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KR102525757B1 - 다중 센싱 인자를 감지할 수 있는 가변형 센서 인터페이스 장치 및 그 동작 방법 - Google Patents

다중 센싱 인자를 감지할 수 있는 가변형 센서 인터페이스 장치 및 그 동작 방법 Download PDF

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KR102525757B1
KR102525757B1 KR1020210070258A KR20210070258A KR102525757B1 KR 102525757 B1 KR102525757 B1 KR 102525757B1 KR 1020210070258 A KR1020210070258 A KR 1020210070258A KR 20210070258 A KR20210070258 A KR 20210070258A KR 102525757 B1 KR102525757 B1 KR 102525757B1
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KR
South Korea
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charge
sensing
capacitor
factor values
value
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KR1020210070258A
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KR20220161924A (ko
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이정협
홍순영
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재단법인대구경북과학기술원
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Publication date
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Abstract

본 발명은 하나의 센서 인터페이스 장치만으로 다양한 센서 타입으로 가변이 가능한 범용성과 넓은 입력 범위에서 정확한 센싱 값을 디지털 데이터로 변환하기 위한 고분해능(high resolution)의 성능을 제공하는 기술에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예에 따르면 가변형 센서 인터페이스 장치는 다중 센싱 인자들을 감지할 수 있는 가변형 센서 인터페이스 장치로서, 온도, 습도, 모션, 압력 및 터치 중 적어도 하나와 관련된 입력 신호에 대한 다중 센싱 인자값들을 감지하는 다중 센서부, 상기 감지된 다중 센싱 인자값들 각각을 제1 전하로 변환하여 제1 커패시터에 상기 변환된 제1 전하를 샘플링하는 전하 변환부, 제2 커패시터의 제2 전하와 상기 샘플링된 제1 전하 사이의 전하 이동을 제어하는 전하 이동부 및 상기 제어된 전하 이동 이후, 상기 제1 커패시터에 남은 전하를 양자화함에 따라 상기 양자화된 전하를 상기 감지된 다중 센싱 인자값들 각각에 대한 디지털 데이터로 출력하는 디지털 출력부를 포함할 수 있다.

Description

다중 센싱 인자를 감지할 수 있는 가변형 센서 인터페이스 장치 및 그 동작 방법{RECONFIGURABLE SENSOR INTERFACE APPARATUS CAPABLE OF SENSING MULTIPLE SENSING FACTORS AND OPERATION METHOD THEREOF}
본 발명은 다중 센싱 인자에 적용 가능한 가변형 센서 인터페이스 장치를 제공하는 기술적 사상에 관한 것으로, 하나의 센서 인터페이스 장치만으로 다양한 센서 타입으로 가변이 가능한 범용성과 넓은 입력 범위에서 정확한 센싱 값을 디지털 데이터로 변환하기 위한 고분해능(high resolution)의 성능을 제공하는 기술에 관한 것이다.
현재 바이오 메디컬 디바이스, 무선 센서 노드, 모바일 디바이스 등과 같은 다양한 전자 기기들이 다양한 종류 인자들을 감지할 수 있다.
예를 들면, 다양한 종류 인자들은 온도, 습도, 모션, 압력 및 터치 등을 포함할 수 있다.
또한, 활발히 연구 및 개발 중인 이식형 기기(implantable device), IoT(Internet of Things) 기기 및 IoE(Internet of Everythings) 기기 등과 같이 차세대 마이크로 시스템들은 더욱 다양한 종류의 센서 탑재에 대한 요구가 점차 증가하고 있다.
또한, 다양한 종류의 센서 탑재가 요구되고 있는 만큼, 저전력 및 소형화에 대한 요구가 커지고 있다.
하지만, 기존의 방법들은 저전력 및 소형화 추세를 따르가기 어려운 구조를 가지고 있고, 좁은 입력 범위를 가지고 있기 때문에 센서의 동작 영역을 모두 활용하기에는 어렵다.
따라서, 저전력 및 소형화된 시스템으로 다양한 센서 타입으로 가변이 가능한 저전력 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 스마트 센서 IC(Integrated Circuit) 솔루션이 반드시 요구된다.
즉, 센서 소자 타입에 관계없이 적용 가능하고, 감지하고자 하는 인자의 물리적 값을 디지털 값으로 출력시켜주는 범용 센서 인터페이스 시스템에 대한 개발이 요구되고 있는 실정이다.
종래 기술에 따르면 다양한 종류 인자들은 저항성(R), 용량성(C), 전류(I) 및 전압(V)의 값에 따라 전압을 출력하고, 센서 인터페이스 회로의 출력 전압의 크기에 따라 PGA(Programmable Gain Amplifier)의 이득을 적절히 조절하며, PGA의 출력 전압은 ADC(Analog to Digital Converter)로 입력되어 입력 신호의 크기에 따른 디지털 데이터 값으로 변환되어 출력되는 방식이 활용되고 있다.
그러나, 종래 기술에 따른 센서 인터페이스 시스템은 범용 센서 인터페이스 시스템에 대하여 현재 요구되고 있는 저전력, 저비용 및 넓은 입력 동작 범위와 관련된 요구 사항을 충족하기 어렵다.
구체적으로, 종래 기술에 따른 센서 인터페이스 시스템은 복잡한 시스템 구성이 요구됨에 따라 전력 소모도가 증가하여 저비용의 시스템 설계가 어렵고, 증폭기 구조의 센서 인터페이스와 PGA로 인해 넓은 입력 범위를 가질 수 없다는 문제점이 존재한다.
