KR100683249B1 - 접촉센서 및 이의 신호 발생 방법 - Google Patents

접촉센서 및 이의 신호 발생 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 접촉센서 및 이의 신호 발생 방법을 공개한다. 이 접촉센서는 입력 신호를 생성하는 입력 신호 발생부, 상기 입력 신호를 일정 시간 지연시켜 제1신호를 발생하는 기준 신호 발생부, 접촉 패드를 구비하고, 상기 접촉 패드의 접촉여부에 따라 상기 입력 신호를 다르게 지연하여 제2신호를 각각 발생하는 복수개의 접촉 감지 신호 발생부, 제어 신호에 따라 지연 시간을 가변하고, 상기 제2신호를 가변된 지연 시간에 따라 지연하여 가변된 제2신호를 각각 발생하는 복수개의 가변 지연부, 상기 제1신호와 상기 가변된 제2신호의 지연시간의 차이에 따라 접촉 신호를 각각 발생하는 복수개의 접촉 신호 발생부, 및 상기 복수개의 접촉 신호를 수신 및 분석하여, 상기 접촉 패드가 동작 상태이면 접촉 출력을 발생하고, 대기 상태이면 상기 복수개의 가변 지연부에 상기 제어 신호를 각각 공급하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 외부적인 환경으로 인해 초기에 설정된 지연 값이 변해도 이를 자동으로 조정함으로써 접촉 패드의 오동작을 방지할 수 있다.

Description

접촉센서 및 이의 신호 발생 방법{Touch Sensor and Signal Generation Method thereof}
도 1은 종래 기술에 따른 접촉센서의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 접촉센서의 상세한 구성을 나타내는 회로도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 접촉센서의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4a 및 4b는 도 3에 나타낸 접촉센서의 상세한 구성을 나타내는 회로도이다.
도 4c 및 4d는 도 4b에 나타낸 접촉센서에서 가변 지연부의 동작의 예를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 접촉센서의 지연 시간 조정의 과정을 나타내는 흐름도이다.
본 발명은 전기적 접촉센서에 관한 것으로, 특히 온도, 동작 전원 전압 및 습도와 같은 환경 변화로 인해 초기에 설정된 지연 시간이 변할 때 생산 공정에서 커패시터등의 값을 조정하여 이를 보정하는 과정 및 생산 공정 이후에도 별도의 외 부적인 조정이 필요없이 지연 시간을 자동으로 조정하는 접촉센서 및 이의 신호 발생 방법에 관한 것이다.
일반적인 전기적 접촉센서는 생산 과정에서 접촉센서 내부에서 발생되는 신호들의 지연 시간과 같은 설정 값들이 한번 설정되면 실제 사용시에는 여러가지 요인에 의해 설정된 값이 변화하여도 이미 설정된 설정값들을 변경시키기가 어렵다.
도 1은 종래 기술에 따른 접촉센서의 구성을 나타내는 블록도로서, 접촉센서는 입력 신호 발생부(10), 기준 신호 발생부(20), 복수개의 접촉 감지 신호 발생부들(30-1 ~ 30-n), 및 복수개의 접촉 신호 발생부들(40-1 ~ 40-n)로 구성된다.
도 1에서 입력 신호 발생부(10)는 AC(Alternate Current) 신호 또는 클럭 신호를 입력 신호로서 발생하여 기준 신호 발생부(20)와 복수개의 접촉 감지 신호 발생부들(30-1 ~ 30-n)에 각각 인가한다.
기준 신호 발생부(20)는 접촉 물체의 접촉 여부에 상관없이 항상 입력 신호(R_Sig)를 소정의 시간만큼 지연하여 기준 신호(Sig1)를 발생시킨다.
복수개의 접촉 감지 신호 발생부들(30-1 ~ 30-n)은 접촉 물체가 접촉되는 접촉 패드(PAD)를 구비하고, 접촉 물체가 접촉 패드에 접촉되면, 접촉되지 않은 경우보다 지연 시간이 큰 감지 신호들(Sig2-1 ~ Sig2-n)을 발생시킨다. 접촉 물체는 소정의 정전 용량을 가지는 모든 물체가 적용될 수 있으며, 대표적인 예로 많은 양의 전하를 축적할 수 있는 사람의 인체가 있다.
복수개의 접촉 신호 발생부들(40-1 ~ 40-n) 각각은 기준 신호 발생부로부터 출력된 기준 신호(Sig1)에 동기되어 각각의 접촉 감지 신호 발생부들(30-1 ~ 30-n) 로부터 출력된 감지 신호들(Sig2-1 ~ Sig2-n)을 샘플링 및 래치하여 접촉 신호들(S1 ~ Sn)을 출력한다.
도 2는 도 1에 나타낸 접촉센서의 상세한 구성을 나타내는 회로도이다.
