KR101239103B1 - 차동 신호 처리를 이용한 터치스크린 컨트롤러 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차동 신호 처리를 이용한 터치스크린 컨트롤러에 관한 것으로, 사용자의 접촉 여부 또는 접촉 위치를 감지하는 터치스크린 컨트롤러에 차동 신호 방식을 적용함으로써, 다이나믹 레인지 개선 및 공통 노이즈 억제를 수행하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 차동 신호 처리를 이용한 터치스크린 컨트롤러를 통하여 개별 경로에 존재하는 터치 및 미 터치시의 모든 오프셋을 아날로그 디지털 변환 전에 제거 함으로써, ADC 다이나믹 레인지 사용 효과를 최대화할 수 있으며, 칩 외부에서 전파된 경로 센싱 신호 상의 노이즈를 실시간 공통 모드 제거를 통하여 노이즈 면역을 개선 시킬 수 있다.

Description

차동 신호 처리를 이용한 터치스크린 컨트롤러{TOUCH SCREEN CONTROLLER USING DIFFERENTIAL SIGNAL MANIPULATION}
본 발명은 디지털 기기에 장착되는 터치 모듈에 관한 것으로서, 특히 사용자의 접촉 여부 또는 접촉 위치를 감지하는 터치스크린 컨트롤러에 차동 신호 방식을 적용함으로써, 다이나믹 레인지(Dynamic Range) 및 잡음 면역(Noise Immunity)의 개선을 수행하는데 적합한 차동 신호 처리를 이용한 터치스크린 컨트롤러에 관한 것이다.
다양한 디지털기기들의 등장에 힘입어, 이들 기기에 적용되는 사용자 입력장치의 종류 또한 다양해 지고 있다. 종래에는 개인용 컴퓨터에서 키보드 또는 마우스를 사용하였고, 휴대용 전화기 및 디지털 카메라에서 버튼형 키패드를 주로 사용하였으나, 최근 들어 휴대용 전화기나, 멀티미디어 플레이어(예컨대, PMP, 패드 등)의 입력부와 같이 사용자의 입력이 요구되는 영역 내에서 사용자의 접촉을 통해 명령을 입력받는 터치 스크린 적용 사례가 기하급수적으로 늘고 있다.
이는 터치스크린에서 사용자로부터 접촉을 감지하고, 감지된 접촉에 해당하는 명령을 디지털 기기로 전달하는 것이다.
이러한 터치 스크린 센싱 방식에 대해서 기존에는 사용자의 한 터치에 대해서만 인식이 가능했으나, 사용자로부터 멀티 터치가 이루어지는 경우에 대해서도 인식을 가능하게 하는 다양한 연구가 이루어지고 있다.
터치 스크린을 이용한 멀티 터치 방식의 한 예로서 전하 증폭기(CA: Charge Amplifier), 전원전압 변환기(VIC: V to I Converter), 위치 인코더(PE　: Position Encoder), 최대값 및 최소값 감지기(MAX Detector, MIN Detector, 터치 압력 추출기(ZSUM) 등을 토대로 각 채널에 교류 트랜지션(AC Transition)을 인가한 후, 전하 증폭기의 출력을 홀딩하고, 전체 채널이 홀딩되면, 홀딩동안 구해진 최소값을 전하 증폭기에서 제거하고, 오프셋(Offset)이 제거된 전하 증폭기 출력을 1차원의 가중치 평균(One-dimensional Weighted Average)을 산출하여 X, Y 정보인 좌표(Coordinate)를 구하고 1차원 합으로 Z 정보인 압력을 구하는 것에 대해 연구되었다.
다만, 이러한 터치 방식은 싱글 엔드 신호 처리 방식으로서, 공통 노이즈를 샘플링하거나 리젝션(rejection)하지 못하고, 비트 노이즈(Beat Noise)에 취약할 수 있으며, ADC 다이나믹 레인지를 모두 활용하지 못한다는 단점이 있다.
그리고 멀티 터치 방식의 다른 예로서, 전하 대 전압을 변환하는 전하 증폭기와, 전하 증폭기의 출력을 전달 받아 복조하는 복조기(Signal Multiplier)와, 복조 파형의 형상, 진폭 및 주파수의 계수들이 프로그래밍된 탐색표(Demodulation Lookup) 등을 토대로 멀티 터치의 표면을 제어하는 것에 대해 연구되었다.
다만, 이러한 터치 방식은 싱글 엔드 신호 처리 방식이며, 위에서와 마찬가지로 공통 노이즈를 샘플링하거나 리젝션하지 못하고, ADC 다이나믹 레인지를 모두 활용하지 못할 수 있으며, 오프셋 제거 프로세스가 너무 복잡하다는 단점이 있다.
