KR101368971B1 - 극미한 임피던스 변화 탐지기 - Google Patents

극미한 임피던스 변화 탐지기 Download PDF

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Abstract

극미한 임피던스 변화 탐지기는 차동 증폭기, 제1 및 제2 임피던스, 감지 전극 및 신호원을 포함한다. 상기 차동 증폭기는 제1 및 제2 입력 말단 및 출력 말단을 가진다. 상기 제1 임피던스는 상기 제1 입력 말단에 연결된다. 상기 제2 임피던스는 상기 제2 입력 말단에 연결된다. 터치를 감지하여 터치 신호를 받기 위한 상기 감지 전극은 상기 제2 입력 말단에 연결된다. 상기 제1 임피던스 및 제2 임피던스에 입력되는 입력 신호를 제공하는 상기 신호원은 상기 제1 임피던스 및 상기 제2 임피던스에 연결된다. 상기 제1 임피던스는 상기 제2 임피던스의 임피던스 값에 가까운 임피던스 값을 가진다. 상기 차동 증폭기는 상기 터치 신호를 개별적으로 증폭하기 위해서 상기 입력 신호 및 상기 터치 신호에 기초를 두고 있다.

Description

극미한 임피던스 변화 탐지기{MINUTE IMPEDANCE VARIATION DETECTION DEVICE}
본 발명은 임피던스 변화 탐지기, 더 구체적으로 극미한 임피던스 변화 탐지기에 관한 것이다.
일반적으로, 존재하는 터치 패널들은 저항막식과 정전용량식으로 분류될 수 있다. 저항막식 터치 패널들은 다른 것들보다 훨씬 더 일찍 개발되었고 따라서 주요한 시장을 점유하고 있으며, 정전용량식 터치 패널들도 최근에 광범위하게 사용되고 있다.
저항막식 터치 패널은 상부 ITO(산파인듐) 전도성층과 하부 ITO 전도성층을 쌓는 것에 의해 형성된다. 실제 작동 중에, 저항막식 터치 패널의 표면에 가해진 압력은 상부 전도성층의 전극을 하부 전도성층의 전극과 전도되게 하며, 제어 장치는 터치 패널의 전압 변화를 탐지하여 접촉 지점의 위치를 계산함으로써 입력으로 처리하기 위해서 이용된다. 사용자가 터치 패널의 표면 위의 특정 지점을 만졌을 때, 전도되는 전류 흐름은 활성화를 만드며, 그러므로 제어 장치는 활성화된 지점의 위치를 계산한다. 그러나, 이와 같은 듀얼 레이어 ITO 구조를 가진 터치 패널에 대하여, 동일 평면 위의 ITO 전극을 연결하기 위한 층 간격은 상대적으로 좁으며, 따라서 단락 문제가 쉽게 발생하여 탐지 오류가 초래될 수 있다.
뿐만 아니라, 정전용량식 터치 패널의 개발에서, 자기 용량(self-capacitance)에 영향을 미치는 주요한 인자는 인체의 전기장과 접촉 구역이며, 여기에서 인체의 전기장은 접지(earth)의 전기장의 영향에 기인한 신호를 일반적으로 전달한다. 인체의 전기장의 영향을 효과적으로 감소시키기 위해서, 측정 회로가 정전용량 값을 계산하기 위해 평균 값을 일반적으로 적용한다. 다시 말해서, 여러 번 동안 계산되는 정전용량 값의 평균값이 터치 입력이 있는지를 결정하기 위해서 측정된다. 그러므로, 만약 인체의 전기장과 접지의 전기장이 노이즈로 취급된다면, 정전용량식 터치 패널의 정확도와 안정성은 크게 영향을 받을 것이다.
따라서, 상기 터치 제어 장치의 사용에서, 회로, 전기장, 전력원 등으로부터의 노이즈의 영향을 피하기는 힘들다. 게다가, 정확도와 안정성을 고려하면, 작은 저항값을 가진 ITO 전극은 상기 터치 제어 장치에서 일반적으로 사용되며, 따라서 대형 터치 패널을 제조하는 것이 어려우며, 터치 패널의 개발 제한을 초래한다.
