KR20100135220A

KR20100135220A - Ｔｘ-ｒｘ 정전용량식 센서용 보상회로

Info

Publication number: KR20100135220A
Application number: KR1020107015566A
Authority: KR
Inventors: 안드리이 마하리타; 빅터 크레민
Original assignee: 사이프레스 세미컨덕터 코포레이션
Priority date: 2007-12-14
Filing date: 2008-12-12
Publication date: 2010-12-24
Also published as: US20090153152A1; US20150185267A1; CN101896825B; CN101896825A; KR101537265B1; WO2009078944A1; US8890547B2; US20120200307A1; US8093914B2; TW200946926A; TWI484194B; US9778301B2

Abstract

정전용량식 센서는 송신 전극 및 송신 전극에 용량결합된 수신 전극을 포함할 수 있다. 정전용량 센싱 회로는 송신 전극에 시그널을 가하고, 수신 전극에서 유도된 전류 파형을 정류함으로써 상기 송신 및 수신 전극 사이의 정전용량을 감지한다. 보상 회로는 정류 전류에 보상 전류를 더함으로써 송신 및 수신 전극 쌍의 상호 및 기생 정전용량의 효과를 감소시킨다.

Description

ＴＸ-ＲＸ 정전용량식 센서용 보상회로{COMPENSATION CIRCUIT FOR A TX-RX CAPACITIVE SENSOR}

본 출원은 2007. 12. 14 출원된 미국 가특허출원 제61/013,986호의 이익을 주장한다.

본 발명은 유저 인터페이스 장치에 관한 것으로, 특히 정전용량식 센서 장치에 관한 것이다.

노트북 컴퓨터, 개인 휴대정보 단말기(PDA), 키오스크, 모바일 핸드셋 등의 컴퓨팅 장치들은 유저 인터페이스 장치를 가지고 있는데, 이들은 휴먼 인터페이스 장치(HID)로도 알려져 있다. 더욱 일반화된 하나의 유저 인터페이스 장치가 터치-센서 패드(일반적으로 터치패드라고도 부름)이다. 기본적인 노트북 컴퓨터의 터치-센서 패드가 개인용 컴퓨터(PC)의 마우스 기능을 모방한다. 빌트인 휴대성 측면에서 터치-센서 패드는 일반적으로 PC 노트북 속에 내장되어 있다. 터치-센서 패드는 마우스의 X/Y 이동을 모방하여 손가락 등 전도성 물체의 위치를 감지하는 센서 요소 집합체를 갖는 두 개의 정해진 축을 이용한다. 마우스의 좌/우 버튼 클릭은 터치패드 부근에 있는 두 개의 기계식 버튼이나, 터치-센서 패드 자체에 명령어를 두드림으로써 모방 가능하다. 터치-센서 패드는 포인터 위치설정 또는 디스플레이 상 아이템 선택과 같은 기능 수행을 위해서, 유저 인터페이스 장치를 제공한다. 이러한 터치-센서 패드는 다차원 센서 어레이를 포함해서, 복수의 축에서 이동을 감지할 수도 있다. 상기 센서 어레이는 일차원 센서 어레이를 포함해서, 하나의 축에서 이동을 감지할 수도 있다. 상기 센서 어레이는 이차원이어서, 두 개의 축에서 이동을 감지할 수도 있다.

터치패드의 유형 중 하나는 정전용량 센서를 이용하는 정전용량 센싱에 의해서 작동한다. 정전용량 센서에 의해 검출되는 상기 정전용량은 전도성 물체가 센서에 접근하는 기능으로서 변화한다. 상기 전도성 물체는 예를 들면 스타일러스 또는 유저의 손가락일 수 있다. 터치-센서 장치에 있어서, 전도성 물체의 접근이나 이동으로 인해 센서 어레이 X, Y 차원에서 각각의 센서에 의해 검출된 정전용량이 변하는 것을 다양한 방법에 의해 측정할 수 있다. 상기 방법에 무관하게, 각각의 정전용량식 센서에 의해 검출된 정전용량을 대변하는 전기 시그널이 일반적으로 프로세싱 장치에 의해 처리되는데, 이후 상기 X 및 Y 차원에서 터치-센서 패드에 대한 전도성 물체의 위치를 대변하는 전기 또는 광학 시그널을 생산해낸다. 터치-센서 스트립, 슬라이더, 또는 버튼은 동일한 정전용량-센싱 원칙 상에서 작동한다.

기존의 터치패드의 첫번째 유형은 열과 행으로 된 매트릭스로 이루어져 있다. 각각의 열 또는 행 내에 복수의 센서 요소들이 있다. 하지만, 각각의 열 또는 행 속의 전체 센서 패드들이 함께 결합되고, 하나의 긴 센서 요소로 작동한다. 기존의 터치패드의 두번째 유형은 독립적인 센스 요소들로 된 XY 어레이로 이루어져 있는데, 여기서 하나의 열 또는 행에서의 각각의 센서 요소는 개별적으로 센싱된다. 이때, 각각의 열 및 행은 복수의 센싱 요소들로 이루어져 있으며, 각각은 독립적으로 정전용량의 존재 및 세기를 검출할 수 있다. 이후 이들은 실질적으로 동시에 발생하는 임의의 터치 수를 검출하는 데 이용될 수도 있다.

터치패드 같은 인터페이스 장치에 사용되는 정전용량 센싱 시스템들은 일반적으로 물체와 센서의 근접성이나 접촉으로 인해 정전용량식 센서의 정전용량이 변하는 것을 검출하는 것에 의해 작동하지만, 만약 센서에 의해 검출되는 정전용량 변화가 상기 센서의 정전용량에 비해 작다면, 정전용량 변화를 해석하는 능력이 손상될 수도 있다. 예를 들면, 손가락이나 기타 물체로의 접근이나 접촉 같은 입력을 감지하도록 고안된 정전용량식 센서 요소는 상기 센서 요소와 입력이 없는 그라운드 간의 정전용량 C_P를 가질 수도 있다. 상기 정전용량 C_P는 센서의 기생 정전용량으로 알려져 있다. 또한 복수의 센스 요소를 갖는 정전용량식 센서에 있어서, 상호 정전용량 C_M이 2 이상의 센스 요소 사이에 있을 수도 있다. 센서가 검출한 입력은 C_P이나 C_M 보다 훨씬 작은 정전용량 변화 C_F의 원인이 될 수 있다. 이에 따라, 센서 정전용량이 디지털 코드로 표시되는 곳에서는, 상기 기생 또는 상호 정전용량은 디지털 코드로 해석 가능한 더 큰 비율의 개별 정전용량 수치로 나타날 수도 있지만, 상기 정전용량 변화 C_F는 이러한 개별 수치들보다는 적은 비율로 나타난다. 이 경우에, 입력으로 인한 정전용량 변화 C_F는 고도로 해석되지 않을 수도 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 있는 예시에 의해서, 제한 없이 설명된다.
도 1a는 전도성 물체의 존재를 검출하기 위한 프로세싱 장치를 가지는 전자 시스템에 대한 일실시예의 블록도이다.
도 1b는 터치패드 상의 입력 및 상기 입력 위치를 검출하기 위한 장치에 대한 일실시예의 블록도이다.
도 2a는 정전용량식 센서 요소들의 기생 및 상호 정전용량을 보상하는 동안 정전용량식 센서에서 입력을 감지하기 위한 회로에 대한 일실시예를 보여준다.
도 2b는 정전용량 센싱 회로의 일실시예의 연산을 설명하는 전압 및 전류 파형을 보여준다.
도 3은 정전용량식 센서 요소들의 기생 및 상호 정전용량을 보상하는 동안 입력의 세기와 위치를 검출하기 위한 회로에 대한 일실시예를 보여준다.
도 4는 정전용량식 센서 요소들의 기생 및 상호 정전용량을 보상하는 동안 입력의 세기와 위치를 검출하기 위한 회로에 대한 일실시예를 보여준다.
도 5는 보상 전류를 정전용량 센싱 회로에 공급하기 위한 회로의 일실시예를 보여준다.
도 6은 일실시예에 따른 정전용량 센싱 회로 내 센서 요소들의 기생 및 상호 정전용량을 보상하는 프로세스를 보여주는 흐름도이다.
도 7a는 보상 회로를 캘리브레이션하기 위한 캘리브레이션 회로에 대한 일실시예를 보여주는 블록도이다.
도 7b는 일실시예에 따른 정전용량 센싱 회로 내 보상 전류를 캘리브레이션하기 위한 과정을 보여주는 흐름도이다.

센서의 기생 정전용량 영향 및 상호 정전용량 항상부를 보상하면서 정전용량식 센서의 정전용량을 측정하기 위한 방법 및 장치가 설명된다. 하기 설명에서는 수많은 특정 시스템, 구성요소, 방법 등과 같은 특정한 세부내용을 제시하는데, 본 발명의 여러가지 실시예들을 원활하게 이해시키기 위함이다. 하지만, 당업계 통상의 기술을 가진 자라면 이들 특정한 세부내용 없이도 본 발명의 적어도 일부 실시예들을 구현할 수도 있을 것이다. 다른 예들에서, 주지의 구성요소들 또는 방법들은 자세히 설명되지 않거나 단순히 블록도 형태로서 제시되어 있는데, 불필요하게 본 발명을 모호하게 하는 것을 피하기 위해서이다. 따라서, 상기 특정한 세부내용들은 단지 예시적으로 제시되는 것이다. 특정한 구현예들은 이들 실시 세부내용들보다 다양할 수도 있으며, 본 발명의 사상과 범위 이내에 있는 것들이다.

정전용량식 센서에의 입력을 검출하기 위한 방법 및 장치에 관한 실시예들이 설명된다. 하나의 실시예에서, TX-RX 정전용량식 센서의 센서 요소들은 하나 이상의 송신(TX) 전극 및 하나 이상의 수신(RX)전극을 포함한다. 송신 전극 및 수신 전극을 포함하는 상기 센서 요소들 각각은 기생 정전용량 C_P 및 상호 정전용량 C_M을 갖는다. 상기 센서 요소에서 상기 기생 정전용량은 센서 요소와 그라운드 사이의 정전용량이다. 상기 센서 요소에서 상기 상호 정전용량은 상기 센서 요소와 다른 센서 요소 사이의 정전용량이다.

