KR101385650B1 - 유도성 센싱을 지원하는 집적회로 디바이스 - Google Patents

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라두 러스쿠
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마이크로칩 테크놀로지 인코포레이티드
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Abstract

집적회로 디바이스 유도성 터치 아날로그 프론트 엔드(AFE)는 복수의 유도성 터치 센서들 중 선택된 것들을 여기시키고, 복수의 유도성 터치 센서들의 코일들 양단의 전압들을 측정하고, 이들 코일 전압들을 나타내는 아날로그 출력 신호들을 제공한다. 유도성 센서에 대한 물리적인 변위(터치)는 유도성 터치 센서의 인덕턴스 값이 유도성 터치 센서의 코일 양단의 전압의 해당 변화로 바뀌게 한다. 디지털 프로세서는 복수의 유도성 터치 센서들 각각의 선택을 제어하고 유도성 터치 AFE로부터 각 아날로그 출력 전압 신호를 수신한다. 코일 전압의 충분한 변화가 디지털 프로세서에 의해 확정되면, 유도성 터치 센서가 작동된 것으로 간주되어 디지털 프로세서는 복수의 유도성 터치 센서들 중 어느 것이 작동(터치)되었는지를 근거로 액션을 취한다.

Description

유도성 센싱을 지원하는 집적회로 디바이스{INTEGRATED CIRCUIT DEVICE SUPPORTING INDUCTIVE SENSING}
본 발명은 집적회로들에 관한 것으로, 특히 유도성 센싱을 지원하는 집적회로 디바이스에 관한 것이다.
정전용량형 센서들(예를 들면, 터치 센서들)은 다양한 소비자 제품, 상업 제품, 산업 제품, 및 군용 제품의 사용자 인터페이스들로서 폭넓게 이용되고 있다. 하지만, 정전용량형 터치 센서들은 몇가지 단점들(예를 들면, 유출된 액체에 대한 감도 및 사용자가 두꺼운 장갑을 착용한 경우의 신뢰할 수 없는 동작)을 갖는다. 유도성 터치 센서들은 정전용량형 터치 센서들의 단점들을 해결함으로써 정전용량형 터치 센서들이 완벽하게 적합하지는 않았던 소정의 특수 제품들에서 그것들을 대체하기 시작하고 있다. 유도성 터치 센서들은 전자 시스템내에서 이용될 때 적절한 특수 인터페이스 회로들을 필요로 한다. 종래 기술의 유도성 센서 인터페이스 회로들은 동작을 위해 수많은 외부 개별 부품들을 필요로 한다. 이러한 외부 개별 부품들은 고가이고, 시스템에 적용되기 위해서는 큰 회로 기판 영역을 필요로 한다.
따라서, 유도성 센서들의 작동 검출을 지원하고 그로부터 유용한 출력들을 제공하는 집적회로 디바이스에 대한 요구가 있다. 유도성 센서는 센서내에서의 유도성 변화를 일으키는 터치를 센싱하는데 사용될 수 있다. 유도성 센서의 동작을 지원하는 집적회로 인터페이스는 외부 부품들에 대한 필요성을 실질적으로 제거하는 제어 메커니즘들을 갖기 때문에, 유도성 센서들을 이용하는 시스템들에 대하여 물리적인 사이즈 및 제조 비용들을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 유도성 터치 센싱을 지원하기 위한 아날로그 프론트 엔드로서 구성된 집적회로 디바이스는, 기준 전압; 유도성 기준 코일에 연결하기 위한 유도성 기준 코일 외부 연결부에 연결된 제1 입력과, 적어도 하나의 유도성 터치 센서 코일에 연결하기 위한 유도성 터치 센서 코일 외부 연결부에 연결된 제2 입력과, 기준 선택 신호에 연결하기 위한 기준 선택 외부 연결부에 연결된 제3 입력과, 클록 신호에 연결하기 위한 클록 외부 연결부에 연결된 제4 입력과, 상기 기준 전압에 연결된 제5 입력을 갖는 동기 검출기; 코일 드라이브 출력 외부 연결부에 연결된 출력과, 코일 드라이브 입력 외부 연결부에 연결된 입력을 갖는 코일 드라이버; 및 로우-패스 필터로 구성되고, 상기 동기 검출기에 연결된 입력들 및 상기 적어도 하나의 유도성 터치 센서 코일과 상기 유도성 기준 코일의 인덕턴스 값들을 나타내는 전압 값들을 갖는 출력을 갖고, 상기 출력은 전압 검출기 출력 외부 연결부에 연결된 증폭기를 포함하고, 상기 동기 검출기는 상기 클록 신호와 상기 유도성 기준 코일 또는 상기 기준 선택 신호에 의해 선택된 상기 적어도 하나의 유도성 터치 센서 코일로부터의 신호를 혼합하여 합 및 차 혼합 생성물들을 산출하고, 상기 증폭기는 상기 합 및 차 혼합 생성물들을 증폭하고 상기 로우-패스 필터는 상기 합 혼합 생성물을 감쇠시키고 상기 차 혼합 생성물을 상기 로우-패스 필터의 상기 출력으로 전달한다.
