KR101085403B1 - 근접 터치를 센싱하는 방법 및 그 장치 - Google Patents

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Abstract

근접 터치로 인해 발생하는 지연을 일정횟수 이상 누적하여 근접 터치를 센싱하는 방법 및 그 장치를 제공한다.
근접 터치는, 일반 터치와 비교하여, 센서가 센싱할 수 있는 최소 크기보다 작은 크기의 지연을 발생시키므로, 종래의 터치 센서로는 센싱하기가 어렵다. 따라서, 근접 터치를 센싱하기 위해서는, 근접 터치시, 터치 센서가 센싱할 수 있는 최소 크기보다 큰 지연을 발생시킬 수 있어야 하며, 이를 위해, 근접 터치 시 발생되는 지연을 일정 횟수 이상 누적한다. 그리고, 누적된 지연을, 센서가 센싱할 수 있는 최소 크기와 비교하여 근접 터치 유무를 판별한다.
일반 터치, 근접 터치, 지연 누적

Description

근접 터치를 센싱하는 방법 및 그 장치{METHOD AND APPARATUS FOR SENSING PROXIMITY TOUCH}
본 발명은 근접 터치를 센싱하는 방법 및 그 장치에 관한 발명으로, 특히 근접 터치로 인해 발생하는 지연을 일정횟수 이상 누적하여 근접 터치를 센싱하는 방법 및 그 장치이다.
최근, 사용자에게 보다 편리한 인터페이스를 제공하기 위해 터치 스크린을 장착한 제품, 예를 들어, 스마트 폰 등이 보편화되었으며, 그에 따라 터치를 섬세하게 센싱할 수 있는 방법이 요구되고 있다.
'일반 터치'는 사용자가 센서를 터치하는 경우, 즉 접촉하는 경우를 의미한다. 한편, 사용자가 센서를 터치하였으나, 어떤 이유로든 센서에 완벽하게 접촉하는 것을 실패한 경우가 있을 수 있다. 예를 들어, 도 1a 및 도 1b 를 참고하면, 도 1a 는 일반적으로 예상되는 터치 모습 (즉, 일반 터치) 을 도시한 반면, 도 1b 는 사용자 (도 1b 의 손가락) 가 터치 센서에 접촉하고 있지는 않으나, 터치 센서에 근접한 위치에 위치하고 있어, 캐패시턴스의 변화를 유발하는 모습을 도시하고 있다. 즉, 도 1b 와 같이, 일반 터치와 비교하여, 사용자가 터치를 의도하 였으나, 사용자가 센서에 완벽하게 접촉하지 못한 상태를 '근접 터치'라 지칭하며, 필요에 따라서는 근접 터치를 센싱할 필요가 있다. 따라서, 본 발명에서는, 근접 터치를 센싱할 수 있는 방법 및 그 장치를 제시한다.
한편, 터치 센서는 캐패시터를 포함하고 있으며, 터치 센서로 터치가 이루어지면 상기 캐패시터의 캐패시턴스가 변화되며, 센서는 캐패시턴스의 변화량을 통해 터치가 있었음을 감지할 수 있다. 이와 관련하여, 일반 터치와 근접 터치에 따른 캐패시턴스 Ctouch 의 변화량을, 도 1a 및 도 1b 를 다시 참조하여 살펴본다. 이하의 식 (1) 은 일반 터치에 따라 변화하는 캐패시턴스 Ctouch 의 값이다.
Figure 112009044334618-pat00001
식 (1)
상기 수식에서의 A 는 극판의 면적이고, D1 은 극판사이의 거리이며, εr 및 ε0 각각은 유전체의 비유전율 및 공기 유전율이다.
한편, 이하의 식 (2) 는 근접 터치에 따라 변화하는 캐패시턴스 Ctouch 의 값이다.
Figure 112009044334618-pat00002
식 (2)
상기 수식에서, D2 는 맨 위의 극판과 손가락 사이의 거리이다.
식 (2) 를 식 (1) 과 비교하면, 근접 터치에서의 캐패시턴스 Ctouch 의 변화량은 일반 터치에서의 캐패시턴스 Ctouch 의 변화량과 비교하여 작은 양임을 예상할 수 있다.
이하에서는, 종래의 터치 센서에서의 근접 터치에 대해 서술한다.
도 2a 는 종래 기술에 의한 터치 센서로서, RC 충방전을 이용한 터치 센서를 나타낸다. 도 2a 의 터치 센서는 터치 유무를 판별하는 칩의 내부 부분 (220) 및 (터치로 인한 캐패시턴스의 차이를 발생시킴으로써) 터치를 감지하는 칩의 외부 부분 (230) 으로 구분할 수 있다. 칩의 외부 부분 (230) 은 사용자가 터치하는 부분인 감지 입력부 (236) 및 캐패시터 (232 및 234) 를 포함할 수 있다. 캐패시터 (234) 의 캐패시턴스는 고정된 값을 가지며, 캐패시터 (232) 의 캐패시턴스는 터치를 감지함에 따라 변화할 수 있다.
