KR102294778B1 - 터치 감지 장치 - Google Patents

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Abstract

터치 감지 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 감지 장치는, Tx 안테나(Antenna) 혹은 Rx 안테나로 기능하는 채널 전극들이 배치되어 복수의 전극 패턴을 형성하는 터치스크린 패널부, 상기 채널 전극과 연결되어 상기 터치스크린 패널부에 전기신호를 인가하는 Tx 회로부, 상기 채널 전극들과 연결되어 상기 복수의 전극 패턴에서 변화하는 정전 용량을 감지하는 Rx 회로부 및 상기 터치스크린 패널부, Tx 회로부 및 Rx 회로부를 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 Rx 회로부는, 디모듈레이션(demodulation) 회로부를 포함하고, 상기 디모듈레이션 회로부는, 연산 증폭기 및 상기 연산 증폭기와 전기적으로 연결된 복수 개의 피드백 커패시터를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 복수 개의 피드백 커패시터 중 제 1 그룹 커패시터와 제 2 그룹 커패시터 각각에 서로 다른 패리티(parity) 속성을 가지는 신호에 관한 전하가 축적되도록 제어하는 것을 포함할 수 있다.

Description

터치 감지 장치{Touch sensing device}
본 발명은 노이즈(noise)를 효과적으로 제거(cancelation)하여 터치 감도를 향상시킬 수 있는 터치 감지 장치에 관한 것이다.
최근 급속도로 보급되고 있는 스마트 폰 등의 모바일 기기는 대체로 터치 스크린 패널을 적용하여 다양한 기능을 구현하고 있다. 과거에는 가격이 저렴한 저항막 방식의 터치 스크린이 많이 사용되었으나, 저항막 방식을 사용하는 경우는, 디스플레이(display)의 화질이 저하되는 문제점이 있어서, 근래에는 정전 용량 방식 터치 스크린이 주로 사용되고 있다. 터치스크린 패널이 모바일 기기에서 범용적으로 사용됨으로써, 노이즈(noise) 환경에서 보다 안정적으로 터치 입력을 감지할 수 있는 기술의 개발이 요청되고 있다. 즉, 터치 스크린에서 신호의 감도를 향상시키기 위해서는 효과적인 잡음(noise)의 제거가 필요하다.
잡음의 제거를 위한 종래의 기술(예를 들어, 미국 공개특허 US 2011-0273400호)은 도 1에 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 잡음을 제거하기 위한 종래의 기술은, 제1 적분기 및 제2 적분기의 두 개의 적분기(integrator)를 사용하여, 클럭(CLK) 신호에 따라, 제 1 적분기 또는 제2 적분기를 사용한다. 종래의 기술에 따라 잡음을 제거하는 방법에 대해서는 상술한 미국 공개특허 US 2011-0273400호에 설명되어 있으므로, 자세한 설명은 생략하기로 한다.
그러나, 잡음을 제거하기 위한 종래의 기술에 의하면, 2개의 피드백 커패시터(capacitor) Cfb1, Cfb2 에 전하(charge)를 축적하기 위해 각각의 커패시터를 위한 별도의 연산 증폭기(OP-Amp) 가 필요하게 된다. 따라서, 다수의 신호 사이클(cycle) 동안에 전하를 축적해야 하므로, 동적 레인지(dynamic range) 를 넓히기 위해서는 커패시터 Cfb1, Cfb2 의 크기를 증가시켜야 하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 하나의 연산 증폭기에 연결된 복수의 커패시터를 통하여, 터치 스크린 패널부와 전기적으로 연결되는 Rx 회로부의 크기를 최소하면서도 효과적으로 노이즈를 제거할 수 있는 터치 감지 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, Rx 회로부에 포함되는 커패시터에 대한 신호의 축적과 출력이 동시적으로 수행되도록 제어되는 동작을 통하여, 신속하게 노이즈를 제거할 수 있는 터치 감지 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 인접한 채널 간에서 노이즈에 관한 차동(differential) 연산을 통하여 효과적으로 노이즈를 제거할 수 있는 터치 감지 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 감지 장치는, Tx 안테나(Antenna) 혹은 Rx 안테나로 기능하는 채널 전극들이 배치되어 복수의 전극 패턴을 형성하는 터치스크린 패널부, 상기 채널 전극과 연결되어 상기 터치스크린 패널부에 전기신호를 인가하는 Tx 회로부, 상기 채널 전극들과 연결되어 상기 복수의 전극 패턴에서 변화하는 정전 용량을 감지하는 Rx 회로부 및 상기 터치스크린 패널부, Tx 회로부 및 Rx 회로부를 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 Rx 회로부는, 디모듈레이션(demodulation) 회로부를 포함하고, 상기 디모듈레이션 회로부는, 연산 증폭기 및 상기 연산 증폭기와 전기적으로 연결된 복수 개의 피드백 커패시터를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 복수 개의 피드백 커패시터 중 제 1 그룹 커패시터와 제 2 그룹 커패시터 각각에 서로 다른 패리티(parity) 속성을 가지는 신호에 관한 전하가 축적되도록 제어하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 감지 장치는, Tx 안테나(Antenna) 혹은 Rx 안테나로 기능하는 채널 전극들이 배치되어 복수의 전극 패턴을 형성하는 터치스크린 패널부, 상기 채널 전극과 연결되어 상기 터치스크린 패널부에 전기신호를 인가하는 Tx 회로부, 상기 채널 전극들과 연결되어 상기 복수의 전극 패턴에서 변화하는 정전 용량을 감지하는 Rx 회로부 및 상기 터치스크린 패널부, Tx 회로부 및 Rx 회로부를 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 Rx 회로부는, 디모듈레이션(demodulation) 회로부 및 어큐뮬레이션(Accumulation) 회로부를 포함하며, 상기 디모듈레이션 회로부는, 연산 증폭기 및 상기 연산 증폭기와 전기적으로 연결된 복수 개의 피드백 커패시터를 포함하며, 상기 어큐뮬레이션(Accumulation) 회로부는 상기 피드백 커패시터의 출력 신호를 누적하여 출력하며, 상기 제어부는, 상기 복수 개의 피드백 커패시터 중 제 1 그룹 커패시터와 제 2 그룹 커패시터 각각에 서로 다른 패리티(parity) 속성을 가지는 신호에 관한 전하가 축적되도록 제어하는 것을 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 하나의 연산 증폭기에 연결된 복수의 커패시터를 통하여, 터치 스크린 패널부와 전기적으로 연결되는 Rx 회로부의 크기를 최소하면서도 효과적으로 노이즈를 제거할 수 있는 효과가 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, Rx 회로부에 포함되는 커패시터에 대한 신호의 축적과 출력이 동시적으로 수행되도록 제어되는 동작을 통하여, 신속하게 노이즈를 제거할 수 있는 효과가 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 인접한 채널 간에서 노이즈에 관한 차동(differential) 연산을 통하여 효과적으로 노이즈를 제거할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 상기 기술된 효과로 제한되지 아니하며, 다양한 효과가 본 명세서 상에 내재되어 있음은 통상의 기술자에게 자명하다.
도 1은 잡음의 제거를 위하여, 반전 적분회로 및 비반전 적분회로가 결합된 적분회로에 관한 종래 기술의 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 감지 장치의 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 감지 장치가 사용자의 터치를 인식하는 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 Tx 신호와 Rx 신호를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 Rx 회로부에 포함되는 디모듈레이션(demodulation) 회로부 및 어큐물레이션(accumulation) 회로부에 관한 도면이다.
