KR101791075B1

KR101791075B1 - 시간 영역 반사 측정법을 이용한 터치 감지

Info

Publication number: KR101791075B1
Application number: KR1020127025253A
Authority: KR
Inventors: 제임스 에스. 바트링; 파드마라자 예다말레; 제리 하나워
Original assignee: 마이크로칩 테크놀로지 인코포레이티드
Priority date: 2010-04-30
Filing date: 2011-04-28
Publication date: 2017-10-30
Also published as: CN102782620A; WO2011137201A3; WO2011137201A2; US8599155B2; US20110267287A1; TWI545493B; CN102782620B; EP2564293A2; EP2564293B1; TW201142685A; KR20130071420A

Abstract

터치 패널 또는 스크린은 기판, 예를 들면 인쇄 회로 보드, LCD, 플라즈마 또는 LED 스크린 등 위에 제조된 지그재그 전송 라인을 구비한다. 터치 패널로의 터치는 터치의 위치에서 전송 라인의 임피던스의 변화를 야기할 것이다. 시간 영역 반사 측정법(TDR)은 최초 펄스 소스에서 리턴 펄스 시간을 정확하게 측정함으로써 전송 라인의 임피던스 변화의 위치를 결정하고, 그 후 상기 리턴 펄스 시간을 터치 패널 또는 스크린의 X-Y 좌표로 변환하기 위해 사용된다.

Description

시간 영역 반사 측정법을 이용한 터치 감지{TOUCH SENSE USING TIME DOMAIN REFLECTOMETRY}

본 발명은 터치 감지 패널들과 스크린들에 관한 것으로, 특히, 시간 영역 반사 측정법(TDR)을 이용하여 터치 감지 패널들과 스크린들 상에 터치된 위치들을 감지하는 것에 관한 것이다.

터치 감지 패널들과 스크린들은, 가전 제품, 상업적인 제어 패널 및 산업적인 제어 패널 등에 대한 사용자 인터페이싱을 위해 다수의 응용기기들에 사용된다. 매트릭스에 배치된 복수의 터치 센서들(예를 들면 정전용량성, 유도성, 저항성)의 각각은, 터치 센서 매트릭스의 특정 영역들 위에 손가락과 같은 물체를 위치시킴으로써 개별적으로 활성화될 수 있다. 매트릭스에 배치된 복수의 터치 센서들의 각각은 정해진 활성 영역을 갖기 때문에, 터치 센서 매트릭스가 설계되면 설계 레이아웃으로부터 어떤 변경을 하기 어렵다. 패널의 터치 센서들의 매트릭스를 제조하고 터치 센서들에 전자장치를 지원하는 것 또한 복잡하고 고비용일 수 있다.

그러므로, 설계 및 구현 모두에 있어 유연하고, 제조 비용이 적은 터치 패널 또는 스크린을 구비하는 것이 바람직하다. 본 발명의 개시에 따르면, 터치 패널은 기판, 예를 들면 인쇄 회로 보드 상에 제조된 지그재그(serpentine) 전송 라인을 갖고, 또한 일정한 임피던스를 갖는다. 터치 패널의 터치는 터치 위치에서 전송 라인의 임피던스의 변화를 일으킨다. 시간 영역 반사 측정법(TDR)은 최초 펄스 소스에서 리턴 펄스 시간을 정확하게 측정하고, 그 다음 리턴 펄스 시간을 터치 패널의 X-Y 좌표로 변환함으로써, 전송 라인의 임피던스 변화의 위치를 검출하는데 사용된다.

터치 패널 또는 스크린, 또는 일부 터치 응용기기에는 기판상에 하나 이상의 지그재그 전송 라인들이 구현될 수 있다. 터치 감지를 위한 기판 위의 지그재그 전송 라인(들)을 이용하여 제조 비용을 낮출 수 있고, 많은 터치 영역들이 구현될 수 있는 위치와 방법에 대한 물리적 제한이 없고, 터치 위치 소프트웨어 프로그램 구현이 용이하고,종래의 터치 감지 구현들보다 더 신뢰할 수 있고 정확한 터치 감지가 가능하므로 터치 패널의 설계를 매우 단순화시킬 수 있다.

여기에 개시된 타이밍 회로들의 배경 이론은 James E, Bartling의 미국등록특허 제7,460,441호 명칭 "긴 시간 주기 측정"과, James E, Bartling의 미국공개특허 제2010/0001889호 명칭 "전류-시간 디지털-아날로그 컨버터"와, James E, Bartling의 미국공개특허 제2008/0204046호 명칭 "정전용량성 측정 장치 및 방법"와, Bruce Bohn의 마이크로칩 애플리케이션 노트 AN1250 명칭 "정전용량성 터치 애플리케이션들을 위한 마이크로칩 CTMU"와, 이로써 모든 목적들을 위해 여기에 참조된 모든 것에 더 상세하게 설명되어 있다.

본 발명의 특정 실시예에 따르면, 기판으로의 터치를 감지하고 그 위치를 결정하는 방법은, 제1 펄스를 복수의 터치 위치들을 포함하는 기판 위에 제조된 지그재그 전송 라인의 제1 단부로 송신하는 단계로서, 지그재그 전송 라인은 제2 단부에서 비종단되어 있는 단계; 제1 터치 리턴 펄스가 지그재그 전송 라인의 제1 단부에서 수신될 때까지 정전류원으로 타이밍 커패시터를 충전하는 단계; 타이밍 커패시터의 제1 전압을 측정하는 단계; 및 측정된 제1 전압을 기판 위의 제1 위치로 변환하는 단계를 포함한다. 기판으로의 터치를 감지하고 그 위치를 결정하는 방법은 제2 펄스를 지그재그 전송 라인의 제2 단부로 송신하는 단계로서, 지그재그 전송 라인은 제1 단부에서 비종단되어 있는 단계; 제2 터치 리턴 펄스가 지그재그 전송 라인의 제2 단부에서 수신될 때까지 정전류원으로 타이밍 커패시터를 충전하는 단계; 타이밍 커패시터의 제2 전압을 측정하는 단계; 및 측정된 제2 전압을 기판 위의 제2 위치로 변환하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 하나의 실시예에 따르면, 기판으로의 터치를 감지하고 그 위치를 결정하는 방법은, 제1 펄스를 복수의 터치 위치들을 포함하는 기판 위에 제조된 지그재그 전송 라인의 제1 단부로 송신하는 단계로서, 지그재그 전송 라인은 지그재그 전송 라인의 특성 임피던스와 동일한 저항값을 갖는 제1 저항으로 제2 단부에서 종단되어 있는 단계; 제1 터치 리턴 펄스가 지그재그 전송 라인의 제1 단부에서 수신될 때까지 정전류원으로 타이밍 커패시터를 충전하는 단계; 타이밍 커패시터의 제1 전압을 측정하는 단계; 및 측정된 제1 전압을 기판 위의 제1 위치로 변환하는 단계를 포함한다. 기판으로의 터치를 감지하고 그 위치를 결정하는 방법은, 제2 펄스를 지그재그 전송 라인의 제2 단부로 송신하는 단계로서, 지그재그 전송 라인은 지그재그 전송 라인의 특성 임피던스와 동일한 저항값을 갖는 제2 저항으로 제1 단부에서 종단되어 있는 단계; 제2 터치 리턴 펄스가 지그재그 전송 라인의 제2 단부에서 수신될 때까지 정전류원으로 타이밍 커패시터를 충전하는 단계; 타이밍 커패시터의 제2 전압을 측정하는 단계; 및 측정된 제2 전압을 기판 위의 제2 위치로 변환하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 기판으로의 터치를 감지하고 그 위치를 결정하는 방법은 a) 시간 측정 디바이스의 시간을 초기화하는 단계; b) 펄스 드라이버를 복수의 터치 위치들을 포함하는 기판 위에 제조된 지그재그 전송 라인의 제1 단부에 연결하는 단계로서, 지그재그 전송 라인은 제2 단부에서 비종단되어 있는 단계; c) 지그재그 전송 라인의 제1 단부에서 펄스 드라이버로 펄스를 전송하기 시작하는 단계; d) 시간 측정 디바이스에서 시간을 시작하는 단계; e) 기판 위의 터치에 의해 야기된 네거티브 리턴 펄스가 지그재그 전송 라인의 제1 단부에서 수신되었는지를 검출하는 단계로서, 네거티브 리턴 펄스가 검출되면 단계 g)로 진행하고, 네거티브 리턴 펄스가 검출되지 않으면 단계 f)로 진행하는 단계; f) 포지티브 리턴 펄스가 지그재그 전송 라인의 제1 단부에서 언제 수신되는지를 검출하는 단계로서, 포지티브 리턴 펄스는 지그재그 전송 라인의 비종단 제2 단부로부터이며, 포지티브 리턴 펄스가 검출되면 단계 a)로 리턴하고, 포지티브 리턴 펄스가 검출되지 않으면 단계 e)로 리턴하는 단계; g) 시간 측정 디바이스에서 시간을 정지하는 단계; h) 시간 측정 디바이스로부터 시간을 읽는 단계; i) 시간 측정 디바이스로부터 읽은 시간을 기판 위의 터치 위치로 변환하고, 그 후 단계 a)로 리턴하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 기판으로의 터치를 감지하고 그 위치를 결정하는 방법은 a) 시간 측정 디바이스의 시간을 초기화하고 터치 카운터의 카운트 N을 N=1로 설정하는 단계; b) 펄스 드라이버를 복수의 터치 위치들을 포함하는 기판 위에 제조된 지그재그 전송 라인의 제1 단부에 연결하는 단계로서, 지그재그 전송 라인은 제2 단부에서 비종단되어 있는 단계; c) 지그재그 전송 라인의 제1 단부에서 펄스 드라이버로 펄스를 전송하기 시작하는 단계; d) 시간 측정 디바이스에서 시간을 시작하는 단계; e) 기판 위의 터치에 의해 야기된 네거티브 리턴 펄스가 지그재그 전송 라인의 제1 단부에서 수신되었는지를 검출하는 단계로서, 네거티브 리턴 펄스가 검출되면 단계 g)로 진행하고, 네거티브 리턴 펄스가 검출되지 않으면 단계 f)로 진행하는 단계; f) 포지티브 리턴 펄스가 지그재그 전송 라인의 제1 단부에서 언제 수신되는지를 검출하는 단계로서, 포지티브 리턴 펄스는 지그재그 전송 라인의 비종단 제2 단부로부터이며, 포지티브 리턴 펄스가 검출되면 단계 a)로 리턴하고, 포지티브 리턴 펄스가 검출되지 않으면 단계 e)로 리턴하는 단계; g) 시간 측정 디바이스로부터, 단계 e)에서 검출된 네거티브 리턴 펄스와 연관된 시간을 샘플링하는 단계; h) 샘플링된 시간을 어드레스 N을 갖는 메모리 위치에 저장하는 단계; i) N를 증가시키는 단계(N=N+1); j) N이 M보다 큰지를 결정하는 단계로서, M은 샘플링된 시간들을 저장하기 위해 이용할 수 있는 메모리의 수이고, N이 M보다 크지 않다면 단계 e)로 리턴하고, N이 M보다 크다면 단계 k)로 진행하는 단계; k) 메모리 위치에 저장된 샘플링된 시간을 기판 위의 터치 위치로 변환하고, 그 후 단계 a)로 리턴하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 기판으로의 터치를 감지하고 그 위치를 결정하는 장치는 펄스들을 생성하는 펄스 생성기; 펄스 생성기에 연결된 입력단과 기판 위에 제조된 지그재그 전송 라인의 제1 단부에 제1 저항을 통해 연결된 제1 펄스 드라이버; 지그재그 전송 라인의 제2 단부에 연결된 제2 저항으로서, 제1 저항 및 제2 저항은 지그재그 전송 라인의 특성 임피던스와 동일한 저항값을 가짐; 정전류원; 타이밍 커패시터; 아날로그-디지털 변환기(ADC); 및 디지털 프로세서를 포함하고, 펄스 생성기는 지그재그 전송 라인의 제1 단부로 제1 펄스를 송신하는 제1 펄스 드라이버로 제1 펄스를 생성하고, 그 후 제1 리턴 펄스가 지그재그 전송 라인의 제1 단부에서 수신될 때까지 정전류원은 타이밍 커패시터를 충전하기 시작하고, 타이밍 커패시터의 제1 충전 전압은 ADC에 의해 샘플링되고 제1 디지털 값으로 변환되고, 디지털 프로세서는 ADC로부터의 제1 디지털 값을 수신하고, 제1 디지털 값을 기판 위의 제1 위치로 변환한다. 기판으로의 터치를 감지하고 그 위치를 결정하는 장치는 펄스 생성기에 연결된 입력단과 지그재그 전송 라인의 제2 단부에 제2 저항으로 연결된 출력단을 구비한 제2 펄스 드라이버로서, 제1 저항은 지그재그 전송 라인의 제1 단부에 연결됨; 펄스 생성기는 지그재그 전송 라인의 제2 단부로 제2 펄스를 송신하는 제2 펄스 드라이버로 제2 펄스를 생성하고, 그 후 제2 리턴 펄스가 지그재그 전송 라인의 제2 단부에서 수신될 때까지 정전류원은 타이밍 커패시터를 충전하기 시작하고, 타이밍 커패시터의 제2 충전 전압은 ADC에 의해 샘플링되고 제2 디지털 값으로 변환되고, 디지털 프로세서는 ADC로부터의 제2 디지털 값을 수신하고, 제2 디지털 값을 기판 위의 제2 위치로 변환한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 기판으로의 터치를 감지하고 그 위치를 결정하는 장치는, 펄스들을 생성하는 펄스 생성기; 펄스 생성기에 연결된 입력단과 기판 위에 제조된 지그재그 전송 라인의 제1 단부에 제1 저항을 통해 연결된 제1 펄스 드라이버; 지그재그 전송 라인의 제2 단부에 연결된 제2 저항으로서, 제1 저항 및 제2 저항은 지그재그 전송 라인의 특성 임피던스와 동일한 저항값을 가짐; 네거티브 입력단, 포지티브 입력단 및 출력단을 구비한 전압 비교기로서, 네거티브 입력단은 지그재그 전송 라인의 제1 단부에 연결됨; 펄스 드라이버의 출력단에 연결된 인에이블 입력단을 구비한 고 분해능 타이머; 고 분해능 타이머로부터 샘플링된 복수의 터치 시간들을 저장하기 위한 복수의 저장 위치들; 전압 비교기에 의해 네거티브 리턴 펄스가 검출될 때마다 터치 카운트를 증가시키는 터치 카운터로서, 네거티브 리턴 펄스는 기판으로의 터치를 나타냄; 및 복수의 저장 위치들에 연결된 디지털 프로세서를 포함하고, 펄스 드라이버가 펄스를 지그재그 전송 라인의 제1 단부로 전송할 때, 고 분해능 타이머는 타이밍을 시작하고, 전압 비교기에 의해 네거티브 펄스가 검출될 때마다 고 분해능 타이머로부터 연관된 시간이 터치 카운터로부터 터치 카운트 수에 의해 결정된 복수의 저장 위치들 중 대응하는 각각의 하나에 저장되고, 및 디지털 프로세서는 복수의 저장 위치들에 저장된 시간들을 읽어, 이들 시간들을 기판 위의 위치들로 변환한다.

