[SENSOR]/Sensor2009. 1. 7. 09:32

CPLD를 통한 멀티포인트 터치스크린 및 패널의 구현

싱글 포인트 터치스크린과 패드는 전자 시스템과 인터페이스하는데 있어서 더이상 이상적인 방법이 아니며, 사용자들에 의해 거의 기대되어지지 않는다. 싱글-포인트 터치스크린 솔루션은 이미 제공되고 있기 때문에 제품에 대한 소비자의 주목을 끌어내기 위해서는 2-터치 또는 멀티-포인트 터치스크린 또는 패드가 필요하다. 멀티-터치 옵션은 매우 제한되어 있지만, 알테라의 MAX IIZ CPLD는 유연한 멀티-터치 사용자 인터페이스를 기존 컴포넌트를 통해 가능하게 해준다.
자료제공 : 알테라 www.altera.com



2007년 특정 웹 지원 멀티미디어 스마트폰이 시장에서 선풍적인 인기를 끌면서, 이로 인해 소비자들이 자신들의 휴대형 기기들과의 상호작용하는 방법에 대한 기대를 변화시켰다. 특히 유동적인 터치스크린 인터페이스가 출현함에 따라 사용자들은 그들의 손가락 끝으로 다양한 애플리케이션에 접근하거나 웹페이지를 스크롤할 수 있게 되었다. 시간, 예산, 전력 요건들을 희생시키지 않으면서 이와 같은 정교한 인터페이스들을 개발하기 위해 제로-파워 알테라 MAX IIZ CPLD를 이용해 설계할 수 있다.
ASSP나 다른 경쟁 기술들과 달리 MAX IIZ CPLD는 제품 차별화를 지원하기 위해 높은 I/O 수, 사용편의성, 저전력, 유연성을 제공한다. 이러한 이점으로 인해 의료, 차량, 산업 등의 애플리케이션뿐만 아니라 독창적인 휴대단말기, 휴대형 미디어 플레이어, 디스플레이 등의 개발 프로세스를 단순화하고 가속화시킬 수 있다. MAX IIZ EPM240Z 디바이스에 알테라의 새로운 멀티포인트 터치스크린 레퍼런스 디자인을 채용하여 개념에서부터 동작하는 제품까지 빠르게 이동할 수 있다.
모든 터치스크린 솔루션은 2개의 부분, 즉 2D 터치 센서와 센서 데이터를 사용자의 의도로 변환하는 컴퓨터 애플리케이션으로 나누어진다. 레퍼런스 디자인은 완벽한 센서 및 데이터 수집 시스템으로 멀티-터치 내비게이션 패드로 사용되는 ITO(indium tin oxide) 스크린 또는 간단한 양면 PCB과 함께 커스터마이징 하거나 그대로 사용할 수 있다. 그림 1에 나타낸 2D 멀티-터치 레퍼런스 디자인은 MAX IIZ EPM240Z CPLD과 온-칩 환경 보정 및 ITO 스크린 기능을 가진 아날로그 디바이스의 AD7142 통합 CDC(capacitance -to-digital converter)에 기반하고 있다.

커스터마이징 또는 없이 설계 착수 가능
레퍼런스 디자인은 멀티-터치 센서의 동작을 검증하고 테스트하는 간단한 데이터 해석 애플리케이션을 가지고 있다. 커패시턴스 변화를 감지하는 AD7142 CDC는 단지 14개의 커패시턴스 센서 채널만을 가지고 있다. 이 레퍼런스 디자인에서 MAX IIZ CPLD는 2D ITO 필름 또는 PCB 터치 센서를 처리할 수 있도록 AD7142 CDC의 성능을 확장시킨다. 애플리케이션 프로세서는 AD7142의 CDC 레지스터 파일에 접근하여 SRC 신호에 대한 MAX IIZ CPLD의 제어 기능을 SPI 또는 I2C 버스를 통해 적합한 축에 설정한다. MAX IIZ CPLD는 또한 긴 휴지 상태 후에 터치스크린이 터치를 감지하는 경우에 인터럽트 신호를 생성한다.


