KR102175055B1

KR102175055B1 - 두 전극에 각각 형성된 커패시턴스의 차이를 측정하는 방법 및 이를 이용한 터치입력 검출방법

Info

Publication number: KR102175055B1
Application number: KR1020180156005A
Authority: KR
Inventors: 강회식; 김복만; 김형준
Original assignee: 주식회사 지니틱스
Priority date: 2018-12-06
Filing date: 2018-12-06
Publication date: 2020-11-05
Also published as: KR20200068983A

Abstract

터치패널 제어 디바이스가 전극들에 형성된 커패시턴스들 간의 차이값을 검출하는 커패시턴스 성분 검출방법을 공개한다. 이 방법은 두 개의 전극을 서로 분리한 상태에서 상기 두 개의 전극에 각각 서로 다른 전위를 인가하고, 그 다음에, 상기 두 개의 전극을 서로 연결하여 상기 두 개의 전극에 충전된 총 전하의 양에 관한 값을 측정할 수 있다. 상기 측정된 값을 기초로 상기 두 개의 전극 중 적어도 어느 하나에 터치입력이 제공되었는지 여부를 결정할 수 있다.

Description

두 전극에 각각 형성된 커패시턴스의 차이를 측정하는 방법 및 이를 이용한 터치입력 검출방법{Method for measuring the difference between capacitances formed with two different electrodes and detecting a touch input on the electrodes using the measured result}

본 발명은 스마트폰 등 사용자 기기에 사용될 수 있는 사용자 입력수단에 관한 것으로서, 특히 터치입력이 발생했는지 여부를 검출하는 기술에 관한 것이다.

스마트폰 및 태블릿과 같은 사용자 기기에 정전용량방식의 사용자 입력기술이 제공될 수 있다. 정전용량방식에 따른 사용자 입력기술은 복수 개의 터치전극들에 형성되는 커패시턴스가 터치입력에 따라 변화하는 현상을 이용한 것이다. 상기 터치전극(간단히, 전극)은 투명전극 또는 불투명전극일 수 있다.

사용자 기기에 포함된 다른 소자들과 상기 터치전극 사이에는 자기용량(self capacitance)이 형성된다. 상기 터치전극에 형성되는 총 커패시턴스는, 터치입력에 따라 변화하는 커패시턴스 성분과 상기 자기용량의 합으로 이루어질 수 있다.

사용자 기기의 두께가 수 mm 수준으로 얇아질수록 상기 터치전극들에 형성되는 자기용량이 더 증가한다. 상기 자기용량이 증가할수록 사용자의 터치입력 여부에 따라 변화하는 상기 총 커패시턴스의 변화량이 작아지므로 이러한 변화량의 검출이 어려워진다는 문제가 있다.

터치입력에 따라 터치전극들에 형성되는 총 커패시턴스의 측정 성능을 향상시키기 위하여 상기 터치전극에 연결되는 터치입력 검출회로에 포함된 커패시터(=피드백 커패시터, 충전 커패시터)의 용량을 증가시키는 기술을 고려할 수 있다. 그러나 이러한 기술에 따르면 상기 터치입력 검출회로를 다수 개 포함할 수 있는 터치패널 제어 디바이스(=IC)의 크기가 증가한다는 부작용이 있다.

본 발명에서는, 사용자 기기가 점점 얇아짐으로써 터치전극에 형성된 자기용량이 증가함에도 불구하고, 터치패널 제어 디바이스의 부피를 최소화하면서도 효과적으로 터치입력을 검출할 수 있는 새로운 기술을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 관점에 따라 터치패널 제어 디바이스가 전극들에 형성된 커패시턴스들 간의 차이값을 검출하는 커패시턴스 성분 검출방법을 제공할 수 있다. 이 방법은, 제1전극과 제2전극을 서로 분리한 상태에서 상기 제1전극과 상기 제2전극에 서로 다른 전위를 인가하는 제1인가단계; 및 상기 제1인가단계 이후에, 상기 제1전극과 상기 제2전극을 서로 연결하여 상기 제1전극 및 상기 제2전극에 충전된 전하의 양인 제1전하량에 관한 값을 측정하는 제1측정단계를 포함한다.

이때, 상기 커패시턴스 성분 검출방법은, 상기 측정된 전하량을 기초로 상기 제1전극에 형성된 제1커패시턴스와 상기 제2전극에 형성된 제2커패시턴스의 차이값인 제1차이값을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 제1전하량에 관한 값은 전압이며, 상기 제1차이값은 상기 전압에 비례할 수 있다.

이때, 상기 제1측정단계는, 제1연산증폭기의 제1출력단자 및 상기 제1연산증폭기의 반전 입력단자 사이에 연결된 제1피드백 커패시터에 상기 제1전극 및 상기 제2전극에 충전된 전하를 이동시킨 후에 상기 제1출력단자의 전압을 측정하는 단계를 포함할 수 있다.

이때, 상기 커패시턴스 성분 검출방법은, 상기 제1측정단계 이후에, 상기 제2전극과 제3전극을 서로 분리한 상태에서 상기 제2전극과 상기 제3전극에 서로 다른 전위를 인가하는 제2인가단계; 상기 제2인가단계 이후에, 상기 제2전극과 상기 제3전극을 서로 연결하여 상기 제2전극 및 상기 제3전극에 충전된 전하의 양인 제2전하량에 관한 값을 측정하는 제2측정단계;를 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 제1인가단계 및 상기 제1측정단계에서, 상기 제3전극은 상기 제1전극 및 상기 제2전극으로부터 분리되어 있고, 상기 제2인가단계 및 상기 제2측정단계에서, 상기 제1전극은 상기 제2전극 및 상기 제3전극으로부터 분리되어 있을 수 있다.

