KR101652828B1 - 터치 센싱 시스템에서 적응형 디지털 필터링 방법 및 장치 - Google Patents

터치 센싱 시스템에서 적응형 디지털 필터링 방법 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101652828B1
KR101652828B1 KR1020100047644A KR20100047644A KR101652828B1 KR 101652828 B1 KR101652828 B1 KR 101652828B1 KR 1020100047644 A KR1020100047644 A KR 1020100047644A KR 20100047644 A KR20100047644 A KR 20100047644A KR 101652828 B1 KR101652828 B1 KR 101652828B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
touch
snr
noise
touch data
data
Prior art date
Application number
KR1020100047644A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20110128046A (ko
Inventor
박종강
안해용
최윤경
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020100047644A priority Critical patent/KR101652828B1/ko
Priority to US13/103,257 priority patent/US9134857B2/en
Priority to CN201110131640.2A priority patent/CN102255611B/zh
Publication of KR20110128046A publication Critical patent/KR20110128046A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101652828B1 publication Critical patent/KR101652828B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/044—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means
    • G06F3/0446—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means using a grid-like structure of electrodes in at least two directions, e.g. using row and column electrodes
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/0416—Control or interface arrangements specially adapted for digitisers
    • G06F3/0418—Control or interface arrangements specially adapted for digitisers for error correction or compensation, e.g. based on parallax, calibration or alignment
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
    • G01R29/26—Measuring noise figure; Measuring signal-to-noise ratio
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/0416—Control or interface arrangements specially adapted for digitisers
    • G06F3/0418—Control or interface arrangements specially adapted for digitisers for error correction or compensation, e.g. based on parallax, calibration or alignment
    • G06F3/04182—Filtering of noise external to the device and not generated by digitiser components
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/044—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means

Abstract

터치 시스템에서 터치 데이터에 대한 적응형 디지털 필터링 방법과 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 적응형 디지털 필터링은 수집된 터치 데이터와 버퍼에 저장된 터치 데이터를 통해 SNR을 추정하여 SNR이 크면 디지털 필터링 차수를 낮추고, 반대로 SNR이 작으면 디지털 필터링 차수를 높이도록 한다. 이러한 적응형 디지털 필터링을 통해 최적의 터치 시스템 운용이 가능하다.

