KR101387681B1 - 터치 컨트롤러, 이의 동작 방법 및 이를 포함하는 시스템 - Google Patents

Abstract

터치 컨트롤러가 개시된다. 상기 터치 컨트롤러는 제1핀, 상기 제1핀으로부터 흐르는 전류를 감지하여 상기 감지된 전류를 전달 전류로서 출력하는 전류 전달기, 상기 전류 전달기와 접속되며, 터치 패널의 감지 방식에 따라 스위칭되는 스위치 회로, 및 상기 전달 전류를 전압으로 변환하는 전하 적분기를 포함한다.

Description

터치 컨트롤러, 이의 동작 방법 및 이를 포함하는 시스템{Touch controller, method thereof, and system having the touch controller}

본 발명은 터치 컨트롤러에 관한 것으로, 특히 터치 패널의 감지 방식에 관계없이 터치 패널의 감지 여부를 검출하기 위한 터치 컨트롤러, 이의 동작 방법 및이를 포함하는 시스템에 관한 것이다.

터치 가능한 전자 장치에 대한 요구가 증가하고 있다. 상기 전자 장치는 터치를 감지하기 위해 터치 패널을 포함한다. 상기 터치 패널은 전극들을 포함한다.

정전용량 감지(capacitive sensing)는 커패시턴스의 변화를 이용하여 터치를 감지하는 기술이다. 손가락이나 전도성 스타일러스(conductive stylus)가 전극들에 접근할 때, 커패시턴스가 변화한다. 상기 커패시턴스의 변화는 상기 터치 패널과 접속된 터치 컨트롤러에 의해 측정되며, 상기 커패시턴스의 변화는 X, Y 좌표로 변환될 수 있다.

상기 정전용량 감지는 자기 정전용량 감지(self capacitive sensing)와 상호 정전용량 감지(mutual capacitive sensing)로 나뉠 수 있다. 상기 자기 정전용량 감지는 손가락과 전극 사이의 커패시턴스를 측정함으로써 터치를 감지하는 기술이다. 상기 자기 정전용량 감지는 멀티 터치를 감지할 수 없다.

상기 상호 정전용량 감지는, 손가락이 터치 패널을 터치할 때, 2개의 전극들 사이의 상호 커패시턴스를 측정함으로써 터치를 감지하는 기술이다. 상기 상호 정전용량 감지는 멀티 터치를 감지할 수 있으나, 감지 속도가 오래 걸린다.

상기 터치 패널의 감지 방식이 자기 정전용량 감지인지 상호 정전용량 감지인지 여부에 따라 터치를 감지하는 터치 컨트롤러는 서로 다른 회로로 구현되어야 했다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 터치 패널의 감지 방식에 관계없이 상기 터치 패널의 터치 여부를 감지할 수 있는 터치 컨트롤러, 이의 동작 방법 및 이를 포함하는 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 실시 예에 따른 터치 컨트롤러는 제1핀, 상기 제1핀으로부터 흐르는 전류를 감지하여 상기 감지된 전류를 전달 전류로서 출력하는 전류 전달기, 상기 전류 전달기와 접속되며, 터치 패널의 감지 방식에 따라 스위칭되는 스위치 회로, 및 상기 전달 전류를 전압으로 변환하는 전하 적분기를 포함한다.

상기 터치 컨트롤러는 제2핀, 제3핀, 및 상기 제1핀, 상기 제2핀, 및 상기 제3핀 중 어느 하나를 상기 스위치 회로와 접속시키는 선택기를 더 포함한다.

상기 터치 패널의 감지 방식이 상호 정전용량 감지일 때, 상기 제2핀과 상기 제3핀은 사용되지 않는다.

상기 터치 패널의 감지 방식이 자기 정전용량 감지일 때, 상기 제2핀과 상기 제3핀은 사용된다.

상기 스위치 회로는 전원 노드와 접지 사이에 직렬로 연결된 스위치들, 및 상기 제1핀과 상기 전류 전달기를 스위칭하는 제1스위치를 포함한다.

상기 터치 패널의 감지 방식이 상호 정전용량 감지일 때, 상기 스위치들은 모두 턴 오프되며, 상기 제1스위치는 턴 온된다.

상기 터치 패널의 감지 방식이 자기 정전용량 감지일 때, 상기 스위치들 중 어느 하나가 턴 온될 때, 상기 스위치들 중 다른 하나는 턴 오프된다.