상기한 바와 같이 동작하는 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 실시예는, 사용자의 접촉 여부 또는 접촉 위치를 감지하는 터치스크린 컨트롤러에 차동 신호 방식을 적용함으로써, 다이나믹 레인지 및 잡음 면역의 개선을 수행할 수 있는 차동 신호 처리를 이용한 터치스크린 컨트롤러를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예 터치 스크린 컨트롤러는, 터치 패널로부터 출력된 전하를 전압으로 변환하여 싱글 앤드 출력을 수행하는 전하 증폭기와, 상기 전하 증폭기의 출력 신호에 차등 신호 처리 시 기 설정된 경로 센싱 신호를 토대로 경로 센싱에 존재하는 터치 정보 이외의 오프셋을 제거하는 제1 가변 이득 증폭기와, 상기 제1 가변 이득 증폭기로 입력되는 라인 신호를 참조하여 채널간의 오프셋을 제거하는 적어도 하나의 제2가변 이득 증폭기와, 상기 제1가변 이득 증폭기 및 제2가변 이득 증폭기로부터 출력된 신호를 기준으로 첫번째 채널부터 적분을 수행하여 픽셀 결과에 공통 참조를 환원하는 채널 적분기와, 상기 채널 적분기의 출력 신호에 대한 위상 에러 및 선형화 인수를 검출하여 선형화를 수행하는 선형화기를 포함할 수 있다.
그리고 상기 터치 패널은, 적어도 하나의 경로를 토대로 X 좌표로 드라이빙을 수행하고, Y 좌표로 센싱을 수행할 수 있다.
그리고 상기 제1가변 이득 증폭기 및 제2가변 이득 증폭기는, 참조 신호를 입력 받아 라인 간 공통 참조로서, 첫번째 센싱 채널에 참조 신호 생성을 기록할 수 있다.
그리고 상기 참조 신호는, 싸인 파형, 펄스 파형, 삼각 파형 중 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 차동 신호 처리를 이용한 터치스크린 컨트롤러.
그리고 상기 터치스크린 컨트롤러는, 상기 전하 증폭기의 출력 신호에 안티 앨리어스 필터링을 수행하여 상기 제1가변 이득 증폭기 및 제2가변 이득 증폭기로 전달하는 안티 앨리어스 필터를 포함할 수 있다.
그리고 상기 터치스크린 컨트롤러는, 상기 전하 증폭기의 출력 신호에 안티 앨리어스 필터링을 수행하여 상기 제1가변 이득 증폭기 및 제2가변 이득 증폭기로 전달하는 안티앨리어스 필터를 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 터치스크린 컨트롤러는, 상기 제1가변 이득 증폭기 및 제2가변 이득 증폭기의 출력 신호에 안티 앨리어스 필터링을 수행하여 상기 채널 적분기로 전달하는 안티 앨리어스 필터를 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 터치스크린 컨트롤러는, 상기 제1가변 이득 증폭기 및 제2가변 이득 증폭기로부터 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변경하여 상기 채널 적분기로 전달하는 아날로그 디지털 변환기를 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 터치스크린 컨트롤러는, 상기 채널 적분기로부터 출력된 신호에서 위상을 검출하고 절대 함수를 적용하여 랜덤 노이즈를 스크램블하고, 스크램블된 신호를 상기 선형화기로 전달하는 복조기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예 터치 스크린 컨트롤러는, 터치 패널로부터 출력된 전하를 전압으로 변환하여 싱글 앤드 출력을 수행하는 전하 증폭기와, 상기 전하 증폭기의 출력 신호에 포함된 각 경로 센싱 신호의 위상에 복조 파형의 위상을 접합시키는 복조기와, 상기 복조기로부터 출력된 신호에 차등 신호 처리 시 기 설정된 경로 센싱 신호를 토대로 경로 센싱에 존재하는 터치 정보 이외의 오프셋을 제거하는 제1 가변 이득 증폭기와, 상기 제1 가변 이득 증폭기로 입력되는 라인 신호를 참조하여 채널간의 오프셋을 제거하는 적어도 하나의 제2가변 이득 증폭기와, 상기 제1가변 이득 증폭기 및 제2가변 이득 증폭기로부터 출력된 신호를 기준으로 첫번째 채널부터 적분을 수행하여 픽셀 결과에 공통 참조를 환원하는 채널 적분기와, 상기 채널 적분기의 출력 신호에 대한 위상 에러 및 선형화 인수를 검출하여 선형화를 수행하는 선형화기를 포함할 수 있다.
그리고 상기 터치스크린 컨트롤러는, 상기 복조기로부터 출력된 신호에 안티 앨리어스 필터링을 수행하여 상기 가변 이득 증폭기로 전달하는 안티 앨리어스 필터를 포함할 수 있다.
그리고 상기 터치스크린 컨트롤러는, 상기 전하 증폭기로부터 출력된 신호에 안티 앨리어스 필터링을 수행하여 상기 복조기로 전달하는 안티 앨리어스 필터를 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 터치스크린 컨트롤러는, 상기 제1가변 이득 증폭기 및 제2가변 이득 증폭기로부터 출력된 신호를 기 설정된 시간에 샘플링하는 샘플앤홀드와, 상기 샘플링된 신호를 단일 출력하여 상기 채널 적분기로 전달하는 다중화기를 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 터치스크린 컨트롤러는, 상기 다중화기로부터 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변경하여 상기 채널 적분기로 전달하는 아날로그 디지털 변환기를 포함할 수 있다.
