KR20110073333A

KR20110073333A - 용량 판별 회로, 용량 판별 회로를 구비한 터치 스위치

Info

Publication number: KR20110073333A
Application number: KR1020100131499A
Authority: KR
Inventors: 스스무 야마다
Original assignee: 산요덴키가부시키가이샤; 산요 세미컨덕터 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2009-12-22
Filing date: 2010-12-21
Publication date: 2011-06-29
Also published as: JP2011133964A; US8552747B2; KR101216813B1; EP2339751A2; EP2339751A3; EP2339751B1; US20110148439A1

Abstract

종래, 정전 용량 방식의 터치 스위치에서는, 전극에 접속된 콘덴서의 용량 변화를 측정함으로써, 접촉하고 있는지의 여부를 판별하고 있었지만, 외부 노이즈의 영향으로 오판별되는 문제가 있었다. 또한, 상기한 터치 스위치를 구비한 세트 상품에서는, 이 오판별에 의해, 유저는 몇번이나 조작을 다시 함으로써 큰 스트레스를 받는 문제가 있었다.
본 발명은, 제1 콘덴서 및 제2 콘덴서가 접속되는 용량 판별기에 있어서, 상기 제1 콘덴서의 제1 전압과 상기 제2 콘덴서의 제2 전압을 비교하는 비교기와, 상기 비교기로부터의 비교 결과를 받아, 카운트하는 카운터 회로와, 상기 제1 콘덴서 및 상기 제2 콘덴서에 전하를 차지하는 차지 회로와, 상기 비교기로부터의 비교 결과를 받아, 상기 제1 콘덴서나, 상기 제2 콘덴서 중 어느 한쪽에만, 상기 전하를 차지하도록 상기 차지 회로를 제어하는 제어 회로를 구비하고, 상기 카운터 회로의 카운트값에 따라, 상기 제1 콘덴서와 상기 제2 콘덴서의 용량의 판별을 행하는 것을 특징으로 한다.

Description

용량 판별 회로, 용량 판별 회로를 구비한 터치 스위치{CAPACITY DETERMINING CIRCUIT, TOUCH SWITCH INCLUDING THE CAPACITY DETERMINING CIRCUIT}

본 발명은, 단자에 부가된 용량을 판별하는 용량 판별 회로의 구성에 관한 것이다.

종래, 휴대 전화, 휴대 음향 기기, 휴대 게임 기기, 텔레비전, 퍼스널 컴퓨터 등의 각종 전자 기기의 입력 장치로서, 터치 스위치(터치 센서) 등으로 칭해지는 정전 용량의 변화에 의해 터치되었는지의 여부를 판별하는 것이 알려져 있다. 이러한 종류의 입력 장치에 대해서는, 예를 들어 특허문헌 1에 기재되어 있다.

종래, 정전 용량을 사용한 터치 스위치에서는, 단자(전극)에 부가된 콘덴서의 전압을 측정함으로써, 터치 스위치(터치 패널 상의 전극 스위치)를 접촉하고 있는지의 여부를 판별하고 있었다.

예를 들어, 도 5는 터치 스위치의 조작예를 도시하는 도면이다. 터치 패널 상의 2개의 전극(1a, 1b)이 있으며, 그 전극을 접촉한 것을 검지할 수 있다. 이때, 사람의 손가락이 전극(1b)을 접촉한 경우, 사람의 손가락에도 용량이 있어, 전극(1b)에는 사람의 손가락의 용량(C2')이 추가된다. 그러면, 사람의 손가락이 접촉하고 있지 않은 전극(1a)과 비교하여, 전극(1b)의 용량이 더 커진다.

도 6은 용량의 차가 있는 경우의 전압의 상승 변화를 도시한 도면이다. 콘덴서(C1, C2)의 전압의 상승 속도는 상이하여, Vref(기준 전압)에 도달할 때까지 필요한 시간에 차가 있는 점에서, 용량의 차이를 판별할 수 있다. 이때, 설계상, 콘덴서(C1과 C2)의 용량이 거의 동등한 조건이면, 외관상의 C2의 용량이 커지고 있어, 사람의 손가락이 접촉하고 있다고 판별할 수 있다. 이것을 이용함으로써, 터치 스위치로서 이용할 수 있다.