미국등록특허 제10061415호, "INPUT DEVICE RECEIVER WITH DELTA-SIGMA MODULATOR" 한국등록특허 제10-1317227호, "패시브 시그마 델타 모듈레이터를 이용한 터치 센서 인터페이스" 한국등록특허 제10-1890333호, "시그마 델타 루프를 갖는 서미스터 기반의 온도 센서"
본 발명은 하나의 센서 인터페이스 장치만으로 다양한 센서 타입으로 가변이 가능한 범용성과 넓은 입력 범위에서 정확한 센싱 값을 디지털 데이터로 변환하기 위한 고분해능(high resolution)을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 이식형 기기(implantable device), IoT(Internet of Things) 기기 및 IoE(Internet of Everythings) 기기 등과 같은 차세대 마이크로 시스템들에서 센서 소자 타입에 관계없이 적용이 가능하고, 감지하고자 하는 센싱 인자의 물리적 값을 디지털 값으로 출력시켜주는 범용의 가변형 센서 인터페이스 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 델타 시그마(Delta-sigma) 변조 기반의 ADC(Analog to Digital Converter)를 이용해 회로 구조의 복잡성을 감소시킴에 따라 저비용 및 저전력으로 구현된 가변형 센서 인터페이스 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 단일 스위치드(single switched) 캐패시터 구조의 DAC(Digital to Analog Converter)를 이용하여 모든 센싱 인자를 처리할 수 있는 가변형 센서 인터페이스 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 저항성, 용량성, 전류 및 전압을 모두 전하로 변환하고, 변환된 전하를 디지털 값으로 양자화함에 따라 높은 호환성을 가질 수 있는 가변형 센서 인터페이스 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 베이스 라인 취소 루프 (base-line cancellation loop) 회로를 이용하여 입력 동작 범위를 증가시킴에 따라 다양한 센서 타입으로 가변이 가능한 범용성과 넓은 입력 동작 범위를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면 가변형 센서 인터페이스 장치는 온도, 습도, 모션, 압력 및 터치 중 적어도 하나와 관련된 입력 신호에 대한 다중 센싱 인자값들을 감지하는 다중 센서부, 상기 감지된 다중 센싱 인자값들 각각을 제1 전하로 변환하여 제1 커패시터에 상기 변환된 제1 전하를 샘플링하는 전하 변환부, 제2 커패시터의 제2 전하와 상기 샘플링된 제1 전하 사이의 전하 이동을 제어하는 전하 이동부 및 상기 제어된 전하 이동 이후, 상기 제1 커패시터에 남은 전하를 양자화함에 따라 상기 양자화된 전하를 상기 감지된 다중 센싱 인자값들 각각에 대한 디지털 데이터로 출력하는 디지털 출력부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 가변형 센서 인터페이스 장치는 상기 다중 센싱 인자값들과 상기 다중 센싱 인자값들의 출력에 대한 전달함수의 저역 통과 특성을 이용하여 상기 다중 센싱 인자값들의 베이스 라인 값을 제거함에 따라 상기 입력 신호에 대한 입력 범위를 확장하는 입력 범위 확장부를 더 포함할 수 있다.
상기 전하 변환부는 상기 디지털 데이터가 출력된 후, 상기 제1 커패시터에 남은 전하를 리셋(reset)할 수 있다.
상기 다중 센싱 인자값들은 저항성, 용량성, 전류 및 전압과 관련된 센싱 인자값들을 포함할 수 있다.
상기 전하 변환부는 제1 커패시터값, 드레인 전압값(VDD), 기준 저항값(RREF) 및 감지 저항값(RSENS)을 고려하여 상기 저항성에 대한 센싱 인자 값을 상기 제1 전하로 변환할 수 있다.
상기 전하 변환부는 드레인 전압값(VDD) 및 감지 커패시터값(CSENS)을 고려하여 상기 용량성에 대한 센싱 인자 값을 상기 제1 전하로 변환할 수 있다.
상기 전하 변환부는 샘플링 시간값(tsample) 및 감지 전류값(ISENS)을 고려하여 상기 전류에 대한 센싱 인자 값을 상기 제1 전하로 변환할 수 있다.
상기 전하 변환부는 제1 커패시터값 및 감지 전압값(VSENS)을 고려하여 상기 전압에 대한 센싱 인자 값을 상기 제1 전하로 변환할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 가변형 센서 인터페이스 장치의 동작 방법은 다중 센서 부에서, 온도, 습도, 모션, 압력 및 터치 중 적어도 하나와 관련된 입력 신호에 대한 다중 센싱 인자값들을 감지하는 단계, 전하 변환부에서, 제1 시간 동안 상기 감지된 다중 센싱 인자값들 각각을 제1 전하로 변환하여 제1 커패시터에 상기 변환된 제1 전하를 샘플링하는 단계, 전하 이동부에서, 제2 시간 동안 제2 커패시터의 제2 전하와 상기 샘플링된 제1 전하 사이의 전하 이동을 제어하는 단계 및 디지털 출력부에서, 제3 시간 동안 상기 제1 커패시터에 남은 전하를 양자화함에 따라 상기 양자화된 전하를 상기 감지된 다중 센싱 인자값들 각각에 대한 디지털 데이터로 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 가변형 센서 인터페이스 장치의 동작 방법은 입력 범위 확장부에서, 상기 다중 센싱 인자값들과 상기 다중 센싱 인자값들의 출력에 대한 전달함수의 저역 통과 특성을 이용하여 상기 다중 센싱 인자값들의 베이스 라인값을 제거함에 따라 상기 입력 신호에 대한 입력 범위를 확장하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 가변형 센서 인터페이스 장치의 동작 방법은 상기 전하 변환부에서, 상기 디지털 데이터가 출력된 후, 제4 시간 동안 상기 제1 커패시터에 남은 전하를 리셋(reset)하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 시간 동안 상기 감지된 다중 센싱 인자값들 각각을 제1 전하로 변환하여 제1 커패시터에 상기 변환된 제1 전하를 샘플링하는 단계는, 제1 커패시터값, 드레인 전압값(VDD), 기준 저항값(RREF) 및 감지 저항값(RSENS)을 고려하여 상기 다중 센싱 인자값들 중 저항성에 대한 센싱 인자 값을 상기 제1 전하로 변환하는 단계, 상기 드레인 전압값(VDD) 및 감지 커패시터값(CSENS)을 고려하여 상기 다중 센싱 인자값들 중 용량성에 대한 센싱 인자 값을 상기 제1 전하로 변환하는 단계, 샘플링 시간값(tsample) 및 감지 전류값(ISENS)을 고려하여 상기 다중 센싱 인자값들 중 전류에 대한 센싱 인자 값을 상기 제1 전하로 변환하는 단계 및 상기 제1 커패시터값 및 감지 전압값(VSENS)을 고려하여 상기 다중 센싱 인자값들 중 전압에 대한 센싱 인자 값을 상기 제1 전하로 변환하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 하나의 센서 인터페이스 장치만으로 다양한 센서 타입으로 가변이 가능한 범용성과 넓은 입력 범위에서 정확한 센싱 값을 디지털 데이터로 변환하기 위한 고분해능(high resolution)을 제공할 수 있다.
본 발명은 이식형 기기(implantable device), IoT(Internet of Things) 기기 및 IoE(Internet of Everythings) 기기 등과 같은 차세대 마이크로 시스템들에서 센서 소자 타입에 관계없이 적용이 가능하고, 감지하고자 하는 센싱 인자의 물리적 값을 디지털 값으로 출력시켜주는 범용의 가변형 센서 인터페이스 장치를 제공할 수 있다.
본 발명은 델타 시그마(Delta-sigma) 변조 기반의 ADC(Analog to Digital Converter)를 이용해 회로 구조의 복잡성을 감소시킴에 따라 저비용 및 저전력으로 구현된 가변형 센서 인터페이스 장치를 제공할 수 있다.
