KR100432529B1 - System on chip for measuring the distance of the object for using doffler effect and Mouse having the same - Google Patents
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Abstract
사용환경의 제약을 받지 않고 마우스의 위치이동을 정밀하게 측정하는 마우스가 제공된다. 상기 마우스는 제 1돔 및 제 2돔을 구비하는 본체, 상기 제 1돔의 소정의 위치에 부착되는 제 1거리측정회로, 및 상기 제 2돔의 소정의 위치에 부착되는 제 2거리측정회로를 구비하며, 상기 제 1거리측정회로 및 상기 제 2거리측정회로 각각은, 제 1주파수를 갖는 제 1신호를 기준면으로 전송하는 신호전송회로, 및 상기 기준면에서 반사되고 상기 제 1주파수에 대한 도플러 주파수를 갖는 제 2신호를 수신하여, 상기 제 1주파수와 상기 도플러 주파수의 편차를 이용하여 상기 기준면과 상기 반도체 칩(SOC)의 상대적 이동거리, 상대적 이동속도 또는 이동 방향에 대한 데이터를 계산하고 상기 데이터를 출력하는 측정회로를 구비한다.A mouse for precisely measuring the positional movement of the mouse is provided without being restricted by the use environment. The mouse includes a main body having a first dome and a second dome, a first distance measuring circuit attached to a predetermined position of the first dome, and a second distance measuring circuit attached to a predetermined position of the second dome. Each of the first distance measuring circuit and the second distance measuring circuit includes a signal transmission circuit for transmitting a first signal having a first frequency to a reference plane, and a Doppler frequency reflected from the reference plane and corresponding to the first frequency. Receiving a second signal having a second, using the deviation of the first frequency and the Doppler frequency to calculate data about the relative distance, relative movement speed or direction of movement of the reference plane and the semiconductor chip (SOC) and the data It has a measuring circuit for outputting.
Description
본 발명은 반도체 칩(System On Chip; 이하 'SOC'라 한다.)과 이를 구비하는 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도플러효과를 이용하여 기준면과 시스템사이의 상대적 이동거리, 방향 등을 측정하는 SOC 및 SOC를 구비하여 기준면에서의 마우스의 상대적 이동거리 및 이동방향을 마우스에서 측정할 수 있는 마우스에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor chip (hereinafter referred to as "SOC") and a system having the same. The present invention relates to a mouse having SOC and SOC, which can measure the relative moving distance and direction of movement of the mouse in the reference plane.
마우스(Mouse)는 개인용 컴퓨터(PC)에서 사용하는 포인팅 디바이스(pointing device)이다. 일반적으로 개인용 컴퓨터(PC)에서 사용되는 마우스는 볼 마우스(ball mouse), 광 마우스(optical mouse) 또는 이미지 센서 마우스(image sense mouse) 등이 있다.A mouse is a pointing device for use in a personal computer (PC). In general, a mouse used in a personal computer (PC) is a ball mouse (ball mouse), an optical mouse (optical mouse) or an image sense mouse (image sense mouse).
볼 마우스는 볼의 이동에 따라 마우스의 위치가 이동된다. 그러나 볼 마우스는 볼과 상기 볼과 접촉되어 회전하는 회전축의 오염으로 성능이 저하되고, 상기 오염으로 볼 마우스의 성능이 저하되는 경우에는 상기 볼 및 상기 회전축의 오염을 제거해야 하는 불편이 있다.In the ball mouse, the position of the mouse moves as the ball moves. However, when the ball mouse is degraded due to contamination of the ball and the rotating shaft rotating in contact with the ball, and the performance of the ball mouse is degraded due to the contamination, it is inconvenient to remove the contamination of the ball and the rotating shaft.
광 마우스는 볼 대신에 빛을 사용하여 마우스의 이동을 감지하는 것으로, 빛을 반사할 수 있도록 제작된 특정한 패드(PAD)위에서만 사용해야하는 불편이 있으며, 또한 상기 패드가 오염 또는 훼손되었을 경우 정확한 마우스의 이동거리를 알 수 없는 문제점이 있다.An optical mouse uses light instead of a ball to sense the movement of the mouse, which is inconvenient to use only on a specific pad (PAD) designed to reflect light. Also, if the pad is contaminated or damaged, the correct mouse is used. There is a problem that the movement distance of the unknown.
이미지 센서 마우스는 마우스의 하단부에 이미지를 감지하기 위한 이미지 센서와 렌즈 그리고 광원을 구비하는 것으로, 감지된 이미지의 변화량으로부터 마우스의 위치 이동을 센싱하기 위한 프로세서를 별도로 구비하므로 가격이 비싸다. 또한, 이미지 센서 마우스를 거울 위나 두꺼운 유리면 등에서 사용하는 경우 마우스의 위치이동을 정밀하게 측정할 수 없는 문제점이 있다.The image sensor mouse has an image sensor, a lens, and a light source for sensing an image at the bottom of the mouse. The image sensor mouse is expensive because it includes a processor for sensing the positional movement of the mouse from the amount of change in the sensed image. In addition, when the image sensor mouse is used on a mirror or a thick glass surface, there is a problem in that the position movement of the mouse cannot be accurately measured.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 도플러효과를 이용하여 기준면과 SOC를 구비하는 시스템과의 상대적 이동거리, 속도 또는 방향을 측정할 수 있는 시스템을 제공하는 것이다.Therefore, the technical problem to be achieved by the present invention is to provide a system that can measure the relative distance, speed or direction of the reference plane and the system having the SOC using the Doppler effect.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 상세한 설명이 제공된다.The detailed description of each drawing is provided in order to provide a thorough understanding of the drawings cited in the detailed description of the invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 칩(SOC)을 구비하는 마우스를 나타낸다.1 illustrates a mouse provided with a semiconductor chip (SOC) according to an embodiment of the present invention.
도 2는 제 1돔 및 제 2돔에 각각의 이동거리 측정회로를 구비하는 마우스의 측면도를 나타낸다.FIG. 2 shows a side view of a mouse having respective travel distance measuring circuits in the first dome and the second dome.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동거리 측정회로의 블락 다이어그램이다.3 is a block diagram of a moving distance measuring circuit according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 비교기의 회로도 및 이의 입/출력파형을 나타낸다.4 is a circuit diagram of a window comparator and an input / output waveform thereof according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도플러 주파수 검출기를 나타내는 회로도이다.5 is a circuit diagram illustrating a Doppler frequency detector according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 도플러 주파수 검출기의 주파수 추출원리를 나타내는 개념도이다.6 is a conceptual diagram illustrating a frequency extraction principle of a Doppler frequency detector according to an embodiment of the present invention.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 반도체 메모리장치는 신호전송회로 및 이동거리측정회로를 구비한다. 상기 신호전송회로는 제 1주파수를 갖는 제 1신호를 기준면으로 전송한다. 상기 이동거리 측정회로는 상기 기준면에서 반사되고 상기 제 1주파수에 대한 도플러 주파수를 갖는 제 2신호를 수신하여, 상기 제 1주파수와 상기 도플러 주파수의 편차를 이용하여 상기 기준면과 상기 반도체 칩(SOC)의 상대적 이동거리, 상대적 이동속도 또는 이동 방향에 대한 데이터를 계산하고 상기 데이터를 출력한다.The semiconductor memory device for achieving the above technical problem comprises a signal transmission circuit and a moving distance measuring circuit. The signal transmission circuit transmits a first signal having a first frequency to a reference plane. The moving distance measuring circuit receives a second signal reflected from the reference plane and having a Doppler frequency with respect to the first frequency, and uses the deviation between the first frequency and the Doppler frequency to make the reference plane and the semiconductor chip SOC. Calculate data about the relative moving distance, the relative moving speed or the moving direction of and output the data.
