KR102440297B1 - 노이즈 필터를 갖는 단일 누적연산증폭기를 이용한 정전용량 감지장치 - Google Patents

노이즈 필터를 갖는 단일 누적연산증폭기를 이용한 정전용량 감지장치 Download PDF

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Abstract

구동전극의 전압의 상승과 하강을 제어하는 TX구동부, 전류출력단자 및 전류입력단자를 포함하는 커런트 컨베이어부, 상기 전류출력단자로부터 제공된 전하를 누적하여 상기 누적된 전하의 양에 비례하는 전압을 출력하는 출력단자를 갖는 전하누적부, 및 감지전극에 연결되는 입력단자와 상기 전류입력단자에 연결된 출력단자를 포함하는 노이즈 처리부를 포함하는, 터치입력 감지장치를 공개한다. 상기 전하누적부와 상기 커런트 컨베이어부에 입력되는 제1기준전압과 상기 노이즈 처리부에 입력되는 제2기준전압은 서로 다른 값을 갖도록 되어 있다.

Description

노이즈 필터를 갖는 단일 누적연산증폭기를 이용한 정전용량 감지장치{Static capacitance detecting device using a single-ended integral OP-amp with a noise filter}
본 발명은 사용자 기기에 이용되는 정전식 터치입력의 감지를 위한 아날로그 프론트엔드 회로에 관한 것으로서 특히 노이즈 필터를 갖고 소형화된 크기를 갖는 회로에 관한 것이다.
도 1은 종래에 이용되던 더블 샘플링 방식의 터치입력 감지장치의 구조를 나타낸 것이다.
도 2는 도 1에 나타낸 터치입력 감지장치를 구성하는 각 디바이스에서의 전압 또는 작동상태를 나타낸 타이밍도이다.
이하 도 1 및 도 2를 함께 참조하여 설명한다.
사용자 기기(미도시)에 설치된 TSP(touch screen panel)에 설치된 터치전극들에 의해 터치감지 커패시터(CM)가 제공될 수 있다. 터치감치 커패시터(CM)의 크기는 상기 터치전극들에 손가락과 같은 물체가 접근하면 그 값이 변화할 수 있다. 다만 상기 터치전극들에 손가락들의 물체가 접근하지 않은 상태에서는 터치감치 커패시터(CM)의 크기는 미리 정해진 값을 유지하도록 설계된 값일 수 있다.
상기 터치전극들과 상기 사용자 기기의 다른 부품들 간에는 터치입력 감지장치의 관점에서 의도하지 않은 기생 커패시턴스(CP)가 형성되어 있을 수 있다. 상기 기생 커패시턴스(CP)는 사용자 기기의 다른 부품들의 설계에 의해 필연적으로 발생하는 것이 수 있다. 상기 사용자 기기의 터치입력 감지장치는 상기 터치감지 커패시터(CM)의 크기를 검출하도록 되어 있는데, 상기 기생 커패시턴스(CP)는 상기 터치입력 감지장치의 동작에 영향을 줄 수 있다.
상기 터치감지 커패시터(CM)의 일 전극을 TX전극(4) 또는 구동전극(4)이라고 지칭하고, 상기 터치감지 커패시터(CM)의 타 전극을 RX전극(5) 또는 감지전극(5)이라고 지칭할 수 있다. 상기 구동전극(4) 및 감지전극(5)은 상기 사용자 기기에 예컨대 투명전극과 같은 형태로 제공될 수 있다.
상기 사용자 기기에 설치된 TX구동부(1)는 상기 구동전극(4)이 VDD 또는 GND의 전압을 갖도록 능동적으로 제어하는 스위치부(101, 102)를 포함할 수 있다. 상기 스위치부(101, 102)의 동작에 따라 상기 구동전극(4)의 전압은 미리 결정된 타임 스케쥴에 따라 VDD 과 GND의 값을 전환하는 펄스 트레인의 형태로 제어될 수 있다.
상기 사용자 기기에 제공된 터치입력 감지장치는 2개의 연산증폭기들(OA1, OA2)을 포함할 수 있다. 각 연산증폭기(OA1, OA2)의 반전 입력단자는 그 각각에 연결된 선택연결 스위치(511, 512)를 통해 상기 감지전극(5)에 연결될 수 있다. 각 연산증폭기(OA1, OA2)의 비반전 입력단자는 동일한 공통전위(VCM)에 연결되어 있을 수 있으며, 따라서 각 연산증폭기(OA1, OA2)의 반전 입력단자의 전위 역시 상기 공통전위(VCM)를 갖게 된다. 각 연산증폭기(OA1, OA2)의 반전 입력단자와 출력단자는 누적 커패시터(532)에 의해 연결될 수 있다. 또한, 각 연산증폭기(OA1, OA2)의 반전 입력단자와 출력단자는 리셋 스위치(533)에 의해 연결될 수 있다. 상기 리셋 스위치(533)가 온(ON) 상태로 되면 각 누적 커패시터(532)의 양 단자의 전위차가 0(영)으로 변화하게 되며, 상기 각 출력단자의 전압이 상기 공통전위(VCM)의 값을 갖게 된다. 상기 리셋 스위치(533)가 오프 상태를 유지하는 동안, 상기 구동전극(4)의 전위는 상기 펄스트레인 형태를 갖도록 제어될 수 있다.
본 명세서에서, 상기 구동전극(4)의 전압이 상승하는 시점으로부터 소정의 시간 후까지의 시구간을 상승에지 구간(81)으로 정의하고, 상기 구동전극(4)의 전압이 하강하는 시점으로부터 소정의 시간 후까지의 시구간을 하강에지 구간(82)으로 정의할 수 있다. 상기 상승에지 구간(81) 동안 상기 감지전극(5)의 전압은 상기 공통전위(VCM)로부터 변화하여 다시 상기 공통전위로 돌아올 수 있다. 또한, 상기 하강에지 구간(82) 동안 상기 감지전극(5)의 전압은 상기 공통전위로부터 변화하여 다시 상기 공통전위로 돌아올 수 있다.
상기 펄스트레인의 상승에지 구간(81)의 시작시점으로부터 하강에지 구간(81)의 시작시점까지로 정의되는 제1시구간에서 상기 감지전극(5)이 상기 제1연산증폭기(OA1)의 반전 입력단자에 연결되도록 상기 선택연결 스위치들(511, 512)의 동작이 제어될 수 있다. 또한, 상기 펄스트레인의 하강에지 구간(82)의 시작시점으로부터 상승에지 구간(81)까지로 정의되는 제2시구간에서 상기 감지전극(5)이 상기 제2연산증폭기(OA2)의 반전 입력단자에 연결되도록 상기 선택연결 스위치들(511, 512)의 동작이 제어될 수 있다.
상기 감지전극(5)은 상기 제1연산증폭기(OA1) 또는 상기 제2연산증폭기(OA2)의 반전 입력단자에 연결되어 있기 때문에, 상기 상승에지 구간(81) 및 하강에지 구간(82)을 제외한 시구간에서 상기 감지전극(5)의 전위는 결국 상기 공통전위(VCM)를 갖게 된다. 그러나 상기 구동전극(4)의 전압의 변화에 대응하여, 상기 감지전극(5)의 전압은 상기 상승에지 구간(81)에서 상기 공통전위(VCM)로부터 순간적으로 상승했다가 다시 상기 공통전위(VCM)로 하강하게 되고, 상기 하강에지 구간(82)에서는 상기 공통전위(VCM)로부터 순간적으로 하강했다가 다시 상기 공통전위(VCM)로 상승하게 된다.
상기 상승에지 구간(81)과 하강에지 구간(82)에서의 상기 감지전극(5)의 전압 변화로 인하여, 상기 감지전극(5)과 상기 감지전극(5)에 연결된 연산증폭기(OA1, OA2) 사이에는 전하의 이동이 발생하게 된다. 상기 상승에지 구간(81)과 하강에지 구간(82)에서의 상기 감지전극(5)의 전압 변화는 서로 반대방향이기 때문에, 상기 상승에지 구간(81)과 하강에지 구간(82)에서 상기 감지전극(5)에 대한 전하의 이동방향도 서로 반대방향이 된다. 상기 상승에지 구간(81)에서는 상기 제1연산증폭기(OA1)와 상기 감지전극(5) 사이에서 이동한 전하가 상기 제1연산증폭기(OA1)의 출력단자의 출력전압을 하강시키고, 상기 하강에지 구간(82)에서는 상기 제2연산증폭기(OA2)와 상기 감지전극(5) 사이에서 이동한 전하가 상기 제2연산증폭기(OA2)의 출력단자의 출력전압을 상승시킨다.
