BRPI0607425A2 - dispositivo elétrico e detector de impedáncia para ser usado em um dispositivo elétrico - Google Patents

Abstract

DISPOSITIVO ELéTRICO E DETECTOR DE IMPEDáNCIA PARA SER USADO EM UM DISPOSITIVO ELéTRICO. Um dispositivo elétrico com um detector de impedância compreende um trajeto proveniente de uma tensão de alimentação para uma segunda tensão. O trajeto compreende segmentos tendo impedâncias elétricas, pelo menos uma das quais é para ser determinada, e um vértice de medição. O detector de impedância adicionalmente compreende um discriminador conectado com o vértice de medição, previsto para avaliar uma tensão de medição observada no dito vértice de medição, e situado em um trajeto entre uma tensão de alimentação adicional e uma terceira tensão. O discriminador não consome corrente significativa proveniente da tensão de alimentação se a impedância a ser determinada permanece acima de um valor limiar. Desta maneira, em uma modalidade de espera, uma supervisão de potência zero de uma condição quando reassumir operação pode ser realizada. (FIGURA 1)

Description

"DISPOSITIVO ELÉTRICO E DETECTOR DE EMPEDÂNCIA PARA SERUSADO EM UM DISPOSITIVO ELÉTRICO"

A invenção trata genericamente de um dispositivo elétricodotado de um detector de impedância para a manipulação e/ou controle dodispositivo elétrico.

Muitos dispositivos elétricos, especialmente no campo dedispositivos eletrônicos para consumidor são usados como dispositivosportáteis ou próprios para serem usados. Isto aplica rigorosas exigências sobrea construção destes dispositivos. Têm de ser robustos, se possível à provad'água, e ser fáceis de usar. Outrossim, são exigidos a aparentar uma longavida útil da bateria. Além de dispositivos eletrônicos de consumidor, estesrequisitos também se aplicam a outros dispositivos elétricos, especialmente sealimentados por uma bateria recarregável. Alguns dispositivos elétricos sãousados intermitentemente, de forma que sua relação entre tempo de operaçãoefetivo e tempo de reserva ou inativo é relativamente baixa, isto é, na maioriado tempo estes dispositivos permanecem na modalidade de reserva.

Por exemplo, existem algumas aplicações relativas dasdoenças específicas dos olhos onde o usuário necessita fazer uso de óculosespeciais com componentes eletrônicos alimentados por bateria integradosatravés da totalidade do dia. Estes dispositivos necessitam ser ativados cadavez que o usuário os aplica ou faz uso dos mesmos, e desativados cada vezque o usuário os retira de maneira a prevenir o esgotamento da bateriaenquanto permanecem inativos. O mesmo se aplica a um dispositivo auditivo,fones de cabeça, ou a um conjunto que dispensa o uso das mãos, quer comoum dispositivo separado quer integrado na haste de óculos. No caso de umdispositivo auditivo, pode ser contemplado derivar o controle com acolocação do dispositivo em uma modalidade de espera até a detecção de umsinal acústico, assim economizando energia quando não há necessidade deamplificar um sinal acústico. Ambos os processos para detectar umamodalidade de espera complementam-se mutuamente,porque em um ambientebarulhento, o usuário pode deliberadamente remover o dispositivo auditivo,que é assim colocado em uma modalidade de espera, ainda que persista umsinal acústico.

O mesmo se aplica para peças de vestuário inteligentes. Oscomponentes eletrônicos alimentados por bateria integrados nas peças devestuário necessitam ser ligados e desligados pelo usuário.

Em tornos dos comutadores mecânicos destes dispositivos, é difícil selar o alojamentoeficientemente de forma que o dispositivo se torna mais dispendioso ou deixade ser selado. Neste caso, o dispositivo teria de ser removido da peça devestuário anteriormente à lavagem.

Os componentes mecânicos atuais, isto é, comutadoresmecânicos atendem a esta funcionalidade de comutar do modo de reserva paraa modalidade operacional na maioria dos casos. E possível selar oscomutadores mecânicos de modo a prevenir a intrusão de água ou poeira,porém estas opções apresentam um esforço adicional e são possivelmentesuscetíveis a desgaste.

De acordo com uma modalidade, os dispositivos elétricos têmum detector de impedância, compreendendo um trajeto de uma tensão dealimentação para uma segunda tensão. O trajeto compreende segmentosdotados de impedâncias elétricas, pelo menos uma das quais deve serdeterminada e um vértice de medição. O detector de impedânciaadicionalmente compreende um discriminador conectado com o vértice demedição, disposto para avaliar um sinal de medição elétrico observado novértice de medição, e situado em um trajeto entre uma tensão de alimentaçãoadicional e uma terceira tensão, com isto o discriminador não consomequalquer corrente significativa da tensão da de alimentação se a impedância aser determinada permanece acima de um valor limiar. O sinal de mediçãopoderia ser uma tensão elétrica.Dependendo da impedância a ser determinada, ocorre umaalteração da impedância observada dentro do correspondente segmento. Aimpedância a ser determinada é parte de um trajeto elétrico de uma tensão dealimentação para uma segunda tensão. Especificamente, a tensão a serdeterminada é situada em um segmento do trajeto. Os segmentos podem serligados em série para formar o trajeto, de forma que nenhum dos segmentospossa ter uma impedância demasiadamente alta,se uma corrente elétrica devepassar da tensão de alimentação para a segunda tensão. Os segmentos dotrajeto além daquele compreendendo a impedância a ser determinada pode serqualquer componente elétrico, tal como outras impedâncias, componentes nãolineares, conexões diretas, etc. Se a impedância elétrica entre os dois eletrodosde entrada é muito alta, uma modalidade de reserva é assumida. Por outrolado, se uma impedância menor que uma determinada impedância máximaestá presente entre os dois eletrodos, uma modalidade operacional é assumida.

Uma transição entre os dois casos enumerados causa o sinal de medição, talcomo uma tensão, em um vértice de medição a se alterar. Desta maneira, emuma modalidade de espera, uma supervisão de potência-zero de uma condiçãoquando reassumir a operação pode ser realizada. O discriminador avalia oestado do sinal de medição e condiciona o sinal de medição paraprocessamento adicional. Em geral, uma impedância também pode ser umaresistência complexa, tal como um capacitor ou um indutor. Para quantificaruma impedância, a magnitude da impedância a um determinada freqüênciaoperacional pode ser usada. O detector de impedância elétrica éparticularmente apropriado para integração com dispositivos alimentados porbateria, uma vez que apresenta um baixo consumo de energia durante amodalidade de espera. Quando o detector de impedância elétrica de acordocom a presente invenção está na modalidade de espera, a conexão entre osorifícios de entrada apresenta uma impedância elétrica que é muito alta.Assim, praticamente nenhuma corrente passa da tensão de alimentação para asegunda tensão.

A impedância pode ser uma condutividade. Uma correnteelétrica pode passar através da impedância/condutividade. A impedância econdutividade podem designar o mesmo componente físico, tal como umresistor.

Em uma modalidade, o discriminador consome uma correntede inferior a 100 nA, de preferência inferior a InA, da dita tensão dealimentação se a impedância a ser determinada permanece acima de um valorlimiar. Esta é muito mais baixa que a corrente de descarga espontânea de umabateria. A corrente de autodescarga de uma bateria depende do tipo de bateriae do estado da carga; um valor típico seria de seria de 10 uA para uma bateriade lítio 24h após o carregamento. A corrente de fuga do detector deimpedância depende do tipo de transistor e da temperatura. Poderia ser tãobaixa quanto de 100 pA a 25°C (100 nA para a inteira gama -55°C... 125°C),se o transistor monolítico duplo emparelhado MAT01 da Analog Devices ouum transistor igualmente apropriado é usado, da folha de dados do qual estesvalores são extraídos.

A tensão de alimentação e a segunda tensão podem ser umatensão de CC ou uma tensão de CA. Dependendo da aplicação e da dealimentação disponível quer uma tensão de CC quer uma tensão de CApodem ser usadas de maneira a levar o circuito a operar a uma determinadafreqüência com a qual o circuito funciona de uma maneira ideal. Emaplicações ativadas por bateria, uma tensão de CC é a de uso mais provável.

A tensão de alimentação adicional pode ser a mesma que atesão de alimentação. A terceira tensão pode ser a mesma que a segundatensão. Em esquemas de circuito, nos quais não se faz necessário separareletricamente a tensão de alimentação adicional alimentando o discriminadorda tensão de alimentação que alimenta o trajeto, ambas na verdade podemcoincidir, assim resultando em uma estrutura menos complexa.De acordo com uma modalidade de realização correlata, odispositivo elétrico adicionalmente tem um potencial de referência e a tensãode medição é avaliada em relação ao potencial de referência. Um potencial dereferência permite determinar qualquer tensão dentro do circuito como umadiferença do potencial elétrico.

Em outra modalidade, o discriminador compreende umcomutador. Um comutador permite produzir um sinal de saída tendo umnúmero finito de estados, tipicamente duas. No contexto do detector deimpedância, uma decisão necessita ser tomada, quer a impedância é muito altaquer relativamente baixa.

O comutador pode ser mantido em um estado não condutivo sea impedância a ser determinada permanece acima de um valor limiar. Aimpedância estando acima de um valor limiar poderia indicar que nenhumaimpedância, tal como um sensor, está conectado com o detector deimpedância. Outra razão poderia ser que o sensor está defeituoso ou quer aentrada do sensor está abaixo de um determinado valor limiar. A colocação docomutador em um estado não condutivo economiza energia, uma vez quenenhuma corrente pode passar através do comutador.

Em uma modalidade de realização correlata, o valor limiar éajustável. Isto assegura maior flexibilidade para uma grande gama deaplicações. O valor limiar, por exemplo, depende do número e tipo deeletrodos, ou do tipo de sensor utilizado, do tipo de medição realizada, esemelhantes.

O dispositivo elétrico pode ser previsto para retransmitir umsinal bipolar gerado dentro do segmento compreendendo a impedância a serdeterminada. Especialmente na eletrofisiologia, porém também em outrasaplicações, um sinal elétrico produzido pelo corpo de um paciente (e.g.eletrocardiograma) é medido. Outro exemplo pode ser um sinal acústico. Estesinal pode ser bipolar. Um sinal bipolar pode trocar o seu sinal algébrico, istoé, pode se tornar negativo. Uma vez que também as seções negativas do sinalpodem ser interesse, cautela deve ser exercida para não suprimir aquelasseções. A faculdade de retransmitir um sinal bipolar também pode ser deinteresse em aplicações, onde o usuário tem de conectar um sensor com asportas de entrada por si próprio ou tem de aplicar eletrodos de uma maneiraespecífica. Esta faculdade é de interesse para facilidade de aplicação erobustez do dispositivo, uma vez que usuário não tem de cuidar de umapolaridade específica. Isto é realizado por uma construção de circuito queconsidera esta condição. Ao mesmo tempo, o detector de impedância requerque não seja perturbado pelo sinal a ser retransmitido ou medido. Émencionado que em uma aplicação de eletrocardiografia o sinal apresentauma tensão entre aproximadamente lmV e 3mV. O detector de impedânciapoderia ser usado para detectar a presença ou ausência de um sensor, tal comoum microfone.