상기 이동거리 측정회로는 증폭회로, 윈도우 비교회로, 도플러 주파수 검출회로 및 마이크로 컨트롤 유닛을 구비한다. 상기 증폭회로는 상기 도플러 주파수를 갖는 상기 제 2신호를 수신하여 증폭하며, 상기 윈도우 비교회로는 상기 증폭회로의 출력신호와 소정의 기준전압들을 비교하여, 그 비교결과에 따라 제 1비교신호 또는 제 2비교신호를 출력한다.The moving distance measuring circuit includes an amplifying circuit, a window comparing circuit, a Doppler frequency detecting circuit and a micro control unit. The amplifying circuit receives and amplifies the second signal having the Doppler frequency, and the window comparing circuit compares the output signal of the amplifying circuit with predetermined reference voltages, and according to the comparison result, the first comparison signal or the first comparison signal. 2 Outputs a comparison signal.
상기 도플러 주파수 검출회로는 상기 제1비교신호와 상기 제1주파수를 갖는 제1신호를 수신하고, 상기 제1신호의 N(N은 자연수)주기와 상기 제1비교신호의 N주기를 각각 카운팅하고, 상기 제제1신호의 N주기를 카운팅하는데 소요되는 시간과 상기 제1비교신호의 N주기를 카운팅하는데 소요되는 시간과의 차이를 검출하고 그 결과를 출력한다.The Doppler frequency detection circuit receives the first comparison signal and a first signal having the first frequency, and counts N periods (N is a natural number) period of the first signal and N periods of the first comparison signal, respectively. The difference between the time required for counting the N periods of the formulation 1 signal and the time required for counting the N periods of the first comparison signal is detected and the result is output.
상기 마이크로 컨트롤 유닛은 상기 검출회로의 출력신호들에 응답하여 상기 제 1주파수와 상기 도플러 주파수의 편차를 계산하여 상기 기준면과 상기 반도체 칩(SOC)의 상대적 이동거리, 상대적 이동속도 또는 이동방향에 대한 데이터를 계산하고 상기 데이터를 출력한다. 상기 제 2비교신호가 활성화되는 경우 상기 마이크로 컨트롤 유닛은 동작되지 않는 것이 바람직하다.The micro control unit calculates a deviation between the first frequency and the Doppler frequency in response to the output signals of the detection circuit to determine a relative movement distance, relative movement speed, or direction of movement of the reference plane and the semiconductor chip SOC. Calculate the data and output the data. Preferably, the micro control unit is not operated when the second comparison signal is activated.
또한 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 마우스는 제 1돔 및 제 2돔을 구비하는 본체, 상기 제 1돔의 소정의 위치에 부착되는 제 1거리측정회로, 및 상기 제 2돔의 소정의 위치에 부착되는 제 2거리측정회로를 구비하며, 상기 제 1거리측정회로 및 상기 제 2거리측정회로 각각은, 제 1주파수를 갖는 제 1신호를 기준면으로 전송하는 신호전송회로, 및 상기 기준면에서 반사되고 상기 제 1주파수에 대한 도플러 주파수를 갖는 제 2신호를 수신하여, 상기 제 1주파수와 상기 도플러 주파수의 편차를 이용하여 상기 기준면과 상기 반도체 칩(SOC)의 상대적 이동거리, 상대적 이동속도 또는 이동 방향에 대한 데이터를 계산하고 상기 데이터를 출력하는이동거리 측정회로를 구비한다.In addition, a mouse for achieving the technical problem of the present invention is a main body having a first dome and a second dome, a first distance measuring circuit attached to a predetermined position of the first dome, and a predetermined position of the second dome And a second distance measuring circuit attached to each of the first distance measuring circuit and the second distance measuring circuit, each of the signal transmitting circuit transmitting a first signal having a first frequency to a reference plane, and reflected from the reference plane. And receiving a second signal having a Doppler frequency with respect to the first frequency, and using the deviation of the first frequency and the Doppler frequency, the relative movement distance, relative movement speed, or movement of the reference plane and the semiconductor chip SOC. And a travel distance measuring circuit for calculating data about the direction and outputting the data.
상기 이동거리 측정회로는 상기 도플러 주파수를 갖는 상기 제 2신호를 수신하여 증폭하는 증폭회로, 상기 증폭회로의 출력신호와 소정의 기준전압들을 비교하여, 그 비교결과에 따라 제 1비교신호 또는 제 2비교신호를 출력하는 윈도우 비교회로, 상기 제1비교신호 또는 상기 제1주파수를 갖는 제1신호를 수신하고, 상기 제1신호의 N(N은 자연수)주기와 상기 제1비교신호의 N주기를 각각 카운팅하고, 상기 제1신호의 N주기를 카운팅하는데 소요되는 시간과 상기 제1비교신호의 N주기를 카운팅하는데 소요되는 시간과의 차이를 검출하여 출력하는 도플러 주파수 검출회로, 및 상기 검출회로의 출력신호들에 응답하여 상기 제 1주파수와 상기 도플러 주파수의 편차를 계산하여 상기 기준면과 상기 반도체 칩(SOC)의 상대적 이동거리, 상대적 이동속도 또는 이동방향에 대한 데이터를 계산하고 상기 데이터를 출력하는 마이크로 컨트롤 유닛을 구비한다.The moving distance measuring circuit is an amplifying circuit for receiving and amplifying the second signal having the Doppler frequency, comparing the output signal of the amplifying circuit with predetermined reference voltages, and comparing the first comparison signal or the second reference signal according to the comparison result. A window comparison circuit for outputting a comparison signal, the first comparison signal or a first signal having the first frequency, and receiving an N period (N is a natural number) period of the first signal and an N period of the first comparison signal A Doppler frequency detection circuit for counting and outputting a difference between a time required for counting the N periods of the first signal and a time required for counting the N periods of the first comparison signal, respectively, and In response to the output signals, the deviation between the first frequency and the Doppler frequency is calculated so that the relative movement distance, relative movement speed, or movement of the reference plane and the semiconductor chip SOC is calculated. And a micro control unit for calculating data for the direction and outputting the data.
상기 제 2비교신호가 활성화되는 경우 상기 마이크로 컨트롤 유닛은 동작되지 않는 것이 바람직하며, 상기 제 1거리측정회로는, 상기 기준면에서 상기 마우스가 제 1방향으로 움직이는 상대적 이동거리, 상대적 이동속도 또는 이동방향에 대한 데이터를 계산하고 상기 데이터를 출력한다.Preferably, when the second comparison signal is activated, the micro control unit is not operated. The first distance measuring circuit may include a relative moving distance, a relative moving speed, or a moving direction in which the mouse moves in the first direction on the reference plane. Compute data for and output the data.
상기 제 2거리측정회로는 상기 기준면에서 상기 마우스가 제 2방향으로 움직이는 상대적 이동거리, 상대적 이동속도 또는 이동방향에 대한 데이터를 계산하고 상기 데이터를 출력한다.The second distance measuring circuit calculates data about a relative moving distance, a relative moving speed, or a moving direction in which the mouse moves in the second direction on the reference plane and outputs the data.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the present invention, the operational advantages of the present invention, and the objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in the drawings denote like elements.