칩의 내부 부분 (220) 은 NMOS 및 PMOS 로 이루어진, 전원을 공급하는 부분 (226) 을 포함하며, 또한, 터치에 따라 변화하는 캐패시터 (234 및 232) 들의 캐패시턴스 합에 기초하여 터치 유무를 판별하는 비교기 (222) 및 카운터 (224) 를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전압 방전에 따라 터치를 판별하는 경우 (즉, 경로 255 를 이용하여 터치 여부를 판별하는 경우), 감지 입력부 (236) 의 Ctouch 에 따라 전체 회로의 전압이 변하며, 비교기 (222) 는 회로의 전압을 소정의 값 (Vref) 과 비교하여 회로 전압이 Vref 보다 이하인 경우, 카운터 (224) 를 증분할 수 있다. 도 2a 의 터치 센서의 동작에 대해서는 도 2b 를 참조하여 아래에서 서술한다.
도 2b 는 도 2a 의 감지 입력부에 일반 터치 또는 근접 터치가 감지된 경우, 각 터치에 따라 전압이 방전되는 모습을 나타낸다. 다시 말하면, 도 2b 는 도 2a의 255 방향으로 전압이 방전되는 모습을 도시한 것이고, 가로축은 시간, 세로축은 전압을 나타내며, 그래프의 기울기는 시상수 τ(=Rint×C; C는 Cfix 및 Ctouch 의 합) 에 의해 결정될 수 있다. 도 2b 에 도시된 점선 (272) 은 터치가 없는 경우, 실선 (274) 는 근접 터치의 경우, 일점 쇄선 (276) 은 일반 터치의 경우를 도시한 것이다. 일반 터치 (276) 와 비교하여, 근접 터치 (274) 의 파형의 변화는 터치가 없는 경우 (272) 와 거의 유사하다. 즉, 일반 터치 (276) 의 캐패시턴스와 터치가 없는 경우 (272) 의 캐패시턴스의 차이 (즉, 지연; 284) 은 그 크기가 큰 것과 비교하여, 근접 터치 (274) 의 캐패시턴스와 터치가 없는 경우 (272) 의 캐패시턴스의 차이 (282) 는 매우 작다.
예를 들어, 카운터 (224) 가 20 MHz 의 주파수를 가짐을 가정하면, 카운터 (224) 가 증분하기 위한 캐패시턴스 값 (286) 은, 최소한 50 nF 이상이어야 하며, 실제 노이즈까지 고려한다면 100 fF 이상이 되어야 한다. 또한, Rint 는 1Meg, Cfix 는 5pF 임을 가정하면, 터치가 없을 경우의 시상수 τ 는 5 μs (= 1Meg × 5pF) 이며, 일반 터치로 인한 Ctouch 의 변화가 1pF 로 가정하면, 일반 터치의 시상수 τ 는 6 μs (= 1Meg ×(5pF+1pF)) 이다. 즉, 일반 터치의 경우, 터치가 없을 경우와 비교하여, 1 μs 차이 (284) 를 가지며, 20 MHz 의 주파수를 갖는 카운터 (224) 를 이용하여 카운팅하면, 20 회 카운팅된다. 다시 말하자면, 일반 터치는, 터치가 없는 경우와 비교하여, 카운터 (224) 가 카운팅할 수 있는 충분한 크기의 시상수 차이를 갖는다. 다만, 근접 터치가 발생하는 경우, 터치 센서의 감지 입력부 (236) 에서 사용되는 극판의 면적 (A) 을 10 mm × 10 mm, 사용자와 극판사이의 거리 (D) 를 10 mm 로 가정하면,
C = 88fF = 8.854 ×10-12F/m × (εr × A × D) = 8.854 f × (1 × 100 × 10)
로, 이는 최소로 요구되는 캐패시턴스 값 100 fF 보다 작은 값이다. 즉, 근접 터치와 터치가 없는 경우의 캐패시턴스 차이 (282) 는, 카운터 (224) 에서 카운팅하기 위한 최소 크기의 차이 (286) 보다 작으므로, 카운팅되기 어렵다. 따라서, 도 2a 의 터치 센서는 근접 터치를 센싱하기 어렵다.
한편, 도 3a 는 종래 기술에 의한 또 다른 터치 센서로서, 전류원을 이용한 터치 센서를 나타낸다. 도 3a 의 터치 센서는 터치 유무를 판별하는 칩의 내부 부분 (320) 및 (터치로 인한 캐패시턴스의 차이를 발생시킴으로써) 터치를 감지하는 칩의 외부 부분 (330) 으로 구분할 수 있다. 칩의 외부 부분 (330) 은 터치를 감지하는 감지 입력부 (336) 및 캐패시터 (332 및 334) 를 포함할 수 있다. 캐패시터 (334) 의 캐패시턴스는 고정된 값을 가지며, 캐패시터 (332) 의 캐패시턴스는 터치를 감지함에 따라 변화할 수 있다.
