KR20110025680A - Capacitance measurement circuit - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 커패시턴스 측정 회로에 관한 것으로서, 특히 노이즈를 줄일 수 있는 커패시턴스 측정 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a capacitance measurement circuit, and more particularly to a capacitance measurement circuit that can reduce noise.
커패시턴스 측정 회로(capacitance measurement circuit)는 커패시턴스를 측정하기 위한 회로로서, 각종 회로 또는 소자의 커패시턴스를 측정하기 위하여 주로 사용된다. 그러나 최근에는 각종 휴대용 장치가 터치 패드, 터치스크린 및 접근 감지 센서와 같은 사용자 인터페이스를 제공함에 따라 사용자의 접촉 및 접근을 감지할 수 있는 커패시턴스 측정 회로의 적용 범위가 확대되고 있다.A capacitance measurement circuit is a circuit for measuring capacitance, and is mainly used for measuring capacitance of various circuits or devices. However, recently, as portable devices provide user interfaces such as touch pads, touch screens, and access detection sensors, a range of application of capacitance measurement circuits capable of detecting a user's touch and approach is expanding.
도 1은 종래의 접촉 감지 센서의 일례를 나타내는 도면으로 한국 등록 특허 0683249호에 공개되어 있다. 도 1의 접촉 센서는 측정 신호 발생부(10), 기준 신호 발생부(20), 복수개의 센싱 신호 발생부들(30-1 ~ 30-n), 복수개의 가변 지연부들(35-1 ~ 35-n), 복수개의 접촉 신호 발생부들(40-1 ~ 40-n), 및 제어부(50)를 구비한다.1 is a view showing an example of a conventional touch sensor is disclosed in Korean Patent No. 0683249. The touch sensor of FIG. 1 includes a
측정 신호 발생부(10)는 클럭 신호를 측정 신호(in)로서 발생하여 기준 신호 발생부(20)와 복수개의 센싱 신호 발생부들(30-1 ~ 30-n) 각각에 인가한다.The
기준 신호 발생부(20)는 제1 저항(R1-1)과 커패시터(C)로 구성되어, 접촉 물체의 접촉 여부에 상관없이 항상 측정 신호(in)를 소정의 시간만큼 지연하여 기준 신호(ref)를 발생시킨다. 제1저항(R1-1) 과 커패시터(C)는 가변 지연 신호들(vsen2-1 ~ vsen2-n)에 대한 기준 신호(ref)의 지연값을 설정하기 위한 것이다.The
복수개의 센싱 신호 발생부들(30-1 ~ 30-n) 각각은 측정 신호 발생부(10)와 복수개의 가변 지연부(35-1 ~ 35-n) 각각의 사이에 위치하는 제2 저항들(R2-1 ~ R2-n)과, 제2 저항들(R2-1 ~ R2-n)과 복수개의 가변 지연부들(35-1 ~ 35-n) 각각의 사이에 위치하여 커패시턴스을 가지는 접촉 물체가 접촉되도록 하는 패드(PAD)를 구비한다. 복수개의 제2 저항(R2-1 ~ R2-n) 각각은 측정 신호 발생부(10)와 복수개의 패드(PAD) 각각의 사이에 지연 성분을 동일하도록 조절한다. 복수개의 센싱 신호 발생부들(30-1 ~ 30-n) 각각은 접촉 물체가 접촉되는 패드(PAD)를 구비하고, 접촉 물체가 패드(PAD)에 접촉되면, 측정 신호(in)를 기준 신호(ref)보다 더 많이 지연시키고, 접촉되지 않으면 측정 신호(in)를 기준 신호(ref)보다 작게 지연시켜서 기준 신호(ref)와 지연 시간의 차이가 나도록 센싱 신호들(sen2-1 ~ sen2-n)을 발생시킨다. Each of the plurality of sensing signal generators 30-1 to 30-n may include second resistors positioned between the
접촉 물체는 소정의 정전 용량을 가지는 모든 물체가 적용될 수 있으며, 대표적인 예로 많은 양의 전하를 축적할 수 있는 사람의 인체가 있다.The contact object may be any object having a predetermined capacitance, and a representative example is a human body capable of accumulating a large amount of charge.
복수개의 가변 지연부들(35-1 ~ 35-n) 각각은 제어부(50)로부터 공급되는 제어 신호들(D1 ~ Dn)에 응답하여 센싱 신호들(sen2-1 ~ sen2-n)의 지연 시간을 가변하고, 가변된 지연 시간에 따라 가변 지연 신호들(vsen2-1 ~ vsen2-n)을 출력한다. 가변 지연부(35-1 ~ 35-n) 각각은 복수개의 지연 셀들과 버퍼로 구성될 수 있고, 복수개의 지연 셀들 각각은 한 개의 멀티플렉서와 두 개의 인버터로 구성될 수 있다.Each of the variable delay units 35-1 to 35-n adjusts the delay times of the sensing signals sen2-1 to sen2-n in response to the control signals D1 to Dn supplied from the
멀티플렉서는 두 개의 입력과 한 개의 출력 그리고 두 개의 입력 중에서 하나의 입력을 선택하기 위한 선택 입력을 포함하고, 이 선택 입력들은 제어부(50)로부터 공급되는 제어 신호(D1 ~ Dn) 중 대응하는 제어 신호에 의해 제어된다. 두 개의 인버터는 멀티플렉서의 출력을 소정 시간 지연시키는 역할을 한다.The multiplexer includes a selection input for selecting one of two inputs, one output, and two inputs, the selection inputs corresponding control signals of control signals D1 to Dn supplied from the
복수개의 접촉 신호 발생부들(40-1 ~ 40-n) 각각은 기준 신호(ref)에 동기되어 가변 지연 신호들(vsen2-1 ~ vsen2-n)을 샘플링 및 래치하여 접촉 신호들(S1 ~ Sn)을 출력한다. 복수개의 접촉 신호 발생부들(40-1 ~ 40-n) 각각은 대응하는 가변 지연부(35-1 ~ 35-n)로부터 가변 지연 신호들(vsen2-1 ~ vsen2-n)을 수신하고, 기준 신호 발생부(20)의 기준 신호(ref)를 클럭 입력(CLK)으로 수신하여 접촉 신호들(S1 ~ Sn)을 발생시키는 D-플립플롭(D Flip-Flop)으로 구성된다.Each of the plurality of touch signal generators 40-1 to 40-n samples and latches the variable delay signals vsen2-1 to vsen2-n in synchronization with the reference signal ref to generate contact signals S1 to Sn. ) Each of the plurality of contact signal generators 40-1 to 40-n receives the variable delay signals vsen2-1 to vsen2-n from the corresponding variable delay units 35-1 to 35-n, and references A D flip-flop is configured to receive the reference signal ref of the
제어부(50)는 패드(PAD)에 접촉 물체가 접촉되어 접촉 신호들(S1 ~ Sn)이 계속적으로 변화되면 접촉 센서가 동작 상태임을 감지하고, 접촉된 패드(PAD)에 상응하는 접촉 신호 발생부들(40-1 ~ 40-n)로부터 접촉 신호들(S1 ~ Sn)을 수신하여 접촉 출력들(Tout-1 ~ Tout-n)을 발생시키고, 패드(PAD)에 접촉 물체가 접촉되지 않아 접촉 신호들(S1 ~ Sn)이 소정 시간동안 변하지 않으면, 제어부(50)는 접촉 센서가 대기 상태임을 감지하고, 지연 시간 조정을 위해 복수개의 가변 지연부들(35-1 ~ 35-n) 각각에 공급되는 제어 신호의 조정을 시작한다.The
도 2는 종래의 접촉 감지 센서의 다른 예를 나타내는 도면으로서 한국 등록 특허 0802656호에 공개되어 있다. 펄스 신호 발생부(60)는 제어부(90)로부터 전송되는 제어 코드(Code)의 코드 값에 따라 펄스 신호(pul)의 펄스폭을 설정하고, 설정된 펄스폭을 가지는 펄스 신호(pul)를 발생한다.2 is a diagram illustrating another example of a conventional touch sensor, and is disclosed in Korean Patent No. 0802656. The
펄스 신호 발생부(60)는 클럭 신호 발생기(61)와 가변 지연 체인(VDC), 인버터(INV) 및 앤드 게이트(AND)를 구비한다. 클럭 신호 발생기(61)는 클럭 신호(clk)를 발생하여 가변 지연 체인(VDC) 및 앤드 게이트(AND)로 각각 전송한다. 가변 지연 체인(VDC)은 제어부(90)로부터 전송되는 제어 코드(Code)의 코드값에 응답하여 클럭신호(clk)의 지연시간을 가변한다. 인버터(INV)는 가변 지연 체인(VDC)로부터 출력되는 클럭신호(dclk)를 반전한다. 앤드 게이트(AND)는 클럭신호 발생기(61)로부터 전송되는 클럭신호(clk)와 가변 지연 체인(VDC) 및 인버터(INV)를 거쳐 전송되는 클럭신호(/dclk)를 앤드 조합하여 가변 지연 체인(VDC)의 지연시간에 대응되는 펄스폭을 가지는 펄스신호(pul)를 발생한다. The
저항(R3)과 패드(PAD)로 구성되는 펄스 신호 전달부(70)는 패드(PAD)에 접촉 물체가 비접촉되면 펄스 신호(pul)는 그대로 펄스 신호 검출부(80)로 전달하나, 소정의 정전 용량을 갖는 접촉 물체가 접촉되면 펄스 신호(pul)는 패드(PAD)로 인가된 접촉 물체의 커패시턴스에 의해 펄스 신호 검출부(80)로 전달되지 않는다.The pulse
이때, 접촉 물체는 소정의 커패시턴스을 가지는 모든 물체가 적용될 수 있으며, 대표적인 예로 많은 전하를 축적할 수 있는 사람의 인체가 있다.In this case, the contact object may be any object having a predetermined capacitance may be applied, a representative example is a human body that can accumulate a lot of charge.
