KR20060038378A

KR20060038378A - 자기-교정 유전 특성-기반 스위치

Info

Publication number: KR20060038378A
Application number: KR1020057022683A
Authority: KR
Inventors: 토마스 제이. 채드웰; 데이비드 씨. 수돌캔
Original assignee: 랜서 파트너쉽 엘티디
Priority date: 2003-05-29
Filing date: 2004-05-27
Publication date: 2006-05-03
Also published as: WO2005001862A3; BRPI0410666A; MXPA05012537A; EP1631974A2; RU2005137152A; CN1871775A; EP1631974A4; US20040239535A1; CA2526722A1; WO2005001862A2; AU2004251345A1

Abstract

자기-교정 터치 센서는 일반적으로 컨트롤러와 전기적으로 통신하는 유전성 스위치 패드를 포함한다. 강제 함수 파형이 유전성 스위치 패드로 전달된다. 유전성 스위치 패드의 스텝 응답 파형은 유전성 스위치 패드의 유전 특성에서의 변화를 검출하기 위해 컨트롤러에 의해 모니터된다. 가지 교정 터치 센서가 내장된 시스템이 개시하면, 또는 유전성 터치 패드에 관한 유전적 환경에서의 영구적인 변화를 나타내는 이벤트를 검출하면, 컨트롤러는 유전성 스위치 패드를 포함하는 회로의 시간 상수를 결정하도록 스텝 응답 파형을 프로세싱한다. 결정된 시간 상수는 컨트롤러에 의해 기준값으로서 저장된다. 컨트롤러는 키 누름 이벤트를 나타내는 저장된 값으로부터의 일시적 변화에 대한 스텝 응답 파형을 모니터한다.

자기-교정, 터치 센서, 강제 함수, 파형, 시간 상수, 이벤트

Description

자기-교정 유전 특성-기반 스위치{SELF-CALIBRATING DIELECTRIC PROPERTY-BASED SWITCH}

본 발명은 전기 스위치에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 자기-교정 능력을 갖춘 유전 특성-기반 스위치에 관한 것이다.

대부분의 모든 판매 시점의 시스템은 사용자 입력을 위한 하나 이상의 키패드 타입 스위치를 포함한다. 전형적으로, 그러한 애플리케이션에서는 접촉 미니 스위치 또는 멤브레인 스위치가 이용된다. 당업자에게 공지된 바와 같이, 이들 타입의 스위치는 개방 회로와 폐쇄 회로 간을 간단히 토글링함으로써, 디지털 제어 시스템과 용이하게 인터페이싱된다. 불행하게도, 많은 애플리케이션(및 음식 및 음료 서비스 산업용의 애플리케이션)에서, 이들 스위치는 신뢰성 문제로 불편을 겪는다. 예를 들면, 두 스위치 모두 마멸되기 쉽고 부식성 시럽 등으로 인해 오염되기 쉬운 이동부를 포함한다. 또한, 접촉 미니 스위치는 스위치들 중 상대적으로 고가이다.

전술한 신뢰성 문제의 결과로서, 다양한 애플리케이션에 사용하기 위한 다른 스위치들이 제안되었다. 예를 들면, 용량성 스위치, 전하 전달 스위치 및 RF 스위치 같은 유전 특성 기반 스위치를 구현하여 종래의 온-오프 타입 스위치와 관계된 많은 신뢰성 이슈를 제거할 수 있다. 일반적으로, 유전 특성 기반 스위치는 이동부를 포함하지 않고, 결과적으로, 그러한 스위치는 물리적 손상 및 부식성 식품의 침투의 가능성이 작아진다. 그러나, 불행하게도, 그러한 스위치는 아날로그 스위치라는 이유로 식품 및 음료 산업에서 일반적으로 회피되어 왔다. 이와 같이, 유전 특성 기반 스위치의 구현에는 아날로그 프로세싱 능력의 다른 모든 디지털회로에 부가 능력을 필요로 한다. 또한, 구현에 있어서의 비용에 부가하여, 각 구현에있어서 스위치를 전기적 환경으로 조정하기 위해 제조 동안 교정을 필요로 한다. 결과적으로, 접촉 미니 스위치 또는 멤브레인 스위치의 고장과 관련된 비용에 부가의 비용이 일반적으로 가중된다.

따라서, 제조하면서 개별 교정을 필요로 하지 않는 유전 특성 기반 스위치의 구현을 설명하는 것이 본 발명의 중요한 목적이다. 또한, 종종 유전 특성 기반 스위치에 음식물이 튈 때 발생하는 것과 같은, 스위치가 구현되는 전기적 환경에서의 변화에 대하여 자동으로 조정하도록 또한 적응되는 그러한 구현을 설명하는 것이 본 발명의 목적이다. 마지막으로, 폭넓은 다양한 시스템 설계에 용이하게 이용되어, 임의의 기존 설계에 가상적으로 채용하고 경제적으로 이용가능하게 하는 구현을 설명하는 것이 본 발명의 목적이다.

