KR101169253B1

KR101169253B1 - 반전 적분회로 및 비반전 적분회로가 결합된 적분회로

Info

Publication number: KR101169253B1
Application number: KR1020100095041A
Authority: KR
Inventors: 권오진; 윤일현; 장선웅; 신형철
Original assignee: 주식회사 지니틱스
Priority date: 2010-05-14
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2012-08-02
Also published as: CN103097994B; KR20110126026A; TW201220203A; JP2013526745A; TWI466028B; JP5449620B2; CN103097994A

Abstract

커패시터, 이 커패시터를 충전 및 방전시키도록 이 커패시터에 연결된 충방전 회로, 이 충방전 회로에 연결된 반전 적분회로, 및 이 충방전 회로에 연결된 비반전 적분회로를 포함하는 적분회로가 공개된다. 위의 반전 적분회로의 적분 시구간의 적어도 일부는 위의 비반전 적분회로의 적분 시구간과 겹치지 않는다.

Description

반전 적분회로 및 비반전 적분회로가 결합된 적분회로{integrator circuit with inverting integrator and non-inverting integrator}

본 발명은 적분회로에 관한 것으로서, 특히 잡음(noise)에 강한 적분회로에 관한 것이다.

액정 표시 장치(liquid crystal display), 유기 발광 표시 장치(organic light emitting display) 등의 표시 장치, 휴대용 전송 장치, 그 밖의 정보 처리 장치 등은 다양한 입력 장치를 이용하여 기능을 수행한다. 최근, 이러한 입력 장치로서 터치스크린(touch screen) 장치가 휴대폰, 스마트폰, 팜 사이즈 PC(Palm-Size PC), ATM(Automated Teller Machine) 기기 등에 많이 사용되고 있다.

터치스크린은 화면 위에 손가락 또는 터치 펜(touch pen, stylus) 등을 접촉해 문자를 쓰거나 그림을 그리고, 아이콘을 실행시켜 원하는 명령을 수행시킨다. 터치스크린 장치는 손가락 또는 터치 펜 등이 화면에 접촉하였는지 여부 및 접촉 위치 정보를 알아낼 수 있다.

이와 같은 터치스크린은 터치를 감지하는 방법에 따라 크게 저항막 방식(resistive type) 및 정전 용량 방식(capacitive type)으로 분류할 수 있다.

저항막 방식의 터치스크린은 유리나 투명 플라스틱판 위에 저항 성분의 물질을 코팅하고 그 위에 폴리에스테르 필름을 덮어씌운 구조를 가진다. 저항막 방식의 터치스크린은 스크린을 터치하는 경우 변하는 저항값의 변화를 검출하여 터치 지점을 감지한다. 저항막 방식 터치스크린은 압력이 약한 경우 감지를 하지 못하는 단점을 가진다.

반면, 정전 용량 방식의 터치스크린은 유리나 투명 플라스틱의 양면 또는 일면에 전극을 형성하고 두 전극 사이에 전압을 인가한 후, 손가락 등의 물체가 스크린에 접촉하는 경우 변하는 두 전극 사이의 커패시턴스 변화량을 분석하여 터치 지점을 감지한다.

정전 용량 방식의 터치스크린에서 터치 지점을 감지하기 위해서는 한 개 또는 두 개의 전극 사이에 형성되는 커패시턴스를 측정하기 위한 회로가 필요하다. 이러한 커패시턴스 측정회로는 각종 회로, 또는 소자의 커패시턴스를 측정하기 위하여 주로 사용되었는데, 최근에는 각종 휴대용 장치가 터치 입력 인터페이스를 제공함에 따라 사용자의 접촉 및 접근을 감지할 수 있는 커패시턴스 측정회로의 적용 범위가 확대되고 있다.

종래 휴대폰 등의 터치스크린에 사용되는 커패시턴스 측정회로는 주변 환경 변화에 따라 야기되는 다양한 노이즈에 의해 오동작을 일으키는 문제점이 있었다.

본 발명을 통해 잡음(noise)에 강한 적분회로(integrator circuit)를 제공하고자 한다. 또한, 본 발명에 따른 적분회로를 터치스크린(touch screen)의 입력을 감지하는 감지부(sensor block)에 적용함으로써 터치입력으로부터 발생하는 잡음에 의한 입력 감지 오류(sensing error)를 감소시키고자 한다.

본 발명의 범위가 상술한 과제에 의해 제한되는 것은 아니다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 적분회로가 제공된다. 이 적분회로는, 제1 연산증폭기(OA1), 제2 연산증폭기(OA2), 및 커패시터(Cij)를 포함하며, 상기 제1 연산증폭기 및 상기 제2 연산증폭기의 반전 입력단자는 각각 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2)를 통해 상기 커패시터의 제1 단자에 연결되도록 되어 있으며, 상기 커패시터의 제2 단자는 제3 스위치(S1') 및 제4 스위치(S2')를 통해 제1 전위 및 제2 전위에 연결되도록 되어 있고, 상기 제1 연산증폭기의 반전 입력단자와 출력단자는 제1 피드백 커패시터(Cfb1)를 통해 서로 연결되도록 되어 있고, 상기 제2 연산증폭기의 반전 입력단자와 출력단자는 제2 피드백 커패시터(Cfb2)를 통해 서로 연결되도록 되어 있으며, 상기 제1 연산증폭기 및 상기 제2 연산증폭기의 비반전 입력단자는 각각 제3 전위에 연결되도록 되어 있다.

이때, 상기 제3 전위는 상기 제2 전위와 동일할 수 있다.

이때, 상기 제1 연산증폭기의 반전 입력단자와 출력단자 사이 및 상기 제2 연산증폭기의 반전 입력단자와 출력단자 사이에는 각각 스위치(S3, S3')가 병렬로 연결될 수 있다.

이때, 상기 제1 스위치 및 상기 제3 스위치는 제1 클록에 의해 구동되고, 상기 제2 스위치 및 상기 제4 스위치는 제2 클록에 의해 구동될 수 있다.

이때, 상기 제1 클록과 상기 제2 클록의 온(on) 구간은 시간 축 상에서 서로 번갈아 나타날 수 있다. 이때, 제1 클록의 온 구간의 일부와 제2 클록의 온 구간의 일부는 동일한 시간에 존재할 수도 있다. 또는, 이와 달리, 제1 클록과 제2 클록 중 어느 하나가 온 상태인 경우에는 다른 하나는 오프 상태일 수 있다.

본 발명의 다른 양상에 따른 회로로서, 동작패턴과 감지패턴이 형성된 커패시티브 방식의 터치스크린의 입력을 감지하도록 되어 있는 회로가 제공된다. 이 회로는 제1 연산증폭기, 및 제2 연산증폭기를 포함하고, 상기 감지패턴은 제1 스위치 및 제2 스위치를 통해 각각 상기 제1 연산증폭기의 반전 입력단자 및 상기 제2 연산증폭기의 반전 입력단자에 연결되도록 되어 있고, 상기 동작패턴은 제3 스위치 및 제4 스위치를 통해 제1 전위 및 제2 전위에 연결되도록 되어 있고, 상기 제1 연산증폭기의 반전 입력단자와 출력단자는 제1 피드백 커패시터를 통해 서로 연결되도록 되어 있고, 상기 제2 연산증폭기의 반전 입력단자와 출력단자는 제2 피드백 커패시터를 통해 서로 연결되도록 되어 있으며, 상기 제1 연산증폭기 및 상기 제2 연산증폭기의 비반전 입력단자는 각각 제3 전위에 연결되도록 되어 있다.