본 발명의 또 하나의 실시예에 따르면, 유도성 터치 인터페이스를 갖는 전자 시스템은, 복수의 유도성 터치 센서 코일들 및 유도성 기준 코일을 포함하는 유도성 터치 인터페이스; 제1 집적회로 디지털 프로세서; 및 기준 전압; 상기 유도성 기준 코일에 연결된 제1 입력과, 상기 복수의 유도성 터치 센서 코일들에 연결된 제2 입력과, 상기 디지털 프로세서로부터의 기준 선택 신호에 연결된 제3 입력과, 상기 디지털 프로세서로부터의 클록 신호에 연결된 제4 입력과, 상기 기준 전압에 연결된 제5 입력을 갖는 동기 검출기; 상기 유도성 기준 코일 및 상기 복수의 유도성 터치 센서 코일들 중 선택된 것들과 직렬로 연결된 출력과, 외부 로우-패스 필터를 통해 상기 디지털 프로세서로부터 출력된 클록에 연결된 입력을 갖는 코일 드라이버; 및 로우-패스 필터로 구성되고, 상기 동기 검출기에 연결된 입력들 및 상기 복수의 유도성 터치 센서 코일들과 상기 유도성 기준 코일의 인덕턴스 값들을 나타내는 전압 값들을 갖는 출력을 갖고, 상기 출력은 상기 디지털 프로세서의 아날로그 입력에 연결된 증폭기를 포함하는 제2 집적회로 유도성 터치 아날로그 프론트 엔드를 포함하고, 상기 동기 검출기는 상기 클록 신호와 상기 유도성 기준 코일 또는 상기 기준 선택 신호에 의해 선택된 상기 적어도 하나의 유도성 터치 센서 코일로부터의 신호를 혼합하여 합 및 차 혼합 생성물들을 산출하고, 상기 증폭기는 상기 합 및 차 혼합 생성물들을 증폭하고 상기 차 혼합 생성물을 상기 증폭기의 상기 출력으로 전달한다.
상기 동기 검출기는: 상기 클록 외부 연결부에 연결된 제1 입력과 상기 기준 선택 외부 연결부에 연결된 제2 입력을 갖는 디코더; 및 상기 디코더에 의해 제어되는 6개의 아날로그 패스-게이트들을 포함하고, 제1 및 제4 아날로그 패스-게이트들의 입력들은 상기 기준 전압에 연결되고, 제2 및 제5 아날로그 패스-게이트들의 입력들은 상기 복수의 유도성 터치 센서 코일들에 연결되고, 제3 및 제6 아날로그 패스-게이트들의 입력들은 상기 유도성 기준 코일에 연결됨으로써, 상기 기준 선택 및 클록 신호들이 제1 로직 레벨들에 있으면 상기 제3 및 제4 아날로그 패스-게이트들이 닫히고, 상기 기준 선택 신호가 상기 제1 로직 레벨에 있고 상기 클록 신호가 제2 로직 레벨에 있으면 상기 제1 및 제6 아날로그 패스-게이트들이 닫히고, 상기 기준 선택 신호가 상기 제2 로직 레벨에 있고 상기 클록 신호가 상기 제1 로직 레벨에 있으면 상기 제2 및 제4 아날로그 패스-게이트들이 닫히고, 상기 기준 선택 및 클록 신호들이 상기 제2 로직 레벨에 있으면 상기 제1 및 제5 아날로그 패스-게이트들이 닫힌다.
상기 동기 검출기는: 주파수 혼합기; 상기 클록에 연결된 제1 입력 및 상기 기준에 연결된 제2 입력을 갖는 디코더; 및 상기 기준 전압, 상기 유도성 터치 센서, 및 상기 유도성 기준 코일 외부 연결을 상기 주파수 혼합기에 선택적으로 연결하기 위한 복수의 멀티플렉서들도 포함한다.
본 발명이 특정 실시예를 참조하여 특별히 도시되고 설명되었지만, 이러한 참조는 본 발명의 한정을 내포하지 않고 이러한 한정을 의미하지도 않는다. 개시된 본 발명은 이 기술분야의 당업자에 의해 형태와 기능에 있어서 수정물, 대체물, 및 등가물이 고려될 수 있다. 본 발명의 도시되고 설명된 실시예들은 단지 예로서, 본 발명의 범위를 한정하지 않는다.
