KR102325699B1 - 용량형 감지에서 비접지된 전도성 오브젝트들의 아날로그 제거 - Google Patents

용량형 감지에서 비접지된 전도성 오브젝트들의 아날로그 제거 Download PDF

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Abstract

용량형 센서(150)의 자기(self) 커패시턴스 측정을 개시함으로써 용량형 센서로 터치 결정을 수행하기 위한 방법에서, 상기 용량형 센서를 포함하는 상호 커패시턴스 측정이 동시에 수행된다. 이러한 방법은 자기 커패시턴스 측정 및 상호 커패시턴스 측정이 용량형 센서에 접근하거나 접촉하는 비접지된 전도성 오브젝트들을 상위적으로 상쇄하고 용량형 센서에 접근하거나 접촉하는 접지된 오브젝트들에 대해서는 추가적으로 결합하도록 수행될 수 있다.

Description

용량형 감지에서 비접지된 전도성 오브젝트들의 아날로그 제거{ANALOG ELIMINATION OF UNGROUNDED CONDUCTIVE OBJECTS IN CAPACITIVE SENSING}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2014년 10월 24일 출원된 미국 가출원 번호 62/068,450 호의 이익을 주장하며, 상기 미국 가출원은 그 전체가 본 출원에 통합된다.
기술 분야
본 개시는 용량형 감지에 관한 것으로, 특히, 용량형 감지에서 고 유전율 오브젝트들과 같은 접지되지 않은 전도성 오브젝트들의 아날로그 제거에 관한 것이다.
용량형 터치 표면은 제대로 작동하기 위해서는 오염이 없어야 한다. 그러나 특정 환경에서 용량형 터치 감지는 표면을 오염시키고 감지 특성에 부정적인 영향을 미치는 액체나 다른 물질들에 터치 표면을 노출시킨다. 따라서, 터치 표면의 오염, 특히 터치 표면상의 물에 의한 영향을 받지 않는 용량형 터치 감지가 필요하다.
용량형 감지에서 기존의 내수성의 해결책들은, 상호 커패시턴스만을 사용하고, 시스템에 물이 유입되면 신호에 네거티브 시프트를 일으키고 핑거가 도입되면 신호에 포지티브 시프트를 일으킨다. 시스템으로부터 물이 제거될 때, 네거티브 시프트를 제거하는 것이 너무 큰 포지티브 시프트를 일으키면, 잘못된 트리거가 발생할 수 있다.
이 문제에 대한 다른 해결책들은 물과 핑거 사이의 거동(behavior)의 차이를 검출하기 위해 소프트웨어 패턴-매칭 알고리즘을 사용한다. 이로 인해 큰 오버헤드가 발생하고 반드시 거동의 모든 패턴들이 고려되는 것은 아닐 가능성이 있다.
일 실시예에 따르면, 용량형 센서로 터치 결정을 수행하기 위한 방법에서, 용량형 센서의 자기 커패시턴스 측정이 개시되고, 여기서 동시에 상기 용량형 센서를 포함하는 상호 커패시턴스 측정을 수행한다.
추가 실시예에 따르면, 상기 자기 커패시턴스 측정 동안에 상기 센서가 하이(high) 임피던스 상태로 설정된 후, 상기 상호 커패시턴스 측정을 수행하기 위해 펄스가 상기 용량형 센서에 용량형으로 결합될 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 실드(shield) 또는 가드(guard) 전극이 상기 용량형 센서에 근접하여 배치되어 용량형 커플링을 제공할 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 상기 자기 커패시턴스 측정은 용량형 분압기 측정일 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 상기 자기 커패시턴스 측정은 충전 시간 측정이다. 추가 실시예에 따르면, 상기 방법은 터치 결정을 수행하기 전에 수행되는 교정 방법을 더 포함할 수 있다. 상기 교정 방법은: 개별 자기 커패시턴스 측정을 수행하고 제 1 측정값을 저장하는 단계; 개별 상호 커패시턴스 측정을 수행하고 제 2 측정값을 저장하는 단계; 및 상기 제 1 및 제 2 측정값들로부터 스케일 계수(scale factor)를 계산하는 단계를 포함할 수 있고, 여기서 상기 터치 결정을 수행하기 위한 방법은 상기 스케일 계수를 상기 자기 커패시턴스 또는 상기 상호 커패시턴스 측정에 적용하는 것을 포함한다.
또 하나의 실시예에 따르면, 용량형 센서로 터치 결정을 수행하기 위한 방법은: 센서의 제 1 커패시터를 제 1 레벨로 충전하고 센서의 제 2 커패시터를 제 2 레벨로 충전하는 단계; 상기 센서가 하이(high) 임피던스로 설정되어 있는 동안에 제 1 및 제 2 커패시터를 병렬로 결합하고, 상기 센서와 용량형으로 결합되는 가드 센서에 펄스를 공급하는 단계; 안정화 단계 이후, 상기 병렬 결합된 커패시턴스들의 제 1 안정 전압 레벨을 결정하는 단계; 이후에 상기 제 1 커패시터를 상기 제 2 레벨로 충전하고 상기 센서의 상기 제 2 커패시터를 상기 제 1 레벨로 충전하는 단계; 상기 센서가 하이 임피던스로 설정되어 있는 동안에 제 1 및 제 2 커패시터를 병렬로 결합하는 단계 - 상기 펄스는 상기 제 1 및 제 2 커패시터들의 커플링 이후에 종료됨 -; 및 안정화 단계 이후, 상기 병렬 결합된 커패시턴스들의 제 2 안정 전압 레벨을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
추가 실시예에 따르면, 상기 제 1 레벨은 소정의 전압(VDD)일 수 있고, 상기 제 2 전압 레벨은 접지 레벨(VSS)이다. 추가 실시예에 따르면, 상기 제 2 레벨은 소정의 전압(VDD)일 수 있고, 상기 제 1 전압 레벨은 접지 레벨(VSS)이다. 추가 실시예에 따르면, 상기 펄스는 VDD의 전압 레벨을 가질 수 있고 그리고 상기 제 1 및 제 2 커패시터를 병렬로 결합할 때 시작되는 소정 시간 주기(time period)가 종료된 후 시작된다.
다른 또 하나의 실시예에 따르면, 용량형 센서로 터치 결정을 수행하기 위한 마이크로컨트롤러는, 자기 커패시턴스 측정과 상호 커패시턴스 측정을 수행하도록 구성될 수 있고 제어 유닛을 포함하는 용량형 측정 유닛을 포함할 수 있고, 상기 제어 유닛은 상기 용량형 측정 유닛과 결합된 용량형 센서의 자기 커패시턴스 측정을 개시하도록 동작 가능하고, 이와 동시에 상기 용량형 센서를 포함하는 상호 커패시턴스 측정을 수행한다.