상기 전하 적분기는 제1출력 노드, 상기 전류 전달기와 상기 제1출력 노드 사이에 접속된 제1스위치, 상기 제1출력 노드와 접지 사이에 접속된 제1가변 커패시터, 상기 제1출력 노드와 상기 기준 노드 사이에 접속된 제1리셋 스위치, 상기 스위치 회로와 접속되는 제2출력 노드, 상기 전류 전달기와 상기 제2출력 노드 사이에 접속된 제2스위치와 모드 스위치, 상기 제2출력 노드와 상기 접지 사이에 접속된 제2가변 커패시터, 및 상기 제2출력 노드와 상기 기준 노드 사이에 접속된 제2리셋 스위치를 포함한다.

상기 터치 패널의 감지 방식이 상호 정전용량 감지일 때, 상기 모드 스위치는 턴 온된다. 상기 터치 패널의 감지 방식이 자기 정전용량 감지일 때, 상기 모드 스위치는 턴 오프된다.

본 발명의 실시 예에 따른 터치 컨트롤러의 동작 방법은 수신 핀으로부터 흐르는 전류를 감지하여 상기 감지된 전류를 전달 전류로서 출력하는 단계, 터치 패널로 인가되는 펄스 신호가 상승 에지일 때, 상기 전달 전류를 제1전압으로 변환하여 제1출력 단자로 출력하는 단계, 및 상기 펄스 신호가 하강 에지일 때, 상기 전달 전류를 제2전압으로 변환하여 제2출력 단자로 출력하는 단계를 포함하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 터치 패널의 동작을 제어하는 터치 컨트롤러의 동작 방법은 스위치 회로를 이용하여, 상기 터치 패널의 커패시터를 프리차징하는 단계와, 상기 스위치 회로를 이용하여, 상기 커패시터에 축적된 전하들을 가변 커패시터와 전하 공유하는 단계와, 상기 전하 공유에 의해 상기 커패시터에 공유된 전하들을 전류 전달기로 전송하는 단계와, 상기 전류 전달기를 이용하여 상기 공유된 전하들로부터 전달 전류를 생성하는 단계와, 전하 적분기를 이용하여 상기 전달 전류를 전압으로 변환하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따른 터치 시스템은 터치 패널, 및 상기 터치 패널을 제어하는 상기 터치 컨트롤러를 포함한다.

상기 터치 시스템은 휴대용 전자 장치이다.

본 발명의 실시 예에 따른 터치 컨트롤러, 이의 동작 방법 및 이를 포함하는 시스템은 스위치 회로와 가변 커패시터를 포함함으로써 터치 패널의 감지 방식에 관계없이 하나의 터치 컨트롤러를 이용하여 상기 터치 패널의 터치 여부를 감지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 터치 컨트롤러, 이의 동작 방법 및 이를 포함하는 시스템은 자기 정전용량 감지를 위해 가변 커패시터를 이용함으로써 커패시턴스의 변화량만을 감지할 수 있어 터치 컨트롤러에 흐르는 전류를 감소시켜 전력 소모를 줄이고, 패치 패널의 자기 정전용량의 편차 및 기생 커패시턴스에 의한 영향을 제거할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 터치 컨트롤러, 이의 동작 방법 및 이를 포함하는 시스템은 자기 정전용량 감지를 위해 리셋 전압을 조절함으로써 커패시턴스의 변화량만을 감지할 수 있어 터치 컨트롤러에 흐르는 전류를 감소시켜 전력 소모를 줄이고, 패치 패널의 자기 정전용량의 편차 및 기생 커패시턴스에 의한 영향을 제거할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 상세한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 터치 컨트롤러를 포함하는 터치 시스템의 블록도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 터치 패널의 일 실시 예에 따른 터치 시스템의 블록도를 나타낸다.
도 3은 도 1에 도시된 터치 패널의 다른 실시 예에 따른 터치 시스템의 블록도를 나타낸다.
도 4는 도 2와 도 3에 도시된 센싱 회로의 회로도를 나타낸다.
도 5는 도 4에 도시된 신호들의 일 실시 예에 따른 파형도를 나타낸다.
도 6은 도 4에 도시된 신호들의 다른 실시 예에 따른 파형도를 나타낸다.
도 7은 도 4에 도시된 센싱 회로의 일 실시 예에 따른 회로도를 나타낸다.
도 8은 도 4에 도시된 센싱 회로의 다른 실시 예에 따른 회로도를 나타낸다.
도 9는 도 4에 도시된 센싱 회로의 또 다른 실시 예에 따른 회로도를 나타낸다.
도 10은 도 2에 도시된 터치 컨트롤러의 동작을 설명하기 위한 흐름도를 나타낸다.
도 11은 도 3에 도시된 터치 컨트롤러의 동작을 설명하기 위한 흐름도를 나타낸다.