도 6a 내지 6d는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 시간 내지 제4 시간에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 디모듈레이션 회로부에서의 신호의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 상기 어큐물레이션 회로부에 오프셋 보상 커패시터가 포함되는 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 Rx 회로부에 포함되는 디모듈레이션(demodulation) 회로부 및 어큐물레이션(accumulation) 회로부에 관한 도면이다.
도 9a 내지 도 9d는 노이즈의 제거와 관련된 제1 모드(예를 들면, 싱글 모드)에서 본 발명의 다른 실시예에 따른 Rx 회로부에서의 신호의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 10a 내지 도 10h는 노이즈의 제거와 관련된 제2 모드(예를 들면, 차동(differential) 모드)에서 본 발명의 다른 실시예에 따른 Rx 회로부에서의 신호의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 Rx 회로부가 터치 입력에 따라 지정된 시간 동안 상기 터치 입력과 관련된 신호를 반복적으로 축적하는 기능 또는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하여 상세하게 설명한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
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 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 터치 감지 장치가 적용될 수 있는 전자 장치는, 스마트 폰(smartphone), 태블릿 PC(tablet personal computer), 또는 스마트 워치(smart watch))중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치는 전술한 기기들에 한정되지 않음은 통상의 기술자에게 자명하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 감지 장치의 블록 구성도를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 감지 장치가 사용자의 터치를 인식하는 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 감지 장치는 Tx 회로부(200), 터치스크린 패널부(210), Rx 회로부(220) 및 제어부(230)를 포함할 수 있다.
Tx 회로부(200)는, 터치 스크린 패널부(210)와 전기적으로 연결되어, 터치 스크린 패널부(210)에 다양한 전기 신호를 인가할 수 있다. 상기 전기 신호는, 예를 들면, 정전용량(capacitance)의 변화량을 측정하기 위한 펄스 신호일 수 있다. 이와 같은 전기 신호의 예들은, 본 발명의 다양한 실시예들을 설명하기 위하여 예시적으로 언급된 것으로서, 이에 의하여 상기 전기 신호의 예들이 제한되는 것은 아니다. 도 3을 참조하면, 상기 전기 신호는, Tx 회로부(200, 310)와 전기적으로 연결된 Tx 안테나(301)로 인가될 수 있다.
상기 터치스크린 패널부(210)는, 상기 터치스크린 패널부(210)를 통하여 입력된 사용자의 터치에 관한 데이터를 상기 제어부(230)로 제공할 수 있다. 상기 터치스크린 패널부(210)는, 도 3에 도시된 바와 같이 Tx 안테나(301)와 Rx 안테나(302)가 직교 좌표계 형태로 배치되어 복수의 전극 패턴을 형성할 수 있다. 몇몇 실시예들에서는, Tx 안테나(301)는 구동 전극으로, Rx 안테나(302)는 감지 전극으로 지칭될 수 있다. Rx 안테나(302)는, 본 발명의 일 실시예에 따른 Rx 회로부(220, 320)와 전기적으로 연결될 수 있다. Rx 회로부(220, 320)는 Rx 안테나(302)와 전기적으로 연결되어 터치스크린 패널부(210)의 정전 용량(capacitance)의 변화를 감지할 수 있다. 정전 용량의 변화는 예를 들어, 사용자의 손가락에 의한 터치 입력에 따라 터치스크린 패널부(210)의 정전용량의 변화를 감지하는 것일 수 있다. 예를 들어 상기 사용자의 터치에 따라, 상기 Rx 회로부(220, 320)에는, 상기 터치 입력과 관련된 신호뿐만 아니라 잡음(noise) 또한 입력될 수 있다. 상술한 바와 같이, 터치 스크린의 높은 SNR(Signal-to-Noise Ratio)을 구현하기 위해서는 상기 입력된 노이즈가 효과적으로 제거되도록 상기 터치 감지 장치가 설계되는 것이 필요하다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 의한 Rx 회로부(220, 320)는, 디모듈레이션 회로부(222) 및 어큐물레이션 회로부(224)를 포함할 수 있다. 상기 디모듈레이션 회로부(222)는 상기 터치 입력과 관련된 신호를 축적하기 위한 기능/기능들 또는 동작/동작들을 수행할 수 있다. 상기 어큐물레이션 회로부(224)는, 상기 디모듈레이션 회로부(222)에서 출력된 신호/신호들을 축적할 수 있다. 상기 Rx 회로부(220, 320)는 몇몇 실시예들에 의하면 차동 연산을 통하여 노이즈가 제거된 신호를 출력하도록 설정될 수 있다.. 상기 디모듈레이션 회로부(222) 및 어큐물레이션 회로부(224)가 수행하는 보다 상세한 기능/기능들 또는 동작/동작들에 대해서는 후술하기로 한다.
제어부(230)는 상술한 Tx 회로부(200, 310), 및 Rx 회로부(220, 320)와 전기적으로 연결되어 Tx 회로부(200, 310) 및 Rx 회로부(220, 320)가 각각이 수행하는 기능/기능들 또는 동작/동작들을 수행하도록 제어할 수 있다.
상기 Tx 회로부(200, 310), 및 Rx 회로부(220, 320)는 적어도 하나의 채널들(예를 들면, Tx1 내지 Tx4, Rx1 내지 Rx3)을 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 Tx 신호와 Rx 신호를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 상기 Tx 회로부(200)는 도 4에 도시된 바와 같은 Tx 신호를 상기 터치스크린 패널부(210)에 전송할 수 있다. 상기 Tx 신호의 파형은, 예를 들어 도 4에 도시된 바와 같이 주기적인 대칭 구형파일 수 있다. 본 명세서에서는 설명의 편의를 위하여 "Tx 신호"가 "전기 신호"라는 용어로 대체되어 사용될 수 있다. 상기 터치스크린 패널부(210)에 전송되는 Tx 신호에 따라서, Rx 회로부(30)에는 도 4에 도시된 바와 같은 Rx 신호가 인가될 수 있다. 즉, Rx 회로부(30)에는, 상기 Tx 신호의 상승 에지(rising edge)에서 전압(voltage)의 증가에 대응하는 양의 전하((+) charge)가 입력될 수 있고, 상기 Tx 신호의 하강 에지(falling edge)에서는 전압의 감소에 대응하는 음의 전하((-) charge)가 입력될 수 있다. 또한, 상기 터치 입력에 따른 변화는, 동일한 Tx 신호에 대응하여 발생하는 상기 양의 전하 및 음의 전하량의 변화를 야기할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 Rx 회로부에 포함되는 디모듈레이션(demodulation) 회로부 및 어큐물레이션(accumulation) 회로부에 관한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 디모듈레이션 회로부 (510)는, 연산 증폭기(517), 제1 피드백 커패시터(511) 및 제2 피드백 커패시터(512)를 포함할 수 있다. 상기 제1 피드백 커패시터(511)와 상기 제2 피드백 커패시터(512)는 상기 제1 연산 증폭기(517)와 전기적으로 연결될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예들에 따라서, 상기 제1 피드백 커패시터(511)는 제1 그룹 커패시터에 포함되는 것으로 설명될 수 있으며, 상기 제2 피드백 커패시터(512)는 제2 그룹 커패시터에 포함되는 것으로 설명될 수 있다. 상기 제1 그룹 커패시터 및 상기 제2 그룹 커패시터는 각각 적어도 하나의 커패시터를 포함할 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 제1 피드백 커패시터(511)의 양단에는 제1-1 스위치(514a) 및 제1-2 스위치(514b)가 배치될 수 있다. 상기 제1-1 스위치(514a) 및 상기 제1-2 스위치(514b)는, 본 발명의 다양한 실시예들에 따라 제1 스위칭부(514a, 514b)라고 통합되어 설명될 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 제2 피드백 커패시터(512)의 양단에는 제2-1 스위치(515a) 및 제 2-2 스위치(515b)가 배치될 수 있다. 제2-1 스위치(515a) 및 제2-2 스위치(515b)는, 본 발명의 다양한 실시예들에 따라 제2 스위칭부(515a, 515b)라고 통합되어 설명될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 디모듈레이션 회로부(510)는, 제3-1 스위치(513a), 제3-2 스위치(513b), 제3-3 스위치(513c) 및 제3-4 스위치(513d)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 디모듈레이션 회로부(511)는, 상기 연산 증폭기(517)의 리셋(reset; rst)을 위한 리셋 스위치(516)를 포함할 수 있다. 상기 "리셋"은 몇몇 실시예들에서는 "초기화"라는 용어로 대체되어 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 어큐뮬레이션(accumulation) 회로부(520)는, 도 5에 도시된 바와 같이 오프셋 보상 커패시터(522)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 오프셋 보상 커패시터(522)는 CCDAC(constant current D/A converter)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 어큐뮬레이션(accumulation) 회로부(520)는, 적분기를 포함할 수 있으며, 상기 적분기는 커패시터(523) 및 연산 증폭기(521)를 포함할 수 있다.
