KR101579351B1 - 간섭이 감소된, 정전 용량 기반의 터치 장치 및 그 방법 - Google Patents

간섭이 감소된, 정전 용량 기반의 터치 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

터치 표면에서 발생하는 정전 용량 변경 터치에 응답하여 커플링 정전 용량의 변화를 촉진하는 터치 표면 회로를 포함하는 터치 감지 장치. 장치는 정전 용량 변경 터치에 응답하여 상위 신호 레벨을 향한 포지티브-고잉 전이 및 하위 신호 레벨을 향한 네거티브-고잉 전이의 특징을 나타내기 위한 과도 부분들을 갖는 신호를 제공하는 감지 회로를 포함한다. 이어서 증폭 회로는 시간 가변성 입력 파라미터에 응답하여 신호를 증폭 및 처리하기 위하여 사용한다. 증폭 회로는 과도 부분들 사이의 응답 신호의 부분에 대한 이득에 대해 과도 부분들에 대한 이득을 조절하고, 이로 인해 예컨대 홀수 번째 및/또는 짝수 번째 신호 고조파 형태인 RF 간섭을 억제하여 터치 표면상의 정전 용량 변경 터치의 위치를 결정하기 위한 노이즈 필터링된 출력을 제공한다.

Description

간섭이 감소된, 정전 용량 기반의 터치 장치 및 그 방법{CAPACITIVE­BASED TOUCH APPARATUS AND METHOD THEREFOR, WITH REDUCED INTERFERENCE}
본 발명은 일반적으로 터치 감지 장치에 관한 것이며, 구체적으로는 사용자의 손가락 또는 다른 터치 기구와 터치 장치 간의 정전 용량 커플링에 의존하는 장치에 관한 것이며, 터치 장치의 서로 다른 부분에 동시에 적용된 다수의 터치를 검출할 수 있는 그러한 장치에 특별히 응용된다.
터치 감지 장치는, 예를 들면 사용자에게 친숙한 인터랙션 및 업무(engagement)를 위해 디스플레이 내의 시각적인 것(visual)에 의해 통상적으로 프롬프트되는 디스플레이 입력을 제공함으로써, 사용자로 하여금 전자 시스템 및 디스플레이와 편리하게 인터페이스할 수 있도록 구현될 수 있다. 일부 경우에서, 디스플레이 입력은 기계 버튼, 키패드 및 키보드와 같은 다른 입력 도구를 보완한다. 다른 경우에서, 디스플레이 입력은 기계 버튼, 키패드, 키보드 및 포인팅 장치의 필요성을 감소시키거나 필요성을 없애기 위한 독립적인 도구로서의 역할을 한다. 예를 들어, 사용자는 아이콘으로 표시된 위치에서 간단하게 온-디스플레이 터치 스크린을 터치함으로써 또는 다른 사용자 입력과 함께 디스플레이된 아이콘을 터치함으로써 복잡한 명령어 시퀀스를 수행할 수 있다.
터치 감지 장치를 구현하는 기술에는 예를 들면, 저항성, 적외선, 정전 용량, 표면 탄성파, 전자기, 근접 필드 이미징 등 및 이들 기술의 조합을 비롯한, 여러 유형의 기술이 있다. 터치 감지 장치를 사용하는 터치 감지 장치는 많은 응용에서 잘 작동하는 것으로 밝혀져 있다. 많은 터치 감지 장치에서, 센서의 도전성 물체가 사용자의 손가락과 같은 도전성 터치 기구에 정전 용량식 커플링되면(capacitively coupled) 입력을 감지한다. 일반적으로, 2개의 전기적 도전성 부재가 실제로 접촉하지 않고 서로 근접하게 될 때마다 그 사이에 정전 용량이 형성된다. 정전 용량식 터치 감지 장치의 경우, 손가락과 같은 물체가 터치 감지 표면에 접근함에 따라, 물체와 물체에 아주 가까운 감지 포인트 사이에 아주 적은 정전 용량이 형성된다. 감지 포인트 각각에서의 정전 용량의 변화를 검출하고 감지 포인트의 위치를 주목함으로써, 감지 회로는 다수의 물체를 인식할 수 있고 물체가 터치 표면에서 이동할 때 물체의 특징을 결정할 수 있다.
이러한 정전 용량의 변화에 기초하여 터치를 측정하는 데에 상이한 기술이 이용되어 왔다. 한 기술은 정전 용량 대 접지에서의 변화를 측정함으로써, 터치가 신호를 변경하기 전의 전극에 인가된 신호의 정전 용량 조건에 기초하여 전극의 상태를 이해한다. 전극에 근접한 터치는 신호 전류가 전극으로부터 손가락이나 터치 스타일러스 등의 물체를 통해 전지 접지까지 흐르게 한다. 전극 및 또한 터치 스크린의 각종 다른 포인트에서의 정전 용량의 변화를 검출함으로써, 감지 회로는 포인트의 위치에 주목하고, 이에 의해 터치가 발생한 스크린 상의 위치를 인식할 수 있다. 또한, 감지 회로 및 관련 처리의 복잡도에 따라, 터치가 다수의 터치 중 하나인지의 여부 및 터치가 움직이는지의 여부 및/또는 터치가 소정의 유형의 사용자 입력에 대해 예상되는 특징을 만족시키는지의 여부를 결정하는 것과 같은 터치의 각종 특징이 다른 용도를 위해 평가될 수 있다.
또 다른 공지된 기술은, 전계에 의해 신호 수신 전극에 정전 용량식 커플링된 신호 구동 전극에 신호를 인가함으로써 터치 관련된 정전 용량 변화를 모니터링한다. 이 용어가 함축하는 바와 같이, 신호 수신 전극은 신호 구동 전극으로부터 예상 신호를 반환하고, 두 전극 간의 예상 신호(정전 용량 전하) 커플링은 두 전극과 관련된 위치의 터치 관련 상태를 나타내는 데에 사용될 수 있다. 어떤 위치에서/위치의 가까이에서 실제 터치 또는 인식되는 터치가 발생할 때 또는 이에 응답하여, 신호 커플링의 상태가 변하고, 이러한 변화는 정전 용량 커플링의 감소에 의해 반영된다.
이들 및 다른 관련된 정전 용량 터치 감지 기술에 대해서는, 전극 간의 상호 정전 용량을 측정하기 위해 각종 방법론이 사용되어 왔다. 응용에 따라, 이들 방법론은 신호 구동 전극이 예상 신호를 신호 구동 전극에 전달하고 정전 용량 전하에서의 변화를 감지하는, 신호의 상이한 유형 및 속도를 명시할 수 있다. 고속 전자장치의 성장 추세에서, 이러한 많은 응용은 신호 구동 전극을 구동하기 위해 비교적 더 높은 주파수 신호를 필요로 하고 있다. 불행하게도, RF(무선 주파수) 간섭은 더 고속의 전자장치 및 전자장치로부터 생성된 이러한 신호 모두로부터 발생할 수 있다. 이러한 RF 간섭은 일부 응용에서 감지 회로 및 관련된 터치 디스플레이의 관련 처리의 효과성을 떨어뜨리고 약화시킬 수 있다. 부정적인 결과는 검출의 속도, 정확성 및 전원 소비를 포함한다.
상기 이슈는 터치 감지 디스플레이의 효율적인 설계 및 터치를 찾고 평가하는 관련 방법에 과제를 제공해온 이슈들의 예이다.
본 발명의 양태는 상술한 과제의 극복에 관한 것이고, 터치 감지 디스플레이의 효과적인 설계에 관한 것이고, 여러 부분에서 논의하는 바와 같이 터치 디스플레이 타입에 대한 터치를 찾아 평가하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 수많은 구현과 응용으로 예시되고, 그 일부가 아래에 요약되어 있다.
한 실시양태에 따르면, 본 발명은 터치 표면에서 발생하는 정전 용량 변경 터치(capacitance-altering touch)에 응답하여 커플링 정전 용량의 변화를 촉진하는 터치 표면 회로를 포함하는 터치 감지 장치에 관한 것이다. 장치는 정전 용량 변경 터치에 응답하여 상위 신호 레벨을 향한 포지티브-고잉 전이(positive-going transition) 및 하위 신호 레벨을 향한 네거티브-고잉 전이(negative-going transition)의 특징을 나타내기 위한 과도 부분(transient portion)들을 갖는 신호를 제공하는 감지 회로를 포함한다. 이어서 증폭 회로는 시간 가변성 입력 파라미터에 응답하여 신호를 증폭 및 처리하기 위하여 사용한다. 증폭 회로는 과도 부분들 사이의 응답 신호의 부분에 대한 이득에 대해 과도 부분들에 대한 이득을 조절하고, 이로 인해 예컨대 신호 고조파의 형태인 RF 간섭을 억제하여 터치 표면상의 정전 용량 변경 터치의 위치를 결정하기 위한 노이즈 필터링된 출력을 제공한다.
또 다른 실시양태에 따르면, 본 발명은 터치 표면 회로, 감지 회로 및 증폭 회로를 포함하는 터치 감지 장치에 관한 것이다. 터치 표면 회로는 터치 표면 및 복수의 전극을 포함하고, 복수의 전극 각각은 터치 표면에서의 정전 용량 변경 터치에 응답하여 변하는 커플링 정전 용량과 연관되어 있다. 감지 회로는 복수의 전극에 대한 응답 신호를 발생시키도록 구성하고, 응답 신호 각각은 터치 표면에서의 커플링 정전 용량에 응답하는 진폭을 갖고, 상위 신호 레벨을 향한 포지티브-고잉 전이 및 하위 신호 레벨을 향한 네거티브-고잉 전이의 특징을 나타내는 과도 부분들을 갖는 미분 신호 표현(differentiated signal representation)을 포함한다. 증폭 회로는 과도 부분들의 특징을 나타내기 위한 시간 가변성 입력 파라미터를 제공하고, 증폭 회로는 시간 가변성 파라미터에 응답하여 응답 신호의 구분된 신호 표시를 처리하여 가변 이득을 제공하기 위한 가변 이득 증폭기를 포함한다. 전술한 실시양태에서처럼, 과도 부분들 사이의 응답 신호의 부분에 대한 이득에 대해 과도 부분들에 대한 이득이 조절되고, 터치 표면상의 터치 위치를 결정하기 위한 연관된 커플링 정전 용량의 특징을 나타내는 노이즈 필터링된 출력을 제공하기 위하여 응답 신호에서 고조파를 억제한다.
