JP2018072928A - センシングシステム、タッチ検出回路および半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】N個のセンサを同時にセンシング可能なセンシングシステムにおいて、N個のセンサに対応するN個の検出信号を並列にディジタル値に変換するために備えるべきA/D変換器の数を1個に減らす。【解決手段】N個のセンサのそれぞれに、実質的に同じ駆動信号を少なくともNサイクルに亘って繰り返し送信し、それに応答するNサイクル×Nチャネルの検出信号を受信する。受信した検出信号をN行N列の変調行列で符号変調し、1サイクルごとに合計(混合)して1個のA/D変換器によってNサイクルに亘ってN個のディジタル値に変換する。N個のディジタル値を、変調行列と直交するN行N列の復調行列を使って符号復調することにより、Nチャネルの検出信号に対応するディジタル化されたN個の検出値を得る。【選択図】図2
Description
本発明は、センシングシステムに関し、特に静電容量方式のタッチパネルに接続されるタッチ検出回路およびそのタッチ検出回路を搭載する半導体装置に好適に利用できるものである。
静電容量方式のタッチ検出回路において、同時にセンシングする電極数を増やすことは、タッチ検出の高精細化・高品質化にとって、極めて重要である。一般に、相互容量方式のタッチパネルでは、数十個ずつ数十行のマトリックス状に配置された数百個のセンサ容量を1行ずつ選択し、選択された1行に接続されている数十個のセンサ容量をセンシングの対象とするので、同時にセンシングすることができる電極数は数十個である。一方、自己容量方式の場合には、同じように数百個のセンサ容量が数十個ずつ数十行のマトリックス状に配置されていたとしても、それぞれ1個のセンサ容量に対して1個の電極が接続されているので、仮にセンサ容量と同数のタッチ検出回路を実装することができれば、数百個のセンサ容量を同時にセンシングすることができることになる。しかしながら、現実的に実装可能なタッチ検出回路の数は、ハードウェア規模やコストによって制限されるので、同時にセンシングすることができる電極数もそれに伴って制限されることとなっている。
特許文献1には、センシングチャネルを符号変調によって多重化するタッチ検出回路が開示されている。駆動電極112A〜112Dとセンシング電極114とそれらが交差する各箇所に形成されたセンサ容量を備える、相互容量方式のタッチパネルに接続されるタッチ検出回路において、駆動電極112A〜112Dを互いに直交する符号で変調したパルスで駆動し、センシング電極114で受信された信号を対応する符号で復調することにより、複数のセンシングチャネルに分離する(Figs. 1A and 1B)。これにより、ノイズがスペクトラム拡散され、信号対雑音比(SNR: Signal to Noise Ratio)が改善される。
特許文献1について本発明者が検討した結果、以下のような新たな課題があることがわかった。
図1に、従来の自己容量方式のタッチパネル250に接続されるタッチ検出回路200の構成を模式的に示す。タッチパネル250は、N個(Nは正の整数)のセンサ容量1_1〜1_Nを含む複数のセンサ容量を備える。このN個のセンサ容量1_1〜1_Nへの導電物体の接近を同時にセンシングするために、タッチ検出回路200は、N個の送信回路(TX)2_1〜2_Nと、N個の受信回路(RX)3_1〜3_Nと、N個のA/D変換回路(ADC)6_1〜6_Nと、N個のディジタルフィルタ9_1〜9_Nとを備える。N個の送信回路2_1〜2_NはN個のセンサ容量1_1〜1_Nに対して同時に駆動パルスを印可する。このとき、駆動パルスによるセンサ容量1_1〜1_Nの充放電電流が、受信回路3_1〜3_Nによって検出され、その出力がA/D変換回路6_1〜6_Nによってディジタル値に変換される。A/D変換回路6_1〜6_Nから出力されたディジタル値は、ディジタルフィルタ9_1〜9_Nによってノイズが抑圧されて、ディジタル出力DigOut1〜Nとして後段のマイクロプロセッサ等へ出力され、タッチの有無やタッチ座標の検出に利用される。なお、本明細書で言うところの「同時」とは、厳密な同時刻を意味するものではなく、同じ期間内に並列している程度の同時性を指すものである。
このように、複数のセンサ容量を同時にセンシングするには、同時にセンシングする数だけの受信回路、A/D変換回路及びディジタルフィルタが必要とされる。ここで、A/D変換回路をはじめとするセンシングに必要な回路を高速に動作可能な回路に代えて、時分割動作させることにより、必要な回路の数を減らすことができるが、トレードオフの範疇を超えることはできず、さらにはオーバーヘッドが生じる。即ち、回路の数を1/Nに減らすために動作速度をN倍に高速化する必要があるという、トレードオフが存在し、さらに、時分割を実現するための回路、例えば、サンプルホール回路やマルチプレクサ、デマルチプレクサを備えるというオーバーヘッドが生じる。
本願の発明者らは、上記の時分割に代えて、符号分割多重(CDM: Code Division Multiplication)の技術を応用することによって、上述のようなトレードオフの範疇を超えて、回路規模、特にA/D変換回路の性能を維持したまま必要数を抑えるという課題に取り組んだ。
特許文献1に開示されるタッチ検出回路によれば、複数のセンシングチャネルが符号分割多重されるが、検出電極1個に対して1個の受信回路を備える必要がある。このため、同時にセンシングすることができる電極数は、主に受信回路のハードウェア規模やコストによって制限される。一般に受信回路は、それぞれがA/D変換器とディジタルフィルタを備えるため、ハードウェア規模が大きい。即ち、特許文献1に記載される発明では、符号分割多重によってノイズが分散され、S/N比が向上するという効果があるものの、A/D変換回路の数を減らすことはできないことがわかった。
以上は静電容量方式のタッチ検出回路を例にとって説明したが、センシングシステム一般に広く存在する課題であることもわかった。
本発明の目的は、複数、例えばN個のセンサに対応するN個の検出信号を並列にディジタル値に変換するために備えるべきA/D変換回路の動作速度をN倍にすることなく、動作に必要な数を1個に減らすことができる、センシングシステムを提供することである。
このような課題を解決するための手段を以下に説明するが、その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
一実施の形態によれば、下記の通りである。
すなわち、N個のセンサを同時にセンシング可能なセンシングシステムであって、以下のように構成される。センシングシステムは、N個のセンサに駆動信号を送信する送信回路と、そのN個のセンサにおいて駆動信号に応答して発生するN個の検出信号が並列に入力されるN個の受信回路と、その出力を変調するN個の変調回路と、その出力を混合する混合回路と、その出力が入力される1個のA/D変換回路と、その出力であるディジタル値が入力され、前記N個の検出信号に対応するN個のディジタル検出値を出力する復調回路とを備える。
送信回路は、N個のセンサのそれぞれに、実質的に同じ駆動信号を少なくともNサイクルに亘って繰り返し送信する。ただし、センサごとに同じである必要はなく、サイクルごとに実質的に同じであれば足りる。「実質的に同じ」とは、設計的に同じ信号波形が印可されるように構成されていれば足り、多少の違いがあったとしても、それによって検出結果に生じる誤差が工業的、実用的に許容される範囲であれよい。
N個の受信回路は、N個の検出信号をそれぞれNサイクルに亘って同時に受信する。
変調回路にはN行N列の行列で表現される変調係数が供給されており、N個の変調回路のそれぞれは、前記Nサイクルの1サイクルごとに、前記変調係数の対応する列のN個の要素に基づいて、対応する受信回路の出力の極性を反転させるかそのままの極性で出力する。混合回路は、その出力を合計して、Nサイクルに亘ってA/D変換回路に供給し、A/D変換回路は対応するディジタル値を1サイクルごとにディジタル値に変換してNサイクルに亘ってN個のディジタル信号を出力する。
復調回路には、変調係数と直交するN行N列の行列で表現される復調係数が供給されており、前記復調回路は、供給されるN個のディジタル信号をN行1列の入力行列とし、前記復調係数と前記N行1列の入力行列とを乗ずることによって、N個のディジタル検出値を出力する。
前記一実施の形態によって得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである。
すなわち、N個のセンサに対応するN個の検出信号を並列にディジタル値に変換するために備えるべきA/D変換回路の数を1個に減らすことができる。
1.実施の形態の概要
本願において開示される代表的な実施の形態について概要を説明する。代表的な実施の形態についての概要説明で括弧を付して参照する図面中の参照符号はそれが付された構成要素の概念に含まれるものを例示するに過ぎない。なお、本願明細書内で使用する、D,K,L,M,N,X,Uはそれぞれ正の整数である。
本願において開示される代表的な実施の形態について概要を説明する。代表的な実施の形態についての概要説明で括弧を付して参照する図面中の参照符号はそれが付された構成要素の概念に含まれるものを例示するに過ぎない。なお、本願明細書内で使用する、D,K,L,M,N,X,Uはそれぞれ正の整数である。
〔1〕<符号変復調によりA/D変換器の必要数を減らすセンシングシステム>
複数のセンサに接続可能なセンシングシステム(100)であって、以下のように構成される。
複数のセンサに接続可能なセンシングシステム(100)であって、以下のように構成される。
センシングシステムは、前記複数のセンサのうちのN個のセンサ(1_1〜1_N)に駆動信号を送信する送信回路(2_1〜2_N;2_1〜2_M;20)と、前記N個のセンサにおいて前記駆動信号に応答して発生するN個の検出信号が、並列に入力されるN個の受信回路(3_1〜3_N)と、前記N個の受信回路の出力を変調するN個の変調回路(4_1〜4_N)と、前記N個の変調回路の出力を混合する混合回路(5)と、前記混合回路の出力が入力される1個のA/D変換回路(6)と、前記A/D変換回路から出力されるディジタル値が入力され前記N個の検出信号に対応するN個のディジタル検出値を出力する復調回路(70)とを備える。
前記送信回路は、前記N個のセンサのそれぞれに、前記駆動信号を少なくともNサイクルに亘って繰り返し送信し、前記N個の受信回路は、前記N個の検出信号をそれぞれ前記Nサイクルに亘って受信する。前記N個の変調回路には、N行N列の行列で表現される変調係数(41)が供給され、前記N個の変調回路は、前記Nサイクルの第1サイクルから第Nサイクルまでの1サイクルごとに、前記N個の検出信号と前記変調係数の第1行から第N行までの各列の要素をそれぞれ乗じてN個の積を前記混合回路に順次供給する。
前記混合回路は、前記Nサイクルの第1サイクルから第Nサイクルまでの1サイクルごとに、前記N個の積を合計して、前記Nサイクルに亘って前記A/D変換回路に供給する。