하나의 실시예에서, 정전용량 센싱 회로는 센서 요소의 정전용량 변화를 검출함으로써, 정전용량식 센서에서의 입력을 검출한다. 예를 들면, 센서 요소 근처에 놓인 손가락이 상기 센서 요소의 정전용량 감소를 일으킬 수도 있다. 이러한 정전용량 변화의 세기가 검출될 수 있고, 전압값이나, 컴퓨터나 기타 회로가 처리 가능한 디지털 코드로 변환될 수 있다.

송신 전극 및 수신 전극을 포함하는 정전용량식 센서를 사용하기 위한 하나의 실시예에서, 상기 송신 전극과 수신 전극 사이의 정전용량 결합 때문에, 송신 전극에 인가된 시그널이 수신 전극에서 전류를 유도한다. 상기 수신 전극에 유도된 전류의 세기는 상기 전극들 간의 정전용량 결합의 정도에 따라 달라진다. 손가락 등의 물체가 상기 전극들에 접근하면 상기 전극들과 그라운드 사이의 정전용량 뿐만 아니라 상기 전극들 간의 정전용량이 변할 수도 있다. 이러한 변화는 이어서 상기 수신 전극에 유도된 전류의 양에 영향을 주게 된다. 따라서, 상기 유도 전류의 세기가 입력으로 인한 상기 송신 전극 및 수신 전극의 정전용량 변화를 반영한다. 하나의 실시예에서, 상기 유도 전류는 나아가서 디지털 코드로 변환되고, 유한수의 개별 레벨 중 하나로 표현될 수도 있다.

또한 상기 측정된 센서 요소의 정전용량은 C_F에 더하여 상기 기생 및 상호 정전용량 C_P 및 C_M을 포함한다. 또한 기준선 정전용량이 입력(예, 손가락 터치)이 없는 상태의 센서 요소의 정전용량으로 표시될 수도 있다. 상기 디지털 코드가 여러 레벨의 C_F를 해석하는 능력은 저하될 수도 있는데, C_P 및 C_M으로부터 기인하여 상기 기준선 정전용량이 C_F에 비해서 큰 경우에 그러하다. 이에 따라, 변환 회로의 동적 범위가 효과적으로 사용되지 않게 되는데, 큰 기준값의 C_M 이 존재할 때 C_M의 작은 변형이 측정되기 때문이다. 이에, 하나의 실시예에서는, C_M의 기준값의 영향이 보상되고, 상기 디지털 코드가 더 큰 수의 개별 레벨을 이용해서 C_F를 해석할 수 있게 하며, 작은 정전용량 변화를 상기 정전용량 센싱 회로의 최대 입력 범위로 조정함으로써 상기 동적 범위의 활용을 개선시킨다.

기생 정전용량의 영향 및 상호 정전용량의 항상부를 최소화하는 보상회로에 대한 하나의 실시예는 센서의 기준선 정전용량에 기여하는 일부 전류를 제거하도록 보정된 보상 전류를 공급한다. 따라서, 상기 수신 전극으로부터 동시에 복조된 전류는 아무런 입력이 상기 정전용량식 센서에 존재하지 않을 때 최소화된다. 따라서, 디지털 코드에 의해 해석되는 더 큰 별개의 레벨이 전역 동적 범위의 C_F를 나타내기 위해 이용 가능하다. 상기 수신 전극의 기생 정전용량 C_P은 상기 수신전극 전위를 전압 버퍼를 이용하여 회로 연산 동안 상수에 가깝게 유지하고, 회로 연산 동안 C_P 재충전의 효과를 줄임으로써 보상된다.

도 1a는 기생 및 상호 정전용량 보상 회로를 갖는 정전용량 센서가 제공될 수 있는 전자 시스템의 일실시예에 대한 블럭도이다. 전자 시스템(100)은 프로세싱 장치(110), 터치-센서 패드(120), 터치-센서 슬라이더(130), 터치-센서 버튼(140), 호스트 프로세서(150), 임베디드 컨트롤러(embedded controller)(160), 및 비- 정전용량식(non-capacitance) 센서 요소(170)를 포함한다. 상기 프로세싱 장치(110)는 아날로그 및/또는 디지털 범용 입출력 포트(“GPIO”)(107)를 포함할 수 있다. GPIO 포트(107) 는 프로그래밍 가능할 수 있다. GPIO 포트(107)는 프로그램 가능 상호연결 및 로직(Programmable Interconnect and Logic, “PIL”)에 결합될 수도 있는데, 이는 GPIO 포트(107)와 상기 프로세싱 장치(110)의 디지털 블록 어레이(digital block array, 도시되지 않음) 사이의 상호연결 작용을 한다. 상기 디지털 블록 어레이는 하나의 예에서, 설계변경 가능한 유저 모듈(user modules, “UMs”)을 사용하여 다양한 디지털 논리회로(예, DAC, 디지털 필터, 또는 디지털 제어 시스템)를 제공하도록 구성될 수 있다. 상기 디지털 블록 어레이는 시스템 버스에 결합될 수도 있다. 프로세싱 장치(110)는 또한 랜덤 액세스 메모리(RAM)(105)및 프로그램 플래쉬(104)와 같은 메모리를 포함할 수도 있다. RAM(105)은 스태틱 램(SRAM)일 수 있고, 프로그램 플래쉬(104)는 펌웨어(firmware)(예를 들어, 여기에 설명된 연산(operation)을 제공하기 위해 프로세싱 코어(102)에 의해 실행가능한 컨트롤 알고리즘)를 저장하기 위해 사용될 수 있는 비휘발성 저장장치일 수 있다. 프로세싱 장치(110)는 또한 메모리 및 상기 프로세싱 코어(102)에 결합된 메모리 컨트롤러 유닛(MCU)(103)을 포함할 수도 있다.

상기 프로세싱 장치(110)는 또한 아날로그 블록 어레이(도시되지 않음)를 포함할 수도 있다. 상기 아날로그 블록 어레이 또한 상기 시스템 버스에 결합된다. 아날로그 블록 어레이는 또한 하나의 실시예에서, 설계변경 가능한 UM을 사용하여 다양한 아날로그 회로(예를 들어, ADCs 또는 아날로그 필터)를 제공하도록 구성될 수도 있다. 상기 아날로그 블록 어레이는 또한 상기 GPIO(107)에 결합될 수도 있다.

도시된 바와 같이, 정전용량 센싱 회로(101)는 프로세싱 장치(110)에 합체될 수도 있다. 정전용량 센싱 회로(101)는 외부 부품을 연결하기 위한 아날로그 I/O, 예를 들어, 터치-센서 패드(120), 터치-센서 슬라이더(130), 터치-센서 버튼(140), 및/또는 기타 장치를 포함할 수 있다. 정전용량 센싱 회로(101) 및 프로세싱 장치(102)가 이하에서 더욱 구체적으로 설명된다.

여기에 설명된 실시예들은 노트북 실행용 터치-센서 패드에 한정되지 않으며, 기타 정전용량형 센싱 실행에 사용될 수 있고, 예를 들어, 상기 센싱 장치는 터치 스크린, 터치-센서 슬라이더(130), 터치-센서 버튼(140)(예를 들어, 정전용량 센싱 버튼)을 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 이들 센싱 장치는 하나 또는 그 이상의 정전용량식 센서를 포함할 수 있다. 여기에 개시된 실시예들에는 저항, 광 이미징, 표면파, 적외선, 진동 시그널, 및 스트레인게이지(strain gauge) 기술과 같은 정전용량성 센싱 이외의 기타 센싱 기술에서도 실시될 수 있음을 알아야 한다. 유사하게, 여기에 설명된 동작(operation)은 노트북 포인터 동작에 제한되지 않으며, 광제어(디머, dimmer), 볼륨 제어, 그래픽 이퀼라이저 제어, 스피드 제어, 또는 기타 점차적이거나 불연속적인 조절이 필요한 동작과 같은 다른 동작을 포함할 수도 있다. 또한, 이들 실시예의 정전용량식 센싱 실행은 비-정전용량 센싱 요소와 연합하여 사용될 수 있고, 픽 버튼, 슬라이더(예, 디스플레이 밝기 및 대비), 스크롤-휠, 멀티미디어 제어(예, 볼륨, 트랙 전진 등), 핸드라이팅 인식 및 숫자 키패드 작동을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.

하나의 실시예에서, 상기 전자 시스템(100)은 버스(121)를 통해 상기 프로세싱 장치(110)에 결합된 터치-센서 패드(120)를 포함한다. 터치-센서 패드(120)는 다차원 센서 어레이를 포함할 수도 있다. 상기 다차원 센서 어레이는 열 및 행으로 배열된 복수의 센서 요소를 포함한다. 다른 실시예에서, 상기 전자 시스템(100)은 버스(131)를 통해 상기 프로세싱 장치(110)에 결합된 터치-센서 슬라이더(130)를 포함한다. 터치-센서 슬라이더(130)는 일차원 센서 어레이를 포함할 수도 있다. 상기 일차원 센서 어레이는 열로서, 또는 아니면 행으로 배열된 복수의 센서 요소를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 상기 전자 시스템(100)은 버스(141)를 통해 상기 프로세싱 장치(110)에 결합된 터치-센서 버튼(140)을 포함한다. 터치-센서 버튼(140)은 일차원 또는 다차원 센서 어레이를 포함할 수도 있다. 상기 일- 또는 다-차원 센서 어레이는 복수의 센서 요소를 포함할 수 있다. 터치-센서 버튼에 있어서, 상기 센싱 장치의 전체 표면에 걸쳐 전도성 물체의 존재를 검출하기 위해 상기 센서 요소는 서로 연결될 수 있다. 이와 달리, 상기 터치-센서 버튼(140)은 전도성 물체의 존재를 검출하기 위해 단일 센서 요소를 가질 수도 있다. 하나의 실시예에서, 터치-센서 버튼(140)은 정전용량식 센서 요소를 포함할 수 있다. 정전용량식 센서 요소는 비-접촉 센서 요소로서 이용될 수 있다. 이들 센서 요소는 절연층에 의해 보호될 때 가혹한 환경조건을 견디기 위한 저항성을 제공한다.