더욱 구체적인 실시양태에서, 상술한 실시양태에 대한 변형을 구현한다. 예를 들어, 제공된 가변 이득은 과도 부분들에 대한 이득을 증가시킬 수 있고, 과도 부분들 사이의 응답 신호의 부분에 대한 이득을 감소시킬 수 있다. 또 다른 변형으로서, 증폭기는 응답 신호를 순차적으로 처리하기 위한 복수의 스테이지(stage)로 구현할 수 있다. 가변 이득 증폭기로서, 하나의 증폭 스테이지는 응답 신호에서 (예를 들어, 제3 및 제5 고조파를 비롯한) 홀수 번째 고조파를 억제하여 가변 이득 증폭기에 의한 처리의 일부로서 응답 신호에서 노이즈 간섭을 필터링하도록 구현할 수 있고, 또 다른 증폭 스테이지도 RF 노이즈 간섭을 필터링하기 위하여 응답 신호에서 고조파(예를 들어, 짝수 번째 고조파)를 억제하도록 구현할 수 있다.
본 발명의 다른 양태는 반드시 용량 기반 터치 입력 응답 신호에 한정되지 않는, 의도적으로 조절되는 임피던스 변경가능 신호를 증폭 및 처리하기 위한 증폭 회로에 관한 것이다. 예를 들어, 회로 그리드(예를 들어 메모리 어레이) 내 하나 이상의 구동 전극은 (임피던스 변경가능) 응답 신호를 감지 회로에 차례로 전달하는 수신 전극에 예상 임피던스(예를 들어 정전 용량/유도 용량)를 제공하도록 의도적으로 조절할 수 있다. 회로 그리드는 수신 전극(들)을 따르는 위치(들)에서의 임피던스가 비동기 (외부) 신호 또는 상태에 의해 변경되도록 구성한다. 증폭 회로는 상술한 회로와 유사하게 응답 신호에서 (예를 들어 제3 및 제5 고조파를 비롯한) 홀수 번째 고조파을 억제하도록 구현한 하나의 증폭 스테이지 및 응답 신호에서 고조파(예를 들어 짝수 번째 고조파)를 억제하도록 구현한 또 다른 증폭 스테이지를 구비한 RF 노이즈 필터링 가변 이득 증폭기로서 구현한다. 그와 같은 노이즈 그리고 구체적으로는 이러한 고조파를 제거/억제함으로써, 증폭 회로의 출력은 (외부) 신호 또는 상태를 평가하기 위하여 모니터링할 수 있다(예를 들어 진폭, 경사, 기간, 유효 발생 가능성, 및/또는 유효 (외부) 신호 또는 상태에 대한 근접성).
본 발명의 또 다른 양태는 가변 이득 증폭기를 포함하는 더욱 구체적인 실시양태 및 연관된 커플링 정전 용량의 특징에 대한 측정을 수행하고 그로부터 터치 표면상의 터치 위치를 결정하기 위한 측정 회로와 같은 다른 양태에 관한 것이다. 측정 회로는 예를 들어 복수의 일시 중복 터치의 위치를 결정하기 위하여(복수의 일시 중복 터치의 위치가 터치 표면상에 존재한다고 가정함) 각 노드에 대한 각 응답 신호의 진폭을 측정하도록 구성 및 배열할 수 있다. 더욱 구체적인 실시양태에서, 측정 유닛은 멀티플렉서 및 아날로그-대-디지털 컨버터(ADC)를 포함하고, 아날로그-대-디지털 컨버터는 수신 노드와 각각 연관된 응답 신호를 선택적으로 통과시키기 위하여 멀티플렉서에 신호의 디지털 버전을 제공한다.
가변 이득 증폭기를 포함하는 더욱 구체적인 양태는 예를 들어 시간 가변성 파라미터를 이용하기 위한 가변 이득 증폭기의 일부로서 적분 회로를 구비하여, 응답 신호를 샘플링하기 위하여 이용한 클록 레이트(clock rate)의 배수에 대한 데시메이션(decimation)으로 과도 부분들에서의 적분-및-덤프(integration-and-dump) 필터 연산을 제공한다. 가변 이득 증폭기는 또한 제1 적분 스테이지 및 제2 노이즈 억제 스테이지를 포함하도록 구성할 수 있다. 제1 스테이지는 RF 신호의 고조파에 대한 널(null)의 생성을 위하여 시간 가변성 파라미터를 이용해 응답 신호의 미분 신호 표현을 적분하여 과도 부분들에서의 데시메이션을 촉진하고, 제1 스테이지에 응답하여 제1 스테이지와 기능적으로 협력하는 제2 스테이지는 고조파를 억제하도록 구성한다.
이러한 실시양태 및 다른 실시양태의 방법론 및 추가의 양태는 아래에서 자세하게 논의한다.
상술한 요약은 본 발명의 예시된 각각의 실시양태 또는 모든 구현을 기술하려는 의도는 아니다.
본 발명은 예시 발명에 따라, 첨부된 도면과 관련하여 본 발명의 각종 실시형태에 관한 이하의 상세한 설명을 고려할 때 더 완전히 이해될 수 있다.
도 1a는 터치 장치의 개략도.
도 1b는 또 다른 터치 장치의 개략도.
도 2a는 또 다른 터치 장치의 개략도이며, 응답 신호가 측정 모듈(또는 회로)에 대해 병렬 신호 경로를 따라 처리되는 특정 실시형태를 위해 구성된 회로 모듈을 도시한다.
도 2b는 도 2a의 터치 장치의 일부분의 개략도이며, 병렬 신호 경로 중 하나를 따라 응답 신호를 처리하는 회로를 포함하는 특정 실시형태를 위한 예시적인 모듈을 도시한다.
도 3a는 도 2b에 도시된 회로의 일부분의 개략도.
도 3b는 도 2b 및 도 3a에 도시된 회로에 의한 신호의 처리를 나타내는 타이밍도.
도 3c는 도 2b와 도 3a에 도시된 회로 및 신호의 처리를 나타내는 또 다른 타이밍도.
도 4는 가변 시간 상수의 면에서 도 3a의 증폭 회로의 이득을 나타내는 시간 기반 그래프.
도 5는 상기 언급한 가변 시간 파라미터의 함수로서 및 주파수의 면에서 도 3a의 증폭 회로의 이득을 나타내는 또 다른 시간 기반 그래프.
도 6의 6A 내지 6G는 도 2b 및 도 3a의 적분의 마지막 스테이지의 신호 타이밍을 나타내는 또 다른 시간 기반 다이어그램의 일부분을 형성한다.
본 발명은 각종 변형 및 대안의 형태를 잘 받아들이며, 그 상세사항은 도면에 예로서 도시되어 있으며, 상세하게 설명될 것이다. 그러나, 본 발명이 설명된 특정 실시형태에 제한되지 않는다는 의도를 이해해야 한다. 그와는 반대로, 본 의도는 본 발명의 취지 및 범위에 포함되는 한 모든 변형, 동등물, 대체물을 포함하는 것이다.
본 발명의 양태는 터치 이벤트가 터치 디스플레이 장치에서 발생했을 수 있는 장소를 나타내는 데 사용되는 응답 신호에 대해 RF 간섭을 생성하는 것에 민감한 회로를 포함하는 것들을 비롯한, 각종 상이한 유형의 터치 감지 디스플레이 시스템, 장치 및 방법에 적용될 수 있을 것으로 여겨진다. 본 발명은 이러한 회로 및 응용에 반드시 제한되는 것은 아니지만, 본 발명의 각종 양태는 이 컨텍스트를 사용하여 각종 예제를 논의함으로써 이해될 수 있다.
소정의 예제 실시형태에 따르면, 본 발명은 정전 용량 변경 터치(capacitance-altering touch)에 응답하여 커플링 정전 용량에서의 변화를 촉진하도록 구성된 터치 표면 회로를 포함하는 유형의 터치 감지 장치에 관한 것이다. 이 장치는 상위 신호 레벨을 향한 포지티브-고잉 전이 및 하위 신호 레벨을 향한 네거티브-고잉 전이의 특징을 나타내기 위한 과도 부분을 갖는 반응 신호(responsive signal)를 제공하는 감지 회로를 포함한다. 이어서, 시간 가변성 입력 파라미터에 응답하여, 신호를 증폭시키고 처리하기 위하여 증폭 회로가 사용된다. 이 증폭 회로는, 과도 부분들 사이의 응답 신호의 부분에 대한 이득에 대해 과도 부분들에 대한 이득을 조절함으로써 예를 들면 홀수 번째 고조파 및/또는 짝수 번째 고조파의 형태인 RF 간섭을 억제하여, 터치 표면상의 정전 용량 변경 터치의 위치를 결정하기 위한 노이즈 필터링된 출력을 제공한다.
도 1a는 터치 표면 회로(12), 감지 회로(24) 및 디지털 변환 회로(30)를 포함하고 또한 본 발명에 따르는, 상기 기재한 유형의 터치 장치의 구체적인 예를 도시한다. 터치 표면 회로(12), 감지 회로(24) 및 디지털 변환 회로(30)는 서로 협력하도록 설계되어 있는데, 상술한 실시형태에서와 같이, RF 간섭을 억제함으로써 터치 표면 상의 정전 용량 변경 터치의 위치를 결정하기 위한 노이즈 필터링된 출력을 제공하도록 설계된다. 많은 응용에서, 구동 회로(8) 및 데이터 처리 로직(예를 들면, 마이크로컴퓨터 회로(10))이 터치 장치의 일부로서 포함된다. 구동 회로(8)는 터치 장치 내부에 있을 수 있거나 외부에 있을 수 있고, 터치 표면 회로(12)의 구동 전극(16)에 바이어스 구동 신호를 제공하도록 구성되며, 이 바이어스 구동 신호는 기준(이 기준을 통해 정전 용량 변경 터치 이벤트가 정전 용량 노드에서 감지되어 후에 데이터 처리 로직(10)에 의해 처리될 수 있음)을 제공하는 데 사용될 수 있다. 많은 응용에서, 구동 회로(8)는 단독으로 및/또는 다른 고 주파수 커플링 회로와 함께, RF 노이즈 간섭이 중요한 고 주파수 신호를 발생시킨다. RF 노이즈 간섭은 구동 회로(8)에 의해 발생된 구동 신호로부터 직접 전개된 고조파의 형태로 존재할 수 있다. 이 구동 회로(8)는 종종, 아날로그-대-디지털 변환 회로에 포함된 상술한 마이크로컴퓨터 및 신호 샘플링 회로와 사용되는 것과 같이, 다른 회로를 구동시키고/구동시키거나 다른 고주파수 신호를 발생시키는 데에 종종 사용된다. 터치 패널(12)은 디스플레이 전자장치 및 다른 외부 RF 노이즈 발생기에 관련된 RF 노이즈원에 민감할 수 있다.
