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용량성 센서;상기 용량성 센서를 주기적으로 충전시키고, 최초 충전 주기에서 샘플링된 충전 전하량에 대한 제1 디지털 변환동작을 수행하는 축차-비교 변환기; 및상기 용량성 센서에 남은 전하를 필터링하여 잔여 전하량을 출력하는 루프 필터를 포함하고, 상기 축차-비교 변환기는, 상기 충전 전하량과 상기 잔여 전하량의 합에 대한 제2 디지털 변환동작을 상기 최초 충전 주기 이후에 각 충전 주기마다 수행하는, 축차 비교형 정전용량-디지털 변환기
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제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 디지털 변환동작은 상기 용량성 센서로부터 축차-비교 방식으로 전하를 방전시켜, 디지털 값으로 변환하기 위한 일련의 전하 투 디지털 변환(charge-to-digital conversion)동작인, 축차 비교형 정전용량-디지털 변환기
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제1항에 있어서, 상기 축차-비교 변환기는, 상기 용량성 센서에 연결되어, 상기 충전 전하량을 샘플링하는 센서 감지부;상기 충전 전하량에 대응되는 제1 입력 전압과 기설정된 공통 전압을 비교하고, 상기 비교 결과에 따른 제1 비교 신호를 출력하는 비교부; 및상기 제1 비교 신호에 기초하여, 상기 제2 디지털 변환동작을 수행시키기 위한 제어 신호를 피드백 출력하는 동시에, 상기 충전 전하량에 대한 디지털 값을 저장하는 축차 비교형 레지스터 로직부를 포함하는, 축차 비교형 정전용량-디지털 변환기
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제3항에 있어서, 상기 센서 감지부는 상기 용량성 센서에 남은 전하를 루프 필터에 인가하는, 축차 비교형 정전용량-디지털 변환기
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제4항에 있어서, 상기 비교부는, 상기 충전 전하량과 상기 잔여 전하량의 합에 대응되는 제2 입력 전압과 기설정된 공통 전압을 비교하고, 상기 비교 결과에 따른 제2 비교 신호를 출력하는, 축차 비교형 정전용량-디지털 변환기
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제5항에 있어서, 상기 축차 비교형 레지스터 로직부는 상기 충전 전하량과 잔여 전하량의 합에 대한 디지털 값을 저장하는, 축차 비교형 정전용량-디지털 변환기
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제3항에 있어서, 상기 루프 필터, 상기 센서 감지부, 상기 비교부 및 상기 축차 비교형 레지스터 로직부는 다음 계산식(1)의 전달함수를 가지는 선형 모델에 대응되고, 여기서, 상기 전달함수는 하이패스필터 기능을 가진 (1) 이며, 이때, L(Z)는 상기 루프 필터의 전달 함수이고, e는 잡음 값인, 축차 비교형 정전용량-디지털 변환기
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제7항에 있어서, 상기 선형 모델은 상기 충전 전하량과 상기 잔여 전하량을 합산하여 제1 합산 값을 출력하는 제1 합산기;상기 제1 합산기로부터 상기 제1 합산 값을 출력받고, 상기 제1 합산 값과 상기 잡음 값을 합산하여 제2 합산 값을 출력하는 제2 합산기; 및상기 충전 전하량을 상기 제1 합산기로 출력하고, 상기 제2 합산기로부터 출력받는 제2 합산 값과 상기 용량성 센서로부터 감지된 상기 충전 전하량에 기초하여, 상기 잔여 전하량에 대응되는 잔여 전압을 상기 루프 필터로 인가하는 제3 합산기를 포함하는, 축차 비교형 정전용량-디지털 변환기
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제1항에 있어서, 상기 용량성 센서는 단일 커패시터;상기 단일 커패시터의 일측과 접지를 스위칭 연결하는 제1 스위치; 및상기 단일 커패시터의 타측과 한쌍의 기준 전압 중 어느 하나를 스위칭 연결하는 제2 스위치를 포함하는, 축차 비교형 정전용량-디지털 변환기
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제3항에 있어서, 상기 센서 감지부는 크기가 서로 다른 복수의 커패시터들과 기생 커패시터를 포함하는 커패시터 디지털-아날로그 변환기; 및 상기 복수의 커패시터들 중 적어도 하나 이상에 적용되는 동적 정합 요소 회로를 포함하는, 축차 비교형 정전용량-디지털 변환기
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제10항에 있어서, 상기 복수의 커패시터들은 상기 제2 디지털 변환동작이 완료되면, 일측이 접지에 연결된 제1 커패시터와 일측이 기준 전압에 연결된 제2 커패시터로 분류되는, 축차 비교형 정전용량-디지털 변환기
