KR101961325B1 - 터치 컨트롤러, 이의 동작 방법 및 이를 포함하는 장치들 - Google Patents

터치 컨트롤러, 이의 동작 방법 및 이를 포함하는 장치들 Download PDF

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Abstract

터치 컨트롤러의 동작 방법이 개시된다. 상기 터치 컨트롤러의 동작 방법은 복수의 채널들 각각을 통해 각각의 복수의 전류들을 수신하는 단계, 상기 복수의 전류들 중 제1전류를 감지하여 상기 감지된 제1전류를 제1제어 전류로서 추출하는 단계, 및 상기 제1제어 전류와 상기 복수의 전류들 중 제2전류의 차이에 대응되는 전하를 출력 전압으로 변환하는 단계를 포함한다.

Description

터치 컨트롤러, 이의 동작 방법 및 이를 포함하는 장치들{Touch controller, method thereof, and devices having the touch controller}
본 발명은 터치 컨트롤러에 관한 것으로, 특히 디스플레이 공통 전극에서 유발되는 디스플레이 노이즈를 제거하기 위한 터치 컨트롤러, 이의 동작 방법 및 이를 포함하는 장치들에 관한 것이다.
터치 가능한 전자 장치에 대한 요구가 증가하고 있다. 상기 전자 장치는 터치를 감지하기 위해 터치 디스플레이 패널을 포함한다. 상기 터치 디스플레이 패널은 커패시턴스의 변화를 측정하기 위한 센서 전극을 포함한다.
용량성 감지(capacitive sensing)는 커패시턴스의 변화를 이용하여 터치를 감지하는 기술이다. 손가락이나 전도성 스타일러스(conductive stylus)가 센서 전극에 접근할 때, 커패시턴스가 변화한다. 상기 커패시턴스의 변화는 상기 센서 전극에 의해 측정되며, 상기 커패시턴스의 변화는 X, Y 위치로 변환될 수 있다.
스마트폰 또는 태블릿(tablet) PC와 같은 전자 장치의 기술이 발전함에 따라 상기 전자 장치에서 사용되는 터치 디스플레이 패널의 크기는 더 커지고, 두께는 더 얇아진다.
상기 터치 디스플레이 패널은 이미지를 디스플레이하기 위해 디스플레이 공통 전극을 포함한다. 상기 터치 디스플레이 패널의 두께가 얇아짐에 따라 디스플레이 공통 전극에서 생성되는 디스플레이 노이즈는 터치 감지에 영향을 미칠 수 있다. 상기 디스플레이 노이즈는 상기 디스플레이 공통 전극의 재질(material)이나 구조, 또는 디스플레이되는 이미지에 의해 생성될 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 디스플레이 공통 전극에서 유발되는 디스플레이 노이즈를 제거하기 위한 터치 컨트롤러, 이의 동작 방법 및 이를 포함하는 장치들을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 터치 컨트롤러의 동작 방법은 복수의 채널들 각각을 통해 각각의 복수의 전류들을 수신하는 단계, 상기 복수의 전류들 중 제1전류를 감지하여 상기 감지된 제1전류를 제1제어 전류로서 추출하는 단계, 및 상기 제1제어 전류와 상기 복수의 전류들 중 제2전류의 차이에 대응되는 전하를 출력 전압으로 변환하는 단계를 포함한다.
실시 예에 따라 상기 터치 컨트롤러의 동작 방법은 선택 신호에 응답하여 상기 복수의 채널들 중 상기 제1전류에 흐르는 채널과 상기 제2전류에 흐르는 채널을 선택하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 출력 전압으로 변환하는 단계는 상기 제1전류를 감지하고, 상기 감지된 제1전류를 상기 제1제어 전류로서 추출하는 단계, 및 상기 제2전류와 상기 제1제어 전류의 차이 전류를 상기 출력 전압으로 변환하는 단계를 포함한다.
실시 예에 따라 상기 터치 컨트롤러의 동작 방법은 상기 출력 전압에 응답하여 디스플레이 공통 전극과 센서 전극 사이의 형성되는 복수의 기생 성분들 사이의 불일치를 보상하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 기생 성분들 사이의 불일치를 보상하는 단계는 상기 출력 전압을 비교 전압과 비교하고 비교결과에 따라 복수의 선택 비트들을 출력하는 단계, 및 상기 복수의 선택 비트들에 따라 복수의 커패시터들 중 적어도 어느 하나를 선택하여 상기 불일치를 보상하는 단계를 포함한다.
실시 예에 따라 상기 출력 전압으로 변환하는 단계는 상기 제1전류를 감지하고, 상기 감지된 제1전류를 상기 제1제어 전류로서 추출하는 단계, 상기 제2전류를 감지하고, 상기 감지된 제2전류를 제2제어 전류로서 추출하는 단계, 및 상기 제2제어 전류와 상기 제1제어 전류의 차이 전류를 상기 출력 전압으로 변환하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 터치 컨트롤러는 각각이 복수의 채널들 각각과 접속되는 복수의 핀들, 선택 신호에 응답하여 상기 복수의 채널들 중 2개의 채널들을 선택하기 위한 선택기, 및 상기 2개의 채널들 각각에 흐르는 제1전류와 제2전류의 차이에 대응되는 전하를 출력 전압으로 변환하는 차등 센싱 블록을 포함한다.
상기 차등 센싱 블록은 상기 제1전류를 감지하여, 상기 감지된 제1전류를 제어 전류로서 추출하는 전류 전달기, 및 상기 제2전류와 상기 제어 전류의 차이 전류를 상기 출력 전압으로 변환하는 전하 증폭기를 포함한다.
상기 전류 전달기는 상기 제1전류를 수신하는 제1입력 단자, 교류 전압을 수신하는 제2입력 단자, 및 상기 제1입력 단자와 접속되는 제1출력 단자를 포함하는 단위 이득 버퍼 증폭기, 및 상기 단위 이득 버퍼 증폭기로부터 출력되는 복수의 제어 전압들에 따라 상기 제어 전류를 추출하는 제2출력 단자를 포함하는 전류 카피 회로를 포함한다.
상기 전류 카피 회로는 상기 단위 이득 버퍼 증폭기의 전원 노드와 접지 노드 사이에 직렬로 연결된 소싱 회로와 싱킹 회로를 포함한다.
상기 소싱 회로와 상기 싱킹 회로 각각은 상기 복수의 제어 전압들 각각에 의해 제어된다.
상기 제어 전류는 상기 싱킹 회로에 흐르는 전류와 상기 소싱 회로에 흐르는 전류의 차이이다.
상기 복수의 채널들 각각과 접속된 복수의 센서들이 터치되지 않을 때, 상기 출력 전압은 기준 전압이다.
실시 예에 따라 상기 터치 컨트롤러는 디스플레이 공통 전극과 접속되며, 상기 출력 전압에 응답하여 상기 디스플레이 공통 전극과 센서 전극 사이의 형성되는 복수의 기생 성분들 사이의 불일치를 보상하기 위한 미스매치 보상 블록을 더 포함할 수 있다.
상기 미스매치 보상 블록은 복수의 커패시터들을 포함하는 커패시터 어레이, 및 상기 복수의 커패시터들 중 적어도 어느 하나를 선택하기 위해 상기 출력 전압과 비교 전압을 비교하여 비교 결과에 따라 복수의 선택 비트들을 생성하는 선택 비트 생성기를 포함한다.
상기 선택 비트 생성기는 상기 비교 전압과 상기 출력 전압을 비교하여 비교 신호를 출력하는 비교기, 및 상기 비교 신호에 응답하여 상기 복수의 선택 비트들을 생성하는 SAR 제어 로직을 포함한다.