前記A/D変換回路は、前記混合回路の出力に対応するディジタル値を1サイクルごとに前記Nサイクルに亘ってN個のディジタル信号として順次出力する。
前記復調回路には、前記変調係数と直交するN行N列の行列で表現される復調係数(71)が供給され、前記復調回路は、前記Nサイクルに亘って供給される前記N個のディジタル信号をN行1列の入力行列とし、前記復調係数と前記N行1列の入力行列とを乗ずることによって、前記N個のディジタル検出値を出力する。
これにより、N個のセンサに対応するN個の検出信号を並列にディジタル値に変換するために備えるべきA/D変換回路の数を1個に減らすことができる。
〔2〕<数式通りの行列演算;図3〜4>
〔1〕項のセンシングシステムにおいて、前記復調回路は、前記Nサイクルに亘って供給される前記N個のディジタル信号を1サイクルずつ遅延させるN−1段の遅延回路(76_1〜76_N−1)と、N個の積和演算回路(乗算器77_1_1〜77_1_Nと加算器78_1_1〜78_1_N−1、乗算器77_2_1〜77_2_Nと加算器78_2_1〜78_2_N−1、…、乗算器77_N_1〜77_N_Nと加算器78_N_1〜78_N_N−1)とを備える。
〔1〕項のセンシングシステムにおいて、前記復調回路は、前記Nサイクルに亘って供給される前記N個のディジタル信号を1サイクルずつ遅延させるN−1段の遅延回路(76_1〜76_N−1)と、N個の積和演算回路(乗算器77_1_1〜77_1_Nと加算器78_1_1〜78_1_N−1、乗算器77_2_1〜77_2_Nと加算器78_2_1〜78_2_N−1、…、乗算器77_N_1〜77_N_Nと加算器78_N_1〜78_N_N−1)とを備える。
前記N個の積和演算回路は、前記A/D変換回路の出力及び前記N−1段の遅延回路の出力に対して、前記復調係数の第1行から第N行までの1行N列の各要素をそれぞれ乗じて合計することにより、前記N個のディジタル検出値を出力する。
これにより、復調回路を容易に構成することができる。即ち、遅延段(N−1段の遅延回路)を共有するN個の積和演算回路によって、数式通りの行列演算を実行する回路を構成することができる。
〔3〕<ΔΣADC + Demodulator + CIC filter;図5〜7>
〔1〕項のセンシングシステムにおいて、前記A/D変換回路は、前記Nサイクルの1サイクルごとにK回のデルタシグマ方式の変換動作を行って、前記ディジタル信号として1サイクルごとにK個のディジタルデータを前記Nサイクルに亘って出力する。
〔1〕項のセンシングシステムにおいて、前記A/D変換回路は、前記Nサイクルの1サイクルごとにK回のデルタシグマ方式の変換動作を行って、前記ディジタル信号として1サイクルごとにK個のディジタルデータを前記Nサイクルに亘って出力する。
前記復調回路は、N個の乗算回路(77_1〜77_N)と、前記N個の乗算回路の出力がそれぞれ入力されるN個のフィルタ回路(9_1〜9_N)を含み、前記フィルタ回路のそれぞれは、1次積分回路(91_1〜91_N)とK×N次櫛型フィルタ(92_1〜92_N)とをカスケード接続して構成される。
これにより、ディジタルフィルタを含む復調回路の回路規模を抑えることができる。〔2〕項の例のように数式通りの行列演算を実行する回路によって構成した場合と比較して、ディジタルフィルタを含む復調回路の回路規模は大幅に抑えられる。
〔4〕<ΔΣADC + Demodulator + CIC filter w/ Decimator;図8〜9>
〔1〕項のセンシングシステムにおいて、前記A/D変換回路は、前記Nサイクルの1サイクルごとにK回のデルタシグマ方式の変換動作を行って、前記ディジタル信号として1サイクルごとにK個のディジタルデータを前記Nサイクルに亘って出力する。
〔1〕項のセンシングシステムにおいて、前記A/D変換回路は、前記Nサイクルの1サイクルごとにK回のデルタシグマ方式の変換動作を行って、前記ディジタル信号として1サイクルごとにK個のディジタルデータを前記Nサイクルに亘って出力する。
前記復調回路は、N個の乗算回路(77_1〜77_N)と、前記N個の乗算回路の出力がそれぞれ入力されるN個のフィルタ回路(9_1〜9_N)を含み、前記フィルタ回路のそれぞれは、1次積分回路(91_1〜91_N)と1/D間引き回路(93_1〜93_N)とK×N/D次櫛型フィルタ(92_1〜92_N)とをカスケード接続して構成される。
これにより、ディジタルフィルタを含む復調回路の回路規模を〔3〕項の場合よりもさらに小さく抑えることができる。
〔5〕<1bit ΔΣADC+ Demodulator + CIC filter w/ Decimator;図8、10>
〔1〕項のセンシングシステムにおいて、前記A/D変換回路は、前記Nサイクルの1サイクルごとにK回のデルタシグマ方式の変換動作を行って、前記ディジタル信号として1サイクルごとにK個の1ビットのディジタルデータを前記Nサイクルに亘って出力する。
〔1〕項のセンシングシステムにおいて、前記A/D変換回路は、前記Nサイクルの1サイクルごとにK回のデルタシグマ方式の変換動作を行って、前記ディジタル信号として1サイクルごとにK個の1ビットのディジタルデータを前記Nサイクルに亘って出力する。
前記復調回路は、N個の乗算回路(77_1〜77_N)と、前記N個の乗算回路の出力がそれぞれ入力されるN個のフィルタ回路(9_1〜9_N)を含み、前記フィルタ回路のそれぞれは、1次積分回路(91_1〜91_N)と1/D間引き回路(93_1〜93_N)とK×N/D次櫛型フィルタ(92_1〜92_N)とをカスケード接続して構成される。
これにより、A/D変換を1ビットのΔΣ方式とし、以降のディジタル演算をビット単位で処理することができる。例えば、乗算回路は1ビットのA/D変換出力を、復調係数に基づいてそのままの極性でフィルタに入力するか極性を反転してフィルタに入力するかを切り替える簡単な論理回路(例えばセレクタ)によって構成することができる。
〔6〕<加減算カウンタによる復調回路;図10>
〔5〕項のセンシングシステムにおいて、前記復調回路は、前記復調係数のN行それぞれについて、前記乗算回路と前記1次積分回路に代えて、前記K個の1ビットのディジタルデータを前記Nサイクルに亘って、1行N列の行列の要素の値に基づいて加算または減算するカウンタ(極性反転回路78_1〜78_Nとセレクタ79_1〜79_Nと1次積分回路91_1〜91_N)を備える。
〔5〕項のセンシングシステムにおいて、前記復調回路は、前記復調係数のN行それぞれについて、前記乗算回路と前記1次積分回路に代えて、前記K個の1ビットのディジタルデータを前記Nサイクルに亘って、1行N列の行列の要素の値に基づいて加算または減算するカウンタ(極性反転回路78_1〜78_Nとセレクタ79_1〜79_Nと1次積分回路91_1〜91_N)を備える。
これにより、復調回路の先頭の行列演算を複数ビットの乗算回路を不要とし、回路規模を大幅に低減することができる。
〔7〕<1/U Decimator>
〔6〕項のセンシングシステムにおいて、前記DはN×Kと等しい値とされる。
〔6〕項のセンシングシステムにおいて、前記DはN×Kと等しい値とされる。
これにより、復調回路の回路規模をさらに低減することができる。
〔8〕<タッチ検出回路への応用;図11〜14>
〔1〕項から〔7〕項までのいずれか1項のセンシングシステムにおいて、前記複数のセンサは、静電容量方式のタッチ検出パネルにおける複数のセンサ容量である。
〔1〕項から〔7〕項までのいずれか1項のセンシングシステムにおいて、前記複数のセンサは、静電容量方式のタッチ検出パネルにおける複数のセンサ容量である。
これにより、本発明のセンシング方式をタッチ検出に適用することができる。
〔9〕<タッチ検出回路;図11〜12;図13〜14>
複数のセンサ容量を有するタッチパネル(250;260)に接続可能なタッチ検出回路(200)であって、以下のように構成される。
複数のセンサ容量を有するタッチパネル(250;260)に接続可能なタッチ検出回路(200)であって、以下のように構成される。
タッチ検出回路(200)は、前記複数のセンサ容量のうちのN個のセンサ容量に駆動信号を送信する送信回路(2;20)と、前記N個のセンサ容量において前記駆動信号に応答して発生するN個の検出信号が、並列に入力されるN個の受信回路(3_*_1〜3_*_N)と、前記N個の受信回路の出力を変調するN個の変調回路(4;4_1〜4_L)と、前記N個の変調回路の出力を混合する混合回路(5;5_1〜5_L)と、前記混合回路の出力が入力される1個のA/D変換回路(6;6_1〜6_L)と、前記A/D変換回路から出力されるディジタル値が入力され、前記N個の検出信号に対応するN個のディジタル検出値を出力する復調回路(7;7_1〜7_L)とを備える。
前記送信回路は、前記N個のセンサ容量のそれぞれに、前記駆動信号を少なくともNサイクルに亘って繰り返し送信し、前記N個の受信回路は、前記N個の検出信号をそれぞれ前記Nサイクルに亘って受信する。前記N個の変調回路には、N行N列の行列で表現される変調係数(41)が供給され、前記N個の変調回路は、前記Nサイクルの第1サイクルから第Nサイクルまでの1サイクルごとに、前記N個の検出信号と前記変調係数の第1行から第N行までの各列の要素をそれぞれ乗じてN個の積を前記混合回路に順次供給する。
前記混合回路は、前記Nサイクルの第1サイクルから第Nサイクルまでの1サイクルごとに、前記N個の積を合計して、前記Nサイクルに亘って前記A/D変換回路に供給する。
前記A/D変換回路は、前記混合回路の出力に対応するディジタル値を1サイクルごとに前記Nサイクルに亘ってN個のディジタル信号として順次出力する。
前記復調回路には、前記変調係数と直交し、N行N列の行列で表現される復調係数(71)が供給され、前記復調回路は、前記Nサイクルに亘って供給される前記N個のディジタル信号をN行1列の入力行列とし、前記復調係数と前記N行1列の入力行列とを乗ずることによって、前記N個のディジタル検出値を出力する。
これにより、静電容量方式のタッチパネルに接続可能なタッチ検出回路において、N個のセンサ容量に対応するN個の検出信号を並列にディジタル値に変換するために備えるべきA/D変換回路の数を1個に減らすことができる。
〔10〕<自己容量方式で時分割;図12>
〔9〕項に記載のタッチ検出回路(200)とマルチプレクサ(201)とM組×N個の端子とを備え、前記M組×N個の端子に対応するM組×N個のセンサ容量を有する自己容量方式のタッチパネル(250)に接続可能な半導体装置(300)であって、前記マルチプレクサは、前記M組から前記N個の端子を順次選択して、対応するN個のセンサ容量を前記タッチ検出回路に接続する。
〔9〕項に記載のタッチ検出回路(200)とマルチプレクサ(201)とM組×N個の端子とを備え、前記M組×N個の端子に対応するM組×N個のセンサ容量を有する自己容量方式のタッチパネル(250)に接続可能な半導体装置(300)であって、前記マルチプレクサは、前記M組から前記N個の端子を順次選択して、対応するN個のセンサ容量を前記タッチ検出回路に接続する。
