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KR101703077B1 - 캐패시티브 터치 감지 및 발광 다이오드 구동 매트릭스 - Google Patents

캐패시티브 터치 감지 및 발광 다이오드 구동 매트릭스 Download PDF

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KR101703077B1
KR101703077B1 KR1020117004833A KR20117004833A KR101703077B1 KR 101703077 B1 KR101703077 B1 KR 101703077B1 KR 1020117004833 A KR1020117004833 A KR 1020117004833A KR 20117004833 A KR20117004833 A KR 20117004833A KR 101703077 B1 KR101703077 B1 KR 101703077B1
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KR
South Korea
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capacitive touch
touch sensor
voltage
sampling capacitor
row
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치엔-이 린
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마이크로칩 테크놀로지 인코포레이티드
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Abstract

펄스가 캐패시티브 터치 키 센서를 통해 아날로그-디지털 변환기(ADC)의 샘플링 캐패시터에 인가된다. 캐패시티브 터치 키 센서와 샘플링 캐패시터 사이에 션트 캐패시턴스가 실질적으로 없다면 샘플링 캐패시터에 도달하는 전압 전하는 최대가 될 것이다. 하지만, 조작자의 손가락과 같은 물체가 캐패시티브 터치 키 센서에 근접하면, 샘플링 캐패시터로 갈 예정인 전하의 일부를 전환시키는 션트-투-그라운드 캐패시턴스를 만들 것이다. 이러한 전하 전압의 변화는 캐패시티브 터치 키 센서가 활성화(터치)되면 ADC로 용이하게 검출될 수 있다. 또한, 발광 다이오드(LED) 디스플레이들은 캐패시티브 터치 키 센서들과 함께 집적될 수 있으며 시분할 멀티플렉싱 방식으로 집적회로 디바이스상에서 동일한 연결부들을 이용한다.

Description

캐패시티브 터치 감지 및 발광 다이오드 구동 매트릭스{CAPACITIVE TOUCH SENSING AND LIGHT EMITTING DIODE DRIVE MATRIX}
본 발명은 캐패시티브 터치 키들의 감지 및 발광 다이오드들(LEDs)의 구동에 관한 것이다. 캐패시티브 터치 키들 및 LED들은 매트릭스로 배열되어 여러 종류의 기구, 전기 및 전자 장비 등을 위한 정보 디스플레이 및 제어 패널로서 사용될 수 있다.
캐패시티브 터치 키 감지 전자기기의 산업 표준은 마이크로칩 테크놀로지사에 의해 제조된 다양한 마이크로컨트롤러들에 포함된 마이크로칩 테크놀로지사의 CTMU(Charge Time Measurement Unit)이다. 모든 목적들을 위해 여기에 참조로서 포함된 마이크로칩 제품 노트 AN1250(2009)의 "Microchip CTMU for Capacitive Touch Applications"을 참조한다. 캐패시티브 터치 키들은, 터치 키에 근접하면(예를 들면, 손가락 또는 물체로 키를 터치하면) 터치 키의 캐패시턴스를 증가시키는 손가락 또는 다른 물체의 존재를 검출하는데 사용될 수 있다. CTMU는 정전류원을 필요로 하며, 전력을 이용하고, 고가의 집적회로 칩 영역을 차지한다.
CTMU는 정전류원으로 유효 캐패시턴스를 충전시키고 나서 소정 시간 주기후에 그 전압을 측정함으로써 터치 키의 캐패시턴스 변화를 감지한다. 소정 시간 주기동안 충전되는 큰 캐패시턴스는, 동일한 정전류 충전 및 소정 시간 주기하에서 충전되는 작은 캐패시턴스보다 낮은 전압을 야기한다. CTMU는 제어 매트릭스내의 캐패시티브 터치 키들 각각에서의 개개의 전압들을 샘플링하고, 일반적으로 터치되지 않은 키에서 있을 수 있는 것보다 낮은 전압이 검출되면 CTMU 및 관련 소프트웨어는 그 키의 활성을 검출한다.
하지만, 터치 키상의 수분(예를 들면, 습기 또는 물)과 같은 많은 요인들은 터치되지 않고 및/또는 터치되었을 때 터치 키의 캐패시턴스에 영향을 준다. 터치 키 매트릭스의 소정의 터치 키들만이 수분을 갖고 있으면, 수분에 의해 높은 캐패시턴스를 갖는 키들이 CTMU에 의해 부정확하게 감지될 만큼 그 캐패시턴스들이 변할 수 있다.
