KR20120115766A

KR20120115766A - 터치 감지 장치

Info

Publication number: KR20120115766A
Application number: KR1020110033263A
Authority: KR
Inventors: 최윤영; 강상협; 고진석; 이종화
Original assignee: 주식회사 동부하이텍
Priority date: 2011-04-11
Filing date: 2011-04-11
Publication date: 2012-10-19
Also published as: US20120256868A1; KR101239844B1

Abstract

본 발명은 터치 패널에 있어서, 특히 정전용량 방식의 터치 패널에서 접촉 여부를 판별하고 접촉 감도를 판별하는 터치 감지 장치에 관한 것으로, 제1 및 2 입력단들을 가지며, 상기 제1입력단으로 인가되는 제1입력전압과 상기 제2입력단으로 인가되는 제2입력전압의 차이 값을 출력하는 제1증폭부와, 상기 제1증폭부에서 출력되는 차이 값을 증폭하여 출력하는 제2증폭부와, 상기 제2증폭부의 출력을 디지털 신호로 변환하여 출력하는 변환부와, 상기 변환부의 출력을 해독하여 상기 제2입력단의 임피던스를 조정하기 위한 제어신호를 출력하는 제어부로 구성되며, 교정 모드 시에는 상기 제어부가 상기 변환부의 출력을 에러 코드로써 저장하고, 스캔 모드 시에는 상기 제어부가 상기 저장된 에러 코드에 기준하여 상기 변환부의 출력을 비교한 결과로부터 상기 제1입력단으로 인가되는 전압의 변화를 감지하는 것이 특징인 발명이다.

Description

터치 감지 장치 {apparatus for sensing a touch}

본 발명은 터치 패널에 관한 것으로, 특히 정전용량 방식의 터치 패널에서 접촉 여부를 판별하고 접촉 감도를 판별하는 터치 감지 장치에 관한 것이다.

터치스크린 센서는 투명한 도전성 필름을 디스플레이 소자에 결합한 것이다.

터치스크린 센싱은 터치 패널에 접촉 또는 근접할 때 전기저항 또는 정전용량의 변화를 감지하는 것을 의미한다.

특히 정전용량 방식의 터치스크린 센서는 신체 또는 특정 물체가 가지고 있는 미세한 정전용량(Capacitance)을 감지하는 센서로써, 터치 패널에 신체나 특정 물체가 근접 또는 접촉할 때 발생하는 미세 정전용량의 변화를 감지하여 접촉을 감지한다. 일 예로, 정전용량을 지닌 물체가 근접 또는 접촉할 때 발생하는 미세한 정전용량의 변화 값과 미리 설정된 값 간의 차이를 감지하여 최종적으로는 하이(High) 펄스 또는 로우(Low) 펄스를 출력하고, 그에 따른 출력 펄스로써 터치 패널의 접촉 여부를 감지한다.

정전용량 센서들로는 상호 정전용량 센서(mutual capacitance sensor)나 자기 정전용량 센서(self capacitance sensor)가 있다.

자기 정전용량 센서의 하나의 예로는, 상호 정전용량 센서와 동일하게 X-Y 전극을 가지며, 컬럼(Columns) 어레이와 로우(Rows) 어레이가 독립적으로 동작한다.

이러한 정전용량 센서들의 개발 기술은 계속 발전되고 있으나 지금도 센서 설계자들은 센서의 기능 및 효율성을 개선하기 위한 방안을 계속 연구하고 있다. 특히, 보다 낮은 설계 비용과 센서 설계의 단순화에 중점을 두고 있으며, 그러한 요구들과 함께 기본적으로 정확한 캐패시턴스 센싱을 제공하기 위한 기술 개발에 노력하고 있는 실정이다.

본 발명의 목적은 상기한 점을 감안하여 안출한 것으로, 정전용량 방식의 센서에 보다 정확한 캐패시턴스 센싱을 제공하여 패널의 터치 감도를 향상시킬 수 있도록 한 터치 감지 장치를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 터치 감지 장치의 특징은, 제1 및 2 입력단들을 가지며, 상기 제1입력단으로 인가되는 제1입력전압과 상기 제2입력단으로 인가되는 제2입력전압의 차이 값을 출력하는 제1증폭부와, 상기 제1증폭부에서 출력되는 차이 값을 증폭하여 출력하는 제2증폭부와, 상기 제2증폭부의 출력을 디지털 신호로 변환하여 출력하는 변환부와, 상기 변환부의 출력을 해독하여 상기 제2입력단의 임피던스를 조정하기 위한 제어신호를 출력하는 제어부로 구성되며, 교정 모드 시에는 상기 제어부가 상기 변환부의 출력을 에러 코드로써 저장하고, 스캔 모드 시에는 상기 제어부가 상기 저장된 에러 코드에 기준하여 상기 변환부의 출력을 비교한 결과로부터 상기 제1입력단으로 인가되는 전압의 변화를 감지하는 것이다.

