KR101031500B1

KR101031500B1 - 정전 용량 변화 감지 방법, 장치 및 그 방법을 실행하는 프로그램이 기록된 기록매체, 및 그 방법을 사용한 터치 감지 방법, 장치 및 그 방법을 실행하는 프로그램이 기록된 기록매체

Info

Publication number: KR101031500B1
Application number: KR1020100066263A
Authority: KR
Inventors: 김기항
Original assignee: 주식회사 켐트로닉스
Priority date: 2010-07-09
Filing date: 2010-07-09
Publication date: 2011-04-29

Abstract

정전 용량 변화 감지 방법이 개시된다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 측정 대상 커패시터(capacitor)에서의 정전 용량의 변화를 감지하는 방법에 있어서, 레퍼런스 커패시터(reference capacitor)에 전원을 인가하여, 상기 레퍼런스 커패시터를 충전하고; 상기 레퍼런스 커패시터 상의 전압이 상위 경계 전압을 초과하면, 상기 레퍼런스 커패시터의 충전을 중단하고-상기 상위 경계 전압은 상기 전원 보다 낮은 전압임; 상기 측정 대상 커패시터에 상기 레퍼런스 커패시터의 전하의 일부를 공유시키고; 상기 레퍼런스 커패시터가 하위 경계 전압 미만이 되면, 상기 공유를 중단하고; 및 상기 공유 동안의 시스템 클럭(system clock)의 수를 사용하여, 상기 측정 대상 커패시터에서의 정전 용량의 변화를 감지할 수 있다.

Description

정전 용량 변화 감지 방법, 장치 및 그 방법을 실행하는 프로그램이 기록된 기록매체, 및 그 방법을 사용한 터치 감지 방법, 장치 및 그 방법을 실행하는 프로그램이 기록된 기록매체{APPARATUS AND METHOD FOR SENSING CHANGE OF CAPACITANCE AND COMPUTER READABLE RECORD-MIDIUM ON WHICH PROGRAM FOR EXCUTING METHOD THEREOF, APPARATUS AND METHOD FOR SENSING TOUCH USING THE SAME AND COMPUTER READABLE RECORD-MIDIUM ON WHICH PROGRAM FOR EXCUTING METHOD THEREOF}

본 발명은 정전 용량 변화 감지 방법, 장치 및 그 방법을 실행하는 프로그램이 기록된 기록매체, 및 그 방법을 사용한 터치(touch) 감지 방법, 장치 및 그 방법을 실행하는 프로그램이 기록된 기록매체에 관한 것이다.

정전 용량 방식의 센싱(sensing) 기술은 정전 용량의 변화를 사용하여, 외부 입력 및 외부 상태의 변화, 물질의 존재 등을 감지하는 기술이다. 정전 용량 방식의 센싱 기술은 매우 광범위한 분야에서 사용된다. 예를 들어, 정전 용량의 변화를 사용하여 사용자의 터치를 감지하는 터치 감지 장치, 정전 용량의 변화를 사용하여 물질의 레벨(level)을 감지하는 레벨 감지 장치, 정전 용량의 변화를 사용하여 온도의 변화를 감지하는 온도 감지 장치 등에 정전 용량 방식의 센싱 기술이 사용된다. 이하, 터치 감지 장치를 기준으로 좀 더 구체적으로 설명한다. 다만, 이는 설명의 편의를 위함이며, 터치 감지 장치를 기준으로 한 설명이, 본 발명의 다른 영역에의 적용 가능성을 배재하는 것은 아니다.

터치 감지 장치는 터치 패드(touch pad)(또는 터치 스크린(touch screen), 터치키(touch key) 등)를 통하여 사용자의 입력을 받는다. 터치 패드는 사용자의 터치가 존재하면, 터치 패드에서의 정전 용량이 증가한다(사용자의 터치가 존재하면, 터치 패드에서의 정전 용량이 감소하도록 설계될 수도 있다). 터치 패드에서의 정전 용량은 터치가 없는 경우 터치 패드에 위치한 전극과 접지 간에 형성되는 정전 용량이고, 터치가 있는 경우 터치 패드에 위치한 전극, 터치에 사용된 물체(사용자의 손가락, 스타일러스(stylus) 등) 및 접지 간에 형성되는 정전 용량이다. 즉, 터치 감지 장치는 터치에 사용되는 물체는 공기 보다 정전 용량의 높다는 원리에 근거하여 만들어진 입력 장치이다.

이러한 종래의 터치 감지 장치는 센싱 주파수를 사용하여 터치를 감지하는 방식을 채택하였다. 즉, 터치 패드에서의 정전 용량에 대응하는 주파수(이하, “센싱 주파수”)를 가지는 파형을 생성하고, 그 파형을 클럭(clock)으로 변조하고, 그 클럭을 카운트(count)하고, 그 카운트 값을 사용하여 터치를 감지하는 방식을 사용하였다. 이러한, 센싱 주파수는 CS 노이즈(noise), RS 노이즈, 무전기 노이즈 등에 취약하다는 문제점이 있었다. 예를 들어, 센싱 주파수가 노이즈 주파수를 추종하는 현상에 의해, 센싱 주파수가 터치 패드의 정전 용량을 정확히 반영하지 못하고, 이로 인해, 터치 판단에 오류가 발생하는 문제점이 있었다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 엔지니어(engineer)들은 터치 감지 장치의 개발 기간의 70 % 이상을 노이즈를 회피하기 위해, 소비하고 있다. 그리고, 센싱 주파수의 노이즈를 회피하고자, 센싱 구간에서 복수의 주파수를 사용하는 방식 또는 센싱 알고리즘(algorithm)을 개선하는 방식 등이 제안되었으나, 이는 터치 감지 장치의 단가를 증가시키고, 터치 감지 장치의 구조를 복잡하게 한다는 문제점이 있었다.

이에, 본 발명은 센싱 주파수를 사용하지 않는 방식으로 정전 용량의 변화를 감지할 수 있는, 정전 용량 변화 감지 방법, 장치 및 그 방법을 실행하는 프로그램이 기록된 기록매체를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 센싱 주파수를 사용하지 않는 방식을 사용하여 터치를 감지할 수 있는 터치 감지 방법, 장치 및 그 방법을 실행하는 프로그램이 기록된 기록매체를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적들은 이하의 실시예에 대한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 정전 용량 변화 감지 방법이 개시된다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 측정 대상 커패시터(capacitor)에서의 정전 용량의 변화를 감지하는 방법에 있어서, 레퍼런스 커패시터(reference capacitor)에 전원을 인가하여, 상기 레퍼런스 커패시터를 충전하는 단계; 상기 레퍼런스 커패시터 상의 전압이 상위 경계 전압을 초과하면, 상기 레퍼런스 커패시터의 충전을 중단하는 단계-상기 상위 경계 전압은 상기 전원 보다 낮은 전압임-; 상기 측정 대상 커패시터에 상기 레퍼런스 커패시터의 전하의 일부를 공유시키는 단계; 상기 레퍼런스 커패시터가 하위 경계 전압 미만이 되면, 상기 공유를 중단하는 단계; 및 상기 공유 동안의 시스템 클럭(system clock)의 수를 사용하여, 상기 측정 대상 커패시터에서의 정전 용량의 변화를 감지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 용량 변화 감지 방법이 제공된다.

여기서, 레퍼런스 커패시터(reference capacitor)에 전원을 인가하여, 상기 레퍼런스 커패시터를 충전하는 단계 내지 상기 레퍼런스 커패시터가 하위 경계 전압 미만이 되면, 상기 공유를 중단하는 단계는, 상기 레퍼런스 커패시터 상의 전압과 상기 상위 경계 전압의 비교 결과 및 상기 레퍼런스 커패시터 상의 전압과 상기 하위 경계 전압의 비교 결과에 대한 논리 연산에 의해 제어될 수 있다.

그리고, 상기 논리 연산은 SR 래치(latch)에 의해 수행될 수 있다.

또한, 상기 레퍼런스 커패시터에 전원을 인가하여, 상기 레퍼런스 커패시터를 충전하는 단계는, 상기 레퍼런스 커패시터의 방전이 차단된 상태에서, 수행될 수 있다.

또한, 상기 레퍼런스 커패시터에 전원을 인가하여, 상기 레퍼런스 커패시터를 충전하는 단계는, 상기 레퍼런스 커패시터 상의 전압을 상기 상위 경계 전압 및 하위 경계 전압과 비교하는 단계; 상기 상위 경계 전압과의 비교 결과를 인버팅(inverting)하는 단계; 상기 하위 경계 전압과 상기 인버팅된 상위 경계 전압의 비교 결과를 논리 연산하는 단계; 및 상기 논리 연산 결과에 기초하여, 상기 레퍼런스 커패시터 상의 전압이 상기 상위 경계 전압 및 하위 경계 전압 사이인 경우, 상기 레퍼런스 커패시터의 충전을 유지시키고 상기 레퍼런스 커패시터의 방전의 차단을 유지시키는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 논리 연산 결과에 기초하여, 상기 레퍼런스 커패시터 상의 전압이 상기 상위 경계 전압을 초과하는 경우, 상기 레퍼런스 커패시터의 충전을 중단시키고, 상기 측정 대상 커패시터와 상기 레퍼런스 커패시터 간의 전하의 공유를 시작시키는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 측정 대상 커패시터에 상기 레퍼런스 커패시터의 전하의 일부를 공유시키는 단계는, 상기 측정 대상 커패시터의 방전이 차단된 상태에서 수행될 수 있다.

또한, 상기 전하의 공유는, 상기 측정 대상 커패시터와 상기 레퍼런스 커패시터 사이의 전하 공유 경로 상에 설치된 패시브 임피던스(passive impedance)에 의해, 지연될 수 있다.

또한, 상기 측정 대상 커패시터에 상기 레퍼런스 커패시터의 전하의 일부를 공유시키는 단계는, 상기 레퍼런스 커패시터 상의 전압을 상기 상위 경계 전압 및 상기 하위 경계 전압과 비교하는 단계; 상기 상위 경계 전압과의 비교 결과를 인버팅하는 단계; 상기 하위 경계 전압과 상기 인버팅된 상위 경계 전압의 비교 결과를 논리 연산하는 단계; 및 상기 논리 연산 결과에 기초하여, 상기 레퍼런스 커패시터 상의 전압이 상기 상위 경계 전압 및 하위 경계 전압 사이인 경우, 상기 측정 대상 커패시터와 상기 레퍼런스 커패시터 간의 전하 공유를 유지시키고, 상기 레퍼런스 커패시터에의 전하 공급의 차단을 유지시키는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 논리 연산 결과에 기초하여, 상기 레퍼런스 커패시터 상의 전압이 하위 경계 전압 미만인 경우, 상기 측정 대상 커패시터와 상기 레퍼런스 커패시터 간의 전하 공유를 중단시키고, 상기 레퍼런스 커패시터의 방전이 차단된 상태에서, 상기 레퍼런스 커패시터의 충전을 시작시킬 수 있다.

또한, 상기 공유 동안, 시스템 클럭을 카운트하는 단계를 더 포함하고, 상기 시스템 클럭을 카운트하는 단계는, 상기 레퍼런스 커패시터의 충전을 중단하도록 하는 신호에 의해, 시작될 수 있다.

또한, 상기 공유 동안, 시스템 클럭을 카운트하는 단계를 더 포함하고, 상기 시스템 클럭을 카운트하는 단계는, 상기 전하를 공유시키도록 하는 신호에 의해, 시작될 수 있다.

또한, 상기 레퍼런스 커패시터에 전원을 인가하여, 상기 레퍼런스 커패시터를 충전하는 단계 전에, 상기 레퍼런스 커패시터를 리셋(reset)시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 레퍼런스 커패시터의 충전 동안, 상기 측정 대상 커패시터를 리셋(reset)시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기한 정전 용량 변화 감지 방법 중 어느 하나는 터치 감지 방법에 포함될 수 있다. 즉, 상기한 정전 용량 변화 감지 방법 중 어느 하나를 사용하여 터치를 감지할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면 정전 용량 변화 감지 장치가 제공된다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 측정 대상 커패시터(capacitor)에서의 정전 용량의 변화를 감지하는 장치에 있어서, 측정 대상 커패시터; 레퍼런스 커패시터(reference capacitor); 상기 레퍼런스 커패시터(reference capacitor)에 전원을 인가하여, 상기 레퍼런스 커패시터를 충전하고; 상기 레퍼런스 커패시터 상의 전압이 상위 경계 전압을 초과하면, 상기 레퍼런스 커패시터의 충전을 중단하고-상기 상위 경계 전압은 상기 전원 보다 낮은 전압임-; 상기 측정 대상 커패시터에 상기 레퍼런스 커패시터의 전하의 일부를 공유시키고; 상기 레퍼런스 커패시터가 하위 경계 전압 미만이 되면, 상기 공유를 중단시키는 충방전제어부; 및 상기 공유 동안의 시스템 클럭(system clock)의 수를 사용하여, 상기 측정 대상 커패시터에서의 정전 용량의 변화를 감지하는 정전 용량 변화 감지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 용량 변화 감지 장치가 제공된다.

