KR101507138B1 - 터치 인식시스템 및 터치 인식방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터치 센서(Touch Sensor)의 노이즈 면역성(Noise Immunity)을 강화시키기 위해 리시버 채널(Rx)에 소정의 바이어스 전압을 인가하고, 상기 바이어스 전압이 인가된 상태에서 터치여부를 정밀하게 판정하기 위한 터치 인식시스템 및 터치 인식방법에 관한 것이다.

Description

터치 인식시스템 및 터치 인식방법{System and Method for Recogniging of Touch Signals}

본 발명은 터치 센서(Touch Sensor)의 노이즈 면역성(Noise Immunity)을 강화시키기 위해 리시버 채널(Rx)에 소정의 바이어스 전압을 인가하고, 상기 바이어스 전압이 인가된 상태에서 터치여부를 정밀하게 판정하기 위한 터치 인식시스템 및 터치 인식방법에 관한 것이다.

터치센서는 일반적으로 저항막 방식과 정전용량 방식으로 크게 나눌 수 있는데, 정전용량 터치센서(Capacitive Touch Sensor)는 구동전극(Driving Electrode)과 감지전극 (Sensing Electrode) 사이에 전도체 등의 물체가 근접하거나 접촉될 때 발생하는 정전 용량의 변화를 검출하고, 그 검출 결과에 따라 접촉 여부를 판정하는 센서를 의미한다. 즉, 정전용량 터치센서는 구동전극과 감지전극 사이에 인체가 접촉할 때 발생하는 미세한 정전용량의 변화치와 설정치간의 차이를 감지하여 최종 출력신호를 발생한다.

이러한 정전용량의 변화는 발진 주파수를 감지하거나 충/방전 시간의 변화량을 감지하여 측정하는 것이 일반적인데, 전도체 등의 물체가 정전용량 터치센서의 구동전극과 감지전극 사이에 접촉되면 물체와 감지전극 사이에 정전용량의 변화가 발생되고, 이런 정전용량의 변화에 따라 발진주파수 또는 충/방전 시간을 감지하여 접촉 여부를 판정하는 것이다.

좀 더 세밀하게 살펴보면, 정전용량 터치센서의 터치 인식방식은, 트랜스미터 채널(Tx)단에서 펄스신호를 전송하여 리시버 채널(Rx)단에 커플링 되는 전압값의 변화를 검출하여 터치 유무를 판정하게 된다.

즉, 사람의 손가락 등이 터치 패드에 접촉하게 되면, 트랜스미터 채널(Tx)단과 리시버 채널(Rx)단 사이의 상호 커패시턴스(C_M)값이 줄어들게 되어 리시버 채널(Rx)단의 커플링 전압(V_Rx)값이 미세하게 변화되게 된다. 일반적으로 커플링 전압(V_Rx)값의 변화량은 10∼20mV의 값을 가지며, 이 변화량으로 터치/언터치 여부를 판단하게 된다.

위와 같은 커플링 전압(V_Rx)값의 변화량을 이용한 종래의 터치 인식시스템은, 리시버 채널(Rx)단의 커플링 전압(V_Rx)을 두 개의 스위치(Switch)를 통해 OTA 입력으로 전달하는 샘플링/홀드(Sampling ＆ Hold) 방식을 취하고 있었다.

이와 같은 샘플링/홀드 방식의 터치 인식시스템은 샘플링 구간에서 상기 커플링 전압(V_Rx)이 커패시터에 차징(Charging)되고, 홀드 구간에서 상기 차징(Charging)된 커플링 전압(V_Rx)이 OTA로 입력되는 방식을 취하고 있었는데, 두 개의 스위치가 오픈 및 단락을 교대로 수행함에 있어서, 특히 홀드 구간이 노이즈(Noise)에 취약하여 커플링 전압(V_Rx)의 샘플링값을 정확하게 전달하기 어려운 문제점이 있었다.

즉, 하이 임피던스(High Impedance) 사이에 존재하는 리시버 채널(Rx)단은 구조적으로 노이즈에 취약하다고 할 수 있으며, 이와 같이 커플링 전압(V_Rx)이 출력되는 리시버 채널(Rx)단이 노이즈의 영향을 받게 되면, 정상적인 터치/언터치 여부를 판단하기 어려운 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 커플링 전압(V_Rx)이 출력되는 리시버 채널(Rx)단의 노이즈 면역성(Noise Immunity)을 강화시켜 보다 더 정확한 터치/언터치 여부를 판정할 수 있는 터치 인식시스템 및 터치 인식방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 상기 커플링 전압(V_Rx)에 바이어스 전압을 인가함과 동시에 레퍼런스 전압(V_REF)을 이용하여 산출된 출력전류(I_OUT)의 변화량을 펄스로 변경하여 카운팅함으로써, 보다 더 용이하게 터치/언터치 여부를 판정할 수 있는 터치 인식시스템 및 터치 인식방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일측면에 의하면, 트랜스미터 채널(Tx)의 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig}) 인가 및 터치 유무로 인한 정전용량 변화에 대한 커플링 전압(V_Rx)을 출력하는 리시버 채널(Rx)을 포함하는 터치인식 시스템에 있어서, 상기 트랜스미터 채널(Tx)과 리시버 채널(Rx) 사이에 존재하며, 터치(Touch)시 전압의 커플링(coupling) 현상이 발생하는 터치 패턴부; 상기 터치 패턴부의 리시버 채널(Rx)단의 커플링 전압(V_Rx)에 소정의 바이어스 전압을 인가하여 상기 커플링 전압(V_Rx)을 바이어스 커플링 전압(V_{Rx _ Bias})으로 변환하는 바이어스 전압인가부; 레퍼런스 전압 생성부로부터 생성된 레퍼런스 전압(V_REF)과 상기 바이어스 커플링 전압(V_{Rx _ Bias})을 입력받는 제 1멀티플렉서(MUX_B); 상기 제 1멀티플렉서로부터 입력되는 바이어스 커플링 전압(V_{Rx _ Bias})과 레퍼런스 전압(V_REF)의 차이를 전류값으로 출력하는 OTA(Operational Transconductance Amplifier); 및 상기 OTA의 출력전류(I_OUT)의 변화량을 펄스로 변경하고 이를 카운팅하여 터치여부를 판정하는 터치판정부;를 포함하는 터치인식 시스템을 제공한다.

본 발명에서 상기 레퍼런스 전압생성부는 하이 레퍼런스 전압(V_REFH) 및 로우 레퍼런스 전압(V_REFL)을 생성하여 제2 멀티플렉서 (MUX_A)에 공급하되, 상기 제2 멀티플렉서 (MUX_A)는 상기 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})의 극성(Polarity)에 따라 상기 하이 레퍼런스 전압(V_REFH) 또는 로우 레퍼런스 전압(V_REFL)을 제 1 멀티플렉서 (MUX_B)에 공급하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 제 2 멀티플렉서 (MUX_A)는, 상기 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})가 하이(High)일 때, 상기 하이 레퍼런스 전압(V_REFH)을 레퍼런스 전압(V_REF)으로 선택하여 상기 제 1 멀티플렉서 (MUX_B)에 공급하고, 상기 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})가 로우(Low)일 때, 상기 로우 레퍼런스 전압(V_REFL)을 레퍼런스 전압(V_REF)으로 선택하여 상기 제 1 멀티플렉서 (MUX_B)에 공급하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 제 1 멀티플렉서 (MUX_B)는, 상기 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})의 극성에 따라 상기 OTA의 (+) 단자 또는 (-)단자에, 상기 바이어스 커플링 전압(V_{Rx _ Bias}) 또는 레퍼런스 전압(V_REF)을 토글링(Toggling)하여 입력하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 제 1 멀티플렉서 (MUX_B)는, 상기 드라이빙 펄스신호(V_{Tx _ Sig})가 하이(High)일 때, 상기 OTA의 (+)단자 및 (-)단자에 바이어스 커플링 전압(V_{Rx _ Bias}) 및 하이 레퍼런스 전압(V_REFH)을 각각 입력하고, 상기 드라이빙 펄스신호(V_{Tx _ Sig})가 로우(Low)일 때, 상기 OTA의 (+)단자 및 (-)단자에 로우 레퍼런스 전압(V_REFL) 및 바이어스 커플링 전압(V_{Rx _ Bias})을 각각 입력하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 바이어스 커플링 전압(V_{Rx _ Bias})은, 상기 커플링 전압(V_Rx)을 소정의 시정수(τ)에 따라 변화시킨 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 터치판정부는, 상기 OTA의 출력단에 연결되되, 리셋(Reset) 신호가 발생하면 OTA 출력단 전압(V_OUT)을 초기 전압(V_INT)으로 리셋시키는 초기전압인가단, 상기 리셋 신호가 하이(High)가 되면, 상기 OTA의 출력전류(I_OUT)에 의해 전하를 충전 또는 방전하여 상기 OTA 출력단 전압(V_OUT)을 변화시키는 제3커패시터(C_OUT) 및 상기 OTA 출력단 전압(V_OUT)을 입력 받아, 업-레퍼런스 전압(V_UP) 및 다운-레퍼런스 전압(V_DN)과 각각 비교하여 터치유무를 판정하는 제1비교기와 제2비교기를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명은 상기 리셋(Reset) 신호의 동작 주기에 따라 상기 초기전압인가단과 OTA 출력단을 스위치에 의해 개방(Open) 또는 단락(Short)시키는 것이 바람직하다.

본 발명은 상기 OTA 출력단 전압(V_OUT)이 1 프레임(Frame)의 센싱구간의 시작점과 종료점에서 변화없이 일정하게 유지될 때 언터치(Untouch)로 판정하는 것이 바람직하다.

본 발명은 1 프레임(Frame)의 센싱구간 동안 상기 OTA 출력단 전압(V_OUT)의 누적된 변화량이 음(陰)의 값을 가질 때 터치(Touch)로 판정하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 제 1비교기는, 상기 OTA 출력단 전압(V_OUT)을 정입력으로 받고, 업-레퍼런스 전압(V_UP)을 부입력으로 받아 포지티브 펄스폭 변조신호(PWM_POS)를 출력하고, 상기 제2비교기는, 상기 OTA 출력단 전압(V_OUT)을 부입력으로 받고, 다운-레퍼런스 전압(V_DN)을 정입력으로 받아 네가티브 펄스폭 변조신호(PWM_NEG)를 출력하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 업-레퍼런스 전압(V_UP)은 시간의 증가에 따라 감소하게 하고, 상기 다운-레퍼런스 전압(V_DN)은 시간의 증가에 따라 증가하게 하여, 상기 OTA 출력단 전압 (V_OUT)이 1프레임(Frame)의 센싱구간 내에서 적어도 한 번은 업-레퍼런스 전압(V_UP) 또는 다운-레퍼런스 전압(V_DN)과 동일해 지도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명은 상기 포지티브 펄스폭 변조신호(PWM_POS) 및 네가티브 펄스폭 변조신호(PWM_NEG)의 폭을 카운팅하여 그 카운팅값이 소정의 기준값보다 낮아졌을 때 터치(Touch)로 판정하는 것이 바람직하다.

전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 타측면에 의하면, 트랜스미터 채널 드라이버가 트랜스미터 채널(Tx)에 드라이빙 펄스신호(V_{Tx _ Sig})를 인가하는 단계; 바이어스 전압인가부에 의해 리시버 채널(Rx)단에 소정의 바이어스 전압을 인가하는 단계; 제 1멀티플렉서(MUX_B)가 상기 바이어스 전압이 인가된 바이어스 커플링 전압(V_{Rx _ Bias})과 레퍼런스 전압(V_REF)을 입력받는 단계; OTA(Operational Transconductance Amplifier)에서 상기 바이어스 커플링 전압(V_{Rx _ Bias})과 레퍼런스 전압(V_REF)을 입력받아, 양자의 차이를 전류값으로 출력하는 단계; 및 터치판정부에서 상기 OTA의 출력전류(I_OUT)의 변화량을 펄스로 변경하고 이를 카운팅하여 터치여부를 판정하는 단계;를 포함하는 터치 인식방법을 제공한다.

본 발명에서 상기 제 1멀티플렉서(MUX_B)가 바이어스 커플링 전압(V_{Rx _ Bias}) 및 레퍼런스 전압(V_REF)을 입력받는 단계는, 레퍼런스 전압생성부가 하이 레퍼런스 전압(V_REFH) 및 로우 레퍼런스 전압(V_REFL)을 생성하여 제2 멀티플렉서 (MUX_A)에 입력하는 단계 및 바이어스 커플링 전압(V_{Rx _ Bias})을 제 1 멀티플렉서 (MUX_B)에 공급함과 동시에 상기 제2 멀티플렉서 (MUX_A)가 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})의 극성(Polarity)에 따라 상기 하이 레퍼런스 전압(V_REFH) 또는 로우 레퍼런스 전압(V_REFL)을 선택하여 상기 제 1 멀티플렉서 (MUX_B)에 입력하는 단계인 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 터치여부 판정단계는, 리셋(Reset) 신호가 로우(Low)가 되면, 상기 OTA 출력단과 초기전압인가단을 단락(short)시키는 단계, 리셋(Reset) 신호가 하이(High)가 되면, 상기 OTA 출력단과 초기전압인가단을 개방(open)시키는 단계, 제 1비교기에서 OTA 출력단 전압(V_OUT)을 정입력으로 받고, 제 2비교기에서 상기 OTA 출력단 전압(V_OUT)을 부입력으로 받아 각각 포지티브 펄스폭 변조신호(PWM_POS) 및 네가티브 펄스폭 변조신호(PWM_NEG)를 출력하는 단계 및 상기 펄스폭 변조신호(PWM_POS,PWM_NEG)를 카운팅하여 그 카운팅값을 소정의 기준값과 비교하여 터치여부를 판정하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 터치 인식시스템 및 터치 인식방법에 의하면, 터치 센서 등의 터치유무를 판정하는데 이용되는 커플링 전압(V_Rx)이 출력되는 리시버 채널(Rx)단의 노이즈 면역성(Noise Immunity)을 강화시켜 구조적인 노이즈(noise)의 영향을 벗어나 정밀한 터치(Touch) 여부를 판정할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 상기 커플링 전압(V_Rx)에 바이어스 전압을 인가함과 동시에 레퍼런스 전압(V_REF)을 이용하여 산출된 출력전류(I_OUT)의 변화량을 펄스로 변경하여 카운팅함으로써, 보다 더 용이하게 터치/언터치 여부를 판정할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 터치패드부의 예시도.
도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 터치인식시스템의 구성도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})가 커플링 전압(V_Rx) 및 바이어스 커플링 전압(V_{Rx _ Bias})으로 단계적으로 변화되는 모습을 나타낸 예시도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})에 따라 제 1멀티플렉서에 입력되는 바이어스 커플링 전압(V_{Rx _ Bias}) 및 레퍼런스 전압(V_REF)을 나타낸 예시도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})에 따라 제 1멀티플렉서에서 출력되는 바이어스 커플링 전압(V_{Rx _ Bias}) 및 레퍼런스 전압(V_REF)을 나타낸 예시도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 터치 또는 언터치에 따라 바이어스 커플링 전압(V_{Rx _ Bias})과 레퍼런스 전압(V_REF)간 차이에 의한 출력전류(I_OUT)의 생성곡선을 나타낸 예시도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 터치 또는 언터치에 따라 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})의 한 주기 당 출력전류(I_OUT)의 변화에 상응하는 OTA 출력단 전압(V_OUT)의 변화를 나타낸 예시도.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 터치 또는 언터치에 따라 1프레임의 센싱구간 당 출력전류(I_OUT)의 변화에 상응하는 OTA 출력단 전압(V_OUT)의 변화를 나타낸 예시도.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 터치 또는 언터치에 따른 OTA 출력단 전압(V_OUT)의 변화에 상응하는 펄스폭 변조신호의 카운팅 값을 나타낸 예시도.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 터치 인식방법의 순서도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 터치패드부의 예시도이다.

본 발명의 터치 인식 방식은, 트랜스미터 채널 구동 드라이버(105)에서 트랜스미터 채널(Tx)단(101)에 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})를 전송하여 리시버 채널(Rx)단(102)에서 출력되는 커플링 전압값(V_Rx)의 변화를 검출하여 터치 유무를 판정하게 된다.

즉, 사람의 손가락 등 전도체가 터치 패드부(110)에 접촉하게 되면, 트랜스미터 채널(Tx)단(101)과 리시버 채널(Rx)단(102) 사이의 패턴 커패시터인 제1커패시터(C_M)(103)의 커패시턴스값이 언터치(Untouch) 상태의 커패시턴스값보다 줄어들게 되어 리시버 채널(Rx)단(102)의 커플링 전압(V_Rx)값이 미세하게 변화되게 된다.

도 1의 V_AMP는 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})의 전압크기를 나타내며, '언터치 상태의 커플링 전압값과 터치 상태의 커플링 전압값의 차이(ΔV)'는 10∼20mV의 값을 가지며, 이와 같은 커플링 전압값의 변화량으로 터치/언터치 여부를 판단하게 된다.

그러나, 종래의 샘플링/홀드 방식에 의하면, 하이 임피던스(High Impedance) 사이에 존재하는 리시버 채널(Rx)단은 구조적으로 노이즈(noise)에 취약하여 커플링 전압(V_Rx)의 샘플링값을 정확하게 전달하기 어려워서 정확한 터치/언터치 여부를 판정하기 어려운 난점이 있었다.

이에 본 발명에서는 리시버 채널(Rx)의 출력단에 소정의 바이어스 전압을 인가하여 별도의 스위치가 없더라도 커플링 전압(V_Rx)을 바이어스 전압으로 샘플링하여 OTA(Operational Transconductance Amplifier)(160)에 전달함으로써 노이즈 면역성(noise immunity)을 강화하는 구조를 제안하였다.

즉, 본 발명의 커플링 전압(V_Rx)값은, 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})의 크기(V_AMP)와, 터치 패드부(110)의 트랜스미터 채널(Tx)단(101)과 리시버 채널(Rx)단(102) 사이에서 형성되는 패턴 커패시터인 제1커패시터(C_M)(103) 및 그 패턴물질 자체의 커패시터인 제2커패시터(C_P)(104)에 의해 결정되고, 상기 커플링 전압(V_Rx)에 바이어스를 인가하여 바이어스 커플링 전압(V_{Rx _ Bias})을 생성한 후, 터치/언터치 판정에 이용하게 되는 구조를 취하게 된다.

도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 터치 인식시스템의 구성도이다.

본 발명의 터치 인식시스템은, 트랜스미터 채널(Tx)의 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig}) 인가 및 터치 유무로 인한 정전용량 변화에 대한 커플링 전압(V_Rx)을 출력하는 리시버 채널(Rx)을 포함하는 터치인식 시스템에 있어서, 상기 트랜스미터 채널(Tx)과 리시버 채널(Rx) 사이에 존재하며, 터치(Touch)시 전압의 커플링(coupling) 현상이 발생하는 터치 패턴부(110), 상기 터치 패턴부의 리시버 채널(Rx)단(102)의 커플링 전압(V_Rx)에 소정의 바이어스 전압을 인가하여 상기 커플링 전압(V_Rx)을 바이어스 커플링 전압(V_{Rx _ Bias})으로 변환하는 바이어스 전압인가부(120), 레퍼런스 전압 생성부(130)로부터 생성된 레퍼런스 전압(V_REF)과 상기 바이어스 커플링 전압(V_{Rx _ Bias})을 입력받는 제 1멀티플렉서(MUX_B)(150), 상기 제 1멀티플렉서로부터 입력되는 바이어스 커플링 전압(V_{Rx _ Bias})과 레퍼런스 전압(V_REF)의 차이를 전류값으로 출력하는 OTA(Operational Transconductance Amplifier)(160) 및 상기 OTA의 출력전류(I_OUT)의 변화량을 펄스로 변경하고 이를 카운팅하여 터치여부를 판정하는 터치판정부(190)를 포함하여 형성될 수 있다.

상기 터치패턴부(110)는 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})가 인가되는 복수의 트랜스미터 채널(Tx)과 이에 대응하는 복수의 리시버 채널(Rx)을 포함할 수 있으며, 각각 대응되는 트랜스미터 채널(Tx)단(101)과 리시버 채널(Rx)단(102) 사이에는 터치 패턴부(110)의 패턴 커패시터인 제1커패시터(C_M)과 패턴 물질 자체의 커패시터인 제2커패시터(C_P)를 형성하여 커플링 전압(V_Rx)값을 산출하게 된다.

여기서 상기 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})는 트랜스미터 채널 구동 드라이버(105)에서 생성하여 트랜스미터 채널(Tx)로 입력되게 되며, 터치시에 상기 제1커패시터(C_M)의 커패시턴스값이 줄어들게 되어 리시버 채널(Rx)단(102)의 커플링 전압(V_Rx)값이 변화하게 된다.

상기 바이어스 전압인가부(120)는 전압원과 저항으로 형성될 수 있으며, 상기 커플링 전압(V_Rx)을 바이어스 커플링 전압(V_{Rx _ Bias})으로 변환하는 역할을 수행하게 된다. 이 때, 상기 바이어스 커플링 전압(V_{Rx _ Bias})은, 커플링 전압(V_Rx) 및 바이어스 전압인가부(120)로부터 입력되는 전류비에 의한 시정수(τ)에 따라 커플링 전압(V_Rx)을 변형시킬 수 있다.

한편, 상기 레퍼런스 전압생성부(130)는 하이 레퍼런스 전압(V_REFH) 및 로우 레퍼런스 전압(V_REFL)을 생성하여 제2 멀티플렉서(MUX_A)(140)에 공급한다. 상기 제2 멀티플렉서 (MUX_A)(140)는 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})의 극성(Polarity)에 따라 상기 하이 레퍼런스 전압(V_REFH) 또는 로우 레퍼런스 전압(V_REFL)을 제 1 멀티플렉서(MUX_B)(150)에 입력한다.

예를 들면, 상기 제 2 멀티플렉서(MUX_A)(140)는, i) 상기 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})가 하이(High)일 때, 상기 하이 레퍼런스 전압(V_REFH)을 레퍼런스 전압으로 선택하고, ii) 상기 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})가 로우(Low)일 때, 상기 로우 레퍼런스 전압(V_REFL)을 레퍼런스 전압(V_REF)으로 선택하여 상기 제 1 멀티플렉서 (MUX_B)에 입력할 수 있을 것이다.

따라서, 상기 제 1멀티플렉서(MUX_B)(150)는 상기 바이어스 커플링 전압(V_{Rx_Bias})을 입력받는 동시에 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})의 극성(Polarity)에 따라 상기 하이 레퍼런스 전압(V_REFH) 또는 로우 레퍼런스 전압(V_REFL)을 교차로 입력받는다고 할 수 있다.

상기 제 1 멀티플렉서(MUX_B)(150)도 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})의 극성에 따라 상기 OTA(160)의 (+) 단자 또는 (-)단자에, 상기 바이어스 커플링 전압(V_{Rx _ Bias}) 또는 레퍼런스 전압(V_REF)을 토글링(Toggling)하여 입력하는 역할을 수행한다.

예컨대, 상기 제 1 멀티플렉서(MUX_B)(150)는, i) 상기 드라이빙 펄스신호(V_{Tx _ Sig})가 하이(High)일 때, 상기 OTA(160)의 (+)단자 및 (-)단자에 바이어스 커플링 전압(V_{Rx _ Bias}) 및 하이 레퍼런스 전압(V_REFH)을 각각 입력하고, ii) 상기 드라이빙 펄스신호(V_{Tx _ Sig})가 로우(Low)일 때, 상기 OTA(160)의 (+)단자 및 (-)단자에 로우 레퍼런스 전압(V_REFL) 및 바이어스 커플링 전압(V_{Rx _ Bias})을 각각 입력할 수 있을 것이다.

상기 OTA(160)는 제 1멀티플렉서로부터 입력되는 바이어스 커플링 전압(V_{Rx_Bias})과 하이 레퍼런스 전압(V_REFH) 또는 로우 레퍼런스 전압(V_REFL)을 비교하여 양자의 차이를 전류값으로 출력하는 역할을 수행한다.

이와 같은 OTA의 출력전류(I_OUT)는 터치 판정부(190)에 입력되는데, 터치 판정부(190)는 출력전류(I_OUT)의 변화량을 펄스로 변경하고 이를 카운팅하여 최종적으로 터치/언터치 여부를 판정하게 된다.

상기 터치판정부(190)는 초기전압(V_INT)인가단(170), 제3커패시터(C_OUT)(171), 제1비교기(180) 및 제2비교기(181)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 초기전압(V_INT)인가단(170)은 상기 OTA의 출력단과 스위치(Switch)(173)에 의해 개방/단락될 수 있으며, 리셋 신호에 의해 상기 스위치가 개폐되는 구조를 취할 수 있다. 즉, 상기 스위치(173)가 단락되면, 상기 OTA의 출력단에 초기전압(V_INT)이 인가되며, 상기 스위치(173)가 개방되면, 상기 출력전류와 상기 제 3 커패시터(C_OUT)(171)에 의해 OTA 출력단 전압(V_OUT)이 변화하여, 상기 제 1비교기(180) 및 제 2비교기(181)에 입력되게 된다.

또한, 상기 제3커패시터(C_OUT)(171)는 리셋 신호가 하이(High)가 되면, 상기 스위치(173)에 의해 초기전압인가단(170)과 개방(open)되어, 상기 OTA의 출력전류(I_OUT)에 상응하는 전하를 충전 또는 방전하여 상기 OTA 출력단 전압(V_OUT)을 변화시키는 역할을 수행한다.

후술하겠지만, 본 발명에서는 i) 언터치 상태에서 상기 출력전류(I_OUT)값이 (+)값과 (-)값을 반복적으로 갖게 되어, 상기 제3커패시터(C_OUT)(171)는 충전과 방전을 반복하게 되므로 상기 OTA 출력단 전압 (V_OUT)이 증가하다가 감소하므로 종국적으로는 일정하게 유지되는 반면, ii) 터치 상태에서 상기 출력전류(I_OUT)값은 항상 (-)의 값을 갖기 때문에 상기 제3커패시터(C_OUT)(171)는 방전만을 반복하게 되므로, 상기 OTA 출력단 전압(V_OUT)의 변화가 (-)값으로 누적되어 나타나게 된다.

따라서, 본 발명은 1 프레임(Frame)의 센싱구간의 시작점과 종료점에서 상기 OTA 출력단 전압(V_OUT)이 변화없이 일정하게 유지될 때 언터치(Untouch)로 판정하게 되고, 1 프레임(Frame)의 센싱구간 동안 상기 OTA 출력단 전압(V_OUT)의 변화가 음(陰)의 값을 가질 때 터치(Touch)로 판정하게 된다.

상기 제 1비교기(180)는, 상기 OTA 출력단 전압(V_OUT)을 정입력으로 받고, 업-레퍼런스 전압(V_UP)을 부입력으로 받아 포지티브 펄스폭 변조신호(PWM_POS)를 출력하고, 상기 제2비교기(181)는, 상기 OTA 출력단 전압(V_OUT)을 부입력으로 받고, 다운-레퍼런스 전압(V_DN)을 정입력으로 받아 네가티브 펄스폭 변조신호(PWM_NEG)를 출력하는 역할을 수행한다.

여기서, 상기 업-레퍼런스 전압(V_UP)은 시간의 증가에 따라 감소하게 하고, 상기 다운-레퍼런스 전압(V_DN)은 시간의 증가에 따라 증가하게 하여, 상기 OTA 출력단 전압(V_OUT)이 1프레임(Frame)의 센싱구간 내에서 적어도 한 번은 업-레퍼런스 전압(V_UP) 또는 다운-레퍼런스 전압(V_DN)과 동일해 지도록 하는 것이 바람직하다.

이는 터치시의 OTA 출력단 전압(V_OUT)의 변화곡선이 상기 업-레퍼런스 전압(V_UP)의 변화곡선 또는 다운-레퍼런스 전압(V_DN)의 변화곡선과 교차하도록 형성하여, 미세한 터치에도 펄스폭 변조신호를 얻기 위함이다.

이와 같이 제 1비교기(180) 및 제2비교기(181)에 OTA 출력단 전압(V_OUT)과 업-레퍼런스 전압(V_UP) 및 다운-레퍼런스 전압(V_DN)을 입력하여 포지티브 펄스폭 변조신호(PWM_POS) 또는 네가티브 펄스폭 변조신호(PWM_NEG)가 출력되면, 소정의 카운터(미도시)가 펄스폭 변조신호의 폭을 카운팅하여 기준값보다 낮아졌을 때 터치로 판정하게 된다.

즉, 상기 터치판정부(190)는 터치 또는 언터치시의 출력전류(I_OUT )의 변화량을 OTA 출력단 전압(V_OUT)의 변화에 대한 펄스로 변경하고 그 폭을 카운팅하여 터치여부를 판정하게 된다고 할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})가 커플링 전압(V_Rx) 및 바이어스 커플링 전압(V_{Rx _ Bias})으로 단계적으로 변화되는 모습을 나타낸 예시도이다.

도 3의 (a)는 트랜스미터 채널 구동 드라이버(105)에서 생성되어 트랜스미터 채널(Tx)로 인가되는 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})를 도시하고 있는데, 이 때, 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})의 크기가 V_AMP 로 나타나게 된다.

도 3의 (b)는 커플링 전압(V_Rx) 신호를 도시하고 있는데, 터치패드부(110)의 패턴 커패시터인 제1커패시터(C_M)(103) 및 패턴물질 자체의 커패시터인 제2커패시터(C_P)(104)에 의해 커플링 전압(V_Rx)이 결정되게 된다. 여기서 터치시의 커플링 전압(V_Rx)은 제1커패시터(C_M)(103)의 커패시턴스값이 낮아지므로 상기 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})의 크기(V_AMP)와 제2커패시터(C_P)(104)의 커패시턴스값을 함께 고려하면, 즉 전압분배 법칙에 의하면, 터치가 일어나지 않을 때에 비해 약 10-20mV 가량 낮은 크기를 갖게 된다.

도 3의 (c)는 상기 커플링 전압(V_Rx)에 바이어스를 인가하여 생성된 바이어스 커플링 전압(V_{Rx _ Bias}) 신호를 도시하고 있는데, 리시버 채널(Rx)로부터 출력되는 커플링 전압(V_Rx)과 바이어스 전압인가단(120)으로부터 유입되는 전류의 비인 시정수(τ)를 이용하여 커플링 전압(V_Rx)을 변형시킨 모습을 나타내고 있다. 상기 시정수(τ)는 RC의 값을 갖는데, 여기서 R은 상기 바이어스전압인가단(120)의 저항이고, C는 제 2커패시터(C_P)이다.

이와 같은 바이어스 커플링 전압(V_{Rx _ Bias}) 신호는 소정의 신호처리과정을 거쳐서 최종적으로 터치유무를 판단하는데 이용되게 된다.

도 4 는 발명의 일실시예에 따른 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})에 따라 제 1멀티플렉서에 입력되는 바이어스 커플링 전압(V_{Rx _ Bias}) 및 레퍼런스 전압(V_REF)을 나타낸 예시도이다.

본 발명의 제 1멀티플렉서(MUX_A)(140)는 트랜스미터 채널 구동 드라이버(105)와 연결되어 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})의 극성(Polarity)을 실시간으로 감지하며, 상기 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})의 극성(Polarity)에 상응하여 레퍼런스 전압(V_REF)을 제 2멀티플렉서(MUX_B)(150)로 입력하게 된다.

예컨대, 제 1멀티플렉서(MUX_A)(140)는, i) 상기 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})가 하이(High)일 때 하이 레퍼런스 전압(V_REFH)을 출력하고, ii) 상기 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})가 로우 (Low)일 때는 로우 레퍼런스 전압(V_REFL)을 출력하여 상기 제 2멀티플렉서(MUX_B)(150)에 입력할 수 있다.

이는 언터치 상태에서 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})의 한 주기동안OTA 출력단 전압(V_OUT)에 변화가 없게 하여, 보다 효율적으로 터치를 판단할 수 있게 하기 위함이다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})에 따라 제 1멀티플렉서에서 출력되는 바이어스 커플링 전압(V_{Rx _ Bias}) 및 레퍼런스 전압(V_REF)을 나타낸 예시도이다.

상기 제 1 멀티플렉서(MUX_B)(150)는 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})의 극성에 따라 상기 OTA(160)의 (+) 단자 또는 (-)단자에, 상기 바이어스 커플링 전압(V_{Rx _ Bias}) 또는 레퍼런스 전압(V_REF)을 토글링(Toggling)하여 입력한다. 여기서 상기 레퍼런스 전압(V_REF)은 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})의 극성에 따라 제 2멀티플렉서(MUX_A)로부터 입력된 하이 레퍼런스 전압(V_REFH) 또는 로우 레퍼런스 전압(V_REFL)이다.

상기 바이어스 커플링 전압(V_{Rx _ Bias}) /레퍼런스 전압(V_REF)은 하기의 표 1의 내용과 같이 토글링(Toggling)되어 입력될 수 있다.

즉, 위의 표 1의 내용을 참조하면, 제 1 멀티플렉서(MUX_B)(150)는, 드라이빙 펄스신호(V_{Tx _ Sig})가 하이(High)일 때, OTA(160)의 (+)단자에 바이어스 커플링 전압(V_{Rx_Bias})을 입력하게 되고, OTA(160)의 (-)단자에 하이 레퍼런스 전압(V_REFH)을 입력하게 된다.

이와 반대로, 상기 제 1 멀티플렉서(MUX_B)(150)는, 드라이빙 펄스신호(V_{Tx _ Sig})가 로우(Low)일 때, 상기 OTA(160)의 (+)단자에 로우 레퍼런스 전압(V_REFL)을 입력하고, OTA(160)의 (-)단자에 바이어스 커플링 전압(V_{Rx _ Bias})을 입력하게 된다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 터치 또는 언터치에 따라 바이어스 커플링 전압(V_{Rx _ Bias})과 레퍼런스 전압(V_REF)간 차이에 의한 출력전류(I_OUT)의 생성곡선을 나타낸 예시도이다.

상기 제 1 멀티플렉서(MUX_B)(150)로부터 바이어스 커플링 전압(V_{Rx _ Bias}) 및 레퍼런스 전압(V_REF)을 입력받은 OTA(160)는 바이어스 커플링 전압(V_{Rx _ Bias})과 레퍼런스 전압(V_REF)의 차이를 전류로 출력하게 되는데, 출력전류(I_OUT)는 하기의 수학식 1에 비례하여 산출되게 된다.

여기서 상기 Gm은 OTA(160)의 이득값이고, 상기 R_CPL은 터치패드부(110)의 커플링 비율이다.

즉, 상기 출력전류(I_OUT)는 OTA의 이득값(Gain Value)이 크거나, 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})의 크기가 클수록 증가하며, 또한 바이어스 커플링 전압(V_{Rx _ Bias})과 레퍼런스 전압(V_REF)의 차이가 클수록 증가하게 된다.

도 6을 참조하면, 언터치시에는 제 1상(phase 1)구간에서는 바이어스 커플링 전압(V_{Rx_Bias})값이 하이 레퍼런스 전압(V_REFH)값보다 커서 그 차이만큼 (+)전류가 출력되고, 제 2상(phase 2)구간에서는 바이어스 커플링 전압(V_{Rx_Bias})값이 하이 레퍼런스 전압(V_REFH)값보다 작아서 그 차이만큼 (-)전류가 OTA(160)로부터 출력되게 된다.

또한, 언터치시에는 제3상(phase 3)구간에서는 바이어스 커플링 전압(V_{Rx_Bias})값이 로우 레퍼런스 전압(V_REFL)값보다 작아서 그 차이만큼 (+)전류가 출력되고, 제4상(phase 4)구간에서는 바이어스 커플링 전압(V_{Rx_Bias})값이 로우 레퍼런스 전압(V_REFL)값보다 커서 그 차이만큼 (-)전류가 OTA로부터 출력되게 된다.

이와 같이 본 발명은 언터치 상태에서는 OTA(160)를 통해 출력되는 (+)전류값과 (-)전류값이 서로 상쇄되므로, 출력전류(I_OUT)을 변환한 OTA 출력단 전압(V_OUT)은 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})의 반주기 또는 한주기의 시작점과 종료점에서 일정하게 유지된다.

한편, 터치시에는 언터치 상태에 비해 제1커패시터(C_M)(103)의 커패시턴스값이 낮아지므로, 바이어스 커플링 전압(V_{Rx_Bias})값이 언터치 상태에 비해 작아진다.

즉, 터치시에 제1상(phase 1)구간에서는 바이어스 커플링 전압(V_{Rx_Bias})값이 하이 레퍼런스 전압(V_REFH)값보다 작아서 그 차이만큼 (-)전류가 출력되고, 제2상(phase 2)구간에서도 바이어스 커플링 전압(V_{Rx_Bias})값이 하이 레퍼런스 전압(V_REFH)값보다 작아서 그 차이만큼 (-)전류가 OTA(160)로부터 출력되게 된다.

또한, 터치시에 제3상(phase 3)구간에서 바이어스 커플링 전압(V_{Rx_Bias})값이 로우 레퍼런스 전압(V_REFL)값보다 작아서 그 차이만큼 (-)전류가 출력되고, 제4상(phase 2)구간에서도 바이어스 커플링 전압(V_{Rx_Bias})값이 로우 레퍼런스 전압(V_REFL)값보다 작아서 그 차이만큼 (-)전류가 OTA(160)로부터 출력되게 된다.

따라서, 본 발명은 터치 상태에서는 OTA(160)를 통해 출력되는 출력전류(I_OUT)값이 항상 (-)값을 가지므로, 출력전류(I_OUT)을 변환한 OTA 출력단 전압(V_OUT)은 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})의 주기가 반복될수록 감소함을 알 수 있다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 터치 또는 언터치에 따라 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})의 한 주기 당 출력전류(I_OUT)의 변화에 상응하는 OTA 출력단 전압(V_OUT)의 변화를 나타낸 예시도이고, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 터치 또는 언터치에 따라 1프레임의 센싱구간 당 출력전류(I_OUT)의 변화에 상응하는 OTA 출력단 전압 (V_OUT)의 변화를 나타낸 예시도이다.

터치판정부(190)의 OTA 출력단은 리셋신호가 로우(low)로 뜰 경우 스위치(173)가 단락되어 초기전압(V_INT)으로 리셋되다가, 리셋신호가 하이(High)로 뜰 경우 스위치(173)가 개방되어 출력전류(I_OUT) 에 의해 변화된 OTA 출력단 전압(V_OUT)(172)이 제1비교기(180)의 (+)단자 및 제2비교기(181)의 (-)단자에 입력되어 펄스폭 변조신호로 전환되게 된다.

여기서 상기 리셋신호는 사용자가 설정한 1프레임의 센싱구간이라고 할 수 있으며, 상기 1프레임의 센싱구간은 사용자가 설정하는 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})의 복수의 주기가 합친 구간이라고 할 수 있다. 즉, 상기 1프레임의 센싱구간은 발명의 필요에 따라 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})의 주기를 중첩하여 형성할 수 있다.

도 7을 참조하면, 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})의 한 주기동안 출력되는 출력전류(I_OUT) 및 OTA 출력단 전압 (V_OUT)의 변화를 나타낸 모습을 도시하고 있다.

터치패드부가 언터치 상태에 있을 때에는, 제1,2상(phase 1,2) 구간과 제3,4상(phase 3,4)구간에서 OTA(160)를 통해 출력되는 (+)전류값과 (-)전류값이 서로 상쇄되어 이를 반영한OTA 출력단 전압(V_OUT)은 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})의 한 주기의 시작점과 끝점에게 동일하게 유지된다.

즉, 언터치시에 상기 OTA 출력단 전압(V_OUT)의 기울기는 제 1상 구간에서 증가하다가 다시 제 2상 구간에서 감소하여 결국 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})의 한 주기가 끝나면, 그 OTA 출력단 전압(V_OUT)은 제 1상구간의 시작점과 제2상구간의 종료점에서 거의 동일해짐을 확인할 수 있다.

이에 비해 터치시에는 출력전류(I_OUT)가 (-)전류값만 갖기 때문에 OTA 출력단 전압(V_OUT) 도 (-) 방향으로의 변화만을 가지게 되며, 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})의 주기가 반복될수록 OTA 출력단 전압(V_OUT)은 계속적으로 감소하게 된다.

즉, 터치시에 상기 OTA 출력단 전압(V_OUT)은 제1-4상 구간에서 계속적으로 감소하여, 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})의 한 주기가 끝나면 '반 주기동안 OTA 출력단 전압(V_OUT)값의 변화량(ΔV_OUT)'의 2배만큼 감소함을 확인할 수 있다.

도 8을 참조하면, 다수의 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})의 주기가 중첩되어 형성되는 1프레임의 센싱구간동안 출력되는 출력전류(I_OUT) 및 OTA 출력단 전압(V_OUT)의 변화를 나타낸 모습을 도시하고 있다.

언터치 상태에서는 출력전류(I_OUT) 가 (+)전류값과 (-)전류값을 반복하여 나타내기 때문에 제 3커패시터(C_OUT)가 충전과 방전을 반복하므로 OTA 출력단 전압(V_OUT) 또한 증가와 감소를 반복하게 되며, 1프레임의 센싱구간의 시작점과 종료점에서 상기 OTA 출력단 전압(V_OUT)의 변화는 거의 없다고 볼 수 있다.

이에 비해 터치시에는 OTA(160)의 출력단자에서 (-)전류만이 출력되므로 제 3커패시터(C_OUT)가 방전(discharge)만을 수행하므로, OTA 출력단 전압(V_OUT)은 계속적으로 감소하게 된다.

여기서, 터치에 따른 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})의 한 주기당 OTA 출력단 전압(V_OUT)의 변화량은 '반 주기동안 OTA 출력단 전압(V_OUT)값의 변화량(ΔV_OUT)'의 2배인 '2·ΔV_OUT'임을 확인할 수 있다.

위와 같이 본 발명에서는 터치 인식시스템의 동작이 반복될수록 OTA 출력단 전압 (V_OUT)의 누적 변화량이 증가하여 터치여부의 판정이 보다 더 용이해지는 장점이 있다. 참고로, 본 발명에서 한 프레임 동안 반복적으로 수행하는 동작 횟수는 시스템의 동작속도와 클럭 주파수에 의해 결정될 수 있을 것이다.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 터치 또는 언터치에 따른 OTA 출력단 전압(V_OUT)의 변화에 상응하는 펄스폭 변조신호의 카운팅 값을 나타낸 예시도이다.

위에서 설명한 바대로, 언터치 상태에서는 제 3커패시터(C_OUT)가 충전과 방전을 반복하므로 OTA 출력단 전압(V_OUT)은 일정하게 유지되며, 이에 비해 터치 상태에서는 제 3커패시터(C_OUT)가 방전만을 반복하여 수행하므로 OTA 출력단 전압(V_OUT)은 감소하게 된다.

한편, 본 발명에서는 터치여부의 최종적인 판정을 위해 터치/언터치 상태의 OTA 출력단 전압(V_OUT)과, 업-레퍼런스 전압(V_UP) 또는 다운-레퍼런스 전압(V_DN)을 비교하여 포지티브 펄스폭 변조신호(PWM_POS) 또는 네가티브 펄스폭 변조신호(PWM_NEG)를 생성하게 된다.

도 9를 참조하면, 언터치시의 OTA 출력단 전압(V_OUT)은 변화없이 일정하게 유지됨을 확인할 수 있으며, 터치시의 OTA 출력단 전압(V_OUT)은 1프레임의 센싱구간동안 지속적으로 감소하다가 그라운드(Ground)가 되면 일정하게 유지되며, 리셋신호가 로우(Low)가 되면 상기 OTA 출력단 전압(V_OUT)은 초기전압(V_INT)과 단락되기 때문에 그 전압값이 다시 급격히 증가하게 됨을 확인할 수 있다.

여기서, 터치시의 OTA 출력단 전압(V_OUT) 곡선과, 업-레퍼런스 전압(V_UP)곡선 또는 다운-레퍼런스 전압(V_DN) 곡선의 교점(191,192) 사이의 구간을 터치상태로 판정하게 되는데, 종국적으로는 출력된 펄스폭 변조신호(PWM_POS, PWM_NEG) 중 펄스가 튀는 구간을 카운팅해서 그 값이 기준값보다 낮을 경우로 터치로 판정하게 된다. 도 9에서는 소정의 카운터가 네가티브 펄스폭 변조신호(PWM_NEG)를 카운팅하여 기준값보다 낮은 구간을 터치가 발생한 카운팅값의 구간(NEG_DATA)(193)으로 판정하게 된다.

언터치 상태에서는 1프레임의 센싱구간동안 OTA 출력단 전압(V_OUT)의 변화가 없기 때문에 1프레임이 종료되는 지점에서 OTA 출력단 전압(V_OUT)이 업-레퍼런스 전압(V_UP)과 교차하여 포지티브 펄스폭 변조신호(PWM_POS)가 발생하며, 그 카운팅 값은 0에 가까운 (+)값을 갖는다.

이에 비해 터치 상태에서는 OTA 출력단 전압(V_OUT)이 다운-레퍼런스 전압(V_DN)과 교차하여 네가티브 펄스폭 변조신호(PWM_NEG)가 발생되는데, 그 카운팅 값은 (-) 값을 갖게 된다. 이와 같이 계산된 카운팅 값으로부터 터치/언터치 여부를 판단하게 되며, 예컨대 소정의 기준값(예; 0)을 설정한 후 이보다 낮은 경우 터치로 판단하게 된다.

