KR20110062842A

KR20110062842A - 랜덤알고리즘을 이용한 근접센서와 이를 이용한 근접센서 모듈 및 근접센싱 방법

Info

Publication number: KR20110062842A
Application number: KR1020090119683A
Authority: KR
Inventors: 이영준; 김범수; 장광균
Original assignee: (주) 넥스트칩
Priority date: 2009-12-04
Filing date: 2009-12-04
Publication date: 2011-06-10
Also published as: KR101063878B1

Abstract

랜덤알고리즘을 이용한 근접센서와 이를 이용한 근접센서 모듈 및 근접센싱 방법이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 전도체의 근접 및 터치시 정전용량이 변화되는 터치 패드의 정전용량 변화를 감지하는 근접센서는 제어신호에 응답하여 주파수가 변경가능한 기준클럭신호를 발생하는 기준클럭신호발생부, 상기 기준클럭신호를 수신하고, 상기 정전용량의 변화를 상기 기준클럭신호의 딜레이로서 감지하여 기준클럭지연신호를 출력하는 딜레이센싱부, 상기 기준클럭지연신호에 응답하여 감지전압의 전압레벨이 기준전압의 전압레벨보다 커지면 제1레벨의 지연적분신호를 출력하는 지연적분부 및 상기 제1레벨의 지연적분신호가 발생될 때까지의 시간을 확인하고, 복수개의 제1레벨의 지연적분신호의 발생시간의 평균시간값을 계산하는 평균필터부를 구비한다.

Description

랜덤알고리즘을 이용한 근접센서와 이를 이용한 근접센서 모듈 및 근접센싱 방법{Proximity sensor using random algorithm and proximity sensor module and proximity sensing method}

본 발명은 랜덤 알고리즘을 이용한 근접센서와 이를 이용한 근접센서 모듈 및 근접센싱 방법에 관한 것으로서, 특히 근접센싱방식에 랜덤 알고리즘 및 적분 알고리즘을 적용하여 잡음에 강하고 감도가 높은 근접센서와 이를 이용한 근접센서 모듈 및 근접센싱 방법에 관한 것이다.

현재, 가전 제품이나 액정 모니터 등에 사용되는 스위치가 기존의 누름 스위치 방식에서 터치 스위치 방식(터치 센서 방식)으로 전환되고 있는 추세이다. 터치 스위치는 제품의 전면 커버 내측에 전극을 설치하고 전극 부위를 손가락으로 터치하면, 전극과 사람 사이에 유기되는 커패시턴스의 변화를 센싱(Sensing)하고, 이 센싱 신호를 스위치 신호로 마이크로프로세서나 마이크로컴퓨터 등에 전달하는 방식이다.

이러한 터치 스위치 방식에는, 사람의 접근 시에 미리 설치된 전극과 그 전극에 접촉하는 사람 사이에 유기되는 커패시턴스(Capacitance)의 변화를 감지하거 나, 인덕턴스(Inductance)의 변화나 임피던스(Impedance)의 변화를 감지하는 방식등이 있다. 그런데, 이러한 터치 스위치 방식은 터치를 계속하게 되면 터치압력에 의해 터치패널이 파손되거나 오동작이 발생되는 문제점이 있다.

이를 보완하는 방식으로서, 터치방식이 아닌 근접센싱방식이 개발되어 있다.

근접센서방식은 인체나 전도체의 근접을 감지하는 것으로서, 터치센서방식과 조금 다른 방식이다. 터치센서방식은 물체의 접촉을 인식하지만 근접센서방식은 접촉하지 않아도 전도체의 근접을 인식하는 방식이다.

그런데, 근접센서방식은 근접을 감지하는 감지신호의 변화가 매우 작기 때문에 전도체의 근접의 감지가 어렵고 또한 주변환경에 의한 잡음에 취약하다. 만일 전도체의 근접을 잘 인식하기 위해서 민감한 감지회로를 이용하면 주변의 잡음에도 민감하게 반응하게 되므로 잡음에 취약한 감지회로가 되어 오동작이 발생할 가능성이 그만큼 높아진다. 반대로 잡음에 강해지기 위해서 덜 민감한 감지회로를 이용하면 근접감지의 동작이 어려워질 수도 있다.

따라서, 잡음에 강하면서도 민감도가 높은 근접센서의 개발이 요구된다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 랜덤 알고리즘과 적분 알고리즘을 이용함으로써 잡음에 강하며 감도가 높은 근접센서와 근접센서모듈을 제공하는 데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 적분 알고리즘을 이용함으로써 잡음에 강하며 감도가 높은 근접센싱방법을 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전도체의 근접 및 터치시 정전용량이 변화되는 터치 패드의 정전용량 변화를 감지하는 근접센서는

제어신호에 응답하여 주파수가 변경가능한 기준클럭신호를 발생하는 기준클럭신호발생부, 상기 기준클럭신호를 수신하고, 상기 정전용량의 변화를 상기 기준클럭신호의 딜레이로서 감지하여 기준클럭지연신호를 출력하는 딜레이센싱부, 상기 기준클럭지연신호에 응답하여 감지전압의 전압레벨이 기준전압의 전압레벨보다 커지면 제1레벨의 지연적분신호를 출력하는 지연적분부 및 상기 제1레벨의 지연적분신호가 발생될 때까지의 시간을 확인하고, 복수개의 제1레벨의 지연적분신호의 발생시간의 평균시간값을 계산하는 평균필터부를 구비한다.

상기 평균필터부는, 상기 전도체가 상기 터치패드에 접근하지 않을 경우 발생되는 상기 평균시간값을 제1평균시간값으로서 출력하고, 근접센서는 상기 제1레벨의 지연적분신호가 발생하는 시간이 상기 제1평균시간값 보다 빠르면 상기 터치패드에 상기 전도체가 근접한 것으로 인식하고, 상기 제1평균시간값보다 늦으면 전도체의 근접이 없는 것으로 인식하는 검출부를 더 구비한다.