これにより、自己容量方式のタッチパネルにおけるM×N個のセンサ容量のタッチ検出を、1個のA/D変換回路を備える1個のタッチ検出回路によって、順次実行することができる。
〔11〕<自己容量方式で並列;図11>
〔9〕項に記載のタッチ検出回路をM組(200_1〜200_M)備え、N個のセンサ容量をM組有する自己容量方式のタッチパネル(250)に接続可能な半導体装置(300)であって、前記N個のセンサ容量ごとに前記タッチ検出回路を接続するためのM×N個の端子を有する。
〔9〕項に記載のタッチ検出回路をM組(200_1〜200_M)備え、N個のセンサ容量をM組有する自己容量方式のタッチパネル(250)に接続可能な半導体装置(300)であって、前記N個のセンサ容量ごとに前記タッチ検出回路を接続するためのM×N個の端子を有する。
これにより、自己容量方式のタッチパネルにおけるM×N個のセンサ容量のタッチ検出を、M個のA/D変換回路によって並列に実行することができる。
〔12〕<相互容量方式で並列;図13>
〔9〕項に記載のタッチ検出回路とX個の送信端子とL組×N個の受信端子とを備え、1行あたりL組×N個のセンサ容量をX行備える相互容量方式のタッチパネル(260)に接続可能な半導体装置(300)であって、以下のように構成される。
〔9〕項に記載のタッチ検出回路とX個の送信端子とL組×N個の受信端子とを備え、1行あたりL組×N個のセンサ容量をX行備える相互容量方式のタッチパネル(260)に接続可能な半導体装置(300)であって、以下のように構成される。
前記タッチ検出回路において、前記送信回路は、前記X行のうちの各行のL組×N個のセンサ容量に対して、前記X個の送信端子から、前記駆動信号を順次送信する。
前記タッチ検出回路は、前記L組×N個の受信端子に対応してN個の受信端子ごとに、前記N個の受信回路(3_1_1…N〜3_L_1…N)と前記N個の変調回路(4_1〜4_L)と前記混合回路(5_1〜5_L)と前記A/D変換回路(6_1〜6_L)と前記復調回路(7_1〜7_L)とを、それぞれL組ずつ備える。
これにより、X行×L組×N個のセンサ容量を有する相互容量方式のタッチパネルに接続されたときに、L個のA/D変換回路によって、1行ずつL組×N個のセンサ容量のタッチ検出を並列に実行することができる、半導体装置を提供することができる。
〔13〕<相互容量方式で時分割;図14>
〔9〕項に記載のタッチ検出回路とX個の送信端子とL組×N個の受信端子とマルチプレクサ(201)とを備え、1行あたりL組×N個のセンサ容量をX行備える相互容量方式のタッチパネル(260)に接続可能な半導体装置(300)であって、以下のように構成される。
〔9〕項に記載のタッチ検出回路とX個の送信端子とL組×N個の受信端子とマルチプレクサ(201)とを備え、1行あたりL組×N個のセンサ容量をX行備える相互容量方式のタッチパネル(260)に接続可能な半導体装置(300)であって、以下のように構成される。
前記タッチ検出回路において、前記送信回路は、前記X行のうちの各行のL組×N個のセンサ容量に対して、前記X個の送信端子から、前記駆動信号を順次送信する。
前記マルチプレクサは、前記L組×N個の受信端子に対応して1組ごとに順次、N個の受信端子に入力されるN個の検出信号を前記N個の受信回路に入力する。
これにより、X行×L組×N個のセンサ容量を有する相互容量方式のタッチパネルに接続されたときに、1個のA/D変換回路によって、1行ずつさらに1組ずつL組までのN個のセンサ容量のタッチ検出を並列に実行することができる、半導体装置を提供することができる。
〔14〕<タッチ検出回路 & ΔΣADC + Demodulator + CIC filter w/ Decimator;図8〜9>
〔10〕項から〔13〕項までのいずれか1項の半導体装置において、前記A/D変換回路は、前記Nサイクルの1サイクルごとにK回のデルタシグマ方式の変換動作を行って、前記ディジタル信号として1サイクルごとにK個の1ビットのディジタルデータを前記Nサイクルに亘って出力する。
〔10〕項から〔13〕項までのいずれか1項の半導体装置において、前記A/D変換回路は、前記Nサイクルの1サイクルごとにK回のデルタシグマ方式の変換動作を行って、前記ディジタル信号として1サイクルごとにK個の1ビットのディジタルデータを前記Nサイクルに亘って出力する。
前記復調回路は、N個の乗算回路(77_1〜77_N)と、前記N個の乗算回路の出力がそれぞれ入力されるN個のフィルタ回路(9_1〜9_N)を含み、前記フィルタ回路のそれぞれは、1次積分回路(91_1〜91_N)と1/D間引き回路(93_1〜93_N)とK×N/D次櫛型フィルタ(92_1〜92_N)とをカスケード接続して構成される。
これにより、A/D変換を1ビットのΔΣ方式とし、以降のディジタル演算をビット単位で処理することができる。例えば、乗算回路は1ビットのA/D変換出力を、復調係数に基づいてそのままの極性でフィルタに入力するか極性を反転してフィルタに入力するかを切り替える簡単な論理回路(例えばセレクタ)によって構成することができる。
〔15〕<タッチ検出回路 & 加減算カウンタによる復調回路;図10>
〔14〕項の半導体装置において、前記復調回路は、前記復調係数のN行それぞれについて、前記乗算回路と前記1次積分回路に代えて、前記K個の1ビットのディジタルデータを前記Nサイクルに亘って、1行N列の行列の要素の値に基づいて加算または減算するカウンタ(極性反転回路78_1〜78_Nとセレクタ79_1〜79_Nと1次積分回路91_1〜91_N)を備える。
〔14〕項の半導体装置において、前記復調回路は、前記復調係数のN行それぞれについて、前記乗算回路と前記1次積分回路に代えて、前記K個の1ビットのディジタルデータを前記Nサイクルに亘って、1行N列の行列の要素の値に基づいて加算または減算するカウンタ(極性反転回路78_1〜78_Nとセレクタ79_1〜79_Nと1次積分回路91_1〜91_N)を備える。
これにより、復調回路の先頭の行列演算を複数ビットの乗算回路を不要とし、回路規模を大幅に低減することができる。
〔16〕<符号変復調によりA/D変換器の必要数を減らすセンシングシステム>
N個のセンサ(1_1〜1_N)を同時にセンシング可能なセンシングシステム(100)であって、前記N個のセンサのそれぞれに、実質的に同じ駆動信号を少なくともNサイクルに亘って繰り返し送信する送信回路(2_1〜2_N;2_1〜2_M;20)と、それに応答するNサイクル×Nチャネルの検出信号を受信する受信回路(3_1〜3_N)と、検出信号をN行N列の変調行列(41)で符号変調する変調回路(4_1〜4_N)と、前記変調回路の出力を1サイクルごとに合計する混合回路(5)と、前記混合回路の出力を1サイクルごとにディジタル値に変換するA/D変換回路(6)と、前記A/D変換回路から前記Nサイクルに亘って出力されるN個のディジタル値を、前記変調行列と直交するN行N列の復調行列(71)を使って符号復調することにより、前記Nチャネルの検出信号に対応するディジタル化されたN個の検出値を得る復調回路(70)とを備える。
N個のセンサ(1_1〜1_N)を同時にセンシング可能なセンシングシステム(100)であって、前記N個のセンサのそれぞれに、実質的に同じ駆動信号を少なくともNサイクルに亘って繰り返し送信する送信回路(2_1〜2_N;2_1〜2_M;20)と、それに応答するNサイクル×Nチャネルの検出信号を受信する受信回路(3_1〜3_N)と、検出信号をN行N列の変調行列(41)で符号変調する変調回路(4_1〜4_N)と、前記変調回路の出力を1サイクルごとに合計する混合回路(5)と、前記混合回路の出力を1サイクルごとにディジタル値に変換するA/D変換回路(6)と、前記A/D変換回路から前記Nサイクルに亘って出力されるN個のディジタル値を、前記変調行列と直交するN行N列の復調行列(71)を使って符号復調することにより、前記Nチャネルの検出信号に対応するディジタル化されたN個の検出値を得る復調回路(70)とを備える。
これにより、〔1〕項と同様に、N個のセンサに対応するN個の検出信号を並列にディジタル値に変換するために備えるべきA/D変換回路の数を1個に減らすことができる。
〔17〕<1bit ΔΣADC+ Demodulator + CIC filter w/ Decimator;図8、10>
〔16〕項にセンシングシステムにおいて、前記A/D変換回路は、1ビットのデルタシグマ方式であって、前記1サイクルごとに複数のビット列を出力し、前記復調回路は、前記復調行列の要素の極性に応じて前記A/D変換回路から出力される前記複数のビット列の各ビット値を加算するか減算するかを切り替えるカウンタ(極性反転回路78_1〜78_Nとセレクタ79_1〜79_Nと1次積分回路91_1〜91_N)と、前記カウンタの出力を移動平均するフィルタ回路(92_1〜92_N)を含んで構成される。
〔16〕項にセンシングシステムにおいて、前記A/D変換回路は、1ビットのデルタシグマ方式であって、前記1サイクルごとに複数のビット列を出力し、前記復調回路は、前記復調行列の要素の極性に応じて前記A/D変換回路から出力される前記複数のビット列の各ビット値を加算するか減算するかを切り替えるカウンタ(極性反転回路78_1〜78_Nとセレクタ79_1〜79_Nと1次積分回路91_1〜91_N)と、前記カウンタの出力を移動平均するフィルタ回路(92_1〜92_N)を含んで構成される。
これにより、〔5〕〔6〕項と同様に、A/D変換を1ビットのΔΣ方式とし、以降のディジタル演算をビット単位で処理することができる。例えば、乗算回路は1ビットのA/D変換出力を、復調係数に基づいてそのままの極性でフィルタに入力するか極性を反転してフィルタに入力するかを切り替える簡単な論理回路(例えばセレクタ)によって構成することができる。
〔18〕<タッチ検出回路への応用;図11〜14>
〔16〕項または〔17〕項において、前記センシングシステムは、N個のセンサ容量を含む複数のセンサ容量を備えるタッチパネル(250;260)に接続可能なタッチ検出回路(200)である。
〔16〕項または〔17〕項において、前記センシングシステムは、N個のセンサ容量を含む複数のセンサ容量を備えるタッチパネル(250;260)に接続可能なタッチ検出回路(200)である。
これにより、本発明のセンシング方式をタッチ検出に適用することができる。
〔19〕<自己容量方式で並列;図11〜12>
〔18〕項において、前記タッチパネルは、N本の検出電極に接続されるN個のセンサ容量を備える自己容量方式のタッチパネル(250)であり、前記送信回路は、前記N本の検出電極に対して前記駆動信号を送信し、前記受信回路は、前記駆動信号に伴って前記N本の検出電極を介して発生する前記N個のセンサ容量への充放電電流を、前記検出信号として受信する。
