KR102417379B1 - Touch sensing controller and touch sensing device having the same - Google Patents
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Abstract
서로 인접하는 센싱전극에서 차동적으로 수신된 센싱신호들을 근거로 터치 발생 여부를 판별하는 터치 센싱 콘트롤러 및 이를 갖는 터치 센싱장치가 개시된다. 터치 센싱장치는, 복수의 구동전극들과 복수의 센싱전극들이 배치된 터치 패널; 및 상기 구동전극들에 서로 다른 주파수를 갖는 복수의 구동신호들을 제공하는 구동부와, 상기 센싱전극들을 통해 센싱되는 센싱신호들을 차동적으로 수신하여 터치 발생 여부를 판별하는 센싱부를 포함하는 터치 센싱 콘트롤러를 포함하되, 상기 센싱부는 상기 센싱신호들을 차동적으로 수신하여 차동 센싱신호를 생성하는 복수의 커런트 컨베이어 회로들을 포함하고, 상기 커런트 컨베이어 회로의 수는 상기 센싱전극의 수보다 1개 작은 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 서로 인접하는 센싱전극에서 센싱신호들을 차동적으로 수신하여 고속 푸리에 변환을 통해 획득된 정보를 근거로 터치 발생 여부를 판별할 수 있다. Disclosed are a touch sensing controller for determining whether a touch occurs based on sensing signals differentially received from sensing electrodes adjacent to each other, and a touch sensing device having the same. The touch sensing device includes: a touch panel on which a plurality of driving electrodes and a plurality of sensing electrodes are disposed; and a driving unit that provides a plurality of driving signals having different frequencies to the driving electrodes, and a sensing unit that differentially receives sensing signals sensed through the sensing electrodes to determine whether a touch occurs. Including, wherein the sensing unit includes a plurality of current conveyor circuits for generating differential sensing signals by differentially receiving the sensing signals, wherein the number of the current conveyor circuits is one less than the number of the sensing electrodes . Accordingly, it is possible to differentially receive sensing signals from adjacent sensing electrodes and determine whether a touch occurs based on information obtained through fast Fourier transform.
Description
본 발명은 터치 센싱 콘트롤러 및 이를 갖는 터치 센싱장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 서로 인접하는 센싱전극에서 차동적으로 수신된 센싱신호들을 근거로 터치 발생 여부를 판별하는 터치 센싱 콘트롤러 및 이를 갖는 터치 센싱장치에 관한 것이다. The present invention relates to a touch sensing controller and a touch sensing device having the same, and more particularly, to a touch sensing controller for determining whether a touch occurs based on sensing signals differentially received from sensing electrodes adjacent to each other, and touch sensing having the same It's about the device.
터치 센싱 장치는 기계식 버튼, 키패드, 키보드, 및 포인팅 장치의 필요성을 감소시키거나 없앰으로써 사용자가 전자 시스템 및 디스플레이와 편리하게 인터페이스할 수 있게 해준다. 예를들어, 사용자는 아이콘에 의해 식별되는 위치에서 디스플레이 중인 터치 스크린을 간단히 터치함으로써 복잡한 일련의 명령어들을 실행할 수 있다. Touch sensing devices allow users to conveniently interface with electronic systems and displays by reducing or eliminating the need for mechanical buttons, keypads, keyboards, and pointing devices. For example, a user may execute a complex series of commands by simply touching a touch screen being displayed at a location identified by an icon.
예를들어, 저항 방식, 적외선 방식, 정전용량 방식, 표면 탄성파 방식, 전자기 방식, 근접장 이미징(near field imaging) 방식 등을 비롯한, 터치 센싱 장치를 구현하는 몇가지 유형의 기술이 있다. 정전용량 방식의 터치 센싱 장치는 다수의 응용에서 잘 동작하는 것으로 밝혀졌다. 많은 터치 센싱 장치에서, 센서 내의 전도성 물체가 사용자의 손가락과 같은 전도성 터치 도구와 용량적으로 결합될 때 입력이 센싱된다. 일반적으로, 2개의 전기 전도성 부재가 실제로 터치하는 일없이 서로 근접하게 될 때마다, 이들 사이에 커패시턴스가 형성된다. 정전용량 방식의 터치 센싱 장치의 경우에, 손가락과 같은 물체가 터치 센싱 표면에 접근할 때, 물체와 아주 근접해 있는 센싱 지점 사이에 작은 커패시턴스가 형성된다. 각각의 센싱 지점에서 커패시턴스의 변화를 검출하고 센싱 지점의 위치에 유의함으로써, 센싱 회로는 다수의 물체를 인식하고 물체가 터치 표면에 걸쳐 움직일 때 물체의 특성을 결정할 수 있다.For example, there are several types of technologies for implementing a touch sensing device, including a resistive method, an infrared method, a capacitive method, a surface acoustic wave method, an electromagnetic method, a near field imaging method, and the like. Capacitive touch sensing devices have been found to work well in a number of applications. In many touch sensing devices, input is sensed when a conductive object within the sensor is capacitively coupled with a conductive touch tool, such as a user's finger. In general, whenever two electrically conductive members come into proximity to each other without actually touching them, a capacitance is formed between them. In the case of a capacitive touch sensing device, when an object such as a finger approaches a touch sensing surface, a small capacitance is formed between the object and a sensing point in close proximity. By detecting the change in capacitance at each sensing point and noting the location of the sensing point, the sensing circuit can recognize multiple objects and determine the properties of the objects as they move across the touch surface.
터치를 용량성 측정하기 위해 이용되는 두 공지의 기술이 있다. There are two known techniques used to capacitively measure touch.
하나의 기술은 접지에 대한 정전용량을 측정하는 것으로, 이에 의해 신호가 전극에 인가된다. 전극에 근접한 터치는 신호 전류가 전극으로부터 손가락 같은 물체를 통해 전기적 접지로 흐르게 한다.One technique is to measure the capacitance to ground, whereby a signal is applied to the electrode. A touch in proximity to an electrode causes a signal current to flow from the electrode through an object such as a finger to electrical ground.
다른 하나의 기술은 상호 커패시턴스에 의한 것이다. 상호 정전용량 터치 스크린은 신호를 전기장에 의해 센싱전극에 용량성 커플링되는 구동전극에 인가한다. 두 전극들 간의 신호 커플링은 근접한 물체에 의해 감소되고, 이는 용량성 커플링을 감소시킨다.Another technique is by mutual capacitance. A mutual capacitive touch screen applies a signal to a driving electrode that is capacitively coupled to the sensing electrode by an electric field. Signal coupling between the two electrodes is reduced by a nearby object, which reduces capacitive coupling.
이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 서로 인접하는 센싱전극에서 센싱신호들을 차동적으로 수신하여 고속 푸리에 변환을 통해 획득된 정보를 근거로 터치 발생 여부를 판별하는 터치 센싱 콘트롤러를 제공하는 것이다.Accordingly, the technical problem of the present invention is to solve such a conventional problem, and an object of the present invention is to differentially receive sensing signals from adjacent sensing electrodes to determine whether touch occurs based on information obtained through fast Fourier transform. It is to provide a touch sensing controller that determines
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본 발명의 다른 목적은 상기한 터치 센싱 콘트롤러를 갖는 터치 센싱장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a touch sensing device having the above-described touch sensing controller.
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상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 터치 센싱 콘트롤러는, 서로 다른 주파수를 갖는 복수의 구동신호들을 복수의 구동전극들에 제공하는 구동부; 및 복수의 센싱전극들을 통해 센싱되는 센싱신호들을 차동적으로 수신하여 터치 발생 여부를 판별하는 센싱부를 포함하되, 상기 센싱부는 상기 센싱신호들을 차동적으로 수신하여 차동 센싱신호를 생성하는 복수의 커런트 컨베이어 회로들을 포함하고, 상기 커런트 컨베이어 회로의 수는 상기 센싱전극의 수보다 1개 작은 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object of the present invention, a touch sensing controller according to an embodiment includes a driver providing a plurality of driving signals having different frequencies to a plurality of driving electrodes; and a sensing unit that differentially receives sensing signals sensed through a plurality of sensing electrodes to determine whether a touch occurs, wherein the sensing unit receives the sensing signals differentially to generate differential sensing signals. circuits, wherein the number of the current conveyor circuits is smaller than the number of the sensing electrodes by one.
일실시예에서, 상기 구동부는 상기 구동전극들 각각에 정현파를 제공하는 디지털 함수 발생부를 포함할 수 있다. In an embodiment, the driving unit may include a digital function generator that provides a sine wave to each of the driving electrodes.
일실시예에서, 터치 센싱 콘트롤러는 터치 구동 제어부를 더 포함하고, 상기 디지털 함수 발생부는 상기 구동전극들 각각에 연결되어 상기 터치 구동 제어부의 제어에 응답하여 사인파를 정확한 주파수, 주기 및 위상을 정밀하게 발생시키도록 구성된 복수의 직접 디지털 합성(Direct Digital Synthesis, 이하, DDS) 모듈들을 포함할 수 있다. In one embodiment, the touch sensing controller further includes a touch driving control unit, and the digital function generator is connected to each of the driving electrodes to generate a sine wave precisely in response to the control of the touch driving control unit with an accurate frequency, period and phase. It may include a plurality of Direct Digital Synthesis (DDS) modules configured to generate.
일실시예에서, 터치 센싱 콘트롤러는 주변의 노이즈 성분을 센싱하고 센싱된 노이즈 성분에 대한 주파수 특성을 상기 터치 구동 제어부에 제공하는 노이즈 센싱부를 더 포함할 수 있다. In an embodiment, the touch sensing controller may further include a noise sensing unit that senses a surrounding noise component and provides a frequency characteristic of the sensed noise component to the touch driving controller.
일실시예에서, 상기 터치 구동 제어부는 상기 노이즈 센싱부에서 제공되는 노이즈 성분의 주파수 대역을 회피하여 상기 구동신호를 생성하도록 상기 구동부를 제어할 수 있다. In an embodiment, the touch driving control unit may control the driving unit to generate the driving signal by avoiding a frequency band of a noise component provided by the noise sensing unit.
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일실시예에서, 홀수번째 커런트 컨베이어 회로는, 홀수번째 센싱전극에 연결된 제1 입력단 및 짝수번째 센싱전극에 연결된 제2 입력단을 포함하고, 짝수번째 커런트 컨베이어 회로는, 짝수번째 센싱전극에 연결된 제1 입력단 및 홀수번째 센싱전극에 연결된 제2 입력단을 포함할 수 있다. In an embodiment, the odd-numbered current conveyor circuit includes a first input terminal connected to the odd-numbered sensing electrode and a second input terminal connected to the even-numbered sensing electrode, and the even-numbered current conveyor circuit includes a first input terminal connected to the even-numbered sensing electrode. It may include an input terminal and a second input terminal connected to the odd-numbered sensing electrode.