제어 및 디스플레이를 위한 많은 제품들에서, 캐패시티브 터치 키들 각각과 관련된 LED들도 요구된다. 하지만, LED들은 구동되어야 하며, 따라서 터치 키들에 필요한 것들 외에 부가적인 연결부들을 필요로 한다. 감지 및 구동 동작들을 멀티플렉싱하기 위해 LED들 및 터치 키 회로들을 위한 공통의 연결부들을 이용할 수 있지만, LED부는 양자가 함께 연결되면 터치키의 동작을 저하시키는 경향이 있다.
종래기술의 캐패시티브 터치 센서 매트릭스 회로는 터치 키마다 추가적인 캐패시터와 저항을 이용하며, 한개의 터치 검출을 수행하기 위해 듀얼 슬로프 검출 알고리즘 및 타이머 캡쳐를 필요로 한다. 따라서, 터치 키 캐패시티브 변화를 검출하는데 복잡한 회로와 상당한 시간을 필요로 한다.
습한 환경에 대한 우수한 면역성, 저비용의 구현, 짧은 캐패시티브 변화 검출 시간(터치 감지), 및 공통으로 연결된(최소 개수의 집적회로 디바이스 연결부들(핀들)이 필요한) 캐패시티브 터치 키들과 LED 디스플레이들의 시분할 멀티플렉싱을 이용할 때의 개선된 동작이 요구된다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 캐패시티브 터치 센서의 활성을 감지하기 위한 시스템은, 샘플링 캐패시터; 상기 샘플링 캐패시터에 연결된 아날로그-디지털 변환기(ADC)로서, 상기 ADC는 상기 샘플링 캐패시터상의 아날로그 전압을 디지털 표현으로 변환시키는 ADC; 상기 ADC의 디지털 출력에 연결된 디지털 프로세서; 상기 샘플링 캐패시터에 연결된 캐패시티브 터치 센서; 및 상기 캐패시티브 터치 센서에 연결된 펄스 발생기를 포함하고, 상기 펄스 발생기에서 상기 캐패시티브 터치 센서까지의 전압 펄스는 캐패시턴스비에 비례하는 제1 전압으로 상기 샘플링 캐패시터를 충전시키고, 캐패시턴스를 갖는 물체가 상기 캐패시티브 터치 센서에 근접하면, 상기 캐패시티브 터치 센서를 통과한 상기 전압 펄스의 일부가 상기 샘플링 캐패시터로부터 전용됨으로써, 상기 물체가 상기 캐패시티브 터치 센서에 근접하면, 상기 샘플링 캐패시터는 상기 제1 전압보다 작은 제2 전압으로 충전된다.
또 하나의 실시예에 따르면, 캐패시티브 터치 센서의 작동을 감지하고 이러한 작동을 표시하기 위한 시스템은: 기준 전위부에 연결된 제 1 단자, 및 제 2 단자를 갖는 샘플링 캐패시터; 상기 샘플링 캐패시터의 제 2 단자에 결합되고, 상기 샘플링 캐패시터의 아날로그 전압을 디지털 표현으로 변환하는 아날로그-디지털 변환기; 상기 아날로그-디지털 변환기의 디지털 출력단에 결합된 디지털 프로세서; 샘플링 스위치를 통해 상기 샘플링 캐패시터에 연결되고 포트 스위치를 통해 상기 기준 전위부와 연결되는 제 1 단자, 및 제 2 단자를 갖는 캐패시티브 터치 센서; 상기 캐패시티브 터치 센서의 제 2 단자에 결합된 펄스 발생기; 및 상기 캐패시티브 터치 센서와 병렬로 결합된 발광 다이오드를 포함할 수 있고, 상기 발광 다이오드는 상기 포트 스위치가 상기 발광 다이오드를 통해 흐르는 전류 경로를 완성할 때 상기 펄스 발생기에 의해 턴 온되고, 어떠한 물체도 상기 캐패시티브 터치 센서에 근접해 있지 않을 때, 상기 펄스 발생기로부터 상기 캐패시티브 터치 센서를 통과한 단일 전압 펄스는, 상기 샘플링 캐패시터를, 상기 캐패시티브 터치 센서의 캐패시턴스와 상기 샘플링 캐패시터의 캐패시턴스의 비에 비례하는 제 1 전압으로 충전시키고, 캐패시턴스를 갖는 물체가 상기 캐패시티브 터치 센서까지의 특정 거리 이내에 있을 때, 상기 캐패시티브 터치 센서를 통과하는 상기 전압 펄스의 일부는 상기 샘플링 캐패시터로부터 우회되어(diverted) 상기 샘플링 캐패시터가 상기 물체가 상기 캐패시티브 터치 센서까지의 상기 특정 거리 이내에 있을 때 제 2 전압으로 충전되고, 상기 제 2 전압은 상기 제 1 전압보다 낮고, 그리고 상기 캐패시티브 터치 센서 및 상기 발광 다이오드는 공통의 연결부들을 사용할 수 있다.
