KR101948667B1 - 가드 링 구동을 위한 디지털 출력들을 갖는 마이크로컨트롤러를 구비한 용량형 센서의 용량 측정 - Google Patents

가드 링 구동을 위한 디지털 출력들을 갖는 마이크로컨트롤러를 구비한 용량형 센서의 용량 측정 Download PDF

Info

Publication number
KR101948667B1
KR101948667B1 KR1020147012020A KR20147012020A KR101948667B1 KR 101948667 B1 KR101948667 B1 KR 101948667B1 KR 1020147012020 A KR1020147012020 A KR 1020147012020A KR 20147012020 A KR20147012020 A KR 20147012020A KR 101948667 B1 KR101948667 B1 KR 101948667B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
analog
voltage
capacitive sensor
coupled
digital
Prior art date
Application number
KR1020147012020A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20140079809A (ko
Inventor
제크 런드스트럼
케이스 커티스
버크 데이비슨
신 스테드만
얀 리파우
Original Assignee
마이크로칩 테크놀로지 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 마이크로칩 테크놀로지 인코포레이티드 filed Critical 마이크로칩 테크놀로지 인코포레이티드
Publication of KR20140079809A publication Critical patent/KR20140079809A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101948667B1 publication Critical patent/KR101948667B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/96—Touch switches
    • H03K17/962—Capacitive touch switches
    • H03K17/9622—Capacitive touch switches using a plurality of detectors, e.g. keyboard
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/94—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00 characterised by the way in which the control signal is generated
    • H03K2217/96—Touch switches
    • H03K2217/9607—Capacitive touch switches
    • H03K2217/96071—Capacitive touch switches characterised by the detection principle
    • H03K2217/960725—Charge-transfer
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/94—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00 characterised by the way in which the control signal is generated
    • H03K2217/96—Touch switches
    • H03K2217/9607—Capacitive touch switches
    • H03K2217/960755—Constructional details of capacitive touch and proximity switches
    • H03K2217/960765—Details of shielding arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/94—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00 characterised by the way in which the control signal is generated
    • H03K2217/96—Touch switches
    • H03K2217/9607—Capacitive touch switches
    • H03K2217/960755—Constructional details of capacitive touch and proximity switches
    • H03K2217/96077—Constructional details of capacitive touch and proximity switches comprising an electrode which is floating

Landscapes

  • Analogue/Digital Conversion (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

각기 용량형 센서 플레이트 주위에 있고, 또한 실질적으로 용량형 센서 플레이트의 전압과 같은 전압으로 충전된 가드 링(320)이 제공된다. 이 가드 링은 용량형 센서 플레이트, 및 인접 회로 도체들, 그라운드 평면들 및 전력 평면들 사이의 전압 포텐셜의 차에 의해 생기는 용량형 센서 플레이트의 기생용량을 감소시킨다. 두 개의 디지털 출력들(724, 728)과 관련 분압 저항들(708, 710)이 상기 용량형 센서 플레이트의 전압과 실질적으로 같은 전압으로 가드 링 전압을 구동하는데 사용된다.

