KR101120505B1 - Method and apparatus for detecting capacitance in touch sensor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 터치센서(touch sensor)의 정전용량(capacitance) 측정 장치 및 방법에 관한 것이다. 종래의 정전용량 측정 기술에서는, 충전 분할(charging sharing)에 의해 상호 정전용량(mutual capacitance) 값의 측정이 제대로 이루어지지 않는 문제가 발생하는데, 측정하려는 곳의 정전용량 값을 정확히 미리 알 수 있다면 좋지만, 그럴 수 없기 때문에 일정 크기 이상의 캐패시터를 구현하여야 한다. 이로 인해, 외장 캐패시터로만 구현이 가능하며, 패널 로드 별로 각기 다른 가중 치를 두는 연산 방법을 택할 수밖에 없다. 이에 본 발명에서는, 터치센서의 패널 로드(panel load)의 정전용량(capacitance) 변화를 빠르고 정확하게 측정할 수 있으며, 터치센서의 터치 감도를 증가시키면서 노이즈(noise)에 강인한 터치센서의 정전용량 측정 기술을 마련하고자 한다.The present invention relates to an apparatus and method for measuring capacitance of a touch sensor. In the conventional capacitance measurement technology, the problem of mutual capacitance value not being properly measured by charging sharing, but it is good if the capacitance value of the place to be measured can be known in advance. Since this is not possible, a capacitor of more than a certain size must be implemented. Because of this, it can only be implemented with an external capacitor, and the choice of calculation method with different weights for each panel load is inevitable. Therefore, in the present invention, it is possible to quickly and accurately measure the capacitance change of the panel load of the touch sensor, and to increase the touch sensitivity of the touch sensor, while measuring the capacitance of the touch sensor that is robust to noise. To prepare.
터치센서, 정전용량, 기준전압 Touch sensor, capacitance, reference voltage
Description
본 발명은 터치센서(touch sensor)의 정전용량(capacitance) 측정 기술에 관한 것으로, 특히 빠른 시간 내에 정확한 정전용량 변화를 측정하는데 적합한 터치센서의 정전용량 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technology for measuring capacitance of a touch sensor, and more particularly, to an apparatus and method for measuring a capacitance of a touch sensor suitable for measuring accurate capacitance change in a short time.
터치센서(touch sensor)에서 정전용량은, 전극과 연결된 전기적 소자인 캐패시터(capacitor) 또는 그와 등가를 이루는 물질 또는 인체의 접촉에 의해서 결정된다. 이때, 인체의 경우 손가락 또는 신체의 특정 부위를 전극(PAD)에 직접 접촉을 할 경우뿐만 아니라 전극(PAD)에 직접 접촉은 하지 않더라도 전극(PAD)과 불특정 거리로 근접하는 것만으로도 전극(PAD)과 인체 사이에는 미세한 정전용량(capacitance) 성분이 형성됨을 알 수 있다.In a touch sensor, the capacitance is determined by the contact of a capacitor or an equivalent material or human body with an electrical element connected to the electrode. In this case, the human body may not only directly contact a finger or a specific part of the body with the electrode PAD, but even if the human body does not directly contact the electrode PAD, the electrode PAD may be approached at an unspecified distance. It can be seen that a fine capacitance component is formed between the body and the human body.
또한, 근접된 신체부위와 전극과의 거리의 변화에 따라 정전용량이 변화되게 되며, 이는 전극과 신체와의 거리가 가까울수록 정전용량이 증가되고 멀어질수록 정전용량이 감소되는 결과로 측정이 된다.In addition, the capacitance changes according to the change of the distance between the adjacent body part and the electrode, which is measured as a result that the capacitance increases as the distance between the electrode and the body gets closer and the capacitance decreases as the distance goes away. .
이렇듯 전극과 신체부위와의 거리 변화에 따라 발생하는 정전용량의 변화량을 측정하여 전극과 인체와의 거리를 일정 수준으로 판단할 수 있으며, 이러한 판단의 결과를 이용하여 특정 임계 정전용량의 값을 설정한 후에 전극으로부터 측정된 정전용량 성분이 임계값 보다 크면 스위치가 접촉된 것으로 판단하고 그렇지 않은 경우는 스위치가 비접촉된 것으로 판단한다.As such, the distance between the electrode and the human body can be determined to a certain level by measuring the change in capacitance generated by the change of the distance between the electrode and the body part, and the value of a specific critical capacitance is set using the result of the determination. After that, if the capacitance component measured from the electrode is larger than the threshold value, it is determined that the switch is in contact, otherwise it is determined that the switch is non-contact.
임계값은 터치센서의 파워 온(Power On)시점에서 접촉이 되지 않았을 시의 초기 측정된 값과, 주변 환경에 의해서 변화되는 값을 실험적으로 산출한 후에 그 값을 초기 측정값에 가감하여 결정하는 것이 일반적인 방식이다.The threshold value is determined by experimentally calculating the initial measured value when no contact is made at the power-on time of the touch sensor and the value changed by the surrounding environment, and then subtracting the value from the initial measured value. This is the general way.
이러한 방식을 통해 반도체로 구현한 제품이 터치센서 IC이다. 현재 터치센서 IC는 기존에 각종 전자제품에 사용되던 기계적 스위치를 대신하여 이미 수많은 전자제품(휴대폰, TV, 세탁기, 에어컨, 전자레인지 등)에 적용되어 사용되고 있다.In this way, a semiconductor product is a touch sensor IC. Currently, touch sensor ICs are used in many electronic products (mobile phones, TVs, washing machines, air conditioners, microwave ovens, etc.) instead of mechanical switches used in various electronic products.
