KR101119208B1 - 정전 용량형 터치 센서, 이의 동작 방법, 및 이를 포함하는 데이터 처리 시스템 - Google Patents

정전 용량형 터치 센서, 이의 동작 방법, 및 이를 포함하는 데이터 처리 시스템 Download PDF

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KR101119208B1
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Abstract

정전 용량형 터치 센서가 개시된다. 상기 정전 용량형 터치 센서는 정전 용량형 터치 패드와, 상기 정전 용량형 터치 패드의 터치 여부에 따라 생성된 RC 지연 신호와 클락 신호의 논리 조합에 따라 상기 클락 신호의 주기마다 하나의 터치 카운터 신호를 생성하기 위한 터치 카운터 신호 발생 회로를 포함하며, 상기 터치 카운터 신호 발생 회로는 상기 RC 지연 신호와 상기 클락 신호를 논리 조합하여 센싱 클락 신호를 생성하기 위한 센싱 회로와, 제어 신호에 응답하여 상기 클락 신호를 지연시켜 마스크 신호를 출력하기 위한 마스크 신호 생성 회로와, 상기 마스크 신호에 응답하여 상기 센싱 클락 신호를 마스킹하여 상기 터치 카운터 신호를 생성하기 위한 마스크 회로를 포함한다.

Description

정전 용량형 터치 센서, 이의 동작 방법, 및 이를 포함하는 데이터 처리 시스템{Capacitive touch sensor, method thereof, and data processing system having the same}
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 터치 센서(touch sensor)에 관한 것으로, 특히 전력 소모를 줄일 수 있는 정전 용량형 터치 센서, 이의 동작 방법, 및 이를 포함하는 데이터 처리 시스템에 관한 것이다.
정전 용량형 터치 센서의 정전 용량의 변화를 감지하는 방법은 RC 주파수 발진기를 이용한 주파수 차이를 비교하는 방법, 아날로그-디지털 변환기를 이용한 충전 전압 차이를 비교하는 방법, 또는 RC 지연 회로를 이용한 지연 시간 차이를 비교하는 방법 등이 있다.
상기 RC 지연 회로를 이용한 지연 시간 차이를 비교하는 방법은 감지 클락 신호보다 수십 내지 수백 배 빠른 클락 신호를 카운터 클락 신호로 사용한다.
따라서 상기 감지 클락 신호보다 빠른 상기 카운터 클락 신호를 사용함으로써, 전력 소모 증가뿐만 아니라 오차 보상 마진을 위해 많은 비트 수를 가진 카운터가 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 클락 신호의 주기마다 하나의 터치 카운터 신호를 생성하게 함으로써, 전력 소모를 줄일 뿐만 아니라 집적 회로의 면적도 최소화할 수 있는 정전 용량형 터치 센서, 이의 동작 방법, 및 이를 포함하는 데이터 처리 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 정전 용량형 터치 센서는 정전 용량형 터치 패드와, 상기 정전 용량형 터치 패드의 터치 여부에 따라 생성된 RC 지연 신호와 클락 신호의 논리 조합에 따라 상기 클락 신호의 주기마다 하나의 터치 카운터 신호를 생성하기 위한 터치 카운터 신호 발생 회로를 포함한다.
상기 터치 카운터 신호 발생 회로는 상기 RC 지연 신호와 상기 클락 신호를 논리 조합하여 센싱 클락 신호를 생성하기 위한 센싱 회로와, 제어 신호에 응답하여 상기 클락 신호를 지연시켜 마스크 신호를 출력하기 위한 마스크 신호 생성 회로와, 상기 마스크 신호에 응답하여 상기 센싱 클락 신호를 마스킹하여 상기 터치 카운터 신호를 생성하기 위한 마스크 회로를 포함한다.
상기 센싱 회로는 상기 정전 용량형 터치 패드의 터치 여부에 따라 상기 RC 지연 신호를 생성하기 위한 RC 회로와, 상기 RC 회로에 접속된 인버터와, 상기 인버터의 출력 신호와 상기 클락 신호를 논리 조합하여 상기 센싱 클락 신호를 출력하기 위한 논리 게이트를 포함한다.
실시 예에 따라 상기 마스크 신호 생성 회로는 각각이 상기 클락 신호의 위상과 서로 다른 위상을 갖는 복수의 지연 신호들을 생성하기 위한 지연 회로와, 상기 제어 신호에 응답하여 상기 복수의 지연 신호들 중에서 어느 하나를 상기 마스크 신호로서 출력하기 위한 선택기를 포함한다.
다른 실시 예에 따라 상기 마스크 신호 생성 회로는 각각이 상기 클락 신호의 위상과 서로 다른 위상을 갖는 복수의 제1지연 신호들을 생성하기 위한 제1지연 회로와, 상기 제어 신호에 응답하여 상기 복수의 제1지연 신호들 중에서 어느 하나를 출력하기 위한 제1선택기와, 각각이 상기 제1선택기로부터 출력된 신호의 위상과 서로 다른 위상을 갖는 복수의 제2지연 신호들을 출력하기 위한 제2지연 회로와, 상기 제어 신호에 응답하여 상기 복수의 제2지연 신호들 중에서 어느 하나를 상기 마스크 신호로서 출력하기 위한 제2선택기를 포함한다.