그리고 상기 채널 적분기는, 위상 오차를 최소로 하기 위해 상기 제1가변 이득 증폭기 및 제2가변 이득 증폭기로부터 출력된 신호를 기준으로 위상 정보를 검출할 수 있다.
그리고 상기 선형화기는, 상기 제1가변 이득 증폭기 및 제2가변 이득 증폭기로부터 출력된 신호를 기준으로 차동 위상 에러를 줄이기 위한 제1 선형화기와, 상기 터치 패널의 터치 위치 정보를 선형화 인수로 검출하는 제2 선형화기를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 개시되는 발명 중 대표적인 것에 의하여 얻어지는 효과를 간단히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은, 차동 신호 처리를 이용한 터치스크린 컨트롤러를 통하여 개별 경로에 존재하는 터치 및 미터치시의 모든 오프셋을 아날로그 디지털 변환 전에 제거 함으로써, ADC 다이나믹 레인지 사용 효과를 최대화(또는 센싱 정밀도를 최대화)하여 다이나믹 레인지를 개선할 수 있으며, 칩 외부에서 전파된 경로 센싱 신호 상의 노이즈를 실시간 공통 모드 제거(Common Mode Cancel)를 통하여 노이즈 면역을 개선 시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터치스크린 컨트롤러의 구조를 개략적으로 도시한 블록도,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 터치스크린 컨트롤러의 세부 구조를 도시한 블록도,
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 터치스크린 컨트롤러의 세부 구조를 도시한 블록도,
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 터치스크린 컨트롤러의 세부 구조를 도시한 블록도,
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 터치스크린 컨트롤러의 세부 구조를 도시한 블록도,
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 터치스크린 컨트롤러의 세부 구조를 도시한 블록도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 가변 이득 증폭기의 입력 위상 에러 효과에 따른 출력 진폭의 변화를 도시한 그래프.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 실시예는 사용자의 접촉 여부 또는 접촉 위치를 감지하는 터치스크린 컨트롤러에 차동 신호 방식을 적용함으로써, 다이나믹 레인지 개선 및 공통 노이즈 억제를 수행하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터치스크린 컨트롤러의 구조를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 터치스크린 컨트롤러(100)는 싸인 룩업테이블(Sine LookUp Table)(102), 드라이브 싸인 생성기(SINE Generation)(104), 참조 싸인 생성기(Reference SINE Generation)(106), 드라이브(108), 패널(Panel)(110), 전하 증폭기(CA)(112), 가변 이득 증폭기(VGA)(114), 아날로그 디지털 변환기(ADC)(116), 채널 적분기(Channel Integration)(118), 시간 적분기(Time Integration)(120) 등을 포함할 수 있다.
구체적으로 싸인 룩업테이블(102)은, 패널(110)과 참조 싸인 생성기(106)를 위한 드라이빙 신호를 제공할 수 있으며, 패널 드라이빙에 필요한 교류 파형으로는 펄스 파형, 싸인 파형 및 삼각 파형(Triangular Waveform) 등이 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 아날로그 프로세싱(Analog Front End Processing)의 경우, 드라이빙 소스(Driving Source)에서부터 출발하는 고주파수 톤(High Frequency Tone)에 의한 영향을 가능한 배제하고, 온 칩 노이즈(On-chip Noise)의 아날로그 영역(Analog Region)에 대한 영향 및 전자파 장해(EMI: ElectroMagnetic Interference)를 줄이기 위해 싸인 파형을 드라이빙 신호로 사용할 수 있다.
드라이브 싸인 생성기(104)는 패널 통과 특성이 대역 통과 필터(Band-pass filter) 효과를 갖고 아날로그 프런트 엔드(AFE: Analog Front End) 와 디지털 사후 필터(Digital Post-filter)들이 고주파수 톤 억제(High Frequency Tone Suppress) 효과를 갖기 때문에 싸인 파형을 생성하기 위해 로우 레졸루션 룩업 테이블(Low Resolution Lookup Table)과 DAC를 사용할 수 있다.
참조 싸인 생성기(106)는 첫번째 채널의 참조 입력으로 드라이빙 신호와, 비상관(Uncorrelated) 직류 신호(DC Signal)를 사용하는 경우, 드라이빙 신호와, 참조 신호 사이에 DC 오프셋이 존재할 수 있다. 해당 오프셋은 가변 이득 증폭기(VGA)(114)에 의해 증폭되어 ADC 오버플로우를 발생시키기 때문에 첫번째 채널의 VGA 이득이 드라이빙 신호와 상관된 입력만을 사용하는 나머지 채널의 VGA 이득 보다 작게 설정되어야 한다.
그리고 첫번째 채널과 나머지 차동 모드(Differential Mode)로 동작하는 다른 채널의 이득이 다른 경우, 채널 적분시 채널 이득 불일치(Channel Gain Unmatch)에 의한 프로파일 에러(Profiling Error)가 발생할 수 있다.
채널간 이득 불일치를 피하고, 가변 이득 증폭기(114)의 입력에 존재하는 오프셋을 줄이기 위해 X-드라이빙 라인 간의 상대 준위를 기록하는 첫번째 채널의 참조(Reference)로 DC 신호 대신 싸인 파형을 사용할 수 있다.
