WO2009125932A2 - Electrostatic capacitance detecting device, and an electrostatic capacitance sensor comprising the same - Google Patents

Electrostatic capacitance detecting device, and an electrostatic capacitance sensor comprising the same Download PDF

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WO2009125932A2
WO2009125932A2 PCT/KR2009/001492 KR2009001492W WO2009125932A2 WO 2009125932 A2 WO2009125932 A2 WO 2009125932A2 KR 2009001492 W KR2009001492 W KR 2009001492W WO 2009125932 A2 WO2009125932 A2 WO 2009125932A2
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capacitive sensor
time
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김수환
박영준
정인영
이현중
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서울대학교산학협력단
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G01R27/2605Measuring capacitance
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/945Proximity switches
    • H03K17/955Proximity switches using a capacitive detector

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a capacitive detection device and a capacitive sensor including the same.
  • Capacitive sensors can be used for human interface and machine control. Since capacitive sensors are in common use today, efficient capacitive sensors are required.
  • An object of the present invention is to provide a capacitance detection device.
  • Another object of the present invention to provide a capacitive sensor comprising the same.
  • the capacitance detecting device integrates a difference in charge amount between a first capacitor (the first capacitor has a reference capacitance) and a second capacitor in a first time interval (hereinafter, referred to as an "integration process").
  • the second time period includes a controller for preserving the integrated charge amount (hereinafter, referred to as a "preservation process").
  • the first and second capacitors may respectively receive a first clock signal and a second clock signal having a complementary relationship with the first clock signal.
  • the first time period may correspond to a first transition time of the first and second clock signals
  • the second time period may correspond to a second transition time of the first and second clock signals.
  • the controller may repeat the integration process and the preservation process for a predetermined time, a predetermined number of times, or until the integrated charge is greater than or equal to a predetermined reference.
  • the controller may include an integrator capable of integrating the difference in charge amount.
  • the integrator is an integrating capacitor and the first time interval
  • an input terminal is connected to the first stage of each of the first capacitor, the second capacitor and the integrating capacitor
  • the output terminal is a second of the integrating capacitor It may include an operational amplifier connected to the stage.
  • the output terminal may be connected to the first terminal in the second time interval.
  • the capacitive detection device may be used for a capacitive sensor.
  • a capacitive sensor includes a reference capacitor having a reference capacitance, a capacitor array including at least one capacitor connected to a first stage, and the at least one based on a capacitor address.
  • the selector for selecting one of the capacitors and the first time period is integrated (hereinafter referred to as "integration process") the difference in the amount of charge between the selected one capacitor and the reference capacitor, the second time period is integrated It includes a control unit for preserving (hereinafter referred to as "preservation process").
  • the reference capacitor and the selected one capacitor may receive a first clock signal and a second clock signal having a complementary relationship with the first clock signal.
  • the first time period may correspond to a first transition time of the first and second clock signals
  • the second time period may correspond to a second transition time of the first and second clock signals.
  • the controller may repeat the integration process and the preservation process for a predetermined time, a predetermined number of times, or until the integrated charge is greater than or equal to a predetermined reference.
  • the controller may include an integrator capable of integrating the difference in charge amount.
  • the integrator is an integrating capacitor and the first time interval
  • an input terminal is connected to the first stage of each of the first capacitor, the second capacitor and the integrating capacitor
  • the output terminal is a second of the integrating capacitor It may include an operational amplifier connected to the stage.
  • the output terminal may be connected to the first terminal in the second time interval.
  • the capacitive sensor integrates the difference in the amount of charge between the first and second capacitors in the first capacitor, the second capacitor, and the first time interval.
  • “Integral process” and the second time interval includes a control unit for preserving the integrated charge amount (hereinafter referred to as “conservation process”).
  • the first and second capacitors may respectively receive a first clock signal and a second clock signal having a complementary relationship with the first clock signal.
  • the first time period may correspond to a first transition time of the first and second clock signals
  • the second time period is the first of the first and second clock signals. May correspond to two transition times.
  • the controller may repeat the integration process and the preservation process for a predetermined time, a predetermined number of times, or until the integrated charge is greater than or equal to a predetermined reference.
  • FIG. 1 and 2 are diagrams for describing a capacitive sensor according to an embodiment of the present invention.
  • 3 to 8 are diagrams for describing an operation process of the capacitive sensor.
  • FIG. 9 is a graph illustrating a simulation result of the capacitive sensor of FIG. 1.
  • FIGS. 10 and 11 are diagrams for describing a capacitive sensor according to another embodiment of the present invention.
  • first and second are used to distinguish one component from other components, and the scope of the present invention should not be limited by these terms.
  • first component may be named a second component, and similarly, the second component may also be named a first component.
  • first item, second item, and / or third item means “at least one or more of the first item, second item, and third item", and means first, second, or third item.
  • first item, second item, and / or third item means “at least one or more of the first item, second item, and third item", and means first, second, or third item.
  • each step described in the present invention may occur out of the stated order unless the context clearly dictates the specific order. That is, each step may occur in the same order as specified, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the reverse order.
  • FIG. 1 and 2 are diagrams for describing a capacitive sensor according to an embodiment of the present invention.
  • the capacitive sensor 1000 includes a first capacitor (hereinafter referred to as a “reference capacitor”) 1100, a second capacitor (hereinafter referred to as a “sensing capacitor”) 1200, and a capacitance correction. It includes a control unit 1300 for.
  • the controller 1300 may include an operational amplifier 1310, an integration capacitor 1320, and a switch 1330.
  • the reference capacitor 1100 may have a reference capacitance, and the sensing capacitor 1200 may vary in capacitance according to a change in sensing target.
  • the controller 130 integrates the difference in the amount of charge between the reference capacitor and the sensing capacitor in the first time interval (hereinafter referred to as an "integration process"), and preserves the charged amount in the second time interval (hereinafter, referred to as “preservation process”). ".”
  • the capacitive sensor 1000 may be operated according to an operation clock signal 1400 indicating an operation timing, and the operation clock signal 1400 may be a reset clock signal RST for controlling the switch unit 1330.
  • a first switch control signal PHI1 and a second switch control signal PHI2 and a first clock signal CLK and a second clock signal CLKB.
  • the second clock signal CLKB has a complementary relationship with the first clock signal CLK.
  • 3 to 8 are diagrams for describing an operation process of the capacitive sensor.
  • 3 and 4 illustrate a process of initializing the capacitive sensor.
  • the capacitive sensor 1000 initializes the integrating capacitor 1320 according to the operation clock signal 1500 for the reset timing.
  • the reference capacitor 1100 receives the second clock signal CLKB, which transitions from the first logic level (eg, logic low) to the second logic level (eg, logic high), and senses the sensing capacitor 1200. Receives a first clock signal CLK having a complementary relationship with the second clock signal CLKB.
