KR20130060070A - 저주파 노이즈를 제거한 멀티터치 패널의 전하량 감지장치 - Google Patents

저주파 노이즈를 제거한 멀티터치 패널의 전하량 감지장치 Download PDF

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Abstract

저주파 노이즈를 제거한 멀티터치 패널의 전하량 감지장치가 개시된다. 상기 멀티터치 패널의 전하량 감지장치는 샘플링 시점에 대한 정보를 포함하는 센싱신호를 생성하고, 입력 선택신호에 응답하여 커패시턴 센서의 대응하는 입력단으로 상기 센싱신호를 출력하는 신호 전달부, 상기 수신된 센싱신호에 응답하여 센싱된 양의 값을 가지는 제 1 전하량과 음의 값을 가지는 제 2 전하량을 순차적으로 반복하여 출력하는 출력단을 복수 개 포함하는 커패시턴스 센서, 상기 커패시턴스 센서의 출력단들로부터 병렬적으로 출력된 상기 제 1 전하량들과 제 2 전하량들을 각각 n 회(n은 자연수) 샘플링하여 누적하고 게인(gain)을 조절하여 제 1 누적전압들과 제 2 누적전압들을 출력하는 신호 수신부, 상기 제 1 누적전압들과 상기 제 2 누적전압들을 순차적으로 입력받아 대응하는 상기 제 1 누적전압과 상기 제 2 누적전압의 전압차를 연산하여 출력하는 노이즈 제거부, 전압 선택신호에 응답하여 상기 전압차들을 순차적으로 하나씩 선택하여 출력하는 먹스 및 상기 먹스에서 순차적으로 출력되는 전압차를 디지털 신호로 변환하여 순차적으로 출력하는 AD(analog to digital) 컨버터를 구비할 수 있다.

Description

저주파 노이즈를 제거한 멀티터치 패널의 전하량 감지장치{Apparatus for sensing charge of multi touch panel with removing low frequency noise}
본 발명은 멀티터치 패널의 전하량 감지장치에 관한 것으로, 특히 신호 자체에 포함되어 있는 노이즈 뿐 아니라 패널과 전도체의 터치에 따라 발생하는 저주파 노이즈를 감쇄시켜 노이즈를 최소화하면서 작은 전하량 변화에도 충분한 감도를 보장하면서 시스템의 다이나믹 레인지(dynamic range)를 최대로 확보하는 멀티터치 패널의 전하량을 감지하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 멀티터치 패널(예를 들어, 터치 키, 터치 스크린 등)에 전도체(예를 들어, 손가락, 펜 등)의 터치 여부를 감지하고 디지털 신호로 출력하여 어플리케이션 등에 이용하기 위하여 멀티터치 패널의 전하량을 감지하는 장치를 이용한다.
멀티터치 패널의 전하량을 감지하기 위하여 멀티터치 패널 측의 커패시턴스 센서에서 전하량을 센싱하는 방법은 터치하는 전도체의 영향으로 발생되는 전하량의 변화를 감지하는 것인데, 현재 휴대용 기기를 비롯하여 여러 어플리케이션에 사용하는 커패시턴스 센서에 의한 전하량의 변화는 크지 않다. 전하량의 변화는 커패시턴스 센서의 커패시턴스값의 변화에 비례하고 이 변화는 일반적으로 수십 fF에서 수백 fF의 커패시턴스 값을 가진다.
전도체의 터치에 의한 전하량 변화를 증가시키기 위해 간단하게 커패시턴스 센서에서 센싱한 신호를 증폭하는 방법이 일반적으로 사용되고 있으나, 이와 같은 방법은 저전압, 저전력의 현재 개발 추세에 역행하며 추가적인 외부 소자의 사용으로 인한 원가 증대 및 배터리 사용 어플리케이션 등에서 문제점을 야기한다. 또한, 상기 커패시턴스 센서에서 센싱한 신호에는 노이즈가 존재하고, 멀티터치 패널과 전도체가 터치하는 경우 멀티터치 패널을 포함하는 시스템에 인가되는 전원에 의하여 전원 노이즈가 발생하고 멀티터치 패널과 전도체 사이에 전도체 노이즈가 발생한다. 그러나, 센싱한 신호를 단순하게 증폭하는 경우 이상과 같이 노이즈도 동일한 비율로 증폭시켜 노이즈가 커지는 문제점도 발생한다. 그리고, 상기 전원 노이즈와 상기 전도체 노이즈를 제거하지 못하는 경우 터치 인식 시에 터치 좌표의 부정확성과 흔들림 현상이 발생하게 되는 문제점도 발생한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 신호 자체에 포함되어 있는 노이즈 뿐 아니라 패널과 전도체의 터치에 의하여 발생하는 저주파 노이즈를 감쇄시켜 노이즈를 최소화하면서 작은 전하량 변화에도 충분한 감도를 보장하고 시스템의 다이나믹 레인지(dynamic range)를 최대로 확보하는 멀티터치 패널의 전하량 감지장치를 제공하는데 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티터치 패널의 전하량 감지장치는 입력 선택신호에 응답하여 커패시턴 센서의 입력단들 중 대응하는 입력단으로 샘플링 시점에 대한 정보를 포함하는 센싱신호를 출력하는 신호 전달부, 상기 대응하는 입력단을 통하여 상기 센싱신호를 수신하고, 상기 수신된 센싱신호에 응답하여 센싱된 양의 값을 가지는 제 1 전하량과 음의 값을 가지는 제 2 전하량을 순차적으로 반복하여 출력하는 출력단을 복수 개 포함하는 커패시턴스 센서, 상기 커패시턴스 센서의 출력단들로부터 병렬적으로 출력된 상기 제 1 전하량들을 각각 n 회(n은 자연수) 샘플링하여 누적하고 게인(gain)을 조절하여 제 1 누적전압들을 병렬적으로 출력하고, 상기 커패시턴스 센서의 출력단들로부터 병렬적으로 출력된 상기 제 2 전하량들을 각각 n 회 샘플링하여 누적하고 게인(gain)을 조절하여 제 2 누적전압들을 병렬적으로 출력하는 신호 수신부, 상기 제 1 누적전압들과 상기 제 2 누적전압들을 순차적으로 입력받아 대응하는 상기 제 1 누적전압과 상기 제 2 누적전압의 전압차를 연산하여, 상기 멀티터치 패널에 상기 전도체가 터치하는 경우 발생된 저주파 노이즈가 제거된 상기 전압차들을 출력하는 노이즈 제거부, 전압 선택신호에 응답하여 상기 노이즈 제거부에서 병렬적으로 출력되는 상기 전압차들을 순차적으로 하나씩 선택하여 출력하는 먹스 및 상기 먹스에서 순차적으로 출력되는 전압차를 디지털 신호로 변환하여 순차적으로 출력하는 AD(analog to digital) 컨버터를 구비할 수 있다.
상기 저주파 노이즈는 상기 멀티터치 패널에 상기 전도체가 터치하는 경우, 상기 멀티터치 패널을 포함하는 시스템에 인가되는 전원에 의하여 발생하는 전원 노이즈와 상기 멀티터치 패널과 상기 전도체 사이에 발생하는 전도체 노이즈를 포함하고, 상기 제 1 누적 전압들 및 상기 제 2 누적 전압들 각각은 상기 전원 노이즈 및 상기 전도체 노이즈에 대응하는 노이즈 전압을 포함하며, 상기 대응하는 제 1 누적전압과 상기 제 2 누적전압의 전압차는 상기 대응하는 제 1 누적전압과 상기 제 2 누적전압의 뺄셈 연산에 의하여 상기 노이즈 전압이 상쇄된 상기 제 1 전하량에 대응하는 전압과 상기 제 2 전하량에 대응하는 전압의 전압차일 수 있다.
상기 센싱신호는 상기 신호 수신부가 상기 제 1 및 제 2 전하량들을 샘플링하여 누적하는 구간에서 제 1 논리상태와 제 2 논리상태가 반복되는 신호이고, 상기 커패시턴스 센서는 상기 센싱신호가 상기 제 1 논리상태에서 상기 제 2 논리상태로 변경되는 시점에서 상기 제 1 전하량들을 병렬적으로 출력하고, 상기 센싱신호가 상기 제 2 논리상태에서 상기 제 1 논리상태로 변경되는 시점에서 상기 제 2 전하량들을 병렬적으로 출력할 수 있다.
상기 노이즈 제거부는 상기 디지털 신호에 응답하여 복수의 CDS 제어신호들을 생성하는 CDS 제어부 및 상기 CDS 제어신호들에 응답하여 상기 대응하는 제 1 누적전압과 상기 제 2 누적전압을 상관 이중 샘플링(correlated double sampling)을 하여 상기 저주파 노이즈가 제거되고 게인이 조절된 상기 대응하는 제 1 누적전압과 상기 제 2 누적전압의 전압차를 출력하는 복수의 CDS부들을 구비할 수 있다.
상기 신호 수신부는 샘플링 횟수에 관한 정보를 포함하는 샘플링 제어신호들에 응답하여 상기 커패시턴스 센서의 출력단들 중 대응하는 출력단에서 출력된 상기 제 1 전하량 및 상기 제 2 전하량을 n 회 샘플링하는 복수의 샘플링부들, 상기 AD 컨버터에서 출력되는 상기 디지털 신호를 이용하여 복수의 게인 제어신호들을 생성하여 출력하는 게인 제어부, 상기 게인 제어신호들에 응답하여 상기 샘플링부들 중 대응하는 샘플링부에서 상기 n 회 샘플링된 제 1 전하량들을 누적하고 게인을 조절하여 상기 제 1 누적전압을 출력하는 복수의 제 1 전하량 누적부들 및 상기 게인 제어신호들에 응답하여 상기 샘플링부들 중 대응하는 샘플링부에서 상기 n 회 샘플링된 제 2 전하량들을 누적하고 게인을 조절하여 상기 제 2 누적전압을 출력하는 복수의 제 2 전하량 누적부들을 구비할 수 있다.
