KR101986300B1 - Capacitance detecting device with enhanced noise immunity - Google Patents

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Abstract

본 발명은 노이즈 내성이 강화된 정전용량 측정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 외부로부터의 터치 신호에 따른 제1검출신호(TCLK)를 생성하는 터치신호검출부 및 상기 터치신호검출부로부터의 상기 제1검출신호를 샘플링하여 데이터화 시키는 데이터제어부를 포함하여 구성되며, 상기 터치신호검출부 및 상기 데이터제어부가 각기 독립된 회로로 분리되어 형성됨에 따라서, 터치패드의 전극을 통해 유입되는 외부 노이즈의 영향을 차단하며, 반도체 내부의 기생전류 및 실리콘 웨이퍼상의 누설 전류에 의한 노이즈를 제거하고, 정전용량 충전에 사용되는 전력원의 충전전류를 증가시켜 더욱 안정적으로 정전용량을 측정하는 노이즈 내성을 강화시킨 정전용량 측정장치에 관한 것이다.The present invention relates to a capacitance measuring apparatus with enhanced noise immunity, and more particularly to a capacitance measuring apparatus having a touch signal detecting section for generating a first detection signal (TCLK) in accordance with a touch signal from the outside, The touch signal detecting unit and the data control unit are separated from each other by an independent circuit, so that the influence of external noise introduced through the electrodes of the touch pad is blocked, A capacitance measuring device which is improved in noise immunity which removes noise due to the parasitic current inside the semiconductor and leakage current on the silicon wafer and increases the charging current of the power source used for electrostatic charging to more stably measure the capacitance .

Description

노이즈 내성을 강화시킨 정전용량 측정 장치{Capacitance detecting device with enhanced noise immunity}[0001] The present invention relates to a capacitance measuring device,

본 발명은 정전용량 측정장치 및 그를 이용한 노이즈 제거 방법에 관한 것으로, 터치신호검출부와 데이터제어부를 분리함으로써 노이즈 내성을 강화시킨 정전용량 측정장치에 관한 것이다.The present invention relates to a capacitance measuring apparatus and a noise removing method using the same, and more particularly, to a capacitance measuring apparatus having a noise resistance enhanced by separating a touch signal detecting unit and a data controlling unit.

터치센서에서의 정전용량은 전극과 연결된 전기적 소자인 캐퍼시터(Capacitor) 와 그와 등가를 이루는 물질 또는 인체의 접촉에 의하여 결정된다. 이때, 사용자의 손가락 등의 신체의 특정 부위를 전극(PAD)에 직접 접촉을 할 경우 뿐 아니라 전극과 일정거리 근접하는 것만으로도 전극과 인체 사이에는 미세한 정전용량(Capacitance) 성분이 형성되고, 전극과 신체부위와의 거리 변화에 따라 발생하는 정전용량의 변화량을 측정하여 특정 임계값의 정전용량의 값을 설정한 후에 전극으로부터 측정된 정전용량 성분이 임계값보다 크면 스위치가 접촉된 것으로 판단하고 측정된 정전용량 성분이 임계값보다 낮은 경우는 스위치가 비 접촉된 것으로 판단한다.The capacitance of the touch sensor is determined by the contact of a material or a human body which is equivalent to a capacitor which is an electrical element connected to the electrode. At this time, not only when a specific part of the user's finger such as a finger touches the electrode PAD but also by a certain distance from the electrode, a minute capacitance component is formed between the electrode and the human body, And the body part is measured and the capacitance value of the specific threshold value is set. If the electrostatic capacitance component measured from the electrode is larger than the threshold value, it is determined that the switch is in contact with the measurement part. If the capacitance component is lower than the threshold value, it is determined that the switch is not contacted.

이때, 임계값은 터치센서의 Power On시점에서 접촉이 되지 않았을 시의 초기 측정된 값과, 주변 환경에 의해서 변화되는 값을 실험적으로 산출한 후에 그 값을 초기 측정값에 가감하여 결정하는 것이 일반적인 방식이며, 이러한 방식을 통해 반도체로 구현한 제품이 터치센서 IC이다. 현재 터치센서 IC는 기존에 각종 전자제품에 사용되던 기계적 스위치를 대신하여 이미 수많은 전자제품(휴대폰, TV, 세탁기, 에어컨, 전자레인지 등)에 적용되어 사용되고 있다.At this time, it is generally known that the threshold is determined by experimentally calculating an initial measured value when the touch sensor is not in contact at the power on point of the touch sensor and a value changed by the surrounding environment, And a touch sensor IC is a product realized by a semiconductor in this manner. Currently, touch sensor ICs have been applied to many electronic products (cell phones, TVs, washing machines, air conditioners, microwave ovens, etc.) in place of mechanical switches used in various electronic products.

