KR20210010277A

KR20210010277A - 저전력형 듀얼 센싱 기능을 갖는 스위칭 조작 센싱 장치

Info

Publication number: KR20210010277A
Application number: KR1020190134345A
Authority: KR
Inventors: 이수웅; 고주열; 류제혁
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2019-07-18
Filing date: 2019-10-28
Publication date: 2021-01-27
Also published as: US20210019014A1; US11003280B2

Abstract

발명의 일 실시 예에 따른 스위칭 조작 센싱 장치는, 하우징과 일체로 이루어진 제1 스위치부재를 포함하는 조작 입력부; 상기 조작 입력부를 통한 인체 터치에 의한 커패시턴스 변화 또는 비인체 터치에 의한 인덕턴스 변화에 기초해 가변되는 주파수를 갖는 발진신호를 생성하고, 제어신호에 응답하여 동작전류가 조절되는 전류가변 발진회로; 상기 발진신호에 포함된 주파수 특성에 기초해 인체에 의한 터치와 비인체에 의한 터치를 식별하고, 이 식별에 기초해 서로 다른 레벨을 갖는 검출신호를 생성하는 조작 검출회로; 및 상기 검출신호에 기초해 센싱방식을 확인하고, 확인된 해당 센싱방식에 기초해 상기 동작전류의 조절을 위한 상기 제어신호를 생성하는 제어회로; 를 포함한다.

Description

저전력형 듀얼 센싱 기능을 갖는 스위칭 조작 센싱 장치{SWITCHING OPERATION SENSING APPARATUS WITH LOW-POWER DUAL SENSING}

본 발명은 저전력형 듀얼 센싱 기능을 갖는 스위칭 조작 센싱 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 웨어러블 기기는 좀더 얇고 심플하면서 깔끔한 디자인이 선호되고 있으며 이에 따라 기존 기계식 스위치가 사라지고 있다. 이는 방진, 방수 기술의 구현이 이루어짐과 더불어, 매끄러운 디자인의 일체감 있는 모델의 개발이 이루어짐에 따라 가능해지고 있다.

이러한 구현 및 개발을 위해, 현재 메탈 위를 터치하는 ToM(touch On Metal) 기술, 터치 패널을 이용한 커패시터 센싱 기법, MEMS(Micro-Electro-Mechanical-System), 마이크로 스트레인 게이지(Micro Strain Gauge) 등의 기술이 개발되고 있으며 이에 더 나아가 포스 터치기능까지 개발되는 추세이다.

기존의 기계식 스위치의 경우, 스위치 기능 구현을 위해, 내부적으로 큰 사이즈와 공간이 필요하고, 외관상으로도 외부로 튀어나오는 형태나 외부 케이스와 일체화가 아닌 구조 등으로 인하여 깔끔하지 못한 디자인과 큰 공간이 필요하다는 단점이 있다.

또한 전기적으로 연결되는 기계식 스위치의 직접적인 접촉으로 인한 감전의 위험이 있으며, 특히 기계적 스위치의 구조상 방진 방수가 곤란하다는 단점이 있다.

(선행기술문헌)

(특허문헌 1) KR 10-2002-0077836 (2002.10.14)

(특허문헌 2) KR 10-2009-0120709 (2009.11.25)

(특허문헌 3) KR 10-2011-0087014 (2011.08.02)

(특허문헌 4) KR 10-2011-0087004 (2011.08.02)

(특허문헌 5) KR 10-2018-0046833 (2018.05.09)

(특허문헌 6) US 2018-0093695 (2018.04.05)

(특허문헌 7) JP 2012-168747 (2012.09.06)

(특허문헌 8) JP 2015-095865 (2015.05.18)

본 발명의 일 실시 예는, 전자 기기의 하우징과의 일체형인 스위치부재를 이용하여 듀얼 센싱(커패시티브 센싱과 인덕티브 센싱)중에서 해당 센싱방식을 확인하고, 해당 센싱 방식에 적합하도록 동작전류를 조절하여, 소비전류를 줄일 수 있는 스위칭 조작 센싱 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시 예에 의해, 하우징과 일체로 이루어진 제1 스위치부재를 포함하는 조작 입력부; 상기 조작 입력부를 통한 인체 터치에 의한 커패시턴스 변화 또는 비인체 터치에 의한 인덕턴스 변화에 기초해 가변되는 주파수를 갖는 발진신호를 생성하고, 제어신호에 응답하여 동작전류가 조절되는 전류가변 발진회로; 상기 발진신호에 포함된 주파수 특성에 기초해 인체에 의한 터치와 비인체에 의한 터치를 식별하고, 이 식별에 기초해 서로 다른 레벨을 갖는 검출신호를 생성하는 조작 검출회로; 및 상기 검출신호에 기초해 센싱방식을 확인하고, 확인된 해당 센싱방식에 기초해 상기 동작전류의 조절을 위한 상기 제어신호를 생성하는 제어회로; 를 포함하는 스위칭 조작 센싱 장치가 제안된다.

본 발명의 일 실시 예에 의하면, 전기 기기의 하우징과 일체형인 스위치부재를 이용하여, 듀얼 센싱(커패시터 센싱과 인덕티브 센싱)중에서 해당 센싱을 확인하고, 해당 센싱 방식에 적합하도록 동작전류를 조절함으로써, 어댑티브한 전류조절이 가능하고, 소비전류를 줄일 수 있으며, 상대적으로 저전력의 시스템을 구현할 수 있다는 장점이 있다.

도 1의 (a) 및 (b)는 본 발명이 적용되는 모바일 기기의 외관 예시도이다.
도 2는 도 1의 (a)의 I-I'선 단면구조를 포함한 스위칭 조작 센싱 장치의 일 예시도이다.
도 3은 도 1의 (b)의 I-I' 선 단면구조를 포함한 스위칭 조작 센싱 장치의 다른 일 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스위칭 조작 센싱 장치의 발진회로 및 회로부 예시도이다.
도 5는 터치 없는 경우의 전류가변 발진회로의 일 예시도이다.
도 6은 인체 터치에 의한 커패시티브 센싱 방식의 설명도이다.
도 7은 인체 터치시 전류가변 발진회로의 일 예시도이다.
도 8은 비인체 터치에 의한 인덕티브 센싱 방식의 설명도이다.
도 9는 비인체 터치시의 전류가변 발진회로의 일 예시도이다.
도 10은 전류가변 발진회로의 제1 실시 예를 보이는 회로도이다.
도 11은 도 10의 발진회로의 일부 상세 회로도이다.
도 12는 전류가변 발진회로의 제2 실시 예를 보이는 회로도이다.
도 13은 전류가변 발진회로의 제3 실시 예를 보이는 회로도이다.
도 14는 도 13의 진폭 검출 회로의 일 예시도이다.
도 15는 주파수 디지털 컨버터의 일 예시도이다.
도 16은 주기 타이머의 동작 설명도이다.
도 17은 터치 검출 회로의 일 예시도이다.
도 18은 제어회로의 일 예시도이다.
도 19는 인체 터치시의 카운트값 및 차분값 예시도이다.
도 20은 비인체 터치시의 카운트값 및 차분값 예시도이다.
도 21은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스위칭 조작 센싱 장치의 적용 예시도이다.

이하에서는, 본 발명은 설명되는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양하게 변경될 수 있음이 이해되어야 한다.

또한, 본 발명의 각 실시 예에 있어서, 하나의 예로써 설명되는 구조, 형상 및 수치는 본 발명의 기술적 사항의 이해를 돕기 위한 예에 불과하므로, 이에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양하게 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 본 발명의 실시 예들은 서로 조합되어 여러 가지 새로운 실시 예가 이루어질 수 있다.

그리고, 본 발명에 참조된 도면에서 본 발명의 전반적인 내용에 비추어 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위해서, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1의 (a) 및 (b)는 본 발명이 적용되는 모바일 기기의 외관 예시도이다.

도 1의 (a)를 참조하면, 본 발명이 적용될 수 있는 모바일 기기(10)는 터치 스크린(11), 하우징(500) 및 기계적인 버튼식 스위치를 대체하는 제1 스위치부재(SM1)를 포함하는 조작 입력부(SWP)를 포함할 수 있다.

도 1의 (b)를 참조하면, 본 발명이 적용될 수 있는 모바일 기기(10)는 터치 스크린(11), 하우징(500) 및 기계적인 버튼식 스위치를 대체하는 제1 및 제2 스위치부재(SM1,SM2)를 포함하는 조작 입력부(SWP)를 포함할 수 있다.

도 1의 (b)에서는 조작 입력부(SWP)가 제1 및 제2 터치 스위치(SWP1,SWP2)를 포함하는 경우를 도시하고 있지만, 이는 설명의 편의를 위한 것으로, 이와 같은 2개의 제1 및 제2 스위치부재에 한정되는 것은 아니고, 제1 및 제2 스위치부재와 같은 방식으로 스위치부재의 개수가 확장 될 수 있음을 이해할 수 있다.

일 예로, 도 1의 (a) 및 (b)를 참조하면 상기 모바일 기기(10)는 스마트폰 등과 같이, 휴대 가능한 기기가 될 수 있고, 스마트 와치(Watch)와 같이, 웨어러블 기기가 될 수 있으며, 특정한 기기에 한정되지 않고, 휴대 가능하거나 착용 가능한 전기 기기, 또는 동작 제어를 위한 스위치를 갖는 전기 기기가 될 수 있다.

상기 하우징(500)은, 전기 기기의 외부에 노출되는 외측 케이스가 될 수 있다. 일 예로, 상기 스위칭 조작 센싱 장치가 모바일 기기에 적용되는 경우, 모바일 기기(10)의 사이드(측면)에 배치되는 커버일 수 있다. 일 예로, 상기 하우징(500)은 모바일 기기(10)의 후면에 배치되는 커버와 일체로 이루어질 수 있거나, 모바일 기기(10)의 후면에 배치되는 커버와 별도로 분리되어 이루어질 수 있다.

이와 같이, 하우징(500)은 전기 기기의 외부 케이스이면 되고, 특별히 특정 위치나, 형태나, 구조로 한정될 필요는 없다.

도 1의 (b)를 참조하면, 상기 제1 및 제2 스위치부재(SM1,SM2) 각각은, 상기 모바일 기기의 하우징(500)에 배치될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 상기 스위칭 조작 센싱 장치는 전기 기기의의 하우징에 배치될 수 있다.

