KR102185046B1 - 터치 대상을 식별할 수 있는 스위칭 조작 센싱 장치 및 전자 기기 - Google Patents

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Abstract

발명의 일 실시 예에 따른 전자 기기는, 하우징과 일체로 이루어진 제1 스위칭부재를 포함하는 조작 입력부; 상기 제1 스위칭부재를 통한 조작 입력시, 상기 조작 입력의 대상체에 따른 커패시티브 변화 또는 인덕티브 변화에 기초해 가변되는 공진주파수를 갖는 발진신호를 생성하는 발진회로; 상기 발진회로로부터의 발진신호를 카운트값으로 변환하는 주파수 디지털 컨버터; 및 상기 주파수 디지털 컨버터로부터 입력되는 카운트값에 대한 슬로프 변화에 기초해 커패시티브 센싱과 인덕티브 센싱을 식별하여 검출하고, 이 검출에 기초해 서로 다른 레벨을 갖는 터치 검출 신호를 출력하는 터치 검출회로; 를 포함한다.

Description

터치 대상을 식별할 수 있는 스위칭 조작 센싱 장치 및 전자 기기{SWITCHING OPERATIION SENSING APPARATUS CAPABLE OF IDENTIFYING A TOUCH OBJECT, AND ELECTRONIC DEVICES}
본 발명은 터치 대상을 식별할 수 있는 스위칭 조작 센싱 장치 및 전자 기기에 관한 것이다.
일반적으로, 웨어러블 기기는 좀더 얇고 심플하면서 깔끔한 디자인이 선호되고 있으며 이에 따라 기존 기계식 스위치가 사라지고 있다. 이는 방진, 방수 기술의 구현이 이루어짐과 더불어, 매끄러운 디자인의 일체감 있는 모델의 개발이 이루어짐에 따라 가능해지고 있다.
현재 메탈 위를 터치하는 ToM(touch On Metal) 기술, 터치 패널을 이용한 커패시터 센싱 기법, MEMS(Micro-Electro-Mechanical-System), 마이크로 스트레인 게이지(Micro Strain Gauge) 등의 기술이 개발되고 있으며 이에 더 나아가 포스 터치기능까지 개발되는 추세이다.
기존의 기계식 스위치의 경우, 스위치 기능 구현을 위해, 내부적으로 큰 사이즈와 공간이 필요하고, 외관상으로도 외부로 튀어나오는 형태나 외부 케이스와 일체화가 아닌 구조 등으로 인하여 깔끔하지 못한 디자인과 큰 공간이 필요하다는 단점이 있다.
또한 전기적으로 연결되는 기계식 스위치의 직접적인 접촉으로 인한 감전의 위험이 있으며, 특히 기계적 스위치의 구조상 방진 방수가 곤란하다는 단점이 있다.
(선행기술문헌)
(특허문헌 1) KR 10-2002-0077836 (2002.10.14)
(특허문헌 2) KR 10-2009-0120709 (2009.11.25)
(특허문헌 3) KR 10-2011-0087014 (2011.08.02)
(특허문헌 4) KR 10-2011-0087004 (2011.08.02)
(특허문헌 5) KR 10-2018-0046833 (2018.05.09)
(특허문헌 6) US 2018-0093695 (2018.04.05)
(특허문헌 7) JP 2012-168747 (2012.09.06)
(특허문헌 8) JP 2015-095865 (2015.05.18)
본 발명의 일 실시 예는, 전기 기기의 하우징과의 일체형인 스위칭부재를 이용하여, 인체 도는 비인체등의 조작 입력의 대상체에 따른 커패시티브 변화 및 인덕티브 변화의 슬로프 변화에 기초하여 조작 입력의 대상체를 식별할 수 있는 스위칭 조작 센싱 장치 및 전자 기기를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 의해, 하우징과 일체로 이루어진 제1 스위칭부재를 포함하는 조작 입력부; 상기 제1 스위칭부재를 통한 조작 입력시, 상기 조작 입력의 대상체에 따른 커패시티브 변화 또는 인덕티브 변화에 기초해 가변되는 공진주파수를 갖는 발진신호를 생성하는 발진회로; 상기 발진회로로부터의 발진신호를 카운트값으로 변환하는 주파수 디지털 컨버터; 및 상기 주파수 디지털 컨버터로부터 입력되는 카운트값에 대한 슬로프 변화에 기초해 커패시티브 센싱과 인덕티브 센싱을 식별하여 검출하고, 이 검출에 기초해 서로 다른 레벨을 갖는 터치 검출 신호를 출력하는 터치 검출회로; 를 포함하는 전자 기기가 제안된다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 의해, 하우징과 일체로 이루어진 조작 입력부를 포함하고, 상기 조작 입력부는 제1 스위칭부재를 포함하여, 전자 기기에 적용되는 스위칭 조작 센싱 장치에 있어서, 상기 제1 스위칭부재를 통한 조작 입력시, 상기 조작 입력의 대상체에 따른 커패시티브 변화 또는 인덕티브 변화에 기초해 가변되는 공진주파수를 갖는 발진신호를 생성하는 발진회로; 상기 발진회로로부터의 발진신호를 카운트값으로 변환하는 주파수 디지털 컨버터; 및 상기 주파수 디지털 컨버터로부터 입력되는 카운트값에 대한 슬로프 변화에 기초해 커패시티브 센싱과 인덕티브 센싱을 식별하여 검출하고, 이 검출에 기초해 서로 다른 레벨을 갖는 터치 검출 신호를 출력하는 터치 검출회로; 를 포함하는 스위칭 조작 센싱 장치가 제안된다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 전기 기기의 케이스인 하우징을 이용하는 터치 스위칭 구조에서, 인체 또는 비인체 등의 조작 입력의 대상체에 따른 커패시티브 변화 및 인덕티브 변화의 슬로프 변화에 기초하여 조작 입력의 대상체를 식별할 수 있고, 이에 기초하여 터치 입력의 센싱 정밀도를 개선할 수 있고, 인체가 아닌 비인체에 의한 접촉오류로 초래될 수 있는 오동작을 방지할 수 있다.
도 1의 (a) 및 (b)는 본 발명이 적용되는 전자 기기의 외관 예시도이다.
도 2는 도 1의 (a)의 I-I'선 단면구조를 포함한 터치 입력 센서 장치의 일 예시도이다.
도 3은 도 1의 (b)의 I-I' 선 단면구조를 포함한 스위칭 조작 센싱 장치의 다른 일 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스위칭 조작 센싱 장치의 발진회로 및 회로부 예시도이다.
도 5는 터치 없는 경우 발진회로의 일 예시도이다.
도 6은 인체 터치시의 커패시티브 센싱 방식에 대한 설명도이다.
도 7은 인체 터치시의 발진회로의 일 예시도이다.
도 8은 도 7의 발진회로의 일부 상세 예시도이다.
도 9는 비인체 터치시의 인덕티브 센싱 방식에 대한 설명도이다.
도 10은 비인체 터치시의 발진회로의 일 예시도이다.
도 11은 주파수 디지털 컨버터의 일 예시도이다.
도 12는 주기 타이머의 동작 설명도이다.
도 13은 터치 검출회로의 일 예시도이다.
도 14는 도 13의 슬로프 검출회로의 일 예시도이다.
도 15는 인체 터치시의 카운트값 및 차분값(카운트값의 슬로프값)에 대한 예시도이다.
도 16은 비인체 터치시의 카운트값 및 차분값에 대한 예시도이다.
도 17은 인체 터치시의 카운트값의 드리프트 및 차분값에 대한 예시도이다.
도 18은 차분값 변화, 폴링 임계치, 라이징 임계치 및 터치검출신호 예시도이다.
도 19는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스위칭 조작 센싱 장치의 적용 예시도이다.
이하에서는, 본 발명은 설명되는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양하게 변경될 수 있음이 이해되어야 한다.
또한, 본 발명의 각 실시 예에 있어서, 하나의 예로써 설명되는 구조, 형상 및 수치는 본 발명의 기술적 사항의 이해를 돕기 위한 예에 불과하므로, 이에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양하게 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 본 발명의 실시 예들은 서로 조합되어 여러 가지 새로운 실시 예가 이루어질 수 있다.
그리고, 본 발명에 참조된 도면에서 본 발명의 전반적인 내용에 비추어 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위해서, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1의 (a) 및 (b)는 본 발명이 적용되는 전자 기기의 외관 예시도이다.
도 1의 (a)를 참조하면, 본 발명이 적용될 수 있는 전자 기기(10)는 터치 스크린(11), 하우징(500), 및 기계적인 버튼식 스위치를 대체하는 제1 스위칭부재(SM1)를 포함하는 조작 입력부(SWP)를 포함할 수 있다.
도 1의 (b)를 참조하면, 본 발명이 적용될 수 있는 전자 기기(10)는 터치 스크린(11), 하우징(500), 및 기계적인 버튼식 스위치를 대체하는 제1 및 제2 스위칭부재(SM1,SM2)를 포함하는 조작 입력부(SWP)를 포함할 수 있다.
도 1의 (b)에서는 조작 입력부(SWP)가 제1 및 제2 스위칭부재(SM1,SM2)를 포함하는 경우를 도시하고 있지만, 이는 설명의 편의를 위한 것으로, 이와 같은 2개의 제1 및 제2 스위칭부재에 한정되는 것은 아니고, 제1 및 제2 터치 부재와 같은 방식으로 스위칭부재 개수가 확장 될 수 있음을 이해할 수 있다.
일 예로, 도 1의 (a) 및 (b)를 참조하면 상기 전자 기기(10)는 스마트폰 등과 같이, 휴대 가능한 모바일 기기가 될 수 있고, 스마트 와치(Watch)와 같이, 웨어러블 기기가 될 수 있으며, 특정한 기기에 한정되지 않고, 휴대 가능하거나 착용 가능한 전자 기기, 또는 동작 제어를 위한 스위치를 갖는 전자 기기가 될 수 있다.
