KR20240001938A - Sensor and Operation Method Thereof - Google Patents
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Abstract
일 실시예에 의한 센서 장치는 초기화 제어신호에 응답하여 제 1 오프셋 캐패시턴스를 형성하고, 오프셋 제어신호에 응답하여 제 2 오프셋 캐패시턴스를 형성하여, 제 2 오프셋 캐패시턴스에 의해 제 1 오프셋 캐패시턴스를 조정하여 오프셋 제거 캐패시턴스를 출력하는 오프셋 제거부, 터치 패드에서 검출된 센싱 캐패시턴스에서 오프셋 제거 캐패시턴스가 제거된 조정된 센싱 캐패시턴스로부터 디지털 레벨의 감지 데이터를 생성하는 아날로그 신호 처리부 및, 감지 데이터와 임계값을 비교하여 오프셋 제어 신호를 생성하는 디지털 신호 처리부를 포함하도록 구성될 수 있다.The sensor device according to one embodiment forms a first offset capacitance in response to the initialization control signal, forms a second offset capacitance in response to the offset control signal, and adjusts the first offset capacitance by the second offset capacitance to create an offset. An offset removal unit that outputs a removal capacitance, an analog signal processor that generates digital level detection data from the adjusted sensing capacitance from which the offset removal capacitance has been removed from the sensing capacitance detected in the touch pad, and an offset by comparing the detection data with the threshold. It may be configured to include a digital signal processor that generates a control signal.
Description
본 기술은 대상물 센싱 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 센서 장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다.This technology relates to an object sensing device, and more specifically, to a sensor device and its operating method.
사용자 인터페이스는 전자 장치를 제어하기 위한 사용자의 조작을 입력받는 장치이다.A user interface is a device that receives user input to control an electronic device.
사용자 인터페이스의 일 예로 터치 인식 장치를 들 수 있다.An example of a user interface is a touch recognition device.
다양한 방식의 터치 인식 장치 중에서도, 인체와 같은 유전체와 전도성 터치 패드가 형성하는 정전용량에 기초하여 대상물을 감지하는 정전용량 센서가 널리 사용되고 있다.Among various types of touch recognition devices, capacitance sensors that detect objects based on the capacitance formed by a dielectric such as the human body and a conductive touch pad are widely used.
정전용량 센서에 구비된 터치 패드의 캐패시턴스는 유전체의 접근이나 접촉뿐 아니라 온도, 습도와 같은 외부 환경에 의해서도 변화되므로, 외부 환경 변화에 영향을 받지 않고 입력 신호를 검출할 수 있는 센서 장치가 요구된다.The capacitance of the touch pad provided in the capacitive sensor changes not only due to proximity or contact with the dielectric, but also due to external environments such as temperature and humidity, so a sensor device that can detect input signals without being affected by changes in the external environment is required. .
본 기술의 실시예는 외부 환경 변화에 적응적인 센서 장치 및 그 동작 방법을 제공할 수 있다.Embodiments of the present technology can provide a sensor device and a method of operating the same that are adaptive to changes in the external environment.
본 기술의 일 실시예에 의한 센서 장치는 초기화 제어신호에 응답하여 제 1 오프셋 캐패시턴스를 형성하고, 오프셋 제어신호에 응답하여 제 2 오프셋 캐패시턴스를 형성하여, 상기 제 2 오프셋 캐패시턴스에 의해 상기 제 1 오프셋 캐패시턴스를 조정하여 오프셋 제거 캐패시턴스를 출력하는 오프셋 제거부; 터치 패드에서 검출된 센싱 캐패시턴스에서 상기 오프셋 제거 캐패시턴스가 제거된 조정된 센싱 캐패시턴스로부터 디지털 레벨의 감지 데이터를 생성하는 아날로그 신호 처리부; 및 상기 감지 데이터와 임계값을 비교하여 상기 오프셋 제어 신호를 생성하는 디지털 신호 처리부;를 포함하도록 구성될 수 있다.A sensor device according to an embodiment of the present technology forms a first offset capacitance in response to an initialization control signal, forms a second offset capacitance in response to an offset control signal, and forms the first offset capacitance by the second offset capacitance. An offset removal unit that adjusts the capacitance and outputs an offset removal capacitance; an analog signal processor that generates digital level sensing data from the adjusted sensing capacitance in which the offset removal capacitance is removed from the sensing capacitance detected in the touch pad; and a digital signal processor that generates the offset control signal by comparing the sensed data with a threshold.