본 발명은 단일 스위치드(single switched) 캐패시터 구조의 DAC(Digital to Analog Converter)를 이용하여 모든 센싱 인자를 처리할 수 있는 가변형 센서 인터페이스 장치를 제공할 수 있다.
본 발명은 저항성, 용량성, 전류 및 전압을 모두 전하로 변환하고, 변환된 전하를 디지털 값으로 양자화함에 따라 높은 호환성을 가질 수 있는 가변형 센서 인터페이스 장치를 제공할 수 있다.
본 발명은 베이스 라인 취소 루프 (base-line cancellation loop) 회로를 이용하여 입력 동작 범위를 증가시킴에 따라 다양한 센서 타입으로 가변이 가능한 범용성과 넓은 입력 동작 범위를 제공할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 가변형 센서 인터페이스 장치를 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가변형 센서 인터페이스 장치의 회로도로를 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 가변형 센서 인터페이스 장치의 동작 타이밍도를 설명하는 도면이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일실시예에 따른 가변형 센서 인터페이스 장치에서 다중 센서부와 전하 변환부를 설명하는 도면이다.
도 6 내지 도 7b는 본 발명의 일실시예에 따른 가변형 센서 인터페이스 장치의 입력 범위 확장 동작을 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 가변형 센서 인터페이스 장치의 동작 방법을 설명하는 도면이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들어 "~사이에"와 "바로~사이에" 또는 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 스테이지, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 스테이지, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 가변형 센서 인터페이스 장치를 설명하는 도면이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가변형 센서 인터페이스 장치의 구성 요소를 예시한다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따르면 가변형 센서 인터페이스 장치(100)는 다중 센싱 인자들을 감지할 수 있는 장치로서, 다중 센서부(110), 전하 변환부(120), 전하 이동부(130) 및 디지털 출력부(140)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 다중 센싱 인자들은 저항성, 용량성, 전류 및 전압을 포함하고, 다중 센싱 인자값들은 저항성, 용량성, 전류 및 전압과 관련된 센싱 인자값들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 다중 센서부(110)는 온도, 습도, 모션, 압력 및 터치 중 적어도 하나와 관련된 입력 신호에 대한 다중 센싱 인자값들을 감지할 수 있다.
즉, 다중 센서부(110)는 온도, 습도, 모션, 압력 및 터치에 대한 입력 신호를 저항성, 용량성, 전류 및 전압과 관련된 센싱 인자로서, 센싱 인자값을 감지할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 전하 변환부(120)는 다중 센서부(110)에서 감지된 다중 센싱 인자값들 각각을 제1 전하로 변환하여 제1 커패시터에서 제1 전하를 샘플링한다.
일례로, 전하 변환부(120)는 제1 커패시터값, 드레인 전압값(VDD), 기준 저항값(RREF) 및 감지 저항값(RSENS)을 고려하여 저항성에 대한 센싱 인자 값을 제1 전하로 변환할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 전하 변환부(120)는 드레인 전압값(VDD) 및 감지 커패시터값(CSENS)을 고려하여 용량성에 대한 센싱 인자 값을 제1 전하로 변환할 수 잇다.
일례로, 전하 변환부(120)는 샘플링 시간값(tsample) 및 감지 전류값(ISENS)을 고려하여 전류에 대한 센싱 인자 값을 제1 전하로 변환할 수 있다. 여기서, 전류는 전류의 크기와 관련될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 전하 변환부(120)는 제1 커패시터값 및 감지 전압값(VSENS)을 고려하여 전압에 대한 센싱 인자 값을 제1 전하로 변환할 수 있다. 여기서, 전압은 전압의 크기와 관련될 수 있다.
일례로, 전하 변환부(120)는 단일 스위치드 캐패시터 구조의 디지털 아날로그 컨버터(digital-to-analog converter, DAC)로 다중 센싱 인자값들을 모두 전하로 변환할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 전하 이동부(130)는 제2 커패시터의 제2 전하와 샘플링된 제1 전하 사이의 전하 이동을 제어할 수 있다.
예를 들어, 제1 커패시터는 전하 변환부에 포함된 커패시터이고, 제2 커패시터는 전하 이동부(130)에 포함된 커패시터로서 제1 커패시터의 제1 전하와 제2 커패시터의 제2 전하의 전하 차이를 통해 제1 전하가 제2 커패시터로 이동하거나 제2 전하가 제1 전하로 이동하여 제1 전하와 제2 전하 사이의 이동이 발생될 수 있다.
따라서, 전하 이동부(130)는 제1 커패시터 내의 제1 전하의 변화와 관련하여 제1 전하와 제2 전하 사이의 전하 이동을 제어한다.
본 발명의 일실시예에 따르면 디지털 출력부(140)는 제어된 전하 이동 이후, 제1 커패시터에 남은 전하를 양자화함에 따라 양자화된 전하를 감지된 다중 센싱 인자값들 각각에 대한 디지털 데이터로 출력할 수 있다.
일례로, 디지털 출력부(140)는 감지하고자 하는 센서 인자의 물리적 값을 디지털 값으로 출력시킬 수 있고, 디지털 출력부(140)는 적분기와 양자화기를 포함한다.
따라서, 본 발명은 하나의 센서 인터페이스 장치만으로 다양한 센서 타입으로 가변이 가능한 범용성과 넓은 입력 범위에서 정확한 센싱 값을 디지털 데이터로 변환하기 위한 고분해능(high resolution)의 성능을 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 가변형 센서 인터페이스 장치(100)는 다중 센싱 인자값들과 다중 센싱 인자값들의 출력에 대한 전달함수의 저역 통과 특성을 이용하여 다중 센싱 인자값들의 베이스 라인 값을 제거함에 따라 입력 신호에 대한 입력 범위를 확장하는 입력 범위 확장부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명은 베이스 라인 취소 루프 (base-line cancellation loop) 회로를 이용하여 입력 동작 범위를 증가시킴에 따라 다양한 센서 타입으로 가변이 가능한 범용성과 넓은 입력 동작 범위를 제공할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 가변형 센서 인터페이스 장치가 다중 센싱 인자들을 디지털 데이터로 출력하는 간단한 구조를 예시한다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 가변형 센서 인터페이스 장치(200)는 다중 센싱 인자들을 디지털 데이터로 출력한다.
일례로, 가변형 센서 인터페이스 장치(200)는 저항성(R), 용량성(C), 전압(V) 및 전류(I)를 전하로 변환하여 하나의 커패시터에 샘플링하고, 변환된 전하가 샘플링된 커패시터와 전하 이동을 위한 커패시터에 저장된 전하 간의 전하 차이를 이용한 전하 이동을 통해 전하 이동을 제어한다.
또한, 가변형 센서 인터페이스 장치(200)는 전하 이동 후, 전하가 샘플링된 커패시터에 남은 전하를 양자화하여 디지털 데이터를 출력할 수 있다.