일실시예에서, 상기 센싱부는, 상기 커런트 컨베이어 회로의 출력단 각각에 연결된 복수의 신호 증폭기들을 포함하고, 상기 커런트 컨베이어 회로들 각각에서 출력되는 센싱신호를 제1 증폭하는 제1 신호 증폭부; 상기 신호 증폭기들 각각의 출력단에 연결된 복수의 액티브 필터들을 포함하고, 증폭된 센싱신호들 각각을 필터링하는 액티브 필터부; 상기 액티브 필터들 출력단 각각에 연결된 복수의 신호 증폭기들을 포함하고, 상기 액티브 필터링된 센싱 신호들을 제2 증폭하는 제2 신호 증폭부; 복수의 아날로그-디지털 변환기들을 포함하고, 상기 제2 증폭된 센싱신호들 각각을 디지털 변환하는 아날로그-디지털 변환부; 복수의 고속 푸리에 변환기들을 포함하고, 디지털 변환된 센싱신호들 각각을 고속 푸리에 변환하는 고속 푸리에 변환부; 및 상기 구동신호의 주파수 크기를 기준으로 고속 푸리에 변환된 센싱신호의 주파수 크기간의 변화량을 근거로 터치 발생 여부를 판별하는 터치 판별부를 더 포함할 수 있다. In an embodiment, the sensing unit may include: a first signal amplifier including a plurality of signal amplifiers connected to respective output terminals of the current conveyor circuit, and first amplifying a sensing signal output from each of the current conveyor circuits; an active filter unit including a plurality of active filters connected to an output terminal of each of the signal amplifiers and filtering each of the amplified sensing signals; a second signal amplifier comprising a plurality of signal amplifiers connected to each of the output terminals of the active filters, and second amplifying the active filtered sensing signals; an analog-to-digital converter including a plurality of analog-to-digital converters and digitally converting each of the second amplified sensing signals; a fast Fourier transform unit including a plurality of fast Fourier transforms and fast Fourier transforming each of the digitally converted sensing signals; and a touch determination unit configured to determine whether a touch occurs based on an amount of change between the frequency magnitudes of the fast Fourier-transformed sensing signal based on the frequency magnitude of the driving signal.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 다른 실시예에 따른 터치 센싱 콘트롤러는, 서로 다른 주파수를 갖는 복수의 구동신호들을 복수의 구동전극들에 제공하는 구동부; 및 복수의 센싱전극들을 통해 센싱되는 센싱신호들을 차동적으로 수신하여 터치 발생 여부를 판별하는 센싱부를 포함하되, 상기 센싱부는 상기 센싱신호들을 차동적으로 수신하여 상기 차동 센싱신호를 생성하는 복수의 커런트 컨베이어 회로들을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 커런트 컨베이어 회로의 수는 상기 센싱전극의 수와 동일할 수 있다. In order to achieve the above object of the present invention, a touch sensing controller according to another embodiment includes a driver providing a plurality of driving signals having different frequencies to a plurality of driving electrodes; and a sensing unit that differentially receives sensing signals sensed through a plurality of sensing electrodes to determine whether a touch occurs, wherein the sensing unit receives the sensing signals differentially and generates the differential sensing signals. Conveyor circuits may be included. Here, the number of the current conveyor circuits may be the same as the number of the sensing electrodes.
일실시예에서, 홀수번째 커런트 컨베이어 회로는 홀수번째 센싱전극에 연결되고, 짝수번째 커런트 컨베이어 회로는 짝수번째 센싱전극에 연결될 수 있다. In an embodiment, the odd-numbered current conveyor circuit may be connected to the odd-numbered sensing electrode, and the even-numbered current conveyor circuit may be connected to the even-numbered sensing electrode.
일실시예에서, 상기 센싱부는, 서로 인접하는 커런트 컨베이어 회로의 출력단 각각에 연결된 복수의 신호 증폭기들을 포함하고, 상기 커런트 컨베이어 회로들 각각에서 출력되는 센싱신호를 제1 증폭하는 제1 신호 증폭부; 상기 신호 증폭기들 각각의 출력단에 연결된 복수의 액티브 필터들을 포함하고, 증폭된 센싱신호들 각각을 필터링하는 액티브 필터부; 상기 액티브 필터들 출력단 각각에 연결된 복수의 신호 증폭기들을 포함하고, 상기 액티브 필터링된 센싱 신호들을 제2 증폭하는 제2 신호 증폭부; 복수의 아날로그-디지털 변환기들을 포함하고, 상기 제2 증폭된 센싱신호들 각각을 디지털 변환하는 아날로그-디지털 변환부; 복수의 고속 푸리에 변환기들을 포함하고, 디지털 변환된 센싱신호들 각각을 고속 푸리에 변환하는 고속 푸리에 변환부; 및 상기 구동신호의 주파수 크기를 기준으로 고속 푸리에 변환된 센싱신호의 주파수 크기간의 변화량을 근거로 터치 발생 여부를 판별하는 터치 판별부를 더 포함할 수 있다. In an embodiment, the sensing unit may include: a first signal amplifier including a plurality of signal amplifiers connected to respective output terminals of adjacent current conveyor circuits, and first amplifying a sensing signal output from each of the current conveyor circuits; an active filter unit including a plurality of active filters connected to an output terminal of each of the signal amplifiers and filtering each of the amplified sensing signals; a second signal amplifier comprising a plurality of signal amplifiers connected to each of the output terminals of the active filters, and second amplifying the active filtered sensing signals; an analog-to-digital converter including a plurality of analog-to-digital converters and digitally converting each of the second amplified sensing signals; a fast Fourier transform unit including a plurality of fast Fourier transforms and fast Fourier transforming each of the digitally converted sensing signals; and a touch determination unit configured to determine whether a touch occurs based on an amount of change between the frequency magnitudes of the fast Fourier-transformed sensing signal based on the frequency magnitude of the driving signal.
일실시예에서, 첫번째 센싱전극에 연결된 커런트 컨베이어 회로는 플로팅된 제1 출력단 및 첫번째 신호 증폭기에 연결된 제2 출력단을 포함하고, 마지막번째 센싱전극에 연결된 커런트 컨베이어 회로는 마지막번째 신호 증폭기에 연결된 제1 출력단 및 플로팅된 제2 출력단을 포함할 수 있다. In one embodiment, the current conveyor circuit connected to the first sensing electrode includes a first floating output terminal and a second output terminal connected to the first signal amplifier, and the current conveyor circuit connected to the last sensing electrode is a first output terminal connected to the last signal amplifier. It may include an output terminal and a floating second output terminal.
일실시예에서, 상기 액티브 필터부는 로우 패스 필터 및 밴드 패스 필터 중 어느 하나를 포함할 수 있다. In an embodiment, the active filter unit may include any one of a low-pass filter and a band-pass filter.
일실시예에서, 터치 센싱 콘트롤러는 상기 커런트 컨베이어 회로, 상기 제1 신호 증폭기, 상기 액티브 필터부, 상기 제2 신호 증폭부, 상기 아날로그-디지털 변환부 및 상기 고속 푸리에 변환부의 동작을 제어하는 터치 센싱 제어부를 더 포함할 수 있다. In an embodiment, the touch sensing controller includes touch sensing for controlling operations of the current conveyor circuit, the first signal amplifier, the active filter unit, the second signal amplifier, the analog-to-digital converter, and the fast Fourier transform unit. It may further include a control unit.
일실시예에서, 상기 터치 센싱 제어부는 상기 아날로그-디지털 변환부가 상기 구동신호의 주파수 보다 빠른 주파수로 아날로그-디지털 변환하도록 상기 구동신호의 주파수에 대한 정보를 상기 아날로그-디지털 변환부에 제공할 수 있다. In an embodiment, the touch sensing control unit may provide information on the frequency of the driving signal to the analog-to-digital converter so that the analog-to-digital converter converts the analog-to-digital signal to a frequency faster than the frequency of the driving signal. .
상기한 본 발명의 또 다른 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 터치 센싱장치는, 복수의 구동전극들과 복수의 센싱전극들이 배치된 터치 패널; 및 상기 구동전극들에 서로 다른 주파수를 갖는 복수의 구동신호들을 제공하는 구동부와, 상기 센싱전극들을 통해 센싱되는 센싱신호들을 차동적으로 수신하여 터치 발생 여부를 판별하는 센싱부를 포함하는 터치 센싱 콘트롤러를 포함하되, 상기 센싱부는 상기 센싱신호들을 차동적으로 수신하여 차동 센싱신호를 생성하는 복수의 커런트 컨베이어 회로들을 포함하고, 상기 커런트 컨베이어 회로의 수는 상기 센싱전극의 수보다 1개 작거나 동일한 것을 특징으로 한다.In order to realize another object of the present invention, a touch sensing device according to an embodiment includes a touch panel on which a plurality of driving electrodes and a plurality of sensing electrodes are disposed; and a driving unit that provides a plurality of driving signals having different frequencies to the driving electrodes, and a sensing unit that differentially receives sensing signals sensed through the sensing electrodes to determine whether a touch occurs. Including, wherein the sensing unit includes a plurality of current conveyor circuits for generating differential sensing signals by differentially receiving the sensing signals, wherein the number of the current conveyor circuits is equal to or smaller than the number of the sensing electrodes by one do it with
이러한 터치 센싱 콘트롤러 및 이를 갖는 터치 센싱장치에 의하면, 서로 인접하는 센싱전극에서 센싱신호들을 차동적으로 수신하여 고속 푸리에 변환을 통해 획득된 정보를 근거로 터치 발생 여부를 판별할 수 있다.According to such a touch sensing controller and a touch sensing device having the same, it is possible to differentially receive sensing signals from adjacent sensing electrodes and determine whether a touch occurs based on information obtained through fast Fourier transform.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일실시예에 따른 터치 센싱 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 도 1a에 도시된 커런트 컨베이어 회로의 심볼을 설명하기 위한 도면이다.
도 3는 도 2에 도시된 커런트 컨베이어 회로의 일례를 설명하기 위한 회로도이다.
도 4는 비교예에 따른 터치 센싱 장치를 개략적으로 설명하기 위한 구성도이다.
도 5a 내지 도 5c는 도 4에 도시된 비교예에 따른 터치 센싱 장치를 통한 터치 센싱 방법을 개략적으로 설명하기 위한 그래프들이다.
도 6은 본 발명에 따른 터치 센싱 장치를 개략적으로 설명하기 위한 구성도이다.
도 7a 내지 도 7c는 도 6에 도시된 본 발명에 따른 터치 센싱 장치를 통한 터치 센싱 방법을 개략적으로 설명하기 위한 그래프들이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 센싱 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 9a는 도 8a에 도시된 커런트 컨베이어 회로의 심볼을 설명하기 위한 도면이고, 도 9b는 도 8a에 도시된 커런트 컨베이어 회로를 설명하기 위한 등가회로도이다.
도 10는 도 8a에 도시된 커런트 컨베이어 회로의 일례를 설명하기 위한 회로도이다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 센싱 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 12은 터치 센싱 장치가 채용된 휴대폰에서 발생되는 충전기 노이즈를 설명하기 위한 주파수 노이즈 스펙트럼이다.
