KR102181852B1 - 노이즈 내성을 강화시킨 정전용량 측정 장치 - Google Patents

노이즈 내성을 강화시킨 정전용량 측정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 노이즈 내성이 강화된 정전용량 측정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 외부로부터의 터치 신호에 따른 제l터치검출신호(TCLK)를 생성하는 터치신호검출부 및 상기 터치신호검출부로부터의 상기 제1터치검출신호(TCLK)를 샘플링하여 데이터화시키는 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 웨이퍼 상의 누설 전류에 의한 노이즈를 제거하고, 정전용량 충전에 사용되는 전력원의 충전전류를 증가시켜 더욱 안정적으로 정전용량을 측정하는 노이즈 내성을 강화시킨 정전용량 측정장치에 관한 것이다.

Description

노이즈 내성을 강화시킨 정전용량 측정 장치{Capacitance detecting device with enhanced noise immunity}
본 발명은 정전용량 측정장치 및 그를 이용한 노이즈 제거 방법에 관한 것으로, 터치신호검출부와 데이터제어부를 분리함으로써 노이즈 내성을 강화시킨 정전용량 측정장치에 관한 것이다.
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 입계값의 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.
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.
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(GNO)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.
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 2 의 충전1, 2구간 동안의 시간을 측정하는 timer의 제어 신호로 사용 된다.
그러나, 상기와 같은 종래의 기술은 충전 시에 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.
한국등록특허공보 제10-1343821호(2013.12.16)
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.
본 발명이 해결하려는 과제는 전술한 과제로 제한되지 아니하며, 언급되지 아니한 또 다른 기술적 과제들은 후술할 내용으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은, 터치패드의 정전용량을 측정하기 위한 회로로 이루어진 정전용량 측정장치에 있어서, 외부로부터의 터치 신호에 따른 제1터치검출신호(TCLK)를 생성하는 터치신호검출부; 및 상기 터치신호검출부로부터의 상기 제1터치검출신호(TCLK)를 샘플링하여 노이즈가 제거된 정전용량을 측정하는 데이터제어부;를 포함하며, 상기 터치신호검출부는, 외부로부터의 터치신호를 인가받는 터치패드; 상기 터치패드에 전류를 공급하는 클럭제어전류공급부; 상기 터치패드에 임계값 이상의 터치신호가 인가되면 상기 클럭제어전류공급부로부터의 전류를 공급받아 충방전을 수행하는 터치캐퍼시터; 및 상기 터치캐퍼시터의 충방전에 따른 전압을 기준전압과 비교하여 제1터치검출신호(TCLK)를 생성하는 제1비교기;를 포함하고, 상기 데이터제어부는, 상기 제1터치검출신호(TCLK)를 인가받아 상기 터치캐퍼시터의 충방전을 모의하는 샘플링제어부; 및 상기 샘플링제어부로부터 샘플링된 제2충방전사이클(Nch)에 제2검출신호(count clock)를 인가받아 정전용량을 측정하는 디지털제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 샘플링제어부는, 상기 제l터치검출신호(TCLK)에 따른 제1충방전사이클(Np)을 축적하여 상기 제2충방전사이클(Nch)을 생성하는 차지펌프회로부; 상기 차지펌프회로부에 정전류를 공급하는 정전류 공급부; 상기 제2충방전사이클(Nch)에 따른 충전전압을 기준전압과 비교하여 상기 제2검출신호(count clock)를 생성하는 제2비교기; 및 상기 제2비교기에 기준전압을 공급하기 위한 기준전압 발생부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 샘플링제어부는, 상기 제1터치검출신호(TCLK)가 상기 차지펌프회로부에 인가되기 전, 상기 제1터치검출신호(TCLK)의 최소 및 최대 출력 구간을 설정하여, 상승 노이즈가 발생할 때에는 상기 제1터치검출신호(TCLK)를 증가시켜 출력하고, 하강 노이즈가 발생할 때에는 상기 제1터치검출신호(TCLK)를 감소시켜 출력함으로써 노이즈가 제거된 검출신호(NC_TCLK)를 생성할 수 있는 노이즈 제거 및 보상 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 노이즈 내성을 강화시킨 정전용량 측정 장치는 신체와 전극간에 형성되는 정전용량을 측정하는 터치 검출부와 발생되는 신호를 샘플링을 통하여 디지털화하는 데이터제어부를 분리하여 반도체 내부의 기생전류 및 실리콘 웨이퍼상의 누설 전류에 의한 노이즈를 제거할 수 있으며, 터치검출부 및 데이터제어부가 분리되어 형성됨에 따라 정전용량 충전에 사용되는 전력원의 충전전류가 증가되어 정전용량 측정 시에 노이즈 내성이 강화되는 효과가 있다.
