CN105404410A - 半导体装置和半导体系统 - Google Patents

Abstract

一种半导体装置和半导体系统，其可通过三级相关双采样(CDS)来增强针对噪声的抗干扰性。半导体装置包括：放大器，通过外部输入来接收从面板提供的噪声和驱动信号，针对驱动信号的预定时间段进行重置且通过重置对噪声进行第一采样来生成第一采样噪声，第一采样噪声包括连续的重置时间点的噪声之间噪声差；采样器，对第一噪声交替地执行第二采样和第三采样来生成第二采样噪声和第三采样噪声且对第二采样噪声和第三采样噪声执行第四采样来生成第四采样噪声。这里，第一采用噪声包括第一噪声差至第三噪声差，第二采样噪声为第一噪声差与第二噪声差之差，第三噪声为第二噪声差与第三噪声差之差，第四采样噪声为第二采样噪声与第三采样噪声之差。

Description

半导体装置和半导体系统

本申请要求于2014年9月4日提交到USPTO的第62/045,830号美国临时申请以及于2014年11月14日提交到韩国知识产权局的第10-2014-015865号韩国专利申请的优先权及所有权益，其内容通过引用完整地包含于此。

技术领域

本发明涉及一种半导体装置和半导体系统。

背景技术

在电容式触摸控制器中，读出电路为感测由人手或导体改变的连接到该电路的面板(例如，触摸面板)的电容的重要块。读出电路可受到外部环境的噪声的影响。因此，针对噪声的增强的抗干扰度(immunity)为感测电容的变化的重要因素。

发明内容

本发明提供了一种可通过三级相关双采样(CDS)来增强针对噪声的抗干扰性的半导体装置。

本发明还提供了一种可通过三级相关双采样(CDS)来增强针对噪声的抗干扰性的半导体系统。

本发明的这些和其他目的将在优选实施例的以下描述中进行描述或者通过优选实施例的以下描述变得明显。

根据本发明的方面，提供了一种半导体装置，包括：放大器，通过外部输入来接收从面板提供的噪声和驱动信号，针对驱动信号的预定时间段进行重置且通过重置对噪声进行第一采样，第一采样噪声包括两个连续的重置时间点的噪声之间的噪声差；采样器，选择性地对第一噪声交替地执行第二采样和第三采样且对第二采样噪声和第三采样噪声执行第四采样，其中，第一采用噪声包括第一噪声差至第三噪声差，第二采样噪声为第一噪声差与第二噪声差之差，第三噪声为第二噪声差与第三噪声差之差，第四噪声为第二采样噪声与第三采样噪声之差。

放大器包括：第一运算放大器；第一电阻器，在第一运算放大器的输入端和输出端之间连接；第一电容器，与第一电阻器并联连接；第一重置开关，与第一电容器并联连接。

通过第一电阻器和第一电容器对通过外部输入提供的噪声进行高通滤波。

驱动信号的预定时间段为驱动信号的半个周期。

半导体装置还包括从面板接收驱动信号且消除驱动信号的偏移的偏移消除器。

放大器从偏移消除器接收的外部输入、通过外部输入提供的噪声和偏移消除的驱动信号。

采样器包括：执行第二采样的第一子采样器、执行第三采样的第二子采样器和执行第四采样的第三子采样器。

第一子采样器包括：连接到放大器的第二电容器、连接到第二电容器并接收共模电压的第一开关、在第二电容器和第三子采样器之间连接的第二开关、第二开关和第三子采样器之间连接的第一积分器以及与第一积分器并联连接的第二重置开关。

第二子采样器包括：连接到放大器的第三电容器、连接到第三电容器并接收共模电压的第三开关、在第三电容器和第三子采样器之间连接的第四开关、在第四开关和第三子采样器之间连接的第二积分器以及与第二积分器并联连接的第三重置开关。

第三子采样器接收第一积分器和第二积分器的输出并执行减法运算。

第一开关和第四开关可同时闭合或断开。

第二开关和第三开关可同时闭合或断开。

放大器包括接收共模电压的第一运算放大器，采样器包括执行第二采样的第一子采样器、执行第三采样的第二子采样器和执行第四采样的第三子采样器，第一子采样器包括连接到放大器的第二电容器、在第二电容器和第三子采样器之间连接的第二开关以及在第二开关和第三子采样器之间连接的第一积分器。

如果驱动信号处于第一状态，则第二开关被闭合且放大器被重置，放大器的输出电压减少第一电压变化并且第一积分器的输出电压增加第一电压变化。

如果驱动信号被改变为与第一状态不同的第二状态，则放大器的输出电压进一步减少第一电压变化并且第一积分器的输出电压进一步增加第一电压变化。

第二子采样器以与第一子采样器相同的方式运算，第二子采样器的输出电压变化和第一子采样器的输出电压变化是相反的极性，并且第三子采样器输出第二子积分器和第三子采样器的输出电压之差。

根据本发明的另一方面，提供了一种半导体装置，包括：偏移消除器，通过外部输入接收从面板提供的噪声和驱动信号并消除驱动信号的偏移；相关双采样(CDS)单元，通过采样减少噪声；采样保持放大器，接收CDS单元的输出并执行缓冲和低通滤波，其中，CDS单元通过针对消除偏移的驱动信号的预定时间段进行重置来对通过外部输入而提供的噪声执行第一采样，交替地对第一采样噪声执行第二采样和第三采样并将第二采样噪声和第三采样噪声提供给采样保持放大器，第一采样噪声包括两个连续重置时间点的噪声之间的噪声差并且包括第一采样噪声至第三噪声差，第二采样噪声为第一噪声差和第二噪声差别之差，第三采样噪声为第二噪声差和第三噪声差之差。