상기 제1 및 제2 스위치부재(SM1,SM2)는 모바일 기기의 커버에 배치될 수 있는데, 이 경우 커버는 터치 스크린을 제외한 커버, 예를 들면, 사이드 커버나, 후면 커버나, 전면의 일부에 형성될 수 있는 커버 등이 될 수 있으며, 설명의 편의상 하우징의 일 예시로, 모바일 기기의 사이드 커버에 배치된 경우에 대해 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 2는 도 1의 (a)의 I-I'선 단면구조를 포함한 스위칭 조작 센싱 장치의 일 예시도이다.

도 2를 참조하면, 발명의 일 실시 예에 따른 스위칭 조작 센싱 장치는, 조작 입력부(SWP), 전류가변 발진회로(600), 조작 검출회로(700) 및 제어회로(800)를 포함할 수 있다.

조작 입력부(SWP)는, 전자 기기의 하우징(500)과 일체로 이루어진 적어도 하나의 제1 스위치부재(SM1)를 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 제1 스위치부재(SM1)는, 상기 하우징(500)의 재료와 동일한 재료를 포함할 수 있다.

전류가변 발진회로(600)는, 상기 조작 입력부(SWP)를 통한 인체 터치에 의한 커패시턴스 변화 또는 비인체 터치에 의한 인덕턴스 변화에 기초해 가변되는 주파수를 갖는 발진신호(LCosc)를 생성하고, 제어신호(SC)(DF.DFB)에 응답하여 동작전류가 조절될 수 있다. 예를 들어, 전류가변 발진회로(600)는, 인덕턴스 회로(610)와 커패시턴스 회로(620)를 포함한다. 일 예로, 상기 발진신호(LCosc)에 포함되는 주파수는 공진주파수(또는 발진주파수)를 의미한다.

일 예로, 전류가변 발진회로(600)는, 상기 제어신호(SC)(DF,DFB)에 응답하여 커패시티브 센싱 방식인 경우에는 제1 동작전류를 생성하고, 인덕티브 센싱 방식인 경우에는 제2 동작전류를 생성할 수 있다. 일 예로, 상기 제2 동작전류는 인덕티브 센싱 방식에서 많은 전류를 필요로 하므로 상기 제1 동작전류보다 클 수 있다.

조작 검출회로(700)는, 상기 전류가변 발진회로(600)로부터의 발진신호(LCosc)에 포함된 공진주파수 특성에 기초해 인체에 의한 터치와 비인체에 의한 터치를 식별하고, 이 식별에 기초해 서로 다른 레벨을 갖는 검출신호(DF)를 생성할 수 있다.

일 예로, 상기 조작 검출회로(700)는, 주파수 디지털 컨버터(710) 및 터치 검출회로(750)를 포함할 수 있다.

주파수 디지털 컨버터(710)는, 상기 전류가변 발진회로(600)로부터의 발진신호(LCosc)를 카운트값(L_CNT)으로 변환할 수 있다. 일 예로, 상기 주파수 디지털 컨버터(710)는, 상기 발진신호(LCosc)를 이용하여 기준 클럭신호를 카운팅하여 카운트값(L_CNT)을 생성할 수

터치 검출회로(750)는, 상기 주파수 디지털 컨버터(710)로부터 입력되는 카운트값(L_CNT)에 기초해 인체에 의한 터치와 비인체에 의한 터치를 식별하고, 이 식별에 기초해 서로 다른 레벨을 갖는 검출신호(DF)를 출력할 수 있다. 여기서, 인체에 의한 터치시는 커패시턴스 변화가 발생되고, 비인체에 의한 터치시는 인덕턴스 변환가 발생된다.

그리고, 제어회로(800)는, 상기 터치 검출회로(750)로부터 입력받은 터치 검출신호(DF)에 기초해 커패시티브 센싱 및 인덕티브 센싱중 하나의 센싱방식을 확인하고, 상기 확인된 센싱방식에 적합하도록 상기 전류가변 발진회로(600)의 동작전류를 조절하기 위한 상기 제어신호(SC)(DF,DBF)를 생성할 수 있다.

도 2의 A방향의 하우징 정면도를 참조하여, 조작 입력부(SWP)에 대한 제1 예시를 설명한다.

일 예로, 상기 조작 입력부(SWP)는 제1 스위치부재(SM1)를 포함하고, 상기 제1 스위치부재(SM1)는, 상기 하우징(50)과 일체로 이루어질 수 있으며, 이에 따라 제1 스위치부재(SM1)는 상기 하우징(500)의 재료와 동일한 재료로 이루어질 수 있다.

일 예로, 상기 하우징(500)이 메탈과 같은 전도체이면 상기 제1 스위치부재(SM1)도 전도체일 수 있고, 상기 하우징(500)이 플라스틱과 같은 절연체이면 상기 제1 스위치부재(SM1)도 절연체일 수 있다.

도 2의 A방향의 제1 코일요소(611) 정면도를 참조하면, 상기 인덕턴스 회로(610)는 상기 제1 스위치부재(SM1)의 내측에 배치되어 인덕턴스(Lind)를 갖는 제1 코일요소(611)를 포함할 수 있다.

상기 커패시턴스 회로(620)는, 상기 인덕턴스 회로(610)에 연결되어 커패시턴스(Cext)를 갖는 커패시터 소자(621)를 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 커패시턴스 회로(620)는, 상기 조작 입력부(SWP)의 인체 터치시 생성되는 터치 커패시턴스(Ctouch, 도 7)를 포함할 수 있고, 상기 터치 커패시턴스(Ctouch)는, 도 7에 도시된 바과 같이 형성되며, 상기 전류가변 발진회로(600)의 전체 커패시턴스를 증가시킬 수 있다.

일 예로, 상기 제1 코일요소(611)는 PCB 기판(611-S)에 배치된 제1 패드(PA1)와 제2 패드(PA2) 사이에 권선타입으로 연결된 코일패턴(611-P)을 포함할 수 있다. 상기 코일패턴(611-P)은 PCB 패턴일 수 있다. 상기 제1 패드(PA1)와 제2 패드(PA2)는 상기 기판(200)을 통해 상기 전류가변 발진회로(600)와 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 기판(200)의 일측면(예, 상부면)에는 제1 코일요소(611)가 배치될 수 있고, 상기 기판(200)의 타측면(예, 하부면)에는 집적회로(IC)와, MLCC 등의 커패시터 소자(621)가 배치될 수 있다.

일예로, 회로부(CS)는, 전류가변 발진회로(600)의 일부, 주파수 디지털 컨버터(710), 터치 검출회로(750) 및 제어회로(800)를 포함할 수 있다.

기판(200)은 인쇄 회로 기판(PCB) 및 연성 인쇄 회로 기판(FPCB) 중 하나를 포함할 수 있다. 이에 한정되지 않고, 회로 패턴이 형성될 수 있는 보드(Board)(예, PCB를 비롯한 각종 회로 보드중 하나) 또는 패널(Panel)(예, PLP(Panel Level Package)용 패널)일 수 있다.

도 2에 도시된 스위칭 조작 센싱 장치의 구조는 하나의 예시에 불과하므로, 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 도 2에서는, 제1 스위치부재(SM1)에 대해 설명하였지만, 제1 스위치부재(SM1)에 대한 설명은 제2 스위치부재(SM2, 도 1b)에도 적용될 수 있다. 일 예로, 제1 스위치부재(SM1) 및 제2 스위치부재(SM2)를 포함하는 경우에는 하나의 회로부(CS)가 제1 스위치부재 및 제2 스위치부재 각각에 대응되는 서로 다른 공진주파수를 갖는 발진신호를 처리할 수 있다.

본 발명의 각 도면에 대해, 동일한 부호 및 동일한 기능의 구성요소에 대해서는 가능한 불필요한 중복 설명은 생략될 수 있고, 각 도면에 대해 가능한 차이점에 대한 사항이 설명될 수 있다.

하기에 설명되는, 본 발명의 각 실시 예에 따른 스위칭 조작 센싱 장치는, 상기 복수의 스위치부재를 포함할 수 있는데, 이 경우, 복수의 스위치부재는 일렬로 배열되는 구조일 수 있고, 또는 가로 및 세로로 배열되는 매트릭스 구조로 이루어질 수 있다.

한편, 본 서류에서는, 상기 스위칭 조작 센싱 장치가 제1 스위치부재(SM1) 또는 제1 및 제2 스위치부재(SM1,SM2)를 포함하는 경우에 대해 도시하고 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 예시로, 이에 한정되지 않는다.

이와 같이 2개의 제1 및 제2 스위치부재(SM1,SM2)에 대한 설명을 참조하면, 1개 및 2개 뿐 아니라 3개 이상의 스위치부재를 포함할 수 있음을 이해할 수 있다.

본 서류에서, 스위치부재(복수의 스위치부재중 하나)가 하우징(500)과 일체로 이루어지는데, 여기서 일체라 함은, 재료의 같고 다름에 관계없이, 제조시 하나의 바디(body)로 제작되어, 제조된 이후에는 스위치부재가 하우징으로부터 분리될 수 없고 기구적 또는 기계적으로 분리된 구조가 아니고 전혀 빈틈이 없는 하나의 단일 구조를 의미할 수 있다.

도 3은 도 1의 (b)의 I-I' 선 단면구조를 포함한 스위칭 조작 센싱 장치의 다른 일 예시도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 스위칭 조작 센싱 장치는, 제1 스위치부재(SM1)와 제2 스위치부재(SM2)를 포함하는 조작 입력부(SWP)를 포함한다.

상기 제1 및 제2 스위치부재(SM1,SM2) 각각은, 상기 하우징(500)과 일체로 이루어질 수 있고, 상기 하우징(500)의 재료와 동일한 재료를 포함할 수 있다.

또한, 전류가변 발진회로(600, 도 2)의 인덕턴스 회로(610, 도 2)는 제1 코일요소(611) 및 제2 코일요소(612)를 포함하고, 상기 전류가변 발진회로(600, 도 2)의 커패시턴스 회로(610)는 커패시터 소자(621)를 포함할 수 있다. 상기 제1 코일요소(611), 제2 코일요소(612), 커패시터 소자(621) 및 회로부(CS)는 기판(200)에 실장될 수 있다.

상기 제1 코일요소(611)는 제1 스위치부재(SM1)의 내측에 배치될 수 있고, 상기 제2 코일요소(612)는 제2 스위치부재(SM2)의 내측에 배치될 수 있다.

이와 같은 본 발명의 스위칭 조작 센싱 장치는, 복수의 스위치부재를 포함할 수 있고, 이 경우에는, 복수의 스위치부재 각각의 터치에 기초한 서로 다른 공진주파수를 갖는 발진신호를 생성하기 위해, 복수의 스위치부재 각각에 대응되는 복수의 코일요소를 포함할 수 있다.

