CN112350705B - 开关操作感测装置以及电子装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种开关操作感测装置以及电子装置，所述开关操作感测装置包括输入操作单元、振荡器电路、频率数字转换器和触摸‑力检测器电路。与壳体一体形成的输入操作单元包括设置在不同位置的第一开关构件和第二开关构件。振荡器电路被配置为基于当第一开关构件被触摸时改变的电容生成第一振荡信号，并且基于当输入力被施加到第二开关构件时改变的电感生成第二振荡信号。频率数字转换器被配置为将第一振荡信号转换为第一计数值，并且将第二振荡信号转换为第二计数值。触摸‑力检测器电路被配置为通过基于从频率数字转换器输入的第一计数值检测触摸输入来生成第一检测信号，并且通过基于第二计数值检测输入力来生成第二检测信号。

Description

开关操作感测装置以及电子装置
本申请要求于2019年8月6日在韩国知识产权局提交的第10-2019-0095737号韩国专利申请和于2019年10月24日在韩国知识产权局提交的第10-2019-0132913号韩国专利申请的优先权的权益，所述韩国专利申请的全部公开内容出于所有目的通过引用被包含于此。
技术领域
本公开涉及一种使用双感测结构的具有触摸感测功能和力感测功能的开关操作感测装置。
背景技术
通常，在可穿戴装置中，具有简化设计而没有机械开关的薄的可穿戴装置是优选的。通过实现防水技术和防尘技术以及开发具有光滑设计和集成设计的装置模型，上述改变已部分可行。
目前，已经开发了诸如触摸金属的金属上触摸(touch-on-metal)技术、使用触摸面板的电容器感测方法、微机电***(MEMS)、微应变仪等的技术，并且还开发了力触摸功能。
关于一般的机械开关，在内部可能需要相对大的尺寸和空间量来实现开关功能，并且由于向外凸出的设计(其中开关不与外壳一体化的结构)等，机械开关可能具有突兀的设计并且可能需要大的空间。
此外，可能存在与电连接的机械开关直接接触的触电风险，并且由于机械开关的结构设计，机械开关可能难以防尘和防水。
此外，通常已需要通用的开关装置实现触摸感测功能和力感测功能两者。
发明内容
提供本发明内容以便以简化的形式介绍选择的构思，所选择的构思将在下面的具体实施方式中被进一步描述。本发明内容不意在明确所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不意在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
在一个总体方面，一种开关操作感测装置包括输入操作单元、振荡器电路、频率数字转换器和触摸-力检测器电路。与壳体一体形成的所述输入操作单元包括设置在不同位置的第一开关构件和第二开关构件。所述振荡器电路被配置为基于当所述第一开关构件被触摸时改变的电容生成第一振荡信号，并且基于当输入力被施加到所述第二开关构件时改变的电感生成第二振荡信号。所述频率数字转换器被配置为将所述第一振荡信号转换为第一计数值，并且将所述第二振荡信号转换为第二计数值。所述触摸-力检测器电路被配置为通过基于从所述频率数字转换器输入的所述第一计数值检测触摸输入来生成第一检测信号，并且通过基于所述第二计数值检测输入力来生成第二检测信号。
所述频率数字转换器可进一步被配置为通过使用所述第一振荡信号对时钟信号进行计数来生成所述第一计数值，并且通过使用所述第二振荡信号对时钟信号进行计数来生成第二计数值。
所述振荡器电路可包括被配置为基于所述改变的电容生成所述第一振荡信号的第一振荡器电路以及被配置为基于所述改变的电感生成所述第二振荡信号的第二振荡器电路。
所述第一振荡器电路可包括：第一电感电路，包括设置在所述第一开关构件的内侧表面上的第一线圈元件；第一电容电路，包括连接到所述第一电感电路的第一电容器件，并且具有当第一开关构件被触摸时改变的电容；以及第一放大器电路，被配置为生成所述第一振荡信号，所述第一振荡信号具有基于所述第一电感电路和所述第一电容电路的第一谐振频率。
所述第二振荡器电路可包括：第二电感电路，包括与所述第二开关构件的内侧表面间隔开的第二线圈元件，并且具有当输入力被施加到所述第二开关构件时改变的电感；第二电容电路，包括连接到所述第二电感电路的第二电容器件；以及第二放大器电路，被配置为生成所述第二振荡信号，所述第二振荡信号具有基于所述第二电感电路和所述第二电容电路的第二谐振频率。
所述第一线圈元件的一个表面可附接到所述第一开关构件的内侧表面，并且所述第一线圈元件的另一表面安装在基板上。所述第二线圈元件的一个表面可以与所述第二开关构件的内侧表面间隔开，并且所述第二开关构件的另一表面安装在所述基板上。
所述频率数字转换器可包括第一频率数字转换器和第二频率数字转换器，所述第一频率数字转换器被配置为通过使用从所述振荡器电路接收的所述第一振荡信号对时钟信号进行计数来将所述第一振荡信号转换为所述第一计数值，所述第二频率数字转换器被配置为通过使用从所述振荡器电路接收的所述第二振荡信号对时钟信号进行计数来将所述第二振荡信号转换为所述第二计数值。
所述第一频率数字转换器可包括：第一降频转换器，被配置为通过使用参考分频比对参考频率信号进行分频来生成第一分频参考时钟信号；第一周期性计时器，被配置为输出通过使用所述第一振荡信号对从所述第一降频转换器接收的所述第一分频参考时钟信号的单个周期时间进行计数而生成的第一周期计数值；以及第一级联积分器梳状(CIC)滤波器电路，被配置为输出通过对从所述第一周期性计时器接收的所述第一周期计数值执行累积放大而生成的所述第一计数值。
所述第一CIC滤波器电路可包括抽取器CIC滤波器，所述抽取器CIC滤波器被配置为：使用通过预定积分级阶数、抽取器因子和梳状差分延迟阶数确定的累积增益来执行所述累积放大，以及提供累积放大的第一周期计数值。
所述第二频率数字转换器可包括：第二降频转换器，被配置为通过使用参考分频比对参考频率信号进行分频来生成第二分频参考时钟信号；第二周期性计时器，被配置为输出通过使用所述第二振荡信号对从所述第二降频转换器接收的所述第二分频参考时钟信号的单个周期时间进行计数而生成的第二周期计数值；以及第二CIC滤波器电路，被配置为输出通过对从所述第二周期性计时器接收的所述第二周期计数值执行累积放大而生成的所述第二计数值。
所述第二CIC滤波器电路可包括抽取器CIC滤波器，所述抽取器CIC滤波器被配置为：使用通过预定积分级阶数、抽取器因子和梳状差分延迟阶数确定的累积增益来执行所述累积放大并且提供累积放大的第二周期计数值。
触摸-力检测器电路可进一步被配置为：通过分别对从所述频率数字转换器接收的所述第一计数值和所述第二计数值进行差分来生成第一差分值和第二差分值，将所述第一差分值和所述第二差分值分别与预定触摸阈值和预定力阈值进行比较，以及基于所述比较的结果输出与触摸对应的所述第一检测信号或与输入力对应的所述第二检测信号。
所述触摸-力检测器电路可包括：第一延迟电路，被配置为输出通过将从所述第一频率数字转换器接收的所述第一计数值延迟由第一延迟控制信号确定的时间段而生成的第一延迟计数值；第一减法电路，被配置为输出通过从接收自所述第一延迟电路的所述第一延迟计数值减去所述第一计数值而生成的第一差分值；第二延迟电路，被配置为输出通过将从所述第二频率数字转换器接收的所述第二计数值延迟由第二延迟控制信号确定的时间段而生成的第二延迟计数值；第二减法电路，被配置为输出通过从接收自所述第二延迟电路的所述第二延迟计数值减去所述第二计数值而生成的第二差分值；以及触摸-力检测器，被配置为将所述第一差分值和所述第二差分值分别与预定触摸阈值和预定力阈值进行比较，并且输出与触摸对应的具有第一电平的所述第一检测信号和与输入力对应的具有第二电平的所述第二检测信号。
所述触摸-力检测器可包括触摸检测器电路和力检测器电路，所述触摸检测器电路被配置为将所述第一差分值与所述预定触摸阈值进行比较，并且基于比较的结果输出与触摸对应的具有所述第一电平的所述第一检测信号，所述力检测器电路被配置为将所述第二差分值与所述预定力阈值进行比较，并且基于比较的结果输出与输入力对应的具有所述第二电平的所述第二检测信号。
所述触摸检测器电路可包括：触摸斜率方向检测器，被配置为基于所述第一差分值检测触摸斜率的程度和方向；以及触摸检测器，被配置为通过基于所述触摸斜率的方向将作为所述触摸斜率的程度的所述第一差分值与触摸滞后上限或触摸滞后下限进行比较，确定触摸被感测到还是触摸被释放。
所述力检测器电路可包括：力斜率方向检测器，被配置为基于所述第二差分值检测力斜率的程度和方向；以及力检测器，被配置为通过基于所述力斜率的所述方向将作为所述力斜率的所述程度的所述第二差分值与力滞后上限或力滞后下限进行比较来确定输入力被感测到还是输入力被释放。
所述开关操作感测装置可以是蓝牙受话器、智能眼镜、VR设备、AR设备、车辆、台式计算机、笔记本电脑、家用电器、头戴式显示器和触控笔中的任意一种的一部分。