采样保持放大器对第二采样噪声和第三采样噪声执行缓冲和低通过滤。

半导体装置还包括：模数转换器(ADC)，对经缓冲和低通滤波的第二采样噪声和第三采样噪声执行第四采样，其中，第四采样噪声是第二采样噪声和第三采样噪声之差。

根据仍是本发明的另一方面，提供了一种包括接收半导体系统外部输入的面板和控制面板的芯片，其中，控制芯片包括：将动信号提供给面板的逻辑模块、减少通过外部输入提供的噪声的面板控制模块、以及将面板控制模块的输出信号转换为数字信号的模数转换器(ADC)，其中，面板控制模块包括：偏移消除器，消除从面板提供的驱动信号的偏移；第一放大器，针对驱动信号的每半个时间段进行重置且通过重置对通过外部输入而提供的噪声进行第一采样，第一采样噪声包括两个连续的重置时间点的噪声之间的噪声差；采样器，选择地对第一采样噪声执行第二采样和第三采样；第二放大器，接收第二采样噪声和第三采样噪声并对第二采样噪声和第三采样噪声执行缓冲和低通过滤，并且将经缓冲和低通过滤的第二采样噪声和第三采样噪声提供给模数转换器(ADC)，其中，第一采样噪声包括第一噪声差至第三噪声差，第二采样噪声是第一噪声差和第二噪声差之差，第三采样噪声是第二噪声差和第三噪声差别之差，第四采样噪声是第二噪声差和第三采样噪声之差。

附图说明

通过参照附图详细地描述本发明的优选实施例，本发明的上述和其他特征和优点将变得更加明显，在附图中：

图1是根据本发明的实施例的半导体装置的框图；

图2是示出图1的相关双采样器的示图；

图3是示出图2的第一放大器的示图；

图4和图5是示出图2的采样器的示图；

图6是示出根据图1中所示的半导体装置的操作的输出电压的变化的时序图；

图7是示出根据图1中所示的半导体装置的操作的噪声的变化的时间图；

图8是根据本发明的另一个实施例的半导体装置的框图；

图9是示出图8的相关双采样器的示图；

图10是示出图9的采样器的示图；

图11是示出图8的偏移消除器、相关双采样器和第二放大器的示图；

图12是根据本发明的另一个实施例的半导体系统的框图；

图13至图15示出可应用根据本发明的一些实施例的半导体装置的示例性半导体系统。

具体实施方式

通过参照下面对优选实施例和附图的详细描述，可更容易地理解本发明构思的优点和特征以及完成本发明构思的方法。然而，本发明构思可以以许多不同的形式来实施并且不应该被解释为局限于在这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底的和完整的，这些实施例将向本领域技术人员充分地传达发明构思的概念，且本发明构思将仅通过权利要求来限定。在整个说明书中，同样的附图标记表示同样的元件。

这里使用的术语仅出于描述具体实施例的目的，而不意图限制本发明构思。除非上下文另外清楚地表示，否则如这里使用的单数形式也意图包括复数形式。还将理解的是，当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包括”时，说明存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。

将理解的是，当元件或层被称为“在”另一元件或层“上”、“连接到”或“结合到”另一元件或层时，它可直接在所述另一元件或层上、直接连接到或直接结合到所述另一元件或层，或者可存在中间元件或层。相反，当元件被称为“直接在”另一元件或层“上”、“直接连接到”或“直接结合到”另一元件或层时，不存在中间元件或层。如这里所使用的，术语“和/或”包括一个或更多个相关所列项的任何组合和所有组合。

将理解的是，尽管这里可使用术语第一、第二等来描述各种元件、组件、区域、层和/或部分，但这些元件、组件、区域、层和/或部分不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件、组件、区域、层或部分与另一元件、组件、区域、层或部分区分开。因此，在不脱离本发明构思的教导的情况下，下面讨论的第一元件、组件、区域、层或部分可被称为第二元件、组件、区域、层或部分。

为了便于描述，这里可使用诸如“在……之下”、“在……下面”、“下面的”、“在……上面”和“上面的”等的空间相对术语来描述如附图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。将理解的是，除了在附图中描绘的方位之外，空间相对术语意图包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的装置被翻转，则描述为“在”其他元件或特征“下面”或“之下”的元件随后将被定位为“在”所述其他元件或特征“上面”。因此，示例性术语“在……下面”可包括“在……上面”和“在……下面”两种方位。装置可被另外定位(旋转90度或在其他方位)，并相应地解释这里使用的空间相对描述符。

除非另有定义，否则这里使用的所有术语(包括技术术语的和科学术语)具有与本发明构思所属领域的普通技术人员所通常理解的意思相同的意思。还将理解的是，除非这里明确这样定义，否则术语(诸如在通用词典中定义的术语)应被解释为具有与在本说明书和相关技术的上下文中的它们的意思一致的意思，并且将不以理想或过度正式的意义来解释。

以下，将参照图1至图5来描述根据本发明的实施例的半导体装置。图1是根据本发明的实施例的半导体装置的框图，图2是示出图1的相关双采样器的示图，图3是示出图2的第一放大器的示图，并且图4和图5是示出图2的采样器的示图。

