KR102212811B1

KR102212811B1 - 상호 커패시턴스 값의 리드아웃을 위한 프론트엔드 장치

Info

Publication number: KR102212811B1
Application number: KR1020140117066A
Authority: KR
Inventors: 신형철; 윤일현
Original assignee: 주식회사 센트론
Priority date: 2014-09-03
Filing date: 2014-09-03
Publication date: 2021-02-09
Also published as: KR20160028593A

Abstract

상호 커패시턴스를 형성하는 커패시터의 제1단자에 AC 전압을 가해주고, 상기 커패시터의 제2단자를 제1 스위치(S_P), 제2 스위치(S_N)를 통해 공통노드(V_CM)에 연결하는 구성을 갖는, 상호 커패시턴스 리드-아웃 장치가 공개된다.

Description

상호 커패시턴스 값의 리드아웃을 위한 프론트엔드 장치{Device of front-end for reading out mutual capacitance value}

본 발명은 전자회로에 관한 것으로서, 상호 커패시턴스 값을 읽어내는 기술에 관한 것이다,

사람의 손가락과 같은 물체에 의해 주변의 커패시턴스 값이 변화할 수 있다. 이러한 커패시턴스 값의 변화를 이용하여 사람의 사용자 입력을 감지하는 기술이,예컨대 대한민국 특허공개번호 1020120011888, 1020130016390 등에 공개되어 있다.

본 발명에서는 간단하고, 작고, 고성능의 상호 커패시턴스 리드아웃 회로를 제공하고자 한다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 상호 커패시턴스 C_u를 측정하기 위하여 센서전극 커패시터(Cu)의 한 쪽에 AC 전압(V_TX)를 가해주고, 다른 한 쪽에서 저항(R_SHUNT)을 통해 공통노드(V_CM)에 연결하는 구성을 취할 수 있다. 이때, 저항(R_SHUNT)에 발생하는 수신노드(V_RX)의 전압은 스위치(S_P, S_N)을 통해 차동 전압-전류 변환기로 연결될 수 있다. 이때,저항(R_SHUNT)은 충분히 작은 값을 갖도록 할 수 있다.

이때, 센서전극 커패시터(Cu)를 구동노드(V_TX)의 구동전압으로 구동하면 구동전압이 상승 또는 하강할 때마다, 센서전극 커패시터(Cu)를 충전/방전하는 전류가 저항(R_SHUNT)을 통해 흐른다. 이 때 저항(R_SHUNT)에 나타나는 작은 AC 전압 (V_RX)을 스위치 S_P, S_N을 통해 DC로 하향변환될 수 있다. 이 때 스위치 S_P, S_N는 구동노드(V_TX)와 동기화되어 구동될 수 있다. 이를 전압-전류로 변환기를 통해 전류로 변환하고, 이 전류를 적분기(혹은 저역통과필터 LPF)에 입력시키면 적분기 출력전압은 센서전극 커패시터(Cu)의 커패시턴스에 비례하여 나타낼 수 있다. 이 전압을 읽음으로써 센서전극 커패시터(Cu)의 커패시턴스를 측정할 수 있다.

본 발명에 따르면, 작고, 고성능의 상호 커패시턴스 리드아웃 회로를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회로이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 회로이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회로이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회로이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회로이다. 도 1은 전압-전류 변환회로로 Transconductor(gm) 회로를 활용한 예를 나타낸다.