상기 마스크 회로는 AND 게이트로 구현될 수 있다.
상기 정전 용량형 터치 센서는 상기 터치 카운터 신호를 카운트하기 위한 카운터를 더 포함한다.
다른 실시 예에 따라 상기 정전 용량형 터치 센서는 상기 터치 카운터 신호를 카운트한 값과 기준 값을 이용하여 상기 정전 용량형 터치 센서의 터치 유무를 판단하기 위한 터치 판별 부를 더 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 데이터 처리 시스템은 정전 용량형 터치 센서와, 상기 정전 용량형 터치 센서로부터 출력되는 터치 신호를 처리하기 위한 프로세서를 포함한다.
상기 정전 용량형 터치 센서는 정전 용량형 터치 패드와, 상기 정전 용량형 터치 패드의 터치 여부에 따라 생성된 RC 지연 신호와 클락 신호의 논리 조합에 따라 상기 클락 신호의 주기마다 하나의 터치 카운터 신호를 생성하기 위한 터치 카운터 신호 발생 회로를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 정전 용량형 터치 센서의 동작 방법은 정전 용량형 터치 패드의 터치 여부에 따라 RC 지연 신호를 생성하는 단계와, 상기 RC 지연 신호와 클락 신호의 논리 조합에 따라 상기 클락 신호의 한 주기마다 하나의 터치 카운터 신호를 생성하는 단계를 포함한다.
상기 정전 용량형 터치 센서의 동작 방법은 상기 터치 카운터 신호를 카운트한 카운트 값과 기준 값을 비교하고 비교 결과에 따라 상기 정전 용량형 터치 패드의 상기 터치 여부를 판단하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 정전 용량형 터치 센서와 이를 포함하는 데이터 처리 시스템은 클락 신호의 주기마다 하나의 터치 카운터 신호를 생성하게 함으로써, 전력 소모를 줄일 수 있는 효과가 있다. 또한 집적 회로의 면적이 최소화할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 상세한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 정전 용량형 터치 센서의 개략적인 블록도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시 예에 따른 마스크 신호 생성 회로의 회로도를 나타낸다.
도 3은 도 1에 도시된 본 발명의 다른 실시 예에 따른 마스크 신호 생성 회로의 회로도를 나타낸다.
도 4는 도 1에 도시된 정전 용량형 터치 패드가 터치 될 때 정전 용량형 터치 센서의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 5는 도 1에 도시된 정전 용량형 터치 패드가 터치되지 않을 때 정전 용량형 터치 센서의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 정전 용량형 터치 센서의 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 정전 용량형 터치 센서의 보정 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 정전 용량형 터치 센서를 포함하는 데이터 처리 시스템의 개략적인 블록도를 나타낸다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
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. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 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 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 정전 용량형 터치 센서의 개략적인 블록도를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 정전 용량형 터치 센서(10)는 정전 용량형 터치 패드(11)와 터치 카운터 신호 발생 회로(13)를 포함한다.
정전 용량형 터치 패드(11)는 사용자의 터치 여부에 따라 정전 용량 값이 변화하는 소자를 의미한다.
터치 카운터 신호 발생 회로(13)는 정전 용량 터치 패드(11)의 터치 여부에 따라 변화되는 RC 지연 신호(SOT)와 클락 신호(CLK)의 논리 조합에 따라 클락 신호 (CLK)의 매 주기마다 도 4에서 도시된 바와 같이 하나의 터치 카운터 신호(TCC)를 생성한다. 즉, 정전 용량 터치 패드(11)가 사용자에 의하여 터치된 경우 터치 카운터 신호 발생 회로(13)는 매 주기마다 도 4에서 도시된 바와 같이 하나의 터치 카운터 신호(TCC)를 생성할 수 있다.
터치 카운터 신호 발생 회로(13)는 센싱 회로(sensing circuit; 20), 마스크 신호 생성 회로(30), 및 마스크 회로(mask circuit; 40)를 포함한다.
센싱 회로(20)는 RC 지연 신호(SOT)와 클락 신호(CLK)를 논리 조합하여 센싱 클락 신호(SOR)를 생성한다.
센싱 회로(20)는 RC 회로(21), 인버터(23), 및 논리 게이트(25)를 포함한다.
RC 회로(21)는 정전 용량형 터치 패드(11)의 터치 여부에 따라 도 4와 도 5에 도시된 바와 같이 RC 지연 신호(SOT)를 생성할 수 있다.
정전 용량형 터치 패드(11)가 사용자에 의하여 터치될 때의 RC 지연 신호 (SOT)의 위상(또는 지연 량)은 정전 용량형 터치 패드(11)가 상기 사용자에 의하여 터치되지 않을 때의 RC 지연 신호(SOT)의 위상(또는 지연 량)과 서로 다르다.
