KR101295110B1

KR101295110B1 - 터치센서의 정전용량 측정회로 및 이를 갖는 정전용량식 터치패널

Info

Publication number: KR101295110B1
Application number: KR1020120022918A
Authority: KR
Inventors: 한상현
Original assignee: 주식회사 리딩유아이
Priority date: 2012-03-06
Filing date: 2012-03-06
Publication date: 2013-08-09

Abstract

터치센서의 정전용량 측정회로는 기준전압발생부, 전압비교부, 제어부, 먹스부, 충방전회로부 및 타이머부를 포함한다. 기준전압발생부는 제1 기준전압과 제2 기준전압을 생성한다. 전압비교부는 외부로부터 제공되는 제1 제어신호에 응답하여, 제1 기준전압과 터치센서에 의한 감지전압을 비교한 제1 비교신호와 제2 기준전압과 감지전압을 비교한 제2 비교신호를 출력한다. 제어부는 외부로부터 제공되는 제2 제어신호에 응답하여, 제1 및 제2 비교신호들을 근거로 하나의 충방전 제어신호를 출력한다. 먹스부는 외부로부터 제공되는 제3 제어신호에 응답하여, 복수의 터치센서를 통해 입력되는 감지전압 중 입력되는 하나의 감지전압을 선택한다. 충방전회로부는 충방전 제어신호에 응답하여, 먹스부에 의해 선택된 터치센서를 제1 기준전압에서 제2 기준전압까지 충전하거나, 제2 기준전압에서 제1 기준전압으로 방전시킨다. 타이머부는 외부로부터 제공되는 제4 제어신호 및 제3 제어신호에 응답하여, 충방전회로부에 의해 이루어지는 충전 및 방전시간과 전체 충전과 방전에 소요되는 시간을 각각 측정한다.

Description

터치센서의 정전용량 측정회로 및 이를 갖는 정전용량식 터치패널{CAPACITANCE MEASURING CIRCUIT OF A TOUCH SENSOR AND CAPACITANCE TYPE TOUCH PANEL}

본 발명은 터치센서의 정전용량 측정회로 및 이를 갖는 정전용량식 터치패널에 관한 것으로, 보다 상세히는 정전용량 감지 특성을 향상시키기 위한 터치센서의 정전용량 측정회로 및 이를 갖는 정전용량식 터치패널에 관한 것이다.

터치센서의 정전용량은 상기 터치센서와 연결된 전기적 소자인 캐패시터(capacitor) 또는 그와 등가를 이루는 물질 또는 인체의 접촉에 의해서 결정된다. 이때 인체의 경우 손가락 또는 신체의 특정 부위를 터치센서에 직접 접촉할 경우뿐만 아니라, 터치센서에 직접 접촉은 하지 않더라도 패드와 불특정 거리로 근접하는 것만으로도 터치센서와 인체 사이에는 미세한 정전용량(capacitance) 성분이 형성됨을 알 수 있다.

또한, 근접된 신체부위와 터치센서와의 거리의 변화에 따라 정전용량이 변화되게 되며, 이는 터치센서와 신체와의 거리가 가까울수록 정전용량이 증가되며, 멀어질수록 정전용량이 감소되는 결과로 측정된다.

이렇듯 터치센서와 신체부위와의 거리 변화에 따라 발생하는 정전용량의 변화량을 측정하여 터치센서와 인체와의 거리를 일정 수준으로 판단할 수 있으며, 이러한 판단의 결과를 이용하여 특정 임계 정전용량의 값을 설정한 후에 터치센서로부터 측정된 정전용량 성분이 임계값 보다 크면 스위치가 접촉된 것으로 판단하고 그렇지 않은 경우는 스위치가 비접촉된 것으로 판단한다.

임계값은 터치센서의 파워 온 시점에서 접촉이 되지 않았을 시의 초기 측정된 값과, 주변 환경에 의해서 변화되는 값을 실험적으로 산출한 후에 그 값을 초기 측정값에 가감하여 결정하는 것이 일반적인 방식이다.

이러한 방식을 통해 반도체로 구현한 제품이 터치센서 IC이다. 현재 터치센서 IC는 기존에 각종 전자제품에 사용되던 기계적 스위치를 대신하여 이미 수많은 전자제품(휴대폰, TV, 세탁기, 에어컨, 전자레인지 등)에 적용되어 사용되고 있다.

그러나 이러한 터치센서 IC에서는 터치센서와 인체 사이에 형성된 정전용량이 불과 수 pF 내지 수십 pF정도에 불과함으로 인해서 이를 계산하기 위해 전기적 스위치가 이용되었다.

도 1은 종래기술에 따른 터치센서의 정전용량 측정회로를 설명하기 위한 구성도이다. 도 2는 도 1에 도시된 터치센서의 정전용량 측정회로의 동작을 설명하기 위한 파형도들이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 전기적 스위치(SW)를 이용하여 터치센서를 완전히 접지(GND)로 방전시킨 후에 전원전압(VDD)에 연결된 정전류원으로부터 터치센서와 인체에 의해서 생성된 정전용량의 캐패시터(Cpad)성분을 기준전압(Vref)까지 충전되는 데에 소요되는 시간을 고속의 클럭(count clock)을 이용한 타이머로 측정하여 타이머의 값에 의해 정전용량의 값을 측정하였다. 이때 비교기(COM; Comparator)는 기준전압과(Vref)와 터치센서에 형성된 정전용량 성분(Cpad)의 충전에 의해서 변화되는 터치센서의 전압(Vpad)을 비교하는 기능을 수행하며, 그 결과인 출력신호(OUT)가 하이인 구간에서는 터치센서를 방전하는데 사용되는 스위치를 제어하는 신호로 사용되며, 로우인 구간에서는 고속 클럭이 tchar 구간 동안의 시간을 측정하는 타이머의 제어 신호로 사용된다.

이러한 종래의 기술은 정전용량의 측정을 위해 사용되는 고속 클럭의 한계에 의해서 방전시에는 tdis의 구간처럼 상대적으로 매우 짧은 시간에 방전을 완료하며, 충전시에는 충분한 타이머의 값을 얻기 위해서 매우 작은 전류를 공급하는 전류원(current source)을 사용한다. 이때 일반적으로 전류원으로부터 공급되는 전류의 값은 수백 pA 내지 수 uA 정도의 미세 전류를 사용한다. 도 2에 나타난 바와 같이 충전 전압 특성이 tchar구간에서 선형적으로 증가하는 형태로 나타나는 이유는 정 전류원인 커런트 소스(current source)를 사용하여 충전하기 때문이다.

이러한 경우 일반적으로 사람의 손가락과 터치센서 사이에서 얻어지는 정전용량이 수 pF에서 수십 pF정도에 불과 함으로 충전을 하는 전류의 값을 줄일수록 더 많은 충전 시간이 소요되어 보다 많은 타이머의 값을 측정할 수 있어 유리하나, 반면에 충전하는 데에 사용되는 전류가 너무 작으면 외부의 노이즈 신호에 대한 영향과 터치센서 반도체 내부의 기생전류에 의한 영향이 증가하여 충전에 소요되는 시간의 변화량이 노이즈 성분에 의해서 증가 또는 감소되는 경향으로 나타나기 때문에 효율적으로 정전용량을 충전하는데 소요되는 시간을 측정하는데 많은 문제점들이 발생하게 된다.

도 3은 다른 종래기술에 따른 터치센서의 정전용량 측정회로를 설명하기 위한 구성도이다. 도 4는 도 3에 도시된 터치센서의 정전용량 측정회로의 동작을 설명하기 위한 파형도들이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 전기적 스위치(SW)를 이용하여 터치센서를 완전히 전원전압(VDD)으로 충전시킨 후에 접지(GND)에 연결된 저항을 통해 터치센서와 인체에 의해서 생성된 정전용량의 캐패시터 성분(Cpad)을 기준전압(Vref)까지 방전되는 데에 소요되는 시간을 고속의 클럭(count clock)을 이용한 타이머로 측정하여 타이머의 값에 의해 정전용량의 값을 측정하였다.

터치센서의 캐패시턴스 성분을 충전하거나 방전하는 데에 사용되는 신호인 충방전 제어신호(ctl)는 전기적 스위치를 온/오프하는 제어 신호이다. 충방전 제어신호(ctl)가 하이일 경우에는 스위치가 온되어 상대적으로 빠른 시간 내에 터치센서의 캐패시턴스 성분을 급속도로 충전하며, 스위치가 OFF된 구간에서는 저항 R에 의해서 터치센서의 캐패시터에 충전된 전하량을 접지로 방전하게 된다.

이때 비교기(COM)는 기준전압(Vref)과 터치센서의 방전에 의해서 변화되는 전압(Vpad)을 비교하는 기능을 수행하며, 그 결과인 출력신호(OUT)와 충방전 제어신호(ctl)의 역상신호인 반전 충방전 제어신호(ctlb)와의 논리곱(AND)이 되어 출력되는 cnten신호가 하이 구간의 시간을 타이머로 측정하여 정전용량의 값을 측정한다.

이와 같은 종래기술 또한 정전용량의 측정을 위해 사용되는 고속 클럭의 한계에 의해서 급속 충전시에는 tcharg의 구간처럼 상대적으로 매우 짧은 시간에 충전을 완료하며, 방전시에는 충분한 타이머의 값을 얻기 위해 R값을 MEGA OHM이상의 상당히 큰 저항을 연결하여 사용한다. 이때 일반적으로 Cpad에 충전된 전하가 저항 R을 통해 방전되는 경우 방전 전류는 수백 pA 내지 수 uA 정도의 미세 전류를 사용한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 방전 전압 특성이 tdis1, tdis2구간에서 지수함수의 형태로 감소하는 이유는 방전 경로가 저항 R을 통해서 이루어지기 때문에, 일반적인 전기 회로인 R-C회로 방전 특성의 기울기를 지니기 때문이다.

하지만, 위와 같은 종래기술 역시 일반적으로 사람의 손가락과 터치센서 사이에서 얻어지는 정전용량이 수 pF 내지 수십 pF정도에 불과 함으로 방전을 하는 전류의 값을 줄일수록 더 많은 충전 시간이 소요되어 보다 많은 타이머의 값을 측정할 수 있어 유리하다. 하지만, 충전시 사용되는 전류가 너무 작으면 외부의 노이즈 신호에 대한 영향과 터치센서 반도체 내부의 기생전류에 의한 영향이 증가하여 충전에 소요되는 시간의 변화량이 노이즈 성분에 의해서 증가 또는 감소되는 경향으로 나타난다. 따라서, 효율적으로 정전용량을 충전하는데 소요되는 시간을 측정하는데 많은 문제점들이 발생하게 된다.