도 6a 내지 6d는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 시간 내지 제4 시간에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 디모듈레이션 회로부에서의 신호의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 제1 시간(예를 들면, Tx 신호의 위상이 도 4의 (a)인 경우)에서는, 연산 증폭기(612), 제1 피드백 커패시터(602) 및 제2 피드백 커패시터(604)가 리셋되도록 제어될 수 있다. 이를 위하여 본 발명의 일 실시예에 의한 제1 시간에서는, 리셋 스위치(610), 제1 스위칭부(606a, 606b) 및 제2 스위칭부(608a, 608b)는 소정의 시간 동안 쇼트되도록 제어되어, 상기 연산 증폭기(612), 상기 제1 피드백 커패시터(602) 및 상기 제2 피드백 커패시터(604)는 리셋 될 수 있다.
도 6b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 제2 시간(예를 들면, Tx 신호의 상승 에지(rising edge) 구간, 즉, 도 4의 (b)인 경우)에서는, 상기 전압의 상승에 대응하는 양의 전하가 디모듈레이션 회로부(600)에 입력될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의한 상기 제2 시간에서는, 제1 스위칭부(606a, 606b)가 쇼트되도록 제어부(예를 들면, 제어부(230))에 의해 제어될 수 있다. 따라서, 상기 제1 피드백 커패시터(602)의 양단에는 상기 입력된 신호에 따라 상기 전압의 상승에 대응하는 전하 +Q 및 -Q가 축적될 수 있다.
도 6c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 제3 시간(예를 들면, Tx 신호의 위상이 하강 에지(falling edge) 구간, 즉, 도 4의 (c)인 경우)에서는, 상기 전압의 하락에 대응하는 음의 전하가 상기 디모듈레이션 회로부(600)에 입력될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의한 상기 제3 시간에서는, 제2 스위칭부(608a, 608b)가 쇼트되어 상기 제2 피드백 커패시터(604)에 전하가 축적됨과 동시에, 제어부(예를 들면, 제어부(230))에 의해 상기 제1 피드백 커패시터(602)에 축적된 전하가 출력되도록 제어될 수 있다. 상기 제1 피드백 커패시터(602)에 축적된 전하를 출력하기 위하여 상기 제어부는 스위치들(605a, 605d)이 쇼트되도록 제어할 수 있다. 상기 제1 피드백 커패시터(602)에 의하여 출력된 전하/전하들은 상기 어큐뮬레이션 회로부(예를 들면, 어큐뮬레이션 회로부 (520))에 포함되는 커패시터(예를 들면, 커패시터 (523))에 지정된 시간 동안 축적될 수 있다. 상기 제2 피드백 커패시터(604)의 양단에는 상기 입력된 신호에 따라 상기 전압의 하락에 대응하는 전하 -Q 및 +Q가 축적될 수 있다. 이와 같이, 상기 제1 피드백 커패시터(602)(또는 제1 그룹 커패시터)와 상기 제2 피드백 커패시터(604)(또는 제2 그룹 커패시터) 각각에는 서로 다른 패리티(parity) 속성을 가지는 전하가 축적되도록 상기 제어부에 의해 제어될 수 있다.
도 6d를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 제4 시간(예를 들면, Tx 신호의 위상이 도 4의 (d)인 경우)에서는, 상기 제2 피드백 커패시터(604)에 축적된 전하가 출력됨과 동시에, 상기 제1 피드백 커패시터(602)에 전하가 축적되도록 제어될 수 있다. 상기 제2 피드백 커패시터(604)에 축적된 전하를 출력하기 위하여 상기 제어부는 상기 스위치들(605b, 605c)이 쇼트되도록 제어할 수 있다. 또한, 상기 제1 피드백 커패시터(602)에 전하를 축적하기 위하여, 상기 제어부는 제1 스위칭부(606a, 606b)가 쇼트되도록 제어할 수 있다. 상기 제2 피드백 커패시터(604)에 의하여 출력된 전하/전하들은 상기 어큐뮬레이션 회로부(예를 들면, 어큐뮬레이션 회로부(520))에 포함되는 커패시터(예를 들면, 커패시터(523))에 소정 시간 동안 축적될 수 있다.
상기 제어부는, 지정된(predetermined) 횟수(예를 들면, 30회)동안 상기 도 6b 내지 상기 도 6d와 관련하여 설명된 기능/기능들 또는 동작/동작들을 반복적으로 수행하도록 제어할 수 있다. 상기 제어부는, 상기 기능/기능들 또는 동작/동작들의 반복 한 후, 본 발명의 일 실시예에 따른 제5 시간(예를 들면, Tx 신호의 위상이 도 4의 (e)인 경우)에 도달하면, 상기 커패시터(예를 들면, 커패시터 (523))에 축적된 신호를 검출하도록 제어할 수 있다.
상기 커패시터(예를 들면, 커패시터 (523))에 축적된 신호가 검출된 후에는, 리셋 스위치(예를 들면, 스위치 526)을 사용하여 상기 커패시터(523)를 리셋 한 이후, 상기 도 6b 내지 상기 도 6d 또는, 상기 도 6a 내지 상기 도 6d와 관련하여 설명된 기능/기능들 또는 동작/동작들을 다시 수행하도록 상기 제어부에 의해 제어될 수 있다.
상기 디모듈레이션 회로부(600)의 커패시터들에 축적되는 전하는 상기 Tx 신호에 의해 발생한 전하와 노이즈에 의해 축적된 전하를 포함할 수 있다. 전하/전하들에 포함된 노이즈는, 일반적으로 정전 용량을 측정하는데 사용되는 Tx 펄스(pulse)의 주파수보다 낮은 주파수의 저주파 노이즈(Low Frequency Noise)일 수 있다. 상기 양의 전하(예를 들면, Q1)는, 상기 Tx 펄스에 의한 입력 신호(S)와 저주파 잡음에 의해 발생한 전하 (+N) 의 합으로 표기될 수 있다(Q1 = S + N). 또한, 상기 음의 전하(예를 들면, Q2)는, 상기 Tx 펄스에 의한 입력 신호 (-S) 와 저주파 잡음(+N) 의 합으로 표기될 수 있다(Q2 = -S + N). 상기 디모듈레이션 회로부(600)의 커패시터(예를 들면, 커패시터 602, 604)가 어큐뮬레이션 회로부(예를 들면, 어큐뮬레이션 회로부 520)로 연결될 때에는 Q1을 축적한 커패시터(예를 들면, 커패시터 602)와 Q2를 축적한 커패시터(예를 들면, 커패시터 604)를 서로 다른 방향으로 연결하여, 상기 어큐뮬레이션 회로부의 커패시터(526)는 상기 두 개의 전하의 차이 (즉, Q1-Q2 = S + N - (-S +N) = 2S) 를 축적할 수 있다. 이와 같은 방식으로 상기 어큐뮬레이션 회로부의 커패시터는 저주파 노이즈가 제거된 신호만을 축적하도록 제어될 수 있다.
