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KR20070032271A - Enhanced magnetic field communication system - Google Patents

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Publication number
KR20070032271A
KR20070032271A KR1020067012702A KR20067012702A KR20070032271A KR 20070032271 A KR20070032271 A KR 20070032271A KR 1020067012702 A KR1020067012702 A KR 1020067012702A KR 20067012702 A KR20067012702 A KR 20067012702A KR 20070032271 A KR20070032271 A KR 20070032271A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
antenna element
amplifier
signal
input impedance
impedance
Prior art date
Application number
KR1020067012702A
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Korean (ko)
Inventor
존 데이비드 테리
Original Assignee
스타키 러보러토리즈 인코포레이티드
오티콘 에이/에스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 스타키 러보러토리즈 인코포레이티드, 오티콘 에이/에스 filed Critical 스타키 러보러토리즈 인코포레이티드
Priority to KR1020067012702A priority Critical patent/KR20070032271A/en
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Abstract

자기장 통신을 개선하기 위한 장치 및 방법이 제공된다. 본 발명의 일양상은 구동기 및 증폭기에 전기적으로 접속된 안테나 소자를 이용하여 신호를 송신 및 수신하기 위한 방법에 관한 것이다. 그 방법의 각종 실시예들에 따르면, 제1 신호는 안테나 소자로부터 송신되고, 안테나 소자에 유도되었던 제2 신호가 수신된다. 제1 신호를 송신하는 것은 구동기를 이용하여 안테나 소자를 통해 제1 신호를 구동하는 것과 증폭기의 입력 임피던스를 통해 제1 신호를 감시하는 것을 포함한다. 제2 신호를 수신하는 것은 증폭기의 입력 임피던스를 감소시키는 것과 감소된 입력 임피던스를 통해 증폭기에 제2 신호를 수신하는 것을 포함한다. 각종 실시예들은 전기장 및 전자기장으로부터 안테나 소자를 차폐한다. 다른 양상들은 본 명세서에 제공된다. An apparatus and method are provided for improving magnetic field communication. One aspect of the invention relates to a method for transmitting and receiving signals using an antenna element electrically connected to a driver and an amplifier. According to various embodiments of the method, a first signal is transmitted from an antenna element and a second signal that has been guided to the antenna element is received. Transmitting the first signal includes driving the first signal through the antenna element using a driver and monitoring the first signal through the input impedance of the amplifier. Receiving the second signal includes reducing the input impedance of the amplifier and receiving the second signal at the amplifier via the reduced input impedance. Various embodiments shield the antenna element from electric and electromagnetic fields. Other aspects are provided herein.

자기장 통신, 구동기, 증폭기, 안테나 소자, 입력 임피던스 Magnetic Field Communication, Drivers, Amplifiers, Antenna Elements, Input Impedance

Description

개선된 자기장 통신 시스템{ENHANCED MAGNETIC FIELD COMMUNICATION SYSTEM}Improved Magnetic Field Communication System {ENHANCED MAGNETIC FIELD COMMUNICATION SYSTEM}

기술분야Field of technology

본 발명은 전반적으로는 통신 시스템에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 자기장 통신 신호를 수신 및 송신하는 시스템, 디바이스 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates generally to communication systems, and more particularly to systems, devices, and methods for receiving and transmitting magnetic field communication signals.

수신 안테나와 송신 안테나 간의 비교적 장거리의 일부 공지된 통신 시스템들에서의 신호 전파의 주요 모드는 전자기장이다. 비교적 장거리를 이동하는 전기장 능력 때문에, 전자기장에 내제된 잡음이 중요한 문제가 될 수 있다. 공지된 통신 안테나 설계는 전자기장, 전기장 및 자기장의 픽업을 최적화하려고 하지만, 전파 및 전도되는 전자기장 잡음, 전파 및 전도되는 전기장 잡음 및 전파 및 전도되는 자기장 잡음의 영향들을 감소시키기 위해 몇가지 시도가 행해졌다. The main mode of signal propagation in some known communication systems over a relatively long distance between the receiving and transmitting antennas is the electromagnetic field. Due to the ability of the electric field to travel relatively long distances, the noise inherent in the electromagnetic field can be an important issue. While known communication antenna designs attempt to optimize the pickup of electromagnetic, electric and magnetic fields, several attempts have been made to reduce the effects of propagating and conducting electromagnetic noise, propagating and conducting electric field noise and propagating and conducting magnetic field noise.

근거리 통신 어플리케이션에 대해, 안테나는 양호한 근거리 성능을 가져야 하고, 원치 않는 방사원 및 전도원들로부터의 원치 않는 신호들 및/또는 잡음을 차단해야 한다. 이러한 근거리 통신 어플리케이션들의 예는 보청기와 전화 수신기 간의 통신, 보청기와 보청기 간의 통신 및 프로그래머와 보청기 간의 통신을 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 원치 않는 방사원의 예들은 라디오 및 텔레비전 방송국 등을 포함한다. 원치 않는 전자기 간섭(EMI)의 의도되지 않은 방사원 의 예로는, 컴퓨터, 텔레비전, 전동기 등을 포함한다. 전도성 간섭원의 예로는, 금속, 인간의 피부 및 통신을 상당히 방해하는 도전성 액체와 같은 전기적 도전 오브젝트들을 통해 도전되는 전기장 및 전자기 방사가 있다. For near field communication applications, the antenna should have good near field performance and block unwanted signals and / or noise from unwanted radiation sources and conduction sources. Examples of such near field communication applications include, but are not limited to, communication between a hearing aid and a telephone receiver, communication between a hearing aid and a hearing aid, and communication between a programmer and a hearing aid. Examples of unwanted radiation sources include radio and television stations, and the like. Examples of unintended radiation sources of unwanted electromagnetic interference (EMI) include computers, televisions, electric motors, and the like. Examples of conductive interference sources are electric fields and electromagnetic radiation that are conducted through electrically conductive objects such as metals, human skin and conductive liquids that significantly interfere with communication.

근거리 통신 시스템이 직면하고 있는 그 밖의 설계 난관들이 있다. 실제로, 모든 근거리 통신 시스템들은 소형이며, 배터리 또는 RF 전원형이며, 저가이다. 이전의 요구조건들 때문에, 대부분의 근거리 통신 시스템들은 한번에 한방향으로만 데이터를 송신할 수 있는 반-양방향(half-duplex) 또는 단방향(simplex) 통신 시스템들이다. 공지되어 있는 반-양방향 또는 단방향 통신 시스템은 수신 모드와 송신 모드 간의 전환을 위해 전기 또는 기계적 스위치를 이용한다. 이 스위치들은 모드간을 절환하는데 상당량의 시간을 요한다. 다른 문제점은 수신 모드와 송신 모드 간을 선택하기 위해 추가적인 부분들 및 별도의 제어 라인들을 포함한다. There are other design challenges facing short range communication systems. In practice, all near field communication systems are compact, battery or RF powered, and low cost. Because of previous requirements, most near field communication systems are half-duplex or simplex communication systems capable of transmitting data in only one direction at a time. Known semi-bidirectional or unidirectional communication systems use electrical or mechanical switches for switching between receive and transmit modes. These switches require a considerable amount of time to switch between modes. Another problem involves additional parts and separate control lines to select between the receive mode and the transmit mode.

통신 시스템은 소망의 공진 주파수에서 통신 신호를 송신 및 수신하도록 동조된다. 그러나, 코일의 등가 병렬 기생 캐패시턴스 및 회로의 저잡음 증폭기 및 그 외의 부분들의 캐패시턴스가 통신 시스템의 공진 주파수에 유해하고 예측불가능한 영향을 미칠 수 있다. The communication system is tuned to transmit and receive a communication signal at a desired resonant frequency. However, the equivalent parallel parasitic capacitance of the coil and the capacitance of the low noise amplifier and other portions of the circuit can have a detrimental and unpredictable effect on the resonant frequency of the communication system.

따라서, 본 발명 분야에는 개선된 통신 시스템 및 근거리 데이터를 송신 및 수신하는 방법을 제공할 필요가 있었다. Accordingly, there is a need in the field of the present invention to provide an improved communication system and method for transmitting and receiving near field data.

개요summary

상술된 문제점들이 본 발명의 주제로서 언급되며, 다음 상세한 설명을 읽어보고 연구하면 이해될 것이다. 본 발명의 각종 양상들 및 실시예들은 저잡음 증폭 기 및 자기장 통신을 개선하고 간섭을 최소화하는 안테나 설계를 제공한다. 본 발명의 실시예들은, 차동으로 구동되는 수신기 회로를 이용함으로써 공통 모드 EMI 픽업을 감소시키고; 송신 모드와 수신 모드 간을 절환하는 제어 라인을 제거하고; 안테나에 대해 조정가능 통신 대역폭을 제공하고; 수신 및 송신 회로들에 나타나는 RF 전압을 감소시키는 DC 오프셋 바이어스 문제점들을 줄이고; 송신 모드와 수신 모드 간을 절환하는 시간을 줄이고; 안테나에 대해 집적 정전 차폐를 제공하고; 적어도 두개의 선택가능 RF 전력 레벨을 제공하고; 통신 시스템의 공진 주파수 상의 기생 캐패시턴스의 효과를 줄이는 것을 포함하는 많은 이점들을 갖지만, 이에 제한되는 것은 아니다. The above-mentioned problems are mentioned as the subject matter of the present invention, and will be understood by reading and studying the following detailed description. Various aspects and embodiments of the present invention provide an antenna design that improves low noise amplifier and magnetic field communication and minimizes interference. Embodiments of the present invention reduce common mode EMI pickup by using differentially driven receiver circuitry; Remove a control line that switches between a transmit mode and a receive mode; Provide an adjustable communication bandwidth for the antenna; Reduce DC offset bias problems that reduce RF voltage appearing in receive and transmit circuits; Reduce the time for switching between transmission mode and reception mode; Provide an integrated electrostatic shield for the antenna; Provide at least two selectable RF power levels; It has many advantages, including but not limited to, reducing the effect of parasitic capacitance on the resonant frequency of a communication system.

