KR20110125604A - 터치스크린의 정전용량 측정회로 및 방법 - Google Patents

터치스크린의 정전용량 측정회로 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20110125604A
KR20110125604A KR1020110044524A KR20110044524A KR20110125604A KR 20110125604 A KR20110125604 A KR 20110125604A KR 1020110044524 A KR1020110044524 A KR 1020110044524A KR 20110044524 A KR20110044524 A KR 20110044524A KR 20110125604 A KR20110125604 A KR 20110125604A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
target
capacitor
voltage
charging
capacitance
Prior art date
Application number
KR1020110044524A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101216393B1 (ko
Inventor
김지훈
송현민
나준호
곽기욱
이상국
Original Assignee
주식회사 실리콘웍스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 실리콘웍스 filed Critical 주식회사 실리콘웍스
Publication of KR20110125604A publication Critical patent/KR20110125604A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101216393B1 publication Critical patent/KR101216393B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/044—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/033—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor
    • G06F3/038—Control and interface arrangements therefor, e.g. drivers or device-embedded control circuitry

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
  • Position Input By Displaying (AREA)

Abstract

본 발명은 터치스크린의 정전용량 측정회로 및 측정방법에 관한 것으로, 그라운드 전압으로부터 제1 기울기로 증가하는 타겟충전전압이 충전되는 타겟커패시터를 구비하는 타겟커패시터부; 타겟전류원을 이용하여 상기 타겟커패시터를 충전시키는 타겟전압 제어부; 초기기준전압으로부터 상기 제1 기울기보다 작은 기울기로 증가되는 충전기준전압이 충전되는 기준커패시터를 구비하는 기준커패시터부; 기준전류원 및 기준전압원을 이용하여 상기 기준커패시터를 충전시키는 기준전압 제어부; 상기 타켓커패시터의 출력인 타겟충전전압과 상기 기준커패시터의 출력인 충전기준전압을 비교하여 상기 타겟충전전압이 상기 충전기준전압보다 커지는 순간 천이신호를 출력하는 비교기; 및 상기 비교기의 출력신호와 클럭신호를 입력받아 디지털 출력신호 및 제어신호를 생성하는 콘트롤러;를 구비하며 상기 타겟커패시터가 그라운드전압으로 초기화된 시점으로부터 상기 비교기에서 천이신호가 출력되는 시점까지의 시간을 이용하여 상기 타겟커패시터의 정전용량을 측정하는 것을 특징으로 한다.