Description

터치 센싱 시스템에서 적응형 디지털 필터링 방법 및 장치{Method and apparatus for adaptive digital filtering in a touch sensing system}
본 발명은 터치 패널을 채용하는 터치 디스플레이 시스템에 관련된다. 터치 패널을 채용하는 디스플레이 장치에서는 센싱 감도를 향상시키는 것이 중요한데 센싱 감도를 극대화시키기 위해서는 터치 패널을 포함하는 터치 시스템에서 발생하는 노이즈 또는 랜덤 노이즈에 의한 터치 데이터를 필터링하는 작업이 중요하다.
최근 모바일 전자장치는 사용자의 요구에 맞추어 점점 소형화, 슬림화되어 가고 있다. 비단 모바일용의 소형 전자기기뿐 아니라 일반 ATM 기기, TV 및 일반 가전제품 등 소비자 밀착형 제품뿐 아니라 산업용 전자기기에서도 입력을 위한 키보드를 비롯한 버튼형 인터페이스 방식을 벗어나 디자인의 세련미를 위해서도 터치스크린을 이용한 방식이 광범위하게 사용되고 있는 추세이다. 특별히 인터페이스를 터치 방식으로 처리하는 모바일 기기에서는 스마트폰과 같은 집적도가 높으면서도 기기의 쓰임새가 다양한 새로운 제품에서 터치 방식이 필수 인터페이스 방식으로 자리잡고 있다. 스마트폰 뿐만 아니라 소형화가 더욱 요구되는 휴대용 전화기, PMP, PDA, e-book 등은 이동과 휴대에 용이하도록 그 크기가 점점 소형화되어가고 있고 따라서 터치 방식의 인터페이스 방법이 각광받고 있다. 이러한 방식을 위해서는 터치 패널의 터치를 인식하여 인터페이스가 가능한 터치스크린의 터치 인식 기술이 중요한 기술임은 두말할 것도 없다.
일반적으로, 터치스크린은 각종 디스플레이를 이용하는 정보통신기기와 사용자 간의 인터페이스를 구성하는 입력 장치 중 하나로 사용자가 손이나 펜 등의 입력도구를 이용하여 화면을 직접 접촉함으로써, 상기 정보통신기기 만으로 남녀노소 누구나 쉽게 사용할 수 있게 해준다. 터치스크린을 구비한 평판 디스플레이 장치로서는 액정 디스플레이 장치(LCD; liquid crystal device), 전계방출 디스플레이 장치(FED; fie이 emission display device), 유기 발광 디스플레이 장치(OLED; organic light emitting display), 플라즈마 디스플레이 장치(PDP; plasma display device) 등이 있다.
이러한 터치스크린은 저항막 방식(Resistive Overlay), 정전용량 방식(Capacitive Overlay), 표면초음파 방식(Surface Acoustic Wave), 적외선 방식(Infrared), 표면탄성파 방식, 인덕티브 방식 등 다양한 방식이 사용될 수 있다.
저항막 방식의 터치스크린은 유리나 투명 플라스틱판 위에 저항 성분의 물질을 코팅하고 그 위에 폴리에스테르 필름을 덮어씌운 형태로, 두 면이 서로 닿지 않도록 일정한 간격으로 절연봉이 설치되어 있는데 이 때 저항값이 변하게 되고 전압도 변하게 되는데 이러한 전압의 변화 정도로 접촉된 손의 위치를 인식한다. 저항막 방식은 필기체 입력이 가능하다는 장점이 있으나 낮은 투과율과 낮은 내구성, 다접점 감지가 불가한 문제점 등이 있다.
표면초음파 방식의 터치스크린은 음파를 발사하는 트랜스미터(transmitter)를 유리의 한쪽 모서리에 부착하고 일정한 간격으로 음파를 반사시키는 리플랙터(reflector)를 부착하고 그 반대쪽에 리시버(Receiver)를 부착한 형태로 구성되는데, 손가락 같이 음파를 방해하는 물체가 음파의 진행 경로를 방해하게 될 때 그 시점을 계산하여 터치 지점을 인식한다.
적외선방식의 터치스크린은 사람의 눈에 보이지 않는 적외선의 직진성을 이용하는 방법으로 발광 소자인 적외선 LED와 수광소자인 포토트랜지스터를 서로 마주보게 배치하여 매트릭스를 구성하고 이 매트릭스 안에 손가락과 같은 물체에 의해 빛이 차단되는 것을 감지하여 터치 지점을 인식하게 된다.
최근 휴대용 전자기기 장치에서는 멀티 터치를 이용한 사용자 인터페이스에 대한 연구가 활발해지면서 정전용량 방식의 터치스크린이 주목을 받고 있고 그 사용범위가 더욱 넓어지고 있다.
터치 방식의 인터페이스가 광범위하게 사용됨으로써 터치를 인식하여 정확하게 디스플레이 장치에 터치 지점을 표시할 수 있도록 노이즈를 제거하고 필터에 의한 터치 응답지연 및 연산량을 최적화할 수 있는 방식이 필요하다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 적응형 디지털 필터링 방법은 터치 패널의 센스 채널을 통해 터치 데이터를 수집하고; 상기 수집된 터치 데이터를 통해 SNR(signal-to-noise ratio)을 추정하고; 상기 추정된 SNR에 기초하여 디지털 필터 탭 수를 결정하고; 및 상기 결정된 디지털 필터 탭수에 따라 디지털 필터링하는 것을 특징으로 한다.
상기의 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 디지털 필터링을 포함하는 터치 콘트롤러 장치는 터치 패널의 센스 채널을 통해 터치 데이터를 수집하는 터치 데이터 수집 유닛; 상기 수집된 터치 데이터를 통해 SNR을 추정하고 상기 추정된 SNR에 기초하여 디지털 필터 탭수를 결정하는 SNR 추정 유닛; 및 상기 터치 데이터를 디지털 필터링하는 디지털 필터링 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 적응형 디지털 필터링 터치 디스플레이 시스템은 터치 센싱 동작을 수행하기 위해 복수의 센싱 채널을 포함하고 상기 센싱 채널에 배치되는 복수의 센싱 유닛의 변화를 센싱하여 출력하는 터치 패널; 상기 센싱된 터치 신호를 입력받는 터치 콘트롤러를 포함하고, 상기 터치 콘트롤러는 상기 복수의 센싱된 터치 신호에 기초하여 SNR을 추정하여 적응적으로 디지털 필터링 차수를 조정하고, 상기 적응적으로 디지털 필터링된 터치 신호를 디스플레이하는 디스플레이를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따른 적응형 디지털 필터링 방법 및 장치에 의해 노이즈 제거 수준을 동적으로 조절하여 필터에 의한 터치 응답 지연과 연산량을 최소화할 수 있다.
도 1은 상호용량방식의 터치 패널을 사용하는 경우 터치를 센싱하는 원리를 나타낸다.
도 2는 정전용량방식의 터치 스크린 패널에서 터치 신호를 처리하기 위한 신호처리부를 나타낸다.
도 3은 터치 스크린 패널 동작 시 발생할 수 있는 노이즈를 나타내는 예시도이다.
도 4에서는 다양한 노이즈원에 의해 터치를 인식의 기초가 되는 커패시턴의 변동을 나타낸다.
도 5는 터치 시스템에서 노이즈에 의한 영향을 나타내는 도면이다.
도 6은 저항식 터치 패널에서 터치 시 노이즈가 발생하는 일례를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 터치 패널 및 터치 패널과 연결되는 터치 콘트롤러의 구조를 나타내는 블럭도이다.
도 8은 본 발명에 따른 적응형 디지털 필터를 개념적으로 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 터치 시스템에서 적응적 디지털 필터를 구현하는 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 SNR 추정에 따른 디지털 필터 차수를 결정하기 위한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 디지털 필터링 유닛의 세부 블럭도이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 터치 콘트롤러가 장착된 터치 디스플레이 장치의 PCB 구조를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 터치 시스템이 탑재되는 다양한 제품의 응용 예를 나타낸다.
이하 본 명세서에서 기술되는 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있어서 반드시 직접 연결된 것이 아니라 공간적으로 떨어져 있거나 무선으로 연결되는 모든 형태의 연결이나 접속을 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 위와 마찬가지로 해석되어야 한다.
제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하기 위한 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있음을 주지하여야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있고 복수로 표현되었다고 하더라도 단수를 지칭할 수도 있다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 일부 또는 이들의 조합이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 일부 또는 이들의 조합이 존재하거나 또는 부가될 수 있는 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 본 명세서 전반을 걸쳐 터치스크린 시스템, 터치 패널 시스템, 터치 센스 시스템 등은 간략하여 터치 시스템으로 불리우기도 할 것이다. 또한, 터치스크린 패널은 터치 패널로 간략하게 불리우기도 할 것이다.
도 1은 상호용량방식의 터치 패널을 사용하는 경우 터치를 센싱하는 개념을 설명한다.
도 1을 참조하면, 상호용량방식(Mutual Capacitive method)은 구동전극(Drive electrode)에 일정한 전압펄스를 인가하고 수신전극(Receive electrode)에서 전압펄스에 대응되는 전하를 수집(Collected Charge)하게 된다. 이 때 사람의 손가락이 2개의 전극 사이에 놓이게 되는 경우 전기장(Field Coupling, 점선)이 변화한다.
터치 패널을 채용하는 시스템은 두 전극 간의 전기장 변화를 감지하고 이를 통해 어느 지점에서 터치가 이루어졌는지를 판단하여 디스플레이 장치에 표시하게 된다.
도 2는 일반적인 터치 스크린 패널 및 터치 신호를 처리하기 위한 신호처리부를 나타낸다. 도시된 바와 같이 도 2의 터치 스크린 시스템(200)은, 복수의 센싱 유닛을 포함하는 터치 스크린 패널(210)과 상기 스크린 패널의 센싱 유닛의 커패시턴스 변화를 센싱하고 이를 처리하여 터치 데이터를 발생하는 신호처리부(220)를 구비한다.
터치 스크린 패널(210)은 로우(row) 방향으로 배치된 복수의 센싱 유닛과 칼럼(column) 방향으로 배치된 복수의 센싱 유닛을 포함한다. 이러한 도시된 바와 같이 터치 스크린 패널(210)은 센싱 유닛이 배치되는 복수 개의 로우를 구비하며, 각각의 로우에는 복수 개의 센싱 유닛이 배치된다. 각각의 로우에 배치되는 센싱 유닛들은 서로 전기적으로 연결되어 하나의 로우가 전극을 이루게 된다. 또한 터치 스크린 패널(210)은 센싱 유닛이 배치되는 복수 개의 칼럼을 구비하며, 각각의 칼럼에는 복수 개의 센싱 유닛이 배치된다. 각각의 칼럼에 배치되는 센싱 유닛들은 서로 전기적으로 연결된다.
신호 처리부(220)는 터치 스크린 패널(210)의 센싱 유닛의 커패시턴스 변화를 센싱하여 터치 데이터를 발생한다. 일예로서, 복수 개의 로우 및 복수 개의 칼럼으로부터의 커패시턴스 변화를 센싱함으로써, 상기 터치 스크린 패널(210) 상에서 손가락 또는 터치 펜 등이 접촉되었는지 및 접촉된 위치를 판단한다.
그러나, 터치 스크린 패널(210)에 구비되는 센싱 유닛들에는 기생 커패시턴스성분 등과 랜덤 노이즈(화이트 노이즈) 등의 다양한 노이즈 성분이 존재하게 되는데, 이러한 노이즈가 큰 값을 갖는 경우에는 손가락 또는 터치 펜 등의 접촉에 의한 커패시턴스 변화량이 노이즈에 비하여 상대적으로 작은 값을 갖게 된다. 일예로서, 손가락 또는 터치 펜 등이 센싱 유닛으로 근접할수록 해당 센싱 유닛의 커패시턴스 값은 증가하게 되는데, 노이즈가 크게되는 경우에는 센싱 감도가 낮아지는 문제점이 발생한다. 또한 디스플레이 패널의 상판으로 제공되는 전극 전압(VCOM)의 변동은 수직 기생 커패시턴스를 통해 상기 터치 동작의 센싱 노이즈를 발생시키는 문제를 발생시킨다. 이러한 기생 커패시턴스에 의한 노이즈 외에도 화이트 노이즈를 처리하기 위한 다양한 필터링 방식이 요구된다.
따라서, 정전용량형 방식의 터치 스크린 시스템은 터치 물체와 터치 스크린 패널의 전극 패턴 간의 커패시턴스의 크기를 센싱하는 것이기 때문에 다양한 노이즈원들로부터 안정적인 출력을 얻도록 하는 것이 매우 중요하다.
도 3은 터치 스크린 패널 동작 시 발생할 수 있는 노이즈(Electromagnetic Noise)를 나타내는 예시도이다.
기존 터치 기능을 탑재한 모바일 제품의 경우 온-셀(On-cell) 타입과 같이 터치스크린 패널(33)을 디스플레이 패널(35) 위에 위치시켜 공정과 가격 경쟁력을 향상시키려 하고 있다. 만일 두 패널을 통합하게 되면 이전과는 다른 문제점이 발생하게 된다. 사용자의 손가락에서 유기되는 노이즈(Skin accumulated noise)나 시스템으로부터 노이즈(Noise from system) 뿐 만 아니라 대표적인 예로 터치 패널의 센스 채널과 디스플레이 데이터 라인간에 생기는 기생 커패시턴스(Cbx, Cby)가 크게 증가하게 된다. 이로 인해 디스플레이를 구동시키기 위해 DDI(Display Driver IC)에서 디스플레이 패널로 인가해 주는 여러 소스 채널(source channel)의 전압 변동이 노이즈로 작용하게 된다. 기존 터치 센서와 달리 디스플레이 노이즈에 의한 영향이 매우 커지게 되어 새로운 노이즈가 저감된 터치 센서 회로 개발이 필요하게 되었다.
도 3에 도시된 바와 같이 터치스크린 패널(33)은 x축과 y축을 구성하는 다수의 센싱 유닛을 포함하고 이들은 축 상으로 X 센싱 라인과 Y 센싱 라인을 형성한다. 축 상으로의 센싱 라인 간에는 전기적 저항(RITO)이 존재한다. 다수의 센싱 유닛들은 터치된 이미지를 표시하기 위한 디스플레이 패널(35)에 인접하게 배치되거나 또는 상기 디스플레이 패널(35)의 일면에 부착될 수도 있다. 디스플레이 패널(35)은 소정의 전극전압(VCOM)이 제공되는 디스플레이 패널의 상판을 나타낸다. 상기 패널의 상판은, 일례로서 액정 디스플레이 패널의 상판으로는 VCOM 전압이 공통 전극 전압으로서 제공될 수 있으며, 유기 발광 디스플레이 패널에서는 DC 전압을 갖는 캐소드(cathode) 전압이 제공될 수 있다.
터치스크린 패널(33)은 앞에서 설명한 바와 같이 로우(row) 방향(x 방향)으로 배치되는 복수의 센싱 라인에 연결되는 센싱 유닛들(SU)과, 칼럼(column) 방향으로 배치되는 복수의 센싱 라인에 연결되는 센싱 유닛들(SU)로 구성된다.
상기 센싱 유닛들(SU)은 그 배치 구조상 기생 커패시턴스 성분이 존재하게 된다. 일례로서, 상기 인접하는 센싱 유닛들 간에 발생하는 수평 기생 커패시턴스 성분(Cadj)과, 센싱 유닛과 디스플레이 패널(35) 사이에서 발생하는 수직 기생 커패시턴스 성분(Cbx, Cby)을 포함한다. 손가락 또는 터치 펜 등이 센싱 유닛에 근접하거나 접촉하게 됨으로써 발생하는 커패시턴스 성분에 비하여 상기 기생 커패시턴스 값이 큰 경우에는, 터치 동작에 의하여 센싱 유닛의 커패시턴스 값이 변화하더라도, 이를 센싱하는 감도가 낮아지게 된다. 이러한 기생 커패시턴스에 의한 노이즈는 터치 콘트롤러의 차지 앰프와 연계하여 보상장치를 통해 없애거나 그 영향을 최소화할 수 있다. 하지만, 다양한 전파 간섭에 따라서 발생하면서 터치 시스템 의 전 범위 주파수에서 모두 영향을 미치는 화이트 노이즈의 경우는 위의 보상장치를 통해서 노이즈를 감쇄시키는 것이 어려울 수 있다. 이런 경우 차지 앰프 후단에 아날로그 필터와 디지털 필터를 통해 해결할 수 있다.
도 4에서는 다양한 노이즈원에 의해 터치 인식의 기초가 되는 커패시턴스의 변동을 나타낸다. Cb는 터치 패널에 기본적으로 존재하는 기생 커패시턴스를 의미하며, 손가락등의 도전체가 접촉되었을 시 변화되는 커패시턴스 값은 Csig로 정의된다. 터치가 전혀 이루어지지 않는 경우의 센서 출력 Csen은 Cb와 동일하며, 터치 시 출력되는 센서 값은 Cb+Csig로 나타낼 수 있다.
도 4에서는 유입되는 노이즈원의 종류에 따라 감지되는 Cb와 Csig에 다양한 크기의 변동(fluctuation)이 나타날 수 있다. 이러한 변동은 비터치 시에 터치로 오인식 판정을 야기하거나, 터치 시에 출력되는 터치 좌표의 변이를 심하게 발생시켜 터치 스크린 장치의 센싱 성능을 매우 저하시킬 수 있다.
