KR102262795B1 - 공통 모드 노이즈 제거 회로 및 이를 포함하는 터치 센서 - Google Patents

공통 모드 노이즈 제거 회로 및 이를 포함하는 터치 센서 Download PDF

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성시헌
이민재
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주식회사 에이코닉
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Abstract

본 발명은 제1 터치 전극으로부터 제1 입력 전류를 수신하는 제1 버퍼; 상기 제1 입력 전류와 동일한 크기의 제1 출력 전류 및 제2 출력 전류를 생성하여, 각각 제1 출력단 및 제2 출력단을 통해 출력하는 제1 전류 미러부; 제2 터치 전극으로부터 제2 입력 전류를 수신하는 제2 버퍼; 상기 제2 입력 전류와 동일한 크기의 제3 출력 전류와 제4 출력 전류를 생성하여 각각 제1 출력단 및 제2 출력단을 통해 출력하는 제2 전류 미러부; 및 제1 입력단과 제2 입력단을 포함하는 전하 증폭부; 를 포함하고, 상기 전하 증폭부의 제1 입력단은, 상기 제1 전류 미러부의 제2 출력단 및 상기 제2 전류 미러부의 제1 출력단에 공통 접속되며, 상기 전하 증폭부의 제2 입력단은, 상기 제1 전류 미러부의 제1 출력단 및 상기 제2 전류 미러부의 제2 출력단에 공통 접속되는 것을 특징으로 하는 공통 모드 노이즈 제거 회로에 관한 것이다.

Description

공통 모드 노이즈 제거 회로 및 이를 포함하는 터치 센서{CIRCUIT FOR REMOVING COMMON MODE NOISE AND TOUCH SENSOR INCLUDING THE SAME}
본 발명은 공통 모드 노이즈 제거 회로 및 이를 포함하는 터치 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공통 모드 노이즈를 효율적으로 제거 가능한 공통 모드 노이즈 제거 회로 및 이를 포함하는 터치 센서에 관한 것이다.
정보 디스플레이에 관한 관심이 고조되고 휴대가 가능한 정보매체를 이용하려는 요구가 높아지면서, 표시 장치에 대한 연구 및 상업화가 중점적으로 이루어지고 있다.
이러한 표시 장치로는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display Device), 전계 방출 표시 장치(Field Emission Display Device), 플라즈마 표시 장치(Plasma Display Device) 및 유기 전계 발광 표시 장치(Organic Light Emitting Display Device) 등이 있다.
이 중 유기 전계 발광 표시 장치는 전자와 정공의 재결합에 의하여 빛을 발생하는 유기 발광 다이오드를 이용하여 영상을 표시하는 것으로, 이는 빠른 응답속도를 가짐과 동시에 낮은 소비전력으로 구동되는 장점이 있다.
최근의 표시 장치는 영상 표시 기능과 더불어 사용자의 터치를 입력받기 위한 터치 센서를 구비하고 있다. 이에 따라, 사용자는 터치 센서를 통해 보다 편리하게 표시 장치를 이용할 수 있게 되었다.
다양한 방식의 터치 센서가 사용되고 있으나, 이 중 정전용량 방식의 터치 센서(capacitive touch sensor)는 사람의 손 또는 물체의 접촉에 따라 정전용량이 변화되는 지점을 검출하여 터치 위치를 파악할 수 있는 것으로서, 멀티 터치의 검출이 용이하고 정확도가 뛰어나 최근 널리 사용되고 있다.
다만, 표시 장치의 소형 경박화 추세에 따라 표시 패널과 터치 센서의 공간적인 간격이 줄어들게 되었고, 이에 따라 터치 센서로 유기되는 디스플레이 노이즈의 크기가 커지게 되어 원하는 터치 센싱 감도를 얻을 수 없게 되는 수준에 이르고 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 공통 모드 노이즈를 제거함으로써 터치 감도를 향상시킬 수 있는 공통 모드 노이즈 제거 회로 및 이를 포함하는 터치 센서를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 ICMFB(Input Common Mode Feedback) 회로 형태로 변환하여 소비전력을 감소시킬 수 있는 공통 모드 노이즈 제거 회로 및 이를 포함하는 터치 센서를 제공하기 위함이다.
본 발명의 실시예에 의한 공통 모드 노이즈 제거 회로는, 제1 터치 전극으로부터 제1 입력 전류를 수신하는 제1 버퍼, 상기 제1 입력 전류와 동일한 크기의 제1 출력 전류 및 제2 출력 전류를 생성하여, 각각 제1 출력단 및 제2 출력단을 통해 출력하는 제1 전류 미러부, 제2 터치 전극으로부터 제2 입력 전류를 수신하는 제2 버퍼, 상기 제2 입력 전류와 동일한 크기의 제3 출력 전류와 제4 출력 전류를 생성하여 각각 제1 출력단 및 제2 출력단을 통해 출력하는 제2 전류 미러부, 및 제1 입력단과 제2 입력단을 포함하는 전하 증폭부를 포함하고, 상기 전하 증폭부의 제1 입력단은, 상기 제1 전류 미러부의 제2 출력단 및 상기 제2 전류 미러부의 제1 출력단에 공통 접속되며, 상기 전하 증폭부의 제2 입력단은, 상기 제1 전류 미러부의 제1 출력단 및 상기 제2 전류 미러부의 제2 출력단에 공통 접속될 수 있다.
또한, 상기 전하 증폭부의 제1 입력단으로 입력되는 전류는, 상기 제2 출력 전류에서 상기 제3 출력 전류가 차감되어 생성되고, 상기 전하 증폭부의 제2 입력단으로 입력되는 전류는, 상기 제4 출력 전류에서 상기 제1 출력 전류가 차감되어 생성될 수 있다.
또한, 상기 제1 터치 전극과 상기 제2 터치 전극은, 서로 인접하여 위치할 수 있다.
또한, 상기 제1 버퍼는, 상기 제1 입력 전류를 입력받는 제1 입력단 및 기준 신호를 입력받는 제2 입력단을 포함하고, 상기 제2 버퍼는, 상기 제2 입력 전류를 입력받는 제2 입력단 및 상기 기준 신호를 입력받는 제2 입력단을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 버퍼와 상기 제1 전류 미러부 사이에 연결되는 제1 스위치, 상기 제2 버퍼와 상기 제2 전류 미러부 사이에 연결되는 제2 스위치, 제1 공통 노드와 상기 전하 증폭부의 제1 입력단 사이에 연결되는 제3 스위치, 및 제2 공통 노드와 상기 전하 증폭부의 제2 입력단 사이에 연결되는 제4 스위치를 더 포함하고, 상기 제1 공통 노드는, 상기 제1 전류 미러부의 제2 출력단과 상기 제2 전류 미러부의 제1 출력단의 공통 노드이며, 상기 제2 공통 노드는, 상기 제1 전류 미러부의 제1 출력단과 상기 제2 전류 미러부의 제2 출력단의 공통 노드인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제1 버퍼의 출력단과 상기 전하 증폭부의 제1 입력단 사이에 연결되는 제5 스위치, 상기 제2 버퍼의 출력단과 상기 전하 증폭부의 제2 입력단 사이에 연결되는 제6 스위치, 및 상기 제1 버퍼와 상기 제2 버퍼 사이에 연결되는 제7 스위치를 더 포함할 수 있다.