위와 같은 종래기술을 반도체 IC로 구현하였을 경우 각각 원하는 정전용량의 측정을 위해 사용하는 충전 또는 방전에 사용되는 전류가 이미 설명된 바와 같이 수백 pA 내지 수 uA 수준에 불과하기 때문에 반도체의 특성상 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)상에 구현된 반도체 소자들에 기생하는 기생 저항에 의한 누설전류(leakage current), 온도, 외부 습기, 및 전자기파(전파)성분 등의 동작 환경에 대한 교란성분의 영향에 대한 신호 대 노이즈의 비율을 높일 수가 없음으로 인해 그간 많은 어려움이 있어왔다.

또한 도 2와 도 4에서와 같이 안정된 정전용량의 타이머 값을 얻기 위해 하나의 터치센서의 정전용량의 성분을 방전 또는 충전을 마친 경우에도 tdis[도 2], tcharg[도 4]와 같이 외부 환경에 대한 변화량의 영향을 줄이기 위해 일정 시간 대기한 후에 원하는 소정의 타이머의 값을 얻기 위해 미세 전류를 이용한 충전 또는 방전을 수행하여야만 하였다.

또한 이러한 충전 및 방전의 타이머의 값이 충분히 얻어지지 않는 경우에 대비해서 복수의 tcycle을 반복하여 수행한 후에 측정된 타이머의 값들을 통해 터치센서의 용량을 계산하기 때문에 각각의 터치센서에 대해서 소비되는 시간이 많이 들어 많은 수의 패드들을 갖고 각각의 패드의 정전용량을 순차적으로 측정하는 방식의 터치센서가 필요한 경우 사용자가 원하는 각각의 핀들에 대한 응답 특성을 얻을 수가 없어 이러한 경우는 여러 개의 터치센서 IC들을 사용해야 하는 단점이 있었다.

이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 터치센서의 충방전 동작시 외부 노이즈 유입을 차단하여 정전용량 감지 특성을 향상시켜 보다 안정적으로 정전용량을 측정할 수 있는 터치센서의 정전용량 측정회로를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기한 정전용량 측정회로를 갖는 정전용량식 터치패널을 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 터치센서의 정전용량 측정회로는 기준전압발생부, 전압비교부, 제어부, 먹스부, 충방전회로부 및 타이머부를 포함한다. 상기 기준전압발생부는 제1 기준전압과 제2 기준전압을 생성한다. 상기 전압비교부는 외부로부터 제공되는 제1 제어신호에 응답하여, 상기 제1 기준전압과 터치센서에 의한 감지전압을 비교한 제1 비교신호와 상기 제2 기준전압과 상기 감지전압을 비교한 제2 비교신호를 출력한다. 상기 제어부는 외부로부터 제공되는 제2 제어신호에 응답하여, 상기 제1 및 제2 비교신호들을 근거로 하나의 충방전 제어신호를 출력한다. 상기 먹스부는 외부로부터 제공되는 제3 제어신호에 응답하여, 복수의 터치센서를 통해 입력되는 감지전압 중 입력되는 하나의 감지전압을 선택한다. 상기 충방전회로부는 상기 충방전 제어신호에 응답하여, 상기 먹스부에 의해 선택된 터치센서를 상기 제1 기준전압에서 상기 제2 기준전압까지 충전하거나, 상기 제2 기준전압에서 상기 제1 기준전압으로 방전시킨다. 상기 타이머부는 외부로부터 제공되는 제4 제어신호 및 상기 제3 제어신호에 응답하여, 상기 충방전회로부에 의해 이루어지는 충전 및 방전시간과 전체 충전과 방전에 소요되는 시간을 각각 측정하고, 상기 측정에 따른 출력신호를 출력한다.

상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 정전용량식 터치패널은, 터치센서들과, 상기 터치센서들 각각의 양단에 연결되어 상기 터치센서의 정전용량 변화를 감지하여 터치위치를 감지하는 정전용량 측정회로를 포함한다. 상기 정전용량 측정회로는 기준전압발생부, 전압비교부, 제어부, 먹스부, 충방전회로부 및 타이머부를 포함한다. 상기 기준전압발생부는 제1 기준전압과 제2 기준전압을 생성한다. 상기 전압비교부는 외부로부터 제공되는 제1 제어신호에 응답하여, 상기 제1 기준전압과 상기 터치센서에 의한 감지전압을 비교한 제1 비교신호와 상기 제2 기준전압과 상기 감지전압을 비교한 제2 비교신호를 출력한다. 상기 제어부는 외부로부터 제공되는 제2 제어신호에 응답하여, 상기 제1 및 제2 비교신호들을 근거로 하나의 충방전 제어신호를 출력한다. 상기 먹스부는 외부로부터 제공되는 제3 제어신호에 응답하여, 복수의 터치센서를 통해 입력되는 감지전압 중 입력되는 하나의 감지전압을 선택한다. 상기 충방전회로부는 상기 충방전 제어신호에 응답하여, 상기 먹스부에 의해 선택된 터치센서를 상기 제1 기준전압에서 상기 제2 기준전압까지 충전하거나, 상기 제2 기준전압에서 상기 제1 기준전압으로 방전시킨다. 상기 타이머부는 외부로부터 제공되는 제4 제어신호 및 상기 제3 제어신호에 응답하여, 상기 충방전회로부에 의해 이루어지는 충전 및 방전시간과 전체 충전과 방전에 소요되는 시간을 각각 측정하고, 상기 측정에 따른 출력신호를 출력한다.

이러한 터치센서의 정전용량 측정회로 및 이를 갖는 정전용량식 터치패널에 의하면, 충전과 방전에 모두 소정의 정전류를 인가하여 시간 측정을 수행하되, 하나의 충방전 제어신호에 따라 터치센서의 충방전 동작이 이루어지므로 어떠한 순간에도 전류가 0인 구간이 발생되지 않는다. 따라서, 외부 노이즈의 유입이 차단되어 정전용량 감지 특성을 향상시킬 수 있고, 보다 안정적으로 정전용량을 측정할 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 터치센서의 정전용량 측정회로를 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 터치센서의 정전용량 측정회로의 동작을 설명하기 위한 파형도들이다.
도 3은 다른 종래기술에 따른 터치센서의 정전용량 측정회로를 설명하기 위한 구성도이다.
도 4는 도 3에 도시된 터치센서의 정전용량 측정회로의 동작을 설명하기 위한 파형도들이다.
도 5는 본 발명에 따른 터치센서의 정전용량 측정회로를 갖는 터치 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 6은 도 5에 도시된 정전용량식 터치패널을 통한 정전용량 감지 원리를 개략적으로 설명하기 위한 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 터치센서의 정전용량 측정회로를 설명하기 위한 블럭도이다.
도 8은 도 7에 도시된 제어신호들을 설명하기 위한 파형도들이다.
도 9는 도 7에 도시된 충방전회로부를 설명하기 위한 회로도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치센서의 정전용량 측정회로를 설명하기 위한 블럭도이다.
도 11은 도 10에 도시된 충방전회로부의 일례를 설명하기 위한 회로도이다.
도 12는 도 10에 도시된 충방전회로부의 다른 예를 설명하기 위한 회로도이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 5는 본 발명에 따른 터치 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 터치 시스템은 타이밍 컨트롤러(100), 표시패널(200), 터치패널(300) 및 정전용량 측정회로(400)를 포함한다. 상기 정전용량 측정회로(400)는 상기 터치패널(300)에 실장될 수 있다. 상기 정전용량 측정회로(400)가 상기 터치패널(400)에 실장되면, 상기 터치패널(400)은 정전용량식 터치패널(300)로 정의될 수 있다.

상기 타이밍 컨트롤러(100)는 복수의 제어신호들(CS1, CS2, CS3, CS4)을 상기 정전용량 측정회로(300)에 제공하고, 상기 정전용량 측정회로(300)로부터 제공되는 측정결과에 대응하는 측정신호(MS)를 제공받아 터치좌표를 연산한다.

상기 표시패널(200)은 상기 타이밍 컨트롤러(100)로부터 제공되는 영상신호(IS)와 상기 영상신호(IS)의 표시를 위해 영상제어신호(ICS)를 제공받아 영상을 표시한다. 상기 표시패널(200)은 상기 터치패널(400) 아래에 배치될 수 있다.

상기 터치패널(300)은 상기 표시패널(200) 위에 배치될 수 있다. 상기 터치패널(300)에는 복수의 터치센서들이 형성된다. 상기 터치센서들은 수평방향과 평행하게 형성될 수도 있고, 수직방향과 평행하게 형성될 수도 있다. 상기 터치센서들은 특정한 면적을 갖는 PCB 동판, 전기 전도성을 갖는 ITO 재질, 실버 인쇄 전극, 카본 전극 등으로 구현될 수 있다.

상기 정전용량 측정회로(400)는 상기 터치패널(300)에 형성된 복수의 터치센서들에 연결되어 터치센서들 각각에 정전류를 인가하고, 상기 터치센서와 인체에 의해서 생성된 정전용량의 캐패시턴스가 기준전압까지 방전되는데 소요되는 시간을 측정하여 해당 터치센서의 정전용량을 측정한 후, 상기 타이밍 컨트롤러(100)에 제공한다.

도 6은 도 5에 도시된 정전용량식 터치패널을 통한 정전용량 감지 원리를 개략적으로 설명하기 위한 개념도이다.

도 6을 참조하면, 정전용량식 터치패널에는 복수의 터치센서들이 배치된다. 상기 터치센서는 단위 면적당 일정한 저항을 갖는 ITO(Indium Thin Oxide)나 CNT(Carbon Nano Tube) 등의 도전성 매질을 특정한 형태의 패턴으로 성형하여 제작된다. 본 실시예에서, 터치센서는 단일층으로 구성된다.

상기 터치센서는 왼쪽으로부터 오른쪽으로 일정한 저항성분(r)을 갖게 되며, 해당 저항성분과 공기 중 또는 가상의 접지로 매우 작은 값이지만 기생 정전용량(c)을 갖고 있다.

