KR-102960206-B1 - 힘 감지 회로

Abstract

본 개시는 센서를 바이어싱하기 위한 회로로서, 공급 전압을 수신하고 센서를 바이어싱하기 위한 바이어스 전압을 발생시키도록 구성된 바이어스 발생기 모듈을 포함하는, 회로에 관한 것이다. 회로는 공급 전압을 나타내는 전압을 문턱 전압과 비교하고 비교에 기초하여 바이어스 발생기 모듈에 제어 신호를 출력하도록 구성된 제어 모듈을 더 포함한다. 바이어스 발생기 모듈은 제어 신호에 기초하여 바이어스 전압을 제어하도록 구성된다.

Inventors

• 맥베이, 가빈

Assignees

• 시러스 로직 인터내셔널 세미컨덕터 리미티드

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20200903

Priority Date

20200109

Claims (20)

1. 센서를 바이어싱하기 위한 회로로서, 공급 전압을 수신하고 상기 센서를 바이어싱하기 위한 조절되는 바이어스 전압을 발생시키도록 구성된 바이어스 발생기 모듈; 및 상기 공급 전압을 나타내는 전압을 문턱 전압과 비교하고 상기 비교에 기초하여 상기 바이어스 발생기 모듈에 제어 신호를 출력하도록 구성된 제어 모듈을 포함하며; 상기 바이어스 발생기 모듈은 상기 제어 신호에 기초하여 상기 바이어스 전압을 제어하도록 구성되는 것이고, 상기 바이어스 발생기 모듈은 상기 제어 신호에 기초하여 상기 바이어스 전압을 제1 정의된 바이어스 전압 크기로부터 제2 정의된 바이어스 전압 크기로 조정하도록 동작 가능한 것이고, 상기 제2 정의된 바이어스 전압 크기는 상기 제1 정의된 바이어스 전압 크기보다 작고, 상기 제어 모듈은 상기 공급 전압의 크기가 상기 문턱 전압 아래로 감소했음을 나타내는 상기 비교에 응답하여 상기 제어 신호를 출력하도록 구성되는 것인, 회로.
2. 제1항에 있어서, 상기 제어 모듈은 상기 공급 전압의 크기가 제2 문턱 전압 위로 증가했음을 나타내는 상기 공급 전압의 상기 제2 문턱 전압과의 비교에 응답하여, 상기 바이어스 발생기 모듈이 상기 바이어스 전압을 상기 제2 정의된 바이어스 전압 크기에서 상기 제1 정의된 바이어스 전압 크기로 조정하도록 추가 제어 신호를 출력하도록 구성되는 것인, 회로.
3. 제2항에 있어서, 상기 제어 모듈은 상기 추가 제어 신호를 출력하기 전에 시간 지연을 적용하도록 구성되는 것인, 회로.
4. 제3항에 있어서, 상기 시간 지연은 상기 공급 전압 크기의 예상 증가율에 기초하여 미리 결정되는 것인, 회로.
5. 제1항에 있어서, 상기 제어 모듈은 상기 공급 전압 크기가 증가하고 있는지 또는 감소하고 있는지를 결정하기 위해 상기 공급 전압을 모니터링하도록 구성되는 것인, 회로.
6. 제5항에 있어서, 상기 제어 모듈은 상기 공급 전압 크기가 시간 지연 동안 감소하고 있다고 상기 제어 모듈이 결정하는 것에 응답하여 상기 제어 신호의 출력을 중단하도록 구성되는 것인, 회로.
7. 제6항에 있어서, 상기 제어 모듈은 상기 공급 전압이 상기 시간 지연 동안 상기 문턱 전압 아래로 감소했다고 상기 제어 모듈이 결정하는 것에 응답하여 상기 제어 신호를 출력하지 않도록 구성되는 것인, 회로.
8. 제5항에 있어서, 상기 제어 모듈은 상기 공급 전압 크기가 증가하고 있는지 또는 감소하고 있는지에 대한 상기 결정에 기초하여 상기 문턱 전압의 값을 선택하도록 구성되는 것인, 회로.
