KR101429809B1 - 제어 회로, 전극 어레이 센싱 방법 및 이를 이용한 터치 제어 센싱 시스템 - Google Patents

제어 회로, 전극 어레이 센싱 방법 및 이를 이용한 터치 제어 센싱 시스템 Download PDF

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Abstract

센싱 전극 어레이를 위한 제어 회로가 설명된다. 상기 센싱 전극 어레이를 위한 제어 회로는 하향 변환 회로, 강도-위상 주파수 변환기, 및 위상-주파수 분석부를 포함한다. 상기 하향 변환 회로는 상기 센싱 전극 어레이의 각각의 센싱 라인의 센싱 신호를 하향 변환하여 해당 하향 변환 신호를 획득한다. 각각의 하향 변환 신호는 실질적으로 직류(DC) 신호이다. 상기 강도-위상 주파수 변환기는 각각의 하향 변환 신호에 대한 해당 위상 주파수 신호를 발생시킨다. 상기 위상 주파수 신호중 적어도 위상 또는 주파수는 상기 해당 하향 변환 신호의 레벨에 관계된다. 상기 위상-주파수 분석부는 상기 위상 주파수 신호에 기초한 해당 센싱 라인들의 신호 크기를 획득한다. 그러므로, 상기 센싱 전극 어레이를 위한 제어 회로는 제조 코스트를 증가시킴 없이 상기 터치 제어 센싱 시스템의 동작 속도와 신호대잡음비를 향상시킨다. 뿐만 아니라, 상기 센싱 전극 어레이를 위한 제어 방법과 이를 이용한 터치 제어 센싱 시스템이 공개된다.

Description

제어 회로, 전극 어레이 센싱 방법 및 이를 이용한 터치 제어 센싱 시스템{CONTROL CIRCUIT AND METHOD FOR SENSING ELECTRODE ARRAY AND TOUCH CONTROL SENSING SYSTEM USING THE SAME}
본 발명은 터치 제어 센싱 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제어 회로와 터치 센싱 시스템에서의 전극 어레이 센싱 방법과, 이를 이용한 터치 제어 센싱 시스템에 관한 것이다.
터치 제어 센싱 시스템은 다양한 디스플레이 시스템에 널리 이용되어 왔다. 모든 크기의 터치 패널은 일상의 응용 제품들에서 찾아 볼 수 있다. 예를 들면, 스마트폰에서는 작은 터치 패널이 사용되고 있는 반면, 현금 지급기 (automated teller machines; ATMs)에서는 중간 크기의 터치 패널이 사용되고 있다.
터치 패널들은 주로 전기 저항 타입(resistive type) 이거나 용량성의 타입(capacitive type) 중 하나이다. 그러나, 각 터치 패널들은 터치 패널에서의 터치 영역의 위치를 검출하기 위하여, 센싱 전극 어레이와, 센싱 전극 어레이를 위한 제어 회로를 필요로 한다.
종래의 터치 제어 센싱 시스템을 위한 기능 블록도를 나타내는 도 1을 참조하기로 한다. 종래의 터치 제어 센싱 시스템(1)은 센싱 전극 어레이를 위한 종래의 제어 회로(11), 다수의 멀티 플렉서(multiplexor; MUX)(12, 13), 터치 패널(14), 펄스 발생기(15), 및 디지털 신호 프로세싱(digital signal processing; DSP) 회로(16)를 포함한다. 상기 펄스 발생기(15)는 멀티 플렉서(13)에 연결되고, 상기 멀티 플렉서(13)는 터치 패널(14)에 연결된다. 또한, 상기 터치 패널(14)은 멀티 플렉서(12)에 연결되고, 상기 멀티 플렉서(12)와 디지털 신호 프로세싱 회로(16)는 전극 센싱을 위하여 종래의 제어 회로(11)에 연결된다.
상기 멀티 플렉서(13)는 펄스 발생기(15)에 의하여 제공된 펄스 신호를 수신한다. 또한, 상기 멀티 플렉서(13)는 클럭 신호(Clock_Sig)와 리셋 신호(Reset_Sig)를 수신한다. 상기 클럭 신호의 트리거(trigger) 신호에 따라, 상기 멀티 플렉서(13)는 상기 수신된 펄스 신호의 펄스들을 그것의 다수의 출력 포트들로 순서대로 전송한다. 상기 출력 포트들에서의 펄스들은 구동 신호(Driving_Sigs)로서 내보내진다. 상기 멀티 플렉서(13)의 출력 포트들은 터치 패널(14)의 구동 라인들에 각각 연결된다. 상기 구동 신호(Driving_Sig)들은 터치 패널(14)의 구동 라인들로 각각 전송된다. 게다가, 리셋 신호(Reset_Sig)는 최초의 출력 포트로부터 구동 신호(Driving_Sig)를 다시 내보내기 위하여 멀티 플렉서(13)를 리셋(reset)한다.
상기 터치 패널(14)은 센싱 전극 어레이를 형성하기 위하여 구동 라인과 센싱 라인을 포함한다. 상기 구동 라인들은 구동 신호(driving signals)을 수신하기 위함인 반면, 상기 센싱 라인들은 센싱 신호들을 출력하기 위함이다. 상기 구동 라인들은 종열로, 센싱 라인들은 횡렬로 배열될 수 있고, 혹은 그 역으로도 가능하다. 간단히 말하자면, 상기 구동 라인들과 센싱 라인들은 센싱 전극 어레이를 형성하도록 서로 전도됨이 없이 교차 방식으로 배열될 수 있다. 필드 커플링(field coupling)으로 인하여, 상기 구동 라인들의 구동 신호들(Driving_Sigs)은 센싱 라인들이 센싱 신호들(Sensing_Sigs)을 발생시키도록 유도한다. 상기 터치 패널(14)이 터치 될 때, 터치 영역의 센싱 라인에서의 센싱 신호(Sensing_Sigs)들은 변하게 된다.
상기 멀티 플렉서(12)의 입력 포트들은 센싱 신호(Sensing_Sigs)와 제어 신호(Control_Sig)를 수신한다. 상기 제어 신호 (Control_Sig)에 따라, 상기 멀티 플렉서(12)는 각각의 센싱 신호(Sensing_Sig)를 센싱 전극 어레이를 위한 종래의 제어 회로(11)로 순서대로 전송한다. 다시 말해, 각각의 센싱싱 신호(Sensing_Sig)는 센싱 전극 어레이를 위한 종래의 제어 회로(11)로 다른 시간에 전송된다.
상기 센싱 전극 어레이를 위한 종래의 제어 회로(11)는 센싱 신호(Sensing_Sigs)를 수신하고, 해당 센싱 라인의 신호 크기를 얻게 된다. 보다 상세하게 설명하자면, 유저가 터치 패널(14)을 터치할 때, 적어도 몇몇 센싱 신호들(Sensing_Sigs)은 변하게 된다. 상기 센싱 신호들(Sensing_Sigs)의 변화로, 상기 센싱 전극 어레이를 위한 종래의 제어 회로(11)에 의해 얻어진 센싱 라인들의 신호 크기들은 다르다. 따라서, 후위 디지털 신호 프로세싱 회로(the back-end DSP circuit, 16)는, 터치 영역을 성공적으로 찾아내기 위하여, 터치 유무 사이에 각 센싱 라인에서의 신호의 변화를 검출할 수 있다.
터치 패널(14)의 구조를 나타내는 도 2를 참조하기로 한다. 상기 터치 패널(14)은 패널(141), 구동 버퍼(142), 구동 전극(143), 및 수신 전극(144)을 포함한다. 상기 구동 버퍼(142)는 구동 신호(Driving_Sigs)를 수신하여, 그에 따라 구동 펄스들(Drive_Pulses)을 발생시킨다. 상기 구동 펄스들(Drive_Pulses)은 구동 전극(drive electrode, 143)을 통하여 각각 구동 라인들로 전송된다. 상기 센싱 신호들(Sensing_Sigs)은 수신 전극(144)을 통해 멀티 플렉서(12)로 전송된다.