또한, 터치신호검출부 및 데이터제어부는 각기 독립된 회로로 분리되어 서로 다른 전원을 공급 받을 수 있으며, 데이터제어부에 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 효과가 있다.
이에 더하여, 터치신호검출부와 데이터제어부를 분리하여 형성한 본 발명의 정전용량 측정 장치를 전자제품(휴대폰, TV, 세탁기, 에어컨, 전자레인지 등)에 적용하게 되면, 데이터제어부의 처리신호가 터치신호검출부에 발생하는 노이즈의 추가적인 간섭을 받지 않음과 동시에, 외부의 노이즈신호에 대한 영향 및 터치센서 반도체 내부의 기생전류에 의한 영향에 의해 터치캐퍼시터의 충전을 위한 전압이 증가 또는 감소되어, 터치캐퍼시터의 충방전에 걸리는 시간이 증가 또는 감소하게 될 경우, 노이즈 제거 및 보상 제어부에서 상승 노이즈가 발생할 때에는 제1터치검출신호(TCLK)를 증가시켜 출력하고, 하강 노이즈가 발생할 때에는 제1터치검출신호(TCLK)를 감소시켜 출력함으로써 노이즈가 제거된 검출신호(NC_TCLK)를 생성할 수 있으며, 차지펌프회로부가 노이즈가 제거된 검출신호(NC_TCLK)에 따른 제1충방전사이클(Np)을 축적하여 제2충방전사이클(Nch)을 생성하고, 제2비교기를 통하여 제2충방전사이클(Nch)에 따른 제2검출신호(count clock)를 생성하여, 디지털제어부가 제2검출신호(count clock)를 판단하여 정확하게 정전용량을 측정함으로써, 사용자의 터치 유무를 정확하게 판단하여 전자제품의 터치 정확도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 정전용량 측정장치의 구성도.
도 2는 도 1 에 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.
본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명하되, 이미 주지되어진 기술적 부분에 대해서는 설명의 간결함을 위해 생략하거나 압축하기로 한다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
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.
상기 터치신호검출부(100)는 외부로부터의 터치신호를 검출하기 위한 구성이며, 상기 데이터제어부(200)는 상기 터치신호검출부(100)로부터의 신호를 인가받아 터치패드의 정전용량을 측정하는 구성으로 도 3 에서 도시된 바와 같이, 상기 터치신호검출부(100)는 외부로부터의 터치신호를 검출하여 제1검출신호(TCLK)를 생성하고, 상기 제1검출신호(TCLK)는 디지털 형태의 데이터 신호로서, 터치유무의 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.
도 4는 상기 터치신호검출부(100) 의 구성을 도시하기 위한 구성도로서, 도 4를 참조하면, 상기 터치신호검출부(100)는 클럭제어전류공급부(110), 제1비교기 (120), 터치패드(130), 터치캐퍼시터(131)를 포함하여 구성될 수 있다.
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 제1터치검출신호(TCLK)를 생성할 수 있다.
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.
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.
상기 제1비교기(120)는 상기 터치캐퍼시터(131)의 충방전에 따른 전압을 기준전압과 비교하여 상기 제l터치검출신호(TCLK)를 생성하기 위한 구성으로, 상기 터치캐퍼시터(131)의 충방전 시간을 측정하여 상기 제1터치검출신호(TCLK)를 생성한다.
도 5는 상기 데이터제어부(200)의 구성을 도시하기 위한 구성도로서, 도 5를 참조하면, 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(220)를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 도 5를 참조하면, 상기 샘플링제어부(210)는 상기 제1터치검출신호 (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.
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)은 반도체 내부에 존재하는 기생전류 및 외부 환경에 의한 노이즈에 영향이 현저하게 감소하여, 더욱 안정적이고 정확한 정전용량을 측정할 수 있어, 터치 유무를 정확하게 판단하여 본 발명의 정전용량 측정 장치(1000)가 적용된 기기의 터치 정확도를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 샘플링제어부(210)는 상기 제1터치검출신호(TCLK)가 상기 차지펌프회로부(212)에 인가되기 전, 상기 터치신호검출부(100)에서의 노이즈에 의한 상기 제1터치검출신호(TCLK)의 노이즈를 제어 및 보상하기 위한 노이즈 제거 및 보상 제어부(211)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 노이즈 제거 및 보상 제어부(211)는 상기 제1터치검출신호(TCLK)의 최소 및 최대 출력 구간을 설정하여 상기 제1터치검출신호(TCLK)에서의 노이즈를 제거 및 보상해주기 위한 구성으로, 도 6 내지 도 7을 참조하여 상기 노이즈제거 (Noise Cancelling) 방법에 관하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 6은 도 4에 따른 정전용량 측정장치의 충방전 신호를 도시한 그래프로서, 상기 도6을 참조하면, 상기 제1터치검출신호(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.