그런데 이러한 터치센서 IC에서는 전극과 인체 사이에 형성된 정전용량이 불과 수 pF(피코패럿) 내지 수십 pF 정도에 불과하기 때문에, 이를 계산 및 측정하기 위한 여러 기법들이 제안된 바 있다.However, in the touch sensor IC, since the capacitance formed between the electrode and the human body is only a few pF (picofarad) to several tens of pF, various techniques for calculating and measuring this have been proposed.
종래의 정전용량 측정 기법의 일환으로, 전기적 스위치를 이용하여 전극(PAD)을 완전히 그라운드로 방전시킨 후에 전압에 연결된 정전류원으로부터 전극과 인체에 의해서 생성된 정전용량의 캐패시터 성분을 기준전압까지 충전되는 데에 소요되는 시간을 고속의 클럭(count clock)을 이용한 타이머(timer)로 측정하여 타이머의 값에 의해 정전용량의 값을 측정하는 기술이 있다.As part of the conventional capacitance measurement technique, the electrode PAD is completely discharged to ground using an electrical switch, and then the capacitor component of the capacitance generated by the electrode and the human body is charged from the constant current source connected to the voltage to the reference voltage. There is a technique of measuring the value of the capacitance by the value of the timer by measuring the time required by the timer (timer) using a high speed clock (count clock).
이러한 종래의 기술은 정전용량의 측정을 위해 사용되는 고속 클럭의 한계로 인해 방전시에는 상대적으로 매우 짧은 시간에 방전을 완료하며, 충전시에는 충분한 타이머의 값을 얻기 위해서 매우 작은 전류를 공급하는 전류원(current source)을 사용한다.This conventional technique has a relatively short time when discharging due to the limitation of the high-speed clock used for measuring capacitance, and a current source that supplies very small current to obtain a sufficient timer value during charging. (current source)
이와 같이, 전류 값이 작을수록 보다 많은 시간을 확보하여 보다 많은 타이머 값을 측정할 수는 있으나, 반면에 충전하는 데에 사용되는 전류가 너무 작으면 외부의 노이즈(noise)에 대한 영향과 터치센서 반도체 내부의 기생전류에 의한 영향이 증가하여 충전에 소요되는 시간의 변화량이 노이즈 성분에 의해서 증가 또는 감소되는 경향으로 나타나기 때문에 효율적으로 정전용량을 충전하는 데에는 많은 문제점들이 발생할 수 있다.In this way, the smaller the current value is, the more time can be obtained by measuring more timer values. On the other hand, if the current used for charging is too small, the effect on external noise and touch sensor Since the influence of parasitic current inside the semiconductor increases, the amount of change in the time required for charging tends to increase or decrease due to the noise component, and thus, many problems may occur in charging the capacitance efficiently.
종래의 터치센서의 정전용량 측정을 위한 또 다른 기술로서, 전기적 스위치를 이용하여 전극(PAD)을 완전히 VDD로 충전시킨 후에 그라운드(GND)에 연결된 저항을 통해 전극과 인체에 의해 생성된 정전용량의 캐패시터 성분을 기준전압까지 방전되는 데에 소요되는 시간을 고속의 클럭을 이용한 타이머로 측정하여 타이머의 값에 의해 정전용량의 값을 측정하였다.As another technique for measuring the capacitance of a conventional touch sensor, the electrode PAD is fully charged to VDD using an electrical switch, and then the capacitance generated by the electrode and the human body through a resistor connected to the ground GND. The time taken to discharge the capacitor component to the reference voltage was measured by a timer using a high speed clock, and the value of the capacitance was measured by the timer value.
이와 같은 종래기술 또한 정전용량의 측정을 위해 사용되는 고속 클럭의 한계에 의해서 급속 충전시에는 상대적으로 매우 짧은 시간에 충전을 완료하며, 방전시에는 충분한 값을 얻기 위해 MEGA OHM이상의 상당히 큰 저항을 연결하여 사용한다. 이때, 일반적으로 캐패시터에 충전된 전하가 저항을 통해 방전되는 경우 방전 전류는 수백 pA 내지 수 uA 정도의 미세 전류를 사용한다.This conventional technology also, due to the limitation of the high-speed clock used for measuring capacitance, completes charging in a relatively short time during fast charging, and connects a fairly large resistance of MEGA OHM or more to obtain a sufficient value during discharge. Use it. In this case, in general, when the charge charged in the capacitor is discharged through the resistor, the discharge current uses a fine current of several hundred pA to several uA.
하지만, 위와 같은 종래기술 역시 일반적으로 사람의 손가락과 전극 사이에 서 얻어지는 정전용량이 수 pF ~ 수십 pF정도에 불과 함으로 방전을 하는 전류의 값을 줄일수록 더 많은 충전 시간이 소요되어 보다 많은 타이머 값을 측정할 수 있어 유리하나, 반면에 충전하는 데에 사용되는 전류가 너무 작으면 외부의 노이즈에 대한 영향과 터치센서 반도체 내부의 기생전류에 의한 영향이 증가하여 충전에 소요되는 시간의 변화량이 노이즈 성분에 의해서 증가 또는 감소되는 경향으로 나타나기 때문에 효율적으로 정전용량을 충전하는데 소요되는 시간을 측정하는데 많은 문제점들이 발생하게 된다.However, in the conventional art, the capacitance obtained between the human finger and the electrode is generally only a few pF to several tens of pF, so as the value of the current to discharge is reduced, more charging time is required, so more timer value is obtained. On the other hand, if the current used to charge is too small, the influence of external noise and parasitic current inside the touch sensor semiconductor increases, so the amount of change in charging time is noisy. Because of the tendency to increase or decrease by the components, many problems arise in measuring the time taken to efficiently charge the capacitance.
