KR100973139B1

KR100973139B1 - Full digital capacitive sensor for touch key applications and operating method thereof

Info

Publication number: KR100973139B1
Application number: KR1020080081178A
Authority: KR
Inventors: 성광수
Original assignee: 영남대학교 산학협력단
Priority date: 2008-08-20
Filing date: 2008-08-20
Publication date: 2010-07-29
Also published as: KR20100022599A

Abstract

본 발명은, 터치시 정전용량이 변하는 제1커패시터 및 제2커패시터; 제1커패시터와 제2커패시터 사이에 직렬 연결되는 저항; 제1커패시터와 저항 사이의 노드에 연결되어, 제1커패시터의 방전과 제2커패시터의 충전을 수행하는 제1충방전부; 제2커패시터와 저항 사이의 노드에 연결되어, 제2커패시터의 방전과 제1커패시터의 충전을 수행하는 제2충방전부; 각 커패시터가 각각의 충방전부에 의해 개별 방전되고 다시 충전되는 동안, 각 커패시터 측 전압인 제1충전전압 및 제2충전전압이 각각 제1기준전압 및 제2기준전압에 도달하는 경우 High신호를 출력하는 제1비교기 및 제2비교기; 각 비교기의 출력이 Low신호에서 High신호로 전환되는데 경과한 시간인 제1지연시간 및 제2지연시간을 각각 카운트한 후 양자화하여, 양자화 제1지연시간 및 양자화 제2지연시간을 각각 출력하는 제1카운터 및 제2카운터; 및 양자화 제1지연시간 및 양자화 제2지연시간 간의 차이값을 연산하는 연산부를 포함하는 터치키 응용을 위한 풀 디지털 방식 정전용량 센서를 제공한다.The present invention, the first capacitor and the second capacitor that the capacitance changes when the touch; A resistor connected in series between the first capacitor and the second capacitor; A first charging and discharging unit connected to a node between the first capacitor and the resistor to perform discharge of the first capacitor and charge of the second capacitor; A second charging and discharging unit connected to a node between the second capacitor and the resistor to perform discharge of the second capacitor and charge of the first capacitor; While each capacitor is individually discharged and recharged by each charging and discharging unit, a high signal is output when the first and second charging voltages, the voltages of each capacitor, reach the first reference voltage and the second reference voltage, respectively. A first comparator and a second comparator; The first delay time and the second delay time, which are elapsed times when the output of each comparator is changed from the low signal to the high signal, are counted and quantized, respectively, to output the quantized first delay time and the quantized second delay time, respectively. A first counter and a second counter; And an operation unit configured to calculate a difference value between the quantization first delay time and the quantization second delay time.

개시된 터치키 응용을 위한 풀 디지털 방식 정전용량 센서에 따르면, 외부에 추가 기준 정전용량 없이, 측정하고자 하는 두 개의 정전용량을 한 쌍으로 구성하고 두 정전용량의 차이를 측정하는 방식을 통해, 동작전압, 온도, 습도와 같은 동작환경변화의 영향을 완화시킬 수 있는 장점이 있다.According to the disclosed full digital capacitive sensor for the touch key application, an operation voltage is obtained by configuring two capacitances to be measured as a pair and measuring the difference between the two capacitances without additional reference capacitance externally. This has the advantage of mitigating the effects of operating environment changes such as temperature and humidity.

Description

Full digital capacitive sensor for touch key applications and its operating method

본 발명은 터치키 응용을 위한 풀 디지털 방식 정전용량 센서 및 그 동작 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 터치시 변하는 정전용량을 측정하여 동작하는 터치키 응용을 위한 풀 디지털 방식 정전용량 센서 및 그 동작 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a full digital capacitive sensor for a touch key application and a method of operating the same, and more particularly, to a full digital capacitive sensor for a touch key application that operates by measuring a change in capacitance when touched. It is about a method.

정전용량을 이용한 터치키는 MP3, 휴대폰, TV, 모니터 등의 키패드 및 스위치에 사용되고 있으며, 기계식에 비해 누르는 느낌이 우수하고 새로운 디자인에 적용 가능하여 사용범위가 점차 넓어지고 있다.Touch keys using capacitance are used in keypads and switches of MP3, mobile phones, TVs, monitors, etc., and the range of use is gradually increasing because they have better pressing feeling and can be applied to new designs.

도 1은 도체판과 손가락 사이에 생성된 정전용량과 그 등가회로를 나타낸 것이다. 도 1을 참조하면, 정전용량을 이용한 터치키는 도체 판에 사람의 손가락이 접근할 때 정전용량이 커지는 것을 센싱하는 방법이 대표적이다.Figure 1 shows the capacitance generated between the conductor plate and the finger and its equivalent circuit. Referring to FIG. 1, a touch key using capacitance is a method of sensing an increase in capacitance when a human finger approaches a conductor plate.

일반적으로 터치키는 디지털 방식과 아날로그 방식으로 구분할 수 있다. 아날로그 방식이란 ADC(Analog to Digital Converter), OP-AMP 등과 같은 아날로그 소자를 이용하는 방식이고, 디지털 방식은 디지털 소자를 이용해 정전용량을 측정하는 방식을 의미한다. 디지털 방식은 아날로그 방식에 비해 구현하기가 쉬우며 새로운 반도체 공정에 쉽게 이식할 수 있는 장점이 있다.In general, touch keys can be divided into digital and analog methods. The analog method is a method of using analog devices such as an analog to digital converter (ADC), an OP-AMP, and the digital method is a method of measuring capacitance using a digital device. Digital is easier to implement than analog and can be easily ported to new semiconductor processes.

아날로그 회로를 이용해 정전용량을 측정하는 방법은 응용분야 따라 다양한 방법이 제안되어 사용되고 있다. 아날로그 회로를 이용해 터치키를 구현하는 대표적인 방법은 시그마델타 ADC를 이용하는 것으로서, 측정하고자 하는 정전용량을 전압으로 변환한 후 ADC를 이용해 디지털 값으로 변환하는 방식이다. 시그마델타 ADC를 이용하면 수 fF의 분해 능력을 갖는 정전용량-디지털 변환기를 만들 수 있다는 장점이 있으나, 회로가 복잡하고 칩 면적이 크다는 단점이 있다. 또한, CMOS 반도체 공정이 수십 nm로 발전하고 있음에도 불구하고, 아날로그 회로는 공정발전만큼 칩 면적이 줄지 않는다는 문제점이 있다. 그리고 새로운 반도체 공정에 적용하기 위해서는 해당 공정에 맞게 새롭게 아날로그 회로를 개발해야 하므로 최종 제품이 나오기까지 기간이 길어지는 문제점이 있다.A method of measuring capacitance using an analog circuit has been proposed and used according to various applications. A typical method of implementing touch keys using an analog circuit is to use a sigma delta ADC, which converts a capacitance to a voltage into a digital value using an ADC. Sigma-delta ADCs can be used to create capacitive-to-digital converters with resolutions of several fF, but the disadvantages are complex circuits and large chip areas. In addition, despite the development of the CMOS semiconductor process to several tens of nm, the analog circuit has a problem that the chip area does not decrease as the process development. In addition, in order to apply to a new semiconductor process, it is necessary to develop a new analog circuit according to the corresponding process, so there is a problem in that the period until the final product is released.