일본 특허 공개 제2000-65514호 공보

그러나, 상기한 바와 같이, 종래 기술의 정전 용량을 사용한 터치 스위치에서는, Vref에 도달할 때까지의 시간을 단순히 계측하고 있기 때문에, 외부 노이즈 등의 영향을 받기 쉬운 것이 문제가 되고 있다.

예를 들어, 외부 노이즈의 영향을 받으면, 사람의 손가락이 접촉되지 않은 경우에도 전압의 상승이 둔한 경우가 있는데, 이때 사람의 손가락이 접촉되었기 때문에, 전압의 상승이 느려졌다고 인식하여 오판별하는 경우가 있다.

도 7은, 노이즈의 영향이 있거나, 없는 경우의 전압의 변화를 도시한 도면이다. 노이즈의 영향이 없는 경우에는 실선으로 나타낸 바와 같이 전하를 조금씩 인가해 가면 원활하게 전압은 상승한다. 노이즈의 영향이 있는 경우에는 파선으로 나타낸 바와 같이, 전하를 조금씩 인가해도 전압이 원활하게 상승하지 않아, 불안정한 움직임이 되어 오판별의 원인이 되고 있다. 본 고안에서는 외부 노이즈의 영향을 최소한으로 억제하여 용량 변화를 더욱 정확하게 계측하는 방법을 제공한다.

본 발명은, 제1 콘덴서 및 제2 콘덴서가 접속되는 용량 판별기에 있어서, 상기 제1 콘덴서의 제1 전압과 상기 제2 콘덴서의 제2 전압을 비교하는 비교기와, 상기 비교기로부터의 비교 결과를 받아, 카운트하는 카운터 회로와, 상기 제1 콘덴서 및 상기 제2 콘덴서에 전하를 차지하는 차지 회로와, 상기 비교기로부터의 비교 결과를 받아, 상기 제1 콘덴서나, 상기 제2 콘덴서 중 어느 한쪽에만 상기 전하를 차지하도록 상기 차지 회로를 제어하는 제어 회로를 구비하고, 상기 카운터 회로의 카운트값에 따라, 상기 제1 콘덴서와 상기 제2 콘덴서의 용량의 판별을 행하는 것을 특징으로 하는 용량 판별 회로를 제공한다.

본 발명의 용량 판별 회로에 의하면, 노이즈의 내성을 향상시킬 수 있다. 노이즈에 의한 영향이 적어져, 더욱 정확한 용량 판별이 가능하게 된다.

도 1은 본 실시 형태에 관한 용량 판별 회로의 구성을 도시하는 블록도.
도 2는 본 실시 형태에 관한 용량 판별 회로의 타이밍 차트를 도시하는 도면.
도 3은 본 실시 형태에 관한 용량 판별 회로의 타이밍 차트를 도시하는 도면.
도 4는 제2 실시 형태에 관한 용량 판별 회로의 구성을 도시하는 블록도.
도 5는 터치 스위치의 조작예를 도시하는 도면.
도 6은 용량의 차가 있는 경우의 전압의 상승의 변화를 도시한 도면.
도 7은 노이즈의 영향이 있거나, 없는 경우의 전압의 변화를 도시한 도면.

이하, 본 발명의 실시 형태에 관한 용량 판별 회로에 관한 것으로, 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은, 용량 판별 회로의 블록도를 도시하고 있다. 터치 패널 상에는 전극(1a, 1b)이 있으며, 전극(1a, 1b)의 한쪽의 끝에는 콘덴서(C1, C2)가 접속되고, 또한 그 끝은 접지되어 있다. 또한, 전극(1a, 1b)의 다른 쪽의 끝은, LSI 단자(2a, 2b)가 접속되어 있어, 콘덴서(C1, C2)의 전압을 LSI 내부에 도입할 수 있는 구성으로 되어 있다.