본 발명에 따르면, 여러 요인들로 인해 발생될 수 있는 에러를 교정 모드 시에 미리 교정하기 위한 피드백 루틴과 교정 회로를 구비함으로써, 교정 과정에서 발생될 수 있는 미스매치(mismatch) 에러나 회로 및 외부 환경에 의해 발생될 수 있는 오프셋(offset)을 최소화할 수 있다. 그에 따라 스캔 모드 시에 터치 패널의 접촉 여부를 보다 정확하게 감지할 수 있으면서 또한 터치 패널의 접촉 감도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 정전용량 방식의 터치 감지 장치 구성을 나타낸 블록다이어그램.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 정전용량 방식 터치 감지 장치의 상세 구성을 나타낸 블록다이어그램.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 정전용량 방식 터치 감지 장치의 일부 상세 구성을 나타낸 회로도.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예의 구성과 그 작용을 설명하며, 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.

본 발명은 정전용량 방식의 센서를 구현하기 위한 것이다. 특히 자기 정전용량 센서를 구현하기 위한 장치로, 터치 패널에 신체나 특정 물체의 접촉이 발생하지 않았을 때 두 입력단의 전압을 일치시키거나 두 입력단의 전압 차를 최소로 하기 위해 두 입력단 중 하나의 임피던스 값을 조정하는 교정 모드(calibration mode)와, 교정 모드 후 터치 패널에 신체나 특정 물체의 접촉 여부 및 접촉 감도를 스캐닝(scanning)하는 스캔 모드로 동작한다.

도 1은 본 발명에 따른 정전용량 방식의 터치 감지 장치 구성을 나타낸 블록다이어그램이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 장치는 터치 패널(10), 차이 값 검출부(difference detector)(20), 제어부(30) 그리고 교정 회로(calibration circuit)(40)를 포함하여 구성되며, 제어부(30)에서 교정 회로(40)로 제어신호를 제공하기 위한 피드백 루틴(feedback routine)(50_을 더 구비한다.

차이 값 검출부(difference detector)(20)는 두 입력전압들 간의 차이를 검출한다. 차이 값 검출부(20)는 두 개의 입력을 가지며, 그에 따른 하나의 입력단은 터치 패널(10)의 출력단이고 다른 하나는 교정 회로(40)의 출력단이다. 특히, 하나의 입력단은 터치 패널(10) 중 하나의 채널의 출력단이다.

교정 모드 시에, 제어부(30)는 차이 값 검출부(20)의 출력에 근거하여 교정 회로(calibration circuit)(40)에 제어신호를 출력한다. 제어부(30)는 피드백 루틴(feedback routine)을 통해 제어신호를 교정 회로(40)에 제공하며, 그 제어신호는 그 피드백 루틴을 통해 전달되는 피드백 신호이다.

또한 본 발명에서 터치 패널(10)은 다수 채널로 구성되며, 그에 따라 제어부(30)는 각 채널들에 대한 교정을 위한 에러 코드를 저장한다. 여기서, 에러 코드(error code)는 교정 모드 시에 차이 값 검출부(20)의 출력에 해당하는 것으로, 그 차이 값 검출부(20)의 출력은 두 입력전압들 간의 차이를 나타내는 디지털 코드이다.

제어부(30)가 각 채널에 대한 에러 코드를 저장하기 위해, 각 채널에 대해 본 발명의 장치를 시퀀셜(sequential)하게 연결하면서 차이 값 검출부(20)의 출력에 해당하는 디지털 코드를 저장한다. 여기서, 본 발명의 장치는 각 채널에 대해 시퀀셜한 연결을 위해 멀티플렉서(MUX)를 구비할 수 있다.

터치 패널(10)에서 각 채널은 공급전압(Vref)에 의해 구동되는 캐패시터를 구비하며, 기생성분에 해당하는 저항(Rito)을 포함할 수 있다. 여기서, 캐패시터는 공급전압에 의해 전하를 충전한다. 그리고 그 캐패시터에서 전하가 방전됨에 따른 출력 전압은 차이 값 검출부(difference detector)(20)의 두 입력전압 중 하나이다.

교정 회로(40)는 저항(Rin)과 캐패시터(Cc)로 이루어진 RC 네트워크(RC network)로써, 터치 패널(10)과 공통의 공급전압(Vref)에 의해 구동된다. 캐패시터(Cc)는 공급전압에 의해 전하를 충전한다. 그리고 그 캐패시터에서 전하가 방전됨에 따른 출력 전압은 차이 값 검출부(difference detector)(20)의 두 입력전압 중 다른 하나이다.

교정 모드 시에, 교정 회로(40)는 피드백 루틴을 통해 입력되는 제어신호에 따라 캐패시터(Cc)와 저항(Rin) 중 적어도 하나를 가변하여 임피던스 값을 변경한다. 임피던스 값의 변경을 위해 교정 회로(40)는 캐패시턴스와 저항 값 중 적어도 하나를 가변하기 위한 구조를 갖는다. 예를 들어, 교정 회로(40)는 가변 캐패시터와 고정 저항을 구비할 수 있다. 또는 교정 회로(40)는 가변 캐패시터와 가변 저항을 구비할 수 있다. 또는 교정 회로(40)는 고정 캐패시터와 가변 저항을 구비할 수 있다.