De acordo com outra modalidade, o dispositivo elétricoadicionalmente compreende:

- duas portas de entrada, dispostas para serem respectivamenteconectadas com s extremidades do segmento da impedância a serdeterminada;

- uma impedância elevadora ou uma impedância abaixadoraentre uma das duas portas de entrada e a tensão da de alimentação ou dasegunda tensão, respectivamente.

Em um primeiro caso típico, uma impedância é prevista entreuma das duas portas de entrada e a tensão de alimentação, assim atuando como uma impedância elevadora. Se nenhuma corrente estiver passandoatravés da impedância elevadora, a primeira porta de entrada é elevada para opotencial da tensão de alimentação pela ação da impedância elevadora (salvose é um circuito aberto). Em outras palavras, inexiste queda de tensão atravésda impedância elevadora. De maneira similar, a segunda porta de entradaseria rebaixada para a tensão de terra do circuito pela ação da impedânciaabaixadora para que inexista queda de tensão através da impedânciaabaixadora tampouco. O detector de impedância elétrica estando namodalidade de prontidão significa que nenhum sinal de medição está presentenas duas portas de entrada, que por sua vez significa que as duas portas deentrada podem ser elevadas ou baixadas para a tensão de alimentação ou paraa tensão de terra do circuito, respectivamente. Na modalidade operacional,por outro lado, as duas portas de entrada têm de ser suscetíveis de assumirqualquer potencial que seja definido pelos sinais que são aplicados às portasde entrada. Uma vez que na modalidade operacional uma condutividadeelétrica diferente de zero está presente entre as duas portas de entrada, umacorrente pode passar através da impedância elevadora (se presente), acondutividade elétrica entre as duas portas de entrada, e a impedânciaabaixadora (se presente) da tensão de alimentação para a tensão de terra docircuito. Esta corrente causa quedas de tensão através das impedânciaselevadora e/ou abaixadora, que são detectáveis pelo discriminador.Idealmente, o discriminador tem uma característica do tipo comparador, istoé, tem dois estados principais (e.g. alto e baixo), e muda de um estado para ooutro, se um sinal na entrada do discriminador tornar-se maior que um valorlimiar predeterminado ou vice versa. Ainda que a transição entre os doisestados idealmente deva ser tão acentuada quanto possível, uma transiçãomais suave também pode ser aceitável. O estágio de saída conectado com odiscriminador pode ainda condicionar o sinal de saída e adaptar o mesmo aosrequisitos de qualquer componente que esteja ligado com o detector deimpedância elétrica de maneira a derivar sua própria modalidade de espera emodalidade operacional. A impedância elevadora (caso existente), aimpedância entre as duas portas de entrada, e a impedância abaixadora (casoexistente) são todas ligadas em série. Portanto, forma um divisor de tensãotendo duas ou três impedâncias, a impedância elevadora (caso existente), arecíproca da condutividade entre as duas portas de entrada, e a impedânciaabaixadora (caso existente). Se ambas a impedância elevadora e a impedânciaabaixadora estão presentes, o divisor de tensão é suscetível de proporcionarduas tensões intermediárias na primeira e na segunda porta de entrada,respectivamente.

A impedância elevadora ou a impedância abaixadora pode serum ou uma pluralidade de resistores, um ou uma pluralidade de capacitores,um ou uma pluralidade de indutores, um ou uma pluralidade de diodos, um ouuma pluralidade de diodos Zener, um ou uma pluralidade de transistores, oucombinações dos mesmos. Dependendo das propriedades desejadas dodetector de impedância, o circuito pode ser projetado usando os componentesacima mencionados. Por exemplo, no caso de CA o uso de capacitores e/ouindutores pode filtrar fora freqüências indesejáveis.

O comutador e as impedâncias elevadoras e/ou abaixadoraspodem ser diodos. Diodos são mais fáceis de fabricar que transistores emsistemas eletrônicos de maior área, tornando esta modalidade de custopotencialmente mais baixo.

Em outra modalidade, o dispositivo elétrico adicionalmentecompreende um ou uma pluralidade de trajetos adicionais a partir derespectivas tensões de alimentação para respectivas segunda tensões, cada umdos trajetos adicionais compreendendo segmentos tendo impedânciaselétricas, pelo menos uma das quais deve ser determinada. Adicionalmentecompreende duas portas de entrada para cada uma das impedâncias a seremdeterminadas, dispostas para serem respectivamente conectadas com asextremidades do segmento da impedância a ser determinadas. Uma disposiçãodessa natureza pode ser usada se vários pares de eletrodos são objeto desupervisão com respeito a uma condição de saída. Os diferentes pares deeletrodo podem ser combinados usando uma função lógica "E" (o dispositivoelétrico funciona somente se todos os pares de eletrodos estão corretamenteconectados) ou uma função lógica "OU" (o dispositivo elétrico funciona seum dos pares de eletrodo está corretamente conectado).

O dispositivo elétrico pode adicionalmente compreender umestágio de saída conectado com o discriminador e fornecendo uma tensão desaída ou uma corrente em resposta ao estado do discriminador assim sendoindicativo para a impedância elétrica detectada. O discriminador é responsivoa uma queda de tensão através de pelo menos uma das impedânciaselevadoras ou abaixadoras adotando um de uma pluralidade de estadosrepresentativos de uma magnitude da queda de tensão. O estágio de saídaconectado com o discriminador pode condicionar o sinal de saída e adaptar omesmo aos requisitos de qualquer equipamento que esteja enganchado com odetector de impedância elétrica de maneira a derivar sua própria modalidadede espera e modalidade operacional, por exemplo.

Em uma modalidade correlata, o discriminador e/ou estágio desaída do detector de impedância não consome qualquer corrente significativada tensão de alimentação ou da tensão de alimentação adicional, se a queda detensão está abaixo de um valor limiar, e o discriminador e/ou estágio de saídaconsome corrente da tensão de alimentação ou da tensão de alimentaçãoadicional, se a queda de tensão excede o valor limiar. Se a queda de tensãoatravés da impedância elevadora e/ou da impedância abaixadora está abaixodo valor limiar, então a modalidade de espera está presumidamente ativa.

Neste caso o discriminador e/ou o estágio de saída não consome ou somenteconsume uma corrente insignificante da tensão de alimentação, a fonte dealimentação de potência proporciona a diferença de potencial entre a tensãode alimentação e a tensão de terra do circuito. Na modalidade operacional odiscriminador e/ou o estágio de saída é permitido a consumir corrente datensão de alimentação.

O discriminador pode compreender um primeiro estágio e umsegundo estágio. Um discriminador tendo dois estágios pode ter umacaracterística de entrada-saída mais pronunciada, desse modo eliminandoestados intermediários indesejáveis do discriminador. Se o discriminador fazuso de e.g. efeitos de saturação de terminados componentes, o primeiroestágio pode ainda não estar saturado, porém, assiste o segundo estágio nasaturação.

Em uma modalidade correlata, o primeiro estágio compreendedispositivos comutadores. O fornecimento de dispositivos comutadoresoferece a possibilidade de trocar entre dois estados do discriminador sempassar através de estados intermediários.

Os estados intermediários são usualmente desfavoráveis emtermos de consumo de energia de um circuito elétrico. Uma vez que nopresente caso existe interesse em distinguir entre um estado de espera e umamodalidade operacional, dispositivos comutadores respondendo a umacondição na entrada do discriminador asseguram esta funcionalidade.

Em uma modalidade correlata, uma entrada de controle dosdispositivos comutadores de primeiro estágio é acoplada com uma das duasportas de entrada. O potencial na entrada de controle dos dispositivoscomutadores de primeiro estágio, por conseguinte, segue o potencial darespectiva porta de entrada. No caso da primeira entrada de controle istosignifica que o seu potencial é elevado para tensão de alimentação durante amodalidade de espera causada pela interação da impedância elevadora e acondutividade elétrica ausente entre as duas portas de entrada. Consideraçõessimilares podem ser aplicadas à segunda porta de entrada e à impedânciaabaixadora.

Noutra modalidade, uma entrada de controle dos dispositivoscomutadores de primeiro estágio é acoplada com uma das duas portas deentrada através de um filtro passa-baixo. Este filtro passa-baixo previne que odiscriminador comute de um estado para outro aleatoriamente em umambiente ruidoso.Os dispositivos comutadores podem ser selecionados dentreum grupo compreendendo transistores bipolares e transistores MOSFET,transistores de película delgada, diodos, e diodos MIM (metal-isolador-metal). Os transistores MOSFET são controlados por intermédio de umatensão (voltagem) em vez de uma corrente. Os transistores bipolares, poroutro lado, requerem uma tensão limiar mais baixa. Especialmente, se atensão alimentadora é mais exatamente baixa, transistores bipolares podemser usados no primeiro estágio para a correta operação do circuito em vez detransistores MOSFET. Em uma disposição em cascata de dois transistoresbipolares (um afixado ao trilho de alimentação alta, o outro fornecido aotrilho de alimentação baixa) é possível operar o circuito abaixo de 1,5V. Nestecaso seria necessário ter uma tensão de alimentação de pelo menos 1,2V (duasvezes 0,6 V, a tensão limiar dos transistores). Na modalidade com apenas umúnico transistor envolvido, pode mesmo chegar abaixo deste valor. Devido aofato de que a tensão limiar de um transistor bipolar está usualmente em tornode 0,5V...0,6V são possíveis (sob a condição de que o restante do circuito osuporte, também) operar algumas das modalidades propostas bem abaixo de IV.

A utilização de um ou mais transistores como componentesativos (como comutador ou outra função) em um dispositivo pode tornardispositivo inventivo rentável em termos de custo e ainda relativamentepequeno porque é possível realizar transistores sobre áreas de superfície muitopequena de, e.g. um substrato de vidro.

Uma alternativa é utilizar um transistor de película delgadacomo o transistor ou como os transistores do componente ativo do dispositivo.Isto torna o dispositivo mais eficaz em termos de custo e é possível utilizarmateriais mais leves ou materiais flexíveis tal como plástico ou folhasmetálicas.

Em outra modalidade da invenção o elemento ativocompreende um diodo. O utilizar um diodo ou diodos como componentesativos em um dispositivo inventivo torna o dispositivo inventivo ainda maiseficaz em termos de custo e ainda relativamente pequeno porque é possívelrealizar diodos sobre áreas de superfície muito pequena, e.g. um substrato devidro em uma tecnologia que de custo mais baixo que a tecnologia baseadaem transistores.