도 7은 상기 어큐물레이션 회로부에 오프셋 보상 커패시터가 포함되는 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
정전 용량의 변화를 기초로 터치 입력을 감지함에 있어서, 상기 터치가 이루어지지 아니한 경우(예를 들면, 상기 터치 입력이 이루어지기 전의 상태)에도 일정한 값의 정전 용량이 상기 터치 감지 장치에 존재할 수 있다(이를 본 명세서에서는 설명의 편의를 위하여 "오프셋 정전 용량"이라고 언급하기로 하며, 상기 "오프셋 정전 용량(offset capacitance)"이라는 용어는 실시예들에 따라서 다양하게 표현될 수 있다). 상기 오프셋 정전 용량은, 상기 터치 입력을 감지함에 있어서 동적(dynamic) range를 증가시켜야 하므로 감도(sensivity)를 저하시키는 원인이 될 수 있다. 따라서, 상기 오프셋 정전 용량을 최소화 할 수 있는 회로가 필요하며, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 감지 장치는 오프셋 정전 용량을 최소화하기 위한 다양한 요소(element)/요소들을 포함할 수 있다.
도 7를 참조하면, 상기 어큐물레이션 회로부(700)는 오프셋 보상 커패시터(Coff, 717) 및 적분기(710)를 포함할 수 있다. 상기 오프셋 보상 커패시터(717)는, CCDAC(Constant Current D/A Converter)에 의하여 소정의 시간 동안 충전될 수 있다. 상기 적분기(710)는 커패시터(714) 및 연산 증폭기(711)를 포함할 수 있다. 제1 피드백 커패시터(예를 들면, 제1 피드백 커패시터(602)) 및 제2 피드백 커패시터(예를 들면, 제2 피드백 커패시터(604)의 전하가 어큐뮬레이션 회로부(700)로 출력되는 경우, 상기 오프셋 보상 커패시터(702)에 오프셋 정전 용량(capacitance) 에 의한 신호를 상쇄하는 전하를 축적하여 상기 커패시터(714)로 출력할 수 있다. 이에 따라, 오프셋 정전용량에 의한 신호를 상쇄시켜 줄 수 있는 바, 오프셋 정전 용량에 맞추어 동적 레인지를 증가시키지 않아도 되므로, 높은 감도(sensivity) 의 구현이 가능하다.
예를 들어, 감지해야 하는 정전용량의 변화가 0.1pF(pico Farad)이고, 터치스크린 패널부(예를 들면, 터치스크린 패널부(210))에 존재하는 오프셋 정전용량이 9.9pF 이라면, 오프셋 보상이 존재하지 아니하는 경우, 상기 정전용량의 변화(예를 들어, 0.1pF)를 감지하기 위해서는 10pF(9.9pF + 0.1pF)의 정전 용량을 감지하기 위한 커패시터가 필요하게 된다. 그러나, 본 발명의 일 실시예와 같이 오프셋 보상이 적용되는 경우, 0.1pF의 정전 용량을 감지하기 위한 커패시터를 사용할 수 있다. 따라서, 상기 정전 용량의 변화를 감지하기 위한 커패시터(예를 들면, 커패시터(714))의 면적을 감소시킬 수 있다. 또한, 1/100 분해능을 가진 감지 회로로 상기 어큐뮬레이션 회로부의 신호를 감지한다고 가정하면, 오프셋 보상이 없는 경우는, 10pF / 100 = 0.1pF 의 감도(sensitivity)를 가지는 반면, 오프셋 보상이 있는 경우는, 0.1pF / 100 = 0.001pF 의 감도를 가질 수 있게 되어 높은 감도를 가지는 터치 감지 장치의 구현이 가능하게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 오프셋 보상 커패시터(717)는, 전류원으로서 기능 또는 동작하는 Constant Current D/A Converter, CCDAC(713)와 전기적으로 연결되어 충전될 수 있다. 예를 들면 상기 Tx 신호의 위상이 도 4의(b) 인 경우에 스위치(716)가 쇼트되도록 제어부(예를 들면, 상기 제어부(230))에 의해 제어될 수 있다. 이에 따라, 상기 오프셋 보상 커패시터(717)가 충전될 수 있다. 또한, 예를 들면 상기 Tx 신호의 위상이 도 4의 (c)인 경우에, 스위치(715)는 쇼트되고 스위치(716)는 개방되도록 상기 제어부에 의해 제어되어 상기 오프셋 보상에 관한 기능 또는 동작이 수행될 수 있다. 상기 CCDAC(713)는 정전압 전원으로 대체되어 실시될 수도 있다. 예를 들면, Constant voltage DAC(Digital Analog Converter)가 사용될 수도 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 Rx 회로부에 포함되는 디모듈레이션 회로부(810), 모드 선택부(815) 및 어큐물레이션 회로부(820)에 관한 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 Rx 회로부는 디모듈레이션 회로부(810), 모드 선택부(815) 및 어큐물레이션 회로부(820)를 포함할 수 있다. 상기 본 발명의 다른 실시예에 따른 디모듈레이션 회로부(810)는, 제1 피드백 커패시터(811a), 제2 피드백 커패시터(811b), 제3 피드백 커패시터(811c) 및 제4 피드백 커패시터(811d)를 포함할 수 있다. 상기 제1 피드백 커패시터 내지 상기 제4 피드백 커패시터(811a, 811b, 811c, 811d)는 연산 증폭기(812)와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 모드 선택부(815)는, 상기 모드 선택부(815)에 포함되는 적어도 하나의 스위치(815a, 815b, 815c)의 제어를 통하여 단일 채널의 신호를 수신하는 싱글 모드 또는 서로 다른 채널의 신호 차이를 수신하는 차동(differential) 모드로 동작하도록 제어할 수 있다. 상기 모드 선택부(815)는, 본 발명의 설명의 편의를 위하여 필요에 따라 "제3 스위칭부"로 언급될 수 있다.
상기 제1 피드백 커패시터 내지 상기 제4 피드백 커패시터(811a, 811b, 811c, 811d)와 상기 모드 선택부(815)는, 도 8에 도시된 바와 같이 복수의 스위치 조합을 통하여 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 상기 모드 선택부(815)는 교차부(815d)를 포함할 수 있다. 상기 교차부(815d)는, 상기 Rx 회로부(800)가 상기 차동 모드로 동작하는 경우에 서로 다른 채널의 신호 차이가 상기 어큐뮬레이션 회로부(810)에 축적될 수 있게 한다. 이에 대해서는 보다 상세하게 후술하기로 한다.
상기 어큐물레이션 회로부(820)는 상기 디모듈레이션 회로부(810)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 어큐물레이션 회로부(820)는, 제1 적분기(821)와 제2 적분기(822)를 포함할 수 있다. 상기 제 1 적분기와 제 2 적분기는 각각의 특성 향상을 위해서 일부의 회로를 공유할 수 있다. 상기 제1 적분기(821) 및 상기 제2 적분기(822)는, 각각 연산 증폭기(821a, 822b) 및 커패시터(821b, 822b)를 포함할 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 제1 피드백 커패시터 내지 상기 제4 피드백 커패시터(811a, 811b, 811c, 811d) 양단은 각각 상기 제 1 적분기(812) 및 상기 제 2 적분기(822) 입력단과 전기적으로 연결될 수 있다.
