KR100949565B1 - 정전용량식 입력센서의 정전용량 추출회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정정전용량식 입력센서로부터 발생하는 정전용량의 변화량을 추출하는 정전용량 추출회로에 관한 것이다. 본 발명의 정전용량 추출회로(1)는 입력센서(2)의 커패시터를 구동하기 위한 클록을 인가하는 SW1 및 SW2와 입력센서(2)가 스캔되지 않는 동안 전원 공급을 차단하는 SW3과 저전력모드에서 이완 발진기를 형성하기 위한 SW4를 구비하는 아날로그 스위치(12), 아날로그 스위치(12)들의 작동에 따라 입력전압과 기준전압을 비교하여 클록을 출력하는 비교기(13), 및 비교기(13)로부터 출력되는 클록에 따라 선택된 입력센서(2)로부터 신호를 수신하는 아날로그 멀티플렉서(14)를 구비하는 아날로그 회로블록(10); 및 저전력모드에서 작동하여 입력센서(2)의 정전용량 변화를 아날로그 회로부록(10)을 통해 수신하여 웨이크업 신호를 생성하고 아날로그 회로블록(10)에서 이완 발진기가 실행되도록 하는 저전력모드 아날로그 제어부(21), 일반모드에서 아날로그 회로블록(10)의 작동에 따라 신호를 생성하는 일반모드 아날로그 제어부(22), 일반모드 아날로그 제어부(22)로부터 입력된 정전용량으로부터 오프셋을 연산하는 DSP(23), 저전력모드 아날로그 제어부(21)의 웨이크업 신호와 일반모드 아날로그 제어부(22)로부터의 신호를 처리하는 마이크로프로세서(24) 등을 구비하는 디지털 회로블록(20); 을 포함한다.

Description

정전용량식 입력센서의 정전용량 추출회로{Circuit for Detecting Capacitance in Capacitive Input Sensor}

본 발명은 정전용량 추출회로에 관한 것이며, 보다 상세하게는 정전용량식 입력센서로부터 정전용량을 추출하기 위한 회로에 관한 것이다.

내비게이션, 산업용 단말기, 노트북 컴퓨터, 금융 자동화기기, 게임기 등의 각종 모니터, 휴대전화기, 엠피쓰리, PDA, PMP, PSP, 휴대용 게임기, DMB 수신기 등 각종 휴대용 단말기, 및 냉장고, 전자레인지, 세탁기와 같은 각종 가전제품 등 각종 전기전자장치에는 소정 작동과 데이터를 입력하기 위한 입력장치로 터치스크린이 널리 사용되고 있다.

알려진 바와 같이 터치스크린은 소정 내용을 디스플레이하는 표시장치 위에 적층하여 사용되는 것이 일반적이고, 터치스크린과 표시장치는 이들이 장착된 전기전자장치에 회로적으로 연결 및 제어되어 유기적으로 작동하며, 또한 터치스크린은 외부로부터의 터치를 검출하는 입력센서와 상기 입력센서로부터의 검출신호를 처리하여 소정의 입력신호를 생성하는 회로로 구성된다.

터치스크린과 같은 입력장치에 사용되는 입력센서는 그 구조와 작동원리에 따라 저항막 방식, 적외선 방식, 초음파 방식, 정전용량 방식 등이 있다.

정전용량식 입력센서는 입력신호의 생성에 터치에 의해 발생하는 정전용량의 변화를 이용하는 입력센서로서, 초기의 정전용량식 입력센서는 소위 '터치센서'로서, PCB 기판 위에 극판을 배열한 구성으로서, 극판에 손이 터치되면 손과 극판 사이의 유전율에 따라 발생하는 기생 정전용량을 이용한 것이며, 이런 터치센서는 단지 극판에 대한 손의 터치 여부로부터 입력신호로 생성한다. 터치센서에 손이 터치될 경우에 약 150pF의 기생 정전용량이 생성되는 것으로 알려져 있다.

이후에 개발된 정전용량식 입력센서는 유전체를 사이에 두고 2개의 극판을 배치한 구성의 입력센서로서, 외부로부터의 터치에 의해 양 극판 사이의 간격이 변화함에 따라 변화하게 되는 정전용량을 변화량을 측정하여 그 처치 위치와 터치압력의 세기로부터 입력신호를 생성한다.

널리 알려진 바와 같이 유전체를 사이에 둔 극판 사이의 정전용량(C)은 C=ε0εrA/d의 공식에 의해 결정된다(ε0은 진공상태의 유전율, εr은 비유전율, A는 극판의 면적, d는 극판 사이의 거리). 위 공식에서 보는 바와 같이 정전용량은 면적에 비례하고 거리에 반비례하는 바, 입력센서에 압력이 가해질 경우 d가 줄어들어 정전용량이 커지게 되고, 입력센서에 닿는 면적이 커질 경우 정전용량이 커지게 된다.

