KR102387850B1 - 공통-모드 소거를 위한 액티브 매트릭스 용량성 센서 - Google Patents

공통-모드 소거를 위한 액티브 매트릭스 용량성 센서 Download PDF

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Abstract

본 개시물은 일반적으로, 전극들에 대응하는 용량성 감지 신호들을 측정하는 매트릭스로 배열된 센서 전극들에 커플링된 복수의 센서 모듈들을 포함하는 입력 디바이스를 제공한다. 감지되고 있는 센서 전극과 매트릭스에서의 그 이웃들 간의 용량성 커플링의 효과를 완화시키기 위해, 입력 디바이스는, 감지되고 있는 센서 전극과 그 이웃들 간의 전압 차이가 거의 또는 전혀 없도록 선택된 센서 전극과 동일한 방식으로 이웃하는 전극들을 구동시킨다. 예를 들어, 구동 페이즈 동안, 감지되고 있는 전극 및 이웃하는 전극들은 동일한 충전 전압에 커플링된다. 판독 페이즈 동안, 이웃하는 전극들 및 선택된 전극은 동일한 기준 전압 - 예를 들어, 그라운드 - 에 커플링될 수도 있으므로, 다시 전극들 간의 전압 차이가 존재하지 않는다.

Description

공통-모드 소거를 위한 액티브 매트릭스 용량성 센서
본 발명은 일반적으로, 전자 디바이스들에 관한 것이다.
근접 센서 디바이스들 (또한, 보통 터치패드들 또는 터치 센서 디바이스들로 지칭됨) 을 포함하는 입력 디바이스들은 다양한 전자 시스템들에서 널리 사용된다. 근접 센서 디바이스는 통상적으로, 표면에 의해 종종 디마킹된 감지 영역을 포함하고, 여기서 근접 센서 디바이스는 하나 이상의 입력 객체들의 존재, 로케이션 및/또는 모션을 결정한다. 일 예에서, 감지 영역은 감지 영역과 상호작용하는 입력 객체 (예를 들어, 손가락 또는 스타일러스) 에서 비롯되는 커패시턴스에서의 변화들을 측정하는데 사용된 감지 전극들을 포함한다. 그러나, 감지 전극과 이웃하는 감지 전극들 간의 커패시턴스로 인한 공통 모드 커플링은 감지 전극과 입력 객체 간의 커패시턴스 값들을 측정하는 것과 간섭할 수 있다. 또한, 입력 디바이스는, 감지 전극과 입력 객체 간의 커패시턴스보다 큰 자릿수들일 수 있는 감지 전극 상의 신호들을 도출하는데 사용된 출력 라인에 대응하는 기생 커패시턴스를 가질 수도 있다. 공통 모드 커플링 및 기생 커패시턴스의 효과들은 감지 전극과 입력 객체 간의 더 작은 커패시턴스를 측정하는 것을 더 어렵게 만든다.
본원에 설명된 일 실시형태는 용량성 감지 (capacitive sensing) 를 수행하기 위한 프로세싱 시스템이다. 프로세싱 시스템은, 제 1 기간 동안, 제 1 센서 전극 및 제 2 센서 전극에 충전 전압을 인가하도록 구성된 선택 로직으로서, 여기서 제 2 센서 전극은 센서 전극 매트릭스에서 제 1 센서 전극에 이웃하는, 상기 선택 로직을 포함한다. 프로세싱 시스템은, 제 2 기간 동안, 충전 전압을 인가하는 것에서 비롯되는 제 1 센서 전극 상에 저장된 제 1 전하를 측정하도록 구성된 센서 회로로서, 여기서 선택 로직은 제 2 기간 동안 제 2 센서 전극을 기준 전압으로 바이어싱하도록 구성되는, 상기 센서 회로를 포함한다.
본원에 설명된 다른 실시형태는 매트릭스로 배열된 복수의 센서 전극들을 포함하는 입력 디바이스이다. 입력 디바이스는, 제 1 기간 동안, 제 1 센서 전극 및 매트릭스에서 제 1 센서 전극에 이웃하는 제 2 센서 전극에 충전 전압을 인가하고, 제 2 기간 동안, 충전 전압을 인가하는 것에서 비롯되는 제 1 센서 전극 상에 저장된 제 1 전하를 측정하며, 제 2 기간 동안 제 2 센서 전극을 기준 전압으로 바이어싱하도록 구성된 프로세싱 시스템을 포함한다.
본원에 설명된 다른 실시형태는 용량성 감지를 수행하는 방법이다. 방법은, 제 1 기간 동안, 제 1 센서 전극 및 센서 전극 매트릭스에서 제 1 센서 전극에 이웃하는 제 2 센서 전극에 충전 전압을 인가하는 단계, 제 2 기간 동안, 충전 전압을 인가하는 것에서 비롯되는 제 1 센서 전극 상에 저장된 제 1 전하를 측정하는 단계, 및 제 2 기간 동안 제 2 센서 전극을 기준 전압으로 바이어싱하는 단계를 포함한다.
본원에 설명된 다른 실시형태는 매트릭스로 배열된 복수의 센서 전극들을 포함하는 입력 디바이스이다. 입력 디바이스는 매트릭스에서의 제 1 및 제 2 센서 전극들을 제 1 데이터 라인에 선택적으로 커플링하는 제 1 및 제 2 행의 선택 라인들을 포함한다. 입력 디바이스는 또한, 제 1 기간 동안, 제 1 데이터 라인을 사용하여 제 1 센서 전극에 충전 전압을 인가하고, 제 1 기간 동안, 제 2 데이터 라인을 사용하여 매트릭스의 제 3 센서 전극에 충전 전압을 인가하며, 제 2 기간 동안, 제 1 데이터 라인을 사용하여 충전 전압을 인가하는 것에서 비롯되는 제 1 센서 전극 상에 저장된 전하를 측정하도록 구성된 프로세싱 시스템을 포함하고, 여기서 제 2 센서 전극 및 제 3 센서 전극은 제 2 기간 동안 전기적으로 플로팅된다.
본 발명의 예시적인 실시형태는 이하에서, 첨부된 도면들과 관련되어 설명될 것이고, 여기서 유사한 지정들은 유사한 엘리먼트들을 가리킨다.
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 입력 디바이스를 포함하는 예시적인 시스템의 블록도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 매트릭스 센서 어레인지먼트를 포함하는 입력 디바이스이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 입력 객체를 검출하기 위한 센서 레이아웃을 예시한다.
도 4 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 입력 객체를 검출하기 위한 센서 모듈을 예시한다.
도 5 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 도 3 및 도 4 의 회로부에 대응하는 타이밍 다이어그램이다.
도 6a 내지 도 6c 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 도 3 의 센서 레이아웃의 일부의 동등한 회로 다이어그램들을 예시한다.
도 7a 내지 도 7c 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 센서 전극들을 동작시키는 감지 패턴들을 예시한다.
도 8 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 입력 객체를 검출하기 위한 센서 레이아웃을 예시한다.
도 9 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 도 8 의 센서 레이아웃의 타이밍 다이어그램이다.
다음의 상세한 설명은 단지 사실상 예시적이고, 본 발명 또는 본 발명의 애플리케이션 및 사용들을 제한하도록 의도되지 않는다. 또한, 앞선 기술 분야, 배경, 요약 또는 다음의 상세한 설명에 제시되는 임의의 표현된 또는 암시된 이론에 얽매일 의도는 없다.
본 발명의 다양한 실시형태들은 입력 디바이스들 및 개선된 사용성을 용이하게 하는 방법들을 제공한다. 일 실시형태에서, 입력 디바이스는 공통 표면 또는 평면 상에 행들로 배열된 복수의 센서 전극들을 포함하는 매트릭스 센서를 포함한다. 입력 디바이스는 전극들에 대응하는 용량성 감지 신호들을 측정하는 센서 전극들에 커플링된 복수의 센서 모듈들을 포함할 수도 있다. 차지 페이즈 동안, 입력 디바이스는 매트릭스 센서의 전극들 중 적어도 하나에 충전 전압을 인가한다. 선택된 센서 전극 상에 축적된 전하의 양은 센서 전극과 입력 객체 (예를 들어, 손가락) 간의 용량성 커플링에 의존한다. 판독 페이즈 동안, 입력 디바이스는 차지 페이즈 동안 센서 전극 상에 축적된 전하의 양을 측정한다. 일 실시형태에서, 측정된 전하는 입력 객체의 특정 피처 (feature) 에 상관될 수 있다. 예를 들어, 지문 센서로서 사용된 경우, 입력 디바이스는 측정된 전하에 따라 손가락에서의 밸리 (valley) 들 및 리지 (ridge) 들을 검출할 수 있다.
그러나, 선택된 센서 전극과 입력 객체 간의 용량성 커플링은 차지 페이즈 동안 전극 상에 저장된 전하의 양에 영향을 줄 수 있는 유일한 커패시턴스는 아니다. 지문 센서로서 사용된 경우 매트릭스 센서에서 선택된 전극과 이웃하는 센서 전극들 간의 용량성 커플링은, 손가락의 리지에서 선택된 전극 간의 용량성 커플링 및 손가락의 밸리에서 선택된 전극 간의 용량성 커플링의 차이와 동일한 자릿수일 수 있다. 이 용량성 커플링은 입력 객체에 대한 용량성 커플링에 기여 가능한 전하를 측정하는 것을 더 어렵게 만들 수 있기 때문에, 본원의 실시형태들은 선택된 센서 전극과 동일한 방식으로 이웃하는 전극들을 구동시킨다. 일 실시형태에서, 차지 페이즈 동안 선택된 전극 및 이웃하는 전극들은 충전 전압에 커플링된다. 이들 전극들 간의 전압 차이가 존재하지 않기 때문에, 이웃하는 전극들에 대한 용량성 커플링은 차지 페이즈 동안 선택된 전극 상에 저장된 전하의 양에 영향을 주지 않는다. 유사하게, 판독 페이즈 동안, 이웃하는 전극들 및 선택된 전극은 동일한 기준 전압 - 예를 들어, 그라운드에 커플링될 수도 있으므로, 다시 전극들 간의 전압 차이는 없다. 이 방식에서, 선택된 센서 전극과 그 이웃들 간의 기생 커패시턴스의 효과들이 완화 또는 제거될 수 있다.
다른 실시형태에서, 차지 및 판독 페이즈들 동안 선택된 전극 및 이웃하는 전극에 동일한 전압들을 인가하는 대신에, 입력 디바이스는 이웃하는 전극들을 플로팅한다. 차지 페이즈 동안, 선택된 전극과 이웃하는 전극 간의 용량성 커플링 때문에 선택된 전극들 상에는 전하가 축적된다; 그러나, 이 전하는, 선택된 전극 및 이웃하는 전극들이 0 에서 바이어싱되기 때문에 판독 페이즈 동안 판독되지 않는다. 결과적으로, 동일한 크기이지만 반대 극성의 전하가 이웃하는 픽셀로 트랜스퍼된다. 따라서, 이웃하는 전하가 플로팅되고 있으면, 차지 및 판독 페이즈들 동안 선택된 전극의 안 및 밖으로 유동하는 순 (net) 전하는 0 이다.
이제 도면들로 돌아가면, 도 1 은 본 발명의 실시형태들에 따른 예시적인 입력 디바이스 (100) 의 블록도이다. 입력 디바이스 (100) 는 전자 시스템 (미도시) 에 입력을 제공하도록 구성될 수도 있다. 본 문헌에서 사용된 바와 같이, 용어 "전자 시스템" (또는 "전자 디바이스") 은 정보를 전자적으로 프로세싱할 수 있는 임의의 시스템을 광범위하게 지칭한다. 전자 시스템들의 일부 비-제한적 예들은 모든 사이즈들 및 형상들의 퍼스널 컴퓨터들, 예컨대 데스크톱 컴퓨터들, 랩톱 컴퓨터들, 넷북 컴퓨터들, 태블릿들, 웹 브라우저들, 전자책 (e-book) 판독기들, 및 개인 휴대 정보 단말기 (PDA)들을 포함한다. 추가적인 예시의 전자 시스템들은 혼성 입력 디바이스들, 예컨대 입력 디바이스 (100) 를 포함하는 물리적 키보드들 및 별개의 조이스틱들 또는 키 스위치들을 포함한다. 추가의 예시의 전자 시스템들은 주변기기들, 예컨대 (원격 제어들 및 마우스들을 포함하는) 데이터 입력 디바이스들, 및 (디스플레이 스크린들 및 프린터들을 포함하는) 데이터 출력 디바이스들을 포함한다. 다른 예들은 원격 단말들, 키오스크들, 및 비디오 게임 머신들 (예를 들어, 비디오 게임 콘솔들, 휴대용 게이밍 디바이스들 등) 을 포함한다. 다른 예들은 (스마트 폰들과 같은 셀룰러 폰들을 포함하는) 통신 디바이스들, 및 (레코더들, 에디터들, 및 플레이어들, 예컨대 텔레비전들, 셋-톱 박스들, 뮤직 플레이어들, 디지털 포토 프레임들, 및 디지털 카메라들을 포함하는) 미디어 디바이스들을 포함한다. 부가적으로, 전자 시스템은 입력 디바이스에 대해 호스트 또는 슬레이브일 수 있다.
