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KR101749540B1 - 아날로그 입력들과 디지털 출력들을 이용한 정전용량성 키 터치 감지 - Google Patents

아날로그 입력들과 디지털 출력들을 이용한 정전용량성 키 터치 감지 Download PDF

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KR101749540B1
KR101749540B1 KR1020127002766A KR20127002766A KR101749540B1 KR 101749540 B1 KR101749540 B1 KR 101749540B1 KR 1020127002766 A KR1020127002766 A KR 1020127002766A KR 20127002766 A KR20127002766 A KR 20127002766A KR 101749540 B1 KR101749540 B1 KR 101749540B1
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KR
South Korea
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capacitive touch
digital
voltage
analog
sampling capacitor
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KR1020127002766A
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치엔-이 린
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마이크로칩 테크놀로지 인코포레이티드
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Publication of KR20120090936A publication Critical patent/KR20120090936A/ko
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Abstract

펄스가 정전용량성 터치 키 센서를 통해 아날로그-디지털 변환기(ADC)의 샘플링 캐패시터에 인가된다. 정전용량성 터치 키 센서와 샘플링 캐패시터 사이에 션트 정전용량이 실질적으로 없다면 샘플링 캐패시터에 도달하는 전압 전하는 최대가 될 것이다. 하지만, 조작자의 손가락과 같은 물체가 정전용량성 터치 키 센서에 가까이 근접하면, 샘플링 캐패시터로 갈 예정인 전하의 일부를 우회시키는 접지로의 정전용량성 션트를 만들 것이다. 정전용량성 터치 키 센서가 동작(터치)되면, 이러한 전하 전압의 변화는 ADC로 용이하게 검출될 수 있다. 또한, 발광 다이오드(LED) 디스플레이들은 정전용량성 터치 키 센서들과 함께 집적될 수 있으며 시분할 멀티플렉싱 방식으로 집적회로 디바이스 상의 동일한 연결부들을 이용할 수 있다.

Description

아날로그 입력들과 디지털 출력들을 이용한 정전용량성 키 터치 감지{CAPACITIVE KEY TOUCH SENSING USING ANALOG INPUTS AND DIGITAL OUTPUTS}
본 발명은 정전용량성 터치 키들의 감지에 관한 것으로, 특히 최소 개수의 아날로그 입력들과 디지털 출력들을 이용한 정전용량성 터치 키들의 구동 및 감지에 관한 것이다. 본 발명은 여기에 기술된 정전용량성 터치 키들의 구동 및 감지와 더욱 양립 가능한 발광 다이오드들(LED들)의 개선된 구동 방법에 관한 것이다. 정전용량성 터치 키들 및 LED들은 매트릭스로 배열되어, 여러 종류의 가전 제품, 전기 및 전자 장비 등을 위한 정보 디스플레이 및 제어 패널로서 사용될 수 있다.
정전용량성 터치 키 감지 전자기기에 대한 산업 표준은 마이크로칩 테크놀로지사에 의해 제조된 다양한 마이크로컨트롤러들에 포함된 마이크로칩 테크놀로지사의 CTMU(Charge Time Measurement Unit)이다. 모든 목적들을 위해 여기에 참조로서 포함되는 마이크로칩 애플리케이션 노트 AN1250(2009)의 "Microchip CTMU for Capacitive Touch Applications"을 보기 바란다. 정전용량성 터치 키들은, 터치 키에 가까이 근접하면(예를 들면, 손가락 또는 물체로 키를 터치하면) 터치 키의 정전용량을 증가시키는 손가락 또는 다른 물체의 존재를 검출하는데 사용될 수 있다. CTMU는 정전류원을 필요로 하며, 전력을 이용하고, 유용 집적회로 칩 자체를 차지한다.