이 상태에서 f 위치에 인체에 대한 터치가 발생하였다는 가정하에 좌측에서 우측(즉, 제1 감지방향)으로 감지신호를 인가할 경우, 신호는 5*(r//c)+Cf의 지연 효과가 발생하며, 우측에서 좌측(즉, 제2 감지방향)으로 감지신호를 인가할 경우 신호는 3*(r//c)+Cf의 지연 효과가 발생된다.

이러한 지연 시간의 차이를 이용하여 터치가 발생한 지점의 터치센서상의 물리적인 위치를 계산할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 터치센서의 정전용량 측정회로(400)를 설명하기 위한 블럭도이다. 도 8은 도 7에 도시된 정전용량 측정회로의 동작을 설명하기 위한 파형도들이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 터치센서의 정전용량 측정회로(400)는 기준전압발생부(410), 전압비교부(420), 제어부(430), 타이머부(440), 충방전회로부(450) 및 먹스부(460)를 포함하고, 복수의 터치센서들에 연결되어 터치센서들 각각에 정전류를 인가하고, 터치센서와 인체에 의해서 생성된 정전용량의 캐패시턴스를 기준전압까지 방전되는데 소요되는 시간을 측정하여 해당 터치센서의 정전용량을 측정한다.

구체적으로, 상기 충방전회로부(450)는 일정주기의 충방전을 N회 계속적으로 수행하되, 먹스부(460)에 연결된 터치센서로부터 정전용량이 입력되면 상기 일정주기에 시간차가 발생되어 N회 주기 동안의 누적된 시간차를 상기 타이머부(440)가 측정함으로써 정전용량 입력여부를 결정하며, 상기 충방전 횟수가 증가할수록 상기 터치센서를 통해 정전용량이 측정되면 충방전에 소요되는 시간은 비례적으로 증가한다.

상기 기준전압발생부(410)는 직렬 연결된 제1 저항(R1), 제2 저항(R2) 및 제3 저항(R3)을 포함하고, 제1 기준전압(refh)과 제2 기준전압(refl)을 생성하여 전압비교부(20)에 제공한다. 본 실시예에서, 제1 내지 제3 저항들(R1, R2, R3)은 가변 저항이다. 상기한 가변 저항의 저항값은 프로그램으로 변경될 수 있다. 따라서, 상기 제1 기준전압(refh) 및 상기 제2 기준전압(refl) 역시 가변 전압이다.

이처럼, 정전용량 측정회로에 인가되는 전원의 노이즈가 많거나 외부에서 유입되는 노이즈가 많을 경우, 각각 제1 기준전압(vrefh)과 제2 기준전압(vrefl)을 프로그램으로 변경하여 노이즈에 영향을 받지 않는 기준전압을 설정할 수 있다.

특히, 정전용량을 감지하기 위해 형성된 터치센서의 면적이 넓을수록 외부 환경에 의한 영향으로 노이즈가 많이 유입되어 정전용량 감지특성이 저하된다. 하지만, 제1 기준전압(vrefh)과 제2 기준전압(vrefl)간의 차이를 작게 제어하면, 보다 노이즈 특성을 줄일 수 있다.

다만, 제1 기준전압(vrefh)과 제2 기준전압(vrefl)의 전압의 차이를 작게 설정한 경우, 동일한 시간 동안의 정전용량 측정 결과가 SNR(신호 대 잡음비)는 좋아지지만, 일정 부분 정전용량 감지신호의 감소도 발생하게 됨으로 응용에 따라 적절한 제1 기준전압(vrefh)과 제2 기준전압(vrefl)의 전압값을 선택하게 된다.

상기 전압비교부(420)는 외부로부터 제공되는 제1 제어신호에 응답하여 상기 기준전압발생부(410)에서 생성된 전압들과 상기 터치센서로부터 입력되는 감지전압을 비교한다. 예를들어, 상기 전압비교부(420)는 제1 전압비교기(COM1) 및 제2 전압비교기(COM2)를 포함한다. 본 실시예에서, 상기 제1 제어신호는 제1 및 제2 전압비교기들(COM1, COM2)을 인에이블 또는 디스에이블한다. 즉, H 레벨을 갖는 제1 제어신호는 상기 제1 및 제2 전압비교기들(COM1, COM2)을 인에이블하고, L 레벨을 갖는 제1 제어신호는 상기 제1 및 제2 전압비교기들(COM1, COM2)을 디스에이블한다.

상기 제1 전압비교기(COM1)는 H 레벨을 갖는 제1 제어신호에 응답하여 상기 기준전압발생부(10)에서 생성된 제1 기준전압(refh)과 상기 터치센서로부터 입력되는 감지전압을 비교하여 제1 비교신호(O_up)를 출력한다. 제1 비교신호(O_up)는 상기 제1 전압비교기(COM1)에서 비교한 신호의 전압이 제1 기준전압(refh)의 전압과 같거나 높을 때 소정의 H 레벨의 출력을 발생하며, 그렇지 않은 경우는 L 레벨의 출력을 발생시킨다. H 레벨의 제1 비교신호(O_up)가 출력되면, 상기 제어부(430)에서 출력되는 충방전 제어신호(ctl)가 제어되어 정상 동작 기간(제2 제어신호가 H인 구간) 중에는 회로내에 존재하는 소정의 지연시간 내에 즉시 H 레벨에서 L 레벨로 변화된다.

상기 제2 전압비교기(COM2)는 H 레벨을 갖는 제1 제어신호에 응답하여 상기 기준전압발생부(10)에서 생성된 제2 기준전압(refl)과 상기 터치센서로부터 입력되는 감지전압을 비교하여, 제2 비교신호(O_dn)를 출력한다. 제2 비교신호(O_dn)는 상기 제2 전압비교기(COM2)에서 비교한 신호의 전압이 제2 기준전압(refl)의 전압과 같거나 낮을 때 H 레벨의 출력을 발생하며, 그렇지 않은 경우는 L 레벨의 출력을 발생시킨다. H 레벨의 제2 비교신호(O_dn)가 출력되면, 상기 제어부(430)에서 출력되는 충방전 제어신호(ctl)가 제어되어 정상 동작 기간(제2 제어신호가 H인 구간) 중에는 회로내에 존재하는 소정의 지연 시간 내에 즉시 L 레벨에서 H 레벨로 변화된다.

본 실시예에서, 상기 제1 및 제2 전압비교기들(COM1, COM2) 각각은 히스테리시스를 갖는 전압비교기를 포함할 수 있다. 히스테리시스를 갖는 전압비교기들은 쉬미트 트리거(Schmitt trigger)를 갖는 비교기라고도 불린다.

이처럼, 히스테리시스를 갖는 전압비교기들이 사용되므로써, 정전용량 측정회로에 인가되는 전원전압의 노이즈나 그라운드 레벨의 전압에 대한 노이즈가 인가될 경우 너무 민감하게 비교기가 동작하게 하는 것을 방지하여 공급 전원에 의한 노이즈로부터 신호 대 잡음비(SNR)를 향상시킬 수 있다.

상기 제어부(430)는 상기 전압비교부(420)의 상기 제1 전압비교기(COM1) 및 상기 제2 전압비교기(COM2) 각각의 출력신호인 제1 비교신호(O_up) 및 제2 비교신호(O_dn)와 외부로부터 제공되는 제2 제어신호를 입력받아, 상기 충방전회로부(450)의 동작과 상기 타이머부(440)의 동작을 제어한다. 예를들어, 상기 제어부(430)는 상기 충방전회로부(450)의 동작을 제어하기 위해 충방전 제어신호(ctl)를 상기 충방전회로부(450)에 제공한다. 제2 제어신호가 L 레벨에서 H 레벨로 천이되면, 상기 충방전 제어신호(ctl)는 L 레벨에서 H 레벨로 천이되고, 제1 비교신호가 L 레벨에서 H 레벨로 천이되면, 상기 충방전 제어신호(ctl)는 H 레벨에서 L 레벨로 천이된다. 또한, 제2 비교신호가 L 레벨에서 H 레벨로 천이되면, 상기 충방전 제어신호는 L 레벨에서 H 레벨로 천이되고, 제1 비교신호가 L 레벨에서 H 레벨로 천이되면 H 레벨에서 L 레벨로 천이된다. 즉, 충방전 제어신호(ctl)는 제2 제어신호에 의해 H 레벨로 천이된 후, 제1 비교신호에 의해 L 레벨로 천이되며, 제2 비교신호에 의해 H 레벨로 천이되는 동작을 반복한다.

상기 충방전회로부(450)는 상기 제어부(430) 및 상기 먹스부(460)에 각각에 연결되고, 상기 제어부(430)에서 제공되는 충방전 제어신호(ctl)에 응답하여 상기 먹스부(460)를 통해 입력된 감지전압(signal)을 상기 제1 기준전압(refh)에서 상기 제2 기준전압(refl)까지 충전하거나 상기 제2 기준전압(refl)에서 상기 제1 기준전압(refh)까지 방전시킨다. 본 실시예에서, 하나의 충방전 제어신호(ctl)를 입력받아 온/오프되는 하나의 충방전스위치(SW)는 상기 감지신호에 대응하는 노드(VN)와 접지단자측 간에 연결된다. 즉, 충방전스위치(SW)가 턴오프되면 전원전압단자의 전원전압을 근거로 생성된 충전전류(i1)를 상기 노드(VN)에 제공하여 터치센서를 충전시키고, 상기 충방전스위치(SW)가 턴온되면 상기 터치센서의 충전전압에 대응하는 방전전류(i2)를 상기 접지단자를 통해 방전시킨다. 이처럼, 터치센서의 충방전 동작시 하나의 충방전 제어신호에 따라 하나의 충방전스위치가 온/오프되므로 어떠한 순간에도 전류가 0인 구간이 발생되지 않는다. 따라서, 외부 노이즈의 유입이 차단되어 정전용량 감지 특성을 향상시킬 수 있고, 보다 안정적으로 정전용량을 측정할 수 있다.

