KR100802656B1 - 접촉 감지 센서 및 이의 동작 방법 - Google Patents

접촉 감지 센서 및 이의 동작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 접촉 감지 센서 및 이의 동작 방법을 공개한다. 그 장치는 제어 코드에 응답하여 펄스폭이 교정되는 펄스신호를 발생하는 펄스신호 발생부와, 접촉 패드에 접촉 물체가 비접촉되면 펄스신호를 전달하고, 접촉 패드에 접촉 물체가 접촉되면 펄스신호를 전달하지 않는 펄스신호 전달부와, 펄스신호 전달부를 거쳐 전달되는 펄스신호를 검출하는 펄스신호 검출부와, 펄스신호가 검출되면 비접촉 상태임을 통보하고, 제어 코드를 조정하여 펄스신호의 펄스폭을 교정하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다. 따라서 접촉 물체의 접촉 감지 동작이 보다 정확해지도록 함과 동시에 동작 환경이 변화되어 접촉 감지 센서가 오동작 되는 것도 사전에 방지하여 접촉 감지 센서의 동작 신뢰성을 증대 시켜 준다.

Description

접촉 감지 센서 및 이의 동작 방법{Touch sensor and operating method thereof}
도1은 종래의 기술에 따른 접촉 감지 센서의 상세 회로도를 도시한 도면이다.
도2는 본 발명에 따른 접촉 감지 센서의 블록도를 도시한 도면이다.
도3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 접촉 감지 센서의 상세 회로도를 도시한 도면이다.
도4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 접촉 감지 센서의 상세 회로도를 도시한 도면이다.
도5는 도4의 신호 지연기의 지연시간과 펄스신호의 펄스폭 간의 상관관계를 설명하기 위한 도면이다.
도6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 접촉 감지 센서의 상세 회로도를 도시한 도면이다.
도7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 지연기(SIGD)의 상세 회로도를 도시한 도면이다.
도8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 펄스 신호 전달부의 회로도이다.
도9는 본 발명의 접촉 감지 센서의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 도9의 교정동작(단계 S10)을 보다 상세히 설명하기 위한 흐름도이다.
도11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 도9의 교정동작(단계 S10)을 보다 상세히 설명하기 위한 흐름도이다.
도12는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 도9의 교정동작(단계 S10)을 보다 상세히 설명하기 위한 흐름도이다.
도13는 12의 교정동작에서 임계 펄스폭을 찾은 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
본 발명은 접촉 감지 센서에 관한 것으로, 특히 접촉 물체의 정전용량을 이용하여 접촉 물체의 접촉 여부를 감지할 수 있는 접촉 감지 센서에 관한 것이다.
한국 특허 출원 제2005-23382에 제시된 접촉 감지 센서는 도1과 같은 구성을 통해 접촉 물체의 정전용량을 이용하여 접촉 신호와 기준 신호의 지연시간차를 가변 함으로써 접촉 물체의 접촉 여부를 감지하도록 하였다.
계속하여, 도1을 참조하면 접촉센서는 기준 신호(ref_sig)를 발생하는 기준 신호 발생부(10), 저항(R11)과 커패시터(CAP)를 구비하여 접촉 물체의 접촉 여부에 상관없이 기준 신호(ref_sig)를 일정하게 지연시켜 제1 신호(sig1)를 발생하는 제 1 신호 발생부(21), 저항(R12)과 접촉 패드(PAD)를 구비하여 접촉 패드(PAD)에 접 촉되는 접촉 물체의 정전용량에 따라 기준 신호(ref_sig)를 지연시켜 제 2 신호(sig2)를 발생하는 제 2 신호 발생부(22), D-플립플롭을 구비하여 제1 신호(sig)에 응답하여 제2 신호(sig2)를 래치하여 접촉 신호(con_sig)를 발생하는 접촉 신호 발생부(30)와, 접촉 신호(con_sig)를 필터링하여 출력하는 필터부(40)를 구비한다.
이에 접촉 신호 발생부(30)는 접촉 패드(PAD)에 접촉 물체가 접촉되어 제2 신호(sig2)의 지연시간이 제1 신호(sig1)의 지연시간보다 커지면 제1 레벨을 가지는 접촉 신호(con_sig)를 발생하고, 접촉 패드(PAD)에 접촉 물체가 비접촉되어 제2 신호(sig2)의 지연시간이 제1 신호(sig1)의 지연시간보다 작아지면 제2 레벨을 가지는 접촉 신호(con_sig)를 발생하였다.
이와 같이, 도1의 접촉센서는 접촉 물체의 접촉여부에 따라 제1 신호(sig1)와 제2 신호(sig2)의 지연시간차가 가변되도록 하는 것이다.
이에 접촉 패드(PAD)의 접촉 감도가 나쁘거나 접촉 물체의 정전용량이 매우 작은 경우에는 제1 신호(sig1)와 제2 신호(sig2)의 지연시간차가 충분히 가변되지 못해 접촉 감지 센서가 오동작될 수 있었다.
또한 접촉 감지 센서의 동작 전원 전압, 주변 온도, 및 주변 습도등과 같은 동작 환경에 따라 제1 및 제2 신호 발생부(21,22)내에 구비되는 회로소자의 임피던스 값이 변화되고, 이에 따라 제1 신호(sig1)와 제2 신호(sig2)의 지연시간차가 가변될 수 도 있었다.