첨부한 도면과 관련된 다음의 설명을 참조하면 본 발명을 보다 완전히 이해할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유도성 터치 키패드, 유도성 터치 아날로그 프론트 엔드, 및 디지털 프로세서를 갖는 전자 시스템의 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시한 유도성 터치 아날로그 프론트 엔드의 상세 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 도 2에 도시한 동기 검출기 및 회로 기능들의 상세 블록도이다.
도 4는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 도 2에 도시한 동기 검출기 및 회로 기능들의 상세 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 도 3에 도시한 증폭기 및 로우-패스 필터의 상세 블록도이다.
도 6은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 도 4에 도시한 증폭기 및 로우-패스 필터의 상세 블록도이다.
본 발명은 다양한 수정물 및 대체 형태가 가능하지만, 특정 실시예들이 도면에 도시되고 여기에 상세히 설명되었다. 하지만, 특정 실시예들의 설명은 본 발명을 여기에 개시된 특정 형태로 한정하려는 것이 아니고, 반대로, 본 발명은 첨부한 청구범위에 의해 한정된 모든 수정물 및 등가물을 포함하려 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 구성요소는 동일한 참조부호로 나타내고, 유사한 구성요소는 아래첨자를 달리하여 동일한 부호로 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유도성 터치 키패드, 유도성 터치 아날로그 프론트 엔드, 및 디지털 프로세서를 갖는 전자 시스템의 블록도이다. 디지털 프로세서(106)(예를 들면, 마이크로프로세서, 마이크로컴퓨터, DSP(digital signal processor), ASIC(application specific integrated circuit), PLA(programmable logic array) 등)는 유도성 터치 아날로그 프론트 엔드(AFE)(104) 및 유도성 터치 센서들(102)의 매트릭스에 연결된다. 바람직한 유도성 터치 센서들(102)은 www.microchip.com에 상세히 기재된 Microchip inductive mTouchTM 센서들이다.
저가의 단일 집적회로 디바이스를 갖는 유도성 터치 AFE(104)는, 예를 들어 관련 유도성 센서의 인덕턴스 값을 바꾸는 타겟 키를 눌러 편향시킴으로써 유도성 센서들의 작동이 언제 있는지를 확정하는데 사용되는 모든 액티브 기능들을 가능하게 한다. 유도성 터치 AFE(104)는 유도성 터치 센서들(102)의 매트릭스의 각 키의 인덕턴스 값을 측정하고 그 인덕턴스 값들을 디지털 프로세서(106)에 의해 읽혀지고 디지털 값들로 변환되는 각각의 아날로그 직류(dc) 전압들로 변환시킨다. 비활성 유도성 센서(코일)와 활성 유도성 센서(코일) 간의 비교 기준으로서 사용하기 위한 기준 인덕터(예를 들면, 코일)(도 2 및 3)도 유도성 터치 센서들(102)의 매트릭스에 포함될 수 있으며, 이하에 보다 상세히 기재되어 있다.
디지털 프로세서(106)는 클록 및 제어 기능들을 유도성 터치 AFE(104)에 공급하고, 유도성 터치 AFE(104)의 아날로그 전압 검출기 출력을 읽고, 유도성 터치 AFE(104)에 의한 처리를 위해 유도성 터치 센서들(102)의 매트릭스의 각 키 및 기준 유도성 센서를 선택하며, 하기에 보다 상세히 기재되어 있다. 유도성 터치 센서들(102)의 매트릭스의 키의 작동이 확정되면, 디지털 프로세서(106)는 적절한 액션을 취할 것이다.
도 2는 도 1에 도시한 유도성 터치 아날로그 프론트 엔드의 상세 블록도이다. 유도성 터치 AFE(104)는 동기 검출기(212), 제어 모듈(214), 코일 드라이버(210), 기준 전압(220), 및 증폭기/로우-패스 필터(216)를 포함한다. 동기 검출기(212)는 각 터치 센서 코일의 여기로부터 신호들을 추출하는데 사용된다. 동기 검출기(예를 들면, 혼합기)의 이용은 디지털 프로세서(106)가 사용하기 위한 유용한 또는 원하는 신호들(유익한 신호들)을 만들기 위해 검출 프로세스의 신호 대 잡음비를 개선시킨다. 이하에 보다 상세히 설명된 바와 같이, 각 터치 센서 코일로부터의 교류(AC) 전압 진폭은 클록 신호와 혼합되어 두 AC 신호들의 합 및 차 주파수들을 만든다. 각 유도성 터치 센서 코일로부터의 AC 전압 진폭은 클록 신호와 동일한 주파수이기 때문에, 동기 검출기(212)로부터의 혼합 생성물들로서 직류(DC) 전압 성분(차 주파수) 신호와 클록 신호 주파수의 두배(합 주파수) 신호가 있을 것이다.
