KR102198854B1 - 터치 아날로그 프론트 엔드 및 이를 포함하는 터치 센서 컨트롤러 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 하나의 실시형태에 따른 터치 AFE(touch analog front-end receiver)는 터치 패널로부터 수신된 캐패시턴스 변화량을 전압 신호로 변환하는 C2V 변환기(charge to voltage converter); 상기 전압 신호에서 포지티브 신호와 네가티브 신호를 각각 분리하여 샘플링하는 필터; 그리고 상기 샘플링된 포지티브 신호와 상기 샘플링된 네가티브 신호의 차를 누적하는 적분기(integrator)를 포함한다.

Description

터치 아날로그 프론트 엔드 및 이를 포함하는 터치 센서 컨트롤러{TOUCH ANALOG FRONT END AND TOUCH SENSOR CONTROLLER HAVING THE SAME}
본 발명은 터치 AFE(analog front-end)에 관한 것으로, 디스플레이 장치에 의한 노이즈를 제거할 수 있고, 호버 이벤트를 감지하기 위하여 저주파 노이즈를 제거하면서 신호의 감도를 2배로 증폭할 수 있는 터치 AFE(analog front-end receiver) 및 이를 포함하는 터치 센서 컨트롤러에 관한 것이다.
셀룰러-폰(celluar-phone)으로 통화하는 경우, 사용자는 키패드를 눌러서 번호를 입력할 수 있다. 그러나 오늘날 통화를 하기 위해서 키패드 버튼을 누르는 것을 보기 어렵다. 우리 주변에는 인간과 기계간의 소통이 직관적이고 정교해지면서 이미 터치 스크린(touch screen) 기술이 셀룰러-폰, 태블릿, PC 등과 같은 주변기기에 접목되다. 이 기술은 의료, 자동차, 스마트 가전 등으로 확장되고 있다.
터치 스크린은 입력신호 감지 방법에 따라 크게 스크린(screen) 표면에 가해지는 압력에 반응하여 신호를 감지하는 저항 기반의 감압식과 스크린 표면에 전하를 충전하고 접촉 시 전하가 상실되는 정도로 신호를 감지하는 캐패시터(capacitor) 기반의 정전식으로 분류될 수 있다. 최근에는 고해상도와 감도가 좋은 정전식이 널리 사용되고 있다.
최근에, 모바일 장치의 스크린 위에 떠다니는 손가락의 위치(좌표)와 그 높이를 추출하는 호버 터치 인식(hover touch recognition) 기능은 상용제품에 적용이 되고 있다. 이와 같은 기술은 아주 높은 수준의 sensitivity를 요구한다. 즉, 외부의 노이즈에 의해 그 성능이 심각하게 저해 될 수 있는데 그러한 노이즈 소스들은 display noise, three-wave length noise, burst noise, charger noise를 포함한다. 특히, 충전기(charger)같은 경우 그 노이즈는 아주 크며 주파수 대역 또한 충전기 제품마다 다르기 때문에, 매우 처리하기 곤란하다.
본 발명의 목적은 디스플레이 장치에 의한 노이즈의 영향을 받지 않고, 저주파 노이즈를 제거하면서 호버 근접시 감도를 2배로 증폭할 수 있는 터치 AFE를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 터치 AFE를 포함하는 터치 센서 컨트롤러(touch sensor controller)를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 터치 AFE(touch analog front-end)는 터치 패널로 전하를 충전하기 위한 트랜스미터 그리고 상기 터치 패널을 센싱하기 위한 리시버를 포함하고, 상기 리시버는 터치 패널로부터 수신된 캐패시턴스 변화량을 전압 신호로 변환하는 C2V 변환기(charge to voltage converter), 상기 전압 신호에서 포지티브 신호와 네가티브 신호를 각각 분리하여 샘플링하는 CDS(correlated double sampling) 블록 그리고 상기 샘플링된 포지티브 신호와 상기 샘플링된 네가티브 신호의 차를 누적하는 적분기(integrator)를 포함한다.
하나의 실시 예에 있어서, 상기 터치 패널은 M 개의 X축 센서 라인들과 N 개의 Y축 센서 라인들을 포함하고, 상기 트랜스미터는 상기 M 개의 X축 센서 라인들 그리고 상기 N 개의 Y축 센서 라인들 각각을 충전하기 위한 (M+N) 개의 트랜스미터들을 포함하고, 상기 리시버는 상기 M 개의 X축 센서 라인들 중 한 쌍 또는 상기 N 개의 Y축 센서 라인들 중 한 쌍을 센싱하기 위한 제1 및 제2 리시버들을 포함한다.
하나의 실시 예에 있어서, DDI(display driver integrated circuit)는 디스플레이 패널로 수평 동기 신호를 전송하고, 상기 (M+N) 개의 트랜스미터들 각각은 상기 수평 동기 신호에 동기되어 상기 M 개의 X축 센서 라인들 그리고 상기 N 개의 Y축 센서 라인들 각각을 동시에 충전한다.
하나의 실시 예에 있어서, 상기 (M+N) 개의 트랜스미터들 각각이 상기 M 개의 X축 센서 라인들 그리고 상기 N 개의 Y축 센서 라인들 각각을 동시에 충전한 후, 상기 제1 및 제2 리시버들 각각은 상기 M 개의 X축 센서 라인들 그리고 상기 N 개의 Y축 센서 라인들 중 한 쌍을 동시에 센싱한다.
하나의 실시 예에 있어서, 상기 CDS 블록은 상기 포지티브 신호를 샘플링하기 위한 제1 SHA(sample and hold amplifier) 필터 및 상기 네가티브 신호를 샘플링하기 위한 제2 SHA 필터를 포함한다.
하나의 실시 예에 있어서, 상기 CDS 블록은 상기 포지티브 신호 및 상기 네가티브 신호를 샘플링하여 고주파 노이즈를 제거한다.
하나의 실시 예에 있어서, 상기 적분기는 상기 샘플링된 포지티브 신호와 상기 샘플링된 네가티브 신호의 전압 차를 이용하여 저주파 노이즈를 제거한다.
하나의 실시 예에 있어서, 상기 적분기는 상기 누적된 전압 신호를 이용하여 캐패시티브 프로파일(capacitive profile)을 생성한다.
본 발명의 다른 하나의 실시형태에 따른 터치 센서 컨트롤러(touch sensor controller)는 M 개의 X축 센서 라인들 그리고 N 개의 Y축 센서 라인들 각각을 충전하기 위한 (M+N) 개의 트랜스미터들 그리고 상기 M 개의 X축 센서 라인들 중 한 쌍 또는 상기 N 개의 Y축 센서 라인들 중 한 쌍을 센싱하기 위한 제1 및 제2 리시버들을 포함하는 터치 AFE를 포함하고, 상기 제1 및 제2 리시버 각각은 터치 패널로부터 수신된 캐패시턴스 변화량을 전압 신호로 변환하는 C2V 변환기(charge to voltage converter), 상기 전압 신호에서 포지티브 신호와 네가티브 신호를 각각 분리하여 샘플링하는 CDS 블록 그리고 상기 샘플링된 포지티브 신호와 상기 샘플링된 네가티브 신호의 차를 누적하는 적분기(integrator)를 포함한다.
하나의 실시 예에 있어서, DDI(display driver integrated circuit)는 디스플레이 패널로 수평 동기 신호를 전송하고, 상기 (M+N) 개의 트랜스미터들 각각은 상기 수평 동기 신호에 동기되어 상기 M 개의 X축 센서 라인들 그리고 상기 N 개의 Y축 센서 라인들 각각을 동시에 충전한다.
하나의 실시 예에 있어서, 상기 (M+N) 개의 트랜스미터들 각각이 상기 M 개의 X축 센서 라인들 그리고 상기 N 개의 Y축 센서 라인들 각각을 동시에 충전한 후, 상기 제1 및 제2 리시버들 각각은 상기 M 개의 X축 센서 라인들 그리고 상기 N 개의 Y축 센서 라인들 중 한 쌍을 동시에 센싱한다.
하나의 실시 예에 있어서, 상기 CDS 블록은 상기 포지티브 신호를 샘플링하기 위한 제1 SHA(sample and hold amplifier) 필터 및 상기 네가티브 신호를 샘플링하기 위한 제2 SHA 필터를 포함한다.
하나의 실시 예에 있어서, 상기 CDS 블록은 상기 포지티브 신호 및 상기 네가티브 신호를 샘플링하여 고주파 노이즈를 제거한다.