이러한 터치센서 IC에서는 전극과 인체 사이에 형성된 정전용량이 불과 수 pF ~ 수십 pF정도에 불과함으로 인해서 이를 계산하기 위한 방법으로 종래에는 도 1과 도 2의 1구간에 도시된 바와 같이 전기적 스위치(SW)를 이용하여 전극(PAD)을 완전히 그라운드(GND)로 방전시킨 후에 VCC에 연결된 정전류원으로부터 전극과 인체에 의해서 생성된 정전용량의 capacitor(Ct)성분을 기준전압(Vref)까지 충전되는 데에 소요되는 시간을 고속의 클락(count clock)을 이용한 timer로 측정하여 timer의 값에 의해 정전용량의 값을 측정하였다.In this touch sensor IC, the electrostatic capacitance formed between the electrode and the human body is only a few pF to several tens of pF, which is a method for calculating this. As shown in section 1 of FIG. 1 and FIG. 2, To discharge the electrode (PAD) to the ground (GND) completely and then to charge the capacitor (Ct) component of the capacitance generated by the electrode and the human body from the constant current source connected to VCC to the reference voltage (Vref) The time required was measured by a timer using a high-speed clock (count clock), and the capacitance value was measured by the value of the timer.

이때, 비교기(Comparator)는 기준 전압과(Vref) 전극에 형성된 정전용량 성분(Ct)의 충전에 의해서 변화되는 도 1의 터치 패드 전압을 비교하는 기능을 수행하며, 그 결과인 OUT신호가 High인 구간에서는 전극을 방전하는데 사용되는 스위치를 제어하는 신호로 사용되며, Low인 구간에서는 고속 clock이 도 2의 충전 1,2구간 동안의 시간을 측정하는 timer의 제어 신호로 사용 된다.At this time, the comparator performs a function of comparing the reference voltage and the touch pad voltage of FIG. 1, which is changed by charging the capacitance component Ct formed in the (Vref) electrode, and the resulting OUT signal is High In the low period, the high-speed clock is used as a control signal of the timer for measuring the time during charging 1, 2 period of FIG. 2.

그러나, 상기와 같은 종래의 기술은 충전시에 충분한 timer의 값을 얻기 위하여 매우 작은 전류를 공급하는 전류원을 사용하여야 하며, 일반적으로 전류원으로부터 공급되는 전류의 값은 수백 pA ~ 수 uA 정도의 미세 전류를 사용한다. 이러한 경우, 일반적으로 사람의 손가락과 전극 사이에서 얻어지는 정전용량이 수 pF에서 수십 pF정도에 불과 함에 따라서, 외부의 노이즈신호에 대한 영향과 터치센서 반도체 내부의 기생전류에 의한 영향에 취약하며, 도 2의 충전 2구간에 도시된 바와 같이 충전에 소요되는 시간의 변화량이 noise성분에 의해서 증가 또는 감소되어 정확한 정전용량을 측정하는데 어려운 문제점들이 야기된다.However, in the conventional technique as described above, a current source supplying a very small current should be used in order to obtain a sufficient timer value at the time of charging. In general, the value of the current supplied from the current source is preferably several hundreds of pA to several uA Lt; / RTI > In this case, generally, the electrostatic capacity obtained between the human finger and the electrode is only a few pF to several tens pF, so that it is susceptible to the influence of the external noise signal and the parasitic current in the touch sensor semiconductor, 2, the amount of change in the time required for charging increases or decreases due to the noise component, thereby causing difficulties in measuring the accurate capacitance.

한국등록특허공보 제 10-1343821호(2013.12.16)Korean Patent Registration No. 10-1343821 (Dec. 16, 2013)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 터치센서에 있어 신체와 전극간에 형성되는 정전용량의 값이 너무 작아 전극에 형성된 캐퍼시턴스(capacitance) 성분의 충전 또는 방전 시간의 측정을 위해서 수백 pA ~ 수 uA 정도밖에 전류를 사용하지 못해 발생하는 외부에서 유입되는 noise신호에 대한 영향과 터치센서 반도체 내부의 기생전류에 의한 영향이 증가하여 충전에 소요되는 시간의 변화량을 측정하는데 더욱 효율적이며, 안정적으로 정전용량을 측정할 수 있는 노이즈 내성이 강화된 정전용량 측정장치에 관한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a touch sensor which has a capacitance value formed between a body and an electrode to be too small to measure a charging or discharging time of a capacitance component It is more efficient to measure the change of the time required for the charging due to the influence of the external noise signal generated due to the inability to use current of only several hundred pA to several uA and the influence of the parasitic current inside the touch sensor semiconductor The present invention relates to a capacitance measuring apparatus with improved noise immunity which can stably measure a capacitance.

본 발명은, 터치패드의 정전용량을 측정하기 위한 회로로 이루어진 정전용량 측정장치(1000)에 있어서, 외부로부터의 터치 신호에 따른 제1검출신호(TCLK)를 생성하는 터치신호검출부(100); 및 상기 터치신호검출부(100)로부터의 상기 제1검출신호(TCLK)를 샘플링하여 노이즈가 제거된 정전용량을 측정하는 데이터제어부(200); 를 포함하며, 상기 터치신호검출부(100) 및 상기 데이터제어부(200)는 서로 다른 전력원으로부터 전원을 공급받는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a capacitance measurement device (1000) comprising a circuit for measuring capacitance of a touch pad, comprising: a touch signal detection unit (100) for generating a first detection signal (TCLK) according to a touch signal from the outside; And a data controller 200 for sampling the first detection signal TCLK from the touch signal detector 100 to measure a noise-removed capacitance. The touch signal detecting unit 100 and the data control unit 200 are supplied with power from different power sources.