상기 감지전극(5)과 상기 연산증폭기(OA1, OA2) 사이에서 이동하는 전하의 양은 상기 터치감지 커패시터(CM)의 크기에 의해 결정된다. 다시 말해, 상기 상승에지 구간(81)에서의 상기 제1연산증폭기(OA1)의 출력전압의 하강폭 및 상기 하강에지 구간(82)에서의 상기 제2연산증폭기(OA2)의 출력전압의 상승폭은 상기 터치감지 커패시터(CM)의 크기에 의해 결정된다. 상기 펄스트레인의 상승에지와 하강에지를 반복시킬 때마다 상기 제1연산증폭기(OA1)의 출력전압은 점점 더 하강하고, 상기 제2연산증폭기(OA2)의 출력전압은 점점 더 상승하게 된다. 상기 펄스트레인의 상승에지와 하강에지를 반복시켜 상기 누적 커패시터들(532)에 누적되는 전하들의 양을 증가시킴으로써 상기 터치감지 커패시터(CM)의 크기를 더 정확하게 측정할 수 있다.
상기 제1연산증폭기(OA1)의 출력전압과 상기 제2연산증폭기(OA2)의 출력전압 중 어느 하나만 이용하더라도 상기 터치감지 커패시터(CM)의 크기를 결정할 수 있다. 그러나 상기 제1연산증폭기(OA1)의 출력전압과 상기 제2연산증폭기(OA2)의 출력전압을 모두 이용하면 터치입력 감지장치(200)의 입력대출력 SNR을 높일 수 있다. 즉, 상기 제1연산증폭기(OA1)의 출력전압에서 상기 제2연산증폭기(OA2)의 출력전압을 빼면 상기 감지전극(5) 통해 유입된 외부 노이즈의 영향이 상쇄되는 이점이 있다. 이에 관련된 기술은 대한민국 등록특허 KR1544115B1 (2015-08-06)에 제시되어 있다.
한편, 상기 제1연산증폭기(OA1)와 상기 제2연산증폭기(OA2)는 서로 동일한 입출력 특성을 갖도록 설계될 수 있지만, 실제로 제조 시의 공정 편차 때문에 두 연산증폭기 간의 입력 오프셋이 존재할 수 있다. 이러한 입력 오프셋의 영향은 상술한 기생 커패시턴스(CP)의 크기에 비례하며, 상기 연산증폭기들(OA1, OA2)의 출력 전압에 변동을 준다. 이러한 편차의 영향을 없애기 위하여 상기 제1연산증폭기(OA1)와 상기 제2연산증폭기(OA2)의 역할을 주기적으로 서로 바꿔주는 쵸핑(chopping) 기술을 이용할 수 있다. 이에 관련된 기술의 예는 대한민국 특허공개번호 KR20160092436A (2016-08-04) 및 대한민국 등록특허번호 KR1997519B1 (2019-07-02)에 제시되어 있다.
본 발명에서는 기존의 2개의 연산증폭기를 이용하는 터치입력 감지기술에서 발생하는 입력 오프셋의 문제 및 2개의 연산증폭기를 이용함으로써 회로의 부피가 커지는 문제점을 해결하면서도, 상기 기존의 터치입력 감지기술과 동일한 성능을 제공하기 위하여 1개의 연산증폭기와 함께 커런트 컨베이어를 이용하는 기술을 제공하고자 한다.
또한, 1개의 연산증폭기만을 이용하더라도 기존의 터치입력 감지기술과 동일한 성능을 제공하기 위하여, 터치입력 감지장치에 인가되는 고정된 기준전압을 부분별로 서로 다른 값으로 제공하는 기술을 제공하고자 한다.
도 1에서 설명한 입력 오프셋의 영향을 줄이기 위하여, 본 발명의 일 관점에 따라 제공되는 터치입력 감지장치(300)에서는 연산증폭기(OA1, OA2)와 감지전극(5) 사이에 커런트 컨베이어(124)를 추가할 수 있다. 상기 감지전극(5)으로부터 상기 커런트 컨베이어(124)의 전류입력단자로 들어가는 전류를 입력전류(Ix)라고 정의하고, 상기 커런트 컨베이어(124)의 전류출력단자로부터 빠져 나오는 전류를 출력전류(Iz)라고 정의할 수 있다. 이때, 상기 출력전류는 상기 입력전류에 비례할 수 있다. 그리고 상기 비례의 비율값은 언제나 일정한 값을 가질 수 있다. 즉, 상기 전류입력단자로 전하가 들어갈 때에 상기 전류출력단자로부터는 전하가 빠져 나오도록 되어 있고, 반대로 상기 전류입력단자로부터 전하가 빠져 나올 때에 상기 전류출력단자로 전하가 들어가도록 설계될 수 있다.
이렇게 하면, 도 3에서 커런트 컨베이어(124)가 없다고 가정하였을 때에 연산증폭기(OA1, OA2)에서 TSP의 전극을 바라보았을 때의 등가정전용량을 CP1이라고 할 수 있다. 그리고 도 3과 같이 커런트 컨베이어(124)가 존재하는 경우 연산증폭기(OA1, OA2)에서 커런트 컨베이어(124)를 바라보았을 때의 등가정전용량을 CP2라고 할 수 있다. 상기 등가정전용량(CP1)은 사용자 기기의 다른 부품들의 설계 제약 때문에 어느 수준 이하의 값을 갖도록 설계하는 것이 불가능할 수도 있다. 그러나 상기 등가정전용량(CP2)이 상기 등가정전용량(CP1)보다 작은 값을 갖도록 상기 커런트 컨베이어(124)를 설계한다면 상기 두 연산증폭기(OA1, OA2) 간의 입력 오프셋에 의한 영향을 감소시킬 수 있다.
도 3에 제시한 터치입력 감지장치(300)에 있어서, 상기 출력전류(Iz)가 상기 입력전류(Ix)의 +k1 배가 되도록 설계될 수 있다(단, k1은 양수). 이 경우, 터치입력 감지장치(300)는 도 2에 제시된 타이밍 특성으로 동작할 수 있다.
이와 달리, 도 3에 제시한 터치입력 감지장치(300)에 있어서, 상기 출력전류(Iz)가 상기 입력전류(Ix)의 -k2 배가 되도록 설계될 수 있다(단, k2는 양수). 이 경우, 터치입력 감지장치(300)는 도 4에 제시된 타이밍 특성으로 동작할 수 있다.
본 발명의 일 관점에 따라, 구동전극(4)의 전압의 상승과 하강을 제어하는 TX구동부(1); 전류출력단자(22) 및 전류입력단자(21)를 포함하는 커런트 컨베이어부(20); 상기 전류출력단자(22)로부터 제공된 전하를 누적하여, 상기 누적된 전하의 양에 비례하는 전압을 출력하는 출력단자를 갖는 전하누적부(30); 및 감지전극(5)에 연결되는 입력단자(71)와 상기 전류입력단자(21)에 연결된 출력단자(72)를 포함하는 노이즈 처리부(70);를 포함하는 터치입력 감지장치가 제공될 수 있다. 이때, 상기 구동전극의 전압(11)의 상승에지 구간(81)에서 상기 전류입력단자로 들어가는 입력전류와 상기 전류출력단자로부터 빠져 나오는 출력전류 간의 제1비율과, 상기 구동전극 전압의 하강에지 구간(82)에서 상기 입력전류와 상기 출력전류 간의 제2비율은 서로 다른 부호를 갖도록 되어 있고, 상기 전하누적부(30)와 상기 커런트 컨베이어부(20)에 입력되는 제1기준전압(VREF)과 상기 노이즈 처리부(70)에 입력되는 제2기준전압(VREF2)은 서로 다른 값을 갖도록 되어 있다.
이때, 상기 노이즈 처리부(70)는 제3커런트 컨베이어(710), 로우패스 필터(720), 및 DC차단 커패시터(730)를 포함하며, 상기 제3커런트 컨베이어(710)의 제2전류입력단자(711)는 상기 감지전극(5)에 연결되도록 되어 있고, 상기 로우패스 필터(720)의 입력단자(725)는 상기 제3커런트 컨베이어(710)의 제2전류출력단자(713)에 연결되어 있고, 상기 DC차단 커패시터(730)의 일단자 및 타단자는 각각 상기 로우패스 필터(720)의 출력단자(726) 및 상기 노이즈 처리부(70)의 출력단자(72)에 연결되어 있을 수 있다.
