KR102212811B1 - Device of front-end for reading out mutual capacitance value - Google Patents

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Abstract

상호 커패시턴스를 형성하는 커패시터의 제1단자에 AC 전압을 가해주고, 상기 커패시터의 제2단자를 제1 스위치(SP), 제2 스위치(SN)를 통해 공통노드(VCM)에 연결하는 구성을 갖는, 상호 커패시턴스 리드-아웃 장치가 공개된다.Applying an AC voltage to the first terminal of the capacitor forming mutual capacitance, and connecting the second terminal of the capacitor to the common node (V CM ) through the first switch (S P ) and the second switch (S N ). A mutual capacitance read-out device having a configuration is disclosed.

Description

상호 커패시턴스 값의 리드아웃을 위한 프론트엔드 장치{Device of front-end for reading out mutual capacitance value}Device of front-end for reading out mutual capacitance value

본 발명은 전자회로에 관한 것으로서, 상호 커패시턴스 값을 읽어내는 기술에 관한 것이다,The present invention relates to an electronic circuit, and relates to a technique for reading mutual capacitance values.

사람의 손가락과 같은 물체에 의해 주변의 커패시턴스 값이 변화할 수 있다. 이러한 커패시턴스 값의 변화를 이용하여 사람의 사용자 입력을 감지하는 기술이,예컨대 대한민국 특허공개번호 1020120011888, 1020130016390 등에 공개되어 있다.An object such as a human finger may change the capacitance value around it. Techniques for detecting a user's user input by using such a change in capacitance value are disclosed, for example, in Korean Patent Publication Nos. 1020120011888, 1020130016390, and the like.

본 발명에서는 간단하고, 작고, 고성능의 상호 커패시턴스 리드아웃 회로를 제공하고자 한다. An object of the present invention is to provide a simple, small, and high-performance mutual capacitance readout circuit.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 상호 커패시턴스 Cu를 측정하기 위하여 센서전극 커패시터(Cu)의 한 쪽에 AC 전압(VTX)를 가해주고, 다른 한 쪽에서 저항(RSHUNT)을 통해 공통노드(VCM)에 연결하는 구성을 취할 수 있다. 이때, 저항(RSHUNT)에 발생하는 수신노드(VRX)의 전압은 스위치(SP, SN)을 통해 차동 전압-전류 변환기로 연결될 수 있다. 이때,저항(RSHUNT)은 충분히 작은 값을 갖도록 할 수 있다. In order to solve the above-described problem, an AC voltage (V TX ) is applied to one side of the sensor electrode capacitor (Cu) to measure the mutual capacitance C u , and a common node (V CM ) is applied from the other side through a resistor (R SHUNT ). ), you can take the configuration. At this time, the voltage of the receiving node V RX generated in the resistor R SHUNT may be connected to the differential voltage-current converter through the switches S P and S N. At this time, the resistance R SHUNT may have a sufficiently small value.

이때, 센서전극 커패시터(Cu)를 구동노드(VTX)의 구동전압으로 구동하면 구동전압이 상승 또는 하강할 때마다, 센서전극 커패시터(Cu)를 충전/방전하는 전류가 저항(RSHUNT)을 통해 흐른다. 이 때 저항(RSHUNT)에 나타나는 작은 AC 전압 (VRX)을 스위치 SP, SN을 통해 DC로 하향변환될 수 있다. 이 때 스위치 SP, SN는 구동노드(VTX)와 동기화되어 구동될 수 있다. 이를 전압-전류로 변환기를 통해 전류로 변환하고, 이 전류를 적분기(혹은 저역통과필터 LPF)에 입력시키면 적분기 출력전압은 센서전극 커패시터(Cu)의 커패시턴스에 비례하여 나타낼 수 있다. 이 전압을 읽음으로써 센서전극 커패시터(Cu)의 커패시턴스를 측정할 수 있다.At this time, if the sensor electrode capacitor (Cu) is driven by the driving voltage of the driving node (V TX ), the current charging/discharging the sensor electrode capacitor (Cu) changes the resistance (R SHUNT ) whenever the driving voltage rises or falls. Flows through At this time, the small AC voltage (V RX ) that appears on the resistor (R SHUNT ) can be down-converted to DC through the switches S P and S N. At this time, the switches S P and S N may be driven in synchronization with the driving node V TX . When this is converted into a current through a voltage-current converter and inputted to the integrator (or low-pass filter LPF), the integrator output voltage can be expressed in proportion to the capacitance of the sensor electrode capacitor Cu. By reading this voltage, the capacitance of the sensor electrode capacitor Cu can be measured.

