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효율적인 PKE(Passive Keyless Entry) 시스템 디자인을 위한 도전과제 ③
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지난 글에 이어 이번 글에서는 터치센싱 애플리케이션 설계 부문에서 반드시 고려해야만 하는 수분 문제에 대해 알아보겠다.

일반적으로 터치는 손가락, 손 등 인체가 센서와 접촉할 때 발생한다. 손가락이 센서에 접근하면 터치 획득 단계에서 발생한 전기장이 자유공간에서 지표면으로 전달되고, 이로 인해 센서의 정전용량이 변한다. 바로 이러한 정전용량의 변동이 센서의 감지 상태를 결정한다.

전도체나 전도성 물질로 인해 센서의 정전용량이 바뀌게 되면 터치감지로 이어질 수 있다. 물도 그와 같은 물질 중 하나로, 터치센서 동작에 매우 성가신 요인이 될 수 있다.

수분이 정전용량방식 터치센서에 큰 문제가 되는 이유는 무엇일까? 이는 물의 전도성이 매우 높기 때문이다. 물이 센서 표면에 퍼지게 되면 전도층이 형성되어 결국 터치가 된 것처럼 잘못 인식하게 될 수 있는 것이다.

이렇게 형성된 전도층은 터치획득 시 센서에서 발생하는 전기장을 자유공간에서 다른 곳으로 이동하도록 한다. 물이 고이면 근처의 센서와 주변 회로에 쉽게 접촉할 수 있고, 이렇게 되면 전기장이 지표로 이동하도록 하는 저임피던스(Low Impedance) 경로가 생성된다. 이로 인하여 센서의 총 측정 정전용량이 변화하며 이를 점검하지 않은 채로 두게 되면 결국 오감지가 발생하게 된다.

수분과 정전용량방식 터치센서
그렇다면 과도한 수분으로 인해 오감지가 발생하지 않도록 설계하기 위해서는 어떻게 해야 하는가? 가드 채널과 인접 키 억제(AKS) 로직 등의 기존 방법들이 그 선택지가 될 수 있다. 

그러나 이들 방법은 수분이 감지되면 그때부터 터치감지가 비활성화되는 것이 일반적이고, 수분이 제거될 때까지 터치 센서가 동작하지 않는다. 

PKE 시스템의 경우, 습기의 징후가 나타났다고 해서 그 즉시 도어 핸들 모듈이 잠금(Lock Down) 모드로 들어가 운전자가 차량에 액세스하지 못하도록 해서는 안 된다. 

손가락으로 센서 터치 – 터치 감지(왼쪽), 센서에 수분 접촉 – 터치 오감지(오른쪽)

PKE 도어 핸들 모듈은 완전히 동작할 수 있어야 하며 잠금 해제 센서에 들어간 물의 양과 상관없이 터치를 감지할 수 있어야 한다. 이렇게 높은 수준의 기능을 달성하려면, 애플리케이션에는 수분은 무시하면서 터치는 감지할 수 있도록 하는 새로운 접근 방식이 필요하다.

수분-터치 식별 간의 상관관계
수분은 물방울 형태로 나타나는 기체의 응축이나 빗방울 등 자동차 동작 환경에서 여러가지 형태로 나타날 수 있다. 응축으로 인한 수분은 터치센서 표면에 형성되는 데 시간이 걸리므로 응축은 정전용량방식 터치센서에게는 보통 문제가 되지 않는다. 

따라서 이 유형의 수분으로 인한 센서의 정전용량 전체 변동률은 비교적 낮으며, 애플리케이션 펌웨어에서 터치 드리프트 알고리즘으로 쉽게 보상할 수 있다. 반면 빗방울의 경우 터치센서에 무작위로 다소 갑작스럽게 접촉하므로 비로 인한 수분은 쉽게 보상되지 않는다.

물방울은 보통 하늘에서 떨어지는 비 또는 세차나 정원용 호스에서 뿜는 분무로 인해 발생한다. 이 물방울이 정전용량방식 터치센서에 닿게 되면, 센서의 정전 용량이 바뀌어 그 결과 측정된 센서의 신호 레벨이 매우 급작스럽게 순간적으로 급등하게 된다. 

이렇게 급격한 센서신호레벨의 변동은 운전자의 손가락이나 손 등 인체 접촉 시 관찰되는 반응과는 유형이 매우 다르다. 인체 접촉으로 인한 터치감지는 더 오랜 시간 신호에 영향을 미치고, 그 결과 센서 신호 프로파일의 변동률이 훨씬 더 느려진다.

빗방울과 인체 터치에 따른 정전용량방식 터치 센서의 일반적인 반응

위의 그림은 정전용량방식 터치센서의 일반적인 반응을 3개 형태(정상 상태, 터치 없이 수분을 가한 경우, 터치한 경우)로 보여준다.

이와 같이 각 이벤트의 터치 센서 반응은 독특하고 서로 다르며, 이를 통해 특화된 터치 프로세싱 알고리즘 개발이 가능하다. 이와 같은 알고리즘을 다른 수분 완화 기법과 결합하여 빗방울이 터치 센서에 닿을 때 센서에 미치는 영향을 가려내도록 설계할 수 있고, 궁극적으로 원치 않는 오감지를 방지할 수 있다.

 

글 : 다리우스 뤼달(Darius Rydahl) / 애플리케이션 엔지니어 / 마이크로칩

 

최태우 기자  taewoo@itbiznews.com

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