Description

터치스크린의 정전용량 측정회로 및 방법{CIRCUIT AND METHOD FOR MEASURING CAPACITANCE VALUE OF TOUCH SCREEN}
본 발명은 터치스크린의 정전용량 측정 기술에 관한 것으로, 특히 정전용량 검출을 위해 사용되는 비교기의 기준전압을 선형적으로 변화시켜 분해능을 향상 시키고 서브레인징을 이용하여 정전용량의 측정시간을 단축할 수 있도록 한 터치스크린의 정전용량 측정회로 및 방법에 관한 것이다.
근래 들어, 사용자 인터페이스 장치로서 터치 스크린이 많이 사용되고 있는데, 이는 패널방식에 따라 저항막 방식, 정전용량 방식, 적외선 방식 및 초음파 방식으로 분류된다. 상기 정전용량 방식의 터치스크린은 높은 투과율과 내구성, 가격 등에서 장점을 가지고 있어 휴대폰, PDA 등의 휴대형단말기, 모니터 및 각종 가전제품에 널리 사용되고 있다. 이하, 정전용량 방식의 터치스크린에 대하여 설명한다.
사용자는 터치스크린 표시 장치상의 임의 지점을 스타일러스펜이나 손가락으로 터치하는 것으로 원하는 명령을 하달할 수 있다. 이를 위해, 터치 스크린 표시 장치는 영상을 표시하기 위한 다수의 화소 외에, 사용자가 터치한 지점을 감지하기위한 다수의 터치 감지 소자를 포함한다.
각 화소에는 게이트 신호와 데이터 신호가 인가되고, 상기 각 터치 감지 소자는 사용자에 의해 터치되는 것을 감지하여 그에 따른 감지신호를 출력한다. 이를 위해 터치 스크린 표시 장치는 게이트 신호와 데이터 신호를 인가하기 위한 게이트 구동부와 데이터 구동부, 및 터치에 따른 커패시터의 정전용량 변화량을 근거로 터치동작을 인식하기 위한 터치신호 인식회로를 포함한다.
손가락 등의 신체부위나 스타일러스펜에 의해 터치스크린이 터치되면 터치의 세기에 따라 터치된 센서용 커패시터(이하, '타겟커패시터'라 칭함)의 정전용량이 변화된다. 예를 들어, 터치의 세기가 클수록 정전용량이 커지게 되는데, 이때 변하는 정전용량은 수 pF ~ 수십 pF 정도로 작고 터치스크린 패드 상의 기생 커패시터는 수십 pF 이상이기 때문에 정전용량의 변화량이 상대적으로 작게 나타나므로 높은 분해능을 얻기 위해 보다 높은 주파수의 클럭신호를 필요로 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 터치스크린의 정전용량 측정회로를 나타내는 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 종래 기술에 따른 터치스크린의 정전용량 측정회로는 타겟커패시터부(110), 타겟전압 제어부(120), 기준전압 공급부(130), 비교기(140) 및 콘트롤러(150)를 포함한다.
먼저, 콘트롤러(150)에서 '하이'로 출력되는 제1 스위칭제어신호(CS1)에 의해 타겟커패시터초기화스위치(SW121)가 턴온되고, 이에 의해 그 터치된 지점에 배열되어 있는 타겟커패시터(Ctarget)와 기생커패시터(Cpad)의 충전전하가 완전히 방전되어 초기화된다.
상기 타겟커패시터(Ctarget)는 터치스크린 패널 상에서 일측 방향 예를 들어, 수직방향으로 배열된 다수의 터치라인 중 하나의 터치라인 또는 그 하나의 터치라인 상에 배열된 다수의 타겟커패시터 중 하나이다. 상기 기생커패시터(Cpad)는 상기 타겟커패시터(Ctarget)의 일측 단자가 접속된 패드(PAD)에 존재하는 커패시터다.
이후, 상기 콘트롤러(150)에서 '로우'로 출력되는 제1스위칭제어신호(CS1)에 의해 상기 타겟커패시터초기화스위치(SW121)가 턴오프되는 반면, '하이'로 출력되는 제2스위칭제어신호(CS2)에 의해 타겟커패시터충전스위치(SW122)가 턴온된다. 따라서, 타겟전류원(121)에 의해 상기 타겟커패시터(Ctarget)와 기생커패시터(Cpad)가 충전되면서 이들의 공통 접속점인 상기 패드(PAD)의 전압이 시간 경과에 따라 선형적으로 증가된다.
비교기(140)는 비반전입력단으로 입력되는 상기 패드(PAD)의 전압을 반전입력단에 입력되는 고정된 레벨의 기준전압(Vref)과 비교하여 그 패드(PAD)의 전압이 기준전압(Vref)보다 높아지는 순간 천이신호를 출력한다. 그런데, 사용자가 상기 타겟커패시터(Ctarget)를 터치하거나 터치하지 않는 것에 따라 이의 정전용량(Capacitance)이 변화되고, 이에 의해 상기 패드(PAD)를 통해 상기 비교기(140)의 비반전입력단으로 입력되는 전압이 변화된다. 따라서, 사용자가 상기 타겟커패시터(Ctarget)를 터치하거나 터치하지 않는 것에 따른 정전용량 값에 따라 상기 비교기(140)에서 천이신호를 출력하는 시점이 달라진다.
상기 콘트롤러(150)는 클럭신호(CLK)에 동기하여, 상기 비교기(140)에서 출력되는 천이신호를 읽어 들인 후 상기 타겟커패시터(Ctarget)가 초기화된 시점으로부터 상기 천이신호를 읽어 들인 시점까지의 시간을 근거로 그에 따른 정전용량을 산출하여 디지털코드로 출력한다. 상기 콘트롤러(150)는 디지털 카운터나 TDC(Time-to-Digital Converter)를 포함할 수 있다.
도 2는 상기 타겟커패시터(Ctarget)의 터치여부에 따른 상기 패드(PAD)의 전압변화를 나타낸 그래프이다. 여기서, 'G21'은 상기 타겟커패시터(Ctarget)가 터치되지 않았을 때 패드(PAD)의 전압변화를 나타낸 그래프이고, 'G22'는 터치되었을 때 그 패드(PAD)의 전압변화를 나타낸 그래프이다.
상기 타겟커패시터(Ctarget)가 사용자에 의해 터치된 경우 정전용량이 변화되고, 이에 의해 도 2의 'G22'와 같이 상기 패드(PAD)의 전압의 기울기가 작아져 상기 기준전압(Vref)에 도달되는 시간이 더 오래 걸린다. 이 것을 수식으로 나타내면 다음의 [수학식 1]과 같다.
Figure pat00001
여기서, △C는 터치에 의한 상기 타겟커패시터(Ctarget)의 정전용량 변화량을 의미하고, △t는 터치동작에 따른 정전용량 변화량에 의해 기준전압(Vref)까지 도달하는데 추가로 걸리는 시간(t2-t1)을 의미한다.
상기 타겟커패시터(Ctarget)의 정전용량 변화량을 측정하기 위해 소요되는 최대변환시간(tconversion_max)은 다음의 [수학식 2]로 표현된다.
Figure pat00002
여기서, treset은 타겟커패시터(Ctarget)와 기생커패시터(Cpad)를 초기화 하는데 필요한 시간이고, tdigital은 상기 비교기(140)의 비반전입력단에 입력되는 전압이 기준전압(Vref) 이상으로 상승된 후 상기 콘트롤러(150)에서 상기 디지털 코드가 출력되기까지 소요되는 시간을 의미한다.
상기 콘트롤러(150)에 디지털카운터가 사용된 경우, 원하는 n-bit 분해능을 나타내기 위해 필요한 클럭신호(CLK)의 주파수(fCLK)는 다음의 [수학식3]으로 표현된다.
Figure pat00003
상기 클럭신호(CLK)의 주파수(fCLK)를 낮추기 위해서는 △tmax를 높여야 하지만, 이것은 상기 최대변환시간(tconversion_max)과 직접적인 상충관계(trade-off)를 가지고 있다는 것을 알 수 있다. 상기 △tmax는 터치동작에 따른 정전용량 변화량이 최대가 되어 상기 패드(PAD)의 출력전압이 기준전압(Vref)까지 도달하는데 추가된 최대 시간을 의미한다.
따라서, 종래 기술에 따른 터치스크린의 정전용량 측정회로에 있어서는 분해능을 증가시키거나 정해진 분해능을 얻기 위해 필요한 클럭신호의 주파수를 낮추는데 어려움이 있었다. 또한 이로 인해 회로의 안정된 동작을 보장하는데 어려움이 있고, 회로구성을 간단히 하거나 전력소모량을 줄이는데 어려움이 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 터치스크린에서 터치에 따른 작은 정전용량 변화에도 큰 시간적 변화량을 얻을 수 있도록 하여 동일한 조건에서 분해능이 향상되고, 정해진 분해능을 얻기 위해 필요한 클럭신호의 주파수를 낮출 수 있도록 고안된 터치스크린의 정전용량 측정회로 및 측정방법을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린의 정전용량 측정회로는, 그라운드 전압으로부터 소정의 기울기로 증가하는 타겟충전전압이 충전되는 타겟커패시터를 구비하는 타겟커패시터부; 타겟전류원을 이용하여 상기 타겟커패시터를 방전 및 충전시키는 타겟전압 제어부; 초기기준전압으로부터 상기 타겟충전전압보다 작은 기울기로 증가되는 충전기준전압이 충전되는 기준커패시터를 구비하는 기준커패시터부; 기준전류원 및 기준전압원을 이용하여 상기 기준커패시터를 충전시키는 기준전압 제어부; 상기 타켓커패시터의 출력인 타겟충전전압과 상기 기준커패시터의 출력인 충전기준전압을 비교하여 상기 타겟충전전압이 상기 충전기준전압보다 커지는 순간 천이신호를 출력하는 비교기; 및 상기 비교기의 출력신호와 클럭신호를 입력받아 디지털 출력신호 및 제어신호를 생성하는 콘트롤러;를 구비하며, 상기 타겟커패시터가 그라운드전압으로 초기화된 시점으로부터 상기 비교기에서 천이신호가 출력되는 시점까지의 시간을 이용하여 상기 타겟커패시터의 정전용량을 측정하는 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 터치스크린의 정전용량 측정회로는, 그라운드 전압으로부터 제1 기울기로 증가하는 타겟충전전압으로 충전된 후 제1 기울기보다 작은 제2 기울기로 감소하는 타겟방전전압으로 방전되는 타겟커패시터를 구비하는 타겟커패시터부; 제1타겟전류원 및 제2타겟전류원을 이용하여 상기 타겟커패시터를 충전 및 방전시키는 타겟전압 제어부; 초기기준전압으로부터 상기 제1 기울기보다 작은 기울기로 증가되는 충전기준전압으로 충전된 후 상기 제2 기울기보다 작은 기울기로 감소되는 방전기준전압(VDref)으로 방전되는 기준커패시터를 구비하는 기준커패시터부; 제1기준전류원, 제2기준전류원 및 기준전압원을 이용하여 상기 기준커패시터를 충전 및 방전시키는 기준전압 제어부; 상기 타겟충전전압과 상기 충전기준전압을 비교하여 상기 타겟충전전압이 상기 충전기준전압보다 커지는 순간 제1천이신호를 출력하고, 상기 타겟방전전압과 상기 방전기준전압을 비교하여 상기 타겟방전전압이 상기 방전기준전압보다 작아지는 순간 제2천이신호를 출력하는 비교기; 및 상기 비교기의 출력신호와 클럭신호를 입력받아 디지털 출력신호와 상기 타겟전압 제어부 및 상기 기준전압 제어부를 제어하는 제어신호를 생성하는 콘트롤러;를 구비하며, 상기 타겟커패시터가 그라운드 전압으로 초기화된 시점으로부터 상기 비교기에서 제1천이신호가 출력되는 시점 및 상기 타겟커패시터 및 기준커패시터의 방전시점으로부터 제2천이신호가 출력되는 시점까지의 시간을 이용하여 n비트(n은 2이상의 자연수)에 대한 상기 타겟커패시터의 정전용량을 측정하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린의 정전용량 측정방법은, (a) 타겟커패시터를 그라운드 전압으로 초기화시키고 기준커패시터를 초기기준전압으로 초기화시키는 타겟커패시터 및 기준커패시터 초기화단계; (b) 타겟커패시터를 소정의 기울기로 증가되는 타겟충전전압으로 충전시키고, 기준커패시터를 상기 타겟충전전압보다 작은 기울기로 증가되는 충전기준전압으로 충전시키는 타겟커패시터 및 기준커패시터 충전단계; (c) 상기 타겟충전전압과 상기 충전기준전압을 비교하여 상기 타겟충전전압이 상기 충전기준전압보다 커지는 순간 천이신호를 출력하는 천이신호 출력단계; 및 (d) 상기 타겟커패시터의 초기화시점으로부터 상기 천이신호가 출력되는 시점까지의 시간을 계산하여 상기 타겟커패시터의 정전용량을 측정하는 정전용량 측정단계;를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 터치스크린의 정전용량 측정방법은, (a) 타겟커패시터를 그라운드 전압으로 초기화시키고 기준커패시터를 초기기준전압으로 초기화시키는 타겟커패시터 및 기준커패시터 초기화단계; (b) 타겟커패시터를 제1 기울기로 증가되는 타겟충전전압으로 충전시키고, 기준커패시터를 상기 제1 기울기보다 작은 기울기로 증가되는 충전기준전압으로 충전시키는 타겟커패시터 및 기준커패시터 충전단계; (c) 비교기를 통해 상기 타겟충전전압과 상기 충전기준전압을 비교하여 상기 타겟충전전압이 상기 충전기준전압보다 커지는 순간 제1천이신호를 출력하는 제1천이신호 출력단계; (d) 상기 타겟커패시터를 그라운드 전압으로 초기화시킨 시점으로부터 상기 제1천이신호를 출력하는 시점까지의 시간을 계산하여 상기 타겟커패시터의 정전용량을 측정하는 제1 정전용량 측정단계; (e) 콘트롤러를 통해 상기 비교기에서 제1천이신호가 출력된 것을 감지하여 상기 타겟커패시터를 제1 기울기보다 작은 제2 기울기로 감소되는 타겟방전전압으로 방전시키고, 상기 기준커패시터를 상기 제2 기울기보다 작은 기울기로 감소되는 방전기준전압으로 방전시키는 타겟커패시터 및 기준커패시터 방전단계; (f) 비교기를 통해 상기 타겟방전전압과 상기 방전기준전압을 비교하여 상기 타겟방전전압이 상기 방전기준전압보다 작아지는 순간 제2천이신호를 출력하는 제2천이신호 출력단계; 및 (g) 상기 타겟커패시터 및 기준커패시터의 방전 시점으로부터 상기 제2천이신호를 출력하는 시점까지의 시간을 계산하여 상기 타겟커패시터의 정전용량을 측정하는 제2 정전용량 측정단계;를 구비하며, n비트(n은 2이상의 자연수)에 대한 상기 타겟커패시터의 정전용량을 측정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 터치스크린의 정전용량 측정회로 및 정전용량 측정방법에 의하면 정전용량을 측정할 때 비교기의 기준전압을 선형적으로 변화시켜 분해능이 향상되고 서브레인징을 이용해 필요한 클럭의 주파수를 낮추도록 함으로써, 회로의 안정된 동작이 보장되고 전력소모량이 줄어드는 효과가 있다.