参照图1，根据本发明的实施例的半导体器件100可包括偏移消除器120和相关双采样(CDS)单元140。这里，半导体装置100可以是例如电容式触摸屏控制器，但不限于此。

偏移消除器120可从面板10接收驱动信号DS，并且可从驱动信号DS消除偏移。

详细地讲，偏移消除器120可从面板10接收驱动信号DS并且可消除驱动信号DS的偏移，即，周围的部分。此外，偏移消除器120可将消除偏移的驱动信号OC-DS提供给CDS单元140。

当偏执消除器120消除驱动信号DS的偏移时，驱动信号DS可具有更高的增益值，因此增加半导体装置100的操作范围。

此外，偏移消除器120可接收通过外部输入从面板10提供的噪声N。偏移消除器120可将从面板10接收的噪声N提供给CDS单元140。

这里，面板10可包括例如触摸屏面板，具体地讲，包括电容式触摸屏面板，但不限于此。此外，外部输入可包括例如触摸输入，具体地将，包括通过用户的手或者触控笔的触摸输入，但并不限于此。

面板10可包括在其中设置的水平线和竖直线之间形成的互电容(未示出)。如果通过触摸输入(例如，通过用户的手指的触摸)而改变互电容的电容值，则后面将要描述的施加到第一放大器(图2的150)的电流的大小会改变，从而实现触摸感应。

此外，当例如通过用户的触摸来产生面板10与用户手指之间的电压差时，用户手指的噪声电压可通过自电容(未示出)被提供给面板10。

CDS单元140可从偏移消除器120接收噪声N和消除偏移的驱动信号OC-DS，并且可对其执行采样。

详细地讲，CDS单元140可通过执行三次采样来减少从偏移消除器120接收的噪声N并且可将三次采样的噪声N提供给模数转换器(ADC)200。此外，CDS单元140可通过执行三次采样来增加从偏移消除器120提供的消除偏移的驱动信号OC-DS并且可将三次采样的驱动信号DS提供给ADC200。

这里，ADC200可接收CDS单元140的输出(即，均被三次采样的噪声N-3S和驱动信号OC-DS-3S之和)并且可将这些信号转换为数字信号。

参照图2，CDS单元140可包括第一放大器150和采样器160。

第一放大器150可接收通过外部输入从面板10提供的噪声N和驱动信号DS并且可对其执行第一采样。

详细地讲，第一放大器150可接收通过外部输入来接收从偏移消除器120提供的噪声N和消除偏移的驱动信号OC-DS，第一放大器150可通过第一重置开关(图3的R1)针对驱动信号DS的预定时间段被重置并且可通过重置对噪声N和消除偏移的驱动信号OC-DS执行第一采样。第一采样噪声N-1S可包括两个连续的重置时间点的噪声之间噪声差，这将在后面详细描述。

这里，第一放大器150可通过重置对噪声N执行高通滤波，从而减少低频噪声且限制频带宽度。因此，可减少将在后面进行描述的会限制电路的设计的因素。

第一放大器150可包括例如电荷放大器，并且驱动信号DS的预定周期可包括例如驱动信号DS的一半周期，但是本发明的各方面不限于此。

此外，第一放大器150可将第一采样噪声N-1S和第一采样驱动信号OC-DS-1S提供给采样器160。

采样器160可从第一放大器150接收第一采样噪声N-1S和第一采样驱动信号OC-DS-1S并且可对其交替地执行多次采样。

详细地讲，采样器160可从第一放大器150接收第一采样噪声N-1S和第一采样驱动信号OC-DS-1S，可交替地执行第二采样和第二主要采样并且可对第二采样噪声和第二主要采样噪声执行第三采样以生成第三采样噪声N-3S。

可通过多次采样来减少噪声N。这里，多次采样可包括例如相关双采样(CDS)，但是本发明的各方面并不限于此。

此外，采样器160可从第一放大器150接收第一采样驱动信号OC-DS-1S，可交替地执行第二采样和第二主要采样并且可对第二采样驱动信号和第二主要采样驱动信号执行第三采样以生成第三采样驱动信号OC-DS-3S。

可通过多次采样来增加驱动信号DS。这里，多次采样可包括例如相关双采样(CDS)，但本发明的方面并不限于此。

采样器160可将第三采样噪声N-3S和第三采样驱动信号OC-DS-3S提供给ADC200。在这种情况下，第三采样噪声N-3S和第三采样驱动信号OC-DS-3S可在它们彼此结合的状态下被提供给ADC200。

参照图3，示出了图2中示出的第一放大器150的电路图。

详细地讲，第一放大器150可包括第一运算放大器amp1、第一电阻器R1、第一电容器C1和第一重置开关RS1。

第一运算放大器amp1可从偏移消除器120接收噪声N和消除偏移的驱动信号OC-DS作为反相输入且可接收共模电压Vcom作为非反相输入。第一电阻器R1可被连接在第一运算放大器amp1的输入端和输出端之间。此外，电容器C1可与第一电阻器R1并联连接并且第一重置开关RS1可与第一电容器C1并联连接。

在这种配置下，第一放大器150可利用第一电阻器R1和第一电容器C1对通过外部输入提供的噪声N执行高通滤波。

如上所述，第一重置开关RS1可针对驱动信号DS的预定的时间段(例如，驱动信号DS的一半周期)重置第一放大器150，从而使用第一电阻器R1和第一电容器C1来实现高通滤波。