하나의 실시 예에 있어서, 상기 적분기는 상기 샘플링된 포지티브 신호와 상기 샘플링된 네가티브 신호의 전압 차를 이용하여 저주파 노이즈를 제거한다.
하나의 실시 예에 있어서,상기 적분기는 상기 누적된 전압 신호를 이용하여 캐패시티브 프로파일(capacitive profile)을 생성한다.
본 발명의 또 다른 하나의 실시형태에 따른 모바일 장치는 근접 신호 또는 터치 신호를 감지하기 위한 M 개의 X축 센서 라인들 및 N 개의 Y축 센서 라인들을 포함하는 터치 패널 그리고 상기 터치 패널을 제어하는 터치 센서 컨트롤러를 포함하고, 상기 터치 센서 컨트롤러는 상기 M 개의 X축 센서 라인들 그리고 상기 N 개의 Y축 센서 라인들 각각을 충전하기 위한 (M+N) 개의 트랜스미터들 그리고 상기 M 개의 X축 센서 라인들 중 한 쌍 또는 상기 N 개의 Y축 센서 라인들 중 한 쌍을 센싱하기 위한 제1 및 제2 리시버들을 포함하는 터치 AFE를 포함하고, 상기 제1 및 제2 리시버 각각은 상기 터치 패널로부터 수신된 캐패시턴스 변화량을 전압 신호로 변환하는 C2V 변환기(charge to voltage converter), 상기 전압 신호에서 포지티브 신호와 네가티브 신호를 각각 분리하여 샘플링하는 CDS 블록 그리고 상기 샘플링된 포지티브 신호와 상기 샘플링된 네가티브 신호의 차를 누적하는 적분기(integrator)를 포함한다.
하나의 실시 예에 있어서, 상기 모바일 장치는 영상을 디스플레이하기 위한 디스플레이 장치 및 상기 디스플레이 패널로 수평 동기 신호를 전송하는 DDI(display driver integrated circuit)를 더 포함하고, 상기 (M+N) 개의 트랜스미터들 각각은 상기 수평 동기 신호에 동기되어 상기 M 개의 X축 센서 라인들 그리고 상기 N 개의 Y축 센서 라인들 각각을 동시에 충전한다.
하나의 실시 예에 있어서, 상기 (M+N) 개의 트랜스미터들 각각이 상기 M 개의 X축 센서 라인들 그리고 상기 N 개의 Y축 센서 라인들 각각을 동시에 충전한 후, 상기 제1 및 제2 리시버들 각각은 상기 M 개의 X축 센서 라인들 그리고 상기 N 개의 Y축 센서 라인들 중 한 쌍을 동시에 센싱한다.
하나의 실시 예에 있어서, 상기 CDS 블록은 상기 포지티브 신호 및 상기 네가티브 신호를 샘플링하여 고주파 노이즈를 제거한다.
하나의 실시 예에 있어서, 상기 적분기는 상기 샘플링된 포지티브 신호와 상기 샘플링된 네가티브 신호의 전압 차를 이용하여 저주파 노이즈를 제거한다.
본 발명의 실시 예에 따른 터치 AFE는 디스플레이 장치에 의한 노이즈를 제거할 수 있고, 호버 이벤트를 감지하기 위하여 저주파 노이즈를 제거하면서 호버 근접 신호를 2배로 증폭할 수 있다.
또한, 상기 터치 AFE는 호버 이벤트를 감지하기 위한 센서의 터치 감도를 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 터치 센서 컨트롤러를 도시한 블록도이다;
도 2는 도 1에 도시된 터치 패널을 도시한 블록도이다;
도 3는 도 2에 도시된 리시버를 도시한 블록도이다;
도 4는 도 3에 도시된 리시버의 동작을 도시한 타이밍도이다;
도 5a는 도 3에 도시된 C2V 변환기의 출력을 도시한 타이밍도이다;
도 5b는 도 3에 도시된 CDS 블록의 출력을 도시한 타이밍도이다;
도 5c는 도 3에 도시된 적분기의 출력을 도시한 타이밍도이다;
도 6a는 주파수에 따른 노이즈 및 C2V 변환기의 신호 특성을 도시한 그래프이다;
도 6b는 주파수에 따른 리시버의 출력 신호에 대한 특성을 도시한 그래프이다;
도 6c는 주파수에 따른 적분기의 신호 특성을 도시한 그래프이다;
도 7는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 리시버를 도시한 회로도이다;
도 8은 도 7에 도시된 리시버의 동작을 도시한 타이밍도이다;
도 9a는 도 2에 도시된 X축 라인 센서에 따른 캐패시턴스 변화량을 도시한 그래프이다;
도 9b는 도 2에 도시된 Y축 라인 센서에 따른 캐패시턴스 변화량을 도시한 그래프이다;
도 9c는 도 2에 도시된 X축 라인 센서와 Y축 라인 센서에 따른 캐패시턴스 변화량을 도시한 3차원 그래프이다;
도 10a는 도 2에 도시된 X축 센서 라인에서 호버 거리에 따른 SNR을 도시한 그래프이다;
도 10b는 도 2에 도시된 Y축 센서 라인에서 호버 거리에 따른 SNR을 도시한 그래프이다;
도 11는 도 1에 도시된 터치 센서 컨트롤러를 포함하는 컴퓨터 시스템(310)의 일 실시 예를 나타낸다;
도 12은 도 1에 도시된 터치 센서 컨트롤러를 포함하는 컴퓨터 시스템(320)의 다른 실시 예를 나타낸다;
도 13는 도 1에 도시된 터치 센서 컨트롤러를 포함하는 컴퓨터 시스템(330)의 또 다른 실시 예를 나타낸다;
도 14은 도 1에 도시된 터치 센서 컨트롤러를 포함하는 디지털 카메라 장치(300)을 도시한다;
도 15a 내지 도 15c는 도 1에 도시된 터치 센서 컨트롤러를 포함하는 웨어러블 장치를 도시한다; 그리고
도 16는 도 1에 도시된 터치 센서 컨트롤러를 포함하는 웨어러블 장치를 도시한다;
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 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 출원에서 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 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 개시된 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 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
한편, 어떤 실시 예가 달리 구현 가능한 경우에 특정 블록 내에 명기된 기능 또는 동작이 순서도에 명기된 순서와 다르게 일어날 수도 있다. 예를 들어, 연속하는 두 블록이 실제로는 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 관련된 기능 또는 동작에 따라서는 상기 블록들이 거꾸로 수행될 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 터치 센서 컨트롤러를 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 터치 센서 컨트롤러(touch sensor controller; 1)는 터치 패널(2)로부터 터치 입력을 수신하고, 디지털 입력 신호를 생성할 수 있다. 이를 위하여, 터치 센서 컨트롤러(1)는 터치 AFE(touch analog front-end; 3), ADC(analog-to-digital converter; 4), 그리고 DSP(digital signal processor; 5)를 포함할 수 있다.
터치 AFE(3)는 터치 패널(2)로부터 터치 신호를 수신하고, 이를 처리하여 ADC(4)로 전송할 수 있다. ADC(4)는 터치 AFE(3)에서 처리한 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. ADC(4)는 상기 디지털 신호를 DSP(5)로 전송할 수 있다. DSP(5)는 상기 디지털 신호를 처리할 수 있다. 하나의 실시 예에 있어서, DSP(5)는 ARMTM으로 구현될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 터치 AFE(3)는 도 2 및 도 3에서 상세히 설명될 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 터치 패널을 도시한 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 터치 패널(2)은 복수의 X축 라인 센서들(즉, short line sensor), 복수의 Y축 라인 센서들(즉, long line sensor), 그리고 VCOM 플레이트(21)를 포함한다.
VCOM 플레이트(21)는 ELVSS 전압으로 접지된다. 하나의 실시 예에 있어서, ELVSS 전압은 그라운드 전압을 포함할 수 있다. 또한, VCOM 플레이트(21)는 모바일 장치에서 배터리의 음극에 연결될 수 있다.
예를 들면, 터치 패널(2)은 제1 내지 제28 X축 라인 센서들(X1-X28)과 제1 내지 제16 Y축 라인 센서들(Y1-Y16)을 포함할 수 있다.