본 발명에 따르면, 작고, 고성능의 상호 커패시턴스 리드아웃 회로를 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a small, high-performance mutual capacitance readout circuit.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회로이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 회로이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회로이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회로이다.1 is a circuit according to an embodiment of the present invention.
2 is a circuit according to another embodiment of the present invention.
3 is a circuit according to another embodiment of the present invention.
4 is a circuit according to another embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회로이다. 도 1은 전압-전류 변환회로로 Transconductor(gm) 회로를 활용한 예를 나타낸다. 1 is a circuit according to an embodiment of the present invention. 1 shows an example in which a transconductor (gm) circuit is used as a voltage-current conversion circuit.

도 1의 실시예에서, 상호 커패시턴스 Cu를 측정하기 위하여 센서전극 커패시터(Cu)의 한 쪽에 AC 전압(VTX)를 가해주고, 다른 한 쪽에 저항(RSHUNT)을 통해 공통노드(VCM)에 연결하는 구성을 취할 수 있다. 이때, 저항(RSHUNT)에 발생하는 수신노드(VRX)의 전압은 스위치(SP, SN)을 통해 차동입력 전압-전류 변환기로 연결될 수 있다. 이때, 저항(RSHUNT)은 충분히 작은 값을 갖도록 할 수 있다. 이때, 센서전극 커패시터(Cu)를 VTX로 구동하면 구동노드(VTX)의 전압이 상승/하강할 때마다, 센서전극 커패시터(Cu)를 충전/방전하는 전류가 저항(RSHUNT)을 통해 흐른다. 이 때 저항(RSHUNT)에 나타나는 작은 AC 전압 (VRX)을 스위치 SP, SN을 통해 DC로 하향변환될 수 있다. 이 때 스위치 SP, SN는 구동노드(VTX)와 동기화되어 구동될 수 있다. 이를 차동입력 전압-전류로 변환기를 통해 전류로 변환하고, 이 전류를 적분기(혹은 저역통과필터 LPF)에 입력시키면 적분기 출력전압은 센서전극 커패시터(Cu)의 커패시턴스에 비례하여 나타낼 수 있다. 이 전압을 읽음으로써 센서전극 커패시터(Cu)의 커패시턴스를 측정할 수 있다.In the embodiment of FIG. 1, an AC voltage (V TX ) is applied to one side of the sensor electrode capacitor (Cu) to measure the mutual capacitance C u , and a common node (V CM ) is applied to the other side through a resistance (R SHUNT ). You can take the configuration to connect to it. At this time, the voltage of the receiving node V RX generated in the resistor R SHUNT may be connected to the differential input voltage-current converter through the switches S P and S N. In this case, the resistance R SHUNT may have a sufficiently small value. At this time, if the sensor electrode capacitor (Cu) is driven by V TX , the current charging/discharging the sensor electrode capacitor (C u ) increases/discharges the resistance (R SHUNT ) whenever the voltage of the driving node (V TX ) rises/falls. Flows through At this time, the small AC voltage (V RX ) that appears on the resistor (R SHUNT ) can be down-converted to DC through the switches S P and S N. At this time, the switches S P and S N may be driven in synchronization with the driving node V TX . When this is converted into a current through a differential input voltage-current converter, and this current is input to an integrator (or low-pass filter LPF), the integrator output voltage can be expressed in proportion to the capacitance of the sensor electrode capacitor Cu. By reading this voltage, the capacitance of the sensor electrode capacitor Cu can be measured.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 회로이다. 도 2는 전압-전류 변환회로로 저항을 활용한 예를 나타낸다.2 is a circuit according to another embodiment of the present invention. 2 shows an example of using a resistor as a voltage-current conversion circuit.

