KR101486295B1 - Capacitive sensor with low frequency noise removal function - Google Patents
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Abstract
본 발명은 저주파 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서에 관한 것으로, 터치 또는 노이즈에 의하여 정전용량이 변화하고 이러한 정전용량의 변화로 인하여 전하량이 변화하는 커패시터를 포함하는 전하량 감지부; TX 신호를 온(on) 시 외부로부터 인가되는 기본 노이즈를 증폭하여 출력하고, TX 신호를 오프(off) 시 상기 전하량 감지부로부터 입력되는 전하의 변화량을 증폭하여 출력하는 전하 증폭부; 상기 전하 증폭부로부터 수신되는 기본 노이즈를 샘플링하여 제 1 신호를 출력하고, 전하의 변화량을 샘플링하여 제 2 신호를 출력하는 샘플링부; 상기 샘플링부로부터 수신되는 제 1 신호와 제 2 신호의 차인 제 3 신호를 계산하여 출력하는 노이즈 성분 제거부; 및 상기 노이즈 성분 제거부로부터 수신되는 제 3 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 아날로그 디지털 변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 저주파 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서를 제공한다.
본 발명에 따르면, 저주파 노이즈를 제거하는 알고리즘을 ADC 전단에서 처리함으로써 외부의 노이즈에 충분히 대응하며 감도의 손실을 최소화 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 입력되는 노이즈 신호에 대해서 reference 및 signal에 공통적으로 노이즈가 실리게 한 후 이를 differential 방식으로 공통의 노이즈 성분을 제거함으로써 감도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 저주파 노이즈를 제거하는 알고리즘을 ADC 전단의 아날로그 단에서 처리하도록 하여 ADC 후단에서의 처리에 따른 동작 속도 감소, 전류 증가 및 면적 증가 등의 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to an electrostatic sensor having a low-frequency noise canceling function, and more particularly, to an electrostatic sensor having a low-frequency noise canceling function, including: a charge amount sensing unit including a capacitor whose capacitance changes due to a touch or noise and whose charge amount changes due to a change in capacitance; A charge amplification unit for amplifying and outputting a fundamental noise applied from the outside when the TX signal is on and amplifying a change amount of the charge input from the charge amount sensing unit when the TX signal is off; A sampling unit for sampling a fundamental noise received from the charge amplification unit to output a first signal, sampling a change amount of the charge, and outputting a second signal; A noise component removing unit for calculating and outputting a third signal which is a difference between a first signal and a second signal received from the sampling unit; And an analog-to-digital converter converting the third signal received from the noise component removing unit into a digital signal and outputting the digital signal.
According to the present invention, an algorithm for eliminating low-frequency noise is processed in the front end of the ADC to sufficiently cope with external noise and to minimize sensitivity loss.
In addition, there is an effect that sensitivity can be improved by removing noise common to a reference signal and a signal with respect to an input noise signal, followed by a differential method.
In addition, the algorithm for eliminating low-frequency noise is processed at the analog end of the ADC so that problems such as reduction in operating speed, increase in current, and increase in area due to processing at the rear end of the ADC can be solved.
Description
본 발명은 저주파 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 mutual capacitance 방식 정전방식 센서에 입력되는 저주파 잡음을 제거하여 감도의 손실을 최소화 할 수 있는 저주파 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서에 관한 것이다.The present invention relates to an electrostatic sensor having a low frequency noise canceling function, and more particularly to an electrostatic sensor having a low frequency noise canceling function capable of minimizing loss of sensitivity by removing low frequency noise inputted to a mutual capacitance electrostatic sensor Sensor.
정전방식 센서의 원리는 센서에 입력되는 전하량의 변화를 센싱하는 구조이다. 전하량의 변화는 여러 가지 방식에서 변화할 수 있으며, 이를 응용하는 대표적인 장치가 터치에 의한 전하량의 변화를 유도하는 장치이다. The principle of the electrostatic sensor is a structure that senses a change in the amount of charge input to the sensor. The change of the charge amount can be changed in various ways, and a typical device for applying the change is a device for inducing a change of the charge amount by the touch.
도 1은 종래 mutual capacitance 방식 정전방식 센서의 회로도이고, 도 2는 도 1의 종래 mutual capacitance 방식 정전방식 센서의 구동 파형도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, c1은 물리적으로 값이 고정된 캐패시터이며, c2는 전하량의 변화에 의해 값이 변화하는 캐패시터이다. c3 은 c1 및 c2에 가해지는 전압 TX에 의해 변화하는 전하량의 변화를 전압의 변화량으로 변화시키기 위해 필요한 캐패시터이다. 도 1은 도 2와 같은 구동방식을 가지며, c2의 변화량에 의해 도 2의 dV와 같이 변화량의 차이를 발생시키며 이 변화량의 차이는 도 1의 ADC(아날로그 디지털 변환부)에 의해서 디지털 값인 dV_code로 바뀌어 출력하게 된다.FIG. 1 is a circuit diagram of a conventional mutual capacitance type electrostatic sensor, and FIG. 2 is a driving waveform diagram of the conventional mutual capacitance type electrostatic sensor of FIG. 1 and 2, c1 is a capacitor whose value is physically fixed, and c2 is a capacitor whose value changes by a change in the amount of charge. and c3 is a capacitor necessary for changing a change in the amount of charge that varies depending on the voltage TX applied to c1 and c2 to a change amount of the voltage. 1, a difference in the amount of change is generated as shown by dV in FIG. 2 due to the amount of change in c2. The difference in the amount of change is represented by a digital value dV_code And output.