펄스 신호 검출부(80)는 펄스 신호 전달부(70)에 의해 전달되는 펄스 신호(pul)를 검출하고, 검출 결과를 제어부(90)에 통보한다. 펄스 신호 검출부(80)는 T-플립플롭(TFF)으로 구현될 수 있다. The
T-플립플롭(TFF)은 펄스 신호(pul)가 전달되면 펄스 신호(pul)의 상승 에지 또는 하강 에지에 동기화되어 출력 신호를 토글링하고, 펄스 신호(pul)가 전달되지 않으면 출력 신호를 토글링시키지 않는다. T-Flip-Flop (TFF) toggles the output signal in synchronization with the rising or falling edge of the pulse signal pul when the pulse signal pul is delivered, and toggles the output signal when the pulse signal pul is not delivered. Do not ring.
제어부(90)는 펄스 신호 검출부(80)의 검출 결과에 따라 접촉 물체의 접촉 여부를 통보하는 출력 신호(out)를 생성하여 외부의 장치로 출력하고, 주기적으로 교정 동작을 수행하여 비접촉 상태하에서 펄스 신호(pul)의 펄스폭을 현재의 동작 환경에 적합하게 교정하여 준다. 제어부(90)는 T-플립플롭(TFF)이 토글링되는 출력 신호를 출력하면 접촉 물체가 비접촉되었음을 통보하는 출력 신호(out)를, 그렇지 않으면 접촉 물체가 접촉되었음을 통보하는 출력 신호(out)를 생성하여 외부로 출력한다.The
상기한 도 1 및 도 2의 접촉 감지 센서는 접촉 또는 비접촉만을 감지하여 출력할 뿐, 커패시턴스의 크기를 출력하지 않는다. 또한 휴대 장치는 그 특성상 잦은 주변 환경의 변화가 발생하며, 환경의 변화에 따라 야기되는 다양한 노이즈에 의해 휴대장치가 오동작을 하지 않도록 노이즈의 영향을 줄일 수 있는 커패시턴스 측정회로가 필요하다.1 and 2 only detects and outputs contact or non-contact, and does not output the magnitude of capacitance. In addition, the portable device frequently changes the surrounding environment due to its characteristics, and a capacitance measurement circuit is required to reduce the influence of noise so that the portable device does not malfunction due to various noises caused by the change of the environment.
본 발명의 목적은 노이즈의 영향을 줄일 수 있는 커패시턴스 측정 회로를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a capacitance measurement circuit that can reduce the influence of noise.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 커패시턴스 측정 회로는 측정 신호를 발생하는 측정 신호 발생부, 상기 측정 신호를 기준 지연 값에 대응하는 시간동안 지연시켜 출력하는 고정 지연 체인, 상기 측정 신호를 코드 값에 대응하는 시간동안 지연시켜 출력하는 가변 지연 체인, 상기 고정 지연 체인의 출력 신호를 고정된 시간만큼 지연하여 기준 신호를 출력하는 제1 지연부, 외부로부터 커패시턴스를 인가받는 패드를 구비하고, 상기 가변 지연 체인의 출력 신호를 상기 패드를 통해 인가되는 커패시턴스에 응답하여 가변 지연하여 센싱 신호를 출력하는 제2 지연부, 및 상기 기준 신호와 상기 센싱 신호의 지연시간 차에 응답하여 상기 커패시턴스 값을 증가 또는 감소하여 출력하고, 상기 커패시턴스 값에 응답하여 상기 코드 값을 가변하여 출력하는 데이터 발생부를 구비하는 것을 특징으로 한다.The capacitance measurement circuit of the present invention for achieving the above object comprises a measurement signal generator for generating a measurement signal, a fixed delay chain for delaying the measurement signal for a time corresponding to a reference delay value, and outputting the measurement signal to a code value. A variable delay chain for delaying and outputting a delayed signal for a corresponding time, a first delay unit for outputting a reference signal by delaying an output signal of the fixed delay chain by a fixed time, and a pad receiving capacitance from the outside; A second delay unit for outputting a sensing signal by variably delaying an output signal of a chain in response to a capacitance applied through the pad; and increasing or decreasing the capacitance value in response to a delay time difference between the reference signal and the sensing signal. Outputting the code value by varying the code value in response to the capacitance value And a data generator.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 데이터 발생부는 상기 기준 신호와 상기 센싱 신호의 지연시간 차에 응답하여 감지 신호를 출력하는 위상 검출부, 및 상기 감지 신호에 응답하여 커패시턴스 값을 지정된 규칙에 따라 순차적으로 증가 또는 감소하여 출력하고, 상기 커패시턴스 값에 응답하여 상기 코드 값을 가변하여 상기 가변 지연 체인으로 출력하는 지연 펌프를 구비하는 것을 특징으로 한다.The data generator of the present invention for achieving the above object is a phase detector for outputting a detection signal in response to the difference between the delay time of the reference signal and the sensing signal, and sequentially in accordance with the specified rule capacitance value in response to the detection signal And a delay pump configured to increase or decrease the output value and to vary the code value in response to the capacitance value to output the variable value to the variable delay chain.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 위상 검출부는 상기 기준 신호의 상승 또는 하강 에지에 동기하여 상기 센싱 신호를 래치하여 상기 감지 신호를 출력하는 논리 회로로서 플립플롭인 것을 특징으로 한다.The phase detection unit of the present invention for achieving the above object is a flip-flop as a logic circuit for outputting the detection signal by latching the sensing signal in synchronization with the rising or falling edge of the reference signal.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 커패시턴스 측정 회로는 지연 펌프는 상기 감지 신호에 응답하여 커패시턴스 값을 지정된 규칙에 따라 순차적으로 증가 또는 감소하여 출력하는 카운터, 및 상기 기준 지연 값에서 상기 커패시턴스 값을 감산하여 상기 코드 값을 출력하는 감산기를 구비하는 것을 특징으로 한다.Capacitance measurement circuit of the present invention for achieving the above object is a delay pump in response to the detection signal to increase or decrease the capacitance value in accordance with a specified rule, and outputs a counter, and subtracts the capacitance value from the reference delay value It characterized in that it comprises a subtractor for outputting the code value.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 카운터는 상기 감지 신호에 응답하여 커패시턴스 값을 지정된 단위로 순차적으로 증가 또는 감소하여 출력하는 것을 특징으로 한다.The counter of the present invention for achieving the above object is characterized in that the capacitance value is sequentially increased or decreased in a predetermined unit in response to the detection signal.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 카운터는 상기 감지 신호가 연속적으로 하이 레벨 또는 로우 레벨로 인가되면, 커패시턴스 값의 변경 단위로 가변하면서 순차적으로 증가 또는 감소하여 출력하는 것을 특징으로 한다.The counter of the present invention for achieving the above object is characterized in that when the detection signal is continuously applied at a high level or a low level, it is output in increments or decreases sequentially while varying in units of change of capacitance value.