이때, 상기 제1인가단계, 상기 제1측정단계, 및 상기 제1차이값을 계산하는 단계를 반복하여 수행하도록 되어 있을 수 있다. 그리고 이때, 상기 커패시턴스 성분 검출방법은, 상기 제1차이값의 시간에 따른 변화를 기초로 상기 제1전극 및 상기 제2전극 중 적어도 어느 하나에 터치입력이 제공되었는지 여부를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 제1측정단계에서, 상기 제1전극과 상기 제2전극은 상기 제1연산증폭기의 반전 입력단자에 연결되며, 상기 제1연산증폭기의 비반전 입력단자에 인가되는 전위는, 상기 제1인가단계에서 상기 제1전극에 인가된 제1전위와 상기 제2전극에 인가된 제2전위의 평균값일 수 있다.

이때, 상기 제1전극과 상기 제2전극은 각각, 상기 터치패널 제어 디바이스에 연결되는 터치패널에 형성된 터치감지전극일 수 있다.

이때, 상기 제1전극에 형성된 커패시턴스의 값은 상기 터치패널 제어 디바이스에 연결되는 터치패널에 제공되는 터치입력에 따라 변화하지 않으며 미리 알려진 커패시턴스 값을 갖고, 상기 제2전극에 형성된 커패시턴스의 값은 상기 터치패널에 제공되는 터치입력에 따라 변화할 수 있다.

이때, 상기 제2전극은 상기 터치패널에 형성된 터치감지전극이며, 상기 제1전극은 상기 터치패널 제어 디바이스의 외부 또는 내부에 제공되어 있는 기준 커패시터의 일 전극일 수 있다.

이때, 상기 커패시턴스 성분 검출방법은, 상기 측정된 전하량을 기초로 상기 제1전극에 형성된 제1커패시턴스와 상기 제2전극에 형성된 제2커패시턴스의 차이값인 제1차이값을 계산하는 단계; 및 상기 미리 알려진 커패시턴스 값과 상기 제1차이값을 기초로 상기 제2커패시턴스의 값을 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 관점에 따라 처리부; 터치IO; 입력단자 스위치부; 및 AFE(Analog Front-End);를 포함하는 터치패널 제어 디바이스가 제공될 수 있다. 이때, 상기 처리부는, 상기 입력단자 스위치부를 제어하여 제1전극과 제2전극을 서로 분리하고, 상기 제1전극과 상기 제2전극을 서로 분리한 상태에서 상기 터치IO을 제어하여 상기 제1전극과 상기 제2전극에 서로 다른 전위를 인가하는 제1인가단계를 수행하도록 되어 있고, 그리고 상기 제1인가단계 이후에, 상기 입력단자 스위치부를 제어하여 상기 제1전극과 상기 제2전극을 서로 연결하고, 상기 AFE를 제어하여 상기 제1전극 및 상기 제2전극에 충전된 전하의 양인 제1전하량에 관한 값을 측정하는 제1측정단계를 수행하도록 되어 있다.

이때, 상기 AFE는, 제1연산증폭기; 상기 제1연산증폭기의 제1출력단자와 반전 입력단자 사이에 연결된 제1피드백 커패시터; 및 상기 제1연산증폭기의 반전 입력단자에 연결된 제1연결 스위치;를 포함할 수 있다. 그리고 상기 처리부는, 상기 입력단자 스위치부를 제어하여 상기 제1전극과 상기 제2전극을 서로 연결하기 이전에는 상기 제1연결 스위치가 오프 상태를 유지하도록 제어하고, 상기 입력단자 스위치부를 제어하여 상기 제1전극과 상기 제2전극을 서로 연결한 이후에는 상기 제1전극과 상기 제2전극을 상기 반전 입력단자에 연결하도록 상기 제1연결 스위치를 온 상태로 전환하도록 되어 있을 수 있다. 그리고 상기 처리부는, 상기 제1측정단계에서, 상기 제1피드백 커패시터에 상기 제1전극 및 상기 제2전극에 충전된 전하를 이동시킨 후에 상기 제1출력단자의 전압을 측정하도록 되어 있을 수 있다.

본 발명의 일 관점에 따라, 상술한 터치패널 제어 디바이스; 및 상기 터치패널 제어 디바이스에 연결된 터치패널을 포함하는, 사용자 기기가 제공될 수 있다.

본 발명에 따르면, 사용자 기기가 점점 얇아짐으로써 터치전극에 형성된 자기용량이 증가함에도 불구하고, 터치패널 제어 디바이스의 부피를 최소화하면서도 효과적으로 터치입력을 검출할 수 있는 새로운 기술을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제공될 수 있는 사용자 기기의 구성을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치패널 제어 디바이스의 구조를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치IO의 구조를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 터치패널 제어 디바이스에서 변화하는 각 신호의 타이밍 다이어그램을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1터치입력 검출회로의 구조를 나타낸 것으로서 이는 도 2에 나타낸 것으로부터 변형된 것이다.
도 6은 도 5에 제시한 터치패널 제어 디바이스에서 변화하는 각 신호의 타이밍 다이어그램을 나타낸 것이다.
도 7은 도 5에 제시한 터치패널 제어 디바이스에서 변화하는 각 신호의 타이밍 다이어그램의 다른 예시를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 터치패널 제어 디바이스와 터치패널의 구조를 더 자세히 나타낸 것이다.
도 9는 도 8에 나타낸 회로를 이용하여 인접한 두 전극쌍에 각각 형성된 커패시턴스의 차이값을 측정하는 과정을 나타낸 것이다
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따라 제공되는 터치패널 제어 디바이스와 터치패널의 구조를 더 자세히 나타낸 것이다.
도 11은 도 10에 나타낸 회로를 이용하여 인접한 터치패널에 제공된 각 전극에 형성된 커패시턴스의 값을 결정하는 과정을 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 따라 제공될 수 있는 사용자 기기의 구성을 나타낸 것이다.

사용자 기기(1)는 터치패널(10), 터치패널 제어 디바이스(2), 디스플레이(20), 디스플레이 제어 디바이스(30), 배터리(40), 및 메모리(50)를 포함할 수 있다.

터치패널 제어 디바이스(2)는 IC의 형태로 제공될 수도 있다.