상기 먹스부(460)는 외부로부터 제공되는 제3 제어신호에 응답하여 복수의 터치센서들을 통해 입력되는 감지전압들 중 하나의 감지전압을 선택하여 상기 충방전회로부(450)에 제공한다. 본 실시예에서, 상기 제3 제어신호는 상기 먹스부(460)의 신호 전달 경로를 결정하는 역할을 수행한다. 전체 패드의 수가 N개일 경우, N개에 대한 신호를 디코딩할 수 있는 숫자의 신호선으로 구성이 된다. 예를들어, N이 8일 경우 23 = 8이 됨으로 신호선의 숫자는 3개이고, 3개의 신호선을 각각 디코딩하여 8개의 조합으로 구성된 먹스부(460)의 연결 신호를 생성한다. 따라서 8개의 패드들이 있을 경우, 3비트의 제3 제어신호가 사용될 수 있다. 예를들어, 제3 제어신호의 비트값이 <000>일 경우, 제1 패드(PAD1)가 선택되고, 제3 제어신호의 비트값이 <001>일 경우, 제2 패드(PAD2)가 선택되며, 제3 제어신호의 비트값이 <010>일 경우, 제3 패드(PAD3)가 선택되며, 제3 제어신호의 비트값이 <111>일 경우, 제8 패드(PAD8)가 선택된다.

본 실시예에서, 상기 먹스부(460)는 제3 제어신호의 제어를 받아 순차적으로 또는 특정 순서로 각각의 터치센서들에 감지신호를 연결해 주는 역할을 수행한다. 이때, 상기 먹스부(460)에 의해서 선택되어 감지신호가 연결되고 감지를 수행하는 패드 외의 나머지 패드들은 플로팅 상태를 유지하면, 해당 패드에 연결된 터치센서들에 외부로부터 발생되는 노이즈가 인가되어 터치센서에서 정전용량을 감지하는데 방해될 수 있다.

이를 방지하기 위해서, 상기 먹스부(460)에 의해서 선택되어 정전용량을 감지하는 패드 외의 나머지 패드들은 상기 먹스부(460)에서 낮은 임피던스로 GND(0V)의 전압을 인가하거나 특정 전압을 인가한다. 따라서, 나머지 패드들에 연결된 터치센서가 일종의 차폐막의 기능을 수행하여 정전용량 측정시에 SNR을 높일 수 있다. 예를들어, 정전용량을 감지하는 패드 외의 나머지 패드들에는 GND(0V) 준위가 인가될 수 있다.

상기 타이머부(440)는 외부로부터 제4 제어신호에 응답하여 상기 충방전회로부(450)에 의해 이루어지는 충전시간 및 방전시간 그리고 전체 충전과 방전에 소요되는 시간을 각각 측정하고 이에 따른 측정결과에 대응하는 측정신호를 출력한다. 본 실시예에서, 상기 제4 제어신호는 상기 타이머부(440)의 동작을 제어한다. 예컨대, 상기 제4 제어신호가 첫번째로 H 레벨의 에지인 구간에서는 상기 타이머부(440)를 초기화함과 동시에 상기 타이머부(440)가 동작을 개시하여 감지신호(signal)의 정해진 주기만큼 상기 타이머부(440)를 동작시켜 클럭의 숫자를 계산한다. 첫번째 H 레벨의 에지 구간 이후에 발생하는 L 레벨의 에지 구간에서는 상기 타이머부(440)의 동작을 정지하고, 그때까지 계산된 상기 타이머부(440)의 값을 유지하여 측정 결과를 전송하는 역할을 수행한다.

제2 제어신호가 H 레벨인 구간에서 상술된 동작을 지속적으로 반복한다. 출력되는 상기 타이머부(440)의 값은 제3 제어신호에 의해 각각의 패드의 정전용량값으로 인식한다.

최초 시작은 충방전회로부(450)의 출력신호, 즉 정전용량 감지신호가 0V의 접지 레벨에서 시작한다. 이때 신호는 제1 기준전압(vrefh) 및 제2 기준전압(vrefl) 보다 낮은 값을 갖는다. 상기 제2 기준전압(vrefl)은 통상적으로 GND 0V보다 조금 높은 전압이다. 예를들어, 상기 제2 기준전압(vrefl)은 300mV로 설정될 수 있다. 상기 제1 기준전압(vrefh)은 1/2 VDD 내지 VDD-300mV로 설정될 수 있다.

정상상태에서 정전용량 측정회로가 동작하면, 비교기(420)와 제어부(430)는 신호가 vref보다 낮은 경우는 제어부(430)의 출력 충방전 제어신호(ctl)가 0V가 되어 신호가 제2 기준전압(vrefl)부터 제1 기준전압(vrefh)까지 삼각파의 형태로 상승하는 기울기가 있는 직선 형태의 모양을 갖도록 동작한다. 한편, 신호의 전압이 제1 기준전압(vrefh)에 도달하게 되면 충방전스위치(SW)를 연결하여 정전용량 감지신호가 삼각형 형태에서 하강하는 기울기 있는 직선 형태의 모양을 갖도록 동작한다.

상기 충방전회로부(450)의 감지신호(signal)는 충전전류(i1)와 방전전류(i2)에 의해서 패드에 연결된 터치센서에 대한 전하를 충전 및 방전을 진행하는 동작을 함으로 상승 또는 하강할 때의 파형은 직선형태가 된다.

도 9는 도 7에 도시된 충방전회로부(450)를 설명하기 위한 회로도이다.

도 9를 참조하면, 충방전회로부(450)는 터치센서를 충전하기 위한 충전전류를 출력하는 충전부(452), 상기 터치센서를 방전하기 위한 방전전류를 제공받는 방전부(454), 및 상기 충전부(452)와 상기 터치센서간의 연결을 스위칭하거나 상기 터치센서와 상기 방전부(454)간의 연결을 스위칭하는 충방전스위치(SW)를 포함한다.

상기 충전부(452)는 제1 PMOS(P0) 및 제2 PMOS(P1)을 포함한다. 상기 제1 NMOS(N0)의 소스와 상기 제2 NMOS(N1)의 소스는 각각 전원전압(VDD)을 공급하는 전원전압 노드에 연결되고, 상기 제1 NMOS(N0)의 게이트 및 드레인은 공통 연결되며, 상기 제1 NMOS(N0)와 상기 제2 NMOS(N1)의 게이트는 서로 연결되어 커런트미러형(Current-mirror)으로 구성된다. 즉, 상기 제1 PMOS(P0) 및 상기 제2 PMOS(P1)는 제1 커런트미러를 정의한다. 상기 제2 NMOS(N1)의 드레인은 터치센서 및 상기 충방전스위치(SW)에 연결된다.

상기 방전부(454)는 가변정전류원(VI), 제1 NMOS(N0), 제2 NMOS(N1) 및 제3 NMOS(N2)를 포함한다. 상기 제1 NMOS(N0), 상기 제2 NMOS(N1) 및 상기 제3 NMOS(N2)는 제2 커런트미러를 정의한다.

상기 가변정전류원(VI)은 제2 커런트미러에 흐르는 전류량을 결정한다. 상기 가변정전류원(VI)은 제1 NMOS(N0)의 바이어스의 전류량을 결정하는 가변저항을 포함할 수 있다. 상기 가변저항의 저항값에 의해 제1 NMOS(N0)의 드레인과 소스(GND)사이에 흐르는 전류량이 결정된다.

상기 제1 NMOS(N0)의 소스는 가변정전류원(VI)에 연결되고, 드레인은 접지노드(GND)에 연결되며, 게이트는 상기 제2 NMOS(N1)의 게이트에 연결된다.

상기 제2 NMOS(N1)의 소스는 제1 NMOS(N0)의 드레인에 연결되고, 게이트는 제1 NMOS(N0)의 게이트 및 소스에 공통 연결되며, 드레인은 접지노드(GND)에 연결된다.

상기 제3 NMOS(N2)의 소스는 충방전스위치(SW)에 연결되고, 게이트는 상기 제2 NMOS(N1)의 게이트에 공통 연결되며, 드레인은 접지노드(GND)에 연결된다. 상기 제1 NMOS(N0)의 소스 및 게이트는 공통 연결되고, 상기 제2 NMOS(N1)의 게이트 및 제3 NMOS(N2)가 서로 연결되어 커런트미러형(Current-mirror)으로 구성된다.

상기 충방전스위치(SW)는 상기 충전부(452) 및 상기 터치센서에 연결된 제1 단, 상기 방전부(454)에 연결된 제2 단 및 외부로부터 제공되는 충방전 제어신호(ctl)를 제공받는 제어단을 포함한다. 상기 충방전스위치(SW)는 상기 충방전 제어신호(ctl)에 의해 턴온 또는 턴오프된다.

상기 충방전스위치(SW)가 턴오프되는 경우, 상기 충전부(552)와 상기 터치센서간의 전기적 경로는 형성되어, 상기 충전부(552)에서 제공되는 충전전류는 상기 터치센서에 제공되어 상기 터치센서를 충전시킨다.

상기 충방전스위치(SW)가 턴온되는 경우, 상기 터치센서와 상기 방전부(454)간의 전기적 경로는 형성되어, 상기 터치센서에 충전된 전류는 상기 방전부(454)에 제공되어 상기 터치센서를 방전시킨다.

이처럼, 상기 제1 PMOS(P0) 및 상기 제2 NMOS(N1)는 상기 제2 PMOS(P1)의 전류를 미러링(mirroring)하기 위한 것이다.

상기 제2 PMOS(P1) 및 상기 제3 NMOS(N2)은 터치센서에 정전용량을 충전하거나 방전하기 위한 것으로, 상기 가변정전류원(VI)으로부터 결정된 상기 제1 NMOS(N0)의 전류와 동일한 양의 전류를 공급하는 기능을 수행한다.

본 실시예에서, 충전전류(i1)와 방전전류(i2)의 크기는 서로 갖지 않고 방전전류(i2)가 충전전류(i1)보다 크도록 설계하며, 정전용량을 감지한 감지신호의 삼각파가 상승시간과 하강시간이 동일하게 하기 위해, 방전전류(i2)는 충전전류(i1)의 두배가 되도록 설계될 수 있다.

커런트미러에서 i1 * 2 = i2의 전류를 신호라인으로 구동하기 위하여 NMOS의 채널 폭은 아래의 수학식 1 및 수학식 2를 만족하도록 설계될 수 있다.