즉, 가변형 센서 인터페이스 장치(200)는 저항성(R), 용량성(C) 및 전압(V), 전류(I)를 전하로 변환하여 하나의 커패시터에 샘플링하여, 커패시터에 저장한 뒤 센싱값을 읽을 수 있는 델타 시그마 변조 시스템 구조를 가진다.
또한, 가변형 센서 인터페이스 장치(200)는 하나의 델타 시그마 변조 시스템을 통해서 저항성(R), 용량성(C), 전압(V) 및 전류(I) 모두를 디지털 데이터로 출력할 수 있음에 따라 센서 소자 타입에 관계없이 적용 가능하고, 감지하고자 하는 인자의 물리적 값을 디지털 값으로 출력할 수 있다.
또한, 가변형 센서 인터페이스 장치(200)는 하나의 센서 인터페이스 시스템으로서 다양한 센서 타입으로 가변이 가능함에 따라 시스템의 복잡도를 줄여 저전력 저비용의 센서 인터페이스로 활용될 수 있다.
따라서, 본 발명은 하나의 센서 인터페이스 장치만으로 다양한 센서 타입으로 가변이 가능한 범용성과 넓은 입력 범위에서 정확한 센싱 값을 디지털 데이터로 변환하기 위한 고분해능(high resolution)을 제공할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가변형 센서 인터페이스 장치의 회로도로를 설명하는 도면이다.
도 3을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 가변형 센서 인터페이스 장치(300)는 다중 센서부(310), 전하 변환부(320), 전하 이동부(330), 디지털 출력부(340) 및 입력 범위 확장부(350)를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따르면 다중 센서부(310)는 온도, 습도, 모션, 압력 및 터치 중 적어도 하나와 관련된 입력 신호에 대한 다중 센싱 인자값들을 감지할 수 있다.
일례로, 전하 변환부(320)는 제1 시간 구간(φ1) 동안, 다중 센서부(310)에서 감지된 다중 센싱 인자값들 각각을 제1 전하로 변환하여 제1 커패시터(C1)에 변환된 제1 전하를 샘플링할 수 있다.
여기서, 제1 시간 구간(φ1)은 스위치의 제어 신호에 의해 결정될 수 있는데, 제1 시간 구간(φ1)에 해당하는 스위치 제어 신호는 제1 시간 구간(φ1) 동안에 스위치를 연결한다.
또한, 전하 변환부(320)는 제4 시간 구간(φ4) 동안에 제1 커패시터(C1)에 샘플링된 전하를 리셋할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 전하 이동부(330)는 제2 시간 구간(φ2) 동안에 제2 커패시터(CDAC)의 제2 전하와 샘플링된 제1 전하 사이의 전하 이동을 제어할 수 있다.
여기서, 제2 시간 구간(φ2)은 스위치의 제어 신호에 의해 결정될 수 있는데, 제2 시간 구간(φ2)에 해당하는 스위치 제어 신호는 제2 시간 구간(φ2) 동안에 스위치를 연결한다.
예를 들어, 전하 이동부(330)는 디지털 아날로그 변환기(digital to analog converter, DAC)에 포함된 제2 커패시터(CDAC)와 제1 커패시터(C1) 간의 전하 이동을 제어할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 디지털 출력부(340)는 제2 커패시터(C2)와 제1 커패시터(C1) 간의 전하 이동 이후, 제3시간 구간(φ3) 동안에 제1 커패시터(C1)에 남은 전하를 적분기와 양자화기를 통해 양자화함에 따라 양자화된 전하를 다중 센싱 인자값들 각각에 대한 디지털 데이터(Dout2)로 출력할 수 있다.
여기서, 제3 시간 구간(φ3)은 스위치의 제어 신호에 의해 결정될 수 있는데, 제3 시간 구간(φ3)에 해당하는 스위치 제어 신호는 제3 시간 구간(φ3) 동안에 스위치를 연결한다.
본 발명의 일실시예에 따르면 입력 범위 확장부(350)는 다중 센싱 인자값들과 다중 센싱 인자값들의 출력(Dout1)에 대한 전달함수의 저역 통과 특성을 이용하여 다중 센싱 인자값들의 베이스 라인 값을 제거함에 따라 입력 신호에 대한 입력 범위를 확장할 수 있다.
예를 들어, 입력 범위 확장부(350)는 다중 센싱 인자값들의 출력(Dout1)을 확인하기 위한 디지털 적분기를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 다중 센서부(310)는 다중 센싱 회로로 지칭될 수 있고, 전하 변환부(320)는 전하 변환 회로로 지칭될 수 있으며, 전하 이동부(330)는 전하 이동 제어 회로로 지칭될 수 있고, 디지털 출력부(340)는 디지털 데이터 출력 회로로 지칭될 수 있으며, 입력 범위 확장부(350)는 입력 범위 확장 회로로 지칭될 수 있다.
또한, 입력 범위 확장부(350)는 베이스 라인 제거 루프(base-line cancellation loop) 회로로도 지칭될 수 있다.
또한, 전하 변환부(320), 전하 이동부(330) 및 디지털 출력부(340)는 통합하여 델타 시그마 아날로그 디지털 변환기로 지칭될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 가변형 센서 인터페이스 장치의 동작 타이밍도를 설명하는 도면이다.
도 4를 참고하면, 가변형 센서 인터페이스 장치의 회로 내 스위치들을 제어하기 위한 제어 신호의 타이밍도(400)를 예시한다.
타이밍도(400)를 참고하면, 제1 시간 구간(φ1), 제2 시간 구간(φ2), 제3 시간 구간(φ3) 및 제4 시간 구간(φ4)을 포함한다.
일례로, 제1 시간 구간(φ1)은 제1 커패시터에 제1 전하를 샘플링하는 구간이고, 제2 시간 구간(φ2)은 제2 커패시터의 제2 전하와 제1 커패시터의 제1 전하 사이의 전하 이동이 일어나는 구간이며, 제3 시간 구간(φ3)은 제1 커패시터에 남은 제1 전하를 디지털 값으로 양자화하여 최종 출력을 발생시키는 구간이고, 제4 시간 구간(φ4)은 제1 커패시터에 남은 전하를 리셋하는 구간일 수 있다.
제1 시간 구간(φ1)에서 입력되는 신호의 유지 시간은 약 200 nsec이고, 제2 시간 구간(φ2)에서 입력되는 신호의 유지 시간은 약 120 nsec이며, 제3 시간 구간(φ3)에서 입력되는 신호의 유지 시간은 약 120 nsec이고, 제4 시간 구간(φ4)에서 입력되는 신호의 유지 시간은 약 30 nsec일 수 있다.