도 1의 실시예에서, 상호 커패시턴스 C_u를 측정하기 위하여 센서전극 커패시터(Cu)의 한 쪽에 AC 전압(V_TX)를 가해주고, 다른 한 쪽에 저항(R_SHUNT)을 통해 공통노드(V_CM)에 연결하는 구성을 취할 수 있다. 이때, 저항(R_SHUNT)에 발생하는 수신노드(V_RX)의 전압은 스위치(S_P, S_N)을 통해 차동입력 전압-전류 변환기로 연결될 수 있다. 이때, 저항(R_SHUNT)은 충분히 작은 값을 갖도록 할 수 있다. 이때, 센서전극 커패시터(Cu)를 V_TX로 구동하면 구동노드(V_TX)의 전압이 상승/하강할 때마다, 센서전극 커패시터(C_u)를 충전/방전하는 전류가 저항(R_SHUNT)을 통해 흐른다. 이 때 저항(R_SHUNT)에 나타나는 작은 AC 전압 (V_RX)을 스위치 S_P, S_N을 통해 DC로 하향변환될 수 있다. 이 때 스위치 S_P, S_N는 구동노드(V_TX)와 동기화되어 구동될 수 있다. 이를 차동입력 전압-전류로 변환기를 통해 전류로 변환하고, 이 전류를 적분기(혹은 저역통과필터 LPF)에 입력시키면 적분기 출력전압은 센서전극 커패시터(Cu)의 커패시턴스에 비례하여 나타낼 수 있다. 이 전압을 읽음으로써 센서전극 커패시터(Cu)의 커패시턴스를 측정할 수 있다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 회로이다. 도 2는 전압-전류 변환회로로 저항을 활용한 예를 나타낸다.

도 2의 실시예에서, 상호 커패시턴스 C_u를 측정하기 위하여 센서전극 커패시터(Cu)의 한 쪽에 AC 전압(V_TX)를 가해주고, 다른 한 쪽에 저항(R_SHUNT)을 통해 공통노드(V_CM)에 연결하는 구성을 취할 수 있다. 이때, 저항(R_SHUNT)에 발생하는 전압(V_RX)은 스위치(S_P, S_N)을 통해 차동입력 전압-전류 변환기로 연결될 수 있다. 이때, 저항(R_SHUNT)은 충분히 작은 값을 갖도록 할 수 있다. 이때, 센서전극 커패시터(Cu)를 구동노드(V_TX)로 구동하면 V_TX 전압이 상승/하강할 때마다, 센서전극 커패시터(Cu)를 충전/방전하는 전류가 저항(R_SHUNT)을 통해 흐른다. 이 때 저항(R_SHUNT)에 나타나는 작은 AC 전압 (V_RX)을 스위치 S_P, S_N을 통해 DC로 하향변환될 수 있다. 이 때 스위치 S_P, S_N는 구동노드(V_TX)와 동기화되어 구동될 수 있다. 이를 전압-전류로 변환기를 통해 전류로 변환하고, 이 전류를 적분기(혹은 저역통과필터 LPF)에 입력시키면 적분기 출력전압은 센서전극 커패시터(Cu)의 커패시턴스에 비례하여 나타낼 수 있다. 이 전압을 읽음으로써 센서전극 커패시터(Cu)의 커패시턴스를 측정할 수 있다.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회로이다. 도 3은 전압-전류 변환회로로 Switched-capacitor 회로를 활용한 예를 나타낸다.

도 3의 실시예에서, 상호 커패시턴스 C_u를 측정하기 위하여 센서전극 커패시터(Cu)의 한 쪽에 AC 전압(V_TX)를 가해주고, 다른 한 쪽에 저항(R_SHUNT)을 통해 공통노드(V_CM)에 연결하는 구성을 취할 수 있다. 이때, 저항(R_SHUNT)에 발생하는 전압(V_RX)은 스위치(S_P, S_N)을 통해 차동입력 전압-전류 변환기로 연결될 수 있다. 이때, 저항(R_SHUNT)은 충분히 작은 값을 갖도록 할 수 있다. 이때, 센서전극 커패시터(Cu)를 구동노드(V_TX)로 구동하면 V_TX 전압이 상승/하강할 때마다, 센서전극 커패시터(Cu)를 충전/방전하는 전류가 저항(R_SHUNT)을 통해 흐른다. 이 때 저항(R_SHUNT)에 나타나는 작은 AC 전압 (V_RX)을 스위치 S_P, S_N을 통해 DC로 하향변환될 수 있다. 이 때 스위치 S_P, S_N는 구동노드(V_TX)와 동기화되어 구동될 수 있다. 이를 전압-전류로 변환기를 통해 전류로 변환하고, 이 전류를 적분기(혹은 저역통과필터 LPF)에 입력시키면 적분기 출력전압은 센서전극 커패시터(Cu)의 커패시턴스에 비례하여 나타낼 수 있다. 이 전압을 읽음으로써 센서전극 커패시터(Cu)의 커패시턴스를 측정할 수 있다.

