KR101725160B1 - 터치입력장치의 구동신호 제어방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

터치입력장치의 구동신호 제어방법 및 이를 위한 장치 Download PDF

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Abstract

정전식 터치입력장치에서, 터치패널을 형성하는 전극들에 존재하는 저항에 의해 제한되는 동작속도를 증가시키기 위하여, 상기 전극에 인가되는 구동전압을 일시적으로 오버 드라이빙 하는 기술을 공개한다.

Description

터치입력장치의 구동신호 제어방법 및 이를 위한 장치{Method for controlling driving signals for touch input device and device for the same}
본 발명은 전자기기에 관한 것으로서, 특히 터치입력장치의 구동을 위한 구동신호의 생성을 제어하는 기술에 관한 것이다.
전자장치를 이용하는 사용자 기기를 위한 사용자 입력장치로서 터치입력장치가 이용되고 있다. 정전식 터치입력장치는 커패시턴스를 형성할 수 있는 전극(터치입력전극)들을 배치하고, 터치입력에 따라 각 전극에 대해 형성되는 커패시턴스의 변화를 측정함으로써 터치입력의 위치를 검출하는 장치이다. 이때, 상기 전극에 의해 형성되는 커패시터에 전하를 충전하기 위하여 상기 전극에 미리 결정된 모양의 파형을 갖는 전압을 인가할 수 있다. 이렇게 인가되는 전압을 구동전압이라고 지칭할 수 있다. 상기 구동전압의 모양은 접지전위, 한 개 이상의 구동전위, 및 한 개 이상의 스위치들 및 상기 스위치들을 제어하는 제어부에 의해 결정될 수 있다.
한편, 상기 전극에 전하를 충전하거나 방전하고자 할 때에, 상기 전하들의 충전속도는 상기 커패시턴스에 연결된 저항에 의해 영향을 받게 된다. 즉, 상기 커패시턴스와 상기 저항에 의한 시상수(time constant)에 따른 전기적인 특성을 갖게 된다. 상기 저항은 상기 전극 자체에 존재하거나 또는 상기 전극에 연결된 도체에 존재할 수 있다.
상기 정전식 터치입력장치에서는 측정하고자 하는 커패시턴스에 전하를 충전한 후, 상기 충전된 전하를 방전하여 미리 준비된 적분 커패시터에 전달하는 방식을 이용할 수 있다. 이러한 충방전을 반복하면 적분 커패시터에 충분한 양의 전하가 충전되게 되며, 이 적분 커패시터 양단의 전압에 관한 값을 측정함으로써 상기 측정하고자 하는 커패시턴스에 관련된 값을 알아낼 수 있다. 상술한 충방전의 반복은 미리 결정된 주기에 의해 이루어질 수 있는데, 이 주기가 짧을 수록 상기 정전식 터치입력장치가 빠른 속도로 동작할 수 있다.
한편, 실시예에 따라서는 상기 전극에 존재하거나 및/또는 상기 전극에 연결된 저항의 값을 원하는 만큼 줄일 수 없을 수도 있다. 이 경우 상기 시상수를 원하는 값으로 줄일 수 없게 된다. 이때, 상기 충방전의 주기를 너무 빠르게 설정하는 경우, 각 충방전 주기 동안, 커패시턴스 값을 측정하고자 하는 상기 전극에서의 전향의 이동이 정상상태에 도달하지 않는다는 문제가 발생한다. 그 결과 정전식 터치입력장치가 신뢰성있는 출력값을 제공할 수 없다. 즉, 정전식 터치입력장치의 동작속도는 상기 전극의 저항에 의해 제약된다는 문제점이 있다.
본 발명에서는 정전식 터치입력장치의 동작속도에 대해 터치입력전극 또는 여기에 연결된 저항이 미치는 영향을 완화하거나 없앨 수 있는 기술을 제공하고자 한다.
본 발명에서는 상술한 과제를 해결하기 위하여, 측정 대상이 되는 커패시턴스를 제공하는 전극에 전하를 충전 또는 방전하는 시구간 동안, 상기 전극에 제공되는 전압이 2개 레벨 이상을 갖도록 제어한다.
본 발명의 일 관점에 따라 제공되는 터치입력장치의 구동방법은, 측정 커패시터를 형성하는 감지전극과 제1적분 커패시터의 일 전극 간에 전하를 이동시키기 위해 상기 감지전극과 상기 일 전극 사이를 연결하는 제1적분구간 동안에, 상기 측정 커패시터의 구동전극에 구동전압을 인가하는 방법이다. 이 방법은, 구동회로부가, 상기 제1적분구간의 제1시작시점에 상기 구동전극에 제1초기전압(V11)을 인가하는 단계; 상기 구동회로부가, 상기 제1시작시점 이후 상기 제1적분구간의 제1종료시점 이전의 제1시점에서 상기 구동전극에 제1과도전압(V13)을 인가하는 단계; 및 상기 구동회로부가, 상기 제1시점 이후 상기 제1종료시점 이전의 제2시점에서 상기 구동전극에 제1최종전압(V12)을 인가하는 단계;를 포함한다.
이때, 상기 제1과도전압과 상기 제1초기전압 간의 제1차이값은, 상기 제1최종전압과 상기 제1초기전압 간의 제2차이값보다 크며, 상기 제1차이값과 상기 제2차이값의 부호는 동일할 수 있다.
이때, 상기 구동회로부는, 상기 감지전극과 제2적분 커패시터의 일 전극 간에 전하를 이동시키기 위해 상기 감지전극과 상기 제2적분 커패시터의 일 전극 사이를 연결하는 제2적분구간 동안에, 상기 제2적분구간의 제2시작시점에 상기 구동전극에 제2초기전압을 인가하는 단계; 상기 제2시작시점 이후 상기 제2적분구간의 제2종료시점 이전의 제3시점에서 상기 구동전극에 제2과도전압을 인가하는 단계; 및 상기 제3시점 이후 상기 제2종료시점 이전의 제4시점에서 상기 구동전극에 제2최종전압을 인가하는 단계;를 더 실행하도록 되어 있다.
이때, 상기 제2과도전압과 상기 제2초기전압 간의 제3차이값은, 상기 제2최종전압과 상기 제2초기전압 간의 제4차이값보다 크며, 상기 제3차이값과 상기 제4차이값의 부호는 동일할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따라 제공되는 터치입력장치는, 복수 개의 스위치를 포함하며 구동전압(Vin)을 제공하는 구동회로부(1); 및 제1적분 커패시터(Cs1)를 포함하는 적분회로(2)를 포함한다. 이 터치입력장치는, 상기 구동전압(Vin)은 구동전극에 제공되도록 되어 있고, 상기 구동전극과 함께 측정 커패시턴스를 형성하는 감지전극은 상기 적분회로(2)에 연결되도록 되어 있다. 그리고 상기 구동회로부(1)는, 상기 감지전극과 상기 제1적분 커패시터의 일 전극 간에 전하를 이동시키기 위해 상기 감지전극과 상기 일 전극 사이를 연결하는 제1적분구간 동안에, 상기 제1적분구간의 제1시작시점에 상기 구동전극에 제1초기전압(V11)을 인가하는 단계; 상기 제1시작시점 이후 상기 제1적분구간의 제1종료시점 이전의 제1시점에서 상기 구동전극에 제1과도전압(V13)을 인가하는 단계; 및 상기 제1시점 이후 상기 제1종료시점 이전의 제2시점에서 상기 구동전극에 제1최종전압(V12)을 인가하는 단계;를 실행하도록 되어 있다.
이때, 상기 구동회로부는, 상기 제1초기전압과 상기 구동전극을 연결하는 제14스위치(ST4); 상기 제1과도전압과 상기 구동전극을 연결하는 제11스위치(ST1); 및 상기 제1최종전압과 상기 구동전극을 연결하는 제12스위치(ST2);를 포함하며, 상기 제14스위치, 상기 제11스위치, 및 상기 제12스위치가 각각 온 상태로 되는 시구간은 서로 겹치지 않을 수 있다.
이때, 상기 적분회로는 제2적분 커패시터(Cs2)를 더 포함하며, 상기 구동회로부(1)는, 상기 감지전극과 상기 제2적분 커패시터의 일 전극 간에 전하를 이동시키기 위해 상기 감지전극과 상기 제2적분 커패시터의 일 전극 사이를 연결하는 제2적분구간 동안에, 상기 제2적분구간의 제2시작시점에 상기 구동전극에 제2초기전압을 인가하는 단계; 상기 제2시작시점 이후 상기 제2적분구간의 제2종료시점 이전의 제3시점에서 상기 구동전극에 제2과도전압을 인가하는 단계; 및 상기 제3시점 이후 상기 제2종료시점 이전의 제4시점에서 상기 구동전극에 제2최종전압을 인가하는 단계;를 실행하도록 되어 있을 수 있다.
이때, 상기 구동회로부는, 상기 제2과도전압과 상기 구동전극을 연결하는 제13스위치(ST3)를 더 포함하며, 상기 제1초기전압과 상기 제2최종전압은 서로 동일한 값을 가지며, 상기 제1최종전압과 상기 제2초기전압은 서로 동일한 값을 갖고, 상기 제11스위치, 상기 제12스위치, 상기 제13스위치, 및 상기 제14스위치가 각각 온 상태로 되는 시구간은 서로 겹치지 않을 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 따라 측정 커패시터에 저장된 전하를 미리 정해진 커패시턴스 값을 갖는 적분 커패시터로 방전한 후, 상기 적분 커패시터 양 단의 전압에 관한 값을 측정하여 상기 측정 커패시터의 커패시턴스에 관한 값을 결정하는 장치에 있어서, 상기 측정 커패시터에 인가되는 구동전압을 제어하는 방법을 제공할 수 있다. 이때, 상기 측정 커패시터를 구성하는 감지전극은 상기 적분 커패시터에 스위치에 의해 연결되어 있다. 그리도 이 방법은 상기 스위치를 통해 상기 방전이 이루어지는 적분구간 동안, 상기 장치의 구동회로부가 상기 측정 커패시터를 구성하는 구동전극에 인가되는 전압을 2회 이상 변화시키는 단계를 포함한다. 이때, 상기 적분구간의 중간시점에서의 상기 구동전극에 인가되는 과도전압과 상기 적분구간의 시작시점에서의 상기 구동전극에 인가되는 초기전압 사이의 변화폭은, 상기 적분구간의 종료시점에서의 상기 구동전극에 인가되는 최종전압과 상기 초기전압 사이의 변화폭에 비하여 크도록 되어 있다.
본 발명에 따르면 정전식 터치입력장치의 동작속도에 대해 터치입력전극 또는 여기에 연결된 저항이 미치는 영향을 완화하거나 없앨 수 있는 기술을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치입력장치의 감지회로(10)의 예를 나타낸 것이다.
도 2는 도 1에 도시한 클럭(Φ1, Φ2)의 파형, 구동전압(Vin)의 파형, 및 이에 따라 변화하는 제1출력전압(Vo1) 및 제2출력전압(Vo2)의 파형에 대한 타이밍 다이어그램의 예를 나타낸 것이다.
도 3은, 측정 커패시터(Cm)에 연결된 저항(R)이 고정되어 있을 때에, 도 2에 도시한 상기 차이값(Vo1-Vo2)의 변화를 감지회로(10)의 구동주파수(fc)에 따른 함수로 나타낸 것이다.
도 4의 (a)는 도 2에 나타낸 제1클록(Φ1), 구동전압(Vin), 및 이에 따른 제1출력전압(Vo1)의 파형을 나타낸 것이다.
도 4의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 구동전압(Vin)의 파형에 따른 결과를 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 5의 (a)는 도 2에 나타낸 제2클록(Φ2), 구동전압(Vin), 및 이에 따른 제2출력전압(Vo2)의 파형을 나타낸 것이다.
도 5의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 구동전압(Vin)의 파형에 따른 결과를 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 6은 도 1과 같이 주어진 회로에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 클록들 및 구동전압(Vin)의 파형의 예를 나타낸 것이다.
도 7은 도 1에서 제1연산증폭기(OP1)만이 존재하고 제2연산증폭기(OP2)는 제거한 경우에 있어서 본 발명의 일 실시예에 따른 구동전압(Vin)의 파형의 예를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따란 상술한 구동전압(Vin)을 제공하는 회로를 더 자세히 나타낸 것이다.
도 9는 도 8에 도시한 구동전극(TX)과 감지전극(RX) 사이의 등가회로의 모델을 나타낸 것이다.
도 10은 도 8에 따른 회로의 리셋 스위치(RST)를 제어하는 클록(ΦRST) 및 상기 구동회로부(1)에 포함된 4개의 스위치를 제어하는 4개의 클록(ΦT1, ΦT2, ΦT3, ΦT4) 및 제1스위치와 제2스위치를 제어하는 제1클록(Φ1), 및 제2클록(Φ2)의 파형의 예와, 이에 따른 구동전압(Vin)의 파형을 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 설명한다. 그러나 본 발명은 본 명세서에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며 여러 가지 다른 형태로 구현될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어는 실시예의 이해를 돕기 위한 것이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 의도된 것이 아니다. 또한, 이하에서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치입력장치의 감지회로(10)의 예를 나타낸 것이다.
감지회로(10)는 제1연산증폭기(OP1) 및/또는 제2연산증폭기(OP2)를 포함할 수 있다. 각 연산증폭기의 반전입력단자와 출력단자 사이에는 적분 커패시터(Cs1, Cs2) 및 리셋스위치(RST)가 연결되어 있을 수 있다.
감지회로(10)가 제1연산증폭기(OP1) 및 제2연산증폭기(OP2) 중 어느 하나만을 포함하는 경우, 상기 포함된 연산증폭기의 출력단자에서의 출력전압(Vo1 또는 Vo2)을 상기 감지회로(10)의 출력신호로 간주할 수 있다. 또는 감지회로가 제1연산증폭기(OP1) 및 제2연산증폭기(OP2)를 모두 포함하는 경우 두 연산증폭기의 출력단자의 출력전압들의 차이값(ex: Vo1-Vo2)을 상기 감지회로(10)의 출력신호로 간주할 수 있다.
제1연산증폭기(OP1)의 비반전입력단자는 제1전위(V11)(first potential)에 연결될 수 있고, 제2연산증폭기(OP2)의 비반전입력단자는 제2전위(V21)(second potential)에 연결될 수 있다. 제1전위(V11)와 제2전위(V21)는 서로 다르거나 같을 수 있다.
제1연산증폭기(OP1)의 반전입력단자와 측정 커패시터(Cm) 사이에는, 측정 커패시터(Cm)와 제1적분 커패시터(Cs1) 간에 전하가 이동될 수 있도록 하는 제1스위치(S1)가 연결되어 있을 수 있다. 마찬가지로, 제2연산증폭기(OP2)의 반전입력단자와 측정 커패시터(Cm) 사이에는, 측정 커패시터(Cm)와 제2적분 커패시터(Cs2) 간에 전하가 이동될 수 있도록 하는 제2스위치(S2)가 연결되어 있을 수 있다.
제1스위치(S1)은 제1클럭(Φ1)에 따라 동작하고, 제2스위치(S2)는 제2클럭(Φ2)에 따라 동작할 수 있다.
측정 커패시터(Cm)는 사용자 기기의 사용자 입력장치를 위한 터치패널 상에 서로 절연되어 형성되어 있으며, 서로 인접해 있는 부분을 갖는 두 개의 전극에 의해 형성되는 커패시터일 수 있다. 편의상 상기 두 개의 전극 중, 스위치(S1, S2)에 연결된 전극을 감지전극이라고 지칭하고, 나머지 하나의 다른 전극을 구동전극이라고 지칭할 수 있다. 구동전극에는 미리 결정된 방식에 의해 변화하는 구동전압(Vin)이 인가될 수 있다. 구동전압(Vin)(Driving Voltage)은 그라운드 전위 및 한 개 이상의 구동전위(Driving Potential)에 연결된 한 세트의 스위치에 의해 제공될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시한 클럭(Φ1, Φ2)의 파형, 구동전압(Vin)의 파형, 및 이에 따라 변화하는 제1출력전압(Vo1) 및 제2출력전압(Vo2)의 파형에 대한 타이밍 다이어그램의 예를 나타낸 것이다.
이하 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 도 1의 리셋 스위치(RST)가 리셋된 직후의 상태를 나타낸 것이다. 리셋 스위치(RST)가 리셋되면 각 연산증폭기에 연결된 적분 커패시터(Cs1, Cs2)의 양단 간의 전압이 0의 값을 갖게 된다.
제1클럭(Φ1)이 하이값(high)을 갖는 동안 제1스위치(S1)는 온상태가 되어 측정 커패시턴스(Cm)와 제1적분 커패시턴스(Cs1) 사이에 전하가 이동될 수 있는 경로가 형성된다. 제1클럭(Φ1)이 하이값을 갖는 시구간을 제1적분구간(P1)이라고 지칭할 수 있다. 제1적분구간(P1)은 미리 결정된 복수 회만큼 반복될 수 있으며, 상기 미리 결정된 복수 회만큼 반복된 후에 제1출력전압(Vo1)이 ADC에 의해 샘플링될 수 있다. 도 2에서는 상기 미리 결정된 복수 회가 3회인 것으로 나타내었다.
마찬가지로 제2클럭(Φ2)이 하이값을 갖는 동안 제2스위치(S2)는 온상태가 되어 측정 커패시턴스(Cm)와 제2적분 커패시턴스(Cs2) 사이에 전하가 이동될 수 있는 경로가 형성된다. 제2클럭(Φ2)이 하이값을 갖는 시구간을 제2적분구간(P2)이라고 지칭할 수 있다. 제2적분구간(P2)은 미리 결정된 복수 회만큼 반복될 수 있으며, 상기 미리 결정된 복수 회만큼 반복된 후에 제2출력전압(Vo2)이 ADC에 의해 샘플링될 수 있다. 도 2에서는 상기 미리 결정된 복수 회가 3회인 것으로 나타내었다.
제1적분구간(P1)과 제2적분구간(P2)는 서로 겹치지 않을 수 있다.
제1적분구간(P1) 동안 구동전압(Vin)이 변화(ex:하강)하게 되면, 그 변화하는 순간에 측정 커패시터(Cm)와 제1적분 커패시터(Cs1) 사이에 전하가 이동할 수 있다. 그 결과 제1출력전압(Vo1)의 전압이 상승할 수 있다. 마찬가지로 제2적분구간(P2) 동안 구동전압(Vin)이 변화(ex:상승)하게 되면, 그 변화하는 순간에 측정 커패시터(Cm)와 제2적분 커패시터(Cs2) 사이에 전하가 이동할 수 있다. 그 결과 제2출력전압(Vo2)의 전압이 하강할 수 있다.
도 2에는 측정 커패시터(Cm)에 연결된 저항(R)이 제1저항값(R1)을 갖는 경우(11, 21) 및 상기 저항(R)이 제1저항값(R1)보다 큰 제2저항값(R2)을 갖는 경우(12, 22)를 함께 나타내었다(R2>R1).
그래프(11) 및 그래프(21)는 각각 상기 저항(R)이 제1저항값(R1)을 갖는 경우의 제1출력전압(Vo1)과 제2출력전압(Vo2)의 시간에 따른 변화를 나타낸 것이다. 그리고 그래프(12) 및 그래프(22)는 각각 상기 저항(R)이 제2저항값(R2)을 갖는 경우의 제1출력전압(Vo1)과 제2출력전압(Vo2)의 시간에 따른 변화를 나타낸 것이다.
그래프(11)는 제1저항값(R1)이 충분히 작은 값을 갖는 경우의 예를 나타낸 것이다. 이때, 도 1에 나타낸 회로의 재1시상수(τ1)는 제1클록(Φ1), 제2클록(Φ2), 및 구동전압(Vin)의 주기(Tc)에 비하여 충분히 작은 값을 가질 수 있다. 따라서, 측정 커패시터(Cm)와 제1적분 커패시터(Cs1) 사이에 전하가 이동하기 시작하는 순간부터 제1스위치(S1)가 오프되는 순간 사이의 제1시구간(T1) 동안 이미 전하의 이동이 완료될 수 있다. 그 결과 제1출력전압(Vo1)이 미리 설계된 수준(VL1)에 도달하게 된다.
그래프(21)에 대해서도 그래프(11)와 마찬가지로 이해될 수 있다. 그래프(21)에서는 측정 커패시터(Cm)와 제2적분 커패시터(Cs2) 사이에 전하가 이동하기 시작하는 순간부터 제2스위치(S2)가 오프되는 순간 사이의 제2시구간(T2) 동안 이미 전하의 이동이 완료될 수 있다.
이때, 예컨대 도 2와 같이 총 3회의 제1적분구간과 제2적분구간이 완료된 후에 샘플링된 제1출력전압(Vo1)과 제2출력전압(Vo2) 간의 차이값(31)이 상기 출력신호로 간주될 수 있다.
반면 그래프(12)는 제2저항값(R2)이 상당히 큰 값을 갖는 경우의 예를 나타낸 것이다. 이때, 도 1에 나타낸 회로의 제2시상수(τ2)는 상기 제1시상수(τ1)에 비하여 상당히 큰 값을 가질 수 있다. 따라서, 측정 커패시터(Cm)와 제1적분 커패시터(Cs1) 사이에 전하기 이동하기 시작하는 순간부터 제1스위치(S1)가 오프되는 순간 사이의 제1시구간(T1) 동안 전하의 이동이 완료되지 않을 수 있다. 그 결과 제1출력전압(Vo1)이 설계된 수준(VL1)보다 작은 제2수준(VL2)까지만 도달하는 결과가 발생할 수 있다. 그래프(22)에 대해서도 그래프(12)와 마찬가지로 이해될 수 있다. 이때, 예컨대 도 2와 같이 총 3회의 제1적분구간과 제2적분구간이 완료된 후에 샘플링된 제1출력전압(Vo1)과 제2출력전압(Vo2) 간의 차이값(32)이 상기 출력신호로 간주될 수 있다.
도 2에서 제1출력전압(Vo1)의 전압은 제1적분구간 동안 상승하고, 제2출력전압(Vo2)의 전압은 제2적분구간 동안 하강하는 것으로 도시하였으나, 이는 터치입력장치의 기본 원리에 대한 이해를 돕기 위한 것이며, 상승과 하강은 구체적인 회로예에 따라 서로 뒤바뀔 수 있다.
도 3은, 측정 커패시터(Cm)에 연결된 저항(R)의 값이 고정되어 있다고 가정할 때에, 도 2에 도시한 상기 차이값(Vo1-Vo2)의 변화를 감지회로(10)의 구동주파수(fc)에 따른 함수로 나타낸 것이다. 도 3에서 가로축은 감지회로(10)의 구동주파수(fc)를 나타낸 것이고, 세로축은 미리 결정된 회수의 상기 제1적분구간과 제2적분구간이 완료된 이후 샘플링된 제1출력전압(Vo1)과 제2출력전압(Vo2)이 차이값의 크기를 나타낸 것이다. 상기 구동주파수(fc)가 임계주파수(fc,c) 이하인 경우에는 구동주파수의 크기에 따라 상기 차이값이 달라지지 않지만, 이상이 경우에는 구동주파수가 증가할 수록 상기 차이값이 비선형적으로 감소하게 된다.
도 3과 유사하게, 구동주파수를 일정하게 유지시킨 상태에서 상기 저항(R)의 값을 증가시키더라도 마찬가지 결과가 도출된다는 점을 이해할 수 있다. 즉, 저항(R)이 임계저항값보다 증가하는 경우에는 저항값이 증가할 수록 상기 차이값이 비선형적으로 감소하게 된다.
상술한 비선형성 때문에, 상기 구동주파수를 증가시키거나 상기 저항값을 증가시키는 경우에 발생하는 상기 차이값의 감소량을 정확하게 교정하기가 어렵다는 문제가 있다.
