KR20110080254A - Capacitance measuring circuit for touch sensor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 외부 노이즈에 강한 터치센서의 커패시턴스 측정 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a capacitance measurement circuit of a touch sensor resistant to external noise.
커패시턴스 측정회로(capacitance measurement circuit)는 커패시턴스를 측정하기 위한 회로로서 각종 회로, 또는 소자의 커패시턴스를 측정하기 위하여 주로 사용되며, 최근에는 각종 휴대용 장치가 터치 패드, 터치스크린 및 접근 감지 센서와 같은 사용자 인터페이스를 제공함에 따라 사용자의 접촉 및 접근을 감지할 수 있는 커패시턴스 측정회로의 적용 범위가 확대되고 있다.Capacitance measurement circuit (capacitance measurement circuit) is a circuit for measuring capacitance, mainly used to measure the capacitance of various circuits, or devices, and recently, various portable devices are user interface such as touch pad, touch screen, and access detection sensor. As a result, the application range of the capacitance measurement circuit that can detect a user's contact and approach is expanding.
일예로 휴대폰 등에 구비되는 접촉 감지 센서에 이러한 커패시턴스 측정회로를 적용한 예가 있는데, 이러한 접촉 감지 센서는 접촉 또는 비접촉만을 감지하여 출력할 뿐, 커패시턴스의 크기를 출력하지 않는다. 또한 휴대폰 등은 그 특성상 잦은 주변 환경의 변화에 민감하여, 환경 변화에 따라 야기되는 다양한 노이즈에 의해 오동작을 일으킨다.As an example, there is an example in which such a capacitance measurement circuit is applied to a touch sensing sensor provided in a mobile phone. The touch sensing sensor detects and outputs only contact or non-contact, and does not output the magnitude of capacitance. In addition, mobile phones are sensitive to frequent changes in the surrounding environment, causing malfunctions due to various noises caused by environmental changes.
따라서, 노이즈에 의해 휴대폰 등이 오동작을 하지 않도록 노이즈의 영향을 줄일 수 있는 커패시턴스 측정회로가 요구된다.Therefore, there is a need for a capacitance measurement circuit that can reduce the influence of noise so that a mobile phone or the like does not malfunction due to noise.
본 발명의 목적은 노이즈에 강한 터치센서의 커패시턴스 측정회로를 제공함으로써 터치센서의 오동작을 방지하는데 있다.An object of the present invention is to prevent malfunction of the touch sensor by providing a capacitance measurement circuit of the touch sensor resistant to noise.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 터치센서의 커패시턴스 측정회로에 있어서,An object of the present invention as described above, in the capacitance measurement circuit of the touch sensor,
상기 커패시턴스의 충/방전을 반복하는 콘덴서부와;A condenser unit for repeating charge / discharge of the capacitance;
외부 도체의 접근에 반응하여 상기 콘덴서부의 커패시턴스가 변화되도록 구성된 센서부와;A sensor unit configured to change the capacitance of the condenser unit in response to an approach of an external conductor;
상기 콘덴서부의 커패시턴스를 적분, 또는 증폭하여 출력하는 차동입력을 갖는 증폭부와;An amplifier having a differential input for integrating or amplifying the capacitance of the condenser;
상기 증폭부의 출력을 증폭부의 입력측으로 부귀환 시키는 레퍼런스 콘덴서와;A reference capacitor for negatively returning the output of the amplifier to the input side of the amplifier;
상기 레퍼런스 콘덴서의 커패시턴스를 방전하는 리셋스위치;를 포함하며,And a reset switch for discharging the capacitance of the reference capacitor.
상기 리셋스위치는 증폭부에서 출력되는 커패시턴스가 사전에 지정된 커패시턴스 이상이거나, 상기 콘덴서부의 커패시턴스 대비 증폭부의 출력 커패시턴스의 비율이 사전에 지정한 비율 이상일 때 레퍼런스 콘덴서의 커패시턴스를 방전하는 것을 특징으로 하는 터치센서의 커패시턴스 측정회로에 의해 달성된다.The reset switch discharges the capacitance of the reference capacitor when the capacitance output from the amplifier is greater than or equal to a predetermined capacitance or the ratio of the output capacitance of the amplifier to the capacitance of the capacitor is greater than or equal to a predetermined ratio. Achieved by a capacitance measurement circuit.