〔18〕項において、前記タッチパネルは、N本の検出電極に接続されるN個のセンサ容量を備える自己容量方式のタッチパネル(250)であり、前記送信回路は、前記N本の検出電極に対して前記駆動信号を送信し、前記受信回路は、前記駆動信号に伴って前記N本の検出電極を介して発生する前記N個のセンサ容量への充放電電流を、前記検出信号として受信する。
これにより、自己容量方式のタッチパネル用のタッチ検出回路において、必要なA/D変換回路の数を減らすことができる。
〔20〕<相互容量方式で並列;図13〜14>
〔18〕項において、前記タッチパネルは、X本の駆動電極と前記X本の駆動電極と交差するN本の検出電極と、前記X本の駆動電極と前記N本の検出電極が交差する各箇所にX行×N個のセンサ容量とを備える相互容量方式のタッチパネル(260)であり、前記送信回路は、X本の駆動電極に対して前記駆動信号を順次送信することにより、当該駆動電極に接続されるN個のセンサ容量をセンシングの対象とする。
〔18〕項において、前記タッチパネルは、X本の駆動電極と前記X本の駆動電極と交差するN本の検出電極と、前記X本の駆動電極と前記N本の検出電極が交差する各箇所にX行×N個のセンサ容量とを備える相互容量方式のタッチパネル(260)であり、前記送信回路は、X本の駆動電極に対して前記駆動信号を順次送信することにより、当該駆動電極に接続されるN個のセンサ容量をセンシングの対象とする。
これにより、相互容量方式のタッチパネル用のタッチ検出回路において、必要なA/D変換回路の数を減らすことができる。
2.実施の形態の詳細
実施の形態について更に詳述する。
実施の形態について更に詳述する。
〔実施形態1〕
図2は、本発明の一実施の形態に係るセンシングシステムの構成を模式的に示すブロック図である。
図2は、本発明の一実施の形態に係るセンシングシステムの構成を模式的に示すブロック図である。
センシングシステム100は、複数のセンサのうちのN個のセンサ1_1〜1_Nをセンシングの対象とし、送信回路(TX)2_1〜2_Nと受信回路(RX)3_1〜3_Nと変調回路(MOD)4_1〜4_Nと混合回路5とA/D変換回路6と復調回路70とを備えて構成される。
送信回路(TX)2_1〜2_Nは、N個のセンサ1_1〜1_Nに対して、少なくともNサイクルに亘って駆動信号を繰り返し送信する。このとき、駆動信号はN個のセンサ1_1〜1_Nごとに異なる波形であってもよいが、同一のセンサに対しては実質的に同じ波形の駆動信号がNサイクルに亘って繰り返し送信される。ここで、実質的に同じ波形とは、工業的に一般的に許される程度の誤差を含んでいてもよい。駆動信号は原理的にはサイクルごとに全く同一の波形であることが望ましいが、含まれる誤差は検出精度に影響するに留まるので、誤差に許容される範囲は、要求される検出精度を満足するための誤差の配分に従って決定されればよい。
受信回路(RX)3_1〜3_Nは、N個のセンサ1_1〜1_Nにおいて駆動信号に応答してNサイクルに亘って発生するN個の検出信号が並列に入力される。
変調回路(MOD)4_1〜4_Nは、N行N列の行列で表現される変調係数41が供給され、Nサイクルの第1サイクルから第Nサイクルまでの1サイクルごとに、N個の検出信号と変調係数41の第1行から第N行までの各列の要素をそれぞれ乗じてN個の積を混合回路5に順次供給する。混合回路5は、1サイクルごとに供給されるN個の積を合計してA/D変換回路6に供給する。これによって、N個のセンサ1_1〜1_N、N個の送信回路(TX)2_1〜2_N、受信回路(RX)3_1〜3_NからなるNチャネルの測定チャネルからのN系統の検出信号が、変調係数41によって符号変調され混合回路5によってサイクルごとに合計されて、Nサイクル期間のアナログ信号となって、A/D変換回路6に供給されることとなる。
A/D変換回路6は、混合回路5の出力に対応するディジタル値を1サイクルごとに前記Nサイクルに亘ってN個のディジタル信号として順次出力する。
復調回路70には、変調係数41と直交するN行N列の行列で表現される復調係数71が供給され、Nサイクルに亘ってA/D変換回路6から入力されるN個のディジタル信号を、N行1列の入力行列として復調係数71と乗ずることによって、N個のディジタル検出値DigOut1〜DigOutNを出力する。
これにより、N個のセンサ1_1〜1_Nに対応するN個の検出信号を並列にディジタル値に変換するために備えるべきA/D変換回路6の数を1個に減らすことができる。
復調回路70は、より具体的には、復調係数71の各行の要素がサイクルごとに順次供給される、各チャネルに対応する復調回路7_1〜7_Nで構成され、後段にそれぞれディジタルフィルタ9_1〜9_Nが付加されていてもよい。
センシングシステム100の動作について、より詳しく説明する。
受信回路(RX)3_1〜3_Nで受信される検出信号RX-1 out〜RX-N outは、下式で表現される。
ここで、駆動信号が各サイクルで同じ波形であるから、それに応答する検出信号も各サイクルで同じ波形となることが期待される。Nサイクルの途中でセンサの検出値が変動すれば、検出信号も変動することとなるが、これは誤差として扱えばよい。
この検出信号を、Nチャネルを行方向、Nサイクルを列方向とする、N行N列の行列で表現し、N行N列の変調係数41(要素をa1,1〜aN,Nとする)で変調する、即ち行列の乗算を行うと、その積がN行N列の行列として算出される。
ここで、積の行列の各要素は、駆動信号が各サイクルで同じ波形であることから列ごとに同じ値となり、各行の要素は下式で表され、A/D変換回路6に入力され、ディジタル値に変換される。
A/D変換回路6の入力g1〜gNはN行1列の行列で表現することができる。センシングシステム100では、g1〜gNは1サイクルごとに順次A/D変換回路6に入力され、順次ディジタル値s1〜sNに変換される。すなわち、符号変調され混合されたg1〜gNに対応するN個のディジタル値s1〜sNがNサイクルに亘ってA/D変換回路6から出力される。
復調係数71は、変調係数41と直交するN行N列の行列(要素をk1,1〜kN,Nとする)であるから、積は単位行列となる。
N個のディジタル値s1〜sNをさらにN列に展開してN行N列の行列とし、復調係数71を乗ずることにより、復調出力がN行N列の行列として算出される。
ここでも、駆動信号が各サイクルで同じ波形であるから、各列の復調出力は同じ値となることが期待され、各行の復調結果d1〜dNがそれぞれのチャネルのディジタル検出値DigOut1(o1)〜DigOutN(oN)となる。
以上説明したように、N個のセンサをNサイクルに亘って駆動するときに、駆動信号を各サイクルで同じ波形とすることにより、必要なA/D変換の回数を1サイクル当たり1回とし、N個のセンサ1_1〜1_Nに対応するN個の検出信号を並列にディジタル値に変換するために備えるべきA/D変換回路6の数を1個としている。
〔実施形態2〕
図3は、実施形態2のセンシングシステム100の構成例を示すブロック図である。センシング対象(DUT)150は、N個のセンサ1_1〜1_N(不図示)をセンシングの対象として含む。
図3は、実施形態2のセンシングシステム100の構成例を示すブロック図である。センシング対象(DUT)150は、N個のセンサ1_1〜1_N(不図示)をセンシングの対象として含む。
送信回路(Transmitters)20は、M個の送信回路2_1〜2_Mで構成され、受信回路(Receivers)30はN個の受信回路(3_1〜3_N)で構成される。送信回路の数は必ずしも受信回路の数と一致している必要はない。実施形態1で説明したように、N個のセンサ1_1〜1_Nに対して、少なくともNサイクルに亘って駆動信号を繰り返し印可されるように構成されればよい。
変調係数41、より適切には変調係数供給回路は、クロック(Reference Clock; fref)を1/Tに分周する分周回路45、N進カウンタ44、変調係数の各列の値を保持する記憶回路42_1〜42_N及びセレクタ43によって構成される。
クロック(Reference Clock; fref)は、センシングシステム100全体を同期して動作させるための参照クロックであり、送信回路(Transmitters)20と受信回路(Receivers)30にも供給される。分周回路45はこれを1/Tに分周する回路であり、ここでTは正の整数であって、駆動信号が供給されるNサイクルの各1サイクルを生成する。図示は省略されているが、参照クロックまたは分周されたクロックは、A/D変換回路6とそれ以降の復調回路70などのディジタル回路にも供給される。
N進カウンタ44は、1サイクルごとに1からNまでカウントするカウンタで、カウント値cntを出力する。記憶回路42_1〜42_Nは、変調係数41の各列の要素の値、またはそれを示すコードを格納する記憶回路である。変調係数41の第1列の要素a1,1〜a1,Nが記憶回路42_1に、第2列の要素a2,1〜a2,Nが記憶回路42_2に、…第N列の要素aN,1〜aN,Nが記憶回路42_Nに、それぞれ格納される。各要素の値が+1または−1である場合に1ビットのディジタルコード1と0に対応付けてもよい。セレクタ43がカウント値cntに応じて1サイクルに1列ずつ要素の値またはそれを示すコードを読み出して、変調回路4_1〜4_Nに供給する。記憶回路42_1〜42_N全体を1個のメモリ、或いは1個のメモリの一部の領域で実現し、カウント値cntに応じて読み出すように構成してもよい。
変調回路4_1〜4_Nは、例えば、受信回路(RX)3_1〜3_Nから供給されるNチャネルの検出信号に、変調係数供給回路から供給される変調係数を乗ずるアナログ乗算回路として構成される。混合回路5は変調回路4_1〜4_Nの出力を加算してA/D変換回路6へ出力する。変調回路4_1〜4_Nを電流出力のアナログ乗算回路とすれば、混合回路5は変調回路4_1〜4_Nからの全ての出力信号を短絡することで、電流値を加算する加算回路として機能する。もちろん電圧出力と電圧加算でもよい。
A/D変換回路6は、混合回路5の出力に対応するディジタル値を1サイクルごとにNサイクルに亘ってN個のディジタル信号として順次出力する。
復調回路は、Nサイクルに亘ってA/D変換回路6から出力されるN個のディジタル信号を1サイクルずつ遅延させるN−1段の遅延回路76_1〜76_N−1と、N個の積和演算回路とを備える。復調係数は、各列の値を保持する記憶回路72_1〜72_Nから並列に供給されている。
N個の積和演算回路は、Nチャネルのそれぞれに対応付けて設けられ、第1チャネルに対応する積和演算回路は乗算器77_1_1〜77_1_Nと加算器78_1_1〜78_1_N−1よりなり、第2チャネルに対応する積和演算回路は乗算器77_2_1〜77_2_Nと加算器78_2_1〜78_2_N−1よりなり、第Nチャネルに対応する積和演算回路は乗算器77_N_1〜77_N_Nと加算器78_N_1〜78_N_N−1よりなる。
第1チャネルに対応する積和演算回路を構成する乗算器77_1_1〜77_1_Nには、復調係数の第1行N列の各要素の値k1,1〜k1,Nまたはそれを表すコードがそれぞれ供給されており、A/D変換回路6の出力及びN−1段の遅延回路76_1〜76_N−1の出力に各要素の値k1,1〜k1,Nを乗じて合計することにより、第1チャネルの検出信号に対応するディジタル出力(digital out 1, o1)を出力する。