도 2에서, 기준 신호 발생부(20)는 제1저항(R1)과 커패시터(C)로 구성되며, 복수개의 접촉 감지 신호 발생부들(30-1 ~ 30-n) 각각은 제2저항(R2-n)과 접촉 패드(PAD)로 구성된다. 그리고, 복수개의 접촉 신호 발생부들(40-1 ~ 40-n) 각각은 디플립플롭(D Flip-Flop)으로 구성된다. 복수개의 제2저항(R2-1 ~ R2-n) 각각은 입력 신호 발생부(10)와 복수개의 접촉 패드(PAD) 각각 사이의 지연 성분을 동일하도록 조정하는 저항이다. 또 복수개의 접촉 패드(PAD) 에 접촉이 되지 않은 상태에서는 입력 신호 발생부(10)와 커패시터(C)간의 지연 시간, 즉 신호(R_Sig)의 발생으로부터 기준 신호(Sig1)의 발생까지의 지연시간) 이 입력 신호 발생부(10)와 복수개의 접촉 패드(PAD) 각각 사이의 지연 시간, 즉 신호(R_Sig)의 발생으로부터 감지 신호들(Sig2-1 ~ Sig2-n) 각각의 발생까지의 지연시간 보다 일정한 값 만큼 작도록 R1과 C 값을 설정한다. 즉,도 2에 나타낸 접촉센서에서 접촉 물체가 접촉 패드(PAD)에 접촉하면, 기준 신호 발생부(20)의 지연 시간은 접촉 패드에 접촉 물체가 접촉하기 이전과 동일하나 복수개의 접촉 신호 발생부(30-1 ~ 30-n) 각각의 지연 시간은 접촉 물체의 정전용량만큼 더 증가하게 되어 기준 신호(Sig1)의 지연 시간보다 감지 신호들(Sig2-1 ~ Sig2-n)의 지연 시간이 더 커질 수 있도록 저항(R1)과 캐패시터(C)의 값을 설정하여야 한다.
디플립플롭(40-n)은 기준 신호(Sig1)에 동기되어 트리거되고 감지 신호들 (Sig2-1 ~ Sig2-n)을 래치하고 이를 출력한다.
상기와 같은 종래의 접촉 센서는 접촉 센서내에 복수개의 접촉 패드가 구비된 경우, 각 접촉 패드 별로 저항과 커패시터 값의 산포가 있을 수 있고, 접촉 패드와 접촉 신호 발생부간의 라인 길이 또는 접촉 센서 내부의 기준 신호 발생부로부터 최종 출력단까지의 경로의 길이가 다를 경우 각각의 접촉 패드에서 기준 신호와 감지 신호간의 지연 시간의 차이가 서로 달라질 수 있으므로 생산 공정에서 이를 보정하기 위한 수단을 강구한다.
그러나 생산 공정에서 이런 문제를 해결한다고 해도, 실제 사용시에는 온도, 동작전원전압 및 습도와 같은 환경의 변화 또는 접촉 센서 내부의 저항이나 커패시터와 같은 개별 소자들의 설정값 또는 내구성 등이 달라질 수 있기 때문에 기준 신호와 감지 신호사이의 지연 시간의 차이가 처음에 설정된 값과 달라져서 접촉 센서가 정상적으로 동작을 하지 못하는 단점이 있다.
본 발명의 목적은 자동으로 지연 시간을 조정하는 기능을 구비하여 접촉센서의 오동작을 사전에 방지하는 접촉센서 및 이의 신호 발생 방법을 제공하는 데 있다. 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 접촉센서는 입력 신호를 생성하는 입력 신호 발생부, 상기 입력 신호를 일정 시간 지연시켜 제1신호를 발생하는 기준 신호 발생부, 접촉 패드를 구비하고, 상기 접촉 패드의 접촉여부에 따라 상기 입력 신호를 다르게 지연하여 제2신호를 각각 발생하는 복수개의 접촉 감지 신호 발생부, 제어 신호에 따라 지연 시간을 가변하고, 상기 제2신호를 가변된 지연 시간에 따라 지연하여 가변된 제2신호를 각각 발생하는 복수개의 가변 지연부, 상기 제1신호와 상기 가변된 제2신호의 지연시간의 차이에 따라 접촉 신호를 각각 발생하는 복수개의 접촉 신호 발생부, 및 상기 복수개의 접촉 신호를 수신 및 분석하여, 상기 접촉 패드가 접촉 상태이면 접촉 출력을 발생하고, 접촉 대기 상태이면 상기 복수개의 가변 지연부에 상기 제어 신호를 각각 공급하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 기준 신호 발생부는 직렬 연결된 복수개의 인버터들을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 기준 신호 발생부는 접지 전압과 연결되는 커패시터를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 복수개의 접촉 감지 신호 발생부 각각은 접촉 패드의 접촉시에는 상기 입력 신호를 상기 제1신호보다 더 많이 지연하고 비접촉시에는 상기 입력 신호를 상기 제1신호보다 작게 지연하여 상기 제2신호를 발생하는 것을 특징으로 한다.