칩의 내부 부분 (320) 은 전류를 공급하는 전류원 (326) 을 포함하며, 또한, 터치에 따라 변화하는 캐패시터 (332 및 334) 들의 합에 기초하여 터치 유무를 판별하는 비교기 (322), 및 카운터 (324) 를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전압 충전 변화에 따라 터치를 판별하는 경우 (즉, 경로 350 를 이용하여 터치 여부를 판별하는 경우), 감지 입력부에 (336) 의 Ctouch 에 의해 회로의 전압이 변화하며, 비교기 (322) 는 회로의 전압과 소정의 값 (Vref) 을 비교하여 회로 전압이 Vref 이상인 경우, 카운터 (324) 를 증분할 수 있다. 도 3a 의 터치 센서의 동작에 대해서는 도 3b 를 참조하여 아래에서 서술한다.
도 3b 는 도 3a 의 감지 입력부에 일반 터치 또는 근접 터치가 감지된 경우, 각 터치에 따라 전압이 충전되는 모습을 나타낸다. 다시 말하면, 도 3b 는 도 3a 의 350 방향으로 전압이 충전되는 모습을 도시한 것이고, 가로축은 시간, 세로축은 전압을 나타내며, 그래프의 기울기는 전류원 (326) 과 캐패시터 C (332 및 334; Cfix 및 Ctouch 의 합) 에 의해 결정될 수 있다. 도 3b 에 도시된 점선 (372) 은 터치가 없는 경우, 실선 (374) 는 근접 터치가 있을 경우, 그리고, 일점 쇄선 (376) 은 일반 터치의 경우를 도시한 것이다. 일반 터치 (376) 와 비교하여, 근접 터치의 파형 변화 (374) 는 터치가 없는 경우 (372) 와 거의 유사하다. 이는 일반 터치의 경우 Ctouch 의 변화가 크게 나타나는 반면, 근접 터치의 경우 Ctouch 의 변화가 작게 나타나기 때문이다 (식 (1) 및 식 (2) 참조). 따라서, 근접 터치의 캐패시턴스 변화량 (382) 은, 카운터를 증분하기 위해 필요로 하는 최소 크기의 캐패시턴스 변화량 (386) 보다 작으므로, 카운터를 증분시키지 못하며, 그 결과 도 3a 의 터치 센서는 근접 터치를 센싱하기 어렵다.
앞서 살펴본 바와 같이, 근접 터치는 종래의 터치 센서를 이용하여 센싱하기가 어렵다. 다만, 종래의 터치 센서의 문제점을 해결하기 위해 고주파수를 이용하는 센서를 고려해볼 수도 있으나, 비용적인 측면이나 설계상의 측면에서 실제로 구현하기 어렵다. 따라서, 이하에서는, 경제적이면서, 설계하기 편리한, 근접 터치를 센싱하는 방법 및 그 장치에 대해 서술한다.
본 발명은 근접 터치에 의해 발생되는 지연을 누적하여, 근접 터치를 효과적으로 센싱하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은, 설계가 용이하면서 비용이 절감되는, 근접 터치를 센싱하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은, 노이즈 저항력이 높은, 근접 터치를 센싱하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은, 터치에 의해 발생되는 지연 누적 횟수를, 사용자가 결정할 수 있어, 일반 터치와 근접 터치 모두를 센싱할 수 있는 탄력적인 센싱 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 근접 터치 센서는, 캐패시터를 포함하는 감지 입력부로서, 외부로부터 입력을 수신하고, 입력에 의해 캐패시터의 캐패시턴스가 변화하는, 감지 입력부, 캐패시턴스에 의해 변하는 전압을 비교 전압과 비교하는 비교부로서, 캐패시턴스에 의해 변하는 전압과 비교 전압이 동일한 값을 가지면, 비교부의 출력 신호를 반전하는, 비교부, 비교부의 출력 신호를 제 1 클럭으로 하고, 제 1 클럭을 카운팅한 횟수가 센싱 횟수와 동일해지면 신호를 출력하는 센싱 횟수 카운터, 센싱 횟수 카운터의 신호를 수신할 때까지, 제 2 클럭을 카운팅하는 감지 카운터, 및 감지 카운터의 출력값을 기초로, 입력이 터치인지 여부를 결정하는 터치 판별기를 포함할 수 있다.
본 발명의 근접 터치 센서는, 바람직하게는, 근접 터치 센서에 전류를 제공 하는 전류 제공부를 더 포함하고, 전류 제공부는, 비교기의 출력 신호에 따라 위상이 변할 수 있다.
본 발명의 근접 터치 센서는, 바람직하게는, 근접 터치 센서의 신호 주기를 결정하는 전류 제한부를 더 포함할 수 있으며, 전류 제한부는 저항을 포함하며, 저항의 저항값을 변화시키면서 근접 터치 센서의 노이즈를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 근접 터치 센서는, 바람직하게는, 센싱 횟수를 발생시키는 센싱 횟수 발생기를 더 포함하고, 센싱 횟수는 외부 시스템의 조건 또는 내부 지연 조건에 따라 설정가능한 횟수일 수 있다.