본 발명의 또 다른 양상에 따른 스위치드 커패시터 적분회로가 제공된다. 이 회로는, 반전 스위치드 커패시터 적분회로(inverting switched capacitor integrator circuit), 및 상기 반전 스위치드 커패시터 적분회로에 연결된 비반전 스위치드 커패시터 적분회로(non-inverting switched capacitor integrator)를 포함하며, 상기 반전 스위치드 커패시터 적분회로의 샘플링 커패시터(sampling capacitor)와 상기 비반전 스위치드 커패시터 적분회로의 샘플링 커패시터는 동일한 커패시터다.

이때, 상기 반전 스위치드 커패시터 적분회로는 상기 샘플링 커패시터에 충전된 전압을 적분하여 음의 전압을 출력하도록 되어 있고, 상기 비반전 스위치드 커패시터 적분회로는 상기 샘플링 커패시터에 충전된 전압을 적분하여 양의 값을 출력하도록 되어 있을 수 있다.

이때, 상기 반전 스위치드 커패시터 적분회로의 적분 시구간의 적어도 일부는 상기 비반전 스위치드 커패시터 적분회로의 적분 시구간과 겹치지 않을 수 있다.

이때, 상기 샘플링 커패시터는 커패시티브 방식의 터치스크린에 형성된 감지패턴과 동작패턴에 의해 형성된 것일 수 있다.

이때, 상기 샘플링 커패시터의 두 개의 단자 중 상기 반전 스위치드 커패시터 적분기의 증폭기 및 상기 비반전 스위치드 커패시터 적분기의 증폭기 쪽 단자에는 유선 또는 무선으로 유입되는 잡음원(noise source)이 연결될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양상에 따른 적분회로가 제공된다. 이 회로는 커패시터, 상기 커패시터를 충전 및 방전시키도록 상기 커패시터에 연결된 충방전 회로, 상기 충방전 회로에 연결된 반전 적분회로, 및 상기 충방전 회로에 연결된 비반전 적분회로를 포함한다.

이때, 상기 반전 적분회로는 상기 커패시터에 충전된 전압을 적분하여 음의 전압을 출력하도록 되어 있고, 상기 비반전 적분회로는 상기 커패시터에 충전된 전압을 적분하여 양의 값을 출력하도록 되어 있을 수 있다.

이때, 상기 커패시터는 커패시티브 방식의 터치스크린에 형성된 감지패턴과 동작패턴에 의해 형성된 것일 수 있다.

이때, 상기 커패시터의 양 단자 중 상기 반전 적분회로 및 비반전 적분회로 쪽에 연결된 일 단자에는 유선 또는 무선으로 유입되는 잡음원(noise source)이 연결될 수 있다.

이때, 상기 반전 적분회로의 적분 시구간의 적어도 일부는 상기 비반전 적분회로의 적분 시구간과 겹치지 않을 수 있다.

이때, 상기 커패시터의 양 단자 중 상기 제1 연산증폭기 및 제2 연산증폭기 쪽에 연결된 일 단자는 상기 감지패턴에 대응될 수 있다.

이때, 상기 감지패턴은 상기 동작패턴보다 상기 터치스크린의 외부에 배치되어 있을 수 있다.

이때, 상기 커패시터의 양 단자 중 상기 제1 연산증폭기 및 제2 연산증폭기 쪽에 연결된 일 단자에는 유선 또는 무선으로 유입되는 잡음원(noise source)이 연결될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양상에 의한 적분회로가 제공된다. 이 적분회로는 제1 연산증폭기, 제2 연산증폭기 및 커패시터를 포함한다. 이때, 상기 제1 연산증폭기 및 상기 제2 연산증폭기의 반전 입력단자는 상기 커패시터의 제1 단자에 연결되도록 되어 있으며, 상기 제1 연산증폭기의 반전 입력단자와 출력단자는 직렬 연결된 제1 스위치와 제1 피드백 커패시터를 통해 서로 연결되도록 되어 있고, 상기 제2 연산증폭기의 반전 입력단자와 출력단자는 직렬 연결된 제2 스위치와 제2 피드백 커패시터를 통해 서로 연결되도록 되어 있고, 상기 커패시터의 제2 단자는 제3 스위치 및 제4 스위치를 통해 제1 전위 및 제2 전위에 연결되도록 되어 있으며, 상기 제1 연산증폭기 및 상기 제2 연산증폭기의 비반전 입력단자는 각각 제3 전위에 연결되도록 되어 있다.

이때, 상기 제3 전위는 상기 제2 전위와 동일할 수 있다.

이때, 상기 제1 연산증폭기의 반전 입력단자와 출력단자 사이 및 상기 제2 연산증폭기의 반전 입력단자와 출력단자 사이에는 각각 스위치(S3, S3')가 병렬로 연결되어 있을 수 있다.

지금까지, ‘과제의 해결 수단’에서 괄호() 안에 표기한 내용은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다.

본 발명에 의해 잡음에 강한 적분회로가 제공될 수 있다. 또한, 이 적분회로를 터치스크린의 입력을 감지하는 감지부에 적용함으로써 터치입력으로부터 발생하는 잡음에 의한 입력 감지 오류를 감소시킬 수 있다.

본 발명의 범위가 상술한 효과에 의해 제한되는 것은 아니다.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예가 적용될 수 있는 터치스크린 장치의 구조의 예를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 터치스크린을 구동하는 데에 사용될 수 있는 구동회로를 설명하기 위한 개략도이다.
도 6 및 본 발명의 일 실시예에 따른 적분장치의 구조를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 적분장치의 각 노드에서의 시간에 따른 상태를 나타낸 타이밍 다이어그램이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 적분장치의 구조를 나타낸 것이다.
도 11 내지 도 14는 본 발명에 따른 실시예에 따른 적분장치에 유입될 수 있는 잡음이 제거되는 원리를 설명하기 위한 것이다.
도 15는, 본 발명의 일 실시예에 따른 적분장치의 잡음에 대한 주파수 응답을 나타낸 것이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 사용될 수 있는 반전 적분회로의 일 예를 나타낸 것이다.
도 17는 본 발명의 일 실시예에 사용될 수 있는 비반전 적분회로의 일 예를 나타낸 것이다.
도 18 및 도 19는 본 발명의 다른 실시예에 따른 적분회로를 설명한 것이다.
도 20는 본 발명의 일 실시예에 따른 적분장치의 동작을 시뮬레이션한 결과를 도시한 것이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 이하에서 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 또한, 이하에서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예가 적용될 수 있는 터치스크린 장치를 나타낸다.

도 1에 도시한 바와 같이, 터치스크린 장치는 터치 패널(100), 커패시턴스 측정회로(200) 및 터치 판별부(300)를 포함할 수 있다.

터치 패널(100)은 서로 절연되어 형성되는 다수의 동작 신호선(X1, X2, X3, ...,Xn)과 다수의 감지 신호선(Y1, Y2, Y3, ...,Yn)을 포함할 수 있다. 도 1에서는 편의상 동작 신호선과 감지 신호선을 각각 선으로 표시하였으나, 실제로는 전극패턴으로 구현될 수 있다. 본 명세서에서, 감지 신호선은 감지 라인, 감지선, 감지 전극 등의 용어와 혼용될 수 있고, 동작 신호선은 동작 라인, 동작선, 동작 전극 등의 용어와 혼용될 수 있다. 또한, 도 1에서는 다수의 동작 신호선과 다수의 감지 신호선이 서로 절연되어 교차하는 것으로 표시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 동작 신호선과 감지 신호선이 교차하지 않을 수도 있다.

