KR101687185B1 - 단일 레이어 터치 패널의 능동형 저전력 afe 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단일 레이어 터치 패널의 센싱 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 현재의 터치 입력 환경에 따라 여러 가지의 모드를 구분하여 적용하고, 그에 따라 전력의 이용량을 제어함으로써 터치 환경에 관계 없이도 항상 최대전력을 소비하게 되는 기존의 터치 패널 센싱 구조의 취약점을 해결하는 단일 레이어 터치 패널의 능동형 저전력 AFE 시스템에 관한 것이다.
보다 구체적으로 본 발명에 대하여 설명하면, 본 발명은 단일 ITO(Indium Tin Oxide) 전극을 패널에 2차원적으로 배열한 단일 레이어 터치 패널(1 Layer Touch Panel)에 있어서, 터치 패널의 최종 출력값을 이용해 현재의 터치 입력 환경을 노말 모드(Normal Mode), 아이들 모드(Idle Mode), 호버링 모드(Hoveing Mode) 및 노이즈 모드(Noise Mode)로 구분하는 구동 모드 분석기(Operation Mode Analyzer) 및 상기 구동 모드 분석기가 구분한 모드 정보에 따라 사용할 터치 패널 채널(Channel), 클럭(Clock) 및 감도(Sensitivity)를 조절하는 전력 제어 유닛(Power Control Unit)을 포함하는 단일 레이어 터치 패널의 능동형 저전력 AFE(Analog Front-End) 시스템을 제공한다.

Description

단일 레이어 터치 패널의 능동형 저전력 AFE 시스템{ACTIVE LOW-POWER ANALOG FRONT-END SYSTEM OF 1 LAYER TOUCH PANEL}

본 발명은 단일 레이어 터치 패널의 센싱 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 현재의 터치 입력 환경에 따라 여러 가지의 모드를 구분하여 적용하고, 그에 따라 전력의 이용량을 제어함으로써 터치 환경에 관계 없이도 항상 최대전력을 소비하게 되는 기존의 터치 패널 센싱 구조의 취약점을 해결하는 단일 레이어 터치 패널의 능동형 저전력 AFE 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 터치 패널(Touch Panel)/터치 스크린 패널(Touch Screen Panel)은 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), OLED(Organic Light Emitting Diode), AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diode) 등의 표시장치 위에 부착되는 것으로, 손가락이나 펜 등의 물체로 터치될 때 해당 위치에 대응하는 신호를 발생시키는 입력장치의 하나이다.

이러한 터치 패널은 스마트폰이나 MP3 등의 소형 휴대단말기, 산업용 단말기, DID(Digital Information Device) 등 매우 폭넓은 분야에서 이용되고 있다.

현재 터치 패널은 다양한 유형들이 개시되어 있으며, 종래에는 제조공정이 간단하고 제조비용이 저렴한 저항 방식의 터치 패널이 널리 이용되었다. 그러나 저항 방식의 터치 패널은 투과율이 낮고 일정 수준 이상의 압력을 인가해야 하므로 사용이 불편하며 멀티 터치 및 제스처 인식이 곤란하여 검출오류가 발생하는 등의 문제점을 가지고 있다.

이에 반해, 정전용량 방식의 터치 패널은 투과율이 높고 소프트 터치를 인식할 수 있으며 멀티 터치 및 제스처 인식이 양호한 장점을 가지고 있어 최근에는 저항 방식의 터치 패널보다 정전용량 방식의 터치 패널이 더 많이 이용되고 있는 실정이다.

정전용량 방식의 터치 패널은 플라스틱이나 유리 등의 재질을 가지는 투명 기판의 상·하면에 투명 도전막이 형성되고, 투명 기판의 네 모서리 각각에 전압인가용 금속 전극이 형성된다. 그리고 상기 투명 도전막은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 ATO(Antimony Tin Oxide) 등의 투명한 금속으로 형성되고, 상기 투명 도전막의 네 모서리에 형성되는 금속 전극은 은(Ag) 등의 저항률이 낮은 도전성 금속으로 프린팅되어 형성된다. 또한, 상기 금속 전극의 주변에는 저항 네트워크가 형성되며, 상기 저항 네트워크는 투명 도전막의 표면 전체에 균등한 컨트롤 신호를 송출하기 위하여 선형성 패턴으로 형성되고, 상기 투명 도전막의 상부에는 보호막이 코팅되는 특징을 가진다.

이러한 종래의 정전용량 방식의 터치 패널 중 플렉시블 디스플레이(Flexible Display), 제로-베젤 디스플레이(Zero-Bezel Display), 인-셀 디스플레이(In-Cell Display) 등을 위한 터치 솔루션으로 단일 레이어(1 Layer) 터치 패널을 이용한 방식이 현재 주목을 받고 있다.

단일 레이어 터치 패널은 기존의 상호용량(Mutual Capacitance)을 이용한 이중 레이어(2 Layer) 터치패널과 달리 단일 ITO 전극을 패널에 2차원적으로 배열하여 터치 패널의 구조를 단순화시킴으로써 플렉시블 디스플레이와 인-셀 디스플레이에 적용하기가 유리하고, 측면 베젤로 ITO 전극을 배치하지 않도록 패널 레이아웃이 가능하여 제로-베젤 디스플레이에 대응할 수 있는 장점이 있다.

기존의 단일 레이어 터치 컨트롤러(Touch Controller) IC의 AFE는 열 단위로 병렬 동시 구동과 샘플링을 수행하는 구조이며, 샘플링한 데이터를 1-channel PGA/ADC를 통해 디지털로 변환한다. 디지털 필터 블록(Digital Filter Block)은 변환된 디지털 값을 받아 시간축을 기준으로 한 에버리지 필터(Average Filter) 또는 랭킹 필터(Ranking Filter)를 수행하도록 한다. 터치 데이터 프로세서(Touch Data Processor)는 필터 처리된 디지털 값을 메모리에 저장하여 터치패널에 대응하는 2D 터치데이터 이미지를 형성하는 특징이 있다.

이러한 단일 레이어 터치 패널은 터치 솔루션이 독립된 전극에 의해 형성되므로 터치 컨트롤러 IC에서 각 전극을 모두 입력으로 받아 AFE에서 선택된 전극을 병렬적으로 모두 구동시킨 후 전기용량을 샘플링하는 방식으로 동작하고, 정해진 터치 솔루션에 해당되는 모든 전극을 터치 환경에 무관하게 항상 구동하는 방식을 취해왔다.

이에 따라 종래의 터치 패널은 동작 환경에 따라 능동적으로 구동되지 못하여 전력 소비 측면에서 비효율적이고 동작의 유연성에 큰 한계가 있는 문제점이 존재하였다.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 현재의 터치 입력 환경에 따라 모드를 분류하여 적용함으로써 보다 효율적인 전력 소비를 달성할 수 있는 단일 레이어 터치 패널 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 전환된 각 모드들에 따라 터치 패널의 채널, 클럭 및 감도를 조절함으로써 기존에 비해 저전력의 단일 레이어 터치 패널 시스템을 제공하는데 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.

상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의하면, 단일 ITO(Indium Tin Oxide) 전극을 패널에 2차원적으로 배열한 단일 레이어 터치 패널(1 Layer Touch Panel)에 있어서, 터치 패널의 최종 출력값을 이용해 현재의 터치 입력 환경을 노말 모드(Normal Mode), 아이들 모드(Idle Mode), 호버링 모드(Hoveing Mode) 및 노이즈 모드(Noise Mode)로 구분하는 구동 모드 분석기(Operation Mode Analyzer) 및 상기 구동 모드 분석기가 구분한 모드 정보에 따라 사용할 터치 패널 채널(Channel), 클럭(Clock) 및 감도(Sensitivity)를 조절하는 전력 제어 유닛(Power Control Unit)을 포함하는 단일 레이어 터치 패널의 능동형 저전력 AFE(Analog Front-End) 시스템을 제공한다.

본 발명에서 상기 구동 모드 분석기는, 획득된 터치 이미지를 분석하는 2D 분석기(2 Dimension Analyzer), 상기 2D 분석기에서 획득한 값에 대한 터치 이미지 프레임의 시간적 변화를 분석하는 3D 분석기(3 Dimension Analyzer), 현재 구동 모드를 인식한 상태에서 상기 2D 분석기 및 3D 분석기의 분석 결과를 토대로 상기 노말 모드로의 전환을 발생시키는 노말 모드 분석기(Normal Mode Analyzer), 현재 구동 모드를 인식한 상태에서 상기 2D 분석기 및 3D 분석기의 분석 결과를 토대로 상기 아이들 모드로의 전환을 발생시키는 아이들 모드 분석기(Idle Mode Analyzer), 현재 구동 모드를 인식한 상태에서 상기 2D 분석기 및 3D 분석기의 분석 결과를 토대로 상기 호버링 모드로의 전환을 발생시키는 호버링 모드 분석기(Hovering Mode Analyzer), 현재 구동 모드를 인식한 상태에서 상기 2D 분석기 및 3D 분석기의 분석 결과를 토대로 상기 노이즈 모드로의 전환을 발생시키는 노이즈 모드 분석기(Noise Mode Analyzer) 및 상기 모드들 간의 전환을 제어하는 중앙 모드 제어기(Central Mode Controller)를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 전력 제어 유닛은 사용할 터치 패널 채널, 클럭 및 감도 조절을 수행하는 전력 제어 모드 선택기(Power Control Mode Selector)를 포함하며, 상기 전력 제어 모드 선택기는, 채널 선택을 통해 사용할 터치 패널 채널을 조절하는 채널 선택기(Channel Selector), 클럭 분할을 통해 사용할 클럭을 조절하는 클럭 디바이더(Clock Divider) 및 전압과 이득 가변을 통해 사용할 감도를 조절하는 감도 부스터(Sensitivity Booster)를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 채널 선택기는 터치 패널의 전극을 1/1, 1/2, 1/4 또는 1/8 채널로 분할하여 선택적으로 구동될 수 있도록 할 수 있다.

본 발명에서 상기 클럭 디바이더는, 터치 패널의 전극이 1/1 채널로 분할될 때 클럭을 1로, 터치 패널의 전극이 1/2 채널로 분할될 때 클럭을 0.5로, 터치 패널의 전극이 1/4 채널로 분할될 때 클럭을 0.25로, 터치 패널의 전극이 1/8 채널로 분할될 때 클럭을 0.125로 변경할 수 있다.

본 발명에서 상기 단일 레이어 터치 패널은, 단일ITO 전극으로 패널에 2차원적으로 배열된 다수의 터치 셀, 상기 터치 셀로부터 신호를 받아 이를 구분하여 처리(다중화)하는 하나 이상의 먹스(Multiplexer: MUX), 상기 먹스로부터 신호를 받아 구동 신호를 생성하는 하나 이상의 드라이브, 상기 드라이브로부터 신호를 받아 다음에 기억할 신호를 수신할 때까지 해당 신호를 지니는 하나 이상의 샘플 앤드 홀드(Sample and Hold), 상기 샘플 앤드 홀드로부터 신호를 받아 이득을 증폭시키고 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환시키는 프로그래머블 이득 증폭기(Programmable Gain Amplifier)/아날로그 디지털 변환기(Analog-Digital Converter), 상기 프로그래머블 이득 증폭기/아날로그 디지털 변환기로부터 획득한 데이터를 필터링하는 하나 이상의 디지털 필터(Digital Filter) 및 상기 디지털 필터를 거친 데이터로부터 최종 출력값을 도출하는 터치 데이터 처리기(Touch Data Processor)를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 먹스, 드라이브, 샘플 앤드 홀드 및 디지털 필터의 수는 상기 터치 셀의 열(row) 수와 동일하게 구성될 수 있다.

본 발명은 단일 레이어 터치 패널이 현재의 터치 입력 환경을 분석하고 이에 따라 여러 가지 모드를 분류하여 적용함으로써 항상 최대의 전력을 소모하지 않고도 단일 레이어 터치 패널 센싱 시스템을 운용할 수 있는 효과가 있다.

아울러 본 발명은 적용된 각 모드들에 대응하여 터치 패널의 채널, 클럭 및 감도를 조절하여 적용함으로써 보다 효율적으로 전력을 소모하는 저전력 단일 레이어 터치 패널 시스템을 제공할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 단일 레이어 터치 패널의 능동형 저전력 AFE 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 구동 모드 분석기의 구성도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전력 제어 유닛의 구성도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 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 뿐 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되므로 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면 복수의 형태를 포함할 수 있다.

터치 환경에 관계 없이도 항상 최대전력을 소비하게 되는 기존의 터치 패널 센싱 구조의 취약점을 해결하기 위한 본 발명은, 단일 ITO(Indium Tin Oxide) 전극을 패널에 2차원적으로 배열한 단일 레이어 터치 패널(1 Layer Touch Panel)에 있어서, 터치 패널의 최종 출력값을 이용해 현재의 터치 입력 환경을 노말 모드(Normal Mode), 아이들 모드(Idle Mode), 호버링 모드(Hoveing Mode) 및 노이즈 모드(Noise Mode)로 구분하는 구동 모드 분석기(Operation Mode Analyzer)(100) 및 상기 구동 모드 분석기가 구분한 모드 정보에 따라 사용할 터치 패널 채널(Channel), 클럭(Clock) 및 감도(Sensitivity)를 조절하는 전력 제어 유닛(Power Control Unit)(200)을 포함하여 구성되는 단일 레이어 터치 패널의 능동형 저전력 AFE(Analog Front-End) 시스템을 제공한다.

이에 대한 설명을 돕기 위해, 도 1에 본 발명의 일실시예에 따른 단일 레이어 터치 패널의 능동형 저전력 AFE 시스템의 구성도가 도시된다.

도면을 살펴보면, 먼저 단일 레이어 터치 패널 시스템 내에 필수 구성인 터치 셀(300)이 다수로 배치되어 있음을 확인할 수 있다.

단일 ITO 전극에 해당하는 상기 터치 셀(300)이 터치 패널에 2차원적으로 배열됨으로써 본원발명의 단일 레이어 터치 패널을 이루게 되고, 이로써 플렉시블 디스플레이, 제로-베젤 디스플레이, 인-셀 디스플레이 등에 대응할 수 있는 장점이 있다.

각각의 터치 셀(300)은 추후 터치 위치 판별 등을 위한 좌표를 할당 받으며, 도면에서는 32개의 터치 셀이 4 x 8의 배열로 배치되어 있으나, 이는 간단한 예시에 불과하다. 실질적으로 스마트폰 터치 패널에 이용되는 터치 셀은 약 400개 내지 500개로, 터치 패널에 적용되는 터치 셀의 수는 필요에 따라 다르게 형성될 수 있다.

그리고 터치 패널에 터치 이벤트가 발생할 시 상기 터치 셀(300)로부터 신호를 받아 이를 구분하여 처리하는 먹스(400)가 배치된다.

먹스(400)란 멀티플렉서의 약자로서, 여러 통신 채널에 사용되어 여러 개의 신호를 받아 단일 회선으로 보내거나 단일 회선의 신호를 다시 본래의 신호로 분리하는 기능을 수행한다.

도면에 도시된 바와 같이, 터치 셀(300)의 열에 맞추어 상기 먹스(400)가 연결되며, 여기에는 먹스로부터 신호를 받아 구동 신호를 생성하는 드라이브(드라이브 회로)(500)가 배치된다.

그리고 상기 드라이브(500)로부터 신호를 받아 다음에 기억할 신호를 수신할 때까지 해당 신호를 지니게 되는 샘플 앤드 홀드(샘플 앤드 홀드 회로)(600)가 배치되고, 이후로 상기 샘플 앤드 홀드로부터 신호를 받아 이득을 증폭시키고 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환시키는 프로그래머블 이득 증폭기/아날로그 디지털 변환기(700), 상기 프로그래머블 이득 증폭기/아날로그 디지털 변환기로부터 획득한 데이터를 필터링하는 하나 이상의 디지털 필터(800), 그리고 상기 디지털 필터를 거친 데이터로부터 최종 출력값을 도출하는 터치 데이터 처리기(900)가 배치됨으로써 기본적인 터치 패널 시스템이 이루어진다.

그러나 상기와 같은 구성들만으로는 터치 패널의 기능을 수행할 순 있어도 종래의 비효율적 전력 소모 문제를 해결할 수는 없으므로, 본 발명은 터치 패널의 최종 출력값을 이용해 현재의 터치 입력 환경을 노말 모드, 아이들 모드, 호버링 모드 및 노이즈 모드로 구분하는 구동 모드 분석기(100)와 상기 구동 모드 분석기가 구분한 모드 정보에 따라 사용할 터치 패널 채널, 클럭 및 감도를 조절하는 전력 제어 유닛(200)을 더 포함한다.

상기 구동 모드 분석기(200)는 2D 분석기(2 Dimension Analyzer)(110), 3D 분석기(3 Dimension Analyzer)(120), 노말 모드 분석기(Normal Mode Analyzer)(130), 아이들 모드 분석기(Idle Mode Analyzer)(131), 호버링 모드 분석기(Hovering Mode Analyzer)(132), 노이즈 모드 분석기(Noise Mode Analyzer)(133) 및 중앙 모드 제어기(Central Mode Controller)(140)를 포함하는데, 이에 대하여 도 2에 본 발명의 일실시예에 따른 구동 모드 분석기의 구성도가 도시되며, 각 구성들에 대한 설명은 다음과 같다.

- 2D 분석기(2 Dimension Analyzer)(110)

터치 데이터 처리기(900)에 의해 터치 패널의 입력은 ADC 디지털 값의 2차원 배열의 형태로 내부메모리에 저장된다. 내부메모리의 값들은 2차원 이미지 데이터로 다루어질 수 있으며, 상기 2D 분석기(110)에 의해 현재 얻어진 터치 이미지를 분석하게 된다.

2D 분석기(110)가 분석하는 내용으로는, 파라미터로 정한 임계점(Threshold) 이상의 큰 ADC 값을 가지는 터치 셀(TPAD)의 수, 서로 인접한 터치 셀들이 파라미터로 정한 그룹 유닛(Group Unit: GU) 이상의 수로 그룹을 이루며 모여 있을 때 그 그룹의 수와 피크 값(Peak Value)을 가지는 터치 셀의 좌표, 그 피크 값의 ADC 값, 서로 인접한 터치 셀들이 파라미터로 정한 그룹 유닛 미만의 수로 그룹을 이루며 모여 있을 때 그 그룹의 수와 피크 값을 가지는 터치 셀의 좌표, 그 피크 값의 ADC 값 등이며, 파라미터 임계점과 그룹 유닛은 노말 모드와 호버링 모드용으로 각각 설정이 가능하며, 각 모드에 따른 분석 값을 리포트한다.

- 3D 분석기(3 Dimension Analyzer)(120)

3D 분석기(120)는 상기 2D 분석기(110)에서 얻은 값에 대한 터치 이미지 프레임의 시간적인 변화 추이를 분석하는 기능을 수행한다. 리셋 이후 받아들이는 첫 번째 프레임의 터치 그룹의 피크 값을 가지는 터치 셀 좌표마다 ID를 부여하고, 인접한 다음 프레임에서 얻어지는 그룹 피크 값 터치 셀 좌표가 인접 스텝 파라미터(Adjacent Step Parameter) 이내에 존재할 때 동일한 ID가 유지된다고 판단한다. 동일한 ID를 가지는 그룹 피크(Group Peak)가 파라미터로 정한 연속적 프레임 카운트(Countinuous Frame Count) 이상의 프레임 수 동안 유지될 때 ID가 유지되는 프레임 수를 카운트하여 매 프레임마다 리포트한다. 그룹 피크가 연속적 프레임 카운트 이상으로 유지되지 못하거나 인접 스텝 이내에 존재하지 않을 때 해당 그룹 피크는 ID를 상실한다.

- 노말 모드 분석기(Normal Mode Analyzer)(130)

모든 모드 분석기들은 현재의 구동 모드를 인식한 상태에서 상기 2D 분석기(110)와 3D 분석기(120)의 리포트를 토대로 모드 스위치 타이밍을 결정하고 스위치 이벤트를 발생시킨다.

상기 노말 모드 분석기(130)는 현재 아이들 모드로 구동하고 있는 경우, 상기 2D 분석기(110)로부터 서로 인접한 터치 셀이 그룹 유닛 이상의 수로 그룹을 이루는 피크 터치 셀 좌표가 존재하고 상기 3D 분석기(120)에 의해 동일한 ID를 가지는 그룹 피크가 연속적 프레임 카운트 이상의 프레임 수 동안 유지됨을 인식하게 되면 유효한 터치 입력이 시작했음을 판단하고 터치 패널 전체를 스캔하도록 구동하는 노말 모드로의 스위치 이벤트를 발생시킨다.

그리고 현재 호버링 모드로 구동하고 있는 경우에는, 상기 2D 분석기(110)로부터 서로 인접한 터치 셀이 그룹 유닛 이상의 수로 그룹을 이루는 피크 터치 셀 좌표가 존재하고 상기 3D 분석기(120)에 의해 동일한 ID를 가지는 그룹 피크가 연속적 프레임 카운트 이상의 프레임 수 동안 유지됨을 인식하면서 그룹 피크의 ADC 값이 ADC 오버플로우(Overflow) 파라미터 값 이상으로 나오고 있다면 호버링 모드에서 노말 모드로 전환해야 함을 인식하고 노말 모드로의 스위치 이벤트를 발생시킨다.