입력 디바이스 (100) 는 전자 시스템의 물리적 부분으로서 구현될 수 있고, 또는 전자 시스템으로부터 물리적으로 분리될 수 있다. 적합한 것으로서, 입력 디바이스 (100) 는 다음: 버스들, 네트워크들, 및 다른 유선 또는 무선 인터커넥션들 중 임의의 하나 이상을 사용하여 전자 시스템의 부분들과 통신할 수도 있다. 예들은, I2C, SPI, PS/2, 범용 직렬 버스 (USB), 블루투스, RF, 및 IRDA 를 포함한다.
도 1 에서, 입력 디바이스 (100) 는 감지 영역 (120) 에서 하나 이상의 입력 객체들 (140) 에 의해 제공된 입력을 감지하도록 구성된 근접 센서 디바이스 (또한, "터치패드" 또는 "터치 센서 디바이스" 로서 종종 지칭됨) 로서 도시된다. 예시의 입력 객체들은, 도 1 에 도시된 바와 같이, 손가락들 및 스타일러스를 포함한다. 일 실시형태에서, 입력 디바이스 (100) 는 지문을 형성하도록 사용될 수 있는 리지들 및 밸리들과 같은 손가락에서의 상이한 피처들을 감지하는 지문 센서이다. 지문 센서는, 사용자가 그들의 손가락을 센서 위에서 움직일 때 일련의 스캔들로부터 지문 이미지가 재구성되는 스와이프 센서, 또는 사용자가 그녀의 손가락을 감지 영역 (120) 의 고정된 로케이션에서 홀딩할 때 단일의 스캔으로부터 지문의 충분한 영역이 캡처될 수 있는 배치 센서일 수도 있다.
감지 영역 (120) 은, 입력 디바이스 (100) 가 사용자 입력 (예를 들어, 하나 이상의 입력 객체들 (140) 에 의해 제공된 사용자 입력) 을 검출할 수 있는 입력 디바이스 (100) 의 위, 주위, 내부 및/또는 부근의 임의의 공간을 포함한다. 특정 감지 영역들의 사이즈들, 형상들, 및 로케이션들은 실시형태마다 광범위하게 변할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 신호-대-잡음 비들이 충분히 정확한 객체 검출을 막을 때까지, 감지 영역 (120) 은 입력 디바이스 (100) 의 표면으로부터 하나 이상의 방향들에서 공간으로 확장한다. 이 감지 영역 (120) 이 특정 방향으로 확장하는 거리는, 다양한 실시형태들에서 밀리미터 미만, 밀리미터들, 센티미터들, 또는 그 이상 정도일 수도 있고, 사용된 감지 기술의 유형 및 원하는 정확도 에 따라 상당히 달라질 수도 있다. 따라서, 일부 실시형태들은 입력 디바이스 (100) 의 임의의 표면들과의 비 접촉, 입력 디바이스 (100) 의 입력 표면 (예를 들어, 터치 표면) 과의 접촉, 어느 양의 인가된 힘 또는 압력으로 커플링된 입력 디바이스 (100) 의 입력 표면과의 접촉, 및/또는 이들의 조합을 포함하는 입력을 감지한다. 다양한 실시형태들에서, 입력 표면들은 센서 전극들이 상주하는 케이싱들의 표면들에 의해, 센서 전극들 위에 도포된 페이스 시트들 또는 임의의 케이싱들 등에 의해 제공될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 감지 영역 (120) 은 입력 디바이스 (100) 의 입력 표면 위로 프로젝팅되는 경우 직사각형 형상을 갖는다. 다른 실시형태에서, 감지 영역 (120) 은 손가락 끝의 형상을 따르는 원형 형상을 갖는다.
입력 디바이스 (100) 는 감지 영역 (120) 에서 사용자 입력을 검출하도록 센서 컴포넌트들 및 감지 기술들의 임의의 조합을 이용할 수도 있다. 입력 디바이스 (100) 는 사용자 입력을 검출하기 위한 하나 이상의 감지 엘리먼트들을 포함한다.
일부 구현들은 1, 2, 3, 또는 더 높은 차원의 공간들에 걸쳐 있는 이미지들을 제공하도록 구성된다. 일부 구현들은 특정 축들 또는 평면들을 따라 입력의 프로젝션들을 제공하도록 구성된다.
입력 디바이스 (100) 의 일부 용량성 구현들에서, 전압 및 전류가 인가되어 전계를 생성한다. 부근의 입력 객체들은 전계에서의 변화들을 야기하고, 전압, 전류 등의 변화들로서 검출될 수도 있는 용량성 커플링에서의 검출 가능한 변화들을 생성한다.
일부 용량성 구현들은 용량성 감지 엘리먼트들의 어레이들 또는 다른 규칙적인 또는 불규칙적인 패턴들을 이용하여 전계들을 생성한다. 일부 용량성 구현들에서, 별개의 감지 엘리먼트들이 저항 방식으로 (ohmicaliy) 함께 단락되어 더 큰 센서 전극들을 형성할 수도 있다. 일부 용량성 구현들은 균일하게 저항성일 수도 있는, 저항성 시트들을 이용한다.
일부 용량성 구현들은 센서 전극들과 입력 객체 간의 용량성 커플링의 변화들에 기초한 "자기 커패시턴스" (또는 "절대 커패시턴스") 감지 방법들을 이용한다. 다양한 실시형태들에서, 센서 전극들 부근의 입력 객체는 센서 전극들 부근의 전계를 변경시켜, 따라서 측정된 용량성 커플링을 변화시킨다. 일 구현에서, 절대 커패시턴스 감지 방법은 기준 전압 (예를 들어, 시스템 그라운드) 에 대하여 센서 전극들을 조절함으로써, 그리고 센서 전극들과 입력 객체들 간의 용량성 커플링을 검출함으로써 동작한다.
일부 용량성 구현들은 센서 전극들 간의 용량성 커플링에서의 변화들에 기초한 "상호 커패시턴스" (또는 "트랜스커패시턴스") 감지 방법들을 이용한다. 다양한 실시형태들에서, 센서 전극들 부근의 입력 객체는 센서 전극들 간의 전계를 변경시켜, 따라서 측정된 용량성 커플링을 변화시킨다. 일 구현에서, 트랜스커패시티브 감지 방법은 하나 이상의 송신기 센서 전극들 (또한, "송신기 전극들" 또는 "송신기들") 과 하나 이상의 수신기 센서 전극들 (또한, "수신기 전극들" 또는 "수신기들") 간의 용량성 커플링을 검출함으로써 동작한다. 송신기 센서 전극들은 송신기 신호들을 송신하도록 기준 전압 (예를 들어, 시스템 그라운드) 에 관하여 조절될 수도 있다. 수신기 센서 전극들은 기준 전압에 관하여 실질적으로 일정하게 유지되어, 결과의 신호들의 수신을 용이하게 할 수도 있다. 결과의 신호는 하나 이상의 송신기 신호들에, 및/또는 환경적 간섭의 하나 이상의 소스들 (예를 들어, 다른 전자기 신호들) 에 대응하는 효과(들)을 포함할 수도 있다. 센서 전극들은 전용 송신기들 또는 수신기들일 수도 있고, 또는 송신 및 수신 양자 모두를 행하도록 구성될 수도 있다.
도 1 에서, 프로세싱 시스템 (110) 은 입력 디바이스 (100) 의 부분으로서 도시된다. 프로세싱 시스템 (110) 은 입력 디바이스 (100) 의 하드웨어를 동작시켜 감지 영역 (120) 에서 입력을 검출하도록 구성된다. 프로세싱 시스템 (110) 은 하나 이상의 집적 회로 (IC)들 및/또는 다른 회로부 컴포넌트들의 부분들 또는 전부를 포함한다. 예를 들어, 상호 커패시턴스 센서 디바이스에 대한 프로세싱 시스템은 송신기 센서 전극들을 갖고 신호들을 송신하도록 구성된 송신기 회로부, 및/또는 수신기 센서 전극들을 갖고 신호들을 수신하도록 구성된 수신기 회로부를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 프로세싱 시스템 (110) 은 또한, 전자적으로-판독 가능한 명령들, 예컨대 펌웨어 코드, 소프트웨어 코드 및/또는 등을 포함한다. 일부 실시형태들에서, 프로세싱 시스템 (110) 을 구성하는 컴포넌트들은, 예컨대 입력 디바이스 (100) 의 감지 엘리먼트(들) 부근에 함께 위치된다. 다른 실시형태들에서, 프로세싱 시스템 (110) 의 컴포넌트들은 입력 디바이스 (100) 의 감지 엘리먼트(들)에 가까운 하나 이상의 컴포넌트들, 및 그 밖에 곳의 하나 이상의 컴포넌트들과 물리적으로 분리된다. 예를 들어, 입력 디바이스 (100) 는 데스크톱 컴퓨터에 커플링된 주변기기일 수도 있고, 프로세싱 시스템 (110) 은 데스크톱 컴퓨터의 중앙 처리 장치 및 중앙 처리 장치와 별개인 (아마도, 연관된 펌웨어를 갖는) 하나 이상의 IC들 상에서 실행하도록 구성된 소프트웨어를 포함할 수도 있다. 다른 예로서, 입력 디바이스 (100) 는 폰에 물리적으로 통합될 수도 있고, 프로세싱 시스템 (110) 은 폰의 메인 프로세서의 부분인 펌웨어 및 회로들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 프로세싱 시스템 (110) 은 입력 디바이스 (100) 를 구현하는 것에 전용된다. 다른 실시형태들에서, 프로세싱 시스템 (110) 은 또한, 다른 기능들, 예컨대 디스플레이 스크린들을 동작시키는 것, 햅틱 액츄에이터들을 구동시키는 것 등을 수행한다.
프로세싱 시스템 (110) 은 프로세싱 시스템 (110) 의 상이한 기능들을 핸들링하는 모듈들의 세트로서 구현될 수도 있다. 각각의 모듈은 프로세싱 시스템 (110) 의 부분인 회로부, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 조합을 포함할 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 모듈들의 상이한 조합들이 사용될 수도 있다. 예시의 모듈들은 센서 전극들 및 디스플레이 스크린들과 같은 하드웨어를 동작시키는 하드웨어 동작 모듈들, 센서 신호들 및 위치 정보와 같은 데이터를 프로세싱하는 데이터 프로세싱 모듈들, 및 정보를 보고하는 보고 모듈들을 포함한다. 추가의 예시의 모듈들은 감지 엘리먼트(들)을 동작시켜 입력을 검출하도록 구성된 센서 동작 모듈들, 모드 변화 제스처들과 같은 제스처들을 식별하도록 구성된 식별 모듈들, 및 동작 모드들을 변화시키는 모드 변화 모듈들을 포함한다.
일부 실시형태들에서, 프로세싱 시스템 (110) 은 하나 이상의 액션들을 야기함으로써 감지 영역 (120) 에서 사용자 입력 (또는 사용자 입력의 부족) 에 직접적으로 응답한다. 예시의 액션들은 동작 모드들 (예를 들어, 사용자 디바이스를 언록킹하는 것 또는 검출된 지문을 사용하여 보안 데이터에 액세스를 제공하는 것), 뿐만 아니라 GUI 액션들, 예컨대 커서 이동, 선택, 메뉴 네비게이션, 및 다른 기능들을 변화시키는 것을 포함한다. 일부 실시형태들에서, 프로세싱 시스템 (110) 은 입력 (또는 입력의 부족) 에 관한 정보를 전자 시스템의 일부 부분에 (예를 들어, 이러한 별개의 중앙 처리 시스템이 존재하면, 프로세싱 시스템 (110) 과는 별개인 전자 시스템의 중앙 프로세싱 시스템에) 제공한다. 일부 실시형태들에서, 전자 시스템의 일부 부분은 사용자 입력에 대해 작용하도록, 예컨대 모드 변화 액션들 및 GUI 액션들을 포함하는 전체 범위의 액션들을 용이하게 하도록 프로세싱 시스템 (110) 으로부터 수신된 정보를 프로세싱한다.
예를 들어, 일부 실시형태들에서, 프로세싱 시스템 (110) 은 감지 영역 (120) 에서의 입력 (또는 입력의 부족) 을 나타내는 전기 신호들을 생성하도록 입력 디바이스 (100) 의 감지 엘리먼트(들)을 동작시킨다. 프로세싱 시스템 (110) 은 전자 시스템에 제공된 정보를 생성하는데 있어서 전기 신호들에 대해 임의의 적합한 양의 프로세싱을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 프로세싱 시스템 (110) 은 센서 전극들로부터 획득된 아날로그 전기 신호들을 디지털화할 수도 있다. 다른 예로서, 프로세싱 시스템 (110) 은 필터링 또는 다른 신호 컨디셔닝을 수행할 수도 있다. 또 다른 예로서, 프로세싱 시스템 (110) 은, 정보가 전기 신호들과 베이스라인 간의 차이를 반영하도록 베이스라인을 감하거나 또는 다르게는 고려할 수도 있다. 또 추가의 예들로서, 프로세싱 시스템 (110) 은 위치 정보를 결정하고, 입력들을 커맨드들로서 인식하고, 핸드라이팅을 인식하는 것 등을 할 수도 있다.