그러나 종래의 접촉 감지 센서는 동작 환경에 따라 제1 및 제2 신호 발생부(21,22)내에 구비되는 회로소자의 임피던스 값이 변화되어도 이를 교정할 수 있 는 수단을 제공하지 못한다. 이에 접촉 감지 센서의 동작 특성이 동작 환경에 따라 불필요하게 변화되고, 최악의 경우에는 오동작까지 되는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 펄스신호의 전달여부에 따라 접촉 물체의 접촉 여부를 확인할 수 있도록 함으로써 접촉 물체의 접촉 감지 동작이 보다 정확해질 수 있는 접촉 감지 센서 및 이의 동작 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 펄스신호의 펄스폭을 동작 환경에 적합하도록 능동적으로 교정함으로써, 동작 환경이 변화되어 접촉 감지 센서가 오동작 되는 것도 사전에 방지할 수 있도록 하는 접촉 감지 센서 및 이의 동작 방법을 제공하는 것이다.
상기의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 접촉 감지 센서는 제어 코드에 응답하여 펄스폭이 교정되는 펄스신호를 발생하는 펄스신호 발생부와, 접촉 패드에 접촉 물체가 비접촉되면 펄스신호를 전달하고, 접촉 패드에 접촉 물체가 접촉되면 펄스신호를 전달하지 않는 펄스신호 전달부와, 펄스신호 전달부를 거쳐 전달되는 펄스신호를 검출하는 펄스신호 검출부와, 펄스신호 검출부가 펄스신호를 검출하면 비접촉상태임을통보하고, 제어 코드를 조정하여 펄스신호의 펄스폭을 교정하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이때, 제1형태의 펄스신호 전달부는 소정의 저항치를 가지는 저항과, 접촉 물체가 접촉되면, 저항의 저항치와 접촉 물체의 정전용량에 따라 펄스 신호를 충방전하여 펄스 신호의 전달을 억압하는 접촉 패드를 구비하고, 제2형태의 펄스신호 전달부는 제어 코드에 따라 저항치를 가변하는 가변저항과, 접촉 물체가 접촉되면, 가변저항의 가변된 저항치와 접촉 물체의 정전용량에 따라 펄스 신호를 충방전하여 펄스 신호의 전달을 억압하는 접촉 패드를 구비하는 것을 특징으로 한다.
그리고 제1형태의 펄스신호 발생부는 클럭신호를 발생하는 클럭신호 발생기와, 제어 코드에 따라 클럭신호의 카운팅 횟수를 설정하고, 카운팅 횟수에 따라 펄스신호의 펄스폭를 가변하는 카운터를 구비하고, 제2형태의 펄스신호 발생부는 클럭신호를 발생하는 클럭신호 발생기와, 제어 코드에 따라 클럭신호의 지연시간을 가변하는 신호 지연기와, 지연부의 출력 신호를 반전시키는 인버터와, 클럭신호와 신호 반전부의 출력 신호를 앤드 조합하여, 클럭신호의 지연시간에 상응하는 펄스폭을 가지는 펄스신호를 발생하는 논리 게이트를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 접촉 감지 센서의 동작 방법은 소정의 펄스폭을 가지는 펄스신호를 발생하는 신호 발생 단계와, 접촉 패드에 접촉 물체가 비접촉되면 펄스신호를 전달하고, 접촉 물체가 접촉되면 펄스신호를 전달하지 않는 신호 전달 단계와, 펄스신호가 전달되면 비접촉상태임을통보하고, 펄스신호가 미전달되면 접촉 상태임을 통보하는 접촉 통보 단계와, 비접촉 상태이면 펄스신호의 펄스폭을 교정하는 교정 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
그리고 제1 형태의 교정 단계는 비접촉 상태이면, 펄스신호의 펄스폭을 최대치에서부터 순차적으로 감소시켜 펄스신호가 미전달되는 임계 펄스폭을 획득하는 임계 펄스폭 획득 단계와, 임계 펄스폭과 이전 교정시의 임계 펄스폭간의 차가 허용치보다 작으면 임계 펄스폭에 마진 펄스폭을 합하여 교정 펄스폭을 획득하는 교 정 펄스폭 획득 단계와, 교정 펄스폭으로 펄스신호의 펄스폭을 교정하는 교정 완료 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
그리고 제2 형태의 교정 단계는 비접촉 상태이면, 펄스신호의 펄스폭을 "이전 교정시의 펄스폭+허용치"에서부터 순차적으로 감소시켜 펄스신호가 미전달되는 임계 펄스폭을 획득하는 임계 펄스폭 획득 단계와, 임계 펄스폭과 이전 교정시의 임계 펄스폭간의 차가 허용치보다 작으면 임계 펄스폭에 마진 펄스폭을 합하여 교정 펄스폭을 획득하는 교정 펄스폭 획득 단계와, 교정 펄스폭으로 펄스신호의 펄스폭을 교정하는 교정 완료 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
그리고 제3형태의 교정 단계는 비접촉 상태이면, 펄스신호의 펄스폭을 연속 근사 방식에 따라 증감시켜 임계 펄스폭을 획득하는 임계 펄스폭 획득 단계와, 임계 펄스폭과 이전 교정시의 임계 펄스폭간의 차가 허용치보다 작으면, 임계 펄스폭에 마진 펄스폭을 합하여 교정 펄스폭을 획득하는 교정 펄스폭 획득 단계와, 교정 펄스폭으로 펄스신호의 펄스폭을 교정하는 교정 완료 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 설명하면 다음과 같다.
도2는 본 발명에 따른 접촉 감지 센서의 블록도를 도시한 도면이다.
도2를 참조하면, 접촉 감지 센서는 펄스신호 발생부(1), 펄스신호 전달부(2), 펄스신호 검출부(3), 및 제어부(4)를 구비한다.