상기 전자 시스템(100)은 하나 또는 그 이상의 상기 터치-센서 패드(120), 터치-센서 슬라이더(130), 및/또는 터치-센서 버튼(140)의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상기 전자 시스템(100)은 또한 버스(171)를 통해 상기 프로세싱 디바이스(110)에 결합된 비- 정전용량식 센서 요소(170)를 포함할 수 있다. 상기 비- 정전용량식 센서 요소(170)는 버튼, 발광 다이오드(LEDs), 및 마우스, 키보드, 또는 정전용량 센싱을 필요로 하지 않는 다른 기능키와 같은 기타 유저 인터페이스 장치를 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 버스들(171, 141, 131, 121)은 단일 버스일 수 있다. 이와 달리, 이들 버스들은 하나 또는 둘 이상의 개별 버스들의 임의의 조합으로 구성될 수도 있다.

프로세싱 장치(110)는 내부 오실레이터/클럭(oscillator/clock) 106 및 커뮤니케이션 블록(108)을 포함할 수 있다. 상기 오실레이터/클럭 블록(106)은 하나 또는 그 이상의 프로세싱 장치(110) 의 요소에 클럭 시그널을 제공한다. 커뮤니케이션 블록(108)은 호스트 인터페이스(I/F) 라인(151)을 통해 호스트 프로세서(150) 와 같은 외부 요소와 커뮤니케이션하는데 사용될 수 있다. 이와 달리, 호스트(150) 같은 외부 요소와 커뮤니케이션하기 위해 프로세싱 블록(110) 또한 임베디드 컨트롤러(160)에 연결될 수도 있다. 하나의 실시예에서, 상기 프로세싱 장치(110)는 데이터를 송수신하기 위해 상기 임베디드 컨트롤러(160) 또는 상기 호스트(150)와 커뮤니케이션하도록 구성되어 있다.

프로세싱 장치(110)는 예를 들어, 집적회로(IC) 다이 기판, 멀티-칩 모듈 기판 등의 통상의 캐리어 기판 상에 형성될 수 있다. 선택적으로, 상기 프로세싱 장치(110)의 구성요소들은 하나 또는 그 이상의 분리된 집적 회로 및/또는 별개의 구성요소일 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 프로세싱 장치(110)는 캘리포니아 산 호세의 사이프레스 세미컨덕터사(Cypress Semiconductor Corporation)가 제조한 프로그램 가능 시스템 온 어 칩(Programmable System on a Chip, PSoC™) 프로세싱 장치일 수 있다. 이와 달리, 프로세싱 장치(110)는 마이크로프로세서 또는 센트럴 프로세싱 유닛(central processing unit), 컨트롤러, 특정 목적 프로세서, 디지털 시그널 프로세서(DSP), 응용 주문형 집적회로(application specific integrated 회로, ASIC), 필드 프로그램가능 게이트 어레이(field programmable gate array, FPGA) 등과 같은 기타 당업계에 공지된 프로세싱 장치 하나 또는 그 이상일 수 있다.

여기에 개시된 실시예들은 호스트에 결합된 프로세싱 장치의 구성을 갖는 것에 한정되지 않으며, 상기 센싱 장치로 정전용량을 측정하고 원본 데이터를 어플리케이션으로 분석되는 호스트 컴퓨터로 보내는 시스템을 포함한다는 점을 알아야 한다. 결과적으로 상기 프로세싱 장치(110)에 의해 수행되는 프로세싱은 또한 호스트에서 수행될 수도 있다.

정전용량 센싱 회로(101)는 상기 프로세싱 장치(110)의 IC로 합체되거나, 선택적으로 개별 IC로 될 수도 있다. 선택적으로, 정전용량 센싱 회로(101)의 설명이 발생될 수 있고 다른 집적 회로로 합체되기 위해 편집될 수도 있다. 예를 들어, 정전용량 센싱 회로(101)를 설명하는 행위수준 코드(behavioral level code) 또는 그것의 일부는 VHDL 또는 Verilog 같은 하드웨어 설명어를 사용하여 발생될 수 있고, 기계-접근가능한 매개체(예를 들어, CD-ROM, 하드 디스크, 플로피 디스크 등)에 저장될 수도 있다. 더욱이, 상기 행위수준 코드는 레지스터 전송 레벨(register transfer level, “RTL”), 네트리스트(netlist), 또는 심지어 회로 레이아웃으로 편집될 수 있고, 기계-접속가능 매체에 저장될 수 있다. 상기 행위수준 코드, RTL 코드, 네트리스트, 및 회로 레이아웃은 모두 정전용량 센싱 회로(101)를 설명하기 위한 다양한 수준의 추상(abstraction)을 나타낸다.

전자 시스템(100)의 구성요소들은 상기에서 설명한 모든 구성요소를 포함할 수 있음을 알아야 한다. 이와 달리, 전자 시스템(100)은 상기 설명된 구성요소들의 일부만을 포함할 수도 있다.

하나의 실시예에서, 전자 시스템(100)은 노트북 컴퓨터에 사용될 수 있다. 선택적으로 전자 장치는 모바일 핸드셋, PDA(personal data assistant), 키보드, 텔레비전, 리모컨, 모니터, 포켓용 멀티미디어 장치(handheld multi-media), 포켓용 비디오 플레이어, 포켓용 게임 장치, 또는 컨트롤 패널 등과 같은 다른 어플리케이션에 사용될 수 있다.

도 1b는 측정된 정전용량을 터치패드 좌표로 변환하는 일 실시예의 TX-RX 정전용량식 터치패드 센서 및 정전용량 센싱 회로의 블록도가 도시되어 있다. 터치센서(120)는 N×M 전극(N 수신 전극 및 M 송신 전극)의 매트릭스(125)를 포함하고, 이는 또한 송신(TX) 전극(122) 및 수신(RX) 전극(123)을 포함한다. 매트릭스(125) 내 각각의 상기 전극들은 멀티플렉서(112, 113)를 통해 정전용량 센싱 회로(101)와 연결되어 있다. 정전용량 센싱 회로(101)는 멀티플렉서 컨트롤(111), 멀티플렉서(112 및 113), 클럭 발생기(114), 시그널 발생기(115), 복조회로(116), 및 전류-코드(I-code) 변환기(117)를 포함한다. 전류-코드 변환기(117)는 또한 터치 좌표 변환기(118)와 연결되어 있다.

전극 매트릭스(125) 내 송신 및 수신 전극들이 배열되어, 각각의 상기 송신전극이 각각의 상기 수신전극을 교차한다. 따라서, 각각의 송신전극은 각각의 수신전극에 용량결합되어 있다. 예를 들어, 송신전극(122)과 수신전극(123)이 교차하는 지점에서 송신전극(122)는 수신전극(123)에 용량결합되어 있다.

클럭 발생기(clock generator)(114)는 클럭 시그널을 시그널 발생기(115)로 공급하고, 이는 터치센서(120)의 상기 송신전극에 공급되도록 TX 시그널(124)를 발생시킨다. 하나의 실시예에서, 상기 시그널 발생기(115)는 클럭 발생기(114)로부터의 상기 클럭 시그널에 따라 작동하는 한 세트의 스위치를 포함한다. 상기 스위치들은 시그널 발생기(115)의 출력을 한번은 공급전압에, 다음에는 그라운드(ground)에 주기적으로 연결함으로써 TX 시그널(124)을 발생시킨다.

시그널 발생기(115)의 출력은 멀티플렉서(112)와 연결되고, 이는 상기 TX 시그널(124)이 터치센서(120)의 임의의 M 송신전극에 적용되도록 한다. 하나의 실시예에서, 멀티플렉서 컨트롤(111)이 멀티플렉서(112)를 제어하여, 상기 TX 시그널(124)이 각각의 송신 전극에 순차적으로 가해진다. 멀티플렉서(112)는 또한 다른 송신 전극이 그라운드가 되어 상기 TX 시그널(124)이 전류가 가해지지 않도록 사용될 수 있다.

상기 송신 및 수신 전극 사이의 용량결합 때문에, 각각의 송신 전극에 가해진 TX 시그널(124)은 각각의 수신 전극에 전류를 유도한다. 예를 들어, 상기 TX 시그널(124)이 멀티플렉서(112)를 통해 송신 전극(122)에 가해지면, 상기 TX 시그널(124)은 매트릭스(125)에 있는 수신전극 상에 RX 시그널(125)을 유도한다. 상기 각각의 수신 전극 상의 RX 시그널(125)은 다음으로 멀티플렉서(113)를 사용하여 순차적으로 측정될 수 있어서, 각각의 N 수신 전극이 복조 회로(116)에 순차적으로 연결된다.

TX 전극 및 RX 전극 사이 각각의 교차와 관련된 정전용량은 멀티플렉서(112 및 113)를 사용하여 TX 전극 및 RX 전극의 모든 가능한 조합을 선택함으로써 감지될 수 있다.

손가락과 같은 물체가 상기 전극 매트릭스(125)에 접근할 때, 상기 물체는 일부 전극에만 영향을 주는 정전용량 감소를 유발한다. 예를 들어, 만약 손가락이 송신 전극(122) 및 수신 전극(123)의 교차점 근처에 위치한다면, 손가락의 존재는 상기 두 전극들(122, 123) 사이의 정전용량을 감소시킨다. 따라서, 터치패드 상의 손가락의 위치는 감소된 정전용량을 갖는 수신 전극과 감소된 정전용량이 상기 수신 전극 상에서 측정될 때 상기 TX 시그널(124)이 가해진 송신 전극 양자를 밝힘으로써 결정될 수 있다.

따라서, 상기 매트릭스(125) 내 전극들의 각각의 교차와 연관된 정전용량을 순차적으로 검출함으로써, 하나 또는 그 이상의 입력 위치가 결정될 수 있다.