상기 SAR 제어 로직은 보상 클럭 신호를 생성하고, 상기 보상 클럭 신호를 소스 드라이버로 공급한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 터치 컨트롤러는 각각이 복수의 채널들과 접속된 복수의 핀들, 상기 복수의 채널들 중 어느 하나의 채널에 흐르는 제1전류를 감지하여 상기 감지된 제1전류를 제1제어 전류로서 추출하는 제1전류 전달기, 상기 복수의 채널들 중 다른 하나의 채널에 흐르는 제2전류를 감지하여 상기 감지된 제2전류를 제2제어 전류로서 추출하는 제2전류 전달기, 및 상기 제1제어 전류와 상기 제2제어 전류의 차이 전류를 출력 전압으로 변환하는 전하 증폭기를 포함한다.
실시 예에 따라 상기 터치 컨트롤러는 상기 복수의 채널들 각각에 전류가 흐르도록 하기 위해 복수의 구동 채널들과 접속된 복수의 구동 핀들을 더 포함할 수 있다. 상기 복수의 구동 채널들 각각에 사인 펄스 신호가 공급될 수 있다.
상기 제1전류 전달기는 상기 제1전류를 수신하는 반전 입력 단자, 기준 전압을 수신하는 비반전 입력 단자, 및 상기 반전 단자와 접속되는 출력 단자를 포함하는 단위 이득 버퍼 증폭기, 및 상기 단위 이득 버퍼 증폭기로부터 출력되는 복수의 제어 전압들에 따라 상기 제1제어 전류를 추출하는 전류 카피 회로를 포함한다.
상기 전류 카피 회로는 상기 단위 이득 버퍼 증폭기의 전원 노드와 접지 노드 사이에 직렬로 연결된 소싱 회로와 싱킹 회로를 포함한다. 상기 소싱 회로와 상기 싱킹 회로 각각은 상기 복수의 제어 전압들 각각에 의해 제어된다.
상기 제2전류 전달기는 상기 제2전류를 수신하는 반전 입력 단자, 기준 전압을 수신하는 비반전 입력 단자, 및 상기 반전 단자와 접속되는 출력 단자를 포함하는 단위 이득 버퍼 증폭기, 및 상기 단위 이득 버퍼 증폭기로부터 출력되는 복수의 제어 전압들에 따라 상기 제2제어 전류를 추출하는 전류 카피 회로를 포함한다.
상기 전류 카피 회로는 상기 단위 이득 버퍼 증폭기의 전원 노드와 접지 노드 사이에 각각 접속된 복수의 전류 미러들을 포함한다. 상기 복수의 전류 미러들 각각은 상기 복수의 제어 전압들 각각에 의해 제어된다.
본 발명의 실시 예에 따른 터치 디스플레이 시스템은 터치 디스플레이 패널, 및 복수의 채널들에 의해 상기 터치 디스플레이 패널과 접속된 터치 컨트롤러를 포함한다.
상기 터치 컨트롤러는 상기 복수의 채널들 각각을 통해 흐르는 복수의 전류들 중 제1전류를 감지하여 상기 감지된 제1전류를 제어 전류로서 추출하는 전류 전달기, 및 상기 제어 전류와 상기 복수의 전류들 중 제2전류의 차이에 대응되는 전하를 출력 전압으로 변환하는 전하 증폭기를 포함한다.
상기 터치 디스플레이 시스템은 휴대용 장치이다.
본 발명의 실시 예에 따른 터치 컨트롤러, 이의 동작 방법 및 이를 포함하는 장치들은 복수의 채널들 중 2개를 차등 센싱함으로써 디스플레이 공통 전극에서 유발되는 디스플레이 노이즈를 제거할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 터치 컨트롤러, 이의 동작 방법 및 이를 포함하는 장치들은 기생 성분들 사이의 미스매치를 보상함으로써 기생 성분들 사이의 미스매치에 의해 유발되는 노이즈를 제거할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 상세한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 터치 컨트롤러를 포함하는 터치 디스플레이 시스템의 평면도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 집적 회로의 블록도를 나타낸다.
도 3은 도 1에 도시된 터치 디스플레이 패널의 단면도를 나타낸다.
도 4는 도 3에 도시된 아날로그 프론트 엔드의 블록도를 나타낸다.
도 5는 도 4에 도시된 차등 센싱 블록의 블록도를 나타낸다.
도 6은 도 5에 도시된 전류 전달기의 회로도를 나타낸다.
도 7은 도 4에 도시된 미스매치 보상 블록의 블록도를 나타낸다.
도 8은 도 7에 도시된 미스 매칭 보상 동작을 설명하기 위한 타이밍도를 나타낸다.
도 9는 도 4에 도시된 아날로그 프론트 엔드의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 터치 컨트롤러를 포함하는 터치 디스플레이 시스템의 평면도를 나타낸다.
도 11은 도 10에 도시된 터치 디스플레이 패널의 블록도를 나타낸다.
도 12는 도 10에 도시된 집적 회로의 블록도의 일 실시 예를 나타낸다.
도 13은 도 10에 도시된 집적 회로의 블록도의 다른 실시 예를 나타낸다.
도 14는 도 12에 도시된 수신기의 블록도를 나타낸다.
도 15는 도 14에 도시된 제1전류 전달기의 블록도를 나타낸다.
도 16은 도 14에 도시된 제2전류 전달기의 블록도를 나타낸다.
도 17은 도 14에 도시된 수신기의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도를 나타낸다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 터치 컨트롤러를 포함하는 터치 디스플레이 시스템의 평면도를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 터치 디스플레이 시스템(1)은 스마트폰, 휴대폰, 태블릿 PC, 랩탑 컴퓨터, 또는 MP3 플레이어와 같은 휴대용 장치(portable device)이다. 터치 디스플레이 시스템(1)은 터치 디스플레이 패널(10), 집적 회로(40), 및 호스트 컨트롤러(70)를 포함한다.
터치 디스플레이 패널(10)에서 복수의 센서들이 행과 열의 매트릭스(matrix)로서 배열된다. 각 행의 센서들과 각 열의 센서들은 복수의 채널들(Chx1~Chxm과 Chy1~Chyn; m과 n은 자연수) 각각과 접속된다.
도 2는 도 1에 도시된 집적 회로의 블록도를 나타낸다.
도 1과 도 2를 참조하면, 집적 회로(40)는 터치 컨트롤러(50)와 디스플레이 드라이버(60)를 포함한다.
터치 컨트롤러(50)는 아날로그 프론트 엔드(analog front end; AFE, 100), 메모리(53), 마이크로 컨트롤 유닛(micro control unit; MCU, 51) 및 제어 로직 블록(55)을 포함한다.
AFE(100)는 복수의 채널들(Chx1~Chxm과 Chy1~Chyn)과 접속되며, 복수의 채널들(Chx1~Chxm과 Chy1~Chyn)을 통해 각 전류를 수신한다. AFE(100)는 상기 각 전류를 처리하여 디지털 신호를 출력한다.
메모리(53)는 AFE(100)로부터 출력되는 디지털 신호 또는 MCU(51)에 의해 처리된 디지털 신호를 저장한다.
MCU(51)는 AFE(100)로부터 출력되는 디지털 신호를 처리한다. 예컨대, MCU(51)는 AFE(100)로부터 출력되는 디지털 신호에 기초하여 터치 좌표를 계산하고, 상기 터치 좌표를 호스트 컨트롤러(70)로 전송한다.
MCU(51)와 제어 로직 블록(55)은 호스트 컨트롤러(70)와 통신할 수 있다.
제어 로직 블록(55)은 호스트 컨트롤러(70)를 통해 타이밍 컨트롤 로직 블록(67)으로부터 타이밍 제어 신호들(예컨대, 수평 동기 신호와 수직 동기 신호)을 수신할 수 있다.
디스플레이 드라이버(60)는 소스 드라이버(61), 게이트 드라이버(63), 메모리(65), 타이밍 컨트롤 로직 블록(67) 및 파워 생성기(69)를 포함한다.
소스 드라이버(61)는 타이밍 컨트롤 로직 블록(67)에서 출력되는 제어 신호에 응답하여 디스플레이 패널을 구동하기 위한 그레이-스케일(gray-scale) 데이터를 생성한다. 실시 예에 따라 소스 드라이버(61)는 터치 컨트롤러(50)로부터 보상 클럭 신호(CALCK)를 공급받을 수 있다.
게이트 드라이버(63)는 타이밍 컨트롤 로직 블록(67)에서 출력되는 제어 신호에 응답하여 디스플레이 패널의 게이트 라인들을 순차적으로 스캐닝한다.
메모리(65)는 디스플레이 데이터를 저장한다.
타이밍 컨트롤 로직 블록(67)은 소스 드라이버(61)와 게이트 드라이버(63) 를 제어하기 위한 타이밍 제어 신호들(예컨대, 수평 동기 신호와 수직 동기 신호)을 생성한다.
타이밍 컨트롤 로직 블록(67)은 호스트 컨트롤러(70)와 통신할 수 있다.
파워 생성기(69)는 타이밍 컨트롤 로직 블록(67)에서 출력되는 타이밍 제어 신호들에 응답하여 파워를 생성한다.
도 3은 도 1에 도시된 터치 디스플레이 패널의 단면도를 나타낸다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 터치 디스플레이 패널(10)은 센서 전극(sensor electrode; 10-1)과 디스플레이 공통 전극(display common electrode; 10-2)을 포함한다.
센서 전극(10-1)은 산화 인듐(Indium Tin Oxide; ITO)으로 구현될 수 있다. 센서 전극(10-1)은 복수의 센서들을 포함한다.
사람이 상기 복수의 센서들 중 적어도 어느 하나를 터치할 때, 센서 전극(10-1)과 사람의 손가락 사이에 커패시턴스(CSIG)가 생성된다. 커패시턴스(CSIG)를 이용하여 터치가 감지될 수 있다. 즉, 센서 전극(10-1)으로부터 출력되는 전류는 커패시턴스(CSIG)를 감지한다. 이러한 타입의 용량성 감지(capacitive sensing)는 셀프-커패시턴스 감지(self capacitance sensing)이다.
기생 성분(vertical parasitic element; Cv)은 센서 전극(10-1)과 디스플레이 공통 전극(10-2) 사이에 형성된다. 실시 예에 따라 기생 성분(Cv)은 기생 커패시턴스, 수직 기생 성분, 또는 수직 기생 커패시턴스라고 호칭될 수 있다.
터치 디스플레이 패널(10)의 두께가 얇아질수록 또는 터치 디스플레이 패널(10)의 크기가 커질수록 기생 성분(Cv)은 커진다. 기생 성분(Cv)이 커질수록 디스플레이 노이즈는 더 많이 터치 감지에 영향을 미칠 수 있다. 따라서 상기 디스플레이 노이즈를 제거할 수 있는 방법이 필요하다. 상기 디스플레이 노이즈는 디스플레이 공통 전극(10-2)의 재질(material)이나 구조, 또는 디스플레이되는 이미지에 의해 생성될 수 있다.
도 4는 도 2에 도시된 아날로그 프론트 엔드의 블록도를 나타낸다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, AFE(100)는 복수의 핀들(PIN1~PINh; h는 자연수), 선택기(110), 차등 센싱 블록(120), 로우 패스 필터(low pass filter; LPF, 121), 아날로그 디지털 컨버터(analog to digital converter; ADC, 123), 및 FIR(finite impulse response) 필터(125)를 포함한다.
복수의 핀들(PIN1~PINh) 각각은 복수의 채널들(Chx1~Chxm과 Chy1~Chyn) 각각과 접속된다. 복수의 채널들(예컨대, Chx1~Chxm)은 행과 관련된 채널들이고, 복수의 채널들(예컨대, Chy1~Chyn)은 열과 관련된 채널들이다.
선택기(110)는 선택신호(SEL)에 응답하여 복수의 채널들(Chx1~Chxm과 Chy1~Chyn) 중 2개의 채널들을 선택한다. 예컨대, 선택기(110)는 (Chx1, Chx2), (Chx2, Chx3), (Chx3, Chxm), (Chy1, Chy2), (Chy2,Chy3) 및 (Chy3, Chyn)과 같은 순서로 복수의 채널들(Chx1~Chxm과 Chy1~Chyn) 중 2개의 채널들(PCH과 NCH)을 선택할 수 있다. 실시 예에 따라 선택기(110)는 (Chx1, Chx2), (Chx1, Chx3), (Chx1, Chxm).(Chy1,Chy2), (Chy1,Chy3), 및 (Chy1, Chyn)과 같은 순서로 복수의 채널들(Chx1~Chxm과 Chy1~Chyn) 중 2개의 채널들(PCH과 NCH)을 선택할 수 있다.
차등 센싱 블록(120)은 2개의 채널들(NCH과 PCH) 각각에 흐르는 제1전류(SIGi)와 제2전류(SIGj)의 차이에 대응되는 전하를 출력 전압(Vout)으로 변환하여 출력 전압(Vout)을 출력한다. 차등 센싱 블록(120)은 복수의 채널들(NCH과 PCH) 중 2개를 차등 센싱함으로써 디스플레이 공통 전극(10-2)에서 유발되는 디스플레이 노이즈를 제거할 수 있다. 차등 센싱 블록(120)의 자세한 동작은 도 5와 도 6에서 자세히 설명될 것이다.
LPF(121)은 출력 전압(Vout)에서 노이즈 성분을 감소시킨다.
ADC(123)는 아날로그 신호인 출력 전압(Vout)을 디지털 신호로 변환한다.
FIR 필터(125)는 상기 디지털 신호의 노이즈를 제거하는데 사용된다.
도 5는 도 4에 도시된 차등 센싱 블록의 블록도를 나타낸다.
도 4와 도 5를 참조하면, 차등 센싱 블록(120)은 전류 전달기(current conveyor; 145), 및 전하 증폭기(150)를 포함한다.
전류 전달기(145)는 제1전류(SIGi)를 감지하여 감지된 제1전류(SIGi)를 제어 전류(CC)로서 추출한다. 전류 전달기(145)는 단위 이득 버퍼 증폭기(unity gain buffer amplifier; 130) 및 전류 카피 회로(140)를 포함할 수 있다.
단위 이득 버퍼 증폭기(130)는 연산 증폭기(operational amplifier; 131)를 포함한다. 연산 증폭기(131)는 제1전류(SIGi)를 수신하는 제1입력 단자(IN1), 제1교류 전압(Vin1)을 수신하는 제2입력 단자(IN2), 및 제1입력 단자(IN1)와 접속되는 제1출력 단자(ON1)를 포함한다. 제1입력 단자(IN1)는 반전(inverting) 단자이며, 제2입력 단자(IN2)는 비반전(non-inverting) 단자이다.
단위 이득 버퍼 증폭기(130)의 특성에 의해 제1입력 단자(IN1)의 전압과 제2입력 단자(IN2)의 전압은 서로 같다. 즉, 제2입력 단자(IN2)에 제1교류 전압(Vin1)이 인가될 때, 제1입력 단자(IN1)에도 제1교류 전압(Vin1)이 인가된다 .제1전류(SIGi)는 제1교류 전압(Vin1)에 의해 생성된다. 제1교류 전압(Vin1)은 전압 생성기(미도시)에 의해 공급될 수 있다.
사람의 손가락 또는 전도성 스타일러스가 터치 디스플레이 패널(10)에 터치될 때, 제1전류(SIGi)는 커패시턴스(CSIG), 기생 성분(Cv), 및 디스플레이 노이즈를 감지한다.
단위 이득 버퍼 증폭기(130)는 전압 팔로워(voltage follower)라고 호칭될 수 있다. 왜냐하면 제1출력 단자(ON1)에서 출력되는 전압은 제1입력 단자(IN1)의 전압을 따르기 때문이다.
도 6은 도 5에 도시된 전류 전달기의 회로도를 나타낸다.
도 5와 도 6을 참조하면, 전류 전달기(145)는 단위 이득 버퍼 증폭기(130)와 전류 카피 회로(140)를 포함한다. 단위 이득 버퍼 증폭기(130)는 연산 증폭기(131)를 포함한다. 연산 증폭기(131)는 미국 특허(US7,652,538, 제목; CIRCUIT AND METHODS FOR IMPROVING SLEW RATE OF DIFFERENTIAL AMPLIFIERS)의 도 1에서 자세히 설명되므로 이에 대한 설명은 생략한다.
전류 카피 회로(140)는 연산 증폭기(131)로부터 출력되는 복수의 제어 전압들(CS1과 CS2)에 따라 제어 전류(CC)를 생성한다.
전류 카피 회로(140)는 전원 노드(VDD)와 접지 노드(VSS) 사이에 직렬로 접속된 2개의 소싱 회로(sourcing circuit; MP2)와 싱킹 회로(sinking circuit; MN2)를 포함한다. 소싱 회로(MP2)는 PMOS 트랜지스터로 구현될 수 있고, 싱킹 회로(MN2)는 NMOS 트랜지스터로 구현될 수 있다.
복수의 트랜지스터들(MP1, MP2, MN1, 및 MN2) 각각의 사이즈(길이와 폭)는 서로 같다. 제1트랜지스터(MP1)와 제3트랜지스터(MP2)는 제1제어 전압(CS1)에 의해 제어되며, 제2트랜지스터(MN1)와 제4트랜지스터(MN2)는 제2제어 전압(CS2)에 의해 제어된다. 따라서 제1트랜지스터(MP1)에 흐르는 전류(IPD1)는 제3트랜지스터(MP2)에 흐르는 전류(IPD2)와 같고, 제2트랜지스터(MN1)에 흐르는 전류(IND1)는 제4트랜지스터(MN2)에 흐르는 전류(IND2)와 같다.
제1입력 단자(IN1)에서 제1출력 단자(ON1)로 흐르는 전류(SIGi)는 제1트랜지스터(MP1)에 흐르는 전류(IPD1)에서 제2트랜지스터(MN1)에 흐르는 전류(IND1)의 차와 같다. 이는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
SIGi=IND1-IPD1
제3입력 단자(IN3)에서 제어 전류(CC)는 제3트랜지스터(MP2)에 흐르는 전류(IPD2)에서 제4트랜지스터(MN2)에 흐르는 전류(IND2)의 차와 같다. 이는 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 2]
CC=IND2-IPD2
제1트랜지스터(MP1)와 제2트랜지스터(MN1)에 제3트랜지스터(MP2)와 제4트랜지스터(MN2)를 부가하여 제1전류(SIGi)를 감지함으로써 감지된 제1전류(SIGi)는 노드(CON)에서 제어 전류(CC)로서 추출(extract)된다.
도 5를 참조하면, 전하 증폭기(150)는 연산 증폭기(예컨대, operational amplifier; 151)를 포함한다. 연산 증폭기(151)는 제2전류(SIGj)와 제어 전류(CC) 사이의 차이 전류(SIGj-CC)를 수신하는 제3입력 단자(IN3), 제2교류 전압(Vin2)을 수신하는 제4입력 단자(IN4), 및 제2출력 단자(ON2)를 포함한다. 또한, 전하 증폭기(150)는 제3입력 단자(IN3)와 제2출력 단자(ON2) 사이에 병렬로 연결된 피드백 저항(Rf)과 피드백 커패시터(Cf)를 포함한다.
전하 증폭기(150)는 제2전류(SIGj)와 제어 전류(CC) 사이의 차이 전류(SIGj-CC)에 대응되는 전하를 피드백 커패시터(Cf)로 전송하고, 피드백 커패시터(Cf)를 지나는 전압과 대응되는 출력 전압(Vout)을 생성한다. 전하 증폭기(150)는 전하-전압 컨버터(charge-to-voltage converter)라고 불릴 수 있다.
터치 디스플레이 패널(10)이 터치되지 않을 때, 이상적인 출력 전압(Vout)은 기준 전압이다. 예컨대, 상기 기준 전압은 0V일 수 있다. 하지만, 제조 공정의 차이에 의해 복수의 기생 성분들(parasitic element; Cv) 사이에 불일치가 존재할 수 있다. 출력 전압(Vout)은 기준 전압이 아닐 수 있다. 따라서 AFE(100)는 복수의 기생 성분들(Cv) 사이의 불일치를 보상하기 위한 미스매치 보상 블록(200)을 더 포함할 수 있다. 미스매치 보상 블록(200)은 디스플레이 공통 전극(10-2)과 연결된 핀(PINo)과 접속된다.
도 7은 도 4에 도시된 미스매치 보상 블록의 블록도를 나타낸다.
도 4, 도 5 및 도 7을 참조하면, 미스매치 보상 블록(200)은 커패시터 어레이(capacitor array; 210)와 선택 비트 생성기(220)를 포함한다.
커패시터 어레이(210)는 제1입력 단자(IN1) 및 제3입력 단자(IN3)와 접속되며, 디스플레이 공통 전극(10-2)과 연결된 핀(PINo)과 접속된다.
커패시터 어레이(210)는 복수의 커패시터들(C, 2C, ..., 및 16C)과 복수의 스위치들(211, 213, 215, 217, 및 219)을 포함한다. 복수의 커패시터들(C, 2C, ..., 및 16C) 각각의 커패시턴스는 서로 다르다. 복수의 스위치들(211, 213, 215, 217, 및 219) 각각은 전달 게이트(transmission gate)로 구현될 수 있다. 실시 예에 따라 복수의 커패시터들(C, 2C, ..., 및 16C) 의 개수와 복수의 스위치들(211, 213, 215, 217, 및 219) 의 개수는 다양할 수 있다.
선택 비트 생성기(220)는 복수의 커패시터들(C, 2C, ..., 및 16C) 중 적어도 어느 하나를 선택하기 위해 출력 전압(Vout)과 비교 전압을 비교하여 비교 결과에 따라 복수의 선택 비트들(예컨대, Q0~Q5)을 출력한다.
선택 비트 생성기(220)는 비교기(221)와 SAR(successive approximation register) 제어 로직(223)을 포함한다.
비교기(221)는 상기 비교 전압을 수신하는 제1입력 단자, 출력 전압(Vout)을 수신하는 제2입력 단자, 및 비교 신호(COMP)를 출력하는 출력 단자를 포함한다.
예컨대, 상기 비교 전압은 접지 전압이다.
출력 전압(Vout)이 상기 비교 전압(예컨대, 0V)보다 클 때, 비교기(221)는 하이 레벨을 가지는 비교 신호(COMP)를 출력한다. 출력 전압(Vout)이 상기 비교 전압(예컨대, 0V)보다 작을 때, 비교기(221)는 로우 레벨을 가지는 비교 신호(COMP)를 출력한다.
SAR 제어 로직(223)은 비교 신호(COMP)에 응답하여 복수의 선택 비트들(Q0~Q5) 중 어느 하나를 설정하고 다음 비트로 이동하여 상기 다음 비트를 설정한다. 복수의 선택 비트들(/Q0, /Q1, /Q2, /Q3, 및 /Q4)은 복수의 선택 비트들(Q0, Q1, Q2, Q3, 및 Q4)의 반대 비트이다.
예컨대, 처음에 복수의 선택비트들(Q0~Q5) 중 최상위 비트(most significant bit; Q5)는 '1'로 설정되고, 나머지 비트들(Q4~Q0)은 '0'으로 설정된다. 따라서 스위치(211)는 턴 온되고, 나머지 스위치들(213, 215, 217, 및 219)은 턴 오프된다.
비교 신호(COMP)가 하이 레벨일 때, SAR 제어 로직(223)은 최상위 비트(Q5)를 '1'로 유지하고, 다음 비트(Q4)를 '1'로 설정한다. 따라서 스위치들(211과 219)이 턴 온된다.
비교 신호(COMP)가 로우 레벨일 때, SAR 제어 로직(223)은 최상위 비트(Q5)를 '0'으로 재설정하고, 다음 비트(Q4)를 '1'로 설정한다. 따라서 스위치(211)는 턴 오프되고, 스위치들(213과 219)은 턴 온된다.
스위치(219)와 복수의 스위치들(211과 213) 중 어느 하나가 턴 온된 후, 차등 센싱 블록(120)은 제1전류(SIGi)와 제2전류(SIGj)에 대해 차등 센싱 동작을 수행하여 출력 전압(Vout)을 출력한다. 비교기(221)는 출력 전압(Vout)과 상기 비교 전압을 비교하여 비교 신호(COMP)를 출력하는 비교 동작을 수행한다. SAR 제어 로직(223)은 비교 신호(COMP)에 따라 선택 비트(Q4)를 '1' 또는 '0'으로 설정하고, 다음 비트(Q3)를 '1'로 설정하는 비트 설정 동작을 수행한다.
최하위 비트(least significant bit; Q0)가 결정될 때까지 반복해서 차등 센싱 블록(120)의 상기 차등 센싱 동작, 비교기(221)의 상기 비교 동작, 및 SAR 제어 로직(223)의 상기 비트 설정 동작이 수행된다. 따라서 기생 성분의 미스매치가 보상될 수 있다. 차등 센싱 블록(120)의 상기 차등 센싱 동작, 비교기(221)의 상기 비교 동작, 및 SAR 제어 로직(223)의 상기 비트 설정 동작은 미스 매칭 보상 동작이라고 정의될 수 있다.
SAR 제어 로직(223)은 보상 클럭 신호(CALCK)를 생성하고, 소스 드라이버(61)로 보상 클럭 신호(CALCK)를 출력한다. 보상 클럭 신호(CALCK)은 내부 보상 클럭 인에이블 신호(미도시)에 응답하여 생성될 수 있다.
소스 드라이버(61)는 보상 클럭 신호(CALCK)에 응답하여 디스플레이 공통 전극(10-2)으로 핀(PINs)을 통해 소스 신호(VRSC)를 공급한다. 소스 신호(VRSC)에 응답하여 디스플레이 전압(VCOM)이 디스플레이 공통 전극(10-2)에 공급된다. 디스플레이 공통 전극(10-2)에 디스플레이 전압(VCOM)이 공급함으로써 미스 매치 보상 동작이 수행될 수 있다.
디스플레이 공통 전극(10-2)에 디스플레이 전압(VCOM)이 공급될 때, 도 5에 도시된 제1교류 전압(Vin1)과 제2교류 전압(Vin2)은 기준 전압일 수 있다.
도 8은 도 7에 도시된 미스 매칭 보상 동작을 설명하기 위한 타이밍도를 나타낸다.
도 4, 도 7 및 도 8을 참조하면, SAR 제어 로직(223)은 보상 클럭 신호(CALCK)을 생성하고, 보상 클럭 신호(CALCK)를 소스 드라이버(61)로 출력한다.
소스 드라이버(61)는 보상 클럭 신호(CALCK)에 응답하여 디스플레이 공통 전극(10-2)으로 소스 신호(VRSC)를 출력한다. 소스 신호(VRSC)는 소스 드라이버(61)와 디스플레이 공통 전극(10-2) 사이에 형성되는 기생 커패시턴스(Cs)에 의해 슬루(slew)를 가진다.
소스 신호(VRSC)에 응답하여 디스플레이 전압(VCOM)이 디스플레이 공통 전극(10-2)에 공급된다.
차등 센싱 블록(120)은 디스플레이 전압(VCOM)에 응답하여 출력 전압(Vout)을 출력한다. 터치 디스플레이 패널(10)이 터치되지 않을 때, 이상적인 출력 전압(Vout)은 기준 전압이다. 미스 매칭 보상 동작을 수행함으로써 출력 전압(Vout)은 기준 전압에 가까워질 수 있다.
미스 매칭 보상 동작을 수행함으로써 복수의 선택 비트들(Q0, Q1, Q2, Q3, 및 Q4)의 각 비트 값은 변화할 수 있다.
도 9는 도 4에 도시된 아날로그 프론트 엔드의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도를 나타낸다.
도 4 내지 도 9를 참조하면, 선택기(110)는 선택 신호(SEL)에 응답하여 복수의 채널들(Chx1~Chxm, Chy1~Chyn) 중 2개의 채널들(PCH와 NCH)을 선택한다(S10).
2개의 채널들(NCH와 PCH) 각각에 흐르는 제1전류(SIGi)와 제2전류(SIGj)는 커패시턴스(CSIG), 기생 성분(Cv), 및 디스플레이 노이즈를 감지한다.
전류 전달기(145)는 제1전류(SIGi)를 감지하여 감지된 제1전류(SIGi)를 제어 전류(CC)로서 추출한다(S20).
전하 증폭기(150)는 제2전류(SIGj)와 제어 전류(CC) 사이의 차이 전류(SIGj-CC)에 대응되는 전하를 피드백 커패시터(Cf)로 전송하고, 피드백 커패시터(Cf)를 지나는 전압과 대응되는 출력 전압(Vout)을 생성한다(S30). 따라서 상기 디스플레이 노이즈는 제거될 수 있다.
터치 디스플레이 패널(10)이 터치되지 않을 때, 이상적인 출력 전압(Vout)은 기준 전압이다. 하지만, 복수의 기생 성분들(Cv) 사이의 불일치 때문에 출력 전압(Vout)이 기준 전압이 아닐 수 있다.
따라서 복수의 기생 성분들(Cv) 사이의 불일치를 보상하기 위한 미스매치 보상 동작이 더 요구될 수 있다. 미스매치 보상 블록(200)은 복수의 기생 성분들(Cv) 사이의 불일치를 보상한다(S40).
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 터치 컨트롤러를 포함하는 터치 디스플레이 시스템의 평면도를 나타낸다.
도 10을 참조하면, 터치 디스플레이 시스템(1-1)은 스마트폰, 휴대폰, 태블릿 PC, 랩탑 컴퓨터, 또는 MP3 플레이어와 같은 휴대용 장치이다. 터치 디스플레이 시스템(1-1)은 터치 디스플레이 패널(11)과 집적 회로(40-1)를 포함한다. 터치 디스플레이 패널(11)은 센서 전극(10-3)과 디스플레이 공통 전극(10-4)을 포함한다.
센서 전극(10-3)은 다이아몬드 패턴(diamond pattern)을 갖는 복수의 센서들을 포함한다. 복수의 구동 채널들(X0~Xp; p는 자연수) 각각은 행으로 배열될 복수의 센서들과 접속된다. 실시 예에 따라 복수의 구동 채널들(X0~Xp)은 복수의 수평 채널들이라고 호칭될 수 있다. 복수의 구동 채널들(X0~Xp) 각각에 펄스 신호가 공급된다. 상기 펄스 신호는 사인 펄스일 수 있다.
복수의 감지 채널들(Y0~Yq; q는 자연수) 각각은 열로 배열된 복수의 센서들과 접속된다, 실시 예에 따라 복수의 감지 채널들(Y0~Yq)은 복수의 수직 채널들이라고 호칭될 수 있다. 복수의 감지 채널들(Y0~Yq)을 통해 각 전류가 출력된다.
복수의 구동 채널들 각각과 복수의 감지 채널들 각각의 교점(crossing point)에서는, 상호 커패시턴스 노드(mutual capacitance node; MC)가 형성된다.
도 11은 도 10에 도시된 터치 디스플레이 패널의 블록도를 나타낸다.
도 10과 도 11을 참조하면, 손가락 또는 전도성 스타일러스가 센서 전극(10-3)을 터치할 때, 상호 커패시턴스 노드(MC)에서 커패시턴스가 변화한다. 따라서 상기 커패시턴스의 변화에 따라 집적 회로(40-1)는 터치 좌표를 추출할 수 있다. 이러한 타입의 용량성 감지(capactive sensing)는 상호 커패시턴스 감지(mutual capacitance sensing)이다.
센서 전극(10-3)과 디스플레이 공통 전극(10-4) 사이에 기생 성분이 형성될 수 있다. 상기 기생 성분이 커질수록 디스플레이 노이즈는 더 많이 터치 감지에 영향을 미칠 수 있다. 따라서 상기 디스플레이 노이즈를 제거할 수 있는 방법이 필요하다.
도 12는 도 10에 도시된 집적 회로의 블록도를 나타낸다.
도 10과 도 12를 참조하면, 집적 회로(40-1)는 AFE(100-1), MCU(51-1), 메모리(53-1), 및 제어 로직 블록(55-1)을 포함한다.
AFE(100-1)는 AFE 컨트롤러(101-1), 드라이버(103-1), 및 수신기(110-1)를 포함한다.
드라이버(103-1)는 복수의 구동 핀들(PX1~PXp; p는 자연수)을 통해 복수의 구동 채널들(X0~Xp) 각각에 펄스 신호(예컨대, 전압)를 공급한다.
수신기(110-1)에 대한 동작은 도 12에서 자세히 설명될 것이다.
AFE 컨트롤러(101-1)는 드라이버(103-1) 또는 수신기(110-1)를 제어한다. 예컨대, AFE 컨트롤러(101-1)는 복수의 구동 채널들(X0~Xp) 각각에 펄스 신호(예컨대, 전압)를 공급하도록 드라이버(103-1)를 제어할 수 있다.
메모리(53-1)는 AFE(100-1)로부터 출력되는 디지털 신호 또는 MCU(51)에 의해 처리된 디지털 신호를 저장한다.
MCU(51-1)는 AFE(100-1)로부터 출력된 디지털 신호을 이용하여 터치 좌표를 계산하고, 터치 좌표를 호스트 컨트롤러(50-1)로 전송한다.
제어 로직 블록(55-1)은 터치 동작을 제어하기 위한 제어 신호들(예컨대, 수평 동기화 신호와 수직 동기화 신호)을 디스플레이 드라이버(60-1)로부터 수신할 수 있다.
디스플레이 드라이버(60-1)는 소스 드라이버(61-1), 게이트 드라이버(63-1), 메모리(65-1), 타이밍 컨트롤 로직 블록(67-1) 및 파워 생성기(69-1)를 포함한다.
디스플레이 드라이버(60-1)의 각 구성 요소(61-1, 63-1, 65-1, 67-1, 및 69-1)는 도 2에서 도시된 디스플레이 드라이버(60)의 각 구성 요소(61, 63, 65, 67, 및 69)와 동작 및 기능이 유사하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 13은 도 10에 도시된 집적 회로의 블록도의 다른 실시 예를 나타낸다.
도 10과 도 13을 참조하면, 실시 예에 따라 집적 회로(40-1)는 터치 컨트롤러(50-1)와 디스플레이 드라이버(60-2)를 포함할 수 있다. 터치 컨트롤러(50-1)는 AFE(100-2), MCU(51-2), 메모리(53-2), 및 제어 로직 블록(55-2)을 포함한다.
AFE(100-2)는 AFE 컨트롤러(101-2), 드라이버(103-2), 및 수신기(110-2)를 포함한다. 각 구성 요소(100-2, 51-2, 53-2, 55-2, 101-2, 103-2, 및 110-2)는 도 12에 도시된 구성 요소(100-1, 51-1, 53-1, 55-1, 101-1, 103-1, 및 110-1)와 동작 및 기능이 유사하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
디스플레이 드라이버(60-2)는 소스 드라이버(61-2), 게이트 드라이버(63-2), 메모리(65-2), 타이밍 컨트롤 로직 블록(67-2) 및 파워 생성기(69-2)를 포함한다. 디스플레이 드라이버(60-2)의 각 구성 요소(61-2, 63-2, 65-2, 67-2, 및 69-2)는 도 2에서 도시된 디스플레이 드라이버(60)의 각 구성 요소(61, 63, 65, 67, 및 69)와 동작 및 기능이 유사하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 14는 도 12에 도시된 수신기의 블록도를 나타낸다.
도 12와 도 14를 참조하면, 수신기(110-1)는 복수의 핀들(PY1~PYq), 복수의 단위 이득 버퍼 증폭기들(130-1, 130-2, ..., 및 130-q), 복수의 제1전류 카피 회로들(140-1, 140-2, ..., 및 140-(q-1)), 복수의 제2전류 카피 회로들(160-1, 160-2, ..., 및 160-(q-1)), 및 복수의 전하 증폭기들(150-1, 150-2,..., 및 150-r; r은 자연수)을 포함한다.
복수의 핀들(PIN1~PINh) 각각은 복수의 감지 채널들(Y0~Yq) 각각과 접속된다. 복수의 핀들(PIN1~PINh)을 통해 제1전류(SI1)와 제2전류(SI2)가 수신된다.
제1전류 전달기(135-1)는 제1전류(SI1)을 감지하여 감지된 제1전류(SI1)를 제1제어 전류(CC1)로서 추출한다.
도 15는 도 14에 도시된 제1전류 전달기의 블록도를 나타낸다.
도 14과 도 15를 참조하면, 전류 전달기(135-1)는 단위 이득 버퍼 증폭기(130-1)와 제1전류 카피 회로(140-1)를 포함한다.
단위 이득 버퍼 증폭기(130-1)는 연산 증폭기(131-1)를 포함한다. 연산 증폭기(131-1)는 제1전류(SI1)를 수신하는 반전 단자, 접지와 접속되는 비반전 단자, 및 상기 반전 단자와 접속되는 출력 단자를 포함한다.
제1전류 카피 회로(140-1)는 도 6에 도시된 전류 카피 회로(140)와 동작이 유사하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 6에서 제1전류(SIGi)와 제어 전류(CC) 각각은 도 15에서 제1전류(SI1)와 제1제어 전류(CC1) 각각과 대응된다. 다만, 도 6에서 연산 증폭기(131)의 비반전 단자(IN2)에는 제1교류 전압(Vin1)과 접속되는 반면, 도 14에서 연산 증폭기(131-1)의 비반전 단자는 기준 전압과 접속된다. 예컨대, 상기 기준 전압은 접지 전압일 수 있다.
제2전류 전달기(135-2)는 제2전류(SI2)를 감지하여 감지된 제2전류(SI2)를 제2제어 전류(CC2)로서 추출한다. 제2전류 전달기(135-2)의 자세한 동작은 도 16에서 설명될 것이다.
전하 증폭기(150-1)는 제1제어 전류(CC1)와 제2제어 전류(CC2)의 차이 전류(CC2-CC1)를 출력 전압(Vout1)으로 변환한다. 제1전류(SI1)와 제2전류(SI2) 각각은 기생 성분에 의해 전송되는 디스플레이 노이즈를 포함한다. 제1제어 전류(CC1)와 제2제어 전류(CC2)의 차이 전류(CC2-CC1)를 출력 전압(Vout1)으로 변환함으로써 디스플레이 노이즈가 제거될 수 있다.
전하 증폭기(150-1)는 제1전류 카피 회로(140-1) 및 제2전류 카피 회로(160-1)와 접속되는 반전 단자, 접지와 접속되는 비반전 단자, 및 출력 전압(Vout1)을 출력하는 출력 단자를 포함한다. 또한, 전하 증폭기(150-1)는 상기 반전 단자와 상기 출력 단자 사이에 병렬로 연결된 피드백 저항(Rf)과 피드백 커패시터(Cf)를 포함한다.
수신기(110-1)는 아날로그 디지털 컨버터(ADC), 및 FIR 필터를 더 포함한다.
상기 ADC(미도시)는 각 전하 증폭기(150-1, 150-2,..., 및 150-r)로부터 출력되는 출력 전압을 디지털 신호로 변환한다. 상기 FIR 필터는 상기 디지털 신호의 노이즈를 제거하는데 사용된다. 상기 노이즈가 제거된 디지털 신호는 MCU(51-1)로 전송된다.
도 16은 도 14에 도시된 제2전류 전달기의 블록도를 나타낸다.
도 14와 도 16을 참조하면, 제2전류 전달기(135-2)는 단위 이득 버퍼 증폭기(130-2)와 제2전류 카피 회로(160-1)를 포함한다.
단위 이득 버퍼 증폭기(130-2)는 제2전류(SI2)를 수신하는 반전 입력 단자, 접지 전압을 수신하는 비반전 입력 단자, 및 상기 반전 단자와 접속되는 출력 단자를 포함한다. 단위 이득 버퍼 증폭기(130-2)는 연산 증폭기(131-2)를 포함한다. 연산 증폭기(131-2)는 도 6에 도시된 연산 증폭기(131)와 유사하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다. 다만, 연산 증폭기(131-2)는 비반전 단자에 접지와 접속된다.
도 6의 제1전류(SIGi)와 유사하게 제2전류(SI2)는 연산 증폭기(131-2)에서 흐르는 복수의 전류(ISP1)와 전류(ISN1)의 차와 같다. 제2전류(SI2)는 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 3]
SI2=ISP1-ISN1
전류(ISP1)는 제1제어 전압(CS3)에 응답하여 제1트랜지스터(P1)에 흐르는 전류이며, 전류(ISN1)는 제2제어 전압(CS4)에 응답하여 제2트랜지스터(N1)에 흐르는 전류이다.
제2전류 카피 회로(160-1)는 단위 이득 버퍼 증폭기(130-2)로부터 출력되는 복수의 제어 전압들(CS3과 CS4)에 따라 제2제어 전류(CC2)를 출력한다. 제2전류 카피 회로(160-1)는 제1전류 미러(160-2)와 제2전류 미러(160-3)를 포함한다. 제1전류 미러(160-2)와 제2전류 미러(160-3) 각각은 전원 노드(VDD)와 접지 노드(VSS) 사이에 접속된다. 제1전류 미러(160-2)와 제2전류 미러(160-3) 각각은 복수의 트랜지스터들(P2, P3, P4, N2, N3, 및 N4)을 포함한다.
제1제어 전압(CS3)에 응답하여 제1전류 미러(160-2)의 한 쪽에 흐르는 전류(ISP2)를 카피한 전류(ISN4)가 제1전류 미러(160-2)의 다른 쪽에 흐른다.
제2제어 전압(CS4)에 응답하여 제2전류 미러(160-3)의 한 쪽에 흐르는 전류(ISN2)를 카피한 전류(ISP4)가 제2전류 미러(160-3)의 다른 쪽에 흐른다.
제2제어 전류(CC2)는 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 4]
-CC2=ISN4-ISP4
복수의 트랜지스터들(MP1, MP2, MN1, 및 MN2) 각각의 사이즈(길이와 폭)는 서로 같다. 제1트랜지스터(P1)와 제3트랜지스터(P2)는 제3제어 전압(CS3)에 의해 제어되며, 제2트랜지스터(N1)와 제4트랜지스터(N2)는 제4제어 전압(CS4)에 의해 제어된다. 따라서 제1트랜지스터(P1)에 흐르는 전류(ISP1)의 양은 제3트랜지스터(P2)에 흐르는 전류(ISP2)의 양과 같고, 제2트랜지스터(N1)에 흐르는 전류(ISN1)의 양은 제4트랜지스터(N2)에 흐르는 전류(ISN2)의 양과 같다.
전류 미러링에 의해 전류(ISN4)의 양은 전류(ISP2)의 양과 같고, 전류(ISP4)의 양은 전류(ISN2)의 양과 같다. 그러므로, 전류(ISN4)의 양과 전류(ISP1)의 양은서로 같고, 전류(ISP4)의 양과 전류(ISN1)의 양은 서로 같다.
제2전류(SI2)는 복수의 전류 미러들(160-3과 160-4)을 단위 이득 버퍼 증폭기(130-2)에 접속하고, 제2전류(SI2)를 감지하여 감지된 제2전류(SI2)를 제2제어 전류(CC2)로서 추출한다.
도 17은 도 14에 도시된 수신기의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도를 나타낸다.
도 14 내지 도 17을 참조하면, 수신기(110-1)는 제1전류(SI1)와 제2전류 (SI2)를 수신한다(S10).
제1전류 전달기(135-1)는 제1전류(SI1)를 감지하여 감지된 제1전류(SI1)를 제1제어 전류(CC1)로서 추출한다(S20).
제2전류 전달기(135-2)는 제2전류(SI2)를 감지하여 감지된 제2전류(SI2)를 제2제어 전류(CC2)로서 추출한다(S30).
전하 증폭기(150-1)는 제1제어 전류(CC1)와 제2제어 전류(CC2)의 차이 전류(CC2-CC1)에 대응되는 전하를 피드백 커패시터(Cf)로 전송하고, 피드백 커패시터(Cf)를 지나는 전압과 대응되는 출력 전압(Vout1)을 생성한다(S40). 따라서 상기 디스플레이 노이즈는 제거될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
1; 터치 디스플레이 시스템
10; 터치 디스플레이 패널
40; 집적 회로
50; 터치 컨트롤러
51; MCU
53; 메모리
55; 제어 로직 블록
60; 디스플레이 드라이버
61; 소스 드라이버
63; 게이트 드라이버
65; 메모리
67; 타이밍 컨트롤 로직 블록
69; 파워 생성기
70; 호스트 컨트롤러
100; AFE

Claims (20)

  1. 복수의 채널들 각각을 통해 각각의 복수의 전류들을 수신하는 단계;
    상기 복수의 전류들 중 제1전류를 감지하여 상기 감지된 제1전류를 제1제어 전류로서 추출(extract)하는 단계;
    상기 제1제어 전류와 상기 복수의 전류들 중 제2전류의 차이에 대응되는 전하를 출력 전압으로 변환하는 단계;및
    상기 출력 전압에 응답하여 디스플레이 공통 전극과 센서 전극 사이에 형성되는 복수의 기생 성분들 사이의 불일치를 보상하는 단계;를 포함하는 터치 컨트롤러의 동작 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 터치 컨트롤러의 동작 방법은,
    선택 신호에 응답하여 상기 복수의 채널들 중 상기 제1전류에 흐르는 채널과 상기 제2전류에 흐르는 채널을 선택하는 단계를 더 포함하는 터치 컨트롤러의 동작 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 출력 전압으로 변환하는 단계는,
    상기 제1전류를 감지하고, 상기 감지된 제1전류를 상기 제1제어 전류로서 추출하는 단계; 및
    상기 제2전류와 상기 제1제어 전류의 차이 전류를 상기 출력 전압으로 변환하는 단계를 포함하는 터치 컨트롤러의 동작 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 복수의 기생 성분들 사이의 불일치를 보상하는 단계는,
    상기 출력 전압을 비교 전압과 비교하고 비교결과에 따라 복수의 선택 비트들을 출력하는 단계; 및
    상기 복수의 선택 비트들에 따라 복수의 커패시터들 중 적어도 어느 하나를 선택하여 상기 불일치를 보상하는 단계를 포함하는 터치 컨트롤러의 동작 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 출력 전압으로 변환하는 단계는,
    상기 제1전류를 감지하고, 상기 감지된 제1전류를 상기 제1제어 전류로서 추출하는 단계;
    상기 제2전류를 감지하고, 상기 감지된 제2전류를 제2제어 전류로서 추출하는 단계; 및
    상기 제2제어 전류와 상기 제1제어 전류의 차이 전류를 상기 출력 전압으로 변환하는 단계를 포함하는 터치 컨트롤러의 동작 방법.
  7. 각각이 복수의 채널들 각각과 접속되는 복수의 핀들;
    선택 신호에 응답하여 상기 복수의 채널들 중 2개의 채널들을 선택하기 위한 선택기;
    상기 2개의 채널들 각각에 흐르는 제1전류와 제2전류의 차이에 대응되는 전하를 출력 전압으로 변환하는 차등 센싱 블록;및
    디스플레이 공통 전극과 접속되며, 상기 출력 전압에 응답하여 상기 디스플레이 공통 전극과 센서 전극 사이에 형성되는 복수의 기생 성분들(parasitic elements) 사이의 불일치(mismatch)를 보상하기 위한 미스매치 보상 블록;을 포함하는 터치 컨트롤러.
  8. 제7항에 있어서, 상기 차등 센싱 블록은,
    상기 제1전류를 감지하여, 상기 감지된 제1전류를 제어 전류로서 추출하는 전류 전달기; 및
    상기 제2전류와 상기 제어 전류의 차이 전류를 상기 출력 전압으로 변환하는 전하 증폭기를 포함하는 터치 컨트롤러.
  9. 제8항에 있어서, 상기 전류 전달기는,
    상기 제1전류를 수신하는 제1입력 단자, 교류 전압을 수신하는 제2입력 단자, 및 상기 제1입력 단자와 접속되는 제1출력 단자를 포함하는 단위 이득 버퍼 증폭기; 및
    상기 단위 이득 버퍼 증폭기로부터 출력되는 복수의 제어 전압들에 따라 상기 제어 전류를 추출하는 제2출력 단자를 포함하는 전류 카피 회로를 포함하는 터치 컨트롤러.
  10. 제9항에 있어서, 상기 전류 카피 회로는,
    상기 단위 이득 버퍼 증폭기의 전원 노드와 접지 노드 사이에 직렬로 연결된 소싱 회로와 싱킹 회로를 포함하며,
    상기 소싱 회로와 상기 싱킹 회로 각각은,
    상기 복수의 제어 전압들 각각에 의해 제어되는 터치 컨트롤러.
  11. 삭제
  12. 제7항에 있어서, 상기 미스매치 보상 블록은,
    복수의 커패시터들을 포함하는 커패시터 어레이; 및
    상기 복수의 커패시터들 중 적어도 어느 하나를 선택하기 위해 상기 출력 전압과 비교 전압을 비교하여 비교 결과에 따라 복수의 선택 비트들을 생성하는 선택 비트 생성기를 포함하는 터치 컨트롤러.
  13. 제12항에 있어서, 상기 선택 비트 생성기는,
    상기 비교 전압과 상기 출력 전압을 비교하여 비교 신호를 출력하는 비교기; 및
    상기 비교 신호에 응답하여 상기 복수의 선택 비트들을 생성하는 SAR(successive approximation register) 제어 로직을 포함하는 터치 컨트롤러.
  14. 각각이 복수의 채널들과 접속된 복수의 핀들;
    상기 복수의 채널들 중 어느 하나의 채널에 흐르는 제1전류를 감지하여 상기 감지된 제1전류를 제1제어 전류로서 추출하는 제1전류 전달기;
    상기 복수의 채널들 중 다른 하나의 채널에 흐르는 제2전류를 감지하여 상기 감지된 제2전류를 제2제어 전류로서 추출하는 제2전류 전달기; 및
    상기 제1제어 전류와 상기 제2제어 전류의 차이 전류를 출력 전압으로 변환하는 전하 증폭기를 포함하고,
    상기 제1전류 전달기는,
    상기 제1전류를 수신하는 반전 입력 단자, 기준 전압을 수신하는 비반전 입력 단자, 및 상기 반전 입력 단자와 접속되는 출력 단자를 포함하는 단위 이득 버퍼 증폭기; 및
    상기 단위 이득 버퍼 증폭기로부터 출력되는 복수의 제어 전압들에 따라 상기 제1제어 전류를 추출하는 전류 카피 회로;를 포함하는 터치 컨트롤러.
  15. 제14항에 있어서, 상기 터치 컨트롤러는,
    상기 복수의 채널들 각각에 전류가 흐르도록 하기 위해 복수의 구동 채널들과 접속된 복수의 구동 핀들을 더 포함하며,
    상기 복수의 구동 채널들 각각에 사인 펄스 신호가 공급되는 터치 컨트롤러.
  16. 삭제
  17. 제14항에 있어서, 상기 전류 카피 회로는,
    상기 단위 이득 버퍼 증폭기의 전원 노드와 접지 노드 사이에 직렬로 연결된 소싱 회로와 싱킹 회로를 포함하며,
    상기 소싱 회로와 상기 싱킹 회로 각각은,
    상기 복수의 제어 전압들 각각에 의해 제어되는 터치 컨트롤러.
  18. 제14항에 있어서, 상기 제2전류 전달기는,
    상기 제2전류를 수신하는 반전 입력 단자, 기준 전압을 수신하는 비반전 입력 단자, 및 상기 반전 입력 단자와 접속되는 출력 단자를 포함하는 단위 이득 버퍼 증폭기; 및
    상기 단위 이득 버퍼 증폭기로부터 출력되는 복수의 제어 전압들에 따라 상기 제2제어 전류를 추출하는 전류 카피 회로를 포함하는 터치 컨트롤러.
  19. 제18항에 있어서, 상기 전류 카피 회로는,
    상기 단위 이득 버퍼 증폭기의 전원 노드와 접지 노드 사이에 각각 접속된 복수의 전류 미러들을 포함하며,
    상기 복수의 전류 미러들 각각은,
    상기 복수의 제어 전압들 각각에 의해 제어되는 터치 컨트롤러.
  20. 디스플레이 공통 전극 및 센서 전극을 포함하는 터치 디스플레이 패널; 및
    복수의 채널들에 의해 상기 터치 디스플레이 패널과 접속된 터치 컨트롤러를 포함하며,
    상기 터치 컨트롤러는,
    상기 복수의 채널들 각각을 통해 흐르는 복수의 전류들 중 제1전류를 감지하여 상기 감지된 제1전류를 제어 전류로서 추출하는 전류 전달기;
    상기 제어 전류와 상기 복수의 전류들 중 제2전류의 차이에 대응되는 전하를 출력 전압으로 변환하는 전하 증폭기;및
    상기 디스플레이 공통 전극과 접속되며, 상기 출력 전압에 응답하여 상기 디스플레이 공통 전극과 상기 센서 전극 사이의 형성되는 복수의 기생 성분들(parasitic elements) 사이의 불일치(mismatch)를 보상하기 위한 미스매치 보상 블록;를 포함하는 터치 디스플레이 시스템.
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