- 아이들 모드 분석기(Idle Mode Analyzer)(131)

현재 구동되고 있는 동작 모드에 관계 없이, 상기 2D 분석기(110)로부터 서로 인접한 터치 셀이 그룹 유닛 이상의 수로 그룹을 이루는 피크 터치 셀 좌표가 존재하지 않고 상기 3D 분석기(120)에 의해 유효한 ID를 가지는 터치 입력이 존재하지 않는 프레임이 아이들 프레임 카운트(Idle Frame Count) 파라미터 값 이상으로 유지됨을 인식하게 되면 상기 아이들 모드 분석기(131)는 저전력을 위한 아이들 모드로의 스위치 이벤트를 발생시킨다.

- 호버링 모드 분석기(Hovering Mode Analyzer)(132)

현재 구동되고 있는 동작 모드가 노말 모드 또는 아이들 모드일 때, 상기 2D 분석기(110)로부터 서로 인접한 터치 셀이 그룹 유닛 이하의 수로 그룹을 이루는 피크 터치 셀 좌표가 존재하고 상기 3D 분석기(120)에 의해 동일한 ID를 가지는 그룹 피크가 연속적 프레임 카운트 이상의 프레임 수 동안 유지됨을 인식하며 그룹 피크 ADC 값이 호버링 임계점(Hovering Threshold) 파라미터 이하로 나오고 있다면 상기 호버링 모드 분석기(132)는 호버링 모드로의 스위치 이벤트를 발생시킨다.

- 노이즈 모드 분석기(Noise Mode Analyzer)(133)

현재 구동되고 있는 동작 모드가 노말 모드, 아이들 모드 또는 호버링 모드일 때, 상기 2D 분석기(110)로부터 터치 셀이 생성하는 그룹의 수가 노말 그룹 카운트(Normal Group Count) 파라미터를 초과하여 생성되고 상기 3D 분석기(120)에 의해 ID 취소 이벤트(ID Cancellation Event)가 특정 프레임 기간 동안 일정한 수 이상 생성되는 경우 상기 노이즈 모드 분석기(133)는 노이즈 모드로의 스위치 이벤트를 발생시킨다.

- 중앙 모드 제어기(Central Mode Controller)(140)

중앙 모드 제어기(140)는 상기 노말 모드 분석기(130), 아이들 모드 분석기(131), 호버링 모드 분석기(132) 및 노이즈 모드 분석기(133)에서 발생하는 모드 스위치 이벤트 인터럽트(Mode Switch Event Interrupt)의 중재(Arbitration)를 담당하며, 프로그래머블 모드 우선 이행(Programmable Mode Transition Priority)과 리셋/셋 모드 기능(Reset/Set Mode Function)을 통해 적절한 모드 전환 제어를 담당한다.

한편, 상기 전력 제어 유닛(200)은 사용할 터치 패널 채널, 클럭 및 감도 조절을 수행하는 전력 제어 모드 선택기(Power Control Mode Selector)(210)를 포함하며, 상기 전력 제어 모드 선택기는 채널 선택기(Channel Selector)(220), 클럭 디바이더(Clock Divider)(221) 및 감도 부스터(Sensitivity Booster)(222)를 포함하고, 이에 대해 도 3에 본 발명의 일실시예에 따른 전력 제어 유닛의 구성도가 도시된다. 각 구성들에 대한 설명은 다음과 같다.

- 전력 제어 모드 선택기(Power Control Mode Selector)(210)

상기 전력 제어 모드 선택기(210)는 구동 모드 분석기(100)의 중앙 모드 제어기(140)로부터 모드 프리셋(Mode Preset)을 전달받아 해당 모드에 적합한 프리셋을 룩업 테이블(Look-Up Table)에서 선택하여 제어 모듈에 제공한다. 상기 룩업 테이블은 프로그래머블한 특징을 가지며, 다음의 구성들을 포함한다.