전자의 터치센서는 전도체의 터치 여부만을 판단하므로 압력의 세기를 식별할 수 없지만, 후자의 정전용량식 입력센서는 정전용량 변화량으로부터 터치위치뿐만 아니라 터치압력의 크기를 알 수 있고 압력의 크기로부터 가장 세게 눌린 부분 등을 판별할 수 있으므로, 미끄러짐이나 드로잉 등의 복잡한 내용도 입력할 수 있다.

정전용량식 입력센서의 다수의 센싱포인트(상하의 극판이 중첩되는 위치)로부터 각각 정전용량 변화량을 추출하는 회로는 다양하게 개발되어 있는 바, 예를 들어 RC회로(Resistor and Capacitor Circuit)의 이완 발진기(Relaxation Oscillator)를 이용한 회로가 있고, 좀 더 성능을 향상시킨 커패시터(Capacitor)에 의한 반전 증폭기(Inverting Amplifier)를 이용한 회로 등이 있다.

이완 발진기를 이용한 회로는 입력센서의 정전용량 성분과 컨트롤러의 저항 성분을 이용하여 발진기(Oscillator)를 실현하고, 발진기로부터 생성된 파형 주파수를 통해 정전용량의 변화량을 추출한다. 반전 증폭기를 이용한 회로는 일정 크기의 정현파를 입력하여 출력되는 신호의 크기(Amplitude)를 비교하여 정전용량의 변화량을 추출한다.

상기 RC회로를 이용한 회로는 그 구현이 용이하다는 이점이 있는 바, 이를 응용한 회로의 종류로서는 연속근사(Successive approximation)를 이용한 회로와 시그마-델타 모듈을 이용하여 정전용량의 변화량을 추출하는 회로가 있다.

회로 구조면에서는 시그마-델타 모듈을 이용한 회로의 구현이 간단하지만, 전류소모나 노이즈 제거 측면에서는 유리한 연속근사를 이용한 회로가 기존에 다른 응용회로(ADC, DAC, Filter 등)에서 많이 활용된다.

본 발명의 목적은, 정전용량식 입력센서의 센싱포인트들로부터 정전용량 변화량을 추출함에 있어서, 하나의 회로를 이용하되 여러 개의 센싱포인트들을 순차적으로 스위칭하여 전체의 입력센서를 스캔할 수 있음으로써 회로의 구성을 단단하게 구현할 수 있는 정전용량 추출회로를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 목적은, 저전력모드와 일반모드의 전력관리모드에 따라 입력센서의 제어 방법을 달리함으로써, 전력소비를 절감할 수 있는 정전용량식 입력센서의 정전용량 추출회로를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명에 따라 정전용량식 입력센서로부터 발생하는 정전용량의 변화량을 추출하는 정전용량 추출회로가 제공된다.

본 발명에 따른 정전용량 추출회로는, 아날로그 회로블록과 디지털 회로블록을 포함한다.

상기 아날로그 회로블록은, 상기 입력센서의 커패시터를 구동하기 위한 클록을 인가하는 SW1 및 SW2와 상기 입력센서가 스캔되지 않는 동안 전원 공급을 차단하는 SW3과 저전력모드에서 이완 발진기를 형성하기 위한 SW4를 구비하는 아날로그 스위치, 상기 아날로그 스위치들의 작동에 따라 입력전압과 기준전압을 비교하여 클록을 출력하는 비교기, 및 상기 비교기로부터 출력되는 클록에 따라 선택된 상기 입력센서로부터 신호를 수신하는 아날로그 멀티플렉서를 구비한다.

상기 디지털 회로블록은, 저전력모드에서 작동하여 상기 입력센서의 정전용량 변화를 상기 아날로그 회로부록을 통해 수신하여 웨이크업 신호를 생성하고 상기 아날로그 회로블록에서 상기 이완 발진기가 실행되도록 하는 저전력모드 아날로그 제어부, 일반모드에서 상기 아날로그 회로블록의 작동에 따라 신호를 생성하는 일반모드 아날로그 제어부, 상기 일반모드 아날로그 제어부로부터 입력된 정전용량으로부터 오프셋을 연산하는 DSP, 상기 저전력모드 아날로그 제어부의 웨이크업 신호와 상기 일반모드 아날로그 제어부로부터의 신호를 처리하는 마이크로프로세서, 상기 입력센서의 스캔 작동과 데이터 처리 및 외부 통신을 병렬적으로 처리하기 위한 버퍼메모리, 및 외부와의 통신을 위한 외부 인터페이스를 구비한다.