Description

가드 링 구동을 위한 디지털 출력들을 갖는 마이크로컨트롤러를 구비한 용량형 센서의 용량 측정{MEASURING CAPACITANCE OF A CAPACITIVE SENSOR WITH A MICROCONTROLLER HAVING DIGITAL OUTPUTS FOR DRIVING A GUARD RING}
본 출원은 Zeke Lundstrum, Keith Cutris, Burke Davison, Sean Steedman과 Yann LeFaou에 의해 2011년 10월 6일 출원되고 발명의 명칭이 "Microcontroller ADC with Guard Ring Drive Outputs"인 미국 가 출원 제61/544,150호의 우선권의 이익을 주장하고, 그 전체가 여기에서 참조로 통합된다.
본 개시는 특히 마이크로컨트롤러에서의 사용을 위한 아날로그-디지털 변환기들에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 특히 용량형 터치 검출 능력들을 갖는 마이크로컨트롤러에 사용을 위한 아날로그-디지털 변환기들에 관한 것이다.
오브젝트, 예를 들면 금속 조각, 손가락, 손, 발, 다리 등에 의한 용량형 센서의 터치 또는 용량형 근접 센서의 접근은 그 센서의 임의의 파라미터들, 특히 사람 머신 인터페이스 장치들 예를 들어, 키패드 또는 키보드에 사용되는 터치 센서에 내장되는 커패시터의 용량값을 변화시킨다. 현재 마이크로컨트롤러들은 전술한 용량형 센서들의 검출 및 평가를 향상시키는 주변 장치들을 포함한다. 이러한 애플리케이션 중 하나는 용량형 전압 분배(CVD;capacitive voltage division)를 이용하여 용량형 터치 소자가 터치되었는지 여부를 평가한다. 그러나 이러한 센서들이 높은 노이즈 환경들에서 동작될 때, 종래의 시스템들의 분해능 또는 검출능력은 충분하다고 할 수 없다.
특히 기생용량은 많은 용량형 센서 애플리케이션들에 있어서 문제를 제기할 수 있다. 센서에 인접한 도체(또는 도체의 마이크로컨트롤러에의 연결)가 센서와는 다른 전압 포텐셜에 있을 때 항상 기생 용량이 생성된다. 따라서 기생용량이 용량형 센서의 감도를 저하시킬 수 있고, 이에 따라 결과적으로 용량 변환 처리 예를 들어 CVD(용량형 전압 분배)의 분해능을 저하시킬 수 있을 거라는 가정 하에서 용량형 센서와 관련된 기생용량을 저감하는 것이 바람직하다.
따라서 용량형 센서와 관련된 기생용량을 저감함으로써 센서의 동작 동안 용량형 센서의 용량 측정 변화 감도를 증가시키는 유효한 방식이 필요하다.
일 실시예에 따르면, 마이크로컨트롤러는, 메모리를 구비하는 디지털 프로세서; 아날로그 노드들로서 기능하도록 프로그램될 수 있는 복수의 외부 입력/출력 노드들; 상기 아날로그 노드들 중 하나의 아날로그 노드를 선택하고 또한 상기 아날로그 노드를 아날로그 버스에 결합하기 위해 상기 디지털 프로세서에 의해 제어되는 멀티플렉서; 상기 아날로그 버스의 아날로그 전압을 그 디지털 표현으로 변환하기 위해 상기 아날로그 버스와 결합되고 또한 상기 디지털 표현을 전달하기 위해 상기 디지털 프로세서에 결합되는 디지털 출력을 갖는 아날로그-디지털 변환기(ADC); 및 상기 아날로그 노드에 결합되는 외부 노드를 포함한다.
또 다른 실시예에 따르면, 스위치는 상기 외부 노드와 상기 아날로그 버스 사이에 결합될 수 있으며, 상기 스위치는 상기 디지털 프로세서에 의해 프로그램가능하게 제어될 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 적어도 두 개의 디지털 출력 노드가 복수의 디지털 출력 드라이버들 중 각각의 디지털 출력 드라이버에 결합될 수 있다.
또 하나의 실시예에 따르면, 마이크로컨트롤러는, 메모리를 구비하는 디지털 프로세서; 상기 디지털 프로세서에 의해 제어되는 복수의 디지털 출력 드라이버들; 샘플 및 홀드 커패시터; 상기 디지털 프로세서에 결합되는 디지털 출력을 갖는 아날로그-디지털 변환기(ADC); 상기 복수의 디지털 출력 드라이버들 중 각각의 디지털 출력 드라이버에 결합되는 마이크로컨트롤러의 적어도 두개의 디지털 출력 노드들; 상기 마이크로컨트롤러의 제1 아날로그 버스에 결합되는 제1 아날로그 노드를 포함하고; 상기 제1 아날로그 버스는 전원 공통단, 전원 전압, 상기 샘플 및 홀드 커패스터 또는 제2 아날로그 버스에 스위칭에 의해 결합될 수 있고; 상기 제2 아날로그 버스는 전원 공통단, 전원 전압, 상기 샘플 및 홀드 커패스터 또는 상기 제1 아날로그 버스에 스위칭에 의해 결합될 수 있고; 그리고 상기 샘플 및 홀드 커패시터는 제1 아날로그 버스 및 상기 ADC의 입력 중 어느 하나에 스위칭에 의해 결합될 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 상기 제1 아날로그 노드는 제2 아날로그 버스에 결합될 수 있고 또한 용량형 센서와 결합되도록 구성될 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 상기 적어도 두 개의 디지털 출력 노드들은 상기 용량형 센서와 관련된 가드 링(guard ring)의 전압을 구동하는 저항 분압기 네트워크에 결합되도록 구성될 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 제2 아날로그 노드가 상기 제2 아날로그 버스에 결합될 수 있고 또한 외부 커패시터에 결합되도록 구성될 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 적어도 하나의 내부 커패시터가 상기 제2 아날로그 버스에 스위칭에 의해 결합될 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 복수의 스위치들을 더 포함하고, 상기 복수의 스위치들 중 제1 스위치는 폐쇄시 상기 제1 및 제2 아날로그 버스를 함께 결합하고, 상기 복수의 스위치들 중 제2 스위치는 폐쇄시 상기 제1 아날로그 버스를 전원 공통단에 결합하고, 상기 복수의 스위치들 중 제3 스위치는 폐쇄시 상기 제2 아날로그 버스를 전원전압에 결합하고, 상기 복수의 스위치들 중 제4 스위치는 폐쇄시 상기 제1 아날로그 버스를 전원전압에 결합하고, 그리고 상기 복수의 스위치들 중 제5 스위치는 폐쇄시 상기 제2 아날로그 버스를 전원 공통단에 결합할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 디지털 프로세서는 상기 복수의 스위치들을 제어할 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 상기 복수의 스위치들은 복수의 전계 효과 트랜지스터(FET) 스위치들일 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 상기 복수의 디지털 출력 드라이버들은 실질적으로 전원전압에서 로직 하이 출력들 또한 실질적으로 전원 공통단에서 로직 로우 출력을 가질 수 있다.
또 하나의 실시예에 따르면, 용량형 센서 시스템은, 용량형 센서; 상기 용량형 센서와 관련된 가드 링; 상기 가드 링에 결합되는 제1 저항; 상기 가드 링에 결합되는 제2 저항; 및 마이크로컨트롤러를 포함하고, 상기 마이크로컨트롤러는, 메모리를 구비하는 디지털 프로세서; 상기 디지털 프로세서에 의해 제어되는 복수의 디지털 출력 드라이버들; 샘플 및 홀드 커패시터; 상기 디지털 프로세서에 결합되는 디지털 출력을 갖는 아날로그-디지털 변환기(ADC); 상기 복수의 디지털 출력 드라이버들 중 각각의 디지털 출력 드라이버에 결합되는 마이크로컨트롤러의 적어도 두 개의 디지털 출력 노드들로서, 상기 적어도 두 개의 디지털 출력 노드들 중 하나는 상기 제1 저항에 결합될 수 있고, 또한 상기 적어도 두 개의 디지털 출력 노드들 중 다른 하나는 상기 제2 저항에 결합될 수 있는 마이크로컨트롤러의 적어도 두 개의 디지털 출력 노드들; 상기 마이크로컨트롤러의 제1 아날로그 버스와 용량형 센서에 결합되는 제1 아날로그 노드를 포함하고; 상기 제1 아날로그 버스는 전원 공통단, 전원 전압, 상기 샘플 및 홀드 커패스터 또는 제2 아날로그 버스에 스위칭에 의해 결합될 수 있고; 상기 제2 아날로그 버스는 전원 공통단, 전원 전압, 상기 샘플 및 홀드 커패스터 또는 상기 제1 아날로그 버스에 스위칭에 의해 결합될 수 있고; 그리고 상기 샘플 및 홀드 커패시터는 상기 제1 아날로그 버스 및 상기 ADC의 입력 중 어느 하나에 스위칭에 의해 결합될 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 제2 아날로그 노드가 상기 제2 아날로그 버스에 결합될 수 있고 또한 외부 커패시터에 결합되도록 구성될 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 적어도 하나의 내부 커패시터가 상기 제2 아날로그 버스에 스위칭에 의해 결합될 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 용량형 센서 시스템은 복수의 스위치들을 더 포함할 수 있고, 상기 복수의 스위치들 중 제1 스위치는 폐쇄시 상기 제1 및 제2 아날로그 버스를 함께 결합하고, 상기 복수의 스위치들 중 제2 스위치는 폐쇄시 상기 제1 아날로그 버스를 전원 공통단에 결합하고, 상기 복수의 스위치들 중 제3 스위치는 폐쇄시 상기 제2 아날로그 버스를 전원전압에 결합하고, 상기 복수의 스위치들 중 제4 스위치는 폐쇄시 상기 제1 아날로그 버스를 제1 아날로그 전원전압에 결합하고, 그리고 상기 복수의 스위치들 중 제5 스위치는 폐쇄시 상기 제2 아날로그 버스를 제2 아날로그 전원 공통단에 결합할 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 상기 제1 저항은 상기 제2 저항의 두 배의 저항 값일 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 상기 외부 커패시터와 상기 샘플 및 홀드 커패시터의 결합 용량값은 대략 상기 용량선 센서의 용량값의 1/2일 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 상기 가드 링의 전압은 상기 용량형 센서 상의 전압과 실질적으로 동일할 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 상기 디지털 프로세서는 상기 복수의 스위치들을 제어할 수 있다.
또 하나의 실시예에 따르면, 용량형 센서의 용량값을 측정하고 또한 상기 용량형 센서와 관련된 가드 링의 전압을 제어하는 방법은, 용량형 센서를 제공하는 단계; 상기 용량형 센서와 관련된 가드 링을 제공하는 단계; 상기 가드 링에 결합되는 제1 저항을 제공하는 단계; 상기 가드 링에 결합되는 제2 저항을 제공하는 단계; 마이크로컨트롤러를 제공하는 단계로서, 메모리를 구비하는 디지털 프로세서, 상기 디지털 프로세서에 의해 제어되는 복수의 디지털 출력 드라이버들, 샘플 및 홀드 커패시터; 상기 디지털 프로세서에 결합되는 디지털 출력을 갖는 아날로그-디지털 변환기(ADC); 상기 복수의 디지털 출력 드라이버들 중 각각의 디지털 출력 드라이버에 결합되는 마이크로컨트롤러의 적어도 두 개의 디지털 출력 노드들로서, 상기 적어도 두 개의 디지털 출력 노드들 중 하나는 상기 제1 저항에 결합되고, 또한 상기 적어도 두 개의 디지털 출력 노드들 중 다른 하나는 상기 제2 저항에 결합되는 마이크로컨트롤러의 적어도 두 개의 디지털 출력 노드들; 상기 마이크로컨트롤러의 제1 아날로그 버스와 용량형 센서에 결합되는 제1 아날로그 노드를 포함하고; 상기 제1 아날로그 버스는 전원 공통단, 전원 전압, 상기 샘플 및 홀드 커패스터 또는 제2 아날로그 버스에 스위칭에 의해 결합될 수 있고; 상기 제2 아날로그 버스는 전원 공통단, 전원 전압, 상기 샘플 및 홀드 커패스터 또는 상기 제1 아날로그 버스에 스위칭에 의해 결합될 수 있고; 그리고 상기 샘플 및 홀드 커패시터는 상기 제1 아날로그 버스 및 상기 ADC의 입력 중 하나에 스위칭에 의해 결합될 수 있는 마이크로컨트롤러를 제공하는 단계; 및 다음의 단계들을 실행하는 단계로서, 상기 샘플 및 홀드 커패시터를 상기 제1 아날로그 버스에 결합하는 단계; 상기 제1 아날로그 버스를 전원 전압에 결합하는 단계; 상기 제2 아날로그 버스를 전원 공통단에 결합하는 단계; 상기 제1 출력 드라이버 및 상기 제2 출력 드라이버들로부터의 출력들에 의해 적어도 두 개의 디지털 출력 노드들 중 각각의 디지털 출력 노드를 실질적으로 전원 공통단으로 구동하는 단계; 적어도 두 개의 디지털 출력 노드들 중 하나를 실질적으로 전원 전압으로 구동하는 단계; 적어도 두 개의 디지털 출력 노드들 중 다른 하나를 실질적으로 전원 공통단으로 구동하는 단계; 제1 충전 량이 상기 제1 아날로그 버스 및 상기 제2 아날로그 버스들 사이에서 정착되기에 충분히 길게 상기 제1 아날로그 버스 및 상기 제2 아날로그 버스를 함께 결합하는 단계; 상기 샘플 및 홀드 커패시터를 상기 제1 아날로그 버스로부터 분리하는 단계; 상기 제2 아날로그 버스를 상기 전원 공통단에 결합하는 단계; 상기 제2 아날로그 버스를 전원 전압에 결합하는 단계; 제3 아날로그 버스 및 제4 아날로그 버스를 실질적으로 상기 전원 전압으로 구동하는 단계; 상기 ADC에서 상기 샘플 및 홀드 커패시터에 정착된 제1 충전량을 그 제1 디지털 표현으로 변환하는 단계; 디지털 프로세서에서 상기 ADC로부터의 제1 디지털 표현을 판독하는 단계; 상기 제1 아날로그 버스를 전원 공통단에 결합하는 단계; 상기 적어도 두 개의 디지털 출력 노드들 중 하나를 실질적으로 전원 공통단으로 구동하는 단계; 상기 적어도 두 개의 디지털 출력 노드들 중 다른 하나를 실질적으로 전원 전압으로 구동하는 단계; 제1 충전량이 상기 제1 및 제2 아날로그 버스들 사이에서 정착되기에 충분히 길게 상기 제1 아날로그 버스 및 상기 제2 아날로그 버스를 함께 결합하는 단계; 상기 샘플 및 홀드 커패시터를 상기 제1 아날로그 버스로부터 분리하는 단계; 상기 제2 아날로그 버스를 전원 전압에 결합하는 단계; 상기 제2 아날로그 버스를 전원 공통단에 결합하는 단계; 상기 제3 및 제4 아날로그 버스를 실질적으로 상기 전원 공통단으로 구동하는 단계; 상기 ADC에 의해 상기 샘플 및 홀드 커패시터에 정착된 제2 충전량을 그 제2 디지털 표현으로 변환하는 단계; 및 디지털 프로세서에서 상기 ADC로부터의 제2 디지털 표현을 판독하는 단계;를 실행하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 디지털 표현을 처리하는 단계가 실질적으로 공통 모드 노이즈를 저감하도록 상기 디지털 프로세서에 의해 실행된다. 상기 방법의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 디지털 프로세서와 관련된 메모리에 상기 제1 및 제2 디지털 표현을 저장하는 단계; 및 상기 저장된 제1 및 제2 디지털 표현들과 다음의 제1 및 제2 디지털 표현들을 비교하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 저장된 제1 및 제2 디지털 표현들이 실질적으로 다음의 제1 및 제2 디지털 표현들과 같으면, 용량형 센서는 비활성화된 것이고 그리고 상기 저장된 제1 및 제2 디지털 표현들이 실질적으로 다음의 제1 및 제2 디지털 표현들과 같지 않으면, 상기 용량형 센서는 활성화된 것일 수 있다.