본 발명의 근접 터치 센서는, 바람직하게는, 감지 카운터에서의 제 2 클럭을 발생시키는 클럭 발생기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 근접 터치 센서는, 바람직하게는, 근접 터치 센서를 인에블시키는 센서 인에이블부를 더 포함하고, 센서 인에이블부는 센싱 횟수 카운터에 의해 디스에이블될 수 있다.
본 발명의 근접 터치 센서에서는, 바람직하게는, 비교부는 슈미트 트리거 (Schmit trigger) 일 수 있다.
본 발명의 근접 터치 센서에서는, 바람직하게는, 터치 판별부는, 외부로부터 입력이 없을 때 감지 카운터의 제 2 클럭 카운팅된 횟수를 기준값으로 하고, 외부로부터 입력이 수신된 때, 감지 카운터의 제 2 클럭 카운팅된 횟수가 기준값을 초과하는 경우 외부로부터의 입력이 터치임을 결정할 수 있다.
본 발명의 근접 터치를 센싱하는 방법은, 바람직하게는,외부로부터 입력을 수신하는 단계, 입력에 의해, 캐패시터의 캐패시턴스가 변화하는 단계, 캐패시턴스의 변화에 의해 결정되는 캐패시터의 방전 지연 시간을, 소정의 횟수 이상 누적하는 단계, 및 누적된 지연 시간이 소정의 시간 이상인 경우, 외부로부터의 입력은 터치로 판별되는 단계를 포함할 수 있으며, 소정의 횟수는, 외부 시스템의 조건 또는 내부 지연 조건에 따라 설정가능한 횟수이고, 소정의 시간은, 외부로부터 입력이 수신되지 않은 경우, 소정의 횟수 이상 누적된 캐패시터의 방전 지연 시간일 수 있다.
본 발명에 따르면, 효과적으로 근접 터치 센싱할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 본 발명의 터치 센서는 설계가 용이하면서 비용이 절감되는 효과를 갖는다. 또한, 본 발명에 따르면, 본 발명의 터치 센서는 노이즈 저항력이 높은 효과를 갖는다. 또한, 본 발명에 따르면, 본 발명의 터치 센서는, 탄력적으로 일반 터치와 근접 터치 모두를 센싱할 수 있는 효과를 갖는다.
이하, 본 실시형태는 도면을 참조하여 설명되며, 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하기 위해 사용된다. 다음 설명에서, 설명을 목적으로, 다수의 특정한 상세설명이 실시형태의 완전한 이해를 제공하기 위해 개시된다. 그러나, 명백하게, 실시형태들은 이들 특정한 상세설명 없이 실시될 수도 있다.
앞서 서술한 바와 같이, 근접 터치는 캐패시턴스의 변화가 적기 때문에 센싱하기 어려운 문제점이 있었다. 따라서, 본 발명에서는, 근접 터치에 의해 발생 하는 지연을 누적하고, 그 누적된 값을 기준으로 근접 터치가 있었는지 여부를 판별한다. 이는 도 4 를 참조하여 보다 상세히 서술된다.
도 4 는 본 발명의 근접 터치 센서의 동작 원리를 서술하기 위한 타이밍도를 나타낸다. 근접 터치가 감지되었음을 가정한 경우, 도 4 의 타이밍도는 터치가 없는 경우와 비교하여 근접 터치의 전압 변화 모습을 도시한 타이밍도이며, 가로축은 시간, 세로축은 전압이다. 근접 터치가 감지된 경우 터치가 없는 경우와 비교하여 지연 (410) 이 발생한다. 지연 (410) 은, 앞서 말한 바와 같이, 종래의 센서가 감지할 수 있는 최소 크기보다 작다. 따라서, 본 발명에서는, 지연 (410) 을 누적하고, 누적한 지연 (420) 을 센서가 감지하도록 한다.
도 5a 는 본 발명에 따른 근접 터치 센서의 기능 블록도를 나타낸다. 본 발명의 근접 터치 센서는, 센싱부 (500) 및 판별부 (502) 를 포함할 수 있다. 센싱부 (500) 는, 터치를 감지하고, 감지된 터치에 따라 캐패시턴스를 변화시키는 모듈이며, 전류 공급부 (510), 전류 제한부 (520), 감지 입력부 (530), 및 비교부 (540) 를 포함할 수도 있다. 또한, 판별부 (502) 는, 센싱부 (500) 의 동작시간 동안 클럭을 카운팅하고, 카운팅된 클럭에 기초하여 센싱부 (500) 에서 감지한 터치가 시스템에서 수용하는 터치인지 여부를 판별하는 모듈이다. 판별부 (502) 는, 센싱 횟수 발생기 (550), 센싱 횟수 카운터 (560), 클럭 발생기 (570), 감지 카운터 (580), 및 터치 판별기 (590) 를 포함할 수도 있다.