본 기술의 일 실시예에 의한 센서 장치의 동작 방법은 터치 패드의 정전용량 변화를 감지하는 센서 장치로서, 초기화 제어신호에 응답하여 제 1 오프셋 캐패시턴스를 설정하는 단계; 오프셋 제어신호에 응답하여 제 2 오프셋 캐패시턴스를 설정하는 단계; 상기 제 2 오프셋 캐패시턴스에 의해 상기 제 1 오프셋 캐패시턴스를 조정하여 오프셋 제거 캐패시턴스를 출력하는 단계; 터치 패드에서 검출된 센싱 캐패시턴스에서 상기 오프셋 제거 캐패시턴스를 제거한 조정된 센싱 캐패시턴스로부터, 디지털 레벨의 감지 데이터를 생성하는 단계; 및 상기 감지 데이터와 임계값을 비교하여 상기 오프셋 제어 신호를 생성하는 단계;를 포함하도록 구성될 수 있다.A method of operating a sensor device according to an embodiment of the present technology includes: setting a first offset capacitance in response to an initialization control signal as a sensor device for detecting a change in capacitance of a touch pad; setting a second offset capacitance in response to an offset control signal; outputting an offset removal capacitance by adjusting the first offset capacitance by the second offset capacitance; generating digital level sensing data from the adjusted sensing capacitance obtained by removing the offset removal capacitance from the sensing capacitance detected in the touch pad; and comparing the sensed data with a threshold to generate the offset control signal.
본 기술에 의하면, 외부 환경 변화에 적응적으로 입력 신호의 기생 성분을 제거할 수 있다. 이에 따라, 센서 장치의 해상도를 보장하면서도 정전용량 변화량 검출 범위를 충분히 확보할 수 있다.According to this technology, parasitic components of an input signal can be removed adaptively to changes in the external environment. Accordingly, it is possible to secure the resolution of the sensor device and sufficiently secure the detection range of the change in capacitance.
도 1은 일 실시예에 의한 센서 장치의 구성도이다.
도 2는 일 실시예에 의한 아날로그 신호 처리부의 구성도이다.
도 3은 일 실시예에 의한 디지털 신호 처리부의 구성도이다.
도 4는 일 실시예에 의한 정전용량 검출 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 일 실시예에 의한 센싱 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은 일 실시예에 의한 센서 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.1 is a configuration diagram of a sensor device according to an embodiment.
Figure 2 is a configuration diagram of an analog signal processing unit according to an embodiment.
Figure 3 is a configuration diagram of a digital signal processing unit according to an embodiment.
Figure 4 is a conceptual diagram for explaining a method of detecting capacitance according to an embodiment.
Figure 5 is a conceptual diagram for explaining a sensing method according to an embodiment.
Figure 6 is a flowchart explaining a method of operating a sensor device according to an embodiment.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 기술의 실시예를 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present technology will be described in more detail with reference to the attached drawings.
도 1은 일 실시예에 의한 센서 장치의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a sensor device according to an embodiment.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 의한 센서 장치(10)는 터치 패드(200) 및 이에 전기적으로 접속되는 감지 신호 처리부(100)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the
감지 신호 처리부(100)는 아날로그 신호 처리부(110), 디지털 신호 처리부(120) 및 컨트롤러(130)를 포함할 수 있다.The detection
아날로그 신호 처리부(110)는 터치 패드(200)의 일 전극에 입력 전압을 인가하고 센싱 캐패시턴스 즉, 센싱 신호(Cs1)를 수신할 수 있다. 터치 패드(200)의 타 전극에는 접지전압(GND)이 인가될 수 있다. 아날로그 신호 처리부(110)는 센싱 신호(Cs1)로부터 센싱 전압을 생성하고, 센싱 전압을 디지털 변환하여 감지 데이터(Sense Data, Dout)를 출력할 수 있다.The
디지털 신호 처리부(120)는 감지 데이터(Dout)를 수신하여 센서 출력 신호(Sout)를 생성할 수 있다. 센서 출력 신호(Sout)는 도시하지 않은 호스트 장치의 컨트롤러로 제공될 수 있다. 호스트 장치는 센서 장치(10)를 사용자 인터페이스로 구비한 전자 장치, 예를 들어 텔레비전, 냉장고, 에어컨, 청소기, 오븐, 전자레인지, 세탁기, 공기 청정기, 셋톱 박스, 비데, 스마트 폰, 테이블릿 PC 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The