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 지연 펌프는 상기 코드 값 또는 상기 커패시턴스 값을 필터링 하여 출력하는 디지털 필터를 추가로 더 구비하는 것을 특징으로 한다.The delay pump of the present invention for achieving the above object is further characterized by further comprising a digital filter for filtering and outputting the code value or the capacitance value.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 디지털 필터는 상기 코드 값 또는 커패시턴스 값을 인가받아 안정화 시키고, 노이즈를 제거하는 로우 패스 필터 또는 밴드 패스 필터인 것을 특징으로 한다.The digital filter of the present invention for achieving the above object is characterized in that the low pass filter or the band pass filter is applied to stabilize the code value or capacitance value, and remove the noise.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 커패시턴스 값에 응답하여 클럭 신호의 펄스폭을 가변하여 펄스 신호를 발생하는 펄스 신호 발생부, 외부로부터 커패시턴스를 인가받는 패드를 구비하고, 상기 펄스 신호를 상기 패드를 통해 인가되는 커패시턴스에 응답하여 상기 펄스신호를 전달하거나 전달하지 않는 펄스 신호 전달부, 상기 펄스신호 전달부를 통해 인가되는 상기 펄스 신호를 주기적으로 검출하여 감지 신호를 출력하는 펄스 신호 검출부, 상기 감지 신호에 응답하여 카운팅 값을 지정된 규칙에 따라 순차적으로 증가 또는 감소하여 출력하는 카운터, 및 상기 카운팅 값을 필터링하여 상기 커패시턴스 값을 출력하는 디지털 필터를 구비하는 것을 특징으로 한다.A pulse signal generator for generating a pulse signal by varying the pulse width of the clock signal in response to the capacitance value of the present invention for achieving the above object, the pad having a capacitance applied from the outside, the pulse signal to the pad A pulse signal transfer unit for transmitting or not transmitting the pulse signal in response to the capacitance applied through the pulse signal; a pulse signal detector for periodically detecting the pulse signal applied through the pulse signal transfer unit and outputting a detection signal to the detection signal; And a counter for sequentially increasing or decreasing a counting value in response to a specified rule, and a digital filter for filtering the counting value and outputting the capacitance value.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 펄스 신호 발생부는 상기 클럭 신호를 발생하는 클럭 신호 발생기, 상기 커패시턴스 값에 따라 상기 클럭 신호를 가변 지연하여 출력하는 가변 지연 체인, 상기 가변 지연 체인의 출력 신호를 반전시켜 출력하는 인버터, 및 상기 클럭 신호와 상기 인버터의 출력 신호를 논리곱하여, 상기 클럭 신호의 지연시간에 대응하는 펄스 폭을 가지는 상기 펄스 신호를 발생하는 앤드 게이트를 구비하는 것을 특징으로 한다.The pulse signal generator of the present invention for achieving the above object is a clock signal generator for generating the clock signal, a variable delay chain for varying and delaying the clock signal according to the capacitance value, the inverted output signal of the variable delay chain And an AND gate for generating the pulse signal having a pulse width corresponding to the delay time of the clock signal by performing an AND operation on the inverter and outputting the clock signal and the output signal of the inverter.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 펄스 신호 검출부는 클럭 신호에 응답하여 상기 펄스 신호를 감지하고, 상기 펄스신호에 응답하여 토글링되는 출력 신호를 발생하는 T-플립플롭, 및 상기 T-플립플롭의 출력 신호가 주기적으로 토글링되는지 여부를 판별하여 감지 신호를 출력하는 주기 판별기를 구비하는 것을 특징으로 한다.The pulse signal detection unit of the present invention for achieving the above object detects the pulse signal in response to a clock signal, and generates a T-flip flop, and outputs a toggle signal in response to the pulse signal, and the T-flip flop It is characterized in that it comprises a period discriminator for outputting a detection signal by determining whether the output signal of the toggling periodically.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 펄스 신호 검출부는 셋 단자 또는 리셋 단자 중 어느 한 단자로 인가되는 상기 펄스 신호에 응답하여 상기 감지 신호를 출력하는 SR 플립플롭, 상기 클럭 신호에 응답하여 상기 감지 신호를 래치하여 출력하는 D-플립플롭, 및 상기 D-플립플롭의 출력 신호에 응답하여 상기 셋 단자 또는 리셋 단자 중 하나의 단자를 선택하여 상기 펄스 신호를 전달하는 먹스를 구비하는 것을 특징으로 한다.The pulse signal detection unit of the present invention for achieving the above object is an SR flip-flop for outputting the detection signal in response to the pulse signal applied to any one of a set terminal or a reset terminal, the detection signal in response to the clock signal And a mux for transmitting the pulse signal by selecting one of the set terminal or the reset terminal in response to an output signal of the D-flip flop.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 카운터는 상기 감지 신호에 응답하여 커패시턴스 값을 지정된 단위로 순차적으로 증가 또는 감소하여 출력하는 것을 특징으로 한다.The counter of the present invention for achieving the above object is characterized in that the capacitance value is sequentially increased or decreased in a predetermined unit in response to the detection signal.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 카운터는 상기 감지 신호가 연속적으로 하이 레벨 또는 로우 레벨로 인가되면, 커패시턴스 값의 변경 단위로 가변하면서 순차적으로 증가 또는 감소하여 출력하는 것을 특징으로 한다.The counter of the present invention for achieving the above object is characterized in that when the detection signal is continuously applied at a high level or a low level, it is output in increments or decreases sequentially while varying in units of change of capacitance value.
따라서, 본 발명의 커패시턴스 측정 회로는 외부로부터 커패시턴스를 인가받는 패드가 피드백 루프 내부에 배치되고, 커패시턴스 값을 순차적으로 증감함에 따라 패드를 통해 인가되는 노이즈에 의한 영향을 적게 받으므로 정확한 커패시턴스 값을 측정할 수 있다.Accordingly, in the capacitance measurement circuit of the present invention, since the pad receiving the capacitance from the outside is disposed inside the feedback loop, the capacitance value is decreased by the noise applied through the pad as the capacitance value is sequentially increased or decreased, thereby measuring the accurate capacitance value. can do.