드라이브(108)에서는 드라이브 싸인 생성기(104)로부터 전달 받은 싸인 파형을 토대로 드라이빙 신호를 출력하여 패널(110)에 전달함으로써, 패널(110)의 드라이빙을 수행할 수 있다.
패널(110)은 사용자의 터치를 입력 받아 그 위치를 센싱하는 것으로서, X 좌표는 드라이빙을 수행하고, Y 좌표로는 센싱을 수행하는 적어도 하나의 경로를 포함할 수 있다. 그리고 전하 증폭기(CA)(112)는 전하 전압 변환기로서 패널로부터 출력된 신호를 증폭할 수 있다.
가변 이득 증폭기(VGA)(114)는 드라이빙 신호와 상관된 전하 증폭기 (112) 출력들의 차등(Difference)을 취함으로써, 칩 외부에서 추가된 노이즈에 대한 공통 모드 억제 효과를 가질 수 있다.
상관된 전하 증폭기(112) 출력에서 소스 참조만큼의 오프셋(Predefined Offset Removal)을 제거하여 터치 다이나믹 레인지를 컨버터 다이나믹 레인지에 맵핑하는 종래 기술들과 달리, 인접한 연속 경로의 차등을 취함으로써 센싱 신호에 존재하는 터치 정보 이외의 오프셋을 모두 제거할 수 있다.
이에 경로 차등을 취할 때, VGA 입력 위상 차등을 줄이기 위해 인접한 두 경로 간의 차등을 취할 수 있다. 그리고 라인 드라이빙(Line-by-Line Driving) 방식을 수행하기 때문에 각 라인 프로세싱(Line Processing)이 시간적으로 분리되어 있으며, 해당 경우 라인 간 차등을 취할 수 있는 방법이 없다.
라인간 비교를 위해서는 라인 간 공통 참조가 필요하며, 본 발명의 실시예에서는 참조 싸인 생성기(106)의 출력을 라인 간 공통 참조로 사용하고, 첫번째 센싱 채널에 참조 싸인 생성을 기록하므로써 채널 적분을 통해 최종적으로 센싱 라인의 프로파일을 재구성할 때 해당 공통 참조가 각 픽셀 결과에 환원되는 방식을 수행할 수 있다.
아날로그 디지털 변환기(ADC)(116)는 가변 이득 증폭기(114)로부터 출력된 신호를 지역(Area), 전력(Power), 스피드(Speed), 노이즈 퍼포먼스(Noise Performance) 등을 고려하여 이그마 델타 ADC(igma-Delta ADC)를 수행할 수 있다.
채널 적분기(118)는 각각의 터치 픽셀에 대한 오프셋을 재구성하는 것으로서, 프로파일러(Profiler)가 될 수 있다. 종래 방식으로는 각 센싱 채널 출력에 공통 참조 정보가 포함되어 있는 반면, 본 발명의 실시예에서는 첫번째 센싱 채널을 제외한 나머지 채널에 참조가 없다. 이에 각 픽셀의 터치 정보를 판별하기 위해, 경로 차등을 프로세싱한 채널 출력들을 공통 참조 정보가 포함된 첫번째 채널부터 적분을 수행함으로써, 픽셀 결과에 공통 참조를 환원할 수 있다.
채널 적분을 위한 출력 프로파일(Channel Integrator Output Profile)은 하기 <수학식 1>과 같다.
Figure 112011029111561-pat00001
여기서,
Figure 112011029111561-pat00002
은 i번째 채널 적분기 출력의 진폭(Amplitude of ith channel integrator output),
Figure 112011029111561-pat00003
는 가변 이득 증폭기의 이득(Gain of the VGA),
Figure 112011029111561-pat00004
은 참조 가변이득 증폭기의 진폭(Amplitude of the reference VGA),
Figure 112011029111561-pat00005
는 i번째 가변 이득 증폭기 출력의 진폭(Amplitude of ith VGA output)을 나타낼 수 있다.
이와 같이 채널 적분기(118)는 차등 신호 처리시 경로 센싱 신호 조합을 사용하여 유실되는 참조 정보를 최종 결과에 복원할 수 있다.
시간 적분기(120)는 채널 적분기(118)의 출력값에 대해 시간 값을 토대로 적분을 수행하는 것으로서, 필터 역할을 수행할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 터치스크린 컨트롤러의 세부 구조를 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 터치스크린 컨트롤러(200)는 싸인 룩업테이블(102), 드라이브 싸인 생성기(104), 참조 싸인 생성기(106), 드라이브(108), 패널(110), 전하 증폭기(CA)(112), 안티 앨리어스 필터(AAF: Anti-alias Filter)(202), 가변 이득 증폭기(VGA)(114), 아날로그 디지털 변환기(ADC)(116), 채널 적분기(프로파일러)(118), 시간 적분기(필터)(120), 제1선형화기(210), 제2선형화기(212), 신호 처리기(214) 등을 포함할 수 있다.
터치스크린 컨트롤러(200)는 드라이브 싸인 생성기(104)에서는 싸인 룩업 테이블(102)로부터 전달 받은 싸인 파형에 DAC를 사용하여 드라이브(108)로 아날로그 전압으로 변환된 싸인 파형을 전달할 수 있다.
