KR101450863B1 - 압전 소자 구동 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압전 소자 구동 장치에 관한 것으로, 가청 주파수 내의 제1주파수로 샘플링된 제1디지털 진동 신호를 수신하고, 제1주파수보다 높은 주파수인 제2주파수로 리 샘플링하고, 리샘플링에 의해 주파수 대역이 제2주파수로 변경된 잡음을 제거한 제2디지털 진동 신호를 통해 압전 소자를 구동시킴으로써, 압전 소자가 구동 잡음이 없이 빠르게 구동될 수 있도록 하는 압전 소자 구동 장치를 제공한다.

Description

압전 소자 구동 장치{Piezoelectric element driving apparatus}
본 발명은 압전 소자 구동 장치에 관한 것이다.
컴퓨터, 정보, 전자 통신 산업이 비약적으로 발전하면서 무선통신, 전자수첩 등의 기능을 수행하는 전자통신 기기도 발전을 거듭하고 있다.
이러한 전자통신 기기는 사용자로부터 문자 및 숫자, 메뉴 선택 등의 동작 신호를 입력받기 위해 키 입력부를 구비하고 있다. 여기서 키 입력부는 다수의 버튼으로 구성된 키패드나, 터치 펜을 이용하여 신호를 입력받는 터치패드 또는 터치스크린의 형태가 주로 사용되고 있다.
이 중에 터치스크린을 사용한 입력 방식은 입력 수단인 터치 펜등을 사용하여 자유롭게 신호를 입력하는 방식으로 다수의 버튼을 통해 문자를 일일이 입력받아야 하는 키패드 방식보다 간편하여 많이 사용되고 있다. 이러한 터치스크린을 이용한 입력 방식은 터치스크린의 역할을 하는 디스플레이 장치와 입력 수단이 접촉할 경우, 입력의 인식 여부를 소리 또는 진동 등의 알림 수단의 구동에 의해서, 사용자에게 알릴 수 있다.
종래에 진동 알림 수단으로는 모터기반의 진동 알림 장치를 이용하였으나, 반응 속도가 느리다는 단점이 있다.
이를 개선하기 위해서 전기를 변위로 변환하는 압전 소자를 통해, 반응 속도를 개선함으로의 반응 응답 속도를 개선시킬 수 있다. 그러나 이와 같은 압전 소자는 전기적 신호에 의해 구동하는 소자로, 가청 주파수 내의 낮은 주파수로 샘플링된 신호를 수신하여 구동될 경우, 신호 송수신시 발생되는 잡음에 의해 진동 잡음이 발생될 수 있다.
그리고 가청주파수를 초과하는 고주파수로 샘플링된 신호를 송수신할 경우, 송수신 잡음의 발생을 방지할 수는 있으나 고속 속도로 데이터 송수신이 이루어져야 하므로, 전자통신 기기내의 각 구성의 구동을 위한 데이터를 송신하는 호스트 프로세서에 가해지는 부담이 커지게 된다.
본 발명은 가청 주파수 대역으로 샘플링된 진동 신호를 가청 주파수를 초과하는 고주파수로 리 샘플링하여, 기준 주파수 이상의 잡음을 제거한 진동 신호에 의해 압전 소자를 구동시킴으로써, 구동 잡음이 없이 압전 소자의 빠른 구동이 가능한 압전 소자 구동 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 가청주파수 내의 진동 신호를 수신하여 구동하므로, 잡음 생성 방지를 위해 고주파수로 샘플링된 신호의 송수신시에 발생될 수 있는 송수신 소자 및 단자의 부담을 감소시킬 수 있는 압전 소자 구동 장치를 제공한다.