즉, 제1 시간 구간(φ1)은 약 200 nsec이고, 제2 시간 구간(φ2)은 약 120 nsec이며, 제3 시간 구간(φ3)은 약 120 nsec이고, 제4 시간 구간(φ4)은 약 30 nsec일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 제1 시간 구간(φ1) 내지 제4 시간 구간(φ4)은 약 2MHz에 해당되고, 제1 시간 구간(φ1) 내지 제4 시간 구간(φ4)의 제어 신호가 입력되는 시간 중 중첩되는 시간 구간은 존재하지 않는다.
즉, 제1 시간 구간(φ1) 내지 제4 시간 구간(φ4)은 중첩되는 구간이 존재하지 않는 비중첩 상태를 가진다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일실시예에 따른 가변형 센서 인터페이스 장치에서 다중 센서부와 전하 변환부를 설명하는 도면이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일실시예에 따른 가변형 센서 인터페이스 장치에서 다중 센서부의 저항, 정전용량, 전류 및 전압을 각각 측정하기 위한 센서부분과 다중 센서부에서 감지된 센싱 인자값을 전하로 변환하기 위한 전하 변환부의 결합 구조를 설명한다.
도 5a를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 가변형 센서 인터페이스 장치(500)에서 다중 센서부의 저항 측정 구성과 전하 변환부 구성을 델타 시그마 아날로그 디지털 변환기(501)에 결합하여 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따른 가변형 센서 인터페이스 장치(500)는 드레인 전압이 인가되고, 제1 시간 구간(φ1)에 해당하도록 스위치를 제어하는 제어 신호가 인가되면, 제1 커패시터값(C1), 드레인 전압값(VDD), 기준 저항값(RREF) 및 감지 저항값(RSENS)을 고려하여 저항성에 대한 센싱 인자 값을 제1 전하로 변환하고, 델타 시그마 아날로그 디지털 변환기(501)는 변환된 제1 전하를 디지털 데이터로 출력한다.
일례로, 가변형 센서 인터페이스 장치(500)는 하기 수학식 1에 기초하여 제1 시간 구간에서 샘플링되는 제1 전하를 결정할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112021062758623-pat00001
수학식 1에서, QC1은 제1 커패시터에 샘플링된 제1 전하를 나타낼 수 있고, C1은 제1 커패시터값을 나타낼 수 있으며, RREF는 기준 저항값을 나타낼 수 있고, RSENS는 감지 저항값을 나타낼 수 있으며, VDD는 드레인 전압값을 나타낼 수 있다.
여기서, 감지 저항값(RSENS)은 다중 센싱 인자값 중 저항성에 해당하는 센싱 인자값일 수 있다.
도 5b를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 가변형 센서 인터페이스 장치(510)에서 다중 센서부의 용량성 측정 구성과 전하 변환부 구성을 델타 시그마 아날로그 디지털 변환기(511)에 결합하여 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따른 가변형 센서 인터페이스 장치(510)는 드레인 전압이 인가되고, 제1 시간 구간(φ1)에 해당하도록 스위치를 제어하는 제어 신호가 인가되면, 드레인 전압값(VDD) 및 감지 커패시터값(CSENS)을 고려하여 용량성에 대한 센싱 인자 값을 제1 전하로 변환하고, 델타 시그마 아날로그 디지털 변환기(511)는 변환된 제1 전하를 디지털 데이터로 출력한다.
일례로, 가변형 센서 인터페이스 장치(510)는 하기 수학식 2에 기초하여 제1 시간 구간에서 샘플링되는 제1 전하를 결정할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112021062758623-pat00002
수학식 2에서, QC1은 제1 커패시터에 샘플링된 제1 전하를 나타낼 수 있고, CSENS는 감지 커패시터값을 나타낼 수 있으며, VDD는 드레인 전압값을 나타낼 수 있다.
여기서, 감지 커패시터값(CSENS)은 다중 센싱 인자값 중 용량성에 해당하는 센싱 인자값일 수 있다.
도 5c를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 가변형 센서 인터페이스 장치(520)에서 다중 센서부의 전류 측정 구성과 전하 변환부 구성을 델타 시그마 아날로그 디지털 변환기(521)에 결합하여 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따른 가변형 센서 인터페이스 장치(520)는 드레인 전압이 인가되고, 제1 시간 구간(φ1)에 해당하도록 스위치를 제어하는 제어 신호가 인가되면, 전류와 관련된 센싱 인자값을 샘플링 시간값(tsample) 및 감지 전류값(ISENS)을 고려하여 전류에 대한 센싱 인자 값을 제1 전하로 변환하고, 또한, 제2 시간 구간(φ2)에 해당하도록 스위치를 제어하는 제어 신호가 인가되면 제1 전하에 대한 전하 이동을 제어한 후, 델타 시그마 아날로그 디지털 변환기(521)는 변환된 제1 전하를 디지털 데이터로 출력한다.
일례로, 가변형 센서 인터페이스 장치(520)는 하기 수학식 3에 기초하여 제1 시간 구간에서 샘플링되는 제1 전하를 결정할 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112021062758623-pat00003
수학식 3에서, QC1은 제1 커패시터에 샘플링된 제1 전하를 나타낼 수 있고, ISENS는 감지 전류값을 나타낼 수 있으며, tsample은 샘플링 시간값을 나타낼 수 있다.
여기서, 감지 전류값(ISENS)은 다중 센싱 인자값 중 전류에 해당하는 센싱 인자값일 수 있다.
도 5c를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 가변형 센서 인터페이스 장치(520)에서 다중 센서부의 전류 측정 구성과 전하 변환부 구성을 델타 시그마 아날로그 디지털 변환기(531)에 결합하여 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따른 가변형 센서 인터페이스 장치(530)는 드레인 전압이 인가되고, 제1 시간 구간(φ1)에 해당하도록 스위치를 제어하는 제어 신호가 인가되면, 전압과 관련된 센싱 인자값을 제1 커패시터값 및 감지 전압값(VSENS)을 고려하여 전압에 대한 센싱 인자 값을 제1 전하로 변환하고, 델타 시그마 아날로그 디지털 변환기(531)는 변환된 제1 전하를 디지털 데이터로 출력한다.
일례로, 가변형 센서 인터페이스 장치(530)는 하기 수학식 4에 기초하여 제1 시간 구간에서 샘플링되는 제1 전하를 결정할 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112021062758623-pat00004
수학식 4에서, QC1은 제1 커패시터에 샘플링된 제1 전하를 나타낼 수 있고, VSENS는 감지 전압값을 나타낼 수 있으며, C1은 제1 커패시터값을 나타낼 수 있다.
여기서, 감지 전압값(VSENS)은 다중 센싱 인자값 중 전압에 해당하는 센싱 인자값일 수 있다.