본 발명의 일 양상은 신호를 수신 및 송신하는 통신 시스템에 관한 것이다. 각종 실시예들에 따르면, 회로는 안테나 소자와 정전 도체를 포함한다. 안테나 소자는 제1 단자와 제2 단자를 갖는다. 정전 도체는 안테나 소자를 전기장으로부터 차폐하도록 배치된다. 안테나 소자가 자기장 내에 있는 경우, 그 안테나 소자는 수신된 신호를 제1 및 제2 단자에 유도하도록 적응된다. 회로는 또한 구동기, 차동 증폭기 및 스위치를 포함한다. 구동기는 제1 및 제2 단자 중 적어도 하나에 접속되어 송신된 신호로 안테나 소자를 통전시킨다. 차동 증폭기는 안테나 소자의 제1 단자에 접속된 제1 입력 및 안테나 소자의 제2 단자에 접속된 제2 입력을 갖는다. 차동 증폭기는 선택가능한 입력 임피던스를 갖는다. 낮은 제1 입력 임피던스는 안테나 소자로부터의 수신된 신호를 증폭시키도록 선택되고, 높은 제2 입력 임피던스는 구동기로부터의 송신된 신호를 감시하도록 선택되어, 통신 회로에 대한 자기 정렬 및 자기 진단 처리를 수행하는 능력을 제공한다. 스위치는 상기 차동 증폭기에 대한 유효 입력 임피던스를 제2 임피던스와 제1 임피던스 간으로 토글한다. One aspect of the present invention relates to a communication system for receiving and transmitting signals. According to various embodiments, the circuit includes an antenna element and an electrostatic conductor. The antenna element has a first terminal and a second terminal. The electrostatic conductor is arranged to shield the antenna element from the electric field. If the antenna element is in a magnetic field, the antenna element is adapted to direct the received signal to the first and second terminals. The circuit also includes a driver, a differential amplifier and a switch. The driver is connected to at least one of the first and second terminals to energize the antenna element with the transmitted signal. The differential amplifier has a first input connected to the first terminal of the antenna element and a second input connected to the second terminal of the antenna element. The differential amplifier has a selectable input impedance. The low first input impedance is selected to amplify the received signal from the antenna element, and the high second input impedance is selected to monitor the transmitted signal from the driver, performing self alignment and self diagnostic processing on the communication circuit. Provide the ability to do so. The switch toggles the effective input impedance for the differential amplifier between a second impedance and a first impedance.

각종 실시예들에 따르면, 회로는 안테나 소자, 증폭기 회로, 구동기 회로 및 제어 라인을 포함한다. 안테나 소자는 제1 및 제2 단자, 상기 제1 및 제2 단자에 전기적으로 접속된 유도 코일, 및 전기장에 대해 상기 유도 코일을 차폐하는 정전 도체를 포함한다. 증폭기 회로는 안테나 소자에 의해 수신된 자기-유도 신호(magnetically-induced signal)를 증폭시키도록 적응된다. 증폭기 회로는 차동 증폭기, 제1 입력 임피던스, 제2 입력 임피던스, 소정의 피드백 임피던스 및 임피던스 분로를 포함한다. 차동 증폭기는 제1 입력, 제2 입력 및 출력을 포함한다. 제1 입력 임피던스는 증폭기의 제1 입력과 안테나 소자의 제1 단자 사이에 접속된다. 제2 입력 임피던스는 증폭기의 제2 입력과 안테나 소자의 제2 단자 사이에 접속된다. 제1 입력 임피던스와 제2 입력 임피던스 각각은 제1 소자와 제2 소자를 포함한다. 소정의 피드백 임피던스는 차동 증폭기의 출력과 두개의 입력 중 적어도 하나 사이에 접속된다. 입력 임피던스 분로는 차동 증폭기의 두개 입력들의 각각에 대해 제2 소자 양단에 접속된다. 구동기 회로는 송신 신호로 안테나 소자를 구동하도록 적응된다. 제어 라인은 입력 임피던스 분로에 접속되어 증폭기의 두개 입력들의 각각에 대해 제2 소자를 선택적으로 분로한다. 제어 라인은 차동 증폭기의 유효 입력 임피던스를 선택적으로 감소시켜 안테나 소자에 의해 수신된 자기-유도 신호를 수신하는데 사용된다. According to various embodiments, the circuit comprises an antenna element, an amplifier circuit, a driver circuit and a control line. The antenna element includes first and second terminals, an induction coil electrically connected to the first and second terminals, and an electrostatic conductor that shields the induction coil against an electric field. The amplifier circuit is adapted to amplify a magnetically-induced signal received by the antenna element. The amplifier circuit includes a differential amplifier, a first input impedance, a second input impedance, a predetermined feedback impedance and an impedance shunt. The differential amplifier includes a first input, a second input and an output. The first input impedance is connected between the first input of the amplifier and the first terminal of the antenna element. The second input impedance is connected between the second input of the amplifier and the second terminal of the antenna element. Each of the first input impedance and the second input impedance includes a first element and a second element. The predetermined feedback impedance is connected between the output of the differential amplifier and at least one of the two inputs. The input impedance shunt is connected across the second element for each of the two inputs of the differential amplifier. The driver circuit is adapted to drive the antenna element with the transmitted signal. The control line is connected to the input impedance shunt to selectively shunt the second element for each of the two inputs of the amplifier. The control line is used to receive the self-induced signal received by the antenna element by selectively reducing the effective input impedance of the differential amplifier.

본 발명의 일 양상은 구동기 및 증폭기에 전기적으로 접속된 안테나 소자를 이용하여 신호를 송신 및 수신하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 방법의 각종 실시예들에 따르면, 제1 신호가 안테나 소자로부터 송신되고, 안테나 소자에 유도되었던 제2 신호가 수신된다. 제1 신호를 송신하는 것은, 구동기를 사용하여 안테나 소자를 통해 제1 신호를 구동하고, 증폭기의 입력 임피던스를 통해 제1 신호를 감시하는 것을 포함한다. 제2 신호를 수신하는 것은, 증폭기의 입력 임피던스를 감소시키고, 그 감소된 입력 임피던스를 통해 증폭기에서 제2 신호를 수신하는 것을 포함한다. One aspect of the invention relates to a method for transmitting and receiving signals using an antenna element electrically connected to a driver and an amplifier. According to various embodiments of the method, a first signal is transmitted from the antenna element and a second signal that has been guided to the antenna element is received. Transmitting the first signal includes using a driver to drive the first signal through the antenna element and monitoring the first signal through the input impedance of the amplifier. Receiving the second signal includes reducing the input impedance of the amplifier and receiving the second signal at the amplifier via the reduced input impedance.

본 개요는 본 출원의 교시들 중 일부의 개관을 기술한 것이며, 본 발명의 배타적인 취급이나 완전한 취급으로 의도되어서는 안된다. 본 발명에 대한 추가적인 상세에 대해서는 상세한 설명 및 첨부 청구항에 기술된다. 그 밖의 양상들은 본 기술분야의 숙련자들이 다음 상세한 설명을 읽어서 이해하고, 그 상세한 설명의 한 부분을 구성하고 있는 도면들을 보면 명백해 질 것이며, 상기 상세한 설명 및 도면들 각각은 제한적인 의미로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 범위는 첨부 청구범위 및 그 등가물들로 한정된다. This Summary describes an overview of some of the teachings of the present application and should not be intended as an exclusive or complete treatment of the present invention. Further details of the invention are set forth in the detailed description and the appended claims. Other aspects will be apparent to those skilled in the art upon reading the following detailed description, and seeing the drawings that form part of that detailed description, each of which is to be interpreted in a limiting sense. Can not be done. It is intended that the scope of the invention only be limited by the appended claims and their equivalents.

도 1은 본 발명의 각종 실시예들에 따른 안테나 소자에 대한 공진 회로를 도시한 도면. 1 illustrates a resonant circuit for an antenna element according to various embodiments of the present disclosure.

도 2는 본 발명의 각종 실시예들에 따른 안테나 소자에 대한 코일을 도시한 도면. 2 illustrates a coil for an antenna element according to various embodiments of the present disclosure.

도 3은 본 발명의 각종 실시예들에 따른 안테나 소자를 도시한 도면. 3 illustrates an antenna element according to various embodiments of the present disclosure.

도 4는 본 발명의 각종 실시예들에 따라서, 신호들을 수신 및 송신하는 통신 회로의 블록도를 도시한 도면. 4 illustrates a block diagram of a communication circuit for receiving and transmitting signals, in accordance with various embodiments of the present invention.

