KR20230173601A - 근접 센서 및 안테나 - Google Patents

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KR20230173601A
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세바스티앙 그리소
3세 제럴드 지. 오트
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셈테크 코포레이션
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Abstract

내부 전극이 상부 전극에 의해 부분적으로 차폐되는 적층형 전극 구조를 가진 용량성 근접 센서. 선택된 전극들의 자체 정전 용량들은 다른 전극들이 접지 또는 실드 전위에 유지되는 동안 측정된다. 이러한 방식으로 근접 센서는 접근하는 보디의 유전율 값을 추정한다.

Description

근접 센서 및 안테나{PROXIMITY SENSOR AND ANTENNA}
본 개시는 사용자의 신체 부분에 대한 근접성을 검출하고, 물방울들 또는 기타 유사한 오염들의 원치 않는 영향을 거부하기 위한 근접 센서에 관한 것이다. 본 발명의 실시예들은 본 발명의 근접 센서가 장착되어 사용자가 가까이 있을 때 신뢰할 수 있게 검출할 수 있는 휴대폰 태블릿들 또는 랩탑들과 같은 연결된 휴대용 디바이스들에 관한 것이다. 특별하지만 배타적이지는 않은 실시예는 RF 에너지에 대한 노출을 제한하기 위해 사용자의 근접성을 고려하여 무선 방출 전력이 조정되는 휴대용 연결 디바이스이다. 본 발명의 또 다른 특별한 응용 분야는 근접 센서가 입력 디바이스로 유리하게 사용되는 스마트 워치들, 스포츠 위치들, 귀마개들 등과 같은 웨어러블 디바이스들에 있다.
많은 애플리케이션들에서, 신체 부분이 장치로부터 가까운 거리에 있는지 여부를 검출하는 것이 중요하다. 휴대폰 태블릿들 및 랩탑들과 같은 연결된 휴대용 디바이스들의 특별한 경우에, 이 정보는 흡수된 RF 에너지의 선량을 제한하거나, 휴대폰을 귀에 가져다 대면 디스플레이를 종료하여 전력 소비를 제한하거나, 특수 기능을 활성화하는 것과 같은 몇 가지 중요한 기능들에 유용하다.
근접 센서들의 또 다른 중요한 기능은 휴대 전화에서 사용자가 휴대 전화를 귀에 대면 촉각 스크린을 비활성화하는 것이다. 이 기능이 없으면, 사용자는 뺨이나 손가락들로 화면을 터치함으로써 실수로 통화를 끊거나 원치 않는 동작을 유발할 수 있다.
스마트 워치들, 스포츠 워치들, 무선 이어폰들 등 웨어러블 디바이스들에서 근접 센서들을 소형화해야 할 필요성이 점점 더 커지고 있다. 웨어러블 기기들의 공간은 매우 제한적이며, 종래의 스위치 버튼들은 바람직하지 않다. 근접 센서들은 위에서 설명한 바와 같이 입력 디바이스들뿐만 아니라, 예를 들어 재생 볼륨을 높이거나 낮추거나, 전화를 거부하거나 수락하거나, Bluetooth® 페어링을 시작하거나, 임의의 기타 유용한 기능을 위해 사용된다. 본 발명의 디바이스는 예를 들어 사용자의 귀에 귀마개가 삽입되었는지 여부를 검출하는 웨어러블 기기들에서도 정품 근접 센서로 사용될 수 있다.
오검출들을 회피하는 것은 근접을 감지하는 능력만큼이나 중요하다. 휴대용 전화기에 사용되는 많은 근접 센서들은 신체 부분의 접근에 응답하여 전극의 용량 변화들을 이용한다. 이 기술은 센서가 단순한 전도성 전극으로 인쇄 회로 기판에 통합하기 쉽기 때문에 매력적이다. 그러나 종래의 정전식 시스템들은 특정 거리에 있는 큰 물체와 가까운 거리에 있는 작은 물체를 구분할 수 없기 때문에 오검출들이 발생할 수 있다. 또한 손이나 사용자의 머리와 같은 인체 일부와 탁자와 같은 무생물의 접근을 구분하지 못한다.
예를 들어, 광학 검출을 기반으로 하는 다른 근접 검출 기술들도 이용할 수 있다. 그러나, 이러한 시스템들의 단점은 전력 소비, 필요한 구성 요소들의 비용 및 모바일 디바이스에의 통합 비용 및 다른 물체들을 구별할 수 없다는 것이다.