본 발명의 목적은 큰 저항값을 가진 ITO 전극과 대형 터치 패널에 적합한, 극미한 임피던스 변화 탐지기를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 제1 입력 말단(input end), 제2 입력 말단 및 출력 말단(output end)을 포함하는 차동 증폭기(differential amplifier); 제1 말단 및 상기 제1 입력 말단에 전기적으로 연결된 제2 말단을 갖는 제1 임피던스(impedance); 제1 말단 및 상기 차동 증폭기의 제2 입력 말단에 전기적으로 연결된 제2 말단을 갖는 제2 임피던스; 터치(touch)를 감지하여 터치 신호를 받기 위한 상기 차동 증폭기의 제2 입력 말단에 전기적으로 연결된 감지 전극(sensing electrode); 및 상기 제1 임피던스 및 상기 제2 임피던스로 입력되는 입력 신호를 제공하기 위한 상기 제1 임피던스의 제1 말단 및 상기 제2 임피던스의 제1 말단에 전기적으로 연결된 신호원(signal source)을 포함하는 극미한 임피던스 변화 탐지기가 제공된다. 상기 제1 임피던스는 상기 제2 임피던스의 임피던스 값에 가까운 임피던스 값을 가지며, 상기 차동 증폭기는 상기 터치 신호를 개별적으로 증폭시키고 상기 개별적으로 증폭된 터치 신호를 상기 출력 말단에 출력하기 위해서 상기 입력 신호 및 상기 터치 신호에 기초를 두고 있다.
본 발명의 다른 목적, 이점 및 신규한 특징은 하기 상세한 설명과 도면으로부터 좀더 분명해질 것이다.
본 발명의 극미한 임피던스 변화 탐지기와 함께, 회로, 전력원 등으로부터의 노이즈에 의해서 발생되는 간섭을 제거하는 것이 가능하다. 게다가, 본 발명은 아주 작은 변화를 측정할 수 있어, 상대적으로 높은 민감도를 제공할 수 있다. 본 발명은 또한 큰 저항 값을 가진 ITO 전극, 및 대형 터치 패널에 적합하며, 이로써 높은 적응성을 가진다.
도 1은 본 발명의 제1 구체예에 따른 극미한 임피던스 변화 탐지기의 계통도이다.
도 2는 본 발명의 제1 구체예에 다른 극미한 임피던스 변화 탐지기에 대한 제1 출구 회로를 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 제1 구체예에 따른 극미한 임피던스 변화 탐지기에 대한 제2 출구 회로를 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 발명의 제2 구체예에 따른 극미한 임피던스 변화 탐지기의 계통도이다.
도 5는 본 발명의 제3 구체예에 따른 극미한 임피던스 변화 탐지기의 계통도이다.
도 1과 관련하여, 본 발명의 제1 구체예에 따른 극미한 임피던스 변화 탐지기의 계통도가 도시된다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 극미한 임피던스 변화 탐지기(1)는 차동 증폭기(11); 두 말단(121, 122)을 갖는 제1 임피던스(12); 두 말단(131, 132)을 갖는 제2 임피던스(13); 두 말단(141, 142)을 갖는 제1 축전기(capacitor)(14); 감지 전극(15); 및 신호원(16)을 포함한다. 상기 차동 증폭기(11)는 제1 입력 말단(111), 제2 입력 말단(112), 및 출력 말단(113)을 포함한다. 상기 제1 임피던스(12)의 제2 말단(122)과 상기 축전기(14)의 제2 말단(142)는 상기 차동 증폭기(11)의 제1 입력 말단(111)에 전기적으로 연결된다. 상기 축전기(14)의 제1 말단(141)은 지면에 연결된다. 상기 제1 축전기(14)는 물리적 축전기(physical capacitor) 또는 집적회로 핀(integrated circuit pin)(도시되지 않음) 위에 존재하는 기생적 축전기(parasitic capacitor)일 수 있다는 점이 주목된다. 상기 제2 임피던스(13)의 제2 말단(132)과 상기 감지 전극(15)는 상기 차동 증폭기(11)의 제2 입력 말단(112)에 전기적으로 연결된다. 상기 신호원은 상기 제1 임피던스(12)의 제1 말단(121)과 상기 제2 임피던스(13)의 제1 말단(131)에 전기적으로 연결된다. 상기 감지 전극(15)은 터치를 감지하여 터치 신호를 받기 위해서 제공된다. 이 구체예에서, 상기 감지 전극(15)은 손가락, 전도체 또는 물체로부터의 터치가 감지되었을 때 상기 터치 신호를 받는다. 상기 신호원(16)은 상기 제1 임피던스(12) 및 상기 제2 임피던스(13)로 입력되는 입력 신호를 제공한다. 이 구체예에서, 상기 신호원(16)은 상기 제1 임피던스(12) 및 상기 제2 임피던스(13)에 주기적인 신호를 입력한다.