또 하나의 실시예에 따르면, 용량형 센서의 용량값을 측정하고 또한 상기 용량형 센서와 관련된 가드 링의 전압을 제어하는 방법은, a) 샘플 및 홀드 커패시터를 제1 전압으로 충전하는 단계; b) 용량형 센서를 제2 전압으로 충전하는 단계; c) 상기 용량형 센서와 관련된 가드 링을 제2 전압으로 충전하는 단계; d) 상기 가드 링을 제3 전압으로 충전하는 단계; e) 제1 충전량이 샘플 및 홀드 커패시터, 및 용량형 센서 사이에서 정착되기에 충분히 길게 상기 샘플 및 홀드 커패시터, 및 상기 용량형 센서를 함께 결합하는 단계; f) 상기 샘플 및 홀드 커패시터를 상기 용량형 센서로부터 분리하는 단계; g) 아날로그-디지털 변환기(ADC)에서 상기 샘플 및 홀드 커패시터에 정착된 제1 충전량을 그 제1 디지털 표현으로 변환하는 단계; h) 상기 용량형 센서를 제2 전압으로 충전하는 단계; i) 상기 용량형 센서를 제1 전압으로 충전하는 단계; j) 상기 가드 링을 제1 전압으로 충전하는 단계; k) 디지털 프로세서에서 상기 ADC로부터의 제1 충전량의 제1 디지털 표현을 판독하는 단계; l) 상기 가드 링을 제4 전압으로 충전하는 단계; m) 제2 충전량이 상기 샘플 및 홀드 커패시터, 및 상기 용량형 센서 사이에서 정착되기에 충분히 길게 상기 샘플 및 홀드 커패시터, 및 상기 용량형 센서를 함께 결합하는 단계; n) 상기 샘플 및 홀드 커패시터를 상기 용량형 센서로부터 분리하는 단계; o) 아날로그-디지털 변환기(ADC)로 상기 샘플 및 홀드 커패시터에 정착된 제2 충전량을 그 제2 디지털 표현으로 변환하는 단계; p) 상기 용량형 센서를 제1 전압으로 충전하는 단계; q) 상기 용량형 센서를 제2 전압으로 충전하는 단계; r) 상기 가드 링을 제2 전압으로 충전하는 단계; s) 상기 디지털 프로세서에서 상기 ADC로부터의 제2 전압의 제2 디지털 표현을 판독하는 단계; 및 t) 단계 d)로 복귀하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 제1 전압은 대략 전원 전압이고, 또한 상기 제2 전압은 대략 전원 공통단의 전압일 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 상기 제1 전압은 대략 전원 공통단의 전압이고, 또한 상기 제2 전압은 대략 전원 전압일 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 상기 가드 링의 전압은 상기 용량형 센서의 전압과 실질적으로 동일한 전압일 수 있다.
본 발명에 의하면 용량형 센서와 관련된 기생용량을 저감함으로써 센서의 동작 동안 용량형 센서의 용량 측정 변화 감도를 증가시키는 유효한 방식이 제공된다.
도 1은 본 개시의 교시들에 따른 용량형 터치 패드, 용량형 터치 아날로그 프런트 엔드(analog front end) 및 디지털 프로세서를 갖는 전자 시스템의 개략적인 블록도를 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 용량형 센서 키들의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 3은 본 개시의 특정 예시의 실시예에 따른 도 1에 도시되고 그리고 각 용량형 센서들의 주위에 가드 링들을 갖는 용량형 센서 키들의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 4는 본 개시의 또 다른 특정 예시의 실시예에 따른 도 1에 도시되고 그리고 각 용량형 센서들의 주위에 가드 링들을 갖는 용량형 센서 키들의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 5는 용량형 센서 및 그라운드된 차폐부를 에워싸는 정전계 라인들의 개략적인 단면도이다.
도 6은 본 개시의 교시들에 따른 용량형 센서, 가드 링 및 그라운드된 차폐부를 에워싸는 정전계 라인들의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 7은 본 개시의 특정 예시의 실시예에 따른 용량형 센서 및 관련 가드 링에 대한 CVD 처리 능력들을 갖는 혼합 신호 집적 회로 디바이스의 개략도를 도시한다.
도 7a는 본 개시의 또 다른 특정 예시의 실시예에 따른 복수의 용량형 센서들 및 가드 링에 대한 CVD 처리 능력들을 갖는 혼합 신호 집적 회로 디바이스의 개략도를 도시한다.
도 8은 본 개시의 교시들에 따른 용량 변환들의 개략적인 전압-시간 관계도를 도시한다.
도 9는 본 개시의 특정 일례의 실시예에 따른 용량형 변환들과 상기 변환들 동안의 가드 링 전압 제어의 개략적인 전압-시간 관계도를 도시한다.
도 10은 도 7에 도시한 용량형 변환 시스템의 개략적인 타이밍도를 도시한다.
도 11 및 도 12는 본 개시의 특정 예시의 실시예에 따른 용량형 변환들의 개략적인 처리 흐름도를 도시한다.
도 13은 본 개시의 교시들에 따라 아날로그 통과 게이트 스위치를 통해 디지털 I/O와 아날로그 기능을 지원하는 다기능 포트 로직의 개략적인 블록도를 도시한다.
도 14는 본 개시의 교시들에 따라 아날로그 통과 게이트 스위치를 통해 디지털 I/O와 아날로그 기능을 지원하는 다기능 포트 로직의 개략적인 블록도를 도시하는데, 아날로그 기능은 ADC 제어기 로직에 의해 상기 포트에 연결된 용량형 터치 센서를 프리차지하고 또한 방전하도록 오버라이드될 수 있다.
도 15는 본 개시의 특정 예시의 일시예들에 따른 아날로그 및 디지털 연결 구성들의 개략적인 블록도를 도시한다.
본 발명은 첨부 도면들과 결합된 하기의 설명을 참조하면 보다 완전하게 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 다양한 변형들 및 대안적인 형태들로 될 수 있으며, 그 특정 예시의 실시예들은 도면에서 도시되고 또한 여기에서 상세히 설명된다. 그러나 특정 예시의 실시예들에 대한 여기서의 설명은 여기에서 개시된 특정 형태들로 본 발명을 한정하고자 하는 것이 아니고 오히려, 본 발명은 부속 청구범위들에 정의된 바와 같은 변형들 및 균등물들을 망라해야 한다는 것으로 이해해야 할 것이다.
마이크로컨트롤러들은 현재 용량형 센서들의 검출 및 평가를 향상시키는 주변장치들을 포함한다. 일 실시예에 따르면, 용량형 전압 분배(CVD)는 용량형 터치 소자가 터치되는지 여부를 평가하는데 사용될 수 있다. 그러나 이 용량형 전압 분배와 관련된 센서들이 높은 노이즈 환경들에서 동작될 때, 이 용량형 측정 시스템에서 분해능 또는 용량형 변화 검출은 충분치 않을 수 있다.
특히 기생용량은 많은 용량형 센서 애플리케이션들에서 문제를 제기할 수 있다. 센서에 인접한 도체(또는 도체의 마이크로컨트롤러에의 연결)가 센서와 다른 전압 포텐셜에 있을 때 항상 기생 용량이 생성된다. 따라서 결과적인 CVD(용량형 전압 분배) 변환 처리의 분해능을 증가시키기 위해 용량형 센서들의 기생용량을 저감시킬 필요가 있다. 여기에 개시된 다양한 실시예들에 따르면, 센서 용량에 근접하고 또한 센서들(및 그 연결부)과 다른 도체들 및/또는 그에 근접하는 그라운드 평면 사이에 배치된 도전 궤적들을 구동하는 전압이 생성될 수 있다.
도면들을 보면, 예시의 실시예들에 대한 상세가 개략적으로 도시되어 있다. 도면들에 있어서, 동일한 요소들에 대해서는 동일한 번호들로 나타내고, 또한 유사한 요소들은 다른 소문자 첨자를 붙여서 동일한 번호들로 나타낸다.
도 1을 보면, 본 개시의 교시에 따른 용량형 터치 키패드, 용량형 터치 프런트 엔드 및 디지털 프로세서를 갖는 전자 시스템의 개략적인 블록도가 도시되어 있다. 마이크로컨트롤러 집적 회로 디바이스(101)는 디지털 프로세서(106), 메모리, 하나 이상의 입출력(I/O) 포트들(노드들), 아날로그-디지털 변환기(ADC), 정밀 타이머들, 다기능 입출력 노드들, 충전 시간 측정 유닛(CTMU), 멀티플렉서들, 디지털-아날로그 변환기(DAC), 또는 이들의 결합을 포함할 수 있다. 용량형 터치 아날로그 프런트 엔드(AFE)(104)는 마이크로프로세서(101)의 전술한 기능들 중 일부와 함께하여 구현될 수 있다. 용량형 터치 AFE(104)는 아날로그 멀티플렉서(도시 않음)를 통해 예를 들어, 푸시버튼들, 레버들, 토글들, 핸들들, 노브들 등의 용량형 센서 키들(102)의 매트릭스에 결합될 수 있다.
용량형 터치 AFE(104)는 이에 한정하는 것은 아니지만 예를 들어 관련 용량형 센서의 용량값을 변화시키는 타겟 키의 누름 및 편향(이들로 한정되지는 않음)에 의해 용량형 센서들이 작동하는 때를 결정하는데 사용되는 모든 동적 기능들을, 단일의 저비용 집적 회로 마이크로컨트롤러로 용이하게 한다. 용량형 터치 AFE(104)는 용량형 센서 키들(102)의 매트릭스의 각각의 센서의 용량값을 측정하고, 또한 이 용량값을 각각의 아날로그 직류(DC) 전압들로 변환하는데, 이 전압들은 아날로그-디지털 변환기(ADC)(도시 않음)에 의해 판독되어 디지털 값들로 변환되고 또한 디지털 프로세서(106)에 전달된다.
디지털 프로세서(106)는 용량형 터치 AFE(104)에 클럭 및 제어 기능들을 공급하고, 용량형 터치 AFE(104)의 아날로그 전압 검출기 출력을 판독하고 또한 용량형 센서 키들(102)의 매트릭스의 각 키를 선택한다. 용량형 센서 키들(102)의 매트릭스 중 한 키의 작동이 결정되면, 디지털 프로세서(106)는 적합한 조치를 수행할 것이다. 각각의 용량형 터치 시스템들에 대한 보다 상세한 설명은 마이크로칩 테크놀리지 인코포레이티드 애플리케이션 노트 AN1298, AN1325 및 AN1334에 보다 완전하게 개시되어 있는데, www.microchip.com에서 입수가능하며, 여기에서 모든 목적으로 참조로 통합된다.
도 2를 참조하면, 도 1에 도시된 용량형 센서 키들의 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 기판(204) 예를 들어, 인쇄 회로 기판(PCB)는 전자기 간섭(EMI) 차폐에 사용될 수 있는 그라운드 평면(206)(선택임)을 가질 수 있다. 용량형 센서 플레이트들(208)이 기판(204)의 표면 상에 그리고 그라운드 평면(206) 근처에 놓여질(transpose) 수 있다(선택임). 다른 회로 도체들(210)(예를 들어 PCB 궤적들)이 또한 용량형 센서 플레이트들(208)에 인접하게 위치할 수 있다. 터치 타겟들(212)은 용량형 센서 플레이트들(208) 중 각각의 용량형 센서 플레이트 위에(above) 위치할 수 있고, 또한 그것들 사이에는 공기 갭(214)을 가질 수 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 본 개시의 범위 내에서 터치 타겟(212)은 용량형 센서 플레이트(208)의 용량을 변화시키는 임의의 오브젝트 예를 들어, 금속 피스, 손가락, 손, 발, 다리 등으로 대체될 수 있음을 이해할 것이다. 커버링들(216)은 용량형 센서 플레이트(208) 위에(above) 배치될 수 있고, 및/또는 터치 타겟들(212)의 부분일 수 있고(선택임), 또한 그 위에 새겨진 문자숫자 정보를 가질 수 있다. 용량형 터치 키들(108) 각각은 센서 플레이트(208) 및 커버링(216)을 포함할 수 있다. 유전체 스페이서들(218)이 용량형 터치 키들(108) 각각 사이에 위치한다. 선택적으로, 터치 타겟(212)은 각각의 센서 플레이트(208) 위에 추가될 수 있다.
그라운드 평면(206)(선택임) 및/또는 회로 도체들(210)은 용량형 센서 플레이트들(208)과는 다른 전압 포텐셜에 있을 수 있다. 이에 의해 용량형 센서 플레이트(208)와 그라운드 평면(206)(선택임)의 부분들 및/또는 용량형 센서 플레이트(208)와 인접한 회로 도체들(210) 사이에 기생용량이 발생한다. 다른 전압 포텐셜들에 있는 용량형 센서 플레이트(208)와 둘러싼 도체들 사이의 정전계들의 개략적인 표현에 대해서는 도 5를 참조하라. 용량형 센서 플레이트(208)와 둘러싼 도체들 사이의 강전계 라인들을 유의하라. 이 기생용량은 용량형 센서 플레이트(208)에 터치하는 동안 발생하는 용량 센서 플레이트(208)의 용량값의 변화에 대한 검출 분해능을 제한한다. 기생용량은 유사하게 용량형 센서 플레이트들(108)과 AFE(104) 사이의 연결들에 영향을 미친다. 이는 또한 용량형 터치 시스템들에 사용될 수 있는 노이즈 차폐량을 제한한다.