次の第2チャネルに対応する積和演算回路を構成する乗算器77_2_1〜77_2_Nには、復調係数の第2行N列の各要素の値k2,1〜k2,Nまたはそれを表すコードがそれぞれ供給されており、A/D変換回路6の出力及びN−1段の遅延回路76_1〜76_N−1の出力に各要素の値k2,1〜k2,Nを乗じて合計することにより、第2チャネルの検出信号に対応するディジタル出力(digital out 2, o2)を出力する。
以下同様に、第Nチャネルに対応する積和演算回路を構成する乗算器77_N_1〜77_N_Nには、復調係数の第N行N列の各要素の値kN,1〜kN,Nまたはそれを表すコードがそれぞれ供給されており、A/D変換回路6の出力及びN−1段の遅延回路76_1〜76_N−1の出力に各要素の値kN,1〜kN,Nを乗じて合計することにより、第Nチャネルの検出信号に対応するディジタル出力(digital out N, oN)を出力する。
このように、Nチャネルに対応するN個の積和演算回路は、A/D変換回路6の出力及びN−1段の遅延回路76_1〜76_N−1の出力に対して、復調係数71の第1行から第N行までの1行N列の各要素をそれぞれ乗じて合計することにより、N個のディジタル検出値(digital out 1, o1〜digital out N, oN)を出力する。
これにより、復調回路70を容易に構成することができる。即ち、遅延段(N−1段の遅延回路)を共有するN個の積和演算回路によって、数7の数式通りの行列演算を実行する回路を構成することができる。
センシングシステム100の動作についてさらに詳しく説明する。
図4は、センシングシステム100の動作例を示すタイミングチャートである。N=4とし、{1,1,−1,1}を巡回符号として変調係数と復調係数を構成する例である。なお、示される数値は全て一例に過ぎず適宜変更可能である。
参照クロック(Reference Clock; fref)のTクロックごとに1サイクルとし、冒頭の4サイクルと次の4サイクルのうちの1サイクルと少しが図示されている。
receiver 1 out〜receiver 4 outは、数1に対応し、受信回路(RX)3_1〜3_4で受信される検出信号f1(t)〜f4(t)である。検出信号f1(t)〜f4(t)は各サイクルで同じ波形である駆動信号に応答する波形であるから、4サイクルの期間は同じチャネルごとに同じ波形であることが期待される(数2参照)。4サイクルの途中でセンサの検出値が変動すれば、検出信号も変動することとなるが、これは誤差として扱えばよい。
cntはN進カウンタ44(この例では4進カウンタ)の出力であって、1から4までのカウント値を1サイクルごとに4サイクル周期で繰り返す。
modulation coeff 1〜4は、各チャネルに対応する変調回路4_1〜4_4にそれぞれ供給される変調係数の要素の値である。第1チャネルに対応する変調回路4_1には、変調係数41の第1列の第1行から第4行の要素a1,1〜a4,1が順次供給され、第2チャネルに対応する変調回路4_2には、変調係数41の第2列の第1行から第4行の要素a1,2〜a4,2が順次供給され、第3チャネルに対応する変調回路4_3には、変調係数41の第3列の第1行から第4行の要素a1,3〜a4,3が順次供給され、第4チャネルに対応する変調回路4_4には、変調係数41の第4列の第1行から第4行の要素a1,4〜a4,4が順次供給される。
ADC input: g(t)は、A/D変換回路6への入力信号である。変調回路4_1〜4_4の出力を混合回路5で合計したアナログ信号であり、数3〜数4のg1〜g4に対応し、「A/D conversion」として図示されている。g1〜g4に続くg5とg6は、数3〜数4に対応付ければ次の4サイクルにおけるg1とg2である。
ADC output: snは、A/D変換回路6から出力される。図示されるように、A/D変換回路6への入力信号g1〜g4は、4サイクルに亘って1サイクルずつ順次入力され、それに伴って1サイクルずつ順次ディジタル値s1〜s4に変換されて出力される。
Z-1sn=sn-1は1段目の遅延回路76_1の出力であって、A/D変換回路6からの出力の1サイクル遅延、Z-2sn=sn-2は2段目の遅延回路76_2の出力であって、A/D変換回路6からの出力の2サイクル遅延、Z-3sn=sn-3は3段目の遅延回路76_3の出力であって、A/D変換回路6からの出力の3サイクル遅延である。A/D変換回路6からの出力が始まってから4サイクル目にA/D変換出力s1〜s4がすべて揃う。
demodulation coeffは、記憶回路72_1〜72_4から並列に供給されている、復調係数km,n m=1〜4, n=1〜4である。
digital out: o1(t)〜o4(t)は、各チャネルのディジタル出力である。A/D変換出力s1〜s4がすべて揃ったサイクルにおいて下式のように算出されるo1(0)〜o4(0)が、冒頭の4サイクルにおける検出信号f1(0)〜f4(0)に対応するディジタル信号として出力される。
〔実施形態3〕
図5は、実施形態3のセンシングシステム100の構成例を示すブロック図である。センシング対象(DUT)150は、N個のセンサ1_1〜1_N(不図示)をセンシングの対象として含み、A/D変換回路6への入力信号を生成するまでの回路構成は、図3に示した実施形態2と同様である。即ち、送信回路(Transmitters)20、受信回路(Receivers)30、分周回路45、N進カウンタ44、変調係数の各列の値を保持する記憶回路42_1〜42_N、セレクタ43、変調回路4_1〜4_N及び混合回路5は、図3に示した実施形態2のセンシングシステム100と同様に構成され、同様に動作するので、説明を省略する。
図5は、実施形態3のセンシングシステム100の構成例を示すブロック図である。センシング対象(DUT)150は、N個のセンサ1_1〜1_N(不図示)をセンシングの対象として含み、A/D変換回路6への入力信号を生成するまでの回路構成は、図3に示した実施形態2と同様である。即ち、送信回路(Transmitters)20、受信回路(Receivers)30、分周回路45、N進カウンタ44、変調係数の各列の値を保持する記憶回路42_1〜42_N、セレクタ43、変調回路4_1〜4_N及び混合回路5は、図3に示した実施形態2のセンシングシステム100と同様に構成され、同様に動作するので、説明を省略する。
本実施形態3ではA/D変換回路6は、Nサイクルの1サイクルごとにK回のデルタシグマ方式の変換動作を行って、A/D変換出力のディジタル信号として1サイクルごとにK個のディジタルデータをNサイクルに亘って出力する。このとき、実施形態2のA/D変換回路6の標本化周波数が参照クロックの周波数frefの1/Tであるのに対して、本実施形態3のA/D変換回路6の標本化周波数は、S=T/Kとすると、参照クロックの周波数frefの1/Sである。
復調回路70は、Nチャネルのそれぞれに対応付けて設けられ、復調回路として機能するN個の乗算回路77_1〜77_Nと乗算回路77_1〜77_Nの出力がそれぞれ入力されるN個のフィルタ回路9_1〜9_Nとを含み、フィルタ回路9_1〜9_Nのそれぞれは、1次積分回路91_1〜91_NとK×N次櫛型フィルタ92_1〜92_Nとをカスケード接続して構成される。
復調係数71、より適切には復調係数供給回路は、分周回路75、N進カウンタ74、復調係数の各列の値を保持する記憶回路72_1〜72_N及びセレクタ73によって構成される。分周回路75は、クロック(Reference Clock; fref)を1/Tに分周し、A/D変換回路6のパイプライン遅延分の遅れを加えて出力する。
N進カウンタ74は、1サイクルごとに1からNまでカウントするカウンタで、カウント値cnt_dを出力する。記憶回路72_1〜72_Nは、復調係数71の各列の要素の値、またはそれを示すコードを格納する記憶回路である。復調係数71の第1列の要素k1,1〜k1,Nが記憶回路72_1に、第2列の要素k2,1〜k2,Nが記憶回路72_2に、…第N列の要素kN,1〜kN,Nが記憶回路72_Nに、それぞれ格納される。各要素の値が+1または−1である場合に1ビットのディジタルコード1と0に対応付けてもよい。セレクタ73がカウント値cnt_dに応じて1サイクルに1列ずつ要素の値またはそれを示すコードを読み出して、復調回路として機能する乗算回路77_1〜77_Nに供給する。記憶回路72_1〜72_N全体を1個のメモリ、或いは1個のメモリの一部の領域で実現し、カウント値cnt_dに応じて読み出すように構成してもよい。
第1チャネルに対応する復調回路として機能する乗算器77_1には、復調係数の第1行N列の各要素の値k1,1〜k1,Nまたはそれを表すコードがそれぞれ供給されており、A/D変換回路6の出力に各要素の値k1,1〜k1,Nを乗じて順次出力する。フィルタ回路9_1を構成する前段の1次積分回路91_1は、A/D変換回路6の標本化周波数であるfref/Sに同期する1サイクル遅延Z−1を有し乗算器77_1から順次出力される積を、累積加算してK×N次櫛型フィルタ92_1に出力する。K×N次櫛型フィルタ92_1では、Nサイクル遅延に相当するU=(N×T)/Sの遅延を加えて差し引くことにより、Nサイクル期間の移動平均フィルタとして機能し、第1チャネルの検出信号に対応するディジタル出力(digital out 1, o1)を出力する。
他のチャネルに対応する乗算器77_2〜77_Nとフィルタ回路9_2〜9_Nも同様である。
これにより、復調回路の回路規模を抑えることができる。実施形態2のセンシングシステム100のように数式通りの行列演算を実行する回路によって構成した場合と比較して、復調回路の回路規模は大幅に抑えられる。
図6は、センシングシステム100の動作例を示すタイミングチャートである。図4と同様に、N=4とし、{1,1,−1,1}を巡回符号として変調係数と復調係数を構成する例である。また、K=1、S=Tとした。このため、A/D変換回路6から出力ADC output: sまでの動作は、図4と同様となったので、説明を省略する。なお、示される数値は全て一例に過ぎず適宜変更可能である。
cnt_dはN進カウンタ74(この例では4進カウンタ)の出力であって、A/D変換回路6のパイプライン遅延分の遅れが加えられた、1から4までのカウント値を1サイクルごとに4サイクル周期で繰り返す。
demodulation coeffは、各チャネルに対応する復調回路として機能する乗算回路77_1〜77_4にそれぞれ供給される復調係数の要素の値である。第1チャネルに対応する乗算回路77_1には、復調係数71の第1行の第1列から第4列の要素k1,1〜k1,4が順次供給され、第2チャネルに対応する乗算回路77_2には、復調係数71の第2行の第1列から第4列の要素k2,1〜k2,4が順次供給され、第3チャネルに対応する乗算回路77_3には、復調係数71の第3行の第1列から第4列の要素k3,1〜k3,4が順次供給され、第4チャネルに対応する乗算回路77_4には、復調係数71の第4行の第1列から第4列の要素k4,1〜k4,4が順次供給される。