터치패널 제어 디바이스(2)는 터치IO(200), 입력단자 스위치부(220), AFE(Analog Front-End)(230), 및 처리부(240)를 포함할 수 있다.

상기 터치패널 제어 디바이스(2)는 본 발명의 일 실시예에 따라 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따라, 전극들에 형성된 커패시턴스들 간의 차이값을 검출하는 커패시턴스 성분 검출방법이 제공될 수 있다.

상기 커패시턴스 성분 검출방법은 터치패널 제어 디바이스(2)에 의해 제공될 수 있다.

상기 커패시턴스 성분 검출방법은, 두 개의 전극들(111, 112)을 서로 분리한 상태에서 상기 두 개의 전극에 서로 다른 전위를 인가하는 단계; 및 상기 인가하는 단계 이후에, 상기 두 개의 전극들을 서로 연결하여 상기 두 개의 전극에 충전된 전하량에 관한 값을 측정하는 단계를 포함할 수 있다.

이때, 상기 두 개의 전극들(111, 112)은 터치패널(10)에 포함된 복수 개의 터치감지전극들 중 선택된 것일 수 있다. 상기 복수 개의 전극들 중 상기 두 개의 전극들(111, 112)를 선택하는 것은 터치패널 제어 디바이스(2)에 포함된 입력단자 스위치부(220)에 의해 수행될 수 있다. 이하 도 2, 도 3을 참조하여 터치패널 제어 디바이스(2)의 구조를 더 자세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치패널 제어 디바이스(2)의 구조를 나타낸 것이다.

터치패널 제어 디바이스(2)는 터치IO(200), 입력단자 스위치부(220), AFE(230), 및 도 2에 도시되지 않은 처리부(240)를 포함할 수 있다.

터치패널(10)은 복수 개의 전극들을 포함할 수 있는데, 도 2에는 상기 복수 개의 전극들 중 제1전극(111) 및 제2전극(112)만을 나타내었다.

터치패널 제어 디바이스(2)에 포함된 터치IO(200)는, 특정한 일 시구간 동안 제1전극(111) 및 제2전극(112)에 서로 다른 전위를 제공하는 전위 제공 노드들을 각각 연결하도록 되어 있을 수 있다. 예컨대 특정한 일 시구간에서 제1전극(111)에 VDD(or GND)를 제공하는 제1전원 제공 노드가 연결될 때에 제2전극(112)에는 GND(or VDD)를 제공하는 제2전위 제공 노드가 연결될 수 있다.

또한 터치IO(200)는, 특정한 다른 시구간 동안 제1전극(111) 및 제2전극(112)로부터 상기 서로 다른 전위를 갖는 전원 제공 노드들의 연결을 끊도록 되어 있을 수 있다. 예컨대 특정한 다른 시구간 동안 제1전극(111) 및 제2전극(112)에는 상기 제1전위 제공 노드 및 상기 제2전위 제공 노드가 연결되지 않도록 제어될 수 있다.

일 실시예에서 상기 특정한 다른 시구간은 상기 특정한 일 시구간 직후의 시구간일 수 있다.

터치IO(200)의 일 실시예에 따른 구조는 이하 도 3을 참조하여 더 자세히 설명될 것이다.

터치패널 제어 디바이스(2)에 포함된 입력단자 스위치부(220)는 두 개의 전극들을 서로 연결시키거나 또는 서로 분리시키는 기능을 할 수 있다. 입력단자 스위치부(220)는 제1 전극간 연결 스위치(221) 및 제2 전극간 연결 스위치(222)를 포함할 수 있다.

예컨대, 상기 특정한 일 시구간 동안에는, 입력단자 스위치부(220)는 제1 전극간 연결 스위치(221) 및 제2 전극간 연결 스위치(222) 중 한 개 이상을 오프 상태로 둠으로써, 제1전극(111)과 제2전극(112)를 서로 분리할 수 있다. 또한 상기 특정한 다른 시구간 동안에는, 입력단자 스위치부(220)는 제1 전극간 연결 스위치(221) 및 제2 전극간 연결 스위치(222)를 모두 온 상태로 둠으로써, 제1전극(111)과 제2전극(112)를 서로 연결할 수 있다.

터치패널 제어 디바이스(2)에 포함된 AFE(230)는 복수 개의 터치입력 검출회로를 포함할 수 있다. 도 2에 나타낸 제1터치입력 검출회로(2310)는 상기 복수 개의 터치입력 검출회로 중 한 개를 나타낸 것이다.

상기 복수 개의 터치입력 검출회로 중 하나 이상 또는 전부는 상기 제1터치입력 검출회로(2310)와 동일한 구조를 가질 수 있다.

제1터치입력 검출회로(2310)는 제1연산증폭기(261) 및 상기 제1연산증폭기(261)의 제1출력단자(281) 및 반전 입력단자 사이에 연결된 제1피드백 커패시터(251) 및 리셋 스위치(241)를 포함하는 제1적분회로를 포함할 수 있다. 상기 제1연산증폭기(261)의 비반전 입력단자에는 고정된 전위(VCM)이 인가될 수 있다. 상기 제1연산증폭기(261)의 반전 입력단자에는 제1연결 스위치(231)가 연결되어 있을 수 있다. 제1연결 스위치(231)는 제1연산증폭기(261)를 상기 제1전극(111) 및 상기 제2전극(112)에 연결하도록 되어 있을 수 있다. 제1연산증폭기(261)가 제1연결 스위치(231)를 통해 제1전극(111) 및 제2전극(112)에 연결되었을 때에, 제1전극(111) 및 제2전극(112)은 제1 전극간 연결 스위치(221) 및 제2 전극간 연결 스위치(222)에 의해 서로 전기적으로 연결된 상태일 수 있다.

도 2에 나타낸 제1터치입력 검출회로(2310)의 최종 출력값(OUT1)은 제1연산증폭기(261)의 제1출력단자(281)의 전위로서 정의될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치IO의 구조를 나타낸 것이다.

터치IO(200)는 제1전위 제공부(201) 및 제2 전위 제공부(202)를 포함할 수 있다.

제1전위 제공부(201) 및 제2 전위 제공부(202)는 각각 제1연결단자(IO_1) 및 제2연결단자(IO_2)를 포함할 수 있다.

제1전위 제공부(201)는 PMOS(14), NMOS(15), NAND 게이트(11), AND 게이트(12), 및 NOT 게이트(13)를 포함할 수 있다. PMOS(14)와 NMOS(15)를 서로 연결하는 노드는 터치패널 제어 디바이스(2)의 제1연결단자(IO_1)에 연결될 수 있다. 제1연결단자(IO_1)는 제1전극(111)에 연결되어 있을 수 있다. 또한 제1연결단자(IO_1)는 제1 전극간 연결 스위치(221)에 연결될 수 있다.

제2전위 제공부(202)는 PMOS(24), NMOS(25), NAND 게이트(21), AND 게이트(22), 및 NOT 게이트(23)를 포함할 수 있다. PMOS(24)와 NMOS(25)를 서로 연결하는 노드는 터치패널 제어 디바이스(2)의 제2연결단자(IO_2)에 연결될 수 있다. 제2연결단자(IO_2)는 제2전극(112)에 연결되어 있을 수 있다. 또한 제2연결단자(IO_2)는 제2 전극간 연결 스위치(222)에 연결될 수 있다.

제1전위 제공부(201)에는 이네이블 신호(213) 및 제1전극전위 제어신호(211)가 제공될 수 있다.

제2전위 제공부(202)에는 이네이블 신호(213) 및 제2전극전위 제어신호(212)가 제공될 수 있다.

이네이블 신호(213), 제1전극전위 제어신호(211), 및 제2전극전위 제어신호(212)의 타이밍 다이어그램은 도 4에 예시되어 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 터치패널 제어 디바이스(2)에서 변화하는 각 신호의 타이밍 다이어그램을 나타낸 것이다.

도 4에는 ① 리셋 스위치(241), 제2전극전위 제어신호(212), 제1전극전위 제어신호(211), 이네이블 신호(213), 제1연결 스위치(231), 제2 전극간 연결 스위치(222), 및 제1 전극간 연결 스위치(221)의 온/오프 상태에 관한 타이밍 다이어그램, 및 ② 제2연결단자(IO_2) 및 제1연결단자(IO_1)의 전위에 관한 타이밍 다이어그램이 제시되어 있다.

제2연결단자(IO_2) 및 제1연결단자(IO_1)의 전위는 각각 제2전극(112) 및 제1전극(111)이 전위와 동일할 수 있다.

도 4에 나타낸 타이밍 다이어그램을 살펴보면 다음과 같다.

우선 리셋 스위치(241)를 이용한 리셋을 할 수 있다.

그 다음 제1단계에서, 상기 리셋이 이루어진 이후, 이네이블 신호(213)는 로지컬 하이 상태를 가질 수 있다.

이네이블 신호(213)가 로지컬 하이 상태일 때에, 제1전극전위 제어신호(211)는 제1로지컬 신호, 예컨대 로지컬 로우 값(ex: GND)을 가질 수 있고, 제2전극전위 제어신호(212)는 제2로지컬 신호, 예컨대 로지컬 하이 값(ex: VDD)을 가질 수 있다. 이때, 제1연결단자(IO_1)는 제1전위, 예컨대 GND를 가질 수 있고, 제2연결단자(IO_2)는 제2전위, 예컨대 VDD를 가질 수 있다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 도 2에 나타낸 상기 제1연산증폭기(261)의 비반전 입력단자에는 고정된 전위(VCM)는 상기 제1전위와 상기 제2전위의 평균값일 수 있다.

이네이블 신호(213)가 로지컬 하이 상태일 때에, 제1연결 스위치(231), 제2 전극간 연결 스위치(222), 및 제1 전극간 연결 스위치(221)는 모두 오프 상태일 수 있다.

상기 리셋이 이루어진 직후 제1연산증폭기(261)의 제1출력단자(281)의 전위는 제1연산증폭기(261)의 비반전 입력단자에 인가된 전위인 VCM과 동일할 수 있다.

이하 이네이블 신호(213)가 로지컬 하이인 상태를 갖는 시구간을 전극충전시구간(P1)이라고 지칭할 수 있다. 최소한 전극충전시구간(P1)이 종료되는 시점에서, 제1전극(111) 및 제2전극(112)에는 각각 서로 다른 특정 전위가 인가될 수 있다.

그 다음 제2단계에서, 이네이블 신호(213)가 로지컬 로우 상태로 변화한 다음에, 제2 전극간 연결 스위치(222) 및 제1 전극간 연결 스위치(221)가 모두 온 상태로 전환되어 제1전극(111)과 제2전극(112)이 서로 연결될 수 있다. 즉, 제2연결단자(IO_2) 및 제1연결단자(IO_1)가 서로 연결될 수 있다. 이때, 제1연결 스위치(231)는 여전히 오프 상태를 유지함으로써, 제2연결단자(IO_2) 및 제1연결단자(IO_1)에는 어떠한 결정된 전위도 강제고 인가되지 않을 수 있으며, 이러한 상태를 유지하는 시구간은 실질적으로 0에 가깝거나 또는 매우 짧도록 제어될 수도 있다.

이하, 제1전극(111)과 제2전극(112)이 서로 연결되는 시구간을 전극결합시구간(P2)로 지칭할 수 있다.

전극결합시구간(P2)의 시작시점은 전극충전시구간(P1)의 종료시점보다 이후에 발생할 수 있다.