사람의 손가락이 터치 패널(14)을 터치할 때, 몇몇 구동 펄스들(Drive_Pulses)에 의해 형성된 전기장은 필드 커플링으로 사람의 손가락에 결합될 것이다. 그러므로, 사람의 손가락이 패널(141)을 터치 할 때, 몇몇 센싱 신호들(Sensing_Sigs)은 패널(141)이 터치 되지 않았을 때와는 반대로 다를 것이다. 따라서, 상기 센싱 신호들(Sensing_Sigs)에서의 변화를 검출함으로써, 사람의 손가락에 의하여 터치된 터치 패널(12)의 터치 영역이 확인될 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 상기 센싱 전극 어레이를 위한 종래의 제어 회로(11)는 적분기(integrator, 111), 샘플 홀드 회로(sample-and-hold circuit, 112), 및 아날로그-디지털 변환기(analog-to-digital converter; ADC)(113)을 포함한다. 상기 적분기(111)는 샘플 홀드 회로(112)에 연결되어 있고, 상기 샘플 홀드 회로(112)는 아날로그-디지털 변환기(113)에 연결되어 있다.
상기 적분기(111)의 기능은 도 3에 도시되어 있는데, 도 3은 상기 적분기(111)의 입력신호 파형과 출력신호 파형을 나타낸다. 상기 입력된 센싱 신호(Sensing_Sig)는 특정 시간 구간에 걸쳐 적분기(111)에 의해 통합되어 상기 통합 신호(Integrated_Sig)로서 출력된다. 상기 특정 시간 구간 이후에는, 상기 적분기(111)는 상기 통합 신호(Integrated_Sig)를 배출한다
도 1을 다시 참조하면, 상기 특정 시간 주기가 끝나면서 샘플 홀드 회로(112)는 통합 신호를 샘플 및 홀드하여 샘플 홀드 신호를 그에 맞춰 출력한다. 상기 샘플 홀드 신호는 특정 시간 주기의 종료 시점에서의 통합 신호(Integrated_Sig)의 강도 값(intensity value)이 되고, 이는 실질적으로 직류 전압 신호(Direct-Current voltage signal)가 된다.
상기 아날로그-디지털 변환기(113)는 샘플 홀드 회로(112)의 각 시그널링 채널의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. 상기 아날로그-디지털 변환기(113)는 센싱 전극 어레이를 위한 종래의 제어 회로(11)의 실질적으로 중요한 요소이다. 즉, 상기 아날로그-디지털 변환기(113)는 종래의 터치 센싱 시스템(1)의 신호 대 잡음 비(SNR)에 영향을 미친다.
열 잡음(thermal noise)과 플리커 잡음(flicker noise)은 직류 전압 신호의 레벨에 불리하게 작용하여 SNR을 낮춘다. 상기 종래의 터치 센싱 시스템(1)의 공급 전압이 낮아지면서 상기 SNR 또한 낮아진다. 결과적으로, 상기 SNR 요건을 충족하기 위해 더 나은 성능의 아날로그-디지털 변환기가 요구되어진다. 그러나, 그러한 더 나은 효율의 아날로그-디지털 변환기는 비용이 더 많이 들고, 이에 따라 종래의 터치 제어 센싱 시스템(1)의 제조 코스트를 증가시킬 것이다.
게다가, 중대형의 터치 패널에서의 신호 경로 상의 기생 저항과 용량은 작은 패널들보다 더 크다. 따라서, 상기 중 대형의 터치 패널을 가진 종래의 터치 제어 센싱 시스템들은 더 많은 잡음과 전하 이동 손실을 가지게 된다. 다시 말해, 작은 터치 패널들에 비해, 상기 중 대형의 터치 패널을 가진 종래의 터치 제어 센싱 시스템들은 더 작은 신호대잡음비들(SNRs)을 가지게 된다.
베이스 라인(baseline)을 위한 디지털-아날로그 변환기는, 전체적인 SNR을 증가시키기 위하여, 종종 아날로그-디지털 변환기를 가지는 종래의 센싱 전극 어레이를 위한 제어 회로에 포함된다. 그러나, 직류전압 신호 레벨의 변화는 터치된 이후의 터치 패널에 있어서는 미미하고, 그리고 상기 직류 전압 신호는 노이즈 간섭에 영향 받기 쉽다. 그래서 SNR의 증가는 제한적이다
게다가 여전히, 상기 적분기는 노이즈 간섭에 쉽게 영향을 받고, 이에 따라 상기 터치 제어 센싱 시스템의 SNR은 증가하기 어렵게 된다. 아울러 상기 적분기는 긴 처리 기간을 가지고 있는데, 각 계산은 24 ~ 40㎲가 소요된다. 따라서, 상기 터치 제어 센싱 시스템의 동작 속도는 향상되기가 어렵다.
본 발명의 일면은, 제조 코스트의 증가없이 터치 제어 센싱 시스템의 동작 속도와 SNR을 증가시키기 위하여, 터치 제어 센싱 시스템의 센싱 전극 어레이의 제어 회로를 제공한다.
센싱 전극 어레이를 위한 제어 회로는 하향 변환 회로, 강도-위상 주파수 변환기, 및 위상-주파수 분석부로 구성된다. 상기 하향 변환 회로는 상기 센싱 전극 어레이의 각각의 센싱 라인의 센싱 신호를 하향 변환하여 해당 하향 변환 신호를 획득한다. 각각의 하향 변환된 신호는 실질적으로 직류 전압 신호이다. 상기 강도-위상 주파수 변환기는 각각의 하향 변환 신호에 따라 해당 위상 주파수 신호를 발생시킨다. 각각의 위상 주파수 신호 중 적어도 주파수 또는 위상은 해당 하향 변환 신호의 레벨과 관련된다. 상기 위상-주파수 분석부는 각각의 위상 주파수 신호에 따라 해당 센싱 라인의 신호 크기를 획득한다.
본 발명의 다른 면은 터치 제어 센싱 시스템에서의 센싱 전극 어레이를 위한 제어 방법을 제공한다. 우선, 터치 패널에서의 센싱 전극 어레이의 각각의 센싱 라인의 센싱 신호는 해당 하향 변환 신호를 획득하기 위해 하향 변환되고, 상기 각각의 하향 변환 신호는 실질적으로 직류 전압 신호가 된다. 다음으로, 해당 위상 주파수 신호는 각각의 하향 변환 신호에 따라 발생되고, 상기 각각의 위상 주파수 신호 중 적어도 주파수 또는 위상은 해당 하향 변환 신호 레벨과 관련된다. 해당 센싱 라인의 신호 크기는 각각의 위상 주파수 신호에 따라 획득된다.
본 발명의 또 다른 면은 터치 제어 센싱 시스템을 제공한다. 상기 터치 제어 센싱 시스템은 터치 패널과 센싱 전극 어레이를 위한 제어 회로를 포함하고, 상기 터치 패널은 센싱 전극 어레이를 가진다.
요약하자면, 센싱 전극 어레이를 위한 종래의 제어 회로를 사용하는 종래의 터치 제어 센싱 시스템에 비하여, 상기 제어 회로 또는 본 발명의 센싱 전극 어레이를 위한 방법을 사용하는 터치 제어 센싱 시스템은 종래의 터치 스크린 시스템보다 더 높은 SNR과 더 빠른 동작 속도를 가진다. 본 발명의 터치 제어 센싱 시스템이 더 높은 SNR을 가지기 때문에, 중대형 터치 패널이 터치 제어 센싱 시스템에 적용될 수 있다.
도 1은 센싱 전극 어레이를 위한 종래의 제어 회로의 기능 블록도를 도시한다.
도 2는 터치 패널 구조의 개략도를 도시한다.
도 3은 적분기의 입력 및 출력 신호의 파형을 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 제어 센싱 시스템의 기능 블록도를 도시한다.
도 5는 본 설명의 일 실시예에 따른 터치 패널을 터치하는 도구가 능동 스타일러스일 때의 터치 제어 센싱 시스템의 등가적 기능 블록도를 도시한다.
도 6은 본 설명의 일 실시예에 따른 터치 패널을 터치하는 기구가 수동 스타일러스 또는 유저의 손가락일 때의 터치 센싱 시스템의 등가적 기능 블록도를 도시한다.
도 7은 본 설명의 일 실시예에 따른 센싱 전극 어레이를 위한 제어 방법에 대한 플로우 차트를 도시한다.
도 8은 본 설명의 일 실시예에 따른 센싱 전극 어레이를 위한 제어방법에서 S92 단계의 상세한 단계들에 대한 플로우 챠트를 도시한다.
도 9는 본 설명의 일 실시예에 따른 센싱 전극 어레이를 위한 제어방법에서 S93 단계의 상세한 단계들에 대한 플로우 챠트를 도시한다.