상술한 바와 일치하여, 이 RF 노이즈 간섭은, 감지 회로(24)를 이용하여 수신 전극(18a 및 18b)(도 1a)을 통해 반환되는 응답 신호를 통해 커플링 정전 용량에서의 변화를 처리함으로써 완전히 제거되지는 않지만 감소된다. 감지 회로(24)는 응답 신호(response signal)라고도 하는 반응 신호(responsive signal)를 제공하는데, 이 반응 신호는 상위 신호 레벨을 향한 포지티브-고잉 전이 및 하위 신호 레벨을 향한 네거티브-고잉 전이의 특징을 나타내기 위한 과도 부분들을 갖는다(이하에, 예를 들면 도 3b 및 도 6의 6B에서 설명됨).
감지 회로(24) 내에서 이제, 이들 과도 부분을 추정하는 시간 가변성 입력 파라미터에 응답하여, 신호를 증폭시키고 처리하기 위해 이득 및 필터링 회로를 사용한다. 이에 의해, 감지 회로(24)는 과도 부분 사이의 응답 신호의 부분에 대한 이득에 대해 과도 부분들에 대한 이득을 조절함으로써 RF 간섭을 억제한다. 응답 신호를 나타내는 이 과도 부분들이 어떻게 생성되는지를 이해하기 위해, 터치 패널의 구동 전극 및 수신 전극과 관련하여 전개되는 정전 용량 변경 신호의 전개에 관한 더 상세한 사항이 아래에서 도 1b에서 제공된다.
따라서, 관련된 제어기 회로, 감지 회로 및 증폭 회로와 함께 터치 장치를 사용하는 것은, 터치 패널의 수신 전극으로부터 반환 경로를 통해 전개되는 응답 신호를 처리하는 데 사용될 수 있고, 터치 패널의 관련된 위치 또는 관련된 노드에서의 정전 용량의 변화를 검출하는 데 사용될 수 있다. 이러한 터치 패널이, 하나 이상의 구동 전극들에 대해 복수의 수신 전극의 조직화된 배열과 같은 구동 전극(들) 및 수동 전극(들)의 특정 응용의 레이아웃(application-specific layout)을 가질 수 있으며, 하나 이상의 구동 전극은 복수의 수동 전극과 배열되어 이 응용이 매트릭스의 전극 교차점에서 많은 특정 터치 패널 노드의 프로비젼을 필요로 하는 매트릭스를 제공할 수 있음을 이해할 것이다. 또 다른 응용의 예로서, 구동 전극은 하나 이상의 수신 전극에 대해 ITO 또는 나노-메쉬의 형태로 제공될 수 있는데, 이들 각각은 위치 및/또는 신호 특성(예를 들면, 진폭, 형상, 변조 유형 및/또는 상)에 기초하여 미분가능한 응답 신호를 제공할 것이다.
도 1b에서, 예시적인 터치 장치(110)가 도시되어 있다. 이 장치(110)는 전자 회로에 접속된 터치 패널(112)을 포함하고, 이 전자 회로는 간단하게 하기 위해 참조번호(114)로 라벨링된 단일의 개략적인 박스로 함께 그룹핑되어 있고, 아날로그 신호 인터페이스 회로, 마이크로컴퓨터, 프로세서 및/또는 프로그램가능한 로직 어레이를 포함하는 것과 같은 (제어) 로직 회로로서 구현된 제어기로서 총괄적으로 지칭된다. 따라서, 제어기(114)는, (도 1a의 터치 패널(112)에 관하여) 바이어스 회로 및 터치 표면 회로(8'/12'), (도 1a의 감지 회로(24)에 관하여) 감지 회로(24') 및 (도 1a의 디지털 변환 회로(30)에 관하여) 프로세서 로직 유닛(30')의 양태를 망라하는 것으로서 도시되어 있다.
터치 패널(112)은 칼럼 전극(116a 내지 116e) 및 로우 전극(118a 내지 118e)의 5x5 매트릭스를 갖는 것으로 도시되어 있지만, 다른 수의 전극 및 다른 매트릭스 크기를 또한 사용할 수 있다. 많은 응용에서, 터치 패널(112)은 투명하거나 반투명한 것으로 예시되어 사용자가 터치 패널을 통해 물체를 볼 수 있도록 되어 있다. 이러한 응용은, 예를 들면, 컴퓨터, 핸드-헬드 장치, 이동 전화 또는 기타 주변 장치의 사진이 픽셀 단위로 보이는(pixilated) 디스플레이의 물체를 포함한다. 경계(120)는 터치 패널(112)의 가시 영역을 나타내며, 또한 바람직하게는, 사용될 경우, 이러한 디스플레이의 가시 영역을 나타낸다. 전극(116a 내지 116e, 118a 내지 118e)은 평면도의 측면에서 경계(120) 위에 공간적으로 분산되어 있다. 쉽게 도시하기 위해 전극이 넓고 눈에 띄게 도시되어 있지만 실제로는 전극은 비교적 좁고 사용자에게는 눈에 띄지 않을 수 있다. 또한, 전극은 다양한 폭을 갖도록 설계될 수 있는데, 예를 들면, 전극 간 프린지 필드(fringe field)를 증가시켜 전극 대 전극 정전 용량 커플링에 대한 터치 효과를 증가시키기 위해 매트릭스 노드의 부근에서 다이아몬드 또는 다른 형상 패드의 형태로 증가된 폭을 갖도록 설계될 수 있다. 예시적인 실시형태에서, 전극은 인듐 주석 산화물(ITO) 또는 기타 적합한 전기적으로 도전성 물질로 구성될 수 있다. 깊이의 측면에서는, 칼럼 전극과 로우 전극 사이에 유의한 저항 접촉이 없도록 칼럼 전극과 로우 전극을 상이한 평면에 둘 수 있으며(도 1b의 측면에서는, 칼럼 전극(116a 내지 116e)이 로우 전극(118a 내지 118e) 아래에 놓여 있음), 그리하여 소정의 한 칼럼 전극과 소정의 한 로우 전극 사이의 유의한 전기적 커플링만이 정전 용량 커플링이다. 전극의 매트릭스는 통상적으로 커버 유리, 플라스틱 필름 등 아래에 놓여서, 전극이 사용자의 손가락 또는 다른 터치 관련 기구와의 직접적인 물리적인 접촉으로부터 보호된다. 이러한 커버 유리, 필름 등의 노출된 표면을 터치 표면이라 칭할 수 있다. 또한, 디스플레이 유형의 응용에서는, 백 쉴드(선택사항임)가 디스플레이와 터치 패널(112) 사이에 위치될 수 있다. 이러한 백 쉴드는 통상적으로 유리 또는 필름 상의 도전성 ITO 코팅으로 이루어지고, 접지되거나 또는 외부의 전기 간섭원으로부터 터치 패널(112) 내로의 신호 커플링을 감소시키는 파형으로 구동될 수 있다. 백 쉴드에 대한 다른 접근방법이 당분야에 공지되어 있다. 일반적으로, 백 쉴드는 터치 패널(112)에 의해 감지되는 노이즈를 감소시키고, 이는 일부 실시형태에서는 향상된 터치 감응성(예를 들면, 더 가벼운 터치를 감지하는 능력) 및 더 빠른 응답 시간을 제공할 수 있다. 백 쉴드는 종종, 예를 들어 LCD 디스플레이로부터의 노이즈 강도를 거리에 따라 급속하게 감소시킬 때, 터치 패널(112) 및 디스플레이와 간격을 두는 것을 포함하는 다른 노이즈 감소 접근방식과 함께 사용된다. 이러한 기술 외에, 이하에서 각종 실시형태를 참조하여 노이즈 문제를 해결하는 다른 접근방식이 논의된다.
소정의 한 로우 전극과 칼럼 전극 간의 정전 용량 커플링은 주로, 전극이 서로 가장 가까운 구역에서의 전극의 기하학적 구조의 함수이다. 이러한 구역은 전극 매트릭스의 "노드"에 해당되는데, 이 노드들 중 일부가 도 1b에 라벨링되어 있다. 예를 들면, 칼럼 전극(116a)과 로우 전극(118d) 간의 정전 용량 커플링은 주로 노드(122)에서 발생하고, 칼럼 전극(116b)과 로우 전극(118e) 간의 정전 용량 커플링은 주로 노드(124)에서 발생한다. 도 1b의 5x5 매트릭스는 이러한 노드들을 갖는데, 이들 노드는 모두, 각 칼럼 전극(116a 내지 116e)을 개별적으로 제어기에 결합시키는 제어 라인들(126) 중 하나를 적절히 선택하고 각 로우 전극(118a 내지 118e)을 개별적으로 제어기에 결합시키는 제어 라인들(128) 중 하나를 적절히 선택하는 것을 통해 제어기(114)에 의해 어드레싱될 수 있다.
사용자의 손가락(130) 또는 다른 터치 기구가 터치 위치(131)에 도시된 바와 같이, 장치(110)의 터치 표면과 접촉하게 되거나 또는 거의 접촉하게 되면, 손가락은 전극 매트릭스와 정전 용량식 커플링한다. 손가락은 매트릭스로부터, 특히 터치 위치에 가장 가까이 놓여 있는 전극들로부터 전하를 끌어당기고 그렇게 함으로써 가장 가까운 노드(들)에 대응하는 전극들 간의 커플링 정전 용량을 변화시킨다. 예를 들면, 터치 위치(131)에서의 터치는 전극들(116c/118b)에 대응하는 노드에 가장 가까이 있다. 이하에 더 설명하는 바와 같이, 이러한 커플링 정전 용량에서의 변화는 제어기(114)에 의해 검출될 수 있으며, 116c/118b 노드에서 또는 116c/118b 노드 근처에서의 터치로서 해석될 수 있다. 바람직하게는, 제어기는 매트릭스의 모든 노드에서의 정전 용량의 변화(만약 있을 경우)를 신속하게 검출하도록 구성되며, 보간(interpolation)에 의해 노드들 사이에 있는 터치 위치를 정확하게 결정하기 위해 이웃하는 노드들의 정전 용량의 변화의 규모를 분석할 수 있다. 또한, 제어기(114)는 이롭게도, 동시에 또는 겹쳐지는 시간에 터치 장치의 상이한 부분들에 적용된 다수의 서로 다른 터치를 검출하도록 설계된다. 따라서, 예를 들면, 또 다른 손가락 터치가 손가락 터치(130)와 동시에 터치 위치(133)에서 장치(110)의 터치 표면을 터치한 경우, 또는 각각의 터치가 적어도 일시적으로 겹친 경우, 제어기는 바람직하게도 이들 터치 둘 모두의 위치(131, 133)를 검출할 수 있고 이러한 위치를 터치 출력(114a)에 제공할 수 있다. 제어기(114)에 의해 검출될 수 있는, 개별적인 동시 터치 또는 일시적으로 겹치는 터치의 수는 바람직하게는 2개로 제한되지 않으며, 예를 들면, 3개, 4개일 수 있으며, 또는 전극 매트릭스의 크기에 따라 60개 초과일 수 있다.
이하에 논의되는 바와 같이, 제어기(114)는, 제어기가 전극 매트릭스의 모든 노드에서 또는 일부 노드에서 커플링 정전 용량을 신속하게 결정할 수 있게 하는 각종 회로 모듈 및 컴포넌트를 채용할 수 있다. 예를 들면, 제어기는 바람직하게 적어도 하나의 신호 발생기 또는 구동 유닛을 포함한다. 구동 유닛은 구동 신호를 구동 전극이라고 불리는 한 세트의 전극들에게 전달한다. 도 1b의 실시형태에서, 칼럼 전극(116a 내지 116e)이 구동 전극으로서 사용될 수 있고 또는 로우 전극(118a 내지 118e)도 그렇게 사용될 수 있다. 구동 신호는 예를 들면 제1 구동 전극에서 마지막 구동 전극까지 주사되는 순서로, 한 번에 하나의 구동 전극에 전달되는 것이 바람직하다. 이러한 각각의 전극이 구동될 때, 제어기는 수신 전극이라 불리는 다른 한 세트의 전극을 모니터링한다. 제어기(114)는 모든 수신 전극에 커플링되는 하나 이상의 감지 유닛을 포함할 수 있다. 각 구동 전극에 전달되는 각 구동 신호에 대해, 감지 유닛은 복수의 수신 전극의 응답 신호를 발생시킨다. 바람직하게, 감지 유닛들은 각 응답 신호가 구동 신호의 미분 표현을 포함하도록 설계된다. 예를 들어, 구동 신호가 함수 f(t)로 표현되면(예를 들면, 시간의 함수로서 전압을 나타냄), 응답 신호는 함수 g(t)(여기서, g(t)=d f(t)/dt)와 동일할 수 있고, 또는 함수 g(t)의 근사치를 제공할 수 있다. 다시 말해, g(t)는 구동 신호 f(t)의 시간에 관한 도함수(derivative)이다. 제어기(114)에 사용된 회로의 설계 상세사항에 따라, 응답 신호는, (1) g(t) 만을; 또는 (2) 상수 오프셋을 지닌 g(t)(g(t)+a); 또는 (3) 곱의 스케일링 인자(scaling factor)를 지닌 g(t)(b*g(t))(여기서, 스케일링 인자는 양수일 수 있고 음수일 수 있으며, 1 초과의 규모를 가질 수 있고, 또는 1 미만 0 초과의 규모를 가질 수 있음); 또는 (4) 이들의 조합과 같은 신호를 포함할 수 있다. 어느 경우든지, 응답 신호의 진폭은 이롭게도, 구동되고 있는 구동 전극과 모니터링되고 있는 특정 수신 전극 간의 커플링 정전 용량에 관련된다. g(t)의 진폭 또한 본래의 함수 f(t)에 비례하며, 응용에 적절한 경우, g(t)의 진폭은 구동 신호의 단일 펄스만을 이용하여 소정의 한 노드에 대해 결정될 수 있다.
제어기는 또한 응답 신호의 진폭을 식별하고 고립시키기 위한 회로를 포함할 수 있다. 이러한 용도의 예시적인 회로 장치로는 하나 이상의 피크 검출기, 샘플/홀드 버퍼, 시간 가변 적분기 및/또는 2단 적분기 로우 패스 필터가 있을 수 있으며, 이들 중 선택하는 것은 구동 신호 및 대응하는 응답 신호의 속성에 좌우될 수 있다. 제어기는 또한 아날로그 진폭을 디지털 포맷으로 변환하기 위한 하나 이상의 아날로그-대-디지털 컨버터(ADC)를 포함할 수 있다. 회로 구성요소의 불필요한 중복을 피하기 위해 하나 이상의 멀티플렉서가 또한 사용될 수 있다. 물론, 제어기는 또한 바람직하게는 측정된 진폭 및 관련된 파라미터를 저장하는 하나 이상의 메모리 장치 및 필요한 계산 및 제어 기능을 행하는 마이크로프로세서를 포함한다.
전극 매트릭스 내의 각 노드에 대한 응답 신호의 진폭을 측정함으로써, 제어기는 전극 매트릭스의 각 노드에 대한 커플링 정전 용량에 관련된 측정된 값의 매트릭스를 생성할 수 있다. 이 측정된 값들을, 어느 노드가(만약 있을 경우) 터치의 존재로 인해 커플링 정전 용량에서의 변화를 경험했는지를 결정하기 위해, 이전에 획득된 기준 값들의 유사 매트릭스와 비교할 수 있다.
측면에서는, 터치 장치에서 사용되는 터치 패널은, 전면(투명) 층, 제1 전극 세트와 평행하게 배열된 제1 전극 층, 절연 층, 제2 전극 세트와 평행하게 배열되고 바람직하게는 제1 전극 세트와 직교로 배열된 제2 전극 층, 및 후면 층을 포함할 수 있다. 노출된 전면 표면 층은 터치 패널의 터치 표면의 일부분일 수 있고 또는 터치 패널의 터치 표면에 부착될 수도 있다.
도 2a는 터치 패널(미도시)의 전극들로부터 제공된 응답 신호의 소정의 아날로그 처리 및 디지털 처리를 위해 각각 구성된 프론트 엔드 회로 모듈(212)(또는 임의로, 병렬로 있는 다수의 프론드-엔드 모듈(212(a), 212(b), 등) 중 하나로서 작동함) 및 백 엔드 회로 모듈(220)을 도시하는, 상술한 많은 양태와 일치하는, 또 다른 터치 장치의 개략도이다. 구체적인 실시형태에서, 도 2a에 도시된 것을 비롯하여, 백 엔드 회로 모듈(220)은, 백 엔드 회로 모듈(220)의 오른쪽을 따라 도시된 것과 같은 각종 타이밍 신호 및 제어 신호를 제공하기 위해 다른 회로와 협력하여(도 1b의 제어기(114)와 협력하여) 구현된다.
도 2a의 왼쪽(의 임의로 복제된 블록)을 통해 도시된 바와 같이, 응답 신호 회로(210)는 관련된 입력 포트 RX01, RX02 등을 통해 제공된 각각의 응답 신호에 대해 작동한다. 도 3a와 관련하여 더 설명하는 바와 같이, 이들 응답 신호 회로(210)는 대응하는 (신호 제공) 수신 노드(도 1b)와 관련된 터치 패널 노드(의 터치 표면에서의 관련된 커플링 정전 용량)에 대한 정확한 터치 모니터링에 대해 작동하고 이를 제공하도록 구현된다. 이들 응답 신호 회로(210)가 동시에 이러한 터치 모니터링을 작동시키고 제공하도록 구현될 수 있는 반면, 도시된 실시예에서는, 이들 응답 신호 회로(210) 중 단 하나의 출력 포트만이 이러한 처리를 위해 멀티플렉서("Mux")(224)를 통해 선택된다.
멀티플렉서(224)는 입력 선택/제어 신호(224a)에 응답하여, 관련된 응답 신호 경로에 의해 정의되는 아날로그 처리된 응답 신호의 선택된 채널을 아날로그-대-디지털 컨버터(ADC)(226)에 제공한다. 멀티플렉서(224)는 모든 전극들이 ADC에 의해 변환될 때까지 단계적으로 RXN 채널을 통해 제어될 수 있다. ADC(226)는, (백 엔드 회로 모듈(220) 내의) 측정 회로(230)에 아날로그 처리된 응답 신호의 디지털 버전을 제공하며, 이 측정 회로(230)는 이전에 논의한 관련된 커플링 정전 용량의 특징들에 대한 측정을 행하고 이들 특징으로부터 터치 표면상의 터치의 위치를 결정함으로써 응답 신호에 응답하도록 구성된다. 오버 샘플링 ADC에 대해 전형적인 바와 같이, ADC(226)는 입력 포트(232)를 통해 제공된 ADC_클록 신호에 대해 즉각 반응하며, 예를 들어 약 8 ㎒ 또는 그 배수에서 작동한다.
구체적인 실시형태에서, 프론트 엔드 회로 모듈(212) 및 백 엔드 회로 모듈(220) 중 하나 또는 둘 모두는, 모듈(212 및 220)을 정의하는 경계선에 도시된 바와 같이 ASIC(application-specific-integrated-circuit) 칩으로 구현된다. 예를 들면, 프론트 엔드 회로 모듈(212)은 하나 이상의 (복제된) 내부 회로 각각이 수신 전극(들)로부터 하나 이상의 응답 신호 경로를 처리하도록 구성된 하나의 ASIC 칩을 사용하여 구현될 수 있고, 백 엔드 회로 모듈은 응답 신호에 대한 측정을 행하기 위한 측정 회로를 갖도록 구성된 또 다른 ASIC 칩을 이용하여 구현될 수 있다.