상기 마이크로컨트롤러의 추가 실시예에 따르면, 상기 용량형 측정 유닛은 상기 자기 커패시턴스 측정 동안에 하이 임피던스 상태로 스위칭되도록 구성될 수 있고, 상기 상호 커패시턴스 측정을 수행하기 위해 펄스를 상기 용량형 센서에 용량형으로 결합시키도록 구성될 수 있다. 상기 마이크로컨트롤러의 추가 실시예에 따르면, 상기 용량형 측정 유닛은 용량형 분압기 측정 유닛을 포함한다. 상기 마이크로컨트롤러의 추가 실시예에 따르면, 상기 용량형 분압기 측정 유닛은: 외부 핀과 샘플 및 홀드 커패시터 사이에 결합되고, 그리고 외부에서 연결된 커패시터를 제 1 전압 레벨 또는 제 2 전압 레벨로 충전하거나 상기 외부에서 연결된 커패시터를 상기 샘플 및 홀드 커패시터와 병렬로 스위칭하도록 동작 가능한 제 1 스위치 유닛; 상기 샘플 및 홀드 커패시터와 결합되고, 상기 샘플 및 홀드 커패시터를 상기 제 1 전압 레벨과 상기 제 2 전압 레벨 중 어느 하나의 전압 레벨로 충전하도록 동작 가능한 제 2 스위치 유닛; 및 상기 병렬 스위칭된 커패시터들과 결합하도록 동작 가능한 아날로그-디지털 컨버터를 포함할 수 있고, 여기서 상기 제어 유닛은 상기 제 1 및 제 2 스위치 유닛을 제어하도록 구성된다. 상기 마이크로컨트롤러의 추가 실시예에 따르면, 상기 마이크로컨트롤러는 출력 포트로서 동작하도록 구성 가능한 입/출력 포트와 결합된 제 2 외부 핀을 더 포함할 수 있고, 여기서 상기 제어 유닛은 상호 커패시턴스 측정을 수행하기 위해 상기 출력 포트를 제어하도록 구성된다. 상기 마이크로컨트롤러의 추가 실시예에 따르면, 상기 용량형 측정 유닛은 충전 시간 측정 유닛을 포함할 수 있고, 여기서 상기 제어 유닛은 상기 충전 시간 측정 유닛으로 자기 커패시턴스 측정을 제어하도록 구성되고, 그리고 상기 충전 시간 측정 유닛은 용량형 센서와 연결될 수 있는 제 1 외부 핀과 연결된다. 상기 마이크로컨트롤러의 추가 실시예에 따르면, 상기 마이크로컨트롤러는 출력 포트로서 동작하도록 구성 가능한 입/출력 포트와 결합된 제 2 외부 핀을 더 포함할 수 있고, 여기서 상기 제어 유닛은 상호 커패시턴스 측정을 수행하기 위해 상기 출력 포트를 제어하도록 구성된다. 상기 마이크로컨트롤러의 추가 실시예에 따르면, 상기 제어 유닛은 터치 결정을 수행하기 전에 교정을 수행하도록 구성될 수 있고, 상기 제어 유닛은 개별 자기 커패시턴스 측정을 제어하여 제 1 측정값을 저장하고, 개별 상호 커패시턴스 측정을 제어하여 제 2 측정값을 저장하고, 여기서 상기 제어 유닛 또는 상기 마이크로컨트롤러의 프로세서는 상기 제 1 및 제 2 측정값들로부터 스케일 계수를 계산하도록 구성되고; 그리고 터치 결정을 수행하기 위해, 상기 제어 유닛은 상기 스케일 계수를 상기 자기 커패시턴스 또는 상기 상호 커패시턴스 측정에 적용하도록 구성된다. 상기 마이크로컨트롤러의 추가 실시예에 따르면, 상기 스케일 계수는 상기 자기 커패시턴스 측정 동안에 충전 레벨들을 변경하거나 또는 상기 상호 커패시턴스 측정 동안에 전압 레벨을 변경할 수 있다.
또 하나의 실시예에 따르면, 시스템은 이러한 마이크로컨트롤러를 포함할 수 있으며, 그리고 상기 제 1 외부 핀을 통해 상기 마이크로컨트롤러와 연결된 상기 용량형 센서와, 상기 제 2 외부 핀과 연결된 상기 용량형 센서에 근접하여 배치되는 실드 또는 가드 전극을 더 포함한다.
다른 또 하나의 실시예에 따르면, 용량형 센서로 터치 결정을 수행하기 위한 방법은: 용량형 센서의 자기 커패시턴스 측정을 개시하는 단계; 상기 용량형 센서를 포함하는 상호 커패시턴스 측정을 개시하는 것; 상기 자기 커패시턴스 측정과 상기 상호 커패시턴스 측정 중 어느 하나의 출력 값의 스케일링을 수행하는 것; 그리고 상기 자기 커패시턴스 측정과 상기 상호 커패시턴스 측정의 상기 출력 값들을 결합하는 것을 포함할 수 있다.
상기 방법의 추가 실시예에 따르면, 상기 방법은 상기 출력 값들을 결합하는 것이 상기 출력 값들을 가산하는(adding) 것을 포함하는 것을 더 포함할 수 있다. 상기 방법의 추가 실시예에 따르면, 실드 또는 가드 전극이 용량형 커플링을 제공하기 위해 상기 용량형 센서에 근접하여 배치될 수 있다. 상기 방법의 추가 실시예에 따르면, 상기 자기 커패시턴스 측정은 용량형 분압기 측정일 수 있다. 상기 방법의 추가 실시예에 따르면, 상기 자기 커패시턴스 측정은 충전 시간 측정일 수 있다. 상기 방법의 추가 실시예에 따르면, 상기 방법은 스케일링 계수를 결정하기 위한 교정 방법을 더 포함할 수 있고, 여기서 상기 교정 방법은 터치 결정을 수행하기 전에 수행되고, 상기 교정 방법은: 개별 자기 커패시턴스 측정을 수행하고 제 1 측정값을 저장하는 것; 개별 상호 커패시턴스 측정을 수행하고 제 2 측정값을 저장하는 것; 그리고 상기 제 1 및 제 2 측정값들로부터 스케일링 계수를 계산하는 것을 포함한다.
다른 또 하나의 실시예에 따르면, 용량형 센서로 터치 결정을 수행하기 위한 방법은 용량형 센서의 자기 커패시턴스 측정을 개시하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 자기 커패시턴스 측정과 상기 상호 커패시턴스 측정이 비접지된 전도성 오브젝트들이 상기 용량형 센서에 접근하거나 상기 용량형 센서를 터치하는 경우 상위적으로 상쇄되고, 접지된 오브젝트들이 상기 용량형 센서에 접근하거나 상기 용량형 센서를 터치하는 경우에는 가산적으로 결합되도록, 동시에 상기 용량형 센서를 포함하는 상호 커패시턴스 측정이 수행된다.
도 1 및 도 2는 자기 커패시턴스(self capacitance)를 측정하기 위한 용량형 터치 센서를 갖는 종래의 배치구조를 도시한 도면이다.
도 3은 자기 커패시턴스 측정의 관련된 타이밍도이다.
도 4 및 도 5는 센서 오염과 사용자에 의한 터치의 각각의 효과를 도시한 도면이다.
도 6은 다양한 실시예들에 따른 용량형 터치 센서에 대한 배치구조를 도시한 도면이다.
도 7a, 7b, 7c는 가드(guard) 전극 또는 실드(shield) 전극의 실시예들을 도시한 도면이다.
도 8은 도 6에 따른 배치구조를 사용하는 측정의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 관련된 타이밍도들을 도시한 도면이다.
도 10 내지 도 13은 센서 오염과 사용자에 의한 터치의 각각의 효과를 도시한 도면이다.
도 14 및 도 15는 오염이 있는 경우와 없는 경우의 자기 커패시턴스, 상호 커패시턴스 및 이들의 결합의 각각에 대한 제 1 및 제 2 측정에 대한 타이밍도를 도시한 도면이다.
도 16은 오염이 있는 경우와 없는 경우의 센서의 사용자 터치 이벤트들에 대해 처리된 출력 값의 타이밍도를 도시한 도면이다.
도 17은 서로 다른 커패시턴스 측정 시스템을 사용하는 다른 실시예들에 따른 배치구조의 예를 도시한 도면이다.
도 18은 측정 결과를 스케일링하는 효과를 도시한 도면이다.
다양한 실시예들에 따르면, 고 유전율 오브젝트들, 예를 들면 물, 세정제 및 가솔린과 같은 접지되지 않은(ungrounded) 용량형 오브젝트들에 대한 아날로그 신호 시프트를 제거하기 위해 자기 및 상호 커패시턴스들이 결합된다.
자기 커패시턴스 및 상호 커패시턴스 그 자체는 용량형 터치 시스템의 공지된 구성요소들이다. 도 1은, 터치 상태의 평가를 위해 마이크로컨트롤러(110) 또는 프론트 엔드 디바이스와 결합된 종래의 용량형 터치 센서(150)의 배치구조(100)를 도시한다. 마이크로컨트롤러(110)는 내부 샘플 및 홀드 커패시터(CADC) 및 관련된 아날로그-디지털 컨버터(ADC)(160)를 갖는다. 샘플 및 홀드 커패시터(CADC)는 외부 핀들(130 및 140)과 결합되고, 여기서 핀(140)은 접지(ground)(170)와 연결된 접지 핀일 수 있다. 도 1은 샘플 및 홀드 커패시터(CADC)를 핀(130), ADC(160)의 입력부, 기준 전압부 및 접지에 연결하기 위해 사용될 수 있는 다양한 내부 스위치들을 도시하지 않는데, 그 이유는 이들이 구현에 따라 달라질 수 있기 때문이다. 센서 패드(150)는 외부로부터 핀(130)에 연결되고, 참조 기호(CRX)로 도 1에 나타낸 바와 같이 접지(170)와의 용량형 커플링을 제공한다. 이것은 많은 애플리케이션들에서 사용자 인터페이스의 터치를 결정하는 데에 사용되는 표준 회로 모델을 나타낸다. 센서는 보드의 접지(170)에 결합된다. 마이크로컨트롤러는 핀(140)을 통해 보드의 접지(170)에 연결된다.