드라이브 싸인 생성기(104)로부터 변환된 싸인 파형을 전달 받은 드라이브(108)는 이를 드라이빙 신호로서 패널(110)에 전달하여 패널(110)에 드라이빙을 수행할 수 있다. 패널(110)은 사용자의 적어도 하나에 대한 터치를 감지할 수 있으며, 복수의 경로(111)를 포함할 수 있다.
경로(111)는 상호 정전용량(Mutual Capacitance) 픽셀에 대한 드라이빙 및 센싱을 수행하는 것으로서, X- 드라이빙 시 한 라인에 드라이빙 신호가 인가되며, 라인 드라이빙(Line-by-line driving), X-Y 크로싱 포인트의 상호 정정용량을 통해 N 개의 복수 라인에서 동시에 Y-센싱이 수행될 수 있다. PATH i 는 해당 드라이브 라인에 위치한 i 번째 상호 정정용량 픽셀을 경유하는 신호 경로를 지칭할 수 있다.
이에 패널(110)로부터 출력된 전하는 전하 증폭기(112)를 통해 전압으로 변환되어 안티 앨리어스 필터(202)로 전달될 수 있다. 안티 앨리어스 필터(202)는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 전에 안티 앨리어스 필터링을 수행하는 것으로서, 앨리어스 현상을 억제하기 위한 것이다.
이러한 안티 앨리어스 필터(202)는, 예컨대 패시브 AAF를 사용할 수 있으며, ADC와 안티 앨리어스 필터(202) 사이의 전하 공유를 피하고 싱글 경로 대비 차등 경로의 패시브 컴포넌트(Passive Component) 수가 많아지는 것을 피하기 위해 가변 이득 증폭기(114) 앞단에 안티 앨리어스 필터(202)를 구성할 수 있다.
안티 앨리어스 필터(202)로부터 필터링된 신호는 가변 이득 증폭기(114)로 전달할 수 있다. 가변 이득 증폭기(114)에서는 전하 증폭기(112)의 싱글 엔드 출력을 ADC 전에 차등 신호 처리를 수행할 때 기존 공통 참조 신호 대신 기 설정된 경로 센싱 신호 조합을 사용하여 경로 센싱에 존재하는 터치 정보 이외의 오프셋을 모두 제거할 수 있다.
이와 같이 오프셋이 제거된 신호는 ADC(116)를 통해 디지털 신호로 변환되어 채널 적분기(118)로 전달될 수 있으며, 이때, ADC(116)는 병렬로 전달 받은 데이터를 직렬로 보내는 시리얼 데이터기(SDA: serial data)(204), 단일 비트 신호를 통합하고 있어서, 원하는 비트수로 지속적인 출력 신호를 발생 시키는 케스케이디드 인터그레이티드 콤브(CIC: Cascaded Integrated Comb)(206), 낮은 주파수 성분을 통과시키는 저역통과 필터(LPF: Low Pass Filter)(208) 등을 포함할 수 있다.
채널 적분기(118)는 각각의 터치 픽셀에 대한 오프셋을 재구성하는 것으로서, 채널 적분을 수행하고, 시간 적분기(120)는 시간 적분을 수행할 수 있다.
제1선형화기(210)는 시간 적분기(120)로부터 전달 받은 신호로부터 차등 위상 에러를 감소시키기 위한 선형화를 수행할 수 있다. 각 센싱 채널은 서로 다른 패널 경로를 가지며, 각 경로의 전파 지연(Propagation Delay)이 다르기 때문에 가변 이득 증폭기(114)의 입력 위상 차등이 가변 이득 증폭기(114) 출력의 진폭 및 위상에 하기 <수학식 2> 내지 <수학식3>과 같이 반영될 수 있다.
Figure 112011029111561-pat00006
Figure 112011029111561-pat00007
Frequency of the driving signal
Figure 112011029111561-pat00008
Input of the 1st channel VGA
Figure 112011029111561-pat00009
Input of the 2nd channel VGA
Figure 112011029111561-pat00010
Figure 112011029111561-pat00011
Output of the 1st channel VGA
가변 이득 증폭기(114) 출력의 진폭과 위상 모두 가변 이득 증폭기(114)의 입력 차등(터치 정보) 이외에 입력 위상 차등의 영향을 받을 수 있다.
가변 이득 증폭기(114)의 입력 위상 차등의 가변 이득 증폭기(114) 출력 진폭에 대한 영향은 도 7과 같다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 가변 이득 증폭기의 입력 위상 에러 효과에 따른 출력 진폭의 변화를 도시한 그래프이다.
도 7을 참조하면, 위상 에러의 포함(700), 위상 에러의 비포함(710) 여부에 따른 출력 진폭의 변화를 나타내는 것으로서, 가변 이득 증폭기(114) 입력 차등 진폭 대 가변 이득 증폭기(114) 출력 진폭의 단조성(Monotonocity)은 유지되면서 가변 이득 증폭기(114) 입력 차등 진폭이 작을 때 에러가 극대화되는 비선형(Nonlinear) 변형을 유발할 수 있다.