증폭기/로우-패스 필터(216)는 동기 검출기(212)와 VDETOUT 노드(236) 간의 버퍼-증폭기/로우 패스 필터로서 사용된다. 증폭기/로우-패스 필터(216)는 적분기로서 기능하며 클록 주파수의 두배(합 주파수 혼합 생성물)를 효과적으로 억제하면서 DC 전압(차 주파수 혼합 생성물)을 전달한다. 증폭기/로우-패스 필터(216)의 출력에서, 복수의 유도성 센서들(242) 중 선택된 것 또는 기준 인덕터(240)의 인덕턴스 값에 비례하는 DC 전압이 디지털 프로세서(106)에 이용가능하며, 하기에 보다 상세히 기재되어 있다. 디지털 프로세서(106)는 유도성 터치 AFE(104)로부터의 아날로그 DC 전압을 디지털 전압으로 변환시키고 그 디지털 전압을 선택된 유도성 센서(242) 또는 기준 인덕터(240)와 관련시킨다. 디지털 프로세서(106)는 유도성 센서(242) 또는 기준 인덕터(240)를 선택하기 때문에, 복수의 유도성 센서들(242) 및 기준 인덕터(240)의 관련된 것들과 DC 전압값들의 매칭이 용이하게 이루어진다.
기준 전압(220)은 공급 전압의 대략 절반의 전압 출력을 갖도록 설정되며, 단일 이득 및 저항 래더 전압 분할기로의 비반전 입력으로 구성된 연산 증폭기일 수 있다. 적절한 전압 안정성과 충분한 로우 임피던스 드라이브 능력이 있다면 다른 타입의 기준 전압들이 효과적으로 사용될 수 있다.
코일 드라이버(210)는 디지털 프로세서(106)에 의해 공급된 클록 또는 이용가능한 어떤 다른 클록 소스로부터 얻은 신호를 수신한다. 캐패시터(252)와 저항(250)을 포함하는 로우-패스 필터는 코일 드라이버(210)에 입력되어 증폭되고 나서 직렬 연결된 저항(244)을 통해 복수의 유도성 센서들(242) 및 기준 인덕터(240)에 이용가능하게 하는 대략 사인 파형을 만들기 위해 클록 사각파 신호의 고주파 성분들을 감쇠시킨다. 복수의 유도성 센서들(242) 각각은 복수의 유도성 센서들(242) 중 선택된 것의 일단을 공통단에 연결함으로써 디지털 프로세서(106)에 의해 선택되고, 이로써 코일 드라이버(210)로부터의 회로를 완성하여 코일 드라이버(210)에 의해 공급된 AC 전류로부터 복수의 유도성 센서들(242) 중 선택된 것의 양단의 전압을 만들 수 있다. 동기 검출기(212)는 디지털 프로세서(106)에 의한 다음 처리를 위해 복수의 유도성 센서들(242) 각각과 기준 인덕터(240)로부터의 전압을 검출한다. 코일 드라이버(210)는 기준 코일(240) 및 직렬 연결된 복수의 유도성 센서들(242) 중 선택된 것에 클록 주파수의 전류를 공급한다. 대략 사인 전류가 기준 코일(240) 및 복수의 유도성 센서들(242) 중 선택된 것을 통해 흐르면, 인덕턴스들에 비례하는 전압들이 발생된다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 도 2에 도시한 동기 검출기 및 회로 기능들의 상세 블록도이다. 동기 검출기(212a)는 디코더(360) 및 복수의 아날로그 패스-게이트들(362)을 포함한다. 디코더(360)는 외부 연결부(230)에서 클록(CLK) 신호를, 외부 연결부(228)에서 입력 선택(REFSEL)을 수신하는데, 둘 다 디지털 프로세서(106)로부터의 신호이다. 도시한 집적회로는 디코더(360)와 결합된 주파수 분할기를 더 포함할 수 있으며, 상기 주파수 분할기는 상기 클록 외부 연결부(230)로부터의 클록 주파수를 분할하고 상기 분할된 클록 주파수를 상기 아날로그 패스-게이트들(Tx1....Tx6)에 인가한다. 디코더(360)는 복수의 아날로그 패스-게이트들(362)의 온 및 오프 상태들을 제어하며, 하기에 보다 상세히 기재되어 있다.