상기 신호 전달부는 상기 AD 컨버터에서 출력되는 디지털 신호에 응답하여 센싱 제어신호를 생성하여 출력하는 센싱 제어부, 상기 입력 선택신호에 응답하여 인에이블되고, 상기 센싱 제어신호에 응답하여 적어도 하나의 구동신호를 생성하여 출력하는 복수의 센싱 드라이버들 및 상기 적어도 하나의 구동신호에 응답하여 상기 센싱신호를 생성하여 상기 커패시터의 입력단들 중 대응하는 입력단으로 출력하는 복수의 센싱신호 출력부들을 구비할 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 멀티터치 패널의 전하량 감지장치는 입력 선택신호에 응답하여 커패시턴 센서의 입력단들 중 대응하는 입력단으로 샘플링 시점에 대한 정보를 포함하는 센싱신호를 출력하는 신호 전달부, 상기 대응하는 입력단을 통하여 상기 센싱신호를 수신하고, 상기 수신된 센싱신호에 응답하여 센싱된 양의 값을 가지는 제 1 전하량과 음의 값을 가지는 제 2 전하량을 순차적으로 반복하여 출력하는 출력단을 복수 개 포함하는 커패시턴스 센서, 오프셋 전하량 설정 구간 동안 상기 커패시턴스 센서의 출력단들에서 출력되는 전하량들을 이용하여 각각의 전하량에 대응하는 오프셋 전하량들을 설정하기 위한 복수의 오프셋 제어신호 그룹들을 생성하고, 상기 오프셋 제어신호 그룹들에 응답하여 상기 커패시턴스 센서에서 병렬적으로 출력하는 상기 제 1 전하량들 및 상기 제 2 전하량들에서 상기 오프셋 전하량을 제거한 제 1 보정 전하량들 및 제 2 보정 전하량들을 출력하는 자동 보정부, 상기 자동 보정부로부터 병렬적으로 출력된 상기 제 1 전하량들을 각각 n 회(n은 자연수) 샘플링하여 누적하고 게인(gain)을 조절하여 제 1 누적전압들을 병렬적으로 출력하고, 상기 자동 보정부로부터 병렬적으로 출력된 상기 제 2 전하량들을 각각 n 회 샘플링하여 누적하고 게인(gain)을 조절하여 제 2 누적전압들을 병렬적으로 출력하는 신호 수신부, 상기 제 1 누적전압들과 상기 제 2 누적전압들을 순차적으로 입력받아 대응하는 상기 제 1 누적전압과 상기 제 2 누적전압의 전압차를 연산하여, 상기 멀티터치 패널에 상기 전도체가 터치하는 경우 발생된 저주파 노이즈가 제거된 상기 전압차들을 병렬적으로 출력하는 노이즈 제거부, 전압 선택신호에 응답하여 상기 노이즈 제거부에서 병렬적으로 출력되는 상기 전압차들을 순차적으로 하나씩 선택하여 출력하는 먹스 및 상기 먹스에서 순차적으로 출력되는 전압차를 디지털 신호로 변환하여 순차적으로 출력하는 AD(analog to digital) 컨버터를 구비할 수 있다.
상기 커패시턴스 센서는 상기 오프셋 전하량 설정 구간 동안 상기 센싱신호에 응답하여 상기 터치 패널에 상기 전도체가 터치하지 않는 상태에서 센싱된 양의 값을 가지는 제 1 전하량들과 음의 값을 가지는 제 2 전하량들을 순차적으로 출력하고, 상기 신호 수신부는 상기 오프셋 전하량 설정 구간 동안 상기 커패시턴스 센서에서 출력되는 상기 제 1 전하량들과 상기 제 2 전하량들을 n 회 샘플링하여 누적하고 게인(gain)을 조절하여 노이즈가 제거되고 게인이 조절된 제 1 누적전압들과 제 2 누적전압들을 출력하고, 상기 먹스는 상기 오프셋 전하량 설정 구간 동안 상기 전압 선택신호에 응답하여 상기 노이즈 제거부에서 출력되는 상기 제 1 누적전압과 상기 제 2 누적전압의 전압차들을 순차적으로 하나씩 선택하여 출력하고, 상기 AD 컨버터는 상기 오프셋 전하량 설정 구간 동안 상기 먹스에서 출력된 상기 전압차를 디지털 신호로 변환하여 출력하며,
상기 자동보정부는 상기 오프셋 전하량 설정 구간 동안 상기 AD 컨버터에서 출력된 상기 디지털 신호를 이용하여 상기 커패시턴스 센서에서 출력하는 각각의 전하량에 대응하는 상기 오프셋 제어신호 그룹들을 생성하는 오프셋 제어신호 생성부 및 상기 오프셋 제어신호 그룹들 중 대응하는 오프셋 제어신호 그룹에 응답하여 양의 값 또는 음의 값을 가지고 전하량의 절대값이 동일한 상기 오프셋 전하량을 순차적으로 생성하고, 상기 제 1 전하량에 상기 음의 값을 가지는 오프셋 전하량을 합한 상기 제 1 보정 전하량을 생성하며 상기 제 2 전하량에서 상기 양의 값을 가지는 오프셋 전하량을 합한 상기 제 2 보정 전하량을 생성하여 출력하는 복수의 오프셋 보상부들을 구비할 수 있다.
상기 오프셋 전하량 설정 구간은 상기 멀티터치 패널과 상기 멀티터치 패널의 전하량 감지장치를 포함하는 시스템이 초기화된 시점, 상기 시스템이 리셋된 시점, 상기 시스템 동작 중 상기 멀티터치 패널에 전원전압이 인가되기 시작한 시점 또는 상기 오프셋 전하량 설정 구간이 종료된 후 소정의 시간이 경과한 시점에서 상기 멀티터치 패널에 전도체가 터치되지 않는 상태의 소정의 구간일 수 있다.
상기 저주파 노이즈는 상기 멀티터치 패널에 상기 전도체가 터치하는 경우, 상기 멀티터치 패널을 포함하는 시스템에 인가되는 전원에 의하여 발생하는 전원 노이즈와 상기 멀티터치 패널과 상기 전도체 사이에 발생하는 전도체 노이즈를 포함하고, 상기 제 1 누적 전압 및 상기 제 2 누적 전압 각각은 상기 전원 노이즈 및 상기 전도체 노이즈에 대응하는 노이즈 전압을 포함하고, 상기 제 1 누적전압과 상기 제 2 누적전압의 전압차는 상기 제 1 누적전압과 상기 제 2 누적전압의 뺄셈 연산에 의하여 상기 노이즈 전압이 상쇄된 상기 제 1 전하량에 대응하는 전압과 상기 제 2 전하량에 대응하는 전압의 전압차일 수 있다.
본 발명에 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 멀티터치 패널의 전하량 감지장치는 멀티터치 패널과 전도체의 터치에 따라 발생하는 전원 노이즈 및 전도체 노이즈와 같은 저주파 노이즈를 상쇄시키고 멀티터치 패널의 터치 상태에 따른 전하량을 증폭하지 않고 누적함으로써 노이즈 평균화 역할을 하여 신호에 포함된 노이즈를 감쇄시킴으로써 노이즈를 최소화하여, 종래에 비하여 신호대잡음비(SNR : signal to noise ratio)를 개선할 수 있고 작은 전하량 변화에도 충분한 감도를 보장할 수 있는 장점이 있다. 또한, 멀티터치 패널의 전하량 감지장치는 멀티터치 패널의 터치 상태에 따른 전하량에서 오프셋 전하량을 제거한 후 신호에 포함된 노이즈를 감쇄시키고 저주파 노이즈르 상쇄시킴으로써 상기 멀티터치 패널 및 상기 멀티터치 패널의 전하량 감지장치를 포함하는 시스템의 다이나믹 레인지(dynamic range)를 최대로 확보할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 멀티터치 패널의 전하량 감지장치의 블록도이다.
도 2는 도 1의 멀티터치 패널의 전하량 감지장치의 일 실시예를 도시한 회로도이다.
도 3은 도 2의 멀티터치 패널의 전하량 감지장치에 이용되는 신호들의 파형도이다.
도 4는 도 2의 제 1 전하량 누적부, 제 2 전하량 누적부 및 CDS부를 간략화하여 도시한 회로도이다.
도 5는 본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 일 실시예에 따른 멀티터치 패널의 전하량 감지장치의 블록도이다.
도 6은 도 5의 멀티터치 패널의 전하량 감지장치의 일 실시예를 도시한 회로도이다.
도 7은 도 6의 제 1 전하량 누적부, 제 2 전하량 누적부 및 CDS부를 간략화하여 도시한 회로도이다.
도 8은 도 1 또는 도 5의 커패시턴스 센서의 일 실시예에 따른 경우 전도체의 터치 상태에 따른 전하량의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 멀티터치 패널의 전하량 감지장치(100)의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 멀티터치 패널의 전하량 감지장치(100)는 신호 전달부(110), 커패시턴스 센서(120), 신호 수신부(130), 노이즈 제거부(140), 먹스(155) 및 AD(analog to digital) 컨버터(150)를 구비할 수 있다.
신호 전달부(110)는 샘플링 시점에 대한 정보를 포함하는 센싱신호들(SEN1, … , SENj)를 생성하여 출력할 수 있다. 센싱신호들(SEN1, … , SENj) 각각은 제 1 논리상태와 제 2 논리상태가 반복되는 정현파 신호 또는 신호 수신부(130)가 전하량들을 샘플링하여 누적하는 구간에서 제 1 논리상태와 제 2 논리상태가 반복되는 신호일 수 있고, 상기 샘플링 시점에 대한 정보는 각각의 센싱신호들(SEN1, … , SENj) 중 논리상태가 변경되는 시점일 수 있다. 예를 들어, 센싱신호(SEN1)가 제 1 논리상태에서 제 2 논리상태로 변경되는 시점이 상기 샘플링 시점이 되거나, 센싱신호(SEN1)가 제 2 논리상태에서 제 1 논리상태로 변경되는 시점이 상기 샘플링 시점이 될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의상 제 1 논리상태가 논리로우 상태이고 제 2 논리상태가 논리하이 상태인 경우로 가정하여 설명한다. 다만, 본 발명이 이 경우에 한정되는 것은 아니며 반대로 제 1 논리상태가 논리하이 상태이고 제 2 논리상태가 논리로우 상태일 수도 있다.
또한, 신호 전달부(110)는 입력 선택신호(IN_SEL)에 응답하여 커패시턴스 센서(120)의 입력단들(IN1, … , INj)(j는 자연수) 중 대응하는 입력단으로 센싱신호들(SEN1, … , SENj) 중 대응하는 센싱신호를 전달할 수 있다. 예를 들어, 신호 전달부(110)는 입력 선택신호(IN_SEL)에 응답하여 커패시턴스 센서(120)의 입력단들(IN1, … , INj)을 하나씩 선택하여 순차적으로 대응하는 센싱신호를 전달할 수 있다. 신호 전달부(110)의 구성에 대한 일 실시예는 도 2와 관련하여 보다 상세하게 설명한다.
커패시턴스 센서(120)는 입력단들(IN1, … , INj) 중 대응하는 입력단을 통하여 신호 전달부(110)에서 출력된 대응하는 센싱신호를 수신하고, 수신된 센싱신호에 응답하여 센싱된 양의 값을 가지는 제 1 전하량(S)과 음의 값을 가지는 제 2 전하량(-S)을 순차적으로 출력하는 복수의 출력단들(OUT1, ... , OUTk)을 포함할 수 있다. 즉, 출력단들(OUT1, ... , OUTk)은 센싱된 제 1 전하량(S)을 병렬적으로 출력한 후 센싱된 제 2 전하량(-S)을 병렬적으로 출력하며, 이와 같은 동작을 반복적으로 수행한다. 예를 들어, 커패시턴스 센서(120)는 입력단들(IN1, … , INj)과 출력단들(OUT1, ... , OUTk) 사이의 전하량들을 센싱하여 출력하는 뮤츄얼 커패시턴스 센서(mutual capacitance sensor)일 수 있다.상기 멀티터치 패널은 전도체(예를 들어, 손가락, 펜 등)의 터치를 감지할 수 있는 터치 키, 터치 스크린 등을 모두 포함할 수 있고, 이하에서 '터치'라 함은 커패시턴스 센서(120)에서 출력하는 전하량이 변경되도록 상기 전도체가 상기 멀티터치 패널에 근접하거나 직접 접촉하는 경우를 의미한다.
