KR101486296B1 - 전원 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전원 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서에 관한 것으로, 터치 또는 노이즈에 의하여 정전용량이 변화하고 이러한 정전용량의 변화로 인하여 전하량이 변화하는 커패시터를 포함하는 전하량 감지부; 전압 TX 신호가 온(on)인 구간에서 외부로부터 인가되는 기본 노이즈를 증폭하여 출력하고, 전압 TX 신호가 오프(off)인 구간에서 상기 전하량 감지부로부터 입력되는 전하의 변화량을 증폭하여 출력하는 전하 증폭부; 상기 전하 증폭부로부터 TX 신호에 따라 반복적으로 출력되는 기본 노이즈를 합하여 부스팅 된 레퍼런스 신호를 출력하고, 반복적으로 출력되는 전하의 변화량을 합하여 부스팅 된 시그널 신호를 출력하는 부스팅부; 상기 부스팅부로부터 수신되는 레퍼런스 신호를 샘플링하여 제 1 신호를 출력하고, 시그널 신호를 샘플링하여 제 2 신호를 출력하는 샘플링부; 상기 샘플링부로부터 수신되는 제 1 신호와 제 2 신호의 차인 제 3 신호를 계산하여 출력하는 노이즈 성분 제거부; 및 상기 노이즈 성분 제거부로부터 수신되는 제 3 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 아날로그 디지털 변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서를 제공한다.
본 발명에 따르면, 전원 노이즈(charge noise)에 둔감하면서도 외부 터치 입력에 의한 커패시터의 변화량이 적은 경우에도 증폭률을 향상시킴으로써, 터치 감도를 증가시킬 수 있다.
또한, 전원 노이즈를 제거하는 알고리즘을 ADC 전단에서 처리함으로써 외부의 노이즈에 충분히 대응하며 감도의 손실을 최소화 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 입력되는 노이즈 신호에 대해서 기준 전압 및 시그널에 공통적으로 노이즈가 실리게 한 후 이를 differential 방식으로 공통의 노이즈 성분을 제거함으로써 감도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 전원 노이즈를 제거하는 알고리즘을 ADC 전단의 아날로그 단에서 처리하도록 하여 ADC 후단에서의 처리에 따른 동작 속도 감소, 전류 증가 및 면적 증가 등의 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다.

Description

전원 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서{CAPACITIVE SENSOR WITH CHARGE NOISE REMOVAL FUNCTION}
본 발명은 전원 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정전방식 센서 시스템과 인체 간의 접지가 불일치로 인하여 생기는 전원 잡음(Charge noise)에 대해서 충분히 대응하며 감도의 손실을 최소화 할 수 있는 전원 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서에 관한 것이다.
정전방식 센서의 원리는 센서에 입력되는 전하량의 변화를 센싱하는 구조이다. 전하량의 변화는 여러 가지 방식에서 변화할 수 있으며, 이를 응용하는 대표적인 장치가 터치에 의한 전하량의 변화를 유도하는 장치이다.
도 1은 종래 mutual capacitance 방식 정전방식 센서의 회로도이다.
도 1을 참조하면, 종래 패널 구동장치(1)는 터치 패널에 TX와 RX 메탈 사이의 고정된 커패시터와 TX와 RX간의 자기장에 형성된 커패시터의 합을 mutual capacitance(cm)이라고 하고, 손가락을 터치 패널에 접촉함으로써 TX와 RX에 연결된 커패시터(cm)의 정전용량 변화에 따른 전압이 단일 출력 증폭기(2)의 입력으로 들어가 하나의 증폭된 전압으로 출력하게 된다.
이때 출력 전압 vout은 다음 식(1)과 같이 나타나게 된다.
Figure 112013009617821-pat00001
----- 식(1)
VTX 는 도 1의 TX0~TX4의 각각의 전압이고, Cfb는 증폭기의 (-) 입력부와 출력단 간에 연결된 피드백 커패시터이다.
도 2는 도 1의 종래 mutual capacitance 방식 정전방식 센서의 구동 파형도이다.