본원에 사용된 바와 같이 "위치 정보" 는 절대적 포지션, 상대적 포지션, 속도, 가속도, 및 공간 정보의 다른 유형들을 광범위하게 포함한다. 예시적인 "0-차원" 위치 정보는 가까운/먼 또는 접촉/비접촉 정보를 포함한다. 예시적인 "1-차원" 위치 정보는 축에 따른 포지션들을 포함한다. 예시적인 "2-차원" 위치 정보는 평면에서의 모션들을 포함한다. 예시적인 "3-차원" 위치 정보는 공간에서의 순간 또는 평균 속도들을 포함한다. 추가의 예들은 공간 정보의 다른 표현들을 포함한다. 예를 들어, 시간에 따른 포지션, 모션, 또는 순간 속도를 추적하는 이력 데이터를 포함하는, 위치 정보의 하나 이상의 유형들에 관한 이력 데이터가 또한 결정 및/또는 저장될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 입력 디바이스 (100) 는 프로세싱 시스템 (110) 에 의해 또는 일부 다른 프로세싱 시스템에 의해 동작되는 추가적인 입력 컴포넌트들로 구현될 수도 있다. 이들 추가적인 입력 컴포넌트들은 감지 영역 (120) 에서의 입력을 위한 여분의 기능성 또는 일부 다른 기능성을 제공할 수도 있다. 도 1 은 입력 디바이스 (100) 를 사용하여 항목들의 선택을 용이하게 하는데 사용될 수 있는 감지 영역 (120) 부근의 버튼들 (130) 을 도시한다. 다른 유형들의 추가적인 입력 컴포넌트들은 슬라이더들, 볼들, 휠들, 스위치들, 등을 포함한다. 반대로, 일부 실시형태들에서, 입력 디바이스 (100) 는 어떤 다른 입력 컴포넌트들 없이 구현될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 입력 디바이스 (100) 는 터치 스크린 인터페이스를 포함하고, 감지 영역 (120) 은 디스플레이 스크린의 활성 영역의 적어도 일부와 오버랩한다. 예를 들어, 입력 디바이스 (100) 는 디스플레이 스크린 위를 덮는 실질적으로 투명한 센서 전극들을 포함할 수도 있고, 연관된 전자 시스템에 대한 터치 스크린 인터페이스를 제공할 수도 있다. 디스플레이 스크린은 시각적 인터페이스를 사용자에게 디스플레이할 수 있는 임의의 유형의 동적 디스플레이일 수도 있고, 임의의 유형의 발광 다이오드 (LED), 유기 LED (OLED), 음극선관 (CRT), 액정 디스플레이 (LCD), 플라즈마, 전계발광 (EL), 또는 다른 디스플레이 기술을 포함할 수도 있다. 입력 디바이스 (100) 및 디스플레이 스크린은 물리적 엘리먼트들을 공유할 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시형태들은 디스플레이 및 감지를 위해 동일한 전기 컴포넌트들의 일부를 이용할 수도 있다. 다른 예로서, 디스플레이 스크린은 프로세싱 시스템 (110) 에 의해 부분적으로 또는 전체적으로 동작될 수도 있다.
본 발명의 많은 실시형태들은 완전히 기능하는 장치의 맥락에서 설명되지만, 본 발명의 메커니즘들은 다양한 형태들의 프로그램 제품 (예를 들어, 소프트웨어) 으로서 배포될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 발명의 메커니즘들은 전자 프로세서들에 의해 판독가능한 정보 유지 매체들 (예를 들어, 프로세싱 시스템 (110) 에 의해 판독 가능한 비-일시적 컴퓨터 판독가능 및/또는 레코딩가능/기입가능 정보 유지 매체들) 상의 소프트웨어 프로그램으로서 구현 및 배포될 수도 있다. 부가적으로, 본 발명의 실시형태들은 배포를 수행하기 위해 사용된 특별한 유형의 매체에 관계없이 동등하게 적용한다. 비-일시적인 전자적으로 판독가능한 매체의 예들은 다양한 디스크들, 메모리 스틱들, 메모리 카드들, 메모리 모듈들, 등을 포함한다. 전자적으로 판독가능한 매체는 플래시, 광학, 자기, 홀로그래픽, 또는 임의의 다른 저장 기술에 기초할 수도 있다.
도 2 는 일부 실시형태들에 따른, 패턴과 연관된 감지 영역 (120) 에서 감지하도록 구성된 용량성 감지 픽셀들 (205)(또한, 용량성 픽셀들 또는 감지 픽셀들로서 본원에서 지칭됨) 의 예시적인 패턴의 일부를 나타낸다. 각각의 용량성 픽셀 (205) 은 전술된 감지 엘리먼트들 중 하나 이상을 포함할 수도 있다. 예시 및 설명의 명확함을 위해, 도 2 는 단순한 직사각형들의 패턴으로 용량성 픽셀들 (205) 의 영역들을 나타내고, 용량성 픽셀들 (250) 내의 다양한 다른 컴포넌트들을 도시하지 않는다. 일 실시형태에서, 용량성 감지 픽셀들 (205) 은 국부화된 커패시턴스 (용량성 커플링) 의 영역들이다. 용량성 픽셀들 (205) 은 제 1 동작 모드에서 그라운드와 개별의 센서 전극 사이에 그리고 제 2 동작 모드에서 송신기 및 수신기 전극들로서 사용된 센서 전극들의 그룹들 사이에 형성될 수도 있다. 용량성 커플링은 용량성 픽셀들 (205) 과 연관된 감지 영역 (120) 에서 입력 객체들의 근접도 및 모션에 따라 변하고, 따라서 지문 센서로서 사용된 경우 리지들 및 밸리들을 검출하도록 또는 입력 디바이스의 감지 영역 (120) 에서 입력 객체의 존재의 표시자로서 사용될 수도 있다.
예시적인 패턴은 공통 평면에서 X 개의 열들 및 Y 개의 행들로 배열된 용량성 감지 픽셀들 (205X.Y)(총괄하여, 픽셀들 (205) 로서 지칭됨) 의 어레이를 포함하고, 여기서 X 및 Y 는 양의 정수들이고, X 및 Y 중 하나는 0 일 수도 있지만, 감지 픽셀들 (205) 의 패턴은 다른 구성들, 예컨대 극성 배열들, 반복 패턴들, 비-반복 패턴들, 불-균일 어레이들, 단일의 행 또는 열, 또는 다른 적합한 어레인지먼트를 갖는 복수의 감지 픽셀들 (205) 을 포함할 수도 있다는 것이 고려된다. 또한, 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 감지 픽셀들 (205) 에서 센서 전극들은 임의의 형상, 예컨대 원형, 직사각형, 다이아몬드, 스타, 정사각형, 비-콘벡스, 콘벡스, 비-콘케이브, 콘케이브 등일 수도 있다. 여기서 도시된 바와 같이, 감지 픽셀들 (205) 은 프로세싱 시스템 (110) 에 커플링된다.
제 1 동작 모드에서, 용량성 감지 픽셀들 (205) 내의 적어도 하나의 센서 전극은 절대적 감지 기법들을 통해 입력 객체의 존재를 검출하도록 이용될 수도 있다. 프로세싱 시스템 (110) 의 센서 모듈 (204)(예를 들어, 센서 회로) 은 (변조 또는 비변조될 수 있는) 용량성 감지 신호로 각각의 픽셀 (205) 에서 트레이스 (240) 를 사용하여 센서 전극을 구동시키고, 프로세싱 시스템 (110) 또는 다른 프로세서에 의해 이용되어 손가락에서 피처들 또는 입력 객체의 포지션을 결정하 는, 용량성 감지 신호에 기초하여 센서 전극과 입력 객체 (예를 들어, 자유 공간 또는 접지) 간의 커패시턴스를 측정하도록 구성된다.
용량성 픽셀들 (205) 의 다양한 전극들은 통상적으로, 다른 용량성 픽셀들 (205) 의 전극들로부터 저항 방식으로 고립된다. 부가적으로, 픽셀 (205) 이 다수의 전극들을 포함하는 경우, 전극들은 서로로부터 저항 방식으로 고립될 수도 있다. 즉, 하나 이상의 절연체들은 센서 전극들을 분리하고 전극들이 서로 전기적으로 단락되는 것을 방지한다.
제 2 동작 모드에서, 용량성 픽셀들 (205) 의 센서 전극들은 트랜스커패시턴스 감지 기법들을 통해 입력 객체의 존재를 검출하도록 이용된다. 즉, 프로세싱 시스템 (110) 은 송신기 신호로 픽셀 (205) 에서의 적어도 하나의 센서 전극을 구동시키고, 픽셀 (205) 에서의 다른 센서 전극들 중 하나 이상을 사용하여 결과의 신호들을 수신할 수도 있고, 여기서 결과의 신호는 송신기 신호에 대응하는 효과들을 포함한다. 결과의 신호는 프로세싱 시스템 (110) 또는 다른 프로세서에 의해 이용되어 입력 객체의 포지션을 결정한다.
입력 디바이스 (100) 는 전술된 모드들 중 어느 하나에서 동작하도록 구성될 수도 있다. 입력 디바이스 (100) 는 또한, 전술된 모드들 중 임의의 2 이상의 모드들 간에 스위칭하도록 구성될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 용량성 픽셀들 (205) 은 "스캐닝"되어 이들 용량성 커플링들을 결정한다. 즉, 일 실시형태에서, 센서 전극들 중 하나 이상이 구동되어 송신기 신호들을 송신한다. 송신기들은, 하나의 송신기 전극이 한 번 송신하거나, 또는 다수의 송신기 전극들이 동시에 송신하도록 동작될 수도 있다. 다수의 송신기 전극들이 동시에 송신하는 경우, 다수의 송신기 전극들은 동일한 송신기 신호를 송신하고 효과적으로 더 큰 송신기 전극을 효과적으로 생성할 수도 있다. 대안으로, 다수의 송신기 전극들은 상이한 송신기 신호들을 송신할 수도 있다. 예를 들어, 다수의 송신기 전극들은, 수신기 전극들의 결과의 신호들에 대한 그들의 조합된 효과들이 독립적으로 결정될 수 있게 하는 하나 이상의 코딩 스킴들에 따라 상이한 송신기 신호들을 송신할 수도 있다.
수신기 센서 전극들로서 구성된 센서 전극들은 단독으로 또는 다중적으로 동작되어 결과의 신호들을 획득할 수도 있다. 결과의 신호들은 용량성 픽셀들 (205) 에서 용량성 커플링들의 측정들을 결정하도록 사용될 수도 있다.
다른 실시형태들에서, 이들 용량성 커플링을 결정하기 위해 픽셀들 (205) 을 "스캐닝" 하는 것은 센서 전극들 중 하나 이상의 절대 커패시턴스를 측정하는 것 및 변조된 신호로 구동하는 것을 포함한다. 다른 실시형태에서, 센서 전극들은, 변조된 신호가 다수의 용량성 픽셀들 (205) 의 센서 전극 상에서 동시에 구동되도록 동작될 수도 있다. 이러한 실시형태들에서, 절대 용량성 측정치는 하나 이상의 픽셀들 (205) 각각으로부터 동시에 획득될 수도 있다. 일 실시형태에서 입력 디바이스 (100) 는 동일한 감지 사이클에서 복수의 용량성 픽셀들 (205) 에서 센서 전극을 동시에 구동시키고 픽셀들 (205) 각각에 대한 절대적 용량성 측정을 측정한다. 다양한 실시형태들에서, 프로세싱 시스템 (110) 은 센서 전극들의 일부를 선택적으로 구동 및 수신하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 센서 전극들은 호스트 프로세서 상에서 실행 중인 애플리케이션, 입력 디바이스의 스테이터스, 감지 디바이스의 동작 모드 및 입력 객체의 결정된 로케이션에 기초하여 선택될 수도 있지만 이에 제한되지 않는다. 다른 실시형태에서, 입력 객체 (예를 들어, 손가락) 는 변조된 신호로 구동되는 송신기인 한편, 센서 전극은 수신기이다.