상기 복수개의 가변 지연부 각각은 복수개의 지연 장치들을 포함하고, 상기 제어부로부터 제어 신호를 수신하고 이에 응답하여 복수개의 지연 장치 중에서 일부의 상기 지연 장치가 활성화되며, 활성화된 상기 지연 장치의 지연 시간만큼 상기 제2신호를 지연하여 상기 가변된 제2신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
상기 복수개의 지연 장치들 각각은 선택입력에 따라 두개의 입력 중 하나를 출력하는 멀티플렉서와 상기 멀티플렉서의 출력을 입력으로 수신하고 소정 시간 지연시켜 출력하는 복수개의 인버터를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 복수개의 접촉 신호 발생부 각각은 상기 제1신호에 응답하여 상기 가변된 제2신호를 래치하여 상기 접촉 신호를 발생하는 플립플롭인 것을 특징으로 한다.
상기 복수개의 접촉 신호 발생부 각각은 상기 가변된 제2신호에 응답하여 상기 제1신호를 래치하여 상기 접촉 신호를 발생하는 플립플롭인 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 상기 접촉 대기 상태에서 가장 최근의 상기 접촉 출력을 고정하고, 모든 상기 복수개의 접촉 패드에 대한 제어 신호 조정이 종료된 후 상기 접촉 출력의 고정을 해제하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 상기 접촉 패드가 접촉 되어 있지 않는 동안에 상기 복수개의 가변 지연부들 각각에 대해 순차적으로 제어 신호를 공급하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 상기 복수개의 가변 지연부 각각에 제어 신호를 공급하고 상기 접촉 신호를 수신하여 상기 접촉 신호의 값이 상기 접촉 패드가 접촉되었음을 나타내는 값이 되면 상기 제어 신호를 최소 지연값으로 획득하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 접촉 센서의 신호 발생 방법은 입력 신호를 발생하는 입력 신호 발생 단계, 상기 입력 신호를 일정 시간 지연시켜 제1신호를 발생하는 제1신호 발생 단계, 접촉 패드의 접촉여부에 따라 상기 입력 신호를 다르게 지연하여 제2신호를 발생하는 제2신호 발생 단계, 제어 신호에 따라 지연 시간을 가변하고, 상기 제2신호를 가변된 지연 시간에 따라 지연하여 가변된 제 2신호를 발생하는 가변된 제2신호 발생 단계, 상기 제1신호와 상기 가변된 제2신호의 지연 시간의 차이에 따라 접촉신호를 발생하는 접촉 신호 발생 단계, 및 상기 접촉 신호를 수신 및 분석하여, 상기 접촉 패드가 접촉 상태이면 접촉 출력을 발생하고, 접촉 대기 상태이면 상기 제어 신호를 조정하는 제어 신호 조정 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어 신호 조정 단계는 접촉 대기 상태에서 가장 최근의 상기 접촉 출력들을 고정하고 상기 제어 신호를 가변하고 상기 접촉 신호를 수신하여 최소 지연값을 획득하는 획득 단계, 및 획득한 상기 최소 지연값을 이용하여 제어 신호를 조정하는 조정 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 획득 단계는 상기 제어 신호를 가변하면서 상기 접촉 신호의 값이 상기 접촉 패드가 접촉되었음을 나타내는 값이 되면 상기 제어 신호를 최소 지연값으로 획득하는 것을 특징으로 한다.
상기 조정 단계는 현재 수행하고 있는 제어 신호 조정이 정상적인 조건에서 이루어지는지를 검사하고, 검사 결과 상기 정상적인 조건에서 이루어진 경우는 획득한 상기 최소 지연값을 이용하여 제어값을 결정하고 결정된 제어값을 제어 신호로 발생하고, 검사 결과 상기 정상적인 조건에서 이루어지지 않은 경우는 상기 접촉 출력의 고정을 해제하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어 신호 조정 단계는 상기 제어 신호 조정이 완료된 경우, 상기 접촉 출력의 고정을 해제하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어값은 상기 최소 지연값과 상기 접촉 패드의 접촉 감도의 차를 구하 여 결정하는 것을 특징으로 한다.
상기 정상적인 조건은 상기 접촉 패드에 접촉 물체가 접촉되지 않은 조건인 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 접촉센서 및 이의 신호 발생 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 접촉센서의 구성을 나타내는 블록도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 접촉 센서는 입력 신호 발생부(10), 기준 신호 발생부(20), 복수개의 접촉 감지 신호 발생부들(30-1 ~ 30-n), 복수개의 가변 지연부들(35-1 ~ 35-n), 복수개의 접촉 신호 발생부들(40-1 ~ 40-n), 및 제어부(50)를 구비한다.
입력 신호 발생부(10)는 AC(Alternate Current) 신호 또는 클럭 신호를 입력 신호(R_Sig)로서 발생하여 기준 신호 발생부(20)와 복수개의 접촉 감지 신호 발생부들(30-1 ~ 30-n) 각각에 인가한다.
기준 신호 발생부(20)는 접촉 물체의 접촉 여부에 상관없이 항상 입력 신호(R_Sig)를 소정의 시간만큼 지연하여 기준 신호(Sig1)를 발생시킨다.
