KR101327888B1

KR101327888B1 - 터치 패널 시스템의 믹서 회로 및 방법

Info

Publication number: KR101327888B1
Application number: KR1020110059897A
Authority: KR
Inventors: 오도환
Original assignee: (주)멜파스
Priority date: 2011-06-21
Filing date: 2011-06-21
Publication date: 2013-11-11
Also published as: KR20120140276A; US9069406B2; US20120327000A1

Abstract

본 발명은 터치 패널 시스템의 믹서회로에 있어서, 신호 발생부로부터 발생된 기준 신호와 터치 패널에서 사용자의 터치에 의해 발생되는 센싱 신호 각각에 대해 저역통과필터를 통과시켜 고주파 잡음을 제거한 후, 미분기를 통해 믹싱시킴으로서 두 신호간 신호 세기의 차이에 따른 전압 레벨값이 정확히 출력되도록 하여 보다 정확한 터치 감지가 가능하도록 한다.

Description

터치 패널 시스템의 믹서 회로 및 방법{MIXER IN TOUCH PANEL SYSTEM AND METHOD THEREOF}

본 발명은 터치 패널 시스템에 관한 것으로, 특히 터치 패널 시스템의 믹서회로(mixer)에 있어서, 신호 발생부로부터 발생된 기준신호와 터치 패널에서 사용자의 터치에 의해 발생되는 센싱신호(sensing signal) 각각에 대해 저역통과필터(low pass filter)를 통과시켜 고주파 잡음(high frequency noise)을 제거한 후, 미분기(differentiator)를 통해 믹싱시킴으로서 두 신호간 신호 세기의 차이에 따른 전압 레벨(voltage level)값이 정확히 출력되도록 하여 보다 정확한 터치 감지가 가능하도록 하는 터치 패널 시스템의 믹서회로 및 방법에 관한 것이다.

터치 패널 시스템은 키보드(keyboard)나 마우스(mouse)와 같은 입력 장치를 사용하지 않고, 화면(screen)에 나타난 문자나 특정 위치에 사람의 손 또는 물체가 닿으면 그 위치를 파악하여 특정한 기능을 처리하도록 한 것으로, 최근 들어, 휴대폰(mobile phone), 스마트폰(smart phone) 등의 이동통신 단말기를 포함하는 다수의 장치에 다양하게 장착되고 있다. 이러한 터치 패널 시스템은 저항막 방식, 표면 탄성파 방식, 적외선 차광 방식, 전자 유도 방식, 정전용량 방식 등이 있다.

정전용량 방식 터치 패널 시스템은 별도의 구동 신호를 인가하지 않고, 접촉 물체와 감지 전극 사이에서 생성되는 자체 정전용량(Self-Capacitance)을 이용하여 접촉 입력을 판단하는 방식과, 소정의 구동 신호를 인가하고 접촉 물체에 의해 다수의 감지 전극 사이에서 발생하는 상호 정전용량(Mutual-Capacitance)을 이용하여 접촉 입력을 판단하는 방식으로 구분할 수 있다. 자체 정전용량을 이용하는 방식은 회로 구성이 간단하고, 구현이 용이한 반면 멀티 터치 판단이 용이하지 않은 단점이 있다. 반면, 상호 정전용량을 이용하는 방식은 멀티 터치 판단에 있어서 자체 정전용량을 이용하는 방식보다 이점을 갖지만, 2층 구조로 구현해야 하므로 두께가 상승하는 단점이 있다.

한편, 이러한 터치 패널 시스템은 일반적으로 사용자의 손가락 또는 물체가 직접 접촉되는 윈도우(window), 소정 패턴 형태의 투명 감지 전극 및 감지 전극으로부터 입력되는 전기적인 신호를 분석하여 접촉이 이루어지는 위치를 판별하는 콘트롤러 칩(controller chip)으로 이루어진다. 여기에서, 감지 전극은 다수개의 채널로 구성되며, 각각의 채널은 터치 감지 영역에 대응하여 형성된다.

터치 패널 시스템은 감지 전극을 형성하는 각각의 채널을 통해 전송된 센싱신호와 기준신호간의 비교를 통한 전기적 특성값을 기반하여 터치 감지 영역 내에서 터치된 위치를 판단할 수 있다.