본 발명에 의하면, 전류소모가 작은 OPAMP를 사용할 수 있고, 스위치부의 잦은 동작에 의한 콘덴서의 충/방전은 커패시턴스의 평균화를 이룰 수 있어 기생 커패시턴스를 감소시키거나 제거하는 효과가 있다.According to the present invention, an OPAMP having a small current consumption can be used, and the charge / discharge of the capacitor due to frequent operation of the switch unit can achieve the average of the capacitance, thereby reducing or eliminating parasitic capacitance.
또한, 본 발명은 외부 노이즈에 강한 효과가 있어, 터치센서의 오동작이 방지되는 효과가 있다.In addition, the present invention has a strong effect on the external noise, there is an effect that the malfunction of the touch sensor is prevented.
도 1은 본 발명에 따른 터치센서의 커패시턴스 측정회로를 나타낸 도면이고,
도 2 내지 도 4는 도 1의 동작관계를 나타낸 도면이고,
도 5는 본 발명에 따른 터치센서의 커패시턴스 측정 방법을 나타낸 도면.1 is a view showing a capacitance measurement circuit of a touch sensor according to the present invention,
2 to 4 are diagrams showing the operation relationship of FIG.
5 is a view showing a capacitance measurement method of a touch sensor according to the present invention.
본 발명은 터치센서의 커패시턴스를 측정하는 회로에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 터치센서의 커패시턴스를 측정하는 회로는,The present invention relates to a circuit for measuring the capacitance of the touch sensor, the circuit for measuring the capacitance of the touch sensor according to the present invention,
상기 커패시턴스의 충/방전을 반복하는 콘덴서부와;A condenser unit for repeating charge / discharge of the capacitance;
외부 도체의 접근에 반응하여 상기 콘덴서부의 커패시턴스가 변화되도록 구성된 센서부와;A sensor unit configured to change the capacitance of the condenser unit in response to an approach of an external conductor;
상기 콘덴서부의 커패시턴스를 적분, 또는 증폭하여 출력하는 차동입력을 갖는 증폭부와;An amplifier having a differential input for integrating or amplifying the capacitance of the condenser;
상기 증폭부의 출력을 증폭부의 입력측으로 부귀환 시키는 레퍼런스 콘덴서와;A reference capacitor for negatively returning the output of the amplifier to the input side of the amplifier;
상기 레퍼런스 콘덴서의 커패시턴스를 방전하는 리셋스위치;를 포함하며,And a reset switch for discharging the capacitance of the reference capacitor.
상기 리셋스위치는 증폭부에서 출력되는 커패시턴스가 사전에 지정된 커패시턴스 이상이거나, 상기 콘덴서부의 커패시턴스 대비 증폭부의 출력 커패시턴스의 비율이 사전에 지정한 비율 이상일 때 레퍼런스 콘덴서의 커패시턴스를 방전하는 것을 특징으로 한다.The reset switch may be configured to discharge the capacitance of the reference capacitor when the capacitance output from the amplifier is greater than or equal to a predetermined capacitance, or the ratio of the output capacitance of the amplifier to the capacitance of the capacitor is greater than or equal to a predetermined ratio.
여기서, 상기 콘덴서부는 콘덴서와, 상기 콘덴서의 충/방전을 위한 스위치부로 구성되는 것을 특징으로 한다.Here, the condenser unit is characterized by consisting of a capacitor and a switch unit for charging and discharging the capacitor.