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제11항에 있어서, 상기 기생 커패시터는 상기 용량성 센서 및 상기 제1 및 제2 커패시터에 병렬로 연결된, 축차 비교형 정전용량-디지털 변환기
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제12항에 있어서, 상기 비교부는 양(+)의 입력단을 통해 기설정된 공통 전압원에 연결되고, 음(-)의 입력단을 통해 상기 커패시터 디지털-아날로그 변환기에 연결되는 비교기인, 축차 비교형 정전용량-디지털 변환기
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제13항에 있어서, 상기 비교부는 상기 음(-)의 입력단을 통해 다음의 계산식(2)에 대응되는 제1 입력 전하량을 입력받고, 상기 다음의 계산식(2)는 (2) 이고, 여기서, CS는 상기 용량성 센서의 커패시턴스, CDAC은 복수의 커패시터들에 대한 각 커패시턴스 합, CP는 상기 기생 커패시터의 커패시턴스, V1은 상기 충전 전하량에 대응되는 입력 전압, Vref는 한쌍의 기준 전압 중 어느 하나인, 축차 비교형 정전용량-디지털 변환기
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제13항에 있어서, 상기 비교부는 상기 음(-)의 입력단을 통해 다음의 계산식(3)에 대응되는 제2 입력 전하량을 입력받고,상기 다음의 계산식(3)은,(3) 이고, 여기서, CS는 상기 용량성 센서의 커패시턴스, CDAC은 복수의 커패시터들(C1~C8=CDAC)에 대한 각 커패시턴스 합, CDAC,ON은 상기 제1 커패시터에 대한 각 커패시턴스 합, CP는 상기 기생 커패시터의 커패시턴스, Vref는 한쌍의 기준 전압 중 어느 하나이고, Vres는 상기 잔여 전하량에 대응되는 잔여 전압인, 축차 비교형 정전용량-디지털 변환기
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제15항에 있어서, 상기 잔여 전압은 다음의 계산식(4)에 대응되고, 상기 다음의 계산식(4)는 (4) 이고, 여기서, CDAC,off는 상기 제2 커패시터에 대한 각 커패시턴스 합인, 축차 비교형 정전용량-디지털 변환기
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17
제1항에 있어서, 상기 루프 필터는 2차 이산 시간 루프 필터를 이용하는, 축차 비교형 정전용량-디지털 변환기
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축차 비교형 정전용량-디지털 변환기의 동작 방법으로, 축차-비교 변환기가 용량성 센서를 주기적으로 충전시키는 단계;상기 축차-비교 변환기가 최초 충전 주기에서 샘플링된 충전 전하량에 대해 제1 디지털 변환동작을 수행하는 단계; 루프 필터가 상기 용량성 센서에 남은 전하를 필터링하여 잔여 전하량을 출력하는 단계; 및상기 축차-비교 변환기가 상기 충전 전하량과 상기 잔여 전하량의 합에 대해 제2 디지털 변환동작을 상기 최초 충전 주기 이후에 각 충전 주기마다 수행하는 단계를 포함하는, 축차 비교형 정전용량-디지털 변환기의 동작 방법
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제18항에 있어서,상기 제1 디지털 변환동작을 수행하는 단계는, 센서 감지부가 상기 용량성 센서에 연결되어 상기 충전 전하량을 샘플링하는 단계;비교부가 상기 충전 전하량에 대응되는 제1 입력 전압과 기설정된 공통 전압을 비교하고, 상기 비교 결과에 따른 제1 비교 신호를 출력하는 단계; 및축차 비교형 레지스터 로직부가 상기 제1 비교 신호에 기초하여, 상기 제2 디지털 변환동작을 수행시키기 위한 제어 신호를 피드백 출력하는 동시에, 충전 전하량에 대한 디지털 값을 저장하는 단계를 포함하는, 축차 비교형 정전용량-디지털 변환기의 동작 방법
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제18항에 있어서, 상기 제2 디지털 변환동작을 수행하는 단계는, 센서 감지부가 상기 용량성 센서에 연결되어 상기 충전 전하량을 샘플링하는 단계;비교부가 상기 충전 전하량과 상기 잔여 전하량의 합에 대응되는 제2 입력 전압과 기설정된 공통 전압을 비교하고, 상기 비교 결과에 따른 제2 비교 신호를 출력하는 단계; 및 축차 비교형 레지스터 로직부가 상기 충전 전하량과 상기 잔여 전하량의 합에 대한 디지털 값을 저장하는 단계를 포함하는, 축차 비교형 정전용량-디지털 변환기의 동작 방법
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