또한, 터치스크린의 정전용량 측정회로의 구성이 간단해져 설치공간이 줄어드는 장점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 터치스크린의 정전용량 측정회로를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 종래 기술에 따른 터치스크린의 정전용량 측정회로에 있어서 정전용량의 측정 원리를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린의 정전용량 측정회로를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린의 정전용량 측정회로에 있어서 정전용량의 측정 원리를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린의 정전용량 측정방법의 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치스크린의 정전용량 측정회로를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치스크린의 정전용량 측정회로에 있어서 정전용량의 측정원리를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 터치스크린의 정전용량 측정방법의 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터치스크린의 정전용량 측정회로를 나타내는 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린의 정전용량 측정회로에 있어서 정전용량의 측정 원리를 나타내는 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린의 정전용량 측정회로는 타겟커패시터부(310), 타겟전압 제어부(320), 기준커패시터부(330), 기준전압 제어부(340), 비교기(350) 및 콘트롤러(360)를 포함한다.
상기 타겟커패시터부(310)는 타겟커패시터(Ctarget)와 기생커패시터(Cpad)를 포함한다. 상기 타겟커패시터(Ctarget)는 제1단자가 접지되어 있고 제2단자가 출력패드(PAD)를 통해 상기 비교기(350)의 비반전입력단(+)에 연결된다. 상기 기생커패시터(Cpad)는 제1단자가 접지되어 있고 제2단자가 상기 타겟커패시터의 제2단자에 병렬로 연결되며, 패드(PAD)에 존재하는 커패시터다.상기 타겟커패시터(Ctarget)는 그라운드 전압으로 초기화된 후 소정의 기울기로 증가하는 타겟충전전압(VCtarget)이 충전된다.
상기 타겟전압 제어부(320)는 타겟전류원(321), 타겟커패시터초기화스위치(SW321) 및 타겟커패시터충전스위치(SW322)를 구비한다. 상기 타겟전류원(321), 타겟커패시터충전스위치(SW322) 및 타겟커패시터초기화스위치(SW321)는 전원단자(VDD)와 접지단자의 사이에 직렬로 연결된다. 이때 타겟커패시터충전스위치(SW322)는 제2스위칭제어신호(CS2)에 의해 제어되고 타겟커패시터초기화스위치(SW321)는 제1스위칭제어신호(CS1)에 의해 제어된다. 한편 상기 타겟커패시터충전스위치(SW322)와 타겟커패시터초기화스위치(SW321)의 공통연결노드가 상기 패드(PAD)와 연결된다.
상기 기준커패시터부(330)는 제1단자가 접지되어 있고 제2단자가 상기 비교기(350)의 반전입력단에 연결된 기준커패시터(Cref)를 구비한다. 상기 기준커패시터(Cref)는 초기기준전압(Vref)으로 초기화된 후 상기 타겟충전전압(VCtarget)보다 작은 기울기로 증가되는 충전기준전압(VCref)이 충전된다.
상기 기준전압 제어부(340)는 기준전류원(342), 기준커패시터충전스위치(SW342), 기준커패시터초기화스위치(SW341) 및 기준전압원(341)을 구비한다.
상기 기준전류원(342)은 제1단자가 전원단자(VDD)에 연결되고 제2단자가 상기 기준커패시터충전스위치(SW342)를 통해 상기 기준커패시터(Cref)의 제2단자에 연결되며 상기 기준커패시터(Cref)를 충전기준전압(VCref)으로 충전시킨다.
상기 기준커패시터충전스위치(SW342)는 제2스위칭제어신호(CS2)에 의해 제어되어 상기 기준전류원(342)의 기준전류(Iref)를 상기 기준커패시터(Cref)에 공급한다.
상기 기준전압원(341)은 제1단자가 접지단자에 연결되고 제2단자가 상기 기준커패시터초기화스위치(SW341)를 통해 상기 기준커패시터(Cref)의 제2단자에 연결된다.
상기 기준커패시터초기화스위치(SW341)는 제1스위칭제어신호(CS1)에 의해 제어되어 상기 기준커패시터(Cref)를 초기기준전압(Vref)으로 충전시킨다.
상기 비교기(350)는 비반전입력단에 상기 타겟커패시터(Ctarget)의 제2단자가 연결되고 반전입력단에 상기 기준커패시터(Cref)의 제2단자가 연결된다. 상기 비교기(350)는 상기 타겟커패시터(Ctarget)에 충전된 타겟충전전압(VCtarget)과 상기 기준커패시터(Cref)에 충전된 충전기준전압(VCref)을 비교하여 상기 충전기준전압(VCref)이 상기 타겟충전전압(VCtarget)보다 커지는 순간 제1레벨전압에서 제2레벨전압으로 천이되는 천이신호를 출력한다.
상기 콘트롤러(360)는 상기 비교기(350)의 출력신호와 클럭신호(CLK)를 입력받아 디지털 출력신호, 제1 스위칭제어신호(CS1) 및 제2 스위칭제어신호(CS2)를 생성한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린의 정전용량 측정방법의 흐름도이다.
이하 도 3 내지 도 5를 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린의 정전용량 측정회로의 동작원리 및 정전용량 측정방법을 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린의 정전용량 측정방법은 타겟커패시터 및 기준커패시터 초기화단계(S510), 타겟커패시터 및 기준커패시터 충전단계(S520), 천이신호 출력단계(S530) 및 정전용량 측정단계(S540)를 구비한다.
상기 타겟커패시터 및 기준커패시터 초기화단계(S510)에서는 타겟커패시터(Ctarget)를 그라운드 전압으로 초기화시키고 기준커패시터(Cref)를 초기기준전압(Vref)으로 초기화시킨다.
여기서는 타겟커패시터(Ctarget)를 그라운드 전압으로 초기화시키는 것으로 설명하였으나 타겟커패시터(Ctarget)를 그라운드 전압과 초기기준전압(Vref) 사이의 임의로 전압으로 초기화시켜도 본 발명의 목적을 달성할 수 있음은 당연하다.
상기 타겟커패시터 및 기준커패시터 충전단계(S520)에서는 타겟커패시터(Ctarget)를 소정의 기울기로 증가되는 타겟충전전압(VCtarget)으로 충전시키고, 기준커패시터(Cref)를 상기 타겟충전전압(VCtarget)보다 작은 기울기로 증가되는 충전기준전압(VCref)으로 충전시킨다.
상기 천이신호 출력단계(S530)에서는 상기 타겟충전전압(VCtarget)과 상기 충전기준전압(VCref)을 비교하여 상기 타겟충전전압(VCtarget)이 상기 충전기준전압(VCref)보다 커지는 순간 천이신호를 출력한다.
상기 정전용량 측정단계(S540)에서는 상기 타겟커패시터(Ctarget)의 초기화시점으로부터 상기 천이신호가 출력되는 시점까지의 시간을 계산하여 상기 타겟커패시터(Ctarget)의 정전용량을 측정한다.
먼저, 상기 콘트롤러(360)에서 제1전압레벨(예를 들면 '하이')을 갖는 제1 스위칭제어신호(CS1) 및 제2전압레벨(예를 들면 '로우')을 갖는 제2 스위칭제어신호(CS2)가 생성된다.
이때 제1 스위칭제어신호(CS1)에 의해 상기 타겟커패시터초기화스위치(SW321) 및 기준커패시터초기화스위치(SW341)가 턴온되고 제2 스위칭제어신호(CS2)에 의해 상기 타겟커패시터충전스위치(SW322) 및 기준커패시터충전스위치(SW342)가 턴오프된다.
이에 따라 타겟커패시터 및 기준커패시터 초기화단계(S510)에서는 상기 타겟커패시터(Ctarget)가 그라운드 전압으로 초기화되고, 상기 기준커패시터(Cref)가 초기기준전압(Vref)으로 초기화된다.
상기 설명에서는 상기 콘트롤러(360)가 제1스위칭제어신호(CS1)를 '하이'로 출력하여 타겟커패시터(Ctarget)를 초기화시키고, 제2스위칭제어신호(CS2)를 '로우'로 출력하여 기준커패시터(Cref)를 기준전압원(341)의 초기기준전압(Vref)으로 초기화시키는 것을 예로 하여 설명하였으나, 이에 한정되지 않는 것은 당업자에게 자명한 것이다.
상기 제1스위칭제어신호(CS1) 및 제2스위칭제어신호(CS2)는 서로 중첩되지 않는 상보적 신호이다. 이때, 상기 커패시터들(Ctarget),(Cpad),(Cref)은 RC 시정수로 초기화되는데, 이 초기화 시간을 단축하기 위해 상기 타겟커패시터초기화스위치(SW321) 및 기준커패시터초기화스위치(SW341)의 턴온 저항 값을 충분히 작게 설계하는 것이 바람직하다.
이어서, 상기 콘트롤러(360)에서는 제2전압레벨(로우)을 갖는 제1 스위칭제어신호(CS1) 및 제1전압레벨(하이)을 갖는 제2 스위칭제어신호(CS2)가 생성된다.
이때 제1 스위칭제어신호(CS1)에 의해 상기 타겟커패시터초기화스위치(SW321) 및 기준커패시터초기화스위치(SW341)가 턴오프되고 제2 스위칭제어신호(CS2)에 의해 상기 타겟커패시터충전스위치(SW322) 및 기준커패시터충전스위치(SW342)가 턴온된다.
이에 따라 타겟커패시터 및 기준커패시터 충전단계(S520)에서는 상기 타겟커패시터(Ctarget) 및 기생커패시터(Cpad)가 타겟전류원(321)에 의해 타겟충전전압(VCtarget)으로 충전되어 그 전압이 선형적으로 증가한다. 또한 상기 기준커패시터(Cref)는 기준전류원(342)에서 공급되는 기준전류(Iref)에 의해 충전기준전압(VCref)으로 충전된다.
이때, 상기 기준커패시터(Cref)에 충전되는 충전기준전압(VCref)의 기울기에 비하여 상기 타겟커패시터(Ctarget)에 충전되는 타겟충전전압(VCtarget)의 기울기가 더 크다.
이어서 천이신호 출력단계(S530)에서는 비교기(350)를 통해 상기 타겟충전전압(VCtarget)과 상기 충전기준전압(VCref)을 비교하여 상기 타겟충전전압(VCtarget)이 상기 충전기준전압(VCref)보다 커지는 순간 천이신호를 출력한다.
즉, 비교기(350)는 상기 타겟커패시터(Ctarget)와 기생커패시터(Cpad)에서 선형적으로 증가되는 타겟충전전압(VCtarget)을 패드(PAD)를 통해 비반전입력단(+)으로 입력받고, 상기 기준커패시터(Cref)에서 선형적으로 증가되는 상기 충전기준전압(VCref)을 반전입력단(-)으로 입력받아, 비반전입력단으로 입력되는 전압이 반전입력단으로 입력되는 전압보다 높아지는 순간 제1레벨전압에서 제2레벨전압으로 천이하는 천이신호를 출력한다.
다른 실시예로써, 상기 비교기(350)의 반전입력단자와 비반전입력단자가 바뀐 형태의 구조도 가능하다. 또한, 상기와 같이 비교기(350)의 반전입력단자 측에 별도의 기준전압원을 사용하여 충전기준전압(VCref)을 제공하지 않고, 비교기(350) 내의 반전입력단에 연결되는 모스트랜지스터의 사이즈를 적절히 조절함으로써, 상기 충전기준전압(VCref)이 공급되는 것과 동일한 효과를 얻을 수도 있다.
이와 같이, 상기 비교기(350)의 반전입력단에 공급되는 충전기준전압(VCref)이 선형적으로 증가되므로, 상기 타겟커패시터(Ctarget)가 사용자에 의해 터치되지 않은 상태에서 상기 비교기(350)에서 천이신호가 출력되는 시점(도 4의 t1)과, 사용자에 의해 터치된 상태에서 그 비교기(350)에서 천이신호가 출력되는 시점(도 4의 t2) 간의 시간차(△t=t2-t1)가 도 2에 비하여 훨씬 크게 나타난다.
상기 비교기(350)는 상기와 같은 비교동작을 이산적으로 수행하는 이산시간 비교기로 구현하거나, 연속적으로 수행하는 연속시간 비교기로 구현할 수 있다.
도 4에서 'G41'은 상기 타겟커패시터(Ctarget)가 터치되지 않았을 때 패드(PAD)의 전압변화를 나타낸 그래프이고, 'G42'는 터치되었을 때 패드(PAD)의 전압변화를 나타낸 그래프이다.
상기 설명에서와 같이 상기 타겟커패시터(Ctarget)가 사용자에 의해 터치된 경우 이의 정전용량이 변화되고, 이에 의해 도 4의 'G42'와 같이 상기 패드(PAD)의 전압의 기울기가 작아져 상기 충전기준전압(VCref)에 도달되는 시간이 더 오래 걸린다. 이것을 수식으로 나타내면 다음의 [수학식 4]와 같다.