도 5는 본 발명의 각종 실시예들에 따라서, 신호들을 수신 및 송신하는 통신 회로의 블록도를 도시한 도면. 5 is a block diagram of a communication circuit for receiving and transmitting signals in accordance with various embodiments of the present invention.

도 6은 본 발명의 각종 실시예들에 따라서, 신호들을 수신 및 송신하는 통신 회로의 블록도를 도시한 도면. 6 illustrates a block diagram of a communication circuit for receiving and transmitting signals, in accordance with various embodiments of the present invention.

상세한 설명details

본 발명의 다음 상세한 설명은 본 발명이 실시될 수 있는 특정 양상들 및 실시예들을 실례로서 보여주고 있는 첨부 도면들을 참조한다. 이 실시예들은 본 기술분야의 숙련자들이 본 발명을 실시할 수 있도록 충분히 상세하게 기술된다. 다른 실시예들이 이용될 수도 있으며, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고, 구조적, 논리적, 전기적으로 변경될 수 있다. 본 명세서 내의 "일", "하나의" 또는 "각종" 실시예들에 대한 언급은 반드시 동일한 실시예가 되어야 하는 것은 아니며, 그러한 언급들은 하나 이상의 실시예를 의도한 것이다. 따라서, 다음 상세한 설명은 제한의 의미로 취해져서는 안되며, 본 발명의 범위는, 청구의 범위라는 항목의 법적 등가물의 전체 범위와 함께 첨부 청구항들에 의해서만 한정된다. DETAILED DESCRIPTION The following detailed description of the invention refers to the accompanying drawings that illustrate by way of example certain aspects and embodiments in which the invention may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the invention. Other embodiments may be utilized and may be changed structurally, logically, and electrically, without departing from the scope of the present invention. References to "one", "one" or "various" embodiments herein are not necessarily the same embodiment, and such references are intended for one or more embodiments. The following detailed description, therefore, is not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is defined only by the appended claims, along with the full scope of legal equivalents of the claims.

도 1은 본 발명의 각종 실시예들에 따른 안테나 소자에 대한 공진 회로를 도시한다. 도시된 회로(100)는 안테나 소자(102) 및 저잡음 증폭기(104)를 포함한 다. 안테나 소자(102)는 동조 캐패시터(108)와 직렬로 접속된 유도 코일(106)을 포함한다. 유도 코일(106)에는 등가 병렬 기생 캐패시턴스(110) 및 두개의 코일부(112A, 112B)가 도시되어 있다. 이하에 논의되는 바와 같이, 유도 코일은 전기장 차폐(114)를 갖는다. 차폐(114)의 용량적 성질은 회로의 기생 캐패시턴스의 원인이 된다. 본 발명의 각종 실시예들에서, 추가의 캐패시터(116)가 코일(112A, 112B)와 직렬로 접속된다. 이러한 추가적인 캐패시터(116)는 공진 회로가 공진 회로의 기생 캐패시턴스에 덜 민감하도록 하고, 큰 동조 캐패시터(108)가 사용되도록 하여 소망의 공진 주파수를 회로에 제공한다. 캐패시터가 코일에 접속하는 노드는 고임피던스 노드이다. 수신 모드에서는, 이러한 고임피던스 노드는 특히 전기장 방사를 픽업하기 쉬우며, 송신 모드에서는, 회로 주변의 다른 것들에 손상을 입힐 수 있는 수용불가의 높은 스탠딩 전압을 생성한다. 1 illustrates a resonant circuit for an antenna element according to various embodiments of the present disclosure. The circuit 100 shown includes an antenna element 102 and a low noise amplifier 104. The antenna element 102 includes an induction coil 106 connected in series with the tuning capacitor 108. Induction coil 106 is shown an equivalent parallel parasitic capacitance 110 and two coil portions 112A, 112B. As discussed below, the induction coil has an electric field shield 114. The capacitive nature of the shield 114 contributes to the parasitic capacitance of the circuit. In various embodiments of the present invention, an additional capacitor 116 is connected in series with the coils 112A, 112B. This additional capacitor 116 makes the resonant circuit less susceptible to parasitic capacitance of the resonant circuit, and allows large tuning capacitors 108 to be used to provide the desired resonant frequency to the circuit. The node that the capacitor connects to the coil is a high impedance node. In receive mode, these high impedance nodes are particularly easy to pick up electric field radiation, and in transmit mode they produce unacceptable high standing voltages that can damage others around the circuit.

도 2는 본 발명의 각종 실시예들에 따른 안테나 소자에 대한 코일을 도시한다. 도시된 코일(202)은 코일이 감긴 와이어(220)에 의해 둘러싸인 고투자율을 갖는 코어(218)를 포함한다. 각종 실시예들이 페라이트 코어(218)를 포함한다. 도면에서, 코일이 감긴 와이어는 정전 도체(224)에 의해 덮여지는 절연체(222)로 덮여진다. 정전 도체의 일례는 구리이다. 도면에서는 절연체 주위를 구리 테이프가 두르고 있다. 구리 테이프는 전기장 차폐로서 기능한다. 전기장 존재시, 전기장 차폐는 전기장에 의해 생성된 표면 전하를 흡수한다. 2 illustrates a coil for an antenna element according to various embodiments of the present invention. The illustrated coil 202 includes a core 218 having a high permeability surrounded by a coiled wire 220. Various embodiments include a ferrite core 218. In the figure, the coiled wire is covered with an insulator 222 covered by the electrostatic conductor 224. One example of an electrostatic conductor is copper. In the figure, copper tape is wrapped around the insulator. Copper tape serves as electric field shielding. In the presence of an electric field, the electric field shield absorbs the surface charges generated by the electric field.

각종 실시예들에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 코일이 감긴 와이어(220)는 제1 부분(112A) 및 제2 부분(112B)로 분리된다. 추가적인 캐패시터(116)는, 제1 코일부와 제2 코일부 간에 직렬로 접속되므로, 추가의 캐패시터, 제1 및 제2 코일부 및 그 캐패시터와 제1 및 제2 코일부 간의 노드들이 정전 도체에 의해 전기장으로부터 차폐된다. In various embodiments, as shown in FIG. 1, the coiled wire 220 is separated into a first portion 112A and a second portion 112B. Since the additional capacitor 116 is connected in series between the first coil portion and the second coil portion, additional capacitors, the first and second coil portions, and nodes between the capacitors and the first and second coil portions are connected to the electrostatic conductor. By shielding it from the electric field.

도 3은 본 발명의 각종 실시예들에 따른 안테나 소자(302)를 도시한다. 도면에서, 와이어 도체(320)는 높은 투자율 및 높은 전기 저항성을 갖는 코어(318) 주위를 코일로 감은 것이다. 각종 실시예들에서, 코어는 페라이트를 포함한다. 각종 실시예들에서, 코어 재료는 공기를 포함한다. 다른 실시예들은 다른 코어 재료를 포함한다. 도면에 전체적으로 도시된 바와 같이, 수신된 자기장 신호(326)는 코일(320) 내에 전류 신호(328)를 유도하고, 코일(320)에 송신된 전류 신호(328)는 자기장 신호(326)를 유도한다. 도시된 안테나 소자(302)는 코일(320)로부터 전기적으로 절연된 정전 도체(314)를 갖는다. 전기장 존재시, 정전 도체는 전기장에 의해 생성된 표면 전하를 흡수한다. 따라서, 정전 도체는 전기장에 대해 차폐로서 기능한다. 각종 실시예들에서, 정전 도체는 도 3에 도시된 바와 같이, 코일의 길이 방향으로 연장하는 스트립으로서 형성된다. 각종 실시예들에서, 정전 도체는 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같은 원통형 울로서 형성된다. 3 illustrates an antenna element 302 according to various embodiments of the present invention. In the figure, wire conductor 320 is coiled around core 318 with high permeability and high electrical resistance. In various embodiments, the core comprises ferrite. In various embodiments, the core material includes air. Other embodiments include other core materials. As shown entirely in the figure, the received magnetic field signal 326 induces a current signal 328 in the coil 320, and the current signal 328 sent to the coil 320 induces a magnetic field signal 326. do. The illustrated antenna element 302 has an electrostatic conductor 314 that is electrically insulated from the coil 320. In the presence of an electric field, the electrostatic conductor absorbs the surface charges generated by the electric field. Thus, the electrostatic conductor functions as a shield against the electric field. In various embodiments, the electrostatic conductor is formed as a strip extending in the longitudinal direction of the coil, as shown in FIG. In various embodiments, the electrostatic conductor is formed as a cylindrical wool, for example as shown in FIG.

각종 실시예들에서, 전기장 차폐 도체(314)는 떠 있는 상태이다. 정전 표면 전하가 그 도체 상으로 흡수된다. 같은 전기 전하들은 원래 서로 밀어내기 때문에, 정전 표면 전하들은 도체 전체에 걸쳐 분포된다. 따라서, 정전 도체들은 떠 있는 상태인 경우, 전기장에 기인하는 전압은 코일(320)의 각 단자(330A, 330B)에 불균일하게(또는 대략적으로 동일하게) 인가된다. 이하에 보다 상세히 설명될 것 처럼, 코일의 각 단자에서의 동일한 잡음 신호는 저잡음 차동 증폭기에 의해 공통 모드 잡음으로서 거부된다. In various embodiments, the electric field shield conductor 314 is floating. Electrostatic surface charge is absorbed onto the conductor. Since the same electrical charges originally push each other, the electrostatic surface charges are distributed throughout the conductor. Thus, when the electrostatic conductors are floating, the voltage due to the electric field is applied unevenly (or approximately equally) to each terminal 330A, 330B of the coil 320. As will be explained in more detail below, the same noise signal at each terminal of the coil is rejected by the low noise differential amplifier as common mode noise.