게다가, 종래의 정전용량 측정 기술에서는, 충전 분할(charging sharing)에 의해 상호 정전용량(mutual capacitance) 값의 측정이 제대로 이루어지지 않는 문제가 발생하는데, 측정하려는 곳의 정전용량 값을 정확히 미리 알 수 있다면 좋지만, 그럴 수 없기 때문에 일정 크기 이상의 캐패시터를 구현하여야 한다.In addition, in the conventional capacitance measurement technology, there is a problem in that mutual capacitance values are not properly measured due to charging sharing. That's fine, but you can't, so you'll need to implement a capacitor of a certain size.
이로 인해, 외장 캐패시터로만 구현이 가능하며, 패널 로드 별로 각기 다른 가중 치를 두는 연산 방법을 택할 수밖에 없다.Because of this, it can only be implemented with an external capacitor, and the choice of calculation method with different weights for each panel load is inevitable.
본 발명은 상술한 종래의 상황을 감안한 것으로, 터치센서의 패널 로드(panel load)의 정전용량(capacitance) 변화를 빠르고 정확하게 측정할 수 있는 터치센서의 정전용량 측정 기술을 마련하고자 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described conventional situation, and aims to provide a technology for measuring capacitance of a touch sensor that can quickly and accurately measure capacitance change of a panel load of a touch sensor.
또한 본 발명은, 터치센서의 터치 감도를 증가시키면서 노이즈(noise)에 강 인한 터치센서의 정전용량 측정 기술을 마련하고자 한다.In addition, the present invention, to increase the touch sensitivity of the touch sensor to provide a technology for measuring the capacitance of the touch sensor due to the noise (noise).
본 발명의 과제를 해결하기 위한 터치센서(touch sensor)의 정전용량(capacitance) 측정 장치에 따르면, 패널 로드의 구동을 위한 패널 구동 전압을 상기 패널 로드로 제공하는 제 1 OP앰프와, 상기 패널 구동 전압에 의한 상기 패널 로드의 동작에 대응하여 발생되는 패널 로드 전압에 따라 기준 전압에서 기 설정 레벨로 변경된 기준 전압을 생성하는 기준 전압 입력부와, 상기 패널 로드 전압을 모니터링 전압으로 변환하는 제 2 OP 앰프와, 상기 제 2 OP 앰프를 통해 변환되는 상기 모니터링 전압과 상기 기 설정 레벨로 변경된 기준 전압을 상호 비교하여 정전용량 측정 결과를 생성하고, 생성되는 상기 정전용량 측정 결과에 따른 출력 전압을 상기 제 1 OP 앰프로 인가하는 제 3 OP 앰프를 포함할 수 있다.According to an apparatus for measuring capacitance of a touch sensor for solving the problems of the present invention, a first OP amplifier providing a panel driving voltage for driving a panel rod to the panel rod, and the panel driving A reference voltage input unit configured to generate a reference voltage changed from a reference voltage to a preset level according to the panel load voltage generated in response to the operation of the panel load by a voltage, and a second OP amplifier converting the panel load voltage into a monitoring voltage And generating a capacitance measurement result by comparing the monitoring voltage converted through the second OP amplifier with a reference voltage changed to the preset level, and outputting an output voltage according to the generated capacitance measurement result. It may include a third OP amplifier applied to the OP amplifier.
여기서, 상기 기준 전압 입력부는, 상기 패널 로드 전압이 하이(high) 레벨 또는 로(low) 레벨로 천이됨에 따라 상기 기 설정 레벨로 변경된 기준 전압을 상기 제 3 OP 앰프로 입력할 수 있다.Here, the reference voltage input unit may input the reference voltage changed to the preset level to the third OP amplifier as the panel load voltage transitions to a high level or a low level.
또한, 상기 기준 전압 입력부는, 상기 패널 로드 전압이 상기 로 레벨에서 상기 하이 레벨로 천이될 때 상기 기준 전압에서 상기 기 설정 레벨로 다운(down) 된 기준 전압을 생성하여 상기 제 3 OP 앰프로 입력할 수 있다.The reference voltage input unit may generate a reference voltage down from the reference voltage to the predetermined level when the panel load voltage transitions from the low level to the high level and input the generated reference voltage to the third OP amplifier. can do.
또한, 상기 제 3 OP 앰프는, 상기 출력 전압을 상기 하이 레벨에서 상기 로 레벨로 천이시킬 수 있다.The third OP amplifier may shift the output voltage from the high level to the low level.
또한, 상기 기준 전압 입력부는, 상기 패널 로드 전압이 상기 하이 레벨에서 상기 로 레벨로 천이될 때 상기 기준 전압에서 상기 기설정 레벨로 업(up) 된 기준 전압을 생성하여 상기 제 3 OP 앰프로 입력할 수 있다.The reference voltage input unit may generate a reference voltage up from the reference voltage to the predetermined level when the panel load voltage is transitioned from the high level to the low level, and input the generated reference voltage to the third OP amplifier. can do.
또한, 상기 제 3 OP 앰프는, 상기 출력 전압을 상기 로 레벨에서 상기 하이 레벨로 천이시킬 수 있다.The third OP amplifier may shift the output voltage from the low level to the high level.
또한, 상기 제 1 OP 앰프는, 패널 구동 버퍼일 수 있다.The first OP amplifier may be a panel driving buffer.
또한, 상기 제 2 OP 앰프는, 전압 변환 앰프일 수 있다.The second OP amplifier may be a voltage conversion amplifier.
또한, 상기 제 3 OP 앰프는, 비교기일 수 있다.The third OP amplifier may be a comparator.