상기 스위치부는 전원이 인가되는 전원 입력부와, 상기 전원 입력부와 콘덴서의 입력측 사이에 구비되는 전원입력 스위치와, 상기 콘덴서의 입력측과 전원입력 스위치 사이에 구비되며 접지와 연결된 입력접지 스위치와, 상기 콘덴서의 출력측과 증폭부 사이에 구비되는 출력 스위치와, 상기 콘덴서와 출력 스위치 사이에 구비되며 접지와 연결된 출력접지 스위치로 구성되는 것을 특징으로 한다.The switch unit includes a power input unit to which power is applied, a power input switch provided between the power input unit and the input side of the capacitor, an input ground switch provided between the input side and the power input switch of the capacitor and connected to ground, And an output switch provided between the output side and the amplifying unit, and an output ground switch provided between the condenser and the output switch and connected to ground.
상기 센서부는 콘덴서와 출력 스위치 사이에 연결되는 센싱 단자와, 상기 콘덴서와 전원입력 스위치 사이에 연결되는 드라이빙 단자로 구성되는 것을 특징으로 한다.The sensor unit may include a sensing terminal connected between the capacitor and the output switch, and a driving terminal connected between the capacitor and the power input switch.
상기 레퍼런스 콘덴서의 일측은 출력 스위치와 증폭부의 음의 입력측 사이에 연결되고, 타측은 증폭부의 출력측에 연결되며, 상기 리셋스위치는 레퍼런스 콘덴서와 병렬로 연결되는 것을 특징으로 한다.
One side of the reference capacitor is connected between the output switch and the negative input side of the amplifier, the other side is connected to the output side of the amplifier, characterized in that the reset switch is connected in parallel with the reference capacitor.
한편, 본 발명은 다른 카테고리로서, 커패시턴스의 충/방전됨에 따라 이루어지는 입력 커패시턴스를 적분, 또는 증폭하여 출력하는 단계(S10)와;On the other hand, the present invention is another category, the step of integrating or amplifying and outputting the input capacitance formed as the charge / discharge of the capacitance (S10);
상기 (S10)단계에 의한 출력 커패시턴스가 입력 커패시턴스 대비 배 이상이 되도록 (S10)단계를 반복하는 단계(S20)와;Repeating step S10 such that the output capacitance according to the step S10 is more than twice the input capacitance at step S20;
상기 (S20)단계에 의한 출력 커패시턴스를 방전하여 초기화하는 단계(S30);를 포함하며, And discharging and initializing the output capacitance according to the step (S20) (S30).
상기 출력 커패시턴스의 방전은 출력 커패시턴스가 사전에 지정한 커패시턴스 이상이거나, 상기 입력 커패시턴스 대비 출력 커패시턴스의 비율이 사전에 지정한 비율 이상일 때 이루어지는 것을 특징으로 하는 터치센서의 커패시턴스 측정 방법을 제공한다.
The discharge of the output capacitance provides a capacitance measurement method of a touch sensor, characterized in that the output capacitance is a predetermined capacitance or more, or when the ratio of the output capacitance to the input capacitance is a predetermined ratio or more.
이하, 본 발명의 양호한 실시예를 도시한 첨부도면들과 관련하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings showing a preferred embodiment of the present invention will be described in detail.