본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 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.

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 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 터치 컨트롤러를 포함하는 터치 시스템의 블록도를 나타낸다.

도 1을 참조하면, 터치 시스템(100)은 스마트 폰, 태블릿(tablet) PC 또는 노트북과 같은 휴대용 전자 장치이다. 터치 시스템(100)은 터치 패널(110)과 터치 컨트롤러(120)를 포함한다.

터치 패널(110)은 X축 방향으로 배열된 전극들(111)과 Y축 방향으로 배열된 전극들(113)을 포함한다. X축 방향으로 배열된 전극들(111)과 Y축 방향으로 배열된 전극들(113)은 2개의 층들(layers)로 구현될 수 있다. 실시 예에 따라 전극들(111)과 전극들(113)은 1개의 층으로 구현될 수 있다.

터치 컨트롤러(120)는, 사람의 손가락 또는 스타일러스 펜(stylus pen)으로 터치 패널(110)을 터치할 때, 터치 패널(110)의 터치 여부를 감지하기 위해 사용된다. 터치 컨트롤러(120)는 아날로그 프론트 엔드(analog front end; AFE, 130), 마이크로 컨트롤 유닛(micro control unit; MCU, 160) 및 메모리(170)를 포함한다.

AFE(130)는 터치 패널(110)을 구동하고, 터치 패널(110)로부터 전류를 수신하여, 상기 전류에 대해 여러 가지 동작들을 수행하여, MCU(160)가 처리할 수 있도록 디지털 신호로 변환한다. AFE(130)는 드라이버(driver, 140)와 수신기(150)를 포함한다. 드라이버(140)는 터치 패널(110)을 구동하기 위해 펄스 신호(예컨대, 전압)를 공급한다. 드라이버(140)는 터치 패널(110)의 감지 방식이 상호 정전용량 감지일 때 이용된다. 수신기(150)에 대해서는 도 2 내지 도 11에서 자세히 설명될 것이다.

MCU(160)는 AFE(130)로부터 출력된 디지털 신호를 처리한다. 예컨대, MCU(160)는 상기 디지털 신호를 이용하여 터치 좌표를 계산한다.

메모리(170)는 AFE(130)로부터 출력되는 디지털 신호 또는 MCU(160)에 의해 처리된 디지털 신호를 저장할 수 있다. 메모리(170)는 플래시 메모리와 같은 비휘발성 메모리 또는 SRAM(static random-access memory)과 같은 휘발성 메모리로 구현될 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된 터치 패널의 일 실시 예에 따른 터치 시스템의 블록도를 나타낸다. 도 2는 터치 패널의 감지 방식이 상호 정전용량 감지일 때 터치 시스템의 블록도를 나타낸다.

도 1과 도 2를 참조하면, 터치 시스템(100-1)은 터치 패널(110-1)과 수신기(150-1)를 포함한다. 설명의 편의상 도 1에 도시된 터치 컨트롤러(120)의 다른 구성요소들(140, 160 및 170)은 생략되었다.

터치 패널(110-1)의 감지 방식이 상호 정전용량 감지일 때, 수신기(150-1)는 2개의 전극들(예컨대, RL1과 CL2) 사이의 커패시턴스(예컨대, Cm)를 감지한다. 이 때, 터치 패널(110-1)의 전극들(RL1~RLm; m은 자연수) 각각을 구동시키는 펄스 신호는 도 1에 도시된 드라이버(140)에 의해 공급된다. 수신기(150-1)는 센싱 회로들(10-11, 10-12, 10-13, ... , 및 10-1n; n은 자연수) 및 아날로그 디지털 컨버터(analog digital converter; ADC, 151-1)를 포함한다.

센싱 회로들(10-11, 10-12, 10-13,..., 및 10-1n) 각각은 패널(110-1)의 각각의 전극(CL1, CL2, ..., CLn)으로부터 출력되는 각각의 전류를 수신하고 상기 각각의 전류를 각각의 전압들(예컨대, VOUT1와 VOUT2)로 변환한다. 전압들(VOUT1과 VOUT2)은 아날로그 신호들이다.