본 명세서에서 사용하는 도플러 변화란 기준면과 소정의 신호를 송/수신하는 이동체사이의 상대적인 운동에 의하여 이동체에서 수신되는 신호, 예컨대 초음파, 전파, 음파 또는 파(wave)방정식으로 표현되는 신호의 주파수가 변화하는 것을 말한다.As used herein, the Doppler change refers to a frequency of a signal received from a moving object, such as an ultrasonic wave, a radio wave, sound wave, or a wave equation, by a relative motion between a reference plane and a moving object transmitting / receiving a predetermined signal. Say something to change.
따라서 본 발명의 일 실시예에 의한 송신기(45)와 수신기(51)를 구비하는 시스템, 예컨대 마우스, 의 상대적인 운동에 의하여 변화된 수신 주파수를 도플러 주파수라 한다.Therefore, a reception frequency changed by the relative movement of a system, such as a mouse, having a transmitter 45 and a receiver 51 according to an embodiment of the present invention is referred to as a Doppler frequency.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 칩(SOC)을 구비하는 마우스를 나타낸다. 도 2는 제 1돔 및 제 2돔에 각각의 이동거리 측정회로(20, 30)를 구비하는 마우스의 측면도를 나타낸다. 각각의 이동거리 측정회로(20, 30)는 반도체 칩(SOC)으로 구현될 수 있다.1 illustrates a mouse provided with a semiconductor chip (SOC) according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 shows a side view of a mouse having respective travel distance measuring circuits 20 and 30 in the first dome and the second dome. Each movement distance measuring circuit 20 and 30 may be implemented as a semiconductor chip (SOC).
도 1 및 도 2를 참조하면, 마우스(1)는 초음파를 송/수신하여 마우스(1)가 이동하는 제 1방향, 예컨대 사용자를 기준으로 하여 좌/우 방향, 의 이동을 감지하기 위한 공간인 제 1돔(10) 및 초음파를 송/수신하여 마우스(1)의 제 2방향, 예컨대 사용자를 기준으로 하여 전/후 방향, 의 이동을 감지하기 위한 공간인 제2돔(11)을 구비한다. 결과적으로 마우스(1)는 모든 방향의 이동을 감지할 수 있다.1 and 2, the mouse 1 is a space for detecting movement of a first direction in which the mouse 1 moves, for example, a left / right direction based on a user, by transmitting / receiving ultrasound. And a second dome 11, which is a space for detecting movement of a first dome 10 and a second direction of the mouse 1, for example, a front / rear direction with respect to a user by transmitting / receiving an ultrasonic wave. . As a result, the mouse 1 can detect movement in all directions.
제 1돔(10)의 소정의 위치에는 마우스(1)의 기준면(수평면)에서의 수평이동을 감지하기 위한 수평이동거리 측정회로(20)가 부착된다. 수평이동거리 측정회로(20)의 송신기(45)가 기준면에 대하여 소정의 각도(Θ)로 초음파를 송신하면, 수신기(51)는 기준면에서 반사되는 도플러 주파수를 갖는 초음파를 수신한다. 수평이동거리 측정회로(20)는 송신기(45)에서 송신한 초음파의 주파수와 수신된 도플러 주파수의 차이를 계산하여 마우스(1)가 기준면에서 좌/우 방향으로 이동한 거리를 계산한다.At a predetermined position of the first dome 10, a horizontal moving distance measuring circuit 20 for detecting a horizontal movement on a reference plane (horizontal plane) of the mouse 1 is attached. When the transmitter 45 of the horizontal moving distance measuring circuit 20 transmits ultrasonic waves at a predetermined angle θ with respect to the reference plane, the receiver 51 receives ultrasonic waves having a Doppler frequency reflected from the reference plane. The horizontal movement distance measuring circuit 20 calculates the difference between the frequency of the ultrasonic wave transmitted from the transmitter 45 and the received Doppler frequency to calculate the distance the mouse 1 moves in the left / right direction from the reference plane.
제 2돔(11)의 소정의 위치에는 마우스(1)의 기준면에서의 수직이동을 감지하기 위한 수직이동거리 측정회로(30)가 부착된다. 수직이동거리 측정회로(30)의 송신기(45)가 기준면에 대하여 소정의 각도(α)로 초음파를 송신하면, 수신기(51)는 기준면에서 반사되는 도플러 주파수를 갖는 초음파를 수신한다. 수직이동거리 측정회로(30)는 송신기(45)가 송신한 초음파의 주파수와 수신된 초음파의 도플러 주파수의 차이를 계산하여 마우스(1)가 기준면에서 전/후 방향으로 이동한 거리를 측정한다.The predetermined distance of the second dome 11 is attached to the vertical movement distance measuring circuit 30 for detecting the vertical movement in the reference plane of the mouse (1). When the transmitter 45 of the vertical movement distance measuring circuit 30 transmits the ultrasonic waves at a predetermined angle α with respect to the reference plane, the receiver 51 receives the ultrasonic waves having the Doppler frequency reflected from the reference plane. The vertical movement distance measuring circuit 30 calculates a difference between the frequency of the ultrasonic wave transmitted by the transmitter 45 and the Doppler frequency of the received ultrasonic wave to measure the distance moved by the mouse 1 in the forward / backward direction from the reference plane.
도플러 주파수는 기준면이 송신기(45)방향에 대하여 수직 또는 소정의 각도(Θ, 또는 α)로 경사를 이루는 경우에도 송신기(45)에서 송신된 초음파는 송신기 (45)방향으로 분산되어 회신되므로 송신된 초음파를 수신하기 위하여 송신기(45)를 송/수신용으로 사용하거나 별도의 수신기(51)를 사용할 수 있다.The Doppler frequency is transmitted because the ultrasonic waves transmitted from the transmitter 45 are distributed in the direction of the transmitter 45 and returned even when the reference plane is inclined at a predetermined angle (Θ or α) with respect to the direction of the transmitter 45. In order to receive the ultrasound, the transmitter 45 may be used for transmission / reception or a separate receiver 51 may be used.
송신기(45) 또는 수신기(51)방향으로 회신되는 초음파의 속도는 송신기(45)로부터 기준면으로 송신된 초음파의 속도와 같다. 송신기(45) 및 수신기(51)는 초음파를 송/수신하기 위하여 송/수신 혼(horn)을 구비할 수도 있다.The speed of the ultrasonic waves returned to the transmitter 45 or the receiver 51 is equal to the velocity of the ultrasonic waves transmitted from the transmitter 45 to the reference plane. The transmitter 45 and the receiver 51 may be provided with a transmit / receive horn to transmit / receive ultrasonic waves.
제 1돔(10) 및 제 2돔(11)의 내부표면은 수신기(51)방향으로 반사되는 도플러 주파수 이외의 불필요한 주파수 성분을 제거하기 위한 돔의 표면 구조와 방음작용을 하는 소정의 물질로 도포되는 것이 바람직하다. 또한 본 발명의 마우스(1)는 수평이동거리 측정회로(20) 및 수직이동거리 측정회로(30)에서 각각 발생되는 초음파의 간섭을 제거하기 위하여, 수평이동거리 측정회로(20) 및 수직이동거리 측정회로(30)는 제 1돔(10) 및 제 2돔(11)에 각각 설치되는 것이 바람직하다.The inner surfaces of the first dome 10 and the second dome 11 are coated with a predetermined material that is soundproofed with the surface structure of the dome for removing unnecessary frequency components other than the Doppler frequency reflected in the direction of the receiver 51. It is desirable to be. In addition, the mouse 1 of the present invention, in order to eliminate the interference of the ultrasonic waves generated in the horizontal moving distance measuring circuit 20 and the vertical moving distance measuring circuit 30, respectively, the horizontal moving distance measuring circuit 20 and the vertical moving distance The measuring circuit 30 is preferably installed in the first dome 10 and the second dome 11, respectively.