도 1은 종래의 접촉 감지 센서의 일례를 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 접촉 감지 센서의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 커패시턴스 측정 회로의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4는 지연 시간 계산 및 데이터 발생부의 구현 예를 도시한 도 3 의 커패시턴스 측정 회로를 나타내는 도면이다.
도 5 내지 7은 도 4의 커패시턴스 측정 회로의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 커패시턴스 측정 회로의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 8의 T-플립플롭의 구현예를 나타내는 도면이다.1 is a view showing an example of a conventional touch sensor.
2 is a view showing another example of a conventional touch sensor.
3 is a diagram illustrating an example of a capacitance measurement circuit according to the present invention.
4 is a diagram illustrating a capacitance measurement circuit of FIG. 3, illustrating an example of a delay time calculation and a data generator.
5 to 7 are views for explaining the operation of the capacitance measurement circuit of FIG.
8 is a diagram illustrating another example of a capacitance measurement circuit according to the present invention.
FIG. 9 is a diagram illustrating an embodiment of the T-flip flop of FIG. 8.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 커패시턴스 측정 회로를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a capacitance measurement circuit of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명에 따른 커패시턴스 측정 회로의 일례를 나타내는 도면이다. 도 3의 커패시턴스 측정 회로는 도 1의 접촉 감지 센서와 유사하게 측정 신호 발생부(110), 가변 지연부(120), 고정 지연부(130) 및 지연 시간 계산 및 데이터 발생부(140)를 구비한다. 측정 신호 발생부(110)는 소정의 주기를 갖는 클럭 신호를 측정 신호(in)로서 발생하는 클럭 발생 회로로 구현될 수 있다.3 is a diagram illustrating an example of a capacitance measurement circuit according to the present invention. The capacitance measurement circuit of FIG. 3 includes a
가변 지연부(120)는 측정 신호 발생부(110)와 데이터 발생부(140) 사이에 직렬로 연결되는 가변 지연 체인(VDC)과 저항(R1)을 구비한다. 그리고 저항(R1)과 데이터 발생부(140) 사이에 연결되어 외부로부터 커패시턴스를 인가받는 패드(PAD)를 구비한다. 가변 지연 체인(VDC)은 지연 펌프(142)로부터 피드백되어 인가되는 코드 값(Code)에 응답하여 측정 신호(in)를 가변 지연하여 출력하고, 저항(R1)과 패드(PAD)는 가변 지연 체인(VDC)에서 인가되는 가변 지연된 측정 신호를 저항(R1)의 저항 값 및 패드(PAD)를 통해 인가되는 커패시턴스 크기에 따라 지연하여 센싱 신호(sen)를 지연 시간 계산 및 데이터 발생부(140)로 출력한다.The
고정 지연부(130)는 가변 지연부(120)와 병렬로 측정 신호 발생부(110)와 데이터 발생부(140) 사이에 직렬로 연결되는 고정 지연 체인(FDC)과 저항(R2)을 구비한다. 고정 지연 체인(FDC)은 패드(PAD)의 오프셋(offset) 커패시턴스를 보상하여 커패시턴스의 측정 범위를 최대화하기 위해, 가변 지연 체인으로 인가되는 코드 값(Code)의 영점을 조절하기 위한 기준 지연 값(Nref)을 인가받는다. 고정 지연 체인(FDC)은 기준 지연 값(Nref)에 응답하여 측정 신호(in)를 지연하여 출력하고, 저항(R2)은 고정 지연 체인(FDC)에서 지연되어 출력되는 측정 신호를 저항 값에 따라 추가로 지연하여 기준 신호(ref)를 지연 시간 계산 및 데이터 발생부(140)로 출력한다.The fixed
고정 지연 체인(FDC)과 가변 지연 체인(VDC)은 도 1의 가변 지연 체인(35-1 ~ 35-n)과 같이 복수개의 지연 셀들로 구성될 수 있고, 복수개의 지연 셀들 각각은 한 개의 멀티플렉서(MUX)와 두 개의 인버터로 구성될 수 있다. 고정 지연 체인(FDC)은 기준 지연 값(Nref)에 응답하여 측정 신호(in)를 지연하는 지연 셀들을 선택하고, 가변 지연 체인(VDC)은 코드 값(Code)에 응답하여 측정 신호(in)를 지연하는 지연 셀들을 선택한다.The fixed delay chain FDC and the variable delay chain VDC may be composed of a plurality of delay cells as shown in the variable delay chains 35-1 to 35-n of FIG. 1, and each of the plurality of delay cells is a multiplexer. (MUX) and two inverters. The fixed delay chain FDC selects delay cells that delay the measurement signal in in response to the reference delay value Nref, and the variable delay chain VDC selects the measurement signal in in response to the code value Code. Select delay cells that delay.
지연 시간 계산 및 데이터 발생부(140)는 위상 검출부(141) 및 지연 펌프(delay pump)(142)를 구비한다. 위상 검출부(141)는 기준 신호(ref)에 대한 센싱 신호(sen)의 위상이 빠른지 느린지를 판별하여 감지 신호(det)를 출력한다. 지연 펌프(delay pump)는 감지 신호(det)에 응답하여 커패시턴스 값(CV)을 계산하고, 계산된 커패시턴스 값(CV)에 응답하여 코드 값(Code)을 업(up) 또는 다운(down)하여 출력한다.The delay time calculation and
도 3의 커패시턴스 측정 회로에서 가변 지연부(120) 및 고정 지연부(130)는 가변 지연 체인(VDC) 및 고정 지연 체인(FDC)이 각각 측정 신호 발생부(110)로부터 측정 신호(in)를 직접 인가받는다. 따라서 외부로부터 커패시턴스가 인가되는 패드(PAD)가 피드백되는 커패시턴스 값(CV)을 인가받는 가변 지연 체인(VDC)과 커패시턴스 값(CV)을 출력하는 지연 시간 계산 및 데이터 발생부(140) 사이에 배치되므로, 피드백 루프(feedback loop) 내부에 패드(PAD)가 배치되게 된다.In the capacitance measurement circuit of FIG. 3, in the
노이즈는 커패시턴스 측정 회로 내부에서도 발생할 수 있지만, 대부분 패드(PAD)를 통해 외부에서 유입되는 경우가 많다. 즉 노이즈를 줄이기 위해서는 패드(PAD)를 통해 인가되는 노이즈를 제거하는 것이 가장 효율적이다. 그러나 도 1의 접촉 감지 센서는 패드(PAD)가 피드백 루프의 밖으로 연결되기 때문에 패드(PAD)를 통해 인가되는 노이즈를 줄이기가 어렵다. 그에 반하여 도 3의 커패시턴스 측정회로는 외부로부터 커패시턴스를 인가받는 패드(PAD)가 피드백 루프의 내부에 연결된다. 패드가 피드백 루프의 내부에 연결되면, 피드백 루프의 특성에 의해 노이즈를 감쇄(attenuation)할 수 있게 된다.Noise can also occur inside the capacitance measurement circuitry, but most often it comes from the outside through a pad (PAD). In other words, in order to reduce noise, it is most efficient to remove noise applied through the pad PAD. However, in the touch sensing sensor of FIG. 1, it is difficult to reduce noise applied through the pad PAD because the pad PAD is connected to the outside of the feedback loop. In contrast, in the capacitance measurement circuit of FIG. 3, a pad PAD receiving capacitance from the outside is connected to the inside of the feedback loop. When the pad is connected to the inside of the feedback loop, it is possible to attenuate noise by the characteristics of the feedback loop.