O elemento ativo também pode compreender um elemento deresistência não linear especificamente um diodo de metal-isolador-metal(MIM). A utilização de um diodo MIM ou diodos MIM como componentesativos em um dispositivo inventivo torna o dispositivo inventivo ainda eficazem termos de custo e ainda relativamente pequeno porque é possível realizardiodos MIM sobre áreas de superfície muitopequena de. e.g. de um substrato de vidro em uma tecnologiaque é de custo mais baixo que uma tecnologia baseada em transistor.

Em outra modalidade, os transistores são de somente umapolaridade. Isto torna o circuito de manufatura mais fácil em eletrônica degrande área.

O estágio de saída pode compreender um transistor e umaimpedância de saída, a tensão de saída sendo derivada na impedância desaída. O transistor do estágio de saída é controlado pelo discriminador econsequentemente determina se a corrente pode passar através da impedânciade saída, que é conectada em série com o transistor de saída. Especialmente,se a impedância ativa do transistor de saída é relativamente baixa comparadacom a impedância de saída (na forma de um resistor), pode ser previsto queuma grande parte da tensão de alimentação está presente através do resistor desaída. Isto significa que qualquer equipamento conectado com o estágio desaída pode ser alimentado com um sinal de saída não ambíguo indicando quermodalidade de espera quer modalidade operacional.

O dispositivo elétrico pode ainda consistir de materiais dogrupo de silício poli cristalino de baixa temperatura, silício amorfo, silícionano cristalino, silício micro cristalino, ou outro material semicondutor talcomo seleneto de cádmio, oxido de estanho, oxido de zinco, ou semicondutores orgânicos.

O transistor de película delgada pode ser fabricado a partir dequalquer uma das tecnologias de matriz ativa bem conhecidas conformeconhecida da manufatura de displays de cristal líquido de matriz ativa e outrosdisplays de matriz ativa. Estas tecnologias incluem a tecnologia de silícioamorfo (a-Si). A tecnologia de poli silício de baixa temperatura (LTPS),atecnologia de Si nano cristalino, a tecnologia de Si micro cristalino, atecnologia de CdSe (Seleneto de Cádmio), a tecnologia de SnO (oxido deestanho), a tecnologia baseada em polímeros ou semicondutores orgânicos,etc. Em alguns casos somente transistores de uma polaridade são disponíveis(e.g. a-Si proporciona somente transistores tipo-n), ao passo que em outroscasos transistores de ambas as polaridades são disponíveis (e.g. LTPSproporciona transistores tipo-n e tipo-p). Todavia, ambos os tipos em umdispositivo é mais dispendioso.

Utilizando tecnologia de diodo em película delgada, conjuntosde matriz ativa a diodo (como foram usados para LCDS de matriz ativa)podem ser ativados de várias maneiras conhecidas, uma das quais é aabordagem de diodo duplo com restauração (D2R),ver K.E. Kuijk,Proceeding of the Wth International Display Research Conference (1990,Amsterdam),p. 174, que são aqui incorporados a título de referência.

A operação dos circuitos de acordo com a invenção pode sertornar muito independente da característica do diodo e tanto diodos PIN comoSchottky podem ser selecionados. Um diodo PIN (ou Schottky-IN) pode serformado usando um processo simples de 3-camadas. Uma camadasemicondutora amorfa, uma pilha de regiões p-dopada, intrínseca, e n-dopada,são interpostos entre linhas de metal superior e inferior, que sãoperpendicularmente orientadas. As propriedades elétricas são dificilmentesensíveis ao alinhamento.

Embora oferecendo flexibilidade algo menor que pelautilização de TFTs, é também possível realizar o dispositivo utilizando atecnologia menos rigorosa de diodo metal-isolador-metal (MIM). O diodoMIM pode ser introduzido como um elemento de resistência não linear.

O dispositivo MIM (ou Diodo - MIM) é criado separando duascamadas metálicas por uma camada isolante delgada (exemplos são nitreto desilício hidrogenado intercalado entre metais de Cr ou Mo, ou isolador deTa205 entre eletrodos de metal Ta, ver e.g. A.G, Knappp e R.A. Hartman,Anais da XIV Conferência Internacional de Pesquisa de Display (1994) p. 14assim como S. Aomori & outros, SID 01 Digest (2001) p.558; Estasinvenções são aqui incorporadas a título de referência), e é convenientementerealizado na forma de uma estrutura em cruz. Ambas as camadas metálicas etambém a camada isolante são realizadas sobre o mesmo substrato.

Em outra modalidade, o dispositivo elétrico é alimentado porbateria. O dispositivo elétrico é independente da disponibilidade de uma gradede potência. Na realidade naqueles casos, em que o dispositivo elétrico éproposto para ser usado ou conduzido através de um período de tempo maislongo, a potência ou energia não deve ser desnecessariamente desperdiçada.

O dispositivo elétrico pode ainda compreender uma dealimentação adicional, Esta de alimentação adicional pode ser uma bateria,um conversor de CC/CC, uma bomba de carregar ou algo similar. A fonte deenergia adicional é por exemplo usada durante a modalidade operacional,porém não durante a modalidade de espera ou aguardo. Uma vez que odetector de impedância pode ser projetado para operar com baixas tensões dealimentação, é desnecessário fazer uso da de alimentação de energia adicionaldurante a modalidade de espera. Durante a modalidade operacional a fonte dealimentação adicional pode ser usada para ativar aqueles dispositivos que sãoativados pelo detector de impedância. Em uma modalidade específica, a fontede alimentação adicional fornece energia a um dispositivo de processamentode dados. Isto é útil naqueles casos onde o dispositivo processador de dadosrequer uma determinada de alimentação, tal como uma tensão de alimentaçãosuficientemente elevada. Outrossim, o dispositivo processador de dados podeser previsto para ser desligado pelo comutador do discriminador.de ativaçãoautomática

Em outra modalidade, o detector de impedância elétricaoferece uma função de ativação automática para o dispositivo. Isto elimina anecessidade por um comutador liga/desliga dedicado. Outrossim, o aparelhetambém mais fácil de usar. Em uma aplicação típica, na qual o dispositivo éproposto para ser usado por um usuário com contato direto com a pele, assimque ambos os eletrodos entram em contato com a pele do usuário, o detectorde impedância elétrica detecta a condutividade definida pelo corpo humano eativa o dispositivo elétrico. Uma vez que é ativado pela pele de alguma pessoaentrar em contato com dois eletrodos, seria especialmente útil em dispositivosque alguma pessoa segura em sua mão enquanto fazendo uso do mesmo(telefone celular, controle remoto), fica de pé com os pés nus sobre oseletrodos enquanto fazendo uso do mesmo (balança para pesar), ousemelhante.. Existem também algumas aplicações relativas a doençasespecíficas dos olhos onde o usuário necessita usar óculos especiais comcomponentes eletrônicos alimentados por bateria integrados, durante o diatodo. Estes dispositivos poderiam ser ativados automaticamente comodispositivo elétrico descrito assim que o usuário faz uso dos mesmos. Umdispositivo auditivo, por exemplo aquele que é integrado na haste dos óculostambém poderia ser ativado automaticamente com o auxílio da invenção.Quando chega a hora de desligar o dispositivo mais uma vez, o seguinte éproposto. Quer o dispositivo é desativado quando a impedância assume umvalor maior que um valor limiar dado. Se o dispositivo mede um sinal, acondição de desativar poderia ser associada com o sinal estar abaixo de umvalor limiar do sinal. Nestes casos, é um dispositivo processador de dados quemede o sinal e determina quando este desvanece, que causa o dispositivo aassumir uma modalidade de espera. Quer o dispositivo passar paramodalidade de espera diretamente após a condição se efetiva,isto é, o sinal sedesvaneceu, quer após um tempo predefinido.

Em outra modalidade, o dispositivo elétrico adicionalmentecompreende um transdutor para converter um sinal não elétrico em um sinalelétrico que é conectável com as portas de entrada. O sinal não elétrico podeser um sinal acústico, sinal óptico, sinal associado com uma temperatura,pressão, campo magnético, radiação ou similar.

Em uma modalidade adicional, o transdutor é previsto paravariar sua impedância ao receber o sinal não elétrico. O transdutor poderia serum elemento ativo, isto é, um elemento amplificador (tal como um diodo ouum transdutor) ou um elemento passivo (tal como um resistor). A alteração daimpedância do transdutor é então detectada pelo dispositivo de impedância,que causa o dispositivo elétrico a passar da modalidade de espera para amodalidade operacional. Um valor limiar da intensidade do sinal elétricodefine quando o dispositivo passa da modalidade de espera para a modalidadeoperacional e vice versa. Também pode ser contemplado que somente aativação do dispositivo seja causada pelo detector de impedância. Adesativação do dispositivo é então causada por um processador de dados que éparte do dispositivo elétrico ou conectado com o mesmo; Após o sinal nãoelétrico ter permanecido silencioso por um determinado período de tempo, oprocessador de dados decide comutar o inteiro dispositivo elétrico para amodalidade de espera. O dispositivo elétrico permanece na modalidade deespera até o sinal não elétrico vir a ficar mais forte mais uma vez. De acordocom uma modalidade associada o dito transdutor é selecionado do grupo demicrofones, detector capacitivo, capacitor com uma única ou com múltiplasplacas, elemento piezo elétrico, elemento de temperatura (resistor, diodo,transistor, etc), elemento magneto-resistivo, foto sensor (inclusive foto diodo,foto transistor, foto resistor, CCD etc), sensor de pressão, químico oubiossensores.

Em outra modalidade, o dispositivo elétrico poderia ser usadopara implementar elementos de controle que são controlados pelo usuário damaneira descrita pelo fechamento de um circuito elétrico através de seu corpoou partes do mesmo. O dispositivo poderia por exemplo ser usado em umcontrole remoto para dispositivos eletrônicos de consumidor ou em telefonescelulares. Isto evita comutadores mecânicos para que o dispositivo possa serfacilmente selado e/ou apresentar uma construção singular, robusta, e/ou lisa.A pluralidade de detectores de impedância elétrica poderia ser conectada comum teclado compacto, para que o usuário possa digitar um código numéricoou alfa numérico sucessivamente pressionando diferentes áreas de contato,cada área de contato correspondendo a uma tecla específica e conectada comum dentre uma pluralidade de detectores de impedância elétrica. Oalojamento do dispositivo poderia então ser metálico ou compreender umnúmero de embutidos elétricos, representando o primeiro eletrodo. Quando ousuário segura o dispositivo, sua epiderme entra em contato com esteeletrodo. Sobre o topo do alojamento determinada área para o teclado seriaobjeto de isolamento, com as teclas sendo as pequenas superfícies metálicaslocalizadas no interior da área isolante. Quando o usuário aplica um dedosobe um dos eletrodos tecla enquanto segurando o alojamento com a outramão, ele fecha o contato entre o eletrodo tecla e o alojamento. Os teclados detelefones celulares ou controles remotos poderiam ser realizados destamaneira, assim tornando os mesmos insensíveis à sujeira. No setor dedispositivos eletrônicos de consumidor, uma aplicação de fone para cabeçacontrolada por ação táctil para toca-discos MP3 e telefones que dispensam ouso das mãos poderia empregar uma funcionalidade dessa natureza. Umdispositivo simples poderia ser uma lanterna que se acende quando umapessoa a segura.