상기 하우징(500)은, 전자 기기의 외부에 노출되는 외측 케이스가 될 수 있다. 일 예로, 상기 스위칭 조작 센싱 장치가 모바일 기기에 적용되는 경우, 전자 기기(10)의 사이드(측면)에 배치되는 커버일 수 있다. 일 예로, 상기 하우징(500)은 전자 기기(10)의 후면에 배치되는 커버와 일체로 이루어질 수 있거나, 전자 기기(10)의 후면에 배치되는 커버와 별도로 분리되어 이루어질 수 있다.
이와 같이, 하우징(500)은 전자 기기의 외부 케이스이면 되고, 특별히 특정 위치나, 형태나, 구조로 한정될 필요는 없다.
도 1의 (b)를 참조하면, 상기 제1 및 제2 스위칭부재(SM1,SM2) 각각은, 상기 전자 기기의 하우징(500)에 배치될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
상기 제1 및 제2 스위칭부재(SM1,SM2)는 전자 기기의 커버에 배치될 수 있는데, 이 경우 커버는 터치 스크린을 제외한 커버, 예를 들면, 사이드 커버나, 후면 커버나, 전면의 일부에 형성될 수 있는 커버 등이 될 수 있으며, 설명의 편의상 하우징의 일 예시로, 모바일 기기의 사이드 커버에 배치된 경우에 대해 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2는 도 1의 (a)의 I-I' 선 단면구조를 포함한 터치 입력 센서 장치의 일 예시도이다.
도 2를 참조하면, 발명의 일 실시 예에 따른 스위칭 조작 센싱 장치(50)는, 조작 입력부(SWP), 발진회로(600), 주파수 디지털 컨버터(700) 및 터치 검출회로(800)를 포함할 수 있다.
조작 입력부(SWP)는, 전자 기기의 하우징(500)과 일체로 이루어진 적어도 하나의 제1 스위칭부재(SM1)를 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 제1 스위칭부재(SM1)는, 상기 하우징(500)의 재료와 동일한 재료를 포함할 수 있다.
발진회로(600)는, 상기 제1 스위칭부재(SM1)를 통한 조작 입력시, 상기 조작 입력의 대상체에 따른 커패시티브 변화 또는 인덕티브 변화에 기초해 가변되는 공진주파수를 갖는 발진신호(LCosc)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 발진회로(600)는, 인덕턴스 회로(610)와 커패시턴스 회로(620)를 포함한다. 본 서류에서, 조작 대상체 (또는 조작 입력의 대상체)는 사람 손 등의 인체와, 인체가 아닌 플라스틱과 같은 비인체를 포함할 수 있다. 본 서류에서, 조작 입력은, 터치 입력 또는 포스 입력을 포함하는 개념이 될 수 있다.
주파수 디지털 컨버터(700)는, 상기 발진회로(600)로부터의 발진신호(LCosc)를 카운트값으로 변환할 수 있다. 일 예로, 주파수 디지털 컨버터(700)는 발진신호(LCosc)를 주파수 카운트 방식으로 카운트값(L_CNT)으로 변환할 수 있다.
그리고, 터치 검출회로(800)는, 상기 주파수 디지털 컨버터(700)로부터 입력되는 카운트값(L_CNT))에 기초해 인체에 의한 커패시티브 센싱과 비인체에 의한 인덕티브 센싱 식별하여 검출하고, 이 검출에 기초해 서로 다른 레벨을 갖는 터치 검출 신호(DF: Detect_Flag)를 출력할 수 있다.
도 2의 A방향의 하우징 정면도를 참조하여, 조작 입력부(SWP)에 대한 제1 예시를 설명한다.
일 예로, 상기 조작 입력부(SWP)는 제1 스위칭부재(SM1)를 포함하고, 상기 제1 스위칭부재(SM1)는, 상기 하우징(50)과 일체로 이루어질 수 있으며, 이에 따라 제1 스위칭부재(SM1)는 상기 하우징(500)의 재료와 동일한 재료로 이루어질 수 있다.
일 예로, 상기 하우징(500)이 메탈과 같은 전도체이면 상기 제1 스위칭부재(SM1)도 전도체일 수 있고, 상기 하우징(500)이 플라스틱과 같은 절연체이면 상기 제1 스위칭부재(SM1)도 절연체일 수 있다.
도 2의 A방향의 제1 코일요소 정면도를 참조하면, 상기 인덕턴스 회로(610)는 상기 제1 스위칭부재(SM1)의 내측에 배치되어 인덕턴스(Lind)를 갖는 제1 코일요소(611)를 포함할 수 있다.
상기 커패시턴스 회로(620)는, 상기 인덕턴스 회로(610)에 연결되어 커패시턴스(Cext)를 갖는 커패시터 소자(621)를 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 커패시턴스 회로(620)는, 상기 조작 입력부(SWP)의 터치시 생성되는 터치 커패시턴스(Ctouch)를 포함할 수 있고, 이 터치 커패시턴스(Ctouch, 도 7)는, 도 7 및 도 8과 같이 생성되어, 상기 발진회로(600)의 전체 커패시턴스를 증가시킬 수 있다.
일 예로, 상기 제1 코일요소(611)는 PCB 기판(611-S)에 배치된 제1 패드(PA1)와 제2 패드(PA2) 사이에 권선타입으로 연결된 코일패턴(611-P)을 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 기판(200)의 일측면(예, 상부면)에는 제1 코일요소(611)가 배치될 수 있고, 상기 기판(200)의 타측면(예, 하부면)에는 회로부(CS)와, MLCC 등의 커패시터 소자(621)가 배치될 수 있다.
일 예로, 회로부(CS)는, 발진회로(600)의 일부, 주파수 디지털 컨버터(700) 및 터치 검출회로(800)를 포함하는 집적회로가 될 수 있다.
기판(200)은 인쇄 회로 기판(PCB) 또는 연성 인쇄 회로 기판(FPCB)이 될 수 있으며 이에 한정되지 않고, 회로 패턴이 형성될 수 있는 보드(Board)(예, PCB를 비롯한 각종 회로 보드중 하나) 또는 패널(Panel)(예, PLP(Panel Level Package)용 패널)일 수 있다.
도 2에 도시된 스위칭 조작 센싱 장치의 구조는 하나의 예시에 불과하므로, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 도 2에서는, 제1 스위칭부재(SM1)에 대해 설명하였지만, 제1 스위칭부재(SM1)에 대한 설명은 제2 스위칭부재(SM2, 도 1b)에도 적용될 수 있다. 일 예로, 제1 스위칭부재(SM1) 및 제2 스위칭부재(SM2)를 포함하는 경우에는 하나의 회로부(CS)가 제1 스위칭부재 및 제2 스위칭부재 각각에 대응되는 서로 다른 발진신호를 처리할 수 있다.
본 발명의 각 도면에 대해, 동일한 부호 및 동일한 기능의 구성요소에 대해서는 가능한 불필요한 중복 설명은 생략될 수 있고, 각 도면에 대해 가능한 차이점에 대한 사항이 설명될 수 있다.
본 발명의 각 실시 예에 따른 스위칭 조작 센싱 장치는, 상기 복수의 스위칭부재를 포함할 수 있는데, 이 경우, 복수의 스위칭부재는 일렬로 배열되는 구조일 수 있고, 또는 가로 및 세로로 배열되는 매트릭스 구조로 이루어질 수 있다.
한편, 도 1의 (a) 및 (b)에서, 상기 스위칭 조작 센싱 장치(50)가 하나 또는 2개의 스위칭부재를 포함하는 경우에 대해 도시하고 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 예시로, 이에 한정되지 않는다.
이에 따라, 1개 및 2개 뿐 아니라 3개 이상의 스위칭부재를 포함할 수 있음을 이해할 수 있다.
본 서류에서, 스위칭부재가 하우징(500)과 일체로 이루어지는데, 여기서 일체라 함은, 재료의 같고 다름에 관계없이, 제조시 하나의 바디(body)로 제작되어, 제조된 이후에는 스위칭부재가 하우징으로부터 분리될 수 없고 기구적 또는 기계적으로 분리된 구조가 아니고 전혀 빈틈이 없는 하나의 단일 구조를 의미할 수 있다.
한편, 예를 들어, 제1 코일요소(611)는, PCB(PrintedCircuit Board) 패턴으로 형성된 PCB 코일요소가 될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
일 예로, 제1 코일요소(611)는, 양면 PCB 또는 다층 PCB에 구현된 PCB 코일요소가 될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
일 예로, 제1 코일요소(611)는, 원형, 삼각형 및 사각형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있으며, 특별히 그 형상에 한정되지 않는다.
본 발명의 각 도면에 대해, 동일한 부호 및 동일한 기능의 구성요소에 대해서는 가능한 불필요한 중복 설명은 생략될 수 있고, 각 도면에 대해 가능한 차이점에 대한 사항이 설명될 수 있다.
도 3은 도 1의 (b)의 I-I' 선 단면구조를 포함한 스위칭 조작 센싱 장치의 다른 일 예시도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 스위칭 조작 센싱 장치는, 제1 스위칭부재(SM1)와 제2 스위칭부재(SM2)를 포함하는 조작 입력부(SWP)를 포함한다.
상기 제1 및 제2 스위칭부재(SM1,SM2) 각각은, 상기 하우징(500)과 일체로 이루어질 수 있고, 상기 하우징(500)의 재료와 동일한 재료를 포함할 수 있다.
또한, 발진회로(600, 도 2)의 인덕턴스 회로(610, 도 2)는 제1 코일요소(611) 및 제2 코일요소(612)를 포함하고, 상기 발진회로(600, 도 2)의 커패시턴스 회로(610)는 커패시터 소자(621)를 포함할 수 있다. 상기 제1 코일요소(611), 제2 코일요소(612), 커패시터 소자(621) 및 회로부(CS)는 기판(200)에 실장될 수 있다.