CTMU는 정전류원으로 유효 정전용량을 충전시키고 그리고 소정 시간 주기 후에 그 전압을 측정함으로써 터치 키의 정전용량 변화를 감지한다. 동일한 정전류 충전 및 소정 시간 주기하에서, 소정 시간 주기 동안, 충전될 정전용량이 크면 충전될 정전용량이 적은 경우보다 결과적으로 충전 전압이 낮다. CTMU는 제어 매트릭스 내의 정전용량성 터치 키들 각 하나에서의 개개의 전압들을 샘플링하고, 일반적으로 터치되지 않은 키에서 있을 수 있는 전압보다 낮은 전압이 검출되면 CTMU 및 관련 소프트웨어는 그 키의 동작을 검출한다.
하지만, 터치 키 상의 수분(예를 들면, 습기 또는 물)과 같은 많은 요인들은, 터치되지 않고 및/또는 터치되었을 때 터치 키의 정전용량에 영향을 준다. 터치 키 매트릭스의 소정의 터치 키들만이 수분을 갖고 있으면, 수분에 의해 높은 정전용량을 갖는 키들이 CTMU에 의해 부정확하게 감지될 만큼 키들의 정전용량들이 변할 수 있다.
제어 및 디스플레이를 위한 많은 애플리케이션들에서, 정전용량성 터치 키들 각각과 관련된 LED들이 또한 바람직하다. 하지만, LED들은 구동되어야 하며, 따라서 터치 키들에 필요한 것들 외에 부가적인 연결부들을 필요로 한다. 감지 및 구동 동작들을 멀티플렉싱하고, LED들 및 터치 키 회로들을 위한 공통의 연결부들을 이용하는 것은 가능하지만, LED부는 함께 연결되면 터치 키의 동작을 저하시키는 경향이 있다.
정전용량성 키 매트릭스와 집적회로 마이크로컨트롤러의 인터페이스는 전형적으로 마이크로컨트롤러 상에 복수의 아날로그 입력들을 필요로 한다. 이 때문에, 터치될 때 검출될 수 있는 정전용량성 키들의 개수가 제한된다.
어느 하나 이상의 정전용량성 키들이 터치될 때, 정전용량성 키 매트릭스의 전기적인 전하들의 변화를 검출하는 마이크로컨트롤러의 아날로그 입력을 이용함으로써, 상술한 문제들은 해결되고, 다른 그리고 더한 유익이 달성된다. 정전용량성 키들 상의 전기적인 전하는 마이크로컨트롤러로부터 디지털 출력 신호들에 의해 제공된다. 아날로그 입력들로 감지되어야 하는 매트릭스의 키들의 개수는 더 이상 마이크로컨트롤러에서 이용가능한 아날로그 입력들의 개수에 의해 제한되지 않는다.
본 발명의 일실시예에 따른 정전용량성 터치 키의 동작을 감지하는 집적회로 디바이스는, 샘플링 캐패시터를 구비하고, 상기 샘플링 캐패시터 상의 아날로그 전압을 디지털 표현으로 변환시키는 아날로그-디지털 변환기(ADC); 상기 ADC의 디지털 출력에 연결된 디지털 프로세서; 상기 디지털 프로세서에 의해 제어되는 스위치 매트릭스; 상기 디지털 프로세서에 의해 제어되는 디지털 드라이버; 정전용량성 터치 키로 연결하기 위해 적용되고, 상기 스위치 매트릭스를 통해 상기 샘플링 캐패시터에 연결되는 제1 노드; 상기 정전용량성 터치 키로 연결하기 위해 적용되고, 상기 스위치 매트릭스를 통해 상기 디지털 드라이버에 연결되는 제2 노드를 포함하고, 상기 디지털 드라이버로부터 상기 정전용량성 터치 센서 키를 통한 전압 펄스는 정전용량 비에 비례한 제1 전압으로 상기 샘플링 캐패시터를 충전시키고, 공통 전위에 대해 정전용량을 갖는 물체가 상기 정전용량성 터치 키에 가까이 근접하면, 상기 정전용량성 터치 키를 통과한 상기 전압 펄스의 일부가 상기 샘플링 캐패시터로부터 상기 공통 전위로 우회됨으로써, 상기 물체가 상기 정전용량성 터치 키에 가까이 근접하면, 상기 샘플링 커패시터는 상기 제1 전압보다 작은 제2 전압으로 충전된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 정전용량성 터치 키들 중 하나 이상의 동작을 감지하기 위한 시스템은, 복수의 정전용량성 터치 키들, 상기 복수의 정전용량성 터치 키들에 연결된 복수의 외부 연결부들을 구비한 집적회로 디바이스를 포함하고, 상기 집적회로 