Porém também instalações permanentes como cabines detelefones públicos ou ATMs poderiam se beneficiar do dispositivo elétricoproposto. Se seus teclados fossem projetados como superfícies metálicasplanas, os custos de manutenção poderiam decrescer e os dispositivos seriammenos vulneráveis a vandalismo a que estão sujeitos atualmente com botõesde pressão mecânicos.

Na indústria onde existem as denominadas "áreas explosivas",tal como um posto de gasolina ou uma refinaria, onde o uso de comutadoresmecânicos nos dispositivos é genericamente proibido porque sobdeterminadas condições uma pequenina centelha se apresenta entre oscontatos de um comutador mecânico quando este se abre ou se fecha. Porconseguinte, dispositivos e instrumentos para áreas explosivas tambémpoderiam ser um campo de aplicação possível da tecnologia descrita.

Caso o dispositivo elétrico ou o detector de impedância sejaconsiderado como um sensor para a presença de material eletricamentecondutivo nas cercanias do dispositivo, então outra variedade de aplicaçõespode ser identificada. Isto é especialmente relevante para aplicações onde odispositivo é tipicamente armazenado através de um longo período de tempoantes de ser usado (longo período de armazenamento).

Um exemplo para esta categoria de dispositivos são as fraldasque emitem um alarme assim que se enchem ou encharcam. Em geral,dispositivos (elétricos) são muito apropriados para o circuito de acordo com ainvenção.Outro exemplo poderiam ser as pílulas-e (pílulas eletrônicas) que setornam ativas a partir do momento em que são engolidas. O mesmo se aplicaa alguns bio-testes, tais como testes de glucose ou testes de gravidez. Aquelesdispositivos tipicamente compreendem um display (visor) e alguns detectorese dispositivos processadores. Seria de grande conveniência se dispensassem oter de serem ativados. No momento da presença de um fluido sobre osmesmos, de forma a ser medido, seriam automaticamente ativados. Aindaoutro exemplo seriam as luzes instaladas em botes salva-vida e coletes salva-vidas que principiam a piscar automaticamente assim que o dispositivo atingea água,de modo a chamar a atenção das equipes de resgate. Atualmente, é abateria própria que principia a produzir eletricidade

quando se molha. A tecnologia proposta aqui em combinaçãocom uma bateria padrão exibindo uma longa vida útil armazenada poderiaoferecer uma alternativa. Também detectores de fumaça/incêndio ou outrossensores ambientais são contemplados, por exemplo, para remotamentemonitorar o ar quanto a poluentes, gases, pólen, substâncias biológicas oupara proteção contra bio-terrorismo, etc.

Também vibrações poderiam ser usadas como sinal de entradaa ser medido. Aplicações poderiam ser no domínio militar (microfonesdirecionais), detectores sísmicos, estabilidade de edifícios, pontes, etc. Osúltimos poderiam ter uma longa vida de espera.

A faculdade de detectar a presença de água também poderiaser muito interessante para a indústria de construção. Especialmente apresença de umidade em paredes é um problema grandemente difundido quepode afetar seriamente a segurança e a funcionalidade de edifícios eestruturas. Além disso, em paises adiantados onde a manutenção de edifíciosrepresenta uma grande parte da indústria de construção água pode se tornaruma questão de grande importância.

Uma unidade sensora de água é contemplada, que se apresentaem uma pequena embalagem hermeticamente selada. A unidade sensoracompreenderia o conjunto de circuito do dispositivo elétrico proposto oudetector de impedância como o sensor, com os eletrodos perfeitamenteintegrados com a superfície da embalagem, outrossim uma bateria com umlonga vida útil armazenada e finalmente o enlace com o mundo exterior demaneira a emitir um sinal de alarme no caso de detecção de água, depreferência algum tipo de enlace sem-fio. Estes sensores poderiam serembutidos nas paredes dos edifícios, diques, etc. de modo a emitir um alarmeadiantado se a água estiver silenciosamente penetrando na estrutura. Quando aágua volta a recuar ou se retrair, as unidades sensoras eventualmente cessamde emitir sinais de alarme, dessa maneira habilitando uma estimação dasegurança dos edifícios. Praticamente da mesma maneira, as unidadessensoras de água também poderiam ser usadas para observar o processo decura ou solidificação de concreto em paredes e edifícios recém erigidos. Umsensor de água também poderia servir como um sensor de chuva paralimpadores de pára brisa de automóveis, ou como um sensor de pistas derodovias molhadas sobre o lado de baixo do arco de roda do carro.

Para um sensor magnético, tal como um sensor magneto-resistivo, aplicação em um sistema de freio antibloqueio, em uma bússolaeletrônica, e em um biossensor magnético pode ser citada.

Além de sinais elétricos, outros tipos de sinais poderiam serusados como entrada. Para algumas aplicações, existe um microfone ousemelhante convertendo e.g,

um sinal acústico em uma impedância. Aplicações para istocompreendem baby fones, dispositivos auditivos (também ativados quando osom está acima de um valor limiar), dispositivos de cancelamento de ruído,alto falante de automóveis, detecção remota/ e.g. poluição acústica. Sinaisópticos representam outro possível campo de aplicação, e.g. na unidadesensora de um controle remoto. Para muitos dispositivos, tais comotelevisores, unidades de Hi-Fi, isto poderia criar um potencial paraeconomizar energia, especialmente se a modalidade de espera pudesse serpotência zero.

É também possível usar a invenção em um dispositivo paradetectar entrada táctil, também através de acoplamento capacitivo. Porconseguinte, os eletrodos do circuito não têm de ser tocados diretamente.Uma tecnologia deste tipo poderia ser usadas em telas sensíveis toque,sensores de impressões digitais, e até em volantes de direção de automóveisem relação com um sensor de fadiga.

O dispositivo elétrico pode ainda compreender portas deentrada adicionais. Os resultados quanto ao fato de uma impedância entre umpar de duas portas de entrada arbitrárias exceder o valor limiar sãocombinados por uma combinação lógica. A combinação lógica pode ser umaoperação lógica E, uma operação lógica OU, uma operação XOU, ou outraoperação lógica. Por exemplo, a operação lógica E pode ser usada se todas asportas de entradas têm de ser conectadas corretamente de maneira a obter umsinal significativo.

O dispositivo elétrico pode ainda compreender portas deentrada adicionais, em que uma medição cíclica é efetuada pela operaçãocíclica de emparelhamento de duas portas de entrada. Isto permite que odispositivo elétrico busque pelo melhor sinal, que pode estar presente entredois eletrodos arbitrários. Se dois ou mais detectores de impedância edispositivos processadores de dados são previstos, um detector de impedânciapode ser usado para constantemente buscar por um sinal satisfatório (p.ex. forte), enquanto o outro detector de impedância efetua a efetiva aquisição dedados. As funções de ambos podem se alterar, uma vez que tenha sidodeterminado que um sinal superior (e.g. mais forte) que aquele atualmenteadquirido se encontra disponível.

Em um dispositivo elétrico compreendendo portas de entradaadicionais, o dispositivo pode ser disposto para busca por umemparelhamento de duas portas de entrada apresentando um sinal que é omelhor de acordo com uma medida de qualidade definida. Isto pode serrealizado de uma maneira cíclica, aleatoriamente ou baseado sobre um padrãoespecífico. Por exemplo, o padrão poderia memoriza quais portas de entradaapresentaram sinais satisfatórios {e.g. fortes) no passado próximo, focalizandoa busca sobre estas portas de entrada. Sinal "bom", "melhor" e "ideal" nestecontexto significa "bom", "melhor" e "ideal" de acordo com uma medida dequalidade definida (amplitude de sinal, relação de sinal para ruído, etc.)

Uma modalidade adicional relaciona-se com um detector deimpedância a ser usado em um dispositivo elétrico conforme descrito.Odetector de impedância é conectável com pelo menos um vértice situado emuma extremidade do segmento compreendendo a impedância a serdeterminada. O detector de impedância pode ser provido como umcomplemento para os dispositivos elétricos existentes.

A fig. 1 é um diagrama de circuito esquemático mostrando aestrutura básica de um detector de impedância elétrica de acordo com apresente invenção.

A fig. 2A é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica de acordo com a presente invenção, empregandotransistores MOSFET como elementos de comutação.

A fig. 2B é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica de acordo com a presente invenção empregandotransistores bipolares no primeiro estágio discriminador e transistoresMOSFET alhures como elementos comutadores.

A fig. 3 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica de acordo com uma modalidade da presente invençãotendo um número reduzido de componentes.

A fig. 4 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica com um N-MOSFET e dois diodos.

A fig. 5 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica com um transistor NPN-bipolar e dois diodos;

A fig. 6 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica com um P-MOSFET e dois diodos;A fig. 7 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica com um transistor bipolar NPN e dois diodos;

A fig. 8 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica com um N-MOSFET e um diodo zener;

A fig. 9 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica com um transistor bipolar NPN e um diodo Zener;

A fig. 10 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica com um P-MOSFET e um diodo Zener;

A fig. 11 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica com um transistor bipolar PNP e um diodo Zener;

A fig. 12 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica com um N-MOSFET e um diodo zener mais um diodonormal.

A fig. 13 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica com um transistor bipolar NPN e um diodo zener maisum diodo normal.

A fig. 14 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica com um P-MOSFET_e um diodo zener mais um diodonormal.

A fig. 15 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica com um transistor bipolar PNP e um diodo Zener maisum diodo normal.

A fig. 16 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica com um discriminador de transistor do tipo n único.

A fig. 17 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica com um discriminador de transistor do tipo-p único.

A fig. 18 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica com discriminador tendo um único transistor tipo-n e umdiodo na direção inversa como elemento elevador.A fíg. 19 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica com discriminador tendo uma de suas portas de entradaconectada com a tensão de alimentação.

A fig. 20 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica com discriminador tendo uma de suas portas de entradaconectada com a tensão de terra.

A fig. 21 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica usando diodos e transistores de efeito de campo em lugarde resistores.