한편, 도 1에 도시한 회로 중 측정 커패시터(Cm) 및 여기에 연결되는 저항(R)을 그 외의 다른 회로부분들과 분리하여 생각할 수 있다. 이때, 도 1 중 상기 다른 회로부분들은 한 개의 칩에 의해 제공될 수 있으며, 상기 측정 커패시터(Cm) 및 여기에 연결되는 저항(R)은 상기 한 개의 칩과는 별도로 제공될 수 있다. 이때 상기 한 개의 칩을 설계하는 사람은, 상기 칩에 연결되는 측정 커패시터(Cm) 및 상기 저항(R)의 다양한 값에 대하여, 상기 한 개의 칩이 신뢰성 있는 동작을 하도록 원할 수 있다. 이 경우, 상술한 비선형성에 의한 문제가 발생되지 않도록 하는 것이 바람직하다.
상술한 비선형성은, 측정 커패시턴스(Cm)에 연결된 저항(R)이 너무 큰 값을 갖거나 또는 감지회로(10)의 구동속도가 너무 빠른 것을 원인으로 볼 수 있다. 따라서 본 발명에서는 이러한 문제를 해결하는 기술을 제공하고자 한다.
도 4의 (a)는 도 2에 나타낸 제1클록(Φ1), 구동전압(Vin), 및 이에 따른 제1출력전압(Vo1)의 파형을 나타낸 것이다.
도 4의 (a)에 나타낸 3개의 그래프(111), 그래프(112), 및 그래프(113)는 각각 측정 커패시터(Cm)에 연결된 상기 저항(R)이 각각 저항값(R11), 저항값(R12), 저항값(R13)을 갖는 경우에 따른 제1출력전압(Vo1)의 변화를 나타낸 것이다(R11<R12<R13).
도 4의 (a)에서 상기 제1적분구간(P1) 동안, 구동전압(Vin)은 초기값(V11)에서 시작하여 최종값(V12)으로 종료된다.
저항(R)이 저항값(R11)을 갖는 경우는 시상수가 충분히 작게 되는 경우로서 상기 제1시구간 동안 측정 커패시터(Cm)과 제1적분 커패시터(Cs1) 간의 전하이동이 완료될 수 있다. 저항(R)이 저항값(R12)을 갖는 경우에도 시상수가 충분히 작은 경우로서 상기 제1시구간 동안 측정 커패시터(Cm)과 제1적분 커패시터(Cs1) 간의 전하이동이 완료될 수 있다. 따라서 제1출력전압(Vo1)의 변화량이, 주어진 환경에 대하여 설계된 수준의 값인 ΔVo1,12의 값을 가질 수 있다.
그러나 저항(R)이 저항값(R13)을 갖는 경우는 시상수가 너무 큰 경우로서 상기 제1시구간 동안 측정 커패시터(Cm)과 제1적분 커패시터(Cs1) 간의 전하이동이 완료되지 못하게 되는 경우이다. 그 결과 제1적분구간(P1) 동안의 제1출력전압(Vo1)의 변화량이 ΔVo1,12 보다 작은 ΔVo1,121의 값만을 갖게 된다. 이때 ΔVo1,12과 ΔVo1,121의 차이값인 Δ121은 오류값으로 간주될 수 있다
도 4의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 구동전압(Vin)의 파형에 따른 결과를 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 4의 (b)에서 상기 제1적분구간(P1) 동안, 구동전압(Vin)은 초기값(V11)에서 시작하여 최종값(V12)으로 종료된다. 다만, 도 4의 (a)와 다른 점은, 상기 초기값(V11)과 최종값(V12)의 사이에서, 상기 구동전압(Vin)이 과도값(V13)을 미리 결정된 길이 동안 유지하도록 되어 있다. 그리고 이때, 상기 과도값(V13)과 초기값(V11) 간의 차이값인 제1차이값(V13-V11=ΔVin,2)은, 상기 최종값(V12)와 초기값(V11) 간의 차이값인 제2차이값(V12-V11=ΔVin,1)보다 크며, 상기 제1차이값과 상기 제2차이값은 서로 동일한 부호를 가질 수 있다.
도 4의 (b)에 나타낸 3개의 그래프(121), 그래프(122), 및 그래프(123)는 각각 측정 커패시터(Cm)에 연결된 저항(R)이 각각 저항값(R11), 저항값(R12), 저항값(R13)을 갖는 경우에 따른 제1출력전압(Vo1)의 변화를 나타낸 것이다(R11<R12<R13).
도 4의 (a)에 나타낸 그래프와의 비교를 위하여, 도 4의 (a)와 도 4의 (b)에 나타낸 그래프에서는 구동전압(Vin)의 모양만을 서로 다르게 하였으며, 상술한 측정 커패시터(Cm)와 여기에 연결되는 저항(R)의 3가지 경우의 저항값들은 모두 서로 동일한 것으로 설정하였다. 즉, 도 4의 (a)와 도 4의 (b)에서의 시상수는 모두 동일한 조건이다.
도 4의 (b)에 나타낸 2개의 그래프(121)(R=R11) 및 그래프(122)(R=R12)에서 확인할 수 있듯이, 이 두 경우 모두 제1적분구간(P1)이 끝나는 시점에서 도 4의 (a)와 마찬가지로 제1출력전압(Vo1)이 ΔVo1,12의 값만큼 변화할 수 있다.
그리고 도 4의 (b)에 나타낸 그래프(123)(R=R13)에서 확인할 수 있듯이, 이 경에도 모두 제1적분구간(P1)이 끝나는 시점에서 제1출력전압(Vo1)이 ΔVo1,12의 값만큼 변화할 수 있다. 이는 동일한 조건을 갖는 도 4의 (a)에 나타낸 것과는 달라진 결과임을 알 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에서는, 측정 커패시터(Cm)에 연결된 저항(R)이 증가하여 시상수가 증가한 경우에 있어서, 이로 인한 오류를 해결하기 위하여, 제1적분구간(P1) 동안, 우선 구동전압(Vin)을 일시적으로 큰 폭(V13-V11=ΔVin,2)으로 변화시키고 난 다음에, 최종적으로 구동전압(Vin)이 미리 결정된 폭(V12-V11=ΔVin,1)만큼 변화하도록 제어할 수 있다. 본 명세서에서 상술한 바와 같이 일시적으로 큰 폭으로 변화시키는 것을 오버드라이빙이라는 용어로 지칭할 수 있다.
도 5의 (a)는 도 2에 나타낸 제2클록(Φ2), 구동전압(Vin), 및 이에 따른 제2출력전압(Vo2)의 파형을 나타낸 것이다.
도 5의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 구동전압(Vin)의 파형에 따른 결과를 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 5의 (a)에 나타낸 3개의 그래프(131), 그래프(132), 및 그래프(133)는 각각 측정 커패시터(Cm)에 연결된 상기 저항(R)이 각각 저항값(R11), 저항값(R12), 저항값(R13)을 갖는 경우에 따른 제2출력전압(Vo2)의 변화를 나타낸 것이다(R11<R12<R13).
도 5의 (a)에서 상기 제2적분구간(P2) 동안, 구동전압(Vin)은 초기값(V12)에서 시작하여 최종값(V11)으로 종료된다.
저항(R)이 저항값(R11)을 갖는 경우는 시상수가 충분히 작게 되는 경우로서 상기 제2시구간(T2) 동안 측정 커패시터(Cm)과 제2적분 커패시터(Cs2) 간의 전하이동이 완료될 수 있다. 저항(R)이 저항값(R12)을 갖는 경우에도 시상수가 충분히 작은 경우로서 상기 제2시구간 동안 측정 커패시터(Cm)과 제2적분 커패시터(Cs2) 간의 전하이동이 완료될 수 있다. 따라서 제2출력전압(Vo2)의 변화량이, 주어진 환경에 대하여 설계된 수준의 값인 ΔVo2,22의 값을 가질 수 있다.
그러나 저항(R)이 저항값(R13)을 갖는 경우는 시상수가 너무 큰 경우로서 상기 제2시구간 동안 측정 커패시터(Cm)과 제2적분 커패시터(Cs2) 간의 전하이동이 완료되지 못하게 되는 경우이다. 그 결과 제2적분구간(P2) 동안의 제2출력전압(Vo2)의 변화량이 ΔVo2,22 보다 작은 ΔVo2,221의 값만을 갖게 된다. 이때 ΔVo2,22과 ΔVo2,221의 차이값인 Δ221은 오류값으로 간주될 수 있다
이에 비하여, 도 5의 (b)에서 상기 제2적분구간(P2) 동안, 구동전압(Vin)은 초기값(V12)에서 시작하여 최종값(V11)으로 종료된다. 도 5의 (a)와 다른 점은, 상기 초기값(V12)과 최종값(V11)의 사이에서, 상기 구동전압(Vin)이 과도값(V14)을 미리 결정된 길이 동안 유지하도록 되어 있다. 그리고 이때, 상기 과도값(V14)과 초기값(V12) 간의 차이값인 제3차이값은, 상기 최종값(V11)와 초기값(V12) 간의 차이값인 제4차이값보다 크며, 상기 제3차이값과 상기 제4차이값은 서로 동일한 부호를 가질 수 있다.
도 5의 (b)에 나타낸 3개의 그래프(141), 그래프(142), 및 그래프(143)는 각각 측정 커패시터(Cm)에 연결된 저항(R)이 각각 저항값(R11), 저항값(R12), 저항값(R13)을 갖는 경우에 따른 제2출력전압(Vo2)의 변화를 나타낸 것이다(R11<R12<R13).
도 5의 (b)에 나타낸 2개의 그래프(141)(R=R11) 및 그래프(142)(R=R12)에서 확인할 수 있듯이, 이 두 경우 모두 제2적분구간(P2)이 끝나는 시점에서 도 5의 (a)와 마찬가지로 제2출력전압(Vo2)이 ΔVo2,22의 값만큼 변화할 수 있다.
그리고 도 5의 (b)에 나타낸 그래프(143)(R=R13)에서 확인할 수 있듯이, 이 경에도 모두 제2적분구간(P2)이 끝나는 시점에서 제2출력전압(Vo2)이 ΔVo2,22의 값만큼 변화할 수 있다. 이는 동일한 조건을 갖는 도 5의 (a)에 나타낸 것과는 달라진 결과임을 알 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에서는, 측정 커패시터(Cm)에 연결된 저항(R)이 증가하여 시상수가 증가한 경우에 있어서, 이로 인한 오류를 해결하기 위하여, 제2적분구간(P2) 동안, 우선 구동전압(Vin)을 일시적으로 큰 폭(V14-V12=ΔVin,4))으로 변화시키고 난 다음에, 최종적으로 구동전압(Vin)이 미리 결정된 폭(V11-V12=ΔVin,3))만큼 변화하도록 제어할 수 있다. 본 명세서에서 상술한 바와 같이 일시적으로 큰 폭으로 변화시키는 것을 오버드라이빙이라는 용어로 지칭할 수 있다.
도 5를 도 4와 대비하여 살펴보면, 도 4를 통해 설명한 것과 마찬가지 논리에 의하여 증가한 저항(R)에 의한 큰 시정수에 의한 오류가 제거될 수 있다는 점을 이해할 수 있다.
즉, 도 4의 (b)와 도 5의 (b)에 나타낸 구동전압(Vin)을 조합함으로써, 도 2 및 도 3에 나타낸 비선형성의 문제를 해결할 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 이를 도 6을 통해 더 자세히 설명한다.
도 6은 도 1과 같이 주어진 회로에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 클록들 및 구동전압(Vin)의 파형의 예를 나타낸 것이다.
도 6에 나타낸 구동전압(Vin)은 도 4의 (b)와 도 5의 (b)에 나타낸 구동전압(Vin)을 조합한 것임을 이해할 수 있다. 도 6을 참조하면, 제1적분구간(P1) 동안 구동전압(Vin)은 최종적으로 V12-V11 만큼 변화하지만, 그 도중에 이보다 큰 V13-V11만큼 변화한 구간이 존재한다. 또한 제2적분구간(P2) 동안 구동전압(Vin)은 최종적으로 V11-V12만큼 변화하지만, 그 도중에 이보다 큰 V14-V12만큼 변화하는 구간이 존재한다.
도 7은 도 1에서 제1연산증폭기(OP1)만이 존재하고 제2연산증폭기(OP2)는 제거한 경우에 있어서 본 발명의 일 실시예에 따른 구동전압(Vin)의 파형의 예를 나타낸 것이다.
도 7의 예에 따르면 제2스위치(S2)가 존재하지 않기 때문에, 도 6에 나타낸 제2클록(Φ2)가 삭제되었다. 그리고 도 6에 나타낸 제2적분구간(P2)에 대한 정의 및 제2적분구간(P2) 동안에 만족해야 하는 구동전압(Vin)의 제한조건이 삭제되었다.
도 7에서는 도 1에서 제1연산증폭기(OP1)만 존재하는 경우의 예를 들었지만, 이와 달리 도 1에서 제2연산증폭기(OP2)만 존재하는 경우도 마찬가지 방식으로 이해될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따란 상술한 구동전압(Vin)을 제공하는 회로를 더 자세히 나타낸 것이다.
도 8에서 상술한 구동전극은 TX로 표시하였고 상술한 감지전극은 RX로 표시하였다. 상술한 구동전압(Vin)은 구동전극(TX)에서의 전압일 수 있다. 또한, 상술한 제1전위(V11) 및 제2전위(V21)는 모두 VCM을 갖는 것으로 도시하였다.
도 8에서 상기 구동전압(Vin)을 제공하는 구동회로부(1)는 서로 다른 4개의 전압(V1, V2, V3, V4)을 구동전극(TX)에 소정의 클록(ΦT1, ΦT2, ΦT3, ΦT4)에 의해 연결하는 4개의 스위치인 제11스위치(ST1), 제12스위치(ST2), 제13스위치(ST3), 및 제14스위치(ST4)를 포함하여 구성될 수 있다. 도 8에 도시한 4개의 전압 V1, V2, V3, V는4 각각 도 4 내지 도 7에 도시한 전압 V14, V11, V13, V12에 대응할 수 있다.
도 8에 도시한 구동회로부(1) 및 적분회로(2)는 한 개의 칩에 의해 제공될 수 있고, 나머지 구동전극(TX)과 감지전극(RX)는 별도의 소자로서 제공될 수 있다.
도 9는 도 8에 도시한 구동전극(TX)과 감지전극(RX) 사이의 등가회로의 모델을 나타낸 것이다.
도 8에서는 구동전극(TX)과 감지전극(RX)에 의해 측정 커패시터(Cm)만 형성된 것으로 도시하였으나, 엄밀하게는 도 9에 도시한 것과 같이 전극에 내제하거나 전극에 연결되어 있는 저항(RTX) 및 저항(RRX), 그리고 기생 커패시턴스(CP1, CP2)를 더 포함하는 모델로 근사화될 수 있다. 상술한 저항(RTX) 및 저항(RRX)은, 도 2 내지 도 7을 통해 설명한 상기 저항(R)에 대응할 수 있다.
도 10은 도 8에 따른 회로의 리셋 스위치(RST)를 제어하는 클록(ΦRST) 및 상기 구동회로부(1)에 포함된 4개의 스위치(ST1, ST2, ST3, ST4)를 제어하는 4개의 클록(ΦT1, ΦT2, ΦT3, ΦT4) 및 제1스위치와 제2스위치를 제어하는 제1클록(Φ1), 및 제2클록(Φ2)의 파형의 예와, 이에 따른 구동전압(Vin)의 파형을 나타낸 것이다. 또한, 상기 저항(R)이 제1저항(R11)을 가질 때의 제1출력전압(Vo1) 및 제2출력전압(Vo2)를 각각 나타내는 그래프(121, 141), 및 상기 제1저항(R11)보다 큰 제3저항(R13)을 가질 때의 제1출력전압(Vo1) 및 제2출력전압(Vo2)를 각각 나타내는 그래프(123, 143)를 나타낸 것이다. 도 10에서 저항(R)의 크기와 관계없이, 본 발명에 따른 오버드라이빙에 의해 각 적분구간 동안 측정 커패시터와 적분 커패시터 사이에 전하가 모두 이동할 수 있다는 점을 이해할 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예들을 이용하여, 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 특허청구범위의 각 청구항의 내용은 본 명세서를 통해 이해할 수 있는 범위 내에서 인용관계가 없는 다른 청구항에 결합될 수 있다.

Claims (9)

  1. 측정 커패시터를 형성하는 감지전극과 제1적분 커패시터의 일 전극 간에 전하를 이동시키기 위해 상기 감지전극과 상기 일 전극이 서로 연결된 상태를 유지하는 시구간인 제1적분구간 동안에, 상기 측정 커패시터의 구동전극에 구동전압을 인가하는 방법으로서,
    구동회로부가, 상기 제1적분구간의 제1시작시점에 상기 구동전극에 제1초기전압(V11)을 인가하는 단계;
    상기 구동회로부가, 상기 제1시작시점 이후 상기 제1적분구간의 제1종료시점 이전의 제1시점에서 상기 구동전극에 제1과도전압(V13)을 인가하는 단계; 및
    상기 구동회로부가, 상기 제1시점 이후 상기 제1종료시점 이전의 제2시점에서 상기 구동전극에 제1최종전압(V12)을 인가하는 단계;
    를 포함하는,
    터치입력장치의 구동방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1과도전압과 상기 제1초기전압 간의 제1차이값은, 상기 제1최종전압과 상기 제1초기전압 간의 제2차이값보다 크며,
    상기 제1차이값과 상기 제2차이값의 부호는 동일한,
    터치입력장치의 구동방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 구동회로부는, 상기 감지전극과 제2적분 커패시터의 일 전극 간에 전하를 이동시키기 위해 상기 감지전극과 상기 제2적분 커패시터의 일 전극 사이를 연결하는 제2적분구간 동안에,
    상기 제2적분구간의 제2시작시점에 상기 구동전극에 제2초기전압을 인가하는 단계;
    상기 제2시작시점 이후 상기 제2적분구간의 제2종료시점 이전의 제3시점에서 상기 구동전극에 제2과도전압을 인가하는 단계; 및
    상기 제3시점 이후 상기 제2종료시점 이전의 제4시점에서 상기 구동전극에 제2최종전압을 인가하는 단계;
    를 더 실행하도록 되어 있는,
    터치입력장치의 구동방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2과도전압과 상기 제2초기전압 간의 제3차이값은, 상기 제2최종전압과 상기 제2초기전압 간의 제4차이값보다 크며,
    상기 제3차이값과 상기 제4차이값의 부호는 동일한,
    터치입력장치의 구동방법.