이하에서, 설명의 편의를 위하여 필요한 경우 제1 피드백 커패시터(811a) 및 제3 피드백 커패시터(811c)는 제1 그룹 커패시터로, 제2 피드백 커패시터(811b) 및 제4 피드백 커패시터(811d)는 제2 그룹 커패시터로 언급될 수 있다. 또한, 본 명세서에서, 도면에 표시된 도트(dot, 예를 들면, 도트 830)는 회로의 전기적인 연결 관계를 지시하기 위한 것이다. 즉, 상기 도트가 표시된 지점은 전기적으로 연결된 지점을 지시하는 것으로서, 신호의 전송 수단(예를 들면, 도선 등)이 서로 연결되어 있음을 나타낸다. 반대로, 도면상으로는 서로 연결된 것처럼 보여지나 상기 도트가 표시되지 아니한 지점(예를 들면, 지점 840)은, 실제적으로는 전기적으로 서로 연결되지 아니한 지점을 지시한다. 도 9a 내지 9d는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 시간 내지 제4 시간에서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 디모듈레이션 회로부에서의 신호의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 Rx 회로부(900)는 싱글 모드 및 차동 모드로 동작할 수 있다. 상기 싱글 모드에서는, 어큐뮬레이션 회로부는 단일 채널(예를 들면, Rx1) 내에서 수신된 신호만을 축적하도록 동작할 수 있다. 상기 차동 모드에서는, 서로 다른 채널 중 어느 하나의 채널(예를 들면, Rx2)에 포함되는 어큐뮬레이션 회로부(예를 들면, 1020b)는 서로 다른 채널(예를 들면, 채널 Rx1과 채널 Rx2)에서 수신된 신호의 차이를 축적하도록 동작할 수 있다. 상기 싱글 모드 또는 상기 차동 모드는 사용자에 의하여 선택되거나 미리 지정될 수 있다. 도 9a 내지 도 9d는 상기 싱글 모드에서 본 발명의 다른 실시예에 따른 Rx 회로부(900)가 수행하는 기능 또는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 9a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 시간(예를 들면, Tx 신호의 위상이 도 4의 (a)인 경우)에서,
Figure 112014090998532-pat00001
스위치들(또는 리셋 스위치들, 예를 들면, 913a, 913b, 913c, 913d, 913e, 922, 923, 926d, 926e, 927d, 927e)은, 지정된 시간 동안 쇼트되도록 제어부(예를 들면, 제어부(230))에 의해 제어되어, 연산 증폭기(912), 제1 피드백 커패시터 내지 상기 제4 피드백 커패시터(911a, 911b, 911c, 911d)가 리셋 되도록 제어될 수 있다. 싱글 모드 동작을 위해서 모드 선택부(915)의 스위치(915b)는 쇼트되고, 스위치(915a, 915c)는 오픈되도록 제어될 수 있다. 리셋이 완료되면, 신호의 축적을 위해서
Figure 112014090998532-pat00002
스위치들은 오픈되고,
Figure 112014090998532-pat00003
스위치들(921a, 921b, 924, 925)은 쇼트되도록 제어될 수 있다.
도 9b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 제2 시간(예를 들면, Tx 신호의 위상이 도 4의 (b)인 경우)에서는, 상기 Tx 신호의 상승 에지에 대응하는 양의 전하가 디모듈레이션 회로부(910)에 입력될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의한 상기 제2 시간에서는,
Figure 112014090998532-pat00004
스위치들(914a, 914b, 914c, 914d, 914k, 914l, 914o, 914p)이 쇼트되도록 상기 제어부에 의해 제어될 수 있다. 따라서, 상기 제1 피드백 커패시터(911a) 및 상기 제3 피드백 커패시터(911c)의 양단에는 상기 입력된 신호에 따라 상기 전압의 상승에 대응하는 전하 +Q 및 전하 -Q가 축적될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 Rx 회로부(900)에 관한 설명의 편의를 위하여 필요한 경우 상기 스위치들(914a, 914b, 914c, 914d)은 제1 스위칭부(914a, 914b, 914c, 914d)로 통합되어 언급될 수 있다.
도 9c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 제3 시간(예를 들면, Tx 신호의 위상이 도 4의 (c)인 경우)에서는, 상기 Tx 신호의 하강 에지에 대응하는 음의 전하가 상기 디모듈레이션 회로부(910)에 입력될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의한 상기 제3 시간에서는,
Figure 112014090998532-pat00005
스위치들(914e, 914f, 914g, 914h, 914i, 914j, 914m, 914n)이 쇼트되어 상기 제2 피드백 커패시터(911b) 및 상기 제4 피드백 커패시터(911d)에 전하가 축적됨과 동시에, 상기 제1 피드백 커패시터(911a) 및 상기 제3 피드백 커패시터(911c)에 축적된 전하가 출력되도록 상기 제어부에 의해 제어될 수 있다. 상기 어큐뮬레이션 회로부(920)의 제2 적분기(927)에서는 도 9c에 도시된 바와 같이, 양의 전하가 출력되어 상기 디모듈레이션 회로부(910)의 제1 피드백 커패시터(911a) 및 상기 제3 피드백 커패시터(911c)에 축적된 음의 전하를 상쇄하게 된다. 또한, 상기 제1 피드백 커패시터(911a) 및 상기 제3 피드백 커패시터(911c)에 축적된 양의 전하는 어큐뮬레이션 회로부(920)의 제1 적분기(926)에 축적되게 된다. 따라서, 상기 제1 피드백 커패시터(911a) 및 상기 제3 피드백 커패시터(911c) 양단에 축적된 양의 전하와 음의 전하는 어큐뮬레이션 회로부(920)의 제1 적분기(926) 및 제2 적분기(927)에 축적되게 된다.
상술한 바와 같은 기능/기능들 또는 동작/동작들을 통하여, 상기 제1 피드백 커패시터(911a) 및 상기 제3 피드백 커패시터(911c)에 축적된 전하가 상기 어큐뮬레이션 회로부(920)로 출력될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 Rx 회로부(900)에 관한 설명의 편의를 위하여 필요한 경우 상기 스위치들(914e, 914f, 914g, 914h)은, 제2 스위칭부(914e, 914f, 914g, 914h)로 통합되어 언급될 수 있다.
상기 제2 피드백 커패시터(911b) 및 상기 제4 피드백 커패시터(911d)의 양단에는 전하 -Q 및 전하 +Q이 축적될 수 있다.
이와 같이, 상기 제1 피드백 커패시터(911a) 및 상기 제3 피드백 커패시터(911c)(또는 제1 그룹 커패시터)와, 상기 제2 피드백 커패시터(911b) 및 상기 제4 피드백 커패시터(911d)(또는 제2 그룹 커패시터) 각각에는 서로 상이한 패리티 속성을 가지는 전하가 축적되도록 상기 제어부에 의해 제어될 수 있다.
