This paper describes high-resolution synthesized magnetic field focusing (SMF) and thermal-variation insensitive piezo film force touch sensing systems. Firstly, it was recently found that coordinated control of array coil currents makes it possible to focus magnetic field. However, it is hard to predict B-field distribution due to absence of the control system. To solve this problem, overall SMF system including transmitter (Tx), receiver (Rx), and controller was proposed. As a result, a 5 mm resolution at a distance of 20 mm was achieved for the Tx arrayed air coils with spacing of 5 mm, which is about four times sharper than conventional system. In addition, the proposed SMF system allows the designed 5-bit RF barcode array to be fully distinguishable at a 15 mm distance. Secondly, force touch sensing can be improved by replacing the capacitive-type (two-layer) with the piezoelectric-type which consists of only one-layer piezoelectric polymer film. However, the piezoelectric film is fatal in the state of temperature change, due to inherent pyroelectric characteristic. This problem is solved by a proposed system composed of an improved charge amplifier and a digital signal processor. Consequently, the proposed force touch sensing system endures in the situation of ambient temperature change of $100^\circ C$ and has pressure range from 0.3 N to 2.5 N and a linear characteristic.
본 논문은 고해상도 합성 자장 집속 및 압전 필름 압력 터치 감지 시스템 설계에 관한 논문이다. 첫째로 자기장을 합성하여 집속할 수 있는 기술이 이론적으로 증명되었지만 제어가 가능한 시스템의 부재로 자장 분포 예측이 어려웠다. 이 문제를 해결하기 위해 송수신 시스템을 설계했고, 1 MHz 동작주파수를 사용하여 20 mm 거리에서 기존 대비 4배가 좋아진 5 mm 해상도의 자기장을 합성할 수 있었으며, 10 mm 간격의 5-bit RF barcode array를 15 mm 거리에서 구별하였다. 둘째로 압전 효과 방식의 polymer 압전 필름을 사용하면 한 개의 투명 layer 만을 사용하므로 정전용량 방식의 압력 터치 방식의 약점을 개선할 수 있다. 하지만 열전 효과 특성으로 인해 주변 온도변화에 반응한다는 단점을 가진다. 이를 해결하기 위해 신호 처리 시스템을 설계했고, $100^\circ C$ 차이의 주변 온도변화에도 영향을 받지 않았으며, 2.5 N 범위의 압력 터치를 감지해냈다.