상기 설명에서와 같이 상기 t1, t2의 시간차(△t)가 종래에 비하여 훨씬 크게 나타나므로, 최대변환시간(tconversion_max)과의 트레이드-오프 없이 n비트의 분해능으로 터치스크린의 터치동작을 검출하기 위해 필요한 클럭신호의 주파수를 낮추거나, 정해진 클럭신호의 주파수로 분해능을 증가시킬 수 있게 된다.
Figure pat00004
Figure pat00005
Figure pat00006
Figure pat00007
여기서, α는 β보다 커야 한다.
상기 [수학식 4]에서 알 수 있듯이, α가 β보다 크다면 항상 종래의 정전용량 측정회로에 비하여 상기 시간 변화량이 늘어나는 것을 알 수 있다. 여기서, △t와 △C는 선형적인 관계는 아니지만, △t는 △C가 증가함에 따라 단조적(monotonically)으로 증가하므로 별다른 문제가 되지 않는다.
따라서, 상기 도 3에 도시된 본 발명에 따는 터치스크린의 정전용량 측정회로에 의한 최대변환시간 (tconversion_max)을 다음의 [수학식 5]로 표현할 수 있다.
Figure pat00008
여기서, Vmax는 전류원들의 용량에 의해 결정되는 값으로, 정전용량이 최대로 되었을 때 상기 비교기(340)의 비반전입력단자에 입력되는 전압이다. 이 전압은 전원단자(VDD)의 전압과 전류원의 마진을 고려하여 적절한 값으로 선택되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 [수학식 5]를 종래의 정전용량 측정회로에 따른 [수학식 2]와 비교해 보면, Vmax를 Vref와 같게 하면, 최대변환시간은 늘어나지 않고 △t가 늘어난다. 따라서, 터치감지신호에 대한 분해능을 증가시키거나 필요한 클럭신호의 주파수를 낮출 수 있다.
이때, 상기 기준커패시터충전스위치(SW342)에 의한 차지 인젝션(charge injection)의 영향을 최소화하기 위하여 기준커패시터(Cref)의 정전용량값을 타겟캐패티시터(Ctarget)와 기생커패시터(Cpad)의 평균 정전용량값으로 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 타겟전류 원(321) 및 기준전류원(342)의 용량과 초기기준전압(Vref)의 크기, 상기 콘트롤러(360)에 공급되는 클럭신호(CLK)의 주파수(fCLK)는 전원단자(VDD)의 전압, 최대변환시간 및 필요한 분해능을 복합적으로 고려하여 적절히 설정하는 것이 바람직하다. 상기 타겟전류원(321) 및 기준전류원(342)의 용량과 초기기준전압(Vref)은 다음의 [수학식 6]과 같이 표현된다.
Figure pat00009
Figure pat00010
Figure pat00011
Figure pat00012
Figure pat00013
여기서, 필요한 분해능과 사용 가능한 클럭신호(CLK)의 주파수(fCLK)에 의해 결정된 △tmax는 충전하는데 소요되는 최대 차징시간(tcharging_max)보다 작아야 한다. 만약, 좀 더 낮은 주파수의 클럭신호(CLK)를 사용하기 위해 상기 △tmax를 최대 차징시간 (tcharging_max)과 거의 같게 설정하면 상기 기준전압원(341)의 초기기준전압(Vref)과 상기 타겟전류원(321) 및 기준전류원(342)의 정확도를 높여주어야 하는 어려움이 있으므로 적당한 값으로 설정하는 것이 바람직하다.
하지만, 이와 같은 경우에도 종래에 비하여 월등히 낮은 주파수의 클럭신호를 사용하여 동일한 분해능을 얻을 수 있다. 물론, 매우 빠른 변환속도가 요구되는 적용분야에서는 상기 최대변환시간(tconversion_max)이 짧아져 높은 주파수의 클럭신호를 필요로 한다.
상기 정전용량 측정단계(S540)에서는 상기 타겟커패시터의 초기화시점으로부터 상기 천이신호가 출력되는 시점까지의 시간을 계산하여 상기 타겟커패시터의 정전용량을 측정한다.
이때 콘트롤러(360)는 클럭신호(CLK)에 의해 트리거될 때마다 상기 비교기(350)의 출력신호를 입력하게 되는데, 천이신호(예:'하이'신호)가 입력되는 경우 상기 타겟커패시터(Ctarget)가 초기화된 시점으로부터 상기 천이신호가 출력된 시점까지의 시간을 근거로 그에 따른 정전용량을 산출하여 디지털코드로 출력한다.
이를 위해, 상기 콘트롤러(360)는 디지털 카운터나 TDC(Time-to-Digital Converter)를 포함할 수 있다.
이와 같은 정전용량 측정과정은 터치스크린 패널 상에서 하나의 터치라인이나, 그 터치라인 상에 배열된 다수의 타겟커패시터 중 하나의 좌표에 대한 것이고, 다른 좌표에 대한 정전용량도 상기와 같은 과정을 통해 검출할 수 있다.
한편, 콘트롤러(360)는 클럭신호(CLK)에 의해 트리거될 때마다 상기 천이신호가 출력되었는지 여부를 확인하여, 터치가 이루어지지 않은 상황에서 상기 타겟커패시터 및 기준커패시터 초기화단계(S510) 내지 상기 천이신호 출력단계(S530)를 통해 상기 타겟충전전압(VCtarget)이 상기 충전기준전압보다 커지는 제1천이시점(t1)을 검출한다.
또한 터치가 이루어진 상황에서 상기 타겟커패시터 및 기준커패시터 초기화단계(S510) 내지 상기 천이신호 출력단계(S530)를 통해 상기 타겟충전전압(VCtarget)이 상기 충전기준전압보다 커지는 제2천이시점(t2)을 검출한다.
이어서 상기 제1천이시점(t1)과 제2천이시점(t2)의 시차를 이용하여 상기 타겟커패시터의 정전용량의 변화량을 측정함으로써 터치스크린 패널에의 터치여부를 인식할 수 있다.
한편, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치스크린의 정전용량 측정회로를 나타내는 도면이고, 도 7은 도 6에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치스크린의 정전용량 측정회로에 있어서 정전용량의 측정원리를 나타내는 도면이다.
도 6에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치스크린의 정전용량 측정회로는 서브레인징(Subranging)이 적용된 터치스크린의 정전용량 측정회로에 관한 것으로, 타겟커패시터부(610), 타겟전압 제어부(620), 기준커패시터부(630), 기준전압 제어부(640), 비교기(650) 및 콘트롤러(660)를 구비한다.
상기 타겟커패시터부(610)는 타겟커패시터(Ctarget)와 기생커패시터(Cpad)를 포함한다. 상기 타겟커패시터(Ctarget)는 제1단자가 접지되어 있고 제2단자가 출력패드(PAD)를 통해 상기 비교기(650)의 비반전입력단(+)에 연결된다. 상기 기생커패시터(Cpad)는 제1단자가 접지되어 있고 제2단자가 상기 타겟커패시터(Ctarget)의 제2단자에 병렬로 연결되며, 패드(PAD)에 존재하는 커패시터다. 상기 타겟커패시터(Ctarget)는 그라운드 전압으로부터 소정의 기울기로 증가하는 타겟충전전압(VCtarget)으로 충전된 후 소정의 기울기로 감소하는 타겟방전전압(VDtarget)으로 방전된다.
상기 타겟전압 제어부(620)는 제1타겟전류원(621), 타겟커패시터초기화스위치(SW621), 제1 타겟커패시터충전스위치(SW622), 제2 타겟커패시터충전스위치(SW623) 및 제2타겟전류원(622)를 구비하며 상기 타겟커패시터를 충전 및 방전시킨다.
상기 제1타겟전류원(621), 타겟커패시터초기화스위치(SW621), 타겟커패시터충전스위치(SW622), 타겟커패시터방전스위치(SW623) 및 제2타겟전류원(622)은 전원단자(VDD)와 접지단자의 사이에 직렬로 연결된다.
이때 타겟커패시터초기화스위치(SW621)는 제1스위칭제어신호(CS1)에 의해 제어되고, 타겟커패시터충전스위치(SW622)는 제2스위칭제어신호(CS2)에 의해 제어되며 타겟커패시터방전스위치(SW623)는 반전된 제2스위칭제어신호(CS2b)에 의해 제어된다.
한편 상기 타겟커패시터충전스위치(SW622)와 타겟커패시터초기화스위치(SW621)의 공통 연결 노드가 상기 패드(PAD)와 연결된다.
상기 기준커패시터부(630)는 제1단자가 접지되어 있고 제2단자가 상기 비교기(650)의 반전입력단에 연결된 기준커패시터(Cref)를 구비한다. 상기 기준커패시터(Cref)는 초기기준전압(Vref)으로부터 상기 타겟충전전압(VCtarget)보다 작은 기울기로 증가되는 충전기준전압(VCref)으로 충전된 후 상기 타겟방전전압(VDtarget)보다 작은 기울기로 감소되는 방전기준전압(VDref)으로 방전된다.
상기 기준전압 제어부(640)는 기준전압원(641), 제1기준전류원(642), 제2기준전류원(643), 기준커패시터초기화스위치(SW641), 기준커패시터충전스위치(SW642) 및 기준커패시터방전스위치(SW643)를 구비하며, 상기 기준커패시터(Cref)를 충전 및 방전시킨다.
상기 비교기(650)는 비반전입력단에 상기 타겟커패시터(Ctarget)의 제2단자가 연결되고 반전입력단에 상기 기준커패시터(Cref)의 제2단자가 연결되며 출력단이 상기 콘트롤러(660)의 입력단에 연결된다.
상기 비교기(650)는 상기 타겟커패시터(Ctarget)에 충전된 타겟충전전압(VCtarget)과 상기 기준커패시터(Cref)에 충전된 충전기준전압(VCref)을 비교하여 상기 충전기준전압(VCref)이 상기 타겟충전전압(VCtarget)보다 커지는 순간 제1천이신호를 출력하고, 상기 타겟방전전압(VDtarget)과 상기 방전기준전압(VDref)을 비교하여 상기 타겟방전전압(VDtarget)이 상기 방전기준전압(VDref)보다 작아지는 순간 제2천이신호를 출력한다.
상기 콘트롤러(660)는 상기 비교기의 출력신호와 클럭신호(CLK)를 입력받아 디지털 출력신호, 제1 스위칭제어신호(CS1), 제2 스위칭제어신호(CS2) 및 반전된 제2 스위칭제어신호(CS2b)를 생성한다.
또한 상기 콘트롤러(660)는 상기 타겟커패시터(Ctarget)가 그라운드 전압으로 초기화된 시점으로부터 상기 비교기에서 제1천이신호가 출력되는 시점(P71) 및 제2천이신호가 출력되는 시점(P72)까지의 시간을 이용하여 n비트(n은 2이상의 자연수)에 대한 상기 타겟커패시터의 정전용량을 측정한다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 터치스크린의 정전용량 측정방법의 흐름도이다.
이하 도 6 내지 도 8을 참고하여 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 터치스크린의 정전용량 측정회로의 동작원리 및 정전용량 측정방법을 설명하기로 한다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 터치스크린의 정전용량 측정방법은 타겟커패시터 및 기준커패시터 초기화단계(S810), 타겟커패시터 및 기준커패시터 충전단계(S820), 제1천이신호 출력단계(S830), 제1 정전용량 측정단계(S840), 타겟커패시터 및 기준커패시터 방전단계(S850), 제2천이신호 출력단계(S860) 및 제2 정전용량 측정단계(S870)를 구비한다.
상기 타겟커패시터 및 기준커패시터 초기화단계(S810)에서는 타겟커패시터(Ctarget)를 그라운드 전압으로 초기화시키고 기준커패시터(Cref)를 초기기준전압(Vref)으로 초기화시킨다.
상기 타겟커패시터 및 기준커패시터 충전단계(S820)에서는 타겟커패시터(Ctarget)를 소정의 기울기로 증가되는 타겟충전전압(VCtarget)으로 충전시키고, 기준커패시터(Cref)를 상기 타겟충전전압(VCtarget)보다 작은 기울기로 증가되는 충전기준전압(VCref)으로 충전시킨다.
상기 제1천이신호 출력단계(S830)에서는 비교기(650)를 통해 상기 타겟충전전압(VCtarget)과 상기 충전기준전압(VCref)을 비교하여 상기 타겟충전전압(VCtarget)이 상기 충전기준전압(VCref)보다 커지는 순간 제1천이신호를 출력한다.
상기 제1 정전용량 측정단계(S840)에서는 상기 타겟커패시터(Ctarget)를 그라운드 전압으로 초기화시킨 시점으로부터 상기 제1천이신호를 출력하는 시점까지의 시간을 계산하여 상위비트(MSB)에 대한 상기 타겟커패시터(Ctarget)의 정전용량을 측정한다.
상기 타겟커패시터 및 기준커패시터 방전단계(S850)에서는 콘트롤러(660)를 통해 상기 비교기(650)에서 제1천이신호가 출력된 것을 감지하여 상기 타겟커패시터(Ctarget)를 소정의 기울기로 감소되는 타겟방전전압(VDtarget)으로 방전시키고, 상기 기준커패시터(Cref)를 상기 타겟방전전압(VDtarget)보다 작은 기울기로 감소되는 방전기준전압(VDref)으로 방전시킨다.
상기 제2천이신호 출력단계(S860)에서는 비교기(650)를 통해 상기 타겟방전전압(VDtarget)과 상기 방전기준전압(VDref)을 비교하여 상기 타겟방전전압(VDtarget)이 상기 방전기준전압(VDref)보다 작아지는 순간 제2천이신호를 출력한다.