digital out: o1(t)〜o4(t)は、各チャネルのディジタル出力である。A/D変換出力s1〜s4がすべて揃ったA/D変換回路6からの出力が始まったサイクルでは、下式のようにdigital outの中間値であるo1(-3)〜o4(-3)が出力される。
次のサイクルでは、下式のようにdigital outの次の中間値であるo1(-2)〜o4(-2)が出力される。
さらに次のサイクルでは、下式のようにdigital outのさらに次の中間値であるo1(-1)〜o4(-1)が出力される。
A/D変換回路6からの出力が始まったサイクル後、3サイクル目において下式のように算出されるo1(0)〜o4(0)が、冒頭の4サイクルにおける検出信号f1(0)〜f4(0)に対応するディジタル信号として出力される。
さらに次のサイクルでは、下式のように算出されるo1(1)〜o4(1)が、第2サイクルから第5サイクルまでの4サイクルにおける検出信号f1(1)〜f4(1)に対応するディジタル信号として出力される。
図4に示した実施形態2では、digital out: o1(t)〜o4(t)が4サイクル周期で出力されるのに対して、本実施形態3では、図6に示すように、最初にo1(0)〜o4(0)が出力されるまでの遅延は実施形態2と同じであるものの、その後は1サイクル周期でdigital out: o1(t)〜o4(t)が出力される。即ち、ディジタル出力digital out: o1(t)〜o4(t)の標本化周波数は、実施形態2の場合と比較して実効的にN倍となる。
図7は、センシングシステム100の動作例を示すタイミングチャートである。図6と同様に、N=4とし、{1,1,−1,1}を巡回符号として変調係数と復調係数を構成する例であるが、図6とは異なり、K=2、S=T/2とした。このため、A/D変換出力ADC output: s以降の動作は、2倍の標本化周波数となる。一方、A/D変換回路6の入力までの動作と、復調係数71を供給する回路、即ち、分周回路75、N進カウンタ74、復調係数の各列の値を保持する記憶回路72_1〜72_N及びセレクタ73は、図6と同様であり説明は省略する。
A/D変換出力ADC output: sは、図6の場合の2倍の標本化周波数で出力されるので、第1サイクルに、入力されたg1とg2に対応する2個のA/D変換結果s1とs2が出力され、以降、各サイクルに2個づつのA/D変換結果s3、s4、s5、s6、s7、s8、s9、s10が出力される。
各サイクルでは、2個のA/D変換結果に対して同じ復調係数が乗算されて、フィルタ回路9_1〜9_4によって移動平均の演算処理がなされるので、各サイクルのdigital out: o1(t)〜o4(t)は、以下の通りとなる。
第1サイクル前半のdigital out: o1(1)〜o4(1)は、下式の通りである。
第1サイクル後半のdigital out: o1(2)〜o4(2)は、下式の通りである。
第2サイクル前半のdigital out: o1(3)〜o4(3)は、下式の通りである。
第2サイクル後半のdigital out: o1(4)〜o4(4)は、下式の通りである。
第3サイクル前半のdigital out: o1(5)〜o4(5)は、下式の通りである。
第3サイクル後半のdigital out: o1(6)〜o4(6)は、下式の通りである。
第4サイクル前半のdigital out: o1(7)〜o4(7)は、下式の通りである。
第4サイクル後半のdigital out: o1(8)〜o4(8)は、下式の通りである。
第5サイクル前半のdigital out: o1(9)〜o4(9)は、下式の通りである。
第5サイクル後半のdigital out: o1(10)〜o4(10)は、下式の通りである。
第4サイクル前半のdigital out: o1(7)〜o4(7)までは中間値であるが、第4サイクル後半のdigital out: o1(8)〜o4(8)から検出信号の正しいディジタル変換データとして扱うことができ、以降、o1(9)〜o4(9)、o1(10)〜o4(10)、…のように、図6の場合の2倍の標本化周波数で出力される。
〔実施形態4〕
図8は、実施形態4のセンシングシステム100の構成例を示すブロック図である。センシング対象(DUT)150は、N個のセンサ1_1〜1_N(不図示)をセンシングの対象として含み、フィルタ回路9_1〜9_N以外の回路構成は、図5に示した実施形態3と同様である。フィルタ回路9_1〜9_N以外の回路については、説明を省略する。
図8は、実施形態4のセンシングシステム100の構成例を示すブロック図である。センシング対象(DUT)150は、N個のセンサ1_1〜1_N(不図示)をセンシングの対象として含み、フィルタ回路9_1〜9_N以外の回路構成は、図5に示した実施形態3と同様である。フィルタ回路9_1〜9_N以外の回路については、説明を省略する。
フィルタ回路9_1〜9_Nのそれぞれは、1次積分回路91_1〜91_Nと櫛型フィルタ92_1〜92_Nの間にさらに1/D間引き回路(1/D Decimator)93_1〜93_Nをカスケード接続して構成される。
本実施形態4においてもA/D変換回路6の標本化周波数はfref/Sである。1次積分回路91_1〜91_Nは、この標本化周波数fref/Sに同期する1サイクル遅延Z−1を用いて累積加算を行う。1/D間引き回路(1/D Decimator)93_1〜93_Nによって、標本化周波数をfref/(S×D)に間引いた後、櫛型フィルタ92_1〜92_Nでは、Nサイクル遅延に相当する遅延を加えて差し引く。このとき、櫛型フィルタ92_1〜92_Nは標本化周波数をfref/(S×D)で動作するので、U/D=(N×T)/(S×D)の遅延を備える。この構成により、フィルタ回路9_1〜9_Nは、Nサイクル期間の移動平均フィルタとして機能し、各チャネルの検出信号に対応するディジタル出力(digital out: o1(t)〜o4(t))を出力する。
これにより、ディジタルフィルタを含む9_1〜9_N復調回路70の回路規模を実施形態3の場合よりもさらに小さく抑えることができる。1/D間引き回路(1/D Decimator)93_1〜93_Nによってその後段の回路の標本化周波数を1/Dに低下するので、櫛型フィルタ92_1〜92_Nに備える遅延回路の遅延量も1/Dになるため、必要な回路の規模が抑えられる。
図9は、実施形態4のセンシングシステム100の動作例を示すタイミングチャートである。図7と同様に、N=4とし、{1,1,−1,1}を巡回符号として変調係数と復調係数を構成し、K=2、S=T/2とする例であるが、1/D間引き回路(1/D Decimator)93_1〜93_Nの機能により、ディジタル出力(digital out: o1(t)〜o4(t))の出力タイミングが図7とは異なる。
ディジタル出力(digital out: o1(t)〜o4(t))は、全てのA/D変換出力ADC output: s1〜s8が揃う、第4サイクル後半のdigital out: o1(8)〜o4(8)から検出信号の正しいディジタル変換データとして扱うことができる。以降は、4サイクル周期で、第8サイクル後半、第16サイクル後半…(不図示)に出力される。他の動作は図7と同様であるので説明は省略する。
〔実施形態5〕
図10は、実施形態5のセンシングシステム100の構成例を示すブロック図である。センシング対象(DUT)150は、N個のセンサ1_1〜1_N(不図示)をセンシングの対象として含み、A/D変換回路6以降の回路構成以外は、図8に示した実施形態4と同様である。
図10は、実施形態5のセンシングシステム100の構成例を示すブロック図である。センシング対象(DUT)150は、N個のセンサ1_1〜1_N(不図示)をセンシングの対象として含み、A/D変換回路6以降の回路構成以外は、図8に示した実施形態4と同様である。
本実施形態5では、A/D変換回路6は1ビットのデルタシグマ方式である。1サイクルあたり、U/N回のサンプリングを行って1ビットの1または0を出力する。
これに対応して、復調回路として機能する乗算回路77_1〜77_Nに代えて、極性反転回路78_1〜78_Nとセレクタ79_1〜79_Nを備える。セレクタ79_1〜79_Nは、A/D変換回路6の出力である1ビットの1または0に応じて、復調係数の極性をそのままか反転させて、フィルタ回路9_1〜9_Nに入力する。
これにより、乗算回路77_1〜77_Nが不要となって、回路規模が大幅に低減される。
フィルタ回路9_1〜9_Nの動作は、基本的には、実施形態4と同様であるが、間引き回路93_1〜93_Nは1/Uとされる。これにより、図9に示したのと同様の動作となる。
他の回路構成と動作については、図8及び図9を引用して説明した実施形態4と同様となるので、説明を省略する。
なお、極性反転回路78_1〜78_Nと、セレクタ79_1〜79_Nと、フィルタ回路9_1〜9_Nの前段の1次積分回路91_1〜91_Nは、加減算カウンタとして実装することができる。A/D変換回路6の1ビットの出力が1のときは復調係数の要素値を加算し、0のときは減算する。
〔実施形態6〕
以上の各実施形態を示して説明してきたセンシングシステムは、その変形例を含めて、センサに繰り返しの同じ刺激(駆動信号)を与えて、それに応答する繰り返しの応答信号を受信するようなセンシングシステムに広く応用することができる。例えば、超音波や電磁波を対象に照射してその反射を観測するようなセンシングシステムも含まれる。
以上の各実施形態を示して説明してきたセンシングシステムは、その変形例を含めて、センサに繰り返しの同じ刺激(駆動信号)を与えて、それに応答する繰り返しの応答信号を受信するようなセンシングシステムに広く応用することができる。例えば、超音波や電磁波を対象に照射してその反射を観測するようなセンシングシステムも含まれる。
その中でも、静電容量方式のタッチパネルにおけるタッチ検出回路に適用すると特に好適である。
静電容量方式のタッチパネルには、自己容量方式と相互容量方式とがあるが、いずれの方式のタッチパネルにも適用することができる。
図11は、本発明のセンシングシステム100を自己容量方式のタッチ検出回路に適用した一実施の形態を模式的に示すブロック図である。
自己容量方式のタッチパネル250と複数のタッチ検出回路200_1〜200_Mを有する半導体装置300が接続されたシステムである。
自己容量方式のタッチパネル250は、M×N個のセンサ容量を備える。図ではN行M列のマトリクス状に配置して示したが、これは理解を容易にするための便宜であって、配置は任意である。M×N個のセンサ容量の一方の電極のみが図示され、図示が省略されている他方の電極はタッチパネル全面に電磁的に対向するように設けられ、共通電極として機能する。このセンサ容量にユーザの指などの導電物質が接近すると、その導電物質との間に存在する容量成分が加算され、センサ容量の容量値は実効的に増加する。