상기 딜레이센싱부는, 상기 기준클럭신호에 응답하여 발생되는 제1신호 및 제2신호의 딜레이 차이에 대응되는 기준클럭지연신호를 발생하고, 상기 터치패드에 상기 전도체가 근접하면 상기 제2신호는 추가적인 딜레이를 가지게 되어 상기 제1신호와 상기 제2신호의 딜레이 차이에 대응하여 상기 기준클럭지연신호를 발생한다.

상기 제1신호와 상기 제2신호의 딜레이 차이는 위상검출기(phase-detector) 또는 위상주파수 검출기(phase-frequency-detector)에 의해서 검출되어 상기 기준클럭지연신호가 발생된다.

상기 딜레이센싱부는, 상기 제1신호의 딜레이를 조절하는 더미센서부를 더 구비한다.

상기 지연적분부는, 상기 기준클럭지연신호에 응답하여 상기 감지전압을 누적시킨 값이 기준전압보다 커지면 상기 제1레벨의 지연적분신호를 출력한다.

상기 딜레이센싱부는, 상기 기준클럭신호를 수신하는 제1노드, 상기 제1노드로부터 수신된 상기 기준클럭신호를 딜레이시켜 제1신호로서 출력하는 제1지연부, 상기 정전용량의 변화에 응답하여 상기 제1노드로부터 수신된 상기 기준클럭신호를 딜레이시켜 제2신호로서 출력하는 제2지연부 및

상기 제1신호와 상기 제2신호의 위상차이를 검출하여 상기 기준클럭지연신호를 출력하는 기준클럭지연신호발생부를 구비한다.

상기 지연적분부는, 상기 기준클럭지연신호에 응답하여 턴 온 또는 턴 오프 되어 상기 감지전압을 발생시키는 노드인 감지전압노드의 전압레벨을 누적시키는 적분부, 상기 감지전압의 전압레벨과 상기 기준전압의 전압레벨을 비교하여 상기 감지전압의 전압레벨이 상기 기준전압의 전압레벨보다 크면 상기 제1레벨의 지연적분신호를 발생하는 비교부 및 상기 감지전압노드의 전압레벨을 리셋시키는 리셋부를 구비한다.

상기 기준클럭신호 발생부는, 상기 제어신호에 응답하여 적어도 1비트 이상의 주파수제어신호를 발생하는 비트발생부 및 상기 주파수제어신호에 응답하여 주파수가 가변적인 상기 기준클럭신호를 발생하는 클럭발생부를 더 구비한다.

상기 검출부는, 상기 제1레벨의 지연적분신호가 소정의 임계시간 이내에 발생하면 상기 터치패드에 상기 전도체가 근접한 것으로 인식하고, 상기 제1레벨의 지연적분신호가 상기 임계시간 보다 늦게 발생하면 에러로 인식한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 전도체의 근접 및 터치시 정전용량이 변화되는 터치 패드들이 복수개 결합되는 터치패널 및 주파수가 변경가능한 기준클럭신호를 수신하고, 상기 정전용량의 변화에 따른 상기 기준클럭신호의 딜레이를 감지하며 상기 감지된 기준클럭신호의 딜레이에 응답하여 감지전압을 적분함으로써 상기 감지전압의 전압레벨이 기준전압의 전압레벨보다 커지는 시점이 제1평균시간값보다 빠르면 상기 터치패널에 상기 전도체가 근접 또는 터치한 것으로 인식하는 컨트롤러아이씨를 구비한다.

상기 컨트롤러아이씨는, 상기 기준클럭신호를 수신하고, 상기 정전용량의 변화에 따른 상기 기준클럭신호의 딜레이를 감지하며 상기 감지된 기준클럭신호의 딜레이 에 응답하여 감지전압을 적분함으로써 상기 감지전압의 전압레벨이 기준전압의 전압레벨보다 커지면 제1레벨의 지연적분신호를 발생하고, 상기 제1레벨의 지연적분신호가 발생될 때까지의 시간을 확인하는 근접센서 및 상기 지연적분신호가 상기 상기 제1평균시간값보다 빨리 발생하면 상기 터치패드에 상기 전도체가 근접 또는 터치한 것으로 인식하고, 상기 제1레벨의 지연적분신호가 상기 제1평균시간값보다 늦게 발생하면 전도체의 근접이 없는 것으로 인식하는 검출부를 구비한다.

상기 근접센서는, 제어신호에 응답하여 주파수가 변경가능한 상기 기준클럭신호를 발생하는 기준클럭신호발생부, 상기 기준클럭신호와, 상기 정전용량의 변화에 응답하여 딜레이된 기준클럭신호를 비교하여 기준클럭지연신호를 출력하는 딜레이센싱부, 상기 기준클럭지연신호에 응답하여 상기 감지전압이 상기 기준전압보다 커지면 상기 제1레벨의 지연적분신호를 출력하는 지연적분부 및 상기 제1레벨의 지연적분신호가 발생될 때까지의 시간을 확인하고, 복수개의 제1레벨의 지연적분신호의 발생시간의 평균시간값을 계산하며, 상기 전도체가 상기 터치패드에 접근하지 않을 경우 발생되는 상기 평균시간값을 제1평균시간값으로서 출력하는 평균필터부를 구비한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 근접센싱방법은, 전도체의 근접 및 터치시 정전용량이 변화되는 터치 패드의 정전용량 변화를 감지하는 단계, 기준클럭신호를 수신하고, 상기 정전용량의 변화를 상기 기준클럭신호의 딜레이로서 감지하여 기준클럭지연신호를 출력하는 단계, 상기 기준클럭지연신호에 응답하여 감지전압이 적분된 값이 기준전압보다 커지면 제1레벨의 지연적분신호를 출력하는 단계 및 상기 제1레벨의 지연적분신호가 제1평균시간값보다 빨리 발생하면 상기 터치패드에 상기 전도체가 근접한 것으로 인식하고, 상기 지연적분신호가 상기 제1평균시간값보다 늦게 발생하면 전도체의 근접이 없는 것으로 인식하는 단계를 구비한다.