상기 유도 전류파형(125)은 복조회로(116)에 의해 정류된다. 그런 다음, 상기 복조회로(116)에 의한 정류 전류 출력은 필터링되고 I-코드 변환기(117)에 의해 디지털 코드로 변환될 수 있다. 상기 디지털 코드는 터치 좌표 변환기(118)에 의해 터치센서 패드 상의 입력 지점을 가리키는 터치 좌표로 변환된다.

도 2a는 기생 및 상호 정전용량의 효과를 최소화하기 위한 보상회로를 포함하는 정전용량 센싱 회로의 일 실시예를 도시한다. 정전용량 센싱 회로(200)는 멀티플렉서(112 및113), 클럭 발생기(114), 시그널 발생기(115), 복조 회로(116), 및 전류-코드(I-code) 변환기(117)를 포함한다. 시그널 발생기(115)는 스위치들(211 및212)을 포함한다. 복조 회로(116)는 스위치들(231 및 232), 및 아날로그 버퍼(233)를 포함한다. I-코드 변환기(117)는 트랜스임피던스 증폭기(TIA)(240) 및 아날로그-디지털 변환기(ADC)(242)를 포함한다. TIA(240)는 연산 증폭기(operational amplifier)(241) 및 피드백 네트워크(243)를 포함한다.

클럭 발생기(114)는 두 개의 서로 다른 클럭 시그널, 클럭(221) 및 클럭(222)을 시그널 발생기(115)에 제공한다. 하나의 실시예에서, 상기 클럭(221) 및 클럭(222) 시그널은 비-중첩 시그널이고, 이에 따라 상기 클럭(221) 및 클럭(222) 시그널은 절대로 동시에 확인되지 않는다. 시그널 발생기(115)는 스위치들(211 및 212)를 포함하고, 이들은 상기 클럭(221) 및 클럭(222) 시그널 각각에 의해 제어된다. 따라서, 스위치들(211 및 212)은 비-중첩 방식으로 작동되어, 노드(213)를 한번은 공급 전압 V_CC 에, 다음에는 그라운드에 선택적으로 연결한다. 이는 V_CC 와 그라운드 사이에서 공진하는 노드(213) 상에 TX 시그널을 발생시킨다.

멀티플렉서(112)는 상기 TX 시그널을 TX 노드(226)에 가한다. TX 노드(226)는 멀티플렉서(112)에 연결된 많은 송신 노드들 중 하나일 수 있다. 예를 들어, 도1B와 함께 참조하면, TX 노드(226)는 송신 전극(122)와 같은 전극 매트릭스(125)에 있는 상기 송신 전극의 하나를 나타낼 수 있다. TX 노드(226)는 기생 정전용량 C_PT(223)을 통해 그라운드에 용량결합되어 있고, 상호적 정전용량 C_M(225)을 통해 RX 노드(227)에 용량결합되어 있다.

상기 TX 노드(226)에 가해진 TX 시그널은 TX 노드(226) 및 RX 노드(227) 사이의 용량결합에 의해 RX 노드(227) 상에 대응 시그널을 유도한다. 하나의 실시예에서, RX 노드(227)는 멀티플렉서(113)를 이용하여 선택가능한 많은 수신 전극 중의 하나일 수 있다. 예를 들어, 도 1b를 참조하면, RX 노드(227)는 수신 전극(123)과 같은 전극 매트릭스(125)에 있는 상기 수신 전극 중의 하나일 수 있다. RX 노드(227)는 그라운드에 기생 정전용량 C_PR(224)를 통해 용량결합되어 있다.

도 2b는 정전용량 센싱 회로(200) 과 같은 일 실시예의 정전용량 센싱 회로의 작동을 설명하는 전압 및 전류 파형이 도시되어 있다. 도 2b를 참조하면, 상기 TX 시그널 파형(261)은 멀티플렉서(112)를 통해 TX 노드(226)에 가해지는 노드(213)에서의 시그널에 대응한다. 상기 유도 전류파형(262)은 TX 노드(226) 및 RX 노드(227) 사이의 용량결합 때문에 TX 시그널(261)에 의해 RX 노드(227) 에서 유도된 전류를 설명한다.

상기 유도 전류파형(262)은 상기 복조 회로(116)의 입력에 가해진다. 복조 회로(116)는 스위치(231, 232) 및 아날로그 버퍼(233)를 사용하여 상기 유도 전류(262)를 정류한다. 스위치(231, 232)는 상기 클럭(221) 및 클럭(222) 각각을 사용하여 비-중첩 방식에서 작동된다. 따라서, 스위치(231, 232)는 스위칭 사이클의 임의의 지점에서 동시에 닫히지 않는다. 스위치(231)가 닫혔을 때, 상기 아날로그 버퍼(233)는 멀티플렉서(113)를 통해 RX 노드(227)에 연결되고, RX 노드(227)에서 정전압(constant voltage)을 유지한다. 하나의 실시예에서, 상기 아날로그 버퍼(233)는 단위 이득 증폭기(unity gain amplifier)이다. 아날로그 버퍼(233)의 입력은 노드(234)에 연결되고, 이에 연산 증폭기(241)에 의해 V_REF 로 유도된다. 따라서, 상기 아날로그 버퍼(233)는 스위치(231)가 닫혔을 때 RX 노드(227)에서 전압 레벨 V_REF를 유지한다.

스위치(231, 211)가 모두 상기 클럭(221) 시그널을 사용하여 제어되기 때문에, 스위치(231)가 닫혀있는 동안의 기간은 TX 노드(226)가 V_CC 에 연결되어 있는 동안의 기간과 일치한다. 이러한 기간 동안, 상기 TX 시그널의 그라운드에서 V_CC 로의 전압 상승으로 인해 전류는 RX 노드(227) 밖으로 흐른다.

스위치(232, 212)가 모두 상기 클럭(222) 시그널에 의해 제어되기 때문에, TX 노드(226)가 그라운드에 연결되어 있는 시간 동안 스위치(232)는 닫히게 된다. 이 시간 동안, TX 노드(226)에서 전압 강하 때문에 전류는 RX 노드(227)로 흐른다.

스위치(232)가 닫혔을 때, 스위치(231)는 열리고 아날로그 버퍼(233)는 RX 노드(227)로부터 연결해제된다. 이 시간 동안, RX 노드(227)는 멀티플렉서(113)를 통해 노드(234)와 연결된다. 이 시간 동안 전류가 RX 노드(227)로 흐르고 있기 때문에, 전류는 상기 닫힌 스위치(232)를 통해 노드(234) 밖으로 인출된다.

상기 복조 회로는 상기 유도 전류(262)에서 음의 전류 피크에 대해 반파형 정류기로서 기능한다. 도 2b를 참조하면, 상기 정류 전류(263)는 노드(234)에서의 상기 정류된 시그널에 대응한다.

상기 정류 전류(263)는 전류-코드 변환기(117) 의 입력에 가해진다. 전류-코드 변환기(117)는 입력으로서 전류를 수신하고, 입력 전류에 대응하는 디지털 코드를 출력한다. 따라서, 상기 변환기(117)는 상기 정류 전류(263)를 상기 정류 전류(263)처럼, 상기 TX 노드(226) 및 상기 RX 노드(227) 사이의 정전용량에 좌우되는 디지털 코드로 변환한다. 이에, 이러한 측정된 정전용량에 대응하는 상기 디지털 코드는 컴퓨터 또는 기타 회로에 의해 프로세스될 수 있다.

상기 전류-코드 변환기(117) 는 트랜스임피던스 증폭기(TIA)(240) 및 아날로그-디지털 변환기(ADC)(242)를 사용하여 상기 정류 전류(263)를 디지털 코드로 변환한다. 상기 TIA(240)는 상기 전류(263)를 전압으로 변환하고, 상기 ADC(242)는 상기 전압을 디지털 코드로 변환한다. 내부에 상기 전류(263)가 흐르는 노드(234)는 연산 증폭기(241)의 반전입력(inverting input) 에 연결되고, 그 출력은 피드백 네트워크(243)를 통해 상기 반전입력에 연결된다. 연산 증폭기(241)는 반전 입력에서 전압을 유지하여 특정 전압 레벨로 출력을 유도함으로써 상기 비-반전입력에 가해지는 전압 V_REF 에 대략 동일하게 된다. 이러한 TIA 출력 전압값(264)은 상기 ADC(242)에 의해 디지털 코드로 변환된다.

상기 정전용량식 센서에서 입력이 수신되었을 때, 상기 TX 노드(226) 및 RX 노드(227) 사이의 정전용량이 변화한다. 예를 들어, 노드(226, 227)은 전극 매트릭스(125) 내에 있는 전극일 수 있다. 노드(226, 227) 근처에서 손가락 터치는 TX 노드(226)에서의 상기 TX 시그널(261)에 의해 생성되는 전계의 그라운드 부로 분로(shunt)될 수 있다. 따라서, 상기 손가락 터치의 효과는 상기 TX 및 RX 노드(226, 227) 사이의 정전용량을 감소시키게 된다.

상기 정전용량식 센서에 입력에 의한 정전용량의 변화는 TX 노드(226) 및 RX 노드(227) 사이의 상호적 정전용량 C_M(225)을 갖는 평행한 캐패시터 C_F(230) 에 의해 표준이 될 수 있다. 입력의 존재가 TX 노드(226) 및 RX 노드(227) 사이의 정전용량을 감소시키기 때문에, C_F(230) 는 음의 값을 갖는다. 물리적으로, 음의 값의 C_F 는 터치에서 상기 전계부의 그라운드로의 분로로 인해 상기 누적된 상호적 정전용량이 감소된다는 것을 의미한다.

손가락 같은 전도성 물체가 TX 노드(226) 및 RX 노드(227)에 접근할 때, 상기 이들 노드(226, 227) 사이의 정전용량은 감소하고, 이는 상기 노드(226, 227)사이의 용량결합이 감소하는 것을 의미한다. 이에 따라, TX 시그널(261)이 감소됨으로써 RX 노드(227)에서 유도된 전류의 크기가 감소된다. 상기 감소된 유도 전류파형은 정류되고 TIA(240)에 의해 전압으로 변환된다. 얻어진 압력의 감소는 디지털 코드로 변환될 수 있고 입력으로서 검출될 수 있다.