복수개의 접촉 감지 신호 발생부들(30-1 ~ 30-n) 각각은 접촉 물체가 접촉되는 접촉 패드(PAD)를 구비하고, 접촉 물체가 접촉 패드(PAD)에 접촉되면, 입력 신호(R_Sig)를 기준 신호(Sig1)보다 더 많이 지연시키고, 접촉되지 않으면 입력 신호(R_Sig)를 기준 신호(Sig1)보다 작게 지연시켜서 기준 신호(Sig1)와 지연 시간의 차이가 나도록 감지 신호들(Sig2-1 ~ Sig2-n)을 발생시킨다.
접촉 물체는 소정의 정전 용량을 가지는 모든 물체가 적용될 수 있으며, 대표적인 예로 많은 양의 전하를 축적할 수 있는 사람의 인체가 있다.
복수개의 가변 지연부들(35-1 ~ 35-n) 각각은 제어부(50)로부터 공급되는 제어 신호들(D1 ~ Dn)에 응답하여 감지 신호들(Sig2-1 ~ Sig2-n)의 지연 시간을 가변하고, 가변된 지연 시간에 따라 가변 지연 신호들(VSig-1 ~ VSig-n)을 출력한다.
복수개의 접촉 신호 발생부들(40-1 ~ 40-n) 각각은 기준 신호(Sig1)에 동기되어 가변 지연 신호들(VSig-1 ~ VSig-n)을 샘플링 및 래치하여 접촉 신호들(S1 ~ Sn)을 출력한다.
제어부(50)는 접촉 패드(PAD)에 접촉 물체가 접촉되어 접촉 신호들(S1 ~ Sn)이 계속적으로 변화되면 접촉 센서가 동작 상태임을 감지하고, 접촉된 패드(PAD)에 상응하는 접촉 신호 발생부들(40-1 ~ 40-n)로부터 접촉 신호들(S1 ~ Sn)를 수신하여 접촉 출력들(TOut-1 ~ TOut-n)을 발생시키고, 접촉 패드(PAD)에 접촉 물체가 접촉되지 않아 접촉 신호들(S1 ~ Sn)이 소정 시간동안 변하지 않으면, 제어부(50)는 접촉 센서가 대기 상태임을 감지하고, 지연 시간 조정을 위해 복수개의 가변 지연부들(35-1 ~ 35-n) 각각에 공급되는 제어 신호의 조정을 시작한다.
제어부(50)는 복수개의 가변 지연부들(35-1 ~ 35-n) 각각에 대한 제어 신호 조정를 조정하여 지연 시간의 조정을 수행시에, 제어 신호 조정이 접촉 센서의 일반적인 동작에 영향을 미치지 않도록 하기 위해, 각 접촉 패드(PAD)의 가장 최근의 접촉 출력들(TOut-1 ~ TOut-n)을 고정시키고, 복수개의 가변 지연부들(35-1 ~ 35- n) 각각에 대해 순차적으로 제어 신호의 조정을 수행한다.
그리고, 제어부(50)는 제어 신호를 가변하여 각 가변 지연부들(35-1 ~ 35-n)의 지연 시간을 반복적으로 조정해가며 접촉 신호들(S1 ~ Sn)의 값이 접촉 패드(PAD)가 접촉되었을때 발생되는 값과 동일한 값을 가지기 시작할 때의 지연시간, 즉 제어 신호의 제어값을 추출하여 최소 지연값들(D1(TH) ~ Dn(TH))로 획득한다.
즉, 접촉 패드에 접촉 물체가 접촉 되었을 때 발생되는 접촉 신호가 논리적으로 "하이" 레벨이고, 접촉 패드에 접촉 물체가 접촉되지 않았을 때 접촉 신호가 논리적으로 "로우" 레벨이라고 가정하면, 제어부(50)는 각 가변 지연부들(35-1 ~ 35-n)의 지연 시간을 조정하고 이에 상응하는 접촉 신호들(S1 ~ Sn)을 수신하는 과정을 반복하여 접촉 신호들(S1 ~ Sn)이 논리적으로 "하이" 레벨을 발생시킬때의 지연시간, 즉 제어 신호의 제어값을 최소 지연값들(D1(TH) ~ Dn(TH))로 한다.
그리고, 최소 지연값들(D1(TH) ~ Dn(TH))과 접촉 패드의 감도의 차를 구하여 제어 값을 결정하고, 결정된 제어값을 가변 지연부에 제어 신호들(D1 ~ Dn)로 전송함으로써 접촉 센서의 에러 마진(error margin)을 충분히 확보한다.
즉, 접촉 패드(PAD)에 접촉 물체가 접촉되었을 때 올바른 접촉 출력들(S1 ~ Sn)이 발생되도록 하기 위해 접촉 패드(PAD)가 접촉되지 않았을 때 접촉 패드(PAD)의 접촉 감도를 고려하여 기준 신호(Sig1)와 가변 지연 신호들(VSig2-1 ~ VSig2-n)의 지연 시간이 서로 차이가 나도록 가변 지연부를 제어하여 가변 지연 신호들(VSig2-1 ~ VSig2-n)을 출력한다.
접촉 패드의 감도는 반복적인 실험에 의해 얻어진 결과로써, 접촉 패드의 크 기가 클수록 접촉 패드의 감도도 커진다.