도 4는 지연 시간 계산 및 데이터 발생부의 구현 예를 도시한 도 3의 커패시턴스 측정 회로를 나타내는 도면이다. 도 4에서 측정 신호 발생부(110)와 가변 지연부(120) 및 고정 지연부(130)는 도 3과 동일하므로 별도로 설명하지 않는다.FIG. 4 is a diagram illustrating the capacitance measurement circuit of FIG. 3, illustrating an implementation example of a delay time calculation and a data generator. In FIG. 4, the
도 4의 지연 시간 계산 및 데이터 발생부(140)에서 위상 검출부(141)는 D-플립플롭(DFF)으로 구현되고, 지연 펌프(142)는 카운터(CNT)와 감산기(sub)를 구비한다. D-플립플롭(DFF)은 기준 신호(ref)의 상승 또는 하강 에지 중 하나에 동기되어 센싱 신호(sen)를 래치하여 출력한다. D-플립플롭(DFF)은 센싱신호(sen)의 지연이 기준신호(ref)보다 작을 경우 로우 레벨의 감지 신호(det)를 출력하고 센싱신호(sen)의 지연이 기준 신호(ref)보다 클 경우 하이 레벨의 감지 신호(det)를 출력한다. 감지신호가 로우 레벨이 되면 지연 펌프(142)는 코드 값(Code)을 증가 시키고, 감지 신호가 하이 레벨이 되면 지연 펌프(142)는 코드 값(Code)을 감소시키는 네거티브 피드 백(negative feedback) 작용을 하여 가변 지연부(120)의 출력신호(sen)의 위상이 고정지연부(130)의 출력신호(ref)의 위상과 일치하도록 제어된다. 패드(PAD)에 의해 고정지연부(130)와 가변 지연부(120)사이에 지연 오프셋이 발생할 수 있는데 이 오프셋이 커서 가변 지연체인의 조절범위를 넘어서면, 도 4의 커패시턴스 측정 회로의 동작범위를 벗어나게 된다. 이 경우, 고정 지연부(130)의 기준 지연값(Nref)은 오프셋 커패시턴스를 보상하여 가변지연체인의 코드 값(Code)이 가변 지연범위 내에 들도록 한다. 도 4에서는 위상 검출기(141)의 일례로 D-플립플롭(DFF)을 사용하였으나, 다른 논리회로로 구현할 수 있음은 당연하다.In the delay time calculation and
카운터(CNT)는 감지 신호(det)에 응답하여 커패시턴스 값(CV)을 업 또는 다운하여 출력하는 업/다운 카운터이다. 카운터(CNT)는 감지 신호(det)의 레벨에 따라 1비트(bit) 단위로 커패시턴스 값(CV)을 업 또는 다운하여 출력할 수 있다. 그러나 카운터(CNT)가 1비트 단위로 커패시턴스 값(CV)을 업 또는 다운하여 출력하게 되면, 패드(PAD)를 통해 인가되는 커패시턴스의 크기가 큰 경우에 커패시턴스를 측정하는 시간이 길다. 이러한 문제를 보완하기 위하여 카운터(CNT)는 커패시턴스 값(CV)을 1 비트단위로 업/다운하지 않고, 감지 신호(det)가 연속적으로 하이 레벨 또는 로우 레벨로 인가되면, 1비트, 2비트, 4비트, 8비트 순으로 2의 승수에 비례하여 커패시턴스 값(CV)을 업 또는 다운하여 출력할 수도 있으며, 또는 미리 지정된 규칙에 따라 커패시턴스 값(CV)을 업 또는 다운하여 출력할 수도 있다. 그리고 상기에서는 카운터(CNT)가 기준 신호(ref)에 응답하여 감지 신호(det)를 인가받는 것으로 도시하였으나, 측정 신호(in)에 응답하여 감지 신호(det)를 인가받을 수도 있다.The counter CNT is an up / down counter which outputs the capacitance value CV up or down in response to the sensing signal det. The counter CNT may output the capacitor value CV up or down in units of 1 bit according to the level of the detection signal det. However, when the counter CNT outputs the capacitance value CV up or down in units of 1 bit, the capacitance measurement time is long when the capacitance applied through the pad PAD is large. To counter this problem, the counter does not up / down the capacitance value CV in units of 1 bit, and when the sensing signal is continuously applied at a high level or a low level, 1 counter, 2 bits, The capacitance value CV may be output up or down in proportion to a multiplier of 2 in the order of 4 bits and 8 bits, or may be output by up or down the capacitance value CV according to a predetermined rule. In addition, although the counter CNT is shown to receive the detection signal det in response to the reference signal ref, the detection signal det may be applied in response to the measurement signal in.
감산기(sub)는 기준 지연 값(Nref)에서 커패시턴스 값(CV)을 감산하여 코드 값(Code)을 출력한다. 따라서 커패시턴스 값(CV)은 패드(PAD)에 인가되는 총 커패시턴스 값을 나타내게 되는데, 패드(PAD)에 인가되는 커패시턴스 값이 증가하면 위상검출부(141)와 지연펌프(142)로 이루어지는 피드백 루프는 패드(PAD)를 통해 인가되는 커패시턴스의 증가분만큼 코드 값(Code)을 감소시켜 가변지연체인의 지연량을 줄인다. 또한 패드(PAD)에 인가되는 커패시턴스 값이 감소하면, 그 감소분만큼 코드 값(Code)을 증가시켜 가변지연체인의 지연량을 증가시킨다. 결과적으로, 위상 검출부(141)에 입력되는 센싱신호(sen)과 기준신호(ref)의 위상이 동일하도록 제어 되고, 따라서 커패시턴스 값(CV)이 패드(PAD)에 인가되는 커패시턴스의 크기에 대응하게 된다.The subtractor sub outputs a code value Code by subtracting the capacitance value CV from the reference delay value Nref. Therefore, the capacitance value CV represents the total capacitance value applied to the pad PAD. When the capacitance value applied to the pad PAD increases, the feedback loop composed of the
여기에는 감산기(sub)에 인가되는 기준 지연 값(Nref)과 고정 지연 체인(FDC)을 제어하는 신호를 동일하게 설명하였으나, 다르게 제어 할 수 있음은 당연하다. 또한, 도 3과 도 4에서 고정 지연 체인(FDC)이 있는 것으로 설명하였으나, 삭제할 수 있음은 당연하다.Here, the signals for controlling the reference delay value Nref and the fixed delay chain FDC applied to the subtractor sub are described in the same manner, but it can be controlled differently. 3 and 4 illustrate that there is a fixed delay chain (FDC), it can be deleted.
도 5 내지 7은 도 4의 커패시턴스 측정 회로의 동작을 설명하기 위한 도면으로, 먼저 도 5는 패드(PAD)에 커패시터가 인가될 때, 센싱 신호(sen)와 감지 신호(det)의 변화를 나타내는 도면이다.5 to 7 are diagrams for describing an operation of the capacitance measurement circuit of FIG. 4. First, FIG. 5 illustrates a change in a sensing signal sen and a sensing signal det when a capacitor is applied to the pad PAD. Drawing.