이 용량형 시스템은 공지의 고정 내부 커패시턴스(CADC)와 미지의 가변 외부 커패시턴스(CRX)로 이루어진다. 외부 센서(150)는 마이크로컨트롤러의 아날로그 입력부(130)에 연결된 전도성 오브젝트이고 보드의 접지(170)에 결합된다. 센서(150)는 용도에 따라 임의의 적절한 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 이 센서는 인쇄 회로 기판의 임의의 레이어(layer) 내부에 또는 임의의 유형의 적절한 기판 내부에 형성될 수 있다. 이 센서가 최상 레이어 상에 형성되어 노출되는 경우, 필요하다면 센서는 비전도성 레이어에 의해 밀봉될 수 있다.
도 2는, 센서와 마이크로컨트롤러의 접지 기준부 사이에 측정되는 커패시턴스인 "자기 커패시턴스"의 정의를 나타낸다. 센서와 보드의 접지 사이에 라인(120)으로 표시된 커플링의 양은 센서(150)의 '자기 커패시턴스'이다. 그것은 그에 근접한 오브젝트들과 같은 환경 파라미터들에 의존하고 따라서 사용자에 의한 터치를 검출하는 데에 사용될 수 있다.
도 3의 파형은 예를 들어, 많은 마이크로컨트롤러들(예를 들면, 출원인이 제조한 마이크로컨트롤러들)에서 이용 가능한 용량형 분압기(capacitive voltage divider, CVD) 스캔을 이용하여 자기-커패시턴스 측정이 수행되는 방법을 보여준다. CVD 주변 장치 및 그의 애플리케이션은 예를 들어, 본원에 참조로 통합되는 마이크로칩(Microchip)의 애플리케이션 노트 AN1478로부터 공지되어 있다. 또한 예를 들어 본원에 참조로 통합되는 마이크로칩의 애플리케이션 노트 AN1375에서 공지된 마이크로칩의 충전 시간 측정 유닛(CTMU, Charge Time Measurement Unit)과 같은 많은 다른 기술들을 사용할 수 있다. CVD 취득 방법(CVD acquisition method)은 내부 커패시턴스를 VDD로 충전하고 외부 커패시턴스를 VSS로 방전한 다음 그 2개의 커패시턴스들을 연결하여 그들의 전압들이 중간 지점으로 안정화(settle)되도록 한다. 이후 이 프로세스는 내부 커패시턴스가 VSS로 방전되고, 외부 커패시턴스를 VDD로 충전한 다음 그 두 개의 커패시턴스들을 연결하여 그들의 전압들이 중간 지점으로 안정화될 수 있도록 하면서 반복된다.
도 3은 외부 커패시턴스(CRX)(실선)와 내부 커패시턴스(CADC)(점선)에 걸친 전압들의 타이밍도들을 도시한다. 측정은 시간 t1에서 먼저 내부 커패시턴스를 VDD로 충전하고 외부 커패시턴스를 VSS로 방전함으로써 달성될 수 있다. 상술한 바와 같이, 외부 및 내부 커패시턴스들(CRX 및 CADC)에 개별적인 충전들을 가능케 하기 위해 내부 스위치들이 마이크로컨트롤러(110) 내에 제공된다. 시간 t2에서, 커패시턴스들의 충전이 중단되고, 커패시턴스(CRX 및 CADC) 둘 다는 서로 연결된다. 그것들은 외부 커패시턴스(CRX)에 대비한 내부 커패시턴스(CADC)의 크기에 기초한 전압으로 안정화되고 전압 측정은 시간 t3에서 ADC(160)에 의해 수행된다. 그 다음에 시간 t4에서 역의 충전 프로세스(reversed charging process)가 시작된다. 이제 외부 커패시턴스(CTX)는 VDD로 충전되고 내부 커패시턴스(CADC)는 VSS로 방전된다. 시간 t5에서 커패시턴스(CRX 및 CADC) 둘 다는 다시 병렬로 연결되고, 시간 t6에서의 전압 안정화(voltage settling) 이후 ADC(160)에 의해 제 2 전압 측정이 수행된다.
외부 커패시턴스(CRX)는 회로 모델에서 센서 핀(130)과 마이크로컨트롤러의 접지(170) 사이에 나타나는 커패시턴스 - 즉, 회로 모델에서의 CRX - 이다. 외부 커패시턴스(CRX)가 증가함에 따라(즉, 자기 커패시턴스가 증가함에 따라), 시간 t3에서의 제 1 안정화 지점(settling point)은 감소하고 시간 t6에서의 제 2 안정화 지점은 증가할 것이다. 따라서 안정화 지점들은 상위적으로(differentially) 시프트할 것이다. CVD 파형의 제 1 부분 동안, 센서의 자기 커패시턴스의 증가는 시간 t3에서의 최종 안정 전압(final settled voltage)을 감소시킬 것이다. CVD 파형의 제 2 부분 동안에는 센서의 자기 커패시턴스의 증가가 시간 t6에서의 최종 안정 전압을 증가시킬 것이다. 두 측정 결과 간의 차이는 터치가 발생했는지의 여부를 결정하기 위해 임계값과의 비교에 사용될 수 있다.
도 4는 물(400)과 같은 오염물이 어떻게 용량형 커플링(CFRx)을 통해 센서 내로 결합되고 용량형 커플링(CFGnd)을 통해 보드의 접지에 결합되는지를 도시한다. 이것은 CRX와 병렬을 이루는 두 개의 직렬의 커패시터들을 생성한다. CFRx는 CFGnd와 직렬이다. CFRx와 CFGnd 둘 다는 CRx와 병렬이다. CRx에 병렬 커패시턴스를 추가하면, 센서(150)와 마이크로컨트롤러의 접지(170) 사이에 나타나는 커패시턴스의 양이 증가할 것이다. 그 결과, 자기 커패시턴스는 물 때문에(with) 증가한다.
도 5는 핑거(500)가 센서(150)에 배치된 상태에서의 자기 커패시턴스 측정을 도시한다. 핑거는 2개의 커플링 경로를 갖는다: 물의 거동(behavior)과 동일한 국부적인 커플링 경로: CFRx 및 CFGnd는 직렬이고 CRx 양단에 병렬 커패시턴스를 생성한다. '장거리' 커플링 경로는 CFRx로부터 CHBM으로 및 CGndGnd로 이동한다. 이 세 개의 커패시턴스들은 직렬이며 또한 CRx 양단에 병렬 커패시턴스를 생성한다. CHBM("Human Body Model(인체 모델)")은 매우 큰 경향이 있다. 그러나 CGndGnd는 시스템에 따라 다를 것이다.
사용자가 보드의 접지로부터 완전히 분리되어 있는가? CGndGnd는 개방 회로이며, CFRx-CHBM-CGndGnd 경로의 영향은 제거된다.
실시예들:
* 사용자가 소파에 앉아 자신의 핑거 끝만을 사용하여 스크린을 터치하는 경우의 배터리-구동식 핸드폰.
* 비전도성 정면 패널을 구비한 분리된 전원 공급 액세스 패널.
사용자와 보드는 접지를 공유하고 있는가? CGndGnd는 단락 회로이고, CFRx-CHBM-CGndGnd의 효과가 최대화된다.
실시예들:
* 사용자가 쥐고 있는 배터리-구동식 핸드폰. (케이스는 휴대 전화의 접지이며 케이스는 현재 사용자의 신체와 단락되어 있다.)
* 비-분리형(non-isolated) 전원 공급 액세스 패널.
시스템이 '회색 영역(grey-zone)'에서 동작하고 있는가? CGndGnd는 CFRx-CHBM-CGndGnd 커플링 경로의 영향을 변화시킬 약간의 커패시턴스이다.
실시예들:
* 보드가 어스 접지(earth ground)에 연결되어 있지만 사용자가 하이힐을 신고 있다.