본 발명에 의한 압전 소자 구동 장치는 제1주파수로 샘플링된 제1디지털 진동 신호를 수신하여, 상기 제1주파수보다 높은 제2주파수로 리 샘플링하고, 설정된 기준 주파수 이상의 잡음을 제거한 제2디지털 진동 신호를 출력하는 잡음 제거부 및, 상기 잡음 제거부와 전기적으로 연결되어, 상기 제2디지털 진동 신호를 수신하여 압전 소자의 구동을 위한 아날로그 진동 신호로 변환하는 디지털 아날로그 변환기를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 제1디지털 진동 신호는 직렬 데이터 신호일 수 있다.
상기 잡음 제거부는 직렬의 상기 제1디지털 진동 신호를 병렬 데이터 신호로 변경하는 직병렬 변환기와, 상기 제2주파수로 설정된 타이머와, 상기 직병렬 변환기 및 상기 타이머와 전기적으로 연결되어, 상기 병렬 데이터 신호를 상기 제2주파수로 리샘플링 하는 리샘플링 디지털 진동 신호를 출력하는 혼합기 및, 상기 리샘플링된 디지털 진동 신호에서, 상기 기준 주파수를 초과하는 잡음을 제거하는 필터를 포함할 수 있다.
상기 혼합기와 전기적으로 연결되고, 상기 제1주파수 이상의 클럭 신호를 생성하여 상기 혼합기로 전달하는 클럭 생성기를 더 포함할 수 있다.
상기 제1디지털 진동 신호를 수신하는 직렬 포트 및, 상기 압전 소자로 구동 신호를 송신하기 위한 출력 포트를 더 포함할 수 있다.
상기 직렬 포트와 상기 잡음 제거부 사이에 전기적으로 연결된 인터페이스를 더 포함할 수 있다.
상기 기준 주파수는 최대 가청 주파수일 수 있다.
상기 제1디지털 진동 신호는 상기 기준 주파수보다 낮은 주파수인 제1주파수로 샘플링된 신호이고, 상기 제2디지털 진동 신호는 상기 기준 주파수보다 높은 주파수인 제2주파수로 샘플링된 신호일 수 있다.
상기 디지털 아날로그 변환기와 전기적으로 연결되어, 상기 아날로그 진동 신호를 상기 압전 소자 구동을 위한 구동 신호로 증폭하는 증폭기를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 압전 소자 구동 장치는 가청 주파수 대역으로 샘플링된 진동 신호를 가청 주파수를 초과하는 고주파수로 리 샘플링하여, 기준 주파수 이상의 잡음을 제거한 진동 신호에 의해 압전 소자를 구동시킴으로써, 구동 잡음을 발생시키기 않고 압전 소자를 빠르게 구동할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 의한 압전 소자 구동 장치는 가청주파수 내의 제1디지털 진동 신호(D1)를 수신하므로, 잡음 생성 방지를 위해 고주파수로 샘플링된 신호의 송수신시 발생될 수 있는 송수신 소자 및 단자의 부담을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 소자 구동 장치를 도시한 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 소자 구동 장치와 호스트 프로세서및 압전 소자의 연결관계를 나타내는 블럭도이다.
도 3은 도 1의 압전 소자 구동 장치에서 잡음 제거부의 구조를 도시한 블록도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 1의 압전 소자 구동 장치에서 제1디지털 진동 신호 및 제2디지털 진동 신호를 각각 도시한 파형이 도시되어 있다.
본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 여기서, 명세서 전체를 통하여 유사한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
이하에서 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 소자 구동 장치를 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 소자 구동 장치를 도시한 블럭도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 소자 구동 장치와 호스트 프로세서및 압전 소자의 연결관계를 나타내는 블럭도이다.