ADC(151-1)는 센싱 회로들(10-11, 10-12, 10-13,..., 및 10-1n)로부터 출력되는 전압들(예컨대, VOUT1과 VOUT2)을 디지털 신호들로 변환한다.

도 3은 도 1에 도시된 터치 패널의 다른 실시 예에 따른 터치 시스템의 블록도를 나타낸다. 도 3은 터치 패널의 감지 방식이 자기 정전용량 감지일 때 터치 시스템의 블록도를 나타낸다.

도 1과 도 3을 참조하면, 터치 시스템(100-2)은 터치 패널(110-2)과 수신기(150-2)를 포함한다. 설명의 편의상 도 1에 도시된 터치 컨트롤러(120)의 다른 구성요소들(140, 160 및 170)은 생략되었다.

터치 패널(110-2)의 감지 방식이 자기 정전용량 감지일 때, 수신기(150-2)는 사람의 손가락 또는 스타일러스 펜과 전극 사이의 커패시턴스(예컨대, Cself)를 감지한다. 수신기(150-2)는 센싱 회로들(10-21, 10-22, 10-23, ... , 및 10-2n; n은 자연수) 및 아날로그 디지털 컨버터(analog digital converter; ADC, 151-2)를 포함한다.

센싱 회로들(10-21, 10-22, 10-23,..., 및 10-2n) 각각은 패널(110-2)의 전극(예컨대, RL1 또는 CL1)으로 펄스 신호를 공급하고, 상기 전극으로부터 출력되는 전류를 수신하고, 상기 전류를 전압(예컨대, VOUT1)으로 변환한다. 전압(VOUT1)은 아날로그 신호이다.

ADC(151-2)는 센싱 회로들(10-21, 10-22, 10-23,..., 및 10-2n)로부터 출력되는 전압(VOUT1)을 디지털 신호로 변환한다.

도 4는 도 2와 도 3에 도시된 센싱 회로의 회로도를 나타낸다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 센싱 회로(10)는 도 2에 도시된 센싱 회로(10-11) 또는 도 3에 도시된 센싱 회로(10-21)의 일 실시 예를 나타낸다. 즉, 터치 패널(110)의 감지 방식에 관계없이 센싱 회로(10)는 이용될 수 있다. 센싱 회로(10)는 핀들(P1, P2, 및 P3), 선택기(11), 스위치 회로(13), 전류 전달기(23), 및 전하 적분기(33)를 포함한다.

핀들(P1, P2 및 P3)은 터치 패널(110)의 전극들과 접속된다. 예컨대, 터치 패널(110)의 감지 방식이 상호정전 용량 감지일 때, 핀(P3)은 전극(예컨대, CL1)과 접속되며, 핀들(P1과 P2)은 사용되지 않는다. 터치 패널(110)의 감지 방식이 자기정전 용량 감지일 때, 핀들(P1, P2 및 P3) 각각은 전극들(예컨대, RLm, RL1, 및 CL1) 각각과 접속될 수 있다.

선택기(11)는 핀들(P1, P2, 및 P3) 중 어느 하나를 스위치 회로(13)와 접속시킨다. 선택기(11)는 선택 신호 생성기(미도시)에 의해 생성되는 선택 신호(SEL)에 의해 제어된다.

스위칭 회로(13)는 전원 노드(VTX)와 접지 사이에 직렬로 연결된 스위치들(15, 17, 및 19)과, 선택기(11)와 전류 전달기(23)를 스위칭하는 스위치(21)를 포함한다. 스위치(21)는 스위치 제어신호(S3)에 의해 제어된다. 스위칭 회로(13)는 터치 패널(10)의 감지 방식에 따라 스위칭된다. 예컨대, 터치 패널(10)의 감지 방식이 상호 정전용량 감지일 때, 스위치들(15, 17, 및 19)은 턴 오프되고, 스위치(21)는 턴 온된다. 터치 패널(10)의 감지 방식이 자기 정전용량 감지일 때, 스위치들(15, 17, 및 19)은 시간에 따라 턴 온 또는 턴 오프된다. 스위치들(15와 19)은 스위치 제어신호(S1)에 의해 제어되며, 스위치(17)는 스위치 제어신호(S2)에 의해 제어된다.