상기 제2 정전용량 측정단계(S870)에서는 상기 타겟커패시터 및 기준커패시터의 방전시점으로부터 상기 제2천이신호를 출력하는 시점까지의 시간을 계산하여 하위비트(LSB)에 대한 상기 타겟커패시터의 정전용량을 측정한다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 터치스크린의 정전용량 측정방법에 의하면 측정하고자 하는 타겟커패시터(Ctarget)의 정전용량 중에서 상위비트(MSB)의 정전용량을 코어스 디텍트(coarse detect) 구간에서 고속으로 측정하고, 나머지 하위비트(LSB)의 정전용량을 파인 디텍트(fine detect) 구간에서 저속으로 측정한다.
여기서, 상위비트(MSB)는 정전용량의 전체 비트(bit)를 두 부분으로 나누었을 때 상위 영역의 비트들을 의미하며, 하위비트(LSB)는 하위 영역의 비트들을 의미한다.
상기 콘트롤러(650)는 제1스위칭제어신호(CS1)를 제1전압레벨(하이)로 출력하여 타겟커패시터초기화스위치(SW621) 및 기준커패시터초기화스위치(SW641)를 턴온 시키고, 제2 스위치제어신호(CS2)를 제2전압레벨(로우)로 출력하여 제1 타겟커패시터충전스위치(SW622)와 제1 기준커패시터충전스위치(SW642)를 턴온프 시킨다.
이에 따라, 타겟커패시터부(610)의 타겟커패시터(Ctarget)와 기생커패시터(Cpad)의 전압이 상기 타겟커패시터초기화스위치(SW621)를 통해 그라운드 전압으로 완전 방전되고, 기준커패시터(Cref)가 기준전압원(641)의 초기기준전압(Vref)으로 초기화된다.(S810)
상기 제1스위칭제어신호(CS1) 및 제2스위칭제어신호(CS2)는 서로 중첩되지 않는 상보적 신호이다. 이때, 상기 커패시터들(Ctarget),(Cpad),(Cref)은 RC 시정수로 초기화되는데, 이 초기화 시간을 단축하기 위해 상기 타겟커패시터초기화스위치(SW621) 및 기준커패시터초기화스위치(SW641)의 턴온 저항값을 충분히 작게 설계하는 것이 바람직하다.
이어서, 상기 콘트롤러(660)에서는 제2전압레벨(로우)을 갖는 제1 스위칭제어신호(CS1) 및 제1전압레벨(하이)을 갖는 제2 스위칭제어신호(CS2)가 생성된다.
이때 제1 스위칭제어신호(CS1)에 의해 상기 타겟커패시터초기화스위치(SW621) 및 기준커패시터초기화스위치(SW641)가 턴오프되고 제2 스위칭제어신호(CS2)에 의해 상기 제1타겟커패시터충전스위치(SW622) 및 제1기준커패시터충전스위치(SW642)가 턴온된다.(S820)
이에 따라 타겟커패시터 및 기준커패시터 충전단계(S820)에서는 상기 타겟커패시터(Ctarget) 및 기생커패시터가 제1타겟전류원(621)에 의해 타겟충전전압(VCtarget)으로 충전되어 그 전압이 선형적으로 증가한다. 또한 상기 기준커패시터(Cref)는 제1기준전류원(642)에서 공급되는 제1기준전류(Iref)에 의해 충전기준전압(VCref)으로 충전된다.
이때 상기 타겟충전전압(VCtarget) 및 충전기준전압(VCref)은 비교적 높은 기울기를 갖는다.
비교기(650)는 상기 타겟커패시터(Ctarget)와 기생커패시터(Cpad)에서 선형적으로 증가되는 타겟충전전압(VCtarget)을 패드(PAD)를 통해 비반전입력단으로 입력받고, 상기 기준커패시터(Cref)에서 선형적으로 증가되는 충전기준전압(VCref)을 반전입력단으로 입력받아 이들을 비교한다.
상기 비교기(650)는 상기 타겟충전전압(VCtarget) 및 충전기준전압(VCref)을 비교하여 이들이 교차되는 순간 예를 들어, 상기 비반전입력단으로 입력되는 전압이 반전입력단으로 입력되는 전압보다 높아지는 순간 제1천이신호를 출력한다.(S830)
살펴본 바와 같이 비교기(650)의 반전입력단에 고정된 레벨을 갖는 기준전압을 입력하는 종래기술과 달리 본 발명에 따른 터치스크린의 정전용량 측정방법에 의하면 비교기(650)의 반전입력단에 공급되는 전압이 초기기준전압(Vref)으로 초기화된 후 선형적으로 증가되도록 하였다.
한편, 상기 콘트롤러(660)는 클럭신호(CLK)에 의해 트리거될 때마다 상기 비교기(650)에서 제1천이신호가 출력되었는지 확인하게 된다. 이때, 상기 콘트롤러(660)가 상기 클럭신호(CLK)의 폴링 에지에 의해 트리거되고, △tmax를 필요한 분해능 만큼의 구간으로 나눈 경우(예: n = 8 bit일 때 255 구간), 트리거될 때마다 MSB(상위 n/2 bit) 단위로 비교기(650)에서 제1천이신호가 출력되었는지 확인한다.
상기 콘트롤러(660)는 상기 확인 결과 상기 비교기(650)에서 제1천이신호가 출력된 것으로 판명되면, 상기 타겟커패시터(Ctarget)가 초기화된 시점으로부터 상기 천이 시점(P71)까지의 시간을 근거로 상기 타겟커패시터(Ctarget)의 정전용량 중에서 상위비트의 정전용량을 산출하여 디지털코드로 출력한다.(S840)
이어서, 측정하고자 하는 타겟커패시터(Ctarget)의 정전용량 중에서 하위비트(LSB)의 정전용량을 파인 디텍트(fine detect) 구간에서 저속으로 측정하는 과정에 대하여 설명한다.
상기 콘트롤러(660)는 상기 제2스위칭제어신호(CS2)를 '로우'로 출력하여 상기 타겟커패시터충전스위치(SW622) 및 기준커패시터충전스위치(SW642)를 턴오프시키고, 반전된 제2스위칭제어신호(CS2b)에 의해 타겟커패시터방전스위치(SW623)와 기준커패시터방전스위치(SW643)를 턴온시킨다.
따라서, 상기 타겟캐패시터(Ctarget)와 기생커패시터(Cpad)의 타겟충전전압(VCtarget)이 상기 타겟커패시터방전스위치(SW623) 및 제2타겟전류원(622)을 통해 방전되고, 상기 기준커패시터(Cref)의 충전기준전압이 상기 기준커패시터방전스위치(SW643) 및 제2기준전류원(643)을 통해 방전된다. 그런데, 상기 제2타겟전류원(622)의 용량은 상기 제1타겟전류원(621)의 용량(Itarget)을 기준으로 할 때 1/2(n/2)배(Itarget/(2(n/2))에 해당되고, 상기 제2기준전류원(643)의 용량은 상기 제1기준전류원(642)의 용량 Iref를 기준으로 할 때 때 1/2(n/2)배(Iref/(2(n/2))에 해당된다.
이에 따라, 상기 타겟커패시터(Ctarget)와 기생커패시터(Cpad)의 타겟충전전압(VCtarget)과 기준커패시터(Cref)의 충전기준전압이 1/2n/2의 완만한 기울기로 방전된다.(S850)
이렇게 함으로써, 상위비트(MSB) 구간을 2 n/2배 만큼 확대하는 것과 같은 효과를 얻게 되고, 이로 인하여 상기 콘트롤러(660)가 동일한 주파수의 클럭신호(CLK)를 이용하여 하위비트(LSB) 단위로 상기 타겟커패시터(Ctarget)의 정전용량을 측정할 수 있게 된다.
한편 하위비트(LSB) 구간에서는 상기 비교기(650)에서 다시 한번 천이신호가 출력되는데, 이에 대하여 상기 콘트롤러(660)는 상기와 같은 과정을 수행하여 상기 타겟커패시터(Ctarget)의 정전용량 중에서 하위비트의 정전용량을 산출하여 디지털코드로 출력한다.
이와 같은 정전용량 측정과정은 하나의 터치라인이나 하나의 터치라인상의 타겟커패시터에 대한 것이고, 다른 터치라인에 대한 정전용량의 측정도 상기의 과정을 통해 이루어 질 수 있다.
도 7은 상기 도 6에서 설명한 서브레인징(Subranging)이 적용된 정전용량의 측정원리를 도식화 한 것이다. 여기서, 정전용량의 측정은 4비트를 예로 들어 설명하였으며, 그 중에서 상위 2비트를 MSB라 칭하고 하위 2비트를 LSB라 칭한다. 그리고, 상기 패드(PAD)의 출력전압의 기울기가 그래프(G71)와 같이 비교적 높게 설정되고 이에 대응하여 초기기준전압(Vref)으로 초기화된 후 기준커패시터(Cref)에서 출력되는 충전기준전압(VCref)의 기울기가 그래프(G72)와 같이 설정되었다고 가정한다.
이와 같은 경우, 제1타겟전류원(621)에 의해 상기 타겟커패시터(Ctarget)와 기생커패시터(Cpad)의 타겟충전전압(VCtarget)이 빠르게 상승되는 코어스 디텍트 구간(T1)에서 상기 콘트롤러(660)는 상기 클럭신호(CLK)의 폴링 에지에 의해 트리거될 때마다 MSB 단위로 비교기(650)에서 천이신호가 출력되는지의 여부를 확인한다. 여기서, 상기 비교기(650)에서 천이신호가 출력되는 시점은 패드(PAD)의 출력전압이 충전기준전압과 일치(교차)하는 시점에 해당된다.
본 예에서는 상기 MSB '01'과 '10' 사이(P71)에서 상기 비교기(640)에서 제1천이신호가 출력되었으므로, 상기 콘트롤러(660)는 MSB가 '10'이 될 때(전체 비트값 : 1000) 천이 사실을 확인할 수 있게 된다.
이로부터, 상기 콘트롤러(660)는 상위비트 더미구간(TMSB_dummy) 동안 충전 동작을 중지시키기 위한 준비시간을 가진 후 상기 제1타겟전류원(621)에 의한 상기 타겟커패시터(Ctarget)로의 충전동작을 중지시킨다. 여기서, 상기 상위비트 더미구간(TMSB_dummy)은 1 MSB값에 해당된다.
이어서, 파인 디텍트 구간(T2)에 진입하게 되는데, 이 구간에서는 상기 타겟캐패시터(Ctarget)와 기생커패시터(Cpad)의 타겟충전전압(VCtarget)과 기준커패시터(Cref)의 충전기준전압이 상기 설명에서와 같이 1/2n/2 의 완만한 기울기(충전시의 1/4 기울기)로 방전된다.
이때에도 상기 콘트롤러(660)는 상기와 같이 상위비트 더미구간(TMSB_dummy)을 보상하기 위해4 LSB값에 해당하는 하위비트 더미구간(TLSB_dummy)을 가진 후, 상기 클럭신호(CLK)의 폴링 에지에 의해 트리거 될 때마다 하위비트(LSB) 단위로 비교기(650)에서 제2천이신호가 출력되는지 확인한다.
본 예에서는 전체 비트 이 '0110'과 '0101' 사이(P72)에서 상기 비교기(650)에서 제2천이신호가 출력되었으므로, 상기 콘트롤러(660)는 전체 비트값이 '0101'이 될 때 그 천이 사실을 확인하게 된다.
결국, 상기 콘트롤러(660)가 처음부터 하위비트(LSB) 단위로 비교기(650)의 출력신호를 확인하는 것이 아니라, 하위비트(LSB) 4 비트에 해당되는 상위비트(MSB) 1 비트 단위로 확인하여 천이신호가 출력된 것으로 판명되면 그 때부터 하위비트(LSB) 1 비트 단위로 한 번의 터치동작에 대한 천이신호의 출력여부를 재차 확인하도록 하였다.
이렇게 함으로써, 비교적 낮은 주파수의 클럭 신호를 사용고도 최대한 빠른 시간 내에 상기 비교기(650)에서 천이신호가 출력되는 것을 보다 확실하게 검출할 수 있게 되며, 이에 따른 효과는 분해능이 높아질수록 더 크게 나타난다.
예를 들어, 분해능이 8 비트인 경우 본 발명이 적용되지 않았을 때에 비하여 51.2배 낮은 클럭 주파수를 사용하여도 동일한 속도로 상기 비교기(650)에서 천이신호가 출력되는 것을 검출할 수 있다.
또 다른 예로써, 분해능이 12비트인 경우 본 발명이 적용되지 않았을 때에 비하여 208배 낮은 클럭 주파수를 사용하여도 동일한 속도로 상기 비교기(650)에서 천이신호가 출력되는 것을 검출할 수 있다.
이때, 비트수 n이 홀수이면 충전과 방전 시 각각(n+1)/2, (n-1)/2 비트를 할당하고, 비트수 n이 짝수이면 충전과 방전 시 각각 n/2 비트씩 할당함으로써 가장 빠른 변환 속도를 얻을 수 있다는 것은 쉽게 수학적으로 증명 할 수 있다.
이와 같은 경우 방전시간이 추가되면서 최대변환시간(tconversion_max)이 다음의 [수학식 7]로 나타난다.
Figure pat00014
여기서, 최대디스차징시간(tdischarging_max)은 최대차징시간(tcharging_max)에 비하여 약 2배이다.
이에 따라, 상기 타겟전류원(621)으로부터 공급되는 타겟전류(Itarget)와 기준전압원(641)으로부터 공급되는 초기기준전압(Vref)은 다음의 [수학식 8]로 표현된다.
Figure pat00015
Figure pat00016
Figure pat00017
아래의 [수학식 9]는 주어진 조건을 만족 시키기 위해 필요한 클럭의 주파수를 계산하는 식으로서, Fclk_conventional 은 종래 기술에 의한 주파수 계산식이고, Fclk_proposed_1 은 본 발명의 실시예에 의한 주파수 계산식이며, Fclk_proposed_2 는 서브레인징이 적용된 본 발명의 다른 실시예에 의한 주파수 계산식이다. 그리고, 아래의 [수학식 10]은 [수학식 9]의 조건을 나타낸 식이다.
Figure pat00018
Figure pat00019
상기 [수학식 10]에 나타난 조건을 만족시키기 위해 필요한 종래 기술에서의 클럭의 주파수식과 본 발명에 의한 주파수 계산식들의 가장 큰 차이는 클럭의 주파수를 결정하는데 더 이상 타겟커패시터(Ctarget)와 기생커패시터(Cpad)가 관여하지 않고 오직 설계 변수인 d (터치가 이루어지지 않았을 때 타겟커패시터(Ctarget)에 충전되는 전압과 충전기준전압(VCref)이 만나기 까지 걸리는 클럭의 수)에 따라 결정된다는 것이다.
또한 서브레인징이 적용된 본 발명의 다른 실시예의 주파수 (fclk_proposed_2)에서는 해상도(n)가 증가함에 따라 주파수의 n에 따른 지수적 증가가 아닌 n/2 에 따른 지수적 증가를 보이기 때문에 해상도가 증가 할수록 종래의 기술에 비해 이득이 커진다. [수학식 10]은 조건의 예시와 그에 따른 적절한 d의 선택 예를 나타낸 것이다.
이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (17)

