KR101186393B1 - 터치 스위치들 및 이를 위한 실제적 응용들 - Google Patents

Abstract

사람 부속기관 등의 물체의 존재를 검출하는 터치 스위치 장치가 제공되며, 이 장치는 터치 패드, 터치 패드 주위에 발생된 전계를 가지며 또한 터치 패드 및 피제어 장치에 연결되어 있는 양호하게는 집적된 국부 제어 회로를 갖는다. 터치 스위치 장치에 대한 실제 응용은, 기계적 스위치를 에뮬레이트하기 위해, 다른 구조, 특히 다지점 무접촉 스위치(multiposition contactless switch)와 관련한 터치 스위치 장치의 사용을 포함한다.

터치 스위치, 전계 효과 센서, 스왐핑 커패시턴스, 집적 터치 센서

Description

터치 스위치들 및 이를 위한 실제적 응용들{TOUCH SWITCHES AND PRACTICAL APPLICATIONS THEREFOR}

관련 출원의 상호 참조

본 출원은 2004년 9월 24일자로 출원된 미국 가특허 출원 제60/613,073호를 우선권 주장하며, 미국 가특허 출원 제60/334,040호(2001년 11월 20일자로 출원됨), 미국 가특허 출원 제60/341,350호, 제60/341,550호 및 제60/341,551호(이들 모두 2001년 12월 18일에 출원됨)를 우선권 주장하는, 2002년 10월 15일자로 출원된 미국 특허 출원 제10/272,377호의 일부 계속 출원이고, 또한 2001년 10월 25일자로 출원된 현재 계류 중인 미국 특허 출원 제10/027,884호(현재 미국 특허 제6,713,897호이며, 이는 1999년 1월 19일자로 출원된 미국 특허 출원 제09/234,150호(현재 미국 특허 제6,320,282호임)의 계속 출원임)의 일부 계속 출원이다. 이들 인용 문헌은 여기에 인용함으로써 그 개시 내용이 본 명세서에 포함된다.

본 발명은 터치 스위치(즉, 예를 들어, 터치 패드에 또는 터치 패드 근방에 손가락을 터치함으로써 작동되는 스위치, 본 명세서에서 터치 센서 또는 전계 효과 센서라고도 함) 및 관련 제어 회로와 그에 대한 실제 응용에 관한 것이다.

가전 제품, 기계 도구, 자동차 및 관련 시스템, 및 모든 종류의 다른 가정용 및 산업용 장비를 비롯한, 모든 유형의 장치를 제어하는 데 기계적 스위치가 오래 사용되어 왔다. 기계적 스위치는 일반적으로 기판 상에 탑재되며, 기판에 어떤 유형의 관통(penetration)을 필요로 한다. 이들 관통은 물론 스위치 자체에서의 관통에 의해, 오물, 수분 및 다른 오염물질이 기판을 통과할 수 있거나 스위치 내에 걸리게 될 수 있음으로써, 전기적 단락 및 다른 오동작을 야기할 수 있다.

터치 스위치는 종종 종래의 기계적 스위치를 대체하는 데 사용된다. 기계적 스위치와 달리, 터치 스위치는 파손되거나 마멸되는 가동부를 포함하지 않는다. 게다가, 터치 스위치는, 기판에 구멍을 낼 필요가 없이, 연속한 기판 시트, 즉 스위치 패널 상에 탑재 또는 형성될 수 있다. 기계적 스위치 대신에 터치 스위치를 사용하는 것은 따라서 유리할 수 있으며, 특히 오염물질이 존재할 가능성이 있는 환경에서 특히 그렇다. 터치 스위치 패널은 또한 일반적인 기계적 스위치 패널보다 청소하기가 더 쉬운데, 그 이유는 터치 스위치 패널이, 오염물질의 관통을 가능하게 해주는 기판에서의 구멍 없이, 제조될 수 있기 때문이다.

공지의 터치 스위치는 일반적으로 하나 이상의 전극을 갖는 터치 패드를 포함한다. 터치 패드는 종종 복잡하고 또한 터치 패드로부터 멀리 떨어져 있는 제어 또는 인터페이스 회로와 통신한다. 통상, 터치 패드를 구성하는 전극들 중 하나 이상에 신호가 제공되어, 영향을 받는 전극 주위에 전계를 생성한다. 제어/인터페이스 회로는 전계에 대한 외란을 검출하고 피제어 장치에서 사용하기 위한 응답이 발생되게 한다.

터치 스위치가 기계적 스위치와 연관된 많은 문제점들을 해결하지만, 공지의 터치 스위치 설계가 완벽하지는 않다. 예를 들어, 많은 공지의 터치 스위치는 수분 또는 다른 액체 등의 오염물질이 기판 상에 존재하는 경우 오동작을 할 수 있다. 오염물질은 터치 패드 주위에 생성된 전계에 대해 도체로서 동작할 수 있어, 의도하지 않은 스위치 작동을 야기할 수 있다. 이것은 부엌 및 어떤 공장 환경 등의 이러한 오염물질이 흔하게 발견되는 장소에서 문제점을 나타낸다.

기존의 터치 스위치 설계는 크로스토크(crosstalk)와 연관된 문제점, 즉 인접한 터치 패드들 주위의 전계 간의 간섭을 겪을 수 있다. 크로스토크는 잘못된 터치 스위치가 작동되게 할 수 있거나 단일의 터치 패드에 근접한 터치에 의해 2개의 스위치가 동시에 작동되게 할 수 있다.

많은 공지의 터치 스위치 설계는 또한 터치 패드 자체에 영향을 미치는 전기 노이즈나 다른 간섭, 또는 터치 패드로부터 그의 연관된 제어 회로로 뻗어 있는 리드(lead)로 인한 의도하지 않은 작동에 취약하다. 이 문제는, 종래의 터치 스위치 설계의 경우에 종종 그런 것처럼, 터치 패드가 제어 회로부터 비교적 멀리 떨어져 있는 응용에서 악화될 수 있다.

기존의 터치 스위치 설계는, 그 스위치가 제어하는 장치와 인터페이스하기 위해, 통상 복잡한 제어 회로를 필요로 한다. 이들 제어 회로는 회로 기판 상의 상당한 공간을 차지하는 다수의 개별 부품으로 이루어져 있을 가능성이 있다. 그의 물리적 크기로 인해, 제어 회로는 일반적으로 터치 패드 자체로부터 상당히 떨어져 위치해 있다. 제어/인터페이스 회로의 물리적 크기 및 이들이 터치 패드로부터 멀리 떨어져 있음이, 크로스토크 그리고 전기 노이즈 및 간섭에의 취약성 등 의, 상기한 문제점들 중 많은 것을 악화시킬 수 있다. 크기 및 멀리 떨어져 있음은 또한 전체적인 터치 스위치 패널 설계를 복잡하게 만들고, 그 결과 생산 비용 및 복잡성의 증가를 가져온다.

어떤 공지의 터치 스위치 설계는 터치 패드로부터 인터페이스/제어 회로로 또는 피제어 장치로의 별도의 접지 리드(grounding lead)를 필요로 한다. 종래의 기계적 스위치를 이용하는 어떤 장치는 이러한 접지 리드를 필요로 하지 않으며 또한 용이하게 수용할 수 없다. 이러한 장치를 이러한 터치 스위치에서 사용하는 데 적합하게 하는 것은 특별한 접지 설비의 제공을 필요로 할 수 있으며, 따라서 설계 및 생산 시간, 복잡성, 및 비용을 증가시킬 수 있다. 이들 접지 리드 요건은 종래의 기계적 스위치 패널의 터치 스위치 패널로의 간단하고 직접적인 교체를 방해할 수 있다.

터치 스위치 설계에서의 최근의 개선은 터치 스위치 자체의 입력 및 출력 임피던스를 낮춤으로써 터치 스위치가 오염물질 및 외부 노이즈 소스로 인한 오작동에 거의 영향을 받지 않도록 만드는 기술을 포함한다. 미국 특허 제5,594,222호는 많은 이전의 설계보다 오염물질 및 전기 노이즈의 존재 시에 오작동에 덜 취약한 저임피던스 터치 스위치 설계에 대해 기술하고 있다. 이 방식이 종래 기술보다 몇가지 이점을 가지고 있지만, 그의 응용을 제한하는 어떤 속성이 있다. 예를 들어, 그 결과 얻어지는 터치 스위치는 온도 변동에 민감할 수 있다. 출력에서의 온도 변동이 적법한 신호 변화에 대해 작고 또한 트랜지스터 변동에 의해 야기되는 신호 변동에 대해 작은 한, 단일의 트랜지스터 또는 다른 증폭 장치로 아주 만족할만하 다. 그렇지만, 이 기술은 피제어 장치와 인터페이스하기 위해 부가적인 회로의 사용을 필요로 할 수 있으며, 따라서 전체적인 터치 스위치 설계에 대한 비용 및 복잡도를 증가시킬 수 있다. 보상을 고려하기 위한 동적 범위가 거의 없고 또한 적법한 신호 변화에 대해 온도 변화가 상당한 응용에서, 다른 방식이 온도의 영향을 더 잘 제거 또는 감소시킬 수 있다.

또한, 이 기술의 저임피던스 방식이 어떤 유한의 임피던스를 갖는 오염물질과 어떤 유한의 임피던스를 갖는 사람의 터치 간을 구별할 수 있지만, 이 기술은 극히 낮은 레벨의 임피던스 간을 구별하기에 충분하지 않을 수 있다. 터치 스위치 전체(즉, 내부 및 외부 전극 둘다)가 다량의 오염물질로 덮여 있을 때 이러한 상황이 존재할 수 있다. 금속 팬(metal pan) 등의 전도성 물질이 터치 스위치를 완전히 덮고 있을 때 유사한, 본질적으로 0-임피던스의 상황이 존재할 수 있다.

본 출원과 동일 양수인에게 양도된 미국 특허 제6,310,611호(여기에 인용함으로써 그 개시 내용이 본 명세서에 포함됨)는 터치 스위치에 영향을 미치는 공통 모드 외란(common mode disturbance)에 관련된 문제점 중 다수를 해결하는 차분 측정 회로(differential measuring circuit)를 갖는 터치 스위치 장치를 개시하고 있다. 예를 들어, 2-전극 터치 패드를 갖는 터치 스위치는 각각의 전극 주위에 전계를 발생하도록 구성될 수 있다. 양쪽 전극을 거의 덮고 있는 오염물질 등의 공통 모드 외란은 각각의 전극 주위의 전계에 거의 똑같이 영향을 줄 가능성이 있다. 각각의 전극은 외란에 비례하는 신호를 차분 측정 회로에 제공한다. 따라서, 전극으로부터의 신호가 거의 같도록 계획되어 있기 때문에, 차분 측정 회로는 차분을 감지하지 않으며 공통 모드 외란에 반응하지 않는다. 반면에, 전극들 중 단지 하나의 전극 주위의 전계가 교란되는 경우, 그 전극에 의해 차분 측정 회로에 제공되는 신호는 다른쪽의 영향을 받지 않는 전극에 의해 제공되는 것과 실질적으로 다를 가능성이 있다. 이 차분 회로는 제1 및 제2 전극에서의 서로 다른 정도의 자극에 기초한 출력을 제공하는 것으로 반응할 수 있으며, 이는 전극의 특정의 자극 상태에 기초한 스위치 작동을 야기할 수 있거나 전극에서의 많은 자극 상태에 기초한 정보를 제공할 수 있다.

차분 측정 회로 방식이 종래 기술에서 알려진 많은 문제점들을 해소하지만, 이는 비교적 복잡하고 그를 설계 및 제조하는 데 비용이 많이 들 수 있다. 차분 측정 회로는 일반적으로 종래의 제어 회로보다 더 많은 부품을 포함한다. 부가의 부품은 터치 스위치 패널 상의 더 많은 공간을 차지할 가능성이 있다. 그 자체로서, 제어 회로는 비차분 회로 설계에서 있을 수 있는 것보다 터치 패드로부터 훨씬 더 멀리 있을 가능성이 있으며, 터치 패드와 그의 제어 회로 간에 긴 리드를 필요로 한다. 이것은 실제로 전기 간섭에 관련된 걱정을 심화시킬 수 있다. 게다가, 차분 측정 회로를 제조할 때, 구성요소의 정합이 중요하게 된다. 적절한 구성요소 정합은 부가적인 제조 부담을 주며 비용을 증가시킬 가능성이 있다. 또한, 차분 감지 기술을 사용할 때, 그 결과 신호는 전극의 절대 신호 변화의 동적 범위에 비해 비교적 작으며, 저임피던스 응용에서 특히 그렇다. 따라서, 그 결과 신호는 노이즈 및 다른 환경적 영향에 의해 영향을 받을 수 있다. 차분 신호의 적절한 버퍼링은 일반적으로 스위치 또는 버퍼를 구성하기 위해 부가적인 구성요소의 사용을 필요로 한다. 게다가, 펄스 신호 등의 자극이 리모콘 신호로부터 가해질 때, 펄스 신호가 영향을 받을 수 있다. 펄스 발생 회로 등의 자극 발생 회로는 일반적으로 많은 구성요소를 필요로 하며 감지 전극을 방해할 수 있는 물리적 공간을 차지한다. 따라서, 신호 발생 회로는, 감지 전극에 부적절하게 영향을 주거나 바이어스할 수 있는 물리적 공간을 차지하는 경우, 물리적으로 감지 전극으로부터 떨어져 위치될 필요가 있으며, 이는 센서의 신호대 잡음비 성능을 효과적으로 감소시킨다.

상기한 개선이 스위치 간의 크로스토크 및 스위치의 제어 회로에 대한 전기적 간섭의 영향의 결과인 의도하지 않은 스위치 작동을 감소시킬 수 있지만, 이 개선이 이들 문제점을 완전히 제거하지는 않는다. 또한, 이들 개선은 어떤 터치 스위치 응용에서의 별도의 접지 회로의 필요성을 해소하거나 그와 연관된 걱정을 해결하지 않는다. 게다가, 가능한 한 작은 물리적 구조 형태를 사용하여 상기한 특징이 구현될 수 있다면 유리할 것이다.

일반적으로, 전계 효과 센서의 작동은, 예를 들어 기계적 푸시 버튼, 토글, 또는 회전 스위치에서와 같이, 사용자에 의한 힘의 인가나 구조적 부재의 물리적 변위를 필요로 하지 않는다. 이것이 많은 응용에서 바람직한 속성이지만, 다른 응용에서는, 스위치가 상태를 변경했다는 물리적 인지를 사용자에게 주기 위해, 사용자가 힘을 인가하거나 스위치 부재를 물리적으로 변위시키는 것이 바람직할 수 있다. 어떤 응용에서, 종래의 기계적 스위치의 기계적 느낌을 유지하면서 전계 효과 센서에 의해 제공되는 이점을 갖는 스위칭 메카니즘을 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명은 터치 패드 및 터치 패드 근처에 위치하는 제어 회로를 포함하는 터치 스위치 장치를 제공한다. 터치 패드 및 제어 회로는 유전체 기판 상에 탑재될 수 있다. 제어 회로는 장치의 전체 크기에 비해 작다. 양호한 실시예에서, 제어 회로는 실질적으로 하나 이상의 집적 회로로 축소된다. 집적 회로 구현에서의 제어 회로의 물리적 축소는 공통 모드 간섭에 대한 또한 크로스토크와 인접한 터치 스위치들 간의 간섭에 대한 터치 스위치의 취약성을 감소시킨다. 집적 회로 방식은 또한 제어 회로 구성요소의 더 나은 정합(matching) 및 균형(balancing)을 제공한다.

본 발명의 터치 스위치는 다양한 양호한 실시예로 구성될 수 있다. 어떤 실시예에서, 터치 스위치는 종래의 접촉-유지형(maintained-contact type) 기계적 스위치를 모방할 수 있다. 다른 실시예에서, 터치 스위치는 순간 접촉형(momentary-contact type) 기계적 스위치를 모방할 수 있다. 또한, 다른 실시예에서, 터치 스위치는 감지 전극에서의 감지에 대해 다수의 출력을 제공할 수 있다.

양호한 실시예에서, 터치 패드는 제1 전극 및 제1 전극에 근접한 제2 전극을 갖는다. 전극들 중 적어도 하나는 국부 제어 회로(local control circuit)에 전기적으로 연결되어 있다. 제1 및 제2 전극과 국부 제어 회로는 일반적으로, 터치 표면으로서 사용될 기판의 측면의 반대쪽에 있는, 기판의 동일 표면 상에 배치되어 있다. 그렇지만, 이들이 동일 평면에 있을 필요는 없으며, 기판의 반대쪽 측면 상에 배치될 수 있다.

대안의 실시예에서, 터치 패드는 국부 제어 회로에 전기적으로 연결되어 있는 단일의 전극을 갖는다. 다른 대안의 실시예에서, 터치 패드는 3개 이상의 전극을 가질 수 있다.

양호한 실시예에서, 제어 회로는 신호를 발생하고 터치 패드를 구성하는 전극들 중 하나 이상 주위에 전계를 생성하기 위해 이 신호를 터치 패드에 제공하는 수단을 포함한다. 다른 대안으로서, 이러한 신호는 다른 곳에서 발생되고 전극들 중 하나 이상에 제공되어 그 주위에 하나 이상의 전계를 생성할 수 있다. 제어 회로는, 사용자의 손가락 끝이 터치 스위치에 인접한 전극에 접촉하거나 그에 근접하는 것 등의, 전계에 대한 외란에 응답하여 전계에 대한 외란을 검출한다. 제어 회로는, 가전 제품 또는 산업용 기계 등의 피제어 회로에서 사용하기 위한 제어 신호를 발생함으로써, 이러한 전계 외란에 선택적으로 응답한다.

양호한 실시예에서, 제어 회로는 제1 전극, 제2 전극, 또는 둘다에 근접한 자극의 유입에 응답하여 제1 전극과 제2 전극 사이의 전위차를 검출하고 그에 반응을 한다. 이러한 차분 검출 회로는 온도, 전기 노이즈, 전력 공급 변동, 및 다른 입력 등의 공통 모드 신호(즉, 양쪽 전극에 거의 똑같이 영향을 주는 경향이 있는 신호)의 차단을 제공한다. 차분 측정 회로는 또한 터치 스위치에 인접한 기판에 오염물질이 달라붙는 것으로 인해 발생되는 공통 모드 신호의 차단을 제공한다.

양호한 실시예에서, 제1 전극 및 제2 전극에 신호가 인가된다. 이 신호는 제어 회로 내로부터 또는 다른 곳으로부터 발생될 수 있다. 각각의 전극에서 전위가 나타나고, 그 결과 전극들 각각 주위에 전계가 발생된다. 차분 측정 회로에 2개의 정합된 트랜지스터가 배열되어 있으며, 제1 트랜지스터는 제1 전극에 연결되어 있고, 제2 트랜지스터는 제2 전극에 연결되어 있다. 각각의 트랜지스터의 출력은 피크 검출기 회로에 연결되어 있고, 각각의 피크 검출기 회로의 출력은 차례로 결정 회로에 제공된다.

각각의 트랜지스터의 출력은, 사용자가 전극을 터치하거나 그에 근접할 때와 같이, 그의 대응하는 전극 주위의 전계가 변경될 때 변경된다. 피크 검출기 회로는 트랜지스터의 출력의 변화에 응답하고 트랜지스터로부터의 피크 전위에 대응하는 신호를 결정 회로에 제공한다. 결정 회로는 미리 정해진 방식으로 피크 전위를 사용하여 제어 회로의 다른 부분에서 사용하기 위한 출력을 제공한다.

양호한 실시예에서, 제1 전극 주위의 전계에 대한 외란이 제2 전극 주위의 전계의 외란의 정도보다 더 클 때, 결정 회로가 하이 레벨 출력을 제공하도록, 내부 및 외부 전극은 결정 회로에의 입력과 연관되어 동작한다. 이와 반대로, 제2 전극 주위의 전계에 대한 외란이 제1 전극 주위의 전계의 외란의 정도보다 클 때, 결정 회로는 로우 레벨 출력을 제공한다. 양쪽 전극 주위의 전계가 얼마간 똑같이 교란될 때, 결정 회로는 로우 레벨 출력을 제공한다.

예를 들어, 손가락 끝이 제1 전극을 거의 덮고 있지만 제2 전극을 덮고 있지 않을 때, 제1 조건이 야기될 수 있다. 예를 들어, 손가락 끝 또는 오염물질이 제2 전극을 거의 덮고 있지만 제1 전극을 덮고 있지 않을 때, 제2 조건이 야기될 수 있다. 예를 들어, 오염물질이나, 금속 팬 등의 물체가 제1 및 제2 전극 둘다를 덮고 있을 때, 제3 조건이 야기될 수 있다.

결정 회로 출력은, 결정 회로 출력 상태에 따라 제어 신호가 제어 회로로부터 선택적으로 출력되게 해주는 전기 래치(electrical latch) 등의 다른 회로 구성요소에 제공된다. 양호한 실시예에서, 결정 회로로부터의 하이 레벨 출력은 궁극적으로 제어 신호가 제어 회로로부터 출력되게 하는 반면, 로우 레벨 출력에 응답해서는 아무런 제어 신호도 출력되지 않는다. 대안적인 실시예에서, 결정 회로로부터의 로우 레벨 출력은 제어 신호가 제어 회로로부터 출력되게 하는 반면, 하이 레벨 출력에 응답해서는 아무런 제어 신호도 출력되지 않는다.

본 발명의 터치 스위치 장치는, 장치를 켜거나 끄는 것, 온도를 조절하는 것, 또는 클럭이나 타이머를 설정하는 것 등의, 기계적 스위치에 의해 수행될 수 있는 거의 모든 기능을 수행하는 데 사용될 수 있다. 본 발명의 터치 스위치 장치는 기존의 터치 스위치 대신에 사용될 수 있으며 또한 그와 연관된 문제점을 해결할 수 있다. 본 발명의 터치 스위치 장치는 또한 기계적 멤브레인 유형(mechanical membrane-type) 스위치에 대한 직접적인 대체물로서 사용될 수 있다. 본 발명의 터치 스위치 장치는 온도 변동이 극심하거나, 상당량의 오염물질이 존재할 수 있거나 또는 터치 패드 상에 또는 그 위쪽에 금속 물체가 배치될 수 있는 환경에서 사용하기에 아주 적합하다.

본 발명은 터치 패드 전극과 논리 및 결정 회로 사이에서 신호를 보다 효과적으로 전달하기 위한 입력 회로 부분을 제공한다. 양호한 실시예에서, 제어 회로의 이들 입력 부분은 고주파 천이 펄스를 DC 신호로 변환하기 위해 여러가지 구성으로 능동 장치 및 피크 검출 회로를 포함한다. 이들 실시예는 보다 복잡한 AC 처리 회로의 필요성을 없애줄 수 있으며 또한 터치 스위치 어셈블리의 집적 회로의 크기 및 비용을 감소시키는 DC 처리 회로의 사용을 가능하게 해줄 수 있다. 또한, 이들 양호한 실시예는, 입력 전극에서의 전계에 대응하는 피크 검출 회로와 연관된 전계를 방전시킬 수 있다.

다른 양호한 실시예에서, 본딩 패드(bonding pad) 및 와이어 본딩(wire bonding) 구성에 의해 야기되는 누설 커패시턴스의 부정적인 영향이 상기한 제어 회로의 입력 부분에 스왐핑 커패시턴스(swamping capacitance)를 포함시킴으로써 보상된다. 본 발명의 이들 실시예에 따른 스왐핑은 누설 커패시턴스에 의해 야기되는 차분 측정 회로에서의 불균형을 없애줄 수 있으며 또한 그에 의해 보다 일관성있는 전기 정보가 결정 회로에 들어가게 해줄 수 있다.

다른 양호한 실시예에서, 터치 패드의 입력 전극의 때때로 높은 정전 전위(electrostatic potential) 및 누설 전류에 의해 야기되는 손상으로부터 제어 회로를 보호하는 것은 제어 회로의 입력 부분에 있는 능동 차단 장치 구성(active blocking device configuration)에 의해 제공된다.

다른 양호한 실시예는 높은 노이즈 및 다른 환경에서 통계적 필터링 및 샘플링을 제공할 수 있다. 또한, 다른 양호한 실시예는 차분 측정 기술을 사용하여 결정 회로로 전송되는 입력 신호의 선형화(linearization)를 제공한다.

본 발명은 또한, 멤브레인 및 다른 기계적 스위치를 터치 감지 스위치로 직접 대체하는 것을 용이하게 해주는 듀얼 연결 래치 회로(dual connection latch circuit)를 제공한다. 양호한 실시예에서, 이 래치 회로 구성은 터치 스위치 어셈블리의 제어 및 집적 회로를 제조하는 데 사용되는 도핑된 기판으로부터 나타나는 내재된 누설 전류 경로로부터의 분리를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 목적은 본 발명에 의해 이용되는 회로의 입력 구성의 이점을 이용하는 아날로그 출력을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 용량성 입력(capacitive input)을 감지하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 또한 터치 스위치에 대한 실제 응용에 관한 것이다. 본 명세서에 기술된 터치 스위치가 본 명세서에 기술된 응용 중 많은 것과 관련하여 특히 적합하지만, 다른 터치 스위치 및 센서, 예를 들어, 미국 특허 제5,594,222호 및 제6,310,611호(이들은 여기에 인용함으로써 그 개시 내용이 본 명세서에 포함됨)에 개시된 용량성 센서 및 전계 효과 센서도 역시 이러한 응용에서 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 터치 스위치의 양호한 실시예의 구성요소의 사시도.

도 2는 본 발명의 2-전극 터치 패드 및 집적 회로 칩의 단면도.

도 3은 본 발명의 터치 스위치 장치의 실시예의 평면도.

도 4는 양호한 동작 모드에 대해 구성된 터치 스위치 제어 회로를 개략적으로 나타낸 회로도.

도 5는 대안의 양호한 동작 모드에 대해 구성된 터치 스위치 제어 회로를 개략적으로 나타낸 회로도.

도 6은 다른 대안의 양호한 동작 모드에 대해 구성된 터치 스위치 제어 회로를 개략적으로 나타낸 회로도.

도 7은 또다른 대안의 양호한 동작 모드에 대해 구성된 터치 스위치 제어 회 로를 개략적으로 나타낸 회로도.

도 8은 본 발명의 터치 패드의 대안의 실시예의 단면도.

도 9는 본 발명의 터치 패드의 다른 대안의 실시예의 단면도.

도 10은 매트릭스 형태로 복수의 터치 스위치를 사용하는 터치 스위치 패널의 실시예의 개략도.

도 11a 내지 도 11d는 도 4 내지 도 7에 나타낸 회로와 부합하는 터치 스위치 제어 회로에 대한 입력 회로를 개략적으로 나타낸 회로도.

도 12a 내지 도 12h는 능동 장치가 전류원으로서 기능하는, 도 11a 내지 도 11d의 터치 스위치 제어 회로에 대한 입력 회로를 개략적으로 나타낸 회로도.

도 13a 내지 도 13h는 다른 조합의 능동 장치를 갖는 도 12a 내지 도 12h의 터치 스위치 제어 회로에 대한 입력 회로를 개략적으로 나타낸 회로도.

도 14a 내지 도 14d는 능동 제곱근 추출 장치(active square root extraction device)를 갖는 도 11a 내지 도 11d의 터치 스위치 제어 회로에 대한 입력 회로를 개략적으로 나타낸 회로도.

도 15a 내지 도 15d는 다른 능동 제곱근 추출 장치(active square root extraction device)를 갖는 도 14a 내지 도 14d의 터치 스위치 제어 회로에 대한 입력 회로를 개략적으로 나타낸 회로도.

도 16은 커패시터에 의해 제공되는 스왐핑 커패시턴스(swamping capacitance)를 갖는 도 15a의 터치 스위치 제어 회로에 대한 입력 회로를 개략적으로 나타낸 회로도.

도 17a는 스왐핑 커패시턴스가 입력에서의 다이오드의 공핍 커패시턴스(depletion capacitance)에 의해 제공되는, 도 16의 터치 스위치 제어 회로에 대한 입력 회로를 개략적으로 나타낸 회로도.

도 17b는 전극이 집적 회로에 근접해 있는 한가지 가능한 구성을 보여주는 터치 스위치 어셈블리를 나타낸 도면.

도 18a는 입력 회로에서 직접 네거티브 피드백을 제공하는 구성을 나타낸 도면.

도 18b는 전단부 스왐핑 커패시턴스를 갖는 공통 게이트 구성을 나타내고 또한 입력 구성이 이전의 도면들 전부에 도시된 공통 소스 구성과 어떻게 다를 수 있는지를 나타낸 도면.

도 18c는 공핍 다이오드를 갖는 도 18b의 구성을 나타낸 도면.

도 18d는 단일 전극 형식으로 되어 있고 또한 2개의 스왐핑 커패시터를 이용하는 도 18b의 구성을 나타내고 또한 비용 효율적인 집적 회로 정합을 나타낸 도면.

도 18e는 공핍 다이오드를 갖는 도 18d의 구성을 나타낸 도면.

도 19는 터치 스위치 제어 회로의 집적 회로에 대한 출력 회로를 개략적으로 나타낸 회로도.

도 20a 내지 도 20d는 여러가지 동작 모드에서 사용하기 위한 터치 셀 매트릭스(touch cell matrix)의 개략도.

도 21a 내지 도 21f는 MOSFET 차단 장치(blocking device)의 개략도.

도 22는 멤브레인 매트릭스(matrix of membrane) 또는 다른 기계적 스위치와 그에 대한 어드레싱 및 타이밍을 구성하는 한 방식의 개략도.

도 23은 스위치가 매트릭스 구성의 어드레스 라인에 2개의 연결을 갖는 터치 스위치 어셈블리인 도 22의 개략도.

도 24a 및 도 24b는 터치 스위치 제어 회로와 통신하는 도 9에 나타낸 출력 회로의 어떤 특징을 개략적으로 나타낸 회로도.

도 25a는 본 발명에 따른 래치 회로를 구성하는 능동 장치의 가능한 구성을 나타낸 도면.

도 25b 및 도 25c는 본 발명에 따른 래치 회로의 개략도.

도 26a 내지 도 26c는 도 26d에 나타낸 회로가 2개의 전극 간의 거리의 변화로 인해 변하는 2개의 전극 간의 커패시턴스에 반응할 수 있는 본 발명의 집적 회로에서 사용하기 위한 용량성 스위치 장치를 나타낸 도면.

도 26d는 도 26a 내지 도 26c를 참조하여 기술된 응용에서 사용하기 위한 본 발명에 따른 회로를 나타낸 도면.

도 27a 내지 도 27d는 도 27e에 나타낸 회로가 전극의 상대 유전 상수의 변화에 반응할 수 있는 본 발명의 집적 회로에서 사용하기 위한 액체 감지 용량성 스위치 장치를 나타낸 도면.

도 27e는 도 27a 내지 도 27d를 참조하여 기술되는 응용에서 사용하기 위한 본 발명에 따른 회로를 나타낸 도면.

도 28a 및 도 28b는 도 28c의 회로가 하나의 전극의 표면적의 유효 변 화(effective change)로 인해 변하는 2개의 전극 간의 커패시턴스에 반응할 수 있는 본 발명의 집적 회로에서 사용하기 위한 용량성 스위치 장치를 나타낸 도면.

도 28c는 도 28a 및 도 28b를 참조하여 기술된 응용에서 사용하기 위한 본 발명에 따른 회로를 나타낸 도면.