  5. 복수 개의 스위치를 포함하며 구동전압(Vin)을 제공하는 구동회로부(1); 및 제1적분 커패시터(Cs1)를 포함하는 적분회로(2)를 포함하는 터치입력장치로서,
    상기 구동전압(Vin)은 구동전극에 제공되도록 되어 있고, 상기 구동전극과 함께 측정 커패시턴스를 형성하는 감지전극은 상기 적분회로(2)에 연결되도록 되어 있으며,
    상기 구동회로부(1)는, 상기 감지전극과 상기 제1적분 커패시터의 일 전극 간에 전하를 이동시키기 위해 상기 감지전극과 상기 일 전극이 서로 연결된 상태를 유지하는 시구간인 제1적분구간 동안에,
    상기 제1적분구간의 제1시작시점에 상기 구동전극에 제1초기전압(V11)을 인가하는 단계;
    상기 제1시작시점 이후 상기 제1적분구간의 제1종료시점 이전의 제1시점에서 상기 구동전극에 제1과도전압(V13)을 인가하는 단계; 및
    상기 제1시점 이후 상기 제1종료시점 이전의 제2시점에서 상기 구동전극에 제1최종전압(V12)을 인가하는 단계;
    를 실행하도록 되어 있는,
    터치입력장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 구동회로부는,
    상기 제1초기전압과 상기 구동전극을 연결하는 제14스위치(ST4);
    상기 제1과도전압과 상기 구동전극을 연결하는 제11스위치(ST1); 및
    상기 제1최종전압과 상기 구동전극을 연결하는 제12스위치(ST2);
    를 포함하며,
    상기 제14스위치, 상기 제11스위치, 및 상기 제12스위치가 각각 온 상태로 되는 시구간은 서로 겹치지 않는,
    터치입력장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 적분회로는 제2적분 커패시터(Cs2)를 더 포함하며,
    상기 구동회로부(1)는, 상기 감지전극과 상기 제2적분 커패시터의 일 전극 간에 전하를 이동시키기 위해 상기 감지전극과 상기 제2적분 커패시터의 일 전극 사이를 연결하는 제2적분구간 동안에,
    상기 제2적분구간의 제2시작시점에 상기 구동전극에 제2초기전압을 인가하는 단계;
    상기 제2시작시점 이후 상기 제2적분구간의 제2종료시점 이전의 제3시점에서 상기 구동전극에 제2과도전압을 인가하는 단계; 및
    상기 제3시점 이후 상기 제2종료시점 이전의 제4시점에서 상기 구동전극에 제2최종전압을 인가하는 단계;
    를 실행하도록 되어 있는,
    터치입력장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 적분회로는 제2적분 커패시터(Cs2)를 더 포함하며,
    상기 구동회로부(1)는, 상기 감지전극과 상기 제2적분 커패시터의 일 전극 간에 전하를 이동시키기 위해 상기 감지전극과 상기 제2적분 커패시터의 일 전극 사이를 연결하는 제2적분구간 동안에,
    상기 제2적분구간의 제2시작시점에 상기 구동전극에 제2초기전압을 인가하는 단계;
    상기 제2시작시점 이후 상기 제2적분구간의 제2종료시점 이전의 제3시점에서 상기 구동전극에 제2과도전압을 인가하는 단계; 및
    상기 제3시점 이후 상기 제2종료시점 이전의 제4시점에서 상기 구동전극에 제2최종전압을 인가하는 단계;
    를 실행하도록 되어 있고,
    상기 구동회로부는, 상기 제2과도전압과 상기 구동전극을 연결하는 제13스위치(ST3)를 더 포함하며,
    상기 제1초기전압과 상기 제2최종전압은 서로 동일한 값을 가지며,
    상기 제1최종전압과 상기 제2초기전압은 서로 동일한 값을 갖고,
    상기 제11스위치, 상기 제12스위치, 상기 제13스위치, 및 상기 제14스위치가 각각 온 상태로 되는 시구간은 서로 겹치지 않는,
    터치입력장치.
  9. 측정 커패시터에 저장된 전하를 미리 정해진 커패시턴스 값을 갖는 적분 커패시터로 방전한 후, 상기 적분 커패시터 양 단의 전압에 관한 값을 측정하여 상기 측정 커패시터의 커패시턴스에 관한 값을 결정하는 장치에 있어서, 상기 측정 커패시터에 인가되는 구동전압을 제어하는 방법으로서,
    상기 측정 커패시터를 구성하는 감지전극은 상기 적분 커패시터에 스위치에 의해 연결되어 있으며,
    상기 스위치를 통해 상기 방전이 이루어지는 적분구간 동안, 상기 장치의 구동회로부가 상기 측정 커패시터를 구성하는 구동전극에 인가되는 전압을 2회 이상 변화시키는 단계를 포함하며,
    상기 적분구간의 중간시점에서의 상기 구동전극에 인가되는 과도전압과 상기 적분구간의 시작시점에서의 상기 구동전극에 인가되는 초기전압 사이의 변화폭은, 상기 적분구간의 종료시점에서의 상기 구동전극에 인가되는 최종전압과 상기 초기전압 사이의 변화폭에 비하여 크도록 되어 있는,
    터치입력장치의 구동방법.
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