KR102485671B1 - 터치 센서 잡음 최소화 시스템 - Google Patents

터치 센서 잡음 최소화 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시그마 델타 ADC로부터 수신되는 입력 신호의 샘플링율을 변환하는 CIC(Cascaded integrator-comb) 필터부; 상기 CIC 필터부를 통과한 신호에 포함된 고주파 노이즈를 제거하는 저역 통과 필터부; 상기 IIR 노치 필터부를 통과한 신호를 데시메이션하는 데시메이션부; 및 상기 데시메이션 필터부를 통과한 신호로부터 저지 대역(stop band)을 확보하는 IIR(Infinite Impulse Response) 노치 필터부;를 포함하는, 터치 센서 잡음 최소화 시스템에 관한 것이다.

Description

터치 센서 잡음 최소화 시스템 {System for standardizing data from solar power plants}
본 발명은 터치 센서 잡음 최소화 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 노치 필터의 특성을 이용하여 저지 대역 확보 및 고주파 대역의 잡음을 제거할 수 있는 터치 센서 잡음 최소화 시스템에 관한 것이다.
각종 전자장치 예컨대 가전기기나 휴대용 정보기기는 경량화, 슬림화 추세에 따라 사용자의 입력 수단이 버튼형 스위치에서 터치 센서로 대체되고 있다. 이에 따라, 최근 출시되는 표시장치 등과 같은 전자장치는 터치 센서(또는 터치 스크린)를 갖는다.
터치 센서 중 하나인 정전 용량 방식은 사람의 손가락이나 전도성 물질이 접촉 또는 근접하면 상호 용량(mutual capacitance)의 변화를 센싱하여 터치의 유무 및 좌표를 인식할 수 있다. 이때, 상호 용량의 변화를 측정하고 터치에 대한 정보를 판단하기 위해서는 터치 스크린의 각 센서 노드를 설정하고, 구동신호를 출력하고, 터치 스크린의 상호 용량의 변화를 센싱하고 데이터를 이진화하는 등의 과정이 진행된다.
터치스크린의 터치 센서들로부터 수신된 아날로그 신호에는 터치 센서에 인가되는 구동신호에 비례하는 센서 신호와 노이즈가 포함된다. 여기에서 노이즈는 다양한 형태로 존재하며, 대표적인 노이즈 원인은 Power Burst Noise, LCD 노이즈, 3파장 노이즈 등이 있다. 이를 노이즈 패턴으로 보면 Impulse Noise와 Sine Wave Noise로 분석 할 수 있다. 이러한 노이즈를 제거하기 위해서 다양한 필터링 방법들이 존재하며, 보다 효과적인 방법으로 노이즈를 제거하기 위해 많은 노력을 하고 있다.
이러한 노이즈 제거 회로는 터치 셀마다 하드웨어 회로가 필요하기 때문에 하드웨어를 아주 값싸게 구성해야 하면서도 응답속도는 100us 이내, 5~20Khz 저지 대역에서 30dB이상의 gain이 확보되어야 하지만, 종래의 노이즈 제거 회로는 10Khz 이하의 저지 대역에서 30dB이상의 gain을 확보할 수 없다는 한계가 있었다.
한편, 전술한 배경 기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
한국등록특허 제10-1526168호
본 발명의 일측면은 노치 필터의 특성을 이용하여 저지 대역 확보 및 고주파 대역의 잡음을 제거할 수 있는 터치 센서 잡음 최소화 시스템을 제공한다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서 잡음 최소화 시스템은, 시그마 델타 ADC로부터 수신되는 입력 신호의 샘플링율을 변환하는 CIC(Cascaded integrator-comb) 필터부; 상기 CIC 필터부를 통과한 신호에 포함된 고주파 노이즈를 제거하는 저역 통과 필터부; 상기 IIR 노치 필터부를 통과한 신호를 데시메이션하는 데시메이션부; 및 상기 데시메이션 필터부를 통과한 신호로부터 저지 대역(stop band)을 확보하는 IIR(Infinite Impulse Response) 노치 필터부;를 포함한다.
