KR101734131B1 - 정전용량 터치 근거리-원거리 스위칭 - Google Patents

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스티븐 피. 호텔링
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Abstract

상호 정전용량 근거리 감지 아키텍처와 자기-정전용량 원거리 감지 아키텍처 사이에서 스위칭하도록 구성된 터치 센서 패널. 터치 센서 패널은 상호 정전용량 구성에서는 구동선들로서, 또는 자기-정전용량 구성에서는 감지 전극들로서 동작하도록 터치 전극들의 구성을 스위칭할 수 있는 회로를 포함한다. 터치 센서 패널은 또한 상호 정전용량 구성에서는 감지선들로서, 또는 자기-정전용량 구성에서는 감지 전극으로서 동작하도록 터치 전극들의 구성을 스위칭할 수 있는 회로를 포함한다.

Description

정전용량 터치 근거리-원거리 스위칭{CAPACITANCE TOUCH NEAR FIELD - FAR FIELD SWITCHING}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2012년 4월 30일자로 출원된 미국 특허 출원 제 13/460,645호에 대한 우선권을 주장하며, 이 출원의 내용은 모든 목적으로 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다.
본 발명은 일반적으로 터치 센서 패널에 관한 것으로, 터치 센서 패널로부터의 다양한 거리에서 발생하는 터치 또는 근접 이벤트들에 대해 터치 센서 패널의 감지의 필요 여부에 따라, 상호 정전용량 근거리 아키텍처(mutual capacitance near field architecture)와 자기-정전용량 원거리 아키텍처(self-capacitance far field architecture) 사이에서 스위칭이 가능한 터치 센서 패널에 관한 것이다.
버튼 또는 키, 마우스, 트랙볼, 조이스틱, 터치 센서 패널, 터치 스크린 등과 같은 많은 종류의 입력 장치들이 컴퓨팅 시스템 내의 동작을 수행하기 위하여 이용가능하다. 특히, 터치 스크린들은 그들의 작동의 용이 및 다재다능함 뿐만 아니라, 그들의 떨어지는 가격 때문에 점점 더 인기가 많아지고 있다. 터치 스크린들은 터치-감지 표면을 갖는 깨끗한 패널일 수 있는 터치 센서 패널, 및 패널의 부분적으로 또는 완전히 뒤에 위치될 수 있는 액정 디스플레이(LCD)와 같은 디스플레이 디바이스를 포함할 수 있어서, 터치-감지 표면은 디스플레이 디바이스의 볼 수 있는 영역의 적어도 일부를 커버(cover)할 수 있다. 터치 스크린은 일반적으로 디스플레이 디바이스에 의해 디스플레이되는 사용자 인터페이스(UI)에 의하여 대개 정해지는 위치에서 사용자가 손가락, 스타일러스 또는 다른 물체를 이용해 터치 센서 패널을 터치(예를 들어, 물리적 접촉 또는 근거리 근접)함으로써 다양한 기능을 수행할 수 있게 한다. 일반적으로, 터치 스크린은 터치 이벤트 및 터치 센서 패널 상의 터치 이벤트의 위치를 인식하고, 이어서 컴퓨팅 시스템은 터치 이벤트의 시점에 나타나는 디스플레이에 따라서 터치 이벤트를 해석하고, 그 후 터치 이벤트에 기초하여 하나 이상의 동작을 수행할 수 있다.
상호 정전용량 터치 센서 패널들은 산화인듐주석(ITO)과 같이 실질적으로 투명한 전도성 물질의 구동선 및 감지선들의 메트릭스로부터 형성될 수 있다. 선들은 실질적으로 투명한 기판 상에 직교방향으로 종종 배열된다. 상호 정전용량 터치 센서 패널들은 터치 센서 패널 상의 터치 이벤트들을 검출하는 능력뿐 아니라, 물체가 패널을 터치하는 것이 아니라 패널에 아주 근접하게 있는 경우인 근접 이벤트를 검출하는 능력 또한 가지고 있다. 그러나, 상호 정전용량 터치 패드들은 근접 이벤트들을 감지하는 능력이 한정되어 있으므로, 단지 터치 센서 패널로부터 한정된 범위의 거리에 걸쳐서만 근접 검출을 제공한다.
본 발명은 상호 정전용량 근거리 물체 감지 모드와 자기-정전용량 원거리 물체 감지 모드 사이에서 그 구성을 스위칭하도록 구성된 터치 센서 패널에 관한 것이다. 본 패널은 복수개의 터치 전극들을 상호 정전용량 근거리 구성에서는 구동선들로서 이용되는 것과, 자기-정전용량 원거리 구성에서는 감지 전극들로서 이용되는 것 사이에서 스위칭할 수 있는 회로를 포함하도록 구성될 수 있다. 게다가, 본 패널은 복수개의 터치 전극들을 상호 정전용량 근거리 구성에서는 감지선들로서 이용되는 것과, 자기-정전용량 원거리 구성에서는 감지 전극들로서 이용되는 것 사이에서 스위칭할 수 있는 회로를 포함하도록 구성될 수 있다.
<도 1a>
도 1a는 개시된 일 실시예에 따른 예시적인 상호 정전용량 터치 센서 회로를 도시한 도면.
<도 1b>
도 1b는 개시된 일 실시예에 따른 예시적인 터치 노드 및 그 노드에 터치하는 손가락이 전하 결합에 미치는 영향을 도시한 도면.
<도 1c>
도 1c는 개시된 일 실시예에 따른 다른 예시적인 터치 노드 및 손가락의 부재가 전하 결합에 미치는 영향을 도시한 도면.
<도 2>
도 2는 개시된 일 실시예에 따른 예시적 자기-정전용량 터치 센서 회로를 도시한 도면.
<도 3a>
도 3a는 개시된 일 실시예에 따른 자기-정전용량 터치 센서 전극에 대응하는 예시적인 전기 회로를 도시한 도면.
<도 3b>
도 3b는 개시된 일 실시예에 따른, 기생 용량이 터치 전극 상에 존재할 때, 자기-정전용량 터치 센서 전극에 대응하는 예시적인 전기 회로를 도시한 도면.
<도 4a>
도 4a는 개시된 일 실시예에 따른, 손 또는 물체가 자기-정전용량 터치 센서 패널에 가까이 있을 때 Cself와 기생 용량 사이의 예시적인 관계를 도시한 도면.
<도 4b>
도 4b는, 손 또는 물체가 자기-정전용량 터치 센서 패널에서 멀리 떨어질 때 Cself와 기생 용량 사이의 예시적인 관계를 도시한 도면.
<도 5>
도 5는 개시된 일 실시예에 따른 구동 차폐(driven shielding)를 채용하는 예시적인 터치 센서 시스템을 도시한 도면.
<도 6a>
도 6a는 개시된 일 실시예에 따른 터치 전극의 예시적인 구동 차폐 회로도를 도시한 도면.
<도 6b>
도 6b는 개시된 일 실시예에 따른 디스플레이의 예시적인 구동 차폐 회로도를 도시한 도면.
<도 6c>
도 6c는 개시된 일 실시예에 따른 경계 트레이스 영역의 예시적인 구동 차폐 회로도를 도시한 도면.
<도 7>
도 7은 개시된 일 실시예에 따른, 전압 기반 오프셋을 가지는 예시적인 넓은 동적 범위(wide dynamic range)의 자기-정전용량 터치 감지 회로를 도시한 도면.
<도 8>
도 8은 개시된 일 실시예에 따른, 곱셈형(multiplying) 디지털-아날로그 변환기들을 보정(calibrate)하기 위한 예시적인 절차를 도시하는 흐름도를 도시한 도면.
<도 9>
도 9는 개시된 일 실시예에 따른, 전류 기반 오프셋을 가지는 예시적인 넓은 동적 범위의 자기-정전용량 터치 감지 회로를 도시한 도면.
<도 10a>
도 10a는 개시된 일 실시예에 따른, 터치 이벤트가 발생하고 있는 예시적인 상호 정전용량 터치 센서 패널 및 예시적인 대응 터치 해상도를 도시한 도면.
<도 10b>
도 10b는 개시된 일 실시예에 따른, 근접 이벤트가 발생하고 있는 예시적인 자기-정전용량 터치 센서 패널 및 예시적인 대응 터치 해상도를 도시한 도면.
<도 11a>
도 11a는 개시된 일 실시예에 따른, 상호 정전용량 터치 센서 구동선 구성과 자기-정전용량 터치 센서 전극 구성 사이에서의 스위칭을 위한 예시적인 스위칭도를 도시한 도면.
<도 11b>
도 11b는 개시된 일 실시예에 따른, 상호 정전용량 터치 센서 감지선 구성과 자기-정전용량 터치 센서 전극 구성 사이에서의 스위칭을 위한 예시적인 스위칭도를 도시한 도면.
<도 12>
도 12는 개시된 일 실시예에 따른, 슈퍼 원거리 근접 이벤트(super far field proximity event)가 터치 센서 패널 상에 발생하고 있는지 여부를 판단하기 위한 예시적인 절차를 도시하는 흐름도를 도시한 도면.
<도 13>
도 13은 개시된 일 실시예에 따른, 슈퍼 원거리 근접 이벤트가 발생하고 있는 슈퍼 원거리 검출 모드에서의 예시적인 자기-정전용량 터치 센서 패널 및 예시적인 대응 터치 해상도를 도시한 도면.
<도 14>
도 14는 개시된 일 실시예에 따른, 터치 센서 패널의 작동 중에 터치 감지 모드를 스위칭하기 위한 예시적인 절차를 도시하는 흐름도를 도시한 도면.
<도 15>
도 15는 하나의 개시된 예시적인 실시예에 따른, 터치 또는 근접 신호의 존재여부를 검출하기 위한 흐름도를 도시한 도면.
<도 16>
도 16은 개시된 일 실시예에 따른, 터치 센서 패널의 동작 중에 터치 모드를 스위칭하기 위한 예시적인 절차를 도시하는 또 다른 흐름도를 도시한 도면.
<도 17>
도 17은 개시된 일 실시예에 따른, 터치 센서 공통 모드 노이즈 복원(common mode noise recovery)을 활용하는 터치 센서 패널을 포함하는 예시적인 컴퓨팅 시스템을 도시한 도면.
<도 18a>
도 18a는 개시된 일 실시예에 따른, 터치 공통 모드 노이즈 복원 회로 및 방법을 포함하는 터치 센서 패널을 구비한 예시적인 모바일 전화기를 도시한 도면.
