KR20120027412A - 고속 멀티-터치 터치 디바이스 및 그 제어기 - Google Patents

Abstract

터치 감응 디바이스는 터치 패널, 구동 유닛, 감지 유닛, 및 측정 유닛을 포함한다. 패널의 노드에 가해지는 터치는 터치 패널의 2개의 전극(구동 전극과 감지 전극) 사이의 용량성 커플링을 변화시킨다. 구동 유닛은 하나 이상의 구동 펄스를 포함할 수 있는 구동 신호를 구동 전극에 전달한다. 감지 유닛은 감지 전극에 결합되어 있고, 구동 신호의 미분된 표현을 포함하는 응답 신호를 발생한다. 응답 신호의 진폭은 전극들 사이의 용량성 커플링에 반응하고, 노드에서의 터치의 표시를 제공하기 위해 측정된다.

Description

고속 멀티-터치 터치 디바이스 및 그 제어기{HIGH SPEED MULTI-TOUCH TOUCH DEVICE AND CONTROLLER THEREFOR}

관련 출원과의 상호 참조

본 출원은 2009년 5월 29일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/182366호, 및 2009년 8월 5일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/231471호를 기초로 우선권 주장하며, 이들 출원의 개시 내용은 참조 문헌으로서 그 전체가 본 명세서에 포함된다.

본 발명은 일반적으로 터치 감응 디바이스, 특히 사용자의 손가락 또는 기타 터치 도구와 터치 디바이스 사이의 용량성 커플링에 의존하는 터치 감응 디바이스에 관한 것이며, 특히 동시에 터치 디바이스의 상이한 부분에 가해지는 다수의 터치를 검출할 수 있는 이러한 디바이스에 적용된다.

터치 감응 디바이스는 기계적 버튼, 키패드, 키보드 및 포인팅 디바이스에 대한 필요성을 줄이거나 제거함으로써 사용자가 전자 시스템 및 디스플레이와 편리하게 인터페이스할 수 있도록 해준다. 예를 들어, 사용자는 아이콘에 의해 식별되는 위치에서 온-디스플레이 터치 스크린(on-display touch screen)을 간단히 터치함으로써 복잡한 일련의 명령어를 수행할 수 있다.

예를 들어, 저항, 적외선, 용량성, 표면 탄성파, 전자기, 근접장 이미징 등을 포함하는 터치 감응 디바이스를 구현하기 위한 몇 가지 유형의 기술들이 있다. 용량성 터치 감응 디바이스는 다수의 응용에서 잘 동작하는 것으로 알려져 있다. 많은 터치 감응 디바이스에서, 센서 내의 전도성 물체가 사용자의 손가락과 같은 전도성 터치 도구에 용량적으로 결합될 때 입력이 감지된다. 일반적으로, 2개의 전기 전도성 부재가 실제로 터치하는 일 없이 서로 근접하게 될 때마다, 이들 사이에 커패시턴스가 형성된다. 용량성 터치 감응 디바이스의 경우, 손가락과 같은 물체가 터치 감지 표면에 접근함에 따라, 작은 커패시턴스가 물체와 이 물체에 아주 근접하는 감지 지점 사이에 형성된다. 감지 지점들 각각에서의 커패시턴스의 변경을 검출하고 감지 지점의 위치에 주목함으로써, 감지 회로는 터치 표면을 가로질러 이동하면서 복수의 물체를 인식하고 이 물체의 특성을 판정할 수 있다.

터치를 용량적으로 측정하기 위해 이용되는 두가지 공지의 기법이 있다. 첫번째 기법은 접지에 대한 커패시턴스를 측정하는 것으로, 이에 의해 신호가 전극에 인가된다. 전극에 근접한 터치는 신호 전류가 전극으로부터 손가락과 같은 물체를 통해 전기적 접지로 흐르게 한다.

터치를 용량적으로 측정하는 데에 이용되는 두번째 기법은 상호 커패시턴스에 의한 것이다. 상호 커패시턴스 터치 스크린은 신호를 전기장에 의해 수신 전극에 용량적으로 커플링되는 구동 전극에 인가한다. 두 전극 간의 신호 커플링은 근접한 물체에 의해 감소되고, 이는 용량성 커플링을 감소시킨다.

제2 기법과 관련하여, 다양한 부가의 기법이 전극들 사이의 상호 커패시턴스를 측정하는 데 사용되었다. 한가지 이러한 기법에서, 수신 전극에 결합된 커패시터는 구동 신호의 다수의 펄스와 연관된 다수의 전하를 축적하는 데 사용된다. 구동 신호의 각각의 펄스는 이와 같이 이러한 "적분 커패시터(integrating capacitor)"에 쌓이는 총 전하의 작은 부분에만 기여한다. 미국 특허 제6,452,514호(Philipp)를 참조한다. 이 기법은 양호한 노이즈 내성(noise immunity)을 가지지만, 적분 커패시터를 충전시키는 데 필요한 펄스의 수에 따라 그 속도가 제한될 수 있다.

본 출원은, 그 중에서도, 동시에 또는 중복하는 때에 터치 디바이스의 상이한 부분에 가해지는 다수의 터치를 검출할 수 있는 터치 감응 디바이스를 개시하고 있다. 게다가, 터치 디바이스는 구동 전극과 수신 전극 사이의 용량성 커플링을 측정하기 위해 적분 커패시터를 이용할 필요가 없다. 오히려, 적어도 일부 실시 형태에서, 특정의 구동 전극과 특정의 수신 전극 사이의, 또는 심지어 특정의 구동 전극과 복수의 수신 전극(예를 들어, 모든 수신 전극) 사이의 용량성 커플링을 측정하는 데 구동 신호로부터의 단일 펄스만 있어도 된다. 이것을 달성하기 위해, 구동 신호에 대해 적당한 펄스 형상이 사용되는 것으로 가정하면, 각각의 수신 전극에 대해 구동 신호의 미분된 표현 - 응답 신호라고 함 - 이 발생되도록 미분 회로가 바람직하게는 수신 전극에 결합되어 있다. 예시적인 실시 형태에서, 각각의 미분 회로는 연산 증폭기(operational amplifier, op amp)를 포함할 수 있고, 피드백 저항기가 연산 증폭기의 반전 입력과 연산 증폭기의 출력 사이에 연결되어 있으며, 반전 입력은 또한 주어진 수신 전극에 연결되어 있다. 회로가 구동 신호의 시간에 대한 도함수의 적어도 근사치를 어떤 형태로 포함하고 있는 출력을 제공하는 한, 다른 공지된 미분 회로 설계가 또한 사용될 수 있다.

응답 신호의 피크 진폭 또는 평균 진폭과 같은 특성 진폭은 샘플링되는 구동 전극과 수신 전극 사이의 용량성 커플링을 나타낸다. 특정의 구동 및 수신 전극에 대응하는 노드에서의 터치는 용량성 커플링을 감소시키고 특성 진폭을 감소시키는 효과가 있다. 이러한 진폭의 감소는 구동 신호의 단일 펄스만으로도 측정될 수 있다. 동시적인 또는 다른 방식으로 시간상 중복하는 터치 디바이스의 상이한 부분에서의 다수의 터치가 이러한 방식으로 검출될 수 있다. 노이즈 감소가 요망되는 경우, 구동 신호로부터의 선택된 수의 다중 펄스가 각각의 구동/수신 전극쌍(즉, 노드)에 대해 이용될 수 있고, 진폭 측정치가 측정되거나 보다 낮은 노이즈 측정치를 제공하기 위해 다른 방식으로 처리될 수 있다.

본 출원은 또한 터치 패널, 구동 유닛, 감지 유닛, 및 측정 유닛을 포함하는 터치 감응 장치를 개시하고 있다. 패널은 터치 표면 및 전극 매트릭스(electrode matrix)를 정의하는 복수의 전극을 포함할 수 있고, 복수의 전극은 복수의 구동 전극 및 복수의 수신 전극을 포함한다. 각각의 구동 전극은 매트릭스의 각자의 노드에서 각각의 수신 전극에 용량적으로 결합되어 있다. 노드들 중 주어진 노드에 근접한 터치 표면 상의 터치가 구동 전극과 주어진 노드와 연관된 수신 전극 사이의 결합 커패시턴스(coupling capacitance)를 변경하도록 패널이 구성되어 있다. 구동 유닛은, 또한, 구동 신호를 발생하고 구동 신호를, 예를 들어, 멀티플렉서를 통해, 한번에 하나씩 구동 전극에 전달하도록 구성되어 있다. 구동 신호는 단지 하나의 개별 구동 펄스이거나 이를 포함할 수 있거나, 복수의 이러한 구동 펄스 또는 이러한 구동 펄스 열을 포함할 수 있다. 감지 유닛은, 각각의 구동 전극에 전달된 각각의 구동 신호에 대해, 이러한 구동 전극에 용량적으로 결합되어 있는 복수의 수신 전극에 대한 응답 신호를 발생하도록 구성될 수 있고, 각각의 응답 신호는 구동 신호의 미분된 표현을 포함한다. 이들 응답 신호 각각의 진폭은 연관된 노드에서의 결합 커패시턴스에 반응한다. 마지막으로, 측정 유닛은 바람직하게는 각각의 노드에 대한 각각의 응답 신호의 진폭을 측정하고 그로부터 터치 표면 상의 다수의 시간상 중복하는 터치(있는 경우)의 위치를 결정하도록 구성되어 있다.

응답 신호에 대한 원하는 파형 형상을 제공하기 위해 구동 신호에서 사용되는 구동 펄스(들)의 형상이 조정되거나 선택될 수 있다. 예를 들어, 구동 펄스에 대해 직사각형 형상이 사용되는 경우, 감지 유닛에 의해 발생되는 응답 신호는 전형적으로 한쌍의 반대 극성 임펄스 펄스(opposite polarity impulse pulse)를 포함하고, 이 펄스의 피크 진폭이 피크 검출기 및 선택적인 샘플/홀드 버퍼를 사용하여 분리될 수 있다. 대안적으로, 램프-형상의 구동 펄스가 선택되는 경우, 응답 신호는 전형적으로 공칭상 직사각형인 펄스 형상을 포함하고, 즉 2개의 비교적 가파른 하이-로우 천이(high-to-low transition) 사이에 배치된 비교적 일정한 진폭 안정기(amplitude plateau)를 포함하고, 이의 일례에 대해서는 이하에서 기술한다. 이러한 직사각형-형상의 응답 신호는 있을 수 있는 특정 회로 요소의 생략 및 터치 디바이스의 전체적인 간소화를 가능하게 해주며, 이에 대해서는 이하에서 더 기술한다.

