KR101071327B1 - 태블릿의 송수신장치 - Google Patents

태블릿의 송수신장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태블릿의 송수신장치에 관한 것으로, 상세하게는 코드리스(cordless) 전지리스(batteryless) 전자펜과 에너지를 수수(授受)하여 펜 위치를 산출하는 태블릿의 송수신장치에 관한 것이다.
본 발명의 태블릿의 송수신장치는 코일을 자기화하기 위한 여자 신호를 생성하는 여자 신호 생성부; 상기 여자 신호 및 상기 코일에 유도 전류가 흐를 수 있도록 하기 위한 그라운드 신호를 트라이 스테이트 버퍼로 번갈아가며 출력하는 신호 출력부; 상기 신호 출력부와 상기 코일의 일단을 연결하는 상기 트라이 스테이트 버퍼; 상기 트라이 스테이트 버퍼의 출력 상태를 하이 임피던스 또는 인에이블 상태로 하기 위한 버퍼 제어부; 상기 코일의 타단과 상기 코일에 유도된 전류를 증폭하는 수신신호 증폭부의 연결을 온/오프하는 스위칭부; 및 상기 스위칭부를 제어하기 위한 스위치 제어부를 포함하여 이루어진다.

Description

태블릿의 송수신장치{transmitter-receiver of a tablet}
본 발명은 태블릿의 송수신장치에 관한 것으로, 상세하게는 코드리스(cordless) 전지리스(batteryless) 전자펜과 에너지를 수수(授受)하여 펜 위치를 산출하는 태블릿의 송수신장치에 관한 것이다. 여기서, 코드리스 전지리스 전자펜이란 배터리 없이 태블릿의 송수신장치와 무선으로 에너지를 수수하는 것을 일컫는 것이며, 이하 줄여서 전자펜이라 한다.
도 1은 종래 태블릿의 송수신장치의 블록 구성도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 종래 태블릿의 송수신장치는 태블릿(tablet) 평판 위에 가로 및 세로로 나열되는 다수의 코일(21)과, 코일(21)을 자기화하기 위한 여자 신호를 생성하는 여자 신호 생성부(22)와, 여자 신호를 증폭하기 위한 여자 신호 증폭부(23)와, 송수신 채널 즉, 코일을 선택하기 위한 채널 선택 스위치(24)와, 송수신 전환을 위한 송수신 전환 스위치(25)와, 코일(21)에 유도된 전류를 이용하여 전자펜(10)의 위치를 산출하는 수신신호 처리부(26)와, 두 스위치(24, 25)를 제어하기 위한 스위치 제어부(27)를 포함하여 이루어질 수 있다.
종래 태블릿의 송수신장치는 전자펜(10)과 에너지 수수를 위하여 다음과 같은 스위칭을 반복한다.
1. 채널 선택 스위치(24)는 다수의 코일 중 하나를 송수신 전환 스위치(25)에 연결하고, 송수신 전환 스위치(25)는 여자 신호 증폭부(23)를 채널 선택 스위치(24)에 연결한다.
2. 이후, 미리 정해진 송신 시간(예, 150~200㎲)이 지나면 송수신 전환 스위치(25)는 여자 신호 증폭부(23)와 채널 선택 스위치(24)의 연결을 끊고 수신신호 처리부(26)를 채널 선택 스위치(24)에 연결한다.
3. 이후, 미리 정해진 수신 시간(예, 100~150㎲)이 지나면 채널 선택 스위치(24)는 다른 코일을 송수신 전환 스위치(25)에 연결하고 송수신 전환 스위치(25)는 여자 신호 증폭부(23)를 채널 선택 스위치(24)에 연결한다.
그러나, 위와 같은 스위칭 방식은 몇 가지 문제점이 있다.
전자펜에 에너지를 효율적으로 보내기가 어렵다. 주된 이유는 신호원에서 코일까지의 송신 신호 경로에 두 개의 스위치가 있기 때문이다. 코일이 전자펜에 효율적으로 에너지를 송신하기 위해서는 송신 경로의 임피던스는 가능한 낮은 편이 좋다. 그러나, 스위치의 내부 저항이 에너지를 소비한다.
또한, 코일에서 수신신호 처리부까지의 수신 신호 경로 상에서도 두 개의 스위치가 존재하기 때문에, 전자펜으로부터 에너지를 효율적으로 받는 것도 어렵다.
또한, 송신 또는 수신 신호가 스위치를 통과할 때 노이즈가 혼입되기 때문에 위치 산출이 어렵다.