컨트롤러(130)는 감지 신호 처리부(100)의 제반 동작을 제어할 수 있다.The
감지 신호 처리부(100)는 터치 패드(200)에 유전체가 근접 또는 접촉되지 않은 상태의 정전용량과 터치 패드(200)에 유전체가 근접 또는 접촉된 경우의 정전용량 변화량에 기초하여 근접 또는 터치 여부를 판별할 수 있다.The detection
유전체가 근접 또는 접촉되지 않은 상태에서 터치 패드(200) 자체의 정전용량은 기생 성분으로 작용하며 온도, 습도 등과 같은 외부 환경에 의해 증가 또는 감소할 수 있다. 감지 신호 처리부(100)가 설정된 검출 범위 내의 정전용량 변화량을 검출하도록 구성된 경우, 외부 환경에 의한 터치 패드(200) 정전용량의 변동은 검출 범위를 제한하는 결과를 초래할 수 있다.When the dielectric is not in proximity or contact, the capacitance of the
따라서, 본 기술에서는 외부 환경에 의한 터치 패드(200)의 정전용량 변화에 적응적으로 기생 성분을 보정하는 방안을 제시한다.Therefore, this technology proposes a method for adaptively correcting parasitic components in response to changes in capacitance of the
도 2는 일 실시예에 의한 아날로그 신호 처리부의 구성도이다.Figure 2 is a configuration diagram of an analog signal processing unit according to an embodiment.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 의한 아날로그 신호 처리부(110)는 오프셋 제거부(1110), 용량-전압 변환부(1120) 및 아날로그-디지털 변환부(ADC, 1130)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the analog
오프셋 제거부(1110)는 터치 패드(200)에 존재하는 기생 성분으로써의 캐패시턴스를 제거하도록 구성되며, 제 1 오프셋 캐패시터(1111) 및 제 2 오프셋 캐패시터(1113)를 포함할 수 있다.The
제 1 오프셋 캐패시터(1111)는 컨트롤러(130)로부터 제공되는 초기화 제어신호(INIT)에 의해 결정되는 제 1 오프셋 캐패시턴스(Cinit)에 따라 센싱 신호(Cs1)의 기생성분을 제거하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 컨트롤러(130)는 센서 장치(10)의 파워-온시 터치 패드(200) 및 용량-전압 변환부(1120)의 캐패시턴스에 적어도 기초하여 초기화 제어신호(INIT)를 결정함으로써 제 1 오프셋 캐패시터(1111)를 구동할 수 있다.The
제 2 오프셋 캐패시터(1113)는 디지털 신호 처리부(120)로부터 제공되는 오프셋 제어신호(SW)에 의해 결정되는 제 2 오프셋 캐패시턴스(Cdelta)에 따라 제 1 오프셋 캐패시턴스(Cinit)를 조정하도록 구성될 수 있다.The
이에 따라, 제 2 오프셋 캐패시턴스(Cdelta)에 의해 조정된 제 1 오프셋 캐패시턴스(Cinit)를 조정하여 오프셋 제거 캐패시턴스가 결정되고, 오프셋 제거 캐패시턴스가 센싱 신호(Cs1)로부터 제거될 수 있다. 그리고, 오프셋 제거부(1110)는 조정된 센싱 신호(Cs2 = Cinit ± Cdelta)를 출력할 수 있다.Accordingly, the offset removal capacitance may be determined by adjusting the first offset capacitance (Cinit) adjusted by the second offset capacitance (Cdelta), and the offset removal capacitance may be removed from the sensing signal (Cs1). Additionally, the
용량-전압 변환부(1120)는 조정된 센싱 신호(Cs2)로부터 센싱 전압(Vout)을 생성하도록 구성되며 증폭기(AMP) 및 레인지(range) 캐패시터(Crg)를 포함할 수 있다.The capacitance-
증폭기(AMP)는 제 1 입력 단자인 비반전 입력 단자(+)에 입력 전압(Vin)을 제공받고, 제 2 입력 단자인 반전 입력 단자(-)에 조정된 센싱 신호(C2s)를 제공받을 수 있다.The amplifier (AMP) can receive the input voltage (Vin) at the non-inverting input terminal (+), which is the first input terminal, and the adjusted sensing signal (C2s) at the inverting input terminal (-), which is the second input terminal. there is.
레인지 캐패시터(Crg)는 증폭기(AMP)의 반전 입력 단자와 센싱 전압(Vout) 출력 단자 간에 연결될 수 있다. 도시하지 않았지만, 용량-전압 변환부(1120)는 레인지 캐패시터(Crg)를 충전 또는 방전하기 위한 스위치를 더 포함할 수 있다.The range capacitor (Crg) may be connected between the inverting input terminal of the amplifier (AMP) and the sensing voltage (Vout) output terminal. Although not shown, the capacity-
조정된 센싱 신호(Cs2)에 의해 레인지 캐패시터(Crg)가 충전되어 센싱 전압(Vout)으로 출력될 수 있다.The range capacitor (Crg) may be charged by the adjusted sensing signal (Cs2) and output as the sensing voltage (Vout).
아날로그-디지털 변환부(ADC, 1130)는 센싱 전압(Vout)을 디지털 변환하여 N-비트의 디지털 감지 데이터(Sense Data, Dout)를 출력할 수 있다.The analog-to-digital converter (ADC, 1130) can digitally convert the sensing voltage (Vout) and output N-bit digital sense data (Sense Data, Dout).