* 보드는 분리되어 있지만, 금속 정면 패널(metal front panel)과 사용자는 그것들이 가까워짐에 따라 금속 정면 패널은 사용자에 결합된다.
그 결과, 물과 마찬가지로, 핑거(500)가 회로에 추가될 때 자기 커패시턴스가 증가할 것이다. 그러나, 새로운 제 2 커플링 경로는 추가된 커패시턴스의 양을 상당히 변화시킬 수 있다. 실제로 이 효과는 시스템의 감도를 2배로 변경시킬 수 있다.
사람의 핑거(500)가 회로에 추가될 때, 핑거는 센서(150)와 보드의 접지(170)에 결합되지만, 이제는 또한 사용자의 인체 모델을 통한 어스 접지(510)로의 커플링 경로가 있고 그리고 어스 접지(510)와 보드의 접지(170) 사이에는 CGndGnd로 표시된 약간의 커플링이 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 예를 들어 도 6에 도시된 바와 같이, 예를 들어 마이크로컨트롤러(110)의 I/O 포트(210)에 의해 발생된 Tx 구동 신호가 외부 연결부(220)를 통해 회로에 추가된다. 이를 위해, 제 2 전극(250, 260, 270)이 도 7a-c에 도시된 바와 같이 제공될 수 있다. 예를 들면, 제 2 전극(270)은 예를 들어 도 7c에 도시된 바와 같이 실드(shield) 또는 가드(guard)로서 센서 전극(150)을 둘러쌀 수 있다. 그러나, 제 2 전극의 배치는 중요하지 않으며, 단지 가드 또는 실드 전극(250, 260, 270)과 보드의 접지(170) 사이에서보다 가드 또는 실드 전극(250, 260, 270)과 센서 전극(150) 사이에서 더 많은 용량형 커플링이 있음이 보장될 필요가 있다. 따라서, 일 실시예에 따르면, 실드 전극(260) 및 센서 전극(150)은 서로 다른 레이어들, 예를 들면 도 7b에 도시된 인쇄 회로 기판의 레이어들에 형성될 수 있다. 전극들의 임의의 다른 배열이 가능하다. 예를 들면, 도 7a는 센서 전극(150)을 부분적으로만 둘러싸는 실드 전극(250)을 갖는 실시예를 도시한다. 포트(210)에 의해 발생된 신호의 용량형 커플링을 위한 많은 다른 방법들이 가능하다. 도 6은 'Tx'라 불리는 마이크로컨트롤러의 출력 신호가 이제 이러한 용량형 커플링을 통해 회로에 추가되는 것을 보여준다.
게다가, 도 6은 또한 예로서, VDD와 접지 중 어느 하나를 사용하여 외부 및 내부 커패시터의 개별 충전을 가능케 하는 다양한 스위치들(610-660)을 도시한다. ADC(160)가 높은 임피던스 입력을 갖는다면, 스위치(660)는 필요하지 않을 수 있다. 요소들(670 및 680)과 이들의 기능은 도 18과 관련하여 아래에 설명될 것이다. 스위치들은 CVD 유닛과 관련된 상태 머신에 의해 자동으로 제어될 수 있다. 더 잘 개관하기 위해, 도 8 및 도 10 내지 도 13에는 스위치들이 표시되어 있지 않다.
도 8은 도면 부호 125를 사용한 "상호 커패시턴스"의 정의를 나타낸다. 도 8은 외부 연결부(220)를 통해 포트(210)에 의해 제공된 'Tx'(일명 '가드' 또는 '실드') 구동 신호와 센서(150) 간의 AC 커플링을 도시한다. CTxRx는 로우-임피던스 TX 신호와 하이-임피던스 센서(150) 간의 AC 커플링을 나타낸다. 즉, 핀(220)은 출력 핀이고 핀(130)은 입력 핀이다. Tx 신호가 이동함에 따라, Rx 센서(150)로 전하가 흘러들어갈(bleed) 것이다. TX 드라이브와 센서(150) 간의 AC 커플링의 양은 상호 커패시턴스라고 불리우며 CTxRx 또는 참조 기호 125로 표시된다.
도 9는 도 3과 유사한 방식으로 다양한 실시예들에 따른 측정 및 구동 신호들의 타이밍도를 도시한다. 특히, 도 9는 TX 신호(900)가 CVD 파형과 함께 어떻게 구동되는지를 보여준다. 측정 사이클은 시간 t1에서 도 3에 도시된 것과 같은 방식으로 시작된다. 첫 번째 안정화 단계(phase)가 시간 t2에서 시작된 후, TX 신호는 시간 t2'에서 하이로 구동된다. TX 노드(220)는 전하를 RX 센서(150)에 결합시켜 최종 안정화 지점이 이전보다 더 높게 할 것이다. 다시, 두 번째 측정은 시간 t4에서 시작되며 도 3과 유사한 역의 충전이 이루어진다. 제 2 안정화 단계가 시간 t5에서 시작된 후에, TX 신호(900)는 시간 t5'에서 로우로 구동된다. TX 노드(220)는 전하를 RX 센서(150)에 결합시켜 최종 안정화 지점이 이전보다 낮아지게 할 것이다. 상호 커패시턴스가 감소하면, TX 신호(900)에 의해 야기된 오프셋은 감소될 것이다. 그 결과는 TX 드라이브와 반대 방향에 있는 최종 안정 전압에서의 시프트일 것이다. 이것은 자기 커패시턴스가 증가할 때와 같은 방향일 것이다. 상호 커패시턴스가 증가하면, TX 신호로 인한 오프셋이 증가할 것이다. 이것은 자기 커패시턴스가 증가할 때와는 반대 방향에 있을 것이다.
구동 신호(900)는 CVD 파형과 동 위상으로 구동되지만, 센서가 높은 임피던스 입력으로 설정되고 내부 커패시턴스와 외부 커패시턴스 사이의 전압들을 안정화(settling)시킨 후에도 구동된다. 타이밍, 예를 들어 t2와 t2' 간의 차이 또는 t5와 t5' 간의 차이는 중요하지 않으며, 펄스의 상승 에지는 높은 임피던스 설정이 가능하면 언제든지 시작될 수 있다. 따라서, 펄스는, 높은 임피던스가 사용될 수 있을 만큼 일찍 발생할 수 있거나(예컨대, t2 = t2' 및 t5 = t5'), 또는, 안정화 시간(t3 및 t6)(안정화 시간(t3, t6)은 물론 시간차에 따라 펄스 충전을 위한 추가 안정화 시간을 필요로 할 수 있음)에 도달한 이후에도 발생할 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 다양한 실시예들에 따라 t2'>t2 및 t5'>t5인 짧은 시간 차가 사용될 수 있다. 나타난 바와 같이, 동일한 타이밍 요건들이 펄스(900)의 상승 및 하강 에지에 적용될 수 있다. 그러나, 타이밍이 중요하지 않기 때문에, 일부 실시예들에 따라 t2와 t2' 사이에 및 t5와 t5' 사이에 서로 다른 시간 차들이 적용될 수 있다.
CVD 파형의 제 1 부분(t1 내지 t3) 동안에는, TX 드라이브(900)는 센서에 결합되어, 최종적인 안정된 전압을 TX 커플링이 없는 경우보다도 더 높게 만들 것이다. CVD 파형의 제 2 부분(t4 내지 t6) 동안에는, TX 드라이브(900)는 센서에 결합되어, 최종 안정 전압을 TX 커플링이 없는 경우보다 더 낮게 만들 것이다. TX와 센서(150) 간의 상호 커플링(125)의 증가는 이러한 효과를 증가시킬 것이다.
다양한 실시예들에 따른 상호 커패시턴스 전하를 추가하는 원리는 도시된 용량형 분압기 측정 방법으로 한정되지 않는다. 그것은 또한, 실드/가드 전극(250, 260, 270)과 센서 전극(150) 사이의 용량형 커플링(125)을 통해 센서(150)를 충전할 수 있게 하는 높은 임피던스의 측정 결과가 존재하는 한 다른 용량형 측정들에도 적용될 수 있다. 전술한 바와 같이, 다양한 실시예들에 따른 원리들은 예를 들어, 출원인이 제조한 많은 마이크로컨트롤러들에서 이용 가능한 충전 시간 측정 유닛(charge time measurement unit; CTMU)에도 적용될 수 있다.