센싱부 (500) 는, 회로 전체에 전류를 제공하는 전류 공급부 (510), 전체 회로의 주기를 결정하는 전류 제한부 (520), 터치가 발생하지 않았을 때와 터치가 발생하였을 때의 캐패시턴스의 차이를 발생시키는 감지 입력부 (530), 및 센싱부 (500) 전압을 비교 전압과 비교하는 비교부 (540) 를 포함할 수 있다. 도 5b를 참조하여, 센싱부 (500) 에 포함되는 각 기능 블록도를 살펴보면 다음과 같다. 전류 공급부 (510) 는 NMOS와 PMOS 로 이루어져 있으며, VDD/GND 양방향의 전류를 공급하며, 비교부 (540) 의 출력을 입력으로 할 수 있다. 전류 제한부 (520) 는 저항을 포함하고 있으며, 저항과 다음단의 캐패시턴스에 기초하여 지연을 결정할 수 있다. 제류 제한부 (520) 에 대한 보다 상세한 설명은, 도 7 과 함께 서술된다. 감지 입력부 (530) 는 캐패시터 (Ctouch) 를 포함하며, 터치 유무에 따라 캐패시터 (Ctouch) 의 캐패시턴스 차이가 발생할 수 있다. 비교부 (540) 는 비교 전압으로 최대 임계값 (Vhigh) 및 최소 임계값 (Vlow) 를 포함하며, 센싱부 (500) 의 전압을 최대 임계값 (Vhigh) 및 최소 임계값 (Vlow) 과 비교한다. 비교 결과, 회로 전압이 최대 또는 최소 임계값 (Vhigh 및 Vlow) 에 도달할 때마다 자신의 출력값을 반전시켜, 센싱부 (500) 회로의 전압이 최대 또는 최소 임계값 (Vhigh 및 Vlow) 사이의 값을 갖도록 한다. 또한, 비교부 (540) 는 슈미트 트리거 (Schmit trigger) 일 수도 있으며, 슈미트 트리거의 구성은 당업자에게 자명하다.
판별부 (502) 는 센싱 횟수를 결정하는 센싱 횟수 발생기 (550), 센싱부 (500) 의 비교부 (540) 로부터의 출력값을 수신하는 센싱 횟수 카운터 (560), 감지 카운터 (580) 에 클럭을 제공하는 클럭 발생기 (570), prox_en 스위치 (504) 및 센 싱 횟수 카운터 (560) 의 출력값을 입력으로 수신하는 감지 카운터 (580), 및 감지 카운터 (580) 의 출력값을 수신하는 터치 판별기 (590) 를 포함할 수도 있다.
센싱 횟수 발생기 (550) 는, 센싱 횟수 카운터 (560) 의 센싱 횟수를 결정할 수 있으며, 이는 외부의 시스템 조건, 내부의 지연 조건에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 일반 터치를 함께 센싱하는 근접 터치 센서의 경우, 일반 터치를 센싱할 때는 작은 값의 센싱 횟수를, 근접 터치를 센싱할 때는 큰 값의 센싱 횟수를 설정할 수 있으며, 감지 입력부 (530) 의 센싱으로 인해 발생하는 지연값이 큰 경우, 센싱 횟수를 작게 설정할 수도 있다. 즉, 센싱 횟수 발생기 (550) 에서 발생되는 센싱 횟수는 사용자가 임의로 설정할 수도 있다. 센싱 횟수 카운터 (560) 는, 센싱 횟수 발생기 (550) 로부터 센싱 횟수를 입력받으며, 비교부 (540) 로부터의 출력값을 입력받아 클럭으로 사용한다. 센싱 횟수 카운터 (560) 는 비교부 (540) 의 출력값을 클럭으로 카운팅하고, 카운팅한 횟수가 센싱 횟수 발생기 (550) 에 의해 설정된 센싱 횟수와 동일한 값을 갖게 되면, 감지 카운터 (580) 로 값을 출력한다. 클럭 발생기 (570) 는 감지 카운터 (580) 의 카운팅을 위한 클럭을 발생시키며, 근접 터치를 보다 섬세하게 센싱하기 위해, 바람직하게는, 가능한 빠른 클럭을 발생시킨다. 감지 카운터 (580) 는, prox_en 스위치 (504) 의 신호에 따라 동작 (카운터 증분) 을 시작하며, 센싱 횟수 카운터 (560) 의 출력값을 수신함에 따라 동작을 종료한다. 센싱 횟수 카운터 (560) 및 센싱 횟수 발생기 (550) 에 의해 설정된 소정의 시간동안, 감지 카운터 (580) 는 클럭 발생기 (570) 에 의해 발생된 클럭 수를 카운팅하여 그 결과를 터치 판별기 (590) 로 출력한다. 터치 판별기 (590) 는 감지 카운터 (580) 로부터의 수신된 클럭수에 기초하여 터치가 발생하였는지 여부를 판별한다. 예를 들어, 센싱 횟수 발생기에 따라 설정된 센싱 횟수동안, 감지 카운터 (580) 가 n 번의 클럭 카운팅을 완료한 경우, 터치 판별기 (580) 는 근접 터치가 있었다고 판단하고, 감지 카운터 (580) 가 n 번의 클럭 카운팅을 완료하지 못한 경우 근접 터치가 없었다고 판단한다. 다시 말하면, 센싱 횟수 발생기 (550) 및 센싱 횟수 카운터 (560) 에 의해 정해진 소정의 시간 (즉, 센싱부 (500) 의 동작시간) 이, 감지 카운터 (580) 의 클럭을 n 번 카운팅할 수 있을 만큼 충분한 지연이었는지 여부를 판단하며, 충분히 큰 지연으로 판단되는 경우 근접 터치가 있었다고 판별한다.