본 발명에 따른 터치센서의 커패시턴스를 측정하는 회로는 콘덴서부와, 센서부와, 증폭부(20)와, 레퍼런스 콘덴서(30)와, 리셋스위치(40)를 포함하여 구성된다.The circuit for measuring the capacitance of the touch sensor according to the present invention includes a condenser unit, a sensor unit, an
콘덴서부는 커패시턴스의 충/방전을 반복하는 구성으로, 콘덴서(10)와, 상기 콘덴서(10)의 충/방전을 위한 스위치부로 구성된다. 콘덴서부에서 커패시턴스의 잦은 충/방전은 기생 커패시턴스의 영향을 감소시키거나, 제거할 목적으로 이루어진다.The condenser unit is configured to repeat the charging / discharging of the capacitance, and includes a
여기서, 상기 스위치부는 전원이 인가되는 전원 입력부(51)와, 상기 전원 입력부(51)와 콘덴서(10)의 입력측 사이에 구비되는 전원입력 스위치(52)와, 상기 콘덴서(10)의 입력측과 전원입력 스위치(52) 사이에 구비되며 접지와 연결된 입력접지 스위치(61)와, 상기 콘덴서(10)의 출력측과 증폭부(20) 사이에 구비되는 출력 스위치(62)와, 상기 콘덴서(10)와 출력 스위치(62) 사이에 구비되며 접지와 연결된 출력접지 스위치(53)로 구성된다.Herein, the switch unit includes a
여기서, 상기 전원 입력부(51)와 입력접지 스위치(61)는 일반적인 논리 반전기나 3-상태 반전기 등으로 대체가 가능하다.Here, the
상기와 같은 스위치부에 있어서의 충전은 도 2와 같이 전원입력 스위치(52)와 출력접지 스위치(53)가 닫히고, 입력접지 스위치(61)와 출력 스위치(62)가 열리며 이루어지는 간접 적분, 또는 증폭이거나, Charging in the switch unit as described above is an indirect integral in which the
도시하지는 않았지만 상기 전원입력 스위치(52)와 상기 출력 스위치(62)가 닫히고, 상기 출력접지 스위치(53)와 입력접지 스위치(61)가 열리며 이루어지는 직접 적분, 또는 증폭일 수 있다.Although not shown, the
또한, 방전은 도 3과 같이 상기 간접 적분, 또는 증폭의 상태에서 전원입력 스위치(52)와 출력접지 스위치(53)가 열리고, 상기 입력접지 스위치(61)와 출력 스위치(62)가 닫힌 상태에서 이루어지거나,In addition, discharge is performed in the state of the indirect integration or amplification as shown in FIG. Or
도시하지는 않았지만 상기 직접 적분, 또는 증폭의 상태에서 전원 입력 스위치(52)와 출력 스위치(62)가 열리고, 상기 출력접지 스위치(53)와 입력접지 스위치(61)가 닫히는 상태에서 이루어질 수 있다.Although not shown, the
이와 같은 상태로 콘덴서부에서의 충/방전이 이루어질 때 센서부의 외부 도체 접근 여부에 따라 콘덴서(10)의 커패시턴스는 달라진다.When charging / discharging is performed in the condenser unit in this state, the capacitance of the
센서부는 도 1에 도시한 바와 같이 콘덴서(10)와 출력 스위치(62) 사이에 연결되는 센싱 단자(72)와, 상기 콘덴서(10)와 전원입력 스위치(52) 사이에 연결되는 드라이빙 단자(71)로 구성된다.As shown in FIG. 1, the
증폭부(20)는 상기 콘덴서부의 커패시턴스를 적분, 또는 증폭하여 출력하는 차동입력을 갖는 구성으로, 통상의 OPAMP(연산증폭기)일 수 있다.The
레퍼런스 콘덴서(30)는 상기 증폭부(20)의 출력을 증폭부(20)의 입력측으로 부귀환 시키는 구성이다.The
리셋스위치(40)는 상기 레퍼런스 콘덴서(30)의 커패시턴스를 방전하는 구성이다. 여기서, 레퍼런스 콘덴서(30)의 일측은 출력 스위치(62)와 증폭부(20)의 입력측 사이에 연결되고, 타측은 증폭부(20)의 출력측에 연결된다. 상기 리셋스위치(40)는 레퍼런스 콘덴서(30)와 병렬로 연결된다.