도 10은 본 설명의 또 하나의 실시예에 따른 센싱 전극 어레이를 위한 제어방법에 대한 플로우 챠트를 도시한다.
본 발명의 특징과 기술 내용에 대한 이해를 돕기 위하여, 본 발명과 관련된 첨부 도면과 세부 묘사를 위한 참조사항들이 이하에 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 발명의 권리 범위를 제한시키기 위함이 아닌 단지 바람직한 예시를 위함이다.
본 설명의 일 실시예에 따른 터치 제어 센싱 시스템의 기능 블록도를 나타내는 도 4를 참조하기로 한다. 터치 제어 센싱 시스템(4)은 복수의 동작 모드들에서 동작되도록 되어있고, 상기 터치 패널을 터치하는 도구는 사용자의 손가락, 구동 신호를 제공하지 않은 수동 스타일러스(passive stylus), 또는 구동 신호를 제공할 수 있는 능동 스타일러스(active stylus) 일 수 있다. 상기 터치 제어 센싱 시스템(4)은 센싱 전극 어레이를 위한 제어 회로(41), 두 개의 멀티 플렉서(42, 43), 터치 패널(44), 구동 신호 발생기(45), 저 잡음 증폭기(46), 및 연산 처리부(27)를 포함한다. 상기 구동 신호 발생기(45)는 멀티 플렉서(43)에 연결되고, 상기 멀티 플렉서(43)는 터치 패널(44)과 저 잡음 증폭기(46)에 연결된다. 상기 터치 패널(44)은 또한 멀티 플렉서(42)에 연결되고, 상기 멀티 플렉서(42)는 센싱 전극 어레이를 위한 제어 회로(41)에 연결된다. 상기 연산 처리부(47)는 멀티 플렉서(42, 43), 구동 신호 발생기(45), 및 센싱 전극 어레이를 위한 제어 회로(41)에 연결된다.
실시 예에서, 상기 터치 패널(44)을 터치하기 위하여 사용되는 도구의 타입은 연산 처리부(47)에 의하여 결정될 수 있다. 따라서, 상기 연산 처리부(47)는 구동 신호 발생기(45)를 활성 또는 비활성화 시킬 수 있고, 상기 멀티 플렉서(43)가 각각의 구동 라인의 구동 라인 신호(DrvLine_Sig)를 수신하도록 제어한다.
상기 터치 패널을 터치하는 도구가 유저의 손가락 또는 수동 스타일러스일 경우, 상기 구동 신호 발생기(45)가 활성화될 수 있고, 상기 구동 신호 발생기(45)가 구동 신호들(Driving_Sigs)을 멀티 플렉서(43)를 경유하여 각각 터치 패널(44)의 구동 라인들로 출력한다. 이때, 상기 멀티 플렉서(42)가 각각의 센싱 라인의 센싱 신호(Sensing_Sig)를 수신한다. 상기 터치 패널을 터치하는 도구가 능동 스타일러스일 경우, 상기 구동 신호 발생기(45)가 비활성화될 수 있고, 상기 멀티 플렉서(43)가 각각의 구동 라인의 구동 라인 신호(DrvLine_Sig)를 수신하며, 상기 멀티 플렉서(42)가 각각의 센싱 라인의 센싱 신호(Sensing_Sig) 를 수신한다.
간단하게 말하면, 상기 연산 처리부(47), 구동 신호 발생기(45), 및 멀티 플렉서(42, 43)는 마이크로 컨트롤 유닛(micro control unit; MCU)으로 형성될 수 있다. 상기 센싱 전극 어레이의 제어 회로(41)와 MCU는 제어 칩 세트로 더 통합될 수 있다.
게다가, 상기 연산 처리부(47)는 터치 패널을 터치하는 순간에 사용되고 있는 도구의 타입을 결정하기 위하여 유저가 터치 패널(44)을 터치하기 위하여 사용된 도구의 타입을 바꾸면 검출할 수 있다. 아울러, 상기 연산 처리부(47)는, 다른 검출 방식으로 터치 패널을 터치하기 위하여 사용된 도구의 타입을 자동적으로 검출할 수 있다. 예를 들면, 상기 연산 처리부(47)는 구동 신호의 동작 주파수 또는 신호 진폭을 검출함으로써, 터치 패널을 터치하기 위하여 사용된 도구의 타입을 결정할 수 있다. 상기 터치 패널을 터치하기 위하여 다른 도구들의 구동 신호들의 작동 주파수들 또는 신호 진폭들은 다르다.
상기 터치 패널을 터치하기 위하여 사용된 도구가 유저의 손가락 또는 수동 스타일러스일 때, 상기 구동 신호 발생기(45)는 구동 신호들(Driving_Sigs)의 합산 신호를 멀티 플렉서(43)로 제공한다. 상기 멀티 플렉서(43)는 또한 클럭 신호(Clock_Sig)와 리셋 신호(Reset_Sig)를 수신한다. 상기 멀티 플렉서(43)는 합산 신호의 구동 신호들(Driving_Sigs)을 클럭신호(Clock_Sig)에 따라 멀티 플렉서(43)의 출력 포트들로 순차적으로 출력한다. 상기 멀티 플렉서(43)의 출력 포트들은 터치 패널(44)의 구동 라인들에 각각 연결된다. 상기 구동 신호들(Driving_Sigs)은 터치 패널(44)의 구동 라인들에 각각 전송된다. 게다가, 상기 리셋 신호(Reset_Sig)는 멀티 플렉서(43)를 리셋하여 첫번째 출력 포트로부터 구동 신호들(Driving_Sigs)을 출력하도록 한다.
상기 터치 패널을 터치하기 위하여 사용된 도구가 능동 스타일러스일 때, 상기 멀티 플렉서(43)는 각각의 구동 라인의 구동 라인 신호(DrivLine_Sig)를 수신하고, 각각의 구동 라인의 구동 라인 신호(DrivLine_Sig)를 연산 처리부(47)의 제어에 의해 센싱 전극 어레이를 위한 제어 회로(41)로 전송한다. 더불어, 상기 연산 처리부(47)의 제어에 의해, 상기 멀티 플렉서(42, 43)는 센싱 라인들의 센싱 신호들(Sensing_Sigs)과 구동 라인들의 구동 라인 신호들(DrvLine_Sigs)을 순차적으로 센싱 전극 어레이를 위한 제어 회로(41)로 다른 시간 대에 순차적으로 전송한다.
특히, 상기 구동 신호(Driving_Sig)는 주기적인 펄스, 주기적인 구형파 신호, 주기적인 톱니파 신호, 또는 다른 타입의 주기 신호를 가지는 펄스 신호일 수 있다. 요약하자면, 구동 신호의 타입은 본 발명을 한정하는데 사용되지 않는다.
상기 터치 패널(44)은 센싱 전극 어레이를 형성하기 위해 다수의 구동 라인들과 다수의 센싱 라인들을 가진다. 상기 구동 라인들은 구동 신호를 수신하기 위함이고, 이와 반면에 상기 센싱 라인들은 센싱 신호들을 출력하기 위함이다. 상기 구동 라인들은 종렬로 센싱 라인들은 횡렬로 배열될 수 있으며, 그 반대로도 가능하다. 즉, 상기 구동 라인들과 센싱 라인들은 센싱 전극 어레이를 형성하기 위하여 서로 전도되지 않게 교차방식으로 배열된다. 필드 커플링으로 인하여, 상기 구동 라인들의 구동 신호들은 센싱 라인들이 센싱 신호들을 발생시키도록 유도한다. 상기 터치 패널(44)이 터치되었을 때, 터치 영역의 센싱 라인에서의 센싱 신호들은 변하게 된다.
상기 멀티 플렉서(42)의 입력 포트들은 센싱 신호들(Sensing_Sigs)을 수신하고, 상기 멀티 플렉서(42)는 더 나아가 제어 신호(Control_Sig)를 수신한다. 상기 제어 신호(Control_Sig)에 따라, 상기 멀티 플렉서(42)는 각각의 센싱 신호(Sensing_Sig)를 순차적으로 센싱 전극 어레이를 위한 제어 회로(41)로 전송한다. 다시 말해, 각각의 센싱 신호(Sensing_Sig)는 센싱 전극 어레이를 위한 제어 회로(41)로 다른 시간 대에 전송된다. 게다가, 상기 터치 제어 센싱 시스템(4)의 전반적인 동작 속도를 향상시키기 위해, 상기 멀티 플렉서(42, 43)는 고속의 멀티 플렉서일 수 있다. 예를 들면, 고속의 멀티 플렉서는 500 MHz를 통한 직류 전압 광대역 신호를 처리할 수 있다.