A fig. 22 é um diagrama de circuito de uma variante dodetector de impedância elétrica simplificado mostrado na fig. 21;

A fig. 23 é um diagrama de circuito do detector de impedânciaelétrica simplificado similar à fig. 16 na qual um consumidor é diretamenteenergizado.

A fig. 24 é um diagrama de circuito de um conjunto de doisdetectores de impedância elétrica mostrados na fig. 16 de maneira aimplementar uma função lógica-E;

A fig. 25 é um diagrama de circuito similar aquele da fig. 24com um sinal de saída não-invertido;

A fig. 26 é um diagrama de circuito similar aquele da fig. 24suportando múltiplas entradas;

A fig. 27 é um diagrama de circuito de um conjunto de doisdetectores de impedância elétrica mostrado na fig. 16 de maneira aimplementar uma combinação lógica OU;

A fig. 28 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica suportando múltiplas entradas de eletrodo;

A fig. 29 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica otimizado com um circuito de múltiplas entradas paraconexão arbitrária de pastilhas sensoras de entrada;A fig. 30 mostra o conjunto a fig. 29 otimizado com umsegundo detector de impedância elétrica;

A fig. 3lé um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica usando transistores de efeito de campo;

A fig. 32 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica usando transistores de efeito de campo sintonizáveis portensão externa;

A fig. 33 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica apresentando um valor limiar definível;

A fig. 34 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica apresentando um valor limiar ajustável;

A fig. 35 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica apresentando um valor limiar variável;

A fig. 36 é uma variante do detector de impedância mostrado

na fig. 35;

A fig. 37 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica usando somente diodos e capacitores;

A fig. 38 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica usando um único diodo e capacitor;

A fig. 39 mostra uma modificação do detector de impedânciaelétrica ilustrado na fig. 3;

A fig. 40 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica empregando uma segunda bateria e um transistor bipolarNPN;

A fig. 41 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica empregando uma segunda bateria e um transistor N-MOSFET;

A fig. 42 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica empregando uma segunda bateria e um transistor bipolarPNP;

A fíg. 43 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica empregando uma segunda bateria e um transistor P-MOSFET;

Na descrição que se segue, um componente é tipicamentemencionado e explanado quando a figura é descrita, no qual o componente seapresenta pela primeira vez. Sinais de referência similares ou idênticos sãousados para componentes similares ou idênticos.

A fig. 1 mostra a estrutura básica de um detector deimpedância de uma maneira esquemática. No lado esquerdo do desenho, trêssegmentos de um trajeto da tensão de alimentação +Vbat i_para a segundatensão V2 são mostrados. Cada segmento compreende uma rede de doisterminais 31, 20, e 32, respectivamente. O conjunto de redes 31,20, e 32 podeser considerado como um divisor de tensão. Este também é o caso se as redes31, 20, e 32 são condutividades ou resistências. A rede de dois terminais 20no centro é para ser testada ou determinada, e.g. com respeito à suaimpedância. Em muitas aplicações, a rede de dois terminais a ser determinada20 muda de estado durante a operação do detector de impedância. Estamudança de estado das duas redes terminais 20 resulta em uma alteração dopotência de um vértice entre as duas redes duas redes 20 e 32. Este potencial éavaliado por um discriminador 50, a estrutura básica do qual é mostrada nafigura 1. O discriminador 50 é conectado com outra tensão de alimentação+Vbat2 e uma terceira tensão V3. Compreende um comutador 51 que éresponsivo ao potencial do vértice entre as duas redes 30 e 32. O fechamentodo comutador 51 causa uma corrente a passar da tensão de alimentaçãoadicional +Vbat2 para a terceira tensão V3. Esta corrente pode ser usada paraativar ou alimentar e.g. uma unidade externa (não mostrada).

Reportando-se a seguir à fig. 2A, nela é mostrado umdiagrama de circuito de um detector de impedância elétrica 100. Aimpedância elétrica a ser detectada é eletricamente localizada entre umaprimeira porta de entrada 121 (Ei) e uma segunda porta de entrada (E2). Odetector de impedância elétrica 100 é alimentado por uma tensãoalimentadora (+Vbat) que pode ser proporcionada por uma bateria. Tambémtem uma tensão de terra de circuito (0V). Uma das partes essenciais dodetector de impedância elétrica 100 é o discriminador, que tem dois estágiosno caso representado. O primeiro estágio do discriminador é construído emtorno de dois transistores MOSFET 151 e 152. De uma maneira conhecida, aresistência fonte-dreno de um transistor MOSFET é controlada pela tensãofonte-porta do mesmo transistor. Presumindo-se um estado estacionário para odetector de impedância, o conjunto de resistor 141 (R3) e capacitor 143 (d)pode ser ignorado, uma vez que um filtro passa-baixo que não afeta umatensão CC. Assim, o potencial da porta (G) do transistor MOSFET 151 (Mi) édeterminado pela queda de tensão através do resistor 131 (Ri). Este resistor131 funciona como um resistor elevador para o transistor MOSFET 151.

Um esquema similar pode ser encontrado em torno dotransistor MOSFET 152 (M2) com um resistor abaixador 132 (R2) e um filtropassa-baixo constituído do resistor 142 (R4) e capacitor 144 (C2).

O segundo estágio do discriminador compreende o transistorMOSFET 163 (M4)

e correspondente resistor elevador 161 (R5), e transistorMOSFET 164 (M3) e correspondente resistor abaixador 162 (R4).

O estágio de saída do detector de impedância elétrica 100compreende o transistor MOSFET 172 (M5), correspondente resistor elevador171 (R7), resistor de saída 173 (R8) e porta de saída 174. Entre a porta de saída174 e a tensão de terra de circuito uma tensão de saída pode derivadarepresentando a presença ou a ausência de uma condutividade elétrica entre asportas de entrada 121 e 122.

O conjunto de transistores MOSFET M3, M4 e M5_tambémpode ser entendido da seguinte maneira. O transistor MOSFET M3 assume afunção de um inversor lógico para o sinal proveniente do transistor MOSFETMi. Os transistores MOSFET Mt_e M5 podem ser considerados como umafunção lógica E para os sinais que estão presentes no dreno do transistorMOSFET M2_e no dreno do transistor MOSFET M3.

Cada um dos cinco transistores MOSFET 151, 152, 163, 164 e172 são do tipo de otimização, que significa que o canal entre dreno (D) efonte (S) é completamente não condutivo, enquanto a tensão de controle entrea porta (G) e a fonte permanecer abaixo de um determinado valor limiar devários volts.

Enquanto as portas de entrada 121 e 122 permanecer nãoconectadas por uma condutividade elétrica suficientemente grande (isto é,impedância suficientemente pequena), o transistor MOSFET 151 permaneceráaberto, por que o resistor elevador 131 levará a sua tensão porta-fonte a zero.

A razão é que inexiste trajeto de corrente entre a tensão alimentadora +Vbat e atensão terra de circuito 0V.

Pela mesma razão o transistor MOSFET 152 se abrirá, umavez que o resistor abaixador 132 levara sua tensão porta-fonte a zero. Comambos os transistores MOSFET 151 e 152 abertos, inexiste corrente passandoatravés dos resistores 162 e 161 tampouco, desse modo deixando abertoaqueles transistores MSOFET 163 e 164, porque suas tensões porta-fonte sãoentão levadas a zero pelos resistores 161 e 162, respectivamente. Com otransistor MOSFET 163 aberto inexiste corrente alimentando o resistor desaída 173 de modo que a tensão de saída Viead é zero.

Assim que as duas portas de entrada 121 são conectadas porintermédio de uma condutividade elétrica entre elas, os resistores 131, 132 e acondutividade elétrica entre as duas portas de entrada 121 e 122 formarão umdivisor de tensão, que alimentará ambos o transistor MOSFET 151 e otransistor MOSFET 152 com suficiente tensão porta-fonte, de modo a ativaras mesmas. O resistor 141 e o capacitar 143 representam um filtro passa-baixo, que prevenirá o transistor MOSFET 151 de vir a ser ativado/desativadoaleatoriamente em um ambiente ruidoso. O mesmo se aplica para o resistor142 e capacitar 144 com respeito ao transistor MOSFET 152.

Se os transistores MOSFET 151 ou 152 do primeiro estágiodiscriminador são condutivos, isto se propagará através do segundo estágio dodiscriminador e do estágio de saída do detectar de impedância elétrica 100.

Embora não requerido para toda aplicação, pode sercontemplado conectar e.g. um dispositivo processador de dados 180, e.g. paraaquisição ou análise de dados. Com as portas de entrada 121 e 122. Se umacondutividade elétrica está presente entre as duas portas de entrada, suasrespectivas tensões atuam como entrada para o dispositivo de aquisição dedados ou análise 180, que avalia, armazena ou processa de alguma outramaneira os sinais captados pelos eletrodos, sensores, antenas, sondas etc. Quesão conectadas com as portas de entrada 121, 122. Tipicamente, osdispositivos processadores de dados apresentam alta impedância de entradadevido à natureza fraca dos sinais medidos. Em conseqüência, o dispositivoprocessador de dados 180 não interfere com a detecção de dados efetuada pelapresente invenção.

O dispositivo processador de dados 180 é configurado paraprocessamento de sinais. Pode realizar amplificação, filtragem, mudança denível, conversão A/D, memorização, etc. Técnicas são conhecidas paraprojetar circuitos 180 para baixa tensão operacional e amplificação de trilhopara trilho.

A fig. 2B mostra outra modalidade da presente invenção.Neste detectar de impedância elétrica os dois transistores MOSFET 151 e 152do primeiro estágio do discriminador foram substituídos por dois transistoresbipolares 251 e 252. Especialmente se a tensão de alimentação +Vbat é decerto modo baixa, pode ser aconselhável para a correta operação do circuitonão ter transistores MOSFET no primeiro estágio. De maneira a ter ambos ostransistores MOSFET 151 e 152 da modalidade ilustrada na fig. 2A ativadoscondutivamente corretamente, é necessário que a tensão de alimentação +Vbatseja maior que a soma das tensões limiares de transistores MOSFET 151 e152. Esta soma pode ser de até vários volts. Por conseguinte, a modalidadeilustrada na flg. 2B utiliza em seu lugar transistores bipolares 252 e 251 que jáserão ativados a uma tensão base-emissor tão baixa quanto deaproximadamente 0,6 V. Ao assim proceder, é possível operar o circuito comuma tensão de alimentação de apenas 1,5V. A presente modalidade tambémpode ser usada se a tensão de alimentação é de 3V, que é a tensão produzida,por exemplo, por duas baterias AA- ou AAA- standard. Naquelasmodalidades, a tensão de saída pode ser usada diretamente para alimentar, porexemplo, o dispositivo processador de dados 180 e quaisquer outroscomponentes do dispositivo elétrico que são propostos para permanecereminativos quando o dispositivo elétrico está na modalidade de espera e ativadosquando está na modalidade operacional. Alternativamente a tensão de saídatambém pode ser usada como um sinal ativador para, e.g., componentes decircuito de controle da de alimentação.