  • the controller 1300 has a reset clock signal RST having a second logic level (eg, logic high), a first switch control signal PHI1, and a first logic level (eg, logic low).
  • the second switch control signal PHI2 is received.
  • the first input terminal ( ⁇ ) and the output terminal of the operational amplifier 1310 are connected to the first terminals of the reference capacitor 1100, the sensing capacitor 1200, and the integrating capacitor 1320, respectively, and the first terminal of the operational amplifier 1310.
  • the second input terminal (+) is connected to the common voltage COM, the second terminal of the integration capacitor 1320 and the output terminal of the controller 1300.
  • the common voltage COM may mean a predetermined voltage.
  • the common voltage COM may correspond to the ground voltage GND or half of the power supply voltage VDD.
  • the controller 1300 may initialize the integral capacitor 1320 at the reset timing.
  • 5 and 6 illustrate a process of integrating the difference in charge amount between the reference capacitor and the sensing capacitor in the capacitive sensor.
  • the capacitive sensor 1000 integrates charge to the integrating capacitor 1320 according to the operation clock signal 1600 for integration timing.
  • the reference capacitor 1100 receives the second clock signal CLKB that transitions from the second logic level (eg, logic high) to the first logic level (eg, logic low), and senses the sensing capacitor 1200. Receives a first clock signal CLK having a complementary relationship with the second clock signal CLKB.
  • the controller 1300 has a reset clock signal RST having a first logic level (eg, logic low), a first switch control signal PHI1, and a second logic level (eg, logic high).
  • the second switch control signal PHI2 is received.
  • the first input terminal ( ⁇ ) of the operational amplifier 1310 is connected to the first terminals of each of the reference capacitor 1100, the sensing capacitor 1200, and the integrating capacitor 1320, and the second input terminal of the operational amplifier 1310.
  • the controller 1300 may integrate the difference in the amount of charge between the reference capacitor 1100 and the sensing capacitor 1200 into the integration capacitor 1320 at the integration timing.
  • FIG. 7 and 8 illustrate a process of preserving the integrated charge amount in the capacitive sensor.
  • the capacitive sensor 1000 preserves the charge integrated in the integrating capacitor 1320 in accordance with the operating clock signal 1700 for the preservation timing.
  • the reference capacitor 1100 receives the second clock signal CLKB, which transitions from the first logic level (eg, logic low) to the second logic level (eg, logic high), and senses the sensing capacitor 1200. Receives a first clock signal CLK having a complementary relationship with the second clock signal CLKB.
  • the controller 1300 has a reset clock signal RST having a first logic level (eg, logic low), a second switch control signal PHI1, and a second logic level (eg, logic high).
  • the first switch control signal PHI2 is received.
  • the first input terminal ( ⁇ ) and the output terminal of the operational amplifier 1310 are connected to the first terminals of the reference capacitor 1100, the sensing capacitor 1200, and the integrating capacitor 1320, respectively, and the first terminal of the operational amplifier 1310. 2
  • the input terminal (+) is connected to the common voltage COM.
  • the controller 1300 may preserve the amount of charge integrated in the integrating capacitor 1320 at the storage timing.
  • the capacitive sensor 1000 may repeat the integration process of FIG. 3 and the preservation process of FIG. 4.
  • the capacitive sensor 1000 may not properly determine a signal (ie, voltage or current) output to the output terminal of the controller 1300. to be.
  • the capacitive sensor 1000 may determine the signal output to the output terminal of the controller 1300 by repeating the integration process and the preservation process a predetermined number of times. For another example, the capacitive sensor 1000 may determine the signal output to the output terminal of the controller 1300 by repeating the integration process and the storage process for a predetermined time. As another example, the capacitive sensor 1000 obtains the number of repetitions by repeating the integration process and the preservation process until the predetermined threshold is exceeded, and outputs a signal output to the output terminal of the controller 1300 based on the repetition number. You can decide.
  • FIG. 9 is a graph illustrating a simulation result of the capacitive sensor of FIG. 1.
  • the first graph 510 represents the reset clock signal RST
  • the second graph 520 represents the first and second switch clock signals PHI1 and PHI2
  • the third graph 530 Denotes the first and second clock signals CLK and CLKB.
  • the fourth and fifth graphs 540 and 550 may correspond to the reset clock signal RST, the first and second switch clock signals PHI1 and PHI2, and the first and second clock signals CLK and CLKB.
  • the output signals of the integrating capacitor 1320 and the control unit 1300 are respectively shown. Fluctuation of the fourth graph 540 may occur because timings of the first and second clock signals CLK and CLKB do not coincide exactly.
  • FIGS. 10 and 11 are diagrams for describing a capacitive sensor according to another embodiment of the present invention.
  • the capacitive sensor 6000 includes a reference capacitor 6100, a capacitor array 6200, a selector 6300, and a controller 6400. Since the capacitive sensor 6000 of FIG. 6 is substantially similar to the capacitive sensor 1000 of FIG. 1, the description will be mainly focused on a different part from FIG. 1.
  • the capacitor array 6200 includes at least one capacitor 6210 connected to each first end.
  • the selector 6300 selects one of the at least one capacitor 6210 based on the capacitor address.
  • the selector 6300 may select one of 2 n capacitors by receiving a capacitor address having n bits. .
  • the capacitive sensor 6000 may be operated according to an operation clock signal 6500 indicating an operation timing, and the operation clock signal 6500 may be a reset clock signal RST for controlling the switch unit 6630.
  • a first switch control signal PHI1 and a second switch control signal PHI2 a first clock signal CLK k , a second clock signal CLK ! K , and a third clock signal CLKB.
  • the first clock signal CLK k is input to a selected one of the at least one capacitor 6210
  • the second clock signal CLK ! K is input to an unselected one of the at least one capacitor 6210.
  • the three clock signals CLKB have a complementary relationship with the first clock signal CLK.
  • Embodiments of the present invention presented above may have an effect including the following advantages. However, all embodiments of the present invention should not be understood that the scope of the present invention is not limited by this, because it does not mean that all embodiments or specific embodiments of the present invention should include only the following advantages.
  • the capacitance may be detected based on a difference in charge amount from a capacitor having a reference capacitance.
  • one embodiment of the present invention it is possible to more accurately detect the capacitance by integrating the charge amount difference repeatedly. That is, one embodiment of the present invention can accurately detect the capacitance at low power using the charge conservation law.