ITO 또는 PCB 터치스크린 설계
모든 터치스크린 설계는 실제 터치 센서에서부터 시작한다. 이 레퍼런스 디자인이 커패시턴스 ITO 터치스크린에 중점을 두고 있을지라도 이것이 역시 한면에 수평 트레이스와 다른 한면에 수평 트레이스를 가진 양면 PCB와 함께 동작한다.
ITO 터치스크린은 AD7142 CDC 입력과 연결된 최대 14개의 y 트레이스와 MAX IIZ CPLD와 연결된 16개의 x 트레이스를 가지고 있는, 인슐레이터(insulator)에 의해 분리된 2개의 투과 레이어를 가지고 있다. MAX IIZ CPLD는 해상도를 향상시키고 터치 영역을 확장하기 위해 보다 많은 I/O를 추가할 수 있다. 제시된 14x16 설계는 최대 16cm× 14cm의 크기를 가진 스크린 또는 패드에서 동작한다.
ITO 터치 센서는 2개의 직교 레이어, 즉 x와 y 트레이스를 가지며 인슐레이터에 의해 분리된다. CDC가 손가락에 가장 가까운 트레이스를 모니터링 한다면 터치 발생시 CDC가 보다 민감하기 때문에 x 트레이스가 아래에 있고, AD7142에 연결된 y 트레이스가 위에 있는 것이 이상적이다. 트레이스는 5mm에서 10mm의 간격를 가진 느슨한 어레이이다. 그림 2는 터치스크린 교차 영역(좌)과 스크린 뷰(우)를 나타낸 것이다. 실제 디스플레이 터치스크린에서 트레이스는 투명하다.
그림 2의 센서를 컴퓨터 내비게이션 패드로 구현하여 일반적인 내비게이션 패드에서 요구되는 선택 푸쉬 버튼을 제거할 수 있다. 그림 3에 나타낸 바와 같이 중지를 사용하여 커서를 이동하고 검지와 약지로 스크린을 터치하여 좌우 마우스 클릭을 표시할 수 있다. 이동 부품들을 제거함으로써 푸쉬 버튼 및 푸쉬 버튼 스위치보다 커패시턴스 터치스크린 센서의 내구성을 보다 강화할 수 있다.



아날로그 디바이스의 AD7142 CDC
AD7142 CDC는 터치스크린 디코더로 사용될 수 있도록 설계되지 않았지만, PCB 상의 센서 패드의 선형 어레이에 대한 커패시턴스와 커패시턴스 변화를 측정한다. AD7142 CDC의 복잡한 전자공학을 통해 특정 PCB 레이아웃에 대해 보정하여 12비트의 정확도로 14개의 센서 입력 각각에 대한 커패시턴스 측정값을 생성할 수 있다. 각 측정 주기 이후에 I2C 또는 SPI 버스가 이러한 값들에 접근한다. AD7142 CDC는 SRC 신호 상에 250KHz 구형파(square wave) 신호를 전송하여 센서 패드에 인접한 트레이스를 구동하여 수신된 SRC 강도를 측정한다. 터치패드의 커패시턴스가 SRC 신호 수신 강도에 비례하기 때문에 AD7142 CDC는 사용자의 손가락이 터치패드에 접근할 때 커패시턴스의 변화를 감지하고 그 양을 측정할 수 있다.
AD7142 CDC는 14개의 직렬 어드레스 부여 가능 커패시턴스 측정을 제공한다. 그림 4에서 위의 차트는 손가락이 근처에 없는 기준선 조건 하에서 레지스터 값의 재현을 나타내며, 아래의 차트는 센서 9에 가장 가깝게 손가락이 위치했을 때의 레지스터 값을 나타낸 것이다. AD7142 CDC의 민감도를 통해 애플리케이션 프로세서는 이러한 커패시턴스 값의 세부적인 벡터를 통해 손가락이 9.3 센서 위치의 중앙 또는 센서 9와 센서 10 사이에 있다는 것을 기입할 수 있다. AD7142 CDC의 12bit 정확도를 통해 단지 14개의 센서만으로 손가락 위치에 대한 매우 정밀한 측정이 가능하다.
AD7142 CDC 관련 문서들에서 동작 및 보정 기능에 대한 보다 자세한 사항들에 대해 제공하고 있다.