또한, 상기 터치신호 검출부(100)는 외부로부터의 터치신호를 인가받는 터치패드(130), 상기 터치패드(130)에 전류를 공급하는 클럭제어전류공급부(110), 상기 터치패드(130)에 임계값 이상의 터치신호가 인가되면 상기 클럭제어전류공급부(110)로부터의 전류를 공급받아 충방전을 수행하는 터치캐퍼시터(131) 및 상기 터치캐퍼시터(131)의 충방전에 따른 전압을 기준전압과 비교하여 제1터치검출신호(TCLK)를 생성하는 비교기(130)를 포함하는 것을 특징으로 한다.The touch signal detector 100 includes a touch pad 130 receiving an external touch signal, a clock control current supplying unit 110 supplying a current to the touch pad 130, A touch capacitor 131 that receives a current from the clock control current supply unit 110 when a touch signal equal to or greater than a threshold value is applied to the touch capacitor 131 and a capacitor for comparing the voltage of the touch capacitor 131 with a reference voltage And a comparator 130 for generating a first touch detection signal TCLK.

또한, 상기 데이터제어부(200)는 상기 제1터치검출신호(TCLK)를 인가받아 상기 터치캐퍼시터(131)의 충방전을 모의하는 샘플링제어부(210) 및 상기 샘플링제어부(210)로부터 샘플링된 제2충방전사이클(Nch)에 따른 제2검출신호(count clock)를 인가받아 정전용량을 측정하는 디지털제어부(230)를 포함하는 것을 특징으로 한다.The data controller 200 may include a sampling controller 210 receiving the first touch detection signal TCLK to simulate charging and discharging of the touch capacitor 131 and a second controller 220 receiving the second touch signal TCLK from the sampling controller 210. [ And a digital controller 230 for receiving a second count signal corresponding to the charge / discharge cycle Nch and measuring the electrostatic capacity.

또한, 상기 샘플링제어부(210)는 상기 제1검출신호(TCLK)에 따른 제1충방전사이클(Np)을 축적하여 상기 제2충방전사이클(Nch)을 생성하는 차지펌프회로부(212) 및 상기 제2충방전사이클(Nch)에 따른 충전전압을 기준전압과 비교하여 상기 제2검출신호(count clock)를 생성하는 제2비교기(215)를 포함하는 것을 특징으로 한다.The sampling control unit 210 includes a charge pump circuit unit 212 for accumulating a first charge / discharge cycle Np according to the first detection signal TCLK to generate the second charge / discharge cycle Nch, And a second comparator 215 for comparing the charge voltage according to the second charge / discharge cycle Nch with a reference voltage to generate the second count signal.

또한, 상기 샘플링제어부(210)는 상기 제1검출신호(TCLK)가 상기 차지펌프회로부(212)에 인가되기 전, 상기 제1검출신호(TCLK)의 최소 및 최대 출력 구간을 설정하여, 상기 터치신호검출부(100)에서의 노이즈에 의한 상기 제1검출신호(TCLK)를 제거 및 보상하는 노이즈 제거 및 보상 제어부(211)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The sampling control unit 210 may set the minimum and maximum output periods of the first detection signal TCLK before the first detection signal TCLK is applied to the charge pump circuit unit 212, And a noise removing and compensating controller 211 for removing and compensating for the first detection signal TCLK due to the noise in the signal detecting unit 100.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명은 신체와 전극간에 형성되는 정전용량을 측정하는 터치 검출부와 발생되는 신호를 샘플링을 통하여 디지털화하는 데이터제어부를 분리하여 반도체 내부의 기생전류 및 실리콘 웨이퍼상의 누설 전류에 의한 노이즈를 제거하고, 상기 터치검출부 및 데이터제어부가 분리되어 형성됨에 따라 정전용량 충전에 사용되는 전력원의 충전전류를 증가시켜 정전용량을 측정하는데 더욱 안정적인 노이즈 내성을 강화시킨 정전용량 측정장치에 관한 것이다.According to the present invention, the touch detection unit for measuring the electrostatic capacitance formed between the body and the electrode and the data control unit for digitizing the generated signal through sampling are separated from each other and the parasitic current in the semiconductor and the leakage current on the silicon wafer And more particularly, to a capacitance measuring apparatus for enhancing noise immunity more stable for measuring capacitance by increasing the charging current of a power source used for electrostatic capacity charging as the touch detecting unit and the data controlling unit are separately formed .

