KR101681747B1 - 터치 센싱 방법, 터치 센싱 콘트롤러 및 이를 갖는 터치 센싱 장치 - Google Patents

Abstract

구동신호의 구동주파수 크기와 센싱신호에 대응하는 센싱주파수 크기를 근거로 터치 발생 여부를 판별하는 터치 센싱 방법, 터치 센싱 콘트롤러 및 이를 갖는 터치 센싱 장치가 개시된다. 터치 센싱 콘트롤러는, 서로 다른 주파수를 갖는 복수의 구동신호들을 복수의 구동전극들에 동시에 제공하는 구동부; 및 센싱전극들 각각에서 센싱되는 센싱신호들을 고속 푸리에 변환(FFT)하여 센싱신호의 주파수 크기와 구동신호의 주파수 크기간의 변화량을 근거로 터치 발생 여부를 판별하는 센싱부를 포함한다.

Description

터치 센싱 방법, 터치 센싱 콘트롤러 및 이를 갖는 터치 센싱 장치{TOUCH SENSING METHOD, TOUCH SENSING CONTROLLER AND TOUCH SENSING DEVICE}

본 발명은 터치 센싱 방법, 터치 센싱 콘트롤러 및 이를 갖는 터치 센싱 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 구동신호의 구동주파수 크기와 센싱신호에 대응하는 센싱주파수 크기를 근거로 터치 발생 여부를 판별하는 터치 센싱 방법, 터치 센싱 콘트롤러 및 이를 갖는 터치 센싱 장치에 관한 것이다.

터치 센싱 장치는 기계식 버튼, 키패드, 키보드, 및 포인팅 장치의 필요성을 감소시키거나 없앰으로써 사용자가 전자 시스템 및 디스플레이와 편리하게 인터페이스할 수 있게 해준다. 예를들어, 사용자는 아이콘에 의해 식별되는 위치에서 디스플레이 중인 터치 스크린을 간단히 터치함으로써 복잡한 일련의 명령어들을 실행할 수 있다.

예를들어, 저항 방식, 적외선 방식, 정전용량 방식, 표면 탄성파 방식, 전자기 방식, 근접장 이미징(near field imaging) 방식 등을 비롯한, 터치 센싱 장치를 구현하는 몇가지 유형의 기술이 있다. 정전용량 방식의 터치 센싱 장치는 다수의 응용에서 잘 동작하는 것으로 밝혀졌다. 많은 터치 센싱 장치에서, 센서 내의 전도성 물체가 사용자의 손가락과 같은 전도성 터치 도구와 용량적으로 결합될 때 입력이 센싱된다. 일반적으로, 2개의 전기 전도성 부재가 실제로 터치하는 일없이 서로 근접하게 될 때마다, 이들 사이에 커패시턴스가 형성된다. 정전용량 방식의 터치 센싱 장치의 경우에, 손가락과 같은 물체가 터치 센싱 표면에 접근할 때, 물체와 아주 근접해 있는 센싱 지점 사이에 작은 커패시턴스가 형성된다. 각각의 센싱 지점에서 커패시턴스의 변화를 검출하고 센싱 지점의 위치에 유의함으로써, 센싱 회로는 다수의 물체를 인식하고 물체가 터치 표면에 걸쳐 움직일 때 물체의 특성을 결정할 수 있다.

터치를 용량성 측정하기 위해 이용되는 두 공지의 기술이 있다.

하나의 기술은 접지에 대한 정전용량을 측정하는 것으로, 이에 의해 신호가 전극에 인가된다. 전극에 근접한 터치는 신호 전류가 전극으로부터 손가락 같은 물체를 통해 전기적 접지로 흐르게 한다.

다른 하나의 기술은 상호 커패시턴스에 의한 것이다. 상호 정전용량 터치 스크린은 신호를 전기장에 의해 센싱전극에 용량성 커플링되는 구동 전극에 인가한다. 두 전극들 간의 신호 커플링은 근접한 물체에 의해 감소되고, 이는 용량성 커플링을 감소시킨다.

한국공개특허 제2012-0095376호 (명칭: 다수의 구동 주파수 및 최대 우도 추정을 갖는 멀티-터치 터치 디바이스)(2012. 08. 28. 자 공개)

이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에 착안한 것으로, 본 발명의 목적은 구동신호에 대응하는 구동주파수 크기와 센싱신호에 대응하는 센싱주파수 크기를 근거로 터치 발생 여부를 판별하는 터치 센싱 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기한 터치 센싱 방법을 수행하는 터치 센싱 콘트롤러를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기한 터치 센싱 콘트롤러를 포함하는 터치 센싱 장치를 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 터치 센싱 방법은, 서로 다른 주파수를 갖는 복수의 구동신호들을 복수의 구동전극들 각각에 동시에 제공하는 단계; 복수의 센싱전극들을 통해 센싱되는 센싱신호를 밴드 패스 필터링하는 단계; 밴드 패스 필터링된 센싱신호를 증폭하는 단계; 증폭된 센싱신호를 아날로그-디지털 변환하는 단계; 아날로그-디지털 변환된 센싱신호를 고속 푸리에 변환(FFT) 처리하여 센싱신호의 주파수 크기를 획득하는 단계; 및 고속 푸리에 변환된 센싱신호의 주파수 크기와 상기 구동신호의 주파수 크기간의 변화량을 근거로 터치 발생 여부를 판별하는 단계를 포함한다.