추가 실시예에 따르면, 상기 물체는 손가락일 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 상기 펄스 발생기는 출력 드라이버일 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 상기 디지털 프로세서는 상기 아날로그-디지털 변환기로부터의 전압들의 디지털 표현들을 자신의 메모리에 저장하고; 메모리에 저장된 전압들의 상기 디지털 표현들 중 적어도 하나가 나머지 디지털 표현들보다 작으면, 상기 캐패시티브 터치 센서가 작동되었음을 표시하는 신호가 발생될 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 상기 샘플링 캐패시터의 전압은 상기 아날로그-디지털 변환기에 의해 샘플링되고, 상기 발광 다이오드는 교번적인 시간 주기들 동안 턴 온될 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 상기 샘플링 캐패시터, 아날로그-디지털 변환기, 펄스 발생기 및 디지털 프로세서는 집적회로 디바이스 내에 제조될 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 상기 집적회로 디바이스는 혼합 신호 마이크로컨트롤러일 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 상기 샘플링 스위치는 상기 샘플링 캐패시터에 결합된 출력단을 갖는 멀티플렉서의 일부분이고; 상기 시스템은 복수의 (i) 캐패시티브 터치 센서들과 (ii) 병렬로 결합된 관련 발광 다이오드들의 조합들을 포함하고, 복수의 상기 캐패시티브 터치 센서들의 각각은 상기 멀티플렉서의 각각의 입력단에 결합되고; 그리고 펄스 발생기는 상기 복수의 캐패시티브 터치 센서들 중 선택된 캐패시티브 터치 센서들에 결합되고, 이에 따라 상기 샘플링 캐패시터는 상기 물체가 상기 복수의 캐패시티브 터치 센서들 중 상기 선택된 캐패시티브 터치 센서에 근접할 때 제 2 전압으로 충전되고, 상기 제 2 전압은 상기 제 1 전압보다 낮을 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 상기 복수의 캐패시티브 터치 센서 및 발광 다이오드 조합들은 C열의 연결부들 및 R행의 연결부들을 갖는 매트릭스 내에 배치될 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 상기 C열의 연결부들 및 R행의 연결부들은 각각 상기 혼합 신호 마이크로컨트롤러의 각각의 I/O 포트와 결합되고, 상기 멀티플렉서는 각각의 I/O 포트를 상기 아날로그-디지털 변환기와 선택적으로 결합시키도록 동작 가능하다. 추가 실시예에 따르면, (i) 상기 혼합 신호 마이크로컨트롤러는, 이후에, 상기 R행의 연결부들을 로직 로우(row)로 설정하고, 상기 C열의 연결부들을 로직 하이(high)로 설정하고, 행이 터치되었는지의 여부 및 어느 행이 터치되었는지를 결정 및 저장하고, 상기 C열의 연결부들을 로직 로우로 설정하고, 상기 R행의 연결부들을 로직 하이로 설정하고, 그리고 열이 터치되었는지의 여부 및 어느 열이 터치되었는지를 결정 및 저장하도록 프로그래밍되고; (ii) 또한, 상기 혼합 신호 마이크로컨트롤러는, 어느 캐패시티브 터치 센서가 터치되었는지를 결정하기 위해 결과들을 조합하도록 프로그래밍될 수 있다.
본 발명의 또 하나의 실시예에 따르면, 복수의 캐패시티브 터치 센서들중 하나 이상의 활성을 감지하기 위한 시스템은, 샘플링 캐패시터; 상기 샘플링 캐패시터에 연결된 아날로그-디지털 변환기(ADC)로서, 상기 ADC는 상기 샘플링 캐패시터상의 아날로그 전압을 디지털 표현으로 변환시키는 ADC; 상기 ADC의 디지털 출력에 연결된 디지털 프로세서; 상기 샘플링 캐패시터에 연결된 출력을 갖는 멀티플렉서; 복수의 캐패시티브 터치 센서들로서, 상기 복수의 캐패시티브 터치 센서들 각각이 상기 멀티플렉서의 각 입력에 연결된 복수의 캐패시티브 터치 센서들; 및 상기 복수의 캐패시티브 터치 센서들 중 선택된 캐패시티브 터치 센서들에 연결된 펄스 발생기를 포함하고, 상기 펄스 발생기에서 상기 복수의 캐패시티브 터치 센서들 중 상기 선택된 캐패시티브 터치 센서까지의 전압 펄스는 캐패시턴스비에 비례하여 제1 전압으로 상기 샘플링 캐패시터를 충전시키고, 캐패시턴스를 갖는 물체가 상기 복수의 캐패시티브 터치 센서들 중 상기 선택된 캐패시티브 터치 센서에 근접하면, 상기 선택된 캐패시티브 터치 센서를 통과한 상기 전압 펄스의 일부가 상기 복수의 캐패시티브 터치 센서들 중 상기 선택된 캐패시티브 터치 센서로부터 전용됨으로써, 상기 물체가 상기 복수의 캐패시티브 터치 센서들 중 상기 선택된 캐패시티브 터치 센서에 근접하면, 상기 샘플링 캐패시터는 상기 제1 전압보다 작은 제2 전압으로 충전된다.