제 2 오프셋 캐패시터(1113)가 구비되지않은 경우를 가정하면, 아날로그 신호 처리부(110)는 터치 패드(200)의 센싱 신호(Cs1)로부터 제 1 오프셋 캐패시터(1111) 만큼의 정전용량을 뺀 나머지에 해당하는 캐패시턴스(Cs1-Cinit)를 레인지 캐패시터(Crg)를 이용하여 아날로그 전압 즉, 센싱 전압(Vout)으로 변환한다.Assuming that the
센서 장치(100)의 검출 가능 범위를 최적화하기 위하여, 초기화 동작시 [수학식 1]에 의해 제 1 오프셋 캐패시터(1111)의 값을 설정할 수 있다.In order to optimize the detectable range of the
[수학식 1][Equation 1]
Cinit = Cs1 - 0.5CrgCinit = Cs1 - 0.5Crg
외부 환경 변화에 의해 센싱 신호(Cs1)가 증가 또는 감소하는 등 변화할 수 있으나, 터치패드(200)의 정전용량 변화를 검출할 수 있는 범위는 센싱 신호(Cs1)를 충전하여 출력하는 레인지 캐패시터(Crg)의 용량값에 의존한다.The sensing signal (Cs1) may increase or decrease due to changes in the external environment, but the range in which changes in capacitance of the
터치패드(200)의 정전용량 변화 검출 범위를 증가시키기 위해서 레인지 캐패시터(Crg)의 용량을 증가시키는 것을 생각해볼 수 있지만, 레인지 캐패시터(Crg)의 용량은 [수학식 2]와 같이 정의되는 센서 장치(10)의 해상도를 좌우하기 때문에 레인지 캐패시터(Crg)의 용량을 증가시키는 데에는 한계가 있다.It is conceivable to increase the capacity of the range capacitor (Crg) in order to increase the detection range of the capacitance change of the
[수학식 2][Equation 2]
검출 캐패시턴스 해상도 = Crg/2N Detection capacitance resolution = Crg/2 N
(N:ADC에서 출력되는 감지 데이터(Dout)의 비트 수)(N: Number of bits of detection data (Dout) output from ADC)
본 기술의 디지털 신호 처리부(120)는 센싱 신호(Cs1)가 설정된 수준 이상 변화되는지 모니터링하여 오프셋 제어신호(SW)를 출력할 수 있다. 제 2 오프셋 캐패시터(1113)는 오프셋 제어신호(SW)에 의해 결정되는 제 2 오프셋 캐패시턴스(Cdelta)에 따라 제 1 오프셋 캐패시턴스(Cinit)를 조정, 예를 들어 가감하도록 구성될 수 있다.The
일 실시예에서, 디지털 신호 처리부(120)는 센싱 신호(Cs1)로부터 생성된 디지털 감지 데이터(Dout)가 제 1 임계값(TH1) 이상인 경우 제 1 오프셋 캐패시턴스(Cinit)를 증가시키고, 디지털 감지 데이터(Dout)가 제 2 임계값(TH2) 이하인 경우 제 1 오프셋 캐패시턴스(Cinit)를 감소시키도록 오프셋 제어신호(SW)를 생성할 수 있다.In one embodiment, the
도 3은 일 실시예에 의한 디지털 신호 처리부의 구성도이다.Figure 3 is a configuration diagram of a digital signal processing unit according to an embodiment.
도 3을 참조하면, 일 실시예에 의한 디지털 신호 처리부(120)는 감지 신호 생성부(121), 비교부(123) 및 오프셋 제어신호 생성부(125)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the
감지 신호 생성부(121)는 감지 데이터(Dout)에 대응하는 센서 출력 신호(Sout)를 출력할 수 있다.The
비교부(123)는 감지 데이터(Dout)와 임계값(TH1, TH2)을 비교하여 비교신호(COMP)를 생성할 수 있다.The
일 실시예에서, 비교부(123)는 감지 데이터(Dout)가 제 1 임계값(TH1) 이상인 경우 제 1 레벨의 감지 신호(COMP)를 생성하고, 감지 데이터(Dout)가 제 2 임계값(TH2) 이하인 경우 제 2 레벨의 감지 신호(COMP)를 생성할 수 있다.In one embodiment, the
오프셋 제어신호 생성부(125)는 비교신호(COMP)에 기초하여 오프셋 제어신호(SW)를 생성할 수 있다.The offset
일 실시예에서, 오프셋 제어신호 생성부(125)는 제 1 레벨의 비교신호(COMP)에 응답하여 제 1 오프셋 캐패시턴스(Cinit)에 제 2 오프셋 캐패시턴스(Cdelta)가 추가되도록 오프셋 제어신호(SW)를 생성할 수 있다. 오프셋 제어신호 생성부(125)는 제 2 레벨의 비교신호(COMP)에 응답하여 제 1 오프셋 캐패시턴스(Cinit)에서 제 2 오프셋 캐패시턴스(Cdelta)가 제거되도록 오프셋 제어신호(SW)를 생성할 수 있다.In one embodiment, the offset
도 4는 일 실시예에 의한 정전용량 검출 방법을 설명하기 위한 개념도이다.Figure 4 is a conceptual diagram for explaining a method of detecting capacitance according to an embodiment.
도 4의 (a)는 센싱 신호(Cs1)가 외부 환경에 의해 변화되지 않은 경우의 정전용량 검출 방법을 나타낸다.Figure 4(a) shows a method of detecting capacitance when the sensing signal Cs1 is not changed by the external environment.
센싱 신호(Cs1)로부터 제 1 오프셋 캐패시턴스(Cinit)를 뺀 나머지에 해당하는 캐패시턴스(Cs1-Cinit)를 레인지 캐패시터(Crg)를 이용하여 센싱 전압(Vout)으로 변환할 수 있다.The capacitance (Cs1-Cinit) corresponding to the remainder after subtracting the first offset capacitance (Cinit) from the sensing signal (Cs1) can be converted to the sensing voltage (Vout) using the range capacitor (Crg).
