KR20230015044A - 오실레이터 및 터치 센싱 장치 - Google Patents

오실레이터 및 터치 센싱 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20230015044A
KR20230015044A KR1020210096320A KR20210096320A KR20230015044A KR 20230015044 A KR20230015044 A KR 20230015044A KR 1020210096320 A KR1020210096320 A KR 1020210096320A KR 20210096320 A KR20210096320 A KR 20210096320A KR 20230015044 A KR20230015044 A KR 20230015044A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
terminal
output
capacitor unit
capacitance value
capacitor
Prior art date
Application number
KR1020210096320A
Other languages
English (en)
Inventor
임태호
고주열
Original Assignee
삼성전기주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전기주식회사 filed Critical 삼성전기주식회사
Priority to KR1020210096320A priority Critical patent/KR20230015044A/ko
Priority to US17/488,488 priority patent/US11387780B1/en
Priority to CN202111527866.4A priority patent/CN115686238A/zh
Publication of KR20230015044A publication Critical patent/KR20230015044A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/08—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
    • H03B5/12—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device
    • H03B5/1206—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device using multiple transistors for amplification
    • H03B5/1212—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device using multiple transistors for amplification the amplifier comprising a pair of transistors, wherein an output terminal of each being connected to an input terminal of the other, e.g. a cross coupled pair
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/945—Proximity switches
    • H03K17/95—Proximity switches using a magnetic detector
    • H03K17/952—Proximity switches using a magnetic detector using inductive coils
    • H03K17/9537—Proximity switches using a magnetic detector using inductive coils in a resonant circuit
    • H03K17/9542—Proximity switches using a magnetic detector using inductive coils in a resonant circuit forming part of an oscillator
    • H03K17/9545—Proximity switches using a magnetic detector using inductive coils in a resonant circuit forming part of an oscillator with variable frequency
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/08—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
    • H03B5/12—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device
    • H03B5/1237—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device comprising means for varying the frequency of the generator
    • H03B5/124—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device comprising means for varying the frequency of the generator the means comprising a voltage dependent capacitance
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/044—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/08—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
    • H03B5/12—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device
    • H03B5/1206—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device using multiple transistors for amplification
    • H03B5/1212—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device using multiple transistors for amplification the amplifier comprising a pair of transistors, wherein an output terminal of each being connected to an input terminal of the other, e.g. a cross coupled pair
    • H03B5/1215—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device using multiple transistors for amplification the amplifier comprising a pair of transistors, wherein an output terminal of each being connected to an input terminal of the other, e.g. a cross coupled pair the current source or degeneration circuit being in common to both transistors of the pair, e.g. a cross-coupled long-tailed pair
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/08—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
    • H03B5/12—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device
    • H03B5/1228—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device the amplifier comprising one or more field effect transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/08—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
    • H03B5/12—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device
    • H03B5/1237—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device comprising means for varying the frequency of the generator
    • H03B5/1275—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device comprising means for varying the frequency of the generator having further means for varying a parameter in dependence on the frequency
    • H03B5/1278—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device comprising means for varying the frequency of the generator having further means for varying a parameter in dependence on the frequency the parameter being an amplitude of a signal, e.g. maintaining a constant output amplitude over the frequency range
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/20—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising resistance and either capacitance or inductance, e.g. phase-shift oscillator
    • H03B5/24—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising resistance and either capacitance or inductance, e.g. phase-shift oscillator active element in amplifier being semiconductor device
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/96—Touch switches
    • H03K17/962—Capacitive touch switches
    • H03K17/9622—Capacitive touch switches using a plurality of detectors, e.g. keyboard

Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 오실레이터는, 입력단에 접속된 제1 단자과 출력단에 접속된 제2 단자 사이에 접속된 오실레이팅 코어; 상기 제1 단자와 접지 사이에 접속된 제1 커패시터부; 및 상기 제2 단자와 접지 사이에 접속된 제2 커패시터부; 를 포함하고, 상기 제1 커패시터는 상기 입력단에 접속되고, 상기 제2 커패시터는 발진신호를 출력하는 상기 출력단에 접속되고, 상기 제1 커패시터부는, 상기 제2 커패시터부의 제2 커패시턴스 값과 다르게 설정된 제1 커패시턴스 값을 갖는다.