[수학식 1]

N0 = N1

[수학식 2]

N2 = N0 * 2

반면에, 제1 PMOS(P0) 및 제2 PMOS(P1)는 동일한 크기의 채널 폭을 같도록 설계될 수 있다. 여기서, 모든 FET의 채널 길이는 동일하다고 가정한다.

따라서, 충방전 제어신호(ctl)에 의해서 동작하는 충방전스위치(SW)가 0인 구간(OFF상태)에서는 감지신호의 전압은 충전전류(i1)만큼의 전류를 사용하여 충전하기 때문에 직선형으로 기울기를 갖고 상승한다.

한편, 충방전스위치(SW)가 1인 구간(ON)인 구간에는 i2-i1 = i1, (i2 = i1 * 2인 경우) 즉 방전전류(i2)의 전류를 사용하여 방전을 개시하나, 방전전류(i2)의 1/2에 해당하는 전류값을 갖는 충전전류(i1)에 의해서 충전도 동시에 이루어지므로 결국 터치센서신호(signal)에 인가되는 최종 방전 전류는 전류의 식에 의해 충전전류(i1)만큼의 전류량으로 방전을 하며 신호의 전압을 선형적으로 감소시킨다.

이렇게 i2=i1*2의 전류 관계식과 충방전스위치(SW)의 동작을 사용하게 되면, 정전용량을 감지하는 신호의 신호선에는 어떠한 순간에도 전류가 0이 되는 구간이 발생하지 않아 외부 노이즈에도 강하게 되어 정전용량 감지특성이 향상되게 된다.

종래의 회로가 정전용량 감지를 위한 충방전 신호에서 각각 상승 에지의 끝 부분과 하강 에지의 끝 부분에 순간적으로 정전용량 감지에 사용하는 전류가 0인 구간이 존재하면, 터치센서에 연결된 패드의 임피던스가 무한대(즉 플로팅 상태)되어 그 타이밍에 터치센서로부터 외부 노이즈가 유입이 된다. 유입된 노이즈는 정전용량 측정회로의 SNR을 감소시켜 정전용량 회로의 동작 특성을 저하시킨다. 하지만, 본 발명에 따르면, 이러한 점을 개선할 수 있다.

추가적으로, 정전류원(i0)의 전류의 값을 가변할 수 있도록 설계하여 터치센서의 크기와 저항에 따른 IC의 패드에서 바라보는 터치센서의 임피던스에 적합한 전류 용량을 설정해 줄 수 있도록 함으로써, 정전용량 감지신호가 터치센서의 종단까지 원활하게 도달하여 충분히 정전용량을 감지할 수 있도록 한다.

이러한 경우는 터치센서가 저항성 매질로 형성된 경우(ITO, 실버인쇄, 카본인쇄) i0의 전류량이 너무 클 경우 감지신호의 삼각파의 주기가 짧을 경우 터치센서의 종단까지 충분한 감지신호가 전달되지 못하고 감쇄되어 정전용량 감지 성능이 저하되는 경우가 발생할 경우 정전류원(i0)의 전류 용량을 감소시켜 정전용량 감지신호의 삼각파의 주기를 길게 함으로써 감지신호가 저항성 매질로 구현된 터치센서의 종단까지 충분히 전달이 될 수 있도록 제어가 가능하게 되는 장점이 있게 된다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치센서의 정전용량 측정회로를 설명하기 위한 블럭도이다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치센서의 정전용량 측정회로(400)는 기준전압발생부(410), 전압비교부(420), 제어부(430), 타이머부(440), 충방전회로부(550) 및 먹스부(460)를 포함하고, 복수의 터치센서들에 연결되어 터치센서들 각각에 정전류를 인가하고, 터치센서와 인체에 의해서 생성된 정전용량의 캐패시턴스를 기준전압까지 방전되는데 소요되는 시간을 측정하여 해당 터치센서의 정전용량을 측정한다. 도 10에 도시된 터치센서의 정전용량 측정회로(400)는 도 7에 도시된 터치센서의 정전용량 측정회로(400)와 비교할 때 충방전회로부(550)를 제외하고는 동일하므로 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하고 그 상세한 설명은 생략한다.

상기 충방전회로부(550)는 상기 제어부(430) 및 상기 먹스부(460)에 각각에 연결되고, 상기 제어부(430)에서 제공되는 충방전 제어신호(ctl)에 응답하여 상기 먹스부(460)를 통해 입력된 감지전압(signal)을 상기 제1 기준전압(refh)에서 상기 제2 기준전압(refl)까지 충전하거나 상기 제2 기준전압(refl)에서 상기 제1 기준전압(refh)까지 방전시킨다. 본 실시예에서, 충방전 제어신호(ctl)를 입력받아 온/오프되는 충방전스위치(SW)는 상기 감지신호에 대응하는 노드(VN)와 전원전압단자측 간에 연결된다. 즉, 충방전스위치(SW)가 턴온되면 전원전압단자의 전원전압을 근거로 생성된 충전전류(i1)를 상기 노드에 제공하여 터치센서를 충전시키고, 충방전스위치(SW)가 턴오프되면 터치센서의 충전전압에 대응하는 방전전류(i2)를 상기 접지단자를 통해 방전시킨다.

도 11은 도 10에 도시된 충방전회로부(550)의 일례를 설명하기 위한 회로도이다. 반전의 경우를 도시한다.

도 11을 참조하면, 충방전회로부(550)는 터치센서를 충전하기 위한 충전전류를 출력하는 충전부(552), 상기 터치센서를 방전하기 위한 방전전류를 제공받는 방전부(554), 및 상기 충전부(552)와 상기 터치센서간의 연결을 스위칭하거나 상기 터치센서와 상기 방전부(554)간의 연결을 스위칭하는 충방전스위치(SW)를 포함한다.

상기 충전부(552)는 제1 PMOS(P0) 및 제2 PMOS(P1)을 포함한다. 상기 제1 NMOS(N0)의 소스와 상기 제2 NMOS(N1)의 소스는 각각 전원전압(VDD)을 공급하는 전원전압 노드에 연결되고, 상기 제1 NMOS(N0)의 게이트 및 드레인은 공통 연결되며, 상기 제1 NMOS(N0)와 상기 제2 NMOS(N1)의 게이트는 서로 연결되어 커런트미러형(Current-mirror)으로 구성된다. 즉, 상기 제1 PMOS(P0) 및 상기 제2 PMOS(P1)는 제1 커런트미러를 정의한다. 상기 제2 NMOS(N1)의 드레인은 터치센서 및 상기 충방전스위치(SW)에 연결된다.

상기 방전부(554)는 가변정전류원(VI), 제1 NMOS(N0), 제2 NMOS(N1) 및 제3 NMOS(N2)를 포함한다. 상기 제1 NMOS(N0), 상기 제2 NMOS(N1) 및 상기 제3 NMOS(N2)는 제2 커런트미러를 정의한다.

상기 제3 NMOS(N2)의 소스는 충방전스위치(SW)에 연결되고, 게이트는 상기 제2 NMOS(N1)의 게이트에 공통 연결되며, 드레인은 접지노드(GND)에 연결된다. 상기 제1 NMOS(N0)의 소스 및 게이트는 공통 연결되고, 상기 제2 NMOS(N1)의 게이트 및 제3 NOMOS(N2)가 서로 연결되어 커런트미러형(Current-mirror)으로 구성된다. 즉, 상기 제1 NMOS(N0), 상기 제2 NMOS(N1) 및 상기 제3 NMOS(N2)는 제2 커런트미러를 정의한다.

상기 충방전스위치(SW)는 상기 충전부(552)에 연결된 제1 단, 상기 방전부(554) 및 상기 터치센서에 연결된 제2 단 및 외부로부터 제공되는 충방전 제어신호(ctl)를 제공받는 제어단을 포함한다. 상기 충방전스위치(SW)는 상기 충방전 제어신호(ctl)에 의해 턴온 또는 턴오프된다.

상기 충방전스위치(SW)가 턴온되는 경우, 충전부(552)와 터치센서간의 전기적 경로가 형성되어, 충전부(552)에서 출력되는 충전전류는 상기 터치센서에 제공되어 상기 터치센서를 충전시킨다.

상기 충방전스위치(SW)가 턴오프되는 경우, 충전부(552)와 터치센서간의 전기적 경로는 차단되고 터치센서와 방전부(554)간의 전기적 경로는 형성되어, 상기 터치센서에 충전된 전류는 상기 방전부(554)에 제공되어 상기 터치센서를 방전시킨다.

이때 i1과 i2의 전류원의 크기는 서로 갖지 않고 i1 > i2의 관계가 반드시 성립이 되도록 설계한다. 예를들어, 정전용량 감지신호의 삼각파가 상승시간과 하강시간이 동일하게 하기 위해, 본 실시예에서는 i1 =i2 * 2, 즉 i1의 전류량은 이론적으로 i2의 두 배가 되도록 설계될 수 있다.

커런트미러에서 i1 = i2 * 2의 전류를 신호라인으로 구동하기 위하여 NMOS FET의 채널 폭의 크기는 N0 = N1 = N2 의 관계식을 갖도록 NMOS FET를 설계한다.

반면에, PMOS FET의 채널 폭은 P1 = P0 * 2 크기의 채널 폭을 같도록 설계될 수 있다. 여기서, 모든 FET의 채널 길이는 동일하다고 가정한다.

따라서, 충방전 제어신호(ctl)에 의해서 동작하는 충방전스위치(SW)가 0인 구간(OFF상태)에서는 감지신호의 전압은 i2의 전류를 사용하여 방전을 하기 때문에 감지신호의 전압은 직선형으로 기울기를 갖고 하강을 하게 되며 충방전스위치(SW)가 1인 구간(ON)인 구간에는 i1 - i2 = i2, (i1 = i2 * 2인 경우) 즉 i1의 전류량을 사용하여 충전을 개시하나, i1의 1/2의 전류값을 갖는 i2에 의해서 방전도 동시에 이루어지고 있음으로 결국 최종 충전 전류는 전류의 식에 의해 i2만큼의 전류량으로 충전을 하며 신호의 전압을 선형적으로 증가시킨다.

