 고임피던스 의도되지 않은 커패시터(512) 걸쳐 전압 VCd의 기울기(변화 속도)에 상응함)이다. ΔVC1>ΔVCd인 경우, 의도되지 않은 커패시터(512)에 응답(즉, 이로부터 에너지를 저장하고, 이는 정전용량 네트워크(514)의 고임피던스 부분의 전압(Vd)에 반영됨)하기 전에, 저임피던스 의도된 커패시터(510)는 앞에서 언급된 에너지 펄스에 응답(즉, 이로부터 에너지를 저장하고, 이는 정전용량 네트워크(514)의 저임피던스 부분의 전압, 전압(V1)에 반영됨)하고, 따라서 저임피던스 의도된 커패시터(510)는 본원에서 논의된 바와 같이 샘플링될 수 있는 반면, 의도되지 않은 커패시터(512)를 걸쳐 전압(Vd)은 작고 ADC 커패시터(502)에서 전압(VS)의 획득에 의미하지 않게 영향을 미치지 않는다.
도 6은 하나 이상의 실시예에 따른, 고려된 작동 동안 리드(516)에서의 전압에 대한 예시적인 전압 파형(606)의 신호도(600)이다. 수직축은 전압 레벨이고 수평축은 시간이다. 시간(T1)에서, 의도된 커패시터(510)는 소정의 전위로 설정되었다(이 특정 실시예에서, 0 볼트로 방전됨).
시간(T2)으로부터 시간(T3)까지 음 극성의 에너지 펄스가 리드(516)에 인가되어, 시간(T2)과 시간(T3) 사이에 도 6에 도시된 단순화된 전압 파형(606)의 일부가 된다. 전압 펄스의 폭은 시간(T2)과 시간(T3) 사이에 인가되는 전압 펄스의 펄스 폭에 상응하는 지속시간(602)을 갖는다. 의도되지 않은 커패시터(512)의 임피던스는 시간(T2)과 시간(T3) 사이에 정의된 전압 펄스를 통해 에너지 전달에 저항한다.
다양한 비제한적인 실시예에서, 약 320 나노초 이하의 측정 프로세스 지속시간이 실현될 수 있다. 다양한 비제한적인 실시예에서, 약 120 나노초 이하의 측정 프로세스 지속시간이 실현될 수 있다. 다양한 비제한적인 실시예에서, 약 40 나노초 이하의 지속시간이 실현될 수 있다. 이러한 측정 프로세스 지속시간은 연관 커패시터에서 전압(VS)을 획득하는 시간이고, 비제한적인 실시예로서, 에너지 펄스의 펄스 폭에 상응하는 소정의 제1 지속시간(602), 존재하는 경우, 스위칭 지연, 및 의도된 커패시터(510)로부터 연관 커패시터(502)로 전하를 공유하는 소정의 제2 지속시간(604)을 포함한다.
전압 펄스가 시간(T3)에서 종료될 때, 시간(T3)으로부터 시간(T4)까지 리드(516)는 인가된 전하 펄스로 인해 소정의 전위로부터 오프셋된 전압 레벨을 표시한다. 시간(T3)으로부터 시간(T4)까지 리드(516)는 의도된 커패시터(510)의 전압을 반영하기 시작한다.
시간(T4)에서, 스위치(504)는 외부 리드(516)와 커패시터(502)를 커플링하고, 아래에서 논의된 바와 같이, 시간(T5)에서 외부 리드(516)와 커패시터(502)를 디커플링한다. 시간(T4)와 시간(T5) 사이의 지속시간(604)은 위에서 논의된 소정의 제2 지속시간으로서 작용하고, 의도되지 않은 커패시터(512)는 그로부터 전하 전송에 저항한다. 시간(T4)으로부터 시간(T5)까지, 전하는 의도된 커패시터(510)로부터 커패시터(502)로 전달된다. 적어도 순간적으로, 의도되지 않은 커패시터(512)를 포함하는 정전용량 네트워크(514)의 고임피던스 부분은 시간(T4)으로부터 시간(T5)까지 커패시터(502)로의 전하 전송에 저항한다. 시간(T5)에서, 스위치(504)는 정전용량 네트워크(514)로부터 커패시터(502)로 전하 전송을 종료하도록 열린다. 시간(T5) 후에, 리드(516)에서의 전압 레벨은 의도되지 않은 커패시터(512)에 의해 영향을 받지만 전압(VS) 또는 자기 정전용량 측정에 보다 일반적으로 영향을 미치지 않으므로, 의도된 커패시터(510)에서의 전압(Vs)의 전압 레벨이 샘플링될 수 있다.