Description

오실레이터 및 터치 센싱 장치{OSCILLATORS AND TOUCH SENSING DEVICES}
본 발명은 오실레이터 및 터치 센싱 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 키없는 시스템(Keyless system)은, 전자 장치에서 사용자 인터페이스 장치로 가장 일반적으로 사용되고 있는 기계식 버튼을 대체하여, 외부적으로 버튼이 드러나지 않는 새로운 접근 방법의 인터페이스 장치이다. 외부에 물리적인 버튼이 드러나지 않게 되면, 매끄러운 디자인의 일체감 있는 외형 설계가 가능해지며 방진성, 방수성도 우수해진다.
키없는 시스템(Keyless system)에는 버튼(button)을 누르는 행위를 감지하는 터치 센서(touch sensor)로써 커패시티브(capacitive) 방식을 이용하는 커패시티브 센서(Capacitive sensor)가 채용될 수 있다.
일 예로, 사람 손가락의 터치가 있으면, 커패시티브 센서는, 오실레이터의 주파수의 변화 특성을 이용하여 터치를 감지할 수 있다.
통상, 터치 센서는 오실레이터(oscillator)를 포함하는데, 터치 센서의 수만큼 오실레이터의 수가 필요하므로, 전체 소모 전류는 오실레이터의 수에 의해 결정될 수 있다.
또한, 터치 센서에서의 중요한 특성은 감도와 전류소모이다. 터치 센서의 오실레이터의 출력주파수가 높으면 감도(sensitivity)는 좋아지지만 소모전류는 증가하게 되고, 전류소모를 작게 하기 위해 출력주파수를 작게 하면 감도(sensitivity)가 열화되는 문제점이 있다.
(선행기술문헌)
(특허문헌 1) KR 공개특허 공보 제10-2021-0015587호 (2021.02.10)
(특허문헌 2) KR 공개특허 공보 제10-2018-0037145호 (2018.04.11)
본 발명의 일 실시 예는, 키없는 시스템(Keyless system))에 적용될 수 있으며, 오실레이터의 주파수를 낮추어 소모전류를 줄일 수 있으며, 터치 센서의 감도(sensitivity)를 개선할 수 있는 오실레이터 및 터치 센싱 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 의해, 입력단에 접속된 제1 단자과 출력단에 접속된 제2 단자 사이에 접속된 오실레이팅 코어; 상기 제1 단자와 접지 사이에 접속된 제1 커패시터부; 및 상기 제2 단자와 접지 사이에 접속된 제2 커패시터부; 를 포함하고, 상기 제1 커패시터는 상기 입력단에 접속되고, 상기 제2 커패시터는 발진신호를 출력하는 상기 출력단에 접속되고, 상기 제1 커패시터부는, 상기 제2 커패시터부의 제2 커패시턴스 값과 다르게 설정된 제1 커패시턴스 값을 갖는 오실레이터가 제안된다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시 예에 의해, 터치 패드; 상기 터치 패드에 접속된 입력단(IN) 및 출력단(OUT)을 갖는 오실레이터; 를 포함하고, 상기 오실레이터는, 상기 입력단을 통해 상기 터치 패드에 접속된 제1 단자과 상기 출력단에 접속된 제2 단자 사이에 접속된 오실레이팅 코어; 상기 제1 단자와 접지 사이에 접속된 제1 커패시터부; 및 상기 제2 단자와 접지 사이에 접속된 제2 커패시터부; 를 포함하고, 상기 제1 커패시터는 상기 터치 패드에 접속되고, 상기 제2 커패시터는 발진신호를 출력하는 상기 출력단에 접속되고, 상기 제1 커패시터부는, 상기 제2 커패시터부의 제2 커패시턴스 값과 다르게 설정된 제1 커패시턴스 값을 갖는 터치 센싱 장치가 제안된다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 키없는 시스템(Keyless system)에 적용될 수 있으며, 오실레이터의 주파수를 낮추어 소모전류를 줄일 수 있으며, 오실레이팅 동작 안성성을 개선하여 터치 센서의 감도(sensitivity)를 개선할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 오실레이터의 일 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 센싱 장치의 일 예시도이다.