수평이동거리 측정회로(20) 및 수직이동거리 측정회로(30)는 송신기(45)에서 송신되는 초음파의 주파수와 수신되는 도플러 주파수의 차이를 이용하여 마우스(1)의 좌/우 방향의 이동거리 또는 전/후 방향의 이동거리, 이동방향 및 이동속도를 각각 계산하고, 마우스(1)의 기준면에서의 좌/우 방향의 이동거리 또는 전/후 방향의 이동거리 등에 대한 데이터를 소정의 인터페이스를 통하여 PC로 전송한다. 상기 소정의 인터페이스는 직렬 포트(serial port), 병렬포트(parrel port), 범용 시리얼 버스(universal serial bus) 또는 PS/2를 사용하는 것이 바람직하다.The horizontal moving distance measuring circuit 20 and the vertical moving distance measuring circuit 30 use the difference between the frequency of the ultrasonic wave transmitted from the transmitter 45 and the received Doppler frequency to move the left / right direction of the mouse 1. Alternatively, the moving distance, the moving direction, and the moving speed in the front and rear directions are respectively calculated, and data about the moving distance in the left and right directions or the moving distance in the front and rear directions on the reference plane of the mouse 1 can be obtained. Transfer to PC via The predetermined interface preferably uses a serial port, parallel port, universal serial bus or PS / 2.
이하 본 발명을 충분히 설명하기 위하여 도플러효과(doppler effect)를 간단히 설명한다.Hereinafter, the Doppler effect will be briefly described to fully describe the present invention.
도플러 주파수는 송신된 초음파를 반사하는 기준면이 송신기(45)에 대하여 수직 또는 소정의 각도(Θ, 또는 α)로 경사를 이루는 경우에도 송신기(45) 또는 수신기(51)방향으로 분산되어 회신되며, 송신기(45)방향으로 회신되는 초음파의 속도는 송신기(45)로부터 기준면으로 송신된 초음파의 속도와 같다. 그러나 송신기(45)나 수신기(51)가 기준면에 대하여 이동하고 있는 경우 송/수신되는 초음파의 주파수와 파장이 달라진다.The Doppler frequency is distributed and returned in the direction of the transmitter 45 or the receiver 51 even when the reference plane reflecting the transmitted ultrasonic waves is inclined at a vertical or predetermined angle (Θ or α) with respect to the transmitter 45, The speed of the ultrasonic waves returned to the transmitter 45 is equal to the velocity of the ultrasonic waves transmitted from the transmitter 45 to the reference plane. However, when the transmitter 45 or the receiver 51 moves with respect to the reference plane, the frequency and wavelength of the ultrasonic wave transmitted / received are different.
수신기(51)가 고정되어 있고 송신기(45)가 이동하는 경우의 도플러 주파수 (f')는 수학식 1과 같이 표현된다.The Doppler frequency f 'when the receiver 51 is fixed and the transmitter 45 moves is expressed by Equation (1).
그러나 송신기(45)가 고정되어 있고 수신기(51)가 이동하는 경우의 도플러 주파수(f')는 수학식 2와 같이 표현된다.However, when the transmitter 45 is fixed and the receiver 51 moves, the Doppler frequency f 'is expressed by Equation 2 below.
또한, 이동하는 마우스와 같이 송신기(45) 및 수신기(51)가 기준면에 대하여 동시에 접근하거나 동시에 멀어지는 경우의 도플러 주파수(f")는 수학식 3과 같이 표현된다.In addition, the Doppler frequency f ″ when the transmitter 45 and the receiver 51 simultaneously approach or away from the reference plane like a moving mouse is expressed by Equation 3 below.
수학식 1내지 3에서 ±의 기호는 송신기(45)와 수신기(51)의 이동방향이 기준면에 대하여 상대적으로 접근하는 경우와 상대적으로 멀어지는 경우에 의하여 결정된다.In Equations 1 to 3, the sign of ± is determined by a case in which the moving directions of the transmitter 45 and the receiver 51 are relatively far from the case in which the moving direction is relatively close to the reference plane.
수학식 1내지 3에서 fo는 송신기(45)의 송신주파수를, f'는 수신기(51)가 수신하는 도플러 주파수를, Us는 수신기(51)를 향하여 움직이는 송신기(45)의 상대속도를, Ur은 송신기(45)를 향하여 움직이는 수신기(51)의 상대속도를, v는 매질(예컨대 공기)에서의 초음파의 속도를 각각 나타낸다.In Equations 1 to 3, fo denotes a transmission frequency of the transmitter 45, f 'denotes a Doppler frequency received by the receiver 51, and Us denotes a relative velocity of the transmitter 45 moving toward the receiver 51. Denotes the relative velocity of the receiver 51 moving towards the transmitter 45, and v denotes the velocity of the ultrasonic waves in the medium (eg air).
또한, 수학식 3과 같이 송신기(45)와 수신기(51)가 기준면에 대하여 동시에 이동하는 경우 송신기(45)의 송신주파수(fo)와 수신기(51)가 수신하는 도플러 주파수(f")의 편이(Δf)는 수학식 4와 같이 표현된다.In addition, when the transmitter 45 and the receiver 51 move simultaneously with respect to the reference plane as shown in Equation 3, the shift of the transmission frequency fo of the transmitter 45 and the Doppler frequency f ″ received by the receiver 51 is shifted. (Δf) is expressed as in Equation 4.
그리고 기준면에 대한 송신기(45)의 각도를 θ라고 하면, 기준면에 대한 마우스(1)의 이동속도(UG)는 수학식 5와 같다.When the angle of the transmitter 45 with respect to the reference plane is θ, the moving speed UG of the mouse 1 with respect to the reference plane is expressed by Equation 5 below.
송신기(45) 및 수신기(51)를 구비하는 마우스(1)가 이동하는 경우 수신기(51)를 향하여 움직이는 송신기(45)의 상대속도(Us)와 송신기(45)를 향하여 움직이는 수신기(51)의 상대속도(Ur)는 동일하고, 송신기(45)를 향하여 움직이는 수신기(51)의 상대속도(Ur)는 매질(예컨대 공기)에서 초음파의 속도(v)보다 상당히 작다. 따라서 수학식 4 및 수학식 5를 정리하여 도플러 주파수 편이(Δf)를 구하면 수학식 6이 된다.When the mouse 1 having the transmitter 45 and the receiver 51 moves, the relative speed Us of the transmitter 45 moving toward the receiver 51 and the relative movement Us of the receiver 51 moving toward the transmitter 45. The relative speed Ur is the same and the relative speed Ur of the receiver 51 moving towards the transmitter 45 is significantly less than the speed v of the ultrasonic wave in the medium (eg air). Therefore, the equations (4) and (5) are summed up to obtain the Doppler frequency shift Δf.
수학식 6을 이용하여 마우스(1)가 좌/우 또는 전/후로 이동하는 경우의 송신주파수(fo)와 도플러 주파수(f")의 편이(Δf)를 계산하면, 마우스(1)가 기준면에서 좌/우 및 전/후로 이동한 이동거리 및 방향을 정확하게 구할 수 있다.By using Equation 6, when the deviation (Δf) of the transmission frequency fo and the Doppler frequency f "when the mouse 1 moves left / right or before / after is calculated, the mouse 1 is moved from the reference plane. Accurately determine the moving distance and direction moved left / right and before / after.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동거리 측정회로의 블락 다이어그램이다. 도 3을 참조하면, 수평이동거리 측정회로(20) 및 수직이동거리 측정회로(30)는 송신회로(40) 및 수신회로(50)를 구비한다.3 is a block diagram of a moving distance measuring circuit according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, the horizontal moving distance measuring circuit 20 and the vertical moving distance measuring circuit 30 include a transmitting circuit 40 and a receiving circuit 50.