용량성 픽셀들 (205) 로부터의 측정들의 세트는 위에서 논의된 바와 같이 픽셀들 (205) 에서의 용량성 커플링들을 나타내는 용량성 이미지 (또한, 용량성 프레임) 를 형성한다. 다수의 용량성 이미지들은 여러 기간들 동안 획득될 수도 있고, 그들 간의 차이들은 감지 영역에서의 입력에 관한 정보를 도출하는데 사용된다. 예를 들어, 연속적인 기간들 동안 획득된 연속적인 용량성 이미지들은 감지 영역에 진입하고, 감지 영역을 나가고, 그리고 감지 영역 내에 있는 하나 이상의 입력 객체들의 모션(들)을 추적하는데 사용될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 용량성 픽셀들 (205) 의 센서 전극들 중 하나 이상은 디스플레이 스크린의 디스플레이를 업데이트하는데 사용된 하나 이상의 디스플레이 전극들을 포함한다. 하나 이상의 실시형태들에서, 디스플레이 전극들은 Vcom 전극 (공통 전극들) 의 하나 이상의 세그먼트들, 소스 드라이브 라인, 게이트 라인, 애노드 전극 또는 캐소드 전극, 또는 임의의 다른 디스플레이 엘리먼트를 포함한다. 이들 디스플레이 전극들은 적합한 디스플레이 스크린 기판 상에 배치될 수도 있다. 예를 들어, 전극들은 일부 디스플레이 스크린들 (예를 들어, IPS (In Plane Switching) 또는 PLS (Plane to Line Switching) OLED (Organic Light Emitting Diode)) 에서의 투명 기판 (글래스 기판, TFT 글래스, 플라스틱 기판 또는 임의의 다른 투명 재료) 상에, 일부 디스플레이 스크린들 (예를 들어, PVA (Patterned Vertical Alignment) 또는 MVA (Multi-domain Vertical Alignment)) 의 컬러 필터 글래스의 하부 상에, 발광 레이어 (OLED) 위 등에 배치될 수도 있다. 이러한 실시형태들에서, 센서 및 디스플레이 전극 양자 모두로서 사용되는 전극은 또한, 그것이 다수의 기능들을 수행하기 때문에 조합 전극으로서 지칭될 수 있다.
계속해서 도 2 를 참조하면, 감지 전극들에 커플링된 프로세싱 시스템 (110) 은 센서 모듈 (204) 및 선택적으로는 디스플레이 드라이버 모듈 (208) 을 포함한다. 일 실시형태에서, 센서 모듈은 입력 감지가 요망되는 주기들 동안 감지 전극 상에서 송신기 신호를 구동시키고 결과의 신호들을 수신하도록 구성된 회로부를 포함한다. 일 실시형태에서, 센서 모듈 (204) 은, 입력 감지가 요망되는 주기들 동안 감지 전극들 상에서 송신기 신호를 구동시키도록 구성된 회로부를 포함하는 송신기 모듈을 포함한다. 송신기 신호는 일반적으로 변조되고, 입력 감지를 위해 할당된 기간 동안 하나 이상의 버스트들을 포함한다. 송신기 신호는 감지 영역에서 입력 객체의 더 강건한 로케이션 정보를 획득하도록 변화될 수도 있는 진폭, 주파수 및 전압을 가질 수도 있다. 절대적 용량성 감지에서 사용된 변조된 신호는 트랜스커패시턴스 감지에서 사용된 송신기 신호와 동일하거나 또는 상이할 수도 있다. 센서 모듈 (204) 은 용량성 픽셀들 (205) 에서의 센서 전극들 중 하나 이상에 선택적으로 커플링될 수도 있다. 예를 들어, 센서 모듈 (204) 은 센서 전극들의 선택된 일부들에 커플링되고, 절대 또는 트랜스커패시턴스 감지 모드 중 어느 하나에서 동작할 수도 있다. 다른 예에서, 센서 모듈 (204) 은, 트랜스커패시턴스 감지 모드에서 동작하는 경우보다 절대적 감지 모드에서 동작하는 경우 상이한 센서 전극들에 커플링될 수도 있다.
다양한 실시형태들에서, 센서 모듈 (204) 은 입력 감지가 요망되는 주기들 동안 송신기 신호에 대응하는 효과들을 포함하는 감지 전극들로 결과의 신호를 수신하도록 구성된 회로부를 포함하는 수신기 모듈을 포함할 수도 있다. 하나 이상의 실시형태들에서, 수신기 모듈은 픽셀들 (205) 중 하나에서 제 1 센서 전극 상에서 변조된 신호를 구동시키고, 변조된 신호에 대응하는 결과의 신호를 수신하여 센서 전극의 절대 커패시턴스에서의 변화들을 결정하도록 구성된다. 수신기 모듈은 감지 영역 (120) 에서 입력 객체의 포지션을 결정할 수도 있거나 또는 감지 영역 (120) 에서 입력 객체의 포지션을 결정하기 위해, 결과의 신호를 나타내는 정보를 포함하는 신호를 다른 모듈 또는 프로세서, 예를 들어 전자 디바이스의 프로세서 (즉, 호스트 프로세서) 또는 결정 모듈에 제공할 수도 있다. 하나 이상의 실시형태들에서, 수신기 모듈은 복수의 수신기들을 포함하고, 여기서 각각의 수신기는 아날로그 프론트 엔드 (AFE)들일 수도 있다.
하나 이상의 실시형태들에서, 용량성 감지 (또는 입력 감지) 및 디스플레이 업데이트는 적어도 부분적으로 오버랩하는 주기들 동안 발생할 수도 있다. 예를 들어, 조합 전극이 디스플레이 업데이트를 위해 구동될 때, 조합 전극은 또한, 용량성 감지를 위해 구동될 수도 있다. 또는 오버랩하는 용량성 감지 및 디스플레이 업데이트는 디스플레이 디바이스의 기준 전압(들)을 조절하는 것 및/또는 센서 전극들이 용량성 감지를 위해 구성되는 경우와 적어도 부분적으로 오버랩하는 기간에서 디스플레이를 위해 적어도 하나의 디스플레이 전극을 조절하는 것을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태에서, 용량성 감지 및 디스플레이 업데이트는 또한, 비-디스플레이 업데이트 주기들로서 지칭된 비-오버랩 주기들 동안 발생할 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 비-디스플레이 업데이트 주기들은 디스플레이 프레임의 2 개의 디스플레이 라인들에 대한 디스플레이 라인 업데이트 주기들 사이에서 발생할 수도 있고, 적어도 디스플레이 업데이트 주기 만큼 긴 시간일 수도 있다. 이러한 실시형태에서, 비-디스플레이 업데이트 주기는 긴 수평 블랭킹 주기, 긴 h-블랭킹 주기 또는 분산된 블랭킹 주기로서 지칭될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 비-디스플레이 업데이트 주기는 수평 블랭킹 주기들 및 수직 블랭킹 주기들을 포함할 수도 있다. 프로세싱 시스템 (110) 은 상이한 비-디스플레이 업데이트 시간들 중 임의의 하나 이상 또는 임의의 조합 동안 용량성 감지를 위한 센서 전극들을 구동시키도록 구성될 수도 있다.
디스플레이 드라이버 모듈 (208) 은 비-감지 (예를 들어, 디스플레이 업데이트) 주기들 동안 디스플레이 디바이스의 디스플레이에 디스플레이 이미지 업데이트 정보를 제공하도록 확인된 회로부를 포함한다. 디스플레이 드라이버 모듈 (208) 은 센서 모듈 (204) 에 포함되거나 또는 이로부터 분리될 수도 있다. 일 실시형태에서, 프로세싱 시스템은 디스플레이 드라이버 모듈 (208) 및 센서 모듈 (204) 의 적어도 일부 (즉, 송신기 모듈 및/또는 수신기 모듈) 를 포함하는 제 1 통합형 제어기를 포함한다. 다른 실시형태에서, 프로세싱 시스템은 디스플레이 드라이버 모듈 (208) 을 포함하는 제 1 통합형 제어기 및 센서 모듈 (204) 을 포함하는 제 2 통합형 제어기를 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 프로세싱 시스템은 디스플레이 드라이버 모듈 (208) 및 송신기 모듈 또는 수신기 모듈 중 하나를 포함하는 제 1 통합형 제어기 및 송신기 모듈 및 수신기 모듈 중 다른 모듈을 포함하는 제 2 통합형 제어기를 포함한다.
도 3 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 입력 객체를 검출하기 위한 지문 센서 (300) 에 대한 센서 레이아웃을 예시한다. 이어지는 논의는 센서 레이아웃이 지문 센서 (300) 에서 사용되는 것으로 설명하지만, 실시형태들은 이러한 것에 제한되지 않는다. 다른 실시형태들에서, 도 3 에 예시된 컴포넌트들은, 입력 객체가 터치 표면, 손바닥 프린트, 또는 핸드 지오메트리 위에서 정지되어 있든 아니든 감지 영역에서 입력 객체의 포지션을 검출하기 위한 용량성 감지 센서에서 사용될 수도 있다.
도시된 바와 같이, 지문 센서 (300) 는 전술된 바와 같이 용량성 감지 픽셀 (205) 을 각각 형성할 수도 있는 다수의 센서 전극들 (315) 을 포함한다. 센서 전극들 (315) 은 지문 센서 어레이를 형성하도록 배열된다. 도시된 바와 같이, 센서 전극들 (300) 은 매트릭스 패턴으로 배열되고, 동일 평면 상에 있고 공통 평면 또는 기판 상에 배치될 수도 있다. 일 실시형태에서, 센서 전극들 (315) 의 폭 및 높이는 5 마이크론 내지 70 마이크론의 범위일 수도 있다. 또한, 센서 전극들 (315) 간의 피치는, 센서 (300) 가 밸리들 및 리지들과 같은 손가락에서의 피처들을 검출할 수 있게 하도록 설정된다. 예를 들어, 센서들 (315) 간의 피치는 5 내지 100 마이크론의 범위일 수도 있다.
각각의 센서 전극 (315) 은 반응성 스위치들 (320, 325)(예를 들어, 트랜지스터들) 에 커플링된다. 스위치들 (320, 325) 은 행의 선택 라인들 (305) 및 행의 선택 라인들 (310) 에 의해 제어 (즉, 활성화 및 비활성화) 된다. 도시된 바와 같이, 센서 (300) 의 각각의 행은 선택 라인들 (305 및 310) 의 각각의 쌍을 포함한다. 예를 들어, 상위 행의 스위치들 (320 및 325) 각각은 선택 라인들 (305A 및 310A) 에 각기 커플링된다. 중간 행에서의 스위치들 (320 및 325) 은 선택 라인들 (305B 및 310B) 에 각기 커플링되는 등등이다.
일 실시형태에서, 센서 전극들 (315) 은 스위치들 (320, 325) 및 선택 라인들 (305, 310) 과는 지문 센서 (300) 에서의 상이한 기판 상에 배치된다. 예를 들어, 전극들 (315) 은, 디스플레이 스택에서 스위치들 (320, 325) 이 배치되는 제 2 기판 위의 제 1 기판 상에 배치될 수도 있다. 제 1 기판은 전극들 (315) 을 스위치들 (320, 325) 에 전기적으로 커플링하도록 스루 바이어 (through via) 들을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태에서, 센서 전극들 (315), 스위치들 (320, 325), 및 선택 라인들 (305, 310) 은 공통 기판 상에 배치된다. 예를 들어, 이들 컴포넌트들은 공통 기판의 동일한 사이드 상에 배치될 수도 있다. 그러나, 다른 예에서, 센서 전극들 (315) 은 공통 기판의 제 1 사이드 상에 배치될 수도 있는 한편, 스위치들 (320, 325) 및 선택 라인들 (305, 310) 은 공통 기판의 제 2 의, 대향 사이드 상에 배치된다.
일 실시형태에서, 스위치들 (320, 325) 은 박막 트랜지스터 (TFT) 를 사용하여 형성된다. 그러나, 다른 실시형태에서, 스위치들 (320, 325) 은 CMOS 트랜지스터들을 사용하여 구현될 수도 있다. 이와 같이, 지문 센서 (300) 는, 스위치들 (320, 325) 및 센서 전극들 (315) 이 투명 재료들 (예를 들어, TFT) 을 사용하여 형성되는 디스플레이 스택에서 사용될 수도 있고, 또는 센서 (300) 는, 스위치들 (320, 325) 또는 센서 전극들 (315) 이 투명하지 않은 (예를 들어, CMOS 기술들) 디스플레이 스택 밖에서 사용될 수도 있다.
선택 라인들 (305, 310) 은 스위치들 (320, 325) 을 활성화시키고, 이에 의해 센서 전극들 (315) 을 데이터 라인 (330) 또는 그라운드 (GND) 네트워크 중 어느 하나에 접속시킨다. 전극들 (315) 의 동일한 행에서의 스위치들 (320, 325) 은 선택 라인들 (305, 310) 의 동일한 쌍에 모두 커플링되는 한편, 전극들 (315) 의 동일한 열에서의 스위치들 (320) 은 동일한 데이터 라인 (330)(또한, 출력 라인으로서 지칭됨) 에 모두 커플링된다. 선택 라인 (305A) 이 상위 행의 스위치들 (320) 을 활성화시키는 경우, 상위 행의 전극들 (315)(즉, 전극들 (315A, 315B, 및 315C)) 각각은 그들의 각각의 데이터 라인들 (330) 에 커플링된다. 선택 라인들 (305) 중 단지 하나가 소정 시간에 활성화되면, 각 열의 단지 하나의 전극 (315) 만이 데이터 라인 (330) 에 커플링된다. 예를 들어, 선택 라인 (305A) 이 하이 (high) 이지만, 선택 라인들 (305B 및 305C) 이 로우 (low) 이면, 단지 센서 전극들 (315A-C) 만이 데이터 라인들 (330) 에 커플링되는 한편, 전극들 (315D-I) 은 커플링되지 않는다.