상기 디지털 회로블록의 상기 저전력모드 아날로그 제어부가 작동하면, 상기 아날로그 회로블록과 상기 저전력모드 아날로그 제어부를 제외한 나머지는 오프되어 상기 마이크로프로세서가 휴면하는 저전력모드가 작동한다.

상기 저전력모드 아날로그 제어부가 상기 아날로그 회로블록을 통해 상기 입력센서로부터 정전용량 변화를 수신하여 상기 웨이크업 신호를 생성시켜 상기 마이크로프로세서를 작동시키면, 저전력모드가 일반모드로 전환된다.

일반모드에서 상기 비교기의 입력전압이 기준전압을 넘으면 상기 SW3이 개방되어 상기 아날로그 회로블록이 파워-다운 된다.

상기 SW3이 개방되었을 때, 상기 아날로그 멀티플렉서가 상기 입력센서의 초기화 과정을 통해 전압레벨을 기준전압(VREF)으로 유지하여, CINT의 방전에 따른 전압강하가 일정하지 않는 것을 보완함으로써 상기 입력센서의 정전용량을 빠르고 정확하게 추출한다.

본 발명에 따른 정전용량 추출회로는, 입력센서를 구성하는 다수의 센싱포인트들을 순차적으로 스위칭하여 전체의 입력센서를 스캔할 수 있음으로써 회로의 구성을 단단하게 구현할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 정전용량 추출회로는, 저전력모드와 일반모드의 전력관리모드에 따라 입력센서의 제어 방법을 달리하되, 저전력모드의 경우 최소한의 회로만 구동하고, 저전력모드에서 입력센서로부터 정전용량의 변화가 발생하면 일반모드로 전환하며, 일반모드에서 입력센서로부터 정전용량의 변화가 없으면 저전력모드로 전환함으로써, 전력소비를 절감할 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 정전용량식 입력센서의 정전용량 추출회로를 보다 상세히 설명한다. 이하의 구체예는 본 발명에 따른 정전용량식 입력센서의 정전용량 추출회로를 예시적으로 설명하는 것일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 아니한다.

도1은 본 발명에 따른 정전용량 추출회로의 전체 블록도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 정전용량식 입력센서의 정전용량 추출회로(1)는, 다수의 센싱포인트(S)를 가진 정전용량식 입력센서(2)에서 각 센싱포인트 에서 발생하는 정전용량의 변화량을 추출하는 회로로서, 아날로그 회로와 디지털 회로가 혼합된 일종의 믹스 시그널(Mixed-signal) 회로이다.

본 발명에 따른 정전용량 추출회로(1)는, 크게 아날로그 회로블록(10)과 디지털 회로블록(20)으로 구성된다.

아날로그 회로블록(10)은 입력센서(2)의 센싱포인트(S)들의 극판에 연결되어 입력센서(2)로부터의 정전용량을 아날로그 처리하는 회로블록으로서, 아날로그 스위치(12), 비교기(13: CMP) 및 아날로그 멀티플렉서(14: Analog Multiplexer: AMUX)를 포함한다.

디지털 회로블록(20)은, 아날로그 회로블록(10)의 비교기(13)로부터 아날로그 신호를 수신하여 디지털 처리하여 본 발명의 정전용량 추출회로(1)가 설치된 입력장치로 처리할 입력신호를 생성하는 회로블록으로서, 저전력모드 아날로그 제어부(21: Power Down Mode Analog Control), 일반모드 아날로그 제어부(22: Normal Mode Analog Control), DSP(23: Digital Signal Processor), 마이크로프로세서(24: Microprocessor: 8051), 버퍼메모리(25) 및 외부 인터페이스(26)를 포함한다.

먼저, 아날로그 회로블록(10)에 대해 설명하면, 상기 아날로그 스위치(12)는 SW1 내지 SW4의 총 4개로 구성된다.

SW1과 SW2는 스위치된 커패시터를 구동하기 위해 클록(clock)을 인가하고, SW1과 SW2에 의해 인가되는 두 클록은 서로 위상이 겹치지 않고 반전된 형태의 신호가 인가된다. SW3은 입력센서(2)가 스캔되지 않는 동안에 전류를 차단하기 위한 전력 관리용 스위치이고, SW4는 저전력모드의 경우에 이완 발진기의 회로를 구성하 기 위한 스위치이다.

비교기(13)는 입력전압과 기준전압(VREF)을 비교하여 입력전압이 VREF 보다 클 경우 1을 출력하고 작을 경우 0을 출력한다.