상기 IIR 노치 필터부는, 4차 노치 필터인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 IIR 노치 필터부는, 제1 2차 노치 필터와 제2 2차 노치 필터를 포함할 수 있다.
상기 IIR 노치 필터부는, 제1 4차 노치 필터와 제2 4차 노치 필터를 포함할 수 있다.
상기 저역 통과 필터부는, IIR 필터 또는 FIR 필터 중 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.
상술한 본 발명의 일측면에 따르면, 노치 필터의 특성을 이용하여 저지 대역 확보 및 고주파 대역의 잡음을 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서 잡음 최소화 시스템의 전체 구성이 도시된 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 노이즈 제거부의 구체적인 구성이 도시된 도면이다.
도 3은 CIC 필터부의 주파수 응답 그래프가 도시된 도면이다.
도 4는 IIR 노치 필터부의 특성이 도시된 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 터치 센서 잡음 최소화 시스템의 전체 필터 특성이 도시된 도면이다.
도 6은 도 1에 도시된 노이즈 제거부의 다른 실시예가 도시된 도면이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서 잡음 최소화 시스템의 전체 구성이 도시된 도면이다.
본 발명에 따른 터치 센서 잡음 최소화 시스템은 터치스크린에 구비된 터치센서로부터 수신된 아날로그 형태의 신호를 시그마 델타 ADC에서 디지털 신호로 변환하고, 디지털 신호로 변환된 신호에 포함된 노이즈를 제거한 DC 성분을 추출하기 위한 디지털 회로에 구현될 수 있다.
이를 위해, 본 발명에 따른 터치 센서 잡음 최소화 시스템은 노이즈 제거부(100) 및 제어부(200)를 포함한다.
노이즈 제거부(100)는 시그마 델타 ADC로부터 수신되는 입력 신호의 저지 대역(stop band) 조건과 신호 대 잡음비(Signal Noise Ratio, SNR)를 확보하여, 비대칭 노치 필터를 이용하여 노이즈를 제거한다.
제어부(200)는 노이즈가 제거된 신호들을 분석하여 터치 신호를 검출한다.
이하에서는 이러한 노이즈 제거부(100) 및 제어부(200)의 구체적인 구성 및 기능에 대하여 설명하기로 한다.
도 2는 노이즈 제거부(100)의 구체적인 구성이 도시된 도면이다.
도시된 바와 같이, 노이즈 제거부(100)는 CIC 필터부(110), IIR 노치 필터부(120), 데시메이션부(130) 및 저역 통과 필터부(140)를 포함한다.
CIC(Cascaded integrator-comb) 필터부(110)는 시그마 델타 ADC로부터 수신되는 입력 신호의 샘플링율을 변환하는 필터 회로이다. CIC 필터부(110)는 하나 이상의 적분기(Integrator)와 빗(Comb) 필터 쌍으로 구성된다.
도 3은 3-tap, 8 decimation, 2 delay가 적용된 CIC 필터부의 주파수 응답이 도시된 도면으로, 도시된 바와 같이 CIC 필터는 통과 대역이 좁고 감쇠가 크며, 전이 대역이 넓기 때문에 이러한 단점을 보완하기 위하여 CIC 필터는 일반적으로 보상 필터와 함께 사용해야 하나, 터치스크린의 특성 상 CIC 보상을 하지 않게 된다.
IIR(Infinite Impulse Response) 노치 필터부(120)는 상기 CIC 필터부를 통과한 신호로부터 저지 대역(stop band)을 확보한다.