디바이스는, 샘플링 캐패시터를 구비하고, 상기 샘플링 캐패시터 상의 아날로그 전압을 디지털 표현으로 변환시키는 아날로그-디지털 변환기(ADC); 상기 ADC의 디지털 출력에 연결된 디지털 프로세서; 상기 디지털 프로세서에 의해 제어되고, 상기 복수의 외부 연결부들에 연결된 스위치 매트릭스; 상기 디지털 프로세서에 의해 제어되고, 상기 스위치 매트릭스에 연결된 디지털 드라이버를 포함하고, 상기 디지털 드라이버로부터의 전압 펄스는 상기 스위칭 매트릭스를 통해 상기 복수의 정전용량성 터치 키들 중 선택된 하나에 연결되고, 상기 복수의 정전용량성 터치 키들 중 선택된 하나로부터의 결과 전압은 정전용량 비에 비례하여 제1 전압으로 상기 샘플링 캐패시터를 충전시키고, 공통 전위에 대해 정전용량을 갖는 물체가 상기 복수의 정전용량성 터치 키들 중 상기 선택된 하나에 가까이 근접하면, 상기 복수의 정전용량성 터치 키들 중 상기 선택된 하나를 통과한 상기 전압 펄스의 일부가 상기 샘플링 캐패시터로부터 상기 공통 전위로 우회됨으로써, 상기 물체가 상기 정전용량성 터치 키에 가까이 근접하면, 상기 샘플링 캐패시터는 상기 제1 전압보다 작은 제2 전압으로 충전된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 P(x) 열들과 A(y) 행들로 배열된 복수의 정전용량성 터치 키들 중 어느 하나의 동작을 감지하기 위한 방법은, 복수의 정전용량형 터치 키들 상의 일부 잔류 전하들을 방전하기 위해 P(x) 열들과 A(y) 행들을 로직 로우로 세팅하는 단계; 상기 A(y) 행들의 각각을 아날로그 입력단에 연결하는 단계; 상기 A(y) 행들의 각각을 위해 상기 P(x) 열들의 각각 상에 펄스를 생성하는 단계; 상기 펄스들의 각각에 의해 생성되고, 상기 복수의 정전용량형 터치 키들의 각각과 관련된 아날로그 전압을 측정하는 단계; 상기 복수의 정전용량형 터치 키들의 각각과 관련된 상기 측정된 아날로그 전압을 저장하는 단계; 상기 저장된 측정 아날로그 전압들 중 어느 하나가 소정 전압 임계 아래에 있는지를 결정하는 단계; 및 상기 복수의 정전용량형 터치 키들 중 어느 하나가 상기 소정 전압 임계 아래의 관련된 저장 아날로그 전압을 갖는지를 나타내는 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 정전용량성 터치 센서 키 동작 검출 및 LED 디스플레이 회로를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 정전용량성 터치 센서 키의 평면도 및 정면도이다.
도 3은 본 발명의 사상에 따른 정전용량성 터치 센서 키들의 몇 가지 연결 구성들을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전용량성 터치 키들과 LED들의 매트릭스의 블록도이다.
도 5는 도 4에 도시한 정전용량성 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 정전용량성 터치 센서 키 동작 검출 및 LED 디스플레이 회로를 도시한 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), 디지털 드라이버들(114), 및 스위치들(110, 112, 130)을 포함한다. 스위치들(110, 130)은 내부 멀티플렉서 등의 일부일 수 있다. 스위치(112)는 디지털 드라이버들(114)의 출력 드라이브들(예를 들면, 토템-폴 연결 3 상태 CMOS, 오픈 컬렉터 NMOS 등)일 수 있다. 한 개의 정전용량성 터치 센서 키(118)와 LED (발광 다이오드)(120)가 예시 목적으로 도시되어 있다. 여기에 설명될 복수의 정전용량성 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.