일실시예에서, 상기 구동신호의 주파수는 노이즈 성분의 주파수 대역을 회피하도록 결정될 수 있다.

일실시예에서, 터치 센싱 동작 중에 노이즈 성분이 유입이 되면 해당 노이즈 성분의 주파수 대역을 제외하여 구동신호의 주파수를 설정할 수 있다.

일실시예에서, 상기 증폭된 신호는 상기 구동신호의 주파수보다 2배 이상 빠른 주파수로 아날로그-디지털 변환될 수 있다.

상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 터치 센싱 콘트롤러는, 서로 다른 주파수를 갖는 복수의 구동신호들을 복수의 구동전극들에 동시에 제공하는 구동부; 및 센싱전극들 각각에서 센싱되는 센싱신호들을 고속 푸리에 변환(FFT)하여 센싱신호의 주파수 크기와 상기 구동신호의 주파수 크기간의 변화량을 근거로 터치 발생 여부를 판별하는 센싱부를 포함한다.

일실시예에서, 상기 센싱부는, 복수의 신호 증폭기들을 포함하고, 상기 센싱전극들 각각에 연결되고, 상기 센싱전극들 각각에서 출력되는 센싱신호를 증폭하는 신호 증폭부; 복수의 밴드 패스 필터들을 포함하고, 증폭된 센싱신호들 각각을 밴드 패스 필터링하는 밴드 패스 필터부; 복수의 아날로그-디지털 변환기들을 포함하고, 밴드 패스 필터된 센싱신호들 각각을 디지털 변환하는 아날로그-디지털 변환부; 복수의 고속 푸리에 변환기들을 포함하고, 디지털 변환된 센싱신호들 각각을 고속 푸리에 변환하는 고속 푸리에 변환부; 및 상기 구동신호의 주파수 크기를 기준으로 고속 푸리에 변환된 센싱신호의 주파수 크기간의 변화량을 근거로 터치 발생 여부를 판별하는 터치 판별부를 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 센싱부는, 상기 센싱전극들 각각에 연결되고, 상기 센싱전극들 각각에서 출력되는 센싱신호들 중 하나를 선택하는 먹스; 상기 먹스에 의해 선택된 센싱신호를 증폭하는 신호 증폭기; 증폭된 센싱신호를 밴드 패스 필터링하는 밴드 패스 필터; 밴드 패스 필터된 센싱신호를 디지털 변환하는 아날로그-디지털 변환기; 디지털 변환된 센싱신호를 고속 푸리에 변환하는 고속 푸리에 변환기; 및 상기 구동신호의 주파수 크기를 기준으로 고속 푸리에 변환된 센싱신호의 주파수 크기간의 변화량을 근거로 터치 발생 여부를 판별하는 터치 판별부를 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 터치 센싱 콘트롤러는 상기 아날로그-디지털 변환기가 상기 구동신호의 주파수 보다 빠른 주파수로 아날로그-디지털 변환하도록 상기 구동신호의 주파수에 대한 정보를 상기 아날로그-디지털 변환기에 제공하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 터치 센싱 콘트롤러는 주변의 노이즈 성분을 센싱하고 센싱된 노이즈 성분에 대한 주파수 특성을 상기 제어부에 제공하는 노이즈 센싱부를 더 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 제어부는 상기 노이즈 센싱부에서 제공되는 노이즈 성분의 주파수 대역을 회피하여 상기 구동신호를 생성하도록 상기 구동부를 제어할 수 있다.

상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 터치 센싱 장치는, 복수의 구동전극들과 복수의 센싱전극들이 배치된 터치 패널; 및 상기 구동전극들에 서로 다른 주파수를 갖는 복수의 구동신호들을 동시에 제공하고, 상기 센싱전극들 각각에서 센싱되는 센싱신호들을 고속 푸리에 변환(FFT)하여 센싱신호의 주파수 크기와 상기 구동신호의 주파수 크기간의 변화량을 근거로 터치 발생 여부를 판별하는 터치 센싱 콘트롤러를 포함한다.

일실시예에서, 상기 구동전극들과 상기 센싱전극들은 서로 다른 층에 배치될 수 있다.

일실시예에서, 상기 구동전극들과 상기 센싱전극들은, 평면상에서 관찰할 때, 매트릭스 타입으로 배치될 수 있다.

일실시예에서, 상기 터치 센싱 콘트롤러는, 상기 구동전극에 구동신호를 제공하는 구동부; 및 상기 센싱전극에서 센싱신호를 수신하여 고속 푸리에 변환을 통해 센싱신호의 주파수 크기를 획득하고, 상기 센싱신호의 주파수 크기와 상기 구동신호의 주파수 크기간의 변화량을 근거로 터치 발생 여부를 판별하는 센싱부를 포함할 수 있다.