참고로, 본 발명은 시스템 동작 중에 반드시 포지티브 펄스폭 변조신호(PWM_POS) 또는 네가티브 펄스폭 변조신호(PWM_NEG) 중 어느 하나가 발생되도록 하기 위해 상기 업-레퍼런스 전압(V_UP) 곡선 및 다운-레퍼런스 전압(V_DN) 곡선은 언터치시의 초기전압(V_INT)으로 포커싱되도록 설계하는 것이 바람직할 것이다.

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 터치 인식방법의 순서도이다.

먼저 트랜스미터 채널 드라이버가 트랜스미터 채널(Tx)에 드라이빙 펄스신호(V_{Tx _ Sig})를 인가하는 단계를 거친다(S11).

상기 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})는 소정의 전압 크기(V_AMP)를 가지며, 터치 발생시 커플링 현상에 의해 커플링 전압(V_Rx)로 출력되게 된다.

이어서, 바이어스 전압인가부에 의해 리시버 채널(Rx)단에 소정의 바이어스 전압을 인가하는 단계를 거치는데(S12), 상기 커플링 전압(V_Rx)은 바이어스 커플링 전압(V_{Rx _ Bias})으로 변환된다.

이후, 제 1멀티플렉서(MUX_B)가 상기 바이어스 전압이 인가된 바이어스 커플링 전압(V_{Rx _ Bias})과 레퍼런스 전압(V_REF)을 입력받는 단계를 거치게 된다(S13).

상기 제 1멀티플렉서(MUX_B)가 레퍼런스 전압(V_REF)을 입력받는 것은, 레퍼런스 전압생성부가 하이 레퍼런스 전압(V_REFH) 및 로우 레퍼런스 전압(V_REFL)을 생성하여 제2 멀티플렉서(MUX_A)에 입력한 후, 상기 제2 멀티플렉서(MUX_A)가 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})의 극성(Polarity)에 따라 하이 레퍼런스 전압(V_REFH) 또는 로우 레퍼런스 전압(V_REFL)을 제 1 멀티플렉서 (MUX_B)에 입력하는 과정일 수 있다.

이후, OTA에서 상기 바이어스 커플링 전압(V_{Rx _ Bias})과 레퍼런스 전압(V_REF)을 입력받아, 양자의 차이를 전류값으로 출력하는 단계를 거치게 된다(S14).

이 때, 상기 제 1 멀티플렉서 (MUX_B)는, 상기 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})의 극성에 따라 상기 OTA의 (+) 단자 또는 (-)단자에, 상기 바이어스 커플링 전압(V_{Rx _ Bias}) 또는 레퍼런스 전압(V_REF)을 토글링(Toggling)하여 입력할 수 있으며, 이는 언터치 상태에서 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})의 한 주기동안 OTA 출력단 전압(V_OUT)의 변화가 발생하지 않게 하여 효율적으로 터치를 판단하기 위함이다.

이어서, 터치판정부에서 상기 OTA의 출력전류(I_OUT)의 변화량을 펄스로 변경하고 이를 카운팅하여 터치여부를 판정하는 단계를 거치게 된다(S15).

상기 터치 판정단계(S15)는, 먼저 터치판정부에 입력되는 리셋(Reset) 신호가 로우(Low)가 되면, 상기 OTA 출력단과 초기전압인가단을 단락(short)시켜 초기화하는 단계를 거쳐서, 상기 리셋(Reset) 신호가 하이(High)가 되면, 상기 OTA 출력단과 초기전압인가단을 개방(open)시키게 된다.

이어서, 제 1비교기에서 OTA 출력단 전압(V_OUT)을 정입력으로 받고, 제 2비교기에서 상기 OTA 출력단 전압(V_OUT)을 부입력으로 받아 각각 업-레퍼런스 전압(V_UP), 다운-레퍼런스 전압(V_DN)과 비교하여 포지티브 펄스폭 변조신호(PWM_POS) 및 네가티브 펄스폭 변조신호(PWM_NEG)를 출력하게 된다.

마지막으로 상기 펄스폭 변조신호(PWM_POS,PWM_NEG)를 카운팅하여 그 카운팅값을 소정의 기준값과 비교하여 상기 카운팅값이 기준값(예; 0)보다 낮으면 터치로 판정하게 되고, 상기 카운팅값이 기준값과 비교하여 변화가 없으면 언터치로 판정하게 된다.

이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

101: 트랜스미터 채널단
102: 리시버 채널단
103: 제1커패시터(C_M)
104: 제2커패시터(C_P)
105: 트랜스미터 채널 구동 드라이버
110: 터치패턴부
120: 바이어스전압인가부
130: 레퍼런스전압생성부
140: 제2멀티플렉서
150: 제 1멀티플렉서
160: OTA
170: 초기전압인가부
171: 제3커패시터(C_OUT)
172: OTA 출력단 전압(V_OUT)
173: 스위치
180: 제1비교기
181: 제2비교기
190: 터치판정부
191: 터치상태의 교점
192: 언터치상태의 교점
193: 터치가 발생한 카운팅값의 구간

Claims (16)

1. 트랜스미터 채널(Tx)의 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig}) 인가 및 터치 유무로 인한 정전용량 변화에 대한 커플링 전압(V_Rx)을 출력하는 리시버 채널(Rx)을 포함하는 터치인식 시스템에 있어서,
   상기 트랜스미터 채널(Tx)과 리시버 채널(Rx) 사이에 존재하며, 터치(Touch)시 전압의 커플링(coupling) 현상이 발생하는 터치 패턴부;
   상기 터치 패턴부의 리시버 채널(Rx)단의 커플링 전압(V_Rx)에 소정의 바이어스 전압을 인가하여 상기 커플링 전압(V_Rx)을 바이어스 커플링 전압(V_{Rx _ Bias})으로 변환하는 바이어스 전압인가부;
   레퍼런스 전압 생성부로부터 생성된 레퍼런스 전압(V_REF)과 상기 바이어스 커플링 전압(V_{Rx _ Bias})을 입력받는 제 1멀티플렉서(MUX_B);
   상기 제 1멀티플렉서로부터 입력되는 바이어스 커플링 전압(V_{Rx _ Bias})과 레퍼런스 전압(V_REF)의 차이를 전류값으로 출력하는 OTA(Operational Transconductance Amplifier); 및
   상기 OTA의 출력전류(I_OUT)의 변화량을 펄스로 변경하고 이를 카운팅하여 터치여부를 판정하는 터치판정부;
   를 포함하는 터치인식 시스템.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 레퍼런스 전압생성부는 하이 레퍼런스 전압(V_REFH) 및 로우 레퍼런스 전압(V_REFL)을 생성하여 제2 멀티플렉서 (MUX_A)에 공급하되,
   상기 제2 멀티플렉서 (MUX_A)는 상기 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})의 극성(Polarity)에 따라 상기 하이 레퍼런스 전압(V_REFH) 또는 로우 레퍼런스 전압(V_REFL)을 제 1 멀티플렉서 (MUX_B)에 공급하는 것을 특징으로 하는 터치인식 시스템.
3. 제 2항에 있어서, 상기 제 2 멀티플렉서 (MUX_A)는,
   상기 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})가 하이(High)일 때, 상기 하이 레퍼런스 전압(V_REFH)을 레퍼런스 전압(V_REF)으로 선택하여 상기 제 1 멀티플렉서 (MUX_B)에 공급하고,
   상기 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})가 로우(Low)일 때, 상기 로우 레퍼런스 전압(V_REFL)을 레퍼런스 전압(V_REF)으로 선택하여 상기 제 1 멀티플렉서 (MUX_B)에 공급하는 것을 특징으로 하는 터치인식 시스템.
4. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 멀티플렉서 (MUX_B)는,
   상기 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})의 극성에 따라 상기 OTA의 (+) 단자 또는 (-)단자에, 상기 바이어스 커플링 전압(V_{Rx _ Bias}) 또는 레퍼런스 전압(V_REF)을 토글링(Toggling)하여 입력하는 것을 특징으로 하는 터치인식시스템.
5. 제 4항에 있어서, 상기 제 1 멀티플렉서 (MUX_B)는,
   상기 드라이빙 펄스신호(V_{Tx _ Sig})가 하이(High)일 때, 상기 OTA의 (+)단자 및 (-)단자에 바이어스 커플링 전압(V_{Rx _ Bias}) 및 하이 레퍼런스 전압(V_REFH)을 각각 입력하고,
   상기 드라이빙 펄스신호(V_{Tx _ Sig})가 로우(Low)일 때, 상기 OTA의 (+)단자 및 (-)단자에 로우 레퍼런스 전압(V_REFL) 및 바이어스 커플링 전압(V_{Rx _ Bias})을 각각 입력하는 것을 특징으로 하는 터치인식 시스템.
6. 제 1항에 있어서, 상기 바이어스 커플링 전압(V_{Rx _ Bias})은,
   상기 커플링 전압(V_Rx)을 소정의 시정수(τ)에 따라 변화시킨 것을 특징으로 하는 터치인식 시스템.
7. 제 1항에 있어서, 상기 터치판정부는,
   상기 OTA의 출력단에 연결되되, 리셋(Reset) 신호가 발생하면 OTA 출력단 전압(V_OUT)을 초기 전압(V_INT)으로 리셋시키는 초기전압인가단;
   상기 리셋 신호가 하이(High)가 되면, 상기 OTA의 출력전류(I_OUT)에 의해 전하를 충전 또는 방전하여 상기 OTA 출력단 전압(V_OUT)을 변화시키는 제3커패시터(C_OUT); 및
   상기 OTA 출력단 전압 (V_OUT)을 입력 받아, 업-레퍼런스 전압(V_UP) 및 다운-레퍼런스 전압(V_DN)과 각각 비교하여 터치유무를 판정하는 제1비교기와 제2비교기;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치인식 시스템.
8. 제 7항에 있어서,
   상기 리셋(Reset) 신호의 동작 주기에 따라 상기 초기전압인가단과 OTA 출력단을 스위치에 의해 개방(Open) 또는 단락(Short)시키는 것을 특징으로 하는 터치인식 시스템.
9. 제 7항에 있어서,
   상기 OTA 출력단 전압 (V_OUT)이 1 프레임(Frame)의 센싱구간의 시작점과 종료점에서 변화없이 일정하게 유지될 때 언터치(Untouch)로 판정하는 것을 특징으로 하는 터치인식 시스템.
10. 제 7항에 있어서,
    1 프레임(Frame)의 센싱구간 동안 상기 OTA 출력단 전압(V_OUT)의 누적 변화량이 음(陰)의 값을 가질 때 터치(Touch)로 판정하는 것을 특징으로 하는 터치인식 시스템.
11. 제 7항에 있어서,
    상기 제 1비교기는, 상기 OTA 출력단 전압(V_OUT)을 정입력으로 받고, 업-레퍼런스 전압(V_UP)을 부입력으로 받아 포지티브 펄스폭 변조신호(PWM_POS)를 출력하고,
    상기 제2비교기는, 상기 OTA 출력단 전압(V_OUT)을 부입력으로 받고, 다운-레퍼런스 전압(V_DN)을 정입력으로 받아 네가티브 펄스폭 변조신호(PWM_NEG)를 출력하는 것을 특징으로 하는 터치인식 시스템.
12. 제 11항에 있어서,
    상기 업-레퍼런스 전압(V_UP)은 시간의 증가에 따라 감소하게 하고, 상기 다운-레퍼런스 전압(V_DN)은 시간의 증가에 따라 증가하게 하여, 상기 OTA 출력단 전압 (V_OUT)이 1프레임(Frame)의 센싱구간 내에서 적어도 한 번은 업-레퍼런스 전압(V_UP) 또는 다운-레퍼런스 전압(V_DN)과 동일해 지도록 하는 것을 특징으로 하는 터치인식 시스템.
13. 제 11항에 있어서,
    상기 포지티브 펄스폭 변조신호(PWM_POS) 및 네가티브 펄스폭 변조신호(PWM_NEG)의 폭을 카운팅하여 그 카운팅값이 소정의 기준값보다 낮아졌을 때 터치(Touch)로 판정하는 것을 특징으로 하는 터치인식 시스템.
14. 제 1항 내지 제13항 중 어느 한 항의 터치인식 시스템을 이용한 터치 인식방법에 있어서,
    트랜스미터 채널 드라이버가 트랜스미터 채널(Tx)에 드라이빙 펄스신호(V_{Tx_Sig})를 인가하는 단계;
    바이어스 전압인가부에 의해 리시버 채널(Rx)단에 소정의 바이어스 전압을 인가하는 단계;
    제 1멀티플렉서(MUX_B)가 상기 바이어스 전압이 인가된 바이어스 커플링 전압(V_{Rx_Bias})과 레퍼런스 전압(V_REF)을 입력받는 단계;
    OTA(Operational Transconductance Amplifier)에서 상기 바이어스 커플링 전압(V_{Rx_Bias})과 레퍼런스 전압(V_REF)을 입력받아, 양자의 차이를 전류값으로 출력하는 단계; 및
    터치판정부에서 상기 OTA의 출력전류(I_OUT)의 변화량을 펄스로 변경하고 이를 카운팅하여 터치여부를 판정하는 단계;
    를 포함하는 터치 인식방법.
15. 제 14항에 있어서, 상기 제 1멀티플렉서(MUX_B)가 바이어스 커플링 전압(V_{Rx _ Bias}) 및 레퍼런스 전압(V_REF)을 입력받는 단계는,
    레퍼런스 전압생성부가 하이 레퍼런스 전압(V_REFH) 및 로우 레퍼런스 전압(V_REFL)을 생성하여 제2 멀티플렉서 (MUX_A)에 입력하는 단계; 및
    바이어스 커플링 전압(V_{Rx _ Bias})을 제 1 멀티플렉서 (MUX_B)에 공급함과 동시에 상기 제2 멀티플렉서 (MUX_A)가 드라이빙 펄스 신호(V_{Tx _ Sig})의 극성(Polarity)에 따라 상기 하이 레퍼런스 전압(V_REFH) 또는 로우 레퍼런스 전압(V_REFL)을 선택하여 상기 제 1 멀티플렉서 (MUX_B)에 입력하는 단계;
    인 것을 특징으로 하는 터치 인식방법.
16. 제 14항에 있어서, 상기 터치여부 판정단계는,
    리셋(Reset) 신호가 로우(Low)가 되면, 상기 OTA 출력단과 초기전압인가단을 단락(short)시키는 단계;
    리셋(Reset) 신호가 하이(High)가 되면, 상기 OTA 출력단과 초기전압인가단을 개방(open)시키는 단계;
    제 1비교기에서 OTA 출력단 전압(V_OUT)을 정입력으로 받고, 제 2비교기에서 상기 OTA 출력단 전압(V_OUT)을 부입력으로 받아 각각 포지티브 펄스폭 변조신호(PWM_POS) 및 네가티브 펄스폭 변조신호(PWM_NEG)를 출력하는 단계; 및
    상기 펄스폭 변조신호(PWM_POS,PWM_NEG)를 카운팅하여 그 카운팅값을 소정의 기준값과 비교하여 터치여부를 판정하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 인식방법.

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