교정 회로(40)는 교정 모드 시에 제어부(30)의 제어에 따라 변경된 임피던스 값에 해당하는 전압을 차이 값 검출부(difference detector)(20)에 인가하며, 차이 값 검출부(20)는 교정 모드 후에 교정 회로(40)로부터 인가되는 전압을 스캔 모드에서 기준 전압으로 사용한다. 즉, 스캔 모드 시에 제어부(30)는 기준 전압과 터치 패널(10)로부터 인가되는 전압 간에 차이로써 터치 패널(10)에서의 접촉 여부와 접촉 감도를 결정한다. 다시 말하면, 제어부(30)는 기준 전압과 터치 패널(10)로부터 인가되는 전압 간에 차이가 있으면 터치 패널(10)에 접촉이 발생한 것으로 결정하고, 그 차이의 크고 작음으로써 접촉 감도를 결정한다.

차이 값 검출부(20)는 터치 패널(10)로부터 인가되는 하나의 입력전압과 교정 회로(40)로부터 인가되는 다른 하나의 입력전압의 차이를 검출한다. 또한 차이 값 검출부(20)는 검출된 차이 값을 증폭하고, 그 증폭된 값을 디지털 신호로 변환하여 출력한다.

예로써, 차이 값 검출부(20)는 2비트길이의 디지털 신호를 출력하며, 제어부(30)는 그 디지털 신호에 따라 교정 회로(40)의 임피던스 값을 증가시키거나 감소시키기 위한 제어신호를 피드백 루틴으로 출력한다.

교정 회로(40)의 임피던스 값을 조정하는 교정 모드는 터치 패널(10)에 어떠한 접촉이 발생하지 않았음에도 불구하고 터치 패널(10)에서 발생할 수 있는 캐패시턴스에 의한 에러나 회로 및 외부 환경에 의해 발생할 수 있는 오프셋(offset)을 제거하기 위한 것으로, 스캔 모드에서는 교정 모드에서 검출한 에러를 제외시킨 차이 값으로 터치 패널(10)의 접촉 여부를 감지하고 또한 접촉 감도를 결정한다. 그에 따른 차이 값은 아래 수학식 1과 같다.

상기 수학식 1에 설명은 도 2 및 3에서 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 정전용량 방식 터치 감지 장치의 상세 구성을 나타낸 블록다이어그램으로, 도 1의 구성에서 차이 값 검출부의 상세 구성을 나타낸 것이다.

도 2를 참조하면, 두 입력단에 해당하는 터치 패널(10)의 하나의 채널과 교정 회로(40)에서 인가되는 전압들의 차이를 검출하는 구성으로 증폭부와 변환부를 구비한다.

일 예로써, 증폭부는 샘플앤홀드 증폭기(Sample & Hold amplifier)(21)와 게인 스테이지(Gain stage)(22)로 구성되며, 변환부는 시그마 델타 아날로그-디지털 컨버터(Sigma-Delta Analog-to-Digital Converter)(23)로 구성된다.

샘플앤홀드 증폭기(21)의 두 입력단 중 하나인 터치 패널(10)은 공급전압(Vref)에 의해 충전되는 두 개의 캐패시터들(Cp, Cf)을 구비하며, 그 두 개의 캐패시터들(Cp, Cf)로부터 방전되는 전하에 의한 출력 전압을 하나의 입력 전압으로 한다. 저항(Rito)는 터치 패널(10)의 기생성분일 수 있다. 터치 패널(10)에 접촉이 발생하지 않는 경우에 비해 접촉이 발생하는 경우에는 캐패시터에 충전되는 시상수(time constant)가 커진다. 따라서, 접촉이 발생하지 않는 경우에 충전되는 시상수는 하나의 캐패시터 Cp 와 저항 Rito 로 결정되며, 접촉이 발생하는 경우에 Cp에 다른 하나의 캐패시터 Cf가 더 추가되어 충전되는 시상수는 커진다. 여기서, 시상수가 커진다는 것은 캐패시터에 충전되는 시간이 증가한다는 의미이다.

샘플앤홀드 증폭기(21)의 두 입력단 중 다른 하나인 교정 회로(40)는 공급전압(Vref)에 의해 충전되는 캐패시터(Cc)와 그 캐패시터(Cc)와 함께 RC 네트워크(RC network)를 구성하는 저항(Rin)을 구비한다. 캐패시터 Cc 와 저항 Rin 중 적어도 하나는 가변 구조이다.

샘플앤홀드 증폭기(21)는 두 입력단으로 입력되는 제1 및 2 전압들을 샘플링하여 두 전압들 간의 차이를 검출한다. 여기서, 두 입력단은 전술했듯이 터치 패널(10)의 출력단과 교정 회로(40)의 출력단에 대응된다.

게인 스테이지(22)는 샘플앤홀드 증폭기(21)에서 출력되는 신호를 증폭한다. 게인 스테이지(22)는 증폭된 신호에서 잡음성분을 제거하기 위한 필터를 구비하는 것이 바람직하다.

시그마 델타 아날로그-디지털 컨버터(23)는 게인 스테이지(22)에서 출력되는 신호를 디지털 신호로 변환한다.

제어부(30)는 시그마 델타 아날로그-디지털 컨버터(23)에서 출력되는 디지털 신호를 해독한다. 이어, 제어부(30)는 해독 결과에 따라 교정 회로(40)의 임피던스 값을 조정하기 위한 제어신호를 피드백 루틴(50)을 통해 전달하거나 터치 패널(10)의 접촉 여부 및 접촉 감도를 결정한다.

본 발명에 따른 장치는 터치 패널(10)에 구비되는 두 캐패시터 중 캐패시터 Cp 에 충전된 전하에 의한 전압(이하, 제1입력전압)과 교정 회로(40)에 구비되는 캐패시터 Cc에 충전된 전하에 의한 전압(이하, 제2입력전압)을 일치시키거나 제1입력전압과 제2입력전압의 차이가 최소가 되도록 동작한다.

터치 패널(10)에 접촉이 발생하지 않는 경우에도 여러 요인에 의해 그들 두 전압 간에 차이가 발생할 수 있다. 교정 모드에서는 어떠한 요인으로 인해 발생되는 두 입력전압 간의 차이를 검출하여 그 차이 값을 에러 코드로써 저장하면서 교정 회로의 임피던스 값을 교정한다. 스캔 모드 시에 제어부(30)는 저장된 에러 코드를 참조하면서 두 입력전압 간의 차이 값에 근거하여 터치 패널(10)의 접촉 여부와 접촉 감도를 결정한다. 특히, 스캔 모드에서는 교정 모드 시에 저장된 에러 코드만큼의 차이 정도를 차감한 두 입력전압 간의 차이 값을 이용하여 터치 패널(10)의 접촉 여부와 접촉 감도를 결정한다. 즉, 제어부(30)는 교정 모드 시에 두 입력전압 간의 차이만큼을 미리 처리하여 에러 코드로써 저장한 상태이고, 스캔 모드 시에는 그 에러 코드만큼의 처리를 제외한 두 입력전압 간의 차이만을 처리하여 터치 패널(10)의 접촉 여부와 접촉 감도를 결정한다. 따라서, 스캔 모드 시에 두 입력전압 간의 차이를 처리하는 제어부(30)의 프로세싱 로드를 줄일 수 있다.

예로써, 제어부(30)는 교정 모드를 통해 채널 별로 서로 다른 에러 코드를 저장한다. 물론 임의의 두 채널들에서는 두 입력전압 간의 차이가 동일할 수도 있으므로, 그 두 채널들에 대해서는 동일한 에러 코드를 저장할 수도 있다. 따라서, 스캔 모드 시에 터치 패널(10)에 어떠한 접촉이 없는 경우라면, 두 입력전압 간에 차이가 있다 하더라도 제어부(30)는 저장된 에러 코드에 의해 그 차이를 미리 알고 있으므로 터치 패널(10)에 접촉이 없는 것으로 결정할 수 있다.

제어부(30)는 교정 모드 시에 전술된 제2입력전압이 제1입력전압에 일치되도록 또는 두 입력전압들 간의 차이가 최소가 되도록 교정 회로(40)에 제어신호를 전달하여 그 교정 회로(40)의 임피던스 값을 변경시킨다.

일 예로써, 교정 회로(40)가 하나의 고정 저항과 다수 캐패시터로 이루어진 가변 캐패시터로 구성되는 경우에, 제어부(30)는 제1입력전압과 제2입력전압의 차이가 최소가 되도록 또는 두 입력전압들이 서로 일치되도록 제어신호를 교정 회로(40)로 출력하며, 그 제어신호에 따라 교정 회로(40)는 이진 검색(Binary search) 방식으로 해당 캐패시터를 찾는다.

교정 모드에 의한 교정 과정은 제어신호를 교정 회로(40)로 다수 회 출력하는 동작이며, 예로써 총 8번의 동작을 통해 제어신호를 교정 회로(40)에 제공하여 교정 회로(40)의 임피던스 값을 조정한다.

교정 모드에서 입력전압이 정확하게 교정되면 샘플앤홀드 증폭기(21)에서 검출되는 차이 값은 최소 레벨 또는 0 레벨을 가지게 되며, 그때 제어부(30)는 교정 모드의 동작을 완료한다.

교정 모드에서 교정 회로(40)의 임피던스 값이 조정됨에 따라 제2입력전압은 교정 전압(이하, 제3입력전압)으로 조정되며, 그 제3입력전압은 제1입력전압에 일치되거나 제3입력전압과 제1입력전압의 차이가 최소가 된다.

스캔 모드에서 터치 패널(10)에 접촉이 발생하면, 캐패시터에 충전되는 시상수(time constant)가 커진다. 그에 따라 터치 패널(10)에 구비되는 캐패시터 Cp 와 Cf 에 충전된 전하에 의한 전압(이하, 제4입력전압)이 발생한다.

