KR20200037683A

KR20200037683A - Led 구동 장치를 포함한 정전 용량 센서의 신호 대 잡음비 개선 장치

Info

Publication number: KR20200037683A
Application number: KR1020180117180A
Authority: KR
Inventors: 노성훈; 장현영
Original assignee: (주)테크레인
Priority date: 2018-10-01
Filing date: 2018-10-01
Publication date: 2020-04-09

Abstract

본 발명은 LED 매트릭스 제어시 LED에 전류가 흐르는 순간과 정전 센서의 인식 순간을 시간적으로 분리하여 동일 보드 내에서 정전 터치 장치의 SNR을 증가시켜 정전 터치 동작의 안정성을 향상시키도록 한 LED 구동 장치를 포함한 정전 용량 센서의 신호 대 잡음비 개선 장치에 관한 것이다.
본 발명은 안정적 정전센싱 품질 확보, PCB 크기 축소로 인한 원가절감 효과를 얻을 수 있으며, 정전센싱과 LED를 동시에 제어하는 칩의 설계와 정전 센서와 LED를 동시에 사용하는 PCB 설계에 이용될 수 있는 것으로, LED 드라이버와 정전용량 센서를 시분할하여 제어하기 위한 LED 매트릭스 제어부, 상기 LED매트릭스 제어부에 의해 제어되는 정전용량 센싱 타이밍 조정장치 및 정전용량 센서를 포함하여 구성되며, 상기 정전용량 센서는 터치패드가 터치 될 때의 정전용량을 센싱하도록 구성된 것이다.

Description

LED 구동 장치를 포함한 정전 용량 센서의 신호 대 잡음비 개선 장치{Improving signal to noise ratio method of capacitive sensors including LED driver}

본 발명은 정전 센서를 입력장치로 사용하고 LED를 출력 장치로 사용하는 시스템에 있어서, LED 구동 장치를 포함한 정전 용량 센서의 신호 대 잡음비 개선 장치에 관한 것으로, 특히 정전 용량과 LED 전류간의 상호 간섭을 배제하여 정전 용량 센서의 SNR(신호 대 잡음 비)을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 LED 매트릭스 제어시 LED 패턴으로 전류의 흐름이 지속적으로 변하며 이는 주변 회로의 정전용량 값에 영향을 준다.

특히, PCB의 공간이 협소하여 정전 센서의 회로 패턴과 LED 제어 회로 패턴이 근접하거나 교차할 경우 LED의 제어 신호는 정전 센서가 센싱하는 정전 용량 값에 변화를 주며 이는 정전 센서의 오동작을 발생시킨다.

도 1은 종래 LED 매트릭스의 제어 동작을 설명하기 위한 파형도이며, LED 매트릭스의 일반적인 제어 내용을 나타낸 것으로, Dn 라인은 LED들의 애노드에 연결되어 순차적으로 하이-로우로 제어되고 SGn 라인은 LED의 캐소드에 연결되며 제어되어 같은 Dn 라인이 하이가 되었을 때 연결된 LED 의 온/오프를 제어하게 된다.

도 1의 예에서 D1 라인에 14개의 LED가 연결 가능하며 각각의 LED는 애노드쪽은 D1라인에, 캐소드는 SG1 ~ SG14에 각각 연결되어 D1라인이 하이가 되었을 때 각각의 SGn 라인을 제어함으로 14개의 LED를 온/오프 할 수 있으며 Dn 라인은 순차적으로 D1부터 D8까지 하나의 D라인만 온되고 나머지는 오프되며 Dn의 온시 해당하는 SG1~SG14를 제어하여 8(D1~D8)×14(SG1~SG14)=112개의 LED를 제어할 수 있다.

이러한 종래의 파형도를 보면, LED(L)의 온/오프 상태에 따라 회로 패턴에 흐르는 전류가 달라지며, 온 상태의 경우에도 LED 매트릭스 제어로 인하여 사람의 시야에는 온으로 보이지만 전기적으로는 시간에 따라 온/오프가 반복으로 인해 지속적으로 전위가 변화되어 주변 패턴과의 정전 용량에 변화를 주는 것으로, 도면중 부호 3은 LED 드라이빙 회로 패턴이다.

도 2는 종래 정전용량센서의 동작 파형도를 나타낸 것으로, 정전용량센서로 사용하고자 하는 패턴에 전하를 충, 방전시키는 시간을 측정하여 정전 용량을 디지털화하는 방법이다.

도 2의 a 구간에서는 회로가 가지는 정전 용량을 충, 방전하는 구간이며, b 구간에서는 터치 등의 행위로 정전 용량이 추가되어 충, 방전하는 시간이 증가된 파형을 나타낸 것이다.