MAX IIZ CPLD를 통한 2D 센서로의 변환
AD7142 CDC는 독립적으로 단일 SRC 트레이스에 대한 14개의 센서의 커패시턴스를 측정할 수 있다. MAX IIZ CPLD를 추가함으로써 AD7142 CDC 로부터 SRC 구형파 신호를 획득함으로써 복수의 SRC 트레이스를 지원하고, 시리얼 인터페이스 제어를 통해 터치스크린 수직 x 트레이스들 중 하나를 선택적으로 구동할 수 있다. AD7142 CDC가 실제 수직 트레이스의 영역 또는 축에 대해 특성화된 커패시턴스 값을 측정하는 것도 가능하다. AD7142의 커패시턴스-투-디지털 측정값에 대한 고해상도와 함께 MAX IIZ에서 제공되는 많은 수의 I/O(5x5mm 패키지의 경우, 최대 54개의 I/O 지원, 7x7mm 패키지의 경우, 최대 116개의 I/O 지원)를 통해 이러한 솔루션이 초대형 터치스크린 또는 패드를 지원할 수 있는 가능성이 충분히 있다.
그림 5는 AD7142 CDC와 MAX IIZ CPLD의 조합을 통해 달성된 2D 커패시턴스 측정값의 결과를 나타낸 것으로 x축에 대한 16개의 트레이스 또는 16개의 분할을 나타낸 것이다. 그림 5의 좌측은 기준선 커패시턴스 측정값이고, 우측은 2개의 손가락이 센서를 터치했을 때 가능한 결과를 나타낸 것이다. 차트는 SRC 트레이스가 활성화되어 결정된 청색과 적색 열의 샘플을 나타내고 있다.
시리얼 인터페이스를 사용하여 애플리케이션 프로세서는 MAX IIZ CPLD가 센서의 S1 칼럼을 SRC 신호에 따라 구동하도록 설정할 수 있으며, AD7142 CDC로부터의 14개의 커패시턴스 값을 판독할 수 있다. 애플리케이션 프로세서는 MAX IIZ CPLD가 SRC에서 다음 수직 트레이스로 이동하도록 신호를 보내고 다른 14개의 커패시턴스 값을 측정할 수 있으며, 애플리케이션 프로세서가 터치센서의 2D 영역을 표현하는 244개(14x16)의 모든 커패시터스 측정값을 획득할 때까지 이를 반복한다. I2C 버스의 경우, 모든 데이터를 수집하는 프로세스에 약 375ms가 소요되고, SPI 버스의 경우, 약 300ms가 소요된다.(보다 낮은 해상도의 CDC 샘플은 샘플 주기를 줄여준다). 다음으로 애플리케이션 프로세서는 사용자의 의도를 결정하기 위해 로우 데이터를 처리한다.



전력, 시간, 프로세싱의 절감
MAX IIZ CPLD 및 AD7142 CDC 터치스크린 디코드 레퍼런스 디자인은 매우 전력효율적이기 때문에, 일반적인 전체 속도 및 해상도 동작에 대해 1.5mA만을 일반적으로 요구한다. 하지만, 3개의 추가적인 효율 수준이 가능하다. 첫 번째 전력 절감수준은 애플리케이션 프로세서가 샘플링 속도를 줄이거나 수평 및 수직 트레이스의 서브셋만을 샘플링하거나 활성 트레이스 사이의 터치들만을 기입하는 AD7142 CDC의 정확도를 사용함으로써 달성된다. 두 번째 전력 절감 수준은 사용자가 디바이스를 활성화시키기 위해 스크린의 중앙만을 터치하도록 하는 것이다. 이를 통해 애플리케이션 프로세서가 단지 하나의 수평 트레이스와 하나의 수직 트레이스만을 샘플링하도록 제한할 수 있다.
가능한 가장 낮은 전력 수준은 애플리케이션 프로세서와 AD7142 CDC를 파워-다운 모드에 있도록 하는 것이다. 외부 32KHz 클록과 초당 1회의 샘플링 속도에 대해서 일반적인 MAX IIZ CPLD 대기전류는 50μA에 불과하다. MAX IIZ CPLD의 전력-효율적인 커패시턴스 감지 시스템이 센스가 터치되었을 때를 감지하였을 때 인터럽트 신호를 통해 프로세서를 활성화시킨다. 일단 활성화되면 시스템은 보다 높은 정화도로 터치 위치를 판독한다.