이러한 각각의 구체적인 실시형태에서, 모듈(212 및 220)은 둘 모두 데이터, 타이밍 신호 및 제어 신호를 사용하여 응답 신호 회로(210)에 의한 응답 신호의 적절한 처리를 행하게 한다. 예를 들어, 프론트 엔드 회로 모듈(212)의 왼쪽에서, 이들 제어 신호는, 응답 신호 회로(210) 내의 응답 신호를 적분하는 데 사용되는 회로의 노드를 바이어스하는 데 사용되는 전압 바이어스 신호(VBias)를 포함한다. 프론트 엔드 회로 모듈(212)은 또한, 이득, 타이밍을 제어하고 일반적으로 응답 신호 회로(210)에 의한 응답 신호의 처리를 위한 시간 가변 파라미터를 설정하는 데 사용되는 제어/구성 신호를 비롯한, 백 엔드 회로 모듈(220)에 의해 제공되는 제어/구성 신호에도 즉각 반응한다. 측정 회로(230) 내의 구성 레지스터(240)는, 소정의 터치 패드(또는 수신 전극을 제공하는 다른 유형의 장치)에 필요할 수 있는 이들 시간 가변 파라미터 및 다른 제어 신호를 수정하는(fix) 데 사용될 수 있다. 측정 회로(230)는 또한 이들 처리된 응답 신호를 획득하고 저장하는 관련된 지원 회로(데이터 획득 로직) 및 ASIC 기반 구현에서 이해되는 바와 같이 상태 머신 회로(244) 및 기타 레지스터/지원 회로(246)의 형태로 도시된 회로를 포함한다.
백 엔드 회로 모듈(220)의 오른쪽을 따라 도시된 바와 같이, 응답 신호 회로(210)에 의한 처리 및 ADC(226)의 처리 시 보조하기 위해 다른 타이밍 및 제어 신호가 제공된다. 이들 신호는 모드 제어, SPI(serial peripheral interface) 호환되는 제어 라인, 데이터 수신 및 송신, 수신 로직이 (수신 전극(들)을 따라) 로우 데이터의 변환을 시작했을 때 및 데이터 변환이 완료되었을 때의 제어를 포함한다. 이들 신호는 도면의 오른쪽 면에 도시되어 있다.
도 2b는 앞에서 예시한 터치 패널 중 하나(도 1a의 12 또는 도 1b의 112) 및 도 2a의 프론트-엔드 회로 모듈에 대응하는 예시 회로의 분해도를 도시한다. 그러한 하나의 터치 패널의 구현에서 고려되는 바와 같이, 터치 패널은 종횡비 16:10의 19-인치 대각선의 직사각형 시각 영역을 갖는 40 로우 x 64 컬럼 매트릭스 장치를 포함할 수 있다. 이 경우, 전극들은 약 0.25 인치의 균일한 간격을 가질 수 있고, 다른 특정 실시양태에서는 0.2 인치 이하일 수 있다. 이 실시양태의 크기로 인해, 전극들은 그와 관련된 유의한 부유 임피던스(stray impedance), 예를 들어, 로우 전극의 경우 40K 옴 및 컬럼 전극의 경우 64K 옴의 저항을 가질 수 있다. 그러한 터치 반응 처리에 수반되는 인간 요인을 고려하면, 매트릭스의 모든 2,560 노드(40 x 64 = 2560)에서 커플링 정전 용량을 측정하기 위한 응답 시간은 원할 경우 비교적 빠르게, 예를 들어, 20 밀리초 미만 또는 심지어 10 밀리초 미만으로 할 수 있다. 로우 전극을 구동 전극으로서 사용하고 컬럼 전극을 수신 전극으로서 사용하면, 그리고 모든 컬럼 전극을 동시에 샘플링한다면, 40 로우의 전극이 예를 들어 로우 전극(구동 전극)당 0.5 msec (또는 0.25 msec)의 예정 시간(time budget) 동안 순차적으로 스캐닝되는 데에 20 msec (또는 10 msec)가 걸린다.
도 2a의 구체적인 도시를 다시 참조하면, 도 2a의 구동 전극(254) 및 수신 전극 (256)은, 그의 물리적 특징보다는 그의 전기적 특징으로(집중 정수 회로 요소 모델의 형태로) 도시되었으며, 40 x 64보다 작은 매트릭스를 갖는 터치 장치에서 찾아볼 수 있는 대표적인 전극이지만, 이것으로 제한하고자 함은 아니다. 도 2a의 이 대표적인 실시양태에서, 집중 정수 회로 모델에 나타낸 직렬 저항(R)은 각각 10K 옴의 값을 가질 수 있고, 집중 정수 회로 모델에 나타낸 부유 정전 용량(C)는 각각 20 피코패러드(pf)의 값을 가질 수 있지만, 물론 이 값들로 제한되는 것은 전혀 아니다. 이 대표적인 실시양태에서, 커플링 정전 용량(Cc)는 명목상 2 pf이며, 전극들(254, 256) 사이의 노드에 사용자의 손가락(258)에 의한 터치가 존재하면 커플링 정전 용량(Cc)는 약 25% 낮아져 약 1.5 pf의 값이 된다. 마찬가지로, 이 값들로 제한되는 것은 아니다.
이미 설명한 제어기에 따라, 그러한 터치 장치는 패널(252)을 조사하기 위한 특정 회로를 사용하여 패널(252)의 노드의 각각에서 커플링 정전 용량(Cc)를 측정한다. 이와 관련, 앞에서 언급되었고 이후 추가로 설명되는 바와 같이, 제어기는 커플링 정전 용량을 표시하거나, 또는 그에 응답하는 파라미터 값, 예를 들어, 응답 신호의 진폭을 측정함으로써 커플링 정전 용량을 측정할 수 있다. 이 작업을 수행하기 위해, 터치 장치는 바람직하게는, 구동 전극(254)에 커플링된 (도 1b의 제어기(114) 또는 도 2b의 신호 발생기(260)의 내의) 저 임피던스 구동 유닛; 수신 전극(256)에 커플링된 감지 유닛(280); 및 감지 유닛(280)에 의해 발생된 응답 신호의 진폭을 디지털 형식으로 변환하는 아날로그-대-디지털 컨버터(ADC) 유닛(226)을 포함한다. 감지 유닛(280)은 구동 유닛에 의해 공급되는 구동 신호에 대한 미분을 수행하는 미분 가변-이득 증폭(VGA) 회로(282)를 포함한다. VGA 회로(282)는 가변-이득 저항기를 포함하며, 각각 회로 이득을 설정하고 이득의 안정성을 최적화하기 위한 가변-이득 정전 용량을 가질 수 있다.
구동 유닛(260)에 의해 공급되는 구동 신호의 속성(및 그에 따라 또한 감지 유닛(280)에 의해 발생된 응답 신호의 속성)에 따라, 도 2a의 터치 장치는 또한 샘플/홀드 버퍼로서 기능할 수도 있는 피크 검출 회로(비도시); 및 피크 검출기를 리셋하도록 작동 가능한 관련 리셋 회로(326b)를 포함할 수 있다. 가장 실용적인 응용에서, 터치 장치는 또한 주어진 시간에 복수의 구동 전극 중 어느 하나를 어드레스하는 능력을 허용하기 위해 신호 발생기(260)(도 2b)와 터치 패널(252) 사이에 멀티플렉서를 포함할 것이다. 이런 방식으로, 상호 정전 용량의 변화는 물체(예를 들어, 손가락 또는 도전성 스타일러스)가 수평 및 컬럼 전극 사이의 상호 커플링을 변경할 때에 발생하며, 이것은 그에 의해 다중화된 구동 신호에 응답하여 순차적으로 스캐닝된다. 유사하게, 수신측에서는, 다른 멀티플렉서(도 2a의 224)가 단일 ADC 유닛으로 하여금 다수의 수신 전극과 관련된 진폭을 신속하게 샘플링하도록 허용하여, 각각의 수신 전극에 하나의 ADC 유닛을 필요로 하는 비용을 피한다. 요소(212b)는 다수의 ADC를 갖는 여러 층의 유사 회로들을 나타낸다. 이 구현은 5개의 그러한 채널을 갖는다.
상기 논의된 도 2b의 VGA 회로(282)는 응답 신호를 특성화하는 미분된 신호 형태의 출력을 두 스테이지를 이용하여 도 2b에 나타낸 또 다른 증폭 회로에 제공한다. 가산 적분기(284)로서 도시된 제1 스테이지는, RF 신호의 홀수 번째 고조파에 대한 널 생성을 위한 과도 부분에서의 데시메이션을 용이하게 하기 위한 시간 가변성 파라미터를 사용하여 응답 신호의 미분 신호 표현에 대한 적분을 수행하도록 구성 및 배열된다. 가산 적분기(284)는 응답 신호 중 그의 (수신 전극으로부터의) 복귀(return)에 대해 특성화된 구동 신호의 펄스화 부분을 적분함으로써 증폭시킨다. 가변 저항 회로(286)는 가산 적분기(284)의 프론트-엔드 입력에서 이득의 시간 가변성 변화를 응답 신호에 제공하여 (구동 신호에 대응하는) 펄스화 부분에 대한 이 연산을 달성하도록 제어된다. 증폭-적분 연산은 각각의 펄스화 부분에 대한 연산의 적당한 반복을 실현하기 위해 대응하는 구동 신호의 타이밍과 동조된 다른 제어 신호(비도시)를 사용하여 리셋된다. 이 증폭은 응답 신호의 작동적 양상을 증폭하는 한편, 응답 신호에 실려오는 구동 신호의 홀수 번째 고조파를 비롯한 원치 않는 노이즈를 억제하는 역할을 한다.
가산 적분기(284)는 응답 신호의 추가적인 처리를 위해 제2 스테이지(290)에 정전 용량식 커플링된 출력을 제공한다. 이 추가의 처리는 연산 증폭기(291)를 사용한 적분을 제공하여, 포지티브-고잉 전이 및 네거티브-고잉 전이의 과도 부분을 조합하고, 신호 세기의 증가 및 동시에 가산 적분기(284)의 출력으로부터 처리된 단선 미분 응답 신호의 포지티브 및 네거티브 양상(증폭된 전이 부분 포함)의 합산에 의한 짝수 번째 고조파를 포함한 노이즈의 효과적인 공통 모드 억제를 제공한다. 따라서, 제2 스테이지에 의한 이 적분을 적분-및-덤프 연산 방식으로 반복하여, 앞에서 논의한 스테이지에서와 같이 및 적분 리셋을 위한 유사하게 제어되는 제어 신호(비도시)를 이용하여 각각의 펄스화 부분에 대한 연산의 적당한 반복을 실현한다.