또한, 정밀한 송수신 채널 선택을 위해서는 고성능의 스위치가 요구된다. 따라서, 저가의 태블릿을 시장에 제공하기가 어렵다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전자펜과 에너지를 효율적으로 수수할 수 있는 태블릿의 송수신장치를 제공함을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 스위치 없이 송수신 채널을 선택할 수 있는 태블릿의 송수신장치를 제공함을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 태블릿의 송수신장치는 코일을 자기화하기 위한 여자 신호를 생성하는 여자 신호 생성부; 상기 여자 신호 및 상기 코일에 유도 전류가 흐를 수 있도록 하기 위한 그라운드 신호를 트라이 스테이트 버퍼로 번갈아가며 출력하는 신호 출력부; 상기 신호 출력부와 상기 코일의 일단을 연결하는 상기 트라이 스테이트 버퍼; 상기 트라이 스테이트 버퍼의 출력 상태를 하이 임피던스 또는 인에이블 상태로 하기 위한 버퍼 제어부; 상기 코일의 타단과 상기 코일에 유도된 전류를 증폭하는 수신신호 증폭부의 연결을 온/오프하는 스위칭부; 및 상기 스위칭부를 제어하기 위한 스위치 제어부를 포함하여 이루어진다.
또한, 본 발명의 태블릿의 송수신장치는 상기 코일의 타단을 그라운드에 연결하는 콘덴서를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 태블릿의 송수신장치는 전자펜과의 에너지 수수를 송신에서 수신으로 또는 수신에서 송신으로 전환하기 위한 구형파 신호를 생성하여 상기 신호 출력부로 출력하는 구형파 발생부를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 또한, 상기 신호 출력부는 상기 여자 신호 생성부로부터 입력되는 여자 신호와 상기 구형파 발생부로부터 입력되는 구형파 신호를 논리합 연산하여 출력하는 앤드 회로를 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 태블릿의 송수신장치에 따르면, 종래와 비교하여 다음과 같은 장점들이 있다.
본 발명은 송신 경로 상에 스위치가 없다. 따라서, 에너지를 전자펜에 효율적으로 보낼 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 수신 경로 상에 스위치가 하나이다. 따라서, 코일에 유도된 전류를 효율적으로 수신할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 스위치 사용을 최소화한 것이기 때문에 노이즈 혼입이 적다. 따라서, 전자펜의 위치 산출이 쉽다는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 여자 신호를 공진할 수 있고, 여자 신호의 주파수를 전자펜의 고유주파수에 맞출 수가 있다. 따라서, 전자펜과 에너지를 효율적으로 수수할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래 태블릿의 송수신장치의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태블릿의 송수신장치의 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 마이크로 프로세서가 에너지 수수를 위해 생성하는 각종 신호들의 파형과 타이밍(timing)을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 수신신호 처리부의 구체적인 블록 구성도이다.
도 5는 전자펜의 절대적 위치를 계산하는 원리도이다.
이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 태블릿의 송수신장치에 대해서 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태블릿의 송수신장치의 블록 구성도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 태블릿의 송수신장치는 다수의 코일(110), 다수의 트라이 스테이트 버퍼(tri-state buffer; 120), 마이크로 프로세서(130), 신호 출력부(140), 디코더(150), 콘덴서(160), 스위칭부(170) 및 수신신호 처리부(180)을 포함하여 이루어질 수 있다.
다수의 코일(110)은 각각, 태블릿 평판 위에 가로 또는 세로로 나열된다.
다수의 트라이 스테이트 버퍼(120)는 다수의 코일(110)과 일대일 대응이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 각각의 출력단(Y)이 코일의 일단에 연결된다. 트라이 스테이트 버퍼는 주지되어 있는 바와 같이, 출력이 인에이블(Enable)과 하이임피던스(High impedence; Hi-Z) 상태를 갖는 소자를 일컫는다. 인에이블 상태에서는 입력 신호를 그대로 출력한다. 반면, 하이임피던스 상태에서는 입력 신호를 출력하지 아니한다. 즉, 트라이 스테이트 버퍼(120)의 출력단이 하이 임피던스 상태라는 것은 코일과 트라이 스테이트 버퍼가 전기적으로 절연된 상태를 의미한다. 이러한 트라이 스테이트 버퍼로는 '74AC125'가 사용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 마이크로 프로세서가 에너지 수수를 위해 생성하는 각종 신호들의 파형과 타이밍(timing)을 나타낸 것이다.
마이크로 프로세서(130)는 여자 신호 생성부(131), 구형파 발생부(132), 버퍼 제어부(133), 스위치 제어부(134) 및 리셋 제어부(135)를 포함하여 이루어질 수 있다.
여자 신호 생성부(131)는 코일을 자기화하기 위한 여자 신호 즉, 미리 정해진 주파수의 교류 신호(도 3의 A 참조)를 발진하여 신호 출력부(140)로 출력한다.
