KR101135702B1 - 터치센서의 커패시턴스 측정회로 및 커패시턴스 측정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터치센서의 커패시턴스 측정회로에 관한 것으로, 상기 커패시턴스의 충/방전을 반복하는 콘덴서부와; 외부 도체의 접근에 반응하여 상기 콘덴서부의 커패시턴스가 변화되도록 구성된 센서부와; 상기 콘덴서부의 커패시턴스를 적분, 또는 증폭하여 출력하는 차동입력을 갖는 증폭부와; 상기 증폭부의 출력을 증폭부의 입력측으로 부귀환 시키는 레퍼런스 콘덴서와; 상기 레퍼런스 콘덴서의 커패시턴스를 방전하는 리셋스위치;를 포함하며,
상기 리셋스위치는 증폭부에서 출력되는 커패시턴스가 사전에 지정된 커패시턴스 이상이거나, 상기 콘덴서부의 커패시턴스 대비 증폭부의 출력 커패시턴스의 비율이 사전에 지정한 비율 이상일 때 레퍼런스 콘덴서의 커패시턴스를 방전하는 것을 특징으로 하는 터치센서의 커패시턴스 측정회로에 관한 것이다.
이와 같은 본 발명은 외래 노이즈에 강하고, 기생 커패시턴스의 영향을 감소시키거나 제거하는 특징이 있다.

Description

터치센서의 커패시턴스 측정회로 및 커패시턴스 측정 방법{Capacitance measuring circuit for touch sensor}

본 발명은 외부 노이즈에 강한 터치센서의 커패시턴스 측정 회로에 관한 것이다.

커패시턴스 측정회로(capacitance measurement circuit)는 커패시턴스를 측정하기 위한 회로로서 각종 회로, 또는 소자의 커패시턴스를 측정하기 위하여 주로 사용되며, 최근에는 각종 휴대용 장치가 터치 패드, 터치스크린 및 접근 감지 센서와 같은 사용자 인터페이스를 제공함에 따라 사용자의 접촉 및 접근을 감지할 수 있는 커패시턴스 측정회로의 적용 범위가 확대되고 있다.

일예로 휴대폰 등에 구비되는 접촉 감지 센서에 이러한 커패시턴스 측정회로를 적용한 예가 있는데, 이러한 접촉 감지 센서는 접촉 또는 비접촉만을 감지하여 출력할 뿐, 커패시턴스의 크기를 출력하지 않는다. 또한 휴대폰 등은 그 특성상 잦은 주변 환경의 변화에 민감하여, 환경 변화에 따라 야기되는 다양한 노이즈에 의해 오동작을 일으킨다.

따라서, 노이즈에 의해 휴대폰 등이 오동작을 하지 않도록 노이즈의 영향을 줄일 수 있는 커패시턴스 측정회로가 요구된다.

본 발명의 목적은 노이즈에 강한 터치센서의 커패시턴스 측정회로를 제공함으로써 터치센서의 오동작을 방지하는데 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 터치센서의 커패시턴스 측정회로에 있어서,

상기 커패시턴스의 충/방전을 반복하는 콘덴서부와;

외부 도체의 접근에 반응하여 상기 콘덴서부의 커패시턴스가 변화되도록 구성된 센서부와;

상기 콘덴서부의 커패시턴스를 적분, 또는 증폭하여 출력하는 차동입력을 갖는 증폭부와;

상기 증폭부의 출력을 증폭부의 입력측으로 부귀환 시키는 레퍼런스 콘덴서와;

상기 레퍼런스 콘덴서의 커패시턴스를 방전하는 리셋스위치;를 포함하며,

상기 리셋스위치는 증폭부에서 출력되는 커패시턴스가 사전에 지정된 커패시턴스 이상이거나, 상기 콘덴서부의 커패시턴스 대비 증폭부의 출력 커패시턴스의 비율이 사전에 지정한 비율 이상일 때 레퍼런스 콘덴서의 커패시턴스를 방전하는 것을 특징으로 하는 터치센서의 커패시턴스 측정회로에 의해 달성된다.

본 발명에 의하면, 전류소모가 작은 OPAMP를 사용할 수 있고, 스위치부의 잦은 동작에 의한 콘덴서의 충/방전은 커패시턴스의 평균화를 이룰 수 있어 기생 커패시턴스를 감소시키거나 제거하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 외부 노이즈에 강한 효과가 있어, 터치센서의 오동작이 방지되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 터치센서의 커패시턴스 측정회로를 나타낸 도면이고,
도 2 내지 도 4는 도 1의 동작관계를 나타낸 도면이고,
도 5는 본 발명에 따른 터치센서의 커패시턴스 측정 방법을 나타낸 도면.