그 다음, 제3단계에서, 제1연결 스위치(231)가 온 상태로 변화함으로써 제2연결단자(IO_2) 및 제1연결단자(IO_1)를 제1연산증폭기(261)의 반전 입력단자에 연결할 수 있다. 이때, 제1연산증폭기(261)의 비반전 입력단자에는 VCM의 전위가 인가되어 있으므로, 제1전극(111)과 제2전극(112)은 결국 모두 VCM의 전위를 갖게 된다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 서로 연결된 상태의 제1전극(111)과 제2전극(112)이 제1터치입력 검출회로(2310)에 연결되는 시구간을 이하 적분시구간(P3)이라고 지칭할 수 있다. 상기 적분시구간(P3) 동안에는, 제1전극(111)과 제2전극(112)의 전위는 제1연산증폭기(261)의 반전 입력단자의 전위에 의해서만 제어될 수 있다. 그리고 상기 적분시구간(P3)은 상기 전극결합시구간(P2)에 포함될 수 있다.

제1전극(111)과 제2전극(112)이 모두 VCM의 전위로 변하는 과정에서, 제1전극(111)과 제2전극(112)에 충전되어 있던 전하들이 제1피드백 커패시터(251)로 이동하게 된다. 제1피드백 커패시터(251)로 이동한 전하에 의해 제1연산증폭기(261)의 출력전압은 ΔVOUT만큼 변화하게 된다. ΔVOUT은 [식 1]과 같이 주어질 수 있다.

[식 1] ΔVOUT = (CSELF₁-CSELF ₂ ) * VCM / C_S

[식 1]에서, CSELF₁ 및 CSELF₂는 각각, 이네이블 신호(213)가 로지컬 하이인 시구간 동안, 즉 상기 전극충전시구간 동안, 제1전극(111)에 형성된 제1커패시턴스(121) 및 제2전극(112)에 형성된 제2커패시턴스(122)를 나타낸다.

[식 1]에서, C_S는 제1피드백 커패시터(251)의 커패시턴스를 나타낸다.

만일 터치패널(10)에 터치입력이 제공되지 않은 상태에서 제1전극(111) 및 제2전극(112)에 각각 형성된 커패시턴스가 균일하다고 가정하고, 상기 전극충전시구간 동안 제1전극(111) 및 제2전극(112) 모두에 대한 터치입력이 전혀 제공되지 않은 경우, 또는 제1전극(111) 및 제2전극(112) 모두에 대한 터치입력이 동일한 수준으로 제공된 경우에는, CSELF₁와 CSELF₂는 서로 동일하게 되어 [식 1]의 ΔVOUT = 0이 된다. 반면, 상기 전극충전시구간 동안 제1전극(111) 및 제2전극(112) 모두에 대한 터치입력이 서로 다른 수준으로 제공된 경우 CSELF₁와 CSELF₂는 서로 다른 수준의 값을 가지게 될 것이며 따라서 [식 1]의 ΔVOUT는 0보다 작거나 큰 값을 갖게 된다.

도 4는 CSELF₁가 CSELF₂ 보다 작은 경우를 예시한 것이며, 이 경우에 ΔVOUT는 0보다 작은 값을 가질 수 있다.

상기 리셋이 이루어지는 동안 제1연산증폭기(261)의 제1출력단자(281)의 출력값은 미리 설정된 기준출력값, 예컨대 VCM을 나타낼 수 있다. 이제 상기 제1단계 내지 제3단계를 반복함으로써 제1연산증폭기(261)의 제1출력단자(281)의 출력값과 상기 기준출력값 간의 차이값의 절대값을 증가시킴으로써, 즉 제1터치입력 검출회로(2310)의 최종 출력값(OUT1)과 상기 기준출력값 간의 차이값의 절대값을 증가시킴으로써 SNR을 증가시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터치패널 제어 디바이스(2) 또는 상기 터치패널 제어 디바이스(2)에 연결된 별도의 처리장치(ex: AP, CPU)는, 상기 최종 출력값(OUT1)으로부터 상기 CSELF₁와 상기 CSELF₂ 간의 크기 차이를 알아낼 수 있다.

본 발명의 일실시예에서 제1터치입력 검출회로(2310)의 출력값의 SNR을 더 향상시키기 위하여 제1터치입력 검출회로(2310)를 두 개의 연산증폭기를 포함하는 회로로 구성할 수 있다. 이를 도 5를 참조하여 설명한다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1터치입력 검출회로의 구조를 나타낸 것으로서 이는 도 2에 나타낸 것으로부터 변형된 것이다.

도 5에서, 제1터치입력 검출회로(2310)는 상술한 제1적분회로를 포함할 뿐만 아니라 제2적분회로를 포함할 수 있다. 상기 제2적분회로는, 제2연산증폭기(262), 상기 제2연산증폭기(262)의 제2출력단자(282) 및 반전 입력단자 사이에 연결된 제2피드백 커패시터(252) 및 리셋 스위치(241)를 포함할 수 있다. 상기 제2연산증폭기(262)의 비반전 입력단자에는 고정된 전위(VCM)가 인가될 수 있다. 상기 제2연산증폭기(262)의 반전 입력단자에는 제2연결 스위치(232)가 연결되어 있을 수 있다. 제2연결 스위치(232)는 제2연산증폭기(262)를 상기 제1전극(111) 및 상기 제2전극(112)에 연결하도록 되어 있을 수 있다. 제2연산증폭기(262)가 제2연결 스위치(232)를 통해 제1전극(111) 및 제2전극(112)에 연결되었을 때에, 제1전극(111) 및 제2전극(112)는 제1 전극간 연결 스위치(221) 및 제2 전극간 연결 스위치(222)에 의해 서로 전기적으로 연결된 상태일 수 있다.

도 5에 나타낸 제1터치입력 검출회로(2310)의 최종 출력값(OUT1)은 제1연산증폭기(261)의 제1출력단자(281)와 제2연산증폭기(262)의 제2출력단자(282) 간의 전위차로서 정의될 수 있다.

이하, 도 2에 나타낸 것과 같이 한 개의 적분회로만이 포함된 터치입력 검출회로를 싱글채널 터치입력 검출회로라고 지칭하고, 도 5에 나타낸 것과 같이 두 개의 적분회로를 포함한 터치입력 검출회로를 듀얼채널 터치입력 검출회로라고 지칭할 수 있다.

도 6은 도 5에 제시한 터치패널 제어 디바이스(2)에서 변화하는 각 신호의 타이밍 다이어그램을 나타낸 것이다.

도 6은 CSELF₁가 CSELF₂ 보다 작은 경우를 예시한 것이다.

도 6에 나타낸 제1터치입력 검출회로(2310)의 동작원리는 대한민국 공개특허번호 10-2011-0126026(2011.11.22.)에 자세히 설명되어 있으므로, 이 선공개특허를 참조하면 도 6에 나타낸 타이밍 다이어그램의 원리를 이해할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터치패널 제어 디바이스(2) 또는 상기 터치패널 제어 디바이스(2)에 연결된 별도의 처리장치(ex: AP, CPU)는, 도 5에 나타낸 최종 출력값(OUT1)으로부터 상기 CSELF₁와 상기 CSELF₂ 간의 크기 차이를 알아낼 수 있다.

도 7은 도 5에 제시한 터치패널 제어 디바이스(2)에서 변화하는 각 신호의 타이밍 다이어그램의 다른 예시를 나타낸 것이다.

도 7은 CSELF₂가 CSELF₁ 보다 작은 경우를 예시한 것이다. 이 경우 제1연산증폭기(261)의 제1출력단자(281)의 전압 변화량인 상기 ΔVOUT는 0보다 큰 값을 가질 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 터치패널 제어 디바이스(2)와 터치패널(10)의 구조를 더 자세히 나타낸 것이다.

도 2에는 터치패널(10)에 제공될 수 있는 복수 개의 전극들 중 두 개의 전극(111, 112)만을 나타내었지만, 도 8과 같이 터치패널(10)은 복수 개의 전극들(X1~XN, Y1~YL)을 포함할 수 있다.

도 2에는 터치IO(200)에 포함될 수 있는 복수 개의 전위 제공부 중 두 개의 전위 제공부(201, 202)만을 나타내었지만, 도 8과 같이 터치IO(200)는 복수 개의 전위 제공부들을 포함할 수 있다. k번째 전위 제공부인 제k전위 제공부는 한 개의 제k연결단자(IO_k)를 포함할 수 있다.

도 2에는 AFE(230)에 포함될 수 있는 복수 개의 터치입력 검출회로들 중 한 개의 터치입력 검출회로(2310)만을 나타내었지만, 도 8과 같이 AFE(230)는 복수 개의 터치입력 검출회로들을 포함할 수 있다.

도 2에는 입력단자 스위치부(220)에 포함될 수 있는 복수 개의 전극간 연결 스위치들 중 두 개의 전극간 연결 스위치(221, 222)만을 나타내었지만, 도 8과 같이 입력단자 스위치부(220)에는 복수 개의 전극간 연결 스위치들이 포함될 수 있다.

한 개의 제2전극(ex: Y2=112)에는 두 개의 전극들, 즉, 제1전극(ex: Y1=111) 및 제3전극(ex: Y3=113)이 인접할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 제2전극에 형성된 제2커패시턴스는 상기 제1전극에 형성된 제1커패시턴스와 서로 비교될 뿐만 아니라, 상기 제2전극에 형성된 제2커패시턴스는 상기 제3전극에 형성된 제3커패시턴스와 서로 비교될 수 있다. 이때, 상기 제1전극과 상기 제2전극 간에 상기 제1단계 내지 제3단계가 반복되는 동안, 상기 제3전극은 상기 제1전극 및 상기 제2전극에 연결되어서는 안된다. 또한, 상기 제3전극과 상기 제2전극 간에 상기 제1단계 내지 제3단계가 반복되는 동안, 상기 제1전극은 상기 제3전극 및 상기 제2전극에 연결되어서는 안된다.

이와 같이, 본 명세서에서 제2전극에 형성된 제2커패시턴스와 제1전극에 형성된 제1커패시턴스 간의 차이값을 검출하는 시구간은 제1인터리빙구간으로 지칭할 수 있다. 또한, 상기 제2전극에 형성된 제2커패시턴스와 제3전극에 형성된 제3커패시턴스 간의 차이값을 검출하는 시구간은 제2인터리빙구간으로 지칭할 수 있다.

이때, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 제1전극은 상기 제2전극에 인접한 전극일 수 있고, 그리고 상기 제3전극은 상기 제2전극에 인접한 또 다른 전극일 수 있다. 그러나 본 발명의 다른 실시예에서는, 반드시 상기 제1전극과 상기 제3전극이 상기 제2전극에 인접해야만 하는 것은 아닐 수 있다.

상기 제1인터리빙구간에서, 서로 연결된 상기 제1전극 및 상기 제2전극은, 상기 제1커패시턴스와 상기 제2커패시턴스 간의 차이값의 측정하기 위하여 제1터치입력 검출회로(2310)에 연결될 수 있다.

상기 제2인터리빙구간에서, 서로 연결된 상기 제3전극 및 상기 제2전극은, 상기 제3커패시턴스와 상기 제2커패시턴스 간의 차이값의 측정하기 위하여 제1터치입력 검출회로(2310) 또는 이와 다른 터치입력 검출회로에 연결될 수 있다.

제어부(240) 및 입력단자 스위치부(220)는 상술한 제1인터리빙구간 및 제2인터리빙구간에서, 전극간의 연결관계를 제어할 수 있다.

예컨대 제1인터리빙구간에서 전극쌍 {Y1, Y2}, {Y3, Y4}, {Y5, Y6}, ..., {YL-2, YL-1} 간의 커패시턴스의 차이가 검출될 수 있으며, 제2인터리빙구간에서 전극쌍 {Y2, Y3}, {Y4, Y5}, {Y6, Y7}, ..., {YL-1, YL} 간의 커패시턴스의 차이가 검출될 수 있다.