도 3은 도 1의 종래 mutual capacitance 방식 정전방식 센서에서 노이즈가 유입되는 경로를 나타내는 회로도이고, 도 4는 노이즈 유입 시 종래 mutual capacitance 방식 정전방식 센서의 구동 파형도이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 노이즈가 유입되는 시기는 통상적으로 전하량의 변화를 일으키는 c2의 변화시 유입된다. 유입되는 노이즈의 발생 원인은 통상적으로 시스템의 접지인 vss1 과 전하량의 변화를 일으키는 외부 시스템의 접지인 vss2 가 서로 같지 않아서 발생하게 되며 이 노이즈의 주파수는 수십 Hz ~ 수백 Khz 대 사이의 비교적 저주파 노이즈가 입력된다.FIG. 3 is a circuit diagram showing a path through which noise is introduced in the conventional mutual capacitance type electrostatic sensor of FIG. 1, and FIG. 4 is a driving waveform diagram of a conventional mutual capacitance type electrostatic sensor when noise is introduced. Referring to FIG. 3 and FIG. 4, the period of time when the noise is introduced typically flows in the change of c2 which causes a change in the amount of charge. Generally, the input noise is generated because vss1, which is the ground of the system, and vss2, which is the ground of the external system, which causes the change of the charge amount, are not equal to each other. The frequency of the noise is relatively low frequency noise of several tens Hz to several hundreds of Khz .
외부에서 유입된 노이즈 vn 은 c3에 의해 증폭되어 나타나게 되는데 노이즈에 의해 출력되는 vout은 외부 시스템 노이즈의 주파수를 가지며 매우 큰 폭으로 진동하게 된다. 이로 인해 변화량 dV는 도 2에 비해 매우 감소하게 되고 결과적으로 출력 감도의 margin이 매우 작아지게 되는 문제가 발생한다.The external noise vn is amplified by c3. The vout output by the noise has the frequency of the external system noise and oscillates with a very large amplitude. As a result, the amount of change dV is greatly reduced as compared with that in FIG. 2, resulting in a problem that the margin of the output sensitivity becomes very small.
본 발명은 상기의 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로, 저주파 노이즈를 제거하는 알고리즘을 ADC 전단에서 처리함으로써 외부의 노이즈에 충분히 대응하며 감도의 손실을 최소화 할 수 있는 저주파 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서를 제공하고자 함에 발명의 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide an electrostatic discharge type electrostatic discharge The present invention has an object of providing a sensor.
또한, 입력되는 노이즈 신호에 대해서 reference 및 signal에 공통적으로 노이즈가 실리게 한 후 이를 differential 방식으로 공통의 노이즈 성분을 제거하여 감도를 향상시킬 수 있는 저주파 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서를 제공하고자 함에 발명의 목적이 있다.Also, it is desirable to provide an electrostatic sensor having a low-frequency noise canceling function capable of enhancing sensitivity by eliminating a common noise component by applying a common noise to a reference signal and a signal with respect to an inputted noise signal, It is an object of the invention.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 저주파 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서는, 터치 또는 노이즈에 의하여 정전용량이 변화하고 이러한 정전용량의 변화로 인하여 전하량이 변화하는 커패시터를 포함하는 전하량 감지부; TX 신호를 온(on) 시 외부로부터 인가되는 기본 노이즈를 증폭하여 출력하고, TX 신호를 오프(off) 시 상기 전하량 감지부로부터 입력되는 전하의 변화량을 증폭하여 출력하는 전하 증폭부; 상기 전하 증폭부로부터 수신되는 기본 노이즈를 샘플링하여 제 1 신호를출력하고, 전하의 변화량을 샘플링하여 제 2 신호를 출력하는 샘플링부; 상기 샘플링부로부터 수신되는 제 1 신호와 제 2 신호의 차인 제 3 신호를 계산하여 출력하는 노이즈 성분 제거부; 및 상기 노이즈 성분 제거부로부터 수신되는 제 3 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 아날로그 디지털 변환부를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an electrostatic sensor having a low frequency noise canceling function, including: a charge amount sensing unit including a capacitor whose capacitance changes due to a touch or noise and whose charge amount changes due to a change in capacitance; A charge amplification unit for amplifying and outputting a fundamental noise applied from the outside when the TX signal is on and amplifying a change amount of the charge input from the charge amount sensing unit when the TX signal is off; A sampling unit for sampling a fundamental noise received from the charge amplification unit to output a first signal, sampling a change amount of the charge, and outputting a second signal; A noise component removing unit for calculating and outputting a third signal which is a difference between a first signal and a second signal received from the sampling unit; And an analog-digital converter for converting the third signal received from the noise component removing unit into a digital signal and outputting the digital signal.
또한, 상기 전하 증폭부는, 상기 외부로부터 인가되는 기본 노이즈와 상기 전하량 감지부로부터 입력되는 전하의 변화량을 증폭하여 출력하는 증폭기; 상기 증폭기의 반전 입력단자와 출력 단자 사이에 접속된 궤환 커패시터; 및 상기 궤환 커패시터의 양단을 연결하는 스위치를 포함하고, 상기 TX 신호가 온(on) 상태에서, 상기 스위치를 오프(off)시키면 상기 증폭기 및 궤환 커패시터의 증폭작용에 의해 외부로부터 인가되는 기본 노이즈를 증폭하여 출력하고, 상기 스위치가 오프(off) 상태에서 상기 TX 신호를 오프(off) 시, 상기 증폭기 및 궤환 커패시터의 증폭작용에 의해 상기 전하량 감지부로부터 입력되는 전하의 변화량을 증폭하여 출력할 수 있다.Also, the charge amplifying unit may include: an amplifier for amplifying and outputting a variation amount of the charge inputted from the external noise and the basic noise applied from the outside; A feedback capacitor connected between the inverting input terminal and the output terminal of the amplifier; And a switch connecting both ends of the feedback capacitor. When the TX signal is on, when the switch is turned off, a fundamental noise applied from the outside by the amplifying action of the amplifier and the feedback capacitor is And amplifying and outputting a change amount of the charge input from the charge amount sensing unit by the amplifying action of the amplifier and the feedback capacitor when the TX signal is turned off when the switch is off, have.