도 2는 555타이머를 이용한 정전용량 측정 회로이다. 즉, 도 2를 참조하면, 디지털 방식은 주기가 C_sensor에 비례하는 RC 발진기를 이용하여 클럭을 생성한 후, 주파수를 카운트하거나 주기를 측정하는 방법으로 C_sensor를 측정한다. 여기서 555타이머를 이용하였으나 디지털 소자를 이용해 구현할 수 있으므로 표준셀(standard cell)을 이용해 구현할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 이 방법은 외부 온도, 공급전압, 습도 등 다양한 동작환경에 따라 측정되는 RC지연값 및 RC발진주파수 변동이 있어서 정확도가 떨어진다는 문제점이 있다.2 is a capacitance measurement circuit using a 555 timer. That is, referring to FIG. 2, the digital method generates a clock using an RC oscillator whose period is proportional to the C _sensor , and then measures the C _sensor by counting frequencies or measuring periods. Here, the 555 timer is used, but since it can be implemented using a digital device, there is an advantage that can be implemented using a standard cell. However, this method has a problem that the accuracy of the RC delay value and the RC oscillation frequency are measured according to various operating environments such as external temperature, supply voltage, and humidity, so that the accuracy is poor.

본 발명은, 측정하고자 하는 두 개의 정전용량을 한 쌍으로 구성하고 두 정전용량의 차이를 측정하는 방식을 이용하여 동작환경변화의 영향을 완화시킬 수 있는 터치키 응용을 위한 풀 디지털 방식 정전용량 센서 및 그 동작 방법을 제공하는 데 목적이 있다.The present invention is a full digital capacitive sensor for touch key applications that can mitigate the effects of changes in operating environment by using a pair of two capacitances to be measured and measuring the difference between the two capacitances. And an operation method thereof.

본 발명은, 터치시 정전용량이 변하는 제1커패시터 및 제2커패시터; 상기 제1커패시터와 제2커패시터 사이에 직렬 연결되는 저항; 상기 제1커패시터와 상기 저항 사이의 노드에 연결되어, 상기 제1커패시터의 방전과 제2커패시터의 충전을 수행하는 제1충방전부; 상기 제2커패시터와 상기 저항 사이의 노드에 연결되어, 상기 제2커패시터의 방전과 제1커패시터의 충전을 수행하는 제2충방전부; 상기 각 커패시터가 각각의 충방전부에 의해 개별 방전되고 다시 충전되는 동안, 상기 각 커패시터 측 전압인 제1충전전압 및 제2충전전압이 각각 제1기준전압 및 제2기준전압에 도달하는 경우 High신호를 출력하는 제1비교기 및 제2비교기; 각 비교기의 출력이 Low신호에서 High신호로 전환되는데 경과한 시간인 제1지연시간 및 제2지연시간을 각각 카운트한 후 양자화하여, 양자화 제1지연시간 및 양자화 제2지연시간을 각각 출력하는 제1카운터 및 제2카운터; 및 상기 양자화 제1지연시간 및 양자화 제2지연시간 간의 차이값을 연산하는 연산부를 포함하는, 터치키 응용을 위한 풀 디지털 방식 정전용량 센서를 제공한다.The present invention, the first capacitor and the second capacitor that the capacitance changes when the touch; A resistor connected in series between the first capacitor and the second capacitor; A first charging and discharging unit connected to a node between the first capacitor and the resistor to perform discharge of the first capacitor and charge of the second capacitor; A second charging and discharging unit connected to a node between the second capacitor and the resistor to perform discharge of the second capacitor and charge of the first capacitor; While each capacitor is individually discharged and recharged by each charge / discharge unit, a high signal when the first charge voltage and the second charge voltage, the voltages of the capacitors, respectively reach the first reference voltage and the second reference voltage, respectively. A first comparator and a second comparator for outputting the comparator; The first delay time and the second delay time, which are elapsed times when the output of each comparator is changed from the low signal to the high signal, are counted and quantized, respectively, to output the quantized first delay time and the quantized second delay time, respectively. A first counter and a second counter; And an operation unit configured to calculate a difference value between the quantized first delay time and the quantized second delay time, for a touch key application.

또한, 상기 터치키 응용을 위한 풀 디지털 방식 정전용량 센서의 동작 방법에 관한 것으로서, (a) 상기 연산부에서 상기 양자화 제1지연시간 및 상기 양자화 제2지연시간을 각각 m회 측정하는 단계; 및 (b) 상기 연산부에서 상기 양자화 제2지연시간에 상기 양자화 제1지연시간을 가산한 값의 평균값을 상기 m회에 대해 연산하여, 상기 평균값이 기 설정된 양의 상수보다 큰 경우, 상기 제2커패시터 측의 노드가 터치된 것으로 판단하고, 상기 평균값이 기 설정된 음의 상수보다 작은 경우, 상기 제1커패시터 측의 노드가 터치된 것으로 판단하는 단계를 포함하는, 터치키 응용을 위한 풀 디지털 방식 정전용량 센서의 동작 방법을 제공한다.In addition, the present invention relates to a method of operating a full digital capacitive sensor for the touch key application, the method comprising: (a) measuring the quantization first delay time and the quantization second delay time by the calculation unit, respectively, m times; And (b) calculating a mean value of the value obtained by adding the quantization first delay time to the m times by the calculating unit for the m times so that the second value is greater than a preset positive constant. And determining that the node on the capacitor side is touched, and determining that the node on the first capacitor side is touched when the average value is smaller than a preset negative constant. A method of operating the capacitive sensor is provided.

본 발명에 따른 터치키 응용을 위한 풀 디지털 방식 정전용량 센서 및 그 동작 방법에 따르면, 외부에 추가 기준 정전용량 없이, 측정하고자 하는 두 개의 정전용량을 한 쌍으로 구성하고 두 정전용량의 차이를 측정하는 방식을 통해, 동작전압, 온도, 습도와 같은 동작환경변화의 영향을 완화시킬 수 있는 장점이 있다. 또한, 상기 정전용량 센서를 디지털 소자를 이용하여 구현하는 경우, 기존 ASIC 제작 공정을 활용하여 빠른 시간 내에 칩을 제작할 수 있는 이점이 있다.According to the full digital capacitive sensor for the touch key application and the operation method thereof according to the present invention, the two capacitances to be measured are paired and measured the difference between the two capacitances without additional reference capacitance externally. By doing so, there is an advantage to mitigate the effects of operating environment changes such as operating voltage, temperature, humidity. In addition, when the capacitive sensor is implemented using a digital device, there is an advantage in that a chip can be manufactured in a short time using an existing ASIC manufacturing process.