터치 지점을 나타내는 센싱 노드(110)는 하나의 감지 신호선과 하나의 동작 신호선에 의해 정의되며, 각 센싱 노드(110)는 노드 커패시터(112)를 포함할 수 있다. 노드 커패시터(112)는 서로 절연되어 분리되는 동작 신호선과 감지 신호선에 의해 형성될 수 있다. 도 1에서는 i번째 동작신호선과 j번째 감지 신호선에 의해 형성되는 노드 커패시터(112)의 커패시턴스를 Cij로 표기하였다.

커패시턴스 측정회로(200)는 다수의 동작 신호선(X1, X2, X3, ...,Xn)과 다수의 감지 신호선(Y1, Y2, Y3, ...,Yn)에 전기적으로 연결되어, 각 노드 커패시터(112)의 커패시턴스(Cij)를 측정하도록 되어 있다.

터치 판별부(300)는 커패시턴스 측정회로(200)에 의해 측정된 각 노드 커패시터의 커패시턴스에 기초하여, 커패시턴스의 변화량을 분석하여 사용자가 입력한 터치 지점을 감지하도록 되어 있다.

도 2는 도 1의 터치스크린 장치의 개념을 구현한 일 예를 나타낸 것이다.

도 2는 물체의 터치 유무를 판단하기 위한 전체 터치스크린 장치에 있어서, 동작 회로와 부가적인 장치들 이외에 직접 터치가 이루어지는 터치스크린 패널의 동작을 설명하기 위한 개념적 구조도이다. 감지패턴(100)과 동작패턴(101)은 도전성 물질로 이루어질 수 있으며, 감지패턴(100)과 동작패턴(101)은 터치스크린 동작 회로와 부가적 장치들에 직접 전극으로 연결이 되어 터치의 유무를 판단할 때 사용될 수 있다. 따라서 감지패턴(100)과 동작패턴(101)의 모양에 따라 다양한 터치스크린 패널을 만들 수 있게 된다. 감지패턴(100)과 동작패턴(101) 사이에는 유전체(102)가 존재할 수 있다. 따라서 도전성 물질로 이루어진 감지패턴(100)과 동작패턴(101)은 그 사이에 유전체(102)를 가지고 있는 축전기(커패시터)를 형성하게 된다. 감지패턴(100), 동작패턴(101), 및 유전체(102)를 포함하는 터치스크린 패널을 보호하기 위해 감지패턴(100) 위에 보호 윈도우(103)가 존재할 수 있다. 보호 윈도우(103) 위에 터치하는 물체가 존재하게 되면 터치스크린 패널의 감지패턴(100)과 동작패턴(101) 사이의 커패시턴스에 변화가 일어날 수 있다.

도 3은 도 2의 터치스크린 장치의 개념적 구조도를 평면도로서 표시한 것이다.

도 3의 (a)는 감지패턴(100)과 동작패턴(101)을 동시에 나타낸 것이고, 도 3의 (b)는 감지패턴(100)을, 그리고 도 3의 (c)는 동작패턴(101)을 나타낸 것이다.

터치스크린 장치에는 넓은 직사각형 형태로 되어있는 다수 개의 동작패턴(101)이 형성되어 있다. 동작패턴(101)에 전압이 가해지게 되면 감지패턴(100)과 동작패턴(101) 사이에는 전기장이 생기게 된다. 감지패턴(100)은 동작패턴(101)에 비해 상대적으로 가는 모양으로 되어있을 수 있다. 따라서 동작패턴(101)에 전압이 걸릴 때에, 감지패턴(100)이 동작패턴(101)에 비해 작은 면적을 가지고 있기 때문에 감지패턴(100)이 동작패턴(101)을 다 가리지 못하게 된다. 상술한 전기장이 동작패턴(101)에서 감지패턴(100) 방향으로 나오게 되는데 이 전기장은 터치가 일어나지 않았을 때는 감지패턴(100)으로 흘러 들어가지만 터치가 이루어질 때에는 터치된 물체로 흘러 들어가게 되어 감지패턴(100)은 동작패턴(101) 사이에 형성되는 전기장이 변화하게 된다. 이 변화는 감지패턴(100)이 동작패턴(101) 사이에 형성되는 커패시턴스의 변화로 귀결되며, 이러한 커패시턴스의 값을 감지 장치에서 감지함으로써 터치 유무를 판단할 수 있다.

도 3에 의한 패턴은 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 다양한 터치스크린의 전극패턴 중 하나를 예시한 것이며, 이 예시에 의해 본 발명의 범위가 한정되지 않는다는 것을 이해할 수 있다.

도 4는 도 3의 절취선(203)에 따른 수직 구조를 나타낸 것이다.

도 4를 참조하면, 동작패턴(101)에 전압이 가해졌을 때 터치의 유무를 판단하게 되는 것은 점선으로 나타낸 전기장이 보호 윈도우(103) 위로 나오게 되는 부분, 즉 감지패턴(100)이 동작패턴(101)에서 나오는 전기장을 덮지 못하는 영역에서 터치 입력이 이루어진 경우, 이 영역을 통과하여 감지패턴(100)으로 들어가도록 되어 있던 전기장의 경로가 달라짐으로 인해 감지패턴(100)이 동작패턴(101)으로 이루어진 커패시터에 축적되는 전하량이 줄어들게 되어 물체가 터치된 것으로 판단하게 된다.

지금까지, 터치스크린에서 터치 입력이 이루어졌는지 여부를 검출하기 위한 원리 중 하나를 설명하였다. 이하, 상술한 커패시턴스의 변화를 측정하는 데에 사용될 수 있는 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린을 구동하는 데에 사용될 수 있는 구동회로를 설명하기 위한 개략도이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 구동회로(10)는 충방전회로(11), 센싱부(12), 및 커패시터(Cij)를 포함할 수 있다. 센싱부(12)는 적분 기능을 수행하는 기능이 있으므로 본 명세서에서 ‘적분부’라고 지칭될 수도 있다. 충방전회로(11)는 커패시터(Cij)의 양 단자에 전기적으로 연결되며, 커패시터(Cij)를 전원전압(Vcc)으로 충전시키고 접지전압(GND)으로 방전시키기 위한 회로이다. 이하, 커패시터(Cij)는 샘플링 커패시터라고 불릴 수도 있다.

여기서, 이 구동회로를 터치스크린을 구동하는 데에 사용하면, 도 5의 커패시터(Cij)는 상술한 노드 커패시터(112)에 대응될 수 있다. 즉, 커패시터(Cij)는 동작 신호선(Xi)과 감지 신호선(Yj)에 전기적으로 연결되며, 충방전회로(11)는 충전 및 방전 동작을 복수 회(N회)만큼 반복할 수 있다.

도 5의 구동회로에서 감지 신호선(Yj)을 통해 잡음이 유입될 수 있는데, 이 잡음까지 적분되어 센싱부(12)의 출력에 원하지 않는 영향을 줄 수 있다. 이하, 본 발명의 일 실시예에 따른, 잡음에 강한 적분장치의 구조에 대하여 설명한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 적분장치의 구조를 나타낸 것이다.