도 2의 실시예에서, 상호 커패시턴스 Cu를 측정하기 위하여 센서전극 커패시터(Cu)의 한 쪽에 AC 전압(VTX)를 가해주고, 다른 한 쪽에 저항(RSHUNT)을 통해 공통노드(VCM)에 연결하는 구성을 취할 수 있다. 이때, 저항(RSHUNT)에 발생하는 전압(VRX)은 스위치(SP, SN)을 통해 차동입력 전압-전류 변환기로 연결될 수 있다. 이때, 저항(RSHUNT)은 충분히 작은 값을 갖도록 할 수 있다. 이때, 센서전극 커패시터(Cu)를 구동노드(VTX)로 구동하면 VTX 전압이 상승/하강할 때마다, 센서전극 커패시터(Cu)를 충전/방전하는 전류가 저항(RSHUNT)을 통해 흐른다. 이 때 저항(RSHUNT)에 나타나는 작은 AC 전압 (VRX)을 스위치 SP, SN을 통해 DC로 하향변환될 수 있다. 이 때 스위치 SP, SN는 구동노드(VTX)와 동기화되어 구동될 수 있다. 이를 전압-전류로 변환기를 통해 전류로 변환하고, 이 전류를 적분기(혹은 저역통과필터 LPF)에 입력시키면 적분기 출력전압은 센서전극 커패시터(Cu)의 커패시턴스에 비례하여 나타낼 수 있다. 이 전압을 읽음으로써 센서전극 커패시터(Cu)의 커패시턴스를 측정할 수 있다.In the embodiment of FIG. 2, an AC voltage (V TX ) is applied to one side of the sensor electrode capacitor (Cu) to measure the mutual capacitance C u , and a common node (V CM ) is applied to the other side through a resistance (R SHUNT ). You can take the configuration to connect to it. At this time, the voltage V RX generated in the resistor R SHUNT may be connected to the differential input voltage-current converter through the switches S P and S N. In this case, the resistance R SHUNT may have a sufficiently small value. At this time, if the sensor electrode capacitor (Cu) is driven by the driving node (V TX ), the current that charges/discharges the sensor electrode capacitor (Cu) flows through the resistor (R SHUNT ) whenever the V TX voltage rises/falls. . At this time, the small AC voltage (V RX ) that appears on the resistor (R SHUNT ) can be down-converted to DC through the switches S P and S N. At this time, the switches S P and S N may be driven in synchronization with the driving node V TX . When this is converted into a current through a voltage-current converter and inputted to the integrator (or low-pass filter LPF), the integrator output voltage can be expressed in proportion to the capacitance of the sensor electrode capacitor Cu. By reading this voltage, the capacitance of the sensor electrode capacitor Cu can be measured.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회로이다. 도 3은 전압-전류 변환회로로 Switched-capacitor 회로를 활용한 예를 나타낸다.3 is a circuit according to another embodiment of the present invention. 3 shows an example of using a switched-capacitor circuit as a voltage-current conversion circuit.

