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단일-극 커패시터 방식의 터치센서를 위한 Incremental 델타-시그마 아날로그-디지털 변환기 설계
The Incremental Delta-Sigma ADC for A Single-Electrode Capacitive Touch Sensor 원문보기

전기전자학회논문지 = Journal of IKEEE, v.17 no.3, 2013년, pp.234 - 240  

정영재 (Dept. of Electronics and Communication Engineering, Hanyang University) ,  노정진 (Dept. of Electronics and Communication Engineering, Hanyang University)

초록
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본 논문에서는 단일-극 커패시터 방식의 터치센서를 위한 incremental 델타-시그마 아날로그-디지털 변환기를 설계하였다. 델타-시그마 모듈레이터의 구조는 단일비트 2차 cascade of integrators with distributed feedback(CIFB)를 사용하였으며 $0.18-{\mu}m$ CMOS 공정을 이용하여 제작하였다. Incremental 델타-시그마 아날로그-디지털 변환기의 입력으로 이어지는 센서가 넓은 입력 범위를 얻고 높은 정확성을 가지도록 변환기 앞에 shielding 신호와 디지털적으로 조절 가능한 오프-셋 커패시터를 위치시켰다. 본회로의 공급전압은 2.6 V에서 3.7 V이며 ${\pm}10-pF$의 입력범위를 가지고 fF 이하의 해상도를 필요로 하는 단일-극 커패시터 방식의 터치센서에 적합하다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presents an incremental delta-sigma analog-to-digital converter (ADC) for a single-electrode capacitive touch sensor. The second-order cascade of integrators with distributed feedback (CIFB) delta-sigma modulator with 1-bit quantization was fabricated by a $0.18-{\mu}m$ CMOS pr...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서 설계한 incremental 델타-시그마 ADC는 기존의 델타-시그마 ADC의 구조를 그대로 가지고 일정한 변환주기인 클럭의 개수마다 변환하도록 리셋신호를 추가한 구조로서 센서로부터 전달되는 저주파 신호를 입력받아 입력의 변환주기 동안만 동작하게 되며 multiplexer (MUX)를 통한 다채널 변환에 용이하다. 따라서 본 논문에서는 커패시터방식의 센서를 위한 2차 1비트 incremental 델타-시그마 ADC 설계 방법에 대해 기술한다.
  • 본 논문에서는 단일-극 커패시터 방식의 터치센서를 위한 2차 1비트 CDC를 설계하고 측정하였다. 동작전압은 2.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
터치 센서기술은 무엇인가? 오늘날의 터치센서 시장은 최근 급성장 하고 있는 스마트 폰 및 태블릿 PC, MP3플레이어 등 휴대용 전자기기에서부터 자동차, 의료기기 등에 이르기까지 광범위 하게 사용되면서 점점 커지고 있다. 터치 센서기술은 보고 듣는 것에서 더 나아가 터치라는 감각적 기술을 접목시켜 화면의 대상을 직접 선택 가능한 가장 빠른 포인팅 기술이며 학습 없이도 사용자가 작동방법을 스스로 터득할 수 있는 큰 장점을 가진다. 오래전부터 터치 기술은 은행 현금인출기 내비게이션 등에 사용 되어 왔으며 터치방식은 투명전극이 코팅되어진 두 기판을 합착한 후에 상판에 압력을 가해 상하부의 판이 접촉되어 발생하는 전기 신호에 의해 위치를 인식하는 저항막 방식을 사용 하였다.
과거의 터치방식은 어떤 방식을 사용하는가? 터치 센서기술은 보고 듣는 것에서 더 나아가 터치라는 감각적 기술을 접목시켜 화면의 대상을 직접 선택 가능한 가장 빠른 포인팅 기술이며 학습 없이도 사용자가 작동방법을 스스로 터득할 수 있는 큰 장점을 가진다. 오래전부터 터치 기술은 은행 현금인출기 내비게이션 등에 사용 되어 왔으며 터치방식은 투명전극이 코팅되어진 두 기판을 합착한 후에 상판에 압력을 가해 상하부의 판이 접촉되어 발생하는 전기 신호에 의해 위치를 인식하는 저항막 방식을 사용 하였다. 저항막 방식은 제작 단가가 싸고 위치 인식의 정확도가 높아 초기 PDA 및 내비게이션 등에 채택되어 왔다 [1].
커패시터방식의 센서의 장점은 무엇인가? 그러나 아이폰에서 시작된 커패시터방식의 센서가 기존의 모바일 폰과 내비게이션 시장에서 주로 채용되면서 그림 1의 터치방식별 Indium Tin Oxide (ITO)필름의 세계 시장 규모에서처럼 저항막 방식의 수요가 2010년을 기점으로 점차 줄고 커패시터 방식의 수요가 급증하는 것을 볼 수 있다. 커패시터 방식은 저 전력, 저 잡음 등으로 터치에서 뿐만 아니라 압력, 자이로스코프 그리고 가속도센서 등의 다양한 분야에서 사용되고 있다 [2]-[5].
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참고문헌 (15)