도 9d를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 제4 시간(예를 들면, Tx 신호의 위상이 도 4의 (d)인 경우)에서는, 상기 제2 피드백 커패시터(911b) 및 제4 피드백 커패시터(911d)에 축적된 전하가 출력됨과 동시에, 상기 제1 피드백 커패시터(911a) 및 상기 제3 피드백 커패시터(911c)에 전하가 축적되도록 상기 제어부에 의해 제어될 수 있다. 상기 제4 시간에서 상기 제어부는,
Figure 112014090998532-pat00006
스위치들(914a, 914b, 914c, 914d, 914k, 914l, 914o, 914p)이 쇼트되도록 제어할 수 있다. 상기 제2 피드백 커패시터(911b) 및 상기 제4 피드백 커패시터(911d)에 의하여 출력된 전하/전하들은 상기 어큐뮬레이션 회로부(920)의 제 1 적분기(926)의 커패시터 (926b) 및 제2 적분기(927)의 커패시터(927b)에 지정된 시간 동안 축적될 수 있다. 상기 제1 피드백 커패시터(911a) 및 상기 제3 피드백 커패시터(911c)의 양단에는 전하 +Q 및 전하 -Q가 축적될 수 있다.
상기 어큐뮬레이션 회로부(920)의 제2 적분기(927)에서는 도 9d에 도시된 바와 같이, 양의 전하가 출력되어 상기 디모듈레이션 회로부(910)의 제2 피드백 커패시터(911b) 및 상기 제4 피드백 커패시터(911d)에 축적된 음의 전하를 상쇄하게 된다. 또한, 상기 제2 피드백 커패시터(911b) 및 상기 제4 피드백 커패시터(911d)에 축적된 양의 전하는 어큐뮬레이션 회로부(920)의 제1 적분기(926)에 축적되게 된다. 따라서, 상기 제2 피드백 커패시터(911b) 및 상기 제4 피드백 커패시터(911d) 양단에 축적된 양의 전하와 음의 전하는 어큐뮬레이션 회로부(920)의 제1 적분기(926) 및 제2 적분기(927)에 축적되게 된다.
상기 제어부는, 지정된 횟수(예를 들면, 30회)동안 상기 도 9b 내지 상기 도 9d와 관련하여 설명된 기능/기능들 또는 동작/동작들을 반복적으로 수행하도록 제어할 수 있다. 상기 제어부는, 상기 기능/기능들 또는 동작/동작들을 반복 한 후, 본 발명의 일 실시예에 따른 제5 시간(예를 들면, Tx 신호의 위상이 도 4의 (e)인 경우)에 도달하면, 상기 제1 적분기(926) 및 상기 제2 적분기(927)에 축적된 신호를 출력하도록 제어할 수 있다.
상기 어큐뮬레이션 회로부(920)는, 상기 제1 적분기(926) 및 상기 제2 적분기(927)에 축적된 전하들을 출력하는 신호 출력부(928)를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 복수의 채널들에 포함되는 각각의 어큐뮬레이션 회로부 중 어느 하나의 어큐뮬레이션 회로부에 축적된 신호를 상기 신호 출력부(928)를 통하여 출력하도록 제어할 수 있다. 상기 축적된 신호를 출력하는 어느 하나의 어큐뮬레이션 회로부는 상기 제어부에 의하여 선택될 수 있다. 상기 어큐뮬레이션 회로부(920)는, 상기 어큐뮬레이션 회로부(920)에 입력된 신호를 예를 들면, 두 개의 커패시터(예를 들면, 926b, 927b)에 서로 상반되는 패리티로서 축적하는 구조를 포함하는 바, 상기 신호 출력부(928)에서 출력되는 신호의 차이(예를 들면, (Vp+)-(Vp-))를 감지하면 상기 어큐뮬레이션 회로부(920)에서 하나의 적분기를 사용하여 출력하는 경우보다 두 배의 신호 크기를 가지는 신호를 획득할 수 있다. 또한, 상기 디모듈레이션 회로부(920)에서는 상기 Tx 신호의 상승 에지와 하강 에지에 대응하는 상기 Rx 신호를 서로 상이한 커패시터(예를 들면, 상기 제1 피드백 커패시터(911a)및 상기 제2 피드백 커패시터(911c))에 축적한 후, 서로 상이한 패리티로서 상기 어큐뮬레이션 회로부(920)의 커패시터(926b, 927b)에 축적할 수 있다. 한편, Rx 채널로 유입되는 저주파 노이즈는 Tx 신호와 무관하게 천천히 변하는 전기신호이므로, Tx 신호의 상승 에지와 하강 에지에 관계없이 상이한 커패시터(예를 들면, 상기 제1 피드백 커패시터(911a)및 상기 제2 피드백 커패시터(911c))에 동일하게 축적된 후, 서로 상이한 패리티로서 상기 어큐뮬레이션 회로부(920)의 커패시터(926b, 927b)에 축적되므로 상기 어큐뮬레이션 회로부(920)의 커패시터(926b, 927b)에서 서로 상쇄하게 되어, 높은 SNR(Signal to Noise Ratio)을 얻을 수 있다.
도 10a 내지 도 10f는 노이즈의 제거와 관련된 차동(differential) 모드에서 본 발명의 다른 실시예에 따른 Rx 회로부에서의 신호의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 10a를 참조하면, 사용자의 터치 입력(1040)이 이루어진 경우, Tx 신호에 대응하여 입력되는 신호뿐만 아니라 디스플레이(예를 들면, 터치 스크린 패널부(210)) 등에서 발생한 노이즈가 동시에 Rx 회로부(예를 들면, 1000a)에 입력될 수 있다.
한편, 사용자의 터치 입력(1040)에 따른 신호 변화는 터치 지점(예를 들어 채널 Rx1, 필요에 따라 "제1 채널"이라고 언급하기로 한다)에 국한하여 발생하는 반면, 상기 디스플레이 구동 등에 따라 발생하는 노이즈는 상기 디스플레이에 포함되는 모든 채널에 유사한 형태로 유입될 수 있다. 상기 차동 모드는, 상기 제1 채널 및 상기 제1 채널과 인접한 채널(예를 들어 채널 Rx 2, 필요에 따라 "제2 채널"이라고 언급하기로 한다)에서 수신되는 신호의 차이를 획득하는 차동(differential) 연산을 통하여 상기 노이즈를 제거하여 상기 터치 입력(1040)에 관한 신호만을 출력하는 모드일 수 있다.
도 10b를 참조하면, 상기 차동 연산은, 상기 터치 입력(1040)에 대응한 신호가 입력된 상기 제1 채널의 서브 디모듈레이션 회로부(예를 들면, 제1 서브 디모듈레이션 회로부(1013a))와 상기 제2 채널의 서브 디모듈레이션 회로부(예를 들면, 제2 서브 디모듈레이션 회로부(1014b))에 입력된 신호를 기초로 연산될 수 있다. 이를 위하여 상기 터치 입력(1040)에 대응하는 터치 입력 신호 및 노이즈에 관한 신호는, 도 10b의 1030에 지시된 바와 같이, 상기 제2 채널로 전송될 수 있다. 상기 제2 채널의 Rx 회로부(1000b)로 전송된 터치 입력 신호 및 노이즈에 관한 신호는 상기 제2 채널의 어큐뮬레이션 회로부(1020b)로 전송될 수 있다. 상기 어큐뮬레이션 회로부(1020b) 는, 상기 제1 채널의 제 1 서브 디모듈레이션 회로부(1013a)에 수신된 신호와, 상기 제 2채널의 제 2 서브 디모듈레이션 회로부(1014b)에 수신된 신호의 차이를 연산하여 축적할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 차동 연산에 관한 기능 또는 동작은 제어부(예를 들면, 제어부(230))에 의하여 수행될 수도 있다.
도 10c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 시간(예를 들면, Tx 신호의 위상이 도 4의 (a)인 경우)에서는,
Figure 112014090998532-pat00007
스위치들(또는, 리셋 스위치들, 예를 들면, 1016a, 1016b, 1016c, 1016d, 1016e, 1022, 1023, 1026d, 1026e, 1027d, 1027e)는 지정된 시간동안 쇼트되도록 상기 제어부(예를 들면, 제어부(230))에 의해 제어되어, 연산 증폭기(1012), 제1 피드백 커패시터 내지 상기 제4 피드백 커패시터(1011a, 1011b, 1011c, 1011d)가 리셋되도록 제어될 수 있다. 리셋이 완료되면, 신호의 축적을 위해서
Figure 112014090998532-pat00008
스위치들은 오픈되고,
Figure 112014090998532-pat00009
스위치들(1021a, 1021b, 1024, 1025)은 쇼트되도록 제어될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예들에 따른 Rx 회로부(1000a, 1000b)는, 모드 선택부(1015)를 포함할 수 있다. 차동 모드 동작을 위해서 모드 선택부(1015)의 스위치(1015b)는 오픈되고, 스위치(1015a, 1015c) 는 쇼트되도록 제어될 수 있다.
도 10d를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 제2 시간(예를 들면, Tx 신호의 위상이 도 4의 (b)인 경우)에서는, 상기 전압의 상승에 대응하는 양의 전하가 상기 제1 채널의 디모듈레이션 회로부(1010a)에 입력될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의한 상기 제2 시간에서는,
Figure 112014090998532-pat00010
스위치들(1017a, 1017b, 1017c, 1017d, 1017k, 1017l, 1017o, 1017p)이 쇼트되도록 상기 제어부에 의해 제어될 수 있다. 따라서, 상기 제1 피드백 커패시터(1011a) 및 상기 제3 피드백 커패시터(1011c)의 양단에는 상기 입력된 신호에 따라 상기 전압의 상승에 대응하는 전하 +Q 및 전하 -Q가 축적될 수 있다. 필요에 따라, 상기 스위치들(1017a, 1017b, 1017c, 1017d)은 제1 스위칭부(1017a, 1017b, 1017c, 1017d)로 통합되어 언급될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 차동 모드의 설명의 편의를 위하여, 도 10e 내지 도 10h에 관한 설명에서는, 상기 제1 채널의 제1 서브 디모듈레이션 회로부(1013a) 및 상기 제2 채널의 제2 서브 디모듈레이션 회로부(1014b)가 수행하는 기능/기능들 또는 동작/동작들에 대해서만 설명하기로 한다. 상기 제2 채널의 제1 서브 디모듈레이션 회로부(1013b)는 인접한 다른 채널(예를 들면, 채널 Rx3)과의 관계에서 후술되는 바와 동일한 기능/기능들 또는 동작/동작들이 수행되도록 제어될 수 있다.
도 10e를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 제3 시간(예를 들면, Tx 신호의 위상이 도 4의 (c)인 경우)에서는, 상기 전압의 감소에 대응하는 음의 전하가 상기 제1 채널의 디모듈레이션 회로부(1010a)에 입력될 수 있다. 상기 제3 시간에서는, 스위치들(1017e, 1017f)이 쇼트되어 상기 디모듈레이션 회로부(1010a)의 상기 제2 피드백 커패시터(1011b)에 상기 음의 전하가 축적됨과 동시에, 상기 제1 피드백 커패시터(1011a)에 축적된 전하가 출력되도록 상기 제어부에 의해 제어될 수 있다. 상기 출력된 전하는 상기 제1 채널과 인접한 채널인 상기 제2 채널로 전송될 수 있다.
도 10f를 참조하면, 상기 제2 채널로 전송된 상기 전하는 도 10f에 도시된 바와 같이 제2 채널의 어큐뮬레이션 회로부로 전송되어 커패시터(1026b) 및 커패시터(1027b)에 축적될 수 있다. 상기 제2 채널로 전송된 상기 전하가 상기 제 2채널의 어큐뮬레이션 회로부에 축적되는 기능 또는 동작은, 제 1 채널 및 제2 채널 의 모드 선택부(1015)에 포함되는 교차부(1015d)에 의하여 Parity 가 바뀌어서 수행된다. 상기 교차부(1015d)를 통하여, 상기 제1 채널로부터 전송된 신호는 제2 채널에서 수신된 신호와는 반대 방향으로 어큐뮬레이션 회로부에 축적되도록 구성된다. 따라서, 차동모드에서는 제 1채널과 제 2채널에 수신된 신호의 차이가 축적되어 공통으로 유입되는 노이즈를 상쇄할 수 있게 된다.
도 10g를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 제4 시간(예를 들면, Tx 신호의 위상이 도 4의 (d)인 경우)에서는, 상기 제2 피드백 커패시터(1011b) 에 축적된 전하가 출력됨과 동시에, 상기 제1 피드백 커패시터(1011a)에는 상기 Tx 구동 신호에 대응하는 전하가 축적되도록 상기 제어부에 의해 제어될 수 있다. 상기 제2 피드백 커패시터(1011b)로부터 출력된 전하들은 상기 제1 채널과 인접한 제2 채널로 전송될 수 있다.
도 10h를 참조하면, 상기 제4 시간에서, 상기 제1 채널로부터 출력되어 상기 제2 채널로 전송된 전하는 상기 제2 채널의 어큐뮬레이션 회로부로 커패시터(1026b) 및 커패시터(1027b)에 축적될 수 있다. 상기 제 1채널로부터 상기 제2 채널로 전송된 전하가 상기 제 2채널의 어큐뮬레이션 회로부에 축적되는 기능 또는 동작은, 제 1 채널 및 제2 채널의 모드 선택부(1015)에 포함되는 교차부(1015d)를 거쳐서 수행되므로, 제 2채널의 커패시터 1011d 와는 상이한 Parity 로 축적된다. 따라서, 두 채널에 수신된 신호의 차이가 어큐뮬레이션 회로부에 축적되며 공통으로 유입되는 노이즈는 서로 상쇄하게 된다.
상기 제어부는, 지정된 횟수(예를 들면, 30회)동안 상기 도 10d 내지 상기 도 10h와 관련하여 설명된 기능/기능들 또는 동작/동작들을 반복적으로 수행하도록 제어할 수 있다. 상기 제어부는, 상기 기능/기능들 또는 동작/동작들을 반복 한 후, 본 발명의 일 실시예에 따른 제5 시간(예를 들면, Tx 신호의 위상이 도 4의 (e)인 경우)에 도달하면, 상기 제1 적분기(926) 및 상기 제2 적분기(927)에 축적된 출력하도록 제어할 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 Rx 회로부가 터치 입력에 따라 지정된 시간 동안 상기 터치 입력과 관련된 신호를 반복적으로 축적하는 기능 또는 동작을 설명하기 위한 도면이다
도 11을 참조하면, 상기 Tx 신호가 입력되는 경우, 도 11의 1100a 및 1100b에 의하여 지시되는 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 어큐뮬레이션 회로부(예를 들면, 어큐뮬레이션 회로부(920))에서 신호의 축적이 소정의 시간 또는 소정의 횟수 반복적으로 수행됨으로써 상기 터치 입력에 대한 감도를 향상시킬 수 있는 바, 보다 정확한 터치 입력을 감지할 수 있는 효과가 있다.