또한, 제1 구동 모드에서는, 상기 제1 스위치, 제2 스위치, 제3 스위치, 및 제4 스위치가 온 상태를 유지하고 상기 제5 스위치, 제6 스위치, 제7 스위치가 오프 상태를 유지하며, 제2 구동 모드에서는, 상기 제1 스위치, 제2 스위치, 제3 스위치, 및 제4 스위치가 오프 상태를 유지하고 상기 제5 스위치, 제6 스위치, 제7 스위치가 온 상태를 유지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 터치 센서는, 서로 인접하여 위치하는 제1 터치 전극과 제2 터치 전극을 포함하는 터치 센싱부, 및 상기 제1 터치 전극 및 상기 제2 터치 전극과 전기적으로 연결되는 공통 모드 노이즈 제거 회로를 포함하고, 상기 공통 모드 노이즈 제거 회로는, 제1 터치 전극으로부터 제1 입력 전류를 수신하는 제1 버퍼, 상기 제1 입력 전류와 동일한 크기의 제1 출력 전류 및 제2 출력 전류를 생성하여, 각각 제1 출력단 및 제2 출력단을 통해 출력하는 제1 전류 미러부, 제2 터치 전극으로부터 제2 입력 전류를 수신하는 제2 버퍼, 상기 제2 입력 전류와 동일한 크기의 제3 출력 전류와 제4 출력 전류를 생성하여 각각 제1 출력단 및 제2 출력단을 통해 출력하는 제2 전류 미러부, 및 제1 입력단과 제2 입력단을 포함하는 전하 증폭부를 포함하며, 제1 구동 모드에서는, 상기 전하 증폭부의 제1 입력단이 상기 제1 전류 미러부의 제2 출력단 및 상기 제2 전류 미러부의 제1 출력단에 공통 접속되며, 상기 전하 증폭부의 제2 입력단이 상기 제1 전류 미러부의 제1 출력단 및 상기 제2 전류 미러부의 제2 출력단에 공통 접속될 수 있다.
또한, 상기 제1 구동 모드와 상이한 제2 구동 모드에서는, 상기 제1 전류 미러부와 상기 제2 전류 미러부가 각각 상기 제1 버퍼, 상기 제2 버퍼, 상기 전하 증폭부와의 전기적인 연결이 차단되고, 상기 제1 버퍼 및 상기 제2 버퍼가 상호 연결되어 ICMFB(Input Common Mode Feedback) 회로로 동작할 수 있다.
이상 살펴본 바와 같은 본 발명에 따르면, 공통 모드 노이즈를 제거함으로써 터치 감도를 향상시킬 수 있는 공통 모드 노이즈 제거 회로 및 이를 포함하는 터치 센서를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 ICMFB(Input Common Mode Feedback) 회로 형태로 변환하여 소비전력을 감소시킬 수 있는 공통 모드 노이즈 제거 회로 및 이를 포함하는 터치 센서를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 터치 센서를 구비한 표시 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 터치 센서를 구비한 표시 장치의 구성을 상세히 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 터치 센싱부 및 터치 제어부를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 공통 모드 노이즈 제거 회로를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 버퍼 및 전류 미러부를 나타낸 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 공통 모드 노이즈 제거 회로를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 의한 제7 스위치의 연결 구조를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 의한 센싱 채널을 나타낸 도면이다.
이하에서는 본 발명과 관련된 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 본 명세서에서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. "연결", "결합" 또는 "접속"의 경우, 물리적으로 "연결", "결합" 또는 "접속"되는 것뿐만 아니라 필요에 따라 전기적으로 "연결", "결합" 또는 "접속"되는 것으로 이해될 수 있다.
본 명세서에 기재된 "~부(유닛)", "~기", "~자", "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 본 명세서에 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
그리고 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주 기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다.
이하, 본 발명의 실시예들과 관련된 도면들을 참고하여, 본 발명의 실시예에 의한 공통 모드 노이즈 제거 회로 및 이를 포함하는 터치 센서에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 터치 센서를 구비한 표시 장치를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 의한 터치 센서를 구비한 표시 장치의 구성을 상세히 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 표시 장치는 터치 센서(100), 표시 패널(210), 디스플레이 구동 회로(220), 및 호스트(250)를 포함할 수 있다.
터치 센서(100)는 터치 센싱부(110) 및 터치 제어부(120)를 포함할 수 있다.
터치 센싱부(110)는 표시 패널(210)과 인접 위치하여, 사용자에 의한 터치를 입력받는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 상기 터치에 의한 정전용량(capacitance) 변화를 센싱하기 위하여 다수의 전극들을 구비할 수 있다.
터치 제어부(120)는 터치 센싱부(110)를 제어하며, 터치 센싱부(110)로부터 출력되는 감지 신호를 이용하여 정전용량 변화를 센싱함으로써 터치 이벤트의 발생 여부 및 위치를 검출할 수 있다.
즉, 상술한 터치 센싱부(110)와 터치 제어부(120)로 구성된 터치 센서(100)는 정전용량 방식의 터치 센서로 동작할 수 있다.
이러한 터치 센싱부(110)는 제1 FPCB(Flexible Printed Circuit Board, 201)을 통해 메인 FPCB(202)와 연결될 수 있으며, 터치 제어부(120)는 집적 회로(Integrated Circuit) 형태로 형성되어 제1 FPCB(201) 상에 위치할 수 있다.
따라서, 터치 제어부(120)는 메인 FPCB(202)에 위치한 호스트(250)와 신호를 송수신할 수 있다.
다만, 터치 제어부(120)의 위치는 이에 제한되지 않으며, 메인 FPCB(202) 등과 같은 다른 장소에 위치할 수 있다.
표시 패널(210)은 다수의 화소들을 포함하고, 상기 화소들을 통하여 소정의 영상을 표시할 수 있다.
예를 들어, 표시 패널(210)은 디스플레이 구동 회로(220)의 제어에 따라, 영상을 표시할 수 있다.
일례로, 표시 패널(210)은 유기 발광 표시 패널(Organic Light Emitting Display Panel)로 구현될 수 있다.
디스플레이 구동 회로(220)는 디스플레이 구동 신호를 표시 패널(210)로 공급함으로써, 상기 표시 패널(210)의 영상 표시 동작을 제어할 수 있다.
디스플레이 구동 회로(220)는 외부로부터 공급되는 디지털 영상 데이터(DAT)와 타이밍 신호(Ts)를 이용하여, 디스플레이 구동 신호를 생성할 수 있다.
예를 들어, 디스플레이 구동 회로(220)는 영상 데이터(DAT)와 타이밍 신호(Ts)를 호스트(250)로부터 공급받을 수 있고, 타이밍 신호(Ts)는 수직 동기 신호(Vertical Synchronization Signal), 수평 동기 신호(Horizontal Synchronization Signal), 메인 클럭 신호(Main Clock Signal), 데이터 인에이블 신호(Data Enable Signal) 등을 포함할 수 있다.
또한, 디스플레이 구동 신호는 주사 신호, 데이터 신호 등을 포함할 수 있다.
예를 들어, 디스플레이 구동 회로(220)는 집적 회로(Integrated Circuit) 형태로 형성되어, 표시 패널(210)에 실장될 수 있다. 또한, 제2 FPCB(203)를 통해 메인 FPCB(202)와 연결될 수 있으며, 이에 따라 디스플레이 구동 회로(220)는 메인 FPCB(202)에 위치한 호스트(250)와 신호를 송수신할 수 있다.
다만, 디스플레이 구동 회로(220)의 위치는 이에 제한되지 않으며, 예를 들어 별도의 구성 요소(예를 들어, FPCB)를 통해 표시 패널(210)과 연결될 수 있다.
터치 제어부(120) 및 디스플레이 구동 회로(220)는 도시된 바와 같이 별도로 분리되어 위치할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 터치 제어부(120)와 디스플레이 구동 회로(220)는 하나의 칩으로 통합될 수 있다.
호스트(250)의 경우, 터치 제어부(120) 및 디스플레이 구동 회로(220)와 인터페이스(interface)를 통해 데이터를 주고 받을 수 있다. 예를 들어, 호스트(250)와 터치 제어부(120)는 터치 좌표 정보 전달을 위한 I2C와 같은 저주파수 콘트롤 인터페이스를 통해 데이터를 송수신하고, 호스트(250)와 디스플레이 구동 회로(220)는 영상 데이터의 전송을 위해 MIPI와 같은 고속의 데이터 인터페이스를 사용할 수 있다.
표시 장치의 소형 경박화 추세 및 플렉서블(Flexible) 특성 구현 등을 위하여 터치 센싱부(110)와 표시 패널(210)의 공간적인 간격이 줄어들게 되었고, 이에 따라 터치 센싱부(110)와 표시 패널(210) 사이에 존재하는 기생 정전용량(Cp)의 영향 역시 커지게 되었다.