또한, 상기 전하량 감지부는 전하의 값이 고정된 제 1 커패시터와, 터치 또는 노이즈에 의하여 정전용량이 변화하고 이러한 정전용량의 변화로 인하여 전하량이 변화하는 제 2 커패시터를 포함하고, 상기 제 1 커패시터와 제 2 커패시터의 상호작용에 의해 전하량의 변화를 감지하며, 상기 TX 신호가 온(on), 상기 스위치가 온(on) 상태에서 상기 제 1 커패시터와 제 2 커패시터를 초기화 할 수 있다.The charge quantity sensing unit may include a first capacitor having a fixed charge value and a second capacitor having a capacitance varying due to a touch or noise and varying in charge amount due to a change in the capacitance, The first capacitor and the second capacitor can be initialized in a state in which the TX signal is on and the switch is on.
또한, 상기 전하 증폭부는, 상기 외부로부터 인가되는 기본 노이즈와 상기 전하량 감지부로부터 입력되는 전하의 변화량을 증폭하여 출력하는 증폭기; 상기 증폭기의 반전 입력단자와 출력 단자 사이에 접속된 제 1 가변 커패시터; 상기 제 1 가변 커패시터의 양단을 연결하는 제 1 스위치; 상기 제 1 스위치의 일단에 연결된 제 2 가변 커패시터; 및 상기 제 1 스위치의 타단과 상기 제 2 가변 커패시터를 연결하는 제 2 스위치를 포함하고, 상기 TX 신호가 온(on) 상태에서, 상기 제 1 스위치 및 제 2 스위치를 오프(off)시키면 상기 증폭기 및 제 1 가변 커패시터의 증폭작용에 의해 외부로부터 인가되는 기본 노이즈를 증폭하여 출력하고, 상기 제 1 스위치가 오프(off) 상태에서 상기 TX 신호를 오프(off) 시키고 상기 제 2 스위치를 온(on) 시키면, 상기 증폭기, 제 1 가변 커패시터 및 제 2 가변 커패시터의 증폭작용에 의해 상기 전하량 감지부로부터 입력되는 전하의 변화량을 증폭하여 출력할 수 있다.Also, the charge amplifying unit may include: an amplifier for amplifying and outputting a variation amount of the charge inputted from the external noise and the basic noise applied from the outside; A first variable capacitor connected between an inverting input terminal and an output terminal of the amplifier; A first switch connecting both ends of the first variable capacitor; A second variable capacitor connected to one end of the first switch; And a second switch for connecting the other end of the first switch and the second variable capacitor. When the TX signal is on, when the first switch and the second switch are turned off, And amplifying and outputting a fundamental noise applied from the outside by the amplifying action of the first variable capacitor, and when the first switch is off, the TX signal is turned off and the second switch is turned on ), The amount of change of the charge input from the charge amount sensing unit can be amplified and output by the amplifying action of the amplifier, the first variable capacitor, and the second variable capacitor.
또한, 상기 전하량 감지부는 전하의 값이 고정된 제 1 커패시터와, 터치 또는 노이즈에 의하여 정전용량이 변화하고 이러한 정전용량의 변화로 인하여 전하량이 변화하는 제 2 커패시터를 포함하고, 상기 제 1 커패시터와 제 2 커패시터의 상호작용에 의해 전하량의 변화를 감지하며, 상기 TX 신호가 온(on), 상기 제 1 스위치가 온(on) 및 상기 제 2 스위치가 오프(off) 상태에서 상기 제 1 커패시터와 제 2 커패시터를 초기화 할 수 있다.The charge quantity sensing unit may include a first capacitor having a fixed charge value and a second capacitor having a capacitance varying due to a touch or noise and varying in charge amount due to a change in the capacitance, Wherein the first capacitor and the second capacitor are electrically connected to each other while the TX signal is on and the first switch is on and the second switch is off, The second capacitor can be initialized.
또한, 상기 샘플링부는, 제 1 제어신호에 따라 상기 전하 증폭부로부터 수신되는 기본 노이즈를 샘플링하여 제 1 신호를 출력하는 노이즈 샘플링부; 및 제 2 제어신호에 따라 상기 전하 증폭부로부터 수신되는 전하의 변화량을 샘플링하여 제 2 신호를 출력하는 시그널 샘플링부를 포함하고, 상기 노이즈 샘플링부는 상기 TX 신호가 온(on) 상태에서 상기 제 1 제어신호에 의해 기본 노이즈를 샘플링하여 제 1 신호를 출력하고, 상기 시그널 샘플링부는 상기 TX 신호가 오프(off) 상태에서 상기 제 2 제어신호에 의해 전하의 변화량을 샘플링하여 제 2 신호를 출력할 수 있다.The sampling unit includes: a noise sampling unit for sampling a fundamental noise received from the charge amplification unit according to a first control signal and outputting a first signal; And a signal sampling unit for sampling a change amount of the charge received from the charge amplification unit according to a second control signal and outputting a second signal, wherein the noise sampling unit comprises: The signal sampler samples the basic noise by the signal and the signal sampling unit samples the variation of the charge by the second control signal in the off state of the TX signal to output the second signal .