- 채널 선택기(Channel Selector)(220)

AFE는 터치 패널에 있는 모든 전극 중 선택된 그룹에 포함된 전극을 병렬적으로 구동한 후 샘플 핸드 홀드(600)를 통해 형성된 정전용량을 샘플링한다. 기존의 전체 채널 구동 방식과 다르게 선택된 그룹 안의 전극을 1/1, 1/2, 1/4, 1/8 등으로 분할하여 선택적으로 구동할 수 있도록 한다. 각각을 1 ICS(Interleave Channel Scan), 2 ICS, 4 ICS, 8 ICS 모드라고 한다. 이 때, 선택되지 않은 전극을 담당하는 드라이브(500), 샘플 앤드 홀드는 자동적으로 전원이 차단되도록 하여 각각 1/1, 1/2, 3/4, 7/8만큼의 소비 전력을 절약할 수 있게 된다.

- 클럭 디바이더(Clock Divider)(221)

상기 채널 선택기(220)에 의해 AFE가 1, 2, 4, 8ICS 모드로 선택되면 상기 클럭 디바이더(221)는 AFE 클럭(ACLK)을 각각 1 ACLK, 0.5 ACLK, 0.25 ACLK, 0.125 ACLK로 변경함으로써 AFE를 구동하는 클럭 주파수를 최적화할 수 있고, 따라서 동일한 구동시간을 가지지만 더 낮은 전력 소비를 도모하게 된다.

- 감도 부스터(Sensitivity Booster)(222)

ICS 모드가 변경됨에 따라 터치 패널의 터치 리솔루션(Touch Resolution)은 실질적으로 감소하게 되는데, 이러한 터치 퍼포먼스(Touch Performance)를 보상하기 위한 방법으로 ICS 모드에 따라 터치 패널 전극 드라이빙 전압 제어와 프로그래머블 이득 제어가 가변적으로 이루어질 수 있도록 한다.

추가적으로 1, 2, 4, 8 ICS 모드에 따라 AFE를 구동하는데 필요한 DAC 버퍼(Buffer)의 크기는 1x, 0.5x, 0.25x, 0.125x가 되고, 이에 따라 ADC 값을 저장하는 ADC 버퍼 또한 1x, 0.5x, 0.25x, 0.125x만큼만 필요하게 되므로, DAC/ADC 버퍼를 각각 8개로 분할하여 ICS 모드에 따라 불필요한 메모리를 전원 차단하여 전력 소모를 감소시킬 수 있다.

상기와 같은 구성들을 통해 본 발명은 현재의 터치 입력 상황에 따라 노말 모드, 아이들 모드, 호버링 모드, 그리고 노이즈 모드 중 가장 적절한 모드를 선택적으로 이용할 수 있고, 그에 따라 사용 채널, 사용 클럭 및 사용 감도를 조절하여 전력을 효율적으로 사용함으로써 저전력 터치 패널 센싱 시스템을 구현할 수 있는 장점이 있다.

결과적으로 터치 환경과 무관하게 언제나 최대의 전력을 소비하도록 구성된 기존의 터치 센싱 시스템 구조의 취약점을 해결하게 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.

100: 구동 모드 분석기
110: 2D 분석기
120: 3D 분석기
130: 노말 모드 분석기
131: 아이들 모드 분석기
132: 호버링 모드 분석기
133: 노이즈 모드 분석기
140: 중앙 모드 제어기
200: 전력 제어 유닛
210: 전력 제어 모드 선택기
220: 채널 선택기
221: 클럭 디바이더
222: 감도 부스터
300: 터치 셀
400: 먹스
500: 드라이브
600: 샘플 앤드 홀드
700: 프로그래머블 이득 증폭기/아날로그 디지털 변환기
800: 디지털 필터
900: 터치 데이터 처리기

Claims (7)