LSI 내부에는, 비교기(3)가 있으며, 콘덴서(C1, C2)로부터의 신호가 비교기(3)의 비반전 단자, 반전 단자에 각각 접속되어 있다. 상기한 구성에 의해, 비교기(3)는 콘덴서(C1, C2)의 전압을 비교할 수 있다. 비교기(3)의 비교 결과는 제어 회로(4)에 출력된다. 제어 회로(4)에서는, 클록의 도래에 따라, 비교 결과를 샘플링한다. 그 샘플링에 따라, 콘덴서(C1)의 전압이 낮은 것이면, 카운터 회로(5)의 제1 카운터(5a)를 카운트 업하고, 반대로 콘덴서(C1)가 더 높은(C2의 전압이 낮다) 것이면, 카운터 회로(5)의 제2 카운터(5b)를 카운트 업한다. 또한, 카운터 회로(5)는 제3 카운트(5c)를 구비하고 있으며, 제3 카운터(5c)는 미리 정해진 시간을 계측할 수 있다. 제3 카운터(5c)는, 제어 회로(4)로부터의 스타트 신호를 받으면, 카운트 동작을 개시하고, 카운터가 오버플로우하면, 종료 플래그 신호를 제어 회로(4)로 되돌린다. 제어 회로(4)는, 이 종료 플래그 신호를 받아, 미리 설정된 시간이 경과한 것을 알 수 있어, 제1 카운터(5c)와 제2 카운터(5b)의 카운트값을 비교할 수 있다.

또한, 제어 회로(4)는, 차지 신호, 제1 스위치 신호, 제2 스위치 신호를 출력한다. 차지(충전) 회로(6)는, 차지 신호를 받으면, 차지 회로 내에 있는 콘덴서(C3, C4)에 일정한 전하를 축적한다. 여기서, 콘덴서(C3, C4)는, LSI 외부에 있어도 좋지만, 콘덴서(C1, C2)와 비하여, 소량의 전하를 축적할 수 있으면 되므로, LSI에 내장하면, 외장형 부품을 삭감하여, 비용을 저렴하게 억제할 수 있다.

차지 신호에 의해, 콘덴서(C3, C4)에 전하가 축적된 상태에서 제1 스위치 신호가 활성화되면, MOS 트랜지스터(SW1)가 온하여, 콘덴서(C3)에 축적된 전하가 콘덴서(C1)에 차지된다. 마찬가지로, 제2 스위치 신호가 활성화되면, MOS 트랜지스터(SW2)가 온하여, 콘덴서(C4)에 축적된 전하가 콘덴서(C2)에 차지된다.

도 2는 상기한 동작을 타이밍 차트에 도시한 것이다. 콘덴서(C1, C2)의 전압을 비교하여, 높은 쪽에는 전하를 차지하지 않고, 낮은 쪽에만 일정한 전하를 차지한다. 구체적으로, 최초의 비교에서는, 콘덴서(C2)의 전압이 낮으므로, 제2 카운터(5b)가 카운트 업하여, 콘덴서(C2)에만 전하를 공급한다. 2회째의 비교에서는, 콘덴서(C1)의 전압이 낮아져, 제1 카운터(5a)가 카운트 업하여, 콘덴서(C1)에만 전하를 공급한다. 상기한 동작을 반복하면, 6회째의 비교가 끝난 시점에서는 제2 카운터(5b)의 카운트값이 「4」이며, 제1 카운터(5a)의 카운트값이 「2」로 되어, 카운트값이 큰 콘덴서(C2)의 전위가 상승되기 어려운 것을 알았다. 즉, 콘덴서(C2)의 용량이 커서, 부가적인 용량인 사람의 손가락이 접촉하고 있다고 판별할 수 있다.

종래는, 단자에 들어가는 노이즈의 영향을 받지만, 본 발명의 실시 형태에서는 단자끼리의 전압 비교를 행하기 때문에, 양쪽에 공통으로 들어가는 코먼 노이즈의 영향은 무시할 수 있다. 또한, 고성능의 A/D 컨버터, D/A 컨버터도 필요하지 않은 점에서, 비교적 심플한 구성으로, 높은 정밀도의 용량 판별이 가능하게 된다. 또한, 콘덴서(C1, C2)에 전하가 남아 있다고 하면, 처음에는 전압이 낮은 쪽에만 전하 공급이 계속하여 이루어진다. 그러나, 전압이 낮은 쪽이 모두 역회전하게 된다. 이 역회전했을 때에 제1 카운터(5a)와 제2 카운터(5b)의 카운트값을 제로로 함으로써 초기의 전하에 의한 측정 오차를 캔슬할 수 있다. 이후, 일정 기간 경과한 시점에서, 제1 카운터(5a)와 제2 카운터(5b)의 카운트값과 비교하면, 올바른 용량 판별을 할 수 있다.