본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 특별히 도시되고 설명되었지만, 이러한 참조는 본 발명의 한정을 내포하지 않고 이러한 한정을 의미하지도 않는다. 개시된 본 발명은 이 기술분야의 당업자에 의해 형태와 기능에 있어서 수정물, 대체물, 및 등가물이 고려될 수 있다. 본 발명의 도시되고 설명된 실시예들은 단지 예로서, 본 발명의 범위를 한정하지 않는다.

첨부한 도면과 관련된 다음의 설명을 참조하면, 본 발명을 더욱 완전하게 이해할 수 있다.
도 1은 본 발명의 개시에 따른 터치 패널 또는 터치 스크린 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 개시에 따른 도 1에 도시된 터치 패널 또는 터치 스크린 시스템의 펄스 파형의 전압-시간 그래프를 도시한다.
도 3은 본 발명의 특정 실시예에 따른, 도 1에 도시된 터치 패널 또는 터치 스크린 시스템의 혼합 신호 집적 회로 디바이스의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 또 하나의 특정 실시예에 따른, 도 1에 도시된 터치 패널 또는 터치 스크린 시스템의 혼합 신호 집적 회로 디바이스의 블록도이다.
도 5는 도 3 및 도 4에 도시된 펄스 에지 검출기들의 특정 실시예를 더욱 상세하게 도시한 도면이다.
도 6은 도 3 및 도 4에 도시된 펄스 에지 검출기들의 또 하나의 실시예를 더욱 상세하게 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 특정 실시예에 따른, 도 1에 도시된 터치 패널 또는 터치 스크린 시스템의 동작을 설명하는 처리 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른, 도 1에 도시된 터치 패널 또는 터치 스크린 시스템의 동작을 설명하는 처리 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 단일 터치의 위치를 검출하고 결정하기 위한, 도 1에 도시된 터치 패널 또는 터치 스크린의 동작을 설명하는 처리 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 단일 터치의 위치를 검출하고 결정하기 위한, 도 1에 도시된 터치 패널 또는 터치 스크린의 동작을 설명하는 처리 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 도 1에 도시된 터치 패널 또는 터치 스크린 시스템의 혼합 신호 집적 회로 디바이스의 블록도이다.
도 12는 도 11에 도시된 터치 패널 또는 터치 스크린 시스템의 혼합 신호 집적 회로 디바이스의 동작에 대한 시간-진폭 그래프를 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 특정 실시예에 따른, 정밀 시간 기준, 복수 터치 시간 캡처 및 터치 시간 저장 회로들을 더욱 상세하게 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른, 정밀 시간 기준, 복수 터치 시간 캡처 및 터치 시간 저장 회로들을 더욱 상세하게 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 수정물 및 대체 형태가 가능하지만, 바람직한 실시예들이 도면에 도시되고 여기에 상세히 설명되었다. 하지만, 바람직한 실시예들의 설명은 본 발명을 여기에 개시된 바람직한 형태로 한정하려는 것이 아니며, 오히려 반대로, 본 발명은 첨부한 청구범위에 의해 한정된 모든 수정물 및 등가물을 포함하려 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 구성요소는 동일한 번호로 표시하고, 유사한 구성요소는 소문자를 달리하여 동일한 번호로 표시한다.

시간 영역 반사 측정법(TDR)은 레이더와 유사한 원리로 동작한다. 에너지 펄스는 일정한 임피던스를 갖는 전기적인 전도성 패스(예를 들면 전송 라인)로 전송된다. 펄스가 전기적인 전도성 패스의 비-종단된 단부(un-terminated end)에 도달하거나 전기적인 전도성 패스를 따라 임피던스의 변화가 있다면, 에너지 펄스의 일부 또는 모두는 그 소스로 다시 반사된다. 두 개의 금속 전도체들이 매우 근접하게 함께 배치되면, 두 개의 금속 전도체들은 금속 전도체들의 공간과 그들 사이의 절연 유전체 의해 결정된 특성 임피던스를 갖는 전송 라인을 형성한다. 전송 라인이 그의 특성 임피던스로 종단되면(terminated), 펄스가 전송 라인의 시작에서 발생하였던 그곳으로 되돌아가는 반사 펄스는 없을 것이다. 전송 라인이 비-종단되면, 전송된 펄스가 전송 라인의 시작에서 발생하였던 그곳으로 되돌아가는 포지티브 반사 펄스가 존재할 것이다. 전송 라인을 따라 어디에서든지 임피던스 차이가 있다면, 반사 펄스가 생성되어 연속적으로 검출될 것이다. 이 반사 펄스가 펄스 소스 위치로 리턴하는데 걸리는 시간은, 임피던스 차이가 일어나는 거리를 결정하기 위해 사용된다. 전송 라인을 따른 정전용량의 증가(예를 들면, 손가락 터치)는 리턴 반사 펄스가 생성된(전송된) 펄스에 대하여 네거티브가 되게 한다.

본 발명의 개시에 따르면, TDR 회로는 에너지 펄스를 생성하고, 그 후 소스 펄스의 생성과 생성된 펄스 소스로 되돌아가는 반사 펄스의 검출 간의 시간 간격을 측정한다. 이 측정된 시간 간격은 생성된 펄스 소스로부터 반사 펄스를 일으키는 임피던스 "범프"까지의 거리를 결정하는데 사용된다. 측정된 시간 간격은 터치 패널의 전기적인 전도성 패스의 거리 및/또는 물리적인 위치(예를 들면 X 및 Y 좌표)로 변환될 수 있다. 테이블 룩업 및/또는 계산이, 거리 및/또는 물리적인 위치로의 시간 간격의 변환을 위해 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 개시에 따른 터치 패널 또는 터치 스크린 시스템의 블록도이다. 터치 패널 또는 스크린(100)은 전도성 면과 비전도성 면을 갖는 기판(110)과, 기판(110)의 비전도성 면에 가장 가까운 일정한 임피던스 지그재그 스트립 라인(112)과, 혼합 신호 집적 회로 디바이스(102)와, 제1 종단 저항(106)과, 제2 종단 저항(104)을 포함한다. 터치 패널을 위해, 일정한 임피던스 지그재그 스트립 라인(112)과 기판(110)은 양면 인쇄 기판 보드(PCB)로부터 제조될 수 있는데, 여기서 PCB의 한 면은 (노드(108)에서 전력 공급 공통 또는 접지에 연결된) 연속적인 동박이고, 다른 면은 도 1에 도시된 지그재그 스트립 라인(112) 구성으로 에칭된 동박일 수 있다. 터치 스크린을 위해, 광 전송 절연 물질은 정면 위에 지그재그 스트립 라인(112)(내부를 통과하는 광을 실질적으로 차단할 수 없는 광 전송 물질 또는 매우 얇은 전기적인 전도성 물질의 어느 하나로 만들어짐)을 구비한 정면과, 광 전송 및 전기적인 전도성 물질(예를 들면, ITO(indium tin oxide)로 덮은 배면을 갖는다. 액정 디스플레이(LED), 발광 다이오드(LED) 디스플레이, 플라즈마 디스플레이, 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이 등이, 그래픽들과, 푸시 버튼들, 슬라이드 스위치들, 게이지들, 다이얼들 등과 같은 다른 시각 표시들을 디스플레이하기 위해 상술한 터치 스크린의 뒤에 배치될 수 있다.