스캔 모드 시에 터치 패널(10)에 접촉이 발생하면, 샘플앤홀드 증폭기(21)의 두 입력단에는 제3입력전압과 제4입력전압이 인가된다.

샘플앤홀드 증폭기(21)는 두 입력전압을 샘플링하여 터치 패널(10)에 접촉이 발생하지 않을 때와 접촉이 발생할 때의 전압 차이를 검출한다. 이때 전압 차이는 전술된 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다. 예로써, 그 전압 차이는 수 mV 수준이다.

게인 스테이지(22)는 샘플앤홀드 증폭기(21)의 출력 레벨을 증가시킨다. 이때, 게인 스테이지(22)의 후단에 구비되는 필터는 증폭된 출력에서 잡음성분을 제거 또는 완화한다.

시그마 델타 아날로그-디지털 컨버터(23)는 잡음성분이 제거 또는 완화된 신호를 디지털 신호로 변환한다.

제어부(30)는 시그마 델타 아날로그-디지털 컨버터(23)에서 출력된 디지털 신호의 펄스 개수를 카운트하여 터치 패널(10)의 접촉 여부와 접촉 감도를 결정한다.

예로써, 교정 모드 시에 발생되는 차이 값에 대한 펄스 개수가 n개라 가정하면, 제어부(30)는 그 펄스 개수만큼을 에러로 간주하여 해당하는 에러 코드를 저장한다. 스캔 모드 시에 발생되는 차이 값에 대한 펄스가 입력되면, 제어부(30)는 터치 패널(10)에 접촉이 발생한 것으로 결정한다. 또한 제어부(30)는 입력되는 펄스 개수를 카운트하며, 그 카운트된 펄스 개수에서 에러 코드에 해당하는 펄스 개수만큼을 제외한 결과로써 터치 패널(10)의 접촉 감도를 결정한다.

다음은 도 3을 참조하여 샘플앤홀드 증폭기(21)의 구성 및 동작에 대해 상세한다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 정전용량 방식 터치 감지 장치의 일부 상세 구성을 나타낸 회로도로써, 두 입력단과 샘플앤홀드 증폭기(21)의 상세 구성을 나타낸 회로도이다.

또한, 도 3은 교정 회로(40)가 임피던스 값을 조정하기 위해 고정 저항 Rin 과 가변 캐패시터 Cc를 구비하는 예를 나타낸다.

또한, 도 3은 교정 모드 시에 두 입력단과 샘플앤홀드 증폭기(21)의 동작을 설명하기 위한 것이다.

본 발명에 따른 샘플앤홀드 증폭기(21)는 두 개의 입력을 가지는데, 하나의 입력단은 터치 패널(10)이고, 다른 하나의 입력단은 교정 회로(40)이다. 여기서, 두 입력단에 대한 구성은 도 1 및 2에서 설명되었으므로 생략하며, 도 3은 교정 모드를 설명하기 위한 것이므로 터치 패널(10)에 구비되는 하나의 캐패시터 Cf는 도시를 생략한다.

샘플앤홀드 증폭기(21)는 다수 캐패시터들(Csh1, Csh2, Csh3, Csh4)을 구비하며, 또한 두 입력 간의 차이 값을 출력하는 증폭기(21a)를 구비한다.

제1캐패시터 Csh1 과 제3캐패시터 Csh3 은 두 입력단에서 인가되는 입력전압에 해당하는 전하를 충전하기 위한 것이고, 제2캐패시터 Csh2 과 제4캐패시터 Csh4 는 제1캐패시터 Csh1 과 제3캐패시터 Csh3에 충전된 전하를 전달받아 충전하기 위한 것이다. 즉, 제2캐패시터 Csh2 과 제4캐패시터 Csh4 는 제1캐패시터 Csh1 과 제3캐패시터 Csh3 에서 방전되는 전하를 충전한다.

제1 내지 8 스위치들(c1 ~ c8)의 스위칭에 따라, 두 입력단과 샘플앤홀드 증폭기(21)에 구비되는 캐패시터들(Csh1, Csh2, Csh3, Csh4)의 충전과 방전이 발생한다. 터치 패널(10)과 교정 회로(40)에 각각 구비되는 제1스위치(c1)와 제2스위치(c2)는 공급전압 Vref를 터치 패널(10)과 교정 회로(40)에 인가하기 위해 스위칭한다.

제1 내지 6 스위치들(c1 ~ c6)은 동일 타이밍에 스위칭하며, 제 7 내지 10 스위치들(c7 ~ c10)은 동일 타이밍에 스위칭한다. 그러면서 제1 내지 6 스위치들(c1 ~ c6)과 제 7 내지 10 스위치들(c7 ~ c10)은 서로 반대로 스위칭한다. 즉, 제1 내지 6 스위치들(c1 ~ c6)이 온(on) 시에는 제 7 내지 10 스위치들(c7 ~ c10)은 오프(off)되고, 제1 내지 6 스위치들(c1 ~ c6)이 오프(off) 시에는 제 7 내지 10 스위치들(c7 ~ c10)이 온(on)된다.

캐패시터 Csh1 은 터치 패널(10)에 해당하는 제1입력단에 연결되며, 캐패시터 Csh3 은 교정 회로(40)에 해당하는 제2입력단에 연결된다.

제1 내지 6 스위치들(c1 ~ c6)이 온(on) 시에는 터치 패널(10)의 캐패시터 Cp와 교정 회로(40)의 캐패시터 Cc에 전하가 충전된다. 이때, 제1캐패시터 Csh1 와 제3캐패시터 Csh3 에 전하가 충전되어 있다면, 그 충전 전하는 방전되어 제2캐패시터 Csh2 와 제4캐패시터 Csh4 에 각각 충전된다.

이어, 제1 내지 6 스위치들(c1 ~ c6)이 오프(off)됨과 동시에 제 7 내지 10 스위치들(c7 ~ c10)이 온(on) 되면, 터치 패널(10)의 캐패시터 Cp 에 충전되어 있던 전하가 방전되어 제1캐패시터 Csh1 에 충전되며, 교정 회로(40)의 캐패시터 Cc 에 충전되어 있던 전하가 방전되어 제3캐패시터 Csh3 에 충전에 충전된다. 이때, 이전 타이밍에 제2캐패시터 Csh2 와 제4캐패시터 Csh4 에 충전되어 있던 전하는 샘플앤홀드 증폭기(21)의 출력단에 전달되면서 증폭기(21a)는 전압의 차이 값(Vout)을 출력한다.

이어, 다시 제1 내지 6 스위치들(c1 ~ c6)이 온(on)됨과 동시에 제 7 내지 10 스위치들(c7 ~ c10)이 오프(off) 되면, 터치 패널(10)의 캐패시터 Cp와 교정 회로(40)의 캐패시터 Cc에 전하가 충전되면서 동시에 제1캐패시터 Csh1 와 제3캐패시터 Csh3 에 충전된 전하가 방전되어 제2캐패시터 Csh2 와 제4캐패시터 Csh4 에 각각 충전된다.

상기와 같이, 제1 내지 6 스위치들(c1 ~ c6)과 제 7 내지 10 스위치들(c7 ~ c10)의 교번하여 동작하는 스위칭에 따라, 터치 패널(10)의 캐패시터 Cp와 교정 회로(40)의 캐패시터 Cc에 충전된 전하가 제1 내지 4 캐패시터들(Csh1 ~ Csh 4)를 거쳐 샘플앤홀드 증폭기(21)의 출력단에 전달되면서, 그 샘플앤홀드 증폭기(21)는 두 입력전압 간의 차이 값(Vout)을 출력한다.

교정 모드에서, 교정 회로(40)는 증폭기(21a)에서 출력된 차이 값에 따른 제어신호(즉, 피드백 신호)가 입력되면 캐패시터 Cc의 캐패시턴스를 조정한다. 여기서, 캐패시터 Cc의 캐패시턴스를 조정하는 방식은 이미 전술되었으므로 상세한 설명은 생략한다.

한편, 입력되는 제어신호에 따라 교정 회로(40)의 캐패시턴스가 변경됨에 따라, 제5노드(b1)의 전압은 제1노드(a1)의 전압과 일치되거나 또는 제1노드(a1)의 전압에 근사화된다.

샘플앤홀드 증폭기(21)의 내부 구성을 설명하며, 그 설명에 용이하도록 터치 패널(10)의 출력 노드를 제1노드(a1), 교정 회로(40)의 출력 노드를 제5노드(b1), 제1노드(a1)와 동일한 전위를 갖는 샘플앤홀드 증폭기(21)의 두 입력 중 하나의 입력 노드를 제2노드(a2), 제5노드(b1)와 동일한 전위를 갖는 샘플앤홀드 증폭기(21)의 두 입력 중 다른 하나의 입력 노드를 제6노드(b2)로 정의한다. 또한, 샘플앤홀드 증폭기(21)의 내부에 구비되는 증폭기(21a)의 두 입력 중 하나의 입력 노드를 제3노드(a3), 그 증폭기(21a)의 두 입력 중 다른 하나의 입력 노드를 제7노드(b3), 그 증폭기(21a)의 출력 중 하나의 출력 노드를 제4노드(c1), 그리고 그 증폭기(21a)의 출력 중 다른 하나의 출력 노드를 제8노드(c2)로 정의한다.

증폭기(21a)는 두 입력측 중 하나에 대해 출력 노드인 제4노드(c1)가 병렬 연결되는 두 전기적 연결라인 제1 및 2라인(L1,L2)을 가지며, 두 입력측 중 다른 하나에 대해 출력 노드인 제8노드(c2)가 병렬 연결되는 또다른 두 전기적 연결라인제3 및 4라인(L3,L4)을 갖는다. 특히, 증폭기(21a)의 두 입력측 중 하나와 출력측 사이의 구성은 두 입력측 중 다른 하나와 출력측 사이의 구성과 동일하다.