도 7은 하나 이상의 실시예에 따른, 고려된 작동 동안, 도 5의 의도된 커패시터(510) 및 의도되지 않은 커패시터(512)에서 각각의 전압에 의해 표시되는 전압 레벨의 그래프 표현(700)이다. 수직축은 전압 레벨이고 수평축은 시간이다. 라인(706)은 의도된 커패시터(510)에서의 전압 레벨을 나타내고, 라인(704)은 의도되지 않은 커패시터(512)에서의 전압 레벨을 나타낸다. 박스(702)는, 여기서, 소정의 전위와 관련하여 양 극성의 전압 펄스가 외부 리드(516) 및 정전용량 네트워크(514)에 보다 일반적으로 인가되는 시간에 상응한다. 라인(706)에 의해 표현되는 전압 레벨은 빠르게 상승하고, 박스(708) 내의 라인(706)의 부분에 의해 표현되는 전압 레벨에서 ADC 커패시터(502)와 함께 분포된다. 라인(706)에 의해 표현되는 전압이 샘플링될 때 박스(708)에 상응하는 시간에, 무시할 수 있는 전압 레벨은 박스(708) 내의 라인(706)에 의해 표현되는 전압 레벨과 비교하여 라인(704)에 의해 표현된다.
"통상적인(typical)", "종래의(conventional)", "알려진(known)" 등과 같은 어떤 것의 본 설명에 있어서의 임의의 특성화는 이것이 종래 기술에서 개시된다는 것 또는 논의된 양태가 종래 기술에서 인식된다는 것을 반드시 의미하지는 않는다. 관련 분야에서, 이것이 널리 알려져 있거나, 잘 이해되거나, 일상적으로 사용된다는 것을 반드시 의미하는 것도 아니다. 이것은 단지 본 발명의 발명자에 의해 알려져 있거나 인식되었음을 의미한다. 본 발명에 사용된 바와 같이, 복수의 요소에 대한 "조합"이라는 용어는 모든 요소의 조합 또는 일부 요소의 다양한 상이한 하위 조합 중의 임의의 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, "A, B, C, D, 또는 이의 조합"이라는 어구는 A, B, C, 또는 D 중의 임의의 하나; A, B, C, 및 D의 각각의 조합; 및 A, B, 및 C; A, B, 및 D; A, C, 및 D; B, C, 및 D; A 및 B; A 및 C; A 및 D; B 및 C; B 및 D; 또는 C 및 D와 같은, A, B, C 또는 D의 임의의 하위 조합을 지칭할 수 있다.
본 발명에서 그리고 특히 첨부된 청구범위(예를 들어, 제한 없이, 첨부된 청구범위의 본문)에서 사용되는 용어는 일반적으로 "개방형(open)" 용어로서 의도된다(예를 들어, 제한 없이, 용어 "포함하는"은 "~을 포함하지만, 이로 한정되지 않는"으로 해석되어야 하고, 용어 "갖는"은 "적어도 ~을 갖는"으로 해석되어야 하고, 용어 "포함하다"는 "~을 포함하지만, 이로 제한되지 않는다"로 해석되어야 한다). 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "각각"은 일부 또는 전체를 의미한다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "각각 및 모든"은 전체를 의미한다.
또한, 도입된 청구항 열거의 특정 수가 의도되는 경우, 그러한 의도는 그 청구항에 명확하게 열거될 것이며, 그러한 열거의 부재 시에 그러한 의도는 존재하지 않는다. 예를 들어, 이해를 돕기 위해, 다음의 첨부된 청구범위는 청구항 열거를 도입하기 위해 "적어도 하나" 및 "하나 이상"이라는 도입 어구의 사용을 포함할 수 있다. 그러나, 이러한 어구의 사용은 단수 표현(부정관사, "a" 또는 "an")에 의한 청구항 열거의 도입이, 심지어 동일 청구항이 도입 어구 "하나 이상" 또는 "적어도 하나" 및 단수 표현(부정 관사, 예를 들어, "a" 또는 "an")을 포함하는 경우에도, 이러한 도입된 청구항 열거를 포함하는 임의의 특정 청구항을 단 하나의 이러한 열거만을 포함하는 실시예로 제한한다는 것을 의미하는 것으로 해석되어서는 안 되고(예를 들어, "a" 및/또는 "an"은 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 하지만, 이로 한정되지 않음); 이는 청구항 열거를 도입하는 데 사용되는 정관사의 사용에 대해 적용된다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "각각"은 일부 또는 전체를 의미하고, 용어 "각각 및 모든"은 전체를 의미한다.