상기 압전 소자 구동 장치(100)은, 도 1을 참조하면, 직렬 포트(110), 인터페이스(120), 잡음 제거부(130), 디지털 아날로그 변환기(140), 증폭기(150) 및 출력 포트(160)를 포함한다. 상기 압전 소자 구동 장치(100)는 터치 스크린을 통해 터치 신호가 인식될 경우, 인식 여부를 알려주기 위해 압전 소자(PE)를 구동시키는 장치이다. 상기 압전 소자 구동 장치(100)는 전자통신 기기 내에 구비된 압전 소자(PE)를 구동시키기 위한 장치이다. 또한, 상기 전자통신 기기는 각 구성의 구동을 위한 데이터 신호를 송신하는 호스트 프로세서(Host processor)(10)를 구비한다. 그리고, 상기 압전 소자 구동 장치(100)는, 도 2를 참조하면, 호스트 프로세서(10)와 직렬 인터페이스에 의하여 전기적으로 연결되어 수신된 신호에 따라 압전 소자(PE)의 구동을 제어한다. 상기 압전 구동 장치(100)는 12C 직렬 인터페이스, 3-wire 직렬 인터페이스에 의하여 호스트 프로세서(10)와 전기적으로 연결되어 신호를 송수신하게 된다.
상기 직렬 포트(110)는 호스트 프로세서에서 전송되는 제1주파수(f1)로 샘플링된 제1디지털 진동 신호(D1)를 수신한다. 상기 직렬 포트(110)는 인터페이스(120)와 전기적으로 연결되어, 제1디지털 진동 신호(D1)를 인터페이스(120)로 인가한다. 상기 직렬 포트(110)는 인터페이스(120)의 입력단자일 수 있으나, 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다.
상기 직렬 포트(110)로 수신된 제1디지털 진동 신호(D1)는 가청 주파수 내의 주파수인 제1주파수(f1)로 샘플링된 정현파 신호로 도 4a와 같다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 제1주파수(f1)로 샘플링된 제1디지털 진동 신호(D1)는, 신호 송수신시 발생되는 제1주파수 대역의 잡음(N1)을 포함한다. 상기 제1주파수(f1)는 가청 주파수 내의 최대 주파수인 기준 주파수(fs)보다 작은 주파수이다. 상기 제1주파수(f1)는 2kHz 내지 15kHz의 주파수 중 선택된 어느 하나일 수 있으나, 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다. 예를 들어 제1디지털 진동 신호(D1)는 8kHz(f1)로 샘플링된 40바이트(byte)의 데이터로 구성된, 200Hz(fbs) 정현파 신호일 수 있다. 상기 제1디지털 진동 신호(D1)는 직렬 포트(110)를 통해 인가되는 직렬 데이터 신호이다.
상기 인터페이스(120)는 잡음 제거부(130)와 전기적으로 연결된다. 상기 인터페이스(120)는 직렬 포트(110)를 통해 수신된 제1디지털 진동 신호(D1)를 수신하여, 잡음 제거부(130)로 전달한다. 상기 인터페이스(120)는 호스트 프로세서에서 전송되는 제1주파수로 샘플링된 제1디지털 진동 신호(D1)를 수신하여 잡음 제거부(130)로 전달한다.
상기 잡음 제거부(130)는 인터페이스(120)와 디지털 아날로그 변환기(140) 사이에 전기적으로 연결된다. 상기 잡음 제거부(130)는 제1디지털 진동 신호(D1)를 수신하여, 상기 제1주파수(f1)보다 높은 주파수인 제2주파수(f2)로 리 샘플링(Re-Sampling)하고, 설정된 기준 주파수(fs) 이상의 제2주파수 대역의 잡음(N2)을 제거한 제2디지털 진동 신호(D2)를 출력하여 디지털 아날로그 변환기(140)로 전달한다. 상기 제2주파수(f2)는 가청 주파수 내의 주파수인 상기 제1주파수(f1)보다 큰 주파수로, 가청 주파수를 초과하는 높은 주파수이다. 그리고 상기 기준 주파수(fs)는 제1주파수(f1) 보다는 크고 제2주파수(f2) 보다는 작은 주파수로 설정할 수 있다. 바람직하게는 상기 기준 주파수(fs)는 가청 주파수 내의 주파수 중 최대 주파수로 설정할 수 있다.