상기 제1 코일요소(611)는 제1 스위칭부재(SM1)의 내측에 배치될 수 있고, 상기 제2 코일요소(612)는 제2 스위칭부재(SM2)의 내측에 배치될 수 있다.
이와 같은 본 발명의 스위칭 조작 센싱 장치는, 복수의 스위칭부재를 포함할 수 있고, 이 경우에는, 복수의 스위칭부재 각각의 터치에 기초한 서로 다른 발진신호를 생성하기 위해, 복수의 스위칭부재 각각에 대응되는 복수의 코일요소를 포함할 수 있다.
일 예로, 제1 스위칭부재(SM1) 및 상기 제2 스위칭부재(SM2)는, 하우징(500)의 재료와 동일한 재료로 이루어질 수 있다. 하우징(500)이 메탈과 같은 전도체이면 제1 스위칭부재(SM1) 및 제2 스위칭부재(SM2)도 전도체일 수 있고, 하우징(500)이 플라스틱과 같은 절연체이면 제1 스위칭부재(SM1) 및 제2 스위칭부재(SM2)도 절연체일 수 있다.
또한, 상기 기판(200)의 일측면(예, 상부면)에는 제1 코일요소(611) 및 제2 코일요소(612)가 배치될 수 있고, 상기 기판(200)의 타측면(예, 하부면)에는 회로부(CS)와, MLCC 등의 커패시터 소자(621)가 배치될 수 있다. 이러한 배치 구조는 하나의 예시이므로, 이에 한정되지 않는다.
상기 제1 및 제2 코일요소(611,612)는, 기판(200)의 일면에 서로 이격되어 배치될 수 있고, 기판(200) 상에 형성되는 회로 패턴과 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 코일요소(611,612) 각각은, 솔레노이드 코일, 권선형 인덕터 등의 개별 코일 소자나 칩 인덕터 등이 될 수 있으며, 이에 한정되지 않고, 인덕턴스를 갖는 소자일 수 있다.
일 예로, 상기 제1, 제2 스위칭부재(SM1,SM2)를 구성하는 전도체가 고저항(예, 100KΩ 이상)의 메탈로 이루어지는 경우에는, 2개의 제1 및 제2 스위칭부재(SM1,SM2)간의 간섭을 줄일 수 있어서, 실제로 전자기기에 적용될 수 있다.
본 서류에서, 조작이란 조작 입력부를 통해서 입력되는 터치, 포스 또는 터치와 포스를 의미한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스위칭 조작 센싱 장치의 발진회로 및 회로부 예시도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 스위칭 조작 센싱 장치는, 발진회로(600), 주파수 디지털 컨버터(700) 및 터치 검출회로(800)를 포함할 수 있다. 상기 발진회로(600)는, 전술한 바와같이 인덕턴스 회로(610), 및 커패시턴스 회로(620)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일시 예에서, 발진회로(600)는 일 예로, LC 발진회로가 될 수 있고, 이에 한정되는 것은 아니며, 인체 터치에 따라 가변되는 커패시턴스 또는 비인체 터치에 가변되는 인덕턴스를 이용하여, 발진신호를 생성하는 발진회로가 될 수 있다.
한편, 회로부(CS)는, 상기 발진회로(600)의 일부, 주파수 디지털 컨버터(700) 및 터치 검출회로(800)를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 발진회로(600)의 일부는 증폭 회로(630)가 될 수 있다. 일 예로, 증폭회로(630)는 인버터 또는 증폭소자를 포함할 수 있으며, 공진신호를 발진신호로 유지할 수 있다면 상기 예시에 한정되지는 않는다.
또한, 상기 회로부(CS)가 커패시터 소자를 포함하거나, 포함하지 않을 수 있다. 커패시터 소자(621)가 회로부(CS)에 포함되지 않는 경우, 상기 스위칭 조작 센싱 장치는, 회로부(CS)와 별도로 독립적으로 배치되는 MLCC 등의 커패시터 소자(621)를 포함할 수 있다. 본 발명의 각 실시 예에서, 회로부(CS)는 집적회로(IC)이거나, 집적회로(IC)가 아닐 수 있다.
상기 주파수 디지털 컨버터(700)는, 기준 주파수 신호(fref, 도 11)를 기준 주파수 분주비(N)를 이용하여 분주하여, 분주된 기준 클럭신호(DOSC_ref, 도 11)를 생성하고, 상기 발진신호를 이용하여 상기 분주된 기준 클럭신호(DOSC_ref, 도 11)를 카운트하여, 상기 카운트값(L_CNT)을 출력할 수 있다.
상기 터치 검출회로(800)는, 상기 주파수 디지털 컨버터(700)로부터 입력받은 상기 카운트값(L_CNT)을 미분하여 차분값(Diff, 도 13)을 생성하고, 상기 차분값(Diff, 도 13)과 기설정된 임계치(F_THL, R_TH, 도 13)을 비교하여, 그 비교결과에 기초해 인체 터치 또는 비인체 터치를 식별하기 위한 레벨을 갖는 상기 터치 검출 신호(DF: Detect_Flag)를 출력할 수 있다.
본 서류에서, 상기 차분값(Diff)은 공진주파수의 슬로프 변화값, 카운트값의 슬로프 변화값, 또는 미분값에 해당될 수 있다.
본 서류에서, 카운트값(L_CNT)은 아날로그 신호처리가 아닌 디지털 신호처리에 의한 카운트 처리 동작에 의해서 생성되는 디지털값이다. 따라서, 상기 카운트값(L_CNT)은 단순 아날로그 증폭기에 의한 신호 증폭에 의해 생성될 수 없으며, 본 발명에서 제안하는 주파수 디지털 컨버터(700)에 의한 카운트 처리동작에 따라 생성될 수 있다. 이와 같은 카운트 처리 동작은 기준 클럭신호(예, 기준 주파수 신호) 및 샘플 클럭신호(예, 발진신호)가 필요하며, 이에 대해서는 후술한다.
도 2 및 도 4을 참조하면, 예를 들어, 상기 발진회로(600)는, 전술한 바와같이, 인덕턴스 회로(610) 및 커패시턴스 회로(620)를 포함할 수 있다.
상기 인덕턴스 회로(610)는, 상기 제1 스위칭부재(SM1)의 내측에 배치된 제1 코일요소(611)를 포함할 수 있고, 상기 커패시턴스 회로(620)는, 상기 인덕턴스 회로에 연결된 커패시터 소자(621)를 포함할 수 잇다.
일 예로, 상기 발진회로(600)는, 상기 제1 스위칭부재(SM1)가 인체에 의해 터치되면 제1 주파수 특성을 갖는 발진신호(LCosc)를 생성하고, 상기 제1 스위칭부재(SM1)가 비인체에 의해 터치되면 제2 주파수 특성을 갖는 발진신호(LCosc)를 생성할 수 있다.
일 예로, 인덕턴스 회로(610)는, 상기 제1 스위칭부재(SM1)가 비인체에 의해 터치되면 가변되는 인덕턴스를 포함할 수 있고, 커패시턴스 회로(620)는, 상기 제1 스위칭부재(SM1)가 인체에 의해 터치되면 가변되는 커패시턴스를 포함할 수 있다.
일 예로, 상기 제1 코일요소(611)는, 기판(200)에 장착되고, 상기 제1 스위칭부재(SM1)의 내측면에 부착될 수 있다.
도 5는 터치 없는 경우 발진회로의 일 예시도이다.
도 5를 참조하면, 상기 발진회로(600)는, 전술한 바와같이 인덕턴스 회로(610), 커패시턴스 회로(620), 및 증폭 회로(630)를 포함할 수 있다. 여기서, 증폭 회로(630)는 적어도 하나의 인버터(INT) 또는 적어도 하나의 증폭소자를 포함할 수 있고, 상기 증폭회로(630)에 의해, 발진회로(600)가 발진신호를 유지할 수 있다.
인덕턴스 회로(610)는, 비인체 터치가 없는 경우에는 제1 코일요소(611)의 인덕턴스(Lind)를 포함할 수 있다. 커패시턴스 회로(620)는, 인체 터치가 없는 경우에는 MLCC 등의 커패시터 소자(621)의 (Cext)(2Cext,2Cext)를 포함할 수 있다.
먼저, 도 5를 참조하면, 발진회로(600)는, 제1 코일요소(611)의 인덕턴스(Lind)를 포함하는 인덕턴스 회로(610)와, 상기 커패시터 소자(621)의 커패시턴스(Cext)(2Cext,2Cext)를 포함하는 커패시턴스 회로(620)를 포함하는 병렬 발진회로가 될 수 있다.
일 예로, 인체 또는 비인체 등의 터치가 없는 경우, 발진회로(600)의 제1 공진 주파수(fres1)는 하기 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 1]
fres1 ≒ 1/2π sqrt (Lind * Cext)
상기 수학식 1에서, ≒는 같을 수 있거나 유사하다는 의미이고, 여기서 유사하다는 것은 다른 값이 더 포함될 수 있다는 의미이다.
한편, 제1 코일요소(611)와 커패시터 소자(621) 사이에는 저항(미도시)이 더 접속될 수 있는데, 이 저항은 정전기 방전(ESD(Electrostatic Discharge) 기능을 수행할 수 있다.
본 발명에서는 전자 기기의 하우징(500)과 일체로 이루어진 제1 스위칭부재(SM1)의 접촉면에 닿는 대상체(object)에 따라 인체가 터치되면 커패시티브 센싱(Capacitive Sensing) 방식이 적용될 수 있고, 비인체가 터치되면 인덕티브 센싱(Inductive Sensing) 방식이 적용될 수 있으며, 이에 따라 대상체중에서 인체와 비인체를 구분할 수 있다.
도 6은 인체 터치시의 커패시티브 센싱 방식에 대한 설명도이고, 도 7은 인체 터치시의 발진회로의 일 예시도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 인체 터치가 있는 경우에는, 발진회로(600)의 커패시턴스 회로(620)는, 인체 터치에 의해 형성되는 터치 커패시턴스(Ctouch)를 더 포함할 수 있으며, 이에 따라 전체 커패시턴스가 가변될 수 있다.