그리고, 제어부(50)는 하나의 가변 지연부에 대한 지연 시간의 조정이 끝나면 정상적인 조건에서 지연 시간의 조정이 수행되었는지를 검사하여 만약, 지연 시간 조정이 정상적인 조건에서 이루어지지 않았다면 가변 지연부에 대한 지연 시간 조정을 취소하여 다음 조정을 대기하고, 위상 조정이 정상적인 조건에서 수행되었다면 다음 가변 지연부에 대한 지연 시간 조정을 수행한다.
그리고 제어부(50)는 모든 가변 지연부에 대한 지연 시간 조정이 종료되면 접촉 출력들(TOut-1 ~ TOut-n)의 고정을 해제하여 접촉 패드가 접촉 되었을 때 접촉 출력들(TOut-1 ~ TOut-n)이 새로운 값으로 갱신되도록 한다.
도 4a 및 4b는 도 3에 나타낸 접촉센서의 상세한 구성을 나타내는 회로도이다.
기준 신호 발생부(20)는 제1저항(R1)과 커패시터(C)로 구성된다.
도 4a에 도시하지는 않았지만, 제1저항(R1)과 커패시터(C)로 구성된 지연 회로 대신 기준 신호 발생부(20)가 소정의 지연 시간을 가지는 직렬로 연결된 복수개의 인버터들로 구성되어도 동일한 기능을 수행할 수 있음은 자명하다.
복수개의 접촉 감지 신호 발생부들(30-1 ~ 30-n) 각각은 입력 신호 발생부(10)와 복수개의 가변 지연부(35-1 ~ 35-n) 각각의 사이에 위치하는 제2저항들(R2-1 ~ R2-n)과, 제2저항들(R2-1 ~ R2-n)과 복수개의 가변 지연부들(35-1 ~ 35-n) 각각의 사이에 위치하여 정전용량을 가지는 접촉 물체가 접촉되도록 하는 접촉 패드(PAD)를 구비한다.
제2저항들(R2-1 ~ R2-n) 의 기능은 도2에서와 동일하다. 제1저항(R1) 과 커패시터(C)는 가변 지연 신호들(Vsig2-1 ~ Vsig2-n)에 대하여 기준 신호(Sig1)의 지연값을 설정하기 위한 것이다. 복수개의 접촉 신호 발생부들(40-1 ~ 40-n) 각각은 복수개의 가변 지연부들(35-1 ~ 35-n) 각각으로부터 가변 지연 신호들(VSig2-1 ~ VSig2-n)을 입력(D)으로 수신하고, 기준 신호 발생부(20)의 기준 신호(Sig1)를 클럭 입력(CLK)으로 수신하여 접촉 신호들(S1 ~ Sn)을 발생시키는 디플립플롭(D Flip-Flop)으로 구성된다.
가변 지연부(35-n)는 도 4b에 도시된 일례와 같이 복수개의 지연 셀들(100-1 ~ 100-m)과 버퍼(110)로 구성될 수 있고, 복수개의 지연 셀들(100-1 ~ 100-m) 각각은 한 개의 멀티플렉서(MUX)와 두 개의 인버터(INV)로 구성될 수 있다.
멀티플렉서(MUX)는 두 개의 입력과 한 개의 출력 그리고 두 개의 입력 중에서 하나의 입력을 선택하기 위한 선택 입력을 포함하고, 이 선택 입력들은 제어부로부터 공급되는 제어 신호(Dn)에 의해 제어된다. 두 개의 인버터(INV)는 멀티플렉서(MUX)의 출력을 소정 시간 지연시키는 역할을 한다.
도 4b에서 제일 첫 단의 지연 셀(100-1)은 접지 전압(GND) 및 감지 신호(Sig2-n)를 입력으로 수신하고, 선택 입력들(sel[1]-n ~ sel[m]-n)에 따라 수신된 신호 중에서 하나의 신호를 출력하며, 그 외의 지연 셀들(100-2 ~ 100-m)은 이전 단의 지연 셀의 출력과 감지 신호(Sig2-n)를 입력으로 수신하여, 선택 입력들(sel[1]-n ~ sel[m]-n)에 따라 수신된 신호 중에서 하나의 신호를 출력한다.
도 4b에서는 지연 셀들(100-1 ~ 100-m) 각각을 하나의 멀티플렉서(MUX)와 두 개의 인버터(INV)를 사용하여 구성하였으나, 지연 셀 각각에 두 개 이상의 인버터 또는 다른 지연 수단을 사용하여도 무방하다.
버퍼(110)는 감지 신호(Sig2-n)를 완충하여 지연 셀들(100-1 ~ 100-m) 각각의 내부에 있는 멀티플렉서(MUX)의 하나의 입력에 공급한다. 그리고, 도 4b에서는 하나의 버퍼(110)만을 도시하였으나 각각의 지연 셀로 입력되는 감지 신호(Sig2-n)의 감쇄를 막기위해 소정의 지연 셀들의 간격마다 하나의 버퍼가 사용될 수 있다. 예를 들면, 10개의 지연 셀들의 간격마다 하나의 버퍼가 사용될 수 있다.
