KR20210018043A

KR20210018043A - 듀얼 센싱 구조를 이용하여 터치센싱 및 포스센싱을 구현한 스위칭 조작 센싱 장치

Info

Publication number: KR20210018043A
Application number: KR1020200086316A
Authority: KR
Inventors: 홍병주; 고주열; 류제혁
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2019-08-06
Filing date: 2020-07-13
Publication date: 2021-02-17
Also published as: CN112350705B; US11150766B2; CN112350705A; US20210041982A1; KR102137092B1

Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 스위칭 조작 센싱 장치는, 하우징과 일체로 이루어지고, 서로 다른 위치에 배치된 제1 스위치부재 및 제2 스위치부재를 포함하는 조작 입력부; 상기 제1 스위치부재의 터치시 가변되는 커패시턴스에 기초한 제1 발진신호와, 상기 제2 스위치부재에 포스 인가시 가변되는 인덕턴스에 기초한 제2 발진신호를 생성하는 발진회로; 상기 발진회로로부터의 상기 제1 발진신호를 제1 카운트값으로 변환하고, 상기 제2 발진신호를 제2 카운트값으로 변환하는 주파수 디지털 컨버터; 및 상기 주파수 디지털 컨버터로부터 입력되는 상기 제1 카운트값에 기초해 터치를 검출하여 제1 검출신호를 생성하고, 상기 제2 카운트값에 기초해 포스를 검출하여 제2 검출 신호를 생성하는 터치-포스 검출회로; 를 포함한다.

Description

듀얼 센싱 구조를 이용하여 터치센싱 및 포스센싱을 구현한 스위칭 조작 센싱 장치{SWITCHING OPERATIION SENSING DEVICE IMPLEMENTED TOUCH SENSING AND FORCE SENSING USING A DUAL SENSING STRUCTURE}

본 발명은 듀얼 센싱 구조를 이용하여 터치센싱 및 포스센싱을 구현한 스위칭 조작 센싱 장치에 관한 것이다.

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

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.

또한, 기존의 스위치 장치에서는, 터치 센성 기능과 포스 센싱 기능을 동시에 수행할 수 있도록 구현하는 것이 요구되고 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 2개의 스위치부재를 이용하여, 커패시티브 센싱과 인덕티브 센싱을 모두 구현하여 터치 및 포스(압력)를 모두 인식할 수 있는 스위칭 조작 센싱 장치를 제안한다.

본 발명의 일 실시 예에 의해, 하우징과 일체로 이루어지고, 서로 다른 위치에 배치된 제1 스위치부재 및 제2 스위치부재를 포함하는 조작 입력부; 상기 제1 스위치부재의 터치시 가변되는 커패시턴스에 기초한 제1 발진신호와, 상기 제2 스위치부재에 포스 인가시 가변되는 인덕턴스에 기초한 제2 발진신호를 생성하는 발진회로; 상기 발진회로로부터의 상기 제1 발진신호를 제1 카운트값으로 변환하고, 상기 제2 발진신호를 제2 카운트값으로 변환하는 주파수 디지털 컨버터; 및 상기 주파수 디지털 컨버터로부터 입력되는 상기 제1 카운트값에 기초해 터치를 검출하여 제1 검출신호를 생성하고, 상기 제2 카운트값에 기초해 포스를 검출하여 제2 검출 신호를 생성하는 터치-포스 검출회로; 를 포함하는 스위칭 조작 센싱 장치가 제안된다.

본 발명의 일 실시 예에 의하면, 2개의 센싱 구조를 이용하여 커패시티브 센싱과 인덕티브 센싱을 모두 구현하여 터치 및 포스(압력)를 동시에 인식할 수 있다.

또한, 본 특허를 적용하여 전자 기기의 구성 시 좀더 얇고 심플하면서 깔끔한 디자인이 구현 가능하다. 또한 본 특허는 터치와 포스를 동시에 감지할 수 있는 듀얼 센싱 구조를 제공하여, 사용자의 터치, 포스, 또는 터치 및 포스 각각을 감지할 수 있어서, 조작 입력에 따른 활용성이 보다 높은 유저 인터페이스를 제공할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 전자 기기의 외관 예시도이다.
도 2는 도 1의 I-I' 선 단면구조를 포함한 스위칭 조작 센싱 장치의 일 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 조작 센싱 장치의 회로 예시도이다.
도 4는 발진회로의 일 예시도이다.
도 5의 (a)는 터치 없는 경우의 제1 발진회로의 예시도이고, 도 5의 (b)는 터치 있는 경우의 제1 발진회로의 예시도이다.
도 6의 (a)는 포스 없는 경우의 제2 발진회로의 예시도이고, 도 6의 (b)는 포스 있는 경우의 제2 발진회로의 예시도이다.
도 7의 (a) 및 (b)는 코일요소의 일 예시도이다.
도 8은 코일요소 및 집적회로 및 커패시터 소자의 일 예시도이다.
도 9의 (a),(b),(c)는 도 2의 코일요소의 배치 예시도이다.
도 10은 제1 주파수 디지털 컨버터의 일 예시도이다.
도 11은 제2 주파수 디지털 컨버터의 일 예시도이다.
도 12는 도 10의 제1 주기 타이머의 동작 설명도이다.
도 13은 도 11의 제2 주기 타이머의 동작 설명도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출기의 일 예시도이다.
도 15는 도 14의 터치-포스 검출회로의 일 예시도이다.
도 16은 터치(예, 손 터치)시의 카운트값의 드리프트 및 슬로프 변화 예시도이다.
도 17은 터치만(Touch only)에 의한 제1,제2 카운트값 예시도이다.
도 18은 포스만(Force Only)에 의한 제1,제2 카운트값 예시도이다.
도 19는 터치 및 포스(Touch + Force)에 의한 센싱 카운트값 예시도이다.
도 20은 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 1은 본 발명이 적용되는 전자 기기의 외관 예시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명이 적용될 수 있는 전자 기기(10)는 터치 스크린(11), 하우징(500) 및 조작 입력부(SWP)를 포함할 수 있다.

상기 조작 입력부(SWP)는 기계식 버튼을 대체하기 위한 제1 스위치부재(SM1) 및 제2 스위치부재(SM2)를 포함할 수 있다. 일 예로, 제1 스위치부재(SM1) 및 제2 스위치부재(SM2)는 한번의 조작 입력시 동시에 반응할 수 있는 영역에 배치될 수 있고, 이에 따라 한번의 조작 입력시, 제1 스위치부재(SM1) 및 제2 스위치부재(SM2) 각각에 대응되는 제1 검출신호 및 제2 검출신호가 생성될 수 있다.

일 예로, 도 1를 참조하면 상기 전자 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 전자 기기, 또는 동작 제어를 위한 스위치를 갖는 전자 기기가 될 수 있다.

상기 하우징(500)은, 전자 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.

상기 조작 입력부(SWP)는, 상기 모바일 기기의 하우징(500)에 배치될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 상기 스위칭 조작 센싱 장치는 전자 기기의의 하우징에 배치될 수 있다. 도 1을 참조하면, 상기 조작 입력부(SWP)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.

상기 조작 입력부(SWP)는, 상기 하우징(500)과 일체로 이루어지고, 터치(Touch) 입력 또는 포스(Force) 입력을 센싱할 수 있는 적어도 2개의 제1 스위치부재(SM1) 및 제2 스위치부재(SM2)를 포함할 수 있다.

도 1에서는 조작 입력부(SWP)가 제1 및 제2 스위치부재(SM1,SM2)를 포함하는 경우를 도시하고 있지만, 이는 설명의 편의를 위한 것으로, 이와 같은 2개의 스위치부재에 한정되는 것은 아니고, 제1 및 제2 스위치부재와 같은 방식으로 스위치부재의 개수가 확장될 수 있음을 이해할 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.

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

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 스위칭 조작 센싱 장치는, 커패시티브 센싱을 수행하는 커패시티브 센싱 파트(CSP) 및 인덕티브 센싱을 수행하는 인덕티브 센싱 파트(ISP)를 포함한다.

상기 커패시티브 센싱 파트(CSP)는, 전자 기기의 하우징(500)과 일체로 이루어진 제1 스위치부재(SM1)와, 제1 커패시턴스 회로에 포함되는 제1 커패시터 소자(621)와, 제1 인덕턴스 회로에 포함되는 제1 코일요소(611)와, 상기 제1 커패시턴스 회로와 제1 인덕턴스 회로에 의해 결정되는 제1 공진주파수를 포함하는 제1 발진신호를 생성하는 회로부(CS)를 포함할 수 있다.

상기 인덕티브 센싱 파트(ISP)는, 전자 기기의 하우징(500)과 일체로 이루어진 제2 스위치부재(SM2)와, 제2 커패시턴스 회로에 포함되는 제2 커패시터 소자(622)와, 제2 인덕턴스 회로에 포함되는 제2 코일요소(612)와, 상기 제2 커패시턴스 회로와 제2 인덕턴스 회로에 의해 결정되는 제2 공진주파수를 갖는 제2 발진신호를 생성하는 상기 회로부(CS)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 회로부(CS)는 커패시티브 센싱 파트(CSP) 및 인덕티브 센싱 파트(ISP)중 하나에 포함될 수 있으며, 이에 한정되지는 않는다.

상기 1 스위치부재(SM1)는, 상기 하우징(500)의 재료와 동일한 재료를 포함하고, 상기 제2 스위치부재(SM2)는, 상기 제1 스위치부재(SM1)와 이격되어 배치되고, 상기 하우징(500)의 재료와 동일한 재료를 포함할 수 있다.