각종 실시예들에서, 전기장 차폐 도체(314)는 전기장에 기인하는 표면 전하들이 정전 도체로부터 제거되도록, 접지되거나 그렇지 않으면 기준 전압에 접속된다. 따라서, 코일 단자(330A, 330B) 어느 것도 정전 도체 상의 전압에 의해 현저하게 영향을 받지는 않는다. In various embodiments, the electric field shield conductor 314 is grounded or otherwise connected to a reference voltage such that surface charges due to the electric field are removed from the electrostatic conductor. Thus, neither of the coil terminals 330A and 330B is significantly affected by the voltage on the electrostatic conductor.

코일에 유도된 신호는 저잡음 증폭기에 의해 수신되어 증폭된다. 상술된 실시예들에서, 전기장은 증폭된 신호에 상당히 기여하지는 못한다. 정전 도체는, 각종 실시예들에서 차동 증폭기와 결합시, 원치 않는 전기장 신호 및/또는 잡음을 차단한다. 따라서, 증폭된 신호는 안테나 소자에서의 자기장에 기인한다. 본 발명의 회로는 비교적 장거리를 이동할 수 있고 간섭 잡음원이 될 수 있는 전기장 신호들을 차단한다. 따라서, 본 발명은 자기장 신호만을 사용하여 양호한 단거리 통신을 제공한다. The signal induced in the coil is received and amplified by a low noise amplifier. In the embodiments described above, the electric field does not contribute significantly to the amplified signal. The electrostatic conductor, in various embodiments, blocks unwanted electric field signals and / or noise when combined with the differential amplifier. Thus, the amplified signal is due to the magnetic field in the antenna element. The circuit of the present invention blocks electric field signals that can travel relatively long distances and can be sources of interference noise. Thus, the present invention provides good short-range communication using only magnetic field signals.

도 4는 본 발명의 각종 실시예들에 따라서, 신호를 수신 및 송신하는 통신 회로의 블록도를 도시한다. 도 5 및 도 6은 도 4의 설명을 돕는데 유용하게 이용될 수 있다. 도시된 통신 회로(432)는 안테나 소자(402), 증폭기 회로(404) 및 송신 구동 회로(434)를 포함한다. 도면은 또한 신호 처리 회로(436)를 도시한다. 신호 처리 회로(436)는 안테나 소자(402)에서 수신된 신호를 나타내는 저잡음 차동 증폭기(404)로부터 RF 출력 신호(442)를 수신하기 위해 수신기 회로(440)와 통신하는 처리기(438)를 포함한다. 처리기(438)는 또한 송신 구동 회로(434)에 RF 입력 신호(446)를 보내기 위해 송신기 회로(444)와 통신하여, RF 입력 신호(446)를 나타내는 신호를 안테나 소자(404)에 차례로 통전시킨다. 4 illustrates a block diagram of a communication circuit for receiving and transmitting signals, in accordance with various embodiments of the present invention. 5 and 6 may be usefully used to help the description of FIG. 4. The illustrated communication circuit 432 includes an antenna element 402, an amplifier circuit 404 and a transmission drive circuit 434. The figure also shows a signal processing circuit 436. The signal processing circuit 436 includes a processor 438 in communication with the receiver circuit 440 to receive the RF output signal 442 from the low noise differential amplifier 404 representing the signal received at the antenna element 402. . Processor 438 also communicates with transmitter circuitry 444 to send RF input signal 446 to transmit drive circuitry 434, which in turn energizes a signal indicative of RF input signal 446 to antenna element 404. .

송신 구동 회로(434)는 공진 주파수에서 송신을 위한 신호를 안테나 소자(402)에 통전시키는 기능을 한다. 증폭기 회로(404)는 그 신호의 추가적인 신호 처리의 준비로 신호를 증폭시키는 기능을 한다. 증폭기 회로(404)는 공진 주파수에서 안테나 소자에 의해 수신된 자기-유도 신호를 수신하여 증폭시킬 수 있다. 부가적으로, 각종 실시예들에서, 증폭기 회로(404)는, 통전 신호가 감시될 수 있고, 자기 정렬, 동조 최적화, 채널 선택 및 자기 진단을 허용할 수 있도록 송신 구동 회로(434)에 의해 안테나 소자(402)에 송신되는 통전 신호를 수신하여 증폭시킬 수 있다. 안테나 소자(402), 송신 구동 회로(434) 및 증폭기 회로(404)는 이하에 보다 상세하게 논의된다. The transmission drive circuit 434 serves to energize the antenna element 402 with a signal for transmission at the resonant frequency. The amplifier circuit 404 functions to amplify the signal in preparation for further signal processing of that signal. The amplifier circuit 404 may receive and amplify the self-inducing signal received by the antenna element at the resonant frequency. Additionally, in various embodiments, the amplifier circuit 404 may include an antenna by the transmit drive circuit 434 to allow the energized signal to be monitored and to allow self alignment, tuning optimization, channel selection, and self diagnostics. The energized signal transmitted to the element 402 can be received and amplified. The antenna element 402, the transmit drive circuit 434 and the amplifier circuit 404 are discussed in more detail below.

각종 실시예들에서, 안테나 소자(402)는 캐패시터와 직렬로 접속된 유도 코일을 포함한다. 안테나 소자는, 안테나 소자들의 공진 주파수가 소망의 통신 주파수와 일치하는 경우, 가장 효과적이다. 안테나 소자의 공진 주파수는 안테나의 인덕턴스 및 캐패시턴스에 의해 영향을 받는다. 회로 내의 기생 캐패시턴스는 또한 공진 주파수에 영향을 미칠 수 있다. 수신된 자기장은 유도 코일에 전류를 유도하여, 저잡음 차동 증폭기에 포워드한다. In various embodiments, antenna element 402 includes an induction coil connected in series with a capacitor. The antenna element is most effective when the resonant frequency of the antenna elements matches the desired communication frequency. The resonant frequency of the antenna element is influenced by the inductance and capacitance of the antenna. Parasitic capacitance in the circuit can also affect the resonant frequency. The received magnetic field induces a current in the induction coil, forwarding it to a low noise differential amplifier.

도시된 안테나 소자(402)는 전기장 차폐(414)를 포함한다. 각종 실시예들에서, 정전 도체가 전기장에 대한 차폐로서 기능한다. 정전 도체는 코일의 권선수로부터 절연되어 있으므로 자기장을 분로시키지 못한다. 상술된 바와 같이, 정전 도 체는 전기장에 기인하는 정전 표면 전하를 도전시킨다. 각종 실시예들에서, 정전 에너지가 시스템 안테나로부터 떨어져 도전되도록 정전 도체가 기준 전위(예컨대, 접지)에 접속되므로, 전기장이 코일 내에 유도된 신호에 현저하게 영향을 미치지는 못한다. 이 실시예들에서, 증폭기(404)는 정전 에너지가 제거되기 때문에 차동 증폭기가 될 필요는 없다. 각종 실시예들에서, 정전 도체는 떠 있는 상태이므로(도체는 기준 전위에 접속되지 않음), 정전 등화기로 기능한다. 정전 도체가 정전 등화기로 기능하는 경우, 전기장에 기인하는 표면 전하는 코일의 각 단자가 정전 전하에 의해 똑같이 영향을 받도록 정전 도체 전체에 고르게 분포된다. 코일의 단자들은 차동 증폭기(404)에 접속된다. 증폭기의 차동 입력은 정전 도체 전체에 걸쳐 분포된 정전 전하에 의해 기여한 전압을 포함하는 공통 모드 전압을 차단한다. The illustrated antenna element 402 includes an electric field shield 414. In various embodiments, the electrostatic conductor serves as a shield for the electric field. The electrostatic conductor is insulated from the number of turns of the coil and therefore does not spur the magnetic field. As discussed above, electrostatic conductors conduct electrostatic surface charges due to electric fields. In various embodiments, the electrostatic conductor is connected to a reference potential (eg, ground) such that electrostatic energy is conducted away from the system antenna, so that the electric field does not significantly affect the signal induced in the coil. In these embodiments, the amplifier 404 need not be a differential amplifier because electrostatic energy is removed. In various embodiments, the electrostatic conductor is floating (the conductor is not connected to a reference potential) and therefore functions as an electrostatic equalizer. When the electrostatic conductor functions as an electrostatic equalizer, the surface charge due to the electric field is evenly distributed throughout the electrostatic conductor so that each terminal of the coil is equally affected by the electrostatic charge. The terminals of the coil are connected to the differential amplifier 404. The differential input of the amplifier blocks the common mode voltage, including the voltage contributed by the electrostatic charge distributed throughout the electrostatic conductor.