도 4c 및 4d는 도 4b에 나타낸 접촉센서에서 가변 지연부의 동작의 예를 나타낸다. 도 4c에서는 가변 지연부에 구비된 지연 셀의 내부에 존재하는 멀티플렉서(MUX)의 동작 방식을 나타낸다. 도시된 바와 같이 멀티플렉서(MUX)의 선택 입력(sel)이 '0'일때 멀티플렉서(MUX)는 입력(IN1)을 출력하고, 선택 입력(sel)이 '1'일때 입력(IN2)을 출력한다.
도 4d는 가변 지연부가 3개의 지연 셀들로 구성된 예로서, 각 지연 셀의 내부에 구비된 멀티플렉서(MUX)가 도 4c에 도시된 방법으로 동작한다고 가정할때, 선택입력들의 조합에 따른 지연 셀들의 활성화 상태를 나타낸다.
도 4d에 도시된 바와 같이 선택입력의 조합에 따라 활성화되는 지연 셀들이 달라진다. 선택입력의 조합(sel[8]-n sel[9]-n sel[10]-n)이 'xx0'인 경우 지연 셀3(100-10)이 활성화된다. 즉, 감지 신호(Sig2-n)는 하나의 지연 셀(100-10)에 상응하는 지연 시간만큼 지연되어 출력된다. 멀티플렉서(MUX)의 선택 입력이 'x'인 경우는 무관항을 의미한다.
선택입력의 조합(sel[8]-n sel[9]-n sel[10]-n)이 'x01'인 경우는 지연 셀2(100-9) 및 지연 셀3(100-10)이 활성화되고, 감지 신호(Sig2-n)는 활성화된 2개의 지연 셀에 상응하는 지연 시간만큼 지연되어 출력된다.
선택입력의 조합(sel[8]-n sel[9]-n sel[10]-n)이 '011'인 경우는 모든 지연 셀들(100-8, 100-9, 및 100-10)이 활성화되고, 감지 신호(Sig2-n)는 활성화된 3개의 지연 셀에 상응하는 지연 시간만큼 지연되어 출력된다.
도 4a에서는 복수개의 접촉 신호 발생부들(40-1 ~ 40-n) 각각을 디플립플롭(D Flip-Flop)으로 구성하였으나, 실제의 적용 예에서는 기준 신호(Sig1)에 동기되어 가변 지연 신호(VSig2-n)를 획득 및 래치할 수 있는 JK 플립플롭 또는 래치 회로 등을 사용하여 구현할 수도 있다.
그리고, 본 발명의 실시 예에서는 기준 신호(Sig1)에 동기되는 디플립플롭을 설명하였으나, 가변 지연 신호(VSig2-n)에 동기되어 기준 신호(Sig1)를 획득 및 래치하여 접촉 신호(Sn)를 출력하도록 구성할 수도 있음은 자명하다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 복수개의 접촉 패드와 이에 상응하는 복수개의 접촉 감지 신호 발생부에 대해 기술하였으나, 하나의 접촉 패드로 구성된 접촉 센서에서는 하나의 접촉 패드에 상응하는 접촉 감지 신호 발생부, 가변 지연부, 및 접촉 신호 발생부가 각각 하나로 구비되어도 본 발명의 실시예가 상기와 동일하게 적용될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 접촉센서의 지연 시간 조정의 과정을 나타내는 흐름도이다. 특히, 접촉 센서의 제어부가 수행하는 지연 시간 조정의 동작 과 정을 나타낸다. 도 5의 실시 예에서는 가변 지연부의 개수를 12개로 가정한다.
먼저, 제어부는 가변 지연부의 지연 시간 조정이 접촉 센서의 일반적인 동작에 영향을 미치지 않도록 하기 위해, 지연 시간 조정을 시작하기 전에 접촉 패드의 가장 최근의 접촉 출력을 고정한다(단계 S10).
다음으로, 제어부는 i값을 초기화 한다(단계 S20). 즉, i는 0이 된다. i는 접촉 센서에 포함되어 자동 지연 시간 조정이 수행될 가변 지연부들의 순서를 나타낸다.
다음으로, i값을 1만큼 증가시킨다(단계 S30). 즉, i는 1이 되고 가변지연부1(도 4a 및 4b의 35-1)의 지연 시간 조정이 수행된다.
제어부는 가변 지연부i에 포함된 지연 셀 중에서 활성화된 지연 셀의 개수를 최소로 설정하여 가변 지연부i의 지연 값이 최소가 되도록 설정한다(단계 S40). 그리고 접촉 신호의 값이 접촉 패드가 접촉 되었을 때와 같은 값(Si=1)이 되는지를 검사한다(단계 S50).
만약, 검사 결과가 거짓이라면 가변 지연부i에 포함된 지연 셀의 개수를 하나 더 증가시켜서 지연 값을 한단계 더 증가시키고(단계 S60), 이전 단계(단계 S50)를 반복한다. 만약, 검사 결과가 참이라면(S=1), 이 때의 최소 지연 값(Di(TH))을 획득한다(단계 S70).