이러한 기생 정전용량(Cp)는 주로 터치 센싱부(110)에 포함된 터치 전극과 표시 패널(210)에 포함된 전원면(211) 사이에 존재하며, 상기 전원면(211)에는 화소 동작에 따른 전압 강하(IR Drop)가 발생되므로, 이러한 전원면(211)을 통한 공통 모드 노이즈(디스플레이 노이즈)가 터치 센싱부(110)에 유기되어 원하는 터치 센싱 감도를 얻을 수 없는 문제가 발생하였다.
이를 위하여, 터치 제어부(120)는 상술한 공통 모드 노이즈에 의한 영향을 줄이기 위한 공통 모드 노이즈 제거 회로부(122)를 구비할 수 있다. 또한, 터치 제어부(120)는 터치 구동부(121) 및 신호 처리부(123)를 추가적으로 포함할 수 있다.
터치 구동부(121)는 터치 센서(100)의 구동을 위하여 터치 센싱부(110)로 터치 구동 신호(Td)를 공급할 수 있다.
공통 모드 노이즈 제거 회로부(122)는 터치 센싱부(110)와 연결되어 터치 센싱부(110)의 감지전극들로부터 감지 신호들을 수신하고, 수신된 감지 신호들의 공통 모드 노이즈 성분을 제거하는 다수의 공통 모드 노이즈 제거 회로들을 포함할 수 있다.
이때, 공통 모드 노이즈 제거 회로들은 버퍼 및 전류 미러부를 활용하여 공통 모드 노이즈 성분을 제거하거나, ICMFB(Input Common Mode Feedback) 회로 형태로 변환되어 공통 모드 노이즈 성분을 제거할 수 있으며, 이를 통해 최종 센싱 신호를 생성하여 신호 처리부(123)로 전달할 수 있다.
신호 처리부(123)는 터치 동작과 관련하여 터치 센서(100)의 전반적인 제어 동작을 수행할 수 있다. 이러한 신호 처리부(123)는 공통 모드 노이즈 제거 회로부(122)로부터 수신된 센싱 신호에 기반하여 소정의 논리 연산을 수행함으로써, 터치 이벤트의 발생 여부 및 터치 이벤트가 발생한 위치 등을 판별할 수 있다.
예를 들어, 신호 처리부(123)는 신호 처리를 위한 필터(filter), 아날로그-디지털 컨버터(analog-digital converter) 등을 포함할 수 있다.
한편, 디스플레이 구동 회로(220)는 주사 구동부(221), 데이터 구동부(222), 및 타이밍 제어부(223)를 포함할 수 있다.
주사 구동부(221)는 표시 패널(210)로 주사 신호를 공급할 수 있으며, 데이터 구동부(222)는 표시 패널(210)로 데이터 신호를 공급할 수 있다.
타이밍 제어부(223)는 주사 구동부(221)와 데이터 구동부(222)의 동작을 제어할 수 있으며, 이를 위해 호스트(250)로부터 디지털 영상 데이터(DAT)와 타이밍 신호(Ts)를 공급받을 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 터치 센싱부 및 터치 제어부를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 터치 센싱부(110)는 다수의 터치 전극들(Tx, Rx)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 터치 전극들(Tx, Rx)은 다수의 구동 전극들(또는 송신 전극들이라고 함, Tx1~Txj)과 다수의 감지 전극들(또는 수신 전극들이라고 함, Rx1~Rxk)를 포함할 수 있다.
구동 전극들(Tx1~Txj)은 행 방향(예를 들어, X축 방향)으로 길게 형성되어 행 방향과 교차하는 열 방향(예를 들어, Y축 방향)을 따라 복수개가 배열될 수 있다.
감지 전극들(Rx1~Rxk)은 열 방향(예를 들어, Y축 방향)으로 길게 형성되어 행 방향(예를 들어, X축 방향)을 따라 복수개가 배열될 수 있다.
구동 전극들(Tx1~Txj)과 감지 전극들(Rx1~Rxk)은 상호 교차하여 위치함으로써 정전용량 방식의 터치 센서로 동작할 수 있다.
구동 전극들(Tx1~Txj)과 감지 전극들(Rx1~Rxk)의 교차부는 다수의 센싱 노드를 형성할 수 있으며, 터치 센서(100)에 터치 이벤트가 발생하는 경우 상기 터치 이벤트와 연관된 위치(센싱 노드)의 상호 정전용량이 변화하게 된다. 이러한 센싱 노드의 정전용량의 변화를 검출하여 터치 위치를 검출할 수 있다.
예를 들어, 상호 교차 배치되는 j개의 구동 전극들(Tx1~Txj)과 k개의 감지 전극들(Rx1~Rxk)을 통하여 j개의 행 및 k개의 열로 이루어지는 복수의 센싱 노드들이 형성될 수 있다.
일례로, 각각의 구동 전극들(Tx1~Txj)은 행 방향(예를 들어, X축 방향)을 따라 소정 간격을 가지고 배열되는 복수개의 제1 터치 감지셀들(311)과, 상기 제1 터치 감지셀들(311)을 상호 전기적으로 연결하는 복수개의 제1 연결 패턴들(312)을 포함할 수 있다.
또한, 각각의 감지 전극들(Rx1~Rxk)은 열 방향(예를 들어, Y축 방향)을 따라 소정 간격을 가지고 배열되는 복수개의 제2 터치 감지셀들(321)과, 상기 제2 터치 감지셀들(321)을 상호 전기적으로 연결하는 복수개의 제2 연결 패턴들(322)을 포함할 수 있다.
이때, 제2 터치 감지셀들(321)은 제1 터치 감지셀들(311)과 중첩되지 않도록 제1 터치 감지셀들(311) 사이에 분산 배치될 수 있다.
도 3에서는 제1 터치 감지셀들(311)과 제2 터치 감지셀들(321)이 다각형의 형상을 갖는 경우를 도시하였으나, 제1 터치 감지셀들(311)과 제2 터치 감지셀들(321)의 형상은 다양하게 변화될 수 있다.
또한, 구동 전극들(Tx1~Txj)과 감지 전극들(Rx1~Rxk)의 형상은 이에 제한되지 않으며, 다양하게 변화될 수 있다.
구동 전극들(Tx1~Txj)과 감지 전극들(Rx1~Rxk)은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 금속이나 이들의 합금을 포함할 수 있다. 상기 금속으로는 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 타이타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd), 구리(Cu), 백금(Pt) 등을 들 수 있다.
또한, 구동 전극들(Tx1~Txj)과 감지 전극들(Rx1~Rxk)은 투명 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 상기 투명 도전성 물질로는 은나노와이어(AgNW), ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), AZO(Antimony Zinc Oxide), ITZO(Indium Tin Zinc Oxide), ZnO(Zinc Oxide), 및 SnO2(Tin Oxide), 카본나노튜브(Carbon Nano Tube), 그래핀 (graphene) 등을 들 수 있다. 구동 전극들(Tx1~Txj)과 감지 전극들(Rx1~Rxk)은 각각 단일층 또는 다중층으로 이루어질 수 있다. 구동 전극들(Tx1~Txj)과 감지 전극들(Rx1~Rxk)은 동일한 물질로 이루어지거나, 또는 상이한 물질로 이루어질 수 있다.
구동 전극들(Tx1~Txj)과 감지 전극들(Rx1~Rxk)은 기판(미도시) 상에 배치될 수 있다. 이러한 기판은 별도의 기판으로 구현되거나, 표시 장치에 포함된 다양한 구성요소로 구현될 수 있다. 예를 들어, 기판은 앞서 표시 패널(210)의 봉지층(encapsulation layer)일 수 있다.
즉, 터치 센서(100)는 온-셀(On-Cell) 방식으로 설계될 수 있다. 예를 들어, 터치 센싱부(110)는 표시 패널(210)의 상측에 배치될 수 있다.
터치 구동부(121)는 터치 센서(100)의 구동을 위하여 터치 센싱부(110)로 터치 구동 신호(Td)를 공급할 수 있다.
예를 들어, 터치 구동부(121)는 제1 구동 전극(Tx1)부터 제j 구동 전극(Txj)까지 순차적으로 터치 구동 신호(Td)를 공급할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니고, 터치 구동부(121)는 다른 순서에 따라 시분할적으로 터치 구동 신호(Td)를 공급할 수 있으며, 또한 터치 구동 신호(Td)의 특성에 따라 복수개의 구동 전극들에 대하여 동시 공급하는 방식을 사용할 수도 있다.