在另一总体方面，一种电子装置包括壳体、输入操作单元和电路单元。与所述壳体一体形成的所述输入操作单元包括设置在不同位置的第一开关构件和第二开关构件。所述电路单元被配置为：基于当所述第一开关构件被触摸时改变的电容生成第一振荡信号，并且基于当输入力被施加到所述第二开关构件时改变的电感生成第二振荡信号；将所述第一振荡信号转换为第一计数值，并且将所述第二振荡信号转换为第二计数值；以及基于所述第一计数值和所述第二计数值生成对应的检测信号。
所述电子装置可包括设置在所述壳体中的振荡器电路，所述振荡器电路可被配置为生成所述第一振荡信号和所述第二振荡信号。
所述电路单元可包括连接到所述振荡器电路的频率数字转换器，所述频率数字转换器可被配置为将所述第一振荡信号转换为所述第一计数值并且将所述第二振荡信号转换为所述第二计数值。
所述电路单元还可包括连接到所述频率数字转换器的触摸-力检测器电路，所述触摸-力检测器电路可被配置为生成第一检测信号和第二检测信号。
所述电路单元可进一步被配置为通过使用所述第一振荡信号对时钟信号进行计数来生成所述第一计数值，并且通过使用所述第二振荡信号对时钟信号进行计数来生成所述第二计数值。
所述电子装置是蓝牙受话器、智能眼镜、VR设备、AR设备、车辆、台式计算机、笔记本电脑、家用电器、头戴式显示器和触控笔中的任意一种。
根据以下具体实施方式和附图，其他特征和方面将是显而易见的。
附图说明
图1是示出具有开关操作感测装置的移动装置的外型的示例的示图。
图2是示出沿着图1中的线I-I'截取的开关操作感测装置的示例的横截面图。
图3是示出开关操作感测装置的示例的示图。
图4是示出振荡器电路的示例的示图。
图5A是示出当没有触摸输入时的第一振荡器电路的示例的示图，并且图5B是示出当触摸被输入时的第一振荡器电路的示例的示图。
图6A是示出当没有力输入时的第二振荡器电路的示例的示图，并且图6B是示出输入了输入力时的第二振荡器电路的示例的示图。
图7A和图7B是示出线圈元件的示例的示图。
图8是示出线圈元件、集成电路和电容器器件的示例的示图。
图9A、图9B和图9C是示出图2所示的线圈元件的布置的示例的示图。
图10是示出第一频率数字转换器的示例的示图。
图11是示出第二频率数字转换器的示例的示图。
图12是示出图10所示的第一周期性计时器的操作的示图。
图13是示出图11所示的第二周期性计时器的操作的示图。
图14是示出触摸-力检测器电路的示例的示图。
图15是示出触摸-力检测器电路的示例的示图。
图16是示出当触摸(例如，手触摸)被输入时的计数值的漂移和斜率的改变的示图。
图17是示出当仅触摸被输入时的第一计数值和第二计数值的示图。
图18是示出当仅输入力被输入时的第一计数值和第二计数值的示图。
图19是示出当触摸和输入力(触摸+力)被输入时的第一计数值和第二计数值的示图。
图20是示出开关操作感测装置的应用的示例的示图。
在所有的附图和具体实施方式中，相同的附图标记是指相同的元件。附图可不按照比例绘制，并且为了清楚、说明和便利起见，可夸大附图中的元件的相对尺寸、比例和描绘。
具体实施方式
提供以下具体实施方式以帮助读者获得对在此描述的方法、设备和/或***的全面理解。然而，在理解本申请的公开内容之后，在此所描述的方法、设备和/或***的各种改变、修改及等同物将是显而易见的。例如，在此描述的操作的顺序仅仅是示例，并且不限于在此阐述的顺序，而是除了必须按照特定顺序发生的操作之外，可做出在理解本申请的公开内容之后将是显而易见的改变。此外，为了提高清楚性和简洁性，可省略本领域中已知的特征的描述。
在此描述的特征可以以不同的形式实施，并且将不被解释为局限于在此描述的示例。更确切地说，已经提供在此描述的示例，仅仅为了示出在理解本申请的公开内容之后将是显而易见的实现在此描述的方法、设备和/或***的许多可行方式中的一些可行方式。
在整个说明书中，当诸如层、区域或基板的元件被描述为“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件或“结合到”另一元件时，该元件可直接“在”另一元件“上”、直接“连接到”另一元件或直接“结合到”另一元件，或者可存在介于它们之间的一个或更多个其他元件。相比之下，当元件被描述为“直接在”另一元件“上”、“直接连接到”另一元件或“直接结合到”另一元件时，可不存在介于它们之间的其他元件。
如在此使用的，术语“和/或”包括相关所列项中的任意一项和任意两项或更多项的任意组合。
尽管在此可使用诸如“第一”、“第二”和“第三”的术语来描述各种构件、组件、区域、层或部分，但是这些构件、组件、区域、层或部分将不受这些术语限制。更确切地说，这些术语仅用于将一个构件、组件、区域、层或部分与另一构件、组件、区域、层或部分区分开。因此，在不脱离示例的教导的情况下，在此描述的示例中所称的第一构件、第一组件、第一区域、第一层或第一部分也可被称为第二构件、第二组件、第二区域、第二层或第二部分。
为了易于描述，在此可使用诸如“上方”、“上面”、“下方”和“下面”的空间相对术语来描述如附图中所示的一个元件与另一元件的关系。这样的空间相对术语意在除了包含附图中描绘的方位之外还包含装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的装置被翻转，则被描述为相对于另一元件在“上方”或“上面”的元件于是将相对于所述另一元件在“下方”或“下面”。因此，术语“上方”根据装置的空间方位包括“上方”和“下方”两种方位。装置还可以以其他方式定位(例如，旋转90度或者处于其他方位)，并且将相应地解释在此使用的空间相对术语。
在此使用的术语仅用于描述各种示例，并且将不用于限制本公开。除非上下文另外清楚指出，否则单数形式也意图包括复数形式。术语“包含”、“包括”和“具有”列举存在所陈述的特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合，但不排除存在或添加一个或更多个其他特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合。
由于制造技术和/或公差，附图中所示出的形状可能发生改变。因此，在此描述的示例不限于附图中所示的特定形状，而是包括制造期间发生的形状的改变。
在此描述的示例的特征可以以在理解本申请的公开内容之后将显而易见的各种方式进行组合。此外，虽然在此描述的示例具有多种构造，但在理解本申请的公开内容之后将显而易见的其他构造是可行的。
图1是示出具有开关操作感测装置的移动装置的外型的示例的示图。
在图1中，示例实施例中的移动装置10可包括触摸屏11、壳体500和控制输入单元SWP，控制输入单元SWP也可称为输入操作单元。
控制输入单元SWP可包括第一开关构件SM1和第二开关构件SM2。作为示例，第一开关构件SM1和第二开关构件SM2可设置在当输入单个控制时第一开关构件SM1和第二开关构件SM2可同时反应的区域中。因此，当输入单个控制时，可生成分别对应于第一开关构件SM1和第二开关构件SM2的第一检测信号和第二检测信号。在此，应注意的是，关于示例或实施例的术语“可”的使用(例如，示例或实施例可包括什么或实现什么)意味着存在包括或实现这样的特征的至少一个示例或实施例，但所有示例和实施例不限于此。
作为示例，在图1中，移动装置10可通过诸如智能电话的便携式装置、诸如智能手表的可穿戴装置等来实现，或者可代表诸如智能电话的便携式装置、诸如智能手表的可穿戴装置等。移动装置10可不限于任何特定装置，并且可通过便携式电子装置或可穿戴电子装置或者具有用于操作控制的开关的电子装置来实现。
壳体500可被配置为电子装置上的向外暴露的外壳。作为示例，当开关操作感测装置应用于移动装置时，壳体500可被配置为设置在移动装置10的侧部(侧表面)上的盖。作为示例，壳体500可与设置在移动装置10的后表面上的盖一体化，或者可与设置在移动装置10的后表面上的盖分离。
控制输入单元SWP可设置在移动装置10的壳体500上，但是其示例实施例不限于此。开关操作感测装置可设置在电子装置的壳体中。在图1中，控制输入单元SWP可设置在移动装置10的盖上，并且在这种情况下，例如，盖可被配置为不包括触摸屏的盖，诸如侧盖、后盖、设置在前表面上的盖等。在示例实施例中，为了易于描述，将描述控制输入单元SWP设置在移动装置10的侧盖上的示例，但是其示例实施例不限于此。
控制输入单元SWP可被配置为与壳体500一体化，并且可包括用于感测触摸输入和输入力的至少两个开关构件(第一开关构件SM1和第二开关构件SM2)。
在图1中，为了易于描述，描述了控制输入单元SWP包括第一开关构件SM1和第二开关构件SM2的示例，但是其示例实施例不限于此。还可包括更多数量的开关构件。