RC 회로(21)는 저항(21-1)과 기준 커패시터(21-2)를 포함한다.
기준 커패시터(21-2)는 정전 용량형 터치 패드(11)의 일단과 접지 사이에 접속되며, 저항(21-1)은 기준 커패시터(21-2)의 일단과 마스크 신호 생성 회로(30)의 입력단 사이에 접속된다.
인버터(23)는 RC 회로(21)의 출력단에 접속된다.
논리 게이트(25)는 인버터(23)의 출력 신호와 클락 신호(CLK)를 논리 조합하여 센싱 클락 신호(SOR)를 출력한다. 실시 예에 따라 논리 게이트(25)는 AND 게이트로 구현될 수 있다.
마스크 신호 생성 회로(30)는 제어 신호(SEL)에 응답하여 클락 신호(CLK)를 지연시켜 마스크 신호(RDM)를 생성할 수 있다.
마스크 신호(RDM)의 지연을 제어할 수 있는 제어 신호(SEL)는 제어 신호 생성 회로(35)에 의해 생성될 수 있다. 실시 예에 따라 선택 신호로서의 기능을 수행하는 제어 신호(SEL)는 N(N은 자연수)비트로 구현될 수 있다.
제어 신호 생성 회로(35)는 타이밍 컨트롤러(70)의 제어 하에 제어 신호 (SEL)를 생성할 수 있다. 예컨대, 제어 신호 생성 회로(35)는 타이밍 컨트롤러(70)로부터 출력되는 명령 신호(CMD)에 응답하여 제어 신호(SEL)를 생성할 수 있다. 또한, 실시 예에 따라 보정 동작 시에 제어 신호 생성 회로(35)는 카운터(15)로부터 출력된 카운트 값에 따라 제어 신호(SEL)를 보정(calibrate)할 수 있다. 제어 신호 생성 회로(35)는 타이밍 컨트롤러(70)의 제어 하에 주변 환경의 변화를 반영하여 제어 신호(SEL)를 생성할 수 있다. 제어 신호 생성 회로(35)는 시스템 클락 신호 (SYS CLK)를 동작 클락 신호로서 사용할 수 있다.
보정 동작(calibration operation) 시에 제어 신호 생성 회로(35)는 카운터 (15)로부터 출력된 카운트 값에 따라 제어 신호(SEL)를 보정할 수 있다. 예컨대, 제어 신호(SEL)가 N-비트일 때, 제어 신호 생성 회로(35)는 N-비트 제어 신호(SEL)를 순차적으로 증가시키거나 또는 감소시킬 수 있다.
보정 동작이 완료된 후의 정상 동작 시, 예컨대 터치 여부를 판단할 때 마스크 신호 생성 회로(30)는 상기 보정 동작 시에 보정된 제어 신호(SEL)에 응답하여 클락 신호(CLK)를 지연시켜 마스크 신호(RDM)를 생성할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시 예에 따른 마스크 신호 생성 회로의 회로도를 나타낸다.
도 1과 도 2를 참조하면, 마스크 신호 생성 회로(30=30-1)는 지연 회로(31)와 선택기(33)를 포함한다.
지연 회로(31)는 각각이 클락 신호(CLK)의 위상과 같거나 또는 서로 다른 위상을 갖는 복수의 지연 신호들(DELAY(1)~DELAY(N))을 생성할 수 있다.
실시 예에 따라, 지연 회로(31)는 직렬로 접속된 복수의 지연 셀들을 포함할 수 있다. 상기 복수의 지연 셀들 각각은 클락 신호(CLK)를 상기 복수의 지연 셀들 각각의 지연량만큼 지연시켜 복수의 지연 신호들(DELAY(1)~DELAY(N)) 각각을 생성할 수 있다. 실시 예에 따라, 복수의 지연 셀들 각각은 D-플립 플롭(flip-flop)으로 구현될 수 있다.
선택기(33)는 선택 신호 발생 회로로서의 기능을 수행하는 제어 신호 생성 회로(35)로부터 출력된 제어 신호(SEL)에 응답하여 복수의 지연 신호들 (DELAY(1)~DELAY(N)) 중에서 어느 하나를 마스크 신호(RDM)로서 출력할 수 있다. 이때 선택기(33)는 멀티플렉서로 구현될 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 본 발명의 다른 실시 예에 따른 마스크 신호 생성 회로의 회로도를 나타낸다.
도 1과 도 3을 참조하면, 마스크 신호 생성 회로(30=30-2)는 제1지연 회로 (34), 제1선택기(37), 제2지연 회로(39), 및 제2선택기(41)를 포함한다.
제1지연 회로(34)는 각각이 클락 신호(CLK)의 위상과 같거나 또는 서로 다른 위상을 갖는 복수의 제1지연 신호들(DELAY(11)~DELAY(1N))을 생성한다.
실시 예에 따라, 제1지연 회로(34)는 직렬로 접속된 복수의 지연 셀들을 포함할 수 있다. 상기 복수의 지연 셀들 각각은 클락 신호(CLK)를 상기 복수의 지연 셀들 각각의 지연량만큼 지연시킬 수 있다. 상기 복수의 지연 셀들 각각은 D-플립 플롭으로 구현될 수 있다.