송신회로(40)는 신호 발생원(41), 분주회로(43) 및 송신기(45)를 구비한다. 신호 발생원(41)은 수정 발진기(crystal oscillator)를 사용하여 오차가 적고 정밀한 발진 주파수(fosc)를 얻는 것이 바람직하며, 발진주파수(fosc)는 분주회로(43) 및 MCU(55)로 출력된다.The transmitting circuit 40 includes a signal generating source 41, a frequency dividing circuit 43, and a transmitter 45. The signal generator 41 preferably uses a crystal oscillator to obtain an accurate oscillation frequency fosc with little error, and the oscillation frequency fosc is output to the frequency division circuit 43 and the MCU 55.
분주회로(43)는 신호 발생원(41)으로부터 발생된 발진주파수(fosc)를 수신하여 송신기(45)의 송신 주파수(fo)에 적합하도록 분주(frequency divide)하여 송신 주파수(fo)를 도플러 주파수 검출기(54)로 전송하고 또한 송신기(45)를 드라이브할 수 있도록 신호의 전력(power)을 증가시킨다. 송신기(45)는 송신주파수(fo)를 수신하여 기준면에 대하여 소정의 각도(α 또는 θ)로 출력한다.The frequency dividing circuit 43 receives an oscillation frequency fosc generated from the signal generator 41 and divides the frequency to suit the transmission frequency fo of the transmitter 45 so as to divide the transmission frequency fo into a Doppler frequency detector. Transmit power to 54 and also increase the power of the signal to drive the transmitter 45. The transmitter 45 receives the transmission frequency fo and outputs it at a predetermined angle α or θ with respect to the reference plane.
수신회로(50)는 수신기(51), 증폭기(52), 윈도우 비교기(53), 도플러 주파수 검출기(54) 및 마이크로 컨트롤 유닛(Micro Control unit; 이하 'MCU'라 한다.55)을 구비한다. 수신기(51)는 송/수신 기능을 구비하는 송신기(45)를 사용하거나, 별도의 수신기(51)를 사용할 수 있으며, 기준면으로부터 반사되는 도플러 주파수(f")를 갖는 초음파(fr)를 수신한다.The receiving circuit 50 includes a receiver 51, an amplifier 52, a window comparator 53, a Doppler frequency detector 54, and a micro control unit (hereinafter referred to as 'MCU'). The receiver 51 may use a transmitter 45 having a transmission / reception function, or may use a separate receiver 51, and receives an ultrasonic wave fr having the Doppler frequency f ″ reflected from the reference plane. .
증폭기(52)는 수신기(51)의 출력신호를 증폭하여 윈도우 비교기(53)로 출력하며, 반도체 칩(SOC)의 증폭기(52)는 CMOS 아날로그 연산 증폭기를 사용하는 것이 바람직하다. 윈도우 비교기(53)는 도플러 주파수(f")를 갖는 증폭기(52)의 출력신호(Afr)가 소정의 범위 (또는 윈도우)내에 존재하는 경우 제 1비교신호(RWS)를 도플러 주파수 검출기(54)로 출력하여 송신회로(50)를 정상으로 동작시키고, 그렇지 않은 경우에는 제 2비교신호(ERS)를 도플러 주파수 검출기(54) 및 MCU(55)로 출력하여 검출기(54) 및 MCU(55)가 잘못된 거리 연산을 수행하지 않도록 한다.The amplifier 52 amplifies the output signal of the receiver 51 and outputs it to the window comparator 53. The amplifier 52 of the semiconductor chip SOC preferably uses a CMOS analog operational amplifier. The window comparator 53 outputs the first comparison signal RWS to the Doppler frequency detector 54 when the output signal Afr of the amplifier 52 having the Doppler frequency f ″ is within a predetermined range (or window). And the second operating signal ERS is outputted to the Doppler frequency detector 54 and the MCU 55 so that the detector 54 and the MCU 55 Do not perform the wrong distance operation.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 비교기의 회로도 및 이의 입/출력파형을 나타낸다. 도 4를 참조하면, 윈도우 비교기(53)는 다수개의 저항들(R1, R2, R3)과 비교기들(531, 533), 제 1논리게이트(535) 및 제 2논리 게이트(537)를 구비한다.4 is a circuit diagram of a window comparator and an input / output waveform thereof according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, the window comparator 53 includes a plurality of resistors R1, R2, and R3, comparators 531 and 533, a first logic gate 535, and a second logic gate 537. .
저항들(R1, R2, R3)은 전원전압(VDD)과 접지전압(GND)사이에 직렬로 연결되며 저항 R1의 일단과 저항 R2의 일단의 접속노드는 제 1비교기(531)의 제 1기준전압(Vup)을 그리고 저항 R2의 타단과 및 저항 R3의 일단의 접속노드는 제 2비교기(531)의 제 2기준전압(Vdn)공급한다.The resistors R1, R2, and R3 are connected in series between the power supply voltage VDD and the ground voltage GND, and a connection node of one end of the resistor R1 and one end of the resistor R2 is the first reference of the first comparator 531. The voltage Vup and the other end of the resistor R2 and the connection node of one end of the resistor R3 supply the second reference voltage Vdn of the second comparator 531.
제 1비교기(531)는 증폭기(52)의 출력신호(Afr)와 제 1기준전압(Vup)을 비교하고 그 비교결과를 출력하고, 제 2비교기(533)는 증폭기(52)의 출력신호(Afr)와 제 2기준전압(Vdn)을 비교하고 그 비교결과를 출력한다.The first comparator 531 compares the output signal Afr of the amplifier 52 and the first reference voltage Vup and outputs a comparison result. The second comparator 533 is configured to output an output signal (A) of the amplifier 52. Afr) and the second reference voltage (Vdn) are compared and the comparison result is output.
제 1기준전압(Vup)과 제 2기준전압(Vdn)은 다수개의 저항들(R1, R2, R3)을 가변하여 조절할 수 있다. 여기서 제 1기준전압(Vup)은 제 2기준전압(Vdn)보다 크다.The first reference voltage Vup and the second reference voltage Vdn may be adjusted by varying the plurality of resistors R1, R2, and R3. The first reference voltage Vup is greater than the second reference voltage Vdn.
제 1논리게이트(535)는 제 1비교기(531)의 출력신호 및 제 2비교기(533)의 출력신호를 수신하여 논리 연산한 후 제 1비교신호(RWS)를 출력하며, 제 1논리게이트(535)는 논리곱(AND)게이트인 것이 바람직하다. 제 2논리게이트(537)는 제 1비교기(531)의 출력신호 및 제 2비교기(533)의 출력신호를 수신하여 논리 연산한 후 제 2비교신호(ERS)를 출력하며, 제 2논리게이트(537)는 배타논리합(EX-OR)게이트인 것이 바람직하다.The first logic gate 535 receives an output signal of the first comparator 531 and an output signal of the second comparator 533, performs a logic operation, and outputs a first comparison signal RWS, and outputs a first comparison signal RWS. 535 is preferably an AND gate. The second logic gate 537 receives the output signal of the first comparator 531 and the output signal of the second comparator 533, performs a logic operation, and outputs a second comparison signal ERS. 537) is preferably an exclusive logic gate (EX-OR) gate.