在附图中，将不提供关于相同附图标记和相同功能的不必要的重复描述，并且将主要描述附图中的示例之间的差异。
图2是示出沿着图1中的线I-I'截取的开关操作感测装置的示例的截面图。
在图2中，示例实施例中的开关操作感测装置可包括被配置为执行电容感测操作的电容感测部件CSP和被配置为执行电感感测操作的电感感测部件ISP。
电容感测部件CSP可包括第一开关构件SM1、第一电容器器件621、第一线圈元件611和电路单元CS，第一开关构件SM1与移动装置的壳体500一体化或一体形成，第一电容器器件621包括在第一电容电路中，第一线圈元件611包括在第一电感电路中，电路单元CS被配置为生成具有通过第一电容电路和第一电感电路确定的第一谐振频率的第一振荡信号。
电感感测部件ISP可包括第二开关构件SM2、第二电容器器件622、第二线圈元件612和电路单元CS，第二开关构件SM2与移动装置的壳体500一体化或一体形成，第二电容器器件622包括在第二电容电路中，第二线圈元件612包括在第二电感电路中，电路单元CS被配置为生成具有通过第二电容电路和第二电感电路确定的第二谐振频率的第二振荡信号。例如，电路单元CS可包括在电容感测部件CSP和电感感测部件ISP之一中，但是其示例实施例不限于此。
第一开关构件SM1可包括与壳体500的材料相同的材料，或者利用与壳体500的材料相同的材料形成。第二开关构件SM2可与第一开关构件SM1间隔开，并且可包括与壳体500的材料相同的材料，或者利用与壳体500的材料相同的材料形成。
关于图2所示的电容感测部件CSP，第一线圈元件611的一个表面可附接到第一开关构件SM1的内侧表面，并且另一表面可安装在与第一支架301间隔开的第一基板201的一个表面上。
作为示例，附接到第一开关构件SM1的内侧表面的第一线圈元件611可安装在第一基板201的一个表面上。电路单元CS和第一电容器器件621可安装在第一基板201的另一表面上。
第一支架301可与第一基板201(或第一线圈元件611)间隔开预定间隙。作为示例，第一支架301可以是诸如金属的导体，附接到应用开关操作感测装置的电子装置的内部结构，并且由支撑构件支撑。然而，第一支架301可不限于任何特定结构，只要第一支架301与第一线圈元件611(或第一基板)保持一定距离即可。
因此，电路单元CS、第一线圈元件611和第一电容器器件621可设置在第一基板201上，并且电路单元CS、第一线圈元件611和第一电容器器件621可通过第一基板201彼此电连接。
关于图2所示的电感感测部件ISP，第二线圈元件612的一个表面可与第二开关构件SM2的内侧表面间隔开并且可与第二开关构件SM2相对，并且另一表面可与第二基板202的一个表面接触。
第二线圈元件612和第二电容器器件622可安装在第二基板202的一个表面上。第二支架302可附接到第二基板202的另一表面。第二支架302可支撑其上安装有第二线圈元件612和第二电容器器件622的第二基板202。因此，可通过第二支架302使第二基板202与第二开关构件SM2的内侧表面之间保持预定间隙。
第二基板202(例如，柔性印刷电路板(FPCB))的另一表面可附接到第二支架302的安装表面。如图2所示，第一基板201和第二基板202可彼此一体化或一体形成为单个基板200，但是其示例实施例不限于此。在该示例中，基板200可被配置为FPCB，并且可包括第一基板201和第二基板202。
基板200可被配置为印刷电路板(PCB)或FPCB，但是其示例实施例不限于此。基板200还可被配置为其上形成有电路图案的板(例如，包括PCB的各种电路板之一)或面板(例如，用于面板级封装(PLP)的面板)。
电路单元CS、第二线圈元件612、第二电容器器件622可通过包括第一基板201和第二基板202的基板200彼此电连接。
如图2所示，第一支架301和第二支架302可一体化或一体形成为单个支架300，但是其示例实施例不限于此。
在壳体的沿图2中的A方向描绘的示图中，作为示例，壳体500可以是诸如金属的导体。例如，第一开关构件SM1和第二开关构件SM2可与壳体500一体化或与壳体500一体形成，并且可以是类似于壳体500的导体。
在第一线圈元件611和第二线圈元件612的沿图2中的A方向截取的示图中，第一线圈元件611可包括作为线圈型图案的连接在第一连接垫PA1与第二连接垫PA2之间的线圈图案611-P。线圈图案611-P可被配置为例如形成在线圈基板611-S上的PCB图案。第一连接垫PA1和第二连接垫PA2可通过第一基板201和第二基板202电连接到电路单元CS和第一电容器器件621。
第二线圈元件612可包括以线圈型图案连接在第一连接垫PA1与第二连接垫PA2之间的线圈图案612-P。线圈图案612-P可被配置为形成在线圈基板612-S上的PCB图案。第一连接垫PA1和第二连接垫PA2可通过第一基板201和第二基板202电连接到电路单元CS和第二电容器器件622。
在图2中，电路单元CS可安装在基板200的第一基板201上，但是其示例实施例不限于此。电路单元CS可安装在基板200的任何区域上。作为示例，电路单元CS可安装在第二基板202上。
如上所述，在电容感测部件CSP中，第一线圈元件611和第一支架301可彼此间隔开预定间隙。第一线圈元件611的形状可不限于任何特定形状，并且可使用诸如圆形形状或矩形形状的各种图案。此外，第一线圈元件611可被配置为PCB(诸如，柔性印刷电路板FPCB)。作为示例，第一线圈元件611可被配置为片式电感器。此外，第一基板201可被配置为FPCB，或者可被配置为除了FPCB之外的各种类型的PCB。
基于电容感测部件CSP，当壳体500的第一开关构件SM1被触摸时，寄生电容可形成在第一开关构件SM1和第一线圈元件611中，使得电容可改变，因此电容感测操作可以是可用的。
在电感感测部件ISP中，第二线圈元件612可与第二开关构件SM2间隔开预定间隙。第二线圈元件612的形状可不限于任何特定形状，并且可使用诸如圆形形状或矩形形状的各种图案。此外，第二线圈元件612可被配置为PCB(诸如，柔性印刷电路板FPCB)。作为示例，第二线圈元件612可被配置为片式电感器。
此外，第二基板202可被配置为FPCB；然而，可使用除了FPCB之外的各种类型的PCB。作为示例，铁氧体片(未示出)可设置在第二线圈元件612的下表面上。
如图2所示，其上设置有第二线圈元件612(例如，PCB线圈)和第二电容器器件622(例如，MLCC)的第二基板202可安装在第二支架302上。第二支架302可保持第二线圈元件612与第二开关构件SM2之间的恒定距离。
基于电感感测部件ISP，当第二开关构件SM2被力按压时，第二开关构件SM2可被按压，使得第二开关构件SM2与第二线圈元件612之间的距离可改变。由于距离改变，第二线圈元件612的电感可改变，因此电感感测操作可以是可用的。
第一线圈元件611和第二线圈元件612中的每个可被配置为线圈器件(诸如，螺线管线圈、线圈型电感器或片式电感器)，但是其示例实施例不限于此。第一线圈元件611和第二线圈元件612中的每个可被配置为具有电感的器件。
作为示例，当包括在第一开关构件SM1和第二开关构件SM2中的导体利用具有高电阻(例如，100kΩ或更高)的金属形成时，第一开关构件SM1和第二开关构件SM2两者之间的干扰可减小，使得第一开关构件SM1和第二开关构件SM2可被用于实际电子装置。
当使用如图2所示的示例实施例中的双感测结构时，可执行两种感测操作(电容感测操作和电感感测操作)以检测触摸输入和输入力两者。
在示例实施例中，触摸输入可指基于当导体(诸如，人手)靠近或触摸壳体的第一开关构件时生成的寄生电容的谐振频率的减小。输入力可指基于电感的改变的谐振频率的增大，电感的改变是由当通过按压壳体的第二开关构件的导体(诸如，人手)或非导体(诸如，塑料)施加力时第二开关元件与第二线圈元件之间的距离的改变引起的。
开关操作感测装置的结构不限于图2所示的示例，并且可使用第二支架来保持第二开关构件SM2与第二线圈元件612之间的恒定间隙，使得当力施加到第二开关构件SM2时，电感感测操作可以是可用的。此外，在示例实施例中可包括如下结构：当触摸被施加到第一开关构件SM1时，寄生电容可形成在第一开关构件SM1和第一线圈元件611之间，使得电容感测操作可以是可用的。
示例实施例中的开关操作感测装置可包括多个开关构件，并且在该示例中，多个开关构件可被配置为沿直线布置，或者以其中多个开关构件水平和竖直布置的矩阵形式设置。在示例实施例中，第一开关构件SM1和第二开关构件SM2可与壳体500一体化或一体形成。一体化结构可指如下单个结构：在制造工艺中，不管元件的材料如何，开关构件可以不与壳体机械地分开，并且第一开关构件SM1和第二开关构件SM2可彼此一体化为单一体。
图2所示的电容感测部件CSP和电感感测部件ISP是示例，但是其示例实施例不限于此。