도 29a 내지 도 29g는 본 발명의 집적 회로에서 사용하기 위한 다이얼링 장치로서 기능할 수 있는 용량성 스위치 장치를 나타낸 도면(도 29a 내지 도 29d는 여러가지 입력 스테이지에서의 장치의 전극 구성을 나타낸 것이고, 도 29e 및 도 29f는 장치의 2가지 유형의 회전의 펄스 출력을 나타낸 것이며, 도 29g는 도 29a 내지 도 29d에 나타낸 장치에서 사용하기 위한 가능한 집적 회로 구성을 나타냄).

도 30의 (A) 내지 도 30e는 전극이 사용자에 의해 접지되어 있는 본 발명의 집적 회로에서 사용하기 위한 다른 유형의 용량성 스위치 다이얼 장치를 나타낸 도면.

도 30f 및 도 30g는 장치의 2가지 유형의 회전의 펄스 출력을 나타낸 도면.

도 30h는 도 30의 (A) 내지 도 30e의 장치와 그 장치에서 사용하기 위한 집적 회로 간의 입력 연결을 개략적으로 나타낸 도면.

도 31a 내지 도 31f는 집적 제어 회로가 기판 상에 2x2 매트릭스 조립되어 있는 터치 스위치의 개별적인 층 및 구성을 나타낸 도면.

도 32는 AC 입력 및 낮은 전류를 사용하는 본 발명의 집적 회로의 실시예를 나타낸 도면.

도 33a는 아날로그 출력을 갖는 전계 감지 응용에서 사용하기 위한 본 발명 의 집적 회로의 실시예의 입력 및 다른 부분을 나타낸 도면.

도 33b 및 도 33c는 도 33a에 나타낸 집적 회로에 대한 타이밍도.

도 34는 아날로그 출력 센서의 매트릭스를 나타낸 도면.

도 35a는 본 발명에 따른 푸시 버튼 스위치 에뮬레이션의 실시예의 측입면도.

도 35b는 본 발명에 따른 푸시 버튼 스위치 에뮬레이션의 실시예의 하부 평면도.

도 35c는 본 발명에 따른 푸시 버튼 스위치 에뮬레이션의 대안의 실시예의 측입면도.

도 35d는 본 발명에 따른 푸시 버튼 스위치 에뮬레이션의 다른 대안의 실시예의 측입면도.

도 35e는 본 발명에 따른 푸시 버튼 스위치 에뮬레이션의 또다른 대안의 실시예의 하부 평면도.

도 36a는 본 발명에 따른 토글 스위치 에뮬레이션의 실시예의 측입면도.

도 36b는 본 발명에 따른 토글 스위치 에뮬레이션의 실시예의 측입면도.

도 36c는 본 발명에 따른 토글 스위치 에뮬레이션의 실시예의 하부 평면도.

도 36d는 본 발명에 따른 토글 스위치 에뮬레이션의 대안의 실시예의 측입면도.

도 37a는 본 발명에 따른 회전 스위치 에뮬레이션의 측입면도.

도 37b는 본 발명에 따른 회전 스위치 에뮬레이션의 일부분의 실시예의 하부 평면도.

도 37c는 본 발명에 따른 회전 스위치 에뮬레이션의 실시예의 다른 일부분의 하부 평면도.

도 37d는 본 발명에 따른 회전 스위치 에뮬레이션의 실시예의 다른 일부분의 하부 평면도.

도 37e는 본 발명에 따른 회전 스위치 에뮬레이션의 실시예에 대한 타이밍 차트.

도 37f는 본 발명에 따른 회전 스위치 에뮬레이션의 대안의 실시예의 측입면도.

도 37g는 본 발명에 따른 회전 스위치 에뮬레이션의 다른 대안의 실시예의 측입면도.

도 37h는 본 발명에 따른 회전 스위치 에뮬레이션의 또다른 대안의 실시예의 측입면도.

도 37i는 본 발명에 따른 회전 스위치 에뮬레이션의 또다른 대안의 실시예의 일부분의 상부 평면도.

도 38a는 본 발명에 따른 회전 스위치 에뮬레이션의 다른 대안의 실시예의 측입면도.

도 38b는 본 발명에 따른 회전 스위치 에뮬레이션의 다른 대안의 실시예의 상부 평면도.

도 38c는 본 발명에 따른 회전 스위치 에뮬레이션의 다른 대안의 실시예의 일부분의 하부 평면도.

도 38d는 본 발명에 따른 회전 스위치 에뮬레이션의 다른 대안의 실시예의 일부분의 부분 단면도.

도 39a는 본 발명에 따른 회전 스위치 에뮬레이션 및/또는 각위치 센서(angular position sensor)의 실시예의 측입면도 및 그와 관련하여 사용하기 위한 전극 구조의 개략도.

도 39b는 도 39a에 나타낸 실시예와 관련하여 사용하기 위한 대안의 전극 구조의 개략도.

도 40은 본 발명에 따른 회전 스위치 에뮬레이션의 또다른 대안의 실시예의 측입면도.

도 41a는 본 발명에 따른 로커 스위치 에뮬레이션(rocker switch emulation)의 실시예의 측입면도.

도 41b는 본 발명에 따른 로커 스위치 에뮬레이션의 대안의 실시예의 측입면도.

도 41c는 본 발명에 따른 로커 스위치 에뮬레이션의 다른 대안의 실시예의 측입면도.

도 42a는 본 발명에 따른 슬라이드 스위치 에뮬레이션(slide switch emulation)의 실시예의 측입면도.

도 42b는 본 발명에 따른 슬라이드 스위치 에뮬레이션의 대안의 실시예의 측입면도.

도 42c는 본 발명에 따른 슬라이드 스위치 에뮬레이션의 다른 대안의 실시예의 측입면도.

도 42d는 본 발명에 따른 회전 스위치 에뮬레이션의 대안의 실시예의 사시도.

도 42e는 본 발명에 따른 x-y 위치 센서의 상부 평면도.

도 43은 본 발명에 따른 볼 스위치 에뮬레이션의 실시예의 측입면도.

도 44는 본 발명의 원리를 구현하는 쓰로틀 제어(throttle control) 및 관련 센서를 나타낸 도면.

도 45a는 본 발명에 따른 타이어 압력 감지 장치의 사시도.

도 45b는 본 발명에 따른 타이어 압력 감지 장치의 측입면도.

도 46은 본 발명에 따른 중량 및 위치 센서를 포함하는 자동차 시트의 측입면도.

본 발명의 여러가지 특징, 이점 및 다른 사용이 이하의 상세한 설명 및 도면을 참조하면 더 자명하게 될 것이다.

미국 특허 제5,594,222호, 제5,856,646호, 제6,310,611호, 제6,320,282호, 제6,713,897호, 및 제6,897,390호, 미국 특허 출원 제10/271,933호(발명의 명칭이 "지능적 쉘빙 시스템(Intelligent Shelving System)"임), 제10/272,047호(발명의 명칭이 "통합된 장식을 갖는 터치 센서(Touch Sensor with Integrated Decoration)"임), 및 제10/850,272호(발명의 명칭이 "통합된 터치 센서 및 조명 장 치(Integrated Touch Sensor and Light Apparatus)"임)(이들 모두는 2002년 10월 15일자로 출원되고 또한 이들 모두는 본 발명의 양수인에게 양도되었음)의 개시 내용은 여기에 인용함으로써 본 명세서에 포함된다.

본 발명은 하나 이상의 전극을 갖는 터치 패드 및 제어 회로를 포함하는 터치 스위치 장치에 관한 것이다. 제어 회로를 나타내는 도면들 중 다수는 명백함을 위해 이 회로를 터치 패드와 관련하여 크게 도시하고 있다. 그렇지만, 일반적인 응용에서, 제어 회로는 터치 패드에 비해 작을 수 있으며, 양호하게는 하나 이상의 집적 회로 칩의 형태로 되어 있다.

도 1은 본 발명의 터치 스위치 장치(20)의 한 양호한 실시예의 사시도이다. 터치 스위치 장치(20)는 터치 패드(22), 8개의 출력 단자(PIN1-PIN8)를 갖는 집적 회로(IC) 칩(26)을 포함하는 제어 회로(24), 및 제1 및 제2 저항(R1, R2)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 터치 패드(22)는 제1 전극(E1) 및 제2 전극(E2)을 포함하지만, 터치 패드는 또한 2개보다 더 많은 또는 더 적은 전극으로 이루어져 있을 수 있다. 제어 회로(24)가 개별적인 전자 부품을 사용하여 제조될 수 있지만, 제어 회로(24)를, IC 칩(26) 등의 단일의 집적 회로 칩에 구현하는 것이 바람직하다.

제어 회로(24)는, IC 칩(26)의 단자(PIN1-PIN8)를 거쳐, 제1 및 제2 저항(R1, R2), 제1 및 제2 전극(E1, E2), 및 원격 장치(도시 생략)로부터의 제어 및/또는 전원 신호를 공급하도록 구성되어 있는 입력 라인(30)에 전기적으로 연결되어 이들과 통신을 한다. 제어 회로(24)는 또한 제1 출력 라인(32)을 사용하여 원격 장치(도시 생략)와 통신을 한다. 어떤 실시예에서, 제2 출력 라인(34)도 원격 장 치(도시 생략)와의 통신을 위해 사용된다.

도 2는 터치 스위치 장치(20)를 구성하는 구성요소들이 전방 표면(36) 및 반대쪽에 있는 후방 표면(37)을 갖는 유전체 기판(35) 상에 탑재되어 있는 본 발명의 일반적인 터치 스위치(20)의 부분 단면도이다. 도시된 실시예에서, 제1 및 제2 전극(E1, E2)은 기판(35)의 후방 표면(37) 상에 탑재되어 있다. IC 칩(26)도 기판(35)의 후방 표면(37) 상에서 제1 및 제2 전극(E1, E2)에 근접하여 탑재되어 있다. 도 1 및 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 양호한 실시예에서, 제어 회로(24)를 포함하는 IC 칩(26)이 터치 패드(22)에 아주 근접하여 탑재되는 것이 생각된다.

기판(35)은 일반적으로, 유리, 플라스틱, 세라믹, 또는 임의의 다른 적당한 유전체 물질 등의 비교적 단단한 유전체 물질로 이루어져 있다. 그렇지만, 기판(35)은 또한, 가요성 물질을 비롯한 임의의 다른 적당한 유전체 물질을 포함할 수 있다. Consolidated Graphics No. HS-500, Type 561, Level 2, 0.005 인치 두께의 폴리에스테르 물질은 적당한 가요성 물질의 일례이다. 터치 스위치 장치 구성요소가 가요성 기판 상에 탑재되는 실시예에서, 그 다음에 가요성 캐리어(flexible carrier)가 다른, 일반적으로 보다 단단한 기판에 부착되는 경우가 많다.

양호한 실시예에서, 기판(35)은 약 3 mm의 균일한 두께를 갖는 유리로 이루어져 있다. 다른 실시예들에서, 기판(35)의 두께는, 사용되는 물질의 유형, 그의 기계적 및 전기적 특성, 그리고 특정의 응용에 요구되는 물리적 강도 및 전기적 감 도에 따라 변할 수 있다. 유리 및 플라스틱 기판의 최대 기능 두께(maximum functional thickness)는 몇 인치 정도이다. 그렇지만, 아주 실용적인 응용에서, 유리 기판은 두께가 약 1.1 mm 내지 약 5 mm의 범위에 있는 반면, 플라스틱 기판은 훨씬 더 얇을 수 있다.

양호한 실시예에서, 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 제2 전극(E2)은 실질적으로 제1 전극(E1)을 둘러싸고 있다. 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이에 공간(28)이 위치하고 있다. 제1 전극(E1)은, 사용자가 기판(35)의 전방 표면(36)의 대응하는 부분을 터치할 때, 사용자의 손가락 끝 또는 다른 사람의 부속기관으로 "덮여"질 수 있는 크기로 되어 있을 수 있다. 양호한 일 실시예에서, 제1 전극(E1)은 정사각형이고 제2 전극(E2)은 제1 전극(E1)의 주위에 그의 형상에 부합하게 정사각형 패턴으로 배열되어 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 터치 패드의 기하학적 형상이 제1 및 제2 전극(E1, E2)의 양호한 구성을 나타내고 있지만, 전극 구성이 아주 다양한 응용에 대응하기 위해 광범위하게 변할 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 예를 들어, 전극 크기, 형상 및 배치는 부속기관의 크기 또는 터치 스위치(20)를 작동시키기 위해 생각되는 다른 자극에 대응하기 위해 변동될 수 있다. 예를 들어, 특정의 응용에서는 손가락이 아니라 손이 터치 스위치(20)를 작동시키기 위한 자극을 제공해야만 할지도 모른다. 이러한 응용에서, 제1 및 제2 전극(E1, E2)은 훨씬 더 크고 또한 더 멀리 떨어져 있게 된다.

제1 전극(E1)은 직사각형, 사다리꼴, 원형, 타원형, 삼각형, 육각형, 및 팔 각형(이에 한정되지 않음)을 비롯한 임의의 수의 서로 다른 기하학적 형상을 가질 수 있다. 제1 전극(E1)의 형상에 상관없이, 제2 전극(E2)은 서로 떨어져 제1 전극(E1)을 적어도 부분적으로 둘러싸도록 구성될 수 있다. 그렇지만, 본 발명의 이점을 달성하기 위해 제2 전극(E2)이 제1 전극을 심지어 부분적으로도 둘러쌀 필요가 없다. 예를 들어, 제1 및 제2 전극(E1, E2)은, 도 3에 나타낸 바와 같이, 서로 인접해 있을 수 있다. 대안의 실시예에서, 제2 전극(E2)은 생략될 수 있다.

게다가, 전극 구성이 동일 평면에 있을 필요가 없고 구, 입방체 또는 다른 기하학적 형상에 부합하는 3차원일 수 있다. 이러한 설계 유연성은 본 발명이 다양한 형상 및 조성의 기판을 갖는 광범위한 응용에서 사용될 수 있게 해준다. 어떤 응용에서, 기판(35)(이 기판 상에 또는 그 내부에 터치 패드(22) 및 제어 회로(24)가 위치함)을 실제로 터치할 필요가 없을 수 있다. 예를 들어, 도 8은 제1 및 제2 전극(E1, E2)이 써머페인 창문(thermopane window)(110)의 제1 창유리(pane)의 외부 표면(113) 상에 탑재되어 있고 또한 윈도우의 반대쪽 창유리(112)의 외부 표면(114)에 근접하게 적당한 자극(115)를 가져가는 사용자에 의해 작동될 수 있는 터치 스위치 장치(20)를 나타낸 것이다.

상기한 바와 같이, 제1 및 제2 전극(E1, E2)은 동일 평면에 있을 필요가 없으며, 기판의 서로 다른 측면 또는 표면 상에 또는 완전히 서로 다른 기판 상에 탑재될 수 있다. 예를 들어, 도 9는 제1 전극(E1)이 기판(35)의 제1 표면(36) 상에 탑재되고 또한 제2 전극(E2) 및 IC 칩(26)이 기판(35)의 제2의 반대쪽 표면(37) 상에 탑재되어 있는 터치 스위치 장치(20)를 나타낸 것이다. 제1 및 제2 전극(E1, E2)이 기판의 동일 측면 상에 있는 응용에서, IC 칩(26)은 기판에서 전극과 동일 측면 상에 또는 기판의 다른 측면 상에 탑재될 수 있다. 제1 및 제2 전극이 기판의 서로 다른 표면 상에 또는 완전히 서로 다른 기판 상에 탑재되는 경우, IC 칩(26)은 전극과 동일한 표면 상에 또는 완전히 다른 표면 또는 기판 상에 탑재될 수 있다. 그렇지만, IC 칩(26)이 전극에 아주 근접하게 탑재되는 것이 바람직하다.

양호하게는, 제1 전극(E1)은 고체 도체이다. 그렇지만, 제1 전극(E1)은 또한 복수의 개구(aperture)를 가질 수 있거나 메쉬(mesh) 또는 그리드(grid) 패턴을 가질 수 있다. 어떤 실시예들에서, 제2 전극(E2)은 제1 전극(E1)을 부분적으로 둘러싸고 있는 좁은 리본의 형태를 가지게 된다. 제1 및 제2 전극(E1, E2)이 단지 서로에 인접해있기만 하는 경우 등의 다른 실시예에서, 제2 전극(E2)도 고체 도체일 수 있거나 메쉬 또는 그리드 패턴을 가질 수 있다.

제어 회로(24)는 많은 다른 방식으로 설계될 수 있고, AC, 주기적으로 변하는 DC(구형파 등), 연속적인 DC, 또는 기타 등의 다양한 전원과 함께 사용될 수 있다. 도 4 내지 도 7은 다양한 전원 공급 장치에서 다양한 동작 모드로 사용하기 위해 용이하게 개조될 수 있는 양호한 제어 회로 설계를 나타낸 것이다. 도 4 실시예는 차분 입력, 스트로브 동작 모드(differential input, strobed mode of operation)에서 구형파 DC 전원을 사용하고, 도 5 실시예는 차분 입력, 연속 DC 모드(differential input, continuous DC mode)에서 연속 DC 전원을 사용하며, 도 6은 단일 입력 스트로브 모드(single-ended input, strobed mode)에서 구형파 DC 전 원을 사용하고, 도 7은 단일 입력 연속 DC 모드(single-ended input, continuous DC mode)에서 연속 DC 전원을 사용한다.

도 4 내지 도 7로부터 제어 회로(24)가 여러가지 서로 다른 동작 모드에 맞게 용이하게 개조될 수 있다는 것을 명백할 것이다. 본 발명에 의해 가능하게 되는 설계 유연성을 설명하기 위해 상기한 4개의 동작 모드에 대해 상세히 기술한다. 그렇지만, 본 발명이 결코 이들 4개의 동작 모드로 한정되지 않는다는 것을 잘 알 것이다. 특정의 응용에서 사용되는 특정의 동작 모드 및 전원은 주로 피제어 장치의 요구사항 및 설계 사양(specification)에 달려 있다.

도 4 내지 도 7의 박스 영역(B1, B2)은 각각, 전극(E1, E2), 저항(R1, R2), 피제어 장치(도시 생략), 및 입력 및 출력 라인(30, 32) 등의, IC 칩(26) 상에 위치될 것으로 생각되는 구성요소와 IC 칩(26)으로부터 떨어져 위치되어 있는 구성요소 간의 경계를 나타낸다. 박스 영역(B1, B2) 외부에 있는 도 4 내지 도 7의 부분은 IC 칩(26) 상에 위치하는 것으로 생각되고, 4개의 도면 및 그 안에 도시된 동작 모드 전부에 대해 동일하다. 박스 영역(B6)은 제어 회로의 입력 부분을 포함한다. 박스 영역(B6) 내에 포함된 입력 부분의 여러가지 구성에 대해 이하에서 도 11a 내지 도 18e를 참조하여 기술한다.

도 4 내지 도 7은 기동 및 바이어스 섹션(40), 펄스 발생기 및 논리 섹션(50), 결정 회로 섹션(60), 및 자기-유지 래치(self-holding latch) 섹션(70)(이들의 기능에 대해 이하에서 설명함)을 포함하는 제어 회로(24)를 나타낸 것이다. 상기한 회로 섹션(40, 50, 60, 70) 각각은, 전자 집적 회로 설계 분야의 당업자라 면 잘 알 것인 바와 같이, 다수의 서로 다른 방식으로 설계될 수 있다.

제어 회로(24)는 제1, 제2 및 제3 트랜지스터(P1, P2, P3)를 포함한다. 본 명세서에 기술된 실시예에서, 트랜지스터(P1-P3)는 P-MOS 장치이지만, N-MOS 장치, 바이폴라 장치, 또는 다른 트랜지스터 유형도 역시 사용될 수 있다. 제어 회로(24)는 인버터(I1), 제1, 제2 및 제3 다이오드(D1-D3), 제1 및 제2 커패시터(C1, C2), 제1, 제2, 제3 및 제4 트랜지스터 스위치(SW1-SW4), 및 제3 및 제4 저항(R3, R4)을 포함한다. 제3 및 제4 저항(R3, R4)이 전류원 또는 능동 부하로 대체될 수 있다는 것을 잘 알 것이다.

도 4 내지 도 7에 나타낸 실시예들 각각에서, 제3 트랜지스터(P3)의 소스 단자(77)와, 기동 및 바이어스 섹션(40), 펄스 발생기 및 논리 섹션(50), 결정 회로(60), 및 자기-보유 래치 섹션(70)의 전원 입력 단자(41, 51, 61, 71)는 각각 IC 칩(26)의 단자(PIN8)에 전기적으로 연결되어 있다. 단자(PIN8)는 차례로 제어 회로(24) 전원 입력 라인(30)에 전기적으로 연결되고, 이 입력 라인(30)은 차례로 전원(25)에 전기적으로 연결되어 있다. 일반적으로, 전원(25)은 피제어 장치(도시 생략)에 위치되어 있다.

기동 및 바이어스 섹션(40)으로부터의 바이어싱 출력 단자(biasing output terminal)(43)는 제2 및 제4 트랜지스터 스위치(SW2, SW4)의 게이트 단자(G2, G4)에 각각 전기적으로 연결되어 있다. 양호한 실시예에서, 도 4 내지 도 7과 관련하여 본 명세서에 기술된 바와 같이, 제1 내지 제4 트랜지스터 스위치(SW1-SW4)는 N-MOS 장치이지만, 도 11a 내지 도 18e에 나타낸 바와 같이, 다른 트랜지스터 유형 및 조합도 사용될 수 있다.

기동 및 바이어스 섹션(40)으로부터의 전원-온 리셋 출력(power-on reset output)(44)은 펄스 발생기 및 논리 섹션(50)에서의 전원 온 리셋 입력(54)에 전기적으로 연결되어 있다. 기동 및 바이어스 섹션(40)의 전원 온 리셋 출력(44)은 또한 제1 및 제3 트랜지스터 스위치(SW1, SW3)의 게이트 단자(G1, G3)에 전기적으로 연결되어 있다.

기동 및 바이어스 섹션(40)으로부터의 내부 접지 참조 출력(internal ground reference output)(42)은 제1 및 제2 커패시터(C1, C2)의 로우 전위 플레이트(low potential plate)(102, 103)에, 제1 내지 제4 트랜지스터 스위치(SW1-SW4)의 소스 단자(S1, S2, S3, S4) 각각에, 펄스 발생기 및 논리 섹션(50)의 내부 접지 참조 출력(52)에, 결정 회로(60)의 내부 접지 참조 출력(62)에, 제3 다이오드(D3)의 애노드(98)에, 제3 및 제4 저항(R3, R4)의 로우 전위 단부(96, 97)에, 및 IC 칩(26)의 단자(PIN6)에 전기적으로 연결되어 있다. 이와 같이 기술된 노드는 이후부터 때때로 내부 접지 참조 CHIP VSS라고 한다.

펄스 발생기 및 논리 섹션(50)으로부터의 펄스 출력(53)은 제1 및 제2 트랜지스터(P1, P2)의 각자의 소스 단자(80, 81)에 또한 IC(26)의 단자(PIN2)에 전기적으로 연결되어 있다. 제1 트랜지스터(P1)의 게이트 단자(82)는 IC(26)의 단자(PIN1)에 전기적으로 연결되어 있다. 제2 트랜지스터(P2)의 게이트 단자(83)는 IC(26)의 단자(PIN2)에 전기적으로 연결되어 있다.

제1 트랜지스터(P1)의 드레인 단자(84)는 제1 다이오드(D1)의 애노드(90)에 또한 제3 저항(R3)의 하이 전위 단부(94)에 전기적으로 연결되어 있다. 제2 트랜지스터(P2)의 드레인 단자(85)는 제2 다이오드(D2)의 애노드(91)에 또한 제4 저항(R4)의 하이 전위 단부(95)에 전기적으로 연결되어 있다.

제1 다이오드(D1)의 캐소드(92)는 결정 회로(60)의 플러스 입력 단자(64)에, 제1 및 제2 트랜지스터 스위치(SW1, SW2)의 드레인 단자(86, 87)에, 또한 제1 커패시터(C1)의 하이 전위 플레이트(100)에 전기적으로 연결되어 있다. 제2 다이오드(D2)의 캐소드(93)는 결정 회로(60)의 마이너스 입력 단자(66)에, 제3 및 제4 트랜지스터 스위치(SW3, SW4)의 드레인 단자(88, 89)에, 또한 제2 커패시터(C2)의 하이 전위 플레이트(101)에 전기적으로 연결되어 있다.

결정 회로(60)의 논리 출력(63)은 인버터(I1)의 입력(75)에 또한 자기-보유 래치 섹션(70)의 래치 트리거 입력(73)에 전기적으로 연결되어 있다. 자기-보유 래치 섹션(70)의 출력(72)은 IC(26)의 단자(PIN4)에 전기적으로 연결되어 있다.

예시된 실시예에서, 결정 회로 섹션(60)은, 그의 플러스 및 마이너스 입력(64, 66)이 각각 거의 같은 전위에 있을 때 또는 마이너스 입력(66)이 플러스 입력(64)보다 실질적으로 더 높은 전위에 있을 때, 그의 출력(63)이 로우 전위에 있도록 설계되어 있다. 결정 회로 섹션(60)의 출력(63)은, 플러스 입력(64)이 마이너스 입력(66)보다 실질적으로 더 높은 전위에 있을 때만 하이 전위에 있다.

자기-보유 래치 섹션(70)은, 결정 회로 섹션(60)의 논리 출력(63)이 로우 전위에 있을 때, 래치 섹션(70)을 통해 제어 회로(24) 전원(25)로부터 내부 접지 참조 CHIP VSS로 또한 제3 다이오드(D3)를 통해 전류가 흐르지 않도록 설계되어 있 다. 그렇지만, 결정 회로 섹션(60) 논리 출력(63)이 하이 전위에 있을 때, 래치 트리거 입력(73)은 하이 전위에 있고, 따라서 래치 회로(70)를 트리거하여, 각각 래치(70) 전원 입력 및 출력 단자(71, 72)를 거쳐, 래치 섹션(70)을 통해 제어 회로(24) 전원(25)으로부터 내부 접지 참조 CHIP VSS로 또한 제3 다이오드(D3)를 통해 전류가 흐를 수 있게 해준다. 래치(70)가 트리거되면, 제어 회로(24)로부터 전원이 제거될 때까지, 래치(71)는 트리거된 채로 있거나 봉입(sealed in)된 채로 있다. 이와 같이 동작하는 래치 섹션의 설계 및 구성은 당업자라면 알고 있는 것이며, 본 명세서에 상세히 기술할 필요가 없다.

인버터(I1)의 출력 단자(76)는 제3 트랜지스터(P3)의 게이트 단자(78)에 전기적으로 연결되어 있다. 제3 트랜지스터(P3)의 드레인 단자(79)는 IC(26)의 단자(PIN7)에 전기적으로 연결되어 있다.

제3 다이오드(D3)는, 터치 스위치 장치(20)가 멀티플렉싱된 응용에서 사용될 때 제어 회로(24)의 역바이어싱(back-biasing)을 방지하기 위해 제공된다. 단지 하나의 터치 패드(22)가 사용되거나 다수의 터치 패드(22)가 사용되지만 멀티플렉싱되지 않는 응용에서, 제3 다이오드(D3)는 생략될 수 있다.

제어 회로(24)의 기본적인 설계에 대한 상기 설명은 도 4 내지 도 7에 나타낸 4개의 동작 모드 각각에 대해 동일하다. 4개의 동작 모드 간의 전체적인 장치 구성에서의 차이는 주로 IC(26)의 외부 단자 연결에 있으며, 이에 대해서는 이하에서 상세히 기술한다. 도 4는 이하에서 기술하는 차분 입력 스트로브 모드(differential input strobed mode)에서 동작하도록 구성된 터치 스위치 장 치(20)를 나타낸 것이다. 이 모드에서 동작하기 위한 제어 회로(24)는 일반적으로 도 4 내지 도 7에 대해 상기한 바와 같이 구성되어 있다. IC(26)의 단자(PIN2)는 제1 및 제2 저항(R1, R2)의 하이 전위 단부(104, 105)에 각각 전기적으로 연결되어 있다. IC(26)의 단자(PIN1)는 제1 저항(R1)의 로우 전위 단부(106) 및 제1 전극(E1) 둘다에 전기적으로 연결되어 있다. IC(26)의 단자(PIN3)는 제2 저항(R2)의 로우 전위 단부(107) 및 제2 전극(E2) 둘다에 전기적으로 연결되어 있다.

도 4 내지 도 7에 C3 및 C4로 나타낸 회로 요소는 개별 전기 부품이 아니다. 오히려, 참조 문자(C3, C4)는 각각 제1 및 제2 전극(E1, E2)의 접지에 대한 커패시턴스를 나타낸다.

IC(26)의 단자(PIN8)는 입력 라인(30)에 전기적으로 연결되어 있고, 입력 라인(30)은 차례로, 예를 들어, 피제어 장치(도시 생략)에 있는 전원 신호 소스(25)에 전기적으로 연결되어 있다. IC(26)의 단자(PIN4)는 IC(26)의 단자(PIN6)에 전기적으로 연결되어 있으며, 그에 의해 래치(70)의 출력 단자(72)를 내부 접지 참조 CHIP VSS 및 제3 다이오드(D3)의 애노드(98)에 전기적으로 연결시킨다. IC 칩(26)의 단자(PIN7)는 이 실시예에서 외부적으로 종단(terminate)되어 있지 않다. IC(26)의 단자(PIN5)는 출력 라인(32)에 전기적으로 연결되어 있고, 이 출력 라인(32)은 차례로 제5 저항(R5)의 하이 전위 단부(108)에 또한 직접 또는 프로세서나 다른 중간 장치(도시 생략)를 거쳐 피제어 장치(도시 생략)에 연결되어 있는 출력 라인(120)에 전기적으로 연결되어 있다. 저항(R5)의 로우 전위 단부(109)는 시스템 접지에 전기적으로 연결되어 있다. 일반적인 응용에서, 저항(R5)은 터치 스 위치 장치(20)를 포함하는 다른 구성요소로부터 상당한 거리에 있다. 즉, 양호한 실시예에서, 저항(R5)은 터치 패드(22) 및 제어 회로(24) 근방에 있지 않도록 계획된다.

도 5는 이하에서 설명되는 차분 입력 연속 DC 모드(differential input continuous DC mode)에서 동작하도록 구성되어 있는 일반적인 터치 스위치 제어 회로(24)를 나타낸 것이다. 전체적인 제어 회로 및 장치는, 3가지 점을 제외하고는, 상기한 도 4에 대해 기술된 것과 동일하다. 첫째, 도 5 실시예에서, IC(26)의 단자(PIN7)는 저항(R5)의 하이 전위 단부(108)에 또한 출력 라인(120)에 전기적으로 연결되어 있고, 출력 라인(120)은 직접 또는 프로세서나 다른 중간 장치(도시 생략)를 거쳐 피제어 장치(도시 생략)에 연결되어 있는 반면, 단자(PIN7)는 도 4 실시예에서 외부적으로 종단되어 있지 않다. 둘째, 도 5 실시예에서, IC(26)의 단자(PIN4, PIN6)는 서로 전기적으로 연결되거나 다른 방식으로 외부적으로 종단되어 있지 않은 반면, 이들은 도 4 실시예에서 그렇게 되어 있다. 셋째, 도 5 실시예에서, IC(26)의 단자(PIN5)는 저항(R5)의 로우 전위 단부(109)에 전기적으로 연결되어 있는 반면, 도 4 실시예에서, IC(26)의 단자(PIN5)는 제5 저항의 하이 전위 단부(108)에 또한 피제어 장치(도시 생략)에 전기적으로 연결되어 있다. 도 4 실시예에서와 같이, 제5 저항(R5)은 일반적으로 터치 스위치 장치(20)를 구성하는 다른 구성요소로부터 상당한 거리에 있다.