상기 전도체가 상기 멀티터치 패널에 터치하는 경우, 상기 제 1 전하량(S)과 제 2 전하량(-S)은 저주파 노이즈(N) 성분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 멀티터치 패널에 상기 전도체가 터치하는 경우, 상기 멀티터치 패널과 상기 전도체 사이에는 커패시턴스가 발생하여 상기 전도체의 전압으로 인하여 원하지 않는 저주파 노이즈(N)(예를 들어, 전도체 노이즈)가 발생하게 된다. 상기 전도체 노이즈는 동일한 부호와 동일한 크기를 가지고 제 1 전하량(S)과 제 2 전하량(-S)에 부가되므로, 실질적으로 커패시턴스 센서(120)에서 출력되는 상기 제 1 전하량은 S+N의 전하량을 가지고, 커패시턴스 센서(120)에서 출력되는 상기 제 2 전하량은 -S+N의 전하량을 가질 수 있다.
커패시턴스 센서(120)는 센싱신호(SEN)가 제 1 논리상태에서 제 2 논리상태로 변경되는 시점에서 제 1 전하량(S)을 출력하고 센싱신호(SEN)가 제 2 논리상태에서 제 1 논리상태로 변경되는 시점에서 제 2 전하량(-S)을 출력할 수 있다. 다만, 본 발명이 이 경우에 한정되는 것은 아니며 센싱신호(SEN)가 제 1 논리상태에서 제 2 논리상태로 변경되는 시점에서 제 2 전하량(-S)을 출력하고 센싱신호(SEN)가 제 2 논리상태에서 제 1 논리상태로 변경되는 시점에서 제 1 전하량(S)을 출력할 수도 있다. 이하에서는 편의상 커패시턴스 센서(120)에서 출력된 제 1 전하량(S)에 전도체 노이즈(N)를 합한 S+N을 제 1 전하량이라 하고, 커패시턴스 센서(120)에서 출력된 제 2 전하량(-S)에 전도체 노이즈(N)를 합한 -S+N을 제 2 전하량이라 한다.
신호 수신부(130)는 커패시턴스 센서(120)의 출력단들(OUT1, ... , OUTk)로부터 병렬적으로 출력된 제 1 전하량(S+N)들을 각각 n 회(n은 자연수) 샘플링하여 누적하고 게인(gain)을 조절하여 제 1 누적전압들(V11, ... ,V1k)을 병렬적으로 출력하고, 커패시턴스 센서(120)의 출력단들(OUT1, ... , OUTk)로부터 제 1 전하량(S+N)들이 출력된 이후 병렬적으로 출력된 제 2 전하량(-S+N)들을 각각 n 회(n은 자연수) 샘플링하여 누적하고 게인(gain)을 조절하여 제 2 누적전압들(V21, ... ,V2k)을 병렬적으로 출력할 수 있다. 즉, 제 1 누적전압들(V11, ... , V1k) 각각은 대응하는 제 1 전하량(S+N)을 n 회 샘플링하여 누적하고 게인을 조절함으로써, 저주파 노이즈 이외에 커패시턴스 센서(120)에서 센싱한 대응하는 제 1 전하량(S) 자체에 포함된 노이즈가 제거되고 게인이 조절된 전압일 수 있다. 그리고, 제 2 누적전압들(V21, ... , V2k) 각각은 대응하는 제 2 전하량(-S+N)을 n 회 샘플링하여 누적하고 게인을 조절함으로써, 저주파 노이즈 이외에 커패시턴스 센서(120)에서 센싱한 대응하는 제 2 전하량(-S) 자체에 포함된 노이즈가 제거되고 게인이 조절된 전압일 수 있다.
신호 수신부(130)는 복수의 샘플링부들(131_1, ... , 131_k), 복수의 제 1 전하량 누적부들(133_1, ... , 133_k), 복수의 제 2 전하량 누적부들(134_1, ... , 134_k) 및 게인 제어부(135)를 포함 할 수 있다.
샘플링부들(131_1, ... , 131_k) 각각은 샘플링 횟수에 관한 정보를 포함하는 샘플링 제어신호들(SCON)에 응답하여 커패시턴스 센서(120)의 대응하는 출력단에서 출력된 제 1 전하량(S+N) 및 제 2 전하량(-S+N)을 n 회 샘플링할 수 있다. 상기 샘플링 횟수에 관한 정보는 샘플링 제어신호(SCON)들 중 제 1 샘플링 제어신호 또는 제 2 샘플링 제어신호의 논리상태가 변경되는 횟수로 결정될 수 있다. 예를 들어, 상기 샘플링 횟수에 관한 정보는 상기 제 1 샘플링 제어신호 또는 제 2 샘플링 제어신호가 제 1 논리상태에서 제 2 논리상태로 변경되는 횟수로 결정되거나, 상기 제 1 샘플링 제어신호 또는 상기 제 2 샘플링 제어신호가 제 2 논리상태에서 제 1 논리상태로 변경되는 횟수로 결정될 수 있다. 샘플링부들(131_1, ... , 131_k) 각각의 일 실시예에 관하여는 도 2와 관련하여 보다 상세하게 설명한다.
게인 제어부(135)는 AD 컨버터(150)에서 출력하는 디지털 신호(Vo)를 이용하여 복수의 게인 제어신호들(GCON)을 생성하여 제 1 전하량 누적부들(133_1, ... , 133_k) 및 제 2 전하량 누적부들(134_1, ... , 134_k)로 출력할 수 있다. 즉, 게인 제어부(135)는 복수의 비트들을 가지는 디지털 신호(Vo)에 따라 제 1 전하량 누적부들(133_1, ... , 133_k) 및 제 2 전하량 누적부들(134_1, ... , 134_k)의 증폭의 정도를 조절할 수 있는 게인 제어신호들(GCON)을 생성하여 출력한다.
제 1 전하량 누적부들(133_1, ... , 133_k) 각각은 샘플링부들(131_1, ... , 131_k) 중 대응하는 샘플링부에서 n 회 샘플링한 제 1 전하량(S+N)을 누적하고 게인을 조절하여 전하량(S) 자체에 포함된 노이즈가 제거되고 게인이 조절된 누적 전하량에 대응하는 제 1 누적전압(V11, ... , 또는 V1k)을 출력할 수 있다. 즉, 제 1 전하량 누적부들(133_1, ... , 133_k)에서 n 회 샘플링한 전하량을 누적함으로써 양의 값을 가지는 상기 노이즈와 음의 값을 가지는 상기 노이즈가 상쇄됨에 따라 상기 노이즈가 평균화 되어 전하량(S) 자체에 포함된 노이즈를 최소화할 수 있고 누적에 의한 증폭의 효과를 가질 수 있다. 또한, 제 1 전하량 누적부들(133_1, ... , 133_k) 각각은 게인 제어신호들(GCON)에 응답하여 제 1 누적전압(V11, ... , 또는 V1k)의 게인을 조절할 수 있다. 즉, 제 1 전하량 누적부들(133_1, ... , 133_k) 각각은 먹스(155)를 통하여 AD 컨버터(150)에 입력되는 전압이 AD 컨버터(150)의 입력전압범위를 초과하는 경우 제 1 누적전압(V11, ... , 또는 V1k)을 감소시키고, 먹스(155)를 통하여 AD 컨버터(150)에 입력되는 전압이 너무 작아서 원하는 값을 얻을 수 없는 경우 제 1 전압(V1)을 증가시키도록 제 1 누적전압(V11, ... , V1k)의 게인을 조절할 수 있다.제 1 전하량 누적부들(133_1, ... , 133_k)의 일 실시예에 관하여는 도 2와 관련하여 보다 상세하게 설명한다.
제 2 전하량 누적부들(134_1, ... , 134_k) 각각은 샘플링부들(131_1, ... , 131_k) 중 대응하는 샘플링부에서 n 회 샘플링한 제 2 전하량(-S+N)을 누적하고 게인을 조절하여 전하량(-S) 자체에 포함된 노이즈가 제거되고 게인이 조절된 누적 전하량에 대응하는 제 2 누적전압(V21, ... , 또는 V2k)을 출력할 수 있다. 즉, 제 2 전하량 누적부들(134_1, ... , 134_k)에서 n 회 샘플링한 전하량을 누적함으로써 양의 값을 가지는 상기 노이즈와 음의 값을 가지는 상기 노이즈가 상쇄됨에 따라 상기 노이즈가 평균화 되어 전하량(-S) 자체에 포함된 노이즈를 최소화할 수 있고 누적에 의한 증폭의 효과를 가질 수 있다. 또한, 제 2 전하량 누적부들(134_1, ... , 134_k)은 게인 제어신호들(GCON)에 응답하여 제 2 누적전압들(V21, ... , V2k)의 게인을 조절할 수 있다. 즉, 제 2 전하량 누적부들(134_1, ... , 134_k) 각각은 먹스(155)를 통하여 AD 컨버터(150)에 입력되는 전압이 AD 컨버터(150)의 입력전압범위를 초과하는 경우 제 2 누적전압(V21, ... , 또는 V2k)을 감소시키고, AD 컨버터(150)의 입력 전압이 너무 작아서 원하는 값을 얻을 수 없는 경우 제 2 누적전압(V21, ... , 또는 V2k)을 증가시키도록 제 2 누적전압(V21, ... , 또는 V2k)의 게인을 조절할 수 있다.제 2 전하량 누적부들(134_1, ... , 134_k)의 일 실시예에 관하여는 도 2와 관련하여 보다 상세하게 설명한다.
노이즈 제거부(140)는 제 1 누적전압들(V11, ... , V1k)과 제 2 누적전압들(V21, ... , V2k)을 순차적으로 입력받아 대응하는 제 1 누적전압(V11, ... , 또는 V1k)과 제 2 누적전압(V21, ... , 또는 V2k)의 전압차(V31, ... , 또는 V3k)를 연산하여 대응하는 제 1 누적전압(V11, ... , 또는 V1k)과 제 2 누적전압(V21, ... , 또는 V2k)의 전압차(V31, ... , 또는 V3k)를 출력할 수 있다. 즉, 노이즈 제거부(140)는 동일한 커패시턴스 센서(120)의 출력단에서 출력된 상기 제 1 전하량과 상기 제 2 전하량에 대응하는 제 1 누적전압과 제 2 누적전압의 전압차를 생성하여 출력할 수 있다. 제 1 전하량 누적부들(133_1, ... , 133_k)에서 출력하는 제 1 누적전압들(V11, ... , V1k)에는 상기 멀티터치 패널을 포함하는 시스템에 인가되는 전원에 의하여 발생하는 전원 노이즈가 포함되어 있고, 제 2 전하량 누적부들(134_1, ... , 134_k)에서 출력하는 제 2 누적전압들(V21, ... , V2k)에도 상기 멀티터치 패널을 포함하는 시스템에 인가되는 전원에 의하여 발생하는 전원 노이즈가 포함되어 있을 수 있다. 즉, 상기 멀티터치 패널에 상기 전도체가 터치하는 경우 상기 전원 노이즈가 발생하며, 예를 들어, 스마트폰을 사용하는 경우 외부 전원으로부터 전원을 공급받는 경우에 상기 전원 노이즈가 발생하게 된다. 이와 같은 상기 전원 노이즈도 앞서 설명한 저주파 노이즈(N)에 포함되며, 이하에서는 저주파 노이즈(N)는 상기 전도체 노이즈와 상기 전원 노이즈를 포함하는 노이즈를 의미할 수 있다.