도 13은 도 12의 주파수 노이즈 스펙트럼에서 구동주파수 설정을 설명하기 위한 주파수 노이즈 스펙트럼이다. 1A and 1B are block diagrams for explaining a touch sensing device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining a symbol of the current conveyor circuit shown in FIG. 1A.
FIG. 3 is a circuit diagram for explaining an example of the current conveyor circuit shown in FIG. 2 .
4 is a configuration diagram schematically illustrating a touch sensing device according to a comparative example.
5A to 5C are graphs for schematically explaining a touch sensing method through the touch sensing device according to the comparative example shown in FIG. 4 .
6 is a configuration diagram schematically illustrating a touch sensing device according to the present invention.
7A to 7C are graphs for schematically explaining a touch sensing method through the touch sensing device shown in FIG. 6 according to the present invention.
8A and 8B are block diagrams for explaining a touch sensing device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 9A is a diagram for explaining a symbol of the current conveyor circuit shown in FIG. 8A , and FIG. 9B is an equivalent circuit diagram for explaining the current conveyor circuit shown in FIG. 8A .
10 is a circuit diagram for explaining an example of the current conveyor circuit shown in FIG. 8A.
11A and 11B are block diagrams for explaining a touch sensing device according to another embodiment of the present invention.
12 is a frequency noise spectrum for explaining charger noise generated in a mobile phone employing a touch sensing device.
13 is a frequency noise spectrum for explaining the setting of a driving frequency in the frequency noise spectrum of FIG. 12 .
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. Since the present invention can have various changes and can have various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. In describing each figure, like reference numerals have been used for like elements. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are enlarged than the actual size for clarity of the present invention.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. Terms such as first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or a combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It is to be understood that it does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. In addition, unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일실시예에 따른 터치 센싱 장치를 설명하기 위한 블록도이다. 1A and 1B are block diagrams for explaining a touch sensing device according to an embodiment of the present invention.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 터치 센싱 장치(100)는 터치 패널(110) 및 터치 센싱 콘트롤러(120)를 포함한다. 1A and 1B , the
상기 터치 패널(110)은 구동신호를 전송하는 복수의 구동전극들(112)과 센싱신호를 전송하는 복수의 센싱전극들(114)을 포함한다. 상기 구동전극들(112)과 상기 센싱전극들(114)은 서로 다른 층에 배치될 수 있다. 도 1에서 구동전극들(112)이 아래층에 배치되고 센싱전극들(114)이 위층에 배치된 것을 도시하였으나 그 역도 가능하다. 상기 구동전극들(112)과 상기 센싱전극들(114)은, 평면상에서 관찰할 때, 매트릭스 타입으로 배치될 수 있다. 한편, 상기 구동전극들(112)과 상기 센싱전극들(114)은 동일한 층에 배치될 수 있다. 예를들어, 상기 구동전극들(112)과 상기 센싱전극들(114)은 서로 교호로 배치될 수도 있다. The
상기 터치 패널(110)은 전형적으로 사용자가 터치 패널(110)을 통해 물체(컴퓨터, 핸드헬드 장치, 휴대폰, 또는 기타 주변 장치의 픽셀화된 디스플레이 등)를 볼 수 있도록 실질적으로 투명하다. The
설명의 편의상, 구동전극들(112)과 센싱전극들(114)이 넓고 잘 보이도록 도시되어 있지만, 실제로는 비교적 좁고 사용자에게 잘 보이지 않게 되어 있을 수 있다. 게다가, 구동전극들(112)과 센싱전극들(114)이 가변 폭 - 예를들어, 전극간 프린지 전계(inter-electrode fringe field)를 증가시키고 그로써 구동전극들(112)과 센싱전극들(114)간 용량성 커플링(electrode-to-electrode capacitive coupling)에 대한 터치의 효과를 증가시키기 위해 매트릭스의 노드의 근방에서 다이어몬드-형상 또는 기타 형상의 패드의 형태로 증가된 폭 - 을 가지도록 설계될 수 있다. For convenience of description, the driving
예시적인 실시 형태에서, 구동전극들(112)과 센싱전극들(114)은 ITO(indium tin oxide) 또는 다른 적당한 전기 전도성 물질로 이루어져 있을 수 있다. In an exemplary embodiment, the driving
상기 터치 센싱 콘트롤러(120)는 구동부(122), 센싱부(124) 및 제어부(126)를 포함한다. 동작시, 상기 터치 센싱 콘트롤러(120)는 상기 구동전극들(112)에 서로 다른 구동주파수를 갖는 복수의 구동신호들을 제공하고, 상기 센싱전극들(114) 각각에서 센싱되는 센싱신호들을 고속 푸리에 변환(FFT)하여 상기 구동주파수에 대한 상기 센싱주파수 크기의 변화량을 근거로 터치 발생 여부를 판별한다. The
상기 구동부(122)는 서로 다른 구동주파수를 갖는 구동신호들을 상기 구동전극들(112) 각각에 동시에 제공한다. 예를들어, 제1 구동전극에는 제1 주파수(f0)를 갖는 구동신호를 제공하고, 제2 구동전극에는 제2 주파수(f1)를 갖는 구동신호를 제공하고, 제3 구동전극에는 제3 주파수(f2)를 갖는 구동신호를 제공하고, 제4 구동전극에는 제4 주파수(f3)를 갖는 구동신호를 제공한다. 상기한 서로 다른 구동주파수를 갖는 구동신호들은 상기 제어부(126)의 제어에 따라 생성될 수 있다. 본 실시예에서, 상기 구동신호들은 사인(sine)파 또는 코사인(cosine)파 등의 정현파를 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 구동신호들은 서로 다른 위상에서 시작할 수 있다. 본 실시예에서, 상기 구동부(122)는 서로 다른 구동주파수를 갖는 구동신호들을 이용하여 동시에 상기 구동전극들(112)을 구동하므로 터치 센싱 시간이 빠르고 이에 따라 고속 응답이 가능하다. The driving
본 실시예에서, 상기 구동부(122)는 상기 구동전극들 각각에 정현파를 제공하는 디지털 함수 발생부를 포함할 수 있다. 상기 디지털 함수 발생부는 상기 구동전극들 각각에 연결되어 상기 터치 구동 제어부의 제어에 응답하여 사인파를 정확한 주파수, 주기 및 위상을 정밀하게 발생시키도록 구성된 복수의 직접 디지털 합성(Direct Digital Synthesis, 이하, DDS) 모듈들을 포함할 수 있다.In this embodiment, the driving
상기 센싱부(124)는 차동 수신부(410), 제1 신호 증폭부(420), 액티브 필터부(430), 제2 신호 증폭부(440), 아날로그-디지털 변환부(450), 고속 푸리에 변환부(460) 및 터치 판별부(470)를 포함한다. The
상기 센싱부(124)는 상기 센싱전극들(114) 각각에서 센싱신호를 차동적으로 수신하여 차동 센싱신호를 생성하고, 상기 차동 센싱신호를 고속 푸리에 변환하여 차동 센싱신호의 주파수 크기를 획득하고, 상기 센싱신호의 주파수 크기와 상기 구동신호의 주파수 크기간의 변화량을 근거로 터치 발생 여부를 판별한다. The
즉, 터치가 발생한 전극은 해당 전극에 부여된 정현파의 진폭이 감소된 형태로 수신이 된다. 감쇄된 정현파의 주파수는 상기 차동 수신부(410)를 통해 감소된 양만 감지되고 증폭됨으로 터치로 발생한 신호 변화량에 의해 터치가 발생한 센서의 구동주파수에 해당하는 FFT 결과의 진폭(Magnitude)값은 증가한다. That is, the touched electrode is received in a form in which the amplitude of the sinusoidal wave applied to the corresponding electrode is reduced. The frequency of the attenuated sine wave is detected and amplified by the
상기 차동 수신부(410)는 상기 센싱전극들(114) 각각에 연결되어 서로 인접하는 센싱전극들의 센싱신호들을 수신한다. 상기 차동 수신부(410)는 복수의 커런트 컨베이어 회로들(current conveyor circuit)을 포함할 수 있다. 상기 커런트 컨베이어 회로들 각각은 상기 센싱신호들을 차동적으로 수신하여 상기 차동 센싱신호를 생성하고 생성된 차동 센싱신호를 상기 신호 증폭부(430)에 제공한다. 본 실시예에서, 상기 커런트 컨베이어 회로는 차동 커런트 컨베이어(differential current conveyor) 회로일 수 있다. The
상기 제1 신호 증폭부(420)는 복수의 제1 신호 증폭기들을 포함하고, 상기 차동 수신부(410)에서 출력되는 차동 센싱신호를 증폭하여 상기 액티브 필터부(430)에 제공한다. 본 실시예에서, 상기 제1 신호 증폭기들은 차동증폭기(differential amplifier)를 포함할 수 있다.The
상기 액티브 필터부(430)는 증폭된 센싱신호들 각각을 액티브 필터링하여 상기 아날로그-디지털 변환부(450)에 제공한다. 상기 액티브 필터부(430)는 복수의 밴드 패스 필터들(band pass filters)을 포함할 수도 있다. 한편, 상기 액티브 필터부(430)는 복수의 로우 패스 필터들(low pass filters)을 포함할 수도 있다. The
즉, 수신단은 입력신호의 주파수 대역을 관심을 갖고 있는 구동 주파수 대역으로 설정할 수 있도록 밴드 패스 필터를 사용할 수도 있다. 또는, 고속 푸리에 변환(FFT)의 분해능에 따라 저주파 성분은 FFT로 구별해 낼 수 있음으로 로우 패스 필터들을 사용할 수도 있다. 또는, 커런트 컨베이어와 전압 증폭기의 고주파 차단 주파수 성분을 이용하여 로우 패스 필터 없이 바로 증폭기 단을 연결 할 수도 있다.That is, the receiving end may use a band pass filter to set the frequency band of the input signal to the driving frequency band of interest. Alternatively, low-pass filters may be used because low-frequency components can be distinguished by the FFT according to the resolution of the fast Fourier transform (FFT). Alternatively, the amplifier stage can be directly connected without a low-pass filter by using the high-frequency cutoff frequency component of the current conveyor and the voltage amplifier.