在示图中，可不提供关于相同附图标记和相同功能的不必要的重复描述，并且将主要描述示图中的示例之间的差异。
图3是示出开关操作感测装置的示例的示图。
在图3中，示例实施例中的开关操作感测装置可包括控制输入单元SWP、振荡器电路600、频率数字转换器700和触摸-力检测器电路800。
控制输入单元SWP可与如上所述的移动装置的壳体500一体化或一体形成，并且可包括设置在不同位置中的第一开关构件SM1和第二开关构件SM2。
振荡器电路600可基于当第一开关构件SM1被触摸时的电容改变生成第一振荡信号LCosc1中的至少一个。可基于当输入力被施加到第二开关构件SM2时的电感改变生成另一振荡信号，例如，第二振荡信号LCosc2。
作为示例，振荡器电路600可包括第一振荡器电路601和第二振荡器电路602。第一振荡器电路601可基于当第一开关构件SM1被触摸时改变的电容生成第一振荡信号LCosc1，并且第二振荡器电路602可基于当力被施加到第二开关构件SM2时改变的电感生成第二振荡信号LCosc2。
第一振荡器电路601的电容电路620-1(在图4中)可包括第一电容器器件621，并且可具有当通过导体、非导体等施加触摸时改变的电容。第一振荡器电路601的电感电路610-1(在图4中)可包括第一线圈元件611并且可具有电感。因此，第一振荡器电路601可生成并输出第一振荡信号LCosc1，第一振荡信号LCosc1具有基于第一开关构件SM1上的触摸而改变的第一谐振频率。
第二振荡器电路602的电容电路620-2(在图4中)可包括第二电容器器件622。第二振荡器电路602的电感电路610-2(在图4中)可包括第二线圈元件612，并且可具有当通过例如导体或非导体施加输入力时改变的电感。因此，第二振荡器电路602可生成并输出第二振荡信号LCosc2，第二振荡信号LCosc2具有基于施加在第二开关构件SM2上的输入力(压力)而改变的第二谐振频率。
频率数字转换器700可将从振荡器电路600接收的第一振荡信号LCosc1转换为第一计数值C_CNT，并且可将第二振荡信号LCosc2转换为第二计数值L_CNT。
例如，频率数字转换器700可通过使用第一振荡信号对时钟信号进行计数生成第一计数值C_CNT，并且可通过使用第二振荡信号对时钟信号进行计数生成第二计数值L_CNT。
作为示例，频率数字转换器700可包括第一频率数字转换器701和第二频率数字转换器702。
第一频率数字转换器701(FDC1)可使用从第一振荡器电路601接收的第一振荡信号LCosc1对时钟信号进行计数，并且可将第一振荡信号LCosc1转换为第一计数值C_CNT。
第二频率数字转换器702(FDC2)可使用从第二振荡器电路602接收的第二振荡信号LCosc2对时钟信号进行计数，并且可将第二振荡信号LCosc2转换为第二计数值L_CNT。
触摸-力检测器电路800可基于从频率数字转换器700输入的第一计数值C_CNT检测触摸并且可生成第一检测信号DF1，并且可基于第二振荡信号LCosc2检测输入力并且可生成第二检测信号DF2。
在示例实施例中，第一计数值C_CNT和第二计数值L_CNT可以是通过处理数字信号(而不是通过处理模拟信号)经由计数处理操作而生成的数字值。因此，第一计数值C_CNT和第二计数值L_CNT可以不是简单地通过模拟放大器对信号的放大而生成的，而可以是通过频率数字转换器700经由计数处理操作生成的。这样的计数处理操作可能需要参考时钟信号(例如，参考频率信号)和采样时钟信号(例如，振荡信号)，并且稍后将更详细地描述上述配置。
图4是示出振荡器电路的示例的示图。
在图4中，第一振荡器电路601可包括第一电感电路610-1、第一电容电路620-1和第一放大器电路630-1。
第一电感电路610-1可包括设置在第一开关构件SM1的内侧表面上的第一线圈元件611，并且可具有电感。
第一电容电路620-1可包括连接到第一电感电路610-1的第一电容器器件621，并且可具有当第一开关构件SM1被触摸时改变的电容。
第一放大器电路630-1可生成具有基于第一电感电路610-1和第一电容电路620-1确定的第一谐振频率fres1的第一振荡信号LCosc1。作为示例，第一放大器电路630-1可包括至少一个反相器，或者可包括差分放大器电路。
第二振荡器电路602可包括第二电感电路610-2、第二电容电路620-2和第二放大器电路630-2。
第二电感电路610-2可包括与第二开关构件SM2的内侧表面间隔开的第二线圈元件612，并且可具有当输入力被施加到第二开关构件SM2时改变的电感。
第二电容电路620-2可包括连接到第二电感电路610-2的第二电容器器件622，并且可具有电容。
第二放大器电路630-2可生成具有通过第二电感电路610-2和第二电容电路620-2确定的第二谐振频率fres2的第二振荡信号LCosc2。作为示例，第二放大器电路630-2可包括至少一个反相器，或者可包括差分放大器电路。
图5A是示出当没有触摸输入时的第一振荡器电路的示例的示图，并且图5B是示出当触摸被输入时的第一振荡器电路的示例的示图。
在下面的描述中，将参照图5A描述当没有触摸输入到第一开关构件SM1时的第一振荡器电路601的操作。
在图4和图5A中，第一振荡器电路601可被配置为包括第一电感电路610-1和第一电容电路620-1的并联LC振荡器电路。第一电感电路610-1具有第一线圈元件611的电感Lind。第一电容电路620-1具有第一电容器器件621的电容Cext(2Cext和2Cext)。
作为示例，第一振荡器电路601的第一谐振频率fres1可由如下式1表示。
[式1]
在式1中，“≒”指示元素可彼此相同或相似，并且元素彼此相似的配置可指示可包括另一值。
电路单元CS可包括第一振荡器电路601的一部分、频率数字转换器700和触摸-力检测器电路800，并且电路单元CS可在集成电路IC中实现。第一电容器器件621可包括在集成电路中，或者可被设置为外部的单独器件(例如，MLCC)。
电阻器(未示出)可连接在第一线圈元件611与第一电容器器件621之间，并且电阻器可执行静电放电(ESD)功能。
在示例实施例中，第一振荡器电路601可被配置为例如LC振荡器电路，但是其示例实施例不限于此。第一振荡器电路601还可被配置为使用根据通过导体(诸如，人手等)的触摸输入而改变的电容和电感的LC振荡器电路。
如图4和图5B所示，当通过导体(诸如，手的背部)输入触摸时，除了第一电容器器件621的电容Cext(2Cext和2Cext)之外，第一电容电路620-1还可具有当触摸被输入时形成的触摸电容Ctouch(Ccase、Cfinger和Cgnd)。
作为示例，第一振荡器电路601的第一谐振频率fres1可由如下式2表示。
[式2]
Ctouch≒Ccase‖Cfinger‖Cgnd
在式2中，“≒”指示元素可彼此相同或相似，并且元素彼此相似的配置可指示可包括另一值。在式2中，“Ccase”是指存在于壳体与第一线圈元件611之间的寄生电容，“Cfinger”是指人体的电容，并且“Cgnd”是指电路地与大地之间的地面返射电容(groundreturn capacitance)。
关于式2中的“||”，“a||b”指示“a”和“b”可被定义为在电路方面彼此串联连接，并且元素的总值可被定义并计算为“(a×b)/(a+b)”。上述定义也可应用于其他式。
比较没有触摸被输入的式1与触摸被输入的式2，由于式1的电容2Cext增大到式2的电容(2Cext+Ctouch)，因此当没有触摸被输入时的第一谐振频率fres1可减小到当触摸被输入时的第二谐振频率fres2。
在图5A和图5B中，振荡器电路600可生成在没有触摸被输入时的具有第一谐振频率fres1的第一振荡信号LCosc1以及在触摸被输入时的具有第二谐振频率fres2的第二振荡信号LCosc2，并且可将信号输出到频率数字转换器700。
图6A是示出没有力输入时的第二振荡器电路的示例的示图，并且图6B是示出当施加了输入力时的第二振荡器电路的示例的示图。
在图6A中，在示例实施例中，当施加按压移动装置的壳体500的第二开关构件SM2的接触表面的输入力(压力)时，可应用电感感测方法，因此可检测输入力。
在图6A中，导体、非导体等的输入力(按压压力)被输入到第二开关构件SM2。可按压第二开关构件SM2，使得第二开关构件SM2可弯曲并且第二开关构件SM2与第二线圈元件612之间的间隙可改变。因此，当电流在第二线圈元件612中流动时，到第二开关构件SM2(相邻导体)的距离可改变，从而可生成涡流。
在图6B中，由涡流生成的电感可从式3中的“Lind”减小到式4中的“Lind-△Lind”，使得第二谐振频率fres2可如式4所示增大，因此可检测输入力。
[式3]
[式4]
在式3和式4中，“≒”指示元素可彼此相同或相似，并且元素彼此相似的配置可指示可包括另一值。