<도 18b>
도 18b는 개시된 일 실시예에 따른, 터치 공통 모드 노이즈 복원 회로 및 방법을 포함하는 터치 센서 패널을 구비한 예시적인 디지털 미디어 플레이어를 도시한 도면.
<도 18c>
도 18c는 개시된 일 실시예에 따른, 터치 공통 모드 노이즈 복원 회로 및 방법을 포함하는 터치 센서 패널을 구비한 예시적인 퍼스널 컴퓨터를 도시한 도면.
실시예들의 후술하는 설명에서, 본 명세서의 부분을 형성하는 첨부된 도면들이 참조되고, 실행될 수 있는 특정 실시예들이 도면들 내에서 예시로써 도시된다. 다른 실시예들이 이용될 수 있고, 개시된 실시예들의 범위를 벗어나지 않으면서 구조적 변경이 가해질 수 있다고 이해되어야 한다.
이는 터치 이벤트들을 감지할 뿐만 아니라 넓은 동적 범위의 거리에 걸쳐 근접 이벤트들을 감지할 수 있는 능력을 가질 수 있는 터치 센서 패널에 관한 것이다. 터치 센서 패널 하드웨어는 감지를 원하는 거리 범위에 따라 다양한 구성들로 스위칭될 수 있다. 게다가, 터치 센서 패널에 의해 경험된 기생 용량은 터치 센서 패널의 터치 및 근접 이벤트들의 검출능력을 방해하지 않도록 완화될 수 있다. 기생 용량을 감소시키도록 구동 차폐가 채용될 수 있으며, 위상에 미치는 기생 용량의 효과는 조정되어 그것이 터치 및 근접 검출상에 미치는 순수 효과(net effect)를 감소시키도록 할 수 있다.
비록 본 명세서에 개시된 실시예들이 상호 정전용량 및 자기-정전용량 터치 센서 패널의 맥락에서 기술되고 예시되었으나, 실시예들은 그와 같이 한정되는 것이 아니며, 넓은 동적 범위의 검출이 요구되는 임의의 정전용량 터치 센서 패널에 부가적으로 적용이 가능함이 이해되어야 겨다. 부가적으로, 비록 여기 개시된 실시예들이 하나 이상의 경계 트레이스 영역, 디스플레이 영역 및 전극들에 적용된 구동 차폐의 맥락에서 기술되고 예시되었으나, 실시예들은 그와 같이 한정되는 것이 아니며, 검출을 감지하기 위해 기생 용량을 제공하는 터치 입력 디바이스의 임의의 부분에 부가적인 적용이 가능함이 이해될 것이다. 더 나아가, 비록 본 명세서에 개시된 실시예들이 터치 센서 패널 상의 기생 용량을 완화하기 위한 방법에 관한 것이나, 실시예들은 그와 같이 한정되는 것이 아니며, 정전용량 트랙패드(capacitive trackpad)와 같은 임의의 정전용량 터치 센서 디바이스에 부가적인 적용이 가능함이 이해될 것이다.
도 1a는 본 발명의 일부 실시예에 따른 예시적인 터치 센서 패널(100)을 도시한 도면이다. 터치 센서 패널(100)은 유전체 재료에 의해 이격된 이층형(two-layer) 전극 구조에 의해 형성될 수 있는 터치 노드(106)의 어레이를 포함할 수 있으나, 다른 실시예들에서 전극들이 동일한 층 상에 형성될 수 있다. 전극들의 한 층은 복수 개의 구동선(102)들을 포함할 수 있으며, 이들은 복수 개의 감지선(104)들을 포함하는 전극들의 또 다른 층에 직각으로 배치되며, 각각의 노드(106)들은 연관된 상호 정전용량(114)(결합 정전용량으로도 칭해짐)을 가질 수 있으나, 다른 실시예들에서, 구동 및 감지선들은 비-직교적 배열로 위치될 수 있다. 구동선(102)들 및 감지선(104)들은 유전체에 의해 서로에서 이격된 상이한 평면에서 각각의 상부로 서로 교차할 수 있다. 구동선(102)과 감지선(104)의 교차점 각각은 터치 노드(106)를 생성할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 20개의 구동선(102)들과 15개의 감지선(104)들을 포함하는 경우의 패널은 터치 또는 근접 이벤트를 검출할 수 있는 300개의 유효한 터치 노드들을 가지게 된다.
구동선(102)들(행(row), 행 트레이스(row trace), 또는 행 전극(row electrode)으로도 칭함)은 각각의 구동 회로(108)들에 의해 제공되는 자극 신호에 의해 활성화될 수 있다. 구동 회로(108)들 각각은 자극 신호 소스라고 칭해지는 교류(AC) 또는 유니폴라 맥동 전압 소스(unipolar pulsatile voltage source)를 포함할 수 있다. 터치 센서 패널(100) 상의 터치 이벤트(들)를 감지하기 위해서는, 하나 이상의 구동선(102)들이 구동 회로(108)들에 의해 자극될 수 있으며, 감지 회로(110)는 결합된 자극 신호의 진폭의 변화의 형태로서 감지선(104)들 상으로 커플링된 전하 내의 결과적인 변화를 검출할 수 있다. 전압 진폭값들 내의 변화는 패널을 터치하거나 그에 근접한 손가락 또는 전도성 물체를 나타낼 수 있다. 검출된 전압값들은 노드 터치 출력값들을 대표하는 것일 수 있으며, 이들 출력값들에 대한 변화는 터치 또는 근접 이벤트가 발생한 노드의 위치들(106) 및 그러한 위치(들)에서 발생한 터치의 양을 나타낸다.
도 1b는 개시된 일 실시예에 따른 예시적인 터치 노드 및 노드를 터치하는 손가락이 커플링된 전하에 미칠 수 있는 효과를 도시한 도면이다. 구동선(102)이 신호에 의해 자극되면, 구동선(102)과 감지선(104) 사이의 상호 정전용량에 의해 전계선(118)들이 구동선과 감지선 사이에 형성될 수 있으며, 전하는 구동선에서부터 감지선까지 커플링될 수 있다. 손가락 또는 전도성 물체(116)가 구동선(102)과 감지선(104)의 교차에 의해 생성된 터치 노드(106)에 대해 접촉 또는 가깝게 근접하면, 물체는 전계선들 일부를 폐쇄할 수 있으며, 구동선과 감지선 사이의 커플링된 전하량을 감소시키고, 전하 중 일부는 손가락 또는 물체 내로 커플링될 수 있다. 구동선(102)에서 감지선(104) 상으로 커플링되는 전하의 이러한 감소는 감지 회로(110)에 의해 검출될 수 있다.
도 1c는 개시된 일 실시예에 따른 예시적인 터치 노드 및 손가락의 부재가 커플링된 전하에 미칠 수 있는 효과를 도시한 도면이다. 손가락(116)이 터치 노드(106)에서 제거되면, 구동선(102)에서 발산되는 전하는 더이상 손가락(116) 내로 부분 커플링되지 않으며, 따라서 감지선(102)으로 커플링되는 전하량이 증가할 수 있다. 손가락(116)이 터치 노드(106)를 터치하고 있거나 그에 가깝게 근접하고 있으며 일부 전계선(118)들을 차단하고 있을 경우, 일반적으로 손가락(116)은 단지 구동선(102)으로부터의 전하만을 커플링할 수 있다. 손가락(116)이 터치 노드(106)에서 멀어지도록 이동하고 노드에서 소정 거리 이격되어 있다면, 전하는 더이상 손가락(116) 상으로 커플링되지 않으며, 터치 센서 패널은 더이상 손가락의 존재를 검출하지 못하게 되고 터치 또는 근접 이벤트를 등록하지 않을 것이다. 따라서, 터치 또는 근접 이벤트들을 검출하기 위해 상호 정전용량을 채용하는 정전용량 터치 센서 패널들은 시스템이 근접 이벤트를 검출할 수 있는 거리로 종종 매우 한정된 범위를 갖는다.
자기-정전용량을 채용하여 터치 또는 근접 이벤트를 검출하는 터치 센서 패널들은 상호 정전용량을 사용하는 패널보다 터치 센서 패널에서 더 멀리 이격된 손가락 또는 물체의 존재를 검출하기 위해 사용될 수 있다. 도 2는 개시된 일 실시예에 따른 예시적인 자기-정전용량 터치 센서 회로(200)를 도시한 도면이다. 자기-정전용량 터치 센서 패널 회로(200)는 감지 회로(204)에 연결되고 접지에 대해 자기-정전용량을 갖는 전극(202)들을 포함한다. 물체가 전극을 터치하거나 또는 그에 가까이 근접한 경우, 그 물체를 통해 전극과 접지 사이에 부가적인 정전용량이 형성될 수 있으며, 이는 전극의 자기-정전용량을 증가시킬 수 있다. 전극(202)의 자기-정전용량에서의 이런 변화는 감지 회로(204)에 의해 검출될 수 있다. 터치 또는 근접 이벤트를 감지하기 위해 손가락 또는 물체가 패널을 터치하거나 또는 가까이 근접하도록 요구하는 상호 정전용량 터치 패널들과는 상반적으로, 자기-정전용량의 변화는 물체들 또는 손가락들이 터치 패널에서 더욱 이격될 때 발생할 수 있다. 상호 정전용량 터치 센서(100)와는 달리, 회로의 각각의 전극은 직교 전극들의 교차점들이 아니라 터치 노드로 동작한다. 따라서, 20 × 15 전극 어레이에서는, 다만 35개의 터치 노드들이 있다. 당업자는 이와 같은 자기-정전용량 아키텍처가 상호 정전용량 터치 해상도보다 덜한 터치 해상도(예를 들어, 35개 노드 대 300개 노드)를 소유할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 상호 정전용량 터치 센서에 비교했을 때 전술된 자기-정전용량 아키텍처는 감소된 공간 해상도를 가지기 때문에, 자기-정전용량 터치 센서 패널은 상호 정전용량 터치 센서 패널에 비견할 만한 정확도 또는 명료성을 가지고 터치 또는 근접 이벤트 위치를 검출할 수 없을 것이다.
도 3a는 개시된 일 실시예에 따른 자기-정전용량 터치 센서 전극 및 감지 회로에 대응하는 예시적인 전기 회로를 도시한 도면이다. 전극(202)은 그와 연관된 접지에 대해 자기-정전용량(304)을 가질 수 있다. 터치 전극(202)은 감지 회로(314)에 결합될 수 있다. 감지 회로는 연산 증폭기(308), 피드백 저항기(312), 피드백 캐패시터(310) 및 입력 전압 소스(306)를 포함할 수 있으나, 다른 구성이 채용될 수 있다. 예를 들어, 피드백 저항기(312)는 가변 피드백 저항기에 의해 야기되는 임의의 기생 용량 효과를 최소화하기 위해 스위치드 캐패시터 저항기(switched capacitor resistor)로 대체될 수 있다. 터치 전극은 연산 증폭기(308)의 반전 입력에 결합될 수 있다. 교류(AC) 전압 소스(Vac)(306)는 연산 증폭기(308)의 비반전 입력에 결합될 수 있다. 터치 센서 회로(300)는 터치 센서 패널을 터치하거나 또는 근접해 있는 손가락 또는 물체에 의해 유도되는 자기-정전용량(304)을 감지하도록 구성될 수 있다. 터치 감지 회로(300)의 출력(320)은 근접 이벤트의 존재 여부를 판단하도록 사용된다. 출력(320)은 근접 또는 터치 이벤트의 존재 여부를 판단하도록 프로세서에 의해 사용될 수 있거나, 또는 출력(320)은 터치 또는 근접 이벤트의 존재 여부를 판단하도록 이산 논리 회로망(discrete logic network) 내로 입력될 수 있다.
도 3b는 개시된 일 실시예에 따른, 기생 용량이 터치 전극 상에 존재할 경우에 자기-정전용량 터치 센서 전극 및 감지 회로에 대응하는 예시적인 전기 회로를 도시한 도면이다. 기생 용량(314)은 터치 센서 패널을 채용하는 디바이스 상의 다양한 소스들에서 파생될 수 있는 터치 전극(202) 상에서 발견되는 정전용량을 대표할 수 있다. 예를 들어, 기생 용량은 터치 센서 패널을 채용하는 디바이스 내에 존재할 수 있는 디스플레이 또는 다른 전도성 판들과 같은 디바이스의 다른 회로와 터치 전극(202)들 사이의 상호 작용에 의해 발생될 수 있다. 당업자는 도 3b에 도시된 바와 같이 자기-정전용량 터치 감지 시스템에서 기생 용량(Cpar)(314)이 자기-정전용량(304)에 평행할 것임을 인식할 것이다. 두 캐패시터가 평행할 경우, 이들은 함께 합해지며, 따라서 감지 회로(314)에 의해 측정된 정전용량의 변화는 Cself + Cpar가 될 수 있으며, 여기서, Cself는 관심신호, 즉 전극(202)의 자기-정전용량을 나타낸다. 감지 회로(314)는 자기-정전용량(304)과 기생 용량(314)의 조합을 검출하므로, 자기-정전용량(304)과 기생 용량(314) 사이의 관계는 중요할 수 있다.
예를 들어, 당업자는 감지 회로(300)의 출력(Vout)(320)의 수학식은 다음과 같이 표현될 수 있음을 인식할 것이다.
Figure 112014104497273-pct00001
여기서
Figure 112014104497273-pct00002
Figure 112014104497273-pct00003
Figure 112014104497273-pct00004
Figure 112014104497273-pct00005
상기 수학식에서 표현된 바와 같이, 출력(320)의 위상은 Cself와 Cpar의 값에 의존한다. 따라서, Cpar는 위상 오프셋을 생성하고, 근접 이벤트들을 검출할 수 있는 감지 회로(204)의 능력을 저해할 수 있다. 상기 수학식에서, ω는 위의 수학식들에서 Vac로 나타낸 연산 증폭기(308)의 비반전 입력을 거쳐 전극들에 인가된 자극 신호의 주파수로 정의될 수 있다 만일 Vac가 정현파 신호라면, 상기 수학식은 다음과 같이 정리될 수 있다:
만일
Figure 112014104497273-pct00006
인 경우
Figure 112014104497273-pct00007
Figure 112014104497273-pct00008
= Cpar에 의해 초래된 위상 천이
β = Cself에 의해 초래된 위상 천이
또한, 자기-정전용량(304)의 크기(magnitude)에 대한 기생 용량(314)의 크기는 터치 전극(202)에 근접한 손가락 또는 물체에 의해 생성된 자기-정전용량 내의 변화를 감지 회로(314)가 얼마나 정확히 검출할 수 있는가에 대해 영향을 미칠 수 있다. 도 4a는 손 또는 물체가 자기-정전용량 터치 센서 패널에 가까울 때 Cself과 기생 용량 사이의 예시적인 관계를 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이, 손(402)이 터치 패널(404)에서 근거리(410)에 있을 경우, Cself(자기-정전용량)(406)의 크기는 Cpar(기생 용량)(408)의 크기보다 크다. 크기들은 상대적 비교 목적으로 예시되고 도시된 것일 뿐이며, 실제 크기를 나타내는 것으로 의도된 것이 아님을 유의한다. 만일 Cself(406)가 관심 신호로 간주되고 Cpar(408)가 노이즈 소스로 간주된다면, 터치 센서 패널(404)은 양호한 신호대잡음비(SNR)를 가진다고 말해질 수 있으므로, 따라서 터치 및 근접 검출을 더욱 신뢰할 수 있다.
도 4b는 손 또는 물체가 자기-정전용량 터치 센서 패널에서 멀리 이격되어 있을 때 Cself와 기생 용량 사이의 예시적 관계를 도시한 도면이다. 손(402)이 터치 패널(404)로부터 거리를 늘리면, 터치 센서 패널에 대해 물체가 위치된 거리에 대해 Cself가 반비례하기 때문에 Cself(406)의 크기는 훨씬 작아질 수 있다. 거리(410)의 변동은 Cself(406)의 크기에 변동을 일으킬 수 있는 반면, Cpar(408)은 대략적으로 일정하게 유지될 수 있다. 이는 손이(402)이 터치 센서 패널(404)에서 멀리 이동해 나올수록, 센서 시스템의 SNR이 감소할 수 있음을 의미한다. 궁극적으로, 손(402)이 터치 센서 패널(404)에서 소정 거리(410)에 있을 때, Cpar(408)는 Cself(406)를 "압도(drown out)"한 것으로 말해질 수 있다. 다시 말해, Cpar(408)의 크기는 Cself(406)의 크기에 비해 아주 크기 때문에 터치 감지 회로(204)가 Cself의 변화를 더 이상 검출할 수 없을 정도에 이를 수 있다. 게다가, Cself의 크기가 작아짐에 따라, Cself의 변화의 검출을 허용하기 위해 터치 감지 회로(314)로부터 더 많은 게인이 요구된다. 그러나, Cpar(408)의 크기가 지나치게 커지면, 그런 경우 연산 증폭기(308)가 포화될 수 있고, 따라서 Cself 내의 변화를 감지할 적합한 신호 게인을 제공할 수 없게 될 수 있다.
이들 Cself와 Cpar 사이의 관계는 거리에 대한 자기-정전용량 터치 센서 패널의 성능이 적어도 다음 두 가지 요소들에 의해 제한될 수 있음을 의미할 수 있다: 손 또는 물체(402)가 터치 패널(404)로부터 이격되어 있는 거리와 터치 센서 패널(404) 상에 존재하는 기생 용량(408)의 양. 넓은 동적 범위의 거리를 가로질러 허용가능한 SNR을 이루기 위해서는, 기생 용량(408)의 크기가 Cself에 비해 작아질 수 있도록, 그리고 그 에너지가 증폭기(308)를 포화시키지지 않으며, Cself를 측정하기 위한 적합한 게인을 제공할 수 있는 증폭기의 능력을 감소시키지 않도록 기생 용량(408)이 감소 또는 제거될 수 있다.
따라서, 근접 이벤트들이 검출될 수 있는 동적 범위를 증가시키기 위해서는, 근접 이벤트 검출에서의 에러들의 최소화를 허용하도록 기생 용량이 터치 및 근접 이벤트에 미칠 수 있는 효과가 완화될 수 있다. 일 실시예에 의하면, 기생 용량을 완화하는 것은 Cpar의 크기를 감소시켜 Cself 크기에 대한 그 크기가 작아지게 하는 것을 수반할 수 있다. 기생 용량을 감소시키기 위해 구동 차폐가 사용될 수 있다. 도 5는 개시된 일 실시예에 따른 구동 차폐를 채용한 예시적인 터치 센서 시스템을 도시한 도면이다. 구동 차폐 터치 센서 시스템(500)은 전극 트레이스(506)를 통해 자극 신호들로써 터치 센서 패널(502)을 구동하고 터치 입력 디바이스(502)에 의해 출력된 터치 신호들을 처리할 수 있는 터치 제어기(516)를 포함할 수 있다. 터치 센서 패널(502)은 디스플레이를 위한 전도성 디스플레이 차폐(512) 및 경계 트레이스 영역을 위한 전도성 경계 트레이스 차폐(504)에 의해 내포(encapsulate)되거나 달리 보호될 수 있는 디스플레이 및 경계 트레이스 영역을 포함할 수 있다(예를 들어, 디스플레이 및/또는 경계 트레이스 적층 내의 하나 이상의 차폐 층들). 경계 트레이스 차폐(504) 및 디스플레이 차폐(512)는 터치 제어기(516)에 의해 생성된 신호(Vshield)(510)를 전도시킬 수 있다. 전극 트레이스(506)들은 또한 그들을 내포하는 차폐(508)를 포함할 수 있다(예를 들어, 플렉스 회로 적층 내의 하나 이상의 차폐 층들). Vshield(510)는 전극 트레이스 차폐(508) 및 디스플레이 차폐(512)를 구동할 수 있다.