도 10은 다양한 실시예들에 따라, 물(1000)과 같은 오염물이 어떻게 Tx 드라이브(CTxF), 센서(CFRx) 및 보드의 접지(CFGnd)에 결합되는지를 보여준다. 물(1000)의 존재는 센서(150)로부터 멀리 그리고 물(1000) 쪽으로 일부 전하의 방향을 바꾸기(redirect) 때문에 CTxRx를 약간 감소시킨다. 보드는 CFRx가 CFGnd보다 훨씬 크도록 설계될 수 있다. 이것은 예를 들어, 간단히 접지를 센서들(150)로부터 멀리 유지함으로써 달성될 수 있다. 물(1000)이 회로에 추가될 때, 물(1000)은 TX 구동 핀(220), 센서(150) 및 보드의 접지(170)에 결합된다.
도 11은, CFRx > CFGnd이기 때문에, CTxF를 통해 이동하는 전하가 CFRx를 통해 센서(150)로 방향 전환되는 것을 보여준다. 물(1000)은 CTXRX를 감소시키고 CTXF를 통해 전하의 방향을 전환할 것이다. 실시예에 따르면, 보드는 CFRX가 CFGND보다 크게 되도록 설계되었다. 따라서 물(1000)속의 전하는 이제 CFRX로 방향 전환된다. 따라서 물(1000)은 CTXRX를 감소시키지만, 또 하나의 경로를 통해 전하의 방향을 센서(150)로 다시 전환한다. 전체적인 효과는 TX와 센서(150) 사이의 상호 커패시턴스의 증가이다.
CTxRx가 물(1000)로 인해 감소했지만, CTxF-CFRx 경로는 Tx와 Rx 간의 커플링을 전체적으로 증가시킨다. 결과적으로, 실드/가드 전극(250, 260, 270)과 센서(150) 사이의 상호 커패시턴스는 물(1000)이 회로에 추가될 때 증가한다.
CFRx < CFGnd이면, CTxF를 통해 이동하는 전하는 CFGnd를 통해 보드의 접지(170)로 방향 전환될 것이다. 이로 인해, Tx와 Rx 사이의 커플링이 감소할 것이다. 결과적으로 상호 커패시턴스가 감소할 것이다. 이것은 앞서 설명한 것과 반대의 거동이며, 접지되지 않은 용량형 오브젝트와 접지된 용량형 오브젝트를 구별할 수 있는 이 방법의 능력에 치명적인 영향을 미칠 것이다. 상호 커플링 신호의 시프트 방향의 차이는 이 방법의 적절한 응용에 필수적이다.
또한, 병렬 CFRx-CFGnd 커플링 경로 때문에 자기 커패시턴스가 증가한다는 사실을 기억해야 한다. 그 결과, 물(1000)은 자기 커패시턴스를 증가시키고 상호 커패시턴스를 증가시킨다.
도 12는, 이제 CHBM-CGndGnd 결합 경로가 있다는 것을 제외하고 물(1000)과 동일한 방식으로 회로에 결합하는 핑거(1200)를 다시 한번 보여준다. 핑거(1200)의 존재는 센서(150)로부터 멀리 그리고 핑거(1200) 쪽으로 일부 전하의 방향을 전환하기 때문에 CTxRx를 약간 감소시킨다.
사용자의 핑거(1200)가 회로에 추가될 때, 사용자의 핑거(1200)는 TX 드라이브, 센서(150) 및 보드의 접지(170)에 결합되지만, 이제는 사용자의 인체 모델을 통해 어스 접지로 결합되는 커플링 경로가 또한 존재하고, 그리고 어스 접지와 보드의 접지 사이에는 약간의 커플링이 존재한다.
도 13에 도시된 바와 같이, CGndGnd가 개방 회로가 아니면, Tx 전하는 보드의 접지(170)로 방향 전환될 것이다. CTXRX는 TX 전하의 일부가 센서로 방향 전환됨에 따라 감소한다. 그러나 물과 달리, 전하는 이제 CHBM 경로를 통과하여 아래의 보드의 접지(170)로 이동하는데 그 이유는 이 경로가 CFRX보다 더 크기 때문이다. 그 결과 핑거는 가드/실드(250, 260, 270)와 센서(150) 사이의 상호 커패시턴스를 감소시킬 것이며, 상호 커패시턴스의 감소는 물의 거동과 반대이기 때문에 좋은 것으로 간주될 수 있다. CGndGnd가 개방 회로이면, Tx 전하는 물과 같은 방식으로 거동할 것이다. CHBM 경로는 아무 효과가 없다. 그 결과 핑거(1200)는 상호 커패시턴스를 증가시키는데, 상호 커패시턴스의 증가는 물과 동일한 거동이기 때문에 열등한 것으로 간주된다.
또한, 다양한 실시예들의 일반적인 원리에 따르면, CFRx-CFGnd 경로와 CFRx-CHBM-CGndGnd 경로 때문에 자기 커패시턴스가 증가한다는 것을 기억해야 한다. 결과적으로, 물 또는 임의의 다른 접지되지 않은 오염물은 자기 커패시턴스를 증가시키고 상호 커패시턴스를 증가시키며, 핑거 또는 임의의 다른 접지된 오염물은 자기 커패시턴스를 증가시키고 상호 커패시턴스를 감소시킨다.
도 14는 동시에 3가지 방식으로 스캐닝된 동일한 센서의 신호 출력들의 타이밍도를 도시한다: 자기 커패시턴스(120)가 신호(1410)와 함께 도시되어 있다. 여기서, TX 라인은 구동되지 않으므로 AC 커플링은 존재하지 않는다. 상호 커패시턴스(125)만이 신호(1420)와 함께 도시된다. 여기서, CVD 파형의 '전하 공유(charge sharing)'는 수행되지 않지만, TX 라인은 구동된다. 이로 인해 AC 커플링만이 발생된다. 마지막으로, 신호(1430)는 도 9에 도시된 자기 커패시턴스 측정 및 상호 커패시턴스 측정 둘 다가 동시에 수행될 때의 결과를 나타낸다. 즉, CVD가 수행되고 TX 라인이 구동된다.
도 14는 제 1 측정, 즉, 도 9의 시간 t3에서 이루어진 측정을 위한 ADC의 출력 신호들을 나타낸다. 시간 라인을 따라 2개의 사용자 누름 이벤트들이 표시되는데, 전반부는 "클린(clean)" 센서에 대한 측정 결과이며, 그래프의 대략 중간에서 물이 추가되고 제 2 누름 이벤트가 발생한다. 따라서, 도 14의 타이밍도의 왼쪽 절반은 비접지된 오염물이 없는 측정 결과를 나타내며, 우측 절반은 물과 같은 비접지된 오염물이 있는 경우의 유사한 측정 결과를 나타낸다. 일반적으로, 물이 추가될 때, CVD 파형의 제 1 측정에 있어서, 자기 커패시턴스의 증가는 오른쪽 절반에서 신호(1410)로 도시된 바와 같이 신호를 감소시킨다. 물이 추가될 때, 상호 커패시턴스의 증가는 오른쪽 절반에 도시된 바와 같이 신호(1420)를 증가시킨다.
핑거가 클린 시스템을 누를 때: 자기 커패시턴스(120)가 증가하고, 이로 인해 최종 안정 전압 t3이 낮아진다. 상호 커패시턴스(125)가 감소하고, 이로 인해 최종 안정 전압이 낮아진다. 결합된 효과는 안정 전압(settled voltage)에서의 큰 네거티브 시프트이다.
도 14의 중앙에 도시된 바와 같이 물이 시스템에 추가될 때, 자기 커패시턴스(120)가 증가하고 상호 커패시턴스(125)는 감소한다. 이것들은, 신호(900)가 구동되는 방식에 대한 설계 때문에 각각 반대 방향으로 시프트한다. 따라서 양 효과들의 결합은 출력 신호를 상쇄할 것이고(balance out the output signal), 그리고 기본적으로 전혀 시프트가 없거나 약간의 시프트만이 발생된다. 이것은 결과적으로 다양한 실시예들에 따른 아날로그 레벨에서의 내수성을 가져온다.