또한, 상기 아날로그 디지털 변환부는 상기 TX 신호가 오프(off)인 상태에서 제 3 제어신호에 따라 제 3 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력할 수 있다.In addition, the analog-to-digital converter may convert the third signal into a digital signal in accordance with the third control signal while the TX signal is off.
본 발명에 따른 저주파 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서에 의하면, 저주파 노이즈를 제거하는 알고리즘을 ADC 전단에서 처리함으로써 외부의 노이즈에 충분히 대응하며 감도의 손실을 최소화 할 수 있는 효과가 있다.According to the electrostatic sensor having a low-frequency noise canceling function according to the present invention, an algorithm for eliminating low-frequency noise is processed in the front end of the ADC to sufficiently cope with external noise and to minimize sensitivity loss.
또한, 입력되는 노이즈 신호에 대해서 reference 및 signal에 공통적으로 노이즈가 실리게 한 후 이를 differential 방식으로 공통의 노이즈 성분을 제거함으로써 감도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, there is an effect that sensitivity can be improved by removing noise common to a reference signal and a signal with respect to an input noise signal, followed by a differential method.
또한, 저주파 노이즈를 제거하는 알고리즘을 ADC 전단의 아날로그 단에서 처리하도록 하여 ADC 후단에서의 처리에 따른 동작 속도 감소, 전류 증가 및 면적 증가 등의 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다.In addition, the algorithm for eliminating low-frequency noise is processed at the analog end of the ADC so that problems such as reduction in operating speed, increase in current, and increase in area due to processing at the rear end of the ADC can be solved.
도 1은 종래 mutual capacitance 방식 정전방식 센서의 회로도.
도 2는 도 1의 종래 mutual capacitance 방식 정전방식 센서의 구동 파형도.
도 3은 도 1의 종래 mutual capacitance 방식 정전방식 센서에서 노이즈가 유입되는 경로를 나타내는 회로도.
도 4는 노이즈 유입 시 종래 mutual capacitance 방식 정전방식 센서의 구동 파형도.
도 5는 본 발명에 따른 저주파 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서의 블록도.
도 6은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 저주파 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서의 회로도.
도 7은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 저주파 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서의 구동 파형도.
도 8은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 저주파 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서의 회로도.
도 9는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 저주파 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서의 구동 파형도.1 is a circuit diagram of a conventional mutual capacitance type electrostatic sensor.
2 is a drive waveform diagram of the conventional mutual capacitance type electrostatic sensor of FIG.
3 is a circuit diagram showing a path through which noise flows in the conventional mutual capacitance type electrostatic sensor of FIG.
4 is a driving waveform diagram of a conventional mutual capacitance type electrostatic sensor when noise is introduced.
5 is a block diagram of an electrostatic sensor having a low-frequency noise canceling function according to the present invention.
6 is a circuit diagram of an electrostatic sensor having a low frequency noise canceling function according to a first embodiment of the present invention.
7 is a driving waveform diagram of an electrostatic sensor having a low frequency noise canceling function according to the first embodiment of the present invention.
8 is a circuit diagram of an electrostatic sensor having a low-frequency noise canceling function according to a second embodiment of the present invention.
9 is a driving waveform diagram of an electrostatic sensor having a low frequency noise canceling function according to a second embodiment of the present invention.
이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 실시 예를 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
이하 본 발명에서 TX 신호 및 각종 신호의 위상은 실시 예를 나타낸 것이므로, 각 신호의 위상이 서로 반대가 되었을 때도 본 발명은 성립하며, 본 발명의 권리범위에 속함은 자명하다.In the present invention, since the TX signal and various signals have phases, the present invention is also applicable to the case where the phases of the signals are opposite to each other, and it is obvious that they belong to the scope of the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 저주파 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서의 블록도이다.5 is a block diagram of an electrostatic sensor having a low frequency noise canceling function according to the present invention.
도 5를 참조하면, 저주파 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서(100)는 전하량 감지부(10), 전하 증폭부(20), 샘플링부(30), 노이즈 성분 제거부(40) 및 아날로그 디지털 변환부(ADC)(50)를 포함한다. 또한, 전하량 감지부(10)에 포함되는 캐패시터에 가해지는 전압 TX 및 샘플링부(30), 아날로그 디지털 변환부(50)의 구동을 제어하는 각종 제어신호를 발생 및 타이밍을 제어하는 구동 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.5, an
전하량은 여러 가지 방식에 의해 변화할 수 있다. 대표적으로 터치에 의해 전하량의 변화가 가능하지만, 터치 이외의 전하량이 변화할 수 있는 모든 장치에 본 발명이 적용될 수 있다.The charge quantity can be varied by various methods. Typically, the amount of charge can be changed by a touch, but the present invention can be applied to all devices in which the amount of charges other than the touch can change.