  1. 문대규 "터치 산업 기술 현황 및 전망" Korea Evaluation Institute of Industrial Technology (KEIT) 2012-7호 

  2. M. Yamada and K. Watanabe, "A capacitive pressure sensor interface using oversampling delta-sigma demodulation techniques," IEEE Trans. Instrum. Meas., Vol. 46, No. 1, pp. 3-7, Feb. 1997. 

  3. B. V. Amini, R. Abdolvand, and F. Ayazi, "A 4.5-mW closed-loop delta-sigma micro-gravity CMOS SOI accelerometer," IEEE J . Solid-State Circuits, Vol. 41, No. 12, pp. 2983-2991, Dec. 2006. 

  4. L. K. Baxter, Capacitive Sensors, Design and Applications. Piscataway, NJ: IEEE Press, 1997 

  5. V. Kaajakari, Practical MEMS: Design of Microsystems, Accelerometers, Gyroscopes, RF MEMS, Optical MEMS, and Micrfluidic Systems. NV: Small Gear Publishing, 2009 

  6. D. Johns and K. Martin, Analog Integrated Circuit Design, John Wiley & Sons, Inc. 1997 

  7. R. Schreier and G. C. Temes, Understanding Delta-Sigma Data Converters. Piscataway, NJ: IEEE Press, 2005 

  8. J. M. de la Rosa, "Sigma-delta modulators: tutorial overview, design guide, and state-of-the-art survey," IEEE Trans. on Circuits and Systems-I : Regular Papers, vol. 58, No. 1, pp. 1-21, Jan. 2011. 

  9. C. Park, K. Jang, S. Woo, and J. Choi, "Design of a High-Resolution Integrating Sigma-Delta ADC for Battery Capacity Measurement" IKEEE, Vol. 16. No. 1, pp. 28-33, Mar. 2012. 

  10. S. Rabii and B. A. Wooley, The Design of Low Voltage, Low Power Sigma-Delta Modulators. KAP, 1999. 

  11. J. Markus, J. Silva, and G.C. Temes, "Theory and applications of incremental delta-sigma converters," IEEE Tran. on Circuits and Systems I, Vol. 51, No. 4, pp. 678-690, Apr. 2004. 

  12. J. Markus, P. Deval, V. Quiquempoix, J. Silva, and G.C. Temes, "Incremental Delta-sigma Structures for DC Measurement : an Overview," IEEE 2006 Custom Integrated Circuits Conference (CICC) . 

  13. D. J. Allstot, "A precision variable-supply CMOS comparator," IEEE J . Solid-State Circuits, Vol. 17, No. 6, pp. 1080-1087, Dec. 1982. 

  14. R. Gregorian, Introduction to CMOS op-amps and comparators. NewYork : John Wiley & Sons, Inc., 1999. 

  15. J. Roh, S. Byun, Y. Choi, H. Roh, Y. Kim, and J. Kwon, "A 0.9-V 60-W 1-Bit Fourth-Order Delta-Sigma Modulator With 83-dB Dynamic Range," IEEE J . Solid-State Circuits, Vol. 43, No. 2, pp. 361-370, Feb. 2008. 

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