출원인 명의의 유럽 특허 EP2876407 B1은 부동 가변 전압 레퍼런스에 연결된 전하 증폭기들에 의해 판독되는 용량성 센서들 기재한다. 같은 문서는 터치 감지 디스플레이들에서의 이러한 센서들의 사용을 기재한다.
용량성 근접 센서들은 검출 영역에서 전도성 및 유전성 보디들 모두의 존재를 결정한다. 유전성 보디가 측정된 정전 용량들에 미치는 영향은 그의 크기, 센서로부터의 거리 및 재료의 분극성에 따라 변할 것이며, 후자는 재료의 상대 유전율 εr(간단히 재료의 유전율 또는 유전 상수라고도 함)에 의해 측정된다. 본 개시의 목적상, 전도성 보디들은 매우 높은 유전율을 갖는 유전성 보디들로서 간주될 수 있다. 당업계에서, 근접 센서는 측정된 정전 용량이 어떤 주어진 임계값을 초과할 때 보디가 접근하고 있다고 판단한다. 그러나 이는 접근하는 보디의 크기와 유전율에 따라 다른 거리들에서 발생할 수 있으며, 종래의 센서들은 이러한 요소들을 구분할 수 없다.
본 개시는 서로 다른 유전율을 갖는 물체들을 구별할 수 있는 능력을 갖는 근접 검출기를 제안한다. 이러한 방식으로, 상이한 성질의 보디들에 접근하는 것은 상이한 동작들을 유발할 수 있고, 근접 임계값은 유전율에 덜 의존하도록 보정될 수 있다.
본 발명에 따르면, 이러한 목적들은 첨부된 청구항의 목적, 및 특히 휴대용 디바이스에 인접한 검출 영역에서 전도성 또는 유전성 보디의 존재를 검출하기 위한 용량성 근접 센서에 의해 얻어지며, 센서는 제1 층에 검출 영역과 대향하는 제1 전극과 제2 층에 내부 전극을 갖는 적층 구조를 포함하며, 제1 전극은 제1 전극이 내부 전극을 부분적으로 차폐하도록 내부 전극과 검출 영역의 전도성 및/또는 유전성 보디들 사이의 부분 용량성 결합을 허용하는 복수의 개구부들을 갖고, 용량성 근접 센서는 하나의 전극의 정전 용량을 결정하도록 구성된 하나 이상의 정전 용량 판독 유닛들 및 정전 용량 판독 유닛에 의해 정전 용량이 측정되는 전극의 정전 용량을 따르는 실드 전위를 생성하도록 구성된 차폐 제어 유닛을 포함하고, 용량성 근접 센서는 다른 전극에 실드 전위를 인가하여 제1 전극 또는 내부 전극의 제1 정전 용량을 결정하고, 다른 전극을 고정 전위로 유지하면서 제1 전극 또는 내부 전극의 제2 정전 용량을 결정하고, 제1 정전 용량 및 제2 정전 용량에 기초하여 검출 영역 내 보디의 유전율을 결정하도록 구성된 판독 회로를 포함한다.
제2 정전 용량을 측정할 때 사용되는 고정 전위는 접지 전위일 수 있지만, 실제로 이 전위의 절대값은 관련이 없다.
종속 청구항들은 상기 제1 정전 용량 및 제2 정전 용량에 기초한 검출 영역에서의 보디와의 거리의 결정, 또는 거리 또는 허용도 또는 이진 근접값을 호스트 시스템으로 전송하기 위한 디지털 인터페이스와 같은 본 발명의 중요하고 유용한 특징들과 관련되지만 필수적인 것은 아니다. 데이터는 적절한 버스, 바람직하게는 상호 연결 횟수들을 줄이기 위해 I2C와 같은 직렬 버스에서 멀티비트 바이너리 변수들로 전송된다.
본 발명의 센서는 또한 근접이 검출되면 호스트 시스템(마이크로컨트롤러)의 주의를 요청할 수 있는 인터럽트 요청 단말을 가질 수 있다.
제1 항의 용량성 근접 센서에서, 개구부들은 구멍들 또는 줄무늬들의 규칙적인 격자로 배열된다.
본 발명의 센서의 전극들은 많은 방법들로 얻어질 수 있지만, 특히 편리한 실현은 다층 인쇄 회로의 구리로부터 이들이 에칭되는 경우이다. 동일한 회로는 또한 집적 회로에서 센서의 전자 요소들을 포함할 수도 있다.