도 3의 실시예에서, 상호 커패시턴스 Cu를 측정하기 위하여 센서전극 커패시터(Cu)의 한 쪽에 AC 전압(VTX)를 가해주고, 다른 한 쪽에 저항(RSHUNT)을 통해 공통노드(VCM)에 연결하는 구성을 취할 수 있다. 이때, 저항(RSHUNT)에 발생하는 전압(VRX)은 스위치(SP, SN)을 통해 차동입력 전압-전류 변환기로 연결될 수 있다. 이때, 저항(RSHUNT)은 충분히 작은 값을 갖도록 할 수 있다. 이때, 센서전극 커패시터(Cu)를 구동노드(VTX)로 구동하면 VTX 전압이 상승/하강할 때마다, 센서전극 커패시터(Cu)를 충전/방전하는 전류가 저항(RSHUNT)을 통해 흐른다. 이 때 저항(RSHUNT)에 나타나는 작은 AC 전압 (VRX)을 스위치 SP, SN을 통해 DC로 하향변환될 수 있다. 이 때 스위치 SP, SN는 구동노드(VTX)와 동기화되어 구동될 수 있다. 이를 전압-전류로 변환기를 통해 전류로 변환하고, 이 전류를 적분기(혹은 저역통과필터 LPF)에 입력시키면 적분기 출력전압은 센서전극 커패시터(Cu)의 커패시턴스에 비례하여 나타낼 수 있다. 이 전압을 읽음으로써 센서전극 커패시터(Cu)의 커패시턴스를 측정할 수 있다.In the embodiment of FIG. 3, an AC voltage (V TX ) is applied to one side of the sensor electrode capacitor (Cu) to measure the mutual capacitance C u , and a common node (V CM ) is applied to the other side through a resistance (R SHUNT ). You can take the configuration to connect to it. At this time, the voltage V RX generated in the resistor R SHUNT may be connected to the differential input voltage-current converter through the switches S P and S N. In this case, the resistance R SHUNT may have a sufficiently small value. At this time, if the sensor electrode capacitor (Cu) is driven by the driving node (V TX ), the current that charges/discharges the sensor electrode capacitor (Cu) flows through the resistor (R SHUNT ) whenever the V TX voltage rises/falls. . At this time, the small AC voltage (V RX ) that appears on the resistor (R SHUNT ) can be down-converted to DC through the switches S P and S N. At this time, the switches S P and S N may be driven in synchronization with the driving node V TX . When this is converted into a current through a voltage-current converter and inputted to the integrator (or low-pass filter LPF), the integrator output voltage can be expressed in proportion to the capacitance of the sensor electrode capacitor Cu. By reading this voltage, the capacitance of the sensor electrode capacitor Cu can be measured.

도 4의 (a)는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회로인다.4A is a circuit according to another embodiment of the present invention.

도 4의 (b)는 도 4의 (a)의 회로의 구동노드(VTX)에서의 논리값, 또는 전압값과 스위치(SP, SN)의 온/오프 상태, 수신노드(VRP), 공통노드(VCM), 출력노드(VINT)에서의 시간에 따른 전압값을 나타내는 그래프이다.4(b) is a logic value or voltage value at the driving node (V TX ) of the circuit of FIG. 4(a) and the on/off state of the switches (S P , S N ), and the receiving node (V RP ). ), common node (V CM ), output node (V INT ).

도 4의 실시예에서, 상호 커패시턴스 Cu를 측정하기 위하여 센서전극 커패시터(Cu)의 한 쪽에 AC 전압(VTX)를 가해주고, 다른 한 쪽에 저항(RSHUNT)을 통해 공통노드(VCM)에 연결하는 구성을 취할 수 있다. 이때, 저항(RSHUNT)에 발생하는 전압(VRX)은 스위치(SP, SN)을 통해 차동입력 전압-전류 변환기로 연결될 수 있다. 이때, 저항(RSHUNT)은 충분히 작은 값을 갖도록 할 수 있다. 이때, 센서전극 커패시터(Cu)를 구동노드(VTX)로 구동하면 구동노드(VTX)의 전압이 상승/하강할 때마다, 센서전극 커패시터(Cu)를 충전/방전하는 전류가 저항(RSHUNT)을 통해 흐른다. 이 때 저항(RSHUNT)에 나타나는 작은 AC 전압 (VRX)을 스위치 SP, SN을 통해 DC로 하향변환될 수 있다. 이 때 스위치 SP, SN는 구동노드(VTX)와 동기화되어 구동될 수 있다. 이를 차동 전압-전류로 변환기를 통해 전류로 변환하고, 이 전류를 적분기(혹은 저역통과필터 LPF)에 입력시키면 적분기 출력전압은 센서전극 커패시터(Cu)의 커패시턴스에 비례하여 나타낼 수 있다. 이 전압을 읽음으로써 센서전극 커패시터(Cu)의 커패시턴스를 측정할 수 있다.In the embodiment of FIG. 4, an AC voltage (V TX ) is applied to one side of the sensor electrode capacitor (Cu) to measure the mutual capacitance C u , and a common node (V CM ) is applied to the other side through a resistor (R SHUNT ). You can take the configuration to connect to it. At this time, the voltage V RX generated in the resistor R SHUNT may be connected to the differential input voltage-current converter through the switches S P and S N. In this case, the resistance R SHUNT may have a sufficiently small value. At this time, if the sensor electrode capacitor (Cu) is driven by the driving node (V TX ), whenever the voltage of the driving node (V TX ) rises/falls, the current charging/discharging the sensor electrode capacitor (Cu) becomes the resistance (R SHUNT ) flow through. At this time, the small AC voltage (V RX ) that appears on the resistor (R SHUNT ) can be down-converted to DC through the switches S P and S N. At this time, the switches S P and S N may be driven in synchronization with the driving node V TX . When this is converted into a current through a differential voltage-current converter and inputted to the integrator (or low-pass filter LPF), the integrator output voltage can be expressed in proportion to the capacitance of the sensor electrode capacitor Cu. By reading this voltage, the capacitance of the sensor electrode capacitor Cu can be measured.