도 6 의 회로 동작 타이밍도를 참조하여 근접 터치의 각 모듈의 동작에 대해 서술한다. 도 6 의 Prox_en 는 Prox_en 스위치 (504) 의 활성여부를 나타내는 타이밍도이며, S_Pad 는 터치가 감지됨에 따라 감지 입력부 (530) 의 캐패시턴스의 변화 모습을 나타내는 타이밍도이며, S_out 은 비교부 (540) 의 출력을 나타내고, Counter 는 감지 카운터 (580) 의 출력을 나타내는 타이밍도이다. Prox_en 스위치 (504) 가 온 (on) 되면, Prox_en 신호가 활성화되며, 센싱부 (500) 의 동작이 시작된다. 또한, Prox_en 신호가 활성화됨에 따라 감지 카운터 (580) 의 동작이 시작되며, 또한 비교부 (540) 의 출력 S_out 신호가 하이레벨로 바뀌게 된다. 비교부 (540) 의 출력 S_out 신호가 하이레벨로 변하게 되면, 전류 공급부 (510) 의 NMOS 가 온되어, 전류 제한부 (520) 의 출력이 로우레벨로 바뀐다. 회로의 전압이 계속 하강하다가 비교부 (540) 의 비교 전압에 도달하게 되면, 비교부 (540) 의 출력 S_out 신호는 로우레벨로 바뀐다 (즉, 비교부 (540) 의 출력값 S_out 이 하이레벨에서 로우레벨로 반전된다). 비교부 (540) 의 출력 S_out 신호가 로우레벨이므로, 전류 공급부 (510) 의 PMOS 가 온되며, 그에 따라 전류 제한부 (520) 의 출력이 하이레벨이 된다. 즉, 센싱부 (500) 는 동작 시간 동안 부성궤환 구조를 갖게 된다.
한편, 비교부 (540) 의 출력값 S_out 은 센싱 카운터 (560) 에 입력된다. 센싱 횟수 카운터 (560) 는 비교부 (540) 의 출력값을 클럭으로 가지며, 센싱 횟수 발생기 (550) 에 의해 발생된 센싱 횟수를 기준값으로, 기준값에 도달할 때까지 비교부 (540) 의 출력값을 카운팅한다. 센싱 횟수 카운터 (560) 는, 카운팅된 비교부 (540) 의 출력값이 기준값에 도달한다고 판단되면 신호를 출력하고, 상기 신호는 감지 카운터 (580) 의 동작을 종료시키며, 또한 Prox_en 스위치도 오프 (off) (630) 시켜 센싱부 (500) 의 동작을 종료시킨다 (즉, 정해진 센싱 횟수만큼, 센싱부 (500) 의 부성궤환 동작 및 감지 카운터 (580) 의 동작을 진행한다). 또 다른 실시 예로, 센싱 횟수 카운터 (560) 는, 비교부 (540) 출력값의 반전 횟수를 카운팅할 수 있으며, 센싱 횟수 발생기 (550) 에 의해 발생된 센싱 횟수를 기준값으로, 카운팅한 횟수를 1/2 한 정수값이 상기 기준값에 도달할 때까지 센싱부 (500) 및 감지 카운터 (580) 의 동작을 진행할 수 있다.
감지 카운터 (580) 는 시작 (610) 및 종료 (620) 할 때까지 카운팅된 값을 터치 판별기 (590) 로 입력하며, 터치 판별기 (590) 는 수신된 카운팅 값이 소정의 값 이상인 경우 터치가 있었다고 판단한다. 이때, 터치 판별기 (590) 가 터치 여부를 판단하는 기준이 되는 소정의 값은, 터치가 입력되지 않았을 때의 감지 카 운터 (580) 의 출력값이며, 이는 각 터치 센서마다 상이할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 센싱부 (500) 및 판별부 (502) 를 이용하여, 근접 터치시 발생하는 지연을 누적하고, 누적된 지연을, 센서가 센싱할 수 있는 최소 크기와 비교하여, 효과적으로 근접 터치를 센싱할 수 있다. 또한, 본 발명은 몇 개의 회로 소자만을 이용하여, 저렴하면서도 설계가 용이한 터치 센서를 생산할 수 있다. 또한, 본 발명은 센싱 횟수 발생기 (550) 를 조정하여, 근접 터치는 물론, 일반 터치도 센싱할 수 있는 터치 센서를 생산할 수 있어 경제적이다.