당업자에게 알려져 있는 것과 관련하여, 본 발명은 전자 휴대용 디바이스들에 쉽게 통합될 수 있고, 작은 패키지로 풍부한 정보를 제공할 수 있다는 이점을 제공한다. 전극들은 표준 PCD 제조 기술들로 쉽게 얻을 수 있고, 많은 공간을 차지하지 않는다. 유전율 및 선택적으로 거리의 결정은 잘못된 접근들을 구별하는 데 유용하다. 이 유닛은 부품들을 움직이지 않고, 손가락의 터치에 반응하고, 잘못된 이벤트들, 오염 또는 물에 의해 쉽게 트리거되지 않는 매우 민감한 입력 디바이스들을 실현하는 데에도 사용할 수 있다.
중요하게도, 근접 검출기가 저주파수에서 작동하고 무선 주파수 신호들에 오히려 둔감하다는 점이다. 그런 다음, 하나 또는 전부를 무선 회로와 정전 용량식으로 결합하여 안테나들로서 이중 임무를 수행하도록 하는 것이 가능하다. 무선 회로는 송신기 및/또는 수신기일 수 있으며, 또는 가장 바람직하게는 Bluetooth® 인터페이스, WiFi 인터페이스, 휴대폰 인터페이스와 같은 디지털 양방향 무선 인터페이스일 수 있다. 전극은 근접 센서로서의 효과를 변경하지 않고 평면 안테나의 구조를 취할 수 있다. 디커플링 인덕터들은 근접 센서의 입력들에서 무선 주파수 신호를 차단하는 데 사용할 수 있다.
다음의 개시에서 보다 명확해질 것이지만, 본 발명의 근접 검출기는 제1 전극과 내부 전극이 동일한 전위에 있을 때 또는 반대로, 이들 중 하나가 고정된 전위로 유지될 때 발생하는 전기장의 상이한 구성들을 사용한다. 전자의 경우 전기장은 단순한 평평한 전극의 전기장에 가까워지고 검출기로부터 멀리 확장된다. 후자의 경우, 전기장은 전극들 사이의 공간에서 더 강하고 검출기에서 멀어질 때 빠르게 감쇠한다. 본 발명은 이러한 차이를 사용하여 접근하는 보디의 유전율 또는 거리를 추정하고 적절한 데이터 버스에 의해 디지털 변수로 인코딩된, 이러한 양의 추정치를 호스트 시스템으로 전송하는 것으로 나타낼 것이다.
본 발명의 예시적인 실시예들이 상세한 설명에 개시되고 도면들에 의해 도시되어 있다.
도 1은 본 발명에 따른 검출기와 이에 연결된 호스트 시스템 - 디지털 프로세서 - 을 매우 단순화된 개념적 표현으로 개략적으로 도시한다.
도 2는 휴대용 전화기에서의 본 발명의 가능한 구현을 보여 주며, 검출기는 인쇄 회로 기판 상에 조립되어 있다. 이 도면은 검출 영역의 일부 유전성/전도성 보디들도 보여준다.
도 3은 인쇄 회로 기판에서 본 발명에 의해 사용되는 감지 전극들의 가능한 실현을 보여준다.
도 4는 제 1 측정 모드에 따라 서로 다른 거리들에서 본 발명의 검출기와 검출 영역의 두 보디들 사이의 정전기 유도의 이상적 표현이다.
도 5는 제 2 측정 모드에서 도 4에서와 같이 검출기와 동일한 보디들 사이의 정전기 유도의 이상적 표현이다.
도 6은 유전 유전율을 결정하는 한 가지 가능한 방법을 보여준다.
도 1은 본 발명의 프레임에서 사용될 수 있는 용량 근접 센서의 단순화된 회로를 나타낸다. 센서는 적어도 두 개의 전극들의 정전 용량을 판독하는 전자 회로(80), 바람직하게는 집적 회로를 포함한다. 이 예는 두 개의 전극들, 즉 집적 회로의 제1 용량성 입력(31)에 연결된 제1 전극(25)("외부 전극"이라고도 함)과 동일한 제2 용량성 입력(32)에 연결된 내부 전극(20)을 나타낸다. 제1 전극은 내부 전극(25) 위에 적층되고, 제1 전극 위에 있는 검출 영역(90)으로부터 부분적으로 그것을 차폐한다. 제1 전극(25)은 내부 전극(25)과 검출 영역의 전하들 사이에 부분적인 정전 용량 결합을 허용하는 일련의 개구부들을 갖는다.