결론

싱글-포인트 터치스크린과 패드는 전자 시스템과 인터페이스하는데 있어서 더이상 이상적인 방법이 아니며, 사용자들에 의해 거의 기대되어지지 않는다. 싱글-포인트 터치스크린 솔루션은 이미 제공되고 있기 때문에 제품에 대한 소비자의 주목을 끌어내기 위해서는 2-터치 또는 멀티-포인트 터치스크린 또는 패드가 필요하다. 멀티-터치 옵션은 매우 제한되어 있지만, 알테라의 MAX IIZ CPLD는 유연한 멀티-터치 사용자 인터페이스를 기존 컴포넌트를 통해 가능하게 해준다.

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[SENSOR]/Sensor2008. 12. 27. 11:49

멀티터치 - 저항막 터치스크린에 적용

사용자 삽입 이미지

값싼 저항막 터치스크린에서 멀티터치기능을 완벽하게 구현하는 기술을 국내 기업이 세계 처음 개발했다.

에이디반도체(대표 이상철)는 저항막 터치스크린으로 멀티터치를 구현하기 위한 필름패턴, 전용 컨트롤러칩(모델명 TSD2015rm)을 개발했다고 10일 밝혔다. 본래 저항막 터치스크린은 한곳의 압력신호만 인식하는 싱글터치 방식이다. 이 회사는 저항막 터치스크린을 바둑판처럼 잘게 나눠 셀마다 터치기능을 집어넣었다. 수십개의 작은 터치스크린이 자기 영역에서 좌표값을 인식한다. 여러 손가락을 동시에 눌러도 멀티터치가 구현된다.

에이디반도체는 저항막 터치스크린을 최대 300(20×15)개의 셀로 나눠서 멀티터치 기능을 구현하는 데 성공했다고 밝혔다. 여러 개의 터치신호을 동시에 처리하는 컨트롤러칩도 자체 기술로 개발하고 양산준비를 서두르고 있다.

멀티터치에 쓰는 정전식 터치스크린은 생산단가가 비싸고 주변 정전기에 따른 오작동이 많아서 대중화에 어려움을 겪고 있다.

한용현 에이디반도체 이사는 “널리 보급된 저항막 터치스크린으로 멀티터치를 구현하면 정보통신기기 전반에 멀티열풍이 예상된다. 특히 휴대폰, 내비게이션 업체가 상용화를 적극 원해 연말까지 관련제품이 시중에 나올 것”이라 말했다. 이 회사는 저항막 방식의 멀티터치기술의 국제특허(PCT)를 신청한 상황이다.

전문가들은 에이디반도체의 멀티기술이 정보가전시장에서 멀티터치의 대중화를 앞당기고 국내 터치스크린 업계의 수익성 향상에도 큰 도움이 될 것으로 기대했다.

저항막 터치스크린은 압력 신호 하나만을 인식하는 싱글터치 방식이지만 스크린을 바둑판처럼 쪼개 셀마다 터치기능을 집어넣어 이러한 문제점을 극복했다. 따라서 동시에 눌러도 멀티 터치가 구현된다. 특히 태블릿 PC 등 스크린에 직접 필기하는 제품의 경우 손바닥 일부가 닿아도 오류가 나지 않는다.
<출처> 전자신문, 2008-07-11


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[SENSOR]/Sensor2008. 12. 19. 22:38

Projected Capacitive Touch-Pad


프로젝티드 커패시티브(Projected Capacitive) 방식 패널의 구조와 동작원리이다.