이때, 터치 패널 시스템에서 사용자에 의한 터치를 감지하는 데에는 사용자의 터치에 의해 발생되는 캐패시턴스(capacitance)의 차이를 터치 패널 시스템내 믹서 회로에서 일정 전압 레벨의 신호로 출력하여 터치 여부를 판단할 수 있는 기준 전압 레벨값과 비교하여 터치 여부를 감지하게 된다.

그러나, 종래 터치 패널 시스템에서 기준 신호와 사용자의 터치에 따라 터치 패널로부터 발생된 터치 신호의 캐패시턴스 차이를 연산하여 전압 레벨로 변환하여 주는 믹서회로는 사용자의 터치에 의한 터치 신호에 고주파 잡음이 섞이는 경우 전압 레벨로의 변환 시 오동작이 발생하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 터치 패널 시스템의 믹서회로에 있어서, 신호 발생부로부터 발생된 기준 신호와 터치 패널에서 사용자의 터치에 의해 발생되는 센싱 신호 각각에 대해 저역통과필터를 통과시켜 고주파 잡음을 제거한 후, 미분기를 통해 믹싱시킴으로서 두 신호간 신호 세기의 차이에 따른 전압 레벨값이 정확히 출력되도록 하여 보다 정확한 터치 감지가 가능하도록 하는 터치 패널 시스템의 믹서회로 및 방법을 제공하고자 한다.

상술한 본 발명은 터치 패널 시스템의 믹서회로로서, 터치 패널로부터 입력되는 센싱신호를 신호 발생부로부터 생성된 제1 기준신호로 스위칭하여 출력하는 제1 스위치부와, 상기 센싱신호를 제1 기준신호를 위상 반전시킨 제2 기준신호로 스위칭하여출력하는 제2 스위치부와, 상기 제1 스위치부로부터 출력되는 제1 결과신호를 저역통과필터링시키는 제1 저역통과필터와, 상기 제2 스위치부로부터 출력되는 제2 결과신호를 저역통과필터링시키는 제2 저역통과필터와, 상기 제1 저역통과필터와 제2 저역통과필터로부터 출력되는 신호를 미분연산하여 전압레벨 신호로 출력시키는 미분기를 포함한다.

또한, 상기 제2 기준신호는, 상기 제1 기준신호의 위상을 180° 반전시킨 신호인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 미분기는, 상기 제2 저역통과필터로부터 출력되는 신호를 반전시킨 후, 상기 제1 저역통과필터로부터 출력되는 신호와 합산시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 터치 패널 시스템의 믹서회로에서 신호 연산 방법으로서, 터치 패널로부터 입력되는 센싱신호를 신호 발생부로부터 생성된 제1 기준신호로 스위칭하여 제1 결과신호로 출력하는 단계와, 상기 센싱신호를 제1 기준신호의 위상을 반전시킨 제2 기준신호로 스위칭하여 제2 결과신호로 출력하는 단계와, 상기 제1 결과신호와 제2 결과신호를 각각 기설정된 저주파수 대역에서 저역통과필터링시키는 단계와, 상기 저역통과필터링된 제1 결과신호와 제2 결과신호를 미분연산하여 출력시키는 단계를 포함한다.

또한, 상기 연산단계에서, 상기 제2 기준신호는 상기 제1 기준신호의 위상을 180° 반전시킨 신호인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 미분연산 단계는, 상기 저역통과필터링된 제2 결과신호를 반전시킨 후, 상기 저역통과필터링된 제1 결과신호와 합산시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는 터치 패널 시스템의 믹서회로에 있어서, 신호 발생부로부터 발생된 기준 신호와 터치 패널에서 사용자의 터치에 의해 발생되는 터치신호 각각에 대해 저역통과필터를 통과시켜 고주파 잡음을 제거한 후, 미분기를 통해 믹싱시킴으로서 두 신호간 신호 세기의 차이에 따른 전압 레벨값이 정확히 출력되도록 하여 보다 정확한 터치 감지가 가능한 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 믹서회로가 포함된 터치 패널 시스템의 블록 구성도,
도 2는 본 발명의 믹서회로의 상세 회로 구성도,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 믹서회로 각 회로부에서의 신호 파형 예시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 믹서 회로를 포함하는 터치 패널 시스템을 도시한 것으로, 신호 발생부(signal generator)(100), 센싱부(102), 믹서부(mixer)(104)와 A/D 변환부(analog-digital convertor)(106) 등을 포함할 수 있다.