증폭기(21a)의 두 입력측 중 하나와 출력측 사이의 구성을 보면, 전기적 연결라인 제1라인(L1)은 증폭기(21a)의 입력측 노드인 제2노드(a2)와 증폭기(21a)의 출력 노드인 제4노드(c1) 사이의 연결이며, 전기적 연결라인 제2라인(L2)은 증폭기(21a)의 입력측 노드인 제3노드(a3)와 증폭기(21a)의 출력 노드인 제4노드(c1) 사이의 연결이다. 그리고 증폭기(21a)의 입력측 노드인 제2노드(a2)와 제3노드(a3) 사이에 제1캐패시터 Csh1이 구비되며, 제1라인(L1)에 제5스위치(c5)가 구비되며, 제2라인(L2)에 제2캐패시터 Csh2 가 구비되며, 제1캐패시터 Csh1 과 입력측 노드인 제3노드(a3) 사이에 제3스위치(c3)가 구비된다. 또한 제9스위치(c9)를 갖는 접지단은 제1캐패시터 Csh1 과 제3스위치(c3)에 대해 병렬로 연결된다.

증폭기(21a)의 두 입력측 중 다른 하나와 출력측 사이의 구성을 보면, 전기적 연결라인 제3라인(L3)은 증폭기(21a)의 입력측 노드인 제6노드(b2)와 증폭기(21a)의 또다른 출력 노드인 제8노드(c2) 사이의 연결이며, 전기적 연결라인 제4라인(L4)은 증폭기(21a)의 입력측 노드인 제7노드(b3)와 증폭기(21a)의 출력 노드인 제8노드(c2) 사이의 연결이다. 그리고 증폭기(21a)의 입력측 노드인 제6노드(b2)와 제7노드(b3) 사이에 제3캐패시터 Csh3이 구비되며, 제3라인(L3)에 제6스위치(c6)가 구비되며, 제4라인(L4)에 제4캐패시터 Csh4 가 구비되며, 제3캐패시터 Csh3 과 입력측 노드인 제7노드(b3) 사이에 제4스위치(c4)가 구비된다. 또한 제10스위치(c10)를 갖는 접지단은 제3캐패시터 Csh3 과 제4스위치(c4)에 대해 병렬로 연결된다.

한편, 터치 패널(10)의 캐패시터 Cp로부터 방전된 전하를 샘플앤홀드 증폭기(21)의 두 입력 중 하나의 입력 노드인 제2노드(a2)에 인가하기 위한 제7스위치(c7)가 터치 패널(10)의 출력 노드인 제1노드(a1)와 샘플앤홀드 증폭기(21)의 하나의 입력 노드인 제2노드(a2) 사이에 구비되며, 교정 회로(40)의 캐패시터 Cc로부터 방전된 전하를 샘플앤홀드 증폭기(21)의 두 입력 중 다른 하나의 입력 노드인 제6노드(b2)에 인가하기 위한 제8스위치(c8)가 교정 회로(40)의 출력 노드인 제5노드(b1)와 샘플앤홀드 증폭기(21)의 다른 하나의 입력 노드인 제6노드(b2) 사이에 구비된다.

10 : 터치 패널 20 : 차이 값 검출부
21 : 샘플앤홀드 증폭기 22 : 게인 스테이지
23 : 시그마 델타 아날로그-디지털 컨버터
30 : 제어부 40 : 교정 회로
50 : 피드백 루틴