일 예로, 제1 스위치부재(SM1) 및 상기 제2 스위치부재(SM2)는, 하우징(500)의 재료와 동일한 재료로 이루어질 수 있다. 하우징(500)이 메탈과 같은 전도체이면 제1 스위치부재(SM1) 및 제2 스위치부재(SM2)도 전도체일 수 있고, 하우징(500)이 플라스틱과 같은 절연체이면 제1 스위치부재(SM1) 및 제2 스위치부재(SM2)도 절연체일 수 있다.

또한, 상기 기판(200)의 일측면(예, 상부면)에는 제1 코일요소(611) 및 제2 코일요소(612)가 배치될 수 있고, 상기 기판(200)의 타측면(예, 하부면)에는 회로부(CS)와, MLCC 등의 커패시터 소자(621)가 배치될 수 있다. 이러한 배치 구조는 하나의 예시이므로, 이에 한정되지 않는다.

상기 제1 및 제2 코일요소(611,612)는, 기판(200)의 일면에 서로 이격되어 배치될 수 있고, 기판(200) 상에 형성되는 회로 패턴과 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 코일요소(611,612) 각각은, 솔레노이드 코일, 권선형 인덕터 등의 개별 코일 소자나 칩 인덕터 등이 될 수 있으며, 이에 한정되지 않고, 인덕턴스를 갖는 소자일 수 있다.

일 예로, 상기 제1, 제2 스위치부재(SM1,SM2)를 구성하는 전도체가 고저항(예, 100KΩ)의 메탈로 이루어지는 경우에는, 2개의 제1 및 제2 스위치부재(SM1,SM2)간의 간섭을 줄일 수 있어서, 실제로 전기기기에 적용될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스위칭 조작 센싱 장치의 발진회로 및 회로부 예시도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 스위칭 조작 센싱 장치는, 전류가변 발진회로(600), 조작 검출회로(700) 및 제어회로(800)를 포함할 수 있다.

상기 전류가변 발진회로(600)는 전류 조절기(680)와 발진기(650)를 포함할 수 있다. 전류 조절기(680)는, 상기 제어신호(SC)에 응답하여 동작전류를 조절할 수 있다. 발진기(650)는, 상기 전류 조절기(680)에 의해 조절되는 동작전류를 입력받고, 상기 제1 스위치부재(SM1)가 인체에 의해 터치시 제1 주파수 특성을 갖는 발진신호(LCosc)를 생성하고, 상기 제1 스위치부재(SM1)가 비인체에 의해 터치시 제2 주파수 특성을 갖는 발진신호(LCosc)를 생성할 수 있다.

상기 발진기(650)는 인덕턴스 회로(610)와 커패시턴스 회로(620)를 포함하는 LC 공진회로를 포함할 수 있다.

상기 인덕턴스 회로(610)는, 상기 제1 스위치부재(SM1)의 내측에 배치된 제1 코일요소(611)를 포함하여, 상기 제1 스위치부재(SM1)가 비인체에 의해 터치가 입력시 가변되는 인덕턴스를 포함할 수 있다. 상기 커패시턴스 회로(620)는 상기 인덕턴스 회로(610)에 연결된 커패시터 소자(621)를 포함하고, 상기 제1 스위치부재(SM1)가 인체에 의해 터치가 입력시 가변되는 커패시턴스를 포함할 수 있다.

한편, 회로부(CS)는, 상기 전류가변 발진회로(600)의 전류 조절기(680) 및 발진기(650)의 일부, 주파수 디지털 컨버터(710), 터치 검출회로(750), 및 제어회로(800)를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 전류가변 발진회로(600)의 발진기(650)의 일부는 일부 부품이나 소자를 제외한 회로가 될 수 있다.

또한, 상기 회로부(CS)가 커패시터 소자를 포함하거나, 포함하지 않을 수 있다. 커패시터 소자(621)가 회로부(CS)에 포함되지 않는 경우, 상기 스위칭 조작 센싱 장치는, 회로부(CS)와 별도로 독립적으로 배치되는 MLCC 등의 커패시터 소자(621)를 포함할 수 있다. 본 발명의 각 실시 예에서, 회로부(CS)는 집적회로이거나, 집적회로가 아닐 수 있다.

일 예로, 상기 조작 검출회로(700)는, 주파수 디지털 컨버터(710) 및 터치 검출회로(750)를 포함할 수 있다. 상기 주파수 디지털 컨버터(710)는, 기준 주파수 신호(fref, 도 15)를 기준 주파수 분주비(N)를 이용하여 분주하여, 분주된 기준 클럭신호(DOSC_ref, 도 15)를 생성하고, 상기 발진신호(LCosc)를 이용하여 상기 분주된 기준 클럭신호(DOSC_ref, 도 15)를 카운트하여 생성된 카운트값(L_CNT)을 출력할 수 있다.

상기 터치 검출회로(750)는, 상기 주파수 디지털 컨버터(710)로부터 입력받은 상기 카운트값(L_CNT)을 미분하여 차분값(Diff, 도 17)을 생성하고, 상기 차분값(Diff, 도 17)과 기설정된 임계치(F_THL, R_TH, 도 17)을 비교하여, 그 비교결과에 기초해 인체 터치 조작 또는 비인체 터치 조작을 식별하기 위해 서로 다른 레벨을 갖는 상기 검출신호(DF: Detect_Flag)를 출력할 수 있다.

본 서류에서, 카운트값((L_CNT)은 아날로그 신호처리가 아닌 디지털 신호처리에 의한 카운트 처리 동작에 의해서 생성되는 디지털값이다. 따라서, 상기 카운트값((L_CNT)은 단순 아날로그 증폭기에 의한 신호 증폭에 의해 생성될 수 없으며, 본 발명에서 제안하는 주파수 디지털 컨버터(710)에 의한 카운트 처리동작에 따라 생성될 수 있다. 이와 같은 카운트 처리 동작은 기준 클럭신호(예, 기준 주파수 신호) 및 샘플 클럭신호(예, 발진신호)가 필요하며, 이에 대해서는 후술한다.

도 2 및 도 4을 참조하면, 예를 들어, 상기 전류가변 발진회로(600)는, 전술한 바와같이, 인덕턴스 회로(610) 및 커패시턴스 회로(620)를 포함할 수 있다.

상기 인덕턴스 회로(610)는, 상기 제1 스위치부재(SM1)의 내측에 배치된 제1 코일요소(611)를 포함할 수 있고, 상기 커패시턴스 회로(620)는, 상기 인덕턴스 회로에 연결된 커패시터 소자(621)를 포함할 수 있다.

일 예로, 상기 전류가변 발진회로(600)는, 상기 제1 스위치부재(SM1)가 인체에 의해 터치가 입력시 하강후 상승하는 제1 주파수 특성을 갖는 발진신호(LCosc)를 생성하고, 상기 제1 스위치부재(SM1)가 비인체에 의해 터치가 입력시 상승후 하강하는 제2 주파수 특성을 갖는 발진신호(LCosc)를 생성할 수 있다.

일 예로, 인덕턴스 회로(610)는, 상기 제1 스위치부재(SM1)가 비인체에 의해 터치가 입력시 가변되는 인덕턴스를 포함할 수 있고, 커패시턴스 회로(620)는, 상기 제1 스위치부재(SM1)가 인체에 의해 터치가 입력시 가변되는 커패시턴스를 포함할 수 있다.

일 예로, 상기 제1 코일요소(611)는, 기판(200)에 장착되고, 상기 제1 스위치부재(SM1)의 내측면에 부착될 수 있다.

도 5는 터치가 없는 경우의 전류가변 발진회로의 일 예시도이다.

도 5를 참조하면, 상기 전류가변 발진회로(600)는, 전술한 바와같이, 전류 조절기(680)와 발진기(650)를 포함하고, 발진기(650)는, 인덕턴스 회로(610) 및 커패시턴스 회로(620)를 포함할 수 있다.

인덕턴스 회로(610)는, 비인체 터치가 없는 경우에는 제1 코일요소(611)의 인덕턴스(Lind)를 포함할 수 있다. 커패시턴스 회로(620)는, 인체 터치가 없는 경우에는 MLCC 등의 커패시터 소자(621)의 (Cext)(2Cext,2Cext)를 포함할 수 있다.

전술한 바와같이, 발진기(650)는, 제1 코일요소(611)의 인덕턴스(Lind)를 포함하는 인덕턴스 회로(610)와, 상기 커패시터 소자(621)의 커패시턴스(Cext)(2Cext,2Cext)를 포함하는 커패시턴스 회로(620)를 포함하는 병렬 공진회로를 포함할 수 있다.

일 예로, 인체 또는 비인체 등의 터치가 없는 경우, 전류가변 발진회로(600)의 제1 공진 주파수(fres1)는 하기 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.

[수학식 1]

fres1 ≒ 1/2π sqrt (Lind * Cext)

상기 수학식 1에서, ≒는 같을 수 있거나 유사하다는 의미이고, 여기서 유사하다는 것은 다른 값이 더 포함될 수 있다는 의미이다.

본 발명에서는 모바일 기기의 하우징(500)과 일체로 이루어진 제1 스위치부재(SM1)의 접촉면에 닿는 대상체(object)에 따라 인체가 터치가 입력시 커패시티브 센싱(Capacitive Sensing) 방식이 적용될 수 있고, 비인체가 터치가 입력시 인덕티브 센싱(Inductive Sensing) 방식이 적용될 수 있으며, 이에 따라 대상체중에서 인체와 비인체를 구분할 수 있다. 예를 들어, 인체는 사람의 손이 될 수 있고, 비인체는 인체가 아닌 메탈 등의 전도체가 될 수 있다.

도 6는 인체 터치에 의한 커패시티브 센싱 방식의 설명도이다.

도 6을 참조하면, 인체 터치가 있는 경우에는, 전류가변 발진회로(600)의 커패시턴스 회로(620)는, 인체 터치에 의해 형성되는 터치 커패시턴스(Ctouch)를 더 포함할 수 있으며, 이에 따라 전체 커패시턴스가 가변될 수 있다.

예를 들어, 인체(손)가 스위치부재(SM1)의 접촉면에 닿을 경우 커패시티브(Capacitive) 센싱 원리가 적용되어 전체 커패시턴스(Capacitance)가 증가하게 된다. 이로 인하여 전류가변 발진회로(600)의 제1 공진주파수(fres1)(상기 수학식1)가 감소하게 된다.

도 7은 인체 터치시 전류가변 발진회로의 일 예시도이다.