본 발명의 실시예에 따른 근접센서, 근접센서모듈 및 근접센싱방법은 디지털 감지방식을 이용함으로써 주변의 잡음에 매우 강하며, 랜덤 알고리즘과 적분알고리즘을 적용하여 전도체의 근접에 따른 미세한 감지가 가능하고 외부 잡음에 강한 장점이 있다.

또한, 근접센서에 사용되는 기준전압이나 기준클럭신호들이 전도체의 근접을 감지하는데 기준이 되지 않으므로 이들 값이 변화하여도 근접을 감지하는데 영향을 주지 않아 내부 회로의 변화에 둔감하며, 기준클럭신호를 지연시키는 회로가 고임피던스(high impedance)회로가 아니므로 외부 및 내부 잡음에 둔감하다.

그리고, 더미센서를 이용하여 기준클럭신호의 딜레이 양을 조절할 수 있어 근접센서의 감도조절과 환경변화에 따른 대응이 가능한 장점이 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 근접센서의 구조를 설명하는 개념도이다.

도 2는 도1의 근접센서의 개념도에 대응되는 근접센서의 회로도이다.

도1 및 도2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 근접센서(100)는 전도체의 근접 및 터치시 정전용량이 변화되는 터치 패드(TP)의 정전용량 변화를 감지하는 근접센서에 관한 것이다.

근접센서(100)는 기준클럭신호발생부(101), 딜레이센싱부(110), 지연적분부(120) 및 평균필터부(AF)를 구비한다.

기준클럭신호발생부(101)는 제어신호(CTL)에 응답하여 주파수가 변경가능한 기준클럭신호(CLK)를 발생한다. 딜레이센싱부(110)는 기준클럭신호(CLK)를 수신하고, 상기 정전용량의 변화를 기준클럭신호(CLK)의 딜레이로서 감지하여 기준클럭지연신호(DCLK)를 출력한다. 지연적분부(120)는 기준클럭지연신호(DCLK)에 응답하여 감지전압(SV)의 레벨이 기준전압(VREF)의 레벨보다 커지면 제1레벨의 지연적분신호(SIG)를 출력한다. 여기서, 제1레벨은 설명의 편의상 하이레벨로 간주하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 회로를 구성하는 바에 따라서는 로우레벨일 수 있다.

평균필터부(AF)는 제1레벨의 지연적분신호(SIG)가 발생될 때까지의 시간을 확인하고, 복수개의 제1레벨의 지연적분신호(SIG)의 발생시간의 평균시간값을 계산한다.

평균필터부(AF)는 전도체가 터치패드(TP)에 접근하지 않을 경우 발생되는 평균시간값을 제1평균시간값으로서 출력한다. 그리고, 근접센서(100)는 제1레벨의 지연적분신호(SIG)가 발생하는 시간이 제1평균시간값 보다 빠르면 터치패드(TP)에 상기 전도체가 근접한 것으로 인식하고, 상기 제1평균시간값보다 늦으면 전도체의 근접이 없는 것으로 인식하는 검출부(DDL)를 더 구비한다. 검출부(DDL)는 디지털로직으로 구성된다.

도 1 및 도2에는 이해의 편의를 위하여, 터치 패드(TP)가 개시된다. 터치 패드(TP)는 인체 등의 전도체가 근접할 경우 정전용량이 변화되는 구조를 가지며, 그 구조에 대해서는 당업자라면 이해할 수 있으므로 상세한 설명을 생략한다. 터치패널은 복수개의 터치 패드(TP)에 의해서 이루어진다. 보통, 터치 패드(TP)는 터치패널을 구성하므로 터치패널측에 형성되고, 근접센서(100)는 터치 패드(TP)의 정전용량의 변화를 인식하여 터치 또는 근접 위치를 파악하는 콘트롤러아이씨(미도시)에 형성된다. 터치센서모듈은 이와 같이 터치패널과 콘트롤러아이씨로 구성된다. 이에 대해서는 후술한다.

기준클럭신호발생부(101)에 대해서 좀 더 설명한다. 기준클럭신호발생부(101)는 제어신호(CTL)에 응답하여 적어도 1비트 이상의 주파수제어신호(FCTL)를 발생하는 비트발생부(RBG) 및 주파수제어신호(FCTL)에 응답하여 주파수가 가변적인 기준클럭신호(CLK)를 발생하는 클럭발생부(DCO)를 구비한다.

비트발생부(RBG)는 랜덤 비트 제너레이터(Random Bit Generator)로서 외부에서 입력되는 제어신호에 응답해서 주파수제어신호(FCTL)를 랜덤하게 발생시킨다. 제어신호(CTL)는 다양할 수 있으며, 외부의 사용자가 입력하거나, 자동으로 발생되도록 할 수 있다. 주파수제어신호(FCTL)는 적어도 1비트 이상의 신호로서 예를 들어, 4비트 신호라면 제어신호(CTL)에 응답해서 1011, 1000, 0101, 등으로 랜덤하게 발생된다.

클럭발생부(DCO)는 디지털 제어 오실레이터(digital controlled oscillator)로 구성될 수 있으며, 주파수제어신호(FCTL)에 응답하여 발생되는 기준클럭신호(CLK)의 주파수가 변화된다. 즉, 주파수제어신호(FCTL)가 1011 일 경우와, 1000일 경우에 발생되는 기준클럭신호(CLK)의 주파수가 상이하다. 따라서, 도 3에 도시된 것처럼 기준클럭신호(CLK)의 주기가 랜덤하게 변화될 수 있다.