본 발명의 또 하나의 실시예에 따르면, 복수의 캐패시티브 터치 센서들 중 어느 하나의 활성을 감지하기 위한 방법은, 복수의 캐패시티브 터치 센서들에 연결된 모든 집적회로 디바이스 입력-출력들(I/Os)을 로직 로우로 세트하는 단계; 상기 I/O들 중 하나를 입력 모드로, 나머지 I/O들 모두를 로직 하이 출력들로 세트하는 단계; 상기 입력 모드에 있는 상기 I/O에 연결된 샘플링 캐패시터를 충전하는 단계; 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 이용하여 상기 샘플링 캐패시터에 충전된 아날로그 전압을 디지털 표현으로 변환하는 단계; 상기 디지털 표현이 임계값 이상인지 이하인지를 정하여 상기 임계값 보다 작으면 상기 입력 모드에 있는 I/O와 관련된 상기 복수의 캐패시티브 터치 센서들 중 하나가 활성화되는 단계; 및 상기 복수의 캐패시티브 터치 센서들 각각에 대하여 상기 단계들을 반복하는 단계를 포함한다.
본 발명이 특정 실시예를 참조하여 특별히 도시되고 설명되었지만, 이러한 참조는 본 발명의 한정을 내포하지 않고 이러한 한정을 의미하지도 않는다. 개시된 본 발명은 이 기술분야의 당업자에 의해 형태와 기능에 있어서 수정물, 대체물, 및 등가물이 고려될 수 있다. 본 발명의 도시되고 설명된 실시예들은 단지 예로서, 본 발명의 범위를 한정하지 않는다.
첨부한 도면과 관련된 다음의 설명을 참조하면 본 발명을 보다 완전히 이해할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 캐패시티브 터치 센서 키 활성 검출 및 LED 디스플레이 회로를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 캐패시티브 터치 센서 키의 평면도 및 정면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 캐패시티브 터치 키들과 LED들의 매트릭스의 블록도이다.
도 4는 도 3에 도시한 캐패시티브 터치 키들과 LED들의 매트릭스의 상세도이다.
본 발명은 다양한 수정물 및 대체 형태가 가능하지만, 특정 실시예들이 도면에 도시되고 여기에 상세히 설명되었다. 하지만, 특정 실시예들의 설명은 본 발명을 여기에 개시된 특정 형태로 한정하려는 것이 아니고, 반대로, 본 발명은 첨부한 청구범위에 의해 한정된 모든 수정물 및 등가물을 포함하려 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 구성요소는 동일한 참조부호로 나타내고, 유사한 구성요소는 아래첨자를 달리하여 동일한 부호로 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 캐패시티브 터치 센서 키 활성 검출 및 LED 디스플레이 회로를 나타낸 도면이다. 집적회로 디바이스(102)는 아날로그-디지털 변환기(ADC)(104), 메모리(도시하지 않음)를 갖는 디지털 프로세서(106), ADC(104)의 일부일 수 있는 샘플링 캐패시터(108), 및 스위치들(110,112,114)을 포함한다. 스위치(110)는 내부 멀티플렉서 등의 일부일 수 있다. 스위치들(112 및 114)은 출력 드라이브들(예를 들면, 토템-폴 연결 CMOS, 오픈 콜렉터 NMOS 등)일 수 있다. 한개의 캐패시티브 터치 센서 키(118)와 LED 디스플레이(120)가 예시 목적으로 도시되어 있다. 여기에 설명될 복수의 캐패시티브 터치 센서 키들(118) 및 LED들(120)은 제어 및 디스플레이 패널로 구성될 수 있다. 집적회로 디바이스(102)는 예를 들어 아날로그 회로와 디지털 회로를 갖는 혼합 신호 마이크로컨트롤러일 수 있다.