도 3을 참조하면, 본 개시의 특정 예시의 실시예에 따른 도 1에 도시되고 그리고 각 용량형 센서들의 주위에 가드 링들을 구비한 용량형 센서 키들의 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 각 용량형 센서 플레이트들(208) 둘레의 가드 링(320)이 용량형 센서 키들(102a)에 부가된다. 이 외의 다른 모든 요소들은 실질적으로 도 2에 도시한 용량형 센서 키들(102)과 같다. 각각의 용량형 센서 플레이트(208)의 전압과 실질적으로 동일한 전압으로 가드 링들(320)의 전압을 유지함으로써, 기생용량들이 크게 감소된다. 따라서 용량형 센서 플레이트(208)의 터치동안 발생하는 용량형 센서 플레이트(208)의 용량값 변화에 대한 검출 분해능을 증가시킨다. 또한, 개선된 노이즈 차폐를 제공함으로써 도 2에 도시한 구성에서 검출 분해능에 영향을 미치는 것과 같이 검출 분해능에 영향을 미치지 않게 된다. 용량형 센서 플레이트(208), 가드 링(320), 둘러싼 그라운드 평면(선택임) 및 도체들(210)(도시 않음) 사이의 정전계의 개략 표현에 대해서는 도 6을 참조하라, 여기서 용량선 센서 플레이트(208)와 가드 링(320)은 실질적으로 동일한 전압 포텐셜에 있다. 용량형 센서 플레이트(208)와 둘러싼 도체들 및 그라운드 평면(선택임) 사이의 정전계 라인들(긴 라인들)이 훨씬 약해짐에 유의하라. 용량형 센서 플레이트(208)와 가드 링(320) 사이의 기생용량은 이들이 실질적으로 같은 전압 포텐셜에 있기 때문에 실질적으로 없다.
도 4를 보면, 본 개시의 또 다른 특정 예시의 실시예에 따른 도 1에 도시되고 그리고 각 용량형 센서들의 주위에 가드 링들을 갖는 용량형 센서 키들의 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 터치 키들(108)의 각각의 용량형 센서 플레이트들(208)은 전기적으로 함께 결합되고, 또는 동일한 전압 포텐셜을 갖는 가드 링들(420)로 에워싸여진다. 이러한 구성에 있어서 이하에 상세하게 기술하는 바와 같이, 가드 링들(420)의 전체 매트릭스는 AFE(104) 및 디지털 프로세서(106)에 의해 결정되는 용량값을 갖는 용량형 센서 플레이트(208)의 전압 포텐셜을 추정하도록 한 번에 하나의 용량형 센서(208)의 용량값만이 결정된다.
도 3에 도시된 각각의 가드 링(320)은 서로 독립될 수 있고 또한 다른 전압들을 가질 수 있지만, 디지털 프로세서(106)에 많은 연결들을 필요로 할 것이다. 따라서 하나 이상의 용량형 센서 플레이트(208)의 용량에 대한 동시 판독이 동시에 결정될 필요가 없는 한, 단일 전압 포텐셜 가드 링들(420)(도 4)로 충분할 것이고, 또한 디지털 프로세서(206)에 더 작은 회로 연결들을 필요로 할 것이다.
도 7을 보면, 본 개시의 특정 예시의 실시예에 따른 용량형 센서 및 관련 가드 링에 대한 CVD 처리 능력들을 갖는 혼합 신호 집적 회로 디바이스의 개략도가 도시되어 있다. 도 7에 도시된 혼합 신호 집적 회로 디바이스(101a) 예를 들어 마이크로컨트롤러는 용량형 센서 플레이트(208)의 용량값을 결정하는 용량형 전압 분배(CVD) 방식을 이용할 때 이용가능하다. 먼저 비터치된 용량형 센서 플레이트(208)의 용량값을 결정하고 이어서 터치된 용량형 센서 플레이트(208)의 연속되는 용량값을 결정함으로써, 용량형 센서 플레이트(208)에 대한 터치가 그 용량의 변화를 기초로 결정될 수 있다. CVD에서, 두 개의 커패시터들이 반대 전압 값들로 충전/방전된다. 그 다음, 반대로 충전된 두 개의 커패시터들이 함께 결합되고 그 결과 생긴 전압이 연결된 두 개의 커패시터들에서 측정된다. CVD에 대한 보다 상세한 설명은 공동 소유의 미국 특허 출원 공개번호 US2010/01180에 기재되어 있으며, 여기에 모든 목적을 위해 참조로 통합된다. 도 7에 도시한 스위치들은 예를 들어 전계 효과 트랜지스터(FET) 스위치들일 수 있지만, 이들로 한정되지는 않는다. 노드들(728 및 730)은 각각의 내부 단일 라인(도체) 아날로그 버스들(732 및 734)에 각각 결합되는 아날로그 버스들이다.
용량형 센서 플레이트(208)의 용량은 가변 커패시터(704)(제1 CVD 커패시터)로 표시되며, 또한 제2 CVD 커패시터는 이들 두 개의 커패시터들이 상당히 근접한 용량값 예를 들어 1:1 내지 약 3:1을 가지면, 샘플 및 홀드 커패시터(716)일 수 있다. CVD에서 이러한 용량값을 사용하는 이유는 충전을 갖지 않는 또는 반대 충전을 갖는 다른 커패시터로 한 커패시터로부터의 충전 전하의 일부가 이동되기 때문이다. 예를 들어, 두 개의 CVD 커패시터들의 그 값이 같을 때, 한 커패시터의 충전 전하의 절반이 다른 커패시터로 이동될 것이다. 2:1 용량비는 커패시터들 중 어느 것이 최초로 충전되는지에 따라 충전 전하의 1/3이 더 작은(1/2C) 커패시터로 이동되거나 또는 더 작은(1/2C) 커패시터로부터 가져오게 될 것이다. 샘플 및 홀드 커패시터(716)가 실질적으로 용량형 센서 커패시터(704)보다 작을 경우, 전술한 기준에 부합하도록 추가 커패시터(706a)가 노드(728)에 외부적으로 추가되거나 및/또는 내부 커패시터(706b)가 노드(728)와는 독립적으로 추가되므로, 커패시터들(716, 706a 및/또는 706b)의 결합 용량이 용량형 센서 커패시터(704)의 용량값에 비해 충분한 용량을 가질 수 있다. 이로 인해 CVD를 사용하여 용량값을 결정함에 있어 최적 분해능을 얻을 수 있다. 커패시터(716)는 또한 충전 전하가 두 개의 커패스터들 사이에 이동된 후에 그 결과 생기는 아날로그 전압을 샘플링하고 홀드하는 샘플 및 홀드 커패시터이다. 일단 충전 전하의 이동이 완료되면, 아날로그-디지털 변환기(ADC)(718)는 그 결과 생기는 충전량을 디지털 값으로 변환하고, 이 디지털 값은 추가로 처리되어 터치 센서 커패시터(704)의 용량값 결정을 위해 디지털 프로세서(106)에 의해 판독된다.
이하에 개시된 예시에서, 커패시터(704)(제1 CVD 커패시터), 커패시터(706)(외부 연결된 커패시터) 및/또는 커패시터(706b)(내부 연결된 커패시터)의 용량값들은 샘플 및 홀드 커패시터(716)와 합동하여 선택될 수 있는데, 제1 CVD 커패시터(704)가 Vss로 방전되느냐 또는 Vdd로 충전되는지 및 커패시터들(706 및 716)의 결합이 Vdd로 충전되느냐 또는 Vss로 방전되는지 여부에 따라 결합 전압이 1/3 또는 2/3 Vdd 전압이 된다. 이 예에서, 커패시터(704)는 커패시터(706 및 716)의 병렬 연결 결합의 용량의 약 2배의 용량이다. 반대 극성으로 충전된 두 개의 CVD 커패시터들을 함께 결합한 후 그 결과 생기는 대기 휴지 전압(quiescent voltage)은 커패시터(704)가 처음에 Vss로 방전되었다면 약 1/3*Vdd이고, 또한 커패시터(704)가 처음에 Vdd로 충전되었다면 약 2/3*Vdd이다.
병렬 연결된 모든 커패시터들 결합에 대해 예상되는 대기 휴지 전압들을 알고 있으면, 디지털 프로세서(106)에 의해 용량값으로 평가될 각각의 센서 플레이트(208)를 에워싸는 가드 링(320 또는 420)에 대한 적절한 전압들을 생성할 수 있다. 가드 링(320 또는 420)에 Vdd가 요망되면, 디지털 드라이버들(712 및 714)로부터의 두 출력들은 실질적으로 Vdd(로직 하이)에 있다. 가드 링(320 또는 420)에 Vss가 요망되면, 디지털 드라이버들(712 및 714)로부터의 두 출력들은 실질적으로 Vss(로직 로우)에 있다. 가드 링(320 또는 420)에 1/3*Vdd가 요망되면, 디지털 드라이버(712)로부터의 출력은 Vss(로직 로우)에 있고, 또한 디지털 드라이버들(714)로부터의 출력은 실질적으로 Vdd(로직 하이)에 있다. 가드 링(320 또는 420)에 2/3*Vdd가 요망되면, 디지털 드라이버(712)로부터의 출력은 Vdd(로직 하이)에 있고, 또한 디지털 드라이버들(714)로부터의 출력들은 실질적으로 Vss(로직 로우)에 있다.
커패시터(706)의 용량값 및 저항들(708 및 710)의 저항 값들을 적절히 선택함으로써, 노드들(724 및 726)에서의 단지 2개의 디지털 출력들을 사용하여 가드 링 전압들이 디지털 프로세서(106)에 의해 용이하게 생성될 수 있다. 커패시터(706) 및 저항들(708 및 710)의 값들을 적절하게 선택함으로써 다른 전압 비율들이 또한 유효하게 사용될 수 있다. 예를 들어 커패시터들(716 및 716)의 결합 용량이 실질적으로 커패시터(704)의 용량과 같으면, 연속되는 결합 전압은 1/2*Vdd가 될 것이고, 또한 적절하다면 가드 링 용량에서 1/2*Vdd를 만들도록 실질적으로 저항들(708 및 710)은 같은 저항 값이 될 것이다.
도 7a를 보면, 본 개시의 또 다른 특정 예시의 실시예에 따른 복수의 용량형 센서들 및 가드 링에 대한 CVD 처리 능력들을 갖는 혼합 신호 집적 회로 디바이스의 개략도가 도시되어 있다. 도 7a에 도시된 혼합형 신호 집적 회로 디바이스(101b) 예를 들어 마이크로컨트롤러는 단지 하나의 단일 와이어 아날로그 버스(732a)가 있고, 여기서, 내부 커패시터들(706b 및 706c)은 스위치들(H)에 의해 버스(732a)로부터 분리되어 있고, 또한 외부 노드(728)는 스위치(G)에 의해 버스(732a)로부터 분리되어 있는 것을 제외하고는 실질적으로 도 7에 도시된 디바이스(101a)와 동일한 기능을 수행한다. 한 세트의 Vdd/Vss 스위치들(D 및 C)만이 사용되는데, 여기서 제1 CVD 커패시터(704)는 제2 커패시터(716)(및 706))가 방전/충전되는 시간 주기와는 다른 시간 주기 동안 충전/방전된다. 이로 인해 한 세트의 스위치들과 제2 내부 아날로그 버스(도 7의 버스(734))를 절감할 수 있다.
또한 복수의 스위치들(I)이 도 1에 도시된 용량형 터치 키들(108)에 사용되는 각각의 용량형 센서들(704)을 다중화하는데 사용된다. 이들 특징들은 또한 도 7의 회로 내로 통합될 수 있다. 용량형 터치 아날로그 프런트 엔드(104)가 용량형 터치 키들(108)을 스캔하는 동안, 아날로그 멀티플렉서 스위치들(I)은 복수의 센서 커패시터들(704) 중 각각의 센서 커패시터들을 선택한다. 복수의 노드들(730)은 전형적으로 다목적 프로그램가능 아날로그 또는 디지털 입력단들 및/또는 출력단들이다. 이 개시에서 설명의 명확화를 위해, 단지 하나의 아날로그 입력/출력(두 경로) 구성된 노드들만을 도시한다. 디지털 프로세서는 디지털 드라이버들(712 및 714)을 통해 복수의 센서 커패시터들(704) 중 선택된 센서 커패시터를 위해 노드들(724 및 726)을 적절한 로직 레벨들로 구동한다.
도 8 및 도 9를 보면, 본 개시의 특정 예시의 실시예에 따른 용량 변환들의 개략적인 전압-시간 관계도(도 8)가 도시되어 있고 또한 상기 변환들 동안의 가드 링 전압 제어의 개략적인 전압-시간 관계도(도 9)가 도시되어 있다. 부분(I)에서, 커패시터들(706 및 716)(샘플 및 홀드 커패시터)은 Vdd로 충전되고, 용량형 센서 커패시터(704)는 Vss로 방전되고, 또한 가드 링 커패시터(702)는 Vss로 방전된다(실질적으로 커패시터(704)의 전압과 일치함). 부분(Ⅱ)에서 커패시터들(706, 716 및 704)은 함께 결합되고, 또한 용량형 터치 키(108)가 눌려져 있지 않으면 약 1/3*Vdd의 대기 휴지 전압이 될 것이고, 상기 터치 키가 눌려져 있으면 이 보다 약간 작은 1/3*Vdd의 대기 휴지 전압이 될 것이다. 가드 링 커패시터(702)는 커패시터(704)(용량 센서)와의 사이의 임의의 기생용량들을 최소화하기 위해 상기 커패시터(704)의 전압을 따른다. 부분(Ⅱ)의 종단쪽에서 상기 샘플 및 홀드 커패시터(716)는 커패시터들(706 및 704)로부터 분리되고 부분(Ⅱ) 동안에 얻어진 대기 휴지 전압을 유지한다. 부분(Ⅲ)에서, 커패시터(704)(용량형 센서)의 임의의 전압 충전량(voltage charge)이 Vss로 방전된 다음, 부분(Ⅳ)의 시작에서, 커패시터(704)(용량형 센서) 및 가드 링 커패시터(702)가 실질적으로 Vdd로 충전된다. 또한 부분(Ⅳ)의 중간 시점에서, 샘플 및 홀드 커패시터(716)에 저장된 대기 휴지 전압은 ADC(718)에 의해 대기 휴지 전압을 나타내는 디지털 값으로 변환되고, 이 디지털 값은 디지털 프로세서(106)에 의해 판독된다. ADC(718)로부터의 디지털 값은 용량형 센서가 활성화(터치)되었는지 여부를 판단하는데 사용되는데 예를 들어, 대기 휴지 전압이 비활성화된 터치 센서로부터 예상되는 것보다 더 낮은지의 여부를 결정하는데 사용된다. 터치 센서 커패시터(704)의 용량값은 활성화(터치)되면, 그 용량은 증가하고 또한 이에 의해 연속되는 대기 휴지 전압은 비활성화일 때보다 더 낮아질 것이다. 이는 커패시터(704)가 Vss로 초기화되는 경우에 참이다. 커패시터(704)가 Vdd로 초기화되고, 용량형 센서가 활성화되지 않은 경우에는 연속되는 대기 휴지 전압은 약 2/3*Vdd이 된다.
부분(Ⅴ)에서, 커패시터들(706 및 716(샘플 및 홀드 커패시터))은 Vss로 방전되고, 용량형 센서 커패시터(704)는 및 가드 링 커패시터(702)는 이미 Vdd로 충전되어 있다. 부분(Ⅵ)에서 커패시터들(706, 716 및 704)은 함께 결합되고, 또한 용량형 터치 키(108)가 눌려져 있지 않으면 약 2/3*Vdd의 대기 휴지 전압이 될 것이고, 상기 터치 키가 눌려져 있으면 2/3*Vdd보다 약간 큰 대기 휴지 전압이 될 것이다. 가드 링 커패시터(702)는 커패시터(704)(용량 센서)와의 사이의 임의의 기생용량들을 최소화하기 위해 상기 커패시터(704)의 전압을 따른다. 부분(Ⅵ)의 종단쪽에서 상기 샘플 및 홀드 커패시터(716)는 커패시터들(706 및 704)로부터 분리되고 부분(Ⅵ) 동안에 얻어진 대기 휴지 전압을 유지한다. 부분(Ⅶ)에서, 커패시터(704)(용량형 센서)가 실질적으로 Vdd로 충전된 다음, 부분(Ⅷ)의 시작에서, 커패시터(704)(용량형 센서) 및 가드 링 커패시터(702)가 실질적으로 Vss로 방전된다. 또한 부분(Ⅷ)의 중간 시점에서, 샘플 및 홀드 커패시터(716)에 저장된 대기 휴지 전압은 ADC(718)에 의해 대기 휴지 전압을 나타내는 디지털 값으로 변환되고, 이 디지털 값은 디지털 프로세서(106)에 의해 판독된다. ADC(718)로부터의 디지털 값이 용량형 센서가 활성화(터치)되었는지 여부를 판단하는데 사용되는데 예를 들어, 대기 휴지 전압이 비활성화된 터치 센서로부터 예상되는 것보다 낮은지 여부를 결정하는데 사용된다. 터치 센서 커패시터(704)의 용량값이 활성화(터치)되면, 그 용량은 감소하고 또한 이에 의해 연속되는 대기 휴지 전압도 활성화되지 않았을 때보다 더 높아질 것이다. 이는 커패시터(704)가 Vdd로 초기화되는 경우에 참이다. 커패시터(704)가 Vss로 초기화되고, 용량형 센서가 활성화되지 않은 경우에는 연속되는 대기 휴지 전압은 약 1/3*Vdd이 된다. 이러한 시퀀스는 터치 키들(108)의 각 키에 대해 반복된다. 또한, 용량형 측정 사이클을 하나 걸러서 전압 충전량 극성들을 반전시키고, 용량형 측정 값들을 평균화함으로써, 공통 모드 노이즈 및 간섭을 최소화하는 예를 들어, 60Hz 전력 라인 간섭을 최소화하는 서로 다른 동작 유형이 얻어진다.