이상의 실시예에서는 상기 제1 및 제2 PMOS들(P0, P1)과 상기 제1 내지 제3 NMOS들(N0, N1, N2) 각각의 채널 길이는 동일할 때, 상기 제1 PMOS(P0)의 채널 폭과 상기 제2 PMOS(P1)의 채널 폭은 서로 동일하고, 상기 제1 NMOS(N0)의 채널 폭과 상기 제2 NMOS(N1)의 채널 폭은 서로 동일하며, 상기 제3 NMOS(N2)의 채널 폭은 상기 제1 NMOS(N0)의 채널 폭의 두 배인 것을 그 예로 설명하였다. 상기한 FET들의 채널 길이이나 채널 폭은, 전류 미러링 동작을 수행하기 위해, 다양하게 가변시킬 수 있다.

예를들어, 상기 제1 및 제2 PMOS들(P0, P1)과 상기 제1 내지 제3 NMOS들(N0, N1, N2) 각각의 채널 길이는 동일할 때, 상기 제1 PMOS(P0)의 채널 폭과 상기 제2 PMOS(P1)의 채널 폭간의 비율은 1 : N (N은 자연수), 상기 제1 NMOS(N0)의 채널 폭과 상기 제2 NMOS(N1)의 채널 폭간의 비율은 1 : N이며, 상기 제1 NMOS(N0)의 채널 폭과 상기 제3 NMOS(N2)의 채널 폭간의 비율은 1 : N*M(여기서, M은 2*N)일 수 있다.

예를들어, N이 1이고 M이 2인 경우, FET들간의 채널 폭 관계는 아래의 수학식 3과 같다.

[수학식 3]

P0:P1=1:1,

N0:N1:N3=1:1:2

한편, N이 4이고 M이 2인 경우, FET들간의 채널 폭 관계는 아래의 수학식 4와 같다.

[수학식 4]

P0:P1=1:4,

N0:N1:N2=1:4:8

도 12는 도 10에 도시된 충방전회로부(550)의 다른 예를 설명하기 위한 회로도이다.

도 12를 참조하면, 충방전회로부(550)는 충방전스위치(610), 제1 커런트미러(620), 제2 커런트미러(630), 방전제어부(640), 방전부(650), 제3 커런트미러(660), 충전제어부(670) 및 충전부(680)를 포함한다.

상기 충방전스위치(610)는 외부로부터 제공되는 충방전 제어신호에 따라 온/오프된다. 상기 충방전스위치(610)는 게이트를 통해 수신되는 충방전 제어신호에 따라 턴온 또는 턴-오프되는 NMOS(N11)를 포함한다. H 레벨의 충반전 제어신호가 입력되면, NMOS(N11)는 턴-온되고, L 레벨의 충방전 제어신호가 입력되면, NMOS(N11)는 턴-오프된다.

상기 제1 커런트미러(620)는 전원전압에 대응하는 제1 바이어스 전류를 공급한다. 상기 제1 커런트미러(620)는 PMOS(P21), PMOS(P22), PMOS(P23) 및 PMOS(P24)를 포함한다. 본 실시예에서, PMOS(P21)와 PMOS(P22)는 직렬 연결되고, PMOS(P23)와 PMOS(P24)는 직렬 연결된다. PMOS(P21)의 게이트와 PMOS(P23)의 게이트는 공통 연결되고, PMOS(P22)의 게이트와 PMOS(P24)의 게이트는 공통 연결된다. PMOS(P21)의 소스와 PMOS(P23)의 소스는 전원전압단에 연결되어 전원전압(VDD)을 공급받고, PMOS(P22)의 드레인은 접지단에 연결된다.

상기 제2 커런트미러(630)는 상기 제1 바이어스 전류에 미러링되어 제2 바이어스 전류를 공급한다. 상기 제2 커런트미러(630)는 PMOS(P31), PMOS(P32), PMOS(P33) 및 PMOS(P34)를 포함한다. 본 실시예에서, PMOS(P31)와 PMOS(P32)는 직렬연결되고, PMOS(P33)와 PMOS(P34)는 직렬 연결된다. PMOS(P31)의 소스 및 PMOS(P33)의 소스는 각각 전원전압단에 연결되어 전원전압(VDD)을 공급받는다. PMOS(P31)의 게이트 및 PMOS(P33)의 게이트는 제1 커런트미러(620)의 PMOS(P21)의 게이트 및 소스에 연결된다. PMOS(P32)의 게이트 및 PMOS(P34)의 게이트는 제1 커런트미러(620)의 PMOS(P22)의 게이트 및 소스에 연결된다.

상기 방전제어부(640)는 상기 제2 바이어스 전류를 근거로 방전제어신호를 출력한다. 상기 방전제어부(640)는 NMOS(N41), NMOS(N42) 및 NMOS(N43)를 포함한다. 본 실시예에서, NMOS(N41)의 소스 및 게이트는 공통 연결되어 제2 커런트미러(630)의 PMOS(P32)의 드레인에 연결되고, 드레인은 접지단에 연결된다. NMOS(N42)의 소스는 제2 커런트미러(630)의 PMOS(P34)의 드레인에 연결되고, 게이트는 NMOS(N41)의 소스 및 게이트에 연결된다. NMOS(N43)의 소스는 NMOS(N42)의 드레인에 연결되고, 게이트는 제2 커런트미러(630)의 PMOS(P34)의 드레인에 연결되고, 드레인은 접지단에 연결된다.

상기 방전부(650)는 터치센서에 전기적으로 연결되고, 상기 방전제어신호에 응답하여 상기 터치센서의 전하를 방전한다. 상기 방전부(650)는 NMOS(N51) 및 NMOS(N52)를 포함한다. 본 실시예에서, NMOS(N51) 및 NMOS(N52)는 직렬 연결된다. NMOS(N51)의 게이트는 방전제어부(640)의 NMOS(N42)의 게이트에 연결되고, NMOS(N52)의 게이트는 방전제어부(640)의 NMOS(N43)의 게이트에 연결된다. NMOS(N51)의 소스는 터치센서에 연결된다. NMOS(N52)의 드레인은 접지단에 연결된다.

상기 제3 커런트미러(660)는 상기 충방전스위치(610)가 오프되면, 상기 제1 바이어스 전류를 상응하는 전류를 미러링한다. 상기 제3 커런트미러(660)는 NMOS(N61), NMOS(N62), NMOS(N63), NMOS(N64), NMOS(N65) 및 NMOS(N66)을 포함한다. 본 실시예에서, NMOS(N61)와 NMOS(N63)는 직렬연결되고, NMOS(N62)와 NMOS(N64)는 직렬연결되며, NMOS(N65)와 NMOS(N66)는 직렬 연결된다. NMOS(N61)의 소스 및 게이트는 공통 연결되어 제1 커런트미러(620)의 PMOS(P24)의 드레인, NMOS(N62)의 게이트 및 NMOS(N65)의 게이트에 연결된다. NMOS(N62)의 소스는 충전제어부(670)와 연결된다. NMOS(N65)의 소스는 충전제어부(670)에 연결된다. NMOS(N63)의 소스 및 게이트는 공통 연결되어 NMOS(N61)의 드레인, NMOS(N64)의 게이트 및 NMOS(N66)의 게이트에 연결된다. NMOS(N63)의 드레인은 접지단에 연결되고, NMOS(N64)의 드레인은 접지단에 연결되며, NMOS(N66)의 드레인은 접지단에 연결된다.

상기 충전제어부(670)는 상기 제3 커런트미러(660)의 미러링에 의해 충전제어신호를 출력한다. 상기 충전제어부(670)는 PMOS(P71), PMOS(P72) 및 PMOS(P73)을 포함한다. 본 실시예에서, PMOS(P71)와 PMOS(P72)는 직렬 연결된다. PMOS(P71)의 소스는 전원전압단에 연결되어 전원전압을 수신하고, 게이트는 PMOS(P72)의 드레인과 공통 연결되어 충전부(680)에 연결된다. 또한, PMOS(P72)의 드레인은 제3 커런트미러(660)의 NMOS(N62)의 소스에 연결된다. PMOS(P73)의 소스는 전원전압단에 연결되어 전원전압을 수신하고, 게이트는 PMOS(P72)의 게이트와 공통 연결되어 충전부에 연결된다. PMOS(P73)의 드레인은 제3 커런트미러(660)의 NMOS(N65)의 소스에 연결된다.

상기 충전부(680)는 상기 터치센서에 전기적으로 연결되고, 상기 충전제어신호에 응답하여 상기 터치센서에 전하를 충전한다. 상기 충전부(680)는 PMOS(P81), PMOS(P82), PMOS(P83) 및 PMOS(P84)를 포함한다. 본 실시예에서, PMOS(P81)와 PMOS(P82)는 직렬연결되고, PMOS(P83)와 PMOS(P84)는 연결된다. PMOS(P81)의 소스는 PMOS(P83)의 소스는 공통 연결되어 전원전압단에 연결되어 전원전압(VDD)을 공급받는다. PMOS(P81)의 게이트와 PMOS(P83)의 게이트는 공통 연결되어 충전제어부(670)의 PMOS(P71)의 게이트 및 PMOS(P72)의 드레인에 연결된다. PMOS(P82)의 게이트 및 PMOS(P84)의 소스는 공통 연결되어 충전제어부(670)의 PMOS(P72)의 게이트에 연결된다. PMOS(P82)의 드레인 및 PMOS(P84)의 드레인은 공통 연결되어 터치센서 및 방전부(650)의 NMOS(N51)의 소스에 연결된다.

그러면, 이하에서, 도 12에 도시된 충방전회로부(550)의 동작을 간략히 설명한다.

L 레벨의 충방전 제어신호(ctl)가 상기 충방전스위치(610)에 공급되면, NMOS로 구성되는 상기 충방전스위치(610)는 턴-오프된다. 상기 제1 커런트미러(620)에서 출력되는 제1 미러링 전류에 의해 상기 제2 커런트미러(630)는 활성화되어 상기 제2 커런트미러(630)는 제2 미러링 전류를 상기 방전제어부(640)에 공급한다. 상기 방전제어부(640)는 제2 미러링 전류를 근거로 상기 방전부(650)를 활성화시킨다. 활성화된 상기 방전부(650)는 터치센서에 충전된 전하를 접지단을 통해 방전시킨다. 이때, 상기 제1 커런트미러(620)에서 출력되는 제1 미러링 전류는 상기 제3 커런트미러(660)에도 공급되어 바이어스 전류 역할을 수행한다.