A fig. 3 mostra outra modalidade possível da presenteinvenção. Em comparação com a modalidade mostrada na fig. 2A, amodalidade ilustrada na fig. 3 tem menor número de componentes. A fig. 3mostra o diagrama de circuito de um detector de impedância elétrica 100. Oscircuitos de entrada compreendendo o resistor elevador

131, resistor abaixador 132, filtros passa-baixo (R3i d e R4,C2) e o primeiro estágio do discriminador (Ml5 M2) correspondem aqueles jádescritos com referência à fig. 2A. A saída de transistor MOSFET 152 (M3),que está presente no dreno de M2, é conectada da mesma maneira comopreviamente com o eletrodo porta do transistor MOSFET 163 (M4) através doresistor 161 (R5). Todavia, a saída de transistor MOSFET 151 (Mi) não passamais através de um inversor. Em vez disso é diretamente conectada com afonte do transistor MSFET M4 e com um resistor abaixador 155 (R15). Esteresistor abaixador R!5 assegura a presença de uma tensão definida na conexãoentre o dreno de Mi e o eletrodo fonte de M4, se nem Mj nem M4_estiveremconduzindo, tomando a tensão no dreno de Mi e no eletrodo fonte de M4 areduzindo para a tensão de terra. A velocidade desta transiente dependeprincipalmente do valor do resistor R15. Como dantes, uma função lógica E éefetuada sobre os sinais de saída de transistores MOSFET Mi e M3. Emcontraste com o circuito da fig. 2A, no qual a função lógica E é efetuada deuma maneira direta pelos dois transistores MOSFET Mt_e M5, que sãorespectivamente controlados pelos sinais que estão presentes nos seusrespectivos eletrodos porta, o circuito na fig. 3 em torno do transistorMOSFET M4 implementa uma função lógica E, intrínseca, isto é, imanente. Oeletrodo porta do transistor MSOFET M4 é controlado pela saída de transistorMOSFET M2 que proporciona um dos sinais de entrada. O segundo sinal deentrada é fornecido pelo transistor MOSFET Mi e controla diretamente atensão no eletrodo fonte do transistor MOSFET M4. Como acima indicado,esta modalidade economiza o inversor de sinal lógico, implementado pelotransistor MOSFET M3 e o transistor M5 da porta lógica E. Embora estamodalidade reduzida de um detector de impedância elétrica possa ter umacaracterística de comutação ligeiramente menos ideal que aquela mostrada nafig. 2A, pode ser apropriada para determinadas aplicações.

A fig. 4 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica com um transistor N-MOSFET e dois diodos. Comparadocom as modalidades prévias, utiliza um menor número de componentes.Particularmente, o discriminador utiliza um único N-MOSFET 452 como umelemento de comutação. Outrossim, o detector de impedância elétrica diferedo precedente pelo fato de dois diodos 431 serem usados como umaresistência elevadora. Deve ser observado que nesta e nas modalidadessubseqüentes o número de diodos ligados em série também poderia ser de trêsou ainda maior. Sua finalidade é criar uma queda de tensão que sejasuficientemente alta para que nenhuma entrada do dispositivo processador dedados 180 seja ligada diretamente com a tensão de alimentação plena ou 0V.O número de diodos depende do tipo de diodo que é usado. Um diodostandard exibe uma queda de tensão de 400 mV...700 mV.

Alternativamente, diodos Schottky tendo uma queda de tensãode 200mV...300mV poderiam ser usados. Por conseguinte, seria vantajosoutilizar um ou mais de um diodo conectados em série compreendendoqualquer combinação de diferentes tipos de diodo. Opcionalmente, apenas umúnico diodo poderia ser usado. Para ausência de ambigüidade, os resistoresRi, R2 e R3_têm os sinais de referência 432, 442 e 461, respectivamente. Amesma observação se aplica para o capacitor C2, agora tendo o sinal dereferência 444. Suas funções foram descritas acima para componentessimilares.

A fig. 5 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica com um transistor bipolar NPN e dois diodos. Estecircuito é similar aquele mostrado na fig. 4, exceto pelo fato de um transistorNPN-bipolar 552 ser usado como um elemento comutador.

A fig. 6 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica com um P-MOSFET e dois diodos. Este circuito utilizaum P-MOSFET 151 e dois diodos 632, ao passo que sua réplica em torno doMOSFET 152 (ver a fig. 1) é omitida. O conjunto de circuito que efetua ocontrole da tensão de eletrodo porta do P-MOSFET 151 é basicamenteinalterado com respeito à fig. 2A. O resistor 641 (R2) faz parte do filtro passa-baixo, e o resistor 662 (R3) é o resistor de onde a tensão de saída é derivada.

A fig. 7 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica com um transistor bipolar e dois diodos. A fig. 7corresponde à fig. 6, exceto pelo uso de um transistor bipolar PNP 251.A fig. 8 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica com um N-MOSFET e um diodo zener. Este circuito ésimilar aquele mostrado na fig. 4, porém em vez de dois diodos, é utilizadoum diodo Zener 831.

A fig. 9 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica com um transistor bipolar NPN e um diodo Zener. Estecircuito é similar aquele mostrado na fig. 5, porém em vez de dois diodos, umdiodo Zener 831 é utilizado.

A fig. 10 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica com um P-MOSFET 651 e um diodo Zener 1032. Estecircuito é similar aquele mostrado na fig. 6, porém em vez de dois diodos, éutilizado um diodo Zener 1032.

A fig. 11 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica com um transistor bipolar PNP 251 e um diodo Zener.

Este circuito é similar aquele mostrado na fig. 7, porém, em vez de doisdiodos, um diodo Zener 1032 é utilizado.

A fig. 12 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica com um N-MOSFET 4452 e um diodo Zener mais umdiodo normal. Este circuito é similar aquele mostrado na fig. 4, porém em vezde dois diodos, um diodo Zener 831 e um diodo 1231 na direção para frentesão utilizados.

A fig. 13 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica com um transistor bipolar NPN 552 e um diodo Zener831 e um diodo 1231 na direção para frente é usado.

A fig. 14 é um detector de impedância elétrica com P-MOSFET 151 e um diodo zener mais um diodo normal. Este circuito é similaraquele mostrado na fig. 6, porém em vez de dois diodos, um diodo Zener1032 e um diodo 1432 na direção para frente é usado.

A fig. 15 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica com

um transistor bipolar PNP 251 e um diodo Zener mais umdiodo normal. Este circuito é similar aquele mostrado na fig. 7, porém em vezde dois diodos, um diodo Zener 1032 e um diodo 1432 na direção para frenteé usado.

A fig. 16 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica com um discriminador de transistor do tipo-n único. Otransistor tipo-n 152 é o único elemento comutador neste esquema. Ativa oresistor 1673, que serve principalmente para proporcionar um vértice de ondea tensão de saída pode ser derivada. O uso de um único transistor no circuitode saída apresenta as seguintes diferenças às modalidades utilizando dois oumais transistores. Primeiro, a tensão de bateria pode ser reduzida, pois agoranecessita somente exceder a tensão limiar de somente um transistor. Com oscircuitos apresentados nas figs. 2A a 3 inclusive, duas vezes a tensão limiar deum dos transistores era necessária. A redução a somente um transistor resultaem uma economia de energia direta. Outrossim, o circuito pode ser realizadocom somente transistores tipo-n (fig. 16) ou tipo-p (fig. 17). Isto significa queCMOS (semicondutor de oxido metálico complementar) é desnecessário.Desta maneira, o circuito torna-se compatível com componentes eletrônicosde grande área de baixo custo, onde com freqüência somente uma polaridadede transistores é disponível (Si amorfo é somente do tipo-n, TFTs orgânicos)ou onde um processo de custo mais baixo é disponível (tipo-p ou tipo-nsomente LTPS economiza duas etapas de máscara comparado com LTPSCMOS). Outro aspecto característico é que a eletrônica de grande área émanufaturável sobre substratos flexíveis, que o torna particularmenteapropriado para aplicações onde amoldabilidade é exigida. Finalmente, ocircuito da fig. 16 também resulta em menor número de componentes e, porconseguinte, em custo mais baixo e substrato menor.

A fig. 17 é um diagrama de circuito de detector de impedânciae com discriminador de transistor de tipo-p único. Mostra um circuitoacompanhante daquele da fig. 16. Um resistor 1775 permite que a tensão desaída seja derivada.

A fig. 18 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica com um discriminador tendo um transistor único do tipon e um diodo na direção inversa como elemento elevador. Com respeito à fig. 16, da qual é derivado, apresenta um diodo 1831 que substitui o resistor 131.

Este diodo em reverso 1831 atua como um resistor ôhmico elevado.

A fig. 19 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica com um discriminador tendo uma de suas portas deentrada conectada com a tensão de alimentação. O circuito nesta figura diferedaqueles nas figs. 16 e 17 pelo fato de que a porta de entrada 121 estádiretamente ligada com +Vbat. Pode ser usado por exemplo nos casos onde édesnecessário medir um sinal bipolar nas portas de entrada 121 e 122. Odispositivo processador de dados modificado 181 é suscetível de manipularsinais de entrada onde uma das portas de entrada é ligada com +Vbat.

A fig. 20 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica com um discriminador tendo uma de suas portas deentrada conectada com a tensão de terra. O dispositivo processador de dadosmodificado 182 é suscetível de processar sinais de entrada onde uma dasportas de entrada é ligada com 0V.

A fig. 21 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica usando diodos e transistores de efeito de campo em vezde resistores. O diodo 1831, que está conectado na direção inversa, já éconhecido da fig. 18. Além disso, outro diodo 2132 é também conectado nadireção inversa da segunda porta de entrada 122 com a tensão de terra OV.Outrossim, alguns resistores são substituídos por transistores de efeito decampo. A presente modalidade e aquela mostrada na fig. 22 levam em contaque dentro de sistemas eletrônicos de grande área torna-se difícil realizarresistores bem definidos e que às vezes diodos não são disponíveis. Por estasrazões, os resistores têm sido substituídos por transistores de efeito de campode porta polarizada 2142, 2173, genericamente com a porta conectada com alinha de energia +Vbat. O valor da resistência é definido selecionando arelação L/C (relação de largura para comprimento) do transistor de efeito decampo. Em alguns casos, somente um valor de resistência elevado, porém, deoutro modo não definido é requerido, e.g. para resistores elevadores ouabaixadores. Nestes casos, os correspondentes resistores podem sersubstituídos por diodos. Se diodos não são facilmente disponíveis natecnologia de eletrônica de grande área (e.g. para uma tecnologia a-Si e LTPSTFT), diodos foram realizados como TFTs conectados por diodo. Isto émostrado na fig. 21A pelos dois transistores 2132a. Um único transistor2132a pode ser suficiente. Deve ser observado que estas implementações sãotambém aplicáveis a maioria das outras modalidades de realização descritasno presente pedido.