그러나, 상기한 방법에서는, 전압이 역회전할 때까지의 시간을 낭비하게 되므로, 판별에 시간이 걸린다. 판별의 시간을 짧게 하기 위해서는, 디스차지(방전) 회로(7)를 설치하면 된다. 제어 회로(4)는, 디스차지 신호를 출력한다. 디스차지 회로(7)는, 디스차지 신호를 받으면, 내부의 MOS 트랜지스터의 SW3, SW4가 온 상태가 되어, 콘덴서(C1, C2)는 모두 디스차지된다.

도 3은 디스차지 신호에 의해, 디스차지한 경우의 타이밍도를 도시한다. 디스차지 신호에 의해, 전극(1a, 1b)의 전압은 디스차지에 의해 동등해지고, 그 후 클록의 도래에 맞추어, 비교기(3)의 출력을 샘플링하고, 전압이 낮은 쪽만 제1 스위치 신호, 제2 스위치 신호를 사용하여 전하를 차지한다. 상기한 구성에 의해, 용량 판별을 개시하기 전에는 이 디스차지 신호를 발생시킴으로써, 콘덴서(C1, C2)에 전하가 남아 있는 것을 고려하지 않고 용량 판별을 행할 수 있다는 이점이 있다.

또한, 상기한 방법에서는 전압 상승 동작에 의해, 용량을 판별하는 방법이지만, 전압 하강 동작에서도 마찬가지로 용량 판별을 행할 수 있다. 여기에서는, 도시하지 않았지만, 콘덴서(C1, C2)에 충분한 전하를 공급해 두고, 그 후 전압의 비교를 행하여 전압이 높은 쪽으로부터 일정한 전하를 인발하여 전압을 하강시켜도 용량 판별을 행하는 것은 가능하다.

상기한 설명에서는, 전극은 두가지 경우를 설명했지만, 전극의 수는 3, 4, 5, 6, …, N개로 늘려도 좋다. 도 4는 제2 실시 형태에 관한 용량 판별 회로의 블록도를 도시한다. 도 1과 중복되는 부분에 대해서는 설명을 생략한다. 전극(1c, 1d)이 더 증가하여, 전극의 수는 4개의 경우를 도시하고 있다. 비교기(30)는 4입력 중 가장 낮은 전압의 것을 추출할 수 있다. 비교기(30)의 출력은 제어 회로(4)에 출력된다. 카운터 회로(5)는, 전극(1a, 1b, 1c, 1d)이 가장 낮았을 때에 각각 카운트하는 복수의 카운터를 구비하고 있어, 각각의 카운터의 카운트값을 비교함으로써 각 전극의 용량을 판별할 수 있다. 전극의 수가 N개가 되어도 마찬가지로 판별할 수 있다.

이상 발명을 실시하기 위한 최량의 형태에 대하여 설명했지만, 상기 실시 형태는 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것이고, 본 발명을 한정하여 해석하기 위한 것이 아니다. 본 발명은 그 취지를 일탈하지 않고 변경, 개량될 수 있음과 함께, 본 발명에는 그 등가물도 포함된다.

예를 들어, 상기한 설명에서는 C1의 전압이 낮은 경우에 카운트하는 제1 카운터(5a), C2의 전압이 낮은 경우에 카운트하는 제2 카운터(5b)를 따로 설치했지만, 그 대신에 업 다운 카운터를 사용하여, C1이 낮을 때에 카운트 업, C2가 낮을 때에 카운트 다운하는 업 다운 카운터를 사용해도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

예를 들어, 상기한 설명에서는, 콘덴서(C1, C2)의 용량은 동등한 경우로 설명했지만, 용량은 상이해도 된다. 마찬가지로, 차지 회로의 콘덴서(C3, C4)의 용량은 동등한 경우로 설명했지만, 콘덴서(C3, C4)의 용량도 상이해도 된다. 가령, 콘덴서(C1, C2)의 용량이, C1<C2이면, C1이 전압의 상승이 더 쉬워지므로, 그 점을 고려하여, 카운트값을 판정하면 되는 것이다. 마찬가지로, 콘덴서(C3, C4)의 용량도, 가령 C3의 용량이 C4의 2배이면, C4는 2회 공급하여, 동량이 되므로, C3의 전하의 공급을 받는 C1쪽이, 2배의 전하 공급량이 되므로, 그 점을 고려하여 카운트값을 판정하면, 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