기준 신호(ref)는 고정 지연부(130)에 의해 측정 신호(in)를 고정된 지연 시간 만큼 지연하여 출력하게 되므로, 측정 신호(in)와 동일한 주기를 가진다. 커패시턴스 측정 회로의 최초 동작 시에 커패시턴스 값(CV)이 0이므로, 초기 코드 값(Code)은 기준 지연 값(Nref)과 동일하고, 가변 지연 체인(VDC)이 측정 신호(in)를 지연하는 시간은 고정 지연 체인(FDC)이 측정 신호(in)를 지연하는 시간과 동일하다. 따라서 커패시턴스 측정 회로의 동작 초기에 센싱 신호(sen)는 패드(PAD) 자체의 커패시턴스에 의해 기준 신호(ref)보다 더 지연되어 D-플립플롭(DFF)으로 출력된다.The reference signal ref is output by delaying the measurement signal in by the fixed delay time by the fixed
센싱 신호(sen)가 기준 신호(ref)보다 더 지연되므로 기준 신호(ref)의 하강 에지에서 센싱 신호(sen)는 하이 레벨이고, 감지 신호(det)는 하이 레벨로 출력된다. 감지 신호(det)가 하이 레벨이므로 카운터(CNT)는 커패시턴스 값(CV)을 업 하여 1을 출력하고, 감산기(sub)는 기준 지연 값(Nref)에서 커패시턴스 값(CV)을 감산하여 출력하므로, 코드 값(Code)은 펌핑 다운되어 기준 지연 값(Nref)-1 로 출력된다.Since the sensing signal sen is delayed more than the reference signal ref, the sensing signal sen is at the high level and the sensing signal det is output at the high level at the falling edge of the reference signal ref. Since the detection signal det is at a high level, the counter CV increases the capacitance value CV to
가변 지연 체인(VDC)은 코드 값(Code)에 응답하여 측정 신호(in)의 지연 시간을 줄여서 출력하게 되고, 센싱 신호(sen)의 지연 시간이 줄어듬에 따라 기준 신호(ref)와의 지연 시간차이가 줄어들게 된다. 센싱 신호(sen)와 기준 신호(ref) 사이의 지연 시간 차이가 점차적으로 감소하게 되어, 센싱 신호(sen)의 지연 시간이 기준 신호(ref)의 지연 시간과 동일하거나 더 짧아지게 되면(t1), D-플립플롭(DFF)은 감지 신호(det)를 로우 레벨로 천이 시키게 된다. The variable delay chain VDC outputs the delay time of the measurement signal in in response to the code value Code, and the delay time difference with the reference signal ref as the delay time of the sensing signal sen decreases. Will be reduced. When the delay time difference between the sensing signal sen and the reference signal ref gradually decreases, the delay time of the sensing signal sen becomes equal to or shorter than the delay time of the reference signal ref (t1). The D-flip-flop DFF causes the detection signal det to transition to a low level.
이후 패드(PAD)를 통해 외부로부터 커패시턴스가 인가되면(t2), 센싱 신호(sen)는 인가된 커패시턴스에 의해 추가적으로 지연되고, D-플립플롭(DFF)은 하이 레벨의 감지 신호(det)를 출력한다. 감지 신호(det)가 하이 레벨로 출력되면 상기한 바와 같이 센싱 신호(sen)의 지연 시간이 기준 신호(ref)의 지연 시간과 동일하거나 더 짧아지게 될 때까지 커패시턴스 값(CV)은 점차로 증가하게 된다(t3). 그리고 이후 커패시턴스 값(CV)은 증가와 감소를 반복하게 된다.Thereafter, when capacitance is applied from the outside through the pad PAD (t2), the sensing signal sen is additionally delayed by the applied capacitance, and the D-flip-flop DFF outputs a high level sensing signal det. do. When the sense signal det is output at a high level, the capacitance value CV gradually increases until the delay time of the sensing signal sen becomes equal to or shorter than the delay time of the reference signal ref as described above. (T3). After that, the capacitance value CV is repeated to increase and decrease.
도 6은 커패시턴스 값(CV)을 1비트 단위로 업/다운하는 카운터(CNT)를 구비한 커패시턴스 측정 회로의 커패시턴스 값(CV)의 변화를 나타내고, 도 7은 지정된 규칙에 따라 커패시턴스 값(CV)을 업/다운하는 카운터(CNT)를 구비한 커패시턴스 측정 회로의 커패시턴스 값(CV)의 변화를 나타낸다.FIG. 6 shows a change in the capacitance value CV of a capacitance measurement circuit having a counter CV which up / down the capacitance value CV by 1 bit, and FIG. 7 shows the capacitance value CV according to a specified rule. The change of the capacitance value CV of the capacitance measurement circuit having a counter CV up / down is shown.
도 6에서는 카운터(CNT)가 1비트 단위로 업/다운을 수행하기 때문에 패드(PAD)를 통해 인가된 커패시턴스가 큰 경우에 커패시턴스 값(CV)이 인가된 커패시턴스를 나타낼 때까지의 소요시간이 길다. 그러나 마찬가지로 카운터(CNT)가 1비트 단위로 업/다운을 수행하기 때문에 일시적으로 큰 노이즈가 인가되어도 노이즈에 의해 변동되는 커패시턴스 값(CV)은 1비트로서 커패시턴스 값(CV)에 미치는 영향이 작다. In FIG. 6, since the counter CNT performs up / down by one bit, the time required for the capacitance value CV to represent the applied capacitance is long when the capacitance applied through the pad PAD is large. . However, since the counter CNT performs up / down in units of 1 bit, the capacitance value CV fluctuated by the noise is 1 bit and has a small influence on the capacitance value CV even when a large amount of noise is temporarily applied.
도 7에서는 카운터(CNT)가 커패시턴스 값(CV)을 업/다운하는 규칙으로 감지 신호(det)가 3회 연속적으로 하이 레벨 또는 로우 레벨로 인가되는 경우에 업/다운하는 비트수를 증가하도록 지정된 예를 나타내었다. 즉 감지 신호(det)가 연속으로 하이 레벨로 인가되면 3회마다 업하는 비트 수를 증가시킨다. 예를 들어, 감지 신호(det)가 연속적으로 하이 레벨 또는 로우 레벨로 인가되면, 3회 동안은 1비트의 커패시턴스 값을 가변하고, 이후 3회 동안은 2비트의 커패시턴스 값을 가변한다. 그리고 감지 신호(det)의 로우 레벨로 반전되면, 이전 업/다운하는 비트수를 감소하여 커패시턴스 값(CV)을 다운한다. 따라서 크기가 큰 커패시턴스가 인가되더라도 빠른 시간 내에 커패시턴스 값(CV)을 나타낼 수 있다. 도 7의 커패시턴스 값(CV)은 노이즈 발생 시에 도 6의 커패시턴스 값(CV)보다 큰 폭으로 변화할 수 있으나, 변화 폭의 한계가 크기 않기 때문에 노이즈가 커패시턴스 값(CV)에 미치는 영향이 작다. 특히 패드(PAD)가 피드백 루프 내부에 배치됨에 따라 가변 지연 체인(VDC)이 노이즈가 포함되지 않은 측정 신호(in)를 직접 인가받고, 패드(PAD)를 통해 인가되는 노이즈가 고려된 코드 값(Code)에 응답하여 지연하여 출력하기 때문에 피드백 루프의 특성에 의해 노이즈를 감쇄시킨다.In FIG. 7, the counter CNT is configured to increase or decrease the number of bits to be up / down when the detection signal det is applied to the high level or the low level three times in succession as a rule of up / down the capacitance value CV. An example is shown. That is, when the sensing signal det is continuously applied at a high level, the number of bits to be up every three times is increased. For example, when the sensing signal det is continuously applied at the high level or the low level, the capacitance value of one bit is changed for three times, and the capacitance value of two bits is changed for three times. When the signal is inverted to the low level of the sensing signal det, the capacitance value CV is decreased by decreasing the number of bits previously up / down. Therefore, even when a large capacitance is applied, the capacitance value CV can be represented within a short time. Although the capacitance value CV of FIG. 7 may change to a width larger than the capacitance value CV of FIG. 6 when noise occurs, the influence of noise on the capacitance value CV is small because the limit of the change width is not large. . In particular, as the pad PAD is disposed inside the feedback loop, the variable delay chain VDC is directly applied with the measurement signal in which no noise is included, and the code value considering the noise applied through the pad PAD ( It outputs with delay in response to Code), which reduces the noise by the characteristics of the feedback loop.