디지털 드라이버(114)로부터의 펄스(134)가 정전용량성 터치 센서 키(118)(캐패시터 Ck)에 인가되고, 정전용량성 터치 센서 키(118)의 정전용량을 통과한 결과적인 전압 펄스는 샘플링 캐패시터(108)(캐패시터 Ca)를 충전시킨다. 샘플링 캐패시터(108) 상의 전압 전하는 정전용량성 터치 센서 키(118)와 샘플링 캐패시터(108)의 정전용량비에 의한 전압 분배일 것이다. 샘플링 캐패시터(108) 상의 결과적인 전압 전하는 ADC(104)에 의해 측정된다.
손가락이 정전용량성 터치 센서 키(118)를 동작(예를 들면, 물리적인 접촉, 터치 등)시키면, 접지로의 션트 정전용량(116)(Cf)이 만들어지기 때문에, 결과적으로 ADC(104)에 의해 측정될 샘플링 캐패시터(108)에 도달하는 전압 펄스의 진폭이 감소된다. 샘플링 캐패시터(108) 상에서 측정된 전압 전하가 이전에 측정된 전압 전하 및/또는 기준 참조 전압 전하보다 작으면, 접지 또는 공통단으로 정전용량을 갖는 손가락 또는 다른 물체가 정전용량성 터치 센서 키(118)를 동작시켰다고 간주된다.
도 1에 도시한 실시예의 장점은, 수분이 정전용량성 터치 센서 키(118)의 정전용량성 값 Ck을 실제로 증가시키고, 따라서 결과적으로 ADC(104)에 의해 용이하게 측정되는 샘플링 커패시터(108) 상의 더 큰 전압 전하를 갖게 하므로, 수분이 이 정전용량성 터치 센서 키 동작 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(low-to-high) 전압 단계(예를 들면, 펄스(134)의 라이징 에지)내에서 수행될 수 있으며, 이로써 CTMU 정전용량성 터치 검출 회로에서 요구되는 것과 같은 시간 소모 전류 적분이 필요하지 않을 수 있다.
LED(120)의 제어도 집적회로 디바이스(102)로의 추가 연결부들(핀들)을 필요로 하지 않고 용이하게 구현될 수 있다. LED(120)를 턴온시키는 것이 요구되면, 스위치들(130)은 닫히고, 디지털 드라이버(114)는 노드(128)에 연결되어 로직 로우가 되도록 제어하며, 그리고 전류가 LED(120)를 통해 흐르도록 다른 디지털 드라이버(114)로부터 플러스 전압이 노드(126)를 통해 LED(120)에 인가되며, 따라서 결과적으로 LED(120)가 발광한다(노드(128)에 연결된 디지털 드라이버(114)를 제1 디지털 드라이버로, 노드(126)에 연결된 디지털 드라이버(114)를 제2 디지털 드라이버로 구분할 수 있다). LED(120)를 통한 이 전류 흐름은 전류 제한 저항(124)에 의해 제한될 수 있다. 또한 디지털 드라이버들(114)의 전류 제어 전압원(미도시됨)이 사용됨으로써, 전류 제한 저항(122)에 대한 요구를 없앨 수 있다. 따라서, 정전용량성 터치 센서 키(118)의 동작 검출과 LED(120)의 제어를 위해 노드들, 예를 들면 연결부들 또는 핀들(126, 128)이 시분할 멀티플렉싱 방식으로 사용될 수 있다.