이러한 터치 센싱 방법, 터치 센싱 콘트롤러 및 이를 갖는 터치 센싱 장치에 의하면, 구동신호에 대응하는 구동주파수 크기를 기준으로 센싱신호에 대응하는 센싱주파수 크기의 변화량을 근거로 터치 발생 여부를 판별할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 터치 센싱 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 터치 센싱 장치의 구동신호 및 센싱신호를 통한 터치 센싱 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 특정 센싱전극에서 터치 발생 여부에 따라 검출되는 센싱주파수를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 센싱 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 터치 센싱 장치가 채용된 휴대폰에서 발생되는 충전기 노이즈를 설명하기 위한 주파수 노이즈 스펙트럼이다.
도 6은 도 5의 주파수 노이즈 스펙트럼에서 구동주파수 설정을 설명하기 위한 주파수 노이즈 스펙트럼이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 센싱 장치를 설명하기 위한 블록도이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 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 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 터치 센싱 장치(100)를 설명하기 위한 블록도이다. 도 2는 도 1에 도시된 터치 센싱 장치(100)의 구동신호 및 센싱신호를 통한 터치 센싱 방법을 설명하기 위한 개념도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 터치 센싱 장치(100)는 터치 패널(110) 및 터치 센싱 콘트롤러(120)를 포함한다.

상기 터치 패널(110)은 복수의 구동전극들(112)과 복수의 센싱전극들(114)을 포함한다. 상기 구동전극들(112)과 상기 센싱전극들(114)은 서로 다른 층에 배치될 수 있다. 도 1에서 구동전극들(112)이 아래층에 배치되고 센싱전극들(114)이 위층에 배치된 것을 도시하였으나 그 역도 가능하다. 상기 구동전극들(112)과 상기 센싱전극들(114)은, 평면상에서 관찰할 때, 매트릭스 타입으로 배치될 수 있다. 도 1에서 상기 터치 패널(110)은 구동전극들(112)과 센싱전극들(114)의 4x4 매트릭스를 갖는 것으로 도시되어 있지만, 다른 수의 전극들 및 다른 매트릭스 크기도 사용될 수 있다.

상기 터치 패널(110)은 전형적으로 사용자가 터치 패널(110)을 통해 물체(컴퓨터, 핸드헬드 장치, 휴대폰, 또는 기타 주변 장치의 픽셀화된 디스플레이 등)를 볼 수 있도록 실질적으로 투명하다.

설명의 편의상, 구동전극들(112)과 센싱전극들(114)이 넓고 잘 보이도록 도시되어 있지만, 실제로는 비교적 좁고 사용자에게 잘 보이지 않게 되어 있을 수 있다. 게다가, 구동전극들(112)과 센싱전극들(114)이 가변 폭 - 예를들어, 전극간 프린지 전계(inter-electrode fringe field)를 증가시키고 그로써 구동전극들(112)과 센싱전극들(114)간 용량성 커플링(electrode-to-electrode capacitive coupling)에 대한 터치의 효과를 증가시키기 위해 매트릭스의 노드의 근방에서 다이어몬드-형상 또는 기타 형상의 패드의 형태로 증가된 폭 - 을 가지도록 설계될 수 있다.

예시적인 실시 형태에서, 구동전극들(112)과 센싱전극들(114)은 ITO(indium tin oxide) 또는 다른 적당한 전기 전도성 물질로 이루어져 있을 수 있다.

상기 터치 센싱 콘트롤러(120)는 구동부(122), 센싱부(124) 및 제어부(126)를 포함하고, 상기 구동전극들(112)에 서로 다른 구동주파수를 갖는 복수의 구동신호들을 제공하고, 상기 센싱전극들(114) 각각에서 센싱되는 센싱신호들을 고속 푸리에 변환(FFT)하여 상기 구동주파수에 대한 상기 센싱주파수 크기의 변화량을 근거로 터치 발생 여부를 판별한다.

상기 구동부(122)는 서로 다른 구동주파수를 갖는 구동신호들을 상기 구동전극들(112) 각각에 동시에 제공한다. 예를들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 구동전극에는 제1 주파수(f0)를 갖는 구동신호를 제공하고, 제2 구동전극에는 제2 주파수(f1)를 갖는 구동신호를 제공하고, 제3 구동전극에는 제3 주파수(f2)를 갖는 구동신호를 제공하고, 제4 구동전극에는 제4 주파수(f3)를 갖는 구동신호를 제공한다. 상기한 서로 다른 구동주파수를 갖는 구동신호들은 상기 제어부(126)의 제어에 따라 생성될 수 있다. 본 실시예에서, 상기 구동신호들은 사인(sine)파 또는 코사인(cosine)파 등의 정현파를 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 상기 구동부(122)는 서로 다른 구동주파수를 갖는 구동신호들을 이용하여 동시에 상기 구동전극들(112)을 구동하므로 터치 센싱 시간이 빠르고 이에 따라 고속 응답이 가능하다.

상기 센싱부(124)는 상기 센싱전극들(114) 각각에서 센싱신호를 수신하여 고속 푸리에 변환을 통해 센싱신호의 주파수 크기를 획득하고, 상기 센싱신호의 주파수 크기와 상기 구동신호의 주파수 크기간의 변화량을 근거로 터치 발생 여부를 판별한다.

상기 센싱부(124)는 신호 증폭부(410), 밴드 패스 필터부(420), 아날로그-디지털 변환부(430), 고속 푸리에 변환부(440) 및 터치 판별부(450)를 포함한다.

상기 신호 증폭부(410)는 복수의 신호 증폭기들을 포함하고, 상기 센싱전극들(114) 각각에 연결되고, 상기 센싱전극들(114) 각각에서 출력되는 센싱신호를 증폭하여 상기 밴드 패스 필터부(420)에 제공한다.

상기 밴드 패스 필터부(420)는 복수의 밴드 패스 필터들(band pass filters)을 포함하고, 증폭된 센싱신호들 각각을 밴드 패스 필터링하여 상기 아날로그-디지털 변환부(430)에 제공한다.

상기 아날로그-디지털 변환부(430)는 복수의 아날로그-디지털 변환기들을 포함하고, 밴드 패스 필터된 센싱신호들 각각을 디지털 변환하여 상기 고속 푸리에 변환부(440)에 제공한다. 상기 아날로그-디지털 변환부(430)는 상기 구동주파수보다 최소 2배 이상 빠른 주파수로 ADC변환을 실시한다. 상기 구동주파수에 대한 정보는 상기 제어부(126)로부터 제공받을 수 있다.

상기 고속 푸리에 변환부(440)는 복수의 고속 푸리에 변환기들을 포함하고, 디지털 변환된 센싱신호들 각각을 고속 푸리에 변환하여 센싱신호들 각각을 시간 도메인(Time Domain)에서 주파수 도메인(Frequency Domain)으로 변환하여 주파수 성분과 주파수 성분의 크기를 획득한 후 상기 터치 판별부(450)에 제공한다. 본 실시예에서, 시간 도메인(time domain)에서의 센싱을 주파수 도메인에서 센싱으로 변환함으로써, 디지털 신호처리에 매우 유용하다.

상기 터치 판별부(450)는 상기 구동신호의 주파수 크기를 기준으로 고속 푸리에 변환된 센싱신호의 주파수 크기간의 변화량을 근거로 터치 발생 여부를 판별한다. 상기 구동신호의 주파수에 대한 정보는 상기 제어부(126)로부터 제공받을 수 있다.

상기 터치 센싱 콘트롤러(120)는 호스트 인터페이스(126)를 더 포함할 수 있다. 상기 호스트 인터페이스(126)는 상기 터치 판별부(450)에서 판별된 터치 위치를 외부의 호스트(미도시)에 제공하는 역할을 수행한다.

상기 터치 센싱 콘트롤러(120)는 측정된 크기 및 연관된 파라미터를 저장하는 하나 이상의 메모리 장치(미도시)와, 필요한 계산 및 제어 기능을 수행하는 마이크로프로세서(미도시)를 더 포함할 수 있다.

상기 터치 센싱 콘트롤러(120) 및/또는 상기 터치 센싱 장치(100)의 기타 부분은, 본 명세서에 기술된 기능들 중 하나 이상의 기능을 수행하기 위해, 하나 이상의 ASIC(application-specific integrated circuit), ASSP(application-specific standard product) 등으로 구현될 수 있다. 도 3은 특정 센싱전극에서 터치 발생 여부에 따라 검출되는 센싱주파수를 설명하기 위한 도면이다. 특히, 터치가 발생되지 않음에 따라 특정 센싱전극에서 검출되는 센싱주파수와 터치가 발생됨에 따라 특정 센싱전극에서 검출되는 센싱주파수가 각각 도시된다.

도 3을 참조하면, 터치 패널에는 제1 내지 제4 구동전극들(TX0, TX1, TX2, TX3)과 제1 내지 제4 센싱전극들(RX0, RX1, RX2, RX3)이 매트릭스 타입으로 배치된다.

터치 센싱을 위해, 제1 내지 제4 구동전극들(TX0, TX1, TX2, TX3) 각각에 제1 구동주파수(f0)를 갖는 송신신호, 제2 구동주파수(f1)를 갖는 송신신호, 제3 구동주파수(f2)를 갖는 송신신호, 제4 구동주파수(f3)를 갖는 송신신호를 인가한다.

터치가 발생되지 않으면, 센싱신호에서 검출되는 제1 내지 제4 주파수들(f0, f1, f2, f3)의 크기는 동일하다.

하지만, 터치가 발생되면, 센싱신호에서 검출되는 주파수들의 크기는 다르다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 구동전극(TX1)과 제2 센싱전극(RX1)이 교차하는 부위에 터치가 발생되면, 제2 센싱전극(RX1)을 통해 수신되는 센싱신호에서 제2 주파수 성분(f1)의 크기는 다른 주파수 성분들에 비해 감쇄된다.

따라서, 판별부(도 1의 450)에서는 제2 구동전극(TX1)과 제2 센싱전극(RX1)이 교차하는 부위에서 터치가 발생되었음을 판별한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 센싱된 신호에서 이미 알고 있는 송신주파수 성분의 크기의 변화량을 통해 터치를 센싱하므로 주파수 성분을 갖는 노이즈 성분과 터치 성분의 구분이 용이하다. 따라서, 터치스크린의 동작 환경에서 발생하는 노이즈 성분에 대해 별도의 프로세스없이 FFT의 결과를 사용하여 원하는 주파수의 센싱신호의 변화량만을 측정할 수 있음으로 노이즈에 의한 악영향을 보다 용이하게 해결할 수 있다.

또한, 동시에 복수의 구동전극들을 구동함으로 터치 센싱 시간을 고속화할 수 있고, 고속 응답이 가능하다.

또한, 시간 도메인에서의 센싱을 주파수 도메인에서의 센싱으로 변환하므로 디지털 신호처리가 가능하다.

일반적으로 노이즈 주파수에 강한 특성을 갖기 위해 약 400kHz 정도의 구동주파수로 펄스 형태의 전압을 구동하였다. 터치 스크린의 크기가 커지거나 단면 센서에서 저항성분과 캐패시턴스 성분이 증가하면 RC시상수가 큰 터치 센싱 장치가 되어 400khz 이상의 송신주파수를 구동하지 못하므로 구동주파수를 낮춰서 구동하였다. 이렇게 낮은 주파수로 터치 센싱 장치를 구동하면 휴대폰의 노이즈와의 간섭으로 인해 터치 센싱에 어려움이 있었다.

하지만, 본 실시예에 따르면, 구동주파수는 센서의 시상수, 즉 구동전극의 시상수보다 느리게 구동하는 것이 가능하므로 고저항성 센서(즉, 중대형 크기 또는 단면 센서)의 구동에 유리하다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 센싱 장치(200)를 설명하기 위한 블록도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 센싱 장치(200)는 터치 패널(110) 및 터치 센싱 콘트롤러(220)를 포함한다.

상기 터치 패널(110)은 도 1에서 설명된 터치 패널(110)과 동일하므로 동일한 도면부호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다.

상기 터치 센싱 콘트롤러(220)는 구동부(222), 센싱부(224), 노이즈 센싱부(226) 및 제어부(227)를 포함하고, 상기 구동전극들(112)에 서로 다른 구동주파수를 갖는 복수의 구동신호들을 제공하고, 상기 센싱전극들(114) 각각에서 센싱되는 센싱신호들을 고속 푸리에 변환(FFT)하여 상기 구동주파수에 대한 상기 센싱주파수 크기의 변화량을 근거로 터치 발생 여부를 판별한다.

상기 구동부(222)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 서로 다른 구동주파수를 갖는 구동신호들을 상기 구동전극들(112) 각각에 동시에 제공한다. 상기한 서로 다른 구동주파수를 갖는 구동신호들은 상기 제어부(227)의 제어에 따라 생성될 수 있다.

상기 센싱부(224)는 상기 센싱전극들(114) 각각에서 센싱신호를 수신하여 고속 푸리에 변환을 통해 센싱신호의 주파수 크기를 획득하고, 상기 센싱신호의 주파수 크기와 상기 구동신호의 주파수 크기간의 변화량을 근거로 터치 발생 여부를 판별한다.

상기 센싱부(224)는 신호 증폭부(410), 밴드 패스 필터부(420), 아날로그-디지털 변환부(430), 고속 푸리에 변환부(440) 및 터치 판별부(450)를 포함한다.

상기 신호 증폭부(410)는 복수의 신호 증폭기들을 포함하고, 상기 센싱전극들(114) 각각에 연결되고, 상기 센싱전극들(114) 각각에서 출력되는 센싱신호를 증폭하여 상기 밴드 패스 필터부(420)에 제공한다.

상기 밴드 패스 필터부(420)는 복수의 밴드 패스 필터들을 포함하고, 증폭된 센싱신호들 각각을 밴드 패스 필터링하여 상기 아날로그-디지털 변환부(430)에 제공한다.

상기 아날로그-디지털 변환부(430)는 복수의 아날로그-디지털 변환기들을 포함하고, 밴드 패스 필터된 센싱신호들 각각을 디지털 변환하여 상기 고속 푸리에 변환부(440)에 제공한다. 상기 아날로그-디지털 변환부(430)는 상기 구동주파수보다 최소 2배 이상 빠른 주파수로 ADC변환을 실시한다. 상기 구동주파수에 대한 정보는 상기 제어부(227)로부터 제공받을 수 있다.

상기 고속 푸리에 변환부(440)는 복수의 고속 푸리에 변환기들을 포함하고, 디지털 변환된 센싱신호들 각각을 고속 푸리에 변환하여 센싱신호들 각각을 시간 도메인에서 주파수 도메인으로 변환하여 주파수 성분과 주파수 성분의 크기를 획득한 후 상기 터치 판별부(450)에 제공한다.

상기 터치 판별부(450)는 상기 구동신호의 주파수 크기를 기준으로 고속 푸리에 변환된 센싱신호의 주파수 크기간의 변화량을 근거로 터치 발생 여부를 판별한다. 상기 구동주파수에 대한 정보는 상기 제어부(227)로부터 제공받을 수 있다.

상기 노이즈 센싱부(226)는 주변의 노이즈 성분을 센싱하고 센싱된 노이즈 성분에 대한 주파수 특성을 상기 구동부(222)에 제공한다. 상기 노이즈 성분은 휴대폰에서 발생되는 충전기 노이즈 성분일 수도 있고, 주변 인공광에 의해 발생되는 노이즈 성분일 수도 있다.

상기 구동부(222)는, 상기 노이즈 센싱부(226)로부터 노이즈 성분에 대한 주파수 특성이 제공됨에 따라, 노이즈 성분의 주파수 대역을 회피하여 구동신호의 주파수를 결정한다. 즉, 터치 센싱 동작 중에 노이즈 성분이 유입되면, 상기 구동부는 해당 노이즈 성분의 주파수 대역을 제외하여 구동신호의 주파수를 설정한다.

상기 터치 센싱 콘트롤러(220)는 호스트 인터페이스(228)를 더 포함할 수 있다. 상기 호스트 인터페이스(228)는 상기 터치 판별부(450)에서 판별된 터치 위치를 외부의 호스트(미도시)에 제공하는 역할을 수행한다.

통상적으로 터치 센싱은 외부 노이즈, 예를들어, 전원 노이즈, LCD 구동 노이즈, R/F 노이즈, 삼파장 노이즈 등에 민감하기 때문에 별도의 노이즈 제거를 위해 필터 알고리즘 또는 주파수 호핑 기술을 통해 터치스크린의 터치를 센싱하고 운용한다.

하지만, 본 발명에서는 센싱신호에서 이미 알고 있는 구동주파수 성분의 크기(Magnitude)의 변화량을 통해 터치를 센싱하므로 주파수 성분을 갖고 있는 노이즈 성분과 터치 성분의 구분이 용이하다. 따라서 터치스크린의 동작 환경에서 발생하는 노이즈 성분에 대해 별도의 처리없이 FFT의 결과를 사용하여 원하는 추파수의 센싱신호의 변화량만을 측정할 수 있음으로 노이즈에 대한 해결이 용이하다.

한편, 터치 센싱 장치가 채용되는 휴대폰에는 각종 노이즈 성분이 존재하므로 터치 센싱의 효율을 저감시킬 수 있다.

도 5는 터치 센싱 장치가 채용된 휴대폰에서 발생되는 충전기 노이즈를 설명하기 위한 주파수 노이즈 스펙트럼이다.

도 5를 참조하면, 휴대폰의 충전기에서 발생되는 노이즈(즉, 충전기 노이즈)는 대략 150kHz, 대략 300kHz 및 대략 470kHz 각각에서 발생되는 협대역 노이즈 성분과, 130kHz 내지 180kHz 대역, 260kHz 내지 370kHz 대역, 400kHz 내지 560kHz 대역 각각에서 발생되는 광대역 노이즈 성분을 포함한다. 이러한 충전기 노이즈가 휴대폰에 채용되는 터치 센싱 장치에 유입되면 처리에 어려움이 있다.

도 6은 도 5의 주파수 노이즈 스펙트럼에서 구동주파수 설정을 설명하기 위한 주파수 노이즈 스펙트럼이다.

도 6을 참조하면, 노이즈 스펙트럼에서 노이즈가 심한 주파수 대역인 대략 150kHz, 대략 300kHz, 대략 470kHz, 130kHz 내지 180kHz 대역, 260kHz 내지 370kHz 대역, 400kHz 내지 560kHz 대역을 피해서 각각 제1 구동주파수(f0), 제2 구동주파수(f1), 제3 구동주파수(f2), 제4 구동주파수(f3)를 구동한다. 센싱된 신호에서 해당 주파수 크기(Magnitude)의 변화율만 측정하면 노이즈를 회피하여 센싱이 가능하다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 센싱 장치(300)를 설명하기 위한 블록도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 센싱 장치(300)는 터치 패널(110) 및 터치 센싱 콘트롤러(320)를 포함한다.

상기 터치 패널(110)은 도 1에서 설명된 터치 패널(110)과 동일하므로 동일한 도면부호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다.

상기 터치 센싱 콘트롤러(320)는 구동부(322) 센싱부(324), 노이즈 센싱부(326) 및 제어부(327)를 포함하고, 상기 구동전극들(112)에 서로 다른 구동주파수를 갖는 복수의 구동신호들을 제공하고, 상기 센싱전극들(114) 각각에서 센싱되는 센싱신호들을 고속 푸리에 변환(FFT)하여 상기 구동주파수에 대한 상기 센싱주파수 크기의 변화량을 근거로 터치 발생 여부를 판별한다.

상기 구동부(322)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 서로 다른 구동주파수를 갖는 구동신호들을 상기 구동전극들(112) 각각에 동시에 제공한다. 상기한 서로 다른 구동주파수를 갖는 구동신호들은 상기 제어부(327)의 제어에 따라 생성될 수 있다.

상기 센싱부(324)는 상기 센싱전극들(114) 각각에서 센싱신호를 수신하여 고속 푸리에 변환을 통해 센싱신호의 주파수 크기를 획득하고, 상기 센싱신호의 주파수 크기와 상기 구동신호의 주파수 크기간의 변화량을 근거로 터치 발생 여부를 판별한다.

상기 센싱부(324)는 먹스(510), 신호 증폭부(520), 밴드 패스 필터부(530), 아날로그-디지털 변환부(540), 고속 푸리에 변환부(550) 및 터치 판별부(560)를 포함한다.

상기 먹스(510)는 상기 센싱전극들(114) 각각에 연결되고, 상기 센싱전극들(114) 각각에서 출력되는 센싱신호들 중 하나를 선택하여 상기 신호 증폭부(520)에 제공한다.

상기 신호 증폭부(520)는 하나의 신호 증폭기를 포함하고, 상기 먹스(510)에 의해 선택된 센싱신호를 증폭하여 상기 밴드 패스 필터부(530)에 제공한다.

상기 밴드 패스 필터부(530)는 하나의 밴드 패스 필터를 포함하고, 증폭된 센싱신호들 각각을 밴드 패스 필터링하여 상기 아날로그-디지털 변환부(540)에 제공한다.

상기 아날로그-디지털 변환부(540)는 하나의 아날로그-디지털 변환기를 포함하고, 밴드 패스 필터된 센싱신호들 각각을 디지털 변환하여 상기 고속 푸리에 변환부(550)에 제공한다. 상기 아날로그-디지털 변환부(540)는 상기 구동주파수보다 최소 2배 이상 빠른 주파수로 ADC변환을 실시한다. 상기 구동주파수에 대한 정보는 상기 제어부(327)로부터 제공받을 수 있다.

상기 고속 푸리에 변환부(550)는 하나의 고속 푸리에 변환기를 포함하고, 디지털 변환된 센싱신호들 각각을 고속 푸리에 변환하여 센싱신호를 시간 도메인에서 주파수 도메인으로 변환하여 주파수 성분과 주파수 성분의 크기를 획득한 후 상기 터치 판별부(560)에 제공한다.

상기 터치 판별부(560)는 상기 구동신호의 주파수 크기를 기준으로 고속 푸리에 변환된 센싱신호의 주파수 크기간의 변화량을 근거로 터치 발생 여부를 판별한다. 상기 구동주파수에 대한 정보는 상기 제어부(327)로부터 제공받을 수 있다.

상기 노이즈 센싱부(326)는 주변의 노이즈 성분을 센싱하고 센싱된 노이즈 성분에 대한 주파수 특성을 상기 구동부(322)에 제공한다. 상기 노이즈 성분은 휴대폰에서 발생되는 충전기 노이즈 성분일 수도 있고, 주변 인공광에 의해 발생되는 노이즈 성분일 수도 있다.

상기 구동부(322)는, 상기 노이즈 센싱부(326)로부터 노이즈 성분에 대한 주파수 특성이 제공됨에 따라, 노이즈 성분의 주파수 대역을 회피하여 구동신호의 주파수를 결정한다. 즉, 터치 센싱 동작 중에 노이즈 성분이 유입되면, 상기 구동부는 해당 노이즈 성분의 주파수 대역을 제외하여 구동신호의 주파수를 설정한다.

상기 터치 센싱 콘트롤러(320)는 호스트 인터페이스(328)를 더 포함할 수 있다. 상기 호스트 인터페이스(328)는 상기 터치 판별부(550)에서 판별된 터치 위치를 외부의 호스트(미도시)에 제공하는 역할을 수행한다.

이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100, 200, 300 : 터치 센싱 장치 110 : 터치 패널
112 : 구동전극들 114 : 센싱전극들
120, 220, 320 : 터치 센싱 콘트롤러 122, 222, 322 : 구동부
124, 224, 324 : 센싱부 226, 326 : 노이즈 센싱부
228, 328 : 호스트 인터페이스 410, 520 : 신호 증폭부
420, 530 : 밴드 패스 필터부 450, 560 : 터치 판별부
430, 540 : 아날로그-디지털 변환부 440, 550 : 고속 푸리에 변환부
510 : 먹스 126, 227, 327 : 제어부

Claims (19)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 서로 다른 주파수를 갖는 복수의 구동신호들을 복수의 구동전극들에 동시에 제공하는 구동부;
   센싱전극들 각각에서 센싱되는 센싱신호들을 고속 푸리에 변환(FFT)하여 센싱신호의 주파수 크기와 상기 구동신호의 주파수 크기간의 변화량을 근거로 터치 발생 여부를 판별하는 센싱부;
   주변의 노이즈 성분을 센싱하고 센싱된 노이즈 성분에 대한 주파수 특성을 출력하는 노이즈 센싱부; 및
   상기 구동신호의 주파수 보다 빠른 주파수로 아날로그-디지털 변환되도록 상기 구동신호의 주파수에 대한 정보를 상기 센싱부에 제공하고, 상기 노이즈 센싱부에서 제공되는 주파수 특성을 근거로 노이즈 성분의 주파수 대역을 회피하여 상기 구동신호를 생성하도록 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 터치 센싱 콘트롤러.
6. 제5항에 있어서, 상기 센싱부는,
   복수의 신호 증폭기들을 포함하고, 상기 센싱전극들 각각에 연결되고, 상기 센싱전극들 각각에서 출력되는 센싱신호를 증폭하는 신호 증폭부;
   복수의 밴드 패스 필터들을 포함하고, 증폭된 센싱신호들 각각을 밴드 패스 필터링하는 밴드 패스 필터부;
   복수의 아날로그-디지털 변환기들을 포함하고, 밴드 패스 필터된 센싱신호들 각각을 디지털 변환하는 아날로그-디지털 변환부;
   복수의 고속 푸리에 변환기들을 포함하고, 디지털 변환된 센싱신호들 각각을 고속 푸리에 변환하는 고속 푸리에 변환부; 및
   상기 구동신호의 주파수 크기를 기준으로 고속 푸리에 변환된 센싱신호의 주파수 크기간의 변화량을 근거로 터치 발생 여부를 판별하는 터치 판별부를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 콘트롤러.
7. 제5항에 있어서, 상기 센싱부는,
   상기 센싱전극들 각각에 연결되고, 상기 센싱전극들 각각에서 출력되는 센싱신호들 중 하나를 선택하는 먹스;
   상기 먹스에 의해 선택된 센싱신호를 증폭하는 신호 증폭기;
   증폭된 센싱신호를 밴드 패스 필터링하는 밴드 패스 필터;
   밴드 패스 필터된 센싱신호를 디지털 변환하는 아날로그-디지털 변환기;
   디지털 변환된 센싱신호를 고속 푸리에 변환하는 고속 푸리에 변환기; 및
   상기 구동신호의 주파수 크기를 기준으로 고속 푸리에 변환된 센싱신호의 주파수 크기간의 변화량을 근거로 터치 발생 여부를 판별하는 터치 판별부를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 콘트롤러.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 제어부는 상기 아날로그-디지털 변환기가 상기 구동신호의 주파수 보다 빠른 주파수로 아날로그-디지털 변환하도록 상기 구동신호의 주파수에 대한 정보를 상기 아날로그-디지털 변환기에 제공하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 콘트롤러.
9. 삭제
10. 삭제
11. 복수의 구동전극들과 복수의 센싱전극들이 배치된 터치 패널; 및
    상기 구동전극들에 서로 다른 주파수를 갖는 복수의 구동신호들을 동시에 제공하고, 상기 센싱전극들 각각에서 센싱되는 센싱신호들을 고속 푸리에 변환(FFT)하여 센싱신호의 주파수 크기와 상기 구동신호의 주파수 크기간의 변화량을 근거로 터치 발생 여부를 판별하는 터치 센싱 콘트롤러를 포함하되,
    상기 터치 센싱 콘트롤러는,
    상기 구동전극에 구동신호를 제공하는 구동부;
    상기 센싱전극에서 센싱신호를 수신하여 고속 푸리에 변환을 통해 센싱신호의 주파수 크기를 획득하고, 상기 센싱신호의 주파수 크기와 상기 구동신호의 주파수 크기간의 변화량을 근거로 터치 발생 여부를 판별하는 센싱부;
    주변의 노이즈 성분을 센싱하고 센싱된 노이즈 성분에 대한 주파수 특성을 출력하는 노이즈 센싱부; 및
    상기 구동신호의 주파수 보다 빠른 주파수로 아날로그-디지털 변환되도록 상기 구동신호의 주파수에 대한 정보를 상기 센싱부에 제공하고, 상기 노이즈 센싱부에서 제공되는 주파수 특성을 근거로 노이즈 성분의 주파수 대역을 회피하여 상기 구동신호를 생성하도록 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 구동전극들과 상기 센싱전극들은 서로 다른 층에 배치된 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치.
13. 제11항에 있어서, 상기 구동전극들과 상기 센싱전극들은, 평면상에서 관찰할 때, 매트릭스 타입으로 배치된 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치.
14. 제11항에 있어서, 상기 터치 센싱 콘트롤러는
    상기 구동전극에 구동신호를 제공하는 구동부; 및
    상기 센싱전극에서 센싱신호를 수신하여 고속 푸리에 변환을 통해 센싱신호의 주파수 크기를 획득하고, 상기 센싱신호의 주파수 크기와 상기 구동신호의 주파수 크기간의 변화량을 근거로 터치 발생 여부를 판별하는 센싱부를 포함하는 터치 센싱 장치.
15. 제14항에 있어서, 상기 센싱부는,
    상기 센싱부는,
    복수의 신호 증폭기들을 포함하고, 상기 센싱전극들 각각에 연결되고, 상기 센싱전극들 각각에서 출력되는 센싱신호를 증폭하는 신호 증폭부;
    복수의 밴드 패스 필터들을 포함하고, 증폭된 센싱신호들 각각을 밴드 패스 필터링하는 밴드 패스 필터부;
    복수의 아날로그-디지털 변환기들을 포함하고, 밴드 패스 필터된 센싱신호들 각각을 디지털 변환하는 아날로그-디지털 변환부;
    복수의 고속 푸리에 변환기들을 포함하고, 디지털 변환된 센싱신호들 각각을 고속 푸리에 변환하는 고속 푸리에 변환부; 및
    상기 구동신호의 주파수 크기를 기준으로 고속 푸리에 변환된 센싱신호의 주파수 크기간의 변화량을 근거로 터치 발생 여부를 판별하는 터치 판별부를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치.
16. 제14항에 있어서, 상기 센싱부는,
    상기 센싱전극들 각각에 연결되고, 상기 센싱전극들 각각에서 출력되는 센싱신호들 중 하나를 선택하는 먹스;
    상기 먹스에 의해 선택된 센싱신호를 증폭하는 신호 증폭기;
    증폭된 센싱신호를 밴드 패스 필터링하는 밴드 패스 필터;
    밴드 패스 필터된 센싱신호를 디지털 변환하는 아날로그-디지털 변환기;
    디지털 변환된 센싱신호를 고속 푸리에 변환하는 고속 푸리에 변환기; 및
    상기 구동신호의 주파수 크기를 기준으로 고속 푸리에 변환된 센싱신호의 주파수 크기간의 변화량을 근거로 터치 발생 여부를 판별하는 터치 판별부를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치.
    
    
    
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