Abstract

An electrostatic capacitance detecting device comprises a control unit for integrating the charge difference between a first capacitor (which has a reference electrostatic capacitance) and a second capacitor in a first time interval (this process being referred to hereinbelow as the "integration process"), and for storing the integrated charge in a second time interval (this process being referred to hereinbelow as the "storage process"). Consequently, the electrostatic capacitance detecting device can detect electrostatic capacitance on the basis of the charge difference from the capacitor having the reference electrostatic capacitance.

Description

정전용량 검출 장치 및 이를 포함하는 정전용량 센서Capacitive detection device and capacitive sensor comprising the same
본 발명의 실시예들은 정전용량 검출 장치 및 이를 포함하는 정전용량 센서에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to a capacitive detection device and a capacitive sensor including the same.
정전용량 센서는 휴먼 인터페이스(human interface)와 기계 제어를 위하여 사용될 수 있다. 정전용량 센서는 오늘날 보편적으로 사용되고 있으므로, 효율적인 정전용량 센서가 요구된다.Capacitive sensors can be used for human interface and machine control. Since capacitive sensors are in common use today, efficient capacitive sensors are required.
본 발명의 목적은 정전용량 검출 장치를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a capacitance detection device.
본 발명의 다른 목적은 이를 포함하는 정전용량 센서를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention to provide a capacitive sensor comprising the same.
본 발명의 일 실시예에 따른, 정전용량 검출 장치는 제1 시간 구간에는 제1 커패시터(상기 제1 커패시터는 기준 정전용량을 가짐)와 제2 커패시터 간의 전하량 차이를 적분(이하, "적분 과정"이라 함)하고, 제2 시간 구간에는 상기 적분된 전하량을 보존(이하, "보존 과정"이라 함)하는 제어부를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, the capacitance detecting device integrates a difference in charge amount between a first capacitor (the first capacitor has a reference capacitance) and a second capacitor in a first time interval (hereinafter, referred to as an "integration process"). The second time period includes a controller for preserving the integrated charge amount (hereinafter, referred to as a "preservation process").
상기 제1 및 제2 커패시터들은 제1 클록 신호와 상기 제1 클록 신호와 상보적인 관계를 가지는 제2 클록 신호를 각각 입력받을 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 시간 구간은 상기 제1 및 제2 클록 신호들의 제1 전이 시간에 상응할 수 있고, 상기 제2 시간 구간은 상기 제1 및 제 클록 신호들의 제2 전이 시간에 상응할 수 있다.The first and second capacitors may respectively receive a first clock signal and a second clock signal having a complementary relationship with the first clock signal. For example, the first time period may correspond to a first transition time of the first and second clock signals, and the second time period may correspond to a second transition time of the first and second clock signals. Can be.
상기 제어부는 소정 시간 동안, 소정 횟수만큼 또는 상기 적분된 전하가 소정의 기준 이상일 때까지 상기 적분 과정과 상기 보존 과정을 반복할 수 있다.The controller may repeat the integration process and the preservation process for a predetermined time, a predetermined number of times, or until the integrated charge is greater than or equal to a predetermined reference.
상기 제어부는 상기 전하량 차이를 적분할 수 있는 적분기를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 상기 적분기는 적분 커패시터 및 상기 제1 시간 구간에는, 입력단은 상기 제1 커패시터, 상기 제2 커패시터 및 상기 적분 커패시터 각각의 제1 단과 연결되고, 출력단은 상기 적분 커패시터의 제2 단과 연결되는 연산 증폭기를 포함할 수 있다. 상기 출력단은 상기 제2 시간 구간에는 상기 제1 단과 연결될 수 있다.The controller may include an integrator capable of integrating the difference in charge amount. According to one embodiment, the integrator is an integrating capacitor and the first time interval, an input terminal is connected to the first stage of each of the first capacitor, the second capacitor and the integrating capacitor, the output terminal is a second of the integrating capacitor It may include an operational amplifier connected to the stage. The output terminal may be connected to the first terminal in the second time interval.
예를 들어, 상기 정전용량 검출 장치는 정전용량 센서(Capacitive Sensor)에 이용될 수 있다.For example, the capacitive detection device may be used for a capacitive sensor.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른, 정전용량 센서(Capacitive Sensor)는 기준 정전용량을 가지는 기준 커패시터, 제1 단이 각각 연결된 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 커패시터 어레이, 커패시터 주소를 기초로 상기 적어도 하나의 커패시터 중 하나를 선택하는 선택부 및 제1 시간 구간에는 상기 선택된 하나의 커패시터와 상기 기준 커패시터 간의 전하량 차이를 적분(이하, "적분 과정"이라 함)하고, 제2 시간 구간에는 상기 적분된 전하량을 보존(이하, "보존 과정"이라 함)하는 제어부를 포함한다.According to another embodiment of the present invention, a capacitive sensor includes a reference capacitor having a reference capacitance, a capacitor array including at least one capacitor connected to a first stage, and the at least one based on a capacitor address. The selector for selecting one of the capacitors and the first time period is integrated (hereinafter referred to as "integration process") the difference in the amount of charge between the selected one capacitor and the reference capacitor, the second time period is integrated It includes a control unit for preserving (hereinafter referred to as "preservation process").
상기 기준 커패시터와 상기 선택된 하나의 커패시터는 제1 클록 신호와 상기 제1 클록 신호와 상보적인 관계를 가지는 제2 클록 신호를 각각 입력받을 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 시간 구간은 상기 제1 및 제2 클록 신호들의 제1 전이 시간에 상응하고, 상기 제2 시간 구간은 상기 제1 및 제 클록 신호들의 제2 전이 시간에 상응할 수 있다.The reference capacitor and the selected one capacitor may receive a first clock signal and a second clock signal having a complementary relationship with the first clock signal. For example, the first time period may correspond to a first transition time of the first and second clock signals, and the second time period may correspond to a second transition time of the first and second clock signals. .
상기 제어부는 소정 시간 동안, 소정 횟수만큼 또는 상기 적분된 전하가 소정의 기준 이상일 때까지 상기 적분 과정과 상기 보존 과정을 반복할 수 있다.The controller may repeat the integration process and the preservation process for a predetermined time, a predetermined number of times, or until the integrated charge is greater than or equal to a predetermined reference.