즉, 제어부는 i번째 가변 지연부의 지연 값을 최소값에서부터 가변 지연부의 지연 값이 접촉 패드가 접촉 되었을 때 발생되는 접촉 신호와 동일한 값을 발생하도록 할 때까지 단계적으로 계속 증가시켜서 접촉 패드가 접촉 되었을 때 발생되는 접촉 신호와 동일한 값을 가지도록 하는 지연값을 가변 지연부의 최소 지연값(Di(TH))으로 획득한다.
다음으로, 제어부는 현재 수행되고 있는 지연 시간 조정 과정이 정상적인 조건에서 이루어지는지를 검사한다(단계 S80). 즉, 이전의 지연 시간 조정 과정에서 획득한 i번째 가변 지연부의 최소 지연값(Di(TH))과 현재의 지연 시간 조정 과정에서 획득한 i번째 가변 지연부의 최소 지연값(Di(TH))의 차이를 구하여, 최소의 크기를 가진 접촉 패드가 접촉 물체에 접촉되었을 때 발생되는 지연 시간의 최소값과 비교한다.
만약, 최소 지연 값의 차이가 최소의 크기를 가진 접촉 패드가 접촉되었을 때 발생되는 지연 시간의 최소값보다 작으면, 접촉 패드에 접촉 물체가 접촉되지 않은 것으로 판단하고, 반대의 경우는 접촉 패드에 접촉 물체가 접촉된 것으로 판단한다.
단계(S80)에서 검사 결과 정상적인 조건에서 이루어진 지연 시간 조정이라면 단계(S70)에서 획득한 값과 실험에 의해서 획득한 접촉 패드의 감도의 차를 구하여 i번째 가변 지연부의 제어 값을 획득하고, 획득된 제어 값을 i번째 가변 지연부의 지연 시간 조정을 위한 제어 신호(Di)로써 전송한다(S90).
만약 정상적인 조정이 아니라면, 접촉 출력 고정 해제 단계(단계 S110)로 진행하여 가변 지연부에 대한 위상 조정을 취소하고 다음 조정을 대기한다.
이와 같은 방법으로 얻어진 가변 지연부의 제어 값이 i번째 가변 지연부의 에러 마진(error margin)이 된다.
다음으로, i값이 접속 센서에 구비되는 가변 지연부의 개수와 동일한지를 검사한다(단계 S100). 즉, 12개의 가변 지연부가 존재하는 것으로 가정하였기 때문에 i가 12가 되면 모든 가변 지연부에 대한 지연 시간 조정 과정을 수행하였음을 확인하고, 지연 시간 조정 과정을 종료하고 접촉 출력의 고정을 해제하여 접촉 패드가 접촉 되었을 때 새로운 값으로 갱신이 가능하도록 한다(단계 S110).
만약, i값이 12가 아니면 단계(S30)로 돌아가서 다음 가변 지연부에 대한 지연 시간 조정을 수행한다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 접촉센서 및 이의 신호 발생 방법은 접촉 센서의 사용 중에 온도, 동작 전원 전압 및 습도와 같은 환경 변화로 인해 발생하는 접촉 센서 내부의 신호들의 지연 시간 변화를 별도의 외부적인 조정 없이 자동으로 지연 시간을 조정함으로써 접촉 센서의 접촉과 관련된 오동작을 방지할 수 있다.

Claims (18)

  1. 입력 신호를 생성하는 입력 신호 발생부;
    상기 입력 신호를 일정 시간 지연시켜 제1신호를 발생하는 기준 신호 발생부;
    접촉 패드를 구비하고, 상기 접촉 패드의 접촉여부에 따라 상기 입력 신호를 다르게 지연하여 제2신호를 각각 발생하는 복수개의 접촉 감지 신호 발생부;
    제어 신호에 따라 지연 시간을 가변하고, 상기 제2신호를 가변된 지연 시간에 따라 지연하여 가변된 제2신호를 각각 발생하는 복수개의 가변 지연부;
    상기 제1신호와 상기 가변된 제2신호의 지연시간의 차이에 따라 접촉 신호를 각각 발생하는 복수개의 접촉 신호 발생부; 및
    상기 복수개의 접촉 신호를 수신 및 분석하여, 상기 접촉 패드가 접촉 상태이면 접촉 출력을 발생하고, 접촉 대기 상태이면 상기 복수개의 가변 지연부에 상기 제어 신호를 각각 공급하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 접촉센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기준 신호 발생부는
    직렬 연결된 복수개의 인버터들을 구비하는 것을 특징으로 하는 접촉 센서.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기준 신호 발생부는
    접지 전압과 연결되는 커패시터를 구비하는 것을 특징으로 하는 접촉 센서.
  4. 제1항에 있어서, 상기 복수개의 접촉 감지 신호 발생부 각각은
    접촉 패드의 접촉시에는 상기 입력 신호를 상기 제1신호보다 더 많이 지연하고 비접촉시에는 상기 입력 신호를 상기 제1신호보다 작게 지연하여 상기 제2신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 접촉센서.