第一放大器150不仅可通过使用第一重置开关RS1进行重置来执行高通滤波，还可执行第一采样(即，第一CDS)。

参照图4和图5，示出了图2中示出的采样器160。

详细地讲，采样器160可包括执行第二采样(即，第二CDS)的第一子采样器(SUBSAMPLER1)165和第二子采样器(SUBSAMPLER2)170以及执行第三采样(即，第三CDS)的第三子采样器(SUBSAMPLER3)175。

第一子采样器165可接收第一采样噪声N-1S和第一采样驱动信号OC-DS-1S，可执行第二采样并可将第二采样噪声N-2S和第二采样驱动信号OC-DS-2S提供给第三子采样器175。

此外，第一子采样器165可包括第二电容器C2、第一开关S1、第二开关S2、第一积分器INT1和第二重置开关RS2。

详细地讲，第二电容器C2可连接到第一放大器150。换言之，第二电容器C2可被连接在第一放大器150和第二开关S2之间。

第一开关S1可连接到第二电容器C2并且可接收共模电压Vcom。换言之，第一开关S1可连接到第二电容器C2和第二开关S2并可接收共模电压Vcom。

第二开关S2可被连接在第二电容器C2和第三子采样器175之间。换言之，第二开关S2可被连接在第二电容器C2和第一积分器INT1之间并且可连接到第一开关S1和第二重置开关RS2。

第一积分器INT1可被连接在第二开关S2和第三子采样器175之间。换言之，第一积分器INT1可被连接在第二开关S2可第三子采样器175之间并且可与第二重置开关RS2并联连接。

此外，第一积分器INT1可包括第二运算放大器amp2和第四电容器C4。第四电容器C4可被连接在第二运算放大器amp2的输入端和输出端之间。更详细地讲，第四电容器C4可被连接在第二运算放大器amp2的反相输入端和输出端之间，并且共模电压Vcom可被提供给第二运算放大器amp2的非反相输入端。

第二重置开关RS2可与第一积分器INT1并联连接。换言之，第二重置开关RS2可与第四电容器C4并联连接并且可针对每个驱动时间段(例如，驱动信号DS的整个周期而不是一个时间段)而重置第一积分器INT1。

第二子采样器170可接收第一采样噪声N-1S和第一采样驱动信号OC-DS-1S，可执行第二采样并且可将第二主要采样噪声N-2S’和第二主要采样驱动信号OC-DS-2S’提供给第三子采样器175。

此外，第二子采样器170可包括第三电容器C3、第三开关S3、第四开关S4、第二积分器INT2和第三重置开关RS3。

详细地讲，第三电容器C3可连接到第一放大器150。换言之，第三电容器C3可被连接在第一放大器150和第四开关S4之间。

第三开关S3可连接到第三电容器C3并且可接收共模电压Vcom。换言之，第三开关S3可被连接到第三电容器C3和第四开关S4并且可接收共模电压Vcom。

第四开关S4可被连接在第三电容器C3和第三子采样器175之间。换言之，第四开关S4可被连接在第三电容器C3和第二积分器INT2之间并还可连接到第三开关S3和第三重置开关RS3。

第二积分器INT2可被连接在第四开关和第三子采样器175之间。换言之，第二积分器INT2可被连接在第四开关S4和第三子采样器175之间并且可与第三重置开关RS3并联连接。

此外，第二积分器INT2可包括第三运算放大器amp3和第五电容器C5并且第五电容器C5可被连接在第三运算放大器amp3的输入端和输出端之间。更详细地讲，第五电容C5可被连接在第三运算放大器amp3的反相输入端和输出端之间，并且共模电压Vcom可被提供到第三运算放大器amp3的非反相输入端。

第三重置开关RS3可与第二积分器INT2并联连接。换言之，第三重置开关RS3可与第五电容C5并联连接并可针对每个驱动周期(例如，驱动信号DS的整个周期而不是一个周期)重置第二积分器INT2。

这里，第一开关S1和第四开关S4可被同时闭合或断开。此外，第二开关S2和第三开关S3可被同时闭合或断开。此外，第一开关S1和第四开关S4可与第二开关S2和第三开关S3相反地操作。换言之，当第一开关S1和第四开关S4被闭合时，第二开关S2和第三开关S3可被断开，而当第一开关S1和第四开关S4被断开时，第二开关和S2和第三开关S3可被闭合。

第三子采样器175可从第一子采样器165接收第二采样噪声N-2S和第二采样驱动信号OC-DS-2S，可从第二子采样器170接收第二主要采样噪声N-2S’和第二主要采样驱动信号OC-DS-2S’并且可执行第三采样。

详细地讲，第三子采样器175可从第一积分器INT1接收第二采样噪声N-2S和第二采样驱动信号OC-DS-2S，可从第二积分器INT2接收第二主要采样噪声N-2S’和第二主要采样驱动信号OC-DS-2S’并且可执行减法运算以生成第三采样噪声N-3S和第三采样驱动信号OC-DS-3S。

第三子采样器175可将第三采样噪声N-3S和第三采样驱动信号OC-DS-3S的结合信号提供给ADC200。

以下，将参照图6至图7来描述根据图1中所示的半导体器件的操作的输出电压和噪声的变化。

图6是示出根据图1中所示的半导体装置的操作的输出电压的变化的时序图，图7是示出根据图1中所示的半导体装置的操作的噪声的变化的时间图。

参照图3、图5、和图6，示出了根据图1中所示的半导体器件的操作的输出电压的变化。

详细地讲，当在时间t1，第二开关S2和第三开关S3被闭合(然而第一开关S1和第四开关S4被断开)时，第二电容器C2可连接到第一积分器INT1。此外，在第一重置开关RS1在时间t1被闭合之后，第一放大器150的输出电压VOC-DS-1S可从电平(共模电压Vcom+第一电压变化△V)(即，Vcom+△V)改变为共模电压Vcom。