기준클럭신호발생부(101)는 기준전압(VREF)을 발생시키는 회로들과 함께 구성된다. 기준전압과 기준클럭신호는 본 발명의 실시예에서는 전도체의 근접을 감지하는데 기준으로 이용되는 것이 아니기 때문에 외부 환경의 변화(variation)가 발생하여도 근접센서(100)의 감도에 영향을 미치지 아니한다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 근접센서(100)는 정교한 기준전압이나 기준클럭신호(CLK)가 필요하지 않은 장점이 있다.

딜레이센싱부(110)는 기준클럭신호(CLK)가 정전용량의 변화에 의해서 딜레이 되는 경우, 딜레이된 기준클럭신호(CLK)와 본래의 기준클럭신호(CLK)를 비교해서 기준클럭지연신호(DCLK)를 발생한다. 지연적분부(120)는 기준클럭지연신호(DCLK)에 응답하여 감지전압(SV)을 적분시켜 감지전압(SV)의 레벨이 기준전압(VREF)의 레벨보다 크게되면 지연적분신호(SIG)를 발생한다. 즉, 전도체의 근접이 없을 때와 있을 때의 지연적분신호(SIG)가 발생되는 시간이 차이가 있게 되며, 그 차이를 검출부(DDL)에서 감지하여 전도체의 근접이 있음을 인식하게 된다.

좀 더 구체적으로 설명하면, 딜레이센싱부(110)는, 기준클럭신호(CLK)에 응답하여 딜레이(delay)를 가지는 제1신호(S1) 및 제2신호(S2)를 발생한다.

그리고, 제1신호(S1)와 제2신호(S2)의 딜레이 차이에 대응하여 기준클럭지연신호(DCLK)가 발생된다.

제1신호(S1)와 제2신호(S2)의 딜레이 차이는 위상검출기(phase-detector) 또는 위상주파수 검출기(phase-frequency-detector)에 의해서 검출되어 기준클럭지연신호(DCLK)가 발생된다. 그 예로써, 도2에서, 기준클럭지연신호(DCLK)는 제1신호(S1)와 제2신호(S2)를 배타적논리합(XOR) 하여 발생시키는 것으로 도시되어 있는데, 이는 하나의 예시일 뿐 한정되는 것은 아니다.

제2신호(S2)는 전도체가 터치패드(TP)에 근접함에 의해 발생되는 정전용량의 변화에 응답하여 추가적인 딜레이를 가지게 된다. 도2를 참조하면, 딜레이센싱부(110)는 기준클럭신호(CLK)를 수신하는 제1노드(NA), 제1노드(NA)로부터 수신된 기준클럭신호(CLK)를 딜레이시켜 제1신호(S1)로서 출력하는 제1지연부(111), 정전용량의 변화에 응답하여 제1노드(NA)로부터 수신된 기준클럭신호(CLK)를 딜레이시켜 제2신호(S2)로서 출력하는 제2지연부(113) 및 제1신호(S1)와 제2신호(S2)의 딜레이 차이를 검출하여 기준클럭지연신호(DCLK)를 출력하는 기준클럭지연신호발생부(115)를 구비한다. 기준클럭지연신호발생부(115)는 위상검출기(phase-detector) 또는 위상주파수 검출기(phase-frequency-detector)로 구성될 수 있으며, 도 2에서는 설명의 편의를 위하여 배타적논리합소자가 이용된다. 제1지연부(111)와 제2지연부(113)는 도 2에 도시된 것처럼 복수개의 지연버퍼들이 이용될 수 있으며 전도체가 터치 패드(TP)에 근접하지 않더라도 제1신호(S1)와 제2신호(S2)의 딜레이 양은 일정한 차이가 생기게 된다.

제2지연부(113)는 본딩패드(117)에 의해서 터치 패드(TP)에 연결된다. 따라서, 터치 패드(TP)에 전도체가 근접하여 터치 패드(TP)의 정전용량이 변화될 경우(정확히는 정전용량이 증가된다.) 제2신호(S2)의 딜레이는 더 커진다.

딜레이센싱부(110)는 제1지연부(111)에 연결되어 제1신호(S1)의 딜레이를 조절하는 더미센서부(130)를 더 구비한다. 더미센서부(130)는 제2지연부(113)에 연결된 본딩패드(117)와 같은 기생성 정전용량을 보상하여 제1지연부(111)의 딜레이를 조절한다. 더미센서부(130)는 도 1에 도시된 것처럼 복수개의 커패시터와, 커패시터에 연결된 스위치들로 구성될 수 있다. 스위치들을 연결함에 의해 커패시턴스를 증가 또는 감소시킬 수 있고 이에 의해 제1신호(S1)의 딜레이양을 조절할 수 있다.

더미센서부(130)를 조절하여 기준클럭신호(CLK)가 지연되는 양을 조절할 수 있고, 이로 인해 감도조절과 환경변화에 대응할 수 있다. 또한, 근접센서(100)가 모듈이나 제품에 적용될 경우, 각 제품의 환경에 따라 동작환경이 크게 변화하는데, 이러한 변화에 따른 대응을 위하여 더미센서부(130)를 이용해서 기준클럭신호(CLK)의 딜레이양을 조절함으로써 다양한 환경에서 동작이 가능하다.

이러한 동작에 대해서는 당업자라면 이해할 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다.

지연적분부(120)는 기준클럭지연신호(DCLK)에 응답하여 감지전압(SV)을 누적시킨 값이 기준전압(VREF)보다 커지면 지연적분신호(SIG)를 제1레벨로 출력한다. 구체적으로, 지연적분부(120)는 기준클럭지연신호(DCLK)에 응답하여 턴 온 또는 턴 오프 되어 감지전압(SV)을 발생시키는 노드인 감지전압노드(SVN)의 전압레벨을 누적시키는 적분부(121)와, 감지전압(SV)의 전압레벨과 기준전압(VREF)의 전압레벨을 비교하여 감지전압(SV)의 전압레벨이 기준전압(VREF)의 전압레벨보다 크면 제1레벨의 지연적분신호(SIG)를 발생하는 비교부(123) 및 감지전압노드(SVN)의 전압레벨을 리셋시키는 리셋부(NTR2)를 구비한다.