해당 비선형 변형을 제거하기 위해서는 캘리브레이션(Calibration) 시 첫번째 채널 가변 이득 증폭기(114)의 경로 센싱 파형과, 참조 싸인 파형을 사용하여 선형화 인수(Linearization Factor)를 검출함으로써 정상 동작 시 선형화를 진행할 수 있다. 이러한 선형화 인수는 참조 싸인 생성기(106)의 위상을 조정하여 선형화에 필요한 채널들의 가변 이득 증폭기(114) 입력 위상 차등에 해당하는 위상 관계를 첫번째 채널 가변 이득 증폭기(114) 입력에 형성하고, 드라이브 싸인 생성기(104)의 진폭을 선형 스위프(Linear Sweep)하여 검출할 수 있다.
이와 같이 제1선형화기(210)는 차등 신호 처리에 의한 위상 에러와 터치 정보의 혼재를 피하기 위해 캘리브레이션 시 위상 에러 및 선형화 인수를 검출하여 선형화를 수행할 수 있다.
제2선형화기(212)는 제1선형화기(210)로부터 선형화된 신호를 전달 받아 전하 위치의 의존성을 감소시키기 위한 선형화를 수행한 후 이를 신호 처리기(214)로 전달할 수 있다.
그리고 신호 처리기(214)는 제2선형화기(212)를 통해 전달 받은 신호를 토대로 좌표, 압력, 크기, 오브젝트, 제스쳐 등의 처리를 수행할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 터치스크린 컨트롤러의 세부 구조를 도시한 블록도이다.
도 3을 참조하면, 터치스크린 컨트롤러(300)는 기본적으로 도 2의 터치스크린 컨트롤러(200)와 동일하나, 터치스크린 컨트롤러(300)에서는 안티 앨리어스 필터(302)가 가변 이득 증폭기(114)와 ADC(116) 사이에 포함될 수 있다.
즉, 가변 이득 증폭기(114)에서는 경로 센싱에 존재하는 터치 정보 이외의 오프셋이 모두 제거된 신호를 출력하고, 이를 안티 앨리어스 필터(302)로 전달할 수 있다.
그리고 안티 앨리어스 필터(302)에서는 안티 앨리어싱 필터링을 수행한 후, 필터링된 신호를 ADC(116)로 전달함으로써, ADC(116)에서는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 프로파일러로 전달할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 터치스크린 컨트롤러의 세부 구조를 도시한 블록도이다.
도 4를 참조하면, 터치스크린 컨트롤러(400)에서는 기본적으로 도 2의 터치스크린 컨트롤러(200)와 동일하나, 터치스크린 컨트롤러(400)에서는 전하 증폭기(112)와 안티 앨리어스 필터(202) 사이에 복조기(Demodulation)(402)가 포함될 수 있다.
복조기(402)는 아날로그 믹서(Analog Mixer)로서, 가변 이득 증폭기(114)의 전단 혹은 후단에 아날로그 믹서를 사용하여 복조를 수행하는 경우, 복조 파형의 위상을 각 경로 센싱 신호의 위상에 정합시켜야 한다.
이에 가변 이득 증폭기(114)의 전단에 위치하는 복조기(402)는 캘리브레이션 시 각 경로의 위상 지연을 검출하여 정합시키게 되며, 복조 파형과 경로 검출 파형 사이의 위상 차등에 의한 영향은 경로 검출 파형 크기(예컨대, 터치 정보)와 무관한 이득 에러 기간(Gain Error Term)으로 산출될 수 있다.
이와 같이 복조기(402)는 위상 에러를 최소화하기 위해 각 경로 센싱 신호의 적합 위상을 검출하여 복조화할 수 있다.
이에 복조기(402)로부터 전달된 신호는 안티 앨리어스 필터(202)를 통해 안티 앨리어싱 필터링되어 가변 이득 증폭기(114)로 전달될 수 있으며, 가변 이득 증폭기(114)에서는 경로 센싱에 존재하는 터치 정보 이외의 오프셋을 모두 제거할 수 있다.
가변 이득 증폭기(114)를 통해 출력된 신호는 샘플앤홀드(S&H: Sample & Hold)(404) 회로로 전달될 수 있다. 샘플앤홀드(404) 회로에서는 전달받은 신호를 기 설정된 시간에 샘플링한 후, 다중화기(Multiplexer)(406)로 전달할 수 있다. 이에 샘플링된 신호는 다중화기(406)를 통해 다중 입력 데이터를 단일 출력한 후, ADC(408)를 통해 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한 후, 채널 적분기(프로파일러)(118)로 전달할 수 있다.
한편, 도시하지는 않았으나, 가변 이득 증폭기(114) 후단에 복조기(402)가 위치하는 경우에는 가변 이득 증폭기(114) 입력 진폭에 의한 가변 이득 증폭기(114) 출력 위상의 변화가 추가되기 때문에 정확한 위상의 정합을 위해서는 실시간 위상 검출이 필요하게 된다.