这里，电平(Vcom+△V)为在前一周期(即，当第一开关S1和第四开关S4闭合时)的第一放大器150的输出电压VOC-DS-1S，且第一电压变化△V可基于驱动信号DS而被确定。更详细地讲，第一电压变化△V可通过以下关系来表示：

第一电压变化(△V)＝当驱动信号DS处于第一状态(例如，高电平状态)时的驱动信号电压大小(VH)×(面板(图1的面板10)的互电容的电容值)/第一放大器150的第一电容器C1的电容值)。

此外，在前一周期中(即，当第一开关S1和第四开关S4导通时)存储在第二电容器C2(即，第二电容器C2的电容值×第一电压变化△V)中的电荷被放电直到其达到0V且具有与存储在第二电容器C2中的电荷相同的量的电荷(即，与值(-(第二电容器C2的电容值×第一电压变化△V))对应的电荷)可被转移到第一积分器INT1的第四电容器C4。

为了简洁，假设第四电容器C4的电容值等于第二电容器C2的电容值。然后，第一子采样器165的输出电压VOC-DS-2S也可增加第一电压变化△V。

在短的重置时间段之后，如果驱动信号电压VDS在时间t2从第二状态0V改变为第一状态VH，则第一放大器150的输出电压VOC-DS-1S可从共模电压Vcom改变为电平(共模电压Vcom-第一电压变化△V)(即，Vcom-△V)。

结果，存储在第二电容器C2中的电荷从0改变为电平(-(第二电容器C2的电容值×第一电压变化△V))并且具有与存储在第二电容器C2中的负电荷相同的量的负电荷被转移到第一积分器INT1的第四电容器C4。因此，第一子采样器165的输出电压VOC-DS-2S可进一步增加第一电压变化△V。

因此，如果第二开关S2和第三开关S3被闭合且第一开关S1和第四开关S4被断开，则第一子采样器165的输出电压VOC-DS-2S可增加值(2×第一电压变化△V)。

随后，如果第二开关S2和第三开关S3被断开，则与值(-(第三电容器C3的电容值×第一电压变化△V))对应的电荷可被存储到第三电容器C3中。此外，如果在时间t3第一开关S1和第四开关S4被闭合且第一重置开关RS1被闭合，则与值(-(第三电容器C3的电容值×第一电压变化△V))对应的电荷可被转移到第二积分器INT2的第五电容器C5。

与第二开关S2和第三开关S3被闭合且第一开关S1和第四开关S4被中断的状态不同，第一放大器150的输出电压VOC-DS-1S可在第二开关S2和第三开关S3被断开且第一开关S1和第四开关S4被闭合的状态下增加值(2×第一电压变化△V)。此外，输出电压VOC-DS-2S'可减小值(2×第一电压变化△V)。

更详细的解释如下。

当在时间t3，第四开关S4和第一开关S1被闭合(而第二开关S2和第三开关S4被断开)时，第三电容器C3可连接到第二积分器INT2。此外，在第一重置开关RS1在时间t3被闭合之后，第一放大器150的输出电压VOC-DS-1S可从电平(共模电压Vcom-第一电压变化△V)(即，Vcom-△V)改变为共模电压Vcom。

这里，电平(Vcom-△V)为处于前一周期(即，当第二开关S2和第三开关S4导通时)的第一放大器150的输出电压VOC-DS-1S。

此外，在前一周期中(即，当第二开关S2和第三开关S3导通时)存储在第三电容器C3(即，第三电容器C3的电容值×第一电压变化△V)中的电荷被放电直到其达到0V且具有与存储在第三电容器C3中的电荷相同的量的电荷(即，与值(-(第三电容器C3的电容值×第一电压变化△V))对应的电荷)可被转移到第二积分器INT2的第五电容器C5。

为了简洁，假设第五电容器C5的电容值等于第三电容器C3的电容值。然后，第二子采样器170的输出电压VOC-DS-2S'也可减小第一电压变化△V。

在短的重置时间段之后，如果驱动信号电压VDS在时间t4从第一状态VH改变为第二状态0V，则第一放大器150的输出电压VOC-DS-1S可从共模电压Vcom改变为电平(共模电压Vcom+第一电压变化△V)(即，Vcom+△V)。

结果，存储在第三电容器C3中的电荷从0改变为电平(-(第三电容器C3的电容值×第一电压变化△V))，与该电荷对应的负电荷被转移到第二积分器INT2的第五电容C5且与该电荷对应的正电荷再次被转移到第二积分器INT2的第五电容C5。因此，第二子采样器170的输出电压VOC-DS-2S'可进一步减小第一电压变化△V。

因此，如果第一开关S1和第四开关S4被闭合且第二开关S2和第三开关S3被断开，则第二子采样器170的输出电压VOC-DS-2S'可减小值(2×第一电压变化△V)。

换言之，从大小来看，第一子采样器165的输出电压VOC-DS-2S的变化与第二子采样器170的输出电压VOC-DS-2S'的变化可彼此相同，而从极性来看，两者可彼此相反。因此，第三子采样器175可接收第一子采样器165的输出电压VOC-DS-2S和第二子采样器170的输出电压VOC-DS-2S'且可对两个输出电压执行减法运算。因此，第三子采样器175的输出电压VOC-DS-3S可改变值(4×第一电压变化△V)。