입력에 의한 정전용량CF 에서의 변화는(C_M(225)와 상기 기생 정전용량 C_PT(223) 및C_PR(224)로부터 얻은) 상기 기준선 정전용량에 비해 상대적으로 작을 수 있다. 따라서, 상기 대응하는 입력에 의한 전압에서의 감소도 마찬가지로 작게 될 수 있다. 예를 들어, 아무런 입력이 없을 때 측정된 노드(226, 227)사이의 기준선 정전용량은 대략 3.0 pF 정도일 수 있다. 상기 노드(226, 227) 근처의 물체는 단지 정전용량을 2.9 pF로 약간의 퍼센트를 감소시킬 수 있다.

상기 기준선 정전용량에 대비할 때 정전용량 C_F 에서의 변화가 작기 때문에, 대응적으로 상기 입력에 의한 전압에서의 감소도 상기 정전용량식 센서 전극들에서 아무런 입력도 존재하지 않을 때 생성되는 상기 기준선 전압에 대비하면 작다. 따라서, 상기 전압이 유한수의 레벨로 분해될 수 있는 디지털 코드로 변환될 때, 단지 상대적으로 적은 수의 레벨은 동적 범위의 입력에 의한 전압 변화에 대응될 수 있다.

상기 기준선 정전용량의 효과는 보상 회로를 사용하여 제거될 수 있는 바, 보상전류를 복조회로(116)로부터 정류 전류 출력에 가한다. 상기 보상 전류는 상기 기준선 정전용량에 기여하는 상기 정류 전류 일부를 상쇄하는 데 사용될 수 있다.

하나의 실시예에서, 상기 보상회로는 전류 디지털-아날로그 변환기(IDAC)(228)를 포함하고, 이는 보상 전류를 노드(234)에 공급하도록 구성되어 있다. 하나의 실시예에서, IDAC(228)는 출력 보상 전류가 가능한 범위의 전류 레벨로부터 선택될 수 있는 프로그램 가능 IDAC이다.

하나의 실시예에서, 스위치된 캐패시터가 상기 보상 전류를 공급하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 양의 전극이 공급 전압과 노드(234) 사이에서 교대로 스위치되는 동안 상기 스위치된 캐패시터의 음의 전극은 그라운드에 연결될 수 있다. 이에 상기 스위칭 주파수가 상기 보상전류의 레벨을 제어하기 위해 조절될 수 있다.

상기 정전용량식 센서에 아무런 입력이 존재하지 않을 때, 상기 센서의 기준선 정전용량은 노드(234)의 외부로 기준선 정류 전류를 유발한다. IDAC(228) 은 보상 전류의 레벨을 부가함으로써 상기 기준선 정전용량의 효과를 제거하여, 노드(234) 측으로 또는 외부로의 네트 전류 흐름을 최소화한다.

전도성 물체가 상기 TX 및 RX 노드(226, 227)에 접근할 때, 상기 보상 전류가 보상 전류파형을 발생시키기 위해 IDAC(228)를 사용하여 상기 얻어진 정류 전류에 부가될 수 있다. 상기 보상 전류파형은 TIA(240)의 입력에 가해진다.

상기 기준선 정전용량의 효과가 최소화되면, 상기 입력에 의한 정전용량 C_F 에서의 변화는 더 큰 TIA(240)의 출력에서의 전압 감소를 가져온다. 이에 상기 보상 회로는 동적 범위의 상기 ADC(242)의 이용을 개선한다.

하나의 실시예에서, 상기 보상 전류파형은 피드백 네트워크(243)를 사용하여 필터링되어 ADC(242)의 입력에 가해지기 전에 TIA(240)에 의한 전압 출력의 리플을 감소시킨다. 하나의 실시예에서, 피드백 네트워크(243)는 피드백 레지스터 R_FB 및 피드백 캐패시터 C_FB를 포함하는 RC 네트워크일 수 있다.

하나의 실시예에서, 상기 보상 시그널 소스는 복조 스위치(231, 232)전에 멀티플렉서(113)의 출력에 직접적으로 연결될 수 있다.

하나의 실시예에서, 이상의 측정 및 보상 프로세서는 매트릭스(125)에 있는 각각 한 쌍의 송신 및 수신 전극에 대해 수행될 수 있다.

도 3은 하나의 실시예에 따른 RX 노드(227) 외부로 흐르는 유도 전류파형의 전파형 정류(full wave rectification)를 수행하는 정전용량 센싱 회로(300) 내 상기 기준선 정전용량에 대한 보상을 도시하고 있다. 정전용량 센싱 회로(300)는 IDAC(301, 302), 정류 스위치(303, 304), 리셋(reset) 스위치(306, 307), 집적 캐패시터(integration capacitor)(310, 311), 차동 증폭기(differential amplifier)(308), 및 아날로그-디지털 변환기(ADC)(309)를 포함한다.

정전용량 센싱 회로(300)에 의해 수행된 상기 전파형 정류는 상기 회로(300) 의 내성(immunity)을 AC 전원 라인 또는 메인 전압에 의해 유발된 소음과 같은 낮은 주파수 소음으로 개선한다. 예를 들어, 일 위상(phase) 동안 60 Hz AC 메인 전압 변화에 의해 센서 전극에 축적된 기생 전하는 다음 위상(phase) 동안 축적된 반대 전하에 의해 밸런스가 맞춰진다.

정전용량 센싱 회로(300)에 있어서, 상기 RX 노드(227) 외부로 흐르는 유도 전류는 스위치(303, 304)의 작동에 의해 정류된다. 하나의 실시예에서, 스위치(303, 212)는 제1 클럭 시그널에 의해 제어되고, 반면에 스위치(304, 211)은 제1 클럭 시그널에 대해 비-중첩되는 제2 클럭 시그널에 의해 제어된다. 따라서, 스위치(303, 304)는 비-중첩 방식으로 작동하여, 노드(227)의 외부로 흐르는 양극 및 음극 부분의 상기 유도 전류 모두를 정류한다.

예를 들어, 스위치(304)가 닫혔을 때, 스위치(303)는 열리고 스위치(211)는 닫힌다. 스위치(211)은 V_DD를 갖는 TX 노드(226)와 연결된다. TX 노드(226)에서의 전압 증가는 상기 노드(226, 227) 사이의 용량결합에 의해 RX 노드(227) 외부 전류의 흐름을 유발한다. 상기 RX 노드(227) 외부로 유도된 전류 흐름은 닫힌 스위치(304)를 통해 상기 차동 증폭기(308)의 비-반전 입력(non-inverting input)에 연결된 상기 노드로 공급된다.

스위치(303)가 닫혔을 때, 스위치(304)는 열리고 스위치(212)는 닫힌다. 스위치(211)는 TX 노드(226)를 그라운드와 연결한다. 상기 TX 노드(226) 에서의 전압 감소는 노드(226, 227) 사이의 상기 용량결합에 의한 RX 노드(227) 로의 전류 흐름을 유발한다. 상기 RX 노드(227) 외부로 유도된 전류 흐름은 닫힌 스위치(303)을 통해 차동 증폭기(308)의 반전 입력에 연결된 노드로부터 인출된다.

따라서, 제1 정류 전류 I_R1(312) 는 상기 차동 증폭기(308)의 비-반전 입력 노드로 흐르고, 제2 정류 전류 I_R2(313)는 차동 증폭기(308)의 반전 입력 노드의 외부로 흐른다. IDAC(302, 301)는 보상 전류를 아무런 입력이 존재하지 않을 때 노드의 내부와 외부로 흐르는 전류를 최소화하는 레벨로 공급한다. 특히, IDAC(301)는 보상 전류를 상기 반전 입력 노드로 공급하여 상기 노드 외부로 흐르는 상기 전류 I_R2(313) 를 제거한다. IDAC(302)는 상기 비-반전 입력 노드 외부의 보상 전류를 이끌어 상기 노드로 흐르는 상기 전류 I_R1(312)를 제거한다.

차동 증폭기(308) 및 집적 캐패시터(310, 311)는 차동 적분기로서 함께 작동한다. 집적 캐패시터(310, 311)는 집적 기간 동안에 걸쳐 차동 증폭기(308) 의 입력들 사이에 형성되는 전위차(potential difference)를 허용하면서 차동 증폭기(308)의 상기 입력 노드의 내, 외부 전류의 네트 흐름으로 얻어진 전하를 집적하는 데 사용된다. 이러한 전위차에 기반하여, 차동 증폭기(308)는 전압을 디지털 코드로 변환하는 ADC(309)로 전압을 출력한다. 리셋 스위치(306, 307)은 차회 집적 기간을 위한 준비로 캐패시터(311, 310)를 방전하기 위해 닫힐 수 있다.

도 4는 하나의 실시예에 따라 RX 노드(227)의 외부로 흐르는 유도 전류파형의 전파형 정류를 수행하는 정전용량 센싱 회로(400) 에서 기준선 정전용량의 보상을 도시하고 있다. 정전용량 센싱 회로(400)는 차동 증폭기(420)를 포함한다. 차동 증폭기(420)는 연산 증폭기(408, 409), 및 계측 증폭기(instrumentation amplifier, INA)(410)를 포함한다. 연산 증폭기(408, 409)는 피드백 네트워크(403, 404)에 각각 연결되어 있다. 상기 차동 증폭기(420)의 입력 노드는 IDAC(401, 402)로부터 보상전류를 공급받는다.