본 발명은 터치센서의 커패시턴스를 측정하는 회로에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 터치센서의 커패시턴스를 측정하는 회로는,

상기 커패시턴스의 충/방전을 반복하는 콘덴서부와;

외부 도체의 접근에 반응하여 상기 콘덴서부의 커패시턴스가 변화되도록 구성된 센서부와;

상기 콘덴서부의 커패시턴스를 적분, 또는 증폭하여 출력하는 차동입력을 갖는 증폭부와;

상기 증폭부의 출력을 증폭부의 입력측으로 부귀환 시키는 레퍼런스 콘덴서와;

상기 레퍼런스 콘덴서의 커패시턴스를 방전하는 리셋스위치;를 포함하며,

상기 리셋스위치는 증폭부에서 출력되는 커패시턴스가 사전에 지정된 커패시턴스 이상이거나, 상기 콘덴서부의 커패시턴스 대비 증폭부의 출력 커패시턴스의 비율이 사전에 지정한 비율 이상일 때 레퍼런스 콘덴서의 커패시턴스를 방전하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 콘덴서부는 콘덴서와, 상기 콘덴서의 충/방전을 위한 스위치부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 스위치부는 전원이 인가되는 전원 입력부와, 상기 전원 입력부와 콘덴서의 입력측 사이에 구비되는 전원입력 스위치와, 상기 콘덴서의 입력측과 전원입력 스위치 사이에 구비되며 접지와 연결된 입력접지 스위치와, 상기 콘덴서의 출력측과 증폭부 사이에 구비되는 출력 스위치와, 상기 콘덴서와 출력 스위치 사이에 구비되며 접지와 연결된 출력접지 스위치로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 센서부는 콘덴서와 출력 스위치 사이에 연결되는 센싱 단자와, 상기 콘덴서와 전원입력 스위치 사이에 연결되는 드라이빙 단자로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 레퍼런스 콘덴서의 일측은 출력 스위치와 증폭부의 음의 입력측 사이에 연결되고, 타측은 증폭부의 출력측에 연결되며, 상기 리셋스위치는 레퍼런스 콘덴서와 병렬로 연결되는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명은 다른 카테고리로서, 커패시턴스의 충/방전됨에 따라 이루어지는 입력 커패시턴스를 적분, 또는 증폭하여 출력하는 단계(S10)와;

상기 (S10)단계에 의한 출력 커패시턴스가 입력 커패시턴스 대비 배 이상이 되도록 (S10)단계를 반복하는 단계(S20)와;

상기 (S20)단계에 의한 출력 커패시턴스를 방전하여 초기화하는 단계(S30);를 포함하며,

상기 출력 커패시턴스의 방전은 출력 커패시턴스가 사전에 지정한 커패시턴스 이상이거나, 상기 입력 커패시턴스 대비 출력 커패시턴스의 비율이 사전에 지정한 비율 이상일 때 이루어지는 것을 특징으로 하는 터치센서의 커패시턴스 측정 방법을 제공한다.

이하, 본 발명의 양호한 실시예를 도시한 첨부도면들과 관련하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 터치센서의 커패시턴스를 측정하는 회로는 콘덴서부와, 센서부와, 증폭부(20)와, 레퍼런스 콘덴서(30)와, 리셋스위치(40)를 포함하여 구성된다.

콘덴서부는 커패시턴스의 충/방전을 반복하는 구성으로, 콘덴서(10)와, 상기 콘덴서(10)의 충/방전을 위한 스위치부로 구성된다. 콘덴서부에서 커패시턴스의 잦은 충/방전은 기생 커패시턴스의 영향을 감소시키거나, 제거할 목적으로 이루어진다.

여기서, 상기 스위치부는 전원이 인가되는 전원 입력부(51)와, 상기 전원 입력부(51)와 콘덴서(10)의 입력측 사이에 구비되는 전원입력 스위치(52)와, 상기 콘덴서(10)의 입력측과 전원입력 스위치(52) 사이에 구비되며 접지와 연결된 입력접지 스위치(61)와, 상기 콘덴서(10)의 출력측과 증폭부(20) 사이에 구비되는 출력 스위치(62)와, 상기 콘덴서(10)와 출력 스위치(62) 사이에 구비되며 접지와 연결된 출력접지 스위치(53)로 구성된다.