여기서, 상기 충방전 제어부는, 상기 레퍼런스 커패시터 상의 전압과 상기 상위 경계 전압의 비교 결과 및 상기 레퍼런스 커패시터 상의 전압과 상기 하위 경계 전압의 비교 결과에 대한 논리 연산에 기초하여, 상기 레퍼런스 커패시터의 충전, 상기 전하의 공유 및 상기 공유의 중단을 제어할 수 있다.

그리고, 상기 충방전 제어부는, 상기 논리 연산을 수행하는 SR 래치(latch)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 충방전 제어부는, 상기 레퍼런스 커패시터의 방전이 차단된 상태에서, 상기 레퍼런스 커패시터를 충전할 수 있다.

또한, 상기 충방전 제어부는, 상기 레퍼런스 커패시터 상의 전압을 상기 상위 경계 전압 및 하위 경계 전압과 비교하고; 상기 상위 경계 전압과의 비교 결과를 인버팅(inverting)하고; 상기 하위 경계 전압과 상기 인버팅된 상위 경계 전압의 비교 결과를 논리 연산하고; 및 상기 논리 연산 결과에 기초하여, 상기 레퍼런스 커패시터 상의 전압이 상기 상위 경계 전압 및 하위 경계 전압 사이인 경우, 상기 레퍼런스 커패시터의 충전을 유지시키고 상기 레퍼런스 커패시터의 방전의 차단을 유지시키는 것에 의해, 상기 레퍼런스 커패시터를 충전할 수 있다.

또한, 상기 논리 연산 결과에 기초하여, 상기 레퍼런스 커패시터 상의 전압이 상기 상위 경계 전압을 초과하는 경우, 상기 레퍼런스 커패시터의 충전을 중단시키고, 상기 측정 대상 커패시터와 상기 레퍼런스 커패시터 간의 전하의 공유를 시작시킬 수 있다.

또한, 상기 충방전 제어부는, 상기 측정 대상 커패시터의 방전이 차단된 상태에서, 상기 측정 대상 커패시터에 상기 레퍼런스 커패시터의 전하를 공유시킬 수 있다.

또한, 상기 충방전 제어부는, 상기 측정 대상 커패시터와 상기 레퍼런스 커패시터 사이의 전하 공유 경로 상에 설치되어, 상기 측정 대상 커패시터에 상기 레퍼런스 커패시터의 전하를 공유시키는 것을 지연시키는 패시브 임피던스(passive impedance)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 충방전 제어부는, 상기 레퍼런스 커패시터 상의 전압을 상기 상위 경계 전압 및 상기 하위 경계 전압과 비교하고; 상기 상위 경계 전압과의 비교 결과를 인버팅하고; 상기 하위 경계 전압과 상기 인버팅된 상위 경계 전압의 비교 결과를 논리 연산하고; 상기 논리 연산 결과에 기초하여, 상기 레퍼런스 커패시터 상의 전압이 상기 상위 경계 전압 및 하위 경계 전압 사이인 경우, 상기 측정 대상 커패시터와 상기 레퍼런스 커패시터 간의 전하 공유를 유지시키고, 상기 레퍼런스 커패시터에의 전하 공급의 차단을 유지시키는 것에 의해, 상기 측정 대상 커패시터에 상기 레퍼런스 커패시터의 전하를 공유시킬 수 있다.

또한, 상기 충방전 제어부는. 상기 논리 연산 결과에 기초하여, 상기 레퍼런스 커패시터 상의 전압이 하위 경계 전압 미만인 경우, 상기 측정 대상 커패시터와 상기 레퍼런스 커패시터 간의 전하 공유를 중단시키고, 상기 레퍼런스 커패시터의 방전이 차단된 상태에서, 상기 레퍼런스 커패시터의 충전을 시작시킬 수 있다.

또한, 시스템 클럭을 카운트하는 카운트부를 더 포함하고, 상기 카운트부는, 상기 레퍼런스 커패시터의 충전을 중단하도록 하는 신호에 의해, 인에이블(enable)될 수 있다.

또한, 상기 시스템 클럭을 카운트하는 카운트부를 더 포함하고, 상기 카운트부는, 상기 전하를 공유시키도록 하는 신호에 의해, 인에이블될 수 있다.

또한, 상기 충방전 제어부는, 상기 레퍼런스 커패시터에 전원을 인가하여, 상기 레퍼런스 커패시터를 충전하기 전에, 상기 레퍼런스 커패시터를 리셋(reset)시킬 수 있다.

또한, 상기 충방전 제어부는, 상기 레퍼런스 커패시터의 충전 동안, 상기 측정 대상 커패시터를 리셋(reset)시킬 수 있다.

상기한 정전 용량 변화 감지 장치 중 적어도 하나는 터치 감지 장치에 포함될 수 있다. 즉, 상기한 정전 용량 변화 감지 장치 중 적어도 하나를 사용하여 터치 감지 장치를 구현할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 정전 용량 변화 감지 방법을 구현하기 위한 프로그램을 기록한 기록매체가 제공된다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 측정 대상 커패시터(capacitor)에서의 정전 용량의 변화를 감지하는 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록된 기록매체에 있어서, 레퍼런스 커패시터(reference capacitor)에 전원을 인가하여, 상기 레퍼런스 커패시터를 충전하는 단계; 상기 레퍼런스 커패시터 상의 전압이 상위 경계 전압을 초과하면, 상기 레퍼런스 커패시터의 충전을 중단하는 단계-상기 상위 경계 전압은 상기 전원 보다 낮은 전압임-; 상기 측정 대상 커패시터에 상기 레퍼런스 커패시터의 전하의 일부를 공유시키는 단계; 상기 레퍼런스 커패시터가 하위 경계 전압 미만이 되면, 상기 공유를 중단하는 단계; 및 상기 공유 동안의 시스템 클럭(system clock)의 수를 사용하여, 상기 측정 대상 커패시터에서의 정전 용량의 변화를 감지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 용량 변화 감지 방법을 구현하기 위한 프로그램을 기록한 기록매체가 제공된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 정전 용량 변화 감지 방법, 장치 및 그 방법을 실행하는 프로그램이 기록된 기록매체에 의하면, 센싱 주파수가 아닌 전하 공유 횟수 또는 공유된 전하의 방전 횟수를 사용하여 정전 용량의 변화를 감지하는 것에 의해, 정전 용량 변화 감지시, 노이즈에 의한 영향이 배제될 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의한 정전 용량 변화 감지 방법, 장치 및 그 방법을 실행하는 프로그램이 기록된 기록매체에 의하면, 센싱 주파수가 아닌 전하 공유 구간에서의 시스템(system) 클럭의 수를 사용하여 정전 용량의 변화를 감지하는 것에, 정전 용량 변화 감지시, 노이즈에 의한 영향이 배제될 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의한 터치 감지 방법, 장치 및 그 방법을 실행하는 프로그램이 기록된 기록매체에 의하면, 센싱 주파수가 아닌 전하 공유 횟수, 공유된 전하의 방전 횟수 또는 시스템 클럭의 수를 사용하여 터치를 감지하므로, 터치 감지시 노이즈에 의한 영향이 배제될 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 정전 용량 변화 감지 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 2는 도 1의 정전 용량 변화 장치의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전 용량 변화 감지 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정전 용량 변화 감지 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정전 용량 변화 감지 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정전 용량 변화 감지 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정전 용량 변화 감지 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 8은 도 7의 정전 용량 변화 장치의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정전 용량 변화 감지 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정전 용량 변화 감지 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 정전 용량 변화 감지 방법이 수행되는 프로세스의 플로우차트이다.
도 12는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 정전 용량 변화 감지 방법이 수행되는 프로세스의 플로우차트이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 정전 용량 변화 감지 방법이 수행되는 프로세스의 플로우차트이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하의 설명에서 사용되는 “정전 용량 변화의 감지”라는 용어는, “정전 용량의 측정”이라는 의미를 포함할 수 있다. 즉, 이하에서 설명되는 “카운트 값”을 사용하여, 측정 대상 커패시터(Cx)의 절대적인 정전 용량이 측정될 수도 있다. 또한, “카운트 값”을 사용하여, 상대적인 정전 용량의 측정이 이루어질 수도 있다. 이러한, 정전 용량의 변화의 감지는 터치, 온도, 및 레벨의 측정 및 터치 감지, 온도 변화 감지, 레벨의 감지 등에 적용될 수도 있다.

먼저, 도 1을 참조하여, 본 발명에서 정전 용량의 변화가 감지되는 원리에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 정전 용량 변화 감지 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.

본 발명은 전하 공유 방식(또는, 전하 전송 기술)을 사용하여, 정전 용량의 변화를 감지할 수 있다. 도 1을 참조하면, 레퍼런스 커패시터(Cref, reference capacitor)가 미리 설정된 상위 경계 전압(VDD2/3)까지 충전된다. 그리고, 측정 대상 커패시터(Cx)를 사용하여, 레퍼런스 커패시터(Cref)에 충전된 전하가 미리 설정된 하위 경계 전압(VDD1/4)까지 방전된다. 레퍼런스 커패시터(Cref)가 하위 경계 전압(1/4VDD)까지 방전되기 위해, 적어도 1 회 이상 측정 대상 커패시터(Cx)에 의한 방전이 수행될 수 있다. 이때, 방전 횟수는 측정 대상 커패시터(Cx)의 정전 용량에 따라 변동될 수 있다. 즉, 측정 대상 커패시터(Cx)의 정전 용량이 클수록 적은 횟수의 방전을 통해, 레퍼런스 커패시터(Cref)가 하위 경계 전압(1/4VDD)에 도달할 수 있다. 따라서, 측정 대상 커패시터(Cx)를 사용한 레퍼런스 커패시터(Cref)의 방전 횟수를 사용하여, 정전 용량의 변화가 감지될 수 있다. 위 설명에서 상위 경계 전압(VDD2/3) 및 하위 경계 전압(VDD1/4)은 설명의 편의를 위한 예시에 불과하며, 그 수치가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다. 그리고, 상위 경계 전압(VDD2/3) 또는 하위 경계 전압(VDD1/4)은 양의 전압, 음의 전압, 또는 “0” 중 어느 하나일 수 있다. 또한, 상위 경계 전압(VDD2/3)은 전원(VDD) 보다 작은 임의의 전압일 수 있다.

이하, 도 1을 참조하여, 본 발명의 정전 용량 변화 감지 장치의 구조 및 작용에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 정전 용량 변화 감지 장치(1)는 레퍼런스 커패시터(Cref), 측정 대상 커패시터(Cx), 충방전 제어부(100), 카운트부(200) 및 정전 용량 변화 감지부(300)를 포함할 수 있다.

레퍼런스 커패시터(Cref)는 설계자에 의해 임의로 설정된 정전 용량을 가질 수 있다. 레퍼런스 커패시터(Cref)는 측정 대상 커패시터(Cx)의 정전 용량 보다 더 크게 선택되는 것이 바람직하다. 이로써, 레퍼런스 커패시터(Cref)에 좀 더 많은 전하가 충전되므로, 측정 대상 커패시터(Cx)에 의한 방전 횟수가 많아질 수 있다. 따라서, 레퍼런스 커패시터(Cref)의 정전 용량이 측정 대상 커패시터(Cx)의 정전 용량 보다 더 크게 설정되는 것에 의해, 보다 높은 분해능이 제공될 수 있다.

측정 대상 커패시터(Cx)는 외부 환경 변화에 의해 정전 용량이 변화될 수 있다. 외부 환경의 변화는 예를 들어, 사용자에 의한 터치, 물체의 접근, 온도의 변화 등을 포함할 수 있다. 즉, 외부 환경 변화는 측정 대상 커패시터(Cx)의 정전 용량의 변화를 유발할 수 있는 모든 요인을 포함할 수 있다.

정전 용량 변화 감지 장치(1)가 터치 감지 장치에 적용되는 경우, 측정 대상 커패시터(Cx)의 정전 용량은 터치 패드에서의 정전 용량과 등가일 수 있다.

또한, 정전 용량 변화 감지 장치(1)가 레벨 감지 장치에 적용되는 경우, 측정 대상 커패시터(Cx)의 정전 용량은 레벨을 감지하기 위해 설치된 전극에서의 정전 용량과 등가일 수 있다.

또한, 정전 용량 변화 감지 장치(1)가 온도 감지 장치에 적용되는 경우, 측정 대상 커패시터(Cx)의 정전 용량은 일정 위치에 설치되어 온도의 변화에 따라 정전 용량의 변화를 제공하는 전극에서의 정전 용량과 등가일 수 있다.

위 터치 감지 장치, 레벨 감지 장치 및 온도 감지 장치는 예시에 불과하며, 측정 대상 커패시터(Cx)는 외부 환경 변화에 의해 정전 용량이 변화되는 모든 요소 중 어느 하나와 등가일 수 있다.

충방전 제어부(100)는 레퍼런스 커패시터(Cref) 및 측정 대상 커패시터(Cx)의 충전 및 방전을 제어할 수 있다. 충반전 제어부(100)는 제 1 비교기(110), 제 2 비교기(120), SR 래치(130, SR latch), 제 1 클럭부(140) 및 제 2 클럭부(150), 제 1 스위치(sw1), 제 2 스위치(sw2), 제 3 스위치(sw3), 제 7 스위치(sw7)를 포함할 수 있다.