적분부(121)는 도 2에 개시된 것처럼, 전원전압(VCC)에 연결되는 전류원(IREF)에 1단이 연결되고, 제2단이 접지에 연결된 커패시터(C)에 연결되며, 기준클럭지연신호(DCLK)에 의하여 턴 온 또는 턴 오프되는 트랜지스터(NTR1)로 구성된다. 트랜지스터(NTR1)의 제2단과 커패시터(C)의 연결노드가 감지전압(SV)이 발생되는 감지전압노드(SVN)이다. 트랜지스터(NTR1)대신 턴 온 또는 턴오프 동작을 하는 스위치가 연결되어 이용될 수도 있다.

비교부(123)는 감지전압(SV)과 기준전압(VREF)을 수신하는 비교기로 이루어진다. 그리고, 리셋부(NTR2)는 감지전압노드(SVN)와 접지 사이에 연결되며 리셋신호(RST)에 응답하여 턴온 또는 턴오프 되는 트랜지스터(NTR2)로 이루어진다. 리셋신호(RST)는 기준시간(TRST)마다 발생하여 트랜지스터(NTR2)를 턴 온 시켜 감지전압노드(SVN)를 접지전압으로 리셋시킨다.

이와 같은 회로구성은 당업자라면 이해할 수 있으며, 그 변경도 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

평균필터부(AF)는 지연적분부(120)에서 제1레벨의 지연적분신호(SIG)가 발생될 때까지의 시간을 확인한다. 시간의 확인은 근접센서 내부의 타이머(미도시)와 메인클럭(미도시)을 이용한다. 즉, 제1레벨의 지연적분신호(SIG)가 발생될 때까지 메인클럭의 수를 카운트하여 그 시간을 확인한다. 평균필터부(AF)는 복수개의 제1레벨의 지연적분신호(SIG)의 발생시간의 평균시간값을 계산한다. 특히, 평균필터부(AF)는 전도체가 터치패드(TP)에 접근하지 않을 경우 발생되는 상기 평균시간값(AVT)을 제1평균시간값(TH)으로서 출력한다. 평균필터부(AF)는 전도체가 터치패드(TP)에 근접하지 않을때의 제1레벨의 지연적분신호(SIG)의 발생시간들을 여러 번 확인하고, 그 평균시간값(AVT)을 구할 수 있으며, 그 평균시간값(AVT)이 제1평균시간값으로서 검출부(DDL)에 저장된다. 그리고, 전도체가 터치패드(TP)에 접근할 때의 제1레벨의 지연적분신호(SIG)의 발생시간과 비교된다.

전도체가 터치패드(TP)에 접근하지 않을 경우를 먼저 고려하면, 기준클럭신호(CLK)의 주파수가 랜덤하게 변하므로 제1레벨을 가지는 지연적분신호(SIG)의 발 생시간도 랜덤하게 변화하게 된다. 그런데, 마치 1~100까지의 자연수 중에서 하나의 수를 선택하여 그 평균을 내는 방법을 많이 반복하면 그 평균값은 1~100 사이의 중간 값인 50에 근접하게 된다. 이와 마찬가지로, 기준클럭신호(CLK)의 주파수를 랜덤하게 변화시키면, 제1레벨을 가지는 지연적분신호(SIG)의 발생시간은 계속해서 달라지지만, 이러한 발생시간들을 계속해서 평균을 내면 그 평균시간값(AVT)은 일정한 시간값에 수렴하게 된다. 이것이 랜덤 알고리즘의 원리이다.

기준클럭신호(CLK)의 주파수가 변화된다는 것은 근접센서에 있어서, 주변환경의 잡음이 증가하는 것과 비슷한 영향을 미치게 되지만, 이와 같이, 평균필터부(AF)를 이용하여 주파수가 변화되는 기준클럭신호(CLK)로부터 적분알고리즘을 통하여 얻어지는 제1레벨의 지연적분신호(SIG)가 발생하는 시간들을 여러 번 평균내어 잡음의 영향에 덜 민감한 평균시간값(AVT)을 얻을 수 있다.

따라서, 평균시간값(AVT)이 검출부(DDL)에 제1평균시간값으로서 저장되고, 추후에 입력되는 제1레벨의 지연적분신호(SIG)가 발생되는 시간과 제1평균시간값이 비교되어 터치패드(TP)에 전도체의 근접이 발생했는지 아닌지를 판단할 수 있다.

도 3은 전도체가 터치패드에 근접하지 않을 때의 근접센서의 동작을 설명하는 타이밍도이다.

도 4는 전도체가 터치패드에 근접할 때의 근접센서의 동작을 설명하는 타이밍도이다.

먼저, 도3을 참조하면, 주파수가 가변되는 기준클럭신호(CLK)가 딜레이센싱부(110)로 입력된다. 도3에서, 기준클럭신호(CLK)의 주파수가 랜덤하게 변화하는 모습을 알 수 있다. 기준클럭신호(CLK)가 일정한 시간만큼 지연되어 제1신호(S1)가 발생한다. 제1지연부(111)는 복수개의 버퍼들을 가지고 있으며 기준클럭신호(CLK)를 원하는 만큼 지연시킬 수 있다. 전도체가 터치 패드(TP)에 근접하지 않으면, 제2신호(S2)도 기준클럭신호(CLK)보다 일정한 시간만큼 지연되어 발생되는데, 기생저항 등에 의해서 제1신호(S1)의 지연보다 좀 더 지연된다. 그러면, 기준클럭지연신호발생부(115)는 도3에 도시된 것과 같은 기준클럭지연신호(DCLK)를 발생한다.