도 3은 오실레이터의 일 예시도이다.
도 4는 오실레이터의 일 예시도이다.
도 5는 도4의 출력회로의 일 예시도이다.
도 6은 오실레이팅 코어의 일 예시도이다.
도 7은 오실레이팅 코어의 일 예시도이다.
도 8은 터치 센싱 장치의 감도 및 공진 주파수 설명도이다.
도 9은 제1 커패시턴스-제2 커패시턴스간 비율변수(m)-감도에 대한 설명도이다.
도 10는 주파수-감도에 대한 관계 설명도이다.
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 발명의 일 실시 예에 따른 오실레이터이 일 예시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 센싱 장치의 일 예시도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 터치 센싱 장치(10)는, 터치 패드(100)와, 오실레이터(200)를 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 오실레이터(200)는, 상기 터치 패드(100)에 접속된 입력단(IN) 및 출력단(OUT)을 포함하고, 상기 입력단(IN) 및 출력단(OUT) 사이에 접속된, 오실레이팅 코어(210), 제1 커패시터부(220), 제2 커패시터부(230)를 포함할 수 있다.
상기 터치 패드(100)는, 예를 들어, 전자 기기의 케이스에 배치될 수 있으며, 케이스의 일부일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 터치 패드(100)는 사람의 손 터치를 감지하기 위한 센싱 패드가 될 수 있다.
오실레이팅 코어(210)는, 입력단(IN)에 접속된 제1 단자(T1)와 출력단(OUT)에 접속된 제2 단자(T2) 사이에 접속될 수 있다.
예를 들어, 상기 오실레이팅 코어(210)는, 상기 입력단(IN)을 통해 터치 패드(100)에 접속되고, 상기 제1 커패시터부(220) 및 제2 커패시터부(230)의 커패시턴스와 내부 인덕턴스에 의해 결정되는 공진 주파수를 갖는 발진신호(Sosc)를 생성하여, 상기 출력단(OUT)을 통해 출력할 수 있다.
또한, 상기 제1 커패시터(220)는 상기 입력단(IN)에 접속되고, 상기 제2 커패시터(230)는 발진신호를 출력하는 상기 출력단(OUT)에 접속될 수 있고, 상기 제1 커패시터부(220)는, 상기 제2 커패시터부(230)의 제2 커패시턴스 값과 다르게 설정된 제1 커패시턴스 값을 포함할 수 있다.
제1 커패시터부(220)는, 상기 출력단(OUT)과 물리적으로 분리된 상기 입력단(IN)를 통해 터치패드(100)에 접속되고, 상기 제1 단자(T1)와 접지 사이에 접속될 될 수 있으며, 제1 커패시턴스값(C1)을 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 제1 커패시터부(220)는 적어도 하나의 커패시터를 포함할 수 있다.
제2 커패시터부(230)는, 상기 제2 단자(T2)와 접지 사이에 접속될 수 있고, 제2 커패시턴스값(C2)을 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 제2 커패시터부(230)는 적어도 하나의 커패시터를 포함할 수 있다.
본 발명의 오실레이터(200)에서, 감도를 개선하고, 전류 소모를 줄일 수 있도록, 상기 제1 커패시터부(220)는, 상기 제2 커패시터부(230)의 제2 커패시턴스 값보다 작은 제1 커패시턴스 값(예, C1<<C2)을 가질 수 잇다.
도 3은 오실레이터의 일 예시도이다.
도 3을 참조하면, 상기 제1 커패시터부(220)는 하기 수학식1을 만족하는 재1 커패시턴스 값(C1)을 가질 수 있다.