도 10을 보면, 도 7에 도시한 용량형 변환 시스템의 개략적인 타이밍도가 도시되어 있다. 이 개략적인 타이밍도는 도 7에 도시한 회로의 특정 예시의 동작 실시예를 명백하게 나타낸다. 노드들(724, 726, 728 및 730)의 전압들을 스위치들(A-F)의 개방 및 폐쇄 동작의 결합과 관련하여 도시한다. 도 10은 기본적으로 도 9에 도시한 것과 동일한 전압 및 타이밍 파형들을 나타낸다. 기타 및 또 다른 회로 설계들와 타이밍도들이 동일한 효과로 사용되는 것이 본 개시의 범위 내에서 고려될 될 수 있으며, 또한 전자 회로 설계에서 통상의 지식을 갖고 본 개시의 이익을 갖는 자라면 여기에서 기술된 결과들을 이용할 수 있을 것이다.
도 11 및 도 12를 보면, 본 개시의 특정 예시의 실시예에 따른 용량형 변환들의 개략적인 처리 흐름도가 도시되어 있다. 단계(1102)에서, 용량값 변환이 개시된다. 스텝(1104)에서, 커패시터들(706과 716)의 샘플 및 홀드 커패시터 결합이 제1 전압으로 충전된다. 단계(1106)에서, 용량형 센서는 제2 전압으로 충전된다. 제1 전압은 Vdd일 수 있고 또한 제2 전압은 Vss일 수 있으며 또는 그 반대일 수 있다. 단계(1108)에서, 용량형 센서 가드 링은 기생용량을 최소화하도록 제2 전압으로 충전되고, 그렇지 않으면 용량형 센서와 인접 도체들 사이의 전압 포텐셜의 차에 의해 유발되는 정전하로 인해 용량형 센서에서 이 기생용량이 생긴다.
다음에 단계(1110)에서, 센서 가드 링은 단계(1112)에서의 수행과 동시에 제3 전압으로 충전/방전되고, 이 단계(1112)에서 제1 전압으로 이미 충전된 샘플 및 홀드 커패시터 결합이 제2 전압으로 이미 충전된 커패시터 센서에 결합된다. 단계(1110 및 1112)는 두 단계가 서로 동시에 발생하는 한은 상호 바뀔 수 있다. 단계(1114)에서 샘플 및 홀드 커패시터와 용량형 센서는 정지 제1 충전량에 대한 완전한 정착을 하기에 충분한 시간 동안 길게 함께 결합된다. 이어서 단계(1116)에서, 샘플 및 홀드 커패시터가 상기 용량형 센서로부터 분리되고, 또한 샘플 및 홀드 커패시터가 이후 정착된 제1 충전량을 유지한다. 단계(1118)에서, 샘플 및 홀드 커패시터에 저장된 제1 충전량의 디지털 표현으로 변환이 시작된다.
단계(1120)에서, 용량형 센서는 제2 전압으로 일시적으로 방전된다. 단계(1122)에서, 용량형 센서는 제1 전압으로 충전된다. 단계(1124)에서, 용량형 센서 가드 링은 기생용량을 최소화하도록 제1 전압으로 충전되고, 그렇지 않으면 용량형 센서와 인접 도체들 사이의 전압 포텐셜의 차에 의해 유발되는 정전하로 인해 용량형 센서에서 기생용량이 생긴다. 단계(1126)에서, 제1 충전량의 그 디지털 표현으로 변환이 종료하고, 이어서 용량형 센서(108)의 용량값을 결정하기 위해 디지털 프로세서(106)에 의해 판독된다.
단계(1128)에서 커패시터들(706 및 716)의 샘플 및 홀드 커패시터 결합이 제2 전압으로 충전된다. 단계(1130)에서, 용량형 센서는 제1 전압으로 충전된다. 단계(1132)에서, 용량형 센서 가드 링은 기생용량을 최소화하도록 제1 전압으로 충전되고, 그렇지 않으면 용량형 센서와 인접 도체들 사이의 전압 포텐셜에 의해 유발되는 정전하로 인해 용량형 센서에서 기생용량이 생긴다.
단계(1134)에서, 센서 가드 링은 단계(1136)에서의 수행과 동시에 제4 전압으로 충전/방전되고, 이 단계(1136)에서 제2 전압으로 이미 충전된 샘플 및 홀드 커패시터 결합이 제1 전압으로 이미 충전된 커패시터 센서에 결합된다. 단계(1134 및 1136)는 두 단계가 서로 동시에 발생하는 한은 상호 바뀔 수 있다. 단계(1138)에서 샘플 및 홀드 커패시터와 용량형 센서는 정지 제2 충전량에 대한 완전한 정착을 하기에 충분한 시간 동안 길게 함께 결합된다. 이어서 단계(1140)에서, 샘플 및 홀드 커패시터가 상기 용량형 센서로부터 분리되고, 또한 샘플 및 홀드 커패시터가 이후 정착된 제2 충전량을 유지한다. 단계(1142)에서, 샘플 및 홀드 커패시터에 저장된 제2 충전량의 디지털 표현으로 변환이 시작된다.
단계(1144)에서, 용량형 센서는 제1 전압으로 일시적으로 방전된다. 단계(1146)에서, 용량형 센서는 제2 전압으로 충전된다. 단계(1148)에서, 용량형 센서 가드 링은 기생용량을 최소화하도록 제2 전압으로 충전되고, 그렇지 않으면 용량형 센서와 인접 도체들 사이의 전압 포텐셜의 차에 의해 유발되는 정전하로 인해 용량형 센서에서 기생용량이 생긴다. 단계(1150)에서, 제1 충전량의 그 디지털 표현으로 변환이 종료하고, 이어서 용량형 센서(108)의 용량값을 결정하기 위해 디지털 프로세서(106)에 의해 판독된다. 이후, 제1 및 제2 충전들의 디지털 표현은 공통 모드 노이즈 및 간섭 예를 들어 60Hz 전력 라인 간섭을 저감하도록 처리될 수 있다.
도 13을 보면, 본 개시의 교시들에 따라 아날로그 통과 게이트 스위치를 통해 디지털 I/O와 아날로그 기능을 지원하는 다기능 포트 로직의 개략적인 블록도가 도시되어 있다. 3상태 출력을 갖는 디지털 드라이버(1354)는 외부 노드(728)에 결합되고, 또한 한정하는 것은 아니지만 예를 들어 디지털 프로세서(106)로부터의 3상태 신호에 의해 제어된다. 한정하는 것은 아니지만 예를 들어 디지털 프로세서(106)로부터의 디지털 출력 신호는 디지털 드라이버(1354)의 입력에 결합된다.
예를 들어 도 7a의 스위치(G)를 구현할 수 있는 아날로그 통과 게이트 스위치(1350)는, ADC 채널 선택으로부터 독립적으로, 한정하는 것은 아니지만 예를 들어 디지털 프로세서(106)로부터의 아날로그 버스 제어 신호에 의해 제어될 수 있는 아날로그 스위치 로직(1352)에 의해 제어된다. 일반적으로, 내부 ADC를 위한 아날로그 멀티플렉서는 한 번에 외부 핀들 중 하나만이 내부 ADC에 연결되도록 다수의 스위치들 중 하나만을 폐쇄시키도록 구성된다. 그러나 또 하나의 실시예에 따르면, ADC를 위한 아날로그 멀티플렉서는 하나 이상의 스위치들이 아날로그 버스에 외부 핀을 연결하도록 제어될 수 있게 구성될 수 있다. 따라서 제어 로직(1352) 및 아날로그 통과 게이트 스위치들(1350)은 아날로그 멀티플렉서와는 독립적으로 제어될 수 있거나 또는 아날로그 멀티플렉서의 일부일 수 있다. 아날로그 통과 게이트 스위치(1350)는 위에서 상세히 설명한 바와 같이 폐쇄시 아날로그 버스(732)에 노드(728)의 직접 결합을 가능하게 한다. 아날로그 통과 게이트 스위치(1350)가 폐쇄되면, 디지털 드라이버(1354)의 출력은 3상태 제어에 의해 고 임피던스 상태에 있게 되므로, 노드(728)가 아날로그 포트로서 사용될 때 노드(728)에 최소한으로 영향을 미친다. 본 개시의 범위내에서 다른 기능들이 여기에 개시된 또 다른 실시예들에 따라 포함될 수 있음을 이해할 것이다.
도 14를 보면, 본 개시의 교시들에 따라 아날로그 통과 게이트 스위치를 통해 디지털 I/O와 아날로그 기능을 지원하는 다기능 포트 로직의 개략적인 블록도가 도시되어 있는데, 아날로그 기능은 ADC 제어기 로직으로 상기 포트에 연결된 용량형 터치 센서를 프리차지하고 또한 방전하도록 오버라이드될 수 있다. 이러한 포트 로직은 임의의 외부 핀들(730)에 사용될 수 있고 또한 아날로그 멀티플렉서가 이후 핀(728)에 대해 하나 이상의 스위치가 폐쇄될 수 있도록 구성될 때 사용될 수 있다. 위에서 상세히 설명한 바와 같이, 노드(730)에서의 디지털 및 아날로그 기능들 사이의 스위칭은 프로세서 집약적일 수 있고, 또한 노드(730)의 필요한 모든 관련된 디지털 및 아날로그 기능들을 적절하게 처리하는 복잡한 프로그램을 필요로 할 수 있다. 예를 들어 도 8 내지 도 12의 각 용량형 센서의 용량값의 셋업 및 결정 동안에, 프로세서(106)로부터 로드 예를 들어, 프로그램 단계들 및/또는 제어 기능들을 제거하기 위해 ADC 오버라이드 특징이 여기에 기술된 용량형 터치 결정 회로들 내에 통합될 수 있다. 도 14에 도시된 회로 기능을 통합하는 전용 ADC 제어기를 사용하면, 디지털 프로세서 프로그램 단계들이 줄어들게 되고, 또한 프로세서는 용량형 센서 커패시터의 결정 동안 다른 기능들을 수행할 수 있다. 그러나 또 다른 실시예들에 따르면, 오버라이드 기능은 또한 생략될 수 있다. 또한 또 다른 실시예들에 따르면, 도 13 및 도 14에 도시된 포트 로직은 예를 들어 도 7a에서와 같이 각 외부 핀에 대한 범용 포트 로직을 생성하도록 결합될 수 있다. 따라서 모든 외부 핀들을 위한 범용 포트 로직은 아날로그 버스에 독립적으로 연결되도록 제어될 수 있는 두 개의 통과 게이트들을 가질 수 있거나 또는 독립 인에이블 신호에 의해 제어를 허용하는 아날로그 멀티플렉서의 일부인 단일 통과 게이트를 가질 수 있다.
3 상태 출력을 갖는 디지털 드라이버(1454)는 외부 노드(730)에 결합되고 또한 멀티플렉서(1458)로부터의 3상태 제어 신호에 의해 제어된다. 멀티플렉서(1460)로부터의 디지털 출력 신호는 디지털 드라이버(1454)의 입력에 결합된다. 도 7a에서 스위치(I)를 구현할 수 있는 아날로그 통과 게이트 스위치(1450)는 아날로그 스위치 로직(1452)에 의해 제어된다. ADC 오버라이드 인에이블 신호가 로직 로우에 있으면, 멀티플렉서(1458)는 디지털 드라이버(1454)의 3 상태 출력을 제어하도록 3상태 제어 신호에 결합하고, 멀티플렉서(1460)는 디지털 출력 신호를 디지털 드라이버(1454)의 입력에 결합한다. ADC 채널 선택(아날로그 버스 제어)은 위에서 상세히 기술한 바와 같이, 노드(730)를 아날로그 버스(732)에 직접 결합하도록 아날로그 통과 게이트 스위치(1450)를 제어한다. 이 구성에서, 도 14에 도시한 회로는 도 13에 도시한 회로와 실질적으로 같은 방식으로 기능한다.
그러나 ADC 오버라이드 인에이블 신호가 로직 하이이면, 상기 멀티플렉서(1458)는 디지털 드라이브(1454)의 3상태 출력을 제어하도록 ADC 오버라이드 데이터 인에이블 신호를 결합하고, 또한 멀티플렉서(1460)는 ADC 오버라이드 데이터 신호를 디지털 드라이버(1454)의 입력에 결합한다. 아날로그 통과 게이트 스위치(1450)로 인해 아날로그 버스(732)는 노드(730)로부터 분리된다. 이러한 구성에서, 디지털 프로세서(106)로부터의 프로그램 집약적인 조치들의 필요 없이, ADC 오버라이드 데이터 인에이블 및 ADC 오버라이드 데이터 신호들은 ADC 로직 제어기(도시 않음)에 의해 제공될 수 있고 또한 노드(730)에 결합된 용량형 터치 센서를 충전 또는 방전시키는데 사용될 수 있다.
노드(728)용의 포트 로직은 전술한 바와 같이 도 13 또는 도 14에 도시된 바와 같이 구현될 수 있다. 노드(724 및 726)용의 포트 로직은 또한 예를 들어 "아날로그 인" 통과 게이트 스위치(1350) 없이, 또한 도 14 또는 도 15에 도시된 바와 같이 구현될 수 있다. 복수의 노드들(730)은 도 14에 도시된 바와 같이 구현될 수 있다. 전술한 바와 같이, 범용 포트가 모든 외부 핀들에 사용될 수 있다. 각각의 외부 핀에 따른 다른 기능성들을 지원하도록 추가의 기능들이 구현될 수 있다.
도 15를 보면, 본 개시의 특정 예시의 일시예들에 따른 아날로그 및 디지털 연결 구성들의 개략적인 블록도가 도시되어 있다. 복수의 아날로그 통과 게이트 스위치들(1538)은 아날로그 멀티플렉서를 구현할 수 있고, 또한 복수의 노드들(730x)을 아날로그 버스(732)에 결합하고 또한 아날로그 버스(732)로부터 복수의 노드들(730x)을 분리, 예를 들어 복수의 용량형 터치 센서들 각각을 선택할 수 있다. 직접 연결로 노드(728) 및 아날로그 버스(732)(예를 들어 도 7 참조)를 함께 결합하거나 또는 선택적인 아날로그 통과 게이트 스위치(1536)가 노드(728)를 아날로그 버스(732)에 결합하고 또한 아날로그 버스(732)로부터 노드(728)를 분리한다(예를 들어 도 7a 참조). 전술한 바와 같이, 추가의 통과 게이트 스위치(1536)는 아날로그 멀티플렉서의 일부일 수 있는데, 이 경우 아날로그 멀티플렉서는 하나 이상의 스위치들을 폐쇄하도록 설계된다. 복수의 스위치들(1534)은 추가의 샘플 및 홀드 커패시터들(1544)을 아날로그 버스(732)에 연결하고 또한 아날로그 버스(732)로부터 추가의 샘플 및 홀드 커패시터들(1544)을 분리할 수 있다. 스위치(1540)는 아날로그 버스(732)를 Vdd로 충전하는데 사용될 수 있고, 스위치(1542)는 아날로그 버스(732)를 Vss로 방전하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 본 개시의 특정 실시예를 참조하여 묘사되고, 설명되고, 정의되어 있지만, 이러한 참조는 본 발명의 한정을 의미하지 않고 이러한 한정이 추정되지도 않는다. 개시된 본 발명은 이 기술분야의 당업자 및 본 발명의 이익을 갖는 자들에 의해 형태와 기능에 있어서 수정물, 대체물, 및 등가물이 가능하다. 본 발명의 묘사되고 설명된 실시예들은 단지 예로서, 본 발명의 범위를 한정하지 않는다.