IIR 노치 필터부(120)는 특정 spur의 제거를 목적으로 하는 것이 아니라, 좁은 또는 넓은 저지 대역 확보를 목적으로 사용된다. 즉, 본 발명에 따른 터치 센서 잡음 최소화 시스템은 노치 필터의 특성을 이용하여 stop band 조건과 신호 대 잡음비(Signal Noise Ratio, SNR)를 확보하는 회로로, 이러한 IIR 노치 필터부(120) 및 후술하는 저역 통과 필터부(140)를 조합하여 고주파 잡음을 효과적으로 제거할 수 있다.
일 실시예에서, IIR 노치 필터부(120)는 하나의 4차 노치 필터로 구성될 수 있다. 도 4는 하나의 4차 노치 필터로 구성된 IIR 노치 필터부(120)의 특성이 도시된 도면으로, 4차 노치 필터는 2차 노치 필터에 비해 빠른 수렴 시간 확보, Sharp한 Stop band 특성, 비대칭 고주파 제거 목적으로 사용된다.
일 실시예에서, IIR 노치 필터부(120)는 두 개의 2차 노치 필터로 구성될 수 있다.
일 실시예에서, IIR 노치 필터부(120)는 두 개의 4차 노치 필터로 구성될 수 있다.
데시메이션부(130)는 후단에 배치되는 필터의 크기를 줄기이 위해, 상기 IIR 노치 필터부를 통과한 신호를 데시메이션한다. 예를 들어, 데시메이션부(130)는 IIR 노치 필터부를 통과한 신호를 1/2로 다운샘플링할 수 있으나, 제조목적 및 사용 환경에 따라 데시메이션의 크기는 가변될 수 있음은 물론이다.
저역 통과 필터부(140)는 상기 데시메이션 필터부를 통과한 신호에 포함된 고주파 노이즈를 제거한다. 예컨대, 저역 통과 필터부(140)는 20Khz 대역에서 30dB 잡음을 제거할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 사용목적 및 사용 환경에 따라 제거할 주파수 대역이 가변될 수 있음은 물론이다.
도 5는 본 발명에 따른 터치 센서 잡음 최소화 시스템의 전체 필터 특성이 도시된 도면이다.
도 6은 도 1에 도시된 노이즈 제거부의 다른 실시예가 도시된 도면이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 노이즈 제거부(100a)는 CIC 필터부(110a), 저역 통과 필터부(120a), 데시메이션부(130a) 및 IIR 노치 필터부(140a)를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 노이즈 제거부(100a)는 도 2에 도시된, 본 발명의 일 실시예에 따른 노이즈 제거부(100)와 구성 및 기능은 동일하나, IIR 노치 필터부와 저역 통과 필터부의 위치가 바뀐 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 노이즈 제거부(100a)는 시그마 델타 ADC로부터 수신되는 입력 신호의 샘플링율을 변환하는 CIC(Cascaded integrator-comb) 필터부(110a), 상기 CIC 필터부를 통과한 신호에 포함된 고주파 노이즈를 제거하는 저역 통과 필터부(120a), 상기 IIR 노치 필터부를 통과한 신호를 데시메이션하는 데시메이션부(130) 및 상기 데시메이션 필터부를 통과한 신호로부터 저지 대역(stop band)을 확보하는 IIR(Infinite Impulse Response) 노치 필터부(140a)를 포함하며, 각각의 구체적인 구성 및 기능은 도 2를 참조하여 상술하였으므로, 반복되는 설명은 생략하기로 한다.
제어부(200)는 노이즈가 제거된 신호들을 분석하여 터치 신호를 검출한다.
이를 위해, 제어부(200)는 터치 신호로 입력되는 학습용 데이터들의 특징에 기초하여 터치 신호로 검출되기 위한 기준값을 설정한다.
구체적으로, 제어부(200)는 터치 신호로 입력되는 학습용 데이터들의 평균 정전용량 변화값을 산출하고, 산출된 평균 정전용량 변화값을 제1 변수값으로 설정한다.