또한, 상기 도 6의 검출 3구간은 노이즈의 간섭으로 인해 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 제1터치검출신호(TCLK)의 변화량을 나타내며, 제2구간(S2)은 하강 노이즈로 인한 제1터치검출신호(TCLK)의 변화량을 나타낸다.
도 7은 도 5에 따른 데이터제어부의 노이즈 제거 방법을 도시한 그래프로서, 상기 도 7을 참조하면, 상기 제1터치검출신호(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. 즉, 상승 노이즈가 발생할 때에는 제1터치검출신호(TCLK)를 증가시켜 출력하고, 하강 노이즈가 발생할 때에는 제1터치검출신호(TCLK)를 감소시켜 출력함으로써 노이즈가 제거된 검출신호(NC_TCLK)를 생성할 수 있다.
또한, 도 7의 검출2구간은 노이즈가 간섭하지 않는 정상 범위의 신호 구간을 기준으로 상기 제1터치검출신호(TCLK)의 최소, 최대 출력 구간(S3)을 설정하여, 상기 도 6의 제1구간(S1)에서의 상승 노이즈가 발생할 경우에는, 상기 도 7의 제3구간(S4)과 같이 상기 제1터치검출신호(TCLK)를 보상하여주며, 상기 도 6의 제2구간(S2)에서와 같이 하강 노이즈가 발생할 경우에는, 상기 도 7의 제4구간(S5)과 같이 제1터치검출신호(TCLK)를 감소시켜 출력함으로써, 상기 노이즈 제거 및 보상 제어부(211)는 상기 노이즈가 제거된 검출신호(NC_TCLK)를 생성할 수 있다.
도 8은 도 5에 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)를 생성하며, 상기 디지털제어부(220)는 상기 제2 검출신호(count clock)를 판단하여 정전용량을 측정할 수 있다. 이때, 상기 도 8의 검출 4구간의 제5구간(S6)에서와 같이 수십 개의 상기 제l터치검출신호(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. 즉, 수십 개의 제l터치검출신호(TCLK)의 노이즈를 제거하여, 노이즈가 제거된 검출신호(NC_TCLK)를 생성한 후, 노이즈가 제거된 검출신호(NC_TCLK)를 통해 제2검출신호(count clock)를 생성하기 때문에, 제2검출신호(count clock)에 간섭하는 노이즈가 현저하게 감소하여, 노이즈가 데이어제어부(200)의 데이터 처리 동작에 영향을 미치지 못하게 되는 것이다.
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 제1터치검출신호(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 간엽을 받지 않아, 더욱 안정적이고 정확한 정전용량에 따른 충방전 시간을 측정할 수 있으며, 이로 인해 전극의 정전용량의 값과 변화량도 측정이 가능한 효과가 있다.
이에 따라, 터치신호검출부(100)와 데이터제어부(200)를 분리하여 형성한 본 발명의 정전용량 측정 장치(1000)를 전자제품(휴대폰, TV, 세탁기, 에어컨, 전자레인지 등)에 적용하게 되면, 데이터제어부(200)의 처리신호가 터치신호검출부(100)에 발생하는 노이즈의 추가적인 간섭을 받지 않음과 동시에, 외부의 노이즈신호에 대한 영향 및 터치센서 반도체 내부의 기생전류에 의한 영향에 의해 터치캐퍼시터(131)의 충전을 위한 전압이 증가 또는 감소되어, 터치캐퍼시터(131)의 충방전에 걸리는 시간이 증가 또는 감소하게 될 경우, 노이즈 제거 및 보상 제어부(211)에서 상승 노이즈가 발생할 때에는 제1터치검출신호(TCLK)를 증가시켜 출력하고, 하강 노이즈가 발생할 때에는 제1터치검출신호(TCLK)를 감소시켜 출력함으로써 노이즈가 제거된 검출신호(NC_TCLK)를 생성할 수 있으며, 차지펌프회로부(212)가 노이즈가 제거된 검출신호(NC_TCLK)에 따른 제1충방전사이클(Np)을 축적하여 제2충방전사이클(Nch)을 생성하고, 제2비교기(215)를 통하여 제2충방전사이클(Nch)에 따른 제2검출신호(count clock)를 생성하여, 디지털제어부(220)가 제2검출신호(count clock)를 판단하여 정확하게 정전용량을 측정함으로써, 사용자의 터치 유무를 정확하게 판단하여 전자제품의 터치 정확도를 향상시킬 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 노이즈 내성을 강화시킨 정전용량 측정 장치는 신체와 전극간에 형성되는 정전용량을 측정하는 터치 검출부와 발생되는 신호를 샘플링을 통하여 디지털화하는 데이터제어부를 분리하여 반도체 내부의 기생전류 및 실리콘 웨이퍼상의 누설 전류에 의한 노이즈를 제거할 수 있으며, 터치검출부 및 데이터제어부가 분리되어 형성됨에 따라 정전용량 충전에 사용되는 전력원의 충전전류가 증가되어 정전용량 측정 시에 노이즈 내성이 강화되는 효과가 있다.