The
이와 같은 구성으로 이루어진 터치센서의 커패시턴스 측정회로에서 상기 리셋스위치(40)는 증폭부(20)에서 출력되는 커패시턴스가 사전에 지정된 커패시턴스 이상이거나, 상기 콘덴서부의 커패시턴스 대비 증폭부(20)의 출력 커패시턴스의 비율이 사전에 지정한 비율 이상일 때 레퍼런스 콘덴서(30)의 커패시턴스를 방전한다.In the capacitance measurement circuit of the touch sensor having such a configuration, the
즉, 증폭부(20)에서 출력되는 커패시턴스가 사전에 지정된 커패시턴스 이상이면 도 4와 같이 리셋스위치(40)를 닫아 레퍼런스 콘덴서(30)의 커패시턴스를 방전하여 초기화한다.That is, when the capacitance output from the
또는, 충/방전이 연속되는 콘덴서(10)의 커패시턴스를 지속적으로 공급받는 상황에서 증폭부(20) 및 레퍼런스 콘덴서(30)를 이용하여 콘덴서(10)의 커패시턴스를 수배 이상 적분, 또는 증폭하기 위한 반복과정이 사전에 지정한 횟수 이상일 때 리셋스위치(40)를 닫아 레퍼런스 콘덴서(30)의 커패시턴스를 방전하여 초기화한다. Alternatively, in the situation where the capacitance of the
한편, 원하는 출력값, 또는 적분/증폭의 반복 횟수가 원하는 만큼 이뤄졌을 때의 출력값은 레퍼런스 콘덴서(30)의 커패시턴스를 방전하기 전에 A/D 컨버터 등을 통해 디지털 값으로 변환한 후 레퍼런스 콘덴서(30)의 커패시턴스를 방전하는 것이 바람직하다.
On the other hand, the desired output value, or the output value when the number of iterations of integration / amplification is achieved as desired, is converted to a digital value through an A / D converter or the like before discharging the capacitance of the
이상 본 발명이 양호한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 진정한 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications, and variations will readily occur to those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the invention. Therefore, it should be understood that the disclosed embodiments are to be considered in an illustrative rather than a restrictive sense, and that the true scope of the invention is indicated by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof, .
10: 콘덴서 20: 증폭부
30: 레퍼런스 콘덴서 40: 리셋스위치
51: 전원 입력부 52: 전원입력 스위치
53: 출력접지 스위치 61: 입력접지 스위치
62: 출력 스위치10: capacitor 20: amplifier
30: reference capacitor 40: reset switch
51: power input unit 52: power input switch
53: output ground switch 61: input ground switch
62: output switch
Claims (6)
상기 커패시턴스의 충/방전을 반복하는 콘덴서부와;
외부 도체의 접근에 반응하여 상기 콘덴서부의 커패시턴스가 변화되도록 구성된 센서부와;
상기 콘덴서부의 커패시턴스를 적분, 또는 증폭하여 출력하는 차동입력을 갖는 증폭부(20)와;
상기 증폭부(20)의 출력을 증폭부(20)의 입력측으로 부귀환 시키는 레퍼런스 콘덴서(30)와;
상기 레퍼런스 콘덴서(30)의 커패시턴스를 방전하는 리셋스위치(40);를 포함하며,
상기 리셋스위치(40)는 증폭부(20)에서 출력되는 커패시턴스가 사전에 지정된 커패시턴스 이상이거나, 상기 콘덴서부의 커패시턴스 대비 증폭부(20)의 출력 커패시턴스의 비율이 사전에 지정한 비율 이상일 때 레퍼런스 콘덴서(30)의 커패시턴스를 방전하는 것을 특징으로 하는 터치센서의 커패시턴스 측정회로.In the capacitance measurement circuit of the touch sensor,
A condenser unit for repeating charge / discharge of the capacitance;
A sensor unit configured to change the capacitance of the condenser unit in response to an approach of an external conductor;
An amplifier 20 having a differential input for integrating or amplifying the capacitance of the capacitor;
A reference capacitor (30) for negative feedback of the output of the amplifier (20) to the input side of the amplifier (20);
And a reset switch 40 for discharging the capacitance of the reference capacitor 30.
The reset switch 40 is a reference capacitor 30 when the capacitance output from the amplifier 20 is greater than or equal to a predetermined capacitance, or the ratio of the output capacitance of the amplifier 20 to the capacitance of the capacitor is greater than or equal to a predetermined ratio. Capacitance measurement circuit of the touch sensor, characterized in that for discharging the capacitance.