또한, 도입된 청구항 열거 중 특정 수가 명시적으로 열거될지라도, 당업자는 이러한 열거가 적어도 열거된 수를 의미하는 것으로 해석되어야 한다는 것을 인식할 것이다(예를 들어, 다른 수식어가 없는, "2개의 열거"의 꾸밈이 없는 열거는 적어도 2개의 열거 또는 2개 이상의 열거를 의미하지만, 이로 한정되지 않음). 더욱이, "한정 없이, A, B, 및 C 중의 적어도 하나" 또는 "한정 없이, A, B, 및 C 중의 하나 이상"과 유사한 규약이 사용되는 그러한 경우에, 일반적으로 그러한 구성은, 한정 없이, A 단독, B 단독, C 단독, A 및 B 함께, A 및 C 함께, B 및 C 함께, 또는 A, B, 및 C 함께를 포함하는 것으로 의도된다.
또한, 설명에서든, 청구항에서든, 또는 도면에서든, 2개 이상의 대안적인 용어를 제시하는 임의의 이접 단어 또는 어구는 용어 중의 하나, 용어 중의 어느 하나, 또는 용어 둘 모두를 포함하는 가능성을 고려하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 어구 "A 또는 B"는 "A" 또는 "B" 또는 "A 및 B"의 가능성을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 비제한적인 실시예의 다양한 실시예는 다음을 포함한다:
실시예 1: 전극에 커플링하는 커넥터; 커패시터; 제어 회로; 제어 회로에 응답하여, 커넥터 및 커패시터를 소정의 전위로 충전하거나 방전하고; 소정의 제1 지속시간의 에너지 펄스를 커넥터에 제공하고; 에너지 펄스의 소정의 제1 지속시간의 종료 후에, 커패시터와 커넥터를 소정의 제2 지속시간 동안 커플링하는 스위칭 회로; 및 커패시터에 걸쳐 표시되는 전압을 샘플링하는 샘플링 회로를 포함하는, 장치.
실시예 2: 실시예 1에 있어서, 스위칭 회로는 제어 회로에 응답하여, 커넥터와 에너지 공급원을 커플링하고; 소정의 제1 지속시간의 종료에서 실질적으로 발생하는 시간에, 커넥터와 에너지 공급원을 디커플링하고, 이에 의해 소정의 제1 지속시간의 에너지 펄스를 커넥터에 제공하는, 장치.
실시예 3: 실시예 1 또는 실시예 2에 있어서, 스위칭 회로는 제어 회로에 응답하여, 커넥터를 소정의 전위로 충전하거나 방전한 후에 커넥터와 에너지 공급원을 커플링하는, 장치.
실시예 4: 실시예 1 내지 실시예 3 중 어느 하나에 있어서, 에너지 펄스는 소정의 전위와 관련하여 양 극성인, 장치.
실시예 5: 실시예 1 내지 실시예 4 중 어느 하나에 있어서, 에너지 펄스는 소정의 전위와 관련하여 음 극성인, 장치.
실시예 6: 실시예 1 내지 실시예 5 중 어느 하나에 있어서, 값을 생성하기 위한 샘플링 회로는 샘플링된 전압에 적어도 부분적으로 응답하는, 장치.
실시예 7: 실시예 1 내지 실시예 6 중 어느 하나에 있어서, 샘플링 회로는 아날로그-디지털 변환기를 포함하는, 장치.
실시예 8: 실시예 1 내지 실시예 7 중 어느 하나에 있어서, 소정의 제1 지속시간은 제어 회로에 구성되는, 장치.
실시예 9: 실시예 1 내지 실시예 8 중 어느 하나에 있어서, 소정의 제2 지속시간은 제어 회로에 구성되는, 장치.
실시예 10: 실시예 1 내지 실시예 9 중 어느 하나에 있어서, 소정의 제1 지속시간은 약 120 나노초 이하의 지속시간으로 설정되는, 장치.
실시예 11: 실시예 1 내지 실시예 10 중 어느 하나에 있어서, 소정의 제2 지속시간은 약 200 나노초 이하의 지속시간으로 설정되는, 장치.