윈도우 비교기(53)의 입/출력 파형을 설명하면 다음과 같다. 우선, 윈도우 비교기(53)로 입력되는 초음파(Afr)의 진폭의 크기가 제 1기준전압(Vup)과 제 2기준전압(Vdn)사이인 경우 제 1비교기(531)는 논리 '로우'를 출력하고, 제 2비교기 (533)는 논리 '하이'를 출력하므로, 제 1논리게이트(535)는 논리 '로우'인 제 1비교신호(RWS)를 출력하고 제 2논리게이트(537)는 논리 '하이'인 제 2비교신호(ERS)를 출력한다.The input / output waveforms of the window comparator 53 are described as follows. First, when the magnitude of the amplitude of the ultrasonic wave Afr input to the window comparator 53 is between the first reference voltage Vup and the second reference voltage Vdn, the first comparator 531 outputs a logic 'low'. In addition, since the second comparator 533 outputs a logic 'high', the first logic gate 535 outputs a first comparison signal RWS, which is a logic 'low', and the second logic gate 537 is a logic ' A second comparison signal ERS that is high 'is output.
제 1기준전압(Vup)과 제 2기준전압(Vdn)사이를 윈도우라 하면, 입력되는 초음파(Afr)의 진폭의 크기가 모두 윈도우 내에 있는 경우, 윈도우 비교기(53)는 논리 '하이'인 제 2비교신호(ERS)를 출력하므로, MCU(55)는 거리 연산을 수행하지 않는다.If the window is between the first reference voltage Vup and the second reference voltage Vdn, when the magnitude of the amplitude of the input ultrasonic wave Afr is within the window, the window comparator 53 is a logic 'high'. Since the two comparison signals ERS are output, the MCU 55 does not perform the distance calculation.
그러나 초음파(Afr)의 진폭의 크기가 상기 윈도우보다 큰 경우, 제1비교기(531) 및 제 2비교기(533)는 논리 '하이'를 각각 출력하므로, 제 1논리 게이트(535)는 논리 '하이'인 제 1비교신호(RWS)를 출력한다. 또한, 제 2비교 신호(ERS)의 논리 '하이'인 구간의 폭을 이용하여 수신되는 신호의 강도를 측정해 낸다. 이러한 윈도우 비교기(53)는 복수개의 저항들의 전압분배와 다수개의 비교기를 이용하여 다수개의 윈도우를 만들 수 있다.However, when the amplitude of the ultrasonic wave Afr is larger than the window, the first comparator 531 and the second comparator 533 output logic 'high', respectively, so that the first logic gate 535 has a logic 'high'. Output a first comparison signal RWS. In addition, the strength of the received signal is measured using the width of the section that is the logic 'high' of the second comparison signal ERS. The window comparator 53 may generate a plurality of windows by using a voltage divider of a plurality of resistors and a plurality of comparators.
도플러 주파수 검출기(54)는 제 1비교신호(RWS), 제 2비교신호(ERS) 및 MCU(55)로부터의 제어신호(CNTL)를 수신하여 송신 주파수(fo) 또는 제 1비교 신호(RWS)의 N (N은 자연수)주기를 카운팅한 후 소정의 상태를 나타내는 카운터 출력신호(CNTV)를 출력하고, 송신 주파수(fo) 및 제 1비교신호(RWS)의 N주기를 카운팅하는데 소요된 시간을 계산하고 소정의 타이머 출력신호(TRV)를 MCU(55)로 출력한다.The Doppler frequency detector 54 receives the first comparison signal RWS, the second comparison signal ERS, and the control signal CNTL from the MCU 55 to transmit a transmission frequency fo or a first comparison signal RWS. After counting the N (N is a natural number) cycles, the counter output signal CNTV indicating a predetermined state is output, and the time taken to count the N cycles of the transmission frequency fo and the first comparison signal RWS The timer outputs a predetermined timer output signal TRV to the MCU 55.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도플러 주파수 검출기를 나타내는 회로도이다. 도 5를 참조하면, 도플러 주파수 검출기(54)는 카운터(541) 및 시간측정 장치인 타이머(543)를 구비한다.5 is a circuit diagram illustrating a Doppler frequency detector according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, the Doppler frequency detector 54 includes a counter 541 and a timer 543 that is a timing device.
카운터(541)는 MCU(55)로부터 출력되는 제어신호(CNTL) 및 타이머(543)로부터 출력되는 카운팅 시작신호(START)에 응답하여 N개의 송신 주파수(fo) 또는 제 1비교신호(RWS)의 주기를 카운팅하고, 카운팅이 완료되는 경우 카운터(541)는 카운팅 종료신호(LOAD)를 타이머(543)로 출력한다. 또한, 카운터(541)는 송신 주파수(fo)의 N (N은 자연수)주기를 카운팅한 후 소정의 상태를 나타내는 카운터 출력신호(CNTV)를 연산회로(56)로 출력한다.The counter 541 is configured to control the N transmit frequency fo or the first comparison signal RWS in response to the control signal CNTL output from the MCU 55 and the counting start signal START output from the timer 543. The counter is counted, and when the counting is completed, the counter 541 outputs a counting end signal LOAD to the timer 543. The counter 541 also counts N (N is a natural number) period of the transmission frequency fo, and then outputs a counter output signal CNTV indicating a predetermined state to the arithmetic circuit 56.
타이머(543)는 MCU(55)로부터 출력되는 제어신호(CNTL), 클락 발생회로(미 도시)에서 발생된 클락(TRCLK) 및 제 2비교신호(ERS)를 수신하여 카운팅 시작신호(START)를 카운터(541)로 출력한다. 타이머(543)는 카운팅 시작신호 (START)로부터 카운팅 종료신호(LOAD)가 입력될 때까지의 시간을 측정한다. 클락 발생회로는 링 발진기(ring oscillator), 위상 동기루프(phase locked loop), 전압 제어발진기(voltage controlled oscillator), 또는 수정 발진기(crystal oscillator) 등을 사용할 수 있다.The timer 543 receives the control signal CNTL output from the MCU 55, the clock TRCLK generated by the clock generation circuit (not shown), and the second comparison signal ERS to receive the counting start signal START. Output to the counter 541. The timer 543 measures the time from the counting start signal START to the counting end signal LOAD. The clock generator may use a ring oscillator, a phase locked loop, a voltage controlled oscillator, a crystal oscillator, or the like.
이때 카운터(541)가 제 1비교신호(RWS)뿐만 아니라 송신 주파수(fo)를 카운팅하는 이유는 정밀한 발진기인 신호 발생원(41)으로부터 생성된 송신주파수(fo)를 N(N은 자연수)주기만큼 카운트한 후 카운트 값에 대한 타이머(543)의 값을 읽어 비교적 정밀도가 떨어지는 클락(TRCLK)의 주파수를 추론하여 본 발명에서 사용하고자 하는 반도체 칩의 제조 공정 상에 발생할 수 있는 클락(TRCLK)발생 회로의 오차를 보정하기 위함이다. 이러한 보정기능은 시스템에 파워가 공급될 때와 그 외 필요하다고 판단되는 시점에 수행하게 된다.In this case, the counter 541 counts the transmission frequency fo as well as the first comparison signal RWS. The reason why the counter 541 counts the transmission frequency fo generated from the signal generator 41, which is a precise oscillator, by N (N is a natural number) period. After counting, by reading the value of the timer 543 for the count value, the frequency of the clock (CLCLK), which is relatively inaccurate, can be inferred, thereby generating a clock (CLCLK) generation circuit that can occur in the manufacturing process of the semiconductor chip. This is to correct the error. These corrections are made when the system is powered up and at other times deemed necessary.