이후, 제어부(200)는 IIR 노치 필터부(120)에 의해 확보된 저지 대역의 대역폭을 오프셋값으로 설정하고, 중심 주파수를 기준으로 한 오프셋값의 범위에 포함되는 학습용 데이터들의 평균 정전용량 변화값을 산출하고, 산출된 평균 정전용량 변화값을 제2 변수값으로 설정한다.
제어부(200)는 제1 변수값과 제2 변수값의 평균값을 기준값으로 설정하여, 기준값을 초과하는 정전용량 변화값을 갖는 데이터를 터치 신호로 인식한다.
이에 따라, 제어부(200)는 터치스크린의 특성에 따라 기준값을 설정할 수 있어 터치 인식의 정밀성이 향상될 수 있다.
한편, 제어부(200)는 터치 신호의 오감지를 방지할 수 있다.
구체적으로, 제어부(200)는 수신되는 센싱 데이터들 중 정전용량의 변화값이 가장 큰 기준위치로 설정하고, 설정된 기준위치를 중심으로 하는 관심영역을 설정할 수 있다.
이를 위해, 제어부(200)는 도 7에 도시된 바와 같이 수신되는 센싱 데이터들이 터치스크린의 어느 위치에 감지되었는지를 나타내는 이미지 데이터를 생성할 수 있다.
제어부(200)는 이미지 데이터를 구성하는 중 정전용량의 변화값이 가장 큰 데이터가 감지된 터치 셀의 위치를 기준 위치(S)로 설정한다.
제어부(200)는 설정된 기준 위치(S)를 기준으로, 미리 설정된 기준거리 이내에서 감지되는 정전용량의 변화값 중 차순위, 3순위 및 4순위의 정전용량의 변화값을 갖는 데이터가 감지된 터치 셀의 위치를 주변 위치(P1, P2, P3, P4)로 설정한다. 제어부(200)는 적어도 세 개의 주변 위치를 설정한다.
제어부(200)는 설정된 적어도 세 개의 주변위치들을 연결하여 관심영역을 설정하여, 설정된 관심영역 내에서 기준값 이상의 순위의 정전용량의 변화값을 갖는 데이터만 터치 신호로 인식한다.
즉, 제어부(200)는 설정된 관심영역을 벗어난 위치로부터 기준값 이상의 정전용량 변화값을 갖는 데이터가 감지되더라도, 이 데이터는 터치 신호로 인식하지 않음으로써, 사용자의 오동작 등으로 인해 발생되는 터치 입력을 구분할 수 있다.
이와 같은, 본 발명에 따른 기술은 애플리케이션으로 구현되거나 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거니와 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD 와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.
프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 공간으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 노이즈 제거부
200: 제어부
110: CIC 필터부
120: IIR 노치 필터부
130: 데시메이션부
140: 저역 통과 필터부

Claims (5)

  1. 시그마 델타 ADC로부터 수신되는 입력 신호의 샘플링율을 변환하는 CIC(Cascaded integrator-comb) 필터부;
    상기 CIC 필터부를 통과한 신호에 포함된 고주파 노이즈를 제거하는 저역 통과 필터부;
    상기 저역 통과 필터부를 통과한 신호를 데시메이션하는 데시메이션부; 및
    상기 데시메이션부를 통과한 신호로부터 저지 대역(stop band)을 확보하는 IIR(Infinite Impulse Response) 노치 필터부;를 포함하며,
    상기 IIR 노치 필터부는 4차 노치 필터이고,
    상기 저역 통과 필터부는 IIR 필터 또는 FIR 필터 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 터치 센서 잡음 최소화 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 IIR 노치 필터부는,
    제1 2차 노치 필터와 제2 2차 노치 필터를 포함하는, 터치 센서 잡음 최소화 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 IIR 노치 필터부는,
    제1 4차 노치 필터와 제2 4차 노치 필터를 포함하는, 터치 센서 잡음 최소화 시스템.
  5. 삭제
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