신호 발생부(100)는 클럭신호 등과 같은 기준신호를 생성하여 각 채널의 센싱부(102)와 믹서부(104)에 제공할 수 있다. 여기에서, 센싱부(102)에 출력되는 기준신호는 센싱부(102)의 터치 감지에 따라 변화되어 믹서부(106)에 출력될 수 있다.

센싱부(102)는 터치 패널 상에서 사용자에 의해 터치 조작이 이루어지는 경우 터치에 따른 센싱신호를 발생하여 믹서부(104)로 입력시킨다. 즉, 센싱부(102)는 터치를 감지하고 감지된 터치에 따라 캐패시턴스(capacitance)를 변화시키는 것으로서, 캐피시턴스의 변화에 따라 신호 발생부(100)로부터 인가된 기준신호의 클럭을 변화시킨 센싱신호를 믹서부(104)에 출력할 수 있다.

믹서부(104)는 신호 발생부(100)로부터 입력되는 기준신호와 센싱부(102)로부터 입력되는 센싱신호를 연산하여 A/D 변환부(106)에 출력할 수 있는데, 즉 믹서부(104)는 신호 발생부(100)에서 출력되는 기준신호와 센싱부(102)에서 출력되는 센싱신호를 믹싱(mixing)한 후, 이를 전압(voltage)으로 변환하여 출력할 수 있다. 이때, 예를 들어 센싱부(102)로부터 입력되는 센싱신호가 사용자의 터치 등으로 인해 캐패시턴스가 변화되어 신호 발생부(100)에서 제공받은 기준신호와 센싱신호간의 주파수와 위상차가 발생하는 경우 두 신호가 믹싱부(104)에서 믹싱되면, 믹싱되어 출력되는 신호의 전압 레벨은, 터치가 발생하지 않았을 때 주파수와 위상이 동일한 두 신호가 믹싱되는 경우보다 상대적으로 낮아지게 출력될 수 있다. 위와 같은 전압 레벨의 변화는 A/D 변환부(106)를 통해 디지털 값으로 변환되어 터치 패널 상 사용자의 터치 여부를 판단하는 정보로 사용될 수 있다.

A/D 변환부(106)는 믹서부(104)의 연산 결과, 즉 아날로그 신호 형태의 전압 값을 디지털 값으로 변환하여 제어부(108)에 출력할 수 있다.

제어부(108)는 A/D 변환부(106)에서 출력되는 센싱신호와 기준신호를 믹싱한 출력신호에 디지털 값을 기반으로 터치 여부를 판단하기 위해 미리 설정된 기준 전압 레벨과 비교하여 터치 패널에서 사용자의 터치 여부를 판단한다.

이때, 예를 들어 제어부(108)는 센싱신호와 기준신호를 믹싱한 출력신호에 대한 디지털 값이 0.8V 이하이면 터치가 수행된 것으로 판단할 수 있고, 센싱신호와 기준신호를 믹싱한 출력신호에 대한 디지털 값이 0.8∼1.2V이면 터치가 수행되지 않은 것으로 판단할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 믹서 회로의 상세 회로 구성을 도시한 것으로, 제1 스위치부(200), 제2 스위치부(202), 제1 저역통과필터(low pass filter)(204), 제2 저역통과필터(206), 미분기(differentiator)(208) 등을 포함한다.

이하, 도 2를 참조하여, 믹서회로의 각 구성 회로에서의 동작을 상세히 설명하기로 한다. 먼저, 제1 스위치부(200)는 센싱부(102)로부터 입력된 센싱신호(IN)를 신호 발생부(100)로부터 생성된 기준신호(CLK)로 스위칭하여 출력한다.

제2 스위치부(202)는 센싱부(102)로부터 입력된 센싱신호(IN)를 신호 발생부(100)로부터 생성된 기준신호(CLK)의 위상을 반대로 변경시킨 기준신호(

)로 스위칭하여 출력한다.