정전용량 센싱 회로(400)에 있어서, 상기 RX 노드(227)외부로 흐르는 유도 전류는 앞서 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 스위치(303, 304)의 작동에 의해 정류된다. 따라서, 제1 정류 전류 I_R1(412)는 연산 증폭기(409) 의 반전 입력 노드로 흐르고, 제2 정류 전류 I_R2(413)는 연산 증폭기(408)의 반전 입력 노드의 외부로 흐른다. IDAC(402, 401)는 아무런 입력이 존재하지 않을 때 노드의 내, 외부로 흐르는 전류의 흐름을 최소화하는 레벨로 보상 전류를 공급한다. 특히, IDAC(401)는 상기 노드의 외부로 흐르는 전류 I_R2(413)를 제거하기 위해 보상 전류를 상기 연산 증폭기(408)의 반전 입력 노드로 공급한다. IDAC(402)는 상기 노드로 흐르는 전류 I_R1(412) 를 제거하기 위해 상기 연산 증폭기(409)의 반전 입력 노드 밖으로 보상전류를 이끌어 낸다.

차동 증폭기(420) 의 연산 증폭기(408, 409)는 연산 증폭기(408, 409)의 비-반전 입력에 가해지는 기준 전압(reference voltage) V_REF 근처의 반전 입력을 유지하기에 충분한 전압 레벨로 출력을 이끈다. 상기 연산 증폭기(408, 409)의 출력 전압은 필터링되어 리플전압을 감소시킨다. 하나의 실시예에서, 상기 필터링은 피드백 네트워크(403 및 404)를 사용하여 수행되고, 이는 피드백 캐패시터 C_FB1 및 C_FB2과 패드백 레지스터 R_FB1 및 R_FB2를 포함할 수 있다.

상기 연산 증폭기(408, 409)의 출력 전압은 계측 증폭기(INA)(410)의 반전 및 비-반전 입력에 가해진다. 이러한 전압에 기반하여, INA(410)는 출력 전압을 발생시키고, 이는 ADC(411)에 의해 디지털 코드로 변환된다.

도 5는 단일 IDAC(507)를 사용하여 보상 전류를 발생시키는 보상회로(500)의 일 실시예를 도시하고 있다. 보상 회로(500) 는 전류 미러(current mirror)(501) 및(502)와 IDAC(507)를 포함한다.

IDAC(507) 는 기준 전류 I_REF(503)를 전류 미러(502)에 공급한다. 전류 미러(502)는 전류 I_REF(503)를 반사하고, I_M(504) 및 I_DAC-(506)를 발생시키며, 이는 I_REF(503)와 대략 동일하다. 전류 I_M 는 또한 전류 미러(501)에 의해 반사되고, 이는 전류 I_DAC+(505)를 발생시키며, 이는 I_M와 대략 동일하다. 상기 전류 I_DAC+(505) 및 I_DAC-(506) 는 회로 전파형 정류로 정전용량 센싱 회로(300) 또는(400)와 같은 정전용량 센싱용 보상 전류로서 사용될 수 있다.

도 6은 일실시예에 따른 정전용량식 센서의 정전용량을 센싱하는 과정을 보여주는 흐름도이다. 정전용량 센싱 프로세스(600)는 예를 들면 정전용량 센싱 회로(200, 300, 400)에 의해서 구현될 수도 있다.

블록 602에서, 송신 시그널이 생성될 수도 있다. 하나의 실시예에서, 상기 송신 시그널은 TX 시그널(261)과 유사할 수도 있는데, 이것은 공급 전압(V_CC )와 그라운드 사이에 상기 송신 시그널이 가해지는 노드(node)를 스위칭시켜서 생성될 수 있다.

블록 604에서, 상기 송신 시그널이 송신 전극에 인가되어서, 상기 송신 전극과 용량 결합된 수신 전극에 전류를 유도할 수도 있다. 예를 들면, 정전용량 센싱 회로(200)에서, TX 시그널(261)이 TX 노드(226)에 가해져서, RX 노드(227)에 유입 또는 유출되는 전류를 유도할 수도 있다. 상기 생성된 유도 전류파형에는 양 피크(positive peak) 및 음 피크(negative peak)가 포함될 수 있는데, 이들은 상기 수신 전극에 유입하고 유출하는 전류에 상당한다.

블록 606에서, 상기 유도 전류파형이 정류될 수도 있다. 하나의 실시예에서, 상기 정류는 상기 송신 시그널을 생성하는 데 사용하는 스위칭과 동시에 작동되는 스위치(231, 232) 등의 스위치를 이용하여 이루어질 수도 있다. 하나의 실시예에서, 상기 유도 전류파형은 정전용량 센싱 회로(200) 내 복조 회로(116)와 같은 반파 정류기를 사용하여 정류된다. 이와 달리, 정전용량 센싱 회로(300 또는 400)에서 구현되는 것처럼 상기 정류가 전파 정류(full wave rectification)일 수도 있다.

블록 608에서, 보상 전류가 상기 정류 전류에 추가될 수도 있다. 예를 들면, 정전용량 센싱 회로(200)에서, IDAC(228)은 보상 전류를 노드(234)에서 유출되는 상기 정류 전류에 부가한다. 하나의 실시예에서, 상기 보상 전류의 세기는 대략 상기 기준선 정류 전류의 세기와 동일하다. IDAC(228)은 상기 보상 전류를 노드(234) 속으로 공급해서, 노드(234)에서 유출되는 상기 기준선 정류 전류를 보상한다.

블록 610에서, 상기 보상 전류파형이 출력 전압으로 변환될 수도 있다. 하나의 실시예에서, 이러한 변환은 트랜스임피던스 증폭기(TIA)에 의해 수행된다. 예를 들면, 정전용량 센싱 회로(200)에서 상기 보상 전류파형은TIA(240)에 의해 전압으로 변환된다. 이와 달리, 상기 변환은 차동 증폭기(308) 및 캐패시터(310, 311)를 포함하는 정전용량 센싱 회로(300)에서의 차동 적분기와 같은 차동 적분기, 또는 정전용량 센싱 회로(400)에서의 차동 증폭기(420)와 같은 차동 증폭기에 의해 수행될 수도 있다.

블록 612에서, 상기 출력 전압은 필터링되어, 상기 출력 전압에서 리플(ripple)을 감소시킬 수도 있다. 상기 출력 전압이 일련의 펄스를 포함하는 송신 시그널에 의해 유도 전류로부터 발생된다면, 그것은 상당한 양의 리플에 그 특징이 있게 된다. 예를 들면, 송신 전극에 가해질 때, TX 시그널(261)이 대응하는 주기적 펄스와 함께 정류 전류(263)를 일으킨다. 이러한 정류 전류는, 필터링 없이 전압으로 변환되는 경우 상당한 리플 전압에 특징이 있는 출력 전압을 가져오게 될 것이다. 이에, 하나의 실시예에서는, 상기 필터링이 연산 증폭기(241)의 출력에 연결된 피드백 네트워크(243) 같은 피드백 네트워크에 의해 수행될 수도 있다. 또 다른 실시예에서는, 상기 필터링은 정전용량 센싱 회로(300)의 C_INT1(311)와 C_INT2(310) 같은 집적 캐패시터(integration capacitor)에 의하거나, 또는 정전용량 센싱 회로(400)의 피드백 네트워크(403, 404)에 의해서 수행될 수도 있다. 상기 필터링은 상기 정류 전류로부터 발생한 출력 전압에서 리플을 감소시킨다. 예를 들면, TIA 출력(264)은 TIA(240)로부터의 출력이고, 필터링 없이 생성될 경우 보다 작은 리플 전압에 그 특징이 있다.

블록 614에서, 상기 필터링된 출력 전압은 디지털 코드로 변환될 수 있다. 하나의 실시예에서, 상기 출력 전압이 상기 디지털 코드로 변환되는 것은 정전용량 센싱 회로(200)의 ADC(242), 정전용량 센싱 회로(300)의 ADC(309), 정전용량 센싱 회로(400)의 ADC(411)과 같이, 아날로그-디지털 변환기(ADC)에 의해 수행될 수도 있다. 하나의 실시예에서, 상기 출력 전압은 출력 비트스트림(bitstream)에서 확인된 비트(asserted bit) 밀도로 표현될 수도 있다. 이와 달리, 상기 출력 전압값은 2진법 코딩으로 표현될 수도 있다. 상기 디지털 코드는 컴퓨터 시스템이나 기타 회로에 의해 처리될 수 있다.

하나의 실시예에서, 블록 602-614에 표현된 연산들은 그것들이 실행되는 정전용량 센싱 회로가 작동하는 동안 지속적으로(continuously) 수행될 수도 있어서, 상기 정전용량식 센서에의 입력이 지속적으로 추적될 수 있다. 예를 들면, 만약 상기 정전용량식 센서가 전극 매트릭스(125)와 같은 전극 매트릭스라면, 상기 정전용량 센싱 회로가 시간 경과에 따라 입력의 원인이 되는 손가락 위치를 추적할 수도 있다. 또 다른 실시예에서는, 정전용량 센싱 프로세스(600)의 연산들이 주기적으로(periodically) 수행될 수도 있다.

도 7a는 보상 회로를 캘리브레이션하기 위한 캘리브레이션 회로에 대한 일실시예를 보여주는 블록도이다. 상기 캘리브레이션 회로 및 보상 회로는 정전용량 센싱 회로(200, 300, 또는 400)와 같은 정전용량 센싱 회로에서 이용 가능하다. 캘리브레이션 회로(700)는 IDAC(702)로 표시되는, 상기 보상 회로에 의해 출력되는 적정 보상 전류를 설정하는 데에 이용될 수도 있다. 하나의 실시예에서, 상기 캘리브레이션 회로(700)는 복조 회로(116)에 의해 출력되는 기준선 정류 전류와 대략 동일한 보상 전류를 결정한다. 상기 기준선 정류 전류는 상기 정전용량식 센서에 입력이 없을 때 상기 복조 회로(116)에 의해 출력된 정류 전류이다.

하나의 실시예에서, 캘리브레이션 회로(700)는 입력이 없을 때 상기 IDAC(702)를 캘리브레이션해서, 상기 캘리브레이션 회로(700)가 상기 기준선 정류 전류를 측정할 수도 있다. 예를 들면, 상기 캘리브레이션 회로(700)가 유저 인터페이스 장치 내의 정전용량 센싱 회로와 정전용량식 센서와 함께 사용되었다면, 상기 캘리브레이션 프로세스는 유저가 상기 정전용량식 센서를 터치하지 않도록 지시 받는 동안 일시에, 또는 상기 정전용량식 센서에 입력이 일어나지 않는 것으로 예상되는 때에 일시에 수행될 수도 있다. 하나의 실시예에 따르면, 이 동안에, 수신 전극으로부터의 기준선 유도 전류파형이 상기 복조 회로에 의해 정류되어서, 기준선 정류 전류를 생성한다. 상기 기준선 정류 전류는 전류-코드(I - code) 변환기(117)에 의해 디지털 코드로 변환되고, 상기 캘리브레이션 회로(700)에 송신된다.