전술한 목적에 따라, 본 발명은, 즉, 자기-교정 터치 센서는 일반적으로 컨트롤러와 전기적으로 통신하는 유전성 스위치를 포함한다. 동작시에, 컨트롤러에 의해 강제 함수 파형이 생성되어 컨트롤러 상의 입력/출력("I/O") 포트를 통해 유전성 스위치 패드로 전달된다. 다음에, 유전성 스위치 패드의 스텝 응답 파형이 컨트롤러에 의해 모니터된다. 이러한 방식에서, 컨트롤러는 유전성 스위치 패드의 유전 특성에서의 변화를 검출하도록 적응된다.

본 발명의 자기-교정 터치 센서가 내장되는 시스템의 개시시에 또는 유전성 터치 패드의 유전 환경에서의 영구적인 변화를 나타내는 이벤트의 검출시에, 컨트롤러는 유전성 스위치 패드를 포함하는 회로의 시간 상수를 결정하기 위해 스텝 응답 파형을 프로세싱한다. 유전성 스위치 패드의 유전 특성을 직접 측정하여 결정된 시간 상수는 컨트롤러에 의해 기준값으로서, 온칩(on-chip) 또는 오프칩일 수 있는 RAM(random access memory) 또는 플래시 EEPROM(electrically erasable programmable read only memory) 등과 같은 임의의 적당한 메모리 디바이스에 저장된다. 다음에, 컨트롤러는, 컨트롤러가 스텝 응답에서 저장된 값으로부터의 일시적 변화에 대한 스텝 응답 파형을 모니터하는 각 싸이클동안 동작 루프를 입력한다. 사람의 손가락을 유전성 스위치 패드에 접촉함으로써 발생하는 것과 같은, 유전성 스위치 패드의 유전 특성에서의 일시적 변화를 검출함으로써 특정 호스트 시스템에 따라 키 누름을 프로세싱하게 된다.

마지막으로, 본 발명의 많은 다른 특징, 목적 및 잇점은 특히 전술한 논의 및 후술하는 도면, 예시적 상세한 설명 및 첨부된 청구의 범위에 비추어, 관련 기술의 당업자에게는 자명하게 될 것이다.

본 발명의 범위가 임의의 특정 실시예보다 광범위하더라도, 바람직한 실시예 의 상세한 설명이 예시적 도면과 함께 후술되고, 유사한 참조 부호는 유사한 컴포넌트를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 자기-교정 유전 특성 기반 스위치의 바람직한 실시예를 도시한 기능 블록도이다.

도 2는 도 1의 스위치의 동작의 바람직한 방법을 도시한 플로우 차트이다.

도 3a는 도 1의 스위치의 유전성 스위치 패드를 구동하는데 사용되는 강제 함수를 나타내는 신호 파형이다.

도 3b는 정상 동작 조건 하에서 도 1의 스위치의 유전성 스위치 패드의 스텝 응답 함수를 나타내는 신호 파형이다.

도 3c는 변화하는 동작 조건 하에서 도 1의 스위치의 유전성 스위치 패드의 스텝 응답 함수를 나타내는 신호 파형이다.

도 4는 본 발명의 자기-교정 유전 특성 기반 스위치의 대체 실시예의 기능 블록도이다.

당업자가 특히 본 명세서에서 제공되는 설명에 비추어 많은 대체 실시예를 용이하게 인식할 수 있더라도, 상세한 설명은 본 발명의 바람직한 실시예이고, 본 발명의 범위는 첨부된 청구의 범위에 의해서만 한정된다.