따라서, 본 발명은 단일 스위치드(single switched) 캐패시터 구조의 DAC(Digital to Analog Converter)를 이용하여 모든 센싱 인자를 처리할 수 있는 가변형 센서 인터페이스 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 저항성, 용량성, 전류 및 전압을 모두 전하로 변환하고, 변환된 전하를 디지털 값으로 양자화함에 따라 높은 호환성을 가질 수 있는 가변형 센서 인터페이스 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 델타 시그마(Delta-sigma) 변조 기반의 ADC(Analog to Digital Converter)를 이용해 회로 구조의 복잡성을 감소시킴에 따라 저비용 및 저전력으로 구현된 가변형 센서 인터페이스 장치를 제공할 수 있다.
도 6 내지 도 7b는 본 발명의 일실시예에 따른 가변형 센서 인터페이스 장치의 입력 범위 확장 동작을 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 가변형 센서 인터페이스 장치의 입력 범위 확장부가 입력 신호의 베이스 라인값을 제거하는 실시예를 설명한다.
도 6을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 입력 범위 확장부는 최대 입력 범위가 다중 센싱 인자(600)와 다중 센싱 인자와 관련된 베이스 라인(610)으로 구성될 경우, 베이스 라인을 제거함에 따라 다중 센싱 인자(600)는 유지하면서 다중 센싱 인자와 관련된 베이스 라인(610)에 해당하는 입력 범위(620)를 확장하는 것을 나타낸다.
구체적으로, 본 발명의 일실시예에 따른 입력 범위 확장부는 다중 센싱 인자(600)의 값들의 출력에 대한 전달함수의 저역 통과 특성을 이용하여 다중 센싱 인자(600)값들과 관련된 베이스 라인(610)의 값을 제거함에 따라 입력 신호에 대한 입력 범위(620)를 확장할 수 있다.
예를 들어, 입력 범위 확장부는 베이스 라인 제거 루프 회로(base-line cancellation loop)에 해당될 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일실시예에 따른 가변형 센서 인터페이스 장치의 입력 범위 확장 동작과 관련하여 입력 신호에 대한 출력에 대한 전달 함수의 저역 통과 특성을 통해 센서의 베이스 라인이 제거됨을 설명한다.
도 7a의 그래프(700)는 가로축에서 주파수, 세로축에서 크기를 나타냄에 따라 센서의 입력값(X)과 델타 시그마 루프의 출력값(Y) 간의 주파수 별 크기 변화를 나타낸다.
그래프(700)는 센서의 입력값(X)과 델타 시그마 루프의 출력값(Y)이 고역 통과 필터 특성을 나타내는 것을 보여준다.
도 7b의 그래프(710)는 가로축에서 주파수, 세로축에서 크기를 나타냄에 따라 센서의 입력값(X)과 베이스 라인 루프의 출력값(Z) 간의 주파수 별 크기 변화를 나타낸다.
그래프(710)는 센서의 입력값(X)과 베이스 라인 루프의 출력값(Z)이 저역 통과 필터 특성을 나타내는 것을 보여준다.
본 발명의 일실시예에 따른 가변형 센서 인터페이스 장치는 센서의 입력값(X)에서 델타 시그마 루프의 출력값(Y)과 센서의 입력값(X)에서 베이스 라인 루프의 출력값(Z)을 통합하여 교류(AC)와 직류(DC)를 모두 읽을 수 있다.
한편, 가변형 센서 인터페이스 장치는 입력 신호(X)에 대한 출력(Z)에 대한 전달함수의 저역 통과 특성을 이용하여 베이스 라인을 제거할 수 있는데, 센서의 기본 값에 해당하는 베이스 라인이 제거됨에 따라 입력 동작 범위를 확장할 수 있다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따른 가변형 센서 인터페이스 장치는 베이스 라인 제거 루프를 이용하여 피드백 구조에 제안되는 입력 범위를 확장할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 가변형 센서 인터페이스 장치의 동작 방법을 설명하는 도면이다.
도 8을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 가변형 센서 인터페이스 장치의 동작 방법은 단계(801)에서 입력 신호에 대한 다중 센싱 인자값들을 감지한다.
즉, 가변형 센서 인터페이스 장치의 동작 방법은 온도, 습도, 모션, 압력 및 터치 중 적어도 하나와 관련된 입력 신호에 대한 다중 센싱 인자값들을 감지할 수 있다.
여기서, 다중 센싱 인자값들은 저항성, 용량성, 전류 및 전압과 관련될 수 있다.
단계(802)에서 본 발명의 일실시예에 따른 가변형 센서 인터페이스 장치의 동작 방법은 다중 센싱 인자값들 각각을 제1 전하로 변환하여 제1 커패시터에 제1 전하를 샘플링 한다.
즉, 가변형 센서 인터페이스 장치의 동작 방법은 제1 시간 동안 상기 감지된 다중 센싱 인자값들 각각을 제1 전하로 변환하여 제1 커패시터에 상기 변환된 제1 전하를 샘플링할 수 있다.
여기서, 제1 시간은 제1 시간 구간에 해당하여 제1 시간 구간은 스위치의 연결 상태에 따라 결정될 수 있다.
단계(803)에서 본 발명의 일실시예에 따른 가변형 센서 인터페이스 장치의 동작 방법은 제1 커패시터와 제2 커패시터 사이의 전하 이동을 제어한다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따른 가변형 센서 인터페이스 장치의 동작 방법은 제2 시간 동안 제2 커패시터의 제2 전하와 샘플링된 제1 전하 사이의 전하 이동을 제어할 수 있다.
다시 말해, 가변형 센서 인터페이스 장치의 동작 방법은 제1 커패시터와 제2 커패시터 사이의 스위치를 연결하여 제1 전하와 제2 전하 사이에서의 전하 이동을 제어한다.
여기서, 제2 시간은 제2 시간 구간에 해당하여 제2 시간 구간은 스위치의 연결 상태에 따라 결정될 수 있다.
단계(804)에서 본 발명의 일실시예에 따른 가변형 센서 인터페이스 장치의 동작 방법은 제1 커패시터에 남은 전하를 양자화하여 디지털 데이터를 출력할 수 있다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따른 가변형 센서 인터페이스 장치의 동작 방법은 제3 시간 동안 제1 커패시터에 남은 전하를 양자화함에 따라 양자화된 전하를 감지된 다중 센싱 인자값들 각각에 대한 디지털 데이터로 출력할 수 있다.
여기서, 제3 시간은 제3 시간 구간에 해당하여 제3 시간 구간은 스위치의 연결 상태에 따라 결정될 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 가변형 센서 인터페이스 장치의 동작 방법은 제4 시간 동안 제1 커패시터에 남은 전하를 리셋함에 따라 전류 센싱을 수행할 수 있다.