도 7은 커패시턴스 회로의 일 예시도이다.

도 7를 참조하면, 전류가변 발진회로(600)는, 커패시턴스 회로(620)에 포함된 커패시터 소자(621)의 커패시턴스(Cext)(2Cext,2Cext)를 비롯해서, 인체 터치시 형성되는 터치 커패시턴스(Ctouch)(Ccase,Cfinger,Cgnd)를 포함할 수 있다.

도 7을 참조하면, 상기 터치 커패시턴스(Ctouch)(Ccase,Cfinger,Cgnd)는, 서로 직렬로 접속되는 케이스 커패시턴스(Ccase), 핑거 커패시턴스(Cfinger), 그리고 회로 접지와 어스(earth) 사이의 접지 커패시턴스(Cgnd)가 될 수 있다.

이에 따라, 도 5의 전류가변 발진회로(600)와 대비하여, 도 7의 전류가변 발진회로(600)의 전체 커패시턴스가 가변되는 것을 알 수 있다.

예를 들어, 상기 커패시턴스(2Cext, 2Cext)가 회로 접지를 기준으로 하나의 커패시턴스(2Cext)와 다른 하나의 커패시턴스(2Cext)로 분리된 등가회로로 표현되는 경우, 상기 하나의 커패시턴스(2Cext) 또는 다른 하나의 커패시턴스(2Cext)에 상기 케이스 커패시턴스(Ccase), 핑거 커패시턴스(Cfinger), 접지 커패시턴스(Cgnd)가 병렬로 접속될 수 있다.

일 예로, 터치가 있는 경우, 전류가변 발진회로(600)의 제2 공진 주파수(fres2)는 하기 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.

[수학식 2]

fres2 ≒ 1/{2π sqrt (Lind * [2Cext ∥ (2Cext + CT)])}

CT ≒ Ccase∥Cfinger∥Cgnd

상기 수학식 2에서, ≒는 같을 수 있거나 유사하다는 의미이고, 여기서 유사하다는 것은 다른 값이 더 포함될 수 있다는 의미이다. 상기 수학식 2에서, Ccase는 케이스(커버)와 제1 코일요소(611) 사이에 존재하는 기생 커패시턴스(Parasitic Capacitance)이고, Cfinger는, 인체가 가지는 커패시턴스이고, Cgnd는 회로 접지와 어스(earth) 사이의 접지 리턴 커패시턴스(ground return Capacitance)이다.

그리고, 상기 수학식 2에서, ∥에 대해 하기와 같이 정의하면, 'a∥b'는 'a'와 'b'가 회로적으로 직렬 접속이고, 그 합산 값은'(a*b)/(a+b)'로 계산되는 것으로 정의한다.

상기 수학식 1(터치 없는 경우)과 수학식 2(인체 터치 있는 경우)를 비교하면, 수학식 1의 커패시턴스(2Cext)가 수학식 2의 커패시턴스(2Cext + CT)로 증가되므로, 이에 따라 터치가 없는 제1 공진주파수(fres1)가 인체 터치가 있는 제2 공진 주파수(fres2)로 낮아지게 됨을 알 수 있다.

다시, 도 7을 참조하면, 상기 전류가변 발진회로(600)는 인체 터치가 없는 경우의 제1 공진주파수(fres1)를 갖는 발진신호 또는 인체 터치가 있는 경우의 제2 공진 주파수(fres2)를 갖는 발진신호를 생성하여 주파수 디지털 컨버터(710)로 출력할 수 있다.

이와 달리. 도 8 및 도 9를 참조하면, 전도체(메탈)와 같은 비인체가 제1 스위치부재(SM1)의 접촉면에 닿을 경우 인덕티브 센싱의 원리가 적용되어 와전류에 의한 인덕턴스가 감소하여 공진주파수가 증가하게 된다.

전술한 바와 같이, 두가지 센싱 방식을 혼합한 스위칭 조작 센싱 구조를 사용할 경우, 발진신호의 공진주파수의 변화방향(하강후 상승 또는 상승후 하강)에 따라 인체 터치와 비인체 터치를 구분할 수 있는 효과가 있다.

도 8는 비인체 터치에 의한 인덕티브 센싱 방식의 설명도이고, 도 9은 비인체 터치시의 전류가변 발진회로의 일 예시도이다.

도 8 및 도 9을 참조하면, 전도체(메탈)와 같은 비인체가 제1 스위치부재(SM1)의 접촉면에 닿을 경우 인덕티브 센싱의 원리가 적용되어 와전류에 의한 인덕턴스가 감소하여 공진주파수가 증가하게 된다.

본 발명에서는 모바일 기기의 하우징(500)의 제1 스위치부재(SM1)의 접촉면에 메탈과 같은 비인체가 터치가 입력시, 인덕티브 센싱(Inductive Sensing) 방식이 적용될 수 있으며, 이에 따라 비인체 터치를 검출할 수 있다.

도 9을 참조하면, 메탈과 같은 비인체가 제1 스위치부재(SM1)에 터치가 입력되면 제1 스위치부재(SM1)와 제1 코일요소(611)간의 자기력 변화에 기인하여 인덕턴스가 감소(Lind-△Lind)하여 공진주파수가 증가하게 되며, 이에 따라 비인체 터치를 검출할 수 있다.

도 8, 도 9에 도시된 인덕티브 센싱 원리는 다음과 같다.

먼저, 발진회로 동작시 인덕터에 AC 전류가 발생하고 이로 인한 자기장(H-Field)이 생성된다. 이때 메탈(Metal) 접촉시 인덕터의 자기장(H-Field)이 메탈(Metal)에 영향을 주어 순환(Circulating) 전류, 즉 에디 커런트(Eddy current)를 발생시키고 이어서 상기 에디 커런트에 의하여 역방향 자기장(H-Field)이 발생하게 되며, 이는 인덕터의 자기장(H-Field)을 감소시키는 방향으로 동작하게 됨에 따라 기존 인덕터의 인덕턴스가 감소하게 되며, 결국 공진주파수가 증가하게 되는 것이다.

부연하면, 하우징의 스위치부재에 접촉되는 것이 인체(손)나 전도체(메탈)이냐에 따라 공진주파수의 C(커패시턴스)가 변화하느냐 L(인덕턴스)이 변화하느냐가 결정되고, 이것에 의해 주파수 감소, 증가가 결정된다. 두가지 시스템에서 또 다른 큰 차이는 전류소모이다.

예를 들면, 인덕티브 센싱의 전류소모가 커패시티브 센싱에 비해 훨씬 커져야 한다. 커패시티브 센싱은 거리에 비례하는 특성변화를 거의 무시할 수 있으나, 인덕티브 센싱을 위해서는 앞서 설명한 바와 같이 충분한 양의 에디 커런트가 발생되어야 하고, 이는 거리에 반비례하는 특성이 있다

전술한 바와 같이, 하나의 스위칭부재를 이용한 스위칭 조작 센싱 장치를 이용하여 커패시티브 센싱과 인덕티브 센싱을 가능하게 하며, 인체 터치와 비인체 터치를 검출할 수 있고, 서로 구별 인식할 수 있으며, 이러한 구별 인식하는 동작에 대해서는 하기에 설명한다

도 10는 전류가변 발진회로의 제1 실시 예를 보이는 회로도이다.

도 10를 참조하면, 상기 전류가변 발진회로(600)는 전류 조절기(680A)와 발진기(650A)를 포함할 수 있다.

상기 전류 조절기(680A)는, 제1 인버터 회로(INT_Lgm), 제2 인버터 회로(INT_Hgm), 제1저항(R1) 및 제1 스위치(SW1)를 포함할 수 있다.

제1 인버터 회로(INT_Lgm)는, 상기 발진기(650)에 접속되고, 제1 gm-셀(Lgm)을 갖으며, 제어신호(SC)(DF,DFB)에 응답하여 인체 터치시 커패시턴스 센싱 방식에서 인에이블(또는 온상태)될 수 있다.

제2 인버터 회로(INT_Hgm)는, 제1 인버터 회로(INT_Lgm)에 병렬로 접속되고, 제2 gm-셀(Hgm)을 갖으며, 제어신호(SC) (DF,DFB)에 응답하여 비인체 터치시 인덕턴스 센싱 방식에서 인에이블(또는 온상태)될 수 있다.

제1저항(R1)은, 상기 제1 인버터 회로(INT_Lgm)와 상기 제2 인버터 회로(INT_Hgm)와의 접속노드(N1)와, 상기 발진기(650)의 일단(T1) 사이에 접속된다.

제1 스위치(SW1)는, 상기 제1저항(R1)에 병렬로 접속되어, 인체 터치시 커패시턴스 센싱 방식에서 오프상태로 되고 비인체 터치시 인덕턴스 센싱 방식에서 온상태로 될 수 있다.

도 10의 전류가변 발진회로(600)를 이용하면, 커패시턴스 센싱과 인덕티브 센싱이 병합된 시스템에서 센싱 방식에 따라 전류가변 발진회로(600)의 전류 조절기(680)가 작은 제1 gm 셀l(Lgm) 및 큰 제2 gm 셀l(Hgm)중 하나를 선택하여 동작전류를 조절하므로 전류소모를 줄일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 인버터 회로(INT_Lgm) 및 제2 인버터 회로(INT_Hgm)는 상기 전류가변 발진회로에서의 공진을 유지시켜 발진신호를 생성할 수 있도록 한다.

예를 들어, 하우징의 제1 스위치부재(예, 글라스 케이스)를 인체(예, 손)로 터치한 경우에는 공진주파수가 제1 주파수 특성(하강후 상승 특성)을 가지므로 이에 기초해 커패시티브 센싱으로 인식하여 제1 레벨(예, 하이(High) 레벨)을 갖는 검출신호(Detect Flag)가 출력될 수 있다. 또는, 제1 스위치부재를 비인체(예, 금속)가 터치한 경우에는 공진주파수가 제2 주파수 특징(상승후 하강 특성)을 가지므로 이에 기초해 인덕티브 센싱으로 인식하여 제2 레벨(에, 로우(Low) 레벨)을 갖는 검출신호(Detect Flag)를 출력할 수 있다.

이와 같이, 검출신호(Detect Flag)가 제1 레벨(예, 하이(High) 레벨)인지 제2 레벨(예, 로우(Low) 레벨)인지에 따라 전류가변 발진회로(600)는, 일 예로 각각 서로 다른 gm 셀l(Lgm 또는 Hgm)을 선택하여 동작하므로 전류소모를 줄일 수 있다.