제2 스테이지(290)는 도 2a와 관련하여 앞에서 설명한 바와 같이, 또 다른 정전 용량식 커플링된 경로(292)를 통해 그의 출력을 멀티플렉서 및 ADC에 제공한다. 정전 용량식 커플링된 경로는 제2 스테이지(290)에 의해 처리된 응답 신호의 각 부분의 아날로그 특성화를 보존하기 위한 샘플 및 홀드 회로(개념적으로는 정전 용량 및 스위치에 의해 도시됨)를 포함하며, 이는 제어기 또는 측정 회로에 의한 분석을 위해 멀티플렉서(294) 및 ADC(296)를 통해 추가로 처리될 수 있다.
보다 구체적으로, 연산 증폭기(291)는 최대 신호 세기를 위해 포지티브 및 네거티브 에지 전이를 조합하는 합계 연산을 수행하기 위해 사용되며, 이상적으로는, 이들 포지티브 및 네거티브 에지 전이 사이의 노이즈는 공통 모드 억제에서와 같은 역 위상 합계로 인해 소거된다. 특정 구현으로서, 이것은 포지티브 및 네거티브 에지 전이에 대한 클록 위상동기(clock phasing)에 응답하여 포지티브 에지로부터 네거티브 에지를 차감하기 위한 반전 또는 비반전 적분기(또는 적분 연산)를 선택함으로써 달성될 수 있다. 이 합계 적분은 이에 의해 포지티브 및 네거티브 방향 신호를 합산하여, 신호 진폭을 2배 증가시키고 센서에 커플링된 공통 모드 노이즈를 감소시키는 유사-미분 신호를 제공한다. 연산 증폭기(291)로의 한 입력에서의 VBias 신호는 ADC(296)에 의한 후속 아날로그-디지털 변환을 위한 샘플 및 홀드 효과(S/H)를 위한 정전 용량식 커플링된 경로(292)를 따른 출력 레벨의 최적화를 허용하는 레벨으로 설정된다. 제1 스테이지(284)의 프론트-엔드에서의 시간 가변성 계수를 사용하여, 신호 미분 및 적분의 제1 스테이지의 조합은 온-칩 이득(저항성 경로에 의해 제공됨) 및 TX(또는 구동) 신호의 기울기로부터의 이득 변동을 감소시키는 것을 돕는다. 변동은 온-칩 적분 정전 용량(CINT) 및 터치 스크린 정전 용량으로부터 잔류한다. 구동 신호의 레벨은 상이한 로우들 간의 스크린 변동을 보상하는 것을 도우며, 적분 피드백 경로의 정전 용량(도 2b의 CINT)은 상이한 수신기들 간의 변동을 조정한다. 이 조합된 미분 및 적분과 연관된 신호 레벨은 하기와 같이 수학적으로 추정될 수 있다:
Figure 112013096411537-pat00001
여기에서, 터치 장치에서 감지된 전류는 Iscreen이고, 미분된 전압 신호는 VDIFF이고, 그의 적분된 형태는 dVINT로서 표현된다.
따라서, 도 2b의 가변-이득 증폭 회로는 시간 가변성 파라미터를 사용하여 과도 부분에서의 적분-및-덤프 신호-필터링 연산을 제공하는 적분 회로를 포함한다. 이 신호-필터링 연산은 응답 신호의 샘플링에 사용된 다중 클록 레이트로의 데시메이션에 의해 보조될 수 있다. 이후, 앞에서 논의된 측정 회로는 연관된 커플링 정전 용량의 특징에 대한 측정을 수행하고 그로부터 터치 표면 상의 터치의 위치를 측정함으로써, 도 2b의 가변-이득 증폭기를 통해 처리된 응답 신호에 응답할 수 있다. 참고문헌인 특허문헌 번호 WO2010/138485 (PCT/US2010/036030)의 신호-처리 교시를 이용하면, 이 처리는 향상된 RX 수신기 회로에 의해 증가된 신호 대 노이즈와 함께 증가된 TX 구동 레벨 및 향상된 CRFI(전도성 고주파 내성) 및 LCD(액정 디스플레이) 노이즈 제거를 제공한다. 전체적인 전력 레벨 및 비용 또한 현저히 감소한다. 유사 환경에서의 터치 장치의 작동에 관한 추가/배경 정보에 대해서는, 상기 특허문헌을 참조할 수 있으며, 이 문헌은 그러한 교시 및 프론트-엔드 신호 처리 및 타이밍 및 백-엔드(제어기 기반/측정) 응답-신호 처리에 관한 교시에 대해 본원에 참고로 포함된다.
도 2b의 회로와 일치하는 회로의 특정 실험적 구현과 관련하여, 응답 신호의 미분 신호 표현에 대한 그러한 적분은 주파수 응답에 널을 생성하는 데에 유리하게 사용될 수 있다. 그러한 구현을 이용하면, RF-신호 노이즈, 특히 (미분 신호 표현의 적분당) 주파수 응답의 제3 및 제5 고조파는 그러한 널에 의해 필터링된다. 앞에서 설명한 바와 같이, 이 RF-신호 노이즈 필터링은 그러한 홀수 번째 고조파뿐 아니라 그 사이의 짝수 번째 고조파를 모두 포함할 수 있다.
도 3a, 3b 및 3c는 도 2b의 제1 스테이지에 속하는 양상의 이해를 위한 추가의 세부내용을 제공한다. 이들 양상은 가산 적분기(284)와 관련된 가변 저항 및 타이밍이다. 도 3a에 도시된 특정 예시 실시양태에서, 연산 증폭기(310)는 전압 기준(도 2a 및 2b에서 통칭되는 신호에서와 같이 VBias)에 연결된 포지티브 입력 포트, 및 ("IN" 포트 (318)에서의) 입력 신호로서 도 2b의 (미분) 회로(282)인 이전 회로의 출력을 수신하도록 배열된 네거티브 입력 포트를 포함한다. 도 2b의 가변 저항 회로(286)에 상응하게, 도 3a에 도시된 가변 저항은 평행한 경로로 연결되도록 배열된 3개의 저항기, 즉, 제1 저항기(R)(320), 제2 저항기(4R)(322) 및 제3 저항기(2R)(324)에 의해 제공된다. 대응하는 각각의 평행 경로에는 각각의 스위치가 있으며, 그 중 하나 이상은 경로(328)를 통한 제어 신호(제어기가 제공되고 각각의 펄스화 부분에 대한 연산의 적당한 반복을 실현하기 위해 구동 신호와 동조됨)를 사용하여 선택적으로 폐쇄된다. 이들 선택 가능한 스위치는 330, 332 및 334로 도시되었으며, 각각 연산 증폭기(310)의 IN 포트(318)와 네거티브 입력 포트 사이에 저항기(320, 322 및 324) 중 하나 이상을 연결한다. 유사하게 제어되는 스위치(336)는 또한 구동 신호와 동조된 방식으로, 각각의 펄스화 부분에 대해 제공되는 반복과 일치하는 리셋 타이밍을 실현하도록 제어된다.
도 3b는 도 3a의 회로와 관련 있는 3개의 신호(342, 344 및 346)를 나타내는 타이밍 다이어그램이다. 제1 신호(342)는 TX 펄스이며, 펄스화 신호의 한 펄스는 (예를 들어, 도 1a 및 1b에 사용된 것과 같은) 구동 전극으로 구동된다. TX 펄스의 펄스화 주파수는 변할 수 있으나, 도 1a 및 1b와 관련하여 설명한 것을 포함하는 많은 응용에는 100MHz 펄스가 적절하고, TX 펄스를 위한 펄스 타이밍을 정의하기 위해 8MHz 클록을 사용한다. IN 포트(318)에 있는 제2 신호(344)는 단선 미분 신호이며, 상향 임펄스 스파이크는 도시된 TX 펄스의 포지티브 기울기와 정렬되고 하향 임펄스 스파이크는 TX 펄스의 네거티브 기울기와 정렬된다. 이것은 미분된 전이 부분으로서, TX 펄스 에지에 대응하며, 이에 대해 감지 회로가 응답 신호를 모니터링한다. 도 3b의 하단에 도시된 바와 같이, 제3 신호(346)는 도 3a의 회로의 출력에 대응하며, 이 출력은 도 2b에 290으로 도시된 제2 (가산 적분기) 스테이지를 구동하는 데에 사용된다.
도 3c는 선택 가능한 스위치(330, 332 및 334) 및 리셋 스위치(336)가 어떻게 도 3a에 도시된 회로를 위한 바람직하거나 최적의 시간 가변성 이득을 실현하도록 제어될 수 있는지 보여주는 또 다른 타이밍 다이어그램이다. 도 3a 및 3c에 도시된 바와 같이, 각각의 스위치(330, 332, 334 및 336)는 스위치를 위한 대응하는 제어 신호가 도 3c의 타이밍 다이어그램에 도시된 바와 같이 논리 고 상태(logic high state)인 경우 폐쇄된다(도전 상태). 예를 들어, 각각의 스위치(330, 332 및 334)가 폐쇄 상태이면, 도 3c 상단의 계단형 그래프(366)의 중심에 도시된 바와 같이, 도 3a의 연산 증폭기(310)에 의해 제공되는 이득이 최대이다. 시점(368)에서 리셋된 직후, 도 3a의 연산 증폭기(310)에 의해 제공되는 이득은 폐쇄 상태에 있는 스위치(330)에 의해 설정되고, 스위치(332 및 334)는 개방(비도전) 상태이다. 이는 스위치(330, 332 및 334)가 연산 증폭기(310)의 적분 연산을 위한 RC 시간 상수를 정의하는 데에 사용됨에 따른 결과이며, 여기에서 RC의 R은 저항기(320, 322 및 324)의 평행 배열에 의해 제공되는 저항이고, RC의 C는 연산 증폭기(310)의 네거티브 피드백 루프에서 제공되는 정전 용량이다. 따라서, 도 3c 우측의 표는 타이밍 다이어그램의 예시적 시점과 역으로 관련되는 시간 상수를 보여준다.
도 4 및 5는 도 3a의 연산 증폭기(310)의 이득을, 가변-시간 상수 면에서(도 4) 및 상기 언급된 가변-시간 상수 면에서(도 5) 보여주는 시간-의존적 그래프이다. 각각의 그래프의 수평축은 선형적으로 나타낸 시간 단위이며, 도 3b의 신호(344)에 나타낸 바와 같은 펄스 또는 스파이크의 에지로부터의 거리에 상응한다. 각각의 그래프의 수직축은 상기 시간 상수(RC)를 지수 단위로 나타내며, 도 5는 주파수(1/(2RC x (3.1456)) 면에서의 시간 상수를 나타낸다. 도 5의 플롯의 상단에 나타낸 바와 같이, 스위치가 폐쇄되면, 대응하는 저항기는 수평축을 따른 점 0 (스파이크의 에지가 감지되는 곳)에서 이득을 최대화하기 위해 최소한의 저항을 제공한다. 저항 및 정전 용량(RC를 위한) 및 타이밍은 주어진 응용 및 클록 타이밍에 바람직할 수 있는 대로 조정될 수 있으며, 상기 예시된 타이밍은 구동 회로에 대해 8 MHz 클록을 가정하고, 관련된 회로 타이밍 및 RF-노이즈 필터링에서의 상태 기계 타이밍은 그로부터 유도되는 홀수 및 짝수 번째 고조파를 낮추도록 조정/최적화됨을 인식할 것이다.
도 6의 6A 내지 6G는 도 2b에 도시된 회로의 스테이지들에 대한 추가의 신호 타이밍의 예를 보여주는 또 다른 시간-의존적 다이어그램의 일부를 형성한다. 도 6의 6A는 TX 신호(610)를 나타내며, 앞에서 예시한 터치 패널의 구동 전극상에서 출현할 수 있는 바와 같은 한 사이클(또는 주기)을 묘사한다. 수신 전극을 통과한 후, 응답 신호는 미분기 회로에 의해(예를 들어, VGA 회로(282)를 통해) 처리(미분)되어 도 6의 6B에 도시된 바와 같은 TX 신호(610)의 미분된 형태를 생성한다. 구형파(일련의 사각형 펄스)로서 구현된 예시 TX 신호(610)에 있어서, 미분 연산은 사각형 펄스의 각각의 포지티브-고잉 전이와 관련된 네거티브로의 임펄스 펄스(예를 들어, 620a) 및 사각형 펄스의 각각의 네거티브-고잉 전이와 관련된 포지티브로의 임펄스 펄스(예를 들어, 620b)를 포함하는 임펄스 펄스를 생성한다. 임펄스 펄스는 연산 증폭기 신호 밴드폭 및 터치 스크린의 RC 필터 효과로 인해 다소 둥글게 될 수 있으나, 응답 신호의 이러한 유도된 형태는 구동 신호의 미분 표현이다.
도 6의 6C 및 6D는 감지 유닛(도 2b의 280)의 제1 및 제2 스테이지에 의한 응답 신호의 추가적인 처리를 나타낸다. 도 6의 6C는 도 4 및 5에서 상기 논의한 바와 같은 제1 스테이지의 이득 양상을 나타내며(제1 스테이지에 기인하는 연산 증폭기의 이득을 나타냄), (피드백에서의) 적분 리셋은 임펄스 펄스들 사이의 중심에 위치하고 이득의 타이밍은 앞에서 나타낸 바와 같이 유효 저항을 통한 RC 시간 상수의 변경에 의해 조정/최적화된다(선택적으로, 이 변경은 또한 유효 정전 용량의 변경으로 구현될 수도 있음). 도 6의 6F는 제1 스테이지의 출력에서의 신호의 덜 이상적인 특성화를 보여주며, 처리된 응답 신호의 양극성(포지티브 및 네거티브 둘 다) 양상에 대해 이득을 나타낸다. 특정 구현에서, 임펄스 펄스들 사이의 TX 신호의 홀수 번째 고조파를 비롯한 노이즈가 현저히 억제되므로, 이 제1 스테이지는 적당한 것으로 간주될 수 있다.
다른 구현에서, 이 제1 스테이지는 TX 신호로부터의 짝수 번째 고조파의 억제(널링)를 비롯한 추가의 노이즈 필터링을 제공하는 제2 스테이지(도 2b의 290)에 의해 구현된다. 따라서, 제2 스테이지는 (도 6의 6C 및 6E에서와 같이) 제2 스테이지의 입력에서의 포지티브 및 네거티브 전이에 대해 적분-및-덤프 연산을 수행함으로써 응답 신호에 추가로 영향을 미친다. 연산의 덤프 양상은 도 6의 6C에 나타낸 신호의 낮은 점에서 발생하며, 도 2b의 연산 증폭기(291)의 네거티브 피드백 루프의 정전 용량 단락 스위치에 의해 제어된다. 적분은 각각의 덤프(또는 리셋) 후에 시작된다.
도 6의 6G는 연산 증폭기(291)의 합계 연산을 도시하며, 이에 의해 포지티브 및 네거티브 에지 전이는 최대 신호 세기를 위해 조합되고, 이상적으로는, 이들 포지티브 및 네거티브 에지 전이들 사이의 노이즈는 공통 모드 억제에서와 같은 합계 연산에 의해 소거된다.
도면에 예시된 바와 같은 다양한 모듈 및/또는 기타 회로-의존적 빌딩 블록은 도면과 관련하여 설명한 바와 같은 연산 및 활동 중 하나 이상을 실시하도록 구현할 수 있다. 이러한 맥락에서, "모듈"의 "스테이지"는 이들 또는 관련 연산/활동 중 하나 이상을 실시하는 회로이다. 예를 들어, 상기 논의된 실시양태 일부에서, 하나 이상의 모듈은 도면에 도시한 회로 모듈에서와 같이 이들 연산/활동을 구현하도록 구성 및 배열된 개별 논리 회로 또는 프로그램 가능한 논리 회로이다. 특정 실시양태에서, 프로그램 가능한 회로는 한 세트(또는 세트들)의 지시(및/또는 구성 데이터)를 실행하도록 프로그램된 하나 이상의 컴퓨터 회로이다. 지시(및/또는 구성 데이터)는 메모리(회로)에 저장되고 그로부터 접근 가능한 펌웨어 또는 소프트웨어의 형태일 수 있다. 일례로서, 제1 및 제2 모듈은 CPU 하드웨어-기반 회로 및 펌웨어 형태의 한 세트의 지시의 조합을 포함하며, 여기에서 제1 모듈은 한 세트의 지시를 가지는 제1 CPU 하드웨어 회로를 포함하고, 제2 모듈은 또 다른 세트의 지시를 갖는 제2 CPU 하드웨어를 포함한다.
또한, 달리 나타내지 않은 한, 명세서 및 청구범위에 사용된 양, 특성 측정치 등은 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로서 이해되어야 한다. 따라서, 반대로 나타내지 않은 한, 명세서 및 청구범위에 기재된 숫자 파라미터는 본원의 교시를 활용하는 통상의 기술자가 얻고자 하는 목적 특성에 따라서 변할 수 있는 근사치이다. 각각의 숫자 파라미터는 적어도 보고된 유효 숫자의 개수에 비추어 및 통상적인 반올림 기술을 적용하여 이해되어야 한다.
본 개시의 취지 및 범위에서 벗어나지 않는 본 개시의 다양한 변형 및 변경은 통상의 기술자에게 자명할 것이며, 본 개시는 본원에 제시된 예시적인 실시양태로 제한되지 않음이 이해될 것이다. 예를 들어, 달리 나타내지 않은 한, 독자는 하나의 개시된 실시양태의 특징이 또한 모든 다른 개시된 실시양태에도 적용될 수 있다고 가정해야 한다.