如上所述，使用双感测结构可获得两种感测操作，并且可检测触摸和输入力。在下面的描述中将更详细地描述上述配置。
图7A和图7B是示出线圈元件的示图。
在图7A和图7B中，第一线圈元件611可实现为被配置为印刷电路板(PCB)图案的PCB线圈元件。
例如，第一线圈元件611可包括作为线圈型图案的连接在第一连接垫PA1与第二连接垫PA2之间的线圈图案611-P，并且线圈图案611-P可被配置为PCB图案。
在图7A中，当使用具有第一表面(例如，上表面)和第二表面(例如，下表面)的双面PCB时，第一连接垫PA1和第二连接垫PA2可设置在第一表面上。第一连接垫PA1可通过第一表面(例如，上表面)连接到线圈图案611-P的外侧端子，并且第二连接垫PA2可通过旁路图案穿过第二表面(例如，下表面)连接到线圈图案611-P的内侧端子。
作为示例，在图7B中，当使用具有第一表面(例如，上表面)和第二表面(例如，下表面)的双面PCB时，第一连接垫PA1和第二连接垫PA2可设置在第一表面上。第一线圈图案611-P1可形成在第一表面(例如，上表面)上，并且第二线圈图案611-P2可形成在第二表面(例如，下表面)上。第一线圈图案611-P1的内侧端子和第二线圈图案611-P2的内侧端子可通过贯通导体彼此连接。第一线圈图案611-P1的外侧端子可连接到第一连接垫PA1，并且第二线圈图案611-P2的外侧端子可通过贯通导体连接到第二连接垫PA2。
例如，第一线圈元件611可被配置为具有各种形状，诸如圆形形状、三角形形状、矩形形状等，并且形状不限于任何特定形状。
已经参照图7A和图7B描述了第一线圈元件611，并且第二线圈元件612也可被配置为具有与第一线圈元件611的结构相同的结构。
在图7A和图7B中，第一线圈元件611和/或第二线圈元件612可通过具有多个层的多层PCB实现，以与双面PCB线圈元件的描述不同。在该示例中，第一表面可被配置为多层PCB的最上层的上表面，并且第二表面可被配置为最下层的下表面。
图7A和图7B示出了具有两个表面的PCB线圈元件的示例，并且其示例实施例不限于此。可使用可向振荡器电路提供电感的任何PCB线圈元件。
图8是示出线圈元件、集成电路和电容器器件的示例的示图。
在图8中，在示例实施例中，可不提供在前述示例实施例中描述的基板200。
第一线圈元件611可包括多层PCB基板611-S，多层PCB基板611-S包括与第一开关构件SM1(在图2中)相对的上表面和与上表面背对的下表面。
PCB多层基板611-S可包括最下层、中间层和最上层。最下层的下表面可被配置为最下表面，并且最上层的上表面可被配置为最上表面。
第一线圈元件611可设置在PCB多层基板611-S的最上表面上。线圈图案611-P可包括以线圈型连接在设置在PCB多层基板611-S上的第一连接垫PA1和第二连接垫PA2之间的线圈。线圈图案611-P可被配置为PCB图案。第一连接垫PA1和第二连接垫PA2可电连接到振荡器电路600。
诸如MLCC的第一电容器器件621以及电路单元CS可设置在PCB多层基板611-S的最下表面上。
例如，第一线圈元件611可包括PCB多层基板611-S和设置在PCB多层基板611-S上的线圈图案611-P。线圈图案611-P可包括以线圈型连接在设置在PCB多层基板611-S上的第一连接垫PA1和第二连接垫PA2之间的线圈图案。
作为示例，线圈图案611-P可设置在PCB多层基板611-S的上表面上，并且诸如MLCC的第一电容器器件621和电路单元CS可直接设置在PCB多层基板611-S的下表面上。
电路单元CS、第一电容器器件621和线圈图案611-P可通过PCB多层基板611-S彼此电连接。
图9A、图9B和图9C是示出图2所示的线圈元件的布置的示例的示图。
图9A是示出第一线圈元件611的布置的示图。在图9A中，第一线圈元件611可设置在第一基板201的与第一开关构件SM1相对的一个表面上。电路单元CS(图2)和第一电容器器件621(图2)可设置在第一基板201的与所述一个表面背对的另一表面上。第一基板201的其上设置有第一线圈元件611的一个表面可与第一开关构件SM1的内侧表面相对，并且可与该内侧表面平行设置。
例如，在图9A、图9B和图9C中的x-y-z三维坐标系中，x-轴可被定义为第一开关构件SM1的长度方向，y-轴可被定义为第一开关构件SM1的宽度方向，并且z-轴可被定义为第一开关构件SM1的向上方向。
在三维坐标系中，第一基板201和第一开关构件SM1可彼此间隔开，并且可设置在x-y平面上。
图9B是示出第一线圈元件611的布置的另一示例的示图。在图9B中，第一线圈元件611可设置在第一基板201的另一表面上，第一基板201的另一表面与第一基板201的与第一开关构件SM1的内侧表面相对的一个表面背对，并且电路单元CS(在图2中)和第一电容器器件621(在图2中)可设置在第一基板201的与第一开关构件SM1相对的所述一个表面上。第一基板201的其上设置有第一线圈元件611的另一表面可与第一开关构件SM1的内侧表面背对，并且可与该内侧表面平行设置。
在三维坐标系中，第一基板201和第一开关构件SM1可彼此间隔开，并且可设置在x-y平面上。
图9C是示出图2所示的第一线圈元件611的另一示例的示图。在图9C中，第一线圈元件611可设置在第一基板201的一个表面上，并且电路单元CS(在图2中)和第一电容器器件621(在图2中)可设置在第一基板201的另一表面上。作为示例，其上设置有第一线圈元件611的第一基板201可基本上垂直于第一开关构件SM1设置，而不与第一开关构件SM1平行设置。
在三维坐标系中，第一基板201和第一开关构件SM1可彼此间隔开，第一开关构件SM1可设置在x-y平面上，并且第一基板201可设置在x-z平面上。
在图9A、图9B和图9C中，其上设置有第一线圈元件611的第一基板201可相对于第一开关构件SM1以各种姿态设置。因此，第一基板201的布置姿态可不限于图9A、图9B和图9C所示的示例。布置姿态可不限于任何特定示例，只要谐振频率能够基于由触摸引起的电容的改变而改变即可。
图10是示出第一频率数字转换器的示例的示图。
在图10中，第一频率数字转换器701(FDC1)可包括第一降频转换器710-1、第一周期性计时器720-1和第一级联积分器梳状(CIC)滤波器电路730-1。此外，第一频率数字转换器701可被配置为通过启用或停用第一频率数字转换器701的操作来执行CAL_hold功能。例如，当CAL_hold＝0时，第一频率数字转换器701操作并且对作为感测信号的第一计数值C_CNT进行更新，并且当CAL_hold＝1时，第一频率数字转换器701停止操作并且停止更新第一计数值C_CNT。
第一降频转换器710-1可接收被配置为第一周期性计时器720-1的时间段的参考的参考时钟CLK_ref，并且可对参考时钟CLK_ref的频率进行降频转换。
例如，输入到第一降频转换器710-1的参考时钟CLK_ref可被配置为第一振荡信号LCosc1和参考频率信号fref之一。作为示例，当参考时钟CLK_ref被配置为第一振荡信号LCosc1时，第一振荡信号LCosc1的频率可被降频转换为“DOSC_ref1＝LCosc1/M”，并且“M”可预先在外部设置。作为另一示例，当参考时钟CLK_ref被配置为参考频率信号fref时，参考时钟CLK_ref的频率可被降频转换为“Dosc_ref1＝fref/N”，并且“N”可预先在外部设置。
第一周期性计时器720-1可输出通过使用采样时钟CLK_spl(例如，第一振荡信号LCosc1)对从第一降频转换器710-1接收的第一分频参考时钟信号DOSC_ref1的单个周期时间进行计数而生成的第一周期计数值PCV1。
作为示例，第一CIC滤波器电路730-1可输出通过针对从第一周期性计时器720-1接收的第一周期计数值PCV1执行累积放大而生成的第一计数值C_CNT。
作为示例，第一CIC滤波器电路730-1可包括抽取器CIC滤波器。
作为示例，抽取器CIC滤波器可输出通过针对从第一周期性计时器720-1接收的第一周期计数值PCV1执行累积放大而生成的第一计数值C_CNT。例如，抽取器CIC滤波器可使用通过预定积分级阶数、抽取器因子和梳状差分延迟阶数确定的累积增益来对从第一周期性计时器接收的第一周期计数值执行累积放大，并且可提供累积放大的第一周期计数值。
作为另一示例，第一CIC滤波器电路730-1还可包括主CIC滤波器。主CIC滤波器可通过获得来自抽取器CIC滤波器的输出的移动平均值来去除噪声。
例如，抽取器CIC滤波器可使用累积增益针对接收的第一周期计数值PCV1执行累积放大，并且可输出如式5中的第一计数值C_CNT。
[式5]
C_CNT＝(N×LCosc1)/(M×fref)