또한, 상기 터치센서의 정전용량 측정 장치는, 전류 검출 전압 변환 회로를 포함할 수 있다.In addition, the capacitance measuring device of the touch sensor may include a current detection voltage conversion circuit.
또한, 상기 패널 로드는, 상기 패널 구동 버퍼의 패널 구동 신호에 따라 하이 레벨 또는 로 레벨로 전위가 천이될 수 있다.In addition, the panel load may transition to a high level or a low level according to the panel driving signal of the panel driving buffer.
또한, 상기 패널 로드는, 상호 정전용량(mutual capacitance)을 충/방전하는 방식의 패널 로드일 수 있다.In addition, the panel rod may be a panel rod that charges / discharges mutual capacitance.
또한, 상기 정전용량 측정 장치는, 상기 제 2 OP 앰프의 입출력 단자와 병렬로 연결되어 상기 패널 로드의 상기 상호 정전용량의 변화에 의해 유기된 전류를 검출하는 모니터링 저항을 더 포함할 수 있다.The capacitance measuring apparatus may further include a monitoring resistor connected in parallel with the input / output terminal of the second OP amplifier to detect a current induced by the change of the mutual capacitance of the panel load.
또한, 상기 터치센서의 정전용량 측정 장치는, 상기 패널 로드가 상기 로우 레벨에서 상기 하이 레벨로 전위가 천이될 때 상기 패널 로드의 모니터링 전하가 상기 모니터링 저항으로 이동될 수 있다.In addition, the capacitive measuring device of the touch sensor, the monitoring charge of the panel load may be moved to the monitoring resistor when the potential of the panel load transitions from the low level to the high level.
또한, 상기 터치센서의 정전용량 측정 장치는, 상기 패널 로드가 상기 하이 레벨에서 상기 로 레벨로 전위가 천이될 때 상기 모니터링 전하가 상기 모니터링 저항에서 상기 패널 로드로 이동될 수 있다.The capacitive measuring device of the touch sensor may move the monitoring charge from the monitoring resistor to the panel load when the panel load transitions from the high level to the low level.
본 발명의 과제를 해결하기 위한 터치센서의 정전용량 검출 방법에 따르면, a) 패널 로드의 동작에 따른 패널 로드 전압을 모니터링 전압으로 변환하는 과정과, b) 상기 패널 로드의 전위 레벨이 천이될 때 상기 패널 로드의 정전용량 측정의 기준이 되는 기준 전압을 기 설정 레벨로 변경된 기준 전압으로 변환하는 과정과, c) 상기 변환된 모니터링 전압과 상기 기 설정 레벨 변환된 기준 전압을 비교하여 비교 결과에 따른 출력 전압을 생성하는 과정과, d) 생성되는 상기 출력 전압에 따라 상기 패널 로드의 전위 레벨을 천이시키는 과정을 포함할 수 있다.According to the capacitive detection method of the touch sensor for solving the problems of the present invention, a) converting the panel load voltage according to the operation of the panel load to a monitoring voltage, and b) when the potential level of the panel rod is transitioned Converting the reference voltage, which is a reference for capacitance measurement of the panel load, to a reference voltage changed to a preset level, and c) comparing the converted monitoring voltage with the preset level converted reference voltage according to a comparison result. Generating an output voltage; and d) translating a potential level of the panel rod according to the generated output voltage.
여기서, 상기 과정 b)는, 상기 패널 로드의 전위 레벨이 하이 레벨 또는 로 레벨로 천이됨에 따라 상기 기준 전압을 상기 기 설정 레벨로 변경된 기준 전압으로 변환하는 것을 특징으로 할 수 있다.Here, the process b) may be characterized in that the reference voltage is converted into a reference voltage changed to the preset level as the potential level of the panel rod transitions to a high level or a low level.
또한, 상기 과정 b)는, 상기 패널 로드의 전위 레벨이 상기 로 레벨에서 상기 하이 레벨로 천이될 때 상기 기준 전압에서 상기 기 설정 레벨로 다운된 기준 전압을 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the process b) may generate a reference voltage down from the reference voltage to the predetermined level when the potential level of the panel rod is changed from the low level to the high level.
또한, 상기 과정 b)는, 상기 패널 로드 전압이 상기 하이 레벨에서 상기 로 레벨로 천이될 때 상기 기준 전압에서 상기 기 설정 레벨로 업된 기준 전압을 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the process b) may generate a reference voltage up from the reference voltage to the preset level when the panel load voltage transitions from the high level to the low level.
또한, 상기 터치센서의 정전용량 측정 방법은, 상기 패널 로드 전압이 상기 로우 레벨에서 상기 하이 레벨로 전위가 천이될 때 상기 패널 로드의 모니터링 전하가 상기 패널 로드로부터 이동될 수 있다.In addition, in the capacitance measuring method of the touch sensor, the monitoring charge of the panel load may be moved from the panel load when the potential of the panel load voltage transitions from the low level to the high level.
또한, 상기 터치센서의 정전용량 측정 방법은, 상기 패널 로드 전압이 상기 하이 레벨에서 상기 로 레벨로 전위가 천이될 때 상기 모니터링 전하가 상기 패널 로드로 이동될 수 있다.In addition, in the capacitive measurement method of the touch sensor, the monitoring charge may be moved to the panel load when the potential of the panel load voltage transitions from the high level to the low level.
본 발명에 의하면, 터치센서의 충전량과 방전량을 모니터링 저항으로 조절 가능하여 패널 로드(panel load)의 정전용량(capacitance) 값의 변화를 정확히 감지해 낼 수 있는 바, 터치 감도를 증가시키면서 회로 구현을 간소화할 수 있으며, 데이터 처리 속도를 증가시키면서 노이즈(noise)에 강인한 특성을 제공할 수 있다.According to the present invention, the amount of charge and discharge of the touch sensor can be adjusted with a monitoring resistor to accurately detect a change in the capacitance value of the panel load, thereby increasing the touch sensitivity and implementing a circuit. It is possible to simplify the operation and increase the data processing speed while providing robustness against noise.