도 3은 RC지연을 이용한 정전용량 측정 회로이고, 도 4는 외부 기준 정전용량을 이용한 터치키 구현 회로이다. 그리고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치키 응용을 위한 풀 디지털 방식 정전용량 센서의 회로 구성도이고, 도 6은 도 5의 간략 구성도이다. 또한, 도 7은 도 5의 다른 실시예를 나타내는 회로 구성도이 고, 도 8은 도 5의 회로 구성도에서 터치키 동작 순서의 흐름도이다.3 is a capacitance measurement circuit using RC delay, Figure 4 is a touch key implementation circuit using an external reference capacitance. 5 is a circuit diagram of a full digital capacitive sensor for a touch key application according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a simplified diagram of FIG. 7 is a circuit diagram illustrating another embodiment of FIG. 5, and FIG. 8 is a flowchart of a touch key operation sequence in the circuit diagram of FIG. 5.

상기 터치키 응용을 위한 풀 디지털 방식 정전용량 센서에 관한 상세한 설명에 앞서, 도 3 내지 도 4를 참조로 하여, RC지연을 이용한 정전용량 측정 회로 및 이를 보완하는 기준 정전용량을 이용한 회로에 관하여 간략히 살펴보기로 한다.Prior to the detailed description of the full digital capacitive sensor for the touch key application, with reference to Figures 3 to 4, briefly with respect to the capacitance measurement circuit using the RC delay and the circuit using the reference capacitance to compensate for this Let's look at it.

도 3의 (a)는 RC지연을 측정하는 개념적인 회로이고, (b)는 (a)를 디지털 소자를 이용하여 구현한 회로이고, (c)는 타이밍도를 나타낸다. 도 3의 (a)회로에서 RC지연을 측정하기 위해서, 먼저 커패시터(C_sensor)를 방전한다. 이후 저항(R)을 통해 전류를 공급시켜 커패시터(C_sensor)의 전압(V_sensor)을 상승시킨다. 비교기(OP앰프)는 커패시터(C_sensor)에 걸리는 전압(V_sensor)을 비교전압(V_TH)과 비교하여 출력하고, 카운터(counter)는 V_sensor<V_TH일 때까지의 시간을 측정(카운트)한다. 여기서, 커패시터(C_sensor) 값이 증가하면 측정구간이 길어져 카운터 값도 증가하고, 커패시터(C_sensor) 값이 줄어들면 측정구간이 줄어들고 카운터 값도 감소한다.(A) of FIG. 3 is a conceptual circuit measuring RC delay, (b) is a circuit which implemented (a) using a digital element, and (c) shows a timing diagram. In order to measure the RC delay in the circuit of FIG. 3A, first, the capacitor C _sensor is discharged. Thereafter, a current is supplied through the resistor R to increase the voltage V _sensor of the capacitor C _sensor . The comparator (OP amplifier) outputs the voltage (V _sensor ) applied to the capacitor (C _sensor ) by comparing it with the comparison voltage (V _TH ), and the counter measures the time until the V _sensor <V _TH (count) )do. Here, when the value of the capacitor (C _sensor ) increases, the measurement interval is increased and the counter value increases. When the value of the capacitor (C _sensor ) decreases, the measurement interval decreases and the counter value decreases.

도 3의 (a)와 (c)를 참조하면, t ≤ T_delay 구간(커패시터 충전 구간)에서 V_sensor는 아래의 수학식 1과 같다.Referring to FIGS. 3A and 3C, t ≦ T _delay In the section (capacitor charging section), V _sensor is represented by Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

그런데, t = T_delay일 때는 V_sensor = V_TH가 되므로, 상기 수학식 1을 이용하면 T_delay는 수학식 2와 같이 표현된다.By the way, when t = T _delay , V _sensor = V _TH , so that when using Equation 1, T _delay is expressed as Equation 2.

[수학식 2][Equation 2]

수학식 2에서 T_delay값이 C_sensor에 비례함을 알 수 있다. 그리고, T_delay값을 디지털 값으로 변환한 카운터 출력값인 N_delay 역시 C_sensor에 비례함을 알 수 있다. 여기서, N_delay는 수학식 3으로 정의되며, 이때 T_CLK는 CLK의 주기를 나타낸다.It can be seen from Equation 2 that the T _delay value is proportional to the C _sensor . In addition, it can be seen that N _{delay, which} is a counter output value obtained by converting a T _delay value into a digital value, is also proportional to the C _sensor . Here, N _delay is defined by Equation 3, where T _CLK represents a period of CLK.

[수학식 3]&Quot; (3) "

도 3의 (a)회로는 디지털 소자를 이용하여 도 3의 (b)회로와 같이 구현 가능하다. 비교기와 V_TH는 슈미트 트리거(schmitt trigger)를 이용하고, V_sensor를 0V로 초기화하는 부분은 오픈드레인(open-drain)을 이용하면 된다.The circuit (a) of FIG. 3 may be implemented as the circuit (b) of FIG. 3 by using a digital device. The comparator and V _TH use a schmitt trigger, and the part of initializing the V _sensor to 0V can use open-drain.

이상과 같은 도 3의 방식은, 배경기술에 언급한 바와 같이, 외부 온도, 공급전압, 습도 등과 같은 동작환경 변화에 따라 T_delay가 변화되는 문제점을 가지고 있어 이에 대한 보정이 필요하다.As described above, the method of FIG. 3 has a problem in that the T _delay is changed in accordance with a change in operating environment such as external temperature, supply voltage, and humidity, and thus correction is required.

도 4는 도 3의 보완을 위해 기준 정전용량(C_ref)을 두는 기법이다. 여기서, 기준 정전용량 C_ref는 일반 커패시터를 사용하므로 그 값은 고정되어 변화하지 않는 다. 도 4의 C_sensor에서 측정한 지연값인 T_sensor와, C_ref에서 측정한 지연값인 T_ref는 수식 4 및 수학식 5와 같다.FIG. 4 is a technique of placing a reference capacitance C _ref to complement FIG. 3. Here, since the reference capacitance C _ref uses a general capacitor, its value is fixed and does not change. And the T _sensor a delay values measured at the _sensor C of Figure 4, of a delay measurement from C _ref T _ref is the same as the equation 4 and equation (5).