상기 제2 신호 증폭부(440)는 복수의 제2 신호 증폭기들을 포함하고, 상기 액티브 필터링된 센싱신호들을 증폭하여 상기 아날로그-디지털 변환부(450)에 제공한다. 본 실시예에서, 상기 제2 신호 증폭기들은 차동증폭기(differential amplifier)를 포함할 수 있다.The
상기 아날로그-디지털 변환부(450)는 복수의 아날로그-디지털 변환기들을 포함하고, 액티브 필터링된 센싱신호들 각각을 디지털 변환하여 상기 고속 푸리에 변환부(460)에 제공한다. 상기 아날로그-디지털 변환부(450)는 상기 구동주파수보다 최소 2배 이상 빠른 주파수로 ADC변환을 실시한다. 상기 구동주파수에 대한 정보는 상기 제어부(126)로부터 제공받을 수 있다. 본 실시예에서, 상기 아날로그-디지털 변환기는 차동 아날로그-디지털 변환기(differential ADC)를 포함할 수 있다.The analog-to-
상기 고속 푸리에 변환부(460)는 복수의 고속 푸리에 변환기들을 포함하고, 디지털 변환된 센싱신호들 각각을 고속 푸리에 변환하여 센싱신호들 각각을 시간 도메인(Time Domain)에서 주파수 도메인(Frequency Domain)으로 변환하여 주파수 성분과 주파수 성분의 크기를 획득한 후 상기 터치 판별부(470)에 제공한다. 본 실시예에서, 시간 도메인(time domain)에서의 센싱을 주파수 도메인에서 센싱으로 변환함으로써, 디지털 신호처리에 매우 유용하다.The fast
상기 터치 판별부(470)는 상기 구동신호의 주파수 크기를 기준으로 고속 푸리에 변환된 센싱신호의 주파수 크기간의 변화량을 근거로 터치 발생 여부를 판별한다. 상기 구동신호의 주파수에 대한 정보는 상기 제어부(126)로부터 제공받을 수 있다. The
상기 제어부(126)는 터치 구동 제어부(127) 및 터치 센싱 제어부(128)를 포함한다. The
상기 터치 구동 제어부(127)는 서로 다른 구동주파수를 갖는 구동신호들을 상기 구동전극들(112) 각각에 동시에 제공하도록 상기 구동부(122)의 동작을 제어한다. The touch
상기 터치 센싱 제어부(128)는 상기 아날로그-디지털 변환부(450)가 상기 구동신호의 주파수 보다 빠른 주파수로 아날로그-디지털 변환하도록 상기 구동신호의 주파수에 대한 정보를 상기 아날로그-디지털 변환부(450)에 제공한다. The touch
상기 터치 센싱 콘트롤러(120)는 측정된 크기 및 연관된 파라미터를 저장하는 하나 이상의 메모리 장치(미도시)와, 필요한 계산 및 제어 기능을 수행하는 마이크로프로세서(미도시)를 더 포함할 수 있다. The
상기 터치 센싱 콘트롤러(120) 및/또는 상기 터치 센싱 장치(100)의 기타 부분은, 본 명세서에 기술된 기능들 중 하나 이상의 기능을 수행하기 위해, 하나 이상의 ASIC(application-specific integrated circuit), ASSP(application-specific standard product) 등으로 구현될 수 있다. The
이상에서 설명된 바와 같이, 터치스크린 구동 및 감지를 위해 주파수 도메인에서 정현파(Sine wave)를 갖는 서로 다른 송신 주파수를 갖는 구동신호들을 터치패널의 구동전극에 동시에 전송하고, 센싱전극으로부터 수신된 신호간의 차동(differential) 성분, 즉 터치 변화량만을 추출하여 증폭한 후에 FFT(Fast Fourier Transform)를 수행하여 그 변화량을 터치 감도로 판단한다.As described above, for driving and sensing the touch screen, driving signals having different transmission frequencies having a sine wave in the frequency domain are simultaneously transmitted to the driving electrode of the touch panel, and between the signals received from the sensing electrode After extracting and amplifying only a differential component, that is, a touch change amount, Fast Fourier Transform (FFT) is performed to determine the change amount as touch sensitivity.
또한, 상기한 방법과 노이즈 스펙트럼 분석을 통해 송신주파수를 실시간 변경하여 사용함으로써, 터치 구동 및 감지속도와 터치 감도를 향상시킬 수 있고, 노이즈에 대한 내성 또한 향상시킬 수 있다. In addition, by changing and using the transmission frequency in real time through the above method and noise spectrum analysis, touch driving and sensing speed and touch sensitivity can be improved, and resistance to noise can also be improved.
또한, 본 발명에 따르면, 센싱전극들 각각의 종단에 차동 수신부를 배치하여 이미 알고 있는 송신 주파수 성분의 이득의 변화량을 통해 터치를 감지하므로써 다음과 같은 장점이 있다. In addition, according to the present invention, by disposing a differential receiver at each end of each of the sensing electrodes to sense a touch through a known change in gain of a transmission frequency component, there are advantages as follows.
주파수 성분을 갖고 있는 노이즈 성분과 터치 성분의 구분이 용이하다. 따라서, 터치 스크린의 동작 환경에서 발생하는 노이즈 성분에 대해 별도의 프로세싱 없이 FFT의 결과를 사용하여 원하는 주파수의 수신 신호의 변화량만을 측정할 수 있으므로 노이즈에 대한 해결이 용이하다. It is easy to distinguish a noise component having a frequency component and a touch component. Accordingly, since it is possible to measure only the amount of change in a received signal of a desired frequency using the result of FFT without additional processing on a noise component generated in the operating environment of the touch screen, it is easy to solve the noise.
동시에 복수의 구동전극을 구동함으로 터치 센싱 시간이 빨라 고속 응답이 용이하다. By driving a plurality of driving electrodes at the same time, the touch sensing time is fast, and a high-speed response is easy.
시간 도메인(time domain)에서의 센싱을 주파수 도메인에서 센싱하므로써 디지털 신호 처리에 매우 유용하다. Since sensing in the time domain is sensed in the frequency domain, it is very useful for digital signal processing.
센서의 구동 주파수를 센서의 시상수에 근접하게 또는 감쇄를 감안하고 보다 빠르게 구동이 가능함으로 고저항성 센서(예를들어, 중대형 크기의 터치 패널 또는 단면센서)의 구동에 매우 유리하다. Since the driving frequency of the sensor is close to the time constant of the sensor or it can be driven faster in consideration of the attenuation, it is very advantageous for driving a high-resistance sensor (eg, a mid-to-large sized touch panel or single-sided sensor).
도 2는 도 1a에 도시된 커런트 컨베이어 회로(412)의 심볼을 설명하기 위한 도면이다. 도 3는 도 2에 도시된 커런트 컨베이어 회로(412)의 일례를 설명하기 위한 회로도이다. FIG. 2 is a diagram for explaining a symbol of the
도 2 및 도 3을 참조하면, 커런트 컨베이어 회로(412)는 전압 및 전류 팔로워(follower)들을 상호 연결함으로써 얻어진 다섯 단자를 갖는 디바이스이다.2 and 3, a
상기 커런트 컨베이어 회로의 다섯 단자들은, 전압 입력 단자(Y), 제1 전류 입력 단자(X1), 제2 전류 입력 단자(X2), 제1 전류 출력 단자(Z1) 및 제2 전류 출력 단자(Z2)를 포함한다. The five terminals of the current conveyor circuit are a voltage input terminal (Y), a first current input terminal (X1), a second current input terminal (X2), a first current output terminal (Z1), and a second current output terminal (Z2) ) is included.
상기 커런트 컨베이어 회로의 2극성 전류 출력의 구현은 잡음 감소에 기여하며, 의사 차동(quasi-differential) 채널 구축을 위해 사용될 수 있다. The implementation of the bipolar current output of the current conveyor circuit contributes to noise reduction and can be used to build a quasi-differential channel.
상기 제1 전류 출력 단자(Z1)는 전류 출력에 적합한 하이 임피던스 출력 단자이다. 상기 제1 출력 전류(IZ1)의 방향은 제1 전류 입력 단자(X1)에서의 입력 전류에 비례한다. 상기 커런트 컨베이어 회로의 입-출력 관계는 하기 행렬 등식에 의해 설명될 수 있다.The first current output terminal Z1 is a high impedance output terminal suitable for current output. The direction of the first output current IZ1 is proportional to the input current at the first current input terminal X1 . The input-output relationship of the current conveyor circuit can be described by the following matrix equation.
[식 1] [Equation 1]
상기한 커패시턴스 센싱 회로의 복수 노드들에서 커패시턴스를 센싱하기 위해 커런트 컨베이어 회로를 사용하는 것은 다음 이득을 제공할 수 있다. Using a current conveyor circuit to sense capacitance at multiple nodes of the capacitance sensing circuit described above may provide the following benefits.
첫째, 커런트 컨베이어 회로는 로우 임피던스 전류 입력(XI)를 가지며, 이는 RF 또는 ESD와 같은 하이 임피던스 잡음 신호들에 대한 좋은 면역을 제공할 수 있다. First, the current conveyor circuit has a low impedance current input (XI), which can provide good immunity to high impedance noise signals such as RF or ESD.
둘째, 전류 입력(XI)의 전압 전위는 하이 임피던스 전압 입력(YV)에 의해 제어되며, 이는 복수의 커패시턴스 센싱 모드들(셀프 커패시턴스 센싱 모드 및 상호 커패시턴스 센싱 모드)을 위한 최적의 구조를 구현하는 것을 허용한다. Second, the voltage potential of the current input XI is controlled by the high-impedance voltage input YV, which realizes an optimal structure for a plurality of capacitance sensing modes (self-capacitance sensing mode and mutual capacitance sensing mode). allow
셋째, 커런트 컨베이어 회로의 전류 출력들은 시그마-델타 변조기 또는 간단한 전하 적분 회로들과 같은 전하 적분/균형 회로들을 사용함으로써 측정 가능한 형태로 쉽게 변환될 수 있다. Third, the current outputs of the current conveyor circuit can be easily converted into a measurable form by using charge integration/balance circuits such as a sigma-delta modulator or simple charge integration circuits.
마지막으로, 커런트 컨베이어 회로는 외부 폐쇄 루프 없이 동작할 수 있으며, 이는 서로 다른 센서 기생 커패시턴스에서 안정성을 제공한다. 커런트 컨베이어 회로들은 신호 증폭, 필터링 및 정류 아날로그 신호의 곱셈 및 나눗셈, 트랜스 임피던스 및 트랜스 컨덕턴스 증폭기, 및 광대역 라인 드라이버의 구축을 위해 아날로그 및 혼합 신호 ASIC 내에서 광범위하게 사용된다. 때로는 이상적인 트랜지스터라 불리는, 커런트 컨베이어 회로의 소수의 개별 구현만이 존재한다. Finally, the current conveyor circuit can operate without an external closed loop, which provides stability at different sensor parasitic capacitances. Current conveyor circuits are extensively used within analog and mixed-signal ASICs for signal amplification, filtering and rectification, multiplication and division of analog signals, construction of transimpedance and transconductance amplifiers, and wideband line drivers. There are only a few discrete implementations of current conveyor circuits, sometimes called ideal transistors.