도 1은 종래의 정전용량 측정장치의 구성도.
도 2는 도 1에 따른 종래의 정전용량 측정장치의 충방전 신호를 도시한 그래프.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 정전용량 측정장치의 구성도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 터치신호검출부의 구성도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 데이터제어부의 구성도.
도 6은 도4에 따른 정전용량 측정장치의 충방전 신호를 도시한 그래프.
도 7은 도5에 따른 데이터제어부의 노이즈 제거 방법을 도시한 그래프.
도 8은 도5에 따른 샘플링제어부의 샘플링 방법을 도시한 그래프.1 is a configuration diagram of a conventional capacitance measuring apparatus.
2 is a graph showing charge / discharge signals of a conventional capacitance measuring apparatus according to FIG.
3 is a configuration diagram of a capacitance measurement apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a configuration diagram of a touch signal detecting unit according to an embodiment of the present invention;
5 is a configuration diagram of a data control unit according to an embodiment of the present invention;
6 is a graph showing charge / discharge signals of the capacitance measuring apparatus according to FIG.
7 is a graph showing a noise removal method of the data control unit according to FIG.
8 is a graph showing a sampling method of the sampling control unit according to FIG.

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the technical idea of the present invention will be described more specifically with reference to the accompanying drawings.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the technical concept of the present invention, are incorporated in and constitute a part of the specification, and are not intended to limit the scope of the present invention.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 정전용량 측정장치(1000)를 도시한 구성도로서, 도 3을 참조하면, 상기 정전용량 측정장치(1000)는 터치패드의 정전용량을 측정하기 위한 회로로 이루어질 수 있으며, 터치신호검출부(100) 및 데이터제어부(200)로 구성될 수 있다.FIG. 3 is a block diagram illustrating a capacitance measurement apparatus 1000 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, the capacitance measurement apparatus 1000 includes a circuit for measuring capacitance of a touch pad, And may include a touch signal detector 100 and a data controller 200.

상기 터치신호검출부(100)은 외부로부터의 터치신호를 검출하기 위한 구성이며, 상기 데이터제어부(200)는 상기 터치신호검출부(100)로부터의 신호를 인가받아 터치패드의 정전용량을 측정하는 구성으로 도 3에서 도시된 바와 같이, 상기 터치신호검출부(100)는 외부로부터의 터치신호를 검출하여 제1검출신호(TCLK)를 생성하고, 상기 제1검출신호(TCLK)는 디지털 형태의 데이터 신호로서, 터치 유무의 정보를 지연 시간의 변화만으로 정보를 전달하기 때문에, 상기 터치신호검출부(100)의 공급전원과 상기 데이터제어부(200)의 공급전원을 각각 다르게 분리하여 사용할 수 있는 장점이 있다. 이때, 상기 터치신호검출부(100) 및 상기 데이터제어부(200)는 각기 독립된 회로로 분리되어 서로 다른 전원을 공급 받을 수 있으며, 상기 데이터제어부(200)에 공급되는 전원은 터치패드에 인가되는 신호를 측정하기 위한 미세전류로 사용할 필요가 없어, 외부로부터의 노이즈 및 반도체 내부의 기생전류에 의한 노이즈로 인한 영향을 최소화 할 수 있는 장점이 있다. The touch signal detecting unit 100 is configured to detect a touch signal from the outside and the data control unit 200 receives a signal from the touch signal detecting unit 100 and measures the capacitance of the touch pad 3, the touch signal detecting unit 100 detects a touch signal from the outside to generate a first detection signal TCLK, and the first detection signal TCLK is a data signal of a digital form The touch signal detecting unit 100 and the data control unit 200 can be separated and used separately because the information is transmitted only by the change of the delay time. In this case, the touch signal detecting unit 100 and the data control unit 200 may be separated from each other and supplied with different power supplies. The power supplied to the data control unit 200 may be a signal applied to the touch pad There is no need to use it as a microcurrent for measurement, and there is an advantage that the influence due to noise from the outside and noise due to the parasitic current inside the semiconductor can be minimized.

도 4는 상기 터치신호검출부(100)의 구성을 도시하기 위한 구성도로서, 도 4를 참조하면, 상기 터치신호검출부(100)는 클럭제어 전류공급부(110), 제1비교기(120), 터치패드(130), 터치캐퍼시터(131)를 포함하여 구성될 수 있다.4, the touch signal detector 100 includes a clock control current supplier 110, a first comparator 120, a touch controller 130, A pad 130, and a touch capacitor 131.

상기 터치패드(130)는 외부로부터의 터치신호를 인가 받기위한 구성으로, 사용자의 신체 또는 상기 터치캐퍼시터(131)와 등가를 이루는 물질이 접촉하여 정전용량 성분이 형성될 수 있으며, 상기 터치패드(130)에 임계값 이상의 터치신호가 인가되면 상기 클럭제어전류공급부(110)로부터 공급되는 전류가 상기 터치캐퍼시터(131)에 충전되어 전압이 상승하게 된다. 이때, 상승된 전압은 상기 제1비교기(120)에서 기준전압과 비교되어 제1검출신호(TCLK)를 생성할 수 있다.The touch pad 130 is configured to receive a touch signal from the outside, and a capacitance component may be formed by a substance of the user or a material equivalent to the touch capacitor 131, 130, a current supplied from the clock control current supply unit 110 is charged in the touch capacitor 131, and the voltage of the touch capacitor 131 rises. At this time, the raised voltage may be compared with the reference voltage in the first comparator 120 to generate the first detection signal TCLK.