9. 제8항에 있어서, 상기 공급 전압 크기가 감소하고 있다고 상기 제어 모듈이 결정하는 것에 응답하여, 상기 제어 모듈은 제1 문턱 전압 값을 선택하도록 동작하는 것인, 회로.
10. 제9항에 있어서, 상기 공급 전압 크기가 증가하고 있다고 상기 제어 모듈이 결정하는 것에 응답하여, 상기 제어 모듈은 제2 문턱 전압 값을 선택하도록 동작하되, 상기 제2 문턱 전압 값은 상기 제1 문턱 전압 값보다 큰 것인, 회로.
11. 제9항에 있어서, 상기 공급 전압 크기가 증가하고 있다고 상기 제어 모듈이 결정하는 것에 응답하여, 상기 제어 모듈은 상기 제1 문턱 전압 값을 선택하도록 동작하는 것인, 회로.
12. 제1항에 있어서, 상기 제어 모듈은 상기 공급 전압의 크기에 기초하여 상기 문턱 전압의 값을 선택하도록 구성되는 것인, 회로.
13. 제1항에 있어서, 상기 바이어스 발생기 모듈은 상기 바이어스 전압을 복수의 정의된 바이어스 전압 크기들로 발생시키도록 구성되는 것인, 회로.
14. 제13항에 있어서, 상기 복수의 정의된 바이어스 전압 크기들에 대응하는 복수의 문턱 전압 값들을 저장하기 위한 메모리를 더 포함하고, 상기 제어 모듈은 상기 공급 전압의 크기 및 상기 공급 전압 크기가 증가하고 있는지 또는 감소하고 있는지의 결정에 기초하여, 상기 공급 전압과 비교하기 위한 상기 복수의 문턱 전압 값들 중 하나를 선택하도록 구성되는 것인, 회로.
15. 제14항에 있어서, 상기 복수의 문턱 전압 값들은 상기 바이어스 발생기 모듈의 드롭아웃 전압에 기초하여 미리 결정되는 것이고, 상기 바이어스 발생기 모듈의 드롭아웃 전압은 출력 전압의 신뢰성 있는 조절을 위해 상기 바이어스 발생기 모듈에 공급되는 입력 전압과 상기 바이어스 발생기 모듈의 상기 출력 전압 사이에 유지되어야 하는 최소 헤드룸(headroom)인, 회로.
16. 제1항에 있어서, 상기 제어 모듈은 상기 바이어스 전압을 나타내는 신호를 수신하도록 구성되는 것인, 회로.
17. 제16항에 있어서, 상기 제어 모듈은 상기 바이어스 전압에 기초하여 정규화 함수를 선택하도록 구성되고, 상기 회로는 상기 센서로부터 출력 신호를 수신하도록 구성되고, 또한 상기 제어 모듈로부터 상기 정규화 함수를 수신하도록 구성된 처리 모듈을 더 포함하며; 상기 처리 모듈은 상기 정규화 함수를 상기 출력 신호에 적용하여 정규화된 출력 신호를 발생시키도록 구성되는 것인, 회로.
18. 제17항에 있어서, 상기 바이어스 발생기 모듈은 복수의 정의된 바이어스 전압 크기들에서 상기 바이어스 전압을 발생시키도록 구성되고, 상기 회로는 상기 복수의 정의된 바이어스 전압 크기들에 대응하는 복수의 정규화 함수들을 포함하는 메모리를 포함하고; 상기 제어 모듈은 상기 바이어스 전압 크기에 기초하여 상기 복수의 정규화 함수들 중 하나를 선택하도록 구성되는 것인, 회로.
19. 제17항에 있어서, 상기 문턱 전압은 복수의 문턱 전압 값들 중 가장 작은 크기 값을 포함하고; 상기 공급 전압이 상기 복수의 문턱 전압 값들 중 상기 가장 작은 크기 값 아래로 감쇠했음을 나타내는 상기 비교에 응답하여, 상기 제어 모듈은 상기 출력 신호를 처리하지 않게 상기 처리 모듈을 제어하도록 구성되는 것인, 회로.
20. 제1항에 있어서, 상기 제어 모듈은 상기 공급 전압을 상기 문턱 전압과 비교하고 상기 비교에 기초하여 상기 제어 신호를 출력하도록 구성된 히스테리시스 비교기(hysteretic comparator)를 포함하는 것인, 회로.