제1선택기(37)는 제어 신호(SEL)에 응답하여 복수의 제1지연 신호들 (DELAY(11)~DELAY(1N)) 중에서 어느 하나를 출력한다.
제2지연 회로(39)는 제1선택기(37)로부터 출력된 신호의 위상과 같거나 또는 서로 다른 위상을 갖는 복수의 제2지연 신호들(DELAY(21)~DELAY(2N))을 출력할 수 있다.
실시 예에 따라, 제2지연 회로(39)는 직렬로 접속된 복수의 지연 셀들을 포함할 수 있다. 상기 복수의 지연 셀들 각각은 제1선택기(37)로부터 출력된 신호를 상기 복수의 지연 셀들 각각의 지연량만큼 지연시킬 수 있다. 상기 복수의 지연 셀들 각각은 D-플립 플롭으로 구현될 수 있다.
제2선택기(41)는 제어 신호(SEL)에 응답하여 복수의 제2지연 신호들 (DELAY(1)~DELAY(N)) 중에서 어느 하나를 마스크 신호(RDM)로서 출력할 수 있다.
각 선택기(37과 41)는 멀티플렉서로 구현될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 마스크 회로(40)는 마스크 신호(RDM)에 응답하여 센싱 클락 신호(SOR)를 마스킹하여 터치 카운터 신호(TCC)를 생성한다.
실시 예에 따라 마스크 회로(40)는 AND 게이트로 구현될 수 있다.
정전 용량형 터치 센서(10)는 카운터(15)와 터치 판별 부(17)를 더 포함할 수 있다. 카운터(15)는 타이밍 컨트롤러(70)로부터 출력된 카운터 인에이블 신호(EN)에 응답하여 터치 카운터 신호(TCC)를 카운트한다.
타이밍 컨트롤러(70)는 클락 신호 컨트롤러(60)로부터 출력된 시스템 클락 신호(SYSCLK)에 응답하여 동작한다.
클락 신호 컨트롤러(60)는 클락 신호 발생기(50)로부터 출력된 신호에 응답하여 동작한다. 예컨대 클락 신호 컨트롤러(60)는 클락 신호 발생기(50)로부터 출력된 상기 신호의 주파수를 분주하고 분주된 주파수를 갖는 클락 신호(CLK)를 출력할 수 있다.
터치 판별 부(17)는 터치 카운터 신호(TCC)를 카운트한 값과 기준 값을 비교하고, 비교 결과에 따라 정전 용량형 터치 패드(11)의 터치 유무를 판단하고, 판단 결과를 출력한다. 상기 판단 결과는 프로세서에 의하여 이용될 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 정전 용량형 터치 패드가 터치 될 때 정전 용량형 터치 센서의 동작을 설명하기 위한 타이밍 도이다.
도 2에 도시된 마스크 신호 생성 회로(30-1)와 도 3에 도시된 마스크 신호 생성 회로(30-2)는 도 1에 도시된 마스크 신호 생성 회로(30)의 일 실시 예이다. 설명의 편의의 위하여, 이하에서는 도 2에 도시된 마스크 신호 생성 회로(30-1)를 참조하여 설명한다.
도 1, 도 2, 및 도 4를 참조하면, 클락 신호(CLK)는 클락 신호 발생기(50)에 의해 생성된다. 실시 예에 따라, 클락 신호(CLK)는 클락 신호 발생기(50)로부터 출력된 신호의 주파수를 분주한 신호일 수 있다. 이 경우, 정전 용량형 터치 센서 (10)의 클락 신호 컨트롤러(60)는 클락 신호 발생기(50)로부터 출력되는 신호의 주파수를 분주하기 위한 주파수 분주기(미 도시)를 더 포함할 수 있다.
정전 용량형 터치 패드(11)가 사용자에 의하여 터치될 때, 정전 용량형 터치 패드(11)의 정전 용량 값은 변한다. 따라서, 도 4와 도 5에 도시된 바와 같이 RC 지연 신호(SOT)는 정전 용량형 터치 패드(11)가 터치되지 않을 때보다 지연된다.
인버터(23)는 RC 지연 신호(SOT)를 반전시킨다.
AND 게이트로 구현될 수 있는 논리 게이트(25)는 반전된 RC 지연 신호와 클락 신호(CLK)를 논리 조합, 예컨대 AND 연산하여 센싱 클락 신호(SOR)를 생성한다.
지연 회로(31)는 각각이 클락 신호(CLK)의 위상과 같거나 또는 서로 다른 위상을 갖는 복수의 지연 신호들(DELAY(1)~DELAY(N))을 생성한다.
예컨대, 제1지연 신호(DELAY(1))는 직렬로 접속된 복수의 지연 셀들(31) 중에서 첫 번째 지연 셀에 의해 지연된 신호를 의미하며, 제N번째 지연 신호 (DELAY(N))는 직렬로 접속된 복수의 지연 셀들(31) 중에서 N 번째 지연 셀에 의해 지연된 신호를 의미한다.