터치센서의 기본 동작은 터치 동작에 의한 패널 로드 정전용량의 변화량을 감지해 내는 것이다. 종래에 제시된 센싱 기술들은 센싱 과정에서 정확한 센싱 값을 추출해 낼 수 없기 때문에, 대략적인 값으로 연산을 수행하였다. 이로 인해 구현 회로가 매우 복잡해 지고, 구조적으로 패널 로드 크기에 따라 선택사항들을 고려해야 하는 문제가 있다.The basic operation of the touch sensor is to detect the amount of change in the panel load capacitance caused by the touch operation. Since the conventional sensing techniques cannot extract an accurate sensing value in the sensing process, the sensing technique is performed with an approximate value. This adds significant complexity to the implementation circuitry and poses a challenge to consider options depending on the panel load size.
본 발명에서는, 패널 로드의 정전용량 값을 정확히 측정할 수 있는 기술을 제안하고자 한다.In the present invention, to propose a technique that can accurately measure the capacitance value of the panel load.
본 발명에서는 패널 로드의 크기에 상관 없이 약속된 레벨로 구동을 하게 되면 패널의 정전용량 값을 정확히 측정할 수 있기 때문에 터치가 된 경우 어느 정도의 터치가 이루어졌는지 출력 값을 리니어(linear)하게 측정할 수 있다.In the present invention, since the capacitance value of the panel can be accurately measured when driving at a predetermined level regardless of the size of the panel load, the output value is linearly measured by how much touch is made when the touch is made. can do.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 도면부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various different forms, and only the embodiments make the disclosure of the present invention complete, and the general knowledge in the art to which the present invention belongs. It is provided to fully inform the person having the scope of the invention, which is defined only by the scope of the claims. Like numbers refer to like elements throughout.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In describing the embodiments of the present invention, if it is determined that a detailed description of a known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, terms to be described below are terms defined in consideration of functions in the embodiments of the present invention, which may vary according to intentions or customs of users and operators. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification.
첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범 용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 또는 흐름도 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다. Combinations of each block of the accompanying block diagram and each step of the flowchart may be performed by computer program instructions. These computer program instructions may be mounted on a processor of a general purpose computer, special purpose computer, or other programmable data processing equipment such that the instructions performed through the processor of the computer or other programmable data processing equipment may be used in each block or flowchart of the block diagram. It will create means for performing the functions described in each step of. These computer program instructions may be stored in a computer usable or computer readable memory that can be directed to a computer or other programmable data processing equipment to implement functionality in a particular manner, and thus the computer usable or computer readable memory. It is also possible for the instructions stored in to produce an article of manufacture containing instruction means for performing the functions described in each block or flowchart of each step of the block diagram. Computer program instructions may also be mounted on a computer or other programmable data processing equipment, such that a series of operating steps may be performed on the computer or other programmable data processing equipment to create a computer-implemented process to create a computer or other programmable data. Instructions that perform processing equipment may also provide steps for performing the functions described in each block of the block diagram and in each step of the flowchart.
또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행 되는 것도 가능하고 또는 그 블록들 또는 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.In addition, each block or step may represent a portion of a module, segment or code that includes one or more executable instructions for executing a specified logical function (s). It should also be noted that in some alternative embodiments, the functions noted in the blocks or steps may occur out of order. For example, the two blocks or steps shown in succession may in fact be executed substantially concurrently, or the blocks or steps may sometimes be performed in the reverse order, depending on the functionality involved.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터치센서(touch sensor)의 정전용량(capacitance) 측정 장치에 대한 개략적인 블록 구성도로서, 크게 패널(panel) 구동부(100)와 패널 로드(load)(200)로 구성될 수 있다.FIG. 1 is a schematic block diagram of an apparatus for measuring capacitance of a touch sensor according to an exemplary embodiment of the present invention, which is a