이때, 상기 제3커런트 컨베이어(710)는, 상기 제2전류입력단자(711), 상기 제2전류출력단자(713), 및 제2VREF입력단자(712)를 포함할 수 있다. 그리고 상기 로우패스 필터(720)는, 제2연산증폭기(721), 상기 제2연산증폭기(721)의 출력단자와 반전입력단자 사이를 연결하는 제2커패시터(722), 상기 제2연산증폭기(721)의 출력단자와 반전입력단자 사이를 연결하는 제2저항(723), 및 상기 제2연산증폭기(721)의 출력단자와 반전입력단자 사이를 연결하는 리셋 스위치(724)를 포함할 수 있다. 그리고 상기 커런트 컨베이어부(20)는 상기 전류입력단자(21), 상기 전류출력단자(22), 및 VREF입력단자(23)를 포함할 수 있다. 그리고 상기 전하누적부(30)는 연산증폭기(31), 및 상기 연산증폭기의 출력단자와 반전입력단자 사이를 연결하는 누적 커패시터(32)를 포함할 수 있다. 그리고 상기 제1기준전압(VREF)은 상기 VREF입력단자(23) 및 상기 연산증폭기(31)의 비반전 입력단자에 인가되며, 상기 제2기준전압(VREF2)은 상기 제2VREF입력단자(712) 및 상기 제2연산증폭기(721)의 비반전 입력단자에 인가될 수 있다.
이때, 상기 전하누적부(30)의 출력전압은 시간에 따라 감소하도록 되어 있고, 상기 제1기준전압(VREF)은 상기 제2기준전압(VREF2)보다 큰 값일 수 있다.
이때, 상기 전하누적부(30)의 출력전압은 시간에 따라 증가하도록 되어 있고, 상기 제1기준전압(VREF)은 상기 제2기준전압(VREF2)보다 작은 값일 수 있다.
이때, 상기 출력전류의 방향을 제어하는 방향신호부(40)를 더 포함하며, 상기 방향신호부가 출력하는 방향제어신호(+EN, -EN)가 제1상태를 가질 때에 상기 입력전류의 값과 상기 출력전류의 값은 서로 동일한 부호를 갖도록 되어 있고, 상기 방향제어신호가 제2상태를 가질 때에 상기 입력전류의 값과 상기 출력전류의 값은 서로 다른 부호를 갖도록 되어 있을 수 있다.
이때, 상기 커런트 컨베이어부(20)는, 상기 입력전류를 미러링하는 제1커런트 컨베이어(24); 및 상기 방향제어신호에 의해 제어되는 전류방향제어부(25);를 포함할 수 있다. 그리고 상기 방향제어신호는 제1방향제어신호(+EN) 및 제2방향제어신호(-EN)로 구성되며, 상기 제1방향제어신호(+EN) 및 제2방향제어신호(-EN)가 각각 로지컬 로우 및 로지컬 하이인 경우 상기 제1커런트 컨베이어의 출력전류는 상기 전류출력단자로 전달되고, 상기 제1방향제어신호(+EN) 및 제2방향제어신호(-EN)가 각각 로지컬 하이 및 로지컬 로우인 경우 상기 제1커런트 컨베이어의 출력전류는 그 방향이 반전되어 상기 전류출력단자로 전달될 수 있다.
이때, 상기 커런트 컨베이어부(20)는 전류이득 제어신호단자(26)를 더 포함하고, 상기 전류이득 제어신호단자(26)를 통해 입력되는 전류이득 제어신호는 복수 개의 비트들을 포함할 수 있다. 그리고 상기 제1커런트 컨베이어(24)는, 복수 개의 커런트 미러들(2412) 및 복수 개의 게이트 스위치부(2411)들을 포함하는 전류이득제어부(241)를 포함할 수 있다. 그리고 각각의 상기 커런트 미러(2412)는 상측 FET 및 하측 FET의 한 쌍의 FET들을 포함하며, 각각의 상기 커런트 미러에 포함된 상기 한 쌍의 FET들의 게이트에 입력되는 신호는 각각의 상기 게이트 스위치부(2411)에 의해 제어되며, 각각의 상기 게이트 스위치부(2411)의 동작은 상기 전류이득 제어신호의 각 비트에 의해 제어될 수 있다.
이때, 상기 전류방향제어부(25)는, 상기 제1커런트 컨베이어의 출력단자(243)와 상기 전류출력단자를 연결하는 제1스위치(251); 상기 제1커런트 컨베이어의 출력단자에 입력단자가 연결된 전류방향 반전회로(253); 및 상기 전류방향 반전회로(253)의 출력단자와 상기 전류출력단자를 연결하는 제2스위치(252);를 포함하며, 상기 제1스위치의 온/오프 상태는 상기 제2방향제어신호(-EN)에 의해 제어되고, 상기 제2스위치의 온/오프 상태는 상기 제1방향제어신호(+EN)에 의해 제어될 수 있다.
이때, 상기 전류방향 반전회로(253)는 -1의 이득을 갖는 제2커런트 컨베이어일 수 있다.
이때, 상기 TX구동부는 상기 구동전극의 전압을 펄스 트레인 형태로 제어하도록 되어 있을 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따라 제공되는 터치입력 감지장치는, 구동전극(4)의 전압의 상승과 하강을 제어하는 TX구동부(1); 전류출력단자(22) 및 전류입력단자(21)를 포함하는 커런트 컨베이어부(20); 상기 전류출력단자(22)로부터 제공된 전하를 누적하여, 상기 누적된 전하의 양에 비례하는 전압을 출력하는 출력단자를 갖는 전하누적부(30); 및 감지전극(5)에 연결되는 입력단자(71)와 상기 전류입력단자(21)에 연결된 출력단자(72)를 포함하는 노이즈 처리부(70);를 포함한다. 이때, 상기 구동전극의 전압(11)의 상승에지 구간(81)에서 상기 전류출력단자로부터 빠져 나오는 출력전류의 제1방향은 상기 구동전극의 전압(11)의 하강에지 구간(82)에서 상기 전류출력단자로부터 빠져 나오는 상기 출력전류의 제2방향과 동일하며, 상기 전하누적부(30)와 상기 커런트 컨베이어부(20)에 입력되는 제1기준전압(VREF)과 상기 노이즈 처리부(70)에 입력되는 제2기준전압(VREF2)은 서로 다른 값을 갖도록 되어 있다.
본 발명의 일 관점에 따라 상술한 터치입력 감지장치; 및 상기 구동전극 및 상기 감지전극;을 포함하는 터치입력장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 관점에 따라 상술한 터치입력 감지장치; 상기 구동전극 및 상기 감지전극; 및 배터리;를 포함하는 사용자 기기가 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면, 1개의 연산증폭기와 함께 커런트 컨베이어를 이용함으로써, 기존의 2개의 연산증폭기를 이용하는 터치입력 감지기술에서 발생하는 입력 오프셋의 문제 및 2개의 연산증폭기를 이용함으로써 회로의 부피가 커지는 문제점을 해결하면서도, 상기 기존의 터치입력 감지기술과 동일한 성능을 제공하는 기술을 제공할 수 있다.
도 1은 종래에 이용되던 더블 샘플링 방식의 터치입력 감지장치의 구조를 나타낸 것이다.
도 2는 도 1에 나타낸 터치입력 감지장치를 구성하는 각 디바이스에서의 전압 또는 작동상태를 나타낸 타이밍도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치입력 감지장치의 구조를 나타낸 것이다.
도 4는 도 3에 나타낸 터치입력 감지장치를 구성하는 각 디바이스에서의 전압 또는 작동상태를 나타낸 타이밍도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 터치입력 감지장치의 구조를 나타낸 것이다.
도 6은 도 5에 제시한 터치입력 감지장치의 TX구동부 및 터치입력 감지부의 구성을 더 자세히 나타낸 것이다.
도 7은 도 6에 나타낸 터치입력 감지장치가 상기 제1실시예로 동작할 때에 상기 터치입력 감지장치의 주요 노드들에서의 전압 변화를 나타낸 것이다.
도 8은 도 6에 나타낸 터치입력 감지장치가 상기 제2실시예로 동작할 때에 상기 터치입력 감지장치의 주요 노드들에서의 전압 변화를 나타낸 것이다.
도 9는 도 6에 제시한 커런트 컨베이어부의 내부 구조를 더 자세히 나타낸 것이다.
도 10은 도 9에 나타낸 커런트 컨베이어부의 구조를 다른 방식으로 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따라 제공되는 터치입력 감지장치의 구성을 나타낸 것이다.
도 12는 도 11에 나타낸 터치입력 감지부의 구성, 특히 노이즈 처리부의 구성을 더 자세히 나타낸 것이다.
도 13은 도 11에 제시한 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 터치입력 감지장치 중 터치입력 감지부 및 TX구동부의 회로를 자세히 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 설명한다. 그러나 본 발명은 본 명세서에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며 여러 가지 다른 형태로 구현될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어는 실시예의 이해를 돕기 위한 것이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 의도된 것이 아니다. 또한, 이하에서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 터치입력 감지장치의 구조를 나타낸 것이다.
상기 터치입력 감지장치(100)는 스마트폰 등의 사용자 기기에 구비되는 칩 형태의 디바이스일 수 있다. 상기 터치입력 감지장치(100)의 동작은 상기 터치입력 감지장치(100)의 외부에서 제공되는 전원, 예컨대 상기 사용자 기기에서 제공되는 전원에 의해 이루어질 수 있다.
상기 터치입력 감지장치(100)는 후술하는 터치입력 감지부(2), 제어 및 통신부(3), 및 TX구동부(1)를 포함할 수 있다. 또한 상기 터치입력 감지장치(100)는 도 5에 도시하지 않은 다른 다양한 기능부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어 및 통신부(3)는 상기 터치입력 감지부(2)에서 제공한, 터치입력에 관련된 디지털 값을 이용하여 각종 필요한 처리를 수행할 수 있다. 상기 필요한 처리에는 상기 터치입력 감지장치(100)의 외부에 있는 다른 디바이스와 상기 터치입력에 관한 정보를 송수신하는 처리가 포함될 수 있다.
상기 사용자 기기에는 상술한 구동전극(4) 및 감지전극(5)이 포함되어 있을 수 있다.
상기 TX구동부(1)는 상기 구동전극(4)의 전위를 제어하는 전압을 상기 구동전극(4)에게 인가하도록 되어 있을 수 있다. 상기 TX구동부(1)의 동작은 상기 제어 및 통신부(3)에 의해 제어될 수 있다.
상기 터치입력 감지부(2)는 커런트 컨베이어부(20), 전하누적부(30), ADC(60), 방향신호부(40), 및 이득제어부(50)를 포함할 수 있다.
상기 커런트 컨베이어부(20)의 입력단자인 전류입력단자는 상기 감지전극(5)에 연결되어 있을 수 있다. 상기 커런트 컨베이어부(20)의 출력단자인 전류출력단자는 상기 감지전극(5)으로부터 입력되는 전류에 비례하는 전류를 상기 전하누적부(30)에게 전달할 수 있다.
상기 방향신호부(40)는 상기 전류출력단자로부터 빠져 나오는 출력전류의 방향을 제어하는 방향제어신호를 제공할 수 있다. 즉, 상기 방향제어신호는, 상기 전류입력단자로 들어가는 입력전류가 양의 값을 가질 때에 상기 출력전류가 양의 값과 음의 값 중 어느 값을 갖도록 할지를 결정할 수 있고, 상기 입력전류가 음의 값을 가질 때에 상기 출력전류가 양의 값과 음의 값 중 어느 값을 갖도록 할지를 결정할 수 있다.
상기 이득제어부(50)는 상기 커런트 컨베이어부(20)의 상기 입력전류에 대한 상기 출력전류 간의 증폭비의 절대값을 제어하는 전류이득제어신호를 제공할 수 있다.
상기 전하누적부(30)는 상기 전류출력단자로부터 제공된 전하를 누적하여, 상기 누적된 전하의 양에 비례하는 전압을 출력할 수 있다.
상기 ADC(60)는 상기 전하누적부(30)가 출력한 아날로그 값을 디지털 값으로 변환할 수 있다.
이하 도 6 내지 도 10을 통해 상술한 각 기능블록에 대하여 더 자세히 설명한다.
도 6은 도 5에 제시한 터치입력 감지장치의 TX구동부 및 터치입력 감지부의 구성을 더 자세히 나타낸 것이다.
도 6에 제시한 터치입력 감지장치는 후술하는 제1실시예에 따라 동작하거나 또는 제2실시예에 따라 동작할 수 있다.
도 7은 도 6에 나타낸 터치입력 감지장치가 상기 제1실시예로 동작할 때에 상기 터치입력 감지장치의 주요 노드들에서의 전압 변화를 나타낸 것이다.
도 8은 도 6에 나타낸 터치입력 감지장치가 상기 제2실시예로 동작할 때에 상기 터치입력 감지장치의 주요 노드들에서의 전압 변화를 나타낸 것이다.
이하 도 6 내지 도 8을 함께 참조하여 설명한다.
일 실시예서, 도 6에 제시된 구동전극(4) 및 감지전극(5)은 상기 터치입력 감지장치(100)에 포함되지 않고 별도로 제공된 것일 수 있다. 그러나 다른 실시예에서, 도 6에 제시된 구동전극(4) 및 감지전극(5)은 상기 터치입력 감지장치(100)에 포함된 형태로 제공될 수도 있다.
상기 TX구동부(1)는 상기 구동전극(4)의 전압의 상승과 하강을 제어할 수 있다.
예컨대, 상기 TX구동부(1)는 상기 구동전극(4)의 전압을 펄스 트레인 형태로 제어하도록 되어 있을 수 있다.
도 7 및 도 8에 나타낸 참조부호 TX, 또는 참조번호 11은 상기 구동전극(4)의 시간에 따른 전압을 나타낸 그래프이다. 즉 상기 참조번호 11의 그래프는 상기 구동전극(4)의 전압을 나타낸다. 상기 펄스 트레인은 실질적으로 VDD와 GND 중 어느 하나의 값을 갖도록 제어될 수 있다.
일 실시예에서 상기 TX구동부(1)의 출력전압인 상기 구동전극(4)의 전압(11)은 제1스위치(101) 및 제2스위치(102)의 동작에 의해 제어될 수 있다. 도 6에 나타낸 제1스위치(101)가 온 상태를 갖고 제2스위치(102)가 오프 상태를 갖는 경우에는 상기 구동전극(4)의 전압(11)은 VDD 값을 갖게 된다. 그리고 도 6에 나타낸 제1스위치(101)가 오프 상태를 갖고 제2스위치(102)가 온 상태를 갖는 경우에는 상기 구동전극(4)의 전압(11)은 GND 값을 갖게 된다.
상기 커런트 컨베이어부(20)는 전류입력단자(21), 전류출력단자(22), VREF입력단자(23), 전류이득 제어신호단자(26), 및 방향 제어신호단자(27)를 포함할 수 있다. 상기 전류입력단자(21)는 감지전극(5)에 연결될 수 있다. 상기 전류출력단자(22)는 출력전류를 출력할 수 있다. 상기 VREF입력단자(23)는 미리 결정된 전압을 입력받을 수 있다. 상기 전류이득 제어신호단자(26)은 상기 커런트 컨베이어부(20)의 입출력 간의 전류이득의 절대값을 제어하는 전류이득 제어신호를 입력받을 수 있다. 상기 방향 제어신호단자(27)는 상기 전류입력단자(21)로 들어가는 입력전류와 상기 전류출력단자(22)로부터 나오는 출력전류 간의 상대적인 방향관계를 결정하는 방향제어신호를 입력받을 수 있다.
상기 방향신호부(40)는 상기 방향제어신호를 출력할 수 있다.
상기 이득제어부(50)는 상기 전류이득 제어신호를 출력할 수 있다.
상기 전하누적부(30)는 상기 전류출력단자(22)로부터 제공된 전하를 누적하여, 상기 누적된 전하의 양에 비례하는 전압을 출력하는 출력단자를 포함할 수 있다. 또한, 상기 전하누적부(30)는 연산증폭기(31), 상기 연산증폭기의 출력단자와 반전입력단자 사이를 연결하는 누적 커패시터(32) 및, 상기 연산증폭기의 출력단자와 반전입력단자 사이를 연결하는 리셋 스위치(33)를 포함할 수 있다.
도 7 및 도 8에서, 참조부호 VOUT은 상기 연산증폭기의 출력단자의 전압을 나타낸 그래프이고, 참조부호 ΦR는 상기 리셋 스위치(33)의 온/오프 상태를 나타낸 그래프이다.
도 7 및 도 8에서, 참조부호 RX는 상기 구동전극(4)의 전압 TX의 변화에 따라 나타나는 상기 감지전극(5)의 전압을 나타낸 그래프이다. 상기 구동전극(4)의 전압이 상승하는 시점으로부터 소정의 시간 후까지의 시구간인 상승에지 구간(81)에서 상기 감지전극(5)의 전압은 소정의 기준전압(VREF)으로부터 순간적으로 증가하였다가 다시 상기 기준전압(VREF)으로 감소한다. 반대로 상기 구동전극(4)의 전압이 하강하는 시점으로부터 소정의 시간 후까지의 시구간인 하강에지 구간(82)에서 상기 감지전극(5)의 전압은 소정의 기준전압(VREF)으로부터 순간적으로 감소하였다가 다시 상기 기준전압(VREF)으로 증가한다. 상기 기준전압(VREF)은 상기 커런트 컨베이어부(20)의 상기 VREF입력단자(23)에 제공된 전압값이다. 상기 기준전압(VREF)은 예컨대, 상기 TX구동부(1)의 동작전압(VDD)의 1/2 값인 VCM으로 설정될 수도 있다.