상기 제어부는 상기 전하량 차이를 적분할 수 있는 적분기를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 상기 적분기는 적분 커패시터 및 상기 제1 시간 구간에는, 입력단은 상기 제1 커패시터, 상기 제2 커패시터 및 상기 적분 커패시터 각각의 제1 단과 연결되고, 출력단은 상기 적분 커패시터의 제2 단과 연결되는 연산 증폭기를 포함할 수 있다. 상기 출력단은 상기 제2 시간 구간에는 상기 제1 단과 연결될 수 있다.The controller may include an integrator capable of integrating the difference in charge amount. According to one embodiment, the integrator is an integrating capacitor and the first time interval, an input terminal is connected to the first stage of each of the first capacitor, the second capacitor and the integrating capacitor, the output terminal is a second of the integrating capacitor It may include an operational amplifier connected to the stage. The output terminal may be connected to the first terminal in the second time interval.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른, 정전용량 센서는 기준 정전용량을 가지는 제1 커패시터, 및 제2 커패시터 및 제1 시간 구간에는 상기 제1 및 제2 커패시터들 간의 전하량 차이를 적분(이하, "적분 과정"이라 함)하고, 제2 시간 구간에는 상기 적분된 전하량을 보존(이하, "보존 과정"이라 함)하는 제어부를 포함한다.According to another embodiment of the present invention, the capacitive sensor integrates the difference in the amount of charge between the first and second capacitors in the first capacitor, the second capacitor, and the first time interval. "Integral process", and the second time interval includes a control unit for preserving the integrated charge amount (hereinafter referred to as "conservation process").
상기 제1 및 제2 커패시터들은 제1 클록 신호와 상기 제1 클록 신호와 상보적인 관계를 가지는 제2 클록 신호를 각각 입력받을 수 있다. 예를 들어, 제17항에 있어서, 상기 제1 시간 구간은 상기 제1 및 제2 클록 신호들의 제1 전이 시간에 상응할 수 있고, 상기 제2 시간 구간은 상기 제1 및 제 클록 신호들의 제2 전이 시간에 상응할 수 있다.The first and second capacitors may respectively receive a first clock signal and a second clock signal having a complementary relationship with the first clock signal. For example, the first time period may correspond to a first transition time of the first and second clock signals, and wherein the second time period is the first of the first and second clock signals. May correspond to two transition times.
상기 제어부는 소정 시간 동안, 소정 횟수만큼 또는 상기 적분된 전하가 소정의 기준 이상일 때까지 상기 적분 과정과 상기 보존 과정을 반복할 수 있다.The controller may repeat the integration process and the preservation process for a predetermined time, a predetermined number of times, or until the integrated charge is greater than or equal to a predetermined reference.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량 센서를 설명하기 위한 도면이다.1 and 2 are diagrams for describing a capacitive sensor according to an embodiment of the present invention.
도 3 내지 도 8은 정전용량 센서의 동작 과정을 설명하기 위한 도면이다.3 to 8 are diagrams for describing an operation process of the capacitive sensor.
도 9는 도 1의 정전용량 센서의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.9 is a graph illustrating a simulation result of the capacitive sensor of FIG. 1.
도 10 및 도 11은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 정전용량 센서를 설명하기 위한 도면이다.10 and 11 are diagrams for describing a capacitive sensor according to another embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예들에 관한 설명은 본 발명의 구조적 내지 기능적 설명들을 위하여 예시된 것에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예들에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 본 발명의 실시예들은 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since descriptions of embodiments of the present invention are merely illustrated for structural to functional descriptions of the present invention, the scope of the present invention should not be construed as limited by the embodiments described in the present invention. That is, the embodiments of the present invention may be variously modified and may have various forms, and thus, it should be understood that the present invention includes equivalents capable of realizing the technical idea of the present invention.
한편, 본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.On the other hand, the meaning of the terms described in the present invention will be understood as follows.
“제1”, “제2” 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로 이들 용어들에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.Terms such as “first” and “second” are used to distinguish one component from other components, and the scope of the present invention should not be limited by these terms. For example, the first component may be named a second component, and similarly, the second component may also be named a first component.
“및/또는”의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시가능 한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, “제1 항목, 제2 항목 및/또는 제3 항목”의 의미는 "제1 항목, 제2 항목 및 제3 항목 중 적어도 하나 이상"을 의미하는 것으로, 제1, 제2 또는 제3 항목뿐만 아니라 제1, 제2 및 제3 항목들 중 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.The term “and / or” should be understood to include all combinations that can be presented from one or more related items. For example, "first item, second item, and / or third item" means "at least one or more of the first item, second item, and third item", and means first, second, or third item. A combination of all items that can be presented from two or more of the first, second and third items as well as the third item.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.When a component is referred to as being "connected" to another component, it should be understood that there may be other components in between, although it may be directly connected to the other component. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between. On the other hand, other expressions describing the relationship between the components, such as "between" and "immediately between" or "neighboring to" and "directly neighboring to", should be interpreted as well.
본 발명에서 기재된 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Singular expressions described herein are to be understood to include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise, and the terms "comprise" or "having" include elements, features, numbers, steps, operations, and elements described. It is to be understood that the present invention is intended to designate that there is a part or a combination thereof, and does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of one or more other features or numbers, steps, actions, components, parts or combinations thereof. .
본 발명에서 기술한 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.Each step described in the present invention may occur out of the stated order unless the context clearly dictates the specific order. That is, each step may occur in the same order as specified, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the reverse order.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.Unless otherwise defined, all terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art, and shall be interpreted as having ideal or overly formal meanings unless expressly defined in this application. Can't be.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량 센서를 설명하기 위한 도면이다.1 and 2 are diagrams for describing a capacitive sensor according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 정전용량 센서(1000)는 제1 커패시터(이하, "기준 커패시터"라 함)(1100), 제2 커패시터(이하, "센싱 커패시터"라 함)(1200) 및 정정용량 검출을 위한 제어부(1300)를 포함한다. 제어부(1300)는 연산 증폭기(1310), 적분 커패시터(1320) 및 스위치부(1330)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the capacitive sensor 1000 includes a first capacitor (hereinafter referred to as a “reference capacitor”) 1100, a second capacitor (hereinafter referred to as a “sensing capacitor”) 1200, and a capacitance correction. It includes a control unit 1300 for. The controller 1300 may include an operational amplifier 1310, an integration capacitor 1320, and a switch 1330.
기준 커패시터(1100)는 기준 정전용량(capacitance)을 가지고, 센싱 커패시터(1200)는 센싱 대상의 변화에 따라 정전용량이 변할 수 있다.The reference capacitor 1100 may have a reference capacitance, and the sensing capacitor 1200 may vary in capacitance according to a change in sensing target.
제어부(130))는 제1 시간 구간에는 기준 커패시터와 센싱 커패시터 간의 전하량 차이를 적분(이하, "적분 과정"이라 함)하고, 제2 시간 구간에는 상기 충전된 전하량을 보존(이하, "보존 과정"이라 함)한다.The controller 130 integrates the difference in the amount of charge between the reference capacitor and the sensing capacitor in the first time interval (hereinafter referred to as an "integration process"), and preserves the charged amount in the second time interval (hereinafter, referred to as "preservation process"). "."