또한, 본 발명과 같이, 근접 터치시 발생하는 지연을 일정 횟수 이상 누적하는 경우, 전체 시스템의 노이즈 저항력을 높일 수 있다. 일반적으로, 지연을 한번만 샘플링하는 경우 노이즈 성분이 그대로 드러나 전체 시스템의 노이즈 저항력이 떨어졌으나, 본 발명과 같이 지연을 여러번 누적하게 되면 노이즈 성분이 서로 보완되어 전체 시스템의 노이즈 저항력을 높일 수 있다.
한편, 상기와 같은 방법으로 전체 시스템의 노이즈 저항력을 높이는 방법 외에도, 전류 제한부 (도 5a 의 520) 를 조정하여 노이즈 저항력을 높이는 방법도 있다.
도 7 은 도 5a 의 전류 제한부 (도 5a 의 520) 를 조정하여 노이즈 저항력을 높이는 일 실시예를 나타낸다. 전류 제한부 (520) 는, 앞서 서술한 바와 같이, 전체 회로의 주기를 정하는 모듈로서, 전체 회로의 방전 속도를 조절할 수 있다. 일반적으로, 궤환 주파수 F 는 1/(2π×R×C) 에 비례하므로, 노이즈한 환경에서 R 값을 가변시켜 노이즈 저항력을 높일 수 있다. 다시 말하자면, 회로의 저항을 크게 설정하면 회로에 흐르는 전류량이 작아지게 되어, 시스템 동작이 외부 노이즈에 의해 영향을 받을 수 있으나, 저항을 작게 설정하면 회로에 흐르는 전류량이 커지게 되어, 외부 노이즈에 의한 영향을 줄일 수 있다. 따라서, 도 7 에 도시된 바와 같이, 전류 제한부 (520) 는, 스위치가 연결된 저항을 하나 이상 포함하거나, 가변 저항 (미도시) 을 포함함으로써, 저항값을 조정하여 회로에 흐르는 전류량을 변화시킬 수 있으며 (일반적으로는 저항값이 작게 되도록 저항을 조정하여, 회로에 흐르는 전류를 크게 한다), 그 결과 시스템 동작이 외부 노이즈에 의해 방해받는 것을 줄일 수 있다. 즉, 사용자는, 전류 제한부 (520) 의 저항을 작게 하여, 전체 시스템의 노이즈의 저항력을 높일 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 사용자는, 노이즈 저항력이 높으면서, 경제적이고, 설계 용이한 근접 터치 센서를 이용할 수 있다.
상기 실시예는 본원발명을 구체적으로 설명하기 위한 예시일 뿐이며, 본 발명은 이들 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 구성의 부가, 생략, 치환, 및 그 밖의 변경이 가능하다. 본 발명은 전술한 설명에 의해 한정되지 않고, 첨부한 청구범위의 범위에 의해서만 한정된다.
도 1a 는 일반 터치의 예시적인 모습을 나타낸다.
도 1b 는 근접 터치의 예시적인 모습을 나타낸다.
도 2a 는 종래 기술에 의한 터치 센서를 나타낸다.
도 2b 는 도 2a 의 감지 입력부에 일반 터치 또는 근접 터치가 감지된 경우, 각 터치에 따른 전압의 변화를 나타낸다.
도 3a 는 종래 기술에 의한 또 다른 터치 센서를 나타낸다.
도 3b 는 도 3a 의 감지 입력부에 일반 터치 또는 근접 터치가 감지된 경우, 각 터치에 따른 전압의 변화를 나타낸다.
도 4 는 본 발명의 근접 터치 센서의 동작 원리를 서술하기 위한 회로 동작 타이밍도를 나타낸다.
도 5a 는 본 발명에 따른 근접 터치 센서의 기능 블록도를 나타낸다.
도 5b 는 본 발명에 따른 근접 터치 센서의 센싱부의 회로도를 나타낸다.
도 6 은 도 5a 의 회로 동작 타이밍도를 나타낸다.
도 7 은 도 5a 의 전류 제한부의 일 실시예를 나타낸다.