상기 잡음 제거부(130)는 직병렬 변환기(131), 클럭 생성기(132), 타이머(133), 혼합기(134) 및 필터(135)를 포함한다. 상기 잡음 제거부(130)의 구성은 도 3에 도시되어 있다. 또한 도 4b에서는 제2디지털 진동 신호(D2)에 대해 도시되어 있다. 이하에서는 도 3 및 도 4b를 참조하여, 잡음 제거부(130)의 구성 및 동작을 설명하고자 한다.
상기 직병렬 변환기(131)는 인터페이스(120) 및 혼합기(134)와 전기적으로 연결되어, 직렬 데이터 신호인 제1디지털 진동 신호(D1)를 수신하여, 시간 버퍼링을 위해 병렬 데이터 신호로 변환시켜 출력하여 혼합기(134)로 인가한다.
상기 클럭 생성기(132)는 혼합기(134)와 전기적으로 연결되어, 샘플링된 제1주파수 보다 큰 주파수의 클럭 신호를 생성하여, 상기 혼합기(134)로 인가한다.
상기 타이머(133)는 상기 혼합기(134)와 전기적으로 연결되어, 리 샘플링을 위한 제2주파수(f2)와 대응되는 시간으로 설정된다.
상기 혼합기(134)는 상기 직병렬 변환기(131), 클럭 생성기(132) 및 타이머(133)와 전기적으로 연결되어, 직병렬 변환기(131)를 통해 인가되는 병렬 데이터를 상기 클럭 생성기(132)에서 인가되는 클럭 신호에 의해서 동기화시키며, 타이머(133)에서 인가되는 제2주파수로 리샘플링한다. 즉, 상기 혼합기(134)는 제1디지털 진동 신호(D1)를 기존 샘플링 주파수인 제1주파수보다, 큰 제2주파수로 리 샘플링하여 리샘플링 디지털 진동 신호를 출력한다. 즉, 상기 리샘플링 디지털 진동 신호는 가청주파수인 20kHz를 초과하는 주파수로 샘플링된 정현파 신호이다.
상기 필터(135)는 혼합기(134)와 전기적으로 연결되어, 상기 혼합기(134)에서 출력되는 리샘플링 디지털 진동 신호에서, 기준 주파수(fs) 이상의 고주파 잡음(N2)을 제거하여 제2디지털 진동 신호(D2)를 출력한다. 즉, 상기 필터(135)는 로우 패스 필터일 수 있으며, 리샘플링 디지털 진동 신호에서 기준 주파수(fs) 이상의 잡음(N2)을 필터링하여, 잡음이 제거된 제2디지털 진동 신호(D2)를 출력한다.
상기 제1디지털 진동 신호(D1)에 포함된 잡음(N1)은 제1주파수(f1)로 샘플링된 제1디지털 진동 신호(D1)의 송수신시 발생된 가청 주파수 내에서 발생된 잡음일 수 있다. 상기 가청 주파수 내의 잡음(N1)은 제1디지털 진동 신호(D1)가 제2주파수(f2)로 리샘플링될 경우, 기준 주파수(fs) 이상의 제2주파수(f2) 대역의 잡음(N2)이 되어, 저역 필터와 같은 필터(135)를 통해 쉽게 제거할 수 있다.
상기 디지털 아날로그 변환기(140)는 잡음 제거부(130) 및 증폭기(150)와 전기적으로 연결되어, 잡음 제거부(130)에서 출력되는 제2디지털 진동 신호(D2)를 수신하여 아날로그인 아날로그 진동 신호로 변환하여 증폭기(150)로 인가한다.