펄스신호 발생부(1)는 제어부(4)로부터 전송되는 제어 코드(code)의 코드값 에 따라 펄스신호(pul)의 펄스폭을 설정하고, 설정된 펄스폭을 가지는 펄스신호(pul)를 발생한다.
펄스신호 전달부(2)는 소정의 정전용량을 가지는 접촉 물체가 접촉되는 접촉 패드(PAD)를 구비하고, 접촉 패드(PAD)에 접촉 물체가 비접촉되면 펄스신호(pul)는 그대로 펄스신호 검출부(3)로 전달하나, 접촉 물체가 접촉되면 펄스신호(pul)는 접촉 패드(PAD)로 인가되어 펄스신호 검출부(3)로는 전달하지 않는다.
이때, 접촉 물체는 소정의 정전용량을 가지는 모든 물체가 적용될 수 있으며, 대표적인 예로 많은 전하를 축적할 수 있는 사람의 인체가 있다.
펄스신호 검출부(3)는 펄스신호 전달부(2)에 의해 전달되는 펄스신호(pul)를 검출하고, 검출 결과를 제어부(4)에 통보한다.
제어부(4)는 펄스신호 검출부(3)의 검출 결과에 따라 접촉 물체의 접촉 여부를 통보하는 출력 신호(out)를 생성하여 외부의 장치로 출력하고, 주기적으로 교정 동작을 수행하여 비접촉 상태하에서 펄스신호(pul)의 펄스폭을 현재의 동작 환경에 적합하게 교정하여 준다.
도2에서, 접촉 감지 센서내의 펄스신호 발생부(1) 및 펄스신호 전달부(2)내의 구비되는 회로소자의 임피던스 값과 접촉 패드(PAD)의 접촉 감도는 동작 전원 전압, 주변 온도, 및 주변 습도등 즉, 접촉 감지 센서의 동작 환경에 따라 변화된다. 이에 펄스신호 검출부(3)가 펄스신호 전달부(2)에 의해 전달되는 펄스신호(pul)를 검출할 수 있는 펄스폭도 접촉 감지 센서의 동작 환경에 따라 가변된다.
이에 본 발명의 제어부(4)는 동작 환경에 따라 펄스신호(pul)의 펄스폭을 가 변하여 펄스신호 검출부(3)가 펄스신호 전달부(2)에 의해 전달되는 펄스신호(pul)를 항상 정확히 검출할 수 있도록 하여, 동작 환경이 가변됨에 따라 발생할 수 있는 접촉 감지 센서의 오동작을 사전에 방지하여 준다.
도3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 접촉 감지 센서의 상세 회로도를 도시한 도면이다.
도3을 참조하면, 펄스신호 발생부(1)는 클럭신호 발생기(GEN)와 셋터블 다운 카운터(SDC)로 구성되고, 펄스신호 전달부(2)는 저항(R)과 접촉 패드(PAD)로 구성되고, 펄스신호 검출부(3)는 T-플립플롭(TFF)으로 구현된다.
클럭신호 발생기(GEN)는 클럭신호(clk)를 발생하여 셋터블 다운 카운터(SDC)로 제공한다.
셋터블 다운 카운터(SDC)는 제어부(4)로부터 전송되는 제어코드(code)의 코드값에 따라 가변되는 펄스폭을 가지는 펄스신호(pul)를 발생한다. 즉, 셋터블 다운 카운터(SDC)는 제어코드(code)의 코드값에 따라 클럭신호(clk)의 카운팅 횟수를 결정한 후, 카운팅 시작시에는 펄스신호의 신호레벨을 하이레벨(로우 레벨)로 천이시키고 카운팅 종료시에는 펄스신호의 신호레벨을 다시 로우레벨(하이 레벨)로 천이시켜, 펄스신호의 펄스폭이 제어코드(code)의 코드값에 따라 가변되도록 한다.
저항(R)은 소정의 저항치를 가지고, 접촉 패드(PAD)에 접촉된 접촉 물체의 정전용량을 획득한다. 이에 저항(R)과 접촉 패드(PAD)는 접촉 물체가 접촉되면 저항(R)의 저항치와 접촉 물체의 정전용량에 따라 펄스 신호(pul)를 충방전하여 T-플립플롭(TFF)로의 전달을 억압하고, 접촉 물체가 비접촉되면 펄스 신호(pul)의 충방 전 동작을 해제하여 펄스 신호(pul)를 T-플립플롭(TFF)로 전달한다.
T-플립플롭(TFF)은 펄스신호(pul)가 전달되면 펄스신호(pul)의 상승 에지 또는 하강 에지에 동기화되어 출력 신호를 토글링하고, 펄스신호(pul)가 전달되지 않으면 출력 신호를 토글링시키지 않는다.
제어부(4)는 T-플립플롭(TFF)이 토글링되는 출력 신호를 출력하면 접촉 물체가 비접촉되었음을 통보하는 출력 신호(out)를, 그렇지 않으면 접촉 물체가 접촉되었음을 통보하는 출력 신호(out)를 생성하여 외부로 출력한다.
이와 같이 도3의 접촉 감지 센서는 접촉 물체의 접촉 여부에 따라 펄스신호(pul)의 전달 여부를 결정함으로써, 접촉 물체의 접촉 여부를 보다 정확하고 용이하게 확인할 수 있도록 한다.
도4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 접촉 감지 센서의 상세 회로도를 도시한 도면이다.
도4를 참조하면, 펄스신호 전달부(2), 펄스신호 검출부(3), 및 제어부(4)는 도3과 동일하게 구성하되, 펄스신호 발생부(1')를 클럭신호 발생기(GEN), 신호 지연기(SIGD), 인버터(I), 및 앤드 게이트(AND)로 구성한다.