전류 전달기(23)는 핀들(P1, P2 및 P3) 중 어느 하나에 흐르는 전류를 감지하여 상기 감지된 전류를 전달 전류(IC)로서 출력한다. 전류 전달기(23)는 전류 미러들(current mirrors; 25, 27, 29, 및 31)과 기준 전류원(IREF)을 포함할 수 있다.

전하 적분기(33)는 전달 전류(IC)를 전압(VOUT1 또는 VOUT2)으로 변환한다. 전하 적분기(33)는 스위치들 커패시터 어레이(switched capacitor array)로 구현될 수 있다. 스위치(35)는 전류 전달기(23)와 제1출력 노드(N1) 사이에 접속된다. 스위치(35)는 스위치 제어신호(V1)에 의해 제어된다.

제1가변 커패시터(CVAR1)는 제1출력 노드(N1)와 접지 사이에 접속된다. 제1리셋 스위치(37)는 제1출력 노드(N1)와 기준 노드(VREF) 사이에 접속된다. 제1리셋 스위치(37)는 제1리셋 신호(RST1)에 의해 제어된다.

제2스위치(39)와 모드 스위치(41)는 전류 전달기(23)와 제2출력 노드(N2) 사이에 접속된다. 제2스위치(39)는 스위치 제어신호(/V1)에 의해 제어된다. 스위치 제어신호(/V1)는 스위치 제어신호(V1)의 반전신호이다. 모드 스위치(41)는 모드 제어신호(MODE)에 의해 제어된다.

제2가변 커패시터(CVAR2)는 제2출력 노드(N2)와 접지 사이에 접속된다. 제2리셋 스위치(43)는 제2출력 노드(N2)와 기준 노드(VREF) 사이에 접속된다. 제2리셋 스위치(43)는 제2리셋 신호(RST2)에 의해 제어된다.

도 5는 도 4에 도시된 신호들의 일 실시 예에 따른 파형도를 나타낸다.

도 1, 도 2, 도 4, 도 5를 참조하면, 도 2에 도시된 터치 패널(110-1)의 감지 방식이 상호 정전용량 감지일 때, 도 5는 터치 컨트롤러(120)의 동작을 설명하기 위한 파형도를 나타낸다.

스위치 제어 신호들(S1과 S2)은 로우 레벨을 가지며, 스위치들(15, 17, 및 19)은 턴 오프된다. 스위치 제어 신호(S3)는 하이 레벨을 가지며, 스위치(21)는 턴 온된다. 모드 제어 신호(MODE)는 하이 레벨을 가지며, 모드 스위치(41)는 턴 온된다.

제1시점(T1)에서 제1리셋 신호(RST1)와 제2리셋 신호(RST2)에 의해 리셋 스위치들(37과 43)은 턴 온되고, 제2시점(T2)에서 제1리셋 신호(RST1)와 제2리셋 신호(RST2)에 의해 리셋 스위치들(37과 43)은 턴 오프된다.

펄스 신호(Vtx)는 드라이버(140)에 의해 생성되며, 터치 패널(110-1)의 전극들(RL1~RLm) 중 어느 하나에 제2시점(T2)에서 인가된다. 터치 패널(110-1)의 전극들(RL1~RLm) 중 어느 하나에 펄스 신호(Vtx)가 인가될 때, 핀(P3)을 통해 전류가 흐른다. 상기 전류의 전하는 Cm*Vtx로 나타낼 수 있다.

펄스 신호(Vtx)가 상승 에지일 때, 전달 전류(IC)는 제2출력 노드(N2)로 전달되고, 전압(VOUT2)으로 변환된다.

펄스 신호(Vtx)가 하강 에지일 때, 전달 전류(IC)는 제1출력 노드(N1)로 전달되고, 전압(VOUT1)으로 변환된다.

ADC(151-1)는 전압들(VOUT1과 VOUT2) 사이의 전압 차이를 디지털 신호로 변환한다.

도 6은 도 4에 도시된 신호들의 다른 실시 예에 따른 파형도를 나타낸다.

도 1, 도 3, 도 4, 도 6을 참조하면, 도 3에 도시된 터치 패널(110-2)의 감지 방식이 자기 정전용량 감지일 때, 도 6은 터치 컨트롤러(120)의 동작을 설명하기 위한 파형도를 나타낸다.