정전용량을 추출하기 위해 SW1과 SW2를 스위칭하면 CINT가 방전되고, SW2가 개방되면 다시 CINT가 충전된다. CINT가 충전되는 시점에 입력센서(2)의 정전용량 값이 환산된다. 이렇게 환산된 값은 상기 디지털 회로블록(20)으로 입력된다.

아날로그 회로블록(10)은 디지털 회로블록(20)의 제어에 따른 아날로그 스위치(12)들의 작동에 따라 도2 및 도3과 같이 저전력모드와 일반모드의 전력모드 별로 작동한다.

도2에 도시된 바와 같이, 저전력모드에서는 SW4는 개방되고 SW2와 SW3은 닫힌다. 이런 상태에서 SW1이 처음 개방되면 전류소스로부터 CSEN은 충전되고, 이후 비교기(13: CMP)의 출력이 1일 경우 닫혀서 CSEN의 전하를 방전시킨다.

이렇게 충전과 방전이 번갈아가며 작동을 수행하면서 비교기(13)의 출력은 클록과 같은 형태를 가지게 되며, 이것이 이완 발진기를 형성하게 되는 것이고 CSEN의 값에 따라 비교기(13)의 출력 주파수가 변화하게 된다.

저전력모드에서는 아날로그 회로블록(10)과 주파수의 크기를 측정하는 카운터와 비교기(13)만이 필요하고, 나머지 블록은 오프상태를 유지하며, 아날로그 회로블록(10)을 구동하는 디지털 회로블록(20)의 클록은 1MHz이하의 낮은 클록을 사용하게 된다.

즉, 저전력모드의 경우, 디지털 회로블록(20)에서 저전력모드 아날로그 제어 부(21)를 설정하여 아날로그 회로블록(10)을 제어하는 바, 디지털 회로블록(20)에서 저전력모드 레지스터가 설정되면 저전력모드 아날로그 제어부(21)가 작동하며, 이때 아날로그 회로블록(10)과 디지털 회로블록(20)의 저전력모드 아날로그 제어부(21)를 제외한 나머지 블록의 클록이 오프되고 마이크로프로세서(24: 8051)가 휴면되어 저전력모드가 작동하는 것이다.

또한 저전력모드를 사용할 경우에 아날로그 회로블록(10)이 구동하고 디지털 회로블록(20)의 카운터가 비교기(13)의 출력(CMP_OUT)의 상승에지(rising edge)의 개수를 일정 시간동안 계측하며, CSEN의 값이 커질수록 카운터의 값이 커지게 된다. 3회 연속 이전 카운터 값보다 클 경우 웨이크업(Wakeup) 신호를 발생하여 8051(24)을 작동시킴으로써 일반모드를 수행하게 된다.

이와 같은 작용으로 본 발명에 따른 회로는 자체의 파워-온 기능을 실현하며, 따라서 파워-오프 상태인 본 발명의 회로(1)가 입력센서(2)를 이용하여 온 되는 것을 실현할 수 있다.

일반모드에서는 도3에 도시된 바와 같이 연속근사를 이용하여 정전용량의 변화량을 추출한다. SW1과 SW2는 방전 구간동안 위상이 다른 클록이 입력되고, 그 외의 구간에서는 개방된다. SW4는 닫힌 상태를 유지한다. SW3은 입력센서(2)의 스캔 작동 시(입력센서에 터치가 이루어져 정전용량의 변화가 발생할 경우)에는 닫히고, 스캔을 안 할 경우(입력센서에 터치가 사라져 정전용량의 변화가 발생하지 않을 경우) 개방되어 전류 소모를 방지한다.

일반모드에서의 작동에 대한 파형은 도4와 같다. 방전의 경우에 SW1과 SW2를 스위칭하면, 도5와 같이 등가저항(REQ)을 형성하게 된다. 그러면 VCMP는 전류소스의 출력 임피던스인 RICON과 분압기(voltage divider)를 형성하여 그에 해당한 전압으로 떨어지게 되고, CINT가 모두 방전이 되면 포화전압이 유지된다. 이후 SW2를 개방하면 충전구간으로 넘어간다. 본 충전구간은 CINT가 충전되는 구간으로서 전류에 비례하여 전압이 증가한다. 차츰 증가된 전압이 VREF를 넘어가면 SW3이 개방되어 전류가 끊어지게 되며, 이때가 파워-다운 상태이다.

정전용량의 변화량은 실제 등가저항에 따른 전압 강하이고, 이는 다시 충전구간의 시간을 측정함으로써 전압-시간으로 변환한다. 따라서 일정 기간마다 상기 시간을 측정함으로써 정전용량의 변화량을 측정하게 된다.