예를 들어, 검출신호(DF: Detect Flag)가 제1 레벨(예, 하이(High) 레벨)인 경우에는 제어회로(800, 도 2)는 제1 레벨(예, 하이레벨)의 DF 신호와 제2 레벨(예, 로우레벨)의 DFB 신호를 포함하는 제어신호(SC)(DF,DFB)를 출력할 수 있다. 이와 반대로, 상기 검출신호(Detect Flag)가 제2 레벨(예, 로우(Low)레벨)인 경우에는 제어회로(800, 도 2)는 제2 레벨(예, 로우레벨)의 DF 신호와 제1 레벨(예, 하이레벨)의 DFB 신호를 포함하는 제어신호(SC)(DF,DFB)출력할 수 있다.

일 예로, 제어신호(SC)가, 상기 제1 레벨(예, 하이레벨)의 DF 신호와 제2 레벨(예, 로우레벨)의 DFB 신호를 포함하는 경우, 커패시티브 센싱이므로 작은 제1 gm 셀l(Lgm)을 갖는 제1 인버터 회로(INT_Lgm)를 선택함과 동시에 제1 스위치(SW1)를 오프시켜 제1 스위치(SW1)에 병렬로 접속된 제1 저항(R1)(예, kohm 내지 Mohm)이 보여지므로 동작전류가 줄여들게 된다.

다른 일예로, 제어신호(SC)가 제2 레벨(예, _로우레벨)의 DF 신호와 제1 레벨(예, 하이레벨)의 DFB 신호를 포함하는 경우, 인덕티브 센싱이므로 큰 제2 gm 셀l(Hgm)을 갖는 제2 인버터 회로(INT_Hgm)를 선택함과 동시에 상기 제1 스위치(SW1)를 온시켜 제1 스위치(SW1)에 병렬로 접속된 제1 저항(R1)이 보이지 않게 되어 동작전류가 상대적으로 크게 된다.

요약하면, 전류가변 발진회로(600)는, 제어신호(SC)(DF,DFB)에 기초해 전술한 바와 같이 gm cell을 선택하여 동작시킬 수 있다. 예를 들어, 인덕티브 센싱이라면 큰 제2 gm 셀(Hgm)을 선택하고 커패시티브 센싱이라면 작은 제1 gm 셀(Lgm)을 선택할 수 있다. 제1 스위치(SW1)는 없어도 동작에는 문제 없지만, 사용하는 경우에는 성능개선에 도움을 줄 수 있다.

도 11은 도 10의 발진회로의 일부 상세 회로도이다.

도 10 및 도 11을 참조하면, 상기 제1 인버터 회로(INT_Lgm)는, 전원 단자와 접지 단자 사이에 스택된 4개의 트랜지스터(MP11,MP12,MN11,MN12)를 포함할 수 있고, 상기 4개의 트랜지스터(MP11,MP12,MN11,MN12)중 전원 단자와 접지 단자에 접속된 트랜지스터(MP11, MN12)는 제어신호(DF,DFB)에 응답하여 스위칭 동작하는 동작 스위치 소자이고, 중간의 2개의 트랜지스터(MP12,MN11)를 상보적인 스위칭 동작을 수행하는 인버터 스위치 소자이다.

상기 제1 인버터 회로(INT_Lgm)의 동작 스위치 소자(MP11, MN12)는 제어신호(DF,DFB)에 기초해 커패시티브 센싱 모드에서는 온상태로 되고, 인덕티브 센싱 모드에서는 오프상태가 된다.

상기 제2 인버터회로(INT_Hgm)도, 상기 제1 인버터회로(INT_Hgm)와 유사하게, 전원 단자와 접지 단자 사이에 스택된 4개의 트랜지스터(MP21,MP22,MN21,MN22)를 포함할 수 있고, 상기 4개의 트랜지스터(MP21,MP22,MN21,MN22)중 전원 단자와 접지 단자에 접속된 트랜지스터(MP21,MN22)는 제어신호(DF,DFB)에 응답하여 스위칭 동작하는 동작 스위치 소자이고, 중간의 2개의 트랜지스터(MP22,MN21)를 상보적인 상호 스위칭 동작을 수행하는 인버터 스위치 소자이다.

상기 제2 인버터회로(INT_Lgm)의 동작 스위치 소자(MP21,MN22)는 제어신호(DF,DFB)에 기초해 커패시티브 센싱 모드에서는 오프상태로 되고, 인덕티브 센싱 모드에서는 온상태가 된다.

부연하면, 상기 제어신호중 DF 신호가 제1 레벨(예, 하이(High)레벨)인 경우 커패시티브 센싱(capacitive sensing) 방식이고, 이 경우 DF 신호는 제1 레벨(예, 하이(HIGH)레벨), DFB 신호는 제2 레벨(예, 로우(LOW)레벨)이므로, 제1 인버터회로(INT_Lgm)가 동작하고, 제2 인버터회로(INT_Hgm)는 오프상태가 되어 제1 동작전류를 공급할 수 있다.

이와 달리, 상기 제어신호중 DF 신호가 제2 레벨(예, 로우(LOW)레벨)인 경우 인덕티브 센싱(inductive sensing) 방식이고, 이 경우 DF 신호는 제2 레벨(예, 로우(LOW)레벨), DFB 신호는 제1 레벨(예, 하이(HIGH)레벨)이므로, 제2 인버터 회로(INT_Hgm)가 동작하고, 제1 인버터 회로(INT_Lgm)는 오프상태가 되어 상기 제1 전류보다 큰 제2 동작전류를 공급할 수 있다.

도 12는 전류가변 발진회로의 제2 실시 예를 보이는 회로도이다.

도 12를 참조하면, 상기 전류가변 발진회로(600)는, 전류 조절기(680B)와 발진기(650B)를 포함할 수 있다.

상기 전류 조절기(680B)는, 전원전압(Vdd)의 단자와 접지 사이에 접속된 미러 트랜지스터(M6-1) 및 전류원(682)을 포함할 수 있다.

상기 미러 트랜지스터(M6-1)는, 전원전압(Vdd) 접지 사이에 접속되어, 상기 발진기(650B)와 전류 미러를 형성한다.

상기 전류원(682)은, 상기 전원전압(Vdd)의 단자와 미러 트랜지스터(M6-1) 사이, 또는 미러 트랜지스터(M6-1)와 접지 사이에 접속될 수 있고, 상기 제어신호(SC)에 기초해 가변되는 전류를 생성할 수 있다.

상기 발진기(650B)는, 제1 및 제2 크로스-커플드 트랜지스터 쌍(M1,M2)(M3,M4)과, 전류 조절용 트랜지스터(M5)를 포함할 수 있다.

상기 제1 및 제2 크로스-커플드 트랜지스터 쌍(M1,M2)(M3,M4)은, 인덕턴스 회로(610) 또는 상기 커패시턴스 회로(620)에 병렬로 접속될 수 있고, 상기 인덕턴스 회로(610) 및 상기 커패시턴스 회로(620)에 의한 공진주파수를 갖는 발진신호(LCosc)를 생성할 수 있다.

상기 전류 조절용 트랜지스터(M5)는, 상기 전류 조절기(680B)와 전류미러를 형성하여, 상기 전류 조절기(680B)에 의해 조절되는 동작전류를 생성하여 상기 제1 및 제2 크로스-커플드 트랜지스터 쌍(M1,M2)(M3,M4)에 공급할 수 있다.

일 예로, 상기 전류원(682)을 조절하여, 상기 전류 조절용 트랜지스터(M5)를 통해 상기 제1 및 제2 크로스-커플드 트랜지스터 쌍(M1,M2)(M3,M4)을 포함하는 발진회로에 공급되는 전류를 조절할 수 있다.

일 예로, 상기 전류원(682)은 센싱 방식에 따라 전류를 조절할 수 있는 전류원인 경우, 인덕티브 센싱 방식이면 하이(High) 전류모드를 선택하여 상기 전류원((682)에서 상대적으로 큰 전류가 흐르도록 하고, 반면에 커패시티브 센싱 방식이라면 로우(low) 전류모드를 선택하여 상기 전류원((682)에서 상대적으로 작은 전류가 흐르도록 할 수 있다.

도 13은 전류가변 발진회로의 제3 실시 예를 보이는 회로도이다.

도 13을 참조하면, 전류가변 발진회로(600)는, 전류 조절기(680C)와 발진기(650B)를 포함할 수 있다.

상기 전류 조절기(680C)는, 진폭 검출 회로(683)와 오차 증폭회로(684)를 포함할 수 있다.

상기 진폭 검출 회로(683)는, 제1 진폭 검출회로(683-1) 및 제2 진폭 검출회로(683-2)를 포함할 수 있다.

상기 제1 진폭 검출회로(683-1)는, 상기 발진기(650)의 차동 신호중 파지티브 신호(Vd+)의 제1 진폭을 검출하여 상기 제1 및 제2 N채널 FET(MN1,MN2)의 공통 소스에서, 제1 검출전압(Vd1)을 출력할 수 있다.

상기 제2 진폭 검출회로(683-2)는, 상기 발진기(650)의 차동 신호중 네가티브 신호(Vd-)의 진폭을 검출하여 상기 제1 및 제2 P채널 FET(MP1,MP2)의 공통 소스에서, 제2 검출전압(Vd2)을 출력할 수 있다.

상기 발진기(650B)는, 서로 역 위상의 파지티브 신호(Vd+) 및 네가티브 신호(Vd-)를 갖는 차동 신호(differential signal)(Vd+,Vd-)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 상기 발진기(650B)는 서로 역 위상의 파지티브 신호(Vd+) 및 네가티브 신호(Vd-)를 갖는 차동 신호(differential signal)(Vd+,Vd-)를 생성할 수 있는 회로이다. 일 예로, 상기 발진기(650B)는 차동 발진 회로 또는 차동 증폭회로를 포함할 수 있으며, 이에 한정되지는 않는다.

일 예로, 상기 발진기(650B)는, 상기 전류 조절용 트랜지스터(M5)에서 조절되는 전류를 이용해 발진 동작하여 상기 발진 동작에 의해 생성된 서로 역 위상의 파지티브 신호(Vd+) 및 네가티브 신호(Vd-)를 갖는 차동 신호(differential signal)(Vd+,Vd-)를 생성할 수 있다.

상기 진폭 검출 회로(683)는, 상기 차동 신호(Vd+,Vd-)의 진폭을 검출하여 제1 및 제2 검출전압(Vd1,Vd2)을 출력할 수 있다.