도 7 및 도 8에서, 참조부호 IX는 상기 구동전극(4)의 전압 TX의 변화에 따라, 상기 전류입력단자(21)를 통해 상기 커런트 컨베이어부(20)에 들어가는 상기 입력전류를 나타낸 그래프이다. 상기 구동전극(4)의 전압이 상승하는 시점으로부터 소정의 시간 후까지의 시구간인 상승에지 구간(81)에서 상기 입력전류는 영(0)의 값으로부터 양(+)의 방향으로 증가했다가 다시 감소하여 영(0)의 값으로 되돌아온다. 반대로, 상기 구동전극(4)의 전압이 하강하는 시점으로부터 소정의 시간 후까지의 시구간인 하강에지 구간(82)에서 상기 입력전류는 영(0)의 값으로부터 음(-)의 방향으로 감소했다가 다시 증가하여 영(0)의 값으로 되돌아온다.
도 7 및 도 8에 나타낸 상기 제1실시예 및 상기 제2실시예에서, 참조부호 IZ는 상기 구동전극(4)의 전압 TX의 변화에 따라, 상기 전류출력단자(22)를 통해 상기 커런트 컨베이어부(20)로부터 빠져나오는 상기 출력전류를 나타낸 그래프이다.
도 7에 나타낸 상기 제1실시예에서, 상기 상승에지 구간(81)과 상기 하강에지 구간(82) 모두에서 상기 출력전류는 영(0)의 값으로부터 양(+)의 방향으로 증가했다가 다시 영(0)의 값으로 되돌아온다.
도 8에 나타낸 상기 제2실시예에서, 상기 상승에지 구간(81)과 상기 하강에지 구간(82) 모두에서 상기 출력전류는 영(0)의 값으로부터 음(-)의 방향으로 증가했다가 다시 영(0)의 값으로 되돌아온다.
즉, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 제1실시예 및 상기 제2실시예 모두에서, 상기 커런트 컨베이어부(20)는 상기 입력전류의 방향에 관계없이, 상기 출력전류가 발생하는 경우에는 상기 출력전류가 언제나 일정한 방향을 갖도록 제어한다.
즉, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 구동전극(4)의 전압(11)의 상승에지 구간(81)에서 상기 전류출력단자로부터 빠져 나오는 출력전류의 제1방향은 상기 구동전극(4)의 전압(11)의 하강에지 구간(82)에서 상기 전류출력단자로부터 빠져 나오는 상기 출력전류의 제2방향과 동일하도록 제어할 수 있다.
또한 다른 말로, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 구동전극(4)의 전압(11)의 상승에지 구간(81)에서 상기 전류입력단자로 들어가는 입력전류와 상기 전류출력단자로부터 빠져 나오는 출력전류 간의 제1비율과, 상기 구동전극 전압의 하강에지 구간(82)에서 상기 입력전류와 상기 출력전류 간의 제2비율은 서로 다른 부호를 갖도록 되어 있을 수 있다. 예컨대 상기 입력전류와 상기 출력전류를 수치화하였을 때에, 만일 상기 입력전류가 +1.0의 값을 갖고 상기 출력전류기 +1.5의 값을 갖는다면 상기 입력전류와 상기 출력전류 간의 비율은 1.5일 수 있다. 다른 예로서, 만일 상기 입력전류가 +1.0의 값을 갖고 상기 출력전류기 -1.2의 값을 갖는다면 상기 입력전류와 상기 출력전류 간의 비율은 -1.2일 수 있다.
상기 커런트 컨베이어부(20)가 상기 제1실시예 및 상기 제2실시예 중 어떤 실시예로 동작할 것인지는 상기 커런트 컨베이어부(20) 내부의 회로구조에 의해서 결정되거나, 또는 상기 방향 제어신호단자(27)의 제공방식에 따라 결정될 수 있다.
도 7 및 도 8에 제시한 실시예들과 같이, 상기 방향신호부(40)가 출력하는 방향제어신호(+EN, -EN)가 제1상태(ex: +EN=High, -EN=Low)를 가질 때에 상기 입력전류(Ix)의 값과 상기 출력전류(Iz)의 값은 서로 동일한 부호를 갖도록 되어 있고, 상기 방향제어신호(+EN, -EN)가 제2상태(ex: +EN=Low, -EN=High)를 가질 때에 상기 입력전류(Ix)의 값과 상기 출력전류(Iz)의 값은 서로 다른 부호를 갖도록 되어 있을 수 있다.
도 7에 나타낸 제1실시예에서, 상기 구동전극의 전압(11)이 VDD일 때에 제1방향제어신호(+EN)와 제2방향제어신호(-EN)는 각각 온 상태 및 오프 상태를 갖도록 되어 있다. 즉, 상기 상승에지 구간(81)에서는 상기 구동전극의 전압(11)이 VDD이며, 이때, 상기 상승에지 구간(81)이 시작할 때에는 이미 제1방향제어신호(+EN)와 제2방향제어신호(-EN)는 각각 온 상태 및 오프 상태를 갖도록 되어 있다.
반대로 상기 구동전극의 전압(11)이 GND일 때에 제1방향제어신호(+EN)와 제2방향제어신호(-EN)는 각각 오프 상태 및 온 상태를 갖도록 되어 있다. 즉, 상기 하강에지 구간(82)에서는 상기 구동전극의 전압(11)이 GND이며, 이때, 상기 하강에지 구간(82)이 시작할 때에는 이미 제1방향제어신호(+EN)와 제2방향제어신호(-EN)는 각각 오프 상태 및 온 상태를 갖도록 되어 있다.
이와 달리, 도 8에 나타낸 제2실시예에서, 상기 구동전극의 전압(11)이 VDD일 때에 제1방향제어신호(+EN)와 제2방향제어신호(-EN)는 각각 오프 상태 및 온 상태를 갖도록 되어 있고, 반대로 상기 구동전극의 전압(11)이 GND일 때에 제1방향제어신호(+EN)와 제2방향제어신호(-EN)는 각각 온 상태 및 오프 상태를 갖도록 되어 있다.
도 7의 상기 제1실시예에서, 상기 출력전류(Iz)가 상기 상승에지 구간(81)과 상기 하강에지 구간(82)에서 항상 양(+)의 값을 갖기 때문에, 상기 전하누적부(30)의 출력전압은 시간에 따라 감소한다. 이때, 상기 전하누적부(30)에 입력되는 기준전압(VREF)이 상대적으로 큰 값을 갖도록 설정하면 상기 출력전류(Iz)에 의한 전하의 누적 횟수를 더 증가시킬 수 있다.
반면, 도 8의 상기 제2실시예에서, 상기 출력전류(Iz)가 상기 상승에지 구간(81)과 상기 하강에지 구간(82)에서 항상 음(-)의 값을 갖기 때문에, 상기 전하누적부(30)의 출력전압은 시간에 따라 증가한다. 이때, 상기 전하누적부(30)에 입력되는 기준전압(VREF)이 상대적으로 작은 값을 갖도록 설정하면 상기 출력전류(Iz)에 의한 전하의 누적 횟수를 더 증가시킬 수 있다.
도 9는 도 6에 제시한 커런트 컨베이어부의 내부 구조를 더 자세히 나타낸 것이다.
상기 커런트 컨베이어부(20)는 상기 입력전류를 미러링하는 제1커런트 컨베이어(24) 및 상기 방향제어신호(+EN, -EN)에 의해 제어되는 전류방향제어부(25)를 포함할 수 있다.
상기 제1커런트 컨베이어(24)는 OTA(244), 게이트 전압제어부(245), 및 전류이득제어부(241)를 포함할 수 있다. 상기 전류이득제어부(241)는 커런트 미러들(2412)을 포함할 수 있다. 각 커런트 미러(2412)들은 각각 상측 FET 및 하측 FET의 한 쌍의 FET들로 구성될 수 있다. 그리고 상기 한 쌍의 FET들의 게이트에 입력되는 신호는 게이트 스위치부(2411)에 의해 제어될 수 있다.