半導体装置300は、M×N個の端子とM組のタッチ検出回路200_1〜200_Mを備え、M×N個の端子を介してタッチパネル250上のM×N個のセンサ容量とタッチ検出回路200_1〜200_Mを電気的に接続することができるように構成されている。タッチパネル250上のN個のセンサ容量と1個のタッチ検出回路は対になっており、実施形態1〜5で説明したようなセンシングシステム100として機能する。
タッチ検出回路200_1は、N個の送信回路2_1_1〜2_1_NとN個の受信回路3_1_1〜3_1_Nと、図示が省略されている他の構成要素である変調回路、混合回路、A/D変換回路、復調回路及びディジタルフィルタを含む。N個の送信回路2_1_1〜2_1_Nの出力とN個の受信回路3_1_1〜3_1_Nの入力とはそれぞれ短絡された状態で、N個の端子を介してN個のセンサ容量と電気的に接続される。送信回路2_1_1〜2_1_Nの出力からセンサ容量1_1_1〜1_1_Nに対して駆動信号が電圧出力され、そのときのセンサ容量1_1_1〜1_1_Nの充放電電流がN個の受信回路3_1_1〜3_1_Nによって、検出信号として受信される。以降の処理は、実施形態1〜5で説明した通りである。また、他のタッチ検出回路200_2〜200_Mも同様である。
以上のように、M組のタッチ検出回路200_1〜200_Mは、相互に独立して動作さることが可能であって、タッチパネル250上のM×N個のセンサ容量のすべてを同時にセンシングの対象とすることも不可能ではない。
図12は、本発明のセンシングシステム100を自己容量方式のタッチ検出回路に適用した別の実施の形態を模式的に示すブロック図である。
図11と同じく自己容量方式のタッチパネル250に接続可能なタッチ検出回路を備える半導体装置300であるが、マルチプレクサ201とタッチ検出回路200を有する半導体装置300が接続されたシステムである。
半導体装置300は、M×N個の端子とマルチプレクサ201とタッチ検出回路200とを備え、M×N個の端子を介してタッチパネル250上のM×N個のセンサ容量のうちN個ずつをマルチプレクサ201によって選択して、タッチ検出回路200と電気的に接続し、センシングの対象とすることができるように構成されている。例えば、N個ずつ順次選択するように設定される。
タッチ検出回路200は、N個の送信回路2_1〜2_NとN個の受信回路3_1〜3_Nと、図示が省略されている他の構成要素である変調回路、混合回路、A/D変換回路、復調回路及びディジタルフィルタを含む。N個の送信回路2_1〜2_Nの出力とN個の受信回路3_1〜3_Nの入力とはそれぞれ短絡された状態で、マルチプレクサ201によって選択されたN個のセンサ容量と電気的に接続される。マルチプレクサ201は例えば、N個の双方向アナログスイッチで構成され、送信回路2_1〜2_Nの出力から選択されたN個のセンサ容量に対して駆動信号が電圧出力され、そのときのN個のセンサ容量の充放電電流がN個の受信回路3_1〜3_Nによって、検出信号として受信される。以降の処理は、実施形態1〜5で説明した通りである。
図11は完全並列方式、図12は時分割方式ということができるが、その中間の方式とすることは任意である。例えば、タッチパネル250上のセンサ容量をM×N個ずつL組に分け、半導体装置300にはL個のマルチプレクサ201_1〜201_LとL個のタッチ検出回路200_1〜200_Lを備えてもよい。また、マルチプレクサを設ける位置は、必ずしも端子に最も近い側である必要はなく、例えば、受信回路と変調回路の間、A/D変換回路の後段など、任意の位置とすることができる。
図13は、本発明のセンシングシステム100を相互容量方式のタッチ検出回路に適用した一実施の形態を模式的に示すブロック図である。
相互容量方式のタッチパネル260と複数のタッチ検出回路を有する半導体装置300が接続されたシステムである。
相互容量方式のタッチパネル260は、X本の駆動電極とL×N本の検出電極が交差する各箇所にX行×L組×N個のセンサ容量を備える。このセンサ容量にユーザの指などの導電物質が接近すると、その導電物質との間に存在する容量成分が分割され、センサ容量の容量値は実効的に減少する。
半導体装置300は、送信回路(TX)20と、L組の、受信回路(RX)3_1_1…N〜3_L_1…N、変調回路(MOD)4_1〜4_L、混合回路5_1〜5_L、A/D変換回路6_1〜6_L、復調回路(MOD)7_1〜7_Lを備える。また、タッチパネル260上のX本の駆動電極と送信回路(TX)20とを接続するためのX個の端子と、L×N本の検出電極とL組の受信回路(RX)3_1_1…N〜3_L_1…Nとを接続するためのL×N個の端子とを備える。図13ではセンシングシステム100、タッチ検出回路200を示す境界線が明記されていないが、それは、L組のタッチ検出回路200_1〜200_Lに対して1個の送信回路(TX)20が共通に設けられているためである。即ち、第1組のタッチ検出回路200_1は、受信回路(RX)3_1_1…N、変調回路(MOD)4_1、混合回路5_1、A/D変換回路6_1、復調回路(MOD)7_1及び共通の送信回路(TX)20によって構成され、以降同様に、第L組のタッチ検出回路200_Lは、受信回路(RX)3_L_1…N、変調回路(MOD)4_L、混合回路5_L、A/D変換回路6_L、復調回路(MOD)7_L及び共通の送信回路(TX)20によって構成される。
半導体装置300は、送信回路(TX)20から、タッチパネル260上のX本の駆動電極に対して駆動信号を順次送信することにより、当該駆動電極に接続されるL×N個のセンサ容量をセンシングの対象とすることができる。即ち、L組のタッチ検出回路200_1〜200_Lを並列に動作させ、X×L×N個のセンサ容量を順次L×N個ずつセンシングの対象とすることができる。このときのタッチ検出回路200_1〜200_Lの動作は、実施形態1〜5で説明したものと同様である。
図14は、本発明のセンシングシステム100を相互容量方式のタッチ検出回路に適用した別の実施の形態を模式的に示すブロック図である。
図13と同じく相互容量方式のタッチパネル260に接続可能なタッチ検出回路を備える半導体装置300であるが、マルチプレクサ201と1個のタッチ検出回路200を有する半導体装置300が接続されたシステムである。
半導体装置300は、X個の端子と送信回路(TX)20、L×N個の端子とマルチプレクサ201と受信回路(RX)3_1〜3_N、変調回路(MOD)4、混合回路5、A/D変換回路6、復調回路(MOD)7を備え、L×N個の端子を介してタッチパネル250上のL×N個のセンサ容量のうちN個ずつをマルチプレクサ201によって選択して、受信回路(RX)3_1〜3_Nと電気的に接続し、センシングの対象とすることができるように構成されている
半導体装置300は、送信回路(TX)20から、タッチパネル260上のX本の駆動電極に対して駆動信号を順次送信することにより、当該駆動電極に接続されるL×N個のセンサ容量を並列に駆動するが、並列に駆動されたL×N個のセンサ容量は、マルチプレクサ201によって順次N個ずつ選択され、受信回路(RX)3_1〜3_Nに電気的に接続され、センシングの対象とされる。以降の動作は、実施形態1〜5で説明したものと同様である。
半導体装置300は、送信回路(TX)20から、タッチパネル260上のX本の駆動電極に対して駆動信号を順次送信することにより、当該駆動電極に接続されるL×N個のセンサ容量を並列に駆動するが、並列に駆動されたL×N個のセンサ容量は、マルチプレクサ201によって順次N個ずつ選択され、受信回路(RX)3_1〜3_Nに電気的に接続され、センシングの対象とされる。以降の動作は、実施形態1〜5で説明したものと同様である。
図13は完全並列方式、図14は時分割方式ということができるが、その中間の方式とすることは、任意である。
特に制限されないが、半導体装置300は、例えば、公知のCMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor field effect transistor)の半導体製造技術を用いて、シリコンなどの単一半導体基板上に、LSI(Large Scale Integrated circuit)またはIC(Integrated Circuit)として形成される。
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
1 センサ
2、20 送信回路(TX)
3、30 受信回路(RX)
4 変調回路
5 加算回路
6 A/D変換回路
7、70 復調回路
41 変調係数
71 復調係数
42_1〜42_N 変調係数の各列の値を保持する記憶回路
72_1〜72_N 復調係数の各列の値を保持する記憶回路
43、73 セレクタ
44、74 N進カウンタ
45、75 分周回路
76 遅延回路
77 乗算回路
78 極性反転回路
79 セレクタ
9 ディジタルフィルタ
91 1次積分回路
92 櫛型フィルタ
93 間引き回路(Decimator)
100 センシングシステム
150 センシング対象(DUT)
200 タッチ検出回路
201 マルチプレクサ
250 自己容量方式のタッチパネル
260 相互容量方式のタッチパネル
300 半導体装置
2、20 送信回路(TX)
3、30 受信回路(RX)
4 変調回路
5 加算回路
6 A/D変換回路
7、70 復調回路
41 変調係数
71 復調係数
42_1〜42_N 変調係数の各列の値を保持する記憶回路
72_1〜72_N 復調係数の各列の値を保持する記憶回路
43、73 セレクタ
44、74 N進カウンタ
45、75 分周回路
76 遅延回路
77 乗算回路
78 極性反転回路
79 セレクタ
9 ディジタルフィルタ
91 1次積分回路
92 櫛型フィルタ
93 間引き回路(Decimator)
100 センシングシステム
150 センシング対象(DUT)
200 タッチ検出回路
201 マルチプレクサ
250 自己容量方式のタッチパネル
260 相互容量方式のタッチパネル
300 半導体装置
Claims (20)
- 複数のセンサに接続可能なセンシングシステムであって、
前記複数のセンサのうちのN個(Nは正の整数)のセンサに駆動信号を送信する送信回路と、
前記N個のセンサにおいて前記駆動信号に応答して発生するN個の検出信号が、並列に入力されるN個の受信回路と、
前記N個の受信回路の出力を変調するN個の変調回路と、
前記N個の変調回路の出力を混合する混合回路と、
前記混合回路の出力が入力される1個のA/D変換回路と、
前記A/D変換回路から出力されるディジタル値が入力され、前記N個の検出信号に対応するN個のディジタル検出値を出力する復調回路とを備え、
前記送信回路は、前記N個のセンサのそれぞれに、前記駆動信号を少なくともNサイクルに亘って繰り返し送信し、
前記N個の受信回路は、前記N個の検出信号をそれぞれ前記Nサイクルに亘って受信し、
前記N個の変調回路には、N行N列の行列で表現される変調係数が供給され、