각종 실시예들에서, 증폭기(404)는 저잡음 차동 증폭기이다. 본 발명의 각종 실시예들은 저잡음 전압 구동 연산 증폭기를 포함하고, 다른 각종 실시예들은 저잡음 전류 구동 연산 증폭기를 포함한다. 전압 구동 연산 증폭기들 및 전류 구동 연산 증폭기들은 본 기술 분야의 숙련자들에게 공지되어 있는 것이다. 안테나 회로의 대역 통과 응답 및 원치 않는 전기장에 대한 증폭기의 민감성(sensitivity)이 증폭기(404)에서의 임피던스를 조정함으로써 변경될 수 있다. 도시된 저잡음 차동 증폭기는, 자기장에 의해 안테나 소자(402)에 유도된 신호를 수신하기 위해 증폭기(404)의 임피던스를 조정하는데 이용되는 임피던스 스위치(448)를 포함한다. 각종 실시예들에서, 예를 들어, 임피던스 스위치(448)는 보다 큰 저항과 보다 작은 저항 사이에서 증폭기의 유효 입력 임피던스를 토글한다. In various embodiments, the amplifier 404 is a low noise differential amplifier. Various embodiments of the present invention include a low noise voltage driven operational amplifier, and other various embodiments include a low noise current driven operational amplifier. Voltage driven operational amplifiers and current driven operational amplifiers are known to those skilled in the art. The bandpass response of the antenna circuit and the sensitivity of the amplifier to unwanted electric fields can be changed by adjusting the impedance at the amplifier 404. The illustrated low noise differential amplifier includes an impedance switch 448 that is used to adjust the impedance of the amplifier 404 to receive a signal induced in the antenna element 402 by a magnetic field. In various embodiments, for example, impedance switch 448 toggles the effective input impedance of the amplifier between the larger and smaller resistors.

소망의 대역 통과 응답 및 이득을 달성하기 위해 증폭기의 임피던스를 조정하는 여러가지 방법이 있다. 증폭기의 각종 실시예들은 입력 및 피드백 임피던스로서 기능하는 각종 소자들의 각종 배치를 포함한다. 부가적으로, 각종 실시예들은 각종 소자들 및 구성들을 갖는 임피던스 스위치를 구현하여, 그 스위치를 동작시킴으로써 소망의 증폭기의 대역 통과 응답 및/또는 이득을 조정한다. There are several ways to adjust the impedance of the amplifier to achieve the desired band pass response and gain. Various embodiments of the amplifier include various arrangements of various elements that function as input and feedback impedances. Additionally, various embodiments implement an impedance switch having various elements and configurations to adjust the bandpass response and / or gain of the desired amplifier by operating the switch.

각종 실시예들에서, 차동 증폭기(404)에 대한 각 입력의 입력 임피던스는 제2 소자와 직렬로 접속된 제1 소자를 포함한다. 임피던스 스위치는, 동작시, 유효 입력 임피던스를 변경시키기 위해 제2 소자 전체에 걸쳐 분로를 형성하는 트랜지스터를 포함한다. 따라서, 제1 및 제2 소자가 직렬이고, 제2 소자가 선택적으로 분로되는 실시예들에서는, 제1 입력 임피던스(제1 임피던스)가 더 낮으면 제1 소자에 의해 형성되고, 제2 입력 임피던스(제2 임피던스)가 더 낮으면 제1 소자(제1 임피던스)와 제2 소자(제3 임피던스)의 조합에 의해 형성된다. 각종 실시예들에서, 차동 증폭기에 대한 각 입력의 입력 임피던스는 제2 소자와 병렬로 접속된 제1 소자를 포함한다. 임피던스 스위치는 활성화된 경우, 유효 입력 임피던스를 변경시키기 위해 제2 소자 전체에 걸쳐 분로를 형성하는 트랜지스터를 포함한다. 다른 스위칭가능 임피던스 네트워크는, 그 스위칭가능 임피던스 네트워크가 조정가능 입력 임피던스를 제공하는지 아니면 조정가능 피드백 임피던스를 제공하는지, 또는 그 스위칭가능 임피던스 네트워크가 입력 임피던스 및/또는 피드백 임피던스와는 별개의 고임피던스와 저임피던스 경로 간을 절환하는지에 상관없이, 본 발명의 범위에 포함된다. In various embodiments, the input impedance of each input to differential amplifier 404 includes a first device connected in series with a second device. The impedance switch includes a transistor that, in operation, forms a shunt across the second element to change the effective input impedance. Thus, in embodiments in which the first and second elements are in series and the second element is selectively divided, the lower first input impedance (first impedance) is formed by the first element and the second input impedance If the (second impedance) is lower, it is formed by the combination of the first element (first impedance) and the second element (third impedance). In various embodiments, the input impedance of each input to the differential amplifier includes a first element connected in parallel with a second element. The impedance switch includes a transistor that, when activated, forms a shunt across the second element to change the effective input impedance. The other switchable impedance network may be characterized by whether the switchable impedance network provides a tunable input impedance or an adjustable feedback impedance, or the switchable impedance network with a high impedance separate from the input impedance and / or the feedback impedance. It is within the scope of the present invention whether or not to switch between low impedance paths.

송신 구동 회로(434)는, 송신기 구동기(450) 및 제어 회로(452)를 구비하여, 증폭기의 입력 임피던스를 제어하고, 반송파 신호가 검출되는지에 기초하여 그 송신기 구동기를 인에이블한다. 도시된 제어 회로는 RF 입력 신호(446)를 수신하는 하나의 RF 입력(454)을 포함하고, 대응하는 RF 신호(458)를 구동기에 송신하는 하나의 RF 출력(456)을 포함한다. 임피던스 스위치를 제어하는데 적어도 하나의 제어 출력(460)을 이용하여, 증폭기의 임피던스를 적절하게 제어하고, 송신(XMIT) 인에이블 신호를 통해 송신기 구동단을 인에이블한다. The transmit driver circuit 434 includes a transmitter driver 450 and a control circuit 452 to control the input impedance of the amplifier and enable the transmitter driver based on whether a carrier signal is detected. The illustrated control circuit includes one RF input 454 for receiving the RF input signal 446 and one RF output 456 for transmitting the corresponding RF signal 458 to the driver. At least one control output 460 is used to control the impedance switch to properly control the impedance of the amplifier and enable the transmitter drive stage via a transmit (XMIT) enable signal.

각종 실시예들에서, RF 입력(454)이 적당한 RF 구동 레벨의 반송파를 갖는 경우, 제어 회로(452)는 라인(462)을 통해 수신기 증폭기의 유효 입력 임피던스를 상승시키고, 라인(464)을 통해 송신기를 인에이블하기 위해 적어도 하나의 출력(460)을 트리거한다. 도시된 회로가 송신 모드일 경우, 보다 높은 유효 입력 임피던스가 회로의 자기 정렬을 허용하는 안테나 소자에서 송신 구동 신호를 감시하기 위해 수신기 증폭기를 허용하는 입력 신호를 감쇠시킨다. 수신기 입력 감쇠는 송신 신호가 수신되는 경우, 과도한 회로 부하를 피할 수 있다. 따라서, 보다 큰 수신기 입력 임피던스로, 송신기 구동기는 안테나 소자를 보다 효과적으로 구동시킬 수 있고, 증폭기는 송신기 구동시에 의해 제공되는 보다 높은 전압으로부터 보호될 수 있다. 구동기 회로는 보다 큰 입력 임피던스를 통해 수신기 회로에 의해 감시될 수 있다. RF 입력이 적당한 RF 구동 레벨의 반송파를 갖지 않는 경우, 도시된 회로는 수신 모드에 있고, 제어 회로는 수신기 경로의 유효 입력 감쇠를 낮추기 위해 적어도 하나의 출력을 트리거하고, 라인(464)을 통해 송신기를 디스에이블 한다. 보다 낮은 유효 수신기 감쇠는 자기 신호를 수신하여 대응하는 신호를 증폭기에 제공하기 위해 안테나 소자의 효율을 개선시킨다. 도시된 회로가 수신 모드에 있는 경우, 디스에이블된 송신기는, 자기적으로 송신된 신호 수신시, 안테나 소자에 걸리는 부하를 피하기 위해, 고임피던스 모드(예를 들어, 개방 회로)에 있게 된다. In various embodiments, when the RF input 454 has a carrier of an appropriate RF drive level, the control circuit 452 raises the effective input impedance of the receiver amplifier via line 462 and through line 464. Trigger at least one output 460 to enable the transmitter. When the circuit shown is in transmit mode, the higher effective input impedance attenuates the input signal allowing the receiver amplifier to monitor the transmit drive signal at the antenna element allowing for self-alignment of the circuit. Receiver input attenuation can avoid excessive circuit load when a transmit signal is received. Thus, with a larger receiver input impedance, the transmitter driver can drive the antenna element more effectively, and the amplifier can be protected from the higher voltage provided by the transmitter when driving. The driver circuit can be monitored by the receiver circuit through a larger input impedance. If the RF input does not have a carrier of the appropriate RF drive level, the circuit shown is in receive mode, and the control circuit triggers at least one output to lower the effective input attenuation of the receiver path and transmits via line 464. Disable. Lower effective receiver attenuation improves the efficiency of the antenna element to receive a magnetic signal and provide a corresponding signal to the amplifier. When the illustrated circuit is in the receive mode, the disabled transmitter is in high impedance mode (e.g., open circuit) to avoid the load on the antenna element upon receiving a magnetically transmitted signal.