상기 전류이득 제어신호단자(26)를 통해 입력되는 상기 전류이득 제어신호는 복수 개의 비트들로 구성될 수 있다. 각각의 게이트 스위치부(2411)의 동작은 상기 전류이득 제어신호의 각 비트에 의해 제어될 수 있다.
상기 입력전류(Ix)에 대한 상기 출력전류(Iz)의 비율로 정의되는 이득은 상기 전류이득제어부(241)에서 동작하는 트랜지스터의 크기를 조절하여 제어할 수 있다. 예컨대 상기 각각의 커런트 미러(2412)를 구성하는 트랜지스터들의 크기는 각 커런트 미러 별로 서로 다르거나 동일하도록 설계할 수 있으며, 상기 복수 개의 커런트 미러들 중 몇 개를 동작시킬 것인지에 따라 상기 이득을 조절할 수 있다.
상기 전류이득제어부(241)는 상기 입력전류를 소정의 전류이득에 따라 증폭한 내부출력전류를 출력하는 상기 제1커런트 컨베이어(24)의 출력단자(243)를 포함할 수 있다.
상기 내부출력전류는 상기 전류방향제어부(25)에게 입력될 수 있다.
상기 방향제어신호는 제1방향제어신호(+EN) 및 제2방향제어신호(-EN)로 구성될 수 있다.
도 9에 나타낸 실시예에서, 상기 전류방향제어부(25)는 상기 제1커런트 컨베이어(24)의 출력단자(243)와 상기 전류출력단자(22)를 연결하는 제1스위치(251), 상기 제1커런트 컨베이어(24)의 출력단자(243)에 입력단자가 연결된 전류방향 반전회로(253), 및 상기 전류방향 반전회로(253)의 출력단자와 상기 전류출력단자(22)를 연결하는 제2스위치(252)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1스위치(251)의 온/오프 상태는 상기 제2방향제어신호(-EN)에 의해 제어되고, 상기 제2스위치(252)의 온/오프 상태는 상기 제1방향제어신호(+EN)에 의해 제어될 수 있다. 그 결과, 상기 제1방향제어신호(+EN) 및 제2방향제어신호(-EN)가 각각 로지컬 로우(오프 상태) 및 로지컬 하이(온 상태)인 경우 상기 제1커런트 컨베이어(24)의 출력전류는 상기 전류출력단자(22)로 전달되고, 상기 제1방향제어신호(+EN) 및 제2방향제어신호(-EN)가가 각각 로지컬 하이(온 상태) 및 로지컬 로우(오프 상태)인 경우 상기 제1커런트 컨베이어(24)의 출력전류는 그 방향이 반전되어 상기 전류출력단자(22)로 전달될 수 있다.
도 9에 나타낸 실시예는 변형될 수 있다. 예컨대, 상기 전류방향 반전회로(253)가 상기 제2스위치(252)의 상류에 배치된 것이 아니라, 상기 제1스위치(251)의 상류에 배치되도록 변형될 수 있다.
도 10은 도 9에 나타낸 커런트 컨베이어부의 구조를 다른 방식으로 나타낸 것이다.
상기 커런트 컨베이어부(20)는 상기 제1커런트 컨베이어(24) 및 상기 전류방향제어부(25)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 전류방향제어부(25)가 포함하는 상기 전류방향 반전회로(253)는 -1의 이득을 갖는 제2커런트 컨베이어일 수 있다.
본 명세서에서, 상기 구동전극(4)의 전압을 펄스 트레인 형태로 제어한다는 것은, 상기 구동전극(4)의 전압이 시간에 따라 제1수준(ex: VDD)과 제2수준(ex: GND)을 번갈아 갖도록 제어한다는 것을 의미할 수 있다.
상기 터치입력 감지장치(100)는 터치입력 감지IC일 수 있다.
상기 터치입력 감지장치(100)는 상기 터치입력 감지IC 및 TSP를 포함하는 장치일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 터치입력 감지장치(100)를 도 6과 같이 구성하면, 구동전극(4)의 전압의 상승에지 구간 및 하강에지 구간 모두에서 상기 전하누적부(30)에 전하의 누적이 발생할 수 있다. 마찬가지로 도 1 내지 도 4를 이용하여 설명한 다른 실시예에서도 구동전극(4)의 전압의 상승에지 구간 및 하강에지 구간 모두에서 상기 전하누적부(130)에 전하의 누적이 발생할 수 있다. 다만 도 6의 실시예의 경우에는 연산증폭기와 누적 커패시터를 각각 한 개만 사용해도 된다는 점이 다르다. 상기 연산증폭기와 상기 누적 커패시터를 각각 한 개만 사용하게 되면 이들이 차지하는 물리적인 회로의 부피가 확연히 줄어들 수 있다는 장점이 있다. 만일, 도 1 또는 도 3에 포함된 2개의 연산증폭기 중 어느 하나를 제거하여 회로의 전체 크기를 줄이게 되면, 구동전극(4)의 전압의 상승에지 구간 및 하강에지 구간 중 어느 하나에서만 상기 전하누적부(130)에 전하의 누적이 발생할 것이다. 동일한 시구간 동안 상기 전하누적부(30) 또는 상기 전하누적부(130)에 더 많은 전하의 누적 기회가 주어질수록 터치입력 감지장치의 성능을 향상시킬 수 있다. 따라서 도 6에 제시한 터치입력 감지장치(100)의 구성은 다른 실시예에 비하여 더 좋은 효과를 나타낸다.
도 6에 제시한 구조의 상기 터치입력 감지장치(100)를 이용하면 연산증폭기와 누적 커패시터의 조합을 한 세트만 이용해도 된다. 그 결과, 도 1 및 도 3에 제시한 터치입력 감지장치에 비하여, 동일한 성능을 구현함에 있어서 회로가 차지하는 크기를 줄이고, 회로의 복잡도를 줄이며, 사용되는 구동 신호의 개수를 감소시킬 수 있다는 장점이 있다. 그리고 한 세트의 연산증폭기와 누적 커패시터만을 사용하더라도 도 1 및 도 3에 제시한 터치입력 감지장치와 동일한 출력정보를 얻을 수 있고, 입력 오프셋의 영향을 배제할 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따라 제공되는 터치입력 감지장치의 구성을 나타낸 것이다.
상기 터치입력 감지장치(400)는 도 5에 도시한 상기 터치입력 감지장치(100)와 동일한 구성을 갖는다. 즉, 상기 터치입력 감지장치(100)는 터치입력 감지부(2), 제어 및 통신부(3), 및 TX구동부(1)를 포함할 수 있다. 다만, 상기 터치입력 감지장치(400)는 상기 커런트 컨베이어부(20)의 입력단에 노이즈 처리부(70)가 더 연결되어 있다. 상기 노이즈 처리부(70)는 상기 커런트 컨베이어부(20)와 상기 감지전극(5) 사이에 배치된다.
도 12는 도 11에 나타낸 터치입력 감지부의 구성, 특히 노이즈 처리부의 구성을 더 자세히 나타낸 것이다.
상기 노이즈 처리부(70)는 제3커런트 컨베이어(710), 로우패스 필터(720), 및 DC차단 커패시터(730)를 포함할 수 있다.
상기 제3커런트 컨베이어(710)는 제2전류입력단자(711), 제2전류출력단자(713), 및 제2VREF입력단자(712)를 포함할 수 있다. 상기 제2전류입력단자(711)는 상기 감지전극(5)에 연결될 수 있다. 상기 제3커런트 컨베이어(710)는 상기 감지전극(5)로부터 입력되는 전류인 제1입력전류(IX1)를 상기 제2전류입력단자(711)를 통해 입력받을 수 있다. 상기 제3커런트 컨베이어(710)는 출력전류인 제1전류(IZ1)를 출력하여 상기 로우패스 필터(720)에게 전달할 수 있다.
상기 로우패스 필터(720)는 상기 제1전류(IZ1)로부터 저주파 성분을 제거할 수 있다.
상기 로우패스 필터(720)가 출력한 전류는 상기 DC차단 커패시터(730)를 통과하여 상기 커런트 컨베이어부(20)에 제공될 수 있다. 상기 커런트 컨베이어부(20)에게 제공되는 전류를 제2입력전류(IX2)라고 지칭할 수 있다.
상기 제2입력전류(IX2)는 상기 커런트 컨베이어부(20)에 입력된다는 점에서 도 6에 제시한 상기 입력전류(IX)와 동일한 것이다. 다만 상기 제2입력전류(IX2)는 도 6에 제시된 상기 입력전류(IX)로부터 저주파 성분 및 DC 성분이 제거된 것이라는 점에서 다르다.
상기 로우패스 필터(720)는 상기 제3커런트 컨베이어(710)로부터 제공된 전류로부터 저주파 신호를 제거하여 출력할 수 있다. 상기 로우패스 필터(720)는 제2연산증폭기(721), 상기 제2연산증폭기(721)의 출력단자와 반전입력단자 사이를 연결하는 제2커패시터(722), 상기 제2연산증폭기(721)의 출력단자와 반전입력단자 사이를 연결하는 제2저항(723), 및 상기 제2연산증폭기(721)의 출력단자와 반전입력단자 사이를 연결하는 리셋 스위치(724)를 포함할 수 있다.
상기 로우패스 필터(720)의 컷오프 주파수는 상기 제2커패시터(722)와 상기 제2저항(723)의 값에 따라 조절될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제2커패시터(722) 및 상기 제2저항(723)은 각각 가변 커패시터 및 가변 저항일 수 있다. 이때, 상기 제2커패시터(722) 및 상기 제2저항(723)의 구체적인 값은 소자값 제어부(780)에 의해 제어될 수 있다. 상기 소자값 제어부(780)의 동작은 사용자 입력에 의해 제어되거나, 상기 터치입려 감지장치(400)를 구비한 사용자 기기의 주연산장치에 의해 제어될 수도 있다.
그런데 상기 제2연산증폭기(721)의 반전입력단자가 상기 제3커런트 컨베이어(710)를 통하지 않고 직접 감지전극(5)에 연결된다고 가정하면, 상기 구동전극(4)과 상기 감지전극(5)을 포함하는 터치패널(TSP)의 전기적 특성에 따라 상기 로우패스 필터(720)의 컷오프 주파수에 영향을 미치게 된다. 즉, 상기 로우패스 필터(720)의 컷오프 주파수는 상기 제2커패시터(722)와 상기 제2저항(723)의 값에 의해서만 결정되지 않는다는 문제가 있다. 본 발명의 일 실시예에서 제공되는 상기 제3커런트 컨베이어(710)는 이러한 문제를 해결하기 위하여 상기 제2연산증폭기(721)의 반전입력단자와 상기 감지전극(5) 사이에 배치된 것이다.
상기 노이즈 처리부(70)는 제3이득제어부(750)를 더 포함할 수 있다. 상기 제3이득제어부(750)는 상기 제3커런트 컨베이어부(710)의 입력전류에 대한 출력전류 간의 증폭비의 절대값을 제어하는 전류이득제어신호를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제3커런트 컨베이어부(710)는 도 9에 제시된 제1커런트 컨베이어(24)와 동일한 구성을 가질 수 있다.
상기 로우패스 필터(720)의 출력은 상기 제2연산증폭기(721)의 출력전압으로 정의될 수 있다. 이때, 상기 DC차단 커패시터(730)는 상기 로우패스 필터(720)의 출력전압을 전류(IX2)로 변환하는 역할을 할 수 있다.
본 발명의 일 실시에에서, 상기 DC차단 커패시터(730)는 가변 커패시터일 수 있다. 이때, 상기 DC차단 커패시터(730)의 구체적인 값은 상기 소자값 제어부(780)에 의해 제어될 수 있다.
상기 제3커런트 컨베이어(710)의 상기 제2VREF입력단자(712)에는 미리 결정된 제2기준전압(VREF2)이 제공될 수 있다. 또한, 상기 로우패스 필터(720)의 상기 제2연산증폭기(721)의 비반전 입력단자에는 상기 미리 결정된 제2기준전압(VREF2)이 제공될 수 있다.
이때, 상기 커런트 컨베이어부(20)의 상기 VREF입력단자(23) 및 상기 전하누적부(30)의 상기 연산증폭기(31)의 비반전 입력단자에는 각각 동일한 제1기준전압(VREF)가 제공될 수 있다. 그리고 상기 제3커런트 컨베이어(710)의 상기 제2VREF입력단자(712)와 상기 로우패스 필터(720)의 상기 제2연산증폭기(721)의 비반전 입력단자에는 각각 동일한 제2기준전압(VREF2)가 제공될 수 있다.
여기서, 상기 제1기준전압(VREF)과 상기 제2기준전압(VREF2)은 서로 다른 값을 갖는 전압일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2기준전압(VREF2)은 바람직하게는 VDD의 1/2일 수 있다. 여기서 VDD는 상기 제3커런트 컨베이어(710) 및 상기 로우패스 필터(720)에 공급되는 동작전원의 전압이다. 여기서 상기 제3커런트 컨베이어(710) 및 상기 로우패스 필터(720)에 공급되는 동작전원의 전압은 상기 터치입력 감지부(20)에 공급되는 동작전원의 전압과 동일할 수 있다. 그리고 이때, 상기 터치입력 감지부(2) 및 TX구동부(1)에 공급되는 동작전원의 전압은 상기 터치입력 감지장치(100)에 공급되는 동작전원의 전압과 동일할 수 있다.
도 13은 도 11에 제시한 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 터치입력 감지장치 중 터치입력 감지부 및 TX구동부의 회로를 자세히 나타낸 것이다.
이하, 도 13 및 도 7을 함께 참조하여 설명한다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 제1기준전압(VREF)은 상기 제2기준전압(VREF2)보다 큰 값을 가질 수 있다. 이때, 상기 구동전극의 전압(11)이 VDD일 때에 제1방향제어신호(+EN)와 제2방향제어신호(-EN)는 각각 온 상태 및 오프 상태를 갖도록 되어 있다. 즉, 상기 상승에지 구간(81)에서는 상기 구동전극의 전압(11)이 VDD이며, 이때, 상기 상승에지 구간(81)이 시작할 때에는 이미 제1방향제어신호(+EN)와 제2방향제어신호(-EN)는 각각 온 상태 및 오프 상태를 갖도록 되어 있다. 반대로 상기 구동전극의 전압(11)이 GND일 때에 제1방향제어신호(+EN)와 제2방향제어신호(-EN)는 각각 오프 상태 및 온 상태를 갖도록 되어 있다. 즉, 상기 하강에지 구간(82)에서는 상기 구동전극의 전압(11)이 GND이며, 이때, 상기 하강에지 구간(82)이 시작할 때에는 이미 제1방향제어신호(+EN)와 제2방향제어신호(-EN)는 각각 오프 상태 및 온 상태를 갖도록 되어 있다. 이와 같이 하면, 도 7에 제시한 것과 같이, 상기 출력전류(Iz)가 상기 상승에지 구간(81)과 상기 하강에지 구간(82)에서 항상 양(+)의 값을 갖기 때문에, 상기 전하누적부(30)의 출력전압은 시간에 따라 감소한다. 이때, 상기 전하누적부(30)에 입력되는 상기 제1기준전압(VREF)이 상대적으로 큰 값, 예컨대 상기 제2기준전압(VREF2)보다 큰 값을 갖도록 하면 상기 출력전류(Iz)에 의한 전하의 누적 횟수를 더 증가시킬 수 있다는 장점이 있다.
이하, 도 13 및 도 8을 함께 참조하여 설명한다. 이와 달리, 본 발명의 다른 실시예에서, 상기 제1기준전압(VREF)은 상기 제2기준전압(VREF2)보다 작은 값을 가질 수 있다. 이때, 상기 구동전극의 전압(11)이 VDD일 때에 제1방향제어신호(+EN)와 제2방향제어신호(-EN)는 각각 오프 상태 및 온 상태를 갖도록 되어 있고, 반대로 상기 구동전극의 전압(11)이 GND일 때에 제1방향제어신호(+EN)와 제2방향제어신호(-EN)는 각각 온 상태 및 오프 상태를 갖도록 되어 있다. 이와 같이 하면, 도 8에 제시한 것과 같이, 상기 출력전류(Iz)가 상기 상승에지 구간(81)과 상기 하강에지 구간(82)에서 항상 음(-)의 값을 갖기 때문에, 상기 전하누적부(30)의 출력전압은 시간에 따라 증가한다. 이때, 상기 전하누적부(30)에 입력되는 기준전압(VREF)이 상대적으로 작은 값, 예컨대 상기 제2기준전압(VREF2)보다 작은 값을 갖도록 하면 상기 출력전류(Iz)에 의한 전하의 누적 횟수를 더 증가시킬 수 있다는 장점이 있다.
상술한 본 발명의 실시예들을 이용하여, 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 특허청구범위의 각 청구항의 내용은 본 명세서를 통해 이해할 수 있는 범위 내에서 인용관계가 없는 다른 청구항에 결합될 수 있다.