본 출원은 또한 터치 패널, 구동 유닛, 및 감지 유닛을 포함하는 터치 감응 장치를 개시하고 있다. 패널은 터치 표면 및 전극 매트릭스를 정의하는 복수의 전극을 포함하고, 전극 매트릭스는 매트릭스의 주어진 노드에 근접한 터치 표면 상의 터치가 2개의 전극 사이의 결합 커패시턴스를 변경하도록 구성되어 있다. 구동 유닛은 전극 매트릭스에 결합되어 있고 하나 이상의 램프형 펄스(ramped pulse)를 포함하는 구동 신호를 발생하도록 구성되어 있다. 감지 유닛은 또한 전극 매트릭스에 결합되어 있고, 구동 신호에 응답하여, 하나 이상의 직사각형 펄스를 포함하는 적어도 하나의 응답 신호를 발생하도록 구성되어 있고, 적어도 하나의 응답 신호의 진폭은 터치 표면 상의 터치에 반응한다.

관련 방법, 시스템 및 물품이 또한 논의된다.

본 출원의 이들 태양 및 다른 태양이 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나, 어떠한 경우에도 상기 개요는 청구된 요지에 대한 제한으로서 해석되어서는 안되며, 그 요지는 절차의 수행 동안 보정될 수 있는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 한정된다.

도 1은 터치 디바이스의 개략도.
도 2는 터치 디바이스에서 사용되는 터치 패널의 일부분의 개략 측면도.
도 3a는 관련 구동 및 검출 회로가 하나의 구동 전극 및 그에 용량적으로 결합된 하나의 수신 전극과 관련하여 도시되어 있는 터치 디바이스의 개략도.
도 3b는 도 3a의 터치 감응 디바이스와 유사하지만 수신 전극에서의 신호 세기의 차이를 고려하기 위해 부가의 회로를 포함하는 터치 감응 디바이스의 개략도.
도 3c는 도 3a의 터치 감응 디바이스와 유사하지만, 예를 들어, 디스플레이로부터의 노이즈를 고려하기 위해 부가의 회로를 포함하는 터치 감응 디바이스의 개략도.
도 4a는 도 3a의 터치 디바이스에 대한 구동 신호 및 대응하는 (모델링된) 응답 신호의 그래프로서, 여기서 구동 신호는 직사각형 펄스를 포함하고 응답 신호는 임펄스 펄스를 포함함.
도 4b는 3개의 구동 전극에 대한 모델링된 파형 및 3개의 수신 전극에서의 연관된 응답 파형을 나타낸 그래프.
도 5a는 도 4a의 그래프와 유사하지만 상이한 구동 신호에 대한 그래프로서, 여기서 구동 신호는 램프형 펄스를 포함하고 응답 신호는 직사각형 모양의 펄스를 포함함.
도 5b는, 도 4b와 유사한, 3개의 구동 전극에 대한 모델링된 파형 및 3개의 수신 전극에서의 연관된 응답 파형을 나타낸 그래프.
도 6a는 도 3a의 터치 디바이스에 대한 또 다른 구동 신호의 그래프 및 예상되는 응답 신호의 개략적 표현으로서, 여기서 구동 신호는 램프형 펄스를 포함하고 응답 신호는 직사각형 펄스를 포함함.
도 6b는, 도 4b 및 도 5b와 유사한, 3개의 구동 전극에 대한 모델링된 파형 및 3개의 수신 전극에서의 연관된 응답 파형을 나타낸 그래프.
도 7은 도 3c의 터치 디바이스에 대한 구동 신호 및 대응하는 (모델링된) 응답 신호의 그래프로서, 여기서 구동 신호는 직사각형 펄스를 포함하고 응답 신호는 임펄스 펄스를 포함함.
도 8은 용량적으로 결합된 전극의 4x8 매트릭스를 갖는 터치 패널, 및 터치 패널 상의 다수의 동시적인 터치를 검출하는 데 사용될 수 있는 다양한 회로 구성요소를 포함하는 터치 디바이스의 개략도.
이들 도면에서, 동일한 도면 부호는 동일한 요소를 가리킨다.

도 1에, 예시적인 터치 디바이스(110)가 도시되어 있다. 디바이스(110)는 전자 회로에 연결된 터치 패널(112)을 포함하며, 전자 회로는 간단함을 위해 114로 표시된 하나의 개략적인 상자 내에 그룹화되어 있고 총칭하여 제어기라고 한다.

터치 패널(112)은 열 전극(column electrode)(116a 내지 116e)과 행 전극(row electrode)(118a 내지 118e)의 5x5 매트릭스를 갖는 것으로 도시되어 있지만, 다른 수의 전극 및 다른 매트릭스 크기도 사용될 수 있다. 패널(112)은 전형적으로 사용자가 패널(112)을 통해 물체(컴퓨터, 핸드헬드 장치, 휴대폰, 또는 기타 주변 장치의 픽셀화된 디스플레이 등)를 볼 수 있도록 실질적으로 투명하다. 경계(120)는 패널(112)의 가시 영역(viewing area)과 또한 바람직하게는, 사용되는 경우, 이러한 디스플레이의 가시 영역을 나타낸다. 전극(116a 내지 116e, 118a 내지 118e)은, 평면도에서 볼 때, 가시 영역(120) 상에 공간적으로 분포되어 있다. 설명의 편의상, 전극이 넓고 잘 보이도록 도시되어 있지만, 실제로는 비교적 좁고 사용자에게 잘 보이지 않게 되어 있을 수 있다. 게다가, 전극이 가변 폭 - 예를 들어, 전극간 프린지 전계(inter-electrode fringe field)를 증가시키고 그로써 전극간 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. 예시적인 실시 형태에서, 전극은 ITO(indium tin oxide, 인듐 주석 산화물) 또는 다른 적당한 전기 전도성 물질로 이루어져 있을 수 있다. 깊이 측면에서 볼 때, 열 전극과 행 전극 사이에 상당한 오옴 접촉(ohmic contact)이 일어나지 않도록 그리고 주어진 열 전극과 주어진 행 전극 사이의 유일한 유효 전기적 커플링(significant electrical coupling)만이 용량성 커플링이도록 열 전극이 행 전극과 상이한 평면에 있을 수 있다[도 1에서 볼 때, 열 전극(116a 내지 116e)이 행 전극(118a 내지 118e) 아래에 있다]. 전극의 매트릭스가 전형적으로 커버 유리, 플라스틱 필름, 기타 아래에 있으며, 따라서 전극이 사용자의 손가락 또는 기타 터치-관련 도구와의 직접적인 물리적 접촉으로부터 보호된다. 이러한 커버 유리, 필름 또는 기타의 노출된 표면은 터치 표면이라고 할 수 있다. 그에 부가하여, 디스플레이-유형 응용에서, 후방 차폐물(back shield)이 디스플레이와 터치 패널(112) 사이에 배치될 수 있다. 이러한 후방 차폐물은 전형적으로 유리 또는 필름 상의 전도성 ITO 코팅으로 이루어져 있고, 접지되거나 외부의 전기적 간섭원으로부터의 터치 패널(112) 내로의 신호 커플링을 감소시키는 파형으로 구동될 수 있다. 다른 후방 차폐 방식이 본 기술 분야에 공지되어 있다. 일반적으로, 후방 차폐물은 터치 패널(112)에 의해 감지되는 노이즈를 감소시키며, 이는 일부 실시 형태에서 개선된 터치 감도(예를 들어, 보다 약한 터치를 감지하는 능력) 및 보다 빠른 응답 시간을 제공할 수 있다. 후방 차폐물은 때때로, 예를 들어, LCD 디스플레이로부터의 노이즈 세기가 거리에 따라 급속히 감소하기 때문에 터치 패널(112)과 디스플레이 사이에 간격을 두는 것을 비롯한, 다른 노이즈 감소 방법과 함께 사용된다. 이들 기법에 부가하여, 노이즈 문제를 처리하는 다른 방법이 다양한 실시 형태를 참조하여 이하에서 논의된다.

임의의 열 및 행 전극 간의 용량성 커플링은 주로 전극들이 서로 가장 가까이 있는 영역에서의 전극들의 기하형태의 함수이다. 이러한 영역은 전극 매트릭스의 "노드"에 대응하며, 이들 중 일부가 도 1에 표시되어 있다. 예를 들어, 열 전극(116a)과 행 전극(118d) 사이의 용량성 커플링은 주로 노드(122)에서 일어나고, 열 전극(116b)과 행 전극(118e) 사이의 용량성 커플링은 주로 노드(124)에서 일어난다. 도 1의 5x5 매트릭스는 25개의 이러한 노드를 가지며, 이들 중 임의의 노드가, 각자의 열 전극(116a 내지 116e)을 제어기에 개별적으로 결합시키는 제어 라인들(126) 중 하나의 적절한 선택 및 각자의 행 전극(118a 내지 118e)을 제어기에 개별적으로 결합시키는 제어 라인들(128) 중 하나의 적절한 선택을 통해, 제어기(114)에 의해 어드레싱될 수 있다.

터치 위치(131)에 나타낸 바와 같이, 사용자의 손가락(130) 또는 기타 터치 도구가 디바이스(110)의 터치 표면과 접촉하거나 거의 접촉할 때, 손가락은 전극 매트릭스와 용량적으로 결합한다. 손가락은 매트릭스로부터, 특히 터치 위치에 가장 가까이 있는 그 전극으로부터 전하를 끌어내고, 그렇게 할 때, 손가락은 가장 가까운 노드(들)에 대응하는 전극들 사이의 결합 커패시턴스를 변경한다. 예를 들어, 터치 위치(131)에서의 터치는 전극(116c/118b)에 대응하는 노드에 가장 가깝게 있다. 이하에서 더 기술하는 바와 같이, 이러한 결합 커패시턴스의 변화가 제어기(114)에 의해 검출되고 116a/118b 노드에서 또는 그 근방에서의 터치로서 해석될 수 있다. 바람직하게는, 제어기는, 있는 경우, 매트릭스의 모든 노드의 커패시턴스의 변화를 신속하게 검출하도록 구성되어 있고, 보간에 의해 노드들 사이에 있는 터치 위치를 정확하게 결정하기 위해 이웃 노드에 대한 커패시턴스 변화의 크기를 분석할 수 있다. 게다가, 제어기(114)는 유리하게도 동시에 또는 중복하는 때에 터치 디바이스의 상이한 부분에 가해지는 다수의 개별 터치를 검출하도록 설계되어 있다. 따라서, 예를 들어, 다른 손가락(132)이, 손가락(130)의 터치와 동시에, 터치 위치(133)에서 디바이스(110)의 터치 표면을 터치하는 경우, 또는 각자의 터치가 적어도 시간적으로 중복하는 경우, 제어기는 바람직하게는 이러한 터치 둘다의 위치(131, 133)를 검출하고 터치 출력(114a)을 통해 이러한 위치를 제공할 수 있다. 제어기(114)에 의해 검출될 수 있는 별개의 동시적인 또는 시간적으로 중복하는 터치의 수가 바람직하게는 2로 제한되지 않으며, 예를 들어, 전극 매트릭스의 크기에 따라 3, 4 또는 그 이상일 수 있다.