전하량 감지부(10)는 터치 또는 노이즈에 의하여 정전용량이 변화하고 이러한 정전용량의 변화로 인하여 전하량이 변화하는 커패시터를 포함한다. 바람직하게는, mutual capacitance 방식에 의해 구현될 수 있다.The charge
전하 증폭부(20)는 구동 제어부에서 TX 신호를 온(on) 시 외부로부터 인가되는 기본 노이즈(vn)를 증폭하여 출력하고, TX 신호를 오프(off) 시 전하량 감지부(10)로부터 입력되는 전하의 변화량을 증폭하여 출력한다.The
샘플링부(30)는 전하 증폭부(20)로부터 수신되는 기본 노이즈(vn)를 샘플링하여 제 1 신호를 출력하고, 전하의 변화량을 샘플링하여 제 2 신호를 출력한다. The
구체적으로, 구동 제어부에 의해 TX 신호가 온(on) 상태에서 샘플링부(30)의 구동을 제어하는 신호가 입력되면 기본 노이즈(vn)를 샘플링하여 제 1 신호를 출력한다. 제 1 신호는 reference를 말한다. 제 1 신호를 출력하고 나면, 구동 제어부에 의해 TX 신호가 오프(off) 상태로 전환되고, 샘플링부(30)의 구동을 제어하는 신호가 입력되면 전하의 변화량을 샘플링하여 제 2 신호를 출력한다. 제 2 신호는 signal을 말한다.Specifically, when a signal for controlling the driving of the
노이즈 성분 제거부(40)는 샘플링부(30)로부터 수신되는 제 1 신호와 제 2 신호의 차인 제 3 신호를 계산하여 출력한다. 구체적으로, 제 3 신호는 제 2 신호에서 제 1 신호를 뺀 성분이다.The noise
아날로그 디지털 변환부(ADC)(50)는 노이즈 성분 제거부(40)로부터 수신되는 제 3 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다.
The analog-to-digital converter (ADC) 50 converts the third signal received from the noise
[제 1 실시 예][First Embodiment]
도 6은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 저주파 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서의 회로도이고, 도 7은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 저주파 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서의 구동 파형도이다.FIG. 6 is a circuit diagram of an electrostatic sensor having a low-frequency noise canceling function according to a first embodiment of the present invention, FIG. 7 is a driving waveform diagram of an electrostatic sensor having a low- to be.
도 6 및 도 7을 참조하면, 전하 증폭부(20)는 외부로부터 인가되는 기본 노이즈(vn)와 전하량 감지부(10)로부터 입력되는 전하의 변화량을 증폭하여 출력하는 증폭기(21), 증폭기(21)의 반전 입력단자와 출력 단자 사이에 접속된 궤환 커패시터(c3) 및 궤환 커패시터(c3)의 양단을 연결하는 스위치(sw)를 포함한다.6 and 7, the
구동 제어부에 의해 TX 신호가 온(on) 상태에서, 스위치(sw)를 오프(off)시키면 증폭기(21) 및 궤환 커패시터(c3)의 증폭작용에 의해 외부로부터 인가되는 기본 노이즈(vn)를 증폭하여 출력하고, 스위치(sw)가 오프(off)된 상태에서 구동 제어부에 의해 TX 신호를 오프(off) 시, 증폭기(21) 및 궤환 커패시터(c3)의 증폭작용에 의해 전하량 감지부(10)로부터 입력되는 전하의 변화량을 증폭하여 출력한다.When the switch SW is turned off while the TX signal is turned on by the drive control unit, the
전하량 감지부(10)는 전하의 값이 고정된 제 1 커패시터(c1)와 터치 또는 노이즈에 의하여 정전용량이 변화하고 이러한 정전용량의 변화로 인하여 전하량이 변화하는 제 2 커패시터(c2)를 포함하고, 제 1 커패시터(c1)와 제 2 커패시터(c2)의 상호작용에 의해 전하량의 변화를 감지하며, 구동 제어부에 의해 TX 신호가 온(on), 스위치(sw)가 온(on) 상태에서 제 1 커패시터(c1)와 제 2 커패시터(c2) 및 캐패시터(c4)를 초기화 한다. 캐패시터(c4)에 의해 전하량 감지부(10)가 접지하게 되는 것이다. 이 때, 증폭기(21)의 피드백(feedback) 동작에 의해 외부로부터 인가되는 기본 노이즈(vn)는 증폭기(21)에 흡수되므로, 노이즈(vn)가 관측되지 않는다. 그런 다음, TX 신호가 온(on) 상태에서 스위치(sw)를 오프시켜 증폭기(21) 및 궤환 캐패시터(c3)의 증폭작용에 의해 외부로부터 인가되는 기본 노이즈(vn)를 증폭하여 출력하고, 스위치(sw)가 오프(off) 된 상태에서 TX 신호를 오프(off) 시, 증폭기(21) 및 궤환 캐패시터(c3)의 증폭작용에 의해 전하량 감지부(10)로부터 입력되는 전하의 변화량을 증폭하여 출력하는 것이다.The charge
샘플링부(30)는 제 1 제어신호(smp_ref)에 따라 전하 증폭부(20)로부터 수신되는 기본 노이즈를 샘플링하여 제 1 신호(vsnh_ref)를 출력하는 노이즈 샘플링부(31) 및 제 2 제어신호(smp_sig)에 따라 전하 증폭부(20)로부터 수신되는 전하의 변화량을 샘플링하여 제 2 신호(vsnh_sig)를 출력하는 시그널 샘플링부(32)를 포함한다.The
노이즈 샘플링부(31)는 구동 제어부에 의해 TX 신호가 온(on) 상태에서 구동 제어부의 제 1 제어신호(smp_ref)에 의해 기본 노이즈를 샘플링하여 제 1 신호(vsnh_ref)를 출력하고, 시그널 샘플링부(32)는 구동 제어부에 의해 TX 신호가 오프(off) 된 상태에서 제 2 제어신호(smp_sig)에 의해 전하의 변화량을 샘플링하여 제 2 신호(vsnh_sig)를 출력한다.The
노이즈 성분 제거부(40)는 시그널 샘플링부(32)에서 수신되는 제 2 신호(vsnh_sig)에서 노이즈 샘플링부(31)에서 수신되는 제 1 신호(vsnh_ref)를 뺀 제 3 신호(V_diff)를 계산하여 출력한다.The noise
아날로그 디지털 변환부(ADC)(50)는 구동 제어부에 의해 TX 신호가 오프(off)인 상태에서 제 3 제어신호(adc_ena)에 따라 제 3 신호(V_diff)를 디지털 신호(ADC_OUT)로 변환하여 출력한다.The
도 7을 참조하면, 상기의 제 1 실시 예에서 설명한 정전방식 센서의 TX 신호, 스위치의 동작, 샘플링부(30)와 노이즈 성분 제거부(40)로부터 출력되는 각종 신호, 샘플링부(30)와 아날로그 디지털 변환부(ADC)(50)를 제어하기 위한 각종 제어신호, 그리고 종래의 기술인 도 4에서의 dV_code와 비교하여 출력 감도가 향상된 dV_code의 구동 파형을 볼 수 있다.