선택기(33)는 제어 신호(SEL)에 응답하여 복수의 지연 신호들 (DELAY(1)~DELAY(N)) 중에서 어느 하나를 마스크 신호(RDM)로서 출력한다.
마스크 회로(40)는 마스크 신호(RDM)에 응답하여 센싱 클락 신호(SOR)를 마스킹하여 도 4에 도시된 바와 같이 클락 신호(CLK)의 주기마다 하나의 터치 카운터 신호(TCC)를 생성할 수 있다.
정전 용량형 터치 센서(10)는 클락 신호(CLK)의 한 주기마다 하나의 터치 카운터 신호(TCC)를 생성함으로써 전력 소모를 최소화할 수 있다. 또한 칩 사이즈도 줄일 수 있다.
카운터 인에이블 신호(EN)가 하이 레벨 상태일 때, 카운터(15)는 터치 카운터 신호(TCC)를 카운트할 수 있다. 카운터 인에이블 신호(EN)는 타이밍 컨트롤러 (70)에 의해 생성될 수 있다.
도 5는 도 1에 도시된 정전 용량형 터치 패드가 터치되지 않을 때 정전 용량형 터치 센서의 동작을 설명하기 위한 타이밍 도이다.
도 1, 도 2, 도 4, 및 도 5를 참조하면, 정전 용량형 터치 패드(11)가 사용자에 의해 터치되지 않을 때, RC 회로(21)에 의해 지연되는 RC 지연 신호(SOT)는 정전 용량형 터치 패드(11)가 터치될 때보다 덜 지연된다.
따라서 정전 용량형 터치 패드(11)가 터치되지 않을 때의 센싱 클락 신호 (SOR)의 하이 레벨/로우 레벨의 폭은 정전 용량형 터치 패드(11)가 터치될 때의 센싱 클락 신호(SOR)의 하이 레벨/로우 레벨의 폭과 서로 다르다.
정전 용량형 터치 패드(11)가 터치되지 않을 때의 센싱 클락 신호(SOR)의 폭은 정전 용량형 터치 패드(11)가 터치될 때의 센싱 클락 신호(SOR)의 폭보다 좁기 때문에, 마스크 회로(40)는 도 5에 도시된 바와 같이 로우 레벨을 갖는 터치 카운터 신호(TCC)를 생성한다. 따라서 터치 카운터 신호(TCC)가 하이 레벨과 로우 레벨 사이에서 토글링하지(toggling) 않으므로 카운터(15)는 터치 카운터 신호(TCC)를 카운트할 수 없다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 정전 용량형 터치 센서의 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 1부터 도 6을 참조하면, 초기에 정전 용량형 터치 센서(10)는 초기화된다(S10). 예컨대, 터치 판별 부(17)의 기준 값은 정전 용량형 터치 패드(11)의 터치 유무를 판단하기 위해 임의의 값으로 설정된다. 상기 임의의 값은 외부로부터 입력되는 제어 신호에 의하여 조절될 수 있다.
또한, 터치 카운터 신호(TCC)를 카운트하기 위해, 카운터 인에이블 신호(EN)의 활성화 주기는 타이밍 컨트롤러(70)에 의하여 조절된다.
시스템 클락 신호(SYS CLK)를 동작 신호로서 사용할 수 있는 제어 신호 생성 회로(35)는 카운터(15)에 의하여 카운트된 카운트 값(예컨대, 보정 동작 시) 또는 타이밍 컨트롤러(70)의 제어 하(예컨대, 정상 동작 시)에 마스크 신호(RDM)의 지연 또는 지연량을 제어할 수 있는 제어 신호(SEL)를 생성할 수 있다.
카운터(15)는 카운터 인에이블 신호(EN)에 응답하여 터치 카운터 신호(TCC)를 카운트할지 여부를 판단한다(S20). 카운터 인에이블 신호(EN)가 하이 레벨일 때, 카운터(15)는 초기화되고(S30), 카운터(15)는 터치 카운터 신호(TCC)를 카운트한다(S40).
터치 판별 부(17)는 터치 카운터 신호(TCC)를 카운트한 카운트 값과 기준 값을 비교하고 비교 결과에 따라 정전 용량형 터치 패드(11)의 터치 유무를 판단한다 (S50).
상기 카운트 값이 상기 기준 값보다 클 때, 예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이 터치 카운터 신호(TCC)가 주기적으로 토글링할 때 터치 판별 부(17)는 정전 용량형 터치 패드(11)가 사용자에 의하여 터치된 것으로 판단한다(S60).
그러나 상기 카운트 값이 상기 기준 값보다 작을 때, 예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이 터치 카운터 신호(TCC)가 로우 레벨을 유지할 때, 터치 판별 부(17)는 정전 용량형 터치 패드(11)가 사용자에 의하여 터치되지 않은 것으로 판단한다 (S70).