  1. 그라운드 전압으로부터 소정의 기울기로 증가하는 타겟충전전압이 충전되는 타겟커패시터를 구비하는 타겟커패시터부;
    타겟전류원을 이용하여 상기 타겟커패시터를 충전시키는 타겟전압 제어부;
    초기기준전압으로부터 상기 타겟충전전압보다 작은 기울기로 증가되는 충전기준전압이 충전되는 기준커패시터를 구비하는 기준커패시터부;
    기준전류원 및 기준전압원을 이용하여 상기 기준커패시터를 충전시키는 기준전압 제어부;
    상기 타켓커패시터의 출력인 타겟충전전압과 상기 기준커패시터의 출력인 충전기준전압을 비교하여 상기 타겟충전전압이 상기 충전기준전압보다 커지는 순간 천이신호를 출력하는 비교기; 및
    상기 비교기의 출력신호와 클럭신호를 입력받아 디지털 출력신호 및 제어신호를 생성하는 콘트롤러;를 구비하며
    상기 타겟커패시터가 그라운드전압으로 초기화된 시점으로부터 상기 비교기에서 천이신호가 출력되는 시점까지의 시간을 이용하여 상기 타겟커패시터의 정전용량을 측정하는 것을 특징으로 하는 터치스크린의 정전용량 측정회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기준커패시터는,
    제1단자가 접지되어 있고 제2단자가 상기 비교기의 반전입력단에 연결된 것을 특징으로 하는 터치스크린의 정전용량 측정회로.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기준전압 제어부는,
    상기 기준커패시터를 초기기준전압으로 충전시키는 기준전압원; 및
    상기 기준커패시터에 기준전류를 제공하여 상기 기준커패시터를 상기 충전기준전압으로 충전시키는 기준전류원;을 구비하는 것을 특징으로 하는 터치스크린의 정전용량 측정회로.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기준전압원은 제1단자가 접지되어 있고 제2단자가 기준커패시터초기화스위치(SW341)를 통해 상기 기준커패시터의 제2단자에 연결되며,
    상기 기준전류원은 제1단자가 전원전압(VDD)에 연결되고 제2단자가 기준커패시터충전스위치(SW342)를 통해 상기 기준커패시터의 제2단자에 연결된 것을 특징으로 하는 터치스크린의 정전용량 측정회로.
  5. 제1항에 있어서, 상기 비교기는,
    상기 타겟충전전압이 비반전입력단에 입력되고, 상기 충전기준전압이 반전입력단에 입력되며,
    상기 타겟충전전압이 상기 충전기준전압보가 커지는 순간 제1레벨전압에서 제2레벨전압으로 천이되는 상기 천이신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 터치스크린의 정전용량 측정회로.
  6. 그라운드 전압으로부터 제1 기울기로 증가하는 타겟충전전압으로 충전된 후 제1 기울기보다 작은 제2 기울기로 감소하는 타겟방전전압으로 방전되는 타겟커패시터를 구비하는 타겟커패시터부;
    제1타겟전류원 및 제2타겟전류원을 이용하여 상기 타겟커패시터를 충전 및 방전시키는 타겟전압 제어부;
    초기기준전압으로부터 상기 제1 기울기보다 작은 기울기로 증가되는 충전기준전압으로 충전된 후 상기 제2 기울기보다 작은 기울기로 감소되는 방전기준전압(VDref)으로 방전되는 기준커패시터를 구비하는 기준커패시터부;
    제1기준전류원, 제2기준전류원 및 기준전압원을 이용하여 상기 기준커패시터를 충전 및 방전시키는 기준전압 제어부;
    상기 타겟충전전압과 상기 충전기준전압을 비교하여 상기 타겟충전전압이 상기 충전기준전압보다 커지는 순간 제1천이신호를 출력하고, 상기 타겟방전전압과 상기 방전기준전압을 비교하여 상기 타겟방전전압이 상기 방전기준전압보다 작아지는 순간 제2천이신호를 출력하는 비교기; 및
    상기 비교기의 출력신호와 클럭신호를 입력받아 상기 타겟전압 제어부 및 상기 기준전압 제어부를 제어하는 제어신호를 생성하는 콘트롤러;를 구비하며,
    상기 타겟커패시터가 그라운드 전압으로 초기화된 시점으로부터 상기 비교기에서 제1천이신호가 출력되는 시점 및 상기 타겟커패시터 및 기준커패시터의 방전시점으로부터 제2천이신호가 출력되는 시점까지의 시간을 이용하여 n비트(n은 2이상의 자연수)에 대한 상기 타겟커패시터의 정전용량을 측정하는 것을 특징으로 하는 터치스크린의 정전용량 측정회로.
  7. 제6항에 있어서, 상기 기준커패시터는,
    제1단자가 접지되어 있고 제2단자가 상기 비교기의 반전입력단에 연결된 것을 특징으로 하는 정전용량 측정회로.
  8. 제6항에 있어서, 상기 기준전압 제어부는,
    상기 기준커패시터에 제1기준전류를 제공하여 상기 기준커패시터를 상기 충전기준전압으로 충전시키는 제1기준전류원;
    상기 기준커패시터에 제2기준전류를 제공하여 상기 기준커패시터를 상기 방전기준전압으로 방전시키는 제2기준전류원; 및
    상기 기준커패시터를 초기기준전압으로 충전시키는 기준전압원;을 구비하는 것을 특징으로 하는 터치스크린의 정전용량 측정회로.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1기준전류원은 제1단자가 전원전압(VDD)에 연결되고 제2단자가 기준커패시터충전위치(SW642)를 통해 상기 기준커패시터의 제2단자에 연결되고,
    상기 제2기준전류원은 제1단자가 접지되어 있고 제2단자가 기준커패시터방전위치(SW643)를 통해 상기 기준커패시터의 제2단자에 연결되며,
    상기 기준전압원은 제1단자가 접지되어 있고 제2단자가 기준커패시터초기화스위치(SW641)를 통해 상기 기준커패시터의 제2단자에 연결된 것을 특징으로 하는 터치스크린의 정전용량 측정회로.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제2기준전류는, 상기 제1기준전류(Iref)의 1/2(n/2)배 이고,
    상기 제2타겟전류원에 의해 제공되는 제2타겟전류는, 상기 제1타겟전류원에 의해 제공되는 제1타겟전류(Itarget)의 1/2(n/2)배 인 것을 특징으로 하는 터치스크린의 정전용량 측정회로.
  11. (a) 타겟커패시터를 그라운드 전압으로 초기화시키고 기준커패시터를 초기기준전압으로 초기화시키는 타겟커패시터 및 기준커패시터 초기화단계;
    (b) 타겟커패시터를 소정의 기울기로 증가되는 타겟충전전압으로 충전시키고, 기준커패시터를 상기 타겟충전전압보다 작은 기울기로 증가되는 충전기준전압으로 충전시키는 타겟커패시터 및 기준커패시터 충전단계;
    (c) 상기 타겟충전전압과 상기 충전기준전압을 비교하여 상기 타겟충전전압이 상기 충전기준전압보다 커지는 순간 천이신호를 출력하는 천이신호 출력단계; 및
    (d) 상기 타겟커패시터의 초기화시점으로부터 상기 천이신호가 출력되는 시점까지의 시간을 계산하여 상기 타겟커패시터의 정전용량을 측정하는 정전용량 측정단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 터치스크린의 정전용량 측정방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 (d)단계는,
    클럭 신호에 의해 트리거될 때마다 상기 천이신호가 출력되었는지 여부를 확인하여 천이시점을 검출하고, 상기 타겟커패시터가 그라운드 전압으로 초기화된 시점으로부터 상기 천이시점까지의 시간을 이용하여 상기 타겟커패시터의 정전용량을 측정하는 것을 특징으로 하는 터치스크린의 정전용량 측정방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 (d)단계는,
    클럭 신호에 의해 트리거될 때마다 상기 천이신호가 출력되었는지 여부를 확인하여,
    터치가 이루어지지 않은 상황에서 상기 (a)단계 내지 (c)단계를 통해 상기 타겟충전전압이 상기 충전기준전압보다 커지는 제1천이시점을 검출하고,
    터치가 이루어진 상황에서 상기 (a)단계 내지 (c)단계를 통해 상기 타겟충전전압이 상기 충전기준전압보다 커지는 제2천이시점을 검출한 후,
    상기 제1천이시점과 제2천이시점의 시차를 이용하여 상기 타겟커패시터의 정전용량 변화량을 측정하여 터치여부를 인식하는 것을 특징으로 하는 터치스크린의 정전용량 측정방법.
  14. (a) 타겟커패시터를 그라운드 전압으로 초기화시키고 기준커패시터를 초기기준전압으로 초기화시키는 타겟커패시터 및 기준커패시터 초기화단계;
    (b) 타겟커패시터를 제1 기울기로 증가되는 타겟충전전압으로 충전시키고, 기준커패시터를 상기 제1 기울기보다 작은 기울기로 증가되는 충전기준전압으로 충전시키는 타겟커패시터 및 기준커패시터 충전단계;
    (c) 비교기를 통해 상기 타겟충전전압과 상기 충전기준전압을 비교하여 상기 타겟충전전압이 상기 충전기준전압보다 커지는 순간 제1천이신호를 출력하는 제1천이신호 출력단계;
    (d) 상기 타겟커패시터를 그라운드 전압으로 초기화시킨 시점으로부터 상기 제1천이신호를 출력하는 시점까지의 시간을 계산하여 상기 타겟커패시터의 정전용량을 측정하는 제1 정전용량 측정단계;
    (e) 콘트롤러를 통해 상기 비교기에서 제1천이신호가 출력된 것을 감지하여 상기 타겟커패시터를 제1 기울기보다 작은 제2 기울기로 감소되는 타겟방전전압으로 방전시키고, 상기 기준커패시터를 상기 제2 기울기보다 작은 기울기로 감소되는 방전기준전압으로 방전시키는 타겟커패시터 및 기준커패시터 방전단계;
    (f) 비교기를 통해 상기 타겟방전전압과 상기 방전기준전압을 비교하여 상기 타겟방전전압이 상기 방전기준전압보다 작아지는 순간 제2천이신호를 출력하는 제2천이신호 출력단계; 및
    (g) 상기 타겟커패시터 및 기준커패시터의 방전 시점으로부터 상기 제2천이신호를 출력하는 시점까지의 시간을 계산하여 상기 타겟커패시터의 정전용량을 측정하는 제2 정전용량 측정단계;를 구비하며,
    n비트(n은 2이상의 자연수)에 대한 상기 타겟커패시터의 정전용량을 측정하는 것을 특징으로 하는 터치스크린의 정전용량 측정방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 (d) 단계는,
    상기 타겟커패시터의 정전용량 중에서 상위 영역의 비트를 의미하는 상위비트(MSB)의 정전용량을 측정하는 단계인 것을 특징으로 하는 터치스크린의 정전용량 측정방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 (g) 단계는,
    상기 타겟커패시터의 정전용량 중에서 하위 영역의 비트를 의미하는 하위비트(LSB)의 정전용량을 측정하는 단계인 것을 특징으로 하는 터치스크린의 정전용량 측정방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 타겟방전전압의 기울기 및 상기 방전기준전압의 기울기는 각각 상기 타겟충전전압의 기울기 및 상기 충전기준전압의 기울기의 1/2(n/2)배 인 것을 특징으로 하는 터치스크린의 정전용량 측정방법.
KR1020110044524A 2010-05-13 2011-05-12 터치스크린의 정전용량 측정회로 및 방법 KR101216393B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20100044814 2010-05-13
KR1020100044814 2010-05-13