Claims

제1 및 2 입력단들을 가지며, 상기 제1입력단으로 인가되는 제1입력전압과 상기 제2입력단으로 인가되는 제2입력전압의 차이 값을 출력하는 제1증폭부;
상기 제1증폭부에서 출력되는 차이 값을 증폭하여 출력하는 제2증폭부;
상기 제2증폭부의 출력을 디지털 신호로 변환하여 출력하는 변환부; 그리고
상기 변환부의 출력을 해독하여 상기 제2입력단의 임피던스를 조정하기 위한 제어신호를 출력하는 제어부로 구성되며,
교정 모드 시에는 상기 제어부가 상기 변환부의 출력을 에러 코드로써 저장하고, 스캔 모드 시에는 상기 제어부가 상기 저장된 에러 코드에 기준하여 상기 변환부의 출력을 비교한 결과로부터 상기 제1입력단으로 인가되는 전압의 변화를 감지하는 것을 특징으로 하는 터치 감지 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제1입력전압은 상기 제1입력단에 구비되는 캐패시터에 충전된 전하량에 상응하고, 상기 제2입력전압은 상기 제2입력단에 구비되는 캐패시터에 충전된 전하량에 상응하는 것을 특징으로 하는 터치 감지 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제1입력단은 자기 정전용량 방식의 터치 패널에서 하나의 채널에 해당하고, 상기 제2입력단은 저항과 캐패시터로 이루어진 RC 네트워크에 해당하는 것을 특징으로 하는 터치 감지 장치.
제 3 항에 있어서, 상기 RC 네트워크는,
저항과 캐패시터 중 적어도 하나가 가변되는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 터치 감지 장치.
제 3 항에 있어서, 상기 RC 네트워크는,
고정 저항과, 상기 피드백 신호에 의해 캐패시턴스를 가변하는 가변 캐패시터를 구비하는 것을 특징으로 하는 터치 감지 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제1증폭부는 샘플앤홀드 증폭기(Sample & Hold amplifier)이고,
상기 제2증폭부는 게인 스테이지(Gain stage)이고,
상기 변환부는 시그마 델타 아날로그-디지털 컨버터(Sigma-Delta Analog-to-Digital Converter)인 것을 특징으로 하는 터치 감지 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제2증폭부의 출력에서 잡음성분을 제거하기 위한 필터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 터치 감지 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 터치 감지 장치는,
상기 제2입력단의 임피던스를 조정하는 교정 모드와 상기 제1입력단에서의 접촉 여부 및 접촉 감도를 스캐닝하는 스캔 모드 중 하나로 동작하는 것을 특징으로 하는 터치 감지 장치.
제 8 항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 교정 모드 시에, 상기 제2입력단의 임피던스를 조정하기 위한 상기 피드백 신호를 상기 피드백 루틴을 통해 상기 제2입력단으로 제공하는 것을 특징으로 하는 터치 감지 장치.
제 9 항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 교정 모드 시에, 상기 제2입력전압이 상기 제1입력전압에 일치될 때까지 상기 제2입력단의 임피던스를 조정하기 위한 상기 피드백 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 터치 감지 장치.
제 9 항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 교정 모드 시에, 상기 제1입력전압과 상기 제2입력전압 간의 차이가 최소가 되도록 상기 제2입력단의 임피던스를 조정하기 위한 상기 피드백 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 터치 감지 장치.
제 8 항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 교정 모드 시에, 상기 변환부의 출력을 에러 코드로써 저장하는 것을 특징으로 하는 터치 감지 장치.
제 12 항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 스캔 모드 시에, 상기 제1입력단으로 인가되는 전압과 상기 제2입력단으로 인가되는 전압의 차이 값에 근거하여 상기 제1입력단에서의 접촉 여부와 접촉 감도를 결정하는 것을 특징으로 하는 터치 감지 장치.
제 13 항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 스캔 모드 시에, 상기 저장된 에러 코드를 기준으로 참조하여 상기 제1입력단에서의 접촉 여부와 접촉 감도를 결정하는 것을 특징으로 하는 터치 감지 장치.
제 14 항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 제1입력단으로 인가되는 전압과 상기 제2입력단으로 인가되는 전압의 차이 값에 해당하는 펄스를 카운트하여 상기 제1입력단에서의 접촉 여부와 접촉 감도를 결정하되, 상기 카운트된 펄스에서 상기 저장된 에러 코드에 해당하는 펄스 만큼을 제외시킨 결과로써 상기 제1입력단에서의 접촉 여부와 접촉 감도를 결정하는 것을 특징으로 하는 터치 감지 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제1입력단과 제2입력단은 공통의 공급전압에 의해 구동되며, 상기 제1입력단과 제2입력단에 상기 공급전압을 인가하기 위해 스위칭하는 스위치를 각각 구비하는 것을 특징으로 하는 터치 감지 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제1증폭부는,
상기 제1입력단으로 인가되는 전압과 상기 제2입력단으로 인가되는 전압의 차이 값을 출력하는 증폭기와,
상기 증폭기의 입력측 중 하나에 구비되는 제1노드와 제2노드를 상기 증폭기의 출력측에 구비되는 제3노드에 병렬 연결하는 제1 및 2 라인과,
상기 증폭기의 입력측 중 다른 하나에 구비되는 제4노드와 제5노드를 상기 증폭기의 출력측에 구비되는 제3노드에 병렬 연결하는 제3 및 4 라인과,
상기 제1노드와 상기 제2노드 사이에 구비되는 제1캐패시터와,
상기 제2노드와 상기 제3노드 사이에 해당하는 상기 제2라인에 구비되는 제2캐패시터와,
상기 제4노드와 상기 제5노드 사이에 구비되는 제3캐패시터와,
상기 제5노드와 상기 제3노드 사이에 해당하는 상기 제4라인에 구비되는 제4캐패시터를 구비하되,
상기 제1노드는 상기 제1입력단과 동일한 전위를 가지고, 상기 제4노드는 상기 제2입력단과 동일한 전위를 갖는 것을 특징으로 하는 터치 감지 장치.
제 17 항에 있어서, 상기 제1증폭부는,
상기 제1라인에 제1스위치와, 상기 제1캐패시터와 상기 제2노드 사이에 제2스위치를 구비하되,
상기 제1스위치와 같이 스위칭하는 제3스위치를 갖는 접지단이 상기 제1캐패시터와 상기 제2스위치에 대해 병렬 연결되는 것을 특징으로 하는 터치 감지 장치.
제 17 항에 있어서, 상기 제1증폭부는,
상기 제3라인에 제4스위치와, 상기 제3캐패시터와 상기 제5노드 사이에 제5스위치를 구비하되,
상기 제4스위치와 같이 스위칭하는 제6스위치를 갖는 접지단이 상기 제3캐패시터와 상기 제5스위치에 대해 병렬 연결되는 것을 특징으로 하는 터치 감지 장치.