종래의 센싱 전극 어레이를 위한 제어 회로와는 달리, 상기 센싱 전극 어레이를 위한 제어 회로(41)은 적분기나, 아날로그-디지털 변환기를 필요로 하지 않는다. 게다가, 상기 센싱 전극 어레이를 위한 제어 회로(41)는 더 높은 SNR을 가진다. 상기 터치 패널을 터치하는 도구가 수동 스타일러스 이거나 유저의 손가락일 경우, 상기 센싱 전극 어레이를 위한 제어 회로(41)는 각각의 중 고 주파수(medium or high frequency)의 센싱 신호(Sensing_Sig)를 저 주파수의 하향 변환 신호(실질적으로 직류 전압 신호, 상기 변환은 하향 변환 회로에 의해 수행된다.)로 변환한다. 상기 터치 패널을 터치하는 도구가 능동 스타일러스 일경우, 상기 센싱 전극 어레이를 위한 제어 회로(41)는 각각의 중 고 주파수의 센싱 신호(Sensing_Sig)와 각 구동 라인 신호(DrvLine_Sig)를 저 주파수의 하향 변환 신호(실질적으로 직류 전압 신호)로 변환한다. 그 때, 상기 센싱 전극 어레이를 위한 제어 회로(41)는 저 주파수의 하향 변환 신호(실질적으로 직류 전압 신호)에 따라 위상 주파수 신호를 발생시킨다. 상기 위상 주파수 신호의 위상, 주파수 또는 두 가지의 조합은 하향 변환 신호의 레벨에 따라 변화하게 된다.
그 후 상기 터치 패널의 터치를 위하여 사용된 도구가 수동 스타일러스 또는 유저의 손가락 일 때, 상기 센싱 전극 어레이를 위한 제어 회로(41)는 위상 주파수 신호를 분석하여 해당 센싱 라인의 신호 크기를 획득한다. 상기 연산 처리부(47)는 터치 패널(44)의 터치 영역을 결정하기 위하여 그 후위에 해당 신호 크기에 따라 각각의 센싱 라인의 신호 변화를 검출한다. 상기 터치 패널을 터치하기 위한 도구가 능동 스타일러스일 때, 상기 센싱 전극 어레이를 위한 제어 회로(41)는 해당 센싱 라인의 위상 주파수 신호를 분석하여 해당 센싱 라인의 신호 크기를 획득하고, 그리고 해당구동 라인의 위상 주파수 신호를 분석하여 해당 구동 라인의 신호 크기를 획득한다.
다음으로, 상기 센싱 전극 어레이를 위한 제어 회로(41)의 구성요소에 대하여 부연 설명하기로 한다. 상기 센싱 전극 어레이를 위한 제어 회로(41)는 저 잡음 증폭기(low-noise amplifier; LNA)(411), 하향 변환 회로(down-conversion circuit, 412), 스위치(switch, 413), 프로그래머블 게인 증폭기(programmable gain amplifier; PGA)(414), 강도-위상 주파수 변환기(intensity-to-phase frequency converter, 415), 및 위상-주파수 분석부(phase frequency analyzing unit, 416)를 포함한다. 상기 저 잡음 증폭기(411)는 하향 변환 회로(412)에 연결되어 있고, 상기 하향 변환 회로(412)는 스위치(413) 및 저 잡음 증폭기(46)에 연결되어 있다. 상기 스위치(413)는 프로그래머블 게인 증폭기(414)에 연결되어 있고, 상기 프로그래머블 게인 증폭기(414)는 강도-위상 주파수 변환기(415)에 연결되어 있다. 상기 강도-위상 주파수 변환기(415)는 위상-주파수 분석부(416)에 연결되어 있다. 상기 센싱 전극 어레이를 위한 제어 회로(41)의 각 구성요소에 대한 이하의 설명은 터치 패널을 터치하기 위한 도구가 수동 스타일러스 또는 유저의 손가락이라는 가정에 기초한다. 상기 터치 패널을 터치하기 위한 도구가 능동 스타일러스 라는 조건은 이 후에 언급된다. 따라서, 불필요한 설명은 여기에 제시되지 않는다.
상기 터치 제어 센싱 시스템(4)은 센싱 신호(Sensing_Sig)를 증폭시키기 위하여 적어도 하나의 저 잡음 증폭기(411)를 사용할 수 있다. 예를 들면, 상기 저 잡음 증폭기(411)는 500 MHz 를 통한 직류 전압의 광대역 신호 처리를 위하여 저 잡음 프로그래머블 게인 증폭기일 수 있다. 게다가, 만약 상기 터치 제어 센싱 시스템(4)이 센싱 신호(Sensing_Sig)를 약하게 검출한다면, 더 많은 저 잡음 증폭기들이 추가되거나, 또는 상기 저 잡음 증폭기(411)의 이득이 조절될 수 있다.
그러나, 상기 센싱 신호(Sensing_Sig)가 저 잡음을 가지고, 상기 강도-위상 주파수 변환기(415)와 위상-주파수 분석 부(416)가 충분한 해결안을 가지고 있다면, 상기 저 잡음 증폭기(411)는 전형적인 증폭기로 대신 대체될 수 있다. 게다가, 상기 센싱 신호(Sensing_Sig)가 저 잡음과 낮은 감쇠를 가진다면, 상기 저 잡음 증폭기(411)는 센싱 전극 어레이를 위한 제어 회로(41)에서 제거될 수 있다.
상기 하향 변환 회로(412)는 증폭된 센싱 신호(Sensing_Sig)를 수신하거나, 상기 멀티 플렉서(42)로 부터 센싱 신호(Sensing_Sig)를 직접 수신한다. 상기 하향 변환 회로(412)는 중 고 주파수의 센싱 신호(Sensing_Sig)를 저 주파수의 하향 변환된 신호(실질적으로 직류 전압 신호)로 변환한다. 상기 하향 변환 회로(412)에 의해 출력된 하향 변환 신호는 센싱 신호가 적분기와 샘플 홀드 회로를 통과한 후의 출력 신호와 유사하다. 상기 하향 변환 신호는 실질적으로 직류 전압 신호이다. 그러나, 상기 적분기에 비해, 상기 하향 변환 회로(41)는 더 빠른 동작 속도를 가진다. 따라서, 상기 터치 제어 센싱 시스템(4)의 동작 속도는 효과적으로 상승될 수 있다. 다시 말해, 종래의 터치 제어 센싱 시스템에 비해, 상기 터치 제어 센싱 시스템(4)은 더 빠른 동작 속도를 가진다. 게다가, 상기 하향 변환 회로(412)는 하향 변환 신호를 필터링하고 증폭하기 위하여 필터와 증폭기를 포함할 수 있다.
상기 하향 변환 회로(412)는 믹서(mixer, 4121)와 저역 통과 필터(Low-Pass Filter; LPF)(4122)를 포함할 수 있다. 상기 믹서(4121)는 저역 통과 필터(4122)에 연결되어 있다. 상기 믹서(4121)는 증폭된 센싱 신호(Sensing_Sigs)를 혼성 신호(mixed signal)로 변환한다. 다음으로, 상기 저역 통과 필터(4122)는 혼성 신호를 필터링하여 하향 변환 신호를 획득한다.
더불어, 상기 하향 변환 회로(412)의 믹서(4121)는 로그 증폭 회로(logarithmic amplifier circuit)로 대체될 수 있다. 그러한 설계로, 상기 저 잡음 증폭기(46)는 제거될 수 있고, 그리고 상기 멀티 플렉서(43)는 저 잡음 증폭기(46)에 연결될 필요가 없다. 상기 로그 증폭 회로는 센싱 신호(Sensing_Sig) 상에서 로그 동작을 수행하여 로그 신호(로그 신호는 센싱 신호(Sensing_Sig)의 이중 주파수를 가지는 고주파 신호와 '0'에 가까운 주파수를 가지는 저주파 신호를 포함한다.)를 획득한다. 다음으로, 상기 저역 통과 필터(4122)는 로그 신호(이중 주파수를 가지는 고주파수가 사용된다.)에서 저역 필터를 수행하여 하향 변환 신호를 획득한다.