상기에서는 데이터 발생부(140)가 D-플립플롭(DFF)과 업/다운 카운터(CNT)를 구비하여 커패시턴스 값(CV)을 점차적으로 업/다운하는 것으로 설명하였으나, 기준 신호(ref)에 대한 센싱 신호(sen)의 지연 시간 차이를 직접 카운팅하여 곧바로 패드(PAD)에 인가된 커패시턴스 값(CV)을 출력하도록 할 수도 있다.In the above description, the
그리고 지연 펌프(142)는 노이즈를 제거하기 위하여 커패시턴스 값(CV)을 필터링하여 출력하는 디지털 필터를 추가적으로 구비할 수 있다. 상기의 실시예에서 커패시턴스 값(CV)은 변화의 폭이 제한되어 출력되도록 구성되므로, 코드 값(Code) 또한 변화의 폭이 제한된다. 그러나 만약 일정 수준 이상의 폭으로 코드 값(Code)이 변화되는 경우에는 노이즈가 포함된 것으로 판단할 수 있다. 따라서 감산기(sub)로부터 코드 값(Code)을 인가받아 필터링하여 가변 지연 체인(VDC)로 출력하는 디지털 필터로서 디지털 로우 패스 필터 또는 디지털 밴드 패스 필터를 추가로 더 구비할 수 있다. 또한 코드 값(Code)을 필터링 하지 않고, 직접 커패시턴스 값(CV)을 필터링하여 출력하여도 동일한 효과를 얻을 수 있음은 자명하다. 디지털 필터는 커패시턴스 측정 회로의 노이즈 특성과 함께 피드백 루프의 특성을 조절하기 위해서도 사용될 수 있다. 그리고 기준 신호(ref)와 센싱 신호(sen)의 지연 시간 차이가 충분히 줄어서 피드백 루프가 안정되면 되면 커패시턴스 값(CV)은 +1/-1 단위로 오실레이션(증가와 감소를 반복)하게 되는데, 이는 디지털 필터를 이용하여 고정 할 수 있다. 즉 디지털 필터에 히스테리시스(Hysteresis) 특성을 부여하여 안정 상태(steady state)에서 커패시턴스 값(CV)의 미세한 오실레이션(계속적인 변동)을 방지할 수 있다.In addition, the
추가로 상기의 카운터(CNT)와 디지털 필터는 하드웨어뿐만 아니라 소프트 웨어로 구현될 수도 있다.In addition, the counter CNT and the digital filter may be implemented in software as well as hardware.
도 8은 본 발명에 따른 커패시턴스 측정 회로의 다른 예를 나타내는 도면으로 펄스 신호 발생부(210)와 펄스 신호 전달부(220)는 도 2와 유사한 구성을 가지므로 상세한 설명은 생략한다.8 is a diagram illustrating another example of a capacitance measurement circuit according to the present invention. Since the
그리고 도 2에서 펄스 신호 검출부(80)는 T-플립플롭(TFF)만을 사용하였다. 그러나 상기한 바와 같이 대부분의 노이즈는 패드(PAD)를 통해서 인가되는 경우가 많고, 도 2의 T-플립플롭(TFF)은 패드(PAD)와 직접 연결되어 있으므로, 패드를 통해 펄스 신호에 노이즈가 인가될 경우에 하나의 펄스 신호에 T-플립플롭(TFF)이 1회 이상 토글되는 가능성이 존재한다. 도 8에서의 주기 판별기(232)가 펄스의 주기성을 올바로 판별하기 위해서는 T-플립플롭(TFF)이 1개의 펄스 입력에 대해 한번만 토글되도록 하는 것이 요구된다. 도 8의 T-플립플롭(TFF)은 이 문제를 해결하기 위하여 1개의 펄스 입력에 대해 한번만 토글되도록 한 것인데 이는 도 9의 토글회로와 같다.In FIG. 2, the
도 8의 펄스 신호 검출부(230)는 T-플립플롭(231)이 클럭 신호(clk)에 응답하여 펄스 신호(pul)를 인가받으므로 노이즈에 의해 T-플립플롭(231)의 출력 신호가 토글링하지 않는다. 또한 도 8의 펄스 신호 검출부(230)는 T-플립플롭(231)의 출력 신호가 주기적으로 토글링 되는지 여부를 판별하는 주기 판별기(232)를 추가로 더 구비한다. 주기 판별기(232)는 클럭 신호(clk)에 응답하여 T-플립플롭(231)의 출력 신호가 주기적으로 천이하는지 판별하여, T-플립플롭(231)의 출력 신호가 주기적으로 천이하는 경우에는 로우 레벨의 감지 신호(det)를 출력하고, 주기적으로 천이하지 않으면 하이 레벨의 감지 신호(det)를 출력한다.Since the
도 2의 접촉 감지 센서는 접촉 또는 비접촉만을 감지하였으나, 도 8의 커패시턴스 측정 회로는 패드(PAD)를 통해 인가된 커패시턴스의 크기를 측정하여 커패시턴스 값(CV)을 출력하여야 하므로, 지연 펌프(240)가 도 4와 유사하게 카운터(241)와 디지털 필터(242)를 구비한다. 카운터(241)는 업/다운 카운터로서 클럭 신호(clk)에 응답하여 감지 신호(det)를 인가받고, 1 비트 단위 또는 지정된 규칙에 따라 카운터 값(Cout)을 업 또는 다운하여 출력한다. 디지털 필터(242)는 상기한바와 같이 커패시턴스 측정 회로의 노이즈 특성과 함께 피드백 루프의 특성을 조절하기 위해서 사용되며, 히스테리시스(Hysteresis) 특성을 갖고 카운터 값(Cout)을 필터링하여 커패시턴스 값(CV)을 출력하여 커패시턴스 값(CV)의 계속적인 변동을 방지할 수 있다.Although the touch detection sensor of FIG. 2 detects only contact or non-contact, the capacitance measurement circuit of FIG. 8 measures the magnitude of the capacitance applied through the pad PAD, and thus outputs a capacitance value CV, thus delaying the
상기에서는 카운터(241)가 클럭 신호(clk)에 응답하여 감지 신호(det)를 인가받는 것으로 설명하였으나, 카운터(241)가 비동기식 카운터인 경우에는 클럭 신호(clk)를 인가받지 않을 수 있다. 그리고 주기 판별기(232) 또한 T-플립플롭(231)의 출력 신호의 주기적인 토글 여부를 판별하기 위하여 클럭 신호(clk)가 아닌 다른 신호를 사용할 수도 있다.In the above description, the
그리고 도 8에서 가변지연 체인(VDC)은 커패시턴스 값(CV)에 응답하여 클럭 신호(clk)를 가변 지연하여 출력한다.8, the variable delay chain VDC variably delays the clock signal clk in response to the capacitance value CV.
도 9는 도 8의 T-플립플롭의 구현예를 나타내는 토글 회로로서, 하나의 먹스(Mux)와 SR 플립플롭(SRF) 및 D-플립플롭(DF)을 구비한다.FIG. 9 is a toggle circuit showing an embodiment of the T-flip-flop of FIG. 8 and includes one mux, an SR flip-flop (SRF), and a D-flip-flop (DF).