선택 라인 (310) 이 활성화되는 경우, 대응하는 행에서의 모든 센서 전극들 (315) 은 GND 에 커플링된다. 일 실시형태에서, 선택 라인들 (305 및 310) 의 타이밍은, 동일한 전극 (315) 에 대응하는 선택 라인들 (305, 310) 이 동시에 활성화되지 않도록 동기화된다. 다르게 말하면, 일 실시형태에서, 어느 전극 (315) 도 GND 네트워크 및 데이터 라인 (330) 양자 모두에 동시에 커플링되지 않는다. 스위치들 (320, 325) 을 제어하고 센서 전극들 (315) 을 사용하여 용량성 감지를 수행하는데 사용된 특정 타이밍들이 이하에서 상세히 설명된다.
각각의 데이터 라인 (330) 은 개별의 선택 로직 (335) 에 커플링되고, 이것은 상이한 전압들이 데이터 라인들 (330) 상에서 구동되는 것을 허용한다. 선택 로직 (335) 은 차례로 센서 모듈들 (204) 에 커플링된다. 일 실시형태에서, 센서 모듈들 (204) 은, 용량성 감지를 수행하기 위해 센서 전극 (315) 상의 전하를 측정하기 위한 수신기들을 포함하는 회로들이다. 지문 센서 (300) 가 데이터 라인 (330) 과 센서 모듈들 (204) 간의 1-대-1 상관을 포함하지만, 다른 실시형태들에서 다수의 데이터 라인들 (330) 은 동일한 센서 모듈 (204) 로 멀티플렉싱될 수도 있다. 다르게 말하면, 센서 전극들 (315) 의 다수의 열들은 동일한 센서 모듈 (204) 에 선택적으로 커플링될 수도 있고, 이것은 공간을 절약하고 비용들을 감소시킬 수도 있다.
도 4 는 센서 전극 (315A) 에 선택적으로 커플링되는 센서 모듈 (204A) 을 예시한다. 여기서 도시된 동일한 어레인지먼트는 센서 (300) 의 센서 전극들 (315) 각각에 대해 재생성될 수도 있다. 도시된 바와 같이, 데이터 라인 (330A) 은, 스위치 신호 (405), 스위치 신호 (410), 및 스위치 신호 (415) 를 사용하여 활성화되는 선택 로직 (335A) 에서의 3 개의 스위치들에 커플링된다. 일 실시형태에서, 프로세싱 시스템은, 신호들 중 대부분의 신호가 소정 시간에 활성화되도록 스위치 신호들 (405, 410 및 415) 을 제어한다. 스위치 신호 (405) 가 활성화되면, 데이터 라인 (330A) 은 충전 전압 (VCH) 에 커플링된다. 스위치 신호 (410) 가 활성화되면, 데이터 라인 (330A) 은 GND 에 커플링된다. 스위치 신호 (415) 가 활성화되면, 데이터 라인 (330A) 은 센서 모듈 (204A) 에 커플링된다. 또한, 선택 라인 (305A) 이 스위치 (320) 를 활성화시키면, 데이터 라인 (330A) 상에서 구동된 임의의 전압이 센서 전극들 (315A) 상에서 또한 구동된다. 또한, 센서 전극 (315A) 상에서 전하를 측정할 때, 데이터 라인 (330A) 및 스위치 신호 (415) 에 커플링된 트랜지스터는 센서 전극들 (315A) 들로부터 센서 모듈 (204A) 로의 도전성 경로를 제공한다. 전압 소스 (VCH 및 GND) 가 선택 로직 (335A) 의 부분으로서 도시되지만, 다른 실시형태들에서 이들 전압 네트워크들은 센서 모듈 (204A) 의 부분일 수도 있다.
센서 모듈 (204A) 은 연산 증폭기 (425), 피드백 커패시터 (CFB), 및 리셋 스위치 신호 (420) 를 사용하여 활성화되는 리셋 스위치를 포함한다. 센서 전극들 (315A) 상의 전하를 측정하는 경우, 리셋 스위치 신호 (420) 는 증폭기 (425) 의 입력 및 출력이 단락되는 것을 방지하도록 LOW 이다. 동작 시에, 센서 전극 (315A) 상의 전하는 CFB 로 트랜스퍼되어, 예를 들어, 센서 모듈 (204A) 에 커플링된 결정 모듈을 사용하여 측정 및 프로세싱될 수 있다.
일 실시형태에서, 센서 전극 (315A) 상의 전하의 양은 센서 전극 (315A) 과 입력 객체 (예를 들어, 손가락) 간의 용량성 커플링에 따라 변한다. 예를 들어, 제 1 기간 동안, 센서 전극 (315A) 은 데이터 라인 (330A) 및 선택 로직 (335A) 을 통해 충전 전압 (VCH) 에 커플링된다. 제 1 기간 동안 센서 전극 (315A) 상에 축적된 전하의 양은 손가락과 전극 (315A) 간의 용량성 커플링에 의존한다. 제 2 기간 동안, 선택 로직 (335) 은 센서 전극 (315A) 을 센서 모듈 (204A) 에 커플링하고, 이것은 제 1 기간 동안 센서 전극 (315A) 상에 축적되었던 전하의 양을 측정한다. 일단 이 전하 (또는 담당 전하) 가 결정되면, 지문 센서 (300) 는 예를 들어 손가락의 리지 또는 밸리가 전극 (315A) 위에 배치되는 경우 표시할 수 있는 손가락과 전극 (315A) 간의 용량성 커플링을 결정할 수 있다.
그러나, 전극 (315A) 과 입력 객체 (손가락) 간의 커패시턴스는 지문 센서 (300) 에서의 유일한 커패시턴스가 아니다. 또한, 센서 전극 (315A) 과 이웃하는 전극들 (도 4 에서 미도시) 간의 용량성 커플링이 존재한다. 사실, 이 용량성 커플링은 손가락의 리지에서 전극 (315A) 간의 용량성 커플링 및 손가락의 밸리에서 전극 (315A) 간의 용량성 커플링의 차이보다 큰 자릿수들일 수도 있다. 또한, 데이터 라인 (330A)(및 다른 이웃하는 데이터 라인들 (330)) 로부터 센서 전극 (315A) 까지의 용량성 커플링은 또한, 제 1 기간 동안 센서 전극 (315A) 상에 얼마나 많은 전하가 축적되는지에 영향을 줄 수도 있다. 이들 용량성 커플링들은 총괄하여, 입력 객체와 센서 전극 (315A) 간의 용량성 커플링을 검출하는 것을 측정하기 더 어렵게 만드는 기생 커패시턴스들로서 본원에서 지칭된다.
본원에서 사용된 바와 같이, 이웃하는 센서 전극은, 감지될 전극에 대한 그 용량성 커플링이 선택된 전극과 입력 객체 간의 원하는 커패시턴스를 측정하기 위한 센서 모듈의 능력과 간섭하는 센서 전극이다. 예를 들어, 지문 센서로서 사용되는 경우, 이웃하는 센서 전극은, 선택된 전극에 대한 그 용량성 커플링이 손가락의 리지에서 선택된 전극 간의 용량성 커플링 및 손가락의 밸리에서 선택된 전극 간의 용량성 커플링의 차이와 적어도 동일한 자릿수인 센서 전극일 수도 있다. 또한, 인접한 센서 전극은 행 또는 열을 따르는 각도 어느 하나에서, 매트릭스의 감지 전극 바로 옆에 있는 전극이다. 예를 들어, 도 3 을 참조하면, 센서 전극 (315C) 은, 전극 (315C) 이 센서 전극 (315A) 에 바로 인접하지 않더라도 센서 전극 (315A) 에 이웃하는 전극일 수도 있다.
일 실시형태에서, 지문 센서 (300) 는 손가락과 센서 전극 (315A) 간의 전압 차이로 인해 센서 전극 (315A) 상에 축적된 전하를 감지함으로써 동작한다. 그러나, 위에서 언급된 바와 같이, 기생 커패시턴스들, 특히 이웃하는 센서 전극들 (315) 에 대한 커플링 커패시턴스가 또한, 센서 전극 (315A) 상에 축적된 전하의 양에 영향을 준다. 식 1 은 전극 (315A) 상에 축적하는 전하의 양 및 이들 커패시턴스들 간의 관계를 예시한다:
Figure 112018019546558-pct00001
(1)
식 1 에서, Q315A 는 전극 (315A) 상에 축적된 전하이고, Cneighbor 는 센서 (300) 에서의 이웃하는 전극들 중 하나와 전극 (315A) 간의 (그리고 전극 (315A) 에 대한 이웃하는 전극의 공간적 관계에 따라 변할) 용량성 커플링이고, V315A 는 센서 전극 (315A) 상의 전압이고, Vneighbor 는 이웃하는 전극 상의 전압이며, CF 는 센서 전극 (315A) 과 손가락 간의 용량성 커플링이다. 도시된 바와 같이, 전극 (315A) 상의 전하 (Q) 는 센서 전극 (315A) 과 이것이 용량성 커플링되는 모든 이웃하는 전극들 간의 전압 차이에 의존한다. 다르게 말하면, 센서 전극 (315A) 과 이웃하는 전극들 간의 전압 차이가 있으면, 센서 전극 (315A) 과 이웃하는 전극들 간의 용량성 커플링들의 합은 전극 (315A) 상의 전하 축적에 영향을 준다.
본 개시물은 센서 전극들 (315A) 과 그 이웃들 - 즉, 전극 (315A) 이 용량성 커플링되는 센서 전극들 간의 기생 커패시턴스의 효과들을 제거 또는 완화시키기 위해 공통 모드 소거를 사용한다. 그렇게 하기 위해, 지문 센서 (300) 는, 센서 전극 (315A) 과 그 이웃하는 전극들 간의 전압 차이가 없다는 것을 보장한다. 전압 차이가 0 이면, 식 1 의 합계 (∑) 부분은 0 으로 가고, 센서 전극 (315A) 상에 축적된 전하가 입력 객체에 대한 커패시턴스 커플링 - 즉, CF 에 의해서만 영향을 받는다는 것을 의미한다. 공통 모드 소거의 효과는 식 2 에 의해 예시된다:
Figure 112018019546558-pct00002
(2)
식 2 에 나타낸 바와 같이, 공통 모드 전압에서의 상당한 감축은 센서 전극 (315A) (즉, 감지되고 있는 전극) 과 이웃하는 전극들 간의 전압 차이를 감소 또는 제거함으로써 달성될 수 있다.
도 5 는 감지 전극과 이웃 전극들 간의 공통 모드 전압을 완화시키기 위한 도 3 및 도 4 에서의 회로부에 대응하는 타이밍 다이어그램 (500) 이다. 구체적으로, 타이밍 다이어그램 (500) 은 도 3 에 도시된 지문 센서 (300) 에서 동일한 열에 있지만 인접한 행들에 있는 센서 전극 (315A) 및 센서 전극 (315D) 에 커플링된 신호 라인들의 타이밍을 예시한다. 또한, 센서 전극 (315A) 은 또한, 본원에서 "감지 전극" 으로서 지칭되는 한편, 센서 전극 (315D) 은 또한, "이웃하는 전극" 으로서 지칭된다.
시간 T1 에서, 센서 전극들 (315A-C) 에 커플링된 선택 라인 (305A) 및 센서 전극들 (315D-F) 에 커플링된 선택 라인 (305B) 양자 모두는 HIGH 로 가고, 이것은 센서 (300) 의 상위 및 중간 행들에서 스위치들 (320) 을 활성화시킨다. 결과적으로, 센서 전극 (315A) 및 센서 전극 (315D) 양자 모두는 데이터 라인 (330A) 에 커플링된다. 또한, 선택 로직 (335A) 에서의 스위치 신호 (405) 는 HIFG 로 가고, 이것은 충전 전압 (VCH) 으로 하여금 데이터 라인 (330A) 및 센서 전극 (315A) 과 센서 전극 (315D) 양자 모두에서 구동되게 한다. 따라서, 시간 T1 에서 T2 까지 (즉, 차지 (CHARGE) 페이즈), 감지 전극 및 이웃하는 전극은 충전 전압 (VCH) 으로 구동된다. 따라서, CHARGE 페이즈의 종료까지, 감지 전극과 그 이웃하는 전극들 간의 전압 차이가 존재하지 않는다.
시간 T1 에서, 선택 라인들 (305A 및 305B) 이 상위 및 중간 행에서의 스위치들 (320) 모두를 제어하기 때문에, 이들 행들에서의 모든 센서 전극들 (315) 은 그들 각각의 데이터 라인들 (330) 에 커플링된다. 원한다면, 이들 데이터 라인들 (330) 에 대한 대응하는 스위치 신호들 (405) 은 또한, 상위 및 중간 행들에서의 나머지 센서 전극들 (315) 을 충전 전압 (VCH) 에 커플링할 수도 있다. 따라서, 이 방식에서, 적어도 T2 의 종료 까지, 감지 전극과 그 이웃하는 전극들 간의 전압 차이가 존재하지 않는다. 다시 식 1 을 참조하면, 감지 전극 및 이웃하는 전극들 상의 전압이 동일하기 때문에, 그 후 시간 T1 내지 T2 동안 감지 전극 상에 축적된 전하에 대한 감지 전극 (즉, 전극 (315A)) 과 이웃하는 전극 간의 기생 커패시턴스의 효과는 완화 또는 감소된다.