카운터 인에이블 신호(EN)가 로우 레벨일 때, 마스크 신호 생성 회로(30)는 제어 신호(SEL)에 응답하여 클락 신호(CLK)의 지연량을 다르게 설정할 수 있으므로 마스크 신호(RDM)의 감도 또는 발생 시점을 조절할 수 있다(S80). 즉, 마스크 신호(RDM)의 감도 또는 발생 시점은 제어 신호(SEL)에 따라 조절될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 정전 용량형 터치 센서의 보정 동작을 나타내는 흐름도이다.
설명의 편의를 위하여, 도 2에 도시된 마스크 신호 생성 회로(30-1)를 참조하여 설명한다.
도 1, 도 2, 및 도 7을 참조하면, 초기 동작시 정전 용량형 터치 센서(10)는 초기화된다(S90). 예컨대, 정전 용량형 터치 센서(10)의 안정을 위해 최소 제어 신호(MINSEL)의 임의의 값으로 설정된다. 예컨대, 제어 신호(SEL)가 5비트인 경우, 최소 제어 신호(MINSEL)는 00010으로 설정될 수 있다.
또한, 터치 카운터 신호(TCC)를 카운트한 카운트 값은 0으로 설정된다.
터치 판별 부(17)는 상기 카운트 값이 0인지 여부를 판단한다(S100).
상기 카운트 값이 00000일 때, 제어 신호 생성 회로(35)는 카운터(15)로부터 출력된 카운트 값, 예컨대 00000에 응답하여 상기 00000에 상응하는 제어 신호(SEL)를 출력한다. 따라서 선택기(33)는 제어 신호(SEL)에 응답하여 복수의 지연 신호들(DELAY(1)~DELAY(N)) 중에서 어느 하나를 마스크 신호(RDM)로서 출력한다.
타이밍 컨트롤러(70)의 제어 하에, 제어 신호 생성 회로(35)는 카운터(15)로부터 출력된 카운트 값에 따라 선택기(33)가 복수의 지연 신호들 (DELAY(1)~DELAY(N)) 중에서 어느 하나의 지연 신호를 선택할 수 있도록 제어 신호(SEL)를 생성한다.
실시 예에 따라 제어 신호(SEL)는 N-비트(N은 자연수)로 구현될 수 있으며, 제어 신호 생성 회로(35)는 카운터(15)로부터 출력된 카운트 값에 따라 제어 신호 (SEL)의 비트 값들을 변화시킬 수 있다.
따라서 제어 신호(SEL)의 비트 값들의 변화에 따라 마스크 신호(RDM)의 지연 또는 위상은 조절될 수 있다(S110).
마스크 회로(40)는 위상 조절된 마스크 신호(RDM)에 응답하여 센싱 클락 신호(SOR)를 마스킹하고, 카운터(15)는 마스크 회로(40)로부터 출력된 터치 카운터 신호(TCC)를 카운트할 수 있다.
터치 판별 부(17)는 정전 용량형 터치 패드(11)가 터치되지 않을 때, 정전 용량형 터치 센서(10)의 감지 여부를 판단한다. 예컨대, 터치 판별 부(17)는 상기 카운트 값이 00000인지 여부를 판단한다(S120).
정전 용량형 터치 센서(10)가 터치를 감지하지 못할 경우, 감지할 때까지 제어 신호 생성 회로(35)는 카운터(15)로부터 출력되는 카운트 값에 따라 제어 신호(SEL)의 비트 값들을 변화시킬 수 있다. 표 1은 상기 카운트 값에 따른 제어 신호(SEL)의 비트 값들의 변화를 나타낸다.
제어 신호(SEL) 카운트 값
00000 00000
00001 00000
00010 00000
00011 00000
00100 00100
예컨대, 제어 신호 생성 회로(35)는 카운터(15)로부터 출력되는 카운트 값에 따라 또는 타이밍 컨트롤러(70)의 제어 하에 제어 신호(SEL)의 비트들을 00000부터 00100까지 변화시킬 수 있다.
제어 신호 생성 회로(35)는 제어 신호(SEL)의 비트들을 00000부터 순차적으로 증가시키면서 상기 카운트 값이 00000인지 여부를 판단한다. 제어 신호(SEL)의 비트들이 00100일 때, 카운터(15)로부터 출력된 카운트 값은 00100이므로, 터치 판별 부(17)는 정전 용량형 터치 센서(10)가 감지된 것으로 판단할 수 있다. 상기 카운트 값이 00100이기 때문이다. 이때, 제어 신호 생성 회로(35)는 제어 신호(SEL)를 00011로 설정할 수 있다. 따라서 보정 동작은 종료되고 00011로 설정된 제어 신호(SEL)는 정상 동작 시에 사용된다. 실시 예에 따라 제어 신호 생성 회로(35)는 제어 신호(SEL)를 00010으로 설정할 수 있다.
제어 신호 생성 회로(35)는 설정된 제어 신호(SEL)의 비트 값들이 정전 용량형 터치 센서(10)의 안정을 위하여 설정된 최소 제어 신호(MINSEL)의 비트 값들보다 큰지의 여부를 판단한다 (S130).