전극들의 스택(29)은 선택적으로 회로(80)의 차폐 제어 단자에 연결된 내부 전극 아래의 능동 차폐 전극(23)에 의해 선택적으로 완성되고, 바람직하게는 또한 능동 차폐부(23) 아래의 패시브 스크린(27)에 의해 완성된다.
도 1에 도시된 예는 단일 채널 센서이다. 집적 회로(80)는 전극들(29)의 단일 스택을 판독하도록 구성된다. 그러나, 이것이 본 발명의 제한은 아니다. 회로(80)는 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 여러 개의 전극들의 스택들을 판독하도록 구성될 수 있다.
제 1 전극(25)은 회로(80)의 제 1 용량성 입력 및 제 1 전극(25)의 자체 정전 용량과 관련된 신호를 생성하는 정전 용량 측정 회로(53), 예를 들어, 정전 용량-전압 컨버터에 연결된다. 이를 달성하기 위해 여러 회로들이 사용될 수 있다. 가능한 구현들에서, 정전 용량 측정 유닛은 전극에 가변 전압을 가하고 전류 적분기 회로에 의해 대응하는 전하를 결정하며, 그것에 의해 정전 용량은 전하와 전압 변화 사이의 비율에 의해 주어진다.
제 1 전극(25)의 정전 용량은 유전성 보디들의 근접한 전도성에 의해 변경될 수 있고, 이러한 정전 용량의 변화는 그러한 보디의 근접성을 감지하는 데 사용된다. 그러나 근접 유도된 변화는 전극의 고유 정전 용량에 전극을 측정 회로에 연결하는 연결 라인의 정전 용량을 더한 것보다 훨씬 작다. 바람직하게는, 회로는 정전 용량 측정 회로의 출력으로부터 임의의 기준값을 차감하도록 프로세서(65)에 의해 구성 가능한 오프셋 차감 회로(50)를 포함한다. 그런 다음 결과 값은 A/D 컨버터(55)에서 적절한 디지털 표현으로 변환되고 추가 정교화를 위해 디지털 프로세서(65)로 전송된다.
유리하게, 내부 전극을 위한 입력 단자들(32)은 쉴드 제어기 유닛(51)에 연결되는 쉴드 모드 또는 접지 기준이 될 수 있는 고정 전위에 연결되는 접지 모드에 놓일 수 있다. 실드 제어기 유닛(51)은 임의의 주어진 순간에 측정되는 용량성 입력의 전위와 거의 일치하는 실드 전위를 생성한다. 이러한 방식으로 실드 모드에 있는 전극들은 측정된 정전 용량에 기여하지 않는다.
실드 전위는 종종 활성 입력 단자의 가변 전압을 따르는 가변 전위라는 것을 알 수 있을 것이다. 이 둘은 적어도 측정이 발생하는 주파수 대역에서 동일해야 한다. 예를 들어, 정전압 오프셋은 관련이 없다.
도시된 실시예에서, 제1 입력(31) 및 제2 입력(32)은 모두 스위치들 S1, S2로 표현되는 바와 같이 측정 모드, 실드 모드 또는 접지로 설정될 수 있고, 내부 전극은 정전용량 측정 회로(53) 및 오프셋 보상 유닛(50)의 자체 인스턴스들을 가지며, 반면 멀티플렉서(54)는 정전용량 신호들 중 하나를 ADC(55)로 전달하기 위해 사용된다. 그러나 이는 반드시 필요한 것은 아니다.
용량성 근접 IC(80)는 마이크로컨트롤러일 수 있는 호스트 시스템(100)과의 통신을 위한 단자들을 갖는다. 이들은 임의의 원하는 디지털 변수를 전송하기 위한 디지털 버스(37), 예를 들어, I2C 버스, 및 검출 영역에서 보디의 접근을 시그널링하기 위한 근접 바이너리 출력(36)이 포함될 수 있다.