1. 단일 ITO(Indium Tin Oxide) 전극을 패널에 2차원적으로 배열한 단일 레이어 터치 패널(1 Layer Touch Panel)에 있어서,
   터치 패널의 최종 출력값을 이용해 현재의 터치 입력 환경을 노말 모드(Normal Mode), 아이들 모드(Idle Mode), 호버링 모드(Hoveing Mode) 및 노이즈 모드(Noise Mode)로 구분하는 구동 모드 분석기(Operation Mode Analyzer); 및
   상기 구동 모드 분석기가 구분한 모드 정보에 따라 사용할 터치 패널 채널(Channel), 클럭(Clock) 및 감도(Sensitivity)를 조절하는 전력 제어 유닛(Power Control Unit); 을 포함하고,
   상기 구동 모드 분석기는,
   획득된 터치 이미지를 분석하는 2D 분석기(2 Dimension Analyzer);
   상기 2D 분석기에서 획득한 값에 대한 터치 이미지 프레임의 시간적 변화를 분석하는 3D 분석기(3 Dimension Analyzer);
   현재 구동 모드를 인식한 상태에서 상기 2D 분석기 및 3D 분석기의 분석 결과를 토대로 상기 노말 모드로의 전환을 발생시키는 노말 모드 분석기(Normal Mode Analyzer);
   현재 구동 모드를 인식한 상태에서 상기 2D 분석기 및 3D 분석기의 분석 결과를 토대로 상기 아이들 모드로의 전환을 발생시키는 아이들 모드 분석기(Idle Mode Analyzer);
   현재 구동 모드를 인식한 상태에서 상기 2D 분석기 및 3D 분석기의 분석 결과를 토대로 상기 호버링 모드로의 전환을 발생시키는 호버링 모드 분석기(Hovering Mode Analyzer);
   현재 구동 모드를 인식한 상태에서 상기 2D 분석기 및 3D 분석기의 분석 결과를 토대로 상기 노이즈 모드로의 전환을 발생시키는 노이즈 모드 분석기(Noise Mode Analyzer); 및
   상기 모드들 간의 전환을 제어하는 중앙 모드 제어기(Central Mode Controller); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 레이어 터치 패널의 능동형 저전력 AFE 시스템.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 전력 제어 유닛은 사용할 터치 패널 채널, 클럭 및 감도 조절을 수행하는 전력 제어 모드 선택기(Power Control Mode Selector)를 포함하며,
   상기 전력 제어 모드 선택기는,
   채널 선택을 통해 사용할 터치 패널 채널을 조절하는 채널 선택기(Channel Selector);
   클럭 분할을 통해 사용할 클럭을 조절하는 클럭 디바이더(Clock Divider); 및
   전압과 이득 가변을 통해 사용할 감도를 조절하는 감도 부스터(Sensitivity Booster); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 레이어 터치 패널의 능동형 저전력 AFE 시스템.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 채널 선택기는 터치 패널의 전극을 1/1, 1/2, 1/4 또는 1/8 채널로 분할하여 선택적으로 구동될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 단일 레이어 터치 패널의 능동형 저전력 AFE 시스템.
   
5. 제 4항에 있어서 클럭 디바이더는,
   터치 패널의 전극이 1/1 채널로 분할될 때 클럭을 1로, 터치 패널의 전극이 1/2 채널로 분할될 때 클럭을 0.5로, 터치 패널의 전극이 1/4 채널로 분할될 때 클럭을 0.25로, 터치 패널의 전극이 1/8 채널로 분할될 때 클럭을 0.125로 변경하는 것을 특징으로 하는 단일 레이어 터치 패널의 능동형 저전력 AFE 시스템.
   
6. 제 1항에 있어서 상기 단일 레이어 터치 패널은,
   단일ITO 전극으로 패널에 2차원적으로 배열된 다수의 터치 셀;
   상기 터치 셀로부터 신호를 받아 이를 구분하여 처리(다중화)하는 하나 이상의 먹스(Multiplexer: MUX);
   상기 먹스로부터 신호를 받아 구동 신호를 생성하는 하나 이상의 드라이브;
   상기 드라이브로부터 신호를 받아 다음에 기억할 신호를 수신할 때까지 해당 신호를 지니는 하나 이상의 샘플 앤드 홀드(Sample and Hold);
   상기 샘플 앤드 홀드로부터 신호를 받아 이득을 증폭시키고 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환시키는 프로그래머블 이득 증폭기(Programmable Gain Amplifier)/아날로그 디지털 변환기(Analog-Digital Converter);
   상기 프로그래머블 이득 증폭기/아날로그 디지털 변환기로부터 획득한 데이터를 필터링하는 하나 이상의 디지털 필터(Digital Filter); 및
   상기 디지털 필터를 거친 데이터로부터 최종 출력값을 도출하는 터치 데이터 처리기(Touch Data Processor); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 레이어 터치 패널의 능동형 저전력 AFE 시스템.
   
7. 제 6항에 있어서,
   상기 먹스, 드라이브, 샘플 앤드 홀드 및 디지털 필터의 수는 상기 터치 셀의 열(row) 수와 동일한 것을 특징으로 하는 단일 레이어 터치 패널의 능동형 저전력 AFE 시스템.

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