Claims (27)

  1. 마이크로컨트롤러로서,
    메모리를 구비한 디지털 프로세서;
    아날로그 노드들로서 기능하도록 프로그램될 수 있는 복수의 외부 입력/출력 포트들;
    상기 아날로그 노드들 중 하나의 아날로그 노드를 선택하고 그리고 상기 아날로그 노드를 아날로그 버스에 결합시키기 위해 상기 디지털 프로세서에 의해 제어되는 멀티플렉서;
    상기 아날로그 버스의 아날로그 전압을 그것의 디지털 표현으로 변환하기 위해 상기 아날로그 버스와 결합되고 그리고 상기 디지털 표현을 전달하기 위해 상기 디지털 프로세서에 결합되는 디지털 출력부를 구비한 아날로그-디지털 변환기(ADC); 및
    상기 아날로그 버스에 결합되는 외부 노드를 포함하고,
    상기 외부 노드는 외부 커패시터와 결합되도록 구성되는, 마이크로컨트롤러.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 외부 노드와 상기 아날로그 버스 사이에 있으며, 상기 디지털 프로세서에 의해 프로그램 가능하게 제어되는 스위치를 더 포함하는 마이크로컨트롤러.
  3. 제1항에 있어서,
    복수의 디지털 출력 드라이버들 중 각각의 디지털 출력 드라이버에 결합되는 마이크로컨트롤러의 적어도 두 개의 디지털 출력 포트들을 더 포함하는 마이크로컨트롤러.
  4. 제3항에 있어서,
    샘플 및 홀드 커패시터를 더 포함하고,
    상기 아날로그 버스는 전원 공통부, 전원 전압, 상기 샘플 및 홀드 커패시터 또는 제2 아날로그 버스에 스위칭에 의해 결합되는 제1 아날로그 버스이고;
    상기 제2 아날로그 버스는 상기 전원 공통부, 상기 전원 전압, 또는 상기 제1 아날로그 버스에 스위칭에 의해 결합되고; 그리고
    상기 샘플 및 홀드 커패시터는 상기 제1 아날로그 버스 및 상기 ADC의 입력부 중 어느 하나에 스위칭에 의해 결합되는, 마이크로컨트롤러.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 선택된 아날로그 노드는 상기 제2 아날로그 버스에 결합되고 그리고 용량형 센서에 결합되도록 구성된, 마이크로컨트롤러.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 디지털 출력 포트들은 용량형 센서과 관련된 가드 링(guard ring)의 전압을 구동하는 저항 분압기 네트워크에 결합되도록 구성된, 마이크로컨트롤러.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 아날로그 버스에 스위칭에 의해 결합되는 적어도 하나의 내부 커패시터를 더 포함하는 마이크로컨트롤러.
  8. 제4항에 있어서,
    복수의 스위치들을 더 포함하고,
    상기 복수의 스위치들 중 제1 스위치는 폐쇄시 상기 제1 아날로그 버스 및 상기 제2 아날로그 버스들을 함께 결합시키고,
    상기 복수의 스위치들 중 제2 스위치는 폐쇄시 상기 제1 아날로그 버스를 전원 공통부에 결합시키고,
    상기 복수의 스위치들 중 제3 스위치는 폐쇄시 상기 제2 아날로그 버스를 전원 전압에 결합시키고,
    상기 복수의 스위치들 중 제4 스위치는 폐쇄시 상기 제1 아날로그 버스를 전원 전압에 결합시키고, 그리고
    상기 복수의 스위치들 중 제5 스위치는 폐쇄시 상기 제2 아날로그 버스를 전원 공통부에 결합시키는, 마이크로컨트롤러.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 디지털 프로세서는 상기 복수의 스위치들을 제어하는, 마이크로컨트롤러.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 스위치들은 복수의 전계 효과 트랜지스터(FET) 스위치들인, 마이크로컨트롤러.
  11. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 디지털 출력 드라이버들은 상기 전원 전압의 로직 하이 출력들 및 상기 전원 공통부의 로직 로우 출력들을 갖는 마이크로컨트롤러.
  12. 제4항 내지 제6항 및 제8항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 마이크로컨트롤러를 포함하는 용량형 센서 시스템으로서,
    상기 외부 노드와 연결된 외부 커패시터;
    용량형 센서;
    상기 용량형 센서와 관련된 가드 링;
    상기 가드 링에 결합되는 제1 저항기; 및
    상기 가드 링에 결합되는 제2 저항기를 포함하는 용량형 센서 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 저항기는 상기 제2 저항기의 두 배의 저항값인, 용량형 센서 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 외부 커패시터와 상기 샘플 및 홀드 커패시터의 결합 용량값은 상기 용량형 센서의 용량값의 1/2인, 용량형 센서 시스템.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 가드 링의 전압은 상기 용량형 센서의 전압과 동일한, 용량형 센서 시스템.
  16. 제5항 또는 제6항에 따른 마이크로컨트롤러를 동작시키는 방법으로서,
    용량형 센서의 용량을 결정하는 것;
    센서 용량과, 샘플 및 홀드 용량 및 외부 용량의 결합 간의 소정 비에 부합하도록 상기 외부 커패시터를 선택하고 그리고 상기 외부 커패시터를 상기 외부 노드에 연결하는 것; 그리고
    상기 센서 용량과 상기 외부 용량에 병렬로 연결된 상기 샘플 및 홀드 용량을 이용하는 용량형 분압 원리에 따라 용량형 측정들을 수행하는 것을 포함하는 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    가드 링의 가드 링 전압을 결정하고, 그리고 상기 디지털 출력 드라이브들과 상기 가드 링에 결합된 제1 저항기 및 제2 저항기에 의해 상기 가드 링 전압을 생성하는 것을 더 포함하는 방법.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 삭제
KR1020147012020A 2011-10-06 2012-10-04 가드 링 구동을 위한 디지털 출력들을 갖는 마이크로컨트롤러를 구비한 용량형 센서의 용량 측정 KR101948667B1 (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201161544150P 2011-10-06 2011-10-06
US61/544,150 2011-10-06
US13/633,523 US9257980B2 (en) 2011-10-06 2012-10-02 Measuring capacitance of a capacitive sensor with a microcontroller having digital outputs for driving a guard ring
US13/633,523 2012-10-02
PCT/US2012/058682 WO2013052618A1 (en) 2011-10-06 2012-10-04 Measuring capacitance of a capacitive sensor with a microcontroller having digital outputs for driving a guard ring