7, the operation of the TX signal, the operation of the switch, the
[제 2 실시 예][Second Embodiment]
도 8은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 저주파 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서의 회로도이고, 도 9는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 저주파 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서의 구동 파형도이다.FIG. 8 is a circuit diagram of an electrostatic sensor having a low-frequency noise canceling function according to a second embodiment of the present invention, FIG. 9 is a driving waveform diagram of an electrostatic sensor having a low-frequency noise canceling function according to the second embodiment of the present invention to be.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 저주파 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서(100)는 전하량 감지부(10), 샘플링부(30), 노이즈 성분 제거부(40) 및 아날로그 디지털 변환부(ADC)(50)의 기능 및 구체적인 구성은 상기의 제 1 실시 예와 동일하다.8 and 9, an
구체적으로 차이가 있는 부분은 전하 증폭부(20)이므로, 이를 중심으로 설명한다.Specifically, the difference is the
전하 증폭부(20)는 외부로부터 인가되는 기본 노이즈(vn)와 전하량 감지부(10)로부터 입력되는 전하의 변화량을 증폭하여 출력하는 증폭기(21), 증폭기(21)의 반전 입력단자와 출력 단자 사이에 접속된 제 1 가변 커패시터(c5), 제 1 가변 커패시터(c5)의 양단을 연결하는 제 1 스위치(sw1), 제 1 스위치(sw1)의 일단에 연결된 제 2 가변 커패시터(c6) 및 제 1 스위치(sw1)의 타단과 제 2 가변 커패시터(c6)를 연결하는 제 2 스위치(sw2)를 포함한다.The
구동 제어부에 의해 TX 신호가 온(on) 상태에서, 제 1 스위치(sw1) 및 제 2 스위치(sw2)를 오프(off)시키면 증폭기(21) 및 제 1 가변 커패시터(c5)의 증폭작용에 의해 외부로부터 인가되는 기본 노이즈(vn)를 증폭하여 출력하고, 제 1 스위치(sw1)가 오프(off) 상태에서 구동 제어부에 의해 TX 신호를 오프(off) 시키고 제 2 스위치(sw2)를 온(on) 시키면, 증폭기(21), 제 1 가변 커패시터(c5) 및 제 2 가변 커패시터(c6)의 증폭작용에 의해 전하량 감지부(10)로부터 입력되는 전하의 변화량을 증폭하여 출력한다.When the first switch sw1 and the second switch sw2 are turned off while the TX signal is turned on by the drive control unit, the amplifying operation of the
전하량 감지부(10)는 전하의 값이 고정된 제 1 커패시터(c1)와, 터치 또는 노이즈에 의하여 정전용량이 변화하고 이러한 정전용량의 변화로 인하여 전하량이 변화하는 제 2 커패시터(c2)를 포함하고, 제 1 커패시터(c1)와 제 2 커패시터(c2)의 상호작용에 의해 전하량의 변화를 감지하며, 구동 제어부에 의해 TX 신호가 온(on), 제 1 스위치(sw1)가 온(on) 및 제 2 스위치(sw2)가 오프(off) 상태에서 제 1 커패시터(c1)와 제 2 커패시터(c2)를 초기화 한다. 캐패시터(c4)에 의해 전하량 감지부(10)가 접지하게 되는 것이다. 이 때, 증폭기(21)의 피드백(feedback) 동작에 의해 외부로부터 인가되는 기본 노이즈(vn)는 증폭기(21)에 흡수되므로, 노이즈(vn)가 관측되지 않는다. 그런 다음, TX 신호가 온(on) 상태에서 제 1 스위치(sw1) 및 제 2 스위치(sw2)를 오프시켜 증폭기(21) 및 제 1 가변 캐패시터(c5)의 증폭작용에 의해 외부로부터 인가되는 기본 노이즈(vn)를 증폭하여 출력하고, 제 1 스위치(sw1)가 오프(off) 된 상태에서 TX 신호를 오프(off) 시키고 제 2 스위치(sw2)를 온(on) 시키면, 증폭기(21), 제 1 가변 캐패시터(c5) 및 제 2 가변 캐패시터(c6)의 증폭작용에 의해 전하량 감지부(10)로부터 입력되는 전하의 변화량을 증폭하여 출력하는 것이다.The charge
그 밖에 다른 구성요소의 구체적인 설명은 상기의 제 1 실시 예와 같으므로 생략한다.Details of the other components are the same as those of the first embodiment, and thus will not be described.
도 9를 참조하면, 상기의 제 2 실시 예에서 설명한 정전방식 센서의 TX 신호, 스위치의 동작 및 샘플링부(30)와 아날로그 디지털 변환부(ADC)(50)를 제어하기 위한 각종 제어신호의 구동 파형을 볼 수 있다.