상기 클럭제어전류공급부(110)는 상기 터치신호검출부(100)의 회로에 전류를 공급하며, 상기 터치캐퍼시터(131)의 충방전에 따라 상기 터치캐퍼시터(131)의 충방전을 제어하기 위한 구성으로, 상기 터치패드(130)에 임계값 이상의 터치신호가 인가되어 상기 터치캐퍼시터(131)의 전압이 기준전압 이상 충전될 경우, 상기 터치캐퍼시터(131)가 방전되도록 제어하며, 상기 터치캐퍼시터(131)의 전압이 임계값 이하로 충전될 경우, 상기 터치캐패시터(131)가 충전되도록 전류를 공급하여 상기 터치캐퍼시터(131)의 충전을 제어할 수 있다.The clock control current supplying unit 110 supplies a current to the circuit of the touch signal detecting unit 100 and controls charging and discharging of the touch capacitor 131 according to charging and discharging of the touch capacitor 131 And controls the touch capacitor 131 to discharge when the touch signal of the threshold value or more is applied to the touch pad 130 and the voltage of the touch capacitor 131 is charged to the reference voltage or more. It is possible to control the charging of the touch capacitor 131 by supplying a current so that the touch capacitor 131 is charged when the voltage of the touch capacitor 131 is lower than the threshold value.

상기 터치캐퍼시터(131)는 상기 클럭제어전류공급부(110)로부터 전류를 인가 받아 충방전을 수행하며, 상기 클럭제어전류공급부(110)의 충방전은 상기 터치패드(130)에 임계값 이상의 터치신호가 인가됨에 따라 전압이 상승하여 상기 터치캐퍼시터(131)에 기준전압까지의 전압이 충전되는 구간을 충전구간 및 상기 터치캐퍼시터(131)에 충전되는 전압이 기준전압 이상 충전될 경우 방전하는 방전구간을 포함한다.The charge and discharge of the clock control current supply unit 110 is performed by applying a current to the touch pad 130 in response to a touch signal of a threshold value or more, The charging period and the discharging period for discharging when the voltage charged in the touch capacitor 131 is charged to be higher than the reference voltage, .

상기 제1비교기(120)는 상기 터치캐퍼시터(131)의 충방전에 따른 전압을 기준전압과 비교하여 상기 제1검출신호(TCLK)를 생성하기 위한 구성으로, 상기 터치캐퍼시터(131)의 충방전 시간을 측정하여 상기 제1치검출신호(TCLK)를 생성한다.The first comparator 120 is configured to generate the first detection signal TCLK by comparing a voltage of the touch capacitor 131 with a reference voltage. The first comparator 120 compares the voltage of the touch capacitor 131 with the reference voltage, And measures the time to generate the first value detection signal TCLK.

도 5는 상기 데이터제어부(200)의 구성을 도시하기 위한 구성도로서, 도 5를 참조하면, 상기 데이터제어부(200)는 상기 제1검출신호(TCLK)를 인가받아 상기 터치캐퍼시터(131)의 충방전을 모의하는 샘플링제어부(210) 및 상기 샘플링제어부(210)로부터 샘플링된 제2충방전사이클(Nch)에 따른 제2검출신호(count clock)를 인가받아 정전용량을 측정하는 디지털제어부(230)를 포함하여 구성될 수 있다.5, the data control unit 200 receives the first detection signal TCLK and outputs the first detection signal TCLK to the touch controller 131, A digital control unit 230 for measuring a capacitance by receiving a second count signal corresponding to a second charge / discharge cycle Nch sampled from the sampling control unit 210, ). ≪ / RTI >

또한, 도 5를 참조하면, 상기 샘플링제어부(210)는 상기 제1검출신호(TCLK)에 따른 상기 제1충방전사이클(Np)을 축적하여 상기 제2충방전사이클(Nch)을 생성하는 차지펌프회로부(212)와 상기 차지펌프회로부(212)에 정전류를 공급하는 정전류 공급부(213), 상기 차지펌프회로부(212)로부터의 제2충방전사이클(Nch)에 따른 전압을 기준전압과 비교하여 상기 제2검출신호(count clock)를 생성하는 제2비교기(215) 및 상기 제2비교기(215)에 기준전압을 공급하기 위한 기준전압 발생부(214)를 포함하여 구성될 수 있다.5, the sampling control unit 210 accumulates the first charge / discharge cycle Np according to the first detection signal TCLK to generate the second charge / discharge cycle Nch, A constant current supply unit 213 for supplying a constant current to the pump circuit unit 212 and the charge pump circuit unit 212 and a second charge / A second comparator 215 for generating the second count signal, and a reference voltage generator 214 for supplying a reference voltage to the second comparator 215.