도 4의 (b)는 센싱 신호(Cs1)가 외부 환경에 의해 제 1 임계값(TH1) 이상 증가한 경우의 정전용량 검출 방법을 나타낸다. 일 실시예에서, 제 1 임계값(TH1)은 감지 데이터(Dout) 최대값의 3/4으로 결정될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 감지 데이터(Dout)가 210 비트로 출력되는 경우 최대값은 10진수로 1024이고 제 1 임계값(TH1)은 최대값의 3/4인 768일 수 있다. ①과 같이 센싱 신호(Cs1)가 외부 환경에 의해 증가하여(Cs1+Cs1_inc) 감지 데이터(Dout)가 제 1 임계값(TH1) 이상으로 검출될 때, ②와 같이 제 1 오프셋 캐패시턴스(Cinit)에 의해서만 기생성분을 제거하면 레인지 캐패시터(Crg)에 의한 정전용량 검출 범위가 제한된다. 예를 들어, 의도하지 않은 접근 또는 접촉에 의해 센싱 신호(Cs1)가 미소하게 변화한 경우에도 유효한 접근 또는 접촉으로 오판별할 수 있다.Figure 4(b) shows a method for detecting capacitance when the sensing signal Cs1 increases beyond the first threshold TH1 due to an external environment. In one embodiment, the first threshold TH1 may be determined to be 3/4 of the maximum value of the sensed data Dout, but is not limited thereto. When the detection data (Dout) is output as 2 10 bits, the maximum value may be 1024 in decimal and the first threshold value (TH1) may be 768, which is 3/4 of the maximum value. As in ①, when the sensing signal (Cs1) increases (Cs1+Cs1_inc) due to the external environment and the sensed data (Dout) is detected above the first threshold (TH1), as in ②, the first offset capacitance (Cinit) If parasitic components are removed only by using the range capacitor (Crg), the capacitance detection range is limited. For example, even if the sensing signal Cs1 changes slightly due to an unintentional approach or contact, it may be mistakenly judged as a valid approach or contact.
하지만 디지털 신호 처리부(120)에 의해 생성한 오프셋 제어신호(SW)에 따라, ③과 같이 제 1 오프셋 캐패시턴스(Cinit)에 제 2 오프셋 캐패시턴스(Cdelta)를 추가하면 정전용량 검출 범위를 충분히 확보할 수 있다.However, according to the offset control signal (SW) generated by the
도 4의 (c)는 센싱 신호(Cs1)가 외부 환경에 의해 제 2 임계값(TH2) 이하 감소한 경우의 정전용량 검출 방법을 나타낸다. 일 실시예에서, 제 2 임계값(TH2)은 감지 데이터(Dout) 최대값의 1/4으로 결정될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 감지 데이터(Dout)가 210 비트로 출력되는 경우 최대값은 10진수로 1024이고 제 2 임계값(TH2)은 최대값의 1/4인 256일 수 있다. ①과 같이 센싱 신호(Cs1)가 외부 환경에 의해 감소하여(Cs1-Cs1_dec) 감지 데이터(Dout)가 제 2 임계값(TH2) 이하로 검출될 때, ②와 같이 제 1 오프셋 캐패시턴스(Cinit)에 의해서만 기생성분을 제거하면 레인지 캐패시터(Crg)에 의한 정전용량 검출 범위가 제한된다. 예를 들어, 의도된 접근 또는 접촉에 의해 센싱 신호(Cs1)가 변화하더라도 유효한 접근 또는 접촉으로 인식하지 못할 수 있다.Figure 4 (c) shows a method of detecting capacitance when the sensing signal (Cs1) decreases below the second threshold (TH2) due to the external environment. In one embodiment, the second threshold TH2 may be determined to be 1/4 of the maximum value of the sensed data Dout, but is not limited thereto. When the sensed data (Dout) is output as 2 10 bits, the maximum value may be 1024 in decimal and the second threshold value (TH2) may be 256, which is 1/4 of the maximum value. As in ①, when the sensing signal (Cs1) decreases (Cs1-Cs1_dec) due to the external environment and the sensing data (Dout) is detected below the second threshold (TH2), as in ②, the first offset capacitance (Cinit) If parasitic components are removed only by using the range capacitor (Crg), the capacitance detection range is limited. For example, even if the sensing signal Cs1 changes due to an intended approach or contact, it may not be recognized as a valid approach or contact.
하지만 디지털 신호 처리부(120)에 의해 생성한 오프셋 제어신호(SW)에 따라, ③과 같이 제 1 오프셋 캐패시턴스(Cinit)에 제 2 오프셋 캐패시턴스(Cdelta)를 차감하면 정전용량 검출 범위를 충분히 확보할 수 있다.However, according to the offset control signal (SW) generated by the
도 5는 일 실시예에 의한 센싱 방법을 설명하기 위한 개념도이다.Figure 5 is a conceptual diagram for explaining a sensing method according to an embodiment.