도 2에서, 정전용량 센서(1000)는 동작 타이밍을 알려주는 동작 클록 신호(1400)에 따라 동작될 수 있고, 동작 클록 신호(1400)는 스위치부(1330)를 제어하기 위한 리셋 클록 신호(RST), 제1 스위치 제어 신호(PHI1) 및 제2 스위치 제어 신호(PHI2)와, 제1 클록 신호(CLK) 및 제2 클록 신호(CLKB)를 포함한다. 제2 클록 신호(CLKB)는 제1 클록 신호(CLK)와 상보적인 관계를 가진다.In FIG. 2, the capacitive sensor 1000 may be operated according to an operation clock signal 1400 indicating an operation timing, and the operation clock signal 1400 may be a reset clock signal RST for controlling the switch unit 1330. ), A first switch control signal PHI1 and a second switch control signal PHI2, and a first clock signal CLK and a second clock signal CLKB. The second clock signal CLKB has a complementary relationship with the first clock signal CLK.
도 3 내지 도 8은 정전용량 센서의 동작 과정을 설명하기 위한 도면이다.3 to 8 are diagrams for describing an operation process of the capacitive sensor.
도 3 및 도 4는 정전용량 센서를 초기화하는 과정을 나타낸다.3 and 4 illustrate a process of initializing the capacitive sensor.
도 3 및 도 4에서, 정전용량 센서(1000)는 리셋 타이밍을 위한 동작 클록 신호(1500)에 따라 적분 커패시터(1320)를 초기화한다.3 and 4, the capacitive sensor 1000 initializes the integrating capacitor 1320 according to the operation clock signal 1500 for the reset timing.
기준 커패시터(1100)는 제1 논리 레벨(예를 들어, 논리 로우)에서 제2 논리 레벨(예를 들어, 논리 하이)로 천이하는 제2 클록 신호(CLKB)를 입력받고, 센싱 커패시터(1200)는 제2 클록 신호(CLKB)와 상보적인 관계를 가지는 제1 클록 신호(CLK)를 입력받는다.The reference capacitor 1100 receives the second clock signal CLKB, which transitions from the first logic level (eg, logic low) to the second logic level (eg, logic high), and senses the sensing capacitor 1200. Receives a first clock signal CLK having a complementary relationship with the second clock signal CLKB.
제어부(1300)는 제2 논리 레벨(예를 들어, 논리 하이)을 가지는 리셋 클록 신호(RST)와 제1 스위치 제어 신호(PHI1), 및 제1 논리 레벨(예를 들어, 논리 로우)을 가지는 제2 스위치 제어 신호(PHI2)를 입력받는다. 결과적으로, 연산 증폭기(1310)의 제1 입력단(-)과 출력단은 기준 커패시터(1100), 센싱 커패시터(1200) 및 적분 커패시터(1320) 각각의 제1 단과 연결되고, 연산 증폭기(1310)의 제2 입력단(+)은 공통 전압(COM), 적분 커패시터(1320)의 제2 단 및 제어부(1300)의 출력단과 연결된다. 여기에서, 공통 전압(COM)은 소정의 전압을 의미할 수 있고, 예를 들어, 공통 전압(COM)은 접지 전압(GND) 또는 전원전압(VDD)의 절반에 상응할 수 있다.The controller 1300 has a reset clock signal RST having a second logic level (eg, logic high), a first switch control signal PHI1, and a first logic level (eg, logic low). The second switch control signal PHI2 is received. As a result, the first input terminal (−) and the output terminal of the operational amplifier 1310 are connected to the first terminals of the reference capacitor 1100, the sensing capacitor 1200, and the integrating capacitor 1320, respectively, and the first terminal of the operational amplifier 1310. The second input terminal (+) is connected to the common voltage COM, the second terminal of the integration capacitor 1320 and the output terminal of the controller 1300. Here, the common voltage COM may mean a predetermined voltage. For example, the common voltage COM may correspond to the ground voltage GND or half of the power supply voltage VDD.
따라서 제어부(1300)는 리셋 타이밍에 적분 커패시터(1320)를 초기화할 수 있다.Accordingly, the controller 1300 may initialize the integral capacitor 1320 at the reset timing.
도 5 및 도 6은 정전용량 센서에 기준 커패시터와 센싱 커패시터 간의 전하량 차이를 적분하는 과정을 나타낸다.5 and 6 illustrate a process of integrating the difference in charge amount between the reference capacitor and the sensing capacitor in the capacitive sensor.
도 5 및 도 6에서, 정전용량 센서(1000)는 적분 타이밍을 위한 동작 클록 신호(1600)에 따라 적분 커패시터(1320)에 전하를 적분한다.5 and 6, the capacitive sensor 1000 integrates charge to the integrating capacitor 1320 according to the operation clock signal 1600 for integration timing.
기준 커패시터(1100)는 제2 논리 레벨(예를 들어, 논리 하이)에서 제1 논리 레벨(예를 들어, 논리 로우)로 천이하는 제2 클록 신호(CLKB)를 입력받고, 센싱 커패시터(1200)는 제2 클록 신호(CLKB)와 상보적인 관계를 가지는 제1 클록 신호(CLK)를 입력받는다.The reference capacitor 1100 receives the second clock signal CLKB that transitions from the second logic level (eg, logic high) to the first logic level (eg, logic low), and senses the sensing capacitor 1200. Receives a first clock signal CLK having a complementary relationship with the second clock signal CLKB.
제어부(1300)는 제1 논리 레벨(예를 들어, 논리 로우)을 가지는 리셋 클록 신호(RST)와 제1 스위치 제어 신호(PHI1), 및 제2 논리 레벨(예를 들어, 논리 하이)을 가지는 제2 스위치 제어 신호(PHI2)를 입력받는다. 결과적으로, 연산 증폭기(1310)의 제1 입력단(-)은 기준 커패시터(1100), 센싱 커패시터(1200) 및 적분 커패시터(1320) 각각의 제1 단과 연결되고, 연산 증폭기(1310)의 제2 입력단(+)은 공통 전압(COM)과 연결되며, 연산 증폭기(1310)의 출력단은 적분 커패시터(1320)의 제2 단 및 제어부(1300)의 출력단과 연결된다.The controller 1300 has a reset clock signal RST having a first logic level (eg, logic low), a first switch control signal PHI1, and a second logic level (eg, logic high). The second switch control signal PHI2 is received. As a result, the first input terminal (−) of the operational amplifier 1310 is connected to the first terminals of each of the reference capacitor 1100, the sensing capacitor 1200, and the integrating capacitor 1320, and the second input terminal of the operational amplifier 1310. (+) Is connected to the common voltage COM, and the output terminal of the operational amplifier 1310 is connected to the second terminal of the integration capacitor 1320 and the output terminal of the controller 1300.