여기서, 패널 구동부(100)는 본 실시예에 따른 전류 검출 전압 변환 회로를 포함하는 것으로, 패널 로드(200)를 구동시키기 위한 패널 구동 전압을 패널 로드(200)로 인가하고, 패널 로드(200)를 통해 발생되는 패널 로드 전압에 따라 패널 로드(200)의 정전용량 변화에 의해 유기되는 전류를 검출하며, 이에 따라 패널 로드(200)의 정전용량을 측정하는데 필요한 기준 전압을 일정 레벨로 변경하는 기능을 수행할 수 있다.Here, the
구체적으로 패널 구동부(100)는, 패널 로드(200)의 구동을 위한 패널 구동 전압을 패널 로드(200)로 제공하는 제 1 OP앰프(10)와, 패널 구동 전압에 의한 패널 로드의 동작에 대응하여 발생되는 패널 로드 전압에 따라 기준 전압(Vref)에서 기 설정 레벨로 변경된 기준 전압(VTref)을 생성하는 기준 전압 입력부(12)와, 패널 로드 전압을 모니터링 전압(VM)으로 변환하는 제 2 OP 앰프(14)와, 제 2 OP 앰프(14)를 통해 변환되는 모니터링 전압(VM)과 기 설정 레벨로 변경된 기준 전 압(VTref)을 상호 비교하여 정전용량 측정 결과를 생성하고, 생성되는 정전용량 측정 결과에 따른 출력 전압을 제 1 OP 앰프(10)로 인가하는 제 3 OP 앰프(16) 등을 포함할 수 있다.In detail, the
여기서, 제 1 OP 앰프(10)는, 예컨대 패널 구동 버퍼(buffer)로서, 제 3 앰프(16)의 출력 전압에 따라 패널 로드(200)를 구동시키는 역할을 할 수 있다.Here, the
본 실시예에 따른 기준 전압 입력부(12)는, 패널 로드 전압이 하이(high) 레벨 또는 로(low) 레벨로 천이됨에 따라 기 설정 레벨로 변경된 기준 전압(VTref)을 제 3 OP 앰프(16)로 입력하는 역할을 할 수 있다.The reference
구체적으로, 기준 전압 입력부(16)는, 패널 로드 전압이 로 레벨에서 하이 레벨로 천이될 때, 기준 전압(Verf)에서 기 설정 레벨로 다운(down) 된 기준 전압(VTref)을 생성하여 제 3 OP 앰프(16)로 입력할 수 있다. 이때, 제 3 OP 앰프(16)는, 예컨대 비교기로서, 제 1 OP 앰프(10)로 제공되는 출력 전압을 하이 레벨에서 로 레벨로 천이시킬 수 있다.In detail, when the panel load voltage transitions from the low level to the high level, the reference
또한, 기준 전압 입력부(16)는, 패널 로드 전압이 하이 레벨에서 로 레벨로 천이될 때, 기준 전압(Vtef)에서 기설정 레벨로 업(up) 된 기준 전압(VTref)을 생성하여 제 3 OP 앰프(16)로 입력할 수 있다. 이때, 비교기인 제 3 OP 앰프(16)는, 제 1 OP 앰프(10)로 제공되는 출력 전압을 로 레벨에서 하이 레벨로 천이시킬 수 있다.In addition, when the panel load voltage transitions from the high level to the low level, the reference
제 2 OP 앰프(14)는, 예컨대 전압 변환 앰프로서, 패널 로드(200)에서 유기되는 패널 로드 전압을 모니터링 전압(VM)으로 변환하는 역할을 할 수 있다.The
이러한 제 2 OP 앰프(14)의 입출력 단자에는 패널 로드(200)의 상호 정전용량(mutual capacitance)의 변화에 의해 유기된 전류를 검출하는 모니터링 저항(RM)이 병렬로 연결될 수 있다.A monitoring resistor RM for detecting a current induced by a change in mutual capacitance of the
본 실시예에 따른 터치센서의 정전용량 측정 장치에서는, 패널 로드(200)가 로우 레벨에서 하이 레벨로 전위가 천이될 때, 패널 로드(200)의 모니터링 전하(QM)가 모니터링 저항(RM)으로 이동되는 것을 특징으로 한다.In the capacitive measuring device of the touch sensor according to the present embodiment, when the potential of the
또한, 본 실시예에 따른 터치센서의 정전용량 측정 장치는, 패널 로드(200)가 하이 레벨에서 로 레벨로 전위가 천이될 때, 모니터링 전하(QM)가 모니터링 저항(RM)에서 패널 로드(200)로 이동되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the capacitance measuring device of the touch sensor according to the present embodiment, when the potential of the
패널 로드(200)는, 패널 구동 버퍼인 제 1 OP 앰프(10)의 패널 구동 신호에 따라 하이 또는 로 레벨로 전위가 천이될 수 있는데, 이러한 패널 로드(200)는, 상술한 바와 같은 상호 정전용량 방식의 패널 로드로서, 상호 정전용량 캐패시터(CM)와, 예컨대 패널 로드(200)의 상판에 위치할 수 있는 제 1 로드 캐패시터(CL1) 및 제 1 로드 저항(RL1)과, 패널 로드(200)의 하판에 위치할 수 있는 제 2 로드 캐패시터(CL2) 및 제 2 로드 저항(RL2) 등을 포함할 수 잇다.The
이하, 상술한 구성과 함께, 본 발명의 실시예에 따른 터치센서의 정전용량 측정 방법을 첨부한 도 2 내지 도 6을 참조하여 예시적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the above-described configuration, with reference to Figures 2 to 6 attached to the capacitance measuring method of the touch sensor according to an embodiment of the present invention will be described.
본 실시예에 따른 터치센서의 정전용량 측정 방법은, 패널 로드(200)의 동작에 따른 패널 로드 전압을 모니터링 전압(VM)으로 변환하는 과정과, 패널 로 드(200)의 전위 레벨이 천이될 때 패널 로드의 정전용량 측정의 기준이 되는 기준 전압(Vref)을 기 설정 레벨로 변경된 기준 전압(VTref)으로 변환하는 과정과, 변환된 모니터링 전압(VM)과 기 설정 레벨 변환된 기준 전압(VTref)을 비교하여 비교 결과에 따른 출력 전압을 생성하는 과정과, 생성되는 출력 전압에 따라 패널 로드(200)의 전위 레벨을 천이시키는 과정 등을 포함할 수 있다.In the capacitance measuring method of the touch sensor according to the present exemplary embodiment, a process of converting the panel load voltage according to the operation of the
여기서, 기 설정 레벨로 변경된 기준 전압(VTref)으로 변환하는 과정은, 패널 로드(200)의 전위 레벨이 하이 레벨 또는 로 레벨로 천이됨에 따라 기준 전압(Vref)을 기 설정 레벨로 변경된 기준 전압(VTref)으로 변환하는 것을 특징으로 할 수 있다.Here, the process of converting the reference voltage VTref changed to the preset level may include changing the reference voltage Vref to the preset level as the potential level of the
또한, 기 설정 레벨로 변경된 기준 전압(VTref)으로 변환하는 과정은, 패널 로드(200)의 전위 레벨이 로 레벨에서 하이 레벨로 천이될 때 기준 전압(Vref)에서 기 설정 레벨로 다운 된 기준 전압(VTref)을 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the process of converting the reference voltage VTref changed to the preset level may include the reference voltage down from the reference voltage Vref to the preset level when the potential level of the
또한, 기 설정 레벨로 변경된 기준 전압(VTref)으로 변환하는 과정은, 패널 로드 전압이 하이 레벨에서 로 레벨로 천이될 때 기준 전압(Vref)에서 기 설정 레벨로 업(up) 된 기준 전압(VTref)을 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the process of converting the reference voltage VTref changed to the preset level may include the reference voltage VTref up from the reference voltage Vref to the preset level when the panel load voltage transitions from the high level to the low level. ) May be generated.