제1 내지 제28 X축 라인 센서들(X1-X28)을 동시에 충전하기 위한 제1 내지 제28 X축 트랜스미터들(XTX1-XTX16)을 포함할 수 있다. 또한, 터치 AFE(3)는 제1 내지 제16 Y축 라인 센서들(Y1-Y16)을 동시에 충전하기 위한 제1 내지 제16 Y축 트랜스미터들(YTX1-YTX16)을 포함할 수 있다.
또한, 터치 AFE(3)는 제1 내지 제28 X축 라인 센서들(X1-X28) 그리고 제1 내지 제16 Y축 라인 센서들(Y1-Y16) 중 한 쌍의 라인 센서를 선택하기 위한 멀티플렉서(multiplexer, MUX; 31)를 더 포함한다.
터치 AFE(3)는 제1 내지 제28 X축 라인 센서들(X1-X28) 중 한 쌍 또는 제1 내지 제16 Y축 라인 센서들(Y1-Y16) 중 한 쌍의 라인 센서를 센싱하기 위한 제1 내지 제2 리시버들(RX1-RX2)를 더 포함한다. 제1 내지 제2 리시버들(RX1-RX2)은 한 쌍의 라인 센서를 동시에 센싱할 수 있다.
두 개의 센서 라인들을 그룹핑하는 것은 모든 라인 센서를 순차적으로 센싱하는 시간에 비하여 절반으로 감소시킬 수 있고, 센싱된 신호의 레벨을 두 배로 할 수 있다.
또한, 터치 AFE(3)는 제1 내지 제28 X축 트랜스미터들(XTX1-XTX28) 그리고 제1 내지 제16 Y축 트랜스미터들(YTX1-YTX16) 각각을 동작시키기 위한 구동 신호(drive signal; DV)를 생성하기 위한 싱크로나이저(32)를 더 포함한다.
DDI(display driver Integrated circuit; 6)가 수평 싱크 신호(horizontal sync signal; Hsync)를 디스플레이 패널(display panel)로 전송할 수 있다. 또한, DDI(6)는 VCOM 플레이트(21)에 접지될 수 있다. 이 경우, 디스플레이 패널은 수평 싱크 신호(Hsync)에 동기되어 AMOLED(active matrix organic light-emitting diode) 셀을 충전할 때마다 디스플레이 노이즈(display noise)가 발생될 수 있다. 디스플레이 노이즈를 방지하기 위하여, C2V 변환기(120)는 디스플레이 노이즈가 없는 클린 구간(clean interval)에서 동작한다.
예를 들면, DDI(display driver Integrated circuit; 6)는 수평 싱크 신호(horizontal sync signal; Hsync)를 싱크로나이저(32)로 전송한다. 싱크로나이저(32)는 수평 싱크 신호(Hsync)를 제1 내지 제28 X축 트랜스미터들(XTX1-XTX16) 그리고 제1 내지 제16 Y축 트랜스미터들(YTX1-YTX16)로 전송한다.
제1 내지 제28 X축 트랜스미터들(XTX1-XTX16) 각각은 수평 싱크 신호(Hsync)에 동기되어 제1 내지 제28 X축 라인 센서들(X1-X28)을 동시에 충전할 수 있다. 동시에, 제1 내지 제16 Y축 트랜스미터들(YTX1-YTX16) 각각은 수평 싱크 신호(Hsync)에 동기되어 제1 내지 제16 Y축 라인 센서들(Y1-Y16)을 동시에 충전할 수 있다.
제1 내지 제28 X축 트랜스미터들(XTX1-XTX16) 각각은 수평 싱크 신호(Hsync)에 동기되어 제1 내지 제28 X축 라인 센서들(X1-X28)을 동시에 충전하고, 제1 내지 제16 Y축 트랜스미터들(YTX1-YTX16) 각각은 수평 싱크 신호(Hsync)에 동기되어 제1 내지 제16 Y축 라인 센서들(Y1-Y16)을 동시에 충전한 후, 제1 내지 제2 리시버들(RX1-RX2) 각각은 제1 내지 제28 X축 라인 센서들(X1-X28) 그리고 제1 내지 제16 Y축 라인 센서들(Y1-Y16) 중 어느 한 쌍을 동시에 센싱할 수 있다.
상술한 터치 AFE(3)의 구동 동작은 도 3 및 도 4에서 상세히 설명된다.
도 3는 도 2에 도시된 리시버를 도시한 블록도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 터치 패널(2)는 패널 캐패시터(Cpanel)로 구현될 수 있다. 만약 손가락(finger)이 터치 패널(2)에 근접하거나 터치하는 경우, 터치 패널(2)은 패널 캐패시터(Cpanel)와 핑거 캐패시터(Cfinger)의 병렬 연결로 모델링될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 리시버(100)는 제1 내지 제2 리시버들(RX1-RX2) 중 어느 하나일 수 있다.
리시버(100)는 오프셋 제거 유닛(offset remove unit; 110), C2V 변환기(charge to voltage converter; 120), CDS 블록(correlated double sampling block; 130), 그리고 적분기(integrator; 140)를 포함한다.
C2V 변환기(120)는 STXP 신호에 응답하여 동작하는 제1 스위치(SW1) 및 STXN 신호에 응답하여 동작하는 제2 스위치(SW2)를 포함한다.
STXP 신호가 활성화되면, 패널 캐패시터(Cpanel)는 제1 전압(VTXP)으로 충전된다. 또한, STXN 신호가 활성화되면, 패널 캐패시터(Cpanel)는 제2 전압(VTXN)으로 충전된다.
오프셋 제거 유닛(110)은 터치 패널(2) 내 패널 캐패시턴스(Cpanel)에 의한 영향을 제거할 수 있다. 즉, 오프셋 제거 유닛(110)은 패널 캐패시턴스(Cpanel)와 동일한 캐패시턴스를 가지는 오프셋 캐패시터(Coff)를 포함한다.
호버 터치(즉, 근접 이벤트)가 발생하는 경우, 오프셋 캐패시터(Coff)는 패널 캐패시턴스(Cpanel)의 전하량과 반대되는 전하량을 가질 수 있다. 즉, 리시버(100)는 근접 이벤트가 발생할 때까지 수신기의 출력을 0를 유지하도록 구성된다. 이러한 목적을 위하여, 오프셋 제거 유닛(110)은 제3 내지 제5 스위치(SW3-SW5) 그리고 오프셋 캐패시터(Coff)를 포함한다. 오프셋 제거 유닛(110)의 동작 방법은 도 7 및 도 8에서 상세히 설명된다.
C2V 변환기(120)는 터치 패널(2)로부터 수신된 캐패시턴스 변화량에 관한 정보를 전압 신호로 변환한다.
CDS 블록(130)은 상기 전압 신호에 노이즈를 제거할 수 있다. 하나의 실시 예에 있어서, CDS 블록(130)은 샘플 앤드 홀드 증폭기(sample and hold amplifier)로 구현될 수 있다.
구체적으로, CDS 블록(130)은 상기 전압 신호로부터 포지티브 신호를 샘플링하기 위한 제1 SHA 필터와 상기 전압 신호로부터 네가티브 신호를 샘플링하기 위한 제2 SHA 필터를 포함할 수 있다. 하나의 실시 예에 있어서, CDS 블록(130)은 안티-에일리어싱 필터(anti-aliasing filter)로 동작할 수 있다.
적분기(140)는 상기 샘플링된 포지티브 신호와 상기 샘플링된 네가티브 신호의 차를 누적할 수 있다. 또한, 적분기(140)는 상기 필터링된 신호의 전압 레벨을 누적하여 신호에 대한 대역폭을 감소시키고, 신호의 감도를 증가시킬 수 있다.
도 4는 도 3에 도시된 리시버의 동작을 도시한 타이밍도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 수평 동기 신호(Hsync)가 활성화될 때마다, 디스플레이 노이즈가 발생된다.
T1 시간에, SRESET 신호가 활성화되면, 제7 스위치(SW7)는 온(on) 상태가 된다. 제7 스위치(SW7)가 활성화될 때마다, 제1 OP-AMP(OP1)은 리셋된다. 즉, 제1 OP-AMP(OP1)의 입력단과 제1 OP-AMP(OP1)의 출력단은 동일한 전압 레벨을 가지게 된다.
또한, T1 시간에, STXP 신호가 활성화되면, 제1 스위치(SW1)와 제5 스위치(SW5)는 온(on) 상태가 된다. 제1 스위치(SW1)가 활성화될 때마다, 패널 캐패시터(Cpanel)은 제1 전압(VTXP)으로 충전된다. 제5 스위치(SW5)가 활성화될 때마다, 오프셋 캐패시터(Coff)은 방전된다.