[수학식 4]&Quot; (4) "

[수학식 5][Equation 5]

이렇게 구하여진 두 가지 지연값을 각각 디지털값으로 양자화한 후 그 차이값을 구하고, 여기서 양자화 오차를 무시하면 수학식 6과 같다. The two delay values thus obtained are quantized to digital values, and then the difference value is obtained. If the quantization error is ignored, Equation 6 is obtained.

[수학식 6]&Quot; (6) "

여기서 R_sensor와 R_ref가 동일하면, C_sensor와 C_ref의 차이에 비례하는 수학식인 수학식 7을 만들 수 있다. 여기서 C_ref를 적절히 선택하면, 수학식 7이 0보다 클 때 터치 스위치가 온(on)이 되도록 터치키를 만들 수 있다.If R _sensor and R _ref are the same, Equation 7, which is proportional to the difference between C _sensor and C _ref , can be made. If C _ref is appropriately selected, the touch key may be made to turn on the touch switch when Equation 7 is greater than zero.

[수학식 7][Equation 7]

그런데, 이러한 방법은 습도와 같은 환경변수에 의해 측정하고자 하는 C_sensor 값이 바뀌는 반면 C_ref는 변화하지 않는 문제점으로 인해, C_ref 값을 결정하기 위해 많은 실험적 데이터를 필요로 한다. 또한, 저항 R_sensor와 R_ref 사이에 ΔR의 오차가 발생하므로, 이를 고려하면 수학식 7은 수학식 8과 같아진다. 수학식 8을 수학식 7과 비교하면, 두 저항 사이의 오차 ΔR에 의해,

만큼의 오차가 발생하는 문제점이 있다.However, this method, while the C value _sensor to be measured by the environmental variables such as humidity change C _ref is not changed due to the problem, and require a lot of experimental data to determine the value C _ref. In addition, since an error of ΔR occurs between the resistor R _sensor and R _ref , Equation 7 is equal to Equation 8 in consideration of this. Comparing Equation 8 with Equation 7, by the error ΔR between the two resistances,

There is a problem that as much error occurs.

[수학식 8][Equation 8]

이러한 도 4의 회로는 무엇보다 기준 회로가 포함되는 단점이 있어, 터치키가 저가 제품임을 고려하면 최종제품의 가격 경쟁력 확보에 불리함을 알 수 있다.The circuit of FIG. 4 has a disadvantage in that a reference circuit is included above all, considering that the touch key is a low-cost product, it can be seen that it is disadvantageous in securing the price competitiveness of the final product.

도 5에 도시된 터치키 응용을 위한 풀 디지털 방식 정전용량 센서(100)는 이 러한 기준 정전용량을 이용한 방식의 문제점을 보완하기 위한 것으로서, 측정하고자 하는 두 개의 정전용량을 한 쌍으로 구성하여 측정하는 방식이다.The full digital capacitive sensor 100 for the touch key application shown in FIG. 5 is to compensate for the problem of the method using the reference capacitance. The two capacitances to be measured are measured in pairs. That's the way it is.

도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 터치키 응용을 위한 풀 디지털 방식 정전용량 센서(100)는 제1커패시터(110), 제2커패시터(120), 제1충방전부(130), 제2충방전부(140), 저항(150), 제1비교기(160), 제2비교기(170), 제1카운터(180), 제2카운터(190) 및 연산부(195)를 포함한다.5 and 6, the full digital capacitive sensor 100 for the touch key application includes a first capacitor 110, a second capacitor 120, a first charging and discharging unit 130, and a second charging and discharging unit. The whole 140, the resistor 150, the first comparator 160, the second comparator 170, the first counter 180, the second counter 190, and the calculator 195 are included.

상기 제1커패시터(110;C_sensor0)와 제2커패시터(120;C_sensor1)는 터치시 정전용량이 변하는 부분이다. 상기 저항(150)은 상기 제1커패시터(110)와 제2커패시터(120) 사이에 직렬 연결되어, 각 커패시터(110,120)의 충전 지연요소로 작용한다.The first capacitor 110 (C _sensor0 ) and the second capacitor 120 (C _sensor1 ) are portions in which capacitance changes when _touched . The resistor 150 is connected in series between the first capacitor 110 and the second capacitor 120 to act as a charge delay element of each capacitor 110 and 120.

그리고, 상기 제1충방전부(130)는 제1커패시터(110)와 저항(150) 사이의 노드(노드0)에 연결되어, 제1커패시터(110)의 방전과 제2커패시터(120)의 충전을 수행한다. 반대로, 상기 제2충방전부(140)는 제2커패시터(120)와 저항(150) 사이의 노드(노드1)에 연결되어, 제2커패시터(120)의 방전과 제1커패시터(110)의 충전을 수행한다.The first charge / discharge unit 130 is connected to a node (node 0) between the first capacitor 110 and the resistor 150 to discharge the first capacitor 110 and charge the second capacitor 120. Do this. On the contrary, the second charging and discharging unit 140 is connected to a node (node 1) between the second capacitor 120 and the resistor 150 to discharge the second capacitor 120 and charge the first capacitor 110. Do this.

더 상세하게는, 상기 제1충방전부(130)는, 제1방전스위치(133;스위치1), 제1충전스위치(132;스위치0) 및 제1전원부(131)를 포함한다. 제1방전스위치(133)는 제1커패시터(110)에 병렬 연결되어 On 동작시 제1커패시터(110)를 방전시킨다. 제1충전스위치(132)는 저항(150)과 제1커패시터(110) 사이의 노드인 노드0에 연결되어, On 동작시 제2커패시터(120)를 충전시킨다. 제1전원부(131)는 제1충전스위치(132) 에 연결되어 제2커패시터(120)를 충전시키기 위한 충전용 전압을 제1충전스위치(132)로 제공한다.In more detail, the first charge and discharge unit 130 includes a first discharge switch 133 (switch 1), a first charge switch 132 (switch 0), and a first power supply unit 131. The first discharge switch 133 is connected in parallel with the first capacitor 110 to discharge the first capacitor 110 during the On operation. The first charge switch 132 is connected to node 0, which is a node between the resistor 150 and the first capacitor 110, to charge the second capacitor 120 during the On operation. The first power supply unit 131 is connected to the first charging switch 132 to provide a charging voltage for charging the second capacitor 120 to the first charging switch 132.