제1 저역통과필터(204)는 제1 스위치부(200)를 통해 출력된 제1 결과신호(OUT)에 대해 저역통과필터링을 수행하여 고주파 잡음 성분을 제거시킨다.

제2 저역통과필터(206)는 제2 스위치부(202)를 통해 출력된 제2 결과신호(

)에 대해 저역통과필터링을 수행하여 고주파 잡음 성분을 제거시킨다.

미분기(208)는 제2 저역통과필터(206)로부터 출력되는 신호를 반전시킨 후, 제1 저역통과필터(204)로부터 출력되는 신호와 합산하여 일정 전압 레벨로 출력시킨다.

위와 같이, 믹서부(104)를 통해 일정 전압 레벨로 출력되는 신호는 A/D 변환부(106)를 거쳐 디지털 값으로 변환되며, 제어부(108)로 인가되어 터치 여부의 판단을 위한 데이터로 사용될 수 있다. 즉, 예를 들어 제어부(108)는 센싱신호와 기준신호를 믹싱한 결과신호에 대한 디지털 값이 0.8V 이하이면 터치가 수행된 것으로 판단할 수 있고, 센싱신호와 기준신호를 믹싱한 결과신호에 대한 디지털 값이 0.8∼1.2V이면 터치가 수행되지 않은 것으로 판단할 수 있다.

이때, 본 발명에서는 저역통과필터(204, 206)를 미분기(208) 앞단에 설치하여 센싱신호와 기준신호가 미분기(208)를 통해 연산되기 전에, 센싱신호에 잡음으로 섞일 수 있는 고주파 잡음이 필터링되도록 함으로써 터치 패널에서의 사용자 터치에 따라 변화한 신호의 전압 레벨을 보다 정확히 결정할 수 있고, 이에 따라 미분기(208)로부터 출력되는 신호의 전압 레벨이 보다 신뢰성 있게 출력되어 터치 여부를 판단하는데 있어서 정확도를 높일 수 있게 된다.

도 3은 상기 도 2의 믹서부(104)내 각 회로부에서 출력되는 신호의 파형을 예시한 도면으로, 이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 믹서부(104)의 동작을 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 도 3의 (a), (b)에서와 같이 터치 패널 시스템의 신호 발생부(100)로부터 발생된 제1 기준신호(CLK)가 믹서부(104)의 제1 스위치부(200)로 입력되고, 제2 스위치부(202)로는 제1 기준신호(CLK)와 180° 위상 반전된 제2 기준신호(

)가 입력된다.

도 3의 (c)는 터치 패널 상에서 사용자의 손가락 등에 의한 터치가 발생하여 센싱부(102)로부터 발생된 센싱신호(IN)를 도시한 것으로, 센싱부(102)로부터 입력된 센싱신호(IN)는 믹서부(104)내 제1 스위치부(200)와 제2 스위치부(202)로 입력되어 도 3의 (a), (b)에 도시된 바와 같은 제1 기준신호(CLK)와 제2 기준신호(

)와 각각 연산된다.

도 3의 (d), (e)는 센싱부(102)로부터의 센싱신호(IN)와 제1 기준신호(CLK), 제2 기준신호(

)가 각각 연산되어 출력되는 제1 결과신호(OUT)와 제2 결과신호(

)를 도시한 것이다.

즉, 위 도 3의 (d), (e)에서 도시된 바와 같은 제1 결과신호(OUT)와 제2 결과신호(

)는 제1 저역통과필터(204)와 제2 저역통과필터(206)를 통해 저역통과필터링 된 후, 도 3의 (f), (g)에서와 같이 출력된다. 도 3의 (f), (g)는 제1 결과신호(OUT)와 제2 결과신호(

)가 저역통과필터링 수행된 신호인 L1, L2를 도시한 것으로, 각각 예를 들어, 0.7V, 0.3V 등의 일정 레벨의 전압 값으로 출력되는 것을 도시한 것이다.