또한, 상기와 같은 구성에 의한 상기 샘플링제어부(210)는 상기 터치신호검출부(100)와 분리됨으로써, 상기 터치패드(130)에 인가되는 외부노이즈 및 상기 터치신호검출부(100) 내부에 존재하는 기생전류(leakage current)에 의한 영향을 받지 않는 효과가 있으며, 이때, 상기 터치신호검출부(100)는 상기 터치패드(130)의 전극과 사용자의 신체 사이의 정전용량 성분이 수 pF ~ 수십 pF 정도에 불과함으로 이를 계산하기 위하여 수백 pA ~ 수uA 정도의 미세 전류를 사용하여야 하지만, 상기 데이터제어부(200)의 정전류 공급부(213)는 상기 터치신호검출부(100)의 클럭제어전류공급부(110)에서 공급되는 전류보다 월등히 높은 용량의 전류를 상기 차지펌프회로부(212)에 공급함으로써, 상기 차지펌프회로부(212)에서 생성하는 제2충방전사이클(Nch)는 반도체 내부에 존재하는 기생전류 및 외부 환경에 의한 노이즈에 영향이 현저하게 감소하여, 더욱 안정적이고 정확한 정전용량을 측정할 수 있다.The sampling control unit 210 configured as described above is separated from the touch signal detecting unit 100 so that the external noise applied to the touch pad 130 and the external noise applied to the touch signal detecting unit 100 The touch signal detecting unit 100 detects the capacitance component between the electrode of the touch pad 130 and the user's body by a few pF to several tens of pF The constant current supply unit 213 of the data control unit 200 is supplied with the clock control current supplied from the clock control current supply unit 110 of the touch signal detection unit 100, The second charge / discharge cycle Nch generated by the charge pump circuit portion 212 is supplied to the charge pump circuit portion 212 through a parasitic The influence on the noise due to the current and the external environment is remarkably reduced, and the more stable and accurate capacitance can be measured.

또한, 상기 샘플링제어부(210)는 상기 제1검출신호(TCLK)가 상기 차지펌프회로부(212)에 인가되기 전, 상기 터치신호검출부(100)에서의 노이즈에 의한 상기 제1검출신호(TCLK)의 노이즈를 제어 및 보상하기 위한 노이즈 제거 및 보상 제어부(211)를 더 포함하여 구성될 수 있다.The sampling control unit 210 may sense the first detection signal TCLK due to noise in the touch signal detection unit 100 before the first detection signal TCLK is applied to the charge pump circuit unit 212, And a noise cancellation and compensation controller 211 for controlling and compensating for the noise of the input signal.

상기 노이즈 제거 및 보상 제어부(211)는 상기 제1검출신호(TCLK)의 최소 및 최대 출력 구간을 설정하여, 상기 제1검출신호(TCLK)에서의 노이즈를 제거 및 보상해주기 위한 구성으로, 도 6 내지 도 7을 참조하여 상기 노이즈제거(Noise Cancelling)방법에 관하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.The noise elimination and compensation control unit 211 is configured to set the minimum and maximum output periods of the first detection signal TCLK to remove and compensate for the noise in the first detection signal TCLK. The noise canceling method will be described in more detail with reference to FIG.

도 6은 도4에 따른 정전용량 측정장치의 충방전 신호를 도시한 그래프로서, 상기 도6을 참조하면, 상기 제1검출신호(TCLK)는 상기 터치패드(130)로부터 인가되는 외부노이즈 및 반도체 내부에 존재하는 기생전류에 의한 노이즈들에 의해 상기 터치캐퍼시터(131)의 충전을 위한 전압이 증가 또는 감소되어, 상기 터치캐퍼시터의 충방전에 걸리는 시간이 증가 또는 감소하게 된다. Referring to FIG. 6, the first detection signal TCLK is a signal indicative of an external noise applied from the touch pad 130, The voltage for charging the touch capacitor 131 is increased or decreased by the noise caused by the parasitic current present therein, so that the time taken for charge / discharge of the touch capacitor is increased or decreased.

또한, 상기 도 6의 검출 3구간은 노이즈의 간섭으로인해 상기 터치캐퍼시터(131)에 인가되는 전압이 상승되는 현상을 도시하며, 검출 4구간은 노이즈의 간섭으로 인해 상기 터치캐퍼시터(131)에 인가되는 전압이 하강되는 현상을 도시하고 있다. 이때, 상기 도 6의 검출 3구간에서의 제1구간(S1)은 상승 노이즈로 인한 제1검출신호(TCLK)의 변화량을 나타내며, 제2구간(S2)은 하강 노이즈로 인한 제1검출신호(TCLK)의 변화량을 나타낸다.6 shows a phenomenon in which the voltage applied to the touch capacitor 131 is raised due to noise interference, and the detection section 4 is applied to the touch capacitor 131 due to noise interference The voltage is lowered. The first section S1 of the detection section 3 in FIG. 6 represents the amount of change of the first detection signal TCLK due to the rising noise and the second section S2 represents the variation of the first detection signal TCLK due to the falling noise. TCLK).

도 7은 도5에 따른 데이터제어부의 노이즈 제거 방법을 도시한 그래프로서, 상기 도 7을 참조하면, 상기 제1검출신호(TCLK)는 상기 노이즈 제거 및 보상 제어부(211)에 인가되어, 상승 또는 하강 노이즈로 인한 충방전 시간을 보상 또는 제거하여 출력되는 노이즈가 제거된 검출신호(NC_TCLK)를 생성한다.Referring to FIG. 7, the first detection signal TCLK is applied to the noise elimination and compensation control unit 211 to increase or decrease the noise level of the data control unit 211, Compensates or eliminates the charging / discharging time due to the falling noise, and generates the detection signal NC_TCLK from which noise is output.