그리고, 상기 제2충방전부(140)는, 제2방전스위치(143;스위치3), 제2충전스위치(142;스위치2) 및 제2전원부(141)를 포함한다. 제2방전스위치(143)는 제2커패시터(120)에 병렬 연결되어 On 동작시 제2커패시터(120)를 방전시킨다. 제2충전스위치(142)는 저항(150)과 제2커패시터(120) 사이의 노드인 노드1에 연결되어, On 동작시 제1커패시터(110)를 충전시킨다. 제2전원부(141)는 제2충전스위치(142)에 연결되어 제1커패시터(110)를 충전시키기 위한 충전용 전압을 제2충전스위치(142)로 제공한다.The second charge / discharge unit 140 includes a second discharge switch 143 (switch 3), a second charge switch 142 (switch 2), and a second power supply unit 141. The second discharge switch 143 is connected in parallel to the second capacitor 120 to discharge the second capacitor 120 during the On operation. The second charge switch 142 is connected to node 1, which is a node between the resistor 150 and the second capacitor 120, to charge the first capacitor 110 during the On operation. The second power supply unit 141 is connected to the second charging switch 142 to provide a charging voltage for charging the first capacitor 110 to the second charging switch 142.

한편, 상기 제1비교기(160) 및 제2비교기(170)는, 각 커패시터(110,120)가 각각의 충방전부(130,140)에 의해 개별 방전되고 다시 충전되는 동안, 각 커패시터(110,120) 측 전압인 제1충전전압(V_sensor0) 및 제2충전전압(V_sensor1)이 각각 제1기준전압(161;V_TH) 및 제2기준전압(171;V_TH)에 도달하는 경우 High신호를 각각 출력한다. 이러한 도 5의 제1비교기(160) 및 제2비교기(170)는, 각 커패시터(110,120)로부터 입력받은 각각의 충전전압(V_sensor0,V_sensor1)과, 외부로부터 입력받은 각각의 기준전압(161,171)을 상호 비교하여 동작되는 OP앰프 형태를 가진다.On the other hand, the first comparator 160 and the second comparator 170, the respective capacitors (110, 120) are each discharged and recharged by the respective charge and discharge unit (130, 140), the second voltage of each capacitor (110, 120) side When the first charging voltage V _sensor0 and the second charging voltage V _sensor1 reach the first reference voltage 161 (V _TH ) and the second reference voltage 171 (V _TH ), respectively, a high signal is output. The first comparator 160 and the second comparator 170 of FIG. 5 have respective charging voltages V _sensor0 , which are input from the capacitors 110 and 120. V _{sensor 1} ), and the reference voltages 161 and 171 received from the outside are compared with each other to have an OP amplifier type that is operated.

이러한, 각 비교기(160,170)의 동작을 위해서는, 우선 각각의 방전스위치(133,143)를 On시켜, 제1충전전압(V_sensor0) 및 제2충전전압(V_sensor1)을 모두 0V로 초기화한다. 다음으로, 제1충전스위치(132)를 On시키면 제2커패시터(120) 측의 제2충 전전압(V_sensor1)이 충전된다. 이때, 제2충전전압(V_sensor1)이 제2기준전압(171;V_TH)에 도달하면, 제2비교기(170)는 V_out1을 High신호('1' 신호)로 출력한다. 제2비교기(170)가 High신호를 출력할 때까지의 지연을 측정하면, 저항(150)과 제2커패시터(120)에 따른 지연을 구할 수 있다.In order to operate the comparators 160 and 170, first, the respective discharge switches ₁₃₃ and ₁₄₃ are turned on to initialize both the first and second charging voltages V _sensor0 and V _sensor1 to 0V. Next, when the first charge switch 132 is turned on, the second charge voltage V _sensor1 on the side of the second capacitor 120 is charged. At this time, when the second charging voltage V _sensor1 reaches the second reference voltage 171 (V _TH ), the second comparator 170 outputs V _out1 as a high signal ('1' signal). When the delay until the second comparator 170 outputs the high signal is measured, the delay according to the resistor 150 and the second capacitor 120 can be obtained.

이후에는, 다시 각각의 방전스위치(133,143)를 On시켜 제1충전전압(V_sensor0) 및 제2충전전압(V_sensor1)을 0V로 모두 초기화한다. 그리고, 제2충전스위치(142)를 On시키면 제1커패시터(110) 측의 제1충전전압(V_sensor0)이 충전된다. 이때, 제1충전전압(V_sensor0)이 제1기준전압(161;V_TH)에 도달하면, 제1비교기(160)는 V_out0을 High신호('1' 신호)로 출력한다. 제1비교기(160)가 High신호를 출력할 때까지의 지연을 측정하면, 저항(150)과 제1커패시터(110)에 따른 지연을 구할 수 있다.Afterwards, each of the discharge switches 133 and 143 is turned on again to initialize both the first charge voltage V _sensor0 and the second charge voltage V _sensor1 to 0V. When the second charge switch 142 is turned on, the first charge voltage V _sensor0 on the side of the first capacitor 110 is charged. At this time, when the first charging voltage V _sensor0 reaches the first reference voltage 161 (V _TH ), the first comparator 160 outputs V _out0 as a high signal ('1' signal). When the delay until the first comparator 160 outputs a high signal is measured, a delay according to the resistor 150 and the first capacitor 110 can be obtained.

이와 관련하여, 상기 제1카운터(180) 및 제2카운터(190)는, 각 비교기(160,170)의 출력이 Low신호에서 High신호로 전환되는데 경과한 시간인 제1지연시간(T_sensor0) 및 제2지연시간(T_sensor1)을 각각 카운트한 후 해당 클럭(CLK)을 기준으로 양자화하여, 양자화 제1지연시간(N_sensor0) 및 양자화 제2지연시간(N_sensor1)을 각각 출력한다. 제1지연시간(T_sensor0)은 저항(150)과 제1커패시터(110)에 의한 지연시간이고, 제2지연시간(T_sensor1)은 저항(150)과 제2커패시터(120)에 의한 지연시간이다. 상기 양자화 제1지연시간(N_sensor0) 및 양자화 제2지연시간(N_sensor1)은 각각 수학식 9 및 수학식 10과 같다.In this regard, the first counter 180 and the second counter 190 may include a first delay time T _sensor0 and a second elapsed time when the outputs of the comparators 160 and 170 are switched from the low signal to the high signal. Each of the two delay times T _sensor1 is counted and then quantized based on the clock CLK to output the quantized first delay time N _sensor0 and the quantized second delay time N _sensor1 , respectively. The first delay time T _sensor0 is the delay time caused by the resistor 150 and the first capacitor 110, and the second delay time T _sensor1 is the delay time caused by the resistor 150 and the second capacitor 120. to be. The quantized first delay time N _sensor0 and the quantized second delay time N _sensor1 are represented by Equations 9 and 10, respectively.

[수학식 9][Equation 9]

[수학식 10][Equation 10]

한편, 연산부(195)는 상기 양자화 제1지연시간(N_sensor0) 및 양자화 제2지연시간(N_sensor1) 간의 차이값을 연산한다. 양자화 오차를 무시한 경우, 양자화 제1지연시간(N_sensor0)과 양자화 제2지연시간(N_sensor1) 간의 차이는 수학식 11과 같다. On the other hand, the calculator 195 calculates a difference value between the quantization first delay time N _sensor0 and the quantization second delay time N _sensor1 . If the quantization error is ignored, the difference between the quantization first delay time N _sensor0 and the quantization second delay time N _sensor1 is expressed by Equation (11).