Description

힘 감지 회로 본 개시는 힘 감지 회로들 및 시스템들에 관한 것이다. 전통적인 휴대용 디바이스들(예를 들어, 모바일 폰들, 태블릿 컴퓨터들, 원격 제어기들, 비디오 게임 제어기들 등)은 통상적으로 사용자가 휴대용 디바이스를 제어하기 위한 기계식 버튼들을 포함한다. 이러한 기계식 버튼들은 손모(wear and tear)에 민감하고, 물, 먼지 및/또는 부스러기가 들어가는 것으로 인한 손상 및 오작동에 취약할 수 있다. 이에 따라, 제조업체들은 사용자와 휴대용 디바이스 사이의 상호작용을 용이하게 하기 위한 대안적인 솔루션들을 점점 더 찾고 있다. 이러한 상호작용을 용이하게 하는 하나의 접근법은 소위 "가상 버튼들"을 힘 센서들의 형태로 제공하는 것이다. 힘 센서는 기계식 버튼 대신에 휴대용 디바이스의 일부로서 제공될 수 있다. 힘 센서는 센서(예를 들어, 터치되거나 가압되는 센서)와의 사용자 상호작용을 검출하고 휴대용 디바이스로 하여금 검출된 상호작용에 응답하여 일부 기능을 개시하게 하도록 구성될 수 있다. 이러한 가상 버튼들은 기계식 버튼의 이동 부분들이 없기 때문에, 기계식 버튼들에 비해 이점들을 제공한다. 이는 휴대용 디바이스의 마모를 감소시키고 수명을 증가시킬 수 있다. 또한, 힘 센서들의 사용은 기계식 버튼들이 유체에 대한 실질적인 진입점을 제공할 수 있기 때문에, 휴대용 디바이스의 내수성을 개선하도록 도울 수 있다. 또한, 기계식 버튼들은 휴대용 디바이스의 비교적 큰 구성요소들이고, 이에 따라 힘 센서들과 같은 더 작은 대안들은 추가적인 구성요소들을 위한 공간을 남길 수 있다. 예를 들어, 모바일 폰에서, 추가적인 공간은 증가된 수의 5G 안테나들에 의해 점유될 수 있다. 제조업자들은 또한, 사용자와 휴대용 디바이스 사이의 증가된 상호작용성을 제공하는 것을 찾고 있고, 힘 센서들의 사용은 사용자가 휴대용 디바이스와 상호작용하기 위한 추가적인 또는 대안적인 방법들을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 힘 센서는 예를 들어, 터치스크린 외에, 휴대용 디바이스의 인터페이스 영역을 제공할 수 있는 휴대용 디바이스의 하나 이상의 표면을 따라 "가상 슬라이더" 유형 기능을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 사용자 경험이 힘 센서들의 도입에 의해 크게 변경되지 않는 것을 보장하기 위해, 힘 센서에 의해 제공되는 "가상 인터페이스들"은 마치 가상 버튼 또는 가상 버튼 인터페이스 대신에 기계식 버튼 또는 다른 기계식 인터페이스가 존재하는 것처럼 사용자에게 보이고 느껴져야 한다. 이에 따라, 힘 센서들은 디바이스와의 사용자 상호작용, 예를 들어, 디바이스의 터치, 가압 또는 압착을 결정하기 위해 디바이스 상의 힘을 검출한다. 사용자에 의해 인가되는 힘은 일반적으로 작은 크기일 것이고, 이에 따라 힘 센서들은 사용자 상호작용을 검출하기 위해 최대 가능한 감도로 구성되는 것이 유리하다. 또 다른 중요한 고려 사항은 휴대용 디바이스가 사용자 상호작용들에 일관된 방식으로 응답해야 한다는 것인데, 즉 가상 버튼 상의 터치와 같은 특정 사용자 상호작용에 대한 디바이스의 응답은 항상 동일해야 한다. 이러한 일관된 응답이 유지되지 않거나 힘 센서가 사용자 상호작용을 검출하지 못하는 경우 사용자 경험이 저하될 수 있다. 