제 1 비교기(110)의 반전 입력단(-)은 레퍼런스 커패시터(Vref)의 양극과 노드 a를 경유하여, 연결될 수 있다. 그리고, 제 1 비교기(110)의 비반전 입력단(+)은 상위 경계 전압(2/3VDD)과 연결될 수 있다. 그리고, 제 1 비교기(110)의 출력단에는 인버터(111, invertor)가 연결될 수 있다.

따라서, 제 1 비교기(110)는 레퍼런스 커패시터(Cref)에서의 전압(Vref)이 상위 경계 전압(2/3VDD) 보다 작은 경우 하이 레벨의 신호(논리 “1”)를 출력하며, 레퍼런스 커패시터(Cref)에서의 전압(Vref)이 상위 경계 전압(2/3VDD) 보다 큰 경우 로우 레벨의 신호(논리 “0”)를 출력할 수 있다. 그리고, 그 출력은 인버터(111)에 의해 인버팅될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 달리, 레퍼런스 커패시터(Vref)의 양극이 제 1 비교기(110)의 비반전 입력단(+)과 연결되고, 상위 경계 전압(2/3VDD)이 제 1 비교기(110)의 반전 입력단(-)에 연결되는 것에 의해, 인버터(110)가 생략될 수도 있다.

이하에서, 논리 “1”은 “1”로 표기되며, 여기서, “1”은 설계자에 의해 설정된 임의의 전압일 수 있다. 그리고, 논리 “0”은 “0”으로 표기되며, 여기서, “0”은 설계자에 의해 설정된 임의의 전압일 수 있다.

제 2 비교기(120)의 반전 입력단(-)은 레퍼런스 커패시터(Vref)의 양극과 노드 a를 경유하여, 연결될 수 있다. 그리고, 제 2 비교기(120)의 비반전 입력단(+)은 하위 경계 전압(1/4VDD)과 연결될 수 있다.

따라서, 제 2 비교기(120)는 레퍼런스 커패시터(Cref)에서의 전압(Vref)이 하위 경계 전압(1/4VDD) 보다 작은 경우 하이 레벨의 신호(논리 “1”)를 출력하며, 레퍼런스 커패시터(Cref)에서의 전압(Vref)이 하위 경계 전압(1/4VDD) 보다 큰 경우 로우 레벨의 신호(논리 “0”) 를 출력할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 달리, 제 2 비교기(120)의 비반전 입력 단자(+)에 레퍼런스 커패시터(Vref)의 양극이 연결되고, 반전 입력 단자(-)에 하위 경계 전압(1/4VDD)이 연결되며, 제 2 비교기(120)의 출력단에 인버터가 연결될 수도 있다.

SR 래치(130)의 셋 입력단(S, Set input)은 인버터(111)를 통하여, 제 1 비교기(110)의 출력단과 연결될 수 있고, SR 래치(130)의 리셋 입력단(R, Reset input)은 제 2 비교기(120)의 출력단과 연결될 수 있다. 그리고, SR 래치(130)는 공지된 동작 원리에 의해, 셋 입력단(S)과 리셋 입력단(R)에의 입력에 대응하는 출력을 생성할 수 있다.

구체적으로, SR 래치(130)는 (S=1, R=0)일 때, (Q=1, Q’=0)을 출력하며, (Q=1, Q’=0)인 상태에서, (S=0, R=0)인 상태로 전이되면, 기존의 출력(Q=1, Q’=0)을 유지할 수 있다. 또한, SR 래치(130)는 (S=0, R=1)일 때, (Q=0, Q’=1)을 출력하며, (Q=0, Q’=1)인 상태에서, (S=0, R=0)인 상태로 전이되면, 기존의 출력(Q=0, Q’=1)을 유지할 수 있다. 이러한, SR 래치(130)의 출력(Q, Q’)은 레퍼런스 커패시터(Cref) 및 측정 대상 커패시터(Cx)의 충전 및 방전을 제어하는 신호로써 사용될 수 있다. 이에 관한 구체적인 사항은 후술한다.

제 1 클럭부(140)는 SR 래치(130)의 정규출력(Q)이 1이 되면 인에이블되어, 제 1 스위치(sw1)를 온/오프시키는 클럭(ck1)을 출력할 수 있다.

제 2 클럭부(150)는 SR 래치(130)의 정규출력(Q)이 1이 되면 인에이블되어, 제 2 스위치(sw2)를 온/오프시키는 클럭(ck2)을 출력할 수 있다.

제 1 스위치(sw1)는 제 1 클럭부(140)의 클럭(ck1)에 의해 온/오프될 수 있다. 예를 들어, 제 1 스위치(sw1)는 클럭(ck1)에서 하이 레벨을 수신하면, 온될 수 있고, 클럭(ck1)에서 로우 레벨을 수신하면, 오프될 수 있다.

제 1 스위치(sw1)가 온되면, 레퍼런스 커패시터(Cref)에 충전된 전하는 제 1 스위치(sw1)를 경유하여 측정 대상 커패시터(Cx)와 공유될 수 있다. 그리고, 제 1 스위치(sw1)가 오프되면, 레퍼런스 커패시터(Cref)와 측정 대상 커패시터(Cx) 간의 전하의 이동(또는 공유)은 차단될 수 있다. 이러한, 제 1 스위치(sw1)는 전계효과 트랜지스터(MOSFET)로 형성될 수 있다. 다만, 클럭(ck1)의 하이레벨/로우레벨에 의해 온/오프가 제어될 수 있는 한, 본 발명의 제 1 스위치(sw1)에 속할 수 있다.

제 2 스위치(sw2)는 제 2 클럭부(150)의 클럭(ck2)에 의해 온/오프될 수 있다. 예를 들어, 제 2 스위치(sw2)는 클럭(ck2)에서 하이 레벨을 수신하면, 온될 수 있고, 클럭(ck2)에서 로우 레벨을 수신하면, 오프될 수 있다.

제 2 스위치(sw2)가 온되면, 측정 대상 커패시터(Cx)에 충전된 전하는 제 2 스위치(sw2)를 경유하여 방전될 수 있다. 그리고, 제2 스위치(sw2)가 오프되면, 측정 대상 커패시터(Cx)의 방전은 중단될 수 있다. 이러한, 제 2 스위치(sw2)는 전계효과 트랜지스터(MOSFET)로 형성될 수 있다. 다만, 클럭(ck2)의 하이레벨/로우레벨에 의해 온/오프가 제어될 수 있는 한, 본 발명의 제 2 스위치(sw2)에 속할 수 있다.

제 7 스위치(sw7)는 레퍼런스 커패시터(Cref) 및 제 1 스위치(sw1)와 병렬로 연결될 수 있다. 제 7 스위치(sw7)가 온되는 것에 의해, 레퍼런스 커패시터(Cref)는 방전(또는 리셋(reset))될 수 있다. 주지된 바와 같이, SR 래치(130)의 상태는, 최초의 입력이 (S=0 및 R=0)일 때, 그 후의 입력이 셋 입력(S=1 및 R=0) 또는 리셋 입력(S=0, R=1)이어도, 변화되지 않는다. 경우에 따라서는, 정전 용량 변화 감지 장치(1)에 전원이 인가되고, 초기화가 된 상태에서, 레퍼런스 커패시터(Cref)에서의 전압(Vref)이 상위 경계 전압(2/3VDD)과 하위 경계 전압(1/4VDD) 사이에 위치할 수 있다. 이는, 정전 용량 변화 감지 장치(1)가 레퍼런스 커패시터(Cref)에서의 전압(Vref)이 상위 경계 전압(2/3VDD)과 하위 경계 전압(1/4VDD) 사이인 상태에서 오프되고 다시 온되었을 때, 발생할 수 있다. 따라서, 정전 용량 변화 감지 장치(1)에 전원이 인가되면, 초기화 작업으로, 제 7 스위치(sw7)가 온되는 것에 의해, 레퍼런스 커패시터(Cref)는 방전(또는 리셋(reset))될 수 있다. 제 7 스위치(sw7)는 초기화 조건으로 설정된 임의의 제어 신호(미도시)에 의해 온 또는 오프될 수 있다. 즉, 정전 용량 변화 감지 장치(1)에 전원이 인가되면, 제 7 스위치(sw7)를 일정 시간 동안 만 온 시키는 것에 의해, 레퍼런스 커패시터(Cref)는 방전(또는 리셋(reset))될 수 있다.

도 1에서 레퍼런스 커패시터(Cref)의 일단, 측정 대상 커패시터(Cx)의 일단, 제 2 스위치(sw2) 및 제 7 스위치(sw7)의 일단이 접지에 연결되어 있다. 이와 달리, 레퍼런스 커패시터(Cref)의 일단, 측정 대상 커패시터(Cx)의 일단, 제 2 스위치(sw2)의 일단, 제 7 스위치(sw7)의 일단은 임의의 기준 전압에 연결될 수도 있다. 또한, 제 2 스위치(sw2)의 일단 및 제 7 스위치(sw7)의 일단은 측정 대상 커패시터(Cx)를 방전시키기 위한 임의의 전압 소스 또는 전류 소스에 연결될 수 있다.

제 3 스위치(sw3)는 SR 래치(130)의 보원출력(Q’)에 의해 온/오프될 수 있다. 구체적으로, 제 3 스위치(sw3)는 SR 래치(130)의 보원출력(Q’)이 “1”이 되면, 온될 수 있다. 이와 달리, 제 3 스위치(sw3)는 SR 래치(130)의 보원출력(Q’)이 “0”이 되면 오프될 수 있다.

제 3 스위치(sw3)가 온되면, 레퍼런스 커패시터(Cref)는 전압 소스(VDD)에 의해 충전될 수 있다. 이러한, 제 3 스위치(sw3)는 전계효과 트랜지스터(MOSFET)로 형성될 수 있다. 다만, 보원출력(Q’)에 의해 온/오프가 제어될 수 있는 한, 본 발명의 제 2 스위치(sw2)에 속할 수 있다.

카운트부(200)는 제 2 클럭부(150)의 클럭(ck2)을 수신하고, 수신된 클럭을 카운트할 수 있다. 이에 의해, 레퍼런스 커패시터(Cref)가 상위 경계 전압(2/3VDD)에서 하위 경계 전압(1/4VDD)으로 방전되는 동안의 방전 횟수(또는 공유 횟수)가 카운트될 수 있다. 이때, 카운트가 되는 카운트 인에이블(count enable) 구간은 SR 래치(130)의 정규출력(Q)에 의해 제어될 수 있다. 즉, 카운트부(200)는 정규출력(Q)=1에 의해 인에이블되어, 제 2 클럭부(150)의 클럭(ck2)을 카운트 할 수 있다. 그리고, 정규출력(Q)=0에 의해 디스에이블(disable)되어, 카운팅을 중단할 수 있다. 그리고, 정규출력(Q)=0에 대응하여, 카운트 값을 정전 용량 변화 감지부(300)에 전달할 수 있다.

정전 용량 변화 감지부(300)는 카운트부(200)에서의 카운트 값을 사용하여 정전 용량의 변화를 감지할 수 있다. 예를 들어, 측정 대상 커패시터(Cx)의 정전 용량이 증가하는 경우 카운트 값이 감소될 수 있다. 정전 용량 변화 감지부(300)는 카운트 값의 감소를 감지하는 것에 의해, 측정 대상 커패시터(Cx)에서의 정전 용량 변화를 감지할 수 있다. 이와 달리, 카운트 값을 함수로 하여, 측정 대상 커패시터(Cx)의 절대적인 정전 용량을 계산할 수도 있다.

도 1은 미분 방식으로 정전 용량의 변화를 감지하는 실시예이다. 이와 달리, 적분 방식으로 정전 용량의 변화를 감지하는 것도 가능하다. 이 경우, 레퍼런스 커패시터(Cref)와 측정 대상 커패시터(Cx) 사이의 전하 공유 경로에, 패시브 임피던스가 구비될 수 있다. 그리고, 제 1 스위치(sw1)는 측정 대상 커패시터(Cx)가 미리 설정된 전압으로 충전이 될 때까지, 스위칭될 수 있다. 그리고, 측정 대상 커패시터(Cx)가 미리 설정된 전압으로 충전이 될 때까지의 제 1 스위치(sw1)의 스위칭 수가 카운트될 수 있다. 그리고, 그 카운트 된 값을 사용하여, 측정 대상 커패시터(Cx)의 정전 용량의 변화가 감지될 수 있다. 이때, 제 2 스위치(sw2)는 측정 대상 커패시터(Cx)가 미리 설정된 전압으로 충전된 후, 측정 대상 커패시터(Cx)를 리셋하는데 사용될 수 있다.

위와 같은 정전 용량 변화 감지 장치가 터치 감지 장치에 적용되는 경우, 터치 감지 장치는 정전 용량의 변화를 감지하고, 그 정전 용량의 변화를 사용하여 터치 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 터치에 의해 터치 패드에서의 정전 용량(Cx)이 증가하면, 카운트부(200)에서의 카운트 값은 감소할 수 있다. 따라서, 터치 감지 장치는 미리 설정된 값 이상으로 카운트 값이 감소한 경우, 터치가 있는 것으로 판단할 수 있다. 그리고, 터치 감지 장치는 카운트 값을 사용하여 터치가 이루어진 좌표를 읽어 낼 수도 있다.

