KR20120119419A - 터치감지회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터치스크린패널에서 차동증폭기를 사용하여 서로 인접한 구동전극의 커플링 커패시턴스의 변화의 차이를 검출하여 터치스크린패널에 대한 터치 유무를 감지함으로써 디스플레이 노이즈를 제거할 수 있는 터치감지회로에 관한 것이다.

Description

터치감지회로{Touch sensing circuit}
본 발명은 터치감지회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 터치스크린 패널에 손가락을 접촉하였을 때 서로 인접한 구동전극의 커플링 커패시턴스의 변화의 차이를 검출하여 터치스크린 패널에 대한 터치여부를 감지할 수 있는 터치감지회로에 관한 것이다.
전자기기의 소형화에 따라 입력장치로서 터치스크린패널(Touch Screen Panel:이하 'TSP'라 한다.)을 많이 사용하게 되는데, TSP의 후면에 디스플레이장치가 구비되어 이로부터 출사된 영상 등이 TSP를 투과하여 이용자에게 보여지고, 이용자가 그 영상을 보면서 TSP를 접촉하여 명령을 인가하면, 이용자의 명령을 전자기기가 수행하게 된다.
이러한 TSP는 정전용량방식에 의하여 TSP상의 입력 위치를 검출할 수 있도록 하는 기술이 추세화 되고 있는데, 정전용량방식이란 사람이 TSP의 전극상에 형성된 유전체막을 손가락으로 접촉하게 되면 정전용량(capacitance)을 통하여 미세한 순간적인 전류의 변화가 생기고 이로부터 접촉위치를 검출할 수 있도록 하는 방식을 말한다.
한편, 이러한 정전용량방식의 터치스크린패널에 의하면 사용자가 TSP를 사용할 때 여러 개의 손가락을 통해서 여러 개의 포인트를 동시에 터치하는 다중터치(multi-touch)가 발생하는 경우에도 여러 터치 포인트를 동시에 인식하는 것이 가능하다.
도 1은 종래의 정전용량 방식의 터치감지장치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참고하면 정전용량 방식의 터치감지장치(100)는 열(row) 방향으로 연장되고 복수개의 감지채널(112a~112n)에 연결된 복수개의 구동전극(111a~111n)과, 행(column) 방향으로 연장되고 복수개의 감지채널(114a~114n)에 연결된 복수개의 수신전극(113a~113n)을 구비한 터치스크린패널(110)과 검출수단(120)를 포함한다.
복수개의 구동전극(111a~111n)과 복수개의 수신전극(113a~113n)은 서로 다른 평면상에 배열되어 있으며 기생저항(Rp)이나 기생 커패시턴스(Cp)와 같은 기생임피던스(Zp)를 포함하고 있다. 또한 복수개의 구동전극(111a~111n)과 복수개의 수신전극(113a~113n)이 교차하는 노드에서는 각각 커플링 커패시턴스(Cc)가 형성된다. 따라서 복수개의 구동전극(111a~111n)과 커플링 커패시턴스(Cc) 및 복수개의 수신전극(113a~113n)은 커플링 커패시턴스의 변화가 검출되는 검출경로를 형성하게 된다.
이때 사용자에 의해 복수개의 구동전극(111a~111n) 중 어느 하나의 구동전극이 터치된 경우, 터치가 이루어진 구동전극과, 이와 교차하는 수신전극의 사이에서 커플링 커패시턴스(Cc)의 변화가 일어나게 되고 검출수단(120)을 통해 이를 감지하여 터치스크린패널(110)에 대한 터치 유무를 판단한다.
도 2는 터치스크린패널의 구조를 나타내는 도면이다.
일반적으로 터치스크린패널(TSP)은 디스플레이 패널에 설치되는 형태에 따라 애드온 타입(Add-On Type)과 온셀타입(On-Cell Type)으로 분류된다.
도 2의 (a)는 애드온 타입(Add-On Type)의 터치스크린패널을 나타내는 도면이고, 도 2의 (b)는 온셀타입(On-Cell Type)의 터치스크린패널을 나타내는 도면이다.
도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 애드온 타입(Add-On Type)의 터치스크린패널(TSP)은 TFT기판(11), 칼라필터기판(12), 이격층(13), 터치스크린기판(14) 및 강화유리기판(15)이 순차적으로 형성된 구조를 갖는다.