在式5中，“LCosc1”可以是第一振荡信号的频率，“fref”可以是参考频率，“N”可以是参考频率(例如，32kHz)的分频比，并且“M”可以是感测谐振频率的分频比。
如式5中所指示的，第一振荡信号LCosc1的频率除以参考频率fref的配置可指示可使用第一振荡信号LCosc1的频率对参考频率fref的周期进行计数。当通过上述方法获得第一计数值C_CNT时，可使用相对低的参考频率fref，并且计数的准确度可增加。
例如，当抽取器CIC滤波器包括积分电路、抽取器和差分电路时，可基于积分电路的级阶数S、抽取器因子R和差分电路的延迟阶数M获得累积增益(如，(R×M)^S)。作为示例，当积分电路的级阶数S为4，抽取器因子R为1并且差分电路的延迟阶数M为4时，累积增益可为256((1×4)^4)。
图11是示出第二频率数字转换器的示例的示图。
在图11中，第二频率数字转换器702(FDC2)可包括第二降频转换器710-2、第二周期性计时器720-2和第二级联积分器梳状(CIC)滤波器电路730-2。此外，第二频率数字转换器702可被配置为通过启用或停用第二频率数字转换器702的操作来执行CAL_hold功能。例如，当CAL_hold＝0时，第二频率数字转换器702操作并且对作为感测信号的第二计数值L_CNT进行更新，并且当CAL_hold＝1时，第二频率数字转换器702停止操作并且停止更新第二计数值L_CNT。
第二降频转换器710-2可执行与图10所示的第一降频转换器710-1的操作相同的操作。作为示例，第二降频转换器710-2可生成通过使用分频比M对第二振荡信号LCosc2的频率进行分频而获得的第二分频参考时钟信号(DOSC_ref2＝LCosc2/M)。作为另一示例，第二降频转换器710-2可生成通过使用参考分频比N对参考频率fref进行分频而获得的第二分频参考时钟信号(DOSC_ref2＝fref/N)。
第二周期性计时器720-2可执行与图10所示的第一周期性计时器720-1的操作相同的操作。作为示例，第二周期性计时器720-2可输出通过使用采样时钟CLK_spl(例如，参考频率信号fref)对从第二降频转换器710-2接收的第二分频参考时钟信号DOSC_ref2的单个周期时间进行计数而生成的第二周期计数值PCV2。作为另一示例，第二周期性计时器720-2可输出通过使用作为采样时钟CLK_spl的第二振荡信号LCosc2对从第二降频转换器710-2接收的第二分频参考时钟信号DOSC_ref2的单个周期时间进行计数而生成的第二周期计数值PCV2。
第二CIC滤波器电路730-2可执行与图10所示的第一CIC滤波器电路730-1的操作相同的操作。作为示例，第二CIC滤波器电路730-2可输出通过针对从第二周期性计时器720-2接收的第二周期计数值PCV2执行累积放大而生成的第二计数值L_CNT(L_CNT＝(N×LCosc2)/(M×fref))。
图12是示出图10所示的第一周期性计时器的操作的示图。
在图12中，如上所述，参考时钟CLK_ref可被配置为第一振荡信号LCosc1和参考频率信号fref之一。参考频率信号fref可被配置为外部晶体的信号，并且可被配置为IC中的锁相环(PLL)或RC的振荡信号。
作为示例，当参考时钟CLK_ref是从第一振荡器电路601输入的第一振荡信号LCosc1时，采样时钟CLK_spl可以是参考频率信号fref。当第一振荡信号LCosc1以分频比M分频时分频的振荡信号可以是“LCosc1/M”。
当参考时钟CLK_ref是参考频率信号fref时，采样时钟CLK_spl可以是第一振荡信号LCosc1，并且在这种情况下，分频参考信号可以是“fref/N”。
图13是示出图12所示的第二周期性计时器的操作的示图。
在图13中，如上所述，参考时钟CLK_ref可被配置为第二振荡信号LCosc2和参考频率信号fref之一。
作为示例，当参考时钟CLK_ref是从第二振荡器电路602输入的第二振荡信号LCosc2时，采样时钟CLK_spl可以是参考频率信号fref，并且当第二振荡信号LCosc2以分频比M分频时分频的振荡信号可以是“LCosc2/M”。
当参考时钟CLK_ref是参考频率信号fref时，采样时钟CLK_spl可以是第二振荡信号LCosc2，并且在这种情况下，分频参考信号可以是“fref/N”。
图14是示出触摸-力检测器电路的示例的示图。
在图14中，触摸-力检测器电路800可通过分别对从频率数字转换器700接收的第一计数值C_CNT和第二计数值L_CNT进行差分来生成第一差分值Diff1和第二差分值Diff2，可将第一差分值Diff1和第二差分值Diff2分别与预定触摸阈值T_TH和预定力阈值F_TH进行比较，并且可基于比较的结果输出对应于触摸的第一检测信号T_Det或对应于输入力的第二检测信号F_Det。
例如，在图14中，触摸-力检测器电路800可包括第一延迟电路810-1、第二延迟电路810-2、第一减法电路820-1、第二减法电路820-2和触摸-力检测器830。
第一延迟电路810-1可输出通过将从第一频率数字转换器701接收的第一计数值C_CNT延迟由第一延迟控制信号Delay_Ctrl_1确定的时间而生成的第一延迟计数值C_CNT_Delay。
第二延迟电路810-2可输出通过将从第二频率数字转换器702接收的第二计数值L_CNT延迟由第二延迟控制信号Delay_Ctrl_2确定的时间而生成的第二延迟计数值L_CNT_Delay。可根据第二延迟控制信号Delay_Ctrl_2来确定延迟时间。
第一减法电路820-1可输出通过从接收自第一延迟电路810-1的第一延迟计数值C_CNT_Delay减去第一计数值C_CNT而生成的第一差分值Diff1。第一差分值Diff1可以是第一计数值C_CNT的斜率(slope)的改变。第一计数值C_CNT可以是当前计数值，并且第一延迟计数值C_CNT_Delay可以是在特定延迟时间之前计数的值。
第二减法电路820-2可输出通过从接收自第二延迟电路810-2的第二延迟计数值L_CNT_Delay减去第二计数值L_CNT而生成的第二差分值Diff2。第二差分值Diff2可以是第二计数值L_CNT的斜率的改变。第二计数值L_CNT可以是当前计数值，并且第二延迟计数值L_CNT_Delay可以是在特定延迟时间之前计数的值。
触摸-力检测器830可将第一差分值Diff1和第二差分值Diff2分别与预定触摸阈值T_TH和预定力阈值F_TH进行比较。触摸-力检测器830可基于比较的结果输出与触摸对应的具有第一电平的第一检测信号T_Det和与力对应的具有第二电平的第二检测信号F_Det。
例如，触摸-力检测器830可将从第一减法电路820-1输出的与触摸斜率(touchslope)相关的第一差分值Diff1与触摸部T_TH、TU_Hys和TL_Hys进行比较。当第一差分值Diff1大于触摸部T_TH、TU_Hys和TL_Hys时，触摸-力检测器830可将输入识别为触摸，并可输出具有高电平的第一检测信号(DF1：Detect_Flag1)(T_Det)。与上述配置不同，当第一差分值Diff1小于触摸部T_TH、TU_Hys和TL_Hys时，触摸-力检测器830可识别出没有触摸被输入，并且可输出具有低电平的第一检测信号(DF1)(T_Det)。
在触摸部T_TH、TU_Hys和TL_Hys中，“T_TH”可以是预定触摸阈值，并且“TU_Hys”和“TL_Hys”可以是触摸滞后上限和触摸滞后下限。当使用触摸滞后上限和触摸滞后下限时，可参考触摸滞后上限确定触摸，并且可参考触摸滞后下限确定触摸释放。
此外，触摸-力检测器830可将从第二减法电路820-2输出的与力斜率(forceslope)相关的第二差分值Diff2与力部F_TH、FU_Hys和FL_Hys进行比较，并且当第二差分值Diff2小于力部F_TH、FU_Hys和FL_Hys时，触摸-力检测器830可识别出没有力被输入，并且可输出具有低电平的第二检测信号(DF2：Detect_Flag2)(F_Det)。当第二差分值Diff2大于力部F_TH、FU_Hys和FL_Hys时，触摸-力检测器830可识别出输入是输入力，并可输出具有高电平的检测信号(DF2)(F_Det)。
在力部F_TH、FU_Hys和FL_Hys中，“F_TH”可以是预定力阈值，并且“FU_Hys”和“FL_Hys”分别可以是力滞后上限和力滞后下限。当使用力滞后上限和力滞后下限时，可参考力滞后上限确定输入力，并且可参考力滞后下限确定力释放。
当使用与斜率相关的第一差分值Diff1和第二差分值Diff2时，可防止与温度漂移相关联的误差。此外，当使用触摸部T_TH、TU_Hys和TL_Hys以及力部F_TH、FU_Hys和FL_Hys时，可改善感测操作的准确度。
图15是示出触摸-力检测器电路的示例的示图。
在图14和图15中，触摸-力检测器830可包括触摸检测器电路830-1和力检测器电路830-2。