또한, 도 7의 검출2구간은 노이즈가 간섭하지 않는 정상 범위의 신호 구간을 기준으로 상기 제1검출신호(TCLK)의 최소, 최대 출력 구간(S3)을 설정하여, 상기 도6의 제1구간(S1)에서의 상승 노이즈가 발생할 경우에는, 상기 도 7의 제3구간(S4)과 같이 상기 제1검출신호(TCLK)를 보상하여주며, 상기 도 6의 제2구간(S2)에서와 같이 하강 노이즈가 발생할 경우에는, 상기 도 7의 제4구간(S5)과 같이 제1검출신호(TCLK)를 감소시켜 출력함으로써, 상기 노이즈 제거 및 보상 제어부(211)는 상기 노이즈가 제거된 검출신호(NC_TCLK)를 생성할 수 있다.7, the minimum and maximum output intervals S3 of the first detection signal TCLK are set on the basis of the signal range of the normal range in which the noise does not interfere with each other, 7, the first detection signal TCLK is compensated as in the third period S4 of FIG. 7, and in the second period S2 of FIG. 6, 7, the noise removal and compensation control unit 211 outputs the noise detection cancel signal (TCLK) to the noise removal and compensation control unit 211, NC_TCLK).

도 8은 도5에 따른 상기 샘플링제어부(200)의 샘플링 방법을 도시한 그래프로서, 도 8을 참조하면, 상기 차지펌프회로부(212)는 상기 노이즈가 제거된 검출신호(NC_TCLK)에 따른 제1충방전사이클(Np)을 축적하여 상기 제2충방전사이클(Nch)을 생성하며, 상기 제2비교기(215)를 통하여 상기 제2충방전사이클(Nch)에 따른 상기 제2검출신호(count clock)을 생성하며, 상기 디지털제어부(220)는 상기 제2검출신호(count clock)을 판단하여 정전용량을 측정할 수 있다. 이때, 상기 도 8의 검출 4구간의 제 5구간(S6)에서와 같이 수십 개의 상기 제1검출신호(TCLK)로 상기 데이터제어부(200)의 정전류 공급부(213)의 전류를 제어 샘플링하기 때문에, 제2검출신호(count clock)에 간섭하는 노이즈는 현저하게 감소되어 상기 데이터제어부(200)에서의 데이터 처리 동작에 있어서 아무런 영향을 미치지 못하게 된다. 8 is a graph illustrating a sampling method of the sampling control unit 200 according to FIG. 5. Referring to FIG. 8, the charge pump circuit unit 212 calculates a first sampling signal Accumulation cycle Np to generate the second charge / discharge cycle Nch, and the second comparator 215 compares the second detection signal count clock Nch according to the second charge / And the digital controller 220 may measure the electrostatic capacity by determining the second detection signal (count clock). At this time, since the current of the constant current supply unit 213 of the data control unit 200 is controlled and sampled with several tens of the first detection signals TCLK as in the fifth period S6 of the detection 4 period of FIG. 8, The noise that interferes with the second detection signal (count clock) is significantly reduced and has no effect on the data processing operation in the data control unit 200.

상기와 같은 구성에 의해 본 발명의 일실시예에 따른 상기 정전용량 측정장치(1000)는 상기 터치신호검출부(100)와 상기 데이터제어부(200)를 분리하여 형성함으로써, 상기와 같은 상기 터치신호검출부(100)에 발생하는 노이즈를 차단하여 상기 데이터제어부(200)의 처리신호는 상기 터치신호검출부(100)에 발생하는 노이즈의 추가적인 간섭을 받지 않도록 하며, 상기 노이즈 제거 및 보상 제어부(211)를 구비함으로써, 상기 제1검출신호(TCLK)에서의 노이즈가 제거된 검출신호(NC_TCLK)를 생성하고, 상기 차지펌프회로부(212)에 상기 노이즈가 제거된 검출신호(NC_TCLK)를 인가함으로써, 상기 샘플링제어부(210)는 상기 터치패드(130)의 전극을 통해 유입되는 노이즈 및 상기 터치신호검출부(100)에서의 기생전류에 의한 노이즈의 간섭을 받지 않아, 더욱 안정적이고 정확한 정전용량에 따른 충방전 시간을 측정할 수 있으며, 이로 인해 전극의 정전용량의 값과 변화량도 측정이 가능한 효과가 있다.The capacitance measurement apparatus 1000 according to an embodiment of the present invention may be configured such that the touch signal detection unit 100 and the data control unit 200 are separately formed, The noise elimination and compensation controller 211 may be provided to prevent the noise generated in the touch signal detector 100 from being interfered with by the noise generated in the touch signal detector 100, Thereby generating a detection signal NC_TCLK from which noise has been removed from the first detection signal TCLK and applying the noise-canceled detection signal NC_TCLK to the charge pump circuit portion 212, (210) is not affected by noise introduced through the electrodes of the touch pad (130) and noise caused by the parasitic current in the touch signal detector (100) It is possible to measure the charging / discharging time according to the capacitance, and thus the value and the variation of the capacitance of the electrode can be measured.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