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140079809A KR20140079809A (ko) 2014-06-27
KR101948667B1 true KR101948667B1 (ko) 2019-02-18

Family

ID=48041744

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020147012020A KR101948667B1 (ko) 2011-10-06 2012-10-04 가드 링 구동을 위한 디지털 출력들을 갖는 마이크로컨트롤러를 구비한 용량형 센서의 용량 측정

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9257980B2 (ko)
EP (1) EP2764619B1 (ko)
JP (2) JP6504818B2 (ko)
KR (1) KR101948667B1 (ko)
CN (1) CN103959651B (ko)
TW (1) TWI585369B (ko)
WO (1) WO2013052618A1 (ko)

Families Citing this family (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9252769B2 (en) * 2011-10-07 2016-02-02 Microchip Technology Incorporated Microcontroller with optimized ADC controller
US9437093B2 (en) 2011-10-06 2016-09-06 Microchip Technology Incorporated Differential current measurements to determine ION current in the presence of leakage current
US9823280B2 (en) 2011-12-21 2017-11-21 Microchip Technology Incorporated Current sensing with internal ADC capacitor
FR3001100B1 (fr) * 2013-01-17 2017-01-20 Delphi Tech Inc Dispositif de commande a detection capacitive.
US9542023B2 (en) 2013-08-07 2017-01-10 Synaptics Incorporated Capacitive sensing using matrix electrodes driven by routing traces disposed in a source line layer
GB2518627A (en) * 2013-09-25 2015-04-01 Nokia Technologies Oy An apparatus
US20150091842A1 (en) * 2013-09-30 2015-04-02 Synaptics Incorporated Matrix sensor for image touch sensing
US8766950B1 (en) 2013-09-30 2014-07-01 Synaptics Incorporated Modulated power supply for reduced parasitic capacitance
US9244581B2 (en) 2013-09-30 2016-01-26 Synaptics Incorporated Modulated power supply for reduced parasitic capacitance
US10042489B2 (en) 2013-09-30 2018-08-07 Synaptics Incorporated Matrix sensor for image touch sensing
US9298325B2 (en) 2013-09-30 2016-03-29 Synaptics Incorporated Processing system for a capacitive sensing device
US9405415B2 (en) 2013-10-01 2016-08-02 Synaptics Incorporated Targeted transcapacitance sensing for a matrix sensor
US9459367B2 (en) 2013-10-02 2016-10-04 Synaptics Incorporated Capacitive sensor driving technique that enables hybrid sensing or equalization
US9274662B2 (en) 2013-10-18 2016-03-01 Synaptics Incorporated Sensor matrix pad for performing multiple capacitive sensing techniques
WO2015123614A2 (en) * 2014-02-14 2015-08-20 Witricity Corporation Object detection for wireless energy transfer systems
US9335859B2 (en) 2014-03-31 2016-05-10 Synaptics Incorporated Adaptive touch sensing electrode
US9690397B2 (en) 2014-05-20 2017-06-27 Synaptics Incorporated System and method for detecting an active pen with a matrix sensor
CN104201116B (zh) * 2014-09-12 2018-04-20 苏州晶方半导体科技股份有限公司 指纹识别芯片封装方法和封装结构
US9857925B2 (en) 2014-09-30 2018-01-02 Synaptics Incorporated Combining sensor electrodes in a matrix sensor
LU92582B1 (en) * 2014-10-22 2016-04-25 Iee Sarl Low-cost complex impedance measurement circuit for guardsense capacitive sensors operated in loading mode
US9582128B2 (en) 2014-12-23 2017-02-28 Synaptics Incorporated Resonator circuit for a modulated power supply
US10175827B2 (en) 2014-12-23 2019-01-08 Synaptics Incorporated Detecting an active pen using a capacitive sensing device
US10191597B2 (en) 2015-06-30 2019-01-29 Synaptics Incorporated Modulating a reference voltage to preform capacitive sensing
US10990148B2 (en) 2015-01-05 2021-04-27 Synaptics Incorporated Central receiver for performing capacitive sensing
US9939972B2 (en) 2015-04-06 2018-04-10 Synaptics Incorporated Matrix sensor with via routing
US9715297B2 (en) 2015-06-30 2017-07-25 Synaptics Incorporated Flexible display and touch driver IC architecture
US9715304B2 (en) 2015-06-30 2017-07-25 Synaptics Incorporated Regular via pattern for sensor-based input device
US10095948B2 (en) 2015-06-30 2018-10-09 Synaptics Incorporated Modulation scheme for fingerprint sensing
US9720541B2 (en) 2015-06-30 2017-08-01 Synaptics Incorporated Arrangement of sensor pads and display driver pads for input device
DE102015112444A1 (de) * 2015-07-30 2017-02-02 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Bedieneinrichtung für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betrieb einer solchen Bedieneinrichtung
TW201723784A (zh) * 2015-09-04 2017-07-01 Sony Corp 輸入裝置、感測器、電氣機器及檢測方法
US10037112B2 (en) 2015-09-30 2018-07-31 Synaptics Incorporated Sensing an active device'S transmission using timing interleaved with display updates
US10025428B2 (en) 2015-11-19 2018-07-17 Synaptics Incorporated Method and apparatus for improving capacitive sensing detection
US10067587B2 (en) 2015-12-29 2018-09-04 Synaptics Incorporated Routing conductors in an integrated display device and sensing device
US10719177B2 (en) 2016-06-21 2020-07-21 Atmel Corporation Excitation voltages for touch sensors
US10216322B2 (en) 2017-02-01 2019-02-26 Nxp Usa, Inc. Capacitive touch sense unit computation power reduction using keypad electrodes crosstalk
US10930730B2 (en) * 2017-07-18 2021-02-23 Qualcomm Incorporated Enhanced active and passive devices for radio frequency (RF) process and design technology
US10969422B2 (en) 2018-05-16 2021-04-06 International Business Machines Corporation Guard ring monitor
CN114585995B (zh) * 2020-09-10 2024-03-05 京东方科技集团股份有限公司 显示装置、触控面板及其制造方法
FR3123525B1 (fr) * 2021-05-25 2023-04-14 Vitesco Technologies Capteur de proximité capacitif
DE102022131313A1 (de) * 2022-11-28 2024-05-29 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Sensorvorrichtung und Verfahren zur kapazitiven Berührungsdetektion

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070075710A1 (en) 2005-06-03 2007-04-05 Kirk Hargreaves Methods and systems for detecting a capacitance using sigma-delta measurement techniques
US20100181180A1 (en) 2009-01-16 2010-07-22 Microchip Technology Incorporated Capacitive touch sensing using an internal capacitor of an analog-to-digital converter (adc) and a voltage reference