도 2를 참조하면, 터치 패널에 TX 펄스가 들어가게 되고, 식(1)에 의해서 증폭기의 출력 전압(Vout)이 나오게 된다. 그 출력 전압은 샘플링부(3)를 통해서 vsnh 파형을 보여주며, 터치 시 cm의 변화량에 의해 도 2의 dV 와 같은 변화량의 차이를 발생시키며, 최종 아날로그-디지털 변환부(ADC)(4)를 통해 dV_code의 디지털 값으로 변환되어 출력된다.
도 3은 도 1의 터치 패널의 1채널을 모델링 한 회로도이다. 도 3을 참조하면, C1은 Cm과 같고, C2는 Cfb와 같다.
도 4는 TX와 C1커패시터 노드, RX와 C1커패시터 노드 간에 터치 패널의 기생 커패시터, 저항의 모델링 및 노이즈의 유입 경로를 나타내는 회로도 이고, 도 10은 노이즈에 따른 증폭기의 출력 신호를 나타내는 파형도이고, 도 11은 종래 정전방식 센서의 샘플링부에서 출력되는 신호와 본 발명에 따른 정전방식 센서의 샘플링부에서 출력되는 신호를 나타내는 파형도이다.
도 10을 참조하면, vout_0은 도 4에 노이즈가 유입되지 않았을 때의 증폭기의 출력을 보여주며, vout_1, vout_2는 각각 노이즈가 TX의 주파수와 비동기 되어 유입되었을 때의 증폭기의 출력을 보여준다. 시스템 상에서 전원 및 접지가 직류가 아닌 교류일지라도 전원 및 접지가 같은 위상으로 흔들리면 전위 차는 동일하기 때문에 시스템 상에서 전원 노이즈는 보이지 않는다. 도 4에서와 같이 charge noise 또는 power noise의 원인은 접지의 불일치 때문에 일어난다. 예를 들면, 도 4와 같이 손가락을 터치 패널에 터치 했을 때, 터치 패널 모델링의 가상 접지와 센서 증폭기의 접지는 다르게 표현하였으며, 도 4와 같이 수십 Hz ~ 수백 KHz의 노이즈가 들어가고, 식(1)과 같이 C2(=Cfb)에 의해 증폭된다.
도 10을 참조하면, 동일한 노이즈가 들어갔지만, C2 값에 의해서 출력이 달라지는 것을 볼 수 있다. C2 가 작으면 vout_1과 같이 증폭기의 출력이 큰 폭으로 많이 흔들리게 되고, 그 출력 전압은 샘플링부(S/H)를 통과하여 도 11의 vsnh_sig_1과 같이 터치 전, 후의 변화량에 많은 차이를 보이고, 또한 아날로그-디지털 변환부(ADC)의 입력 범위를 벗어나게 되는 경우도 발생한다. 이로 인해 아날로그-디지털 변환부(ADC)에서 에러 코드를 발생시키는 문제가 있다.
또한, C2 가 매우 크면 도 9의 vout_2와 같이 노이즈를 줄일 수 있으나, 이것은 터치 변화량, 즉 출력 감도가 많이 줄어드는 문제가 발생하고, 이는 터치 패널의 해상도 문제로 이어지게 된다.
본 발명은 상기의 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로, 외부 노이즈에 대해서 정전용량의 변화량이 적은 경우에도 증폭 효율이 높은, 즉 노이즈 특성이 강하며 터치 감도가 높은 전원 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서를 제공하고자 함에 발명의 목적이 있다.
또한, 증폭기에 연결된 궤환 커패시터의 값을 크게 하여 노이즈를 최소화하고, 줄어든 터치 변화량, 즉 출력 감도를 높이기 위해서 별도의 게인 부스터(Gain Booster)를 제공하는 전원 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서를 제공하고자 함에 발명의 목적이 있다.
또한, 노이즈에 의해 진동하는 시그널과 같은 크기 및 주파수를 갖으며 노이즈에 진동하는 기준 전압을 생성하는 회로를 구성한 후 시그널과 기준 전압의 차이를 아날로그-디지털 변환부(ADC)의 입력에 인가하여 노이즈를 제거하는 전원 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서를 제공하고자 함에 발명의 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전원 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서는, 터치 또는 노이즈에 의하여 정전용량이 변화하고 이러한 정전용량의 변화로 인하여 전하량이 변화하는 커패시터를 포함하는 전하량 감지부; 전압 TX 신호가 온(on)인 구간에서 외부로부터 인가되는 기본 노이즈를 증폭하여 출력하고, 전압 TX 신호가 오프(off)인 구간에서 상기 전하량 감지부로부터 입력되는 전하의 변화량을 증폭하여 출력하는 전하 증폭부; 상기 전하 증폭부로부터 TX 신호에 따라 반복적으로 출력되는 기본 노이즈를 합하여 부스팅 된 레퍼런스 신호를 출력하고, 반복적으로 출력되는 전하의 변화량을 합하여 부스팅 된 시그널 신호를 출력하는 부스팅부; 상기 부스팅부로부터 수신되는 레퍼런스 신호를 샘플링하여 제 1 신호를 출력하고, 시그널 신호를 샘플링하여 제 2 신호를 출력하는 샘플링부; 상기 샘플링부로부터 수신되는 제 1 신호와 제 2 신호의 차인 제 3 신호를 계산하여 출력하는 노이즈 성분 제거부; 및 상기 노이즈 성분 제거부로부터 수신되는 제 3 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 아날로그 디지털 변환부를 포함한다.
또한, 상기 전하 증폭부는, 상기 외부로부터 인가되는 기본 노이즈와 상기 전하량 감지부로부터 입력되는 전하의 변화량을 증폭하여 출력하는 증폭기; 상기 증폭기의 반전 입력단자와 출력 단자 사이에 접속된 궤환 커패시터; 및 상기 궤환 커패시터의 양단을 연결하는 스위치를 포함하고, 상기 TX 신호를 온(on) 및 상기 스위치를 온(on) 시키면, 상기 증폭기 및 궤환 커패시터의 증폭작용에 의해 외부로부터 인가되는 기본 노이즈를 증폭하여 출력하고, 상기 TX 신호를 오프(off) 및 상기 스위치를 오프(off) 시키면, 상기 증폭기 및 궤환 커패시터의 증폭작용에 의해 상기 전하량 감지부로부터 입력되는 전하의 변화량을 증폭하여 출력할 수 있다.
또한, 상기 궤환 커패시터의 값을 상기 전하량 감지부에 포함된 커패시터 보다 기 설정된 배수 이상 크게 함으로써, 상기 증폭기의 출력을 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 부스팅부는 TX 신호가 기 설정된 횟수만큼 온(on) 및 오프(off)를 반복할 때까지 기본 노이즈를 합하고, 전하의 변화량을 합할 수 있다.
또한, 상기 부스팅부는, 상기 기 설정된 횟수에 해당하는 복수 개의 커패시터를 포함하는 노이즈 부스팅부; 및 상기 기 설정된 횟수에 해당하는 복수 개의 커패시터를 포함하는 시그널 부스팅부를 포함하고 상기 노이즈 부스팅부는 상기 TX 신호가 온(on)인 구간에서 발생한 레퍼런스 샘플링 신호만큼 기본 노이즈를 샘플링하여 복수 개의 커패시터에 차례로 저장한 후 이를 합하여 부스팅 된 레퍼런스 신호를 출력하고, 상기 시그널 부스팅부는 상기 TX 신호가 오프(off)인 구간에서 발생한 시그널 샘플링 신호만큼 전하의 변화량을 샘플링하여 복수 개의 커패시터에 차례로 저장한 후 이를 합하여 부스팅 된 시그널 신호를 출력할 수 있다.
또한, 상기 샘플링부는, 상기 TX 신호가 기 설정된 횟수만큼 온(on) 및 오프(off)를 반복한 후 발생하는 제 1 제어신호만큼 상기 부스팅부로부터 수신되는 레퍼런스 신호를 샘플링하여 제 1 신호를 출력하는 노이즈 샘플링부; 및 상기 TX 신호가 기 설정된 횟수만큼 온(on) 및 오프(off)를 반복한 후 발생하는 제 2 제어신호만큼 상기 부스팅부로부터 수신되는 시그널 신호를 샘플링하여 제 2 신호를 출력하는 시그널 샘플링부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전원 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서에 의하면, 전원 노이즈(charge noise)에 둔감하면서도 외부 터치 입력에 의한 커패시터의 변화량이 적은 경우에도 증폭률을 향상시킴으로써, 터치 감도를 증가시킬 수 있다.
또한, 전원 노이즈를 제거하는 알고리즘을 ADC 전단에서 처리함으로써 외부의 노이즈에 충분히 대응하며 감도의 손실을 최소화 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 입력되는 노이즈 신호에 대해서 기준 전압 및 시그널에 공통적으로 노이즈가 실리게 한 후 이를 differential 방식으로 공통의 노이즈 성분을 제거함으로써 감도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 전원 노이즈를 제거하는 알고리즘을 ADC 전단의 아날로그 단에서 처리하도록 하여 ADC 후단에서의 처리에 따른 동작 속도 감소, 전류 증가 및 면적 증가 등의 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 mutual capacitance 방식 정전방식 센서의 회로도.
도 2는 도 1의 종래 mutual capacitance 방식 정전방식 센서의 구동 파형도.
도 3은 도 1의 터치 패널의 1채널을 모델링 한 회로도.
도 4는 TX와 C1커패시터 노드, RX와 C1커패시터 노드 간에 터치 패널의 기생 커패시터, 저항의 모델링 및 노이즈의 유입 경로를 나타내는 회로도.
도 5는 본 발명에 따른 전원 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서의 블록도.
도 6은 본 발명에 따른 전원 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서의 회로도.
도 7은 본 발명에 따른 전원 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서에 포함되는 부스팅부의 일 실시 예에 따른 회로도.
도 8은 본 발명에 따른 전원 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서에 포함되는 부스팅부의 다른 실시 예에 따른 회로도.
도 9는 도 7 및 도 8에 따른 부스팅부의 구동 파형도.
도 10은 노이즈에 따른 증폭기의 출력 신호를 나타내는 파형도.
도 11은 종래 정전방식 센서의 샘플링부에서 출력되는 신호와 본 발명에 따른 정전방식 센서의 샘플링부에서 출력되는 신호를 나타내는 파형도이다.
이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 실시 예를 보다 상세하게 설명한다.
이하 본 발명에서 TX 신호 및 각종 신호의 위상은 실시 예를 나타낸 것이므로, 각 신호의 위상이 서로 반대가 되었을 때도 본 발명은 성립하며, 본 발명의 권리범위에 속함은 자명하다.
도 5는 본 발명에 따른 전원 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서의 블록도이다.
도 5를 참조하면, 전원 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서(100)는 전하량 감지부(10), 전하 증폭부(20), 부스팅부(30), 샘플링부(40), 노이즈 성분 제거부(50) 및 아날로그 디지털 변환부(ADC)(60)를 포함한다. 또한, 전하량 감지부(10)에 포함되는 캐패시터에 가해지는 전압 TX 및 부스팅부(30), 샘플링부(40), 아날로그 디지털 변환부(60)의 구동을 제어하는 각종 제어신호를 발생 및 타이밍을 제어하는 구동 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
전하량은 여러 가지 방식에 의해 변화할 수 있다. 대표적으로 터치에 의해 전하량의 변화가 가능하지만, 터치 이외의 전하량이 변화할 수 있는 모든 장치에 본 발명이 적용될 수 있다.
전하량 감지부(10)는 터치 또는 노이즈에 의하여 정전용량이 변화하고 이러한 정전용량의 변화로 인하여 전하량이 변화하는 커패시터를 포함한다. 바람직하게는, mutual capacitance 방식에 의해 구현될 있다.
전하 증폭부(20)는 구동 제어부에 의해 전압 TX 신호가 온(on)인 구간에서 외부로부터 인가되는 기본 노이즈를 증폭하여 출력하고, 전압 TX 신호가 오프(off)인 구간에서 전하량 감지부(10)로부터 입력되는 전하의 변화량을 증폭하여 출력한다.
부스팅부(30)는 전하 증폭부(20)로부터 TX 신호에 따라 반복적으로 출력되는 기본 노이즈를 합하여 부스팅 된 레퍼런스 신호를 출력하고, 전하 증폭부(20)로부터 TX 신호에 따라 반복적으로 출력되는 전하의 변화량을 합하여 부스팅 된 시그널 신호를 출력한다.
