KR101997519B1 - 디스플레이 패널로부터의 노이즈에 의한 영향 및 공정편차에 따른 에러를 제거하는 터치감지칩 - Google Patents

디스플레이 패널로부터의 노이즈에 의한 영향 및 공정편차에 따른 에러를 제거하는 터치감지칩 Download PDF

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Abstract

디스플레이 패널로부터의 노이즈가 터치패널에 미치는 영향을 배제하도록 하기 위한 터치감지칩으로서, 제1스위치, 제2스위치, 제3스위치, 적분장치, 제3연산증폭기, 제어부, 및 디스플레이 동작신호 입력단자를 포함하며, 상기 제어부는, 디스플레이 싱크신호 또는 디스플레이 신호를 기초로, 상기 디스플레이 신호가 제공되는 시구간에서는 상기 제1스위치 및 상기 제2스위치를 오프상태로 유지하고, 상기 제3스위치는 온 상태로 유지하도록 되어 있다.

Description

디스플레이 패널로부터의 노이즈에 의한 영향 및 공정편차에 따른 에러를 제거하는 터치감지칩{A touch sensing device for removing sensing errors occurred by noise from a display panel and fabrication variation}
본 발명은 디스플레이 장치에 결합되는 정전용량방식의 터치패널을 위한 터치감지칩에 관한 것이다.
정전용량방식의 터치패널(이하, 간단히 '터치패널')은 LCD와 같은 디스플레이 패널과 가깝게 결합되어 사용될 수 있다. 터치패널은 디스플레이 패널에서 발생하는 노이즈에 취약할 수 있다. 특히 터치패널을 구성하는 감지전극과 디스플레이 패널 간에 형성되는 용량성분이 커질수록 디스플레이 패널로부터의 노이즈로 인한 영향이 증가한다.
디스플레이 패널과 터치패널이 함께 채택되는 사용자기기의 두께가 날로 감소하는 추세에 따라 상기 감지전극과 디스플레이 패널 간에 형성되는 용량성분이 증가하고 있으며, 따라서 디스플레이 패널로부터의 노이즈가 터치패널에 미치는 영향을 배제해야 할 필요가 있다.
상기 정전용량방식은 상호정전용량방식과 자기정전용량방식으로 구분될 수 있다. 상호정전용량방식에 대한 관련 기술로서, 한국등록특허 '10-1544115' 및 한국등록특허 '10-1677194'가 있다. 자기정전용량방식에 대한 관련 기술로서, 한국등록특허 '10-1554247', 한국등록특허 '10-1788594', 한국등록특허 '10-1591293' 및 한국공개특허 '10-2017-0116756'이 있다.
본 발명은 디스플레이 패널로부터의 노이즈가 터치패널에 미치는 영향을 배제하도록 하기 위한 터치감지칩의 구조 및 작동방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 관점에 따라 제공되는 터치감지칩은, 제1스위치; 제2스위치; 제3스위치; 상기 제1스위치에 의해 연결되는 감지전극을 통해 흐르는 전하를 축적하는 제1연산증폭기, 및 상기 제2스위치에 의해 연결되는 상기 감지전극을 통해 흐르는 전하를 축적하는 제2연산증폭기를 포함하는 적분장치; 상기 제3스위치에 의해 연결되는 상기 감지전극에게 미리 결정된 감지전극 참조전압을 인가하는 제3연산증폭기; 상기 제1연산증폭기와 상기 제2연산증폭기가 각각 서로 다른 극성의 전압을 출력하도록 상기 제1스위치 및 상기 제2스위치의 온/오프 타이밍을 제어하는 제어부; 및 디스플레이 패널에 제공되는 디스플레이 싱크신호 또는 디스플레이 신호를 수신하는 디스플레이 동작신호 입력단자를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 디스플레이 싱크신호(Sync) 또는 상기 디스플레이 신호를 기초로, 상기 디스플레이 신호가 제공되는 시구간에서는 상기 제1스위치 및 상기 제2스위치를 오프상태로 유지하고, 상기 제3스위치는 온 상태로 유지하도록 되어 있다.
이때, 상기 감지전극과 용량결합하는 구동전극에 시간에 따라 변화하는 구동전극 전압을 인가하는 구동부를 더 포함하며, 상기 적분장치는 적분 프로세스를 복수 회 수행하도록 되어 있고, 상기 제어부는, 제2시구간 동안 수행되는 제2적분 프로세스 및 제3시구간 동안 수행되는 제3적분 프로세스에서, 상기 제2스위치가 오프 상태를 유지하고 상기 제1스위치가 온 상태를 유지하는 상태에서 상기 구동전극 전압을 하강시키고, 상기 제2스위치(Φ2)가 온 상태를 유지하고 상기 제1스위치가 오프 상태를 유지하는 상태에서 상기 구동전극 전압을 상승시키도록 되어 있으며, 제1시구간 동안 수행되는 제1적분 프로세스 및 제4시구간 동안 수행되는 제4적분 프로세스에서, 상기 제2스위치가 오프 상태를 유지하고 상기 제1스위치가 온 상태를 유지하는 상태에서 상기 구동전극 전압을 상승시키고, 상기 제2스위치(Φ2)가 온 상태를 유지하고 상기 제1스위치가 오프 상태를 유지하는 상태에서 상기 구동전극 전압을 하강시키도록 되어 있을 수 있다.
이때, 상기 각각의 적분 프로세스는, 상기 제1연산증폭기의 제1출력전압과 상기 제2연산증폭기의 제2출력전압을 변화시키는 적분 사이클을 일 회 또는 복수 회 포함하며, 상기 제어부는, ① 상기 제1적분 프로세스 및 상기 제3적분 프로세스에서, 상기 각 적분 사이클마다, 상기 제1출력전압을 상기 제2출력전압보다 먼저 변화시키도록 되어 있고, ② 상기 제2적분 프로세스 및 상기 제4적분 프로세스에서에서, 상기 각 적분 사이클마다, 상기 제1출력전압을 상기 제2출력전압보다 나중에 변화시키도록 되어 있을 수 있다.
이때, 상기 제어부는, ① 상기 제1적분 프로세스에 의해 얻은 상기 제2출력전압으로부터 상기 제1출력전압을 차감하여 얻은 제1출력값, ② 상기 제2적분 프로세스에 의해 얻은 상기 제1출력전압으로부터 상기 제2출력전압을 차감하여 얻은 제2출력값, ③ 상기 제3적분 프로세스에 의해 얻은 상기 제1출력전압으로부터 상기 제2출력전압을 차감하여 얻은 제3출력값, 및 ④ 상기 제4적분 프로세스에 의해 얻은 상기 제2출력전압으로부터 상기 제1출력전압을 차감하여 얻은 제4출력값을 서로 더한 값을 제공하도록 되어 있을 수 있다.
이때, 상기 적분장치는 쵸핑부를 더 포함하며, 상기 제어부는, 상기 쵸핑부로 하여금, 상기 제1적분 프로세스 및 상기 제4적분 프로세스에 대하여, 상기 제1연산증폭기의 출력단자와 상기 제2연산증폭기의 출력단자를 각각 상기 적분장치의 제1출력단자 및 제2출력단자에 연결하고, 상기 제2적분 프로세스 및 상기 제3적분 프로세스에 대하여, 상기 제1연산증폭기의 출력단자와 상기 제2연산증폭기의 출력단자를 각각 상기 적분장치의 제2출력단자 및 제1출력단자에 연결하도록 제어할 수 있다.
이때, 상기 제어부는, 상기 제1적분 프로세스 및 상기 제3적분 프로세스에서, 상기 각 적분 사이클마다, 상기 제1스위치의 동작상태를 상기 제2스위치의 동작상태보다 먼저 변화시키고, 상기 제2적분 프로세스 및 상기 제4적분 프로세스에서, 상기 각 적분 사이클마다, 상기 제1스위치의 동작상태를 상기 제2스위치의 동작상태보다 나중에 변화시키도록 되어 있을 수 있다.
이때, 상기 터치감지칩은 상기 적분장치의 출력값을 입력받는 ADC; 및 조건에 따라 상기 ADC의 출력값의 부호를 변화시키도록 되어있는 부호변환부를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 적분장치의 출력값은 상기 제2연산증폭기의 제2출력전압으로부터 상기 제1연산증폭기의 제1출력전압을 뺀 값이며, 상기 제2출력값 및 상기 제3출력값은 각각, 상기 부호변환부가 상기 ADC의 출력값의 부호를 변화시킴으로써 제공된 것일 수 있다.