스위치(114)로부터의 펄스(124)가 캐패시티브 터치 센서 키(118)(캐패시터 Ck)에 인가되고 결과적인 전압 펄스는 캐패시티브 터치 센서 키(118)의 캐패시턴스를 통과하여 샘플링 캐패시터(108)(캐패시터 Ca)를 충전시킨다. 샘플링 캐패시터(108)상의 전압 전하는 캐패시티브 터치 센서 키(118)와 샘플링 캐패시터(108)의 캐패시턴스비에 의한 전압 분배가 될 것이다. 샘플링 캐패시터(108)상의 결과적인 전압 전하는 ADC(104)에 의해 측정된다.
손가락이 캐패시티브 터치 센서 키(118)를 활성화(예를 들면, 물리적인 접촉, 터치 등)하면, 샘플링 캐패시터(108)에 도달하여 ADC(104)에 의해 측정되는 전압 펄스의 진폭을 저하시키는 접지에의 션트 캐패시턴스(116)(Cf)가 만들어진다. 샘플링 캐패시터(108)상에서 측정된 전압 전하가 이전에 측정된 전압 전하 및/또는 기준 전압 전하보다 작으면, 접지 또는 공통단에 대하여 캐패시턴스를 갖는 손가락 또는 다른 물체가 캐패시티브 터치 센서 키(118)를 활성화시켰다고 간주된다.
도 1에 도시한 실시예의 장점은, 수분이 캐패시티브 터치 센서 키(118)의 캐패시티브 값 Ck을 증가시킴으로써 ADC(104)에 의해 용이하게 측정되는 샘플링 캐패시터(108)상의 큰 전압 전하를 야기시키기 때문에 수분이 이 캐패시티브 터치 센서 키 활성 검출 회로에 실질적으로 영향을 주지 않는다는 것이다. 도 1에 도시한 실시예는 추가 전자 부품들이 불필요하기 때문에 비용을 저감시키고 빠른 검출 시간을 가능하게 한다. 또한, 터치 검출이 하나의 로우-투-하이 전압 단계(예를 들면, 펄스(124)의 라이징 에지)내에서 수행될 수 있으며, 이로써 CTMU 캐패시티브 터치 검출 회로에서 요구되는 것과 같은 시간 소모 전류 적분이 필요하지 않다.
LED 디스플레이(120)의 제어도 집적회로 디바이스(102)에의 추가 연결부들(핀들)을 필요로 하지 않고 용이하게 구현될 수 있다. LED 디스플레이(120)를 온시키는 것이 요구되면, 스위치들(112 및 114)은 모두 닫힌다. 이것에 의해, 전류 제한 저항(122)에 의해 제한되는, LED 디스플레이(120)를 통해 흐르기 위한 전류의 회로가 완성된다. 전류 제어 전압원 또한 사용될 수 있어 전류 제한 저항(122)에 대한 요구를 없앨 수 있다. 따라서, 캐패시티브 터치 센서 키(118)의 활성 검출과 LED 디스플레이(120)의 제어를 위해 연결부들(핀들)(126 및 128)이 시분할 멀티플렉싱 방식으로 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 캐패시티브 터치 센서 키의 평면도 및 정면도이다. 캐패시티브 터치 센서 키(118)는 절연 기판(232)의 면상의 캐패시터 판들(230 및 234)을 포함한다. 캐패시터 판들(230 및 234)은 각각 연결부들(핀들)(128 및 126)에 연결된다. 캐패시터 판들(230 및 234)에 손가락(236)이 근접하면, 손가락(236)의 고유 캐패시턴스(도 1의 캐패시터(116))는 캐패시티브 터치 센서 키(118)를 통과한 전압 전하의 일부를 샘플링 캐패시터(108)로 가는 길에 션트시킬 것이다. 즉, 샘플링 캐패시터(108)로 의도된 전압 전하의 일부를 손가락 션트 캐패시터(116)가 전용(divert)시킴으로써, ADC(104)에 의해 측정되는 결과적인 전압 전하를 저감시킨다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 캐패시티브 터치 키들과 LED들의 매트릭스의 블록도이고, 도 4는 도 3에 도시한 캐패시티브 터치 키들과 LED들의 매트릭스의 상세도이다. 집적회로 디바이스(102)의 스위치 매트릭스(338)와 결합하여 키들(118) 및 LED(120) 각각에 대한 감지 및 구동 동작들을 시분할 멀티플렉싱함으로써 공통의 연결부들(동일한 디바이스 핀들)을 통해 캐패시티브 터치 키들(118)이 감지되고 LED들(120)(도 4에 도시됨)이 구동될 수 있다. 도 1 내지 4에 개시된 회로들의 장점은, 로우-투-하이 단계 신호(펄스(124))가 전송되면 캐패시티브 터치 키(118)(캐패시터 Ck)의 임피던스는 직렬 연결된 저항(122)과 LED(120)의 임피던스에 비하여 매우 낮다(작다)는 것이다. 따라서, 키 활성 검출시에 저항(122)과 LED(120)의 존재는 무시될 수 있다. 스위치 매트릭스(338)는 예를 들어 멀티플렉서일 수 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다.