기준클럭지연신호(DCLK)가 일정한 시간마다 하이레벨로 발생하며, 기준클럭지연신호(DCLK)가 하이레벨일 때마다 트랜지스터(NTR1)는 턴 온 되어 감지전압(SV)의 전압레벨이 도 3에서처럼 조금씩 누적되어 상승한다. 그러다, 감지전압(SV)의 전압레벨이 기준전압(VREF)의 전압레벨보다 커지는 순간(TH), 비교부(123)는 지연적분신호(SIG)를 제1레벨 즉, 하이 레벨로 발생시킨다.

평균필터부(AF)는 이와 같이 지연적분신호(SIG)가 하이레벨로 발생되는 시점(TH)을 여러 번 확인하고 그 평균을 계산하여 평균시간값(AVT)를 발생하여 검출부(DDL)로 전송한다. 검출부(DDL)는 평균시간값(AVT)을 제1평균시간값으로서 저장한다. 여기서, 회로를 구성하기에 따라서는 로우레벨과 하이레벨은 바뀔 수 있으며, 이러한 논리값에 본 발명의 실시예가 한정되는 것은 아니다.

도4를 참조하면, 주파수가 변화하는 기준클럭신호(CLK)가 딜레이센싱부(110)로 입력된다. 도4에서, 기준클럭신호(CLK)의 주파수가 랜덤하게 변화하는 모습을 알 수 있다. 그리고, 기준클럭신호(CLK)가 지연되어 제1신호(S1)가 발생한다. 전도 체가 터치 패드(TP)에 근접하면, 터치 패드(TP)의 정전용량이 변화하고, 터치 패드(TP)의 정전용량의 변화는 제2신호(S2)를 기준클럭신호(CLK)보다 딜레이시킨다. 이 때 딜레이되는 양은 도 3에서 제2신호(S2)가 딜레이 되는 양보다 더 크다.

기준클럭지연신호발생부(115)는 제1신호(S1)와 제2신호(S2)의 위상차를 검출하여 기준클럭지연신호(DCLK)를 발생한다. 일 예로써, 제1신호(S1)와 제2신호(S2)를 배타적논리합하여 기준클럭지연신호(DCLK)를 도4에서처럼 발생한다. 제1지연부(111)와 제2지연부(113)는 높은 임피던스(high impedance)를 가지는 회로가 아니기 때문에 외부나 내부의 잡음에 둔감하다는 장점이 있다.

기준클럭지연신호(DCLK)가 하이레벨로 발생하는 구간동안 적분부(121)의 트랜지스터(NTR1)는 턴 온 되고 감지전압노드(SVN)의 감지전압(SV)은 커패시터(C)에 의해서 일정한 전압레벨로 상승한다. 기준클럭지연신호(DCLK)의 하이레벨구간이 반복되는동안 감지전압(SV)의 전압레벨은 계속해서 도 4에 도시된 것처럼 상승한다. 그러다가 어느순간 기준전압(VREF)의 전압레벨보다 커지는 시점(TH)이 생기고, 이 시점(TH)에 비교부(123)는 지연적분신호(SIG)를 하이레벨로 발생시킨다. 그런데, 전도체가 터치패드(TP)에 근접하지 않았을 때보다 전도체가 터치패드(TP)에 근접했을 때 기준클럭지연신호(DCLK)가 하이 레벨로 되는 시간이 더 크므로 그만큼 감지전압(SV)의 전압레벨이 누적되는 시간이 빠르고 지연적분신호(SIG)가 하이 레벨로 발생되는 시간 또한 제1평균시간값보다 빠르게 된다.

검출부(DDL)는 지연적분신호(SIG)가 제1레벨로 발생되는 시점(TH)이 제1평균시간값보다 빠르면 전도체가 터치 패드(TP)에 근접한 것으로 인식한다.

추후에, 리셋신호(RST)에 의해서 리셋부(NTR2)가 감지전압(SV)을 리셋시키고, 다시 터치 패드(TP)의 감지가 시작된다.

이와 같이, 지연적분신호(SIG)가 하이레벨(또는 회로를 구성하기에 따라 로우레벨로도 가능)로 발생하는 시점(TH)이 제1평균시간값보다 빠르면 검출부(DDL)는 전도체의 근접이 있음을 인식하게 되며, 제1평균시간값은 랜덤 알고리즘과 적분알고리즘에 의하여 계산된 값이므로, 랜덤알고리즘 없이 적분알고리즘에 의해서만 근접센서의 센싱을 측정하는 것보다 주위 환경변화나 잡음에 강할 수 있다.

또한, 검출부(DDL)는, 지연적분신호(SIG)가 소정의 임계시간 이내에 발생하면 터치패드(TP)에 전도체가 근접한 것으로 인식하고, 지연적분신호(SIG)가 임계시간 보다 늦게 발생하면 에러로 인식할 수 있다. 이와 같이, 단순히 제1평균시간값보다 지연적분신호(SIG)가 빨리 발생하면 전도체의 근접으로 간주하도록 할 수도 있으나, 임계시간을 정해서 그 이전에 지연적분신호(SIG)가 하이레벨로 발생해야만 정상적인 근접동작이 이루어진 것으로 하고, 임계시간(TH)보다 늦게 지연적분신호(SIG)가 하이레벨로 발생하면 이는 에러동작으로 인식하도록 함으로써, 근접센서(100)의 정밀도를 한층 더 높일 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 근접센서모듈을 설명하는 도면이다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 근접센서모듈(500)은, 전도체의 근접 및 터치시 정전용량이 변화되는 터치 패드(TP)들이 복수개 결합되는 터치패널(510) 및 주파수가 변경가능한 기준클럭신호(CLK)를 수신하고, 정전용량의 변화에 따른 기준클럭신호(CLK)의 딜레이를 감지하며 상기 감지된 기준클럭신호(CLK)의 딜레이에 응답 하여 감지전압(SV)을 적분함으로써 감지전압(SV)의 전압레벨이 기준전압(VREF)의 전압레벨보다 커지는 시점이 제1평균시간값보다 빠르면 터치패널(510)에 전도체가 근접 또는 터치한 것으로 인식하는 컨트롤러아이씨(520)를 구비한다.