도4에서는 도3과 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
클럭신호 발생기(GEN)는 클럭신호(clk)를 발생하여 신호 지연기(SIGD)와 앤드 게이트(AND)로 각각 전송한다.
신호 지연기(SIGD)는 제어부(4)로부터 전송되는 제어 코드(code)의 코드값에 응답하여 클럭신호(clk)의 지연시간을 가변한다.
인버터(I)는 신호 지연기(SIGD)로부터 출력되는 클럭신호(dclk)를 반전한다.
앤드 게이트(AND)는 클럭신호 발생기(GEN)로부터 전송되는 클럭신호(clk)와 신호 지연기(SIGD) 및 인버터(I)를 거쳐 전송되는 클럭신호(/dclk)를 앤드 조합하여 신호 지연기(SIGD)의 지연시간에 대응되는 펄스폭을 가지는 펄스신호(pul)를 발생한다.
예를 들어, 도5에서와 같이 신호 지연기(SIGD)의 지연시간이 "vdt"이면, 신호 지연기(SIGD) 및 인버터(I)를 거쳐 전송되는 클럭신호(/dclk)의 지연시간도 "vdt" 가 된다. 이에 앤드 게이트(14)는 클럭신호들(clk,/dclk)을 앤드 조합하여 신호 지연기(SIGD)의 지연시간(vdt)에 상응하는 펄스폭을 가지는 펄스신호(pul)를 생성한다.
이와 같이 도4에서는 클럭신호 발생기(GEN), 신호 지연기(SIGD), 인버터(I), 및 앤드 게이트(AND)로 구성되는 펄스신호 발생부(1')를 통해 제어코드의 코드값에 따라 펄스폭이 가변되는 펄스신호(pul)를 생성하여, 펄스신호 전달부(2), 펄스신호 검출부(3), 및 제어부(4)가 도3과 동일하게 동작할 수 있도록 한다.
도6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 접촉 감지 센서의 상세 회로도를 도시한 도면이다.
도6을 참조하면, 펄스신호 발생부(1')와 펄스신호 전달부(2)는 도4와 동일하게 구성하되, 펄스신호 검출부(3')를 D-플립플롭(DFF)으로 구현한다.
도6에서는 도4와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
D-플립플롭(DFF)은 클럭신호 발생기(GEN)로부터 출력되는 클럭신호(clk)는 클럭으로 입력받고 펄스신호(pul)는 데이터로 입력받는다. 펄스신호(pul)가 전달되면 클럭신호(clk)의 하강에지(또는 상승에지)에 동기화되어 펄스신호(pul)를 래치하여 하이 신호를 발생하고, 펄스신호(pul)가 미전달되면 아무런 신호도 래치하지 못해 로우 신호를 발생한다.
이에 제어부(4)는 D-플립플롭(DFF)이 하이 신호를 발생하면 접촉 물체가 비접촉되었음을 확인하고, 로우 신호를 발생하면 접촉 물체가 접촉되었음을 확인한다.
이와 같이 도6에서는 D-플립플롭(DFF)이 접촉 패드(PAD)에 대한 접촉 물체의 접촉여부에 따라 출력 신호의 신호 레벨을 가변함으로써, 제어부(4)가 접촉 물체의 접촉 여부를 용이하게 확인할 수 있도록 한다.
도7은 본 발명의 일실시예에 따른 신호 지연기(SIGD)의 상세 회로도를 도시한 도면이다.
도7을 참조하면, 신호 지연기(SIGD)는 신호입력단(clk)에 연결된 드라이버(D)와, 드라이버(D)와 신호출력단(dclk) 사이에 직렬 연결된 복수개의 지연 셀들(DC1~DCn)을 구비하고, 복수개의 지연 셀들(DC1~DCn) 각각은 먹스(mux)와 인버터들(I1,I2)을 구비한다.
드라이버(D0)은 클럭 신호(clk)를 버퍼링한 후, 복수개의 지연 셀들(DC1~DCn)로 전송한다.
복수개의 먹스(mux)들은 제어코드의 코드값(c0~cn)에 따라 지연동작을 수행할 지연셀들(예를 들어, DC2~DC0)을 선택하고, 선택된 지연셀들(DC2~DC0) 내의 먹스(mux)들과 인버터(I1,I2)들은 클럭 신호(clk)를 소정 시간 지연시킨다.
이와 같이 도7의 신호 지연기(SIGD)는 제어코드(code)의 코드값에 따라 클럭신호(clk)의 지연동작을 수행할 지연셀들의 개수를 가변하여 클럭신호(clk)의 지연시간을 가변시켜, 인버터(I)와 앤드 게이트(AND)가 클럭신호(clk)의 지연시간에 상응하는 펄스폭을 가지는 펄스신호(pul)를 발생할 수 있도록 한다.
또한 본 발명의 접촉 감지 센서는 필요에 따라 펄스 신호 전달부내에 구비되는 저항(R)을 도8과 같은 가변 저항으로 대체하고, 제어부(4)가 이의 저항값을 제어하여 접촉 패드(PAD)의 접촉 감도를 가변시킬 수도 있다.
도8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 펄스 신호 전달부의 회로도이다.
도8을 참조하면, 펄스 신호 전달부는 펄스 입력단(pul)와 대응되는 저항들(R0~Rn) 사이에 각각 연결된 복수개의 드라이버들(D0~Dn)과, 접촉 패드(PAD)에 직렬연결된 복수개의 저항들(R0~Rn)을 구비하는 가변 저항(VR)과, 접촉 패드(PAD)를 구비한다.