이때, 상기 제1출력값 및 상기 제4출력값은 각각, 상기 부호변환부가 상기 ADC의 출력값의 부호를 그대로 유지한 상태로 제공된 것일 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따라 제공되는 터치감지칩은, 감지전극을 통해 흐르는 전하를 축적하는 제1연산증폭기, 및 상기 감지전극을 통해 흐르는 전하를 축적하는 제2연산증폭기를 포함하는 적분장치; 제3스위치에 의해 연결되는 상기 감지전극에게 미리 결정된 감지전극 참조전압을 인가하는 제3연산증폭기; 상기 제1연산증폭기와 상기 제2연산증폭기가 각각 서로 다른 극성의 전압을 출력하도록 상기 적분장치의 동작을 제어하는 제어부; 및 디스플레이 패널에 제공되는 디스플레이 싱크신호(Sync) 또는 디스플레이 신호를 수신하는 디스플레이 동작신호 입력단자를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 디스플레이 싱크신호(Sync) 또는 상기 디스플레이 신호를 기초로, 상기 디스플레이 신호가 제공되는 시구간에서는 상기 감지전극과 상기 적분장치의 전기적 연결을 차단하도록 되어 있다.
이때, 상기 적분장치는 적분 프로세스를 복수 회 수행하도록 되어 있고, 상기 각각의 적분 프로세스는, 상기 제1연산증폭기의 제1출력전압과 상기 제2연산증폭기의 제2출력전압을 변화시키는 적분 사이클을 일 회 또는 복수 회 포함하며, 상기 제어부는, 제1시구간 동안 수행되는 제1적분 프로세스 및 제3시구간 동안 수행되는 제3적분 프로세스에서, 상기 각 적분 사이클마다, 상기 제1출력전압을 상기 제2출력전압보다 먼저 변화시키도록 되어 있고, 제2시구간 동안 수행되는 제2적분 프로세스 및 제4시구간 동안 수행되는 제4적분 프로세스에서에서, 상기 각 적분 사이클마다, 상기 제1출력전압을 상기 제2출력전압보다 나중에 변화시키도록 되어 있고, 그리고 상기 제1적분 프로세스에 의해 얻은 상기 제2출력전압으로부터 상기 제1출력전압을 차감하여 얻은 제1출력값, 상기 제2적분 프로세스에 의해 얻은 상기 제1출력전압으로부터 상기 제2출력전압을 차감하여 얻은 제2출력값, 상기 제3적분 프로세스에 의해 얻은 상기 제1출력전압으로부터 상기 제2출력전압을 차감하여 얻은 제3출력값, 및 상기 제4적분 프로세스에 의해 얻은 상기 제2출력전압으로부터 상기 제1출력전압을 차감하여 얻은 제4출력값을 서로 더한 값을 제공하도록 되어 있을 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 따라 상술한 어느 하나의 터치감지칩; 상기 디스플레이 패널; 및 상기 디스플레이 싱크신호(Sync) 또는 상기 디스플레이 신호를 발생시키는 디스플레이 구동칩;을 포함하는 사용자 기기가 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면 디스플레이 패널로부터의 노이즈가 터치패널에 미치는 영향을 배제하도록 하기 위한 터치감지칩의 구조 및 작동방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상호정전용량방식의 터치패널을 위한 터치감지회로를 나타낸다.
도 2는 도 1에 나타낸 터치감지회로에 포함된 각 스위치 및 특정 노드에서의 전압을 나타낸 타이밍도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기정전용량방식의 터치패널을 위한 터치감지회로를 나타낸다.
도 4는 도 3에 나타낸 터치감지회로에 포함된 각 스위치 및 특정 노드에서의 전압을 나타낸 타이밍도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치감지칩의 구조를 설명하기 위한 것이다.
도 6은 도 5에 나타낸 터치감지칩의 시구간별 동작상태를 나타낸 타이밍도로서 본 발명의 일 실시예에 따라 수행되는 쵸핑 프로세스를 설명하기 위한 것이다.
도 7a는 도 5에서 상술한 상호정전용량방식에서의 터치감지칩과 디스플레이 구동칩을 블록 다이어그램으로 나타낸 것이며, 도 7b는 상술한 도 5를 변형한 제2실시예에 따른 터치감지칩과 디스플레이 구동칩을 블록 다이어그램으로 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 설명한다. 그러나 본 발명은 본 명세서에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며 여러 가지 다른 형태로 구현될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어는 실시예의 이해를 돕기 위한 것이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 의도된 것이 아니다. 또한, 이하에서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상호정전용량방식의 터치패널을 위한 터치감지회로를 나타낸다.
도 1에 나타낸 도면 중 점선 내의 부분은 터치감지회로를 위한 IC인 터치감지칩(1)에 포함된 회로를 나타내며, RX 및 TX로 표기한 전극들은 터치패널을 구성하는 전극들을 나타낸다. 즉, 터치감지칩(1)은 제1스위치(Φ1), 제2스위치(Φ2), 적분장치(10, 11), 전극전압유지부(20), 구동부(50), 및 제어부(60, 61)를 포함할 수 있다.
도 1에 나타낸 터치감지회로는 상기 터치감지칩(1), 터치패널, 및 디스플레이 패널(210)을 포함하는 사용자 기기에 포함되어 있을 수 있다.
적분장치(10, 11)는 두 개의 연산증폭기(OA1 및 OA2)를 포함할 수 있다. 도 1에 나타낸 예에서 적분장치(10, 11)의 제1출력단자(OUT1) 및 제2출력단자(OUT2)에는 각각 제1연산증폭기(OA1)의 제1출력전압(VOUT1) 및 제2연산증폭기(OA2)의 제2출력전압(VOUT2)이 직접 제공된다. 적분장치(10, 11)의 출력값은 상기 두 개의 출력단자(OUT1, OUT2)의 출력전압 간의 차이값으로 정의될 수 있다. 상기 적분장치(10, 11)의 출력값은 상기 터치감지칩(1)에 포함된 ADC에 제공될 수 있다.
터치입력감지를 위해 제공하는 연산증폭기들(OA1, OA2)의 입력단자에 연결되는 감지전극(RX)과 디스플레이 패널(210) 간에는 기생용량(CP1 및 CP2)이 형성된다. 기생용량(CP1 및 CP2)은 감지전극(RX)과 디스플레이 패널(210) 간의 거리가 가까워질수록 증가할 수 있다.
제어부(60, 61)는 제1스위치(Φ1), 제2스위치(Φ2), 제3스위치(Φ3), 제1구동스위치(ΦT1), 제2구동스위치(ΦT2), 및 리셋스위치(ΦR)의 동작상태를 제어할 수 있다.
도 2는 도 1에 나타낸 터치감지회로에 포함된 각 스위치 및 특정 노드에서의 전압을 나타낸 타이밍도이다.
도 2에서, 가로축은 시간을 나타낸다.
도 2의 (a)는 시간에 따른 제1연산증폭기(OA1)의 출력단자의 제1출력전압(VOUT1) 및 시간에 따른 제2연산증폭기(OA2)의 출력단자의 제2출력전압(VOUT2)을 그래프로 나타낸 것이다.
도 2의 (b)는 리셋스위치(ΦR)의 온/오프 상태를 제어하는 신호를 나타낸 것이다.
도 2의 (c)는 디스플레이 싱크신호(Sync)를 나타낸 것이며, 도 2의 (d)는 디스플레이 신호(Display Signal)를 나타낸 것이다.
도 2의 (e) 및 도 2의 (f)는 각각 구동부 스위치(ΦT1), 구동부 스위치(ΦT2)의 온/오프 상태를 제어하는 신호를 나타낸 것이다.
도 2의 (g)는 구동전극(TX)의 전위를 나타낸 것이다.
도 2의 (h), 도 2의 (i), 및 도 2의 (j)는 각각 제1스위치(Φ1), 제2스위치(Φ2), 및 제3스위치(Φ3)의 온/오프 상태를 제어하는 신호를 나타낸 것이다.
상기 사용자 기기는 상기 디스플레이 패널의 동작을 위해 상기 디스플레이 패널에게 일련의 디스플레이 싱크신호(Sync)를 제공할 수 있다. 그리고 상기 사용자 기기는 상기 일련의 디스플레이 싱크신호(Sync)들 사이에 상기 디스플레이 패널의 동작을 위한 디스플레이 신호(Display Signal)를 제공할 수 있다. 상기 디스플레이 신호(Display Signal)가 제공되는 시구간은 이하 '디스플레이 시구간(T)'이라고 지칭할 수 있다.
상기 디스플레이 싱크신호(Sync)가 발생한 시점(t1) 이후의 미리 결정된 시점부터 일정 기간 동안 상기 디스플레이 신호가 제공되는 것으로 결정되어 있을 수 있다. 또는 상기 디스플레이 싱크신호(Sync)의 발생시작시점(t1)과 상기 디스플레이 신호의 발생시작시점(t2) 간의 간격은 일정하지 않고, 그리고 상기 디스플레이 신호들 각각의 지속시간도 일정하지 않을 수도 있다.
터치감지칩(1)에는 상기 디스플레이 싱크신호(Sync) 및/또는 상기 디스플레이 신호(Display signal)를 수신하는 단자(미도시)가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 제1스위치(Φ1)를 온 상태로 두는 시구간(t11) 동안 제1출력전압(VOUT1)의 변화가 이루어질 수 있다. 그리고 제2스위치(Φ2)를 온 상태로 두는 시구간(t12) 동안 제2출력전압(VOUT2)의 변화가 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 제1스위치(Φ1) 및 제2스위치(Φ2)는 상기 디스플레이 시구간(T)에는 오프상태를 유지할 수 있다. 이렇게 함으로써, 디스플레이 패널로부터 발생하는 노이즈가 상기 연산증폭기(OA1 및 OA2)에 유입되지 않도록 할 수 있다. 즉, 제1스위치(Φ1) 및 제2스위치(Φ2)를 상기 디스플레이 시구간(T) 동안 오프상태를 유지함으로써, 상기 터치감지칩(1)에 상기 디스플레이 패널로부터 발생하는 노이즈가 유입되지 않도록 할 수 있다.
특정 시구간 동안, 상기 연산증폭기(OA1 및 OA2)는 터치패널에 포함된 복수 개의 감지전극들 중 특정 감지전극(RX)을 통해 흐르는 전하를 감지하는 데에 사용될 수 있다. 이때 상기 감지 대상이 되는 감지전극을 이하 '터치검출전극'이라고 지칭할 수 있다.
상기 디스플레이 시구간(T) 동안 제1스위치(Φ1) 및 제2스위치(Φ2)를 오프상태를 유지하도록 하는 경우에 있어서, 터치감지칩(1)이 정상적으로 동작하도록 하기 위해서는 상기 디스플레이 시구간(T) 동안 '터치검출전극(RX)'의 전위를 특정 전위로 유지할 필요가 있다. 이를 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 터치감지칩(1)에는 상기 전극전압유지부(20)가 포함될 수 있다. 상기 특정 전위는 바람직하게는 상기 연산증폭기(OA1 및 OA2)의 비반전 입력단자(+)에 제공되는 전압(VCM)일 수 있다.
전극전압유지부(20)는 그 출력단자(VOUT3)와 반전입력단자(-)가 서로 연결된 제3연산증폭기(OA3), 및 제3스위치(Φ3)를 포함할 수 있다. 상기 제3스위치(Φ3)의 일 단자는 제3연산증폭기(OA3)의 출력단자(VOUT3)에 연결되고, 타 단자는 전극전압유지부(20)의 출력단자(TO3)에 연결될 수 있다. 제3연산증폭기(OA3)의 비반전 입력단자(+)에는 상기 특정 전위가 인가될 수 있다. 제3스위치(Φ3)는 상기 디스플레이 시구간(T) 동안에만 온 상태를 유지함으로써, 상기 디스플레이 시구간(T) 동안 상기 터치검출전극(RX)이 상기 특정 전압을 유지하도록 할 수 있다. 즉, 일 실시예에서 전극전압유지부(20)의 출력단자(TO3)는, 상기 디스플레이 시구간(T) 동안 제3연산증폭기(OA3)의 출력단자(VOUT3)에 연결되어 상기 특정 전위를 제공하고, 그 나머지 시구간 동안에는 제3연산증폭기(OA3)의 출력단자(VOUT3)로부터 분리된 상태를 유지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기정전용량방식의 터치패널을 위한 터치감지회로를 나타낸다.
도 3에 나타낸 도면 중 점선 내의 부분은 터치감지회로를 위한 IC인 터치감지칩(1)에 포함된 회로를 나타내며, ER4로 표기한 전극은 터치패널을 구성하는 감지전극을 나타낸다.
도 3에 나타낸 터치감지회로는 상기 터치감지칩(1), 터치패널, 및 디스플레이 패널(210)을 포함하는 사용자 기기에 포함되어 있을 수 있다. 터치감지칩(1)은 적분장치(10, 12) 및 전극전압유지부(20)를 포함할 수 있다. 적분장치(10, 12)는 두 개의 연산증폭기(OA1 및 OA2)를 포함할 수 있다. 적분장치(10, 12)의 출력값은 두 개의 연산증폭기(OA1 및 OA2)의 출력전압(VOUT1 및 VOUT2) 간의 차이값으로 정의될 수 있다. 상기 적분장치(10, 12)의 출력값은 상기 터치감지칩(1)에 포함된 ADC에 제공될 수 있다.
터치입력감지를 위해 제공하는 연산증폭기들(OA1, OA2)의 입력단자에 연결되는 감지전극(ER4)과 디스플레이 패널(210) 간에는 기생용량(CSELF)가 형성된다. 기생용량(CSLEF)은 감지전극(ER4)과 디스플레이 패널(210) 간의 거리가 가까워질수록 증가할 수 있다.
제어부(60, 62)는 제1스위치(Φ1), 제2스위치(Φ2), 제3스위치(Φ3), 및 리셋스위치(ΦR)의 동작상태를 제어할 수 있다.
도 4는 도 3에 나타낸 터치감지회로에 포함된 각 스위치 및 특정 노드에서의 전압을 나타낸 타이밍도이다.
도 4에서, 가로축은 시간을 나타낸다.
도 4의 (a)는 시간에 따른 제1연산증폭기(OA1)의 제1출력전압(VOUT1) 및 시간에 따른 제2연산증폭기(OA2)의 제2출력전압(VOUT2)을 그래프로 나타낸 것이다.
도 4의 (b)는 리셋스위치(ΦR)의 온/오프 상태를 제어하는 신호를 나타낸 것이다.
도 4의 (c)는 디스플레이 싱크신호(Sync)를 나타낸 것이며, 도 4의 (d)는 디스플레이 신호(Display Signal)를 나타낸 것이다.
도 4의 (e), 도 4의 (f), 및 도 4의 (g)는 각각 제1스위치(Φ1), 제2스위치(Φ2), 및 제3스위치(Φ3)의 온/오프 상태를 제어하는 신호를 나타낸 것이다.
도 4의 (h)는 두 개의 연산증폭기들(OA1, OA2)의 입력단자(IN)의 전위(VIN)를 나타낸 것이다.
도 4에 나타낸 디스플레이 싱크신호(Sync), 디스플레이 신호, 및 '디스플레이 시구간(T)'은 도 2에서 설명한 바와 같다.
터치감지칩(1)에는 상기 디스플레이 싱크신호(Sync) 및/또는 상기 디스플레이 신호를 수신하는 단자가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 제1스위치(Φ1)를 온 상태로 두는 시구간(t11) 동안 제1출력전압(VOUT1)의 변화가 이루어질 수 있다. 그리고 제2스위치(Φ2)를 온 상태로 두는 시구간(t12) 동안 제2출력전압(VOUT2)의 변화가 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 제1스위치(Φ1) 및 제2스위치(Φ2)는 상기 디스플레이 시구간(T)에는 오프상태를 유지할 수 있다. 이렇게 함으로써, 디스플레이 패널(210)로부터 발생하는 노이즈가 상기 연산증폭기(OA1 및 OA2)에 유입되지 않도록 할 수 있다.
특정 시구간 동안, 상기 연산증폭기(OA1 및 OA2)는 터치패널에 포함된 복수 개의 감지전극들 중 특정 감지전극(ER4)을 통해 흐르는 전하를 감지하는 데에 사용될 수 있다. 이때 상기 감지 대상이 되는 감지전극(ER4)을 이하 '터치검출전극(ER4)'이라고 지칭할 수 있다.
상기 디스플레이 시구간(T) 동안 제1스위치(Φ1) 및 제2스위치(Φ2)를 오프상태로 유지시키는 경우에 있어서, 터치감지칩(1)이 정상적으로 동작하도록 하기 위해서는 상기 디스플레이 시구간(T) 동안 '터치검출전극(ER4)'의 전위(VIN)를 특정 전위로 유지할 필요가 있다. 상기 전극전압유지부(20)는 이러한 목적을 달성하기 위해 제공되는 것이다.
상기 연산증폭기(OA1 및 OA2)의 비반전 입력단자(+)에는 각각 서로 다른 기준전압(VREF_H 및 VREF_L)이 인가될 수 있다.
일 실시예에서 전극전압유지부(20)의 출력단자(TO3)는, 상기 디스플레이 시구간(T) 동안 상기 특정 전위를 제공할 수 있다. 상기 특정 전위는 바람직하게는 상기 연산증폭기(OA1 및 OA2)의 비반전 입력단자(+)에 제공되는 기준전압(VREF_H 및 VREF_L) 중 어느 하나일 수 있다.
전극전압유지부(20)는, 그 출력단자(VOUT3)와 반전입력단자(-)가 서로 연결된 제3연산증폭기(OA3) 및 제3스위치(Φ3)를 포함할 수 있다. 상기 제3스위치(Φ3)의 일 단자는 제3연산증폭기(OA3)의 출력단자(VOUT3)에 연결되고, 타 단자는 전극전압유지부(20)의 출력단자(TO3)에 연결될 수 있다. 제3연산증폭기(OA3)의 비반전 입력단자(+)에는 상기 특정 전위가 인가될 수 있다. 제3스위치(Φ3)는 상기 디스플레이 시구간(T) 동안에만 온 상태를 유지함으로써, 상기 디스플레이 시구간(T) 동안 상기 터치검출전극(ER4)이 상기 특정 전압을 유지하도록 할 수 있다. 즉, 일 실시예에서 전극전압유지부(20)의 출력단자(TO3)는, 상기 디스플레이 시구간(T) 동안 제3연산증폭기(OA3)의 출력단자(VOUT3)에 연결되어 상기 특정 전위를 제공하고, 그 나머지 시구간 동안에는 제3연산증폭기(OA3)의 출력단자(VOUT3)로부터 분리된 상태를 유지할 수 있다.
전극전압유지부(20)는 상기 디스플레이 시구간(T) 동안 상기 연산증폭기(OA1 및 OA2)의 비반전 입력단자(+)에 제공되는 기준전압(VREF_H 및 VREF_L) 중 어느 하나를 출력하도록 되어 있을 수 있다. 예컨대, 전극전압유지부(20)는, 상기 '터치검출전극'의 감지를 위해 적분장치(10, 12)의 리셋스위치(ΦR)를 잠시 동안 온 상태로 둔 이후 상기 연산증폭기(OA1 및 OA2) 중 더 늦게 동작하는 연산증폭기의 비반전 입력단자에 인가되는 기준전압을 출력할 수 있다.
도 4에 나타낸 실시예에서는 상기 리셋이 이루어진 이후, 상기 연산증폭기(OA1 및 OA2) 중 제2연산증폭기(OA2)에 연결된 제2스위치(Φ2)가 먼저 온 상태를 갖고, 뒤이어 제1연산증폭기(OA1)에 연결된 제1스위치(Φ1)가 온 상태를 갖는다. 즉, 제1연산증폭기(OA1)가 더 늦게 동작하기 시작한다. 따라서 전극전압유지부(20)는, 제1연산증폭기(OA1)의 비반전 입력단자에 인가되는 기준전압(VREF_H)을 출력하도록 되어 있다. 이를 위해 제3연산증폭기(OA3)의 비반전 입력단자(+)에는 기준전압(VREF_H)이 제공될 수 있다.
도 4에 나타낸 것과 반대로, 제2연산증폭기(OA2)가 제1연산증폭기(OA1)보다 더 늦게 동작하도록 설계할 경우, 전극전압유지부(20)는, 제2연산증폭기(OA2)의 비반전 입력단자에 인가되는 기준전압(VREF_L)을 출력하도록 설계될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치감지칩(1)의 구조를 설명하기 위한 것이다.
도 5에 제시된 모든 스위치의 제어는, 상기 터치감지칩(1)에 포함된 제어부(60, 61)에 의해 제어될 수 있다.
제어부(60, 61)는 구동전극(TX)의 전위를 제어하도록 되어 있을 수 있다. 제어부(60, 61)는 구동전극(TX)의 전위가 도 5에 도시한 +Code 또는 -Code의 형태를 따르도록 두 개의 구동부 스위치(ΦT1, ΦT2)를 제어할 수 있다.
연산증폭기(OA1, OA2, OA3)의 비반전 입력단자(+)에 각각 동일한 전압(VCM)을 인가하더라도, 각 연산증폭기 간의 편차 때문에 각 연산증폭기(OA1, OA2, OA3)는 상기 각 비반전 입력단자에 실질적으로 서로 다른 전위가 인가된 것처럼 동작할 수 있다. 예컨대 도 5에 나타낸 바와 같이 제1연산증폭기(OA1)의 비반전 입력단자(+)에는 실질적으로 VCM이 인가된 것처럼 동작하고, 제2연산증폭기(OA2)의 비반전 입력단자(+)에는 실질적으로 VCM+ΔV1이 인가된 것처럼 동작하고, 제3연산증폭기(OA3)의 비반전 입력단자(+)에는 실질적으로 VCM+ΔV2가 인가된 것처럼 동작할 수 있다.
이와 같은 연산증폭기들 간의 공정편차에 의해 터치감지칩(1)의 출력신호에는 오류가 발생할 수 있다. 이러한 오류를 제거하기 위하여, 도 5에 나타낸 터치감지칩(1)은 제어부(60, 61)를 이용하여, 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 소위 쵸핑 프로세스를 수행할 수 있다. 상기 쵸핑 프로세스는 터치입력에 관한 정보를 1회 얻기 위하여, 적분장치(10, 13)의 출력값을 획득하는 적분 프로세스를 복수 회 얻는 과정을 포함한다. 이때, 각 적분 프로세스를 수행할 때마다 제1스위치(Φ1)와 제2스위치(Φ2)의 동작순서를 변경할 수 있다. 또는 각 적분 프로세스를 수행할 때마다, 제1연산증폭기(OA1)의 제1출력전압(VOUT1)으로부터 제2연산증폭기(OA2)의 제2출력전압(VOUT2)을 뺀 제1출력값을 그대로 사용하거나 또는 상기 제1출력값의 부호를 바꾸어 사용할 수 있다.
일 실시예에서, 제1스위치(Φ1)와 제2스위치(Φ2)의 동작순서에 따른 2가지 경우의 수와 적분장치(10, 13)의 출력값의 부호 변환에 따른 2가지 경우의 수의 조합에 따른 4가지 결과를 얻기 위해, 적분장치(10, 13)의 출력값을 획득하는 적분 프로세스를 4회 수행할 수 있다. 상기 4회의 적분 프로세스를 통해 얻은 값들을 서로 더함으로써 터치입력에 관한 1개의 정보를 얻을 수 있다. 상기 쵸핑 프로세스는 이하 설명하는 도 6을 통해 더 자세히 설명한다.
도 6은 도 5에 나타낸 터치감지칩(1)의 시구간별 동작상태를 나타낸 타이밍도로서 본 발명의 일 실시예에 따라 수행되는 쵸핑 프로세스를 설명하기 위한 것이다.
도 6에서 각 가로축은 시간을 나타낸다.
적분장치(10, 13)의 제1출력단자(OUT1)와 제2출력단자(OUT2) 간의 차이값은 ADC로 입력될 수 있다.
한 번의 상기 쵸핑 프로세스는 네 번의 적분 프로세스를 포함할 수 있다. 상기 네 번의 적분 프로세스는 각각 시간의 순서에 따라 제1적분 프로세스, 제2적분 프로세스, 제3 적분 프로세스, 및 제4 적분 프로세스로 지칭될 수 있다.
도 6에서 상기 제1적분 프로세스, 제2적분 프로세스, 제3 적분 프로세스, 및 제4 적분 프로세스는 각각 시구간1(t21), 시구간2(t22), 시구간3(t23), 및 시구간4(t24) 동안 수행된다.
상기 각각의 적분 프로세스는 복수 회의 적분 사이클을 포함할 수 있다. 각각의 적분 사이클에서는 제1연산증폭기의 제1출력전압과 상기 제2연산증폭기의 제2출력전압이 한 번씩 변경될 수 있다.
시구간1(t21)에서 연산증폭기들(OA1, OA2)이 리셋된 직후, 상기 각각의 적분 사이클마다 상기 제1스위치(Φ1), 상기 제2스위치(Φ2), 및 상기 제3스위치(Φ3)는, 제3스위치(Φ3), 제1스위치(Φ1), 및 제2스위치(Φ2)의 순서로 그 온상태가 전환된다. 이때, 상기 ADC에 제공되는 터치감지칩(1)의 출력은 다음의 수식 1에 제시된 VO1으로 주어진다. VO1에 제시된 기생용량성분(Cself)은 터치전극(RX, ER4)에서 바라보는 등가 기생용량성분을 의미한다. 상기 등가 기생용량성분에는 터치전극(RX, ER4)과 디스플레이 패널(210) 간의 용량성분 및 터치전극(RX, ER4)과 사용자기기 내의 기타 다른 구성요소들 간의 용량성분이 포함될 수 있다.
시구간1(t21)에서, 구동전극(TX)의 전위인 구동전극 전압(VTX)은 도 5에 도시한 +Code의 모양을 따르도록 되어 있다. 이때, 구동전극 전압(VTX)은 제1스위치(Φ1)가 오프 상태를 유지하고 제2스위치(Φ2)가 온 상태를 유지하는 조건에서 하강하도록 되어 있다. 그리고 구동전극 전압(VTX)은 제1스위치(Φ1)가 온 상태를 유지하고 제2스위치(Φ2)가 오프 상태를 유지하는 조건에서 상승하도록 되어 있다.
[수식1]
Figure 112018026704990-pat00001
상기 수식1 및 후술하는 수식2, 수식3, 및 수식4에서, CM은 구동전극(TX)과 감지전극(RX) 사이의 상호 커패시턴스이고, VT는 구동전극(TX)에 인가되는 구동전압(VTX)의 최대 변화폭을 나타내며, CS는 연산증폭기들(OA1, OA2)의 반전입력단자 및 출력단자 사이에 연결된 피드백 커패시터의 커패시턴스를 나타낸다.
시구간2(t22)에서 연산증폭기들(OA1, OA2)이 리셋된 직후, 상기 각각의 적분 사이클마다, 상기 제1스위치(Φ1), 상기 제2스위치(Φ2), 및 상기 제3스위치(Φ3)는, 제3스위치(Φ3), 제2스위치(Φ2), 및 제1스위치(Φ1)의 순서로 온상태가 전환된다. 이때, 상기 ADC에 제공되는 터치감지칩(1)의 출력은 다음의 수식 2에 제시된 VO2로 주어진다. VO2에도 상기 기생용량성분(Cself)에 의한 영향이 제시되어 있다.
시구간2(t22)에서, 구동전극(TX)의 전위는 도 5에 도시한 +Code의 모양을 따르도록 되어 있다. 이때, 구동전극 전압(VTX)은 제2스위치(Φ2)가 오프 상태를 유지하고 제1스위치(Φ1)가 온 상태를 유지하는 조건에서 하강하도록 되어 있다. 그리고 구동전극 전압(VTX)은 제2스위치(Φ2)가 온 상태를 유지하고 제1스위치(Φ1)가 오프 상태를 유지하는 조건에서 상승하도록 되어 있다.
[수식2]
Figure 112018026704990-pat00002
시구간3(t23)에서 연산증폭기들(OA1, OA2)이 리셋된 직후, 상기 각각의 적분 사이클마다, 상기 제1스위치(Φ1), 상기 제2스위치(Φ2), 및 상기 제3스위치(Φ3)는, 제3스위치(Φ3), 제1스위치(Φ1), 및 제2스위치(Φ2)의 순서로 온상태가 전환된다. 이때, 상기 ADC에 제공되는 터치감지칩(1)의 출력은 다음의 수식 3에 제시된 VO3으로 주어진다. VO3에도 상기 기생용량성분(Cself)에 의한 영향이 제시되어 있다.
시구간3(t23)에서, 구동전극(TX)의 전위는 도 5에 도시한 -Code의 모양을 따르도록 되어 있다. 이때, 구동전극 전압(VTX)은 제2스위치(Φ2)가 오프 상태를 유지하고 제1스위치(Φ1)가 온 상태를 유지하는 조건에서 하강하도록 되어 있다. 그리고 구동전극 전압(VTX)은 제2스위치(Φ2)가 온 상태를 유지하고 제1스위치(Φ1)가 오프 상태를 유지하는 조건에서 상승하도록 되어 있다.
[수식3]
Figure 112018026704990-pat00003
시구간4(t24)에서 연산증폭기들(OA1, OA2)이 리셋된 직후, 상기 각각의 적분 사이클마다, 상기 제1스위치(Φ1), 상기 제2스위치(Φ2), 및 상기 제3스위치(Φ3)는, 제3스위치(Φ3), 제2스위치(Φ2), 및 제1스위치(Φ1)의 순서로 온상태가 전환된다. 이때, 상기 ADC에는 제공되는 터치감지칩(1)의 출력은 다음의 수식 4에 제시된 VO4로 주어진다. VO4에도 상기 기생용량성분(Cself)에 의한 영향이 제시되어 있다.
시구간4(t24)에서, 구동전극(TX)의 전위는 도 5에 도시한 -Code의 모양을 따르도록 되어 있다. 이때, 구동전극 전압(VTX)은 제1스위치(Φ1)가 오프 상태를 유지하고 제2스위치(Φ2)가 온 상태를 유지하는 조건에서 하강하도록 되어 있다. 그리고 구동전극 전압(VTX)은 제1스위치(Φ1)가 온 상태를 유지하고 제2스위치(Φ2)가 오프 상태를 유지하는 조건에서 상승하도록 되어 있다.
[수식4]
Figure 112018026704990-pat00004
터치감지칩(1)에는 상기 시구간1(t21), 시구간2(t22), 시구간3(t23), 및 시구간4(t24)에서의 출력값인 상기 VO1, VO2, VO3, 및 VO4의 값을 모두 합하는 기능을 수행하는 합산부가 포함되어 있을 수 있다. 상기 VO1, VO2, VO3, 및 VO4의 값을 모두 더하면, 공정편차에 의해 발생하는 도 5에 제시한 ΔV1과 ΔV2에 의한 영향이 제거됨을 알 수 있다.
제1스위치(Φ1), 제2스위치(Φ2), 및 제3스위치(Φ3)가 연달아 각각 1번씩 오프상태-온상태-오프상태의 변이를 겪으면 1개의 적분 사이클이 완성된다. 상술한 각각의 적분 프로세스는 연속적인 복수 개의 적분 사이클들로 구성될 수 있다. 도 6에서는 4개의 적분 프로세스들이 각각 2개의 적분 사이클들로 구성된 예를 나타낸 것이다. 상술한 수식 1 내지 수식 4에 나타낸 VOUT1, VOUT2, VO1, VO2, VO3, 및 VO4는 각각 상기 적분 사이클이 최초로 1회 수행되었을 때의 값을 나타낸 것이다. 각 적분 프로세스가 N개의 적분 사이클들로 구성된 경우 상기 VOUT1, VOUT2, VO1, VO2, VO3, 및 VO4는 수식 1 내지 수식 4에 나타낸 값의 N배에 대응하는 값을 갖게 될 것이다.
시구간1(t21)과 시구간3(t23)에서는 각 적분 사이클에서 제1스위치(Φ1)가 제2스위치(Φ2)보다 먼저 구동되지만, 이와 반대로 시구간2(t22)과 시구간4(t24)에서는 각 적분 사이클에서 제1스위치(Φ1)가 제2스위치(Φ2)보다 나중에 구동된다. 이러한 구성순서는 제어부(60, 61)에 의해 제어될 수 있다.
일 실시예에서, 시구간1(t21)과 시구간4(t24)에서는 제2연산증폭기(OA2)의 제2출력전압(VOUT2)에서 제1연산증폭기(OA1)의 제1출력전압(VOUT1)을 차감한 값이 적분장치(10, 13)의 출력값으로서 제공된다. 이와 반대로, 시구간2(t22)와 시구간3(t23)에서는, 제2연산증폭기(OA2)의 제2출력전압(VOUT2)으로부터 제1연산증폭기(OA1)의 제1출력전압(VOUT1)을 차감한 값을 반전한 값, 즉 제1연산증폭기(OA1)의 제1출력전압(VOUT1)으로부터 제2연산증폭기(OA2)의 제2출력전압(VOUT2)을 차감한 값이 적분장치(10, 13)의 출력값으로서 제공된다. 이러한 출력특성은 제어부(60, 61)가 쵸퍼부(40)에 포함된 스위치의 연결상태를 변경함으로써 제어될 수 있다. 쵸퍼부(40)는 제1연산증폭기(OA1)와 제2연산증폭기(OA2)의 출력단자들을 적분장치(10, 13)의 출력단자(OUT1, OUT2)에 선택적으로 연결하는 스위치들로 이루어질 수 있으며, 이러한 스위치들의 온/오프 제어는 상기 제어부(60, 61)에 의해 제어될 수 있다.
도 5로부터 변형된 실시예인 제2실시예에서, 상기 쵸핑 프로세스를 수행하기 위해, 터치감지칩(1)은 쵸퍼부(40)를 포함하지 않고, 이를 대체하는 다른 구성요소를 포함할 수 있다. 즉, 적분장치(10)의 출력값으로서 언제나, 제2연산증폭기(OA2)의 제2출력전압(VOUT2)에서 제1연산증폭기(OA1)의 제1출력전압(VOUT1)을 차감한 값이 제공되도록 할 수 있다. 그 대신, 적분장치(10)의 출력단자(OUT1, OUT2)에 연결된 ADC의 출력값의 부호를 필요에 따라 변화시켜 사용하도록 제어함으로써 도 5에 나타낸 회로와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 이를 위해 터치감지칩(1)은 ADC의 출력단에 연결되어 있으며 적분장치의 출력값의 부호를 변환하는 부호변환부(80)를 더 포함할 수 있으며, 부호변환부(80)의 동작제어는 제어부(60, 61)에 의해 수행될 수 있다. 예컨대, 부호변환부(80)는 시구간1(t21)과 시구간4(t24)에서는 상기 ADC의 디지털 출력값을 변화시키지 않고 그대로 출력하지만, 시구간2(t22)와 시구간3(t23)에서는 상기 ADC의 디지털 출력값의 부호를 변화시켜 출력할 수 있다. 상기 부호변환부(80)가 시구간1(t21), 시구간2(t22), 시구간3(t23), 및 시구간4(t24)에 각각 출력한 4개의 값을 모두 합하면, 상술한 바와 같이, 공정편차에 의해 발생하는 도 5에 제시한 ΔV1과 ΔV2에 의한 영향이 제거됨을 알 수 있다. 상기 합하는 작업은 상기 합산부에서 수행할 수 있으며, 상기 합산부는 상기 부호변환부(80)에 연결되어 있을 수 있다.
도 7a는 도 5에서 상술한 상호정전용량방식에서의 터치감지칩(1)과 디스플레이 구동칩(2)을 블록 다이어그램으로 나타낸 것이며, 도 7b는 상술한 도 5를 변형한 제2실시예에 따른 터치감지칩(1)과 디스플레이 구동칩(2)을 블록 다이어그램으로 나타낸 것이다.
도 7a에 따르면, 터치감지칩(1)은 적분장치(10, 13), 전극전압유지부(20), 구동부(50), 제어부(60, 61), 및 ADC(70)를 포함할 수 있다. 그리고 적분장치(10, 13)는 상술한 쵸퍼부(40)를 포함할 수 있다.
도 7b에 따르면, 터치감지칩(1)은 적분장치(10), 전극전압유지부(20), 구동부(50), 제어부(60, 61), 및 ADC(70)를 포함할 수 있다. 그리고 ADC(70)의 출력단에는 상술한 부호변환부(80)가 연결되어 있을 수 있다.
도 7a 및 도 7b에 나타낸 회로에서, 터치감지칩(1)은 디스플레이 동작신호 입력단자(D_IN)를 더 포함할 수 있다.
제어부(60, 61)는 디스플레이 구동칩(2)으로부터, 터치감지칩(1)의 상기 디스플레이 동작신호 입력단자(D_IN)를 통해 디스플레이 패널에 제공되는 디스플레이 싱크신호(Sync) 또는 디스플레이 신호를 수신할 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치감지칩(1)을 도 1, 도 3, 도 5, 도 6, 도 7a, 및 도 7b를 함께 참조하여 설명한다.
상기 터치감지칩(1)은 제1스위치(Φ1), 제2스위치(Φ2), 제3스위치(Φ3), 적분장치(10), 제3연산증폭기(OA3), 제어부(60), 및 디스플레이 동작신호 입력단자(D_IN)를 포함할 수 있다.
적분장치(10)는, 상기 제1스위치(Φ1)에 의해 연결되는 감지전극(RX/ER4)을 통해 흐르는 전하를 축적하는 제1연산증폭기(OA1), 및 상기 제2스위치(Φ2)에 의해 연결되는 상기 감지전극(RX/ER4)을 통해 흐르는 전하를 축적하는 제2연산증폭기(OA2)를 포함할 수 있다.
제3연산증폭기(OA3)는, 상기 제3스위치(Φ3)에 의해 연결되는 상기 감지전극(RX/ER4)에게 미리 결정된 감지전극 참조전압(예컨대, VCM/VREF_H/VREF_L)을 인가할 수 있다.
제어부(60)는, 상기 제1연산증폭기(OA1)와 상기 제2연산증폭기(OA2)가 각각 서로 다른 극성의 전압을 출력하도록 상기 제1스위치(Φ1) 및 상기 제2스위치(Φ2)의 온/오프 타이밍을 제어할 수 있다.
디스플레이 동작신호 입력단자(D_IN)는, 디스플레이 구동칩으로부터 디스플레이 패널에게 제공되는 디스플레이 싱크신호(Sync) 또는 디스플레이 신호를 수신할 수 있다.
이때, 상기 제어부(60)는, 상기 디스플레이 싱크신호(Sync) 또는 상기 디스플레이 신호를 기초로, 상기 디스플레이 신호가 제공되는 시구간(T)에서는 상기 제1스위치(Φ1) 및 상기 제2스위치(Φ2)를 오프상태로 유지하고, 상기 제3스위치(Φ3)는 온 상태로 유지하도록 되어 있을 수 있다.
이때, 상기 제어부(60)는, 상기 제1출력값, 상기 제2출력값, 상기 제3출력값, 및 상기 제4출력값을 합산한 값에 관한 정보를 생성하도록 되어 있을 수 있다.
상기 제1시구간(t21), 제2시구간(t22), 제3시구간(t23), 및 제4시구간(t24)은 각각 도 6에서 설명한 시구간1(t21), 시구간2(t22), 시구간3(t23), 및 시구간4(t24)와 동일할 수 있다. 또는, 제1시구간(t21), 제2시구간(t22), 제3시구간(t23), 및 제4시구간(t24)은 각각 도 6 및 도 7에서 상술한 시구간1(t21), 시구간2(t22), 시구간3(t23), 및 시구간4(t24) 중 서로 다른 어느 하나일 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 제1스위치(Φ1); 제2스위치(Φ2); 제3스위치(Φ3); 제1스위치(Φ1)에 의해 연결되는 감지전극(RX)을 통해 흐르는 전하를 축적하는 제1연산증폭기(OA1), 및 제2스위치(Φ2)에 의해 연결되는 감지전극(RX)을 통해 흐르는 전하를 축적하는 제2연산증폭기(OA2)를 포함하는 적분장치(10); 제3스위치(Φ3)에 의해 연결되는 감지전극(RX)에게 미리 결정된 감지전극 참조전압(ex: VCM)을 인가하는 제3연산증폭기(OA3); 제1연산증폭기(OA1)와 제2연산증폭기(OA2)가 각각 서로 다른 극성의 전압을 출력하도록 제1스위치(Φ1) 및 제2스위치(Φ2)의 온/오프 타이밍을 제어하는 제어부(60); 및 디스플레이 패널에 제공되는 디스플레이 싱크신호 또는 디스플레이 신호를 수신하는 디스플레이 동작신호 입력단자(D_IN)를 포함하며, 제어부(60)는, 디스플레이 싱크신호(Sync) 또는 상기 디스플레이 신호를 기초로, 상기 디스플레이 신호가 제공되는 시구간(T)에서는 제1스위치(Φ1) 및 제2스위치(Φ2)를 오프상태로 유지하고, 제3스위치(Φ3)는 온 상태로 유지하도록 되어 있는 터치감지칩(1)이 제공될 수 있다.
이때, 감지전극(RX)과 용량결합하는 구동전극(TX)에 시간에 따라 변화하는 구동전극 전압(VTX)을 인가하는 구동부(50)를 더 포함하며, 적분장치(10)은 적분 프로세스를 복수 회 수행하도록 되어 있고, 제어부(60)는, 제2시구간(t22) 동안 수행되는 제2적분 프로세스 및 제3시구간(t23) 동안 수행되는 제3적분 프로세스에서, 제2스위치(Φ2)가 오프 상태를 유지하고 제1스위치(Φ1)가 온 상태를 유지하는 상태에서 구동전극 전압(VTX)을 하강시키고, 제2스위치(Φ2)가 온 상태를 유지하고 제1스위치(Φ1)가 오프 상태를 유지하는 상태에서 구동전극 전압(VTX)을 상승시키도록 되어 있으며, 제1시구간(t21) 동안 수행되는 제1적분 프로세스 및 제4시구간(t24) 동안 수행되는 제4적분 프로세스에서, 제2스위치(Φ2)가 오프 상태를 유지하고 제1스위치(Φ1)가 온 상태를 유지하는 상태에서 구동전극 전압(VTX)을 상승시키고, 제2스위치(Φ2)가 온 상태를 유지하고 제1스위치(Φ1)가 오프 상태를 유지하는 상태에서 구동전극 전압(VTX)을 하강시키도록 되어 있을 수 있다.
이때, 상기 각각의 적분 프로세스는, 제1연산증폭기(OA1)의 제1출력전압(VOUT1)과 제2연산증폭기(OA2)의 제2출력전압(VOUT2)을 변화시키는 적분 사이클을 일 회 또는 복수 회 포함하며, 제어부(60)는, ① 상기 제1적분 프로세스 및 상기 제3적분 프로세스에서, 상기 각 적분 사이클마다, 제1출력전압(VOUT1)을 제2출력전압(VOUT2)보다 먼저 변화시키도록 되어 있고, ② 상기 제2적분 프로세스 및 상기 제4적분 프로세스에서에서, 상기 각 적분 사이클마다, 제1출력전압(VOUT1)을 제2출력전압(VOUT2)보다 나중에 변화시키도록 되어 있을 수 있다.
이때, 제어부(60)는, ① 상기 제1적분 프로세스에 의해 얻은 제2출력전압(VOUT2)으로부터 제1출력전압(VOUT1)을 차감하여 얻은 제1출력값, ② 상기 제2적분 프로세스에 의해 얻은 제1출력전압(VOUT1)으로부터 제2출력전압(VOUT2)을 차감하여 얻은 제2출력값, ③ 상기 제3적분 프로세스에 의해 얻은 제1출력전압(VOUT1)으로부터 제2출력전압(VOUT2)을 차감하여 얻은 제3출력값, 및 ④ 상기 제4적분 프로세스에 의해 얻은 제2출력전압(VOUT2)으로부터 제1출력전압(VOUT1)을 차감하여 얻은 제4출력값을 서로 더한 값을 제공하도록 되어 있을 수 있다.
이때, 적분장치(10)은 쵸핑부(40)를 더 포함하며, 제어부(60)는, 쵸핑부(40)로 하여금, 상기 제1적분 프로세스 및 상기 제4적분 프로세스에 대하여, 제1연산증폭기(OA1)의 출력단자와 제2연산증폭기(OA2)의 출력단자를 각각 적분장치(10)의 제1출력단자(OUT1) 및 제2출력단자(OUT2)에 연결하고, 상기 제2적분 프로세스 및 상기 제3적분 프로세스에 대하여, 제1연산증폭기(OA1)의 출력단자와 제2연산증폭기(OA2)의 출력단자를 각각 적분장치(10)의 제2출력단자(OUT2) 및 제1출력단자(OUT1)에 연결하도록 제어할 수 있다.
이때, 제어부(60)는, 상기 제1적분 프로세스 및 상기 제3적분 프로세스에서, 상기 각 적분 사이클마다, 제1스위치(Φ1)의 동작상태를 제2스위치(Φ2)의 동작상태보다 먼저 변화시키고, 상기 제2적분 프로세스 및 상기 제4적분 프로세스에서, 상기 각 적분 사이클마다, 제1스위치(Φ1)의 동작상태를 제2스위치(Φ2)의 동작상태보다 나중에 변화시키도록 되어 있을 수 있다.
이때, 터치감지칩(1)은 적분장치(10)의 출력값을 입력받는 ADC(70); 및 조건에 따라 ADC(70)의 출력값의 부호를 변화시키도록 되어있는 부호변환부(80)를 더 포함할 수 있다. 그리고 적분장치(10)의 출력값은 제2연산증폭기(OA2)의 제2출력전압(VOUT2)으로부터 제1연산증폭기(OA1)의 제1출력전압(VOUT1)을 뺀 값이며, 상기 제2출력값 및 상기 제3출력값은 각각, 상기 부호변환부(80)가 ADC(70)의 출력값의 부호를 변화시킴으로써 제공된 것일 수 있다.
이때, 상기 제1출력값 및 상기 제4출력값은 각각, 부호변환부(80)가 상기 ADC(70)의 출력값의 부호를 그대로 유지한 상태로 제공된 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따라 제공되는 터치감지칩(1)은, 감지전극(RX)을 통해 흐르는 전하를 축적하는 제1연산증폭기(OA1), 및 감지전극(RX)을 통해 흐르는 전하를 축적하는 제2연산증폭기(OA2)를 포함하는 적분장치(10); 제3스위치(Φ3)에 의해 연결되는 감지전극(RX)에게 미리 결정된 감지전극 참조전압(ex: VCM)을 인가하는 제3연산증폭기(OA3); 제1연산증폭기(OA1)와 제2연산증폭기(OA2)가 각각 서로 다른 극성의 전압을 출력하도록 적분장치(10)의 동작을 제어하는 제어부(60); 및 디스플레이 패널에 제공되는 디스플레이 싱크신호(Sync) 또는 디스플레이 신호를 수신하는 디스플레이 동작신호 입력단자(D_IN)를 포함하며, 제어부(60)는, 상기 디스플레이 싱크신호(Sync) 또는 상기 디스플레이 신호를 기초로, 상기 디스플레이 신호가 제공되는 시구간(T)에서는 감지전극(RX)과 적분장치(10)의 전기적 연결을 차단하도록 되어 있다.
이때, 상기 적분장치(10)은 적분 프로세스를 복수 회 수행하도록 되어 있고, 상기 각각의 적분 프로세스는, 제1연산증폭기(OA1)의 제1출력전압(VOUT1)과 제2연산증폭기(OA2)의 제2출력전압(VOUT2)을 변화시키는 적분 사이클을 일 회 또는 복수 회 포함하며, 제어부(60)는, 제1시구간(t21) 동안 수행되는 제1적분 프로세스 및 제3시구간(t23) 동안 수행되는 제3적분 프로세스에서, 상기 각 적분 사이클마다, 제1출력전압(VOUT1)을 제2출력전압(VOUT2)보다 먼저 변화시키도록 되어 있고, 제2시구간(t22) 동안 수행되는 제2적분 프로세스 및 제4시구간(t24) 동안 수행되는 제4적분 프로세스에서에서, 상기 각 적분 사이클마다, 제1출력전압(VOUT1)을 상기 제2출력전압(VOUT2)보다 나중에 변화시키도록 되어 있고, 그리고 상기 제1적분 프로세스에 의해 얻은 제2출력전압(VOUT2)으로부터 제1출력전압(VOUT1)을 차감하여 얻은 제1출력값, 상기 제2적분 프로세스에 의해 얻은 제1출력전압(VOUT1)으로부터 제2출력전압(VOUT2)을 차감하여 얻은 제2출력값, 상기 제3적분 프로세스에 의해 얻은 제1출력전압(VOUT1)으로부터 제2출력전압(VOUT2)을 차감하여 얻은 제3출력값, 및 상기 제4적분 프로세스에 의해 얻은 제2출력전압(VOUT2)으로부터 제1출력전압(VOUT1)을 차감하여 얻은 제4출력값을 서로 더한 값을 제공하도록 되어 있을 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따라 상술한 어느 하나의 터치감지칩(1); 상기 디스플레이 패널; 및 상기 디스플레이 싱크신호(Sync) 또는 상기 디스플레이 신호를 발생시키는 디스플레이 구동칩(2);을 포함하는 사용자 기기가 제공될 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예들을 이용하여, 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 특허청구범위의 각 청구항의 내용은 본 명세서를 통해 이해할 수 있는 범위 내에서 인용관계가 없는 다른 청구항에 결합될 수 있다.

Claims (11)

  1. 제1스위치;
    제2스위치;
    제3스위치;
    상기 제1스위치에 의해 연결되는 감지전극을 통해 흐르는 전하를 축적하는 제1연산증폭기, 및 상기 제2스위치에 의해 연결되는 상기 감지전극을 통해 흐르는 전하를 축적하는 제2연산증폭기를 포함하는 적분장치;
    상기 제3스위치에 의해 연결되는 상기 감지전극에게 미리 결정된 감지전극 참조전압을 인가하는 제3연산증폭기;
    상기 제1연산증폭기와 상기 제2연산증폭기가 각각 서로 다른 극성의 전압을 출력하도록 상기 제1스위치 및 상기 제2스위치의 온/오프 타이밍을 제어하는 제어부; 및
    디스플레이 패널에 제공되는 디스플레이 싱크신호(Sync) 또는 디스플레이 신호를 수신하는 디스플레이 동작신호 입력단자
    를 포함하며,
    상기 제어부는, 상기 디스플레이 싱크신호(Sync) 또는 상기 디스플레이 신호를 기초로, 상기 디스플레이 신호가 제공되는 시구간에서는 상기 제1스위치 및 상기 제2스위치를 오프상태로 유지하고, 상기 제3스위치는 온 상태로 유지하도록 되어 있는,
    터치감지칩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 감지전극과 용량결합하는 구동전극에 시간에 따라 변화하는 구동전극 전압을 인가하는 구동부를 더 포함하며,
    상기 적분장치는 적분 프로세스를 복수 회 수행하도록 되어 있고,
    상기 제어부는,
    제2시구간 동안 수행되는 제2적분 프로세스 및 제3시구간 동안 수행되는 제3적분 프로세스에서, 상기 제2스위치가 오프 상태를 유지하고 상기 제1스위치가 온 상태를 유지하는 상태에서 상기 구동전극 전압을 하강시키고, 상기 제2스위치(Φ2)가 온 상태를 유지하고 상기 제1스위치가 오프 상태를 유지하는 상태에서 상기 구동전극 전압을 상승시키도록 되어 있으며,
    제1시구간 동안 수행되는 제1적분 프로세스 및 제4시구간 동안 수행되는 제4적분 프로세스에서, 상기 제2스위치가 오프 상태를 유지하고 상기 제1스위치가 온 상태를 유지하는 상태에서 상기 구동전극 전압을 상승시키고, 상기 제2스위치(Φ2)가 온 상태를 유지하고 상기 제1스위치가 오프 상태를 유지하는 상태에서 상기 구동전극 전압을 하강시키도록 되어 있는,
    터치감지칩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 각각의 적분 프로세스는, 상기 제1연산증폭기의 제1출력전압과 상기 제2연산증폭기의 제2출력전압을 변화시키는 적분 사이클을 일 회 또는 복수 회 포함하며,
    상기 제어부는, ① 상기 제1적분 프로세스 및 상기 제3적분 프로세스에서, 상기 각 적분 사이클마다, 상기 제1출력전압을 상기 제2출력전압보다 먼저 변화시키도록 되어 있고, ② 상기 제2적분 프로세스 및 상기 제4적분 프로세스에서에서, 상기 각 적분 사이클마다, 상기 제1출력전압을 상기 제2출력전압보다 나중에 변화시키도록 되어 있는,
    터치감지칩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    ① 상기 제1적분 프로세스에 의해 얻은 상기 제2출력전압으로부터 상기 제1출력전압을 차감하여 얻은 제1출력값,
    ② 상기 제2적분 프로세스에 의해 얻은 상기 제1출력전압으로부터 상기 제2출력전압을 차감하여 얻은 제2출력값,
    ③ 상기 제3적분 프로세스에 의해 얻은 상기 제1출력전압으로부터 상기 제2출력전압을 차감하여 얻은 제3출력값, 및
    ④ 상기 제4적분 프로세스에 의해 얻은 상기 제2출력전압으로부터 상기 제1출력전압을 차감하여 얻은 제4출력값
    을 서로 더한 값을 제공하도록 되어 있는,
    터치감지칩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 적분장치는 쵸핑부를 더 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 쵸핑부로 하여금,
    상기 제1적분 프로세스 및 상기 제4적분 프로세스에 대하여, 상기 제1연산증폭기의 출력단자와 상기 제2연산증폭기의 출력단자를 각각 상기 적분장치의 제1출력단자 및 제2출력단자에 연결하고,
    상기 제2적분 프로세스 및 상기 제3적분 프로세스에 대하여, 상기 제1연산증폭기의 출력단자와 상기 제2연산증폭기의 출력단자를 각각 상기 적분장치의 제2출력단자 및 제1출력단자에 연결하도록
    제어하는 것을 특징으로 하는,
    터치감지칩.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1적분 프로세스 및 상기 제3적분 프로세스에서, 상기 각 적분 사이클마다, 상기 제1스위치의 동작상태를 상기 제2스위치의 동작상태보다 먼저 변화시키고,
    상기 제2적분 프로세스 및 상기 제4적분 프로세스에서, 상기 각 적분 사이클마다, 상기 제1스위치의 동작상태를 상기 제2스위치의 동작상태보다 나중에 변화시키도록 되어 있는,
    터치감지칩.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 적분장치의 출력값을 입력받는 ADC; 및
    조건에 따라 상기 ADC의 출력값의 부호를 변화시키도록 되어있는 부호변환부
    를 더 포함하며,
    상기 적분장치의 출력값은 상기 제2연산증폭기의 제2출력전압으로부터 상기 제1연산증폭기의 제1출력전압을 뺀 값이며,
    상기 제2출력값 및 상기 제3출력값은 각각, 상기 부호변환부가 상기 ADC의 출력값의 부호를 변화시킴으로써 제공된 것인,
    터치감지칩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1출력값 및 상기 제4출력값은 각각, 상기 부호변환부가 상기 ADC의 출력값의 부호를 그대로 유지한 상태로 제공된 것인,
    터치감지칩.
  9. 감지전극을 통해 흐르는 전하를 축적하는 제1연산증폭기, 및 상기 감지전극을 통해 흐르는 전하를 축적하는 제2연산증폭기를 포함하는 적분장치;
    제3스위치에 의해 연결되는 상기 감지전극에게 미리 결정된 감지전극 참조전압을 인가하는 제3연산증폭기;
    상기 제1연산증폭기와 상기 제2연산증폭기가 각각 서로 다른 극성의 전압을 출력하도록 상기 적분장치의 동작을 제어하는 제어부; 및
    디스플레이 패널에 제공되는 디스플레이 싱크신호(Sync) 또는 디스플레이 신호를 수신하는 디스플레이 동작신호 입력단자
    를 포함하며,
    상기 제어부는, 상기 디스플레이 싱크신호(Sync) 또는 상기 디스플레이 신호를 기초로, 상기 디스플레이 신호가 제공되는 시구간에서는 상기 감지전극과 상기 적분장치의 전기적 연결을 차단하도록 되어 있는,
    터치감지칩.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 적분장치는 적분 프로세스를 복수 회 수행하도록 되어 있고,
    상기 각각의 적분 프로세스는, 상기 제1연산증폭기의 제1출력전압과 상기 제2연산증폭기의 제2출력전압을 변화시키는 적분 사이클을 일 회 또는 복수 회 포함하며,
    상기 제어부는,
    제1시구간 동안 수행되는 제1적분 프로세스 및 제3시구간 동안 수행되는 제3적분 프로세스에서, 상기 각 적분 사이클마다, 상기 제1출력전압을 상기 제2출력전압보다 먼저 변화시키도록 되어 있고,
    제2시구간 동안 수행되는 제2적분 프로세스 및 제4시구간 동안 수행되는 제4적분 프로세스에서에서, 상기 각 적분 사이클마다, 상기 제1출력전압을 상기 제2출력전압보다 나중에 변화시키도록 되어 있고, 그리고
    상기 제1적분 프로세스에 의해 얻은 상기 제2출력전압으로부터 상기 제1출력전압을 차감하여 얻은 제1출력값, 상기 제2적분 프로세스에 의해 얻은 상기 제1출력전압으로부터 상기 제2출력전압을 차감하여 얻은 제2출력값, 상기 제3적분 프로세스에 의해 얻은 상기 제1출력전압으로부터 상기 제2출력전압을 차감하여 얻은 제3출력값, 및 상기 제4적분 프로세스에 의해 얻은 상기 제2출력전압으로부터 상기 제1출력전압을 차감하여 얻은 제4출력값을 서로 더한 값을 제공하도록 되어 있는,
    터치감지칩.
  11. 제1항 또는 제9항의 터치감지칩;
    상기 디스플레이 패널; 및
    상기 디스플레이 싱크신호(Sync) 또는 상기 디스플레이 신호를 발생시키는 디스플레이 구동칩;
    을 포함하는,
    사용자 기기.
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