상기 콘덴서부는 콘덴서(10)와;
상기 콘덴서(10)의 충/방전을 위한 스위치부;
로 구성되는 것을 특징으로 하는 터치센서의 커패시턴스 측정회로.The method of claim 1,
The condenser unit and a condenser 10;
A switch unit for charging / discharging the capacitor 10;
Capacitance measurement circuit of the touch sensor, characterized in that consisting of.
상기 스위치부는 전원이 인가되는 전원 입력부(51)와;
상기 전원 입력부(51)와 콘덴서(10)의 입력측 사이에 구비되는 전원입력 스위치(52)와;
상기 콘덴서(10)의 입력측과 전원입력 스위치(52) 사이에 구비되며 접지와 연결된 입력접지 스위치(61)와;
상기 콘덴서(10)의 출력측과 증폭부(20) 사이에 구비되는 출력 스위치(62)와;
상기 콘덴서(10)와 출력 스위치(62) 사이에 구비되며 접지와 연결된 출력접지 스위치(53);
로 구성되는 것을 특징으로 하는 터치센서의 커패시턴스 측정회로.The method of claim 2,
The switch unit includes a power input unit 51 to which power is applied;
A power input switch 52 provided between the power input unit 51 and the input side of the condenser 10;
An input ground switch 61 provided between the input side of the condenser 10 and the power input switch 52 and connected to ground;
An output switch 62 provided between the output side of the condenser 10 and the amplifier 20;
An output ground switch 53 provided between the condenser 10 and the output switch 62 and connected to ground;
Capacitance measurement circuit of the touch sensor, characterized in that consisting of.
상기 센서부는 콘덴서(10)와 출력 스위치(62) 사이에 연결되는 센싱 단자(72)와;
상기 콘덴서(10)와 전원입력 스위치(52) 사이에 연결되는 드라이빙 단자(71)로 구성되는 것을 특징으로 하는 터치센서의 커패시턴스 측정회로. The method of claim 3, wherein
The sensor unit includes a sensing terminal 72 connected between the condenser 10 and the output switch 62;
Capacitance measurement circuit of the touch sensor, characterized in that consisting of a driving terminal (71) connected between the condenser (10) and the power input switch (52).
상기 레퍼런스 콘덴서(30)의 일측은 출력 스위치(62)와 증폭부(20)의 음의 입력측 사이에 연결되고, 타측은 증폭부(20)의 출력측에 연결되며,
상기 리셋스위치(40)는 레퍼런스 콘덴서(30)와 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 터치센서의 커패시턴스 측정회로.The method of claim 3, wherein
One side of the reference capacitor 30 is connected between the output switch 62 and the negative input side of the amplifier 20, the other side is connected to the output side of the amplifier 20,
The reset switch 40 is a capacitance measurement circuit of the touch sensor, characterized in that connected in parallel with the reference capacitor (30).
커패시턴스의 충/방전됨에 따라 이루어지는 입력 커패시턴스를 적분, 또는 증폭하여 출력하는 단계(S10)와;
상기 (S10)단계에 의한 출력 커패시턴스가 입력 커패시턴스 대비 배 이상이 되도록 (S10)단계를 반복하는 단계(S20)와;
상기 (S20)단계에 의한 출력 커패시턴스를 방전하여 초기화하는 단계(S30);를 포함하며,
상기 출력 커패시턴스의 방전은 출력 커패시턴스가 사전에 지정한 커패시턴스 이상이거나, 상기 입력 커패시턴스 대비 출력 커패시턴스의 비율이 사전에 지정한 비율 이상일 때 이루어지는 것을 특징으로 하는 터치센서의 커패시턴스 측정방법.In the method for measuring the capacitance of the touch sensor,
Integrating or amplifying and outputting the input capacitance formed according to the charging / discharging of the capacitance (S10);
Repeating step S10 such that the output capacitance according to the step S10 is more than twice the input capacitance at step S20;
And discharging and initializing the output capacitance according to the step (S20) (S30).
The discharge of the output capacitance is the capacitance measurement method of the touch sensor, characterized in that the output capacitance is a predetermined capacitance or more, or the ratio of the output capacitance to the input capacitance is a predetermined ratio or more.
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