[수학식1] C1 = m x C2
상기 수학식1에서, C1은 제1 커패시터부(220)의 제1 커패시턴스 값이고, C2는 제2 커패시터부(230)의 제2 커패시턴스 값이며, m은 제1 커패시턴스와 제2 커패시턴스간 비율변수로써, 3 이상의 실수가 될 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 커패시터부(230)는, 서로 병렬로 접속된 복수의 제1 커패시터(C2-1) 내지 제m 커패시터(C2-m)를 포함할 수 있다.
일 예로, 제1 커패시터부(220)의 커패시터, 상기 복수의 제1 커패시터(C2-1) 내지 제m 커패시터(C2-m) 각각이 동일한 커패시턴스를 가질 수 있으며, 이 경우, m은 3 이상의 자연수가 될 수 있다.
도 4는 오실레이터의 일 예시도이다.
도 4를 참조하면, 오실레이터(200)는, 출력회로(240)를 포함할 수 있다.
상기 출력회로(240)는, 상기 제2 단자(T2)와 출력단(OUT) 사이에 접속되어, 상기 발진신호(Sosc)의 출력을 제어할 수 있다.
예를 들어, 상기 출력회로(240)는, 인에이블 신호(Sen)에 기초하여 상기 발진신호(Sosc)의 출력을 인에이블 또는 디스에이블 할 수 있다.
도 5는 도4의 출력회로의 일 예시도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 출력회로(240)는, 로직회로(240L)를 포함할 수 있다.
상기 로직 회로(240L)는, 상기 인에이블 신호(Sen)에 기초해 상기 발진신호(Sosc)의 출력을 제어할 수 있다.
예를 들어, 로직 회로(240L)는, 제1 인버터(241), 낸드게이트(242), 제2 인버터(243)를 포함할 수 있다.
도 5에 도시된 로직 회로(240L)는 하나의 예시에 불과하므로, 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 인에이블 신호(Sen)를 이용하여 상기 발진신호(Sosc)의 출력을 제어할 수 있는 구조이면 적용될 수 있다.
제1 인버터(241)는, 상기 오실레이팅 코어(210)의 제2 단자(T2)를 통해 입력되는 발진신호를 반전하여 1차 반전된 발진신호를 출력한다.
낸드게이트(242)는 상기 제1 인버터(241)로부터의 1차 발전된 발진신호와 인에이블 신호(Sen)를 논리곱 및 반전하여 출력할 수 있다. 일 예로, 상기 낸드게이트(242)는, 인에이블 신호(Sen)가 로우레벨인 경우에만 상기 1차 반전된 발진신호를 출력할 수 있고, 인에이블 신호(Sen)가 하이레벨인 경우에는 상기 1차 반전된 발진신호의 출력을 차단할 수 있다.
본 발명의 오실레이터(200)는 LC 오실레이터일 수 있고, 본 발명의 오실레이팅 코어(210)는, 노이즈 특성이 우수한 차동 오실레이팅 구조(differential oscillating structor)로 이루어질 수 있으며, 이에 대해서는 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다.
도 6은 오실레이팅 코어의 일 예시도이다.
도 6을 참조하면, 상기 오실레이팅 코어(210)는, 서로 병렬로 접속된 인덕터부(211) 및 이득 조절부(212)를 포함하여, 차동 오실레이팅 구조(differential oscillating structor)로 이루어질 수 있다.
인덕터부(211)는, 사전에 설정된 인덕턴스를 제공하여, 상기 제1 커패시터부(220) 및 제2 커패시터부(230)의 커패시턴스와 함께 공진 회로를 구성할 수 있으며, 상기 공진 회로에 의한 공진 주파수를 갖는 신호를 생성할 수 있다.
상기 이득 조절부(212)는, 상기 인덕터부(211)에 병렬로 접속되어, 발진을 위한 이득을 제공하여, 상기 공진회로에 의한 공진주파수를 갖는 발진신호를 생성할 수 있다.
도 7은 오실레이팅 코어의 일 예시도이다.