먼저, 도 2에 도시된 커패시티브 센싱 파트(CSP)를 설명하면, 상기 제1 코일요소(611)는, 일면이 상기 제1 스위치부재(SM1)의 내측면에 부착되고, 그 타면이 제1 브라켓(301)과 이격된 제1 기판(200)의 일면에 실장될 수 있다.

일 예로, 상기 제1 기판(201)의 일면에는 제1 스위치부재(SM1)의 내측면에 부착된 제1 코일요소(611)가 실장되고, 상기 제1 기판(201)의 타면에는 회로부(CS) 및 제1 커패시터 소자(621)가 실장될 수 있다.

상기 제1 브라켓(301)은 제1 기판(201)(또는 제1 코일요소(611)와 일정 간격을 두고 배치될 수 있다. 일 예로, 제1 브라켓(310)은 금속과 같은 도전체가 될 수 있고, 제1 스위칭 조작 센싱 장치가 적용되는 전자 기기의 내부 구조물에 부착될 수 있고, 별도의 지지 부재를 이용하여 지지될 수 있다. 상기 제1 브라켓(301)은 상기 제1 코일요소(611)(또는 제1 기판)와 일정한 간격을 유지하는 한 특별한 구조에 한정되지 않는다.

부연하면, 상기 제1 기판(201)에 상기 회로부(CS), 제1 코일요소(611), 및 제2 커패시터 소자(621)가 배치되어, 상기 제1 기판(201)을 통해 상기 회로부(CS), 제1 코일요소(611), 및 제1 커패시터 소자(621)는 전기적으로 연결될 수 있다.

다음, 도 2에 도시된 인덕티브 센싱 파트(ISP)를 설명하면, 상기 제2 코일요소(612)는, 그 일면이 상기 제2 스위치부재(SM2)의 내측면과 이격되어 상기 제2 스위치부재(SM2)와 마주볼 수 있고, 그 타면은 제2 기판(202)의 일면에 접촉될 수 있다.

상기 제2 기판(202)의 일면에는 제2 코일요소(612) 및 제2 커패시터 소자(622)가 실장될 수 있고, 상기 제2 기판(202)의 타면에는 제1 브라켓(302)이 부착될 수 있다.상기 제2 브라켓(320)은, 제2 코일요소(612) 및 제2 커패시터 소자(622)가 실장된 제2 기판(202)을 지지할 수 있다. 따라서 상기 제2 브라켓(302)에 의해, 상기 제2 기판(202)이 상기 제2 스위치부재(SM2)의 내측면과 일정 간격(gap)만큼 유지될 수 있다.

상기 제2 브라켓(320)의 실장면에는 제2 기판(202)(예, FPCB)의 타면이 부착될 수 있다. 상기 제1 기판(201)과 제2 기판(202)은, 도 2에 도시된 바와같이, 하나의 기판(200)으로 이루어질 수 있으며, 이에 한정되지는 않는다. 이 경우, 상기 기판(200)은 FPCB로 이루어질 수 있고, 상기 제1 기판(201)과 제2 기판(202)을 포함할 수 있다.

기판(200)은 인쇄 회로 기판(PCB) 또는 연성 인쇄 회로 기판(FPCB)이 될 수 있으며 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.

상기 제2 기판(202) 및 제1 기판(201)을 포함하는 기판(200)을 통해 상기 회로부(CS), 제2 코일요소(612), 및 제2 커패시터 소자(622)는 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 제1 브라켓(310) 및 제2 브라켓(320)은, 도 2에 도시된 바와같이, 하나의 브라켓(300)으로 이루어질 수 있으며, 이에 한정되지는 않는다.

도 2의 A방향의 하우징 정면도를 참조하면, 일 예로, 하우징(500)은 메탈과 같은 전도체로 이루어질 수 있다. 제1 스위치부재(SM1) 및 제2 스위치부재(SM2)는 상기 하우징(500)과 일체로 이루어지고, 하우징(500)과 동일한 메탈과 같은 전도체로 이루어질 수 있다.

도 2의 A방향의 제1 및 제2 코일요소(611,612) 정면도를 참조하면, 예를 들어, 제1 코일요소(611)는 제1 접속 패드(PA1)와 제2 접속 패드(PA2) 사이에 권선타입으로 연결된 코일패턴(611-P)을 포함하고, 이 코일패턴(611-P)은 코일기판(611-S)상에 형성된 PCB 패턴일 수 있다. 상기 제1 접속 패드(PA1)와 제2 접속 패드(PA2)는 상기 제1 및 제2 기판(201,202)을 통해 상기 회로부(CS) 및 제1 커패시터 소자(621)와 전기적으로 연결될 수 있다.

또한, 제2 코일요소(612)는 제1 접속 패드(PA1)와 제2 접속 패드(PA2) 사이에 권선타입으로 연결된 코일패턴(612-P)을 포함하고, 이 코일패턴(612-P)은 코일기판(612-S)상에 형성된 PCB 패턴일 수 있다. 상기 제1 접속 패드(PA1)와 제2 접속 패드(PA2)는 상기 제1 및 제2 기판(201,202)을 통해 상기 회로부(CS) 및 제2 커패시터 소자(622)와 전기적으로 연결될 수 있다.

도 2에서, 회로부(CS)가 기판(200)중 제1 기판(201)에 실장된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않으며 상기 기판(200)의 어디라도 실장될 수 있으며, 다른 예로 제2 기판(202)에 실장될 수 있다.

전술한 바와같이, 커패시티브 센싱 파트(CSP)에서, 제1 코일요소(611)와 제1 브라켓(310)은 일정 간격 떨어져 있고, 제1 코일요소(611)의 형태는 특별히 정해진 형태일 필요는 없으며, 원 또는 사각 등 다양한 패턴이 가능하며, PCB 자체로 플렉시블 PCB(FPCB)로 구성 가능하고, 일 예로 제1 코일요소(611)는 칩 인더터가 될 수도 있다. 또한, 제1 기판(201)은 FPCB가 될 수 있고, FPCB 외의 여러 가지 종류의 PCB 모두 가능하다.

이러한 커패시티브 센싱 파트(CSP)에 의해서, 하우징(500)의 제1 스위치부재(SM1)를 터치하면 제1 스위치부재(SM1) 및 제1 코일요소(611)에 기생 커패시터가 형성되어 커패시턴스가 변하고, 이에 따라 커패시티브 센싱이 가능하게 된다.

인덕티브 센싱 파트(ISP)에서, 제2 코일요소(612)는 제2 스위치부재(SM2)와 일정 간격 떨어져 있고, 제2 코일요소(612)의 형태는 특별히 정해진 형태일 필요는 없으며, 원 또는 사각 등 다양한 패턴이 가능하며, PCB 자체로 플렉시블 PCB(FPCB)로 구성 가능하고, 일 예로 제2 코일요소(612)는 칩 인더터가 될 수도 있다.

또한, 제2 기판(202)은 FPCB가 될 수 있고, FPCB 외의 여러 가지 종류의 PCB 모두 가능하다. 일 예로, 제2 코일요소(612)의 하부면에는 페라이트 시트(미도시됨)가 배치될 수 있다.

도 2에 도시된 바와같이, 제2 코일요소(612)(예, PCB 코일), 및 제2 커패시터 소자(622)(예, MLCC)가 배치되어 있는 제2 기판(202)은, 제2 브라켓(320)에 탑재되고, 상기 제2 브라켓(320)에 의해서, 제2 코일요소(612)와 제2 스위치부재(SM2) 사이의 거리가 일정하게 유지될 수 있다.

이러한 인덕티브 센싱 파트(ISP)에 의해서, 제2 스위치부재(SM2)를 힘(포스)으로 누르면 제2 스위치부재(SM2)가 눌려짐에 의해 제2 스위치부재(SM2)와 제2 코일요소(612) 사이의 거리가 변하고, 이러한 거리 변화에 기인하여 제2 코일요소(612)의 인덕턴스가 변하고, 이에 따라 인덕티브 센싱이 가능하다.

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 이상)의 메탈로 이루어지는 경우에는, 2개의 제1 및 제2 스위치부재(SM1,SM2)간의 간섭을 줄일 수 있어서, 실제로 전자기기에 적용될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같은 본 실시 예에 의한 듀얼 센싱 구조를 이용하면, 커패시티브 센싱과 인덕티브 센싱의 두 가지 센싱을 모두 수행할 수 있어서, 터치 및 포스를 모두 검출할 수 있다.

본 서류에서, 터치(Touch) 입력은 사람 손과 같은 전도체가 하우징의 제1 스위치부재를 근접 또는 터치하여 터치에 의해 생성되는 기생 커패시턴스에 의해서 공진주파수가 낮아지는 경우를 의미한다. 포스(Force) 입력은 사람 손과 같은 전도체 또는 플라스틱과 같은 비전도체가 하우징의 제2 스위치부재를 누르는 힘에 의해, 제2 스위치부재와 제2 코일요소와의 거리 변화가 생기고, 이러한 거리 변화에 기인하여 인덕턴스의 변화에 의해서 공진주파수가 높아지는 경우를 의미한다.