센서 장치(10)에서 외부 물질의 접촉으로 발생되는 정전용량 변화 여부를 검출하기 위해서는 기준값(Reference Data)과 감지 임계값(THS)이 정의되어야 한다.In order to detect whether the
기준값은 센서 장치(10)에 외부 물질의 접촉에 의한 정전용량 변화가 없을 때의 값으로, 외부 물질의 접촉이 없는 상태에서 복수회 측정된 감지 데이터(Sense Data, Dout)의 평균값으로 정의한다.The reference value is a value when there is no change in capacitance due to contact with an external substance in the
감지 임계값(THS)은 센서 장치(10)가 외부 물질의 접촉 여부를 판단하는 감지 데이터(Sense Data) 변화량의 최소값을 의미한다.The detection threshold (THS) refers to the minimum value of the change in sense data by which the
도 5를 참조하면, 현재의 감지 데이터(Sense Data)가 기준값(Reference Data)보다 임계값(THS) 이상으로 커질 경우, 터치되었다고(Touch On) 판단한다. Touch On 판단이 완료되면, 기준값(Reference Data)을 현재의 감지 데이터(Sense Data) 값을 기준으로 다시 설정하게 된다.Referring to FIG. 5, when the current sense data becomes greater than the reference value by more than the threshold (THS), it is determined that the device has been touched (Touch On). Once the Touch On judgment is completed, the reference data is reset based on the current sense data value.
한편, 현재의 감지 데이터(Sense Data)가 기준값(Reference Data)보다 임계값(THS) 이하로 작아질 경우, 터치 해제(Touch Off) 되었다고 판단한다. Touch Off 판단이 완료되면, 기준값(Reference Data)을 현재의 감지 데이터(Sense Data) 값을 기준으로 다시 설정하게 된다.Meanwhile, when the current sense data becomes smaller than the reference data by less than the threshold (THS), it is determined that the touch is off. Once the Touch Off judgment is completed, the reference value is reset based on the current sense data value.
이러한 과정에서, 외부 환경에 의해 터치 패드(200)의 정전용량이 증가하는 경우(a) 또는 감소하는 경우(b)가 검출되고, 각 경우에 맞게 오프셋 캐패시턴스를 가감할 수 있다.In this process, it is detected whether the capacitance of the
도 5의 (a)를 참조하면, 감지 데이터 감지 데이터(Sense Data, Dout)가 제 1 임계값(TH1), 예를 들어 감지 데이터(Dout) 최대값의 3/4 이상으로 검출될 수 있다(A). 디지털 신호 처리부(120)는 제 1 오프셋 캐패시턴스(Cinit)를 증가시킬 수 있는 제 2 오프셋 캐패시턴스(Cdelta)가 형성되도록 오프셋 제어 신호(SW)를 생성할 수 있다. 이에 따라, 센싱 신호(Cs1)의 기생성분은 제 1 오프셋 캐패시턴스(Cinit) 및 제 2 오프셋 캐패시턴스(Cdelta)에 의해 제거될 수 있어 감지 데이터(Sense data)의 출력 범위가 확보될 수 있다.Referring to (a) of FIG. 5, sense data (Sense Data, Dout) may be detected as more than 3/4 of the first threshold (TH1), for example, the maximum value of sense data (Dout) ( A). The
도 5의 (b)를 참조하면, 감지 데이터 감지 데이터(Sense Data, Dout)가 제 2 임계값(TH2), 예를 들어 감지 데이터(Dout) 최대값의 1/4 이하로 검출될 수 있다(B). 디지털 신호 처리부(12)는 제 1 오프셋 캐패시턴스(Cinit)를 감소시킬 수 있는 제 2 오프셋 캐패시턴스(Cdelta)가 형성되도록 오프셋 제어 신호(SW)를 생성할 수 있다. 이에 따라, 센싱 신호(Cs1)의 기생성분은 제 1 오프셋 캐패시턴스(Cinit)에서 제 2 오프셋 캐패시턴스(Cdelta)를 제외한 양 만큼 제거될 수 있어 감지 데이터(Sense data)의 출력 범위가 확보될 수 있다.Referring to (b) of FIG. 5, the sense data (Sense Data, Dout) may be detected as a second threshold (TH2), for example, less than 1/4 of the maximum value of the sense data (Dout) ( B). The digital signal processor 12 may generate an offset control signal SW to form a second offset capacitance Cdelta that can reduce the first offset capacitance Cinit. Accordingly, the parasitic component of the sensing signal Cs1 can be removed by an amount excluding the second offset capacitance Cdelta from the first offset capacitance Cinit, so that the output range of the sense data can be secured.
즉, 터치 패드(200)의 정전용량이 외부 환경에 의해 상승하는 경우, 그 상승분에 대응하는 기생성분을 제 2 오프셋 캐패시턴스에 의해 추가로 제거함으로써 센싱 민감도를 향상시킬 수 있다. 아울러, 터치 패드(200)의 정전용량이 외부 환경에 의해 하강하는 경우, 그 하강분에 대응하는 기생성분을 제 1 오프셋 캐패시턴스에서 제외시킴으로써 센싱 민감도를 향상시킬 수 있다.That is, when the capacitance of the
도 6은 일 실시예에 의한 센서 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.Figure 6 is a flowchart for explaining a method of operating a sensor device according to an embodiment.