이때, 제어부(4)는 미도시되었으나 교정 동작시에 펄스 신호(pul)의 펄스폭을가변하기 위한 제어 코드(code)이외에 가변 저항(VR)의 저항값을 제어하기 위한 제어 코드(code')를 더 제공하도록 한다.
이에 가변 저항(VR)은 제어코드(code')의 코드값에 따라 동작이 제어되는 복수개의 드라이버들(D0~Dn)를 통해 펄스 신호(pul)가 거쳐 전송되는 저항들의 개수를 결정한다. 즉, 가변 저항(VR)은 제어코드(code')의 코드값에 따라 전체 저항값을 가변하고, 접촉 패드(PAD)의 정전용량과 연계하여 RC 시정수를 가변한다.
그러면 접촉 패드(PAD)의 충방전 특성은 가변 저항(VR)에 따라 가변된 RC 시정수에 따라 가변되고, 접촉 패드(PAD)의 접촉 감도는 결국, 가변된 충방전특성에 따라 가변된다.
따라서, 도8의 펄스 신호 전달부는 제어부(4)가 제공하는 제어 코드(code')의 코드값에 따라 접촉 패드(PAD)의 접촉 감도를 가변하여 준다.
이에 본 발명의 접촉 감지 센서는 현재의 동작 환경에 따라 펄스 신호의 펄스폭 뿐 만 아니라 접촉 물체에 대한 접촉 감도도 가변하도록 함으로써, 교정 동작의 정확성을 증대시켜 준다.
도9는 본 발명의 접촉 감지 센서의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
접촉 감지 센서의 동작이 시작되면 펄스신호 발생부(1)는 소정의 펄스폭을 가지는 펄스신호(pul)를 발생하여 펄스신호 전달부(2)로 출력한다(S1).
펄스신호 전달부(2)는 접촉 패드(22)에 접촉 물체가 접촉되었으면, 펄스신호(pul)의 전달을 중지하고(S2), 접촉 패드(22)에 접촉 물체가 비접촉되었으면, 펄스신호(pul)를 펄스신호 검출부(3)로 전달한다(S3).
그러면 제어부(4)는 펄스신호 검출부(3)를 통해 펄스신호(pul)가 전달되었는지를확인하고(S4), 단계 S4의 확인 결과 펄스신호(pul)가 미전달되면 접촉 패드(22)에 접촉 물체가 접촉되었음을 확인하여 사용자 또는 외부의 장치로 통보한다(S5). 그리고 제어부(4)는 "비접촉 누적 시간"을 리셋한 후, 다시 단계 S1로 진 입하여 새로운 접촉 감지 동작을 수행하도록 한다(S6).
반면에 단계 S4의 확인 결과 펄스신호(pul)가 전달되었으면, 제어부(4)는 접촉 패드(22)에 접촉 물체가 비접촉되었음을 확인하여 외부의 장치로 통보하고(S7), 교정동작 수행 주기가 되었지는 지를 확인한다(S8).
단계 S8의 확인 결과, 교정동작 수행 주기가 아직 안 되었으면, 제어부(4)는 현재의 "비접촉 누적 시간"을 한 단위 증가시킨 후, 다시 단계 S1로 진입으로 새로운 접촉 감지 동작을 수행하도록 한다(S9).
반면에 단계 S8의 확인 결과, 교정동작 수행 주기가 되었으면, 제어부(4)는 교정동작을 수행하여 펄스신호(pul)의 펄스폭을 현재 접촉 감지 센서의 동작 환경에 적합하도록 교정하여 준다(S10). 단계 S10의 펄스신호(pul)의 교정동작은 이하의 도8,도9, 및 도10에서 보다 상세히 설명하기로 한다.
단계 S10이 완료되면 제어부(4)는 현재의 "비접촉 누적 시간"을 리셋한 후, 교정된 펄스폭을 가지는 펄스신호(pul)를 이용한 접촉 감지 동작을 새로이 수행하기 위해 다시 단계 S1로 진입한다.
도10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 도9의 교정동작(단계 S10)을 보다 상세히 설명하기 위한 흐름도이다. 도10에서는 펄스신호(pul)의 펄스폭을 최대치에서부터 순차적으로 감소시키면서 현재의 동작 환경에서 적합한 펄스폭을 획득하도록 한다.
먼저, 제어부(4)는 펄스신호의 교정동작을 정상적으로 수행할 수 있는 조건인지를 확인하기 위해 즉, 접촉 패드의 접촉 상태가 비접촉상태인지를 확인하기 위 해 "비접촉 누적 시간"이 "비접촉 확인 시간"이 되었는지를 확인한다(S1-1).
"비접촉 누적 시간"이 "비접촉 확인 시간"이 아니면 제어부(4)는 접촉 패드가 접촉상태임을 즉, 비정상적인 교정동작 상태임을 확인하여(S1-2), 교정동작을 종료한다.
반면에"비접촉 누적 시간"이 "비접촉 확인 시간"이면, 제어부(4)는 접촉 패드가 일정시간동안 비접촉상태임을 즉, 정상적인 교정동작상태임을 확인하고, 교정동작수행시에 발생되는 접촉 감지 센서의 출력신호에 의해 외부의 장치가 오동작되지 않도록 현재의 출력 상태를 고정시킨다(S1-3).
그리고 제어부(4)는 펄스신호의 펄스폭은 최대치로 설정하고(S1-4), 펄스신호(pul)가 펄스신호 전달부(2)를 거쳐 전달되는지를 확인한다(S1-5).