여기서, 상기 전원 입력부(51)와 입력접지 스위치(61)는 일반적인 논리 반전기나 3-상태 반전기 등으로 대체가 가능하다.

상기와 같은 스위치부에 있어서의 충전은 도 2와 같이 전원입력 스위치(52)와 출력접지 스위치(53)가 닫히고, 입력접지 스위치(61)와 출력 스위치(62)가 열리며 이루어지는 간접 적분, 또는 증폭이거나,

도시하지는 않았지만 상기 전원입력 스위치(52)와 상기 출력 스위치(62)가 닫히고, 상기 출력접지 스위치(53)와 입력접지 스위치(61)가 열리며 이루어지는 직접 적분, 또는 증폭일 수 있다.

또한, 방전은 도 3과 같이 상기 간접 적분, 또는 증폭의 상태에서 전원입력 스위치(52)와 출력접지 스위치(53)가 열리고, 상기 입력접지 스위치(61)와 출력 스위치(62)가 닫힌 상태에서 이루어지거나,

도시하지는 않았지만 상기 직접 적분, 또는 증폭의 상태에서 전원 입력 스위치(52)와 출력 스위치(62)가 열리고, 상기 출력접지 스위치(53)와 입력접지 스위치(61)가 닫히는 상태에서 이루어질 수 있다.

이와 같은 상태로 콘덴서부에서의 충/방전이 이루어질 때 센서부의 외부 도체 접근 여부에 따라 콘덴서(10)의 커패시턴스는 달라진다.

센서부는 도 1에 도시한 바와 같이 콘덴서(10)와 출력 스위치(62) 사이에 연결되는 센싱 단자(72)와, 상기 콘덴서(10)와 전원입력 스위치(52) 사이에 연결되는 드라이빙 단자(71)로 구성된다.

증폭부(20)는 상기 콘덴서부의 커패시턴스를 적분, 또는 증폭하여 출력하는 차동입력을 갖는 구성으로, 통상의 OPAMP(연산증폭기)일 수 있다.

레퍼런스 콘덴서(30)는 상기 증폭부(20)의 출력을 증폭부(20)의 입력측으로 부귀환 시키는 구성이다.

리셋스위치(40)는 상기 레퍼런스 콘덴서(30)의 커패시턴스를 방전하는 구성이다. 여기서, 레퍼런스 콘덴서(30)의 일측은 출력 스위치(62)와 증폭부(20)의 입력측 사이에 연결되고, 타측은 증폭부(20)의 출력측에 연결된다. 상기 리셋스위치(40)는 레퍼런스 콘덴서(30)와 병렬로 연결된다.

이와 같은 구성으로 이루어진 터치센서의 커패시턴스 측정회로에서 상기 리셋스위치(40)는 증폭부(20)에서 출력되는 커패시턴스가 사전에 지정된 커패시턴스 이상이거나, 상기 콘덴서부의 커패시턴스 대비 증폭부(20)의 출력 커패시턴스의 비율이 사전에 지정한 비율 이상일 때 레퍼런스 콘덴서(30)의 커패시턴스를 방전한다.

즉, 증폭부(20)에서 출력되는 커패시턴스가 사전에 지정된 커패시턴스 이상이면 도 4와 같이 리셋스위치(40)를 닫아 레퍼런스 콘덴서(30)의 커패시턴스를 방전하여 초기화한다.

또는, 충/방전이 연속되는 콘덴서(10)의 커패시턴스를 지속적으로 공급받는 상황에서 증폭부(20) 및 레퍼런스 콘덴서(30)를 이용하여 콘덴서(10)의 커패시턴스를 수배 이상 적분, 또는 증폭하기 위한 반복과정이 사전에 지정한 횟수 이상일 때 리셋스위치(40)를 닫아 레퍼런스 콘덴서(30)의 커패시턴스를 방전하여 초기화한다.

한편, 원하는 출력값, 또는 적분/증폭의 반복 횟수가 원하는 만큼 이뤄졌을 때의 출력값은 레퍼런스 콘덴서(30)의 커패시턴스를 방전하기 전에 A/D 컨버터 등을 통해 디지털 값으로 변환한 후 레퍼런스 콘덴서(30)의 커패시턴스를 방전하는 것이 바람직하다.