예를 들어, 인체(손)가 제1 스위칭부재(SM1)의 접촉면에 닿을 경우 커패시티브(Capacitive) 센싱 원리가 적용되어 전체 커패시턴스(Capacitance) 값이 증가하게 된다. 이로 인하여 발진회로(600)의 공진주파수(상기 수학식1)가 감소하게 된다.
이와 달리, 하기 도 9 및 도 10를 참조하면, 전도체(메탈)와 같은 비인체가 제1 스위칭부재(SM1)의 접촉면에 닿을 경우 인덕티브 센싱의 원리가 적용되어 와전류에 의한 인덕턴스가 감소하여 공진주파수가 증가하게 된다.
전술한 바와 같이, 두가지 센싱 방식을 혼합한 터치 센싱 스위칭 구조를 사용할 경우, 발진신호의 공진주파수의 상승 또는 하강에 따라 인체 터치와 비인체 터치를 구분할 수 있는 효과가 있다.
도 8은 도 7의 발진회로의 일부 상세 예시도이다.
도 7 및 도 8를 참조하면, 발진회로(600)는, 커패시턴스 회로(620)에 포함된 커패시터 소자(621)의 커패시턴스(Cext)(2Cext,2Cext)를 비롯해서, 인체 터치시 형성되는 터치 커패시턴스(Ctouch)(Ccase,Cfinger,Cgnd)를 포함할 수 있다.
도 8을 참조하면, 상기 터치 커패시턴스(Ctouch)(Ccase,Cfinger,Cgnd)는, 서로 직렬로 접속되는 케이스 커패시턴스(Ccase), 핑거 커패시턴스(Cfinger), 그리고 회로 접지와 어스(earth) 사이의 접지 커패시턴스(Cgnd)가 될 수 있다.
이에 따라, 도 5의 발진회로(600)와 대비하여, 도 8의 발진회로(600)의 전체 커패시턴스가 가변되는 것을 알 수 있다.
예를 들어, 상기 커패시턴스(2Cext, 2Cext)가 회로 접지를 기준으로 하나의 커패시턴스(2Cext)와 다른 하나의 커패시턴스(2Cext)로 분리된 등가회로로 표현되는 경우, 상기 하나의 커패시턴스(2Cext) 또는 다른 하나의 커패시턴스(2Cext)에 상기 케이스 커패시턴스(Ccase), 핑거 커패시턴스(Cfinger), 접지 커패시턴스(Cgnd)가 병렬로 접속될 수 있다.
일 예로, 인체 터치가 있는 경우, 발진회로(600)의 제2 공진 주파수(fres2)는 하기 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 2]
fres2 ≒ 1/{2π sqrt (Lind * [2Cext ∥ (2Cext + CT)])}
CT ≒ Ccase∥Cfinger∥Cgnd
상기 수학식 2에서, ≒는 같을 수 있거나 유사하다는 의미이고, 여기서 유사하다는 것은 다른 값이 더 포함될 수 있다는 의미이다. 상기 수학식 2에서, Ccase는 케이스(커버)와 제1 코일요소(611) 사이에 존재하는 기생 커패시턴스(Parasitic Capacitance)이고, Cfinger는, 인체가 가지는 커패시턴스이고, Cgnd는 회로 접지와 어스(earth) 사이의 접지 리턴 커패시턴스(ground return Capacitance)이다.
그리고, 상기 수학식 2에서, ∥에 대해 하기와 같이 정의하면, 'a∥b'는 'a'와 'b'가 회로적으로 직렬 접속이고, 그 합산 값은'(a*b)/(a+b)'로 계산되는 것으로 정의한다.
상기 수학식 1(터치 없는 경우)과 수학식 2(인체 터치가 있는 경우)를 비교하면, 수학식 1의 커패시턴스(2Cext)가 수학식 2의 커패시턴스(2Cext + CT)로 증가되므로, 이에 따라 터치 없는 제1 공진주파수(fres1)가 터치 있는 제2 공진 주파수(fres2)로 낮아지게 됨을 알 수 있다.
다시, 도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 발진회로(600)는 인체 터치 없는 경우의 제1 공진주파수(fres1)를 갖는 발진신호 또는 인체 터치 있는 경우의 제2 공진 주파수(fres2)를 갖는 발진신호를 생성하여 주파수 디지털 컨버터(700)로 출력할 수 있다.
도 9는 비인체 터치시의 인덕티브 센싱 방식에 대한 설명도이고, 도 10은 비인체 터치시의 발진회로의 일 예시도이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 전도체(메탈)와 같은 비인체가 제1 스위칭부재(SM1)의 접촉면에 닿을 경우 인덕티브 센싱의 원리가 적용되어 와전류에 의한 인덕턴스가 감소하여 공진주파수가 증가하게 된다. 이와 같이, 공진주파수의 증가에 기초하여 비인체 터치를 검출할 수 있다.
도 10을 참조하면, 메탈과 같은 비인체가 제1 스위칭부재(SM1)에 터치 입력되면 제1 스위칭부재(SM1)와 제1 코일요소(611)간의 자기력 변화에 기인하여 인덕턴스가 감소(Lind-△Lind)하여 공진주파수가 증가하게 되며, 이에 따라 비인체 터치를 검출할 수 있다.
한편, 인덕티브 센싱 원리는 다음과 같다.
발진회로 동작시 인덕터에 AC 전류가 발생하고 이로 인한 자기장(H-Field)이 생성된다. 이때 메탈(Metal) 접촉시 인덕터의 자기장(H-Field)이 메탈(Metal)에 영향을 주어 순환(Circulating) 전류, 즉 에디 커런트(Eddy current)를 발생시키고 이어서 상기 에디 커런트에 의하여 역방향 자기장(H-Field)이 발생하게 되며, 이는 인덕터의 자기장(H-Field)을 감소시키는 방향으로 동작하게 됨에 따라 기존 인덕터의 인덕턴스가 감소하게 되며, 결국 공진주파수(센싱주파수)가 증가하게 되는 것이다.
부연하면, 하우징의 스위칭부재에 접촉되는 것이 인체(손)나 전도체(메탈)이냐에 따라 공진주파수의 C(커패시턴스)가 변화하느냐 L(인덕턴스)이 변화하느냐가 결정되고, 이것에 의해 주파수 감소, 증가가 결정된다.
전술한 바와 같이, 하나의 터치 센싱 장치의 구조를 이용하여 두가지 센싱을 가능하게 하며, 인체 터치와 비인체 터치를 검출할 수 있고, 서로 구별 인식할 수 있으며, 이러한 구별 인식하는 동작에 대해서는 하기에 설명한다
도 11은 주파수 디지털 컨버터의 일 예시도이다.
도 11을 참조하면, 주파수 디지털 컨버터(700)는 발진신호(LCosc)를 카운트 값(L_CNT)으로 변환한다. 일 예로, 주파수 디지털 컨버터(700)는 기준 주파수신호(기준클럭신호)를 기준 시간(예, 1주기) 동안 발진신호(LCosc)를 이용하여 카운트할 수 있고, 이와 달리, 주파수 디지털 컨버터(700)는 발진신호(LCosc)를 기준 시간(예, 1주기) 동안 기준 주파수신호(기준클럭신호)를 이용하여 카운트할 수 있다.
예를 들어, 하기 수학식 3에서 보인 바와 같이, 주파수 디지털 컨버터(700)는, 기준 주파수 신호(fref)를 기준 주파수 분주비(N)를 이용하여 분주하여 분주된 기준 클럭신호(DOSC_ref= fref/N)를 생성하고, 상기 발진회로(600)로부터의 발진신호(LCosc)를 센싱 주파수 분주비(M)를 이용하여 분주하며, 상기 분주된 발진신호(LCosc)/M)를 이용하여 상기 분주된 기준 클럭신호(DOSC_ref)를 카운트하여 생성된 상기 카운트값(LC_CNT)을 출력할 수 있다.
또한 반대로 상기 분주된 기준 신호를 상기 분주된 센싱 신호를 이용하여 카운트할 수도 있다.
[수학식 3]
L_CNT = (N * LCosc)/(M * fref)
상기 수학식 3에서, LCosc은 발진신호의 주파수(발진주파수)이고, fref는 기준 주파수이고, N은 기준주파수(예, 32Khz) 분주비이고, M은 공진주파수의 분주비이다.
상기 수학식 2에 보인 바와 같이, 발진주파수(LCosc)를 기준 주파수(fref)로 나눈다는 것은, 기준 주파수(fref)의 주기를 공진주파수(LCosc은)를 이용하여 카운트한다는 의미로, 이와 같은 방식으로 상기 카운트값(L_CNT)을 구하면, 낮은 기준 주파수(fref)를 이용하는 것이 가능하고, 카운트의 정밀도를 높일 수 있다는 장점이 있다.
도 11을 참조하면, 상기 주파수 디지털 컨버터(CDC)(700)는, 주파수 다운 컨버터(710), 주기 타이머(720) 및 CIC(Cascaded Integrator-Comb) 필터회로(730)를 포함할 수 있다.
상기 주파수 다운 컨버터(710)는, 카운팅 하고자 하는 타이머의 시간주기의 기준이 되는 기준클럭신호(CLK_ref)을 입력받아서 기준클럭신호(CLK_ref)의 주파수를 다운 시킨다.
예를 들어, 주파수 다운 컨버터(710)에 입력되는 기준클럭신호(CLK_ref)은, 발진신호(LCosc) 및 기준 주파수 신호(fref)중에서 어느 하나가 될 수 있다. 일 예로, 기준클럭신호(CLK_ref)이 발진회로에서 입력되는 발진신호(LCosc)인 경우, 이 센싱 주파수 신호(LCosc)는 'DOSC_ref = LCosc /M'와 같이 주파수가 다운되고, 여기서 M은 외부에 미리 셋팅될 수 있다. 다른 일 예로, 기준클럭신호(CLK_ref)이 기준 주파수 신호(fref)인 경우, 상기 기준클럭신호(CLK_ref)은, 'DOSC_ref = fref /N'와 같이, 주파수가 다운되고, 여기서 N은 외부에 미리 셋팅될 수 있다.