Claims (20)

  1. 터치 감지 장치로서,
    터치 표면 및 복수의 전극을 포함하는 터치 표면 회로 - 복수의 전극 각각은 터치 표면에서의 정전 용량 변경 터치에 응답하여 변하는 커플링 정전 용량과 연관되도록 구성 및 배열됨 -;
    복수의 전극에 대한 응답 신호를 발생시키도록 구성된 감지 회로 - 응답 신호 각각은 터치 표면에서의 커플링 정전 용량에 응답하는 진폭을 갖고, 상위 신호 레벨을 향한 포지티브-고잉 전이(positive-going transition) 및 하위 신호 레벨을 향한 네거티브-고잉 전이(negative-going transition)의 특징을 나타내는 과도 부분(transient portion)들을 갖는 미분 신호 표현(differentiated signal representation)을 포함함 -; 및
    과도 부분들의 특징을 나타내기 위한 시간 가변성 파라미터를 제공하도록 구성 및 배열된 증폭 회로 - 증폭 회로는 시간 가변성 파라미터에 응답해 응답 신호의 미분 신호 표현을 처리하여 가변 이득을 제공하도록 구성 및 배열된 가변 이득 증폭기를 포함하고, 과도 부분들 사이의 응답 신호의 부분에 대한 이득에 대해 과도 부분들에 대한 이득이 조절되고, 터치 표면상의 터치 위치를 결정하기 위한 연관된 커플링 정전 용량을 특징으로 하는 노이즈 필터링된 출력을 제공하기 위하여 응답 신호에서 고조파를 억제함 -
    를 포함하는 터치 감지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    가변 이득 증폭기는 또한 과도 부분들에 대한 이득을 증가시키고, 과도 부분들 사이의 응답 신호의 부분에 대한 이득을 감소시킴으로써 응답 신호를 처리하여 가변 이득을 제공하도록 구성 및 배열되는 터치 감지 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    가변 이득 증폭기는 또한 응답 신호에서 제3 및 제5 고조파를 비롯한 고조파를 억제하여 가변 이득 증폭기에 의한 처리의 일부로서 응답 신호에서 노이즈 간섭을 필터링하도록 구성 및 배열되는 터치 감지 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    가변 이득 증폭기는, 시간 가변성 파라미터를 이용하여, 응답 신호를 샘플링하기 위하여 이용한 클록 레이트(clock rate)의 배수에 대한 데시메이션(decimation)으로 과도 부분들에서의 적분-및-덤프(integration-and-dump) 필터 연산을 제공하는 적분 회로를 포함하고, 연관된 커플링 정전 용량의 특징에 대한 측정을 수행하고, 그로부터 터치 표면상의 터치 위치를 결정함으로써 가변 이득 증폭기를 통해 처리된 응답 신호에 응답하도록 구성된 측정 회로를 더 포함하는 터치 감지 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    가변 이득 증폭기는 또한 시간 가변성 파라미터를 이용해 응답 신호의 미분 신호 표현에 대한 적분을 수행하여 과도 부분들에서의 데시메이션 및 미분 신호 표현에서 RF 신호의 제3 및 제5 고조파에 대한 적분의 주파수 응답에서 널(null)의 생성을 촉진하도록 구성 및 배열되는 터치 감지 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    복수의 전극은 구동 전극을 포함하고, 터치 표면 회로는 응답 신호를 전개시키기 위하여 RF 신호로 구동 전극을 구동시키도록 구성 및 배열된 신호 구동기 회로를 더 포함하는 터치 감지 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    복수의 전극은 구동 전극을 포함하고, 터치 표면 회로는 응답 신호를 전개시키기 위하여 RF 신호로 구동 전극을 구동시키도록 구성 및 배열된 신호 구동기 회로를 더 포함하고, 가변 이득 증폭기는 또한 시간 가변성 파라미터를 이용해 응답 신호의 미분 신호 표현에 대한 적분을 수행하여 과도 부분들에서의 데시메이션 및 제3 및 제5 고조파에서의 필터링을 위하여 RF 신호의 제3 및 제5 고조파에 대한 주파수 응답에서 널의 생성을 촉진하도록 구성 및 배열되는 터치 감지 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    가변 이득 증폭기는 또한 시간 가변성 파라미터를 이용해 응답 신호의 미분 신호 표현에 대한 적분을 수행하여 과도 부분들에서의 데시메이션을 촉진하고, 이에 응답하여 미분 신호 표현에서 RF 신호의 홀수 번째 고조파 및 짝수 번재 고조파 둘 다에 대한 적분의 주파수 응답에서 억제를 촉진하도록 구성 및 배열되는 터치 감지 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    가변 이득 증폭기는 시간 가변성 파라미터를 이용해 응답 신호의 미분 신호 표현에 대한 적분을 수행하여 RF 신호의 홀수 번째 고조파 및 짝수 번째 고조파의 세트에 대한 널의 생성을 위하여 과도 부분들에서의 데시메이션을 촉진하도록 구성 및 배열된 제1 스테이지(stage) 및 제1 스테이지에 응답하여 미분 신호 표현에서 RF 신호의 홀수 번째 고조파 및 짝수 번째 고조파 둘 다에 대한 적분의 주파수 응답에서 억제함으로써 RF 노이즈 간섭을 필터링하도록 구성 및 배열된 제2 스테이지를 포함하는 터치 감지 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    연관된 커플링 정전 용량의 특징에 대한 측정을 수행하고, 그로부터 터치 표면상의 터치 위치를 결정함으로써 가변 이득 증폭기를 통해 처리된 응답 신호에 응답하도록 구성된 측정 회로를 더 포함하고, 가변 이득 증폭기는 시간 가변성 파라미터를 이용해 응답 신호의 미분 신호 표현에 대한 적분을 수행하여 RF 신호의 홀수 번째 고조파에 대한 널의 생성을 위하여 과도 부분들에서의 데시메이션을 촉진하도록 구성 및 배열된 제1 스테이지 및 제1 스테이지에 응답하여 미분 신호 표현에서 RF 신호의 홀수 번째 고조파 및 짝수 번째 고조파 둘 다에 대한 적분의 주파수 응답에서 억제함으로써 RF 노이즈 간섭을 필터링하도록 구성 및 배열된 제2 스테이지를 포함하는 터치 감지 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    제1 스테이지는 시간 가변성 파라미터를 이용해 응답 신호의 미분 신호 표현에 대한 적분을 수행하여 과도 부분들에서의 데시메이션 및 미분 신호 표현에서 RF 신호의 제3 및 제5 고조파에 대한 적분의 주파수 응답에서 널의 생성을 촉진하도록 구성 및 배열되는 터치 감지 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    제2 스테이지는 포지티브-고잉 전이 및 네거티브-고잉 전이에서의 과도 부분들을 조합하고, 신호 세기를 증가시키기 위하여 적분을 수행하도록 구성 및 배열되는 터치 감지 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    복수의 전극은 구동 전극 및 수신 전극을 포함하고, 구동 전극 및 수신 전극은 전극 매트릭스를 제공하도록 배열되고, 전극 매트릭스에서 각각의 구동 전극은 매트릭스의 각각의 노드에서 각각의 수신 전극에 정전 용량식 커플링되는 터치 감지 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    구동 신호를 발생시키고, 구동 신호를 구동 전극에 전달하도록 구성된 구동 유닛을 더 포함하고, 감지 회로는 또한 각각의 구동 전극에 전달된 구동 신호에 대하여 복수의 수신 전극에 대한 응답 신호를 발생시키도록 구성되는 터치 감지 장치.
  15. 제4항에 있어서,
    가변 이득 증폭기 및 측정 회로는 또한 공통 모드 노이즈를 감소시키거나 제거하도록 구성 및 배열되는 터치 감지 장치.
  16. 제4항에 있어서,
    복수의 전극은 구동 전극 및 수신 전극을 포함하고, 구동 전극 및 수신 전극은 전극 매트릭스를 제공하도록 배열되고, 전극 매트릭스에서 각각의 구동 전극은 매트릭스의 각각의 노드에서 각각의 수신 전극에 정전 용량식 커플링되고,
    구동 신호를 발생시키고, 구동 신호를 구동 전극에 전달하도록 구성 및 배열된 구동 유닛; 및
    각각의 노드에 대한 각각의 응답 신호의 진폭을 측정하고, 존재한다면 그로부터 터치 표면상의 복수의 일시 중복 터치의 위치를 결정하도록 구성 및 배열된 측정 회로
    를 더 포함하고,
    감지 회로는 또한 각각의 구동 전극에 전달된 구동 신호에 대하여 복수의 수신 전극에 대한 응답 신호를 발생시키도록 구성되고,
    측정 회로는 아날로그-대-디지털 컨버터(ADC) 및 멀티플렉서를 포함하고, ADC는 멀티플렉서를 통해 감지 회로에 커플링되는 터치 감지 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    펄스형 구동 신호를 발생시키고, 펄스형 구동 신호를 구동 전극에 전달하도록 구성된 구동 유닛을 더 포함하고, 감지 회로는 또한 각각의 구동 전극에 전달된 펄스형 구동 신호에 대하여 복수의 수신 전극에 대한 응답 신호를 발생시키도록 구성되고, 복수의 전극은 구동 전극 및 수신 전극을 포함하고, 구동 전극 및 수신 전극은 전극 매트릭스를 제공하도록 배열되고, 전극 매트릭스에서 각각의 구동 전극은 매트릭스의 각각의 노드에서 각각의 수신 전극에 정전 용량식 커플링되고, 감지 회로는 각각의 수신 전극에 대하여 각각의 커패시터에 커플링되고 리셋 신호에 응답하여 각각의 커패시터를 방전시키도록 구성된 리셋 스위치를 포함하는 터치 감지 장치.
  18. 제16항에 있어서,
    구동 신호는 각각 램프형 펄스(ramped pulse) 또는 사각형 펄스의 형태인 복수의 순차 펄스를 포함하고, 각각의 응답 신호는 대응하는 복수의 응답 펄스를 포함하고, 측정 회로는 각각의 응답 신호에 대하여 복수의 응답 펄스의 진폭을 대표하는 진폭을 측정하도록 구성되는 터치 감지 장치.
  19. 터치 감지 장치로서,
    터치 표면 및 복수의 전극을 포함하는 터치 표면 수단 - 복수의 전극 각각은 터치 표면에서의 정전 용량 변경 터치에 응답하여 변하는 커플링 정전 용량과 연관되도록 구성 및 배열되고, 터치 표면 수단은 응답을 제공함 -;
    복수의 전극에 대한 응답 신호를 발생시키도록 구성된 감지 수단 - 응답 신호 각각은 터치 표면에서의 커플링 정전 용량에 응답하는 진폭을 갖고, 상위 신호 레벨을 향한 포지티브-고잉 전이 및 하위 신호 레벨을 향한 네거티브-고잉 전이의 특징을 나타내는 과도 부분들을 갖는 미분 신호 표현을 포함함 -; 및
    과도 부분들 사이의 응답 신호의 부분에 대한 이득에 대해 과도 부분들에 대한 이득을 조절함으로써 시간 가변성 파라미터를 이용해 응답 신호를 처리하여 가변 이득을 제공하고, 응답 신호에서 고조파를 억제하고, 이로 인해 응답 신호의 측정을 촉진하여 그로부터 커플링 정전 용량의 변화에 응답하는 터치 표면상의 터치 위치를 결정하기 위한 수단
    을 포함하는 터치 감지 장치.
  20. 터치 표면 회로의 사용 방법으로서,
    터치 표면 회로는 터치 표면 및 복수의 전극을 포함하고, 복수의 전극 각각은 터치 표면에서의 정전 용량 변경 터치에 응답하여 변하는 커플링 정전 용량과 연관되도록 구성 및 배열되고,
    복수의 전극에 대한 응답 신호를 발생시키는 회로를 사용하는 것 - 응답 신호 각각은 터치 표면에서의 커플링 정전 용량에 응답하는 진폭을 갖고, 상위 신호 레벨을 향한 포지티브-고잉 전이 및 하위 신호 레벨을 향한 네거티브-고잉 전이의 특징을 나타내는 과도 부분들을 갖는 미분 신호 표현을 포함함 -;
    또 다른 회로를 작동시키는 것 - 또 다른 회로는 과도 부분들 사이의 응답 신호의 부분에 대한 이득에 대해 과도 부분들에 대한 이득을 조절함으로써 응답 신호를 처리하여 가변 이득을 제공하고, 응답 신호에서 고조파를 억제하기 위하여 시간 가변성 파라미터를 이용하고, 응답 신호를 측정하고, 그로부터 커플링 정전 용량의 변화에 응답하는 터치 표면상의 터치 위치를 결정함 -
    을 포함하는 터치 표면 회로의 사용 방법.
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