Claims (18)

  1. 캐패시터를 포함하는 감지 입력부로서, 외부로부터 입력을 수신하고, 상기 입력에 의해 상기 캐패시터의 캐패시턴스가 변화하는, 감지 입력부;
    상기 캐패시턴스에 의해 변하는 전압을 비교 전압과 비교하는 비교부로서, 상기 캐패시턴스에 의해 변하는 전압과 상기 비교 전압이 동일한 값을 가지면, 상기 비교부의 출력 신호를 반전하는, 비교부;
    상기 비교부의 출력 신호를 제 1 클럭으로 하고, 상기 제 1 클럭을 카운팅한 횟수가 센싱 횟수와 동일해지면 신호를 출력하는 센싱 횟수 카운터;
    상기 센싱 횟수 카운터의 신호를 수신할 때까지, 제 2 클럭을 카운팅하는 감지 카운터; 및
    상기 감지 카운터의 출력값을 기초로, 상기 입력이 터치인지 여부를 결정하는 터치 판별기를 포함하는, 근접 터치 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 근접 터치 센서에 전류를 제공하는 전류 제공부를 더 포함하고,
    상기 전류 제공부는, 상기 비교부의 출력 신호에 따라 위상이 변하는, 근접 터치 센서.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 근접 터치 센서의 신호 주기를 결정하는 전류 제한부를 더 포함하는, 근접 터치 센서.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전류 제한부는 저항을 포함하며, 상기 저항의 저항값을 변화시키면서 상기 근접 터치 센서의 노이즈를 감소시키는, 근접 터치 센서.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 센싱 횟수를 발생시키는 센싱 횟수 발생기를 더 포함하고,
    상기 센싱 횟수는 외부 시스템의 조건 또는 내부 지연 조건에 따라 설정가능한 횟수인, 근접 터치 센서.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 감지 카운터에서의 상기 제 2 클럭을 발생시키는 클럭 발생기를 더 포함하는, 근접 터치 센서.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 근접 터치 센서를 인에블시키는 센서 인에이블부를 더 포함하고,
    상기 센서 인에이블부는 상기 센싱 횟수 카운터에 의해 디스에이블되는, 근접 터치 센서.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 비교부는 슈미트 트리거 (Schmit trigger) 인, 근접 터치 센서.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 터치 판별부는, 외부로부터 입력이 없을 때 상기 감지 카운터의 상기 제 2 클럭 카운팅된 횟수를 기준값으로 하고, 외부로부터 입력이 수신된 때, 상기 감지 카운터의 상기 제 2 클럭 카운팅된 횟수가 상기 기준값을 초과하는 경우 상기 외부로부터의 입력이 터치임을 결정하는, 근접 터치 센서.
  10. 캐패시터를 포함하는 감지 입력부로서, 외부로부터 입력을 수신하고, 상기 입력에 의해 상기 캐패시터의 캐패시턴스가 변화하는, 감지 입력부;
    상기 캐패시턴스에 의해 변하는 전압을 비교 전압과 비교하는 비교부로서, 상기 캐패시턴스에 의해 변하는 전압과 상기 비교 전압이 동일한 값을 가지면, 상기 비교부의 출력 신호를 반전하는, 비교부;
    상기 비교부의 출력 신호를 제 1 클럭으로 하고, 상기 제 1 클럭을 카운팅한 횟수가 센싱 횟수와 동일해지면 신호를 출력하는 센싱 횟수 카운터;
    상기 센싱 횟수를 발생시키는 센싱 횟수 발생기로서, 상기 센싱 횟수는 외부 시스템의 조건 또는 내부 지연 조건에 따라 설정가능한 횟수인, 센싱 횟수 발생기;
    상기 센싱 횟수 카운터의 신호를 수신할 때까지, 제 2 클럭을 카운팅하는 감 지 카운터;
    상기 제 2 클럭을 발생시키는 클럭 발생기; 및
    상기 감지 카운터의 출력값을 기초로, 상기 입력이 터치인지 여부를 결정하는 터치 판별기를 포함하는, 근접 터치 센서.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 근접 터치 센서에 전류를 제공하는 전류 제공부를 더 포함하고,
    상기 전류 제공부는, 상기 비교부의 출력 신호에 따라 위상이 변하는, 근접 터치 센서.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 근접 터치 센서의 신호 주기를 결정하는 전류 제한부를 더 포함하고,
    상기 전류 제한부는 저항을 포함하며, 상기 저항의 저항값을 변화시키면서 상기 근접 터치 센서의 노이즈를 감소시키는, 근접 터치 센서.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 근접 터치 센서를 인에블시키는 센서 인에이블부를 더 포함하고,
    상기 센서 인에이블부는 상기 센싱 횟수 카운터에 의해 디스에이블되는, 근접 터치 센서.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 비교부는 슈미트 트리거 (Schmit trigger) 인, 근접 터치 센서.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 터치 판별부는, 외부로부터 입력이 없을 때 상기 감지 카운터의 상기 제 2 클럭 카운팅된 횟수를 기준값으로 하고, 외부로부터 입력이 수신된 때, 상기 감지 카운터의 상기 제 2 클럭 카운팅된 횟수가 상기 기준값을 초과하는 경우 상기 외부로부터의 입력이 터치임을 결정하는, 근접 터치 센서.
  16. 외부로부터 입력을 수신하는 단계;
    상기 입력에 의해, 캐패시터의 캐패시턴스가 변화하는 단계;
    상기 캐패시턴스의 변화에 의해 결정되는 상기 캐패시터의 방전 지연 시간을, 소정의 횟수 이상 누적하는 단계; 및
    상기 누적된 지연 시간이 소정의 시간 이상인 경우, 상기 외부로부터의 입력을 터치로 판별하는 단계를 포함하는, 근접 터치를 센싱하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 소정의 횟수는, 외부 시스템의 조건 또는 내부 지연 조건에 따라 설정가능한 횟수인, 근접 터치를 센싱하는 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 소정의 시간은, 외부로부터 입력이 수신되지 않은 경우, 상기 소정의 횟수 이상 누적된 상기 캐패시터의 방전 지연 시간인, 근접 터치를 센싱하는 방법.
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