이하에서 더 논의하는 바와 같이, 제어기(114)는 바람직하게는 전극 매트릭스의 노드들 중 일부 또는 전부에서의 결합 커패시턴스를 신속하게 결정할 수 있게 해주는 각종의 회로 모듈 및 구성요소를 이용한다. 예를 들어, 제어기는 바람직하게 적어도 하나의 신호 발생기 또는 구동 유닛을 포함한다. 구동 유닛은 구동 전극이라고 하는, 한 세트의 전극에 구동 신호를 전달한다. 도 1의 실시 형태에서, 열 전극(116a 내지 116e)이 구동 전극으로서 사용될 수 있거나, 행 전극(118a 내지 118e)이 그렇게 사용될 수 있다. 구동 신호는 바람직하게는 한번에 하나의 구동 전극에, 예를 들어, 첫번째 구동 전극부터 마지막 구동 전극까지 스캔되는 순서로 전달된다. 각각의 이러한 전극이 구동될 때, 제어기는 수신 전극이라고 하는 다른 일련의 전극을 모니터링한다. 제어기(114)는 모든 수신 전극에 결합되어 있는 하나 이상의 감지 유닛을 포함할 수 있다. 각각의 구동 전극에 전달되는 각각의 구동 신호에 대해, 감지 유닛(들)은 복수의 수신 전극에 대한 응답 신호를 발생한다. 바람직하게는, 각각의 응답 신호가 구동 신호의 미분된 표현을 포함하도록 감지 유닛(들)이 설계되어 있다. 예를 들어, 구동 신호가 시간의 함수인 전압을 표현할 수 있는 함수 f(t)로 표현되는 경우, 응답 신호는 적어도 대략 함수 g(t)[단, g(t) = d f(t)/dt]이거나 이를 포함할 수 있다. 환언하면, g(t)는 구동 신호 f(t)의 시간에 대한 도함수이다. 제어기(114)에 사용되는 회로의 설계 상세에 따라, 응답 신호는, 예를 들어, (1) g(t)만, 또는 (2) 상수 오프셋을 갖는 g(t)[g(t) + a], 또는 (3) 곱셈 스케일링 인자(multiplicative scaling factor)를 갖는 g(t)[b * g(t)] - 스케일링 인자는 플러스 또는 마이너스일 수 있고 1 초과 또는 0 초과 1 미만의 크기를 가질 수 있음 -, 또는 (4) 이들의 조합을 포함할 수 있다. 어쨋든, 응답 신호의 진폭은 유리하게도 구동되는 구동 전극과 모니터링되는 특정의 수신 전극 사이의 결합 커패시턴스에 관련되어 있다. 물론, g(t)의 진폭은 또한 원래의 함수 f(t)의 진폭에 비례한다. 주목할 점은, 원하는 경우, 구동 신호의 단일 펄스만을 사용하여 주어진 노드에 대해 g(t)의 진폭이 결정될 수 있다는 것이다.

제어기는 또한 응답 신호의 진폭을 식별하고 분리하는 회로를 포함할 수 있다. 이를 위한 예시적인 회로 장치는 하나 이상의 피크 검출기, 샘플/홀드 버퍼, 및/또는 저역 통과 필터를 포함할 수 있고, 그의 선택은 구동 신호 및 대응하는 응답 신호의 성질에 의존할 수 있다. 제어기는 또한 아날로그 진폭을 디지털 형식으로 변환하는 하나 이상의 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 포함할 수 있다. 불필요한 회로 요소의 중복을 피하기 위해 하나 이상의 멀티플렉서가 또한 사용될 수 있다. 물론, 제어기는 바람직하게는 측정된 진폭 및 연관된 파라미터를 저장하는 하나 이상의 메모리 장치와, 필요한 계산 및 제어 기능을 수행하는 마이크로프로세서를 포함한다.

전극 매트릭스 내의 각각의 노드에 대한 응답 신호의 진폭을 측정함으로써, 제어기는 전극 매트릭스의 각각의 노드에 대한 결합 커패시턴스에 관련된 측정된 값들의 행렬을 발생할 수 있다. 어느 노드(있는 경우)가 터치의 존재로 인한 결합 커패시턴스의 변화를 경험하는지를 결정하기 위해, 이들 측정된 값이 이전에 획득된 기준 값의 유사한 행렬과 비교될 수 있다.

이제 도 2를 참조하면, 터치 디바이스에서 사용되는 터치 패널(210)의 일부분의 개략 측면도가 있다. 패널(210)은 전면층(212), 제1 일련의 전극을 포함하는 제1 전극층(214), 절연층(216), 바람직하게는 제1 일련의 전극에 직교하는 제2 일련의 전극(218a 내지 218e)을 포함하는 제2 전극층(218), 및 배면층(220)을 포함한다. 층(212)의 노출된 표면(212a) 또는 층(220)의 노출된 표면(220a)은 터치 패널(210)의 터치 표면이거나 이를 포함할 수 있다.

도 3a는 구동 및 검출 회로와 같은 관련 제어기 회로가 결합 커패시턴스 Cc를 통해 하나의 구동 전극(314) 및 하나의 수신 전극(316)에 용량적으로 결합되어 있는 터치 패널(312)과 관련하여 도시되어 있는 터치 디바이스(310)를 나타낸 것이다. 읽는 사람은 이것이 터치 패널의 일반화 - 여기서, 구동 전극(314)은 복수의 구동 전극의 하나일 수 있고 수신 전극(316)은 마찬가지로 터치 패널 상에 매트릭스로 배열된 복수의 수신 전극의 하나일 수 있음 - 라는 것을 잘 알 것이다.

실제로, 본 명세서에 기술된 터치 측정 기법 중 적어도 일부에서 사용될 수 있는 관심의 한 특정의 실시 형태에서, 터치 패널은 16:10 종횡비를 갖는 48.2 ㎝(19 인치) 대각선의 직사각형 가시 영역을 가지는 40 × 64(40 행, 64 열) 매트릭스 디바이스를 포함할 수 있다. 이 경우에, 전극은 약 0.63 ㎝(0.25 인치)의 균일한 간격을 가질 수 있다. 이 실시 형태의 크기로 인해, 전극은 그와 연관된 상당한 표유 임피던스(stray impedance)(예를 들어, 행 전극에 대한 40K 오옴 및 열 전극에 대한 64K 오옴의 저항)를 가질 수 있다. 양호한 인적 요인 터치 응답에 대해, 매트릭스의 2,560 노드(40 * 64 = 2560) 모두의 결합 커패시턴스를 측정하는 응답 시간이, 원하는 경우, 비교적 빠르게(예를 들어, 20 밀리초 미만 또는 심지어 10 밀리초 미만) 될 수 있다. 행 전극이 구동 전극으로서 사용되고 열 전극이 수신 전극으로서 사용되는 경우 그리고 모든 열 전극이 동시에 샘플링되는 경우, 행 전극(구동 전극)마다 0.5 msec(또는 0.25 msec)의 시간 예산(time budget)에 대해, 40 행의 전극이 순차적으로 스캔되는 데, 예를 들어, 20 msec(또는 10 msec) 걸린다.

도 3a의 구동 전극(314) 및 수신 전극(316) - 그의 물리적 특성보다는 그의 전기적 특성으로(집중 회로 요소 모델의 형태로) 나타내어져 있음 - 은 40 × 64보다 작은 매트릭스를 갖는 터치 디바이스에서 찾아볼 수 있는 전극을 나타내지만, 이것이 제한하는 것으로 생각되어서는 안된다. 도 3a의 이 대표적인 실시 형태에서, 집중 회로 모델로 나타낸 직렬 저항 R 각각은 10K 오옴의 값을 가질 수 있고, 집중 회로 모델로 나타낸 표유 커패시턴스 C 각각은 20 피코패럿(pf)의 값을 가질 수 있지만, 물론 이들 값이 결코 제한하는 것으로 보아서는 안된다. 이 대표적인 실시 형태에서, 결합 커패시턴스 C_c는 공칭상 2 pf이고, 전극(314)과 전극(316) 사이의 노드에 사용자의 손가락(318)에 의한 터치가 존재하는 것으로 인해 결합 커패시턴스 C_c가 약 25%만큼 떨어져 약 1.5 pf의 값으로 된다. 다시 말하지만, 이들 값이 제한하는 것으로 보아서는 안된다.

앞서 기술한 제어기에 따르면, 터치 디바이스(310)는 패널(312)의 각각의 노드에서의 결합 커패시턴스 C_c를 결정하기 위해 특정의 회로를 사용하여 패널(312)을 조사한다. 이 점에서, 읽는 사람은 제어기가 결합 커패시턴스를 나타내거나 그에 반응하는 파라미터(예를 들어, 앞서 언급하고 이하에서 더 기술되는 응답 신호의 진폭)의 값을 결정함으로써 결합 커패시턴스를 결정할 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 이 작업을 달성하기 위해, 디바이스(310)는 바람직하게는 구동 전극(314)에 결합된 저임피던스 구동 유닛(320), 결합 커패시턴스와 함께, 구동 유닛에 의해 공급되는 구동 신호에 대한 미분을 수행하는, 수신 전극(316)에 결합된 감지 유닛(322), 및 감지 유닛(322)에 의해 발생된 응답 신호의 진폭을 디지털 형식으로 변환하는 아날로그-디지털 변환기(ADC) 유닛(324)을 포함한다. 구동 유닛(320)에 의해 공급되는 구동 신호의 성질[따라서 또한 감지 유닛(322)에 의해 발생되는 응답 신호의 성질]에 따라, 디바이스(310)는 또한, 이 실시 형태에서, 샘플/홀드 버퍼로서 역할하는 피크 검출 회로(326a), 및 피크 검출기를 리셋시키는 동작을 하는 관련 리셋 회로(326b)를 포함할 수 있다. 대부분의 실제 응용에서, 디바이스(310)는 또한 주어진 때에 복수의 구동 전극 중 임의의 구동 전극을 어드레싱할 수 있기 위해 신호 발생기(320)와 터치 패널(312) 사이에 멀티플렉서를 포함하는 것을 물론, 하나의 ADC 유닛이 다수의 수신 전극과 연관된 진폭을 빠르게 샘플링할 수 있게 해주기 위해 감지 유닛(322)[또는 선택적인 회로(326b)]과 ADC 유닛(324) 사이에 멀티플렉서를 포함할 것이며, 이로써 각각의 수신 전극마다 하나의 ADC 유닛을 필요로 하는 비용을 회피한다.