가로, 세로로 전극(센서 와이어)이 있는 점은 4선식의 저항막 방식과 같지만, 저항막과 같이 터치된 장소가 도통하는 것이 아니라 전극간 정전용량의 변화를 포착하 는 것이다. 나중에 설명하는 터치 스위치에서 사용되는 정전용량검출 방식의 2차원 확장판으로 볼 수도 있을 것이다.
인체는 물이 많으므로 도전성이 있다. 그림과 같이 가로, 세로 로 되어 있는 전극에 인체가 가까이 가면 손가락과 전극 사이의 정전용량이 증가한다. 가로, 세로의 어떤 라인간 정전용량이 크게 되어 있는지를 조사하면 어떤 교점의 근처가 터치되었는지 알 수 있는 구조이다.
저항막 방식과 같이 전극이 변형될 필요가 없으며 10mm 이상 떨어져 있어도 검출되도록 할 수 있다. 표면을 글라스로 커버할 수 있기 때문에 흠집에도 강하여 내구성이 나 내환경성에 우수하다. 한편, 정전용량의 변화가 거의 일어나지 않는 절연물을 근접 시켜도 검출되지 않기 때문에 장갑을 낀 상태에서는 감지할 수 없다는 등의 결점을 갖고 있다.










정전용량식 터치 센서
정전용량식 터치 센서의 기본적인 개념은 프로젝티드 커패시 티브 방식과 같으며 전극간 정전용량의 변화를 잡으려는 것이다
(그림 9). 전극은 프린트 기판상의 패턴으로 형성하면 되고, 위에 솔더 레지스터 등이 피복되어 있어도 상관없다. 통상적으로는 한쪽은 그라운드로 하고 또 한쪽은 검출용 전극으로 한다.
그림 10은 실제 버튼과 검출거리의 일례이다. 버튼 형상이나 치수에 따라 검출할 수 있는 거리도 변화한다. 거리가 길면 잘못 된 조작 등으로 연결되고, 너무 짧으면 아무리 눌러도 반응하지 않을 수 있으므로 용도나 기기의 형상 등으로 패턴을 조정한다.
그림 10(d)에서 톱니가 나란히 있는 것과 같은 것은 슬라이더용 패턴이며, 손가락이 수평방향의 어느 주변에 있는지 검출할 수 있게 한 것이다. 음악 플레이어의 선곡이나 음량조정 등 손가 락을 슬라이드시켜 조작할 수 있는 기능을 부여할 수 있다.


션트(Shunt) 방식
션트(Shunt) 방식은 아날로그 디바이스社의 정전용량 터치 센서 IC(AD7142 등)에서 사용되는 방식이다. 그림 20에 션트 방식의 동작 원리를 나타낸다.

이것은 무선통신과 비슷한 개념이다. 인접한 2개 패턴의 한쪽 을 송신 안테나처럼 하여 비교적 높은 주파수(AD7142인 경우에 는 250kHz)로 구동한다. 또 한쪽을 수신용 안테나로 하여 이 신호를 받고 A-D 변환한다. 그림의 위쪽과 같이 안테나끼리 전계에서 결합한 것과 같은 상태로 된다.

여기서 손가락 끝이 근접해 오면 그림 20(b)와 같이 된다. 인
체는 접지된 물체로서 행동한다. 마치 실드판이 서있는 것과 같은 상황으로 되어 수신 레벨이 저하된다.
터치 센서 IC에서는 주위 환경 변화에 보상을 실시하거나, 터
치하는 손가락의 크기 등에 따른 변화량 증감에도 대응하는ON/OFF 스레숄드 레벨 및 감도까지 자동 조정하도록 되어 있다.












(출처 : 전자기술 2008.10)


Of the technologies we describe projected capacitive touch devices are the most expensive to produce. Their erformance is rather worse than many of the other approaches we describe; however they aord superb mechanical resilience. Projected capacitive surfaces can also be covered by a nonconductive material (with a maximum thickness of around 20mm) without negatively impacting on their functionality.


When used for (multi-) touch displays, as described by Rekimoto [32]) a very thin grid of microphone wires is installed between two protective glass layers (see gure 6). When touched, capacitance forms between the nger and the sensor grid and the touch location can be computed based on the measured electrical characteristics of the grid layer. The accuracy of projected capacitive technology is similar to surface capacitive technology although light transmission is superior because the wire grid can be constructed such that it.



Figure 5: A thin grid layer is protected by two glass layers.