도 6을 참조하면, 이 적분장치는 제1 연산증폭기(OA1), 제2 연산증폭기(OA2), 및 커패시터(Cij)를 포함한다. 제1 연산증폭기(OA1) 및 제2 연산증폭기(OA2)의 반전 입력단자는 각각 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2)를 통해 커패시터(Cij)의 제1 단자(Yj)에 연결되어 있으며, 커패시터(Cij)의 제2 단자(Xi)는 제3 스위치(S1') 및 제4 스위치(S2')를 통해 제1 전위(Vcc) 및 제2 전위(GND)에 연결되어 있다. 이하, 설명의 편의를 위하여 제2 전위(GND)는 0의 값을 갖는 것으로 한다. 제1 연산증폭기(OA1)의 반전 입력단자와 출력단자는 제1 피드백 커패시터(Cfb1)를 통해 서로 연결되어 있고, 상기 제2 연산증폭기(OA2)의 반전 입력단자와 출력단자는 제2 피드백 커패시터(Cfb2)를 통해 서로 연결되어 있으며, 제1 연산증폭기(OA1) 및 제2 연산증폭기(OA2)의 비반전 입력단자는 각각 제2 전위(GND)에 연결될 수 있다.

나아가, 리셋 스위치(S3, S3')가 제1 연산증폭기(OA1) 및 제2 연산증폭기(OA2)의 비반전 입력단자와 출력단자 사이를 각각 연결하고 있을 수 있다. 리셋 스위치(S3, S3')가 온(on) 되면, 제1 피드백 커패시터(Cfb1)와 제2 피드백 커패시터(Cfb2)에 충전된 전하가 모두 방전되어 그 양단의 전압을 0으로 만들 수 있다. 실시예에 따라 리셋 스위치(S3)와 리셋 스위치(S3')가 동일한 타이밍으로 동작할 수도 있다.

스위치(S1, S1')와 스위치(S2, S2')는 아래의 도 7의 (a)의 클록1(CLK1) 및 도 7의 (b)의 클록2(CLK2)와 같은 타이밍으로 스위칭될 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 7은 도 6에 도시한 적분장치의 각 노드에서의 시간에 따른 상태를 나타낸 타이밍 다이어그램이다.

도 7의 (a) 및 도 7의 (b)는 스위치(S1, S1') 및 스위치(S2, S2')의 온-오프 타이밍을 나타내며, 도 7의 (c)는 제2 단자(Xi)의 전위, 도 7의 (d)는 제1 연산증폭기(OA1)의 출력전압(Vo1), 도 7의 (e)는 제2 연산증폭기(OA2)의 출력전압(Vo2)을 나타낸다.

도 7의 (a) 및 도 7의 (b)를 참조하면, 스위치(S1, S1') 및 스위치(S2, S2')는 각각 서로 겹치지 않는 시간동안 번갈아가며 온(on) 상태로 될 수 있다. 즉, 스위치(S1, S1')는 시 구간 [t1, t2], [t1‘, t2’]에서 온 상태로 되고, 시 구간 [t2, t1‘]에서 오프(off) 상태로 될 수 있다. 이와 비교하여, 스위치(S2, S2')는 시 구간 [t3, t4], [t3‘, t4’]에서 온 상태로 되고, 시 구간 [t4, t3‘]에서 오프(off) 상태로 될 수 있다. 시 구간 [t1, t1']에서의 스위치(S1, S1') 및 스위치(S2, S2')이 동작 상태는 계속 반복될 수 있다. 도 7에서 시 구간 [t2, t3] 및 시구간 [t4, t1']의 길이는 0이 아닌 값이지만, 실시예에 따라 실질적으로 0에 가까워지도록 설정할 수도 있다.

이하, 시각 t의 바로 직전을 ‘t-’라고 지칭하고, 시각 t의 바로 직후를 ‘t+’라고 지칭할 수 있다. 예를 들어 시각 t1의 바로 직전은 ‘t1-'이고 직후는 ’t1+'라고 지칭할 수 있다. 이하, 도 7에 나타낸 각 시각에서의 적분장치의 동작을 설명하기 위하여 도 8 내지 도 10에 도시한 적분장치의 동작 상태도를 도 7과 함께 참조한다.

도 8은 도 7의 시각 t1+에서의 적분장치의 상태, 도 9는 도 7의 시각 t2+, t4+에서의 적분장치의 상태, 도 10은 도 7의 시각 t3+에서의 적분장치의 상태를 나타낸 것이다. 이때, 시각 t1-에서의 초기조건은 Cfb1, Cfb2, 및 Cij가 모두 방전된 것으로 가정한다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 시각 t1+에서 스위치(S1, S1')은 온 상태에 있고 스위치(S2, S2')는 오프 상태에 있다. 커패시터(Cij)의 제1 단자(Yj)는 제1 연산증폭기(OA1)의 반전 입력단자에 연결되어 있다. 이때, 제1 연산증폭기(OA1)의 비반전 입력단자는 제2 전위(GND)에 연결되어 있으므로, 제1 단자(Yj)의 전위는 제2 전위와 동일하다. 이때, 커패시터(Cij)의 제2 단자(Xi)의 전위는 제1 전위(Vcc)가 되므로, 커패시터(Cij)의 양 단의 전위차는 제1 전위(Vcc)와 동일한 값을 갖는다.

이때, 커패시터(Cij)에 흐르는 전류는 제1 피드백 커패시터(Cfb1)를 통해 흐르므로, 이때 제1 연산증폭기(OA1)의 출력단자(o1)의 전위(Vo1,1)는 아래의 식 1과 같이 된다.

[식 1]

이때, 제1 단자(Yj)의 전위는 제2 전위(GND)로 유지되고, 제2 연산증폭기(OA2)의 출력단자의 전위도 제2 전위(GND)로 유지된다.

이하, N번의 적분에 의해 하나의 적분 사이클이 완성된다고 가정할 때에, 새로운 적분 사이클이 시작된 후 k(k=1, 2, 3, ..., N)번째 적분이 완료된 시점에서의 제1 연산증폭기(OA1)의 출력단자(o1)의 전위는 Vo1,k로 표기할 수 있다.

도 7 및 도 9를 참조하면, 시각 t2+에서 스위치(S1, S1')와 스위치(S2, S2')는 모두 오프 상태에 있다. 커패시터(Cij) 양 단의 전위차는 제1 전위(Vcc)와 같은 크기로 유지된다. 이때, 제1 단자(Yj)와 제2 단자(Xi)의 전위는 플로팅(floating) 상태이지만 편의를 위해 도 7의 (c) 및 도 7의 (d)에서는 제1 단자(Yj)의 전위를 제2 전위(GND)로 표시하였다.

도 7 및 도 10을 참조하면, 시각 t3+에서 스위치(S1, S1')은 오프 상태에 있고 스위치(S2, S2')는 온 상태에 있다. 제2 단자(Xi)의 전위는 제2 전위(GND)가 되고, 제1 단자(Yj)의 전위는 순간적으로 -Vcc로 된다. 제1 단자(Yj)는 제1 연산증폭기의 반전 입력단자에 연결되어 있기 때문에 곧 제2 전위(GND)로 상승한다. 제 1 단자(Yj)의 전위가 순간적으로 변하는 시 구간에서 제2 연산증폭기의 출력단자로부터 전류가 흘러나와 제2 피드백 커패시터(Cfb2)를 충전시키기 때문에, 이때 제2 연산증폭기의 출력단자(o2)의 전위(Vo2,1)는 식 2와 같이 된다.

[식 2]

도 7 및 도 9를 다시 참조하면, 시각 t4+에서 스위치(S1, S1')와 스위치(S2, S2')는 모두 오프 상태에 있다. 커패시터(Cij) 양 단의 전위차는 0이 된다. 이때, 제1 단자(Yj)와 제2 단자(Xi)의 전위는 플로팅(floating) 상태이지만 편의를 위해 도 7의 (c) 및 도 7의 (d)에서는 제1 단자(Yj)의 전위를 제2 전위(GND)로 표시하였다.