상기 과정으로부터 도출해낸 클락(TRCLK)발생 회로의 주파수를 이용하여 카운터(541)가 제 1비교신호(RWS)를 N (N은 자연수)주기만큼 카운팅했을 때의 타이머(543) 값을 측정하여 사용하게 되면 보다 신뢰성 있는 도플러 주파수를 추출해 낼 수 있게 된다.The counter 541 measures and uses the value of the timer 543 when the counter 541 counts the first comparison signal RWS by N (N is a natural number) period using the frequency of the clock (CLCLK) generation circuit derived from the above process. This will allow us to extract more reliable Doppler frequencies.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 도플러 주파수 검출기의 주파수 검출원리를 나타내는 개념도이다. 도 6을 참조하면, 송신주파수(fo)를 40KHz, cosθ를 1,마우스(1)가 1초에 1cm를 이동한다고 가정하면, Δf는 수학식 6에 의하여 2.35294Hz가 된다.6 is a conceptual diagram illustrating a frequency detection principle of a Doppler frequency detector according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, assuming that the transmission frequency fo is 40 KHz, cos θ is 1, and the mouse 1 moves 1 cm in 1 second, Δf becomes 2.35294 Hz according to equation (6).
따라서 송신주파수(fo)를 40KHz로 할 때 한 주기의 신호에 대해서 송신주파수(fo)와 마우스(1)의 이동에 의한 도플러 주파수(f")와의 오차시간은 1.47ns가된다. 이는 매우 적은 시간으로 디지털 시스템에서 도플러 주파수의 편차로 이용하기 어렵다.Therefore, when the transmission frequency fo is 40 KHz, the error time between the transmission frequency fo and the Doppler frequency f " due to the movement of the mouse 1 becomes 1.47 ns for one period of signal. This is difficult to use as a deviation of the Doppler frequency in digital systems.
따라서 카운터(541)가 송신 주파수(fo)에서 100주기를 카운트할 수 있도록 제어하기로 가정한다면, 카운터(541)는 카운팅 시작신호(START)에 응답하여 송신 주파수(fo)에서 100주기를 카운팅하고 100주기를 카운팅 한 후에 카운팅 종료신호(LOAD)를 타이머(543)로 출력한다. 타이머(543)는 카운팅 시작신호(START)를 발생시킨 시점부터 카운팅 종료신호(LOAD)를 수신하는 시점, 즉 송신 주파수(fo)에서 100주기를 카운팅하는데 소요되는 시간을 측정한다.Therefore, assuming that the counter 541 controls to count 100 cycles at the transmission frequency fo, the counter 541 counts 100 cycles at the transmission frequency fo in response to the counting start signal START. After counting 100 cycles, the counting end signal LOAD is output to the timer 543. The timer 543 measures the time required for counting 100 cycles at the transmission frequency fo from the time when the counting start signal START is generated from the time when the counting end signal LOAD is received.
또한, 카운터(541)는 카운팅 시작신호(START)에 응답하여 도플러 주파수를 갖는 제 1비교신호(RWS)에서 100주기를 카운팅하고 100주기를 카운팅한 후에 카운팅 종료신호(LOAD)를 타이머(543)로 출력한다. 그러면 타이머(543)는 도플러 주파수를 갖는 제 1비교신호(RWS)의 100주기를 카운팅하는데 소요된 시간을 측정한다.In addition, the counter 541 counts 100 cycles from the first comparison signal RWS having the Doppler frequency in response to the counting start signal START, and counts 100 cycles after the counting end signal LOAD. Will output The timer 543 then measures the time taken to count 100 cycles of the first comparison signal RWS having the Doppler frequency.
예컨대 송신 주파수(fo)의 100주기를 카운팅하는데 소요된 시간과 도플러 주파수를 갖는 제 1비교신호(RWS)의 100주기를 카운팅하는데 소요된 시간사이에는 1.47ns*100에 상응하는 시간차 즉, 147.1ns가 발생된다.For example, a time difference corresponding to 1.47 ns * 100, i.e., 147.1 ns, between the time spent counting 100 cycles of the transmission frequency fo and the time spent counting 100 cycles of the first comparison signal RWS having the Doppler frequency. Is generated.
이때 타이머(543)가 100MHz의 클락(TRCLK)에 응답하는 경우 송신신호(fo)의100주기를 카운팅하는데 소요되는 시간과 도플러 주파수를 갖는 제 1비교신호(RWS)의 100주기를 카운팅하는데 소요되는 시간은 클락(TRCLK)기준으로 14 또는 15의 차이가 발생한다.At this time, when the timer 543 responds to the clock TRCLK of 100 MHz, it takes time to count 100 cycles of the transmission signal fo and 100 cycles of the first comparison signal RWS having the Doppler frequency. The time difference is 14 or 15 on a clock basis (TRCLK).
타이머(543)는 제 1비교신호(RWS)의 100주기를 카운팅하는데 소요된 시간동안의 클락(TRCLK)을 출력신호(TRV)로 출력하거나, 또는 송신신호(fo)의 100주기를 카운팅하는데 소요되는 시간과 도플러 주파수를 갖는 제 1비교신호(RWS)의 100주기를 카운팅하는데 소요되는 시간차에 발생하는 클락(TRCLK)을 출력신호(TRV)로 출력할 수 있다.The timer 543 outputs the clock TRCLK during the time required for counting 100 cycles of the first comparison signal RWS as the output signal TRV, or counts 100 cycles of the transmission signal fo. The clock TRCLK generated in the time difference required to count 100 cycles of the first comparison signal RWS having the time and the Doppler frequency may be output as the output signal TRV.
MCU(55)는 연산회로(56), 이동거리 계산회로(57) 및 신호전송회로(58)를 구비한다. 연산회로(56)는 도플러 주파수 검출기(54)의 출력신호들(CNTV, TRV)에 응답하여 수학식 3의 도플러 주파수(f")을 계산하여 송신기(45)의 주파수(fo)와 수신기(51)의 도플러 주파수(f")의 편이(Δf)를 계산한다.The MCU 55 includes an arithmetic circuit 56, a travel distance calculation circuit 57, and a signal transmission circuit 58. The calculation circuit 56 calculates the Doppler frequency f ″ of Equation 3 in response to the output signals CNTV and TRV of the Doppler frequency detector 54 to calculate the frequency fo of the transmitter 45 and the receiver 51. Calculate the deviation Δf of the Doppler frequency f "
이동거리 계산회로(57)는 주파수(fo)와 수신기(51)의 도플러 주파수(f")의 편이(Δf)를 계산하여 마우스(1)의 기준면에서의 좌/우 이동거리 및 전/후 이동거리, 이동방향 및 이동 속도를 계산한 소정의 데이터를 신호전송회로(58)로 출력한다.The movement distance calculation circuit 57 calculates the deviation Δf between the frequency fo and the Doppler frequency f ″ of the receiver 51 to move the left / right movement distance and the front / rear movement on the reference plane of the mouse 1. The predetermined data obtained by calculating the distance, the moving direction, and the moving speed are output to the signal transmission circuit 58.