[수학식 11][Equation 11]

이러한 연산부(195)는 수학식 11에서 연산된 차이값을 이용하여 노드1 또는 노드0 중 어떠한 노드가 눌러진 것인지 판단 가능하다. 이에 관해서는 추후 더욱 상세히 설명할 예정이다.The operation unit 195 may determine which node of node 1 or node 0 is pressed by using the difference value calculated in Equation (11). This will be described in more detail later.

이러한 도 5의 방식은 기존의 도 4와 같은 두 저항 R의 오차에 의한 문제가 발생하지 않으며, 기준 정전용량 없이 측정하고자 하는 두 정전용량의 차이를 구현할 수 있다. 또한, 습도 변화에 의해 C_sensor0과 C_sensor1이 동시에 영향을 받으므로 습도변화에 따른 문제점도 완화시킬 수 있다.The method of FIG. 5 does not cause a problem due to the error of the two resistors R as shown in FIG. 4, and may implement a difference between two capacitances to be measured without a reference capacitance. In addition, since the C _sensor0 and C _sensor1 are affected at the same time by the humidity change, the problems caused by the humidity change can be alleviated.

도 5의 구성은 디지털 소자를 이용하여 도 7의 형태로 구현 가능하다. 즉, 도 5에서 제1비교기(160)와 기준전압(161;V_TH), 그리고 제2비교기(170)와 기준전압(171;V_TH)의 구성은 슈미트트리거 입력소자(260,270) 형태로 각각 대체 가능하다. 즉, 슈미트트리거 입력소자(260,270)는, 각각의 커패시터(110,120)로부터 입력받은 각각의 충전전압(V_sensor0, V_sensor1)과, 내장된 각각의 기준전압을 상호 비교하여 동작된다.The configuration of FIG. 5 may be implemented in the form of FIG. 7 using a digital device. That is, in FIG. 5, the first comparator 160 and the reference voltage 161 (V _TH ), and the second comparator 170 and the reference voltage 171 (V _TH ) are configured in the form of Schmitt trigger input elements 260 and 270, respectively. It can be replaced. That is, the Schmitt trigger input elements ₂₆₀ and ₂₇₀ operate by comparing the respective charging voltages V _sensor0 and V _sensor1 received from the respective capacitors 110 and 120 with the respective reference voltages embedded therein.

또한, 도 5에서 각각의 충전스위치(132,142)와 방전스위치(133,143)는 각각 삼상버퍼(tri-state buffer;232,242)로 대체 가능하다. 그리고, 전원부(131,141)의 충전용 전압과 방전용 영전압을 각각 입력받는 먹스(231,241;MUX)가 더 포함된다.In addition, in FIG. 5, each of the charge switches 132 and 142 and the discharge switches 133 and 143 may be replaced with a tri-state buffer 232 and 242, respectively. In addition, MUXs 231 and 241 for receiving the charging voltage and the discharge zero voltage of the power supply units 131 and 141 are further included.

즉, 도 7의 다른 실시예에 따른 정전용량 센서(200)에서, 제1충방전부(230)는, 제1먹스(231)와 제1삼상버퍼(232)를 포함한다. 제1먹스(231)는 제2커패시터(120)의 충전을 위한 충전용 전압(131)과, 제1커패시터(110)의 방전을 위한 영전압을 각각 입력 신호로 하여, 실렉트(Select) 신호에 의해 두 입력신호 중 하나의 신호를 선택적으로 출력하는 부분이다. 그리고, 제1삼상버퍼(232)는 제1먹스(231) 와 제1커패시터(110) 사이에 연결되어, 제1먹스(231)에서 출력되어 입력받은 신호를 이네이블(Enable) 신호에 따라 출력 전달하여, 제1커패시터(110)의 방전 또는 제2커패시터(120)의 충전이 가능하게 한다.That is, in the capacitive sensor 200 according to another embodiment of FIG. 7, the first charge / discharge unit 230 includes a first mux 231 and a first three-phase buffer 232. The first mux 231 has a select signal using the charging voltage 131 for charging the second capacitor 120 and the zero voltage for discharging the first capacitor 110 as input signals. This part selectively outputs one of two input signals. The first three-phase buffer 232 is connected between the first mux 231 and the first capacitor 110, and outputs a signal received from the first mux 231 according to an enable signal. By transmitting, the discharge of the first capacitor 110 or the charging of the second capacitor 120 is possible.

이와 동일한 구조로서, 도 7의 제2충방전부(240)는, 제2먹스(241)와 제2삼상버퍼(242)를 포함한다. 제2먹스(241)는 제1커패시터(110)의 충전을 위한 충전용 전압(141)과, 제2커패시터(120)의 방전을 위한 영전압을 각각 입력 신호로 하여, 실렉트 신호에 의해 두 입력신호 중 하나의 신호를 선택적으로 출력한다. 제2삼상버퍼(242)는 제2먹스(241)와 제2커패시터(120) 사이에 연결되어, 제2먹스(241)에서 출력되어 입력받은 신호를 이네이블 신호에 따라 출력 전달하여, 제2커패시터(120)의 방전 또는 제1커패시터(110)의 충전이 가능하게 한다.As the same structure, the second charge / discharge unit 240 of FIG. 7 includes a second mux 241 and a second three-phase buffer 242. The second mux 241 uses a charging signal 141 for charging the first capacitor 110 and a zero voltage for discharging the second capacitor 120 as input signals, respectively. Selectively outputs one of the input signals. The second three-phase buffer 242 is connected between the second mux 241 and the second capacitor 120, and outputs the output signal received from the second mux 241 according to the enable signal, the second Discharge of the capacitor 120 or charging of the first capacitor 110 is possible.

이하에서는, 이상과 같은 구성을 갖는 상기 터치키 응용을 위한 풀 디지털 방식 정전용량 센서(100)의 동작 방법에 관하여, 도 5 및 도 8을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of operating the full digital capacitive sensor 100 for the touch key application having the above configuration will be described in detail with reference to FIGS. 5 and 8.

먼저, 상기 연산부(195)에서 양자화 제1지연시간(N_sensor0) 및 양자화 제2지연시간(N_sensor1)을 각각 m회 측정한다. 상기 m회 측정 과정은 아래와 같이 세분화된다.First, the operation unit 195 _{measures the} quantization first delay time N _sensor0 and the quantization second delay time N _sensor1 , respectively, m times. The m measurement process is broken down as follows.