이 파형은 비교기를 통하여 하이-로우로 변환되고, 하이-로우 시간은 타이머 등을 이용하여 디지털화되어 사용되며, 이 값은 정전 용량 값이 커지면 커지고 정전 용량 값이 작아지면 작아진다.

측정하고자 하는 정전용량 값은 수 pF 단위로 매우 작아 LED 제어에 따른 주변의 전위 변화에 따라 영향을 받게 되며, 이를 극복하기 위해 도 3과 같이 LED드라이버(1)와 연결되는 LED 드라이빙 회로패턴(3)과, 정전용량센서(2)와 연결되는 정전용량센서패턴(4)과의 거리를 물리적으로 이격시키는 방법을 사용한다.

그러나 종래에는 제품의 기구적 제약으로 인하여 도 4와 같이 회로 패턴이 같이 상호 근접하거나 교차하게 되어 LED 드라이빙 회로 패턴(3)과 정전용량센서패턴(4)의 물리적 이격이 불가한 경우가 발생하여 측정한 정전용량 값에 노이즈가 발생되는 결점이 있었다.

도 5는 종래에 LED 드라이빙 회로 패턴(3)과 정전용량센서패턴(4)이 상호 근접함에 따라 정전용량값에 노이즈가 포함되어 있는 상태를 그래프로 나타낸 것이다.

본 발명 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 공간적인 제한 상황에서 동작을 시간 차이로 분리하여 정전용량 센서의 SNR을 향상시킬 수 있는 LED 구동 장치를 포함한 정전 용량 센서의 신호 대 잡음비 개선 장치를 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 정전 용량 센서의 동작과 LED 제어로 인한 주변 회로의 전위변화가 동시에 발생하는 것을 방지하기 위하여, 두 개의 기능이 시간적으로 분리되어 동작되도록 함으로써 LED의 제어 신호가 정전용량 센서에 영향을 미치지 못하게 분리한다. 이렇게 시간을 분리하기 위해서 LED 매트릭스 제어부가 LED와 정전 용량 센서의 동작 타이밍 모두를 조절하거나 한쪽에서 다른 쪽으로 자신의 동작을 전송, 수신측에서 상대측에 영향이 없는 타이밍에 수행함으로써 상대의 동작 여부를 센싱하여 상대측이 동작하지 않는 경우 자신이 동작하도록 구성함을 특징으로 한다.

이상과 같은 본 발명에 의하면, LED의 제어 전위 변화와(하이->로우 또는 로우->하이) 정전용량 센서의 센싱이 서로 다른 시간에 동작하게 하여 LED의 제어 신호가 정전용량 센서에 영향을 미치지 못하게 분리함으로써 LED와 정전 용량 센서가 동시에 사용되는 환경에서 정전 용량 센서의 SNR을 향상시킬 수 있으며, SNR의 저하로 인한 PCB에서의 정전용량 센서의 오동작을 방지할 수 있고, LED드라이빙 회로패턴과 정전용량센서패턴의 이격 거리를 줄여 PCB의 소형화로 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 LED 매트릭스의 제어 동작을 설명하기 위한 파형도
도 2는 종래 정전 센서의 동작 파형도
도 3은 종래 LED 드라이빙 회로 패턴과 정전용량센서패턴의 물리적 이격 방법을 나타낸 도면
도 4는 종래 LED 드라이빙 회로 패턴과 정전용량센서패턴의 근접 상태를 나타낸 도면
도 5는 도 4에 따른 정전 용량의 검출 결과를 나타낸 그래프
도 6은 본 발명 정전 센서 기능을 포함한 LED 구동장치의 블럭 구성도
도 7과 도 8은 본 발명의 LED 제어신호와 정전 용량 신호의 분리 방법을 나타낸 그래프로, LED 제어 신호의 전이 구간을 회피한 예시도이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참고로 하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 6은 본 발명의 정전 센서 기능을 포함한 LED 구동 장치의 블럭도로, LED매트릭스(6)를 LED드라이빙 회로패턴(3)을 통하여 제어하기 위한 LED드라이버(1)와, 상기 LED드라이버(1)에 의해 제어되는 정전용량 센싱 타이밍 조정장치(7) 및 정전용량 센서(2)를 포함하여 구성되며, 상기 정전용량 센서(2)는 터치패드(5)가 터치될 때의 정전용량을 센싱하도록 구성된다.

단, 정전 용량 센싱 타이밍 조정 장치(7)는 LED 드라이버(1)의 동작 상태와 정전 용량센서(2)의 동작 상태를 전달받아 LED 매트릭스(6)의 제어와 정전용량 센서(2)의 동작이 동시에 일어나지 않도록 조정한다.