스위치 제어 신호(V1)은 하이 레벨을 가지며, 스위치(35)는 턴 온되며, 스위치(39)는 턴 오프된다. 제2리셋 신호(RST2)는 로우 레벨을 가지며, 제2리셋 스위치(43)는 턴 오프된다. 모드 제어 신호(MODE)는 로우 레벨을 가지며, 모드 스위치(41)는 턴 오프된다.

제1리셋 신호(RST1)에 의해 제1리셋 스위치(37)는 제1시점(T1)에서 턴 온되고, 제1리셋 신호(RST1)에 의해 제1스위치(37)는 제2시점(T2)에서 턴 오프된다.

스위치 제어 신호(S1)가 하이 레벨을 가지고, 스위치 제어 신호(S2)가 로우 레벨을 가지고, 스위치 제어 신호(S3)가 로우 레벨을 가질 때, 터치 컨트롤러(10)는 프리 차지(pre charge) 동작을 수행한다. 상기 프리 차지 동작은 도 7에서 자세히 설명될 것이다.

스위치 제어 신호(S1)가 로우 레벨을 가지고, 스위치 제어 신호(S2)가 하이 레벨을 가지고, 스위치 제어 신호(S3)가 로우 레벨을 가질 때, 터치 컨트롤러(10)는 전하 공유(charge sharing) 동작을 수행한다. 상기 전하 공유 동작은 도 8에서 자세히 설명될 것이다.

스위치 제어 신호(S1)가 로우 레벨을 가지고, 스위치 제어 신호(S2)가 하이 레벨을 가지고, 스위치 제어 신호(S3)가 하이 레벨을 가질 때, 터치 컨트롤러(10)는 전하 전송(charge transfer) 동작을 수행한다. 상기 전하 전송 동작은 도 9에서 자세히 설명될 것이다.

도 7은 도 4에 도시된 센싱 회로의 일 실시 예에 따른 회로도를 나타낸다.

도 3, 도 4, 도 6, 및 도 7을 참조하면, 커패시턴스(Cself)는 손가락 또는 스타일러스 펜과 전극 사이의 커패시턴스를 나타낸다. 내부 저항(Ri)은 핀(P3)과 커패시턴스(Cself) 사이의 저항을 의미한다. 설명의 편의를 위해 터치 컨트롤러(10)의 일부 구성요소만이 도시되었다.

스위치 제어 신호(S1)가 하이 레벨을 가질 때, 스위치(15)는 턴 온된다. 전원 노드(VTX)의 전압이 펄스 신호로서 핀(P3)을 통해 터치 패널(110-2)의 전극에 인가된다. 이 때, 스위치들(17과 21)은 턴 오프된다. 스위치(15)가 턴 온될 때, 커패시턴스(Cself)는 전원 노드(VTX)의 전압으로 프리 차지된다.

스위치(19)가 턴 온될 때, 제2가변 커패시터(CVAR2)는 접지 전압으로 리셋된다.

도 8은 도 4에 도시된 센싱 회로의 다른 실시 예에 따른 회로도를 나타낸다.

도 3, 도 4, 도 6, 및 도 8을 참조하면, 프리 차지 동작이 수행된 후, 전하 공유 동작이 수행된다. 스위치 제어 신호들(S1과 S3)이 로우 레벨을 가질 때, 스위치들(15, 19, 및 21)은 턴 오프된다. 스위치 제어 신호(S2)가 하이 레벨을 가질 때, 스위치(17)는 턴 온된다. 따라서 커패시턴스(Cself)에 축적된 전하들(Irx)이 제2가변 커패시터(CVAR2)로 공유된다. 즉, 전하 공유 동작이 수행된다.

도 9는 도 4에 도시된 센싱 회로의 또 다른 실시 예에 따른 회로도를 나타낸다.

도 3, 도 4, 도 6, 및 도 9를 참조하면, 전하 공유 동작이 수행된 후 전하 전송 동작이 수행된다. 스위치 제어 신호(S1)가 로우 레벨을 가질 때, 스위치들(15와 19)이 턴 오프된다. 스위치 제어 신호들(S2와 S3)이 하이 레벨을 가질 때, 스위치들(17과 21)이 턴 온된다. 커패시턴스(Cself)에 공유된 전하들(Iself)은 전류 전달기(23)로 전송된다.

손가락 또는 스타일러스 펜에 의해 터치 패널(110-2)이 터치되지 않을 때 전압(VOUT1)은 수학식1과 같다.