상기 오차 증폭회로(684)는, 상기 제1 및 제2 검출전압(Vd1,Vd2) 사이의 오차 전압(error voltage)에 기초해 상기 차동 회로(600-1)를 제어할 수 있다, 일 예로, 상기 오차 증폭회로(684)는 제1 검출전압(Vd1)을 입력받는 비반전 입력단과 제2 검출전압(Vd2)을 입력받는 반전 입력단과, 상기 제1 검출전압(Vd1)과 제2 검출전압(Vd2)의 차 전압(Vd)(V1-V2)을 출력하는 출력단을 갖는 연산 증폭기를 이용하여 구현될 수 있다.

도 14은 도 13의 진폭 검출 회로의 일 예시도이다.

도 13 및 도 14을 참조하면, 상기 진폭 검출 회로(683)는, 제1 진폭 검출 회로(683-1) 및 제2 진폭 검출 회로(683-2)를 포함할 수 있다.

상기 제1 진폭 검출 회로(683-1)는, 제1 및 제2 N채널 FET(MN1,MN2)와 제1 전류원(IS1)을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 N채널 FET(MN1,MN2)는, 상기 전원전압(VDD) 단자에 공통 접속된 드레인, 파지티브 신호(Vd+) 및 네가티브 신호(Vd-) 각각을 입력받는 게이트, 및 서로 공통 접속된 소스를 포함할 수 있다.

상기 제1 전류원(IS1)은, 상기 제1 및 제2 N채널 FET(MN1,MN2)의 공통 소스와 접지 사이에 접속될 수 있고, 전류(In)를 제공할 수 있다.

상기 제1 진폭 검출 회로(683-1)는, 상기 파지티브 신호(Vd+)의 제1 진폭을 검출하여 상기 제1 및 제2 N채널 FET(MN1,MN2)의 공통 소스에서, 하기 수학식 3과 같이, 제1 검출전압(Vd1)을 출력할 수 있다.

[수학식 3]

Vd1 = Vmax-Vgsn

상기 수학식 3에서, Vmax은 파지티브 신호(Vd+)의 피크치이고, Vgsn은 제1 N채널 FET(MN1)의 게이트-소스 전압이다.

그리고, 도 14에서, C21은 커패시터로, 이는 교류 성분 등의 노이즈를 접지로 바이패스 시켜서 제1 검출전압(Vd1)을 안정화 시킬 수 있다.

상기 제2 진폭 검출 회로(683-2)는, 제2 전류원(IS2), 제1 및 제2 P채널 FET(MP1,MP2)를 포함할 수 있다.

상기 제2 전류원(IS2)은, 상기 전원전압(VDD) 단자에 접속된 일단과, 상기 제1 및 제2 P채널 FET(MP1,MP2)의 공통 소스에 접속된 타단을 포함할 수 있다.

상기 제1 및 제2 P채널 FET(MP1,MP2)는, 상기 제2 전류원(IS2)의 타단에 병렬로 공통 접속된 소스, 파지티브 신호(Vd+) 및 네가티브 신호(Vd-) 각각을 입력받는 게이트, 접지에 서로 공통 접속된 드레인을 포함할 수 있다.

상기 제2 전류원(IS2)은, 상기 전원전압(VDD) 단자와 상기 제1 및 제2 P채널 FET(MP1,MP2)의 공통 소스 사이에 접속될 수 있고, 전류(Ip)를 제공할 수 있다.

상기 제2 진폭 검출 회로(683-2)는, 상기 네가티브 신호(Vd-)의 진폭을 검출하여 상기 제1 및 제2 P채널 FET(MP1,MP2)의 공통 소스에서, 하기 수학식 4와 같이 제2 검출전압(Vd2)을 출력할 수 있다.

[수학식 4]

Vd2 = Vmin-Vgsp

상기 수학식 4에서, Vmin은 네가티브 신호(Vd-)의 피크치이고, Vgsp는 제1 P채널 FET(MP1)의 게이트-소스 전압이다.

그리고, 도 14에서, C22는 커패시터로, 이는 교류 성분 등의 노이즈를 접지로 바이패스 시켜서 제2 검출전압(Vd2)을 안정화 시킬 수 있다.

도 15은 주파수 디지털 컨버터의 일 예시도이다.

도 15을 참조라면, 일 예로, 상기 주파수 디지털 컨버터(710)는 기준 주파수 신호(fref)를 기준 주파수 분주비(N)를 이용하여 분주하여 분주된 기준 클럭신호(DOSC_ref= fref/N)를 생성하고, 상기 분주된 기준 클럭신호(DOSC)를 상기 발진신호(LCosc)를 이용하여 카운트하여 생성된 카운트값(L_CNT)을 출력할 수 있다.

일 예로, 하기 수학식 4에서 보인 바와 같이, 상기 주파수 디지털 컨버터(710)는 기준 주파수 신호(fref)를 기준 주파수 분주비(N)를 이용하여 분주하여 분주된 기준 클럭신호(DOSC_ref= fref/N)를 생성하고, 상기 전류가변 발진회로(600)로부터의 발진신호(LCosc)를 센싱 주파수 분주비(M)를 이용하여 분주하며, 상기 분주된 발진신호(LCosc)/M)를 이용하여 상기 분주된 기준 클럭신호(DOSC_ref)를 카운트하여 생성된 상기 카운트값(L_CNT)을 출력할 수 있다.

또한 반대로 상기 분주된 기준 신호를 상기 분주된 센싱 신호를 이용하여 카운트할 수도 있다.

[수학식 5]

L_CNT = (N * LCosc)/(M * fref)

상기 수학식 5에서, LCosc은 발진신호의 주파수(발진주파수)이고, fref는 기준 주파수이고, N은 기준주파수(예, 32Khz) 분주비이고, M은 공진주파수의 분주비이다.

상기 수학식 5에 보인 바와 같이, 발진주파수(LCosc)를 기준 주파수(fref)로 나눈다는 것은, 기준 주파수(fref)의 주기를 공진주파수(LCosc은)를 이용하여 카운트한다는 의미로, 이와 같은 방식으로 상기 카운트값(L_CNT)을 구하면, 낮은 기준 주파수(fref)를 이용하는 것이 가능하고, 카운트의 정밀도를 높일 수 있다는 장점이 있다.

상기 주파수 디지털 컨버터(CDC)(710)는, 주파수 다운 컨버터(711), 주기 타이머(712) 및 CIC(Cascaded Integrator-Comb) 필터회로(713)를 포함할 수 있다.

상기 주파수 다운 컨버터(711)는, 카운팅 하고자 하는 타이머의 시간주기의 기준이 되는 기준 클럭신호(CLK_ref)를 입력받아서 기준 클럭신호(CLK_ref)의 주파수를 다운 시킨다.

예를 들어, 주파수 다운 컨버터(711)에 입력되는 기준 클럭신호(CLK_ref)는, 센싱 주파수 신호(LCosc) 및 기준 주파수 신호(fref)중에서 어느 하나가 될 수 있다. 일 예로, 기준 클럭신호(CLK_ref)가 공진회로에서 입력되는 센싱 주파수 신호(LCosc)인 경우, 이 센싱 주파수 신호(LCosc)는 'DOSC_ref = LCosc /M'와 같이 주파수가 다운되고, 여기서 M은 외부에 미리 셋팅될 수 있다. 다른 일 예로, 기준 클럭신호(CLK_ref)가 기준 주파수 신호(fref)인 경우, 상기 기준 클럭신호(CLK_ref)는, 'DOSC_ref = fref /N'와 같이, 주파수가 다운되고, 여기서 N은 외부에 미리 셋팅될 수 있다.

일 예로, 상기 주파수 다운 컨버터(711)는, 기준 주파수 신호(fref)를 기준 클럭신호(CLK_ref)로서 입력받고, 상기 기준 클럭신호(CLK_ref)를 기준 주파수 분주비(N)를 이용해 분주하여 분주된 기준 클럭신호(DOSC_ref= CLK_ref/N)를 생성하여, 상기 기준 주파수 신호(fref)의 주파수를 다운시킬 수 있다.

상기 주기 타이머(712)는, 주파수 다운 컨버터(711)로부터 입력받은 분주된 기준 클럭신호(DOSC_ref)의 1주기 시간을 샘플 클럭신호(CLK_spl)를 이용하여 카운팅 하여 생성된 주기 카운트값(PCV)을 출력한다. 일 예로, 주기 타이머(712)는 상기 발진신호(LCosc)를 샘플 클럭신호(CLK_spl)로서 입력받고, 상기 주파수 다운 컨버터(711)로부터 입력받은 상기 분주된 기준 클럭신호(DOSC_ref)의 1주기 시간을, 상기 샘플 클럭신호(CLK_spl)를 이용해 카운팅 하여 생성된 주기 카운트값(PCV)을 출력할 수 있다.

일 예로, 상기 CIC 필터회로(713)는, 상기 주기 타이머(712)로부터 입력받은 상기 주기 카운트값(PCV)에 대해 누적증폭을 수행하여 생성된 상기 카운트값(L_CNT)을 출력하는 데시메이터 CIC 필터를 포함할 수 있다.

상기 데시메이터 CIC 필터는, 사전에 설정된 적분 스테이지 차수, 데시메이터 팩터, 및 콤브 미분 지연차수에 기초해 결정된 상기 누적 이득을 이용하여 상기 주기 타이머로부터의 주기 카운트값에 대해 누적증폭을 수행하고, 상기 누적 증폭된 주기 카운트값을 제공할 수 있다.

다른 일 예로, 상기 CIC 필터회로(713)는 상기 데시메이터 CIC 필터 및 1차 CIC 필터를 포함할 수 있다. 상기 1차 CIC 필터는, 상기 데시메이터 CIC 필터로 부터의 출력을 이동평균을 취해 노이즈를 제거할 수 있다.

일 예로, 상기 데시메이터 CIC 필터는, 사전에 설정된 적분 스테이지 차수, 데시메이터 팩터, 및 콤브 미분 지연차수에 기초해 결정된 상기 누적 이득을 이용하여 상기 주기 타이머로부터의 주기 카운트값에 대해 누적증폭을 수행하고, 상기 누적 증폭된 주기 카운트값을 제공할 수 있다.

도 16은 주기 타이머의 동작 설명도이다.

도 16을 참조하면, 전술한 바와같이, 주기 타이머(712)에서, 기준 클럭신호(CLK_ref)는, 공진 주파수 신호(LCosc) 및 기준 주파수 신호(fref)중에서 어느 하나가 될 수 있다. 기준 주파수 신호(fref)는 외부 크리스탈에 의한 신호가 될 수 있고 IC 내부 PLL이나 RC 등의 발진 신호가 될 수 있다.