도 6은 이하에 기술하는 단일 입력 스트로브 모드(single-ended input strobed mode)에서 동작하도록 구성되어 있는 일반적인 터치 스위치 제어 회로를 나타낸 것이다. 제어 회로(24)는 일반적으로 도 4 내지 도 7에 대해 상기한 바와 같이 구성되어 있다. IC(26)의 단자(PIN2)는 제1 및 제2 저항(R1, R2)의 하이 전위 단부(104, 105)에 각각 전기적으로 연결되어 있다. IC(26)의 단자(PIN1)는 제1 저항(R1)의 로우 전위 단부(106) 및 제1 전극(E1) 둘다에 전기적으로 연결되어 있다. IC(26)의 단자(PIN3)는 제2 저항(R2)의 로우 전위 단부(107) 및 제6 저항(R6)의 하이 전위 단부(110) 둘다에 전기적으로 연결되어 있으며, 따라서 제2 저항(R2) 및 제6 저항(R6)은 전압 분할기를 형성한다. 제6 저항(R6)의 로우 전위 단부(111)는, 일반적으로 IC(26)의 단자(PIN5)에 근접한 지점에서 내부 접지 참조 CHIP VSS에 전기적으로 연결되어 있다. 도 6에서, 제6 저항(R6)의 내부 접지 참조 CHIP VSS에의 전기적 연결은 명확함을 위해 파선 "A-A"로 표시되어 있다.

IC(26)의 단자(PIN8)는 입력 라인(30)에 전기적으로 연결되어 있고, 이 입력 라인(30)은 차례로 전원 신호 소스(25)에 전기적으로 연결되어 있다. IC(26)의 단자(PIN5)는 출력 라인(32)에 전기적으로 연결되어 있고, 이 출력 라인(32)은 차례로 제5 저항(R5)의 하이 전위 단부(108)에 또한 출력 라인(120)에 전기적으로 연결되어 있다. 출력 라인(120)은, 직접 또는 프로세서나 다른 중간 장치를 거쳐, 피제어 장치(도시 생략)에 전기적으로 연결되어 있다. IC(26)의 단자(PIN4)는 IC(26)의 단자(PIN6)에 전기적으로 연결되어 있다. IC(26)의 단자(PIN7)는 이 실시예에서 외부적으로 종단되어 있지 않다. 일반적인 응용에서, 제5 저항(R5)은 터치 스위치 장치(20)를 구성하는 다른 구성요소로부터 상당한 거리에 있다.

도 7은 이하에 기술하는 단일 입력 연속 DC 모드(single ended input continuous DC mode)에서 동작하도록 구성된 일반적인 터치 스위치 제어 회로를 나타낸 것이다. 제어 회로(24)는 일반적으로 도 4 내지 도 7에 대해 상기한 바와 같이 구성되어 있다. 전체적인 제어 회로 및 장치는, 3가지 점을 제외하고는, 상기 도 6에 대해 기술된 것과 동일하다. 첫째, 도 7 실시예에서, IC(26)의 단자(PIN7)는 제5 저항(R5)의 하이 전위 단부(108)에 또한 출력 라인(120)에 전기적으로 연결되어 있으며, 이 출력 라인(120)은 차례로, 일반적으로 마이크로프로세서나 다른 제어기(도시 생략)를 거쳐, 피제어 장치(도시 생략)에 연결되어 있다. IC(26)의 단자(PIN7)는 도 6 실시예에서 외부적으로 종단되어 있지 않다. 둘째, 도 7 실시예에서, IC(26)의 단자(PIN4, PIN6)는 전기적으로 연결되거나 다른 방식으로 외부적으로 종단되어 있지 않은 반면, 도 6 실시예에서, 이들은 그렇게 되어 있다. 셋째, 도 7 실시예에서, IC(26)의 단자(PIN5)는 제5 저항(R5)의 로우 전위 단부(109)에 전기적으로 연결되어 있는 반면, 도 6 실시예에서, IC(26)의 단자(PIN5)는 제5 저항의 하이 전위 단부(108)에 또한 출력 라인(120)에 전기적으로 연결되어 있다. 일반적인 응용에서, 제5 저항(R5)은 터치 스위치 장치(20)를 구성하는 다른 구성요소로부터 상당한 거리에 있다. 도 7에서, 제6 저항(R6)의 내부 접지 참조 CHIP VSS에의 전기적 연결은 명확함을 위해 파선 "A-A"로 표시되어 있다.

차분 입력 스트로브 모드를 위해 구성된 터치 스위치 장치(20)는 다음과 같이 동작한다. 도 4를 참조하면, 전원/제어 신호(25)는 IC(26)의 단자(PIN8)에 제공되고, 차례로 기동 및 바이어스 섹션(40), 펄스 발생기 및 논리 섹션(50), 결정 회로 섹션(60), 및 자기-보유 래치 섹션(70)의 전원 입력 단자(41, 51, 61, 71)에 각각 제공된다.

전원이 켜질 때, 안정화를 고려하기 위해 적당한 지연 구간 이후에(대략 25 마이크로초이면 충분하지만, 응용에 따라 더 짧거나 더 길 수 있음), 기동 및 바이어스 섹션(40)은 출력 단자(44)로부터 제1 트랜지스터 스위치(SW1) 및 제3 트랜지스터 스위치(SW3)의 게이트 단자(G1, G3)로 각각 짧은 지속기간의 전원-온 리셋 신호를 출력하여, 제1 및 제3 트랜지스터 스위치(SW1, SW3)가 턴온되게 하고 따라서 제1 및 제2 커패시턴스(C1, C2)의 하이 전위 단부(100, 101) 각각으로부터 내부 접지 참조 CHIP VSS으로의 전류 경로를 제공한다. 전원 온 리셋 신호 지속기간은 제1 및 제2 커패시터(C1, C2)에 존재하는 임의의 전하가 내부 접지 참조 CHIP VSS로 실질적으로 완전히 방전될 수 있게 해주기에 충분하다. 이와 같이, 결정 회로 섹션(60)의 플러스 및 마이너스 입력(64, 66)은 초기의 로우 전위 상태를 달성한다.

거의 동시에, 기동 및 바이어스 회로(40)는 출력(44)로부터 펄스 발생기 및 논리 섹션(50)의 입력(54)로 전원 온 리셋 신호를 전송하고, 그에 따라 펄스 발생기 및 논리 섹션(50)를 초기화시킨다. 펄스 발생기 및 논리 섹션(50)이 안정화될 수 있게 해주기에 적당한 지연 후에, 펄스 발생기 및 논리 섹션(50)은 펄스를 발생하고 이를 펄스 출력 단자(53)로부터 제1 및 제2 저항(R1, R2)을 거쳐 제1 및 제2 전극(E1, E2)으로 또한 제1 및 제2 트랜지스터(P1, P2)의 소스 단자(80, 81)로 각각 출력한다. 이 펄스는 구형파 펄스 등의 임의의 적당한 파형일 수 있다.

기동 및 바이어스 회로(40)는 또한 바이어스 출력(43)으로부터 제2 및 제4 트랜지스터 스위치(SW2, SW4)의 게이트 단자(G2, G4)로 각각 바이어스 전압을 출력 한다. 이 바이어스 전압은 제1 및 제2 전극(E1, E2)으로의 펄스 출력과 위상이 벗어나 있다. 즉, 펄스 출력이 하이 상태에 있을 때, 바이어스 전압 출력은 로우 상태에 있고, 펄스 출력이 로우 상태에 있을 때, 바이어스 전압 출력은 하이 상태에 있다.

펄스가 제1 및 제2 저항(R1, R2)을 통해 제1 및 제2 전극(E1, E2)에 각각 인가될 때, 제1 및 제2 트랜지스터(P1, P2)의 게이트 단자(82, 83)에서의 전압은 초기에 각각 제1 및 제2 트랜지스터(P1, P2)의 소스 단자(80, 81)에서의 전압보다 낮은 전위에 있고, 따라서 제1 및 제2 트랜지스터(P1, P2)를 바이어스시켜 이들을 턴온되게 한다. 제1 및 제2 트랜지스터(P1, P2)가 턴온되면, 제3 및 제4 저항(R3, R4)를 통해 전류가 흐르고, 따라서 제1 및 제2 다이오드(D1, D2)의 애노드 단자(90, 91)에 각각 피크 전위를 발생한다.

제1 및 제2 다이오드(D1, D2)의 애노드(90, 91)에서의 피크 전위가 제1 및 제2 커패시터(C1, C2) 양단의 전위보다 높은 경우, 제1 및 제2 다이오드(D1, D2)를 통해 피크 전류가 설정되어, 제1 및 제2 커패시터(C1, C2)가 충전되게 하고, 또 결정 회로 섹션(60)의 플러스 및 마이너스 입력(64, 66) 각각에 피크 전위를 설정한다. 이러한 상황은, 예를 들어, 제어 회로(24)가 초기화된 후의 첫번째 펄스 다음에 일어나게 되는데, 그 이유는 제1 및 제2 커패시터(C1, C2)가, 상기한 바와 같이, 기동 시에 방전되기 때문이다.

당업자에게는 분명한 바와 같이, 제1 및 제2 트랜지스터(P1, P2)의 바이어싱, 제3 및 제4 트랜지스터(R3, R4)를 통하는 전류, 제1 및 제2 다이오드(D1, D2) 의 애노드(90, 91)에 생성되는 피크 전위, 및 결정 회로(60)의 플러스 및 마이너스 입력(64, 66) 각각에 생성되는 피크 전위는 제1 및 제2 전극(E1, E2)에서의 전계의 조건에 비례한다. 전극(E1, E2)에 근접한 전계의 조건은 전극에 근접하여 존재하는 자극에 응답하여 변하게 된다.

상기한 바와 같이, 제어 회로(24)가 활성화되어 있고 또 제1 및 제2 전극(E1, E2) 중 어느 한 전극에 근접하여 자극이 존재하지 않는 경우, 결정 회로(60)의 플러스 및 마이너스 입력(64, 66) 각각에서의 전위는 중성 상태(neutral state)라고 말해질 수 있는 것에 있다. 중성 상태에서, 플러스 및 마이너스 입력(64, 66) 각각에서의 전위는 거의 같을 수 있다. 그렇지만, 의도하지 않은 작동을 방지하기 위해, 마이너스 입력(66)의 중성 상태가 플러스 입력(64)의 중성 상태보다 얼마간 더 높은 전위에 있도록 제어 회로(24)를 조정하는 것이 바람직할 수 있다. 이 조정은 원하는 중성 상태 전위를 달성하기 위해 제1 및 제2 전극(E1, E2)의 구성 및 제1 및 제2 저항(R1, R2)의 값을 변화시킴으로써 수행될 수 있다. 중성 상태 전위에 상관없이, 플러스 입력(64)이 실질적으로 더 높은 전위에 있지 않는 한, 결정 회로(60) 출력(63)이 로우 전위에 있을 것이 생각된다.

결정 회로(60) 출력(63)이 로우 전위에 있는 경우, 인버터(I1)는 제3 트랜지스터(P3)의 게이트 단자(78)에서의 전위가 하이 레벨(소스 단자(77)에서의 전위와 거의 같음)에 있게 한다. 이 상태에서, 제3 트랜지스터(P3)는 바이어스되지 않으며, 턴오프된 채로 있다. 그렇지만, 이 실시예에서, IC(26)의 단자(PIN7)가 종단되어 있지 않다. 따라서, 제3 트랜지스터(P3)의 드레인 단자(79)는 개방-회로 조 건에 있으며, 제3 트랜지스터(P3)의 상태는 장치의 기능에 중요하지 않다. 또한, 결정 회로(60) 출력(63), 따라서 래치 트리거 입력(73)이 로우 상태에 있는 경우, 자기-보유 래치 회로(70)는 트리거되지 않으며, 래치(70)를 통해 전원 공급 장치(25)로부터 내부 접지 참조 CHIP VSS로 또한 제3 다이오드(D3)를 통해 전류가 흐르지 않는다.

펄스 전압, 제1 및 제2 저항(R1, R2)의 값, 및 제1 및 제2 전극(E1, E2)의 접지에 대한 커패시턴스(도면에서 가상 커패시터(C3, C4)로 나타냄)에 의해 결정되는 기간에 걸쳐, 제1 및 제2 전극(E1, E2)에서의 전위는 궁극적으로 펄스 전압, 따라서 제1 및 제2 트랜지스터(P1, P2)의 소스 단자(80, 81)에서의 전압과 거의 같도록 상승하고, 따라서 제1 및 제2 트랜지스터(P1, P2)를 언바이어스(unbias)시킨다. 이 상태에 도달될 때, 제1 및 제2 트랜지스터(P1, P2)가 턴오프되고, 제1 및 제2 다이오드(D1, D2)의 애노드(90, 91)에서의 전위는 내부 접지 참조 CHIP VSS 레벨쪽으로 거의 같은 속도로 감소하기 시작한다. 궁극적으로, 제1 및 제2 다이오드(D1, D2) 각각에서의 애노드 전위는 각자의 캐소드 전위 아래로 떨어질 가능성이 있다. 이 시점에서, 다이오드(D1, D2)는 역방향 바이어스(reverse bias)되고, 제1 및 제2 커패시터(C1, C2)가 방전되는 것을 방지한다.

출력(53) 상의 펄스가 로우 상태로 될 때, 바이어스 전압 출력은 내부 접지 참조 CHIP VSS에 대해 하이 상태로 되고, 상승된 바이어스 전압을 제2 및 제4 트랜지스터 스위치(SW2, SW4)의 게이트 단자(G2, G4)에 인가한다. 이 상태에서, 제2 및 제4 트랜지스터 스위치(SW2, SW4)는 약간 바이어스되고, 제1 및 제2 커패시 터(C1, C2)의 내부 접지 참조 CHIP VSS로의 느린, 제어된 방전을 수행하기에 충분하게 턴온된다. 펄스가 그 다음에 하이 상태로 될 때, 바이어스 전압은 로우 상태로 복귀하고, 제2 및 제4 트랜지스터 스위치(SW2, SW4)가 턴오프되며, 회로는 처음에 기술한 바와 같이 반응한다.

펄스 발생기 및 논리 섹션(50)로부터의 펄스가 하이 전위로 될 때 제2 전극(E2)에 또는 그 근방에 자극이 존재하는 경우, 제1 트랜지스터(P1)는 상기한 바와 같이 동작한다. 즉, 제1 트랜지스터(P1)가 초기에 바이어스되고, 어떤 전류가 제3 트랜지스터(R3)를 통해 흐를 수 있게 해주어 제1 다이오드(D1)의 애노드(90)에 피크 전위를 발생시켜 피크 전류가 제1 다이오드(D1)를 통해 흐를 수 있게 해주며, 그에 의해 제1 커패시터(C1)를 충전시키고 결정 회로(60)의 플러스 입력(64)에 피크 전위를 설정한다. 제1 전극(E1)에서의 전압이 들어오는 펄스에 응답하여 안정화된 경우, 제1 트랜지스터(P1)는 언바이어스되고 턴오프된다.

제2 전극(E2)에 근접하여 자극이 존재하는 것이 그 회로 세그먼트에 대한 RC 시상수를 변경하고 따라서 제2 전극(E2)에서의 전위가 안정화되는 데 필요한 시간을 길어지게 하는 것을 제외하고는, 제2 트랜지스터(P2)는 거의 동일한 방식으로 동작한다. 그 결과, 제2 트랜지스터(P2)는 제1 트랜지스터(P1)보다 긴 기간 동안 바이어스 온(bias on)된 채로 있으며, 그에 의해 제3 저항(R3)을 통해 흐르는 것보다 더 큰 피크 전류가 제4 저항(R4)을 통해 흐를 수 있게 해줌으로써 제1 다이오드(D1)의 애노드(90)에 존재하는 피크 전위보다 더 큰 피크 전위를 제2 다이오드(D2)의 애노드(91)에 발생한다. 그 결과, 제2 다이오드(D2)를 통해 피크 전류가 흐르게 되어, 제2 커패시터(C2)가 충전되게 하고, 궁극적으로는 그 결과 결정 회로(60)의 마이너스 입력(66)에서의 피크 전위가 결정 회로의 플러스 입력(64)에서의 피크 전위보다 더 크게 된다. 결정 회로(60)가, 마이너스 입력(66)에서의 전위가 플러스 입력(64)에서의 전위보다 크거나 거의 같을 때, 그의 출력이 로우 전위에 있도록 구성되어 있기 때문에, 결정 회로(60) 출력 단자(63)는 로우 전위에 있게 된다.

결정 회로(60) 출력 단자(63), 따라서 래치 트리거 입력 단자(73)가 로우 전위에 있는 경우, 자기 보유 래치(70)는 트리거되지 않는다. 인버터(I1) 및 제3 트랜지스터(P3)는 상기한 바와 같이 동작하지만, 다시 말하면, 이 구성에서, 제3 트랜지스터(P3)의 상태는 중요하지 않다.

오염물질이나 이물질 또는 다른 자극이 제1 및 제2 전극(E1, E2) 둘다를 거의 덮거나 그에 부착되는 경우에, 본 시스템은 제1 전극 또는 제2 전극 중 어느 하나에 자극이 존재하지 않을 때와 거의 동일하게 반응하게 된다. 그렇지만, 오염물질이나 이물질이 전극(E1, E2) 둘다에 근접하여 존재하는 경우, 제1 및 제2 전극(E1, E2) 둘다에서의 전압이 각각 펄스 전압과 거의 같게 되는데 더 오래 걸리도록, 회로의 그들 세그먼트에 대한 RC 시상수가 변경된다. 그 결과, 제1 및 제2 트랜지스터(P1, P2) 둘다는 턴온되고, 제1 또는 제2 전극(E1, E2) 어느 것도 자극에 의해 영향을 받지 않는 상황에서보다 더 많은 전류가 제3 및 제4 저항(R3, R4)을 통해 흐를 수 있게 해준다. 그렇지만, 제1 및 제2 트랜지스터(P1, P2)는 거의 똑같게 바이어스된다. 따라서, 제1 및 제2 다이오드(D1, D2) 둘다의 애노드(90, 91) 에 거의 같은 피크 전위가 나타나게 되며, 그에 의해 거의 똑같은 피크 전류가 제1 및 제2 다이오드(D1, D2)를 통해 흐르게 하고, 제1 및 제2 커패시터(C1, C2)를 충전시키며 또 결정 회로(60)의 플러스 및 마이너스 입력(64, 66) 둘다에 거의 똑같은 피크 전위를 설정한다. 이 상태에서, 결정 회로 섹션(60) 출력 단자(63)는 로우 전위에 있고, 자기 보유 래치(70)의 래치 트리거 입력 단자(73)는 로우 전위에 있으며, 래치(70)는 트리거되지 않은 채로 있다. 전술한 바와 같이, 이 실시예에서, 인버터(I1) 및 제3 트랜지스터(P3)의 상태는 중요하지 않다.

제1 전극(E1)에 근접하여 자극이 가해지고 제2 전극에는 가해지지 않는 상황에서, 제2 트랜지스터(P2)는 초기에 바이어스되고 턴온되어, 제4 저항(R4)을 통해 전류를 설정하고 제2 다이오드(D2)의 애노드 단자(90)에 피크 전위를 발생한다. 제2 다이오드(D2)를 통해 피크 전류가 흘러, 제2 커패시터(C2)를 충전시키며, 결정 회로 섹션(60)의 마이너스 입력(66)에 피크 전위를 설정한다. 제2 트랜지스터(P2)의 게이트 단자(81)에서의 전압이 펄스 전압의 레벨로 상승함에 따라, 제2 트랜지스터(P2)는 언바이어스되고 턴오프된다. 제2 다이오드(D2)는 이어서 역방향 바이어스되고, 제2 커패시터(C2)가 방전되는 것을 방지한다.

당업자에게는 명백한 바와 같이, 제1 전극(E1)에 근접하여 자극이 존재하는 것은 제1 전극(E1)에서의 전위가 안정화되는 데 필요한 시간을 길어지게 한다. 그 결과, 제1 트랜지스터(P1)는 제2 트랜지스터(P2)보다 긴 기간 동안 바이어스 온(bias on)된 채로 있게 되고, 제4 저항(R4)을 통해 흐르는 것보다 더 많은 피크 전류가 제3 저항(R3)을 통해 흐를 수 있게 해줌으로써, 제2 다이오드(D2)의 애노 드(91)에 존재하는 전위보다 큰 피크 전위를 제1 다이오드(D1)의 애노드(90)에 발생한다. 그 결과, 제2 다이오드(D2)를 통해 흐르는 것보다 큰 크기 및/또는 지속기간의 피크 전류가 제1 다이오드(D1)를 통해 흐르게 되어, 제1 커패시터(C1)를 충전되게 하고, 궁극적으로는 그 결과 결정 회로(60)의 플러스 입력(64)에서의 피크 전위가 결정 회로(60)의 마이너스 입력(66)에서의 피크 전위보다 실질적으로 더 크게 된다. 플러스 입력(64)에서의 전위가 마이너스 입력(66)에서의 전위보다 클 때 출력 단자(63)가 하이 상태에 있도록 결정 회로(60)가 구성되어 있기 때문에, 결정 회로(60) 출력(63)은 하이 전위에 있게 된다.

결정 회로(60) 출력(63)이 하이 전위에 있는 경우, 인버터(I1)는 제3 트랜지스터(P3)의 게이트 단자(78)에서의 전위가 소스 단자(77)에서의 전위에 대해 로우가 되게 하고, 따라서 제3 트랜지스터(P3)를 바이어스시켜 그 트랜지스터를 턴온시키게 한다. 그렇지만, 이 실시예에서, IC(26)의 단자(PIN7)가 종단되어 있지 않기 때문에, 제3 트랜지스터(P3)의 상태는 중요하지 않다.

결정 회로(60) 출력 단자(63)가 하이 전위에 있는 경우, 자기 보유 래치 회로(70) 트리거 입력 단자(73)도 하이 전위에 있고, 따라서 래치(70)를 트리거한다. 자기 보유 래치(70)가 트리거될 때, 전원 공급 장치(25)로부터 내부 접지 참조 CHIP VSS로 또한 제3 다이오드(D3)를 통해 전류 경로가 설정되어, 기동 및 바이어스 섹션(40), 펄스 발생기 및 논리 섹션(50), 및 결정 회로 섹션(60)을 포함하는 제어 회로(24)의 나머지를 효과적으로 단락시킨다. 이 상태에서, 제어 회로(24)의 그 섹션들은 실질적으로 전원이 공급되지 않고 동작을 중단한다.

트리거되면, 전극(E1, E2) 중 어느 하나 또는 그 둘다에 근접한 자극의 차후의 상태에 상관없이, 자기 보유 래치(70)는 트리거된 채로 있게 된다. 이 예의 전원 공급 장치(25)로부터의 구형파 스트로브 신호가 0으로 떨어질 때 등의, 전원 공급 장치(25)로부터의 전력이 0에 가까운 상태로 될 때, 래치(70)는 리셋된다.

자기 보유 래치(70)가 트리거된 상태에 있는 동안, 안정 상태 신호(steady state signal)가 제5 저항(R5)을 통해 공급되고, 다시 피제어 장치(도시 생략)로 공급된다. 이와 같이, 터치 스위치 장치(20)는 접촉-유지형 기계적 스위치(maintained-contact mechanical switch)와 연관된 상태의 변화를 에뮬레이션한다.

이제, 도 5를 참조하면, 차분 입력 연속 DC 모드에 대해 구성된 터치 스위치 장치(20)의 동작은 다음과 같다. 제어 회로(24)는, 결정 회로(60)까지는, 도 4를 참조하여 상기한 차분 입력 스트로브 동작 모드에 대해 구성되어 있을 때와 실질적으로 동일한 방식으로 동작한다. 즉, 제1 또는 제2 전극(E1, E2) 중 어느 하나에 근접하여 자극이 존재하지 않는 경우, 제1 및 제2 전극(E1, E2) 둘다에 근접하여 자극이 존재하는 경우, 또는 제2 전극(E2)에 근접하여 자극이 존재하고 제1 전극(E1)에는 자극이 존재하지 않는 경우, 결정 회로(60) 출력(63)은 로우 전위에 있게 된다. 제1 전극(E1)에 근접하여 자극이 존재하고 제2 전극(E2)에는 자극이 존재하지 않는 경우, 결정 회로(60) 출력(63)은 하이 레벨에 있게 된다.

도 5에서 용이하게 알 수 있는 바와 같이, 자기 보유 래치 회로(70) 출력(72)은 이 실시예에서 종단되어 있지 않으며, 따라서 자기 보유 래치(70)는 차분 입력 DC 모드에서 동작하지 않는다. 그렇지만, 제3 트랜지스터(P3)의 드레인 단자(79)는 내부 접지 참조 CHIP VSS에 또는 출력 라인(32)에 전기적으로 연결되어 있으며, 따라서 제어 회로(24)의 동작 부분이 된다. 결정 회로(60) 출력(63)이 로우 전위에 있을 때, 인버터(I1)는 제3 트랜지스터(P3)의 게이트 단자(78)에서의 전위를 하이 전위(전위 소스 단자(77)와 실질적으로 같음)에 있게 한다. 이 상태에서, 제3 트랜지스터(P3)는 바이어스되지 않으며 턴온되지 않는다. 결정 회로(60) 출력(63)이 하이 전위에 있을 때, 인버터(I1)는 제3 트랜지스터(P3)의 게이트 단자(78)에서의 전위를 소스 단자(77)에서의 전위에 비해 로우 전위에 있게 한다. 이 상태에서, 제3 트랜지스터(P3)는 바이어스되고 턴온되며, 제3 트랜지스터(P3) 및 제5 저항(R5)을 통해 전류가 설정될 수 있게 해준다. 출력 라인 저항(R5)은, 제어 회로(24)의 평형이 단락되지 않고 계속 동작되도록, 제3 트랜지스터(P3)를 통하는 전류를 제한한다.

도 5에 도시된 DC 모드에서, 제어 회로(24)는 또한 제1 전극(E1)의 근접한 곳으로부터의 자극의 제거에 반응한다. 제1 전극(E1)에 근접하여 자극이 계속하여 존재하지만 제2 전극(E2)에는 존재하지 않는 한, 펄스가 하이 상태로 될 때마다, 제2 다이오드(D2)의 애노드(91)에서의 피크 전위보다 높은 피크 전위가 제1 다이오드(D1)의 애노드(90)에 생성된다. 그 결과, 결정 회로(60)의 플러스 입력(64)에서의 피크 전위는 마이너스 입력(66)에서의 피크 전위보다 더 높은 레벨에 있게 되며, 제어 회로(24)는 상기한 바와 같이 동작한다. 그렇지만, 자극이 제거되고 제1 전극(E1)이나 제2 전극(E2) 중 어느 하나에 근접하여 자극이 존재하지 않을 때, 제 1 커패시터(C1) 상의 전하는 궁극적으로 제2 트랜지스터 스위치(SW2)의 바이어싱 기능에 의해 중성 상태로 방전된다. 이 시점에서, 결정 회로(60)의 플러스 입력(64)에서의 전위는 더 이상 마이너스 입력(66)에서의 전위보다 높거나 실질적으로 높지 않으며, 결정 회로(60) 출력(63)은 로우 상태로 되돌아간다.

이와 같이, 차분 입력 DC 모드에서 동작하는 터치 스위치 장치(20)는 순간 접촉형, 푸시-투-클로즈 및 릴리스-투-오픈(push-to-close and release-to-open) 기계적 스위치를 에뮬레이션한다. 약간 수정하면, 제어 회로가 푸시-투-오픈 및 릴리스-투-클로즈(push-to-openrelease-to-close) 기계적 스위치를 에뮬레이션하도록 구성될 수 있다는 것을 잘 알 것이다.

이제, 도 6을 참조하면, 단일 입력 스트로브 동작 모드(single ended input strobed mode of operation)에 대해 구성되어 있는 터치 스위치 장치(20)는 다음과 같이 동작한다. 제1 전극(E1)과 제1 및 제2 저항(R1, R2)에 펄스가 인가될 때, 제2 저항(R2) 및 제6 저항(R6)을 통해 전류가 흐른다. 제2 및 제6 저항(R2, R6)은 전압 분할기로서 구성되어 있다, 즉 펄스 출력이 하이 상태에 있을 때, 제2 트랜지스터(P2)의 게이트 단자(83)는 제2 트랜지스터(P2)의 소스 단자(81)보다 더 낮은 전위에 있게 된다. 따라서, 펄스 출력(53)이 하이 상태에 있을 때, 제2 트랜지스터(P2)는 계속하여 바이어스되고, 일정한 전류가 제4 저항(R4)을 통해 흐를 수 있게 해줌으로써, 제2 다이오드(D2)의 애노드(91)에 참조 전위를 생성한다. 제2 다이오드(D2)의 애노드(91)에서의 참조 전위는 제2 다이오드(D2)를 통하는 전류를 설정하고, 제2 커패시터(C2)를 충전되게 하며, 따라서 결정 회로(60)의 마이너스 입 력(66)에 참조 전위를 생성한다. 마이너스 입력(66)에서의 참조 전위가 제2 다이오드(D2)의 애노드(91)에서의 참조 전위와 거의 같게 될 때, 제2 다이오드(D2)를 통하는 전류가 중단된다.

이와 동시에, 제1 전극(E1)에 자극이 존재하지 않는 경우, 제1 트랜지스터(P1)의 소스 단자(80)에 또한 제1 전극(E1)에 인가된 펄스는 처음에 제1 트랜지스터(P1)를 바이어스되게 하여 턴온되게 한다. 따라서, 제3 저항(R3)을 통해 전류가 설정되고, 제1 다이오드(D1)의 애노드(90)에 피크 전위가 생성된다. 이 피크 전위는 제1 다이오드(D1)를 통하는 피크 전류를 설정하고, 제1 커패시터(C1)를 충전시키며, 결정 회로의 플러스 입력(64)에 피크 전위를 생성한다. 제1 전극(E1)에 근접하여 자극이 존재하지 않을 때, 결정 회로(60)의 마이너스 입력(66)에서의 참조 전위가 결정 회로(60)의 플러스 입력(64)에서의 피크 전위보다 크거나 같게 되도록, 저항(R1, R2, R3, R4, R6)이 선택된다.

이 상태에서, 결정 회로(60)의 출력(63)은 로우 전위에 있게 되고, 자기 보유 래치(70)는 트리거되지 않는다. 또한, 인버터(I1)는 제3 트랜지스터(P3)의 게이트 단자(78)에서의 전위를 하이 상태(소스 단자(77) 전위와 거의 같음)에 있게 하고, 따라서 제2 트랜지스터(P3)는 언바이어스되어 턴오프된 채로 있다. 그렇지만, 이것이 중요하지 않은데, 그 이유는, 이 실시예에서, 제3 트랜지스터(P3)의 드레인 단자(79)가 개방 회로 조건에 있기 때문이다.

이 실시예는 제2 전극을 필요로 하지 않지만, 2-전극 터치 패드가 이 모드에서 사용하기 위해 개조될 수 있다. 2-전극 터치 패드가 이 동작 모드에서 사용하 기 위해 개조되는 경우, 제2 전극에 근접하여 자극이 존재하는지 여부는 회로의 동작에 영향을 주지 않는다.