터치 패널 또는 터치 스크린의 기판의 정면의 지그재그 스트립 라인(112)과 배면의 전도성 레이어는, 그 특성 임피던스로 종단되면 어떤 신호 반사도 없고(예를 들면, 전압 정재파 비(VSWR) 1:1임), 비-종단되면 진폭에 있어 생성 펄스로 실질적으로 동등한 포지티브 신호 반사를 갖는, 전송 라인의 일정한 임피던스 스트립 라인 형태를 만든다. 제1 및 제2 종단 저항들(106, 104)은 지그재그 스트립 라인(112)의 특성 임피던스와 실질적으로 동일한 저항값을 갖는다. 하지만, 지그재그 스트립 라인(112)을 따라 어디에서든지 임피던스 부정합(mismatch)이 생성하면, 반사된 (네거티브 신호) 펄스가, 생성된 (신호) 펄스가 최초 제공된 단부로 리턴될 것이다.

패널 동작 영역(114)은 복수의 터치 영역들로 구분될 수 있다(예를 들면, 터치 영역들(116, 118)은 두 개의 터치 영역들을 표현함). 물체(미도시됨), 예를 들면 손가락이 터치 영역에 매우 가깝게 배치되면, 침범된 터치 영역의 스트립 라인(112)의 그 부분이 임피던스를 변경시킬 것이다. 이제 생성된 펄스 소스로 다시 리턴하는 반사 펄스를 일으키는 임피던스 "범프(bump)"가 있다. 반사 펄스가 다시 신호 소스에 도달하는데 걸리는 시간을 측정함으로써, 신호 소스로부터 터치된 패널 동작 영역(114)까지의 거리는 결정될 수 있다.

도 2는 본 발명의 개시에 따른 도 1에 도시된 터치 패널 또는 터치 스크린 시스템의 펄스 파형의 전압-시간 그래프를 도시한다. 혼합 신호 집적 회로 디바이스(102)는 노드(122)(도 1 참조)에서 대략 V_DD의 진폭을 갖는 펄스를 생성한다. 저항(106)은 지그재그 스트립 라인(112)의 특성 임피던스와 실질적으로 동일한 저항값을 가지며, 시각(150)에서 노드(120)에서의 펄스는 V_DD/2로 상승할 것이다. 패널 동작 영역(114)으로의 터치에 의해 야기된 리턴 펄스는, 시각(152)에 표현된 네거티브 진폭을 갖는다. 지그재그 스트립 라인(112)의 오픈(비-종단된) 단부로부터 리턴하는 생성 펄스는 시각(154)에서 포지티브 진폭(예를 들면, 대략 V_DD/2)을 가질 것이며, 최초 생성 펄스 진폭에 가산될 것이며, 시각(154) 이후에 더욱 포지티브 진폭(예를 들면, 대략 V_DD)이 된다. 노드(120)에서 전압들의 진폭들의 변경에 의해 야기된 리딩(leading) 에지를 검출함으로써, 이들 세 개의 시각 이벤트들(시각(150)에서 대략 V_DD/2의 진폭이 되는 포지티브 에지를 검출하고, 시각(152)에서 V_DD/2보다 작은 진폭이 되는 네거티브 에지를 검출하고, 시각(154)에서 대략 V_DD의 진폭이 되는 포지티브 에지를 검출함)은, 터치 영역을 검출하고, 그리고 생성 펄스가 종단되는 때를 검출하는데 이용되는데, 이후에 더욱 상세하게 설명된다.

도 3은 본 발명의 특정 실시예에 따른, 도 1에 도시된 터치 패널 또는 터치 스크린 시스템의 혼합 신호 집적 회로 디바이스의 블록도이다. 혼합 신호 집적 회로 디바이스(102)는 (메모리를 구비한) 디지털 프로세서(230), 아날로그-디지털 변환기(232), ADC 스위치(334), 제1 샘플 스위치(380), 제2 샘플 스위치(382) 및 반사 펄스 리턴 시간 측정 회로를 포함한다. 디지털 프로세서(230)는 한정하는 것은 아니지만, 예를 들면, 마이크로컨트롤러, 마이크로프로세서, 디지털 신호 처리기(DSP), 주문형 반도체(ASIC), 프로그래머블 로직 어레이(PLA) 등일 수 있다.

반사 펄스 리턴 시간 측정 회로(384)는 전압 비교기(238, 242), 자동 설정 기준 및 비교기(280), 충전 제어 플립-플롭(282), 전압 분배 저항들(262, 264, 266), 정전류원(244), 충전 스위치(272)(보통 개방 스위치(272a)와 보통 폐쇄 스위치(272b)), 타이밍 커패시터(270) 및 방전 스위치(268)를 포함한다. 비교기(238)는 반전 출력을 갖지만, 인버터는 표준 비반전 출력 비교기의 출력 상에 이용될 수 있다. 전압 분배 저항기들(262, 264, 266)은 비교기(238)의 네거티브 입력에 ¼ V_DD와, 비교기(242)의 네거티브 입력에 ¾ V_DD의 기준 전압들을 제공한다. 그러므로, 노드(120)에서의 전압이 ¼ V_DD보다 포지티브이면, 비교기(238)의 출력은 로직 로우 또는 0이 될 것이다. 비교기(238)의 출력이 로직 로우 또는 0이면, 충전 제어 플립-플롭(282)은 Q 출력이 로직 하이 또는 1로 설정되고, 이에 의해 충전 스위치(272a)가 폐쇄되므로, 타이밍 커패시터(270)는 정전류원(244)으로부터의 충전을 시작한다. 노드(120)에서의 전압이 ¾ V_DD보다 포지티브이면, 비교기(242)의 출력은 로직 하이 또는 1이 될 것이다. 이것은, 노드(124)에서 생성 펄스가 지그재그 스트립 라인(112)의 (고 임피던스로) 개방된 다른 단부로부터 리턴되고 있음을 의미한다. 비교기(242)는 펄스 종료(EoP) 출력 신호를 이용하여 프로세서(230)로 이것을 표시한다. 일단 이것이 일어나면, 프로세서(230)는 펄스 생성을 중지한다.

자동 설정 기준 및 비교기(280)는 다음과 같이 동작한다. 포지티브 진행 에지가 비교기(238)에 의해 검출되면, 노드(120)에서 생성 펄스의 전압 진폭이 샘플링되고, 터치 리턴 펄스 기준 전압 빼기 오프셋 전압(예를 들면, 대략 V_DD/2 - △V)로서 저장된다. 노드(120)에서 터치 리턴 펄스 네거티브 전압이 생성 펄스 전압에 가산되면, 결과적인 전압은 V_DD/2 - △V(도 2 참조)보다 작을 것이며, 자동 설정 기준 및 비교기(280)로부터의 출력은 로직 "0"이 되는데, 이에 의해 충전 제어 플립-플롭(282)이 리셋되어 충전 스위치(272a)가 개방되므로, 타이밍 커패시터(270)의 충전은 정지한다.

디지털 프로세서(230)는 다음과 같이 디바이스(102) 회로들의 모든 동작을 제어한다. 소스 펄스가 생성되기 전에, 타이밍 커패시터(270)는 방전 스위치(268)를 통해 완전히 방전된다. 스위치 심벌들이 명확한 설명을 위해 도시되지만, 보통 반도체 디바이스가 이런 스위치들을 위해 사용될 수 있다. 일단 타이밍 커패시터(270)가 완전히 방전되면, 방전 스위치(268)는 개방된다. 다음에 펄스가 디지털 프로세서(230)에 의해 생성되고 제1 펄스 드라이버(236)로 송신된다. 제1 펄스 드라이버(236)로의 생성 펄스의 송신 전에 또는 동시적으로, 노드들(124, 126)이 효과적으로 고 임피던스가 되도록 제2 펄스 드라이버(254)의 출력은 고 임피던스(예를 들면, 3 상태 로직)로 설정된다. 이제 노드(124)에서의 지그재그 스트립 라인(112)의 제2 단부가 효과적으로 개방이면, 이에 의해 상술한 바와 같이, 생성 펄스는 리턴할 것이다. 제2 펄스 드라이버(254)가 로직 로우 또는 0으로 설정될 수 있고, 이에 의해 노드(126)는 접지될 수 있음은 본 발명의 범위 내이다. 노드(126)를 접지함으로써, 노드(124)에서 연결된 지그재그 스트립 라인(112)의 제2 단부는 그 특성 임피던스(제2 종단 저항(104)의 저항 값)로 효과적으로 종단되고, 어떤 리턴 펄스도 생성하지 않을 것이다. 따라서 상술한 바와 같이, 지그재그 스트립 라인(112)의 비-종단된 제2 단부로부터의 리턴 펄스는, 상술한 바와 같이 생성 펄스를 종료하는데 사용될 수 있거나 또는 프로세서(230)는 고정된 기간을 갖는 펄스를 지그재그 스트립 라인(112)의 종단 제2 단부로 생성할 것이다. 어느 것이나 바람직한 결과를 얻을 수 있다. 복수의 펄스들은 터치들을 결정하기 위해 이용될 수 있다. 비-종단된 (말단) 제2 단부를 이용하면, 복수의 펄스들 각각은 각자의 생성 펄스 리턴을 검출하자마자 종단될 수 있다. 종단된 (말단) 제2 단부를 이용하면, 복수의 펄스들 각각은 고정된 온 및 오프 시간들을 가질 수 있다.

제1 펄스 드라이버(236)의 출력이 로직 로우 "0"이면, 노드(120)에서의 전압은 실질적으로 0V이다. 그러므로, 전압 비교기(238)의 포지티브 입력 전압은 ¼ V_DD보다 작고, 충전 스위치(272a)는 개방되고, 정전류 단락 스위치(272b)는 폐쇄된다.

생성 펄스가 제1 펄스 드라이버(236)의 출력으로부터 노드(122)로 제공되면, 제1 종단 저항(106)의 저항이 지그재그 스트립 라인(112)의 특성 임피던스와 실질적으로 동일하고, 제1 펄스 드라이버(236)의 출력에 직렬(즉, ½ V_DD 전압 분배기)이므로, 노드(120)에서의 이 생성 펄스의 진폭은 약 ½ V_DD가 될 것이다. 그러므로, 전압 비교기(238)의 포지티브 입력에서의 전압은 ¼ V_DD보다 크고, 전압 비교기(238)의 출력은 로직 로우 "0"가 된다. 비교기(238)의 출력이 로직 로우 또는 "0"이 되면, 충전 제어 플립-플롭(282)은 "설정"되고, 또한 플립-플롭(282의 Q-출력은 로직 하이 또는 "1"이 되고, 이에 의해 충전 스위치(272a)가 폐쇄되므로, 타이밍 커패시터(270)는 정전류원(244)으로부터 충전을 시작한다.

타이밍 커패시터(270)의 충전은 전압을 만드는데, 이 전압은 충전 스위치(272a)가 폐쇄된 시간의 경과에 의해 결정된다. 임피던스 부정합(예를 들면, 터치 영역으로의 터치)이 지그재그 스트립 라인(112)의 어떤 부분을 따라 일어나면, 노드(120)에서의 생성 펄스 소스로부터 이 임피던스 부정합의 거리에 따른 시점에서 반사 펄스가 생성될 것이다.