[수학식1]

여기서, VDD는 전류 전달기(23)의 전압을 의미한다.

전압(VOUT1)이 0V가 되도록 제2가변 커패시터(CVAR2)가 조절된다.

실시 예에 따라 제2가변 커패시터(CVAR2)의 조절 대신에 스위치(19)의 일단과 접속된 리셋 전압을 조절하여 전압(VOUT1)이 OV가 되도록 할 수 있다. 예컨대, Cself가 20pF, Vtx가 3.3, VDD/2가 1.65, CVAR2가 50pF라고 가정할 때, 스위치(19)의 일단과 접속된 상기 리셋 전압이 0.99가 되도록 설정한다. 상기 리셋 전압의 설정은 DAC(digital to analog converter; 미도시)에 의해 설정될 수 있다.

손가락 또는 스타일러스 펜에 의해 터치 패널(110-2)이 터치될 때 전압(VOUT1)은 수학식2와 같다.

[수학식2]

따라서 커패시턴스(Cself)의 변화량이 ADC(151-2)에 의해 변화된다. 그러므로 전하 적분기(33)에 흐르는 전류를 감소시켜 센싱 회로(10)의 전력소모를 감소시킬 수 있다.

도 10은 도 2에 도시된 터치 컨트롤러의 동작을 설명하기 위한 흐름도를 나타낸다.

도 2, 도 4, 도 5, 및 도 10을 참조하면, 전류 전달기(23)는 핀(P3)으로부터 흐르는 전류를 감지하여 상기 감지된 전류를 전달 전류(IC)로서 출력한다(S10).

터치 패널(110-1)로 인가되는 펄스 신호(Vtx)가 상승 에지일 때, 전하 적분기(33)는 전류(IC)를 제1전압(VOUT1)으로 변환하여 제1출력 단자(N1)로 출력한다(S20).

펄스 신호(Vtx)가 하강 에지일 때, 전하 적분기(33)는 전달 전류(IC)를 제2전압(VOUT2)으로 변환하여 제2출력 단자(N2)로 출력한다(S30).

도 11은 도 3에 도시된 터치 컨트롤러의 동작을 설명하기 위한 흐름도를 나타낸다.

도 3, 도 4, 도 6 내지 도 9, 및 도 11을 참조하면, 스위치 제어 신호(S1)가 하이 레벨을 가지고, 스위치 제어 신호(S2)가 로우 레벨을 가지고, 스위치 제어 신호(S3)가 로우 레벨을 가질 때, 터치 컨트롤러(120)는 프리 차지 동작을 수행한다(S110). 스위치(15)가 턴 온될 때, 커패시턴스(Cself)는 프리 차지된다.

스위치 제어 신호(S1)가 로우 레벨을 가지고, 스위치 제어 신호(S2)가 하이 레벨을 가지고, 스위치 제어 신호(S3)가 로우 레벨을 가질 때, 터치 컨트롤러(120)는 전하 공유 동작을 수행한다(S120). 커패시턴스(Cself)에 축적된 전하들(Irx)이 제2가변 커패시터(CVAR2)로 공유된다.

스위치 제어 신호(S1)가 로우 레벨을 가지고, 스위치 제어 신호(S2)가 하이 레벨을 가지고, 스위치 제어 신호(S3)가 하이 레벨을 가질 때, 터치 컨트롤러(120)는 전하 전송(charge transfer) 동작을 수행한다(S130). 커패시턴스(Cself)에 공유된 전하들(Iself)은 전류 전달기(23)로 전송된다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

100; 터치 시스템
110; 터치 패널
120; 터치 컨트롤러
130; 아날로그 프론트 엔드
160; 마이크로 컨트롤 유닛
170; 메모리
10; 센싱 회로

Claims (13)