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110125604A true KR20110125604A (ko) 2011-11-21
KR101216393B1 KR101216393B1 (ko) 2012-12-28

Family

ID=44911208

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110044524A KR101216393B1 (ko) 2010-05-13 2011-05-12 터치스크린의 정전용량 측정회로 및 방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US8674709B2 (ko)
KR (1) KR101216393B1 (ko)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101235841B1 (ko) * 2012-03-22 2013-02-25 세원텔레텍 주식회사 터치 스크린의 정전 용량 측정 장치
KR101295110B1 (ko) * 2012-03-06 2013-08-09 주식회사 리딩유아이 터치센서의 정전용량 측정회로 및 이를 갖는 정전용량식 터치패널
WO2013133554A1 (ko) * 2012-03-06 2013-09-12 주식회사 리딩유아이 터치센서의 정전용량 측정회로 및 이를 갖는 정전용량식 터치패널
KR20150071543A (ko) * 2013-12-18 2015-06-26 엘지디스플레이 주식회사 터치전극의 정전용량 산출 장치 및 방법
KR101537228B1 (ko) * 2013-08-30 2015-07-16 크루셜텍 (주) 터치 검출 장치 및 방법
KR101537229B1 (ko) * 2013-08-30 2015-07-16 크루셜텍 (주) 터치 검출 장치 및 방법
KR20220144574A (ko) * 2021-04-20 2022-10-27 한국광기술원 지능형 센서 인식을 위한 센서 인터페이스 장치 및 방법