H 레벨의 충방전 제어신호(ctl)가 상기 충방전스위치(610)에 공급되면, NMOS로 구성되는 상기 충방전스위치(610)는 턴-온된다. 상기 충방전스위치(610)가 턴온되면, 상기 제1 커런트미러(620)에서 출력되는 제1 미러링 전류는 상기 충방전스위치(610)에도 공급되므로 상기 제3 커런트미러(660)는 상대적으로 낮은 레벨의 전류를 미러링한다. 상기 제3 커런트미러(660)가 상대적으로 낮은 레벨의 전류를 미러링하므로, PMOS들로 구성된 상기 충전제어부(670)는 활성화되어 상기 충전부(680)를 활성화시킨다. 상기 충전부(680)가 활성화되면 전원전압에 상응하는 전하를 터치센서에 공급하여 터치센서를 충전시킨다. 이때, 상기 방전부(650)에 의해 방전되는 터치센서의 전압보다 상기 충전부(680)에 의해 충전되는 전압이 높다. 따라서, 상기 충전부(680)가 비활성화되면 터치센서에 충전된 전하는 상기 방전부(650)를 통해 방전되지만, 상기 충전부(680)가 활성화되면 전원전압(VDD)에 상응하는 전류가 터치센서에 공급되어 터치센서를 충전시킨다.

이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 충전과 방전에 모두 소정의 정전류를 인가하여 시간 측정을 수행하되, 하나의 충방전 제어신호에 따라 터치센서의 충방전 동작이 이루어지므로 어떠한 순간에도 전류가 0인 구간이 발생되지 않는다. 따라서, 외부 노이즈의 유입이 차단되어 정전용량 감지 특성을 향상시킬 수 있고, 보다 안정적으로 정전용량을 측정할 수 있다.

본 발명에 따른 정전용량식 터치패널은 터치 위치를 감지하는 감지 장치에 탑재되어 다양한 제품에 탑재되어 응용될 수 있다. 현재 터치스크린 방식의 제품은 폭넓은 분야에서 사용되고 있고, 공간상의 이점으로 빠르게 버튼 방식의 기기들을 대체하고 있다. 가장 폭발적인 수요는 역시 휴대폰 분야라고 할 수 있다. 특히 휴대폰에서는 그 편의성뿐만 아니라 단말의 크기가 민감한 분야라서 별도의 키를 마련하지 않거나 키를 최소화하는 터치 폰 방식이 요즘 크게 각광을 받고 있는 것이 주지의 사실이다. 따라서 본 발명에 따른 정전용량식 터치패턴이 탑재된 감지장치는 휴대폰에 채용할 수 있음을 물론이고, 터치스크린을 채용한 TV, 은행의 현금 입출납을 자동적으로 대행하는 ATM기, 엘리베이터, 지하철 등에서 사용되는 티켓 발급기, PMP, e-book 단말기, 네비게이션 등에 폭넓게 사용될 수 있다. 이 외에도 사용자 인터페이스가 필요한 모든 분야에서 터치 스크린은 빠르게 기존의 버튼식 인터페이스를 대체해가고 있음은 자명하다.

100 : 타이밍 컨트롤러 200 : 표시패널
300 : 터치패널 400 : 정전용량 측정회로
410 : 기준전압발생부 420 : 전압비교부
430 : 제어부 440 : 타이머부
450 : 충방전회로부 460 : 먹스부
COM1 : 제1 전압비교기 COM2 : 제2 전압비교기
452, 552 : 충전부 454, 554 : 방전부
SW, 610 : 충방전스위치 550 : 충방전회로부
620 : 제1 커런트미러 630 : 제2 커런트미러
640 : 방전제어부 650 : 방전부
660 : 제3 커런트미러 670 : 충전제어부
680 : 충전부