도시된 바와 같이, 구동 신호에 대하여 LED(120)를 역으로 연결함으로써, LED(120) 및 저항(124)의 기생 용량에 의해 정전용량형 터치 센서 키(118)의 정전용량 값 Ck가 증가되며, 그에 의해 그 키의 감도가 낮아질 것이다. LED(120) 및 저항(124)에 직렬로 DHK 고속 스위칭 다이오드 D(122)를 추가함으로써, (터치 감도를 감소시키는) 추가된 기생 용량 영향은 상당히 감소된다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 정전용량성 터치 센서 키의 평면도 및 정면도이다. 정전용량성 터치 센서 키(118)는 절연 기판(232)의 면상에 캐패시터 판들(230, 234)을 포함한다. 캐패시터 판들(230, 234)은 각각 노드들(연결부들 또는 핀들)(126, 128)에 연결된다. 캐패시터 판들(230, 234)에 손가락(236)이 가까이 근접하면, 손가락(236)의 고유 정전용량(도 1의 캐패시터(116))은 정전용량성 터치 센서 키(118)를 통과한 전압 전하의 일부를 샘플링 캐패시터(108)로의 진행 중에 션트시킬 것이다. 즉, 샘플링 캐패시터(108)를 위해 의도된 전압 전하의 일부를 손가락 션트 커패시터(116)가 우회(divert)시킴으로써, ADC(104)에 의해 측정될 결과적인 전압 전하를 감소시킨다.
도 3은 본 발명의 사상에 따른 정전용량성 터치 센서 키들의 몇 가지 연결 구성들을 도시한 도면이다. 도 3의 (a)에 도시된 구성에 있어서, 신호 펄스들(134)이 정전용량성 터치 센서 키들 중 하나(제1 키)로만 디지털 드라이버(114)의 출력으로부터 송신되고, 정전용량성 터치 센서 키들 중 나머지 하나(제2 키)에는 그에 연결된 펄스들(134)이 없다. 손가락이 이들 터치 센서 키들의 일부를 터치하기 전에는 집적 회로 디바이스(102)의 아날로그 입력에 의해 검출된 전압 레벨이 높다. 구동 신호(펄스들(134))가 인가되는 동안에 손가락이 상부 제1 키를 터치하면, 제1 ADC 아날로그 입력에서의 전압은 상당히 떨어진다. 그러나 구동 신호(펄스들(134))가 인가되는 동안에 손가락이 하부 제2 키를 터치하면, 제1 ADC 아날로그 입력에서의 전압은 단지 조금 떨어진다. 이것은 손가락이 상부 제1 키를 터치할 때 구동 신호(펄스들(134))로부터 송신된 전하가 손가락 터치에 의해 유일하게 제거될 수 있기 때문에 발생한다. 이 관찰에 근거하여, 구동 신호가 유일하게 키 매트릭스의 한 열로부터이고 아날로그 입력이 큰 전압 강하를 검출하면, 손가락 터치가 다른 열이 아닌 구동 신호의 열에서 발생했다고 할 수 있다.
도 3의 (b)에 도시된 구성에 있어서, 정전용량성 터치 센서 키들(제1 키, 제2 키)의 모두로 디지털 드라이버(141)의 출력으로부터 신호 펄스들(134)이 송신되고, 그리고 이 키들 모두 손가락 터치에 매우 민감하다. 손가락이 이 키들 중 하나(예를 들면 제1 키)를 터치하면 제1 키에 연결된 아날로그 입력(제1 ADC)은 상당한 전압 강하를 감지할 것이고, 반면에 손가락 터치가 없다면 제2 키에 연결된 다른 아날로그 입력(제2 ADC)은 사소한 전압 강하를 감지할 것이다. 이것은 손가락에 의해 야기된 추가적인 정전용량이 접지에 대해 제1 키의 임피던스를 낮추기(손가락 정전용량성 커플링) 때문에 발생한다. 도 3의 (a) 및 (b)의 선택된 연결 구성들을 결합함으로써, 아날로그 입력(들)과 디지털 출력들만의 사용이 정전용량성 키 매트릭스에서의 손가락 터치를 검출하는데 필요하다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 정전용량성 터치 키들과 LED들의 매트릭스의 블록도이고, 도 5는 도 4에 도시한 정전용량성 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, 정전용량성 터치 키들(118)이 감지되고 LED들(120)(도 4에 도시됨)이 구동될 수 있다. 스위치 매트릭스(338)는, 예를 들어 그에 한정되지는 않지만, 멀티플렉서 또는 스위칭 매트릭스(예를 들면 집적회로 디바이스(102)의 어떤 신호 연결이 어떤 특정 시간에서 아날로그 입력 또는 출력, 디지털 출력, 또는 디지털 입력이게 하는 범용 입출력(GPIO)) 일 수 있다.