또한, 위와 같은 정전 용량 변화 감지 장치가 레벨 감지 장치에 적용되는 경우, 레벨 감지 장치에 설치된 전극에 물체가 접근하는 것에 의해 전극에서의 정전 용량(Cx)이 증가할 수 있다. 이때, 레벨 감지 장치는 미리 설정된 값 이상으로 카운트 값이 감소하는 경우, 물체의 레벨이 전극에 접근하였다고 판단할 수 있다. 이때, 레벨 감지 장치는 카운트 값을 사용하여, 물체의 레벨을 산출할 수도 있다.

또한, 위와 같은 정전 용량 변화 감지 장치가 온도 감지 장치에 적용되는 경우, 온도 감지 장치에 설치된 전극 주변의 온도가 증가하는 것에 의해, 전극에서의 정전 용량(Cx)이 증가할 수 있다. 이때, 온도 감지 장치는 카운트 값의 변화를 사용하여 온도 변화를 감지할 수 있다. 또는 온도 감지 장치는 카운트 값을 사용하여, 온도를 산출할 수도 있다.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 도 1의 정전 용량 변화 감지 장치에서의 상태에 따른, 정전 용량 변화 감지 장치의 구체적인 동작에 대하여 설명한다. 이하의 설명에 의해, 도 1의 정전 용량 변화 감지 장치의 동작이 좀 더 명확해질 수 있다.

도 2는 도 1의 정전 용량 변화 장치의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다. 이하, 설명의 편의를 위해, 정전 용량 변화 감지 장치의 상태를 기준으로 설명한다. 또한, 설명의 편의를 위해, 앞서 기술한 사항과 중복되는 사항에 대하여는 생략하거나 간략히 한다.

- 제 1 상태(S1) -

먼저, 레퍼런스 커패시터(Cref)는 제 1 상태(S1) 전에 리셋된 것으로 가정한다. 리셋된 레퍼런스 커패시터(Cref)의 전압(Vref)은 “0” 이므로, 제 1 비교기(110)는 하이 레벨(1)을 출력할 수 있다. 그리고, 인버터(111)를 경유하여 SR 래치(130)의 셋 입력단(S)은 “0”을 수신할 수 있다. 그리고, 레퍼런스 커패시터(Cref)의 전압(Vref)이 “0” 이므로, 제 2 비교기(110)는 하이 레벨(1)을 출력할 수 있다. 이에 의해, SR 래치(130)의 리셋 입력단(R)는 “1”을 수신할 수 있다. 이에 의해, SR 래치(130)의 출력은 (Q=0, Q’=1)일 수 있다. 그리고, 레퍼런스 커페시터(Cref)의 전압(Vref)이 “0”과 하위 경계 전압(1/4VDD)인 제 1 상태(S1)에서, SR 래치(130)의 출력은 (Q=0, Q’=1)으로 유지될 수 있다. Q’=1이므로, 제 3 스위치(sw3)는 온될 수 있다.

따라서, 레퍼런스 커패시터(Cref)는 제 1 상태(S1)에서 전압 소스(VDD)에 의해, 하위 경계 전압(1/4VDD)까지 충전될 수 있다. 이때, Q=0이므로, 제 1 스위치(sw1), 및 제 2 스위치(sw2)는 오프 상태에 있을 수 있다.

- 제 2 상태(S2) -

제 2 상태(S2)에서, 레퍼런스 커패시터(Cref)에서의 전압(Vref)은 하위 경계 전압(1/4VDD)과 상위 경계 전압(2/3VDD) 사이에 위치할 수 있다. 따라서, 제 1 비교기(110)가 “1”을 출력하는 것에 의해, SR 래치(130)의 셋 입력단(S)은 “0”을 수신할 수 있다. 그리고, 제 2 비교기(120)가 “0”을 출력하는 것에 의해, SR 래치(130)의 리셋 입력단(R)은 “0”을 수신할 수 있다. 앞서 본 SR 래치(130)의 동작 원리에 따라, SR 래치(130)는 제 1 상태에서의 (Q=0, Q’=1)를 유지할 수 있다.

따라서, 레퍼런스 커패시터(Cref)는 제 2 상태(S2)에서 전압 소스(VDD)에 의해, 상위 경계 전압(2/3VDD)까지 충전될 수 있다. 이때, Q=0이므로, 제 1 스위치(sw1), 및 제 2 스위치(sw2)는 오프 상태에 있을 수 있다.

- 제 3 상태(S3) -

제 3 상태(S3)에서, 레퍼런스 커패시터(Cref)에서의 전압(Vref)은 상위 경계 전압(2/3VDD) 보다 클 수 있다. 따라서, 제 1 비교기(110)가 “0”을 출력하는 것에 의해, SR 래치(130)의 셋 입력단(S)은 “1”을 수신할 수 있다. 그리고, 제 2 비교기(120)가 “0”을 출력하는 것에 의해, SR 래치(130)의 리셋 입력단(R)은 “0”을 수신할 수 있다. 이에 의해, SR 래치(130)는 (Q=1, Q’=0)을 출력할 수 있다.

레퍼런스 커패시터(Cref)에서의 전압(Vref)이 상위 경계 전압(2/3VDD)을 넘자마자 Q’=0이 되는 것에 의해, 제 3 스위치(sw3)가 오프되므로, 레퍼런스 커패시터(Cref)는 상위 경계 전압(2/3VDD)에 매우 근접한 값까지 충전될 수 있다. Q=1이므로, 제 1 클럭부(140) 및 제 2 클럭부(150)는 인에이블 될 수 있다. 즉, Q=1은 제 1 클럭부(140) 및 제 2 클럭부(150)가 각각 클럭(ck1, ck2)을 출력할 수 있는 상태로 만들어 줄 수 있다. 이에 의해, 레퍼런스 커패시터(Cref) 상의 전하의 측정 대상 커패시터(Cx)와의 공유 및 측정 대상 커패시터(Cx) 상의 전하의 방전이 시작될 수 있다. 이에 관한 구체적인 사항은 제 4 상태(S4)에서 기술된다. Q=1에 대응하여, 카운트부(200) 또한 인에이블 될 수 있다.

- 제 4 상태(S4) -

이때, 레퍼런스 커패시터(Cref) 상의 전압(Vref)은 상위 경계 전압(2/3VDD) 및 하위 경계 전압(1/4VDD) 사이에 위치할 수 있다. 따라서, SR 래치(130)의 셋 입력단(S)은 “0”을 수신하고, SR 래채(130)의 리셋 입력단(R)은 “0”을 수신할 수 있다. 따라서, 제 4 상태(S4)에서 SR 래치(130)는 (Q=1, Q’=0)인 상태를 유지할 수 있다. 클럭(ck1)의 하이 레벨에 의해, 제 1 스위치(sw1)가 온되면, 레퍼런스 커패시터(Cref) 상의 전하는 측정 대상 커패시터(Cx)와 공유될 수 있다. 공유에 의해, 레퍼런스 커패시터(Cref) 상의 전하가 감소하는 것에 의해, 레퍼런스 커패시터(Cref) 상의 전압(Vref)이 감소할 수 있다.

전하의 공유 이후에, 클럭(ck1)이 로우 레벨인 것에 대응하여, 제 1 스위치(sw1)는 오프되고, 클럭(ck2)이 하이 레벨이 되는 것에 대응하여, 제 2 스위치(sw2)는 온될 수 있다. 따라서, 제 2 스위치(sw2)를 경유하여, 측정 대상 커패시터(Cx)에 충전된 전하는 방전될 수 있다. 이때, 제 3 스위치(sw3) 및 제 1 스위치(sw1)가 오프되는 것에 의해 레퍼런스 커패시터(Cref) 상의 전하는 유지될 수 있다. 도 2에서 클럭(ck2)이 하이 레벨인 구간에서 측정 대상 커패시터(Cx) 상의 전하가 모두 방전되는 것으로 도시하였으나, 클럭(ck2)이 하이 레벨로 유지되는 시간을 조정하여, 측정 대상 커패시터(Cx)에 충전된 전하의 일부 또는 전부가 방전되도록 조정할 수 있다.

위와 같이, 제 1 스위치(sw1)가 온, 제 2 스위치(sw2)가 오프, 제 3 스위치(sw3)가 오프일 때, 레퍼런스 커패시터(Cref) 상의 전하는 측정 대상 커패시터(Cx)와 공유되고, 제 1 스위치(sw1)가 오프, 제 2 스위치(sw2)가 온, 제 3 스위치(sw3)가 오프일 때, 측정 대상 커패시터(Cx) 상의 전하는 방전될 수 있다.

레퍼런스 커패시터(Cref) 상의 전하의 측정 대상 커패시터(Cx) 와의 공유 및 측정 대상 커패시터(Cx) 상의 전하의 방전을 반복함에 따라, 레퍼런스 커패시터(Cref) 상의 전압(Vref)은 감소될 수 있다. 도면을 좀 더 간략하게 하기 위해, 각각 클럭(ck1, ck2) 두개의 하이 레벨에 대하여만, 레퍼런스 커패시터(Cref) 상의 전압(Vref)을 상세히 도시하고 나머지 구간은 점선으로 표시하였다. 나머지 구간에서도 레퍼런스 커패시터(Cref) 상의 전압(Vref)은 클럭(ck1)이 하이 레벨이 경우에 감소하고, 클럭(ck2)이 하이 레벨인 구간에서 유지되는 형태를 가질 수 있다. 그리고, 측정 대상 커패시터(Cx)에 대한 충전 및 방전 횟수는 1 회 이상일 수 있다.

전하 공유 구간(a) 동안, 카운트부(200)는 Q=1에 의해 인에이블 되어 레퍼런스 커패시터(Cref) 상의 전하의 측정 대상 커패시터(Cx)와의 공유 또는 측정 대상 커패시터(Cx) 상의 전하의 방전 횟수를 카운트할 수 있다. 이는, 카운트부(200)가 전하 공유 구간(a) 동안 클럭(ck1) 또는 클럭(ck2)을 카운트하는 것에 의해 이루어질 수 있다.

여기서, 클럭(ck1, ck2)의 주파수는 서로 다를 수 있다. 그리고, 클럭(ck1, ck2)의 선후가 바뀔 수도 있다. 다만, 도 2와 달리, 클럭(ck2)의 하이 레벨이 먼저 인가되는 경우에는, 측정 대상 커패시터(Cx) 상의 전하를 모두 방전시키는 것에 의해, 측정 대상 커패시터(Cx)가 리셋될 수 있다. 따라서, 전하 공유 구간의 종료시 측정 대상 커패시터(Cx)에 전하가 잔존하는지 여부와 무관하게 동일한 조건에서 정전 용량 변화 측정이 가능하다. 리셋을 위해, 전하 공유 구간(a)의 시작과 동시에 처음 인가되는 클럭(ck2)은, 측정 대상 커패시터(Cx) 상의 전하를 모두 방전시키기에 충분한 시간 동안, 하이 레벨을 유지하는 것이 바람직하다.

- 제 5 상태(S5) -

레퍼런스 커패시터(Cref) 상의 전하의 측정 대상 커패시터(Cx)와의 공유 및 측정 대상 커패시터(Cx) 상의 전하의 방전이 지속되는 것에 의해, 레퍼런스 커패시터(Cref)에서의 전압(Vref)은 하위 경계 전압 보다 낮아질 수 있다. 이때, SR 래치(130)의 셋 입력단(S)는 “0”을 수신할 수 있다. 그리고, SR 래치(130)의 리셋 입력단(R)는 “1”을 수신할 수 있다. 이에 의해, SR 래치(130)의 출력은 (Q=0, Q’=1)일 수 있다. Q=0 이므로, 제 1 클럭부(140) 및 제 2 클럭부(150)는 각각 디스에이블되어, 클럭(ck1, ck2)을 출력하는 것을 중단할 수 있다. 그리고, Q=1에서 Q=0으로 전이되는 것에 대응하여, 카운트부(200)가 정하 공유 구간 동안 클럭(ck1 또는 ck2)를 카운트하여 생성된 카운트 값은 정전 용량 변화 감지부(300)로 전달될 수 있다. 그리고, Q’=1이므로, 제 3 스위치(sw3)는 온될 수 있다. 이에 의해, 레퍼런스 커페시터(Cref)는 하위 경계 전압(1/4VDD)에 도달하자 마자, 충전을 개시할 수 있다.

위와 같은 원리로, 정전 용량의 상태 변화는 S2-S5를 반복할 수 있다. 즉, 레퍼런스 커패시터(Cref) 상의 전압(Vref)은 상위 경계 전압(2/3VDD)과 하위 경계 전압(1/4VDD) 사이에서 충전과 방전을 반복하게 된다. 그리고, 전하 공유 구간 동안(a) 동안의 클럭(ck1 또는 ck2)의 카운트 값을 사용하여 정전 용량 변화 감지부(300)는 정전 용량의 변화 여부를 감지할 수 있다.