도 7을 참조하면, 상기 오실레이팅 코어(210)는, 인덕터부(211a), 크로스-커플드 트랜지스터 쌍(214), 및 이득 조절부(215)를 포함하여, 차동 오실레이팅 구조(differential oscillating structor)로 이루어질 수 있다.
인덕터부(211a)는 동작전압부(Vdd)에 접속되어, 사전에 설정된 인덕턴스를 포함할 수 있으며, 상기 제1 커패시터부(220) 및 제2 커패시터부(230)의 커패시턴스와 함께 공진 회로를 구성할 수 있다.
크로스-커플드 트랜지스터 쌍(214)은, 상기 인덕터부(211a)와 이득 조절부(215) 사이에 배치되고, 180도 위상 결합을 이용한 발진을 위해, 서로 게이트-드레인 크로스 커플드 구조를 갖는 2개의 트랜지스터(M1,M2)를 포함할 수 있다.
이득 조절부(215)는 상기 크로스-커플드 트랜지스터 쌍(214)과 접지 사이에 접속되어, 상기 크로스-커플드 트랜지스터 쌍(214)에서의 발진을 위해 이득을 조절할 수 있다.
이에 따라, 크로스-커플드 트랜지스터 쌍(214)은, 상기 공진회로에 의한 공진주파수를 갖는 발진신호를 생성할 수 있다.
본 발명의 오실레이터(200)는, 주파수를 낮춰도 감도가 떨어지지 않고, 심지어 개선될 수 있는 오실레이팅 구조를 포함하고 있으며, 이에 대해서는 도 8을 참조하여 설명한다.
도 8은 터치 센싱 장치의 감도 및 공진 주파수 설명도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 터치 센싱 장치(10, 도 2)에서, 사람 손가락이 터치 패드(touch pad)(100)를 터치하게 되면, 터치에 의한 센싱 커패시턴스(Cs)가 제1 커패시터부(220)의 제1 커패시턴스(C1)에 병렬로 더해져서, 터치 센싱 장치(10)의 오실레이터(200)의 발진신호(터치 센싱 신호)의 주파수가 변화하게 된다.
이에 따라, 터치 패드(100)는 제2 커패시터부(230)의 제2 커패시턴스(C2)보다 휠씬 작은 제1 커패시턴스(C1)(예, C1 << C2)를 갖는 제1 커패시터부(220)에 접속되어 있다.
한편, 본 발명의 오실레이터(200)의 공진 주파수(f)는 하기 수학식2와 같이 표현될 수 있고, 감도는 하기 수학식3과 같이 표현될 수 있다.
[수학식2]
f = 1/ {2πsqrt (L x C)}
C = ({C1 x C2}/{C1 + C2}) ≒ C1 (if C1 << C2)
[수학식3]
감도 = 2π x sqrt(Cs / C1)
상기 수학식3을 참조하면, 제1 커패시턴스(C1)의 값을 작게 할수록 센싱 커패시턴스(Cs) 값이 우세(dominant) 하게 되어, 터치반응이 있을 때 출력주파수가 크게 변화하게 되며, 감도(sensitivity)는 개선될 수 있다.
또한, 오실레이터(200)의 출력단(OUT)은 제1 커패시터부(220)의 제1 커패시턴스(C1), 즉 터치 패드(touch pad)(100)가 접속된 제1 단자(T1)가 아닌 제2 커패시터부(230)가 접속된 제2 단자(T2)에 접속되어, 보다 안정된 동작이 가능하게 된다.
한편, 동일한 주파수를 출력하면서 낮은 제1 커패시턴스(C1)의 값을 사용하기 위해서는, 상기 수학식2와 같이, 제1 커패시턴스(C1)가 제2 커패시턴스(C2)보다 훨씬 작으면 출력주파수는 제1 커패시턴스(C1)의 함수가 될 수 있고, 이 경우에는 종래의 구조보다 동일한 출력주파수에서 낮은 제1 커패시턴스(C1)의 값을 사용하게 되어 상기 수학식 3과 같이 개선된 감도(sensitivity)를 얻을 수 있다.