이러한 다양한 노이즈는 LCD 패널과 OLED 패널에서 다른 양상을 보이기도 한다. 예를 들어 OLED 셀 상에 터치 패널이 위치하는 경우 터치 센스 채널 아래에는 공통전압(Vcom)을 발생하는 공통전극 레이어가 위치하게 된다. 공통전극 레이어는 외부 SMPS(Switching mode power supply)를 사용하여 일정한 정전압을 유지하게 되어 OLED 패널의 경우 터치 센스 채널로 유기되는 노이즈가 상당히 적은 편이다.
이에 반해 LCD 패널은 공통전극을 정전압으로 드라이빙 하는 방식과 계속 반전(inversion)시켜주는 방식이 있다. 공통전극을 계속 반전(inversion)시켜주는 방식의 노이즈가 큰 것은 말할 것도 없거니와, 공통전극을 정전압으로 드라이빙하는 방식 조차도 소스(source) 채널에 데이터가 기입될 때 마다 많은 노이즈가 유기된다. 이유는 소스 채널에 기입되는 데이터 뿐만 아니라 슬루(slew)에 의해서도 많은 영향을 받게 되기 때문이다.
도 5는 이러한 예를 나타내고 있다. 도 5에서는 LCD 패널 드라이빙 방법 중의 하나인 ALS(Active Level Shifter) 방법에 따라 공통전극 전압(Vcom DC, 511)이 정전압(DC)으로 드라이빙 되고 모듈 쪽의 스토리지 커패시터 (storage capacitor, 도시되지 않음)에 부스트(boost)전압을 인가시킨다. LCD qVGA급 패널의 경우 720개의 소스 채널이 존재하게 되는데, 소스 채널 라인(Source Channel Line, 55) 상의 이러한 소스 채널(513) 채널의 변화에 따라 Vcom DC에 노이즈가 발생되고 있다. 이 소스 채널(513)과 공통전극 패널(53) 사이에 생기는 기생 커패시터(Cs)의 값은 10nF 이상이다. 또한, 온-셀(on-cell) 타입의 경우 터치 센스 채널(51)과 공통전극 패널(53) 사이에 생기는 기생 커패시터(Cb)의 값은 수십 pF 이상으로 매우 크다. 즉, 다수의 소스 채널들이 동시에 활성화되고 각 터치 센스 채널로 각각의 데이터 값이 인가될 때 터치 센스 채널로 유기되는 노이즈는 매우 크게 된다. 반면에 Cb 값이 작으면 작을수록 유기되는 노이즈는 매우 작게 될 것이다. 또한, 소스 채널(513)의 전압 스윙 폭이 크면 클수록 공통전극 패널(53)에 유기되는 노이즈 성분을 커질 것이다. 공통전극을 드라이빙 해주는 회로는 DDI 내부 블록이고 이 내부 블록의 대역폭(bandwidth)을 키우는데는 한계가 있어서 소스 채널에 유기되는 노이즈를 짧은 시간에 안정시키는 것은 불가능하다.
도 6은 저항식 터치 패널에서 터치 시 노이즈가 발생하는 일례를 나타낸다.
저항식 터치 패널(60)에서 사용자가 손(61)을 이용하여 터치를 하게 되면 터치에 의해 해당 위치에 터치 데이터(63)가 발생한다. 내부 프로세서는 이러한 터치 데이터를 이용하여 터치가 지속되고 있으면 터치 데이터를 필터링하고 선으로 연결하여 디스플레이 상에 표시하게 된다. 그런데 노이즈에 의해 실제 터치된 지점과 상관없는 터치 데이터(65, 67, 69)가 발생하게 된다. 이러한 터치 데이터를 터치된 점으로 인식하여 디스플레이 상에 반영하면 왜곡된 표시가 발생한다.
만일 노이즈에 발생하는 터치 데이터가 현재 터치되는 지점에 비해 지나치게 동떨어진 경우는 일정한 값을 미리 설정하여 유효한 터치 데이터에서 아예 배제할 수 있다. 하지만, 이러한 동떨어진 데이터를 지나치게 작은 값을 기준으로 배제하게 되면 터치가 순간적으로 변할 때를 제대로 반영하지 못한다.
따라서 터치 데이터를 아날로그 필터를 사용하여 필터링 하는 것도 중요하지만 터치 데이터를 디지털 필터링 하여 처리하면 터치선이 매끄러워지고 실제의 터치 좌표를 제대로 반영할 수 있게 된다.
비터치(non-touch) 상태에서 터치가 이루어져 신호 수준이 변하게 되면, 터치 변화의 정도가 시스템에 바로 반영되지 않고 디지털 필터의 지연요소를 거친 후에 터치로 판정되는 문턱치(threshold)까지 느리게 변화한다. 디지털 필터를 항상 고정 차수로 사용하게 되면, 신호대잡음비(SNR : signal-to-noise ratio)와는 무관하게 응답지연시간은 고정적이다.
이러한 디지털 필터링은 필터링 차수를 높일수록 터치되는 선을 부드럽게 처리하여 터치되는 괘적과 가장 가까운 디스플레이를 실현할 수 있을 것이다. 그러나, 디지털 필터링을 하는데 있어 디지털 필터링의 차수를 높이게 되면 급격한 터치 변화에 대해 적절히 대응할 수 없게 되고 이전 터치 데이터의 특성을 지나치게 반영하게 되므로 지연되거나 왜곡된 형태의 터치 좌표를 출력한다. 대표적으로 이러한 필터 지연 요소는 최초 터치 상황에 대한 인식 속도 및 핸드라이팅(handwriting)과 같은 터치 모션에 대한 인식의 정확성을 열화시킨다.
따라서 동적 노이즈 수준을 반영하여 적절하게 필터링 차수를 동적으로 조절하면 필터링 효과도 극대화시키면서 디지털 필터의 응답지연 요소도 최소화할 수 있다. 적응형(adaptive) 디지털 필터를 터치 시스템에 적용하는 경우 터치의 움직임에 따라 디지털 필터의 차수를 변화시킬 수 있는데, 터치가 고정 위치에 이루어지는 경우에는 차수를 증가시켜 노이즈에 의한 좌표 변이를 최소화시키고, 터치가 움직이는 속도에 따라 응답시간을 적응적으로 보상하기 위해 디지털 필터의 차수를 변화시키는 방법이 있다. 하지만, 이 경우에도 신호대잡음비(SNR)에 따라 최초 터치 지연 시간을 보상할 수 없고, 도전체가 움직이는 동안에는 디지털 필터에 의한 노이즈 감쇄 효과가 줄어들게 되어 출력 좌표 오류가 커질 수 있다.
따라서, 터치 신호의 신호대잡음비(SNR)를 동적으로 추정하여 적합한 필터의 차수를 결정하여 출력 좌표 변이를 조정하면 좀더 효율적인 터치 시스템을 구현할 수 있다. 터치 시스템 내부에서는 신호대잡음비 및 디지털 필터의 차수에 따른 터치 좌표 변이(variation/jitter)를 미리 저장하여두고, 노이즈 환경에 동적으로 대응할 수 있게 한다.
도 7은 터치 패널과 터치 패널과 연결되는 터치 콘트롤러의 구조를 나타낸다.
터치 콘트롤러(70)는 터치 패널(75)로부터 수신된 터치 데이터는 차지 앰프 유닛(710)에 입력된다. 노이즈 보상유닛(720)은 기생 커패시터 등으로 발생하는 노이즈를 보상하기 위해 사용된다. 차지 앰프 유닛(710)을 거친 터치 데이터는 아날로그 필터링 유닛(730)을 거치고 아날로그-디지털 변환 유닛(740)에 의해 디지털 데이터로 변환된다. 디지털 데이터로 변환된 터치 데이터는 본 발명에 따른 적응형 디지털 필터링 유닛(750)에 의해 디지털 필터링된다.
디지털 필터를 사용함에 있어 필터 차수를 고정하여 사용하게 되면 여러 주변조건의 변화에 따른 신호대잡음비(SNR)의 변동에 상관없이 터치에 대한 응답 지연시간은 고정적이다. 필터 차수의 고정은 신호대잡음비가 클 경우 불필요하게 과도한 필터링이 가해져서 시스템의 성능을 저하시키는 원인이 된다. 또한, 신호대잡음비가 작아서 좀더 강한 필터링이 필요한 경우에 낮은 필터 차수에 의해 충분한 필터링이 이루어지지 않아 출력 터치 좌표의 안정성을 보장할 수 없다. 만일 SNR을 동적으로 추정하게 되면 이에 적합한 필터의 차수를 결정할 수 있게 되고, 터치와 동반하여 실시간으로 필터의 차수를 변경시키면 충분한 필터링 효과를 거두면서도 디지털 필터 지연에 의한 성능 저하를 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.
도 8은 본 발명에 따른 적응형 디지털 필터를 개념적으로 도시한 것이다.
도 8에 따른 적응형 디지털 필터의 일련의 동작은 바람직하게는 도 7의 적응형 디지털 필터링 유닛(750)에서 일어날 것이다.
디지털 필터는 필터 차수를 동적으로 조절하기 위한 구조로 구현되어야 할 것이다. 일반적인 평균 필터(Moving Average Filter)를 사용하는 경우 도 8과 같은 필터 구조를 채택할 수 있다. 도 8의 필터 구조는 터치 패널의 단일 센싱 채널을 위한 구조이며, 사용되는 채널 수에 비례하여 병렬적인 구조를 채용해야 한다. 예를 들어 15개의 X채널, 15개의 Y채널을 사용하는 터치 패널의 경우 도 8의 30배에 해당하는 평균 필터 연산을 수행해야 한다.
도 8에서 필터의 최대 탭수(차수)는 N-1이며, 시간에 따라 입력되는 터치 데이터를 x[t], x[t-1], ..., x[t-N+1]의 저장소자에 N-1개 만큼 저장하고 SNR 추정부에서 결정된 n 차수 만큼만 터치 데이터를 누적하여 이에 대한 평균값을 구하는 구조이다. 필터의 차수를 동적으로 변경하기 위해서는 항상 N-1의 과거 샘플 데이터를 저장하여야 한다.