触摸检测器电路830-1可将第一差分值Diff1与预定触摸阈值T_TH进行比较，并且可基于比较的结果输出与触摸对应的具有第一电平的第一检测信号T_Det。
力检测器电路830-2可将第二差分值Diff2与预定力阈值F_TH进行比较，并且可基于比较的结果输出与输入力对应的具有第二电平的第二检测信号F_Det。
作为示例，触摸检测器电路830-1可包括触摸斜率方向检测器830-11和触摸检测器830-12。力检测器电路830-2可包括力斜率方向检测器830-21和力检测器830-22。
作为示例，触摸斜率方向检测器830-11可检测触摸斜率的程度和方向。基于通过触摸斜率方向检测器830-11检测到的触摸斜率的程度和方向，当触摸斜率的方向是向下方向(-方向)时，触摸检测器830-12可将第一差分值Diff1(触摸斜率的程度)与触摸滞后上限TU_Hys进行比较。当第一差分值Diff1高于触摸滞后上限TU_Hys时，触摸检测器830-12可识别出触摸。在识别出触摸之后，当触摸斜率的方向是向上方向(+方向)时，触摸检测器830-12可将第一差分值Diff1(触摸斜率的程度)与触摸滞后下限TL_Hys进行比较，并且当第一差分值Diff1高于触摸滞后下限TL_Hys时，触摸检测器830-12可确定触摸被释放。
如上所述，为了与预定触摸阈值T_TH一起确保稳定性，触摸滞后上限TU_Hys和触摸滞后下限TL_Hys可被确定为接近预定触摸阈值。
力斜率方向检测器830-21可检测力斜率的程度和方向。基于通过力斜率方向检测器830-21检测到的力斜率的程度和方向，当力斜率的方向是向上方向(+方向)时，力检测器830-22可将第二差分值Diff2(力斜率的程度)与力滞后上限FU_Hys进行比较。当第二差分值Diff2高于力滞后上限FU_Hys时，力检测器830-22可识别出输入力。在识别出输入力之后，当力斜率的方向是向下方向(-方向)时，力检测器830-22可将第二差分值Diff2(力斜率的程度)与力滞后下限FL_Hys进行比较。当第二差分值Diff2高于力滞后下限FL_Hys时，力检测器830-22可确定力被释放。如上所述，为了与预定力阈值F_TH一起确保稳定性，力滞后上限FU_Hys和力滞后下限FL_Hys可被确定为接近预定力阈值。
图16是示出当触摸(例如，手触摸)被输入时的感测计数值的漂移和斜率的改变的示图。
在图16中，当第一开关构件SM1(在图2中)被连续地接触(触摸)时，由于第一线圈元件611(图2中)的温度通过第一开关构件SM1(在图2中)改变，可能发生第一计数值C_CNT的减小的漂移。因此，为了确定接触，可通过使用斜率(slope)改变而不是使用绝对计数器水平(level)来防止温度漂移的影响。
因此，可基于在感测到低于减小阈值的改变之后感测到高于增大阈值的改变之前的状态，确定由人手的接触等引起的原始状态下的斜率(slope)的改变。
图17是示出当仅触摸被输入时的第一计数值和第二计数值的示图。图18是示出当仅输入力被输入时的第一计数值和第二计数值的示图。图19是示出当触摸和输入力(触摸+力)被输入时的第一计数值和第二计数值的示图。
在图17至图19中，用于使用第一线圈元件611和第二线圈元件612将触摸和输入力彼此区分的方法将如下。
当诸如人的手背的导体触摸与壳体或金属壳体一体化或一体形成的第一开关构件SM1时测量的第一计数值和第二计数值的波形可如图17。当导体或非导体在第二开关构件SM2上仅施加输入力时测量的第一计数值和第二计数值的波形可如图18。此外，当诸如手的导体等在触摸第一开关构件SM1和第二开关构件SM2的同时用力按压第一开关构件SM1和第二开关构件SM2时，可同时感测到触摸和输入力，并且上述操作时测量的第一计数值和第二计数值的波形可如图19。
在图17中，“G11”可以是第一计数值C_CNT，并且“G12”可以是第二计数值L_CNT。如所指示的，当仅触摸被施加到第一开关构件SM1时，第一开关构件SM1可通过电容方法操作，使得第一计数值C_CNT可减小，并且使得当手离开时，第一计数值C_CNT可增大到原始值。因此，当基于上述操作识别斜率值时，斜率值可在触摸被输入时减小，并且斜率值可在没有触摸时增大。
与上述配置不同，“G21”可以是第一计数值C_CNT，并且“G22”可以是第二计数值L_CNT。当仅输入力被施加到第二开关构件SM2时，第二开关构件SM2可通过电感方法操作，使得第二计数值L_CNT可增大，并且当输入力被移除时，第二计数值L_CNT可减小到原始值。
在图19中，“G31”可以是第一计数值C_CNT，并且“G32”可以是第二计数值L_CNT。当通过诸如人的手背的导体同时向第一开关构件和第二开关构件施加触摸和输入力两者，并且如图19所示的波形，在触摸开关构件的同时施加输入力(压力)时，第一计数值G31可由于触摸姿态(电容方法)而减小，并且壳体可由于压力而弯曲，使得第二计数值G32由于壳体与第二线圈元件之间的距离的减小而增大，从而可同时感测到触摸和力。
图20是示出开关操作感测装置的应用的示例的示图。
图20示出了在示例实施例中描述的开关操作感测装置的多个应用示例1至7。
图20中的应用示例1指示可替代用于控制蓝牙头戴式耳机的操作的按钮的开关操作感测装置的示例。图20中的应用示例2指示可替代用于控制蓝牙入耳式耳机的操作的按钮的开关操作感测装置的示例。作为示例，开关操作感测装置可替代蓝牙头戴式耳机和蓝牙入耳式耳机的开/关电源开关。
图20中的应用示例3指示可替代用于控制眼镜的操作的按钮的开关操作感测装置的示例。作为示例，开关操作感测装置可替代用于执行诸如谷歌眼镜、VR(虚拟现实)设备、AR(增强现实)设备等装置的呼叫、邮件、主页按钮等功能的按钮。
图20中的应用示例4指示可替代车辆的门锁按钮的开关操作感测装置的示例。图20中的应用示例5指示可替代车辆的智能钥匙的按钮的开关操作感测装置的示例。图20中的应用示例6指示可替代用于控制计算机的操作的按钮的开关操作感测装置的示例。图20中的应用示例7指示可替代用于控制冰箱的操作的按钮的开关操作感测装置的示例。
除了上述示例之外，开关操作感测装置可替代笔记本电脑的音量开关和电源开关、VR设备、头戴式显示器(HMD)、蓝牙入耳式耳机、触控笔等的开关，并且还可替代家用电器、冰箱、笔记本电脑等的监视器的按钮。作为示例，开关操作感测装置可以是蓝牙受话器、智能眼镜、VR设备、AR设备、车辆、台式计算机、笔记本电脑、家用电器、头戴式显示器和触控笔中的任意一种的一部分。
例如，用于控制操作的按钮可以与应用开关操作感测装置的装置的盖、框架或壳体一体化，并且可用于打开和关闭电源、控制音量以及其他各种功能(例如，返回到上一页、移动到主屏幕、锁定等)。
开关操作感测装置还可包括多个触摸开关，以在执行相应功能(例如，返回到上一页、移动到主屏幕、锁定等)时执行多个功能。
开关操作感测装置可不限于上述装置，并且可应用于诸如移动装置、可穿戴装置等需要开关的装置。此外，通过应用触摸开关，可实现一体化设计。
当将示例实施例的开关操作感测装置应用于移动装置时，可减小装置的厚度，从而可实现简化设计。此外，与电容感测方法不同，可不需要模数转换器(ADC)，并且当开关操作感测装置作为可适用的结构直接附接到开关构件的目标表面时，可不需要间隔件结构，从而可容易地实现开关操作感测装置。此外，当使用开关操作感测装置时，可实现防尘和防水开关，并且与一般感测操作不同，即使在潮湿环境中也可执行双感测操作。
根据前述示例实施例，通过使用两种感测结构实现电容感测操作和电感感测操作两者，可同时识别触摸和输入力(压力)。
此外，通过使用开关操作感测装置，可减小装置的厚度，从而可实现更简化的设计。此外，通过提供可感测触摸和输入力两者的双感测结构，可感测用户的触摸、输入力或触摸和输入力，从而可关于输入控制提供具有更高可用性的用户界面。
虽然本公开包括具体示例，但在理解本申请的公开内容之后将显而易见的是，在不脱离权利要求及其等同物的精神及范围的情况下，可在这些示例中做出形式和细节上的各种改变。在此描述的示例将仅被理解为描述性意义，而非出于限制的目的。在每个示例中的特征或方面的描述将被理解为可适用于其他示例中的类似的特征或方面。如果以不同的顺序执行描述的技术，和/或如果按照不同的方式组合描述的***、架构、装置或电路中的组件，和/或通过其他组件或其等同物替换或增添描述的***、架构、装置或电路中的组件，则可获得合适的结果。因此，本公开的范围不由具体实施方式限定，而是由权利要求及其等同物限定，并且在权利要求及其等同物的范围之内的全部变型将被解释为包括在本公开中。

Claims (23)

1.一种开关操作感测装置，所述开关操作感测装置被配置为应用于电子装置，所述电子装置包括输入操作单元，所述输入操作单元设置在壳体中，所述输入操作单元包括第一开关构件和第二开关构件，所述开关操作感测装置包括：