이 구체예에서, 상기 감지 전극(15)은 집적회로 핀(9)을 통하여 상기 차동 증폭기(11)의 제2 입력 말단(112)에 전기적으로 연결된다. 상기 집적회로 핀(9)는 제1 기생적 정전용량(parasitic capacitance)(31)을 가지며, 상기 감지 전극(15)도 제2 기생적 정전용량(32)을 가진다.
본 발명의 극미한 임피던스 변화 탐지기에서, 상기 제1 임피던스(12)의 임피던스 값은 상기 제2 임피던스(13)의 임피던스 값에 가깝거나, 심지어는 동일하다. 상기 입력 신호 및 상기 터치 신호에 기초를 두고 있는 상기 차동 증폭기(11)는 상기 터치 신호를 개별적으로 증폭시키며 개별적으로 증폭된 터치 신호를 상기 출력 말단(113)에 출력한다. 상기 입력 신호가 상기 제1 임피던스(12)와 상기 제2 임피던스(13) 중간에 유사한 임피던스 값으로 입력되기 때문에, 상기 입력 신호는 상기 차동 증폭기의 제1 입력 말단(111) 및 제2 입력 말단(112)으로 전달된다. 상기 제1 임피던스(12)의 임피던스 값이 상기 제2 임피던스(13)의 임피던스 값에 가깝고, 상기 제1 축전기(14)의 정전용량 값이 병렬로 연결된 제1 기생적 정전용량(31) 및 제2 기생적 정전용량(32)의 정전용량 값에 가깝거나, 심지어 동일한 경우에, 개별적으로 증폭되는 출력 신호(터치 신호)는 제로에 가깝다. 왜냐하면 상기 신호원의 위와 아래의 회로가 대칭적이기 때문이다. 본 발명의 신호원(16)은 상기 제1 임피던스(12) 및 상기 제2 임피던스(13)에 주기적인 신호를 입력한다. 상기 주기적인 신호는, 예를 들어, 사인파(sine wave), 방형파(square wave), 삼각파(triangle wave) 등일 수 있다. 그 대신에, 본 발명의 신호원(16)은 또한 상기 제1 임피던스(12) 및 상기 제2 임피던스(13)에 비주기적인 신호 또는 심지어 노이즈 신호를 입력할 수 있으며, 개별적으로 증폭된 출력 신호도 또한 제로에 가깝다.
이 구체예에서, 상기 제1 축전기(14)의 정전용량 값은 병렬로 연결된 제1 기생적 정전용량(31) 및 제2 기생적 정전용량(32)의 정전용량 값에 가깝거나, 심지어 동일하다. 손가락, 전도체 또는 물체가 상기 감지 전극(15)에 접근하거나 접촉하였을 때, 상기 감지 전극(15)의 제2 기생적 정전용량(32)의 값은 변화하게 되며, 따라서 상기 차동 증폭기의 입력 말단(112)에 발생되는 분리된 전압과 상(phase)은 변화하게 되며, 이로써 상기 제1 입력 말단(111)과 상기 제2 입력 말단(112)의 전압은 서로 달라지게 된다. 이와 같은 현상은 균형이 무거운 말단 쪽으로 기울어지게 되는 불균형 상태와 유사하다. 그러므로, 상기 차동 증폭기(11)의 개별적인 증폭 이후에, 그것의 출력 말단(113)은 증폭된 터치 신호를 출력한다. 상기 차동 증폭기(11)의 출력 변화를 측정함으로써, 상기 감지 전극(15)에 의해서 발생되는 극미한 기생적 정전용량 변화를 구별하는 것이 가능하다.