펄스신호(pul)가 전달되면 펄스신호(pul)의 펄스폭을 한 단위 감소시킨 후(S1-6), 다시 단계 S1-5로 진입하여 펄스신호(pul)가 미전달될 때 까지, 펄스신호(pul)의 펄스폭을 순차적으로 감소시킨다.
펄스신호(pul)가 미전달되면(S1-5), 제어부(4)는 현재 펄스폭을 임계 펄스폭으로 획득하고(S1-7), 현재의 임계 펄스폭과 이전 교정시의 임계 펄스폭간의 차가 허용치 이상인지를 확인한다(S1-8). 여기서, 허용치는 펄스신호의 교정동작의 정상동작 여부를 확인하기 위한 값으로, 사용자에 의해 설정 가능한 값이다.
현재의 임계 펄스폭과 이전 교정시의 임계 펄스폭간의 차가 허용치이상이면 제어부(4)는 교정동작이 비정상적인 조건하에서 수행되었음을 확인하고(S1-2), 교정 동작을 종료한다.
반면에 현재의 임계 펄스폭과 이전 교정시의 임계 펄스폭간의 차가 허용치보다 작으면, 제어부(4)는 교정동작이 정상적인 조건하에서 수행되었음을 확인하고 현재의 임계 펄스폭에 마진 펄스폭을 합하여 현재의 동작 환경에 적합한 교정 펄스폭을 획득한다(S1-9). 여기서, 마진 펄스폭은 접촉 패드(22)의 접촉 감도를 반영하는 값으로, 사용자에 의해 설정 가능한 값이다. 이에 교정 펄스폭은 펄스신호 검출부(3)가 현재의 동작 환경하에서 펄스신호(pul)의 전달여부를 검출할 수 있는 최소의 펄스폭이 된다.
그리고 제어부(4)는 펄스 펄스신호(pul)를 교정 펄스폭으로 교정한 후(S1-10), 교정 동작을 종료하고 도9의 단계 S11로 진입한다.
도11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 도9의 교정동작(단계 S10)을 보다 상세히 설명하기 위한 흐름도이다.
도11에서는 펄스신호(pul)의 펄스폭을 "이전 교정시의 펄스폭+허용치"에서부터 순차적으로 감소시키면서 현재의 동작 환경에서 적합한 펄스폭을 획득하도록 한다.
즉, 도11의 단계 S1-4'에서의 제어부(4)는 도10의 단계 S1-4에서와 달리, 제어부 펄스신호의 펄스폭을"이전 교정시의 펄스폭+허용치"로 설정한 후(S1-4'). 단계S1-5 및 단계 S1-6을 통해 펄스 신호의 펄스폭을 순차적으로 감소하도록 한다.
따라서 도11의 교정동작은 도10의 교정동작과 동일하게 현재의 동작 환경에 적합한 교정 펄스폭을 획득하도록 하되, 펄스폭의 검색 범위를 한정하여 교정동작이 보다 신속하게 수행될 수 있도록 한다.
도12는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 도9의 교정동작(단계 S10)을 보다 상세히 설명하기 위한 흐름도이다. 도12에서는 현재의 동작 환경에서 적합한 펄스신호(pul)의 펄스폭을 아날로그-디지털 컨버터 분야에서 널리 사용되고 있는 연속근사(Successive Approximation) 방식에 따라 획득하도록 한다.
먼저, 제어부(4)는 도10에서와 동일하게 단계 S1-1 내지 S1-3을 수행한 후, 펄스신호의 펄스폭은 최대치(max)의 반값 즉, 중간치(mid)로 설정하고, 펄스폭 증감단위(Δpul)는 펄스신호의 중간치(mid)와 최대치(max)의 중간값으로 설정한다(S2-1).
그리고 제어부(4)는 펄스신호(pul)가 미전달되면(S2-2), 펄스신호(pul)의 펄스폭을 기설정된 펄스폭 증감단위(Δpul)의 1/2만큼 증가시킨 후(S2-3), 다시 단계 S2-2로 진입하는 동작을 반복수행하여, 펄스신호(pul)가 전달될 때까지 펄스폭 증감단위(Δpul)를 1/2씩 감소시키면서 펄스신호(pul)의 펄스폭을 순차적으로 증가시킨다.
단계 S2-2과 S2-3의 반복 수행결과 펄스신호(pul)가 전달되기 시작하면(S2-2), 제어부(4)는 펄스신호(pul)의 펄스폭을 기설정된 펄스폭 증감단위(Δpul)의 1/2만큼 감소시킨 후(S2-4), 펄스신호(pul)가 전달되는지를 확인하는 동작(S2-5)을 다시 반복수행하여, 펄스신호(pul)가 미전달될 때까지 펄스폭 증감단위(Δpul)를 1/2씩 감소시키면서 펄스신호(pul)의 펄스폭을 순차적으로 증가시킨다.
제어부(4)는 펄스신호(pul)의 펄스폭이 도13과 같이 일정값으로 수렴될 때까지(S2-6), 단계 S2-2와 단계 S2-5를 몇차례에 걸쳐 반복수행해 펄스신호(pul)의 펄 스폭을 일정값으로 수렴한 후, 이때의 펄스폭을 임계 펄스폭으로 획득한다(S2-7).
단계 S2-6에서, 펄스폭은 도13에 도시된 바와 같이 단계S-2 및 S2-3를 통해 순차적으로 증가되고, 단계S-4 및 S2-5를 통해 순차적인 감소되는 동작을 반복수행함으로써 일정값으로 수렴됨을 알 수 있다.