한편, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 온셀 타입(On-Cell Type)의 터치스크린패널(TSP)은 칼라필터기판(12)의 상부에 이격층이 없이 바로 터치스크린기판(14)이 형성된 구조를 갖는다.
온-셀 타입(on-cell type)의 터치스크린패널(TSP) 구조는 패널의 전체적인 두께를 감소시킬 수 있다는 점에서 장점이 있다. 그러나 애드-온 타입(add-on type)의 터치스크린패널(TSP)에 비해, 디스플레이 구동회로가 형성되어 있는 TFT기판(11)과 터치스크린기판(14) 사이의 거리가 가까워져 디스플레이 노이즈(Display noise) 및 피크 노이즈(Peak noise)에 취약한 문제가 있다.
도 2의 (c)에 도시된 바와 같이 터치스크린기판(14)의 구동전극과 TFT기판(11)의 소스라인, 게이트라인 및 중간전압라인 사이에서는 여러 형태의 기생커패시턴스(CS, CG, CCOM)가 발생된다. 그러나 온-셀 타입(on-cell type)의 터치스크린패널(TSP)에서는 터치스크린기판(14)과 TFT기판(11)의 사이가 가까워짐에 따라 상기한 여러 형태의 기생커패시턴스(CS, CG, CCOM)가 더욱 증가하는 문제가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 온-셀 타입의 터치스크린패널 구조에서 차동증폭기를 사용하여 서로 인접한 구동전극의 커플링 커패시턴스의 변화의 차이를 검출하여 터치스크린패널에 대한 터치 유무를 감지함으로써 디스플레이 노이즈를 제거할 수 있는 터치감지회로를 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 터치감지회로는, 복수개의 구동전극과, 복수개의 수신전극을 구비하며 상기 구동전극과 상기 수신전극이 교차하는 노드에 커플링 커패시턴스가 형성되는 터치스크린패널에 대해 터치에 의해 변화된 커플링 커패시턴스 값을 센싱하여 터치스크린패널에 대한 터치여부를 감지하는 터치감지회로에 있어서, 상기 제1 구동전극에 인가된 구동신호와, 상기 제1 구동전극에 인접한 상기 제2 구동전극에 인가된 구동신호를 각각 입력받아 이를 미분하여 제1미분신호 및 제2미분신호를 생성하는 미분기 상기 제1미분신호 및 상기 제2미분신호를 입력받아 이를 증폭하여 차동증폭신호(out_amp)를 출력하는 증폭기 및 상기 증폭신호를 입력받아 직류신호로 변환된 검출신호를 출력하는 검출기를 구비하며, 상기 제1 구동전극과 제1수신전극이 교차하는 노드에 형성된 제1 커플링 커패시턴스 및 상기 제2 구동전극과 제2수신전극이 교차하는 노드에 형성된 제2 커플링 커패시턴스의 변화의 차이를 센싱하여 터치 스크린 패널의 터치 여부를 감지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 터치감지회로에 의하면 커플링 커패시턴스의 변화를 감지하는데 있어서 공통모드가 제거된 차동증폭기를 사용함으로써 디스플레이의 노이즈를 효과적으로 제거할 수 있는 장점이 있다.
또한 필요에 따라 차동증폭기 외에 이득증폭기를 추가적으로 사용하여 고속으로 동작하는 차동증폭기의 이득을 보상해줌으로써 대형패널에서 고속의 다중터치가 가능해지는 효과가 있다.
도 1은 종래의 정전용량 방식의 터치감지장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 일반적인 터치스크린패널의 구조를 나타내는 도면이다.
도3은 본 발명에 따른 터치감지회로의 전체 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 터치감지회로의 미분기와 증폭기의 상세구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 터치감지회로의 증폭기의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 터치감지회로의 검출기의 상세구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 터치감지회로의 검출기의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 터치감지회로의 샘플 홀드 증폭기의 구성을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세히 설명하도록 한다.
도3은 본 발명에 따른 터치감지회로의 전체 구성을 나타내는 블록도이고 도 4는 본 발명에 따른 터치감지회로의 미분기와 증폭기의 상세구성을 나타내는 도면이다.
도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 터치감지회로(300)는 터치스크린패널(200)에 대한 터치 여부를 감지하는 것으로, 미분기(310), 증폭기(320), 검출기(330) 및 샘플 홀드 증폭기(340)를 구비한다.