도 9은 제1 커패시턴스-제2 커패시턴스간 비율변수(m)-감도에 대한 설명도이다.
도 9를 참조하면, 제1 커패시턴스(C1)-제2 커패시턴스(C2)의 비율변수를 m이라고 정의하고, m의 범위에 대해 테스트하여 도 9에 도시하였다.
도 9에서, 비율변수(m)에 대한 이상적인 감도는 G1과 같고, 비율변수(m)에 대한 본 발명에 따른 감도는 G2와 같다.
한편, 도 9에서, 감도는 (터치시 발진주파수의 변화)/(터치전 발진주파수) x 100 [%]라고 정의하면, 일 예로, 터치전 발진주파수가 50MHz이고, 터치시 발진주파수의 번화가 0.5MHz인 경우, 감도는 '(0.5MHz)/(50MHz) x 100 [%] = 1%'가 될 수 있다.
도 9에 도시된 G1,G2를 참조하면, 감도 2% 이상을 보면, 비율변수(m)의 하한치는 3으로 결정하면 감도가 2% 이상으로 우수하다는 것을 알 수 있다.
보통 감도는 1%　를 임계(threshold)로 설정하여　그 값을 기준으로 시스템에서　on/off를 판단하게 된다. 다만, 노이지(noise)나 마진을 생각하여 최소 2% 이상으로 감도를 설정하여 안정적인 터치 센서(touch sensor)를 설계할 수 있다.
일 예로, 상기 수학식2에 보인 바와 같이, 비율변수(m)의 범위는 3 이상일때 공진 주파수를 결정하는 커패시턴스(C) 값은 대략적으로 C1로 간략화 될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 오실레이터에서는, 출력주파수를 낮게 하여 동일한 감도(sensitivity)를 얻을 수 있어 전류소모를 감소시킬 수가 있으며 동일한 출력주파수에서는 높은 감도(Sensitivity)를 얻을 수 있게 된다.
도 10는 주파수-감도에 대한 관계 설명도이다.
도 10을 참조하면, G3는 기존의 터치 센싱 장치의 주파수대비 감도이고, G4는 본 발명의 터치 센싱 장치의 주파수대비 감도를 보이고 있다.
도 10에 도시된 G3 및 G4를 참조하면, 출력주파수 58MHz에서 종래의 터치 센싱 장치의 감도는 3.6% 였지만, 본 발명의 터치 센싱 장치를 적용하면 출력주파수는 동일하고 감도는 5.2%로 증가 하게 되어, 결국 본 발명의 터치 센싱 장치는, 기존 기술 대비 대략 44% 개선되는 것을 확인할 수 있다.
이상에서는 본 발명을 실시 예로써 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.
100: 터치 패드
200: 오실레이터
210: 오실레이팅 코어
220: 제1 커패시터부
230: 제2 커패시터부
240: 출력회로

Claims (16)

  1. 입력단에 접속된 제1 단자과 출력단에 접속된 제2 단자 사이에 접속된 오실레이팅 코어;
    상기 제1 단자와 접지 사이에 접속된 제1 커패시터부; 및
    상기 제2 단자와 접지 사이에 접속된 제2 커패시터부; 를 포함하고,
    상기 제1 커패시터는 상기 입력단에 접속되고, 상기 제2 커패시터는 발진신호를 출력하는 상기 출력단에 접속되며,
    상기 제1 커패시터부는, 상기 제2 커패시터부의 제2 커패시턴스 값과 다르게 설정된 제1 커패시턴스 값을 갖는오실레이터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 커패시터부는
    상기 출력단과 물리적으로 분리된 상기 입력단를 통해 터치패드에 접속되고, 상기 제2 커패시터부의 제2 커패시턴스 값보다 작은 제1 커패시턴스 값을 갖는
    오실레이터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 커패시터부는
    하기 수학식을 만족하는 재1 커패시턴스 값을 갖고
    [수학식] C1 = m x C2
    상기 수학식에서, C1은 제1 커패시터부의 제1 커패시턴스값이고, C2는 제2 커패시터부의 제2 커패시턴스값이며, m은 제1 커패시턴스와 제2 커패시턴스간 비율변수로써, 3이상의 실수인
    오실레이터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 단자와 출력단 사이에 접속되어, 상기 발진신호의 출력을 제어하는 출력회로를 더 포함하는
    오실레이터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 단자와 상기 출력단 사이에 접속되어, 인에이블 신호에 기초하여 상기 발진신호의 출력을 인에이블 또는 디스에이블하는 출력회로를 더 포함하는
    오실레이터.