제어부(4)는 현재의 임계 펄스폭과 이전 교정시의 임계 펄스폭간의 차가 허용치 이상인지를 확인하고(S2-8), 허용치이상이면 교정동작이 비정상적인 조건하에서 수행되었음을 확인하여(S1-2), 교정 동작을 종료하고, 허용치보다 작으면 교정동작이 정상적인 조건하에서 수행되었음을 확인하고 현재의 임계 펄스폭에 마진 펄스폭을 합하여 현재의 동작 환경에 적합한 교정 펄스폭을 획득한다(S2-6).
그러면 제어부(4)는 펄스 펄스신호(pul)를 교정 펄스폭으로 교정한 후(S2-7), 교정 동작을 종료하고 도9의 단계 S11로 진입한다.
이와 같이 도12의 교정동작도 도10의 교정동작과 동일하게 현재의 동작 환경에 적합한 교정 펄스폭을 획득하고, 이를 통해 펄스 신호의 펄스폭을 교정하도록 한다.
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 접촉 감지 센서는 펄스신호의 전달여부에 따라 접촉 물체의 접촉 여부를 확인할 수 있도록 함으로써 접촉 물체의 접촉 감지 동작이 보다 정확해지도록 하였다. 또한 펄스신호의 펄스폭을 동작 환경에 적합하도록 주기적으로 교정함으로써, 동작 환경이 변화되어 접촉 감지 센서가 오동작되는 것도 사전에 방지하여 준다. 즉, 접촉 감지 센서의 동작 신뢰성을 증대하여 준다.

Claims (20)

  1. 제어 코드에 응답하여 펄스폭이 교정되는 펄스신호를 발생하는 펄스신호 발생부;
    접촉 패드에 접촉 물체가 비접촉되면 상기 펄스신호를 전달하고, 상기 접촉 패드에 상기 접촉 물체가 접촉되면 상기 펄스신호를 전달하지 않는 펄스신호 전달부;
    상기 펄스신호 전달부를 거쳐 전달되는 상기 펄스신호를 검출하는 펄스신호 검출부; 및
    상기 펄스신호 검출부가 상기 펄스신호를 검출하면 비접촉상태임을 통보하고, 상기 제어 코드를 조정하여 상기 펄스신호의 펄스폭을 교정하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 접촉 감지 센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 펄스신호의 펄스폭을 최대치에서부터 순차적으로 감소시키면서 상기 펄스신호 검출부가 상기 펄스신호를 검출하기 시작하는 교정 펄스폭을 획득하고, 상기 펄스신호의 펄스폭을 상기 교정 펄스폭으로 교정하는 것을 특징으로 하는 접촉 감지 센서.
  3. 제1 항에서 있어서, 상기 제어부는
    상기 펄스신호의 펄스폭을 "이전 교정시의 펄스폭+허용치"에서부터 상기 펄스신호 검출부가 상기 펄스신호를 검출하기 시작하는 교정 펄스폭을 획득하고, 상기 펄스신호의 펄스폭을 상기 교정 펄스폭으로 교정하는 것을 특징으로 하는 접촉 감지 센서.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 펄스신호의 펄스폭을 연속 근사 방식에 따라 상기 펄스신호 검출부가 상기 펄스신호를 검출하기 시작하는 교정 펄스폭을 획득하고, 상기 펄스신호의 펄스폭을 상기 교정 펄스폭으로 교정하는 것을 특징으로 하는 접촉 감지 센서.
  5. 제4항에 있어서, 상기 연속 근사 방식은
    상기 펄스신호 전달부가 상기 펄스신호를 검출하지 못하면 펄스폭 증감단위를 1/2씩 감소시키면서 상기 펄스폭을 순차적으로 증가시키고, 상기 펄스신호를 검출하면 상기 펄스폭 증감단위를 1/2씩 감소시키면서 상기 펄스폭을 순차적으로 감소시키는 동작을 반복수행하여 수렴되는 펄스폭을 상기 교정 펄스폭으로 획득하는 것을 특징으로 하는 접촉 감지 센서.
  6. 제1항에 있어서, 상기 펄스신호 전달부는
    소정의 저항치를 가지는 저항; 및
    상기 접촉 물체가 접촉되면, 상기 저항의 저항치와 상기 접촉 물체의 정전용 량에 따라 상기 펄스 신호를 충방전하여 상기 펄스 신호의 전달을 억압하는 접촉 패드를 구비하는 것을 특징으로 하는 접촉 감지 센서.
  7. 제1항에 있어서, 상기 펄스신호 전달부는
    상기 제어 코드에 따라 저항치를 가변하는 가변저항; 및
    상기 접촉 물체가 접촉되면, 상기 가변저항의 가변된 저항치와 상기 접촉 물체의 정전용량에 따라 상기 펄스 신호를 충방전하여 상기 펄스 신호의 전달을 억압하는 접촉 패드를 구비하는 것을 특징으로 하는 접촉 감지 센서.
  8. 제7항에 있어서, 상기 가변저항은
    직렬 연결된 복수개의 저항들; 및
    상기 제어 코드에 응답하여 상기 펄스 신호가 거쳐 전송될 상기 복수개의 저항들의 개수를 가변하는 복수개의 드라이버들을 구비하는 것을 특징으로 하는 접촉 감지 센서.
  9. 제1항에 있어서, 상기 펄스신호 발생부는
    클럭신호를 발생하는 클럭신호 발생기; 및
    상기 제어 코드에 따라 상기 클럭신호의 카운팅 횟수를 설정하고, 상기 카운팅 횟수에 따라 상기 펄스신호의 펄스폭를 가변하는 카운터를 구비하는 것을 특징으로 하는 접촉 감지 센서.
  10. 제9항에 있어서, 상기 펄스신호 검출부는
    상기 펄스신호에 응답하여 토글링되는 출력 신호를 발생하는 T-플립플롭을 구비하는 것을 특징으로 하는 접촉 감지 센서.