Family Cites Families (82)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DK101900C (da) 1961-12-30 1965-06-08 Danske Securitas As Elektrisk alarmanlæg, fortrinsvis til brandalarmering.
SE402660B (sv) 1970-11-12 1978-07-10 Securitas Int Ab Brandalarmanleggning
GB1598821A (en) 1978-04-13 1981-09-23 Plessey Co Ltd Ionization detectors
US4213047A (en) 1978-10-25 1980-07-15 General Signal Corporation Smoke detector having unipolar ionization chamber
US4401978A (en) 1979-02-21 1983-08-30 The Gamewell Corporation Combination detector
US4260984A (en) 1979-03-17 1981-04-07 Hochiki Corporation Count discriminating fire detector
US4222045A (en) 1979-05-04 1980-09-09 Firetek Corporation Capacitive shift fire detection device
US4266220A (en) 1979-07-27 1981-05-05 Malinowski William J Self-calibrating smoke detector and method
FR2473201A1 (fr) 1980-01-02 1981-07-10 Gamma Electronic Detecteur de fumees capacitif a faible source d'ionisation
FR2523309A1 (fr) 1982-03-09 1983-09-16 Hugon Emile Nouveau detecteur de fumees capacitif a modules interchangeables
CH666135A5 (de) 1982-12-03 1988-06-30 Slm Investissements S A Brandmelder.
US4538137A (en) 1983-01-20 1985-08-27 Nittan Company, Limited Fire detector
JPS60186994A (ja) 1984-03-05 1985-09-24 ホーチキ株式会社 火災感知器
NL8401173A (nl) 1984-04-12 1985-11-01 Philips Nv Vlambeveiligingsschakeling.
JPS6345666A (ja) * 1987-08-10 1988-02-26 Hitachi Ltd デイジタル制御システム
CH681932A5 (ko) 1990-12-04 1993-06-15 Cerberus Ag
US5173683A (en) 1991-04-22 1992-12-22 Simplex Time Recorder Co. Apparatus and method for multiplexing multiple data and analog values in a peripheral device
US5422807A (en) 1992-08-31 1995-06-06 Microchip Technology Incorporated Microcontroller with improved A/D conversion
CN1087739A (zh) 1993-11-26 1994-06-08 陆基 能可靠发现失效的离子感烟探测器
AU2297495A (en) 1994-04-19 1995-11-10 Gas Research Institute Breakdown voltage measurement apparatus and method
CA2170561C (en) 1996-02-28 2001-01-30 Raymond Wood Gas, fire and earthquake detector
US5705988A (en) 1996-07-08 1998-01-06 Detection Systems, Inc. Photoelectric smoke detector with count based A/D and D/A converter
US5966078A (en) 1997-02-19 1999-10-12 Ranco Inc. Battery saving circuit for a dangerous condition warning device
JP2000278131A (ja) * 1999-03-26 2000-10-06 Keihin Corp アナログ／ディジタル変換装置
US6257049B1 (en) 1999-08-31 2001-07-10 Lucent Technologies, Inc. Ambient humidity measurement using microwaves
JP2001223586A (ja) * 2000-02-08 2001-08-17 Denso Corp 多チャンネルａ／ｄ変換方法及び装置
US6981090B1 (en) 2000-10-26 2005-12-27 Cypress Semiconductor Corporation Multiple use of microcontroller pad
US6591674B2 (en) 2000-12-21 2003-07-15 Honeywell International Inc. System for sensing the motion or pressure of a fluid, the system having dimensions less than 1.5 inches, a metal lead frame with a coefficient of thermal expansion that is less than that of the body, or two rtds and a heat source
US6469623B2 (en) 2001-01-26 2002-10-22 Gentex Corporation Smoke detector maintenance and verification tool
US6509758B2 (en) 2001-04-18 2003-01-21 Cygnal Integrated Products, Inc. IC with digital and analog circuits and mixed signal I/O pins
US6433712B1 (en) 2001-07-25 2002-08-13 Texas Instruments Incorporated Offset error compensation of input signals in analog-to-digital converter
US7333129B2 (en) 2001-09-21 2008-02-19 Rosemount Aerospace Inc. Fire detection system
US7030766B2 (en) 2003-06-18 2006-04-18 Edwards Systems Technology, Inc. Ambient condition detector with multi-function test
US7129847B2 (en) 2003-08-06 2006-10-31 Edwards Systems Technology, Inc. Detector with dust filter and airflow monitor
DE10357371A1 (de) 2003-12-09 2005-07-07 E.T.R. Elektronik Technologie Rump Gmbh Apparat und physikalisches Verfahren zur Detektion von Bränden und Brandgasen
DE502005009411D1 (de) 2005-05-06 2010-05-27 Siemens Building Tech Ag Verfahren und Vorrichtung zur Flammenüberwachung
US7733234B2 (en) 2005-05-16 2010-06-08 Tony Chavers Montgomery Microprocessor operated, portable early fire detection and prevention device
KR101340860B1 (ko) * 2005-06-03 2013-12-13 시냅틱스, 인코포레이티드 시그마 델타 측정 기술들을 사용하여 캐패시턴스를검출하기 위한 방법들 및 시스템
CN101213461B (zh) * 2005-06-03 2013-01-02 辛纳普蒂克斯公司 使用sigma-delta测量技术检测电容的方法和系统
US7161512B1 (en) 2005-06-16 2007-01-09 Qualcomm Inc. Gain error correction in an analog-to-digital converter
KR100713841B1 (ko) * 2005-09-30 2007-05-04 싱클레어 월드와이드 인코포레이티드 포집봉투를 구비한 문서 세단기
US7307485B1 (en) 2005-11-14 2007-12-11 Cypress Semiconductor Corporation Capacitance sensor using relaxation oscillators
US8067948B2 (en) 2006-03-27 2011-11-29 Cypress Semiconductor Corporation Input/output multiplexer bus
US20080079148A1 (en) * 2006-09-30 2008-04-03 Silicon Laboratories Inc. Package for mixed signal mcu with minimal pin count
US8547114B2 (en) 2006-11-14 2013-10-01 Cypress Semiconductor Corporation Capacitance to code converter with sigma-delta modulator
US7460441B2 (en) 2007-01-12 2008-12-02 Microchip Technology Incorporated Measuring a long time period
JP4980101B2 (ja) 2007-03-08 2012-07-18 能美防災株式会社 煙感知器
US8065545B2 (en) 2007-05-03 2011-11-22 Microchip Technology Incorporated Interrupt/wake-up of an electronic device in a low power sleep mode when detecting a sensor or frequency source activated frequency change
ATE449967T1 (de) 2007-12-10 2009-12-15 Mtronix Prec Measuring Instr G Vorrichtung und verfahren zur erzeugung eines definierten ladungspulses zur ausführung einer teilentladungsmessung
US8143584B2 (en) 2008-02-04 2012-03-27 Radon Technologies, Inc. Radon monitor
WO2009108334A2 (en) 2008-02-28 2009-09-03 New York University Method and apparatus for providing input to a processor, and a sensor pad
US9367179B2 (en) * 2008-05-27 2016-06-14 Microchip Technology Incorporated Capacitive voltage divider touch sensor
US7764213B2 (en) 2008-07-01 2010-07-27 Microchip Technology Incorporated Current-time digital-to-analog converter
US8592697B2 (en) 2008-09-10 2013-11-26 Apple Inc. Single-chip multi-stimulus sensor controller
US8237667B2 (en) 2008-09-10 2012-08-07 Apple Inc. Phase compensation for multi-stimulus controller
EP2177880A1 (en) * 2008-10-16 2010-04-21 Dialog Imaging Systems GmbH Distance measurement with capacitive sensor
US8497690B2 (en) 2008-10-27 2013-07-30 Microchip Technology Incorporated Automated capacitive touch scan
WO2010069353A1 (de) 2008-12-19 2010-06-24 Minimax Gmbh & Co. Kg Verfahren und vorrichtung zur früherkennung von bränden
US7982471B2 (en) 2009-03-16 2011-07-19 Texas Instruments Incorporated Capacitance measurement system and method
US8487655B1 (en) * 2009-05-05 2013-07-16 Cypress Semiconductor Corporation Combined analog architecture and functionality in a mixed-signal array
US8358285B2 (en) 2009-05-06 2013-01-22 Silicon Laboratories Inc. Method and apparatus for scanning a touchscreen with multi-touch detection using master/slave devices
CN102422263B (zh) 2009-05-07 2016-03-30 赛普拉斯半导体公司 开发、编程和除错环境
US20120005693A1 (en) 2010-01-08 2012-01-05 Cypress Semiconductor Corporation Development, Programming, and Debugging Environment
WO2010129071A1 (en) 2009-05-08 2010-11-11 Computer Performance, Inc. Reduced parts count isolated ac current switching and sensing
US8981754B1 (en) 2009-05-10 2015-03-17 Cypress Semiconductor Corporation Programmable reference signal selection
DE102009030495A1 (de) 2009-06-24 2011-01-05 Ident Technology Ag System zur Näherungs- und Gestendetektion
US8723833B2 (en) 2009-07-13 2014-05-13 Microchip Technology Incorporated Capacitive touch system with noise immunity
US8547135B1 (en) * 2009-08-28 2013-10-01 Cypress Semiconductor Corporation Self-modulated voltage reference
US8031094B2 (en) 2009-09-11 2011-10-04 Apple Inc. Touch controller with improved analog front end
CN102063774B (zh) 2009-11-17 2013-03-20 无锡华润矽科微电子有限公司 一种感烟报警电路
JP5008712B2 (ja) 2009-12-10 2012-08-22 能美防災株式会社 光電式煙感知器
US8456243B2 (en) 2010-03-26 2013-06-04 Microchip Technology Incorporated Failsafe oscillator monitor and alarm
US8542215B2 (en) 2010-04-30 2013-09-24 Microchip Technology Incorporated Mutual capacitance measurement in a multi-touch input device
US8599155B2 (en) 2010-04-30 2013-12-03 Microchip Technology Incorporated Touch sense using time domain reflectometry
TW201218644A (en) 2010-10-26 2012-05-01 Ping-Ying Wang Voltage converter
US8847802B2 (en) 2011-10-06 2014-09-30 Microchip Technology Incorporated Microcontroller ADC with a variable sample and hold capacitor
US9467141B2 (en) * 2011-10-07 2016-10-11 Microchip Technology Incorporated Measuring capacitance of a capacitive sensor with a microcontroller having an analog output for driving a guard ring
US9252769B2 (en) * 2011-10-07 2016-02-02 Microchip Technology Incorporated Microcontroller with optimized ADC controller
US8890050B2 (en) 2011-11-21 2014-11-18 Tyco Electronics Corporation Photosensor circuits including a regulated power supply comprising a power circuit configured to provide a regulated power signal to a comparator of a pulse-width modulator
US8640081B2 (en) 2012-05-07 2014-01-28 Cypress Semiconductor Corporation Graphical user interface for display of system resistance
EP2672393A1 (en) * 2012-06-04 2013-12-11 Dialog Semiconductor B.V. Circuit and methods to use an audio interface to program a device within an audio stream
US8884771B2 (en) 2012-08-01 2014-11-11 Microchip Technology Incorporated Smoke detection using change in permittivity of capacitor air dielectric

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070075710A1 (en) 2005-06-03 2007-04-05 Kirk Hargreaves Methods and systems for detecting a capacitance using sigma-delta measurement techniques
US20100181180A1 (en) 2009-01-16 2010-07-22 Microchip Technology Incorporated Capacitive touch sensing using an internal capacitor of an analog-to-digital converter (adc) and a voltage reference

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015502675A (ja) 2015-01-22
JP6504818B2 (ja) 2019-04-24
CN103959651A (zh) 2014-07-30
TWI585369B (zh) 2017-06-01
TW201326758A (zh) 2013-07-01
CN103959651B (zh) 2017-05-31
WO2013052618A1 (en) 2013-04-11
JP2017200229A (ja) 2017-11-02
EP2764619B1 (en) 2020-01-01
KR20140079809A (ko) 2014-06-27
US9257980B2 (en) 2016-02-09
EP2764619A1 (en) 2014-08-13
US20130088372A1 (en) 2013-04-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101948667B1 (ko) 가드 링 구동을 위한 디지털 출력들을 갖는 마이크로컨트롤러를 구비한 용량형 센서의 용량 측정
KR101944938B1 (ko) 최적화된 adc 제어기를 구비하는 마이크로컨트롤러
KR101948664B1 (ko) 가드 링 구동을 위한 아날로그 출력을 갖는 마이크로컨트롤러에 의한 용량형 센서의 용량 측정
JP6628766B2 (ja) 可変サンプルホールドキャパシタを有するマイクロコントローラａｄｃ
KR101981197B1 (ko) 시퀀서 구동 아날로그 디지털 변환기를 구비한 마이크로컨트롤러

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant