KR101504036B1

KR101504036B1 - 정전 용량 감지용 전하 전송 회로

Info

Publication number: KR101504036B1
Application number: KR20130129553A
Authority: KR
Inventors: 여협구
Original assignee: 한신대학교 산학협력단
Priority date: 2013-10-29
Filing date: 2013-10-29
Publication date: 2015-03-18
Also published as: US9279843B2; US20150108955A1

Abstract

정전 용량 감지용 전하 전송 회로가 제공된다. 이 전하 전송 회로는 X-구동 라인과 Y-구동 라인 사이에 정의되는 가변 커패시터, 가변 커패시터에 대향하는 X-구동 라인의 일 단과 전압 입력단 사이에 배치된 X-구동부 및 가변 커패시터에 대향하는 Y-구동 라인의 일 단과 전압 출력단 사이에 배치된 능동 출력 전압 피드백부를 포함한다. Y-구동 라인의 일 단에 대향하는 능동 출력 전압 피드백부의 출력단은 Y-구동 라인의 일 단과 연결된 구조를 가진다.

Description

정전 용량 감지용 전하 전송 회로{Charge Transfer Circuit for Capacitive Sensing}

본 발명은 정전 용량 감지용 전하 전송 회로에 관한 것으로, 더 구체적으로는 능동 출력 전압 피드백 기술을 이용하는 기생 정전 용량에 둔감한 정전 용량 감지용 전하 전송 회로에 관한 것이다.

터치 스크린 패널(Touch Screen Panel : TSP) 등과 같은 정전 용량 감지 장치(capacitive sensor)들은, 키보드(keyboard) 또는 마우스(mouse) 등과 같은 다른 입력 장치들을 넘어서는 더욱 많은 장점들을 갖기 때문에, 특히, 이동 시스템(mobile system)들에서, 보다 대중적이 되어가고, 그리고 급속하게 퍼져나가고 있다. 터치 입력 장치 등과 같은 정전 용량 감지 장치는, 다중 터치(multi-touch), 근접 감지(proximity sensing) 및 패턴(pattern) 입력 등과 같은 효과적이고, 그리고 상호적인 입력 기능들을 제공한다. 게다가, 정전 용량 감지 장치들은 습기 감지(moisture sensing), 생물 감지(bio-sensing) 및 특수 목적 감지(special purpose sensing) 등을 위한 다양한 응용 장치들에 널리 사용된다.

최근에는, 많은 이동 응용 장치들에서 표시 장치(display unit)들은 크기가 보다 넓어지고 있으며, 따라서, 표시 장치들은 보다 높은 해상도를 위한 더욱 많은 터치 지점들이 요구된다. 터치 스크린 패널 내에 일반적으로 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide : ITO)로 형성되는 전극들은 커패시턴스(capacitance) 및 저항(resistance) 등과 같은 기생(parasitic) 요소들을 포함하기 때문에, 이러한 기생 요소들은 터치 감도(sensitivity) 및 정확성 둘 모두에서 극심한 성능 저하를 야기할 수 있다.

기생 효과를 감소시키기 위해, 정전 용량 감지 장치로 이산 시간 적분기(discrete time integrator)가 사용될 수 있다. 하지만, 터치 스크린 패널의 정전 용량은 터치 상황들에서만 감소하기 때문에, 이산 시간 적분기는 공급 전압의 반(half)만을 사용할 수밖에 없기 때문에, 터치 감도가 감소할 수밖에 없다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 선형성의 저하 없이 정전 용량을 감지할 수 있는 정전 용량 감지용 전하 전송 회로를 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 큰 기생 요소들을 포함하는 터치 장치들에서 넓은 동적 범위에 대한 개선된 터치 감도를 갖는 정전 용량 감지 장치에 효과적으로 사용될 수 있는 정전 용량 감지용 전하 전송 회로를 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 정전 용량 감지용 전하 전송 회로를 제공한다. 이 전하 전송 회로는 X-구동 라인과 Y-구동 라인 사이에 정의되는 가변 커패시터, 가변 커패시터에 대향하는 X-구동 라인의 일 단과 전압 입력단 사이에 배치된 X-구동부 및 가변 커패시터에 대향하는 Y-구동 라인의 일 단과 전압 출력단 사이에 배치된 능동 출력 전압 피드백부를 포함할 수 있다. Y-구동 라인의 일 단에 대향하는 능동 출력 전압 피드백부의 출력단은 Y-구동 라인의 일 단과 연결된 구조를 가질 수 있다.

X-구동 라인 및 Y-구동 라인 각각은 가변 커패시터에 인접하게 배치된 기생 저항 및 가변 커패시터에 대향하는 기생 저항의 일 단에 연결된 기생 커패시터를 가질 수 있다. 기생 저항에 대향하는 기생 커패시터의 일 단은 접지될 수 있다.

X-구동부는 제 1 클럭 신호에 의해 온 상태가 되고, 그리고 제 2 클럭 신호에 의해 오프 상태가 되는 제 1 스위치 및 제 1 클럭 신호에 의해 오프 상태가 되고, 그리고 제 2 클럭 신호에 의해 온 상태가 되는 제 2 스위치를 포함할 수 있다.

제 1 클럭 신호 및 제 2 클럭 신호는 서로 중첩되지 않는 클럭 신호들일 수 있다.

제 1 및 제 2 스위치들은 피모스 트랜지스터, 엔모스 트랜지스터 또는 씨모스 트랜지스터일 수 있다.

전압 입력단에는 미리 설정된 전압 또는 다시 설정된 전압이 인가될 수 있다.

능동 출력 전압 피드백부는 Y-구동 라인의 일 단에 병렬로 연결된 제 3 스위치 및 제 4 스위치, Y-구동 라인에 대향하는 제 3 스위치의 일 단에 연결된 버퍼 회로부, 일 단이 제 3 스위치와 버퍼 회로부 사이에 연결되고, 그리고 타 단이 리셋용 전압 입력단과 연결된 리셋 스위치, 및 일 단이 제 3 스위치와 버퍼 회로부 사이에 연결되고, 그리고 타 단이 접지된 저장 커패시터를 포함할 수 있다.

제 3 스위치에 대향하는 버퍼 회로부의 출력단과 Y-구동 라인의 일 단은 제 4 스위치에 의해 연결된 구조를 가질 수 있다.

저장 커패시터는 가변 커패시터보다 수 배의 정전 용량을 가질 수 있다.

제 3 스위치는 제 1 클럭 신호에 의해 오프 상태가 되고, 그리고 제 2 클럭 신호에 의해 온 상태가 되고, 그리고 제 4 스위치는 제 1 클럭 신호에 의해 온 상태가 되고, 그리고 상기 제 2 클럭 신호에 의해 오프 상태가 될 수 있다.

제 3 및 제 4 스위치들은 피모스 트랜지스터, 엔모스 트랜지스터 또는 씨모스 트랜지스터일 수 있다.

버퍼 회로부는 연산 증폭기일 수 있다.

연산 증폭기의 비반전 입력단은 제 3 스위치와 연결되고, 그리고 연산 증폭기의 반전 입력단은 연산 증폭기의 출력단과 제 4 스위치 사이에 연결될 수 있다.

능동 출력 전압 피드백부는 버퍼 회로부의 출력단과 제 4 스위치 사이에 배치된 추가적인 버퍼 회로부를 더 포함할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 과제 해결 수단에 따르면 정전 용량 감지용 전하 전송 회로가 출력 전압을 피드백하여 Y-구동 라인의 기생 커패시터를 충전하는 능동 출력 전압 피드백부를 포함함으로써, 기생 요소들에 의한 기생 효과가 최소화될 수 있다. 이에 따라, 선형성의 저하 없이 정전 용량을 감지할 수 있는 동시에, 넓은 동적 범위에 대한 개선된 터치 감도를 갖는 정전 용량 감지 장치에 효과적으로 사용될 수 있는 정전 용량 감지용 전하 전송 회로가 제공될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 정전 용량 감지용 전하 전송 회로를 설명하기 위한 회로도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 정전 용량 감지용 전하 전송 회로에 인가되는 스위치 제어 신호들이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 정전 용량 감지용 전하 전송 회로들을 설명하기 위한 회로도들이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 정전 용량 감지용 전하 전송 회로들의 특성을 설명하기 위한 그래프들이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 장치는 하나 이상의 다른 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 장치의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 바람직한 실시예에 따른 것이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다.

또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도, 평면도 및/또는 입체도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 구성 요소들의 크기는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 특정 영역은 라운드(round)지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 장치의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 정전 용량 감지용 전하 전송 회로를 설명하기 위한 회로도이고, 그리고 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 정전 용량 감지용 전하 전송 회로에 인가되는 스위치 제어 신호들이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 정전 용량 감지용 전하 전송 회로는 X-구동부(X-drive part, 110), X-구동 라인(X-drive line, 120), Y-구동 라인(Y-drive line, 130), X-구동 라인(120)과 Y-구동 라인(130)에 의해 이들 사이에 정의되는 가변 커패시터(variable capacitor, Ct) 및 능동 출력 전압 피드백부(Active output Voltage Feedback part : AVF part, 140)를 포함할 수 있다.

X-구동부(110)는 가변 커패시터(Ct)에 대향하는 X-구동 라인(120)의 일 단과 전압 입력단(Vin) 사이에 배치될 수 있다. X-구동부(110)는 제 1 클럭 신호(φ1)에 의해 온(on) 상태가 되고, 그리고 제 2 클럭 신호(φ2)에 의해 오프(off) 상태가 되는 제 1 스위치(φ1a) 및 제 1 클럭 신호(φ1)에 의해 오프 상태가 되고, 그리고 제 2 클럭 신호(φ2)에 의해 온 상태가 되는 제 2 스위치(φ2a)를 포함할 수 있다. 제 1 스위치(φ1a)는 가변 커패시터(Ct)에 대향하는 X-구동 라인(120)의 일 단과 전압 입력단(Vin) 사이에 배치될 수 있다. 제 2 스위치(φ2a)는 일 단이 가변 커패시터(Ct)에 대향하는 X-구동 라인(120)의 일 단과 제 1 스위치(φ1a) 사이에 연결되면서, 타 단이 접지(ground)되도록 배치될 수 있다.

전압 입력단(Vin)에는 미리 설정된 전압 또는 다시 설정된 전압이 인가될 수 있다. 여기서, 다시 설정된 전압이란 원하는 전하 전송 정도를 위해 바이어스(bias)를 다르게 가져갈 수 있는 것을 의미한다.

도 2에 도시된 것과 같이, 제 1 클럭 신호(φ1) 및 제 2 클럭 신호(φ2)는 서로 중첩되지 않는 클럭(clock) 신호들일 수 있다.

X-구동 라인(120) 및 Y-구동 라인(130)은 각각 기생 저항(parasitic resistance, Rp) 및 기생 커패시터(parasitic capacitor, Cp1 또는 Cp2)를 가질 수 있다. 즉, 가변 커패시터(Ct)의 양 측에 기생 저항들(Rp)이 인접하게 배치되고, 그리고 기생 커패시터(Cp1 또는 Cp2)는 일 단이 가변 커패시터(Ct)에 대향하는 기생 저항들(Rp) 각각의 일 단에 연결되면서, 타 단이 접지된 구조일 수 있다.

능동 출력 전압 피드백부(140)는 가변 커패시터(Ct)에 대향하는 Y-구동 라인(130)의 일 단과 전압 출력단(Vout) 사이에 배치될 수 있다. 능동 출력 전압 피드백부(140)는 Y-구동 라인(130)의 일 단에 병렬로 연결된 제 3 스위치(φ2b) 및 제 4 스위치(φ2a), Y-구동 라인(130)에 대향하는 제 3 스위치(φ2b)의 일 단에 연결된 버퍼 회로부(buffer circuit part, 142), 일 단이 제 3 스위치(φ2b)와 버퍼 회로부(142) 사이에 연결되면서, 타 단이 리셋용 전압 입력단에 연결된 리셋(reset) 스위치(rst), 및 일 단이 제 3 스위치(φ2b)와 버퍼 회로부(142) 사이에 연결되면서, 타 단이 접지된 저장 커패시터(Cs)를 포함할 수 있다. 제 3 스위치(φ2b)에 대향하는 버퍼 회로부(142)의 출력단과 Y-구동 라인(130)의 일 단은 제 4 스위치(φ2a)에 의해 연결된 구조를 가질 수 있다.

일반적으로, 전하들은 높은 전압 측으로부터 낮은 전압 측으로 둘의 전압이 같아질 때까지 흐른다. 따라서, 가변 커패시터(Ct)로부터 저장 커패시터(Cs)로 전하들이 전송될 때, Y-구동 라인(130)의 기생 커패시터(Cp2)의 기생 효과를 제거하기 위해서는 Y-구동 라인(130)의 출력단(vp)의 전압을 버퍼 회로부(142)의 입력단(vg)의 전압과 동일하게 하도록, Y-구동 라인(130)의 기생 커패시터(Cp2)를 충전하는 것이 요구된다. Y-구동 라인(130)의 기생 커패시터(Cp2)로부터 전하들이 전송되는 것을 방지하기 위해, 출력 전압이 전압 팔로워(follower)로 공급되고, 그리고 제 4 스위치(φ1b)로 피드백될 수 있다. 제 1 스위치(φ1a) 및 제 4 스위치(φ1b)가 온 상태가 되는 제 1 클럭 신호(φ1)가 높은 상태일 때, Y-구동 라인(130)의 출력단(vp)의 전압은 버퍼 회로부(142)의 입력단(vg)의 전압 팔로워로부터 생성된 피드백 출력 전압에 의해 버퍼 회로부(142)의 입력단(vg)의 동일한 전압이 되도록 Y-구동 라인(130)의 기생 커패시터(Cp2)가 충전될 수 있다. 결과적으로, Y-구동 라인(130)의 기생 커패시터(Cp2) 내에 저장된 전하들은 출력 전압에 영향을 끼치지 못한다. 이러한 동작들을 수행하는 회로를 본 발명에서는 능동 출력 전압 피드백부(140)라 지칭한다.

본 발명의 실시예에 따른 정전 용량 감지용 전하 전송 회로의 전송 함수는 수학식 1과 같다.

여기서,

는 z-변환(z-transform)의 매개 변수(parameter),

는 가변 커패시터(Ct)의 커패시턴스, 그리고

는 저장 커패시터(Cs)의 커패시턴스이다.

본 발명의 실시예에 따른 정전 용량 감지용 전하 전송 회로의 전송 함수는 입력 및 출력 사이에서 음의 관계를 갖는다. 전하들이 가변 커패시터(Ct)에서 저장 커패시터(Cs)로 전송되는 동안, 버퍼 회로부(142)의 입력단(vg)의 전압이 바뀐다. 이러한 전압의 바뀜은 정전 용량 감지용 전하 전송 회로의 선형성을 저하한다. 따라서, 결과적인 전송 함수는 종래의 기생 커패시턴스에 둔감한 스위치드 커패시터 적분기(parasitic-insensitive switched capacitor integrator)의 전송 함수와 대략 동일할 수 있다

가변 커패시터(Ct)에서 저장 커패시터(Cs)로 전송되는 전하의 양인 전압의 변화량은 수학식 2로 표현될 수 있다.

여기서,

는 전압 입력단에 입력 전압이다.

이하 도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예들에 따른 정전 용량 감지용 전하 전송 회로들이 설명된다. 도 3 및 도 4는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 정전 용량 감지용 전하 전송 회로들을 설명하기 위한 회로도들이다. 전술한 본 발명의 실시예를 통해 설명한 구성 요소는 동일한 부호를 사용하고, 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.

도 3을 참조하여 설명되는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전 용량 감지용 전하 전송 회로가 전술한 본 발명의 실시예에 따른 정전 용량 감지용 전하 전송 회로와 다른 점은, 능동 출력 전압 피드백부(140a)가 추가적인 버퍼 회로부(144)를 더 포함한다는 점이다.

정전 용량 감지용 전하 전송 회로는 버퍼 회로부(142)와 제 4 스위치(φ1b) 사이에 추가적인 버퍼 회로부(144)를 포함할 수 있다. 추가적인 버퍼 회로부(144)에 의해 능동 출력 전압 피드백부(140a)는 보다 안정적으로 출력 전압을 제 4 스위치(φ1b)로 피드백할 수 있다.

도 4를 참조하여 설명되는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정전 용량 감지용 전하 전송 회로가 전술한 본 발명의 실시예에 따른 정전 용량 감지용 전하 전송 회로와 다른 점은, 스위치로 피모스(P-channel Metal-Oxide-Semiconductor : PMOS) 트랜지스터 또는/및 엔모스(N-channel MOS : NMOS) 트랜지스터가 사용되고, 그리고 능동 출력 전압 피드백부(140b)의 버퍼 회로부로 연산 증폭기(OPerational AMPlifier : OP-AMP, 142a)가 사용된다는 점이다. 하지만, 본 발명에서는 스위치로 피모스 트랜지스터 또는 엔모스 트랜지스터가 사용되는 것에 한정되는 것은 아니다. 도시되지 않았지만, 스위치로 씨모스(Complementary MOS : CMOS) 트랜지스터가 사용될 수 있으며, 스위칭 기능을 갖는 다른 소자가 사용될 수 있다.

제 1 스위치(MP1) 및 제 3 스위치(MP2)는 피모스 트랜지스터이고, 그리고 제 2 스위치(MN1) 및 제 4 스위치(MN1 및 MN2)는 엔모스 트랜지스터들이다. 제 1 스위치(MP1) 및 제 4 스위치(MN2)는 제 1 클럭 신호(φ1)에 의해 온 상태가 되고, 그리고 제 2 클럭 신호(φ2)에 의해 오프 상태가 된다. 제 2 스위치(MN2) 및 제 3 스위치(MP2)는 제 1 클럭 신호(φ1)에 의해 오프 상태가 되고, 그리고 제 2 클럭 신호(φ2)에 의해 온 상태가 될 수 있다.

연산 증폭기(142a)의 비반전 입력단(+)은 제 3 스위치(MP2)와 연결되고, 그리고 반전 입력단(-)은 연산 증폭기(142a)의 출력단과 제 4 스위치(MN2) 사이에 연결될 수 있다. 이에 따라, 출력 전압이 제 4 스위치(MN2)로 피드백될 수 있다.

도 5 내지 도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 정전 용량 감지용 전하 전송 회로들의 특성을 설명하기 위한 그래프들이다. 이들은 0.35 μm 씨모스 기술을 이용하여 제작된 전하 전송 회로에 대한 결과 그래프들이다.

도 5를 참조하면, 종래의 수동 전하 전송 회로(passive charge transfer circuit) 및 본 발명의 정전 용량 감지용 전하 전송 회로의 전하 전송 중의 시간 영역(time domain) 전압 출력 특성에 대한 그래프이다. 입력 전압(Vin)은 가변 커패시터(Ct)에서 저장 커패시터(Cs)로 전하들을 최대로 전송하기 위해

로 고정되었다. 가변 저항(Rp)은 전하 전송 타이밍(timing)에만 영향을 끼치기 때문에, 기생 커패시터(Cp1 또는 Cp2)의 기생 커패시턴스의 영향에 집중하기 위해 기생 커패시턴스의 값들만 변화시켰다. X-구동 라인(120) 및 Y-구동 라인(130)의 기생 저항(Rp)은 10 kΩ으로, 그리고 저장 커패시터(Cs)는 30 pF으로 가정하였다. 또한, 터치 스크린 패널 상에 터치가 이루어질 때, (X-구동 라인(120)과 Y-구동 라인(130) 사이의 교차 지점인) 터치 지점에서 1.3 pF이 형성되고, 그리고 터치 지점의 커패시턴스의 값은 약 25 % 달라진다고 가정하였다. 1 MHz의 서로 중첩되지 않는 2개의 클럭 신호들은 전하 전송 동작을 위한 4개의 스위치들을 제어한다.

본 발명의 정전 용량 감지용 전하 전송 회로의 단일 전하 전송 당 전압 차이는 수학식 2에 표현된 이론적 전압의 변화량(

)에 일치하는 약 90 mV였다. 도 5에 보이는 것과 같이, 출력 전압의 선형성은 전압 영역 전체에 걸쳐 유지됨을 알 수 있었다.

도 6을 참조하면, 종래의 수동 전하 전송 회로 및 본 발명의 정전 용량 감지용 전하 전송 회로의 전하 전송 중의 터치 및 비터치 상황들에서의 시간 영역 전압 출력 특성에 대한 그래프이다. 터치 및 비터치 상황들은 가변 커패시터(Ct) 값이 약 25 % 달라진다고 가정하였다. 기생 커패시턴스는 없는 것으로 가정하였다.

6개 전하 전송 후, 종래의 수동 전하 전송 회로의 터치 및 비터치 상황들 사이의 최대 전압 차이는 약 350 mV였던 반면에, 본 발명의 정전 용량 감지용 전하 전송 회로의 터치 및 비터치 상황들 사이의 최대 전압 차이는 700 mV였다. 이러한 결과들로부터, 본 발명의 정전 용량 감지용 전하 전송 회로에서 기생 커패시턴스가 효과적으로 제거됨을 알 수 있었다.

도 7을 참조하면, 종래의 수동 전하 전송 회로 및 본 발명의 정전 용량 감지용 전하 전송 회로에 대해 다양한 기생 커패시턴스들을 갖는 터치 및 비터치 상태들 사이의 모사된 전압 차이에 대한 그래프이다. 이는 터치 감도를 분석하기 위한 것이다.

도 7에 보이는 것과 같이, 다양한 기생 커패시턴스를 갖는 본 발명의 정전 용량 감지용 전하 전송 회로의 터치 및 비터치 상태들 사이의 전압 차이는 기생 커패시턴스가 없는 종래의 수동 전하 전송 회로보다 약 2배 정도 높은 것을 알 수 있었다. 10 pF의 기생 커패시턴스를 갖는 본 발명의 정전 용량 감지용 전하 전송 회로의 전압 차이는 약 520 mV로 종래의 수동 전하 전송 회로보다 약 5배 정도 큼을 알 수 있었다. 분명히, 이러한 전압 차이는 터치 감도에 직접적으로 관련된 것이다.

더욱 상세하게 상대적인 터치 감도를 분석하기 위한 터치 및 비터치 상태들 사이의 상대적인 전압 차이들은 수학식 3과 같이 정의될 수 있다.

도 8을 참조하면, 종래의 수동 전하 전송 회로 및 본 발명의 정전 용량 감지용 전하 전송 회로에 대해 다양한 기생 커패시턴스들을 갖는 터치 및 비터치 상태들 사이의 상대적인 전압 차이에 대한 그래프이다.

도 8에 보이는 것과 같이, 종래의 수동 전하 전송 회로의 전압 차이의 비는 급격하게 감소하였다. 따라서, 10 pF의 기생 커패시턴스를 갖는 종래의 수동 전하 전송 회로는 초기 전압 차이의 20 %만이 얻어졌다. 반면에, 본 발명의 정전 용량 감지용 전하 전송 회로는 최대 초기 전압 차이의 75 %의 전압 차이의 비를 얻을 수 있었다. 이는 본 발명의 정전 용량 감지용 전하 전송 회로가 기생 커패시턴스에 보다 덜 민감한 것을 의미한다.

본 발명의 실시예들에 따른 정전 용량 감지용 전하 전송 회로는 출력 전압을 피드백하여 Y-구동 라인의 기생 커패시터를 충전하는 능동 출력 전압 피드백부를 포함함으로써, 기생 요소들에 의한 기생 효과가 최소화될 수 있다. 이에 따라, 선형성의 저하 없이 정전 용량을 감지할 수 있는 동시에, 넓은 동적 범위에 대한 개선된 터치 감도를 갖는 정전 용량 감지 장치에 효과적으로 사용될 수 있는 정전 용량 감지용 전하 전송 회로가 제공될 수 있다.

이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

110 : X-구동부
120 : X-구동 라인
130 : Y-구동 라인
140, 140a, 140b : 능동 출력 전압 피드백부
142, 144 : 버퍼 회로부
142a : 연산 증폭기

Claims

X-구동 라인과 Y-구동 라인 사이에 정의되는 가변 커패시터;
상기 가변 커패시터에 대향하는 상기 X-구동 라인의 일 단과 전압 입력단 사이에 배치된 X-구동부; 및
상기 가변 커패시터에 대향하는 상기 Y-구동 라인의 일 단과 전압 출력단 사이에 배치된 능동 출력 전압 피드백부를 포함하되,
상기 Y-구동 라인의 상기 일 단에 대향하는 상기 능동 출력 전압 피드백부의 출력단은 상기 Y-구동 라인의 상기 일 단과 연결된 구조를 갖는 정전 용량 감지용 전하 전송 회로.
제 1항에 있어서,
상기 X-구동 라인 및 상기 Y-구동 라인 각각은:
상기 가변 커패시터에 인접하게 배치된 기생 저항; 및
상기 가변 커패시터에 대향하는 상기 기생 저항의 일 단에 연결된 기생 커패시터를 갖는 정전 용량 감지용 전하 전송 회로.
제 2항에 있어서,
상기 기생 저항에 대향하는 상기 기생 커패시터의 일 단은 접지된 정전 용량 감지용 전하 전송 회로.
제 1항에 있어서,
상기 X-구동부는:
제 1 클럭 신호에 의해 온 상태가 되고, 그리고 제 2 클럭 신호에 의해 오프 상태가 되는 제 1 스위치; 및
상기 제 1 클럭 신호에 의해 오프 상태가 되고, 그리고 상기 제 2 클럭 신호에 의해 온 상태가 되는 제 2 스위치를 포함하는 정전 용량 감지용 전하 전송 회로.
제 4항에 있어서,
상기 제 1 클럭 신호 및 상기 제 2 클럭 신호는 서로 중첩되지 않는 클럭 신호들인 정전 용량 감지용 전하 전송 회로.
제 4항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 스위치들은 피모스 트랜지스터, 엔모스 트랜지스터 또는 씨모스 트랜지스터인 정전 용량 감지용 전하 전송 회로.
제 1항에 있어서,
상기 전압 입력단에는 미리 설정된 전압 또는 다시 설정된 전압이 인가되는 정전 용량 감지용 전하 전송 회로.
제 1항에 있어서,
상기 능동 출력 전압 피드백부는:
상기 Y-구동 라인의 상기 일 단에 병렬로 연결된 제 3 스위치 및 제 4 스위치;
상기 Y-구동 라인에 대향하는 상기 제 3 스위치의 일 단에 연결된 버퍼 회로부;
일 단이 상기 제 3 스위치와 상기 버퍼 회로부 사이에 연결되고, 그리고 타 단이 리셋용 전압 입력단과 연결된 리셋 스위치; 및
일 단이 상기 제 3 스위치와 상기 버퍼 회로부 사이에 연결되고, 그리고 타 단이 접지된 저장 커패시터를 포함하되,
상기 제 3 스위치에 대향하는 상기 버퍼 회로부의 출력단과 상기 Y-구동 라인의 상기 일 단은 상기 제 4 스위치에 의해 연결된 구조를 갖는 정전 용량 감지용 전하 전송 회로.
제 8항에 있어서,
상기 저장 커패시터는 상기 가변 커패시터보다 수 배의 정전 용량을 갖는 정전 용량 감지용 전하 전송 회로.
제 8항에 있어서,
상기 제 3 스위치는 제 1 클럭 신호에 의해 오프 상태가 되고, 그리고 제 2 클럭 신호에 의해 온 상태가 되고, 그리고
상기 제 4 스위치는 상기 제 1 클럭 신호에 의해 온 상태가 되고, 그리고 상기 제 2 클럭 신호에 의해 오프 상태가 되는 정전 용량 감지용 전하 전송 회로.
제 10항에 있어서,
상기 제 1 클럭 신호 및 상기 제 2 클럭 신호는 서로 중첩되지 않는 클럭 신호들인 정전 용량 감지용 전하 전송 회로.
제 8항에 있어서,
상기 제 3 및 제 4 스위치들은 피모스 트랜지스터, 엔모스 트랜지스터 또는 씨모스 트랜지스터인 정전 용량 감지용 전하 전송 회로.
제 8항에 있어서,
상기 버퍼 회로부는 연산 증폭기인 정전 용량 감지용 전하 전송 회로.
제 13항에 있어서,
상기 연산 증폭기의 비반전 입력단은 상기 제 3 스위치와 연결되고, 그리고
상기 연산 증폭기의 반전 입력단은 상기 연산 증폭기의 출력단과 상기 제 4 스위치 사이에 연결되는 정전 용량 감지용 전하 전송 회로.
제 8항에 있어서,
상기 버퍼 회로부의 상기 출력단과 상기 제 4 스위치 사이에 배치된 추가적인 버퍼 회로부를 더 포함하는 정전 용량 감지용 전하 전송 회로.