샘플링부(40)는 부스팅부(30)로부터 수신되는 레퍼런스 신호를 샘플링하여 제 1 신호를 출력하고, 시그널 신호를 샘플링하여 제 2 신호를 출력한다. 구체적으로, 샘플링부(40)는 구동 제어부로부터 입력되는 제어신호 발생 구간만큼 레퍼런스 신호를 샘플링하고, 시그널 신호를 샘플링 한다.
노이즈 성분 제거부(50)는 샘플링부(40)로부터 수신되는 제 1 신호와 제 2 신호의 차인 제 3 신호를 계산하여 출력한다. 구체적으로, 제 3 신호는 제 2 신호에서 제 1 신호를 뺀 성분이다.
아날로그 디지털 변환부(ADC)(60)는 노이즈 성분 제거부(50)로부터 수신되는 제 3 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다.
도 6은 본 발명에 따른 전원 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서의 회로도이고, 도 7은 본 발명에 따른 전원 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서에 포함되는 부스팅부의 일 실시 예에 따른 회로도이고, 도 8은 본 발명에 따른 전원 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서에 포함되는 부스팅부의 다른 실시 예에 따른 회로도이고, 도 9는 도 7 및 도 8에 따른 부스팅부의 구동 파형도이고, 도 10은 노이즈에 따른 증폭기의 출력 신호를 나타내는 파형도이고, 도 11은 종래 정전방식 센서의 샘플링부에서 출력되는 신호와 본 발명에 따른 정전방식 센서의 샘플링부에서 출력되는 신호를 나타내는 파형도이다.
도 6을 참조하면, 전하량 감지부(10)는 터치 또는 노이즈에 의하여 정전용량이 변화하고 이러한 정전용량의 변화로 인하여 전하량이 변화하는 커패시터(C1)를 포함한다. 다른 실시 예로서, 전하의 값이 고정된 제 1 커패시터와 터치 또는 노이즈에 의하여 정전용량이 변화하고 이러한 정전용량의 변화로 인하여 전하량이 변화하는 제 2 커패시터를 포함하고, 제 1 커패시터와 제 2 커패시터의 상호작용에 의해 전하량의 변화를 감지할 수 있다.
전하 증폭부(20)는 외부로부터 인가되는 기본 노이즈와 전하량 감지부(10)로부터 입력되는 전하의 변화량을 증폭하여 출력하는 증폭기(21), 증폭기(21)의 반전 입력단자와 출력 단자 사이에 접속된 궤환 커패시터(C2) 및 궤환 커패시터(C2)의 양단을 연결하는 스위치(S1)를 포함한다.
구동 제어부에 의해 전압 TX 신호가 온(on) 되고, 스위치(S1)를 온(on)시키면 증폭기(21) 및 궤환 커패시터(C2)의 증폭작용에 의해 외부로부터 인가되는 기본 노이즈를 증폭하여 출력한다. 증폭기(21)의 반전 입력과 출력은 피드백(feedback) 동작에 의해 가장 접지(vref)로 된다. 전하량 감지부(10)의 커패시터(C1)에는 TX 전압만큼 전하가 충전된다. 이때 노이즈는 증폭기(21)의 버퍼 작용을 하면서 미세하게 흔들리게 된다.
그런 다음, 전압 TX 신호가 오프(off) 되고, 스위치(S1)를 오프(off)시키면, 증폭기(21) 및 궤환 커패시터(C2)의 증폭작용에 의해 전하량 감지부(10)로부터 입력되는 전하의 변화량을 증폭하여 출력한다.
전하 증폭부(20)의 궤환 커패시터(C2)의 값을 전하량 감지부(10)에 포함된 커패시터(C1) 보다 기 설정된 배수 이상 크게 함으로써, 증폭기(21)의 출력을 감소시킨다. 구체적으로, 궤환 커패시터(C2)의 값을 크게 하여 도 10의 vout_2와 같이 노이즈를 최소화하고, 줄어든 터치 변화량, 즉 출력 감도를 높이기 위해 별도의 부스팅부(30)를 구성한다. 부스팅부(30)는 게인 부스터(Gain Booster)를 말하며, 노이즈 부스팅부(31)와 시그널 부스팅부(33)로 나뉜다.