도 2는 휴대용 디바이스(40) 내의 정전식 근접 센서의 개략도이다. 휴대용 디바이스(40)는 여기서는 터치 감지 디스플레이, 라우드 스피커(110), 마이크(105)를 구비한 스마트폰으로 구현되었지만, 이들은 필수적인 특징들은 아니다. 휴대용 디바이스(40)는 태블릿, 랩탑, 스마트 워치, 트레이닝 워치, 블루투스® 스피커, 이어폰, 라우터 또는 와이파이 액세스 포인트와 같은 네트워크 장치, 또는 실제로 근접 인식을 필요로 하는 임의의 종류의 전자 휴대용 디바이스일 수 있다. 본 개시는 간결성을 위해 단순히 "스마트폰"을 지칭할 것이며, 이것이 본 발명의 특징을 제한하는 것이 아님을 이해해야 한다.
휴대용 디바이스(40)는 전자 부품들이 납땜되는 인쇄 회로 기판(26)을 갖는다. 그 중, 집적 회로 용량성 근접 센서(80)는 PCB(26) 상에 납땜된다. 전극 스택(29)은 PCB 상에 제조되고, PCB 내의 전도성 트랙들에 의해 집적 회로(80)에 연결되며, 반드시 바로 인접할 필요는 없다. 이는 회로의 레이아웃을 상당히 단순화한다.
도 3은 적층 구조물(29)의 단면을 도시한다. 이 도면의 수직 스케일은 명확성을 위해 확장되었다. 제 1 용량성 입력(31)에 연결된 제 1 전극(25)은 PCB의 층에 에칭된 전도성 패턴이며, 아래의 층들(20, 23)을 완전히 덮는다. 스택의 가장 낮은 레벨은 접지면(27)을 포함하고 있지만 레이아웃에 필요한 경우 가변 전압들의 트랙들을 포함할 수도 있다.
집적 회로(80)의 제 2 용량성 입력(32)에 연결된 내부 전극(20)은 제 1 전극(25)의 아래 층에 있으며, 구리의 고체 영역일 수 있다. 바람직하게는 내부 전극(20)은 제1 전극(25)에 의해 완전히 덮여 있다. 제1 전극(25)은 일정량의 용량성 결합에 동의하는 개구부(45)를 가지고 있기 때문에, 검출 영역(90)으로부터 완전히 차폐되지는 않는다. 즉, 제1 전극(25)은 개구부들(45) 때문에 검출 영역(90)으로부터 제2 전극(20)을 부분적으로 차폐한다.
개구부들(45)의 배치, 개수 및 모양은, 합리적인 정도의 결합을 남긴다면, 중요하지 않다. 경험상, 전극(25)의 솔리드/개방 면적 비율은 1에 가까워야 하지만, 충분한 편차들이 가능할 수 있다.
적층 구조물(29)은, 내부 전극(20)의 레벨 아래 및 패시브 스크린 층(27) 아래의 PCB 레벨에서, 용량성 회로(80)의 차폐 단자(34)에 연결된 능동 차폐 전극(23)을 갖는다. 도면에서는 전극들(25, 20, 23, 27)이 인쇄 회로 기판의 바로 인접한 층에 있지만, 이것이 필수 요건은 아니다. 제1 전극(25)이 PCB의 최상위 층에 있을 필요도 없다.
도 4 및 도 5는, 단순화된 방식으로, 전극들(25, 20)과 대향하는 검출 영역(90) 내의 두 개의 보디들(220, 230)을 예시한다. 전극들은 정전기 결합에 무시할 수 있거나 일정한 영향을 미치고 무시하거나 빼버릴 수 있는 휴대용 디바이스, 예를 들어 디스플레이 패널의 외피(75)에 의해 검출 영역(90)으로부터 분리되어 있다. 보디들(220, 230)은 전극들로부터 서로 다른 거리에 있고, 서로 다른 크기들을 가지며, 이들의 유전율은 다를 수 있다.
도 4에서, 내부 전극(20)은 실드 모드에 있고, 제1 전극(25)은 측정 모드에 있으며, 이 구성에서 센서 집적 회로(80)의 ADC는 제1 전극(25)의 제1 정전 용량(C1)을 측정한다. 이 구성에서 내부 전극(20)은 제1 전극(25)과 등전위인 것으로 간주될 수 있다.
도 5에서, 내부 전극(20)은 접지 모드에 있고, 일정한 전위로 고정되어 있으며, 이 구성에서 센서 집적 회로(80)의 ADC는 제 1 전극(25)의 제 2 정전 용량(C2)을 측정한다. (도면들은 단순화된 표현들일 뿐이지만) 2개의 구성들에서 전기장은 서로 다르지만, 즉 도 4에서 전계는 평평한 전극의 전계와 비슷하지만 도 5의 전계는 제1 전극과 내부 전극 사이의 공간에 더 국한되어 있고 전극들에서 멀리 도달하지 않는다는 것을 알 수 있다.