参照图3、图5、和图7，示出了根据图1中所示的半导体器件的操作的噪声的变化。

第一放大器150可针对每个重置时间段(例如，驱动信号DS的半个周期)对接收到的噪声N执行第一采样。这里，第一采样噪声N-1S可包括两个连续的重置时间点(例如，时间t0和时间t1)的噪声之间的噪声差。

换言之，在连续接收到增强的噪声N之后，第一放大器150可通过利用第一重置开关RS1周期性地进行重置，来对噪声N执行第一采样，通过第一采样器150输出的第一采样噪声N-1S可与两个连续的重置时间点之间的噪声N的变化对应。

换言之，对噪声N执行的第一CDS可防止第一放大器150的输出受到通过外部输入提供的噪声N的影响而饱和。

接下来，假设第一采样噪声N-1S包括例如第一噪声差(N(t1)-N(t0))、第二噪声差(N(t3)-N(t1))和第三噪声差(N(t5)-N(t3))。这里，t0、t1、t3和t5与连续的重置时间点对应。

首先，第一子采样器165在时间t1被重置并开始操作。换言之，第一子采样器165可在第二开关S2和第三开关S3被闭合时接收第一采样噪声N-1S(即，第一噪声差(N(t1)-N(t0)))且在第二开关S2和第三开关S3被断开时接收第一采样噪声N-1S(即，第二噪声差(N(t3)-N(t1)))并且可执行减法运算。换言之，第一子采样器165可执行第二噪声差(N(t3)-N(t1))与第一噪声差(N(t1)-N(t0))之间的减法运算(第二CDS)以生成第二采样噪声N-2S(即，{N(t3)-N(t1)}–{(N(t1)-N(t0))})。

接下来，第二子采样器170在时间t3被重置并开始操作。换言之，第二子采样器170可在第一开关S1和第四开关S4被闭合时接收第一采样噪声N-1S(即，第二噪声差(N(t3)-N(t1)))且在第一开关S1和第四开关S4被断开时接收第一采样噪声N-1S(即，第三噪声差(N(t5)-N(t3)))并且可执行减法运算。换言之，第二子采样器170可执行第三噪声差(N(t5)-N(t3)))与第二噪声差(N(t3)-N(t1))之间的减法运算(第二CDS)以生成第二主要采样噪声N-2S’(即，{N(t5)-N(t3)}–{(N(t3)-N(t0))})。

接下来，第三子采样器175可从第一子采样器165接收第二采样噪声N-2S(即，{N(t3)-N(t1)}–{(N(t1)-N(t0))})且从第二子采样器170接收第二主要采样噪声N-2S’(即，{N(t5)-N(t3)}–{(N(t3)-N(t0))})并且可执行第三采样。

换言之，第三子采样器175可执行第二采样噪声N-2S(即，{N(t3)-N(t1)}–{(N(t1)-N(t0))})与第二优先采样噪声N-2S’(即，{N(t5)-N(t3)}–{(N(t3)-N(t0))})之间的减法运算(第三CDS)以生成第三采样噪声N-3S(即，[{N(t5)-N(t3)}–{(N(t3)-N(t0))}]–[{N(t3)-N(t1)}–{(N(t1)-N(t0))}])。

如图7所示，噪声N通过执行的三次采样(即，CDS)逐渐减小。

根据本发明的实施例的半导体装置100可通过执行的三次CDS不仅减少低频噪声，还减少通过外部输入提供的噪声N，并且可放大驱动信号DS。此外，半导体装置100可使用偏移消除器120来消除驱动信号DS的偏移以使驱动信号DS具有更大的增益值，从而增加半导体器件100的操作范围。

以下，将参照图8至图11对根据本发明的另一个实施例的半导体装置100进行描述。以下描述将着重于本实施例和先前的实施例之间的差异。

图8是根据本发明的另一个实施例的半导体装置的框图，图9是示出图8的相关双采样器的示图，图10是示出图9的采样器的示图，图11是示出图8的偏移消除器、相关双采样器和第二放大器的示图。

参照图8，根据本发明的另一个实施例的半导体装置300可包括偏移消除器310、相关双采样(CDS)单元320、第二放大器380和模拟数字转换器(ADC)390。

偏移消除器310可执行与图1中所示的偏移消除器120相同的功能且将不给出其详细描述。

CDS单元320可从偏移消除器310接收噪声N和消除偏移的驱动信号OS-DS且可执行采样。

详细地讲，CDS单元320可通过两次执行采样来减少从偏移消除器310接收的噪声N，且可将两次采样的噪声N-2S和N-2S'提供给第二放大器380。此外，CDS单元320可通过执行两次的采样来增加从偏移消除器310接收的消除偏移的驱动信号OS-DS且可将两次采样的驱动信号OC-DS-2S和OC-DS-2S'提供给第二放大器380。

第二放大器380可接收两次采样的噪声N-2S和N-2S'和两次采样的驱动信号OC-DS-2S和OC-DS-2S'且可执行缓冲和低通滤波。此外，第二放大器380可将经缓冲和低通滤波的两次采样的噪声N-2S和N-2S'和经缓冲和低通滤波的两次采样的驱动信号OC-DS-2S和OC-DS-2S'提供给ADC390。