일반적인 터치스크린패널은 도 1에 도시된 바와 같이 열 방향으로 배열된 복수개의 구동전극 및 행 방향으로 배열된 복수개의 수신전극이 형성되어 있으며, 상기 구동전극과 상기 수신전극은 서로 다른 평면상에 배열되어 있다. 그러나, 본 발명을 설명하는 도 3 및 도 4에서는 도면의 단순화 및 설명의 편의를 위해 복수의 구동전극 및 복수의 수신전극 중 제1구동전극(210)과 제2구동전극(230) 및 제1수신전극(220)과 제2수신전극(240)만을 도시하였다.
도 4에 도시된 바와 같이 제1구동전극(210)은 제1 및 제2기생저항(Rp1, Rp2)과 제1기생커패시턴스(Cp1)와 같은 기생 임피던스를 포함하고 있으며, 제1수신전극(220)은 제3 및 제4기생저항(Rp3, Rp4)과 제2기생커패시턴스(Cp2)와 같은 기생 임피던스를 포함하고 있다. 또한 제1구동전극(210)과 제1수신전극(220)이 교차하는 노드에는 제1커플링 커패시턴스(Cc1)가 형성된다.
제2구동전극(230)은 제5 및 제6기생저항(Rp5, Rp6)과 제3기생커패시턴스(Cp3)와 같은 기생 임피던스를 포함하고 있으며, 제2수신전극(240)은 제7및 제8기생저항(Rp7, Rp8)과 제4기생커패시턴스(Cp4)와 같은 기생 임피던스를 포함하고 있다. 또한 제2구동전극(230)과 제2수신전극(240)이 교차하는 노드에는 제2커플링 커패시턴스(Cc2)가 형성된다.
이에 따라 외부로부터 상기 제1구동전극(210) 및 제2구동전극(230)에 터치가 이루어진 경우 제1구동전극(210)과 제1커플링 커패시턴스(Cc1) 및 제1수신전극(220)을 따라 커플링 커패시턴스의 변화가 검출되는 제1검출경로가 형성되고, 제2구동전극(230)과 제2커플링 커패시턴스(Cc2) 및 제2수신전극(240)을 따라 커플링 커패시턴스의 변화가 검출되는 제2검출경로가 형성된다.
한편 제1 구동신호(in_n) 및 제2구동신호(in_n+1)는 전원전압(VCC)의 크기를 갖는 교류신호(AC-signal)로 제1구동전극(210) 및 제2구동전극(230)에 인가되며 구형파(Rectangle pulse) 또는 램프파(Ramped pulse) 등이 사용될 수 있다. 또한 제1 구동신호(in_n) 및 제2구동신호(in_n+1)는 동일한 신호일 수 있다.
미분기(310)는 제1 구동전극(210)에 인가된 제1 구동신호(in_n)와, 제1 구동전극(210)에 인접한 제2 구동전극(230)에 인가된 제2 구동신호(in_n+1)를 미분하여 제1미분신호(Vin+) 및 제2미분신호(Vin-)를 생성한다.
상기 미분기(310)는 제1 커플링커패시턴스(Cc1)와 제1미분저항(Rx1)으로 형성되는 제1미분기와, 제2 커플링커패시턴스(Cc2)와 제2미분저항(Rx2)으로 형성되는 제2미분기로 구성될 수 있다.
제1 커플링커패시턴스(Cc1)는 터치스크린패널(200)의 제1구동전극(210)과 제1수신전극(220)이 교차되는 노드에 형성되며, 제1단자가 상기 제1구동전극(210)에 연결되고 제2단자가 상기 제1수신전극(220)에 연결된다.
제1미분저항(Rx1)은 제1단자가 상기 제1 커플링커패시턴스(Cc1)의 제2단자에 연결된 제1수신전극(220) 및 상기 증폭기(320)의 비반전입력단(+)에 공통으로 연결되고, 제2단자가 제2미분저항(Rx2)의 제2단자에 연결된다. 또한 제1미분저항(Rx1)의 제2단자 및 제2미분저항(Rx2)의 제2단자가 공통으로 연결된 노드에는 기준전압(HVCC)이 인가된다.