구형파 발생부(132)는 전자펜과의 에너지 수수를 송신에서 수신으로 또는 수신에서 송신으로 전환하기 위한 구형파 신호(이하, '송수신 전환 신호'라 한다; 도 3의 B 참조)를 생성하여 신호 출력부(140)로 출력한다. 송수신 전환 신호에서 하이레벨 구간이 에너지를 전자펜으로 송신하는 송신시간을 의미하며, 로우레벨 구간이 전자펜으로부터 에너지를 수신하는 수신시간을 의미한다. 여기서, 송신시간은 전자펜의 공진회로의 Q 값(quality factor)에 의해 결정될 수 있다. 보통, 150~200㎲ 정도이다. 또한, 수신 시간은 100~150㎲ 정도이다.
버퍼 제어부(133)는 다수의 트라이 스테이트 버퍼(120)를 번갈아가며 인에이블시킨다. 즉, 버퍼 제어부(133)는 송수신 전환 신호의 라이징 엣지(rising edge) 시점이 되면 인에이블 상태인 버퍼는 하이임피던스 상태로 변경하고, 그 다음 차례의 버퍼를 하이임피던스에서 인에이블 상태로 변경한다.
스위치 제어부(134)는 스위칭부(170)를 제어하기 위한 것으로 스위치 제어 신호(도 3의 C 참조)를 생성하여 스위칭부(170)로 출력한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 스위치 제어부(134)는 송수신 전환 신호(B)의 폴링 엣지(falling edge) 시점에 하이레벨 신호를 스위칭부(170)로 출력하기 시작한다. 그리고, 송수신 전환 신호(B)가 라이징 엣지하기 전에 하이레벨 신호의 출력을 종료하고 로우레벨 신호를 출력한다.
리셋 제어부(135)는 후술하게 될 피크 홀드부(182; 도 4 참조)를 제어하기 위한 것으로, 스위치 제어 신호(C)가 로우레벨 구간일 때 피크 홀드 전압을 리셋하기 위한 신호(도 3의 D 참조)를 피크 홀드부(182)로 출력한다.
신호 출력부(140)는 여자 신호 및 그라운드 신호를 다수의 트라이 스테이트 버퍼(120)로 번갈아가며 출력하는 기능을 수행한다. 여기서, 그라운드 신호는 코일(110)에 유도 전류가 흐를 수 있도록 코일(110)의 일단을 그라운드시키는 신호이다. 예컨대, 여자 신호의 기준 전압이 OV라고 한다면(즉, 여자 신호가 OV를 기준으로 교번하는 신호라고 한다면), 그라운드 신호는 OV 값을 갖는 직류 신호이다. 이러한 기능을 위해 신호 출력부(140)는 여자 신호 생성부(131)로부터 입력되는 여자 신호와 구형파 발생부(132)로부터 입력되는 송수신 전환 신호를 논리합 연산하여 출력하는 앤드 회로를 포함하여 이루어질 수 있다. 즉, 앤드 회로는 구형파 발생부(132)로부터 입력되는 송수신 전환 신호가 하이 레벨인 경우에는 여자 신호 생성부(131)로부터 입력되는 여자 신호를 그대로 출력하고 반면, 송수신 전환 신호가 로우 레벨인 경우에는 그라운드 신호를 출력한다.
디코더(150)는 버퍼 제어부(133)가 선택한 버퍼를 인에이블 상태로 만들고 나머지는 하이 임피던스 상태로 만든다. 이러한 디코더(150)로는 '74HC138'이 사용될 수 있다.
콘덴서(160)는 에너지 수수의 효율을 위한 것으로서, 코일(110)의 타단과 그라운드를 연결한다. 즉, 콘덴서(160)와 코일(110)은 여자 신호 및 전자펜으로부터 유도된 신호를 공진하는 공진 회로이다. 이러한 공진을 극대화하기 위해서는 공진 회로의 고유 주파수, 여자 신호의 주파수 및 전자펜의 고유 주파수가 서로 일치되어야 한다.
스위칭부(170)는 스위치 제어부(134)로부터 하이레벨 신호가 입력되는 기간에는 수신신호 처리부(180)를 코일의 타단에 연결하고 반면, 스위치 제어부(134)로부터 로우레벨 신호가 입력되는 기간에는 수신신호 처리부(180)와 코일의 타단 간의 연결을 끊고 수신신호 처리부(180)를 그라운드에 연결한다.