즉, 제 1 누적전압들(V11, ... , V1k)과 제 2 누적전압들(V21, ... , V2k)에는 상기 전원 노이즈와 상기 전도체 노이즈에 대응하는 노이즈 전압이 포함되어 있으며, 제 1 누적전압들(V11, ... , V1k)과 제 2 누적전압들(V21, ... , V2k) 중 대응하는 제 1 누적전압과 제 2 누적전압에 포함되는 상기 노이즈 전압은 동일한 부호와 동일한 크기를 가지는 전압이다. 따라서, 노이즈 제거부(140)는 상기 대응하는 제 1 누적전압과 제 2 누적전압의 전압차(V31, ... , 또는 V3k)를 연산하여 출력함으로써, 제 1 누적전압들(V11, ... , V1k)에 포함된 상기 노이즈 전압과 제 2 누적전압들(V21, ... , V2k)에 포함된 상기 노이즈 전압을 서로 상쇄시켜 제거할 수 있다. 그러므로, 노이즈 제거부(140)에서 병렬적으로 출력하는 전압차들(V31, ... , V3k)은 상기 패널에 상기 전도체가 터치하는 경우 발생된 저주파 노이즈가 제거된 전압일 수 있다.
노이즈 제거부(140)는 CDS 제어부(143) 및 복수의 CDS부들(145_1, ... , 145_k)를 포함할 수 있다.
CDS 제어부(143)는 AD 컨버터(150)에서 출력하는 디지털 신호(Vo)를 이용하여 복수의 CDS 제어신호들(CCON)을 생성하여 CDS부들(145_1, ... , 145_k)로 출력할 수 있다. 즉, CDS 제어부(143)는 복수의 비트들을 가지는 디지털 신호(Vo)에 따라 CDS부들(145_1, ... , 145_k)의 증폭의 정도를 조절할 수 있는 CDS 게인 제어신호들(CCON)을 생성하여 출력한다.
CDS부들(145_1, ... , 145_k) 각각은 CDS 제어신호들(CCON)에 응답하여 상기 대응하는 제 1 누적전압과 제 2 누적전압을 상관 이중 샘플링(correlated double sampling)을 하여 저주파 노이즈가 제거되고 게인이 조절된 상기 대응하는 제 1 누적전압과 제 2 누적전압의 전압차(V31, ... , 또는 V3k)를 출력할 수 있다. 즉, CDS부들(145_1, ... , 145_k) 각각은 CDS 제어신호들(CCON)에 응답하여 상기 대응하는 제 1 누적전압과 제 2 누적전압을 뺄셈 연산하여 상기 저주파 노이즈에 대응하는 노이즈 전압을 제거하고 게인이 조절된 전압차(V31, ... , 또는 V3k)를 출력할 수 있다. 노이즈 제거부(140)의 일 실시예 및 구체적인 동작에 관하여는 도 2 내지 도 4를 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
먹스(155)는 전압 선택신호(OUT_SEL)에 응답하여 노이즈 제거부(140)에서 출력되는 전압들을 순차적으로 하나씩 선택하여 출력할 수 있다. 먹스(155)에는 노이즈 제거부(140)에서 출력하는 전압차들(V31, ... , V3k)이 동시에 병렬적으로 인가될 수 있고, 이 경우 먹스(155)는 전압 선택신호(OUT_SEL)에 응답하여 순차적으로 하나씩 선택하여 AD 컨버터(150)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 먹스(155)는 CDS부(145_1)에서 출력하는 전압차(V31)을 출력하여 AD 컨버터(150)에서 디지털 신호(Vo)로 변경한 후, 다음 CDS부에서 출력하는 전압차를 AD 컨버터(150)로 전달하는 동작을 반복하여, 입력된 전압차들(V31, ... , V3k)을 순차적으로 모두 AD 컨버터(150)로 출력할 수 있다. 먹스(155)의 동작에 관하여는 도 2 및 도 3을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
AD 컨버터(150)는 먹스(155)에서 순차적으로 출력된 전압차들(V31, ... , V3k)를 디지털 신호(Vo)로 변환하여 출력할 수 있다. AD 컨버터(150)에서 변환된 디지털 신호(Vo)는 어플리케이션 등에 이용될 수 있다.
도 2는 도 1의 멀티터치 패널의 전하량 감지장치(100)의 일 실시예를 도시한 회로도이고, 도 3은 도 2의 멀티터치 패널의 전하량 감지장치(100)에 이용되는 신호들의 파형도이다. 이하에서는 도 1 내지 도 3을 참조하여 멀티터치 패널의 전하량 감지장치(100)의 각 구성요소의 일 실시예 및 각 구성요소의 동작에 대하여 설명한다.
신호 전달부(110)는 센싱 제어부(270), 복수의 센싱 드라이버들(273_1, … , 273_j) 및 복수의 센싱신호 출력부들(275_1, … , 275_j)을 구비할 수 있다. 센싱 제어부(270)는 AD 컨버터(150)에서 출력되는 디지털 신호(Vo)에 응답하여 센싱 제어신호(SECON)를 생성하여 출력할 수 있다. 센싱 드라이버들(273_1, … , 273_j) 각각은 입력 선택신호(IN_SEL)에 응답하여 인에이블 또는 디스에이블되고, 입력 선택신호(IN_SEL)에 응답하여 인에이블된 경우 센싱 제어신호(SECON)에 응답하여 센싱신호 출력부들(275_1, ... , 275_j) 중 대응하는 센싱신호 출력부를 제어하는 적어도 하나의 구동신호를 생성하여 상기 대응하는 센싱신호 출력부로 출력할 수 있다.
센싱 드라이버들(273_1, .. , 273_j)각각은 적어도 하나의 구동신호를 생성하기 위한 적어도 하나의 드라이버를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2와 같이 센싱 드라이버들(273_1, … , 273_j) 각각은 PMOS 트랜지스터(P1)를 턴 온 또는 턴 오프시킬 수 있는 구동신호를 생성하는 제 1 드라이버(DR1) 및 NMOS 트랜지스터(N1)를 턴 온 또는 턴 오프시킬 수 있는 구동신호를 생성하는 제 2 드라이버(DR2)를 구비할 수 있다. 제 1 드라이버(DR1)와 제 2 드라이버(DR2)는 서로 반대의 논리상태를 가지는 신호를 출력할 수 있다. 또는, 센싱 드라이버들(273_1, … , 273_j) 각각에서 하나의 구동신호를 출력하여 PMOS 트랜지스터(P1) 및 NMOS 트랜지스터(N1)의 게이트에 인가되어 PMOS 트랜지스터(P1) 및 NMOS 트랜지스터(N1) 중 하나의 트랜지스터만 턴 온되도록 제어할 수도 있다.
센싱신호 출력부들(275_1, … , 275_j) 각각은 대응하는 센싱 드라이버로부터 수신된 상기 적어도 하나의 구동신호에 응답하여 제 1 논리상태의 제 1 전압(VH) 또는 제 2 논리상태의 제 2 전압(VL)의 센싱신호(SEN1, … , 또는 SENj)를 출력할 수 있다. 센싱신호들(SEN1, … , SENj) 각각은 도 3에 도시된 것과 같이 입력 선택신호들(IN_SEL1, … , IN_SELj) 중 대응하는 입력 선택신호가 제 2 논리상태인 구간에서 제 1 전압(VH)의 제 1 논리상태와 제 2 전압(VL)의 제 2 논리상태가 반복되는 정현파 신호일 수 있다. 예를 들어, 센싱신호 출력부들(275_1, … , 275_j) 각각은 도 2에 도시된 것과 같이 제 1 전압(VH)과 제 2 전압(VL) 사이에 직렬로 연결되는 PMOS 트랜지스터(P1) 및 NMOS 트랜지스터(N1)를 포함하는 인버터일 수 있다.
이상에서는 도 2를 참조하여 신호 전달부(110)의 일 실시예에 대하여 설명하였으나 본 발명의 신호 전달부(110)가 이 경우에 한정되는 것은 아니며, 신호수신부(130)가 상기 전하량들을 샘플링하여 누적하는 구간에서 제 1 논리상태와 제 2 논리상태가 반복되는 신호를 생성하여 커패시턴스 센서(120)의 대응하는 입력단으로 출력할 수 있다면 다른 구성을 가질 수도 있다.
커패시턴스 센서(120)는 입력단들(IN1, ... , INj)과 출력단들(OUT1, ... , OUTk) 사이에 연결되는 커패시터emf(CMUT1, ... , CMUTk)로 모델링될 수 있으며, 센싱신호(SEN)에 응답하여 제 1 전하량(S+N)과 제 2 전하량(-S+N)을 순차적으로 반복하여 대응하는 출력단을 통하여 출력할 수 있다.
샘플링부들(131_1, ... , 131_k) 각각은 커패시턴스 센서(120)의 대응하는 출력단에서 출력되는 전하량을 샘플링하기 위하여 제 1 샘플링 스위칭부(211), 제 2 샘플링 스위칭부(212) 및 제 3 샘플링 스위칭부(213)를 구비할 수 있다. 샘플링부들(131_1, ... , 131_k) 각각에 포함되는 제 1 샘플링 스위칭부(211), 제 2 샘플링 스위칭부(212) 및 제 3 샘플링 스위칭부(213)는 동일한 구성을 가질 수 있으므로, 이하에서는 설명의 편의 상 샘플링부(131_1)에 포함된 제 1 샘플링 스위칭부(211), 제 2 샘플링 스위칭부(212) 및 제 3 샘플링 스위칭부(213)에 대하여 설명한다.
제 1 샘플링 스위칭부(211)는 샘플링 제어신호들(SCON) 중 제 1 샘플링 제어신호(SCON1)에 응답하여 샘플링부(131_1)의 출력으로 커패시턴스 센서(120)의 출력단(OUT1)에서 출력된 제 1 전하량(S+N)을 샘플링하여 출력할 수 있다. 즉, 제 1 샘플링 스위칭부(211)는 제 1 샘플링 제어신호(SCON1)에 응답하여 커패시턴스 센서(120)의 출력단(OUT1)과 제 1 전하량 누적부(133_1)의 입력단을 연결하거나 차단할 수 있다. 제 2 샘플링 스위칭부(212)는 샘플링 제어신호들(SCON) 중 제 2 샘플링 제어신호(SCON2)에 응답하여 샘플링부(131_1)의 출력으로 커패시턴스 센서(120)의 출력단(OUT1)에서 출력된 제 2 전하량(-S+N)을 샘플링하여 출력할 수 있다. 즉, 제 2 샘플링 스위칭부(212)는 제 2 샘플링 제어신호(SCON2)에 응답하여 커패시턴스 센서(120)의 출력단(OUT1)과 제 2 전하량 누적부(134_1)의 입력단을 연결하거나 차단할 수 있다. 제 3 샘플링 스위칭부(213)는 샘플링 제어신호들(SCON) 중 제 3 샘플링 제어신호(SCON3)에 응답하여 커패시턴스 센서(120)의 출력단(OUT1)과 접지전압원(VSS)을 연결하거나 차단할 수 있다.