설정된 제어 신호(SEL)의 비트 값들이 최소 제어 신호(MINSEL)의 비트 값들보다 클 때, 정전 용량형 터치 센서(10)의 보정 동작은 완료된다.
예컨대, 설정된 제어 신호(SEL)의 비트 값들이 00011일 때, 설정된 제어 신호(SEL)의 비트 값들은 최소 제어 신호(MINSEL)의 비트 값들 00010보다 크므로 정전 용량형 터치 센서(10)의 보정 동작은 완료된다.
설정된 제어 신호(SEL)의 비트 값들이 최소 제어 신호(MINSEL)의 비트 값들보다 작을 때, 정전 용량형 터치 센서(10))의 RC 지연을 조절할 수 있는 소자 값, 예컨대, 기준 커패시터(21-2)의 커패시턴스는 조절될 수 있다(S140). 또는, 제어 신호 생성 회로(35)는 다른 비트 값들을 가지는 제어 신호(SEL)를 설정할 수 있다.
예컨대, 설정된 제어 신호(SEL)의 비트 값들이 00001일 때, 설정된 제어 신호(SEL)의 비트 값들은 최소 제어 신호(MINSEL)의 비트 값들 00010보다 작으므로 제어 신호 생성 회로(35)는 다른 비트들을 가지는 제어 신호(SEL)를 설정할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 정전 용량형 터치 센서를 포함하는 데이터 처리 시스템의 개략적인 블록도를 나타낸다.
도 1부터 도 8을 참조하면, 적어도 하나의 정전 용량형 터치 패드를 포함하는 데이터 처리 시스템(100)은 이동 전화기, 스마트 폰, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), ATM(automated teller machine), 또는 아케이드 게임기로 구현될 수 있다. 다른 실시 예에 따라 데이터 처리 시스템 (100)은 디스플레이를 포함하는 TV, 또는 컴퓨터 시스템으로 구현될 수 있다.
데이터 처리 시스템(100)은 정전 용량형 터치 센서(10), 프로세서(200), 및 디바이스(300)를 포함한다.
정전 용량형 터치 센서(10)는 도 1부터 도 7을 참조하여 설명한 본 발명의 실시 예에 따른 정전 용량형 터치 패드(11) 및 정전 용량형 터치 패드(11)의 터치 여부에 따라 생성된 RC 지연 신호와 클락 신호(CLK)의 논리 조합에 따라 상기 클락 신호의 한 주기마다 하나의 터치 카운터 신호(TCC)를 생성할 수 있는 터치 카운터 신호 발생 회로(13)를 포함한다.
프로세서(200)는 정전 용량형 터치 센서(10)로부터 출력되는 신호, 예컨대 터치 신호를 처리할 수 있다. 디바이스(300)는 프로세서(200)의 제어 하에 정전 용량형 터치 센서(10)로부터 인식된 터치 신호에 응답하여 동작을 수행할 수 있다.
예컨대, 디바이스(300)가 디스플레이 장치인 경우, 정전 용량형 터치 센서 (10)로부터 인식된 터치 신호에 응답하여 미리 정해진 화면을 디스플레이할 수 있다. 또한, 디바이스(300)가 이동 전화기 또는 스마트 폰인 경우 디바이스(300)는 프로세서(200)의 제어 하에 정해진 동작을 수행할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10 : 정전 용량형 터치 센서
11 : 정전 용량형 터치 패드
13 : 터치 카운터 신호 발생 회로
15 : 카운터
17 : 터치 판별부
20 : 센싱 회로
30 : 마스크 신호 생성 회로
40 : 마스크 회로

Claims (15)

  1. 삭제
  2. 정전 용량형 터치 패드; 및
    상기 정전 용량형 터치 패드의 터치 여부에 따라 생성된 RC 지연 신호와 클락 신호의 논리 조합에 따라 상기 클락 신호의 주기마다 하나의 터치 카운터 신호를 생성하기 위한 터치 카운터 신호 발생 회로를 포함하며,
    상기 터치 카운터 신호 발생 회로는,
    상기 RC 지연 신호와 상기 클락 신호를 논리 조합하여 센싱 클락 신호를 생성하기 위한 센싱 회로;
    제어 신호에 응답하여 상기 클락 신호를 지연시켜 마스크 신호를 출력하기 위한 마스크 신호 생성 회로; 및
    상기 마스크 신호에 응답하여 상기 센싱 클락 신호를 마스킹하여 상기 터치 카운터 신호를 생성하기 위한 마스크 회로를 포함하는 정전 용량형 터치 센서.
  3. 제2항에 있어서, 상기 센싱 회로는,
    상기 정전 용량형 터치 패드의 터치 여부에 따라 상기 RC 지연 신호를 생성하기 위한 RC 회로;
    상기 RC 회로에 접속된 인버터; 및
    상기 인버터의 출력 신호와 상기 클락 신호를 논리 조합하여 상기 센싱 클락 신호를 출력하기 위한 논리 게이트를 포함하는 정전 용량형 터치 센서.