본 발명에 따른 정전용량 추출회로(1)는 기본적으로 위와 같이 작동하지만 입력센서(2)의 여러 개의 센싱포인트가 함께 스캔될 경우에 SW3의 작동에 따라 방전구간의 전압 변화가 다르게 되며, 도6에 예시된 순서에 따라 아날로그 멀티플렉서(14)를 제어한다.

SW3이 개방되었을 때, 아날로그 멀티플렉서(14)는 입력센서(2)의 처음 부분에서 초기화 과정을 통해 전압레벨을 기준전압(VREF)으로 유지하여 CINT의 방전에 따른 전압강하가 일정하지 않는 것을 보완하며, 이로써 입력센서(2)의 정전용량을 빠르고 정확하게 추출할 수 있다.

초기에 비교기(13)의 입력단의 전압은 기준전압(VREF)보다 클 수도 작을 수도 있다. 이것은 파워-다운 기간에 따라 방전이 되어서 전압강하가 얼마나 내려갔는지가 변하기 때문이다.

초기의 비교기(13)의 입력은 VREF의 아래에서 위로 올라가는 형태를 실현한다. 이는 비교기(13)의 출력을 모니터링 함으로써 확인할 수 있다. 이후 비교기(13)의 출력이 로우(low)에서 하이(high)가 되면 아날로그 멀티플렉서(14)가 다수의 센싱포인트들 중에 첫 번째 센싱포인트를 선택하게 된다.

앞에서 언급한 작동에 따른 충전과 방전을 통해 입력센서(2)의 정전용량을 측정하고 비교기(13)의 출력이 1인지 확인하고, 아날로그 멀티플렉서(14)가 여러 센싱포인트(S)들 중에 다음의 센싱포인트(S)를 선택하여 같은 작동을 수행한다. 모든 센싱포인트들에 대한 작동이 끝나면 파워-다운 기간으로 들어가게 된다. 그리고 일정기간 휴지기간이 지난 후에 다시 반복하여 다른 센싱포인트들을 스캔한다.

초기화 구간이 있으므로 방전구간이 앞의 분압기에 의한 전압강하까지 내려가는 것을 기다릴 필요가 없다. 만약 전류소스의 출력 임피던스가 매우 크거나 입력센서(2)의 기본 정전용량이 클 경우 방전구간의 전압강하는 거의 0V에 가까워 정전용량이 변화하더라도 그 변화량을 측정하기가 힘들다.

그러나 포화전압이 되기 전에 방전구간을 지정하면, 입력센서의 기본 정전용량은 크지만 그 변화는 미세한 변화량을 측정할 수 있다. 상기 변화량은 REQ와 CINT의 시정수로 인한 방전효과로 인해 전압이 하강한다. 이런 차이를 입력센서의 변화로 측정할 수 있으며, 이로써 앞에 언급한 환경에서 좀 더 미세한 정전용량의 변화량을 측정할 수 있다.

이와 같은 작용에 따른 본 발명에 따른 회로(1)의 장점은 회로를 구현할 때 적은 회로와 면적을 사용할 수 있도록 하고, 방전구간이 줄어들게 됨으로써 입력센 서(2)의 스캔 속도를 향상시키고 스캔 시간을 줄임으로써 전류 소모를 줄일 수 있다는 것이다.

도7은 본 발명에 적용 가능한 예시적인 비교기(13) 회로도이다. 정전용량식 입력센서(2)는 노이즈가 많이 유입되는 특징의 입력센서이다. 이런 노이즈를 제거하기 위해 입력(VIN)에 로-패스필터(low pass filter)를 적용할 수 있다. 그러나 비교기(13)의 출력에 N개의 D-플립플롭(flipflop)과 게이트를 연결함으로써 고주파 노이즈로 인한 신호 떨림을 제거할 수 있다. D-플립플롭의 개수는 프로세서를 통해 결정할 수 있으며, 이 개수는 고주파 노이즈에 대한 차단주파수(cutoff frequency)로 지정될 수 있다. 이를 통해 상대적으로 작은 아날로그 소자를 이용해 회로를 구현할 수 있으므로 회로 구현을 위한 면적이나 전력 소모의 측면에서 장점을 가질 수 있다. 또한 종래의 회로에서는 차단주파수를 조정할 수 있는 터닝 포인트(tuning point)를 구현하기 어렵지만 본 발명의 회로(1)에서는 이를 쉽게 구현할 수 있는 장점도 있다.