본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 실시예에 따른 의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 실시예의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시예의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 따라서 본 발명의 다양한 실시예들의 범위는 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 다양한 실시예들의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 다양한 실시예들의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
200 : Tx 회로부
210 : 터치스크린 패널부
220 : Rx 회로부
222 : 디모듈레이션 회로부
224 : 어큐뮬레이션 회로부

Claims (20)

  1. 물체의 접촉에 따른 정전용량의 변화를 측정하여 물체의 접촉 위치를 측정하는 터치 감지 장치에 있어서,
    Tx 안테나(Antenna) 혹은 Rx 안테나로 기능하는 채널 전극들이 배치되어 복수의 전극 패턴을 형성하는 터치스크린 패널부;
    상기 채널 전극과 연결되어 상기 터치스크린 패널부에 전기신호를 인가하는 Tx 회로부;
    상기 채널 전극들과 연결되어 상기 복수의 전극 패턴에서 변화하는 정전 용량을 감지하는 Rx 회로부; 및
    상기 터치스크린 패널부, Tx 회로부 및 Rx 회로부를 제어하는 제어부를 포함하되,
    상기 Rx 회로부는, 디모듈레이션(demodulation) 회로부를 포함하고,
    상기 디모듈레이션 회로부는, 연산 증폭기 및 상기 연산 증폭기와 전기적으로 연결된 복수 개의 피드백 커패시터를 포함하며,
    상기 제어부는, 상기 복수 개의 피드백 커패시터 중 제 1 그룹 커패시터와 제 2 그룹 커패시터 각각에 서로 다른 패리티(parity) 속성을 가지는 신호에 관한 전하가 축적되도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 터치 감지 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 Rx 회로부는, 상기 피드백 커패시터의 출력 신호를 누적하여 출력하는 어큐뮬레이션(Accumulation) 회로부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 터치 감지 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 어큐뮬레이션 회로부는, 제 1 적분기 및 제 2 적분기를 포함하고,
    상기 복수 개의 피드백 커패시터 각각의 양단은, 각각 제 1 적분기 및 제 2 적분기 입력단에 연결되는 것을 특징으로 하는, 터치 감지 장치.
  4. 제 3항에 있어서
    상기 제 1 적분기 및 제 2 적분기 각각은, 연산 증폭기 및 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는, 터치 감지 장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 Rx 회로부는, 상기 제 1 적분기 및 제 2 적분기에 의하여 출력된 값의 차이를 감지하는 것을 특징으로 하는, 터치 감지 장치.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 어큐뮬레이션 회로부는, 상기 서로 다른 채널 전극에 연결된 상기 디모듈레이션 회로부에 포함되는 복수 개의 커패시터에 의하여 출력되는 신호를 수신하여, 상기 서로 다른 채널 전극에 의하여 출력되는 신호의 크기 차이를 감지하는 것을 특징으로 하는, 터치 감지 장치.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 어큐뮬레이션 회로부는, 상기 디모듈레이션 회로부에 포함되는 복수 개의 커패시터에 의하여 출력되는 신호를 수신하여, 상기 어큐뮬레이션 회로부 내의 동일한 커패시터에 축적하여 출력하는 것을 특징으로 하는, 터치 감지 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 그룹 커패시터의 양단과 상기 디모듈레이션 회로부에 포함되는 연산 증폭기는, 상기 전기신호의 제1 위상에서 단락(short)되도록 제어되는 제1 스위칭부를 통하여 연결되는 것을 특징으로 하는, 터치 감지 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 그룹 커패시터의 양단과 상기 디모듈레이션 회로부에 포함되는 연산 증폭기는, 상기 전기신호의 제2 위상에서 단락되도록 제어되는 제2 스위칭부를 통하여 연결되는 것을 특징으로 하는, 터치 감지 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제1 스위칭부와 상기 제2 스위칭부가 서로 상이한 시간에 단락되도록 제어하여, 상기 제1 그룹 커패시터 및 상기 제2 그룹 커패시터 각각에 서로 다른 패리티(parity) 속성을 가지는 신호 전하가 축적되도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 터치 감지 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제1 그룹 커패시터 및 상기 제2 그룹 커패시터 중 어느 한 그룹의 커패시터를 축적하는 동안, 다른 한 그룹의 커패시터는 축적된 전하를 출력하도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 터치 감지 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 그룹 커패시터는, 양의 패리티 속성을 가지는 신호에 관한 전하를 축적하는 제1 피드백 커패시터 및 제3 피드백 커패시터를 포함하고,
    상기 제2 그룹 커패시터는, 음의 패리티 속성을 가지는 신호에 관한 전하를 축적하는 제2 피드백 커패시터 및 제4 피드백 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는, 터치 감지 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 피드백 커패시터 및 상기 제3 피드백 커패시터는, 서로 동일한 정전 용량(capacitance)을 가지고,
    상기 제2 피드백 커패시터 및 상기 제4 피드백 커패시터는 서로 동일한 정전 용량(capacitance)을 가지는 것을 특징으로 하는, 터치 감지 장치.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 제1 피드백 커패시터 내지 제4 피드백 커패시터는 서로 동일한 정전 용량(capacitance)을 가지는 것을 특징으로 하는, 터치 감지 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 어큐뮬레이션 회로부는, 서로 다른 채널 전극으로부터 서로 동일한 패리티의 신호를 수신하는 피드백 커패시터에 축적된 전하량의 차이 또는 서로 다른 채널 전극으로부터 서로 상이한 패리티의 신호를 수신하는 피드백 커패시터에 축적된 전하량의 합을 축적하여 출력하는 것을 특징으로 하는, 터치 감지 장치.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 제1 피드백 커패시터 내지 상기 제4 피드백 커패시터의 양단은, 상기 어큐뮬레이션 회로부에 포함되는 제1 적분기 및 제2 적분기의 입력단과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 터치 감지 장치.
  17. 삭제
  18. 물체의 접촉에 따른 정전용량의 변화를 측정하여 물체의 접촉 위치를 측정하는 터치 감지 장치에 있어서,
    Tx 안테나(Antenna) 혹은 Rx 안테나로 기능하는 채널 전극들이 배치되어 복수의 전극 패턴을 형성하는 터치스크린 패널부;
    상기 채널 전극과 연결되어 상기 터치스크린 패널부에 전기신호를 인가하는 Tx 회로부;
    상기 채널 전극들과 연결되어 상기 복수의 전극 패턴에서 변화하는 정전 용량을 감지하는 Rx 회로부; 및
    상기 터치스크린 패널부, Tx 회로부 및 Rx 회로부를 제어하는 제어부를 포함하되,
    상기 Rx 회로부는, 디모듈레이션(demodulation) 회로부를 포함하고,
    상기 디모듈레이션 회로부는, 연산 증폭기 및 상기 연산 증폭기와 전기적으로 연결된 복수 개의 피드백 커패시터를 포함하며,
    상기 피드백 커패시터의 출력 신호를 누적하여 출력하는 어큐뮬레이션(Accumulation) 회로부를 더 포함하며;
    상기 제어부는, 상기 복수 개의 피드백 커패시터 중 제 1 그룹 커패시터와 제 2 그룹 커패시터 각각에 서로 다른 패리티(parity) 속성을 가지는 신호에 관한 전하가 축적되도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 터치 감지 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 어큐뮬레이션 회로부는, 동일한 채널전극에 연결된 상기 제1 그룹 커패시터와 제2 그룹 커패시터에 축적된 전하를 서로 상이한 패리티로 연결하여 축적하는 어큐물레이션 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는, 터치 감지 장치.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 어큐뮬레이션 회로부는, 서로 상이한 채널전극에 연결된 서로 상이한 그룹의 커패시터에 축적된 전하를 동일한 패리티로 연결하여 축적하거나, 또는 서로 동일한 그룹의 커패시터에 축적된 전하를 서로 상이한 패리티로 연결하여 축적하는 어큐물레이션 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는, 터치 감지 장치.
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