그리고, 정전 용량 변화 감지 장치(1)가 터치 감지 장치에 적용되는 경우에는, 클럭(ck1 또는 ck2)의 카운트 값을 사용하여, 터치 여부를 판단할 수 있고, 터치가 이루어진 좌표를 판단할 수 있다. 예를 들어, S2’, S3’, S3’, S4’ 및 S5’은 터치가 이루어진 구간일 수 있다. 터치가 이루어진 경우, 측정 대상 커패시터(Cx)의 정전 용량은 증가할 수 있다. 따라서, 공유마다, 레퍼런스 커패시터(Cref) 상의 더 많은 전하가 측정 대상 커패시터(Cx)로 이동할 수 있다. 따라서, 측정 대상 커패시터(Cx)의 정전 용량이 증가하는 경우, 레퍼런스 커패시터(Cref) 상의 전하는 더 빠른 속도로 감소할 수 있다. 즉, 레퍼런스 커패시터(Cref)에서의 전압(Vref)은 더 빠른 속도로 감소할 수 있다. 이에 의해, 전하 공유 기간(b)은 줄 수 있다. 따라서, 전하 공유 구간(b)에서의 클럭(ck1 또는 ck2)에서의 카운트 값은 감소할 수 있다. 이러한, 카운트 값의 변동에 의해 터치 감지 장치는 터치 여부를 판단할 수 있다.

또한, 정전 용량 변화 감지 장치(1)가 레벨 감지 장치에 적용되는 경우에는, 클럭(ck1 또는 ck2)의 카운트 값을 사용하여, 물질의 레벨을 감지 또는 산출할 수 있다.

또한, 정전 용량 변화 감지 장치(1)가 온도 감지 장치에 적용되는 경우에는, 클럭(ck1 또는 ck2)의 카운트 값을 사용하여, 온도 변화를 감지 또는 산출할 수 있다.

위와 같은 정전 용량 변화 감지 장치에 의하면, 두개의 비교기, 하나의 SR 래치, 두개의 클럭부 만을 가지고, 정전 용량의 변화의 감지 및 측정을 위한 시스템의 구현이 가능하다. 따라서, 정전 용량 변화 감지 장치의 생산 비용이 매우 절감될 수 있다. 또한, 정전 용량 변화 감지시 센싱 주파수가 사용되지 않으므로, 노이즈에 의한 영향이 배제될 수 있다.

도 1에 도시된 충방전 제어부(100)에 대한 회로는 예시에 불과하다. 따라서, 레퍼런스 커패시터(Cref) 및 측정 대상 커패시터(Cx)의 충반전을 위와 같은 방식으로 제어할 수 있는 회로라면, 본 발명의 범위에 속한다. 즉, 레퍼런스 커패시터(Cref)를 상위 경계 전압까지 충전하고, 충전이 완료되면, 하위 경계 전압까지 측정 대상 커패시터를 사용하여, 적어도 1 회 이상 레퍼런스 커패시터(Cref)를 방전하고, 방전이 완료되면, 레퍼런스 커패시터(Cref)의 충전을 개시하도록 제어할 수 있는 것이라면, 본 발명의 충방전 제어부(100)에 의해 속할 수 있다. 또한, 충반전 제어부(100)는 하나의 칩으로 구현되고, 위와 같은 충방전 제어 알고리즘을 실행하는 프로그램을 사용하여, 레퍼런스 커패시터(Cref)와 측정 대상 커패시터(Cx)의 충방전이 제어될 수도 있다.

이하, 도 3을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전 용량 변화 감지 장치에 대하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전 용량 변화 감지 장치의 구성을 나타내는 회로도이다. 발명의 요지를 명확히 하기 위해, 도 1에서의 설명과 중복되는 사항에 대한 설명은 생략하거나 간단히 한다.

도 3을 참조하면, 카운트부(200)는 제 1 클럭부(140)의 클럭(ck1)을 수신하고, 수신된 클럭(ck1)을 전하 공유 구간(a, b : 도 2 참조) 동안 카운트할 수 있다. 전하 공유 구간(a, b : 도 2 참조)에서만, SR 래치(130)의 정규출력(Q)은 “1”을 출력할 수 있다. 따라서, 카운트부(200)는 Q=1에 의해 인에이블되어, 전하 공유 구간(a, b : 도 2 참조) 동안 제 1 클럭부(140)의 클럭(ck1)을 카운트할 수 있다. 다른 구성에 대한 설명은 앞서 도 1에서 본 바와 같다. 그리고, 정전 용량 변화 감지부(300)는 클럭(ck1)에 대한 카운트 값을 사용하여 정전 용량의 변화를 감지할 수 있다.

이하, 도 4를 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정전 용량 변화 감지 장치에 대하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정전 용량 변화 감지 장치의 구성을 나타내는 회로도이다. 발명의 요지를 명확히 하기 위해, 도 1에서의 설명과 중복되는 사항에 대한 설명은 생략하거나 간단히 한다.

도 4를 참조하면, 카운트부(200)는 제 2 클럭부(150)의 클럭(ck2)을 수신하고, 수신된 클럭(ck2)을 전하 공유 구간(a, b : 도 2 참조) 동안 카운트할 수 있다. 전하 공유 구간(a, b : 도 2 참조)에서만, SR 래치(130)의 보원출력(Q’)은 “0”을 출력할 수 있다. 따라서, 카운트부(200)는 Q’=0에 의해 인에이블되어, 전하 공유 구간(a, b : 도 2 참조) 동안 제 2 클럭부(150)의 클럭(ck2)을 카운트할 수 있다. 다른 구성에 대한 설명은 앞서 도 1에서 본 바와 같다. 도 4에 도시된 바와 달리, 카운트부(200)가 카운트 인에이블 구간 동안, 제 1 클럭부(140)의 클럭(ck1)을 카운트하도록 설계될 수도 있다.

이하, 도 5를 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정전 용량 변화 감지 장치에 대하여 설명한다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정전 용량 변화 감지 장치의 구성을 나타내는 회로도이다. 발명의 요지를 명확히 하기 위해, 도 1에서의 설명과 중복되는 사항에 대한 설명은 생략하거나 간단히 한다.

도 5를 참조하면, 카운트부(200)는 시스템 클럭을 수신하고, 수신된 시스템 클럭을 전하 공유 구간(a, b : 도 2 참조) 동안 카운트할 수 있다. 이때, 카운트 인에이블 신호로써, Q=1이 사용될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 달리, 카운트부(200)는 SR 래치(130)의 보원출력(Q’)과 연결되고, 카운트 인에이블 신호로써, Q’=0을 사용하도록 설계될 수도 있다. 시스템 클럭은 클럭(ck1, ck2) 보다 높은 주파수를 가지므로, 전하 공유 구간(a, b : 도 2 참조) 동안 더 높은 카운트 값이 얻어질 수 있다. 따라서, 시스템 클럭을 사용하여 정전 용량의 변화를 감지하게 되면, 더 높은 분해능이 제공될 수 있다.

이하, 도 6을 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정전 용량 변화 감지 장치에 대하여 설명한다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정전 용량 변화 감지 장치의 구성을 나타내는 회로도이다. 발명의 요지를 명확히 하기 위해, 도 1에서의 설명과 중복되는 사항에 대한 설명은 생략하거나 간단히 한다.

도 6을 참조하면, 정전 용량 변화 감지 장치(5)는 측정 대상 커패시터(Cx)의 방전 경로 상에 패시브 임피던스(160)를 구비할 수 있다. 패시브 임피던스(160)는 예를 들어, 저항, 인덕터 및 커패시터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 패시브 임피던스(160)에 의해, 측정 대상 커패시터(Cx)의 방전이 조절될 수 있다. 즉, 측정 대상 커패시터(Cx)의 방전시 측정 대상 커패시터(Cx)와 패시브 임피던스(160)에 의해 형성되는 시상수가 충분히 크면, 방전 구간(ck2가 하이 레벨인 구간) 동안 측정 대상 커패시터(Cx) 상의 전하가 모두 방전되지 않을 수 있다. 측정 대상 커패시터(Cx)에 잔존하는 전하에 의해, 레퍼런스 커패시터(Cref) 상의 전하는 좀 더 느린 속도로 방전될 수 있다. 따라서, 패시브 임피던스(160)에 의해, 전하 공유 기간의 길이가 조절될 수 있다.

패시브 임피던스(160)에 의해, 전하 공유 기간이 길어지는 경우, 충분한 수의 제 2 클럭부(150)의 클럭(ck2)이 카운트될 수 있다. 이에 의해, 더 높은 분해능이 제공될 수 있다. 위와 같은 측정 대상 커패시터(Cx)의 방전 경로 상의 패시브 임피던스(160)는 도 3 내지 도 5에서의 정전 용량 변화 감지 장치에도 적용될 수 있다.

도 1 및 도 2 내지 도 6에서 충방전 제어부(100)는 하나의 칩으로 구현될 수 있다. 이때, 전원(VDD), 제 1 클럭부(140), 제 2 클럭부(150) 및 패시브 임피던스(160) 중 적어도 하나는 상기 칩과는 별도로 설치될 수도 있다. 하나의 칩 상에 제 1 비교기(110), 제 2 비교기(120), 및 SR 래치(130)를 설치하고, 칩의 핀에 제 1 비교기(110) 및 제 2 비교기(120) 각각의 입력단 및 SR 래치(130)의 출력단을 연결하고, 핀에 스위치를 연결하는 것에 의해, 본 발명의 정전 용량 변화 검출 시스템의 구현이 가능하다. 따라서, 위와 같은 제 1 비교기(110), 제 2 비교기(120), 및 SR 래치(130)를 포함하는 칩을 사용하여 본 발명의 정전 용량 변화 검출 시스템을 용이하게 구현할 수 있다.

이하, 도 7을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정전 용량 변화 감지 장치의 구조 및 작용에 대하여 설명한다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정전 용량 변화 감지 장치의 구성을 나타내는 회로도이다. 본 발명의 요지를 명확히 하기 위해, 도 1에서의 설명과 중복되는 사항에 대하여는 그 설명을 생략하거나 간단히 한다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정전 용량 변화 장치(6)는 레퍼런스 커패시터(Cref), 측정 대상 커패시터(Cx), 충방전 제어부(100), 카운트부(200) 및 정전 용량 변화 감지부(300)를 포함할 수 있다.

도 7의 정전 용량 변화 장치(6)는 도 1과 비교할 때, 충방전 제어부(100) 및 카운트부(200)가 상이할 수 있다.

먼저, 제 4 스위치(sw4)는 SR 래치(130)의 정규출력(Q)=1일 때, 온될 수 있다. 즉, Q=1인 구간에서 측정대상 커패시터(Cx)는 충전될 수 있다.

제 5 스위치(sw5)는 SR 래치(130)의 보원출력(Q’)=1일 때, 온될 수 있다. Q’=1인 구간에서, 측정 대상 커패시터(Cx)는 방전되는 것에 의해, 리셋될 수 있다.

카운트부(200)는 시스템 클럭을 수신하며, 수신된 시스템 클럭을 Q=1인 구간에서 카운트 할 수 있다. 즉, 카운트부(200)는 Q=1에 의해 인에이블될 수 있다. 이와 달리, 카운트부(200)는 카운트 인에이블 신호로써, Q’=0을 사용하도록 설계될 수도 있다.

정전 용량 변화 감지부(300)는 카운트부(200)가 카운트 인에이블 구간에서 시스템 클럭을 카운트 한 값을 사용하여, 정전 용량의 변화를 감지할 수 있다.

이하, 도 7 및 도 8을 참조하여, 도 7의 정전 용량 변화 장치(6)에서의 상태에 따른, 정전 용량 변화 감지 장치(6)의 구체적인 동작에 대하여 설명한다.

도 8은 도 7의 정전 용량 변화 장치의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다. 설명의 편의를 위해, 정전 용량 변화 감지 장치(6)의 상태를 기준으로 설명한다. 하기의 설명에 의해, 도 7의 정전 용량 변화 장치(6)의 구조 및 동작이 좀 더 명확해질 수 있다.

- 제 1 상태(S1) -

먼저, 레퍼런스 커패시터(Cref)는 제 1 상태(S1) 전에 리셋된 것으로 가정한다. 리셋된 레퍼런스 커패시터(Cref)의 전압(Vref)은 “0” 이므로, 제 1 비교기(110)는 하이 레벨(1)을 출력할 수 있다. 그리고, 인버터(111)를 경유하여 SR 래치(130)의 셋 입력단(S)는 “0”을 수신할 수 있다. 그리고, 레퍼런스 커패시터(Cref)의 전압(Vref)이 “0” 이므로, 제 2 비교기(110)는 하이 레벨(1)을 출력할 수 있다. 이에 의해, SR 래치(130)의 리셋 입력단(R)은 “1”을 수신할 수 있다. 이에 의해, SR 래치(130)의 출력은 (Q=0, Q’=1)일 수 있다. 레퍼런스 커페시터(Cref)의 전압(Vref)이 0과 하위 경계 전압(1/4VDD)인 제 1 상태(S1)에서, SR 래치(130)의 출력은 (Q=0, Q’=1)으로 유지될 수 있다. Q’=1이므로, 제 3 스위치(sw3)는 온될 수 있다.