키 활성 검출 동작이 완료된 후, LED(120)를 온시키기 위해, LED에 연결된 컬럼은 하이로 세트되고 LED에 연결된 로우(row)는 로우로 세트된다. 터치 감지 및 LED 구동 동작들을 시간적으로 교번시킴으로써(시분할 멀티플렉싱함으로써), 집적회로 디바이스(102)에의 완전히 동일한 연결부들(126 및 128)이 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 제어 및 디스플레이 패널의 감지 및 LED 디스플레이 구동을 위하여 3 × 4 매트릭스 패널은 집적회로 디바이스(102)에 대하여 7개의 연결부들(예를 들면, 버스(336))만을 필요로 하고, 4 × 5 매트릭스는 9개의 연결부들만을 필요로 하는 등일 것이다.
예를 들면,
1) 컬럼들 C1-C3 및 로우들 R1-R4를 로직 로우로 세트.
2) 로우들 R1-R4를 입력 모드로 세트하고 ADC 기능을 인에이블.
3) 컬럼들 C1-C3를 로직 하이로 세트.
4) 로우 Rx(x=1,2,3 또는 4)가 나머지 로우들보다 낮은 ADC 입력 전압값을 얻으면, 로우 Rx가 터치됨.
5) 컬럼들 C1-C3 및 로우들 R1-R4를 로직 로우로 세트.
6) 컬럼들 C1-C3를 입력 모드로 세트하고 ADC 기능을 인에이블.
7) 로우들 R1-R4를 로직 하이로 세트.
8) 컬럼 Cx(x=1,2 또는 3)이 나머지 컬럼들보다 낮은 ADC 입력 전압값을 얻으면, 컬럼 Cx가 터치됨.
9) 단계들 4) 및 8)을 조합(낮은 ADC 입력 전압값들을 갖는 로우 Rx와 컬럼 Cx의 교점은 어느 키가 터치되었는지를 정함).

Claims (20)

  1. 캐패시티브 터치 센서의 작동을 감지하고 이러한 작동을 표시하기 위한 시스템으로서,
    기준 전위부에 연결된 제 1 단자, 및 제 2 단자를 갖는 샘플링 캐패시터;
    상기 샘플링 캐패시터의 제 2 단자에 결합되고, 상기 샘플링 캐패시터의 아날로그 전압을 디지털 표현으로 변환하는 아날로그-디지털 변환기;
    상기 아날로그-디지털 변환기의 디지털 출력단에 결합된 디지털 프로세서;
    샘플링 스위치를 통해 상기 샘플링 캐패시터에 연결되고 포트 스위치를 통해 상기 기준 전위부와 연결되는 제 1 단자, 및 제 2 단자를 갖는 캐패시티브 터치 센서;
    상기 캐패시티브 터치 센서의 제 2 단자에 결합된 펄스 발생기; 및
    상기 캐패시티브 터치 센서와 병렬로 결합된 발광 다이오드를 포함하고,
    상기 발광 다이오드는 상기 포트 스위치가 상기 발광 다이오드를 통해 흐르는 전류 경로를 완성할 때 상기 펄스 발생기에 의해 턴 온되고,
    어떠한 물체도 상기 캐패시티브 터치 센서에 근접해 있지 않을 때, 상기 펄스 발생기로부터 상기 캐패시티브 터치 센서를 통과한 단일 전압 펄스는, 상기 샘플링 캐패시터를, 상기 캐패시티브 터치 센서의 캐패시턴스와 상기 샘플링 캐패시터의 캐패시턴스의 비에 비례하는 제 1 전압으로 충전시키고,
    캐패시턴스를 갖는 물체가 상기 캐패시티브 터치 센서까지의 특정 거리 이내에 있을 때, 상기 캐패시티브 터치 센서를 통과하는 상기 전압 펄스의 일부는 상기 샘플링 캐패시터로부터 우회되어(diverted) 상기 샘플링 캐패시터가 상기 물체가 상기 캐패시티브 터치 센서까지의 상기 특정 거리 이내에 있을 때 제 2 전압으로 충전되고, 상기 제 2 전압은 상기 제 1 전압보다 낮고, 그리고
    상기 캐패시티브 터치 센서 및 상기 발광 다이오드는 공통의 연결부들을 사용하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 물체는 손가락인 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 펄스 발생기는 출력 드라이버인 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 디지털 프로세서는 상기 아날로그-디지털 변환기로부터의 전압들의 디지털 표현들을 자신의 메모리에 저장하고; 메모리에 저장된 전압들의 상기 디지털 표현들 중 적어도 하나가 나머지 디지털 표현들보다 작으면, 상기 캐패시티브 터치 센서가 작동되었음을 표시하는 신호가 발생되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 