일 실시형태에서, 스위치 신호 (405) 및 충전 전압 소스를 사용하여 전하를 저장하는 대신에, 전극은 전극들 상에서 전압 (VCH) 를 구동시키도록 구성되는 연산 증폭기 (425) 에 대신 커플링될 수도 있다.
시간 T2 에서, CHARGE 페이즈는 종료되고 라인 프리-차지 (LINE PRE-CHARGE) 페이즈가 시작된다. 이 기간 동안, 선택 라인들 (305A 및 305B) 은 LOW 로 가고, 이에 의해 전극들 (315A 및 315D) 를 데이터 라인 (330A) 로부터 접속해제시킨다. 그러나, 시간 T2 에서 T3 까지, 스위치 신호 (405) 는 HIGH 이도록 계속되고, 이것은 데이터 라인 (330A) 이 충전 전압 (VCH) 에 여전히 커플링되는 것을 의미한다. 이 시간 인터벌은, VCH 가 스위치 오프되는 경우 전극을 방전시키는 것을 방지한다. VCH 가 일정하면, 이 시간 인터벌은 필요하지 않을 수도 있다. 또한, PRE-CHARGE 페이즈 동안, 센서 전극들 (315A 및 315D) 은 전기적으로 플로팅되고, 이것은 그들이 CHARGE 페이즈 동안 축적된 전하 (마이너스 스위치들 (320, 325) 을 통한 임의의 누설 전류) 를 실질적으로 보유한다는 것을 의미한다.
시간 T3 에서, 스위치 신호 (405) 는 LOW 로 가고, 이에 의해 데이터 라인 (330A) 을 충전 전압 (VCH) 으로부터 접속해제시킨다. 동시에, 스위치 신호 (410) 는 HIGH 로 가고, 이에 의해 데이터 라인 (330A) 을 GND 에 접속시킨다. 그렇게 함으로써 시간 T1-T3 동안 데이터 라인 (330A) 상에 구축된 임의의 전하를 제거한다. 시간 T4 에서, 스위치 신호 (410) 는 LOW 로 가고, 이에 의해 데이터 라인 (330A) 을 GND 로부터 접속해제시킨다. 따라서, 시간 T4 에서 T5 까지, 데이터 라인 (330A) 뿐만 아니라 전극들 (315A 및 315D) 은 전기적으로 플로팅된다. PRE-CHARGE 페이즈의 이 일부가 사용되어, 감지 전극 상의 전하를 측정하기 전에 신호들이 안정되는 것을 허용할 수도 있다.
시간 T5 에서, 선택 라인 (305A) 은 HIGH 로 가고, 이것은 센서 전극 (315A) 을 데이터 라인 (330A) 에 접속시킨다. 그러나, 선택 라인 (305B) 은 여전히 LOW 이고, 이것은 센서 전극 (315D) 이 데이터 라인 (330A) 에 접속되지 않는 것을 의미한다. 일 실시형태에서, 감지 전극을 포함하는 행에 대응하는 것을 제외한 선택 라인들 (305) 모두가 T5 에서 로우이므로, 열에서의 센서 전극들 중 단지 하나만이 그 열에 대한 데이터 라인 (330) 에 커플링된다. 다르게 말하면, T5 에서, 센서 전극 (315A) 은 데이터 라인 (330A) 에 커플링되는 한편, 동일한 열의 다른 센서 전극들 - 즉, 센서 전극들 (315D 및 315G) - 은 데이터 라인 (330A) 으로부터 접속해제된다.
센서 전극 (315A) 을 데이터 라인 (330A)에 접속시키는 것에 추가하여, 스위치 신호 (415) 는 HIGH 로 가고, 이에 의해 센서 전극 (315A) 을 센서 모듈 (204A) 의 연산 증폭기 (425) 에 접속시킨다. 증폭기 (425) 의 포지티브 입력이 GND 에 커플링되기 때문에, 증폭기는 센서 전극 (315A) 상의 전압을 그라운드 (또는 다른 기준 전압) 으로 구동시키고, 이에 의해 시간 T1-T2 에서 CHARGE 페이즈 동안 전극 (315A) 상에 축적된 전하를 고갈시킨다. 위에서 논의된 바와 같이, 리셋 스위치 신호 (420)(미도시) 가 하이이기 때문에, 센서 전극 (315A) 상의 전하는 피드백 커패시터 (CFB) 로 트랜스퍼하고 센서 모듈 (204A) 의 출력 전압 (V0UT) 을 변화시킨다. 또한, 데이터 라인 (330A) 상의 임의의 전하가 PRE-CHARGE 페이즈 동안 고갈되었기 때문에, 단지 센서 전극 (315A) 상의 전하 만이 측정된다. V0UT 를 사용하여, 결정 모듈은 입력 객체의 존재 또는 입력 객체 상의 특정 피처들 - 예를 들어, 손가락 상의 리지들 및 밸리들을 식별할 수 있다.
또한, 시간 T5 에서, 선택 라인 (310B) 은 하이로 가고, 이에 의해 중간 행에서의 스위치들 (325) 을 활성화시키고 중간 열에서의 전극들 (즉, 센서 전극들 (315D-F)) 모두를 GND 에 커플링한다. 따라서, 감지 전극들 및 이웃하는 전극들 양자 모두는 판독 (READ) 페이즈 동안 동일한 기준 전압 - 즉, GND 에 커플링된다. 이와 같이, 센서 모듈 (204A) 이 센서 전극 (315A) 상의 전하를 측정하는 동안, 센서 전극들 (315A 및 315D) 은 T6 에서 적어도 READ 페이즈의 종료 까지 동일한 전압에 있다 - 즉, 감지 전극과 그 이웃하는 전극들 간의 전압 차이가 존재하지 않는다. 다시 식 1 을 참조하면, 감지 전극과 이웃하는 전극들 간의 전압 차이가 0 이기 때문에 (즉, 전극들 양자 모두가 GND 로 구동됨), 센서 전극 (315A) 으로부터 피드백 커패시터 (CFB) 로의 전하 (Q315A) 의 트랜스퍼는 전극들 (315A 및 315D) 간의 기생 커패시턴스에 의해 영향을 받지 않는다. 대신에, 이 전하 트랜스퍼는 주로, 센서 전극 (315A) 과 손가락 간의 커플링 커패시턴스 (CF) 에 의해 영향을 받는다. 다르게 말하면, 전극들 (315A 및 315D) 을 이 시간 동안 동일한 기준 전압으로 구동시키는 것은, 연산 증폭기 (425) 의 출력 전압 (V0UT) 에 대한 전극들 (315A 및 315D) 간의 기생 커패시턴스에 의해 야기된 임의의 효과가 완화 또는 제거된다는 것을 의미한다.
도 6a 내지 도 6c 는 도 3 의 센서 레이아웃의 일부의 동등한 회로 다이어그램들을 예시한다. 구체적으로, 도 6a 는 CHARGE 페이즈를 수행하는 경우 도 4 에 도시된 회로부의 상태를 예시한다. 도시된 바와 같이, 스위치 (320) 는 폐쇄 (즉, 활성화) 되는 한편, 스위치 (325) 는 개방되고, 이것은 센서 전극 (315A) 이 데이터 라인 (330A) 에 커플링되는 것을 의미한다. 또한, 스위칭 신호 (405) 는 HIGH 이고, 이것은 데이터 라인 (330A) 및 센서 전극 (315A) 양자 모두를 충전 전압 (VCH) 에 접속시킨다. 출력 라인의 기생 커패시턴스들은 커패시턴스 (CP) 에 럼프 (lump) 된다. 또한, 스위칭 신호들 (410 및 415) 은 LOW 이고, 이에 의해 데이터 라인 (330A) 이 GND 에 커플링되는 것을 방지한다.
일 실시형태에서, 증폭기 (425) 의 이득은 센서 전극 상에 저장된 전하에 대한 커패시턴스 (CP) 의 효과를 완화시키도록 설정된다. 증폭기 (425) 의 이득이 증가할 때, READ 페이즈 동안 센서 전극으로부터 기생 커패시턴스 (CP) 로 트랜스퍼된 전하는 피드백 커패시터 (CFB) 로 트랜스퍼된 전하와 비교하여 무시해도 될 정도가 된다. 따라서, 데이터 라인들과 그라운드 간의 기생 커패시턴스에 의해 야기된 임의의 효과는 충분히 높은 이득을 갖는 연산 증폭기 (425) 를 가짐으로써 완화 또는 제거될 수 있다.
도 6b 는 프리-차지 (PRE-CHARGE) 페이즈를 수행하는 경우 도 4 에 도시된 회로부의 상태를 예시한다. 여기서, 스위치들 (320 및 325) 은 개방되고, 이것은 데이터 라인 (330A) 을 충전 전압으로부터 접속 해제시킨다. 대신에, 스위칭 신호 (410) 는 HIGH 이고, 이에 의해 데이터 라인 (330A) 을 GND 에 접속시키고 이것은 데이터 라인 (330A) 상의 전하를 고갈시키지만 센서 전극 (315A) 상의 전하는 남겨둔다.
도 6c 는 판독 (READ) 페이즈를 수행하는 경우 도 4 에 도시된 회로부의 상태를 예시한다. 이 시나리오에서, 센서 전극 (315A) 을 데이터 라인 (330A) 에 커플링하는 스위치 (320) 는 다시 활성화되고, 이것은 이들 2 개의 엘리먼트들을 저항 방식으로 커플링한다. 그러나, 스위치 신호 (410) 는 LOW 이고 이에 의해 데이터 라인 (330A) 을 GND 로부터 접속 해제시키지만, 스위치 신호 (415) 는 HIGH 이고, 이것은 데이터 라인 (330A) 을 연산 증폭기 (425) 에 접속시킨다. 위에서 논의된 바와 같이, 커패시턴스 (CFB) 를 사용하여, 증폭기 (425) 는, CHARGE 페이즈 동안 센서 전극 (315A) 상에 축적되었던 전하의 양에 따라 변하는 전압을 출력한다.
도 7a 내지 도 7c 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 센서 전극들을 동작시키는 감지 패턴들을 예시한다. 도 7a 는 READ 페이즈 동안 단지 하나의 감지 전극 (720) 이 감지되는 경우의 감지 패턴 (705) 을 예시한다. 다르게 말하면, 지문 센서에 의해 수행된 각각의 READ 페이즈 동안, 센서 전극들 중 단지 하나 (즉, 감지 전극 (720)) 상에 저장된 전하가 측정된다. 지문 센서는 CHARGE, PRE-CHARGE, 및 READ 페이즈들을 반복하여, 센서 전극들 중 각각의 전극으로부터 판독할 수도 있다. 즉, 지문 센서는 센서 전극들을 통해 래스터하고, 용량성 감지를 수행하기 위해 센서 전극들 각각에 대해 개별의 CHARGE, PRE-CHARGE, 및 READ 페이즈들을 수행할 수도 있다.
지문 센서에서의 다른 센서 전극들 (즉, 비-감지 전극들 (725) 또는 이웃하는 전극들) 은 감지 전극 (720) 과 동일한 전압들로 구동되어, 감지 전극 (720) 과 비-감지 전극들 (725) 간의 커플링 커패시턴스들을 완화시키고 또는 이들이 전술된 바와 같이 감지 전극 (720) 상에서 수행된 전하 측정에 영향을 주는 것을 방지한다. 이 실시형태에서, 지문 센서에서 감지되고 있는 센서 전극들 모두는 감지 전극 (720) 과 동일한 전압으로 구동된다.
도 7b 는 도 7a 에서의 패턴 (705) 과 유사한 감지 패턴 (710) 을 예시한다. 감지 패턴 (710) 에서, 단지 하나의 센서 전극이 CHARGE, PRE-CHARGE, 및 READ 페이즈들의 각각의 반복 동안 감지된다. 그러나, 감지 패턴 (710) 은, 지문 센서의 센서 전극들의 모두가 감지 전극 (720) 과 동일한 전압으로 구동되지 않는다는 점에서 패턴 (705) 과 상이하다. 도시된 바와 같이, 감지 전극 (720) 에 인접한 센서 전극들 (즉, 비-감지 전극들 (725)) 만이 도 5 에 도시된 타이밍 차트에서 설명된 바와 같이 감지 전극 (720) 과 동일한 전압들로 구동된다. 그러나, 비-감지 전극들 (725) 을 둘러싸는 감지 전극들 (즉, 비-구동 전극들 (730)) 은 감지 전극 (720) 과 동일한 전압들로 구동되지 않는다. 대신에, 비-구동 전극들 (730) 은, CHARGE, PRE-CHARGE, 및 READ 페이즈들이 감지 전극 (720) 및 비-감지 전극들 (725) 상에서 수행되는 경우 전기적으로 플로팅될 수도 있다. 예를 들어, 스위치들 (320 및 325) 은, 비-구동 전극들 (730) 이 데이터 라인 또는 GND 네트워크에 접속되지 않도록 이들 페이즈들 동안 비활성화될 수도 있다. 다른 예에서, 비-구동 전극들 (730) 은 CHARGE, PRE-CHARGE, 및 READ 페이즈들 동안 GND 에 여전히 커플링될 수도 있다.