비교기(238)의 출력이 로직 로우 또는 "0"이 되면, 자동 설정 기준 및 비교기(280)가 노드(120)에서 생성 펄스 전압의 샘플을 얻는다. 이 샘플된 펄스 전압은 저장되고, 또한 반사된 터치 펄스 비교기(594)(도 5 참조)에 의해 이용되는 V_DD/2-ΔV의 반사된 터치 펄스 기준 전압을 야기하는 ΔV를 감산함으로써 변경된다.

반사된 터치 펄스가 노드(120)로 리턴되면, 리턴 터치 펄스 전압 비교기(594)(도 5 참조)의 포지티브 입력에서의 전압은 노드(120)에서의 전압이므로 감소될 것이다. 노드(120)에서의 전압(소스와 반사 펄스 진폭들의 총체)이 V_DD/2-ΔV보다 작다고 가정하면, 전압 비교기(592)의 포지티브 입력에서의 전압은 또한 V_DD/2-ΔV보다 작으므로, 전압 비교기(592)의 출력은 로직 로우 "0"이 되고, 이에 의해 플립-플롭(282)은 리셋될 것이다. 그러므로, 충전 스위치(272a)는 개방되고, 정전류원(244)은 타이밍 커패시터(270)를 충전할 수 없다.

충전 스위치(272a)가 개방되면, 타이밍 커패시터(270)의 충전 전압은 이제 노드(120)에서 소스 펄스가 최초 생성되었을 때와 리턴 터치 펄스가 도달하는 때 간의 시간 간격을 나타낸다. 이 전압 충전은 그 후 멀티플렉서 스위치(234)를 통해 샘플링되어, 아날로그 전압을 디지털 표현으로 변환하는 ADC(232)로 제공된다. 디지털 프로세서(230)는 타이밍 커패시터(270)의 충전 전압의 디지털 표현인 ADC(232)의 출력을 수신한다. 디지털 프로세서(230)는 이제 메모리에 저장된 룩-업 테이블의 값들을 이용하고, 및/또는 전압을 시간 변환으로 계산함으로써, 이 디지털 전압 정보를 패널 동작 영역(114) 위의 X-Y 위치로 변환하는데, 여기서 시간은 지그재그 스트립 라인(112) 상의 임피던스 변환의 거리를 나타낸다. X-Y 위치 변환 값으로의 전압의 교정은 또한 터치 패널 (또는 스크린)이 제조된 후에 결정될 수 있거나 및/또는 필드에서 재교정될 수 있다(예를 들면, 필드 교정 터치 위치 값들은 디지털 프로세서(230)의 메모리에 저장된다). 터치 위치 값들을 저장하는 메모리는 비휘발성(예를 들면, 전기적 소거 및 프로그램가능 메모리, 플래시 메모리 등)일 수 있다. 여기에 개시된 터치 패널 (또는 스크린)(100)는 구현에 있어 매우 유연하고 단순하다.

상술한 바와 같이, 지그재그 스트립 라인(112)의 제2 단부의 종단이 이용되면, 시간 간격은 지그재그 스트립 라인(112)의 (기지의) 길이의 2배에 걸쳐 펄스를 전파할 수 있을 정도로 충분히 길어야 한다. 예를 들면, 지그재그 스트립 라인(112) 상에 일어나는 임피던스 "범프"가 없다면, 지그재그 스트립 라인(112)의 다른 단부가 지그재그 스트립 라인(112)의 특성 임피던스(제2 종단 저항(104))에서 종단되므로, 리턴 터치 펄스가 없을 것이므로, 타이밍 커패시터(272)는 최대 전압 값으로 충전될 것이다. 디지털 프로세서(230) 프로그램이, 최대 시간과 최대 전압 값을 알고 있으므로, TDR 측정 시간 간격들은 최대 시간(예를 들면, 최대 전압 값)만큼 길 필요가 있다. 또한 타이밍 커패시터(270)와 정전류원(244)의 값들은 최대 시간에서 타이밍 커패시터(270)의 충전 전압이 ADC(232)의 최대 스케일 분해능이 되도록, 선택될 수 있다. 그러므로, 본 발명의 개시에 따라, 터치들의 매우 빠르고 정확한 샘플링 및 검출이 가능할 수 있다.

한편, 상술한 바와 같이, 지그재그 스트립 라인(112)의 제2 단부는 비-종단될 수 있고, 노드(120)에서 라인 리턴 펄스의 종료는 수신될 것이다. 프로세서(230)는 그 후 자동으로 생성 펄스를 종단하기 위해, 비교기(242)로부터 라인 리턴 펄스의 종료 검출(EoP)을 이용할 수 있다. 이 특징은 지그재그 스트립 라인(112)의 길이를 알아야하고, 또는 생성 펄스 시간을 미리 결정해야 하는 것을 배제할 수 있다. 또한, 비교기(242)의 출력이 타이밍 커패시터(270)의 충전을 종료시키고, 이어서 타이밍 커패시터(270)의 전압을 측정하여, 지그재그 스트립 라인(112)의 길이를 결정함으로써, 지그재그 스트립 라인(112)의 실제 길이를 결정하는데, EoP 검출 신호를 터치 리턴 펄스 신호를 대신하여 사용하는 것이 바람직하다.

비교기들(238, 594)의 기능들은, 단일 비교기에 대한 기준으로서 프로그램가능한 DAC를 이용함으로써 하나의 비교기로 결합될 수 있는데, 프로그램가능한 DAC는 펄스 생성 전에 노드(120)에서 V_DD/2로 설정될 수 있고, 그 후 노드(120)에서 측정된 전압 빼기 ΔV(예를 들면 V_DD/2-ΔV)로 설정될 수 있다.

James E, Bartling의 미국등록특허 제7,460,441호 명칭 "긴 시간 주기 측정"과, James E, Bartling의 미국공개특허 제2010/0001889호 명칭 "전류-시간 디지털-아날로그 컨버터"와, James E, Bartling의 미국공개특허 제2008/0204046호 명칭 "정전용량성 측정 장치 및 방법"과, Bruce Bohn의 마이크로칩 애플리케이션 노트 AN1250 명칭 "정전용량성 터치 애플리케이션들을 위한 마이크로칩 CTMU"(www.microchip.com에서 이용할 수 있음)(여기서 이것들의 모두는 모든 목적에서 참조로 포함된다)에 상세하게 설명되어 있는 충전 시간 측정 유닛(CTMU)은, 터치 리턴 펄스와 전송 라인 리턴 펄스의 종료 모두를 대신하여, 리턴 펄스 시간들을 결정하는데 다음과 같이, 효과적으로 이용될 수 있다. 생성 펄스의 검출로부터 포지티브 에지가 생성되면, CTMU는 타이밍 커패시터를 충전하기 시작하고, 그 후 터치 리턴 펄스의 검출로부터 네거티브 에지가 생성되면, CTMU는 타이밍 커패시터(242)의 충전을 정지한다. 더욱이, 테스트/셋업 모드 동안에, 터치 리턴 펄스의 검출로부터의 네거티브 에지를 사용하는 대신에 비교기(242)로부터의 포지티브 에지가 타이밍 커패시터의 충전을 중지하기 위해 이용될 수 있다.

제1 및 제2 샘플 스위치들(380, 382)은 교대로 동작할 수 있는데, 노드(120)에서 시간 측정이 결정되는 동안, 노드(124)에서 수행된 미리 결정된 시간 측정은 ADC(232)와 디지털 프로세서(230)에 의해 처리되고, 그 반대 또한 같다. 그러므로, 시간 측정과 터치된 X-Y 위치가 동시적으로 결정될 수 있다는 장점이 있다. 또 하나의 장점은 두 개의 동시 터치들(예를 들면 제스처링(gesturing))이 결정될 수 있다는 것이다. 그리고 또 다른 장점은, 터치된 X-Y 위치는 적어도 서로 다른 두 개의 시간 측정들과 각자의 위치 계산들에 의해 검증될 수 있는데, 예를 들면, 임피던스 범프로부터 노드(120)에 연결된 단부까지의 반사 펄스의 시간을 측정하고, 그것을 연관된 X-Y 위치로 변환하고, 그리고 그 다음 노드(124)에 연결된 다른 단부에서 동일한 것을 행하여 검증될 수 있다. 적어도 두 개의 계산된 X-Y 위치들은 실질적으로 동일할 것이다. 그들 사이의 일부 차이는 터치된 실제 X-Y 위치의 더 미세한 분해능을 얻기 위해 평균화될 수 있다.

도 4는 본 발명의 또 하나의 특정 실시예에 따른, 도 1에 도시된 터치 패널 또는 터치 스크린 시스템의 혼합 신호 집적 회로 디바이스의 블록도이다. 혼합 신호 집적 회로 디바이스(102a)는 (메모리를 구비한) 디지털 프로세서(230), 아날로그-디지털 변환기(232), 멀티플렉서 스위치(234), 제1 펄스 드라이버(236), 제2 펄스 드라이버(254), 및 제1 및 제2 반사 펄스 리턴 시간 측정 회로들(384, 384a)을 포함한다. 디지털 프로세서(230)는 한정하는 것은 아니지만, 예를 들면, 마이크로컨트롤러, 마이크로프로세서, 디지털 신호 처리기(DSP), 주문형 반도체(ASIC), 프로그래머블 로직 어레이(PLA) 등일 수 있다.

도 4에 도시된 제1 반사 펄스 리턴 시간 측정 회로들(384, 384a)은 도 3에 도시되고 상술한 반사 펄스 리턴 시간 측정 회로와 실질적으로 동일한 방법으로 작용한다. 타이밍 커패시터(270)는 ADC(232)의 일부(예를 들면 샘플 및 홀드 커패시터)일 수 있고, 스위치(234) 또한 ADC(232)의 일부(예를 들면 혼합 신호 디바이스(102a)를 위한 경제적인 설계로서, 샘플 스위치)일 수 있다.

디지털 프로세서(230)는 다음과 같이 디바이스(1020의 회로들의 모든 동작을 제어한다. 소스 펄스가 생성되기 전에, 타이밍 커패시터(270)는 방전 스위치(268)를 통해 완전히 방전된다. 스위치 심벌들이 명확한 설명을 위해 도시되지만, 보통 반도체 디바이스가 이런 스위치들을 위해 사용될 것이다. 타이밍 커패시터(270)가 완전히 방전되면, 방전 스위치(268)는 개방된다. 다음에 펄스가 디지털 프로세서(230)에 의해 생성되고 제1 펄스 드라이버(236)로 송신된다. 제1 펄스 드라이버(236)로의 생성 펄스의 송신 전 또는 동시적으로, 노드들(124, 126)이 효과적으로 고 임피던스가 되도록 제2 펄스 드라이버(254)의 출력은 고 임피던스(예를 들면, 3 상태 로직)로 설정된다. 이제 노드(124)에서 지그재그 스트립 라인(112)의 제2 단부가 효과적으로 개방되면, 상술한 바와 같이, 이에 의해 생성 펄스는 리턴할 것이다. 제2 펄스 드라이버(254)가 로직 로우 또는 0으로 설정될 수 있고, 이에 의해 노드(126)가 접지될 수 있다 것은 본 발명의 범위 내이다. 노드(126)를 접지함으로써, 노드(124)에 연결된 지그재그 스트립 라인(112)의 제2 단부는 그 특성 임피던스(제2 종단 저항(104)의 저항값)로 효과적으로 종단되고, 어떤 리턴 펄스도 생성하지 않을 것이다. 따라서 상술한 바와 같이, 지그재그 스트립 라인(112)의 비-종단된 제2 단부로부터의 리턴 펄스는 생성 펄스를 종료하기 위해 사용될 수 있거나 또는 프로세서(230)는 지그재그 스트립 라인(112)의 종단된 제2 단부로 고정된 기간을 갖는 펄스를 생성할 것이다. 어느 것이나 바람직한 결과를 달성할 것이다.

제1 펄스 드라이버(236)의 출력으로부터의 생성 펄스가 노드(122)로 제공되면, 제1 종단 저항(106)의 저항이 지그재그 스트립 라인(112)의 특성 임피던스와 실질적으로 동일하고, 제1 펄스 드라이버(236)의 출력에 직렬(즉, ½ V_DD 전압 분배기)이므로, 노드(120)에서의 이 생성 펄스의 진폭은 약 ½ V_DD가 될 것이다. 그러므로, 전압 비교기(238)의 포지티브 입력에서의 전압은 ¼ V_DD보다 크고, 전압 비교기(238)의 출력은 로직 하이 "1"이다. 또한, 전압 비교기(242)의 포지티브 입력에서의 전압이 ¾ V_DD 아래이면, 전압 비교기(242)의 출력은 로직 로우 "0"이다.

제1 및 제2 반사 펄스 리턴 시간 측정 회로들은 교대로 동작할 수 있는데, 제1 시간 측정이 결정되는 동안, 미리 결정된 제2 시간 측정이 ADC(232)와 디지털 프로세서(230)에 의해 처리되고, 그 반대 또한 같다. 그러므로, 시간 측정과 터치된 X-Y 위치가 동시적으로 결정될 수 있다는 장점이 있다. 또 하나의 장점은 두 개의 동시 터치들(예를 들면 제스처링(gesturing))이 결정될 수 있다는 것이다. 그리고 또 다른 장점은, 터치된 X-Y 위치는 적어도 두 개의 서로 다른 시간 측정들과 각자의 위치 계산들에 검증될 수 있는데, 즉 임피던스 범프로부터 노드(120)에 연결된 단부로의 반사 펄스의 시간을 측정하고, 연관된 X-Y 위치로 변환하고, 그리고 그 다음 노드(124)에 연결된 다른 단부에서 동일한 것을 행하여 검증될 수 있다. 적어도 두 개의 계산된 X-Y 위치들은 실질적으로 동일할 것이다. 그들 사이의 일부 차이는 터치된 실제 X-Y 위치의 더 미세한 분해능을 얻기 위해 평균화될 수 있다.

도 5는 도 3 및 도 4에 도시된 펄스 에지 검출기들의 특정 실시예를 더욱 상세하게 도시한 도면이다. 반사 펄스 리턴 시간 측정 회로(384)는 전압 비교기들(238, 242, 594), 샘플 및 홀드 전압 기준부(590), 충전 제어 플립-플롭(282), 전압 분배기 저항들(262, 264, 266), 정전류원(244), 및 ΔV 전압 감산 다이오드(592)를 포함한다. 비교기(238)는 반전 출력을 가지지만, 인버터는 표준 비반전 출력 비교기의 출력 상에 이용될 수 있다. 전압 분배 저항기들(262, 264, 266)은 비교기(238)의 네거티브 입력에 ¼ V_DD와, 비교기(242)의 네거티브 입력에 ¾ V_DD의 기준 전압들을 제공한다. 그러므로, 노드(120)에서의 전압이 ¼ V_DD보다 포지티브이면, 비교기(238)의 출력은 로직 로우 또는 "0"이 될 것이다. 비교기(238)의 출력이 로직 로우 또는 "0"이면, 충전 제어 플립-플롭(282)은 Q 출력이 로직 하이 또는 "1"로 "설정"되고, 이에 의해 충전 스위치(272a)가 폐쇄되므로, 타이밍 커패시터(270)는 정전류원(244)으로부터의 충전을 시작한다. 노드(120)에서의 전압이 ¾ V_DD보다 포지티브이면, 비교기(242)의 출력은 로직 하이 또는 1일 것이다. 이것은, 노드(124)에서 생성 펄스가 지그재그 스트립 라인(112)의 (고 임피던스로) 개방된 다른 단부로부터 리턴되고 있음을 의미한다. 비교기(242)는 펄스 종료(EoP) 출력 신호를 이용하여 프로세서(230)로 이것을 표시한다. 일단 이것이 일어나면, 프로세서(230)는 펄스 생성을 중지한다.

비교기(238)의 출력이 로직 로우 또는 "0"이 된 후에, 샘플 및 홀드 전압 기준부(590)는 노드(120)에서의 전압을 샘플링하고 저장할 것이다. 이 샘플링되고 저장된 전압은 생성 펄스의 전압 진폭이다. 다이오드(592)는 샘플 및 홀드 전압 기준부(590)로부터 저장된 전압을 샘플 및 홀드 전압 기준부(590)로부터의 전압보다 ΔV 작은 기준 전압으로 강하하는데 이용되고, 비교기(594)의 네거티브 입력에 제공된다. 노드(120)에서 터치 리턴 펄스가 수신되지 않는 한, 비교기(594)의 출력은 로직 하이 또는 "1"을 유지할 것이다. 하지만, 노드(120)에서 터치 리턴 펄스를 수신하면, 그것의 네거티브 전압 진폭(도 2 참조)은 비교기(594)의 포지티브 입력에서의 전압을 비교기(594)의 네거티브 입력에서의 기준 전압 아래로 하강하게 할 것이다. 이러한 하강이 발생하면, 플립-플롭(282)은 리셋될 것이며, 스위치(272a)는 개방됨으로써, 타이밍 커패시터(270)로의 충전이 중지될 것이다. 비교기(242)의 동작들은 위에서 더욱 상세하게 설명되었다.

도 6은 도 3 및 도 4에 도시된 펄스 에지 검출기들의 또 하나의 실시예를 더욱 상세하게 도시한 도면이다. 반사 펄스 리턴 시간 측정 회로(384a)는 전압 비교기들(692, 242), 프로그램가능한 전압 기준부(694), 아날로그-디지털 변환기(ADC)(690), 전압 분배기 저항들(662, 266), 및 충전 시간 측정 유닛(CTMU) 제어부(696)를 포함한다. 전압 분배기 저항들(662, 266)은 비교기(242)의 네거티브 입력에 기준 전압 ¾ V_DD를 제공한다. 노드(120)에서의 전압이 비교기(242)의 출력 ¾ V_DD 보다 더 포지티브이면, 비교기(242)의 출력은 로직 하이 또는 "1"이 될 것이다. 이것은 (고 임피던스로) 개방된 노드(124)에서 생성 펄스가 지그재그 스트립 라인(112)로부터 리턴되고 있음을 의미한다. 비교기(242)는 펄스 종료(EoP) 출력 신호을 이용하여 프로세서(230) 및/또는 CTMU 제어부(696)로 이것을 표시한다. 일단 이것이 일어나면, 프로세서(230)는 생성 펄스를 중지한다.

프로그램가능한 전압 기준부(694)와 결합된 비교기(692)는, 다음과 같은 이중 기능을 제공한다. 노드(120)에서 펄스가 생성되기 전에, 프로그램가능한 전압 기준부는 대략 V_DD/4로 설정된다. 여기서 노드(120)에서의 펄스 진폭 전압이 V_DD/4보다 크다면, 비교기(692) 출력은 로직 로우 "0"으로부터 로직 하이 "1"(포지티브 에지)가 될 것이고, 이에 의해 노드(120)에서 생성 펄스의 시작을 나타낸다. 생성 펄스의 시작 후에, ADC(690)는 노드(120)에서의 펄스 진폭 전압을 디지털 값으로 변환하고, 이 디지털 값을 프로그램가능한 전압 기준부(694)로 전송한다. 프로그램가능한 전압 기준부(694)는 이 디지털 값으로부터 ΔV를 감산하고, 이에 의해 비교기(692)의 네거티브에 입력에 제공된 기준 전압으로서 새로운 기준 전압 Vpulse 진폭 - ΔV를 만든다. 비교기(692)의 포지티브 입력의 전압은 Vpulse 진폭에 있고, 그것으로부터의 출력은 로직 하이 "1"을 유지한다.

네거티브 진폭을 갖는 터치 리턴 펄스가 노드(120)에 다시 도달하면, 노드(120)에서의 전압은 Vpulse 진폭 - ΔV 아래로 강하할 것이며, 비교기(692)의 출력을 로직 로우 "0"(네거티브 에지)이 되게 할 것이다. 비교기(692)로부터의 포지티브 에지는 CTMU 제어부에 의해 타이밍 커패시터(270)의 충전을 시작하도록 사용될 수 있고, 비교기(692)로부터의 네거티브 에지는 타이밍 커패시터(270)의 충전을 중지하도록 사용될 수 있다. 타이밍 커패시터(270)의 전압은 상술한 바와 같이, 터치 위치를 결정하기 위해 사용된다.

비교기(242)로부터의 EoP 신호는, 프로세서(230)에 생성 펄스의 종료를 통지하는 이외에, 상술한 바와 같이, 지그재그 스트립 라인(112)의 길이를 결정하기 위해, 또한 CTMU 제어(696)에 대해 테스트와 셋업 모드 동안에 사용될 수 있다.

본 발명의 범위에는 혼합 신호 집적 회로 디바이스(102)를 위한 많은 다른 구현물들이 포함되며, 또한 혼합 신호 집적 회로 디바이스 설계 분야에서 통상의 지식 및 본 발명의 이익을 가진 자라면 동동하게 효과적인 디바이스를 설계할 수 있을 것이다.

도 7은 본 발명의 특정 실시예에 따른, 도 1에 도시된 터치 패널 또는 터치 스크린 시스템의 동작을 설명하는 처리 흐름도이다. 단계(702)에서, 펄스가 지그재그 전송 (스트립) 라인의 제1 단부로 송신된다. 단계(703)에서, 지그재그 전송 (스트립) 라인의 제1 단부는, ¼ V_DD보다 큰 진폭을 갖는 펄스의 시작(포지티브 에지)를 검출하기 위해 모니터링된다. 펄스의 시작이 검출되면, 단계(704)는 정전류원으로부터 타이밍 커패시터를 충전하기 시작한다.

단계(706)에서, 지그재그 전송 (스트립) 라인의 제1 단부는 라인이 더욱 네거티브로 진행하게 하는 리턴 터치 펄스를 검출하기 위해 모니터링되고, 이에 의해 단계(708)에서 타이밍 커패시터의 충전을 중지하는 네거티브 진행 신호 에지를 만든다. 단계(710)에서, 타이밍 커패시터의 충전 전압이 측정되고, 단계(712)에서 이 측정된 전압은 터치 패널 상의 X-Y 좌표로 변환된다. 단계(712)와 동시에 단계(714)에서, 다음 펄스 타이밍 이벤트의 준비를 위해 타이밍 커패시터 충전이 제거된다(공통 또는 접지로 단락됨). 리턴 터치 펄스가 단계(706)에서 검출되지 않으면, 단계(716)는 다음과 같이 동작할 것이다.

단계(716)에서, 지그재그 전송 (스트립) 라인의 제1 단부는 단계(702)에서 생성된 펄스의 리턴을 검출하기 위해 모니터링된다. 생성 펄스가 지그재그 전송 (스트립) 라인의 개방 제2 단부로부터 리턴하면, 지그재그 전송 (스트립) 라인의 제1 단부에서의 전압은 ¾ V_DD보다 더 크게 증가할 것이다. 일단 생성 펄스 리턴이 검출되면, 단계(718)에서 펄스는 더 이상 어서트될(assert) 필요가 없다. 상술한 사이클은 터치 패널의 하나 이상의 터치들을 예상하고, 연속적으로 반복될 수 있다. 이들 펄스 시간 측정 시퀀스들과 위치 검출들은 터치 패널로의 터치들의 검출이 요구되는 한, 연속된다. 단계(716)는 생성 펄스가 고정 펄스 시간 온 및 오프 지속을 가지고, 그에 의해 자동으로 시작 및 정지할 것이라는 점에서 선택적일 수 있다.

도 8은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른, 도 1에 도시된 터치 패널 또는 터치 스크린 시스템의 동작을 설명하는 처리 흐름도이다. 단계(802)에서 펄스는 지그재그 전송 (스트립) 라인의 제2 단부로 송신된다. 단계(803)에서, 지그재그 전송 (스트립) 라인의 제2 단부는 ¼ V_DD보다 더 큰 진폭을 갖는 펄스의 시작(포지티브 에지)을 검출하기 위해 모니터링된다. 펄스의 시작이 검출되면, 단계(804)는 정전류원으로부터 타이밍 커패시터를 충전하기 시작한다.

단계(806)에서, 지그재그 전송 (스트립) 라인의 제2 단부는 라인을 더욱 네거티브로 진행하게 하는 리턴 터치 펄스를 검출하기 위해 모니터링되고, 이에 의해 단계(808)에서 타이밍 커패시터의 충전을 정지시키는 네거티브 진행 신호 에지를 만든다. 단계(810)에서, 타이밍 커패시터의 충전 전압이 측정되고, 그리고 단계(812)에서 이 측정 전압은 터치 패널 상의 X-Y 좌표로 변환된다. 단계(812)와 동시에 단계(814)에서, 다음 펄스 타이밍 이벤트의 준비를 위해 타이밍 커패시터 충전이 제거된다(공통 또는 접지로 단락됨). 리턴 터치 펄스가 단계(806)에서 검출되지 않으면, 단계(816)는 다음과 같이 동작할 것이다.

단계(816)에서, 지그재그 전송 (스트립) 라인의 제2 단부는 단계(802)에서 생성된 펄스의 리턴을 검출하기 위해 모니터링된다. 생성 펄스가 지그재그 전송 (스트립) 라인의 개방 제2 단부로부터 리턴하면, 지그재그 전송 (스트립) 라인의 제1 단부에서의 전압은 ¾ V_DD보다 더 크게 증가할 것이다. 일단 생성 펄스 리턴이 검출되면, 단계(818)에서 펄스는 더 이상 어서트될(assert) 필요가 없다. 상술한 사이클은 터치 패널의 하나 이상의 터치들을 예상하고 도 7에 도시된 단계들과 연속적으로 번갈아 오가게 할 수 있다. 이들 펄스 시간 측정 시퀀스들과 위치 검출들은 터치 패널로의 터치 검출이 요구되는 한 연속된다. 단계(816)는 생성 펄스가 고정 펄스 시간 온 및 오프 지속을 가지고, 그에 의해 자동으로 시작 및 정지할 것이라는 점에서 선택적일 수 있다.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 단일 터치의 위치를 검출하고 결정하기 위한, 도 1에 도시된 터치 패널 또는 터치 스크린의 동작을 설명하는 처리 흐름도이다. 단계(902)에서 이 측정은 초기화된다(예를 들면 0 시간으로 설정됨). 단계(904)에서 펄스 드라이버는 지그재그 전송 라인의 하나의 단부에 연결되고, 지그재그 전송 라인의 다른 단부는 연결되지 않는다(예를 들면 고 임피던스임). 단계(906)에서, 펄스는 지그재그 전송 라인의 단부에 연결된 펄스 드라이버에서 생성되고, 그리고 단계(908)에서 이 시간 측정이 시작된다. 단계(910)는 터치로 인한 네거티브 펄스가 지그재그 전송 라인의 하나의 단부로 언제 리턴하는지를 검출한다. 단계(910)에서 네거티브 펄스가 검출되면, 이 시간 측정은 정지되고, 그 다음 단계(916)에서 읽혀진다. 이 읽혀진 시간 측정값은 단계(918)에서 (터치 위치를 나타내는) X-Y 좌표로 변환되고, 그 후 단계(902)로 다시 진행한다. 단계(912)에서 전송 라인의 단부로부터 포지티브 펄스가 검출되면, 단계(902)로 다시 진행한다.

도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 단일 터치의 위치를 검출하고 결정하기 위한, 도 1에 도시된 터치 패널 또는 터치 스크린의 동작을 설명하는 처리 흐름도이다. 단계(1002)에서 이 측정은 초기화되고(예를 들면 0 시간으로 설정됨), N 카운트는 1로 설정된다. 단계(1004)에서 펄스 드라이버는 지그재그 전송 라인의 하나의 단부에 연결되고, 지그재그 전송 라인의 다른 단부는 연결되지 않는다(예를 들면 고 임피던스임). 단계(1006)에서 펄스는 지그재그 전송 라인의 단부에 연결된 펄스 드라이버에서 생성되고, 그리고 단계(1008)에서 이 시간 측정이 시작된다. 단계(1010)는 터치로 인한 네거티브 펄스가 지그재그 전송 라인의 하나의 단부로 언제 리턴하는지를 검출한다. 단계(1010)에서 네거티브 펄스가 검출되면, 이 시간 측정은 단계(1014)에서 샘플링되고, 단계(1016)에서 샘플링된 시간 측정값(들)은 위치(들) N에 저장된다. 단계(1018)는 N 카운트를 1씩 증가시키고, 단계(1020)는 N 카운트가 M보다 큰지를 결정하는데, 여기서 M은 샘플된 시간 측정 저장 위치들의 수이다. 만약 N이 M보다 크다면, 단계(1022)에서 저장된 시간 측정값들이 터치 위치들을 나타내는 X-Y 좌표들로 변환된다. 만약 N이 M보다 크지 않다면, 단계(1010)로 리턴한다. 전송 라인의 단부로부터의 포지티브 펄스가 단계(1012)에서 검출되면, 단계(1002)로 다시 진행한다.

도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 도 1에 도시된 터치 패널 또는 터치 스크린 시스템의 혼합 신호 집적 회로 디바이스의 블록도이다. 혼합 신호 집적 회로 디바이스(102b)는 (메모리를 구비한) 디지털 프로세서(230), 고 분해능 타이머(1160), 터치 카운터(1156), 터치 시간 저장부(1158), 펄스 드라이버(236), 전압 비교기(1152), 전압 기준부(1150) 및 AND 게이트(1154)를 포함한다. 디지털 프로세서(230)는 한정하는 것은 아니지만, 예를 들면 마이크로컨트롤러, 마이크로프로세서, 디지털 신호 처리기(DSP), 주문형 반도체(ASIC), 프로그래머블 로직 어레이(PLA) 등일 수 있다.

디지털 프로세서(230)는 제1 종단 저항(106)에 연결된 노드(122)를 구동하는 펄스 드라이버(236)에 연결된다. 이 제1 종단 저항(106)은 실질적으로 지그재그 스트립 라인(112)의 특성 임피던스와 같은 저항값일 수 있다. 제1 펄스 드라이버(236)의 출력으로부터의 생성 펄스가 노드(122)에 제공되면, 제1 종단 저항(106)이 실질적으로 지그재그 스트립 라인(112)의 특성 임피던스와 동일하고, 이 둘은 제1 펄스 드라이버의 출력에 대해 직렬, 즉 V_DD/2 전압 분배기이기 때문에, 노드(120)에서 생성 펄스의 진폭은 V_DD/2가 된다.

전압 기준부(1150)로부터의 전압은 전압 비교기(1152)의 포지티브 입력에 연결되고, 대략 V_DD/2 - ΔV이다. 전압 비교기(1152)의 네거티브 입력은 노드(120)에 연결된다. 노드(120)에서의 전압이 V_DD/2 - ΔV 이하(예를 들면, 0 전압(생성 펄스 없음))이면, 전압 비교기(1152)의 출력은 로직 로우 "0"이 된다. 노드(120)에서의 전압이 V_DD/2 - ΔV 이상(생성 펄스의 진폭)이면, 전압 비교기(1152)의 출력은 로직 하이 "1"이 된다.

상술한 바와 같이, 디지털 프로세서(230)로부터의 생성 펄스는 고정 시간 기간일 수 있고, 또는 노드(124)에서의 비-종단 (개방) 단부로부터 다시 되돌아오는 반사 펄스에 의해 종단될 수 있다. 이 실시예의 용이한 설명을 위해, 고정 기간의 생성 펄스는 디지털 프로세서에 의해 선택가능한 시간 간격들, 한정하는 것은 아니지만 예를 들면 터치가 검출되지 않을 때에는 매번 100ms로, 터치 검출되면 소정의 선택가능한 시간 주기를 위해 1ms로 반복될 것이다. 생성 펄스의 고정 시간 기간은 생성 펄스가 지그재그 스트립 라인(112)의 노드(120)로부터 노드(124)로 전파되고 그 후 다시 노드(120)로 되돌아오도록 단지 충분히 긴 시간일 필요가 있다. 생성된 펄스의 오프 시간들은 변수일 수 있는데, 예를 들면, 터치가 검출되지 않으면, 시간 간격당 더 낮은 펄스들이 생성되고, 시간 간격당 터치가 검출되면 더욱 빈번한 펄스들이 생성된다.

도 11에 도시된 실시예는 고정된 시간 기간 펄스들을 생성하므로, 지그재그 스트립 라인(112)의 제2 단부에 연결된 노드(124)는 개방, 단락 또는 스트립 라인(1120의 특성 임피던스로 종단될 수 있다. 도 3에 도시된 실시예에 대한 설명에서와 같이, 이 실시예는 리턴 생성 펄스 검출기로 동등하게 잘 작동한다.

펄스 드라이버(236)의 출력이 로직 로우 "0"인 경우, 노드(120)에서의 전압은 실질적으로 0V로, 전압 비교기(1152)의 네거티브 전압은 V_DD/2 - ΔV 보다 낮으므로, 비교기(1152)의 출력은 로직 하이 "1"이 된다. 하지만, AND 게이트(1154)는 그 입력의 하나가 로직 "0"이므로, 그 출력은 로직 로우 "0"를 유지한다. 또한, 터치 카운터의 인에이블 입력이 로직 로우 "0"인 경우, 터치 카운터(1156)는 0 카운트로 설정된다. 제1 펄스 드라이버(236)에 연결된 고 분해능 타이머(1160)의 입력이 로직 로우 "0"을 유지하는 한, 고 분해능 타이머(1160)는 0을 유지할 것이다.

펄스가 노드(120)에서 생성되면, 비교기(1152)의 네거티브 입력이 대략 V_DD/2가 되고, 비교기(1152)의 출력은 로직 로우 "0"가 된다. 고 분해능 타이머(1160)는 그 입력이 로직 1이면 인에이블되고, 그리고 아래에 더욱 상세하게 설명되듯이 타이밍을 시작한다. AND 게이트(1154)의 하나의 입력이 로직 하이 "1"이고, 다른 입력이 로직 로우 "0"(비교기(1152)의 출력)이다. 터치에 의해 야기된 네거티브 진행 리턴 펄스가 노드(120)에서 다시 수신되면, 비교기(1152)의 네거티브 입력의 전압은 V_DD/2 - ΔV보다 낮을 것이므로, 비교기(1152)의 출력은 로직 하이 "1"이 될 것이다. 이제 AND 게이트(1154)의 두 입력들 모두가 로직 하이 "1"이므로, AND 게이트(1154)의 출력은 로직 하이 "1"이 될 것이다.

AND 게이트(1154)의 출력이 로직 하이 "1"이 되면, 터치 리턴 펄스와 연관된 시간 값의 샘플이 얻어지고, 터치 시간 저장부(1158)에 저장된다. 또한 터치 카운터(1156)는 증가할 것이다. 터치 카운터(1156)로부터의 카운트는 생성 펄스의 시간 기간 동안에 수신된 각 터치 리턴 펄스를 위해 서로 다른 시간 값 저장 수단을 선택하기 위해 이용되는데, 예를 들면, 제1 터치 리턴 펄스 시간은 제1 시간 값 저장 수단에 저장될 것이며, 제2 터치 리턴 펄스 시간은 제2 시간 값 저장 수단 등에 저장될 것이다. 터치 카운터(1156)가 (너무 많은 터치 리턴 펄스들을 수신함으로 인해) 오버플로우되면, 이어서 디지털 프로세서는 생성 펄스를 일찍 종단하고 새로운 생성 펄스를 시작할 수 있으며, 이에 의해 터치 카운터(1156)는 리셋될 것이다. 디지털 프로세서(230)는 생성 펄스 시간 간격 동안에 또는 그 후 어떤 시간에서 포착된 터치 리턴 펄스 시간(들)을 읽을 수 있다. 이 터치 시간 저장부(1158)는 각 생성 펄스의 끝에서 리셋되거나 오버라이트될 수 있다.

도 3 및 도 4에 도시된 실시예들에서 더욱 상세하게 설명한 바와 같이, 노드들(120, 124)에서 생성 펄스들이 번갈아 나오게 구현하는 경우, 이중의 고 분해능 타이머(1160), 터치 시간 저장부(1158) 및 터치 카운터(1156)가 활용될 수 있음은 본 발명의 범위 내이다.

도 12는 도 11에 도시된 터치 패널 또는 터치 스크린 시스템의 혼합 신호 집적 회로 디바이스의 동작에 대한 시간-진폭 그래프를 도시한 도면이다. 생성 펄스(1280)가 로직 하이 "1"이 되면, 노드(120)에서의 전압(1282)이 대략 V_DD/2가 될 것이다. 하지만, 터치 리턴 펄스(1284)가 생기면, 전압(1282)은 V_DD/2 - ΔV 로 강하할 것이고, 상술한 바와 같이, 터치 리턴 펄스(들)와 연관된 시간 값(들)(1286)의 터치 시간 "캡처"(수직 대시 라인들 숫자 1-6으로 표시됨)를 트리거 할 것이다.

도 13은 본 발명의 특정 실시예에 따른, 정밀 시간 기준, 복수 터치 시간 캡처 및 터치 시간 저장 회로들을 더욱 상세하게 도시한 도면이다. 고 분해능 타이머(1160a)는 정전류원(244), 타이밍 커패시터(270), 및 시작/정지 시간 스위치들(272)을 포함한다. 펄스 드라이버(236)의 출력이 로직 로우 "0"이면, 스위치(272a)는 개방되고, 스위치들(272b, 272c)은 폐쇄된다. 타이밍 커패시터(270)의 충전 전압은 실질적으로 0V일 것이다. 펄스 드라이버(236)의 출력이 로직 하이 "1"가 되면, 스위치(272a)는 폐쇄되고, 스위치들(272b, 272c)은 개방된다. 상술한 바와 같이, 이제 정전류원(244)은 타이밍 커패시터(270)를 충전하기 시작할 것이다.

터치 리턴 펄스가 검출되면, 터치 리턴 펄스와 연관된 타이밍 커패시터(270)의 충전 전압이 샘플 및 홀드 커패시터들(1374)의 대응하는 각각의 하나에 샘플링되어 저장되도록, AND 게이트(1154)의 출력은 스위치들(1372)의 하나를 개방하게 하는 로직 하이 "1"이 될 것이다. 터치 카운터(1156)는 현재 검출된 터치 리턴 펄스를 위해 스위치들(1372) 중 어느 하나를 폐쇄하도록 결정한다. 복수의 터치들의 시간들은 생성 펄스가 로직 하이 "1"이고, 타이밍 커패시터(270)의 최대 충전 전압 내에 있다면 포착되고 결정될 수 있다. 우선적으로 생성 펄스 시간과 최대 충전은 서로에 대해 동시적으로 발생한다. 생성 펄스는 상술한 바와 같이 반복하는데, 각 생성 펄스 시작 전에 타이밍 커패시터(270)의 충전 전압은 스위치(272c)의 폐쇄에 의해 0V로 다시 되돌아간다.

디지털 프로세서(230)는 멀티플렉서(1376)를 제어하는데, 멀티플렉서(1376)은 디지털 프로세서(230)에 의해 터치 거리들로 또 다른 처리를 위해 샘플 및 홀드 커패시터들(1374)의 각 하나를 ADC(232)에 연결하는데 사용된다.

도 14는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른, 정밀 시간 기준, 복수 터치 시간 캡처 및 터치 시간 저장 회로들을 더욱 상세하게 도시한 도면이다. 매우 고 속도 클록 및 카운터(1160a)는 초고주파 클록(1140)과 초고속 카운터(1482)를 포함한다. 펄스 드라이버(236)의 출력이 로직 로우 "0"이면, 초고속 카운터(1428)는 리셋되고 0 카운트들을 유지한다. 펄스 드라이버(236)의 출력이 로직 하이 "1"이 되면, 초고속 카운터(1482)는 인에이블링되어 카운팅을 시작한다.

터치 리턴 펄스가 검출되면, AND 게이트(1154)의 출력은 터치 시간 저장부(1158) 내의 복수의 터치 시간 레지스터들 중 하나가 연관된 터치 리턴 펄스 시간을 대표하는 초고속 카운터(1482)로부터 시간 카운트를 포착하게 하는 로직 하이 "1"이 될 것이다. 터치 카운터(1156)는 복수의 터치 시간 레지스터들 중 어느 하나가 검출된 터치 리턴 펄스의 시간 값을 포착하도록 선택될지를 결정한다. 생성 펄스가 로직 하이 "1" 및 복수의 터치 시간 레지스터들의 최대 수 내에 있을 때, 복수의 터치들의 시간들은 포착되고 결정될 수 있다. 생성 펄스는 상술한 바와 같이 반복된다. 복수의 터치 시간 레지스터들은 다음 생성 펄스 리셋 동안에 오버라이트될 수 있거나 또는 현재 생성 펄스의 종료 후 리셋될 수 있다. 디지털 프로세서(230)는 터치 리턴 펄스들의 시간들을 나타내는 복수의 터치 시간 레지스터들에 저장된 디지털 시간 값들을 읽고, 그리고 상술한 바와 같이 이 디지털 시간 값들은 터치 위치들로 처리한다.