샘플링 캐패시터의 전압은 상기 아날로그-디지털 변환기에 의해 샘플링되고, 상기 발광 다이오드는 교번적인 시간 주기들 동안 턴 온되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 샘플링 캐패시터, 아날로그-디지털 변환기, 펄스 발생기 및 디지털 프로세서는 집적회로 디바이스 내에 제조되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 집적회로 디바이스는 혼합 신호 마이크로컨트롤러인 것을 특징으로 하는 시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 샘플링 스위치는 상기 샘플링 캐패시터에 결합된 출력단을 갖는 멀티플렉서의 일부분이고;
    상기 시스템은 복수의 (i) 캐패시티브 터치 센서들과 (ii) 병렬로 결합된 관련 발광 다이오드들의 조합들을 포함하고, 복수의 상기 캐패시티브 터치 센서들의 각각은 상기 멀티플렉서의 각각의 입력단에 결합되고; 그리고
    펄스 발생기는 상기 복수의 캐패시티브 터치 센서들 중 선택된 캐패시티브 터치 센서들에 결합되고, 이에 따라 상기 샘플링 캐패시터는 상기 물체가 상기 복수의 캐패시티브 터치 센서들 중 상기 선택된 캐패시티브 터치 센서에 근접할 때 제 2 전압으로 충전되고, 상기 제 2 전압은 상기 제 1 전압보다 낮은 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 물체는 손가락인 것을 특징으로 하는 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 복수의 캐패시티브 터치 센서 및 발광 다이오드 조합들은 C열의 연결부들 및 R행의 연결부들을 갖는 매트릭스 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 C열의 연결부들 및 R행의 연결부들은 각각 상기 혼합 신호 마이크로컨트롤러의 각각의 I/O 포트와 결합되고, 상기 멀티플렉서는 각각의 I/O 포트를 상기 아날로그-디지털 변환기와 선택적으로 결합시키도록 동작 가능한 것을 특징으로 하는 시스템.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 펄스 발생기는 출력 드라이버인 것을 특징으로 하는 시스템.
  13. 제 11 항에 있어서,
    (i) 상기 혼합 신호 마이크로컨트롤러는, 이후에,
    상기 R행의 연결부들을 로직 로우(row)로 설정하고,
    상기 C열의 연결부들을 로직 하이(high)로 설정하고,
    행이 터치되었는지의 여부 및 어느 행이 터치되었는지를 결정 및 저장하고,
    상기 C열의 연결부들을 로직 로우로 설정하고,
    상기 R행의 연결부들을 로직 하이로 설정하고, 그리고
    열이 터치되었는지의 여부 및 어느 열이 터치되었는지를 결정 및 저장하도록 프로그래밍되고;
    (ii) 또한, 상기 혼합 신호 마이크로컨트롤러는, 어느 캐패시티브 터치 센서가 터치되었는지를 결정하기 위해 결과들을 조합하도록 프로그래밍되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  14. 시스템에서, 캐패시티브 터치 센서의 작동을 감지하고 상기 캐패시티브 터치 센서를 표시하기 위한 방법으로서,
    상기 시스템은,
    기준 전위부에 연결된 제 1 단자, 및 제 2 단자를 갖는 샘플링 캐패시터;
    상기 샘플링 캐패시터의 제 2 단자에 연결되는 아날로그-디지털 변환기;
    샘플링 스위치를 통해 상기 샘플링 캐패시터에 연결되고 포트 스위치를 통해 상기 기준 전위부와 연결되는 제 1 단자, 및 제 2 단자를 갖는 캐패시티브 터치 센서; 및
    상기 캐패시티브 터치 센서와 병렬로 결합된 발광 다이오드를 포함하고,
    상기 캐패시티브 터치 센서 및 상기 발광 다이오드는 공통의 연결부들을 사용하고,
    상기 방법은,