제 1 샘플링 스위칭부(211)와 제 2 샘플링 스위칭부(212)는 선택적으로 동작하며, 제 3 샘플링 스위칭부(213)는 제 1 샘플링 스위칭부(211)의 동작 구간과 제 2 샘플링 스위칭부(212)의 동작 구간 사이에서 동작한다. 제 1 내지 제 3 샘플링 스위칭부(211, 212, 213)의 동작에 관하여는 신호 수신부(130)의 전체적인 동작에 관하여 설명하면서 보다 상세하게 설명한다.
제 1 전하량 누적부들(133_1, ... , 133_k) 각각은 제 1 연산증폭기(225), 제 1 초기화 스위칭부(220), 복수의 제 1 커패시터들(C1, ... , Cn) 및 복수의 제 1 게인조절 스위칭부들(233_1, ... , 233_n)를 구비할 수 있다. 제 1 전하량 누적부들(133_1, ... , 133_k) 각각에 포함되는 제 1 연산증폭기(225), 제 1 초기화 스위칭부(220), 복수의 제 1 커패시터들(C1, ... , Cn) 및 복수의 제 1 게인조절 스위칭부들(233_1, ... , 233_n)는 동일한 구성을 가질 수 있으므로, 이하에서는 설명의 편의 상 제 1 전하량 누적부(133_1)에 포함되는 제 1 연산증폭기(225), 제 1 초기화 스위칭부(220), 복수의 제 1 커패시터들(C1, ... , Cn) 및 복수의 제 1 게인조절 스위칭부들(233_1, ... , 233_n)에 대하여 설명한다.
제 1 연산증폭기(225)는 샘플링부(131_1)의 출력단과 연결되는 입력단(-), 접지 전압원(VSS)과 연결되는 접지전압입력단(+) 및 제 1 누적전압(V1)을 먹스(155)로 출력하는 출력단을 포함할 수 있다. 제 1 초기화 스위칭부(220)는 제 1 초기화 신호(RST1)에 응답하여 제 1 연산증폭기(225)의 입력단(-)과 출력단을 연결하거나 연결을 차단할 수 있다. 즉, 제 1 초기화 스위칭부(220)는 상기 멀티터치 패널의 터치 상태가 변경되는 경우 또는 상기 제 1 전하량(S+N)을 n 회 샘플링하여 누적한 경우, 제 1 연산증폭기(225)의 입력단(-)과 출력단을 연결하여 제 1 누적전압(V1)을 초기화할 수 있다.
제 1 연산증폭기(225)의 입력단(-)과 출력단 사이에는 제 1 커패시터들(C1, ... , Cn)이 병렬로 연결되고, 제 1 게인조절 스위칭부들(233_1, ... , 233_n) 중 대응하는 제 1 게인조절 스위칭부가 제 1 연산증폭기(225)의 입력단(-)과 대응하는 제 1 커패시터 사이 또는 제 1 연산증폭기(225)의 출력단과 대응하는 제 1 커패시터 사이에 연결될 수 있다. 즉, 제 1 게인조절 스위칭부들(233_1, ... , 233_n) 각각은 게인 제어신호들(GCON_1, ... , GCON_n) 중 대응하는 게인 제어신호에 응답하여 제 1 연산증폭기(225)의 입력단(-)과 출력단 사이에 대응하는 제 1 커패시터를 연결 또는 차단할 수 있다. 그러므로, 게인 제어신호들(GCON_1, ... , GCON_n) 및 제 1 게인조절 스위칭부들(233_1, ... , 233_n)을 이용하여 제 1 연산증폭기(225)의 입력단(-)과 출력단 사이에 연결된 제 1 커패시터들의 개수를 조절함으로써 샘플링부(131)에서 샘플링된 제 1 전하량들(S+N)을 누적하고 게인을 조절할 수 있다.
제 1 연산증폭기(225)의 입력단(-)과 출력단 사이에 연결되는 제 1 커패시터들의 커패시턴스 합이 감소할수록 제 1 전하량 누적부(133_1)에서 출력되는 제 1 누적전압(V11)은 증가하고, 제 1 연산증폭기(225)의 입력단(-)과 출력단 사이에 연결되는 제 1 커패시터들의 커패시턴스 합이 증가할수록 제 1 전하량 누적부(133_1)에서 출력되는 제 1 누적전압(V11)은 감소한다. 따라서, 게인 제어신호들(GCON_1, ... , GCON_n)을 이용하여 제 1 게인조절 스위칭부들(233_1, ... , 233_n) 중 턴 온되는 게인조절 스위칭부들의 개수를 조절함에 따라, 제 1 전하량 누적부(133_1)에서 출력되는 제 1 누적전압(V11)을 증폭시키거나 감폭시킬 수 있다.
즉, 게인 제어부(135)는 AD 컨버터(150)에서 출력되는 디지털 신호(Vo)를 이용하여 제 1 전하량 누적부들(133_1, ... , 133_k)에서 출력되는 제 1 누적전압들(V11, ... , V1k)을 높이고자 하는 경우 제 1 연산증폭기(225)의 입력단(-)과 출력단 사이에 연결되는 상기 제 1 커패시터들의 개수를 감소시키도록 게인 제어신호들(GCON_1, ... , GCON_n)을 생성하고, AD 컨버터(150)에서 출력되는 디지털 신호(Vo)를 이용하여 제 1 전하량 누적부들(133_1, ... , 133_k)에서 출력되는 제 1 누적전압들(V11, ... , V1k)을 낮추고자 하는 경우 제 1 연산증폭기(225)의 입력단(-)과 출력단 사이에 연결되는 상기 제 1 커패시터들의 개수를 증가시키도록 게인 제어신호들(GCON_1, ... , GCON_n)을 생성하여 출력할 수 있다.
제 2 전하량 누적부들(134_1, ... , 134_k) 각각은 제 1 전하량(S+N) 대신 제 2 전하량(-S+N)이 입력되는 점을 제외하고는 상기 제 1 전하량 누적부와 유사한 구성을 가지고 유사하게 동작할 수 있다.
제 2 전하량 누적부들(134_1, ... , 134_k)는 상기 제 1 전하량 누적부와 유사하게 제 2 연산증폭기(235), 제 2 초기화 스위칭부(230), 복수의 제 2 커패시터들(C1, ... , Cn) 및 복수의 제 2 게인조절 스위칭부들(234_1, ... , 234_n)를 구비할 수 있다. 제 2 전하량 누적부들(134_1, ... , 134_k) 각각에 포함되는 제 2 연산증폭기(235), 제 2 초기화 스위칭부(230), 복수의 제 2 커패시터들(C1, ... , Cn) 및 복수의 제 2 게인조절 스위칭부들(234_1, ... , 234_n)는 동일한 구성을 가질 수 있으므로, 이하에서는 설명의 편의 상 제 2 전하량 누적부(134_1)에 포함되는 제 2 연산증폭기(235), 제 2 초기화 스위칭부(230), 복수의 제 2 커패시터들(C1, ... , Cn) 및 복수의 제 2 게인조절 스위칭부들(234_1, ... , 234_n)에 대하여 설명한다.
제 2 연산증폭기(235)는 샘플링부(131_1)의 출력단과 연결되는 입력단(-), 접지 전압원(VSS)과 연결되는 접지전압입력단(+) 및 제 2 누적전압(V21)을 먹스(155)로 출력하는 출력단을 포함할 수 있다. 제 2 초기화 스위칭부(230)는 제 2 초기화 신호(RST2)에 응답하여 제 2 연산증폭기(235)의 입력단(-)과 출력단을 연결하거나 연결을 차단할 수 있다. 즉, 제 2 초기화 스위칭부(230)는 상기 멀티터치 패널의 터치 상태가 변경되는 경우 또는 상기 제 2 전하량(-S+N)을 n 회 샘플링하여 누적한 경우, 제 2 연산증폭기(235)의 입력단(-)과 출력단을 연결하여 제 2 누적전압(V21)을 초기화할 수 있다.
제 2 연산증폭기(235)의 입력단(-)과 출력단 사이에는 제 2 커패시터들(C1, ... , Cn)이 병렬로 연결되고, 제 2 게인조절 스위칭부들(234_1, ... , 234_n) 중 대응하는 제 2 게인조절 스위칭부가 제 2 연산증폭기(235)의 입력단(-)과 대응하는 제 2 커패시터 사이 또는 제 2 연산증폭기(235)의 출력단과 대응하는 제 2 커패시터 사이에 연결될 수 있다. 즉, 제 2 게인조절 스위칭부들(234_1, ... , 234_n) 각각은 게인 제어신호들(GCON_1, ... , GCON_n) 중 대응하는 게인 제어신호에 응답하여 제 2 연산증폭기(235)의 입력단(-)과 출력단 사이에 대응하는 제 2 커패시터를 연결 또는 차단할 수 있다. 그러므로, 게인 제어신호들(GCON_1, ... , GCON_n) 및 제 2 게인조절 스위칭부들(233_1, ... , 233_n)을 이용하여 제 2 연산증폭기(235)의 입력단(-)과 출력단 사이에 연결된 제 2 커패시터들의 개수를 조절함으로써 샘플링부(131_1)에서 샘플링된 제 2 전하량들(-S+N)을 누적하고 게인을 조절할 수 있다. 상기 제 1 커패시터들과 상기 제 2 커패시터들 중 동일한 도면 부호는 동일한 커패시턴스 값을 가질 수 있다.
제 2 연산증폭기(235)의 입력단(-)과 출력단 사이에 연결되는 제 2 커패시터들의 커패시턴스 합이 감소할수록 제 2 전하량 누적부(134_1)에서 출력되는 제 2 누적전압(V21)은 증가하고, 제 2 연산증폭기(235)의 입력단(-)과 출력단 사이에 연결되는 제 2 커패시터들의 커패시턴스 합이 증가할수록 제 2 전하량 누적부(134_1)에서 출력되는 제 2 누적전압(V21)은 감소한다. 따라서, 게인 제어신호들(GCON_1, ... , GCON_n)을 이용하여 제 2 게인조절 스위칭부들(234_1, ... , 234_n) 중 턴 온되는 게인조절 스위칭부들의 개수를 조절함에 따라, 제 2 전하량 누적부(134_1)에서 출력되는 제 2 누적전압(V21)을 증폭시키거나 감폭시킬 수 있다.