부스팅부(30)는 TX 신호가 기 설정된 횟수만큼 온(on) 및 오프(off)를 반복할 때까지 기본 노이즈를 합하고, 전하의 변화량을 합한다. 구체적으로, TX 신호가 온 및 오프를 N번 반복한다고 할 때, TX 신호가 온 시, 외부로부터 인가되는 기본 노이즈를 N 번 합하여 부스팅 된 레퍼런스 신호를 출력하고, TX 신호가 오프 시, 전하의 변화량을 N 번 합하여 부스팅 된 시그널 신호를 출력한다. 그리고 나서, 다시 TX 신호가 처음부터 온 및 오프를 N 번 반복하는 동안 위 과정을 반복하여 부스팅 된 레퍼런스 신호와 부스팅 된 시그널 신호를 출력하는 것이다.
부스팅부(30)는 노이즈 부스팅부(31) 및 시그널 부스팅부(33)를 포함한다.
노이즈 부스팅부(31)와 시그널 부스팅부(33)는 기 설정된 횟수에 해당하는 복수 개의 커패시터를 포함한다. 도 7을 참조하면, 부스팅부(30)의 일 실시 예를 볼 수 있다. 노이즈 부스팅부(31)와 시그널 부스팅부(33)를 포함하며, 각각은 N 개의 커패시터를 포함하고 있다. TX 신호가 N 번 온(on) 및 오프(off)를 반복하는 동안, 전하 증폭부(20)로부터 출력되는 기본 노이즈 및 전하의 변화량을 샘플링하여 N 개의 커패시터에 저장하는 것이다. 도 8을 참조하면 부스팅부(30)의 다른 실시 예를 볼 수 있다. 도 7의 실시 예와 회로의 구성을 달리할 뿐 기본적인 동작원리는 같다.
노이즈 부스팅부(31)는 TX 신호가 온(on)인 구간에서 발생한 레퍼런스 샘플링 신호만큼 기본 노이즈를 샘플링하여 복수 개(N 개)의 커패시터에 차례로 저장한 후 이를 합하여 부스팅 된 레퍼런스 신호(vgb_ref)를 출력한다.
시그널 부스팅부(33)는 TX 신호가 오프(off)인 구간에서 발생한 시그널 샘플링 신호만큼 전하의 변화량을 샘플링하여 복수 개(N 개)의 커패시터에 차례로 저장한 후 이를 합하여 부스팅 된 시그널 신호(vgb_sig)를 출력한다.
도 9를 참조하면, 첫번째 TX 신호가 온(on)인 구간에서 sf1 신호만큼 기본 노이즈를 샘플링하여 노이즈 부스팅부(31)의 커패시터(C)에 저장한다. 그 다음, TX 신호가 오프(off)인 구간에서 ss1 신호만큼 전하의 변화량을 샘플링하여 시그널 부스팅부(33)의 커패시터(C)에 저장한다.
두번째 TX 신호가 온(on)인 구간에서 sf2 신호만큼 기본 노이즈를 샘플링하여 노이즈 부스팅부(31)의 다른 커패시터(C)에 저장한다. 그 다음, TX 신호가 오프(off)인 구간에서 ss2 신호만큼 전하의 변화량을 샘플링하여 시그널 부스팅부(33)의 다른 커패시터(C)에 저장한다. 이러한 과정을 총 N 번의 TX 신호가 들어올 때까지 반복하게 되는 것이다. 그리고 sw1 구간에서 각각 저장된 커패시터 N개가 합쳐지면서 N배로 전압이 부스팅 된 시그널 신호(vgb_sig)와 레퍼런스 신호(vgb_ref)를 출력하게 된다.
샘플링부(40)는 노이즈 샘플링부(41)와 시그널 샘플링부(43)를 포함한다.
노이즈 샘플링부(41)는 TX 신호가 기 설정된 횟수만큼 온(on) 및 오프(off)를 반복한 후 구동 제어부에 의해 발생하는 제 1 제어신호만큼 노이즈 부스팅부(31)로부터 수신되는 레퍼런스 신호(vgb_ref)를 샘플링하여 제 1 신호(vsnh_ref)를 출력한다.