제1 전극(E1)에 근접하여 자극이 존재하는 경우, 제2 트랜지스터(P2)의 동작은 이 실시예에 대해 상기한 것과 동일하다. 그렇지만, 제1 전극(E1)에 근접하여 자극이 존재하면 제1 트랜지스터(P1)의 게이트 단자(82)에서의 전압이 제1 트랜지스터에서의 소스 단자(80) 전위와 같게 되는데 더 많은 시간이 필요하게 만든다. 그 결과, 제1 트랜지스터(P1)는 턴온되고, 제2 트랜지스터(P2)가 제4 저항(R4)을 통해 흐를 수 있게 해주는 전류에 비해, 비교적 더 큰 전류가 제3 저항(R3)을 통해 흐를 수 있게 해준다. 그 결과, 제1 다이오드(D1)의 애노드(90)에서의 피크 전위는 제2 다이오드(D2)의 애노드(91)에서의 참조 전위보다 더 크게 된다. 그 결과, 결정 회로(60)의 플러스 입력(64)에서의 피크 전위는 결정 회로(60)의 마이너스 입력(66)에서의 참조 전위보다 더 크게 되고, 결정 회로(60)로부터의 출력(63)은 따라서 하이 상태에 있게 된다. 결정 회로(60)의 출력(63)이 하이 상태에 있는 경우, 인버터(I1)는 제3 트랜지스터(P3)의 게이트 단자(78)에서의 전위가 로우 상태에 있게 하고, 따라서 트랜지스터(P3)를 턴온시킨다. 그렇지만, 제3 트랜지스터(P3)의 드레인 단자(79)가 효과적으로 종단되어 있지 않기 때문에, 이것은 중요하지 않다.

결정 회로(60)의 출력(63)이 하이 상태에 있는 경우, 래치 트리거 입력(73)은 하이 상태에 있고, 자기 보유 래치(70)는 트리거되며, 그에 따라 래치 섹션(70)을 거쳐, 전원 공급 장치(25)로부터 내부 접지 참조 CHIP VSS로 또한 제3 다이오 드(D3)를 통해 전류를 설정함으로써, 제어 회로(24)의 평형을 효과적으로 단락시킨다. 자기 보유 래치(70)는, 래치 입력 단자(71)로의 전원이 제거될 때까지, 이 상태에 있게 된다. 래치(70)가 이와 같이 리셋될 때까지, 연속적인 디지털 제어 신호가 피제어 장치(도시 생략)로 출력된다. 이와 같이, 터치 스위치 장치(20)는 기계적 스위치와 연관된 상태의 변화를 에뮬레이션한다.

이제, 도 7을 참조하면, 단일 입력 연속 DC 모드에서 동작하도록 구성된 터치 스위치 장치(20)는 다음과 같이 동작한다. 제어 회로(24)의 동작 및 기능은 도 6을 참조하여 상기한 단일 입력 스트로브 모드에 대해 기술된 것과 실질적으로 동일하다. 그렇지만, 단일 입력 DC 모드에서, 자기 보유 래치 출력(72)은 개방 회로이고, 자기 보유 래치(70)는 따라서 동작하지 않는다.

제1 전극(E1)에 자극이 인가되지 않은 경우, 결정 회로(60)의 출력(63)은 로우 전위에 있다. 그 결과, 제3 트랜지스터(P3)의 게이트 단자(78)로의 인버터(I1) 출력(76)은 하이 전위에 있다. 소스 단자(77)에서의 전위와 유사하게, 제3 트랜지스터(P3)의 게이트 단자(78)가 하이 전위에 있는 경우, 제3 트랜지스터(P3)는 언바이어스되고 턴온되지 않으며, 따라서 제3 트랜지스터(P3)를 통해 또는 제5 저항(R5)을 통해 전류가 흐르지 않는다.

제1 전극(E1)에 근접하여 자극이 있는 경우, 결정 회로(60)의 출력(63), 따라서 인버터(I1)에의 입력(75)은 하이 상태에 있다. 인버터(I1)는 하이 레벨 입력을 로우 레벨 출력으로 변화시키고, 출력(76)을 제3 트랜지스터(P3)의 게이트 단자(78) 전위에 제공한다. 게이트 단자(78)가 소스 단자(77)에 비해 로우 전위에 있는 경우, 제3 트랜지스터(P3)는 바이어스되고, 턴온되며, 제3 트랜지스터(P3) 및 제5 저항(R5)을 통해 전류가 흐른다. 이것은 출력 라인(120)을 거쳐 피제어 장치(도시 생략)로의 입력으로서 사용될 수 있는 제5 저항(R5)의 애노드(108)에 상승된 전위를 생성한다.

도 7의 연속 DC 모드에서, 제어 회로는 제1 전극(E1)의 근접한 곳으로부터의 자극의 제거에 반응한다. 자극이 제1 전극(E1)에 근접하여 계속 존재하는 경우, 펄스가 하이 상태로 될 때마다, 제2 다이오드(D2)의 애노드(91)에서의 참조 전위보다 높은 피크 전위가 제1 다이오드(D1)의 애노드(90)에 생성된다. 그 결과, 결정 회로(60)의 플러스 입력(64)에서의 피크 전위는 마이너스 입력(66)에서의 참조 전위보다 더 높은 레벨에 있고, 제어 회로(24)는 상기한 바와 같이 동작한다. 제1 전극(E1)으로부터 자극이 제거될 때, 제1 커패시터(C1) 상의 전하는 궁극적으로 제2 트랜지스터 스위치(SW2)의 바이어싱 기능에 의해 중성 상태로 방전된다. 이 시점에서, 결정 회로(60)의 플러스 입력(64)에서의 피크 전위는 더 이상 마이너스 입력(66)에서의 참조 전위보다 더 높거나 실질적으로 더 높지 않게 되며, 결정 회로(60) 출력(63)은 로우 상태로 되돌아간다.

이와 같이, 단일 입력 DC 모드에서 동작하는 터치 스위치 장치(20)는 순간 접촉형 기계적 스위치를 에뮬레이션한다. 약간 개조하면, 제어 회로는 푸시-투-오픈 및 릴리스-투-클로즈 기계적 스위치를 에뮬레이션하도록 구성될 수 있다.

지금까지, 본 명세서는 단일의 터치 스위치의 물리적 구조 및 동작에 대해 기술하였다. 일반적인 터치 스위치 장치는 종종 장치에 대한 제어를 수행하는 데 사용되는 복수의 터치 스위치를 수반한다. 도 10은 9개의 터치 스위치(20)를 포함하는 스위치 패널을 나타낸 것으로서, 여기서 9개의 터치 스위치(20)는 3x3 매트릭스로 배열되어 있다. 박스(B4)는 터치 패널에서의 구성요소를 나타내고, 박스(B5)는 피제어 장치에서의 구성요소를 나타낸다. 이론상으로는, 임의의 수의 터치 스위치가 임의의 방식으로 배열될 수 있지만, 이것과 같은 매트릭스 배치는 용이하게 멀티플렉싱가능하고, 피제어 장치로부터의 필요한 입력 및 출력 라인의 수를 감소시키며, 따라서 선호된다.

도 4의 박스(B6)는, 능동 장치(P1, P2), 다이오드(D1, D2), 저항(R3, R4) 및 커패시터(C1, C2)를 포함하는 터치 스위치 제어 회로의 입력 부분을 나타낸 것이다. 도 11a 내지 도 18e는, 저임피던스 버퍼링을 제공하는 것, 집적 회로의 크기 및 비용을 감소시키는 것, 입력 신호를 선형화하는 것, 누설 커패시턴스를 스왐핑(swamp)하는 것, 및 손상 전류 경로를 차단시키는 것을 비롯한, 본 발명의 상기한 목적들 중 일부를 이행하는 능동 장치 및 피크 검출기 회로를 수반하는 터치 스위치 제어 회로의 입력 부분에 대한 다른 구성을 나타낸 것이다. 회로 설계 분야의 당업자라면 잘 알 것인 바와 같이, 도 11a 내지 도 18e에 나타낸 구성들은 기본적으로 도 4의 박스 영역(B6)에서의 구성에 대응한다. 구체적으로는, 예를 들어, 도 11a의 능동 장치(M1, M2)는 도 4의 능동 장치(P1, P2)에 대응하고, 도 11a 내지 도 18e에서의 능동 장치(Q1, Q2)는 도 4에서의 다이오드(D1, D2)에 대응하며, 예를 들어, 도 11a에서의 저항(R7, R8)은 도 4에서의 저항(R3, R4)에 대응하고, 도 11a 내지 도 18e에서의 커패시턴스(C9, C10)는 도 4에서의 커패시터(C1, C2)에 대응한 다. 게다가, 도 4에서의 전극(E1, E2) 및 저항(R1, R2)은 도 11a 내지 도 18e의 이들과 있는 곳이 동일하다. 도 11a 내지 도 18e에서의 핀(OSCB, I_RNG, O_RNG)은 있는 곳이 도 4의 핀(PIN2, PIN1, PIN3)에 대응한다. 도 4에서의 스위치(SW2, SW4)는, 예를 들어, 도 11a에서의 능동 장치(M3, M4)에 대응한다. 도 11a 내지 도 18e에서의 방전 신호(DSCHGB)는 도 4의 기동 및 바이어스 회로(40)로부터의 배선(43) 상의 전류 바이어스에 대응한다. 도 11a 내지 도 18e의 배선(POS, NEG)은 각각 도 4의 배선(64, 66)에 대응한다. 마지막으로, 도 11a 내지 도 18e에서의 배선(OSCB)은 도 4의 펄스 발생기 및 논리 회로(50)로부터의 배선(53)에 대응한다. 따라서, 도 11a 내지 도 18e의 입력 부분은 도 4 내지 도 7을 참조하여 기술한 회로 구성과 부합하는 것으로 이해될 수 있다.

도 11a는 각각 핀(OSCB) 및 저항(R1, R2)을 통해 발진 신호 발생기(OSCB)에 전기적으로 연결되어 있는 내부 전극(E1) 및 외부 전극(E2)를 나타낸 것이다. 도 11a는 전극간 커패시턴스(C6)를 더 나타내고 있다. 전기 부품이 집적 제어 회로에 연결될 때 본질적으로 있는 본딩 패드 및 와이어링 본드 커패시턴스를 나타내는 커패시턴스(C7, C8)도 도시되어 있다. 커패시턴스(C7, C8)는 또한, 당업자라면 잘 알 것인 바와 같이, 본딩 패드 와이어를 수반하지 않는 플립칩 및 다른 응용에서, UBM(under-bump-metallization), 재분포 배선(redistribution trace) 기타 등등으로 인한 다른 커패시턴스를 나타낼 수 있다.

도 11a에서, 전극(E1, E2)은 각각 핀(I_RNG, O_RNG)을 통해 각각 능동 장치(M1, M2)의 게이트에서 터치 스위치 제어 회로의 입력 부분에 전기적으로 연결되 어 있다. 도 11a에, 능동 장치(M1, M2)는 N-형 MOSFET 장치로서 도시되어 있다. 능동 장치(M1, M2)의 드레인은 각각 저항(R7, R8)을 통해 전압 소스(VDD)에 전기적으로 연결되어 있고, 그의 소스는 발진 신호(OSCB)에 전기적으로 연결되어 있다.

능동 장치(M1, M2)의 드레인은 또한 능동 장치(M3, M4, Q1, Q2) 및 커패시터(C9, C10)로 이루어진 개별적인 피크 검출 회로에 전기적으로 연결되어 있으며, 이 피크 검출 회로는, 입력 능동 장치(M1, M2)가 N-MOS 능동 장치(도 4의 능동 장치(P1, P2)는 P-MOS 장치임)이기 때문에, 커패시턴스(C9, C10) 및 능동 장치(M1, M2)의 소스가 저항(R7, R8)을 통해 전압 신호(VSS) 대신에 신호(VDD)에 연결되어 있는 것을 제외하고는, 상기한 바와 같이, 부품 스위치(SW2, SW4), 다이오드(D1, D2), 및 커패시터(C1, C2)를 갖는 도 4에 나타낸 피크 검출 회로에 대응한다. 능동 장치(M1)와 연관된 도 11a의 피크 검출 회로는 능동 장치(Q1)(이 능동 장치(Q1)의 베이스는 배선(SNEG)을 통해 능동 장치(M1)의 소스에, 또한 저항(R7)을 통해 전압 신호(VDD)에 전기적으로 연결되어 있으며, 능동 장치(Q1)의 이미터는 능동 장치(M3)의 드레인에 또한 커패시터(C9)에 전기적으로 연결되어 있고, 능동 장치(Q1)의 컬렉터는 전압 신호(VSS)에 연결되어 있음), 커패시턴스(C9)(이 커패시턴스의 한쪽 단자는 전압 소스(VSS)에 전기적으로 연결되어 있고, 이 커패시턴스의 다른쪽 단자는 능동 장치(Q1)의 이미터 및 능동 장치(M3)의 드레인에 전기적으로 연결되어 있음), 및 능동 장치(M3)(이 능동 장치의 드레인은 능동 장치(Q1)의 이미터에 전기적으로 연결되어 있고, 이 능동 장치의 소스는 전압 소스(VDD)에 연결되어 있으며, 이 능동 장치의 베이스는 방전 신호(DCHGB)에 전기적으로 연결되어 있음)를 포함한 다. 능동 장치(M2)와 연관된 피크 검출 회로의 구성은 유사하며, 능동 장치(Q2, M4) 및 커패시턴스(C10)를 포함한다. 도 11a에서, 능동 장치(Q1, Q2)는 P-형 바이폴라 트랜지스터이고, 능동 장치(M3, M4)는 P-형 MOSFET 장치이다. 능동 장치(Q1, Q2)의 이미터는 각각 배선(NEG, POS)을 통해 제어 회로의 결정 회로 구성요소(도시 생략)에의 입력으로서 전기적으로 연결되어 있다. 결정 회로 구성요소의 동작은 도 4 내지 도 7과 관련하여 상기한 바와 같다.

도 11a에서, 저항(R7, R8)은 드레인 전류를 각각 능동 장치(M1, M2)의 드레인에서의 전압으로 변환하는 기능을 한다. 이들 전압은 터치 또는 다른 자극에 의해 야기되는 전극(E1, E2)의 전계의 변화에 관련되어 있다. 능동 장치(M1, M2)의 드레인의 각각의 노드에서의 전압 전위는 각각 배선(SNEG, SPOS)을 통해 피크 검출기로 전달된다. 피크 검출기는 배선(SPOS, SNEG) 상의 아주 빠른 천이 펄스의 피크 마이너스 값을 각각 배선(POS, NEG) 상의 DC 신호로 변환할 수 있으며, 결정 회로는 이 DC 신호를 처리하기가 더 쉽다. 따라서, 도 11a는 마이너스 펄스 피크 검출 회로를 갖는 듀얼 입력 시스템을 나타낸 것이다. 단일 채널에 대한 유사한 플러스 펄스 피크 검출 시스템은 미국 특허 제5,594,222호에 기술되어 있다. 이들 마이너스 펄스를 발생하는 감지 회로는 고속으로 로우로 풀링할 수 있는 N-형 MOSFET 장치 및 보다 매끄럽게 하이로 풀링하는 전류원을 포함할 수 있다.

도 11a의 능동 장치(M1, M2)는, 각각 배선(SNEG, SPOS) 상에 일시적으로 마이너스로 되는 펄스(transient, negative-going pulse)를 제공하기 위해, 전극(E1, E2) 및 핀(I_RNG, O_RNG) 둘다를 통해 전달되는 발진 신호(OSCB)에 의해 턴온 및 턴오프된다. 이들 펄스의 마이너스 최대 피크 레벨은 입력 전극(E1, E2)에서의 전계의 강도에 비례하며, 이 강도는 전극(E1, E2)이 터치에 의해 또는 다른 방식으로 자극될 때 변할 수 있다.

배선(SNEG, SPOS) 상의 신호는 이어서 능동 장치(M1, M2)에 대응하는 피크 검출 회로의 능동 장치(Q1, Q2)의 각자의 베이스로 전달된다. 능동 장치(Q1, Q2)의 베이스로 전달되는 로우 신호는 이들을 바이어스 온(bias on)하고, 능동 장치(M1, M2)의 드레인에서의 최대 마이너스 전압을 배선(NEG, POS)에 각각 제공한다. 처음에 VDD에 충전되어 있는 커패시터(C9, C10)는 배선(POS, NEG) 상의 이 전압 변화의 속도를 떨어뜨리며, 그에 의해, 도 11a의 타이밍도에 나타낸 바와 같이, 배선(SPOS, SNEG)의 천이 펄스를 배선(POS, NEG) 상의 DC 펄스로 변환한다. 천이 신호가 끝나면, 능동 장치(Q1, Q2)는 이어서 커패시터(C9, C10)를 충전으로부터 고립시킨다. 방전 신호(DCHGB)에 의해 제어되는 능동 장치(M3, M4)는 이어서 커패시터(C9, C10)의 초기 전하(VDD)를 각각 리셋시킨다.

짧은 지속기간의 펄스를 사용하는 것은 유익하게도 터치 센서가 저 임피던스를 유지할 수 있게 해준다. 또한, 제어 회로는 낮은 평균 전력을 소비한다. 예를 들어, 입력 전극 커패시턴스를 통한 피크 전류는 몇 밀리암페어 정도로 높을 수 있다. 이것은 피크 전류가 지속되는 기간 동안 아주 낮은 임피던스에 대응한다. 각각의 펄스가 20 나노초 동안 활성이고 매 50 마이크로초마다 한번씩 샘플링되는 경우, 연속 평균 전류는 각각의 채널에 대해 0.8 마이크로암페어가 되고, 양 채널에 대해 1.6 마이크로암페어가 된다. 게다가, 방전 신호(DCHGB)가 활성이 아닐 때, 입력 부분은 감지 신호의 통계적 필터링 및 주기적인 샘플링을 제공한다.

이들 저임피던스 및 낮은 평균 전력 소모 특성은 미국 특허 제5,594,222호에 기술한 바와 같은 터치 센서의 자극 해석 성능을 향상시키고, 또한 기계적 스위치, 멤브레인 스위치, 기타 등등을 터치 감지 장치로 대체할 때 유익할 수 있다. 기계적 및 다른 본래의 스위치(true switch)는, 개방되어 있을 때, 전류가 통과할 수 있게 해주지 않는다. 저임피던스 및 저전력 고체-상태 스위치는 본래의 스위치의 이 특성을 흉내내며, 그에 의해 "개방된" 고체-상태 스위치를 통해 허용되지 않는 정도의 누설 전류가 통과할 위험없이 기계적 스위치의 직접적인 대체를 가능하게 해줄 수 있다. 또한, 저임피던스 및 낮은 평균 전력 터치 스위치의 누설 검출기 회로는 결정 및 다른 회로에서의 비교적 낮은 이득과 낮은 대역폭 곱 증폭기(relatively low gain and low bandwidth product amplifier) 및 연산 증폭기(op amp) 그리고 신호 발생 회로에 대한 DC 및 비교적 낮은 이득과 낮은 대역폭 장치의 사용과 부합한다.

도 11b는 집적 제어 회로의 입력 부분을 나타낸 것으로서, 여기서 능동 장치(M1, M2)는 P-형 MOSFET 장치이고, 능동 장치(M3, M4)는 N-형 MOSFET 장치이며, 능동 장치(Q1, Q2)는 N-형 바이폴라 장치이다. 도 11b는, 저항(R7, R8) 및 능동 장치(M3, M4)의 소스가 전압 신호(VSS)에 연결되어 있고 또한 능동 장치(Q1, Q2)의 컬렉터가 전압 소스(VDD)에 연결되어 있는 점을 제외하고는, 다른 방식으로 도 11a와 동일한 구성을 갖는다. 도 11b는 따라서, 도 11b의 타이밍도에 나타낸 바와 같이, 플러스로 되는 천이 및 DC 펄스(positive-going transient and DC pulse)를 사 용하는 실시예를 나타낸 것이다. 도 11c 및 도 11d는 입력 부분을 나타낸 것으로서, 여기서 도 11a의 능동 장치(M1, M2)는 능동 장치(Q3, Q4)로 대체되어 있고, 이 능동 장치(Q3, Q4)는 도 11c에서는 N-형이고 도 11d에서는 P-형이다. 도 11c는 도 11a의 피크 검출 회로(이 회로는 P-형 능동 장치(Q1, Q2, M3, M4)를 포함함)를 나타낸 것이고, 도 11d는 도 11b의 피크 검출 회로(이 회로의 능동 장치는 모두 N-형 장치임)를 나타낸 것이다. 이들 입력 부분 구성의 동작은 도 11a와 관련하여 상기한 동작과 유사하며, 회로 설계 분야의 당업자라면 잘 알 것이다.

도 11a 내지 도 11d 모두는 (각각 능동 장치(M1, M2 또는 Q3, Q4) 중 어느 하나의) 드레인 또는 컬렉터 전류를 드레인 또는 컬렉터에서의 전류에 비례하는 전압으로 변환하는 것을 제공하는 저항(R7, R8)의 사용을 나타낸 것이다. 따라서, 도 11a 내지 도 11d에서, 이 드레인 또는 컬렉터 전압은 V - (I_r)(R)과 같게 된다. 이 전압 변환을 제공하는 다른 방법은 도 12a 내지 도 15d에 도시되어 있다. 이들 도면에서, 저항(R7, R8)은 능동 장치로 대체되어 있다.

전류-전압 변환기(current to voltage converter)로서 능동 장치를 사용하는 것은, 도 12a 내지 도 12d에 도시한 바와 같이, 저항 성분의 교체로 높은 이득 출력을 가능하게 해주며 집적 회로 공간을 절약한다. 도 12a 내지 도 12d는 일반적으로 도 11a 내지 도 11d에 각각 대응한다. 도 12a 및 도 12b에서, 도 11a 및 도 11b의 저항(R7, R8)은 MOSFET 장치(M5, M6)로 대체되어 있고, 도 12c 및 도 12d에서, 도 11c 및 도 11d의 저항(R7, R8)은 바이폴라 장치(Q5, Q6)로 대체되어 있다. 도 13a 내지 도 13d는, 도 12a 내지 도 12d의 P-형 능동 장치 전류원이 도 13a 내지 도 13d의 N-형 능동 장치 전류원으로 대체되어 있는 것(그리고, 이와 유사하게, 도 12a 내지 도 12d의 N-형 능동 장치 전류원이 도 13a 내지 도 13d의 P-형 능동 장치 전류원으로 대체되어 있는 것)을 제외하고는, 일반적으로 도 12a 내지 도 12d에 대응한다. 능동 부하가 도 13a 내지 도 13d의 입력 장치와 동일한 유형이기 때문에, 이들 능동 부하는 동일한 제조 단계 동안에 집적 회로 내에 포함될 수 있다. 이것은 더 나은 정합(matching)을 제공한다. 출력 이득은 장치의 크기 및 사용되는 참조 전압 Vref에 의해 결정된다. Vref는, MOSFET 장치를 사용하는 경우에는 게이트 폭의 크기를, 바이폴라 장치를 사용하는 경우에는 이미터 영역을 스케일링함으로써 전류가 미러링될 수 있게 해주는 바이어스 회로에 의해 설정될 수 있다.

도 12e 내지 도 12h 및 도 13e 내지 도 13h에 나타낸 실시예에서, 도 11a 내지 도 11d의 저항(R7, R8)은 능동 장치(M5, M6)(도 12e 및 도 12f, 도 13e 및 도 13f)로 또는 능동 장치(Q5, Q6)(도 12g 및 도 12h, 도 13g 및 도 13h)로는 물론, 캐스코딩 능동 장치(cascoding active device)(M7, M8)(도 12e 및 도 12f, 도 13e 및 도 13f)로 또는 능동 장치(Q7, Q8)(도 12g 및 도 12h, 도 13g 및 도 13h)로 대체되어 있다. 캐스코드 바이어싱(cascoding biasing)은 이와 같이 전력 공급 및 프로세스 변동에 대해 제어 회로를 영향을 받지 않게 하는 데 도움이 된다.

도 14a 내지 도 14d는 상보적 장치 유형을 사용하는 실시예를 나타낸 것이다. 예를 들어, 도 14a에서, 능동 제곱근 추출 장치(M9, M10)는 P-형 MOSFET 장치이고, 입력 능동 장치(M1, M2)는 N-형 MOSFET 장치이다. 도 14b 내지 도 14d는 도 11b 내지 도 11d에 대응하는 상보적 장치 유형을 사용하는 실시예를 나타낸 것이다. 도 14c 및 도 14d에서, 능동 제곱근 추출 장치(Q9, Q10)는 바이폴라 장치이다. 도 14a 내지 도 14d에 나타낸 실시예는, 집적 회로의 제조 동안의 온도, 전력 공급, 공통 모드 노이즈의 변화, 및 프로세스 변동에도 불구하고, 더 나은 안정성을 제공한다. 도 15a 내지 도 15d는 동일한 유형의 능동 제곱근 추출 장치 및 능동 입력 장치를 사용하는 실시예를 나타낸 것이다. 따라서, 도 15a에서, 능동 제곱근 추출 장치(M9, M10)는, 입력 장치(M1, M2)와 마찬가지로, N-형 MOSFET 장치이다. 유사한 구성이 도 15b(N-형 MOSFET 장치를 사용함), 도 15c(N-형 바이폴라 장치를 사용함) 및 도 15d(P-형 바이폴라 장치를 사용함)에 도시되어 있다. 도 15a 및 도 15b에 나타낸 바와 같이, 입력 및 능동 제곱근 추출 장치 둘다에 대해 정합된 MOSFET 장치, 즉 동일한 유형의 MOSFET 장치가 사용될 때, 출력 선형성이 최대화될 수 있다.

도 11a 내지 도 15d 모두는 집적 회로 핀 입력 연결(I_RNG, 0_RNG) 상의 입력 커패시턴스(C7, C8)를 나타낸 것이다. 이들 입력 커패시턴스는 제조 공차 및 프로세스로 인해 부분적으로 변할 수 있으며, 이 변동은 회로 성능을 떨어뜨릴 수 있다. 이들 변동은 전극의 전계 커패시턴스를 증가시키는 경향이 있으며, 제어 회로의 성능의 변동 및 오프셋을 야기할 수 있다. 일반적인 응용이 전극에서의 전계의 아주 작은 변화를 해결하기 위해 입력 검출 회로를 필요로 하는 경우가 많기 때문에(이 때, 본딩 패드 입력 노드에서의 입력 커패시턴스가 입력 전계 커패시턴스 신호 레벨에 비해 비교적 클 수 있음), 누설 커패시턴스(C7, C8)를 최소화하는 것 이 유익할 수 있다. 이 누설 커패시턴스 변동의 효과를 최소화하는 한가지 방법은 입력 회로에 "스왐핑" 커패시터(swamping capacitor)를 추가하는 것이다. 이것이 제어 회로의 감도를 떨어뜨리는 경향이 있을 수 있기 때문에, 이는 본딩 와이어, UBM(under-bump-metallization), 플립칩 구성에서의 재분포 배선, 기타 등등과 연관된 입력 커패시턴스로 인한 변동에 대해 입력을 안정화시킬 수 있다. 스왐핑 커패시턴스의 사용이 도 16에 도시되어 있으며, 이는 일반적으로 도 15a에 대응한다. 도 16에서, 스왐핑 커패시터(C11, C12)는 각각 누설 커패시턴스(C7, C8)와 병렬로 존재하고, 전압 신호(VSS)에 전기적으로 연결되어 있다. 스왐핑 커패시터(C11, C12)가 본 명세서에 기술된 본 발명의 실시예들 전부와 부합하며 도 16에 도시된 실시예에서의 사용으로 한정되지 않는다는 것을 잘 알 것이다.

스왐핑 커패시터(C11, C12)가 제어 회로의 성능을 향상시킬 수 있지만, 이들은 부가적인 물리적 공간을 필요로 하는 경향이 있다. 제어 회로 입력, 여기에서 능동 장치(M1, M2)의 게이트에서의 다이오드(D4-D7)의 공핍 커패시턴스(depletion capacitance)로 인해 생기는 스왐핑 커패시턴스의 부가를 나타내는, 도 17a에 도시된 실시예에서 공간이 절약된다. 도 17a에서, 다이오드(D4, D6)는 도 16의 스왐핑 커패시터(C12)를 대체하고, 다이오드(D5, D7)는 도 16의 스왐핑 커패시터(C11)를 대체한다. 단위 표면적당 커패시턴스의 크기는, 폴리 또는 금속형 커패시터의 단위 면적당 커패시턴스와 비교하여, 도 17a에 나타낸 종류의 다이오드 구성의 경우에 더 크다. 또한, 다이오드(D4-D7)는 플러스 및 마이너스 하이 전압 전위 방전 둘다의 보호를 위해 사용될 수 있다. 이 보호는 터치 입력 응용에 대해 특히 유익 하다. 키보드, 단일 입력 스위치, 및 기타 등의 사람 입력 장치(human input device)는 정전기 방전 천이(electrostatic discharge transient)에 노출되어 있으며, 그의 민감한 입력 회로를 보호하기 위해 MOSFET 및 기타 장치 등의 구성요소를 포함할 수 있다. 도 17b에 나타낸 바와 같이, 감지 전극(E1, E2)이 입력 회로(ICC)에 아주 가까이 위치되어 있을 때, 이 문제가 악화된다.

도 18a 내지 도 18e는 집적 제어 회로를 갖는 터치 스위치에 대한 입력 회로의 다른 가능한 구성을 나타낸 것이다. 도 18a 내지 도 18c는 능동 장치(M1, M2)의 공통 모드 자극에 대한 여러가지 대안을 나타낸 것이다. 도 18a는 일반적으로 도 17a의 구성을 나타낸 것이며, 또한 능동 장치(M11-M14)를 포함한다. 도 18a에서, 능동 장치(M11-M14)는 입력 능동 장치(M1, M2)의 소스에 전기적으로 연결되어 있다. 능동 장치(M13, M14)의 게이트는 발진 신호(OSCB)에 연결되어 있고, 그의 드레인은 능동 장치(M12)의 게이트에 연결되어 있다. 능동 장치(M11)의 게이트는 전류원 바이어스 신호(CSBS)에 연결되어 있고, 그의 드레인은 능동 장치(M12)의 소스에 연결되어 있다. 도 18a에 도시한 구성은 입력단에서 능동 장치(M1, M2)에 네거티브 피드백을 제공할 수 있다.

도 18b는 능동 장치(M15, M16)(여기서는 N-형 장치로 도시됨)를 포함하는 입력 회로 부분을 나타낸 것으로서, 이 능동 장치의 소스는 입력 핀(I_RNG, O_RNG)에 각각 전기적으로 연결되어 있고, 이 능동 장치의 게이트는 발진 신호(OSCB)에 전기적으로 연결되어 있다. 능동 장치(M15, M16)의 드레인은 능동 제곱근 추출 장치(M9, M10)의 소스에 각각 연결되어 있고 또 피크 검출 회로 능동 장치(Q1, Q2)의 베이스에 각각 연결되어 있다. 도 18b에서, 능동 장치(M15, M16)(그의 게이트를 통해 발진 신호(OSCB)에 의해 자극되고 그의 소스를 통해 입력 신호를 받음)는 능동 장치(M1, M2)(그의 소스를 통해 자극되고 또 그의 게이트를 통해 입력을 받는 것으로 전술하였음)를 대신한다.