일 실시예에서, 커런트 컨베이어 회로는 폐쇄 루프 시스템을 사용하는, 연산 증폭기 기반 아키텍쳐일 수 있다. 다른 실시예에서, 커런트 컨베이어 회로는, 개방 루프 아키텍쳐를 사용하는 트랜스리니어 원리(translinear principle)를 사용할 수 있다. 대안적으로, 본 개시의 이득을 갖는 본 기술분야의 통상적인 기술자에 의해 인식될 것과 같이, 커패시턴스를 센싱하기 위해 커런트 컨베이어 회로의 다른 구현들이 사용될 수 있다. In one embodiment, the current conveyor circuit may be an op amp based architecture, using a closed loop system. In another embodiment, the current conveyor circuit may use the translinear principle using an open loop architecture. Alternatively, other implementations of the current conveyor circuit may be used to sense capacitance, as will be appreciated by one of ordinary skill in the art having the benefit of this disclosure.
본 실시예에서, 커런트 컨베이어 회로들은 첫번째 커런트 컨베이어 회로, 마지막번째 커런트 컨베이어 회로 및 나머지 커런트 컨베이어 회로들은 서로 다른 비대칭적 구조를 갖는다. In this embodiment, the current conveyor circuits have a first current conveyor circuit, the last current conveyor circuit, and the remaining current conveyor circuits have different asymmetric structures.
MOSFET들 각각의 길이는 동일하다 가정할 때 각 MOSFET들 각각의 폭은 아래와 같은 관계가 있다. Assuming that each of the MOSFETs has the same length, the width of each of the MOSFETs has the following relationship.
첫번째 센싱전극에 연결된 커런트 컨베이어 회로의 경우, M11: M13=2:1의 관계와 M12:M14=2:1의 관계에 있다. 마지막번째 센싱전극에 연결된 커런트 컨베이어 회로의 경우, M11: M13=1:2의 관계와 M12:M14=1:2의 관계에 있다. 나머지 센싱전극들 각각에 연결된 커런트 컨베이어 회로의 경우, M11: M13=1:1의 관계와 M12:M14=1:1의 관계에 있다. In the case of the current conveyor circuit connected to the first sensing electrode, there is a relationship between M11: M13=2:1 and M12:M14=2:1. In the case of the current conveyor circuit connected to the last sensing electrode, there is a relationship between M11: M13=1:2 and M12:M14=1:2. In the case of the current conveyor circuit connected to each of the remaining sensing electrodes, M11: M13 = 1:1 and M12: M14 = 1:1.
그러면, 이하에서 본 발명에 따른 터치 센싱 장치를 이용한 터치 센싱 방법과 비교예에 따른 터치 센싱 장치를 이용한 터치 센싱 방법을 비교 설명한다. Then, below, a method for sensing a touch using a touch sensing device according to the present invention and a method for sensing a touch using a touch sensing device according to a comparative example will be described in comparison.
도 4는 비교예에 따른 터치 센싱 장치를 개략적으로 설명하기 위한 구성도이다. 도 5a 내지 도 5c는 도 4에 도시된 비교예에 따른 터치 센싱 장치를 통한 터치 센싱 방법을 개략적으로 설명하기 위한 그래프들이다. 4 is a configuration diagram schematically illustrating a touch sensing device according to a comparative example. 5A to 5C are graphs for schematically explaining a touch sensing method through the touch sensing device according to the comparative example shown in FIG. 4 .
도 4 내지 도 5c를 참조하면, 서로 다른 구동주파수를 갖는 구동신호들이 터치 패널에 순차적으로 제공된다. 상기 터치 패널은 정전용량 방식으로 사용자의 터치 여부를 판단하기 위해 구비된다. 4 to 5C , driving signals having different driving frequencies are sequentially provided to the touch panel. The touch panel is provided to determine whether a user touches in a capacitive manner.
터치 패널에서 센싱된 센싱신호들은 미분된 신호 형태를 갖는다. The sensing signals sensed by the touch panel have a differentiated signal form.
미분된 신호 형태의 센싱신호들은 증폭된 후 적분된다. Sensing signals in the form of differential signals are amplified and then integrated.
적분된 센싱신호들을 통해 어느 위치에서 터치가 발생되었는지 좌표가 도출된다. Coordinates of where the touch is generated are derived through the integrated sensing signals.
이처럼, 비교예에 따른 터치 센싱 장치의 구동 및 감지 기술은 시간도메인에서 구동전극에 일정 주기를 갖는 구형파(또는 사각파)를 순차적으로 송신하고 센싱전극를 통해 수신된 센싱신호인 구형파의 미분신호를 누적/적분하여 신호 크기의 변화량으로부터 사용자의 터치 여부를 판단하였다. 띠라서, 고감도 센싱이 어렵고 대형화에 단점이 있을 뿐만 아니라 노이즈 성분에 대한 취약하다. As such, the driving and sensing technology of the touch sensing device according to the comparative example sequentially transmits a square wave (or square wave) having a predetermined period to the driving electrode in the time domain and accumulates the differential signal of the square wave, which is the sensing signal received through the sensing electrode. /Integrated to determine whether the user's touch or not from the amount of change in the signal magnitude. Therefore, it is difficult to sense with high sensitivity and has a disadvantage in enlargement, as well as being vulnerable to noise components.
도 6은 본 발명에 따른 터치 센싱 장치를 개략적으로 설명하기 위한 구성도이다. 도 7a 내지 도 7c는 도 6에 도시된 본 발명에 따른 터치 센싱 장치를 통한 터치 센싱 방법을 개략적으로 설명하기 위한 그래프들이다.6 is a configuration diagram schematically illustrating a touch sensing device according to the present invention. 7A to 7C are graphs for schematically explaining a touch sensing method through the touch sensing device shown in FIG. 6 according to the present invention.
도 6 내지 도 7c를 참조하면, 서로 다른 구동주파수를 갖는 구동신호들이 터치 패널에 동시에 제공된다. 상기 터치 패널은 정전용량 방식으로 사용자의 터치 여부를 판단하기 위해 구비된다. 6 to 7C , driving signals having different driving frequencies are simultaneously provided to the touch panel. The touch panel is provided to determine whether a user touches in a capacitive manner.
터치 패널에서 센싱된 센싱신호들은 합성된 신호 형태를 갖는다. The sensing signals sensed by the touch panel have a synthesized signal form.
합성된 신호 형태의 센싱신호들은 증폭된 후 FFT 처리된다. The sensed signals in the form of a synthesized signal are amplified and then subjected to FFT processing.
FFT 처리된 센싱신호들은 분해 및 해석되어 어느 위치에서 터치가 발생되었는지 좌표가 도출된다. The FFT-processed sensing signals are decomposed and analyzed to derive the coordinates of where the touch occurred.
이처럼, 본 발명에 따른 터치 센싱 장치의 구동 및 감지 기술은 터치 스크린의 구동 및 감지를 위해 통신 이론을 응용하여 신호의 처리를 주파수 도메인으로 전환하였다. 또한, 터치 감도 향상을 차동(differential) 신호 처리 기법을 적용하여 터치스크린 신호를 처리하였다. As such, the driving and sensing technology of the touch sensing device according to the present invention converts signal processing into the frequency domain by applying communication theory for driving and sensing the touch screen. In addition, the touch screen signal was processed by applying a differential signal processing technique to improve the touch sensitivity.
구체적으로, 전통적인 통신 기법인 AM통신 방법의 원리를 응용하여 서로 다른 주파수를 갖는 다수의 정현파(사인파) 구동신호들 각각을 신호 전달 매질인 구동전극에 동시에 제공한다. 이어, 센싱전극으로부터 수신된 여러 주파수가 섞인 센싱신호에 대해서 각 수신단 간의 차동(differential) 성분, 즉 터치 변화량만을 추출한다. 이어, 터치로 발생된 터치 변위량 만을 증폭한 후에 FFT를 수행하여 송신한 주파수들을 찾아내고, 사용자의 터치로부터 발생한 각 주파수별 진폭(Amplitude, Magnitude)의 변화량을 측정함으로써, 사용자의 터치 여부 및 터치스크린 상의 절대 좌표를 계산할 수 있다. 따라서, 노이즈 스펙트럼 분석을 통해 송신 주파수를 실시간 변경하여 사용함으로써, 터치 구동 속도, 감지 속도 및 터치 감도를 향상시킬 수 있다. 또한 노이즈 성분이 주파수를 회피하거나 노이즈로 인한 센싱신호의 영향을 최소화할 수 있어 터치 스크린에서의 터치 감도를 향상시킬 수 있다. Specifically, by applying the principle of the AM communication method, which is a traditional communication technique, each of a plurality of sine wave (sine wave) driving signals having different frequencies are simultaneously provided to the driving electrode, which is a signal transmission medium. Next, only a differential component between each receiving end, ie, a touch change amount, is extracted with respect to a sensing signal in which various frequencies are mixed, received from the sensing electrode. Then, after amplifying only the amount of touch displacement generated by the touch, FFT is performed to find the transmitted frequencies, and by measuring the amount of change in amplitude (Amplitude, Magnitude) for each frequency generated from the user's touch, the user's touch and the touch screen You can calculate the absolute coordinates of the phase. Accordingly, by changing and using the transmission frequency in real time through noise spectrum analysis, the touch driving speed, the sensing speed, and the touch sensitivity can be improved. In addition, since the noise component can avoid the frequency or minimize the influence of the sensing signal due to the noise, the touch sensitivity on the touch screen can be improved.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 센싱 장치를 설명하기 위한 블록도이다. 8A and 8B are block diagrams for explaining a touch sensing device according to another embodiment of the present invention.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 센싱 장치(200)는 터치 패널(110) 및 터치 센싱 콘트롤러(220)를 포함한다. 8A and 8B , the
상기 터치 패널(110)은 도 1a에 도시된 터치 패널(110)과 동일하므로 동일한 도면부호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다. Since the
상기 터치 센싱 콘트롤러(220)는 구동부(122), 센싱부(224) 및 제어부(126)를 포함한다. 동작시, 상기 터치 센싱 콘트롤러(220)는 상기 구동전극들(112)에 서로 다른 구동주파수를 갖는 복수의 구동신호들을 제공하고, 상기 센싱전극들(114) 각각에서 센싱되는 센싱신호들을 고속 푸리에 변환(FFT)하여 상기 구동주파수에 대한 상기 센싱주파수 크기의 변화량을 근거로 터치 발생 여부를 판별한다. The
상기 구동부(122)는 도 1a에 도시된 구동부(122)와 동일하므로 동일한 도면부호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다. Since the
상기 센싱부(224)는 상기 센싱전극들(114) 각각에서 센싱신호를 차동적으로 수신하여 차동 센싱신호를 생성하고, 상기 차동 센싱신호를 고속 푸리에 변환하여 차동 센싱신호의 주파수 크기를 획득하고, 상기 센싱신호의 주파수 크기와 상기 구동신호의 주파수 크기간의 변화량을 근거로 터치 발생 여부를 판별한다. The
상기 센싱부(224)는 차동 수신부(510), 제1 신호 증폭부(520), 액티브 필터부(430), 제2 신호 증폭부(440), 아날로그-디지털 변환부(450), 고속 푸리에 변환부(460) 및 터치 판별부(470)를 포함한다. The
상기 차동 수신부(510)는 상기 센싱전극들(114) 각각에 연결되어 서로 인접하는 센싱전극들의 센싱신호들을 수신한다. 상기 차동 수신부(510)는 복수의 커런트 컨베이어 회로들을 포함할 수 있다. 상기 커런트 컨베이어 회로들 각각은 상기 센싱신호들을 수신하여 상기 차동 센싱신호를 생성하고 생성된 차동 센싱신호를 상기 제1 신호 증폭부(520)에 제공한다. 본 실시예에서, 상기 커런트 컨베이어 회로는 싱글 엔디드 듀얼 아웃풋 커런트 컨베이어(single ended dual current conveyor) 회로일 수 있다. The
상기 커런트 컨베이어 회로의 수는 상기 센싱전극의 수와 동일하다. 이에 따라, 홀수번째 커런트 컨베이어 회로는 홀수번째 센싱전극에 연결되고, 짝수번째 커런트 컨베이어 회로는 짝수번째 센싱전극에 연결된다. 또한 첫번째 센싱전극에 연결된 커런트 컨베이어 회로는 플로팅된 제1 출력단 및 첫번째 신호 증폭기에 연결된 제2 출력단을 포함하고, 마지막번째 센싱전극에 연결된 커런트 컨베이어 회로는 마지막번째 신호 증폭기에 연결된 제1 출력단 및 플로팅된 제2 출력단을 포함할 수 있다. The number of the current conveyor circuits is the same as the number of the sensing electrodes. Accordingly, the odd-numbered current conveyor circuit is connected to the odd-numbered sensing electrode, and the even-numbered current conveyor circuit is connected to the even-numbered sensing electrode. Also, the current conveyor circuit connected to the first sensing electrode includes a floating first output terminal and a second output terminal connected to the first signal amplifier, and the current conveyor circuit connected to the last sensing electrode includes a first output terminal connected to the last signal amplifier and a floating It may include a second output terminal.