상기 주기 타이머(720)는, 주파수 다운 컨버터(710)로부터 입력받은 분주된 기준 클럭신호(DOSC_ref)의 1주기 시간을 샘플 클럭신호(CLK_spl)를 이용하여 카운팅 하여 생성된 주기 카운트값(PCV)을 출력할 수 있다.
일 예로, 상기 CIC 필터회로(730)는 상기 데시메이터 CIC 필터를 포함할 수 있고, 상기 데시메이터 CIC 필터는 입력받은 주기 카운트값(L_CNT)에 대해 누적증폭을 수행하여 생성된 카운트값(L_CNT)을 출력할 수 있다.
다른 일 예로, 상기 CIC 필터회로(730)는 1차 CIC 필터를 더 포함할 수 있다. 상기 1차 CIC 필터는, 상기 데시메이터 CIC 필터로부터의 출력을 이동평균을 취해 노이즈를 제거할 수 있다.
일 예로, 상기 데시메이터 CIC 필터는, 사전에 설정된 적분 스테이지 차수, 데시메이터 팩터, 및 콤브 미분 지연차수에 기초해 결정된 상기 누적 이득을 이용하여 상기 주기 타이머로부터의 주기 카운트값에 대해 누적증폭을 수행하고, 상기 누적 증폭된 주기 카운트값을 제공할 수 있다.
예를 들어, 상기 데시메이터 CIC 필터가 적분회로, 데시메이터 및 미분회로를 포함하는 경우, 적분회로의 스테이지 차수(S), 데시메이터 팩터(R) 및 미분회로의 지연차수(M)에 기초해 상기 누적 이득은 [(R*M)^S]와 같이 구해질 수 있다. 일 예로, 적분회로의 스테이지 차수(S)가 4, 데시메이터 팩터(R)가 1, 미분회로의 지연차수(M)가 4인 경우, 상기 누적 이득은 256[(1*4)^4]이 될 수 있다.
도 12는 주기 타이머의 동작 설명도이다.
도 12를 참조하면, 전술한 바와같이, 주기 타이머(720)에서, 기준클럭신호(CLK_ref)는, 공진 주파수 신호(LCosc) 및 기준 주파수 신호(fref)중에서 어느 하나가 될 수 있다. 기준 주파수 신호(fref)는 외부 크리스탈에 의한 신호가 될 수 있고 IC 내부 PLL이나 RC 등의 발진 신호가 될 수 있다.
일 예로, 기준클럭신호(CLK_ref)는, 발진회로로부터 입력되는 공진 주파수 신호(LCosc)이면 샘플클럭신호(CLK_spl)는 기준 주파수 신호(fref)가 될 수 있고, 이 경우에 대해 분주된 발진신호는 'LCosc /M'가 될 수 있다.
또는, 기준클럭신호(CLK_ref)가 기준 주파수 신호(fref)이면 샘플클럭(CLK_spl)은 공진 주파수 신호(LCosc)가 될 수 있고, 이 경우, 분주된 발진신호는 'fref /N'가 될 수 있다.
도 13은 터치 검출회로의 일 예시도이다.
도 13을 참조하면, 상기 터치 검출회로(800)는, 상기 주파수 디지털 컨버터(700)로부터 입력받은 상기 카운트값(L_CNT)을 미분하여 차분값(Diff)을 생성하고, 상기 차분값(Diff)을 기설정된 폴링 임계치(F_TH) 및 라이징 임계치(R_TH) 각각과 비교하여, 그 비교결과에 기초해 커패시티브 센싱 및 비인체에 의한 터치를 식별하기 위한 레벨을 갖는 상기 터치 검출 신호(DF)를 출력할 수 있다.
일 예로, 상기 터치 검출회로(800)는, 상기 카운트값(L_CNT)을 기 설정된 시간만큼 딜레이시켜 생성된 딜레이 카운트값(L_CNT_Delay)과 상기 카운트값(L_CNT)을 감산하여 차분값(Diff)을 생성하고, 상기 차분값(Diff)과 폴링 임계치(F_TH) 및 라이징 임계치(R_TH)와 비교하여, 차분값(Diff)이 폴링 임계치 보다 작으면, 제1 레벨의 터치 검출 신호(Detect_Flag)를 출력하고, 또는 상기 차분값(Diff)이 라이징 임계치 보다 큰 경우, 제2 레벨의 터치 검출 신호(Detect_Flag)를 출력할 수 있다.
도 13을 참조하면, 터치 검출회로(800)는 딜레이회로(810), 감산회로(820), 및 슬로프 검출회로(830)를 포함할 수 있다.
딜레이회로(810)는 상기 주파수 디지털 컨버터(700)로부터 입력받은 상기 카운트값(L_CNT)을 딜레이 제어 신호(Delay_Ctrl)에 기초로 결정된 시간만큼 딜레이하여, 딜레이 카운트값(L_CNT_Delay)을 출력할 수 있다. 여기서, 딜레이 제어 신호(Delay_Ctrl)에 따라, 딜레이 시간이 결정될 수 있다.
감산회로(820)는 딜레이 카운트 값(L_CNT_Delay)과 카운트 값(L_CNT)을 감산하여, 차분값을 출력한다. 카운트 값(L_CNT)은 현재 카운트된 값에 해당하고, 딜레이 카운트 값(L_CNT_Delay)은 현재로부터 소정의 딜레이 시간 이전에 카운트된 값에 해당한다.
슬로프 검출회로(830)는 상기 감산회로(820)로부터 입력받은 상기 차분값(Diff)을 기설정된 폴링 임계치(F_TH) 및 라이징 임계치(R_TH) 각각과 비교하여, 그 비교결과에 기초해 커패시티브 센싱 및 비인체에 의한 터치를 식별하기 위한 결정된 제1 레벨 또는 제2 레벨을 갖는 상기 터치 검출 신호(DF)를 출력할 수 있다.
일 예예, 슬로프 검출회로(830)는, 감산회로(820)에서 출력되는 슬로프에 대한 차분값(Diff)과 폴링 임계치(F_TH) 및 라이징 임계치(R_TH)와 비교하여, 차분값(Diff)이 폴링 임계치 보다 작으면, 로우 레벨의 터치 검출 신호(Detect_Flag)를 출력하고, 이와 달리, 차분값(Diff)이 라이징 임계치 보다 큰 경우, 하이 레벨의 터치 검출 신호(Detect_Flag)를 출력할 수 있다.
일 예로, 상기 폴링 임계치(F_TH)를 기준으로,폴링 히스테리시스의 상한치(FU_Hys) 및 하한치(FL_Hys)를 설정하여 이용할 수 있다. 상기 라이징 임계치(R_TH)를 기준으로, 라이징 히스테리시스의 상한치(RU_Hys) 및 하한치(RL_Hys)를 설정하여 이용할 수 있다.
이와 같이, 슬로프에 대한 차분값(Diff)을 이용하면 온도 드리프트에 대한 오류를 방지할 수 있고, 또한 폴링 히스테리시스 상한치 및 하한치(FU_Hys, FL_Hys) 및 라이징 히스테리시스 상한치 및 하한치(RU_Hys, RL_Hys)을 이용하면 터치 검출 정확도를 개선할 수 있다. 도 13에서, RH_Time은 폴링 유지 및 라이징 유지를 판단하기 위한 미리 정해진 시간이다.
도 14은 도 13의 슬로프 검출회로의 일 예시도이다.
도 14를 참조하면, 상기 검출신호 생성기(834)는, 상기 폴링 검출 신호(F_Det) 및 라이징 검출 신호(R_Det)를 기초로, 상기 차분값(Diff)이 하강후 상승이면 인체에 의한 터치를 의미하는 제1 레벨을 갖는 터치 검출 신호(Detect_Flag)를 생성하고, 상기 차분값(Diff)이 상승후 하강이면 비인체에 의한 터치를 의미하는 제2 레벨을 갖는 터치 검출 신호(Detect_Flag)를 생성할 수 있다.
예를 들어, 도 14을 참조하면, 상기 슬로프 검출회로(830)는, 슬로프 검출기(831), 폴링 슬로프 검출기(832), 라이징 슬로프 검출기(833), 및 검출신호 생성기(834)를 포함할 수 있다.
상기 슬로프 검출기(831)는, 입력받은 슬로프의 차분값(Diff)이 폴링(하강)인지 라이징(상승)인지를 판별하게 된다. 예를 들어, 상기 슬로프 검출기(831)는, 상기 차분값(Diff)이 폴링(하강)인지 라이징(상승)인지를 판별하여, 폴링(하강)이면 액티브 상태의 인에이블 신호(Enb=1)를 출력하고, 라이징(상승)이면 비액티브 상태의 인에이블 신호(Enb=0)를 출력할 수 있다.
일 예로, 입력되는 차분값이 폴링(하강)이면 폴링 슬로프 검출기(832) 및 라이징 슬로프 검출기(833)에 동작을 시작하라는 액티브 상태의 인에이블 신호(Enb=1)를 출력하고, 라이징(상승)이면 아무런 동작도 하지 않는 비액티브 상태의 인에이블 신호(Enb=0)를 출력한다.
폴링 슬로프 검출기(832)는, 인에이블 신호가 액티브 상태(Enb=1)가 되면, 입력되는 차분값(Diff)이 미리 정해진 시간(FH_Time) 동안 폴링 임계치(F_TH) 이하값이 되면 폴링 검출 신호(F_Det)를 발생한다.