시그널 샘플링부(43)는 TX 신호가 기 설정된 횟수만큼 온(on) 및 오프(off)를 반복한 후 구동 제어부에 의해 발생하는 제 2 제어신호만큼 시그널 부스팅부(33)로부터 수신되는 시그널 신호(vgb_sig)를 샘플링하여 제 2 신호(vsnh_sig)를 출력한다.
노이즈 성분 제거부(50)는 시그널 샘플링부(43)에서 수신되는 제 2 신호(vsnh_sig)에서 노이즈 샘플링부(41)에서 수신되는 제 1 신호(vsnh_ref)를 뺀 제 3 신호(V_diff)를 계산하여 출력한다.
아날로그 디지털 변환부(ADC)(60)는 노이즈 성분 제거부(50)로부터 수신되는 제 3 신호(V_diff)를 디지털 신호(ADC_OUT)로 변환하여 출력한다. 노이즈 샘플링부(41)와 시그널 샘플링부(43)에서 출력되는 제 1 신호(vsnh_ref)와 제 2 신호(vsnh_sig)에는 외부 노이즈에 의해 동일하게 변화하는 노이즈가 인가되어 있으며, 이 두 신호의 차인 제 3 신호(V_diff)를 아날로그 디지털 변환부(ADC)(60)에 인가하면 두 신호의 공통 노이즈 성분은 제거되고 신호 성분만이 아날로그 디지털 변환부(ADC)(60)를 거치게 되어 결과적으로 시스템의 감도인 dV_code가 증가되는 효과가 나타난다.
도 11을 참조하면, vsnh_sig_1은 도 10에서 vout_1을 샘플링 한 출력 전압이다. vsnh_sig_1을 보면 dV도 불규칙적이며 아래로 출력되는 신호는 아날로그 디지털 변환부(ADC)(60)의 입력 범위를 벗어나는 것을 보여준다. 도 10의 vout_2는 상기의 배경기술에서 설명한 바와 같이, C2를 크게 하여 노이즈를 줄이고 증폭기(21)의 출력도 줄어든 것을 보여준다. 이 증폭기(21)의 출력이 부스팅부(30)를 통과하여 N 배 부스팅 한 출력이 도 11의 vsnh_sig_2에 해당한다. vsnh_sig_2를 보면 vsnh_sig_1과 비교하여 전체적으로 흔들림이 줄어들었으며, dV도 확보되어 최종 감도가 향상되는 것을 알 수 있다.
본 발명에 의하면, 전원 노이즈(charge noise)에 둔감하면서도 외부 터치 입력에 의한 커패시터의 변화량이 적은 경우에도 증폭률을 향상시킴으로써, 터치 감도를 증가시킬 수 있다.
또한, 전원 노이즈를 제거하는 알고리즘을 ADC 전단에서 처리함으로써 외부의 노이즈에 충분히 대응하며 감도의 손실을 최소화 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 입력되는 노이즈 신호에 대해서 기준 전압 및 시그널에 공통적으로 노이즈가 실리게 한 후 이를 differential 방식으로 공통의 노이즈 성분을 제거함으로써 감도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 전원 노이즈를 제거하는 알고리즘을 ADC 전단의 아날로그 단에서 처리하도록 하여 ADC 후단에서의 처리에 따른 동작 속도 감소, 전류 증가 및 면적 증가 등의 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 상기한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 되는 것임은 자명하다.