1. 제1핀;
   상기 제1핀으로부터 흐르는 전류를 감지하여 상기 감지된 전류를 전달 전류로서 출력하는 전류 전달기;
   상기 전류 전달기와 접속되며, 터치 패널의 감지 방식에 따라 스위칭되는 스위치 회로; 및
   상기 전달 전류를 전압으로 변환하는 전하 적분기를 포함하는 터치 컨트롤러.
2. 제1항에 있어서, 상기 터치 컨트롤러는,
   제2핀;
   제3핀; 및
   상기 제1핀, 상기 제2핀, 및 상기 제3핀 중 어느 하나를 상기 스위치 회로와 접속시키는 선택기를 더 포함하는 터치 컨트롤러.
3. 제2항에 있어서, 상기 터치 패널의 감지 방식이 상호 정전용량 감지일 때,
   상기 제2핀과 상기 제3핀은 사용되지 않는 터치 컨트롤러.
4. 제2항에 있어서, 상기 터치 패널의 감지 방식이 자기 정전용량 감지일 때,
   상기 제2핀과 상기 제3핀은 사용되는 터치 컨트롤러.
5. 제1항에 있어서, 상기 스위치 회로는,
   전원 노드와 접지 사이에 직렬로 연결된 스위치들; 및
   상기 제1핀과 상기 전류 전달기를 스위칭하는 제1스위치를 포함하는 터치 컨트롤러.
6. 제5항에 있어서, 상기 터치 패널의 감지 방식이 상호 정전용량 감지일 때,
   상기 스위치들은 모두 턴 오프되며,
   상기 제1스위치는 턴 온되는 터치 컨트롤러.
7. 제5항에 있어서, 상기 터치 패널의 감지 방식이 자기 정전용량 감지일 때,
   상기 스위치들 중 어느 하나가 턴 온될 때, 상기 스위치들 중 다른 하나는 턴 오프되는 터치 컨트롤러.
8. 제1항에 있어서, 상기 전하 적분기는,
   제1출력 노드;
   상기 전류 전달기와 상기 제1출력 노드 사이에 접속된 제1스위치;
   상기 제1출력 노드와 접지 사이에 접속된 제1가변 커패시터;
   상기 제1출력 노드와 기준 노드 사이에 접속된 제1리셋 스위치;
   상기 스위치 회로와 접속되는 제2출력 노드;
   상기 전류 전달기와 상기 제2출력 노드 사이에 접속된 제2스위치와 모드 스위치;
   상기 제2출력 노드와 상기 접지 사이에 접속된 제2가변 커패시터; 및
   상기 제2출력 노드와 상기 기준 노드 사이에 접속된 제2리셋 스위치를 포함하는 터치 컨트롤러.
9. 제8항에 있어서, 상기 터치 패널의 감지 방식이 상호 정전용량 감지일 때,
   상기 모드 스위치는 턴 온되며,
   상기 터치 패널의 감지 방식이 자기 정전용량 감지일 때,
   상기 모드 스위치는 턴 오프되는 터치 컨트롤러.
10. 수신 핀으로부터 흐르는 전류를 감지하여 상기 감지된 전류를 전달 전류로서 출력하는 단계;
    터치 패널로 인가되는 펄스 신호가 상승 에지일 때, 상기 전달 전류를 제1전압으로 변환하여 제1출력 단자로 출력하는 단계; 및
    상기 펄스 신호가 하강 에지일 때, 상기 전달 전류를 제2전압으로 변환하여 제2출력 단자로 출력하는 단계를 포함하는 터치 컨트롤러의 동작 방법.
11. 터치 패널의 동작을 제어하는 터치 컨트롤러의 동작 방법에 있어서,
    스위치 회로를 이용하여, 상기 터치 패널의 커패시터를 프리차징하는 단계;
    상기 스위치 회로를 이용하여, 상기 커패시터에 축적된 전하들을 가변 커패시터와 전하 공유하는 단계;
    상기 전하 공유에 의해 상기 커패시터에 공유된 전하들을 전류 전달기로 전송하는 단계;
    상기 전류 전달기를 이용하여 상기 공유된 전하들로부터 전달 전류를 생성하는 단계; 및
    전하 적분기를 이용하여 상기 전달 전류를 전압으로 변환하는 단계를 포함하는 터치 컨트롤러의 동작 방법.
12. 터치 패널; 및
    상기 터치 패널을 제어하는 터치 컨트롤러를 포함하며,
    상기 터치 컨트롤러는,
    상기 터치 패널의 전극과 접속된 핀으로부터 흐르는 전류를 감지하여 상기 감지된 전류를 전달 전류로서 출력하는 전류 전달기;
    상기 전류 전달기와 접속되며, 터치 패널의 감지 방식에 따라 스위칭되는 스위치 회로; 및
    상기 전달 전류를 전압으로 변환하는 전하 적분기를 포함하는 터치 시스템.
13. 제12항에 있어서, 상기 터치 시스템은,
    휴대용 전자 장치인 터치 시스템.

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