9, the operation of the TX signal and the switch of the electrostatic-type sensor described in the second embodiment and the driving of various control signals for controlling the
본 발명에 의하면, 저주파 노이즈를 제거하는 알고리즘을 ADC 전단에서 처리함으로써 외부의 노이즈에 충분히 대응하며 감도의 손실을 최소화 할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, an algorithm for eliminating low-frequency noise is processed in the front end of the ADC to sufficiently cope with external noise and to minimize sensitivity loss.
또한, 입력되는 노이즈 신호에 대해서 reference 및 signal에 공통적으로 노이즈가 실리게 한 후 이를 differential 방식으로 공통의 노이즈 성분을 제거함으로써 감도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, there is an effect that sensitivity can be improved by removing noise common to a reference signal and a signal with respect to an input noise signal, followed by a differential method.
또한, 저주파 노이즈를 제거하는 알고리즘을 ADC 전단의 아날로그 단에서 처리하도록 하여 ADC 후단에서의 처리에 따른 동작 속도 감소, 전류 증가 및 면적 증가 등의 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다.
In addition, the algorithm for eliminating low-frequency noise is processed at the analog end of the ADC so that problems such as reduction in operating speed, increase in current, and increase in area due to processing at the rear end of the ADC can be solved.
본 발명은 상기한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 되는 것임은 자명하다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims and their equivalents. Obviously, such modifications are intended to be within the scope of the claims.
10: 전하량 감지부 20: 전하 증폭부
21: 증폭기 30: 샘플링부
31: 노이즈 샘플링부 32: 시그널 샘플링부
40: 노이즈 성분 제거부 50: 아날로그 디지털 변환부(ADC)10: charge amount sensing unit 20: charge amplification unit
21: amplifier 30: sampling unit
31: Noise sampling unit 32: Signal sampling unit
40: noise component removing unit 50: analog-to-digital converter (ADC)
Claims (7)
TX 신호를 온(on) 시 외부로부터 인가되는 기본 노이즈를 증폭하여 출력하고, TX 신호를 오프(off) 시 상기 전하량 감지부로부터 입력되는 전하의 변화량을 증폭하여 출력하는 전하 증폭부;
상기 전하 증폭부로부터 수신되는 기본 노이즈를 샘플링하여 제 1 신호를출력하고, 전하의 변화량을 샘플링하여 제 2 신호를 출력하는 샘플링부;
상기 샘플링부로부터 수신되는 제 1 신호와 제 2 신호의 차인 제 3 신호를 계산하여 출력하는 노이즈 성분 제거부; 및
상기 노이즈 성분 제거부로부터 수신되는 제 3 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 아날로그 디지털 변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 저주파 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서.A charge amount sensing unit including a capacitor whose capacitance changes due to a touch or noise and whose charge amount changes due to such a change in capacitance;
A charge amplification unit for amplifying and outputting a fundamental noise applied from the outside when the TX signal is on and amplifying a change amount of the charge input from the charge amount sensing unit when the TX signal is off;
A sampling unit for sampling a fundamental noise received from the charge amplification unit to output a first signal, sampling a change amount of the charge, and outputting a second signal;
A noise component removing unit for calculating and outputting a third signal which is a difference between a first signal and a second signal received from the sampling unit; And
And an analog-to-digital converter converting the third signal received from the noise component removing unit into a digital signal and outputting the digital signal.
상기 전하 증폭부는,
상기 외부로부터 인가되는 기본 노이즈와 상기 전하량 감지부로부터 입력되는 전하의 변화량을 증폭하여 출력하는 증폭기;
상기 증폭기의 반전 입력단자와 출력 단자 사이에 접속된 궤환 커패시터; 및
상기 궤환 커패시터의 양단을 연결하는 스위치를 포함하고,
상기 TX 신호가 온(on) 상태에서, 상기 스위치를 오프(off)시키면 상기 증폭기 및 궤환 커패시터의 증폭작용에 의해 외부로부터 인가되는 기본 노이즈를 증폭하여 출력하고, 상기 스위치가 오프(off) 상태에서 상기 TX 신호를 오프(off) 시, 상기 증폭기 및 궤환 커패시터의 증폭작용에 의해 상기 전하량 감지부로부터 입력되는 전하의 변화량을 증폭하여 출력하는 것을 특징으로 하는 저주파 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서.The method according to claim 1,
Wherein the charge amplification unit comprises:
An amplifier for amplifying and outputting a basic noise applied from the outside and a variation amount of the charge input from the charge amount sensing unit;
A feedback capacitor connected between the inverting input terminal and the output terminal of the amplifier; And
And a switch connecting both ends of the feedback capacitor,
When the TX signal is on, amplifying and outputting a fundamental noise applied from the outside by the amplifying action of the amplifier and the feedback capacitor when the switch is turned off, and when the switch is off, Wherein when the TX signal is turned off, a change amount of the charge input from the charge amount sensing unit is amplified by the amplifying action of the amplifier and the feedback capacitor, and then the amplified charge amount is outputted.
상기 전하량 감지부는 전하의 값이 고정된 제 1 커패시터와, 터치 또는 노이즈에 의하여 정전용량이 변화하고 이러한 정전용량의 변화로 인하여 전하량이 변화하는 제 2 커패시터를 포함하고, 상기 제 1 커패시터와 제 2 커패시터의 상호작용에 의해 전하량의 변화를 감지하며,
상기 TX 신호가 온(on), 상기 스위치가 온(on) 상태에서 상기 제 1 커패시터와 제 2 커패시터를 초기화 하는 것을 특징으로 하는 저주파 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서. 3. The method of claim 2,
Wherein the charge quantity sensing unit includes a first capacitor whose charge value is fixed and a second capacitor whose capacitance is changed by a touch or noise and whose charge amount is changed by a change of the capacitance, Sensing the change in charge quantity by the interaction of the capacitors,
Wherein the first capacitor and the second capacitor are initialized when the TX signal is on and the switch is on.