센서 장치(10)가 파워-온 됨에 따라(S101), 감지 신호 처리부(100)는 터치 패드(200)로부터 제공되는 감지 신호(Cs1)로부터 생성된 감지 데이터(Dout)에 기초하여 초기화 제어신호(INIT)를 결정할 수 있다.As the
이에 따라 제 1 오프셋 캐패시터(1111)가 구동되어 제 1 오프셋 캐패시턴스(Cinit)가 설정될 수 있다(S103).Accordingly, the first offset
감지 신호 처리부(100)는 터치 패드(200)로부터의 감지 신호(Cs1)를 계속 모니터링할 수 있다(S105).The
감지 신호 처리부(100)는 센싱 신호(Cs1)로부터 생성된 감지 데이터(Dout)가 기 설정된 범위를 벗어났는지, 예를 들어 제 1 임계값(TH1) 이상이거나 제 2 임계값(TH2) 이하인지 판단할 수 있다(S107).The detection
감지 데이터(Dout)가 기 설정된 범위를 벗어나지 않은 경우(S107:N) 감지 신호 처리부(100)는 모니터링을 계속한다(S105).If the detection data (Dout) does not exceed the preset range (S107:N), the
감지 데이터(Dout)가 기 설정된 범위를 벗어난 경우(S107:Y) 감지 신호 처리부(100)는 제 1 오프셋 캐패시턴스(Cinit)를 조정하도록 오프셋 제어 신호(SW)를 생성하여 제 2 오프셋 캐패시턴스(Cdelta)를 형성할 수 있다(S109). 그리고, 제 2 오프셋 캐패시턴스(Cdelta)에 의해 제 1 오프셋 캐패시턴스(Cinit)가 조정될 수 있다.When the detection data (Dout) is outside the preset range (S107:Y), the
예를 들어, 감지 데이터(Dout)가 제 1 임계값(TH1) 이상인 것으로 검출되는 경우 제 1 오프셋 캐패시턴스(Cinit)를 증가시키도록 제 2 오프셋 캐패시턴스(Cdelta)를 형성할 수 있다.For example, when the sensed data Dout is detected to be greater than or equal to the first threshold TH1, the second offset capacitance Cdelta may be formed to increase the first offset capacitance Cinit.
예를 들어, 감지 데이터(Dout)가 제 2 임계값(TH2) 이하인 것으로 검출되는 경우 제 1 오프셋 캐패시턴스(Cinit)를 감소시키도록 제 2 오프셋 캐패시턴스(Cdelta)를 형성할 수 있다.For example, when the sensed data Dout is detected to be less than the second threshold TH2, the second offset capacitance Cdelta may be formed to reduce the first offset capacitance Cinit.
이에 따라, 조정된 센싱 신호(Cs2)가 레인지 캐패시터(Crg)의 범위 내에서 검출되도록 할 수 있다.Accordingly, the adjusted sensing signal Cs2 can be detected within the range of the range capacitor Crg.
이러한 모니터링 동작은 센서 장치(10)가 동작하는 동안 실시간으로 수행되어, 검출 가능한 정전용량 변화량을 최대(Cinit + 0.5Crg)로 확보할 수 있다.This monitoring operation is performed in real time while the
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.As such, a person skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing its technical idea or essential features. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the claims described below rather than the detailed description above, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present invention. do.
10 : 센서 장치
100 : 감지 신호 처리부
200 : 터치 패드10: sensor device
100: detection signal processing unit
200: touch pad
Claims (12)
터치 패드에서 검출된 센싱 캐패시턴스에서 상기 오프셋 제거 캐패시턴스가 제거된 조정된 센싱 캐패시턴스로부터 디지털 레벨의 감지 데이터를 생성하는 아날로그 신호 처리부; 및
상기 감지 데이터와 임계값을 비교하여 상기 오프셋 제어 신호를 생성하는 디지털 신호 처리부;
를 포함하도록 구성되는 센서 장치.An offset that forms a first offset capacitance in response to an initialization control signal, forms a second offset capacitance in response to an offset control signal, and outputs an offset removal capacitance by adjusting the first offset capacitance by the second offset capacitance. removal part;
an analog signal processor that generates digital level sensing data from the adjusted sensing capacitance in which the offset removal capacitance is removed from the sensing capacitance detected in the touch pad; and
a digital signal processor that generates the offset control signal by comparing the sensed data with a threshold;
A sensor device configured to include.
상기 디지털 신호 처리부는,
상기 감지 데이터가 제 1 임계값 이상인 경우 상기 제 1 오프셋 캐패시턴스를 증가시키도록 상기 오프셋 제어신호를 생성하는 센서 장치.According to claim 1,
The digital signal processor,
A sensor device that generates the offset control signal to increase the first offset capacitance when the sensed data is greater than or equal to a first threshold.
상기 제 1 임계값은 검출 가능한 상기 감지 데이터의 3/4에 대응하도록 설정되는 센서 장치.According to claim 2,
The sensor device wherein the first threshold is set to correspond to 3/4 of the detectable sense data.
상기 디지털 신호 처리부는,
상기 감지 데이터가 제 2 임계값 이하인 경우 상기 제 1 오프셋 캐패시턴스를 감소시키도록 상기 오프셋 제어신호를 생성하는 센서 장치.According to claim 1,
The digital signal processor,
A sensor device that generates the offset control signal to reduce the first offset capacitance when the sensed data is less than or equal to a second threshold.
상기 제 2 임계값은 검출 가능한 상기 감지 데이터의 1/4에 대응하도록 설정되는 센서 장치.According to claim 4,
The second threshold is set to correspond to 1/4 of the detectable sensed data.