따라서, 본 발명은 저항성, 용량성, 전류 및 전압을 모두 전하로 변환하고, 변환된 전하를 디지털 값으로 양자화함에 따라 높은 호환성을 가질 수 있는 가변형 센서 인터페이스 장치의 동작 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 이식형 기기(implantable device), IoT(Internet of Things) 기기 및 IoE(Internet of Everythings) 기기 등과 같은 차세대 마이크로 시스템들에서 센서 소자 타입에 관계없이 적용이 가능하고, 감지하고자 하는 센싱 인자의 물리적 값을 디지털 값으로 출력시켜주는 범용의 가변형 센서 인터페이스 장치를 제공할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다.
또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
100: 가변형 센서 인터페이스 장치
110: 다중 센서부 120: 전하 변환부
130: 전하 이동부 140: 디지털 출력부

Claims (12)

  1. 다중 센싱 인자들을 감지할 수 있는 가변형 센서 인터페이스 장치에 있어서,
    온도, 습도, 모션, 압력 및 터치 중 적어도 하나와 관련된 입력 신호에 대한 다중 센싱 인자값들을 감지하는 다중 센서부;
    상기 다중 센싱 인자값들과 상기 다중 센싱 인자값들의 출력에 대한 전달함수의 저역 통과 특성을 이용하여 상기 다중 센싱 인자값들의 베이스 라인 값을 제거함에 따라 상기 입력 신호에 대한 입력 범위를 확장하는 입력 범위 확장부;
    상기 감지된 다중 센싱 인자값들 각각을 제1 전하로 변환하여 제1 커패시터에 상기 변환된 제1 전하를 샘플링하는 전하 변환부;
    제2 커패시터의 제2 전하와 상기 샘플링된 제1 전하 사이의 전하 이동을 제어하는 전하 이동부; 및
    상기 제어된 전하 이동 이후, 상기 제1 커패시터에 남은 전하를 양자화함에 따라 상기 양자화된 전하를 상기 감지된 다중 센싱 인자값들 각각에 대한 디지털 데이터로 출력하는 디지털 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는
    가변형 센서 인터페이스 장치.
  2. 삭제
  3. 다중 센싱 인자들을 감지할 수 있는 가변형 센서 인터페이스 장치에 있어서,
    온도, 습도, 모션, 압력 및 터치 중 적어도 하나와 관련된 입력 신호에 대한 다중 센싱 인자값들을 감지하는 다중 센서부;
    상기 감지된 다중 센싱 인자값들 각각을 제1 전하로 변환하여 제1 커패시터에 상기 변환된 제1 전하를 샘플링하는 전하 변환부;
    제2 커패시터의 제2 전하와 상기 샘플링된 제1 전하 사이의 전하 이동을 제어하는 전하 이동부; 및
    상기 제어된 전하 이동 이후, 상기 제1 커패시터에 남은 전하를 양자화함에 따라 상기 양자화된 전하를 상기 감지된 다중 센싱 인자값들 각각에 대한 디지털 데이터로 출력하는 디지털 출력부를 포함하고,
    상기 전하 변환부는 상기 디지털 데이터가 출력된 후, 상기 제1 커패시터에 남은 전하를 리셋(reset)하는 것을 특징으로 하는
    가변형 센서 인터페이스 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 다중 센싱 인자값들은 저항성, 용량성, 전류 및 전압과 관련된 센싱 인자값들을 포함하는 것을 특징으로 하는
    가변형 센서 인터페이스 장치.
  5. 다중 센싱 인자들을 감지할 수 있는 가변형 센서 인터페이스 장치에 있어서,
    온도, 습도, 모션, 압력 및 터치 중 적어도 하나와 관련된 입력 신호에 대한 다중 센싱 인자값들을 감지하는 다중 센서부;
    상기 감지된 다중 센싱 인자값들 각각을 제1 전하로 변환하여 제1 커패시터에 상기 변환된 제1 전하를 샘플링하는 전하 변환부;
    제2 커패시터의 제2 전하와 상기 샘플링된 제1 전하 사이의 전하 이동을 제어하는 전하 이동부; 및
    상기 제어된 전하 이동 이후, 상기 제1 커패시터에 남은 전하를 양자화함에 따라 상기 양자화된 전하를 상기 감지된 다중 센싱 인자값들 각각에 대한 디지털 데이터로 출력하는 디지털 출력부를 포함하고,
    상기 다중 센싱 인자값들은 저항성, 용량성, 전류 및 전압과 관련된 센싱 인자값들을 포함하며,
    상기 전하 변환부는 제1 커패시터값, 드레인 전압값(VDD), 기준 저항값(RREF) 및 감지 저항값(RSENS)을 고려하여 상기 저항성에 대한 센싱 인자 값을 상기 제1 전하로 변환하는 것을 특징으로 하는
    가변형 센서 인터페이스 장치.
  6. 다중 센싱 인자들을 감지할 수 있는 가변형 센서 인터페이스 장치에 있어서,
    온도, 습도, 모션, 압력 및 터치 중 적어도 하나와 관련된 입력 신호에 대한 다중 센싱 인자값들을 감지하는 다중 센서부;
    상기 감지된 다중 센싱 인자값들 각각을 제1 전하로 변환하여 제1 커패시터에 상기 변환된 제1 전하를 샘플링하는 전하 변환부;
    제2 커패시터의 제2 전하와 상기 샘플링된 제1 전하 사이의 전하 이동을 제어하는 전하 이동부; 및
    상기 제어된 전하 이동 이후, 상기 제1 커패시터에 남은 전하를 양자화함에 따라 상기 양자화된 전하를 상기 감지된 다중 센싱 인자값들 각각에 대한 디지털 데이터로 출력하는 디지털 출력부를 포함하고,
    상기 다중 센싱 인자값들은 저항성, 용량성, 전류 및 전압과 관련된 센싱 인자값들을 포함하며,
    상기 전하 변환부는 드레인 전압값(VDD) 및 감지 커패시터값(CSENS)을 고려하여 상기 용량성에 대한 센싱 인자 값을 상기 제1 전하로 변환하는 것을 특징으로 하는
    가변형 센서 인터페이스 장치.
  7. 다중 센싱 인자들을 감지할 수 있는 가변형 센서 인터페이스 장치에 있어서,
    온도, 습도, 모션, 압력 및 터치 중 적어도 하나와 관련된 입력 신호에 대한 다중 센싱 인자값들을 감지하는 다중 센서부;
    상기 감지된 다중 센싱 인자값들 각각을 제1 전하로 변환하여 제1 커패시터에 상기 변환된 제1 전하를 샘플링하는 전하 변환부;
    제2 커패시터의 제2 전하와 상기 샘플링된 제1 전하 사이의 전하 이동을 제어하는 전하 이동부; 및
    상기 제어된 전하 이동 이후, 상기 제1 커패시터에 남은 전하를 양자화함에 따라 상기 양자화된 전하를 상기 감지된 다중 센싱 인자값들 각각에 대한 디지털 데이터로 출력하는 디지털 출력부를 포함하고,
    상기 다중 센싱 인자값들은 저항성, 용량성, 전류 및 전압과 관련된 센싱 인자값들을 포함하며,
    상기 전하 변환부는 샘플링 시간값(tsample) 및 감지 전류값(ISENS)을 고려하여 상기 전류에 대한 센싱 인자 값을 상기 제1 전하로 변환하는 것을 특징으로 하는
    가변형 센서 인터페이스 장치.