도 5를 참조하면, 키 동작 검출 운용(예를 들면, 키 매트릭스로부터 전압 변경 감지)의 한 예는 다음과 같을 수 있다.
1) 모든 정전용량성 터치 키들(118)을 방전하도록 모든 AN0-AN2 및 GP0-GP3 노드들을 출력 로직 로우로 세팅한다.
2) AN0-AN2 노드들을 출력 로직 로우들로부터 아날로그 입력들로 변경한다.
3) GP0 노드로부터 출력 로직 하이 (펄스)를 구동하고, x=0에서 AN(y) 아날로그 입력 노드에서의 아날로그 전압 값을 측정한다.
4) x=0에서, 디지털 출력 GP(x) 노드로부터 여기(펄싱)될 때 AN0-AN2 아날로그 입력 노드들의 각각에서 아날로그 전압 값들을 얻기 위해, 각 AN(y) 아날로그 입력 노드를 위해 단계 1) 내지 3)을 반복한다(여기서 y=1 또는 2임).
5) 아날로그 입력 노드 AN0-AN2의 일부가 상당히 변화된 값을 갖는다면, 하나 이상의 정전용량성 키들이 눌려졌다. 그리고,
6) 모든 정전용량성 터치 키들(118)의 스캐닝을 완료하기 위해 GP(x)로부터 구동(펄스) 신호들을 이용하여 단계 1) 내지 5)를 반복한다(여기서 x=1, 2, 3임).
예를 들면, AN0와 GP3의 교차 지점에 있는 정전용량성 터치 키(118a)가 손가락 터치에 의해 동작되면, 아날로그 입력들 AN0-AN2에서의 다음의 전압들은 시간 시퀀스로 디지털 출력들 GP3-GP0로부터의 펄스의 각 경우에 대하여 다음과 같다.
AN0 AN1 AN2
GP3 = 펄스 로우 하이 하이
GP2 = 0 0 0 0
GP1 = 0 0 0 0
GP0 = 0 0 0 0
AN0 AN1 AN2
GP3 = 0 0 0 0
GP2 = 펄스 하이 하이 하이
GP1 = 0 0 0 0
GP0 = 0 0 0 0
AN0 AN1 AN2
GP3 = 0 0 0 0
GP2 = 0 0 0 0
GP1 = 펄스 하이 하이 하이
GP0 = 0 0 0 0
AN0 AN1 AN2
GP3 = 0 0 0 0
GP2 = 0 0 0 0
GP1 = 0 0 0 0
GP0 = 펄스 하이 하이 하이
상술한 예제 표들로부터, AN0 상의 전압은 GP3 상에 펄스가 출력될 때만 로우이다. 이것은 GP3 상에 펄스가 출력될 때, 캐패시터 Ck(118a) 쪽에 연결된 GP3에서의 전압이 캐패시터 Ck(118a)의 손가락 터치에 의해 낮아질 것이고, 이에 의해 아날로그 입력 AN0에 연결되고, 더욱 ADC(104)의 입력에 연결된(도 1 참조) 캐패시터 Ck(118a)의 다른 쪽의 전압이 낮아질 것이다.
키 동작 감지 운용들 사이에 LED(120)를 턴온하기 위해, 열의 GP(x) 노드는 로직 로우 입력으로 세팅되고 그리고 행의 AN(y) 노드는 로직 하이 출력으로 세팅된다. 다른 열 및 행의 노드들 모두는 하이-Z 비연결 상태(예를 들면, 3 상태 출력 오프)를 유지할 수 있다. 전류는 광을 출력하는 GP(x) 노드 열과 AN(y) 노드 행의 교차 지점에 있는 LED(120)를 통해 흐를 것이다. 터치 감지 및 LED 구동 동작들을 시간에 맞춰(시분할 멀티플렉싱) 교대함으로써, 집적회로 디바이스(102)의 GPIO 스위치 매트릭스(338)를 통해 동일 노드들을 사용할 수 있다. 따라서 3 X 4 매트릭스 패널은 터치 키 모니터링을 위해 3 개의 아날로그 입력들과 4개의 디지털 출력들로 이루어진 7개의 노드들(연결들)만 필요로 하며, 그리고 LED 여기를 위해 7개의 노드들 모두 GPIO 스위치 매트릭스(338)에 의해 디지털 출력들로 스위칭될 것이다. 본 발명의 사상에 따르면, 4 X 5 매트릭스는 마찬가지로, 제어 및 디스플레이 패널의 터치 감지와 LED를 구동 모두를 위해 집적회로 디바이스(102)에 9개의 노드들, 연결부들 등을 필요로 할 것이다.