따라서, 레퍼런스 커패시터(Cref)는 제 1 상태(S1)에서 전압 소스(VDD)에 의해, 하위 경계 전압(1/4VDD)까지 충전될 수 있다. 이때, Q=0이므로, 제 4 스위치(sw1)는 오프 상태에 있을 수 있다. 그리고, Q’=1이므로, 제 5 스위치(sw5)는 온 상태에 있을 수 있다.

- 제 2 상태(S2) -

따라서, 레퍼런스 커패시터(Cref)는 제 2 상태(S2)에서 전압 소스(VDD)에 의해, 상위 경계 전압(2/3VDD)까지 충전될 수 있다. 이때, Q=0이므로, 제 4 스위치(sw1)는 오프 상태에 있을 수 있다. 그리고, Q’=1이므로, 제 5 스위치(sw5)는 온 상태에 있을 수 있다.

- 제 3 상태(S3) -

레퍼런스 커패시터(Cref)에서의 전압(Vref)이 상위 경계 전압(2/3VDD)을 넘자마자 Q’=0이 되는 것에 의해, 제 3 스위치(sw3)가 오프되므로, 레퍼런스 커패시터(Cref)는 상위 경계 전압(2/3VDD)에 매우 근접한 값까지 충전될 수 있다.

그리고, Q’=0이므로, 제 5 스위치(sw5)는 오프될 수 있다. 그리고, Q=1이므로, 제 4 스위치(sw4)는 온될 수 있다. 그리고, Q=1이므로, 카운트부(200)는 인에이블 될 수 있다. 제 4 스위치(sw4)가 온되는 것에 의해, 레퍼런스 커패시터(Cref) 상의 전하는 측정 대상 커패시터(Cx)와 전하의 공유를 시작할 수 있다. 이때, 제 3 스위치(sw3)는 오프 상태에 있으므로, 레퍼런스 커패시터(Cref)에 공급되는 전하는 차단될 수 있다.

- 제 4 상태(S4) -

레퍼런스 커패시터(Cref) 상의 전압(Vref)은 상위 경계 전압(2/3VDD) 및 하위 경계 전압(1/4VDD) 사이에 위치할 수 있다. 따라서, SR 래치(130)의 셋 입력단(S)은 “0”을 수신하고, SR 래치(130)의 리셋 입력단(R)은 “0”을 수신할 수 있다. 따라서, 제 4 상태(S4)에서 SR 래치(130)는 (Q=1, Q’=0)인 상태를 유지할 수 있다.

따라서, 레퍼런스 커패시터(Cref)의 전하의 측정 대상 커패시터(Cx)와의 공유는 제 4 상태(S4) 전체에 걸쳐 계속될 수 있다. 즉, 제 4 상태(S4) 동안, 레퍼런스 커패시터(Cref)는 계속하여 방전되며, 측정 대상 커패시터(Cx)는 계속하여 충전될 수 있다.

- 제 5 상태(S5) -

레퍼런스 커패시터(Cref) 상의 전하의 측정 대상 커패시터(Cx)와의 공유 및 측정 대상 커패시터(Cx) 상의 전하의 방전이 지속되는 것에 의해, 레퍼런스 커패시터(Cref)에서의 전압(Vref)은 하위 경계 전압(1/4VDD) 보다 낮아질 수 있다. 이때, SR 래치(130)의 셋 입력단(S)는 “0”을 수신할 수 있다. 그리고, SR 래치(130)의 리셋 입력단(R)는 “1”을 수신할 수 있다. 이에 의해, SR 래치(130)의 출력은 (Q=0, Q’=1)이 될 수 있다.

Q=0이므로, 제 4 스위치(sw4)는 오프될 수 있다. 따라서, 레퍼런스 커패시터(Cref)에서의 방전은 중단될 수 있다. 즉, 레퍼런스 커패시터(Cref) 상의 전하의 측정 대상 커패시터(Cx)와의 전하의 공유는 중단될 수 있다. 그리고, Q’=1이므로, 제 5 스위치(sw5)가 온될 수 있다. 이에 의해, 측정 대상 커패시터(Cx)에 충전된 전하가 모두 방전되는 것에 의해, 측정 대상 커패시터(Cx)는 리셋될 수 있다. 그리고, Q’=1이므로, 제 3 스위치(sw3)는 온될 수 있다. 이에 의해, 레퍼런스 커패시터(Cref)는 충전을 시작할 수 있다. 그리고, Q=0이므로, 카운트부(300)는 디스에이블될 수 있다.

위와 같은 원리로, 정전 용량의 상태 변화는 S2-S5를 반복하게 된다. 즉, 레퍼런스 커패시터(Cref) 상의 전압(Vref)은 상위 경계 전압(2/3VDD)과 하위 경계 전압(1/4VDD) 사이에서 충전과 방전을 반복하게 된다.

이때, 제 3 상태에서, Q=1이므로, 카운트부(200)는 인에이블 되고, 제 4 상태(S4) 동안, 시스템 클럭을 카운트 할 수 있다. 즉, 카운트부(200)는 전하 공유 구간(c) 동안에만 Q=1이므로, Q=1에 의해 인에이블 되어, 전하 공유 구간(c) 동안 시스템 클럭을 카운트할 수 있다. 그리고, 카운트부(200)는 제 5 상태에서 Q=1에서 Q=0으로 전이되는 것에 대응하여, 전하 공유 구간(c) 동안에서의 카운트 값을 정전 용량 변화 감지부(300)로 전달할 수 있다.

주지된 바와 같이, 측정 대상 커패시터(Cx)의 정전 용량이 변화되면, 전하 공유 구간(c)의 길이가 변화될 수 있다. 따라서, 정전 용량 변화 감지부(300)는 전하 공유 구간(c) 동안 카운트된 시스템 클럭을 사용하여 정전 용량의 변화를 감지할 수 있다. 또한, 정전 용량 변화 감지부(300)는 전하 공유 구간(c) 동안 카운트된 시스템 클럭을 사용하여 정전 용량을 산출할 수도 있다.

이하, 도 9을 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정전 용량 변화 감지 장치에 대하여 설명한다.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정전 용량 변화 감지 장치의 구성을 나타내는 회로도이다. 발명의 요지를 명확히 하기 위해, 도 7에서의 설명과 중복되는 사항에 대한 설명은 생략하거나 간단히 한다.

도 9를 참조하면, 카운트부(200)는 SR 래치(130)의 보원출력(Q’)에 의해 인에이블 될 수 있다. 보원출력단(Q’)은 전하 공유 구간에서만 “0”일 수 있다. 따라서, 카운트부(200)는 Q’=0에 의해 인에이블 되도록 설계되는 것에 의해, 전하 공유 동안 시스템 클럭을 카운트할 수 있다.

이하, 도 10을 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정전 용량 변화 감지 장치에 대하여 설명한다.

도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정전 용량 변화 감지 장치의 구성을 나타내는 회로도이다. 발명의 요지를 명확히 하기 위해, 도 7에서의 설명과 중복되는 사항에 대한 설명은 생략한다.

도 10을 참조하면, 정전 용량 변화 감지 장치(8)는 레퍼런스 커패시터(Cref)와 측정 대상 커패시터(Cx) 사이에 위치한, 전하 공유 경로 상에 패시브 임피던스(160)를 구비할 수 있다. 패시브 임피던스(160)는 예를 들어, 저항, 인덕터 및 커패시터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 패시브 임피던스(160)에 의해, 전하 공유 구간(C)의 길이는 조절될 수 있다. 예를 들어, 패시브 임피던스(160)로 저항을 추가하여 공유시의 시상수를 충분히 크게 하는 것에 의해, 전하 공유 기간(c)이 길어질 수 있다. 전하 공유 기간(c)이 길어지는 경우, 전하 공유 기간(C) 동안 충분한 수의 시스템 클럭이 카운트될 수 있다. 따라서, 정전 용량 변화의 감지 또는 측정시, 충분한 분해능이 확보될 수 있다. 또한, 레퍼런스 커패시터(Cref)의 전압이 하위 경계 전압(1/4VDD) 이하로 용이하게 떨어질 수 있도록 하기 위해, 레퍼런스 커패시터(Cref)의 정전 용량은 예상되는 측정 대상 커패시터(Cx) 보다 큰 것이 바람직하다. 따라서, 측정 대상 커패시터(Cx)는 작은 정전 용량을 가질 수 있다. 따라서, 측정 대상 커패시터(Cx)가 터치 감지 장치에 적용되는 경우, 매우 작은 사이즈로 터치 패드를 만들 수 있으므로, 하나의 칩 상에, 측정 대상 커패시터(Cx) 및 정전 용량 변화 검출 장치가 설치될 수 있다.

앞서 도 9에서 본 바와 같이, 도 10에서의 정전 용량 변화 감지 장치(8)에서, 카운트부(200)는 SR 래치(130)의 보원출력(Q’)=0에 의해 인에이블 되도록 설계될 수도 있다. 또한, 패시브 임피던스(160)가 전하 공유 경로에 대해 병렬로 설치되고, 전하 공유 경로와 병렬인 라인에 별도의 스위치가 설치될 수도 있다. 이때, 그 별도의 스위치는 제 4 스위치(sw4)와 동일한 타이밍으로 온/오프되도록 제어될 수 있다.

도 7, 도 9 내지 도 10에서 충방전 제어부(100)는 하나의 칩으로 구현될 수 있다. 이때, 전원(VDD), 및 패시브 임피던스(160) 중 적어도 하나는 상기 칩과는 별도로 설치될 수도 있다. 하나의 칩 상에 제 1 비교기(110), 제 2 비교기(120), 및 SR 래치(130)를 설치하고, 칩의 핀에 제 1 비교기(110) 및 제 2 비교기(120) 각각의 입력단 및 SR 래치(130)의 출력단을 연결하고, 핀을 스위치에 연결하는 것에 의해, 본 발명의 정전 용량 변화 검출 시스템의 구현이 가능하다. 따라서, 위와 같은 제 1 비교기(110), 제 2 비교기(120), 및 SR 래치(130)를 포함하는 칩을 사용하여 본 발명의 정전 용량 변화 검출 시스템을 용이하게 구현할 수 있다.

위와 같은 도 7 내지 도 10의 정전 용량 변화 감지 장치에 의하는 경우, 2 개의 비교기 및 하나의 SR 래치 만으로, 정전 용량의 변화를 감지하기 위한 시스템을 완전히 구현할 수 있다. 따라서, 정전 용량 변화 감지 장치의 생산 비용이 매우 절감될 수 있다. 또한, 앞서 본 바와 같이, 정전 용량 변화의 감지시 센싱 주파수가 사용되지 않으므로, 노이즈에 의한 영향이 배제될 수 있다. 또한, 1 회의 전하 공유 프로세스 만으로 정전 용량의 변화 측정이 가능할 수 있다. 전하 공유 프로세스를 제어하기 위해, 두 개의 클럭(ck1, ck2)을 사용하는 정전 용량 변화 감지 장치에서, 외부 노이즈에 의해 클럭이 흔들릴 수 있다. 따라서, 정확한 카운트 값이 제공되지 않을 수 있다. 다만, 도 7 내지 도 10의 정전 용량 변화 감지 장치는 1 회의 전하 공유 프로세스와 시스템 클럭의 카운트 만으로, 정전 용량의 변화를 감지하므로, 외부 노이즈에 의한 영향이 최대한 배재될 수 있다. 따라서, 정확한 정전 용량의 변화 감지가 가능하다.

이하, 도 1 내지 도 4, 도 6 및 도 11을 참조하여, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 정전 용량 변화 감지 장치에 대하여 설명한다.

도 11은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 정전 용량 변화 감지 방법이 수행되는 프로세스의 플로우차트이다. 앞서의 설명과 중복되는 사항은 그 설명을 생략하거나, 간단히 한다.

먼저, 도 11을 참조하면, 정전 용량 변화 감지 장치에 전원이 인가되면, 정전 용량 변화 감지 장치의 초기화를 위해, 레퍼런스 커패시터(Cref)가 리셋될 수 있다(S111). 이때, 제 1 스위치(sw1)는 오프, 제 2 스위치(sw2)는 오프, 제 3 스위치(sw3)는 오프, 제 7 스위치(sw7)는 온일 수 있다. 레퍼런스 커패시터(Cref)의 리셋에 대한 구체적인 사항은 도 1 내지 도 4 및 도 6에서 본 바와 같다.

그 다음, 레퍼런스 커패시터(Cref)가 상위 경계 전압(2/3VDD)까지 충전될 수 있다(S112). 이때, 제 1 스위치(sw1)는 오프, 제 2 스위치(sw2)는 오프, 제 3 스위치(sw3)는 온일 수 있다.

레퍼런스 커패시터(Cref)의 충전에 대한 구체적인 사항은 도 1 내지 도 4 및 도 6에서 본 바와 같다.

그 다음, 레퍼런스 커패시터(Cref)에의 전하 공급이 차단될 수 있다(S113). 이때, 제 1 스위치(sw1)는 오프, 제 2 스위치(sw2)는 오프, 제 3 스위치(sw3)는 오프일 수 있다. 레퍼런스 커패시터(Cref)에의 전하 공급의 차단에 대한 구체적인 사항은 도 1 내지 도 4 및 도 6에서 본 바와 같다.