Capacitance forms between the nger and the grid during a touch. The change of electrical properties is measured to
determine the touching position according [37]. is nearly transparent. The technology is also highly suitable for rugged environments such as public installations, as a protective layer (such as thick glass) may be added without drastically decreasing the sensitivity. Finally, multiple simultaneous touches can be more easily interpreted compared to surface capacitive based technology.
MERL Capacitive Diamond Touch. In 2003 Diamond-Touch was developed in the Mitsubishi Electric Research Laboratories (MERL). DiamondTouch was designed to support multiple touches, be tolerant of objects placed on the
table, durable, un-encumbering, and inexpensive to manufacture [7]. The system has a number of distinctive haracteristics: the ability to handle many touch points and users (only limited by the size of the table and the available space around it); the ability to identify which users are interacting with the surface; it is aected by debris objects like cups placed upon its surface it does not require additional devices for interaction(such as special pens).

Furthermore, the isolating layer between the antenna array and the user can be manufactured from a wide array of materials; hence it can be made to be very robust. For example, when a special bre glass laminate is used, alcohol
may be ignited on the surface without causing damage.

Using capacitive coupling DiamondTouch is composed of a table with integrated antennas transmitting unique signals,
a ceiling-mounted projector presents a display onto the table, one conductive chair connected with a receiver for each
user and a computer. \When a user touches the table, a capacitively coupled circuit is completed. The circuit runs from the transmitter, through the touch point on the table surface, and through the user to the user's receiver back to the transmitter.\ [7]. DiamondTouch works by transmitting signals through antennas in the table; these signals are used to identify the parts of the table each user is touching. This information can then be used to calculate [7] the nger's position. Usually a user touches several antennas at once. For this reason the signals have to be separable (in technical terms orthogonal). This can be achieved by frequency-division multiplexing, time-division multiplexing or code-division multiplexing. The antenna pattern consists of two layers similar in design, but with one rotated by ninety degrees. The rows/columns (antennas) of each layer are composed of diamond shapes connected in one direction and isolated in the other. In this way, the covered surface is maximised and the shielding eect minimised. Usually there is an antenna every ve millimetres (which is he resulting the minimum pointing accuracy). Due to image projection from above the only obstructions are shadows cast on the table by objects (i.e. hands or arms) inserted into the projector's light beam.


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[MSP430]/MSP430_EVM2007. 6. 30. 23:22

MSP430 Day 참관기.....

 
MSP430 Day 참관기.....

 
 
매번 느끼지만... TI의 전폭적인 지원이 너무 고맙다 - 물론 판매 전략이겠지만.
엔지니어로써 항상 새로운 꺼리(?)를 얻을 수 있어 참 좋다.

 
 
이번에 MSP430F 2x로 정전 용량 테스트 예제 이다.
저전력으로 테스트 해 볼 수 있는 좋은 예다.
 
 
MSP430F2x의 기능을 최대한 살려 테스트 해 볼수 있도록 구성되어 있는데

 
 
프로그래밍 관점에서 보면....
정전 용양의 변화가 있을때 마다 인터럽트를 이용하여 LPM3모드에서 께어나도록 되어 있다.
저전력 구동의 이해하기 쉽고 좋은 예가 아닐까?
 
  
 
 
돌아와서 데모보드 예제를 컴파일 해서 돌려보니 잘 동작 한다.
 아이디어만 잘 내면 멋진것 하나 만들 수 있을것 같네...
 
 
 
 
 
데모보드 회로도
 


정전용량 PCB레이아웃

 

 
내가만든 MSP430F2x보드와 연결해서 뭔가 꾸며 봐야 겠다.
 
 
 
 
세미나 내용으로 보면...
2x용으로 바뀌면서 저전력 모드가 강화되었고 속도가 향상되었다는것... 디버깅도 편해졌고....  많은게 좋아 졌군
 
 
  
 
 
그밖에 눈여겨 볼 내용으로 MSP430 + Zigbee가 출시 된다는 것 - 언제일지 모르지만 나오면 정말 좋을것 같다.
기술은 점점더 진보하고 있는데... 이제 정말 중요한건 기술보다 아이디어인것 같다는 것을 절실히 느낀다.
큰 회사에서 시장을 다 잠식을 해 버리니...
 

 
 
 
MSP460F4G461x도 의료장비쪽으로 좋은 솔루션이 될것 같다.

Posted by nexp

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