실시예 12: 실시예 1 내지 실시예 11 중 어느 하나에 있어서, 샘플링 회로는 아날로그-디지털 변환기인, 장치.
실시예 13: 실시예 1 내지 실시예 12 중 어느 하나에 있어서, 스위칭 회로는: 커패시터를 소정의 전위로 충전하거나 방전하기 위해, 커패시터를 제1 에너지 공급원에 선택적으로 커플링하는 스위치; 커넥터를 상기 소정의 전위에 충전하거나 방전하기 위해, 커넥터를 제1 에너지 공급원에 선택적으로 커플링하는 스위치; 및 에너지 펄스의 에너지를 제공하기 위해 커넥터를 제2 에너지 공급원에 선택적으로 커플링하는 스위치를 포함하는, 장치.
실시예 14: 실시예 1 내지 실시예 13 중 어느 하나에 있어서, 제1 에너지 공급원은 전압 공급원인, 장치.
실시예 15: 실시예 1 내지 실시예 14 중 어느 하나에 있어서, 제1 에너지 공급원은 전류 공급원인, 장치.
실시예 16: 획득 회로의 커넥터 및 연관 커패시터를 소정의 전위로 설정하는 단계; 소정의 제1 지속시간의 에너지 펄스를 커넥터에 제공하는 단계; 에너지 펄스의 소정의 제1 지속시간의 종료 후에, 연관 커패시터와 획득 회로의 커넥터를 소정의 제2 지속시간 동안 커플링하는 단계; 및 연관 커패시터에 걸쳐 표시되는 전압을 샘플링하는 단계를 포함하는, 방법.
실시예 17: 실시예 16에 있어서, 연관 커패시터 및 획득 회로의 커넥터를 소정의 전위로 설정하는 단계는: 연관 커패시터 및 획득 회로의 커넥터에 전압을 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
실시예 18: 실시예 16 또는 실시예 17에 있어서, 소정의 전위의 연관 커패시터 및 커넥터를 설정하는 단계는: 연관 커패시터 및 획득 회로의 커넥터에 전류를 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
실시예 19: 실시예 16 내지 실시예 18 중 어느 하나에 있어서, 소정의 제1 지속시간의 에너지 펄스를 획득 회로의 커넥터에 제공하는 단계는: 소정의 제1 지속시간의 전압 펄스를 획득 회로의 커넥터에 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
실시예 20: 실시예 16 내지 실시예 19 중 어느 하나에 있어서, 소정의 제1 지속시간의 에너지 펄스를 획득 회로의 커넥터에 제공하는 단계는: 소정의 제1 지속시간의 전류 펄스를 획득 회로의 커넥터에 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
실시예 21: 실시예 16 내지 실시예 20 중 어느 하나에 있어서, 획득 회로의 커넥터로의 소정의 제1 지속시간의 에너지 펄스는 소정의 전위와 관련하여 양 극성인, 방법.
실시예 22: 실시예 16 내지 실시예 21 중 어느 하나에 있어서, 소정의 제1 지속시간의 에너지 펄스는 소정의 전위와 관련하여 음 극성인, 방법.
실시예 23: 실시예 16 내지 실시예 22 중 어느 하나에 있어서, 소정의 제1 지속시간은 약 120 나노초 이하의 지속시간으로 설정되는, 방법.
실시예 24: 실시예 16 내지 실시예 23 중 어느 하나에 있어서, 소정의 제2 지속시간은 약 200 나노초 이하의 지속시간으로 설정되는, 방법.

Claims (24)

  1. 장치로서,
    전극에 커플링되는 커넥터;
    커패시터;
    제어 회로;
    상기 제어 회로에 응답하여,
    커넥터 및 커패시터를 소정의 전위로 충전하거나 방전하고,
    소정의 제1 지속시간의 에너지 펄스를 상기 커넥터에 제공하고, 그리고
    상기 에너지 펄스의 상기 소정의 제1 지속시간의 종료 후에, 상기 커패시터와 상기 커넥터를 소정의 제2 지속시간 동안 커플링하는 스위칭 회로; 및
    상기 커패시터에 걸쳐 표시되는 전압을 샘플링하기 위한 샘플링 회로를 포함하는, 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스위칭 회로는 상기 제어 회로에 응답하여,
    상기 커넥터와 에너지 공급원을 커플링하고, 그리고
    상기 소정의 제1 지속시간의 종료 시 실질적으로 발생하는 시간에, 상기 커넥터와 상기 에너지 공급원을 디커플링하고, 그에 의해 상기 소정의 제1 지속시간의 에너지 펄스를 상기 커넥터에 제공하는, 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 스위칭 회로는 상기 제어 회로에 응답하여 상기 커넥터를 상기 소정의 전위로 충전하거나 방전한 후에 상기 커넥터와 상기 에너지 공급원을 커플링하는, 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 에너지 펄스는 상기 소정의 전위와 관련하여 양 극성인, 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 에너지 펄스는 상기 소정의 전위와 관련하여 음 극성인, 장치.