신호전송회로(58)는 이동거리 계산회로(57)의 출력신호인 상기 데이터를 수신하여 USB 또는 PS/2를 통하여 컴퓨터로 전송한다. 컴퓨터는 USB 또는 PS/2를 통하여 입력되는 상기 데이터를 소정의 인터페이스를 통하여 디스플레이 장치로 전송한다.The signal transmission circuit 58 receives the data, which is an output signal of the travel distance calculation circuit 57, and transmits the data to a computer via USB or PS / 2. The computer transmits the data input via USB or PS / 2 to the display device via a predetermined interface.
상기 소정의 인터페이스는 직렬 포트, 병렬 포트, 또는 USB 등인 것이 바람직하다. 상기 디스플레이 장치는 마우스(1)를 통하여 입력되는 마우스 포인터의 정확한 위치를 디스플레이한다.Preferably, the predetermined interface is a serial port, a parallel port, or a USB. The display device displays the exact position of the mouse pointer input via the mouse 1.
본 발명의 실시예에 의하면 신호 발생원(41), 분주회로(43), 증폭기(52), 윈도우 비교기(53), 도플러 주파수 검출기(54) 및 MUC(55)를 하나의 반도체 칩(100. system on chip)으로 구현한다. 또한 본 발명에 의한 반도체 칩(100)은 본 발명에 의한 마우스(1)의 제 1돔(10) 및 제 2돔(11)의 소정의 위치에 장착된다. 따라서 각각의 이동거리 측정회로(20, 30)는 반도체 칩(SOC)으로 구현될 수 있으므로, 이들(20, 30)이 장착되는 마우스(1)는 소형으로 만들 수 있다.According to the exemplary embodiment of the present invention, the signal generator 41, the divider circuit 43, the amplifier 52, the window comparator 53, the Doppler frequency detector 54, and the MUC 55 are connected to one semiconductor chip 100. system on chip). In addition, the semiconductor chip 100 according to the present invention is mounted at predetermined positions of the first dome 10 and the second dome 11 of the mouse 1 according to the present invention. Therefore, since each of the moving distance measuring circuits 20 and 30 can be implemented with a semiconductor chip (SOC), the mouse 1 to which they are mounted 20 can be made small.
이하 반도체 칩(100)이 간단히 설명된다. 신호전송회로(40)는 신호발생원(41) 및 분주회로(43)를 구비하며, 송신 주파수(fo)를 갖는 초음파를 기준면으로 전송한다.The semiconductor chip 100 is briefly described below. The signal transmission circuit 40 includes a signal generation source 41 and a frequency division circuit 43, and transmits ultrasonic waves having a transmission frequency fo to a reference plane.
이동거리 측정회로(50)는 수신기(51), 증폭기(52), 윈도우 비교회로(53), 도플러 주파수 검출회로(54) 및 마이크로 컨트롤 유닛(55)을 구비한다.The movement distance measuring circuit 50 includes a receiver 51, an amplifier 52, a window comparison circuit 53, a Doppler frequency detection circuit 54, and a micro control unit 55.
수신기(51)는 기준면에서 반사되는 도플러 주파수(f")를 갖는 초음파(fr)를 수신하고, 증폭기(52)는 수신기(51)의 출력신호가 증폭한다. 윈도우 비교기(53)는 증폭기(52)의 출력신호(Afr)와 소정의 기준전압들(Vup 또는 Vdn)을 비교하여, 그 비교결과에 따라 제 1비교신호(RWS) 또는 제 2비교신호(ERS)를 출력한다.The receiver 51 receives an ultrasonic wave fr having the Doppler frequency f " reflected from the reference plane, and the amplifier 52 amplifies the output signal of the receiver 51. The window comparator 53 has an amplifier 52 Output signal Afr and predetermined reference voltages Vup or Vdn are compared, and the first comparison signal RWS or the second comparison signal ERS is output according to the comparison result.
도플러 주파수 검출기(54)는 제 1비교신호(RWS) 또는 송신 주파수(fo)를 수신하여 송신 주파수(fo)의 N(N은 자연수)주기 및 제 1비교신호(RWS)의 N주기를 각각 카운팅하고, 송신 주파수(fo)의 N주기를 카운팅하는데 소요되는 시간과 제 1비교신호(RWS)의 N주기를 카운팅하는데 소요되는 시간과의 차이를 검출하여 출력한다.The Doppler frequency detector 54 receives the first comparison signal RWS or the transmission frequency fo and counts N periods of the transmission frequency fo (N is a natural number) and N periods of the first comparison signal RWS, respectively. The difference between the time required for counting the N periods of the transmission frequency fo and the time required for counting the N periods of the first comparison signal RWS is detected and output.
마이크로 컨트롤 유닛(55)은 도플러 주파수 검출회로의 출력신호들(CNTV, RTV)에 응답하여 송신 주파수(fo)와 도플러 주파수(f")의 편차를 수학식 4를 이용하여 계산하여 기준면과 반도체 칩(100), 또는 반도체 칩(100)을 구비하는 시스템의 상대적 이동거리, 상대적 이동속도 또는 이동방향에 대한 데이터를 계산하고 상기 데이터를 PC로 출력한다. 제 2비교신호(ERS)가 활성화되는 경우 마이크로 컨트롤 유닛(55)은 제 1비교신호(RWS)와의 연관관계를 통하여 연산기능의 실행여부를 결정한다.The micro control unit 55 calculates a deviation between the transmission frequency fo and the Doppler frequency f ″ in response to the output signals CNTV and RTV of the Doppler frequency detection circuit by using Equation 4 to calculate the reference plane and the semiconductor chip. Calculate data about the relative moving distance, the relative moving speed, or the moving direction of the system 100 or the system including the semiconductor chip 100, and output the data to the PC When the second comparison signal ERS is activated. The micro control unit 55 determines whether to execute the arithmetic function through an association relationship with the first comparison signal RWS.
상기 반도체 메모리장치는 선박이나 자동차 등 운송수단의 정밀한 속도 및 방향 또는 이동거리를 측정할 수 있으며, 유체의 유속 측정기 등 물체의 이동거리나 속도 또는 가속도 방향 등을 정밀하게 탐지할 수 있다.The semiconductor memory device may measure precise speed, direction, or moving distance of a vehicle or a vehicle, and may precisely detect a moving distance, speed, or acceleration direction of an object such as a fluid flow meter.
따라서 상기 반도체 칩(SOC)을 구비하는 마우스는 볼 마우스, 광 마우스 또는 이미지 센서 마우스의 마우스 이동거리 센싱능력보다 정확하고, 마우스가 센싱을 위하여 접촉되는 접촉면의 특성에 영향을 받지 않고 마우스의 이동거리를 정밀하게 센싱 할 수 있는 장점이 있다.Therefore, the mouse having the semiconductor chip (SOC) is more accurate than the mouse movement distance sensing capability of the ball mouse, the optical mouse, or the image sensor mouse, and the mouse movement distance is not affected by the characteristics of the contact surface that the mouse contacts for sensing. There is an advantage that can be sensed precisely.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, this is merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 수평이동거리 측정회로(20) 및 수직이동거리 측정회로(30)를 구비하는 마우스는 도플러효과를 이용하므로 마우스가 센싱을 위하여 접촉되는 접촉면의 특성에 영향을 받지 않고 마우스의 이동거리를 정밀하게 측정할 수 있는 이점이 있다.As described above, the mouse having the horizontal moving distance measuring circuit 20 and the vertical moving distance measuring circuit 30 according to the present invention uses the Doppler effect, so that the mouse is not affected by the characteristics of the contact surface that the mouse contacts for sensing. There is an advantage that can accurately measure the moving distance of the mouse.
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