컨트롤러아이씨(520)는, 기준클럭신호(CLK)를 수신하고, 정전용량의 변화에 따른 기준클럭신호(CLK)의 딜레이를 감지하며 감지된 기준클럭신호의 딜레이에 응답하여 감지전압(SV)을 적분함으로써 감지전압(SV)의 전압레벨이 기준전압의 전압레벨보다 커지면 제1레벨의 지연적분신호(SIG)를 발생하는 근접센서(100) 및 지연적분신호(SIG)가 제1평균시간값보다 빨리 발생하면 터치 패드(TP)에 상기 전도체가 근접 또는 터치한 것으로 인식하고, 제1레벨의 지연적분신호(SIG)가 제1평균시간값보다 늦게 발생하면 전도체의 근접이 없는 것으로 인식하는 검출부(DDL)를 구비한다.

이와 같은 구성을 가지는 근접센서모듈(500)은 터치패널(510)과 콘트롤러아이씨(520)를 구비하고, 콘트롤러아이씨(520)는 다시 근접센서(100)와 검출부(DDL)를 구비한다. 여기서 근접센서(100)는 앞에서 설명된 바와 동일한 동작 및 구조를 가지므로 상세한 설명을 생략한다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플로우차트이다.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 근접센싱방법(600)은, 전도체의 근접 및 터치시 정전용량이 변화되는 터치 패드의 정전용량 변화를 감지하는 610 단계, 기준클럭신호를 수신하고, 상기 정전용량의 변화를 상기 기준클럭신호의 딜레이로서 감지하여 기준클럭지연신호를 출력하는 620단계, 상 기 기준클럭지연신호에 응답하여 감지전압이 기준전압보다 커지면 제1레벨의 지연적분신호를 출력하는 630 및 640단계, 및 상기 지연적분신호가 제1평균시간값보다 빠르면 상기 터치패드에 상기 전도체가 근접한 것으로 인식하고, 상기 지연적분신호가 제1평균시간값보다 늦게 발생하면 전도체의 근접이 없는 것으로 인식하는 650단계를 구비한다.

근접센싱방법(600)은 도 2의 근접센서(100)를 이용한 센싱방법으로서 근접센서(100)의 동작과 유사하므로 상세한 설명을 생략한다.

이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플로우차트이다.

Claims

전도체의 근접 및 터치시 정전용량이 변화되는 터치 패드의 정전용량 변화를 감지하는 근접센서에 있어서,

제어신호에 응답하여 주파수가 변경가능한 기준클럭신호를 발생하는 기준클럭신호발생부 ;

상기 기준클럭신호를 수신하고, 상기 정전용량의 변화를 상기 기준클럭신호의 딜레이로서 감지하여 기준클럭지연신호를 출력하는 딜레이센싱부 ;

상기 기준클럭지연신호에 응답하여 감지전압의 전압레벨이 기준전압의 전압레벨보다 커지면 제1레벨의 지연적분신호를 출력하는 지연적분부 ; 및

상기 제1레벨의 지연적분신호가 발생될 때까지의 시간을 확인하고, 복수개의 제1레벨의 지연적분신호의 발생시간의 평균시간값을 계산하는 평균필터부를 구비하는 것을 특징으로 하는 근접센서.
제 1항에 있어서, 상기 평균필터부는,

상기 전도체가 상기 터치패드에 접근하지 않을 경우 발생되는 상기 평균시간값을 제1평균시간값으로서 출력하고,

상기 근접센서는,

상기 제1레벨의 지연적분신호가 발생하는 시간이 상기 제1평균시간값 보다 빠르면 상기 터치패드에 상기 전도체가 근접한 것으로 인식하고, 상기 제1평균시간값보다 늦으면 전도체의 근접이 없는 것으로 인식하는 검출부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 근접센서.
제2항에 있어서, 상기 딜레이센싱부는,

상기 기준클럭신호에 응답하여 발생되는 제1신호 및 제2신호의 딜레이 차이에 대응되는 기준클럭지연신호를 발생하고, 상기 터치패드에 상기 전도체가 근접하면 상기 제2신호는 추가적인 딜레이를 가지게 되어 상기 제1신호와 상기 제2신호의 딜레이 차이에 대응하여 상기 기준클럭지연신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 근접센서.
제 3항에 있어서, 상기 제1신호와 상기 제2신호의 딜레이 차이는 위상검출기(phase-detector) 또는 위상주파수 검출기(phase-frequency-detector)에 의해서 검출되어 상기 기준클럭지연신호가 발생되는 것을 특징으로 하는 근접센서.
제3항에 있어서, 상기 딜레이센싱부는,

상기 제1신호의 딜레이를 조절하는 더미센서부를 더 구비하는 것을 특징으로하는 근접센서.
제 2항에 있어서, 상기 지연적분부는,

상기 기준클럭지연신호에 응답하여 상기 감지전압을 누적시킨 값이 기준전압보다 커지면 상기 제1레벨의 지연적분신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 근접센서.
제2항에 있어서, 상기 딜레이센싱부는,

상기 기준클럭신호를 수신하는 제1노드 ;

상기 제1노드로부터 수신된 상기 기준클럭신호를 딜레이시켜 제1신호로서 출력하는 제1지연부 ;

상기 정전용량의 변화에 응답하여 상기 제1노드로부터 수신된 상기 기준클럭신호를 딜레이시켜 제2신호로서 출력하는 제2지연부 ; 및

상기 제1신호와 상기 제2신호의 위상차이를 검출하여 상기 기준클럭지연신호를 출력하는 기준클럭지연신호발생부를 구비하는 것을 특징으로 하는 근접센서.
제2항에 있어서, 상기 지연적분부는,