그 다음, 레퍼런스 커패시터(Cref)와 측정 대상 커패시터(Cx)가 전하를 공유할 수 있다(S114). 이때, 제 1 스위치(sw1)는 온, 제 2 스위치(sw2)는 오프, 제 3 스위치(sw3)는 오프일 수 있다. 전하의 공유에 대한 구체적인 사항은 도 1 내지 도 4에서 본 바와 같다. S112 및 S113은 동시 또는 이시에 수행될 수도 있다. 또는 S113이 S112 보다 먼저 수행될 수도 있다.

그 다음, 측정 대상 커패시터(Cx)의 전하가 방전될 수 있다(S115). 이때, 제 1 스위치(sw1)는 오프, 제 2 스위치(sw2)는 온, 제 3 스위치(sw3)는 오프일 수 있다. 측정 대상 커패시터(Cx)의 전하의 전하 방전에 대한 구체적인 사항은 도 1 내지 도 4 및 도 6에서 본 바와 같다.

그 다음, 레퍼런스 커패시터(Cref)에서의 전압(Vref)이 하위 경계 전압(1/4VDD) 이하 인지 여부가 판단될 수 있다(S116). 이는 비교기(110, 120)에 의해 수행될 수 있다. 비교기(110, 120)에서의 판단 결과는 SR 래치(130)의 출력(Q, Q’)을 통해, 제 1 내지 제 3 스위치(sw1, sw2, sw3)의 제어 신호를 생성할 수 있다.

위 판단 결과, 레퍼런스 커패시터(Cref)에서의 전압(Vref)이 하위 경계 전압(1/4VDD) 이하가 아닌 경우, S113, S114를 반복 수행할 수 있다(S117). 즉, 정전 용량 변화 감지 장치는 레퍼런스 커패시터(Cref)에서의 전압(Vref)이 하위 경계 전압(1/4VDD) 이하가 될 때까지, 전하 공유 프로세스를 반복할 수 있다.

위와 달리, 위 판단 결과, 레퍼런스 커패시터(Cref)에서의 전압(Vref)이 하위 경계 전압(1/4VDD) 이하인 경우, 레퍼런스 커패시터(Cref)와 측정 대상 커패시터(Cx)의 전하 공유는 중단될 수 있다(S118). 이때, 제 1 스위치(sw1)는 오프, 제 2 스위치(sw2)는 오프, 제 3 스위치(sw3)는 오프(또는 온)일 수 있다. 전하 공유의 중단에 대한 구체적인 사항은 도 1 내지 도 4 및 도 6에서 본 바와 같다.

그 다음, 정전 용량 변화 감지부(300)는 전하 공유 구간(S113, S114)에서의 공유 횟수 또는 방전 횟수를 사용하여 측정 대상 커패시터(Cx)에서의 정전 용량의 변화를 감지할 수 있다(S119).

위 S112 내지 S118은 1 회 또는 복수회 반복하여 실시될 수 있다.

위와 같은 정전 용량 변화 감지 방법은, 정전 용량의 변화를 인식하여 이를 의미있는 정보로 변환하는 장치 예를 들어, 터치 감지 장치, 레벨 감지 장치 또는 온도 감지 장치 등에 적용될 수 있다. 이때, 실시간 센싱을 위해, S111 내지 S118은 실시간으로 반복 수행될 수 있다. 이때, 미리 설정된 시간 간격으로 센싱이 이루어질 수도 있다.

이하, 도 5, 도 6 및 도 12를 참조하여, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 정전 용량 변화 감지 장치에 대하여 설명한다. 앞서의 설명과 중복되는 사항은 그 설명을 생략하거나, 간단히 한다.

도 12는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 정전 용량 변화 감지 방법이 수행되는 프로세스의 플로우차트이다.

도 12에서 S121 내지 S128은 각각 도 11의 S111 내지 S118에 대응된다. 따라서, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

다만, S129에서, 정전 용량 변화 감지부(300)는 전하 공유 구간에서의 시스템 클럭의 수를 사용하여, 측정 대상 커패시터(Cx)에서의 정전 용량의 변화를 감지할 수 있다(S129).

위 S122 내지 S129는 1 회 또는 복수회 반복하여 실시될 수 있다.

위와 같은 정전 용량 변화 감지 방법은, 정전 용량의 변화를 인식하여 이를 의미있는 정보로 변환하는 장치 예를 들어, 터치 감지 장치, 레벨 감지 장치 또는 온도 감지 장치 등에 적용될 수 있다. 이때, 실시간 센싱을 위해, S121 내지 S128은 실시간으로 반복 수행될 수 있다. 이때, 미리 설정된 시간 간격으로 센싱이 이루어질 수도 있다.

이하, 도 7 내지 도 10 및 도 13을 참조하여, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 정전 용량 변화 감지 장치에 대하여 설명한다. 앞서의 설명과 중복되는 사항은 그 설명을 생략하거나, 간단히 한다.

도 13은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 정전 용량 변화 감지 방법이 수행되는 프로세스의 플로우차트이다.

먼저 도 13을 참조하면, 정전 용량 변화 감지 장치에 전원이 인가되면, 정전 용량 변화 감지 장치의 초기화를 위해, 레퍼런스 커패시터(Cref)가 리셋될 수 있다(S131). 이때, 제 3 스위치(sw3)는 오프, 제 4 스위치(sw4)는 오프, 제 5 스위치(sw5)는 오프, 제 7 스위치(sw7)는 온일 수 있다. 레퍼런스 커패시터(Cref)의 리셋에 대한 구체적인 사항은 도 7 내지 도 10에서 본 바와 같다.

그 다음, 레퍼런스 커패시터(Cref)가 상위 경계 전압(2/3VDD)까지 충전될 수 있다(S132). 이때, 제 3 스위치(sw3)는 온, 제 4 스위치(sw4)는 오프, 제 5 스위치(sw5)는 온될 수 있다. 레퍼런스 커패시터(Cref)의 충전에 관한 구체적인 사항은 도 7 내지 도 10에서 본 바와 같다.

그 다음, 레퍼런스 커패시터(Cref)에의 전하 공급이 차단될 수 있다(S133). 이때, 제 3 스위치(sw3)는 오프, 제 4 스위치(sw4)는 온, 제 5 스위치(sw5)는 오프될 수 있다. 레퍼런스 커패시터(Cref)에의 전하 공급의 차단에 대한 구체적인 사항은 도 7 내지 도 10에서 본 바와 같다.

그 다음, 레퍼런스 커패시터(Cref)와 측정 대상 커패시터(Cx)가 전하를 공유할 수 있다(S134). 이때, 제 3 스위치(sw3)는 오프, 제 4 스위치(sw4)는 온, 제 5 스위치(sw5)는 오프될 수 있다. 전하의 공유에 대한 구체적인 사항은 도 7 내지 도 10에서 본 바와 같다. S132와 S133은 동시 또는 이시에 수행될 수 있다. 또한, S133은 S132 보다 먼저 수행될 수도 있다.

그 다음, 레퍼런스 커패시터(Cref)에서의 전압(Vref)이 하위 경계 전압(1/4VDD) 이하인지 여부가 판단될 수 있다(S135). 이는 비교기(110, 120)에 의해 수행될 수 있다. 비교기(110, 120)에서의 판단 결과는 SR 래치(130)의 출력(Q, Q’)을 통해, 제 3 내지 제 5 스위치(sw3, sw4, sw5)의 제어 신호를 생성할 수 있다.

위 판단 결과, 레퍼런스 커패시터(Cref)에서의 전압(Vref)이 하위 경계 전압(1/4VDD) 이하가 아닌 경우, 전하 공유(S133)은 계속될 수 있다(S136). 즉, 제 3 스위치(sw3)는 오프, 제 4 스위치(sw4)는 온, 제 5 스위치(sw5)는 오프인 상태는 레퍼런스 커패시터(Cref)에서의 전압(Vref)이 하위 경계 전압(1/4VDD) 이하가 될 때까지 계속될 수 있다.

위와 달리, 위 판단 결과, 레퍼런스 커패시터(Cref)에서의 전압(Vref)이 하위 경계 전압(1/4VDD) 이하인 경우, 레퍼런스 커패시터(Cref)와 측정 대상 커패시터(Cx)의 전하 공유가 중단될 수 있다(S137). 이때, 제 3 스위치(sw3)는 온, 제 4 스위치(sw4)는 오프, 제 5 스위치(sw5)는 온될 수 있다. 전하 공유의 중단에 대한 구체적인 사항은 도 7 내지 도 10에서 본 바와 같다.

그 다음, 정전 용량 변화 감지부(300)는 전하 공유 구간(S134)에서의 시스템 클럭의 수를 사용하여, 정전 용량의 변화를 감지할 수 있다(S138).

그 다음, 측정 대상 커패시터의 전하가 방전될 수 있다(S139). 이때, 제 3 스위치(sw3)는 온, 제 4 스위치(sw4)는 오프, 제 5 스위치(sw5)는 온될 수 있다. S136 내지 S138은 동시에 또는 이시에 수행될 수 있다. 또한, 그 순서을 달리하여 수행될 수도 있다.

위 S132 내지 S139은 1 회 또는 복수회 반복하여 실시될 수 있다.

위와 같은 정전 용량 변화 감지 방법은, 정전 용량의 변화를 인식하여 이를 의미있는 정보로 변환하는 장치 예를 들어, 터치 감지 장치, 레벨 감지 장치 또는 온도 감지 장치 등에 적용될 수 있다. 이때, 실시간 센싱을 위해, S132 내지 S139는 실시간으로 반복 수행될 수 있다. 이때, 미리 설정된 시간 간격으로 센싱이 이루어질 수도 있다.

위와 같은 정전 용량 변화 감지 방법은, 레퍼런스 커패시터(Cref) 상의 전압과 상위 경계 전압 또는 하위 경계 전압의 비교 결과를 비교기(110, 120)를 통하여 디지털 신호(논리값, 1 비트)로 제공하고, 그 디지털 신호를 SR 래치(130)에서 논리 연산하는 것에 의해 수행될 수 있다. 그리고, 논리 연산의 결과를 사용하여, 스위치(sw1, sw2, sw3, sw4, sw5)가 제어될 수 있다. 그리고, 스위치(sw1, sw2, sw3, sw4, sw5)의 제어에 의해, 레퍼런스 커패시터(Cref) 및 측정 대상 커패시터(Cx)의 충방전이 제어될 수 있다. 그리고, SR 래치(130)의 출력에 의해, 카운트부(200)가 인에이블 또는 디스에이블 될 수 있다. 그리고, SR 래치(130)의 출력에 의해, 카운트부(200)에서의 카운트 값이 정전 용량 변화 감지부(300)로의 전달이 동기화될 수 있다. 이와 같은, 구조 및 방법을 통해, 레퍼런스 커패시터(Cref) 및 측정 대상 커패시터(Cx)의 충방전을 제어하기 위한 별도의 프로그램이 필요없다. 따라서, 그 프로그램을 저장하기 위한 메모리 및 그 메모리에 저장된 프로그램을 처리하기 위한, 별도의 프로세서가 필요 없다.

다만, 위와 같은 충방전 제어부(100)는 도면에 도시된 바와 달리, 하나의 칩 상에 구현될 수 있고, 그 칩상의 핀을 조작하는 프로그램에 의해, 스위치가 제어될 수도 있다. 따라서, 하나의 칩 및 그 칩에 구비된 프로그램에 의해, 위와 같은 충방전 제어 동작 또는 정전 용량 변화 감지 방법을 수행될 수도 있음은 물론이다.