제2 커플링커패시턴스(Cc2)는 제2구동전극(230)과 제2수신전극(240)이 교차되는 노드에 형성되며, 제1단자가 상기 제2구동전극(230)에 연결되고 제2단자가 상기 제2수신전극(240)에 연결된다.
제2미분저항(Rx2)은 제1단자가 상기 제2 커플링커패시턴스(Cc2)의 제2단자에 연결된 제2수신전극(240) 및 상기 증폭기(320)의 반전입력단(-)에 공통으로 연결되고, 제2단자가 제1미분저항(Rx1)의 제2단자에 연결된다.
식 (1) 및 식 (2)는 제1미분신호(Vin+) 및 제2미분신호(Vin-)의 크기를 나타내는 식이다.
Figure pat00001
Figure pat00002
교류신호(AC signal)인 구동신호(in_n, in_n+1)가 입력되면 기생커패시턴스(Cp1~Cp4)와, 커플링 커패시턴스(Cc1, Cc2) 및 기생저항(Rp1~Rp8)의 임피던스가 변하게 된다. 이와 같이 임피던스가 변하는 기생커패시턴스(Cp1~Cp4)와 커플링 커패시턴스(Cc1, Cc2) 및 기생저항(Rp1~Rp8)에 의해 분배된 신호를 제1미분저항(Rx1)과 제2미분저항(Rx2)을 통해 신호의 크기를 변경하여 제1미분신호(Vin+) 및 제2미분신호(Vin-)의 크기를 조절한다.
일반적으로 터치스크린패널(TSP)의 재질적인 특성이나 크기 또는 터치스크린 기판과 디스플레이 기판의 구성이나 그 재질에 따라 기생저항과 기생커패시턴스는 고유의 값을 가진다. 따라서 기생저항 또는 기생커패시턴스의 값을 변경하여 제1미분신호(Vin+) 및 제2미분신호(Vin-)의 크기를 조절하는 것은 매우 어렵다.
이에 본 발명에서는 제1미분저항(Rx1)과, 제2미분저항(Rx2) 및 기준전압(HVCC)의 값을 조정하여 증폭기(320)의 입력신호인 제1미분신호(Vin+) 및 제2미분신호(Vin-)의 크기를 조절하도록 하였다.
식 (1)을 참고하면, 제1미분저항(Rx1) 값을 변경함에 따라 전원전압(VCC) 및 기준전압(HVCC)에 대한 전압 분배비가 변경되어 제1미분신호(Vin+)의 크기를 조절할 수 있다.
또한, 식 (2)을 참고하면, 제2미분저항(Rx2) 값을 변경함에 따라 전원전압(VCC) 및 기준전압(HVCC)에 대한 전압 분배비가 변경되어 제2미분신호(Vin-)의 크기를 조절할 수 있다.
한편, 제1미분저항(Rx1)의 제2단자 및 제2미분저항(Rx2)의 제2단자의 공통 노드에 기준전압(HVCC) 이하의 전압이 인가되는 경우, 식 (1) 및 식 (2)에서 기준전압(HVCC)에 따른 전압성분의 값이 달라지게 되어, 원하는 크기의 제1미분신호(Vin+) 및 제2미분신호(Vin-)를 얻기 위해서는 제1미분저항(Rx1)과 제2미분저항(Rx2)의 변동 폭을 크게 하여야 한다.
본 발명에서 제 1 미분저항(Rx1)과 제 2 미분저항(Rx2)으로 표시한 소자는 고정된 값이 아니라 가변적으로 할 수 있다. 가변저항은 흔히 반도체 제조과정에서 사용되는 확산층 또는 폴리실리콘층으로 제조 될 수 있고, 저항값은 각 저항들의 물리적인 폭과 길이 등을 정해놓은 다음 적절한 길이에서 금속선을 콘택(contact)하는 방법으로 변화시킬 수 있다.
한편 트랜지스터를 이용하는 경우에도 본 발명의 가변 저항을 만들 수 있다. 트랜지스터를 이용하는 저항 값의 변화는 게이트 물질의 폭과 넓이의 비(ratio) 뿐만 아니라, 트랜지스터의 게이트 전압 및 문턱전압, 이동도, 게이트 산화막의 두께 등의 변수이기도 하므로 이들을 적절히 바꾸어주면 트랜지스터를 이용하여 저항값의 변화를 이끌어 낼 수 있다. 이하 본 발명에서 편의상 저항으로 표기된 모든 소자들은 이와 같이 가변저항이 될 수 있음을 유의하여야 한다.