상기 증폭된 출력 신호의 측정은 출력 회로를 상기 출력 말단(113)에 더 연결함으로써 달성할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 상기 출력 말단(113)에서 상기 터치 신호를 처리하기 위한 정류 및 여과 회로(21), 집적회로(22), 및 아날로그 디지털 변환기(A/D converter) 회로(23)를 더 포함한다. 상기 정류 및 여과 회로(21)는 상기 차동 증폭기(11)의 출력 말단(113)에 전기적으로 연결된다. 상기 집적회로(22)는 상기 정류 및 여과 회로(21)에 전기적으로 연결된다. 상기 아날로그 디지털 변환기 회로(23)는 상기 집적회로(22)에 전기적으로 연결된다. 그 대신에, 또 다른 출력 회로가 동일한 목적을 달성하기 위해서 사용될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이 출력 회로는 정류 및 여과 회로(21), 피크 전압 탐지기(peak voltage detector) 회로(24), 및 아날로그 디지털 변환기 회로(23)를 포함한다. 상기 정류 및 여과 회로(21)는 상기 차동 증폭기(11)의 출력 말단(113)에 전기적으로 연결된다. 상기 피크 전압 탐지기 회로(24)는 상기 정류 및 여과 회로(21)에 전기적으로 연결된다. 상기 아날로그 디지털 변환기 회로(23)는 상기 피크 전압 탐지기 회로(24)에 전기적으로 연결된다.
그 다음에, 도 4와 관련하여, 본 발명의 제2 구체예에 따른 극미한 임피던스 변화 탐지기의 계통도가 도시되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 이 구체예의 회로도는 제2 축전기(17)가 추가된 것을 제외하면 제1 구체예의 회로도와 유사하다. 상기 제2 축전기(17)는 지면에 연결된 제1 말단(171) 및 상기 차동 증폭기(11)의 제2 입력 말단(112)에 전기적으로 연결된 제2 말단(172)을 가진다. 병렬로 연결된 상기 제2 축전기(17), 상기 제1 기생적 정전용량(31) 및 상기 제2 기생적 정전용량(32)의 정전용량 값은 상기 제1 축전기의 정전용량 값에 가깝거나, 심지어 동일하다. 그러므로, 상기 차동 증폭기(11)의 제1 입력 말단(111) 및 제2 입력 말단(112)은 유사한 정전용량 값의 축전기에 연결된다.
더욱이, 도 5와 관련하여, 본 발명의 제3 구체예에 따른 극미한 임피던스 변화 탐지기의 계통도가 도시되어 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 이 구체예의 회로도는 제3 임피던스(18)가 추가된 것을 제외하면 제1 구체예의 회로도와 유사하다. 제3 임피던스(18)는 상기 신호원(16)과 상기 제1 및 제2 임피던스(12, 13)의 말단들(121, 131)에 각각 연결되는 두 말단(181, 182)을 가진다. 상기 제1 임피던스(12) 및 제2 임피던스(13)에 분배된 전압이 완전히 동일하지 않을 때, 상기 제3 임피던스(18)는 그런 차이를 조절하기 위해서 사용될 수 있다. 바람직하게, 상기 제3 임피던스(18)는 저항기이다.