구동 유닛(320)은 바람직하게는 내부 임피던스 - 바람직하게는 양호한 신호 무결성을 유지하고 주입되는 노이즈를 감소시키며 및/또는 빠른 신호 상승 및 하강 시간을 유지하도록 충분히 낮음 - 를 갖는 전압원이거나 이를 포함한다. 구동 유닛(320)은 그의 출력에서 시변 구동 신호를 구동 전극(314)에 제공한다. 구동 신호는 기본적으로 하나의 분리된 펄스로 이루어져 있을 수 있거나, 연속적인 AC 파형 또는 파형 패킷(사인파, 방형파, 삼각파, 기타 등등)을 형성하는 복수의 이러한 펄스 또는 펄스 열을 포함할 수 있다. 이 점에서, "펄스"라는 용어는 뚜렷한 신호 변동을 말하기 위해 광의로 사용되고, 짧은 지속기간 및 높은 진폭의 직사각형 형상으로 제한되지 않는다. 터치 패널 상의 터치(들)의 빠른 검출이 요망되는 경우, 구동 신호는 바람직하게는 주어진 노드에서의 결합 커패시턴스의 신뢰성있는 측정치를 획득하는 데 필요한 최소 수의 펄스만을 포함한다. 이것은 큰 전극 매트릭스(즉, 감지할 많은 수의 노드)를 가지는 터치 패널에 특히 중요하게 된다. 구동 펄스(들)의 피크 또는 최대 진폭은 바람직하게는 양호한 신호대 잡음비를 제공하기 위해 비교적 높다(예를 들어, 3 내지 20 볼트). 비록 도 3a에서 단지 한쪽 단부로부터 전극(314)을 구동하는 것으로 도시되어 있지만, 일부 실시 형태에서, 구동 유닛(320)은 그의 양쪽 단부로부터 전극(314)을 구동하도록 구성되어 있을 수 있다. 이것은, 예를 들어, 전극(314)이 큰 ITO-기반 매트릭스형 터치 센서에 존재할 수 있는 바와 같이 높은 저항(따라서 증가된 구동 신호 감쇠 및 노이즈 오염에 대한 취약성)을 가질 때 유용할 수 있다.

읽는 사람은 구동 유닛(320)의 출력에서 제공되는 구동 신호와 특정의 구동 전극(314)에 전달되는 구동 신호가 구별될 수 있다는 것을 염두에 두어야만 한다. 이 구별은, 예를 들어, 구동 유닛을 복수의 구동 전극에, 예를 들어, 한번에 하나씩 선택적으로 결합시키기 위해 멀티플렉서 또는 기타 스위칭 디바이스가 구동 유닛(320)과 터치 패널(312) 사이에 배치될 때 중요하게 된다. 이러한 경우에 구동 유닛(320)은 그의 출력에서 연속적인 AC 파형(방형파, 삼각파, 기타 등등)을 가질 수 있지만, 멀티플렉서의 스위칭 동작으로 인해, 한번에 단지 하나의 이러한 파형의 펄스 또는 단지 몇개의 펄스만이 임의의 주어진 구동 전극에 전달될 수 있다. 예를 들어, 연속적인 AC 파형의 하나의 펄스가 제1 구동 전극에 전달될 수 있고, AC 파형의 그 다음 펄스가 그 다음 구동 전극에 전달될 수 있으며, 모든 구동 전극이 구동될 때까지 이하 마찬가지이며, 모든 전극이 구동될 때 AC 파형의 그 다음 펄스가 다시 제1 구동 전극에 전달되고 이하 마찬가지로 되어 반복 사이클을 이룬다.

도 4 내지 도 6과 관련하여 이하에서 더 설명할 것인 바와 같이, 구동 신호에서 사용되는 펄스의 형상이 디바이스에서 사용될 검출/측정 전자 장치의 선택에 영향을 줄 수 있다. 사용가능한 펄스 형상의 일례는 직사각형 펄스, 램프형 펄스(대칭이든 비대칭이든 상관없음) 및 사인파(예를 들어, 종 형상의) 펄스를 포함한다.

구동 유닛(320)은, 원하는 경우, 상이한 때에 상이한 펄스를 제공하도록 프로그램가능할 수 있다. 예를 들어, 구동 유닛이 멀티플렉서를 통해 복수의 구동 전극에 결합되어 있는 경우, 구동 유닛은 선 저항 및 표유 커패시턴스의 전극간 변동을 보상하기 위해 상이한 구동 전극에 상이한 신호 레벨을 제공하도록 프로그램될 수 있다. 예를 들어, 수신 전극과 연관된 손실을 보상하기 위해, 수신 전극(들)을 통해 긴 전도 길이를 필요로 하는 위치에 배치된 구동 전극은 유리하게도 보다 짧은 전도 길이를 필요로 하는 위치에 배치된 구동 전극보다 더 높은 진폭의 구동 신호로 구동된다. [예를 들어, 도 1의 전극 매트릭스를 참조하면, 행 전극(118a 내지 118e)이 구동 전극인 경우, 전극(118a)에서의 구동 신호가 전극(118e)에 근접한 제어 라인(126)의 배치로 인해 전극(118e)에서의 구동 신호보다 더 긴 길이의 수신 전극(116a 내지 116e)을 통해 결합된다.] 이러한 방식으로 상이한 구동 전극에 상이한 구동 신호 레벨을 제공하는 것은 큰 전극 매트릭스에 특히 유리한데, 그 이유는 터치 스크린에서의 손실에 대해 (수신 전극의 수에 대응하는) 많은 수의 검출 회로를 프로그램하기 보다는, 단지 하나의 구동 신호가 선택된 양만큼 조정되며, 여기서 상이한 구동 전극에 전달되는 구동 신호는 필요한 경우 적절히(as appropriate) 상이한 양만큼 조정된다.

구동 전극(314)에 제공되는 구동 신호는 결합 커패시턴스 C_c를 통해 수신 전극(316)에 용량적으로 결합되어 있고, 수신 전극은 차례로 감지 유닛(322)에 연결되어 있다. 감지 유닛(322)은 따라서 [전극(314, 316) 및 결합 커패시턴스 C_c에 의해 전송되는] 구동 신호를 그의 입력(322a)에서 수신하고, 그로부터 출력(322b)에 응답 신호를 발생한다. 바람직하게는, 응답 신호가 구동 신호 - 그의 진폭은 결합 커패시턴스 C_c에 반응함 - 의 미분된 표현을 포함하도록 감지 유닛이 설계된다. 즉, 감지 유닛에 의해 발생된 응답 신호는 바람직하게는 구동 신호의 시간에 대한 도함수의 적어도 근사치를 어떤 형태로 포함하고 있다. 예를 들어, 응답 신호는 구동 신호의 시간 도함수, 또는 이러한 신호의, 예를 들어, 반전되고, 증폭되며(1 미만의 증폭을 포함함), 전압 또는 진폭이 오프셋되고, 및/또는 시간이 오프셋된 버전을 포함할 수 있다. 이전의 논의로부터 반복하면, 구동 전극에 전달되는 구동 신호가 함수 f(t)로 표현되는 경우, 응답 신호는, 적어도 대략적으로, 함수 g(t)[단, g(t) = df(t)/dt]이거나 이를 포함할 수 있다.

이러한 기능을 수행하는 예시적인 회로가 도 3a에 도시되어 있다. 이러한 회로에 대한 입력(322a로 나타냄)은 연산 증폭기(322c)의 반전 입력(-)이다. 연산 증폭기의 다른쪽 입력[비반전 입력(+)]은 최대 신호 범위에 대해 최적화될 수 있는 공통의 기준 레벨로 설정된다. 도 3에서, 이 기준 레벨은, 간단함을 위해, 접지 전위로 도시되어 있지만, 영이 아닌 오프셋 전압도 역시 사용될 수 있다. 피드백 저항기(322d)가 연산 증폭기의 출력(322b)과 반전 입력 사이에 연결되어 있다. 이러한 방식으로 연결될 때, 연산 증폭기(322c)의 반전 입력[즉, 입력(322a)]은 가상 접지 합산 지점(virtual ground summing point)으로서 유지되고, 그 지점에서 어떤 신호도 관찰되지 않는다. 이것은 또한 수신 전극(316)이 연산 증폭기의 비반전 입력이 유지되는 전압과 실질적으로 같은 일정한 전압으로 유지된다는 것을 의미한다. 피드백 저항기(322d)는 신호 왜곡을 낮게 유지하면서 신호 레벨을 최대화하도록 선택될 수 있고, 그렇지 않고 본 명세서에 기술된 바와 같이 설정되거나 조정될 수 있다.

이러한 방식으로 연결된 연산 증폭기(322c)는, 결합 커패시턴스 C_c와 함께, 구동 전극(314)에 전달되는 구동 신호의 미분된 표현을 생성하는 효과가 있다. 상세하게는, 임의의 주어진 때에 피드백 저항기(322d)를 통해 흐르는 전류 I는 다음과 같이 주어지고,

I ≒ C_c * dV/dt,

여기서 C_c는 결합 커패시턴스이고, V는 구동 전극에 전달되는 시변 구동 신호를 나타내며, dV/dt는 V의 시간에 대한 도함수이다. 이 식이 공칭상 정확하지만, 읽는 사람은, 예를 들어, 사용되는 전극의 기생 저항 및 커패시턴스, 연산 증폭기 특정 및 한계 등에 의해 야기되는 다양한 2차 효과 - 전류 I의 크기 및 동적 응답 둘다에 영향을 줄 수 있음 - 를 고려하고 있지 않다는 것을 잘 알 것이다. 그럼에도 불구하고, 피드백 저항기를 통해 흐르는 전류 I는 앞서 논의한 응답 신호에 대응하는 전압 신호를 출력(322b)에 생성한다. 피드백 저항기를 통한 전류 흐름의 방향으로 인해, 플러스 dV/dt(V가 시간에 따라 증가됨)가 출력(322b)에 마이너스 전압을 생성하고 마이너스 dV/dt(V가 시간에 따라 감소됨)가 출력(322b)에 플러스 전압을 생성하는 한, 이 응답 신호는 반전되며, 특정의 일례가 도 4 내지 도 6과 관련하여 이하에 주어져 있다. 이것은 다음과 같이 표현될 수 있으며,

V_RS ≒ -R_f * C_c * dV/dt,

여기서 V_RS는 임의의 주어진 때에 출력(322b)에서의 응답 신호 전압을 나타내고, R_f는 피드백 저항기(322d)의 저항이다. 주목할 점은, 응답 신호의 진폭(전압)이 공칭상 결합 커패시턴스 C_c에 비례한다는 것이다. 따라서, 전극(314, 318)의 노드에서의 터치가 결합 커패시턴스 C_c를 감소시키기 때문에, 그 노드에 터치가 존재하는지를 판정하기 위해 피크 진폭의 측정치 또는 감지 유닛(322)에 의해 제공되는 응답 신호의 다른 특성 진폭이 분석될 수 있다.