도 4의 (a)는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회로인다.

도 4의 (b)는 도 4의 (a)의 회로의 구동노드(V_TX)에서의 논리값, 또는 전압값과 스위치(S_P, S_N)의 온/오프 상태, 수신노드(V_RP), 공통노드(V_CM), 출력노드(V_INT)에서의 시간에 따른 전압값을 나타내는 그래프이다.

도 4의 실시예에서, 상호 커패시턴스 C_u를 측정하기 위하여 센서전극 커패시터(Cu)의 한 쪽에 AC 전압(V_TX)를 가해주고, 다른 한 쪽에 저항(R_SHUNT)을 통해 공통노드(V_CM)에 연결하는 구성을 취할 수 있다. 이때, 저항(R_SHUNT)에 발생하는 전압(V_RX)은 스위치(S_P, S_N)을 통해 차동입력 전압-전류 변환기로 연결될 수 있다. 이때, 저항(R_SHUNT)은 충분히 작은 값을 갖도록 할 수 있다. 이때, 센서전극 커패시터(Cu)를 구동노드(V_TX)로 구동하면 구동노드(V_TX)의 전압이 상승/하강할 때마다, 센서전극 커패시터(Cu)를 충전/방전하는 전류가 저항(R_SHUNT)을 통해 흐른다. 이 때 저항(R_SHUNT)에 나타나는 작은 AC 전압 (V_RX)을 스위치 S_P, S_N을 통해 DC로 하향변환될 수 있다. 이 때 스위치 S_P, S_N는 구동노드(V_TX)와 동기화되어 구동될 수 있다. 이를 차동 전압-전류로 변환기를 통해 전류로 변환하고, 이 전류를 적분기(혹은 저역통과필터 LPF)에 입력시키면 적분기 출력전압은 센서전극 커패시터(Cu)의 커패시턴스에 비례하여 나타낼 수 있다. 이 전압을 읽음으로써 센서전극 커패시터(Cu)의 커패시턴스를 측정할 수 있다.

Claims

AC 전압을 가해주는 구동노드(V_TX), 상기 구동노드(V_TX)와 제1단자가 연결되는 센서전극 커패시터(Cu), 상기 센서전극 커패시터의 제2단자와 연결되는 수신노드(V_RX), 상기 수신노드(V_RX)와 연결되는 적분기 및 상기 적분기에 연결되는 출력노드(V_INT)를 포함하는 상호 커패시턴스 리드-아웃 장치에 있어서,
상기 수신노드(V_RX)와 상기 적분기 사이에 개재되는 차동입력 전압-전류 변환기;
상기 수신노드(V_RX)와 상기 차동입력 전압-전류 변환기의 양의 전극 사이에 개재된 제1스위치(S_P)를 포함하는 제1스위칭회로;
상기 제1스위칭회로와 병렬로 상기 수신노드(V_RX)와 상기 차동입력 전압-전류 변환기의 음의 전극사이에 개재된 제2스위치(S_N)를 포함하는 제2스위칭회로; 및
상기 수신노드(V_RX)에 저항(R_SHUNT)을 매개로 연결되는 공통노드(V_CM);를 포함하며,
상기 제1스위치(S_P)와 상기 제2스위치(S_N)가 교대로 연결 및 단락되면서 상기 저항(R_SHUNT)에 나타나는 차동 전압(V_{RX_P} - V_{RX_N})이 상기 차동입력 전압-전류 변환기를 통해 전류로 변환되고, 상기 적분기를 통해 전압으로 누적된 후, 적분기에 연결된 상기 출력노드(V_INT)에서의 누적 전압을 이용하여 상기 센서전극 커패시터(Cu)의 커패시턴스를 측정하는 상호 커패시턴스 리드-아웃 장치.