  6. 제5항에 있어서, 상기 출력회로는,
    상기 인에이블 신호에 기초해 상기 발진신호의 출력을 제어하는 로직회로를 포함하는
    오실레이터.
  7. 제1항에 있어서, 상기 오실레이팅 코어는
    서로 병렬로 접속된 인덕터부 및 이득 조절부를 포함하여, 차동 오실레이팅 구조(differential oscillating structor)로 이루어진
    오실레이터.
  8. 제1항에 있어서, 상기 오실레이팅 코어는
    인덕터부, 크로스-커플드 트랜지스터 쌍, 및 이득 조절부 를 포함하여, 차동 오실레이팅 구조(differential oscillating structor)로 이루어진
    오실레이터.
  9. 터치 패드;
    상기 터치 패드에 접속된 입력단(IN) 및 출력단(OUT)을 갖는 오실레이터; 를 포함하고,
    상기 오실레이터는,
    상기 입력단을 통해 상기 터치 패드에 접속된 제1 단자과 상기 출력단에 접속된 제2 단자 사이에 접속된 오실레이팅 코어;
    상기 제1 단자와 접지 사이에 접속된 제1 커패시터부; 및
    상기 제2 단자와 접지 사이에 접속된 제2 커패시터부; 를 포함하고,
    상기 제1 커패시터는 상기 터치 패드에 접속되고, 상기 제2 커패시터는 발진신호를 출력하는 상기 출력단에 접속되고,
    상기 제1 커패시터부는, 상기 제2 커패시터부의 제2 커패시턴스 값과 다르게 설정된 제1 커패시턴스 값을 갖는터치 센싱 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 커패시터부는
    상기 출력단과 물리적으로 분리된 상기 입력단를 통해 터치패드에 접속되고, 상기 제2 커패시터부의 제2 커패시턴스 값보다 작은 제1 커패시턴스 값을 갖는
    터치 센싱 장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 제1 커패시터부는
    하기 수학식을 만족하는 재1 커패시턴스 값을 갖고
    [수학식] C1 = m x C2
    상기 수학식에서, C1은 제1 커패시터부의 제1 커패시턴스값이고, C2는 제2 커패시터부의 제2 커패시턴스값이며, m은 제1 커패시턴스와 제2 커패시턴스간 비율변수로써, 3이상의 실수인
    터치 센싱 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제2 단자와 출력단 사이에 접속되어, 상기 발진신호의 출력을 제어하는 출력회로를 더 포함하는
    터치 센싱 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 제2 단자와 상기 출력단 사이에 접속되어, 인에이블 신호에 기초하여 상기 발진신호의 출력을 인에이블 또는 디스에이블하는 출력회로를 더 포함하는
    터치 센싱 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 출력회로는,
    상기 인에이블 신호에 기초해 상기 발진신호의 출력을 제어하는 로직회로를 포함하는
    터치 센싱 장치.
  15. 제9항에 있어서, 상기 오실레이팅 코어는
    서로 병렬로 접속된 인덕터부 및 이득 조절부를 포함하여, 차동 오실레이팅 구조(differential oscillating structor)로 이루어진
    터치 센싱 장치.
  16. 제9항에 있어서, 상기 오실레이팅 코어는
    인덕터부, 크로스-커플드 트랜지스터 쌍, 및 이득 조절부 를 포함하여, 차동 오실레이팅 구조(differential oscillating structor)로 이루어진
    터치 센싱 장치.