이상 본 발명이 양호한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 진정한 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 콘덴서 20: 증폭부
30: 레퍼런스 콘덴서 40: 리셋스위치
51: 전원 입력부 52: 전원입력 스위치
53: 출력접지 스위치 61: 입력접지 스위치
62: 출력 스위치

Claims (8)

1. 터치센서의 커패시턴스 측정회로에 있어서,
   외부 도체의 접근에 반응하여 커패시턴스가 변하는 제1 콘덴서와 상기 제1 콘덴서의 커패시턴스의 충/방전을 복수 회 반복하는 스위치부로 구성되는 콘덴서부;
   상기 제1 콘덴서의 커패시턴스를 적분 또는 증폭하여 출력하는 증폭부(20);
   상기 증폭부(20)의 출력을 증폭부(20)의 입력측으로 부귀환시키는 레퍼런스 콘덴서(30);
   상기 레퍼런스 콘덴서(30)의 커패시턴스를 방전하여 초기화하는 리셋스위치(40); 및
   상기 레퍼런스 콘덴서(30)의 커패시턴스의 방전 이전에 상기 레퍼런스 콘덴서의 커패시턴스 값을 디지털 값으로 변환하는 컨버터를 포함하며,
   상기 제1 콘덴서의 커패시턴스의 반복 충/방전에 의해 상기 레퍼런스 콘덴서의 커패시턴스가 상기 제1 콘덴스의 커패시턴스의 배 이상으로 증폭되는 것을 특징으로 하는 터치센서의 커패시턴스 측정회로.　
2. 제 1항에 있어서,
   상기 리셋스위치(40)는 증폭부(20)에서 출력되는 상기 레퍼런스 콘덴서의 커패시턴스가 사전에 지정된 커패시턴스 이상이거나, 상기 제1 콘덴서의 커패시턴스 대비 상기 레퍼런스 콘덴서의 커패시턴스의 비율이 사전에 지정한 비율 이상일 때 상기 레퍼런스 콘덴서(30)의 커패시턴스를 방전하는 것을 특징으로 하는 터치센서의 커패시턴스 측정회로.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 스위치부는 전원이 인가되는 전원 입력부(51)와;
   상기 전원 입력부(51)와 콘덴서(10)의 입력측 사이에 구비되는 전원입력 스위치(52)와;
   상기 콘덴서(10)의 입력측과 전원입력 스위치(52) 사이에 구비되며 접지와 연결된 입력접지 스위치(61)와;
   상기 콘덴서(10)의 출력측과 증폭부(20) 사이에 구비되며 접지와 연결된 출력접지 스위치(53)와;
   상기 증폭부(20)의 출력측과 레퍼런스 콘덴서(30)의 출력측 사이에 구비되는 출력단락 스위치(62);
   로 구성되는 것을 특징으로 하는 터치센서의 커패시턴스 측정회로.
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,
   상기 리셋스위치(40)는 상기 제1 콘덴서의 충/방전 횟수가 지정된 횟수 이상인 경우 상기 레퍼런스 콘덴서(30)의 커패시턴스를 방전하는 것을 특징으로 하는 터치센서의 커패시턴스 측정회로.
6. 터치센서의 커패시턴스를 측정하기 위한 방법에 있어서,
   외부 도체의 접근에 반응하여 커패시턴스가 변하는 제1 콘덴서의 커패시턴스의 충/방전 동작에 대응하여 상기 제1 콘덴서의 커패시턴스를 적분 또는 증폭하여 출력하여 레퍼런스 콘덴서의 커패시턴스를 충전하는 제1 단계;
   상기 제1 단계에 의해 충전된 상기 레퍼런스 콘덴서의 커패시턴스가 상기 제1 콘덴서의 커패시턴스 대비 배 이상이되도록 상기 제1 단계를 반복하는 제2 단계;
   상기 제2 단계에 의해 충전된 상기 레퍼런스 콘덴서의 커패시턴스를 방전하여 초기화하는 제3 단계; 및
   상기 제3 단계 이전에 상기 레퍼런스 콘덴서의 커패시턴스 값을 디지털 값으로 변환하는 제4 단계를 포함하는 터치센서의 커패시턴스 측정 방법
7. 제 6항에 있어서,
   상기 제3 단계는 상기 레퍼런스 콘덴서의 커패시턴스가 사전에 지정된 커패시턴스 이상이거나, 상기 제1 콘덴서의 커패시턴스 대비 상기 레퍼런스 콘덴서의 커패시턴스의 비율이 사전에 지정한 비율 이상일 때 수행되는 것을 특징으로 하는 터치센서의 커패시턴스 측정방법.
8. 제 6항에 있어서,
   상기 제3 단계는 상기 제1 콘덴서의 충/방전 횟수가 지정된 횟수 이상인 경우 수행되는 것을 특징으로 하는 터치센서의 커패시턴스 측정방법.

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