상기 스위치(413)는 센싱 라인들의 하향 변환 신호들을 각각의 해당 시그널링 채널들(signaling channels)로 전달한다. 즉, 다음의 프로그래머블 게인 증폭기(414), 강도-위상 주파수 변환기(415), 및 위상-주파수 분석 부(416)는 모두 다수의 시그널링 채널들을 가진다. 상기 각각의 시그널링 채널은 센싱 라인에 해당된다.
상기 프로그래머블 게인 증폭기(414)는 이득(gain)이 조정될 수 있는 증폭기이다. 상기 프로그래머블 게인 증폭(414)는 각각의 시그널링 채널의 하향 변환 신호를 증폭하기 위하여 사용된다. 상기 각 시그널링 채널에 대한 이득은 다를 수 있다. 간단히 말하자면, 상기 프로그래머블 게인 증폭(414)는 하향 변환 신호의 직류 전압(실질적으로 직류 전압 신호)의 레벨을 조정하고, 그런 다음 상기 조정된 하향 변환 신호를 강도-위상 주파수 변환기(415)로 전송하기 위함이다. 게다가, 상기 강도-위상 주파수 변환기(415)가 충분한 민감도를 가지면, 상기 프로그래머블 게인 증폭기(414)는 센싱 전극 어레이를 위한 제어 회로(41)로부터 삭제될 수 있다.
상기 강도-위상주파수 변환기(415)는 각각의 시그널링 채널의 하향 변환 신호를 위상 주파수 신호로 변환한다. 상기 위상 주파수 신호의 위상, 주파수, 또는 그들의 조합은 하향 변환 신호의 레벨에 따라 변화한다. 예를 들면, 상기 강도-위상 주파수 변환기(415)는 전압 제어 오실레이터(voltage-controlled oscillator; VCO)일 수 있다. 상기 입력된 하향 변환 신호가 더 높은 레벨을 가질 때, 더 높은 주파수를 가지는 위상 주파수 신호가 출력된다. 상기 입력된 하향 변환 신호가 낮은 레벨을 가질 때, 더 낮은 주파수를 가지는 위상 주파수 신호가 대신 발생된다.
특히, 상기 강도-위상 주파수 변환기(415)는 단지 전압제어 오실레이터에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 강도-위상 주파수 변환기(415)는 위상 변조기 일 수도 있다. 상기 입력되는 하향 변환 신호의 레벨이 더 높다면, 더 큰 위상의 위상 주파수 신호가 출력된다. 상기 입력되는 하향 변환 신호의 레벨이 더 낮다면, 더 작은 위상을 가지는 위상 주파수 신호가 대신하여 발생된다. 상기 강도-위상 주파수 변환기(415)는 위상과 주파수 모두를 조정하기 위한 위상 및 주파수 변조기일 수도 있다. 상기 입력되는 하향 변환 신호의 레벨이 더 높다면, 더 큰 위상과 더 높은 주파수를 가지는 위상 주파수 신호가 출력된다. 상기 입력되는 하향 변환 신호의 레벨이 더 낮다면, 더 작은 위상과 더 낮은 주파수를 가지는 위상 주파수 신호가 대신하여 발생된다.
통신 이론에 따르면, 신호 레벨이 이송된 데이터를 표현하기 위하여 사용되면, 상기 이송된 데이터는 노이즈 간섭으로 인하여 오류가 발생될 수 있다. 그 이유는 상기 레벨이 노이즈 간섭에 의하여 쉽게 영향을 받기 때문이다. 그러나, 상기 신호의 위상과 주파수가 이송된 데이터를 표현하기 위하여 적용되면, 상기 이송된 데이터는 노이즈 간섭으로 인하여 오류가 발생될 염려가 없다. 그 이유는 상기 위상과 주파수는 노이즈 간섭에 쉽게 영향을 받지 않기 때문이다.
상기 센싱 전극 어레이를 위한 제어 회로(41)는 하향 변환 신호에 따라 위상 주파수 신호를 발생한다. 상기 위상 주파수 신호의 위상, 주파수, 또는 그들의 조합은 하향 변환 신호의 레벨에 따라 변화한다. 그러므로, 터치 영역 관련 정보는 상기 위상 주파수 신호의 주파수, 위상, 또는 그들의 조합에 의하여 표현된다. 터치 영역의 정보를 표현하기 위하여 샘플 앤 홀드 신호의 레벨을 사용하는 종래의 터치 제어 센싱 시스템에 비하여, 상기 터치 제어 센싱 시스템(4)은 더 높은 SNR을 가진다.
목적을 설명하자면, 상기 강도-위상 주파수 변환기(415)는 여기서 전압 제어 오실레이터이면 된다. 예를 들면, 가장 높은 출력 주파수 F2와 가장 낮은 출력 주파수 F1의 차이는 8MHz이다. 상기 노이즈에 의하여 유도된 주파수 오프셋(Delta_F)은 12.3 KHz이다.
상기 터치 패널(44)은 유저에 의하여 터치되지 않은 때, 상기 하향 변환 신호의 직류 전압 레벨이 더 높다. 그러므로, 상기 전압 제어 오실레이터에 의하여 출력된 위상 주파수 신호의 주파수는 F2이다. 그러나, 상기 터치 패널(44)이 유저에 의하여 터치되는 때, 상기 터치 영역의 센싱 라인들의 센싱 신호들은 변화된다. 상기 변화는 하향 변환 신호의 직류 전압 레벨을 떨어뜨린다. 그리하여, 상기 전압 제어 오실레이터는 F1의 주파수를 가지는 위상 주파수 신호를 출력한다. 간단히 연산하면, SNR은 650 (SNR = (F2-F1)/Delta_F)에 다다를 것이다.
그러므로, 종래의 터치 제어 센싱 시스템에 비하여, 상기 센싱 전극 어레이를 위한 제어 회로(41)를 사용하는 터치 제어 센싱 시스템(4)은 더 높은 SNR과 더 빠른 동작 속도를 가진다. 상기 터치 제어 센싱 시스템(4)이 더 높은 SNR을 가지므로, 그 터치 패널(44)은 중대형 크기(medium or large-sized)일 것이다. 간단히 말하면, 상기 터치 패널(44)이 터치되면, 상기 전압 제어 오실레이터에 의하여 발생된 위상 주파수 신호의 주파수의 변화가 충분히 현저하고, 노이즈 영향에 취약하지 않게 된다. 그러므로, 상기 SNR은 이에 따라 향상된다.
상기 위상-주파수 분석부(416)는 각각의 위상 주파수 신호를 분석하여 해당 센싱 라인의 해당 신호 크기를 획득한다. 상기 연산 처리부(47)는 제어신호(Control_Sig) 또는 리셋 신호(Reset_Sig)를 생성하고, 각각의 신호의 크기에 따라 각 센싱 라인의 신호 변화를 검출함으로써, 터치 패널(44) 상의 터치 영역을 결정한다. 게다가, 상기 연산 처리부(47)는 터치 영역의 항목을 선택하는 것과 같이, 터치 영역의 해당 명령을 실행할 수 있다.
상기 위상-주파수 분석부(416)는 강도-위상 주파수 변환기(415)의 구현에 따라 실행된다. 예를 들면, 상기 강도-위상 주파수 변환기(415)가 전압 제어 오실레이터라면, 상기 위상-주파수 분석부(416)는 간단히 주파수 카운터(frequency counter) 또는 더 복잡한 주파수 판별기(frequency discriminator)일 수 있다. 상기 강도-위상 주파수 변환기(415)가 위상 변조기(phase modulator)라면, 상기 위상-주파수 분석부(416)가 위상 복조기(phase demodulator)일 수 있다. 상기 강도-위상 주파수 변환기(415)가 위상 및 주파수 변조기(phase and frequency modulator)라면, 상기 위상-주파수 분석 부(416)는 위상 및 주파수 복조기(phase and frequency demodulator)일 수 있다.
상기 위상-주파수 분석부(416)가 간단히 주파수 카운터인 때, 상기 위상 주파수 신호들의 주파수들은 측정되고, 그리하여 해당 센싱 라인의 신호 크기가 각각의 위상 주파수 신호에 따라 획득된다.