이후 상기 디지털 코드는 상기 캘리브레이션 회로(700)에 의해 처리될 수 있다. 예를 들면, 상기 캘리브레이션 회로(700)에 의해 수신된 디지털 코드에는 디지털적으로 암호화된 전압값 시퀀스가 포함될 수도 있는데, 이는 시간 경과하면서 상기 캘리브레이션 회로에 의해 평균화된다. 상기 캘리브레이션 회로(700)는 또한 상기 디지털 코드 상에서 오프셋 추가 또는 추출, 또는 필터링 같은 다른 연산들을 수행할 수도 있다.

상기 처리된 디지털 코드에 기반하여, 상기 캘리브레이션 회로는IDAC(702)에 의해 출력되는 보상 전류값을 결정하고, 이 수치를 나타내는 값을 메모리(701)에 저장한다. 하나의 실시예에서, 상기 캘리브레이션 회로(700)는 메모리(701) 속에 상기 캘리브레이션 프로세스 동안 검출된 상기 기준선 정류 전류의 평균과 대략 동일한 보상 전류치를 저장한다.

하나의 실시예에서, 상기 보상 전류는 IDAC(702)에 의해 출력될 때, 정확하게 상기 기준선 정류 전류를 취소할 가능성이 더 높은데, 상기 보상 전류치가 실험적으로 결정된 기준선 정류 전류에 기반하기 때문이다.

상기 정전용량 센싱 회로가 정상 작동하는 동안(예, 정전용량 센싱 회로가 정전용량식 센서에서 입력을 검출하고 있는 경우), 상기 캘리브레이션 회로(700)는 상기 메모리(701)에 접속해서, 상기 IDAC(702)에 의해 출력되는 보상 전류치를 결정할 수도 있다. 상기 캘리브레이션 회로는 상기 IDAC(702)를 제어해서, 상기 IDAC(702)가 보상 전류치를 출력하게 한다.

하나의 실시예에서, 상기 캘리브레이션 회로(700)와 IDAC(702)에 의해 표현되는 보상 회로는 다수의 센서 요소들의 정전용량을 측정하는 정전용량 센싱 회로에서 구현된다. 예를 들면, 상기 정전용량 센싱 회로는 매트릭스(125) 등의 전극 매트릭스에서 송신 및 수신 전극 각 쌍 사이의 정전용량을 측정하도록 구조될 수도 있다. 이러한 실시예들의 경우, 상기 캘리브레이션 회로는 각각의 가능한 송신 및 수신 전극 쌍에 대해서 캘리브레이션 프로세스를 수행할 수도 있다. 예를 들면, 전극 매트릭스에 20개 송신 전극과 30개 수신 전극이 포함되어 있는 경우, 상기 캘리브레이션 프로세스는 20×30회, 즉 600회 수행될 것이다. 따라서, 상기 캘리브레이션 프로세스는 각각의 가능한 송신 및 수신 전극 쌍마다 한 번 수행된다. 상기 600회 보상 전류값은 메모리(701)에 저장될 수 있다. 상기 정전용량 센싱 회로가 정상적으로 연산하는 동안, 특정한 송신 및 수신 전극 쌍과 연관된 보상 전류값이 상기 메모리에서 검출되고, 상기 특정한 쌍의 정전용량이 센싱되고 있을 때 발생된 기준선 정류 전류를 취소하기 위해 사용될 수 있다.

도 7b는 일실시예에 따른 정전용량 센싱 회로 내 보상 전류를 캘리브레이션하기 위한 과정을 보여주는 흐름도이다. 캘리브레이션 프로세스(750)의 연산들은 캘리브레이션 회로(700)에 의해 수행될 수도 있다.

상기 캘리브레이션 프로세스는 블록 752에서 시작해서, 블록 754에서 계속된다. 블록 754에서, 초기의 송신 및 수신 전극 쌍이 상기 정전용량 센싱 회로에 연결될 수도 있다. 예를 들면, 정전용량 센싱 회로(101)에서, 멀티플렉서 컨트롤(111)은 멀티플렉서(112)를 제어해서 상기 초기 송신 전극을 상기 시그널 발생기(115)에 연결하고, 멀티플렉서(113)를 제어해서 상기 초기 수신 전극을 복조 회로(116)에 연결하는 데에 이용될 수도 있다.

블록 756에서, 보상 회로로 사용된IDAC는 출발값으로 세팅될 수도 있다. 하나의 실시예에서, 상기 IDAC는 프로그램 가능 IDAC로, 출력 전류가 디지털값을 상기 IDAC 레지스터에 저장해서 세팅될 수 있다. 하나의 실시예에서, 상기 보상 회로는 스위칭 주파수가 출력 전류를 설정하기 위해 조정될 수 있는, 스위치된 캐패시터 등의 전류원을 사용할 수도 있다.

블록 758에서, 상기 IDAC는 그것의 현재 설정된 값에 따라 전류를 상기 기준선 정류 전류에 추가하기 위해 사용될 수도 있다. 예를 들면, 정전용량 센싱 회로(200)에서, 상기 IDAC(228)은 보상 전류를 노드(234)로 공급한다. 상기 기준선 정류 전류가 노드(234)로부터 인출되기 때문에, 상기 IDAC(228)에 의해 공급된 보상 전류가 상기 기준선 정류 전류에 추가된다. 예를 들면, 상기 기준선 정류 전류가 노드(234)로부터 인출될 수도 있고, 상기 보상 전류가 노드(234)로 공급될 수도 있으며, 이때 상기 노드(234)로부터 인출된 네트 전류(net current)가 줄어든다.

블록 760에서, 상기 캘리브레이션 회로가 상기 보상 전류를 측정할 수도 있는데, 상기 보상 전류는 상기 IDAC에서 기준선 정류 전류로 전류가 추가됨에 의해 기인한다. 하나의 실시예에서, 상기 캘리브레이션 회로는 상기 보상 전류값을 나타내는 디지털 코드를 수신한다. 예를 들면, 상기 보상 전류는 전류-코드 변환기(117)에 의해 디지털 코드로 변환될 수도 있는데, 상기 디지털 코드는 캘리브레이션 회로(700)로 송신된다.

결정 블록 762에서, 상기 캘리브레이션 회로는 현재 선택한 IDAC 값을 사용하여 보상 전류가 최소화 되는지 여부를 결정할 수도 있다. 하나의 실시예에서, 캘리브레이션 회로(700) 같은 캘리브레이션 회로는 상기 보상 전류를 대변하는 디지털 코드값을 역치값과 비교해서, 상기 보상 전류가 충분히 최소화되는지를 결정한다. 하나의 실시예에서, 상기 역치값은 어느 방향에서든 수용 가능한 최대한의 전류 흐름을 의미한다. 만약 상기 보상 전류 흐름이 이러한 역치 양보다 적다면, 상기 캘리브레이션 회로가 764 블록으로 진행된다. 그렇지 않은 경우, 상기 캘리브레이션 회로는 768 블록으로 진행된다.

블록 768에서, 상기 IDAC값을 조정할 수도 있다. 하나의 실시예에서, 이러한 조정은 상기 IDAC에 의해 출력되는 현재 값의 감소에 해당한다. 이와 달리, 상기 조정은 상기 IDAC 출력 전류 증가의 원인이 될 수도 있다. 768 블록에서 상기 IDAC 전류가 증가하거나 감소하는 것은 상기 IDAC이 756 블록이나 764 블록에서 세팅시킨 현재 값이 예상한 최종 보상 전류보다 높거나 낮은지에 달려 있다. 하나의 실시예에서, 선형 검색 알고리즘이 사용되는데, 여기서 상기 IDAC이 높은 초기값으로 세팅되고, 상기 값은 점점 목표값으로 줄어든다. 이와 달리, 연속 근사방식(successive approximation) 등 다른 검색 알고리즘들 또한 이용 가능하다. 상기 IDAC값은 사용중인 상기 검색 알고리즘에 따라서 세팅되고, 상기 프로세스는 블록 758에서 새로운IDAC 세팅과 함께 계속된다.

따라서, 블록768, 758, 760, 및 762는 상기 IDAC값이 상기 보상 전류를 충분히 최소화시킬 때까지 반복될 수도 있다. 상기 보상 전류가 상기 IDAC값에 의해 충분히 최소화되면, 상기 프로세스는 결정 블록 762를 따라서 블록 764에서 계속된다.

블록 764에서, 상기 보상 전류를 충분히 최소화시키는 상기 IDAC값이 상기 캘리브레이션 회로의 메모리에 저장될 수도 있다. 예를 들면, 상기 IDAC값은 디지털 값으로서 캘리브레이션 회로(700)의 메모리(701) 속에 저장될 수도 있다.

결정 블록 766에서, 상기 캘리브레이션 회로는 IDAC값이 상기 송신 및 수신 전극 전체 쌍에 대해 정해졌는지를 결정할 수도 있다. 만약 모든 쌍이 처리되지 않았다면, 상기 프로세스는 블록 770에서 계속된다.

블록 770에서, 상기 캘리브레이션 회로는 차기 송신 및 수신 전극 쌍을 상기 정전용량 센싱 회로에 연결할 수도 있다. 그런 다음에 상기 프로세스는 블록 756에서 계속된다.

따라서, 블록770, 756, 758, 760, 762, 768, 764, 및 766는 상기 보상 전류를 최소화시키는 IDAC값이 각각의 송신 및 수신 전극 쌍에 대해 정해질 때까지 반복될 수도 있다.