일 예로, 기준 클럭신호(CLK_ref)는, 공진회로로부터 입력되는 공진 주파수 신호(LCosc)이면 샘플 클럭신호(CLK_spl)는 기준 주파수 신호(fref)가 될 수 있고, 이 경우에 대해 분주된 발진신호는 'LCosc /M'가 될 수 있다.

또는, 기준 클럭신호(CLK_ref)가 기준 주파수 신호(fref)이면 샘플 클럭신호(CLK_spl)은 공진 주파수 신호(LCosc)가 될 수 있고, 이 경우, 분주된 발진신호는 'fref /N'가 될 수 있다.

도 17는 터치 검출 회로의 일 예시도이다.

도 17를 참조하면, 터치 검출회로(750)는, 상기 커패시턴스 디지털 컨버터(710)로부터 입력되는 카운트값에 기초하여 인체 터치와 전도체 터치를 각각 검출할 수 있다.

일 예로, 상기 터치 검출회로(750)는, 상기 주파수 디지털 컨버터(710)로부터 입력받은 상기 카운트값(L_CNT)을 미분하여 차분값(Diff)을 생성하고, 상기 차분값(Diff)을 기설정된 폴링 임계치(F_TH) 및 라이징 임계치(R_TH) 각각과 비교하여, 그 비교결과에 기초해 인체에 의한 터치 또는 비인체에 의한 터치를 식별하기 위한 서로 다른 레벨을 갖는 상기 검출신호(DF)를 출력할 수 있다.

일 예로, 터치 검출회로(750)는, 딜레이회로(751), 감산회로(752), 및 슬로프 검출회로(753)를 포함할 수 있다.

딜레이회로(751)는 상기 주파수 디지털 컨버터(710)로부터 입력받은 카운트 값(L_CNT)을 딜레이 제어 신호(Delay_Ctrl)에 따라 소정의 시간 딜레이하여, 딜레이 카운트 값(L_CNT_Delay)을 출력한다. 딜레이 제어 신호(Delay_Ctrl)에 따라, 딜레이 시간이 결정될 수 있다.

감산회로(752)는 적어도 하나의 감산기를 포함할 수 있다. 감산회로(752)는 딜레이 카운트 값(L_CNT_Delay)과 카운트 값(L_CNT)을 감산하여, 차분값을 출력한다. 일 예로, 카운트 값(L_CNT)은 현재 카운트된 값에 해당하고, 딜레이 카운트 값(L_CNT_Delay)은 현재로부터 소정의 딜레이 시간 이전에 카운트된 값에 해당한다.

슬로프 검출회로(753)는 상기 감산회로(752)로부터 입력받은 상기 차분값(Diff)을 기설정된 폴링 임계치(F_TH) 및 라이징 임계치(R_TH) 각각과 비교하여, 그 비교결과에 기초해 인체에 의한 터치 및 비인체에 의한 터치를 식별하기 위한 결정된 제1 레벨 또는 제2 레벨을 갖는 상기 검출신호(DF)를 출력할 수 있다.

예를 들어, 상기 슬로프 검출회로(753)는, 상기 차분값(Diff)과 폴링 임계치(F_TH) 및 라이징 임계치(R_TH)와 비교하여, 상기 차분값(Diff)이 폴링 임계치 보다 작으면 제1 레벨을 갖는 검출신호(DF)를 출력하고, 또는 상기 차분값(Diff)이 라이징 임계치 보다 크면, 제2 레벨을 갖는 검출신호(DF)를 출력할 수 있다.

일 예로, 상기 슬로프 검출회로(753)는, 상기 차분값(Diff)이 하강후 상승이면 인체에 의한 터치를 의미하는 제1 레벨을 갖는 검출신호(Detect_Flag)를 생성하고, 상기 차분값(Diff)이 상승후 하강이면 비인체에 의한 터치를 의미하는 제2 레벨을 갖는 검출신호(Detect_Flag)를 생성할 수 있다.

예를 들어, 상기 폴링 임계치(F_TH)를 기준으로, 폴링 히스테리시스의 상한치 및 하한치(FU_Hys 및 FL_Hys)를 설정하여 이용할 수 있다. 상기 라이징 임계치(R_TH)를 기준으로, 라이징 히스테리시스의 상한치 및 하한치(RU_Hys 및 RL_Hys)를 설정하여 이용할 수 있다.

이와 같이, 슬로프에 대한 차분값(Diff)을 이용하면 온도 드리프트에 대한 오류를 방지할 수 있고, 또한 폴링 구간(F_TH, FU_Hys, FL_Hys) 및 라이징 구간(R_TH, RU_Hys, RL_Hys)을 이용하면 터치 검출 정확도를 개선할 수 있다.

결국, 상기 터치 검출회로(750)는, 주파수의 변이를 비교하여 인덕티브 센싱인지 커패시티브 센싱인지를 확인할 수 있다. 전술한 바와같이 커패시티브 센싱은 커패시턴스가 증가하여 주파수가 감소될 수 있고, 인덕티브 센싱은 인덕턴스가 감소하여 주파수가 증가될 수 있다.

도 18은 제어회로의 일 예시도이다.

도 18을 참조라면, 상기 제어회로(800)는, 상기 검출신호(DF)에 기초해 센싱방식을 확인하고, 확인된 해당 센싱방식에 기초해 상기 제어신호(SC)(DF,DBF)를 생성할 수 있다.

일 예로, 상기 제어회로(800)는 DF신호를 출력단자로 전달하는 버퍼(910)와 DF신호를 반전하여 DFB 신호를 출력하는 인버터(920)를 포함할 있다.

상기 제어신호(SC)(DF,DBF)는, 인체 터치시는 저전류 제어를 위한 제1 제어신호(SC1)(DF=H,DBF=L)를 포함하고, 비인체 터치시는 고전류 제어를 위한 제2 제어신호(SC2)(DF=L,DBF=H)를 포함할 수 있다.

일 예로, 제어회로(800)는, 상기 터치 검출회로(750)로부터의 검출신호(DF)에 기초해 상기 스위처블 전류가변 발진회로(600)의 동작전류를 제어하기 위한 제어신호(DF,DFB)를 생성할 수 있고, 이러한 제어신호를 이용하면, 전류가변 발진회로(600)에 제공하여, 센싱방식에 따라 공진 전류의 조절을 제어할 수 있다.

도 19는 인체 터치시의 카운트값 및 차분값 예시도이고, 도 20는 비인체 터치시의 카운트값 및 차분값 예시도이다.

도 19의 파형은, 제1 스위치부재 아래에 장착된 제1 코일요소를 인체(손)로 접촉했을 경우 측정된 카운트값(L_CNT) 및 슬로프 변화(Slope Variance)인 차분값에 대한 파형의 예시도이고, 도 20의 파형은, 메탈과 같은 전도체로 접촉했을 경우 측정된 카운트값(L_CNT) 및 슬로프 변화(Slope Variance)인 차분값에 대한 파형의 예시도이다.

도 19를 참조하면 인체(손)으로 제1 코일요소 위의 제1 스위치부재를 접촉할 경우 커패시티브(Capacitive) 방식으로 동작하여 카운트값(L_CNT)이 줄어들고, 인체(손)를 비접촉 상태로 할 경우 카운트 값(L_CNT)이 원래 상태로 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이러한 현상을 바탕으로 차분값을 확인하면 접촉시 하강하고 비접촉시 상승하는 것을 확인할 수 있다.

이와같이, 인체(손) 터치시, 슬로프 변화는, 폴링 슬로프 이후 라이징 슬로프가 하나의 쌍으로 나타나는 것을 알 수 있다.

이와 달리, 도 20를 참조하면, 전도체(메탈)로 제1 코일요소 위쪽의 제1 스위치부재를 접촉할 경우 인덕티브(Inductive) 방식으로 동작하여 카운터 값(L_CNT)이 늘어나고, 전도체(메탈)를 비접속 상태로 할 경우 카운트 값(L_CNT)이 원래상태로 감소하는 것을 확인할 수 있다.

이와같이, 전도체(메탈) 터치시, 슬로프 변화는, 라이징 슬로프 이후 폴링 슬로프가 하나의 쌍으로 나타나는 것을 알 수 있다.

즉, 인체(손)나 전도체(메탈)가 제1 코일요소 위의 제1 스위치부재를 터치할 경우 슬로프의 변화는 반드시 폴링 슬로프와 라이징 슬로프의 쌍으로 나타나게 되고, 폴링 슬로프와 라이징 슬로프가 나타나는 순서는 서로 다름을 알 수 있다.

도 19 및 도 20의 슬로프 변화 파형을 참조하면, 슬로프 변화(slope variance)는 쌍으로 나타나고 있음을 알 수 있고, 커패시티브 센싱은 하강 후에 상승하며, 인덕티브 센싱은 상승 후에 하강하는 특성이 있다.

도 21은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스위칭 조작 센싱 장치의 적용 예시도이다.

도 21을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 스위칭 조작 센싱 장치의 복수의 적용예1 내지 적용예7을 보이고 있다.

도 21의 적용예1은, 블루투스 헤드셋의 동작제어용 버튼을 대체하여 적용할 수 있는 예고, 도 21의 적용예2는, 블루투스 이어셋의 동작제어용 버튼을 대체하여 적용할 수 있는 예다. 일 예로, 블루투스 헤드셋 및 블루투스 이어폰의 온/오프 전원스위치를 대체하여 적용될 수 있다.

도 21의 적용예3은, 안경의 동작제어용 버튼을 대체하여 적용할 수 있는 예다. 일 예로, 구글 글래스, VR, AR 등의 장치의 전화, 메일, 홈버튼 등의 기능을 수행하는 버튼을 대체하여 적용될 수 있다.

도 21의 적용예4는, 차량의 도어락 버튼을 대체하여 적용할 수 있는 예다. 도 21의 적용예5는, 차량의 스마트키의 버튼을 대체하여 적용할 수 있는 예다. 도 21의 적용예6은, 컴퓨터의 동작제어용 버튼을 대체하여 적용할 수 있는 예다. 그리고, 도 21의 적용예7은, 냉장고의 동작 제어를 위한 동작 버튼을 대체하여 적용할 수 있는 예다.

이외에도, 노트북의 볼륨 및 전원 스위치, VR, HMD(Head mounted Display), 블루투스 이어폰, 스타일러쉬 터치팬 등의 스위치를 대체하여 사용할 수 있고, 또한, 가전제품의 모니터, 냉장고, 노트북 등의 버튼을 대체하여 사용할 수 있다.