这里，第二放大器380可包括例如采样保持放大器，但本发明的各方面不限于此。

ADC390可对经缓冲和低通滤波的两次采样的噪声N-2S和N-2S'和经缓冲和低通滤波的两次采样的驱动信号OC-DS-2S和OC-DS-2S'执行第三采样。

详细地讲，ADC390可从第二放大器380接收经缓冲和低通滤波的两次采样的噪声N-2S和N-2S'和经缓冲和低通滤波的两次采样的驱动信号OC-DS-2S和OC-DS-2S'以执行第三采样且可将第三采样噪声和驱动信号之和转换为数字信号。

这里，第三采样噪声可以是两次采样的噪声N-2S与N-2S'之差，第三采样驱动信号可以是两次采样的驱动信号OC-DS-2S和OC-DS-2S'之差。

参照图9，CDS单元320可包括第一放大器325和采样器330。

第一放大器325可执行与图2中所示的第一放大器150相同的功能且将不给出其详细描述。

采样器330可从第一放大器325接收第一采样噪声N-1S和第一采样驱动信号OC-DS-1S且可交替地执行多次采样。

详细地讲，采样器330可从第一放大器325接收第一采样噪声N-1S，可交替地执行第二采样和第二主要采样且可将第二采样噪声N-2S和第二主要采样噪声N-2S’提供给第二放大器380。

此外，采样器330可从第一放大器325接收第一采样驱动信号OC-DS-1S，可交替地执行第二采样和第二主要采样且可将第二采样驱动信号OC-DS-2S和第二主要采样驱动信号OC-DS-2S’提供给第二放大器380。

参照图10，采样器330可包括第一子采样器(SUBSAMPLER1)340和第二子采样器(SUBSAMPLER2)350。这里，与图4的采样器160不同，采样器330可不包括第三子采样器(图4的第三子采样器175)。

第一子采样器340和第二子采样器350可实质上执行分别与图4中所示的第一子采样器340和第二子采样器350相同的功能，除了各自的输出以外，即，第二采样噪声N-2S和第二采样驱动信号OC-DS-2S以及第二主要采样噪声N-2S’和第二主要采样驱动信号OC-DS-2S’可被提供给第二放大器380。

参照图11，示出了偏移消除器310、第一放大器325、采样器330和第二放大器380的电路图。

不同于根据先前实施例的半导体装置100，由于第二放大器380额外地被设置在采样器330和ADC390之间，所以第一子采样器340的输出端和第二子采样器350的输出端彼此分离之后被连接到第二放大器380。

此外，由于第二放大器380还具有差分结构，可分别对从第一子采样器340接收的第二采样的噪声N-2S和第二采样驱动信号OC-DS-2S以及从第二子采样器350接收的第二主要采样噪声N-2S’和第二主要采样驱动信号OC-DS-2S’执行缓冲和低通滤波。

根据本发明的另一个实施例的半导体器件300可通过执行三次的CDS，不仅减小低频噪声而且减少通过外部输入提供的噪声N并且可放大驱动信号DS。此外，与半导体装置100不同，半导体装置300包括第二放大器380(即，采样和保持放大器)，从而另外执行缓冲和低通滤波，从而进一步提高针对噪声的抗干扰度。此外，半导体装置300可使用偏移消除器120消除驱动信号DS的偏移以使驱动信号DS具有更大的增益值，从而增加半导体装置300的操作范围。

以下，将参照图12对根据本发明的实施例的半导体系统进行描述。以下描述将着重于本实施例和先前的实施例之间的差别。

图12是根据本发明的另一个实施例的半导体系统的框图。

参照图12，根据本发明的另一个实施例的半导体系统500可包括面板510和控制芯片520。

详细地讲，面板510可接收外部输入。并且，面板510可从控制芯片520的逻辑模块550接收驱动信号DS。

这里，面板10可包括例如触摸屏面板(具体地讲，可包括电容式触摸屏面板)，但并不限于此。此外，外部输入可包括例如触摸输入，具体地讲，可包括通过用户的手的触摸输入或通过触控笔的输入，但并不限于此。

控制芯片520可包括将驱动信号DS提供给面板510的逻辑模块550、减少通过外部输入提供的噪声的面板控制模块530、以及将面板控制模块530的输出信号FS转换为数字信号的模数转换器(ADC)540。

逻辑模块550可包括例如偏移表、闪存、接口逻辑和微控制器单元(MCU)。

此外，面板控制模块530可包括具有分别与图8中所示的偏移消除器310、CDS单元320和第二放大器380相同的配置的对应组件。

ADC540可对面板控制模块530的输出信号(FS)(即，第二和第二主要采样噪声以及驱动信号)执行第三采样并且可将第三采样输出信号转换为数字信号。换言之，ADC540可执行与图8所示的ADC390相同的功能。

图13至图15示出可应用根据本发明的一些实施例的半导体器件的示例性半导体系统。

图13示出将根据本发明的实施例的半导体装置应用到平板PC1200的示例，图14示出将根据本发明的实施例的半导体装置应用到笔记本式计算机1300的示例，图15示出将根据本发明的实施例的半导体装置应用到智能电话1400的示例。根据本发明的一些实施例的半导体装置100和半导体装置300中的至少一个可被用于平板PC1200、笔记本式计算机1300、智能电话1400等。