도 14의 우측에 도시된 바와 같이 핑거가 물과 함께 센서를 누를 때: 자기-커패시턴스(120)는 인체 모델의 추가의 병렬 커패시턴스로 인해 증가하고, 이로 인해 최종 안정 전압(1410)이 약간 낮아진다. 물은 이제 핑거에 의해 충전되고, TX 전하가 접지로 방향 전환됨에 따라 상호-커패시턴스(125)는 감소한다. 이것은 최종 안정 전압(1420)을 상당히 내려가게 한다. 결합된 효과(1430)는 건조한 환경에서의 누름과 유사한 큰 네거티브 시프트이다.
도 15는 도 14와 완전히 동일하지만, 이제는 CVD 측정의 제 2 측정, 즉 도 9의 시간 t6에서 수행된 측정에 대해서 도시한다. 따라서, 신호 형태는 기본적으로 도 14에 도시된 신호들과 반대로 되며, 신호(1510)는 신호(1410)에 대응하고, 신호(1520)는 신호(1420)에 대응하고, 그리고 신호(1530)는 신호(1430)에 대응한다. CVD 측정의 제 2 측정에 있어서, 자기 커패시턴스의 증가는 신호를 증가시키고 상호 커패시턴스의 증가는 신호를 감소시킨다. 따라서, 방향들은 서로 다르지만, 거동은 도 14의 신호들에 대해서와 동일하다.
따라서, 일반적으로, 다양한 실시예들에 따르면, 자기 및 상호 커패시턴스 변화들의 정확한 거동들은, 비접지된 오브젝트들에 대해서는 상위적이고 접지된 오브젝트들에 대해서는 비-상위적이라면 문제가 되지 않는다.
도 16은, 제 2 측정 신호(1530)로부터 제 1 측정 신호(1430)를 감산함으로써 처리된 최종 출력 신호를 도시한다. 신호/아날로그 레벨에서 내수성이 보장된다. 어떠한 소프트웨어 디코딩도 필요하지 않으며, 어떠한 패턴 인식도 그리고 어떠한 추가 필터링도 필요하지 않다. 신호 시프트들은 핑거 또는 접지된 전도성 오브젝트로 인해 발생하지만, 물이나 전도성 오브젝트가 비접지될 때 제거된다.
전술한 바와 같이, 다른 측정 유닛들이 사용될 수 있다. 도 17은 예를 들어, 커패시턴스를 측정하는데 사용될 수 있는 마이크로컨트롤러(1700)에 통합된 충전 시간 측정 유닛을 도시한다. 예를 들면, 30pF의 스위치(CSW) 및 회로(CCIR)와 같은 기생 커패시턴스들(parasitics)을 포함하는 총 커패시턴스를 갖는 도 17에 도시된 터치 애플리케이션에서는, 외부 회로가 예를 들어 10μs 동안 5.5μA의 정전류로 충전될 때, 이것은 1.83V의 전압을 생성한다. 핑거의 터치가 추가되면, 최대 10pF의 추가 커패시턴스(CF)가 추가된다. 커패시턴스의 정확한 양은 터치 패드가 패드 위의 핑거 및 임의의 피복재에 의해 얼마나 덮여지는가에 의존한다. 10pF 변화의 경우 동일한 전류 및 충전 시간이라면, 전압은 1.38V이다. 전압은 마이크로컨트롤러의 A/D 컨버터에 의해 촘촘한(frequent) 간격으로 측정된다. 그 다음에, 변화들, 특히 감소들이 터치 이벤트로서 해석될 수 있다. 외부 커패시터를 충전하는 동안, 높은 임피던스 입력이 설정되고 상호 커패시턴스 측정이 수행될 수 있다.
회로의 자기 및 상호 커패시턴스들이 동등할 때, 이들의 거동들은, 비접지된 전도성 오브젝트들이 용량형 센서에 미치는 영향을 제거하기 위해, 위에 언급한 것처럼 결합될 수 있다. 회로의 자기 및 상호 커패시턴스들이 동등하지 않으면, 이 해결책의 유효성이 크게 저하된다. 따라서, 도 18에 도시된 바와 같이, 추가 실시예들에 따르면, 소프트웨어에 의해 결합되는 개별 측정 결과들의 경우에는 전술한 바와 유사한 결과가 얻어질 수 있다. 그 다음에 측정 결과를 더 향상시키기 위하여 소프트웨어로 스케일링을 수행할 수 있다. 균등화 목적을 위해, 일부 실시예들에 따르면, '상호 커패시턴스' 측정 결과의 상대적인 변화는 '자기 커패시턴스' 측정 결과의 상대적인 변화를 사용하여 스케일링될 수 있다. 상호와 자기가 동등하지 않다면, 그것들의 신호들은, 결합된 측정 결과에 대한 데이터를 설명하고 동등하게 하기 위하여 그것들의 거동들을 가중시키는(weight) 것이 행하여졌던 것과 똑같이, 독립적으로 취해질 수 있다. 따라서, '상호 커패시턴스' 측정 결과의 효과들을 '자기 커패시턴스' 측정 결과의 효과에 맞게 스케일링하기 위해 소프트웨어로 간단한 기능을 수행할 수 있다. 하지만 이것은 두 개의 개별 측정들이 필요하기 때문에, 약간의 처리와 긴 측정을 필요로 하고, 그 다음에 하나의 측정과 두 개의 자기 및 상호 커패시턴스 측정 결과들의 결합을 스케일링할 것이다.
대안적으로, 다른 실시예들에 따르면, 개별 측정들의 결과들을 결정하고 측정 파라미터들을 조정하여 결과들을 스케일링하는 교정 루틴이 수행될 수 있다. 이것이 완료되면, 전술한 바와 같은 측정 결과를 결합할 수 있고, 여기서 전압 레벨들은 이제 상기 교정 루틴에 따라 적응된다. 따라서 교정(calibration) 중에는 각각의 커패시턴스 측정이 개별적으로 수행된다. 예를 들면, 먼저 자기 커패시턴스가 측정된 다음 동일한 조건에서 상호 커패시턴스 측정이 수행된다. 일부 실시예들에 따르면, 각각의 측정에 대한 평균값이 처리될 수 있고 그리고 균등화 계수(equalization factor)가 계산될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 스케일링이 적절한(correct) 출력 값에 도달할 때까지, 즉, 자기 커패시턴스 측정의 출력 데이터가 상호 커패시턴스 측정의 출력 데이터와 대략 동일해질 때까지, 전압 또는 다른 각각의 파라미터들이 루프에서 조정된다. 그 다음에, 이 계수(factor)는 그 계수가 결정되는 방법에 따라 상호 커패시턴스 측정 결과와 자기 커패시턴스 측정 결과 중 어느 하나에 적용될 수 있다. 다시 말해, 충전 신호들 또는 펄스 신호 진폭은 결합된 자기 및 상호 커패시턴스 측정 결과를 최적화하기 위해 스케일 계수에 의해 조정된다. 일단 이것이 수행되면, 이 결합된 기술을 이용하여 터치 검출을 수행할 수 있다.
이를 위해, 예를 들면, 점선을 이용하여 도 6의 대안의 실시예에 도시된 바와 같은 디지털-아날로그 컨버터(DAC)(670)가 상호 커패시턴스 측정에 사용되는 펄스를 생성하기 위해 옵션의 연산 증폭기(op-amp)(210)와 결합되어 사용될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, DAC(670)의 출력 전압은 스케일 계수에 따라 변경될 수 있다. 대안으로, 자기 커패시턴스 측정을 위한 충전 전압들은 VDD를 사용하는 대신에 프로그램 가능한 기준 전압 발생기 또는 DAC(680)에 의해 제공될 수 있다. 이것은 점선들을 사용하여 도 6에 대안의 실시예로서 또한 도시되어 있다. 따라서, 일부 실시예들에 따르면, 충전에 사용되는 기준 전압 및/또는 펄스 출력 전압은 계산된 스케일 계수에 따라 변경될 수 있다.
다시 말하면, 이것은 높은 임피던스 입력을 사용하는 어떠한 유형의 커패시턴스 측정에도 적용될 수 있다. 그러나, 소정의 측정 기술들과 관련하여, 다른 계수들이 달라질 수 있다. 예를 들어, 충전 시간 측정 유닛과 관련해서는, 시간과 정전류 값 중 어느 하나가 또는 둘 다가 조정될 수 있다. 따라서, 어느 파라미터가 변경되는지는 각각의 측정 기술에 따라 다르다. 요약하면, 개개의 자기 및 상호 커패시턴스 신호들은 그들의 크기들을 균등화하기 위해 소프트웨어로 스케일링 될 수 있고, 그리고 일부 실시예들에 따라 하나의 센서 출력 신호를 생성하도록 결합될 수 있다.