라이징 슬로프 검출기(833)는, 인에이블 신호가 액티브 상태(Enb=1)가 되면, 입력되는 차분값(Diff)이 미리 정해진 시간(RH_Time)동안 라이징 임계치(R_TH) 이상값이 되면 라이징 검출 신호(R_Det)를 발생한다. 일 예로, 상기 라이징 슬로프 검출기(833)는, 상기 인에이블 신호가 액티브 상태(Enb=1)가 되면, 차분값(Diff)이 미리 정해진 시간(RH_Time)동안 라이징 구간(R_TH, RU_Hys, RL_Hys) 이상값이 되면 라이징 검출 신호(R_Det)를 발생할 수 있다.
검출신호 생성기(834)는, 입력되는 폴링 검출 신호(F_Det) 및 라이징 검출 신호(R_Det)를 기초로 제1 레벨 또는 제2 레벨을 갖는 상기 터치 검출 신호(Detect_Flag)를 생성할 수 있다.
부연하면, 상기 터치 검출 신호(Detect_Flag)를 생성하는 과정은 폴링 검출 신호(F_Det) 및 라이징 검출 신호(R_Det)가 동시에 액티베이션(Activation) 되었는지 여부와 상기 신호(F_Det, R_Det))의 액티베이션(Activation) 시간 간격(PH_Time)을 기초로 생성할 수 있다.
최종 터치 검출 신호(Detect_Flag)의 생성이 완료되면, 상기 검출신호 생성기(834)는, 슬로프 검출기(831), 폴링 슬로프 검출기(832), 및 라이징 슬로프 검출기(833)에게 초기화 신호(clr)를 생성하여 제공할 수 있다.
도 15는 인체 터치시의 카운트값 및 차분값(카운트값의 슬로프값)에 대한 예시도이고, 도 16은 비인체 터치시의 카운트값 및 차분값에 대한 예시도이다.
먼저, 도 15의 파형은, 제1 스위칭부재 아래에 장착된 제1 코일요소를 인체(손)로 접촉했을 경우 측정된 카운트값 및 슬로프 변화인 차분값에 대한 파형의 예시도이고, 도 16의 파형은, 메탈과 같은 전도체로 접촉했을 경우 측정된 카운트값 및 슬로프 변화인 차분값에 대한 파형의 예시도이다.
도 15를 참조하면 인체(손)으로 제1 코일요소 위의 제1 스위칭부재를 접촉할 경우 커패시티브(Capacitive) 방식으로 동작하여 카운터 값(L_CNT)이 줄어들고, 인체(손)를 비접촉 상태로 할 경우 카운트 값(L_CNT)이 원래 상태로 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이러한 현상을 바탕으로 슬로프(Slope)값을 확인하면 접촉시 하강하고 비접촉시 상승하는 것을 확인할 수 있다.
이와같이, 인체(손) 터치시, 차분값인 슬로프 변화는, 폴링 슬로프 이후 라이징 슬로프가 하나의 쌍으로 나타나는 것을 알 수 있다.
이와 달리, 도 16을 참조하면, 전도체(메탈)로 제1 코일요소 위쪽의 제1 스위칭부재를 접촉할 경우 인덕티브(Inductive) 방식으로 동작하여 카운터 값(L_CNT)이 늘어나고, 전도체(메탈)를 비접속 상태로 할 경우 카운트 값(L_CNT)이 원래상태로 감소하는 것을 확인할 수 있다.
이와같이, 전도체(메탈) 터치시, 차분값인 슬로프 변화는, 라이징 슬로프 이후 폴링 슬로프가 하나의 쌍으로 나타나는 것을 알 수 있다.
즉, 인체(손)나 전도체(메탈)가 제1 코일요소 위의 제1 스위칭부재를 터치할 경우 슬로프의 변화는 반드시 폴링 슬로프와 라이징 슬로프의 쌍으로 나타나게 되고, 폴링 슬로프와 라이징 슬로프가 나타나는 순서는 터치 대상체에 따라 서로 다름을 알 수 있다.
도 17은 인체 터치시의 카운트값의 드리프트 및 차분값에 대한 예시도이다.
도 17를 참조하면, 추가적으로 인체(손)로 제1 코일요소를 연속해서 접촉시에는 제1 코일요소의 온도변화에 의한 카운터값의 하강 드리프트(drift)가 발생하게 된다. 이러한 이유로 접촉여부를 판단하기 위해서는 절대적인 카운터 레벨을 사용하지 않고 슬로프(slope) 변화를 사용하면, 온도 드리프트에 의한 영향을 배제시킬 수 있다.
이에 따라, 인체(손)에 의한 접촉은 초기상태에서 슬로프(Slope)의 변화는 폴링 임계치 이하로의 하강후, 라이징 임계치 이상으로의 상승을 확인할 수 있다.
또한 인체와 전도체의 접촉이 혼재되어 진행될 경우, 인체의 터치 및 전도체의 터치 모두는 폴링 슬로프와 라이징 슬로프를 하나의 쌍으로 처리되고, 인체는 폴링 슬로프 이후 라이징 슬로프를 한 쌍으로 하고, 전도체(메탈)는 라이징 슬로프 이후 폴링 슬로프를 한 상으로 하기 때문에, 전도체의 터치(라이징 슬로프후 폴링 슬로프)에 대한 동작에 대한 검출 및 제거가 가능하다.
또한, 초기상태에서 폴링 임계치 이하로의 하강후 라이징 없이 또다시 폴링 임계치 이하로의 하강이 감지될 경우 초기화 진행을 통해서 오동작을 방지할 수 있다.
도 18은 차분값 변화, 폴링 임계치, 라이징 임계치 및 터치검출신호 예시도이다.
도 18는, 폴링 임계치(F_TH)와 라이징 임계치(R_TH) 그리고 각 임계치에 대한 폴링 히스테리시스 구간(FU_Hys, FL_Hys) 및 라이징 히스테리시스 구간(RU_Hys, RL_Hys)에 대한 설명과 각각의 임계치에 대한 최종 터치 검출 신호(Detect Flag)에 대한 예시를 보이고 있다.
전술한 각 임계치 및 히스테리시스 구간은 사용자에 의하여 메모리(EEPROM이나 Register)에 저장하여 세트나 모듈의 상태에 따라 변경 및 재설정이 가능하다.
도 19는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스위칭 조작 센싱 장치의 적용 예시도이다.
도 19을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 스위칭 조작 센싱 장치의 복수의 적용예1 내지 적용예7을 보이고 있다.
도 19의 적용예1은, 블루투스 헤드셋의 동작제어용 버튼을 대체하여 적용할 수 있는 예고, 도 19의 적용예2는, 블루투스 이어셋의 동작제어용 버튼을 대체하여 적용할 수 있는 예다. 일 예로, 블루투스 헤드셋 및 블루투스 이어폰의 온/오프 전원스위치를 대체하여 적용될 수 있다.
도 19의 적용예3은, 안경의 동작제어용 버튼을 대체하여 적용할 수 있는 예다. 일 예로, 구글 글래스, VR, AR 등의 장치의 전화, 메일, 홈버튼 등의 기능을 수행하는 버튼을 대체하여 적용될 수 있다.
도 19의 적용예4는, 차량의 도어락 버튼을 대체하여 적용할 수 있는 예다. 도 19의 적용예5는, 차량의 스마트키의 버튼을 대체하여 적용할 수 있는 예다. 도 19의 적용예6은, 컴퓨터의 동작제어용 버튼을 대체하여 적용할 수 있는 예다. 그리고, 도 19의 적용예7은, 냉장고의 동작 제어를 위한 동작 버튼을 대체하여 적용할 수 있는 예다.
이외에도, 노트북의 볼륨 및 전원 스위치, VR, HMD(Head mounted Display), 블루투스 이어폰, 스타일러쉬 터치팬 등의 스위치를 대체하여 사용할 수 있고, 또한, 가전제품의 모니터, 냉장고, 노트북 등의 버튼을 대체하여 사용할 수 있다.
예를 들어, 동작제어용 버튼은, 적용되는 장치의 커버 또는 프레임 또는 하우징에 일체화되어 배치될 수 있고, 파워 온오프, 볼륨의 조절, 기타 특정 기능(뒤로가기, 홈이동, 잠금 등)을 수행하는데 사용 될 수 있다.
또한 해당 기능(뒤로가기, 홈이동, 잠금 등)을 수행함에 있어 복수의 기능을 수행하도록 복수의 터치 스위치를 포함할 수 있다.
본 발명의 터치 스위치는 상기 언급된 장치에 한정되지 않고 스위치가 있는 모바일 및 웨어러블 등의 휴대 장치에 적용 할 수 있다. 또한 본 발명의 터치 스위치를 적용함으로써 일체화 된 디자인을 구현할 수 있다.
전술한 본 발명의 실시 예가 모바일 기기에 적용되면, 좀더 얇고 심플하면서 깔끔한 디자인이 구현 가능하고, 커패시티브 센싱 방식과 다르게 변환기(ADC)가 필요 없고 응용구조로 스위칭부재의 타겟면에 바로 붙여 구현 시 스페이저(Spacer) 구조물이 없어 쉽게 구현 가능한 장점이 있으며, 또한 방진방수 스위치 구현이 가능하며, 습한 환경에서도 커패시티브 센싱과 다르게 센싱이 가능하다.
이상에서는 본 발명을 실시 예로써 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.