상술한 스위치(413)는 센싱 전극 어레이를 위한 제어 회로(41)로부터 생략될 수 있다. 게다가, 상기 프로그래머블 게인 증폭기(414), 강도-위상 주파수 변환기(415), 및 위상-주파수 분석부(416)는 단지 하나의 시그널링 채널의 신호를 처리할 수 있다. 그러한 설계를 위하여, 상기 위상-주파수 분석부(416)는 각각의 센싱 라인의 신호 크기를 순차적으로 연산 처리부(47)로 전송한다.
요약하자면, 상기 강도-위상 주파수 변환기(415)가 낮은 위상 노이즈를 가지고, 그리고 상기 터치 제어 센싱 시스템(4)이 높은 SNR을 가지기 때문에, 상기 터치 제어 센싱 시스템(4)은 베이스라인(baseline)을 위한 디지털-아날로그 변환기를 필요로 하지 않는다. 상기 터치 패널(44)의 크기는 중대형(medium or large)일 수 있다. 더불어, 상기 강도-위상 주파수 변환기(415)의 하드웨어 비용이 낮고, 이에 따라 제조 코스트가 절약될 수 있다.
본 설명의 실시예에 따른 터치 패널을 터치하는 도구가 능동 스타일러스일 때 터치 제어 센싱 시스템의 기능 블록도를 도시한 도 5를 참조하기로 한다.
상기 터치 패널을 터치하는 도구가 능동 스타일러스(48)인 때, 상기 터치 제어 센싱 시스템(4)의 기능 블록도는 터치 제어 센싱 시스템(5)과 같다 반면에, 상기 멀티 플렉서(43)가 터치 패널(44)로부터 구동 라인 신호(DrvLine_Sig)(능동 스타일러스(48)로부터 공급됨.)를 수신하고, 그리고 도 4의 구동 신호 발생기(45)가 비활성화된다. 그리하여, 상기 구동 신호 발생기(45)는 도 5에 도시되어 있지 않다. 도 5의 터치 제어 센싱 시스템(5)의 터치 패널(44)의 센싱 전극 어레이는, 예를 들어 센싱 라인들(S1, S2)과 구동 라인들(D1, D2)을 가지나, 이를 한정하는 것은 아니다.
상기 터치 패널(44)의 구동 신호(Driving_Sig)는 능동 스타일러스(48)로부터 제공된다. 상기 터치 영역의 각각의 구동 라인과 센싱 라인은 각각 센싱 신호(Sensing_Sig)와 구동 라인 신호(DrvLine_Sig)를 발생한다. 상기 멀티 플렉서(42)는 센싱 신호들(Sensing_S1, Sensing_S2)을 제어 신호(Control_Sig)에 따라 다른 때에 순차적으로 센싱 전극 어레이를 위한 제어 회로로 전송하고, 상기 멀티 플렉서(43)는 터치 패널(44)의 구동 라인 신호들(DrvLine_D1, DrvLine_D2)을 다른 때에 센싱 전극 어레이의 제어 회로(41)에 전송한다. 즉, 상기 센싱 전극 어레이의 제어 회로(41)는 다른 때에 센싱 구동 라인 신호들(DrvLine_D1, DrvLine_D2)과 센싱 라인 신호들(Sensing_S1, Sensing_S2)을 수신한다.
상기 터치 패널(44)이 능동 스타일러스(48)에 의하여 터치되지 않은 때, 어떤 구동 신호도 존재하지 않는다. 상기 터치 패널(44)이 능동 스타일러스(48)에 의하여 터치되는 때, 상기 능동 스타일러스(48)는 구동 신호(Driving_Sig)를 터치 영역의 구동 라인들로 제공하고, 해당 센싱 신호들이 필드 커플링(field coupling)에 의하여 센싱 라인들 상에 발생된다. 상기 구동 신호(Driving_Sig)가 사인파형 신호라면, 상기 센싱 신호는 실질적으로 사인파 신호이다. 그러므로, 상기 센싱 라인들의 센싱 신호들과 터치 영역의 구동 라인들의 구동 라인 신호들은, 저 잡음 증폭기(4111)를 통과한 후, 하향 변환 회로(412)에 의하여 하향 변환 신호들로 변환된다. 상기 하향 변환 신호들이 스위치(413)와 프로그래머블 게인 증폭기(414)를 통과한 후, 상기 강도-위상 주파수 변환기(415)는 각각의 하향 변환 신호에 따라 해당 위상 주파수 신호를 발생할 수 있다.
상기 위상-주파수 분석부(416)는 센싱 라인 신호들과 구동 라인 신호들로부터 변환된 위상 주파수 신호들을 수신하고, 그리고 위상 주파수 신호를 분석하여 각각의 해당 센싱 라인 또는 구동 라인의 신호 크기를 획득한다. 상기 연산 처리부(47)는 신호 크기에 따라 각각의 해당 센싱 라인 또는 구동 라인의 신호 변화를 검출한다.
상기 터치 패널(44)이 터치되지 않으면, 센싱 라인들(S1, S2)의 센싱 신호들(Sensing_S1, Sensing_S2)과 구동 라인들(D1, D2)의 구동 라인 신호들(DrvLine_D1, DrvLine_D2)에 따라 발생된 위상 주파수 신호가 더 높은 주파수를 가지고, 더 큰 위상 또는 그 들의 조합을 가지게 된다.
그러나, 상기 터치 영역이 센싱 라인(S2)과 구동 라인(D2)에 의하여 서로 엇갈린 영역인 때, 사인파는 구동 신호(Driving_Sig)에 따른 센싱 라인(S2) 상에 유도되고, 상기 구동 라인(D2)은 구동 신호(Driving_Sig)를 수신하여 구동 라인 신호(Driving_Sig)를 발생한다. 그러므로, 상기 구동 라인(D2)의 구동 라인 신호(DrvLine_D2)와 센싱 라인(S2)의 센싱 신호(Sensing_S2)는 사인파 신호들이다. 따라서, 상기 구동 라인 신호(DrvLine_D2)와 센싱 신호(Sensing_S2)에 따라 발생된 위상 주파수 신호는 더 낮은 주파수, 더 작은 위상, 또는 그들의 조합을 가진다. 결국, 상기 연산 처리부(47)는 터치 영역에서 센싱 라인(S2)과 구동 라인(D2)에 의하여 엇갈린 영역을 결정할 수 있다.
게다가, 상기 터치 패널의 터치 도구가 능동 스타일러스 일 때, 상기 강도-위상 주파수 변환기(415)가 하향 변환된 신호에 따라 위상 주파수 신호들을 발생시키는 방식은 터치 패널의 터치 도구가 유저의 손가락이거나 수동 스타일러스일 때와는 반대이다. 상세하게 설명하자면, 상기 하향 변환 신호가 더 커지면, 상기 강도-위상 주파수 변환기(415)에 의해 발생된 위상 주파수 신호는 더 낮은 주파수와 더 작은 위상, 혹은 그 조합을 가지거나, 그 반대이다. 따라서, 상기 연산 처리부(47)가 터치 영역을 검출하는 방식은 변화될 필요가 없다. 그러나, 상기 실시예는 본 발명을 제한하기 위함이 아니다. 또 다른 실시예에서, 상기 강도-위상 주파수 변환기(415)가 위상 주파수 신호들을 발생시키는 방식은 터치 패널을 터치하는 도구에 따라 다르지 않고, 그에 의존한다. 반면, 그런 경우에, 상기 연산 처리부(47)가 터치 영역을 검출하는 방식은 수정될 수 있다.
터치 패널을 터치하는 도구가 수동 스타일러스 이거나 유저의 손가락일 때, 본 발명의 실시예에 따른 터치 제어 센싱 시스템의 등가적 기능 블록도를 보여주는 도 6을 참조하기로 한다. 상기 터치 패널을 터치하는 도구가 수동 스타일러스 이거나 유저의 손가락일 때, 상기 터치 제어 센싱 시스템(4)은 도 6에서의 터치 제어 센싱 시스템(6)와 동일할 수 있다. 도 6에서의 상기 터치 제어 센싱 시스템(6)의 터치 패널(44)의 센싱 전극 어레이는, 예를 들어 센싱 라인들(S1, S2)과 구동 라인들(D1, D2)을 사용하고 있다. 그리하여, 상기 멀티 플렉서(43)는 구동 신호들(Driving_D1, Driving_D2)을 출력한다. 상기 구동 신호들(Driving_D1, Driving_D2)은 T1과 T2일 때 각각 싸인 파형들이다.