Claims (29)

  1. 제1 전극과 제2 전극을 포함하는 용량형 센서로 터치 결정을 수행하기 위한 방법으로서:
    상기 제1 전극의 자기 커패시턴스 측정(self capacitance measurement)을 개시하는 것, 및
    동시에, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 포함하는(including) 상호 커패시턴스 측정(mutual capacitance measurement)을 수행하는 것을 포함하고,

    상기 자기 커패시턴스 측정의 개시 이후 및 종료 전에, 펄스가 상기 제2 전극에 공급되고,
    상기 용량형 센서에 비접지된 전도성 오브젝트가 터치하는 것은 상호 커패시턴스 측정값에 대하여(with respect to) 자기 커패시턴스 측정값에 정반대의 영향(opposite influence)을 미쳐서 상기 자기 커패시턴스 측정값과 상기 상호 커패시턴스 측정값을 상위적으로 상쇄시키도록(differentally balance out), 그리고 상기 용량형 센서에 접지된 오브젝트가 터치하는 것은 상기 자기 커패시턴스 측정값과 상기 상호 커패시턴스 측정값에 상등한 영향(equal influence)을 미쳐서 상기 자기 커패시턴스 측정값과 상기 상호 커패시턴스 측정값을 가산적으로 결합시키도록, 측정 회로가 구성되는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 펄스는, 상기 자기 커패시턴스 측정시, 상기 용량형 센서가 상기 측정 회로에 대하여 오픈되는 하이(high) 임피던스 상태로 설정되어진 후에 개시되는, 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 전극은, 용량형 커플링을 제공하기 위해 상기 제1 전극에 근접하여 배열된 실드(shield) 전극 또는 가드(guard) 전극에 의해 형성되는, 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 자기 커패시턴스 측정은 용량형 분압기를 이용하여 수행되는, 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 자기 커패시턴스 측정은 충전 시간을 이용하여 수행되는, 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 방법은, 터치 결정을 수행하기 전에 수행되는 교정 단계를 더 포함하고, 상기 교정 단계는:
    개별 자기 커패시턴스 측정(individual self capacitance measurement)을 수행하고 제1 측정값을 저장하는 것;
    개별 상호 커패시턴스 측정(individual mutual capacitance measurement)을 수행하고 제2 측정값을 저장하는 것; 및
    상기 제1 측정값과 상기 제2 측정값으로부터 스케일 계수를 계산하는 것을 포함하고,

    터치 결정을 수행하기 위한 상기 방법은, 상기 스케일 계수를 상기 자기 커패시턴스 측정 또는 상기 상호 커패시턴스 측정에 적용하는 것을 더 포함하는, 방법.
  7. 제1 전극과, 상기 제1 전극에 용량형으로 커플링된 제2 전극을 포함하는 용량형 센서로 터치 결정을 수행하기 위한 방법으로서:
    상기 제1 전극을 제1 레벨로 충전하고, 샘플링 커패시터를 제2 레벨로 충전하는 것;
    상기 용량형 센서가 측정 회로에 대하여 오픈되는 하이 임피던스로 상기 용량형 센서를 설정하면서 상기 제1 전극을 상기 샘플링 커패시터에 커플링하고, 상기 제2 전극에 공급되는 펄스를 개시하는 것;
    전압이 일정하게 안정화된 후에, 상기 샘플링 커패시터에서의 제1 안정 전압 레벨을 결정하는 것;
    그리고 나서, 상기 제1 전극을 상기 제2 레벨로 충전하고, 상기 샘플링 커패시터를 상기 제1 레벨로 충전하는 것;
    상기 용량형 센서를 하이 임피던스로 설정하면서, 상기 제1 전극을 상기 샘플링 커패시터에 커플링하는 것 - 상기 펄스는 상기 제1 전극을 상기 샘플링 커패시터에 커플링한 후에 종료됨 - ;
    전압이 일정하게 안정화된 후에, 상기 샘플링 커패시터에서의 제2 안정 전압 레벨을 결정하는 것을 포함하고,

    상기 용량형 센서에 비접지된 전도성 오브젝트가 터치하는 것은 상호 커패시턴스 측정값에 대하여 자기 커패시턴스 측정값에 정반대의 영향을 미쳐서 상기 자기 커패시턴스 측정값과 상기 상호 커패시턴스 측정값을 상위적으로 상쇄시키도록, 그리고 상기 용량형 센서에 접지된 오브젝트가 터치하는 것은 상기 자기 커패시턴스 측정값과 상기 상호 커패시턴스 측정값에 상등한 영향을 미쳐서 상기 자기 커패시턴스 측정값과 상기 상호 커패시턴스 측정값을 가산적으로 결합시키도록, 상기 측정 회로가 구성되는, 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 레벨은 미리결정된 전압(VDD)이고, 상기 제2 레벨은 접지 레벨(VSS)인, 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제2 레벨은 미리결정된 전압(VDD)이고, 상기 제1 레벨은 접지 레벨(VSS)인, 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 펄스는, VDD의 전압 레벨을 갖고, 상기 제1 전극을 상기 샘플링 커패시터에 커플링할 때 개시하는 미리결정된 시간 주기의 만료 후에 시작하는, 방법.
  11. 제1 전극과, 상기 제1 전극에 용량형으로 커플링된 제2 전극을 포함하는 용량형 센서로 터치 결정을 수행하기 위한 마이크로컨트롤러로서:
    상기 마이크로컨트롤러는:
    상기 제1 전극의 자기 커패시턴스 측정을 수행하고 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 의해 형성된 커패시터의 상호 커패시턴스 측정을 수행하도록 구성된, 샘플링 커패시터 및 관련 아날로그-디지털 컨버터, 복수의 스위치들 및 I/O(입력/출력) 포트를 포함하는 용량형 측정 회로를 포함하고,

    상기 마이크로컨트롤러는:
    상기 용량형 측정 회로에 커플링된 상기 제1 전극의 상기 자기 커패시턴스 측정이 개시(initiate)되도록, 상기 복수의 스위치, 상기 샘플링 커패시터, 및 상기 관련 아날로그-디지털 컨버터를 제어하게끔, 그리고
    동시에, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 포함하는(including) 상호 커패시턴스 측정을 수행하게끔, 프로그램가능하고,