먹스(331)는 D-플립플롭(333)의 출력 신호에 응답하여 펄스 신호(pul)를 인가받아 SR 플립플롭(332)의 셋 단자(S) 혹은 리셋 단자(R)로 인가한다. 먹스(331)는 감지 신호(det)가 로우 레벨로 인가되면 펄스 신호(pul)를 셋 단자(S)로 인가하고, 감지 신호(det)가 하이 레벨이면 펄스 신호(pul)를 리셋 단자(R)로 인가한다.The
SR 플립플롭(332)은 먹스(331)로부터 펄스 신호가 인가되지 않으면, 이전 감시 신호(det)의 레벨을 그대로 유지하고, 셋 단자(S)로 하이 레벨의 신호가 인가되면 하이 레벨의 감지 신호(det)를 지연 펌프(340)로 출력하며, 리셋 단자(R)로 하이 레벨의 신호가 인가되면 로우 레벨의 감지 신호(det)를 출력한다.The SR flip-
D-플립플롭(333)은 클럭 신호 발생기(311)에서 인가되는 클럭 신호(clk)에 응답하여 감지 신호(det)를 래치하여 먹스(331)로 출력한다. D-플립플롭(333)이 클럭 신호(clk)에 응답하여 감지 신호(det)를 래치하여 먹스(331)의 출력 신호가 SR 플립플롭(332)의 셋 단자(S) 혹은 리셋 단자(R) 중 어느 한 단자로 인가될지를 결정한다.The D-flip-
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.While the foregoing has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will be able to make various modifications and changes to the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. Will understand.
Claims (9)
외부로부터 커패시턴스를 인가받는 패드를 구비하고, 상기 펄스 신호를 상기 패드를 통해 인가되는 커패시턴스에 응답하여 상기 펄스신호를 전달하거나 전달하지 않는 펄스 신호 전달부;
상기 펄스신호 전달부를 통해 인가되는 상기 펄스 신호를 주기적으로 검출하여 감지 신호를 출력하는 펄스 신호 검출부;
상기 감지 신호에 응답하여 카운팅 값을 지정된 규칙에 따라 순차적으로 증가 또는 감소하여 출력하는 카운터; 및
상기 카운팅 값을 필터링하여 상기 커패시턴스 값을 출력하는 디지털 필터를 구비하는 것을 특징으로 하는 커패시턴스 측정 회로.A pulse signal generator for generating a pulse signal by varying a pulse width of a clock signal in response to a capacitance value;
A pulse signal transmission unit having a pad to which capacitance is applied from the outside, and which transmits or does not transmit the pulse signal in response to the capacitance applied through the pad;
A pulse signal detector for periodically detecting the pulse signal applied through the pulse signal transmitter and outputting a detection signal;
A counter that sequentially increases or decreases a counting value according to a specified rule in response to the detection signal; And
And a digital filter for filtering the counting value and outputting the capacitance value.
상기 클럭 신호를 발생하는 클럭 신호 발생기;
상기 커패시턴스 값에 따라 상기 클럭 신호를 가변 지연하여 출력하는 가변 지연 체인;
상기 가변 지연 체인의 출력 신호를 반전시켜 출력하는 인버터; 및
상기 클럭 신호와 상기 인버터의 출력 신호를 논리곱하여, 상기 클럭 신호의 지연시간에 대응하는 펄스 폭을 가지는 상기 펄스 신호를 발생하는 앤드 게이트를 구비하는 것을 특징으로 하는 커패시턴스 측정 회로.The method of claim 1, wherein the pulse signal generation unit
A clock signal generator for generating the clock signal;
A variable delay chain configured to variably delay and output the clock signal according to the capacitance value;
An inverter for inverting and outputting an output signal of the variable delay chain; And
And an AND gate for generating the pulse signal having a pulse width corresponding to a delay time of the clock signal by multiplying the clock signal by an output signal of the inverter.
상기 펄스 신호 발생부와 상기 펄스 신호 검출부 사이에 연결되고, 상기 패드를 통해 인가되는 커패시턴스와 함께 상기 펄스 신호의 전달을 억압하는 저항을 추가로 더 구비하는 것을 특징으로 하는 커패시턴스 측정 회로.According to claim 1, wherein the pulse signal transmission unit
And a resistance coupled between the pulse signal generator and the pulse signal detector, for suppressing the transmission of the pulse signal together with the capacitance applied through the pad.
클럭 신호에 응답하여 상기 펄스 신호를 감지하고, 상기 펄스신호에 응답하여 토글링되는 출력 신호를 발생하는 T-플립플롭; 및
상기 T-플립플롭의 출력 신호가 주기적으로 토글링되는지 여부를 판별하여 감지 신호를 출력하는 주기 판별기를 구비하는 것을 특징으로 하는 커패시턴스 측정 회로.The method of claim 1, wherein the pulse signal detection unit
A T-flip-flop that senses the pulse signal in response to a clock signal and generates an output signal that is toggled in response to the pulse signal; And
And a period discriminator for determining whether the output signal of the T-flip-flop is periodically toggled and outputting a sensing signal.
셋 단자 또는 리셋 단자 중 어느 한 단자로 인가되는 상기 펄스 신호에 응답하여 상기 감지 신호를 출력하는 SR 플립플롭;
상기 클럭 신호에 응답하여 상기 감지 신호를 래치하여 출력하는 D-플립플롭; 및
상기 D-플립플롭의 출력 신호에 응답하여 상기 셋 단자 또는 리셋 단자 중 하나의 단자를 선택하여 상기 펄스 신호를 전달하는 먹스를 구비하는 것을 특징으로 하는 커패시턴스 측정 회로.The method of claim 4, wherein the T-flip flop
An SR flip-flop that outputs the sensing signal in response to the pulse signal applied to any one of a set terminal or a reset terminal;
A D-flip-flop that latches and outputs the sensing signal in response to the clock signal; And
And a mux for transmitting the pulse signal by selecting one of the set terminal and the reset terminal in response to the output signal of the D flip-flop.
상기 감지 신호에 응답하여 커패시턴스 값을 지정된 단위로 순차적으로 증가 또는 감소하여 출력하는 것을 특징으로 하는 커패시턴스 측정 회로.The method of claim 1, wherein the counter
And a capacitance measurement circuit sequentially increasing or decreasing a capacitance value in a predetermined unit in response to the sensing signal.
상기 감지 신호가 연속적으로 하이 레벨 또는 로우 레벨로 인가되면, 커패시턴스 값의 변경 단위로 가변하면서 순차적으로 증가 또는 감소하여 출력하는 것을 특징으로 하는 커패시턴스 측정 회로.The method of claim 1, wherein the counter
When the sensing signal is continuously applied at a high level or a low level, the capacitance measurement circuit, characterized in that the variable increases in increments or decreases sequentially in units of change of the capacitance value.
상기 카운팅 값을 인가받아 안정화 시키고, 노이즈를 제거하여 상기 커패시턴스 값을 출력하는 로우 패스 필터 또는 밴드 패스 필터인 것을 특징으로 하는 커패시턴스 측정 회로.The method of claim 1, wherein the digital filter
And a low pass filter or a band pass filter for stabilizing by applying the counting value, removing noise, and outputting the capacitance value.
소프트웨어로 구현되는 것을 특징으로 하는 커패시턴스 측정 회로.The method of claim 1, wherein the counter and the digital filter
Capacitance measurement circuitry, characterized in that implemented in software.
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