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101434004B1 (ko) * 2011-10-21 2014-08-27 삼성전기주식회사 접촉 감지 장치 및 접촉 감지 방법
US9372582B2 (en) * 2012-04-19 2016-06-21 Atmel Corporation Self-capacitance measurement
DE102012207430A1 (de) * 2012-05-04 2013-11-07 Robert Bosch Gmbh Schaltungsanordnung zur Messung einer Sensorelementkapazität
TW201403434A (zh) * 2012-07-12 2014-01-16 Yan-Hong Du 具有動態電容匹配機制的觸控模組
JP5734927B2 (ja) * 2012-07-18 2015-06-17 株式会社東海理化電機製作所 入力装置
KR102014276B1 (ko) * 2012-11-12 2019-08-26 엘지디스플레이 주식회사 표시장치 및 그 구동방법
CN102968236B (zh) * 2012-11-28 2015-12-23 旭曜科技股份有限公司 电容式触控面板的感测电路及其感测方法
FR2999833B1 (fr) * 2012-12-19 2015-01-23 Continental Automotive France Dispositif de mesure d'une variation d'une capacite et procede de mesure associe
CN106055183B (zh) 2012-12-30 2019-11-08 比亚迪股份有限公司 电容检测电路
KR102119774B1 (ko) * 2013-12-18 2020-06-16 엘지디스플레이 주식회사 표시장치 및 그 구동방법
JP2015135622A (ja) * 2014-01-17 2015-07-27 株式会社ジャパンディスプレイ タッチ検出装置、タッチ検出機能付き表示装置及び電子機器
US9841855B2 (en) * 2014-04-25 2017-12-12 Marvell World Trade Ltd. Systems and methods for capacitive touch detection
TWI531949B (zh) * 2014-06-26 2016-05-01 矽創電子股份有限公司 電容電壓資訊感測電路及其相關抗雜訊觸控電路
CN105610422B (zh) * 2014-11-18 2018-05-18 远翔科技股份有限公司 触控感测系统
KR101788853B1 (ko) * 2014-12-31 2017-10-20 엘지디스플레이 주식회사 표시장치 및 그 구동방법
US9646657B2 (en) * 2015-09-04 2017-05-09 Intel Corporation Power loss capacitor test using voltage ripple
CN106802372B (zh) * 2017-03-15 2019-06-14 圣邦微电子（北京）股份有限公司 一种检测电容容值变化的方法
US11531424B2 (en) * 2017-09-07 2022-12-20 Cypress Semiconductor Corporation Nano-power capacitance-to-digital converter
CN108696279B (zh) * 2018-04-18 2022-03-25 西安电子科技大学 电压信号到时间信号的转换器
FR3107129B1 (fr) * 2020-02-10 2022-02-18 St Microelectronics Sa Dispositif et méthode de détection d’un contact tactile
CN112504519B (zh) * 2020-11-23 2022-05-20 深圳市绘王动漫科技有限公司 一种压力检测电路、装置及压力输入装置
CN112764577B (zh) * 2021-01-12 2023-12-01 奕力科技股份有限公司 触控感测装置及其感测方法
CN114281217B (zh) * 2021-12-31 2022-09-06 北京奕斯伟计算技术股份有限公司 一种应对屏幕触摸功能失灵的方法
CN115343515B (zh) * 2022-10-17 2023-03-07 基合半导体（宁波）有限公司 模拟前端电路、电容测量电路、芯片及电子设备

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5294889A (en) * 1992-03-27 1994-03-15 Tandy Corporation Battery operated capacitance measurement circuit
FR2778053B1 (fr) * 1998-04-24 2000-07-21 Sgs Thomson Microelectronics Demodulateur de signal de chrominance secam a deux voies rouge>bleu et a oscillateur unique
JP2002033651A (ja) * 2000-07-17 2002-01-31 Mitsubishi Electric Corp 負荷容量測定回路および出力バッファ
US6522154B2 (en) * 2001-03-16 2003-02-18 International Business Machines Corporation Oxide tracking voltage reference
DE10204652B4 (de) * 2002-02-05 2004-07-22 Infineon Technologies Ag Schaltkreis-Anordnung, elektrochemischer Sensor, Sensor-Anordnung und Verfahren zum Verarbeiten eines über eine Sensor-Elektrode bereitgestellten Stromsignals
US6795359B1 (en) * 2003-06-10 2004-09-21 Micron Technology, Inc. Methods and apparatus for measuring current as in sensing a memory cell
KR100488463B1 (ko) * 2003-07-24 2005-05-11 엘지전자 주식회사 플라즈마 디스플레이 패널의 구동장치 및 방법
DE102004045210A1 (de) * 2004-09-17 2006-04-06 Infineon Technologies Ag Sensor-Anordnung und Verfahren zum Ermitteln eines Sensorereignisses
US7504833B1 (en) * 2005-04-01 2009-03-17 Cypress Semiconductor Corporation Automatically balanced sensing device and method for multiple capacitive sensors
DE102005038875A1 (de) * 2005-05-25 2006-11-30 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Kapazitätsmessschaltung
KR100750650B1 (ko) * 2005-06-22 2007-08-20 인티그런트 테크놀로지즈(주) 튜닝 회로.
KR100660886B1 (ko) * 2005-11-08 2006-12-26 삼성전자주식회사 커패시터와 ｏｐ 앰프를 이용하는 디지털 아날로그 컨버터
US7307485B1 (en) * 2005-11-14 2007-12-11 Cypress Semiconductor Corporation Capacitance sensor using relaxation oscillators
DE102007000713A1 (de) * 2006-09-08 2008-04-10 Aisin Seiki K.K., Kariya Kapazitätserfassungsgerät
US8564252B2 (en) * 2006-11-10 2013-10-22 Cypress Semiconductor Corporation Boost buffer aid for reference buffer
US20080122457A1 (en) * 2006-11-28 2008-05-29 Kabushiki Kaisha Toshiba Capacitance difference detecting circuit
JP4932667B2 (ja) * 2007-10-17 2012-05-16 株式会社 日立ディスプレイズ 画面入力型画像表示システム
JP4954154B2 (ja) * 2008-07-09 2012-06-13 株式会社 日立ディスプレイズ 画面入力型画像表示システム
TWI395125B (zh) * 2009-07-14 2013-05-01 Sonix Technology Co Ltd 電容式觸控感應電路
KR101077032B1 (ko) * 2009-08-19 2011-10-26 주식회사 실리콘웍스 터치스크린 액정표시장치의 타이밍 조정방법
KR101077031B1 (ko) * 2009-08-19 2011-10-26 주식회사 실리콘웍스 데이터 구동회로 및 이를 포함하는 터치스크린 액정표시장치
US20110163768A1 (en) * 2010-01-05 2011-07-07 Sain Infocom Touch screen device, capacitance measuring circuit thereof, and method of measuring capacitance
TWI433015B (zh) * 2010-03-08 2014-04-01 Chunghwa Picture Tubes Ltd 電容偵測電路
KR101178731B1 (ko) * 2010-05-13 2012-08-31 주식회사 실리콘웍스 터치스크린의 터치라인신호 처리회로
US9081038B2 (en) * 2011-10-04 2015-07-14 Analog Devices, Inc. Voltage monitor

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101295110B1 (ko) * 2012-03-06 2013-08-09 주식회사 리딩유아이 터치센서의 정전용량 측정회로 및 이를 갖는 정전용량식 터치패널
WO2013133554A1 (ko) * 2012-03-06 2013-09-12 주식회사 리딩유아이 터치센서의 정전용량 측정회로 및 이를 갖는 정전용량식 터치패널
US9541589B2 (en) 2012-03-06 2017-01-10 Leading Ui Co., Ltd. Capacitance measuring circuit of a touch sensor and capacitive touch panel having the capacitance measuring circuit
KR101235841B1 (ko) * 2012-03-22 2013-02-25 세원텔레텍 주식회사 터치 스크린의 정전 용량 측정 장치
KR101537228B1 (ko) * 2013-08-30 2015-07-16 크루셜텍 (주) 터치 검출 장치 및 방법
KR101537229B1 (ko) * 2013-08-30 2015-07-16 크루셜텍 (주) 터치 검출 장치 및 방법
KR20150071543A (ko) * 2013-12-18 2015-06-26 엘지디스플레이 주식회사 터치전극의 정전용량 산출 장치 및 방법
KR20220144574A (ko) * 2021-04-20 2022-10-27 한국광기술원 지능형 센서 인식을 위한 센서 인터페이스 장치 및 방법

Also Published As

Publication number Publication date
US20110279131A1 (en) 2011-11-17
KR101216393B1 (ko) 2012-12-28
US8674709B2 (en) 2014-03-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101216393B1 (ko) 터치스크린의 정전용량 측정회로 및 방법
US9702914B2 (en) Capacitance measurement device and electronic device thereof
US8847911B2 (en) Circuit to provide signal to sense array
US7253643B1 (en) Uninterrupted radial capacitive sense interface
US20100245286A1 (en) Touch screen finger tracking algorithm
KR101388906B1 (ko) 정전용량 감지 장치, 정전용량 감지 방법, 및 터치스크린 장치
JP4727754B1 (ja) 静電容量式タッチパネル
US9146650B2 (en) High resolution capacitance to code converter
US20090225044A1 (en) Determining touch on keys of touch sensitive input device
US20110163994A1 (en) Touch sensing system, capacitance sensing apparatus and capacitance sensing method thereof
US9310953B1 (en) Full-wave synchronous rectification for self-capacitance sensing
CN111052059B (zh) 毫微功率电容到数字转换器
KR101350673B1 (ko) 정전용량 감지 장치, 정전용량 감지 방법, 및 터치스크린 장치
KR102593262B1 (ko) 터치 센서 컨트롤러
US8547117B2 (en) Capacitive touch panel
US8917101B2 (en) Touch detection method and related touch control device
US8384689B2 (en) Switched-capacitor tracking apparatus of touch panel and operating method thereof
KR101376862B1 (ko) 정전용량 검출 제어 장치, 정전용량 검출 제어 방법, 및 터치스크린 장치
US20110187663A1 (en) Object sensing apparatus, touch sensing system, and touch sensing method
TWI421511B (zh) 觸控面板
US9411480B2 (en) Controlling method and touch panel using the same for reducing resolution requirement of analog-digital converter
KR101431884B1 (ko) 터치 스크린 패널
KR101235841B1 (ko) 터치 스크린의 정전 용량 측정 장치
KR101332063B1 (ko) 터치 스크린 패널
WO2015038177A1 (en) High resolution capacitance to code converter

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150901

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160922

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170907

Year of fee payment: 6