위의 도 8 내지 도 10에서 설명한 동작이 일어나는 시 구간 [t1, t1']을 하나의 사이클로 정의하면, 이러한 사이클을 N번 반복해서 발생시킬 수 있다. 이때, 제1 피드백 커패시터(Cfb1)와 제2 피드백 커패시터(Cfb2)에 충전된 전하는 방전되지 않기 때문에 제1 연산증폭기의 출력단자(o1)의 전위(Vo1) 및 제2 연산증폭기의 출력단자(o2)의 전위(Vo2)는 도 7의 (e) 및 도 7의 (f)에 도시한 것과 같이 계단식으로 증가 또는 감소한다. N번의 사이클의 진행이 완료된 시점에서, 전위(Vo2,N)에서 전위(Vo1,N)를 차감한 값인 ΔV는 식 3과 같이 주어질 수 있다.

[식 3]

단, 이때, 제1 피드백 커패시터(Cfb1)와 제2 피드백 커패시터(Cfb2)의 값은 동일한 값(Cfb)인 것으로 가정하였다.

식 3에 따르면, 제1 피드백 커패시터와 제2 피드백 커패시터의 값(Cfb)은 알 수 있는 상수 값이기 때문에, ΔV는 커패시터(Cij)의 값에 비례함을 알 수 있다.

도 6에 따른 적분장치를 터치스크린 구동회로에 적용하면, 커패시터(Cij)의 값은 터치스크린에 대한 터치 입력에 의해 변화되기 때문에, ΔV를 측정함으로써 커패시터(Cij)의 값을 측정할 수 있고, 따라서 터치 입력 여부를 알 수 있다.

일단, N번의 적분 사이클이 종료되어 ΔV를 측정한 후에는 도 11과 같이 리셋 스위치(S3, S3')를 온 상태로 바꾸어 제1 피드백 커패시터와 제2 피드백 커패시터의 전하를 모두 방전시킬 수 있다. 위와 같이 커패시터(Cij)의 충방전을 N회 시키는데 소요되는 시간을 하나의 적분 사이클이라고 정의하면, 리셋 스위치(S3, S3')를 온 상태로 바꾼 이후에 다시 새로운 하나의 적분 사이클을 시작할 수 있다.

지금까지 도 6 내지 도 10을 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 적분장치의 동작원리를 설명하였다. 그런데 도 5에서 설명한 바와 같이, 이 적분장치의 제1 단자(Yj)를 통해 잡음이 유입될 수 있다.

대표적으로, 이 적분장치는 상술한 터치스크린 구동장치로 사용할 경우가 이에 해당할 수 있다. 즉, 상술한 감지패턴(100)이 커패시터(Cij)의 제1 단자(Yj)에 해당하게 되는데, 이때, 감지패턴(100)에 터치 입력을 하기 위해 손가락과 같은 물체를 가까이 가져가는 경우 이로부터 제1 단자(Yj)에 잡음이 흘러들어 갈 수 있다.

도 6에 따른 본 발명의 일 실시예에 따르면, 위와 같이 유입되는 잡음을 효율적으로 제거할 수 있다. 이하, 도 11 내지 도 14를 통하여 이 원리에 대하여 설명한다.

도 11 내지 도 14는 본 발명에 따른 실시예에 따른 적분장치에 유입될 수 있는 잡음이 제거되는 원리에 대하여 살펴보기 위한 것이다.

기본적으로, 제1 단자(Yj)를 통해 유입된 잡음은 제1 연산증폭기(OA1)와 제2 연산증폭기(OA2)의 출력전압에 모두 추가 적분될 수 있다. 다만, 제1 연산증폭기(OA1)는 스위치(S1, S1')가 온 상태인 경우에만 잡음을 적분하게 되고, 제2 연산증폭기(OA2)는 스위치(S2, S2')가 온 상태인 경우에만 잡음을 적분하게 된다.

도 11은 직류성분만을 갖는 잡음이 유입되는 경우를 설명한 것이다.

도 11을 참조하면, 클록1(CLK1) 중 시점(n1,k, k=1, 2, 3, ..., N)을 포함하는 온 구간에서 유입되는 잡음은 제1 연산증폭기(OA1)의 출력전위(Vo1)에 추가 적분된다. 이때 각 온 구간에서 출력전위(Vo1)에 추가 적분된 잡음의 크기를 A1,nk(k=1, 2, 3, ... N)이라고 정의하면 하나의 적분 사이클 동안 제1 연산증폭기(OA1)의 출력전위(Vo1)에 추가 적분된 잡음의 크기(A1)는 식 4와 같이 주어질 수 있다.

[식 4]

마찬가지로, 클록2(CLK2) 중 시점(n2,k, k=1, 2, 3, ..., N)을 포함하는 온 구간에서 유입되는 잡음은 제2 연산증폭기(OA2)의 출력전위(Vo2)에 추가 적분된다. 이때 각 온 구간에서 출력전위(Vo2)에 추가 적분된 잡음의 크기를 A2,nk(k=1, 2, 3, ..., N)이라고 지칭하면 하나의 적분 사이클 동안 제2 연산증폭기(OA2)의 출력전위(Vo2)에 추가 적분된 잡음의 크기(A2)는 식 5와 같이 주어질 수 있다.

[식 5]

위와 같은 잡음의 적분 효과를 함께 고려하면, 식 3은 식 6과 같이 변경될 수 있다. 즉, N번의 사이클이 종료된 후에 전위(Vo2,N)에서 전위(Vo1,N)를 차감한 값인 ΔV는 식 6과 같이 주어질 수 있다.

[식 6]

이때, 도 11과 같이 잡음이 DC 성분만을 갖는 경우에는 실질적으로

를 만족하기 때문에 식 6은 식 7과 같이 될 수 있다.

[식 7]

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 적분회로를 사용할 경우에는 DC 성분의 잡음이 제거될 수 있다.

다음으로, 도 12는 저주파 잡음이 유입되는 경우를 설명하기 위한 것이다.

클록1(CLK1)과 클록2(CLK2)의 동작 주기 및 동작 주파수는 각각 T, f(=1/T)이라고 지칭될 수 있다. 도 12에서 잡음의 주기는 이 동작 주파수 f에 비해 매우 느린 경우를 도시한 것으로서, 이 때, 하나의 적분 사이클 당 적분회로의 적분 회수 N=14임에 비해, 잡음은 하나의 적분 사이클 당 1 사이클만이 진행되는 경우이다.

도 12의 경우에도 전위(Vo2,N)에서 전위(Vo1,N)를 차감한 값인 ΔV는 식 6과 같이 주어질 수 있다. 도 12와 같이 잡음이 DC 성분이 아닌 경우에는 식 6에서

를 만족하지는 않으나, 하나의 적분 사이클에 걸쳐, 제1 연산증폭기(OA1)의 출력전위(Vo1)에 추가 적분된 잡음의 크기(A1)는 제2 연산증폭기(OA2)의 출력전위(Vo2)에 추가 적분된 잡음의 크기(A2)와 거의 상쇄될 수 있음을 알 수 있다(

). 따라서, 클록1 및 클록2의 동작 주파수보다 매우 작은 주파수를 갖는 잡음은 일반적으로 그 영향이 ΔV에 거의 반영되지 않음을 이해할 수 있다.