도 18c는 일반적으로 도 18b의 구성을 나타낸 것이며, 또한 도 17a에도 나타내어져 있는 스왐핑 다이오드(D4-D7)를 포함한다. 도 18c의 구성은 또한 하나의 전극을 갖는 단일 입력 모드에서 이용될 수 있으며 공핍 모드 스왐핑 커패시턴스를 제공하는 입력 다이오드를 사용하는 것의 이점들 전부를 제공할 수 있다.

도 18d는 능동 장치(M1, M2)로의 입력을 평형시키는 스왐핑 커패시터(C11, C12)를 포함하지만 외부 전극(E2)이나 입력 핀(O_RNG)을 갖지 않는 단일 전극 모드에 있는 도 16의 구성을 나타낸 것이다. 도 18e는, 다이오드(D4-D7)(도 17a에도 도시됨)에 의해 스왐핑 커패시턴스가 제공되는 것을 제외하고는, 도 18d의 구성을 나타낸 것이며, 이는 상기한 바와 같이 스왐핑 커패시턴스의 이점을 제공하기 위해 필요하게 되는 공간을 최소화시킨다.

도 19는, 도 4 내지 도 7의 자기-보유 래치(70)로서 기능할 수 있는, 본 발명의 집적 회로의 출력 회로 부분에 대한 가능한 구성을 개략적으로 나타낸 회로도로서, 여러가지 출력 특징과 그의 가능한 구성(래치 출력(LCH_O) 및 그의 구성요소를 포함함)을 나타내고 있다. 이들 출력 특징은 터치 셀이 종래의 멤브레인 또는 기계적 스위치의 응답과 똑같이 할 수 있게 해준다.

출력 핀(NDB_O, NE_O, ND_O)은 능동 장치를 통해 출력을 전기적으로 로우로 풀링하는 터치 셀 및 집적 회로 어셈블리의 출력이다. 집적 제어 회로는, 자극(예를 들어, 사람 터치 자극)이 가해질 때, 능동 장치를 통해 출력을 전기적으로 로우로 풀링하도록 구성될 수 있거나, 자극이 없을 때(예를 들어, 사람 터치 자극이 없을 때) 능동 장치를 통해 출력을 전기적으로 로우로 풀링하도록 구성될 수 있다.

도 19에 도시한 바와 같이, 출력 핀(NDB_O)은 능동 장치(M18)의 드레인에 전기적으로 연결되어 있으며, 이 능동 장치(M18)의 소스는 전압 신호(VSS)에 연결되어 있고, 이 능동 장치(M18)의 게이트는 인버터(U2)의 입력, 인버터(U1)의 출력, 능동 장치(M17)의 게이트, 및 전압 신호(TP_O)에 연결되어 있다. 출력 핀(NE_O)은 능동 장치(Q13, Q14)의 이미터에 전기적으로 연결되어 있으며, 이 능동 장치(Q13, Q14)의 베이스는 능동 장치(M20)의 드레인에 연결되어 있고, 이 능동 장치(Q13, Q14)의 컬렉터는 전압 신호(VSS)에 연결되어 있다. 능동 장치(M20)는 차례로 그의 게이트에서 인버터(U2)의 출력에 연결되고 그의 소스에서 전압 신호(VSS)에 연결되어 있다. 출력 핀(ND_O)은 능동 장치(Q13, Q14)의 베이스에 또한 능동 장치(M20)의 드레인에 전기적으로 연결되어 있다. 능동 장치(M20)는 출력(NE_O)에 대한 네거티브 풀다운 장치(negative pull down device)로서 기능할 수 있고 또 출력(ND_O)에 대한 능동 장치(Q13, Q14)의 게이트를 바이어스 온(bias on)할 수 있다.

출력 핀(PDS_O, PD_O, PE_O)은 능동 장치를 통해 출력을 전기적으로 로우로 풀링하는 터치 셀 및 집적 회로 어셈블리의 출력이다. 집적 제어 회로는, 자극(예를 들어, 사람 터치 자극)이 가해질 때, 능동 장치를 통해 출력을 전기적으로 하이 로 풀링하도록 구성될 수 있거나, 자극이 없을 때(예를 들어, 사람 터치 자극이 없을 때), 능동 장치를 통해 출력을 전기적으로 하이로 풀링하도록 구성될 수 있다.

도 19에서, 출력 핀(PDS_O)은 쇼트키 다이오드(SD1)에 전기적으로 연결되어 있으며, 이 쇼트키 다이오드(SD1)는 차례로 출력 핀(PD_O)에 연결되어 있다. 출력 핀(PD_O)은 능동 장치(Q12)의 베이스 및 능동 장치(M17)의 드레인에 전기적으로 연결되어 있으며, 이 능동 장치(M17)의 소스는 전압 신호(VDD)에 연결되어 있고, 이 능동 장치(M17)의 게이트는 인버터(U1)의 출력 및 인버터(U2)의 입력에 연결되어 있다. 능동 장치(Q12)의 컬렉터는 능동 장치(Q11)의 이미터에 연결되어 있고, 이 능동 장치(Q11)의 컬렉터 및 베이스 둘다는 전압 신호(VDD)에 연결되어 있다. 또한, 도 19에 나타낸 바와 같이, 능동 장치(Q12)의 이미터는 출력 핀(PE_O)에 연결되어 있다.

집적 제어 회로는 종래의 DC 모드, DC 매트릭스, 펄스 DC 매트릭스 모드(pulsed DC matrix mode) 또는 래치 매트릭스 모드에서 적용될 수 있다. 도 20a는 집적 제어 회로가 DC 모드에 대한 터치 셀 구성으로 적용되는 응용을 나타낸 것이다. DC 모드를 사용하는 모든 응용에서, 각각의 집적 제어 회로는 시스템 전압 신호(VDD, VSS)에 계속 연결되어 있다. 어떤 경우에, 몇개의 터치 셀의 출력은 전기적 OR 논리에 연결되어 있다(예를 들어, 터치 셀(TC1-TC3)은 PE_O 출력을 사용하고 TC7-TC9는 NE_O 출력을 사용함). 나머지 터치 셀(TC4-TC6, TC10-TC13)은 여러가지 출력, 즉 PD_S, PD_O, PD_E, NDB_O, NE_O 및 ND_O의 사용을 보여준다. 출력을 전기적으로 하이로 풀링할 수 있는 터치 셀(TC4-TC6)의 경우, 출력 핀은 저항을 통해 접지에 연결되어 있으며, 이 때 출력을 전기적으로 로우로 풀링할 수 있는 터치 셀(TC10-TC13)의 경우, 출력 핀은 저항을 통해 전압 신호(VDD)에 연결되어 있다.

도 20b는 마이너스 펄스 DC 매트릭스 모드에서의 터치 센서의 응용을 나타낸 것이다. 각각의 터치 셀의 집적 제어 회로는 그의 전압 신호(VDD)가 시스템 전압 공급 장치(V_supply)에 연결되어 있다. 또한, 각각의 터치 셀의 집적 제어 회로에서 행 선택 신호(ROW SELECT 1 또는 ROW SELECT 2)가 VSS에 연결되어 있는 것으로 도시되어 있다. 도 20b에서, 각각의 터치 셀의 집적 제어 회로의 출력 핀(NE_O)은 열 복귀(column return)(COLUMN RETURN 1(터치 센서(TS1, TS2)) 또는 COLUMN RETURN 2(터치 센서(TS3, TS4)))에 연결되어 있다. 도 20b로부터 알 수 있는 바와 같이, ROW SELECT 및 COLUMN RETURN은 단일의 터치 센서, 한 행의 터치 센서 또는 한 열의 터치 센서를 활성화시킬 수 있다. 이것은 또한 도 20b의 타이밍도에 나타내어져 있다.

도 19에 나타낸 P-형 능동 장치(Q13, Q14)는, 연관된 입력에 활성 자극이 가해질 때, NE_O를 로우로 풀링한다. 또한, 연관된 입력에 자극이 가해지지 않을 때, 출력 상의 이들 P-형 능동 장치가 NE_O를 로우로 풀링하도록 입력이 구성될 수 있다. 능동 장치(Q13, Q14)의 이미터-베이스 접합은, 임의의 하나의 장치가 활성 로우로 될 때, VSS를 통한 매트릭스 내의 다른 장치로의 전류를 차단한다. 임의의 하나의 특정의 터치 셀의 집적 제어 회로가 로우로 풀링할 때마다, 출력 능동 장 치(Q13, Q14)의 베이스-이미터 접합의 순방향 바이어스 전압 강하에 대한 출력 감소(V_supply와 NE_O 사이에서 측정됨)가 있게 된다. 응용에 따라서는, 하나의 장치가 2개의 능동 장치(Q13, Q14) 대신에 사용될 수 있다.

P-형 장치 또는 장치들의 V_be 강하를 방지하는 것이 바람직할 때, 도 19에 나타낸 바와 같은 MOSFET 장치를 이용하는 NDB_O 또는 ND_O 출력이 사용될 수 있다. ND_O 출력을 갖는 터치 센서의 마이너스 펄스 DC 매트릭스 모드 구성이 도 20c에 도시되어 있으며, 도 10b에 도시한 것과 거의 유사하다. N-형 MOSFET 장치(M18, M20) 양단의 전압 강하는 낮은 전류 레벨(low current level)에서 비교적 낮으며, RDSon 저항과 MOSFET 장치 채널을 통하는 전류를 곱한 것에 의존한다. 따라서, 이 전류는 주로 외부 부하 저항에 의해 정해진다. 더 낮은 전류 레벨에서는, P-형 바이폴라 트랜지스터의 대응하는 전압 강하에 대해, 전압 강하가 더 작다. 반면에, 더 높은 전류 레벨에서는, 바이폴라 트랜지스터가 베이스-이미터 접합의 순방향 바이어스(0.6 내지 0.7 볼트)를 떨어뜨리는 경향이 있는 반면, N-형 MOSFET 장치는 RDSon과 드레인 전류 간의 대략적인 선형 관계(V_drop = (RDSon)(I_drain))로 인해 증가된 전압 강하를 갖는 경향이 있다. 따라서, 더 낮은 전류 레벨이 존재하는 일반적인 논리 회로에서, N-형 MOSFET 출력은 바이폴라 장치보다 더 낮은 전압을 강하시키는 경향이 있다. 이것은 MOSFET 장치를 다른 논리 회로들에 더 보편적으로 적절하도록 만들어준다. 도 20d는 도 19에 나타낸 바와 같은 P-형 MOSFET 장치(M17)를 사용하는 PD_O 출력을 갖는 터치 센서를 갖는 플러 스 펄스 DC 매트릭스 구성을 나타낸 것으로서, 이것에도 이상의 내용이 적용된다.

그렇지만, MOSFET 장치는 바이폴라 장치가 갖는 고유의 차단 특징을 갖지 않는다. 도 21a는 일반적인 CMOS 회로의 구성에서 사용되는 도핑된 N 및 P형 물질을 갖는 일반적인 P-형 기판의 단면도를 나타낸 것이다. 도 21b는, 출력 핀(NBD_O)(도 19에서의 능동 장치(M18))에 대한 또는 출력 핀(ND_O)(도 19의 능동 장치(M20))에 대한 출력 풀 다운 장치(output pull down device)로서 사용될 수 있는 N-형 MOSFET 장치(N1)의 개략도이다. 도 21c는 N1과 연관된 기생 장치로부터의 누설 전류(장치를 둘러싸고 있는 공핍 영역으로 인해 MOSFET 장치 구성의 의도하지 않은 결과로서 나타날 수 있음)의 발생을 방지하기 위해 출력 장치(N1)와 직렬로 연결된 차단 장치(N2)의 개략도이다.

도 21a 내지 도 21c는 N-형 MOSFET 장치의 구성이 어떻게 기생 드레인-소스 바이폴라 다이오드(PD1)의 생성을 가져오는지 및 VSS로부터 기판으로의 누설 전류를 어떻게 차단하는지를 나타낸 것이다. 일반적인 CMOS 집적 회로는 P 또는 N형 기판을 사용한다. 이들 기판은 일반적으로 집적 회로 VSS 또는 VDD에 전기적으로 연결되어 있다. P형 기판의 경우, 기판은 VSS에 연결되어 있고, N형 기판의 경우, 기판은 VDD에 연결되어 있다. 유의할 점은, 도 21b에서, N-형 MOSFET 장치(N1)의 소스가 전압 신호(VSS)에 연결되어 있고 또 기생 다이오드(PD1)의 애노드도 역시 장치(N1)의 소스 노드에 연결되어 있다는 것이다. 기생 다이오드(PD1)의 캐소드는 장치(N1)의 드레인에 연결되어 있다. 이 결과로서, 집적 제어 회로가, N-형 MOSFET 장치(도 20c에 나타냄, ND_O 출력을 가짐)를 사용하여, 활성 전기적 풀다 운(active electrical pull down)을 갖는 마이너스 펄스 DC 매트릭스 모드로 구현될 때, 기생 다이오드(PD1)를 거쳐 P 기판에 이르는 역방향 전류에 대한 내재된 경로가 존재한다. 스트로브 로우(strobe row)에 대한 펄스가 매트릭스에 가해지고 또 출력(ND_O)에서의 전위보다 더 높은 전위에 있을 때, 기생 다이오드(PD1)를 통해 VSS로부터 ND_O로 전류가 흐르게 된다. 이 전류 경로는 매트릭스의 동작 및 전원 공급 장치에 영향을 주게 되고, 이 저전류 경로는 스트로브 구동기(strobe driver)를 통해 VSS를 VDD에 연결시키는 저임피던스 경로를 제공한다. N-형 MOSFET 풀다운 장치와 직렬로 연결된 바이폴라 다이오드는 역방향 전류 흐름을 방지하지만 또한 N-형 MOSFET 풀다운 장치의 이점, 즉 출력에서의 낮은 전압 강하가 없다. 바이폴라 다이오드는 또한 베이스-이미터 접합의 V_be를 떨어뜨리는 경향이 있다. 이 원하지 않는 전류 경로를 차단하기 위해, 양호하게는 종래의 집적 회로 제조와 부합하고 최소의 전압 강하를 갖는 차단 장치를 구현하는 방법이 필요하다. N-형 MOSFET 장치들(N1, N2) 간의 적절한 연결을 행함으로써, P 기판 및 전압 신호(VSS)가 ND_O 장치(N1)를 통하는 누설 전류 경로로부터 분리되도록 누설 전류 경로가 차단될 수 있고, 이와 동시에 제어 회로 출력의 전압 강하가 최소화된다.

도 21a에서의 장치(N2)는 차단 장치이고, 도 21c에 개략적으로 나타내어져 있다. 도 21a 및 도 21c에 나타낸 바와 같이, 차단 장치(N2)의 드레인 및 소스는 각각 VSS 및 VSS1에 연결된다. 차단 장치(N2)의 게이트는 전압 신호(VDD)(대부분의 마이크로프로세서와 부합하기 위해 3-5 볼트일 수 있지만, 꼭 그럴 필요는 없 음)에 연결된다. 장치(N2)의 소스가 접지 등의 로우 전위에 있을 때, 게이트 전압이 장치의 문턱 전압보다 약간 더 높은 한, 채널 저항은 아주 낮게 된다. 장치(N2)의 게이트가 VDD(3 내지 5 볼트(V_supply) 정도일 수 있음)에 있고, 활성 펄스 기간(active pulse period) 동안에 그의 소스가 0 볼트에 있으며, 또한 그의 문턱 전압이 전압보다 작기 때문에, 채널 저항이 아주 낮게 되며 따라서 장치의 채널 강하도 역시 아주 낮게 된다(즉, 표준의 바이폴라 다이오드보다 작다). 장치(N2)의 소스가 VDD와 같은(또는 그보다 높은) 전압에 있을 때, 게이트-소스 전압(V_GS)은 장치의 문턱 전압보다 작게 된다. 이것은 채널 저항이 상당히 증가하게 만들며, 그에 의해 채널을 통하는 상당한 전류를 차단시킨다. 또한, 장치(N2)의 소스와 기판(PS)의 기생 다이오드(PD) 간의 공핍 접합(depletion junction) 양단의 전압이 소스-드레인 기생 다이오드(PD1)의 장벽 전위(약 0.6 내지 0.7 볼트)보다 작게 된다. 따라서, 기생 다이오드(PD1)는 기판을 통하는 상당한 전류를 차단시킨다.

또한, 차단 장치(N2)는 표준의 집적 회로 응용에서의 역방향 전압 보호(reverse voltage protection)를 위해 사용될 수 있고 또 상기한 이점 전부를 제공할 수 있다. 이와 같이 사용될 때, 차단 장치(N2)는 상기한 바와 동일한 방식으로 집적 회로의 VSS에 연결되고 또 역방향 전류 또는 전압 손상으로부터 회로를 보호한다.

도 21d 내지 도 21f는 도 19에 나타낸 출력 PDS_O, PD_O 및 PE_O을 갖는 전기적 하이 풀 장치(electrically high pull device)에 대한 차단 장치(BDP2)를 나 타낸 것이다. 도 21d 내지 도 21f에 도시된 장치는 도 21a 내지 도 21c에 나타낸 장치와 상보적이며, 도 21a 내지 도 21c를 참조하여 기술된 설명을 고려하여 당업자라면 잘 알 것이다. 상기한 DC 모드 구성 전부에서, 각각의 터치 셀의 집적 제어 회로에의 3가지 연결이 있다. 각각의 터치 셀의 집적 제어 회로에 대한 VDD 및VSS는, 입력 자극을 처리하기 위해, 어떤 시간 동안 전원에 연결될 필요가 있다. 집적 제어 회로의 출력은, 원하는 구성에 따라, PDS_O, PD_O, PE_O, NDB_O, ND_O 및 NE_O에서 얻어진다. 이들 출력은 집적 제어 회로에서 필요하게 되는 제3 연결을 형성한다. 그렇지만, 어떤 경우에, 집적 회로가 단지 2개의 연결만을 필요로 하는 것이 유익하다. 예를 들어, 멤브레인 스위치를 포함하는 응용에서 스위치당 단지 2개의 연결만이 사용되기 때문에, 터치 감지 스위치 및 집적 제어 회로가 단지 2개의 연결만을 필요로 하는 것은 멤브레인 스위치를 터치 스위치로 직접 대체하는 것을 용이하게 해준다.

2-단자 멤브레인 스위치(MS1-MS4)의 매트릭스의 개략도가 도 22에 도시되어 있다. 도 22는 매트릭스 내의 스위치를 어드레싱 및 판독하는 한가지 방법을 나타낸 것이다. 물론, 도 22의 매트릭스는 또한 더 많은 행, 더 많은 열, 더 많은 스위치, 및 대안의 연결을 포함하도록 수정될 수 있다. 모든 경우에, 각각의 스위치로의 인터페이스는 일반적으로 2가지 유형의 신호 라인, 즉 ROW SELECT 및 COLUMN RETURN을 포함한다. 각각의 ROW SELECT 라인은 COLUMN RETURN 라인을 통해 각각의 스위치(MS1-MS4)가 닫혀질 때(멤브레인 스위치의 경우에, 손가락으로 누르면 닫혀짐) 이들 스위치를 통해 전류가 흐를 수 있게 해주는 전위 소스이다. COLUMN RETURN 라인 1 및 2 상의 종단 저항(COLR1, COLR2)은 각각 복귀 논리 회로(return logic circuit)에 의해 처리될 전압을 발생하고 또 스위치 장치를 통하는 전류를 제한하기 위해 사용된다. 스트로브 라인은 주어진 시간에 한 행의 스위치(MS1 및 MS3, 또는 MS2 및 MS4)만이 동작되도록 시퀀싱될 수 있다. 특정의 행이 선택될 때, 각각의 종단 저항(COLR)을 통해 발생되는 전압은 선택된 행의 어느 스위치가 전기적으로 닫혀 있는지를 나타낸다. COLUMN RETURN 라인들은 일반적으로 동시에 처리된다. 다수의 스위치 입력을 처리하는 데 사용되는 상호 연결의 수의 관점에서 매트릭스 방식이 효율적이다. 예를 들어, 64개 스위치가 8개의 ROW SELECT 라인 및 8개의 COLUMN RETURN 라인을 사용하여 8x8 매트릭스로 판독될 수 있다. 일반적으로, 어떤 종류의 논리 장치는 짧은 기간에 걸쳐 모든 스위치의 상태를 결정하기 위해 스트로브 및 복귀 라인(strobe and return line)에 연결되어 있다. 이것은 당업자라면 어떻게 구현할지를 잘 알고 있는 일반적인 매트릭스 방식이다. 이것은 시장에서 널리 이용가능한 컨트롤러, 컴퓨터의 키보드, 전화 및 기타 장치에서 사용될 수 있다.

자극을 검출할 수 있고 또 2-단자 스위치로서 동작할 수 있는 고체-상태 유형 감지 장치는, 종래의 매트릭스 스트로브 및 판독 회로가 부가의 소프트웨어, 논리 회로, 및/또는 마이크로프로세서(이들은 리셋 및 다른 고장에 취약함) 없이 제조될 수 있게 해준다는 점에서, 유익할 수 있다. 도 23은 매트릭스 상으로 배열되고 단지 2개의 집적 회로 연결만을 갖는 이러한 장치의 구현을 나타낸 것이다. 따라서, 도 23의 터치 센서(TS1-TS4)는 도 22의 멤브레인 스위치(MS1-MS4)를 대체한 다. 도 23에서, 각각의 터치 센서(TS1-TS4)는 전계 전위차를 감지한다. 적절한 자극의 존재 여부에 따라, 장치(특정의 응용에 의존함)는 고임피던스 상태(열린 스위치에 대응함)에서 저임피던스 상태(닫힌 스위치에 대응함)로 이동하며, 그에 의해 종래의 멤브레인 또는 기타 기계적 스위치를 흉내낸다. 이들 장치의 주된 이점은 2 단자 스위치의 속성을 흉내낼 수 있다는 것이다.

도 24a 및 도 24b는 도 23의 터치 센서(TS1-TS4)에 대한 가능한 회로를 나타낸 것이다. 도 24a 및 도 24b에 나타낸 회로는 도 19에 도시한 회로의 래치 회로 부분에 기초한 것이다. 도 19에서, 도시된 래치 회로는 능동 장치(M19, Q15-Q19)는 물론 저항(R9)을 포함한다. 래치 회로 출력 핀(LCH_O)은 능동 장치(Q19)의 이미터에 연결되어 있는 것으로 도시되어 있다. 능동 장치(Q19)는 차례로, 그의 베이스에서, 인버터(U2)의 출력에, 능동 장치(Q15)의 드레인에, 또한 능동 장치(M20)의 게이트에 연결되어 있고, 그의 컬렉터에서, 능동 장치(Q18)의 이미터에에 연결되어 있고, 이 능동 장치(Q18)의 베이스는 전압 신호(VDD)에 연결되며, 이 능동 장치(Q18)의 컬렉터는 저항(R9)에 연결되고, 이 저항(R9)은 차례로 전압 신호(VDD)에 연결되어 있다. 능동 장치(Q18)의 컬렉터는 또한 능동 장치(Q15, Q16)의 베이스에 연결되어 있는 것으로 도시되어 있으며, 이들 능동 장치(Q15, Q16)의 이미터는 전압 신호(VDD) 및 능동 장치(Q17)의 베이스에 연결되고, 이 능동 장치(Q17)의 컬렉터는 전압 신호(VSS)에 연결되어 있으며, 이 능동 장치(Q17)의 이미터는 능동 장치(Q15)의 컬렉터에 연결되어 있다. 능동 장치(Q18)의 컬렉터는 또한 능동 장치(M19)의 드레인에 연결되어 있고, 이 능동 장치(M19)의 게이트는 제어 회로의 출 력 핀(INITB)에 연결되며, 이 능동 장치(M19)의 소스는 전압 신호(VDD)에 연결되어 있다.

도 24a 및 도 24b는 도 19의 래치 회로의 여러가지 실시예를 나타낸 것이다. 이들 실시예 둘다는 선택적인 능동 장치(Q16-Q18)를 생략하고 있다. 도 24a는 도 19에 나타낸 래치 회로 내의 바이폴라 구성요소(Q15, Q19)의 구현을 나타낸 것이고, 도 24b는 래치 회로 내의 MOSFET 구성요소의 구현을 나타낸 것이다. 2 단자 장치의 정신 및 기능을 유지하는 데 다른 구성이 구현될 수 있다.

도 24a는 입력 자극을 검출하고, 결정을 하며, 바이폴라 래치 회로를 트리거하는 데 필요한 기능을 제공하는 제어 회로와 관련하여 동작하는 바이폴라 래치 회로를 나타낸 것이다. 이 제어 회로는 또한 전원 온 리셋 기능, 여러가지 내부 블록 및 특징의 초기화 및 시퀀싱(sequencing)을 제공할 수 있다. 제어 회로에의 입력은 입력 감지 연결과 연관된 것, 즉 OSCB, +(플러스), 및 -(마이너스), 제어 회로의 전원 공급 장치와 연관된 것, 즉 전압 신호(VDD, VSS), 및 래치 회로와 연관된 것, 즉 INIT 및 TRIGGER를 포함한다. 래치 출력은 출력 핀(LCH_O)를 통한다.

ROW SELECT 라인 상의 능동 풀 P-형 MOSFET 장치를 통해 시스템 V_supply로부터 GND로 전류를 위한 경로가 존재하는 경우, 도 24a의 스트로브 라인 ROW SELECT이 활성이다. 전원이 공급되는 경우, 제어 회로는 동작하게 된다. 스트로브 펄스가 처음으로 인가될 때, 제어 회로는, 능동 장치(M19)를 턴온시키기 위해, INIT 라인을 통해 게이트 신호를 인가한다. 이것은 능동 장치(Q15)의 베이스-이미터 전압이 본질적으로 0 볼트에 있도록 하여 이 능동 장치(Q15)가 도통하지 않도록(누설 전류는 제외) 보장해준다. Q15가 오프인 경우, Q19의 베이스에 이용가능한 전류가 없으며, 따라서 Q19도 오프로 된다. Q19가 오프인 경우, INIT 신호가 제거되고 또 M19가 오프인 후에도, Q15의 베이스에서의 전압은 본질적으로 VDD가 된다. 래치가 본질적으로 오프인 경우(즉, 전류가 흐르지 않는 경우), 제어 회로는 동작할 수 있다. 동작하고 있을 때, 집적 제어 회로는 고임피던스 모드에 있고 열린 스위치를 흉내낸다. 저항(R_column) 양단에 나타나는 출력 전압은 V_supply x R(집적 제어 회로)/[R(집적 제어 회로) + R_column]과 같다. 집적 제어 회로의 유효 저항이 클수록, R_column 양단에서 강하되는 V_supply의 비율이 작아지고, 집적 제어 회로 양단에서 강하되는 비율이 커진다.

완벽한 스위치는 열려 있을 때 무한의 저항 및 영의 전류를 가지며, 따라서 스트로브 펄스 동안에 스위치 양단에서 V_supply가 강하하고, 0 전류 흐름으로 인해 R_column 양단에서 0 전압이 강하된다. 집적 회로가 스위치가 아니기 때문에, 열린 스위치의 특성을 보다 정확하게 복제하기 위해 스트로브 펄스에 의해 V_supply가 인가될 때, 가능한 한 작은 전류를 갖도록 집적 제어 회로를 설계하는 것이 중요하다.

자극이 인가된 경우 또는 자극이 인가되지 않은 경우 집적 제어 회로가 이러한 고임피던스 모드에 있게 하도록 입력 전극이 구성될 수 있다. 집적 제어 회로가 고임피던스 모드에 있을 때, V_supply의 대부분은 집적 제어 회로 양단에 인가된다. 이것은 회로가 부유 모드(floating mode)에서 동작할 수 있게 해주는데, 그 이유는 내부 VDD 및 VSS가 전체로서의 집적 회로 및 내부 제어 회로까지도 동작시키기에 충분하기 때문이다. 전극 구성은 또한, 자극이 인가될 때 또는 다른 대안으로서 자극이 인가되지 않을 때, 제어 회로가 래치 회로에 트리거 펄스를 발생하게 하도록 되어 있을 수 있다. 제어 회로가 트리거 펄스를 발생할 때, 래치는 턴온된다. 도 24a의 트리거 펄스는 VSS로부터 VDD쪽으로 이동하는 플러스 펄스이다. 이 트리거 펄스는 INIT 신호가 리셋된 후에 가능하게 되며, M19를 턴오프되게 한다. 이 플러스 펄스는 N-형 바이폴라 장치(Q19)의 베이스-이미터 접합을 순방향 바이어스시켜, Q19를 턴온되게 한다. 능동 장치(Q19)의 이득 전달(gain transfer) 및 베이스 전류의 흐름으로, 능동 장치(Q19)의 컬렉터에, 따라서 저항(R9)을 통해 전류가 흐른다. 저항(R9)을 통한 전류 흐름은 능동 장치(Q15)의 베이스가 VSS쪽으로 떨어지게 하는 전압 전위를 발생하며, 이는 능동 장치(Q15)의 이미터-베이스 접합을 순방향 바이어스시켜 Q15를 턴온되게 한다. 능동 장치(Q15)의 전류 이득은 능동 장치(Q15)의 컬렉터에 상당한 전류가 흐르게 하며, 또한 트리거 펄스의 제거 이후에도, 능동 장치(Q19)의 베이스에서 전압이 증가하게 하여 능동 장치(Q19)의 이미터-베이스 접합을 충분히 순방향 바이어스시킨다. 제어 회로 양단의 전압 강하로 인해 트리거 펄스가 제거되고, 제어 회로의 동작을 충분히 디스에이블시킨다. Q15와 Q19 사이의 포지티브 전류 피드백 루프로 인해 트리거 펄스가 제거된 후에도 래치 전류가 계속 유지된다. 래치의 전압 강하는 포화 전압, 접합 저항, 능동 장 치(Q15, Q19)의 이득, 및 R_column의 저항에 의해 결정된다. 트리거가 제거된 경우 집적 제어 회로 내부의 래치 회로가 계속 온(on)되어 있어야만 하는데, 그 이유는 제어 회로가 동작하지 않기 때문이며, 래치가 전류 범위에 걸쳐 가능한 한 작은 전압 강하가 있는 것이 중요하기 때문이다. 이 저임피던스 모드에서, 닫힌 스위치를 흉내내기 위해 이들 속성을 가능한 한 많이 달성하는 것이 바람직하다. 완벽한 닫힌 스위치는 무한의 전류를 통과시키며 모든 전류 레벨에서 0 볼트 강하한다. 완벽한 스위치, 즉 낮은 전압 강하는 갖는 스위치를 최상으로 흉내내기 위해, 래치 회로는 양호하게는 증가된 이미터 면적 및 낮은 V_be 강하를 갖는 바이폴라 트랜지스터 및 높은 W/L 채널비, 낮은 문턱값을 갖는 MOSFET, 및 높은 이득을 갖는 장치를 사용할 수 있다.

도 24b는 바이폴라 능동 장치(Q15, Q19)가 MOSFET 장치(M21, M22)로 대체되어 있는 도 24a의 래치 회로를 나타낸 것이다. 도 24b의 집적 제어 회로의 동작은 도 24a의 집적 제어 회로의 동작과 유사하다. 도 24b에 나타낸 래치 부분의 동작에 대해 이하에 기술한다.