상기 아날로그 신호 처리부는, 상기 조정된 센싱 캐패시턴스를 충전하여 센싱 전압으로 출력하는 레인지 캐패시터를 포함하는 용량-전압 변환부 및, 상기 센싱 전압을 디지털 변환하여 상기 감지 데이터를 출력하도록 구성된 아날로그-디지털 변환기를 포함하고,
상기 센서 장치는, 파워-온시 상기 센싱 캐패시턴스에서 상기 레인지 캐패시터 캐패시턴스의 1/2을 차감한 값으로 상기 제 1 오프셋 캐패시턴스를 설정하는 컨트롤러;
를 더 포함하도록 구성되는 센서 장치.According to claim 1,
The analog signal processing unit includes a capacitance-voltage converter including a range capacitor that charges the adjusted sensing capacitance and outputs it as a sensing voltage, and an analog-to-digital converter configured to digitally convert the sensing voltage and output the sensing data. Contains,
The sensor device includes: a controller that sets the first offset capacitance to a value obtained by subtracting 1/2 of the range capacitance capacitance from the sensing capacitance when power is turned on;
A sensor device configured to further include.
초기화 제어신호에 응답하여 제 1 오프셋 캐패시턴스를 설정하는 단계;
오프셋 제어신호에 응답하여 제 2 오프셋 캐패시턴스를 설정하는 단계;
상기 제 2 오프셋 캐패시턴스에 의해 상기 제 1 오프셋 캐패시턴스를 조정하여 오프셋 제거 캐패시턴스를 출력하는 단계;
터치 패드에서 검출된 센싱 캐패시턴스에서 상기 오프셋 제거 캐패시턴스를 제거한 조정된 센싱 캐패시턴스로부터, 디지털 레벨의 감지 데이터를 생성하는 단계; 및
상기 감지 데이터와 임계값을 비교하여 상기 오프셋 제어 신호를 생성하는 단계;
를 포함하도록 구성되는 센서 장치의 동작 방법.A sensor device that detects changes in capacitance of a touch pad,
setting a first offset capacitance in response to an initialization control signal;
setting a second offset capacitance in response to an offset control signal;
outputting an offset removal capacitance by adjusting the first offset capacitance by the second offset capacitance;
generating digital level sensing data from the adjusted sensing capacitance obtained by removing the offset removal capacitance from the sensing capacitance detected in the touch pad; and
generating the offset control signal by comparing the sensed data with a threshold;
A method of operating a sensor device configured to include.
상기 오프셋 제어 신호를 생성하는 단계는, 상기 감지 데이터가 제 1 임계값 이상인 경우 상기 제 1 오프셋 캐패시턴스를 증가시키도록 상기 오프셋 제어신호를 생성하는 단계인 센서 장치의 동작 방법.According to claim 7,
Generating the offset control signal includes generating the offset control signal to increase the first offset capacitance when the sensed data is greater than or equal to a first threshold.
상기 제 1 임계값은 검출 가능한 상기 감지 데이터의 3/4에 대응하도록 설정되는 센서 장치의 동작 방법.According to claim 8,
The method of operating a sensor device wherein the first threshold is set to correspond to 3/4 of the detectable sensed data.
상기 오프셋 제어 신호를 생성하는 단계는, 상기 감지 데이터가 제 2 임계값 이하인 경우 상기 제 1 오프셋 캐패시턴스를 감소시키도록 상기 오프셋 제어신호를 생성하는 센서 장치의 동작 방법.According to claim 7,
Generating the offset control signal includes generating the offset control signal to reduce the first offset capacitance when the sensed data is less than or equal to a second threshold.
상기 제 2 임계값은 검출 가능한 상기 감지 데이터의 1/4에 대응하도록 설정되는 센서 장치의 동작 방법.According to claim 10,
The second threshold is set to correspond to 1/4 of the detectable sensed data.
상기 감지 데이터를 생성하는 단계는, 레인지 캐패시터에 의해 상기 조정된 센싱 캐패시턴스를 충전하여 센싱 전압으로 출력하는 단계 및, 상기 센싱 전압을 디지털 변환하여 상기 감지 데이터를 출력하는 단계를 포함하고,
상기 제 1 오프셋 캐패시턴스를 설정하는 단계, 상기 센서 장치의 파워-온시 상기 센싱 캐패시턴스에서 상기 레인지 캐패시터 캐패시턴스의 1/2을 차감한 값으로 상기 제 1 오프셋 캐패시턴스를 설정하는 단계인;
를 더 포함하도록 구성되는 센서 장치의 동작 방법.According to claim 7,
Generating the sensed data includes charging the adjusted sensing capacitance with a range capacitor and outputting it as a sensing voltage, and digitally converting the sensing voltage to output the sensed data,
Setting the first offset capacitance, setting the first offset capacitance to a value obtained by subtracting 1/2 of the range capacitance capacitance from the sensing capacitance when the sensor device is powered on;
A method of operating a sensor device configured to further include.
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KR1020220078875A KR20240001938A (en) | 2022-06-28 | 2022-06-28 | Sensor and Operation Method Thereof |
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