KR101950631B1 - 전기 용량 감지 회로 및 터치 패널 - Google Patents

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Abstract

본원 발명은 전기 용량 감지 회로에 관한 것으로, 상기 전기 용량 감지 회로는, 피감지 회로에 연결되는 프런트 엔드 회로; 프런트 엔드 회로와 커패시턴스 판단 회로 사이에 연결되는 제1 상쇄 합계 회로; 및 제1 출력 신호에 의해 피감지 전기 용량의 전기 용량 변화를 판정하는 커패시턴스 판정 회로를 포함하고, 상기 제1 상쇄 합계 회로는, 상쇄 유닛; 상쇄 유닛에 연결되는 합계 유닛; 합계 유닛과 전기 용량 판정 회로 사이에 연결되는 제1 컨버터; 및 제1 컨버터와 상쇄 유닛 사이에 연결되는 제2 컨버터를 포함한다. 본원 발명은 액티브 어셈블리를 포함하는 프런트 엔드 회로를 이용하여 잡음에 대한 저항성을 향상시키고, 상쇄 합계 회로를 이용하여 합계 신호의 변동 범위를 한정하여 아날로그 디지털 컨버터가 포화 상태에 이르는 것을 방지한다.

Description

전기 용량 감지 회로 및 터치 패널{CAPACITIVE SENSING CIRCUIT AND TOUCH PANEL}
본원 발명은 2015년 12월 30일에 중국 특허청에 제출한, 출원번호가 201511025072.2이고, 발명의 명칭이 “전기 용량 감지 회로 및 터치 패널”인 중국 특허 출원의 우선권을 주장하는 바, 이의 모든 내용은 참조로서 본원 발명에 인용된다.
본원 발명은 전기 용량 검출 기술분야에 관한 것으로, 특히는 전기 용량 변화를 효과적으로 감지하는 전기 용량 감지 회로 및 터치 패널에 관한 것이다.
과학기술의 부단한 발전과 더불어 최근 각종 전자제품의 조작 인터페이스가 갈수록 의인화 되고 있다. 예를 들어 터치 패널을 통하여 사용자가 직접 손가락 또는 터치펜으로 스크린에서 조작하고, 정보/문자/도안 입력할 수 있으므로, 키보드 또는 버튼 등 입력기기를 사용하여야 하는 번거로움을 해소시킨다. 실제로 터치 패널은 흔히 유도 패널과 유도 패널 후방에 설치된 디스플레이로 구성된다. 전자장치는 사용자가 유도 패널과 접촉하는 위치 및 당시 디스플레이에 나타나는 화면에 의해 금번 접촉의 의미를 판정하여 대응되는 동작을 실행한다.
전기 용량형 터치기술은 피감지 회로 중 피감지 전기 용량의 전기 용량 변화량을 감지하여 접촉 이벤트를 판독하고, 기존의 전기 용량형 터치기술은 자기 정전용량 방식(Self-Capacitance)과 상호 정전용량 방식(Mutual-Capacitance)인 두가지 유형으로 분류되며, 자기 정전용량 방식의 터치 패널 또는 상호 정전용량 방식의 터치 패널에서의 전기 용량 감지 회로는 피감지 전기 용량의 전기 용량을 아날로그 출력 신호로 변환시키고 아날로그 디지털 컨버터로 아날로그 출력 신호를 디지털 신호로 변환시켜 백 엔드(Back-end) 전기 용량 판정 회로가 판독하도록 한다. 그러나 자기 정전용량 방식의 터치 패널 또는 상호 정전용량 방식의 터치 패널을 막론하고, 그 피감지 전기 용량의 전기 용량 변화량은 모두 매우 미소하여 상기 아날로그 출력 신호가 전기 용량 변화에 의해 발생되는 신호 변화량도 상응하게 미소하게 된다. 다른 방면에서 말하자면, 상기 아날로그 출력 신호는 고정 신호와 변동 신호를 포함할 수 있는데, 여기서 상기 변동 신호는 상기 아날로그 출력 신호가 전기 용량 변화에 의해 발생되는 신호 변화량이며, 전기 용량 감지 회로는 상기 아날로그 출력 신호 중 변동 신호의 크기에 따라 피감지 전기 용량의 전기 용량 변화량을 판정한다. 다시 말하자면, 변동 신호는 전기 용량 감지에 있어서 결정적인 영향을 가진다. 피감지 전기 용량의 전기 용량 변화를 정확하게 분석하기 위하여, 선행기술은 하이 다이나믹 레인지(Dynamic Range)와 고해상도의 아날로그 디지털 컨버터로 상기 아날로그 출력 신호를 해석하여 회로 복잡도 및 생산 원가를 증가시키고, 한편 아날로그 디지털 컨버터의 하이 다이나믹 레인지 및 고해상도는 대부분 상기 아날로그 출력 신호의 고정 신호 부분을 해석하는데 소모되며, 전기 용량 감지에 대해 결정적인 영향을 발생하는 변동 신호는 도리어 효과적으로 해석할 수 없게 된다. 따라서 선행기술은 개선의 필요성이 존재한다.
본원 발명의 실시예에서 해결하고자 하는 첫번째 기술적 과제는 전기 용량 변화를 효과적으로 감지하는 전기 용량 감지 회로를 제공하는데 있다.
본원 발명의 실시예는, 피감지 회로 중의 피감지 전기 용량을 감지하는 전기 용량 감지 회로로서,
상기 피감지 회로에 연결되고, 적어도 하나의 액티브 어셈블리를 포함하는 프런트 엔드 회로(front-end circuit);
상기 프런트 엔드 회로와 상기 전기 용량 판정 회로 사이에 연결되고, 제1 입력 신호에 의해 제1 출력 신호를 발생시키는 제1 상쇄 합계 회로; 및
상기 제1 출력 신호에 의해 상기 피감지 전기 용량의 전기 용량 변화를 판정하는 전기 용량 판정 회로를 포함하고, 상기 제1 상쇄 합계 회로는,
하나의 제1 신호에 의해 적어도 하나의 제1 상쇄 신호를 발생시키는 적어도 하나의 상쇄 유닛;
상기 제1 상쇄 합계 회로의 상기 적어도 하나의 상쇄 유닛에 연결되고, 상기 적어도 하나의 제1 상쇄 신호에 의해 적어도 하나의 제1 합계 신호를 발생시키는 적어도 하나의 합계 유닛;
상기 제1 상쇄 합계 회로의 상기 적어도 하나의 합계 유닛과 상기 전기 용량 판정 회로 사이에 연결되고, 상기 제1 출력 신호를 발생시키는 제1 컨버터; 및
상기 제1 컨버터와 상기 제1 상쇄 합계 회로의 상기 적어도 하나의 상쇄 유닛 사이에 연결되고, 상기 제1 출력 신호를 상기 제1 신호로 변환시키는 제2 컨버터를 포함하는 전기 용량 감지 회로를 통해 실현된다.
본원 발명의 실시예에서 해결하고자 하는 두번째 기술적 과제는 상기 전기 용량 감지 회로를 포함하는 터치 패널을 제공하는데 있다.
본원 발명의 실시예에서는 전기 용량 감지 회로를 공개하였는 바, 피감지 회로 중의 피감지 전기 용량을 감지하는 전기 용량 감지 회로로서, 상기 피감지 회로에 연결되고, 적어도 하나의 액티브 어셈블리를 포함하는 프런트 엔드 회로; 상기 프런트 엔드 회로와 상기 전기 용량 판정 회로 사이에 연결되고, 제1 입력 신호에 의해 제1 출력 신호를 발생시키는 제1 상쇄 합계 회로; 및 상기 제1 출력 신호에 의해 상기 피감지 전기 용량의 전기 용량 변화를 판정하는 전기 용량 판정 회로를 포함하고, 상기 제1 상쇄 합계 회로는, 하나의 제1 신호에 의해 적어도 하나의 제1 상쇄 신호를 발생시키는 적어도 하나의 상쇄 유닛; 상기 제1 상쇄 합계 회로의 상기 적어도 하나의 상쇄 유닛에 연결되고, 상기 적어도 하나의 제1 상쇄 신호에 의해 적어도 하나의 제1 합계 신호를 발생시키는 적어도 하나의 합계 유닛; 상기 제1 상쇄 합계 회로의 상기 적어도 하나의 합계 유닛과 상기 전기 용량 판정 회로 사이에 연결되고, 상기 제1 출력 신호를 발생시키는 제1 컨버터; 및 상기 제1 컨버터와 상기 제1 상쇄 합계 회로의 상기 적어도 하나의 상쇄 유닛 사이에 연결되고, 상기 제1 출력 신호를 상기 제1 신호로 변환시키는 제2 컨버터를 포함한다.
본원 발명의 전기 용량 감지 회로는 액티브 어셈블리를 포함하는 프런트 엔드 회로를 이용하여 잡음에 대한 저항성을 향상시키고, 상쇄 합계 회로를 이용하여 합계 신호의 변동 범위를 한정하며, 아날로그 디지털 컨버터가 포화 상태에 이르는 것을 방지한다. 선행기술과 비교할 경우, 본원 발명의 전기 용량 감지 회로는 비교적 높은 신호 대 잡음비와 비교적 강한 구동 능력을 가지고 대전기 용량을 사용하는 수요를 면제하며, 동시에 아날로그 디지털 컨버터의 다이나믹 레인지와 해상도에 대한 요구를 낮추고, 더불어 회로 복잡도와 생산 원가를 절감시키며, 한편 시스템 정밀도도 향상시킬 수 있다.
본원 발명의 실시예 또는 선행기술 중의 기술적 해결수단을 더욱 명확하게 설명하기 위하여 하기와 같이 실시예 또는 선행기술의 서술에 있어서 필요한 첨부 도면에 대해 간단히 소개하도록 한다. 하기 서술 중의 첨부 도면은 단지 본원 발명에 기재된 일부 실시예일 뿐, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 있어서 이러한 첨부 도면에 의해 기타 도면을 얻을 수 있음은 자명한 것이다.
도1은 본원발명의 실시예1에서 제공하는 전기 용량 감지 회로의 모식도이다.
도2는 본원발명의 실시예에서 제공하는 상쇄 합계 회로의 제1 모식도이다.
도3은 본원발명의 실시예에서 제공하는 상쇄 합계 회로의 제2 모식도이다.
도4는 본원발명의 실시예에서 제공하는 복수개의 신호의 파형도이다.
도5는 본원발명의 실시예2에서 제공하는 전기 용량 감지 회로의 모식도이다.
도6은 본원발명의 실시예3에서 제공하는 전기 용량 감지 회로의 모식도이다.
도7은 본원발명의 실시예4에서 제공하는 전기 용량 감지 회로의 모식도이다.
도8은 본원발명의 실시예에서 제공하는 상쇄 합계 회로의 제3 모식도이다.
도9는 본원발명의 실시예에서 제공하는 상쇄 합계 회로의 제4 모식도이다.
본원 발명의 목적, 기술적 해결수단 및 장점이 더욱 뚜렷하고 명확하도록 하기 위하여 이하 첨부 도면 및 실시예와 결부시켜 본원 발명에 대해 더욱 상세하게 설명한다. 여기서 서술된 구체적 실시예는 단지 본원 발명을 해석하기 위한 것일 뿐, 본 발명은 이에 한정되지 않음을 이해하여야 한다.
도1을 참조하면, 도1은 본원 발명의 실시예1에서 제공하는 전기 용량 감지 회로(10)의 모식도이다. 전기 용량 감지 회로(10)는 신호(TX)를 피감지 회로(100)에 인가하여 피감지 회로(100)로부터 신호(RX)를 수신하며 전기 용량 감지 회로(10)는 신호(TX)와 신호(RX)에 의해 피감지 회로(100)의 피감지 전기 용량(CUT)을 감지한다. 전기 용량 감지 회로(10)는 상쇄 합계 회로(104), 프런트 엔드 회로(112), 전기 용량 판정 회로(102)와 믹서(106)를 포함한다.
프런트 엔드 회로(112)는 액티브 어셈블리로 이루어진 증폭기와 여파기를 포함하고, 프런트 엔드 회로(112)는 증폭기의 이득을 조정하여 신호(RX)의 크기를 조정함으로써, 신호(RX)가 백 엔드 회로 어셈블리의 작동 범위를 초과하지 못하도록 할 수 있고, 여파기는 잡음을 걸러낸다. 전체적으로 말하자면, 프런트 엔드 회로(112)는 잡음과 간섭 신호에 대하여 여파 증폭 등 동작을 원활하게 진행할 수 있고, 전기 용량 감지 회로(10)가 잡음에 대한 저항성을 증강시키며, 더불어 전기 용량 감지 회로(10)의 신호 대 잡음비를 향상시킨다. 이 밖에, 액티브 어셈블리를 포함하는 프런트 엔드 회로(112)도 회로의 구동능력을 증강시킬 수 있고, 백 엔드 회로가 프런트 엔드 피감지 회로(100)에 대한 영향도 감소시킬 수 있으며(선행기술에서, 피동 어셈블리를 이용하여 전하 전송 또는 전하 공유의 방식으로 피감지 회로 중 피감지 전기 용량에 저장되는 전하를 회수하고, 회로 중 전기 용량과 피감지 전기 용량의 크기는 비슷하거나 더 클 것을 요구함으로써, 회로의 면적을 증대시킬 수 있음), 액티브 어셈블리를 함유할 경우 신호의 크기를 조절할 수 있기에, 백 엔드의 전기 용량은 피감지 전기 용량과 매칭될 필요가 없고, 회로의 면적을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
믹서(106)는 프런트 엔드 회로(112)와 상쇄 합계 회로(104) 사이에 연결되고(피감지 회로(100)와 상쇄 합계 회로(104) 사이에 연결된다고도 할 수 있음), 믹서(106)는 곱셈기(MP)와 파형 발생기(160)를 포함하며, 믹서(106)는 입력 신호(VIN)를 상쇄 합계 회로(104)에 입력하고, 상쇄 합계 회로(104)는 입력 신호(VIN)에 의해 출력 신호(VOUT)를 발생시키며, 전기 용량 판정 회로(102)는 상쇄 합계 회로(104)에 연결되어 출력 신호(VOUT)에 의해 피감지 전기 용량(CUT)의 전기 용량 변화를 판정한다.
상쇄 합계 회로(104)는 델타-시그마 변조기(Delta-Sigma Modulator, Δ-Σ Modulator)일 수 있는데, 이는 상쇄 유닛(140), 합계 유닛(142), 아날로그 디지털 컨버터(144)(ADC, 제1 컨버터에 해당됨)와 디지털 아날로그 컨버터(146)(DAC, 제2 컨버터에 해당됨)를 포함한다. 상쇄 유닛(140)은 신호(VS)(제1 신호에 해당됨)와 입력 신호(VIN)(제1 입력 신호에 해당됨)에 의해 상쇄 신호(VΔ)를 발생시키고, 상쇄 신호(VΔ)는 즉 입력 신호(VIN)와 신호(VS)의 상쇄 결과이다. 합계 유닛(142)은 상쇄 유닛(140)에 연결되어 상쇄 신호(VΔ)에 의해 합계 신호(VSUM)를 발생시킨다. 아날로그 디지털 컨버터(144)는 합계 유닛(142)과 전기 용량 판정 회로(102) 사이에 연결되어 합계 신호(VSUM)를 출력 신호(VOUT)로 변환시킨다. 디지털 아날로그 컨버터(146)는 아날로그 디지털 컨버터(144)와 상쇄 유닛(140) 사이에 연결되어 출력 신호(VOUT)를 신호(VS)로 변환시킨다.
상쇄 합계 회로(104)의 일 실시예에 있어서 도2를 참조하면, 도2는 본원 발명의 실시예의 상쇄 합계 회로(204)의 제1 모식도이다. 상쇄 합계 회로(204)는 상쇄 유닛(240), 합계 유닛(242), 아날로그 디지털 컨버터(144)와 디지털 아날로그 컨버터(146)를 포함한다.
상쇄 유닛(240)은 비교기(CMP)를 포함하고, 비교기(CMP)는 마이너스 입력단(제1 입력단에 해당되고, 「－」기호가 표시됨), 플러스 입력단(제2 입력단에 해당되고,「＋」기호가 표시됨)과 출력단을 포함하며, 비교기(CMP)의 마이너스 입력단은 디지털 아날로그 컨버터(146)에 연결되어 신호(VS)를 수신하고, 비교기(CMP)의 플러스 입력단은 입력 신호(VIN)를 수신하며, 비교기(CMP)의 출력단은 합계 유닛(242)에 연결되어 상쇄 신호(VΔ)를 출력한다. 합계 유닛(242)은 적분기일 수도 있는데, 이는 증폭기(Amp), 적분 전기 용량(CI)과 저항(R)을 포함하며, 증폭기(Amp)는 마이너스 입력단(「－」기호가 표시됨), 플러스 입력단(「＋」기호가 표시됨)과 출력단을 포함하고, 증폭기(Amp)의 마이너스 입력단은 저항(R)의 일단에 연결되며, 저항(R)의 타단은 상쇄 유닛(240)에 연결되어 상쇄 신호(VΔ)를 수신하고, 증폭기(Amp)의 플러스 입력단은 접지단에 연결되며, 적분 전기 용량(CI)은 증폭기(Amp)의 마이너스 입력단과 출력단 사이에 연결되고, 증폭기(Amp)의 출력단은 합계 신호(VSUM)를 출력한다. 나머지 세부 조작은 상쇄 합계 회로(104)와 동일하기에 여기서 반복하여 설명하지 않는다.
상쇄 합계 회로(104)의 다른 실시예에 있어서 도3을 참조하면, 도3은 본원 발명의 실시예의 상쇄 합계 회로(304)의 제2 모식도이다. 상쇄 합계 회로(304)는 상쇄 합계 회로(204)와 유사하므로 동일한 어셈블리는 동일한 부호를 사용한다. 상쇄 합계 회로(204)와 다른 점은, 상쇄 합계 회로(304)가 포함하는 합계 유닛(342)은 단지 증폭기(Amp)와 적분 전기 용량(CI)만 포함하고, 또한 상쇄 합계 회로(304)가 포함하는 상쇄 유닛(340)은 저항(R1), 저항(R2)을 포함하며, 저항(R1)은 증폭기(Amp)의 마이너스 입력단과 디지털 아날로그 컨버터(146) 사이에 연결되고, 저항(R2)의 일단은 증폭기(Amp)의 마이너스 입력단에 연결되며, 타단은 프런트 엔드 회로(112)에 연결되어 입력 신호(VIN)를 수신하는 것이다. 나머지 세부 조작은 상쇄 합계 회로(104)와 동일하기에 여기서 반복하여 설명하지 않는다.
상쇄 합계 회로(104)의 다른 실시예에 있어서 도8을 참조하면, 도8은 본원 발명의 실시예의 상쇄 합계 회로(804)의 제3 모식도이다. 상쇄 합계 회로(804)는 상쇄 합계 회로(304)와 유사하므로 동일한 어셈블리는 동일한 부호를 사용한다. 상쇄 합계 회로(304)와 다른 점은, 상쇄 합계 회로(804)가 포함하는 상쇄 유닛(840)은 전기 용량(CS)과 스위치(S1), 스위치(S2), 스위치(S3), 스위치(S4)를 포함하고, 스위치(S1)는 전기 용량(CS)의 제1 단에 연결되어 입력 신호(VIN)를 수신하며, 스위치(S2)는 전기 용량(CS)의 제1 단과 디지털 아날로그 컨버터(146) 사이에 연결되고, 스위치(S3)는 전기 용량(CS)의 제2 단과 증폭기(Amp)의 마이너스 입력단 사이에 연결되며, 스위치(S4)는 전기 용량(CS)의 제2 단과 접지단 사이에 연결되는 것이다. 스위치(S1), 스위치(S2), 스위치(S3), 스위치(S4)는 주파수 제어 신호(ph1), 주파수 제어 신호(ph2)에 의해 제어되고, 여기서 주파수 제어 신호(ph1), 주파수 제어 신호(ph2)는 서로 직교하는 주파수 제어 신호(즉 주파수 제어 신호(ph1), 주파수 제어 신호(ph2)는 고전위의 시간이 서로 겹치지 아니함)이며, 구체적으로, 일 실시예에서, 주파수 제어 신호(ph1)는 스위치(S1), 스위치(S3)의 도통 상태를 제어할 수 있고, 주파수 제어 신호(ph2)는 스위치(S2), 스위치(S4)의 도통 상태를 제어할 수 있으며; 다른 일 실시예에서, 주파수 제어 신호(ph1)는 스위치(S1), 스위치(S4)의 도통 상태를 제어할 수 있고, 주파수 제어 신호(ph2)는 스위치(S2), 스위치(S3)의 도통 상태를 제어할 수 있다. 나머지 세부 조작은 상쇄 합계 회로(104)와 동일하기에 여기서 반복하여 설명하지 않는다.
아날로그 디지털 컨버터(144)와 디지털 아날로그 컨버터(146)를 적당히 설계할 경우, 합계 신호(VSUM)의 신호값을 특정 범위 내에 한정할 수 있다. 예를 들어, 도4를 참조하면, 도4는 본원 발명의 실시예의 합계 신호(VSUM), 출력 신호(VOUT)와 신호(VS)가 시간에 따라 변화하는 파형도이다. 본 실시예에 있어서, 합계 신호(VSUM)는 연속적인 아날로그 신호이고, 출력 신호(VOUT)는 이산 신호이다. 도4에서 알 수 있는 바, 본원 발명의 상쇄 합계 회로가 긴 시간 작동하더라도 신호(VSUM)의 변동 범위는 여전히 최대 전압(VM_SUM)과 최소 전압(VL_SUM) 사이에 있기에, 신호(VSUM)의 변동 범위가 아날로그 디지털 컨버터(144)의 다이나믹 레인지를 초과하는 것을 방지할 수 있는데, 즉 아날로그 디지털 컨버터(144)가 포화 상태에 이르는 것을 방지한다. 따라서 전기 용량 감지 회로가 아날로그 디지털 컨버터의 해상도와 다이나믹 레인지에 대한 요구를 낮출 수 있다. 한편, 일정한 정밀도를 가진 아날로그 디지털 컨버터(144)에 있어서, 전기 용량 감지 회로(10)의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
선행기술에서, 전기 용량 감지 회로는 피동 어셈블리를 이용하여 전하 전송(Charge Transfer) 또는 전하 공유(Charge Sharing)의 방식으로 피감지 회로 중 피감지 전기 용량에 저장되는 전하를 회수하므로, 잡음의 영향을 쉽게 받고 전기 용량 판정 회로가 피감지 전기 용량의 변화에 대해 오판한다. 이에 비해, 전기 용량 감지 회로(10)는 액티브 어셈블리를 포함하는 프런트 엔드 회로(112)를 이용하여 잡음과 간섭 신호에 대하여 여파 증폭 등 처리 방식을 원활하게 진행할 수 있고, 잡음에 대한 저항성을 향상시키며, 더불어 전기 용량 감지 회로의 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR)를 향상시키고; 이 밖에, 액티브 어셈블리를 포함하는 프런트 엔드 회로는 회로의 구동 능력을 증강시킬 수 있고, 백 엔드 회로가 전단 피감지 회로에 대한 영향을 감소시키며; 액티브 어셈블리를 포함하는 프런트 엔드 회로는 신호의 크기를 조절할 수 있기에, 후속의 적분 전기 용량은 피감지 전기 용량과 매칭될 필요가 없고, 회로의 면적을 효과적으로 감소시킬 수 있다. 한편, 전기 용량 감지 회로(10)는 상쇄 합계 회로(104)를 이용하여 합계 신호(VSUM)의 변동 범위를 한정하여 아날로그 디지털 컨버터(144)가 포화 상태에 이르지 않도록 한다. 선행기술에 비교하여 보면, 전기 용량 감지 회로(10)는 아날로그 디지털 컨버터(144)의 다이나믹 레인지에 대한 요구를 낮추고, 더불어 회로 복잡도와 생산 원가를 낮추며, 한편, 일정한 절밀도를 가지는 아날로그 디지털 컨버터(144)에 대하여도 전기 용량 감지 회로(10)의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
유의해야 할 점은, 전술한 실시예는 본원 발명의 개념을 설명하기 위한 것이고 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 이에 의해 상이한 수정을 진행할 수 있으며 본원 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도5를 참조하면, 도5는 본원 발명의 실시예2에서 제공하는 전기 용량 감지 회로(50)의 모식도이다. 전기 용량 감지 회로(50)는 전기 용량 감지 회로(10)와 유사하므로 동일한 어셈블리는 동일한 부호를 사용한다. 전기 용량 감지 회로(10)와 다른 점은, 전기 용량 감지 회로(50)는 여파기(508)를 더 포함하고, 여파기(508)는 아날로그 디지털 컨버터(144)와 전기 용량 판정 회로(102) 사이에 연결되며, 아날로그 디지털 컨버터(144)로 인한 양자화 오차(Quantization Error)를 걸러내기 위한 것으로, 이 또한 본원 발명의 범위에 속한다.이 밖에, 유의해야 할 점은, 상쇄 합계 회로(104), 상쇄 합계 회로(204), 상쇄 합계 회로(304), 상쇄 합계 회로(804)는 모두 1차 델타-시그마 변조기이나, 이에 한정되지 않는다. 본원 발명의 상쇄 합계 회로는 2차 델타-시그마 변조기를 이용하여 구현될 수도 있다. 예를 들어, 도9를 참조하면, 도9는 본원 발명의 실시예에서 제공하는 상쇄 합계 회로(904)의 제4 모식도이다. 상쇄 합계 회로(904)는 상쇄 유닛(940_1), 상쇄 유닛(940_2), 합계 유닛(942_1), 합계 유닛(942_2), 아날로그 디지털 컨버터(944)와 디지털 아날로그 컨버터(946)를 포함한다.
합계 유닛(942_1), 합계 유닛(942_2)은 각각 상쇄 유닛(940_1), 상쇄 유닛(940_2)에 연결되고, 합계 유닛(942_1), 합계 유닛(942_2)은 각각 상쇄 신호(VΔ1), 상쇄 신호(VΔ2)에 의해 합계 신호(VSUM1), 합계 신호(VSUM2)를 발생시키며, 상쇄 유닛(940_1), 상쇄 유닛(940_2)은 모두 디지털 아날로그 컨버터(946)에 연결된다. 아날로그 디지털 컨버터(944)는 합계 유닛(942_2)에 연결되어 합계 신호(VSUM2)를 출력 신호(VOUT)로 변환시킨다. 디지털 아날로그 컨버터(946)는 아날로그 디지털 컨버터(944)와 상쇄 유닛(940_1), 상쇄 유닛(940_2)에 연결되어 출력 신호(VOUT)를 신호(VS)로 변환시킨다. 간단하게 말하자면, 상쇄 합계 회로(904)는 2차 델타-시그마 변조기이나, 이에 한정되지 않는다. 본원 발명의 상쇄 합계 회로는 3차 또는 고차 델타-시그마 변조기를 이용하여 구현될 수 있고, 이는 또한 본원 발명의 범위에 속한다.
이 밖에, 더욱 정확하게 피감지 전기 용량(CUT)에 저장된 전하를 사출하기 위하여, 전기 용량 감지 회로는 합계 신호(VSUM)의 전압을 일정한 시간 동안 유지시킨 다음, 합계 신호(VSUM)를 디지털 신호로 변환시켜 전기 용량 판정 회로(102)에 전송한다. 구체적으로, 도6을 참조하면, 도6은 본원 발명의 실시예3에서 제공하는 전기 용량 감지 회로(60)의 모식도이다. 전기 용량 감지 회로(60)는 전기 용량 감지 회로(50)와 유사하므로 동일한 어셈블리는 동일한 부호를 사용한다. 전기 용량 감지 회로(50)와 다른 점은, 전기 용량 감지 회로(60)는 래치(600, Latch)와 아날로그 디지털 컨버터(644)(제3 컨버터에 해당됨)를 더 포함하고, 래치(600)는 합계 유닛(142)에 연결되어 합계 신호(VSUM) 의 전압을 일정한 시간 동안 유지시키는 것이다. 아날로그 디지털 컨버터(644)는 래치(600)와 전기 용량 판정 회로(102) 사이에 연결되어 특정한 시간 동안 유지시킨 후의 합계 신호(VSUM)를 디지털 신호로 변환시켜 전기 용량 판정 회로(102)로 전송한다. 이로써, 전기 용량 감지 회로(60)는 피감지 전기 용량(CUT)의 전기 용량 변화를 더욱 정확하게 판정할 수 있고, 전체 효과를 향상시킨다.