비록 본 발명이 그것의 바람직한 구체예과 관련하여 설명되었지만, 많은 다른 가능한 변경 및 변형이 이하 특허청구범위에서 정의되는 본 발명의 사상과 범위에서 벗어나지 않고 이루어질 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (10)

  1. 제1 입력 말단, 제2 입력 말단 및 출력 말단을 포함하는 차동 증폭기;
    제1 말단 및 상기 차동 증폭기의 제1 입력 말단에 전기적으로 연결된 제2 말단을 갖는 제1 임피던스;
    제1 말단 및 상기 차동 증폭기의 제2 입력 말단에 전기적으로 연결된 제2 말단을 갖는 제2 임피던스;
    터치를 감지하여 터치 신호를 받기 위한 상기 차동 증폭기의 제2 입력 말단에 전기적으로 직접 연결된 감지 전극;
    상기 제1 임피던스 및 상기 제2 임피던스로 입력되는 입력 신호를 제공하기 위한 상기 제1 임피던스의 제1 말단 및 상기 제2 임피던스의 제1 말단에 전기적으로 연결된 신호원; 및,
    물리적 축전기 또는 집적회로 핀에 존재하는 기생적 축전기로서, 상기 차동 증폭기의 제1 입력 말단에 전기적으로 연결된 제1 축전기;
    를 포함하며,
    상기 제1 임피던스가 상기 제2 임피던스의 임피던스 값에 가까운 임피던스 값을 가지며, 상기 차동 증폭기가 상기 터치 신호를 개별적으로 증폭시키고 상기 개별적으로 증폭된 터치 신호를 상기 출력 말단에 출력하기 위해서 상기 입력 신호 및 상기 터치 신호에 기초를 두고 있으며,
    상기 감지 전극이 제1 기생적 축전기의 정전용량 값을 가지는 집적회로 핀을 통하여 상기 차동 증폭기의 제2 입력 말단에 전기적으로 연결되며, 상기 감지 전극이 제2 기생적 축전기의 정전용량 값을 가지며, 상기 제1 축전기가 병렬로 연결된 상기 제1 기생적 축전기 및 제2 기생적 축전기의 정전용량 값에 가까운 정전용량 값을 가지는 것을 특징으로 하는 극미한 임피던스 변화 탐지기.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 신호원이 상기 제1 임피던스 및 제2 임피던스에 입력되는 주기적인 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 극미한 임피던스 변화 탐지기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 감지 전극이 손가락, 전도체 또는 물체가 접근하거나 접촉하였을 때 상기 터치 신호를 받는 것을 특징으로 하는 극미한 임피던스 변화 탐지기.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 지면에 연결된 제1 말단 및 상기 차동 증폭기의 제2 입력 말단에 전기적으로 연결된 제2 말단을 가지는 제2 축전기를 더 포함하고, 병렬로 연결되는 상기 제2 충전기, 상기 제1 기생적 충전기 및 상기 제2 기생적 축전기의 정전용량 값이 상기 제1 축전기의 정전용량 값에 가까운 것을 특징으로 하는 극미한 임피던스 변화 탐지기.
  7. 제1항에 있어서, 상기 신호원에 연결되는 제1 말단 및 상기 제1 및 제2 임피던스의 제1 말단들에 연결되는 제2 말단을 가진 제3 임피던스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극미한 임피던스 변화 탐지기.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제3 임피던스가 저항기인 것을 특징으로 하는 극미한 임피던스 변화 탐지기.
  9. 제1항에 있어서, 정류 및 여과 회로, 집적회로, 및 아날로그 디지털 변환기 회로를 더 포함하며, 상기 정류 및 여과 회로가 상기 차동 증폭기의 출력 말단에 전기적으로 연결되고, 상기 집적회로가 상기 정류 및 여과 회로에 전기적으로 연결되고, 상기 아날로그 디지털 변환기 회로가 상기 집적회로에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 극미한 임피던스 변화 탐지기.
  10. 제1항에 있어서, 정류 및 여과 회로, 피크 전압 탐지기 회로, 및 아날로그 디지털 변환기 회로를 더 포함하며, 상기 정류 및 여과 회로가 상기 차동 증폭기의 출력 말단에 전기적으로 연결되고, 상기 피크 전압 탐지기 회로가 상기 정류 및 여과 회로에 전기적으로 연결되고, 상기 아날로그 디지털 변환기 회로가 상기 피크 전압 탐지기 회로에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 극미한 임피던스 변화 탐지기.
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