또 식(1) 및 식(2)에서 보듯이 기준전압(HVCC)은 전원전압(VCC)의 1/2값을 갖는 것이 바람직하지만 경우에 따라 전원전압(VCC)와 접지 사이의 어떠한 DC 전압이어도 본 발명의 의도를 달성할 수 있음은 당연하다.
이와 같이 본 발명에서는 제1미분저항(Rx1)과 제2미분저항(Rx2) 및 기준전압(HVCC) 단자를 서로 연결시키고 제1미분저항(Rx1) 및 제2미분저항(Rx2)의 공통 노드에 기준전압(HVCC)을 인가함으로써 제1미분저항(Rx1) 및 제2미분저항(Rx2)의 작은 변화에도 제1미분신호(Vin+) 및 제2미분신호(Vin-)를 원하는 크기로 조절할 수 있도록 하였다.
또한 이를 통해 터치스크린패널의 구성 또는 터치스크린 기판과 디스플레이 기판의 구성이 변경되는 경우에도 제1 커플링커패시턴스(Cc1)와 제2 커플링커패시턴스(Cc2)의 변화된 값을 통해 터치스크린패널(200)에 대한 터치 여부를 효과적으로 감지할 수 있도록 하였다.
상기 증폭기(320)는 상기 제1미분신호(Vin+)를 비반전입력단(+)에 입력받고 상기 제2미분신호(Vin-)를 반전입력단(-)에 입력받아 이를 증폭하여 차동증폭신호(out_amp)를 출력하는 차동증폭기로 구현하는 것이 바람직하다.
증폭기(320)의 출력신호인 차동증폭신호(out_amp)의 크기는 아래의 식과 같이 제1미분신호(Vin+)와 제2미분신호(Vin-)의 크기의 차에 의해 구해진다.
Figure pat00003

여기서, Av는 증폭기(320)의 전압이득을 의미한다.
본 발명은 하나의 터치라인의 커플링 커패시턴스의 변화를 비교하여 터치스크린패널에의 터치 여부를 감지하는 종래의 기술과 달리 인접한 두 개의 터치라인의 커플링 커패시턴스의 상대적인 변화를 비교하여 터치 여부를 감지하는 것이라는 점에 특징이 있다.
즉, 터치스크린패널에 손가락을 터치한 경우 터치가 발생된 라인과 터치가 발생되지 아니한 인접한 라인의 커플링 커패시턴스 값을 비교하여 터치에 의해 변화된 커플링 커패시턴스 값을 읽어내고 이를 아날로그 디지털 변환기 및 프로세서에서 처리함으로써 터치스크린패널의 터치된 좌표를 읽어낸다.
한편, 인접한 두 라인이 모두 접촉되었지만, 하나의 라인은 접촉이 많이 되어 커플링 커패시턴스 값의 변화가 크고, 다른 하나의 라인은 접촉이 상대적으로 적게 되어 커플링 커패시턴스 값의 변화가 작은 경우 두 라인간의 변화된 커플링 커패시턴스 값을 읽어내고 이를 처리하여 터치된 터치스크린패널의 좌표를 얻는다.
도 5는 본 발명에 따른 터치감지회로에서 인접한 두 라인의 커플링 커패시턴스 값을 읽어내는 동작을 개념적으로 설명하기 위한 도면이다. 도 5에서는 단순화 및 설명의 편의를 위해 기생저항 및 기생커패시턴스는 생략하였다.
도 5에 도시된 차동증폭기의 입력전압인 제1미분신호(Vin+), 제2미분신호(Vin-) 및 차동증폭기의 출력전압인 차동증폭신호(out_amp)는 식 (4-1) 내지 식 (4-3)에 의해 구해진다.
Figure pat00004
Figure pat00005
Figure pat00006
따라서 차동증폭기를 이용하여 인접한 두 라인간의 커플링 커패시턴스의 변화의 차이(ΔC)를 읽어내고 이를 이용하여 터치스크린패널에 대한 터치여부를 감지할 수 있다. 차동증폭신호(out_amp)의 극성은 제1커플링커패시턴스(Cc1)와 제2커플링커패시턴스(Cc2) 중 어느 커플링커패시턴스가 터치되었는지 나타낸다.
일반적으로 증폭기는 이득(Gain)을 올리면 밴드폭(Bandwidth)이 작아지고 이득(Gain)을 낮추면 밴드폭(Bandwidth)이 넓어지는 특성을 갖는다. 최근 들어 패널의 크기가 대형화됨에 따라 고속의 다중터치(multi-touch)가 가능한 시스템을 구동하기 위해서는 빠른 스피드로 동작할 수 있는 차동증폭기가 요구된다.
이와 같이 빠른 스피드로 동작하는 차동증폭기가 사용되는 경우에는 차동증폭기의 이득을 크게 올릴 수가 없으며, 제한된 차동증폭기의 이득을 보상하기 위해 이득증폭기가 추가적으로 사용될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 터치감지회로의 증폭기의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 6을 참고하면 본 발명에 따른 터치감지회로의 증폭기(320)는 차동증폭기(321)와 이득증폭기(322)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 차동증폭기(321)는 제1미분신호(Vin+)를 비반전입력단(+)에 입력받고 상기 제2미분신호(Vin-)를 반전입력단(-)에 입력받아 이를 증폭하여 차동출력신호(out_diff)를 출력한다. 이득증폭기(322)는 상기 차동증폭기(321)의 출력인 차동출력신호(out_diff)를 입력받아 이득을 조절하여 이득이 조절된 신호인 상기 차동증폭신호(out_amp)를 출력한다.
이득증폭기(322)는 이득연산증폭기(322-1), 제1이득저항(Rg1) 및 제2이득저항(Rg2)으로 구성된다.
이득연산증폭기(322-1)는 비반전입력단(+)에 기준전압(HVCC)이 인가되고, 반전입력단(-)에는 차동출력신호(out_diff)가 제1이득저항(Rg1)을 통해 입력된다.
제1이득저항(Rg1)은 제1단자가 상기 차동증폭기(321)의 출력단에 연결되고 제2단자가 상기 이득연산증폭기(322-1)의 반전입력단(-)에 연결된다.
제2이득저항(Rg2)은 제1단자가 상기 이득연산증폭기(322-1)의 출력단에 연결되고 제2단자가 상기 제1이득저항(Rg1)의 제2단자 및 상기 이득연산증폭기(322-1)의 반전입력단(-)에 공통으로 연결된다.
이득증폭기(322)는 제1이득저항(Rg1)과 제2이득저항(Rg2)의 비에 의해 차동증폭기(321)의 출력인 차동출력신호(out_diff)를 증폭하는 회로이며 이득증폭기(322)의 출력인 차동증폭신호(out_amp)의 크기는 다음의 식에 의해 구해진다.
Figure pat00007
한편, 본 발명에 따른 이득증폭기(322)는 차동증폭기(321)의 구성 및 검출기(330)의 구성에 따라 차동입력(Differential input)이 가능한 구조로 변경 사용될 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 터치감지회로의 검출기의 상세구성을 나타내는 도면이다.
검출기(330)는 교류신호(AC-signal)인 차동증폭신호(out_amp)를 입력받아 이를 직류신호(DC-signal)로 변환하여 검출신호(out_int)를 출력한다.
상기 검출기(330)는 적분증폭기(331)와, 적분저항(Ri)과, 적분커패시턴스(Ci) 및 적분스위치(SWi)를 포함하는 적분기로 구현될 수 있다.
상기 적분증폭기(331)는 비반전입력단(+)에 기준전압(HVCC)이 입력되고 반전입력단(-)에 증폭기(320)의 출력인 차동증폭신호(out_amp)가 적분저항(Ri)을 통해 입력된다.
적분저항(Ri)은 제1단자가 상기 증폭기(320)의 출력단에 연결되고 제2단자가 상기 적분증폭기(331)의 반전입력단(-)에 연결된다. 적분커패시턴스(Ci)는 제1단자가 상기 적분증폭기(331)의 출력단에 연결되고 제2단자가 상기 적분증폭기(331)의 반전입력단(-)에 연결된다. 적분스위치(SWi)는 적분커패시턴스(Ci)와 병렬로 연결되어 상기 적분커패시턴스(Ci)를 리셋시킨다.
적분기로 구현된 상기 검출기(330)의 출력인 검출신호(out_int)는 아래의 식에 의해 구해질 수 있다.