도 13은 클록1(CLK1)과 클록2(CLK2)의 동작 주파수와 동일한 주파수를 갖는 잡음이 유입되는 경우를 설명하기 위한 것이다. 즉, 하나의 적분 사이클 당 적분회로의 적분 회수 N=14이며, 잡음은 하나의 적분 사이클 당 14 사이클이 반복되는 경우이다.

도 13의 경우에도 전위(Vo2,N)에서 전위(Vo1,N)를 차감한 값인 ΔV는 식 6과 같이 주어질 수 있다. 그런데, 클록2(CLK2) 중 시점 n2,k를 포함하는 구간에서 제2 연산증폭기(OA2)의 출력전위(Vo2)에 추가 적분되는 잡음의 크기 A_2,nk 는, 클록1(CLK1) 중 시점 n1,k를 포함하는 구간에서 제1 연산증폭기(OA1)의 출력전위(Vo1)에 추가 적분되는 잡음의 크기 A_1,nk 과 같은 크기이지만 반대의 부호를 갖는다는 것을 쉽게 이해할 수 있다. 즉, A_2,nk = -A_1,nk 가 성립함을 알 수 있다. 따라서, 도 13의 경우 식 6은 식 8과 같이 변형될 수 있음을 알 수 있다.

[식 8]

즉, 도 13과 같은 잡음이 유입되는 경우에는 잡음이 제거되지 않는다.

다음으로 도 14는 하나의 적분 사이클 당 적분회로의 적분 회수가 N=14이며, 잡음은 하나의 적분 사이클 당 15 사이클이 반복되는 경우를 나타낸 것이다.

도 14의 경우에도 전위(Vo2,N)에서 전위(Vo1,N)를 차감한 값인 ΔV는 식 6과 같이 주어질 수 있다. 도 14와 같은 경우에는 식 6에서 A_2,nk = A_1,nk 를 만족하지는 않으나, 하나의 적분 사이클에 걸쳐, 제1 연산증폭기(OA1)의 출력전위(Vo1)에 추가 적분된 잡음의 크기(A1)는 제2 연산증폭기(OA2)의 출력전위(Vo2)에 추가 적분된 잡음의 크기(A2)와 거의 상쇄될 수 있음을 알 수 있다(

). 일반적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 적분회로를 사용하면, 그리고 하나의 적분 사이클 당 적분하는 회수가 N이라고 하면, 하나의 적분 사이클 당 k(단, k는 N을 제외한 음이 아닌 정수)회 반복되는 정현파 잡음이 일 단자(Yj)를 통해 유입되면 이 잡음은 실질적으로 제거됨을 알 수 있다.

도 15는, 도 6과 같은 구성의 회로영역(P2)에서 입력부를 제1 단자(Yj)로 하고, 출력을 제2 연산증폭기(OA2)의 출력단자의 전위(Vo2)로부터 제1 연산증폭기(OA1)의 출력단자의 전위(Vo1)를 뺀 값으로 정의한 경우의 주파수 응답을 나타낸 것이다. 도 11 내지 도 14가 본 발명의 실시예에 따른 잡음제거 특성을 시간 영역에서 설명한 것이라면, 도 15는는 이러한 특성을 주파수 영역에서 설명한 것이다.

도 15는 하나의 적분 사이클 당 적분 회수 N=10인 경우를 나타낸 것이다. 도 15를 참조하면, 널(null) 크기 응답을 갖는 주파수는, 주파수에 따른 크기 응답곡선의 피크 주파수(50,000Hz) 이전에, DC를 포함하여 10개 존재함을 알 수 있다.

도 15를 참조하여 이해할 수 있듯이, 구동주파수(f)를 충분히 높게 설정하면(도 15의 경우 f=50,000Hz), 도 6에 도시한 회로영역(P2)에서의 잡음 통과대역은 주위 환경에서 자주 발생하는 주요 잡음들의 주파수 대역과 멀리 떨어져 있기 때문에 이러한 잡음들을 제거하는데 유리하다. 보통 주요한 잡음으로서 100V이상의 60Hz 및 그 고조파(harmonics) 성분의 HUM 잡음이 존재한다

위와 같이 식 6에서 을 만족하는 경우라면, 식 9와 같이 식 6으로부터 커패시터(Cij)의 값을 계산해낼 수 있다.

[식 9]

식 9에서 계산한 커패시터(Cij)의 값이 변화된 경우 터치 입력이 이루어졌는지 여부를 판단할 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 도 6의 회로 구성은 반전 적분회로와 비반전 적분회로가 결합된 것임을 설명한다.

도 16은 본 발명의 일 실시예에 사용될 수 있는 반전 적분회로의 일 예를 나타낸 것이다. 도 16의 (a)는 도 6에서 제2 연산증폭기(OA2)가 제거된 것과 동일하다. 도 6에서는 스위치(S2)가 제2 연산증폭기(OA2)의 반전 입력단자에 연결되어 결과적으로 제2 전위(GND)에 연결되었다면, 도 16의 (a)에서는 스위치(S2)가 제2 전위(GND)에 직접 연결되었다는 점에서 도 6은 도 16과 실질적으로 동일한 반전 적분회로를 포함한다는 것을 알 수 있다.

도 16의 (b), (c), (d)는 도 16의 (a)에 따른 반전 적분회로가 도 7 또는 도 11의 클록1(CLK1)과 클록2(CLK2)에 따른 스위치 타이밍을 갖는 경우에 시각 t1+, t2+ 및 t4+, t3+에서의 동작 상태를 각각 나타낸 것이다. 도 16의 (b), (c), (d) 각각을 도 8 내지 도 10과 비교하면 역시 도 6은 도 16과 실질적으로 동일한 반전 적분회로를 포함한다는 것을 확인할 수 있다.

도 16에 따른 회로는 반전 스위치드 커패시터 적분회로(inverting switched capacitor integrator circuit)이라고 부를 수 있다.

도 17는 본 발명의 일 실시예에 사용될 수 있는 비반전 적분회로의 일 예를 나타낸 것이다. 도 17의 (a)는 도 6에서 제1 연산증폭기(OA1)가 제거된 것과 동일하다. 도 6에서는 스위치(S1)가 제1 연산증폭기(OA1)의 반전 입력단자에 연결되어 결과적으로 제2 전위(GND)에 연결되었다면, 도 17에서는 스위치(S1)가 제2 전위(GND)에 직접 연결되었다는 점에서 도 6은 도 17와 실질적으로 동일한 비반전 적분회로를 포함한다는 것을 알 수 있다.

도 17의 (b), (c), (d)는 도 17의 (a)에 따른 비반전 적분회로가 도 7 또는 도 11의 클록1(CLK1)과 클록2(CLK2)에 따른 스위치 타이밍을 갖는 경우에 시각 t1+, t2+ 및 t4+, t3+에서의 동작 상태를 각각 나타낸 것이다. 도 17의 (b), (c), (d) 각각을 도 8 내지 도 10과 비교하면 역시 도 6은 도 17와 실질적으로 동일한 비반전 적분회로를 포함한다는 것을 확인할 수 있다.

도 17에 따른 회로는 비반전 스위치드 커패시터 적분회로(non-inverting switched capacitor integrator circuit)이라고 부를 수 있다.

도 6, 도 16, 및 도 17를 종합하여 보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 적분회로는 비반전 적분회로와 반전 적분회로가 커패시터(Cij) 및 이 커패시터(Cij)를 충방전하기 위한 충방전 회로를 공유하여 결합된 것임을 알 수 있다.