705 보다는 감지 패턴 (710) 을 사용하는 한 가지 이유는 전력을 절감하기 위해서이다. 즉, 지문은, 플로팅 상태에서 감지 전극 (720) 의 인접한 행 및 열보다 더 멀리 있는 센서 전극들을 유지함으로써 더 적은 전력을 사용 (및 배터리 수명을 연장) 할 수도 있다. 이것은, 감지 전극 (720) 상에 저장된 전하에 영향을 주는 비-구동 전극들 (730) 과 감지 전극 (720) 간의 커패시턴스 커플링을 초래할 수도 있지만, 이들 커패시턴스들의 값들은 너무 작아서 감지 전극 (720) 상에 축적된 전하에 대해 큰 영향을 주지 않을 수도 있다. 그러나, 다른 실시형태에서, 지문 센서는 도 7b 에 도시된 바와 같이, 감지 전극 (720) 을 둘러싸는 첫 번째 2 또는 3 개의 동심원들에서의 센서 전극들을 단지 제 1 동심원 보다는 감지 전극 (720) 과 동일한 전압들로 구동시킬 수도 있다. 이들 첫 번째 2 또는 3 개의 동심원들 밖의 임의의 센서 전극들은 비-구동 전극들 (730) 일 것이다.
도 7c 는 센서 전극들의 행이 CHARGE, PRE-CHARGE, 및 READ 페이즈들의 각각의 반복 동안 감지되는 감지 패턴 (715) 을 예시한다. 도시된 바와 같이, 행 (735) 에서의 센서 전극들 각각은, 동일한 CHARGE 페이즈 동안 이들 전극들 (720) 상에 축적된 전하가 개별의 센서 모듈들에 의해 병렬로 측정되는 감지 전극들 (720) 이다. 달리 말하면, 지문 센서는 지문 센서의 각 열에 대해 센서 모듈 (예를 들어, 도 4 에 도시된 센서 모듈 (204A)) 을 포함한다. 동일한 행에서의 센서 전극들이 동일한 선택 라인 (예를 들어, 선택 라인 (305)) 에 의해 활성화되기 때문에, 지문 센서는 병렬로 행 (735) 의 센서 전극들 모두를 차지, 프리-차지, 및 판독할 수 있다. 예를 들어, 다시 도 5 의 타이밍 차트 (500) 를 참조하면, T5-T6 동안, 지문 센서는 개별의 센서 모듈들 (204) 을 사용하여 병렬로 센서 전극 (315A) 과 동일한 행의 센서 전극들 모두로부터 판독할 수도 있다.
그러나, 일 실시형태에서 지문 센서는 도 7c 에 도시된 바와 같은 센서 전극들 모두 보다는 행 (735) 에서의 센서 전극들의 서브세트로부터 판독할 수도 있다. 예를 들어, 비용들을 감소시키기 위해, 다수의 열들은 동일한 센서 모듈로 멀티플렉싱될 수도 있다. 예를 들어, 첫 번째 2 개의 열들은 제 1 센서 모듈로 멀티플렉싱될 수도 있고, 다음의 2 개의 열들은 제 2 센서 모듈로 멀티플렉싱되는 등등이다. 센서 모듈은 한 번에 단지 하나의 센서 전극으로부터 판독할 수 있기 때문에, 지문 센서는 CHARGE, PRE-CHARGE, 및 READ 페이즈의 각각의 반복 동안 행 (735) 에서의 센서 전극들의 단지 절반으로부터 판독할 수도 있다. 예를 들어, 제 1 반복 동안, 행 (735) 에서의 홀수 센서 전극들이 멀티플렉싱된 센서 모듈들에 커플링되지만, 제 2 반복 동안, 행 (735) 에서의 짝수 센서 전극들이 센서 모듈들에 커플링된다. 물론, 다른 실시형태들에서, 센서 모듈들은 멀티플렉서에 의해 센서 전극들의 3, 4, 5 개 등의 열들에 선택적으로 커플링될 수도 있다.
도 8 은 지문 센서 (800) 의 입력 객체를 검출하기 위한 센서 레이아웃을 예시한다. 도 3 의 지문 센서 (300) 와 달리, 여기서 각각의 센서 전극 (315) 은 단지 하나의 선택 라인 (805) 에 의해 제어된다. 달리 말하면, 특정 행이 비활성화되면 (즉, 선택 라인 (805) 이 LOW 이면), 선택 라인 (305B) 이 행에서의 센서 전극들 (315) 을 GND 네트워크에 커플링할 수 있는 지문 센서 (300) 와 달리, 센서 전극들은 GND 에 커플링될 수 없다. 도시된 바와 같이, 행에서의 각각의 센서 전극 (315) 은 스위치 (810) 를 통해 개별의 데이터 라인 (830) 에 커플링된다. 선택 라인 (805) 이 HIGH 이면, 행에서의 스위치들 (810) 은 활성화되고 센서 전극들 (315) 각각은 개별의 데이터 라인 (830) 에 커플링된다. 선택 라인 (805) 이 LOW 이면, 스위치들 (810) 은 비활성화되고 행에서의 전극들 (315) 은 전기적으로 플로팅된다.
상위 행 (즉, 센서 전극들 (315A 및 315B) 을 포함하는 행) 을 감지하면, 선택 라인 (805A) 은 활성화되는 한편, 선택 라인 (805B) 은 비활성화된다. 따라서, 상위 행 상에서 감지하는 동안, 하위 행에서의 이웃하는 전극들 (315C 및 315D) 은 전기적으로 플로팅된다 - 즉, 데이터 라인들 (330A 및 330B) 로부터 접속해제된다.
도 9 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 도 8 에서의 센서 레이아웃의 타이밍 다이어그램 (900) 이다. 구체적으로, 타이밍 다이어그램 (900) 은 지문 센서 (800) 의 상위 행에서 센서 전극들 (315A 및 315B) 에 대한 디스차지 (DISCHARGE), CHARGE, LINE PRE-CHARGE, 및 READ 페이즈들을 예시한다.
시간 T1 에서, 센서 전극들 (315A 및 315B) 뿐만 아니라 데이터 라인 (830) 상의 임의의 전하는 이들 컴포넌트들을 GND 에 커플링함으로써 제거된다. 그렇게 하기 위해, 선택 라인 (805A) 은 HIGH 이고, 이것은 센서 전극들 (315A 및 315B) 을 그들의 개별의 데이터 라인들 (830A 및 830B) 에 커플링한다. 또한, 스위치 신호들 (820A 및 820B) 은 또한 HIGH 이고, 이것은 이들 컴포넌트들을 GND 에 커플링한다.
타이밍 다이어그램 (900) 에 도시되지 않지만, 하위 행에 대한 선택 라인 (805B) 은 HIGH 일 수도 있고, 이것은 또한 센서 전극들 (815C 및 815D) 을 데이터 라인들 (830A 및 830B) 및 그라운드에 커플링한다. 따라서, 이들 전극들 상의 임의의 전하가 또한, 고갈된다.
시간 T2 에서, 선택 라인 (805A) 은 여전히 HIGH 이지만, 스위치 신호들 (820A 및 830B) 은 LOW 이고, 이에 의해 데이터 라인들 (830A 및 830B) 을 GND 로부터 접속해제 시킨다. 또한, 스위치 신호들 (835A 및 835B) 은 HIGH 이고, 이것은 데이터 라인들 (830A 및 830B) 및 센서 전극들 (315A 및 315B) 을 충전 전압 (VCH) 에 커플링한다. 따라서, T2-T3 동안, 센서 전극들 (315A 및 315B) 은 충전되는 한편 이웃하는 행들에서의 센서 전극들 - 예를 들어, 센서 전극들 (315C 및 315D) - 은 여전히 플로팅된다. 그러나, 센서 전극들 (815) 을 데이터 라인들 (830) 에 커플링하는 스위치들 (810) 은 누설될 수도 있다. 즉, 하위 행에 대한 선택 라인 (805B) 은 LOW 이고 이에 의해 이 행에서의 스위치들 (810) 을 비활성화시키더라도, 스위치들 (810) 은 그렇더라도, 일부 전류를 센서 전극들 (315C 및 315D) 로 유동하게 하여, 전하가 이들 센서 전극들 상에 저장되게 할 수도 있다.
또한, 스위치들 (810) 의 누설은 스위치들 (810) 이 제조되었던 프로세스 코너에 따라 변할 수도 있다. 즉, 일부 스위치들 (810) 은, 그들이 지문 센서 상의 어디에 있는지에 따라 다른 것들보다 더 많이 누설할 수도 있다. 이들 프로세스 변형들이 예측 불가능할 수도 있기 때문에, 지문 센서 (800) 는, 누설 전류에 의해 "플로팅" 센서 전극들 상에 얼마나 많은 전하가 저장되는지를 예측할 수 없을 수도 있다. 또한, 이 누설 전류 및 결과의 축적된 전하는 상위 행 전극들 (즉, 감지 전극들) 과 하위 행의 전극들 (즉, 이웃하는 전극들) 간의 커플링 커패시턴스를 야기하여, CHARGE 스테이지 동안 감지 전극들 상에 저장된 전하의 양에 영향을 줄 수도 있다. 즉, 이웃하는 행들에서의 전극들이 동일한 전압들로 구동되는 타이밍 다이어그램 (500) 과 달리, 여기서 하위 행에서의 전극들 (315C 및 315D) 은, 전극들 (315A 및 315B) 상에 축적된 전하에 영향을 줄 수도 있는 스위치들 (810) 의 누설 전류 때문에 상위 행에서의 전극들 (315A 및 315B) 과는 상이한 전압을 가질 수도 있다.
다른 실시형태에서, 시간 T2 동안 이웃하는 전극들을 전기적으로 플로팅하는 대신에, 이들 전극들은 또한, 충전 전압에 의해 구동되거나 또는 기준 전압 (즉, GND) 에 커플링될 수도 있다. 예를 들어, 단지 하나의 전극 (예를 들어, 전극 (315A)) 이 감지되고 있으면, 감지 전극과 동일한 행 상의 이웃하는 전극들에 커플링된 데이터 라인들 (830) 은 GND 또는 충전 전압에 어태치될 수도 있다. 상이한 행에서의 이웃하는 전극들 (예를 들어, 전극들 (315C 및 315D)) 에 대해, 선택 라인 (805B) 은 HIGH 에 있을 수도 있고 이에 의해 이들 전극들을, T2-T3 동안 이들 전극들을 플로팅하기 보다는 GND 또는 충전 전압 중 어느 하나에 커플링한다.
시간 T3 에서, 선택 라인 (805A) 은 LOW 로 가는 한편, 데이터 라인들 (830) 은 충전 전압에 여전히 커플링된다. 시간 T4 에서, 스위치 신호들 (835A 및 835B) 은 LOW 로 스위칭되고, 이에 의해 데이터 라인들 (830) 을 충전 전압으로부터 접속해제 한다. 병행하여, 스위치 신호들 (820A 및 820B) 은 HIGH 로 가서 데이터 라인들 (830A 및 830B) 을 GND 에 커플링하고, 이것은 데이터 라인들 (830) 상에 저장된 임의의 전하를 고갈시킨다. 그러나, 전극들 (315A 및 315B) 이 데이터 라인들 (830) 로부터 접속해제되기 때문에, 이들은 CHARGE 페이즈 동안 축적된 전하를 계속해서 저장한다. 시간 T5 에서, 스위치 신호들 (820A 및 820B) 은 LOW 로 가고, 이것은 데이터 라인들 (830) 및 센서 전극들 (315A 및 315B) 로 하여금 전기적으로 플로팅하게 한다. 그렇게 함으로써, READ 페이즈가 시작하기 전에 신호들이 안정화할 시간을 줄 수도 있다.
시간 T6 에서, 선택 라인 (805A) 은 HIGH 로 가고, 이에 의해 센서 전극들 (315A 및 315B) 을 그들의 개별의 데이터 라인들 (830A 및 830B) 에 커플링한다. 스위치 신호들 (825A 및 825B) 은 또한 HIGH 로 가고, 센서 전극들 (315A 및 315B) 을 센서 모듈들 (204A 및 204B) 에 각각 접속시킨다. 전술된 바와 같이, 센서 모듈들 (204) 은 CHARGE 페이즈 동안 센서 전극들 (315A 및 315B) 상에 축적된 전하의 양을 측정한다. 그러나, 스위치들 (810) 에서의 누설 전류 때문에, 상위 행의 센서 전극들 (315) 과 (감지되지 않고 있는) 이웃하는 전극들 간의 일부 전압 차이가 있을 수도 있고, 이것은 상위 행 상의 센서 전극들로부터 센서 모듈들 (204) 에서의 피드백 커패시터들 (CFB) 로 트랜스퍼된 전하에 영향을 줄 수 있다. 지문 센서 (800) 의 이웃하는 전극들과 감지 전극들 간의 기생 커패시턴스가 감지 전극들 상에 저장된 전하에 영향을 줄 수도 있지만, 센서 (800) 는 도 3 에 예시된 지문 센서 (300) 보다 제조 비용이 더 저렴할 수도 있고, 따라서 일부 경우들에서 바람직할 수도 있다.