INIT 펄스가 인가될 때, 능동 장치(M19)가 턴온된다. 이것은 VDD가 능동 장치(M21)의 게이트에 인가될 수 있게 해준다. 이 상태에서, 능동 장치(M21)의 게이트-소스 전압은 P-형 MOSFET 장치(M21)의 문턱 전압보다 작으며, 본질적으로 0 볼트이며, 따라서 능동 장치(M21)는 오프된다. 능동 장치(M21)의 드레인 전류가 본질적으로 0 암페어인 경우(누설 전류를 제외함), 저항(R10) 양단에 전압이 나타나 지 않는다. 능동 장치(M22)의 게이트가 본질적으로 0 볼트에 있는 경우, 그의 게이트-소스 전압은 장치의 문턱 전압보다 상당히 더 작다. 능동 장치(M22)의 드레인 전류는 본질적으로 0이고, 그의 게이트-소스 전압은 문턱 전압보다 꽤 낮다. 저항(R9)를 통한 0의 전류는 능동 장치(M21)의 게이트에서의 전압이 VDD에 있거나 그에 아주 가깝게 하며, 따라서 능동 장치(M21)의 게이트-소스 전압은, INIT 신호가 제거된 후에도, 본질적으로 0이다. 이 조건은 래치 회로를 고임피던스 상태에 둔다. INIT 펄스의 제거 이후에, VDD에 근접하는 트리거 펄스가 능동 장치(M22)의 게이트에 인가될 때, 그의 게이트-소스 전압은 능동 장치(M22)의 문턱 전압을 초과하며, 이는 M22를 턴온되게 한다. 능동 장치(M22)의 드레인 전류가 증가하고, 저항(R9) 양단에 전압 강하가 나타난다. 저항(R9) 양단에 전압 강하가 있는 경우, 능동 장치(M21)의 게이트-소스 전압은 그의 문턱 전압을 초과하고, 이는 능동 장치(M21)를 턴온시킨다. 능동 장치(M21)의 드레인 전류가 증가하고, 이는 또한, 트리거 펄스가 제거된 후에도, 저항(R10) 양단의 전압 강하를 능동 장치(M22)의 문턱 전압 이상으로 증가하게 한다. 따라서, 래치는 저임피던스 상태로 이동하고, 그 양단의 전압 강하는 능동 장치(M21, M22)의 특성, 저항(R9, R10)의 값, 및 R_column의 저항에 의존한다. 도 24b의 집적 제어 회로의 나머지 동작은 도 24a의 집적 제어 회로의 동작과 유사하다. 또한, 양 도면에는 도 21a 내지 도 21c의 차단 다이오드(도 24a 및 도 24b에서 각각 D8 및 D9로 표시됨)가 도시되어 있다.

도 25a는, 기판(PS) 내에 내장되는 가능한 구성으로 능동 장치(Q15-Q19)를 포함하는, 도 19의 래치 회로 부분을 나타낸 것이다. 도 25b는 래치 회로 부분을 개략적으로 나타낸 것이다. 도 25a에서, 능동 장치(Q15, Q16)는 P-도핑된 웰 EMITTERQ15/EMITTERQ16를 이미터로서 공유하며, 능동 장치(Q15)의 컬렉터 및 능동 장치(Q17)의 이미터는 동일한 P-도핑된 웰 COLLECTORQ15/EMITTERQ17이고, 이는 능동 장치(Q15)의 게이트에 연결되어 있다. 능동 장치(Q15, Q16, Q17)는 또한 각각 그의 베이스(BASEQ15, BASEQ16, BASEQ17)로서 동일한 N-도핑된 웰을 공유한다. 기판(PS)은 능동 장치(Q16, Q17)의 컬렉터(COLLECTORQ16, COLLECTORQ17)를 형성한다. 능동 장치(Q19)는 기판(PS)에서 별도의 N-도핑된 웰에 나타내어져 있으며, 그의 N-도핑된 웰 컬렉터(COLLECTORQ19)에서 저항(R9)에 연결되고, 그의 P-도핑된 웰 베이스(BASEQ19)에서 P-도핑된 웰(COLLECTORQ15/EMITTERQ17)에 연결되어 있으며, 그의 N-도핑된 웰 이미터(EMITTERQ19)에서 다이오드(D10)의 애노드에서의 전압 신호(VSS)에 연결되어 있다. 도 25a에서, 능동 장치(M19)는 저항(R9)와 병렬로 연결되어 있다. 도 25a 및 도 25b에 나타낸 구성의 동작은 능동 장치 및 회로 설계의 당업자라면 도 24a와 관련한 래치 회로의 상기 설명으로부터 잘 알 것이다. 능동 장치(Q16-Q18)는 출력(LCH_O)으로 전달되는 신호를 증강시킨다. 도 25a에 나타낸 구성은 능동 장치(Q17)의 동적 임피던스 및 기판(PS)을 통한 VSS 전류의 분기로 인해, 표준의 래치와 연관된 전압 강하와 비교하여, 감소된 래치 ON 전압 강하로부터 혜택을 본다. 다이오드(D10)(그의 캐소드에서 출력(LCH_O)에 연결되고 그의 애노드에서 능동 장치(Q19)의 이미터 및 전압 신호(VSS)에 연결됨)는 도 25b에 나타낸 집적 회로의 래치 부분으로의 피드백을 방지할 수 있다. 도 25c는 다이오드(D10) 을 나타내고 있으며, 이 다이오드는 그의 애노드에서 전압 신호(VSS) 및 능동 장치(Q17, Q18)의 컬렉터에 연결되고 그의 캐소드에서 능동 장치(Q19)의 이미터 및 출력(LCH_O)에 연결되어 있다. 따라서, 도 25c의 구성은 능동 장치(Q19)의 이미터 상의 전압 신호를 변화시키며, 이 능동 장치(Q19)는 출력(TRIG)에 의해 VSS(도 25b)로부터 VSS1으로 바이어스 온될 수 있다. 이러한 래치 회로 구성은 유익하게도 전압 강하를 감소시킬 수 있는데, 그 이유는, 이 경우에, 다이오드(D10) 양단의 전압 강하가 능동 장치(Q19)의 베이스-이미터 전압과 직렬로 있지 않기 때문이다. 도 25b 및 도 25c에서의 선택적인 능동 장치(Q18)는 래치 회로의 역방향 항복 전압(reverse breakdown voltage)을 증가시키는 데 유용하다.

본 발명의 집적 회로는 다양한 방식으로 변하는 용량성 입력에 반응할 수 있다. 예를 들어, 도 26a 내지 도 26c는 본 발명의 집적 회로와 부합하는 용량성 입력 감지 장치를 나타낸 것이며, 여기서 이 용량성 입력은 도 26d에 개략적으로 나타낸 커패시턴스(C_sense)를 형성하는 전극(GE)과 전극(SE) 사이의 거리(d)의 변화의 결과로서 변한다. 커패시턴스(C_sense)는 전극(E_o)의 용량 상수(capacitive constant), 상대 유전 상수(E_r), 전극의 표면적(s) 및 이들 간의 거리(d)의 함수이다. 도 26a에 나타낸 장치는 기판(144)의 한쪽 측면(143) 상의 센서 전극(SE) 및 집적 제어 회로(ICC) 및 다른쪽 측면(145) 상의 캐비티(cavity)(121)를 생성하는 버튼(122) 내에 구성된 접지된 전극(GE)을 갖는다. 도 26b 및 도 26c는 도 26a에 도시된 장치의 개별적인 층을 나타낸 것이다. 도 26a에서의 캐비티(121)는 전 극(GE)과 전극(SE) 간의 거리(d)를 변경하기 위해, 예를 들어, 사람 손가락 또는 다른 프로브에 의해 버튼(122)이 눌러질 수 있게 해준다. 도 26d에 나타낸 제어 회로는 변경된 거리(d)로 인해 생기는 변경된 커패시턴스에 반응할 수 있다. 도 26d의 제어 회로는, 도 18d의 커패시턴스(C3)가 도 26d의 C_sense로 이름 변경된 것을 제외하고는, 도 18d에 도시한 제어 회로에 대응한다.

지금까지, 본 명세서는 본 발명에 따른 터치 센서(또는 전계 효과 센서)의 여러가지 양호한 실시예에 대해 개괄적으로 기술하였다. 이하에서는 이러한 센서에 대한 실제 응용의 여러가지 양호한 실시예에 대해 설명한다. 이들 응용이 상기한 터치 센서를 사용하여 실시되는 것이 일반적으로 바람직하지만, 당업자라면 잘 알고 있는 바와 같이, 이들 응용은 일반적으로 다른 유형의 터치 센서, 예를 들어, 미국 특허 제5,594,222호 및 제6,310,611호에 기술된 센서, 종래의 용량성 센서(capacitive sensor), 및 다른 유형의 센서를 사용하여 실시될 수 있다.

도 27a 내지 도 27d는 본 발명의 집적 회로와 부합하는 용량성 입력 액체 레벨 감지 장치를 나타낸 것으로서, 여기서 2개의 전극 간의 유전 상수 E_r의 변화의 결과 용량성 입력이 변한다. 이 변화는, 예를 들어, 액체가 커패시턴스(C_sense)를 형성하는 2개의 전극(GE, SE1) 간의 공기를 대체할 때 일어날 수 있다. 따라서, 도 27a에서, 기판(123) 상의 접지된 전극(GE)은 액체(125)로 채워질 수 있는 공기 간극(air gap)을 통해 감지 전극(SE1)과 분리되어 있다. 도 27b는 액체(125)의 저장소를 형성하는 기판(124) 및, 액체(125)가 어떤 레벨에 도달할 때, 액체(125)가 접지된 전극(GE)과 센서 전극(SE1) 간의 공기 간극을 채울 수 있도록 구성되어 있는 기판(123)을 나타낸 것이다. 도 27c 및 도 27d는, 집적 제어 회로(ICC)에 연결되어 있는, 접지된 전극(GE) 및 센서 전극(SE1)의 한가지 가능한 유익한 구성을 나타낸 것이다. 도 27c 및 도 27d 둘다에서, 전극(GE, SE1)은 길고 또 수평으로 배치되어 있다, 즉 그의 길이방향 축이 액체(125)의 표면과 평행이고, 따라서 액체(125)의 레벨의 작은 증가는 커패시턴스(C_sense)를 상당히 변화시키며, 이는 도 27d에 개략적으로 나타내어져 있다. 도 27e에 나타낸 제어 회로는 도 26d에 나타낸 것과 동일하며, 이는 똑같이 도 27a 내지 도 27d에 나타낸 장치와 부합한다.

도 28a 및 도 28b는 본 발명의 집적 회로와 부합하는 용량성 입력 감지 장치를 나타낸 것으로서, 센서 전극(SE3)의 표면적(s_s3)의 변화의 결과, 이 용량성 입력이 변한다. 도 28a에서, 기판(126)은 접지된 전극(GE)을 가지며, 가동 기판(127)은 집적 제어 회로(ICC)에 연결된 2개의 센서 전극(SE2, SE3)을 갖는다. 센서 전극(SE2)은 기판(127)이 이동되도록 구성되어 있는 방향을 따라 변하는 표면적(s_s2)을 갖는다. 따라서, 도 28b는 기판(127)이 도 28a에서의 그의 위치에 대해 위쪽으로 이동되어 있는 것을 나타낸 것이다. 접지된 전극(GE)이 보는 센서 전극(SE3)의 표면적(s_s3)은 따라서 감소된다. 이 표면적의 변화는 커패시턴스(C_sense3)(도 28c에 개략적으로 나타냄)의 변화에 대응한다. 도 28c에 나타낸 제어 회로는 도 18e에 나타낸 회로와 유사하지만, 도 11a에 도시된 듀얼 전극 구조를 가지며, 여기서 전극(E1, E2)은 센서 전극(SE2, SE3)으로 이름 변경되었고 커패시턴스(C6)는 커패시 턴스(C23)으로 이름 변경되었다. 회로의 동작은 당업자라면 도 11a 및 도 18e의 상기 설명으로부터 이해될 것이다.

도 29a 내지 도 29d는 본 발명의 집적 회로와 부합하는 용량성 입력 감지 다이얼 장치를 나타낸 것으로서, 여기서 입력 펄스 폭 및 시퀀스는 집적 제어 회로 응답을 결정할 수 있다. 도 29a 내지 도 29d는 기판(128) 상의 집적 제어 회로(ICC)에 연결된 센서 전극(SE4) 및 회전 디스크(129) 상의 접지된 전극(GE1, GE2)을 나타낸 것이다. 도 29a 내지 도 29d에서, 접지된 전극(GE1, GE2)(이들 사이의 공간을 포함함)은 합하여 회전 디스크(129)의 면적의 단지 약 1/2만을 차지하고 또 서로 떨어져 있다. 이 구성 및 다른 유사한 구성은 제어 회로가 다이얼 장치의 시계 방향 회전 및 반시계 방향 회전 간을 구분할 수 있게 해줄 수 있다. 도 29b 및 도 29c는 정지 기판(128)에 대한 회전 디스크(129)의 움직임을 나타낸 것이다. 도 29e 및 도 29f는 도 29a 내지 도 29d에 나타낸 다이얼 장치의 출력 펄스를 나타낸 것으로서, 이는 도 29g에 나타낸 바와 같이 집적 제어 회로의 입력 부분에 반응을 생성할 수 있다. 도 29e는 한 속도에서의 회전 디스크(129)의 반시계 방향 회전으로부터 생기는 비교적 넓고 떨어져 있는 입력 펄스를 나타낸 것이고, 도 29f는 보다 빠른 속도에서의 회전 디스크(129)의 시계 방향 회전으로부터 생기는 비교적 좁고 가까운 입력 펄스를 나타낸 것이다. 전극(SE4)과 전극(GE1 및 GE2 중 어느 하나) 사이에 형성되고 도 29g(도 27e에 나타낸 구성과 유사함)에 개략적으로 나타낸 커패시턴스(C_sense)의 변화는 본 발명의 집적 제어 회로의 실시예에 의해 검 출될 수 있다.

도 30의 (A) 내지 도 30e는 본 발명의 집적 회로와 부합하는 또하나의 용량성 감지 다이얼 장치를 나타낸 것으로서, 여기서 접지에의 연결은 사용자에 의해 제공된다. 도 30의 (A)는 여러가지 크기의 전달 전극(TE1-TE8)을 갖는 회전 디스크(130)를 나타낸 것으로서, 이들 크기는 이들 전극이 접지에 연결될 때의 여러가지 크기의 입력 펄스 폭에 대응할 수 있다. 도 30의 (B)는 실린더(131) 상에 보유된 결합 전극(coupling electrode, CE)에 연결된 회전 디스크(130)의 전달 전극(TE1-TE8)을 나타낸 것이다. 도 30의 (C)는 도 30의 (B)의 실린더(131) 내에 들어맞게 되어 있는 실린더(132)(집적 제어 회로(ICC)에 연결된 센서 전극(SE5, SE6)을 가짐)를 나타낸 것이다. 도 30의 (D)는 도 30의 (A) 내지 도 30의 (C)에 나타낸 구성요소가 회전 용량성 입력 장치로서 조립된 것을 나타낸 것이다. 도 30e는 손(133)이 실린더(131)를 잡고 있는 것을 나타낸 것이다. 손(133)은 결합 전극(CE) 및 전달 전극(TE1-TE8)을 가상 접지에 연결시킨다. 각각의 센서 전극(SE5, SE6)은, 도 30의 (C)에 나타낸 바와 같이, 한번에 하나의 전달 전극으로부터 용량성 입력을 수신하도록 구성되어 있다. 도 30f 내지 도 30h에 나타낸 바와 같이, 2개의 입력 펄스가 한번에 집적 제어 회로(ICC)에 피드될 수 있다. 회전 디스크(130) 및 실린더(131)를 포함하는 다이얼의 사용자 회전의 방향 및 원호 길이 둘다는 도 30f 및 도 30g에 도시된 입력으로부터 결정될 수 있다. 도 30f는 다이얼 장치를 반시계 방향으로 2번 완전히 회전하는 것으로부터 생기는 펄스 열을 나타낸 것이고, 도 30g는 시계 방향으로 2번 회전하는 것으로부터 생기는 펄스 열을 나타 낸 것이다. 도 30h는 접지되어 있는 손(133), 전달 전극(TE)(센서 전극(SE5, SE6)과 커패시턴스를 형성함)에 연결된 결합 전극(CE)을 포함하는 도 30e의 다이얼 장치를 개략적으로 나타낸 것으로서, 센서 전극(SE5, SE6)은 각각 저항(RIN1, RIN2)과 연결되어 있다. 집적 제어 회로(ICC)는 각각 저항(RIN1, RIN2)을 통해 센서 전극(SE5, SE6)에 발진 신호(OSC)를 제공하고, 출력(OUT1, OUT2)을 결정 회로(도시 생략)에 제공한다. 회전 디스크(130) 및 실린더(131, 132)를 포함하는 다이얼 장치의 여러가지 구성요소는 발명의 명칭이 "몰딩된/집적된 터치 스위치/제어 패널 어셈블리 및 그 제조 방법(Molded/Integrated Touch Switch/Control Panel Assembly and Method for Making Same)"인 미국 특허 제6,897,390호에 기술된 발명에 따라 또는 다른 방식으로 형성될 수 있다.

도 31a 내지 도 31f는 본 발명에 따른 집적 제어 회로를 갖는 터치 스위치 어셈블리의 개별적인 층 및 구조를 나타낸 것이다. 도 31a 내지 도 31e는 도 31f에 나타낸 조립된 터치 스위치의 개별적인 층을 나타낸 것이다. 도 31a는 불투명 영역(135) 및 윈도우 영역(136)을 포함하는 기판(133)의 배면을 나타낸 것이다. 불투명 영역(135)은 장식 프릿(decorative frit), 장식 에폭시, 자외선 경화 잉크 또는 임의의 다른 장식층 영역일 수 있다. 도 31b는 윈도우 영역(136)에서 기판(133)의 배면에 있는 터치 스위치의 전극(134)을 나타낸 것이다. 전극(134)은 불투명 영역(135)을 덮고 있는 것으로 도시되어 있으며, 인듐 주석 산화물 또는 다른 적당한 물질을 포함하는 투명 전도성 물질로 이루어져 있을 수 있다. 도 31c는 은 로드 프릿(silver loaded frit), 은 에폭시, 구리 에폭시, 전기 도금 도체, 기 타 등등은 물론 이들의 조합으로 이루어져 있을 수 있는 회로 배선(138)을 포함하는, 배면으로부터 바라본, 터치 스위치 어셈블리의 하부 전도성 층을 나타낸 것이다. 도 31d는, 절연된 세라믹 프릿(insulated ceramic frit), 자외선 잉크, 에폭시, 기타 등등일 수 있는 유전체층 영역(140)을 갖는 터치 스위치의 유전체층을 나타낸 것이다. 도 31e는 도 31c를 참조하여 기술된 물질로 이루어져 있을 수 있는 크로스오버 도체(137)를 포함하는, 배면으로부터 바라본, 터치 스위치 어셈블리의 크로스오버 층(crossover layer)을 나타낸 것이다. 도 31f는 도 31a 내지 도 31e에 나타낸 개별적인 층이 완성된 터치 스위치 어셈블리로서 조립된 것을 나타낸 것이다. 도 31f도 역시 이 어셈블리의 배면으로부터 바라본 것을 나타낸 것이다.

상기한 실시예들이 DC 모드에 있는 것으로 설명되었지만, 본 발명의 집적 제어 회로는 또한 AC 입력과도 부합하며, 따라서 AC 모드에서 동작할 수 있다. AC 상황은 도 32에 나타내어져 있다. 도 32는 AC 입력을 수신하도록 구성되어 있는 집적 제어 회로를 갖는 터치 스위치를 나타낸 것이다. 도 32에서, AC 신호(AC)는, 저항(R10, RLOAD)을 통해, 다이오드(D11-D14)를 포함하는 정류기 브리지(RB)에 연결되어 있다. 정류기 브리지(RB) 다이오드(D11-D14)는 제너 다이오드(Z1) 및 커패시턴스(C15)와 병렬로 연결되어 있다. AC 신호(AC)는, 다이오드(D8)가 제거되어 있는 도 24a에 나타낸 래치 부분을 포함하는 집적 제어 회로를 갖는 터치 스위치를 자극할 수 있다. 집적 회로가 비교적 적은 전류를 소모하도록 설계될 수 있다는 점에서 또한 회로가 낮은 감지 임피던스를 특징으로 한다(그다지 접지 의존적이 아닌 부유 회로를 제공한다)는 점에서, 이 구성은 유익할 수 있다.

상기한 본 발명의 실시예가 디지털 출력을 제공하는 것으로 기술되어 있지만, 집적 제어 회로가 아날로그 출력을 제공하는 경우에 상기한 집적 제어 회로 구성을 갖는 터치 스위치의 이점들 중 많은 이점이 얻어질 수 있다. 디지털 출력 상황에서, 출력은 단지 2가지 상태(예를 들어, 자극을 받음 또는 자극을 받지 않음)에 대한 전극에의 입력에 의해 제공되는 정보를 반영한다. 어떤 응용에서, 3개 이상의 상태에 대응할 수 있는 출력을 제공하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 27a 내지 도 27d를 참조하여 기술된 상황과 유사한 액체 감지 응용에서, 2가지 상태가 아니라 많은 액체 레벨에 대응할 수 있는 많은 상태를 반영하는 출력을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 아날로그 출력은 많은 입력 상태에 대응할 수 있다. 도 33a는 집적 제어 회로를 갖는 아날로그 전계 센서에 대한 가능한 회로를 나타낸 것이다. 도 33a의 회로 구성은 도 4에 나타낸 회로에 대응하고, 스위치(SW2, SW4)의 게이트에 전류 바이어스를 제공하는 기동 및 바이어스 회로(40)와 스위치(SW1, SW3)의 게이트에 전원 온 리셋 신호(power on reset signal)(POR)를 제공하는 펄스 발생기 및 논리 회로를 포함한다. 도 33a의 구성은 또한, 도 12a를 참조하여 기술된 입력 부분과 유사한, 능동 장치(M1, M2, M5, M6)를 포함하는 입력 부분을 포함한다. 능동 장치(M1, M2)의 드레인은 배선(INPUT1, INPUT2)에 연결되어 있고, 또한 다이오드(D1, D2)를 통해 배선(PKOUT1, PKOUT2)(이 배선은 차분 증폭 회로(160)에의 입력을 제공함)에 연결되어 있다. 이 회로의 동작은 도 4 내지 도 7을 참조하여 제공된 설명으로부터 이해될 수 있다. 도 33a에 나타낸 구성은, 센서 전극 및 스트로브 신호 버퍼링, 전극 및 회로에서의 전기 간섭의 공통 모드 차단, 온도 안정성, 기타 등등을 비롯한, 도 4 내지 도 7에 나타낸 구성의 이점을 제공할 수 있다. 도 33b 및 도 33c는 도 33a에 나타낸 회로에 대한 타이밍도를 나타낸 것이다. 도 33b 및 도 33c는 발진 신호(OSC) 및 배선들 상에 제공된 신호(IN1, IN2, INPUT1, INPUT2)를 나타낸 것이다. 도 33b는 나노초 단위의 시간의 함수로서 신호를 나타낸 것이고, 도 33c는 마이크로초 단위의 시간의 함수로서 신호를 나타낸 것이다.

도 34는 아날로그 입력을 받아서 아날로그 출력을 제공하는 도 33a의 전계 센서의 2x2 매트릭스를 나타낸 것이다. 도 34의 멀티플렉싱된 시스템은 도 10에 나타낸 것과 유사하다. 제어 회로(141)에 의해 제공되는 신호를 갖는 배선(ROWSELECT1)은 아날로그 스위치(ATS1, ATS3)가 전원을 인가받는 기간 동안 하이로 된다. 아날로그 스위치(ATS1, ATS3)의 아날로그 출력(AOUT)은 배선(COLUMNRETURN1)에 제공되고 또한 아날로그 인터페이스 회로(142)에 피드되는 출력(이 출력은 아날로그 스위치(ATS1, ATS3)의 전극에 제공되는 자극에 비례함)을 제공한다. 이들 출력은 온도 안정적이고, 회로의 낮은 임피던스로 인해 양호한 신호대 잡음 성능 특성을 나타내며, 공통 모드 차단 특성도 나타낸다. 아날로그 신호는 미국 특허 제5,594,222호에 기술된 것과 유사한 방식으로 또는 전기 회로 설계 분야의 당업자라면 잘 알고 있는 다른 아날로그 처리 기술을 사용하여 처리될 수 있다.

도 35a 및 도 35b는, 전계 효과 센서(field effect sensor)가 기계적 푸시 버튼 스위치를 에뮬레이트하기 위해 다른 구조와 관련하여 사용되는 본 발명의 일 실시예(1100)를 나타낸 것이다. 실시예(1100)는 임의의 적당한 형태로 구현될 수 있는 유전체 기판(1102)을 포함한다. 양호하게는, 기판(1102)은 실질적으로 강성이다. 예를 들어, 기판(1102)은 종래의 인쇄 배선 기판 또는 패널 또는 더 큰 어셈블리 또는 구성요소, 예를 들어, 자동차의 도어 패널이나 계기판 또는 냉장고의 내부 패널의 일부분일 수 있다. 다른 대안으로서, 기판(1102)은 가요성 회로 캐리어(flexible circuit carrier)일 수 있다. 이러한 실시예에서, 가요성 회로 캐리어는 양호하게는 실질적으로 강성인 2차 기판(도시 생략)에 부착될 수 있다. 기판(1102)은, 당업자라면 잘 알 것인 임의의 다른 적당한 형태를 가질 수 있다.

기판(1102)은 개구부(aperture)(1104)를 정의한다. 전계 효과 센서(1106A)는 기판(1102) 상에서 개구부(1104)에 근접하여 배치된다. 전계 효과 센서(1106A)는 도 35a에서 기판(1102)의 한쪽 측면 상에 배치되어 있는 것으로 도시되어 있다. 다른 대안으로서, 전계 효과 센서(1106A)는 기판(1102)의 다른쪽 측면 상에 배치될 수 있다. 게다가, 전계 효과 센서(1106A)가 2개 이상의 전극을 포함하는 실시예에서, 하나 이상의 이러한 전극은 기판(1102)의 한쪽 측면 상에 배치될 수 있고, 나머지 전극(들)은 기판(1102)의 다른쪽 측면 상에 배치될 수 있다. 다른 실시예들에서, 전계 효과 센서(1106A)는, 도 35d의 전계 효과 센서(1106E)와 관련하여 나타낸 바와 같이, 기판(1102) 내에 매몰되어 있을 수 있으며, 이에 대해 이하에서 더 기술한다.

슬라이딩 체결(sliding engagement) 시에 샤프트(1108)가 개구부(1104)를 통해 삽입된다. 샤프트(1108)가 와블링(wobbling)없이 개구부(1104)를 통해 더 잘 슬라이딩할 수 있도록 슬리브(sleeve), 부싱(bushing), 기타 등등(도시 생략)이 개구부(1104)와 관련하여 제공될 수 있다. 샤프트(1108)는 양호하게는 손잡이(1110)를 포함한다. 예시된 실시예에서, 샤프트(1108)는 플라스틱 나사 볼트이고, 그의 헤드는 손잡이(1110)를 형성한다. 다른 실시예에서, 당업자라면 잘 알 것인 바와 같이, 샤프트(1108)는 임의의 적당한 형태를 가질 수 있으며, 임의의 적당한 물질로 이루어져 있을 수 있다. 양호하게는, 샤프트(1108)는 플라스틱 또는 수지 등의 비전도성 물질로 이루어져 있다.

전계 자극기(1112)가 미리 정해진 위치에서 샤프트(1108)에 부착되어 있다. 전계 자극기(1112)는 상기한 바와 같이 용이하게 전계를 자극 또는 교란하는 물질로 이루어져 있다. 양호하게는, 전계 자극기(1112)는 금속 또는 다른 전도성 물질로 이루어져 있지만, 당업자라면 잘 알 것인 바와 같이, 다른 물질도 역시 적당하다. 도 35a 실시예에서, 전계 자극기(1112)는 샤프트(1108)에 고정된 금속 와셔(metal washer)이며, 나사 플라스틱 와셔(1116)가 전계 자극기(1112)의 양측에 있다. 다른 실시예들에서, 당업자라면 잘 알 것인 바와 같이, 전계 자극기(1112)는 다른 형태를 가질 수 있으며, 다른 물질로 이루어져 있을 수 있고, 또한 임의의 적당한 수단에 의해 샤프트(1108)에 부착될 수 있다.

기판(1102)과 전계 자극기(1112) 사이에 설치된 플라스틱 와셔(1116)는 양호하게는 전계 자극기(1112)가 전계 효과 센서(1106A)의 전극(들)에 접촉하는 것을 방지하기 위해 충분히 두껍다. 다른 대안으로서, 당업자라면 잘 알 것인 바와 같이, 전계 자극기(1112)가 전계 효과 센서(1106A)의 전극(들)과 접촉하는 것을 방지 하기 위해 다른 구조(도시 생략)가 제공될 수 있다.

도 35a는 전계 자극기(1112)가 전계 효과 센서(1106A)와는 기판(1102)의 동일한 측면 상에 위치하고 헤드(1110)와는 기판(1102)의 반대쪽에 위치하는 것을 나타낸 것이다. 다른 대안으로서, 전계 자극기(1112) 및 전계 효과 센서(1106A)가 기판(1102)의 반대쪽 측면 상에 위치될 수 있고, 또한 전계 자극기(1112) 및 헤드(1110)가 기판(1102)의 동일 측면 상에 위치될 수 있다.

전계 자극기(1112)가 통상적으로 전계 효과 센서(1106A)에 대해 미리 정해진 위치에 있도록, 샤프트(1108)는 길이 방향으로 바이어싱된다. 샤프트(1108), 따라서 전계 자극기(1112)는 헤드(1110)에 적절한 힘을 가함으로써 그의 통상의 위치로부터 변위될 수 있다. 도 35a 실시예에서, 손잡이(1110)와 기판(1102)의 대응하는 표면 사이에서 프트(1108) 주위에 설치된 코일 스프링(1114)에 의해 바이어싱이 제공되며, 따라서 전계 자극기(1112)는 통상적으로 전계 효과 센서(1106A) 근방에 있다. 길이 방향 힘이 샤프트(1108)에 가해질 때, 전계 자극기(1112)는 전계 효과 센서(1106A)로부터 멀어지도록 변위된다. 대안의 실시예에서, 당업자라면 잘 알 것인 바와 같이, 전계 자극기(1112)가 평소에는 전계 효과 센서(1106A)로부터 멀리 떨어져 있고 적당한 힘이 샤프트(1108)에 가해질 때 전계 효과 센서(1106A)에 더 가까이 변위되도록 샤프트(1108)가 바이어싱될 수 있다. 다른 대안의 실시예에서, 코일 스프링(1114)은 샤프트(1108)를 바이어싱하기 위한 임의의 적당한 구조로 대체될 수 있다. 예를 들어, 가요성 및/또는 탄성 물질의 층(도시 생략)이 기판(1102) 상에서 개구부(1104) 주위에 배치될 수 있거나, 기판(1102) 자체가 손잡 이(1110)가 눌러질 때 변형되고 놓을 때 그의 원래의 위치로 되돌아가는, 따라서 손잡이(1110), 샤프트(1108) 및 전계 자극기(1112)를 그의 원래의 위치로 되돌아가게 하는 가요성 및/또는 탄성 물질로 이루어져 있을 수 있다. 당업자라면 잘 알 것인 바와 같이, 임의의 수의 다른 구조가 샤프트(1108)를 바이어싱하는 데 사용될 수 있다.