1: 패널 구동장치 2, 21: 증폭기
3, 40: 샘플링부 4, 60: 아날로그 디지털 변환부(ADC)
10: 전하량 감지부 20: 전하 증폭부
30: 부스팅부 31: 노이즈 부스팅부
33: 시그널 부스팅부 41: 노이즈 샘플링부
43: 시그널 샘플링부 50: 노이즈 성분 제거부
100: 전원 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서

Claims (6)

  1. 터치 또는 노이즈에 의하여 정전용량이 변화하고 이러한 정전용량의 변화로 인하여 전하량이 변화하는 커패시터를 포함하는 전하량 감지부;
    전압 TX 신호가 온(on)인 구간에서 외부로부터 인가되는 기본 노이즈를 증폭하여 출력하고, 전압 TX 신호가 오프(off)인 구간에서 상기 전하량 감지부로부터 입력되는 전하의 변화량을 증폭하여 출력하는 전하 증폭부;
    상기 전하 증폭부로부터 TX 신호에 따라 반복적으로 출력되는 기본 노이즈를 합하여 부스팅 된 레퍼런스 신호를 출력하고, 반복적으로 출력되는 전하의 변화량을 합하여 부스팅 된 시그널 신호를 출력하는 부스팅부;
    상기 부스팅부로부터 수신되는 레퍼런스 신호를 샘플링하여 제 1 신호를 출력하고, 시그널 신호를 샘플링하여 제 2 신호를 출력하는 샘플링부;
    상기 샘플링부로부터 수신되는 제 1 신호와 제 2 신호의 차인 제 3 신호를 계산하여 출력하는 노이즈 성분 제거부; 및
    상기 노이즈 성분 제거부로부터 수신되는 제 3 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 아날로그 디지털 변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전하 증폭부는,
    상기 외부로부터 인가되는 기본 노이즈와 상기 전하량 감지부로부터 입력되는 전하의 변화량을 증폭하여 출력하는 증폭기;
    상기 증폭기의 반전 입력단자와 출력 단자 사이에 접속된 궤환 커패시터; 및
    상기 궤환 커패시터의 양단을 연결하는 스위치를 포함하고,
    상기 TX 신호를 온(on) 및 상기 스위치를 온(on) 시키면, 상기 증폭기 및 궤환 커패시터의 증폭작용에 의해 외부로부터 인가되는 기본 노이즈를 증폭하여 출력하고, 상기 TX 신호를 오프(off) 및 상기 스위치를 오프(off) 시키면, 상기 증폭기 및 궤환 커패시터의 증폭작용에 의해 상기 전하량 감지부로부터 입력되는 전하의 변화량을 증폭하여 출력하는 것을 특징으로 하는 전원 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 궤환 커패시터의 값을 상기 전하량 감지부에 포함된 커패시터 보다 기 설정된 배수 이상 크게 함으로써, 상기 증폭기의 출력을 감소시키는 것을 특징으로 하는 전원 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 부스팅부는 TX 신호가 기 설정된 횟수만큼 온(on) 및 오프(off)를 반복할 때까지 기본 노이즈를 합하고, 전하의 변화량을 합하는 것을 특징으로 하는 전원 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 부스팅부는,
    상기 기 설정된 횟수에 해당하는 복수 개의 커패시터를 포함하는 노이즈 부스팅부; 및
    상기 기 설정된 횟수에 해당하는 복수 개의 커패시터를 포함하는 시그널 부스팅부를 포함하고
    상기 노이즈 부스팅부는 상기 TX 신호가 온(on)인 구간에서 발생한 레퍼런스 샘플링 신호만큼 기본 노이즈를 샘플링하여 복수 개의 커패시터에 차례로 저장한 후 이를 합하여 부스팅 된 레퍼런스 신호를 출력하고,
    상기 시그널 부스팅부는 상기 TX 신호가 오프(off)인 구간에서 발생한 시그널 샘플링 신호만큼 전하의 변화량을 샘플링하여 복수 개의 커패시터에 차례로 저장한 후 이를 합하여 부스팅 된 시그널 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 전원 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 샘플링부는,
    상기 TX 신호가 기 설정된 횟수만큼 온(on) 및 오프(off)를 반복한 후 발생하는 제 1 제어신호만큼 상기 부스팅부로부터 수신되는 레퍼런스 신호를 샘플링하여 제 1 신호를 출력하는 노이즈 샘플링부; 및
    상기 TX 신호가 기 설정된 횟수만큼 온(on) 및 오프(off)를 반복한 후 발생하는 제 2 제어신호만큼 상기 부스팅부로부터 수신되는 시그널 신호를 샘플링하여 제 2 신호를 출력하는 시그널 샘플링부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 잡음 제거 기능을 갖춘 정전방식 센서.
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