상기 제1 신호 증폭부(520)는 복수의 제1 신호 증폭기들을 포함하고, 상기 차동 수신부(510)에서 출력되는 차동 센싱신호를 증폭하여 상기 액티브 필터부(430)에 제공한다. 본 실시예에서, 상기 제1 신호 증폭기들은 차동증폭기(differential amplifier)를 포함할 수 있다.The
상기 액티브 필터부(430)는 증폭된 센싱신호들 각각을 액티브 필터링하여 상기 아날로그-디지털 변환부(450)에 제공한다. 상기 액티브 필터부(430)는 복수의 밴드 패스 필터들(band pass filters)을 포함할 수도 있다. 한편, 상기 액티브 필터부(430)는 복수의 로우 패스 필터들(low pass filters)을 포함할 수도 있다. The
상기 제2 신호 증폭부(440)는 복수의 제2 신호 증폭기들을 포함하고, 상기 액티브 필터링된 센싱신호들을 증폭하여 상기 아날로그-디지털 변환부(450)에 제공한다. 본 실시예에서, 상기 제2 신호 증폭기들은 차동증폭기(differential amplifier)를 포함할 수 있다.The
상기 아날로그-디지털 변환부(450)는 복수의 아날로그-디지털 변환기들을 포함하고, 액티브 필터링된 센싱신호들 각각을 디지털 변환하여 상기 고속 푸리에 변환부(460)에 제공한다. 상기 아날로그-디지털 변환부(450)는 상기 구동주파수보다 최소 2배 이상 빠른 주파수로 ADC변환을 실시한다. 상기 구동주파수에 대한 정보는 상기 제어부(126)로부터 제공받을 수 있다. 본 실시예에서, 상기 아날로그-디지털 변환기는 차동 아날로그-디지털 변환기(differential ADC)를 포함할 수 있다. The analog-to-
상기 고속 푸리에 변환부(460)는 복수의 고속 푸리에 변환기들을 포함하고, 디지털 변환된 센싱신호들 각각을 고속 푸리에 변환하여 센싱신호들 각각을 시간 도메인(Time Domain)에서 주파수 도메인(Frequency Domain)으로 변환하여 주파수 성분과 주파수 성분의 크기를 획득한 후 상기 터치 판별부(470)에 제공한다. 본 실시예에서, 시간 도메인(time domain)에서의 센싱을 주파수 도메인에서 센싱으로 변환함으로써, 디지털 신호처리에 매우 유용하다.The fast
상기 터치 판별부(470)는 상기 구동신호의 주파수 크기를 기준으로 고속 푸리에 변환된 센싱신호의 주파수 크기간의 변화량을 근거로 터치 발생 여부를 판별한다. 상기 구동신호의 주파수에 대한 정보는 상기 제어부(126)로부터 제공받을 수 있다. The
상기 제어부(126)는 터치 구동 제어부(127) 및 터치 센싱 제어부(128)를 포함한다. The
상기 터치 구동 제어부(127)는 서로 다른 구동주파수를 갖는 구동신호들을 상기 구동전극들(112) 각각에 동시에 제공하도록 상기 구동부(122)의 동작을 제어한다. The touch
상기 터치 센싱 제어부(128)는 상기 아날로그-디지털 변환부(450)가 상기 구동신호의 주파수 보다 빠른 주파수로 아날로그-디지털 변환하도록 상기 구동신호의 주파수에 대한 정보를 상기 아날로그-디지털 변환부(450)에 제공한다. The touch
상기 터치 센싱 콘트롤러(220)는 측정된 크기 및 연관된 파라미터를 저장하는 하나 이상의 메모리 장치(미도시)와, 필요한 계산 및 제어 기능을 수행하는 마이크로프로세서(미도시)를 더 포함할 수 있다. The
도 9a는 도 8a에 도시된 커런트 컨베이어 회로의 심볼을 설명하기 위한 도면이고, 도 9b는 도 8a에 도시된 커런트 컨베이어 회로를 설명하기 위한 등가회로도이다. 도 10은 도 8a에 도시된 커런트 컨베이어 회로의 일례를 설명하기 위한 회로도이다. FIG. 9A is a diagram for explaining a symbol of the current conveyor circuit shown in FIG. 8A , and FIG. 9B is an equivalent circuit diagram for explaining the current conveyor circuit shown in FIG. 8A . 10 is a circuit diagram for explaining an example of the current conveyor circuit shown in FIG. 8A.
도 9a 내지 도 10을 참조하면, 커런트 컨베이어 회로는 전압 및 전류 팔로워(follower)들을 상호 연결함으로써 얻어진, 네 개의 단자를 갖는 디바이스이다. 9A-10, the current conveyor circuit is a device having four terminals, obtained by interconnecting voltage and current followers.
상기 커런트 컨베이어 회로의 네 단자들은, 전압 입력 단자(YV), 전류 입력 단자(XI), 전류 출력 단자(IZ+) 및 전류 출력 단자(IZ-)를 포함한다. 상기 전압 입력 단자(YV)는 하이 임피던스 단자인데 반해, 상기 전류 입력 단자(XI)는 로우 임피던스 단자이다. 상기 전압 입력 단자(YV)에 가해진 입력 전압(VY)은 상기 전류 입력 단자(XI)의 전압(VX)로 전달될 수 있다(즉, VX = VY). 추가적으로, 상기 전압 입력 단자(YV)는 하이 임피던스 입력이므로, 상기 전압 입력 단자(YV)로 전류가 흐르지 않는다. The four terminals of the current conveyor circuit include a voltage input terminal YV, a current input terminal XI, a current output terminal IZ+, and a current output terminal IZ−. The voltage input terminal YV is a high impedance terminal, whereas the current input terminal XI is a low impedance terminal. The input voltage VY applied to the voltage input terminal YV may be transferred to the voltage VX of the current input terminal XI (ie, VX = VY). Additionally, since the voltage input terminal YV is a high impedance input, no current flows to the voltage input terminal YV.
상기 전류 입력 단자(XI)에 가해진 입력 전류(I0)는 출력 단자들(IZ+ 및 IZ-)에서 출력 전류(IZ+)로 전달된다. 상기 출력 단자들(IZ+ 및 IZ-)는 균형잡힌 전류 출력(즉, IZ+ = -IX, IZ- = +IX)을 위해 사용된다. The input current I0 applied to the current input terminal XI is transferred from the output terminals IZ+ and IZ− to the output current IZ+. The output terminals IZ+ and IZ- are used for balanced current output (ie, IZ+ = -IX, IZ- = +IX).
상기 커런트 컨베이어 회로의 2극성 전류 출력의 구현은 잡음 감소에 기여하며, 의사 차동(quasi-differential) 채널 구축을 위해 사용될 수 있다. The implementation of the bipolar current output of the current conveyor circuit contributes to noise reduction and can be used to build a quasi-differential channel.
상기 출력 단자(IZ+)는 전류 출력에 적합한 하이 임피던스 출력 단자이다. 상기 출력 전류(IZ)의 방향은 전류 입력 단자(XI)에서의 입력 전류에 비례한다. 상기 커런트 컨베이어 회로의 입-출력 관계는 하기 행렬 등식에 의해 설명될 수 있다.The output terminal IZ+ is a high impedance output terminal suitable for current output. The direction of the output current IZ is proportional to the input current at the current input terminal XI. The input-output relationship of the current conveyor circuit can be described by the following matrix equation.
[식 2] [Equation 2]
커패시턴스 센싱 회로의 복수의 노드들에서 커패시턴스를 센싱하기 위해 커런트 컨베이어 회로를 사용하는 것은 다음 이득을 제공할 수 있다. Using a current conveyor circuit to sense capacitance at a plurality of nodes of the capacitance sensing circuit may provide the following benefits.
첫째, 커런트 컨베이어 회로는 로우 임피던스 전류 입력(XI)를 가지며, 이는 RF 또는 ESD와 같은 하이 임피던스 잡음 신호들에 대한 좋은 면역을 제공할 수 있다. First, the current conveyor circuit has a low impedance current input (XI), which can provide good immunity to high impedance noise signals such as RF or ESD.
둘째, 전류 입력(XI)의 전압 전위는 하이 임피던스 전압 입력(YV)에 의해 제어되며, 이는 복수의 커패시턴스 센싱 모드들(셀프 커패시턴스 센싱 모드 및 상호 커패시턴스 센싱 모드)을 위한 최적의 구조를 구현하는 것을 허용한다. Second, the voltage potential of the current input (XI) is controlled by the high-impedance voltage input (YV), which realizes an optimal structure for a plurality of capacitance sensing modes (self-capacitance sensing mode and mutual capacitance sensing mode). allow
셋째, 커런트 컨베이어 회로의 전류 출력들은 시그마-델타 변조기 또는 간단한 전하 적분 회로들과 같은 전하 적분/균형 회로들을 사용함으로써 측정 가능한 형태로 쉽게 변환될 수 있다. Third, the current outputs of the current conveyor circuit can be easily converted into a measurable form by using charge integration/balance circuits such as a sigma-delta modulator or simple charge integration circuits.