동작을 설명하면, 상기한 바와 같이, 전계 효과 센서(1106A) 주위에 전계가 발생된다. 도 35a에 나타낸 바와 같이, 샤프트(1108)가 평소의 위치에 있는 경우, 전계 자극기(1112)는 이 전계와 결합된다. 전계 효과 센서(1106A)와 연관된 검출 회로(도시 생략)는, 상기한 바와 같이, 이 결합(coupling)을 검출한다. 샤프트(1108)가, 예를 들어, 사용자가 손잡이(1110)를 아래로 누르는 것에 응답하여, 길이 방향으로 변위될 때, 전계 자극기(1112)는 전계 효과 센서(1106A)로부터 멀어지게 이동하고 전계 효과 센서(1106A) 주위의 전계로부터 분리(decouple)된다. 대응하는 검출 회로(도시 생략)는 이 분리(decoupling)를 검출하고 제어 회로에 신호를 제공하고, 이 제어 회로는, 상기한 바와 같이, 차례로 피제어 장치에 제어 신호를 제공할 수 있다. 이와 같이, 실시예(1100)는 기계적 푸시 버튼 스위치를 에뮬레이트한다.

도 35c는 기계적 풀 스위치를 에뮬레이트하는 본 발명의 대안의 실시예(1140)를 나타낸 것이다. 실시예(1140)는, 전계 자극기(1112)가 평소에 전계 효과 센서(1106A)로부터 미리 정해진 거리에 위치해 있도록 샤프트(1108)가 바이어싱되어 있는 것을 제외하고는, 구조상 실시예(1100)와 유사하다. 그 자체로서, 전계 자극기(1112)는 평소에는 전계 효과 센서(1106A) 주위의 전계로부터 분리되어 있다. 전계 효과 센서(1106A)를 작동시키기 위해, 사용자는 손잡이(1110)를 잡아당기며, 따라서 전계 자극기(1112)가 전계 효과 센서(1106A) 근방으로 당겨지고 전계 자극기(1112)가 전계 효과 센서(1106A) 주위의 전계와 결합하게 한다. 양호하게는, 코일 스프링(1114) 또는 다른 바이어싱 수단에 의한 샤프트(1108)의 이동을 제한하기 위해 기계적 멈추개(mechanical stop), 예를 들어, 미리 정해진 위치에서 샤프트(1108)에 부착된 기계적 멈추개(1119)가 제공된다.

도 35d는 기계적 푸시 버튼 스위치를 에뮬레이트하는 본 발명의 또하나의 대안의 실시예(1160)를 나타낸 것이다. 실시예(1160)는 기판(1102) 상에 배치된 기둥(1118)을 포함한다. 전계 효과 센서(1106E)는 기둥(1118)에 근접하여 기판(1102) 내에 매몰되어 있다. 다른 실시예에서, 전계 효과 센서(1106E)는, 도 35a와 관련하여 도시되고 기술된 바와 같이, 전계 효과 센서(1106A)와 같이, 기판(1102)의 어느 한쪽 표면 상에 배치될 수 있다.

베어링 표면(bearing surface)(1122)을 갖는 푸시 버튼(1120)은 기둥(1118)과 슬라이딩 체결되어 있다. 전계 자극기(1112)는 기판(1102)에 가장 가까운 푸시 버튼(1120)의 하부 부분과 연관되어 있다. 푸시 버튼(1120) 및 전계 자극기(1112)는 개별적인 구조일 수 있지만, 꼭 그럴 필요는 없다. 실제로, 푸시 버튼(1120) 및 전계 자극기(1112)는 단일의 모놀리딕 구조로 구현될 수 있다.

전계 자극기(1112)가 평소에는 전계 효과 센서(1106E)로부터 미리 정해진 거리에 위치되도록, 코일 스프링(1114)이 푸시 버튼(1120)을 바이어싱한다. 베어링 표면(1122)에 적절한 힘을 가하면 전계 자극기(1112)를 전계 효과 센서(1106E)쪽으로 변위시킨다. 전계 효과 센서(1106E) 및 연관된 검출 회로는 상기한 바와 같이 반응한다. 중요한 것은 이 실시예(1160)가 기판(1102)에 개구부를 포함하지 않는다는 것이다. 그 자체로서, 실시예(1160)는 기판(1102)을 통한 액체 또는 오염물질의 침투를 방지하는 것이 바람직한 응용에서 사용하기에 특히 바람직할 수 있다. 당업자라면 잘 알 것인 바와 같이, 실시예(1160)는 풀 스위치(pull switch)로서 동작하도록 용이하게 수정될 수 있다.

상기한 실시예들 중 임의의 것과 관련하여 2개 이상의 전계 효과 센서가 사용될 수 있다. 도 35e는 실시예(1100, 1140)의 개구부(1104) 주위에 배열된 4개의 전계 효과 센서(1106A-1106D)를 사용하는 실시예를 나타낸 것이다. 실시예(1106)는 이와 유사하게 수정될 수 있다. 다른 실시예들은 4개보다 더 많은 또는 더 적은 전계 효과 센서를 사용할 수 있다.

복수의 전계 효과 센서(1106A-1106n)를 사용하는 실시예에서, 전계 자극기(1112)가 전계 효과 센서(1106A-1106n)쪽으로 또는 그로부터 멀어지게 이동될 때, 거의 동시에 전계 자극기(1112)가 각각의 개별적인 전계 효과 센서(1106i) 주위의 전계 또는 전계들과 결합 또는 그로부터 분리하도록, 센서 및 대응하는 검출 및 제어 회로가 구성될 수 있다. 다른 대안으로서, 이러한 실시예는 (예를 들어, 센서 및/또는 자극기의 기하학적 형태를 통해), 전계 자극기(1112)가 전계 효과 센서(1106A-1106n) 쪽으로 또는 그로부터 멀어지는 쪽으로의 그의 이동에서의 서로 다른 지점들에 도달할 때, 전계 자극기(1112)가 각각의 전계 효과 센서(1106i) 주 위의 전계 또는 전계들과 결합하거나 그로부터 분리하도록 구성될 수 있다.

상기한 실시예들에 대한 다른 수정들이 가능하다. 예를 들어, 샤프트(1108) 또는 푸시 버튼(1120)이 사용자에 의해 놓여진 마지막 위치에 그대로 있도록 상기한 실시예들 중 임의의 실시예로부터 바이어싱 수단이 생략될 수 있다. 또한, 샤프트(1108) 및 기둥(1118)이 기판(1102)에 거의 수직인 것으로 도시되어 있지만, 당업자라면 잘 알 것인 바와 같이, 샤프트(1108) 및 기둥(1118)은 기판(1102)에 대해 다른 각도로 구성될 수 있다.

도 36a 및 도 36b는 기계적 토글 스위치를 에뮬레이트하는 본 발명의 실시예(1200)를 나타낸 것이다. 실시예(1200)는 개구부(1204)를 정의하는 기판(1202)을 포함한다. 전계 효과 센서(1206A)는 기판(1202) 상에서 개구부(1204)에 근접하여 배치되어 있다. 샤프트(1208)는 개구부(1204)를 통해 뻗어 있고 또한 개구부(1204)에서 기판(1202)에 피봇 연결되어 있다(pivotally connected). 샤프트(1208)는 손잡이(1210)를 포함할 수 있지만, 꼭 그럴 필요는 없다. 샤프트(1208)에 대한 지지를 제공하고 또한 샤프트(1208)의 이동의 각도 및 방향을 제한하기 위해 베어링(도시 생략), 예를 들어, 원통형 또는 구형 베어링, 또는 다른 수단(도시 생략)이 개구부(1204)에 제공될 수 있다. 예를 들어, 간단한 온-오프 스위치로서 사용하도록 되어 있는 실시예에서, 샤프트(1208)가 단일의 평면에서만, 예를 들어, 도 36a 실시예에서 좌우로만 이동될 수 있도록 샤프트(1208)를 제한하는 것이 바람직할 수 있다.

실시예(1100)와 관련하여 상기한 바와 같이, 전계 자극기(1212)는 미리 정해 진 위치에서 샤프트(1208)에 부착되어 있다. 도 36a 및 도 36b 실시예에서, 코일 스프링(1214)은 헤드(1210)와 기판(1202) 사이에 삽입되어, 샤프트(1208)를 중심 위치로 바이어싱하며, 이 경우 샤프트(1208)는 기판(1202)에 거의 수직이다. 다른 실시예에서, 당업자라면 잘 알 수 있는 바와 같이, 샤프트(1208)를 중심 위치로 또는 다른 원하는 위치로 바이어싱시키기 위해 다른 수단이 사용될 수 있다. 다른 대안으로서, 샤프트(1208)가 평소에는 그 샤프트(1208)가 이동되었던 마지막 위치에 그대로 있도록, 이러한 바이어싱 수단이 생략될 수 있다.

동작을 설명하면, 상기한 바와 같이, 전계 효과 센서(1206A) 주위에 전계가 발생된다. 샤프트(1208)가 중심 위치에 있는 경우, 전계 자극기(1212)는 이 전계로부터 충분히 떨어져 있으며, 따라서 전계 자극기(1212)가 이 전계를 교란하지 않는다. 예를 들어, 사용자가 샤프트(1208)에 수직 힘을 인가함으로써 샤프트(1208)가 변위될 때, 전계 자극기(1212)가 변위되고, 따라서 전계 자극기(1212)의 적어도 일부분이 전계 효과 센서(1206A)에 보다 가까이 이동하고 그에 따라 전계 효과 센서(1206A) 주위의 전계를 교란한다. 전계 효과 센서(1206A)와 연관된 검출 회로는, 상기한 바와 같이, 이 외란을 검출하고, 차례로 대응하는 제어 회로로 출력 신호를 전송한다.

당업자라면 잘 알 것인 바와 같이, 실시예(1200)는 샤프트(1208)가 개구부(1204)를 중심으로 토글함과 동시에 개구부(1204)를 통해 슬라이드할 수 있도록, 샤프트(1208)와 개구부(1204) 간의 연결을 조정함으로써 토글/푸시버튼 결합 실시예(도시 생략)를 구현하도록 용이하게 수정될 수 있다.

도 36c는 개구부(1204)에 근접하여 위치되고 또한 개구부(1204)를 중심으로 90°간격으로 서로 떨어져 있는 4개의 전계 효과 센서(1206A-1206D)를 포함하는 대안의 실시예를 나타낸 것이다. 각각의 전계 효과 센서(1206A-1206D)는 대응하는 전계 발생 및 검출 회로를 포함한다. 특정의 전계 효과 센서(1206i)는, 샤프트(1208)의 토글에 응답하여, 전계 자극기(1212)가 전계 효과 센서(1206i) 주위의 전계를 교란할 정도로 전계 효과 센서(1206i)에 충분히 가까이 올 때 작동된다. 일반적으로, 임의의 때에 단지 하나의 전계 효과 센서(1206i)만이 작동된다. 그렇지만, 전계 효과 센서(1206A-1206D)(및 그의 대응하는 전계 발생 및 검출 회로)는, 전계 자극기(1212)가 2개(또는 그 이상)의 인접한 전계 효과 센서(1206i) 가까이에 배치될 때, 이들 전계 효과 센서(1206i)가 동시에 작동되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 36c 실시예에서, 샤프트(1208)가 전계 자극기(1212)의 적어도 일부분을 전계 효과 센서(1206A, 1206B) 사이에 위치시키도록 토글될 때, 전계 자극기(1212)는 전계 효과 센서(1206A, 1206B) 둘다에 결합될 수 있다. 대안의 실시예에서, 당업자라면 잘 알 것인 바와 같이, 4개보다 더 많은 또는 더 적은 전계 효과 센서가 임의의 원하는 구성으로 개구부(1204) 주위에 기판(1202) 상에 배열될 수 있다.

도 36d는 기계적 토글 스위치를 에뮬레이트하는 본 발명의 다른 실시예(1240)를 나타낸 것이다. 실시예(1240)는 피봇 지점(1224)에서 기판(1202)에 연결되어 있는 샤프트(1208)를 포함한다. 이 실시예에서, 샤프트(1208)는 기판(1202)을 관통하지 않는다. 전계 자극기(1212)는 피봇 지점(1224)로부터 미리 정해진 거 리에서 샤프트(1208)에 부착되어 있다. 샤프트(1208)를 임의의 원하는 위치로 바이어싱하기 위해 바이어싱 수단(도시 생략)이 제공될 수 있다.

도 37a 내지 도 37d는 기계적 회전 스위치를 에뮬레이트하는 본 발명의 실시예(1300)를 나타낸 것이다. 기판(1302)은 개구부(1304)를 정의한다. 내부 전계 효과 센서(1306A) 및 외부 전계 효과 센서(1306B)는 기판(1302)의 표면 상에서 개구부(1304)로부터 제1 및 제2 미리 정해진 거리에 각각 배치되어 있다. 샤프트(1308)는 개구부(1304)를 통해 삽입되고 개구부(1304) 내에서 자유롭게 회전한다. 샤프트(1308)가 개구부(1304) 내에서 더 잘 회전할 수 있도록 해주고 또 샤프트(1308)가 개구부(1304)를 통해 슬라이딩하는 것을 방지하기 위해 부싱, 베어링 또는 다른 수단(도시 생략)이 제공될 수 있다. 양호하게는, 샤프트(1308)는 사용자가 샤프트(1308)를 잡고 회전시키는 것을 용이하게 해주기 위해 손잡이(1310)를 포함한다.

당업자라면 잘 알 것인 바와 같이, 전계 자극기 탑재 플레이트(electric field stimulator mounting plate)(1330)가 임의의 적당한 수단에 의해 기판(1302)으로부터 미리 정해진 거리에서 샤프트(1308)에 부착되어 있다. 내부 전계 자극기(1332)는 전계 자극기 탑재 플레이트(1330) 상에서 전계 자극기 탑재 플레이트(1330)의 중심으로부터 미리 정해진 거리에 환상 구성으로 탑재되어 있다. 이 미리 정해진 거리는 개구부(1304)의 중심으로부터 내부 전계 효과 센서(1306A)까지의 미리 정해진 거리에 대응하고 양호하게는 그와 똑같다. 이와 유사하게, 외부 전계 자극기(1334)는 전계 자극기 탑재 플레이트(1330) 상에서 전계 자극기 탑재 플레이트(1330)의 중심으로부터 미리 정해진 거리(개구부(1304)의 중심으로부터 외부 전계 효과 센서(1306B)까지의 미리 정해진 거리에 대응하고 양호하게는 그와 똑같음)에 환상 구성으로 탑재되어 있다. 양호하게는, 인접한 내부 전계 자극기(1332) 사이의 각도 간격(angular spacing)은 똑같다. 이와 유사하게, 인접한 외부 전계 자극기(1334) 사이의 각도 간격도 양호하게는 똑같다.

동작을 설명하면, 사용자는 손잡이(1310)를, 차례로 회전 샤프트(1308) 및 전계 자극기 탑재 플레이트(1330)를 회전시킨다. 전계 자극기 탑재 플레이트(1330)가 회전할 때, 각각의 내부 전계 자극기(1332)는 교대로 내부 전계 효과 센서(1306A) 주위의 전계와 결합하고 그로부터 분리된다. 이와 유사하게, 각각의 외부 전계 자극기(1334)는 교대로 외부 전계 효과 센서(1306B) 주위의 전계와 결합하고 그로부터 분리된다. 전계 효과 센서(1306A, 1306B)와 연관된 검출 회로는 이 결합 및 분리를 검출하고, 대응하는 출력 신호를 제어 회로(도시 생략)에 제공한다. 이 제어 회로는 이들 신호에 기초하여 손잡이(1310)의 회전의 각도 및 속도를 인식하도록 구성될 수 있다.

양호하게는, 내부 전계 자극기(1332)는 인접한 외부 전계 자극기(1334)와 반경 방향으로 일렬로 정렬되어 있지도 않고 또 각도상으로 이들 사이의 중심에 있지도 않다. 그 자체로서, 내부 전계 자극기(1332)는 손잡이(1310)의 어떤 각도 변위에서 내부 전계 효과 센서(1306A) 주위의 전계와 결합하고 그로부터 분리되며, 외부 전계 자극기(1334)는 손잡이(1310)의 다른 각도 변위에서 외부 전계 효과 센서(1306B) 주위의 전계와 결합하고 그로부터 분리된다. 도 37e는 손잡이(1310)가 특정의 방향으로 회전될 때 전계 효과 센서(1306A, 1306B)와 연관된 검출 회로로부터의 일반적인 출력 신호 스트림을 나타낸 것이다. 당업자라면 잘 알 것인 바와 같이, 이들 신호에 기초하여, 마이크로프로세서는 손잡이(1310)가 시계 방향으로 회전되는지 반시계 방향으로 회전되는지를 판정할 수 있다.

대안의 실시예에서, 내부 전계 효과 센서(1306A) 및 외부 전계 효과 센서(1306B) 중 하나는 생략될 수 있다. 이러한 실시예에서, 대응하는 내부 전계 자극기(1332) 또는 외부 전계 자극기(1334)도 양호하게는 생략된다.

다른 대안의 실시예에서, 샤프트(1308)는 개구부(1304)를 통해 길이 방향으로 슬라이딩하는 것은 물론 개구부(1304) 내에서 회전하도록 구성될 수 있으며, 기계적 푸시 버튼 스위치 에뮬레이션 실시예와 관련하여 상기한 바와 같이, 샤프트(1308)를 길이 방향으로 바이어싱하여, 회전/푸시 및/또는 풀 스위치 에뮬레이션 결합 실시예를 산출하기 위한 수단이 제공될 수 있다. 당업자라면 잘 알 것인 바와 같이, 이러한 실시예는 이러한 푸시 및/또는 풀 스위치 기능을 용이하게 해주기 위해 하나 이상의 부가적인 전계 효과 센서 및/또는 전계 자극기를 포함할 수 있다.

도 37f는 본 발명의 대안의 회전 스위치 에뮬레이션 실시예(1350)를 나타낸 것이다. 실시예(1350)는 기판(1302)과 미리 정해진 공간 관계에 있는 제2 기판(1340)을 포함한다. 제2 내부 및 외부 전계 효과 센서(1306C, 1306D)는 제2 기판(1340) 상에 배치되어 있다. 제2 내부 및 외부 전계 자극기(1342, 1344)는, 내부 및 외부 전계 자극기(1332, 1334)가 배치되어 있는 표면의 반대쪽에 있는, 전계 자극기 탑재 플레이트(1330)의 제2 표면 상에 배치되어 있다. 샤프트(1308)는 개구부(1304)를 통해 자유롭게 슬라이딩하는 것은 물론 개구부(1304) 내에서 자유롭게 회전한다.

도 37f는 내부 및 외부 전계 자극기(1332, 1334)가 기판(1302)(따라서, 내부 및 외부 전계 효과 센서(1306A, 1306B)가 위치하고 있는 고리 형상)에 비교적 아주 근접하여 있고 제2 내부 및 외부 전계 자극기(1342, 1344)가 제2 기판(1340)으로부터 비교적 멀리 있는 제1 위치에 있는 전계 자극기 탑재 플레이트(1330)를 나타낸 것이다. 이 위치에서, 손잡이(1310)의 회전은 내부 및 외부 전계 자극기(1332, 1334)가 각각 내부 및 외부 전계 효과 센서(1306A, 1306B) 주위의 전계에 교대로 결합하고 그로부터 분리하게 한다. 이 위치에서, 제2 내부 및 외부 전계 자극기(1342, 1344)가 개별적인 전계 효과 센서(1306C, 1306D) 주위의 전계에 결합하고 그로부터 분리되지 않도록, 제2 내부 및 외부 전계 자극기(1332, 1334)는 제2 내부 및 외부 전계 센서(1306C, 1306D)로부터 충분히 멀리 떨어진 채로 있다.

손잡이(1310)를 누름으로써, 사용자는 전계 자극기 탑재 플레이트(1330)를, 내부 및 외부 전계 자극기(1332, 1334)가 기판(1302)으로부터 비교적 멀리 있고 제2 내부 및 외부 전계 자극기(1342, 1344)가 제2 기판(1340)(따라서, 제2 내부 및 외부 전계 센서(1306C, 1306D)가 위치하고 있는 고리 형상)에 비교적 아주 근접하여 있는 제2 위치로 변위시킬 수 있다. 이 위치에서, 손잡이(1310)의 회전은 제2 내부 및 외부 전계 자극기(1342, 1344)가 각각 제2 내부 및 외부 전계 효과 센서(1306C, 1306D) 주위의 전계와 교대로 결합하고 그로부터 분리하게 한다. 이 위 치에서, 내부 및 외부 전계 효과 센서(1306A, 1306B)가 개별적인 전계 효과 센서(1306A, 1306B) 주위의 전계에 결합하고 그로부터 분리되지 않도록, 내부 및 외부 전계 자극기(1332, 1334)는 내부 및 외부 전계 효과 센서(1306A, 1306B)로부터 충분히 멀리 떨어진 채로 있다.

도 37f에 나타낸 바와 같이, 전계 자극기 탑재 플레이트(1330)를 "정상" 위치로 바이어싱하기 위해 코일 스프링(1314)이 제공될 수 있다. 다른 실시예들에서, 전계 자극기 탑재 플레이트(1330)는 다른 "정상" 위치로 바이어싱될 수 있다. 다른 실시예에서, 코일 스프링(1314)은 생략될 수 있으며, 따라서 전계 자극기 탑재 플레이트(1330)는 기판(1302)과 제2 기판(1340) 사이의 임의의 원하는 위치에 그대로 있다. 게다가, 실시예(1350)는, 전계 자극기 탑재 플레이트(1330)가 기판(1302)과 제2 기판(1340) 사이의 거의 중간에 위치될 때, 내부 및 외부 전계 자극기 세트(1332, 1334 및 1342, 1344) 둘다가 개별적인 전계 효과 센서(1306A, 1306B, 1306C, 1306D) 주위의 전계에 결합할 수 있도록 구성될 수 있다. 다른 대안으로서, 실시예(1350)는 전계 자극기 탑재 플레이트가 그렇게 위치되어 있을 때 전계 자극기가 그의 개별적인 전계 효과 센서에 결합할 수 없도록 구성될 수 있다.

당업자라면 잘 알 것인 바와 같이, 상기한 실시예들 전부는 아날로그 또는 디지털 검출 및 제어 회로와 관련하여 사용하기에 적합하다. 도 37g는, 아날로그 검출 및 제어 회로와 관련하여 사용하기에 특히 아주 적합한 기계적 회전 스위치를 에뮬레이트하는, 본 발명의 대안의 실시예(1360)를 나타낸 것이다. 실시예(1360)는 개구부(1304)를 정의하는 기판(1302)을 포함한다. 전계 효과 센서(1306)는 기 판(1302) 상에서 개구부(1304)에 근접하여 배치되어 있다. 샤프트(1308)는 개구부(1304)를 통해 삽입되고 개구부(1304) 내에서 자유롭게 회전한다. 예시된 실시예에서, 샤프트(1308)는 길이 방향으로 고정되어 있다. 다른 실시예에서, 샤프트(1308)는 개구부(1304)를 통해 슬라이딩하도록 구성될 수 있다. 샤프트(1308)는 양호하게는 한쪽 단부에 있는 손잡이(1310)를 포함한다. 전계 자극기(1328)는 기판(1302)으로부터 미리 정해진 거리에서 샤프트(1308)에 부착되어 있다. 전계 자극기(1328)는 양호하게는 손잡이(1310) 및 샤프트(1308)의 회전에 따라 전계 효과 센서(1306)와 전계 자극기(1328) 간의 거리가 변하도록 프로펠러 날개처럼 테이퍼되어 있다. 대안으로서, 도 37i에 나타낸 바와 같이, 전계 자극기(1328)는 실질적으로 평면이고 기판(1302)에 평행할 수 있으며, 샤프트(1308)로부터의 거리에 따라 변하는 폭 또는 두께를 가질 수 있다. 그 자체로서, 전계 자극기(1328)의 전계 효과 센서(1306) 주위의 전계와의 결합의 정도는 전계 자극기(1328)와 전계 효과 센서(1306) 간의 거리 및/또는 전계 효과 센서(1306)에 근접한 전계 자극기(1328)의 유효 면적의 함수로서 손잡이(1310)의 회전에 따라 변한다. 적절한 아날로그 및 제어 회로의 사용을 통해, 실시예(1360)는 예를 들어 전위차계를 에뮬레이트할 수 있다.

도 37h는 아날로그 검출 및 제어 회로와 관련하여 사용하기에 특히 아주 적합한 본 발명의 또하나의 대안의 실시예(1380)를 나타낸 것이다. 실시예(1380)는 내부 나사(1305)를 갖는 개구부(1304)를 정의하는 기판(1302)을 포함한다. 전계 효과 센서(1306)는 기판(1302) 상에서 개구부(1304)에 근접하여 배치되어 있다. 한쪽 단부에 손잡이(1310)를 갖는 나사 샤프트(1308)는 개구부(1304)에 돌려 끼워진다. 전계 자극기(1312)는 미리 정해진 위치에서 샤프트(1308)에 부착된다. 손잡이(1310)가 시계 방향으로 회전될 때, 전계 자극기(1312)는 전계 효과 센서(1306)로부터 더 먼쪽으로 이동된다. 이와 반대로, 손잡이(1310)가 반시계 방향으로 회전될 때, 전계 자극기(1312)는 전계 효과 센서(1306)에 더 가까이 이동한다. 그 자체로서, 손잡이(1310)의 회전은 전계 자극기(1312)와 전계 효과 센서(1306) 사이의 결합을 효과적으로 변화시킨다. 당업자라면 잘 알 것인 바와 같이, 이들 결합 변화는 아날로그 검출 및 제어 회로에 의해 용이하게 검출되어 처리될 수 있다.

도 38a 내지 도 38d는 회전 스위치를 에뮬레이트하는 본 발명의 또다른 실시예(1400)를 나타낸 것이다. 실시예(1400)는 기판(1402)을 포함한다. 당업자라면 잘 알 것인 바와 같이, 내부 및 외부 손잡이(1450, 1452)는 각각의 손잡이(1450, 1452)가 기판(1402)에 거의 수직인 축을 중심으로 회전할 수 있도록 임의의 적당한 수단에 의해 기판(1402)에 부착되어 있다. 하나 이상의 전계 자극기(1412)가 내부 및 외부 손잡이(1450, 1452) 각각의 베이스에 배치되어 있다. 개별적인 내부 또는 외부 손잡이(1450, 1452)의 회전 시에 각각의 전계 자극기(1412)가 개별적인 전계 효과 센서(1406A, 1406B) 주위의 전계와 교대로 결합하고 그로부터 분리하도록, 내부 및 외부 전계 효과 센서(1406A, 1406B)는 기판(1402) 상에서 개별적인 내부 및 외부 손잡이(1450, 1452)에 배치된 전계 자극기(1412)와 거의 일렬로 정렬되게 배치되어 있다. 전계 자극기(1412)는 여러가지 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들 어, 각각의 전계 자극기(1412)는 개별적인 손잡이(1450, 1452)의 하부에 박혀 있는 전도성 질량(conductive mass)(1413), 예를 들어 볼 베어링(ball bearing)일 수 있다. 대안으로서, 각각의 전계 자극기(1412)는, 도 38d에 도시되어 있는 바와 같이, 개별적인 손잡이(1450, 1452)의 하부에 삽입되어 있는 링(1415)에서의 돌기(bump)(1417)일 수 있다. 양호한 실시예에서, 링(1415)은 각인된 돌기(stamped bump)(1517)를 갖는 베릴륨 구리로 이루어져 있다.

도 39a 및 도 39b는 회전 스위치를 에뮬레이트하는 본 발명의 대안의 실시예(1500)를 나타낸 것이다. 이 실시예는 각도 위치 감지 응용에 특히 아주 적합하다. 이들 실시예는 다수의 감지 전극을 갖는 단일의 전계 효과 센서를 사용한다. 이 실시예는 검출 회로(1503) 및 저항(R1-R7)이 사이에 들어가 있는 일련의 감지 전극(1505A-1505H)이 대체로 원형의 구성으로 배치되어 있는 기판(1502)을 포함한다. 대안의 실시예에서, 검출 회로(1503)는 멀리 떨어져 위치될 수 있고, 도시된 것보다 더 많거나 더 적은 감지 전극 및 저항이 사용될 수 있다.

손잡이(1510)는 손잡이(1510)가 기판(1502)에 거의 수직인 축을 중심으로 회전할 수 있도록 기판(1502)에 연결되어 있다. 도 39a 실시예에서, 샤프트(1508)는 기판(1502)에 의해 정의되는 개구부(1504) 내에 삽입되고 개구부(1504) 내에서 자유롭게 회전하며, 손잡이(1510)는 샤프트(1508)에 고정되어 있다. 다른 실시예들에서, 샤프트(1508)는 기판(1502)에 고정될 수 있고, 손잡이(1510)가 기판(1502)을 중심으로 회전할 수 있다. 전계 자극기(1512)가 전극(1505A-1505H) 및 저항(R1-R7)이 기판(1502) 상에 배치되는 원형 구성에 실질적으로 대응하는 원호를 통해 손 잡이(1510)와 함께 회전하도록, 전계 자극기(1512)가 손잡이(1510) 내에 매립되어 있거나 다른 방식으로 그와 연관되어 있다.

동작을 설명하면, 사용자가 손잡이(1510)를 회전시킴에 따라, 전계 자극기(1512)는 대응하는 전극(1505A-1505H) 주위의 전계와 교대로 결합하고 그로부터 분리된다. 당업자라면 잘 알 것인 바와 같이, 아날로그 검출 회로는 손잡이(1510)의 회전의 범위, 속도 및 방향을 결정하도록 구성될 수 있다. 양호한 실시예에서, 검출 회로(1503)는 도 33a에 나타낸 형태를 가질 수 있으며, 도 39a의 전극(1505A, 1505H) 실시예는 도 33a에 나타낸 전극(E2, E1)을 각각 대신하고 있다. (+) 및 (-) 입력에서의 신호의 세기, 따라서 합산기(160)의 출력은, 당업자라면 잘 알 것인 바와 같이, 전극(1505A-1505H)에 대해 전계 자극기(1512)의 각각의 위치에 대한 고유한 미리 정해진 값을 갖는다. (당업자라면 잘 알 것인 바와 같이, 도 33a에 도시된 형태의 검출 회로는 또한 2개의 전도성 시트 사이의 거리의 변동을 검출하는 데도 사용될 수 있다. 그 자체로서, 도 33a 검출 회로는 진동 센서, 음압 센서, 기압 센서, 위치 센서, 기타 등등으로서 구성된 한쌍의 전도성 시트와 관련하여 사용될 수 있다. 어떤 실시예에서, 전도성 발포층이 전도성 시트 사이에 배치될 수 있다.)

도 39b에 나타낸 바와 같이 그의 길이에 따라 변하는 임피던스를 갖는 도체(1507)가 도 39a에 나타낸 전극-저항 열(electrode-resistor string) 대신에 사용될 수 있다. 전계 자극기(1512)가 손잡이(1510)의 회전에 응답하여 위치를 변경할 때, 도체(1507)의 연속적으로 변하는 임피던스는 검출 회로(1503)에 연속적으로 변하는 출력을 제공한다. 그 자체로서, 예들 들어, 각도 위치의 세밀한 분해가 요구되는 경우에, 도체(1507)의 사용이 선호될 수 있다.