각종 실시예들에서, 송신기 구동 회로(450)는 차동 푸시-풀 구동기단을 포함한다. 인에이블되는 경우, 구동기단은 송신 정보를 안테나 소자에 최대 구동 전류를 제공하는 안테나 공진 주파수에서 낮은 출력 임피던스를 갖는 차동 출력으로 변환시킨다. 각종 실시예들에서, 접지 인에이블 제어 신호(466)를 이용하여 출력단들 중 하나를 디스에이블함으로써 공급 전원 절약이 달성될 수 있다. 각종 실시예들에서, 제어 회로 또는 반송파 검출 회로는 접지 인에이블 제어 신호를 제공하기 위해 출력을 트리거한다. 출력단들 중 하나를 디스에이블하는 것은 RF 디바이스 레벨이 6dB 정도 낮춰지도록 한다. In various embodiments, transmitter drive circuit 450 includes a differential push-pull driver stage. When enabled, the driver stage converts the transmission information into a differential output having a low output impedance at the antenna resonant frequency that provides the maximum drive current for the antenna element. In various embodiments, supply power savings may be achieved by disabling one of the outputs using the ground enable control signal 466. In various embodiments, the control circuit or carrier detection circuit triggers the output to provide a ground enable control signal. Disabling one of the outputs causes the RF device level to drop by 6dB.

도 5는 본 발명의 각종 실시예들에 따라서 신호를 수신 및 송신하는 통신 회로의 블록도를 도시한다. 본 발명의 각종 실시예들에 따르면, 도시된 블록도는 도 4의 블록도를 더 상세하게 제공한다. 도시된 안테나 소자(502)는 코일(512) 및 그 코일(512)과 직렬인 동조 캐패시터(508)를 포함한다. 도시된 송신기 구동 회로(534)는 푸시-풀 구동단(550) 및 RF 반송파 신호를 검출하는 것에 기초하여 회로의 각종 동작들을 제어하기 위한 제어 회로(552)를 포함한다. 5 illustrates a block diagram of a communication circuit for receiving and transmitting signals in accordance with various embodiments of the present invention. According to various embodiments of the present invention, the block diagram shown provides the block diagram of FIG. 4 in more detail. The illustrated antenna element 502 includes a coil 512 and a tuning capacitor 508 in series with the coil 512. The illustrated transmitter drive circuit 534 includes a push-pull drive stage 550 and a control circuit 552 for controlling various operations of the circuit based on detecting the RF carrier signal.

도시된 증폭기(504)는 전압-구동 증폭기(568)를 포함한다. 전압-구동 연산 증폭기는 매우 높은 입력 임피던스를 갖는다. 본 기술분야의 통상의 숙련자라면, 입력(RIN, RS) 및 피드백(RF) 저항들이 증폭기 이득 및 그 증폭기의 입력 임피던스를 설정함을 이해할 것이다. 안테나 회로의 대역 통과 응답 및 원치 않는 전기장에 대한 증폭기의 민감성은 전압-구동 연산 증폭기의 입력 임피던스 및/또는 피드백 임피던스를 조정함으로써 변경될 수 있다. 입력 및 피드백 소자들은 증폭기의 대역 통과 응답 및/또는 이득을 적절하게 조정하는 스위치로 기능하도록 적절하게 선택된다. The illustrated amplifier 504 includes a voltage-driven amplifier 568. Voltage-driven op amps have a very high input impedance. Those skilled in the art will appreciate that the input R IN , R S and feedback R F resistors set the amplifier gain and the input impedance of the amplifier. The bandpass response of the antenna circuit and the sensitivity of the amplifier to unwanted electric fields can be altered by adjusting the input impedance and / or feedback impedance of the voltage-driven operational amplifier. The input and feedback elements are suitably selected to function as switches to properly adjust the bandpass response and / or gain of the amplifier.

각종 실시예들에서, 전압 구동 증폭기의 유효 입력 임피던스는 조정가능하다. 도시된 도면에서, 입력 임피던스 네트워크는, 차동 증폭기(568)의 각 입력에 대해, 제2 소자와 직렬로 접속된 제1 소자 또는 입력 저항(RIN) 또는 분로가능 저항(RS)을 포함한다. 분로가능 저항들(RS)이 증폭기의 유효 입력 임피던스로부터 제거될 수 있도록, 분로가능 저항들(RS) 전체에 걸쳐 임피던스 분로(548)가 형성된다. 그 외의 임피던스 소자들이 대역 통과 및 이득에 소망의 스위치-동작 조정을 제공하도록 대체될 수 있다. 각종 실시예들에서, 스위치들은 반송파 검출 제어 회로로부터 제어 라인에 동작가능하게 접속된 게이트들로 분로가능 저항들(RS) 전체에 걸쳐 병렬로 결합된 FET 트랜지스터와 같은 트랜지스터에 의해 형성된다. 트랜지스터를 턴온시키기 위해 게이트에 전위를 제공함으로써 효과적인 쇼트를 제공할 수 있다. 이는 도면에 논리 스위치들로서 도시된다. RF 반송파 신호가 검출되면, 반 송파 검출 제어 회로는, 안테나 소자에 통전 전류를 증가시키기 위해 유효 입력 임피던스가 더 커지도록 분로를 개방한다(예컨대, 트랜지스터를 턴오프한다). 보다 큰 유효 입력 저항은 차동 증폭기의 각 입력에 대해 RIN 및 RS 둘 모두를 포함한다. RF 반송파 신호가 검출되지 않으면, 반송파 검출 제어 회로는, 안테나 소자에 의해 수신된 자기장 유도 전류의 증폭을 증가시키기 위해 유효 입력 임피던스가 더 작아지도록 분로를 닫는다(예컨대, 트랜지스터를 턴온한다). 보다 작은 유효 입력 저항은 차동 증폭기의 각 입력에 대해 RIN을 포함하고, RS는 제외한다. In various embodiments, the effective input impedance of the voltage drive amplifier is adjustable. In the figure, the input impedance network comprises, for each input of the differential amplifier 568, a first element or input resistor R IN or shuntable resistor R S connected in series with a second element. . The shunt resistance can be (R S) so as to be removable from the effective input impedance of the amplifier, the impedance of the shunt 548 is formed over the whole of the shunt resistance is possible (R S). Other impedance elements can be replaced to provide the desired switch-operation adjustments for band pass and gain. In various embodiments, the switches are formed by a transistor such as a FET transistor coupled in parallel across the shuntable resistors R S from the carrier detection control circuit to the gates operably connected to the control line. An effective short can be provided by providing a potential to the gate to turn on the transistor. This is shown as logic switches in the figure. When the RF carrier signal is detected, the carrier detection control circuit opens the shunt (e.g., turns off the transistor) to increase the effective input impedance to increase the conduction current to the antenna element. The larger effective input resistance includes both R IN and R S for each input of the differential amplifier. If no RF carrier signal is detected, the carrier detection control circuit closes the shunt (eg, turns on the transistor) so that the effective input impedance is smaller to increase the amplification of the magnetic field induced current received by the antenna element. The smaller effective input resistance includes R IN for each input of the differential amplifier, excluding R S.

도 6은 본 발명의 각종 실시예들에 따라서, 신호들을 수신 및 송신하는 통신 회로의 블록도를 도시한다. 본 발명의 각종 실시예들에 따르면, 도시된 블록도는 도 4의 블록도를 더 상세하게 제공한다. 도시된 증폭기는 전류-구동 증폭기를 포함한다. 전류-구동 증폭기 - 전류 모드 차동 증폭기로도 언급됨 - 는 매우 낮은 입력 임피던스를 갖는다. 입력 및 피드백 저항은 증폭기 이득 및 입력 임피던스를 설정한다. 안테나 회로의 대역 통과 응답 및 원치 않는 전기장에 대한 증폭기의 민감성은 전류 구동 연산 증폭기의 입력 임피던스 및/또는 피드백 임피던스를 조정함으로써 변경될 수 있다. 입력 및 피드백 소자들은 증폭기의 대역-통과 응답 및/또는 이득을 적절하게 조정하기 위해 스위치로 기능하도록 적절하게 선택된다. 각종 실시예들에서, 도 5 및 전압-구동 증폭기에 대해 상술된 바와 같이, 전류-구동 증폭기에 대한 유효 입력 임피던스는 임피던스 분로를 이용하여 조정가능하다. 6 shows a block diagram of a communication circuit for receiving and transmitting signals, in accordance with various embodiments of the present invention. According to various embodiments of the present invention, the block diagram shown provides the block diagram of FIG. 4 in more detail. The illustrated amplifier includes a current-driven amplifier. Current-driven amplifiers, also referred to as current mode differential amplifiers, have very low input impedance. The input and feedback resistors set the amplifier gain and input impedance. The bandpass response of the antenna circuit and the sensitivity of the amplifier to unwanted electric fields can be altered by adjusting the input impedance and / or feedback impedance of the current driven op amp. The input and feedback elements are suitably chosen to function as switches to properly adjust the band-pass response and / or gain of the amplifier. In various embodiments, as described above with respect to FIG. 5 and the voltage-driven amplifier, the effective input impedance for the current-driven amplifier is adjustable using impedance shunts.

본 발명은 여러가지 근접장(near field) 통신 시스템 및 보청기와 같은 근접 장 통신 시스템을 사용하는 기술에 통합될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 보청기들 중 귀속형(in-the-ear), 조개껍질형(half-shell) 및 도관형(in-the-canal) 스타일과 같은 보청기뿐만 아니라, 귀걸이형(behind-the-ear) 보청기에도 이용될 수 있다. 더구나, 본 기술분야의 숙련자라면, 앞서 상세하게 제시되어 설명된 도면들을 이용하여, 본 발명의 설명 및 방법 양상들을 읽어보면 이해될 것이다. The present invention can be incorporated into techniques that use various near field communication systems and near field communication systems such as hearing aids. For example, the present invention relates to hearing aids such as in-the-ear, half-shell, and in-the-canal styles, as well as ear- It can also be used for hearing aids. Moreover, it will be understood by those skilled in the art upon reading the description and method aspects of the present invention using the drawings set forth in detail above.