Figure pat00008

적분기로 구현된 상기 검출기(330)는 증폭기(320)의 구성 및 샘플 홀드 증폭기(340)의 구성에 따라 차동입력(Differential input)이 가능한 구조로 변경 사용될 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 터치감지회로의 검출기의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 터치감지회로의 검출기(330)는 수동형 피크 디텍터(330a) 또는 능동형 피크 디텍터(330b)로 구현될 수 있다.
도 8의 (a)에 도시된 수동형 피크디텍터(330a)는 제1단자가 상기 증폭기(320)의 출력단에 연결된 제1피크다이오드(Dpk1)와, 제1단자가 상기 제1피크다이오드(Dpk1)의 제2단자에 연결되고 제2단자가 접지되어 있는 제1피크커패시턴스(Cpk1)를 포함하여 구성된다.
한편, 도 8의 (b)에 도시된 능동형 피크디텍터(330b)는 비반전입력단(+)에 상기 차동증폭신호(out_amp)가 인가되는 피크증폭기(330b-1)와, 제1단자가 상기 피크증폭기(330b-1)의 출력단에 연결된 제2피크다이오드(Dpk2)와, 제1단자가 상기 제2피크다이오드(Dpk2)의 제2단자 및 상기 피크증폭기(330b-1)의 반전입력단(-)에 공통으로 연결되고 제2단자가 접지되어 있는 제2피크커패시턴스(Cpk2)를 포함하여 구성된다.
도 9는 본 발명에 따른 터치감지회로의 샘플 홀드 증폭기의 구성을 나타내는 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이 샘플 홀드 증폭기(340)는 제1입력단에 기준전압(HVCC)이 입력되고 제2입력단에 검출기의 출력인 검출신호(out_int)가 입력된다.
상기 샘플 홀드 증폭기(340)는 제어신호(미도시)에 응답하여 온 오프되는 샘플홀드스위치(SWsh1~SWsh5)와, 샘플홀드커패시터(Csh1~Csh4) 및 샘플홀드연산증폭기(341)의 동작에 따라 기준전압(HVCC) 및 검출신호(out_int)를 증폭하고 홀딩하여 샘플홀드신호(out_n, out_n+1)를 생성한 후 아날로그 디지털 변환기(ADC)로 전달한다.
한편 상기 샘플 홀드 증폭기는 본 발명에 따른 터치감지회로(300)가 아닌 외부의 아날로그 디지털 변환기(ADC)내에 구현될 수도 있다.
살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 터치감지회로는 커플링 커패시턴스의 변화를 감지하는데 있어서 공통모드가 제거된 차동증폭기를 사용함으로써 디스플레이에 따른 공통모드 노이즈를 제거할 수 있어서 온-셀 타입의 터치스크린패널 구조에서도 고속의 멀티터치가 가능한 장점이 있다.
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 (10)

  1. 복수개의 구동전극과, 복수개의 수신전극을 구비하며 상기 구동전극과 상기 수신전극이 교차하는 노드에 커플링 커패시턴스가 형성되는 터치스크린패널에 대해 터치에 의해 변화된 커플링 커패시턴스 값을 센싱하여 터치스크린패널에 대한 터치여부를 감지하는 터치감지회로에 있어서,
    제1 구동전극에 인가된 구동신호와, 상기 제1 구동전극에 인접한 제2구동전극에 인가된 구동신호를 각각 입력받아 제1미분신호 및 제2미분신호를 생성하는 미분기
    상기 제1미분신호 및 상기 제2미분신호를 입력받아 차동증폭신호(out_amp)를 출력하는 증폭기 및
    상기 증폭신호를 입력받아 검출신호를 출력하는 검출기를 구비하며,
    상기 제1 구동전극과 제1수신전극이 교차하는 노드에 형성된 제1 커플링 커패시턴스 및 상기 제2 구동전극과 제2수신전극이 교차하는 노드에 형성된 제2 커플링 커패시턴스의 변화의 차이를 센싱하여 터치스크린패널의 터치 여부를 감지하는 것을 특징으로 하는 터치감지회로.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 미분기는
    상기 제1 커플링커패시턴스(Cc1)와, 제1단자가 상기 제1수신전극을 통해 상기 제1 커플링커패시턴스(Cc1)의 일 단자에 연결된 제1미분저항(Rx1)을 구비하며, 제1미분신호(Vin+)를 생성하는 제1미분기 및