본 발명은, 보디들(230, 220) 모두, 비록 보디(230)가 감지 전극(25)에 훨씬 더 가깝더라도, C1의 값을 변화시키는 데 기여한다는 관찰로부터 도출된다. 반면에, 보디(220)는 이 구성에서 감지 전극으로부터 멀어질 때 전기장이 빠르게 매우 작아지기 때문에 C2 값에 미치는 영향이 훨씬 적다. 따라서, C1 및 C2의 값들로부터 접근하는 보디의 유전율 값의 추정치를 결정할 수 있다.
도 6은 감지 전극으로부터 임의의 거리에서, 피할 수 없는 중첩 잡음이 있는, 제1 유전율(원들)과 제1 유전율보다 높은 제2 유전율(십자들)을 갖는 두 개의 보디들에 대한 C1 및 C2의 값을 나타내는 플롯이다. C1 축과 C2 축의 단위들은 C1과 C2의 서로 다른 변화 범위에 따라 임의적이고 서로 다르다. 유전율은 C1 또는 C2의 값만으로는 추론할 수 없지만, εr의 차이가 잡음에 의해 압도되지 않는다면 C1 및 C2의 결합된 지식을 기반으로 두 그룹들은 분리될 수 있다. 분할선(250)을 찾을 수 있으며, C1 및 C2의 측정값들이 분할선의 어느 쪽에 놓여 있는지를 관찰함으로써 보디가 제1 또는 제2 유전율을 갖는지 여부를 알 수 있다.
따라서, 용량성 센서의 디지털 프로세서(65)는 상기와 같이 측정된 C1 및 C2의 값들에 기초하여 유전율을 결정하도록 구성되거나 프로그래밍된다. 예에서 설명된 그래픽 방법은 이러한 결과를 달성할 수 있는 여러 가지 가능성들 중 하나에 불과하다.
실시예들에서, 상대 유전율의 값은 C1 및 C2 사이의 비에 기초하여 추정된다. 일반적으로, 상대 유전율의 값은 디지털 프로세서(65)가 계산할 수 있는 C1 및 C2의 적절한 수학적 함수의 값으로부터 추론될 수 있다. 적절한 수학적 함수는 테스트들 및 시뮬레이션들에서 합리적인 노력을 통해 실험적 및 경험적으로 미리 결정될 수 있다. 이와 동일하게, C1 및 C2의 각 가능한 조합에 대해 εr의 가장 가능성 있는 값은 측정에 의해 미리 계산되거나 미리 결정될 수 있고, 디지털 프로세서가 C1 및 C2의 측정된 값을 사용하여 처리할 수 있는 이중 입력 룩업 테이블에 저장될 수 있다. 룩업 테이블의 크기는 변수들의 변환을 사용하거나 기타 알려진 기술들을 사용하여 C1 및 C2의 값을 정량화하여 관리할 수 있다.
본 발명의 연장선상에서, 프로세서(65)는 유전율 대신에 또는 유전율에 부가하여 접근하는 보디까지의 거리를 추정하도록 프로그램될 수 있다.
본 발명을 벗어나지 않으면서, 제1 전극(25)과 내부 전극(20)의 역할들이 교환될 수 있음이 관찰된다. 용량성 센서는 제1 전극이 실드 전위로 유지되는 동안 측정된 내부 전극의 정전 용량을 C1 대신에 사용할 수 있고, 제1 전극이 고정 전위로 유지되는 동안 측정된 내부 전극의 정전 용량을 C2 대신에 사용할 수 있다.
도 1의 도면으로 돌아가서, 프로세서(65)는 감지 전극들의 정전 용량들을 관찰하여 검출 영역(90)에 보디가 접근하는지 여부를 결정하고, 개시된 바와 같이 C1 및 C2를 사용하여, 접근하는 보디의 허용도를 나타내는 디지털 값을 계산한다. 이는 프로세서(65)에서 실행되는 적절한 소프트웨어의 피스의 결과일 수 있다. 집적 회로(80)는 디지털 출력(36)을 어설트함으로써 검출 영역에서 보디의 근접성을 시그널링할 수 있다. 이는 호스트 시스템(100)에서 동작을 유발할 수 있다. 추정된 투자율의 값 및 가능하게는 추정된 거리의 값은 호스트 시스템이 버스(37)를 통해 판독할 수 있는 미리 정의된 레지스터들에 연결될 수 있다.