A fig. 22 é um diagrama de circuito de uma variante dodetector de impedância elétrica simplificado mostrado na fig. 21. Maisespecificamente, o diodo 2132 é substituído pelo transistor 232 que éconectado como um diodo.

A fig.23 é um diagrama de circuito do detector de impedânciaelétrica simplificado similar à fig. 16 na qual um consumidor é diretamenteativado

Neste caso, o consumidor é o dispositivo de processamento dedados 180. Ligando o dispositivo processador de dados com a fonte dealimentação através do transistor discriminador 163 é possível realizar umasituação onde o dispositivo processador de dados é somente energizadoquando o discriminador é ativado. Para gerar um sinal de saída que pode serusado por equipamento externo, um controlador opcional é ilustrado.Compreende um transistor de efeito de campo 2352 e um resistor 2373. Estecontrolador não tem qualquer efeito negativo sobre o comportamento depotência zero do circuito.

A fig. 24 é um diagrama de circuito de um conjunto de doisdetectores de impedância elétrica como mostrado na fig. 16 de maneira aimplementar uma combinação de função lógica E. Nas modalidades das figs.24 a 27 inclusive, circuitos são propostos para um detector de impedância depotência zero que funciona em conjunção com mais de um par de eletrodos.As modalidades das figs. 24 a 26 inclusive podem ser usadas em aplicaçõesonde todos os eletrodos necessitam serem conectados de maneira a obter umamedição significativa. No lado direito da fig. 24, o detector de impedânciaconhecido é mostrado de uma maneira espelhada. Apresenta duas portas deentrada 2421 (E3) e 2422 (E4). Os resistores 2431 e 2432 servem comoresistor elevador e resistor abaixador, respectivamente. O dispositivoprocessador de dados 180 é representado mais uma vez, porém também podeser o mesmo daquele no lado esquerdo da fig. 24. Como visto de cima, oresistor 2442 e o capacitor 2444 formam um filtro passa-baixo. O filtro passa-baixo é conectado com um transistor de efeito de campo 2452, que éconectado em série com o transistor 152. Uma corrente pode passar através daconexão em série de resistor 461 e transistores de efeito de campo 152 e 2452somente, se ambos os transistores 152 e 2452 estiverem condutivos. Nestecaso, um sinal de saída invertido pode ser obtido na porta de saída 2474.

A fig. 25 é um diagrama de circuito similar aquele da fig. 24com sinal de saída não invertido. Para esta finalidade, os dois transistores 152e 2452 são dispostos entre +Vbat e um resistor 662. O sinal de saída nãoinvertido pode ser observado na porta de saída 2574.

A fig. 26 é um diagrama de circuito similar àquele da fig. 24suportando múltiplas entradas. Abaixo do transistor 2452 a fig. 26 indica queoutros detectores de impedância podem ser conectados em série com ostransistores 152 e 2452. Uma vez que também o dispositivo processador dedados 180 é parte da conexão em série, será alimentado com corrente elétricase todos os transistores 152, 2452, etc. estiverem condutivos.

A fig. 27 é um diagrama de circuito de um conjunto de doisdetectores de impedância elétrica mostrado na fig. 16 de maneira aimplementar um combinação OU. Na presente modalidade, o circuito éativado quando pelo menos um condutor está condutivo. Um segundo par deportas de entrada 2721, 2722 é conectado com o dispositivo de análise 180. Aporta de entrada 2721 é conectada com +Vbat por intermédio de um resistor2732. Um filtro passa-baixo compreende o resistor 2742 e capacitor 2744.

Um transistor 2752 é paralelo com o transistor 152, de forma que, se qualquerum é condutivo, o dispositivo processador de dados 180 é conectado com 0V,que fornece uma corrente ao dispositivo processador de dados 180.

A fig. 28 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica suportando múltiplas entradas de eletrodo. Nestamodalidade, um multiplicidade de eletrodos é conectada com cada um dospontos de entrada de sensor. Nesta modalidade de operação, o circuito sensorentra em operação assim qualquer condutividade (isto é, uma impedância queé bastante baixa) é medida entre qualquer um dos eletrodos conectados com oprimeiro ponto de entrada (compreendendo as portas 121 e 2821) e qualquerum dos eletrodos conectado com o ponto de entrada de segundo sensor(compreendendo as portas 122 e2822).

A fig. 29 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica otimizado com circuito de múltiplas entradas paraconexão arbitrária de atenuadores de sensor de entrada. Nesta figura, ocircuito básico é otimizado com um conjunto de comutação 2920 e umcontrolador 2983. O controlador assegura que somente um dos atenuadores deentrada de sensor SI - S8 seja conectado com a porta de entrada 122 (E2),enquanto uma das outras, várias ou todas as outras são conectadas com 121(E]). Em uma determinada velocidade, estas conexões são rotativas. Quandodois atenuadores arbitrários são conectados, haverá uma abertura por tempoonde o detector é ativado. Agora o controlador 2983 cessa de girar e o circuito180 pode realizar o processamento de sinal necessário

A fig. 30 mostra o conjunto da fig. 29 otimizado com umsegundo detector de impedância elétrica. Um conjunto de circuito duplo típicoé ilustrado, que permite constante busca pelo melhor sinal. O detector deimpedância inferior é basicamente idêntico ao detector de impedânciasuperior. Outrossim, o circuito compreende um conjunto comutador 3020 eum controlador 3083. Para o detector de impedância inferior, somente suasportas de entrada 3021 e 3022, assim como sua porta de saída 3074 sãoprovidas de símbolos de referência. O circuito funciona como segue. Assimque um detector detecta um sinal de condutividade, a ação exploradora docomutador é descontinuada. A seguir o outro detector inicia sua açãoexploradora e se outra combinação ativa é encontrada, o seu sinal de saída (dodispositivo processador 180) é comparado com o primeiro. O detector melhorou mais forte agora é desativado, e o detector de sinal mais fraco continuaexplorar os eletrodos de entrada. Também medições de diferença de tempopodem ser efetuadas. Naturalmente, inexiste limitação a oito entradas. Oconjunto eletrônico para explorar sinais de sincronização para ativar oconjunto de comutação pode ser designado de baixa potência.

A fig. 31 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica usando transistores de efeito de campo. Na modalidaderepresentada, é previsto um transistor adicional 3144 paralelo com o capacitor144. O transistor 3144 atua como um resistor e pode influir sobre o valorlimiar do detector de impedância. Outro transistor 3142 atua como outroresistor e pode ser usado para influir sobre o valor limiar do detector deimpedância igualmente. Ambos os transistores são conectados com +Vbatatravés de seus respectivos circuitos de porta. O valor limiar do detector deimpedância pode ser influenciado selecionando a relação L/C (largura paracomprimento) dos transistores correspondentemente.

A fíg. 32 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica usando transistores de efeito de campo sintonizáveis portensão externa. Na presente modalidade, os transistores 3442 e 3244 sãoconectados com uma tensão externa através de seus respectivos eletrodosporta. A porta de entrada 3223 (Vext) é conectada com os eletrodos porta deambos os transistores. Esta modalidade define um valor limiar para o detectorde impedância que é ajustável. Naturalmente, cada transistor poderia tambémser controlado por uma tensão externa individual.

A fig. 33 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica apresentando um valor limiar definível. Nestamodalidade, um circuito é proposto que assegura um valor definível deimpedância, no qual o circuito é ativado. O valor limiar é definido pelarelação de dois resistores 142, 3344 na entrada do discriminador. Mais umavez, o resistor variável poderia ser realizado como um transistor com tensãode porta definida. Um requisito adicional é que os dois resistores 142 e 3344tenham de ser de um alto valor ôhmico.

A fig. 34 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica apresentando um valor limiar ajustável. Um divisor detensão ajustável é formado pelos resistores 3442 e 3444, dos quais ambos sãoajustáveis. O divisor de tensão é disposto entre o discriminador e um estágiode saída compreendendo um transistor 3452 e um resistor 3473. O valorlimiar pode ser ajustado, por exemplo, por intermédio de dois botões decontrole apropriados.

A fig. 35 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica apresentando um valor limiar variável. Em comparaçãocom a modalidade da fig. 34, os dois resistores ajustáveis foram substituídospor transistores de efeito de campo 3542 e 3544. Isto possibilita programar ovalor limiar durante a operação do dispositivo de maneira a adaptar o mesmoa condições variáveis. Para este fim, os eletrodos porta do transistor de efeitode campo teriam de ser conectados com um micro controlador (nãomostrado).

A fig. 36 é uma variante do detector de impedância elétricamostrado na fig. 35. Em vez de usar um divisor de tensão, o resistor 173 dafig. 35 é substituído por dois transistores de efeito de campo 3573. A relaçãodo valor limiar dos transistores determina o valor limiar do circuito.

A fig. 37 é um diagrama de circuito de um detector deimpedância elétrica usando somente diodos e capacitores. Nesta modalidade,um detector de impedância de potência zero é realizado usando somentediodos como um elemento ativo. Diodos são mais fáceis de fabricar quetransistores na eletrônica de grande área, tornando esta modalidadepotencialmente de custo mais baixo. Dois diodos 3752 substituem umtransistor. Um único diodo é também possível. A tensão de saída é mantidapor um capacitor 3773. Se existe uma condutividade presente entre as portasde entrada 121 e 122, então a porta de entrada 122 assumirá um potencial queé igual à tensão de polarização inversa do diodo 3731. Tipicamente, estatensão é mais alta que duas vezes a tensão de polarização no sentidocondutivo conforme exibida pelos dois diodos 3752.

Por conseguinte, uma corrente passará através dos dois diodos3752, enquanto o capacitor 3773 não tiver sido carregado a uma tensão igualÀ Vrev bias_- 2 Vfwd bias (se os três diodos são do mesmo tipo). Se acondutividade entre portas de entrada 121 e 122 é suprimida, então a correntedeixa de passar. A porta de entrada 122 baixa para OV de forma que os doisdiodos 3752 impedem a passagem de uma corrente que poderia recarregar ocapacitor 3773. O capacitor 3773 inicialmente mantém sua tensão, porém logodescarrega através da porta de saída 174.