도 1 내지 도 5에 도시된 회로들의 장점은, 로우-투-하이 단계 신호(펄스 134)가 송신되면, 정전용량형 터치 키(118)(캐패시터 Ck)의 임피던스가 직렬로 연결된 저항(124)과 역 바이어스된 LED(120)과 고속 스위칭 다이오드(122)의 임피던스에 비해 매우 낮다(작다)는 것이다. 따라서 저항(124), LED(120) 및 다이오드(124)의 존재는 키(118)의 동작에 해당하는 전압들을 검출하는 동안에는 무시될 수 있다.

Claims (20)

  1. 정전용량성 터치 키의 동작을 감지하는 집적회로 디바이스에 있어서,
    샘플링 캐패시터를 구비하고, 상기 샘플링 캐패시터 상의 아날로그 전압을 디지털 표현으로 변환시키는 아날로그-디지털 변환기(ADC);
    상기 ADC의 디지털 출력부에 연결된 디지털 프로세서;
    제1 연결핀과 제2 연결핀;
    상기 디지털 프로세서에 의해 제어되는 제1 디지털 드라이버 및 제2 디지털 드라이버;를 포함하고,
    여기서, 상기 제1 연결핀은 정전용량성 터치 키의 제1 단자에 결합하도록 구성되고 및 제1 스위치를 통해서 상기 샘플링 캐패시터에 결합될 수 있고, 또한, 상기 제1 연결핀은 제2 스위치를 통해서 상기 제2 디지털 드라이버에 결합될 수 있고, 또한, 상기 제2 연결핀은 상기 정전용량성 터치 키의 제2 단자에 결합하도록 구성되고 및 상기 제1 디지털 드라이버에 결합되고;
    소정 LED와 직렬로 연결된 고속 스위칭 다이오드를 더 포함하고,
    상기 직렬 연결된 발광 다이오드(LED)와 상기 고속 스위칭 다이오드는 상기 정전용량성 터치 키와 병렬로 결합되고, 여기서, 상기 LED는 제1 디지털 드라이버가 상기 제1 연결핀을 로직 하이로 구동하고 상기 제2 디지털 드라이버가 상기 제2 연결핀을 로직 로우로 구동할 때 턴온되고,
    상기 제1 디지털 드라이버로부터 상기 정전용량성 터치 키를 통해 얻어진 전압 펄스는 상기 샘플링 캐패시터를 상기 정전용량성 터치 키와 상기 샘플링 캐패시터의 정전용량 비에 비례하는 제1 전압까지 충전하고,
    여기서, 공통 전위에 대해 정전용량을 갖는 물체가 상기 정전용량성 터치 키에 가까이 근접하면, 상기 정전용량성 터치 키를 통과한 상기 전압 펄스의 일부가 상기 샘플링 캐패시터로부터 공통 전위로 우회(divert)되고, 및
    그에 의해, 상기 물체가 상기 정전용량성 터치 키에 가까이 근접할 때 상기 샘플링 캐패시터가 상기 제1 전압보다 작은 제2 전압으로 충전되는 집적회로 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 물체는 손가락인 집적회로 디바이스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 공통 전위는 그라운드(ground) 전위인 집적회로 디바이스.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치는 스위치 매트릭스에 의해 형성되는 집적회로 디바이스.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 스위치 매트릭스는, 상기 집적회로 디바이스의 임의의 신호 연결부가 임의의 특정 시간에서 아날로그 입력부, 아날로그 출력부, 디지털 출력부, 또는 디지털 입력부가 될 수 있도록 허용하는 범용 입출력부인 집적회로 디바이스.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 LED에 직렬로 연결된 전류 제한 저항을 더 포함하는 집적회로 디바이스.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 디지털 드라이버는 전류제어된 전압원을 포함하는 집적회로 디바이스.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 디지털 프로세서는, 상기 ADC로부터의 전압들의 디지털 표현들을 상기 디지털 프로세서의 메모리에 저장하고, 메모리에 저장된 전압들의 상기 디지털 표현들 중 적어도 하나가 나머지들보다 작으면, 상기 정전용량성 터치 키가 동작되었음을 나타내는 신호를 생성하는 집적회로 디바이스.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 고속 스위칭 다이오드는 상기 제2 연결핀에 연결되는 집적회로 디바이스.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 LED는 교번하는 시간 구간들 동안 턴온되는 집적회로 디바이스.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 집적회로 디바이스는 혼합 신호 마이크로컨트롤러인 집적회로 디바이스.