또한, 본 실시예에 따른 터치센서의 정전용량 측정 방법은, 패널 로드 전압이 로우 레벨에서 하이 레벨로 전위가 천이될 때 패널 로드(200)의 모니터링 전하(QM)가 패널 로드로부터 이동될 수 있다.In addition, in the capacitance measuring method of the touch sensor according to the present embodiment, the monitoring charge QM of the
또한, 본 실시예에 따른 터치센서의 정전용량 측정 방법은, 패널 로드 전압이 하이 레벨에서 로 레벨로 전위가 천이될 때 모니터링 전하(QM)가 패널 로 드(200)로 이동될 수 있다. In addition, in the capacitive measurement method of the touch sensor according to the present exemplary embodiment, the monitoring charge QM may be moved to the
먼저, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터치센서의 정전용량 측정 방법, 구체적으로 패널 로드가 로 레벨에서 하이 레벨로 전위가 천이될 때의 구동 과정을 예시한 도면이다.First, FIG. 2 illustrates a method of measuring capacitance of a touch sensor according to an embodiment of the present invention, specifically, a driving process when a panel load transitions from a low level to a high level.
도 2에 예시한 바와 같이, 패널 구동부(100)에 의해 패널 로드(200)가 로우 레벨에서 하이 레벨로 천이된다고 가정하면, 예컨대 0V에서 전원전압(VDD)으로 패널 로드(200)가 구동된다고 가정하면, 모니터링 전하(QM)(VDD×CM)만큼의 전하가 모니터링 저항(RM)으로 유입될 수 있다.As illustrated in FIG. 2, assuming that the
이때, 전압 변환 앰프인 제 2 OP 앰프(14)에 의해 패널 로드 전압(VA)은 기준 전압(Vref)에 수렴하게 되며, 이를 위해 모니터링 전하(QM)만큼의 전하는 모니터링 저항(RM)을 통해서 빠져 나가게 된다.At this time, the panel load voltage VA is converged to the reference voltage Vref by the
모니터링 전하(QM)가 모니터링 저항(RM)을 통해 흐르는 동안, 모니터링 전압(VM)은 IR 드롭(drop)에 의해 전위가 떨어지게 되는데, 이 전압은 모니터링 전하(QM)가 모니터링 저항(RM)으로부터 모두 빠져 나가게 되면 전하의 흐름이 없어지게 되므로 패널 로드 전압(VA)과 동일해 질 수 있다.While the monitoring charge QM flows through the monitoring resistor RM, the monitoring voltage VM is brought to a potential drop by the IR drop, which causes the monitoring charge QM to be all from the monitoring resistor RM. As it exits, the flow of charge disappears and thus may be equal to the panel load voltage (VA).
이러한 동작 중에 상술한 기준 전압(Vref)을 일정 레벨 낮은 기준 전압(VTref)으로 변경해 주게 되면, 비교기(16)의 출력 전압은 하이 레벨에서 로우 레벨로 천이하게 된다.If the above-described reference voltage Vref is changed to a predetermined level lower reference voltage VTref during this operation, the output voltage of the
도 3은 이러한 도 2의 구동 과정에서의 기준 전압(Vref) 및 일정 레벨 낮은 기준 전압(VTref)을 예시한 파형도이다.FIG. 3 is a waveform diagram illustrating a reference voltage Vref and a constant level low reference voltage VTref during the driving process of FIG. 2.
도 3에서 굵은 실선이 모니터링 전압(VM)이고, 점선이 기존의 기준 전압(Vref)이며, 가는 실선이 본 실시예에 적용될 수 있는 기준 레벨(VTref)을 의미한다.In FIG. 3, the thick solid line represents the monitoring voltage VM, the dotted line represents the existing reference voltage Vref, and the thin solid line represents the reference level VTref that can be applied to the present embodiment.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 터치센서의 정전용량 측정 방법, 구체적으로 패널 로드가 하이 레벨에서 로 레벨로 전위가 천이될 때의 구동 과정을 예시한 도면이다.4 is a diagram illustrating a method of measuring capacitance of a touch sensor according to an embodiment of the present invention, specifically, a driving process when a potential of a panel load transitions from a high level to a low level.
도 4에 예시한 바와 같이, 패널 구동부(100)에 의해 패널 로드(200)가 하이 레벨에서 로 레벨로 천이된다고 가정하면, 예컨대 전원전압(VDD)에서 0V로 패널 로드(200)가 구동된다고 가정하면, 모니터링 전하(QM)(VDD×CM)만큼의 전하가 모니터링 저항(RM)으로부터 유출될 수 있다.As illustrated in FIG. 4, assuming that the
이때, 전압 변환 앰프인 제 2 OP 앰프(14)에 의해 패널 로드 전압(VA)은 기준 전압(Vref)에 수렴하게 되며, 이를 위해 모니터링 전하(QM)만큼의 전하는 모니터링 저항(RM)을 통해서 빠져 나가게 된다.At this time, the panel load voltage VA is converged to the reference voltage Vref by the
모니터링 전하(QM)가 모니터링 저항(RM)을 통해 흐르는 동안, 모니터링 전압(VM)은 IR 드롭에 의해 전위가 상승하게 되는데, 이 전압은 모니터링 전하(QM)가 모니터링 저항(RM)으로부터 모두 빠져 나가게 되면 전하의 흐름이 없어지게 되므로 패널 로드 전압(VA)과 동일해 질 수 있다.While the monitoring charge QM flows through the monitoring resistor RM, the monitoring voltage VM rises in potential by an IR drop, which causes the monitoring charge QM to escape all from the monitoring resistor RM. In this case, since the flow of charge disappears, it may be equal to the panel load voltage VA.