상기 증폭기(150)는 디지털 아날로그 변환기(140)와 전기적으로 연결되어, 디지털 아날로그 변환기(140)에서 출력되는 아날로그 진동 신호를 압전 소자(PE)를 구동하기 위한 구동 신호(A2)로 증폭하여 출력한다. 상기 증폭기(150)는 증폭된 구동신호(A2)를 출력포트(160)에 전기적으로 연결된 압전 소자(PE)로 인가한다. 상기 출력 포트(160)는 증폭기(150)의 출력 단자일 수 있다. 상기 압전 소자(PE)는 출력 포트(160)로 출력되는 구동 신호(A2)에 구동한다.
즉, 압전 소자 구동 장치(100)는 잡음 제거부(130)를 통해, 제1디지털 진동 신호(D1)를 수신하여, 상기 제1주파수보다 높은 주파수인 제2주파수로 리 샘플링(Re-Sampling)하고, 설정된 기준 주파수 이상의 잡음을 제거한 제2디지털 진동 신호(D2)에 대응하는 구동신호(A2)에 의해 압전 소자(PE)를 구동시킴으로써, 압전 소자(PE)가 구동 잡음없는 빠른 구동이 가능할 수 있다. 또한 압전 소자 구동 장치(100)는 가청주파수 내의 제1디지털 진동 신호(D1)를 수신하므로, 잡음 생성 방지를 위해 고주파수로 샘플링된 신호의 송수신 과정에서 발생될 수 있는 송수신 소자 및 단자의 부담을 감소시킬 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 압전 소자 구동 장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다
100; 압전 소자 구동 장치
110; 직렬 포트 120; 인터페이스
130; 잡음 제거부 140; 디지털 아날로그 변환기
150; 증폭기 160; 출력 포트

Claims (9)

  1. 제1주파수로 샘플링된 제1디지털 진동 신호를 수신하여, 상기 제1주파수보다 높은 제2주파수로 리 샘플링하고, 설정된 기준 주파수 이상의 잡음을 제거한 제2디지털 진동 신호를 출력하는 잡음 제거부; 및
    상기 잡음 제거부와 전기적으로 연결되어, 상기 제2디지털 진동 신호를 수신하여 압전 소자의 구동을 위한 아날로그 진동 신호로 변환하는 디지털 아날로그 변환기를 포함하여 이루어지며,
    상기 기준 주파수는 최대 가청 주파수이며,
    상기 제1디지털 진동 신호는 상기 기준 주파수 보다 낮은 주파수인 제1주파수로 샘플링된 신호이고, 상기 제2디지털 진동 신호는 상기 기준 주파수 보다 높은 주파수인 제2주파수로 샘플링된 신호이며,
    상기 제1디지털 진동 신호는 직렬 데이터 신호이며,
    상기 잡음 제거부는
    직렬의 상기 제1디지털 진동 신호를 병렬 데이터 신호로 변경하는 직병렬 변환기;
    상기 제2주파수로 설정된 타이머;
    상기 직병렬 변환기 및 상기 타이머와 전기적으로 연결되어, 상기 병렬 데이터 신호를 상기 제2주파수로 리샘플링 하는 리샘플링 디지털 진동 신호를 출력하는 혼합기; 및
    상기 리샘플링된 디지털 진동 신호에서, 상기 기준 주파수를 초과하는 잡음을 제거하는 필터를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 압전 소자 구동 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼합기와 전기적으로 연결되고, 상기 제1주파수 이상의 클럭 신호를 생성하여 상기 혼합기로 전달하는 클럭 생성기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 소자 구동 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1디지털 진동 신호를 수신하는 직렬 포트; 및
    상기 압전 소자로 구동 신호를 송신하기 위한 출력 포트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 소자 구동 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 직렬 포트와 상기 잡음 제거부 사이에 전기적으로 연결된 인터페이스를 더 포함된 것을 특징으로 하는 압전 소자 구동 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 디지털 아날로그 변환기와 전기적으로 연결되어, 상기 아날로그 진동 신호를 상기 압전 소자 구동을 위한 구동 신호로 증폭하는 증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 소자 구동 장치.
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