Claims

삭제
제1 기준전압과 제2 기준전압을 생성하는 기준전압발생부;
외부로부터 제공되는 제1 제어신호에 응답하여, 상기 제1 기준전압과 터치센서에 의한 감지전압을 비교한 제1 비교신호와 상기 제2 기준전압과 상기 감지전압을 비교한 제2 비교신호를 출력하는 전압비교부;
외부로부터 제공되는 제2 제어신호에 응답하여, 상기 제1 및 제2 비교신호들을 근거로 하나의 충방전 제어신호를 출력하는 제어부;
외부로부터 제공되는 제3 제어신호에 응답하여, 복수의 터치센서들 중 하나를 선택하는 먹스부;
상기 충방전 제어신호에 응답하여, 상기 먹스부에 의해 선택된 터치센서에 전하를 공급하여 상기 터치센서를 상기 제1 기준전압에서 상기 제2 기준전압까지 충전하거나, 상기 먹스부에 의해 선택된 터치센서에 충전된 전하를 방전시켜 상기 제2 기준전압에서 상기 제1 기준전압으로 방전시키는 충방전회로부; 및
외부로부터 제공되는 제4 제어신호 및 상기 제3 제어신호에 응답하여, 상기 충방전회로부에 의해 이루어지는 충전 및 방전시간과 전체 충전과 방전에 소요되는 시간을 각각 측정하고, 상기 측정에 따른 출력신호를 출력하는 타이머부를 포함하되,
상기 충방전회로부는,
상기 터치센서를 충전하기 위한 충전전류를 출력하는 충전부;
상기 터치센서를 방전하기 위한 방전전류를 제공받는 방전부; 및
상기 충전전류에 상응하는 전하가 상기 터치센서에 충전되도록 외부로부터 제공되는 충방전 제어신호에 따라 턴오프되고, 상기 충방전 제어신호에 따라 턴온되어 상기 터치센서에 충전된 전하가 상기 방전부에 제공되도록 상기 터치센서와 상기 방전부간의 전기적 경로를 설정하는 충방전스위치를 포함하고,
상기 충방전스위치에 의한 방전전류는 상기 충방전스위치에 의한 충전전류의 두배인 것을 특징으로 하는 터치센서의 정전용량 측정회로.
삭제
제2항에 있어서, 상기 먹스부는 상기 충전부와 상기 충방전스위치간에 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 터치센서의 정전용량 측정회로.
제2항에 있어서, 상기 충전부는 제1 PMOS 및 제2 PMOS를 포함하되, 상기 제1 PMOS는 전원전압 노드에 연결된 소스, 공통 연결된 게이트와 드레인을 갖고, 상기 제2 PMOS는 전원전압 노드에 연결된 소스, 상기 제1 PMOS의 게이트에 연결된 게이트를 가지며,
상기 방전부는 가변정전류원, 제1 NMOS, 제2 NMOS 및 제3 NMOS를 포함하되, 상기 가변정전류원은 전원전압 노드에 연결된 일단을 갖고, 상기 제1 NMOS는 상기 가변정전류원에 공통 연결된 소스 및 게이트, 접지단자에 연결된 드레인을 갖고, 상기 제2 NMOS는 상기 제1 PMOS의 드레인에 연결된 소스, 상기 제1 NMOS의 게이트에 연결된 게이트 및 접지단자에 연결된 드레인을 갖고, 상기 제3 NMOS는 상기 충방전스위치에 연결된 소스, 상기 제1 및 제2 NMOS의 게이트에 연결된 게이트 및 접지단자에 연결된 드레인을 가지며,
상기 먹스부는 상기 충전부와 상기 충방전스위치간에 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 터치센서의 정전용량 측정회로.
제5항에 있어서, 상기 제1 및 제2 PMOS들과 상기 제1 내지 제3 NMOS들 각각의 채널 길이는 동일할 때,
상기 제1 PMOS의 채널 폭과 상기 제2 PMOS의 채널 폭은 서로 동일하고,
상기 제1 NMOS의 채널 폭과 상기 제2 NMOS의 채널 폭은 서로 동일하며,
상기 제3 NMOS의 채널 폭은 상기 제1 NMOS의 채널 폭의 두배인 것을 특징으로 하는 터치센서의 정전용량 측정회로.
제5항에 있어서, 상기 제1 및 제2 PMOS들과 상기 제1 내지 제3 NMOS들 각각의 채널 길이는 동일할 때,
상기 제1 PMOS의 채널 폭과 상기 제2 PMOS의 채널 폭간의 비율은 1 : N(여기서, N은 자연수)이고,
상기 제1 NMOS의 채널 폭과 상기 제2 NMOS의 채널 폭간의 비율은 1 : N이며,
상기 제1 NMOS의 채널 폭과 상기 제3 NMOS의 채널 폭간의 비율은 1 : N*M(여기서, M은 2N)인 것을 특징으로 하는 터치센서의 정전용량 측정회로.
제1 기준전압과 제2 기준전압을 생성하는 기준전압발생부;
외부로부터 제공되는 제1 제어신호에 응답하여, 상기 제1 기준전압과 터치센서에 의한 감지전압을 비교한 제1 비교신호와 상기 제2 기준전압과 상기 감지전압을 비교한 제2 비교신호를 출력하는 전압비교부;
외부로부터 제공되는 제2 제어신호에 응답하여, 상기 제1 및 제2 비교신호들을 근거로 하나의 충방전 제어신호를 출력하는 제어부;
외부로부터 제공되는 제3 제어신호에 응답하여, 복수의 터치센서들 중 하나를 선택하는 먹스부;
상기 충방전 제어신호에 응답하여, 상기 먹스부에 의해 선택된 터치센서에 전하를 공급하여 상기 터치센서를 상기 제1 기준전압에서 상기 제2 기준전압까지 충전하거나, 상기 먹스부에 의해 선택된 터치센서에 충전된 전하를 방전시켜 상기 제2 기준전압에서 상기 제1 기준전압으로 방전시키는 충방전회로부; 및
외부로부터 제공되는 제4 제어신호 및 상기 제3 제어신호에 응답하여, 상기 충방전회로부에 의해 이루어지는 충전 및 방전시간과 전체 충전과 방전에 소요되는 시간을 각각 측정하고, 상기 측정에 따른 출력신호를 출력하는 타이머부를 포함하되,
상기 충방전회로부는,
상기 터치센서를 충전하기 위한 충전전류를 출력하는 충전부;
상기 터치센서를 방전하기 위한 방전전류를 제공받는 방전부; 및
외부로부터 제공되는 충방전 제어신호에 따라 턴온되어 상기 충전부에서 출력되는 충전전류가 상기 터치센서에 충전되도록 상기 충전부와 상기 터치센서간의 전기적 경로를 설정하고, 상기 충방전 제어신호에 따라 턴오프되어 상기 터치센서에 충전된 전하가 상기 방전부에 제공되도록 상기 충전부와 상기 터치센서간의 전기적 경로를 차단하는 충방전스위치를 포함하고,
상기 충방전스위치에 의한 충전전류는 상기 충방전스위치에 의한 방전전류의 두배인 것을 특징으로 하는 터치센서의 정전용량 측정회로.
삭제
제8항에 있어서, 상기 먹스부는 상기 충방전스위치와 상기 방전부간에 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 터치센서의 정전용량 측정회로.
제8항에 있어서, 상기 충전부는 제1 PMOS 및 제2 PMOS를 포함하되, 상기 제1 PMOS는 전원전압 노드에 연결된 소스, 공통 연결된 게이트와 드레인을 갖고, 상기 제2 PMOS는 전원전압 노드에 연결된 소스, 상기 제1 PMOS의 게이트에 연결된 게이트를 가지며,
상기 방전부는 가변정전류원, 제1 NMOS, 제2 NMOS 및 제3 NMOS를 포함하되, 상기 가변정전류원은 전원전압 노드에 연결된 일단을 갖고, 상기 제1 NMOS는 상기 가변정전류원에 공통 연결된 소스 및 게이트, 접지단자에 연결된 드레인을 갖고, 상기 제2 NMOS는 상기 제1 PMOS의 드레인에 연결된 소스, 상기 제1 NMOS의 게이트에 연결된 게이트 및 접지단자에 연결된 드레인을 갖고, 상기 제3 NMOS는 상기 충방전스위치에 연결된 소스, 상기 제1 및 제2 NMOS의 게이트에 연결된 게이트 및 접지단자에 연결된 드레인을 가지며,
상기 먹스부는 상기 충방전스위치와 상기 방전부간에 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 터치센서의 정전용량 측정회로.
제11항에 있어서, 상기 제1 및 제2 PMOS들과 상기 제1 내지 제3 NMOS들 각각의 채널 길이는 동일할 때,
상기 제1 NMOS의 채널 폭, 상기 제2 NMOS의 채널 폭 및 상기 제3 NMOS의 채널 폭은 서로 동일하고, 상기 제2 PMOS의 채널 폭은 상기 제1 PMOS들의 채널 폭의 두배인 것을 특징으로 하는 터치센서의 정전용량 측정회로.
제2항 또는 제8항에 있어서, 상기 기준전압발생부는,
일단이 전원전압 단자에 연결되고 타단을 통해 상기 제1 기준전압을 출력하는 제1 저항;
일단이 상기 제1 저항의 타단에 연결되고 타단을 통해 상기 제2 기준전압을 출력하는 제2 저항; 및
일단이 상기 제2 저항의 타단에 연결되고 타단이 접지단자에 연결된 제3 저항을 포함하고,
상기 제1 내지 제3 저항들 각각은 가변저항인 것을 특징으로 하는 터치센서의 정전용량 측정회로.
제2항 또는 제8항에 있어서, 상기 전압비교부는,
상기 제1 기준전압과 상기 충방전회로부에서 제공되는 피드백 전압을 비교하는 제1 전압비교기; 및
상기 제2 기준전압과 상기 충방전회로부에서 제공되는 피드백 전압을 비교하는 제2 전압비교기를 포함하고,
상기 제1 및 제2 전압비교기들 각각은 히스테리시스 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 터치센서의 정전용량 측정회로.
제2항 또는 제8항에 있어서, 상기 먹스부에 의해 미선택된 터치센서에는 특정 전압이 강제로 인가되는 것을 특징으로 하는 터치센서의 정전용량 측정회로.
제15항에 있어서, 상기 특정 전압은 접지레벨의 전압인 것을 특징으로 하는 터치센서의 정전용량 측정회로.
제8항에 있어서, 상기 충방전회로부는
외부로부터 제공되는 충방전 제어신호에 따라 온/오프되는 충방전스위치;
전원전압에 대응하는 제1 바이어스 전류를 공급하는 제1 커런트미러;
상기 제1 바이어스 전류에 미러링되어 제2 바이어스 전류를 공급하는 제2 커런트미러;
상기 제2 바이어스 전류를 근거로 방전제어신호를 출력하는 방전제어부;
터치센서에 전기적으로 연결되고, 상기 방전제어신호에 응답하여 상기 터치센서의 전하를 방전하는 방전부;
상기 충방전스위치가 오프되면, 상기 제1 바이어스 전류를 상응하는 전류를 미러링하는 제3 커런트미러;
상기 제3 커런트미러의 미러링에 의해 충전제어신호를 출력하는 충전제어부; 및
상기 터치센서에 전기적으로 연결되고, 상기 충전제어신호에 응답하여 상기 터치센서에 전하를 충전하는 충전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치센서의 정전용량 측정회로.
제17항에 있어서, 상기 제1 및 제2 커런트미러들, 상기 충전제어부 및 상기 충전부는 PMOS로 구성되고, 상기 충방전스위치, 상기 제3 커런트미러, 상기 방전제어부 및 상기 방전부는 NMOS로 구성된 것을 특징으로 하는 터치센서의 정전용량 측정회로.
제17항에 있어서, 상기 방전부는 직렬 연결된 두개의 NMOS들을 포함하고,
상기 충전부는 직렬연결된 두개의 PMOS들과, 직렬연결되고 상기 두개의 PMOS들과 병렬 연결된 두개의 PMOS들을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치센서의 정전용량 측정회로.
터치센서들; 및
상기 터치센서들 각각의 양단에 연결되어 상기 터치센서의 정전용량 변화를 감지하여 터치위치를 감지하는 정전용량 측정회로를 포함하되, 상기 정전용량 측정회로는,
제1 기준전압과 제2 기준전압을 생성하는 기준전압발생부;
외부로부터 제공되는 제1 제어신호에 응답하여, 상기 제1 기준전압과 상기 터치센서에 의한 감지전압을 비교한 제1 비교신호와 상기 제2 기준전압과 상기 감지전압을 비교한 제2 비교신호를 출력하는 전압비교부;
외부로부터 제공되는 제2 제어신호에 응답하여, 상기 제1 및 제2 비교신호들을 근거로 하나의 충방전 제어신호를 출력하는 제어부;
외부로부터 제공되는 제3 제어신호에 응답하여, 복수의 터치센서들 중 하나를 선택하는 먹스부;
상기 충방전 제어신호에 응답하여, 상기 먹스부에 의해 선택된 터치센서에 전하를 공급하여 상기 터치센서를 상기 제1 기준전압에서 상기 제2 기준전압까지 충전하거나, 상기 먹스부에 의해 선택된 터치센서에 충전된 전하를 방전시켜 상기 제2 기준전압에서 상기 제1 기준전압으로 방전시키는 충방전회로부; 및
외부로부터 제공되는 제4 제어신호 및 상기 제3 제어신호에 응답하여, 상기 충방전회로부에 의해 이루어지는 충전 및 방전시간과 전체 충전과 방전에 소요되는 시간을 각각 측정하고, 상기 측정에 따른 출력신호를 출력하는 타이머부를 포함하되,
상기 충방전회로부는,
상기 터치센서를 충전하기 위한 충전전류를 출력하는 충전부;
상기 터치센서를 방전하기 위한 방전전류를 제공받는 방전부; 및
상기 충전전류에 상응하는 전하가 상기 터치센서에 충전되도록 외부로부터 제공되는 충방전 제어신호에 따라 턴오프되고, 상기 충방전 제어신호에 따라 턴온되어 상기 터치센서에 충전된 전하가 상기 방전부에 제공되도록 상기 터치센서와 상기 방전부간의 전기적 경로를 설정하는 충방전스위치를 포함하고,
상기 충방전스위치에 의한 방전전류는 상기 충방전스위치에 의한 충전전류의 두배인 것을 특징으로 하는 정전용량식 터치패널.
터치센서들; 및
상기 터치센서들 각각의 양단에 연결되어 상기 터치센서의 정전용량 변화를 감지하여 터치위치를 감지하는 정전용량 측정회로를 포함하되, 상기 정전용량 측정회로는,
제1 기준전압과 제2 기준전압을 생성하는 기준전압발생부;
외부로부터 제공되는 제1 제어신호에 응답하여, 상기 제1 기준전압과 상기 터치센서에 의한 감지전압을 비교한 제1 비교신호와 상기 제2 기준전압과 상기 감지전압을 비교한 제2 비교신호를 출력하는 전압비교부;
외부로부터 제공되는 제2 제어신호에 응답하여, 상기 제1 및 제2 비교신호들을 근거로 하나의 충방전 제어신호를 출력하는 제어부;
외부로부터 제공되는 제3 제어신호에 응답하여, 복수의 터치센서들 중 하나를 선택하는 먹스부;
상기 충방전 제어신호에 응답하여, 상기 먹스부에 의해 선택된 터치센서에 전하를 공급하여 상기 터치센서를 상기 제1 기준전압에서 상기 제2 기준전압까지 충전하거나, 상기 먹스부에 의해 선택된 터치센서에 충전된 전하를 방전시켜 상기 제2 기준전압에서 상기 제1 기준전압으로 방전시키는 충방전회로부; 및
외부로부터 제공되는 제4 제어신호 및 상기 제3 제어신호에 응답하여, 상기 충방전회로부에 의해 이루어지는 충전 및 방전시간과 전체 충전과 방전에 소요되는 시간을 각각 측정하고, 상기 측정에 따른 출력신호를 출력하는 타이머부를 포함하되,
상기 충방전회로부는,
상기 터치센서를 충전하기 위한 충전전류를 출력하는 충전부;
상기 터치센서를 방전하기 위한 방전전류를 제공받는 방전부; 및
외부로부터 제공되는 충방전 제어신호에 따라 턴온되어 상기 충전부에서 출력되는 충전전류가 상기 터치센서에 충전되도록 상기 충전부와 상기 터치센서간의 전기적 경로를 설정하고, 상기 충방전 제어신호에 따라 턴오프되어 상기 터치센서에 충전된 전하가 상기 방전부에 제공되도록 상기 충전부와 상기 터치센서간의 전기적 경로를 차단하는 충방전스위치를 포함하고,
상기 충방전스위치에 의한 충전전류는 상기 충방전스위치에 의한 방전전류의 두배인 것을 특징으로 하는 정전용량식 터치패널.