T2 시간에, S1 신호가 활성화되면, 제3 스위치(SW3)는 온(on) 상태가 된다. 오프셋 제거 유닛(110)은 오프셋 캐패시터(Coff)를 패널 캐패시터(Cpanel)와 반대 부호를 가지는 전하량을 가지도록 설정할 수 있다. 따라서, 제2 스위치(SW2)가 활성화되면, 패널 캐패시터(Cpanel)의 전하량과 오프셋 캐패시터(Coff)의 전하량은 서로 상쇄된다.
T3 시간에, S1DLY 신호가 활성화되면, 제6 스위치(SW6)는 온(on) 상태가 된다. 이 때, 근접 동작 또는 터치 동작에 의한 캐패시턴스 변화량에 대한 전하는 피드백 캐패시턴스(Cfb)에 저장된다.
T4 시간에, SRESET 신호가 활성화되면, 제7 스위치(SW7)는 온(on) 상태가 된다. 제7 스위치(SW7)가 활성화될 때마다, 제1 OP-AMP(OP1)은 리셋된다.
T4 시간에, STXN 신호가 활성화되면, 제2 스위치(SW2)와 제4 스위치(SW4)는 온(on) 상태가 된다. 제2 스위치(SW2)가 활성화될 때마다, 패널 캐패시터(Cpanel)은 방전된다. 제4 스위치(SW4)가 활성화될 때마다, 오프셋 캐패시터(Coff)은 제1 전압(VTXP)으로 충전된다.
도 5a는 도 3에 도시된 C2V 변환기의 출력을 도시한 타이밍도이다.
도 3 내지 도 5a를 참조하면, 가로축은 시간을 나타낸다. 세로축은 전압을 나타낸다. C2V 변환기(120)는 포지티브 전압 레벨과 네가티브 전압 레벨 사이에서 일정한 전압 크기를 가지는 전압 신호를 출력할 수 있다. 예를 들면, C2V 변환기(120)는 +a 전압 레벨에서 a 전압 레벨 사이에 전압 신호를 출력할 수 있다.
도 5b는 도 3에 도시된 CDS 블록의 출력을 도시한 타이밍도이다.
도 3 내지 도 5b를 참조하면, 가로축은 시간을 나타낸다. 세로축은 전압을 나타낸다.
C2V 변환기(120)는 포지티브 전압 레벨과 네가티브 전압 레벨 사이에서 일정한 전압 크기를 가지는 전압 신호를 출력할 수 있다. 이에 반하여, CDS 블록(130)은 포지티브 전압 레벨에서 일정한 전압 크기를 가지는 전압 신호를 출력할 수 있다.
C2V 변환기(120)는 +a 전압 레벨에서 a 전압 레벨 사이에 변하는 전압 신호를 출력하는 경우, CDS 블록(130)은 +2a 전압 레벨에서 그라운드 전압 레벨 사이에 전압 신호를 출력할 수 있다.
도 5c는 도 3에 도시된 적분기의 출력을 도시한 타이밍도이다.
도 3 내지 도 5c를 참조하면, 가로축은 시간을 나타낸다. 세로축은 전압을 나타낸다. 적분기(140)는 CDS 블록(130)의 출력을 누적할 수 있다. CDS 블록(130)의 출력 신호는 포지티브 전압 신호이므로, 적분기(140)의 출력은 점진적으로 증가된다.
도 6a 내지 도 6d는 주파수 도메인에서 리시버의 신호 특성을 도시한 그래프이다.
도 6a는 주파수에 따른 노이즈 및 C2V 변환기의 신호 특성을 도시한 그래프이다.
도 3 및 도 6a를 참조하면, 일반적으로 호버 신호 또는 터치 신호는 저주파 대역에서 많은 노이즈를 포함할 수 있다. 또한 넓은 주파수 대역에서 일정한 노이즈가 고르게 분포될 수 있다. 이에 반하여, C2V 변환기(120)의 출력 신호는 일정한 주파수 대역에서 발생될 것이다.
도 6b는 주파수에 따른 리시버의 출력 신호에 대한 특성을 도시한 그래프이다.
도 3 및 도 6b를 참조하면, CDS 블록(130)은 상기 포지티브 신호 및 상기 네가티브 신호를 샘플링하여 고주파 노이즈를 제거할 수 있다. 또한, 적분기(140)는 상기 샘플링된 포지티브 신호와 상기 샘플링된 네가티브 신호의 전압 차를 이용하여 저주파 노이즈를 제거할 수 있다. 따라서, 리시버(100)는 밴드 패스 필터(band pass filter; BPH) 기능을 수행할 수 있다. 리시버(100)의 출력 신호는 필터링된 대역폭 내에서만 출력될 수 있다.
도 6c는 주파수에 따른 적분기의 신호 특성을 도시한 그래프이다.
도 3 및 도 6c를 참조하면, 샘플링의 횟수(N)이 증가할수록 적분기(140)의 출력 신호의 대역폭(bandwidth; BW)은 좁아질 수 있다. 대역폭이 감소할수록, 리시버(100)의 출력 신호 중 노이즈는 감소할 것이다. 즉, 적분기(140)는 출력 신호의 대역폭을 제외한 영역에서 노이즈를 필터링될 수 있다.
도 7는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 리시버를 도시한 회로도이다.
도 7를 참조하면, 터치 패널(2)는 패널 캐패시터(Cpanel)와 패널 저항(Rpanel)으로 모델링될 수 있다. 구체적으로, 터치 패널(2)은 패널 캐패시터(Cpanel)와 패널 저항(Rpanel)이 직렬로 연결되며, 일단에는 EVLSS 전압이 인가될 수 있고, 타단에는 C2V 변환기(220)에 연결될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 리시버(200)는 오프셋 제거 유닛(210), C2V 변환기(220), CDS 블록(230), 그리고 적분기(240)를 포함한다.
오프셋 제거 유닛(210)는 패널 캐패시터(Cpanel)로 인한 오프셋을 제거할 수 있다. 오프셋 제거 유닛(210)은 제3 내지 제5 스위치(SW3-SW5) 그리고 오프셋 캐패시터(Coff)를 포함한다.
C2V 변환기(220)는 S1P 신호에 응답하여 동작하는 제1 스위치(SW1) 및 S1N 신호에 응답하여 동작하는 제2 스위치(SW2)를 포함한다. 제1 스위치(SW1)는 제1 전압(VTXP)과 제1 노드(N1) 사이에 연결된다. 제2 스위치(SW2)는 제1 노드(N1)와 제2 전압(VTXN) 사이에 연결된다.
S1P 신호가 활성화되면, 패널 캐패시터(Cpanel)는 제1 전압(VTXP)으로 충전된다. 또한, S1N 신호가 활성화되면, 패널 캐패시터(Cpanel)는 제2 전압(VTXN)으로 충전된다.
캘리브레이션 단계(calibration phase)에서, 오프셋 캐패시터(Coff)는 패널 캐패시터(Cpanel)와 동일한 캐패시턴스를 가지도록 설정될 수 있다. 예를 들면, 제조 단계에서, 오프셋 캐패시터(Coff)는 패널 캐패시터(Cpanel)와 동일한 캐패시턴스를 가지도록 설정될 수 있다.
제3 스위치(SW3)는 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이에 연결되며, S2 신호에 응답하여 동작한다. 제4 스위치(SW4)는 제1 전압(VTXP)과 제2 노드(N2) 사이에 연결되며, S1N 신호에 응답하여 동작한다. 제4 스위치(SW4)는 S1N 신호에 응답하여 오프셋 캐패시터(Coff)를 충전시킬 수 있다. 제5 스위치(SW5)는 제2 전압(VTXN)과 제2 노드(N2) 사이에 연결되며, S1P 신호에 응답하여 동작한다. 제5 스위치(SW5)는 S1P 신호에 응답하여 오프셋 캐패시터(Coff)를 방전시킬 수 있다. 오프셋 제거 유닛(210)은 오프셋 캐패시터(Coff)를 패널 캐패시터(Cpanel)와 반대 부호를 가지는 전하량을 가지도록 설정할 수 있다.
또한, C2V 변환기(220)는 제6 및 제7 스위치(SW6-SW7), C2V 피드백 캐패시턴스(Cfb1), 그리고 제1 OP-AMP(operational amplifier; OP1)를 포함한다.
제6 스위치(SW6)는 제1 노드(N1)와 제3 노드(N3) 사이에 연결되며, S2A 신호에 응답하여 동작한다. 제7 스위치(SW6)는 제3 노드(N3)와 제4 노드(N4) 사이에 연결되며, S1 신호에 응답하여 동작한다. C2V 피드백 캐패시턴스(Cfb1)는 제3 노드(N3)와 제4 노드(N4) 사이에 연결된다.
제1 OP-AMP(OP1)의 포지티브 입력은 그라운드 전압에 연결된다. 제1 OP-AMP(OP1)의 네가티브 입력은 제3 노드(N3)에 연결된다. 그리고 제1 OP-AMP(OP1)의 출력은 제4 노드(N4)에 연결된다.
CDS 블록(230)는 C2V 변환기(220)로부터 전송된 전압 신호 중 포지티브 신호와 네가티브 신호를 분리하여 처리할 수 있다. 이를 위하여, CDS 블록(230)는 2개의 샘플 앤드 홀드 증폭기(sample and hold amplifier)를 이용하여 구현될 수 있다. 즉, CDS 블록(230)는 상기 포지티브 신호를 필터링하기 위한 제1 SHA 필터(231) 그리고 상기 네가티브 신호를 필터링하기 위한 제2 SHA 필터(232)를 포함할 수 있다.
제1 SHA 필터(231)가 상기 포지티브 신호를 샘플링하고, 홀드할 수 있다. 이 과정에서, 상기 포지티브 신호에 포함된 고주파 노이즈는 제거될 수 있다.
마찬가지로, 제2 SHA 필터(232)가 상기 네가티브 신호를 샘플링하고, 홀드할 수 있다. 이 과정에서, 상기 네가티브 신호에 포함된 고주파 노이즈는 제거될 수 있다.
제1 SHA 필터(231)는 제8 내지 제11 스위치(SW8-SW11), 제1 SHA 캐패시터(Csha1), 포지티브 피드백 캐패시터(Cfb21), 그리고 제2 OP-AMP(OP2)를 포함한다.
제8 스위치(SW8)는 제4 노드(N4)와 제5 노드(N5) 사이에 연결되며, S3SP 신호에 응답하여 동작한다. 제9 스위치(SW9)는 제6 노드(N6)와 그라운드 전압 사이에 연결되며, S3SP 신호에 응답하여 동작한다. 제10 스위치(SW10)는 제6 노드(N6)와 제7 노드(N7) 사이에 연결되며, S3DP 신호에 응답하여 동작한다. 제11 스위치(SW11)는 제5 노드(N5)와 제8 노드(N8) 사이에 연결되며, S3DP 신호에 응답하여 동작한다.
제1 SHA 캐패시터(Csha1)는 제5 노드(N5)와 제6 노드(N6) 사이에 연결된다. 포지티브 피드백 캐패시터(Cfb21)는 제7 노드(N7)와 제8 노드(N8) 사이에 연결된다.
제2 OP-AMP(OP2)의 포지티브 입력은 그라운드 전압에 연결된다. 제2 OP-AMP(OP2)의 네가티브 입력은 제7 노드(N7)에 연결된다. 그리고 제2 OP-AMP(OP2)의 출력은 제8 노드(N8)에 연결된다.
제2 SHA 필터(232)는 제12 내지 제15 스위치(SW12-SW15), 제2 SHA 캐패시터(Csha2), 네가티브 피드백 캐패시터(Cfb22), 그리고 제3 OP-AMP(OP3)를 포함한다.
제12 스위치(SW12)는 제4 노드(N4)와 제9 노드(N9) 사이에 연결되며, S3SN 신호에 응답하여 동작한다. 제13 스위치(SW13)는 제10 노드(N10)와 그라운드 전압 사이에 연결되며, S3SN 신호에 응답하여 동작한다. 제14 스위치(SW14)는 제10 노드(N10)와 제11 노드(N11) 사이에 연결되며, S3DN 신호에 응답하여 동작한다. 제15 스위치(SW15)는 제9 노드(N9)와 제12 노드(N12) 사이에 연결되며, S3DN 신호에 응답하여 동작한다.
제2 SHA 캐패시터(Csha2)는 제9 노드(N9)와 제10 노드(N10) 사이에 연결된다. 네가티브 피드백 캐패시터(Cfb22)는 제11 노드(N11)와 제12 노드(N12) 사이에 연결된다.
제3 OP-AMP(OP3)의 포지티브 입력은 그라운드 전압에 연결된다. 제3 OP-AMP(OP3)의 네가티브 입력은 제11 노드(N11)에 연결된다. 그리고 제3 OP-AMP(OP3)의 출력은 제12 노드(N12)에 연결된다.
적분기(240)는 제1 SHA 필터(231)의 출력과 제2 SHA 필터(232)의 출력사이의 전압 차를 누적할 수 있다. 예를 들면, 제1 SHA 필터(231)의 출력 신호와 제2 SHA 필터(232)의 출력 신호 각각은 저주파 노이즈를 포함할 수 있다. 이 경우, 각각에 포함된 저주파 노이즈는 거의 동일할 것이다. 따라서, 적분기(240)가 제1 SHA 필터(231)의 출력과 제2 SHA 필터(232)의 출력 사이의 전압 차를 계산하는 과정에서 저주파 노이즈는 제거될 수 있다.
적분기(240)는 제16 내지 제23 스위치(SW16-SW23), 제1 적분기 캐패시터(Cintg1), 제2 적분기 캐패시터(Cintg2), 제1 적분기 피드백 캐패시터(Cfb_intg1), 제2 적분기 피드백 캐패시터(Cfb_intg2), 그리고 제4 OP-AMP(OP4)를 포함한다.
제16 스위치(SW16)는 제8 노드(N8)와 제13 노드(N13) 사이에 연결되며, S4SP 신호에 응답하여 동작한다. 제17 스위치(SW17)는 제13 노드(N13)와 그라운드 전압 사이에 연결되며, S4DP 신호에 응답하여 동작한다. 제18 스위치(SW18)는 제14 노드(N14)와 그라운드 전압 사이에 연결되며, S4SP 신호에 응답하여 동작한다. 제19 스위치(SW19)는 제14 노드(N14)와 제15 노드(N15) 사이에 연결되며, S4DP 신호에 응답하여 동작한다.
제20 스위치(SW20)는 제12 노드(N12)와 제17 노드(N17) 사이에 연결되며, S4SN 신호에 응답하여 동작한다. 제21 스위치(SW21)는 제17 노드(N17)와 그라운드 전압 사이에 연결되며, S4DN 신호에 응답하여 동작한다. 제22 스위치(SW22)는 제18 노드(N18)와 그라운드 전압 사이에 연결되며, S4SN 신호에 응답하여 동작한다. 그리고 제23 스위치(SW23)는 제18 노드(N18)와 제19 노드(N19) 사이에 연결되며, S4SN 신호에 응답하여 동작한다.
제1 적분기 캐패시터(Cintg1)는 제13 노드(N13)와 제14 노드(N14) 사이에 연결된다. 제2 적분기 캐패시터(Cintg2)는 제17 노드(N17)와 제18 노드(N18) 사이에 연결된다.
제1 적분기 피드백 캐패시터(Cfb_intg1)는 제15 노드(N15)와 제16 노드(N16) 사이에 연결된다. 제2 적분기 피드백 캐패시터(Cfb_intg2)는 제19 노드(N19)와 제20 노드(N20) 사이에 연결된다.
제4 OP-AMP(OP4)의 포지티브 입력은 제19 노드(N19)에 연결된다. 제4 OP-AMP(OP4)의 네가티브 입력은 제15 노드(N15)에 연결된다. 제4 OP-AMP(OP4)의 포지티브 출력은 제16 노드(N16)에 연결된다. 그리고 제4 OP-AMP(OP4)의 네가티브 출력은 제20 노드(N20)에 연결된다.
C2V 변환기(220), CDS 블록(230), 그리고 적분기(240)의 동작은 도 8에서 상세히 설명된다.
도 8은 도 7에 도시된 리시버의 동작을 도시한 타이밍도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, T1 시간부터 T2 시간까지, S1 신호가 활성화되면, 제7 스위치(SW7)는 온(on) 상태가 된다. 제7 스위치(SW7)가 활성화될 때마다, 제1 OP-AMP(OP1)은 리셋된다. 즉, 제1 OP-AMP(OP1)의 네가티브 입력인 제3 노드(N3)와 제1 OP-AMP(OP1)의 출력인 제4 노드(N4)의 전위 차는 동일하게 된다.