    단일 전압 펄스를 발생시키고, 상기 캐패시티브 터치 센서를 통해 상기 샘플링 캐패시터를, 상기 캐패시티브 터치 센서의 캐패시턴스와 상기 샘플링 캐패시터의 캐패시턴스의 비에 비례하는 제 1 전압으로 충전시키는 단계 - 여기서 캐패시턴스를 갖는 물체가 상기 캐패시티브 터치 센서에 근접할 때, 상기 캐패시티브 터치 센서를 통과하는 상기 전압 펄스의 일부는 상기 샘플링 캐패시터로부터 우회되고, 상기 샘플링 캐패시터는 상기 물체가 상기 캐패시티브 터치 센서에 가까이 근접할 때 제 2 전압으로 충전되고, 상기 제 2 전압은 상기 제 1 전압보다 낮음 -;
    상기 샘플링 캐패시터의 상기 전압을 결정하는 단계; 및
    상기 발광 다이오드를 턴 온하기 위해, 상기 샘플링 스위치, 상기 포트 스위치, 및 상기 캐패시티브 터치 센서의 상기 제 2 단자의 전압을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 시스템에서, 캐패시티브 터치 센서의 작동을 감지하고 상기 캐패시티브 터치 센서를 표시하기 위한 방법으로서,
    상기 시스템은,
    기준 전위부에 연결된 제 1 단자, 및 제 2 단자를 갖는 샘플링 캐패시터;
    상기 샘플링 캐패시터의 제 2 단자에 연결되는 아날로그-디지털 변환기;
    멀티플렉서;
    C열 R행의 매트릭스 내에 배치된 복수의 캐패시티브 터치 센서들 - 각각의 캐패시티브 터치 센서는, 상기 멀티플렉서를 통해 상기 샘플링 캐패시터에 결합되고 각각의 포트 스위치들을 통해 상기 기준 전위부와 결합되는 제 1 단자, 및 제 2 단자를 가짐 -; 및
    상기 캐패시티브 터치 센서들 중 하나와 병렬로 각각 결합되는 복수의 발광 다이오드들을 포함하고,
    캐패시티브 터치 센서와 발광 다이오드들의 각각의 조합은 공통의 연결부들를 사용하고,
    상기 방법은,
    (i) 상기 매트릭스의 행 연결부들을 로직 로우로 설정하고,
    상기 매트릭스의 열 연결부들을 로직 하이로 설정하고,
    행이 터치되었는지의 여부 및 어느 행이 터치되었는지를 결정 및 저장하고,
    상기 열 연결부들을 로직 로우로 설정하고,
    상기 행 연결부들을 로직 하이로 설정하고, 그리고
    열이 터치되었는지의 여부 및 어느 열이 터치되었는지를 결정 및 저장하는 단계와;
    (ii) 어느 캐패시티브 터치 센서가 터치되었는지를 결정하기 위해 결과들을 조합하는 단계와;
    (iii) 관련된 상기 발광 다이오드를 턴 온하기 위해, 상기 멀티플렉서, 포트 스위치들, 및 각각의 캐패시티브 터치 센서의 상기 제 2 단자의 전압을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. Cx 열들 및 Ry 행들로 배치된 복수의 캐패시티브 터치 센서들 중 어느 하나의 작동을 감지하기 위한 방법으로서,
    각각의 Cx 열 및 Ry 행을 마이크로컨트롤러의 포트에 연결하는 단계;
    Cx 열들 및 Ry 행들을 로직 로우로 설정하는 단계;
    상기 Ry 행들을, 상기 마이크로컨트롤러에 의해 상기 Ry 행들의 아날로그 전압 값들을 결정하기 위한 입력 모드로 설정하는 단계;
    상기 Cx 열들을 로직 하이로 설정하는 단계;
    상기 Ry 행들 중 어느 Ry 행이 나머지 Ry 행들보다 낮은 아날로그 전압 값에 있는지를 결정하기 위해 상기 Ry 행들을 스캔하는 단계;
    상기 Cx 열들 및 상기 Ry 행들을 로직 로우로 설정하는 단계;
    상기 Cx 열들을 상기 Cx 열들의 아날로그 전압 값들을 결정하기 위한 상기 입력 모드로 설정하는 단계;
    상기 Ry 행들을 로직 하이로 설정하는 단계;
    상기 Cx 열들 중 어느 Cx 열이 나머지 Cx 열들보다 낮은 아날로그 전압 값에 있는지를 결정하기 위해 상기 Cx 열들을 스캔하는 단계; 및
    상기 낮은 아날로그 전압 값들을 갖는 상기 Cx 열과 상기 Ry 행의 교차점으로부터, 상기 복수의 캐패시티브 터치 센서들 중 어느 캐패시티브 터치 센서가 터치되었는지를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 Cx 열들 및 Ry 행들의 상기 아날로그 전압 값들을 결정하는 상기 스캔 단계들은 상기 마이크로컨트롤러의 아날로그-디지털 변환기로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
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