본 발명의 스위칭 조작 센싱 장치의 구조는 도 2에 한정되지 않으며, 제2 브라켓을 이용하여, 제2 스위치부재(SM2)와 제2 코일요소(612)간의 일정 간격을 유지할 수 있어서 제2 스위치부재(SM2)에 포스 인가시 인덕티브 센싱이 가능하고, 또한, 제1 스위치부재(SM1)에 터치 인가시 제1 스위치부재(SM1)와 제1 코일요소(611)사이의 제1 기판(201)에 기생 커패시턴스가 형성되어 커패시티브 센싱이 가능한 구조이면 본 발명의 사상에 포함될 수 있다.

본 발명의 각 실시 예에 따른 스위치 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.본 서류에서, 제1 및 제2 스위치부재(SM1,SM2)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 2에 도시된 커패시티브 센싱 파트(CSP) 및 인덕티브 센싱 파트(ISP)는 하나의 예시에 불과하므로, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 조작 센싱 장치의 회로 예시도이다.

도 3을 참조하면, 발명의 일 실시 예에 따른 스위칭 조작 센싱 장치는, 조작 입력부(SWP), 발진회로(600), 주파수 디지털 컨버터(700), 및 터치-포스 검출회로(800)를 포함할 수 있다.

상기 조작 입력부(SWP)는, 전술한 바와같이, 전자 기기의 하우징(500)과 일체로 이루어지고, 서로 다른 위치에 배치된 제1 및 제2 스위치부재(SM1,SM2)를 포함할 수 있다.

상기 발진회로(600)는, 상기 제1 스위치부재(SM1)의 터치시 가변되는 커패시턴스에 기초한 제1 발진신호(LCosc1)와, 상기 제2 스위치부재(SM2)에 포스 인가시 가변되는 인덕턴스에 기초한 제2 발진신호(LCosc2)중 적어도 하나를 생성할 수 있다.

일 예로, 상기 발진회로(600)는, 제1 발진회로(601) 및 제2 발진회로(602)를 포함할 수 있고, 제1 발진회로(601)는 상기 제1 스위치부재(SM1)의 터치시 가변되는 커패시턴스에 기초한 제1 발진신호(LCosc1)를 생성할 수 있고, 제2 발진회로(602)는, 상기 제2 스위치부재(SM2)에 포스 인가시 가변되는 인덕턴스에 기초한 제2 발진신호(LCosc2)를 생성할 수 있다.

상기 제1 발진회로(601)의 커패시턴스 회로(610-1, 도 4)는, 제1 커패시터 소자(621)를 포함하여, 전도체 또는 비전도체 등에 의한 터치시 가변되는 커패시턴스를 가질 수 있다. 상기 제1 발진회로(601)의 인덕턴스 회로(620-1, 도 4)는, 제1 코일요소(611)를 포함하여, 인덕턴스를 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 발진회로(601)는, 상기 제1 스위치부재(SM1)의 터치에 기초해 가변되는 제1 공진주파수를 갖는 제1 발진신호(LCosc1)를 생성하여 출력할 수 있다.

상기 제2 발진회로(602)의 커패시턴스 회로(610-2, 도 4)는, 제2 커패시터 소자(622)를 포함하여 커패시턴스를 가질 수 있다. 상기 제2 발진회로(602)의 인덕턴스 회로(620-2, 도 4)는, 제2 코일요소(612)를 포함하고, 전도체 또는 비전도체 등에 의한 포스 인가시 가변되는 인덕턴스를 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 발진회로(602)는, 상기 제2 스위치부재(SM2)의 포스(압력) 입력에 기초해 가변되는 공진주파수를 갖는 제2 발진신호(LCosc2)를 생성하여 출력할 수 있다

상기 주파수 디지털 컨버터(700)는, 상기 발진회로(600)로부터의 상기 제1 발진신호(LCosc1)를 제1 카운트값(C_CNT)으로 변환하고, 상기 제2 발진신호(LCosc2)를 제2 카운트값(L_CNT)으로 변환할 수 있다.

예를 들어, 상기 주파수 디지털 컨버터(700)는, 상기 제1 발진신호를 이용하여 클럭 신호를 카운팅하여 상기 제1 카운트값(C_CNT))을 생성하고, 상기 제2 발진신호를 이용하여 클럭 신호를 카운팅하여 상기 제2 카운트값(L_CNT))을 생성할 수 있다.

일 예로, 상기 주파수 디지털 컨버터(700)는, 제1 주파수 디지털 컨버터(701) 및 제2 주파수 디지털 컨버터(702)를 포함할 수 있다.

제1 주파수 디지털 컨버터(701)(FDC1)는, 상기 제1 발진회로(601)로부터의 상기 제1 발진신호(LCosc1)를 이용하여 클럭 신호를 카운팅하여 상기 제1 발진신호(LCosc1)를 제1 카운트값(C_CNT)으로 변환할 수 있다.

제2 주파수 디지털 컨버터(702)(FDC2)는, 상기 제2 발진회로(602)로부터의 상기 제2 발진신호(LCosc2)를 이용하여 클럭 신호를 카운팅하여 상기 제2 발진신호(LCosc2)를 제2 카운트값(L_CNT)으로 변환할 수 있다.

그리고 상기 터치-포스 검출회로(800)는, 상기 주파수 디지털 컨버터(700)로부터 입력되는 상기 제1 카운트값(C_CNT)에 기초해 터치를 검출하여 제1 검출신호(T_DET)를 생성화고, 상기 제2 카운트값(L_CNT)에 기초해 포스를 검출하여 제2 검출 신호(F_DF)를 생성할 수 있다.

본 서류에서, 제1 및 제2 카운트값(C_CNT, L_CNT)은 아날로그 신호처리가 아닌 디지털 신호처리에 의한 카운트 처리 동작에 의해서 생성되는 디지털값이다. 따라서, 상기 제1 및 제2 카운트값(C_CNT, L_CNT)은 단순 아날로그 증폭기에 의한 신호 증폭에 의해 생성될 수 없으며, 본 발명에서 제안하는 주파수 디지털 컨버터(700)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 4는 발진회로의 일 예시도이다.

도 4를 참조하면, 상기 제1 발진회로(601)는, 제1 인덕턴스 회로(610-1), 제1 커패시턴스 회로(620-1) 및 제1 증폭회로(630-1)를 포함할 수 있다.

상기 제1 인덕턴스 회로(610-1)는, 상기 제1 스위치부재(SM1)의 내측면에 배치된 제1 코일요소(611)를 구비하여, 인덕턴스를 포함할 수 있다.

상기 제1 커패시턴스 회로(620-1)는, 상기 인덕턴스 회로(610-1)에 연결된 제1 커패시턴스 소자(621)를 구비하고, 상기 제1 스위치부재(SM1)의 터치시 가변되는 커패시턴스를 포함할 수 있다.

상기 제1 증폭회로(630-1)는, 상기 제1 인덕턴스 회로(610-1) 및 제1 커패시턴스 회로(620-1)에 의해 결정되는 제1 공진주파수(fres1)를 갖는 제1 발진신호(LCosc1)를 생성할 수 있다. 일 예로, 상기 제1 증폭회로(630-1)는 적어도 하나의 인버터를 포함할 수 있고, 또는 차동 증폭회로를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2 발진회로(602)는, 제2 인덕턴스 회로(610-2), 제2 커패시턴스 회로(620-2), 및 제2 증폭회로(630-2)를 포함할 수 있다.

제2 인덕턴스 회로(610-2)는, 상기 제2 스위치부재(SM2)의 내측면과 이격되어 배치된 제2 코일요소(612)를 구비하여, 상기 제2 스위치부재(SM2)에 포스 인가시 가변되는 인덕턴스를 포함할 수 있다.

제2 커패시턴스 회로(620-2)는, 상기 제2 인덕턴스 회로(610-2)에 연결된 제2 커패시턴스 소자(622)를 구비하고, 커패시턴스를 포함할 수 있다.

제2 증폭회로(630-2)는, 상기 제2 인덕턴스 회로(610-2) 및 제2 커패시턴스 회로(620-2)에 의해 결정되는 제2 공진주파수(fres2)를 갖는 제2 발진신호(LCosc1)를 생성할 수 있다. 일 예로, 상기 제2 증폭회로(630-2)는 적어도 하나의 인버터를 포함할 수 있고, 또는 차동 증폭회로를 포함할 수 있다.

도 5의 (a)는 터치 없는 경우의 제1 발진회로의 예시도이고, 도 5의 (b)는 터치 있는 경우의 제1 발진회로의 예시도이다.

도 5의 (a)를 참조하여, 제1 스위치부재(SM1)에 터치가 없는 경우에 대한 제1 발진회로(601)의 동작을 설명한다.

도 4 및 도 5의 (a)를 참조하면, 제1 발진회로(601)는, 제1 코일요소(611)의 인덕턴스(Lind)를 포함하는 제1 인덕턴스 회로(610-1)와, 상기 제1 커패시터 소자(621)의 커패시턴스(Cext)(2Cext,2Cext)를 포함하는 제1 커패시턴스 회로(620-1)를 포함하는 병렬 LC 발진회로가 될 수 있다.

일 예로 제1 발진회로(601)의 제1 공진 주파수(freq1)는 하기 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.

[수학식 1]

freq1 ≒ 1/2π sqrt (Lind * Cext)

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

상기 제1 발진회로(601)중 일부(예, 인버터(INT)), 주파수 디지털 컨버터(700) 및 터치-포스 검출회로(800)는 회로부(CS)에 포함될 수 있고, 상기 회로부(CS)는 집적회로(IC)로 구현될 수 있다. 상기 제1 커패시터 소자(621)는 상기 집적회로에 포함될 수도 있고, 외부에 별도의 소자(예, MLCC)로 배치될 수도 있다.