수신 전극(316)이 복수의 수신 전극 중 하나의 수신 전극인 실시 형태에서, 각각의 수신 전극에 대한 전용 감지 유닛(322)을 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 게다가, 상이한 구동 전극에 대해 서로 다른 터치 스크린에서의 신호 손실을 보상하기 위해 상이한 감지 유닛에 상이한 양의 증폭(예를 들어, 상이한 연산 증폭기에 대한 상이한 피드백 저항기 값)을 제공하는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어, 구동 전극과 연관된 손실을 보상하기 위해, 구동 전극(들)을 통해 긴 전도 길이를 필요로 하는 위치에 배치된 수신 전극은 유리하게도 보다 짧은 전도 길이를 필요로 하는 위치에 배치된 수신 전극보다 더 큰 증폭을 제공받는다. [예를 들어, 도 1의 전극 매트릭스를 참조하면, 행 전극(116a 내지 116e)이 수신 전극인 경우, 전극(116a)으로부터 수신된 신호가 전극(116e)에 근접한 제어 라인(128)의 배치로 인해 전극(116e)으로부터 수신된 신호보다 더 긴 길이의 구동 전극(118a 내지 118e)을 통해 결합된다.] 이러한 방식으로 상이한 수신 전극에 상이한 양의 증폭을 제공하는 것은 큰 전극 매트릭스에 특히 유리한데, 그 이유는 터치 스크린에서의 손실에 대해 (수신 전극의 수에 대응하는) 많은 수의 검출 회로를 프로그램할 필요성을 감소시킬 수 있기 때문이다.

앞서 언급한 바와 같이, 디바이스(310)는 또한 피크 검출 회로(326a) - 이 실시 형태에서, 또한 샘플/홀드 버퍼로서 역할함 -, 및 피크 검출기를 리셋시키는 동작을 하는 관련 리셋 회로(326b)를 포함할 수 있다. 감지 유닛(322)에 의해 발생되는 응답 신호의 피크 진폭이 결합 커패시턴스 C_c의 측정치로서 사용되어야 하는 경우에, 이들 회로 요소가 사용될 수 있다. 이러한 경우는 감지 유닛(322)에 의해 제공되는 응답 신호가 아주 과도적인(highly transient) 실시 형태(예를 들어, 하나 이상의 직사각형 펄스가 구동 신호에 사용되는 경우)를 포함할 수 있다(예를 들어, 이하의 도 4a를 참조). 이러한 경우에, 피크 검출기(326a)는 ADC(324)에 의한 신뢰성있는 샘플링 및 디지털 값으로의 변환을 가능하게 해주기 위해 비교적 오랜 시간 동안 응답 신호의 피크 진폭을 유지하는 동작을 한다. 복수의 수신 전극을 갖는 실시 형태에서, 하나의 ADC가 각각의 수신 전극의 검출 회로에 순환적으로 결합(cyclically coupled)될 수 있고, 이는 각각의 검출 회로가 오랜 기간 동안 측정 전압을 유지할 것을 필요로 한다. ADC(324)에서 측정이 행해진 후에, 차후의 사이클에서 새로운 피크값이 측정될 수 있도록 피크 검출기가 리셋 회로(326b)의 동작에 의해 리셋될 수 있다.

피크 검출기(326a)에 대해 나타낸 다이오드/커패시터 결합의 기본 동작 - 감지 유닛(322)을 통해 커패시터를 방전시키지 않고 오랜 기간 동안 피크 전압을 유지시킬 수 있는 것을 포함함 - 이 본 기술 분야의 당업자에게는 명백할 것이며, 추가의 설명이 필요하지 않다. 이와 마찬가지로, 접점(326c)에 제공되는 적당한 리셋 제어 신호에 응답한, 리셋 회로(326b)의 기본 동작도 본 기술 분야의 당업자에 명백할 것이다. 주목할 점은, 전술한 감지 유닛, 피크 검출기, 샘플/홀드 버퍼, 및/또는 리셋 회로 - 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합이든 상관없음 - 의 하나 이상의 기능을 수행할 수 있는 다른 공지의 전자 디바이스가 본 명세서에서 완전히 생각되고 있다는 것이다.

앞서 언급한 바와 같이, ADC(324)는 바람직하게는 응답 신호와 연관된 진폭 값을, 추가적인 처리를 위해 마이크로프로세서와 같은 디지털 구성요소에서 사용되는 디지털 형식으로 변환하기 위해 제공되어 있다. ADC는 임의의 적당한 설계로 되어 있을 수 있다 - 예를 들어, 고속 SAR(successive approximation register, 연속 근사 레지스터) 및/또는 시그마-델타형 변환기(sigma-delta type converter)를 포함할 수 있다 -.

주어진 노드의 측정된 진폭 값의 추가적인 처리와 관련하여, 측정된 진폭 값이 메모리 레지스터에 저장될 수 있다. 원하는 경우, 주어진 노드와 연관된 다수의 이러한 값이 저장되고, 예를 들어, 노이즈 감소를 위해, 평균될 수 있다. 게다가, 결합 커패시턴스의 감소가 일어났는지(즉, 어떤 양의 터치가 주어진 노드에 존재하는지)를 판정하기 위해 측정된 진폭 값이 바람직하게는 기준 값과 비교된다. 이러한 비교는, 예를 들어, 기준 값에서 측정된 값을 빼는 것을 수반할 수 있다. 많은 노드를 포함하는 큰 터치 매트릭스를 수반하는 실시 형태에서, 모든 노드에 대한 측정된 값이 메모리에 저장될 수 있고, 각각의 노드에 어떤 양의 터치가 존재하는지를 판정하기 위해 각자의 기준 값과 개별적으로 비교될 수 있다. 비교 데이터를 분석함으로써, 존재하는 경우, 터치 표면 상에서의 다수의 시간적으로 중복하는 터치의 위치가 결정될 수 있다. 검출될 수 있는 시간적으로 중복하는 터치의 수는 터치 패널에서의 전극 그리드의 치수 및 구동/검출 회로의 속도에 의해서만 제한될 수 있다. 예시적인 실시 형태에서, 노드들 사이에 있는 터치 위치를 정확하게 결정하기 위해 이웃 노드에 대해 검출된 차이에 대해 보간이 수행된다.

도 3b는, 감지 유닛(322)의 일부인 미분 증폭기에의 입력으로서 전압원(349)을 포함한다는 것을 제외하고는, 도 3a에 도시된 터치 디바이스(310)와 유사한 터치 디바이스(348)를 나타내고 있다. 이 전압 입력은, 필요에 따라, 회로 출력을 ADC에 대한 감지 범위 내에 있게 하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 어떤 ADC는 0.5V 내지 +3V의 감지 범위를 가진다. 전압을 정확하게 디지털화하기 위해서 감지 유닛(322) 출력 신호의 피크가 이 범위 내에 있어야만 한다. 전압원(349)[또는 감지 유닛(322)과 관련한 이득]이 모든 수신 전극에 대해 하나의 전압에 고정되어 있을 수 있거나, 특정의 수신 전극에 대해 조정될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 상이한 전압이 저항기 사다리형 회로망(resistor ladder network)을 사용하여 4 내지 10개의 수신 전극의 그룹 단위로 감지 유닛에 제공된다. 일부 실시 형태에서, 구동 전극에서의 저항으로 인한 신호 강하(signal drop off)를 보상하도록 이득이 설정된다.

도 3c는 도 3a에 도시된 터치 디바이스(310)와 유사하지만, 일부 실시 형태에서 LCD 디스플레이와 같은 디스플레이로부터의 노이즈에 더 잘 대처할 수 있는 부가의 회로를 포함하는 터치 디바이스(350)를 나타내고 있다. LCD 어드레싱 주파수는 일반적으로 터치 패널(112)과 인터페이스하기 위해 제어기(114)에 의해 사용되는 주파수에 가깝거나 그와 중복하고 있다. 이 결과, 공통 모드 신호로서 나타날 수 있는 노이즈가 수신 전극에 생긴다. 이 공통 모드 신호를 제거하기 위해 차동 증폭기가 사용될 수 있다. 도 3c에 도시된 회로는 차동 증폭기(352) 및 (마이너스 전압의 피크를 검출하도록 구성된) 부가의 피크 검출 회로(351)와, 부가의 리셋 회로(353)를 추가하고 있다.

이제 도 4a를 참조하면, 특정의 구동 신호(410)의 전압 대 시간 그래프 및 도 3a에 나타낸 유형의 감지 유닛에 의해 발생되는 (모델링된) 응답 신호(412)의 대응하는 전압 대 시간 그래프가 있다. 이 모델을 위해, 구동 전극, 수신 전극, 및 결합 커패시턴스의 전자적 특성(그에의 터치의 효과, 즉 커패시턴스를 2.0 pf에서 1.5 pf로 감소시키는 것을 포함함)이 도 3a의 대표적인 실시 형태와 관련하여 전술한 바와 같은 것으로 가정되었다. 게다가, 연산 증폭기(322c)에 대한 피드백 저항기(322d)는 2M 오옴 정도인 것으로 가정되었다.

구동 신호(410)는 일련의 직사각형 펄스(411a, 411c, 411e, … 411k)를 포함하는 방형파인 것으로 나타내어져 있다. 이 전체 신호가 특정의 구동 전극에 전달되는 것으로 가정되었지만, 많은 실시 형태에서, 보다 적은 수의 펄스(예를 들어, 단지 하나 또는 2개의 펄스)가 주어진 때에 주어진 구동 전극에 전달될 수 있고, 그 후에 하나 이상의 펄스가 상이한 구동 전극에 전달될 수 있으며, 이하 마찬가지이다. 미분된 방형파에 대해 예상되는 바와 같이, 감지 유닛에 의해 발생된 응답 신호(412)가, 각각의 직사각형 펄스(411a)에 대해 2개씩, 복수의 임펄스 펄스(413a 내지 413l)를 포함하는 것으로 나타내어져 있다. 따라서, 예를 들어, 구동 펄스(411a)는 직사각형 펄스의 상승(positive-going) 천이(좌측)와 연관된 하강(negative-going) 임펄스 펄스(413a)를 산출하고, 직사각형 펄스의 하강 천이(우측)와 연관된 상승 임펄스 펄스(413b)를 산출한다. 임펄스 펄스는 연산 증폭기 신호 대역폭 및 터치 스크린의 RC 필터 효과의 결과로서 둥글게 되어 있다. 이와 같이 신호(410)의 시간에 대한 이상적인 도함수로부터 벗어난 것에도 불구하고, 응답 신호(412)는 구동 신호의 미분된 표현을 포함하는 것으로 간주될 수 있다.