상기 기준클럭지연신호에 응답하여 턴 온 또는 턴 오프 되어 상기 감지전압을 발생시키는 노드인 감지전압노드의 전압레벨을 누적시키는 적분부 ;

상기 감지전압의 전압레벨과 상기 기준전압의 전압레벨을 비교하여 상기 감지전압의 전압레벨이 상기 기준전압의 전압레벨보다 크면 상기 제1레벨의 지연적분신호를 발생하는 비교부 ; 및

상기 감지전압노드의 전압레벨을 리셋시키는 리셋부를 구비하는 것을 특징으로 하는 근접센서.
제 2항에 있어서, 상기 기준클럭신호 발생부는,

상기 제어신호에 응답하여 적어도 1비트 이상의 주파수제어신호를 발생하는 비트발생부 ; 및

상기 주파수제어신호에 응답하여 주파수가 가변적인 상기 기준클럭신호를 발생하는 클럭발생부를 구비하는 것을 특징으로 하는 근접센서.
제 2항에 있어서, 상기 검출부는,

상기 제1레벨의 지연적분신호가 소정의 임계시간 이내에 발생하면 상기 터치패드에 상기 전도체가 근접한 것으로 인식하고, 상기 제1레벨의 지연적분신호가 상기 임계시간 보다 늦게 발생하면 에러로 인식하는 것을 특징으로 하는 근접센서.
전도체의 근접 및 터치시 정전용량이 변화되는 터치 패드들이 복수개 결합되는 터치패널 ; 및

주파수가 변경가능한 기준클럭신호를 수신하고, 상기 정전용량의 변화에 따른 상기 기준클럭신호의 딜레이를 감지하며 상기 감지된 기준클럭신호의 딜레이에 응답하여 감지전압을 적분함으로써 상기 감지전압의 전압레벨이 기준전압의 전압레벨보다 커지는 시점이 제1평균시간값보다 빠르면 상기 터치패널에 상기 전도체가 근접 또는 터치한 것으로 인식하는 컨트롤러아이씨를 구비하는 것을 특징으로 하는 근접센서 모듈.
제 11항에 있어서, 상기 컨트롤러아이씨는,

상기 기준클럭신호를 수신하고, 상기 정전용량의 변화에 따른 상기 기준클럭신호의 딜레이를 감지하며 상기 감지된 기준클럭신호의 딜레이에 응답하여 감지전압을 적분함으로써 상기 감지전압의 전압레벨이 기준전압의 전압레벨보다 커지면 제1레벨의 지연적분신호를 발생하고, 상기 제1레벨의 지연적분신호가 발생될 때까지의 시간을 확인하는 근접센서; 및

상기 지연적분신호가 상기 상기 제1평균시간값보다 빨리 발생하면 상기 터치패드에 상기 전도체가 근접 또는 터치한 것으로 인식하고, 상기 제1레벨의 지연적분신호가 상기 제1평균시간값보다 늦게 발생하면 전도체의 근접이 없는 것으로 인식하는 검출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 근접센서모듈.
제 12항에 있어서, 상기 근접센서는,

제어신호에 응답하여 주파수가 변경가능한 상기 기준클럭신호를 발생하는 기준클럭신호발생부 ;

상기 기준클럭신호와, 상기 정전용량의 변화에 응답하여 딜레이된 기준클럭신호를 비교하여 기준클럭지연신호를 출력하는 딜레이센싱부 ;

상기 기준클럭지연신호에 응답하여 상기 감지전압이 상기 기준전압보다 커지면 상기 제1레벨의 지연적분신호를 출력하는 지연적분부 ; 및

상기 제1레벨의 지연적분신호가 발생될 때까지의 시간을 확인하고, 복수개의 제1레벨의 지연적분신호의 발생시간의 평균시간값을 계산하며, 상기 전도체가 상기 터치패드에 접근하지 않을 경우 발생되는 상기 평균시간값을 제1평균시간값으로서 출력 하는 평균필터부를 구비하는 것을 특징으로 하는 근접센서모듈.
제13항에 있어서, 상기 딜레이센싱부는,

상기 기준클럭신호에 응답하여 발생되는 제1신호 및 제2신호의 딜레이 차이에 대응되는 기준클럭지연신호를 발생하고, 상기 터치패드에 상기 전도체가 근접하면 상기 제2신호는 추가적인 딜레이를 가지게 되어 상기 제1신호와 상기 제2신호의 딜레이 차이에 대응하여 상기 기준클럭지연신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 근접센서모듈.
제14항에 있어서, 상기 제1신호와 상기 제2신호의 딜레이 차이는 위상검출기(phase-detector) 또는 위상주파수 검출기(phase-frequency-detector)에 의해서 검출되어 상기 기준클럭지연신호가 발생되는 것을 특징으로 하는 근접센서모듈.
전도체의 근접 및 터치시 정전용량이 변화되는 터치 패드의 정전용량 변화를 감지하는 단계 ;

기준클럭신호를 수신하고, 상기 정전용량의 변화를 상기 기준클럭신호의 딜레이로서 감지하여 기준클럭지연신호를 출력하는 단계 ;

상기 기준클럭지연신호에 응답하여 감지전압이 적분된 값이 기준전압보다 커지면 제1레벨의 지연적분신호를 출력하는 단계 ; 및

상기 제1레벨의 지연적분신호가 제1평균시간값보다 빨리 발생하면 상기 터치 패드에 상기 전도체가 근접한 것으로 인식하고, 상기 지연적분신호가 상기 제1평균시간값보다 늦게 발생하면 전도체의 근접이 없는 것으로 인식하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 근접센서를 이용한 근접센싱방법.