제1 코일요소(611)와 제1 커패시터 소자(621) 사이에는 저항(미도시)이 더 접속될 수 있는데, 이 저항은 정전기 방전(ESD(Electrostatic Discharge) 기능을 수행할 수 있다.

본 발명의 실시 예에서, 제1 발진회로(601)는 일 예로, LC 발진회로가 될 수 있고, 이에 한정되는 것은 아니며, 인체의 손(hand)등의 전도체에 의한 터치에 따라 가변되는 커패시턴스 및 인덕턴스를 이용하는 LC 발진회로가 될 수 있다.

또한, 도 4 및 도 5의 (b)에 도시한 바와같이, 제1 커패시턴스 회로(620-1)는, 인체의 손등의 전도체의 터치가 있는 경우에는, 제1 커패시터 소자(621)의 커패시턴스(Cext)(2Cext,2Cext)를 비롯해서, 터치시 형성되는 터치 커패시턴스(Ctouch)(Ccase,Cfinger,Cgnd)를 더 포함할 수 있다.

일 예로 제1 발진회로(601)의 제1 공진 주파수(freq1)는 하기 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.

[수학식 2]

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

Ctouch ≒ 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 하우징과 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. 이러한 정의는 본 발명의 다른 수학식에도 적용될 수 있다.

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

다시, 도 5의 (a) 및 (b)를 참조하면, 상기 발진회로(600)는 터치가 없는 경우의 제1 공진주파수(fres1)를 갖는 제1 발진신호(LCosc1) 또는 터치가 있는 경우의 제2 공진 주파수(fres2)를 갖는 재2 빌진신호(LCosc2)를 생성하여 주파수 디지털 컨버터(700)로 출력할 수 있다.

도 6의 (a)는 포스 없는 경우의 제2 발진회로의 예시도이고, 도 6의 (b)는 포스 있는 경우의 제2 발진회로의 예시도이다.

도 6의 (a)를 참조하여, 본 발명에서는 전자 기기의 하우징(500)의 제2 스위치부재(SM2)의 접촉면을 누르는 포스(압력) 입력이 가해지는 경우, 인덕티브 센싱(Inductive Sensing) 방식이 적용될 수 있으며, 이에 따라 포스를 검출할 수 있다.

도 6의 (a)를 참조하면, 전도체 또는 비전도체 등에 의해서 눌려지는 포스(압력)가 제2 스위치부재(SM2)에 가해지는 경우, 제2 스위치부재(SM2)가 눌려져서 내측으로 휘어지면서 제2 스위치부재(SM2)와 제2 코일요소(612)간의 간격이 변하고, 제2 코일요소(612)에 전류가 흐르는 동안, 주위의 도체인 제2 스위치부재(SM2)와의 거리가 변하여 와전류가 생성될 수 있다.

도 6의(b)를 참조하면, 상기 와전류에 의한 인덕턴스가 수학식3의 'Lind'에서 수학식4의 'Lind-△Lind'로 감소하여 제2 공진주파수(Fres2)가 수학식4와 같이 증가하게 되며, 이에 따라 포스를 검출할 수 있다.

[수학식 3]

Freq2 ≒ 1/2π sqrt (Lind * Cext)

[수학식 4]

Freq2 ≒ 1/2π sqrt ((Lind -△Lind)* Cext)

상기 수학식 3 및 4에서, ≒는 같을 수 있거나 유사하다는 의미이고, 여기서 유사하다는 것은 다른 값이 더 포함될 수 있다는 의미이다.

전술한 바와 같이, 듀얼 센싱 구조를 이용하여 두가지 센싱을 가능하게 하며, 터치와 포스를 검출할 수 있으며, 이러한 인식 동작에 대해서는 하기에 설명한다

도 7의 (a) 및 (b)는 코일요소의 일 예시도이다.

도 7의 (a) 및 (b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 코일요소의 일 예시도이다.

도 7의 (a) 및 (b)를 참조하면, 제1 코일요소(611)는 PCB(PrintedCircuit Board) 패턴으로 형성된 PCB 코일요소를 보이고 있다.

예를 들어, 제1 코일요소(611)는 제1 패드(PA1)와 제2 패드(PA2) 사이에 권선타입으로 연결된 코일패턴(611-P)을 포함하고, 이 코일패턴(611-P)은 PCB 패턴일 수 있다.

일 예로, 도 7의 (a)를 참조하면, 제1 면(예, 상면) 및 제2 면(예, 하면)을 갖는 양면 PCB를 이용하는 경우, 제1 패드(PA1) 및 제2 패드(PA2)는 제1 면에 배치되고, 상기 제1 패드(PA1)는 제1 면(예, 상면)을 통해 코일패턴(611-P)의 외측단과 연결되고, 상기 제2 패드(PA2)는 제2 면(예, 하면)을 통해 경유하는 경유 패턴을 통해 코일패턴(611-P)의 내측단과 연결될 수 있다.

일 예로, 도 7의 (b)를 참조하면, 제1 면(예, 상면)과 제2 면(예, 하면)을 갖는 양면 PCB를 이용하는 경우, 제1 패드(PA1) 및 제2 패드(PA2)는 제1 면에 배치되고, 제1 면(예, 상면)에는 제1 코일패턴(611-P1)이 형성되고 제2 면(예, 하면)에는 제2 코일패턴(611-P2)이 형성되며, 제1 코일패턴(611-P1)의 내측단과 제2 코일패턴(611-P2)이 관통도체를 통해 서로 연결되고, 상기 제1 코일패턴(611-P1)의 외측단은 제1 패드(PA1)에 연결되고, 상기 제2 코일패턴(611-P2)의 외측단은 관통도체를 통해 제2 패드(PA2)에 연결될 수 있다.

예를 들어, 제1 코일요소(611)는, 원형, 삼각형 및 사각형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있으며, 특별히 그 형상에 한정되지 않는다.

도 7의 (a) 및 (b)를 참조하여 제1 코일요소(611)에 대해 설명하였으나, 제2 코일요소(612)도 제1 코일요소(611)와 동일한 구조로 이루어질 수 있다.

한편, 도 7의 (a) 및 (b)는 양면 PCB 코일요소에 대한 설명과는 달리, 상기 제1 또는/및 제2 코일요소(611 또는/및 612)는 복수의 층을 갖는 다층 PCB에 구현될 수 있으며, 이 경우에는 상기 제1 면은 다층 PCB의 최상층의 상면이 될 수 있고, 상기 제2 면은 최하층의 상면이 될 수 있다.

도 7의 (a) 및 (b)는 양면을 갖는 PCB 코일요소에 대한 예시에 불과하고, 이에 한정되지 않고, 발진회로에 인덕턴스를 제공하는 PCB 코일요소이면 된다.

도 8은 코일요소 및 집적회로 및 커패시턴스 소자의 일 예시도이다.

도 8을 참조하면, 본 실시 예에서는, 다른 실시 예에서 설명한 기판(200)이 생략될 수 있음을 보이고 있다.

상기 제1 코일요소(611)는, 상기 제1 스위치부재(SM1, 도 2)를 마주보는 최상면과 그 반대측 최하면을 포함하는 다층 PCB 기판(611-S)을 포함한다.

상기 PCB 다층 기판(611-S)은 최하층, 중간층 및 최상층을 포함할 수 있고, 상기 최하층은 하부면이 될 수 있고, 상기 최상층은 상부면이 될 수 있다.

상기 다층 PCB 기판(611-S)의 최상면에 상기 제1 코일요소(611)의 제1 코일요소(611)가 배치되고, 상기 PCB 패턴(611-P)은, 상기 PCB 다층 기판(611-S)에 배치된 제1 패드(PA1)와 제2 패드(PA2) 사이에 권선타입으로 연결된 권선을 포함하고, 이 코일패턴(611-P)은 PCB 패턴일 수 있다. 상기 제1 패드(PA1)와 제2 패드(PA2)는 상기 발진회로(600)와 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 다층 PCB 기판(611-S)의 최하면에, MLCC 등의 커패시턴스 소자(621) 및 회로부(CS)가 배치될 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 코일 요소(611)는 PCB 다층 기판(611-S)과, 상기 다층 기판(611-S)에 배치된 PCB 패턴(611-P)을 포함할 수 있다. 상기 PCB 패턴(611-P)은, 상기 PCB 다층 기판(611-S)에 배치된 제1 패드(PA1)와 제2 패드(PA2) 사이에 권선타입으로 연결된 권선을 포함할 수 있다.

일 예로, 상기 PCB 패턴(611-P)은 상기 PCB 다층 기판(611-S)의 상부면에 배치될 수 있고, 상기 PCB 다층 기판(611-S)의 하부면에는 MLCC 등과 같은 제1 커패시터 소자(621)와 회로부(CS)가 직접 배치될 수 있다.

상기 회로부(CS), 제1 커패시터 소자(621) 및 PCB 패턴(611-P)은 상기 PCB 기판(611-S)을 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.

도 9의 (a),(b),(c)는 도 2의 코일요소의 배치 예시도이다.

도 9의 (a)는 도 2의 제1 코일요소(611)에 대한 일 배치 예시도이고, 도 9의 (a)를 참조하면, 제1 코일요소(611)는 제1 기판(201)중 제1 스위치부재(SM1)와 마주보는 일면에 배치될 수 있고, 상기 제1 기판(201)중 상기 제1 기판(201)의 일면의 반대측인 타면에는 회로부(CS,도2) 및 제1 커패시터 소자(621,도2)가 배치될 수 있다, 상기 제1 코일요소(611)가 배치된 제1 기판(201)의 일면이 제1 스위치부재(SM1)의 내측면과 마주보면서 나란한 방향으로 배치될 수 있다.