前記N個の変調回路は、前記Nサイクルの第1サイクルから第Nサイクルまでの1サイクルごとに、前記N個の検出信号と前記変調係数の第1行から第N行までの各列の要素をそれぞれ乗じてN個の積を前記混合回路に順次供給し、
前記混合回路は、前記Nサイクルの第1サイクルから第Nサイクルまでの1サイクルごとに、前記N個の積を合計して、前記Nサイクルに亘って前記A/D変換回路に供給し、
前記A/D変換回路は、前記混合回路の出力に対応するディジタル値を1サイクルごとに前記Nサイクルに亘ってN個のディジタル信号として順次出力し、
前記復調回路には、前記変調係数と直交するN行N列の行列で表現される復調係数が供給され、
前記復調回路は、前記Nサイクルに亘って供給される前記N個のディジタル信号をN行1列の入力行列とし、前記復調係数と前記N行1列の入力行列とを乗ずることによって、前記N個のディジタル検出値を出力する、
センシングシステム。 - 請求項1において、
前記復調回路は、前記Nサイクルに亘って供給される前記N個のディジタル信号を1サイクルずつ遅延させるN−1段の遅延回路と、N個の積和演算回路を備え、
前記N個の積和演算回路は、前記A/D変換回路の出力及び前記N−1段の遅延回路の出力に対して、前記復調係数の第1行から第N行までの1行N列の各要素をそれぞれ乗じて合計することにより、前記N個のディジタル検出値を出力する、
センシングシステム。 - 請求項1において、
前記A/D変換回路は、前記Nサイクルの1サイクルごとにK(Kは正の整数)回のデルタシグマ方式の変換動作を行って、前記ディジタル信号として1サイクルごとにK個のディジタルデータを前記Nサイクルに亘って出力し、
前記復調回路は、N個の乗算回路と、前記N個の乗算回路の出力がそれぞれ入力されるN個のフィルタ回路を含み、
前記フィルタ回路のそれぞれは、1次積分回路とK×N次櫛型フィルタとをカスケード接続して構成される、
センシングシステム。 - 請求項1において、
前記A/D変換回路は、前記Nサイクルの1サイクルごとにK回(Kは正の整数)のデルタシグマ方式の変換動作を行って、前記ディジタル信号として1サイクルごとにK個のディジタルデータを前記Nサイクルに亘って出力し、
前記復調回路は、N個の乗算回路と、前記N個の乗算回路の出力がそれぞれ入力されるN個のフィルタ回路を含み、
前記フィルタ回路のそれぞれは、1次積分回路と1/D間引き回路とK×N/D次櫛型フィルタとをカスケード接続して構成される、
センシングシステム。 - 請求項1において、
前記A/D変換回路は、前記Nサイクルの1サイクルごとにK回(Kは正の整数)のデルタシグマ方式の変換動作を行って、前記ディジタル信号として1サイクルごとにK個の1ビットのディジタルデータを前記Nサイクルに亘って出力し、
前記復調回路は、N個の乗算回路と、前記N個の乗算回路の出力がそれぞれ入力されるN個のフィルタ回路を含み、
前記フィルタ回路のそれぞれは、1次積分回路と1/D間引き回路(Dは正の整数)とK×N/D次櫛型フィルタとをカスケード接続して構成される、
センシングシステム。 - 請求項5において、
前記復調回路は、前記復調係数のN行それぞれについて、前記乗算回路と前記1次積分回路に代えて、前記K個の1ビットのディジタルデータを前記Nサイクルに亘って、1行N列の行列の要素の値に基づいて加算または減算するカウンタを備える、
センシングシステム。 - 請求項6において、
前記DはN×Kと等しい値とされる、
センシングシステム。 - 請求項1において、前記複数のセンサは、静電容量方式のタッチ検出パネルにおける複数のセンサ容量である、
センシングシステム。 - 複数のセンサ容量を有するタッチパネルに接続可能なタッチ検出回路であって、
前記複数のセンサ容量のうちのN個(Nは正の整数)のセンサ容量に駆動信号を送信する送信回路と、
前記N個のセンサ容量において前記駆動信号に応答して発生するN個の検出信号が、並列に入力されるN個の受信回路と、
前記N個の受信回路の出力を変調するN個の変調回路と、
前記N個の変調回路の出力を混合する混合回路と、
前記混合回路の出力が入力される1個のA/D変換回路と、
前記A/D変換回路から出力されるディジタル値が入力され、前記N個の検出信号に対応するN個のディジタル検出値を出力する復調回路とを備え、
前記送信回路は、前記N個のセンサ容量のそれぞれに、前記駆動信号を少なくともNサイクルに亘って繰り返し送信し、
前記N個の受信回路は、前記N個の検出信号をそれぞれ前記Nサイクルに亘って受信し、
前記N個の変調回路には、N行N列の行列で表現される変調係数が供給され、
前記N個の変調回路は、前記Nサイクルの第1サイクルから第Nサイクルまでの1サイクルごとに、前記N個の検出信号と前記変調係数の第1行から第N行までの各列の要素をそれぞれ乗じてN個の積を前記混合回路に順次供給し、
前記混合回路は、前記Nサイクルの第1サイクルから第Nサイクルまでの1サイクルごとに、前記N個の積を合計して、前記Nサイクルに亘って前記A/D変換回路に供給し、
前記A/D変換回路は、前記混合回路の出力に対応するディジタル値を1サイクルごとに前記Nサイクルに亘ってN個のディジタル信号として順次出力し、
前記復調回路には、前記変調係数と直交し、N行N列の行列で表現される復調係数が供給され、
前記復調回路は、前記Nサイクルに亘って供給される前記N個のディジタル信号をN行1列の入力行列とし、前記復調係数と前記N行1列の入力行列とを乗ずることによって、前記N個のディジタル検出値を出力する、
タッチ検出回路。 - 請求項9に記載のタッチ検出回路とマルチプレクサとM組×N個の端子とを備え(Mは正の整数)、前記M組×N個の端子に対応するM組×N個のセンサ容量を有する自己容量方式のタッチパネルに接続可能な半導体装置であって、
前記マルチプレクサは、前記M組から前記N個の端子を順次選択して、対応するN個のセンサ容量を前記タッチ検出回路に接続する、
半導体装置。 - 請求項9に記載のタッチ検出回路をM組(Mは正の整数)備え、N個のセンサ容量をM組有する自己容量方式のタッチパネルに接続可能な半導体装置であって、
前記N個のセンサ容量ごとに前記タッチ検出回路を接続するためのM×N個の端子を有する、
半導体装置。 - 請求項9に記載のタッチ検出回路とX個の送信端子とL組×N個の受信端子とを備え(X,Lはそれぞれ正の整数)、1行あたりL組×N個のセンサ容量をX行備える相互容量方式のタッチパネルに接続可能な半導体装置であって、
前記タッチ検出回路において、前記送信回路は、前記X行のうちの各行のL組×N個のセンサ容量に対して、前記X個の送信端子から、前記駆動信号を順次送信し、
前記タッチ検出回路は、前記L組×N個の受信端子に対応してN個の受信端子ごとに、前記N個の受信回路と前記N個の変調回路と前記混合回路と前記A/D変換回路と前記復調回路とを、それぞれL組ずつ備える、
半導体装置。 - 請求項9に記載のタッチ検出回路とX個の送信端子とL組×N個の受信端子とマルチプレクサとを備え(X,Lはそれぞれ正の整数)、1行あたりL組×N個のセンサ容量をX行備える相互容量方式のタッチパネルに接続可能な半導体装置であって、
前記タッチ検出回路において、前記送信回路は、前記X行のうちの各行のL組×N個のセンサ容量に対して、前記X個の送信端子から、前記駆動信号を順次送信し、
前記マルチプレクサは、前記L組×N個の受信端子に対応して1組ごとに順次、N個の受信端子に入力されるN個の検出信号を前記N個の受信回路に入力する、
半導体装置。 - 請求項10において、
前記A/D変換回路は、前記Nサイクルの1サイクルごとにK回(Kは正の整数)のデルタシグマ方式の変換動作を行って、前記ディジタル信号として1サイクルごとにK個の1ビットのディジタルデータを前記Nサイクルに亘って出力し、
前記復調回路は、N個の乗算回路と、前記N個の乗算回路の出力がそれぞれ入力されるN個のフィルタ回路を含み、
前記フィルタ回路のそれぞれは、1次積分回路と1/D間引き回路(Dは正の整数)とK×N/D次櫛型フィルタとをカスケード接続して構成される、
半導体装置。 - 請求項14において、
前記復調回路は、前記復調係数のN行それぞれについて、前記乗算回路と前記1次積分回路に代えて、前記K個の1ビットのディジタルデータを前記Nサイクルに亘って、1行N列の行列の要素の値に基づいて加算または減算するカウンタを備える、
半導体装置。 - N個(Nは正の整数)のセンサを同時にセンシング可能なセンシングシステムにおいて、
前記N個のセンサのそれぞれに、実質的に同じ駆動信号を少なくともNサイクルに亘って繰り返し送信する送信回路と、
それに応答するNサイクル×Nチャネルの検出信号を受信する受信回路と、
検出信号をN行N列の変調行列で符号変調する変調回路と、
前記変調回路の出力を1サイクルごとに合計する混合回路と、
前記混合回路の出力を1サイクルごとにディジタル値に変換するA/D変換回路と、
前記A/D変換回路から前記Nサイクルに亘って出力されるN個のディジタル値を、前記変調行列と直交するN行N列の復調行列を使って符号復調することにより、前記Nチャネルの検出信号に対応するディジタル化されたN個の検出値を得る復調回路とを備える、
センシングシステム。 - 請求項16において、
前記A/D変換回路は、1ビットのデルタシグマ方式であって、前記1サイクルごとに複数のビット列を出力し、
前記復調回路は、前記復調行列の要素の極性に応じて前記A/D変換回路から出力される前記複数のビット列の各ビット値を加算するか減算するかを切り替えるカウンタと、前記カウンタの出力を移動平均するフィルタ回路を含んで構成される、
センシングシステム。 - 請求項17において、前記センシングシステムは、N個のセンサ容量を含む複数のセンサ容量を備えるタッチパネルに接続可能なタッチ検出回路である、
センシングシステム。 - 請求項18において、前記タッチパネルは、N本の検出電極に接続されるN個のセンサ容量を備える自己容量方式のタッチパネルであり、
前記送信回路は、前記N本の検出電極に対して前記駆動信号を送信し、
前記受信回路は、前記駆動信号に伴って前記N本の検出電極を介して発生する前記N個のセンサ容量への充放電電流を、前記検出信号として受信する、
センシングシステム。 - 請求項18において、前記タッチパネルは、X本の駆動電極と前記X本の駆動電極と交差するN本の検出電極と、前記X本の駆動電極と前記N本の検出電極が交差する各箇所にX行×N個のセンサ容量とを備える相互容量方式のタッチパネルであり、
前記送信回路は、X本の駆動電極に対して前記駆動信号を順次送信することにより、当該駆動電極に接続されるN個のセンサ容量をセンシングの対象とする、
センシングシステム。
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JP2016208653A JP2018072928A (ja) | 2016-10-25 | 2016-10-25 | センシングシステム、タッチ検出回路および半導体装置 |
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