    상기 마이크로컨트롤러는, 상기 자기 커패시턴스 측정의 개시 이후 및 종료 전에, 펄스가 상기 제2 전극에 공급되도록 상기 I/O 포트를 제어하고,
    상기 용량형 센서에 비접지된 전도성 오브젝트가 터치하는 것은 상호 커패시턴스 측정값에 대하여 자기 커패시턴스 측정값에 정반대의 영향을 미쳐서 상기 자기 커패시턴스 측정값과 상기 상호 커패시턴스 측정값을 상위적으로 상쇄시키도록, 그리고 상기 용량형 센서에 접지된 오브젝트가 터치하는 것은 상기 자기 커패시턴스 측정값과 상기 상호 커패시턴스 측정값에 상등한 영향을 미쳐서 상기 자기 커패시턴스 측정값과 상기 상호 커패시턴스 측정값을 가산적으로 결합시키도록, 상기 용량형 측정 회로가 구성되는, 마이크로컨트롤러.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 자기 커패시턴스 측정시에 상기 용량형 센서가 상기 측정 회로에 대해 오픈되는 하이 임피던스 상태로 상기 용량형 센서를 스위칭하도록 상기 복수의 스위치가 제어된 후에, 상기 펄스가 개시되는, 마이크로컨트롤러.
  13. 제12항에 따른 마이크로컨트롤러를 포함하는 시스템으로서,
    제1 포트를 통해 상기 마이크로컨트롤러에 연결되는 상기 제1 전극, 및
    상기 제1 전극에 근접하여 배치되고 제2 포트를 통해 상기 마이크로컨트롤러에 연결되는 상기 제2 전극을 포함하는, 시스템.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 용량형 측정 회로는 용량형 분압기 측정 회로를 포함하는, 마이크로컨트롤러.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 용량형 분압기 측정 회로는:
    제1 외부 핀과 상기 샘플링 커패시터 사이에 커플링되고, 상기 제1 전극을 제1 전압 레벨 또는 제2 전압 레벨로 충전시키거나 상기 제1 전극을 상기 샘플링 커패시터에 커플링하도록 구성된 제1 스위치 유닛;
    상기 샘플링 커패시터에 커플링되고, 상기 샘플링 커패시터를 상기 제1 전압 레벨 또는 상기 제2 전압 레벨로 충전시키도록 구성된 제2 스위치 유닛; 및
    상기 제1 스위치 유닛과 상기 제2 스위치 유닛을 제어하는 제어 유닛을 포함하고,
    상기 아날로그-디지털 컨버터는 상기 샘플링 커패시터에 커플링되도록 구성되는, 마이크로컨트롤러.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 I/O 포트에 커플링된 제2 외부 핀 - 상기 I/O 포트는 출력 포트로서 동작하도록 구성됨 - 을 더 포함하고,
    상기 제어 유닛은 상기 펄스를 생성하게끔 상기 출력 포트를 제어하는, 마이크로컨트롤러.
  17. 제16항에 따른 마이크로컨트롤러를 포함하는 시스템으로서,
    상기 제1 외부 핀과 상기 제2 외부 핀을 통해 상기 마이크로컨트롤러에 연결된 상기 용량형 센서를 포함하는, 시스템.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 용량형 측정 회로는 충전 시간 측정 유닛을 포함하고,
    상기 마이크로컨트롤러는 상기 충전 시간 측정 유닛을 사용하여 상기 자기 커패시턴스 측정을 제어하도록 구성되고,
    상기 충전 시간 측정 유닛은 상기 용량형 센서와 연결된 제1 외부 핀에 연결되는, 마이크로컨트롤러.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 I/O 포트에 커플링된 제2 외부 핀 - 상기 I/O 포트는 출력 포트로서 동작하도록 구성됨 - 을 더 포함하고,
    상기 마이크로컨트롤러는 상기 펄스를 생성하게끔 상기 출력 포트를 제어하는, 마이크로컨트롤러.
  20. 제19항에 따른 마이크로컨트롤러를 포함하는 시스템으로서,
    상기 제1 외부 핀과 상기 제2 외부 핀을 통해 상기 마이크로컨트롤러에 연결된 상기 용량형 센서를 포함하는, 시스템.
  21. 제11항에 있어서,
    상기 마이크로컨트롤러는 터치 결정을 수행하기 전에 교정을 수행하도록 구성되고,
    상기 마이크로컨트롤러는:
    개별 자기 커패시턴스 측정을 제어하고 제1 측정값을 저장하고;
    개별 상호 커패시턴스 측정을 제어하고 제2 측정값을 저장하고, 그리고

    상기 마이크로컨트롤러는, 상기 제1 측정값과 상기 제2 측정값으로부터 스케일 계수를 계산하도록 더 구성되고,
    상기 마이크로컨트롤러는, 터치 결정을 수행하기 위해서, 상기 스케일 계수를 상기 자기 커패시턴스 측정 또는 상기 상호 커패시턴스 측정에 적용하도록 구성되는, 마이크로컨트롤러.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 스케일 계수는,
    상기 자기 커패시턴스 측정시에 상기 제1 전극을 충전하는 충전 전압의 레벨들을 변경하고, 또는
    상기 상호 커패시턴스 측정시에 측정된 전압의 레벨을 변경하는, 마이크로컨트롤러.
  23. 제1 전극과 제2 전극을 포함하는 용량형 센서로 터치 결정을 수행하기 위한 방법으로서:
    상기 제1 전극의 자기 커패시턴스 측정을 개시하는 것;
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 포함하는(including) 상호 커패시턴스 측정을 개시하는 것 - 상기 자기 커패시턴스 측정시에 상기 용량형 센서가 측정 회로에 대하여 오픈되는 하이 임피던스로 상기 용량형 센서가 스위칭된 후에 상기 제2 전극이 펄스를 수신하고, 그리고 상기 펄스는 상기 자기 커패시턴스 측정이 종료하기 전에 종료함 -;
    상기 자기 커패시턴스 측정의 출력 값 또는 상기 상호 커패시턴스 측정의 출력 값의 스케일링을 수행하는 것; 및
    상기 자기 커패시턴스 측정의 출력 값과 상기 상호 커패시턴스 측정의 출력 값을 결합하는 것을 포함하고,

    상기 용량형 센서에 비접지된 전도성 오브젝트가 터치하는 것은 상호 커패시턴스 측정값에 대하여 자기 커패시턴스 측정값에 정반대의 영향을 미쳐서 상기 자기 커패시턴스 측정값과 상기 상호 커패시턴스 측정값을 상위적으로 상쇄시키도록, 그리고 상기 용량형 센서에 접지된 오브젝트가 터치하는 것은 상기 자기 커패시턴스 측정값과 상기 상호 커패시턴스 측정값에 상등한 영향을 미쳐서 상기 자기 커패시턴스 측정값과 상기 상호 커패시턴스 측정값을 가산적으로 결합시키도록, 측정 회로가 구성되는, 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 출력 값들을 결합하는 것은 상기 출력 값들을 가산하는(adding) 것을 포함하는, 방법
  25. 제23항에 있어서,
    실드 전극 또는 가드 전극이, 용량형 커플링을 제공하기 위해 상기 용량형 센서에 근접하여 배치되는, 방법.
  26. 제23항에 있어서,
    상기 자기 커패시턴스 측정은 용량형 분압기를 이용하여 수행되는, 방법.
  27. 제23항에 있어서,
    상기 자기 커패시턴스 측정은 충전 시간을 이용하여 수행되는, 방법.
  28. 제23항에 있어서,
    상기 방법은, 스케일 계수를 결정하기 위한 교정 단계를 더 포함하고,
    상기 교정 단계는 터치 결정을 수행하기 전에 수행되고,
    상기 교정 단계는:
    개별 자기 커패시턴스 측정을 수행하여 제1 측정값을 저장하는 것;
    개별 상호 커패시턴스 측정을 수행하여 제2 측정값을 저장하는 것; 및
    상기 제1 측정값과 상기 제2 측정값으로부터 스케일 계수를 계산하는 것을 포함하는, 방법.
  29. 용량형 센서로 터치 결정을 수행하기 위한 방법으로서:
    상기 용량형 센서를 포함하는(including) 상호 커패시턴스 측정과 동시에 상기 용량형 센서의 자기 커패시턴스 측정을 개시하는 것을 포함하고,

    상기 용량형 센서에 비접지된 전도성 오브젝트가 접근하거나 터치하는 것은 상호 커패시턴스 측정값에 대하여 자기 커패시턴스 측정값에 정반대의 영향을 미쳐서 상기 자기 커패시턴스 측정값과 상기 상호 커패시턴스 측정값을 상위적으로 상쇄시키고, 그리고 상기 용량형 센서에 접지된 오브젝트가 접근하거나 터치하는 것은 상기 자기 커패시턴스 측정값과 상기 상호 커패시턴스 측정값에 상등한 영향을 미쳐서 상기 자기 커패시턴스 측정값과 상기 상호 커패시턴스 측정값을 가산적으로 결합시키도록, 측정 회로가 구성되고,
    상기 상호 커패시턴스 측정은 펄스를 용량형으로 상기 용량형 센서에 공급하는 것을 포함하는, 방법.
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