  11. 제1항에 있어서, 상기 펄스신호 발생부는
    클럭신호를 발생하는 클럭신호 발생기;
    상기 제어 코드에 따라 상기 클럭신호의 지연시간을 가변하는 신호 지연기;
    상기 지연부의 출력 신호를 반전시키는 인버터; 및
    상기 클럭신호와 상기 인버터의 출력 신호를 앤드(AND) 조합하여, 상기 클럭신호의 지연시간에 상응하는 펄스폭을 가지는 상기 펄스신호를 발생하는 논리 게이트를 구비하는 것을 특징으로 하는 접촉 감지 센서.
  12. 제11항에 있어서, 상기 신호 지연기는
    상기 제어 코드의 코드들 각각에 대응되며 직렬 연결되어, 상기 대응되는 코드의 코드값에 응답하여 상기 클럭신호의 지연 여부가 결정되는 복수개의 지연셀을 구비하는 것을 특징으로 하는 접촉 감지 센서.
  13. 제12항에 있어서, 상기 복수개의 지연셀 각각은
    앞단 지연셀의 출력신호와 상기 클럭신호를 입력받고, 상기 대응되는 코드의 코드값에 응답하여 상기 앞단 지연셀의 출력신호와 상기 클럭신호 중 하나를 선택하여 출력하는 먹스(MUX); 및
    상기 먹스(MUX)로부터 상기 클럭신호가 전송되면, 상기 클럭 신호를 지연시킨 후 뒷단의 지연셀로 출력하는 짝수개의 인버터들을 구비하는 것을 특징으로 하는 접촉 감지 센서.
  14. 제11항에 있어서, 상기 펄스신호 검출부는
    상기 펄스신호에 응답하여 출력 신호를 토글링하는 T-플립플롭을 구비하는 것을 특징으로 하는 접촉 감지 센서.
  15. 제11항에 있어서, 상기 펄스신호 검출부는
    상기 클럭신호에 응답하여 상기 펄스신호를 래치하는 D-플립플롭을 구비하는 것을 특징으로 하는 접촉 감지 센서.
  16. 소정의 펄스폭을 가지는 펄스신호를 발생하는 신호 발생 단계;
    접촉 패드에 접촉 물체가 비접촉되면 상기 펄스신호를 전달하고, 상기 접촉 물체가 접촉되면 상기 펄스신호를 전달하지 않는 신호 전달 단계;
    상기 펄스신호가 전달되면 비접촉상태임을 통보하고, 상기 펄스신호가 미전달되면 접촉 상태임을 통보하는 접촉 통보 단계; 및
    비접촉 상태이면 상기 펄스신호의 펄스폭을 교정하는 교정 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 접촉 감지 센서의 동작 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 교정 단계는
    상기 비접촉 상태이면, 상기 펄스신호의 펄스폭을 최대치에서부터 순차적으로 감소시켜 상기 펄스신호가 미전달되는 임계 펄스폭을 획득하는 임계 펄스폭 획득 단계;
    상기 임계 펄스폭과 이전 교정시의 임계 펄스폭간의 차가 허용치보다 작으면 상기 임계 펄스폭에 마진 펄스폭을 합하여 교정 펄스폭을 획득하는 교정 펄스폭 획득 단계; 및
    상기 교정 펄스폭으로 상기 펄스신호의 펄스폭을 교정하는 교정 완료 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 접촉 감지 센서의 동작 방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 교정 단계는
    상기 비접촉 상태이면, 상기 펄스신호의 펄스폭을 "이전 교정시의 펄스폭+허용치"에서부터 순차적으로 감소시켜 상기 펄스신호가 미전달되는 임계 펄스폭을 획득하는 임계 펄스폭 획득 단계;
    상기 임계 펄스폭과 이전 교정시의 임계 펄스폭간의 차가 허용치보다 작으면 상기 임계 펄스폭에 마진 펄스폭을 합하여 교정 펄스폭을 획득하는 교정 펄스폭 획득 단계; 및
    상기 교정 펄스폭으로 상기 펄스신호의 펄스폭을 교정하는 교정 완료 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 접촉 감지 센서의 동작 방법.
  19. 제16항에 있어서, 상기 교정 단계는
    상기 비접촉 상태이면, 상기 펄스신호의 펄스폭을 연속 근사 방식에 따라 증감시켜 상기 임계 펄스폭을 획득하는 임계 펄스폭 획득 단계;
    상기 임계 펄스폭과 이전 교정시의 임계 펄스폭간의 차가 허용치보다 작으면, 상기 임계 펄스폭에 마진 펄스폭을 합하여 교정 펄스폭을 획득하는 교정 펄스폭 획득 단계; 및
    상기 교정 펄스폭으로 상기 펄스신호의 펄스폭을 교정하는 교정 완료 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 접촉 감지 센서의 동작 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 임계 펄스폭 획득 단계는
    상기 펄스신호의 펄스폭과 펄스폭 증감 단위를 초기화하는 단계;
    상기 펄스신호가 미전달되면 상기 펄스폭 증감 단위를 1/2 씩 감소시키면서 상기 펄스폭을 순차적으로 감소시키고, 상기 펄스신호가 전달되면 상기 펄스폭 증감 단위를 1/2 씩 감소시키면서 상기 펄스폭을 순차적으로 증가시키는 동작을 반복수행하여 상기 펄스폭을 수렴하는 단계; 및
    상기 수렴된 펄스폭을 상기 임계 펄스폭으로 획득하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 접촉 감지 센서의 동작 방법.
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