당업자라면 잘 알 것인 바와 같이, 도 39a 및 도 39b 실시예는 각도 위치 센서로서 사용하도록 용이하게 개조될 수 있다. 도 39a 및 도 39b 실시예의 원리는, 예를 들어 도 42a에 나타낸 바와 같이, 전계 효과 센서(1505A-1505H) 및 저항(R1-R7)을 간단히 선형적으로 배열하고 손잡이(1510)를 슬라이드로 대체함으로써 슬라이드 스위치 또는 슬라이드 전위차계를 제공하도록 용이하게 개조될 수 있다. 이들 원리는, 도 42e에 나타낸 바와 같이, 검출 회로 및 전극-저항 열의 어레이를 생성함으로써 x-y 어레이에서의 자극의 위치를 검출하도록 추가적으로 확장될 수 있다.

도 40은 회전 스위치를 에뮬레이트하는 본 발명의 또다른 실시예(1600)를 나타낸 것이다. 실시예(1600)는 기판(1602)과 외부 손잡이(1610) 및 내부 손잡이(1611)를 갖는 샤프트(1608)를 포함한다. 기판(1602)은, 예를 들어, 몰딩에 의해, 내부 손잡이(1611)를 포획하고 또 전계 효과 센서(1606)를 매립하도록 형성된다. 전계 결합 요소(1612)는 외부 손잡이(1610) 내에 매립되거나 다른 방식으로 매몰될 수 있다. 대안으로서, 전계 결합 요소(1612)는 내부 손잡이(1611) 내에 매립되거나 다른 방식으로 매몰될 수 있다. 발광 장치(1621)는 기판(1602) 내에 매립될 수 있다. 기판(1602), 내부 및 외부 손잡이(1610, 1611), 및 샤프트(1608)의 적어도 일부분에 대해 투명한 또는 반투명한 물질을 선택함으로써, 발광 장치(1621)는 외부 손잡이(1610)의 적어도 일부분을 선택적으로 조명하도록 사용될 수 있다.

도 41a는 기계적 로커 스위치를 에뮬레이트하는 본 발명의 실시예(1700)를 나타낸 것이다. 실시예(1700)는 기판(1702), 기판(1702)의 표면 상에 배치된 2개의 전계 효과 센서(1706A, 1706B), 및 기판(1702)에 부착된 로커(rocker)(1713) 형태의 전계 자극기(1713A, 1713B)를 포함한다. 예시된 실시예에서, 로커(1713)는 기판(1702)에 고정된 곡면 스프링강(curved spring steel)이며, 전계 자극기(1713A, 1713B)는 로커(1713)의 모놀리딕 부분이다. 대안의 실시예에서, 당업자라면 잘 알 것인 바와 같이, 로커(1713)는 다른 물질로 이루어질 수 있고 다른 형태를 가질 수 있으며, 또한 전계 자극기(1713A, 1713B)는 별개의 요소, 예를 들어, 로커(1713) 내에 매립된 볼 베어링일 수 있다.

동작을 설명하면, 사용자는 로커(1713)의 좌측에 대응하는 전계 자극기(1713A) 또는 로커(1713)의 우측에 대응하는 전계 자극기(1713B) 중 어느 하나를 기판(1702) 쪽으로 누른다. 전계 자극기(1713A, 1713B)가 기판(1702)에 접근하거나 그와 접촉할 때, 전계 자극기(1713A, 1713B)는 대응하는 전계 효과 센서(1706A, 1706B)에 결합한다. 예시된 실시예에서, 전계 자극기(1713A, 1713B) 둘다는 동시에 기판(1702) 쪽으로 이동될 수 있다. 양호하게는, 로커(1713)는 전계 자극기(1713A, 1713B) 중 하나만이 임의의 시간에 기판(1702) 쪽으로 이동될 수 있도록 구성되어 있다.

도 41b는 기계적 로커 스위치를 에뮬레이트하는 본 발명의 다른 실시예(1750)를 나타낸 것이다. 실시예(1750)는, 실시예(1750)가 강성 로커(1713)를 사용하는 것을 제외하고는, 실시예(1700)와 유사하다. 어떤 실시예에서, 로커(1713)는, 눌러질 때, 전계 효과 센서(1706A, 1706B)에의 충분한 결합을 제공하지 않는 물질로 이루어져 있을 수 있다. 이러한 실시예에서, 당업자라면 잘 알 것인 바와 같이, 이러한 결합을 향상시키기 위해 전도성 질량(1715)은 로커(1713)에서 적절한 위치에 매립될 수 있다. 다른 실시예에서, 로커(1713)는, 사용자가 로커(1713)의 대응하는 부분을 기판(1702) 쪽으로 누를 때, 로커(1713) 상의 사용자의 손가락이 전계 효과 센서(1706A, 1706B)에의 결합을 제공하도록 하는 형상 및 크기를 가질 수 있다.

로커(1713)를 미리 정해진 "정상" 위치로 바이어싱하기 위해 바이어싱 수단이 제공될 수 있다. 도 41b에서, 바이어싱 수단은 기판(1702)에 부착된 한쌍의 플라스틱 탭(1725)으로서 구현된다. 플라스틱 탭(1725)은 로커(1713)가 눌러질 때 편향되도록 충분히 가요성이 있으며, 로커(1713)가 놓여질 때 로커(1713)를 "정상" 위치로 복귀시키도록 충분히 탄성이 있다. 당업자라면 잘 알 것인 바와 같이, 임의의 다른 적당한 바이어싱 수단이 사용될 수 있다.

대안으로서, 도 41c에 나타낸 바와 같이, 로커(1713) 및 탭은, 사용자에 의해 재배치될 때까지, 로커(1713)를 특정의 위치에 고정시키도록 구성될 수 있다. 이러한 실시예에서, 탭(1725)은 양호하게는 로커(1713)의 단부 쪽으로 돌출해 있는 너브(nub)(1725)를 포함하며, 로커(1713)는 양호하게는 너브(1725)를 수납하기 위해 그의 단부에 오목부(concavity)(1727)를 포함한다.

도 42a는 기계적 슬라이드 스위치를 에뮬레이트하는 본 발명의 실시예(1800) 를 나타낸 것이다. 실시예(1800)는 기판(1802)을 포함한다. 하나 이상의 전계 효과 센서(1806)가 기판(1802) 상에 배치되어 있다. 전계 자극기(1812), 예를 들어, 전도성 실린더 또는 볼 베어링이 슬라이드(1811)에 부착되어 있다. 슬라이드(1811)는 기판(1802)에 부착된 레일(1803)과 체결되어 있다. 동작을 설명하면, 사용자가 슬라이드(1811)를 기판(1802)을 따라 전방 및 후방으로 슬라이딩시킨다. 전계 자극기(1812)는 특정의 전계 효과 센서(1806)와 근접하게 되고, 전계 자극기(1812)는 이러한 전계 효과 센서(1806) 주위의 전계와 결합한다. 이와 마찬가지로, 전계 자극기(1812)가 특정의 전계 효과 센서(1806)로부터 멀리 이동될 때, 전계 자극기(1812)는 이러한 전계 효과 센서(1806) 주위의 전계로부터 분리된다.

대안의 실시예에서, 슬라이드(1811)는 사용자의 손가락을 수용하도록 설계되어 있는 컷아웃(cutout)(1819)을 갖는 슬라이드(1817)로 대체될 수 있다. 이 실시예에서, 사용자의 손가락은 전계 자극기(1812)로서 기능한다. 다른 대안의 실시예에서, 슬라이드(1811)는 모두 제거될 수 있다. 도 42d에 나타낸 바와 같이, 실린더(도시 생략) 또는 원추(1807)의 절두체(frustum)의 외주부 주위에 전계 효과 센서(1806)를 배열함으로써 동일한 원리가 회전 스위치 에뮬레이션에 적용될 수 있다.

어떤 실시예에서, 슬라이드(1811)의 일부분이 조명될 수 있다. 이러한 실시예는 양호하게는 광 파이프(light pipt)(1821) 및 기판(1802)과 관련하여 광 파이프(1821)를 조명하기 위한 광원(도시 생략)을 포함하며, 따라서 슬라이드(1811) 상에 배치된 광 채널(1823)은 광 파이프(1821)로부터 광을 받을 수 있다. 다른 실시 예에서, 슬라이드(1811) 또는 그의 일부분을 조명하기 위해 다른 수단이 사용될 수 있다.

도 42b는 슬라이드 스위치를 에뮬레이트하는 본 발명의 다른 실시예(1850)를 나타낸 것이다. 실시예(1850)는, 이 실시예가 슬라이드(1811)를 전부 제거한 것을 제외하고는, 실시예(1800)와 유사하다. 레일(1803) 아래의 가요성 시트(1827)는 기판(1802)을 덮고 있다. 양호하게는, 시트(1827)는 용이하게 교체가능하며, 예를 들어, 기판(1802) 상에서 시트(1827) 아래에 배치되어 있는 전계 효과 센서(도시 생략)의 위치를 나타내는 그래픽을 포함할 수 있다. 통상적으로, 시트(1827)와 기판(1802) 상에서 시트(1827) 아래에 배치되어 있는 전계 효과 센서(도시 생략) 사이에 공기 간극이 존재한다. 사용자가 이러한 전계 효과 센서를 작동시키기 위해 시트(1827)를 터치할 때, 공기가 이 공기 간극으로부터 배기되어, 전계 효과 센서 주위의 전계에의 사용자의 손가락의 결합을 가능하게 해주고 그 결합을 향상시킨다.

도 42c는 슬라이드 스위치를 에뮬레이트하는 본 발명의 대안의 실시예(1860)를 나타낸 것이다. 전계 효과 센서(1806)가 기판(1802) 상에 배치되어 있다. 기판(1802)은 레일(1803)을 포함한다. 슬라이드(1811)는 레일(1803)을 통해 기판(1802)과 슬라이딩 체결되어 있다. 전계 자극기(1812)는 양호하게는 슬라이드(1811) 상에 배치된 전도성 질량이다. 도 41c 실시예에서, 전계 자극기(1812)의 단면적은 슬라이드(1811)의 한쪽 단부로부터 다른쪽 단부까지 변한다. 슬라이드(1811)가 도 42c에 나타낸 위치에 있는 경우, 전계 자극기(1812)는 전계 효과 센 서(1806)로부터 멀리 있으며, 전계 효과 센서(1806) 주위의 전계와 결합하지 않는다. 슬라이드(1811)가, 예를 들어, 사용자의 손가락에 의해 우측으로 이동함에 따라, 전계 자극기는 궁극적으로 전계 효과 센서(1806) 주위의 전계와 결합하도록 전계 효과 센서(1806)에 충분히 가까이 이동한다. 처음에, 이러한 결합은 전계 효과 센서(1806) 및 대응하는 전계에 근접해 있는 전계 자극기(1812)의 작은 면적으로 인해 작다. 슬라이드(1811)가 우측으로 더 멀리 이동됨에 따라, 전계 자극기(1812)의 더 많은 부분이 전계 효과 센서(1806) 및 대응하는 전계와 근접하게 되고, 전계 자극기(1812)의 전계에의 결합이 증가한다. 아날로그 검출 회로는 변하는 결합 상태를 구분할 수 있고 또 대응하는 아날로그 출력을 대응하는 제어 회로에 제공할 수 있다. 슬라이드(1811)를 이러한 "정상" 위치로부터 변위시키는 힘이 없는 경우, 슬라이드(1811)를 "정상" 위치에 유지하기 위해 바이어싱 수단, 예를 들어, 코일 스프링(1814)이 제공될 수 있다.

도 43은 기계적 구형 스위치 또는 트랙볼을 에뮬레이트하는 본 발명의 실시예(1900)을 나타낸 것이다. 실시예(1900)는 볼(1960)에 대한 하우징(1962)을 형성하는 기판(1902)을 포함한다. 하나 이상의 전계 효과 센서(1906)가 표면 상에 배열되어 있거나 기판(1902) 내에 매립되어 있다. 볼(1960)의 외주부는 고유의 비반복적인 패턴으로 배열되어 있는 전계 자극기(1912)를 포함한다. 동작을 설명하면, 볼(1960)이 하우징(1962) 내에서 회전함에 따라, 전계 자극기가 전계 효과 센서(1906) 주위의 전계에 결합하고 그로부터 분리된다. 당업자라면 잘 알 것인 바와 같이, 전계 효과 센서(1906)와 연관된 검출 및 제어 회로는 볼(1960)의 회전의 각도 및 방향을 결정하도록 구성되어 있을 수 있다. 대안의 실시예에서, 볼(1960)은 고정되어 있을 수 있고, 기판(1902) 및 하우징(1962)은 회전하거나 하우징(1962) 주위를 다른 방식으로 이동할 수 있다. 이 실시예는, 예를 들어, 틸트(tilt) 또는 진동을 검출하는 데 사용될 수 있다.

도 44는 본 발명에 따른 기계적 스위치 에뮬레이션의 응용 관련 실시예(2000), 특히 스노모빌(snowmobile) 또는 개인 선박의 쓰로틀(throttle)을 나타낸 것이다. 전계 효과 센서(2006)는 핸들(2002)에 배치되거나 그 안에 매립되어 있다. 전도성 질량 형태의 전계 자극기(2012)는 쓰로틀 레버(2016) 상에 배치되어 있다. 사용자가 쓰로틀 레버(2016)를 누르거나 놓을 때, 전계 자극기(2012)가 각각 전계 효과 센서(2006)에 더 가까이 또 그로부터 더 멀리 이동된다. 전계 효과 센서(2006)로부터 수신된 신호에 기초하여 쓰로틀 위치를 결정하기 위해 아날로그 검출 및 제어가 사용될 수 있다. 양호한 실시예에서, 부가의 전계 효과 센서(2031, 2033, 2035)가 핸들(2002) 상에 배치될 수 있다. 이들 부가의 센서는, 예를 들어, 쓰로틀 제어를 위한 여분의 센서(2031), 핸들(2002) 상에서 타는 사람의 손을 검출하지 않는 한 쓰로틀을 작동하지 않게 하는 손 위치 센서(2033), 및 예를 들어, 선박의 전도로 인해 물에 잠겼을 때 쓰로틀을 작동하지 않게 하는 수분 센서(2035)를 포함할 수 있다.

도 45a 및 도 45b는 본 발명에 따른 타이어 압력 센서(2100)의 응용 관련 실시예를 나타낸 것이다. 양호한 실시예에서, 압축가능한, 양호하게는 전도성 발포 기판(2104)이 기판(2102)의 표면 상에 배치된다. 복수의 전계 효과 센서(2106)가 기판(2102)의 다른쪽 표면 상에 매트릭스 어레이로 배열되어 있다. 동작을 설명하면, 예를 들어, 자동차(도시 생략)의 타이어(2108)는 발포 기판(2104) 상에 배치되고, 그에 의해 타이어(2108)와 접촉하고 있는 발포 기판(2104)의 일부분을 압축한다. 당업자라면 잘 알 것인 바와 같이, 발포 기판(2104)의 압축된 부분은 대응하는 전계 효과 센서(2106) 주위의 전계와 결합하며, 따라서 이들 센서를 작동시킨다. 타이어(2108)에 대한 하중의 중량으로 프로그램된 마이크로프로세서(도시 생략)는, 타이어(2108)에 의해 압축된 발포의 영역에 대응하는 전계 효과 센서(2106)로부터 수신하는 신호에 기초하여, 타이어(2108) 내의 공기압을 결정할 수 있다. 다른 실시예에서, 타이어(2108) 자체가 전계 효과 센서(2106)에의 결합을 수행하도록, 발포 기판(2104)이 생략될 수 있다.

도 46은 시트 부분(2202A) 및 등받이 부분(2202B)을 갖는 자동차 승객 시트(2202)를 나타낸 것이다. 시트(2202)는 양호하게는, 시트(2202) 상에 놓여 있는 중량을 검출하기 위한 복수의 전계 효과 센서(2206A) 및 시트(2202) 상에 놓여 있는 사람 또는 물품의 물리적 크기를 감지하기 위한 복수의 전계 효과 센서(2206B)가 매립되어 있는 압축가능한 발포(2204)를 사용하여 채워져 있거나 패딩되어 있다. 예시된 실시예에서 시트 지지 기둥으로 구현되어 있는 전계 자극기(2212)는 전계 효과 센서(2206A)에 대해 미리 정해진 공간 관계로 위치되어 있다.

시트(2202)가 비어 있는 경우, 전계 효과 센서(2206A)는, 전계 효과 센서(2206A)가 작동되지 않도록, 전계 자극기(2212)로부터 미리 정해진 거리에 있다. 하중, 예를 들어, 사람 또는 소포가 시트(2202) 상에 놓여 있을 때, 시트 위 치(2202A)에 있는 발포(2204)가 압축되고, 전계 효과 센서(2206A)를 전계 자극기(2212)에 더 가까이 이동시켜, 전계 자극기(2212)가 전계 효과 센서(2206A) 주위의 전계를 교란하게 한다. 시트(2202) 상에 놓여 있는 하중이 무거울수록, 시트 부분(2202B)에서의 발포(2204)의 압축 및 전계 효과 센서(2206A)의 대응하는 변위가 더 커진다. 전계 효과 센서(2206A)로부터의 출력 신호를 수신하는 아날로그 검출 및 제어 회로(도시 생략)는 이들 신호로부터 시트(2202) 상에 놓여 있는 하중에 응답하여 전계 효과 센서(2206A)의 변위를 결정할 수 있다. 제어 회로는 이 변위 데이터 및 발포(2204)의 압축 특성에 기초하여 시트(2202) 상에 앉아 있는 사람 또는 그 위에 놓여 있는 물품의 중량을 결정할 수 있다.

또한, 시트(2202)가 비어 있는 경우, 어떤 자극도 전계 효과 센서(2206B) 주위의 전계와 결합하지 않는다. 사람이 시트(2202) 상에 앉아 있거나 소포가 그 위에 놓여 있을 때, 전계 효과 센서(2206B) 중 임의의 것에 근접해 있는 사람 또는 소포의 일부분이 이들 센서 주위의 전계와 결합한다. 전계 효과 센서(2206B)로부터의 출력 신호를 수신하는 아날로그 또는 디지털 검출 및 제어 회로는 시트(2202) 상의 하중(사람 또는 소포)의 물리적 개요를 결정할 수 있다. 상기한 바와 같이, 제어 회로는, 시트(2202) 상의 하중이 사람인지 소포인지를 결정하기 위해, 전계 효과 센서(2206A)로부터 수신되는 신호로부터 도출되는 중량 데이터와 관련하여 이 데이터를 사용할 수 있다. 제어 회로가 그 하중이 소포이고 사람이 아닌 것으로 결정한 경우, 제어 회로는 승객 에어백을 작동시키지 않을 수 있다. 제어 회로가 그 하중이 사람이고 소포가 아닌 것으로 결정한 경우, 제어 회로는 시트(2202)를 차지하는 사람의 크기 및 중량에 맞춰 에어백 전개 속도 및 힘을 조정할 수 있다.

본 발명의 몇가지 실시예가 도시되어 있지만, 당업자에게는 본 명세서에 첨부된 청구 범위의 정신을 벗어나지 않고 여러가지 수정이 행해질 수 있다는 것이 명백할 것이다.

Claims (27)

1. 기계적 스위치를 에뮬레이트(emulate)하는 장치로서,

   기판(1102, 1202, 1302, 1402, 1502, 1602, 1702, 1802, 1902),

   상기 기판 상에 배치되고, 하나 이상의 전극들에 근접하여 집적 회로로서 구현된 제어 회로에 전기적으로 연결된 상기 하나 이상의 전극들을 포함하는 제1 전계 효과(field effect) 센서(1106A, 1206A, 1306A, 1406A, 1506A, 1606, 1706A, 1806, 1906), 및

   상기 제1 전계 효과 센서와 동작적으로 연관된 제1 전계(electric field) 자극기(1112, 1212, 1312, 1412, 1512, 1612, 1715)

   를 포함하며,

   상기 제1 전계 자극기는 경로를 따라 이동가능하고, 상기 경로는 적어도 상기 제1 전계 효과 센서에 상대적으로 가까이 있는 제1 지점 및 상기 제1 전계 효과 센서로부터 상대적으로 멀리 있는 제2 지점을 갖고,

   상기 제어 회로는 상기 제1 전계 자극기의 이동에 의해 야기되는, 상기 하나 이상의 전극들 주위에 발생되는 전계에서의 교란(disturbance)을 검출하고,

   상기 제1 전계 자극기는 접지에 전기적으로 접속되지 않은

   기계적 스위치 에뮬레이팅 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 기판과 체결(engage)된 샤프트(1108, 1208, 1308, 1608, 1713)를 더 포함하고, 상기 제1 전계 자극기는 상기 샤프트와 동작적으로 연관되는 기계적 스위치 에뮬레이팅 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 기판 상에 배치된 제2 전계 효과 센서(1106B-D)를 더 포함하고, 상기 제1 전계 자극기(1112)는 미리 정해진 경로를 따라 이동가능하고, 상기 미리 정해진 경로는 적어도 상기 제2 전계 효과 센서에 상대적으로 가까이 있는 제3 지점 및 상기 제2 전계 효과 센서로부터 상대적으로 멀리 있는 제4 지점을 갖는 기계적 스위치 에뮬레이팅 장치.
4. 제2항에 있어서,

   상기 기판 상에 배치된 제2 전계 효과 센서(1306B), 및

   상기 샤프트와 동작적으로 연관된 제2 전계 자극기(1334) - 상기 제2 전계 자극기는 미리 정해진 제2 경로를 따라 이동가능하고, 상기 미리 정해진 제2 경로는 적어도 상기 제2 전계 효과 센서에 상대적으로 가까이 있는 제3 지점 및 상기 제2 전계 효과 센서로부터 상대적으로 멀리 있는 제4 지점을 가짐 -

   를 더 포함하는 기계적 스위치 에뮬레이팅 장치.
5. 제2항에 있어서, 상기 샤프트(1108, 1308)는 상기 기판(1102, 1302)을 관통하고 또한 상기 기판과 슬라이딩 체결(sliding engagement)되어 있으며, 상기 제1 전계 자극기(1112, 1332)는 상기 기판에 대한 상기 샤프트의 슬라이딩에 응답하여 상기 제1 전계 효과 센서에 대해 이동하는 기계적 스위치 에뮬레이팅 장치.
6. 제5항에 있어서,

   제2 기판(1340),

   상기 제2 기판 상에 배치된 제2 전계 효과 센서(1306C, 1306D),

   상기 샤프트와 동작적으로 연관된 제2 전계 자극기(1342, 1344)

   를 더 포함하고,

   상기 제2 전계 자극기는 미리 정해진 제2 경로를 따라 이동가능하고, 상기 미리 정해진 제2 경로는 적어도 상기 제2 전계 효과 센서에 상대적으로 가까이 있는 제3 지점 및 상기 제2 전계 효과 센서로부터 상대적으로 멀리 있는 제4 지점을 갖는 기계적 스위치 에뮬레이팅 장치.
7. 제5항에 있어서, 상기 샤프트(1308)는 또한 상기 기판(1302)과 회전가능하게 체결되어 있고, 상기 제1 전계 자극기(1332)는 상기 기판에 대한 상기 샤프트의 회전에 응답하여 이동가능한 기계적 스위치 에뮬레이팅 장치.
8. 제7항에 있어서,

   제2 기판(1340),

   상기 제2 기판 상에 배치된 제2 전계 효과 센서(1306C, 1306D), 및

   상기 샤프트와 동작적으로 연관된 제2 전계 자극기(1342, 1344)

   를 더 포함하고,

   상기 제2 전계 자극기는 미리 정해진 제2 경로를 따라 이동가능하고, 상기 미리 정해진 제2 경로는 적어도 상기 제2 전계 효과 센서에 상대적으로 가까이 있는 제3 지점 및 상기 제2 전계 효과 센서로부터 상대적으로 멀리 있는 제4 지점을 갖는 기계적 스위치 에뮬레이팅 장치.
9. 제7항에 있어서, 상기 제1 전계 효과 센서(1306)와 상기 제1 전계 자극기 간의, 상기 기판(1302)에 수직인 거리는 상기 샤프트의 회전에 따라 변화하는 기계적 스위치 에뮬레이팅 장치.
10. 제7항에 있어서, 상기 샤프트(1308)는 상기 기판(1302)을 관통하고, 상기 기판과 회전가능하게 체결되어 있으며, 상기 제1 전계 자극기(1332)는 상기 기판에 대한 상기 샤프트의 회전에 응답하여 상기 제1 전계 효과 센서에 대해 이동하는 기계적 스위치 에뮬레이팅 장치.
11. 제10항에 있어서,

    제2 기판(1340),

    상기 제2 기판 상에 배치된 제2 전계 효과 센서(1306C, 1306D), 및

    상기 샤프트와 동작적으로 연관된 제2 전계 자극기(1342, 1344)

    를 더 포함하고,

    상기 제2 전계 자극기는 미리 정해진 제2 경로를 따라 이동가능하고, 상기 미리 정해진 제2 경로는 적어도 상기 제2 전계 효과 센서에 상대적으로 가까이 있는 제3 지점 및 상기 제2 전계 효과 센서로부터 상대적으로 멀리 있는 제4 지점을 갖는 기계적 스위치 에뮬레이팅 장치.
12. 제10항에 있어서, 상기 샤프트(1308)는 상기 샤프트의 회전에 응답하여 상기 기판(1302)에 대해 선형으로 이동하는 기계적 스위치 에뮬레이팅 장치.
13. 제10항에 있어서, 상기 제1 전계 자극기(1332)는 상기 샤프트에 연결된 캐리어 상에 배치되는 기계적 스위치 에뮬레이팅 장치.
14. 제2항에 있어서, 상기 샤프트(1208)는 상기 기판(1202)을 관통하고, 상기 기판과 피봇가능하게(pivotable) 체결되어 있으며, 상기 제1 전계 자극기(1212)는 상기 기판에 대한 상기 샤프트의 피봇팅(pivoting)에 응답하여 상기 제1 전계 효과 센서(1206A)에 대해 이동하는 기계적 스위치 에뮬레이팅 장치.
15. 제2항에 있어서, 상기 샤프트(1208, 1713)는 상기 기판으로부터 연장하고, 상기 기판과 피봇가능하게 체결되어 있으며, 상기 제1 전계 자극기(1212, 1715)는 상기 기판에 대한 상기 샤프트의 피봇팅에 응답하여 상기 제1 전계 효과 센서(1206A, 1715)에 대해 이동하는 기계적 스위치 에뮬레이팅 장치.
16. 제15항에 있어서, 상기 제1 전계 자극기(1715)가 상기 제1 전계 효과 센서(1706A)에 상대적으로 가깝게 있는 제1 위치와 상기 제1 전계 자극기(1715)가 상기 제1 전계 효과 센서(1706A)로부터 상대적으로 멀리 있는 제2 위치 중 적어도 한 곳에, 상기 샤프트(1713)를 래치(latch)하기 위한 수단(1725)을 더 포함하는 기계적 스위치 에뮬레이팅 장치.
17. 제15항에 있어서,

    상기 기판(1702) 상에 배치된 제2 전계 효과 센서(1706B),

    상기 기판으로부터 연장하고 상기 기판과 피봇가능하게 체결되어 있는 제2 샤프트, 및

    상기 제2 샤프트와 동작적으로 연관된 제2 전계 자극기(1715)

    를 더 포함하고,

    상기 제2 전계 자극기(1715)는 미리 정해진 제2 경로를 따라 이동가능하고, 상기 미리 정해진 제2 경로는 적어도 상기 제2 전계 효과 센서에 상대적으로 가까이 있는 제3 지점 및 상기 제1 전계 효과 센서로부터 상대적으로 멀리 있는 제4 지점을 갖는 기계적 스위치 에뮬레이팅 장치.
18. 제17항에 있어서, 상기 제2 샤프트는 상기 기판(1702)에 근접하여 상기 샤프트(1713)에 연결되는 기계적 스위치 에뮬레이팅 장치.
19. 제2항에 있어서, 상기 샤프트는 상기 기판(1402)으로부터 연장하고 상기 제1 전계 자극기(1412)는 상기 샤프트 주위에 배치된 제1 손잡이(knob)(1450) 상에 배치되는 기계적 스위치 에뮬레이팅 장치.
20. 제19항에 있어서,

    상기 기판 상에 배치된 제2 전계 효과 센서(1406B),

    상기 제1 손잡이 주위에 배치된 제2 손잡이(1452), 및

    상기 제2 손잡이 상에 배치된 제2 전계 자극기(1413)

    를 더 포함하고,

    상기 제2 전계 자극기는 미리 정해진 제2 경로를 따라 이동가능하고, 상기 미리 정해진 제2 경로는 적어도 상기 제2 전계 효과 센서에 상대적으로 가까이 있는 제3 지점 및 상기 제2 전계 효과 센서로부터 상대적으로 멀리 있는 제2 지점을 갖는 기계적 스위치 에뮬레이팅 장치.
21. 제2항에 있어서,

    제2 전계 효과 센서(1505H),

    상기 제1 전계 효과 센서(1506A)의 제1 단자와 상기 제2 전계 효과 센서(1506H)의 제1 단자 사이에 직렬로 연결된 제1 저항(R1-R7), 및

    상기 제1 전계 효과 센서의 제2 단자와 상기 제2 전계 효과 센서의 제2 단자 사이에 직렬로 연결된 검출 회로(1503)

    를 더 포함하는 기계적 스위치 에뮬레이팅 장치.
22. 제21항에 있어서,

    제3 전계 효과 센서(1505B-G), 및

    상기 제2 전계 효과 센서의 상기 제2 단자와 상기 제3 전계 효과 센서의 제1 단자 사이에 직렬로 연결된 제2 저항(R2-R6)

    을 더 포함하고,

    상기 검출 회로는 상기 제1 전계 효과 센서의 상기 제2 단자와 상기 제3 전계 효과 센서의 제2 단자 사이에 직렬로 연결되는 기계적 스위치 에뮬레이팅 장치.
23. 제2항에 있어서, 광원(1621)을 더 포함하고, 상기 샤프트(1608)의 제1 단부는 상기 기판(1602)의 표면을 관통하고, 상기 광원은 상기 샤프트의 상기 제1 단부와 광학적으로 통신하며, 상기 샤프트는 자신의 적어도 일부분을 통해 상기 광을 투과시키도록 적응된 기계적 스위치 에뮬레이팅 장치.
24. 제2항에 있어서, 상기 샤프트는 가요성(flexible)이고 또한 상기 기판으로부터 연장하며, 상기 제1 전계 자극기는 상기 샤프트의 휘어짐(flexing)에 응답하여 상기 제1 전계 효과 센서에 대해 이동하는 기계적 스위치 에뮬레이팅 장치.
25. 제1항에 있어서, 상기 제1 전계 자극기는 상기 기판과 슬라이딩식으로 체결되어 있는 기계적 스위치 에뮬레이팅 장치.
26. 제1항에 있어서, 상기 기판은 구의 일부분을 포함하는 표면을 정의하고,

    상기 기계적 스위치 에뮬레이팅 장치는 상기 표면과 동작적으로 연관된 구형 부재를 더 포함하고, 상기 제1 전계 자극기는 상기 구형 부재와 동작적으로 연관되어 있으며, 이에 의해 상기 표면에 대한 상기 구형 부재의 회전이 상기 제1 전계 자극기가 상기 경로를 따라 이동하게 하는 기계적 스위치 에뮬레이팅 장치.
27. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 전계 자극기는 상기 제어 회로에 전기적으로 접속되어 있지 않은 기계적 스위치 에뮬레이팅 장치.

Images