A fig. 38 é um diagrama de circuito de um detector de impedânciaelétrica usando um único diodo e capacitor. Nesta modalidade simples, se existeuma condutividade entre as portas de entrada 121 e 122, um diodo 3852 carregaum capacitor série 3773, causando a tensão de saída V0 a aumentar e ativandoqualquer equipamento conectado com a saída 174. Nesta modalidade, é necessárioque o dispositivo de análise seja capaz de terminar a situação desativada e sejacapaz d restaurar o capacitor 3773 a OV se uma situação de espera é detectada.

A fig. 39 mostra uma modificação do detector de impedânciaelétrica, mostrado na fig. 3. Os dois transistores discriminadores 151, 152 estãoagora ligados em série juntamente com um resistor 3955. O estágio de saída avaliaa corrente de passagem através do resistor 3955. Uma corrente suficientementealta passando através do resistor 3955 levara o estágio de saída a gerar um sinal"alto" na porta de saída 174.

A fig. 40 é um diagrama de circuito de um detector de impedânciaelétrica empregando uma segunda bateria e um transistor bipolar NPN. A primeirabateria 400 4001 fornece a tensão de alimentação para o detector de impedância.

A segunda bateria 4002 é conectada em série com a primeira bateria. A conexãoem série da primeira e segunda bateria apresenta uma tensão mais alta que podeser requerida para a operação do dispositivo processador 180. A segunda bateria4002 não é importante para a correta operação do detector de impedância. Porconseguinte, pode ser ativada de maneira a alimentar a parte 180 somente apósuma condição de condutividade ser detectada, de tal forma que o inteiro circuitopode ainda satisfazer o objetivo de ser de zero potência enquanto na modalidadede espera.

As figs. 41 a 43 inclusive ilustram modalidades similares às da fig.40-, empregando uma primeira bateria 4001, uma segunda bateria 4002 e umtransistor N-MOSFET 452, um transistor bipolar PNP 251, e um transistor P-MOSFET 151, respectivamente.

A presente invenção foi representada e descrita aqui no que seconsidera serem as modalidades de realização mais práticas. É reconhecido,todavia, que variações podem ser introduzidas a partir das mesmas dentro doâmbito da invenção e que óbvias modificações se apresentarão aqueles versadosna técnica.

Claims (37)

1. Dispositivo elétrico tendo um detector de impedância,caracterizado pelo fato de que compreende um trajeto de uma tensão dealimentação para uma segunda tensão, o dito trajeto compreendendosegmentos tendo impedâncias elétricas, pelo menos uma das quais deve serdeterminada, e um vértice de medição, o detector de impedânciacompreendendo ainda um discriminador conectado com o dito vértice demedição disposto para avaliar um sinal de medição elétrico observado no ditovértice de medição, e situado em um trajeto entre uma tensão de alimentaçãoadicional e uma terceira tensão, pelo que o discriminador não consomequalquer corrente significativa a partir da dita tensão de alimentação se aimpedância a ser determinada permanecer acima de um valor limiar.

2. Dispositivo elétrico de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o sinal elétrico é uma tensão.

3. Dispositivo elétrico de acordo com a reivindicação 1 ou 2,caracterizado pelo fato de que a impedância é uma condutividade.

4. Dispositivo elétrico de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o discriminadorconsome uma corrente de menos de lOOnA, de preferência de menos de InA,da dita tensão de alimentação se a impedância a ser determinada permaneceacima de um valor limiar.

5. Dispositivo elétrico de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a tensão dealimentação e/ou a segunda tensão são uma tensão de CC.

6. Dispositivo elétrico de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a tensão dealimentação adicional é a mesma que a dita tensão de alimentação e/ou a ditaterceira tensão é a mesma que a dita segunda tensão.

7. Dispositivo elétrico de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que tem ainda umpotencial de referência e em que o sinal de medição é avaliado em relação aodito potencial de referência.

8. Dispositivo elétrico de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o discriminadorcompreende um comutador.

9. Dispositivo elétrico de acordo com a reivindicação 8,caracterizado pelo fato de que o comutador é mantido em um estado nãocondutivo se a impedância a ser determinada permanecer acima de um valorlimiar.

10. Dispositivo elétrico de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de que o valor limiar é ajustável.

11. Dispositivo elétrico de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que é previsto pararetransmitir um sinal bipolar gerado dentro do segmento compreendendo aimpedância a ser determinada.

12. Dispositivo elétrico de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que compreende ainda:- duas portas de entrada, dispostas para serem respectivamenteconectadas com as extremidades do dito segmento da dita condutividade a serdeterminada;- uma impedância elevadora ou uma impedância abaixadoraentre uma das duas ditas portas de entrada e a tensão de alimentação ou asegunda tensão, respectivamente.

13. Dispositivo elétrico de acordo com a reivindicação 12,caracterizado pelo fato de que a impedância elevadora ou abaixadora é um oupor uma pluralidade de resistores, um ou uma pluralidade de capacitores, umou uma pluralidade de indutores, um ou uma pluralidade de diodos, um ouuma pluralidade de diodos zener, um ou uma pluralidade de transistores, oucombinações dos mesmos.

14. Dispositivo elétrico de acordo com qualquer uma dasreivindicações 12 a 13, quando dependentes da reivindicação 8, caracterizadopelo fato de que o comutador e as impedâncias elevadoras e/ou abaixadorassão diodos.

15. Dispositivo elétrico de acordo com qualquer uma dasreivindicações 12 a 14, caracterizado pelo fato de que compreende ainda umou uma pluralidade de trajetos adicionais a partir das respectivas tensões dealimentação para respectivas segundas tensões, cada um dos ditos trajetosadicionais compreendendo segmentos tendo impedâncias elétricas, pelomenos uma das quais a ser determinada, compreendendo ainda duas portas deentrada para cada uma das impedâncias a serem determinadas, dispostas paraserem respectivamente conectadas com as extremidades do dito segmento dadita condutividade a ser determinada.

16. Dispositivo elétrico de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que compreende ainda:- um estágio de saída conectado ao dito discriminador eemitindo uma tensão de saída e, resposta ao estado do dito discriminadorsendo assim indicativo para a condutividade elétrica detectada; em que o dito discriminador é responsivo a uma queda de tensão através depelo menos um dos ditos resistores elevadores e/ou abaixadores adotando umde uma pluralidade de estados representativos de uma magnitude da ditaqueda de tensão.

17. Dispositivo elétrico de acordo com a reivindicação 16,caracterizado pelo fato de que o dito discriminador e/ou estágio de saída nãoextrai qualquer corrente significativa a partir da dita tensão de alimentação, sea queda de tensão está abaixo do dito valor limiar, e o dito discriminador e/ouestágio de saída extrair corrente da dita tensão de alimentação ou da ditatensão de alimentação adicional, se a queda de tensão ultrapassar o dito valorlimiar.

18. Dispositivo elétrico de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o ditodiscriminador compreende um primeiro estágio e um segundo estágio.

19. Dispositivo elétrico de acordo com a reivindicação 18,caracterizado pelo fato de que o dito primeiro estágio compreende elementoscomutadores.

20. Dispositivo elétrico de acordo com a reivindicação 19,caracterizado pelo fato de que uma entrada de controle dos ditos elementoscomutadores de primeiro estágio é acoplada a uma das ditas duas portas deentrada.

21. Dispositivo elétrico de acordo com a reivindicação 19,caracterizado pelo fato de que uma entrada de controle dos ditos elementoscomutadores de primeiro estágio é acoplada a uma das ditas duas portas deentrada através de um filtro passa-baixo.

22. Dispositivo elétrico de acordo com qualquer uma dasreivindicações 19 a 21, caracterizado pelo fato de que os elementoscomutadores são selecionados dentre um grupo compreendendo transistoresbipolares e transistores MOSFET, transistores de película delgada, diodos, ediodos MIM.

23. Dispositivo elétrico de acordo com a reivindicação 22,caracterizado pelo fato de que os transistores são de somente uma polaridade.

24. Dispositivo elétrico de acordo com qualquer uma dasreivindicações 16 a 23, quando dependentes da reivindicação 16,caracterizado pelo fato de que o dito estágio de saída compreende umtransistor e uma impedância de saída, a dita tensão de saída sendo derivada nadita impedância de saída.

25. Dispositivo elétrico de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que compreende aindamateriais do grupo de silício policristalino de baixa temperatura, silícioamorfo, silício nano cristalino, silício micro cristalino, ou outro materialsemicondutivo tal como seleneto de cádmio, oxido de estanho, oxido dezinco, ou semicondutores orgânicos.

26. Dispositivo elétrico de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, o dispositivo elétrico caracterizado pelo fato deque é acionado a bateria.

27. Dispositivo elétrico de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que compreende aindauma fonte de alimentação adicional.

28. Dispositivo elétrico de acordo com a reivindicação 27,caracterizado pelo fato de que a fonte de alimentação adicional alimenta umdispositivo processador de dados.

29. Dispositivo elétrico de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que o dispositivo processador de dados é previstopara ser desligado pelo comutador do discriminador.

30. Dispositivo elétrico de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que proporcionar umafunção de ativação automática para o dito dispositivo elétrico.

31. Dispositivo elétrico de acordo com qualquer uma dasreivindicações 12 a 30, quando dependente da reivindicação 12, caracterizadopelo fato de que compreende ainda um transdutor para converter um sinal nãoelétrico em um sinal elétrico que é conectável com as portas de entrada.

32. Dispositivo elétrico de acordo com a reivindicação 31,caracterizado pelo fato de que o transdutor é previsto para variar suaimpedância ao receber o sinal não elétrico

33. Dispositivo elétrico de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que compreender umapluralidade de detectores de impedância, o dito dispositivo elétricoassegurando diferentes estados de comutação em resposta às saídas da ditapluralidade de detectores de impedância.

34. Dispositivo elétrico de acordo com qualquer uma dasreivindicações 12 a 33 quando dependente da reivindicação 12, caracterizadopelo fato de que compreende ainda portas de entrada adicionais, nas quais osresultados quanto ao fato de que uma impedância entre um par de duas portasde entrada arbitrárias exceder o valor limiar, são combinados por umacombinação lógica.

35. Dispositivo elétrico de acordo com qualquer uma dasreivindicações 12 a 34, quando dependente da reivindicação 12, caracterizadopelo fato de que compreende ainda portas de entrada em que uma mediçãocíclica é efetuada operando ciclicamente o emparelhamento de duas portas deentrada.

36. Dispositivo elétrico de acordo com qualquer uma dasreivindicações 12 a 35, quando dependente da reivindicação 12, caracterizadopelo fato de que compreende ainda portas de entrada adicionais, em que odispositivo é previsto para buscar um emparelhamento de duas portas deentrada apresentando um sinal que é o melhor de acordo com uma medida dequalidade definida.

37. Detector de impedância para ser usado em um dispositivoelétrico de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes,caracterizado pelo fato de que o detector de impedância é conectável a pelomenos um vértice situado em uma extremidade do dito segmentocompreendendo a impedância a ser determinada.