T1 시간부터 T2 시간까지, S1P 신호가 활성화되면, 제1 스위치(SW1)와 제5 스위치(SW5)는 온(on) 상태가 된다. 제1 스위치(SW1)가 활성화될 때마다, 패널 캐패시터(Cpanel)은 제1 전압(VTXP)으로 충전된다. 제5 스위치(SW5)가 활성화될 때마다, 오프셋 캐패시터(Coff)은 방전된다.
T2 시간부터 T4 시간까지, S2 신호가 활성화되면, 제3 스위치(SW3)는 온(on) 상태가 된다. 오프셋 제거 유닛(210)은 오프셋 캐패시터(Coff)를 패널 캐패시터(Cpanel)와 반대 부호를 가지는 전하량을 가지도록 설정할 수 있다. 따라서, 제2 스위치(SW2)가 활성화되면, 패널 캐패시터(Cpanel)의 전하량과 오프셋 캐패시터(Coff)의 전하량은 서로 상쇄된다.
T3 시간부터 T4 시간까지, S2A 신호 그리고 S3SP 신호가 활성화되면, 제6 스위치(SW6), 제8 스위치(SW8), 그리고 제9 스위치(SW9)는 온(on) 상태가 된다. 이 때, 근접 동작 또는 터치 동작에 의한 캐패시턴스 변화량에 대한 전하는 C2V 피드백 캐패시턴스(Cfb1)에 저장된다. 또한, C2V 피드백 캐패시턴스(Cfb1)에 저장된 전하는 제1 SHA 캐패시터(Csha1)를 충전한다.
T4 시간부터 T5 시간까지, S1 신호가 활성화되면, 제7 스위치(SW7)는 온(on) 상태가 된다. 제7 스위치(SW7)가 활성화될 때마다, 제1 OP-AMP(OP1)은 리셋된다.
T4 시간부터 T5 시간까지, S1N 신호가 활성화되면, 제2 스위치(SW2)와 제4 스위치(SW4)는 온(on) 상태가 된다. 제2 스위치(SW2)가 활성화될 때마다, 패널 캐패시터(Cpanel)은 방전된다. 제4 스위치(SW4)가 활성화될 때마다, 오프셋 캐패시터(Coff)은 제1 전압(VTXP)으로 충전된다.
T4 시간부터 T6 시간까지, S3DP 신호가 활성화되면, 제10 위치(SW10) 그리고 제11 스위치(SW11)는 온(on) 상태가 된다. 제1 SHA 캐패시터(Csha1)에 저장된 전하는 포지티브 피드백 캐패시터(Cfb21)를 충전한다.
T6 시간부터 T7 시간까지, S2A 신호 그리고 S3SN 신호가 활성화되면, 제6 스위치(SW6), 제12 스위치(SW12), 그리고 제13 스위치(SW13)는 온(on) 상태가 된다. 이 때, 근접 동작 또는 터치 동작에 의한 캐패시턴스 변화량에 대한 전하는 C2V 피드백 캐패시턴스(Cfb1)에 저장된다. 또한, C2V 피드백 캐패시턴스(Cfb1)에 저장된 전하는 제2 SHA 캐패시터(Csha2)를 충전한다.
T7 시간부터 T9 시간까지, S3DN 신호가 활성화되면, 제14 스위치(SW14) 그리고 제15 스위치(SW15)는 온(on) 상태가 된다. 또한, 제2 SHA 캐패시터(Csha2)에 저장된 전하는 네가티브 피드백 캐패시터(Cfb22)를 충전한다.
T9 시간부터 T10 시간까지, S4SP 신호가 활성화되면, 제16 위치(SW16) 그리고 제18 스위치(SW18)는 온(on) 상태가 된다. 포지티브 피드백 캐패시터(Cfb21)에 저장된 전하는 제1 적분기 캐패시터(Cintg1)를 충전한다.
T10 시간부터 T13 시간까지, S4DP 신호가 활성화되면, 제17 위치(SW17) 그리고 제19 스위치(SW19)는 온(on) 상태가 된다. 제1 적분기 캐패시터(Cintg1)에 저장된 전하는 제1 적분기 피드백 캐패시터(Cfb_intg1)를 충전한다.
T13 시간부터 T15 시간까지, S4SN 신호가 활성화되면, 제20 위치(SW20) 그리고 제22 스위치(SW22)는 온(on) 상태가 된다. 네가티브 피드백 캐패시터(Cfb22) 에 저장된 전하는 제2 적분기 캐패시터(Cintg2)를 충전한다.
T15 시간부터 T17 시간까지, S4DN 신호가 활성화되면, 제21 위치(SW21) 그리고 제23 스위치(SW23)는 온(on) 상태가 된다. 제2 적분기 캐패시터(Cintg2)에 저장된 전하는 제2 적분기 피드백 캐패시터(Cfb_intg2)를 충전한다.
도 9a는 도 2에 도시된 X축 라인 센서에 따른 캐패시턴스 변화량을 도시한 그래프이다.
도 2 및 도 9a를 참조하면, 도 3에 도시된 적분기(140)는 누적된 전압 신호를 이용하여 캐패시티브 프로파일(capacitive profile)을 생성할 수 있다.
가로축은 제1 내지 제28 X축 라인 센서들(X1-X28) 중 제1 내지 제14 X축 라인 센서들(X1-X14)을 나타낸다. 세로축은 캐패시티브 프로파일을 디지털 값으로 변환한 ADC(analog-to-digital conversion) 코드를 나타낸다. 노이즈가 없는 경우 호버(hover)된 위치에서 프로파일이 생성된다.
제1 캐패시티브 프로파일 곡선(SC1)은 터치 패널(2)위 2 mm에서 호버 터치하는 경우이다. 제2 캐패시티브 프로파일 곡선(SC2)은 터치 패널(2)위 5 mm에서 호버 터치하는 경우이다. 제3 캐패시티브 프로파일 곡선(SC3)은 터치 패널(2)위 10 mm에서 호버 터치하는 경우이다. 그리고 제4 캐패시티브 프로파일 곡선(SC4)은 터치 패널(2)위 20 mm에서 호버 터치하는 경우이다. 즉, 호버 터치는 터치 패널(2)에 가깝게 접근할수록 캐패시턴스 변화량은 증가된다.
도 9b는 도 2에 도시된 Y축 라인 센서에 따른 캐패시턴스 변화량을 도시한 그래프이다.
도 2 및 도 9b를 참조하면, 가로축은 제1 내지 제16 Y축 라인 센서들(Y1-Y16) 중 제1 내지 제8 Y축 라인 센서들(Y1-Y8)을 나타낸다. 세로축은 캐패시티브 프로파일을 디지털 값으로 변환한 ADC 코드를 나타낸다.
제1 캐패시티브 프로파일 곡선(LC1)은 터치 패널(2)위 2 mm에서 호버 터치하는 경우이다. 제2 캐패시티브 프로파일 곡선(LC2)은 터치 패널(2)위 5 mm에서 호버 터치하는 경우이다. 제3 캐패시티브 프로파일 곡선(LC3)은 터치 패널(2)위 10 mm에서 호버 터치하는 경우이다. 그리고 제4 캐패시티브 프로파일 곡선(LC4)은 터치 패널(2)위 20 mm에서 호버 터치하는 경우이다. 즉, 호버 터치는 터치 패널(2)에 가깝게 접근할수록 캐패시턴스 변화량은 증가된다.
도 9c는 도 2에 도시된 X축 라인 센서와 Y축 라인 센서에 따른 캐패시턴스 변화량을 도시한 3차원 그래프이다.
X축은 X축 센서 라인들으로부터 2 mm 떨어져 호버 터치하는 경우를 나타낸다. 그리고, Y축은 Y축 센서 라인들으로부터 2 mm 떨어져 호버 터치하는 경우를 나타낸다.
도 9c에 도시된 3차원 그래프는 도 9a에 도시된 제1 캐패시티브 프로파일 곡선(SC1)과 도 9b에 도시된 제1 캐패시티브 프로파일 곡선(LC1)을 이용하여 도시된다.
도 10a는 도 2에 도시된 X축 센서 라인에서 호버 거리에 따른 SNR을 도시한 그래프이다.
도 2 및 도 10a를 참조하면, 가로축은 호버 터치의 거리를 나타낸다. 세로축은 호버 거리에 따른 SNR(signal-to-noise ratio)을 나타낸다.
도 10a에 도시된 그래프는 제1 내지 제28 X축 라인 센서들(X1-X28)으로부터 호버 거리만큼 떨어진 경우, SNR의 평균값(SNRAVG)과 최고값(SNRMAX)을 나타낸다. 문턱 SNR(threshold SNR)은 임의적으로 25 dB로 설정될 수 있다.
도 10b는 도 2에 도시된 Y축 센서 라인에서 호버 거리에 따른 SNR을 도시한 그래프이다.
도 10b를 참조하면, 가로축은 호버 터치의 거리를 나타낸다. 세로축은 호버 거리에 따른 SNR을 나타낸다.
도 10b에 도시된 그래프는 제1 내지 제16 Y축 라인 센서들(Y1-Y16)으로부터 호버 거리만큼 떨어진 경우, SNR의 평균값(SNRAVG)과 최고값(SNRMAX)을 나타낸다. 문턱 SNR(threshold SNR)은 임의적으로 25 dB로 설정될 수 있다. 일반적으로, SNR의 특성은 단축인 Y축 라인 센서보다 장축의 X축 라인 센서가 더 높을 수 있다.
도 11는 도 1에 도시된 터치 센서 컨트롤러를 포함하는 컴퓨터 시스템(310)의 일 실시 예를 나타낸다.
도 11를 참조하면, 컴퓨터 시스템(310)은 메모리 장치(311), 메모리 장치(311)을 제어하는 메모리 컨트롤러를 포함하는 애플리케이션 프로세서(312), 무선 송수신기(313), 안테나(314), 디스플레이 장치(315), 터치 패널(316), 및 터치 센서 컨트롤러(317)를 포함한다.
무선 송수신기(313)는 안테나(314)를 통하여 무선 신호를 주거나 받을 수 있다. 예컨대, 무선 송수신기(313)는 안테나(314)를 통하여 수신된 무선 신호를 애플리케이션 프로세서(312)에서 처리될 수 있는 신호로 변경할 수 있다.
따라서, 애플리케이션 프로세서(312)는 무선 송수신기(313)로부터 출력된 신호를 처리하고 처리된 신호를 디스플레이 장치(315)로 전송할 수 있다. 또한, 무선 송수신기(313)는 애플리케이션 프로세서(312)으로부터 출력된 신호를 무선 신호로 변경하고 변경된 무선 신호를 안테나(314)를 통하여 외부 장치로 출력할 수 있다.
터치 패널(316)는 사용자(user)로부터 터치 신호를 수신할 수 있다. 터치 패널(316)는 상기 터치 신호를 캐패시턴스 변화량으로 변환한다. 터치 패널(316)은 상기 캐패시턴스 변화량에 관한 정보를 터치 센서 컨트롤러(317)로 전송한다. 터치 센서 컨트롤러(317)는 상기 캐패시턴스 변화량에 관한 정보를 좌표 정보를 변환한다. 터치 센서 컨트롤러(317)는 상기 좌표 정보를 애플리케이션 프로세서(312)로 전송한다.
하나의 실시 예에 있어서, 터치 센서 컨트롤러(317)는 도 1에 도시된 터치 센서 컨트롤러(1)를 포함할 수 있다.
도 12은 도 1에 도시된 터치 센서 컨트롤러를 포함하는 컴퓨터 시스템(320)의 다른 실시 예를 나타낸다.
도 12을 참조하면, 컴퓨터 시스템(320)은 PC(personal computer), 네트워크 서버(Network Server), 태블릿(tablet) PC(personal computer), 넷-북(net-book), e-리더(e-reader), PDA (personal digital assistant), PMP(portable multimedia player), MP3 플레이어, 또는 MP4 플레이어로 구현될 수 있다.
컴퓨터 시스템(320)은 메모리 장치(321)와 메모리 장치(321)의 데이터 처리 동작을 제어할 수 있는 메모리 컨트롤러를 포함하는 애플리케이션 프로세서(322), 디스플레이 장치(323), 터치 패널(324), 및 터치 센서 컨트롤러(325)를 포함한다.
터치 패널(324)는 사용자(user)로부터 터치 신호를 수신할 수 있다. 터치 패널(324)는 상기 터치 신호를 캐패시턴스 변화량으로 변환한다. 터치 패널(324)은 상기 캐패시턴스 변화량에 관한 정보를 터치 센서 컨트롤러(325)로 전송한다. 터치 센서 컨트롤러(325)는 상기 캐패시턴스 변화량에 관한 정보를 좌표 정보를 변환한다. 터치 센서 컨트롤러(325)는 상기 좌표 정보를 애플리케이션 프로세서(322)로 전송한다.
하나의 실시 예에 있어서, 터치 센서 컨트롤러(325)는 도 1에 도시된 터치 센서 컨트롤러(1)를 포함할 수 있다.
애플리케이션 프로세서(322)는 터치 패널(324)를 통하여 입력된 데이터에 따라 메모리 장치(321)에 저장된 데이터를 디스플레이 장치(324)를 통하여 디스플레이할 수 있다.
도 13는 도 1에 도시된 터치 센서 컨트롤러를 포함하는 컴퓨터 시스템(330)의 또 다른 실시 예를 나타낸다.
도 13를 참조하면, 컴퓨터 시스템(330)은 이미지 처리 장치(Image Process Device), 예컨대 디지털 카메라 또는 디지털 카메라가 부착된 이동 전화기, 스마트 폰(smart phone) 또는 테블릿(tablet)으로 구현될 수 있다.
컴퓨터 시스템(330)은 메모리 장치(331)와 메모리 장치(331)의 데이터 처리 동작, 예컨대 라이트(write) 동작 또는 리드(read) 동작을 제어할 수 있는 메모리 컨트롤러를 포함하는 애플리케이션 프로세서(332), 이미지 센서(333), 디스플레이 장치(334), 터치 패널(335), 및 터치 센서 컨트롤러(336)를 포함한다.
이미지 센서(333)는 광학 이미지를 디지털 신호들로 변환하고, 변환된 디지털 신호들은 애플리케이션 프로세서(332)로 전송된다. 애플리케이션 프로세서(332)의 제어에 따라, 상기 변환된 디지털 신호들은 디스플레이 장치(334)를 통하여 디스플레이되거나 또는 메모리 장치(331)에 저장될 수 있다.
또한, 메모리 장치(331)에 저장된 데이터는 애플리케이션 프로세서(332)의 제어에 따라 디스플레이 장치(334)를 통하여 디스플레이될 수 있다.
터치 패널(335)는 사용자(user)로부터 터치 신호를 수신할 수 있다. 터치 패널(335)는 상기 터치 신호를 캐패시턴스 변화량으로 변환한다. 터치 패널(335)은 상기 캐패시턴스 변화량에 관한 정보를 터치 센서 컨트롤러(336)로 전송한다. 터치 센서 컨트롤러(336)는 상기 캐패시턴스 변화량에 관한 정보를 좌표 정보를 변환한다. 터치 센서 컨트롤러(336)는 상기 좌표 정보를 애플리케이션 프로세서(332)로 전송한다.
하나의 실시 예에 있어서, 터치 센서 컨트롤러(336)는 도 1에 도시된 터치 센서 컨트롤러(1)를 포함할 수 있다.
도 14은 도 1에 도시된 터치 센서 컨트롤러를 포함하는 디지털 카메라 장치(300)을 도시한다.
도 14을 참조하면, 디지털 카메라 장치(400)는 안드로이드 운영체제(Android Operating System)로 동작하는 디지털 카메라이다. 하나의 실시 예에 있어서, 디지털 카메라 장치(400)는 갤럭시 카메라TM 또는 갤럭시 카메라2TM 를 포함할 수 있다.
디지털 카메라 장치(400)는 사용자로부터 터치 입력을 수신하기 위한 터치 패널(410), 터치 패널(410)을 제어하기 위한 터치 센서 컨트롤러, 영상 또는 동영상을 캡쳐하기 위한 이미지 센서(image sensor) 및 상기 이미지 센서를 제어하기 위한 애플리케이션 프로세서를 포함할 수 있다.
하나의 실시 예에 있어서, 디지털 카메라 장치(400)는 도 1에 도시된 터치 센서 컨트롤러(1)를 포함할 수 있다.
도 15a 내지 도 15c는 도 1에 도시된 터치 센서 컨트롤러를 포함하는 웨어러블 장치를 도시한다.
도 15a 및 도 15c을 참조하면, 제1 내지 제3 웨어러블 장치(510-530) 각각은 손목 시계 형태를 가진다. 제1 내지 제3 웨어러블 장치(510-530)는 안드로이드 운영체제(Android Operating System) 또는 타이젠 운영체제(TIZEN Operating System)로 동작하는 웨어러블 장치이다.
하나의 실시 예에 있어서, 제1 웨어러블 장치(510)는 갤럭시 기어2를 포함할 수 있다. 제2 웨어러블 장치(520)는 갤럭시 기어 핏(Galaxy Gear fit)을 포함할 수 있다. 제3 웨어러블 장치(530)는 갤럭시 기어S(Galaxy Gear S)을 포함할 수 있다.
제1 내지 제3 웨어러블 장치(510-530) 각각은 안드로이드 운영체제(Android Operating System) 또는 타이젠 운영체제(TIZEN Operating System)를 구동하기 위한 애플리케이션 프로세서, 영상 또는 동영상을 캡쳐하기 위한 이미지 센서 및 촬영될 영상 또는 동영상을 디스플레이하기 위한 디스플레이 장치를 포함할 수 있다.
하나의 실시 예에 있어서, 제1 내지 제3 웨어러블 장치(510-530) 각각은 도 1에 도시된 터치 센서 컨트롤러(1)를 포함할 수 있다.
도 16는 도 1에 도시된 터치 센서 컨트롤러를 포함하는 웨어러블 장치를 도시한다.
도 16를 참조하면, 제4 웨어러블 장치(600)는 귀에 장착되며, 사용자에게 음성과 영상 정보를 제공할 수 있다. 제4 웨어러블 장치(600)는 안드로이드 운영체제 또는 타이젠 운영체제로 동작할 수 있다. 하나의 실시 예에 있어서, 제4 웨어러블 장치(600)는 갤럭시 기어블링크(Galaxy Gear Blink)TM를 포함할 수 있다.
제4 웨어러블 장치(600)는 영상 또는 동영상을 캡쳐하기 위한 이미지 센서(image sensor; 610), 영상을 디스플레이하기 위한 디스플레이 장치(display device; 620), 소리를 듣기 위한 이어폰(ear phone; 630), 터치 입력을 수신하기 위한 터치 패널(touch panel; 640) 그리고 터치 입력을 터치 좌표로 변환하기 위한 터치 센서 컨트롤러(미도시)를 포함할 수 있다.
하나의 실시 예에 있어서, 제4 웨어러블 장치(600)는 도 1에 도시된 터치 센서 컨트롤러(1)를 포함할 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.
본 발명은 터치 센서 컨트롤러 및 상기 터치 센서 컨트롤러를 포함하는 모바일 장치에 적용할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1 : TSC
2: 터치 패널
3: 터치 AFE(touch analog front-end)
4: ADC(analog-to-digital converter)
5: DSP(Digital Signal Processor)
110: 오프셋 제거 유닛
120: C2V 변환기
130: CDS 블록
140: 적분기
210: 오프셋 제거 유닛
220: C2V 변환기
230: CDS 블록
240: 적분기
310, 320, 330 : 컴퓨터 시스템
400 : 디지털 카메라 장치
510, 520, 530 : 손목시계형 웨어러블 장치
600 : 웨어러블 장치

Claims (10)

  1. 터치 패널로 전하를 충전하기 위한 트랜스미터; 그리고
    상기 터치 패널을 센싱하기 위한 리시버를 포함하고,
    상기 리시버는,
    터치 패널로부터 수신된 캐패시턴스 변화량을 전압 신호로 변환하는 C2V 변환기(charge to voltage converter);
    상기 전압 신호에서 포지티브 신호와 네가티브 신호를 각각 분리하여 샘플링하는 CDS(correlated double sampling) 블록; 그리고
    상기 샘플링된 포지티브 신호와 상기 샘플링된 네가티브 신호의 차를 누적하는 적분기(integrator)를 포함하고,
    상기 터치 패널은 M 개의 X축 센서 라인들과 N 개의 Y축 센서 라인들을 포함하고,
    상기 트랜스미터는 상기 M 개의 X축 센서 라인들 그리고 상기 N 개의 Y축 센서 라인들 각각을 충전하기 위한 (M+N) 개의 트랜스미터들을 포함하고,
    상기 리시버는 상기 M 개의 X축 센서 라인들 중 한 쌍 또는 상기 N 개의 Y축 센서 라인들 중 한 쌍을 센싱하기 위한 제1 및 제2 리시버들을 포함하고,
    상기 CDS 블록은 상기 포지티브 신호 및 상기 네가티브 신호를 샘플링하여 기설정된 주파수보다 높은 주파수의 노이즈를 제거하는 터치 AFE(touch analog front-end).
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    DDI(display driver integrated circuit)는 디스플레이 패널로 수평 동기 신호를 전송하고,
    상기 (M+N) 개의 트랜스미터들 각각은 상기 수평 동기 신호에 동기되어 상기 M 개의 X축 센서 라인들 그리고 상기 N 개의 Y축 센서 라인들 각각을 동시에 충전하는 터치 AFE.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 (M+N) 개의 트랜스미터들 각각이 상기 M 개의 X축 센서 라인들 그리고 상기 N 개의 Y축 센서 라인들 각각을 동시에 충전한 후, 상기 제1 및 제2 리시버들 각각은 상기 M 개의 X축 센서 라인들 그리고 상기 N 개의 Y축 센서 라인들 중 한 쌍을 동시에 센싱하는 터치 AFE.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 CDS 블록은 상기 포지티브 신호를 샘플링하기 위한 제1 SHA(sample and hold amplifier) 필터; 및
    상기 네가티브 신호를 샘플링하기 위한 제2 SHA 필터를 포함하는 터치 AFE.
  6. 삭제
  7. M 개의 X축 센서 라인들 그리고 N 개의 Y축 센서 라인들 각각을 충전하기 위한 (M+N) 개의 트랜스미터들 그리고 상기 M 개의 X축 센서 라인들 중 한 쌍 또는 상기 N 개의 Y축 센서 라인들 중 한 쌍을 센싱하기 위한 제1 및 제2 리시버들을 포함하는 터치 AFE를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 리시버 각각은,
    터치 패널로부터 수신된 캐패시턴스 변화량을 전압 신호로 변환하는 C2V 변환기(charge to voltage converter);
    상기 전압 신호에서 포지티브 신호와 네가티브 신호를 각각 분리하여 샘플링하는 CDS 블록; 그리고
    상기 샘플링된 포지티브 신호와 상기 샘플링된 네가티브 신호의 차를 누적하는 적분기(integrator)를 포함하고,
    상기 CDS 블록은 상기 포지티브 신호 및 상기 네가티브 신호를 샘플링하여 고주파 노이즈를 제거하는 터치 센서 컨트롤러(touch sensor controller).
  8. 제 7 항에 있어서,
    DDI(display driver integrated circuit)는 디스플레이 패널로 수평 동기 신호를 전송하고,
    상기 (M+N) 개의 트랜스미터들 각각은 상기 수평 동기 신호에 동기되어 상기 M 개의 X축 센서 라인들 그리고 상기 N 개의 Y축 센서 라인들 각각을 동시에 충전하는 터치 센서 컨트롤러.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 (M+N) 개의 트랜스미터들 각각이 상기 M 개의 X축 센서 라인들 그리고 상기 N 개의 Y축 센서 라인들 각각을 동시에 충전한 후, 상기 제1 및 제2 리시버들 각각은 상기 M 개의 X축 센서 라인들 그리고 상기 N 개의 Y축 센서 라인들 중 한 쌍을 동시에 센싱하는 터치 센서 컨트롤러.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 CDS 블록은 상기 포지티브 신호를 샘플링하기 위한 제1 SHA(sample and hold amplifier) 필터; 및
    상기 네가티브 신호를 샘플링하기 위한 제2 SHA 필터를 포함하는 터치 센서 컨트롤러.
KR1020140153076A 2014-11-05 2014-11-05 터치 아날로그 프론트 엔드 및 이를 포함하는 터치 센서 컨트롤러 KR102198854B1 (ko)

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