도 6에서 충방전 회로는 회로영역(P1)에 대응되며, 도 16 및 도 17에서 충방전 회로는 각각 회로영역(P3) 및 회로영역(P4)에 대응될 수 있다.

도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 적분회로를 설명한 것이다.

도 18의 (a)는 도 16에 따른 적분회로를 회로영역별로 모듈화 하여 표시한 것이다. 충방전회로1(11-1)은 도 16의 회로영역(P3)에 대응하고, 적분부1(12-1)은 도 16의 제1 연산증폭기(OA1), 제1 피드백 커패시터(Cfb1) 및 제3 스위치(S3)의 결합구조에 대응된다.

도 18의 (b)는 도 17에 따른 적분회로를 회로영역별로 모듈화 하여 표시한 것이다. 충방전회로2(11-2)는 도 17의 회로영역(P4)에 대응하고, 적분부2(12-2)는 도 17의 제2 연산증폭기(OA2), 제2 피드백 커패시터(Cfb2) 및 제3 스위치(S3‘)의 결합구조에 대응된다.

도 18의 (c)는 도 18의 (a) 및 도 18의 (b)를 결합한 것으로서, 충방전회로(11)는 도 6의 회로영역(P1)에 대응하고, 적분부1(12-1)은 도 6의 제1 연산증폭기(OA1), 제1 피드백 커패시터(Cfb1) 및 제3 스위치(S3)의 결합구조에 대응하고, 적분부2(12-2)는 도 6의 제2 연산증폭기(OA2), 제2 피드백 커패시터(Cfb2) 및 제3 스위치(S3‘)의 결합구조에 대응된다.

도 19은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 적분회로를 나타낸 것이다.

도 19은 도 18의 (c)에 따른 회로를 도 6과는 다른 방식으로 구현한 것이다. 그러나, 도 19의 스위치(S1, S1')와 스위치(S2, S2')가 도 8 또는 도 11의 클록1(CLK1) 및 클록2(CLK2)에 의해 구동되는 경우 도 6과 동일한 동작이 수행된다는 것을 쉽게 이해할 수 있다.

도 6 및 도 19에서, 스위치(S2')가 온 상태일 때에는 제1 연산증폭기(OA1)가 커패시터(Cij)로부터 분리되도록 스위치(S1)가 배치된다. 반대로, 스위치(S1')가 온 상태일 때에는 제2 연산증폭기(OA2)가 커패시터(Cij)로부터 분리되도록 스위치(S2)가 배치된다.

도 16 및 도 17에서는 반전 증폭기 및 비반전 증폭기의 일 예를 설명한 것이며, 본 명세서에는 공개하지 않았지만 이와 다른 구성을 갖는 반전 증폭기 및 비반전 증폭기를 결합하여 도 18의 구성을 갖는 적분회로를 만들어 낼 수 있음을 이해할 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 이 명세서에 공개된 특정한 회로에 의해 제한되는 것은 아니다.

도 20은 본 발명의 일 실시예, 예컨대 도 6의 구성을 갖는 회로에 도 11과 같은 클록1(CLK1), 클록2(CLK2)를 인가하고, 제1 단자(Yj)에 잡음을 인가하는 시뮬레이션을 수행한 결과 출력되는 ΔV의 값을 도시한 것이다. 이와 같은 잡음 환경에서, 제1 연산증폭기의 출력단자(o1)의 전위(Vo1,N)는 식 10과 같이 주어지고, 제2 연산증폭기의 출력단자(o2)의 전위(Vo2,N)는 식 11과 같이 주어질 수 있다. 이때, 제1 피드백 커패시터(Cfb1)와 제2 피드백 커패시터(Cfb2)의 값은 동일한 값(Cfb)인 것으로 설정한다.

[식 10]

[식 11]

도 20의 (a)는 제1 연산증폭기의 출력단자(o1)의 전위(Vo1)를 시간에 따라 나타낸 것이고, 도 20의 (b)는 제2 연산증폭기의 출력단자(o2)의 전위(Vo2)를 시간에 따라 나타낸 것이고, 도 20의 (c)는 전위(Vo2)에서 전위(Vo1)를 뺀 값을 나타낸 것이다.

도 20에서, 유입되는 잡음은 하나의 적분 사이클 동안 약 5~6회 반복되는 정현파에 가까운 잡음이며, 이때 하나의 적분 사이클 동안 적분되는 회수 N은 5~6보다 상당히 큰 값을 갖도록 설정되었다. 본 발명에 따른 구조에 의해 도 20의 (c)와 같이 잡음이 제거된 파형을 얻을 수 있다는 것을 확인할 수 있다.

두 개의 적분기가 결합된 본 발명에 따른 회로구조를 사용하지 않고, 하나의 적분기만을 사용한다면 식 10 또는 식 11에 의한 출력 전압만을 얻을 수 있다. 이 경우 예를 들어 식 10의 출력 전압을 얻는 경우에는, 커패시터(Cij)의 값이 식 12와 같이 주어지게 된다.

[식 12]

이때, 커패시터(Cij)의 값은 잡음에 따른 오류값 때문에 정확하게 측정될 수 없다.

본 발명에 따른 회로의 구조는 터치스크린에만 적용할 수 있는 것이 아니라, 이 발명의 사상을 적용할 수 있는 다른 응용분야에도 적용할 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 따라서, 본 발명의 응용분야가 터치스크린 구동회로로 한정되는 것은 아니라는 점을 이해할 수 있다.

본 발명에서 연산증폭기는 차동증폭기의 일 예를 나타낸 것이다. 본 발명의 사상에 어긋나지 않는 한 본 발명의 연산증폭기는 차동증폭기로 대체될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 커패시턴스 측정회로는 스위치, 피드백 커패시터(적분 커패시터) 및 연산증폭기로 이루어진 스위치드 커패시터(switched capacitor)를 이용한 것이므로, 기본적으로 FIR(Finite Impulse Response) 필터의 특성을 가지고 있다.

본 명세서에 첨부된 도면 중 도 6, 도 8, 도 9, 도 10, 도 16, 도 17, 도 19에서, 각 연산 증폭기의 비반전 단자는 스위치(S2')를 통해 동작 신호선(Xi)에 연결되는 접지전압(GND)과 동일한 전위에 연결된 것으로 되어 있으나, 이와 달리 각 연산 증폭기의 비반전 단자가 접지전압(GND)과 상이한 다른 전압에 연결되더라도 본 발명에 따른 효과를 얻을 수 있음을 이해할 수 있다.

이상 본 발명이 양호한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.