다음에 상기 디지털 회로블록(20)에 대해 설명하면, 저전력모드 아날로그 제어부(21)는 저전력모드에서 아날로그 회로블록(10)과 본 제어부(21)만 작동하도록 하고, 아날로그 회로블록(10)에서 이완 발진기가 실현되도록 제어한다.

즉, 저전력모드 아날로그 제어부(21)는 최소한의 작동을 통해 입력센서(2)의 정전용량 변화를 모니터하고 웨이크업 신호를 생성시키며, 상기 웨이크업 신호를 마이크로프로세서(24: 8051)에 보내어 이를 구동시킨다.

DSP(23)는 입력된 정전용량 값을 이용하여 오프셋 값을 구하기 위한 덧셈 및 평균계산, 각 입력센서별 데이터 표준화, 디지털 필터 구현을 위한 곱셈기와 덧셈기, 최소/최대값 추출, 데이터 버퍼링을 위한 메모리 제어 등을 실행하며, 8051(24)에서 실행되는 연산을 덜어준다. 또한 DSP(23)는 일반모드에서 아날로그 회로블록(10)을 제어하고 입력된 입력센서(2)의 정전용량 값을 처리한다.

오프셋 계산은 입력센서의 정전용량 값을 연속적으로 더해준다. 이전 오프셋 값(SCOFS)에서 지정된 역치값 이상 벗어나게 되면 이전 오프셋 값을 대신해 더해 줌으로써 항상 기본 입력센서의 오프셋을 유지할 수 있다. 이런 오프셋을 통해 입력되는 입력센서의 정전용량 값을 빼면 현재 입력센서의 정전용량 변화량을 바로 구할 수 있다.

각 센싱포인트별로 기본적인 정전용량 값이 다르기 때문에 각 센싱포인트들이 어느 정도 같은 비율의 변화가 필요할 경우가 있으며, 이를 보완하기 위해 표준화를 한다. 이는 하나의 센싱포인트의 기본 데이터를 1로 하고, 나머지 센싱포인트는 기본 데이터에 팩터를 구하여 곱함으로써 실행할 수 있다.

입력센서의 데이터가 노이즈나 원하지 않는 형태의 규칙성을 띈 경우 디지털 필터링을 통해 제거할 수 있다. 예를 들면 수열형태로 구성된 총 8개의 데이터를 버퍼링하여 각 데이터 별로 가중치(Ratio)를 줄 수 있다. 이를 통해 입력센서를 통해 들어온 데이터를 좀 더 쉽게 사용할 수 있다.

일반모드 아날로그 제어부(22)는 일반모드에서 아날로그 회로블록(10)의 작동에 따라 필요한 신호를 생성한다.

마이크로프로세서(24: 8051)는 16K 바이트의 프로그램 메모리와 1K 바이트의 데이터 메모리를 구비하여 기본적으로 오프셋과 표준화된 데이터를 고급데이터로 가공하고 외부 인터페이스(26)로부터의 요구를 수용할 수 있도록 프로그램 할 수 있으며, 본 발명 회로의 레지스터를 제어함으로써 회로 작동을 최적화한다.

버퍼메모리(25)는 입력센서(2)의 스캔 작동과 데이터 처리 및 외부 통신을 병렬적으로 처리하기 위한 메모리로서, 1K 바이트 이내의 듀얼포트 에스램(Dual Port SRAM)을 적용하여 각각의 작동을 독립적으로 수행할 수 있도록 할 수 있다.

외부장치(3)와의 통신을 위한 외부 인터페이스(26)는 마스터/슬레이브(Master/Slave) 모드를 모두 실행할 수 있는 I2C와 SPI로 구성되며, I2C와 SPI는 필요에 따라 선택적으로 사용할 수 있다.

도1은 본 발명에 따른 정전용량 추출회로의 전체 블록도,

도2는 저전력모드의 아날로그 회로블록의 블록도,

도3은 일반모드의 아날로그 회로블록의 블록도,

도4는 일반모드에서의 아날로그 회로블록의 예시적인 제어신호,

도5는 일반모드에서 방전의 경우 SW1과 SW2를 스위칭할 때 형성되는 등가저항의 도면,

도6은 아날로그 멀티플렉서의 예시적인 제어 순서도,

도7은 비교기의 예시적인 회로도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 본 발명의 정전용량 추출회로 2: 입력센서

3: 외부장치 10: 아날로그 회로블록

12: 아날로그 스위치(SW1 내지 SW4) 13: 비교기

14: 아날로그 멀티플렉서(AMUX) 20: 디지털 회로블록

21: 저전력모드 아날로그 제어부 22: 일반모드 아날로그 제어부

23: DSP 24: 마이크로프로세서

25: 버퍼메모리 26: 외부 인터페이스

Claims (5)