따라서 제어부(1300)는 적분 타이밍에 기준 커패시터(1100)와 센싱 커패시터(1200) 간의 전하량 차이를 적분 커패시터(1320)에 적분할 수 있다.Accordingly, the controller 1300 may integrate the difference in the amount of charge between the reference capacitor 1100 and the sensing capacitor 1200 into the integration capacitor 1320 at the integration timing.
도 7 및 도 8은 정전용량 센서에 적분된 전하량을 보존하는 과정을 나타낸다.7 and 8 illustrate a process of preserving the integrated charge amount in the capacitive sensor.
도 7 및 도 8에서, 정전용량 센서(1000)는 보존 타이밍을 위한 동작 클록 신호(1700)에 따라 적분 커패시터(1320)에 적분된 전하를 보존한다.7 and 8, the capacitive sensor 1000 preserves the charge integrated in the integrating capacitor 1320 in accordance with the operating clock signal 1700 for the preservation timing.
기준 커패시터(1100)는 제1 논리 레벨(예를 들어, 논리 로우)에서 제2 논리 레벨(예를 들어, 논리 하이)로 천이하는 제2 클록 신호(CLKB)를 입력받고, 센싱 커패시터(1200)는 제2 클록 신호(CLKB)와 상보적인 관계를 가지는 제1 클록 신호(CLK)를 입력받는다.The reference capacitor 1100 receives the second clock signal CLKB, which transitions from the first logic level (eg, logic low) to the second logic level (eg, logic high), and senses the sensing capacitor 1200. Receives a first clock signal CLK having a complementary relationship with the second clock signal CLKB.
제어부(1300)는 제1 논리 레벨(예를 들어, 논리 로우)을 가지는 리셋 클록 신호(RST)와 제2스위치 제어 신호(PHI1), 및 제2 논리 레벨(예를 들어, 논리 하이)을 가지는 제1스위치 제어 신호(PHI2)를 입력받는다. 결과적으로, 연산 증폭기(1310)의 제1 입력단(-)과 출력단은 기준 커패시터(1100), 센싱 커패시터(1200) 및 적분 커패시터(1320) 각각의 제1 단과 연결되고, 연산 증폭기(1310)의 제2 입력단(+)은 공통 전압(COM)과 연결된다.The controller 1300 has a reset clock signal RST having a first logic level (eg, logic low), a second switch control signal PHI1, and a second logic level (eg, logic high). The first switch control signal PHI2 is received. As a result, the first input terminal (−) and the output terminal of the operational amplifier 1310 are connected to the first terminals of the reference capacitor 1100, the sensing capacitor 1200, and the integrating capacitor 1320, respectively, and the first terminal of the operational amplifier 1310. 2 The input terminal (+) is connected to the common voltage COM.
따라서 제어부(1300)는 보존 타이밍에 적분 커패시터(1320)에 적분된 전하량을 보존할 수 있다.Therefore, the controller 1300 may preserve the amount of charge integrated in the integrating capacitor 1320 at the storage timing.
일 실시예에 따라, 정전용량 센서(1000)는 도 3의 적분 과정과 도 4의 보존 과정을 반복할 수 있다. 적분 커패시터(1320)에 적분된 전하량이 소정의 기준보다 작은 경우에는 정전용량 센서(1000)는 제어부(1300)의 출력단으로 출력되는 신호(즉, 전압 또는 전류)를 적절하게 결정할 수 없을 수 있기 때문이다.According to an embodiment, the capacitive sensor 1000 may repeat the integration process of FIG. 3 and the preservation process of FIG. 4. When the amount of charge integrated in the integrating capacitor 1320 is smaller than a predetermined reference, the capacitive sensor 1000 may not properly determine a signal (ie, voltage or current) output to the output terminal of the controller 1300. to be.
예를 들어, 정전용량 센서(1000)는 소정의 횟수만큼 적분 과정과 보존 과정을 반복하여 제어부(1300)의 출력단으로 출력되는 신호를 결정할 수 있다. 다른 예를 들어, 정전용량 센서(1000)는 소정의 시간만큼 적분 과정과 보존 과정을 반복하여 제어부(1300)의 출력단으로 출력되는 신호를 결정할 수 있다. 또 다른 예를 들어, 정전용량 센서(1000)는 소정의 기준을 초과할 때까지 적분 과정과 보존 과정을 반복하여 반복 횟수를 얻고, 반복 횟수를 기초로 제어부(1300)의 출력단으로 출력되는 신호를 결정할 수 있다. For example, the capacitive sensor 1000 may determine the signal output to the output terminal of the controller 1300 by repeating the integration process and the preservation process a predetermined number of times. For another example, the capacitive sensor 1000 may determine the signal output to the output terminal of the controller 1300 by repeating the integration process and the storage process for a predetermined time. As another example, the capacitive sensor 1000 obtains the number of repetitions by repeating the integration process and the preservation process until the predetermined threshold is exceeded, and outputs a signal output to the output terminal of the controller 1300 based on the repetition number. You can decide.
도 9는 도 1의 정전용량 센서의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.9 is a graph illustrating a simulation result of the capacitive sensor of FIG. 1.
도 9는 전하량 차이가 5fF에 상응하고 동작 클록 신호(1400)의 주기가 2MHz에 상응한다고 가정하였다.9 assumes that the charge amount difference corresponds to 5fF and the period of the operation clock signal 1400 corresponds to 2MHz.
도 9에서, 제1 그래프(510)는 리셋 클록 신호(RST)를 나타내고, 제2 그래프(520)는 제1 및 제2 스위치 클록 신호들(PHI1, PHI2)을 나타내며, 제3 그래프(530)는 제1 및 제2 클록 신호들(CLK, CLKB)을 나타낸다.In FIG. 9, the first graph 510 represents the reset clock signal RST, the second graph 520 represents the first and second switch clock signals PHI1 and PHI2, and the third graph 530. Denotes the first and second clock signals CLK and CLKB.
제4 및 제5 그래프들(540, 550)는 리셋 클록 신호(RST), 제1 및 제2 스위치 클록 신호들(PHI1, PHI2)과 제1 및 제2 클록 신호들(CLK, CLKB)에 따른 적분 커패시터(1320)와 제어부(1300)의 출력 신호를 각각 나타낸다. 제4 그래프(540)의 변동(fluctuation)은 제1 및 제2 클록 신호(CLK, CLKB)의 타이밍이 정확히 일치하지 않기 때문에 발생할 수 있다.The fourth and fifth graphs 540 and 550 may correspond to the reset clock signal RST, the first and second switch clock signals PHI1 and PHI2, and the first and second clock signals CLK and CLKB. The output signals of the integrating capacitor 1320 and the control unit 1300 are respectively shown. Fluctuation of the fourth graph 540 may occur because timings of the first and second clock signals CLK and CLKB do not coincide exactly.