도 4는 본 발명의 수신신호 처리부의 구체적인 블록 구성도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 수신신호 처리부(180)는 수신신호 증폭부(181), 정류부(182), 피크홀드부(183) 및 전자펜 위치 계산부(184)을 포함하여 이루어질 수 있다.
수신신호 증폭부(181)는 연산 증폭기(Op Amp)로 구현될 수 있으며, 양전원(+5V, -5V)을 이용하여 코일(110)에 유도된 미약한 신호(도 4의 (가) 참조)를 증폭한다.
정류부(182)는 다이오드로 구현될 수 있으며, 수신신호 증폭부(181)에 의해 증폭된 신호(도 4의 (나) 참조)를 정류한다.
피크홀드부(183)는 도 4에 도시한 바와 같이, 두 개의 연산 증폭기, 다이오드, 콘덴서 및 트랜지스터를 포함하여 이루어질 수 있으며, 정류부(182)로부터 입력된 신호에서 피크치를 출력하는 즉, 피크값을 홀딩(holding)하는 회로이다. 여기서, 두 개의 연산 증폭기는 단전원(5V)를 이용한다. 전단의 연산 증폭기는 정류부(182)로부터 입력된 신호를 증폭한다. 후단의 연산 증폭기는 전단의 연산 증폭기에서 증폭된 신호(도 4의 (다) 참조)에서 피크치를 출력한다. 트랜지스터는 콘덴서에 충전된 전압을 방전시키기 위한 회로 소자이다. 즉, 트랜지스터는 마이크로 프로세서(130)로부터 리셋 신호가 입력되면, 콘덴서에 충전된 전압을 방전시켜 후단의 연산 증폭기가 홀딩하고 있는 피크치를 리셋한다.
전자펜 위치 계산부(184)는 미리 저장되어 있는 코일(110)의 절대적 위치값과 피크홀드부(183)로부터 입력되는 신호의 전압값을 이용하여 전자펜의 위치를 산출한다.
한편, 도 4의 파형도에서 시점 (t)는 송신에서 수신으로 옮겨가는 순간 즉, 수신신호 처리부(180)가 코일(110)의 타단에 연결될 때의 시간이다.
도 5는 전자펜의 절대적 위치를 계산하는 원리도이다.
도 2에서는 각각의 코일이 일정 간격을 두고 서로 떨어져 있는 것으로 표현되어 있지만, 실제로는 인접한 코일들끼리 오버랩된다. 다시 말해, 겹쳐지게 된다. 도 5에 도시한 바와 같이, 전자펜 위치 계산부(184)는 피크홀드부(183)로부터 입력되는, 각 코일에 유도된 전압값들을 비교하여 전자펜의 상대적 위치(xO)를 결정한다. 그런 다음, 각각의 코일의 절대적 위치값을 이용하여 전자 펜의 절대적 위치값을 계산한다.
본 발명의 태블릿의 송수신장치는 전술한 실시 예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.
110: 코일 120: 트라이 스테이트 버퍼
130: 마이크로 프로세서 131: 여자신호 생성부
132: 구형파 발생부 133: 버퍼 제어부
134: 스위치 제어부 135: 리셋 제어부
140: 신호 출력부 150: 디코더
160: 콘덴서 170: 스위칭부
180: 수신신호 처리부 181: 수신신호 증폭부
182: 정류부 183: 피크홀드부
184: 전자펜 위치 계산부

Claims (3)

  1. 코일을 자기화하기 위한 여자 신호를 생성하는 여자 신호 생성부;
    상기 여자 신호 및 상기 코일에 유도 전류가 흐를 수 있도록 하기 위한 그라운드 신호를 트라이 스테이트 버퍼로 번갈아가며 출력하는 신호 출력부;
    상기 신호 출력부와 상기 코일의 일단을 연결하는 상기 트라이 스테이트 버퍼;
    상기 트라이 스테이트 버퍼의 출력 상태를 하이 임피던스 또는 인에이블 상태로 하기 위한 버퍼 제어부;
    상기 코일의 타단과 상기 코일에 유도된 전류를 증폭하는 수신신호 증폭부의 연결을 온/오프하는 스위칭부; 및
    상기 스위칭부를 제어하기 위한 스위치 제어부를 포함하여 이루어진 태블릿의 송수신 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 코일의 타단을 그라운드에 연결하는 콘덴서를 더 포함하는 것임을 특징으로 하는 태블릿의 송수신 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    구형파 발생부를 더 포함하되,
    상기 신호 출력부는 상기 여자 신호 생성부로부터 입력되는 여자 신호와 상기 구형파 발생부로부터 입력되는 구형파 신호를 논리합 연산하여 출력하는 앤드 회로를 포함하여 이루어진 것임을 특징으로 하는 태블릿의 송수신 장치.
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