200: 기판
500: 하우징
600: 발진회로
611,612: 제1, 제2 코일요소
700: 주파수 디지털 컨버터
800: 터치 검출회로
SWP1,SWP2: 제1,제2 터치 스위치
CS: 집적회로

Claims (30)

  1. 하우징과 일체로 이루어진 제1 스위칭부재를 포함하는 조작 입력부;
    상기 제1 스위칭부재를 통한 조작 입력시, 상기 조작 입력의 대상체에 따른 커패시티브 변화 또는 인덕티브 변화에 기초해 가변되는 공진주파수를 갖는 발진신호를 생성하는 발진회로;
    상기 발진회로로부터의 발진신호를 카운트값으로 변환하는 주파수 디지털 컨버터; 및
    상기 주파수 디지털 컨버터로부터 입력되는 카운트값에 대한 슬로프 변화에 기초해 커패시티브 센싱과 인덕티브 센싱을 식별하여 검출하고, 이 검출에 기초해 서로 다른 레벨을 갖는 터치 검출 신호를 출력하는 터치 검출회로;
    를 포함하는 전자 기기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 주파수 디지털 컨버터는
    상기 발진신호를 이용하여 기준클럭신호를 카운팅하여 상기 카운트값을 생성하는
    전자 기기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 스위칭부재는,
    상기 하우징의 재료와 동일한 재료를 포함하는 전자 기기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 조작 입력부는
    상기 하우징과 일체로 이루어지고, 상기 제1 스위칭부재와 다른 위치에 배치된 제2 스위칭부재를 더 포함하고,
    상기 제2 스위칭부재는, 상기 하우징의 재료와 동일한 재료를 포함하는 전자 기기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 발진회로는,
    상기 제1 스위칭부재의 내측에 배치된 제1 코일요소를 포함하는 인덕턴스 회로; 및
    상기 인덕턴스 회로에 연결된 커패시터 소자를 포함하는 커패시턴스 회로; 를 포함하고,
    상기 발진회로는,
    상기 제1 스위칭부재가 인체에 의해 터치되면 제1 주파수 특성을 갖는 발진신호를 생성하고, 상기 제1 스위칭부재가 비인체에 의해 터치되면 제2 주파수 특성을 갖는 발진신호를 생성하는,
    전자 기기.
  6. 제1항에 있어서, 상기 발진회로는,
    상기 제1 스위칭부재의 내측에 배치된 제1 코일요소를 포함하여, 상기 제1 스위칭부재가 비인체에 의해 터치되면 가변되는 인덕턴스를 갖는 인덕턴스 회로; 및
    상기 인덕턴스 회로에 연결된 커패시터 소자를 포함하고, 상기 제1 스위칭부재가 인체에 의해 터치되면 가변되는 커패시턴스를 갖는 커패시턴스 회로;
    를 포함하는 전자 기기.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제1 코일요소는
    기판에 장착되고, 상기 제1 스위칭부재의 내측면에 부착된
    전자 기기.
  8. 제1항에 있어서, 상기 주파수 디지털 컨버터는
    기준 주파수 신호를 기준 주파수 분주비를 이용하여 분주하여 분주된 기준 클럭신호를 생성하고, 상기 분주된 기준 클럭신호를 상기 발진신호를 이용하여 카운트하여 생성된 상기 카운트값을 출력하는
    전자 기기.
  9. 제1항에 있어서, 상기 주파수 디지털 컨버터는
    기준 주파수 신호를 기준 주파수 분주비를 이용하여 분주하여 분주된 기준 클럭신호를 생성하고, 상기 발진회로로부터의 발진신호를 센싱 주파수 분주비를 이용하여 분주하며, 상기 분주된 발진신호를 이용하여 상기 분주된 기준 클럭신호를 카운트하여 생성된 상기 카운트값을 출력하는
    전자 기기.
  10. 제1항에 있어서, 상기 주파수 디지털 컨버터는
    기준 주파수 신호를 기준 클럭신호로서 입력받고, 상기 기준 클럭신호를 기준 주파수 분주비를 이용해 분주하여 분주된 기준 클럭신호를 생성하여, 상기 기준 주파수 신호의 주파수를 다운시키는 주파수 다운 컨버터;
    상기 발진신호를 샘플 클럭신호로서 입력받고, 상기 주파수 다운 컨버터로부터 입력받은 상기 분주된 기준 클럭신호의 1주기 시간을, 상기 샘플 클럭신호를 이용해 카운팅 하여 생성된 주기 카운트값을 출력하는 주기 타이머; 및
    상기 주기 타이머로부터 입력받은 상기 주기 카운트값에 대해 누적증폭을 수행하여 생성된 상기 카운트값을 출력하는 CIC 필터회로;
    를 포함하는 전자 기기.
  11. 제10항에 있어서, 상기 CIC 필터회로는,
    상기 주기 타이머로부터 입력받은 상기 주기 카운트값에 대해 누적증폭을 수행하여 생성된 상기 카운트값을 출력하는 데시메이터 CIC 필터를 포함하고,
    상기 데시메이터 CIC 필터는, 사전에 설정된 적분 스테이지 차수, 데시메이터 팩터, 및 콤브 미분 지연차수에 기초해 결정된 누적 이득을 이용하여 상기 주기 타이머로부터의 주기 카운트값에 대해 누적증폭을 수행하고, 상기 누적 증폭된 주기 카운트값을 제공하는 전자 기기.
  12. 제11항에 있어서, 상기 터치 검출회로는,
    상기 주파수 디지털 컨버터로부터 입력받은 상기 카운트값을 미분하여 차분값을 생성하고, 상기 차분값을 기설정된 폴링 임계치 및 라이징 임계치 각각과 비교하여, 그 비교결과에 기초해 커패시티브 센싱 및 인덕티브 센싱을 식별하기 위한 레벨을 갖는 상기 터치 검출 신호를 출력하는
    전자 기기.
  13. 제12항에 있어서, 상기 터치 검출회로는,
    상기 주파수 디지털 컨버터로부터 입력받은 상기 카운트값을 딜레이 제어 신호에 기초로 결정된 시간만큼 딜레이하여, 딜레이 카운트값을 출력하는 딜레이회로;
    상기 딜레이회로로부터의 상기 딜레이 카운트값에서 상기 카운트값을 감산하여 생성된 차분값을 출력하는 감산회로; 및
    상기 감산회로로부터 입력받은 상기 차분값을 기설정된 폴링 임계치 및 라이징 임계치 각각과 비교하여, 그 비교결과에 기초해 커패시티브 센싱 및 인덕티브 센싱을 식별하기 위한 결정된 제1 레벨 또는 제2 레벨을 갖는 상기 터치 검출 신호를 출력하는 슬로프 검출회로;
    를 포함하는 전자 기기.
  14. 제13항에 있어서, 상기 슬로프 검출회로는,
    상기 차분값이 폴링(하강)인지 라이징(상승)인지를 판별하여, 폴링(하강)이면 액티브 상태의 인에이블 신호를 출력하고, 라이징(상승)이면 비액티브 상태의 인에이블 신호를 출력하는 슬로프 검출기;
    상기 인에이블 신호가 액티브 상태가 되면, 상기 차분값이 미리 정해진 시간 동안 폴링 임계치 이하값이 되면 폴링 검출 신호를 발생하는 폴링 슬로프 검출기(832);
    상기 인에이블 신호가 액티브 상태가 되면, 차분값이 미리 정해진 시간동안 라이징 임계치 이상값이 되면 라이징 검출 신호를 발생하는 라이징 슬로프 검출기; 및
    상기 폴링 검출 신호 및 라이징 검출 신호를 기초로 제1 레벨 또는 제2 레벨을 갖는 상기 터치 검출 신호를 생성하는 검출신호 생성기;
    를 포함하는 전자 기기..
  15. 제14항에 있어서, 상기 검출신호 생성기는,
    상기 폴링 검출 신호 및 라이징 검출 신호를 기초로, 상기 차분값이 하강후 상승이면 인체에 의한 터치를 의미하는 제1 레벨을 갖는 터치 검출 신호를 생성하는
    전자 기기.
  16. 제14항에 있어서, 상기 검출신호 생성기는,
    상기 폴링 검출 신호 및 라이징 검출 신호를 기초로, 상기 차분값이 상승후 하강이면 인덕티브 센싱을 의미하는 제2 레벨을 갖는 터치 검출 신호를 생성하는
    전자 기기.
  17. 하우징과 일체로 이루어진 조작 입력부를 포함하고, 상기 조작 입력부는 제1 스위칭부재를 포함하여, 전자 기기에 적용되는 스위칭 조작 센싱 장치에 있어서,
    상기 제1 스위칭부재를 통한 조작 입력시, 상기 조작 입력의 대상체에 따른 커패시티브 변화 또는 인덕티브 변화에 기초해 가변되는 공진주파수를 갖는 발진신호를 생성하는 발진회로;
    상기 발진회로로부터의 발진신호를 카운트값으로 변환하는 주파수 디지털 컨버터; 및
    상기 주파수 디지털 컨버터로부터 입력되는 카운트값에 대한 슬로프 변화에 기초해 커패시티브 센싱과 인덕티브 센싱을 식별하여 검출하고, 이 검출에 기초해 서로 다른 레벨을 갖는 터치 검출 신호를 출력하는 터치 검출회로;
    를 포함하는 스위칭 조작 센싱 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 주파수 디지털 컨버터는
    상기 발진신호를 이용하여 기준클럭신호를 카운팅하여 상기 카운트값을 생성하는
    스위칭 조작 센싱 장치.
  19. 제17항에 있어서, 상기 발진회로는,
    상기 제1 스위칭부재의 내측에 배치된 제1 코일요소를 포함하는 인덕턴스 회로; 및
    상기 인덕턴스 회로에 연결된 커패시터 소자를 포함하는 커패시턴스 회로; 를 포함하고,
    상기 발진회로는,
    상기 제1 스위칭부재가 인체에 의해 터치되면 제1 주파수 특성을 갖는 발진신호를 생성하고, 상기 제1 스위칭부재가 비인체에 의해 터치되면 제2 주파수 특성을 갖는 발진신호를 생성하는,
    스위칭 조작 센싱 장치.
  20. 제17항에 있어서, 상기 발진회로는,
    상기 제1 스위칭부재의 내측에 배치된 제1 코일요소를 포함하여, 상기 제1 스위칭부재가 비인체에 의해 터치되면 가변되는 인덕턴스를 갖는 인덕턴스 회로; 및
    상기 인덕턴스 회로에 연결된 커패시터 소자를 포함하고, 상기 제1 스위칭부재가 인체에 의해 터치되면 가변되는 커패시턴스를 갖는 커패시턴스 회로;
    를 포함하는 스위칭 조작 센싱 장치.