즉, 게인 제어부(135)는 AD 컨버터(150)에서 출력되는 디지털 신호(Vo)를 이용하여 제 2 전하량 누적부들(134_1, ... , 134_k)에서 출력되는 제 2 누적전압들(V21, ... , V2k)을 높이고자 하는 경우 제 2 연산증폭기(235)의 입력단(-)과 출력단 사이에 연결되는 상기 제 2 커패시터들의 개수를 감소시키도록 게인 제어신호들(GCON_1, ... , GCON_n)을 생성하고, AD 컨버터(150)에서 출력되는 디지털 신호(Vo)를 이용하여 제 2 전하량 누적부들(134_1, ... , 134_k)에서 출력되는 제 2 누적전압들(V21, ... , V2k)을 낮추고자 하는 경우 제 2 연산증폭기(235)의 입력단(-)과 출력단 사이에 연결되는 상기 제 2 커패시터들의 개수를 증가시키도록 게인 제어신호들(GCON_1, ... , GCON_n)을 생성하여 출력할 수 있다.
이상에서 설명된 제 1 내지 제 3 샘플링 제어신호들(SCON_1, SCON_2, SCON_3), 제 1 및 제 2 초기화 신호들(RST_1, RST_2), 게인 제어신호들(GCON_1, ... , GCON_n)은 게인 제어부(135)에서 생성하여 출력할 수도 있고, 또는 게인 제어부(135)와 다른 구성 요소에서 상기 신호들을 나누어 생성하여 출력할 수도 있다.
CDS부들(145_1, ... , 145_k) 각각은 CDS 제어신호들(CCON)에 응답하여 상기 대응하는 제 1 누적전압과 제 2 누적전압을 상관 이중 샘플링(correlated double sampling)을 하여 저주파 노이즈가 제거되고 게인이 조절된 상기 제 1 누적전압과 제 2 누적전압의 전압차(V31, ... , V3k)를 출력할 수 있다. 즉, CDS부들(145_1, ... , 145_k) 각각은 CDS 제어신호들(CCON)에 응답하여 상기 대응하는 제 1 누적전압과 제 2 누적전압을 뺄셈 연산하여 상기 저주파 노이즈에 대응하는 노이즈 전압을 제거하고 게인이 조절된 상기 제 1 누적전압과 제 2 누적전압의 전압차(V31, ... , V3k)를 출력할 수 있다.
CDS부들(145_1, ... , 145_k) 각각은 선택부(243), 제 1 CDS 커패시터(Cs), CDS 연산증폭기(265), CDS 초기화 스위칭부(260), 제 2 CDS 커패시터들(CC1, ... , CCn) 및 복수의 CDS 게인조절 스위칭부들(267_1, ... , 267_n)을 구비할 수 있다. CDS부들(145_1, ... , 145_k) 각각에 포함되는 선택부(243), 제 1 CDS 커패시터(Cs), CDS 연산증폭기(265), CDS 초기화 스위칭부(260), 제 2 CDS 커패시터들(CC1, ... , CCn) 및 복수의 CDS 게인조절 스위칭부들(267_1, ... , 267_n)은 동일한 구성을 가질 수 있으므로, 이하에서는 설명의 편의 상 CDS부(145_1)에 포함되는 선택부(243), 제 1 CDS 커패시터(Cs), CDS 연산증폭기(265), CDS 초기화 스위칭부(260), 제 2 CDS 커패시터들(CC1, ... , CCn) 및 복수의 CDS 게인조절 스위칭부들(267_1, ... , 267_n)에 대하여 설명한다.
선택부(243)는 CDS 제어신호들(CCON) 중 제 1 및 제 2 선택신호(SEL1, .SEL2)에 응답하여 신호 수신부(130)에서 출력하는 제 1 누적전압(V11)과 제 2 누적전압(V21)을 순차로 출력할 수 있다. 선택부(243)는 제 1 선택 스위칭부(243) 및 제 2 선택 스위칭부(245)를 구비할 수 있다. 제 1 선택 스위칭부(243)는 제 1 선택신호(SEL1)에 응답하여 제 1 전하량 누적부(133_1)의 출력단과 제 1 CDS 커패시터(Cs)의 일 단을 연결하거나 차단함으로써 제 1 누전전압(V11)을 제 1 CDS 커패시터(Cs)에 전달하거나 차단할 수 있다. 제 2 선택 스위칭부(245)는 제 2 선택신호(SEL2)에 응답하여 제 2 전하량 누적부(134_1)의 출력단과 제 1 CDS 커패시터(Cs)의 일 단을 연결하거나 차단함으로써 제 2 누전전압(V21)을 제 1 CDS 커패시터(Cs)에 전달하거나 차단할 수 있다. 제 1 선택 스위칭부(243)와 제 2 선택 스위칭부(243)는 동신에 턴 온되지 않고 선택적으로 턴 온될 수 있다.
제 1 CDS 커패시터(Cs)는 선택부(240)의 출력단과 CDS 연산증폭기(265)의 입력단(-) 사이에 연결될 수 있다. CDS 연산증폭기(265)는 제 1 CDS 커패시터(Cs)의 타단과 연결되는 입력단(-), 접지 전압원(VSS)과 연결되는 접지전압입력단(+) 및 제 1 누적전압(V11)과 제 2 누적전압(V21)의 전압차(V31)를 출력하는 출력단을 구비할 수 있다. CDS 초기화 스위칭부(260)는 CDS 연산증폭기(265)에서 전압차(V31)를 출력하는 구간 및 AD 컨버터(150)에서 디지털 신호(Vo)를 출력하는 구간 이외의 구간에서, CDS 제어신호들(CCON) 중 CDS 초기화 신호(CRST)에 응답하여 CDS 연산증폭기(265)의 입력단(-)과 출력단을 연결하여 전압차(V31)를 초기화할 수 있다. 제 2 CDS 커패시터들(CC1, ... , CCn)은 CDS 연산증폭기(265)의 입력단(-)과 출력단 사이에 병렬로 연결될 수 있고, CDS 게인조절 스위칭부들(267_1, ... , 267_n)은 CDS 제어신호들(CCON) 중 대응하는 CDS 게인 제어신호(CCON_1, ... , 또는 CCON_n)에 응답하여 제 2 CDS 커패시터들(CC1, ... , CCn) 각각을 CDS 연산증폭기(265)의 입력단(-)과 출력단 사이에 연결 또는 차단할 수 있다.
제 1 CDS 커패시터(Cs), CDS 연산증폭기(265), 제 2 CDS 커패시터들(CC1, ... , CCn) 및 CDS 게인조절 스위칭부들(267_1, ... , 267_n)의 동작에 의하여, 순차적으로 입력된 제 1 누적전압(V11)과 제 2 누적전압(V21)의 전압차(V31)를 생성하고 전압차(V31)의 게인을 조절할 수 있다. 즉, CDS 게인조절 스위칭부들(267_1, ... , 267_n) 각각은 CDS 게인 제어신호들(CCON1, ... , CCONn) 중 대응하는 CDS 게인 제어신호에 응답하여 CDS 연산증폭기(265)의 입력단(-)과 출력단 사이에 대응하는 제 2 CDS 커패시터를 연결 또는 차단할 수 있으므로, CDS 연산증폭기(265)의 입력단(-)과 출력단 사이에 연결된 제 2 CDS 커패시터들의 개수를 조절함으로써 전압차(V3)의 게인을 조절할 수 있다. CDS 연산증폭기(265)의 입력단(-)과 출력단 사이에 연결되는 제 2 CDS 커패시터들의 커패시턴스 합이 감소할수록 전압차(V31)는 증가하고, CDS 연산증폭기(265)의 입력단(-)과 출력단 사이에 연결되는 제 2 CDS 커패시터들의 커패시턴스 합이 증가할수록 전압차(V31)는 감소한다. 따라서, CDS 게인 제어신호들(CCON_1, ... , CCON_n)을 이용하여 CDS 게인조절 스위칭부들(267_1, ... , 267_n) 중 턴 온되는 CDS 게인조절 스위칭부들의 개수를 조절함에 따라, 전압차(V31)를 증폭시키거나 감폭시킬 수 있다.
그러므로, CDS 제어부(143)는 AD 컨버터(150)에서 출력되는 디지털 신호(Vo)를 이용하여 전압차들(V31, ... , V3k)를 증폭하고자 하는 경우 CDS 연산증폭기(265)의 입력단(-)과 출력단 사이에 연결되는 상기 제 2 CDS 커패시터들의 개수를 감소시키도록 CDS 게인 제어신호들(CCON_1, ... , CCON_n)을 생성하고, AD 컨버터(150)에서 출력되는 디지털 신호(Vo)를 이용하여 전압차들(V31, ... , V3k)를 감폭하고자 하는 경우 CDS 연산증폭기(265)의 입력단(-)과 출력단 사이에 연결되는 상기 제 2 CDS 커패시터들의 개수를 증가시키도록 CDS 게인 제어신호들(CCON_1, ... , CCON_n)을 생성하여 출력할 수 있다.
CDS부들(145_1, ... , 145_k) 각각은 CDS 제어신호들(CCON) 중 홀딩 신호(HOL)에 응답하여 제 1 CDS 커패시터(Cs)의 타단과 CDS 연산증폭기(265)의 입력단(-)을 연결하거나 차단하는 홀딩부(255)를 더 구비할 수 있다. 예를 들어, AD 컨버터(150)에서 전압차(V31)를 디지털 신호(Vo)로 변환하고 있는 구간에서, CDS부들(145_1, ... , 145_k)에 포함된 홀딩부(255)는 신호 전달부(130)에서 출력하는 상기 제 1 누적전압과 상기 제 2 누적전압이 CDS 연산증폭기(265)의 입력단으로 인가되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 홀딩부(255) 이후의 단에서 동작을 수행하고 있어 상기 제 1 누적전압 또는 제 2 누적전압을 CDS 연산증폭기(265)의 입력단으로 인가하지 않고자 하는 경우, 홀딩부(255)는 제 1 CDS 커패시터(Cs)와 CDS 연산증폭기(265)의 입력단을 차단할 수 있다. 홀딩부(255)의 동작에 대하여는 도 3을 참조하여 멀티터치 패널의 전하량 감지장치(100)을 설명하면서 보다 상세하게 설명한다.
이상에서 설명된 제 1 및 제 2 선택신호(SEL1, SEL2), CDS 초기화 신호(CRST), 홀딩신호(HOL) 및 CDS 게인 제어신호들(CCON1, ... , CCONn)은 CDS 제어부(143)에서 생성하여 출력할 수도 있고, 또는 CDS 제어부(143)와 다른 구성 요소에서 상기 신호들을 나누어 생성하여 출력할 수도 있다.
이하에서는 도 1 내지 도 3을 참조하여, 멀티터치 패널의 전하량 감지장치(100)의 동작에 대하여 설명한다.