    상기 제2 커플링커패시턴스(Cc2)와, 제1단자가 상기 제2수신전극을 통해 상기 제2 커플링커패시턴스(Cc2)의 일 단자에 연결된 제2미분저항(Rx2)을 구비하며, 제2미분신호(Vin-)를 생성하는 제2미분기를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치감지회로.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 미분기는
    상기 제1미분저항(Rx1) 및 상기 제2미분저항(Rx2)의 크기를 변경함으로써 상기 제1미분신호(Vin+) 및 상기 제2미분신호(Vin-)의 크기를 조절하는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 터치감지회로.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제1미분저항(Rx1)의 제2단자 및 상기 제2미분저항(Rx2)의 제2단자는 서로 연결되어 있으며,
    상기 제1미분저항(Rx1)의 제2단자 및 상기 제2미분저항(Rx2)의 제2단자의 연결 노드에 기준전압(HVCC)이 인가되는 것을 특징으로 하는 터치감지회로.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 증폭기는
    상기 제1미분신호를 비반전입력단에 입력받고 상기 제2미분신호를 반전입력단에 입력받아 차동출력인 상기 차동증폭신호(out_amp)를 출력하는 차동증폭기로 이루어진 것을 특징으로 하는 터치감지회로.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 증폭기는
    상기 제1미분신호를 비반전입력단에 입력받고 상기 제2미분신호를 반전입력단에 입력받아 이를 증폭하여 차동출력신호(out_diff)를 출력하는 차동증폭기 및
    상기 차동출력신호를 입력받아 이득을 조절하여 상기 차동증폭신호(out_amp)를 출력하는 이득증폭기를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 터치감지회로.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 이득증폭기는
    비반전 입력단에 기준전압(HVCC)이 인가되는 이득연산증폭기
    제1단자가 상기 차동증폭기의 출력단자에 연결되고 제2단자가 상기 이득연산증폭기의 반전입력단에 연결된 제1이득저항(Rg1); 및
    제1단자가 상기 이득연산증폭기의 출력단에 연결되고 제2단자가 상기 제1이득저항(Rg1)의 제2단자 및 상기 이득연산증폭기의 반전입력단에 공통으로 연결된 제2이득저항(Rg2);을 구비하는 것을 특징으로 하는 터치감지회로.
  8. 제 5항 또는 제6항에 있어서, 상기 검출기는,
    비반전입력단에 기준전압이 입력되는 적분증폭기와, 제1단자가 상기 증폭기의 출력단에 연결되고 제2단자가 상기 적분증폭기의 반전입력단에 연결되는 적분저항(Ri)과, 제1단자가 상기 적분증폭기의 출력단에 연결되고 제2단자가 상기 적분저항(Ri)의 제2단자 및 상기 적분증폭기의 반전입력단에 공통으로 연결되는 적분커패시턴스(Ci)와, 상기 적분커패시턴스(Ci)와 병렬로 연결된 적분스위치(SWi)를 포함하는 적분기로 이루어진 것을 특징으로 하는 터치감지회로.
  9. 제 5항 또는 제6항에 있어서, 상기 검출기는,
    제1단자가 상기 증폭기의 출력단에 연결된 제1피크다이오드(Dpk1)와, 제1단자가 상기 제1피크다이오드(Dpk1)의 제2단자에 연결되고 제2단자가 접지되어 있는 제1피크커패시턴스(Cpk1)를 포함하는 수동피크디텍터로 이루어진 것을 특징으로 하는 고속의 다중 터치가 가능한 터치감지회로.
  10. 제 5항 또는 제6항에 있어서, 상기 검출기는,
    비반전입력단에 상기 증폭신호가 인가되는 피크증폭기와, 제1단자가 상기 피크증폭기의 출력단에 연결된 제2피크다이오드(Dpk2)와, 제1단자가 상기 제2피크다이오드(Dpk2)의 제2단자 및 상기 피크증폭기의 반전입력단에 공통으로 연결되고 제2단자가 접지되어 있는 제2피크커패시턴스(Cpk2)를 포함하는 능동피크디텍터로 이루어진 것을 특징으로 하는 고속의 다중 터치가 가능한 터치 감지 회로.
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