그러므로 개시된 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 진정한 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 터치스크린패널 10, 10-1, 10-2: 적분회로
11, 11-1, 11-2: 충방전회로 12, 12-1, 12-2: 적분부
100: 감지패턴 101: 동작패턴
102: 유전체 103: 보호 윈도우
112: 노드 커패시터 200: 커패시턴스 측정회로
300: 터치판별부

Claims

제1 연산증폭기; 제2 연산증폭기; 및 커패시터를 포함하며,
상기 제1 연산증폭기 및 상기 제2 연산증폭기의 반전 입력단자는 각각 제1 스위치 및 제2 스위치를 통해 상기 커패시터의 제1 단자에 연결되도록 되어 있으며,
상기 커패시터의 제2 단자는 제3 스위치 및 제4 스위치를 통해 각각 제1 전위 및 제2 전위에 연결되도록 되어 있고,
상기 제1 연산증폭기의 반전 입력단자와 출력단자는 제1 피드백 커패시터를 통해 서로 연결되도록 되어 있고, 상기 제2 연산증폭기의 반전 입력단자와 출력단자는 제2 피드백 커패시터를 통해 서로 연결되도록 되어 있으며,
상기 제1 연산증폭기 및 상기 제2 연산증폭기의 비반전 입력단자는 각각 제3 전위에 연결되도록 되어 있는,
적분회로(integrator circuit).
제1항에 있어서,
상기 제1 스위치 및 상기 제3 스위치는 제1 클록에 의해 구동되도록 되어 있고, 상기 제2 스위치 및 상기 제4 스위치는 제2 클록에 의해 구동되도록 되어 있는, 적분회로.
제2항에 있어서,
상기 제1 클록과 상기 제2 클록의 온(on) 구간은 시간 축 상에서 서로 교차하여 나타나는, 적분회로.
제1항에 있어서, 상기 커패시터는 커패시티브 방식의 터치스크린에 형성된 감지패턴과 동작패턴에 의해 형성된 것인, 적분회로.
제4항에 있어서, 상기 커패시터의 양 단자 중 상기 제1 연산증폭기 및 제2 연산증폭기 쪽에 연결되는 일 단자는 상기 감지패턴에 대응되는, 적분회로.
제5항에 있어서, 상기 감지패턴은 상기 동작패턴보다 상기 터치스크린의 외부에 배치되는, 적분회로.
제1항에 있어서, 상기 커패시터의 양 단자 중 상기 제1 연산증폭기 및 상기 제2 연산증폭기 쪽에 연결되는 일 단자에는 유선 또는 무선으로 유입되는 잡음원(noise source)이 연결되는, 적분회로.
동작패턴과 감지패턴이 형성된 커패시티브 방식의 터치스크린의 입력을 감지하도록 되어 있는 회로로서,
제1 연산증폭기; 및
제2 연산증폭기
를 포함하고,
상기 감지패턴은 제1 스위치 및 제2 스위치를 통해 각각 상기 제1 연산증폭기의 반전 입력단자 및 상기 제2 연산증폭기의 반전 입력단자에 연결되도록 되어 있고,
상기 동작패턴은 제3 스위치 및 제4 스위치를 통해 각각 제1 전위 및 제2 전위에 연결되도록 되어 있고,
상기 제1 연산증폭기의 반전 입력단자와 출력단자는 제1 피드백 커패시터를 통해 서로 연결되도록 되어 있고, 상기 제2 연산증폭기의 반전 입력단자와 출력단자는 제2 피드백 커패시터를 통해 서로 연결되도록 되어 있으며,
상기 제1 연산증폭기 및 상기 제2 연산증폭기의 비반전 입력단자는 각각 제3 전위에 연결되도록 되어 있는,
커패시티브 방식의 터치스크린의 입력 감지회로.
제8항에 있어서,
상기 제1 스위치 및 상기 제3 스위치는 제1 클록에 의해 구동되고, 상기 제2 스위치 및 상기 제4 스위치는 제2 클록에 의해 구동되도록 되어 있고, 상기 제3 전위는 상기 제2 전위와 동일한, 커패시티브 방식의 터치스크린의 입력 감지회로.
하나의 단위 적분구간 동안 출력값이 감소하는 반전 스위치드 커패시터 적분회로(inverting switched capacitor integrator circuit); 및
상기 반전 스위치드 커패시터 적분회로에 연결되어 있으며, 하나의 단위 적분구간 동안 출력값이 증가하는 비반전 스위치드 커패시터 적분회로(non-inverting switched capacitor integrator)
를 포함하며,
상기 반전 스위치드 커패시터 적분회로의 샘플링 커패시터(sampling capacitor)와 상기 비반전 스위치드 커패시터 적분회로의 샘플링 커패시터는 동일한 커패시터인,
스위치드 커패시터 적분회로.
제10항에 있어서, 상기 반전 스위치드 커패시터 적분회로는 상기 샘플링 커패시터에 충전된 전압을 적분하여 음의 전압을 출력하도록 되어 있고, 상기 비반전 스위치드 커패시터 적분회로는 상기 샘플링 커패시터에 충전된 전압을 적분하여 양의 값을 출력하도록 되어 있는, 스위치드 커패시터 적분회로.
제10항에 있어서, 상기 반전 스위치드 커패시터 적분회로의 적분 시구간의 적어도 일부는 상기 비반전 스위치드 커패시터 적분회로의 적분 시구간과 겹치지 않는, 스위치드 커패시터 적분회로.
제10항에 있어서, 상기 샘플링 커패시터는 커패시티브 방식의 터치스크린에 형성된 감지패턴과 동작패턴에 의해 형성된 것인, 스위치드 커패시터 적분회로.
제10항에 있어서,
상기 샘플링 커패시터의 두 개의 단자 중 상기 반전 스위치드 커패시터 적분기의 증폭기 및 상기 비반전 스위치드 커패시터 적분기의 증폭기 쪽 단자에는 유선 또는 무선으로 유입되는 잡음원(noise source)이 연결되는, 스위치드 커패시터 적분회로.
커패시터;
상기 커패시터를 충전 및 방전시키도록 상기 커패시터에 연결된 충방전 회로;
상기 충방전 회로에 연결되어 있으며, 하나의 단위 적분구간 동안 출력값이 감소하는 반전 적분회로; 및
상기 충방전 회로에 연결되어 있으며, 하나의 단위 적분구간 동안 출력값이 증가하는 비반전 적분회로;
를 포함하는,
적분회로.
제15항에 있어서, 상기 반전 적분회로는 상기 커패시터에 충전된 전압을 적분하여 음의 전압을 출력하도록 되어 있고, 상기 비반전 적분회로는 상기 커패시터에 충전된 전압을 적분하여 양의 값을 출력하도록 되어 있는, 적분회로.
제15항에 있어서, 상기 커패시터는 커패시티브 방식의 터치스크린에 형성된 감지패턴과 동작패턴에 의해 형성된 것인, 적분회로.
제15항에 있어서, 상기 커패시터의 양 단자 중 상기 반전 적분회로 및 비반전 적분회로 쪽에 연결된 일 단자에는 유선 또는 무선으로 유입되는 잡음원(noise source)이 연결되는, 적분회로.
제15항에 있어서, 상기 반전 적분회로의 적분 시구간의 적어도 일부는 상기 비반전 적분회로의 적분 시구간과 겹치지 않는, 적분회로.
제1 연산증폭기; 제2 연산증폭기; 및 커패시터를 포함하며,
상기 제1 연산증폭기 및 상기 제2 연산증폭기의 반전 입력단자는 상기 커패시터의 제1 단자에 연결되도록 되어 있으며,
상기 제1 연산증폭기의 반전 입력단자와 출력단자는 직렬 연결된 제1 스위치와 제1 피드백 커패시터를 통해 서로 연결되도록 되어 있고, 상기 제2 연산증폭기의 반전 입력단자와 출력단자는 직렬 연결된 제2 스위치와 제2 피드백 커패시터를 통해 서로 연결되도록 되어 있고,
상기 커패시터의 제2 단자는 제3 스위치 및 제4 스위치를 통해 각각 제1 전위 및 제2 전위에 연결되도록 되어 있으며,
상기 제1 연산증폭기 및 상기 제2 연산증폭기의 비반전 입력단자는 각각 제3 전위에 연결되도록 되어 있는,
적분회로(integrator circuit).
제1항 또는 제20항에 있어서, 제3 전위는 제2 전위와 동일한, 적분회로.