도시된 바와 같이, 구동 펄스(411a, 411c, 411e, … 411k) 모두는 동일한 진폭을 가지지만, 상이한 진폭의 펄스가 또한 이상에서 설명한 바와 같이 전달될 수 있다. 그렇지만, 구동 펄스의 공통의 진폭에도 불구하고, 기간(412a)에서 일어나는 임펄스 펄스(413a 내지 413g)는 제1 피크 진폭을 갖는 것으로 나타내어져 있고, 기간(412b)에서 일어나는 임펄스 펄스(413h 내지 413l)는 제1 피크 진폭 미만의 제2 피크 진폭을 갖는 것으로 나타내어져 있다. 이러한 이유는 이 모델이 임펄스 펄스(413g) 이후 임펄스 펄스(413h) 이전의 시점에서의 결합 커패시턴스 C_c의 변화 - 이 변화는 비터치 조건 (C_c = 2 pf)으로부터 터치 조건 (C_c = 1.5 pf)으로의 천이에 대응함 - 를 도입하고 있기 때문이다. 기간(412b) 동안의 임펄스 펄스의 감소된 피크 진폭이 용이하게 측정되고 적용가능한 노드에서의 터치 이벤트와 연관되어 있을 수 있다.

임펄스 펄스(413a 내지 413l)의 과도적 성질(transient nature)은, 도 3과 관련하여 기술된 바와 같이, ADC에 의해 피크 진폭의 정확한 측정치가 얻어지고 샘플링될 수 있도록, 임펄스 펄스를 피크 검출기 및 샘플/홀드 버퍼에서 사용하기에 특히 적합하게 만들어준다.

도 4b는 구동 전극의 순차적 구동을 포함하는 실시 형태로부터의 대표적인 파형을 보여주는 그래프를 나타내고 있다. 파형(430, 431, 432)은 3개의 개별적인(어쩌면 서로 인접해 있는) 구동 전극(예를 들어, 매트릭스형 센서에서의 제1, 제2 및 제3 행)에서의 기간 t 동안의 펄스형 신호를 나타내고 있다. 파형(433, 434, 435)은 동일한 기간 동안 3개의 개별적인 수신 전극(예를 들어, 매트릭스형 센서에서의 열)에서의 펄스형 신호로부터 얻어지는 미분된 출력을 나타내고 있다. 주목할 점은, 각각의 수신 전극(열)이 유사한 응답 프로파일을 갖는다는 것이다. 파형(432, 431, 431)에 대응하는 구동 전극은 순차적으로 구동된다. 각각의 전극이 구동된 후에[개개의 파형(430, 431, 또는 432)으로 나타냄], 도 3과 관련하여 전술한 바와 같이, 피크 진폭을 나타내는 전압이 각각의 수신 전극(열)과 연관된 피크 검출 회로에서 이용가능할 것이다. 따라서, 각각의 구동 전극(행)이 구동된 후에, 모든 수신 전극(열)에 대한 피크 검출 회로에서 얻어진 전압이 샘플링되고, 이어서 연관된 피크 검출 회로가 리셋되고, 이어서 그 다음의 순차적 구동 전극이 구동된다(이하 마찬가지임). 이러한 방식으로, 매트릭스형 용량성 터치 센서에 있는 각각의 노드가 개별적으로 어드레싱되고 샘플링될 수 있다.

도 5a는, 구동 전극, 수신 전극, 결합 커패시턴스, 및 감지 유닛의 동일한 전자적 구성에 대해서 상이한 구동 신호 형상에 대한, 도 4a의 그래프와 유사한 한 쌍의 그래프를 나타내고 있다. 도 5a의 구동 신호(510)는, 얻어지는 응답 신호(512)가 직사각형 펄스(513a 내지 513j)를 포함하도록, 램프형 펄스(511a, 511c, 511e, … 511i)를 포함하고 있다. 이 모델에 의해 예측된 직사각형 펄스는 약간 둥근 코너를 갖는 거의 수직인 하이/로우(hi/lo) 천이 - 간단함을 위해, 수직선 및 예리한 코너로서 다시 도시되어 있음 - 를 나타내었다. 직사각형 펄스의 상승 시간 및 하강 시간이 사용되는 구동 전극 및 수신 전극에서의 RC 전송 선로에 의해 제한된다. 구동 펄스(511a 등)는 대칭적 램프 형상을 특징으로 하며, 각각의 펄스의 전반부는 상승 기울기(positive-going slope)를 가지고 후반부는 동일한 크기의 하강 기울기(negative-going slope)를 가진다. 이 대칭성은 또한 이어서 응답 신호(512)로 넘어가며, 여기서 하강 펄스(513a, 513c 등)는 실질적으로 상승 펄스(513b, 513d 등)와 균형을 이룬다. 도 4a의 설명과 유사하게, 이 모델은 직사각형 펄스(513e) 이후 직사각형 펄스(513f) 이전의 시점에서의[즉, 기간(512a)에서 기간(512b)으로의 천이에서] 결합 커패시턴스 C_c의 변화 - 이 변화는 비터치 조건 (C_c = 2 pf)으로부터 터치 조건 (C_c = 1.5 pf)으로의 천이에 대응함 - 를 도입하고 있다. 기간(412b) 동안에 일어나는 응답 신호 펄스의 감소된 진폭이 용이하게 측정되고 적용가능한 노드에서의 터치 이벤트와 연관되어 있을 수 있다. 주목할 만한 가치가 있는 도 5a의 특징은 각각의 펄스(513a 내지 513j)의 각각의 안정기에서의 응답 신호(512)의 (주어진 펄스의 시간 스케일에 걸쳐) 비교적 정상 상태(steady-state)인 특성이며, 여기서 하강 펄스(513a, 513c 등)의 "안정기"는 펄스(513b, 513d 등)에서와 같이 "상부"보다는 펄스 형상의 "하부"인 것으로 이해된다. 이러한 정상 상태 특성은 구동 펄스가 구동 펄스의 상당 부분에 걸쳐 일정한 기울기를 가진(즉, 램프형 형상인) 결과이다. 일부 실시 형태에서, 터치 디바이스 설계자는 불필요한 회로 요소를 제거하고 비용을 절감하기 위해 이러한 정상 상태 특성을 이용하고자 할 수 있다. 상세하게는, 응답 신호 자체가 펄스의 시간 스케일에 걸쳐 실질적으로 일정한 진폭(펄스의 안정기)을 유지하기 때문에 그리고 이 일정한 진폭이 결합 커패시턴스 C_c를 나타내거나 그에 반응하기 때문에, 정상 상태 특성의 시간 스케일이 ADC가 진폭을 샘플링하고 측정하기에 충분히 길다면, 도 3a와 관련하여 기술된 피크 검출기, 샘플/홀드 버퍼, 및 리셋 회로는 더 이상 필요하지 않을 수 있고 시스템으로부터 제거될 수 있다. 원하는 경우, 노이즈 감소를 위해, 감지 유닛에 의해 발생된 응답 신호는, 이러한 경우에, 고주파 노이즈를 필터링 제거하면서 필터링되지 않은 펄스와 동일한 전체 충실도 또는 형상을 실질적으로 유지하도록 선택되는 차단 주파수를 갖는 저역 통과 필터를 통해 전송될 수 있다. 이러한 필터의 출력(즉, 필터링된 응답 신호)이 이어서 ADC에 공급될 수 있다. 물론, 어떤 경우에, 저역 통과 필터가 이용되든 그렇지 않든 간에, 램프형 구동 펄스에 대해 피크 검출기, 샘플/홀드 버퍼, 및 리셋 회로를 유지하는 것이 바람직할 수 있다.

원하는 경우, 응답 신호 내의 상승 및 하강 펄스[예를 들어, 도 4a의 신호(412) 및 도 5a의 신호(512) 참조]를 생성하는 정류 회로(rectifying circuit)가 터치 디바이스 실시 형태에서 사용될 수 있다. 이들 신호의 정류는 피크 검출 및 아날로그-디지털 변환과 같은 다른 회로 기능의 대응하는 이점을 가질 수 있다. 도 5a의 신호(512)의 경우에, 그 신호의 정류된 버전은 유리하게도 각자의 신호의 대칭성의 결과로서 실질적으로 연속적으로(연산 증폭기 한계 및 RC 전송 선로 효과로 인한 과도적 효과를 무시함) 정상 상태 전압 레벨을 유지한다.

도 5b는 상이한 유형의 구동 파형을 사용하는 것을 제외하고는 도 4b와 유사한, 구동 전극의 순차적인 구동을 포함하는 실시 형태로부터의 대표적인 파형을 보여주는 그래프 쌍을 나타내고 있다. 파형(760, 761, 762)은 3개의 개별적인(어쩌면 서로 인접해 있는) 구동 전극(예를 들어, 매트릭스형 센서에서의 제1, 제2 및 제3 행)에서의 기간 t 동안의 대표적인 삼각 구동 펄스 신호이다. 파형(763, 764, 765)은 동일한 기간 동안 수신 전극(예를 들어, 열)에서 보게 될 각자의 얻어진 파형이다.

이제 도 6a를 참조하면, 동 도면의 그래프 쌍은 도 5a 및 도 4a의 그래프와 유사하며, 구동 전극, 수신 전극, 결합 커패시턴스, 및 감지 유닛의 동일한 전자적 구성을 가정하지만, 또 다른 구동 신호 형상이 사용된다. 도 6b의 구동 신호(610)는 실질적으로 직사각형인 펄스(613a 내지 613e)를 가지는 얻어지는 응답 신호(612)를 산출하는 램프형 펄스(611a 내지 611e)를 포함하고 있다. 도 5a의 대칭적 램프 형상과 달리, 램프에 의해 사용되는 펄스 시간의 분율(fraction)을 최대화하기 위해 램프형 펄스(611a 내지 611e)는 비대칭이다. 그렇지만, 이 램프 최대화로 인해, 각각의 구동 펄스의 한쪽 측면에서 신속한 로우-하이 천이(low-to-high transition) - 응답 신호(612)의 각각의 직사각형 펄스와 인접하는 하강 임펄스 펄스를 생성함 - 가 얻어진다. 그 결과 완벽한 직사각형인 것으로부터 벗어난 것에도 불구하고, 펄스(613a 내지 613e)는 그럼에도, 2개의 비교적 가파른 하이-로우 천이 사이에서 비교적 일정한 진폭 안정기를 유지하는 한, 실질적으로 직사각형이다. 그에 따라, 도 5a의 신호(512)와 유사한 방식으로, 신호(612)의 펄스는, 구동 펄스가 구동 펄스의 상당 부분에 걸쳐 일정한 기울기(즉, 램프 형상)를 가지는 결과로서, 정상 상태 특성을 포함한다. 다시 말하지만, 터치 디바이스 설계자는 따라서, 정상 상태 특성의 시간 스케일이 ADC가 진폭을 샘플링하고 측정하기에 충분히 길다면, 피크 검출기, 샘플/홀드 버퍼, 및 리셋 회로를 제거함으로써 이러한 정상 상태 특성을 이용하고자 할 수 있다. 상기한 바와 같이, 저역 통과 필터가 또한 회로 설계에 추가될 수 있다.

도 6b는 상이한 유형의 구동 파형을 사용하는 것을 제외하고는 도 4b 및 도 5b와 유사한, 구동 전극의 순차적인 구동을 포함하는 실시 형태로부터의 대표적인 파형을 보여주는 그래프 쌍을 나타내고 있다. 파형(750, 751, 752)은 3개의 개별적인(어쩌면 서로 인접해 있는) 구동 전극(예를 들어, 매트릭스형 센서에서의 제1, 제2 및 제3 행)에서의 기간 t 동안의 대표적인 램프형 구동 펄스 신호이다. 파형(753, 754, 755)(도 7b) 및 파형(763, 764, 765)(도 7c)은 동일한 기간 동안 수신 전극(예를 들어, 열)에서 보게 될 각자의 얻어진 파형이다.

이제 도 7을 참조하면, 펄스형 구동 신호(807)의 전압 대 시간 그래프 및 도 3c에 나타낸 회로의 감지 유닛(322) 및 차동 증폭기(352)에 의해, 각각, 발생되는 출력인 (모델링된) 제1 응답 신호(801) 및 제2 응답 신호(802)의 대응하는 전압 대 시간 그래프가 있다. 이 모델을 위해, 구동 전극, 수신 전극, 및 결합 커패시턴스의 전자적 특성(그에의 터치의 효과, 즉 커패시턴스를 2.0 pf에서 1.5 pf로 감소시키는 것을 포함함)이 도 3a의 대표적인 실시 형태와 관련하여 전술한 바와 같은 것으로 가정되었다.

제1 응답 신호(801)는 감지 유닛(322)으로부터의 모델링된 출력이다. 이는 LCD 패널로부터 노이즈로서 수신될 수 있는 것과 유사한 공통 모드 신호를 나타내는 사인파 형태(sinusoidal form)를 포함하고 있다. 응답 신호(802)는 차동 증폭기(352)로부터의 각자의 모델링된 출력이다(예시를 위해 짧은 파선으로 나타내어져 있고, 실제 출력은 실선임). 차동 증폭기(352)로부터의 출력은 사실상 펄스의 합이다(예시를 위해 축척대로 도시되어 있지 않음). 도 7에서의 개별 펄스(803a 내지 803d, 804e, 804f, 804g)는 도 4a에서의 펄스(413a 내지 413k)와 동일한 프로파일을 가지지만, 스케일링으로 인해 도 7에서 다르게 보인다. 제1 마이너스 펄스(803a)는 증폭기의 반전 입력에서 피크 검출되고 합산되어, 응답 신호(802)에서의 제1 스텝[스텝(805a)]을 제공한다. 플러스 펄스(804e)는 증폭기의 비반전 입력에서 이어서 피크 검출되고 합산되어, 출력에서 플러스 및 마이너스 피크 둘다의 합[스텝(805b)]을 제공한다. 후속하는 펄스나 공통 모드 신호 어느 것도 스텝(805b) 후의 응답 신호(802)의 전압 레벨에 실질적으로 영향을 주지 않는다. 일련의 펄스 후에[즉, 전압이 스텝(805b)에 의해 정의된 안정기에 도달한 후에] 파형(802)으로 표현되는 제1 전압 샘플을 측정하는 것, 리셋 회로(353, 326b)(도 3c)를 사용하여 피크 검출기를 리셋하는 것, 그리고 이어서 동일하거나 유사한 프로세스를 사용하여 제2 전압 샘플을 측정하는 것, 기타에 의해 터치가 감지될 수 있다. 특정 실시 형태에서, 어떤 임계값에 대한 이들 샘플 전압의 변화는 터치를 나타낸다.

도 8은 용량적으로 결합된 전극의 4x8 매트릭스를 갖는 터치 패널(712), 및 터치 패널 상의 다수의 동시적인 터치를 검출하는 데 사용될 수 있는 다양한 회로 구성요소를 포함하는 터치 디바이스(710)의 개략도이다. 전극 매트릭스는 평행한 구동 전극(a, b, c, d)을 포함하는 상부 전극 어레이를 포함하고 있다. 또한 평행한 수신 전극(E1, E2, E3, E4, E5, E6, E7, E8)을 포함하는 하부 어레이도 포함되어 있다. 상부 전극 어레이 및 하부 전극 어레이는 서로 직교하도록 배열되어 있다. 이상에서 주어진 노드에 대해 결합 커패시턴스 C_c라고 하는 각각의 직교 전극 쌍 사이의 용량성 커플링이 매트릭스의 다양한 노드에 대해, 도시된 바와 같이, C1a, C2a, C3a, C4a, C1b, C2b, 및 C3b 등 내지 C8d로 표시되어 있으며, 이들의 값 모두는 터치되지 않은 상태에서 대략 동일하지만, 앞서 기술한 바와 같이 터치가 가해질 때 감소된다. 또한, 다양한 수신 전극과 접지 사이의 커패시턴스(C1 내지 C8) 및 다양한 구동 전극과 접지 사이의 커패시턴스(a' 내지 d')가 도면에 나타내어져 있다.

이 매트릭스의 32개 노드(즉, 그와 연관된 상호 커패시턴스 또는 결합 커패시턴스)가 도 3a와 관련하여 기술된 회로, 즉 구동 유닛(714), 멀티플렉서(716), 감지 유닛(S1 내지 S8), 샘플/홀드 버퍼로서도 기능할 수 있는 선택적인 피크 검출기(P1 내지 P8), 멀티플렉서(718)는 물론 ADC(720) 및 제어기(722)에 의해 모니터링되고, 이들 모두는 적당한 전도성 배선 또는 와이어를 사용하여 연결된다[단, 제어기(722)와 각각의 피크 검출기(P1 내지 P7) 사이의 연결은 설명의 편의상 도면으로부터 생략되어 있음].

동작을 설명하면, 제어기(722)는 구동 유닛(714)으로 하여금 하나 이상의 구동 펄스 - 멀티플렉서(716)의 동작에 의해 구동 전극 a에 전달됨 - 를 포함하는 구동 신호를 발생하게 한다. 구동 신호는 구동 전극 a와의 그 각자의 상호 커패시턴스를 통해 각각의 수신 전극(E1 내지 E8)에 결합된다. 결합된 신호로 인해 감지 유닛(S1 내지 S8)은, 동시에 또는 실질적으로 동시에, 각각의 수신 전극에 대한 응답 신호를 발생한다. 따라서, 디바이스(710)의 동작에서의 이 시점에서, 구동 전극 a에 전달되는 구동 신호(예를 들어, 최대 5, 4, 3 또는 2개의 구동 펄스를 포함할 수 있거나 단지 하나의 구동 펄스를 가질 수 있음)는 감지 유닛(S1)으로 하여금 노드(E1/a)에 대한 결합 커패시턴스(C1a)를 나타내는 진폭을 갖는 응답 신호를 발생하게 하거나, 감지 유닛(S1)으로 하여금 노드(E2/a)에 대한 결합 커패시턴스(C2a)를 나타내는 진폭을 갖는 응답 신호를 발생하게 하며, 노드(E3/a 내지 E8/a)에 대응하는 다른 감지 유닛(S3 내지 S8)에 대해서도 마찬가지이고, 이들 모두는 동시에 이루어진다. 응답 신호가, 예를 들어, 도 4a의 신호(412)에서와 같이, 아주 과도적인 특성을 가지는 경우, 피크 검출기(P1 내지 P8)는 감지 유닛(S1 내지 S8)에 의해 제공되는 각자의 응답 신호의 피크 진폭을 검출하기 위해 그리고, 선택적으로, 멀티플렉서(718)에 제공되는 피크 검출기의 출력에서의 그 진폭을 샘플/홀드하기 위해 제공될 수 있다. 대안적으로, 응답 신호가 상당한 정상 상태 특성을 가지는 경우[예를 들어, 응답 신호가 상기한 신호(512, 612)에서와 같이 하나 이상의 직사각형 펄스의 형태로 되어 있는 경우], 피크 검출기가 저역 통과 필터로 대체될 수 있거나, 또는 감지 유닛의 출력이 멀티플렉서(718)에 곧바로 피드되도록 피크 검출기가 간단히 생략될 수 있다. 어느 경우든지, 특성 진폭 신호(예를 들어, 응답 신호의 피크 진폭 또는 평균 진폭)가 멀티플렉서(718)에 전달되는 동안, ADC(720)가 먼저 노드(E1/a)와 연관된 특성 진폭을 측정하기 위해 피크 검출기(P1)[존재하는 경우, 또는, 예를 들어, 저역 통과 필터에, 또는 S1에]에 결합되고, 이어서 노드(E2/a)와 연관된 특성 진폭을 측정하기 위해 피크 검출기(P2)에 결합되며, 이하 마찬가지로 하다가, 마지막으로 노드(E8/a)와 연관된 특성 진폭을 측정하기 위해 피크 검출기(P8)에 결합되도록, 제어기(722)는 멀티플렉서(718)를 신속하게 순환한다. 이들 특성 진폭이 측정될 때, 그 값이 제어기(722)에 저장된다. 피크 검출기가 샘플/홀드 버퍼를 포함하는 경우, 제어기는 측정이 행해진 후에 피크 검출기를 리셋한다.