정전용량 측정장치 :1000
터치신호검출부 : 100 클럭제어 전류공급부 : 110
제1비교기 : 120 터치패드 : 130
터치캐퍼시터 : 131
데이터제어부 : 200 샘플링제어부 : 210
노이즈 제거 및 보상 제어부 : 211
차지펌프 회로부 : 212 정전류 공급부 : 213
기준전압 발생부 : 214 제2비교기 : 215
디지털제어부 : 220Capacitance measuring device: 1000
Touch signal detection unit: 100 Clock control current supply unit: 110
First comparator: 120 touch pad: 130
Touch capacitors: 131
Data control unit: 200 Sampling control unit: 210
Noise elimination and compensation control section: 211
Charge pump circuit section: 212 Constant current supply section: 213
Reference voltage generating section: 214 Second comparator: 215
Digital control unit: 220

Claims (5)

터치패드의 정전용량을 측정하기 위한 회로로 이루어진 정전용량 측정장치(1000)에 있어서,
외부로부터의 터치 신호에 따른 제1검출신호(TCLK)를 생성하는 터치신호검출부(100); 및
상기 터치신호검출부(100)로부터의 상기 제1검출신호(TCLK)를 샘플링하여 노이즈가 제거된 정전용량을 측정하는 데이터제어부(200);
를 포함하며,
상기 터치신호검출부(100) 및 상기 데이터제어부(200)는 서로 다른 전력원으로부터 전원을 공급받되,
상기 터치신호검출부(100)는,
외부로부터의 터치신호를 인가받는 터치패드(130),
상기 터치패드(130)에 전류를 공급하는 클럭제어전류공급부(110),
상기 터치패드(130)에 임계값 이상의 터치신호가 인가되면 상기 클럭제어전류공급부(110)로부터의 전류를 공급받아 충방전을 수행하는 터치캐퍼시터(131) 및,
상기 터치캐퍼시터(131)의 충방전에 따른 전압을 기준전압과 비교하여 제1검출신호(TCLK)를 생성하는 비교기(120)를 포함하고,
상기 데이터제어부(200)는,
상기 제1검출신호(TCLK)를 인가받아 상기 터치캐퍼시터(131)의 충방전을 모의하는 샘플링제어부(210) 및,
상기 샘플링제어부(210)로부터 샘플링된 제2충방전사이클(Nch)에 제2검출신호(count clock)를 인가받아 정전용량을 측정하는 디지털제어부(230),
를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량 측정장치.
A capacitance measuring apparatus (1000) comprising a circuit for measuring a capacitance of a touch pad,
A touch signal detector (100) for generating a first detection signal (TCLK) according to a touch signal from the outside; And
A data controller 200 for sampling the first detection signal TCLK from the touch signal detector 100 to measure noise-removed capacitance;
/ RTI >
The touch signal detector 100 and the data controller 200 receive power from different power sources,
The touch signal detector 100 detects the touch signal,
A touch pad 130 for receiving a touch signal from the outside,
A clock control current supply unit 110 for supplying a current to the touch pad 130,
A touch capacitor 131 that receives a current from the clock control current supply unit 110 and performs charge / discharge when a touch signal of a threshold value or more is applied to the touch pad 130,
And a comparator (120) for comparing the voltage of the touch capacitor (131) with a reference voltage to generate a first detection signal (TCLK)
The data control unit 200,
A sampling control unit 210 receiving the first detection signal TCLK to simulate charging / discharging of the touch capacitor 131,
A digital controller 230 for receiving a second count signal from a second charge / discharge cycle Nch sampled by the sampling controller 210 and measuring capacitance,
And a capacitance measuring device for measuring capacitance.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 샘플링제어부(210)는
상기 제1검출신호(TCLK)에 따른 제1충방전사이클(Np)을 축적하여 상기 제2충방전사이클(Nch)을 생성하는 차지펌프회로부(212) 및
상기 제2충방전사이클(Nch)에 따른 충전전압을 기준전압을 비교하여 상기 제2검출신호(count clock)를 생성하는 제2비교기(215)를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량 측정장치.
The apparatus of claim 1, wherein the sampling controller (210)
A charge pump circuit unit 212 for accumulating a first charge / discharge cycle Np according to the first detection signal TCLK to generate the second charge / discharge cycle Nch,
And a second comparator (215) for comparing the charging voltage according to the second charge / discharge cycle (Nch) with a reference voltage to generate the second detection signal (count clock).
제4항에 있어서, 상기 샘플링제어부(210)는
상기 제1검출신호(TCLK)가 상기 차지펌프회로부(212)에 인가되기 전, 상기 제1검출신호(TCLK)의 최소 및 최대 출력 구간을 설정하여, 상기 터치신호검출부(100)에서의 노이즈에 의한 상기 제1검출신호(TCLK)를 제거 및 보상하는 노이즈 제거 및 보상 제어부(211)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량 측정장치.5. The apparatus of claim 4, wherein the sampling controller (210)
The minimum and maximum output periods of the first detection signal TCLK are set before the first detection signal TCLK is applied to the charge pump circuit portion 212, Further comprising a noise removal and compensation controller (211) for removing and compensating for the first detection signal (TCLK) due to the first detection signal (TCLK).
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