실용적인 실시간 위상 검출 방법이 없는 경우 복조 시 각 경로 별로 고정 위상을 적용하여야 하며, 복조 파형의 위상으로 가변 이득 증폭기(114) 출력에 관여하는 두개의 입력 위상의 중간 위상(
Figure 112011029111561-pat00012
)을 사용할 때 가변 이득 증폭기(114) 출력 진폭에 미치는 가변 이득 증폭기(114) 입력 위상 영향이 최소화될 수 있다. 캘리브레이션 시 각 가변 이득 증폭기(114) 입력 경로의 고정 지연(Phase)을 검출하여 복조 시 각 경로에 적합한 위상을 적용할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 터치스크린 컨트롤러의 세부 구조를 도시한 블록도이다.
도 5를 참조하면, 터치스크린 컨트롤러(500)는 기본적으로 도 4의 터치스크린 컨트롤러(400)와 동일하나, 터치스크린 컨트롤러(500)에서는 복조기(502)가 안티 앨리어스 필터(202)와 가변 이득 증폭기(114) 사이에 포함될 수 있다.
이에 전하 증폭기(112)로부터 출력된 신호는 안티 앨리어스 필터(202)를 통해 안티 앨리어싱 필터링 되어 복조기(502)로 전달될 수 있다.
복조기(502)에서는 필터링된 신호에서 각 경로의 위상 지연을 검출하여 정합 시킨 후, 가변 이득 증폭기(114)로 전달하여 가변 이득 증폭기(114)에서는 해당 신호에서 경로 센싱에 존재하는 오프셋을 제거 한다.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 터치스크린 컨트롤러의 세부 구조를 도시한 블록도이다.
도 6을 참조하면, 터치스크린 컨트롤러(600)는 기본적으로 도 2의 터치스크린 컨트롤러(200)와 동일하나, 터치스크린 컨트롤러(600)에서는 채널 적분기(프로파일러)(118)와 필터(120) 사이에 복조기(602)를 포함할 수 있다.
이때 복조기(602)는 디지털 믹서로서, 가변 이득 증폭기(114) 후단에 아날로그 믹서를 적용하는 것과 동일한 위상 검출 제한을 가질 수 있다.
즉, ADC 후단으로서, 채널 적분기(프로파일러)(118)와 시간 적분기(필터)(120) 사이에 복조기(602)를 적용하는 경우에는 ADC가 캐리어 주파수 이상의 입력 대역폭을 가져야 하나 복조에 필요한 신호 믹싱을 단순화할 수 있다는 장점이 있다.
복조 파형으로는 드라이빙 파형에 정합된 파형을 사용하거나, 대역 통과 필터(BPF: Band-pass Filter) 특성을 갖는 파형(예컨대, Gaussian/Bell Shaped Sine Waveform) 또는 펄스 파형(예컨대, Rectify Function)을 사용할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 랜덤 노이즈에 의해 위상 에러가 스크램블(Scramble) 되는 효과가 있기 때문에, 위상 검출과 복조 구현을 단순화하기 위해 위상을 검출하여 복조(신호 믹서: Signal Mixer)를 적용하는 대신 디지털 믹스 방식의 복조기(602) 위치에 절대 함수(Absolute Function)만을 적용하였다.
즉, 위상 에러에 의해 절대 합(Absolute Sum)을 수행하는 경우, 랜덤 노이즈가 스크램블되는 효과를 이용하여 복조 구현을 절대 합으로 단순화할 수 있다.
한편, 도시하진 않았으나, ADC 전단에 복조기(602)를 적용하는 경우에는 터치 정보가 캐리어 주파수(예컨대, 드라이빙 주파수)에서 베이스 밴드(Base Band)로 다운 변환(Down-conversion) 되어 ADC 입력 대역폭 요구치를 완화할 수 있다는 장점이 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 사용자의 접촉 여부 또는 접촉 위치를 감지하는 터치스크린 컨트롤러에 차동 신호 방식을 적용하여 다이나믹 레인지 및 잡음 면역의 개선을 수행한다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100, 200, 300, 400, 500, 600: 터치 스크린 컨트롤러
102: 싸인 룩업테이블 104: 드라이브 싸인 생성기
106: 참조 싸인 생성기 108: 드라이브
110: 패널 112: 전하 증폭기
114: 가변 이득 증폭기 116: 아날로그 디지털 변환기
118: 채널 적분기 120: 시간 적분기

Claims (16)

  1. 터치 패널로부터 출력된 전하를 전압으로 변환하여 싱글 앤드 출력을 수행하는 전하 증폭기와,
    상기 전하 증폭기의 출력 신호에 차등 신호 처리 시 기 설정된 경로 센싱 신호를 토대로 경로 센싱에 존재하는 터치 정보 이외의 오프셋을 제거하는 제1 가변 이득 증폭기와,
    상기 제1 가변 이득 증폭기로 입력되는 라인 신호를 참조하여 채널간의 오프셋을 제거하는 적어도 하나의 제2가변 이득 증폭기와,
    상기 제1가변 이득 증폭기 및 제2가변 이득 증폭기로부터 출력된
    신호를 기준으로 첫번째 채널부터 적분을 수행하여 픽셀 결과에 공통 참조를 환원하는 채널 적분기와,
    상기 채널 적분기의 출력 신호에 대한 위상 에러 및 선형화 인수를 검출하여 선형화를 수행하는 선형화기
    를 포함하는 차동 신호 처리를 이용한 터치스크린 컨트롤러.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 터치 패널은,
    적어도 하나의 경로를 토대로 X 좌표로 드라이빙을 수행하고, Y 좌표로 센싱을 수행하는 것을 특징으로 하는 차동 신호 처리를 이용한 터치스크린 컨트롤러.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1가변 이득 증폭기 및 제2가변 이득 증폭기는,
    참조 신호를 입력 받아 라인 간 공통 참조로서, 첫번째 센싱 채널에 참조 신호 생성을 기록하는 것을 특징으로 하는 차동 신호 처리를 이용한 터치스크린 컨트롤러.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 참조 신호는,