1. 삭제
2. 정전용량식 입력센서(2)로부터 발생하는 정전용량의 변화량을 추출하는 정전용량 추출회로에 있어서,

   상기 입력센서(2)의 커패시터를 구동하기 위한 클록을 인가하는 SW1 및 SW2와 상기 입력센서(2)가 스캔되지 않는 동안 전원 공급을 차단하는 SW3과 저전력모드에서 이완 발진기를 형성하기 위한 SW4를 구비하는 아날로그 스위치(12), 상기 아날로그 스위치(12)들의 작동에 따라 입력전압과 기준전압을 비교하여 클록을 출력하는 비교기(13), 및 상기 비교기(13)로부터 출력되는 클록에 따라 선택된 상기 입력센서(2)로부터 신호를 수신하는 아날로그 멀티플렉서(14)를 구비하는 아날로그 회로블록(10); 및

   저전력모드에서 작동하여 상기 입력센서(2)의 정전용량 변화를 상기 아날로그 회로부록(10)을 통해 수신하여 웨이크업 신호를 생성하고 상기 아날로그 회로블록(10)에서 상기 이완 발진기가 실행되도록 하는 저전력모드 아날로그 제어부(21), 일반모드에서 상기 아날로그 회로블록(10)의 작동에 따라 신호를 생성하는 일반모드 아날로그 제어부(22), 상기 일반모드 아날로그 제어부(22)로부터 입력된 정전용량으로부터 오프셋을 연산하는 DSP(23), 상기 저전력모드 아날로그 제어부(21)의 웨이크업 신호와 상기 일반모드 아날로그 제어부(22)로부터의 신호를 처리하는 마이크로프로세서(24), 상기 입력센서(2)의 스캔 작동과 데이터 처리 및 외부 통신을 병렬적으로 처리하기 위한 버퍼메모리(25), 및 외부와의 통신을 위한 외부 인터페이스(26)를 구비하는 디지털 회로블록(20); 을 포함하고;

   여기에서, 상기 디지털 회로블록(20)의 상기 저전력모드 아날로그 제어부(21)가 작동하면, 상기 아날로그 회로블록(10)과 상기 저전력모드 아날로그 제어부(21)를 제외한 나머지는 오프되어 상기 마이크로프로세서(24)가 휴면하는 저전력모드가 작동하는 것을 특징으로 하는, 정전용량식 센서의 정전용량 추출회로.
3. 정전용량식 입력센서(2)로부터 발생하는 정전용량의 변화량을 추출하는 정전용량 추출회로에 있어서,

   상기 입력센서(2)의 커패시터를 구동하기 위한 클록을 인가하는 SW1 및 SW2와 상기 입력센서(2)가 스캔되지 않는 동안 전원 공급을 차단하는 SW3과 저전력모드에서 이완 발진기를 형성하기 위한 SW4를 구비하는 아날로그 스위치(12), 상기 아날로그 스위치(12)들의 작동에 따라 입력전압과 기준전압을 비교하여 클록을 출력하는 비교기(13), 및 상기 비교기(13)로부터 출력되는 클록에 따라 선택된 상기 입력센서(2)로부터 신호를 수신하는 아날로그 멀티플렉서(14)를 구비하는 아날로그 회로블록(10); 및

   저전력모드에서 작동하여 상기 입력센서(2)의 정전용량 변화를 상기 아날로그 회로부록(10)을 통해 수신하여 웨이크업 신호를 생성하고 상기 아날로그 회로블록(10)에서 상기 이완 발진기가 실행되도록 하는 저전력모드 아날로그 제어부(21), 일반모드에서 상기 아날로그 회로블록(10)의 작동에 따라 신호를 생성하는 일반모드 아날로그 제어부(22), 상기 일반모드 아날로그 제어부(22)로부터 입력된 정전용량으로부터 오프셋을 연산하는 DSP(23), 상기 저전력모드 아날로그 제어부(21)의 웨이크업 신호와 상기 일반모드 아날로그 제어부(22)로부터의 신호를 처리하는 마이크로프로세서(24), 상기 입력센서(2)의 스캔 작동과 데이터 처리 및 외부 통신을 병렬적으로 처리하기 위한 버퍼메모리(25), 및 외부와의 통신을 위한 외부 인터페이스(26)를 구비하는 디지털 회로블록(20); 을 포함하고;

   여기에서, 상기 저전력모드 아날로그 제어부(21)가 상기 아날로그 회로블록(10)을 통해 상기 입력센서(2)로부터 정전용량 변화를 수신하여 상기 웨이크업 신호를 생성시켜 상기 마이크로프로세서(24)를 작동시키면, 저전력모드가 일반모드로 전환되는 것을 특징으로 하는, 정전용량식 센서의 정전용량 추출회로.
4. 정전용량식 입력센서(2)로부터 발생하는 정전용량의 변화량을 추출하는 정전용량 추출회로에 있어서,