본 명세서에는 특정 실시예들을 도시하여 설명하였지만, 동일한 목적을 달성하기 위해 산출되는 임의의 구성이 도시된 특정 실시예로 대체될 수 있음을 본 기술분야의 숙련자들은 이해할 것이다. 본 출원은 본 발명의 개조 또는 변형을 포함하도록 의도된 것이다. 상기 상세한 설명은 예시일 뿐, 제한적인 것으로 의도된 것이 아님을 이해해야 한다. 상기 실시예들의 결합 및 그 밖의 실시예들은 상기 상세한 설명을 재검토하면 본 기술분야의 숙련자들에게 명백해 질 것이다. 본 발명의 범위는 청구범위라는 항목의 법적 등가물들의 전체 범위와 함께 첨부 청구항들을 참조하여 결정되어야 한다. While specific embodiments have been shown and described herein, those skilled in the art will understand that any configuration calculated to achieve the same purpose may be replaced by the specific embodiments shown. This application is intended to cover any adaptations or variations of the present invention. It is to be understood that the above detailed description is exemplary only and is not intended to be limiting. Combinations of the above embodiments and other embodiments will become apparent to those skilled in the art upon reviewing the above description. The scope of the invention should be determined with reference to the appended claims, along with the full scope of legal equivalents of the claims.

Claims (26)