振荡器电路，被配置为基于当所述第一开关构件被触摸时改变的电容生成第一振荡信号，并且基于当输入力被施加到所述第二开关构件时改变的电感生成第二振荡信号；
频率数字转换器，被配置为将所述第一振荡信号转换为第一计数值，并且将所述第二振荡信号转换为第二计数值；以及
触摸-力检测器电路，被配置为通过基于从所述频率数字转换器输入的所述第一计数值检测触摸输入来生成第一检测信号，并且通过基于所述第二计数值检测输入力来生成第二检测信号。
2.根据权利要求1所述的开关操作感测装置，其中，所述频率数字转换器进一步被配置为通过使用所述第一振荡信号对时钟信号进行计数来生成所述第一计数值，并且通过使用所述第二振荡信号对时钟信号进行计数来生成第二计数值。
3.根据权利要求1所述的开关操作感测装置，其中，所述振荡器电路包括：
第一振荡器电路，被配置为基于所述改变的电容生成所述第一振荡信号；以及
第二振荡器电路，被配置为基于所述改变的电感生成所述第二振荡信号。
4.根据权利要求3所述的开关操作感测装置，其中，所述第一振荡器电路包括：
第一电感电路，包括设置在所述第一开关构件的内侧表面上的第一线圈元件；
第一电容电路，包括连接到所述第一电感电路的第一电容器件，并且具有当所述第一开关构件被触摸时改变的电容；以及
第一放大器电路，被配置为生成所述第一振荡信号，所述第一振荡信号具有基于所述第一电感电路和所述第一电容电路的第一谐振频率。
5.根据权利要求4所述的开关操作感测装置，其中，所述第二振荡器电路包括：
第二电感电路，包括与所述第二开关构件的内侧表面间隔开的第二线圈元件，并且具有当输入力被施加到所述第二开关构件时改变的电感；
第二电容电路，包括连接到所述第二电感电路的第二电容器件；以及
第二放大器电路，被配置为生成所述第二振荡信号，所述第二振荡信号具有基于所述第二电感电路和所述第二电容电路的第二谐振频率。
6.根据权利要求5所述的开关操作感测装置，
其中，所述第一线圈元件的一个表面附接到所述第一开关构件的内侧表面，并且所述第一线圈元件的另一表面安装在基板上；
其中，所述第二线圈元件的一个表面与所述第二开关构件的内侧表面间隔开，并且所述第二线圈元件的另一表面安装在所述基板上。
7.根据权利要求1所述的开关操作感测装置，
其中，所述频率数字转换器包括：
第一频率数字转换器，被配置为通过使用从所述振荡器电路接收的所述第一振荡信号对时钟信号进行计数来将所述第一振荡信号转换为所述第一计数值；以及
第二频率数字转换器，被配置为通过使用从所述振荡器电路接收的所述第二振荡信号对时钟信号进行计数来将所述第二振荡信号转换为所述第二计数值。
8.根据权利要求7所述的开关操作感测装置，其中，所述第一频率数字转换器包括：
第一降频转换器，被配置为通过使用参考分频比对参考频率信号进行分频来生成第一分频参考时钟信号；
第一周期性计时器，被配置为输出通过使用所述第一振荡信号对从所述第一降频转换器接收的所述第一分频参考时钟信号的单个周期时间进行计数而生成的第一周期计数值；以及
第一级联积分器梳状滤波器电路，被配置为输出通过对从所述第一周期性计时器接收的所述第一周期计数值执行累积放大而生成的所述第一计数值。
9.根据权利要求8所述的开关操作感测装置，
其中，所述第一级联积分器梳状滤波器电路包括抽取器级联积分器梳状滤波器，所述抽取器级联积分器梳状滤波器被配置为：
使用通过预定积分级阶数、抽取器因子和梳状差分延迟阶数确定的累积增益来执行所述累积放大，以及
提供累积放大的第一周期计数值。
10.根据权利要求7所述的开关操作感测装置，其中，所述第二频率数字转换器包括：
第二降频转换器，被配置为通过使用参考分频比对参考频率信号进行分频来生成第二分频参考时钟信号；
第二周期性计时器，被配置为输出通过使用所述第二振荡信号对从所述第二降频转换器接收的所述第二分频参考时钟信号的单个周期时间进行计数而生成的第二周期计数值；以及
第二级联积分器梳状滤波器电路，被配置为输出通过对从所述第二周期性计时器接收的所述第二周期计数值执行累积放大而生成的所述第二计数值。
11.根据权利要求10所述的开关操作感测装置，
其中，所述第二级联积分器梳状滤波器电路包括抽取器级联积分器梳状滤波器，所述抽取器级联积分器梳状滤波器被配置为：
使用通过预定积分级阶数、抽取器因子和梳状差分延迟阶数确定的累积增益来执行所述累积放大，并且提供累积放大的第二周期计数值。
12.根据权利要求1所述的开关操作感测装置，其中，所述触摸-力检测器电路进一步被配置为：
通过分别对从所述频率数字转换器接收的所述第一计数值和所述第二计数值进行差分来生成第一差分值和第二差分值，
将所述第一差分值和所述第二差分值分别与预定触摸阈值和预定力阈值进行比较，以及
基于所述比较的结果输出与触摸对应的所述第一检测信号或与输入力对应的所述第二检测信号。
13.根据权利要求7所述的开关操作感测装置，其中，所述触摸-力检测器电路包括：
第一延迟电路，被配置为输出通过将从所述第一频率数字转换器接收的所述第一计数值延迟由第一延迟控制信号确定的时间段而生成的第一延迟计数值；
第一减法电路，被配置为输出通过从接收自所述第一延迟电路的所述第一延迟计数值减去所述第一计数值而生成的第一差分值；
第二延迟电路，被配置为输出通过将从所述第二频率数字转换器接收的所述第二计数值延迟由第二延迟控制信号确定的时间段而生成的第二延迟计数值；
第二减法电路，被配置为输出通过从接收自所述第二延迟电路的所述第二延迟计数值减去所述第二计数值而生成的第二差分值；以及
触摸-力检测器，被配置为将所述第一差分值和所述第二差分值分别与预定触摸阈值和预定力阈值进行比较，并且输出与触摸对应的具有第一电平的所述第一检测信号以及与输入力对应的具有第二电平的所述第二检测信号。
14.根据权利要求13所述的开关操作感测装置，其中，所述触摸-力检测器包括：
触摸检测器电路，被配置为将所述第一差分值与所述预定触摸阈值进行比较，并且基于比较的结果输出与触摸对应的具有所述第一电平的所述第一检测信号；以及
力检测器电路，被配置为将所述第二差分值与所述预定力阈值进行比较，并且基于比较的结果输出与输入力对应的具有所述第二电平的所述第二检测信号。
15.根据权利要求14所述的开关操作感测装置，其中，所述触摸检测器电路包括：
触摸斜率方向检测器，被配置为基于所述第一差分值检测触摸斜率的程度和方向；以及
触摸检测器，被配置为通过基于所述触摸斜率的方向将作为所述触摸斜率的程度的所述第一差分值与触摸滞后上限或触摸滞后下限进行比较，确定触摸被感测到还是触摸被释放。
16.根据权利要求14所述的开关操作感测装置，其中，所述力检测器电路包括：
力斜率方向检测器，被配置为基于所述第二差分值检测力斜率的程度和方向；以及
力检测器，被配置为通过基于所述力斜率的所述方向将作为所述力斜率的所述程度的所述第二差分值与力滞后上限或力滞后下限进行比较，确定输入力被感测到还是输入力被释放。
17.根据权利要求1所述的开关操作感测装置，其中，所述开关操作感测装置是蓝牙受话器、智能眼镜、VR设备、AR设备、车辆、台式计算机、笔记本电脑、家用电器、头戴式显示器和触控笔中的任意一种的一部分。
18.一种电子装置，包括：
壳体；
输入操作单元，与所述壳体一体形成，所述输入操作单元包括设置在不同位置的第一开关构件和第二开关构件；以及
电路单元，所述电路单元被配置为：
基于当所述第一开关构件被触摸时改变的电容生成第一振荡信号，并且基于当输入力被施加到所述第二开关构件时改变的电感生成第二振荡信号；
将所述第一振荡信号转换为第一计数值，并且将所述第二振荡信号转换为第二计数值；以及
基于所述第一计数值和所述第二计数值生成对应的检测信号。
19.根据权利要求18所述的电子装置，其中，所述电子装置包括设置在所述壳体中的振荡器电路，所述振荡器电路被配置为生成所述第一振荡信号和所述第二振荡信号。
20.根据权利要求19所述的电子装置，其中，所述电路单元包括连接到所述振荡器电路的频率数字转换器，所述频率数字转换器被配置为将所述第一振荡信号转换为所述第一计数值并且将所述第二振荡信号转换为所述第二计数值。
21.根据权利要求20所述的电子装置，其中，所述电路单元还包括连接到所述频率数字转换器的触摸-力检测器电路，所述触摸-力检测器电路被配置为生成第一检测信号和第二检测信号。
22.根据权利要求18所述的电子装置，其中，所述电路单元进一步被配置为通过使用所述第一振荡信号对时钟信号进行计数来生成所述第一计数值，并且通过使用所述第二振荡信号对时钟信号进行计数来生成所述第二计数值。
23.根据权利要求18所述的电子装置，其中，所述电子装置是蓝牙受话器、智能眼镜、VR设备、AR设备、车辆、台式计算机、笔记本电脑、家用电器、头戴式显示器和触控笔中的任意一种。
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