이 밖에, 전기 용량 감지 회로(10)에서, 단지 신호(RX)의 동상성분(In Phase Component)에 대해 연산하였으나, 이에 한정되지 않고, 신호(RX)의 동상성분 및 이상성분(Quadrature Component)에 대해서도 동시에 연산할 수 있기에 피감지 전기 용량(CUT)에 대해 더욱 정확한 판정을 달성할 수 있다. 예를 들어, 도7을 참조하면, 도7은 본원 발명의 실시예4에서 제공하는 전기 용량 감지 회로(70)의 모식도이다. 전기 용량 감지 회로(70)는 전기 용량 감지 회로(10)와 유사하므로 동일한 어셈블리는 동일한 부호를 사용한다. 전기 용량 감지 회로(10)와 같은 점은, 전기 용량 감지 회로(70)는 상쇄 합계 회로(704_a)를 이용하여 신호(RX)의 동상성분을 연산하는 것이고, 전기 용량 감지 회로(10)와 다른 점은, 전기 용량 감지 회로(70)는 상쇄 합계 회로(704_a), 상쇄 합계 회로(704_b)를 포함하며, 상쇄 합계 회로(704_a)는 신호(RX)의 동상성분에 대해 연산하고, 동시에 전기 용량 감지 회로(70)는 믹서(706)에 포함된 위상 회전기(762)와 곱셈기(MP2)를 이용하여 신호(RX)의 이상성분을 회수하고, 상쇄 합계 회로(704_b)를 이용하여 신호(RX)의 이상성분에 대해 연산하는 것이다. 상쇄 합계 회로(704_a), 상쇄 합계 회로(704_b)는 각각 출력 신호(VOUT1), 출력 신호(VOUT2)를 발생시키고, 전기 용량 판정 회로(102)는 출력 신호(VOUT1), 출력 신호(VOUT2)에 의해 피감지 전기 용량(CUT)의 전기 용량 변화를 판정하여 전기 용량이 더욱 정확하게 판정되도록 할 수 있다. 여기서, 상쇄 합계 회로(704_a), 상쇄 합계 회로(704_b)는 상쇄 합계 회로(104), 상쇄 합계 회로(204), 상쇄 합계 회로(304), 상쇄 합계 회로(804), 상쇄 합계 회로(904)를 이용하여 구현될 수 있는데, 이는 모두 본원 발명의 범위에 속한다. 이 밖에, 전기 용량 감지 회로(70)는 여파기(708_a), 여파기(708_b), 래치(700_a), 래치(700_b)와 아날로그 디지털 컨버터(744_c), 아날로그 디지털 컨버터(744_d)를 더 포함하고, 여파기(708_a), 여파기(708_b), 래치(700_a), 래치(700_b) 및 아날로그 디지털 컨버터(744_c), 아날로그 디지털 컨버터(744_d)의 조작 방식 및 기능에 관하여 전술한 관련 단락을 참조하길 바라는 바, 여기서 반복하여 설명하지 않는다.
종합해보면 본원 발명의 전기 용량 감지 회로는 액티브 어셈블리를 포함하는 프런트 엔드 회로를 이용하여 잡음에 대한 저항성, 회로 자체의 구동 성능을 향상시키고, 부피가 비교적 큰 대전기 용량을 사용하는 수요를 면제하며, 한편, 본원 발명의 전기 용량 감지 회로는 상쇄 합계 회로를 이용하여 합계 신호의 변동 범위를 한정하여 아날로그 디지털 컨버터가 포화 상태에 이르는 것을 방지한다. 선행기술과 비교할 경우, 본원 발명의 전기 용량 감지 회로는 비교적 높은 신호 대 잡음비를 가지는 동시에 아날로그 디지털 컨버터의 다이나믹 레인지와 해상도에 대한 요구를 낮추고, 더불어 회로 복잡도와 생산 원가를 낮추며, 일정한 정밀도를 가지는 아날로그 디지털 컨버터에 있어서, 전기 용량 감지 회로의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
상기와 같은 전기 용량 감지 회로(10)는 터치 패널 및 터치 패널을 구비하는 전자기기에 적용될 수 있다.
상기 내용은 단지 본원 발명의 구체적인 실시예일 뿐, 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니고, 본 발명의 사상과 원칙 내에서 진행되는 모든 보정, 균등한 대체, 개선 등은 모두 본원 발명의 범위 내에 포함되어야 한다.