예를 들어, 동작제어용 버튼은, 적용되는 장치의 커버 또는 프레임 또는 하우징에 일체화되어 배치될 수 있고, 파워 온오프, 볼륨의 조절, 기타 특정 기능(뒤로가기, 홈이동, 잠금 등)을 수행하는데 사용 될 수 있다.

또한 해당 기능(뒤로가기, 홈이동, 잠금 등)을 수행함에 있어 복수의 기능을 수행하도록 복수의 터치 스위치를 포함할 수 있다.

전술한 터치 스위치는, 터치 스위치를 요구하는 전기 기기에 적용될 수 있으며, 일 예로, 노트북의 볼륨 및 전원 스위치, VR, HMD(Head mounted Display), 블루투스 이어폰, 스타일러쉬 터치팬 등의 스위치를 대체하여 사용할 수 있고, 또한, 가전제품의 모니터, 냉장고, 노트북 등의 버튼을 대체하여 사용할 수 있다.

본 발명의 터치 스위치는 상기 언급된 장치에 한정되지 않고 스위치가 있는 모바일 및 웨어러블 등의 장치에 적용 할 수 있다. 또한 본 발명의 터치 스위치를 적용함으로써 일체화 된 디자인을 구현할 수 있다.

이상에서는 본 발명을 실시 예로써 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.

200: 기판
500: 하우징
600: 발진회로
611,612: 제1, 제2 코일요소
700: 조작 검출회로
710: 주파수 디지털 컨버터
750: 터치 검출회로
800: 제어회로
SM1,SM2: 제1,제2 스위치부재
CS: 집적회로

Claims

하우징과 일체로 이루어진 제1 스위치부재를 포함하는 조작 입력부;
상기 조작 입력부를 통한 인체 터치에 의한 커패시턴스 변화 또는 비인체 터치에 의한 인덕턴스 변화에 기초해 가변되는 주파수를 갖는 발진신호를 생성하고, 제어신호에 응답하여 동작전류가 조절되는 전류가변 발진회로;
상기 발진신호에 포함된 주파수 특성에 기초해 인체에 의한 터치와 비인체에 의한 터치를 식별하고, 이 식별에 기초해 서로 다른 레벨을 갖는 검출신호를 생성하는 조작 검출회로; 및
상기 검출신호에 기초해 센싱방식을 확인하고, 확인된 해당 센싱방식에 기초해 상기 동작전류의 조절을 위한 상기 제어신호를 생성하는 제어회로;
를 포함하는 스위칭 조작 센싱 장치.
제1항에 있어서, 상기 조작 검출회로는,
상기 전류가변 발진회로로부터의 발진신호를 카운트값으로 변환하는 주파수 디지털 컨버터; 및
상기 주파수 디지털 컨버터로부터 입력되는 카운트값에 기초해 인체에 의한 터치와 비인체에 의한 터치를 식별하고, 이 식별에 기초해 서로 다른 레벨을 갖는 검출신호를 생성하는 터치 검출회로; 를 포함하는 스위칭 조작 센싱 장치.
제2항에 있어서, 상기 주파수 디지털 컨버터는
상기 발진신호를 이용하여 기준 클럭신호를 카운팅하여 상기 카운트값을 생성하는
스위칭 조작 센싱 장치.
제2항에 있어서, 상기 조작 입력부는
상기 하우징과 일체로 이루어지고, 상기 제1 스위치부재와 다른 위치에 배치된 제2 스위치부재를 더 포함하고,
상기 제1 및 제2 스위치부재는, 상기 하우징의 재료와 동일한 재료를 포함하는 스위칭 조작 센싱 장치.
제2항에 있어서, 상기 전류가변 발진회로는,
상기 제어신호에 응답하여 동작전류를 조절하는 전류 조절기; 및
상기 전류 조절기에 의해 조절되는 동작전류를 입력받고, 상기 제1 스위치부재가 인체에 의해 터치시 하강후 상승하는 제1 주파수 특성을 갖는 발진신호를 생성하고, 상기 제1 스위치부재가 비인체에 의해 터치시 상승후 하강하는 제2 주파수 특성을 갖는 발진신호를 생성하는 발진기;
를 포함하는 스위칭 조작 센싱 장치.
제5항에 있어서, 상기 발진기는,
상기 제1 스위치부재의 내측에 배치된 제1 코일요소를 포함하여, 상기 제1 스위치부재가 비인체에 의해 터치가 입력시 가변되는 인덕턴스를 갖는 인덕턴스 회로; 및
상기 인덕턴스 회로에 연결된 커패시터 소자를 포함하고, 상기 제1 스위치부재가 인체에 의해 터치가 입력시 가변되는 커패시턴스를 갖는 커패시턴스 회로;
를 포함하는 스위칭 조작 센싱 장치.
제5항에 있어서, 상기 전류 조절기는,
상기 발진기에 접속되고, 제1 gm-셀을 갖으며, 인체 터치시 인에이블되는 제1 인버터 회로;
상기 제1 인버터 회로에 병렬로 접속되고, 상기 제1 gm-셀보다 큰 제2 gm-셀을 갖으며, 비인체 터치시 인에이블되는 제2 인버터 회로;
상기 제1 인버터 회로와 상기 제2 인버터 회로와의 접속노드와, 상기 발진기의 일단 사이에 접속된 제1저항; 및
상기 제1저항에 병렬로 접속되어, 인체 터치시 온상태로 되고 비인체 터치시 오프상태로 되는 제1 스위치;
를 포함하는 스위칭 조작 센싱 장치.
제5항에 있어서, 상기 전류 조절기는,
전원전압의 단자와 접지 사이에 접속된 미러 트랜지스터 및 전류원을 포함하고,
상기 미러 트랜지스터는, 전원전압의 단자와 전류원 사이에 접속되어, 상기 발진기와 전류 미러를 형성하고,
상기 전류원은, 상기 전원전압의 단자와 미러 트랜지스터 사이, 또는 미러 트랜지스터와 접지 사이에 접속되고, 상기 제어신호에 기초해 가변되는 전류를 생성하는
스위칭 조작 센싱 장치.
제5항에 있어서, 상기 전류 조절기는,
상기 발진기의 차동 신호의 진폭을 검출하여 제1 및 제2 검출전압을 출력하는 진폭 검출 회로; 및
상기 진폭 검출 회로의 제1 및 제2 검출전압 사이의 오차 전압에 기초해 상기 발진기의 동작전류를 제어하는 오차 증폭회로;
를 포함하는 스위칭 조작 센싱 장치.
제9항에 있어서, 상기 진폭 검출 회로는,
상기 발진기의 차동 신호중 파지티브 신호의 제1 진폭을 검출하여 상기 제1 및 제2 N채널 FET의 공통 소스에서, 제1 검출전압을 출력하는 제1 진폭 검출회로; 및
상기 발진기의 차동 신호중 네가티브 신호의 진폭을 검출하여 상기 제1 및 제2 P채널 FET의 공통 소스에서, 제2 검출전압을 출력하는 제2 진폭 검출회로;
를 포함하는 스위칭 조작 센싱 장치.
제2항에 있어서, 상기 주파수 디지털 컨버터는
기준 주파수 신호를 기준 주파수 분주비를 이용하여 분주하여 분주된 기준 클럭신호를 생성하고, 상기 전류가변 발진회로로부터의 발진신호를 센싱 주파수 분주비를 이용하여 분주하며, 상기 분주된 발진신호를 이용하여 상기 분주된 기준 클럭신호를 카운트하여 생성된 상기 카운트값을 출력하는
스위칭 조작 센싱 장치.
제2항에 있어서, 상기 주파수 디지털 컨버터는
기준 주파수 신호를 기준 클럭신호로서 입력받고, 상기 기준 클럭신호를 기준 주파수 분주비를 이용해 분주하여 분주된 기준 클럭신호를 생성하여, 상기 기준 주파수 신호의 주파수를 다운시키는 주파수 다운 컨버터;
상기 발진신호를 샘플 클럭신호로서 입력받고, 상기 주파수 다운 컨버터로부터 입력받은 상기 분주된 기준 클럭신호의 1주기 시간을, 상기 샘플 클럭신호를 이용해 카운팅 하여 생성된 주기 카운트값을 출력하는 주기 타이머; 및
상기 주기 타이머로부터 입력받은 상기 주기 카운트값에 대해 누적증폭을 수행하여 생성된 상기 카운트값을 출력하는 CIC 필터회로;
를 포함하는 스위칭 조작 센싱 장치.
제2항에 있어서, 상기 터치 검출회로는,
상기 주파수 디지털 컨버터로부터 입력받은 상기 카운트값을 미분하여 차분값을 생성하고, 상기 차분값을 기설정된 폴링 임계치 및 라이징 임계치 각각과 비교하여, 그 비교결과에 기초해 인체에 의한 터치 또는 비인체에 의한 터치를 식별하기 위한 서로 다른 레벨을 갖는 상기 검출신호를 출력하는
스위칭 조작 센싱 장치.
제2항에 있어서, 상기 터치 검출회로는,
상기 주파수 디지털 컨버터로부터 입력받은 상기 카운트값을 딜레이 제어 신호에 기초로 결정된 시간만큼 딜레이하여, 딜레이 카운트값을 출력하는 딜레이회로;
상기 딜레이회로로부터의 상기 딜레이 카운트값에서 상기 카운트값을 감산하여 생성된 차분값을 출력하는 감산회로; 및
상기 감산회로로부터 입력받은 상기 차분값을 기설정된 폴링 임계치 및 라이징 임계치 각각과 비교하여, 그 비교결과에 기초해 인체에 의한 터치 및 비인체에 의한 터치를 식별하기 위한 결정된 제1 레벨 또는 제2 레벨을 갖는 상기 검출신호를 출력하는 슬로프 검출회로;
를 포함하는 스위칭 조작 센싱 장치.
제14항에 있어서, 상기 슬로프 검출회로는,
상기 차분값이 하강후 상승이면 인체에 의한 터치를 의미하는 제1 레벨을 갖는 검출신호를 생성하고, 상기 차분값이 상승후 하강이면 비인체에 의한 터치를 의미하는 제2 레벨을 갖는 검출신호를 생성하는
스위칭 조작 센싱 장치.
제15항에 있어서, 상기 제어회로는,
인체 터치시는 저전류 제어를 위한 제1 제어신호를 포함하는 상기 제어신호를 출력하고, 비인체 터치시는 고전류 제어를 위한 제2 제어신호를 포함하는 상기 제어신호를 출력하는
스위칭 조작 센싱 장치.