코일 드라이버(210)는 기준 인덕터(240) 및 복수의 유도성 센서들(242) 중 선택된 것의 양단에 인덕턴스들에 비례하는 AC 전압들을 발생시킨다. 복수의 유도성 센서 전압들 중 선택된 것(LBTN)과 기준 인덕터 전압(LREF)은 DC 차단 캐패시터들(246 및 248)을 거쳐 동기 검출기(212a)의 입력들에 각각 외부 연결부들(224 및 226)을 통해 연결된다.
복수의 아날로그 패스-게이트들(362)은 다음 표에 따라 동작할 수 있다.
REFSEL CLK Tx1 Tx2 Tx3 Tx4 Tx5 Tx6 Remarks
0 0 open open close close open open LREF selected
0 1 close open open open open close LREF selected
1 0 open close open close open open LBTN selected
1 1 close open open open close open LBTN selected
동기 검출기(212a)는 유도성 터치 센서들의 인덕턴스의 측정을 위해 사용되는 3개의 신호 입력들(기준 인덕터 전압(LREF), 복수의 유도성 센서 전압 중 선택된 것(LBTN), 및 기준 전압(220)으로부터의 기준 전압(VREF))을 갖는다. 동기 검출기(212a)(혼합기)는 클록 연결(230)에서 제공되는 주파수(CLK)로 어떤 소정 시간에 이들 3개의 입력들 중 2개를 혼합할 수 있다. 예를 들면, REFSEL이 로직 0에 있으면, 동기 검출기(212a)는 기준 인덕터 전압과 기준 전압 신호들을 혼합한다. REFSEL이 로직 1에 있으면, 동기 검출기(212a)는 복수의 유도성 센서 전압 중 선택된 것(LBTN)과 기준 전압(LREF) 신호들을 혼합한다. 코일 드라이버(210)에 의해 만들어진 대략 사인 전압과 동일한 주파수로 기준 인덕터 전압 또는 복수의 유도성 센서 전압들 중 선택된 것(LBTN)을 기준 전압(LREF)과 교번적으로 혼합함으로써, 차동 증폭기/로우-패스 필터(216a)의 차동 입력들에 인가되는 DC 신호 및 AC 신호가 동기 검출기(212a)(혼합기)의 출력에서 발생된다.
차동 증폭기/로우-패스 필터(216a)는 동기 검출기(212a)와 VDETOUT 노드(236) 사이의 버퍼-증폭기/로우 패스 필터로서 사용된다. 증폭기/로우-패스 필터(216a)는 적분기로서 기능하며 클록 주파수의 두배(합 주파수 혼합 생성물)를 효과적으로 억제하면서 DC 전압(차 주파수 혼합 생성물)을 전달한다. 이 DC 전압은 측정된 기준 또는 선택된 터치 센서 인덕터의 인덕턴스를 나타내며, 위에 보다 상세히 기재되어 있다. 디지털 프로세서(106)의 일부인 아날로그-디지털 변환기(ADC)(도시하지 않음)에 DC 전압이 공급됨으로써, 디지털 프로세서(106)는 터치 센서가 언제 작동되었는지에 대한 확정시 샘플링하여 유도성 터치 연산을 수행한다.
또한, 터치 인덕터 또는 기준 인덕터 신호들의 연결 극성을 교번시킴으로써 클록 입력 주파수와 코일 전압 주파수 간의 합 및 차 주파수들을 만드는 주파수 혼합이 일어난다. 두 주파수들은 동일하기 때문에(코일 드라이버(210)의 출력은 클록 신호 입력으로부터 얻어짐), 주파수들의 혼합 생성물 합은 클록 주파수의 두배가 되며 주파수들의 차는 제로 주파수, 즉 측정된 코일의 인덕턴스 값에 비례하는 DC 전압일 것이다. 복수의 아날로그 패스-게이트들(362) 중 닫힌 것들로부터의 차동 출력들은 증폭기/로우-패스 필터(216a)의 차동 입력들에 인가된다. 기준 전압(220)은 증폭기/로우-패스 필터(216a)의 최적의 동작을 위한 동작 전압의 약 절반으로 동기 검출기(212a)의 회로들을 DC 바이어싱한다. 증폭기/로우-패스 필터(216a)는 동기 검출기(212a)로부터의 차동 출력을 싱글-엔디드 전압 출력으로 변환시킴으로써, 디지털 프로세서(106)의 아날로그 입력에 이용가능한 DC 유익한(유용한, 원하는) 신호들이 만들어진다. 복수의 아날로그 패스-게이트들(362) 모두를 오프시키기 위해 격리 신호가 노드(250)에 인가되어 노드(252)에서의 Vref 측정 동안, 그렇지 않으면 동기 검출기(212a)가 상기한 바와 같이 기능하는 정상 동작동안 복수의 유도성 센서들(242) 및 유도성 센서(240)로부터 증폭기/로우-패스 필터(216a)를 격리시킨다.