  5. 제1항에 있어서, 상기 복수개의 가변 지연부 각각은
    복수개의 지연 장치들을 포함하고, 상기 제어부로부터 상기 제어 신호를 수신하고 이에 응답하여 복수개의 지연 장치 중에서 일부의 상기 지연 장치가 활성화되며, 활성화된 상기 지연 장치의 지연 시간만큼 상기 제2신호를 지연하여 상기 가변된 제2신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 접촉센서.
  6. 제5항에 있어서, 상기 복수개의 지연 장치들 각각은 상기 제어 신호에 따라 두개의 입력 중 하나를 출력하는 멀티플렉서와 상기 멀티플렉서의 출력을 입력으로 수신하고 소정 시간 지연시켜 출력하는 복수개의 인버터를 구비하는 것을 특징으로 하는 접촉센서.
  7. 제1항에 있어서, 상기 복수개의 접촉 신호 발생부 각각은
    상기 제1신호에 응답하여 상기 가변된 제2신호를 래치하여 상기 접촉 신호를 발생하는 플립플롭인 것을 특징으로 하는 접촉센서.
  8. 제1항에 있어서, 상기 복수개의 접촉 신호 발생부 각각은
    상기 가변된 제2신호에 응답하여 상기 제1신호를 래치하여 상기 접촉 신호를 발생하는 플립플롭인 것을 특징으로 하는 접촉센서.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 접촉 대기 상태에서 가장 최근의 상기 접촉 출력을 고정하고, 모든 상기 복수개의 접촉 패드에 대한 제어 신호 조정이 종료된 후 상기 접촉 출력의 고정을 해제하는 것을 특징으로 하는 접촉센서.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 접촉 패드가 접촉되지 않는 동안에 상기 복수개의 가변 지연부들 각각에 대해 순차적으로 제어 신호를 공급하는 것을 특징으로 하는 접촉 센서.
  11. 제5항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 복수개의 가변 지연부 각각에 제어 신호를 공급하고 상기 접촉 신호를 수신하여 상기 접촉 신호의 값이 상기 접촉 패드가 접촉 되었음을 나타내는 값이 되면 상기 제어 신호를 최소 지연값으로 획득하는 것을 특징으로 하는 접촉센서.
  12. 입력 신호를 발생하는 입력 신호 발생 단계;
    상기 입력 신호를 일정 시간 지연시켜 제1신호를 발생하는 제1신호 발생 단계;
    접촉 패드의 접촉여부에 따라 상기 입력 신호를 다르게 지연하여 제2신호를 발생하는 제2신호 발생 단계;
    제어 신호에 따라 지연 시간을 가변하고, 상기 제2신호를 가변된 지연 시간에 따라 지연하여 가변된 제2신호를 발생하는 가변된 제2신호 발생 단계;
    상기 제1신호와 상기 가변된 제2신호의 지연 시간의 차이에 따라 접촉신호를 발생하는 접촉 신호 발생 단계; 및
    상기 접촉 신호를 수신 및 분석하여, 상기 접촉 패드가 접촉 상태이면 접촉 출력을 발생하고, 접촉 대기 상태이면 상기 제어 신호를 조정하는 제어 신호 조정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 접촉 센서의 신호 발생 방법.
  13. 제12항에서, 상기 제어 신호 조정 단계는
    접촉 대기 상태에서 가장 최근의 상기 접촉 출력들을 고정하고 상기 제어 신호를 가변하고 상기 접촉 신호를 수신하여 최소 지연값을 획득하는 획득 단계; 및
    획득한 상기 최소 지연값을 이용하여 제어 신호를 조정하는 조정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 접촉 센서의 신호 발생 방법.
  14. 제13항에서, 상기 획득 단계는
    상기 제어 신호를 가변하면서 상기 접촉 신호의 값이 상기 접촉 패드가 접촉되었음을 나타내는 값이 되면 상기 제어 신호를 상기 최소 지연값으로 획득하는 것을 특징으로 하는 접촉 센서의 신호 발생 방법.
  15. 제13항에서, 상기 조정 단계는
    현재 수행하고 있는 제어 신호 조정이 정상적인 조건에서 이루어지는지를 검사하고, 검사 결과 상기 정상적인 조건에서 이루어진 경우는 획득한 상기 최소 지연값을 이용하여 제어값을 결정하고 결정된 제어값을 제어 신호로 발생하고, 검사 결과 상기 정상적인 조건에서 이루어지지 않은 경우는 상기 접촉 출력의 고정을 해제하는 것을 특징으로 하는 접촉 센서의 신호 발생 방법.
  16. 제13항에서, 상기 제어 신호 조정 단계는
    상기 제어 신호 조정이 완료된 경우, 상기 접촉 출력의 고정을 해제하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 접촉 센서의 신호 발생 방법.
  17. 제15항에서, 상기 제어값은 상기 최소 지연값과 상기 접촉 패드의 접촉 감도의 차를 구하여 결정하는 것을 특징으로 하는 접촉 센서의 신호 발생 방법.
  18. 제15항에서, 상기 정상적인 조건은
    상기 접촉 패드에 접촉 물체가 접촉되지 않은 조건인 것을 특징으로 하는 접 촉 센서의 신호 발생 방법.
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