또한, 휴대용 디바이스들은 통상적으로 온 보드 배터리로부터 전력을 얻고, 이에 따라 일반적으로 이러한 디바이스들에 대한 전력 공급 제한이 존재한다. 이에 따라, 휴대용 디바이스들에 사용되는 힘 센서들의 전력 소비는 낮아야 한다. 따라서, 일관되고 안정한 감도 성능을 유지하기 위한 요건과 저전력 소비에 대한 필요성의 균형을 맞추는 힘 센서들을 지원하기 위한 회로 및 시스템들에 대한 필요성이 당업계에 존재한다. 따라서, 본 개시의 실시예들은 상술된 문제들 중 적어도 일부를 적어도 완화하는 감지를 위한 장치들 및 시스템들에 관한 것이다. 제1 양태에 따르면, 본 발명은 센서를 바이어싱하기 위한 회로를 제공하며, 이 회로는: 공급 전압을 수신하고 센서를 바이어싱하기 위한 바이어스 전압을 발생시키도록 구성된 바이어스 발생기 모듈; 및 공급 전압을 나타내는 전압을 문턱 전압과 비교하고 비교에 기초하여 바이어스 발생기 모듈에 제어 신호를 출력하도록 구성된 제어 모듈을 포함하며; 바이어스 발생기는 제어 신호에 기초하여 바이어스 전압을 제어하도록 구성된다. 바이어스 발생기 모듈은 제어 신호에 기초하여 바이어스 전압을 제1 정의된 바이어스 전압 크기로부터 제2 정의된 바이어스 전압 크기로 조정하도록 동작 가능할 수 있다. 제2 정의된 바이어스 전압 크기는 제1 정의된 바이어스 전압 크기보다 작을 수 있고, 제어 모듈은 공급 전압의 크기가 문턱 전압 아래로 감소했음을 나타내는 비교에 응답하여 제어 신호를 출력하도록 구성될 수 있다. 제2 정의된 바이어스 전압 크기는 제1 정의된 바이어스 전압 크기보다 클 수 있고, 제어 모듈은 공급 전압의 크기가 문턱 전압 위로 증가했음을 나타내는 비교에 응답하여 제어 신호를 출력하도록 구성될 수 있다. 제어 모듈은 제어 신호를 출력하기 전에 시간 지연을 적용하도록 구성될 수 있다. 시간 지연은 공급 전압 크기의 예상 증가율에 기초하여 미리 결정될 수 있다. 제어 모듈은 공급 전압 크기가 증가하고 있는지 또는 감소하고 있는지를 결정하기 위해 공급 전압을 모니터링하도록 구성될 수 있다. 제어 모듈은 공급 전압 크기가 시간 지연 동안 감소하고 있다고 제어 모듈이 결정하는 것에 응답하여 제어 신호의 출력을 중단하도록 구성될 수 있다. 제어 모듈은 공급 전압이 시간 지연 동안 전압 문턱 아래로 감소했다고 제어 모듈이 결정하는 것에 응답하여 제어 신호를 출력하지 않도록 구성될 수 있다. 제어 모듈은 공급 전압 크기가 증가하고 있는지 또는 감소하고 있는지에 대한 결정에 기초하여 문턱 전압의 값을 선택하도록 구성될 수 있다. 공급 전압 크기가 감소하고 있다고 제어 모듈이 결정하는 것에 응답하여, 제어 모듈은 제1 문턱 전압 값을 선택하도록 동작할 수 있다. 공급 전압 크기가 증가하고 있다고 제어 모듈이 결정하는 것에 응답하여, 제어 모듈은 제1 문턱 전압 값보다 큰 제2 문턱 전압 값을 선택하도록 동작할 수 있다. 대안적으로, 공급 전압 크기가 증가하고 있다고 제어 모듈이 결정하는 것에 응답하여, 제어 모듈은 제1 문턱 전압 값을 선택하도록 동작할 수 있다. 제어 모듈은 공급 전압의 크기에 기초하여 문턱 전압의 값을 선택하도록 구성될 수 있다. 바이어스 발생기 모듈은 바이어스 전압을 복수의 정의된 바이어스 전압 크기들로 발생시키도록 구성될 수 있다. 회로는 복수의 정의된 바이어스 전압 크기들에 대응하는 복수의 문턱 전압 값들을 저장하기 위한 메모리를 포함할 수 있고, 제어 모듈은 공급 전압의 크기 및 공급 전압 크기가 증가하고 있는지 또는 감소하고 있는지의 결정에 기초하여, 공급 전압과 비교하기 위한 복수의 문턱 전압 값들 중 하나를 선택하도록 구성될 수 있다. 