상기 터치 패널(44)이 터치되지 않는다면, 상기 센싱 라인(S1, S2)의 센싱 신호들(Sensing_S1, Sensing_S2)은 T1과 T2일 때 사인 파형들이다. 그러한 순간, T1과 T2일 때 센싱 신호들(Sensing_S1, Sensing_S2)에 따라 발생된 두 개의 위상 주파수 신호들은 더 높은 주파수, 더 큰 위상 또는 그 조합을 가진다.
상기 터치 영역이 센싱 라인(S1)과 구동 라인(D2)에 의해 교차된 영역일 때, 상기 센싱 라인(S2)의 센싱 신호(Sensing_S2)는 T1과 T2일 때 사인 파형이고, 그리고 상기 센싱 라인(S1)의 센싱 신호(Sensing_S1)는 T1일 때 사인 파형이다. 그러한 순간에, T1과 T2일 때 센싱 신호(Sensing_S2)에 따라 발생된 위상 주파수 신호는 보다 높은 주파수, 더 큰 위상 또는 그 조합을 가진다. 또한, T1일 때 센싱 신호(Sensing_S1)에 따라 발생된 위상 주파수 신호는 더 높은 주파수, 더 큰 위상 또는 그 조합을 가진다. 상기 위상-주파수 분석부(416)는 주파수가 낮아지고, 위상이 작아졌는지 또는 두 조합이 발생했는지 여부를 검출한다. 그러면, 상기 연산 처리부(47)는 센싱 라인(S1)과 구동 라인(D2)에 의하여 교차된 영역을 터치 영역으로 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 전극 어레이를 위한 제어 방식의 플로우 차트를 도시한 도 7을 참조하기로 한다. 도 7의 센싱 전극 어레이를 위한 제어 방식은 듀얼 작동 모드를 가지는 터치 제어 센싱 시스템에 적용될 수 있다. 상기 제안된 터치 제어 센싱 시스템에서의 터치 패널을 터치하는 도구는 유저의 손가락, 수동 스타일러스 또는 능동 스타일러스 일 수 있다.
우선, S91 단계에서 상기 터치 제어 센싱 시스템에서의 터치 패널을 터치하는 도구가 결정된다. 만약 상기 도구가 유저의 손가락이거나 수동 스타일러스라면, S92 단계는 실행된다. 만약 상기 터치 패널을 터치하는 도구가 능동 스타일러스라면, S93 단계가 실행된다.
S92 단계에서, 도 8의 센싱 전극 어레이를 위한 제어 방법의 모든 단계들이 실행된다. S93 단계에서, 도 9의 센싱 전극 어레이를 위한 제어 방법의 모든 단계들이 실행된다 예를 들면, S91 단계는 물리적 키 스위치(physical key switch)에 의해 실행될 수 있다. 다시 말해, 유저는 터치 패널을 터치하기 위하여 사용된 터치 도구의 타입을 바꾸기 위해, 물리적 키를 손으로 작동할 수 있다. 그러나, 본 발명은 이를 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 실시 예에 따른 센싱 전극 어레이를 위한 제어 방식에서의 S92단계의 세부적 단계의 플로우 차트를 도시한 도 8을 참조하기로 한다. 상기 터치 패널을 터치하는 도구가 유저의 손가락이거나 어떤 구동 신호도 제공하지 않는 수동 스타일러스 일 때, 상기 터치 제어 센싱 시스템의 구동 신호 발생기는 다수의 구동 신호들을 터치 패널의 다수의 구동 라인들로 제공한다.
우선, S71 단계에서, 상기 센싱 라인들의 센싱 신호들은 수신된다. 다음으로, S72 단계에서, 하향 변환 신호를 획득하기 위하여 센싱 신호들이 하향 변환되고, 이는 실질적으로 직류 전압 신호이다. 특히, S73 단계에 앞서, 상기 센싱 신호들은 하향 변환 신호들을 획득하기 위해 하향 변환되기 전에 저 잡음 증폭을 받을 수 있다.
다음으로, S73 단계를 위해, 상기 위상 주파수 신호들이 하향 변환 신호들에 따라 발생되고, 상기 각 위상 주파수 신호에 대한 위상, 주파수, 또는 그 조합은 해당 하향 변환 신호의 직류 전압 레벨에 따라 변화한다. S73 단계 이전에, 상기 하향 변환 신호들은 증폭된 하향 변환 신호들을 발생시키기 위해 각각 증폭될 수 있다. 그리고, S73 단계에서, 위상 주파수 신호들이 상기 증폭된 하향 변환 신호들에 따라 발생 될 수 있다.
그리고, S74 단계에서, 각 위상 주파수 신호는 해당 센싱 라인의 신호 크기를 획득하기 위해 분석된다.
본 발명의 실시 예에 따른 센싱 전극 어레이를 위한 제어 방식에서 단계 S93의 상세한 단계들의 플로우 차트를 도시한 도 9를 참조하기로 한다. 상기 터치 패널을 터치하는 도구가 구동 신호를 제공할 수 있는 능동 스타일러스인 때, 상기 능동 스타일러스는 구동 신호를 터치 제어 센싱 시스템의 터치 패널로 제공한다.
우선, S81 단계에서, 상기 센싱 라인들의 센싱 신호들과 상기 구동 라인들의 구동 라인 신호들이 수신된다. 다음으로, S82 단계에서, 상기 센싱 신호들과 구동 라인 신호들은 하향 변환 신호들을 획득하기 위해 하향 변환되고, 이는 실질적으로 직류 전압 신호이다. 특히, S82 단계에 앞서, 상기 센싱 신호들과 구동 라인 신호들은 하향 변환 신호들을 획득하기 위해 하향 변환되기 이전에 저잡음 증폭을 받을 수 있다.
다음으로, S83 단계를 위해, 위상 주파수 신호들은 하향 변환 신호들에 따라 발생될 수 있고, 각 위상 주파수 신호에 대한 위상, 주파수 또는 그 조합은 해당 하향 변환 신호의 직류 전압 레벨에 따라 변화한다. S83 단계에 앞서, 상기 하향 변환 신호들은 증폭된 하향 변환 신호를 발생시키기 위해 각각 증폭될 수 있다. 그런 다음, S83 단계에서, 위상 주파수 신호들은 상기 증폭된 하향 변화된 신호들에 따라 발생될 수 있다. 그런 다음, S84 단계에서, 각 위상 주파수 신호는 해당 센싱 라인 또는 구동 라인의 신호 크기를 획득하기 위해 분석될 수 있다.
본 설명의 또 다른 실시예에 따른 센싱 전극 어레이를 위한 제어방법의 플로우 챠트를 도시한 도 10을 참조하기로 한다. 도 10의 센싱 전극 어레이를 위한 제어 방법은 이중 동작 모드를 가지는 터치 제어 센싱 시스템에 적용될 수 있다. 상기 터치 패널을 터치하기 위하여 사용되는 도구는 유저의 손가락, 수동 스타일러스, 또는 능동 스타일러스일 수 있다.
우선, S101 단계에서, 상기 센싱 라인들의 센싱 신호들이 수신된다. 다음으로, S102 단계에서, 상기 터치 패널을 터치하는 도구의 타입이 결정된다. 상기 터치 패널을 터치하는 도구가 유저의 손가락 또는 수동 스타일러스라면, S103 단계가 실행된다. 상기 터치 패널을 터치하는 도구가 능동 스타일러스로 대신하면, S104 단계가 실행된다. S102 단계에서, 상기 터치 패널을 터치하는 도구의 타입을 결정하기 위하여, 상기 구동 신호의 동작 주파수 및/또는 진폭이 검출될 수 있다. 예를 들면, 상기 능동 스타일러스로부터 제공된 구동 신호의 주파수가 1MHz이고, 그리고 상기 구동 신호 발생기로부터 제공된 구동 신호의 주파수가 250KHz이다. 그러나, 본 발명은 이를 한정하는 것은 아니다.
S103 단계에서, 상기 구동 라인들의 구동 라인 신호들이 수신되고, 그리고 상기 구동 라인들의 구동 라인 신호들이 하향 변환 신호들을 획득하기 위하여 하향 변환된다. 특히, S103 단계에 앞서, 상기 하향 변환 신호들로 변환되기 이전에, 상기 구동 라인 신호들은 저 잡음 증폭을 받을 수 있다.