공통 모드 노이즈 제거 회로부(122)는 상호 인접한 두 개의 감지전극들로부터 수신된 감지 신호들(Rs1~Rsk)을 이용하여 노이즈 제거를 수행하는 다수의 공통 모드 노이즈 제거 회로들(G1~Gp)을 포함할 수 있다.
공통 모드 노이즈 제거 회로들(G1~Gp)은 상호 인접한 두 개의 감지 전극들과 각각 전기적으로 연결될 수 있으며, 수신된 감지 신호들(Rs1~Rsk)로부터 공통 모드 노이즈 성분을 제거하여 센싱 신호를 생성할 수 있다
별도로 도시하지는 않았으나, 감지 전극들(Rx1~Rxk)과 공통 모드 노이즈 제거 회로들(G1~Gp)의 연결을 제어하는 스위칭 블록부(미도시)가 포함될 수 있다. 일례로, 스위칭 블록부는 멀티플렉서(Multiplexer)를 포함하여 구성될 수 있다.
신호 처리부(123)는 공통 모드 노이즈 제거 회로부(122)로부터 수신된 센싱 신호에 기반하여 해당 감지전극들의 정전용량 차이를 센싱하고, 이를 이용하여 터치가 발생한 위치를 파악할 수 있다.
한편, 도 3과 관련하여 상호 정전용량 방식의 터치 센서(mutual-capacitive touch sensor)를 중심으로 설명을 진행하였으나, 본 발명에서의 터치 센서(100)는 자기 정전용량 방식의 터치 센서(self-capacitive touch sensor)로 구현될 수 있음은 물론이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 공통 모드 노이즈 제거 회로를 나타낸 도면이다. 특히, 도 4에서는 제1 터치 전극(Rxi) 및 제2 터치 전극(Rxi+1)과 전기적으로 연결된 공통 모드 노이즈 제거 회로(Gr)를 도시하였다.
제1 터치 전극(Rxi)과 제2 터치 전극(Rxi+1)은 상호 정전용량 방식의 터치 센서(100) 또는 자기 정전용량 방식의 터치 센서(100)에서 서로 인접하여 위치한 두 개의 전극을 의미할 수 있다.
예를 들어, 제1 터치 전극(Rxi) 및 제2 터치 전극(Rxi+1)은 상호 정전용량 방식의 터치 센서(100)에서는 서로 인접한 한 쌍의 감지 전극을 의미할 수 있으며, 구동 전극과 감지 전극의 구분이 없는 자기 정전용량 방식의 터치 센서(100)에는 서로 인접한 한 쌍의 터치 전극을 의미할 수 있다.
제1 터치 전극(Rxi)과 제2 터치 전극(Rxi+1)에는 기생 정전용량(Cp) 및 사용자의 터치 여부에 대응하여 변화되는 터치 정전용량(Ca, Cb)이 존재할 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 공통 모드 노이즈 제거 회로(Gr)는 제1 버퍼(310), 제2 버퍼(320), 제1 전류 미러부(410), 제2 전류 미러부(420), 전하 증폭부(450)를 포함할 수 있다.
제1 버퍼(310)는 제1 터치 전극(Rxi)으로부터 감지 신호에 대응하는 제1 입력 전류(i1)를 수신할 수 있다.
또한, 제1 버퍼(310)는 제1 입력 전류(i1)를 수신하는 제1 입력단(IN11)과 기준 신호(INP)를 입력받는 제2 입력단(IN12)을 구비할 수 있으며, 제1 입력단(IN11)은 출력단(O1)과 연결될 수 있다.
이때, 제1 입력 전류(i1)는 터치 여부 판별에 필요한 제1 터치 전류(idm1)와 공통 모드 노이즈(Vn)에 의해 생성된 노이즈 전류(icm)로 이루어질 수 있다.
제2 버퍼(320)는 제2 터치 전극(Rxi+1)으로부터 감지 신호에 대응하는 제2 입력 전류(i2)를 수신할 수 있다.
또한, 제2 버퍼(320)는 제2 입력 전류(i2)를 수신하는 제1 입력단(IN21)과 기준 신호(INP)를 입력받는 제2 입력단(IN22)을 구비할 수 있으며, 제1 입력단(IN21)은 출력단(O2)과 연결될 수 있다.
이때, 제2 입력 전류(i2)는 터치 여부 판별에 필요한 제2 터치 전류(idm2)와 공통 모드 노이즈(Vn)에 의해 생성된 노이즈 전류(icm)로 이루어질 수 있다.
한편, 제1 버퍼(310)와 제2 버퍼(320)의 제1 입력단(IN11, IN21)은 반전 입력단으로 설정되고, 제1 버퍼(310)와 제2 버퍼(320)의 제2 입력단(IN12, IN22)은 비반전 입력단으로 설정될 수 있다.
또한, 기준 신호(INP)는 DC 전압 또는 AC 전압으로 설정될 수 있다. 예를 들어, 상호 정전용량을 센싱하는 경우 기준 신호(INP)는 일정한 레벨을 갖는 DC 전압으로 설정되고, 자기 정전용량을 센싱하는 경우 기준 신호(INP)는 소정의 주파수를 갖는 사인파(Sine Wave) 또는 구형파(square wave) 형태의 전압으로 설정될 수 있다.
제1 버퍼(310)와 제2 버퍼(320)는 감지 신호와 기준 신호(INP)의 차이를 버퍼링하고, 버퍼 신호(B1, B2)를 연결단(A1, A2)를 통해 각각 제1 전류 미러부(410)와 제2 전류 미러부(420)로 출력할 수 있다.
또한, 제1 버퍼(310)와 제2 버퍼(320)는 1의 전압이득을 갖는 연산 증폭기(Operational Amplifier)로 구현될 수 있다.
제1 전류 미러부(410)는 제1 버퍼(310)로 입력되는 제1 입력 전류(i1)와 동일한 크기의 제1 출력 전류(imp1)와 제2 출력 전류(imn1)를 생성하여, 각각 제1 출력단(OUT11) 및 제2 출력단(OUT12)을 통해 출력할 수 있다.
이때, 제1 출력 전류(imp1)와 제2 출력 전류(imn1)는 동일한 전류량을 가지며, 서로 반대되는 방향으로 흐를 수 있다.
즉, 제1 전류 미러부(410)는 제1 버퍼(310)의 연결단(A1)과 전기적으로 연결되고, 해당 버퍼 신호(B1)에 대응하여 제1 입력 전류(i1)를 복제하여 한 쌍의 미러 전류(imp1, imn1)를 생성할 수 있다.
제2 전류 미러부(420)는 제2 버퍼(320)로 입력되는 제2 입력 전류(i2)와 동일한 크기의 제3 출력 전류(imp2)와 제4 출력 전류(imn2)를 생성하여, 각각 제1 출력단(OUT21) 및 제2 출력단(OUT22)을 통해 출력할 수 있다.
이때, 제3 출력 전류(imp2)와 제4 출력 전류(imn2)는 동일한 전류량을 가지며, 서로 반대되는 방향으로 흐를 수 있다.
즉, 제2 전류 미러부(420)는 제2 버퍼(320)의 연결단(A2)과 전기적으로 연결되고, 해당 버퍼 신호(B2)에 대응하여 제2 입력 전류(i2)를 복제하여 한 쌍의 미러 전류(imp2, imn2)를 생성할 수 있다.
전하 증폭부(450)는 전류 미러부(410, 420)와 연결되는 제1 입력단(IN31) 및 제2 입력단(IN32)을 구비할 수 있다.
이때, 전하 증폭부(450)는 전류 미러부(410, 420)로부터 공통 모드 노이즈 성분이 제거된 전류(ica1, ica2)를 입력받고, 제1 터치 전극(Rxi)과 제2 터치 전극(Rxi+1)의 정전용량 차이를 반영한 센싱 신호(Vo)를 출력할 수 있다.
이를 위하여, 전하 증폭부(450)의 제1 입력단(IN31)은 제1 전류 미러부(410)의 제2 출력단(OUT12) 및 제2 전류 미러부(420)의 제1 출력단(OUT21)에 공통 접속될 수 있다.