도 10 및 도 11은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 정전용량 센서를 설명하기 위한 도면이다.10 and 11 are diagrams for describing a capacitive sensor according to another embodiment of the present invention.
도 10을 참조하면, 정전용량 센서(6000)는 기준 커패시터(6100), 커패시터 어레이(6200), 선택부(6300) 및 제어부(6400)를 포함한다. 도 6의 정전용량 센서(6000)는 도 1의 정전용량 센서(1000)와 실질적으로 유사하므로, 도 1과 다른 부분을 위주로 설명하기로 한다.Referring to FIG. 10, the capacitive sensor 6000 includes a reference capacitor 6100, a capacitor array 6200, a selector 6300, and a controller 6400. Since the capacitive sensor 6000 of FIG. 6 is substantially similar to the capacitive sensor 1000 of FIG. 1, the description will be mainly focused on a different part from FIG. 1.
커패시터 어레이(6200)는 제1 단이 각각 연결된 적어도 하나의 커패시터(6210)를 포함한다. 선택부(6300)는 커패시터 주소를 기초로 적어도 하나의 커패시터(6210) 중 하나를 선택한다.The capacitor array 6200 includes at least one capacitor 6210 connected to each first end. The selector 6300 selects one of the at least one capacitor 6210 based on the capacitor address.
일 실시예에 따라, 적어도 하나의 커패시터(6210)의 개수가 2n개에 상응하는 경우에는, 선택부(6300)는 n 비트를 가지는 커패시터 주소를 입력받아 2n 개의 커패시터 중 하나를 선택할 수 있다.According to an embodiment, when the number of the at least one capacitor 6210 corresponds to 2 n , the selector 6300 may select one of 2 n capacitors by receiving a capacitor address having n bits. .
도 11에서, 정전용량 센서(6000)는 동작 타이밍을 알려주는 동작 클록 신호(6500)에 따라 동작될 수 있고, 동작 클록 신호(6500)는 스위치부(6430)를 제어하기 위한 리셋 클록 신호(RST), 제1 스위치 제어 신호(PHI1) 및 제2 스위치 제어 신호(PHI2)와, 제1 클록 신호(CLKk), 제2 클록 신호(CLK!k) 및 제3 클록 신호(CLKB)를 포함한다. 제1 클록 신호(CLKk)는 적어도 하나의 커패시터(6210) 중 선택된 커패시터에 입력되고, 제2 클록 신호(CLK!k)는 적어도 하나의 커패시터(6210) 중 선택되지 않은 커패시터에 입력되며, 제3 클록 신호(CLKB)는 제1 클록 신호(CLK)와 상보적인 관계를 가진다.In FIG. 11, the capacitive sensor 6000 may be operated according to an operation clock signal 6500 indicating an operation timing, and the operation clock signal 6500 may be a reset clock signal RST for controlling the switch unit 6630. ), A first switch control signal PHI1 and a second switch control signal PHI2, a first clock signal CLK k , a second clock signal CLK ! K , and a third clock signal CLKB. . The first clock signal CLK k is input to a selected one of the at least one capacitor 6210, and the second clock signal CLK ! K is input to an unselected one of the at least one capacitor 6210. The three clock signals CLKB have a complementary relationship with the first clock signal CLK.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.
상기에서 제시한 본 발명의 실시예들은 다음의 장점들을 포함하는 효과를 가질 수 있다. 다만, 본 발명의 모든 실시예들이 이를 전부 포함하여야 한다거나 본 발명의 특정 실시예가 다음의 장점만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.Embodiments of the present invention presented above may have an effect including the following advantages. However, all embodiments of the present invention should not be understood that the scope of the present invention is not limited by this, because it does not mean that all embodiments or specific embodiments of the present invention should include only the following advantages.
본 발명의 일 실시예는 기준 정전용량을 가지는 커패시터와의 전하량 차이를 기초로 정전용량을 검출할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the capacitance may be detected based on a difference in charge amount from a capacitor having a reference capacitance.
또한, 본 발명의 일 실시예는 전하량 차이를 반복적으로 적분하여 정전용량을 보다 정밀하게 검출할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예는 전하 보존 법칙을 이용하여 저전력으로 정밀하게 정전용량을 검출할 수 있다.In addition, in one embodiment of the present invention it is possible to more accurately detect the capacitance by integrating the charge amount difference repeatedly. That is, one embodiment of the present invention can accurately detect the capacitance at low power using the charge conservation law.

Claims (19)

  1. 제1 시간 구간에는 제1 커패시터(상기 제1 커패시터는 기준 정전용량을 가짐)와 제2 커패시터 간의 전하량 차이를 적분(이하, "적분 과정"이라 함)하고, 제2 시간 구간에는 상기 적분된 전하량을 보존(이하, "보존 과정"이라 함)하는 제어부를 포함하는 정전용량 검출 장치.Integrating the difference in charge amount between the first capacitor (the first capacitor has a reference capacitance) and the second capacitor (hereinafter referred to as an "integration process") in a first time interval, and the integrated charge amount in a second time interval Capacitive detection device comprising a control unit for storing (hereinafter referred to as "preservation process").
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 커패시터들은The method of claim 1, wherein the first and second capacitors
    제1 클록 신호와 상기 제1 클록 신호와 상보적인 관계를 가지는 제2 클록 신호를 각각 입력받는 것을 특징으로 하는 정전용량 검출 장치.And a first clock signal and a second clock signal having a complementary relationship with the first clock signal, respectively.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 시간 구간은 상기 제1 및 제2 클록 신호들의 제1 전이 시간에 상응하고, 상기 제2 시간 구간은 상기 제1 및 제 클록 신호들의 제2 전이 시간에 상응하는 것을 특징으로 하는 정전용량 검출 장치.3. The method of claim 2, wherein the first time period corresponds to a first transition time of the first and second clock signals, and the second time period corresponds to a second transition time of the first and second clock signals. Capacitive detection device, characterized in that.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제어부는The method of claim 1, wherein the control unit
    소정 시간 동안, 소정 횟수만큼 또는 상기 적분된 전하가 소정의 기준 이상일 때까지 상기 적분 과정과 상기 보존 과정을 반복하는 것을 특징으로 하는 정전용량 검출 장치.And the integration process and the storage process are repeated for a predetermined time, a predetermined number of times or until the integrated charge is equal to or greater than a predetermined reference.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어부는The method of claim 1, wherein the control unit
    상기 전하량 차이를 적분할 수 있는 적분기를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량 검출 장치.And an integrator capable of integrating the difference in charge amount.