도 4는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 도 2에 도시한 동기 검출기 및 회로 기능들의 상세 블록도이다. 동기 검출기(212b)는 멀티플렉서들(440,442,444) 및 주파수 혼합기(446)를 포함한다. 이 실시예에서의 동기 검출기(212b)의 동작은 도 3에 도시되고 위에 설명된 동기 검출기(212a)의 동작과 유사하다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 도 3에 도시한 증폭기/로우-패스 필터의 상세 블록도이다. 증폭기/로우-패스 필터(216a)는 차동 입력들을 갖는 증폭기(550)(예를 들면, 차동 입력 연산 증폭기), 피드백 저항들(258 및 260), 및 로우-패스 필터 구성으로 배열된 캐패시터들(262 및 264)을 포함할 수 있다. 다른 증폭기 및 로우 패스 필터 구성들이 증폭기/로우-패스 필터(216a) 대신에 사용될 수 있다는 것이 본 발명의 범위내에 있다는 것을 아날로그 회로 설계 분야의 당업자는 이해할 것이다.
도 6은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 도 4에 도시한 증폭기 및 로우-패스 필터의 상세 블록도이다. 증폭기/로우-패스 필터(216b)는 차동 입력들을 갖는 증폭기(550)(예를 들면, 차동 입력 연산 증폭기), 피드백 저항(260), 및 로우-패스 필터 구성으로 배열된 캐패시터(264)를 포함할 수 있다. 다른 증폭기 및 로우 패스 필터 구성들이 증폭기/로우-패스 필터(216b) 대신에 사용될 수 있다는 것이 본 발명의 범위내에 있다는 것을 아날로그 회로 설계 분야의 당업자는 이해할 것이다.

Claims (23)

  1. 유도성 터치 센싱을 지원하기 위한 아날로그 프론트 엔드로서 구성된 집적회로 디바이스로서,
    기준 전압;
    유도성 기준 코일에 연결하기 위한 유도성 기준 코일 외부 연결부에 연결된 제1 입력과, 적어도 하나의 유도성 터치 센서 코일에 연결하기 위한 유도성 터치 센서 코일 외부 연결부에 연결된 제2 입력과, 기준 선택 신호에 연결하기 위한 기준 선택 외부 연결부에 연결된 제3 입력과, 클록 신호에 연결하기 위한 클록 외부 연결부에 연결된 제4 입력과, 상기 기준 전압에 연결된 제5 입력을 갖는 동기 검출기;
    코일 드라이브 출력 외부 연결부에 연결된 출력과, 코일 드라이브 입력 외부 연결부에 연결된 입력을 갖는 코일 드라이버; 및
    로우-패스 필터로 구성되고, 상기 동기 검출기에 연결된 입력들 및 상기 적어도 하나의 유도성 터치 센서 코일과 상기 유도성 기준 코일의 인덕턴스 값들을 나타내는 전압 값들을 갖는 출력을 갖고, 상기 출력은 전압 검출기 출력 외부 연결부에 연결된 증폭기를 포함하고,
    상기 동기 검출기는 상기 클록 신호와 상기 유도성 기준 코일 또는 상기 기준 선택 신호에 의해 선택된 상기 적어도 하나의 유도성 터치 센서 코일로부터의 신호를 혼합하여 합 및 차 혼합 생성물(product)들을 산출하고, 상기 증폭기는 상기 합 및 차 혼합 생성물들을 증폭하고 상기 로우-패스 필터는 상기 합 혼합 생성물을 감쇠시키고 상기 차 혼합 생성물을 상기 로우-패스 필터의 상기 출력으로 전달하는 것을 특징으로 하는 집적회로 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 동기 검출기는:
    상기 클록 외부 연결부에 연결된 제1 입력과 상기 기준 선택 외부 연결부에 연결된 제2 입력을 갖는 디코더; 및
    상기 디코더에 의해 제어되는 6개의 아날로그 패스-게이트들을 포함하고,
    제1 및 제4 아날로그 패스-게이트들의 입력들은 상기 기준 전압에 연결되고,
    제2 및 제5 아날로그 패스-게이트들의 입력들은 상기 유도성 기준 코일 외부 연결부에 연결되고,
    제3 및 제6 아날로그 패스-게이트들의 입력들은 상기 유도성 터치 센서 코일 외부 연결부에 연결됨으로써,
    상기 기준 선택 및 클록 외부 연결부들상에 제1 로직 레벨들이 있으면 상기 제3 및 제4 아날로그 패스-게이트들이 닫히고,