예를 들어, 도 9의 (a), (b), 및 (c)에서, x,y,z 3차원 좌표계에서, x축은 제1 스위치부재(SM1)의 길이 방향, y축은 제1 스위치부재(SM1)의 폭방향이고, z축은 제1 스위치부재(SM1)의 상부방향으로 정의할 수 있다.

상기 3차원 좌표계에서, 상기 제1 기판(201)과 제1 스위치부재(SM1)는 서로 이격되면서 x-y 평면 상에 배치될 수 있다.

도 9의 (b)는 도 2의 제1 코일요소(611)에 대한 다른 일 배치 예시도이고, 도 9의 (b)를 참조하면, 제1 코일요소(611)는 제1 기판(201)중 제1 스위치부재(SM1)와 마주보는 일면의 반대측인 타면에 배치될 수 있고, 상기 제1 기판(201)중 제1 스위치부재(SM1)와 마주보는 일면에는 회로부(CS,도2) 및 커패시턴스 소자(621,도2)가 배치될 수 있다, 상기 제1 코일요소(611)가 배치된 제1 기판(201)의 일면이 제1 스위치부재(SM1)의의 내측면과 마주보면서 나란한 방향으로 배치될 수 있다.

도 9의 (c)는 도 2의 제1 코일요소(611)에 대한 다른 일 배치 예시도이고, 도 9의 (c)를 참조하면, 제1 코일요소(611)는 제1 기판(201)의 일면에 배치될 수 있고, 상기 제1 기판(201)의 타면에는 회로부(CS,도2) 및 제1 커패시터 소자(621,도2)가 배치될 수 있다, 일 예로, 상기 제1 코일요소(611)가 배치된 제1 기판(201)은 제1 스위치부재(SM1)에 대해 나란한 방향이 아닌 실질적으로 수직인 방향으로 배치될 수 있다.

상기 3차원 좌표계에서, 상기 제1 기판(201)과 제1 스위치부재(SM1)는 서로 이격되면서, 제1 스위치부재(SM1)는 x-y 평면 상에 배치될 수 있고, 상기 제1 기판(201)은 x-z 평면 상에 배치될 수 있다.

도 9의 (a), (b), (c)를 참조하면, 제1 코일요소(611)가 배치되는 제1 기판(201)은 제1 스위치부재(SM1)에 대해 다양한 자세로 배치될 수 있음이 이해될 수 있다. 따라서, 제1 기판(201)의 배치 자세는 도 9의 (a), (b), (c)에 한정되지 않으며, 터치에 의한 커패시턴스 변화에 기초해 공진 주파수가 가변될 수 있는 한, 배치 자세는 특별히 제한되지 않는다.

도 10은 제1 주파수 디지털 컨버터의 일 예시도이다.

도 10을 참조하면, 상기 제1 주파수 디지털 컨버터(FDC1)(701)는, 제1 주파수 다운 컨버터(710-1), 제1 주기 타이머(720-1) 및 제1 CIC(Cascaded Integrator-Comb) 필터회로(730-1)를 포함할 수 있다.

상기 제1 주파수 다운 컨버터(710-1)는, 카운팅 하고자 하는 제1 주기 타이머(720-1)의 시간주기의 기준이 되는 기준클럭(CLK_ref)을 입력받아서 기준클럭(CLK_ref)의 주파수를 다운 시킨다.

예를 들어, 제1 주파수 다운 컨버터(710-1)에 입력되는 기준클럭(CLK_ref)은, 제1 발진신호(LSosc1) 및 기준 신호(fref)중에서 어느 하나가 될 수 있다. 일 예로, 기준클럭(CLK_ref)이 제1 발진신호(LSosc1)인 경우, 이 제1 발진신호(LSosc1)는 'DOSC_ref1 = LSosc1/M'와 같이 주파수가 다운되고, 여기서 M은 외부에 미리 셋팅될 수 있다. 다른 일 예로, 기준클럭(CLK_ref)이 기준 신호(fref)인 경우, 상기 기준클럭(CLK_ref)은, 'DOSC_ref1 = fref/N'와 같이, 주파수가 다운되고, 여기서 N은 외부에 미리 셋팅될 수 있다.

상기 제1 주기 타이머(720-1)는, 상기 제1 주파수 다운 컨버터(710-1)로부터 입력받은 상기 제1 분주된 기준 클럭신호(DOSC_ref1)의 1주기 시간을, 샘플클럭(CLK_spl)(예, 제1 발진신호(LCosc1))를 이용해 카운팅 하여 생성된 제1 주기 카운트값(PCV1)을 출력할 수 있다.

일 예로, 상기 제1 CIC 필터회로(730-1)는 상기 제1 주기 타이머(720-1)로부터 입력받은 상기 제1 주기 카운트값(PCV1)에 대해 누적증폭을 수행하여 생성된 상기 제1 카운트값(C_CNT)을 출력할 수 있다.

일 예로, 상기 제1 CIC 필터회로(730-1)는, 데시메이터 CIC 필터를 포함할 수 있다.

일 예로, 상기 데시메이터 CIC 필터는, 상기 제1 주기 타이머(720-1)로부터 입력받은 상기 제1 주기 카운트값(PCV1)에 대해 누적증폭을 수행하여 생성된 상기 제1 카운트값(C_CNT)을 출력할 수 있다. 예를 들어, 상기 데시메이터 CIC 필터는, 사전에 설정된 적분 스테이지 차수, 데시메이터 팩터, 및 콤브 미분 지연차수에 기초해 결정된 상기 누적 이득을 이용하여 상기 제1 주기 타이머로부터의 제1 주기 카운트값에 대해 누적증폭을 수행하고, 상기 누적 증폭된 제1 주기 카운트값을 제공할 수 있다.

다른 일 예로, 상기 제1 CIC 필터회로(730-1)는 1차 CIC 필터를 더 포함할 수 있다. 상기 1차 CIC 필터는, 상기 데시메이터 CIC 필터로부터의 출력을 이동평균을 취해 노이즈를 제거할 수 있다.

예를 들어, 상기 데시메이터 CIC 필터는 입력받은 제1 주기 카운트값(PCV1)에 대해 누적 이득을 이용한 증폭을 수행하여 하기 수학식 3와 같은 제1 카운트값(C_CNT)을 출력할 수 있다.

[수학식 3]

C_CNT = (N * LCosc1)/(M * fref)

상기 수학식 3에서, LCosc1은 제1 발진신호의 주파수가 될 수 있고, fref는 기준 주파수이고, N은 기준주파수(예, 32Khz) 분주비이고, M은 센싱 공진주파수의 분주비이다.

상기 수학식 2에 보인 바와 같이, 제1 발진주파수(LCosc1)를 기준 주파수(fref)로 나눈다는 것은, 기준 주파수(fref)의 주기를 제1 공진주파수(LCosc1)를 이용하여 카운트한다는 의미로, 이와 같은 방식으로 상기 제1 카운트값(C_CNT)을 구하면, 낮은 기준 주파수(fref)를 이용하는 것이 가능하고, 카운트의 정밀도를 높일 수 있다는 장점이 있다.

예를 들어, 상기 데시메이터 CIC 필터가 적분회로, 데시메이터 및 미분회로를 포함하는 경우, 적분회로의 스테이지 차수(S), 데시메이터 팩터(R) 및 미분회로의 지연차수(M)에 기초해 상기 누적 이득은 [(R*M)^S]와 같이 구해질 수 있다. 일 예로, 적분회로의 스테이지 차수(S)가 4, 데시메이터 팩터(R)가 1, 미분회로의 지연차수(M)가 4인 경우, 상기 누적 이득은 256[(1*4)^4]이 될 수 있다.

도 11은 제2 주파수 디지털 컨버터의 일 예시도이다.

도 11을 참조하면, 상기 제2 주파수 디지털 컨버터(FDC2)(702)는, 제2 주파수 다운 컨버터(710-2), 제2 주기 타이머(720-2) 및 제2 CIC(Cascaded Integrator-Comb) 필터회로(730-2)를 포함할 수 있다.

제2 주파수 다운 컨버터(710-2)는 도 6의 제1 주파수 다운 컨버터(711-1)와 동일한 동직을 수행할 수 있으며, 일 예로, 상기 제2 주파수 다운 컨버터(710-2)는, 기준 주파수 신호(fref)를 기준 주파수 분주비(N)를 이용해 분주하여 제2 분주된 기준 클럭신호(DOSC_ref2= fref/N)를 생성할 수 있다.

제2 주기 타이머(720-2)는 도 11의 제1 주기 타이머(720-1)와 동일한 동작을 수행할 수 있으며, 일 예로, 상기 제2 주기 타이머(720-2)는 상기 제2 주파수 다운 컨버터(710-2)로부터 입력받은 상기 제2 분주된 기준 클럭신호(DOSC_ref2)의 1주기 시간을, 상기 제2 발진신호(LCosc2)를 이용해 카운팅 하여 생성된 제2 주기 카운트값(PCV2)을 출력할 수 있다.