신호들을 수신 및 송신하는 통신 회로로서, A communication circuit for receiving and transmitting signals, 제1 단자 및 제2 단자를 갖는 안테나 소자;An antenna element having a first terminal and a second terminal; 상기 안테나 소자를 전계로부터 차폐하도록 배치된 정전 도체 - 상기 안테나 소자는 자기장 내에 있을 때, 수신된 신호를 상기 제1 및 제2 단자들에 유도하도록 구성됨 -;An electrostatic conductor arranged to shield the antenna element from an electric field, the antenna element being configured to direct a received signal to the first and second terminals when in the magnetic field; 상기 안테나 소자에 송신된 신호를 통전하기 위해 상기 제1 및 제2 단자들 중 적어도 하나에 접속된 구동기; A driver connected to at least one of the first and second terminals for conducting a signal transmitted to the antenna element; 상기 안테나 소자의 제1 단자에 접속된 제1 입력 및 상기 안테나 소자의 제2 단자에 접속된 제2 입력을 갖는 차동 증폭기 - 상기 차동 증폭기는 선택가능한 입력 임피던스를 가지며, 낮은 제1 입력 임피던스는 상기 안테나 소자로부터 수신된 신호를 증폭하는데 사용되고, 높은 제2 입력 임피던스는 상기 구동기로부터 상기 송신된 신호를 감시하는데 사용됨 -; 및A differential amplifier having a first input connected to a first terminal of the antenna element and a second input connected to a second terminal of the antenna element, the differential amplifier having a selectable input impedance, wherein the low first input impedance is Used to amplify a signal received from an antenna element, and a high second input impedance is used to monitor the transmitted signal from the driver; And 상기 제2 임피던스와 상기 제1 임피던스 간의 유효 입력 임피던스를 토글하는 스위치A switch to toggle the effective input impedance between the second impedance and the first impedance 를 포함하는 통신 회로. Communication circuit comprising a. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 제2 임피던스는 상기 제1 임피던스와 제3 임피던스의 결합을 포함하는 통신 회로. And said second impedance comprises a combination of said first impedance and a third impedance. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 구동기는 상기 안테나 소자의 제1 단자에 접속된 제1 출력단 및 상기 안테나 소자의 제2 단자에 접속된 제2 출력단을 갖는 차동 구동기를 포함하는 통신 회로. The driver comprises a differential driver having a first output terminal connected to the first terminal of the antenna element and a second output terminal connected to the second terminal of the antenna element. 제3항에 있어서, The method of claim 3, 상기 제1 및 제2 출력단들 중 하나를 접지시키는 제어 라인을 더 포함하는 통신 회로. And a control line for grounding one of the first and second outputs. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 제1 안테나 단자와 상기 제1 증폭기 입력 사이에 직렬로 접속된 제1 저항기 및 제2 저항기; 및First and second resistors connected in series between the first antenna terminal and the first amplifier input; And 상기 제2 안테나 단자와 상기 제2 증폭기 입력 사이에 직렬로 접속된 제3 저항기 및 제4 저항기A third resistor and a fourth resistor connected in series between the second antenna terminal and the second amplifier input 를 더 포함하고, More, 상기 스위치는 상기 제2 저항기 및 상기 제4 저항기를 분로하여, 상기 제1 임피던스가 상기 제1 저항기 및 상기 제3 저항기에 대응하도록 구성되고, The switch is configured to shunt the second resistor and the fourth resistor such that the first impedance corresponds to the first resistor and the third resistor, 상기 제2 임피던스는 상기 제1 저항기와 상기 제2 저항기의 결합 및 상기 제 3 저항기와 상기 제4 저항기의 결합에 대응하는 통신 회로. And wherein the second impedance corresponds to a combination of the first resistor and the second resistor and a combination of the third resistor and the fourth resistor. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 안테나 소자는 제1 코일부, 제2 코일부 및 상기 제1 코일부와 상기 제2 코일부 사이에 직렬로 접속된 캐패시터를 포함하여, 상기 캐패시터와 상기 제1 및 제2 코일부들 간의 고임피던스 노드들이 간섭 및 손상 가능성이 있는 스탠딩 전압(standing voltage)을 줄이기 위해 상기 정전 도체에 의해 차폐되는 통신 회로. The antenna element includes a first coil portion, a second coil portion, and a capacitor connected in series between the first coil portion and the second coil portion, so that the high voltage between the capacitor and the first and second coil portions is increased. A communication circuit in which impedance nodes are shielded by the electrostatic conductor to reduce standing voltages that are likely to interfere and be damaged. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 안테나 소자는 적어도 하나의 코일부, 상기 절연체 주위에 배치된 적어도 하나의 정전 도체 및 상기 적어도 하나의 코일부와 적어도 하나의 정전 코일 사이의 절연체를 포함하는 통신 회로. The antenna element comprises at least one coil portion, at least one electrostatic conductor disposed around the insulator and an insulator between the at least one coil portion and the at least one electrostatic coil. 제7항에 있어서, The method of claim 7, wherein 상기 정전 도체는, 상기 차동 증폭기의 상기 제1 입력 및 상기 제2 입력에 동등하게 영향을 미치기 위해, 전기장에 의해 형성된 정전 표면 전하를 상기 안테나 소자를 가로질러 동등하게 분배하는 통신 회로. Wherein the electrostatic conductor equally distributes the electrostatic surface charge formed by the electric field across the antenna element to equally affect the first input and the second input of the differential amplifier. 제7항에 있어서, The method of claim 7, wherein 상기 정전 도체는 전기장에 의해 형성된 정전 표면 전하를 제거하기 위해 기 준 전위에 결합된 통신 회로. Wherein said electrostatic conductor is coupled to a reference potential to remove electrostatic surface charges formed by an electric field. 신호들을 수신 및 송신하는 통신 회로로서, A communication circuit for receiving and transmitting signals, 제1 및 제2 단자, 상기 제1 및 제2 단자들에 전기적으로 접속된 유도 코일, 및 상기 유도 코일을 전기장에 대해 차폐하는 정전 도체를 포함하는 안테나 소자; An antenna element comprising first and second terminals, an induction coil electrically connected to the first and second terminals, and an electrostatic conductor shielding the induction coil against an electric field; 상기 안테나 소자에 의해 수신된 자기-유도 신호를 증폭시키는 증폭 회로 - 상기 증폭 회로는, An amplifier circuit for amplifying a self-induced signal received by the antenna element, wherein the amplification circuit 제1 입력, 제2 입력 및 출력을 포함하는 차동 증폭기; A differential amplifier comprising a first input, a second input and an output; 상기 증폭기의 제1 입력과 상기 안테나 소자의 제1 단자 간에 접속된 제1 입력 임피던스; A first input impedance connected between the first input of the amplifier and the first terminal of the antenna element; 상기 증폭기의 제2 입력과 상기 안테나 소자의 제2 단자 간에 접속된 제2 입력 임피던스; A second input impedance connected between the second input of the amplifier and the second terminal of the antenna element; 각각 제1 소자 및 제2 소자를 포함하는 상기 제1 입력 임피던스 및 상기 제2 입력 임피던스; The first input impedance and the second input impedance each including a first element and a second element; 상기 차동 증폭기의 출력과 두개 입력들 중 적어도 하나 사이에 접속된 소정의 피드백 임피던스; 및 A predetermined feedback impedance connected between the output of the differential amplifier and at least one of the two inputs; And 상기 차동 증폭기의 두개 입력들의 각각에 대해 상기 제2 소자 양단에 접속된 입력 임피던스 분로 An input impedance shunt connected across the second element for each of the two inputs of the differential amplifier 를 포함함 -; Including-; 상기 안테나 소자를 송신 신호로 구동하는 구동기 회로; 및 A driver circuit for driving the antenna element with a transmission signal; And 상기 증폭기의 두개 입력들의 각각에 대해 상기 제2 소자를 선택적으로 분로하는 상기 입력 임피던스 분로에 접속되어, 상기 안테나 소자로부터 신호를 수신하면서 상기 차동 증폭기에 유효 입력 임피던스를 선택적으로 감소시키는 제어 라인A control line connected to the input impedance shunt that selectively shunts the second element for each of the two inputs of the amplifier to selectively reduce the effective input impedance to the differential amplifier while receiving a signal from the antenna element 을 포함하는 통신 회로. Communication circuit comprising a. 제10항에 있어서, The method of claim 10, 상기 제1 입력 임피던스 및 상기 제2 입력 임피던스 각각에 대해, 상기 제1 소자 및 상기 제2 소자는 직렬로 접속되어, For each of the first input impedance and the second input impedance, the first element and the second element are connected in series, 상기 구동기 회로로부터 상기 송신 신호를 감시하면서 상기 안테나 소자에 대한 소망의 제1 대역 통과 응답 및 소망의 제1 이득을 제공하고, Provide a desired first band pass response and a desired first gain for said antenna element while monitoring said transmission signal from said driver circuit, 상기 안테나 소자로부터 상기 자기-유도 신호를 수신하면서 상기 안테나 소자에 대한 소망의 제2 대역 통과 응답 및 소망의 제2 이득을 제공하도록 선택되는 통신 회로. Communication circuitry selected to provide a desired second band pass response and a desired second gain for the antenna element while receiving the self-inducing signal from the antenna element. 제10항에 있어서, The method of claim 10, 상기 유도 코일은 제1 부분 및 제2 부분을 포함하고, 상기 안테나 소자는 상기 유도 코일의 상기 제1 부분과 제2 부분 간에 직렬로 접속된 제1 캐패시터를 포함하고, 상기 제1 캐패시터는 상기 정전 도체에 의해 차폐되는 통신 회로. The induction coil includes a first portion and a second portion, the antenna element includes a first capacitor connected in series between the first portion and the second portion of the induction coil, and the first capacitor includes the electrostatic Communication circuit shielded by a conductor. 제10항에 있어서, The method of claim 10, 상기 유도 코일은 제1 코일부 및 제2 코일부를 갖고; The induction coil has a first coil portion and a second coil portion; 상기 제1 캐패시터는 상기 제1 코일부와 상기 제2 코일부 사이에 접속되고; The first capacitor is connected between the first coil portion and the second coil portion; 상기 정전 도체는 상기 제1 캐패시터와 상기 제1 및 제2 코일부들과 관련하여 배치되고, 이들로부터 절연되어, 상기 제1 캐패시터와 상기 제1 및 제2 코일부들을 전기장 및 높은 스탠딩 전압으로부터 차폐하는 통신 회로. The electrostatic conductor is disposed in relation to the first capacitor and the first and second coil portions and insulated therefrom to shield the first capacitor and the first and second coil portions from an electric field and a high standing voltage. Communication circuit. 제13항에 있어서, The method of claim 13, 상기 유도 코일에 접속된 동조 캐패시터를 더 포함하고, 상기 제1 캐패시터는 상기 동조 캐패시터가 상기 안테나 소자 동조시 기생 캐패시턴스의 효과를 상당히 감소시킬 정도로 충분히 커지도록 하는 통신 회로. And a tuning capacitor connected to the induction coil, wherein the first capacitor causes the tuning capacitor to be large enough to significantly reduce the effect of parasitic capacitance upon tuning the antenna element. 제10항에 있어서, The method of claim 10, 상기 증폭기 회로는 저잡음 전압 구동 연산 증폭기로 구성되는 통신 회로. Wherein said amplifier circuit is comprised of a low noise voltage driven operational amplifier. 제10항에 있어서, The method of claim 10, 상기 증폭기 회로는 저잡음 전류 구동 연산 증폭기로 구성되는 통신 회로. Wherein said amplifier circuit is comprised of a low noise current driven operational amplifier. 제10항에 있어서, The method of claim 10, 상기 정전 도체는 상기 안테나 소자로부터 떨어져 있는 상기 정전 에너지를 도전시키기 위해 접지 기준 전위에 접속되는 통신 회로. And the electrostatic conductor is connected to a ground reference potential to conduct the electrostatic energy away from the antenna element. 제10항에 있어서, The method of claim 10, 상기 정전 도체는 기준 전위에 접속되어 있지 않고, 정전 스트립은 상기 정전 에너지의 영향을 줄이기 위해 상기 차동 증폭기의 두개 입력들의 각각에 상기 정전 에너지에 기인하는 전압을 인가하는 정전 등화기로서 기능하는 통신 회로. The electrostatic conductor is not connected to a reference potential and the electrostatic strip serves as an electrostatic equalizer for applying a voltage resulting from the electrostatic energy to each of the two inputs of the differential amplifier to reduce the effect of the electrostatic energy. . 제10항에 있어서, The method of claim 10, 무선 주파수(RF) 신호 입력을 검출하여, 상기 입력 임피던스 분로에는 제1 제어 신호를, 상기 구동기 회로에는 제2 제어 신호를 공급하는 제어 회로를 더 포함하고, RF 신호 입력을 검출하는 것에 응답하여, 상기 제1 제어 신호는 상기 차동 증폭기에 대한 유효 입력 임피던스를 증가시키고, 상기 제2 제어 신호는 상기 구동기 회로가 상기 안테나 소자를 상기 송신 신호로 구동시킬 수 있도록 하는 통신 회로. A control circuit for detecting a radio frequency (RF) signal input, the control circuit for supplying a first control signal to the input impedance shunt and a second control signal to the driver circuit, and in response to detecting the RF signal input, The first control signal increases the effective input impedance to the differential amplifier, and the second control signal allows the driver circuit to drive the antenna element with the transmit signal. 구동기 및 증폭기에 전기적으로 접속된 안테나 소자를 이용하여 신호들을 송신 및 수신하기 위한 방법으로서, A method for transmitting and receiving signals using an antenna element electrically connected to a driver and an amplifier, the method comprising: 상기 안테나 소자로부터 제1 신호를 송신하는 단계 - 상기 구동기를 사용하여 상기 안테나 소자를 통해 상기 제1 신호를 구동하는 단계; 및 상기 증폭기의 입력 임피던스를 통해 상기 제1 신호를 감시하는 단계를 포함함 -; Transmitting a first signal from the antenna element-driving the first signal through the antenna element using the driver; Monitoring the first signal through an input impedance of the amplifier; 상기 안테나 소자에 유도되었던 제2 신호를 수신하는 단계 - 상기 증폭기의 입력 임피던스를 감소시키는 단계; 및 상기 감소된 입력 임피던스를 통해 상기 증폭기에서 상기 제2 신호를 수신하는 단계를 포함함 -Receiving a second signal induced in the antenna element, reducing an input impedance of the amplifier; And receiving the second signal at the amplifier via the reduced input impedance. 를 포함하는 방법. How to include. 제20항에 있어서, The method of claim 20, 상기 증폭기의 입력 임피던스를 감소시키는 단계는 상기 증폭기의 이득을 변경시키는 단계를 포함하는 방법. Reducing the input impedance of the amplifier includes changing the gain of the amplifier. 제20항에 있어서, The method of claim 20, 상기 증폭기의 유효 입력 임피던스를 감소시키는 단계는 상기 안테나 소자의 대역 통과 응답을 변경시키는 단계를 포함하는 방법. Reducing the effective input impedance of the amplifier includes changing the band pass response of the antenna element. 제20항에 있어서, The method of claim 20, 상기 입력 임피던스를 감소시키는 단계는 상기 입력 임피던스를 감소시키기 위해 상기 입력 임피던스의 일부 양단에 분로를 가동하는 단계를 포함하는 방법. Reducing the input impedance comprises operating a shunt across a portion of the input impedance to reduce the input impedance. 제20항에 있어서, The method of claim 20, 상기 안테나 회로에 유도된 상기 제2 신호가 주로 자기장 결합에 기인하도록 상기 안테나 소자를 전기장으로부터 차폐하는 단계를 더 포함하는 방법. Shielding the antenna element from an electric field such that the second signal induced in the antenna circuit is primarily due to magnetic field coupling. 제24항에 있어서, The method of claim 24, 상기 안테나 소자를 차폐하는 단계는 제1 코일부, 제2 코일부 및 상기 제1 코일부와 제2 코일부 사이에 직렬로 접속된 캐패시터를 적어도 부분적으로 둘러 싸는 단계를 포함하는 방법. Shielding the antenna element comprises at least partially surrounding a first coil portion, a second coil portion and a capacitor connected in series between the first coil portion and the second coil portion. 제24항에 있어서, The method of claim 24, 상기 증폭기는 차동 증폭기를 포함하며, The amplifier comprises a differential amplifier, 상기 안테나 소자 양단에 전기장에 기인한 표면 전하를 스프레드하는 단계; 및 Spreading a surface charge due to an electric field across the antenna element; And 상기 차동 증폭기를 이용하여 상기 표면 전하에 기인하는 공통 모드 전압을 제거하는 단계를 더 포함하는 방법. Removing the common mode voltage due to the surface charge using the differential amplifier.
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