S104 단계에서, 상기 센싱 라인들의 센싱 신호들은 하향 변환 신호들을 획득하기 위하여 하향 변환된다. 이와는 달리, S104 단계에 앞서, 상기 하향 변환 신호들을 획득하기 위하여 하향 변환되기 전에, 상기 센싱 신호들은 저 잡음 증폭을 받을 수 있다.
S105 단계에서, 위상 주파수 신호들은 하향 변환 신호들에 따라 발생된다. 각각의 위상 주파수 신호의 위상, 주파수, 또는 그 조합은 해당 하향 변환 신호의 직류 전압 레벨에 따라 변화한다. S105 단계에 앞서, 상기 하향 변환 신호들은 증폭된 하향 변환 신호들을 획득하기 위하여 개별적으로 증폭될 수 있다. 그리하여, S105 단계에서, 위상 주파수 신호들은 상기 증폭된 하향 변환 신호들에 따라 발생될 수 있다.
그러면, S106 단계에서, 각 위상 주파수 신호가 해당 센싱(또는 구동) 라인의 신호 크기를 획득하기 위하여 분석된다.
상술한 설명을 요약하자면, 종래의 터치 제어 센싱 시스템에 비하여, 이러한 설명에 따른 센싱 전극 어레이를 위한 제어 회로를 사용하는 터치 제어 센싱 시스템은 더 높은 SNR을 가지고, 적분기를 필요하지 않으며, 이에 따라 터치 제어 센싱 시스템이 더 빠른 동작속도를 가진다. 게다가, 상기 센싱 전극 어레이를 위한 제어 회로를 사용하는 터치 제어 센싱 시스템은 베이스라인을 위한 디지털-아날로그 변환기를 필요로 하지 않는다. 따라서, 상기 SNR이 증가되고, 그리고 상기 터치 패널의 크기가 중대형이 될 수 있다.
본 발명은 본 발명을 실행하는 최선의 방법뿐만 아니라 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었지만, 이하의 특허청구범위에 의해 정해지는 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 점이, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백하다.

Claims (13)

  1. 센싱 전극 어레이를 위한 제어 회로에 있어서,
    상기 센싱 전극 어레이의 각각의 센싱 라인의 센싱 신호를 하향 변환하여, 대응하는 하향 변환 신호를 획득하는 하향 변환(down-conversion) 회로로서, 상기 하향 변환 신호는 직류(DC) 신호인 것인, 상기 하향 변환 회로;
    상기 하향 변환 신호에 기초하여 위상 주파수 신호를 발생시키는 강도-위상 주파수 변환기(intensity-to-phase frequency converter)로서, 상기 위상 주파수 신호의 적어도 주파수 또는 위상이 상기 하향 변환 신호의 레벨에 관계되는 것인, 상기 강도-위상 주파수 변환기; 및
    상기 위상 주파수 신호에 기초하여 대응하는 센싱 라인의 신호 크기를 획득하는 위상-주파수 분석부
    를 포함하는 센싱 전극 어레이를 위한 제어 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하향 변환 회로는 상기 센싱 신호와 구동 신호를 혼합하여(mixing) 대응하는 혼성 신호를 획득하는 믹서; 및
    상기 혼성 신호를 필터링하여 상기 하향 변환 신호를 생성하는 저역 통과 필터(LPF)를 포함하는 것인, 센싱 전극 어레이를 위한 제어 회로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하향 변환 회로는 상기 센싱 신호에 대하여 로그 연산을 수행하여 대응하는 로그 신호를 획득하는 로그 증폭 회로; 및
    상기 로그 신호를 필터링하여 상기 하향 변환 신호를 생성하는 저역 통과 필터(LPF)를 포함하는 것인, 센싱 전극 어레이를 위한 제어 회로.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 강도-위상 주파수 변환기는 전압 제어 오실레이터(VCO), 위상변조기, 또는 위상 및 주파수 변조기이고,
    상기 강도-위상 주파수 변환기가 전압 제어 오실레이터일 때, 상기 위상-주파수 분석부는 주파수 카운터 또는 주파수 판별기이며,
    상기 강도-위상 주파수 변환기가 위상 변조기일 때, 상기 위상-주파수 분석부는 위상 복조기이며,
    상기 강도-위상 주파수 변환기가 위상 및 주파수 변조기일 때, 상기 위상-주파수 분석부는 위상 및 주파수 복조기인 것인, 센싱 전극 어레이를 위한 제어 회로.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하향 변환 회로는 상기 센싱 전극 어레이의 각각의 구동 라인의 구동 라인 신호를 하향 변환하여 대응하는 하향 변환 신호를 획득하고,
    상기 위상-주파수 분석부는 상기 구동 라인의 위상 주파수 신호에 기초하여 대응하는 구동 라인의 신호 크기를 획득하는 것인, 센싱 전극 어레이를 위한 제어 회로.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 센싱 신호를 저 잡음 증폭하는 저 잡음 증폭기(LNA; low-noise amplifier)로서, 상기 하향 변환 회로는 상기 증폭된 센싱 신호를 수신하고 이에 따라 상기 하향 변환 신호를 발생시키는 것인, 상기 저 잡음 증폭기;
    상기 하향 변환 신호를 복수의 시그널링 채널들에 전달하는 스위치; 및
    각각의 시그널링 채널의 하향 변환 신호를 조정하고, 상기 조정된 하향 변환 신호를 상기 강도-위상 주파수 변환기에 출력하는 프로그래머블 게인 증폭기(PGA);
    를 더 포함하는 전극 어레이를 위한 제어 회로.
  7. 터치 제어 센싱 시스템에서 센싱 전극 어레이를 위한 제어 방법에 있어서,
    직류(DC) 신호인 하향 변환 신호를 획득하기 위하여 상기 센싱 전극 어레이의 각각의 센싱 라인의 센싱 신호를 하향 변환하는 단계;
    상기 하향 변환 신호에 기초하여 위상 주파수 신호를 생성하는 단계로서, 상기 위상 주파수 신호의 적어도 주파수 또는 위상이 상기 하향 변환 신호의 레벨에 관련되는 것인, 상기 위상 주파수 신호 생성 단계; 및
    상기 위상 주파수 신호에 기초하여 대응하는 센싱 라인의 신호 크기를 획득하는 단계
    를 포함하는 센싱 전극 어레이를 위한 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 센싱 신호와 구동 신호는 혼성 신호를 발생시키기 위하여 혼합되고, 상기 혼성 신호는 상기 하향 변환 신호를 발생시키기 위하여 필터링되는 것인, 센싱 전극 어레이를 위한 제어 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 센싱 신호는 로그 신호를 발생시키기 위하여 로그 연산되고,
    상기 로그 신호는 상기 하향 변환 신호를 발생시키기 위하여 필터링되는 것인, 센싱 전극 어레이를 위한 제어 방법.
  10. 터치 제어 센싱 시스템에 있어서,
    센싱 전극 어레이를 구비한 터치 패널; 및
    상기 센싱 전극 어레이를 위한 제어 회로
    를 포함하고, 상기 제어 회로는,
    상기 터치 패널의 각각의 센싱 라인의 센싱 신호를 하향 변환하여 직류(DC) 신호인 하향 변환 신호를 획득하는 하향 변환 회로;
    상기 하향 변환 신호에 기초하여 위상 주파수 신호를 발생시키는 강도-위상 주파수 변환기로서, 상기 위상 주파수 신호의 적어도 주파수 또는 위상이 상기 하향 변환 신호에 관계되는 것인, 상기 강도-위상 주파수 변환기; 및
    상기 위상 주파수 신호에 기초하여 대응하는 센싱 라인의 신호 크기를 획득하는 위상-주파수 분석부
    를 포함하는 것인, 터치 제어 센싱 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 하향 변환 회로는
    상기 센싱 신호와 구동 신호를 혼합하여 혼성 신호를 획득하는 믹서; 및
    상기 혼성 신호를 필터링하여 상기 하향 변환 신호를 발생시키는 저역 통과 필터를 포함하는 것인, 터치 제어 센싱 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 하향 변환 회로는,
    상기 센싱 신호에 로그 연산을 수행하여 로그 신호를 획득하는 로그 증폭 회로; 및
    상기 로그 신호를 필터링하여 상기 하향 변환 신호를 생성하는 저역 통과 필터를 포함하는 것인, 터치 제어 센싱 시스템.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 위상-주파수 분석부에 의하여 발생되는 신호 크기에 기초하여 센싱 라인의 신호 변화를 식별하는 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU)
    을 더 포함하는 터치 제어 센싱 시스템.
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