Claims

기판에의 터치를 감지하고 그 위치를 결정하기 위한 방법으로서,
제1 단부와 제2 단부를 가지며, 복수의 터치 위치들을 포함하는 기판상에 제조된 지그재그(serpentine) 전송 라인을 제공하는 단계;
상기 지그재그 전송 라인의 상기 제2 단부를 비종단 처리를 하는(un-terminating) 단계;
제1 펄스를 상기 지그재그 전송 라인의 상기 제1 단부로 송신하는 단계;
상기 지그재그 전송 라인의 상기 제1 단부에서 제1 터치 리턴 펄스가 수신될 때까지 정전류원으로 타이밍 커패시터를 충전하는 단계;
상기 타이밍 커패시터의 제1 전압을 측정하는 단계;
상기 측정된 제1 전압을 상기 기판상의 제1 위치로 변환하는 단계;
상기 지그재그 전송 라인의 상기 제1 단부를 비종단 처리를 하는 단계;
제2 펄스를 상기 지그재그 전송 라인의 상기 제2 단부로 송신하는 단계;
상기 지그재그 전송 라인의 상기 제2 단부에서 제2 터치 리턴 펄스가 수신될 때까지 상기 정전류원으로 상기 타이밍 커패시터를 충전하는 단계;
상기 타이밍 커패시터의 제2 전압을 측정하는 단계; 및
상기 측정된 제2 전압을 상기 기판상의 제2 위치로 변환하는 단계를 포함하는 기판 터치 감지 및 위치 결정 방법.
제1항에 있어서,
상기 전송 라인의 상기 제1 단부 또는 제2 단부를 비종단 처리를 하는 단계는, 고 임피던스로 설정될 제1 종단 저항기를 통해 상기 전송 라인의 상기 제1 단부와 결합된 출력부를 구비한 제1 드라이버를 제어하고, 그리고 고 임피던스로 설정될 제2 종단 저항기를 통해 상기 전송 라인의 상기 제2 단부와 결합된 출력부를 구비한 제2 드라이버를 제어함으로써 수행되는 기판 터치 감지 및 위치 결정 방법.
제2항에 있어서,
교대로, 상기 제1 위치를 결정하기 위해 상기 지그재그 전송 라인의 상기 제1 단부로 상기 제1 펄스를 송신하고, 그리고 나서 상기 제2 위치를 결정하기 위해 상기 지그재그 전송 라인의 상기 제2 단부로 상기 제2 펄스를 송신하고, 이들 단계들을 연속적으로 반복하는 단계를 더 포함하는 기판 터치 감지 및 위치 결정 방법.
제1항에 있어서,
상기 타이밍 커패시터를 충전하는 단계는,
제1 전압 비교기로 상기 지그재그 전송 라인의 상기 제1 단부에서 제1 펄스 전압 레벨을 검출하자마자 상기 정전류원으로 상기 타이밍 커패시터를 충전하기 시작하는 단계; 및
제2 전압 비교기로 상기 지그재그 전송 라인의 상기 제1 단부에서 제1 리턴 터치 펄스 전압 레벨을 검출하자마자 상기 타이밍 커패시터의 충전을 중지하는 단계를 포함하고,
상기 제1 리턴 터치 펄스 전압 레벨은 상기 제1 펄스 전압 레벨보다 낮은 기판 터치 감지 및 위치 결정 방법.
제1항에 있어서,
상기 타이밍 커패시터의 상기 제1 전압을 측정하는 단계는, 아날로그-디지털 변환기에 의해 행해지는 기판 터치 감지 및 위치 결정 방법.
제1항에 있어서,
상기 측정된 제1 전압을 상기 기판상의 상기 제1 위치로 변환하는 단계는, 복수의 제1 전압 값들과 그것의 기판상의 대응하는 위치들을 구비한 룩업 테이블에서 상기 측정된 제1 전압에 대응하는 제1 전압 값을 찾는 단계를 포함하는 기판 터치 감지 및 위치 결정 방법.
제1항에 있어서,
상기 측정된 제1 전압을 상기 기판상의 상기 제1 위치로 변환하는 단계는,
상기 측정된 제1 전압에 광속으로부터 얻은 상수와 상기 지그재그 전송 라인의 속도 인자를 곱함으로써 상기 지그재그 전송 라인을 따라 제1 거리를 계산하는 단계; 및
복수의 제1 거리 값들과 그것의 기판상의 대응하는 위치들을 구비한 룩업 테이블에서 상기 계산된 제1 거리에 대응하는 제1 거리 값을 찾는 단계를 포함하는 기판 터치 감지 및 위치 결정 방법.
제2항에 있어서,
상기 기판상의 터치된 상기 위치의 분해능을 개선하기 위해 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치를 평균화하는 단계를 더 포함하는 기판 터치 감지 및 위치 결정 방법.
제3항에 있어서,
상기 기판상의 터치된 상기 위치의 분해능을 개선하기 위해 복수의 상기 제1 위치 및 제2 위치를 평균화하는 단계를 더 포함하는 기판 터치 감지 및 위치 결정 방법.
제3항에 있어서,
소정 시간 주기 내에 상기 기판에의 적어도 두 개의 동시 터치들의 위치를 결정하는 단계를 더 포함하는 기판 터치 감지 및 위치 결정 방법.
제10항에 있어서,
소정 시간 주기 내에 상기 기판에의 상기 적어도 두 개의 동시 터치들로부터의 제스처 움직임을 결정하는 단계를 더 포함하는 기판 터치 감지 및 위치 결정 방법.
제1항에 있어서,
상기 기판은 전방의 인쇄 회로 면에는 지그재그 전송 라인을 구비하고, 후방의 인쇄 회로 면에는 도전체로 덮여있는 인쇄 회로 보드를 포함하는 터치 패널인 기판 터치 감지 및 위치 결정 방법.
제1항에 있어서,
상기 기판은 상기 지그재그 전송 라인을 갖는 정면과, 광 투과 도전체로 덮여진 배면을 구비한 광 투과 절연체를 포함하는 터치 스크린인 기판 터치 감지 및 위치 결정 방법.
제1항에 있어서,
상기 지그재그 전송 라인의 상기 제1 단부에서 상기 제1 펄스의 시작시 제1 단부 전압 레벨보다 더 큰 전압이 검출되면, 상기 제1 펄스를 종료하는 단계를 더 포함하는 기판 터치 감지 및 위치 결정 방법.
제1항에 있어서,
상기 지그재그 전송 라인의 상기 제2 단부에서 상기 제2 펄스의 시작시 제2 단부 전압 레벨보다 더 큰 전압이 검출되면, 상기 제2 펄스를 종료하는 단계를 더 포함하는 기판 터치 감지 및 위치 결정 방법.
기판에의 터치를 감지하고 그 위치를 결정하기 위한 방법으로서,
a) 시간 측정 디바이스의 시간을 초기화하는 단계;
b) 펄스 드라이버를 복수의 터치 위치들을 포함하는 기판상에 제조된 지그재그 전송 라인의 제1 단부에 결합하는 단계 - 상기 지그재그 전송 라인은 그의 제2 단부에서 비종단 처리됨 -;
c) 상기 지그재그 전송 라인의 상기 제1 단부에서 상기 펄스 드라이버에 의해 펄스를 송신하기 시작하는 단계;
d) 상기 시간 측정 디바이스에서 시간을 시작하는 단계;
e) 상기 지그재그 전송 라인의 상기 제1 단부에서, 상기 기판상의 터치에 의해 생긴 네거티브 리턴 펄스가 수신되었는지를 검출하는 단계,
- 상기 네거티브 리턴 펄스가 검출되면 단계 g)로 진행하고,
상기 네거티브 리턴 펄스가 검출되지 않으면 단계 f)로 진행함 -;
f) 상기 지그재그 전송 라인의 상기 제1 단부에서 언제 포지티브 리턴 펄스가 수신되는지를 검출하는 단계, - 상기 포지티브 리턴 펄스는 상기 지그재그 전송 라인의 상기 비종단 처리된 제2 단부로부터이며,
상기 포지티브 리턴 펄스가 검출되면 단계 a)로 리턴하고,
상기 포지티브 리턴 펄스가 검출되지 않으면 단계 e)로 리턴함 -;
g) 상기 시간 측정 디바이스의 시간을 정지하는 단계;
h) 상기 시간 측정 디바이스로부터 시간을 읽는 단계; 및
i) 상기 시간 측정 디바이스로부터 읽혀진 시간을 상기 기판상의 터치 위치로 변환하고, 그리고 나서 단계 a)로 리턴하는 단계를 포함하는 기판 터치 감지 및 위치 결정 방법.
기판에의 터치를 감지하고 그 위치를 결정하기 위한 장치로서,
펄스들을 생성하기 위한 펄스 생성기;
상기 펄스 생성기에 결합된 입력부와, 기판상에 제조된 지그재그 전송 라인의 제1 단부에 제1 저항기를 통해 결합된 출력부를 구비한 제1 펄스 드라이버 - 상기 제1 펄스 드라이버의 상기 출력부는 고 임핀던스로 설정되도록 제어될 수 있음 -;
상기 펄스 생성기에 결합된 입력부와, 상기 지그재그 전송 라인의 제2 단부에 제2 저항기를 통해 결합된 출력부를 구비한 제2 펄스 드라이버 - 상기 제2 펄스 드라이버의 상기 출력부는 고 임핀던스로 설정되도록 제어될 수 있음 -;
정전류원;
타이밍 커패시터;
아날로그-디지털 변환기(ADC); 및
디지털 프로세서를 포함하고,
상기 제1 저항기 및 상기 제2 저항기는 각각 상기 지그재그 전송 라인의 특성 임피던스와 동일한 저항을 가지며;
상기 디지털 프로세서는 상기 제2 펄스 드라이버의 출력부를 고 임피던스로 설정되게 제어하고, 그리고 상기 펄스 생성기는 상기 지그재그 전송 라인의 상기 제1 단부로 제1 펄스를 송신하는 상기 제1 펄스 드라이버로의 상기 제1 펄스를 생성하고, 그리고 나서 상기 지그재그 전송 라인의 상기 제1 단부에서 제1 리턴 펄스가 수신될 때까지 상기 정전류원은 상기 타이밍 커패시터를 충전하기 시작하고,
상기 타이밍 커패시터의 제1 충전 전압은 상기 ADC에 의해 샘플링되어 제1 디지털 값으로 변환되고, 그리고
상기 디지털 프로세서는 상기 ADC로부터의 상기 제1 디지털 값을 수신하고, 상기 제1 디지털 값을 기판상의 제1 위치로 변환하는 기판 터치 감지 및 위치 결정 장치.
제17항에 있어서,
제1 전압 비교기가 상기 지그재그 전송 라인의 상기 제1 단부에서 상기 펄스 생성기로부터의 상기 제1 펄스를 검출할 때에는 상기 정전류원이 상기 타이밍 커패시터를 충전하기 시작하고, 제2 전압 비교기가 상기 지그재그 전송 라인의 상기 제1 단부에서 상기 제1 리턴 펄스를 검출할 때에는 상기 정전류원이 상기 타이밍 커패시터의 충전을 중지하는 기판 터치 감지 및 위치 결정 장치.
제17항에 있어서,
상기 디지털 프로세서는 마이크로컨트롤러인 기판 터치 감지 및 위치 결정 장치.
제17항에 있어서,
상기 디지털 프로세서는 마이크로프로세서, 디지털 신호 처리기(DSP), 주문형 반도체(ASIC), 및 프로그래머블 로직 어레이(PLA)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 기판 터치 감지 및 위치 결정 장치.
제17항에 있어서,
상기 기판은 앞쪽의 인쇄 회로 면에는 지그재그 전송 라인을 구비하고, 뒤쪽의 인쇄 회로 면에는 도전체로 덮여있는 인쇄 회로 보드를 포함하는 터치 패널인 기판 터치 감지 및 위치 결정 장치.
제17항에 있어서,
상기 기판은 상기 지그재그 전송 라인을 갖는 정면과, 광 투과 도전체로 덮여진 배면을 구비한 광 투과 절연체를 포함하는 터치 스크린인 기판 터치 감지 및 위치 결정 장치.
제22항에 있어서,
상기 광 투과 도전체는 산화 인듐 주석(ITO)인 기판 터치 감지 및 위치 결정 장치.
제22항에 있어서,
그래픽 디스플레이 장치를 더 포함하고,
상기 터치 스크린은 상기 그래픽 디스플레이 장치와 시계(a field of vision) 사이에 있는 기판 터치 감지 및 위치 결정 장치.
제24항에 있어서,
상기 그래픽 디스플레이 장치는 액정 디스플레이 장치, 발광 다이오드 디스플레이 장치, 플라즈마 디스플레이 장치, 및 유기 발광 다이오드 디스플레이 장치로 이루어진 그룹으로부터 선택된 기판 터치 감지 및 위치 결정 장치.
기판에의 터치를 감지하고 그 위치를 결정하기 위한 방법으로서,
드라이버의 출력부를 고 임피던스로 스위칭하여 복수의 터치 위치들을 포함하는 기판상에 제조된 지그재그 전송 라인의 제2 단부가 비종단 처리되는 동안에 제1 펄스를 상기 지그재그 전송 라인의 제1 단부로 송신하는 단계 - 상기 드라이버의 상기 출력부는 종단 저항기를 통해 상기 제2 단부와 결합됨 - ;
상기 지그재그 전송 라인의 상기 제1 단부에서 제1 터치 리턴 펄스가 수신될 때까지 정전류원으로 타이밍 커패시터를 충전하는 단계;
상기 타이밍 커패시터의 제1 전압을 측정하는 단계; 및
상기 측정된 제1 전압을 상기 기판상의 제1 위치로 변환하는 단계를 포함하는 기판 터치 감지 및 위치 결정 방법.
제17항에 있어서,
상기 디지털 프로세서는 상기 제1 펄스 드라이버의 상기 출력부를 고 임피던스로 설정되게 제어하고, 그리고 상기 펄스 생성기는 상기 지그재그 전송 라인의 제2 단부로 제2 펄스를 송신하는 상기 제2 펄스 드라이버로의 상기 제2 펄스를 생성하고, 그리고 나서 상기 지그재그 전송 라인의 상기 제2 단부에서 제2 리턴 펄스가 수신될 때까지 상기 정전류원은 상기 타이밍 커패시터를 충전하기 시작하고,
상기 타이밍 커패시터의 제2 충전 전압은 상기 ADC에 의해 샘플링되어 제2 디지털 값으로 변환되고, 그리고
상기 디지털 프로세서는 상기 ADC로부터의 상기 제2 디지털 값을 수신하고, 상기 제2 디지털 값을 기판상의 제2 위치로 변환하는 기판 터치 감지 및 위치 결정 장치.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제