우선, 각 충방전부(130,140)의 각 방전스위치(133,143)를 이용하여, 각 커패시터(110,120) 측의 충전전압(V_sensor0, V_sensor1)을 모두 0으로 초기화한다(S110). 이후, 저항(150) 및 제2커패시터(120)에 의한 제2지연시간(T_sensor1)을 구하기 위해, 제1충방전부(130)의 제1전원부(131)와 제1충전스위치(132)를 이용하여 제2커패시 터(120)를 충전하고, 이때 제2충전전압(V_sensor1)이 제2기준전압(171;V_TH)에 도달하면, 제2비교기(170)가 High신호를 출력한다. 그리고, 제2카운터(190)가 상기 제2지연시간(T_sensor1)을 카운트한 후 클럭을 기준으로 양자화하여, 상기 양자화 제2지연시간(N_sensor1)을 출력한다(S120).First, all of the charging voltages V _sensor0 and V _sensor1 on the capacitors 110 and 120 are initialized to 0 using the respective discharge switches 133 and 143 of the charging and discharging units 130 and 140 (S110). Thereafter, in order to obtain a second delay time T _sensor1 by the resistor 150 and the second capacitor 120, the first power supply unit 131 and the first charge switch 132 of the first charge / discharge unit 130 are connected. The second capacitor 120 is charged, and when the second charging voltage V _sensor1 reaches the second reference voltage 171 (V _TH ), the second comparator 170 outputs a high signal. . The second counter 190 counts the second delay time T _sensor1 and quantizes the clock based on a clock, and outputs the quantized second delay time N _sensor1 (S120).

다음, 각 충방전부(130,140)의 각 방전스위치(133,143)를 이용하여, 각 커패시터(110,120) 측의 충전전압(V_sensor0, V_sensor1)을 모두 0으로 초기화한다(S130). 이후, 저항(150) 및 제1커패시터(110)에 의한 제1지연시간(T_sensor0)을 구하기 위해, 제2충방전부(140)의 제2전원부(141)와 제2충전스위치(142)를 이용하여 제1커패시터(110)를 충전하고, 이때 제1충전전압(V_sensor0)이 제1기준전압(161;V_TH)에 도달하면, 제1비교기(160)가 High신호를 출력한다. 그리고, 제1카운터(180)가 상기 제1지연시간(T_sensor0)을 카운트한 후 클럭을 기준으로 양자화하여, 상기 양자화 제1지연시간(N_sensor0)을 출력한다(S140).Next, by using each discharge switch (133,143) of each of the charge and discharge unit (130,140), the charging voltage (V _sensor0 , V _sensor1 ) of each capacitor 110,120 side is initialized to 0 (S130). Thereafter, in order to obtain the first delay time T _sensor0 by the resistor 150 and the first capacitor 110, the second power supply unit 141 and the second charge switch 142 of the second charge / discharge unit 140 are connected. The first capacitor 110 is charged, and when the first charging voltage V _sensor0 reaches the first reference voltage 161 (V _TH ), the first comparator 160 outputs a high signal. The first counter 180 counts the first delay time T _sensor0 and quantizes the clock based on a clock, and outputs the quantized first delay time N _sensor0 (S140).

그리고, 이러한 S110 내지 S140 단계를 m회 반복 수행한다(S150). 이를 통해, 상기 연산부(195)는 양자화 제1지연시간(N_sensor0)과 양자화 제2지연시간(N_sensor1)을 각각 m회 측정 가능하다.Then, the steps S110 to S140 are repeated m times (S150). Through this, the calculator 195 may _{measure the} quantization first delay time N _sensor0 and the quantization second delay time N _sensor1 , respectively, m times.

여기서, 상기 연산부(195)는 상기 m회에 대하여, 양자화 제2지연시간(N_sensor1)에 양자화 제1지연시간(N_sensor0)을 가산한 값의 평균값을 연산한다(S160). 상기 평균값은 아래의 수학식 12과 같다.Here, the calculation unit 195 calculates the average value of the value obtained by adding the quantization first delay time N _sensor0 to the quantization second delay time N _sensor1 for the m times (S160). The average value is represented by Equation 12 below.

[수학식 12][Equation 12]

즉, 실제 터치키를 구현할 때 잡음 문제를 완화하기 위해, 양자화 제1지연시간(N_sensor0)과 양자화 제2지연시간(N_sensor1)을 m번 측정한 후, 그 차이값의 평균값을 이용하여 수학식 12의 함수(FuncG)를 정의한다. 여기서, K₁은 임의의 기 설정된 양(+)의 상수, K₀는 임의의 기 설정된 음(-)의 상수로서, 모두 실험적 데이터로 설정되는 값이다. That is, in order to alleviate the noise problem when the actual touch key is implemented, the first quantization delay time N _sensor0 and the second quantization delay time N _sensor1 are measured m times, and then the math is performed using the average value of the difference values. Define the function (FuncG) in Equation 12. Here, K ₁ is any predetermined positive constant, K ₀ is any predetermined negative constant, and all of them are values that are set as experimental data.

상기 연산부(195)는 상기 평균값(FuncG)이 상기 기 설정된 양의 상수(K₁)보다 큰 경우(S170; FuncG > K₁), 제2커패시터(120) 측의 노드인 노드1이 터치된 것으로 판단한다(S175). 또한, 상기 연산부(195)는 상기 평균값(FuncG)이 상기 기 설정된 음의 상수(K₀)보다 작은 경우(S180; FuncG < K₀), 제1커패시터(110) 측의 노드인 노드0이 터치된 것으로 판단한다(S185).When the average value FuncG is greater than the predetermined positive constant K ₁ (S170; FuncG> K ₁ ), the operation unit 195 is a node 1 that is a node of the second capacitor 120. It is determined (S175). In addition, when the average value FuncG is smaller than the predetermined negative constant K ₀ (S180; FuncG <K ₀ ), the operation unit 195 may touch the node 0 which is a node of the first capacitor 110. It is determined that the (S185).