此外，本领域技术人员清楚，根据本发明的一些实施例的半导体装置100和半导体装置300还可被应用于这里未示出的其他IC装置。换言之，在以上描述的实施例中，只有平板PC1200、笔记本式计算机1300和智能电话1400已被举例为根据本发明的实施例的半导体装置，但本发明的各方面不限于此。在本发明的一些实施例中，半导体装置可被实现为计算机、超移动个人计算机(UMPC)、工作站、上网本、个人数字助理(PDA)、便携式计算机、网络写字板、无线电话、移动电话、智能电话、电子书、便携式多媒体播放器(PMP)、便携式游戏机、导航装置、黑盒子、数码相机、三维(3D)电视、数码录音机、数字音频播放器、数码图像记录器、数字图片播放器、数字录像机、数字视频播放器等。

虽然已参照本发明构思的示例性实施例具体示出并描述了本发明构思，但是本领域普通技术人员将理解的是，在不脱离由权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，对其可做出形式和细节上的各种改变。因此期望的是，本实施例被认为在所有方面是说明性的而不是限制性的，参照权利要求而不是前面的描述来表示本发明的范围。

Claims (15)

1.一种半导体装置，包括：

放大器，接收从面板通过外部输入提供的噪声和驱动信号，针对驱动信号的每个预定时间段进行重置且通过重置对噪声执行第一采样来生成第一采样噪声，第一采样噪声包括两个连续的重置时间点的噪声之间的噪声差；

采样器，对第一采样噪声交替地执行第二采样和第三采样来生成第二采样噪声和第三采样噪声且对第二采样噪声和第三采样噪声执行第四采样来生成第四采样噪声，

其中，第一采样噪声包括第一噪声差至第三噪声差，第二采样噪声为第一噪声差与第二噪声差之差，第三采样噪声为第二噪声差与第三噪声差之差，第四采样噪声为第二采样噪声与第三采样噪声之差。

2.如权利要求1所述的半导体装置，其中，放大器包括：

第一运算放大器；

第一电阻器，连接在第一运算放大器的输入端和输出端之间；

第一电容器，与第一电阻器并联连接；

第一重置开关，与第一电容器并联连接。

3.如权利要求2所述的半导体装置，其中，通过第一电阻器和第一电容器对通过外部输入提供的噪声进行高通滤波。

4.如权利要求1所述的半导体装置，其中，驱动信号的预定时间段为驱动信号的半个周期。

5.如权利要求1所述的半导体装置，还包括：偏移消除器，从面板接收驱动信号且消除驱动信号的偏移。

6.如权利要求5所述的半导体装置，其中，放大器从偏移消除器接收通过外部输入而提供的噪声和消除偏移的驱动信号。

7.如权利要求1所述的半导体装置，其中，采样器包括：

执行第二采样的第一子采样器；

执行第三采样的第二子采样器；

执行第四采样的第三子采样器。

8.如权利要求7所述的半导体装置，其中，第一子采样器包括：

第二电容器，具有连接到放大器的第一端；

第一开关，具有连接到第二电容器的第二端的第一端以及接收共模电压的第二端；

第二开关，具有连接到第二电容器的第二端的第一端；

第一积分器，连接在第二开关的第二端和第三子采样器之间；

第二重置开关，与第一积分器并联连接。

9.如权利要求8所述的半导体装置，其中，第二子采样器包括：

第三电容器，具有连接到放大器的第一端；

第三开关，具有连接到第三电容器的第二端的第一端以及接收共模电压的第二端；

第四开关，具有连接到第三电容器的第二端和第三子采样器的第一端；

第二积分器，连接在第四开关的第二端和第三子采样器之间；

第三重置开关，与第二积分器并联连接。

10.如权利要求9所述的半导体装置，其中，第三子采样器通过对第一积分器和第二积分器的输出执行减法运算，来执行第四采样。

11.如权利要求9所述的半导体装置，其中，第一开关和第四开关同时闭合或断开，第二开关和第三开关同时闭合或断开，并且第一开关和第四开关与第二开关和第三开关相反地操作。

12.如权利要求1所述的半导体装置，其中，放大器包括接收共模电压的第一运算放大器，

采样器包括执行第二采样的第一子采样器、执行第三采样的第二子采样器和执行第四采样的第三子采样器，

第一子采样器和第二子采样器均包括连接到放大器的第二电容器、在第二电容器和第三子采样器之间连接的第二开关以及在第二开关和第三子采样器之间连接的第一积分器。

13.一种半导体装置，包括：

偏移消除器，接收从面板通过外部输入提供的噪声和驱动信号并消除驱动信号的偏移；

相关双采样单元，通过采样减少噪声；

采样保持放大器，接收相关双采样单元的输出并执行缓冲和低通滤波，

其中，相关双采样单元通过针对消除偏移的驱动信号的预定时间段进行重置来对通过外部输入提供的噪声执行第一采样来生成第一采样噪声，对第一采样噪声交替地执行第二采样和第三采样来生成第二采样噪声和第三采样噪声并将第二采样噪声和第三采样噪声提供给采样保持放大器，第一采样噪声包括两个连续的重置时间点的噪声之间的噪声差并且包括第一噪声差至第三噪声差，第二采样噪声为第一噪声差和第二噪声差之差，第三采样噪声为第二噪声差和第三噪声差之差。

14.如权利要求13所述的半导体装置，其中，采样保持放大器对第二采样噪声和第三采样噪声执行缓冲和低通滤波。

15.如权利要求14所述的半导体装置，还包括：模数转换器，对经缓冲和低通滤波的第二采样噪声和第三采样噪声执行第四采样以生成第四采样噪声，其中，第四采样噪声是第二采样噪声和第三采样噪声之差。