  6. 제1항에 있어서, 값을 생성하기 위한 상기 샘플링 회로는 샘플링된 전압에 적어도 부분적으로 응답하는, 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 샘플링 회로는 아날로그-디지털 변환기를 포함하는, 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 소정의 제1 지속시간은 상기 제어 회로에서 구성되는, 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 소정의 제2 지속시간은 상기 제어 회로에 구성되는, 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 소정의 제1 지속시간은 약 120 나노초 이하의 지속시간으로 설정되는, 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 소정의 제2 지속시간은 약 200 나노초 이하의 지속시간으로 설정되는, 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 샘플링 회로는 아날로그-디지털 변환기인, 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 스위칭 회로는:
    상기 커패시터를 상기 소정의 전위로 충전하거나 방전하기 위해, 상기 커패시터를 제1 에너지 공급원에 선택적으로 커플링하는 스위치;
    상기 커넥터를 상기 소정의 전위로 충전하거나 방전하기 위해, 상기 커넥터를 상기 제1 에너지 공급원에 선택적으로 커플링하는 스위치; 및
    상기 에너지 펄스의 에너지를 제공하기 위해, 상기 커넥터를 제2 에너지 공급원에 선택적으로 커플링하는 스위치를 포함하는, 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제1 에너지 공급원은 전압 공급원인, 장치.
  15. 제13항에 있어서, 상기 제1 에너지 공급원은 전류 공급원인, 장치.
  16. 방법으로서,
    획득 회로의 커넥터 및 연관 커패시터를 소정의 전위로 설정하는 단계;
    소정의 제1 지속시간의 에너지 펄스를 상기 커넥터에 제공하는 단계;
    상기 에너지 펄스의 상기 소정의 제1 지속시간의 종료 후에, 상기 연관 커패시터와 상기 획득 회로의 상기 커넥터를 소정의 제2 지속시간 동안 커플링하는 단계; 및
    상기 연관 커패시터에 걸쳐 표시되는 전압을 샘플링하는 단계를 포함하는, 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 연관 커패시터 및 상기 획득 회로의 상기 커넥터를 상기 소정의 전위로 설정하는 단계는:
    상기 연관 커패시터 및 상기 획득 회로의 상기 커넥터에 전압을 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 소정의 전위의 상기 연관 커패시터 및 상기 커넥터를 설정하는 단계는:
    상기 연관 커패시터 및 상기 획득 회로의 상기 커넥터에 전류를 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
  19. 제16항에 있어서, 상기 소정의 제1 지속시간의 상기 에너지 펄스를 상기 획득 회로의 상기 커넥터에 제공하는 단계는:
    상기 소정의 제1 지속시간의 전압 펄스를 상기 획득 회로의 상기 커넥터에 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
  20. 제16항에 있어서, 상기 소정의 제1 지속시간의 상기 에너지 펄스를 상기 획득 회로의 상기 커넥터에 제공하는 단계는:
    상기 소정의 제1 지속시간의 전류 펄스를 상기 획득 회로의 상기 커넥터에 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
  21. 제16항에 있어서, 상기 획득 회로의 상기 커넥터로의 상기 소정의 제1 지속시간의 상기 에너지 펄스는 상기 소정의 전위와 관련하여 양 극성인, 방법.
  22. 제16항에 있어서, 상기 소정의 제1 지속시간의 상기 에너지 펄스는 상기 소정의 전위와 관련하여 음 극성인, 방법.
  23. 제17항에 있어서, 상기 소정의 제1 지속시간은 약 120 나노초 이하의 지속시간으로 설정되는, 방법.
  24. 제17항에 있어서, 상기 소정의 제2 지속시간은 약 200 나노초 이하의 지속기간으로 설정되는, 방법.
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