그 다음 동작 단계에서, 제어기(722)는 구동 유닛(714)을 구동 전극 b에 결합시키기 위해 멀티플렉서(714)를 순환시키고, 구동 유닛으로 하여금 다시 말하지만 하나 이상의 구동 펄스 - 이제 전극 b에 전달됨 - 를 포함하는 다른 구동 신호를 발생하게 한다. 전극 b에 전달되는 구동 신호는 이전에 전극 a에 전달된 구동 신호와 동일하거나 상이할 수 있다. 예를 들어, 앞서 설명한 터치 패널 손실과 관련한 이유로, 전극 b에 전달된 구동 신호는, 전극 b가 감지 전극(E1 내지 E8) - 이로부터 응답 신호가 도출됨 - 의 단부에 아주 근접해 있는 것으로 인해, 전극 a에 전달된 진폭보다 작은 진폭을 가질 수 있다(따라서 손실이 더 낮음). 어쨋든, 전극 b에 전달된 구동 신호는 감지 유닛(S1)으로 하여금 노드(E1/b)에 대한 결합 커패시턴스 C1b를 나타내는 진폭을 갖는 응답 신호를 발생하게 하고, 감지 유닛(S2)으로 하여금 노드(E2/b)에 대한 결합 커패시턴스 C2b를 나타내는 진폭을 갖는 응답 신호를 발생하게 하며, 노드(E3/b 내지 E8/b)에 대응하는 다른 감지 유닛(S3 내지 S8)에 대해 이하 마찬가지로 하며, 이들 모두는 동시에 이루어진다. 제1 동작 단계와 관련하여 앞서 논의한 피크 검출기(P1 내지 P8) 또는 샘플/홀드 버퍼 또는 저역 통과 필터의 존재 또는 부존재가 여기에서 똑같이 적용가능하다. 어쨋든, 특성 진폭 신호(예를 들어, 응답 신호의 피크 진폭 또는 평균 진폭)가 멀티플렉서(718)에 전달되는 동안, ADC(720)가 먼저 노드(E1/b)와 연관된 특성 진폭을 측정하기 위해 피크 검출기(P1)[존재하는 경우, 또는, 예를 들어, 저역 통과 필터에, 또는 S1에]에 결합되고, 이어서 노드(E2/b)와 연관된 특성 진폭을 측정하기 위해 피크 검출기(P2)에 결합되며, 이하 마찬가지로 하다가, 마지막으로 노드(E8/b)와 연관된 특성 진폭을 측정하기 위해 피크 검출기(P8)에 결합되도록, 제어기(722)는 멀티플렉서(718)를 신속하게 순환한다. 이들 특성 진폭이 측정될 때, 그 값이 제어기(722)에 저장된다. 피크 검출기가 샘플/홀드 버퍼를 포함하는 경우, 제어기는 측정이 행해진 후에 피크 검출기를 리셋한다.

2개 이상의 동작 단계가 이어서 유사한 방식으로 이어지고, 여기서 구동 신호가 전극 c에 전달되고, 노드(E1/c 내지 E8/c)와 연관된 특성 진폭이 측정되고 저장되며, 이어서 구동 신호가 전극 d에 전달되고 노드(E1/d 내지 E8/d)와 연관된 특성 진폭이 측정되고 저장된다.

이 시점에서, 터치 매트릭스의 모든 노드의 특성 진폭이 아주 짧은 시간 프레임 내에[예컨대, 어떤 경우에, 예를 들어, 20 msec 미만 또는 10 msec 미만 내에] 측정되고 저장되었다. 제어기(722)는 이어서 각각의 노드에 대해 이들 진폭을 기준 진폭과 비교하여, 각각의 노드에 대한 비교 값(예를 들어, 차이 값)을 획득할 수 있다. 기준 진폭이 비터치 조건을 나타내는 경우, 주어진 노드에 대한 0의 차이 값은 이러한 노드에서 "터치 없음"이 일어나고 있는 것을 나타낸다. 한편, 상당한 차이 값은 노드에서의 터치(부분적인 터치를 포함할 수 있음)를 나타낸다. 제어기(722)는, 앞서 언급한 바와 같이, 이웃 노드가 상당한 차이 값을 나타내는 경우 보간 기법을 이용할 수 있다.

달리 언급하지 않는 한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용되는 양, 특성의 측정치 등을 표현하는 모든 숫자는 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 그에 따라, 달리 언급하지 않는 한, 명세서 및 특허청구범위에 기술되는 숫자 파라미터는 본 출원의 개시 내용을 이용하여 당업자가 달성하고자 하는 원하는 특성에 따라 다를 수 있는 근사치이다. 특허청구범위의 범주에 대한 등가물의 원칙의 적용을 제한하려고 시도함이 없이, 각각의 수치적 파라미터는 적어도 보고된 유효 숫자의 수의 관점에서 그리고 통상의 반올림 기법을 적용하여 해석되어야 한다. 본 발명의 넓은 범주를 기술하는 수치 범위 및 파라미터가 근사치임에도 불구하고, 임의의 수치 값이 본 명세서에 설명된 특정 예에 기술되는 한, 이들은 가능한 한 합리적으로 정확히 보고된다. 그러나, 임의의 수치 값은 시험 또는 측정 한계와 관련된 오차를 분명히 포함할 수 있다.

본 발명의 다양한 수정 및 변경이 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 기술 분야의 당업자에게는 명백할 것이며, 본 발명이 본 명세서에 기술된 예시적인 실시 형태로 제한되지 않는다는 것을 잘 알 것이다. 예를 들어, 읽는 사람은, 달리 언급하지 않는 한, 하나의 개시된 실시 형태의 특징이 또한 모든 다른 개시된 실시 형태에도 적용될 수 있는 것으로 가정해야 한다. 또한, 본 명세서에서 언급된 모든 미국 특허, 특허 출원 공개, 및 기타 특허와 비특허 문서가, 이상의 개시 내용과 모순되지 않는 한, 참조 문헌으로서 포함된다는 것을 잘 알 것이다.

Claims (20)

1. 터치 감응 장치로서,
   터치 표면 및 전극 매트릭스(electrode matrix)를 정의하는 복수의 전극을 포함하는 패널 - 복수의 전극은 복수의 구동 전극 및 복수의 수신 전극을 포함하고, 각각의 구동 전극은 매트릭스의 각자의 노드에서 각각의 수신 전극에 용량적으로 결합되어 있으며, 노드들 중 주어진 노드에 근접한 터치 표면 상의 터치가 구동 전극과 주어진 노드와 연관된 수신 전극 사이의 결합 커패시턴스(coupling capacitance)를 변경하도록 패널이 구성되어 있음 -,
   구동 신호를 발생하고 구동 신호를 한번에 하나씩 구동 전극에 전달하도록 구성되어 있는 구동 유닛,
   각각의 구동 전극에 전달된 각각의 구동 신호에 대해, 복수의 수신 전극에 대한 응답 신호를 발생하도록 구성되어 있는 감지 유닛 - 각각의 응답 신호는 구동 신호의 미분된 표현을 포함하고, 각각의 응답 신호의 진폭은 연관된 노드에서의 결합 커패시턴스에 반응함 -, 및
   각각의 노드에 대한 각각의 응답 신호의 진폭을 측정하고 그로부터 터치 표면 상의 다수의 시간상 중복하는 터치(있는 경우)의 위치를 결정하도록 구성되어 있는 측정 유닛을 포함하는 장치.
2. 제1항에 있어서, 구동 유닛이 구동 신호 발생기 및 멀티플렉서를 포함하고, 구동 신호 발생기는 멀티플렉서를 통해 구동 전극들 중 주어진 구동 전극에 선택적으로 결합가능한 것인 장치.
3. 제1항에 있어서, 감지 유닛이, 각각의 수신 전극에 대해, 각자의 수신 전극에 결합된 반전 입력을 갖는 연산 증폭기를 포함하는 것인 장치.
4. 제1항에 있어서, 감지 유닛이 또한 수신 전극을 고정된 전압에 유지하도록 구성되어 있는 것인 장치.
5. 제1항에 있어서, 구동 신호가 직사각형 펄스를 포함하는 것인 장치.
6. 제1항에 있어서, 감지 유닛이, 각각의 수신 전극에 대해, 각자의 응답 신호의 최대 진폭을 나타내는 피크 검출기 출력을 제공하도록 구성된 피크 검출기를 포함하는 것인 장치.
7. 제6항에 있어서, 각각의 피크 검출기가 샘플/홀드 버퍼를 포함하는 것인 장치.
8. 제6항에 있어서, 각각의 피크 검출기가 커패시터에 결합된 다이오드를 포함하는 것인 장치.
9. 제8항에 있어서, 감지 유닛이, 각각의 수신 전극에 대해, 각자의 커패시터에 결합되고 리셋 신호에 응답하여 각자의 커패시터를 방전시키도록 구성된 리셋 스위치를 포함하는 것인 장치.
10. 제1항에 있어서, 측정 유닛이 아날로그-디지털 변환기(ADC) 및 멀티플렉서를 포함하고, ADC가 멀티플렉서를 통해 감지 유닛에 결합되어 있는 것인 장치.
11. 제1항에 있어서, 구동 신호가 복수의 순차적 펄스를 포함하고, 각각의 응답 신호가 대응하는 복수의 응답 펄스를 포함하며, 측정 유닛이, 각각의 응답 신호에 대해, 복수의 응답 펄스의 진폭들을 나타내는 진폭을 측정하도록 구성되어 있는 것인 장치.
12. 제11항에 있어서, 측정 유닛이, 각각의 응답 신호에 대해, 복수의 응답 펄스의 진폭들 중 최대 진폭을 측정하도록 구성되어 있는 것인 장치.
13. 제1항에 있어서, 구동 신호가 램프형 펄스(ramped pulse)를 포함하는 것인 장치.
14. 제13항에 있어서, 각각의 응답 신호가 직사각형 펄스를 포함하는 것인 장치.
15. 제14항에 있어서, 측정 유닛이 직사각형 펄스의 안정기(plateau)를 평탄화하는 저역 통과 필터를 포함하는 것인 장치.
16. 제14항에 있어서, 측정 유닛이 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 포함하고, 응답 신호를 임의의 피크 검출기를 통해 전달하지 않고 각각의 응답 신호를 ADC에 결합시키도록 구성되어 있는 것인 장치.
17. 제1항에 있어서, 구동 유닛이 제1 구동 신호를 제1 구동 전극에 전달하고 제2 구동 신호를 제2 구동 전극에 전달하도록 구성되어 있고, 제1 구동 신호가 제2 구동 신호의 신호 진폭과 상이한 신호 진폭을 가지는 것인 장치.
18. 제1항에 있어서, 감지 유닛이 제1 수신 전극에 결합된 제1 감지 유닛 및 제2 수신 전극에 결합된 제2 감지 유닛을 포함하고, 제1 감지 유닛이, 제2 감지 유닛과 연관된 증폭과 상이한, 그와 연관된 증폭을 가지는 것인 장치.
19. 제1항에 있어서, 측정 유닛이 공통 모드 노이즈를 감소시키거나 제거하도록 구성된 차동 증폭기를 추가로 포함하는 것인 장치.
20. 터치 감응 장치로서,
    터치 표면 및 전극 매트릭스를 정의하는 복수의 전극을 포함하는 패널 - 전극 매트릭스는 매트릭스의 주어진 노드에 근접한 터치 표면 상의 터치가 2개의 전극 사이의 결합 커패시턴스를 변경하도록 구성되어 있음 -,
    전극 매트릭스에 결합되어 있고 하나 이상의 램프형 펄스를 포함하는 구동 신호를 발생하도록 구성되어 있는 구동 유닛, 및
    전극 매트릭스에 결합되어 있고, 구동 신호에 응답하여, 하나 이상의 직사각형 펄스를 포함하는 적어도 하나의 응답 신호를 발생하도록 구성되어 있는 감지 유닛 - 적어도 하나의 응답 신호의 진폭은 터치 표면 상의 터치에 반응함 - 을 포함하는 장치.

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