  4. 제2항에 있어서, 상기 마스크 신호 생성 회로는,
    각각이 상기 클락 신호의 위상과 서로 다른 위상을 갖는 복수의 지연 신호들을 생성하기 위한 지연 회로; 및
    상기 제어 신호에 응답하여 상기 복수의 지연 신호들 중에서 어느 하나를 상기 마스크 신호로서 출력하기 위한 선택기를 포함하는 정전 용량형 터치 센서.
  5. 제2항에 있어서, 상기 마스크 신호 생성 회로는,
    각각이 상기 클락 신호의 위상과 서로 다른 위상을 갖는 복수의 제1지연 신호들을 생성하기 위한 제1지연 회로;
    상기 제어 신호에 응답하여 상기 복수의 제1지연 신호들 중에서 어느 하나를 출력하기 위한 제1선택기;
    각각이 상기 제1선택기로부터 출력된 신호의 위상과 서로 다른 위상을 갖는 복수의 제2지연 신호들을 출력하기 위한 제2지연 회로; 및
    상기 제어 신호에 응답하여 상기 복수의 제2지연 신호들 중에서 어느 하나를 상기 마스크 신호로서 출력하기 위한 제2선택기를 포함하는 정전 용량형 터치 센서.
  6. 제2항에 있어서, 상기 마스크 회로는 AND 게이트인 정전 용량형 터치 센서.
  7. 제2항에 있어서, 상기 정전 용량형 터치 센서는,
    상기 터치 카운터 신호를 카운트하기 위한 카운터를 더 포함하는 정전 용량형 터치 센서.
  8. 제2항에 있어서, 상기 정전 용량형 터치 센서는,
    상기 터치 카운터 신호를 카운트한 값과 기준 값을 이용하여 상기 정전 용량형 터치 센서의 터치 유무를 판단하기 위한 터치 판별 부를 더 포함하는 정전 용량형 터치 센서.
  9. 삭제
  10. 정전 용량형 터치 센서; 및
    상기 정전 용량형 터치 센서로부터 출력되는 터치 신호를 처리하기 위한 프로세서를 포함하며,
    상기 정전 용량형 터치 센서는,
    정전 용량형 터치 패드; 및
    상기 정전 용량형 터치 패드의 터치 여부에 따라 생성된 RC 지연 신호와 클락 신호의 논리 조합에 따라 상기 클락 신호의 주기마다 하나의 터치 카운터 신호를 생성하기 위한 터치 카운터 신호 발생 회로를 포함하며,
    상기 터치 카운터 신호 발생 회로는,
    상기 RC 지연 신호와 상기 클락 신호를 논리 조합하여 센싱 클락 신호를 생성하기 위한 센싱 회로;
    제어 신호에 응답하여 상기 클락 신호를 지연시켜 마스크 신호를 출력하기 위한 마스크 신호 생성 회로; 및
    상기 마스크 신호에 응답하여 상기 센싱 클락 신호를 마스킹하여 상기 터치 카운터 신호를 생성하기 위한 마스크 회로를 포함하는 데이터 처리 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 센싱 회로는,
    상기 정전 용량형 터치 패드의 터치 여부에 따라 상기 RC 지연 신호를 생성하기 위한 RC 회로;
    상기 RC 회로에 접속된 인버터; 및
    상기 인버터의 출력 신호와 상기 클락 신호를 논리 조합하여 상기 센싱 클락 신호를 출력하기 위한 논리 게이트를 포함하는 데이터 처리 시스템.
  12. 제10항에 있어서, 상기 정전 용량형 터치 센서는,
    상기 터치 카운터 신호를 카운트하기 위한 카운터를 더 포함하는 데이터 처리 시스템.
  13. 제10항에 있어서, 상기 정전 용량형 터치 센서는,
    상기 터치 카운터 신호를 카운트한 값과 기준 값을 이용하여 상기 정전 용량형 터치 패드의 터치 유무를 판단하기 위한 터치 판별 부를 더 포함하는 데이터 처리 시스템.
  14. 정전 용량형 터치 패드의 터치 여부에 따라 RC 지연 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 RC 지연 신호와 클락 신호의 논리 조합에 따라 상기 클락 신호의 한 주기마다 하나의 터치 카운터 신호를 생성하는 단계를 포함하며,
    상기 터치 카운터 신호를 생성하는 단계는,
    상기 RC 지연 신호와 상기 클락 신호를 논리 조합하여 센싱 클락 신호를 생성하기 단계;
    제어 신호에 응답하여 상기 클락 신호를 지연시켜 마스크 신호를 출력하는 단계; 및
    상기 마스크 신호에 응답하여 상기 센싱 클락 신호를 마스킹하여 상기 터치 카운터 신호를 생성하는 단계를 포함하는 정전 용량형 터치 센서의 동작 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 정전 용량형 터치 센서의 동작 방법은,
    상기 터치 카운터 신호를 카운트한 카운트 값과 기준 값을 비교하고 비교 결과에 따라 상기 정전 용량형 터치 패드의 상기 터치 여부를 판단하는 단계를 더 포함하는 정전 용량형 터치 센서의 동작 방법.
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