상기 동작 상태란 LED 드라이버의 경우 Dn 라인의 하이-로우 상태이며, 정전 용량 센서의 동작 상태는 정전 용량 센서의 동작 여부이다.

하나의 Dn 라인이라도 하이인 경우 LED 드라이버의 상태는 온, 전체 Dn 라인이 로우인 경우 LED 드라이버의 상태는 오프로 나타낼 수 있으며, 정전 용량센서가 센싱을 하는 동안에는 정전 용량센서의 상태는 온, 센싱을 하지 않는 동안에는 오프로 나타낼 수 있다.

LED 드라이버(1)와 정전 용량센서(2)의 동작 상태의 온, 오프 시간은 설계시 확인 가능한 값으로 동작이 시작되는 시점을 인식하면 동작이 마치는 시간을 알 수 있어 제어를 통해 두 장치의 간섭을 시간적으로 회피 할 수 있다.

정전 용량 센싱 타이밍 조정 장치는 위의 동작상태를 전기적으로 온/오프 신호로 받아 LED 드라이버(1)의 동작 타이밍과 정전 용량센서(2)의 동작 타이밍을 전달받는다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명한다.

기존에는 제품의 기구적 제약으로 인하여 LED드라이빙 회로 패턴(3)과 정전용량센서패턴(4)의 물리적 이격이 불가한 경우가 발생하는데 이때의 회로 패턴은 도 4와 같이 근접하거나 교차하게 되며 정전 용량의 값에는 도 5의 그래프와 같이 노이즈가 포함되어 나타나게 된다.

따라서, 이러한 노이즈가 정전용량센서(2)의 SNR을 저하시켜 오동작을 발생시키는 원인이 되는데, 본 발명에서는 이를 해소하기 위해, 시간을 분리하기 위한 수단으로, 정전용량 센싱타이밍 조정장치가 LED 드라이버(1), 정전 용량센서(2)의 동작 상태를 확인하여 두 장치의 동작이 겹치지 않도록 동작 타이밍을 제어한다.

정전용량센서(2)와 LED 제어 파형을 시간으로 분리하는 방법은 도 7과 같이 LED 매트릭스 제어 파형과 정전용량센서(2)의 터치 스캔 파형을 완전히 분리하는 방법이 있다.

또한, 도 8과 같이 LED 매트릭스 제어파형의 하이->로우, 로우->하이 변화 순간을 피해(즉, LED드라이빙 회로패턴(3)의 전위 변화를 피해) 정전용량센서(2)를 동작시키는 방법이 있다.

상기 두 방법 모두 정전용량센서(2)의 동작시 주변 회로의 전위를 일정하게 유지하여 정전용량센서(2)의 SNR을 향상시킬 수 있다.

1:LED 드라이버 2:정전용량센서
3:LED드라이빙 회로패턴 4: 정전용량센서패턴
5:터치 패드 6:LED매트릭스
7:정전용량 센싱 타이밍 조정장치

Claims

LED매트릭스(6)를 LED 드라이빙 회로패턴(3)을 통해 제어하기 위한 LED 드라이버(1)가 구비되고, 상기 LED 드라이버(1)에 의해 제어되는 정전용량 센싱 타이밍 조정장치(7) 및 정전용량 센서(2)를 포함하여 구성되며, 상기 정전용량 센서(2)는 터치패드(5)가 터치 될 때의 정전용량을 센싱하도록 구성되고, 상기 정전용량센서(2)와 LED를 구동하는 PCB 또는 해당 기능을 수행하는 반도체를 구동장치로 구비한 것을 특징으로 하는 LED 구동 장치를 포함한 정전 용량 센서의 신호 대 잡음비 개선 장치.
제 1항에 있어서, LED 매트릭스(6)의 동작 상태를 정전용량 센서(2)가 인지하여 회피하도록 구성되고, 상기 정전용량 센서(2)가 LED 드라이버(1)의 동작 상태를 전달받도록 구성된 것을 특징으로 하는 LED 구동 장치를 포함한 정전 용량 센서의 신호 대 잡음비 개선 장치.
제 1항에 있어서, 상기 LED 매트릭스(6)와 정전용량 센서(2)를 함께 사용하며, 시간 차이를 두고 동작하도록 구성된 것을 특징으로 하는 LED 구동 장치를 포함한 정전 용량 센서의 신호 대 잡음비 개선 장치.
제 3항에 있어서, 정전용량센서(2)와 LED 제어간의 시간 차이를 생성할 수 있으며 기타의 정전 용량센서(2)의 동작이 LED 제어 신호의 전이 구간을 회피하도록 구성된 것을 특징으로 하는 LED 구동 장치를 포함한 정전 용량 센서의 신호 대 잡음비 개선 장치.