    상기 기준 선택 외부 연결부상에 상기 제1 로직 레벨이 있고 상기 클록 외부 연결부상에 제2 로직 레벨이 있으면 상기 제1 및 제6 아날로그 패스-게이트들이 닫히고,
    상기 기준 선택 외부 연결부상에 상기 제2 로직 레벨이 있고 상기 클록 외부 연결부상에 상기 제1 로직 레벨이 있으면 상기 제2 및 제4 아날로그 패스-게이트들이 닫히고,
    상기 기준 선택 및 클록 외부 연결부들상에 상기 제2 로직 레벨들이 있으면 상기 제1 및 제5 아날로그 패스-게이트들이 닫히는 것을 특징으로 하는 집적회로 디바이스.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 로직 레벨은 로직 0이고 상기 제2 로직 레벨은 로직 1인 것을 특징으로 하는 집적회로 디바이스.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2 로직 레벨은 로직 0이고 상기 제1 로직 레벨은 로직 1인 것을 특징으로 하는 집적회로 디바이스.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 디코더와 결합된 주파수 분할기를 더 포함하고,
    상기 주파수 분할기는 상기 클록 외부 연결부로부터의 클록 주파수를 분할하고 상기 분할된 클록 주파수를 상기 아날로그 패스-게이트들에 인가하는 것을 특징으로 하는 집적회로 디바이스.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 증폭기는 차동 입력 연산 증폭기인 것을 특징으로 하는 집적회로 디바이스.
  7. 제1항에 있어서,
    디지털 프로세서에서, 상기 적어도 하나의 유도성 터치 센서 코일 중 어느 것이 상기 동기 검출기에 의한 전압 측정을 위해 선택되는지 확정하는 것을 특징으로 하는 집적회로 디바이스.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 디지털 프로세서는 상기 클록 및 기준 선택 신호들을 공급하는 것을 특징으로 하는 집적회로 디바이스.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 디지털 프로세서는 상기 증폭기의 상기 출력으로부터 상기 전압값들을 수신하고, 상기 수신된 전압값들을 근거로 상기 적어도 하나의 유도성 터치 센서 코일 중 어느 것이 작동되었는 지를 확정하는 것을 특징으로 하는 집적회로 디바이스.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 동기 검출기는:
    제1 및 제2 입력, 및 상기 증폭기에 연결된 출력을 갖는 길버트 셀 혼합기(Gillbert Cell mixer)인 주파수 혼합기; 및
    상기 유도성 터치 센서 외부 연결부 및 상기 유도성 기준 코일 외부 연결부를 상기 주파수 혼합기의 상기 제1 입력에 선택적으로 연결하기 위한 멀티플렉서를 포함하고,
    상기 클록 외부 연결부는 상기 주파수 혼합기의 상기 제2 입력에 연결된 것을 특징으로 하는 집적회로 디바이스.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 클록 외부 연결부로부터의 클록 주파수를 분할하고 상기 분할된 클록 주파수를 상기 주파수 혼합기의 상기 제2 입력에 인가하기 위한 주파수 분할기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집적회로 디바이스.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로우-패스 필터는 상기 증폭기의 피드백 패스에 연결된 것을 특징으로 하는 집적회로 디바이스.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 증폭기는 차동 증폭기이고,
    상기 로우-패스 필터는 상기 증폭기의 상기 피드백 패스에 연결된 제1 RC-회로와 상기 기준 전압의 상기 입력과 출력 사이에 연결된 제2 RC-회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적회로 디바이스.