상기 제2 CIC(Cascaded Integrator-Comb) 필터회로(730-2)는 도 11의 제1 CIC(Cascaded Integrator-Comb) 필터회로(730-1)와 동일한 동작을 수행할 수 있으며, 일 예로, 제2 CIC(Cascaded Integrator-Comb) 필터회로(730-2)는 상기 제2 주기 타이머(720-2)로부터 입력받은 상기 제2 주기 카운트값(PCV2)에 대해 누적증폭을 수행하여 생성된 상기 제2 카운트값(L_CNT)을 출력할 수 있다.

도 12는 도 10의 제1 주기 타이머의 동작 설명도이다.

도 12를 참조하면, 전술한 바와같이, 기준클럭(CLK_ref)은, 제1 발진신호(LCosc1) 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, 기준클럭(CLK_ref)은, 제1 발진회로(601)로부터 입력되는 제1 발진신호(LCosc1)이면 샘플클럭(CLK_spl)은 기준 신호(fref)가 될 수 있고, 제1 발진신호(LCosc1)가 분주비(M)으로 분주되는 경우에 분주된 발진신호는 'LCosc1/M'가 될 수 있다.

또는, 기준클럭(CLK_ref)이 기준 신호(fref)이면 샘플클럭(CLK_spl)은 제1 발진신호(LCosc1)가 될 수 있고, 이 경우, 분주된 기준신호는 'fref /N'가 될 수 있다.

도 13은 도 12의 제2 주기 타이머의 동작 설명도이다.

도 13을 참조하면, 전술한 바와같이, 기준클럭(CLK_ref)은, 제2 발진신호(LCosc2) 및 기준 주파수 신호(fref)중에서 어느 하나가 될 수 있다.

일 예로, 기준클럭(CLK_ref)은, 제2 발진회로(602)로부터 입력되는 제2 발진신호(LCosc2)이면 샘플클럭(CLK_spl)은 기준 신호(fref)가 될 수 있고, 제2 발진신호(LCosc2)가 분주비(M)으로 분주되는 경우에 분주된 발진신호는 'LCosc2/M'가 될 수 있다.

또는, 기준클럭(CLK_ref)이 기준 신호(fref)이면 샘플클럭(CLK_spl)은 제2 발진신호(LCosc2)가 될 수 있고, 이 경우, 분주된 기준신호는 'fref /N'가 될 수 있다.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치-포스 검출회로(800)의 일 예시도이다.

도 14를 참조하면, 상기 터치-포스 검출회로(800)는, 상기 주파수 디지털 컨버터(700)로부터 입력받은 제1 카운트값(C_CNT) 및 제2 카운트값(L_CNT) 각각을 미분하여 제1 및 제2 차분값(Diff1, Diff2)을 생성하고, 상기 제1 및 제2 차분값(Diff1, Diff2)을 기설정된 터치 임계치(T_TH) 및 포스 임계치(F_TH) 각각과 비교하여, 그 비교결과에 기초해 터치에 대응되는 제1 검출신호(T_Det) 또는 포스에 대응되는 제2 검출 신호(F_Det)를 출력할 수 있다.

예를 들어, 도 14을 참조하면, 터치-포스 검출회로(800)는 제1 딜레이회로(810-1), 제2 딜레이회로(810-2), 제1 감산회로(820-1), 제2 감산회로(820-2), 및 터치-포스 검출기(830)를 포함할 수 있다.

제1 딜레이회로(810-1)는 상기 제1 주파수 디지털 컨버터(701)로부터 입력받은 상기 제1 카운트값(C_CNT)을 제1 딜레이 제어 신호(Delay_Ctrl)에 기초로 결정된 시간만큼 딜레이하여 생성된 제1 딜레이 카운트값(C_CNT_Delay)을 출력한다. 제1 딜레이 제어 신호(Delay_Ctrl_1)에 따라, 딜레이 시간이 결정될 수 있다.

제2 딜레이회로(810-2)는 상기 제2 주파수 디지털 컨버터(702)로부터 입력받은 상기 제2 카운트값(L_CNT)을 제2 딜레이 제어 신호(Delay_Ctr2)에 기초로 결정된 시간만큼 딜레이하여 생성된 제2 딜레이 카운트값(L_CNT_Delay)을 출력한다. 제2 딜레이 제어 신호(Delay_Ctrl_2)에 따라, 딜레이 시간이 결정될 수 있다.

제1 감산회로(820)는 상기 제1 딜레이회로(810-1)로부터의 상기 제1 딜레이 카운트값(C_CNT_Delay)에서 상기 제1 카운트값(C_CNT)을 감산하여 생성된 제1 차분값(Diff1)을 출력한다. 여기서, 제1 차분값(Diff1)은 제1 카운트 값(C_CNT)의 슬로프 변화가 될 수 있다. 제1 카운트 값(C_CNT)은 현재 카운트된 값에 해당하고, 제1 딜레이 카운트 값(C_CNT_Delay)은 현재로부터 소정의 딜레이 시간 이전에 카운트된 값에 해당한다.

제2 감산회로(820)는 상기 제2 딜레이회로(810-2)로부터의 상기 제2 딜레이 카운트값(L_CNT_Delay)에서 상기 제2 카운트값(L_CNT)을 감산하여 생성된 제2 차분값(Diff2)을 출력한다. 여기서, 제2 차분값(Diff2)은 제2 카운트 값(L_CNT)의 슬로프 변화가 될 수 있다. 제2 카운트 값(L_CNT)은 현재 카운트된 값에 해당하고, 제2 딜레이 카운트 값(L_CNT_Delay)은 현재로부터 소정의 딜레이 시간 이전에 카운트된 값에 해당한다.

터치-포스 검출기(830)는 상기 제1 차분값(Diff1) 및 상기 제2 차분값(Diff2) 각각을 기설정된 터치 임계치(T_TH) 및 포스 임계치(F_TH) 각각과 비교하여, 그 비교결과에 기초해 터치에 대응되는 제1 레 벨을 갖는 제1 검출신호(T_DET)와, 포스에 대응되는 제2 레벨을 갖는 상기 제2 검출 신호(F_DF)를 출력한다.

예를 들어, 터치-포스 검출기(830)는, 제1 감산회로(820-1)에서 출력되는 터치 슬로프에 대한 제1 차분값(Diff1), 터치 구간(T_TH, TU_Hys, TL_Hys)과 비교하여, 제1 차분값(Diff1)이 터치 구간(T_TH, TU_Hys, TL_Hys) 보다 작으면, 터치로 인식할 수 있고 하이 레벨의 제1 검출 신호(DF1: Detect_Flag1)(T_Det)를 출력하고, 이와 달리, 제1 차분값(Diff1)이 터치 구간(T_TH, TU_Hys, TL_Hys) 보다 큰 경우, 노터치(No Touch)로 인식할 수 있고 로우 레벨의 제1 검출 신호(DF1)(T_Det)를 출력할 수 있다.

여기서, 상기 터치 구간(T_TH, TU_Hys, TL_Hys)에서, T_TH는 터치 임계치, TU_Hys 및 TL_Hys은 터치 히스테리시스의 상한치 및 하한치이다. 이와 같이, 터치 히스테리시스의 상한치 및 하한치를 이용하는 경우, 터치는 터치 히스테리시스의 상한치를 기준으로 판단하고, 터치 해제는 터치 히스테리시스의 하한치를 기준으로 판단할 수 있다.

또한, 터치-포스 검출기(830)는, 제2 감산회로(820-2)에서 출력되는 포스 슬로프에 대한 제2 차분값(Diff2), 포스 구간(F_TH, FU_Hys, FL_Hys)과 비교하여, 제2 차분값(Diff2)이 포스 구간(F_TH, FU_Hys, FL_Hys) 보다 작으면, 노포스(No Force)로 인식할 수 있고 로우 레벨의 제2 검출 신호(DF2: Detect_Flag2)(F_Det)를 출력하고, 이와 달리, 제2 차분값(Diff2)이 포스 구간(F_TH, FU_Hys, FL_Hys) 보다 큰 경우, 포스로 인식할 수 있고 하이 레벨의 검출 신호(DF2)(F_Det)를 출력할 수 있다.

여기서, 상기 포스 구간(F_TH, FU_Hys, FL_Hys)에서, F_TH는 포스 임계치이고, FU_Hys 및 FL_Hys는 포스 히스테리시스의 상한치 및 하한치이다. 이와 같이, 포스 터치 히스테리시스의 상한치 및 하한치를 이용하는 경우, 포스는 포스 히스테리시스의 상한치를 기준으로 판단하고, 포스 해제는 포스 히스테리시스의 하한치를 기준으로 판단할 수 있다.

이와 같이, 슬로프에 대한 제1 및 제2 차분값(Diff1,Diff2)을 이용하면 온도 드리프트에 대한 오류를 방지할 수 있고, 또한 터치 구간(T_TH, TU_Hys, TL_Hys) 및 포스 구간(F_TH, FU_Hys, FL_Hys)을 이용하면 센싱 정확도를 개선할 수 있다.

도 15는 도 14의 터치-포스 검출회로의 일 예시도이다.

도 14 및 도 15를 참조하면, 상기 터치-포스 검출기(830)는, 터치 검출회로(830-1) 및 포스 검출회로(830-2)를 포함할 수 있다.

터치 검출회로(830-1)는, 상기 제1 차분값(Diff1)을 기설정된 터치 임계치(T_TH)와 비교하여, 그 비교결과에 기초해 터치에 대응되는 제1 레 벨을 갖는 상기 제1 검출신호(T_DET)를 출력할 수 있다.