  6. 제5항에 있어서, 상기 적분기는The method of claim 5, wherein the integrator is
    적분 커패시터; 및Integral capacitors; And
    상기 제1 시간 구간에는, 입력단은 상기 제1 커패시터, 상기 제2 커패시터 및 상기 적분 커패시터 각각의 제1 단과 연결되고, 출력단은 상기 적분 커패시터의 제2 단과 연결되는 연산 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량 검출 장치.In the first time interval, an input terminal is connected to a first end of each of the first capacitor, the second capacitor and the integrating capacitor, and the output terminal comprises an operational amplifier connected to the second end of the integrating capacitor. Capacitive detection device.
  7. 제6항에 있어서, 상기 출력단은The method of claim 6, wherein the output terminal
    상기 제2 시간 구간에는 상기 제1 단과 연결되는 것을 특징으로 하는 정전용량 검출 장치.Capacitive detection device characterized in that connected to the first end in the second time interval.
  8. 제1항에 있어서, 상기 정전용량 검출 장치는 정전용량 센서(Capacitive Sensor)에 이용되는 것을 특징으로 하는 정전용량 검출 장치.The capacitive detection device of claim 1, wherein the capacitive detection device is used in a capacitive sensor.
  9. 기준 정전용량을 가지는 기준 커패시터;A reference capacitor having a reference capacitance;
    제1 단이 각각 연결된 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 커패시터 어레이;A capacitor array comprising at least one capacitor each having a first end connected thereto;
    커패시터 주소를 기초로 상기 적어도 하나의 커패시터 중 하나를 선택하는 선택부; 및A selector for selecting one of the at least one capacitor based on a capacitor address; And
    제1 시간 구간에는 상기 선택된 하나의 커패시터와 상기 기준 커패시터 간의 전하량 차이를 적분(이하, "적분 과정"이라 함)하고, 제2 시간 구간에는 상기 적분된 전하량을 보존(이하, "보존 과정"이라 함)하는 제어부를 포함하는 정전용량 센서(Capacitive Sensor).In the first time interval, the difference in charge amount between the selected one capacitor and the reference capacitor is integrated (hereinafter referred to as "integration process"), and in the second time interval, the integrated charge amount is preserved (hereinafter referred to as "preservation process"). Capacitive sensor comprising a control unit.
  10. 제9항에 있어서, 상기 기준 커패시터와 상기 선택된 하나의 커패시터는The method of claim 9, wherein the reference capacitor and the selected one capacitor
    제1 클록 신호와 상기 제1 클록 신호와 상보적인 관계를 가지는 제2 클록 신호를 각각 입력받는 것을 특징으로 하는 정전용량 센서.And a first clock signal and a second clock signal having a complementary relationship with the first clock signal.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 시간 구간은 상기 제1 및 제2 클록 신호들의 제1 전이 시간에 상응하고, 상기 제2 시간 구간은 상기 제1 및 제 클록 신호들의 제2 전이 시간에 상응하는 것을 특징으로 하는 정전용량 센서.11. The method of claim 10, wherein the first time period corresponds to a first transition time of the first and second clock signals, and the second time period corresponds to a second transition time of the first and second clock signals. Capacitive sensor, characterized in that.
  12. 제9항에 있어서, 상기 제어부는The method of claim 9, wherein the control unit
    소정 시간 동안, 소정 횟수만큼 또는 상기 적분된 전하가 소정의 기준 이상일 때까지 상기 적분 과정과 상기 보존 과정을 반복하는 것을 특징으로 하는 정전용량 센서.And the integration process and the preservation process are repeated for a predetermined time, a predetermined number of times or until the integrated charge is equal to or greater than a predetermined reference.
  13. 제9항에 있어서, 상기 제어부는The method of claim 9, wherein the control unit
    상기 전하량 차이를 적분할 수 있는 적분기를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량 센서.And an integrator capable of integrating the difference in charge amount.
  14. 제13항에 있어서, 상기 적분기는The method of claim 13, wherein the integrator is
    적분 커패시터; 및Integral capacitors; And
    상기 제1 시간 구간에는, 입력단은 상기 제1 커패시터, 상기 제2 커패시터 및 상기 적분 커패시터 각각의 제1 단과 연결되고, 출력단은 상기 적분 커패시터의 제2 단과 연결되는 연산 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량 센서.In the first time interval, an input terminal is connected to the first end of each of the first capacitor, the second capacitor and the integration capacitor, the output terminal comprises an operational amplifier connected to the second end of the integration capacitor Capacitive sensor.
  15. 제14항에 있어서, 상기 출력단은The method of claim 14, wherein the output terminal
    상기 제2 시간 구간에는 상기 제1 단과 연결되는 것을 특징으로 하는 정전용량 센서.And a capacitive sensor connected to the first end in the second time interval.
  16. 기준 정전용량을 가지는 제1 커패시터, 및 제2 커패시터; 및A first capacitor having a reference capacitance, and a second capacitor; And
    제1 시간 구간에는 상기 제1 및 제2 커패시터들 간의 전하량 차이를 적분(이하, "적분 과정"이라 함)하고, 제2 시간 구간에는 상기 적분된 전하량을 보존(이하, "보존 과정"이라 함)하는 제어부를 포함하는 정전용량 센서.In the first time interval, the difference in charge amount between the first and second capacitors is integrated (hereinafter referred to as "integration process"), and in the second time interval, the integrated charge amount is preserved (hereinafter referred to as "conservation process"). Capacitive sensor comprising a control unit.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제1 및 제2 커패시터들은The method of claim 16, wherein the first and second capacitors are
    제1 클록 신호와 상기 제1 클록 신호와 상보적인 관계를 가지는 제2 클록 신호를 각각 입력받는 것을 특징으로 하는 정전용량 센서.And a first clock signal and a second clock signal having a complementary relationship with the first clock signal.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제1 시간 구간은 상기 제1 및 제2 클록 신호들의 제1 전이 시간에 상응하고, 상기 제2 시간 구간은 상기 제1 및 제 클록 신호들의 제2 전이 시간에 상응하는 것을 특징으로 하는 정전용량 센서.18. The method of claim 17, wherein the first time period corresponds to a first transition time of the first and second clock signals, and the second time period corresponds to a second transition time of the first and second clock signals. Capacitive sensor, characterized in that.
  19. 제16항에 있어서, 상기 제어부는The method of claim 16, wherein the control unit
    소정 시간 동안, 소정 횟수만큼 또는 상기 적분된 전하가 소정의 기준 이상일 때까지 상기 적분 과정과 상기 보존 과정을 반복하는 것을 특징으로 하는 정전용량 센서.And the integration process and the preservation process are repeated for a predetermined time, a predetermined number of times or until the integrated charge is greater than or equal to a predetermined reference.
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