Claims (1)

AC 전압을 가해주는 구동노드(VTX), 상기 구동노드(VTX)와 제1단자가 연결되는 센서전극 커패시터(Cu), 상기 센서전극 커패시터의 제2단자와 연결되는 수신노드(VRX), 상기 수신노드(VRX)와 연결되는 적분기 및 상기 적분기에 연결되는 출력노드(VINT)를 포함하는 상호 커패시턴스 리드-아웃 장치에 있어서,
상기 수신노드(VRX)와 상기 적분기 사이에 개재되는 차동입력 전압-전류 변환기;
상기 수신노드(VRX)와 상기 차동입력 전압-전류 변환기의 양의 전극 사이에 개재된 제1스위치(SP)를 포함하는 제1스위칭회로;
상기 제1스위칭회로와 병렬로 상기 수신노드(VRX)와 상기 차동입력 전압-전류 변환기의 음의 전극사이에 개재된 제2스위치(SN)를 포함하는 제2스위칭회로; 및
상기 수신노드(VRX)에 저항(RSHUNT)을 매개로 연결되는 공통노드(VCM);를 포함하며,
상기 제1스위치(SP)와 상기 제2스위치(SN)가 교대로 연결 및 단락되면서 상기 저항(RSHUNT)에 나타나는 차동 전압(VRX_P - VRX_N)이 상기 차동입력 전압-전류 변환기를 통해 전류로 변환되고, 상기 적분기를 통해 전압으로 누적된 후, 적분기에 연결된 상기 출력노드(VINT)에서의 누적 전압을 이용하여 상기 센서전극 커패시터(Cu)의 커패시턴스를 측정하는 상호 커패시턴스 리드-아웃 장치.A driving node (V TX ) applying an AC voltage, a sensor electrode capacitor (Cu) connected to the driving node (V TX ) and the first terminal, and a receiving node (V RX ) connected to the second terminal of the sensor electrode capacitor In the mutual capacitance read-out device comprising an integrator connected to the receiving node (V RX ) and an output node (V INT ) connected to the integrator,
A differential input voltage-current converter interposed between the receiving node V RX and the integrator;
A first switching circuit including a first switch S P interposed between the receiving node V RX and a positive electrode of the differential input voltage-current converter;
A second switching circuit including a second switch S N interposed between the receiving node V RX and a negative electrode of the differential input voltage-current converter in parallel with the first switching circuit; And
Includes; a common node (V CM ) connected to the receiving node (V RX ) through a resistance (R SHUNT ), and,
As the first switch (S P ) and the second switch (S N ) are alternately connected and short-circuited, the differential voltage (V RX_P -V RX_N ) appearing in the resistor (R SHUNT ) causes the differential input voltage-to-current converter. Mutual capacitance read-out for measuring the capacitance of the sensor electrode capacitor Cu using the accumulated voltage at the output node V INT connected to the integrator after being converted to a current through the integrator and accumulated as a voltage through the integrator. Device.
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