20 내부 전극
21 가드 링
23 실드
24 가드 링
25 제1 전극
26 인쇄 회로 기판
27 접지면
28 유전체 층들
29 전극들 스택
31 제1 정전 용량 입력
32 제2 정전 용량 입력
34 실드 단자
36 근접 신호
37 디지털 버스
40 휴대용 디바이스
41 비아들
45 개구부들, 구멍들
50 오프셋 보정
51 실드 제어 회로
53 정전 용량 측정 회로, 정전 용량 판독 유닛
54 멀티플렉서
55 아날로그/디지털 컨버터
65 디지털 프로세서, 판독 회로
75 유리
80 용량성 근접 집적 회로, 근접 센서
90 검출 영역
100 호스트 시스템
105 마이크
110 스피커
220 보디
230 보디
250 분할선

Claims (9)

  1. 휴대용 디바이스에 인접한 검출 영역에서 전도성 또는 유전성 보디들의 존재를 검출하기 위한 용량성 근접 센서로서, 상기 센서는 제1 층에 검출 영역과 대향하는 제1 전극과 제2 층에 내부 전극을 갖는 적층 구조를 포함하며, 상기 제1 전극은 제1 전극이 내부 전극을 부분적으로 차폐하도록 내부 전극과 검출 영역의 전도성 및/또는 유전성 보디들 사이의 부분 용량성 결합을 허용하는 복수의 개구부들을 갖고, 상기 용량성 근접 센서는 하나의 전극의 정전 용량을 결정하도록 구성된 하나 이상의 정전 용량 판독 유닛들 및 정전 용량 판독 유닛에 의해 정전 용량이 측정되는 전극의 정전 용량을 따르는 실드 전위를 생성하도록 구성된 차폐 제어 유닛을 포함하고, 상기 용량성 근접 센서는 다른 전극에 상기 실드 전위를 인가하여 상기 제1 전극 또는 상기 내부 전극의 제1 정전 용량을 결정하고, 상기 다른 전극을 고정 전위로 유지하면서 상기 제1 전극 또는 상기 내부 전극의 제2 정전 용량을 결정하고, 상기 제1 정전 용량 및 제2 정전 용량에 기초하여 상기 검출 영역 내 보디의 유전율을 결정하도록 구성된 판독 회로를 포함하는, 용량성 근접 센서.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 판독 회로는 상기 제1 정전 용량 및 상기 제2 정전 용량에 기초하여 상기 검출 영역에서 상기 용량성 근접 센서와 상기 보디 사이의 거리를 결정하도록 구성되는, 용량성 근접 센서.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 개구부는 구멍들 또는 줄무늬들(stripes)의 규칙적인 격자로 배열되는, 용량성 근접 센서.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 고정 전위는 접지 전위인, 용량성 근접 센서.
  5. 제1 항에 있어서, 호스트 시스템과의 통신을 위한 데이터 전송 인터페이스를 포함하며, 상기 데이터 전송 인터페이스는:
    보디가 상기 검출 영역에 있음을 나타내는 논리 근접 신호,
    용량성 근접 센서와 상기 검출 영역 내의 상기 보디 사이의 거리를 이진 변수로 인코딩하는 근접값으로서, 상기 거리는 제1 정전 용량 및 제2 정전 용량으로부터 결정되는, 상기 근접값,
    상기 검출 영역에서 상기 보디의 유전율을 이진 변수로 인코딩하는 유전율 값
    중 하나 이상을 전송하도록 구성되는, 용량성 근접 센서.
  6. 제5 항에 있어서, 상기 데이터 전송 인터페이스는 직렬 버스, 예를 들어 I2C 버스인, 용량성 근접 센서.
  7. 제5 항에 있어서, 상기 검출 영역에서 보디가 검출될 때 어설트되는(asserted) 인터럽트 요청 출력을 포함하는, 용량성 근접 센서.
  8. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 전극 및 상기 내부 전극이 다층 인쇄 회로 기판의 전도성 층에 에칭되는, 용량성 근접 센서.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 제1 전극 및/또는 상기 내부 전극은 무선 회로에 정전 용량식으로 결합되고 상기 무선 회로를 위한 안테나를 제공하는, 용량성 근접 센서.
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