    싸인 파형, 펄스 파형, 삼각 파형 중 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 차동 신호 처리를 이용한 터치스크린 컨트롤러.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 터치스크린 컨트롤러는,
    상기 전하 증폭기의 출력 신호에 안티 앨리어스 필터링을 수행하여 상기 제1가변 이득 증폭기 및 제2가변 이득 증폭기로 전달하는 안티 앨리어스 필터
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차동 신호 처리를 이용한 터치스크린 컨트롤러.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 터치스크린 컨트롤러는,
    상기 제1가변 이득 증폭기 및 제2가변 이득 증폭기의 출력 신호에 안티 앨리어스 필터링을 수행하여 상기 채널 적분기로 전달하는 안티 앨리어스 필터
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차동 신호 처리를 이용한 터치스크린 컨트롤러.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 터치스크린 컨트롤러는,
    상기 제1가변 이득 증폭기 및 제2가변 이득 증폭기로부터 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변경하여 상기 채널 적분기로 전달하는 아날로그 디지털 변환기
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차동 신호 처리를 이용한 터치스크린 컨트롤러.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 터치스크린 컨트롤러는,
    상기 채널 적분기로부터 출력된 신호에서 위상을 검출하고 절대 함수를 적용하여 랜덤 노이즈를 스크램블하고, 스크램블된 신호를 상기 선형화기로 전달하는 복조기
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차동 신호 처리를 이용한 터치스크린 컨트롤러.
  10. 터치 패널로부터 출력된 전하를 전압으로 변환하여 싱글 앤드 출력을 수행하는 전하 증폭기와,
    상기 전하 증폭기의 출력 신호에 포함된 각 경로 센싱 신호의 위상에 복조 파형의 위상을 접합시키는 복조기와,
    상기 복조기로부터 출력된 신호에 차등 신호 처리 시 기 설정된 경로 센싱 신호를 토대로 경로 센싱에 존재하는 터치 정보 이외의 오프셋을 제거하는 제1 가변 이득 증폭기와,
    상기 제1 가변 이득 증폭기로 입력되는 라인 신호를 참조하여 채널간의 오프셋을 제거하는 적어도 하나의 제2가변 이득 증폭기와,
    상기 제1가변 이득 증폭기 및 제2가변 이득 증폭기로부터 출력된 신호를 기준으로 첫번째 채널부터 적분을 수행하여 픽셀 결과에 공통 참조를 환원하는 채널 적분기와,
    상기 채널 적분기의 출력 신호에 대한 위상 에러 및 선형화 인수를 검출하여 선형화를 수행하는 선형화기
    를 포함하는 차동 신호 처리를 이용한 터치스크린 컨트롤러.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 터치스크린 컨트롤러는,
    상기 복조기로부터 출력된 신호에 안티 앨리어스 필터링을 수행하여 상기 제1가변 이득 증폭기 및 제2가변 이득 증폭기로 전달하는 안티 앨리어스 필터
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차동 신호 처리를 이용한 터치스크린 컨트롤러.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 터치스크린 컨트롤러는,
    상기 전하 증폭기로부터 출력된 신호에 안티 앨리어스 필터링을 수행하여 상기 복조기로 전달하는 안티 앨리어스 필터
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차동 신호 처리를 이용한 터치스크린 컨트롤러.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 터치스크린 컨트롤러는,
    상기 제1가변 이득 증폭기 및 제2가변 이득 증폭기로부터 출력된 신호를 기 설정된 시간에 샘플링하는 샘플앤홀드와,
    상기 샘플링된 신호를 단일 출력하여 상기 채널 적분기로 전달하는 다중화기
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차동 신호 처리를 이용한 터치스크린 컨트롤러.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 터치스크린 컨트롤러는,
    상기 다중화기로부터 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변경하여 상기 채널 적분기로 전달하는 아날로그 디지털 변환기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차동 신호 처리를 이용한 터치스크린 컨트롤러.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 채널 적분기는,
    위상 오차를 최소로 하기 위해 상기 제1가변 이득 증폭기 및 제2가변 이득 증폭기로부터 출력된 신호를 기준으로 위상 정보를 검출하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 컨트롤러.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 선형화기는,
    상기 제1가변 이득 증폭기 및 제2가변 이득 증폭기로부터 출력된 신호를 기준으로 차동 위상 에러를 줄이기 위한 제1 선형화기와,
    상기 터치 패널의 터치 위치 정보를 선형화 인수로 검출하는 제2 선형화기를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 컨트롤러.
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