이상과 같은 터치키 응용을 위한 풀 디지털 방식 정전용량 센서(100)에 따르면, 외부에 추가 기준 정전용량 없이, 측정하고자 하는 두 개의 정전용량을 한 쌍으로 구성하고 두 정전용량의 차이를 측정하는 방식을 통해, 동작전압, 온도, 습도와 같은 동작환경변화의 영향을 완화시킬 수 있다. 또한, 상기 정전용량 센서(100) 를 디지털 소자를 이용하여 구현할 수 있어, 기존 ASIC 제작 공정을 활용하여 빠른 시간 내에 칩을 제작할 수 있다.According to the full digital capacitive sensor 100 for a touch key application as described above, a pair of two capacitances to be measured in pairs without additional reference capacitance externally and a method of measuring the difference between the two capacitances Through this, it is possible to mitigate the effects of operating environment changes such as operating voltage, temperature, and humidity. In addition, since the capacitive sensor 100 can be implemented using a digital device, a chip can be manufactured in a short time using an existing ASIC manufacturing process.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

도 1은 도체판과 손가락 사이에 생성된 정전용량과 그 등가회로,1 is a capacitance generated between a conductor plate and a finger and its equivalent circuit,

도 2는 종래의 555타이머를 이용한 정전용량 측정 회로,2 is a capacitance measurement circuit using a conventional 555 timer,

도 3은 RC지연을 이용한 정전용량 측정 회로,3 is a capacitance measurement circuit using RC delay,

도 4는 외부 기준 정전용량을 이용한 터치키 구현 회로,4 is a touch key implementation circuit using an external reference capacitance;

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치키 응용을 위한 풀 디지털 방식 정전용량 센서의 회로 구성도,5 is a circuit diagram of a full digital capacitive sensor for a touch key application according to an embodiment of the present invention;

도 6은 도 5의 간략 구성도,6 is a simplified configuration diagram of FIG.

도 7은 도 5의 다른 실시예를 나타내는 회로 구성도,FIG. 7 is a circuit diagram illustrating another embodiment of FIG. 5; FIG.

도 8은 도 5의 회로 구성도에서 터치키 동작 순서의 흐름도이다.8 is a flowchart illustrating a touch key operation sequence in the circuit diagram of FIG. 5.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명 >BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.

100: 터치키 응용을 위한 풀 디지털 방식 정전용량 센서100: full digital capacitive sensor for touchkey applications

110: 제1커패시터 120: 제2커패시터110: first capacitor 120: second capacitor

130,230: 제1충방전부 131: 제1전원부130,230: first charging and discharging unit 131: first power supply unit

132: 제1충전스위치 133: 제1방전스위치132: first charge switch 133: first discharge switch

140,240: 제2충방전부 141: 제2전원부140,240: second charge and discharge unit 141: second power supply unit

142: 제2충전스위치 143: 제2방전스위치142: second charge switch 143: second discharge switch

150: 저항 160,260: 제1비교기150: resistance 160,260: first comparator

170,270: 제2비교기 180: 제1카운터170,270: second comparator 180: first counter

190: 제2카운터 231: 제1먹스190: second counter 231: first mux

232: 제1삼상버퍼 241: 제2먹스232: first three-phase buffer 241: second mux

242: 제2삼상버퍼242: second three-phase buffer

Claims

A first capacitor and a second capacitor whose capacitance changes when touched;

A resistor connected in series between the first capacitor and the second capacitor;

A first charging and discharging unit connected to a node between the first capacitor and the resistor to perform discharge of the first capacitor and charge of the second capacitor;

A second charging and discharging unit connected to a node between the second capacitor and the resistor to perform discharge of the second capacitor and charge of the first capacitor;

While each capacitor is individually discharged and recharged by each charge / discharge unit, a high signal when the first charge voltage and the second charge voltage, the voltages of the capacitors, respectively reach the first reference voltage and the second reference voltage, respectively. A first comparator and a second comparator for outputting the comparator;

The first delay time and the second delay time, which are elapsed times when the output of each comparator is changed from the low signal to the high signal, are counted and quantized, respectively, to output quantized first delay time and quantized second delay time, respectively. A first counter and a second counter; And

And a calculation unit configured to calculate a difference value between the quantized first delay time and the quantized second delay time.

The method according to claim 1, wherein the first charge and discharge unit,

A first discharge switch connected to the first capacitor in parallel to discharge the first capacitor during an On operation; A first charge switch connected to a node between the resistor and the first capacitor to charge the second capacitor during an On operation; And a first power supply unit connected to the first charging switch and providing a charging voltage for charging the second capacitor.

The second charge and discharge unit,

A second discharge switch connected to the second capacitor in parallel to discharge the second capacitor during an On operation; A second charge switch connected to a node between the resistor and the second capacitor to charge the first capacitor during an On operation; And a second power supply unit connected to the second charging switch to provide a charging voltage for charging the first capacitor.

The method of claim 1 or 2, wherein the first comparator and the second comparator,

Full charge type capacitive sensor for a touch key application, which is in the form of an OP amplifier operated by comparing the respective charging voltage received from each capacitor and each reference voltage received from the outside.

The method according to claim 1, wherein the first charge and discharge unit,

A first voltage selectively outputting one of two input signals according to a select signal using a charging voltage for charging the second capacitor and a zero voltage for discharging the first capacitor as input signals, respectively Mux; And a signal connected between the first mux and the first capacitor and output from the first mux according to an enable signal to discharge the first capacitor or charge the second capacitor. It includes a first three-phase buffer,

The second charge and discharge unit,

A second voltage selectively outputting one of the two input signals according to a select signal using a charging voltage for charging the first capacitor and a zero voltage for discharging the second capacitor as input signals, respectively Mux; And a signal connected between the second mux and the second capacitor and output from the second mux according to an enable signal to discharge the second capacitor or charge the first capacitor. A full digital capacitive sensor for touch key applications, comprising a second three-phase buffer.

The method of claim 1 or 4, wherein the first comparator and the second comparator,

And a schmitt trigger type operated by comparing each of the charging voltages received from the capacitors with each of the internal reference voltages.

A method of operating a full digital capacitive sensor for a touch key application according to any one of claims 1 to 5,

(a) repeatedly measuring the quantization first delay time and the quantization second delay time by the operation unit; And

(b) the operation unit calculates an average value of the values obtained by adding the first quantization delay time to the second quantization delay time, and when the average value is larger than a predetermined positive constant, the node on the second capacitor side touches the touch. And determining that the node on the first capacitor side has been touched when the average value is smaller than a predetermined negative constant, the method of operating a full digital capacitive sensor for a touch key application.

The method according to claim 6, wherein the step (a),

(c) initializing all of the charging voltages of the capacitors to 0 using the respective charging and discharging units;

(d) charging the second capacitor using the first charging and discharging unit to obtain the second delay time by the resistor and the second capacitor, and the second charging voltage reaches the second reference voltage. The second comparator outputs a high signal;

(e) the second counter counting the second delay time and quantizing the second counter to output the quantized second delay time;

(f) reinitializing the charging voltage of each capacitor side to zero using the respective charging and discharging units;

(g) In order to obtain the first delay time by the resistor and the first capacitor, the first capacitor is charged using the second charge and discharge unit, and the first charge voltage reaches the first reference voltage. If the first comparator outputs a high signal;

(h) the first counter counting the first delay time and quantizing the first delay time to output the quantized first delay time; And

(i) repeating steps (c) to (h), wherein the method of operating a full digital capacitive sensor for a touch key application.