상기 멀티터치 패널이 터치 상태를 인식하기 위하여 초기화된 경우(예를 들어, 멀티터치 패널에 전원이 인가된 경우 등), 상기 멀티터치 패널의 터치 상태가 변경되는 경우 또는 상기 제 1 전하량을 n 회 샘플링하여 누적한 경우, 제 1 초기화 신호(RST1)가 제 1 논리상태에서 제 2 논리상태로 변경되어 제 1 초기화 스위칭부(220)가 턴 온된다. 이 경우, 제 1 연산증폭기(225)의 입력단(-)과 출력단이 직접 연결되므로, 제 1 전하량 누적부들(133_1, ... , 133_k)의 출력들은 접지전압으로 초기화된다. 그리고, 상기 멀티터치 패널이 터치 상태를 인식하기 위하여 초기화된 경우, 상기 멀티터치 패널의 터치 상태가 변경되는 경우 또는 상기 제 2 전하량을 n 회 샘플링하여 누적한 경우, 제 2 초기화 신호(RST2)가 제 1 논리상태에서 제 2 논리상태로 변경되어 제 2 초기화 스위칭부(230)가 턴 온된다. 이 경우, 제 2 연산증폭기(235)의 입력단(-)과 출력단이 직접 연결되므로, 제 2 전하량 누적부들(134_1, ..., 134_k)의 출력은 접지전압으로 초기화된다.
이후에 t0 시점에서 입력 선택신호(IN_SEL1)가 제 2 논리상태로 변경되고, t1 시점에서 커패시턴스 센서(120)는 인가되는 센싱신호(SEN1)에 응답하여 입력단(IN1)과 관련하여 상기 멀티터치 패널의 터치 상태에 따른 제 1 전하량(S+N)을 출력하기 시작하며, t2 시점에서 커패시턴스 센서(120)는 인가되는 센싱신호(SEN1)에 응답하여 상기 멀티터치 패널의 터치 상태에 따른 제 2 전하량(-S+N)을 출력하기 시작한다.
샘플링부들(131_1, ... , 131_k) 각각은 센싱신호(SEN1)가 제 2 논리상태에서 제 1 논리상태로 변경되는 시점에 제 1 샘플링 제어신호(SCON1)에 응답하여 커패시턴스 센서(120)의 대응하는 출력단에서 출력되는 제 1 전하량(S+N)을 샘플링하고, 센싱신호(SEN1)가 제 1 논리상태에서 제 2 논리상태로 변경되는 시점에 제 2 샘플링 제어신호(SCON2)에 응답하여 커패시턴스 센서(120)의 대응하는 출력단에서 출력되는 제 2 전하량(-S+N)을 샘플링할 수 있다. 그리고, 샘플링부들(131_1, ... , 131_k) 각각은 제 1 샘플링 스위칭부(211)의 동작 구간과 제 2 샘플링 스위칭부(212)의 동작 구간 사이의 구간인 제 1 샘플링 제어신호(SCON1)와 제 2 샘플링 제어신호(SCON2)가 동시에 제 1 논리상태인 구간에서 커패시턴스 센서(120)의 대응하는 출력단을 접지전압원(VSS)에 연결할 수 있다.
즉, 제 3 샘플링 제어신호(SCON_3)가 제 2 논리상태이고 제 2 및 제 3 샘플링 제어신호(SCON_2, SCON_3)가 제 1 논리상태인 경우, 제 3 샘플링 스위칭부(213)가 턴 온되고 제 1 및 제 2 샘플링 스위칭부(211, 212)가 턴 오프되어 커패시턴스 센서(120)의 대응하는 출력단은 접지전압원(VSS)과 연결되며 상기 제 1 전하량 또는 상기 제 2 전하량을 샘플링하지 않는다. 제 1 샘플링 제어신호(SCON_1)가 제 1 논리상태이고 제 2 및 제 3 샘플링 제어신호(SCON_2, SCON_3)가 제 2 논리상태인 경우, 제 1 샘플링 스위칭부(211)가 턴 온되고 제 2 및 제 3 샘플링 스위칭부(212, 213)가 턴 오프되어 커패시턴스 센서(120)의 대응하는 출력단은 대응하는 제 1 전하량 누적부에 입력되어 상기 제 1 전하량을 샘플링할 수 있다. 제 2 샘플링 제어신호(SCON_2)가 제 1 논리상태이고 제 1 및 제 3 샘플링 제어신호(SCON_1, SCON_3)가 제 2 논리상태인 경우, 제 2 샘플링 스위칭부(212)가 턴 온되고 제 1 및 제 3 샘플링 스위칭부(211, 213)가 턴 오프되어 커패시턴스 센서(120)의 대응하는 출력단은 대응하는 제 2 전하량 누적부에 입력되어 상기 제 2 전하량을 샘플링할 수 있다.
도 3에서는 샘플링 횟수 및 누적 횟수(n)가 4인 경우를 도시하고 있으나, 본 발명이 이 경우에 한정되는 것은 아니며 샘플링 횟수 및 누적 횟수(n)는 다른 다양한 횟수일 수 있다. 도 3의 경우 샘플링부들(131_1, ... , 131_k) 각각은 제 1 샘플링 제어신호(SCON_1)가 제 1 논리상태에서 제 2 논리상태로 변경되는 4번의 시점(센싱신호(SEN1)가 제 2 논리상태에서 제 1 논리상태로 변경되는 4번의 시점)에서 상기 제 1 전하량을 샘플링하고, 제 1 전하량 누적부들(133_1, ... , 133_k) 각각은 4번 샘플링된 제 1 전하량들을 누적하고 게인을 조절하여 누적 전하량에 대응하는 제 1 누적전압(V11, ... , 또는 V1k)을 출력할 수 있다. 또한, 샘플링부들(131_1, ... , 131_k)는 제 2 샘플링 제어신호(SCON_2)가 제 1 논리상태에서 제 2 논리상태로 변경되는 4번의 시점(센싱신호(SEN1)가 제 1 논리상태에서 제 2 논리상태로 변경되는 4번의 시점)에서 상기 제 2 전하량을 샘플링하고, 제 2 전하량 누적부들(134_1, ... , 134_k) 각각은 4번 샘플링된 제 2 전하량들을 누적하고 게인을 조절하여 누적 전하량에 대응하는 제 2 누적전압들(V21, ... , V2k)을 출력할 수 있다. 샘플링된 제 1 전하량들 또는 제 2 전하량들을 누적하고 게인을 조절하는 방법에 대하여는 앞서 상세하게 설명하였으므로, 이하 구체적인 설명은 생략한다.
제 1 선택 스위칭부(243)는 제 1 선택신호(SEL1)에 응답하여 대응하는 제 1 전하량 누적부가 출력하는 제 1 누적전압을 t3 시점까지 제 1 CDS 커패시터(Cs)로 출력할 수 있다. 그리고, 제 2 선택 스위칭부(245)는 제 2 선택신호(SEL2)에 응답하여 대응하는 제 2 전하량 누적부가 출력하는 제 2 누적전압을 t3 시점에서 t4 시점 사이의 구간에서 제 1 CDS 커패시터(Cs)로 출력할 수 있다.
CDS부들(145_1, ... , 145_k) 각각의 출력전압은 CDS 초기화 신호(CRST)에 응답하여 t2 시점(AD 컨버터(150)가 이전에 입력된 전압차를 디지털 신호(Vo)로 변경이 완료된 시점)에서 t3 시점 사이의 구간에서 접지전압(VSS)으로 초기화되고, t3 시점에서 t4 시점 사이의 구간에서 CDS부들(145_1, ... , 145_k) 각각은 입력된 제 1 누적전압과 제 2 누적전압을 뺄셈 연산하고 게인을 조절하여 저주파 노이즈(N)가 제거된 상기 제 1 누적전압과 제 2 누적전압의 전압차(V31, ... , V3k)을 출력할 수 있다.
그리고, t4 시점에서 t6 시점동안 먹스(155)는 전압 선택신호(OUT_SEL)에 응답하여 노이즈 제거부들(145_1, ... , 145_k)에서 병렬적으로 출력하는 전압차들(V31, ... , V3k)을 순차적으로 하나씩 선택하여 출력하고, AD 컨버터(150)가 AD 컨버터 인에이블신호(ADC_EN)에 응답하여 인에이블되어 상기 제 1 누적전압과 제 2 누적전압의 전압차(V31, ... , 또는 V3k)를 디지털신호(Vo)로 변환하여 출력할 수 있다. 즉, 도 3에서 전압 선택신호(OUT_SEL)가 제 2 논리상태인 구간마다 전압차들(V31, ... , V3k) 중 하나를 선택하여 출력할 수 있으며, 먹스(155)가 입력되는 전압차들(V31, ... , V3k)을 모두 출력할 때까지 AD 컨버터(150)는 먹스(155)의 출력 전압을 디지털 신호(Vo)로 변경하는 동작을 계속 수행한다.
이 경우, t4 시점에서 t6 시점 사이의 구간에서 홀딩부(255)는 홀딩신호(HOL)에 응답하여 제 1 CDS 커패시터(Cs)와 CDS 연산증폭기(265)의 입력단(-) 사이의 연결을 차단하여 AD 컨버터(150)의 동작이 완료하기 전에 새로운 제 1 누적전압과 제 2 누적전압의 전압차가 AD 컨버터(150)로 입력되는 것을 방지할 수 있다.
그리고, t4 시점부터 다른 입력 선택신호(IN_SEL2)가 인에이블되므로, t5 시점에서 커패시턴스 센서(120)는 인가되는 센싱신호(SEN2)에 응답하여 다른 입력단과 관련하여 상기 멀티터치 패널의 터치 상태에 따른 새로운 제 1 전하량을 출력하기 시작하고, 샘플링부들(131_1, ... , 131_k)은 새로운 제 1 전하량의 샘플링을 시작할 수 있다. 즉, 이와 같은 동작은 커패시터 센서(120)의 입력단들(IN1, … , INj) 중 하나의 입력단으로 센싱신호들(SEL1, … , SELj) 중 대응하는 센싱신호가 입력되는 경우마다 수행되며, 커패시터 센서(120)의 입력단들(IN1, … , INj)에는 순차적으로 대응하는 센싱신호가 입력될 수 있다.
도 3에서는 본 발명의 일 실시예에 의하여 멀티터치 패널의 전하량 감지장치(100)가 동작하기 위한 신호들을 도시하고 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티터치 패널의 전하량 감지장치(100)를 동작하기 위한 신호들이 반드시 도 3과 같은 파형을 가져야 하는 것은 아니며, 이상에서 설명한 것과 같이 동작할 수 있다면 도 3에 도시된 신호들은 다른 파형을 가질 수도 있다.
도 4는 도 2의 제 1 전하량 누적부(133_1), 제 2 전하량 누적부(134_1) 및 CDS부(145_1)를 간략화하여 도시한 회로도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 제 1 전하량 누적부(133_1)의 제 1 커패시터들(C1, ... , Cn) 중 제 1 연산증폭기(225)의 입력단(-)과 출력단 사이에 병렬 연결된 제 1 커패시터들은 도 4에 도시된 것과 같이 하나의 커패시터(CF)로 모델링할 수 있다. 또한, 제 2 전하량 누적부(134_1)의 제 2 커패시터들(C1, ... , Cn) 중 제 2 연산증폭기(235)의 입력단(-)과 출력단 사이에 병렬 연결된 제 2 커패시터들도 도 4에 도시된 것과 같이 하나의 커패시터(CF)로 모델링할 수 있다. 제 1 연산증폭기(225)의 입력단(-)과 출력단 사이에 연결된 제 1 커패시터들의 커패시턴스와 제 2 연산증폭기(235)의 입력단(-)과 출력단 사이에 연결된 제 2 커패시터들의 커패시턴스는 동일한 커패시턴스를 가지므로, 도 4에서는 동일한 커패시터(CF)로 모델링하였다. 그리고, 제 2 CDS 커패시터들(CC1, ... , CCn) 중 CDS 연산증폭기(265)의 입력단(-)과 출력단 사이에 연결된 제 2 CDS 커패시터들도 도 4에 도시된 것과 같이 하나의 커패시터(CH)로 모델링할 수 있다.