예를 들어, 제1 전류 미러부(410)의 제2 출력단(OUT12)과 제2 전류 미러부(420)의 제1 출력단(OUT21)은 제1 공통 노드(Nc1)에 연결되며, 전하 증폭부(450)의 제1 입력단(IN31)은 상기 제1 공통 노드(Nc1)에 연결될 수 있다.
또한, 전하 증폭부(450)의 제2 입력단(IN32)은 제1 전류 미러부(410)의 제1 출력단(OUT11) 및 제2 전류 미러부(420)의 제2 출력단(OUT22)에 공통 접속될 수 있다.
예를 들어, 제1 전류 미러부(410)의 제1 출력단(OUT11)과 제2 전류 미러부(420)의 제2 출력단(OUT22)은 제2 공통 노드(Nc2)에 연결되며, 전하 증폭부(450)의 제2 입력단(IN32)은 상기 제2 공통 노드(Nc2)에 연결될 수 있다.
전하 증폭부(450)는 증폭기(451), 제1 커패시터(C1), 제1 저항(R1), 제2 커패시터(C2), 및 제2 저항(R2)을 포함할 수 있다.
제1 커패시터(C1)와 제1 저항(R1)은 증폭기(451)의 제1 입력단(IN31)과 제1 출력단(O31) 사이에 병렬 연결되고, 제2 커패시터(C2)와 제2 저항(R2)은 증폭기(451)의 제2 입력단(IN32)과 제2 출력단(O32) 사이에 병렬 연결될 수 있다.
이때, 제1 입력단(IN31)은 반전 입력단으로 설정되고, 제2 입력단(IN32)은 비반전 입력단으로 설정될 수 있다. 또한, 제1 출력단(O31)은 비반전 출력단으로 설정되고, 제2 출력단(O32)은 반전 출력단으로 설정될 수 있다.
또한, 증폭기(451)는 완전 차동 증폭기(Fully Differential Amplifier)로 구현될 수 있다.
증폭기(451)는 공통 모드 노이즈가 제거된 전류(ica1, ica2)를 입력받고, 입력된 신호의 차이를 적분하여 센싱 신호(Vo)를 출력할 수 있다.
공통 모드 노이즈(Vn)에 의해 생성된 노이즈 전류(icm)은 하기와 같은 수식 1 내지 4에 따라 제거될 수 있다.
수식 1: imp1 = imn1 = icm + idm1
수식 2: imp2 = imn2 = icm + idm2
수식 3: ica1 = imn1 - imp2 = idm1 - idm2
수식 4: ica2 = imn2 - imp1 = idm2 - idm1
즉, 전하 증폭부(450)의 제1 입력단(IN31)으로 입력되는 전류(ica1)는 제2 출력 전류(imn1)와 제3 출력 전류(imp2)의 차로 표현될 수 있으므로, 해당 전류(ica1)의 크기는 제2 출력 전류(imn1)에서 제3 출력 전류(imp2)를 차감한 전류 크기에 대응할 수 있다.
또한, 전하 증폭부(450)의 제2 입력단(IN32)으로 입력되는 전류(ica2)는 제4 출력 전류(imn2)와 제1 출력 전류(imp1)의 차로 표현될 수 있으므로, 해당 전류(ica2)의 크기는 제4 출력 전류(imn2)에서 제1 출력 전류(imp1)를 차감한 전류 크기에 대응할 수 있다.
결국, 전하 증폭부(450)의 각 입력단(IN31, IN32)으로 입력되는 전류(ica1, ica2)에는 공통 모드 노이즈 전류(icm)가 존재하지 않게 된다. 이에 따라, 전하 증폭부(450)의 최종 출력 신호(Vo)는 하기 수식 5에 따라 노이즈 전류(icm)와 무관한 형태로 표현될 수 있다. (이때, R1 및 C1는 각각 R2 및 C2와 동일한 것으로 가정함)
수식 5: Vo = -Z*(ica1-ica2) = 2R/(1+sRC)*(idm2 - idm1)
그러므로, 본 발명의 실시예에 의한 공통 모드 노이즈 제거 회로(Gr)는 자체적으로 공통 모드 노이즈 전류를 제거할 수 있으므로, 공통 모드 노이즈 전류를 제거하기 위한 별도의 회로(예를 들어, ICMFB(Input Common Mode Feedback) 회로)를 구비할 필요가 없게 된다.
또한, 전하 증폭부(450)의 입력단(IN31, IN32)에 대한 부하(Load)의 영향을 최소화함으로써, 전하 증폭부(450)의 위상 마진(phase margin)을 확보할 수 있으며, 보다 넓은 대역폭(bandwidth)을 가질 수 있는 장점이 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 버퍼 및 전류 미러부를 나타낸 도면이다. 도 5에서는 예시적으로 제1 버퍼(310) 및 제1 전류 미러부(410)를 도시하였으나, 제2 버퍼(320)와 제2 전류 미러부(420) 역시 동일한 구조를 가질 수 있다.
도 5를 참조하면, 제1 버퍼(310)는 입력 스테이지(510), 바이어스 스테이지(520), 출력 스테이지(530)를 포함할 수 있다.
입력 스테이지(510)는 제1 입력단(IN11) 및 제2 입력단(IN12)과 연결될 수 있으며, 제1 트랜지스터(M11)와 제2 트랜지스터(M12)로 이루어지는 제1 입력부(511), 제1 입력부(511)의 동작점을 설정하는 제3 트랜지스터(M13), 제4 트랜지스터(M14)와 제5 트랜지스터(M15)로 이루어지는 제2 입력부(512), 제2 입력부(512)의 동작점을 설정하는 제6 트랜지스터(M16)를 포함할 수 있다.
제1 트랜지스터(M11)는 제1 노드(N1)와 제3 노드(N3) 사이에 연결되고, 게이트 전극은 제2 입력단(IN12)에 연결될 수 있다.
제2 트랜지스터(M12)는 제1 노드(N1)와 제4 노드(N4) 사이에 연결되고, 게이트 전극은 제1 입력단(IN11)에 연결될 수 있다.
제3 트랜지스터(M13)는 제1 전압 노드(Nd)와 제1 노드(N1) 사이에 연결되며, 게이트 전극으로 제1 제어 신호(S1)를 공급받을 수 있다.
제4 트랜지스터(M14)는 제2 노드(N2)와 제5 노드(N5) 사이에 연결되고, 게이트 전극은 제2 입력단(IN12)에 연결될 수 있다.
제5 트랜지스터(M15)는 제2 노드(N2)와 제6 노드(N6) 사이에 연결되고, 게이트 전극은 제1 입력단(IN11)에 연결될 수 있다.
제6 트랜지스터(M16)는 제2 전압 노드(Ns)와 제2 노드(N2) 사이에 연결되며, 게이트 전극으로 제2 제어 신호(S2)를 공급받을 수 있다.
이때, 제1 트랜지스터(M11), 제2 트랜지스터(M12), 제3 트랜지스터(M13)는 PMOS 트랜지스터로 설정되고, 제4 트랜지스터(M14), 제5 트랜지스터(M15), 제6 트랜지스터(M16)는 NMOS 트랜지스터로 설정될 수 있다.
바이어스 스테이지(520)는 제1 트랜지스터(M21)와 제2 트랜지스터(M22)를 포함하는 제1 미러 회로(521), 제3 트랜지스터(M23)와 제4 트랜지스터(M24)를 포함하는 제1 캐스코드 회로(522), 제6 트랜지스터(M26)와 제7 트랜지스터(M27)를 포함하는 제2 미러 회로(523), 제8 트랜지스터(M28)와 제9 트랜지스터(M29)를 포함하는 제2 캐스코드 회로(524), 제5 트랜지스터(M25)와 제10 트랜지스터(M210)를 포함하는 바이어스 회로(525), 제1 커패시터(C21), 및 제2 커패시터(C22)를 포함할 수 있다.
제1 트랜지스터(M21)는 제1 전압 노드(Nd)와 제6 노드(N6) 사이에 연결되며, 게이트 전극으로 제1 제어 신호(S1)를 공급받을 수 있다.
제2 트랜지스터(M22)는 제1 전압 노드(Nd)와 제5 노드(N5) 사이에 연결되며, 게이트 전극으로 제1 제어 신호(S1)를 공급받을 수 있다.
제3 트랜지스터(M23)는 제6 노드(N6)와 제7 노드(N7) 사이에 연결되며, 게이트 전극은 제4 트랜지스터(M24)의 게이트 전극과 연결될 수 있다.
제4 트랜지스터(M24)는 제5 노드(N5)와 제8 노드(N8) 사이에 연결되며, 게이트 전극은 제3 트랜지스터(M23)의 게이트 전극과 연결될 수 있다.
제5 트랜지스터(M25)는 제8 노드(N8)와 제9 노드(N9) 사이에 연결되며, 게이트 전극으로는 제3 제어 신호(S3)를 공급받을 수 있다.
제6 트랜지스터(M26)는 제2 전압 노드(Ns)와 제4 노드(N4) 사이에 연결되며, 게이트 전극으로 제2 제어 신호(S2)를 공급받을 수 있다.
제7 트랜지스터(M27)는 제2 전압 노드(Ns)와 제3 노드(N3) 사이에 연결되며, 게이트 전극으로 제2 제어 신호(S2)를 공급받을 수 있다.
또한, 제6 트랜지스터(M26)의 게이트 전극과 제7 트랜지스터(M27)의 게이트 전극은 제7 노드(N7)에 연결될 수 있다.
제8 트랜지스터(M28)는 제4 노드(N4)와 제7 노드(N7) 사이에 연결되며, 게이트 전극은 제9 트랜지스터(M29)의 게이트 전극과 연결될 수 있다.
제9 트랜지스터(M29)는 제3 노드(N3)와 제9 노드(N9) 사이에 연결되며, 게이트 전극은 제8 트랜지스터(M28)의 게이트 전극과 연결될 수 있다.
제10 트랜지스터(M210)는 제8 노드(N8)와 제9 노드(N9) 사이에 연결되며, 게이트 전극으로는 제4 제어 신호(S4)를 공급받을 수 있다.
이때, 제1 트랜지스터(M21), 제2 트랜지스터(M22), 제3 트랜지스터(M23), 제4 트랜지스터(M24), 제5 트랜지스터(M25)는 PMOS 트랜지스터로 설정되고, 제6 트랜지스터(M26), 제7 트랜지스터(M27), 제8 트랜지스터(M28), 제9 트랜지스터(M29), 제10 트랜지스터(M210)는 NMOS 트랜지스터로 설정될 수 있다.
제1 커패시터(C21)는 제5 노드(N5)와 출력단(O1) 사이에 연결되고, 제2 커패시터(C22)는 제3 노드(N3)와 출력단(O1) 사이에 연결될 수 있다.
출력 스테이지(530)는 출력단(O1)과 연결될 수 있으며, 제1 트랜지스터(M31) 및 제2 트랜지스터(M32)를 포함할 수 있다.
제1 트랜지스터(M31)는 제1 전압 노드(Nd)와 출력단(O1) 사이에 연결되며, 게이트 전극은 제8 노드(N8)에 연결될 수 있다.
제2 트랜지스터(M32)는 제2 전압 노드(Ns)와 출력단(O1) 사이에 연결되며, 게이트 전극은 제9 노드(N9)에 연결될 수 있다.
이때, 제1 트랜지스터(M31)는 PMOS 트랜지스터로 설정되고, 제2 트랜지스터(M32)는 NMOS 트랜지스터로 설정될 수 있다.
제1 전류 미러부(410)는 제1 버퍼(310)와 연결될 수 있으며, 일례로 제8 노드(N8) 및 제9 노드(N9)에 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 해당 노드(N8, N9)를 통해 전달되는 버퍼 신호(B1)에 대응하여 제1 입력 전류(i1)를 미러링한 제1 출력 전류(imp1)와 제2 출력 전류(imn1)를 생성할 수 있다.
이를 위한 제1 전류 미러부(410)는 제1 트랜지스터(M41), 제2 트랜지스터(M42), 제3 트랜지스터(M43), 제4 트랜지스터(M44), 제5 트랜지스터(M45), 제6 트랜지스터(M46), 제7 트랜지스터(M47), 제8 트랜지스터(M48)를 포함할 수 있다.
제1 트랜지스터(M41)는 제1 전압 노드(Nd)와 제1 출력단(OUT11) 사이에 연결되며, 게이트 전극은 제8 노드(N8)에 연결될 수 있다.
제2 트랜지스터(M42)는 제2 전압 노드(Ns)와 제1 출력단(OUT11) 사이에 연결되며, 게이트 전극은 제9 노드(N9)에 연결될 수 있다.
제3 트랜지스터(M43)는 제1 전압 노드(Nd)와 제10 노드(N10) 사이에 연결되며, 게이트 전극은 제4 트랜지스터(M44)의 게이트 전극 및 제10 노드(N10)와 연결될 수 있다.
제4 트랜지스터(M44)는 제1 전압 노드(Nd)와 제2 출력단(OUT12) 사이에 연결되며, 게이트 전극은 제3 트랜지스터(M43)의 게이트 전극 및 제10 노드(N10)와 연결될 수 있다.
제5 트랜지스터(M45)는 제2 전압 노드(Ns)와 제10 노드(N10) 사이에 연결되며, 게이트 전극은 제9 노드(N9)와 연결될 수 있다.
제6 트랜지스터(M46)는 제1 전압 노드(Nd)와 제11 노드(N11) 사이에 연결되며, 게이트 전극은 제8 노드(N8)와 연결될 수 있다.
제7 트랜지스터(M47)는 제2 전압 노드(Ns)와 제2 출력단(OUT12) 사이에 연결되며, 게이트 전극은 제8 트랜지스터(M48)의 게이트 전극 및 제11 노드(N11)와 연결될 수 있다.
제8 트랜지스터(M48)는 제2 전압 노드(Ns)와 제11 노드(N11) 사이에 연결되며, 게이트 전극은 제7 트랜지스터(M47)의 게이트 전극 및 제11 노드(N11)와 연결될 수 있다.
이때, 제1 트랜지스터(M41), 제3 트랜지스터(M43), 제4 트랜지스터(M44), 제6 트랜지스터(M46)는 PMOS 트랜지스터로 설정되고, 제2 트랜지스터(M42), 제5 트랜지스터(M45), 제7 트랜지스터(M47), 제8 트랜지스터(M48)는 NMOS 트랜지스터로 설정될 수 있다.
제1 전압 노드(Nd)와 제2 전압 노드(Ns)는 각각 제1 구동 전압(VDD)과 제2 구동 전압(VSS)를 공급받을 수 있다. 일례로, 제1 구동 전압(VDD)은 양의 전압으로 설정되고, 제2 구동 전압(VSS)은 음의 전압 또는 그라운드 전압으로 설정될 수 있다.
또한, 제1 버퍼(310)의 제8 노드(N8)와 제9 노드(N9)는 제1 전류 미러부(410)와 연결되는 연결단(A1)을 구성할 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 공통 모드 노이즈 제거 회로를 나타낸 도면이며, 도 8은 본 발명의 실시예에 의한 제7 스위치의 연결 구조를 나타낸 도면이다. 특히, 도 6에서는 한 쌍의 버퍼(310, 320) 및 한 쌍의 전류 미러부(410, 420)를 이용하여 공통 모드 노이즈를 제거하는 제1 구동 모드를 도시한 것이고, 도 7에서는 ICMFB(Input Common Mode Feedback) 회로 형태로 변환되어 공통 모드 노이즈를 제거하는 제2 구동 모드를 도시하였다. 또한, 도 8에서는 제1 버퍼(310)의 바이어스 스테이지(520), 제2 버퍼(320)의 바이어스 스테이지(520'), 및 다수의 제7 스위치들(SW7a, SW7b, SW7c, SW7d, SW7e, SW7f, SW7g)를 도시하였다.
도 6 및 도 7을 참고하면 본 발명의 다른 실시예에 의한 공통 모드 노이즈 제거 회로(Gr')는 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2), 제3 스위치(SW3), 제4 스위치(SW4), 제5 스위치(SW5), 제6 스위치(SW6), 및 제7 스위치(SW)를 추가 포함할 수 있다.
제1 스위치(SW1)는 제1 버퍼(310)와 제1 전류 미러부(410) 사이에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 스위치(SW1)는 제1 버퍼(310)의 연결단(A1)과 제1 전류 미러부(410) 사이에 다수가 설치될 수 있다.
도 5를 참조하면, 첫번째 제1 스위치(SW1)는 제1 버퍼(310)의 제8 노드(N8)와 제1 전류 미러부(410)의 제12 노드(N12) 사이에 연결되고, 두번째 제1 스위치(SW1)는 제1 버퍼(310)의 제9 노드(N9)와 제1 전류 미러부(410)의 제13 노드(N13) 사이에 연결될 수 있다.
이때, 제12 노드(N12)는 제1 전류 미러부(410)에 포함된 제1 트랜지스터(M41)의 게이트 전극과 제6 트랜지스터(M46)의 게이트 전극이 공통적으로 접속되는 노드이다. 또한, 제13 노드(N13)는 제1 전류 미러부(410)에 포함된 제2 트랜지스터(M42)의 게이트 전극과 제5 트랜지스터(M45)의 게이트 전극이 공통적으로 접속되는 노드이다.
제2 스위치(SW2)는 제2 버퍼(320)와 제2 전류 미러부(420) 사이에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제2 스위치(SW2)는 제2 버퍼(320)의 연결단(A2)과 제2 전류 미러부(420) 사이에 다수가 설치될 수 있다.
즉, 제2 버퍼(320) 및 제2 전류 미러부(420)는 각각 제1 버퍼(310) 및 제1 전류 미러부(410)와 동일한 구조를 가질 수 있으며, 이에 따라 첫번째 제2 스위치(SW2)는 제2 버퍼(320)의 제8 노드(N8)와 제2 전류 미러부(420)의 제12 노드(N12) 사이에 연결되고, 두번째 제2 스위치(SW2)는 제2 버퍼(320)의 제9 노드(N9)와 제2 전류 미러부(420)의 제13 노드(N13) 사이에 연결될 수 있다.
이때, 제12 노드(N12)는 제2 전류 미러부(420)에 포함된 제1 트랜지스터(M41)의 게이트 전극과 제6 트랜지스터(M46)의 게이트 전극이 공통적으로 접속되는 노드이다. 또한, 제13 노드(N13)는 제2 전류 미러부(420)에 포함된 제2 트랜지스터(M42)의 게이트 전극과 제5 트랜지스터(M45)의 게이트 전극이 공통적으로 접속되는 노드이다.
제3 스위치(SW3)는 제1 공통 노드(Nc1)와 전하 증폭부(450)의 제1 입력단(IN31) 사이에 연결될 수 있다.
제4 스위치(SW4)는 제2 공통 노드(Nc2)와 전하 증폭부(450)의 제2 입력단(IN32) 사이에 연결될 수 있다.
이때, 제1 공통 노드(Nc1)는 제1 전류 미러부(410)의 제2 출력단(OUT12)과 제2 전류 미러부(420)의 제1 출력단(OUT21)이 공통적으로 접속되는 노드이며, 제2 공통 노드(Nc2)는 제1 전류 미러부(410)의 제1 출력단(OUT11)과 제2 전류 미러부(420)의 제2 출력단(OUT22)이 공통적으로 접속되는 노드로 정의될 수 있다.
제5 스위치(SW5)는 제1 버퍼(310)의 출력단(O1)과 전하 증폭부(450)의 제1 입력단(IN31) 사이에 연결될 수 있다.
제6 스위치(SW5)는 제2 버퍼(320)의 출력단(O2)과 전하 증폭부(450)의 제2 입력단(IN32) 사이에 연결될 수 있다.
제7 스위치(SW7)는 제1 버퍼(310)와 제2 버퍼(320) 사이에 연결될 수 있다. 일례로, 제7 스위치(SW7)는 제1 버퍼(310)의 바이어스 스테이지(520)와 제2 버퍼(320)의 바이어스 스테이지(520') 사이에 다수가 설치될 수 있다.
설명의 편의를 위하여, 하기에서는 제1 버퍼(310)의 바이어스 스테이지(520)를 제1 바이어스 스테이지(520)로 지칭하고, 제2 버퍼(320)의 바이어스 스테이지(520')를 제2 바이어스 스테이지(520')로 지칭하도록 한다.
도 8을 참조하면, 첫번째 제7 스위치(SW7a)는 제1 바이어스 스테이지(520)의 제6 노드(N6)와 제2 바이어스 스테이지(520')의 제6 노드(N6) 사이에 연결될 수 있다.
두번째 제7 스위치(SW7b)는 제1 바이어스 스테이지(520)의 제5 노드(N5)와 제2 바이어스 스테이지(520')의 제5 노드(N5) 사이에 연결될 수 있다.
세번째 제7 스위치(SW7c)는 제1 바이어스 스테이지(520)의 제8 노드(N8)와 제2 바이어스 스테이지(520')의 제8 노드(N8) 사이에 연결될 수 있다.
네번째 제7 스위치(SW7d)는 제1 바이어스 스테이지(520)의 제7 노드(N7)와 제2 바이어스 스테이지(520')의 제7 노드(N7) 사이에 연결될 수 있다.
다섯번째 제7 스위치(SW7e)는 제1 바이어스 스테이지(520)의 제9 노드(N9)와 제2 바이어스 스테이지(520')의 제9 노드(N9) 사이에 연결될 수 있다.
여섯번째 제7 스위치(SW7f)는 제1 바이어스 스테이지(520)의 제3 노드(N3)와 제2 바이어스 스테이지(520')의 제3 노드(N3) 사이에 연결될 수 있다.
일곱번째 제7 스위치(SW7g)는 제1 바이어스 스테이지(520)의 제4 노드(N4)와 제2 바이어스 스테이지(520')의 제4 노드(N4) 사이에 연결될 수 있다.
이러한 제7 스위치들(SW7a, SW7b, SW7c, SW7d, SW7e, SW7f, SW7g)이 온 상태가 되는 경우, 제1 버퍼(310)와 제2 버퍼(320)는 상호 연결되어 하나의 ICMFB(Input Common Mode Feedback) 회로로 동작할 수 있다.
한편, 도 6을 참조하면 제1 구동 모드에서는 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2), 제3 스위치(SW3), 및 제4 스위치(SW4)가 온 상태를 유지하고, 제5 스위치(SW5), 제6 스위치(SW6), 및 제7 스위치(SW7)가 오프 상태를 유지할 수 있다.
이러한 제1 구동 모드에서는 공통 모드 노이즈 제거 회로(Gr')가 앞서 설명한 도 4와 같은 형태가 되어, 공통 모드 노이즈를 제거할 수 있다. 이 경우, 전하 증폭부(450)의 위상 마진(phase margin) 및 대역폭(bandwidth)을 충분히 확보할 수 있다는 장점이 있으나, 버퍼(310, 320)의 전류를 복제하여 동작하기 때문에 전력 소모가 높다는 단점이 존재한다.
일례로, 자기 정전용량을 센싱하는 경우 수백 pF의 자기 정전용량을 구동하기 위하여 버퍼(310, 320)의 출력 스테이지(530, 530')에서 많은 전류가 소모될 수 있다.
이에 따라, 자기 정전용량을 센싱하는 경우와 같이 저전력 모드가 필요한 때에는 제1 버퍼(310)와 제2 버퍼(320)를 ICMFB(Input Common Mode Feedback) 회로 형태로 변환하여 저전력 센싱이 가능하도록 하였다.
이를 위하여, 도 7에 도시된 제2 구동 모드에서는 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2), 제3 스위치(SW3), 및 제4 스위치(SW4)가 오프 상태를 유지하고, 제5 스위치(SW5), 제6 스위치(SW6), 및 제7 스위치(SW7)가 온 상태를 유지할 수 있다.
이에 따라, 제1 전류 미러부(410)는 제1 버퍼(310) 및 전하 증폭부(450)와의 전기적인 연결이 차단되고, 제2 전류 미러부(420)는 제2 버퍼(320) 및 전하 증폭부(450)와의 전기적인 연결이 차단될 수 있다. 또한, 제7 스위치(SW7)가 온 상태가 됨에 따라 제1 버퍼(310)와 제2 버퍼(320)가 ICMFB(Input Common Mode Feedback) 회로 형태로 변환되어 공통 모드 노이즈를 제거할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 의한 센싱 채널을 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 앞서 살펴본 공통 모드 노이즈 제거 회로(Gr, Gr')를 이용하여 센싱 채널을 구현할 수 있다.
이때, 전하 증폭부(450)의 출력단에는 밴드 패스 필터(band-pass filter, 610), 로우 패스 필터(low pass filter, 620), 아날로그-디지털 컨버터(analog-digital converter, 630)가 추가 설치될 수 있다.
또한, 이러한 센싱 채널은 복수의 라인들을 동시 감지하기 위하여 다수가 구비될 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이지 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 터치 센서 110: 터치 센싱부
120: 터치 제어부 210: 표시 패널
310: 제1 버퍼 320: 제2 버퍼
410: 제1 전류 미러부 420: 제2 전류 미러부
450: 전하 증폭부

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 제1 터치 전극으로부터 제1 입력 전류를 수신하는 제1 버퍼;
    상기 제1 입력 전류와 동일한 크기의 제1 출력 전류 및 제2 출력 전류를 생성하여, 각각 제1 출력단 및 제2 출력단을 통해 출력하는 제1 전류 미러부;
    제2 터치 전극으로부터 제2 입력 전류를 수신하는 제2 버퍼;
    상기 제2 입력 전류와 동일한 크기의 제3 출력 전류와 제4 출력 전류를 생성하여 각각 제1 출력단 및 제2 출력단을 통해 출력하는 제2 전류 미러부; 및
    제1 입력단과 제2 입력단을 포함하는 전하 증폭부; 를 포함하며,
    상기 전하 증폭부의 제1 입력단은,
    상기 제1 전류 미러부의 제2 출력단 및 상기 제2 전류 미러부의 제1 출력단에 공통 접속되고,
    상기 전하 증폭부의 제2 입력단은,
    상기 제1 전류 미러부의 제1 출력단 및 상기 제2 전류 미러부의 제2 출력단에 공통 접속되며,
    상기 전하 증폭부의 제1 입력단으로 입력되는 전류는, 상기 제2 출력 전류에서 상기 제3 출력 전류가 차감되어 생성되고,
    상기 전하 증폭부의 제2 입력단으로 입력되는 전류는, 상기 제4 출력 전류에서 상기 제1 출력 전류가 차감되어 생성되는 것을 특징으로 하는 공통 모드 노이즈 제거 회로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 터치 전극과 상기 제2 터치 전극은, 서로 인접하여 위치하는 것을 특징으로 하는 공통 모드 노이즈 제거 회로.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 버퍼는, 상기 제1 입력 전류를 입력받는 제1 입력단 및 기준 신호를 입력받는 제2 입력단을 포함하고,
    상기 제2 버퍼는, 상기 제2 입력 전류를 입력받는 제2 입력단 및 상기 기준 신호를 입력받는 제2 입력단을 포함하는 공통 모드 노이즈 제거 회로.
  5. 제1 터치 전극으로부터 제1 입력 전류를 수신하는 제1 버퍼;
    상기 제1 입력 전류와 동일한 크기의 제1 출력 전류 및 제2 출력 전류를 생성하여, 각각 제1 출력단 및 제2 출력단을 통해 출력하는 제1 전류 미러부;
    제2 터치 전극으로부터 제2 입력 전류를 수신하는 제2 버퍼;
    상기 제2 입력 전류와 동일한 크기의 제3 출력 전류와 제4 출력 전류를 생성하여 각각 제1 출력단 및 제2 출력단을 통해 출력하는 제2 전류 미러부; 및
    제1 입력단과 제2 입력단을 포함하는 전하 증폭부; 를 포함하며,
    상기 전하 증폭부의 제1 입력단은,
    상기 제1 전류 미러부의 제2 출력단 및 상기 제2 전류 미러부의 제1 출력단에 공통 접속되고,
    상기 전하 증폭부의 제2 입력단은,
    상기 제1 전류 미러부의 제1 출력단 및 상기 제2 전류 미러부의 제2 출력단에 공통 접속되며,
    상기 제1 버퍼와 상기 제1 전류 미러부 사이에 연결되는 제1 스위치;
    상기 제2 버퍼와 상기 제2 전류 미러부 사이에 연결되는 제2 스위치;
    제1 공통 노드와 상기 전하 증폭부의 제1 입력단 사이에 연결되는 제3 스위치; 및
    제2 공통 노드와 상기 전하 증폭부의 제2 입력단 사이에 연결되는 제4 스위치; 를 더 포함하고,
    상기 제1 공통 노드는, 상기 제1 전류 미러부의 제2 출력단과 상기 제2 전류 미러부의 제1 출력단의 공통 노드이며,
    상기 제2 공통 노드는, 상기 제1 전류 미러부의 제1 출력단과 상기 제2 전류 미러부의 제2 출력단의 공통 노드인 것을 특징으로 하는 공통 모드 노이즈 제거 회로.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 버퍼의 출력단과 상기 전하 증폭부의 제1 입력단 사이에 연결되는 제5 스위치;
    상기 제2 버퍼의 출력단과 상기 전하 증폭부의 제2 입력단 사이에 연결되는 제6 스위치; 및
    상기 제1 버퍼와 상기 제2 버퍼 사이에 연결되는 제7 스위치; 를 더 포함하는 공통 모드 노이즈 제거 회로.
  7. 제6항에 있어서,
    제1 구동 모드에서는, 상기 제1 스위치, 제2 스위치, 제3 스위치, 및 제4 스위치가 온 상태를 유지하고 상기 제5 스위치, 제6 스위치, 제7 스위치가 오프 상태를 유지하며,
    제2 구동 모드에서는, 상기 제1 스위치, 제2 스위치, 제3 스위치, 및 제4 스위치가 오프 상태를 유지하고 상기 제5 스위치, 제6 스위치, 제7 스위치가 온 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 공통 모드 노이즈 제거 회로.
  8. 삭제
  9. 서로 인접하여 위치하는 제1 터치 전극과 제2 터치 전극을 포함하는 터치 센싱부; 및
    상기 제1 터치 전극 및 상기 제2 터치 전극과 전기적으로 연결되는 공통 모드 노이즈 제거 회로; 를 포함하고,
    상기 공통 모드 노이즈 제거 회로는,
    제1 터치 전극으로부터 제1 입력 전류를 수신하는 제1 버퍼;
    상기 제1 입력 전류와 동일한 크기의 제1 출력 전류 및 제2 출력 전류를 생성하여, 각각 제1 출력단 및 제2 출력단을 통해 출력하는 제1 전류 미러부;
    제2 터치 전극으로부터 제2 입력 전류를 수신하는 제2 버퍼;
    상기 제2 입력 전류와 동일한 크기의 제3 출력 전류와 제4 출력 전류를 생성하여 각각 제1 출력단 및 제2 출력단을 통해 출력하는 제2 전류 미러부; 및
    제1 입력단과 제2 입력단을 포함하는 전하 증폭부; 를 포함하며,
    제1 구동 모드에서는,
    상기 전하 증폭부의 제1 입력단이 상기 제1 전류 미러부의 제2 출력단 및 상기 제2 전류 미러부의 제1 출력단에 공통 접속되고, 상기 전하 증폭부의 제2 입력단이 상기 제1 전류 미러부의 제1 출력단 및 상기 제2 전류 미러부의 제2 출력단에 공통 접속되며,
    상기 제1 구동 모드와 상이한 제2 구동 모드에서는,
    상기 제1 전류 미러부와 상기 제2 전류 미러부가 각각 상기 제1 버퍼, 상기 제2 버퍼, 상기 전하 증폭부와의 전기적인 연결이 차단되고, 상기 제1 버퍼 및 상기 제2 버퍼가 상호 연결되어 ICMFB(Input Common Mode Feedback) 회로로 동작하는 것을 특징으로 하는 터치 센서.
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