Claims (14)

  1. 구동전극(4)의 전압의 상승과 하강을 제어하는 TX구동부(1);
    전류출력단자(22) 및 전류입력단자(21)를 포함하는 커런트 컨베이어부(20);
    상기 전류출력단자(22)로부터 제공된 전하를 누적하여, 상기 누적된 전하의 양에 비례하는 전압을 출력하는 출력단자를 갖는 전하누적부(30); 및
    감지전극(5)에 연결되는 입력단자(71)와 상기 전류입력단자(21)에 연결된 출력단자(72)를 포함하는 노이즈 처리부(70);
    를 포함하며,
    상기 구동전극의 전압(11)의 상승에지 구간(81)에서 상기 전류입력단자로 들어가는 입력전류와 상기 전류출력단자로부터 빠져 나오는 출력전류 간의 제1비율과, 상기 구동전극 전압의 하강에지 구간(82)에서 상기 입력전류와 상기 출력전류 간의 제2비율은 서로 다른 부호를 갖도록 되어 있고,
    상기 전하누적부(30)와 상기 커런트 컨베이어부(20)에 입력되는 제1기준전압(VREF)과 상기 노이즈 처리부(70)에 입력되는 제2기준전압(VREF2)은 서로 다른 값을 갖도록 되어 있는,
    터치입력 감지장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 노이즈 처리부(70)는 제3커런트 컨베이어(710), 로우패스 필터(720), 및 DC차단 커패시터(730)를 포함하며,
    상기 제3커런트 컨베이어(710)의 제2전류입력단자(711)는 상기 감지전극(5)에 연결되도록 되어 있고,
    상기 로우패스 필터(720)의 입력단자(725)는 상기 제3커런트 컨베이어(710)의 제2전류출력단자(713)에 연결되어 있고,
    상기 DC차단 커패시터(730)의 일단자 및 타단자는 각각 상기 로우패스 필터(720)의 출력단자(726) 및 상기 노이즈 처리부(70)의 출력단자(72)에 연결되어 있는,
    터치입력 감지장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제3커런트 컨베이어(710)는, 상기 제2전류입력단자(711), 상기 제2전류출력단자(713), 및 제2VREF입력단자(712)를 포함하고,
    상기 로우패스 필터(720)는, 제2연산증폭기(721), 상기 제2연산증폭기(721)의 출력단자와 반전입력단자 사이를 연결하는 제2커패시터(722), 상기 제2연산증폭기(721)의 출력단자와 반전입력단자 사이를 연결하는 제2저항(723), 및 상기 제2연산증폭기(721)의 출력단자와 반전입력단자 사이를 연결하는 리셋 스위치(724)를 포함하며,
    상기 커런트 컨베이어부(20)는 상기 전류입력단자(21), 상기 전류출력단자(22), 및 VREF입력단자(23)를 포함하며,
    상기 전하누적부(30)는 연산증폭기(31), 및 상기 연산증폭기의 출력단자와 반전입력단자 사이를 연결하는 누적 커패시터(32)를 포함하며,
    상기 제1기준전압(VREF)은 상기 VREF입력단자(23) 및 상기 연산증폭기(31)의 비반전 입력단자에 인가되며,
    상기 제2기준전압(VREF2)은 상기 제2VREF입력단자(712) 및 상기 제2연산증폭기(721)의 비반전 입력단자에 인가되는,
    터치입력 감지장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전하누적부(30)의 출력전압은 시간에 따라 감소하도록 되어 있고,
    상기 제1기준전압(VREF)은 상기 제2기준전압(VREF2)보다 큰 값인 것을 특징으로 하는,
    터치입력 감지장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전하누적부(30)의 출력전압은 시간에 따라 증가하도록 되어 있고,
    상기 제1기준전압(VREF)은 상기 제2기준전압(VREF2)보다 작은 값인 것을 특징으로 하는,
    터치입력 감지장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 출력전류의 방향을 제어하는 방향신호부(40)를 더 포함하며,
    상기 방향신호부는 방향제어신호(+EN, -EN)를 출력하도록 되어 있고,
    상기 방향제어신호는 상기 커런트 컨베이어부에 입력되도록 되어 있으며,
    상기 방향제어신호(+EN, -EN)가 제1상태를 가질 때에 상기 입력전류의 값과 상기 출력전류의 값은 서로 동일한 부호를 갖도록 되어 있고,
    상기 방향제어신호가 제2상태를 가질 때에 상기 입력전류의 값과 상기 출력전류의 값은 서로 다른 부호를 갖도록 되어 있는,
    터치입력 감지장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 커런트 컨베이어부(20)는,
    상기 입력전류를 미러링하는 제1커런트 컨베이어(24); 및
    상기 방향제어신호에 의해 제어되는 전류방향제어부(25);
    를 포함하며,
    상기 방향제어신호는 제1방향제어신호(+EN) 및 제2방향제어신호(-EN)로 구성되며,
    상기 제1방향제어신호(+EN) 및 제2방향제어신호(-EN)가 각각 로지컬 로우 및 로지컬 하이인 경우 상기 제1커런트 컨베이어의 출력전류는 상기 전류출력단자로 전달되고,
    상기 제1방향제어신호(+EN) 및 제2방향제어신호(-EN)가 각각 로지컬 하이 및 로지컬 로우인 경우 상기 제1커런트 컨베이어의 출력전류는 그 방향이 반전되어 상기 전류출력단자로 전달되는,
    터치입력 감지장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 커런트 컨베이어부(20)는 전류이득 제어신호단자(26)를 더 포함하고, 상기 전류이득 제어신호단자(26)를 통해 입력되는 전류이득 제어신호는 복수 개의 비트들을 포함하며,
    상기 제1커런트 컨베이어(24)는, 복수 개의 커런트 미러들(2412) 및 복수 개의 게이트 스위치부(2411)들을 포함하는 전류이득제어부(241)를 포함하고,
    각각의 상기 커런트 미러(2412)는 상측 FET 및 하측 FET의 한 쌍의 FET들을 포함하며,
    각각의 상기 커런트 미러에 포함된 상기 한 쌍의 FET들의 게이트에 입력되는 신호는 각각의 상기 게이트 스위치부(2411)에 의해 제어되며,
    각각의 상기 게이트 스위치부(2411)의 동작은 상기 전류이득 제어신호의 각 비트에 의해 제어되는,
    터치입력 감지장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 전류방향제어부(25)는
    상기 제1커런트 컨베이어의 출력단자(243)와 상기 전류출력단자를 연결하는 제1스위치(251);
    상기 제1커런트 컨베이어의 출력단자에 입력단자가 연결된 전류방향 반전회로(253); 및
    상기 전류방향 반전회로(253)의 출력단자와 상기 전류출력단자를 연결하는 제2스위치(252);
    를 포함하며,
    상기 제1스위치의 온/오프 상태는 상기 제2방향제어신호(-EN)에 의해 제어되고,
    상기 제2스위치의 온/오프 상태는 상기 제1방향제어신호(+EN)에 의해 제어되는,
    터치입력 감지장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 전류방향 반전회로(253)는 -1의 이득을 갖는 제2커런트 컨베이어인, 터치입력 감지장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 TX구동부는 상기 구동전극의 전압을 펄스 트레인 형태로 제어하도록 되어 있는, 터치입력 감지장치.
  12. 구동전극(4)의 전압의 상승과 하강을 제어하는 TX구동부(1);
    전류출력단자(22) 및 전류입력단자(21)를 포함하는 커런트 컨베이어부(20);
    상기 전류출력단자(22)로부터 제공된 전하를 누적하여, 상기 누적된 전하의 양에 비례하는 전압을 출력하는 출력단자를 갖는 전하누적부(30); 및
    감지전극(5)에 연결되는 입력단자(71)와 상기 전류입력단자(21)에 연결된 출력단자(72)를 포함하는 노이즈 처리부(70);
    를 포함하며,
    상기 구동전극의 전압(11)의 상승에지 구간(81)에서 상기 전류출력단자로부터 빠져 나오는 출력전류의 제1방향은 상기 구동전극의 전압(11)의 하강에지 구간(82)에서 상기 전류출력단자로부터 빠져 나오는 상기 출력전류의 제2방향과 동일하며,
    상기 전하누적부(30)와 상기 커런트 컨베이어부(20)에 입력되는 제1기준전압(VREF)과 상기 노이즈 처리부(70)에 입력되는 제2기준전압(VREF2)은 서로 다른 값을 갖도록 되어 있는,
    터치입력 감지장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 터치입력 감지장치; 및
    상기 구동전극 및 상기 감지전극;
    을 포함하는,
    터치입력장치.
  14. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 터치입력 감지장치;
    상기 구동전극 및 상기 감지전극; 및
    배터리;
    를 포함하는,
    사용자 기기.
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