한편, 이러한 본 발명에 의한 정전 용량 변화 감지 방법 및 터치 감지 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Cref : 레퍼런스 커패시터 Vref : 레퍼런스 커패시터에서의 전압
Cx : 측정 대상 커패시터 Vx : 측정 대상 커패시터에서의 전압
sw1 : 제 1 스위치 sw2 : 제 2 스위치
sw3 : 제 3 스위치 sw4 : 제 4 스위치
sw5 : 제 5 스위치 sw7 : 제 7 스위치
100 : 충방전 제어부 110 : 제 1 비교기
120 : 제 2 비교기 130 : SR 래치
140 : 제 1 클럭부 150 : 제 2 클럭부
200 : 카운트부 300 : 정전 용량 변화 감지부

Claims

측정 대상 커패시터(capacitor)에서의 정전 용량의 변화를 감지하는 방법에 있어서,
레퍼런스 커패시터(reference capacitor)에 전원을 인가하여, 상기 레퍼런스 커패시터를 충전하는 단계-상기 레퍼런스 커패시터의 충전은 상기 레퍼런스 커패시터의 방전이 차단된 상태에서 수행됨-;
상기 레퍼런스 커패시터 상의 전압이 상위 경계 전압을 초과하면, 상기 레퍼런스 커패시터의 충전을 중단하는 단계-상기 상위 경계 전압은 상기 전원 보다 낮은 전압임-;
상기 측정 대상 커패시터에 상기 레퍼런스 커패시터의 전하의 일부를 공유시키는 단계;
상기 레퍼런스 커패시터가 하위 경계 전압 미만이 되면, 상기 공유를 중단하는 단계; 및
상기 공유 동안의 시스템 클럭(system clock)의 수를 사용하여, 상기 측정 대상 커패시터에서의 정전 용량의 변화를 감지하는 단계를 포함하고,
상기 레퍼런스 커패시터에 전원을 인가하여, 상기 레퍼런스 커패시터를 충전하는 단계는,
상기 레퍼런스 커패시터 상의 전압을 상기 상위 경계 전압 및 하위 경계 전압과 비교하는 단계;
상기 상위 경계 전압과의 비교 결과를 인버팅(inverting)하는 단계;
상기 하위 경계 전압과 상기 인버팅된 상위 경계 전압의 비교 결과를 논리 연산하는 단계; 및
상기 논리 연산 결과에 기초하여, 상기 레퍼런스 커패시터 상의 전압이 상기 상위 경계 전압 및 하위 경계 전압 사이인 경우, 상기 레퍼런스 커패시터의 충전을 유지시키고 상기 레퍼런스 커패시터의 방전의 차단을 유지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 용량 변화 감지 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 레퍼런스 커패시터에 전원을 인가하여, 상기 레퍼런스 커패시터를 충전하는 단계 내지 상기 레퍼런스 커패시터가 하위 경계 전압 미만이 되면, 상기 공유를 중단하는 단계는,
상기 레퍼런스 커패시터 상의 전압과 상기 상위 경계 전압의 비교 결과 및 상기 레퍼런스 커패시터 상의 전압과 상기 하위 경계 전압의 비교 결과에 대한 논리 연산에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 정전 용량 변화 감지 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 논리 연산은 SR 래치(latch)에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 정전 용량 변화 감지 방법.
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제 1 항에 있어서,
상기 논리 연산 결과에 기초하여, 상기 레퍼런스 커패시터 상의 전압이 상기 상위 경계 전압을 초과하는 경우, 상기 레퍼런스 커패시터의 충전을 중단시키고, 상기 측정 대상 커패시터와 상기 레퍼런스 커패시터 간의 전하의 공유를 시작시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 용량 변화 감지 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 측정 대상 커패시터에 상기 레퍼런스 커패시터의 전하의 일부를 공유시키는 단계는,
상기 측정 대상 커패시터의 방전이 차단된 상태에서 수행되는 것을 특징으로 하는 정전 용량 변화 감지 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 전하의 공유는,
상기 측정 대상 커패시터와 상기 레퍼런스 커패시터 사이의 전하 공유 경로 상에 설치된 패시브 임피던스(passive impedance)에 의해, 지연되는 것을 특징으로 하는 정전 용량 변화 감지 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 측정 대상 커패시터에 상기 레퍼런스 커패시터의 전하의 일부를 공유시키는 단계는,
상기 레퍼런스 커패시터 상의 전압을 상기 상위 경계 전압 및 상기 하위 경계 전압과 비교하는 단계;
상기 상위 경계 전압과의 비교 결과를 인버팅하는 단계;
상기 하위 경계 전압과 상기 인버팅된 상위 경계 전압의 비교 결과를 논리 연산하는 단계; 및
상기 논리 연산 결과에 기초하여, 상기 레퍼런스 커패시터 상의 전압이 상기 상위 경계 전압 및 하위 경계 전압 사이인 경우, 상기 측정 대상 커패시터와 상기 레퍼런스 커패시터 간의 전하 공유를 유지시키고, 상기 레퍼런스 커패시터에의 전하 공급의 차단을 유지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 용량 변화 감지 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 논리 연산 결과에 기초하여, 상기 레퍼런스 커패시터 상의 전압이 하위 경계 전압 미만인 경우, 상기 측정 대상 커패시터와 상기 레퍼런스 커패시터 간의 전하 공유를 중단시키고, 상기 레퍼런스 커패시터의 방전이 차단된 상태에서, 상기 레퍼런스 커패시터의 충전을 시작시키는 것을 특징으로 하는 정전 용량 변화 감지 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 공유 동안, 시스템 클럭을 카운트하는 단계를 더 포함하고,
상기 시스템 클럭을 카운트하는 단계는,
상기 레퍼런스 커패시터의 충전을 중단하도록 하는 신호에 의해, 시작되는 것을 특징으로 하는 정전 용량 변화 감지 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 공유 동안, 시스템 클럭을 카운트하는 단계를 더 포함하고,
상기 시스템 클럭을 카운트하는 단계는,
상기 전하를 공유시키도록 하는 신호에 의해, 시작되는 것을 특징으로 하는 정전 용량 변화 감지 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 레퍼런스 커패시터에 전원을 인가하여, 상기 레퍼런스 커패시터를 충전하는 단계 전에,
상기 레퍼런스 커패시터를 리셋(reset)시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 용량 변화 감지 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 레퍼런스 커패시터의 충전 동안, 상기 측정 대상 커패시터를 리셋시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 용량 변화 감지 방법.
삭제
측정 대상 커패시터(capacitor)에서의 정전 용량의 변화를 감지하는 장치에 있어서,
측정 대상 커패시터;
레퍼런스 커패시터(reference capacitor);
상기 레퍼런스 커패시터(reference capacitor)에 전원을 인가하여, 상기 레퍼런스 커패시터를 충전하고-상기 레퍼런스 커패시터의 충전은 상기 레퍼런스 커패시터의 방전이 차단된 상태에서 수행됨-; 상기 레퍼런스 커패시터 상의 전압이 상위 경계 전압을 초과하면, 상기 레퍼런스 커패시터의 충전을 중단하고-상기 상위 경계 전압은 상기 전원 보다 낮은 전압임-; 상기 측정 대상 커패시터에 상기 레퍼런스 커패시터의 전하의 일부를 공유시키고; 상기 레퍼런스 커패시터가 하위 경계 전압 미만이 되면, 상기 공유를 중단시키는 충방전제어부; 및
상기 공유 동안의 시스템 클럭(system clock)의 수를 사용하여, 상기 측정 대상 커패시터에서의 정전 용량의 변화를 감지하는 정전 용량 변화 감지부를 포함하고,
상기 충방전 제어부는,
상기 레퍼런스 커패시터 상의 전압을 상기 상위 경계 전압 및 하위 경계 전압과 비교하고; 상기 상위 경계 전압과의 비교 결과를 인버팅(inverting)하고; 상기 하위 경계 전압과 상기 인버팅된 상위 경계 전압의 비교 결과를 논리 연산하고; 및 상기 논리 연산 결과에 기초하여, 상기 레퍼런스 커패시터 상의 전압이 상기 상위 경계 전압 및 하위 경계 전압 사이인 경우, 상기 레퍼런스 커패시터의 충전을 유지시키고 상기 레퍼런스 커패시터의 방전의 차단을 유지시키는 것에 의해,
상기 레퍼런스 커패시터를 충전하는 것을 특징으로 하는 정전 용량 변화 감지 장치.
제 16 항에 있어서,
상기 충방전 제어부는,
상기 레퍼런스 커패시터 상의 전압과 상기 상위 경계 전압의 비교 결과 및 상기 레퍼런스 커패시터 상의 전압과 상기 하위 경계 전압의 비교 결과에 대한 논리 연산에 기초하여, 상기 레퍼런스 커패시터의 충전, 상기 전하의 공유 및 상기 공유의 중단을 제어하는 것을 특징으로 하는 정전 용량 변화 감지 장치.
제 17 항에 있어서,
상기 충방전 제어부는,
상기 논리 연산을 수행하는 SR 래치(latch)를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 용량 변화 감지 장치.
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제 16 항에 있어서,
상기 논리 연산 결과에 기초하여, 상기 레퍼런스 커패시터 상의 전압이 상기 상위 경계 전압을 초과하는 경우, 상기 레퍼런스 커패시터의 충전을 중단시키고, 상기 측정 대상 커패시터와 상기 레퍼런스 커패시터 간의 전하의 공유를 시작시키는 것을 특징으로 하는 정전 용량 변화 감지 장치.
제 16 항에 있어서,
상기 충방전 제어부는,
상기 측정 대상 커패시터의 방전이 차단된 상태에서, 상기 측정 대상 커패시터에 상기 레퍼런스 커패시터의 전하를 공유시키는 것을 특징으로 하는 정전 용량 변화 감지 장치.
제 16 항에 있어서,
상기 충방전 제어부는,
상기 측정 대상 커패시터와 상기 레퍼런스 커패시터 사이의 전하 공유 경로 상에 설치되어, 상기 측정 대상 커패시터에 상기 레퍼런스 커패시터의 전하를 공유시키는 것을 지연시키는 패시브 임피던스(passive impedance)를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 용량 변화 감지 장치.
제 16 항에 있어서,
상기 충방전 제어부는,
상기 레퍼런스 커패시터 상의 전압을 상기 상위 경계 전압 및 상기 하위 경계 전압과 비교하고; 상기 상위 경계 전압과의 비교 결과를 인버팅하고; 상기 하위 경계 전압과 상기 인버팅된 상위 경계 전압의 비교 결과를 논리 연산하고; 상기 논리 연산 결과에 기초하여, 상기 레퍼런스 커패시터 상의 전압이 상기 상위 경계 전압 및 하위 경계 전압 사이인 경우, 상기 측정 대상 커패시터와 상기 레퍼런스 커패시터 간의 전하 공유를 유지시키고, 상기 레퍼런스 커패시터에의 전하 공급의 차단을 유지시키는 것에 의해,
상기 측정 대상 커패시터에 상기 레퍼런스 커패시터의 전하를 공유시키는 것을 특징으로 하는 정전 용량 변화 감지 장치.
제 24 항에 있어서,
상기 충방전 제어부는.
상기 논리 연산 결과에 기초하여, 상기 레퍼런스 커패시터 상의 전압이 하위 경계 전압 미만인 경우, 상기 측정 대상 커패시터와 상기 레퍼런스 커패시터 간의 전하 공유를 중단시키고, 상기 레퍼런스 커패시터의 방전이 차단된 상태에서, 상기 레퍼런스 커패시터의 충전을 시작시키는 것을 특징으로 하는 정전 용량 변화 감지 장치.
제 16 항에 있어서,
시스템 클럭을 카운트하는 카운트부를 더 포함하고,
상기 카운트부는,
상기 레퍼런스커패시터의 충전을 중단하도록 하는 신호에 의해, 인에이블(enable)되는 것을 특징으로 하는 정전 용량 변화 감지 장치.
제 16 항에 있어서,
상기 시스템 클럭을 카운트하는 카운트부를 더 포함하고,
상기 카운트부는,
상기 전하를 공유시키도록 하는 신호에 의해, 인에이블되는 것을 특징으로 하는 정전 용량 변화 감지 장치.
제 16 항에 있어서,
상기 충방전 제어부는,
상기 레퍼런스 커패시터에 전원을 인가하여, 상기 레퍼런스 커패시터를 충전하기 전에, 상기 레퍼런스 커패시터를 리셋(reset)시키는 것을 특징으로 하는 정전 용량 변화 감지 장치.
제 16 항에 있어서,
상기 충방전 제어부는,
상기 레퍼런스 커패시터의 충전 동안, 상기 측정 대상 커패시터를 리셋시키는 것을 특징으로 하는 정전 용량 변화 감지 장치.
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측정 대상 커패시터(capacitor)에서의 정전 용량의 변화를 감지하는 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록된 기록매체에 있어서,
레퍼런스 커패시터(reference capacitor)에 전원을 인가하여, 상기 레퍼런스 커패시터를 충전하는 단계-상기 레퍼런스 커패시터의 충전은 상기 레퍼런스 커패시터의 방전이 차단된 상태에서 수행됨-;
상기 레퍼런스 커패시터 상의 전압이 상위 경계 전압을 초과하면, 상기 레퍼런스 커패시터의 충전을 중단하는 단계-상기 상위 경계 전압은 상기 전원 보다 낮은 전압임-;
상기 측정 대상 커패시터에 상기 레퍼런스 커패시터의 전하의 일부를 공유시키는 단계;
상기 레퍼런스 커패시터가 하위 경계 전압 미만이 되면, 상기 공유를 중단하는 단계; 및
상기 공유 동안의 시스템 클럭(system clock)의 수를 사용하여, 상기 측정 대상 커패시터에서의 정전 용량의 변화를 감지하는 단계를 포함하고,
상기 레퍼런스 커패시터에 전원을 인가하여, 상기 레퍼런스 커패시터를 충전하는 단계는,
상기 레퍼런스 커패시터 상의 전압을 상기 상위 경계 전압 및 하위 경계 전압과 비교하는 단계;
상기 상위 경계 전압과의 비교 결과를 인버팅(inverting)하는 단계;
상기 하위 경계 전압과 상기 인버팅된 상위 경계 전압의 비교 결과를 논리 연산하는 단계; 및
상기 논리 연산 결과에 기초하여, 상기 레퍼런스 커패시터 상의 전압이 상기 상위 경계 전압 및 하위 경계 전압 사이인 경우, 상기 레퍼런스 커패시터의 충전을 유지시키고 상기 레퍼런스 커패시터의 방전의 차단을 유지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 용량 변화 감지 방법을 구현하기 위한 프로그램을 기록한 기록매체.
제 31 항에 있어서,
상기 정전 용량 변화 감지 방법을 포함하는 터치(touch) 감지 방법을 구현하기 위한 프로그램을 기록한 기록매체.