  8. 다중 센싱 인자들을 감지할 수 있는 가변형 센서 인터페이스 장치에 있어서,
    온도, 습도, 모션, 압력 및 터치 중 적어도 하나와 관련된 입력 신호에 대한 다중 센싱 인자값들을 감지하는 다중 센서부;
    상기 감지된 다중 센싱 인자값들 각각을 제1 전하로 변환하여 제1 커패시터에 상기 변환된 제1 전하를 샘플링하는 전하 변환부;
    제2 커패시터의 제2 전하와 상기 샘플링된 제1 전하 사이의 전하 이동을 제어하는 전하 이동부; 및
    상기 제어된 전하 이동 이후, 상기 제1 커패시터에 남은 전하를 양자화함에 따라 상기 양자화된 전하를 상기 감지된 다중 센싱 인자값들 각각에 대한 디지털 데이터로 출력하는 디지털 출력부를 포함하고,
    상기 다중 센싱 인자값들은 저항성, 용량성, 전류 및 전압과 관련된 센싱 인자값들을 포함하며,
    상기 전하 변환부는 제1 커패시터값 및 감지 전압값(VSENS)을 고려하여 상기 전압에 대한 센싱 인자 값을 상기 제1 전하로 변환하는 것을 특징으로 하는
    가변형 센서 인터페이스 장치.
  9. 다중 센싱 인자들을 감지할 수 있는 가변형 센서 인터페이스 장치의 동작 방법에 있어서,
    다중 센서 부에서, 온도, 습도, 모션, 압력 및 터치 중 적어도 하나와 관련된 입력 신호에 대한 다중 센싱 인자값들을 감지하는 단계;
    입력 범위 확장부에서, 상기 다중 센싱 인자값들과 상기 다중 센싱 인자값들의 출력에 대한 전달함수의 저역 통과 특성을 이용하여 상기 다중 센싱 인자값들의 베이스 라인값을 제거함에 따라 상기 입력 신호에 대한 입력 범위를 확장하는 단계;
    전하 변환부에서, 제1 시간 동안 상기 감지된 다중 센싱 인자값들 각각을 제1 전하로 변환하여 제1 커패시터에 상기 변환된 제1 전하를 샘플링하는 단계;
    전하 이동부에서, 제2 시간 동안 제2 커패시터의 제2 전하와 상기 샘플링된 제1 전하 사이의 전하 이동을 제어하는 단계; 및
    디지털 출력부에서, 제3 시간 동안 상기 제1 커패시터에 남은 전하를 양자화함에 따라 상기 양자화된 전하를 상기 감지된 다중 센싱 인자값들 각각에 대한 디지털 데이터로 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    가변형 센서 인터페이스 장치의 동작 방법.
  10. 삭제
  11. 다중 센싱 인자들을 감지할 수 있는 가변형 센서 인터페이스 장치의 동작 방법에 있어서,
    다중 센서 부에서, 온도, 습도, 모션, 압력 및 터치 중 적어도 하나와 관련된 입력 신호에 대한 다중 센싱 인자값들을 감지하는 단계;
    전하 변환부에서, 제1 시간 동안 상기 감지된 다중 센싱 인자값들 각각을 제1 전하로 변환하여 제1 커패시터에 상기 변환된 제1 전하를 샘플링하는 단계;
    전하 이동부에서, 제2 시간 동안 제2 커패시터의 제2 전하와 상기 샘플링된 제1 전하 사이의 전하 이동을 제어하는 단계;
    디지털 출력부에서, 제3 시간 동안 상기 제1 커패시터에 남은 전하를 양자화함에 따라 상기 양자화된 전하를 상기 감지된 다중 센싱 인자값들 각각에 대한 디지털 데이터로 출력하는 단계; 및
    상기 전하 변환부에서, 상기 디지털 데이터가 출력된 후, 제4 시간 동안 상기 제1 커패시터에 남은 전하를 리셋(reset)하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    가변형 센서 인터페이스 장치의 동작 방법.
  12. 다중 센싱 인자들을 감지할 수 있는 가변형 센서 인터페이스 장치의 동작 방법에 있어서,
    다중 센서 부에서, 온도, 습도, 모션, 압력 및 터치 중 적어도 하나와 관련된 입력 신호에 대한 다중 센싱 인자값들을 감지하는 단계;
    전하 변환부에서, 제1 시간 동안 상기 감지된 다중 센싱 인자값들 각각을 제1 전하로 변환하여 제1 커패시터에 상기 변환된 제1 전하를 샘플링하는 단계;
    전하 이동부에서, 제2 시간 동안 제2 커패시터의 제2 전하와 상기 샘플링된 제1 전하 사이의 전하 이동을 제어하는 단계; 및
    디지털 출력부에서, 제3 시간 동안 상기 제1 커패시터에 남은 전하를 양자화함에 따라 상기 양자화된 전하를 상기 감지된 다중 센싱 인자값들 각각에 대한 디지털 데이터로 출력하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 시간 동안 상기 감지된 다중 센싱 인자값들 각각을 제1 전하로 변환하여 제1 커패시터에 상기 변환된 제1 전하를 샘플링하는 단계는,
    제1 커패시터값, 드레인 전압값(VDD), 기준 저항값(RREF) 및 감지 저항값(RSENS)을 고려하여 상기 다중 센싱 인자값들 중 저항성에 대한 센싱 인자 값을 상기 제1 전하로 변환하는 단계;
    상기 드레인 전압값(VDD) 및 감지 커패시터값(CSENS)을 고려하여 상기 다중 센싱 인자값들 중 용량성에 대한 센싱 인자 값을 상기 제1 전하로 변환하는 단계;
    샘플링 시간값(tsample) 및 감지 전류값(ISENS)을 고려하여 상기 다중 센싱 인자값들 중 전류에 대한 센싱 인자 값을 상기 제1 전하로 변환하는 단계; 및
    상기 제1 커패시터값 및 감지 전압값(VSENS)을 고려하여 상기 다중 센싱 인자값들 중 전압에 대한 센싱 인자 값을 상기 제1 전하로 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    가변형 센서 인터페이스 장치의 동작 방법.
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