도 9는 도 8에 나타낸 회로를 이용하여 인접한 두 전극쌍에 각각 형성된 커패시턴스의 차이값을 측정하는 과정을 나타낸 것이다

도 9의 (a)에 나타낸 바와 같이, 제1인터리빙구간(Interleaving 1)에서 전극쌍 {Y1, Y2}, {Y3, Y4}, {Y5, Y6}, ..., {YL-2, YL-1} 간의 커패시턴스의 차이가 검출될 수 있다. 이때, 여기서 Yk로 표시한 전극에 형성된 커패시턴스는 CSELF_k로 나타내었다.

도 9의 (b)에 나타낸 바와 같이, 제2인터리빙구간(Interleaving 2)에서 전극쌍 {Y2, Y3}, {Y4, Y5}, {Y6, Y7}, ..., {YL-1, YL} 간의 커패시턴스의 차이가 검출될 수 있다.

도 9의 (c)에 나타낸 바와 같이, 상기 제1인터리빙구간에서 측정할 결과와 상기 제2인터리빙구간에서 측정할 결과를 조합함으로써, 인접한 한 쌍의 전극들 각각에 형성된 커패시턴스들의 차이값을 결정할 수 있다.

도 8에서는 편의상, 터치입력 검출회로(2310)를 상술한 싱글채널 터치입력 검출회로로서 표현하였으나, 이와 달리 상술한 듀얼채널 터치입력 검출회로가 사용될 수도 있다.

처리부(240)는 상술한 터치IO(200), 입력단자 스위치부(220), 및 AFE(230)의 동작을 제어하기 제어신호들을 제공할 수 있다.

도 8에 나타낸 회로에서는 인접한 두 개의 전극들에 형성된 커패시턴스들 간의 차이값을 측정할 수는 있지만, 터치패널(10)에 제공된 각 전극에 형성된 커패시턴스의 절대값을 알 수는 없다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 도 10과 같이 변형된 실시예에 따른 회로구성을 이용할 수 있다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따라 제공되는 터치패널 제어 디바이스(2)와 터치패널(10)의 구조를 더 자세히 나타낸 것이다.

미리 정해진 커패시턴스를 갖는 기준 커패시터(CREF)(301)가 터치패널 제어 디바이스(2)의 외부 또는 내부에 제공될 수 있다. 기준 커패시터(301)의 일 단자는 기준전위에 연결되고, 타 단자는 터치패널 제어 디바이스(2)의 기준 연결단자(IO_R)에 연결될 수 있다.

이때, 상기 기준 커패시터(301)의 상기 타 단자는 마치 터치패널(10)에 포함된 일 전극과 같은 역할을 하도록 설정하면, 터치패널(10)에 포함된 모든 전극들과 상기 기준 커패시터(301)의 상기 타 단자에 형성된 커패시턴스의 차이값들을 알아낼 수 있다. 이때, 상기 기준 커패시터(301)의 상기 타 단자에 형성된 커패시턴스가 CREF라는 미리 결정된 값이라는 것을 미리 알고 있으므로, 터치패널(10)에 포함된 각 전극에 형성된 커패시턴스의 절대값을 모두 알아낼 수 있다.

도 11은 도 10에 나타낸 회로를 이용하여 인접한 터치패널에 제공된 각 전극에 형성된 커패시턴스의 값을 결정하는 과정을 나타낸 것이다

도 11의 (a)에 나타낸 바와 같이, 제1인터리빙구간(Interleaving 1)에서 전극쌍 {CREF_T1, Y1},{Y2, Y3}, {Y4, Y5}, {Y6, Y7}, ..., {YL-2, YL-1} 간의 커패시턴스의 차이가 검출될 수 있다. 여기서 CREF_T1는 상기 기준 커패시터(301)의 상기 타 단자를 의미할 수 있다. 이때, 여기서 Yk로 표시한 전극에 형성된 커패시턴스는 CSELF_k로 나타내었다. 또한, 여기서 CREF_T1로 표시한 전극에 형성된 커패시턴스는 CREF로 나타내었다.

도 11의 (b)에 나타낸 바와 같이, 제2인터리빙구간(Interleaving 2)에서 전극쌍 {Y1, Y2}, {Y3, Y4}, {Y5, Y6}, ..., {YL-1, YL}간의 커패시턴스의 차이가 검출될 수 있다.

도 11의 (c)에 나타낸 바와 같이, 상기 제1인터리빙구간에서 측정할 결과와 상기 제2인터리빙구간에서 측정할 결과를 조합함으로써, 터치패널에 포함된 각 전극에 형성된 커패시턴스의 값을 결정할 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.

2: 터치패널 제어 디바이스
10: 터치패널
111: 제1전극
112:제2전극
113: 제3전극
200: 터치IO
220: 입력단자 스위치부
230: AFE
231: 제1연결 스위치
240: 처리부
251: 제1피드백 커패시터
261: 제1연산증폭기
281: 제1출력단자
301: 기준 커패시터
VDD: 제1전위
GND: 제2전위

Claims

터치패널 제어 디바이스가 전극들에 형성된 커패시턴스들 간의 차이값을 검출하는 커패시턴스 성분 검출방법으로서,
제1전극과 제2전극을 서로 분리한 상태에서 상기 제1전극과 상기 제2전극에 서로 다른 전위를 인가하는 제1인가단계; 및
상기 제1인가단계 이후에, 상기 제1전극과 상기 제2전극을 서로 연결하여 상기 제1전극 및 상기 제2전극에 충전된 전하의 양인 제1전하량에 관한 값을 측정하는 제1측정단계;
를 포함하는,
커패시턴스 성분 검출방법.
제1항에 있어서, 상기 측정된 제1전하량에 관한 값을 기초로 상기 제1전극에 형성된 제1커패시턴스와 상기 제2전극에 형성된 제2커패시턴스의 차이값인 제1차이값을 계산하는 단계를 더 포함하는, 커패시턴스 성분 검출방법.
제2항에 있어서, 상기 제1전하량에 관한 값은 전압이며, 상기 제1차이값은 상기 전압에 비례하는, 커패시턴스 성분 검출방법.
제1항에 있어서, 상기 제1측정단계는, 제1연산증폭기의 제1출력단자 및 상기 제1연산증폭기의 반전 입력단자 사이에 연결된 제1피드백 커패시터에 상기 제1전극 및 상기 제2전극에 충전된 전하를 이동시킨 후에 상기 제1출력단자의 전압을 측정하는 단계를 포함하는, 커패시턴스 성분 검출방법.
제1항에 있어서,
상기 제1측정단계 이후에, 상기 제2전극과 제3전극을 서로 분리한 상태에서 상기 제2전극과 상기 제3전극에 서로 다른 전위를 인가하는 제2인가단계;
상기 제2인가단계 이후에, 상기 제2전극과 상기 제3전극을 서로 연결하여 상기 제2전극 및 상기 제3전극에 충전된 전하의 양인 제2전하량에 관한 값을 측정하는 제2측정단계;
를 더 포함하는,
커패시턴스 성분 검출방법.
제5항에 있어서,
상기 제1인가단계 및 상기 제1측정단계에서, 상기 제3전극은 상기 제1전극 및 상기 제2전극으로부터 분리되어 있고,
상기 제2인가단계 및 상기 제2측정단계에서, 상기 제1전극은 상기 제2전극 및 상기 제3전극으로부터 분리되어 있는 것을 특징으로 하는,
커패시턴스 성분 검출방법.
제2항에 있어서,
상기 제1인가단계, 상기 제1측정단계, 및 상기 제1차이값을 계산하는 단계를 반복하여 수행하도록 되어 있으며,
상기 제1차이값의 시간에 따른 변화를 기초로 상기 제1전극 및 상기 제2전극 중 적어도 어느 하나에 터치입력이 제공되었는지 여부를 결정하는 단계를 더 포함하는,
커패시턴스 성분 검출방법.
제4항에 있어서,
상기 제1측정단계에서, 상기 제1전극과 상기 제2전극은 상기 제1연산증폭기의 반전 입력단자에 연결되며,
상기 제1연산증폭기의 비반전 입력단자에 인가되는 전위는, 상기 제1인가단계에서 상기 제1전극에 인가된 제1전위와 상기 제2전극에 인가된 제2전위의 평균값인 것을 특징으로 하는,
커패시턴스 성분 검출방법.
제1항에 있어서, 상기 제1전극과 상기 제2전극은 각각, 상기 터치패널 제어 디바이스에 연결되는 터치패널에 형성된 터치감지전극인, 커패시턴스 성분 검출방법.
제1항에 있어서,
상기 제1전극에 형성된 커패시턴스의 값은 상기 터치패널 제어 디바이스에 연결되는 터치패널에 제공되는 터치입력에 따라 변화하지 않으며 미리 알려진 커패시턴스 값을 갖고,
상기 제2전극에 형성된 커패시턴스의 값은 상기 터치패널에 제공되는 터치입력에 따라 변화하는 것을 특징으로 하는,
커패시턴스 성분 검출방법.
제10항에 있어서,
상기 제2전극은 상기 터치패널에 형성된 터치감지전극이며,
상기 제1전극은 상기 터치패널 제어 디바이스의 외부 또는 내부에 제공되어 있는 기준 커패시터의 일 전극인 것을 특징으로 하는,
커패시턴스 성분 검출방법.
제10항에 있어서,
상기 측정된 제1전하량에 관한 값을 기초로 상기 제1전극에 형성된 제1커패시턴스와 상기 제2전극에 형성된 제2커패시턴스의 차이값인 제1차이값을 계산하는 단계; 및
상기 미리 알려진 커패시턴스 값과 상기 제1차이값을 기초로 상기 제2커패시턴스의 값을 산출하는 단계
를 더 포함하는,
커패시턴스 성분 검출방법.
처리부; 터치IO; 입력단자 스위치부; 및 AFE(Analog Front-End);를 포함하며,
상기 처리부는,
상기 입력단자 스위치부를 제어하여 제1전극과 제2전극을 서로 분리하고, 상기 제1전극과 상기 제2전극을 서로 분리한 상태에서 상기 터치IO을 제어하여 상기 제1전극과 상기 제2전극에 서로 다른 전위를 인가하는 제1인가단계를 수행하도록 되어 있고, 그리고
상기 제1인가단계 이후에, 상기 입력단자 스위치부를 제어하여 상기 제1전극과 상기 제2전극을 서로 연결하고, 상기 AFE를 제어하여 상기 제1전극 및 상기 제2전극에 충전된 전하의 양인 제1전하량에 관한 값을 측정하는 제1측정단계를 수행하도록 되어 있는,
터치패널 제어 디바이스.
제13항에 있어서,
상기 AFE는,
제1연산증폭기;
상기 제1연산증폭기의 제1출력단자와 반전 입력단자 사이에 연결된 제1피드백 커패시터; 및
상기 제1연산증폭기의 반전 입력단자에 연결된 제1연결 스위치;
를 포함하며,
상기 처리부는, 상기 입력단자 스위치부를 제어하여 상기 제1전극과 상기 제2전극을 서로 연결하기 이전에는 상기 제1연결 스위치가 오프 상태를 유지하도록 제어하고, 상기 입력단자 스위치부를 제어하여 상기 제1전극과 상기 제2전극을 서로 연결한 이후에는 상기 제1전극과 상기 제2전극을 상기 반전 입력단자에 연결하도록 상기 제1연결 스위치를 온 상태로 전환하도록 되어 있으며,
상기 처리부는, 상기 제1측정단계에서, 상기 제1피드백 커패시터에 상기 제1전극 및 상기 제2전극에 충전된 전하를 이동시킨 후에 상기 제1출력단자의 전압을 측정하도록 되어 있는,
터치패널 제어 디바이스.
제13항의 터치패널 제어 디바이스; 및 상기 터치패널 제어 디바이스에 연결된 터치패널을 포함하는, 사용자 기기.