  21. 제19항에 있어서, 상기 제1 코일요소는
    기판에 장착되고, 상기 제1 스위칭부재의 내측면에 부착된
    스위칭 조작 센싱 장치.
  22. 제17항에 있어서, 상기 주파수 디지털 컨버터는
    기준 주파수 신호를 기준 주파수 분주비를 이용하여 분주하여 분주된 기준 클럭신호를 생성하고, 상기 분주된 기준 클럭신호를 상기 발진신호를 이용하여 카운트하여 생성된 상기 카운트값을 출력하는
    스위칭 조작 센싱 장치.
  23. 제17항에 있어서, 상기 주파수 디지털 컨버터는
    기준 주파수 신호를 기준 주파수 분주비를 이용하여 분주하여 분주된 기준 클럭신호를 생성하고, 상기 발진회로로부터의 발진신호를 센싱 주파수 분주비를 이용하여 분주하며, 상기 분주된 발진신호를 이용하여 상기 분주된 기준 클럭신호를 카운트하여 생성된 상기 카운트값을 출력하는
    스위칭 조작 센싱 장치.
  24. 제17항에 있어서, 상기 주파수 디지털 컨버터는
    기준 주파수 신호를 기준 클럭신호로서 입력받고, 상기 기준 클럭신호를 기준 주파수 분주비를 이용해 분주하여 분주된 기준 클럭신호를 생성하여, 상기 기준 주파수 신호의 주파수를 다운시키는 주파수 다운 컨버터;
    상기 발진신호를 샘플 클럭신호로서 입력받고, 상기 주파수 다운 컨버터로부터 입력받은 상기 분주된 기준 클럭신호의 1주기 시간을, 상기 샘플 클럭신호를 이용해 카운팅 하여 생성된 주기 카운트값을 출력하는 주기 타이머; 및
    상기 주기 타이머로부터 입력받은 상기 주기 카운트값에 대해 누적증폭을 수행하여 생성된 상기 카운트값을 출력하는 CIC 필터회로;
    를 포함하는 스위칭 조작 센싱 장치.
  25. 제24항에 있어서, 상기 CIC 필터회로는,
    상기 주기 타이머로부터 입력받은 상기 주기 카운트값에 대해 누적증폭을 수행하여 생성된 상기 카운트값을 출력하는 데시메이터 CIC 필터를 포함하고,
    상기 데시메이터 CIC 필터는, 사전에 설정된 적분 스테이지 차수, 데시메이터 팩터, 및 콤브 미분 지연차수에 기초해 결정된 누적 이득을 이용하여 상기 주기 타이머로부터의 주기 카운트값에 대해 누적증폭을 수행하고, 상기 누적 증폭된 주기 카운트값을 제공하는 스위칭 조작 센싱 장치.
  26. 제25항에 있어서, 상기 터치 검출회로는,
    상기 주파수 디지털 컨버터로부터 입력받은 상기 카운트값을 미분하여 차분값을 생성하고, 상기 차분값을 기설정된 폴링 임계치 및 라이징 임계치 각각과 비교하여, 그 비교결과에 기초해 커패시티브 센싱 및 인덕티브 센싱을 식별하기 위한 레벨을 갖는 상기 터치 검출 신호를 출력하는
    스위칭 조작 센싱 장치.
  27. 제26항에 있어서, 상기 터치 검출회로는,
    상기 주파수 디지털 컨버터로부터 입력받은 상기 카운트값을 딜레이 제어 신호에 기초로 결정된 시간만큼 딜레이하여, 딜레이 카운트값을 출력하는 딜레이회로;
    상기 딜레이회로로부터의 상기 딜레이 카운트값에서 상기 카운트값을 감산하여 생성된 차분값을 출력하는 감산회로; 및
    상기 감산회로로부터 입력받은 상기 차분값을 기설정된 폴링 임계치 및 라이징 임계치 각각과 비교하여, 그 비교결과에 기초해 커패시티브 센싱 및 인덕티브 센싱을 식별하기 위한 결정된 제1 레벨 또는 제2 레벨을 갖는 상기 터치 검출 신호를 출력하는 슬로프 검출회로;
    를 포함하는 스위칭 조작 센싱 장치.
  28. 제27항에 있어서, 상기 슬로프 검출회로는,
    상기 차분값이 폴링(하강)인지 라이징(상승)인지를 판별하여, 폴링(하강)이면 액티브 상태의 인에이블 신호를 출력하고, 라이징(상승)이면 비액티브 상태의 인에이블 신호를 출력하는 슬로프 검출기;
    상기 인에이블 신호가 액티브 상태가 되면, 상기 차분값이 미리 정해진 시간 동안 폴링 임계치 이하값이 되면 폴링 검출 신호를 발생하는 폴링 슬로프 검출기(832);
    상기 인에이블 신호가 액티브 상태가 되면, 차분값이 미리 정해진 시간동안 라이징 임계치 이상값이 되면 라이징 검출 신호를 발생하는 라이징 슬로프 검출기; 및
    상기 폴링 검출 신호 및 라이징 검출 신호를 기초로 제1 레벨 또는 제2 레벨을 갖는 상기 터치 검출 신호를 생성하는 검출신호 생성기;
    를 포함하는 스위칭 조작 센싱 장치.
  29. 제28항에 있어서, 상기 검출신호 생성기는,
    상기 폴링 검출 신호 및 라이징 검출 신호를 기초로, 상기 차분값이 하강후 상승이면 인체에 의한 터치를 의미하는 제1 레벨을 갖는 터치 검출 신호를 생성하는
    스위칭 조작 센싱 장치.
  30. 제28항에 있어서, 상기 검출신호 생성기는,
    상기 폴링 검출 신호 및 라이징 검출 신호를 기초로, 상기 차분값이 상승후 하강이면 인덕티브 센싱을 의미하는 제2 레벨을 갖는 터치 검출 신호를 생성하는
    스위칭 조작 센싱 장치.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102364056B1 (ko) 2020-12-31 2022-02-18 주식회사 다모아텍 터치 및 터치 포스를 감지하는 하이브리드 센서 및 그 동작 방법
CN117713751A (zh) * 2024-02-01 2024-03-15 秦玄汉(苏州)信息科技有限公司 一种基于分级式计数器的自适应cic滤波***

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113703659B (zh) * 2021-09-01 2024-06-11 恒玄科技(上海)股份有限公司 状态的检测方法及装置、可穿戴设备、可读存储介质

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140144925A (ko) * 2013-06-12 2014-12-22 (주)파트론 압력 센서 패키지 및 압력 센서 패키지가 구비된 위치 지시기
JP2015028712A (ja) * 2013-07-30 2015-02-12 パナソニック液晶ディスプレイ株式会社 タッチ検出装置、タッチパネルおよび画像表示装置
KR20170007127A (ko) * 2015-07-08 2017-01-18 콘티넨탈 오토모티브 프랑스 자동차 도어를 로킹 또는 언로킹하려는 사용자의 의도를 검출하는 디바이스
KR20180046833A (ko) * 2016-10-28 2018-05-09 삼성전기주식회사 디지털 주파수 측정 장치
KR20190087339A (ko) * 2018-01-16 2019-07-24 주식회사 다모아텍 위조 지문을 인식하는 장치 및 방법, 그 장치 및 방법을 이용하는 지문 인식 장치

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7307485B1 (en) * 2005-11-14 2007-12-11 Cypress Semiconductor Corporation Capacitance sensor using relaxation oscillators
CN101888234B (zh) * 2009-05-14 2011-12-14 上海丰芯微电子有限公司 一种人体触摸检测电路
CN102314389B (zh) * 2010-07-08 2015-04-15 飞思卡尔半导体公司 用于触摸传感器接口故障检测的方法和***
CN103116424A (zh) * 2011-11-16 2013-05-22 飞思卡尔半导体公司 触摸板电容式传感器电路
JP6169258B2 (ja) * 2013-05-07 2017-07-26 ザ トラスティーズ オブ プリンストン ユニヴァーシティ 人の手の３ｄ位置・ジェスチャ検知のためのシステム及び方法
CN109586702B (zh) * 2017-09-28 2023-03-31 三星电机株式会社 用于感测旋转主体的设备

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140144925A (ko) * 2013-06-12 2014-12-22 (주)파트론 압력 센서 패키지 및 압력 센서 패키지가 구비된 위치 지시기
JP2015028712A (ja) * 2013-07-30 2015-02-12 パナソニック液晶ディスプレイ株式会社 タッチ検出装置、タッチパネルおよび画像表示装置
KR20170007127A (ko) * 2015-07-08 2017-01-18 콘티넨탈 오토모티브 프랑스 자동차 도어를 로킹 또는 언로킹하려는 사용자의 의도를 검출하는 디바이스
KR20180046833A (ko) * 2016-10-28 2018-05-09 삼성전기주식회사 디지털 주파수 측정 장치
KR20190087339A (ko) * 2018-01-16 2019-07-24 주식회사 다모아텍 위조 지문을 인식하는 장치 및 방법, 그 장치 및 방법을 이용하는 지문 인식 장치

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102364056B1 (ko) 2020-12-31 2022-02-18 주식회사 다모아텍 터치 및 터치 포스를 감지하는 하이브리드 센서 및 그 동작 방법
KR20220097137A (ko) 2020-12-31 2022-07-07 주식회사 다모아텍 터치 및 터치 포스를 감지하는 하이브리드 센서 및 그 동작 방법
US11507230B2 (en) 2020-12-31 2022-11-22 Damoatech Co., Ltd. Hybrid sensor for detecting touch and touch force and method of operating same
CN117713751A (zh) * 2024-02-01 2024-03-15 秦玄汉(苏州)信息科技有限公司 一种基于分级式计数器的自适应cic滤波***
CN117713751B (zh) * 2024-02-01 2024-04-26 秦玄汉(苏州)信息科技有限公司 一种基于分级式计数器的自适应cic滤波***

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