타이밍 다이어그램 (900) 은 병렬로 다수의 센서 전극들 (즉, 센서 전극 (315A 및 315B) 양자 모두) 로부터 전하를 측정하는 것을 예시하지만, 지문 센서 (900) 는 또한, CHARGE, PRE-CHARGE, 및 READ 페이즈들의 각각의 반복 동안 단지 하나의 센서 전극을 감지할 수도 있다. 예를 들어, READ 페이즈 동안 센서 전극 (315B) 을 센서 모듈 (204B) 에 커플링하는 대신에, 이 전극은 스위치 신호 (820B) 를 사용하여 GND 에 커플링될 수도 있다. 따라서, 센서 전극 (315B) 은 DISCHARGE, CHARGE, PRE-CHARGE, 및 READ 페이즈들 동안 센서 전극 (315A) 과 동일한 전압으로 구동될 것이고, 따라서 센서 전극 (315B) 상에 축적된 전하를 측정하지 않고 센서 전극 (315A) 상에 저장된 전하에 영향을 주지 않을 것이다. 예를 들어, 센서 전극들 (315A 및 315B) 이 개별의 센서 모듈들 (204A 및 204B) 을 갖는 대신에, 이들 전극들은 동일한 센서 모듈 (204) 을 공유할 수도 있다. 센서 전극들 (315A 및 315B) 은, READ 페이즈 동안 데이터 라인 (830B) 이 스위치 (820B) 를 사용하여 GND 에 커플링되는 한편 데이터 라인 (830A) 은 센서 모듈 (204) 에 커플링되어 센서 전극 (315A) 상의 전하가 측정될 수 있다는 것을 제외하고, 타이밍 다이어그램 (900) 에 도시된 바와 동일한 방식으로 구동될 수 있다. CHARGE, PRE-CHARGE, 및 READ 페이즈들의 후속의 반복 동안, 데이터 라인 (830B) 은 공유된 센서 모듈 (204) 에 커플링되어 센서 전극 (315B) 상의 전하가 측정될 수 있는 한편, 데이터 라인 (830A) 은 스위치 신호 (820A) 를 사용하여 GND 에 커플링된다. 이 방식에서, 지문 센서 (800) 는 CHARGE, PRE-CHARGE, 및 READ 페이즈들의 단일의 반복 동안 행에서의 센서 전극들의 서브세트 또는 행에서의 단일의 센서 전극 상에 저장된 전하를 측정할 수 있다.
본원에 설명된 실시형태들 및 예들은 본 기술에 따른 실시형태들 및 그 특정 애플리케이션을 가장 잘 설명하고 이에 의해 당업자가 본 기술을 제조 및 사용할 수 있게 하기 위해 제시되었다. 그러나, 당업자는 전술한 설명 및 예들이 단지 예시 및 예의 목적들로 제시되었음을 인식할 것이다. 기술된 바와 같은 설명은 본 개시물을 개시된 정확한 형태로 제한하거나 또는 철저히 하도록 의도되지 않는다.
상기의 관점에서, 본 개시물의 범위는 뒤따르는 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (21)

  1. 용량성 감지를 수행하기 위한 프로세싱 시스템으로서,
    제 1 기간 동안, 제 1 센서 전극 및 제 2 센서 전극에 충전 전압을 인가하도록 구성된 선택 로직으로서, 상기 제 2 센서 전극은 센서 전극 매트릭스에서 상기 제 1 센서 전극에 이웃하고, 상기 센서 전극 매트릭스는 공통 평면에서 행들과 열들을 형성하는 복수의 센서 전극들을 포함하고, 상기 복수의 센서 전극들은 상기 제 1 센서 전극 및 상기 제 2 센서 전극을 포함하는, 상기 선택 로직; 및
    제 2 기간 동안, 상기 충전 전압을 인가하는 것에서 비롯되는 상기 제 1 센서 전극 상에 저장된 제 1 전하를 측정하도록 구성된 센서 회로로서, 상기 선택 로직은 상기 제 2 기간 동안 상기 제 2 센서 전극을 기준 전압으로 바이어싱하도록 구성되는, 상기 센서 회로를 포함하는, 프로세싱 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기간 동안 상기 충전 전압을 인가하는 것에서 비롯되는 상기 제 2 센서 전극 상에 저장된 제 2 전하는 상기 제 2 기간 동안 상기 프로세싱 시스템에 의해 측정되지 않는, 프로세싱 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기간 및 제 2 기간의 종료 시에 상기 제 1 센서 전극과 상기 제 2 센서 전극 간의 전압 차이가 존재하지 않고, 각각의 상기 행들 및 각각의 상기 열들은 상기 복수의 센서 전극들 중 적어도 2 개를 포함하는, 프로세싱 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 센서 전극 상에 저장된 상기 제 1 전하의 양은 상기 제 1 센서 전극과 입력 객체 간의 커플링 커패시턴스에 기초하는, 프로세싱 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서 전극 매트릭스에서의 센서 전극들은 지문의 피처들 간에 구별하기에 적합한 피치를 갖는, 프로세싱 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 센서 전극들은 상기 센서 전극 매트릭스의 동일한 행에 있는, 프로세싱 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 선택 로직은, 상기 제 1 기간 동안, 상기 충전 전압을 상기 센서 전극 매트릭스에서 상기 제 1 센서 전극에 이웃하는 제 3 센서 전극에 인가하도록 구성되고,
    상기 프로세싱 시스템은,
    상기 제 2 기간 동안, 상기 충전 전압을 인가하는 것에서 비롯되는 상기 제 3 센서 전극 상에 저장된 제 3 전하를 측정하도록 구성된 상이한 센서 회로를 더 포함하고,
    상기 제 1 및 제 3 센서 전극들은 상기 센서 전극 매트릭스의 동일한 행에 있는, 프로세싱 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 센서 회로는 상기 센서 전극 매트릭스의 적어도 2 개의 열들에서 센서 전극들에 선택적으로 커플링되고,
    상기 제 1 센서 전극은 상기 센서 회로에 선택적으로 커플링되는 한편, 상기 제 3 센서 전극은 상기 상이한 센서 회로에 선택적으로 커플링되고, 상기 제 1 및 제 3 센서 전극들에서의 제 1 및 제 3 전하들은 병렬로 측정되는, 프로세싱 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 선택 로직은, 상기 제 1 기간과 제 2 기간 사이에서 발생하는 제 3 기간 동안 데이터 라인들을 상기 기준 전압으로 바이어싱하도록 구성되고,
    상기 데이터 라인들은 각각 상기 제 1 및 제 2 센서 전극들을 상기 선택 로직에 커플링하는, 프로세싱 시스템.
  10. 입력 디바이스로서,
    공통 평면에서 행들과 열들을 형성하는 복수의 센서 전극들을 포함하는 매트릭스로 배열된 복수의 센서 전극들; 및
    프로세싱 시스템을 포함하고,
    상기 프로세싱 시스템은,
    제 1 기간 동안, 상기 복수의 센서 전극들 중 제 1 센서 전극 및 상기 복수의 센서 전극들 중 제 2 센서 전극에 충전 전압을 인가하는 것으로서, 상기 제 2 센서 전극은 상기 매트릭스에서 상기 제 1 센서 전극에 이웃하는, 상기 충전 전압을 인가하고,
    제 2 기간 동안, 상기 충전 전압을 인가하는 것에서 비롯되는 상기 제 1 센서 전극 상에 저장된 제 1 전하를 측정하며,
    상기 제 2 기간 동안 상기 제 2 센서 전극을 기준 전압으로 바이어싱하도록 구성되는, 입력 디바이스.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 기간 동안 상기 충전 전압을 인가하는 것에서 비롯되는 상기 제 2 센서 전극 상에 저장된 제 2 전하는 상기 제 2 기간 동안 상기 프로세싱 시스템에 의해 측정되지 않는, 입력 디바이스.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 기간들의 종료 시에 상기 제 1 센서 전극과 상기 제 2 센서 전극 간의 전압 차이가 존재하지 않는, 입력 디바이스.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 복수의 센서 전극들은 지문 센서 어레이를 형성하고, 각각의 상기 행들 및 각각의 상기 열들은 상기 복수의 센서 전극들 중 적어도 2 개를 포함하는, 입력 디바이스.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 센서 전극을 상기 충전 전압에 커플링하는 제 1 스위치를 활성화시키도록 구성된 제 1 행의 선택 라인; 및
    상기 제 2 센서 전극을 상기 기준 전압에 커플링하는 제 2 스위치를 활성화시키도록 구성된 제 2 행의 선택 라인을 더 포함하는, 입력 디바이스.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치는 각각의 박막 트랜지스터들 (TFT) 을 포함하는, 입력 디바이스.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 프로세싱 시스템은 상기 제 1 전하를 측정하도록 구성된 센서 회로를 포함하고,
    상기 입력 디바이스는,
    상기 제 1 센서 전극을 상기 충전 전압 및 상기 센서 회로에 커플링하는 제 3 스위치를 활성화시키도록 구성된 제 3 행의 선택 라인; 및
    상기 제 1 센서 전극을 상기 기준 전압에 커플링하는 제 4 스위치를 활성화시키도록 구성된 제 4 행의 선택 라인을 더 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 센서 전극들은 상기 매트릭스의 상이한 행들에 배치되는, 입력 디바이스.
  17. 용량성 감지를 수행하는 방법으로서,
    제 1 기간 동안, 제 1 센서 전극에 그리고 센서 전극 매트릭스에서 상기 제 1 센서 전극에 이웃하는 제 2 센서 전극에 충전 전압을 인가하는 단계로서, 상기 센서 전극 매트릭스는 공통 평면에서 행들과 열들을 형성하는 복수의 센서 전극들을 포함하고, 상기 복수의 센서 전극들은 상기 제 1 센서 전극 및 상기 제 2 센서 전극을 포함하는, 상기 충전 전압을 인가하는 단계;
    제 2 기간 동안, 상기 충전 전압을 인가하는 것에서 비롯되는 상기 제 1 센서 전극 상에 저장된 제 1 전하를 측정하는 단계; 및
    상기 제 2 기간 동안 상기 제 2 센서 전극을 기준 전압으로 바이어싱하는 단계를 포함하는, 용량성 감지를 수행하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 기간 동안 상기 충전 전압을 인가하는 것에서 비롯되는 상기 제 2 센서 전극 상에 저장된 제 2 전하는 상기 제 2 기간 동안 측정되지 않는, 용량성 감지를 수행하는 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 기간 동안, 상기 충전 전압을 상기 센서 전극 매트릭스에서 상기 제 1 센서 전극에 이웃하는 제 3 센서 전극에 인가하는 단계; 및
    상기 제 2 기간 동안, 상기 충전 전압을 인가하는 것에서 비롯되는 상기 제 3 센서 전극 상에 저장된 제 3 전하를 측정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제 1 및 제 3 센서 전극들은 상기 센서 전극 매트릭스의 동일한 행에 있는, 용량성 감지를 수행하는 방법.
  20. 제 17 항에 있어서,
    제 3 기간 동안 상기 제 1 및 제 2 센서 전극들을 상기 충전 전압을 제공하는 전압 소스에 커플링하는 각각의 데이터 라인들로부터 상기 제 1 및 제 2 센서 전극들을 접속해제시키는 단계로서, 상기 제 3 기간은 상기 제 1 기간과 제 2 기간 사이에서 발생하고, 상기 제 1 및 제 2 센서 전극들은 상기 제 3 기간 동안 전기적으로 플로팅되고 있는, 상기 각각의 데이터 라인들로부터 상기 제 1 및 제 2 센서 전극들을 접속해제시키는 단계; 및
    상기 제 3 기간 동안 상기 각각의 데이터 라인들을 상기 기준 전압으로 바이어싱하는 단계를 더 포함하는, 용량성 감지를 수행하는 방법.
  21. 입력 디바이스로서,
    매트릭스로 배열된 복수의 센서 전극들;
    상기 매트릭스의 제 1 및 제 2 센서 전극들을 제 1 데이터 라인에 선택적으로 커플링하는 제 1 및 제 2 행의 선택 라인들; 및
    프로세싱 시스템을 포함하고,
    상기 프로세싱 시스템은,
    제 1 기간 동안, 상기 제 1 데이터 라인을 사용하여 상기 제 1 센서 전극에 충전 전압을 인가하고,
    상기 제 1 기간 동안, 제 2 데이터 라인을 사용하여 상기 매트릭스의 제 3 센서 전극에 상기 충전 전압을 인가하며,
    제 2 기간 동안, 상기 제 1 데이터 라인을 사용하여 상기 충전 전압을 인가하는 것에서 비롯되는 상기 제 1 센서 전극 상에 저장된 전하를 측정하도록 구성되고,
    상기 제 2 센서 전극 및 제 3 센서 전극은 상기 제 2 기간 동안 전기적으로 플로팅되는, 입력 디바이스.
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