상기 전하 증폭부는,
상기 외부로부터 인가되는 기본 노이즈와 상기 전하량 감지부로부터 입력되는 전하의 변화량을 증폭하여 출력하는 증폭기;
상기 증폭기의 반전 입력단자와 출력 단자 사이에 접속된 제 1 가변 커패시터;
상기 제 1 가변 커패시터의 양단을 연결하는 제 1 스위치;
상기 제 1 스위치의 일단에 연결된 제 2 가변 커패시터; 및
상기 제 1 스위치의 타단과 상기 제 2 가변 커패시터를 연결하는 제 2 스위치를 포함하고,
상기 TX 신호가 온(on) 상태에서, 상기 제 1 스위치 및 제 2 스위치를 오프(off)시키면 상기 증폭기 및 제 1 가변 커패시터의 증폭작용에 의해 외부로부터 인가되는 기본 노이즈를 증폭하여 출력하고, 상기 제 1 스위치가 오프(off) 상태에서 상기 TX 신호를 오프(off) 시키고 상기 제 2 스위치를 온(on) 시키면, 상기 증폭기, 제 1 가변 커패시터 및 제 2 가변 커패시터의 증폭작용에 의해 상기 전하량 감지부로부터 입력되는 전하의 변화량을 증폭하여 출력하는 것을 특징으로 하는 저주파 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서.The method according to claim 1,
Wherein the charge amplification unit comprises:
An amplifier for amplifying and outputting a basic noise applied from the outside and a variation amount of the charge input from the charge amount sensing unit;
A first variable capacitor connected between an inverting input terminal and an output terminal of the amplifier;
A first switch connecting both ends of the first variable capacitor;
A second variable capacitor connected to one end of the first switch; And
And a second switch connecting the other end of the first switch and the second variable capacitor,
Amplifying and outputting a fundamental noise applied from the outside by amplifying the amplifier and the first variable capacitor when the first switch and the second switch are turned off while the TX signal is on, When the TX signal is turned off while the first switch is turned off and the second switch is turned on, the amplification of the amplifier, the first variable capacitor, and the second variable capacitor, Amplifies the amount of change of the charge input from the charge pump, and outputs the amplified charge.
상기 전하량 감지부는 전하의 값이 고정된 제 1 커패시터와, 터치 또는 노이즈에 의하여 정전용량이 변화하고 이러한 정전용량의 변화로 인하여 전하량이 변화하는 제 2 커패시터를 포함하고, 상기 제 1 커패시터와 제 2 커패시터의 상호작용에 의해 전하량의 변화를 감지하며,
상기 TX 신호가 온(on), 상기 제 1 스위치가 온(on) 및 상기 제 2 스위치가 오프(off) 상태에서 상기 제 1 커패시터와 제 2 커패시터를 초기화 하는 것을 특징으로 하는 저주파 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서.5. The method of claim 4,
Wherein the charge quantity sensing unit includes a first capacitor whose charge value is fixed and a second capacitor whose capacitance is changed by a touch or noise and whose charge amount is changed by a change of the capacitance, Sensing the change in charge quantity by the interaction of the capacitors,
Wherein the first and second capacitors are initialized when the TX signal is on, the first switch is on, and the second switch is off. Electrostatic sensors equipped.
상기 샘플링부는,
제 1 제어신호에 따라 상기 전하 증폭부로부터 수신되는 기본 노이즈를 샘플링하여 제 1 신호를 출력하는 노이즈 샘플링부; 및
제 2 제어신호에 따라 상기 전하 증폭부로부터 수신되는 전하의 변화량을 샘플링하여 제 2 신호를 출력하는 시그널 샘플링부를 포함하고,
상기 노이즈 샘플링부는 상기 TX 신호가 온(on) 상태에서 상기 제 1 제어신호에 의해 기본 노이즈를 샘플링하여 제 1 신호를 출력하고,
상기 시그널 샘플링부는 상기 TX 신호가 오프(off) 상태에서 상기 제 2 제어신호에 의해 전하의 변화량을 샘플링하여 제 2 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 저주파 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서.The method according to claim 2 or 4,
Wherein the sampling unit comprises:
A noise sampling unit for sampling a fundamental noise received from the charge amplification unit according to a first control signal and outputting a first signal; And
And a signal sampling unit for sampling a change amount of the charge received from the charge amplification unit according to a second control signal and outputting a second signal,
Wherein the noise sampling unit samples the fundamental noise by the first control signal and outputs a first signal when the TX signal is on,
Wherein the signal sampling unit samples a change amount of the charge by the second control signal and outputs a second signal when the TX signal is off.
상기 아날로그 디지털 변환부는 상기 TX 신호가 오프(off)인 상태에서 제 3 제어신호에 따라 제 3 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 것을 특징으로 하는 저주파 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서.The method according to claim 1,
Wherein the analog-to-digital converter converts the third signal into a digital signal and outputs the digital signal according to a third control signal when the TX signal is off.
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KR20130011454A KR101486295B1 (en) | 2013-01-31 | 2013-01-31 | Capacitive sensor with low frequency noise removal function |
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KR20120112708A (en) * | 2010-01-05 | 2012-10-11 | 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 | High speed noise tolerant multi-touch touch device and controller therefor |
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- 2013-01-31 KR KR20130011454A patent/KR101486295B1/en active IP Right Grant
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---|---|---|---|
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E601 | Decision to refuse application | ||
X091 | Application refused [patent] | ||
AMND | Amendment | ||
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