   상기 입력센서(2)의 커패시터를 구동하기 위한 클록을 인가하는 SW1 및 SW2와 상기 입력센서(2)가 스캔되지 않는 동안 전원 공급을 차단하는 SW3과 저전력모드에서 이완 발진기를 형성하기 위한 SW4를 구비하는 아날로그 스위치(12), 상기 아날로그 스위치(12)들의 작동에 따라 입력전압과 기준전압을 비교하여 클록을 출력하는 비교기(13), 및 상기 비교기(13)로부터 출력되는 클록에 따라 선택된 상기 입력센서(2)로부터 신호를 수신하는 아날로그 멀티플렉서(14)를 구비하는 아날로그 회로블록(10); 및

   저전력모드에서 작동하여 상기 입력센서(2)의 정전용량 변화를 상기 아날로그 회로부록(10)을 통해 수신하여 웨이크업 신호를 생성하고 상기 아날로그 회로블록(10)에서 상기 이완 발진기가 실행되도록 하는 저전력모드 아날로그 제어부(21), 일반모드에서 상기 아날로그 회로블록(10)의 작동에 따라 신호를 생성하는 일반모드 아날로그 제어부(22), 상기 일반모드 아날로그 제어부(22)로부터 입력된 정전용량으로부터 오프셋을 연산하는 DSP(23), 상기 저전력모드 아날로그 제어부(21)의 웨이크업 신호와 상기 일반모드 아날로그 제어부(22)로부터의 신호를 처리하는 마이크로프로세서(24), 상기 입력센서(2)의 스캔 작동과 데이터 처리 및 외부 통신을 병렬적으로 처리하기 위한 버퍼메모리(25), 및 외부와의 통신을 위한 외부 인터페이스(26)를 구비하는 디지털 회로블록(20); 을 포함하고;

   여기에서, 일반모드에서 상기 비교기(13)의 입력전압이 기준전압을 넘으면, 상기 SW3이 개방되어 상기 아날로그 회로블록(10)이 파워-다운이 되는 것을 특징으로 하는, 정전용량식 센서의 정전용량 추출회로.
5. 정전용량식 입력센서(2)로부터 발생하는 정전용량의 변화량을 추출하는 정전용량 추출회로에 있어서,

   상기 입력센서(2)의 커패시터를 구동하기 위한 클록을 인가하는 SW1 및 SW2와 상기 입력센서(2)가 스캔되지 않는 동안 전원 공급을 차단하는 SW3과 저전력모드에서 이완 발진기를 형성하기 위한 SW4를 구비하는 아날로그 스위치(12), 상기 아날로그 스위치(12)들의 작동에 따라 입력전압과 기준전압을 비교하여 클록을 출력하는 비교기(13), 및 상기 비교기(13)로부터 출력되는 클록에 따라 선택된 상기 입력센서(2)로부터 신호를 수신하는 아날로그 멀티플렉서(14)를 구비하는 아날로그 회로블록(10); 및

   저전력모드에서 작동하여 상기 입력센서(2)의 정전용량 변화를 상기 아날로그 회로부록(10)을 통해 수신하여 웨이크업 신호를 생성하고 상기 아날로그 회로블록(10)에서 상기 이완 발진기가 실행되도록 하는 저전력모드 아날로그 제어부(21), 일반모드에서 상기 아날로그 회로블록(10)의 작동에 따라 신호를 생성하는 일반모드 아날로그 제어부(22), 상기 일반모드 아날로그 제어부(22)로부터 입력된 정전용량으로부터 오프셋을 연산하는 DSP(23), 상기 저전력모드 아날로그 제어부(21)의 웨이크업 신호와 상기 일반모드 아날로그 제어부(22)로부터의 신호를 처리하는 마이크로프로세서(24), 상기 입력센서(2)의 스캔 작동과 데이터 처리 및 외부 통신을 병렬적으로 처리하기 위한 버퍼메모리(25), 및 외부와의 통신을 위한 외부 인터페이스(26)를 구비하는 디지털 회로블록(20); 을 포함하고;

   여기에서, 상기 SW3이 개방되었을 때, 상기 아날로그 멀티플렉서(14)가 상기 입력센서(2)의 초기화 과정을 통해 전압레벨을 기준전압(VREF)으로 유지하는 것을 특징으로 하는, 정전용량식 입력센서의 정전용량 추출회로.

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