도 6a는 개시된 일 실시예에 따른 플렉스 회로 내의 터치 전극층의 예시적인 차폐 회로도를 도시한 도면이다. 터치 또는 근거리 근접(near-field proximity) 감지 구성에서, 터치 제어기(608)는 층(602) 상의 행 전극 트레이스 상으로 자극 신호를 출력할 수 있다. 터치 전극층(602)은 하나 이상의 전도성 차폐(604)들에 의해 내포(예를 들어, 상부 및/또는 하부에서 커버됨)될 수 있다. 전도성 차폐(604)들은 Vshield(610)에 연결될 수 있으며, 이는 전도성 차폐(604)에 직류 기준 전압(터치 또는 근거리 근접 감지 실시예들에서) 또는 교류 신호(원거리 근접 감지 실시예들에서)를 제공할 수 있다. 원거리 근접 감지 실시예들에서, Vshield(610)는 전극(602)상에 운반되는 신호와 동일하거나 유사한 신호를 운반하도록 구성될 수 있다. 차폐(604)와 전극(602) 상의 신호들이 대략 동일하다면, 그런 경우 동일한 전압에서 두개의 전도성 판들 사이의 유효 정전용량은 제로가 되기 때문에 전극들에 의해 초래된 기생 용량 효과들이 감쇄되거나 심지어 제거될 수 있다. 전도성 피복(604) 내부에 전극(602)을 내포시키고, 그런 다음 전극 상에 송신되고 있는 신호와 동일하거나 거의 동일한 신호를 운반하는 Vshield(510)로 전도성 피복(604)을 구동함으로써, 전극의 전도성 판과 차폐의 전도성 판 사이의 전압 변화는 제로 또는 거의 제로에 이를 수 있게 되고, 이는 시스템 내에서 전극과 다른 전도성 판들과의 상호 작용에 의해 주어진 기생 용량이 감쇄될 수 있음을 의미한다.
전술된 자기-정전용량 터치 검출을 활용하는 원거리 근접 감지와 같은 일부 실시예들에서, 그리고 도 3b의 회로도에 도시된 바와 같이, 터치 전극(202)은 터치 검출 동안에 신호(Vac)(306)를 수신할 수 있다. 따라서, 만일 전극(202)이 전도성 차폐(604)로 차폐되고, Vshield(602)가 Vac(306)와 동일하게 설정되었다면, 그런 경우 구동 차폐는 전극(202)과 다른 전도성 판들과의 상호 작용에 의해 초래된 총 기생 용량의 일부를 감쇄시킬 수 있다.
도 6b는 개시된 일 실시예에 따른 디스플레이의 예시적인 구동 차폐 회로도를 도시한 도면이다. 터치 제어기(608)는 디스플레이(612)를 내포(예를 들어, 상부 및/또는 하부에서 커버)할 수 있는 디스플레이 차폐(614)를 구동하는 신호(Vshield)(510)를 출력할 수 있다. 도 9의 터치 전극(902)에 대해 주어진 설명과 유사하게, 원거리 근접 감지에서는 기생 용량을 감쇄하기 위하여 디스플레이 차폐(614)는 전극들 상에 운반되고 있는 신호와 유사하거나 동일한 신호에 의해 구동될 수 있다.
도 6c는 개시된 일 실시예에 따른, 경계 트레이스 영역의 예시적인 구동 차폐 회로도를 도시한 도면이다. 터치 제어기(608)는 경계 트레이스 영역(622)을 내포(예를 들어, 상부 및/또는 하부에서 커버)할 수 있는 경계 트레이스 차폐(624)를 구동하는 신호(Vshield)(510)를 출력할 수 있다. 도 6a의 터치 전극(602) 및 도 6b의 디스플레이(612)에 대해 주어진 설명과 유사하게, 원거리 근접 감지에서는 기생 용량을 감쇄하기 위하여 경계 트레이스 차폐(624)는 전극들 상에 운반되고 있는 신호와 유사하거나 동일한 신호에 의해 구동될 수 있다.
위의 구동 차폐 방법이 터치 센서 패널의 실질적으로 모든 기생 용량을 감쇄할 수 있으나, 일부 잔존 기생 용량이 남을 수 있으며, 따라서 기생 용량을 완화할 수 있는 제2의 방법을 채용하는 것이 필요할 수도 있다. 다른 실시예에 의하면, 기생 용량 완화는 기생 용량과 연관된 위상 천이를 오프셋하는 것을 또한 수반하여, 위상 노이즈에 대한 기생 용량의 기여를 감소 또는 제거하도록 할 수 있다.
도 7은 개시된 일 실시예에 따른 전압 기반 오프셋을 가지는 예시적인 넓은 동적 범위의 자기-정전용량 터치 감지 회로를 도시한 도면이다. 전압 기반 오프셋 회로(700)는 기생 용량에 의해 초래된 위상 오프셋을 오프셋하기 위해 사용될 수 있다. 전압 기반 오프셋 회로(700)는 두 개의 곱셈형 디지털-아날로그 변환기들(DAC)(702, 710)을 포함할 수 있다. 두 개의 곱셈형 DAC들은 감지된 신호에 부가될 때, 기생 용량으로 인한 위상 오프셋을 감소 또는 제거할 수 있는 신호들을 생성한다. 제1 곱셈형 DAC(702)는 sin(Ω)으로 표현될 수 있는 1과 -1 사이의 값을 나타내는 디지털 값인 신호(704), 및 터치 감지 회로(316)의 출력과 동일한 주파수를 갖는 정현파를 나타내는 cos(ωt)과 동등한 정현파 신호(706)를 수신한다. 이들 입력들을 가지고, 곱셈형 DAC(702)는 아래의 수학식의 형태로 나타낸 그것의 두 개 입력들의 단순 곱을 나타내는 출력 신호(Vc)(708)를 생성할 수 있다.
Figure 112014104497273-pct00009
제2 곱셈형 DAC(710)는 cos(Ω)로 표현될 수 있는 1과 -1 사이의 값을 나타내는 디지털 값인 신호(712) 및 sin(ωt)과 동등한 정현파 신호(714)를 수신한다. 이들 입력들을 가지고, 곱셈형 DAC(510)는 그것의 두 개 입력들의 단순 곱을 나타내는 출력 신호(Vs)(516)를 생성할 수 있다.
Figure 112014104497273-pct00010
Ω의 값은 이하 설명되는 보정 절차 동안에 결정될 수 있다.
터치 패널 상에 아무런 터치가 존재하지 않는다면, Cself의 변화는 0이 된다. 이상적으로는, 아무런 터치가 존재하지 않을 경우, Vout(316)으로 표시된 터치 감지 회로(314)의 출력은 0과 같아야 한다. 그러나, 기생 용량으로 인해, 터치 신호가 존재하지 않더라도, Vout(316)은 다음과 동일한 값을 가질 수 있다:
Figure 112014104497273-pct00011
따라서, 기생 용량으로 인한 효과를 보정하기 위하여, 터치 이벤트가 없을 경우, 접합점(junction)(520)에서의 가산회로의 출력은 0과 동일해야 하는데, 왜나하면 이것이 Cself의 변화가 0이며 아무런 기생 용량이 존재하지 않을 때의 출력일 수 있기 때문이다. 아무런 터치 신호가 존재하지 않을 경우, 접합점(720)에서의 출력을 특징짓는 수학식은 다음과 같다:
Figure 112014104497273-pct00012
보정의 목표는 아무런 터치 신호가 존재하지 않을 경우 접합점(720)에서의 출력을 0과 동일하게 만드는 것이므로, 위의 수학식은 Vout - Vs - Vc = 0이 된다
Figure 112014104497273-pct00013
표준 삼각 항등식들(standard trigonometric identities)을 이용하여, Vc+Vs는 다음과 같이 정리될 수 있다:
Figure 112014104497273-pct00014
Figure 112014104497273-pct00015
위의 정리를 이용하여, Vout-Vc-Vs에 대한 수학식은 다음이 된다.
Figure 112014104497273-pct00016
Figure 112014104497273-pct00017
따라서,
Figure 112014104497273-pct00018
아무런 터치가 존재하지 않을 경우에 접합점(720)에서 0과 동일한 출력을 얻기 위해서는, 곱셈형 DAC들(704, 712)은
Figure 112014104497273-pct00019
이 되도록 Ω의 값으로 프로그램될 수 있다.
도 8은 개시된 일 실시예에 따른 곱셈형 디지털-아날로그 변환기들을 보정하기 위한 예시적인 절차를 도시하는 흐름도를 도시한 도면이다. 단계 S1에서, Ω의 초기값이 설정되고 곱셈형 DAC들(702, 710)로 제공될 수 있다. 단계 S2에서, 접합점(520)의 출력이 체크되어 그 값이 0인지 판단할 수 있다. 만약 그것이 0이라면, 그런 경우 보정 절차가 종료될 수 있다. 만약 그것이 0이 아니라면, 그런 경우 공정은 S3으로 이동하고 Ω는 새로운 값으로 조정될 수 있다. 단계 S4에서, 접합점(520)에서의 출력값이 체크되어 그 값이 0인지 판단할 수 있다. 만약 그것이 그렇다면, 그런 경우 공정은 단계 S5로 이동하며 여기서 공정은 종료될 수 있다. 만약 그것이 0이 아니라면, 공정은 S3으로 되돌아가 반복한다. 궁극적으로, 접합점(520)에서의 출력이 0이 되는 Ω의 값이 발견될 수 있다. 이것이 성취되면, 기생 용량이 위상에 미치는 효과는 효과적으로 보정되어 없어질 수 있다. 당업자라면 도 8에 상세히 나타낸 절차는 위상 오프셋을 결정하기 위한 단지 하나의 방법임을 인식할 것이다. 다른 실시예들에서, 오프셋은 동일위상 및 직교위상 복조 아키텍처의 출력 상의 위상 오프셋을 측정함에 의해 또한 산출될 수 있다.
도 9는 개시된 일 실시예에 따른, 전류 기반 오프셋을 가지는 예시적인 넓은 동적 범위의 자기-정전용량 터치 감지 회로를 도시한 도면이다. 전류 기반 오프셋은 전술된 전압 기반 오프셋 방법과 동일한 방식으로 적용될 수 있으며, 유일한 차이점이라면 도 7의 저항기들(708, 716, 718)이 전류-전압 변환을 위해 더 이상 필요하지 않다는 것과, 접합점(720)에서 도 7에 나타낸바와 같이 합계되어질 필요가 없다는 것이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 곱셈형 DAC들(902, 910)은 각각 정현파 신호들(906, 914)에 의해 구동되며, 입력으로서 디지털 게인 값(904 및 912)을 갖는다. 각각의 곱셈형 DAC에 의해 생성된 전류는 감지 회로에 의해 생성된 전류와 조합되고, 곱셈형 DAC들의 게인들은 도 7 및 도 8을 참조하여 전술한 바와 같은 방식으로 조합된 전류가 0과 동일해질 때까지 조정된다.
기생 용량을 완화하는 자기-정전용량 터치 센서 패널들이 전술된 것과 같이 상호 정전용량 터치 센서 패널을 이용하는것에 비해 더 먼 거리에서 근접 이벤트들을 검출할 수 있기는 하지만, 이들은 종종 상호 정전용량 터치 센서 패널에 비해 낮은 해상도를 가질 수 있고, 투영 스캔 구성에서는 애매모호한 결과를 생성할 수 있다. 터치 또는 근접 해상도란 터치 센서 패널 상의 물체의 위치가 판단될 수 있는 정확도를 의미할 수 있다. 도 10a는 터치 이벤트가 발생하고 있는 예시적인 상호 정전용량 터치 센서 패널 및 예시적인 대응 터치 해상도를 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이, 상호 정전용량 터치 센서 패널(1002)은 터치 이벤트 또는 가까운 근접 이벤트(1004)를 수신할 수 있다. 터치 이벤트(1004)가 발생하면, 교차하는 구동 전극(102)들 및 감지 전극(104)들로 이루어진 메트릭스(1006)는 터치 노드(1008)에 터치 이벤트를 등록할 수 있다.
도 10b는 근접 이벤트가 발생하고 있는 예시적인 자기-정전용량 터치 센서 패널 및 예시적인 대응 근접 해상도를 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이, 자기-정전용량 터치 센서 패널(1010)은 터치 센서 패널에서 소정 거리(1014) 이격되어 있는 물체(1012)들로부터 근접 이벤트들을 검출할 수 있다. 근접 이벤트가 발생하고 있을 때, 전극(202)들로 이루어진 터치 메트릭스(1016)는 영역(1018) 위에서 발생하는 근접 이벤트를 등록할 수 있다. 영역(1018)은 터치 노드(1008)보다 넓은 영역을 커버하며, 따라서 이벤트가 발생하고 있는 특정 노드(1008)로의 터치 이벤트들을 검출할 수 있는 상호 정전용량(1002)에 비교할 때, 패널(1010)은 패널의 소정 영역 내에서 발생하고 있는 근접 이벤트만을 감지할 수 있다.
그러나, 터치 또는 근거리 근접 이벤트들을 검출할 때 세밀한 해상도가 요구되는 반면, 원거리 근접 이벤트들을 검출할 때는 다만 개략적인 해상도만 요구될 수 있으므로, 양 유형의 터치 감지는 상이한 상황(예를 들어, 물체가 터치-감지 표면에 접근하여 결과적으로 그를 터치할 때) 또는 상이한 적용들(예를 들어, 터치 제스처를 검출하는 것 대 디바이스를 키려는 사용자의 접근을 검출하는 것)에서 유용할 수 있다. 따라서, 터치 또는 가까운 근접 이벤트들은 세밀한 해상도로 검출할 수 있고, 좀 더 멀리 이격된 근접 이벤트들은 좀 더 개략적인 해상도로 검출할 수 있는 디바이스가 유익할 수 있다.
일부 실시예들에 의하면, 병행 작동하는 상호 정전용량 및 자기-정전용량 터치 센서 패널 둘 다를 포함하는 디바이스가, 하나의 디바이스 내에서 상호 정전용량 터치 감지 및 자기-정전용량 터치 감지 둘을 동시에 수행할 수 있는 터치 센서 패널을 가진다는 목적을 이룰 수 있다. 다른 실시예들에 의하면, 터치 또는 가까운 근접 이벤트들을 검출하기 위해 그 구성을 상호 정전용량 구성으로 스위칭하고, 원거리 근접 이벤트들을 검출하기 위해 그 구성을 자기-정전용량 구성으로 스위칭할 수 있는 터치 센서 패널이, 하나의 디바이스 내에서 상호 정전용량 터치 감지 및 자기-정전용량 터치 감지 둘을 수행할 수 있는 터치 센서 패널을 가진다는 목적을 또한 이룰 수 있다.
도 11a 및 도 11b는 상호 정전용량 터치 센서 구성 및 자기-정전용량 터치 센서 구성 사이에서 스위칭하기 위한 예시적인 스위칭도를을 도시한 도면이다. 스위칭은 상호 정전용량 터치 센서 패널의 구동선들의 구성을 자기-정전용량 터치 전극 구성으로 변경하거나, 그 역으로 함으로써 성취할 수 있다. 도 11a는 개시된 일 실시예에 따른, 상호 정전용량 터치 센서 구동선 구성과 자기-정전용량 터치 센서 전극 구성 사이에서 스위칭하기 위한 예시적인 스위칭도를 도시한 도면이다. 터치 제어기(1112)는 근거리 상호 정전용량 시스템(터치를 포함함)에 연결하거나, 원거리 자기-정전용량 시스템에 연결하도록 스위치들(1108 및 1110)에게 신호를 전송할 수 있다. 스위치들(1108 및 1110)은 터치 센서 패널 상의 터치 전극(1120)에 연결될 수 있는 입/출력(I/O)선을 형성한다. 근거리 구성이 요구되면, 그런 경우 터치 제어기(1112)는 스위치(1108)를 닫고 스위치(1110)를 개방할 것이다. 스위치(1108)가 닫힌 상태에서, 터치 전극(1120)은 스위치(1106)의 위치에 따라 전극 구동기(1102) 또는 기준 전압(1104)(예를 들어, 접지)에 연결될 수 있다. 구동기(1102), 스위치(1106) 및 기준 전압(1104)은 다만 상징적인 것으로, 동일한 결과를 이룰 수 있는 다른 구성들이 고려됨을 이해하여야 한다. 구동 전극(1120)에 대응하는 행이 자극되면, 스위치(1106)가 전극 구동기(1102)에 연결될 것이다. 행이 자극되지 않는다면, 스위치(1106)가 기준 전압(1104)으로 스위칭될 것이다. 일부 실시예들에서, 도 11a의 모든 회로가 터치 제어기(1112) 내에 존재할 수 있음을 유의한다.
원거리 구성이 요구되는 경우, 터치 제어기(1112)는 스위치(1108)를 열고 스위치(1110)를 닫을 수 있다. 스위치(1110)가 닫히면, 전극(1120)이 연산 증폭기(308)에 연결된다. 연산 증폭기는 도 3a에 도시된 자기-정전용량 감지 구성에서의 비반전 증폭기로 구성될 수 있으며, 피드백 저항기(312) 및 피드백 캐패시터(310)는 그 출력 및 그 반전 입력 사이에 연결되며, 터치 제어기(1112)에 의해 Vshield(306)는 그 비반전 입력에 출력된다. 구동 전극(1102)과 접지(1104)는 더 이상 전극(1120)에 연결되지 않는다.
일부 실시예들에서, 도 11a의 예시적인 회로는 모든 터치 전극(1120)에 대해 복제될 수 있다. 다른 실시예들에서, 전극의 개수에 비해 더 적은 구동기들 및/또는 증폭기들이 활용될 수 있도록 구동기(1102)들 및/또는 증폭기(308)들은 다중화될 수 있다. 일부 실시예들에서, 피드백 저항기(312) 및 피드백 캐패시터(310)는 슈퍼 원거리 및 원거리 감지에 요구되는 값에 따라 다른 캐패시터들 및 저항기들을 포함하도록 스위칭될 수 있다. 따라서, 슈퍼 원거리 감지를 위해 한개 세트의 저항기 및 캐패시터 값들이 사용될 수 있으나, 전극(1120)이 원거리 감지로 스위칭된 경우, 피드백 저항기(312)가 상이한 저항으로 재구성될 수 있으며, 피드백 캐패시터(310)는 상이한 정전용량으로 재구성될 수 있다.
도 11b는 개시된 일 실시예에 따른, 상호 정전용량 터치 센서 감지선 구성과 자기-정전용량 터치 센서 전극 구성 사이에서 스위칭하기 위한 예시적인 스위칭도를 도시한 도면이다. 연산 증폭기(308)는 도 3a 및 전술된 것과 유사하게 구성될 수 있다. 터치 감지 전극(1130)이 근거리 감지를 위해 구성된 경우, 터치 제어기(1112)는 연산 증폭기(308)의 비반전 입력으로 DC 신호를 출력할 수 있다. 터치 감지 전극(1130)이 원거리 감지를 위해 구성된 경우, 터치 제어기(1112)는 연산 증폭기(308)의 비반전 입력에 신호(Vshield)를 출력할 수 있다. 더 나아가, 피드백 저항기(312) 및 피드백 캐패시터(310)는 구성의 요구사항들에 따라 상이한 값들로 스위칭될 수 있다. 도 11a 및 도 11b의 회로들은 다만 예시적인 것이며, 유사한 기능을 수행하는 다른 부품들 및 구성들이 또한 사용될 수 있음을 유의해야 한다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 손이나 스타일러스와 같은 물체(402)가 자기 정전용량 터치 센서 패널(404)에서 더욱 이격되도록 이동하면, Cself의 값은 더 작아지고 물체가 터치 센서 패널에서 멀어진 거리(410)에 반비례한다. 각각의 검출 모드에서 Cself에 제공된 게인은 예상 신호를 검출하기 위한 능력을 최적화하도록 설정될 수 있다. 예를 들어, 가장 멀리 있는 물체들을 검출하기 위해 슈퍼 원거리 게인은 가능한한 가장 높은 값으로 설정될 수 있다. 그러나, 게인의 최적화에도 불구하고, 결과적으로 물체(402)가 터치 센서 패널(404)에서 충분히 멀리 이격될 때 Cself의 값은 아주 적어지기 때문에, 터치 센서 패널 내의 다양한 노이즈 소스들로 인한 자기 정전용량의 무작위적 변화로부터 근접 이벤트는 더 이상 구별될 수 없다. 다시 말해, 근접 이벤트로 인해 유발되는 Cself의 증가는 무작위적 시스템 노이즈에 의해 유발되는 Cself의 증가와 구별될 수 없다. 그러나, 근접 이벤트가 (단일의 전극 상의 근접 이벤트 신호가 노이즈와 구별될 수 없는 거리인) 슈퍼 원거리에서 발생되고 있는 경우, 그리고 터치 센서 패널(404) 상의 복수개, 또는 모든 전극들 상에서의 Cself의 값이 평균화되었다면, 전체 패널의 평균 Cself의 증가는 슈퍼 원거리 근접 이벤트가 발생하고 있음을 나타낼 수 있다.
도 12는 개시된 일 실시예에 따른, 터치 센서 패널 상에 슈퍼 원거리 근접 이벤트가 발생하고 있는지를 판단하기 위한 절차를 도시하는 예시적인 흐름도를 도시한 도면이다. 터치 센서 패널이 자기-정전용량 구성에 있을 경우, 단계 S1200에서, 터치 센서 패널의 각각의 또는 적어도 복수개의 전극들이 스캔(측정)되고, 각각의 스캔된 전극의 Cself가 판단된다. 단계 S1202에서, 평균 Cself를 판단하기 위해 Cself의 각각의 측정된 값이 사용된다. 평균 Cself는 단계 S1200의 스캔 동안 각 전극이 경험하는 평균 자기 정전용량을 나타낸다. 단계 S1204에서, 단계 S1202에서 계산된 평균 Cself가 사전에 결정된 임계값에 대해 비교된다. 평균 Cself가 임계값을 초과하면, 터치 제어기 프로세서(810)가 근접 이벤트가 발생하고 있음을 나타내는 단계 1208로 흐름이 이동한다. 평균 Cself가 사전에 결정된 임계값의 미만이라면, 그런 경우 흐름은 단계 S1206로 이동하고 터치 제어기(810)는 아무런 근접 이벤트가 발생하고 있지 않음을 나타낸다. Cself의 평균화가 전술되었으나, 다른 실시예들에서, 슈퍼 원거리 근접 이벤트들은 다양한 Cself 값들을 다른 방식들로 조합하여 검출될 수 있다.
도 13은 개시된 일 실시예에 따른, 슈퍼 원거리 근접 이벤트가 발생하고 있는 슈퍼 원거리 검출 모드에서의 예시적인 자기-정전용량 터치 센서 패널 및 예시적인 대응 터치 해상도를 도시한 도면이다. 터치 센서 패널(1302)이 슈퍼 원거리 감지 모드에 있을 경우, 터치 센서 패널에서 거리(1306) 만큼 이격되어 있는 물체(1304)는 근접 이벤트를 등록할 수 있다. 전극(202)들로 구성된 터치 센서 전극 메트릭스(1308)는 영역(1310) 위에서 발생하고 있는 근접 이벤트를 등록할 수 있다. 패널 내의 복수개의 전극들의 평균 Cself는 근접 이벤트가 발생하고 있는지를 판단하기 위해 사용될 수 있으므로, 패널의 터치 해상도는 열악할 수 있다. 도시된 바와 같이, 영역(1310)은 전체 패널을 커버하며, 따라서 터치 센서 패널(1302)이 근접 이벤트를 등록하고 있는 동안 정확한 위치는 미지수이다. 터치 센서 패널은 단지 근접 이벤트가 발생하고 있음을 등록할 뿐, 그 이벤트가 어디에서 발생하고 있는지는 알지 못한다. 다른 실시예들에서, 영역(1310)은 전체 패널을 커버하지 않으나 패널의 상당 부분을 커버할 수 있다.
전술된 바와 같이, 터치 센서 패널은 작동을 가능케 할 수 있는 세가지 작동 모드를 가질 수 있다. 제1 모드에서, 근거리 상호 정전용량 터치 감지가 활용되어 높은 수준의 공간 해상도를 가지고 터치 또는 가까운 근접 이벤트들을 검출할 수 있다. 제2 모드에서는, 원거리 자기-정전용량 터치 감지가 활용되어 좀 더 낮은 공간 해상도를 가지고 터치 센서 패널에서 좀 더 멀리 이격된 근접 이벤트들을 검출할 수 있다. 마지막으로 제3 모드에서는, 슈퍼 원거리 정전용량 터치 감지가 활용되어 거의 없거나 전무한 공간 해상도를 가지고 원거리 검출보다 터치 패널에서 한층 더 멀리 이격된 근접 이벤트들을 검출할 수 있다.
전술된 두개 또는 세개의 모드들로 신호를 검출할 수 있는 터치 센서 패널을 포함하는 디바이스는 임의의 주어진 시점에 복수개의 방법에 의해 어느 모드에서 작동할지를 결정할 수 있다. 도 14는 개시된 일 실시예에 따른, 터치 센서 패널의 작동 중에 터치 감지 모드를 스위칭하기 위한 예시적인 절차를 도시하는 흐름도를 도시한 도면이다. 단계 S1400에서, 터치 센서 패널은 전술된 바와 같은 근거리 구성으로 스위칭될 수 있다. 터치 센서 패널이 이미 근거리 구성에 있는 경우라면, 아무런 스위칭이 필요하지 않다. 단계 S1402에서, 신호가 존재하는지 판단하기 위해 터치 센서 패널은 스캔될 수 있다. 신호가 발견되었다면, 그런 경우 흐름은 단계 S1404로 이동하고 터치 센서 패널은 근거리 구성으로 작동할 것이다. 아무 신호가 검출되지 않는다면, 그런 경우 흐름은 단계 S1406으로 이동하고 터치 센서 패널은 그 구성을 자기-정전용량 원거리 구성으로 스위칭한다. 단계 S1408에서, 터치 센서 패널은 신호가 존재하는지 판단하기 위해 스캔될 수 있다. 신호가 검출된 경우, 흐름은 단계 S1410으로 이동하고 터치 센서 패널은 원거리 구성에서 작동할 것이다. 아무 신호도 검출되지 않는다면, 그런 경우 흐름은 단계 S1412로 이동하고 전술된 슈퍼 원거리 검출 방법이 사용되어 슈퍼 원거리 근접 이벤트들을 검출한다. 단계 1414에서, 신호가 존재하는지 판단하기 위해 터치 센서 패널은 스캔될 수 있다. 신호가 검출된다면, 그런 경우 흐름은 단계 S1416으로 이동하고 터치 센서 패널은 슈퍼 원거리 모드에서 작동할 것이다. 아무 신호도 존재하지 않는다면, 그런 경우 흐름은 단계 S1400으로 되돌아가고 프로세스가 반복된다.
단계 S1402 및 S1408에서 기술된 신호 검출 단계들은 복수개의 방법을 사용하여 성취될 수 있다. 도 15는 개시된 일 실시예에 따른, 터치 또는 근접 신호의 존재를 검출하기 위한 예시적인 흐름도를 도시한 도면이다. 단계 1500에서, 증폭기(308)의 게인은 초기값으로 설정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 다른 값을 갖는 저항기를 이용해 저항기를 스위칭하거나 또는 조정 가능한 저항기를 채용함에 의해, 피드백 저항기(312)의 값을 조정함으로써 증폭기(308)의 게인은 초기값으로 설정될 수 있다. 다른 실시예들에서, 다른 값을 갖는 캐패시터를 이용해 캐패시터를 스위칭하거나 또는 조정 가능한 캐패시터를 채용함에 의해, 피드백 캐패시터(310)의 값을 조정함으로써 증폭기(308)의 게인은 초기값으로 설정될 수 있다. 증폭기(308)의 초기 게인이 설정되면, 단계 S1502로 흐름은 이동하고 여기서 터치 또는 근접 신호의 존재 여부가 검출될 수 있다. 신호가 검출된다면, 그런 경우 흐름은 단계 S1504로 이동하고 프로세스는 신호가 검출되었음을 나타낼 것이다. 아무 신호도 검출되지 않는다면, 그런 경우 흐름은 단계 1506으로 이동하고 여기서 게인은 전술된 방법들을 이용하여 조정될 것이다. 단계 1508에서, 만약 신호가 검출된다면, 그런 경우 흐름은 단계 S1510으로 이동하고 프로세스는 신호가 검출되었음을 나타낼 것이다. 아무 신호도 검출되지 않은다면, 그런 경우 흐름은 단계 S1512로 이동한다. 단계 s1512에서, 증폭기의 게인이 최대 가능 값(maximum possible value)인 경우, 흐름은 S1514로 이동하고 프로세스는 아무 신호도 검출되지 않았음을 나타낸다. 게인이 최대 가능 값이 아닌 경우, 흐름은 단계 S1506으로 되돌아가고 게인은 조정되며 프로세스는 반복된다. 위의 방법은 다만 예시로서 제공되도록 의도된 것으로, 터치 또는 근접 신호의 존재는 다른 방법을 이용하여 판단될 수 있음이 이해되어야 한다.
도 16은 개시된 일 실시예에 따른, 터치 센서 패널의 동작 중에 터치 모드를 스위칭하기 위한 절차를 도시하는 또 다른 예시적인 흐름도를 도시한 도면이다. 단계 S1600에서, 터치 센서 패널은 슈퍼 원거리 구성으로 스위칭된다. 흐름은 그런 다음 단계 1602로 이동하며, 여기서 터치 센서 패널은 신호가 검출되었는지 여부를 판단한다. 아무 신호도 검출되지 않았다면, 그런 경우 흐름은 단계 S1600으로 되돌아가고 프로세스는 반복된다. 신호가 검출된다면, 그런 경우 흐름은 단계 S1604로 이동하고 여기서 터치 센서 패널은 원거리 감지 모드로 동작하도록 구성된다. 단계 S1606에서, 터치 센서 패널은 신호가 검출되었는지 여부를 판단한다. 아무 신호도 검출되지 않았다면, 그런 경우 흐름은 단계 S1608로 이동하고, 터치 센서 패널은 슈퍼 원거리 모드로 되돌아가도록 스위칭되고, 프로세스는 단계 S1610에서 종료된다. 신호가 검출된다면, 그런 경우 흐름은 단계 S1612로 이동하고, 디바이스는 근거리 구성으로 스위칭된다. 흐름은 그런 다음 단계 S1614로 이동하고 프로세스는 신호를 검색한다. 아무 신호도 검출되지 않는다면, 그런 경우 흐름은 단계 S1618로 이동하고, 터치 센서 패널은 원거리 구성으로 스위칭되며, 프로세스는 그 다음 단계 1620에서 종료된다. 신호가 검출된다면, 그런 경우 프로세스는 단계 S1616에서 멈춘다.
도 17은 전술된 실시예들 중 하나 이상을 포함할 수 있는 예시적인 컴퓨팅 시스템(1700)을 도시한 도면이다. 컴퓨팅 시스템(1700)은 하나 이상의 패널 프로세서(1702)와 주변기기(1704), 및 패널 서브시스템(1706)을 포함할 수 있다. 주변기기(1704)는 랜덤 액세스 메모리(RAM) 또는 다른 종류의 메모리 또는 저장 장치, 감시 타이머(watchdog timer) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 패널 서브시스템(1706)은 포화시간을 최소화하도록 구성될 수 있는 연산 증폭기들, 채널 스캔 로직(1710) 및 구동기 로직(1714)을 활용할 수 있는 하나 이상의 감지 채널(1708)들을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 채널 스캔 로직(1710)은 RAM(1712)에 액세스하고, 감지 채널들로부터 자체적으로 데이터를 독출할 수 있으며, 기생 용량과 상관된 위상의 변화에 대해 감지 채널들을 보정하는 것을 포함하여 감지 채널들에 제어를 제공한다. 또한, 채널 스캔 로직(1710)은 터치 센서 패널(1724)의 구동선들에 선택적으로 가해질 수 있는 다양한 주파수 및 위상의 자극 신호(1716)를 생성하도록 구동기 로직(1714)을 제어할 수 있다. 일부 실시예에서, 패널 서브시스템(1706), 패널 프로세서(1702) 및 주변기기(1704)는 단일의 응용 주문형 집적 회로(ASIC) 내에 통합될 수 있다.
다른 감지 매체 또한 이용될 수 있지만, 터치 센서 패널(1724)은 복수의 구동선들과 복수의 감지선들을 갖는 정전용량성 감지 매체를 포함할 수 있다. 구동선과 감지선들의 각 교차점은 정전용량성 감지 노드를 나타내고 화소(노드)(1726)로 보여질 수 있는데, 이는 터치 센서 패널(1724)이 터치의 "이미지"를 캡처하는 것과 같이 보여질 때 특히 유용할 수 있다. 터치 센서 패널(1724)의 각 감지선은 패널 서브시스템(1706) 내의 감지 채널(1708)(본 명세서에서 이벤트 검출 및 복조 회로로서도 지칭됨)을 구동할 수 있다. 구동선들과 감지선들은 자기-정전용량 터치 감지 구성에서 개별적 전극들로서 동작하도록 또한 구성될 수 있다.
컴퓨팅 시스템(1700)은 또한 패널 프로세서(1702)로부터 출력을 수신하고 출력에 기초하여 동작을 수행하기 위한 호스트 프로세서(1728)를 포함할 수 있는데, 동작은 커서 또는 포인터와 같은 물체를 움직이는 것, 스크롤링 또는 패닝(panning), 제어 설정을 조정하는 것, 파일 또는 문서를 여는 것, 메뉴를 보는 것, 선택하는 것, 명령어를 실행하는 것, 호스트 디바이스에 연결된 주변 디바이스를 작동하는 것, 전화 통화에 응답하는 것, 전화를 거는 것, 전화 통화를 끝내는 것, 볼륨 또는 오디오 설정을 변경하는 것, 전화 통신과 관련된 정보(주소, 자주 거는 번호, 수신한 전화, 놓친 전화와 같은)를 저장하는 것, 컴퓨터 또는 컴퓨터 네트워크에 접속하는 것, 인증된 개인이 컴퓨터 또는 컴퓨터 네트워크의 제한구역에 액세스하는 것을 허가하는 것, 사용자가 선호하는 컴퓨터 데스크톱의 배열과 관련된 사용자 프로파일을 로딩(loading)하는 것, 웹 콘텐츠에의 액세스를 허가하는 것, 특정 프로그램을 개시하는 것, 메시지를 암호화 또는 복호화하는 것 및/또는 등을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 호스트 프로세서(1728)는 또한 패널 프로세싱과 관련될 수 있는 추가적인 기능들을 수행할 수 있고, 프로그램 저장 장치(1732) 및 디바이스의 사용자에게 UI를 제공하기 위한 LCD 디스플레이와 같은 디스플레이 디바이스(404)에 연결될 수 있다. 터치 센서 패널(1724)과 함께 디스플레이 디바이스(404)는, 부분적으로 또는 전체적으로 터치 센서 패널의 하부에 위치될 때, 터치 스크린(1718)을 형성할 수 있다.
앞서 설명된 기능들 중 하나 이상은, 메모리(예를 들어, 도 17의 주변기기들 중 하나)에 저장되고 패널 프로세서(1702)에 의해 실행되거나 또는 프로그램 저장 장치(1732) 내에 저장되고 호스트 프로세서(1728)에 의해 실행되는 펌웨어에 의해 수행될 수 있음을 유의한다. 펌웨어는 또한 명령어 실행 시스템, 장치, 또는 디바이스에 의해 사용되기 위한, 또는 이와 연결되는 임의의 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체 내에(서) 저장 및/또는 전송될 수 있는데, 예를 들면 컴퓨터 기반 시스템, 프로세서-포함 시스템, 또는 명령어 실행 시스템, 장치, 또는 디바이스로부터 명령어를 인출 및 실행할 수 있는 다른 시스템과 같은 것이다. 본 문서의 맥락에서, "비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체"는 명령어 실행 시스템, 장치, 또는 디바이스에 의해 사용되기 위한 또는 이와 연결되는 프로그램을 포함하거나 저장할 수 있는 임의의 매체일 수 있다. 컴퓨터 판독가능한 저장 매체는 전자, 자기, 광학, 전자기, 적외선, 또는 반도체 시스템, 장치 또는 디바이스, 휴대용 컴퓨터 디스켓(자기), 랜덤 액세스 메모리(RAM)(자기), 읽기 전용 메모리(ROM)(자기), 소거가능하고 프래그램가능한 읽기 전용 메모리(EPROM)(자기), CD, CD-R, CD-RW, DVD, DVD-R, 또는 DVD-RW와 같은 휴대용 광학 디스크, 또는 콤팩트 플래시 카드와 같은 플래시 메모리, 보안 디지털 카드(secured digital card), USB 메모리 디바이스, 메모리 스틱 등을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
펌웨어는 또한 명령어 실행 시스템, 장치, 또는 디바이스에 의해 사용하기 위한 또는 이와 연결되는 임의의 전송 매체 내에서 전파될 수 있는데, 예를 들면 컴퓨터 기반 시스템, 프로세서-포함 시스템, 또는 명령어 실행 시스템, 장치, 또는 디바이스로부터 명령어를 인출 및 실행할 수 있는 다른 시스템과 같은 것이다. 본 문서의 맥락에서, "전송 매체"는 명령어 실행 시스템, 장치, 또는 디바이스에 의해 사용하기 위한 또는 이와 연결되는 프로그램을 통신, 전파 또는 전송할 수 있는 임의의 매체일 수 있다. 전송 판독가능한 매체는 전자, 자기, 광학, 전자기 또는 적외선의 유선 또는 무선 전파 매체를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
도 18a는 개시된 일 실시예에 따른, 터치 센서 패널(1824) 및 디스플레이 디바이스(1830)를 포함할 수 있는 예시적인 모바일 전화기(1836)를 도시한 것으로, 터치 센서 패널은 터치 센서 패널의 구성을 근거리 검출 스킴(scheme)에서 원거리 및 슈퍼 원거리 검출 스킴으로 변경하고, 기생 용량의 효과를 완화하기 위한 회로를 포함한다.
도 18b는 개시된 일 실시예에 따른, 터치 센서 패널(1824) 및 디스플레이 디바이스(1830)를 포함할 수 있는 예시적인 디지털 미디어 플레이어(1840)을 도시한 것으로, 터치 센서 패널은 터치 센서 패널의 구성을 근거리 검출 스킴에서 원거리 및 슈퍼 원거리 검출 스킴으로 변경하고 기생 용량의 효과를 완화하기 위한 회로를 포함한다.
도 18c는 개시된 일 실시예에 따른, 터치 센서 패널(트랙패드, 1824) 및 디스플레이(1830)를 포함할 수 있는 예시적인 개인용 컴퓨터를 도시하는 것으로, (디스플레이가 터치 스크린의 일부인 실시예들에서) 개인용 컴퓨터의 터치 센서 패널 및/또는 디스플레이는 터치 센서 패널의 구성을 근거리 검출 스킴에서 원거리 및 슈퍼 원거리 검출 스킴으로 변경하고 기생 용량의 효과를 완화하기 위한 회로를 포함한다. 도 18a, 18b 및 18c의 모바일 전화기, 미디어 플레이어 및 개인용 컴퓨터는 기생 용량을 완화하면서 근거리 및 원거리 이벤트들을 검출하기 위해 그 구성을 스위칭할 수 있는 더 넓은 동적 범위의 감지 능력들을 달성할 수 있다.
도 18a 내지 18c는 모바일 전화기, 미디어 플레이어 및 개인용 컴퓨터를 각각 설명하고 있으나, 본 발명은 그와 같이 한정되는 것이 아니며, 터치 센서 패널은 근거리 원거리 감지 구성들 사이에서 스위칭하고 터치 센서 패널 상의 기생 용량의 효과를 완화하기 위한 회로를 포함하는 터치 센서 패널을 활용하는 태블릿 컴퓨터, 텔레비전, 또는 임의의 다른 디바이스에 포함될 수 있다.
따라서, 전술된 바에 따르면, 본 발명의 일부 예들은 자기-정전용량 구성과 상호 정전용량 구성 사이에서 터치 센서 패널을 스위칭하기 위한 방법에 관한 것으로, 방법은, 제1 세트의 복수개의 선들을 자기-정전용량 구성에서는 감지 전극들로서, 그리고 상호 정전용량 구성에서는 구동선들로서 구성하는 단계; 및 자기-정전용량 구성 또는 상호 정전용량 구성에서 제2 세트의 복수개의 선들을 감지 전극들로서 구성하는 단계를 포함한다. 전술된 예들의 하나 이상에 대해 부가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 제1 세트의 복수개의 선들을 구동선들로서 구성하는 단계는 하나 이상의 구동기들을 제1 세트의 복수개의 선들에 결합하는 단계를 포함한다. 전술된 예들의 하나 이상에 대해 부가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 방법은 자극 신호 또는 기준 전압을 생성하도록 하나 이상의 구동기들을 구성하는 단계를 추가로 포함한다. 전술된 예들의 하나 이상에 대해 부가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 제1 세트의 복수개의 선들을 감지 전극들로서 구성하는 단계는 제1 세트의 복수개의 선들에 가상의 접지 전하 증폭기를 결합하는 단계를 포함한다. 전술된 예들의 하나 이상에 대해 부가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 방법은 슈퍼 원거리 감지 또는 원거리 감지를 위해 가상의 접지 전하 증폭기의 피드백 저항 및 정전용량을 선택적으로 구성하는 단계를 추가로 포함한다. 전술된 예들의 하나 이상에 대해 부가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 방법은, 가상의 접지 전하 증폭기의 포지티브 입력(positive input)에 정현파 신호를 인가하고, 정현파 신호와 실질적으로 동일한 주파수 및 위상을 갖는 신호로 터치 센서 패널의 하나 이상의 차폐들을 구동함에 의해, 터치 센서 패널의 기생 용량을 감소시키는 단계를 추가로 포함한다.
본 발명의 일부 예들은 자기-정전용량 구성 또는 상호 정전용량 구성에서 터치 센서 패널을 작동하기 위한 터치 제어기에 관한 것으로, 터치 센서 패널에 연결하기 위한 복수개의 입/출력(I/O)선들, 터치 센서 패널에 자극 신호들을 제공하도록 구성된 복수개의 구동기들, 터치 센서 패널로부터 감지 신호들을 수신하도록 구성된 하나 이상의 감지 증폭기들, 및 복수개의 입/출력선들, 복수개의 구동기들, 및 하나 이상의 감지 증폭기들에 결합되는 스위칭 회로를 포함하며, 스위칭 회로는 상호 정전용량 구성에서는 복수개의 구동기들을 복수개의 입/출력선들에 결합하며, 자기-정전용량 구성에서는 하나 이상의 감지 증폭기들을 복수개의 입/출력선들에 결합하도록 구성된다. 전술된 예들의 하나 이상에 대해 부가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 터치 제어기는 제1 개수의 입/출력선들을 제2 개수의 감지 증폭기들로 선택적으로 결합하도록 구성된 다중화기를 추가로 포함하며, 여기서 제1 개수는 제2 개수보다 크다. 전술된 예들의 하나 이상에 대해 부가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 복수개의 구동기들은 자극 신호 또는 기준 전압을 생성하도록 구성된다. 전술된 예들의 하나 이상에 대해 부가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 복수개의 구동기들은 자극 신호 또는 기준 전압을 생성하도록 구성된다. 전술된 예들의 하나 이상에 대해 부가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 감지 증폭기는 가상의 접지 전하 증폭기로서 구성된다. 전술된 예들의 하나 이상에 대해 부가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 가상의 접지 전하 증폭기는 슈퍼 원거리 감지 또는 원거리 감지를 위해 피드백 저항 및 정전용량을 제공하도록 선택적으로 구성이 가능하다. 전술된 예들의 하나 이상에 대해 부가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 가상의 접지 전하 증폭기는 그 포지티브 입력에 정현파 신호를 수신하도록 구성된다. 전술된 예들의 하나 이상에 대해 부가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 터치 제어기는 터치 센서 패널에 결합되며, 터치 센서 패널은, 복수개의 입/출력선들에 결합되며, 상호 정전용량 구성에서는 구동선들로서, 그리고 자기-정전용량 구성에서는 감지선들로서 구성이 가능한 복수개의 제1 선들, 및 상호 및 자기-정전용량 구성들 둘 다에서 감지선들로서 구성되는 복수개의 제2 선들을 포함한다. 전술된 예들의 하나 이상에 대해 부가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 터치 제어기와 터치 센서 패널은 컴퓨팅 디바이스 내로 통합된다.
본 발명의 일부 예들은 터치 제어기를 포함하는 컴퓨팅 디바이스에 관한 것으로, 터치 제어기는, 터치 센서 패널에 연결하기 위한 복수개의 입/출력(I/O)선들, 터치 센서 패널에 자극 신호들을 제공하도록 구성된 복수개의 구동기들, 터치 센서 패널로부터 감지 신호들을 수신하도록 구성된 하나 이상의 감지 증폭기들, 및 복수개의 입/출력선들, 복수개의 구동기들, 및 하나 이상의 감지 증폭기들에 결합되는 스위칭 회로를 포함하며, 스위칭 회로는 상호 정전용량 구성에서는 복수개의 구동기들을 복수개의 입/출력선들에 결합하며, 자기-정전용량 구성에서는 하나 이상의 감지 증폭기들을 복수개의 입/출력선들에 결합하도록 구성된다.
개시된 실시예들이 첨부의 도면들을 참조하여 충분히 설명되었지만, 통상의 기술자에게 다양한 변경들 및 수정들이 명백할 것이라는 것에 주목하여야 한다. 그러한 변경들 및 수정들은 첨부된 청구항들에 의해 정의되는 바와 같은 개시된 실시예들의 범주 내에 포함되는 것과 같이 이해되어야 한다.

Claims (20)

  1. 자기-정전용량(self-capacitance) 구성 또는 상호 정전용량(mutual capacitance) 구성에서 터치 센서 패널을 작동하기 위한 장치로서,
    상기 터치 센서 패널에 연결하기 위한 복수개의 입/출력(I/O)선들;
    상기 터치 센서 패널에 제1 자극 신호들을 제공하도록 구성된 복수개의 구동기들;
    상기 터치 센서 패널로부터 감지 신호들을 수신하도록 구성된 하나 이상의 감지 증폭기들; 및
    상기 복수개의 입/출력선들, 복수개의 구동기들, 및 하나 이상의 감지 증폭기들에 결합되는 스위칭 회로 - 상기 스위칭 회로는 상기 상호 정전용량 구성에서는 상기 복수개의 구동기들을 상기 복수개의 입/출력선들에 결합하며, 상기 자기-정전용량 구성에서는 상기 하나 이상의 감지 증폭기들의 하나 이상의 제1 입력을 상기 복수개의 입/출력선들에 결합하고 상기 하나 이상의 감지 증폭기들의 하나 이상의 제2 입력을 통해 상기 복수개의 입/출력선들로 제2 자극 신호를 인가하도록 구성됨 -
    를 포함하는, 장치.
  2. 제1항에 있어서, 제1 개수의 입/출력선들을 제2 개수의 감지 증폭기들에 선택적으로 결합하도록 구성된 다중화기를 추가로 포함하며, 상기 제1 개수는 상기 제2 개수보다 큰, 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 복수개의 구동기들은 상기 제1 자극 신호들 또는 기준 전압을 생성하도록 구성되는, 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 감지 증폭기는 가상의 접지 전하 증폭기로서 구성되는, 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 가상의 접지 전하 증폭기는 슈퍼 원거리 감지(super far field sensing) 또는 원거리 감지를 위해 피드백 저항 및 정전용량을 제공하도록 선택적으로 구성이 가능한, 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 가상의 접지 전하 증폭기는 그 포지티브 입력(positive input) 상에 정현파 신호를 수신하도록 구성되는, 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 장치는 터치 센서 패널에 결합되며, 상기 터치 센서 패널은,
    상기 복수개의 입/출력선들에 결합되며, 상기 상호 정전용량 구성에서는 구동선들로서, 그리고 상기 자기-정전용량 구성에서는 감지선들로서 구성이 가능한 복수개의 제1 선들; 및
    상기 상호 및 자기-정전용량 구성들 둘 다에서 감지선들로서 구성되는 복수개의 제2 선들을 포함하는, 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 장치 및 터치 센서 패널은 컴퓨팅 디바이스 내로 통합되는, 장치.
  9. 자기-정전용량 구성과 상호 정전용량 구성 사이에서 터치 센서 패널을 스위칭하기 위한 방법으로서,
    제1 세트의 복수개의 선들을, 자기-정전용량 구성에서는 하나 이상의 가상의 접지 전하 증폭기들의 하나 이상의 제1 입력을 상기 제1 세트의 복수개의 선들에 결합하고 상기 하나 이상의 가상의 접지 전하 증폭기들의 하나 이상의 제2 입력을 통해 상기 제1 세트의 복수개의 선들에 자극 신호를 인가함으로써 감지 전극들로서 구성하고, 상호 정전용량 구성에서는 구동선들로서 구성하는 단계; 및
    자기-정전용량 구성 또는 상호 정전용량 구성에서 제2 세트의 복수개의 선들을 감지 전극들로서 구성하는 단계를 포함하는, 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 세트의 복수개의 선들을 구동선들로서 구성하는 단계는 하나 이상의 구동기들을 상기 제1 세트의 복수개의 선들에 결합하는 단계를 포함하는, 방법.
  11. 제10항에 있어서, 자극 신호 또는 기준 전압을 생성하기 위해 상기 하나 이상의 구동기들을 구성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  12. 삭제
  13. 제9항에 있어서, 슈퍼 원거리 감지 또는 원거리 감지를 위해 상기 가상의 접지 전하 증폭기의 피드백 저항 및 정전용량을 선택적으로 구성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 하나 이상의 가상의 접지 전하 증폭기들 중 적어도 하나의 가상의 접지 전하 증폭기의 포지티브 입력에 정현파 신호를 인가하고,
    상기 정현파 신호와 동일한 주파수 및 위상을 갖는 신호로 상기 터치 센서 패널의 하나 이상의 차폐들을 구동함에 의해, 상기 터치 센서 패널의 기생 용량을 감소시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  15. 자기-정전용량 구성과 상호 정전용량 구성 사이에서 터치 센서 패널을 스위칭하기 위한 장치로서,
    제1 세트의 복수개의 선들을, 자기-정전용량 구성에서는 하나 이상의 가상의 접지 전하 증폭기들의 하나 이상의 제1 입력을 상기 제1 세트의 복수개의 선들에 결합하고 상기 하나 이상의 가상의 접지 전하 증폭기들의 하나 이상의 제2 입력을 통해 상기 제1 세트의 복수개의 선들로 자극 신호를 인가함으로써 감지 전극들로서 구성하고, 상호 정전용량 구성에서는 구동선들로서 구성하기 위한 수단; 및
    자기-정전용량 구성 또는 상호 정전용량 구성에서 제2 세트의 복수개의 선들을 감지 전극들로서 구성하기 위한 수단
    을 포함하는, 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제1 세트의 복수개의 선들을 구동선들로서 구성하기 위한 상기 수단은 하나 이상의 구동기들을 상기 제1 세트의 복수개의 선들에 결합하기 위한 수단을 포함하는, 장치.
  17. 제16항에 있어서, 자극 신호 또는 기준 전압을 생성하기 위해 상기 하나 이상의 구동기들을 구성하기 위한 수단을 추가로 포함하는, 장치.
  18. 삭제
  19. 제15항에 있어서, 슈퍼 원거리 감지 또는 원거리 감지를 위해 상기 가상의 접지 전하 증폭기의 피드백 저항 및 정전용량을 선택적으로 구성하기 위한 수단을 추가로 포함하는, 장치.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 하나 이상의 가상의 접지 전하 증폭기들 중 적어도 하나의 가상의 접지 전하 증폭기의 포지티브 입력에 정현파 신호를 인가하고,
    상기 정현파 신호와 동일한 주파수 및 위상을 갖는 신호로 상기 터치 센서 패널의 하나 이상의 차폐들을 구동함에 의해, 상기 터치 센서 패널의 기생 용량을 감소시키기 위한 수단을 추가로 포함하는, 장치.
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