도 8에서 입력되는 데이터 x[t]를 그대로 반영하는 경우, 즉 800 지점을 디지털 필터 차수로 선택하는 경우에는 사실상 디지털 필터링없이 바로 입력되는 데이터를 출력하는 경우라고 할 수 있다.
801 지점을 디지털 필터 차수로서 선택하게 되면 x[t]와 x[t-1] 두 개의 데이터를 이용하고 이 때 n=2가 되어 총 x[t], x[t-1], ..., x[t-N+1]의 데이터 중 x[t]+x[t-1] 만을 선택적으로 합산하여 2로 나눈 값을 출력(output)한다. 802 지점은 디지털 필터의 차수가 2가 되고 n=3이 될 것이다. 이 때 동일한 방법으로 총 x[t], x[t-1], ..., x[t-N+1]의 데이터 중 x[t]+x[t-1]+x[t-2] 만을 선택적으로 합산하여 이에 대한 평균값을 출력한다. 결국 810 지점은 N-1(N은 자연수)의 디지털 필터 차수를 가지게 되며(n = N-1), 모든 데이터를 합산하고 N으로 나눈 값이 출력될 것이다. 좀더 상세한 적응적 디지털 필터링 차수 결정을 설명하기 위해 도 9를 참조한다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 터치 시스템에서 적응적 디지털 필터를 구현하는 흐름도이다.
터치 패널에서 터치가 발생하면 터치 패널의 센싱 유닛에서 터치가 감지되고 센스 채널에서 터치 데이터가 획득된다(S910). 획득된 터치 데이터는 노이즈 제거 블럭 등을 통해서 노이즈 제거 작업이 이루어지고 디지털 필터에서 일단 필터링된다(S920). 이러한 과정을 거쳐 터치 신호가 감지된 유효 센스 채널 만을 집합 단위로 묶게 된다. 획득된 터치 데이터는 또한 메모리 블럭인 버퍼에 저장된다(S930). 터치 (신호) 데이터의 저장 형태는 로컬라이제이션된 신호들을 합산하는 형태이지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 터치 데이터는 단일 채널에서만 나타나지 않고 인접 채널에 걸쳐 분포하는 것이 일반적이다. 따라서 신호대잡음비를 보다 정확히 추정하기 위해서는 분포를 이루는 채널 신호들의 합으로 신호수준과 노이즈 수준을 평가하게 된다. 예를 들어 X 채널 데이터가 {0, 5, 15, 26, 7, 0}, Y 채널 데이터가 {12, 35, 14, 2, 0, 0}으로 분포하게 될 때 유효 분포의 크기를 3으로 가정하면, 버퍼에 저장되는 값은 X, Y 채널 각각에서 최대값 순서로 유효 분포의 크기 순서로 선택하면, (15+26+7)+(12+35+14)=109 이다. 이와 같이 계산되어 저장되는 터치 데이터는 총 NCE 만큼의 길이를 유지하게 된다. NCE 는 버퍼에 저장되는 채널 데이터 길이이다. 사용자의 선택에 의해 예를 들어 NCE = 10개의 과거 데이터를 계속 저장할 수도 있고 NCE = 50개를 저장할 수도 있다.
디지털 필터링 된 터치 데이터 중 일정한 노이즈 레벨 기준값(또는 노이즈 널링 기준값)보다 낮은 값을 갖는 터치 데이터는 널링("0")시킨다(S940). 좀더 상세하게 기술하면, 노이즈 널링부는 영이 아닌 값(non-zero value)을 가지는 터치 데이터 중에서 노이즈 레벨 기준값 이하의 값을 가지는 터치 데이터를 "0"으로 수정한다.
예를 들어 터치 데이터가 {0, 5, 15, 26, 7, 0}를 가지는 경우, S970단계의 SNR 추정에 따라 노이즈 레벨 기준값 = 5 로 결정되었다면 노이즈 널링에 의해 터치 데이터는 {0, 0, 15, 26, 7, 0}으로 재조정된다. 만일 노이즈 레벨 기준값 = 8 이면, 터치 데이터는 {0, 0, 15, 26, 0, 0}으로 재조정된다. SNR 추정부에서는 주어진 신호대잡음비 수준에 맞게 노이즈 레벨 기준값을 변화시키고 노이즈 널링부에서는 이를 이용할 수 있도록 한다.
이제 노이즈 널링 후의 로컬라이제이션 정보를 확정하고(S950), 터치가 이루어졌는지를 판정한다(S960).
채널추정부에서는 과거의 신호를 저장하고 있는 버퍼로부터 과거 터치 데이터를 가져오고, 현재 노이즈 널링을 거친 후 판정된 로컬라이제이션 정보 및 터치 디텍션 정보를 수집하여 터치 신호에 대한 신호대잡음비를 예측하게 된다(S970).
신호대잡음비를 예측하는 계산은 아래와 같이 이루어진다.
Figure 112010032623270-pat00001
Figure 112010032623270-pat00002
위 수학식 1에서 Si는 버퍼에 저장되어 있는 합산 데이터이다. 예를 들어, 위의 예에서 X축 터치 데이터가 {0, 0, 15, 26, 7, 0}, Y축 터치 데이터가 {12, 35, 14, 0, 0, 0}이면 Six = (15+26+7)이 되고, Siy = (12+35+14)가 되며, Si = Six + Siy = 109 가 된다.
μs 는 NCE 개의 Si에 대한 평균값을 의미한다. 예를 들어 NCE = 4 이고, Si = 50, Si +1 = 52, Si +2 = 55, Si +3 = 47 이면 μs = (50+52+55+47)/4 = 51 이다.
수학식 2에 의하면 신호대잡음비는 결국 과거 상태에 대한 상대적인 값으로 추정하면 되므로 수학식 1, 2와 같이 제곱근, 로그 계산이 복잡하면 굳이 제곱근, 로그 계산없이 사용할 수도 있다. 아래의 수학식 3, 4가 그러한 예이다.
Figure 112010032623270-pat00003
Figure 112010032623270-pat00004
수학식 2와 수학식 4와 같이 신호대잡음비(SNR, SNR*)를 추정하면, 사전 특성화된 룩-업 테이블(pre-characterized lookup table)에 의해 최적의 필터 차수와 노이즈 널링 레벨을 결정한다.
위와 같이 동적으로 채널 상태를 추정하고 디지털 필터 차수 및 널링 수준을 결정하기 위해서는 NCE 만큼 저장된 Si가 안정적인 터치 상태에서 취득된 터치 데이터임이 보장되어야 한다. 따라서, 본 발명에서 제시하는 신호대잡음비 예측 조건은 다음과 같다.
(1) NCE 동안 저장된 Si(0 ≤ i ≤ NCE-1)는 터치 상태를 유지하여야 한다.
(2) NCE 동안 저장된 Si(0 ≤ i ≤ NCE-1)는 터치 상태가 변하는 구간이 없어야 한다.
(3) NCE 동안 출력된 터치 좌표는 평균 대비 최대 변이가 기설정된 값인 Dmax 미만이어야 한다.
여기서 (2)번 조건의 의미는 도전체의 접촉이 없는 상태로부터 접촉이 최대로 접촉되는 기간의 샘플 데이터와 반대로 접촉이 있는 상태로부터 접촉이 없어지는 상태의 샘플 데이터는 버퍼에 저장되지 않아야 한다는 의미이다. 위 조건들을 위배할 시 버퍼를 모두 초기화하고 다시 터치 데이터를 수집하게 된다.
또한, NCE 동안 터치 데이터가 저장될 때 까지는 SNR을 추정을 하지 않고 대기하게 된다.
위 예측 조건들은 터치 패널의 전극 구조와 전극 수에 따라 적절하게 조정될 수 있다. 예를 들어, 특정 터치 패널은 도전체와 전극의 접촉 위치에 따라 Si의 편차가 매우 커질 수 있다. 이와 같은 경우, 조건 (1), (2), (3)을 모두 만족해야만 보다 정확히 센스 채널 상태를 추정할 수 있다. 즉, 조건 (3)에 의해 도전체가 터치되고 거의 움직이지 않는 상태에서 SNR을 예측하게 된다. 만일 Si의 편차가 크지 않은 터치 패널의 경우는 조건 (3)을 적용하지 않아도 효과적으로 SNR을 예측할 수 있다. 즉, 조건 (1), (2) 만을 적용해 도전체가 움직이는 동안에도 SNR 예측이 가능하다. 만약 위치에 따라 Si의 편차가 큰 터치 패널을 사용하는 경우라면 (3)의 조건을 적용하여 Dmax를 넘어가는 터치 좌표는 SNR 계산에 이용하지 않는다.
예측된 신호대잡음비에 기초하여 현재의 디지털 필터의 차수 구성이 적합하지 않다면, 채널추정부에서 결정된 파라미터에 따라 디지털 필터부터 다시 실행할지에 대한 리프로세싱 여부를 판단하여 리프로세싱이 필요한 경우 디지털 필터를 다시 실행한다(S980). 그렇지 않고 현재의 디지털 필터의 차수 구성이 적절하다면 바로 좌표 추출을 행한다(S990). 만약 필터 차수 구성을 항상 과거의 터치 데이터를 이용하여 결정한다면, S980에서 S920으로 회귀하는 피드백 흐름은 필요하지 않으며 채널 추정 결과는 다음 샘플 데이터에 적용될 것이다. 이 경우, 터치 데이터의 리프로세싱에 대한 시간 지연은 발생하지 않는다.
도 10은 본 발명의 따른 신호대잡음비 추정에 따른 디지털 필터 차수를 결정하기 위한 그래프이다.
먼저 신호대잡음비 추정에 따른 디지털 차수를 결정하는 동작은 도 9의 SNR 추정부에서 주로 이루어질 것이다.
도 10의 그래프에서 y축은 도전체가 터치판의 한점을 계속 찍고 있을 때 좌표의 흔들림(jitter) 정도를 나타내는 값이다. 흔들림을 나타내는 y축의 값은 실험을 통해 표준화(normalized)된 값이다. x 축은 SNR 값이다. 역시 표준화(normalized)된 값이고, 디지털 필터 탭수에 따라 5가지 곡선이 그려져 있다. 디지털 필터 탭수는 5가지 종류를 의미하는 것이고, 디지털 필터의 탭수(차수)가 정확히 1~5를 의미하는 것은 아니다. 단지, 1 보다는 5가 디지털 차수가 높은 것을 의미한다.
예를 들어 표준 사양(standard specification)에서 지터는 1 이하일 것을 요구한다고 가정하자. SNR = 3 일 때 5개의 그래프 중에서 지터가 1 이하인 것은 탭수가 4, 5일 때 두가지 경우이다. 최적의 성능을 위해서는 탭수 = 4를 택하여 디지털 필터링을 행하면 된다. SNR = 4 일 때는 지터가 1 이하인 그래프는 탭수가 3, 4, 5 세가지 경우고 탭수 = 3을 선택하면 된다. SNR = 5 일 때는 탭수 = 2를 택하면 터치 시스템에서 최적화된 성능을 기대할 수 있다.
만일 표준 사양이 지터가 0.8 이하일 것이라고 요구한다면 위의 지터가 1 이하일 경우보다 탭수는 조금씩 많아질 것이다. 예를 들어 SNR = 4 일 때 탭수 = 4가 되어야 한다. 반대로 표준 사양의 요구조건은 지터가 1.2이면 탭수는 1일 때보다 줄어들 수 있다. 그래프에 따르면 SNR = 3이면 탭수는 3이어도 된다.
디지털 필터와 마찬가지로 노이즈 널링 수준을 SNR에 맞게 조정할 수 있다. 노이즈 널링 수준은 좌표 흔들림의 정도를 완화시킬 수 있으나, 추출된 터치 좌표의 정확성을 열화시킨다. 따라서, 제품의 정확도를 위한 목표 한계치(threshold)라 할 수 있는 표준사양 지터를 만족할 수 있는 수준의 채널 환경이라면 널링 수준을 0에 가깝게 설정해야 한다. 결국 이러한 환경에서는 신호의 정확도를 위해 대부분의 신호를 널링시키지 않고 그대로 보존하여 디지털 필터링에 반영하는 것이 적합하다. 왜냐하면 널링에 의해 원래의 신호 값을 제거하게 되면 신호 정확도도 떨어지게 되기 때문이다. 이 경우, 채널 추정 결과와 필터 차수에 따라 표준사양 지터를 만족할 수 있도록 널링 수준을 결정한다. 예를 들어, SNR이 매우 낮은 상황에서 필터의 최대 탭 수가 선택되더라도 표준사양 지터를 만족할 수 없다면, 노이즈 널링 수준을 높여 지터를 완화시킬 수 있다. 따라서, 이러한 방식에 의해 적응형 디지털 필터링과 함께 노이즈 널링 수준도 함께 조정할 수 있다.
시스템 내부에서는 이와 같이 SNR 및 필터의 차수에 따른 좌표 변이를 미리 저장해두고, 노이즈 환경에 동적으로 대응할 수 있게 한다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 적응형 디지털 필터링 유닛(750)의 세부 블럭도이다.
적응형 디지털 필터링 장치(11)는 도 7에서의 적응형 디지털 필터링 유닛에 해당한다. 대부분의 동작은 이미 상술하였으므로, 각 유닛별로 간단하게 설명하도록 한다.
터치 데이터 수집 유닛(1110)에서 터치 패널의 센싱 채널을 통해 수집된 터치 데이터는 버퍼(1120)에 차후 SNR 추정을 위해 로컬라이제이션 정보를 이용하여 Si 형태로 변환되어 저장되고, 또한 디지털 필터링 유닛(1130)에 의해 초기 디지털 필터링이 이루어진다. 디지털 필터링은 선택적이다. 노이즈 널링 유닛(1140)은 터치 데이터의 일부 중 노이즈 레벨 기준값에 미치지 못하는 경우 수집된 데이터를 널링("0")시킨다. SNR 추정 유닛(1150)은 버퍼(1120)로부터 이전 터치 데이터와 현재 데이터를 참조하여 SNR을 추정한다. 그 결과 리프로세싱이 필요한 경우, 즉, 디지털 필터링 차수 조정 및 널링을 위한 널링 기준값(노이즈 레벨 기준값)이 필요한 경우는 디지털 필터링 차수 및 널링 기준값을 재조정하여 현재의 터치 데이터(1110)로부터 디지털 필터링 유닛(1130) 및 노이즈 널링 유닛(1130)을 재수행한다. 재수행 시 필요한 지연 시간이 허용되지 않는 경우라면 현재 터치 데이터가 아닌, 다음 터치 데이터부터 변경된 디지털 필터링 차수와 널링 기준값을 적용한다.
상술한 바와 같이 SNR을 추정하는데 있어서, 3가지 조건은 SNR 추정 예측조건 점검유닛(1160)에서 예측조건을 점검하고 예측조건이 만족되지 않을 경우에는 제어유닛(1170)을 통해 버퍼(1120)가 리셋된다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 터치 콘트롤러가 장착된 터치 디스플레이 장치(1200)의 PCB 구조를 나타내는 도면이다. 터치 디스플레이 장치(1200)는 윈도우 글라스(1210), 터치 패널(1220) 및 디스플레이 패널(1240)을 구비할 수 있다. 도한 터치 패널(1220)과 디스플레이 패널(1240) 사이에는 광학적 특성을 위해 편광판(1230)이 더 배치될 수도 있다.
터치 콘트롤러(1221)는 터치 패널에서 메인보드로 연결되는 FPCB(Flexible Printed Circuit Board) COB(chip on board) 형태로 실장될 수 있다.
윈도우 글라스(1210)는 일반적으로 아크릴이나 강화유리 등의 소재로 제작되어, 외부 충격이나 반복적인 터치에 의한 긁힘으로부터 모듈을 보호한다. 터치 패널(1220)은 유리기판이나 PET(Polyethylene Terephthlate) 필름 위에 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 전극을 이용하여 전극을 패터닝하여 형성된다. 터치 콘트롤러(1221)는 각각의 전극으로부터의 커패시턴스 변화를 감지하여 터치 좌표를 추출하고 적응적 디지털 필터링을 수행한 후 필터링 된 터치 데이터를 호스트 콘트롤러로 제공한다. 디스플레이 패널(1240)은 일반적으로 상판과 하판으로 이루어진 두 장의 유리를 접합하여 형성된다. 또한 일반적으로 모바일용 디스플레이 패널에는 디스플레이 구동회로(1241)가 COG(Chip on Glass) 형태로 부착된다.
또는 다른 예로서, 터치 콘트롤러부와 디스플레이 구동부가 하나의 반도체 칩에 집적된 경우도 있을 수 있다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 터치 시스템이 탑재되는 다양한 제품의 응용 예를 나타낸다.
현재 터치스크린 방식의 제품은 폭넓은 분야에서 사용되고 있고, 공간 상의 이점으로 빠르게 버튼 방식의 기기들을 대체하고 있다. 가장 폭발적인 수요는 역시 휴대폰 분야라고 할 수 있다. 특히 휴대폰에서는 그 편의성 뿐만 아니라 단말의 크기가 민감한 분야라서 별도의 키를 마련하지 않거나 키를 최소화하는 터치 폰 방식이 요즘 크게 각광을 받고 있는 것이 주지의 사실이다. 따라서 본 발명에 따른 터치 시스템(1300)은 휴대폰(1310)에 채용할 수 있음을 물론이고, 터치스크린을 채용한 TV(1320), 은행의 현금 입출납을 자동적으로 대행하는 ATM기(1330), 엘리베이터(1340), 지하철 등에서 사용되는 티켓 발급기(1350), PMP(1360), e-book(1370), 네비게이션(1380) 등에 폭넓게 사용될 수 있다. 이 외에도 사용자 인터페이스가 필요한 모든 분야에서 터치 디스플레이 장치는 빠르게 기존의 버튼식 인터페이스를 대체해가고 있음은 자명하다.
이상으로 도면과 명세서를 통해 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미를 한정하거나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이행할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
200; 터치 스크린 시스템
210; 터치 패널 220; 신호처리부
75; 터치 패널
710; 차지 앰프 720; 노이즈 보상 유닛
730; 아날로그 필터링 유닛 740; 아날로그-디지털 변환유닛
750; 적응형 디지털 필터링 유닛
11; 적응형 디지털 필터링 유닛
1110; 터치 데이터 수집 유닛 1120; 버퍼
1130; 디지털 필터링 유닛 1140; 노이즈 널링 유닛
1150; SNR 추정 유닛 1160; SNR 추정 예측조건 점검유닛
1170; 제어유닛

Claims (11)

  1. 터치 패널의 센스 채널을 통해 터치 데이터를 수집하고;
    상기 수집된 터치 데이터를 통해 SNR(signal-to-noise ratio)을 추정하고;
    상기 추정된 SNR에 기초하여 디지털 필터 탭 수를 결정하고;
    상기 결정된 디지털 필터 탭수에 따라 디지털 필터링하고; 및
    상기 추정된 SNR에 기초하여 노이즈 레벨 기준값을 결정하고, 상기 수집된 터치 데이터가 상기 노이즈 레벨 기준값보다 작은 경우 노이즈 널링시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 적응형 디지털 필터링 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 기설정된 샘플링 길이 NCE 동안 연속된 복수의 터치 데이터 Si(i는 0~NCE -1)를 통해 상기 기설정된 샘플링 길이 NCE 에서의 노이즈 레벨값을 결정하고, 상기 결정된 노이즈 레벨값으로부터 SNR을 계산하는 것을 특징으로 하는 적응형 디지털 필터링 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 노이즈 레벨값을 결정하기 위해, 상기 복수의 터치 데이터 Si(i는 0~NCE -1)를 노이즈 레벨 기준값과 비교하여 상기 터치 데이터가 상기 노이즈 레벨 기준값보다 작은 경우 노이즈 널링시키는 것을 특징으로 하는 적응형 디지털 필터링 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 SNR 을 추정하기 위한 예측조건은,
    상기 Si(i는 0~NCE -1)를 산출하여 저장하는 상기 NCE 길이 중에는 터치 상태가 유지되어야 하고, 및
    상기 Si(i는 0~NCE -1)를 산출하여 저장하는 상기 NCE 길이 중에는 비터치 상태에서 터치 상태로 혹은 터치 상태에서 비터치 상태로의 전환이 이루어지는 상태천이가 없어야 하는 것을 특징으로 하는 적응형 디지털 필터링 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 SNR을 추정하기 위한 예측조건은,
    상기 NCE 길이 중에 수집되는 터치 데이터는 상기 NCE 길이 동안 Si(i는 0~NCE -1)의 평균값 대비 최대 변이가 기준설정값 미만이어야 하는 것이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 적응형 디지털 필터링 방법.
  7. 터치 패널의 센스 채널을 통해 터치 데이터를 수집하는 터치 데이터 수집 유닛;
    상기 수집된 터치 데이터를 통해 SNR을 추정하고 상기 추정된 SNR에 기초하여 디지털 필터 탭수를 결정하는 SNR 추정 유닛;
    상기 터치 데이터를 디지털 필터링하는 디지털 필터링 유닛; 및
    상기 추정된 SNR에 기초하여 노이즈 레벨 기준값을 결정하고, 상기 수집된 터치 데이터가 상기 노이즈 레벨 기준값보다 작은 경우 노이즈 널링시키는 노이즈 널링 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 적응형 디지털 필터링 터치 콘트롤러 장치.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서, 상기 SNR 추정 유닛은 기설정된 길이 NCE 동안 연속된 복수의 터치 데이터 Si(i는 0~NCE -1)를 통해 상기 기설정된 길이 NCE 에서의 노이즈 레벨값을 결정하고, 상기 노이즈 레벨값으로부터 SNR을 계산하는 것을 특징으로 하는 적응형 디지털 필터링 터치 콘트롤러 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 Si(i는 0~NCE -1)를 산출하여 저장하는 상기 NCE 길이 중에는 터치 상태가 유지되는지의 여부, 및
    상기 Si(i는 0~NCE -1)를 산출하여 저장하는 상기 NCE 길이 중에는 비터치 상태에서 터치 상태로 혹은 터치 상태에서 비터치 상태로의 전환이 이루어지는 상태천이 여부인 SNR 추정 예측조건을 점검하는 SNR 추정 예측조건점검 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적응형 디지털 필터링 터치 콘트롤러 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 SNR 추정 예측조건점검 유닛은,
    상기 NCE 길이 중에 수집되는 터치 데이터는 상기 NCE 길이 중 Si(i는 0~NCE -1)의 평균값 대비 최대 변이가 기준설정값 미만인지의 여부도 점검하는 것을 특징으로 하는 적응형 디지털 필터링 터치 콘트롤러 장치.
KR1020100047644A 2010-05-20 2010-05-20 터치 센싱 시스템에서 적응형 디지털 필터링 방법 및 장치 KR101652828B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100047644A KR101652828B1 (ko) 2010-05-20 2010-05-20 터치 센싱 시스템에서 적응형 디지털 필터링 방법 및 장치
US13/103,257 US9134857B2 (en) 2010-05-20 2011-05-09 Adaptive digital filtering method and apparatus in touch sensing system
CN201110131640.2A CN102255611B (zh) 2010-05-20 2011-05-20 触摸感测系统中的自适应数字滤波方法和装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100047644A KR101652828B1 (ko) 2010-05-20 2010-05-20 터치 센싱 시스템에서 적응형 디지털 필터링 방법 및 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110128046A KR20110128046A (ko) 2011-11-28
KR101652828B1 true KR101652828B1 (ko) 2016-08-31