마지막으로, 커런트 컨베이어 회로는 외부 폐쇄 루프 없이 동작할 수 있으며, 이는 서로 다른 센서 기생 커패시턴스에서 안정성을 제공한다. 커런트 컨베이어 회로들은 신호 증폭, 필터링 및 정류 아날로그 신호의 곱셈 및 나눗셈, 트랜스 임피던스 및 트랜스 컨덕턴스 증폭기, 및 광대역 라인 드라이버의 구축을 위해 아날로그 및 혼합 신호 ASIC 내에서 광범위하게 사용된다. 때로는 이상적인 트랜지스터라 불리는, 커런트 컨베이어 회로의 소수의 개별 구현만이 존재한다. Finally, the current conveyor circuit can operate without an external closed loop, which provides stability at different sensor parasitic capacitances. Current conveyor circuits are extensively used within analog and mixed-signal ASICs for signal amplification, filtering and rectification, multiplication and division of analog signals, building transimpedance and transconductance amplifiers, and wideband line drivers. There are only a few discrete implementations of current conveyor circuits, sometimes called ideal transistors.
일 실시예에서, 커런트 컨베이어 회로는 폐쇄 루프 시스템을 사용하는, 연산 증폭기 기반 아키텍쳐일 수 있다. 다른 실시예에서, 커런트 컨베이어 회로는, 개방 루프 아키텍쳐를 사용하는 트랜스리니어 원리(translinear principle)를 사용할 수 있다. 대안적으로, 본 개시의 이득을 갖는 본 기술분야의 통상적인 기술자에 의해 인식될 것과 같이, 커패시턴스를 센싱하기 위해 커런트 컨베이어 회로의 다른 구현들이 사용될 수 있다. In one embodiment, the current conveyor circuit may be an op amp based architecture, using a closed loop system. In another embodiment, the current conveyor circuit may use the translinear principle using an open loop architecture. Alternatively, other implementations of the current conveyor circuit may be used to sense capacitance, as will be appreciated by one of ordinary skill in the art having the benefit of this disclosure.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 센싱 장치를 설명하기 위한 블록도이다. 11A and 11B are block diagrams for explaining a touch sensing device according to another embodiment of the present invention.
도 11a 및 도 11b를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 센싱 장치(300)는 터치 패널(110) 및 터치 센싱 콘트롤러(320)를 포함한다. 11A and 11B , a
상기 터치 패널(110)은 도 1a에 도시된 터치 패널(110)과 동일하므로 동일한 도면부호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다. Since the
상기 터치 센싱 콘트롤러(320)는 구동부(122), 센싱부(224) 및 제어부(126)를 포함한다. 동작시, 상기 터치 센싱 콘트롤러(320)는 상기 구동전극들(112)에 서로 다른 구동주파수를 갖는 복수의 구동신호들을 제공하고, 상기 센싱전극들(114) 각각에서 센싱되는 센싱신호들을 고속 푸리에 변환(FFT)하여 상기 구동주파수에 대한 상기 센싱주파수 크기의 변화량을 근거로 터치 발생 여부를 판별한다. The
상기 구동부(122)는 도 1a에 도시된 구동부(122)와 동일하므로 동일한 도면부호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다. Since the
상기 센싱부(124)는 차동 수신부(410), 제1 신호 증폭부(420), 액티브 필터부(430), 제2 신호 증폭부(440), 아날로그-디지털 변환부(450), 고속 푸리에 변환부(460), 터치 판별부(470) 및 노이즈 센싱부(480)를 포함한다. The
상기 센싱부(124)는 상기 센싱전극들(114) 각각에서 센싱신호를 차동적으로 수신하여 차동 센싱신호를 생성하고, 상기 차동 센싱신호를 고속 푸리에 변환하여 차동 센싱신호의 주파수 크기를 획득하고, 상기 센싱신호의 주파수 크기와 상기 구동신호의 주파수 크기간의 변화량을 근거로 터치 발생 여부를 판별한다. 본 실시예에서, 상기 차동 수신부(410), 상기 제1 신호 증폭부(420), 상기 액티브 필터부(430), 상기 제2 신호 증폭부(440), 상기 아날로그-디지털 변환부(450), 상기 고속 푸리에 변환부(460) 및 상기 터치 판별부(470)는 도 1a 및 도 1b에서 도시된 바 있으므로 동일한 도면부호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다. The
상기 노이즈 센싱부(480)는 주변의 노이즈 성분을 센싱하고 센싱된 노이즈 성분에 대한 주파수 특성을 상기 제어부(126)에 제공한다. 상기 노이즈 성분은 휴대폰에서 발생되는 충전기 노이즈 성분일 수도 있고, 주변 인공광에 의해 발생되는 노이즈 성분일 수도 있다. The
상기 제어부(126)는 터치 구동 제어부(127) 및 터치 센싱 제어부(128)를 포함한다. The
상기 터치 구동 제어부(127)는 서로 다른 구동주파수를 갖는 구동신호들을 상기 구동전극들(112) 각각에 동시에 제공하도록 상기 구동부(122)의 동작을 제어한다. The touch
또한, 상기 터치 구동 제어부(127)는, 노이즈 성분의 주파수 대역을 회피하여 구동신호의 주파수를 결정한다. 즉, 터치 센싱 동작 중에 노이즈 성분이 유입되면, 상기 구동부는 해당 노이즈 성분의 주파수 대역을 제외하여 구동신호의 주파수를 설정한다. In addition, the
상기 터치 센싱 제어부(128)는 상기 아날로그-디지털 변환부(450)가 상기 구동신호의 주파수 보다 빠른 주파수로 아날로그-디지털 변환하도록 상기 구동신호의 주파수에 대한 정보를 상기 아날로그-디지털 변환부(450)에 제공한다. The
상기 터치 센싱 콘트롤러(320)는 측정된 크기 및 연관된 파라미터를 저장하는 하나 이상의 메모리 장치(미도시)와, 필요한 계산 및 제어 기능을 수행하는 마이크로프로세서(미도시)를 더 포함할 수 있다. The
상기 터치 센싱 콘트롤러(320) 및/또는 상기 터치 센싱 장치(300)의 기타 부분은, 본 명세서에 기술된 기능들 중 하나 이상의 기능을 수행하기 위해, 하나 이상의 ASIC(application-specific integrated circuit), ASSP(application-specific standard product) 등으로 구현될 수 있다. The
통상적으로 터치 센싱은 외부 노이즈, 예를들어, 전원 노이즈, LCD 구동 노이즈, R/F 노이즈, 삼파장 노이즈 등에 민감하기 때문에 별도의 노이즈 제거를 위해 필터 알고리즘 또는 주파수 호핑 기술을 통해 터치스크린의 터치를 센싱하고 운용한다.In general, since touch sensing is sensitive to external noise, such as power supply noise, LCD driving noise, R/F noise, and three-wavelength noise, the touch screen is sensed through a filter algorithm or frequency hopping technology to remove separate noise. and operate
하지만, 본 발명에서는 센싱신호에서 이미 알고 있는 구동주파수 성분의 크기(Magnitude)의 변화량을 통해 터치를 센싱하므로 주파수 성분을 갖고 있는 노이즈 성분과 터치 성분의 구분이 용이하다. 따라서 터치스크린의 동작 환경에서 발생하는 노이즈 성분에 대해 별도의 처리없이 FFT의 결과를 사용하여 원하는 추파수의 센싱신호의 변화량만을 측정할 수 있음으로 노이즈에 대한 해결이 용이하다.However, in the present invention, since the touch is sensed through the change in magnitude of the driving frequency component already known in the sensing signal, it is easy to distinguish between the noise component having a frequency component and the touch component. Therefore, it is easy to solve the noise because it is possible to measure only the change amount of the sensing signal of the desired tracking number using the result of FFT without separate processing for the noise component generated in the operating environment of the touch screen.
한편, 터치 센싱 장치가 채용되는 휴대폰에는 각종 노이즈 성분이 존재하므로 터치 센싱의 효율을 저감시킬 수 있다. On the other hand, since various noise components exist in a mobile phone employing a touch sensing device, the efficiency of touch sensing may be reduced.
도 12는 터치 센싱 장치가 채용된 휴대폰에서 발생되는 충전기 노이즈를 설명하기 위한 주파수 노이즈 스펙트럼이다. 12 is a frequency noise spectrum for explaining charger noise generated in a mobile phone employing a touch sensing device.
도 12를 참조하면, 휴대폰의 충전기에서 발생되는 노이즈(즉, 충전기 노이즈)는 대략 150kHz, 대략 300kHz 및 대략 470kHz 각각에서 발생되는 협대역 노이즈 성분과, 130kHz 내지 180kHz 대역, 260kHz 내지 370kHz 대역, 400kHz 내지 560kHz 대역 각각에서 발생되는 광대역 노이즈 성분을 포함한다. 이러한 충전기 노이즈가 휴대폰에 채용되는 터치 센싱 장치에 유입되면 처리에 어려움이 있다.12, the noise generated by the charger of the mobile phone (that is, the charger noise) is a narrow-band noise component generated at each of about 150 kHz, about 300 kHz, and about 470 kHz, 130 kHz to 180 kHz band, 260 kHz to 370 kHz band, 400 kHz to Includes broadband noise components generated in each of the 560 kHz bands. When such charger noise flows into a touch sensing device employed in a mobile phone, it is difficult to process.
도 13은 도 12의 주파수 노이즈 스펙트럼에서 구동주파수 설정을 설명하기 위한 주파수 노이즈 스펙트럼이다. 13 is a frequency noise spectrum for explaining the setting of a driving frequency in the frequency noise spectrum of FIG. 12 .
도 13을 참조하면, 노이즈 스펙트럼에서 노이즈가 심한 주파수 대역인 대략 150kHz, 대략 300kHz, 대략 470kHz, 130kHz 내지 180kHz 대역, 260kHz 내지 370kHz 대역, 400kHz 내지 560kHz 대역을 피해서 각각 제1 구동주파수(f0), 제2 구동주파수(f1), 제3 구동주파수(f2), 제4 구동주파수(f3)를 구동한다. 센싱된 신호에서 해당 주파수 크기(Magnitude)의 변화율만 측정하면 노이즈를 회피하여 센싱이 가능하다. Referring to FIG. 13, avoiding the frequency bands of about 150 kHz, about 300 kHz, about 470 kHz, 130 kHz to 180 kHz, 260 kHz to 370 kHz, and 400 kHz to 560 kHz that are noisy frequency bands in the noise spectrum, respectively, the first driving frequency f0, the second The second driving frequency f1, the third driving frequency f2, and the fourth driving frequency f3 are driven. By measuring only the rate of change of the magnitude of the frequency in the sensed signal, it is possible to avoid noise and perform sensing.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 인접하는 센싱전극들간의 변위량을 증폭하므로 분해능을 높일 수 있다. As described above, according to the present invention, since the amount of displacement between adjacent sensing electrodes is amplified, the resolution can be increased.