  12. 복수의 정전용량성 터치 키들 중 하나 또는 복수의 동작을 감지하기 위한 시스템으로서, 상기 시스템은 스위치 매트릭스 및 상기 스위치 매트릭스에 결합된 복수의 연결핀들을 포함하는 상기 제1항 내지 상기 제11항 중 어느 한 항에 따른 집적회로 디바이스를 포함하고:
    매트릭스로 배열되고 상기 복수의 연결핀들에 결합된 복수의 정전용량성 터치 키들,
    상기 복수의 정전용량성 터치 키들의 각각과 병렬로 각각 결합된 복수의 LED들을 더 포함하는 정전용량성 터치 키 감지 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 매트릭스의 행들은 상기 복수의 제1 연결핀들에 연결되고, 상기 매트릭스의 열들은 상기 복수의 제2 연결핀들에 연결되는 정전용량성 터치 키 감지 시스템.
  14. 제12항에 따른 시스템으로 P(x) 행들과 A(y) 열들로 배열된 복수의 정전용량성 터치 키들 중 어느 하나의 동작을 감지하기 위한 방법으로서,
    복수의 정전용량성 터치 키들의 일부 잔류 전하들을 방전시키기 위해 P(x) 행들과 A(y) 열들을 로직 로우로 설정하는 단계;
    상기 A(y) 열들의 각각을 아날로그 입력부에 결합하는 단계;
    상기 A(y) 열들의 각각을 위해 상기 P(x) 행들의 각각에 펄스를 발생시키는 단계;
    상기 펄스들의 각각에 의해 생성된 상기 복수의 정전용량성 터치 키들의 각각과 관련된 아날로그 전압을 측정하는 단계;
    상기 복수의 정전용량성 터치 키들의 각각과 관련된 측정된 상기 아날로그 전압들을 저장하는 단계;
    저장된 측정된 상기 아날로그 전압들 중 임의의 하나가 소정 임계 전압 아래에 있는지를 결정하는 단계; 및
    상기 복수의 정전용량성 터치 키들 중 어느 하나가 상기 소정 임계 전압 아래에 있는 저장된 상기 아날로그 전압을 갖는지를 상기 LED를 통해 표시하는 단계를 포함하는 정전용량성 터치 키 동작 감지 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 복수의 LED들 중 하나를 턴온하기 위해 상기 아날로그 입력부를 디지털 출력부로 스위칭하고 상기 P(x) 행들과 상기 A(y) 열들을 상기 제1 디지털 드라이버 및 상기 제2 디지털 드라이버로 구동시키는 단계를 더 포함하는 정전용량성 터치 키 동작 감지 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 LED들을 턴온하고 상기 복수의 정전용량성 터치 키들을 감지하는 것이 시분할 멀티플렉싱되는 정전용량성 터치 키 동작 감지 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 LED는 전류 제어된 전압원에 의해 구동되는 정전용량성 터치 키 동작 감지 방법.
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