Claims (14)

  1. 피감지 회로 중의 피감지 전기 용량을 감지하는 전기 용량 감지 회로로서,
    상기 피감지 회로에 연결되고, 적어도 하나의 액티브 어셈블리를 포함하는 프런트 엔드 회로(front-end circuit);
    상기 프런트 엔드 회로와 전기 용량 판정 회로 사이에 연결되고, 제1 입력 신호에 의해 제1 출력 신호를 발생시키는 제1 상쇄 합계 회로; 및
    상기 제1 출력 신호에 의해 상기 피감지 전기 용량의 전기 용량 변화를 판정하는 전기 용량 판정 회로를 포함하고, 상기 제1 상쇄 합계 회로는,
    하나의 제1 신호에 의해 적어도 하나의 제1 상쇄 신호를 발생시키는 적어도 하나의 상쇄 유닛;
    상기 제1 상쇄 합계 회로의 상기 적어도 하나의 상쇄 유닛에 연결되고, 상기 적어도 하나의 제1 상쇄 신호에 의해 적어도 하나의 제1 합계 신호를 발생시키는 적어도 하나의 합계 유닛;
    상기 제1 상쇄 합계 회로의 상기 적어도 하나의 합계 유닛과 상기 전기 용량 판정 회로 사이에 연결되고, 상기 제1 출력 신호를 발생시키는 제1 컨버터; 및
    상기 제1 컨버터와 상기 제1 상쇄 합계 회로의 상기 적어도 하나의 상쇄 유닛 사이에 연결되고, 상기 제1 출력 신호를 상기 제1 신호로 변환시키는 제2 컨버터를 포함하는 전기 용량 감지 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 합계 유닛은,
    마이너스 입력단은 상기 제1 상쇄 신호를 수신하기 위한 것이고 출력단은 상기 제1 합계 신호를 출력하기 위한 것인 증폭기; 및
    상기 증폭기의 마이너스 입력단과 출력단 사이에 연결되는 적분 전기 용량을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 용량 감지 회로.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 상쇄 유닛은,
    일단이 상기 제1 상쇄 합계 회로의 상기 적어도 하나의 합계 유닛의 합계 유닛에 연결되고, 타단이 상기 제2 컨버터에 연결되는 제1 저항; 및
    일단이 상기 제1 상쇄 합계 회로의 상기 합계 유닛에 연결되고, 타단이 상기 제1 입력 신호를 수신하는 제2 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 용량 감지 회로.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 상쇄 유닛은 비교기를 포함하고,
    상기 비교기는,
    상기 제2 컨버터에 연결되어 상기 제1 신호를 수신하는 제1 입력단;
    상기 제1 입력 신호를 수신하는 제2 입력단; 및
    상기 적어도 하나의 합계 유닛에 연결되어 상기 제1 상쇄 신호를 출력하는 출력단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 용량 감지 회로.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 상쇄 유닛은 제1 전기 용량, 제1 스위치, 제2 스위치, 제3 스위치와 제4 스위치를 포함하고, 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치는 상기 제1 전기 용량의 제1 단에 연결되며, 상기 제3 스위치와 상기 제4 스위치는 상기 제1 전기 용량의 제2 단에 연결되고, 상기 제1 스위치는 상기 제1 입력 신호를 수신하며, 상기 제2 스위치는 상기 제2 컨버터에 연결되고, 상기 제3 스위치는 상기 적어도 하나의 합계 유닛에 연결되어 상기 제1 상쇄 신호를 출력하며, 상기 제4 스위치는 접지단에 연결되는 것을 특징으로 하는 전기 용량 감지 회로.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 컨버터는 하나의 아날로그 디지털 컨버터이고, 상기 제2 컨버터는 디지털 아날로그 컨버터인 것을 특징으로 하는 전기 용량 감지 회로.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 컨버터와 상기 전기 용량 판정 회로 사이에 연결되어 제1 출력 신호를 필터링하는 제1 여파기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 용량 감지 회로.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 상쇄 합계 회로의 상기 적어도 하나의 합계 유닛의 합계 유닛과 상기 전기 용량 판정 회로 사이에 연결되어 제1 합계 신호를 유지하는 제1 래치(Latch)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 용량 감지 회로.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 래치와 상기 전기 용량 판정 회로 사이에 연결되는 제3 컨버터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 용량 감지 회로.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제3 컨버터는 아날로그 디지털 컨버터인 것을 특징으로 하는 전기 용량 감지 회로.
  11. 제1항에 있어서, 상기 프런트 엔드 회로와 상기 제1 상쇄 합계 회로 사이에 연결되는 믹서(mixer)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 용량 감지 회로.
  12. 제11항에 있어서, 상기 믹서는 제1 곱셈기와 파형 발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 용량 감지 회로.
  13. 제12항에 있어서, 상기 믹서는 위상 회전기와 제2 곱셈기를 더 포함하고,
    상기 전기 용량 감지 회로는 상기 제2 곱셈기와 상기 전기 용량 판정 회로 사이에 연결되고, 제2 입력 신호에 의해 하나의 제2 출력 신호를 발생시키는 제2 상쇄 합계 회로를 더 포함하며, 상기 제2 상쇄 합계 회로는,
    하나의 제2 신호에 의해 적어도 하나의 제2 상쇄 신호를 발생시키는 적어도 하나의 상쇄 유닛;
    상기 제2 상쇄 합계 회로의 상기 적어도 하나의 상쇄 유닛에 연결되고, 상기 적어도 하나의 제2 상쇄 신호에 의해 적어도 하나의 제2 합계 신호를 발생시키는 적어도 하나의 합계 유닛;
    상기 제2 상쇄 합계 회로의 상기 적어도 하나의 합계 유닛과 상기 전기 용량 판정 회로 사이에 연결되고, 상기 제2 출력 신호를 발생시키는 제4 컨버터; 및
    상기 제4 컨버터와 상기 제2 상쇄 합계 회로의 상기 적어도 하나의 상쇄 유닛 사이에 연결되고, 상기 제2 출력 신호를 상기 제2 신호로 변환시키는 제5 컨버터를 포함하고,
    전기 용량 판정 회로는 상기 제1 출력 신호와 상기 제2 출력 신호에 의해 상기 피감지 전기 용량의 전기 용량 변화를 판정하는 것을 특징으로 하는 전기 용량 감지 회로.
  14. 제1항 또는 제2항에 따른 전기 용량 감지 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
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