포스 검출회로(830-2)는, 상기 제2 차분값(Diff2)을 기설정된 포스 임계치(F_TH)와 비교하여, 그 비교결과에 기초해 포스에 대응되는 제2 레벨을 갖는 상기 제2 검출 신호(F_DF)를 출력할 수 있다.

일 예로, 상기 터치 검출회로(830-1)는 터치 슬로프 방향 검출기(830-11) 및 터치 검출기(830-12)를 포함한다. 상기 포스 검출회로(830-2)는 포스 슬로프 방향 검출기(830-21) 및 포스 검출기(830-22)를 포함한다.

일 예로, 터치 슬로프 방향 검출기(830-11)는, 터치 슬로프 크기 및 방향을 검출할 수 있다. 터치 검출기(830-12)는, 상기 터치 슬로프 방향 검출기(830-11)에서 검출된 상기 터치 슬로프 크기 및 방향에 기초하여, 터치 슬로프 방향이 하강(-방향)인 경우, 상기 터치 슬로프 크기인 상기 제1 차분값(Diff1)을, 터치 상한치(TU_Hys)와 비교하여 이상이면 터치를 인식할 수 있다. 그리고, 터치 인식후, 터치 슬로프 방향이 상승(+방향)인 경우, 상기 터치 슬로프 크기인 상기 제1 차분값(Diff1)을, 터치 하한치(TL_Hys)와 비교하여 이상이면 터치 해제를 판단할 수 있다.

전술한 바와같이, 터치 임계치(T_TH)와 더불어 안정성을 확보하기 위해 임계치 근처로 터치 히스테리시스 상한치(TU_Hys), 터치 히스테리스 하한치(TL_Hys)를 설정할 수 있다.

이에 반해, 포스 슬로프 방향 검출기(830-21)는 포스 슬로프 크기 및 방향을 검출할 수 있다. 포스 검출기(830-22)는, 상기 포스 슬로프 방향 검출기(830-21)에서 검출된 상기 포스 슬로프 크기 및 방향에 기초하여, 포스 슬로프 방향이 상승(+방향)인 경우, 상기 포스 슬로프 크기인 상기 제2 차분값(Diff2)을, 포스 상한치(FU_Hys)와 비교하여 이상이면 포스를 인식할 수 있다. 그리고, 포스 인식후, 포스 슬로프 방향이 하강(-방향)인 경우, 상기 포스 슬로프 크기인 상기 제2 차분값(Diff2)을, 포스 하한치(FL_Hys)와 비교하여 이상이면 포스 해제를 판단할 수 있다. 전술한 바와같이, 포스 임계치(F_TH)와 더불어 안정성을 확보하기 위해 임계치 근처로 포스 히스테리시스 상한치(FU_Hys), 포스 히스테리스 하한치(FL_Hys)를 설정할 수 있다.

도 16은 터치(예, 손 터치)시의 센싱 카운트값의 드리프트 및 슬로프 변화 예시도이다.

도 16를 참조하면, 제1 스위치부재(SM1,도2)를 연속해서 접촉시에는 제1 스위치부재(SM1,도2)를 통한 제1 코일요소(611,도2)의 온도변화에 의한 제1 카운트값(C_CNT)의 하강 드리프트(drift)가 발생하게 된다. 이러한 이유로 접촉여부를 판단하기 위해서는 절대적인 카운터 레벨을 사용하지 않고 슬로프(slope) 변화를 사용하면, 온도 드리프트에 의한 영향을 배제시킬 수 있다.

이에 따라, 인체 손 등에 의한 접촉은 초기상태에서 슬로프(Slope)의 변화는 반드시 하강 임계치 이하의 변화를 감지한 후, 상승 임계치 이상의 변화를 감지되기 전까지 상태로 확인할 수 있다.

도 17은 터치만(Touch only)에 의한 센싱 카운트값 예시도이고, 도 18은 포스만(Force Only)에 의한 센싱 카운트값 예시도이며, 도 19는 터치 및 포스(Touch + Force)에 의한 센싱 카운트값 예시도이다.

도 17 내지 도 19를 참조하면, 두 개의 제1 및 제2 코일요소(611,612)를 사용해서 터치와 포스를 구분하는 방식은 하기와 같다.

먼저, 메탈 케이스인 하우징과 일체로 이루어진 제1 스위치부재(SM1)에 사람 손등의 전도체가 접촉하는 경우 측정된 파형은 도 17와 같다. 제2 스위치부재(SM2)에 전도체 또는 비전도체가 포스 동작만을 수행하게 되는 경우의 파형은 도 18과 같다. 또한, 제1 스위치부재(SM1) 및 제2 스위치부재(SM2)를 손 등의 전도체로 터치하면서 힘을 주어서 누르게 되면 터치와 포스가 동시에 감지하게 되는데 그에 대한 파형은 도 19와 같다.

먼저, 도 17를 참조하면, G11은 제1 카운트값(C_CNT)이고, G12는 제2 카운트값(L_CNT)이다. 제1 스위치부재에 대해 터치만(Touch Only) 동작 시에는 커패시티브(Capacitive) 방식으로 동작하여 제1 카운트값(C_CNT)이 줄어들고, 손을 뗄 경우 제1 카운트값(C_CNT)값이 원래 상태로 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이러한 현상을 바탕으로 슬로프값을 확인하면 접촉 시 하강하고 비접촉 시 상승하는 것을 확인할 수 있다.

이와는 달리, 도 18을 참조하면, G21은 제1 카운트값(C_CNT)이고, G22는 제2 카운트값(L_CNT)이다. 제2 스위치부재에 대해 포스만(Force Only)으로 동작할 경우 인덕티브(Inductive) 방식으로 동작하여 제2 카운트값(L_CNT)값이 증가하고, 포스를 제거한 경우 제2 카운트값(L_CNT)이 원래 상태로 감소하는 것을 확인할 수 있다.

그리고, 도 19를 참조하면, G31은 제1 카운트값(C_CNT)이고, G32는 제2 카운트값(L_CNT)이다. 제1 및 제2 스위치부재에 대해, 사람 손등의 전도체에 의하여 터치와 포스를 동시에 수행할 경우, 도 19의 파형과 같이 터치하면서 동시에 힘을 주어 포스(압력)를 가하게 되면 터치동작(커패시티브 방식)에 의한 제1 카운터값(G31) 감소와 압력에 의해 하우징이 휘어지면서 제2 코일요소와 하우징과의 거리와 가까워져 발생하는 제2 카운터값(G32) 증가(인덕티브 방식)를 통해 터치와 포스를 동시에 감지할 수 있다.

도 20은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스위칭 조작 센싱 장치의 적용 예시도이다.

도 20을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 스위칭 조작 센싱 장치 의 복수의 적용예1 내지 적용예7을 보이고 있다.

도 20의 적용예1은, 블루투스 헤드셋의 동작제어용 버튼을 대체하여 적용할 수 있는 예고, 도 20의 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 20의 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 20의 적용예4는, 차량의 도어락 버튼을 대체하여 적용할 수 있는 예다. 도 20의 적용예5는, 차량의 스마트키의 버튼을 대체하여 적용할 수 있는 예다. 도 20의 적용예6은, 컴퓨터의 동작제어용 버튼을 대체하여 적용할 수 있는 예다. 그리고, 도 20의 적용예7은, 냉장고의 동작 제어를 위한 동작 버튼을 대체하여 적용할 수 있는 예이다.

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.

본 발명의 스위칭 조작 센싱 장치는 상기 언급된 장치에 한정되지 않고 스위치가 필요한 모바일 및 웨어러블 등의 장치에 적용 할 수 있다. 또한 본 발명의 터치 스위치를 적용함으로써 일체화 된 디자인을 구현할 수 있다.

전술한 본 발명의 실시 예가 모바일 기기에 적용되면, 좀더 얇고 심플하면서 깔끔한 디자인이 구현 가능하고, 커패시티브 센싱 방식과 다르게 변환기(ADC)가 필요 없고 응용구조로 스위치부재의 타겟면에 바로 붙여 구현 시 스페이저(Spacer) 구조물이 없어 쉽게 구현 가능한 장점이 있으며, 또한 방진방수 스위치 구현이 가능하며, 습한 환경에서도 기존의 센싱과 다르게 듀얼 센싱이 가능하다.

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.