도 1을 참조하면, 특히, 본 발명의 자기-교정 유전성 스위치(10)는 일반적으로, 용량성이며, 전하를 전달하고, 컨트롤러(12)와 전기적으로 통신하는 RF 또는 임의의 기타 등가물일 수 있는 유전성 스위치 패드(11)를 포함하는 것으로 도시되 어 있다. 동작시에, 컨트롤러(12)에 의해 강제함수 파형(A)이 생성되어 컨트롤러(12) 상의 입력/출력("I/O") 포트(13)를 통해 유전성 스위치 패드(11)로 전달된다. 유전성 스위치 패드(11)의 스텝 응답 파형(B)은 컨트롤러(12)에 의해 아날로그 대 디지털("A/D") 입력을 통해 모니터된다. 이 방식에서, 컨트롤러(12)는 유전성 스위치 패드(11)의 유전 특성에서의 변화를 검출하도록 적응되어 있다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 자기-교정 유전성 스위치(10)가 내장되어 있는 시스템의 개시시에(단계 20), 컨트롤러(12)는 스텝 응답 파형(B)을 프로세싱하여 유전성 스위치 패드(11)를 포함하는 회로의 시간 상수를 결정한다(단계 21). 유전성 스위치 패드(11)의 유전 특성을 직접 측정하여 결정된 시간 상수는 컨트롤러에 의해, 온칩 또는 오프칩일 수 있는 RAM 또는 플래시 EEPROM 등(도시 생략)과 같은 임의의 적절한 메모리 디바이스에 기본값으로서 저장된다. 다음에, 컨트롤러(12)는, 컨트롤러(12)가 유전성 스위치 패드(11)의 유전 특성의 저장값으로부터 영구적 또는 준(semi) 영구적 변화를 나타내는 이벤트에 대하여 호스트를 모니터하고(단계 22) 스텝 응답에서의 저장값으로부터 일시적 변화에 대하여 스텝 파형(B)을 모니터한다(단계 23). 예를 들면, 소정의 최대 음료 넘침(beverage pour) 시간을 초과하면 생성되는 알람과 같은 영구적 또는 준 영구적 변화를 나타내는 이벤트를 검출함으로써(단계 22), 유전성 스위치 패드(11)의 시간 상수를 재결정하게 된다(단계 21 반복). 사람의 손가락(19)으로 유전성 스위치 패드(11)를 터치하면 발생하는 것과 같은 유전성 스위치 패드의 유전 특성에서의 일시적 변화를 검출함으로써 특정 호스트 시스템에 따라 키 누름의 프로세스가 된다(단계 24). 다음에 동작 루프는 도면에 도시된 바와 같이 계속된다.

특히, 도 3a에 도시된 바와 같이, 유전성 스위치 패드(11)는 바람직하게는 컨트롤러(12)에 의해 생성되는 반복 스텝 함수에 의해 구동된다. 이 방식에서, 당업자가 이해하는 바와 같이, 유전성 스위치 패드(11)의 유전 특성을 나타내는 도 3b 및 도 3c에 도시된 스텝 응답 파형의 시간 상수는 스텝 응답 파형(B)의 각 펄스의 상승 시간을 측정함으로써 용이하게 얻을 수 있다. 다른 구동 함수가 구현될 수 있지만, 출원인은 상기 설명된 접근법이 용이하게 구현된다는 것을 발견하였다.

특히, 도 3b 및 도 3c에 도시된 바와 같이, 스텝 응답 파형(B)의 각 펄스의 상승 시간은 유전성 스위치 패드(11)의 유전 상수에 따라 다르고, 그 결과 본 발명의 스위치(10)가 구현되는 전기적 환경 및 사람의 손가락(19)과 같은 다른 물체의 유전성 스위치 패드(11)로의 접근 모두에 따라 다르다. 도 3b의 제1 펄스에 도시된 바와 같이, 주어진 전기적 환경에서의 상승 시간은 일반적으로 동일한 펄스 대 펄스가 될 것이라고 기대할 수 있다. 그러나, 유전성 스위치 패드(11)를 손가락(19)으로 터치하게 되면, 유전성 스위치 패드(11)의 유전 상수는, 물론 컨트롤러(12)에 의해 용이하게 검출되는, 도 3b의 제2 및 제3 펄스의 증가된 상승 시간에 반영됨에 따라 가변한다.

그러나, 도 3c에 도시된 바와 같이, 유전성 스위치 패드(11)에 관한 전기적 환경은 스위치 상에 음식물이 튀거나 또는 임의의 기타 발생 수에 기인하여 영구적 또는 준 영구적 변경을 수행할 수 있다. 그러한 경우에, 도 3c의 제2 펄스에 반영되는 바와 같이, 시스템은 영구적 또는 준 영구적 변경을 키 누름으로써 잘못 해석 할 수 있다. 그러나, 본 발명에서, 음료의 넘침(over-pour)의 검출과 같은 호스트 시스템에서의 알람 조건은 영구적 또는 준 영구적 변경이 발생하였다는 것을 컨트롤러(12)에 신호하고, 컨틀롤러(12)가 스텝 응답 파형(B)의 새로운 기준값 시간 상수를 계산하여 저장함으로써 재교정할 수 있게 한다. 다음에, 스텝 응답 파형(B)은 키 누름으로 표시된 바와 같이 도 3c의 제3 펄스에 반영된 바와 같이, 새로운 기준값으로부터의 편차에 대해 컨트롤러에 의해 모니터된다.