본 발명에서는 위와 같이, 제1 결과신호(OUT)와 제2 결과신호(

)가 미분기(208)로 입력되기 전에 저역통과필터링을 통해 고주파 잡음이 제거되도록 함으로써 터치에 따라 변화된 전압레벨 값이 보다 정확히 측정될 수 있도록 한다.

위와 같이, 제1 저역통과필터(204)와 제2 저역통과필터(206)를 통과하여 일정 레벨의 전압 값으로 출력되는 신호는 미분기(208)로 입력된다. 그러면 미분기(208)는 전술한 바와 같이, 제2 저역통과필터(206)로부터 출력되는 신호(L2)를 반전시킨 후, 제1 저역통과필터(204)로부터 출력되는 신호(L1)와 합산하여 일정 전압 레벨로 출력시킨다.

도 3의 (h)는 믹서부(104)의 미분기(208)를 통해 일정 전압레벨로 출력되는 최종 출력신호(diff)를 도시한 것으로, 센싱부(102)로부터 입력된 센싱신호(IN)와 신호 발생부(100)로부터 입력된 기준신호(CLK,

)가 믹서부(104)를 통해 연산되어 터치 입력 여부를 판단하기 위한 전압레벨 신호로 변환된 상태를 도시한 것이다.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 터치 패널 시스템의 믹서회로에 있어서, 신호 발생부로부터 발생된 기준 신호와 터치 패널에서 사용자의 터치에 의해 발생되는 센싱신호 각각에 대해 저역통과필터를 통과시켜 고주파 잡음을 제거한 후, 미분기를 통해 믹싱시킴으로서 두 신호 간 신호 세기의 차이에 따른 전압 레벨값이 정확히 출력되도록 하여 보다 정확한 터치 감지가 가능하게 된다.

한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위에 의해 정하여져야 한다.

100 : 신호 발생부 102 : 센싱부
104 : 믹서부 106 : A/D 변환부
108 : 제어부

Claims

터치 패널 시스템의 믹서회로로서,
터치 패널로부터 입력되는 센싱신호를 신호 발생부로부터 생성된 제1 기준신호로 스위칭하여 출력하는 제1 스위치부와,
상기 센싱신호를 제1 기준신호를 위상 반전시킨 제2 기준신호로 스위칭하여출력하는 제2 스위치부와,
상기 제1 스위치부로부터 출력되는 제1 결과신호를 저역통과필터링시키는 제1 저역통과필터와,
상기 제2 스위치부로부터 출력되는 제2 결과신호를 저역통과필터링시키는 제2 저역통과필터와,
상기 제1 저역통과필터와 제2 저역통과필터로부터 출력되는 신호를 미분연산하여 전압레벨 신호로 출력시키는 미분기를 포함하되,
상기 미분기는,
상기 제2 저역통과필터로부터 출력되는 신호를 반전시킨 후, 상기 제1 저역통과필터로부터 출력되는 신호와 합산시키는 것을 특징으로 하는 터치 패널 시스템의 믹서회로.
제 1 항에 있어서,
상기 제2 기준신호는,
상기 제1 기준신호의 위상을 180° 반전시킨 신호인 것을 특징으로 하는 터치 패널 시스템의 믹서회로.
삭제
터치 패널 시스템의 믹서회로에서 신호 연산 방법으로서,
터치 패널로부터 입력되는 센싱신호를 신호 발생부로부터 생성된 제1 기준신호로 스위칭하여 제1 결과신호로 출력하는 단계와,
상기 센싱신호를 제1 기준신호의 위상을 반전시킨 제2 기준신호로 스위칭하여 제2 결과신호로 출력하는 단계와,
상기 제1 결과신호와 제2 결과신호를 각각 기설정된 저주파수 대역에서 저역통과필터링시키는 단계와,
상기 저역통과필터링된 제1 결과신호와 제2 결과신호를 미분연산하여 출력시키는 단계를 포함하되,
상기 미분연산하여 출력시키는 단계는,
상기 저역통과필터링된 제2 결과신호를 반전시킨 후, 상기 저역통과필터링된 제1 결과신호와 합산시키는 것을 특징으로 하는 신호 연산 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 제2 기준신호는, 상기 제1 기준신호의 위상을 180° 반전시킨 신호인 것을 특징으로 하는 신호 연산 방법.
삭제