이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to the embodiments, those skilled in the art can variously modify and change the present invention within the scope without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below you will understand
100, 200, 300 : 터치 센싱 장치 110 : 터치 패널
112 : 구동전극 114 : 센싱전극
120, 220, 320 : 터치 센싱 콘트롤러 122 : 구동부
124, 224 : 센싱부 126 : 제어부
127 : 터치 구동 제어부 128 : 터치 센싱 제어부
410, 510 : 차동 수신부 420, 520 : 제1 신호 증폭부
430 : 액티브 필터부 440 : 제2 신호 증폭부
450 : 아날로그-디지털 변환부 460 : 고속 푸리에 변환부
470 : 터치 판별부 480 : 노이즈 센싱부100, 200, 300: touch sensing device 110: touch panel
112: driving electrode 114: sensing electrode
120, 220, 320: touch sensing controller 122: driving unit
124, 224: sensing unit 126: control unit
127: touch driving control unit 128: touch sensing control unit
410, 510:
430: active filter unit 440: second signal amplification unit
450: analog-digital conversion unit 460: fast Fourier transform unit
470: touch determination unit 480: noise sensing unit
Claims (22)
복수의 센싱전극들을 통해 센싱되는 센싱신호들을 차동적으로 수신하여 터치 발생 여부를 판별하는 센싱부를 포함하되,
상기 센싱부는 상기 센싱신호들을 차동적으로 수신하여 차동 센싱신호를 생성하는 복수의 커런트 컨베이어 회로들을 포함하고,
상기 커런트 컨베이어 회로의 수는 상기 센싱전극의 수보다 1개 작은 것을 특징으로 하는 터치 센싱 콘트롤러. a driving unit providing a plurality of driving signals having different frequencies to the plurality of driving electrodes; and
A sensing unit for differentially receiving sensing signals sensed through a plurality of sensing electrodes to determine whether a touch occurs,
The sensing unit includes a plurality of current conveyor circuits for differentially receiving the sensing signals to generate a differential sensing signal,
The touch sensing controller, characterized in that the number of the current conveyor circuit is one less than the number of the sensing electrodes.
상기 구동전극들 각각에 정현파를 제공하는 디지털 함수 발생부를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 콘트롤러. The method of claim 7, wherein the driving unit,
and a digital function generator providing a sine wave to each of the driving electrodes.
상기 디지털 함수 발생부는 상기 구동전극들 각각에 연결되어 상기 터치 구동 제어부의 제어에 응답하여 사인파를 정확한 주파수, 주기 및 위상을 정밀하게 발생시키도록 구성된 복수의 직접 디지털 합성(Direct Digital Synthesis, 이하, DDS) 모듈들을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 콘트롤러. According to claim 8, further comprising a touch drive control,
The digital function generator is connected to each of the driving electrodes and configured to precisely generate a sine wave with an accurate frequency, period and phase in response to the control of the touch driving controller. ) A touch sensing controller comprising modules.
홀수번째 커런트 컨베이어 회로는, 홀수번째 센싱전극에 연결된 제1 입력단 및 짝수번째 센싱전극에 연결된 제2 입력단을 포함하고,
짝수번째 커런트 컨베이어 회로는, 짝수번째 센싱전극에 연결된 제1 입력단 및 홀수번째 센싱전극에 연결된 제2 입력단을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 콘트롤러.8. The method of claim 7,
The odd-numbered current conveyor circuit includes a first input terminal connected to the odd-numbered sensing electrode and a second input terminal connected to the even-numbered sensing electrode,
The even-numbered current conveyor circuit comprises a first input terminal connected to the even-numbered sensing electrode and a second input terminal connected to the odd-numbered sensing electrode.
상기 커런트 컨베이어 회로의 출력단 각각에 연결된 복수의 신호 증폭기들을 포함하고, 상기 커런트 컨베이어 회로들 각각에서 출력되는 센싱신호를 제1 증폭하는 제1 신호 증폭부;
상기 신호 증폭기들 각각의 출력단에 연결된 복수의 액티브 필터들을 포함하고, 증폭된 센싱신호들 각각을 필터링하는 액티브 필터부;
상기 액티브 필터들 출력단 각각에 연결된 복수의 신호 증폭기들을 포함하고, 상기 액티브 필터링된 센싱 신호들을 제2 증폭하는 제2 신호 증폭부;
복수의 아날로그-디지털 변환기들을 포함하고, 상기 제2 증폭된 센싱신호들 각각을 디지털 변환하는 아날로그-디지털 변환부;
복수의 고속 푸리에 변환기들을 포함하고, 디지털 변환된 센싱신호들 각각을 고속 푸리에 변환하는 고속 푸리에 변환부; 및
상기 구동신호의 주파수 크기를 기준으로 고속 푸리에 변환된 센싱신호의 주파수 크기간의 변화량을 근거로 터치 발생 여부를 판별하는 터치 판별부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 콘트롤러. The method of claim 13, wherein the sensing unit,
a first signal amplifier including a plurality of signal amplifiers connected to respective output terminals of the current conveyor circuit and first amplifying a sensing signal output from each of the current conveyor circuits;
an active filter unit including a plurality of active filters connected to an output terminal of each of the signal amplifiers and filtering each of the amplified sensing signals;
a second signal amplifier including a plurality of signal amplifiers connected to each of the output terminals of the active filters and second amplifying the active filtered sensing signals;
an analog-to-digital converter including a plurality of analog-to-digital converters and digitally converting each of the second amplified sensing signals;
a fast Fourier transform unit including a plurality of fast Fourier transforms and fast Fourier transforming each of the digitally converted sensing signals; and
The touch sensing controller further comprising a touch determining unit for determining whether a touch occurs based on the amount of change between the frequency magnitudes of the fast Fourier-transformed sensing signal based on the frequency magnitude of the driving signal.
복수의 센싱전극들을 통해 센싱되는 센싱신호들을 차동적으로 수신하여 터치 발생 여부를 판별하는 센싱부를 포함하되,
상기 센싱부는 상기 센싱신호들을 차동적으로 수신하여 차동 센싱신호를 생성하는 복수의 커런트 컨베이어 회로들을 포함하고,
상기 커런트 컨베이어 회로의 수는 상기 센싱전극의 수와 동일한 것을 특징으로 하는 터치 센싱 콘트롤러. a driving unit providing a plurality of driving signals having different frequencies to the plurality of driving electrodes; and
A sensing unit for differentially receiving sensing signals sensed through a plurality of sensing electrodes to determine whether a touch occurs,
The sensing unit includes a plurality of current conveyor circuits for differentially receiving the sensing signals to generate a differential sensing signal,
A touch sensing controller, characterized in that the number of the current conveyor circuit is the same as the number of the sensing electrodes.
홀수번째 커런트 컨베이어 회로는 홀수번째 센싱전극에 연결되고, 짝수번째 커런트 컨베이어 회로는 짝수번째 센싱전극에 연결된 것을 특징으로 하는 터치 센싱 콘트롤러.16. The method of claim 15,
The odd-numbered current conveyor circuit is connected to the odd-numbered sensing electrode, and the even-numbered current conveyor circuit is connected to the even-numbered sensing electrode.
서로 인접하는 커런트 컨베이어 회로의 출력단 각각에 연결된 복수의 신호 증폭기들을 포함하고, 상기 커런트 컨베이어 회로들 각각에서 출력되는 센싱신호를 제1 증폭하는 제1 신호 증폭부;
상기 신호 증폭기들 각각의 출력단에 연결된 복수의 액티브 필터들을 포함하고, 증폭된 센싱신호들 각각을 필터링하는 액티브 필터부;
상기 액티브 필터들 출력단 각각에 연결된 복수의 신호 증폭기들을 포함하고, 상기 액티브 필터링된 센싱 신호들을 제2 증폭하는 제2 신호 증폭부;
복수의 아날로그-디지털 변환기들을 포함하고, 상기 제2 증폭된 센싱신호들 각각을 디지털 변환하는 아날로그-디지털 변환부;
복수의 고속 푸리에 변환기들을 포함하고, 디지털 변환된 센싱신호들 각각을 고속 푸리에 변환하는 고속 푸리에 변환부; 및
상기 구동신호의 주파수 크기를 기준으로 고속 푸리에 변환된 센싱신호의 주파수 크기간의 변화량을 근거로 터치 발생 여부를 판별하는 터치 판별부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 콘트롤러. The method of claim 16, wherein the sensing unit
a first signal amplifier comprising a plurality of signal amplifiers connected to respective output terminals of adjacent current conveyor circuits and first amplifying a sensing signal output from each of the current conveyor circuits;
an active filter unit including a plurality of active filters connected to an output terminal of each of the signal amplifiers and filtering each of the amplified sensing signals;
a second signal amplifier including a plurality of signal amplifiers connected to each of the output terminals of the active filters and second amplifying the active filtered sensing signals;
an analog-to-digital converter including a plurality of analog-to-digital converters and digitally converting each of the second amplified sensing signals;
a fast Fourier transform unit including a plurality of fast Fourier transforms and fast Fourier transforming each of the digitally converted sensing signals; and
The touch sensing controller further comprising a touch determining unit for determining whether a touch occurs based on the amount of change between the frequency magnitudes of the fast Fourier-transformed sensing signal based on the frequency magnitude of the driving signal.
첫번째 센싱전극에 연결된 커런트 컨베이어 회로는 플로팅된 제1 출력단 및 첫번째 신호 증폭기에 연결된 제2 출력단을 포함하고,
마지막번째 센싱전극에 연결된 커런트 컨베이어 회로는 마지막번째 신호 증폭기에 연결된 제1 출력단 및 플로팅된 제2 출력단을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 콘트롤러. 18. The method of claim 17,
The current conveyor circuit connected to the first sensing electrode includes a floating first output terminal and a second output terminal connected to the first signal amplifier,
The current conveyor circuit connected to the last sensing electrode comprises a first output terminal and a floating second output terminal connected to the last signal amplifier.
상기 구동전극들에 서로 다른 주파수를 갖는 복수의 구동신호들을 제공하는 구동부와, 상기 센싱전극들을 통해 센싱되는 센싱신호들을 차동적으로 수신하여 터치 발생 여부를 판별하는 센싱부를 포함하는 터치 센싱 콘트롤러를 포함하되,
상기 센싱부는 상기 센싱신호들을 차동적으로 수신하여 차동 센싱신호를 생성하는 복수의 커런트 컨베이어 회로들을 포함하고,
상기 커런트 컨베이어 회로의 수는 상기 센싱전극의 수보다 1개 작거나 동일한 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치. a touch panel on which a plurality of driving electrodes and a plurality of sensing electrodes are disposed; and
A touch sensing controller including a driving unit that provides a plurality of driving signals having different frequencies to the driving electrodes, and a sensing unit that differentially receives sensing signals sensed through the sensing electrodes to determine whether a touch occurs but,
The sensing unit includes a plurality of current conveyor circuits for differentially receiving the sensing signals to generate a differential sensing signal,
A touch sensing device, characterized in that the number of the current conveyor circuit is less than or equal to the number of the sensing electrodes by one.
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