Family

ID=44972120

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100047644A KR101652828B1 (ko) 2010-05-20 2010-05-20 터치 센싱 시스템에서 적응형 디지털 필터링 방법 및 장치

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9134857B2 (ko)
KR (1) KR101652828B1 (ko)
CN (1) CN102255611B (ko)

Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8334849B2 (en) * 2009-08-25 2012-12-18 Pixart Imaging Inc. Firmware methods and devices for a mutual capacitance touch sensing device
JP5598104B2 (ja) * 2010-06-10 2014-10-01 ソニー株式会社 情報処理装置、情報処理方法及びコンピュータプログラム
CN102541381B (zh) * 2011-09-16 2014-08-27 骏升科技(中国)有限公司 低端单片机上实现电容式触摸板高分辨率输出的处理方法
KR101388906B1 (ko) * 2012-05-30 2014-04-23 삼성전기주식회사 정전용량 감지 장치, 정전용량 감지 방법, 및 터치스크린 장치
US20140035378A1 (en) * 2012-07-31 2014-02-06 Witricity Corporation Prevention of interference between wireless power transmission systems and touch surfaces
TWI492168B (zh) * 2012-09-07 2015-07-11 友達光電股份有限公司 移動位置座標產生方法
KR101942849B1 (ko) * 2012-11-28 2019-04-17 엘지디스플레이 주식회사 터치 센서를 갖는 전자장치와 이의 구동 방법
KR20140071050A (ko) * 2012-12-03 2014-06-11 삼성전자주식회사 용량성 멀티 터치 시스템 및 용량성 멀티 터치 시스템의 제어 방법
KR101444548B1 (ko) * 2012-12-12 2014-09-24 삼성전기주식회사 터치 감지 방법 및 터치 감지 장치
US20140267132A1 (en) * 2013-03-13 2014-09-18 QUALCOMM MEMS Technologies. Inc. Comprehensive Framework for Adaptive Touch-Signal De-Noising/Filtering to Optimize Touch Performance
US9035906B2 (en) * 2013-03-13 2015-05-19 Synaptics Incorporated Proximity sensing
US9811213B2 (en) * 2013-03-15 2017-11-07 Synaptics Incorporated Systems and methods for input device noise mitigation via a touch buffer
US8692802B1 (en) * 2013-07-30 2014-04-08 Cypress Semiconductor Corporation Method and apparatus for calculating coordinates with high noise immunity in touch applications
US9507049B2 (en) * 2013-10-04 2016-11-29 Banner Engineering Object sensing using dynamic demodulation
KR102140791B1 (ko) * 2013-10-11 2020-08-03 삼성전자주식회사 터치 컨트롤러, 터치 컨트롤러를 포함하는 디스플레이 장치 및 전자 장치, 및 터치 센싱 방법
JP2015088021A (ja) * 2013-10-31 2015-05-07 株式会社東芝 電子機器及び座標補正方法
EP3079043A4 (en) * 2014-01-26 2017-01-18 Huawei Device Co., Ltd. Interference suppression method and apparatus for touch screen and terminal device
AU2015209027A1 (en) * 2014-01-27 2016-08-18 Tactual Labs Co. Decimation strategies for input event processing
JP6219182B2 (ja) * 2014-01-29 2017-10-25 アルプス電気株式会社 入力装置
JP6342695B2 (ja) * 2014-04-18 2018-06-13 ラピスセミコンダクタ株式会社 半導体装置、表示システム、検出方法、及び検出プログラム
CN104199572B (zh) * 2014-08-18 2017-02-15 京东方科技集团股份有限公司 一种触摸显示装置的触摸定位方法及触摸显示装置
US20160228015A1 (en) * 2015-02-06 2016-08-11 Access Medical Sdn. Bhd. Physiological monitoring device
US10095361B2 (en) * 2015-03-18 2018-10-09 Microsoft Technology Licensing, Llc Stylus detection with capacitive based digitizer sensor
US9886136B2 (en) 2015-06-22 2018-02-06 Samsung Electronics Co., Ltd. Touch screen controller using adaptive filter control and touch screen system having the same
JP6513513B2 (ja) * 2015-07-09 2019-05-15 アルプスアルパイン株式会社 入力装置とその制御方法及びプログラム
JP6022137B1 (ja) * 2016-03-22 2016-11-09 三菱電機株式会社 座標補正装置、座標補正方法及び座標補正プログラム
US10007378B2 (en) * 2016-06-24 2018-06-26 Dell Products L.P. Information handling system touchscreen tool discrimination
US9922637B2 (en) * 2016-07-11 2018-03-20 Microsoft Technology Licensing, Llc Microphone noise suppression for computing device
US10466842B2 (en) * 2017-09-12 2019-11-05 Cypress Semiconductor Corporation Suppressing noise in touch panels using a shield layer
KR102536018B1 (ko) 2018-03-07 2023-05-23 일렉트로룩스 어플라이언스 아크티에볼레그 사용자 감지 기능을 갖는 세탁 기기
KR20210047430A (ko) 2019-10-21 2021-04-30 삼성디스플레이 주식회사 압력 센서 및 이를 포함한 표시 장치
CN112860105B (zh) * 2021-01-28 2022-12-30 维沃移动通信有限公司 触控位置确定方法、装置、电子设备及可读存储介质
CN113040784B (zh) * 2021-04-21 2022-07-05 福州大学 一种心电信号的肌电噪声滤波方法
US11755149B1 (en) * 2022-04-18 2023-09-12 Samsung Electronics Co., Ltd. Systems and methods for using statistical inference to enhance the precision of sparsified capacitive-touch and other human-interface devices

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090078474A1 (en) * 2007-09-26 2009-03-26 David Fleck Height dependent filter for a pointing device or a digitizer tablet, a method of reducing jitter in position data of a pointing device or a digitizer tablet, a computer readable medium and driver for performing the method

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3436637B2 (ja) 1996-06-04 2003-08-11 アルプス電気株式会社 座標入力装置
US5909384A (en) * 1996-10-04 1999-06-01 Conexant Systems, Inc. System for dynamically adapting the length of a filter
KR100532094B1 (ko) 1999-01-30 2005-11-29 삼성전자주식회사 터치패널의 노이즈 감소 장치 및 방법
US7265746B2 (en) * 2003-06-04 2007-09-04 Illinois Tool Works Inc. Acoustic wave touch detection circuit and method
US6850525B2 (en) * 2002-01-04 2005-02-01 Level 3 Communications, Inc. Voice over internet protocol (VoIP) network performance monitor
WO2004021328A2 (en) 2002-08-29 2004-03-11 N-Trig Ltd. Transparent digitiser
US7283956B2 (en) * 2002-09-18 2007-10-16 Motorola, Inc. Noise suppression
CN1262909C (zh) 2003-07-08 2006-07-05 胜华科技股份有限公司 触控面板的坐标预估与估测滤波方法
KR100603202B1 (ko) * 2004-06-28 2006-07-24 삼성전자주식회사 Ｌｍｓ 등화기의 스텝사이즈 자동 제어방법 및 제어장치
JP2006106853A (ja) 2004-09-30 2006-04-20 Pentel Corp タッチパネル装置
JP2007110576A (ja) * 2005-10-17 2007-04-26 Fujifilm Corp 被写体像データの色補正装置およびその制御方法
KR20070078171A (ko) * 2006-01-26 2007-07-31 삼성전자주식회사 신호대 잡음비에 의한 억제 정도 조절을 이용한 잡음 제거장치 및 그 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090078474A1 (en) * 2007-09-26 2009-03-26 David Fleck Height dependent filter for a pointing device or a digitizer tablet, a method of reducing jitter in position data of a pointing device or a digitizer tablet, a computer readable medium and driver for performing the method

Also Published As

Publication number Publication date
CN102255611A (zh) 2011-11-23
CN102255611B (zh) 2017-03-01
US9134857B2 (en) 2015-09-15
US20110285654A1 (en) 2011-11-24
KR20110128046A (ko) 2011-11-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101652828B1 (ko) 터치 센싱 시스템에서 적응형 디지털 필터링 방법 및 장치
JP5794810B2 (ja) タッチパネルの寄生キャパシタンス補償方法及びその装置
JP5827807B2 (ja) タッチパネルのノイズ補償方法及び装置
KR102140791B1 (ko) 터치 컨트롤러, 터치 컨트롤러를 포함하는 디스플레이 장치 및 전자 장치, 및 터치 센싱 방법
KR101561351B1 (ko) 터치 검출 장치, 터치 검출 기능을 구비한 표시 장치 및 전자 기기
KR101885216B1 (ko) 터치 센서 시스템의 멀티 터치 구분 방법
US20110310038A1 (en) Method and apparatus for correcting touch coordinates in touch system
KR20160000100A (ko) 터치 패널 및 이의 구동 장치
WO2016028387A1 (en) Providing a baseline capacitance for a capacitance sensing channel
US20170185218A1 (en) Touch controller, touch sensing device, and touch sensing method
CN106933409A (zh) 触摸控制器、触摸感测装置和触摸感测方法
US10452194B2 (en) Display device and driving method for display device using the same
KR20150103455A (ko) 터치스크린 장치 및 터치 감지 방법
US20150277609A1 (en) Touch data segmentation method of touch controller
KR20150087714A (ko) 터치패널 및 이를 포함하는 터치스크린 장치
KR102192520B1 (ko) 터치 스크린 장치 및 그의 구동 방법
CN107239173B (zh) 触控装置、触控显示装置及其驱动方法
KR102216328B1 (ko) 터치 스크린 장치
KR20140096528A (ko) 터치 패널 장치와 이의 구동 방법
KR101903415B1 (ko) 터치스크린이 구비된 디스플레이장치 및 그 구동 방법
KR20160150571A (ko) 터치 스크린 컨트롤러, 터치 센싱 장치, 및 터치 센싱 방법
KR20160143943A (ko) 정전용량 터치센서에서 인터레이스 방식의 스캔 방법
KR20140059030A (ko) 터치 패널

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190731

Year of fee payment: 4