10: 전자 기기
200: 기판
500: 하우징
600: 발진회로
700: 회로부
710: 주파수 디지털 컨버터
730: 터치 검출기
SWP: 조작 입력부

Claims

하우징과 일체로 이루어지고, 서로 다른 위치에 배치된 제1 스위치부재 및 제2 스위치부재를 포함하는 조작 입력부;
상기 제1 스위치부재의 터치시 가변되는 커패시턴스에 기초한 제1 발진신호와, 상기 제2 스위치부재에 포스 인가시 가변되는 인덕턴스에 기초한 제2 발진신호를 생성하는 발진회로;
상기 발진회로로부터의 상기 제1 발진신호를 제1 카운트값으로 변환하고, 상기 제2 발진신호를 제2 카운트값으로 변환하는 주파수 디지털 컨버터; 및
상기 주파수 디지털 컨버터로부터 입력되는 상기 제1 카운트값에 기초해 터치를 검출하여 제1 검출신호를 생성하고, 상기 제2 카운트값에 기초해 포스를 검출하여 제2 검출 신호를 생성하는 터치-포스 검출회로;
를 포함하는 스위칭 조작 센싱 장치.
제1항에 있어서, 상기 주파수 디지털 컨버터는
상기 제1 발진신호를 이용하여 클럭 신호를 카운팅하여 상기 제1 카운트값을 생성하고, 상기 제2 발진신호를 이용하여 클럭 신호를 카운팅하여 상기 제2 카운트값을 생성하는
스위칭 조작 센싱 장치.
제1항에 있어서, 상기 발진회로는,
상기 제1 스위치부재의 터치시 가변되는 커패시턴스에 기초한 제1 발진신호를 생성하는 제1 발진회로; 및
상기 제2 스위치부재에 포스 인가시 가변되는 인덕턴스에 기초한 제2 발진신호를 생성하는 제2 발진회로;
를 포함하는 스위칭 조작 센싱 장치.
제3항에 있어서, 상기 제1 발진회로는,
상기 제1 스위치부재의 내측면에 배치된 제1 코일요소를 포함하여, 인덕턴스를 갖는 제1 인덕턴스 회로;
상기 인덕턴스 회로에 연결된 제1 커패시턴스 소자를 포함하고, 상기 제1 스위치부재의 터치시 가변되는 커패시턴스를 갖는 제1 커패시턴스 회로; 및
상기 제1 인덕턴스 회로 및 제1 커패시턴스 회로에 의한 제1 공진주파수를 갖는 제1 발진신호를 생성하는 제1 증폭회로;
를 포함하는 스위칭 조작 센싱 장치.
제4항에 있어서, 상기 제2 발진회로는,
상기 제2 스위치부재의 내측면과 이격되어 배치된 제2 코일요소를 포함하여, 상기 제2 스위치부재에 포스 인가시 가변되는 인덕턴스를 갖는 제2 인덕턴스 회로;
상기 제2 인덕턴스 회로에 연결된 제2 커패시턴스 소자를 포함하는 제2 커패시턴스 회로; 및
상기 제2 인덕턴스 회로 및 제2 커패시턴스 회로에 의한 제2 공진주파수를 갖는 제2 발진신호를 생성하는 제2 증폭회로;
를 포함하는 스위칭 조작 센싱 장치.
제5항에 있어서, 상기 제1 코일요소는,
상기 제1 스위치부재의 내측면에 부착된 일면과, 제1 기판에 장착된 타면을 포함하고,
상기 제2 코일요소는,
상기 제2 스위치부재의 내측면과 이격된 일면과, 상기 제1 기판에 장착된 타면을 포함하는
스위칭 조작 센싱 장치.
제1항에 있어서, 상기 주파수 디지털 컨버터는
상기 발진회로로부터의 상기 제1 발진신호를 이용하여 클럭 신호를 카운팅하여 상기 제1 발진신호를 제1 카운트값으로 변환하는 제1 주파수 디지털 컨버터; 및
상기 발진회로로부터의 상기 제2 발진신호를 이용하여 클럭 신호를 카운팅하여 상기 제2 발진신호를 제2 카운트값으로 변환하는 제2 주파수 디지털 컨버터;
를 포함하는 스위칭 조작 센싱 장치.
제7항에 있어서, 상기 제1 주파수 디지털 컨버터는
기준 주파수 신호를 기준 주파수 분주비를 이용해 분주하여 제1 분주된 기준 클럭신호를 생성하는 제1 주파수 다운 컨버터;
상기 제1 주파수 다운 컨버터로부터 입력받은 상기 제1 분주된 기준 클럭신호의 1주기 시간을, 상기 제1 발진신호를 이용해 카운팅 하여 생성된 제1 주기 카운트값을 출력하는 제1 주기 타이머; 및
상기 제1 주기 타이머로부터 입력받은 상기 제1 주기 카운트값에 대해 누적증폭을 수행하여 생성된 제1 카운트값을 출력하는 제1 CIC 필터회로;
를 포함하는 스위칭 조작 센싱 장치.
제8항에 있어서, 상기 제1 CIC 필터회로는,
상기 제1 주기 타이머로부터 입력받은 상기 제1 주기 카운트값에 대해 누적증폭을 수행하여 생성된 상기 제1 카운트값을 출력하는 데시메이터 CIC 필터를 포함하고,
상기 데시메이터 CIC 필터는, 사전에 설정된 적분 스테이지 차수, 데시메이터 팩터, 및 콤브 미분 지연차수에 기초해 결정된 누적 이득을 이용하여 상기 제1 주기 타이머로부터의 제1 주기 카운트값에 대해 누적증폭을 수행하고, 상기 누적 증폭된 제1 주기 카운트값을 제공하는
스위칭 조작 센싱 장치.
제7항에 있어서, 상기 제2 주파수 디지털 컨버터는
기준 주파수 신호를 기준 주파수 분주비를 이용해 분주하여 제2 분주된 기준 클럭신호를 생성하는 제2 주파수 다운 컨버터;
상기 제2 주파수 다운 컨버터로부터 입력받은 상기 제2 분주된 기준 클럭신호의 1주기 시간을, 상기 제2 발진신호를 이용해 카운팅 하여 생성된 제2 주기 카운트값을 출력하는 제2 주기 타이머; 및
상기 제2 주기 타이머로부터 입력받은 상기 제2 주기 카운트값에 대해 누적증폭을 수행하여 생성된 제2 카운트값을 출력하는 제2 CIC 필터회로;
를 포함하는 스위칭 조작 센싱 장치.
제10항에 있어서, 상기 제2 CIC 필터회로는,
상기 제2 주기 타이머로부터 입력받은 상기 제2 주기 카운트값에 대해 누적증폭을 수행하여 생성된 상기 제2 카운트값을 출력하는 데시메이터 CIC 필터를 포함하고,
상기 데시메이터 CIC 필터는, 사전에 설정된 적분 스테이지 차수, 데시메이터 팩터, 및 콤브 미분 지연차수에 기초해 결정된 누적 이득을 이용하여 상기 제2 주기 타이머로부터의 제2 주기 카운트값에 대해 누적증폭을 수행하고, 상기 누적 증폭된 제2 주기 카운트값을 제공하는
스위칭 조작 센싱 장치.
제10항에 있어서, 상기 터치-포스 검출회로는,
상기 주파수 디지털 컨버터로부터 입력받은 제1 카운트값 및 제2 카운트값 각각을 미분하여 제1 및 제2 차분값을 생성하고, 상기 제1 및 제2 차분값을 기설정된 터치 임계치 및 포스 임계치 각각과 비교하여, 그 비교결과에 기초해 터치에 대응되는 제1 검출신호 또는 포스에 대응되는 제2 검출 신호를 출력하는
스위칭 조작 센싱 장치.
제10항에 있어서, 상기 터치-포스 검출회로는,
상기 제1 주파수 디지털 컨버터로부터 입력받은 제1 카운트값을 제1 딜레이 제어 신호에 기초로 결정된 시간만큼 딜레이하여 생성된 제1 딜레이 카운트값을 출력하는 제1 딜레이회로;
상기 제1 딜레이회로로부터의 상기 제1 딜레이 카운트값에서 상기 제1 카운트값을 감산하여 생성된 제1 차분값을 출력하는 제1 감산회로;
상기 제2 주파수 디지털 컨버터로부터 입력받은 상기 제2 카운트값을 제2 딜레이 제어 신호에 기초로 결정된 시간만큼 딜레이하여 생성된 제2 딜레이 카운트값을 출력하는 제2 딜레이회로;
상기 제2 딜레이회로로부터의 상기 제2 딜레이 카운트값에서 상기 제2 카운트값을 감산하여 생성된 제2 차분값을 출력하는 제2 감산회로;
상기 제1 차분값 및 상기 제2 차분값 각각을 기설정된 터치 임계치 및 포스 임계치 각각과 비교하여, 그 비교결과에 기초해 터치에 대응되는 제1 레 벨을 갖는 제1 검출신호와, 포스에 대응되는 제2 레벨을 갖는 상기 제2 검출 신호를 출력하는 터치-포스 검출기;
를 포함하는 스위칭 조작 센싱 장치.
제13항에 있어서, 상기 터치-포스 검출기는,
상기 제1 차분값을 기설정된 터치 임계치와 비교하여, 그 비교결과에 기초해 터치에 대응되는 제1 레벨을 갖는 상기 제1 검출신호를 출력하는 터치 검출회로; 및
상기 제2 차분값을 기설정된 포스 임계치과 비교하여, 그 비교결과에 기초해 포스에 대응되는 제2 레벨을 갖는 상기 제2 검출 신호를 출력하는 포스 검출회로;
를 포함하는 스위칭 조작 센싱 장치.
제14항에 있어서, 상기 터치 검출회로는,
상기 제1 차분값에 기초해 터치 슬로프 크기 및 방향을 검출하는 터치 슬로프 방향 검출기; 및
상기 터치 슬로프 방향에 기초해, 상기 터치 슬로프 크기인 상기 제1 차분값을, 터치 ?스테리시스 상한치 및 터치 히스테리시스 하한치와 비교하여 터치 감지 또는 터치 해제를 판단하는 터치 검출기;
를 포함하는 스위칭 조작 센싱 장치.
제14항에 있어서, 상기 포스 검출회로는,
상기 제2 차분값에 기초해 포스 슬로프 크기 및 방향을 검출하는 포스 슬로프 방향 검출기; 및
상기 포스 슬로프 방향에 기초해, 상기 포스 슬로프 크기인 상기 제2 차분값을, 포스 히스테리시스 상한치(FU_Hys) 및 포스 히스테리시스 하한치(FL_Hys)와 비교하여 포스 감지 또는 포스 해제를 판단하는 포스 검출기(830-22);
를 포함하는 스위칭 조작 센싱 장치.