복수의 문턱 전압 값들은 바이어스 발생기 모듈의 드롭아웃 전압에 기초하여 미리 결정될 수 있다. 제어 모듈은 바이어스 전압을 나타내는 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 제어 모듈은 바이어스 전압에 기초하여 정규화 함수를 선택하도록 구성될 수 있다. 회로는 센서로부터 출력 신호를 수신하도록 구성되고, 또한 제어 모듈로부터 정규화 함수를 수신하도록 구성된 처리 모듈을 포함할 수 있고; 처리 모듈은 정규화 함수를 출력 신호에 적용하여 정규화된 출력 신호를 발생시키도록 구성될 수 있다. 회로는 복수의 정의된 바이어스 전압 크기들에 대응하는 복수의 정규화 함수들을 포함하는 메모리를 포함할 수 있고, 제어 모듈은 바이어스 전압 크기에 기초하여 복수의 정규화 함수들 중 하나를 선택하도록 구성될 수 있다. 문턱 전압은 복수의 문턱 전압 값들 중 가장 작은 크기 값을 포함할 수 있고, 공급 전압이 복수의 문턱 전압 값들 중 가장 작은 크기 값 아래로 감쇠했음을 나타내는 비교에 응답하여, 제어 모듈은 출력 신호를 처리하지 않게 처리 모듈을 제어하도록 구성될 수 있다. 제어 모듈은 공급 전압을 문턱 전압과 비교하고 비교에 기초하여 제어 신호를 출력하도록 구성된 히스테리시스 비교기(hysteretic comparator)를 포함할 수 있다. 제어 신호는 래치 신호를 포함할 수 있다. 센서는 예를 들어, 힘 센서일 수 있다. 회로는 집적 회로로서 구현될 수 있다. 제2 양태에 따르면, 본 발명은 제1 양태에 따른 회로, 및 공급 전압을 출력하도록 구성된 배터리를 포함하는 전원 공급 유닛을 제공한다. 제3 양태에 따르면, 본 발명은 제1 양태에 따른 회로, 공급 전압을 출력하도록 구성된 배터리, 및 바이어스 전압을 수신하도록 구성된 센서를 포함하는 전자 디바이스를 제공한다. 전자 디바이스는 휴대용 또는 배터리 구동 디바이스일 수 있다. 전자 디바이스는 태블릿, 랩탑 컴퓨터, 스마트폰 또는 스마트워치 중 하나일 수 있다. 제4 양태에 따르면, 본 발명은 힘 센서의 출력 신호를 정규화하기 위한 회로를 제공하며, 회로는: 공급 전압을 수신하고 힘 센서를 바이어싱하기 위한 바이어스 전압을 발생시키도록 구성된 바이어스 발생기 모듈; 바이어스 전압을 나타내는 전압을 수신하고 바이어스 전압에 기초하여 정규화 함수를 선택하도록 구성된 제어 모듈; 및 출력 신호 및 정규화 함수를 수신하도록 구성된 처리 모듈을 포함하며; 처리 모듈은 또한 정규화 함수를 출력 신호에 적용하여 출력 신호를 정규화하도록 구성된다. 제5 양태에 따르면, 본 발명은 센서 모듈을 제공하며, 센서 모듈은: 센서; 공급 전압을 수신하고 센서를 바이어싱하기 위한 바이어스 전압을 발생시키도록 구성된 바이어스 발생기; 및 공급 전압을 나타내는 신호 전압을 문턱 전압과 비교하고 비교에 기초하여 바이어스 발생기에 제어 신호를 출력하도록 구성된 제어기를 포함하며; 바이어스 발생기는 제어 신호에 기초하여 바이어스 전압을 제어하도록 구성된다. 본 개시의 예들에 대한 더 나은 이해를 위해, 그리고 예들이 어떻게 실행될 수 있는지를 더 명확하게 나타내기 위해, 이제 단지 예로서, 도면들을 참조할 것이며, 이 도면들에서: 도 1은 힘 센서를 바이어싱하기 위한 회로의 예를 도시하고; 도 2는 힘 센서를 바이어