  14. 유도성 터치 인터페이스를 갖는 전자 시스템으로서,
    복수의 유도성 터치 센서 코일들 및 유도성 기준 코일을 포함하는 유도성 터치 인터페이스;
    제1 집적회로 디지털 프로세서; 및
    기준 전압;
    상기 유도성 기준 코일에 연결된 제1 입력과, 상기 복수의 유도성 터치 센서 코일들에 연결된 제2 입력과, 상기 제1 집적회로 디지털 프로세서로부터의 기준 선택 신호에 연결된 제3 입력과, 상기 제1 집적회로 디지털 프로세서로부터의 클록 신호에 연결된 제4 입력과, 상기 기준 전압에 연결된 제5 입력을 갖는 동기 검출기;
    상기 유도성 기준 코일 및 상기 복수의 유도성 터치 센서 코일들 중 선택된 것들과 직렬로 연결된 출력과, 외부 로우-패스 필터를 통해 상기 제1 집적회로 디지털 프로세서로부터 출력된 클록에 연결된 입력을 갖는 코일 드라이버; 및
    로우-패스 필터로 구성되고, 상기 동기 검출기에 연결된 입력들 및 상기 복수의 유도성 터치 센서 코일들과 상기 유도성 기준 코일의 인덕턴스 값들을 나타내는 전압 값들을 갖는 출력을 갖고, 상기 출력은 상기 제1 집적회로 디지털 프로세서의 아날로그 입력에 연결된 증폭기를 포함하는 제2 집적회로 유도성 터치 아날로그 프론트 엔드를 포함하고,
    상기 동기 검출기는 상기 클록 신호와 상기 유도성 기준 코일 또는 상기 기준 선택 신호에 의해 선택된 상기 복수의 유도성 터치 센서 코일 중 적어도 하나로부터의 신호를 혼합하여 합 및 차 혼합 생성물들을 산출하고, 상기 증폭기는 상기 합 및 차 혼합 생성물들을 증폭하고 상기 차 혼합 생성물을 상기 증폭기의 상기 출력으로 전달하는 것을 특징으로 하는 전자 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 동기 검출기는:
    상기 클록 외부 연결부에 연결된 제1 입력과 상기 기준 선택 외부 연결부에 연결된 제2 입력을 갖는 디코더; 및
    상기 디코더에 의해 제어되는 6개의 아날로그 패스-게이트들을 포함하고,
    제1 및 제4 아날로그 패스-게이트들의 입력들은 상기 기준 전압에 연결되고,
    제2 및 제5 아날로그 패스-게이트들의 입력들은 유도성 기준 코일에 연결되고,
    제3 및 제6 아날로그 패스-게이트들의 입력들은 상기 복수의 유도성 터치 센서 코일들에 연결됨으로써,
    상기 기준 선택 및 클록 신호들이 제1 로직 레벨들에 있으면 상기 제3 및 제4 아날로그 패스-게이트들이 닫히고(close),
    상기 기준 선택 신호가 상기 제1 로직 레벨에 있고 상기 클록 신호가 제2 로직 레벨에 있으면 상기 제1 및 제6 아날로그 패스-게이트들이 닫히고,
    상기 기준 선택 신호가 상기 제2 로직 레벨에 있고 상기 클록 신호가 상기 제1 로직 레벨에 있으면 상기 제2 및 제4 아날로그 패스-게이트들이 닫히고,
    상기 기준 선택 및 클록 신호들이 상기 제2 로직 레벨에 있으면 상기 제1 및 제5 아날로그 패스-게이트들이 닫히는 것을 특징으로 하는 전자 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 로직 레벨은 로직 0이고 상기 제2 로직 레벨은 로직 1인 것을 특징으로 하는 전자 시스템.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 제2 로직 레벨은 로직 0이고 상기 제1 로직 레벨은 로직 1인 것을 특징으로 하는 전자 시스템.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 동기 검출기는:
    제1 및 제2 입력, 및 상기 증폭기에 연결된 출력을 갖는 길버트 셀 혼합기(Gillbert Cell mixer)인 주파수 혼합기; 및
    유도성 터치 센서 신호 및 유도성 기준 코일 신호를 상기 주파수 혼합기의 상기 제1 입력에 선택적으로 연결하기 위한 멀티플렉서를 포함하고,
    상기 클록 신호는 상기 주파수 혼합기의 상기 제2 입력에 연결된 것을 특징으로 하는 전자 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 클록 신호를 분할하고 상기 분할된 클록 신호를 상기 주파수 혼합기의 상기 제2 입력에 인가하기 위한 주파수 분할기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 시스템.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 증폭기는 차동 입력 연산 증폭기인 것을 특징으로 하는 전자 시스템.
  21. 제14항에 있어서,
    상기 제1 집적회로 디지털 프로세서에서, 상기 복수의 유도성 터치 센서 코일의 적어도 하나 중 어느 것이 상기 동기 검출기에 의한 전압 측정을 위해 선택되는지 확정하는 것을 특징으로 하는 전자 시스템.
  22. 제14항에 있어서,
    상기 제1 집적회로 디지털 프로세서는 마이크로컨트롤러인 것을 특징으로 하는 전자 시스템.
  23. 제14항에 있어서,
    상기 제1 집적회로 디지털 프로세서는 마이크로프로세서, DSP(digital signal processor), ASIC(application specific integrated circuit), 및 PLA(programmable logic array)로 이루어진 그룹에서 선택된 것을 특징으로 하는 전자 시스템.
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