이러한 동작 중에 상술한 기준 전압(Vref)을 일정 레벨 높은 기준 전 압(VTref)으로 변경해 주게 되면, 비교기(16)의 출력 전압은 로 레벨에서 하이 레벨로 천이하게 된다.If the above-mentioned reference voltage Vref is changed to a certain level higher reference voltage VTref during this operation, the output voltage of the
도 5는 이러한 도 4의 구동 과정에서의 기준 전압(Vref) 및 일정 레벨 높은 기준 전압(VTref)을 예시한 파형도이다.FIG. 5 is a waveform diagram illustrating a reference voltage Vref and a predetermined level high reference voltage VTref during the driving process of FIG. 4.
도 5에서 굵은 실선이 모니터링 전압(VM)이고, 점선이 기존의 기준 전압(Vref)이며, 가는 실선이 본 실시예에 적용될 수 있는 기준 레벨(VTref)을 의미한다.In FIG. 5, the thick solid line represents the monitoring voltage VM, the dotted line represents the existing reference voltage Vref, and the thin solid line represents the reference level VTref that can be applied to the present embodiment.
도 6은 본 실시예에 적용되는 모니터링 전압(VM), 기준 전압(Vref), 변경된 기준 전압(VTref), 패널 클럭, 기준 클럭 등을 예시한 파형도이다.6 is a waveform diagram illustrating a monitoring voltage VM, a reference voltage Vref, a modified reference voltage VTref, a panel clock, a reference clock, and the like applied to the present embodiment.
도 2 및 도 4의 구동 과정이 반복되면서, 패널 구동 버퍼인 제 1 OP 앰프(10)의 출력 전압은 상호 정전용량 캐패시터(CM)의 정전용량 값에 반비례하는 주파수를 갖는 클럭을 얻을 수 있다. 터치센서의 터치 전후에 따라 상호 정전용량 캐패시터의 정전용량 값이 변화하기 때문에, 기준 클럭의 카운트 변화를 검출해 낼 수 있을 것이다.As the driving process of FIGS. 2 and 4 is repeated, a clock having a frequency in which the output voltage of the
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에서는, 터치센서의 충전량과 방전량을 모니터링 저항(RM)으로 조절 가능하여 패널 로드(panel load)의 정전용량(capacitance) 값의 변화를 정확히 감지해 낼 수 있는 바, 터치센서의 패널 로드의 정전용량 변화를 빠르고 정확하게 측정할 수 있게 구현한 것이다.As described above, in the present embodiment, the charge amount and the discharge amount of the touch sensor can be adjusted by the monitoring resistor RM to accurately detect the change in the capacitance value of the panel load. In addition, it can realize fast and accurate measurement of capacitance change of panel load of touch sensor.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터치센서의 정전용량 측정 장치를 예시한 구성도,1 is a block diagram illustrating an apparatus for measuring capacitance of a touch sensor according to an embodiment of the present invention;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터치센서의 정전용량 측정 방법을 설명하는 도면으로서, 패널 로드가 로(low) 레벨에서 하이(high) 레벨로 전위가 천이될 때의 구동 과정을 예시한 도면,FIG. 2 is a view illustrating a capacitance measuring method of a touch sensor according to an exemplary embodiment of the present invention, illustrating a driving process when a potential of a panel rod transitions from a low level to a high level. ,
도 3은 도 2의 구동 과정에서의 기준 전압(Vref) 및 기 설정 레벨로 다운된 기준 전압(VTref)을 예시한 파형도,3 is a waveform diagram illustrating a reference voltage Vref and a reference voltage VTref down to a predetermined level during the driving process of FIG. 2;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 터치센서의 정전용량 측정 방법을 설명하는 도면으로서, 패널 로드가 하이(high) 레벨에서 로(low) 레벨로 전위가 천이될 때의 구동 과정을 예시한 도면,4 is a view illustrating a capacitance measuring method of a touch sensor according to an exemplary embodiment of the present invention, and illustrates a driving process when a potential of a panel load transitions from a high level to a low level is illustrated. ,
도 5는 도 4의 구동 과정에서의 기준 전압(Vref) 및 기 설정 레벨로 다운된 기준 전압(VTref)을 예시한 파형도,5 is a waveform diagram illustrating a reference voltage Vref and a reference voltage VTref down to a predetermined level during the driving process of FIG. 4;
도 6은 본 실시예에 적용되는 모니터링 전압(VM), 기준 전압(Vref), 변경된 기준 전압(VTref), 패널 클럭, 기준 클럭 등을 예시한 파형도.6 is a waveform diagram illustrating a monitoring voltage VM, a reference voltage Vref, a modified reference voltage VTref, a panel clock, a reference clock, and the like applied to the present embodiment.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100 : 패널 구동부100: panel drive unit
200 : 패널 로드200: panel load
10 : 전압 변환 앰프10: voltage conversion amplifier
12 : 비교기12: comparator
14 : 패널 구동 버퍼14: panel drive buffer
16 : 기준 전압 입력부16: reference voltage input unit
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