전술한 설명이 본 발명의 바람직한 실시예의 예지만, 이러한 설명, 첨부 도면 및 청구의 범위에 비추어 많은 변경, 대체, 수정, 교체 등이 용이하게 가능하다는 것을 당업자는 이해할 수 있을 것이다. 예를 들면, 출원인은 상표명 "PSOC"인 워싱턴의 Cypress Microsystems of Bothell로부터 상업적으로 이용가능한 프로그램가능 시스템-온-칩 마이크로컨트롤러와 같은 다기능 마이크로컨트롤러를 이용하여 본 발명을 구현하다는 것이 편리하다는 것을 발견하였다. 그러한 마이크로컨트롤러는 아날로그와 디지털 기능성을 모두 포함하여, 스텝 응답 파형(B)을 측정하는데 충분한 능력을 제공한다.

그러나, 대안으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 보다 전통적인 컨트롤러(12)는 컨트롤러(12) 외부에 비교기(18)를 부가하여 이용할 수 있다. 그러한 구현예에서, 스텝 응답 파형(B)은 온칩 또는 오프칩일 수 있는 디지털 대 아날로그("D/A") 컨버터의 출력(15)으로부터의 임계 전압과 비교된다. 스텝 응답 펄스의 상승 시간은, D/A 컨버터가 온칩 또는 오프칩일 수 있는 비교기(18)의 출력을 카운터(16)의 입력 게이트(17)에 공급함으로써 컨트롤러(12)에 의해 모니터된다. 어떤 경우에도, 본 발명의 범위는 임의의 특정 실시예보다 광범위하기 때문에, 전술한 상세한 설명은 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안되고, 본 발명은 단지 첨부된 청구의 범위에 의해 한정된다.

Claims

자기교정(self-calibrating) 터치 센서로서,

제1 신호의 소스와 전기적으로 통신하는 터치 패드;

상기 터치 패드와 전기적으로 통신하는 회로를 포함하고,

상기 회로는,

상기 터치 패드에 의해 전기적으로 영향을 받는 상기 제1 신호의 전기적 특성을 측정하고 - 상기 특성은 상기 터치 패드의 유전 특성을 나타냄 -,

상기 측정된 특성의 기준값을 저장하며,

상기 저장된 기준값에 대하여 상기 측정된 특성에서의 변경을 검출하도록 적응되는 자기교정 터치 센서.
제1항에 있어서,

상기 터치 패드는 용량성 패드를 포함하는 터치 센서.
제1항에 있어서,

상기 터치 패드는 전하 전달 패드를 포함하는 터치 센서.
제1항에 있어서,

상기 터치 패드는 무선 주파수 패드를 포함하는 터치 센서.
제1항에 있어서,

상기 회로는 컨트롤러를 포함하는 터치 센서.
제5항에 있어서,

상기 제1 신호는 상기 컨트롤러에 의해 생성되는 터치 센서.
제6항에 있어서,

상기 제1 신호는 반복 스텝 함수인 터치 센서.
제7항에 있어서,

상기 제1 신호의 상기 특성은 상기 제1 신호에 대한 상기 터치 패드의 스텝 응답의 시간 상수인 터치 센서.
제6항에 있어서,

상기 컨트롤러는 아날로그 대 디지털 컨버터를 포함하고, 상기 아날로그 대 디지털 컨버터는 상기 터치 패드에 의해 전기적으로 영향받는 상기 제1 신호를 모니터하도록 적응되는 터치 센서.
제9항에 있어서,

상기 컨트롤러는 상기 측정된 특성의 상기 기준값을 전기적으로 저장하도록 적응되는 터치 센서.
제10항에 있어서,

상기 컨트롤러는 상기 측정된 특성의 값을 상기 측정된 특성의 상기 기준값과 비교하도록 더 적응되는 터치 센서.
제11항에 있어서,

상기 회로는 비교기를 더 포함하고, 상기 비교기는 상기 터치 패드에 의해 전기적으로 영향받는 상기 제1 신호의 전압을 기준 전압과 비교하도록 적응되는 터치 센서.
제12항에 있어서,

상기 컨트롤러는 상기 터치 패드에 의해 전기적으로 영향을 받는 상기 제1 신호의 전압이 상기 기준 전압을 초과하는데 필요한 소정 시작 시간부터의 시간을 결정하도록 더 적응되는 터치 센서.
제13항에 있어서,

상기 컨트롤러는 상기 요구 시간에서의 변화를 검출하도록 더 적응되는 터치 센서.
제11항에 있어서,

상기 컨트롤러는, 상기 측정된 특성의 상기 값과 상기 측정된 특성의 상기 기준값과의 비교를 기초로 상기 터치 패드의 상기 유전 특성에서의 변화를 검출하도록 더 적응되는 터치 센서.
제15항에 있어서,

상기 컨트롤러는 일시적인 상기 검출된 변화와 영구적인 상기 검출된 변화 간을 구별하도록 더 적응되는 터치 센서.
제16항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 검출된 변화가 영구적이라고 결정하면 상기 저장된 기준값을 갱신하도록 적응되는 터치 센서.