IDAC값이 각각의 송신 및 수신 전극 쌍에 대해 정해졌을 때, 상기 캘리브레이션 프로세스(750)은 결정 블록 766을 따라서 블록 780으로 계속된다. 블록 780에서, 상기 프로세스(750)가 종료된다.

상기 캘리브레이션 프로세스(750)이 종결될 때, 보상 전류값은 각각의 송신 및 수신 전극 쌍에 대해 정해졌다. 하나의 실시예에서, 이들 보상 전류값은 캘리브레이션 회로(700)의 메모리(701)에 저장된다. 상기 정전용량 센싱 회로가 정상 작동하는 동안, 특정한 송신 및 수신 전극 쌍을 선택할 때, 그 쌍에 연관된 보상 전류값이 메모리(701)로부터 검출되고, 상기 보상 회로의 출력 전류를 설정하는 데에 이용된다. 이에, 상기 캘리브레이션 회로와 보상 전류값이 상이한 송신 및 수신 전극 쌍들 간의 상호 정전용량과 기생 정전용량 차이를 보상할 수 있다.

여기에 개시된 실시예들은 상기 송신 전극에 시그널을 송신 시그널을 가함으로써 송신 및 수신 전극 사이의 정전용량을 감지하여 상기 수신 전극에 전류를 유도하는 정전용량 센싱 회로를 포함한다. 상기 정전용량 센싱 회로의 실시예들은 또한 상기 송신 및 수신 전극 사이의 기준선 정전용량에 대해 보상하여 상기 정전용량 센싱 회로의 동적 범위의 이용을 최적화한다.

여기에 개시된 실시예들은(특히 RF/EMI 노이즈 시그널에 대한 높은 내성에서) 스위칭 캐패시터 방식의 모든 장점을 유지하는 이점을 가질 수 있고, 하드웨어와 소프트웨어의 관점에서 현존하는 장치 뿐 아니라 미래 장치에서 용이하게 실현되도록 구성될 수 있다.

여기에 개시된 본 발명의 실시예는 다양한 연산(operation)을 포함한다. 이러한 연산은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 이들의 조합에 의해 수행될 수 있다. 여기에 사용된 용어 “결합된”은 직접적으로 또는 하나 또는 그 이상의 중개 요소를 통해 간접적으로 연결되는 것을 의미한다. 여기에 개시된 다양한 버스들을 통해 제공된 임의의 시그널은 다른 시그널과 시간다중(time multiplexed)될 수 있고, 하나 또는 그 이상의 통상의 버스를 통해 제공된다. 추가적으로, 회로 구성요소들 또는 블록들 사이의 상호연결은 버스로서 나타나거나 단일 시그널 라인으로서 나타날 수 있다. 각각의 상기 버스들은 선택적으로 하나 도는 둘 이상의 단일 시그널 라인일 수도 있고, 각각의 상기 단일 시그널 라인은 선택적으로 버스가 될 수도 있다.

특정 실시예는 기계-가독형 매체 상에 저장된 명령을 포함할 수 있는 컴퓨터 프로그램물로서 실행될 수 있다. 이들 명령은 상기 설명된 연산을 수행하기 위해 범용 또는 특정-목적 프로세서를 프로그램하는 데 사용될 수 있다. 기계-가독형 매체는 정보를 기계(예를 들어, 컴퓨터)에 의해 판독가능한 형태(예를 들어, 소프트웨어, 프로세싱 어플리케이션)로 저장 또는 송신하는 임의의 메커니즘을 포함한다. 상기 기계-가독형 매체는, 이에 제한되는 것은 아니지만, 자기 저장 매체(예를 들어, 플로피 디스켓); 광 저장 매체(예를 들어, CD-ROM); 광자기 저장매체; 판독 전용 메모리(read-only memory, ROM); 랜덤 액세스 메모리(RAM); 소거 및 프로그램 가능한 메모리(erasable programmable memory, 예를 들어, EPROM 및 EEPROM); 플래쉬 메모리; 전기적, 광학적, 음파적, 또는 다른 형태의 전파된 시그널(예를 들어, 반송파, 적외선 시그널, 디지털 시그널 등); 또는 전자식 명령의 저장에 적합한 다른 타입의 매체; 를 포함한다.

또한, 일부 실시예는 상기 기계-가독형 매체가 저장되어 있거나 및/또는 한 개 이상의 컴퓨터 시스템에 의해 실행되는 보급된 컴퓨터 환경에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 컴퓨터 시스템들 사이에서 송신된 정보는 상기 컴퓨터 시스템에 연결된 통신 매체를 넘어 당겨지거나 밀어내질 수 있다.

비록 여기에 나타나거나 설명된 방법의 연산은 특정한 순서로 되어 있지만, 각 방법의 연산 순서는 바뀔 수 있고, 이에 특정한 연산은 반대 순서로 수행되거나, 특정 연산이 적어도 부분적으로 다른 연산과 동시적으로 수행될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 개별 연산들의 명령 또는 하위-연산(sub-operation)은 간헐(intermittent) 및/또는 교대(alternating) 방식으로 될 수 있다.

앞서 명세서에서, 본 발명은 특정한 예시적인 실시예를 참조하여 설명되었다. 그러나, 첨부된 특허청구범위에 기재된 바와 같은 더 넓은 본 발명의 정신과 범위로부터 멀어지지 않고 다양한 개질 및 변형이 이루어질 수 있음이 명백할 것이다. 명세서 및 도면은 따라서 한정적 개념이라기 보다는 설명적 개념으로 여겨진다.

Claims

송신 전극 및 수신 전극을 포함하는 정전용량식 센서,
여기서 상기 수신 전극은 상기 송신 전극과 용량결합(capacitively coupled)되는 정전용량식 센서;
상기 송신 전극과 결합되고 상기 송신 전극에 송신 시그널을 가함으로써 상기 수신 전극에 유도 전류파형을 발생시키도록 이루어진, 시그널 발생기;
상기 수신 전극에 연결된 복조 회로, 여기서 상기 복조 회로는 상기 유도 전류파형에 근거한 정류 전류를 출력하도록 이루어진 복조 회로; 및
상기 복조 회로에 결합된 보상 회로, 여기서 상기 보상 회로는 상기 정류 전류에 보상 전류를 더하여 보상 전류파형을 발생시키도록 이루어진 보상 회로
를 포함하는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 보상 전류는 상기 송신 전극 및 상기 수신 전극의 기준선 정전용량에 기여하는 전류의 양과 대략 동일한 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 보상 회로는 프로그램 가능 전류 디지털-아날로그 변환기(IDAC)를 포함하는 장치.
제 1 항에 있어서, 측정된 정전용량값에 기반하여 상기 보상 전류를 조절하도록 구성된 캘리브레이션 회로를 더욱 포함하는 장치.
제 4 항에 있어서, 보상 전류값을 저장하도록 구성된 메모리를 더욱 포함하고, 상기 보상 전류값은 상기 송신 전극 및 상기 수신 전극을 포함하는 한 쌍과 관련되어 있는 장치.
제 5 항에 있어서, 상기 캘리브레이션 회로는 상기 한 쌍의 송신 전극과 수신 전극 사이에서 측정된 정전용량에 기반하여 보상 전류값을 결정하도록 구성된 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 정전용량식 센서는 복수 개의 송신 전극 및 복수 개의 수신 전극을 더욱 포함하는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 보상 전류파형에 기반하여 출력 전압을 발생시키도록 구성된 트랜스임피던스 증폭기를 더욱 포함하는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 보상 전류파형의 리플 전압(ripple voltage)을 감소시키도록 구성된 필터를 더욱 포함하는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 복조 회로는,
상기 수신 전극에 결합되고, 상기 유도 전류파형의 양의 부분에 기반한 양의 정류 전류를 출력하도록 구성된 제1 반파 정류기(half wave rectifier); 및
상기 수신 전극에 결합되고, 상기 유도 전류파형의 음의 부분에 기반한 음의 정류 전류를 출력하도록 구성된 제2 반파 정류기를 포함하는 장치.
제 10 항에 있어서, 상기 보상 회로는,
상기 양의 정류 전류에 상기 보상 전류를 더하도록 구성된 제1 전류원; 및
상기 음의 정류 전류에 제2 보상 전류를 더하도록 구성된 제2 전류원을 포함하는 장치.
수신 전극에 용량결합된 송신 전극에 송신 시그널을 가하여 상기 수신 전극에 유도 전류파형을 발생시키는 단계;
상기 유도 전류파형을 정류하여 정류 전류를 발생시키는 단계; 및
상기 정류 전류에 보상 전류를 더하여 보상 전류파형을 발생시키는 단계
를 포함하는 방법.
제 12 항에 있어서, 상기 보상 전류는 상기 송신 전극 및 상기 수신 전극의 기준선 정전용량에 기여하는 전류의 양과 대략 동일한 방법.
제 12 항에 있어서, 측정된 정전용량값에 기반하여 상기 보상 전류를 조절하는 단계를 더욱 포함하는 방법.
제 14 항에 있어서, 보상 전류값을 저장하는 단계를 더욱 포함하고, 여기서 상기 보상 전류값은 상기 송신 전극 및 상기 수신 전극을 포함하는 한 쌍과 관련되어 있는 방법.
제 15 항에 있어서, 상기 한 쌍의 송신 전극과 수신 전극 사이에서 측정된 정전용량에 기반하여 보상 전류값을 결정하는 단계를 더욱 포함하는 방법.
제 12 항에 있어서, 상기 보상 전류파형에 기반하여 출력 전압을 발생시키는 단계를 더욱 포함하는 방법.
제 12 항에 있어서, 상기 보상 전류파형의 리플 전압을 감소시키는 단계를 더욱 포함하는 방법.
정전용량식 센서의 정전용량값에 기반한 유도 전류파형을 발생시키는 부재,
상기 유도 전류파형에 기반한 정류 전류를 발생시키는 부재, 및
상기 정류 전류에 보상 전류를 더함으로써 보상 전류파형을 발생시키는 부재
를 포함하는 장치.
제 19 항에 있어서, 상기 보상 전류는 상기 정전용량식 센서의 기준선 정전용량에 기여할 수 있는 전류의 양과 대략 동일한, 장치.