1a : 전극
1b : 전극
2a : LSI 단자
2b : LSI 단자
3 : 비교기
4 : 제어 회로
5 : 카운터 회로
6 : 차지 회로
7 : 디스차지 회로

Claims

제1 콘덴서 및 제2 콘덴서가 접속되는 용량 판별기에 있어서,
상기 제1 콘덴서의 제1 전압과 상기 제2 콘덴서의 제2 전압을 비교하는 비교기와,
상기 비교기로부터의 비교 결과를 받아, 카운트하는 카운터 회로와,
상기 제1 콘덴서 및 상기 제2 콘덴서에, 전하를 차지하는 차지 회로와,
상기 비교기로부터의 비교 결과를 받아, 상기 제1 콘덴서나, 상기 제2 콘덴서 중 어느 한쪽에만 상기 전하를 차지하도록 상기 차지 회로를 제어하는 제어 회로를 구비하고,
상기 카운터 회로의 카운트값에 따라, 상기 제1 콘덴서와 상기 제2 콘덴서의 용량의 판별을 행하는 것을 특징으로 하는 용량 판별 회로.
제1항에 있어서, 상기 카운터 회로는,
상기 비교기의 비교 결과가 제1 값인 경우에 카운트하는 제1 카운터와,
상기 비교기의 비교 결과가 제1 값이 아닌 경우에 카운트하는 제2 카운터와,
미리 정해진 일정한 기간을 카운트하는 제3 카운터를 갖고,
상기 일정한 기간이 경과했을 때에, 상기 제1 카운터와 상기 제2 카운터의 카운트값에 따라, 상기 제1 콘덴서와 상기 제2 콘덴서의 용량의 판별을 행하는 것을 특징으로 하는 용량 판별 회로.
제1항에 있어서, 상기 제1 콘덴서 및 상기 제2 콘덴서에 축적된 전하를 디스차지하는 디스차지 회로를 구비하고,
상기 디스차지 회로는, 상기 제어 회로로부터의 디스차지 신호에 의해, 상기 제1 콘덴서와 상기 제2 콘덴서에 축적된 전하를 디스차지하는 것을 특징으로 하는 용량 판별 회로.
제1 콘덴서 및 제2 콘덴서가 접속되는 용량 판별기에 있어서,
상기 제1 콘덴서의 제1 전압과 상기 제2 콘덴서의 제2 전압을 비교하는 비교기와,
상기 비교기로부터의 비교 결과를 받아, 카운트하는 카운터 회로와,
상기 제1 콘덴서 및 상기 제2 콘덴서를 차지하는 차지 회로와,
상기 제1 콘덴서 및 상기 제2 콘덴서로부터 전하를 인발하는 디스차지 회로와,
상기 비교기로부터의 비교 결과를 받아, 상기 제1 콘덴서나, 상기 제2 콘덴서 중 어느 한쪽으로부터만, 상기 전하를 인발하도록 상기 디스차지 회로를 제어하는 제어 회로를 구비하고,
상기 카운터 회로의 카운트값에 따라, 상기 제1 콘덴서와 상기 제2 콘덴서의 용량의 판별을 행하는 것을 특징으로 하는 용량 판별 회로.
N개의 콘덴서가 접속되는 용량 판별기에 있어서,
상기 N개의 콘덴서 각각의 전압을 비교하는 비교기와,
상기 N개의 콘덴서 각각에 대응하는 카운터를 갖고, 상기 비교기로부터의 비교 결과를 받아 카운트하는 카운터 회로와,
상기 N개의 콘덴서에 전하를 차지하는 차지 회로와,
상기 비교기로부터의 비교 결과를 받아 상기 N개의 콘덴서 중 전압이 낮은 콘덴서에 차지하도록, 상기 차지 회로를 제어하는 제어 회로를 구비하고,
상기 카운터 회로의 카운트값에 따라, 상기 N개의 콘덴서의 용량의 판별을 행하는 것을 특징으로 하는 용량 판별 회로.
상기 용량 판별 회로의 판별 결과에 의해, 사람의 손가락이 접촉하고 있는지의 여부를 판별하는 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 상기 용량 판별 회로를 구비한 터치 스위치.