또한, 터치신호검출부 및 데이터제어부는 각기 독립된 회로로 분리되어 서로 다른 전원을 공급 받을 수 있으며, 데이터제어부에 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 효과가 있다.
이에 더하여, 터치신호검출부와 데이터제어부를 분리하여 형성한 본 발명의 정전용량 측정 장치를 전자제품(휴대폰, TV, 세탁기, 에어컨, 전자레인지 등)에 적용하게 되면, 데이터제어부의 처리신호가 터치신호검출부에 발생하는 노이즈의 추가적인 간섭을 받지 않음과 동시에, 외부의 노이즈신호에 대한 영향 및 터치센서 반도체 내부의 기생전류에 의한 영향에 의해 터치캐퍼시터의 충전을 위한 전압이 증가 또는 감소되어, 터치캐퍼시터의 충방전에 걸리는 시간이 증가 또는 감소하게 될 경우, 노이즈 제거 및 보상 제어부에서 상승 노이즈가 발생할 때에는 제1터치검출신호(TCLK)를 증가시켜 출력하고, 하강 노이즈가 발생할 때에는 제1터치검출신호(TCLK)를 감소시켜 출력함으로써 노이즈가 제거된 검출신호(NC_TCLK)를 생성할 수 있으며, 차지펌프회로부가 노이즈가 제거된 검출신호(NC_TCLK)에 따른 제1충방전사이클(Np)을 축적하여 제2충방전사이클(Nch)을 생성하고, 제2비교기를 통하여 제2충방전사이클(Nch)에 따른 제2검출신호(count clock)를 생성하여, 디지털제어부가 제2검출신호(count clock)를 판단하여 정확하게 정전용량을 측정함으로써, 사용자의 터치 유무를 정확하게 판단하여 전자제품의 터치 정확도를 향상시킬 수 있다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면, 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 본 발명의 특허청구 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
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 220

Claims (3)

  1. 터치패드의 정전용량을 측정하기 위한 회로로 이루어진 정전용량 측정장치에 있어서,
    외부로부터의 터치 신호에 따른 제1터치검출신호(TCLK)를 생성하는 터치신호검출부; 및
    상기 터치신호검출부로부터의 상기 제1터치검출신호(TCLK)를 샘플링하여 노이즈가 제거된 정전용량을 측정하는 데이터제어부;를 포함하며,
    상기 터치신호검출부는,
    외부로부터의 터치신호를 인가받는 터치패드;
    상기 터치패드에 전류를 공급하는 클럭제어전류공급부;
    상기 터치패드에 임계값 이상의 터치신호가 인가되면 상기 클럭제어전류공급부로부터의 전류를 공급받아 충방전을 수행하는 터치캐퍼시터; 및
    상기 터치캐퍼시터의 충방전에 따른 전압을 기준전압과 비교하여 제1터치검출신호(TCLK)를 생성하는 제1비교기;를 포함하고,
    상기 데이터제어부는,
    상기 제1터치검출신호(TCLK)를 인가받아 상기 터치캐퍼시터의 충방전을 모의하는 샘플링제어부; 및
    상기 샘플링제어부로부터 샘플링된 제2충방전사이클(Nch)에 제2검출신호(count clock)를 인가받아 정전용량을 측정하는 디지털제어부를 포함하고,
    상기 샘플링제어부는,
    상기 제1터치검출신호(TCLK)에 따른 제1충방전사이클(Np)을 축적하여 상기 제2충방전사이클(Nch)을 생성하는 차지펌프회로부;
    상기 차지펌프회로부에 정전류를 공급하는 정전류 공급부;
    상기 제2충방전사이클(Nch)에 따른 충전전압을 기준전압과 비교하여 상기 제2검출신호(count clock)를 생성하는 제2비교기; 및
    상기 제2비교기에 기준전압을 공급하기 위한 기준전압 발생부를 포함하며,
    상기 샘플링제어부는,
    상기 제1터치검출신호(TCLK)가 상기 차지펌프회로부에 인가되기 전, 상기 제1터치검출신호(TCLK)의 최소 및 최대 출력 구간을 설정하여, 상승 노이즈가 발생할 때에는 상기 제1터치검출신호(TCLK)를 증가시켜 출력하고, 하강 노이즈가 발생할 때에는 상기 제1터치검출신호(TCLK)를 감소시켜 출력함으로써 노이즈가 제거된 검출신호(NC_TCLK)를 생성할 수 있는 노이즈 제거 및 보상 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량 측정장치.
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  3. 삭제
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