KR1020210096320A 2021-07-22 2021-07-22 오실레이터 및 터치 센싱 장치 KR20230015044A (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210096320A KR20230015044A (ko) 2021-07-22 2021-07-22 오실레이터 및 터치 센싱 장치
US17/488,488 US11387780B1 (en) 2021-07-22 2021-09-29 Oscillator device
CN202111527866.4A CN115686238A (zh) 2021-07-22 2021-12-14 振荡器装置及振荡器系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210096320A KR20230015044A (ko) 2021-07-22 2021-07-22 오실레이터 및 터치 센싱 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230015044A true KR20230015044A (ko) 2023-01-31

Family

ID=82323874

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210096320A KR20230015044A (ko) 2021-07-22 2021-07-22 오실레이터 및 터치 센싱 장치

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11387780B1 (ko)
KR (1) KR20230015044A (ko)
CN (1) CN115686238A (ko)

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7123113B1 (en) * 2004-06-11 2006-10-17 Cypress Semiconductor Corp. Regulated, symmetrical crystal oscillator circuit and method
US7123112B2 (en) * 2004-09-15 2006-10-17 Neoreach, Inc. Complementary voltage controlled oscillator
KR100757856B1 (ko) * 2006-05-02 2007-09-11 삼성전자주식회사 소스 커플링을 이용한 차동 상보성 콜피츠 발진기
US7573342B2 (en) * 2007-07-20 2009-08-11 Infineon Technologies Ag VCO pre-compensation
WO2015077291A1 (en) * 2013-11-21 2015-05-28 3M Innovative Properties Company Electronic device with force detection
FI127381B (en) 2015-06-03 2018-04-30 Metso Flow Control Oy Passive RFID sensor tag
US11003275B2 (en) 2019-08-02 2021-05-11 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Touch sensing and force sensing sensor, touch sensing device including the sensor, and an electronic device including the touch sensing device
KR102218899B1 (ko) 2019-08-02 2021-02-24 삼성전기주식회사 하나의 센서로 터치센싱 및 포스센싱이 구현된 터치 센싱 장치 및 이를 포함하는 전자 기기

Also Published As

Publication number Publication date
US11387780B1 (en) 2022-07-12
CN115686238A (zh) 2023-02-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9760231B2 (en) In-cell touch display device and driving method thereof
US6583676B2 (en) Proximity/touch detector and calibration circuit
US20100265211A1 (en) Touch-type input device
US20090095541A1 (en) Input device
JP3579908B2 (ja) 静電容量形近接センサ
US20210019014A1 (en) Switching operation sensing apparatus with low-power dual-sensing structure
KR20230015044A (ko) 오실레이터 및 터치 센싱 장치
TWI410847B (zh) 觸控系統補償方法
TWI612478B (zh) 指紋辨識系統、驅動電路及指紋辨識方法
US20140184522A1 (en) Touch-sensitive display panel
US20210004097A1 (en) Sensing device with fingerprint sensor
KR101373512B1 (ko) 이동통신단말기의 터치센서 오동작 방지방법 및 그이동통신단말기
US20120133376A1 (en) Sensing Device and Method
TWI615760B (zh) 觸控偵測方法與電容式感測裝置
KR102247265B1 (ko) 터치 회로
JP2003046383A (ja) タッチセンサ
KR101278684B1 (ko) 정전 용량 터치 감지 장치
CN112242834B (zh) 具有低功率双感测结构的开关操作感测设备
US10530296B2 (en) Oscillator temperature coefficient adjustment
US11255889B2 (en) Direct capacitance measurement based capacitive disturbance detection system
CN216490443U (zh) 一种触摸按键电路和扫地机
CN113109628B (zh) 电容检测电路及其运行方法
KR100691371B1 (ko) 저전력용 전압제어발진기
CN217063682U (zh) 一种带修调电容阵列的低功耗与高精度晶体振荡器
CN212210949U (zh) 共用电路及电子设备