이상에서 설명한 것과 같이 제 1 전하량 누적부(133_1)는 샘플링된 제 1 전하량(S+N)이 n 회 누적되고 게인이 조절된 제 1 누적전압(V11)을 출력하고, 제 2 전하량 누적부(134_1)는 샘플링된 제 2 전하량(-S+N)이 n 회 누적되고 게인이 조절된 제 2 누적전압(V21)을 출력할 수 있다. 그리고, 제 1 선택 스위칭부(243)와 제 2 선택 스위칭부(245)는 선택적으로 동작하므로, 도 3의 t1 시점에서 t3 시점 사이의 구간에서 제 1 선택 스위칭부(243)는 제 1 선택신호(SEL1)에 응답하여 제 1 누적전압(V1)을 출력하고, 도 3의 t3 시점에서 t5 시점 사이의 구간에서 제 2 선택 스위칭부(245)는 제 2 선택신호(SEL2)에 응답하여 제 2 누적전압(V2)을 출력할 수 있다. 이 경우, CDS부(145_1)는 제 1 누적전압(V1)과 제 2 누적전압(V2)을 뺄셈 연산하고 게인을 조절하여 제 3 전압(V3)을 출력할 수 있다. 즉, CDS부(145_1)는 제 1 누적전압(V11)에서 제 2 누적전압(V21)을 뺄셈 연산하였으므로, 제 1 누적전압(V11)과 제 2 누적전압(V21)에 공통적으로 포함되어 있던 노이즈 전압(저주파 노이즈 성분(N))을 서로 상쇄시켜 제거하고, 노이즈 성분을 제외한 샘플링된 전하량(S와 ­S)을 뺄셈 연산하여 2S의 전하량에 대응하는 전압을 생성하며, CS/CH만큼 게인이 조절된 상태의 전압차(V31)를 출력할 수 있다.
이상과 같은 동작에 의하여 CDS부(145_1)에서 출력되는 제 1 누적전압(V11)과 제 2 누적전압(V21)의 전압차(V31)는 아래의 수학식 1과 같이 표현될 수 있으며, 나머지 CDS부들에서 출력되는 전압도 동일하게 표현될 수 있다.
Figure pat00001
수학식 1에서 CF는 제 1 커패시터들(C1, ... , Cn) 중 제 1 연산증폭기(225)의 입력단(-)과 출력단 사이에 연결되어 있는 제 1 커패시터들의 커패시턴스 합을 의미한다. 제 1 커패시터들(C1, ... , Cn) 중 제 1 연상증폭기(225)의 입력단(-)과 출력단 사이에 연결되어 있는 제 1 커패시터들의 커패시턴스 합과 제 2 커패시터들(C1, ... , Cn) 중 제 2 연산증폭기(235)의 입력단(-)과 출력단 사이에 연결되어 있는 제 2 커패시터들의 커패시턴스 합은 동일하므로, CF는 제 2 커패시터들(C1, ... , Cn) 중 제 2 연산증폭기(235)의 입력단(-)과 출력단 사이에 연결되어 있는 제 2 커패시터들의 커패시턴스 합을 의미할 수도 있다. 또한, 수학식 1에서 CH는 제 2 CDS 커패시터들(CC1, ... , CCn) 중 CDS 연산증폭기(265)의 입력단(-)과 출력단 사이에 연결되어 있는 제 2 CDS 커패시터들의 커패시턴스 합을 의미한다. 그리고, VN은 상기 저주파 노이즈에 의하여 제 1 누적전압(V11) 및 제 2 누적전압(V21)에 포함되어 있는 노이즈 전압을 의미한다.
도 5는 본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 일 실시예에 따른 멀티터치 패널의 전하량 감지장치(500)의 블록도이다.
도 5를 참조하면, 멀티터치 패널의 전하량 감지장치(500)는 신호 전달부(510), 커패시턴스 센서(520), 신호 수신부(530), 노이즈 제거부(540), 먹스(555), AD(analog to digital) 컨버터(550) 및 자동 보정부(560)를 구비할 수 있다. 도 1의 실시예와 도 5의 실시예를 비교하여 보면, 도 5의 실시예는 도 1의 실시예에서 자동 보정부(560)가 추가되었고 나머지 구성요소들은 동일한 구성요소들이다. 그러므로, 이하에서는 도 1의 실시예와 상이한 부분들을 위주로 설명하며, 도 1의 실시예와 중복되는 내용들은 생략한다.
신호 전달부(510)는 입력 선택신호(IN_SEL)에 응답하여 샘플링 시점에 대한 정보를 포함하는 센싱신호들(SEN1, … , SENj)을 생성하여 커패시턴스 센서(520)의 입력단들 중 대응하는 입력단으로 출력할 수 있고, 커패시턴스 센서(520)는 입력단들(IN1, … , INj) 중 대응하는 입력단을 통하여 신호 전달부(510)에서 출력된 센싱신호들(SEN1, … , SENj) 중 대응하는 센싱신호를 수신하고, 수신된 센싱신호에 응답하여 센싱된 양의 값을 가지는 제 1 전하량(S)과 음의 값을 가지는 제 2 전하량(-S)을 순차적으로 출력하는 복수의 출력단들(OUT1, ... , OUTk)을 포함할 수 있다.
자동 보정부(560)는 오프셋 전하량 설정 구간 동안 커패시턴스 센서(520)의 출력단들(OUT1, ... , OUTk)에서 출력되는 전하량들을 이용하여 오프셋 전하량들(Qoff1, ... , Qoffk)을 설정하기 위한 복수의 오프셋 제어신호 그룹들을 생성할 수 있고, 상기 오프셋 전하량 설정 구간 이외의 구간에서는 커패시턴스 센서(520)에서 출력하는 제 1 전하량(S+N)들 각각에서 오프셋 전하량들(Qoff1, ... , Qoffk) 중 대응하는 오프셋 전하량이 제거된 제 1 보정 전하량을 생성하여 출력하고 커패시턴스 센서(520)에서 출력하는 제 2 전하량(-S+N)들 각각에서 오프셋 전하량(Qoff1, ... , Qoffk)들 중 대응하는 오프셋 전하량이 제거된 제 2 보정 전하량을 생성하여 출력할 수 있다. 즉, 자동 보정부(560)는 커패시턴스 센서(520)의 출력단에서 양의 값을 가지는 제 1 전하량(S+N)을 출력하는 경우, 음의 값을 가지는 오프셋 전하량(-Qoff1, ... , 또는 -Qoffk)을 생성하여 제 1 전하량(S+N)에 합함으로써, 상기 오프셋 전하량을 제거할 수 있다. 그리고, 자동 보정부(560)는 커패시턴스 센서(520)의 출력단에서 음의 값을 가지는 제 2 전하량(-S+N)을 출력하는 경우, 양의 값을 가지는 오프셋 전하량(Qoff1, ... , 또는 Qoffk)을 생성하여 제 2 전하량(-S+N)에 합함으로써, 상기 오프셋 전하량을 제거할 수 있다.
상기 오프셋 전하량 설정 구간은 상기 멀티터치 패널과 상기 멀티터치 패널의 전하량 감지장치(500)를 포함하는 시스템이 초기화된 시점, 상기 시스템이 리셋된 시점, 상기 시스템 동작 중 상기 멀티터치 패널에 전원전압이 인가되기 시작한 시점 또는 상기 오프셋 전하량 설정 구간이 종료된 후 소정의 시간이 경과한 시점에서 상기 멀티터치 패널에 전도체가 터치되지 않는 상태의 소정의 구간일 수 있다. 예를 들어, 상기 멀티터치 패널이 스마트폰의 액정 패널이고 상기 멀티터치 패널의 전하량 감지장치(100)가 상기 스마트폰의 내부에 포함되어 있다고 가정하면, 상기 스마트폰이 초기화되는 경우, 상기 스마트폰이 리셋되어 전원이 인가된 시점, 상기 스마트폰에 전원은 인가되어 있으나 상기 스마트폰의 액정 패널이 오프 상태였다가 전원이 인가되어 온 상태가 된 시점 또는 상기 스마트폰의 전원이 인가되어 있는 상태에서 소정의 시간 간격 단위로 상기 오프셋 전하량을 재설정하는 것으로 설정되어 있는 경우 상기 소정의 시간이 경과한 시점에서 상기 멀티터치 패널에 전도체가 터치되지 않는 상태의 소정의 구간일 수 있다.
상기 오프셋 전하량 설정 구간 동안 자동 보정부(560)는 AD 컨버터(550)에서 출력되는 디지털 신호(Vo)를 이용하여 오프셋 제어신호 그룹들을 생성할 수 있다. 즉, 상기 오프셋 전하량 설정 구간동안 커패시턴스 센서(520)는 센싱신호(SEN)에 응답하여 상기 멀티터치 패널에 상기 전도체가 터치하지 않는 상태에서 센싱된 제 1 전하량(S)과 제 2 전하량(-S)을 순차적으로 출력할 수 있다. 상기 오프셋 전하량 설정 구간에서는 상기 멀티터치 패널에 상기 전도체가 터치하지 않는 상태이므로, 이상에서 설명하였던 저주파 노이즈(N)는 발생하지 않을 수 있다. 그러므로, 상기 오프셋 전하량 설정 구간에서 커패시턴스 센서(120)가 출력하는 양의 값을 가지는 제 1 전하량은 'S'로 표시되고 음의 값을 가지는 제 2 전하량은 '-S'로 표시될 수 있다.
상기 오프셋 전하량 설정 구간동안 신호 수신부(530)는 커패시턴스 센서(520)에서 순차적으로 출력되는 제 1 전하량들(S) 및 제 2 전하량들(-S)을 n회 샘플링하여 누적하고 게인(gain)을 조절하여 노이즈가 제거되고 게인이 조절된 제 1 누적전압들(V11, ... ,V1k) 및 제 2 누적전압들(V21, ... ,V2k)을 순차적으로 출력할 수 있다. 노이즈 제거부(540)는 상기 오프셋 전하량 설정구간 동안 신호 수신부(530)에서 출력되는 제 1 누적전압들(V11, ... , V1k)과 제 2 누적전압들(V21, ... , V2k)을 순차적으로 입력받아 대응하는 제 1 누적전압과 제 2 누적전압의 전압차(V31, ... , 또는 V3k)를 연산하여 상기 대응하는 제 1 누적전압과 제 2 누적전압의 전압차를 병렬적으로 출력할 수 있다. 먹스(555)는 전압 선택신호(OUT_SEL)에 응답하여 병렬적으로 입력되는 전압들(V31, ... , V3k)을 순차적으로 하나씩 선택하여 출력할 수 있다. 그리고, AD 컨버터(550)는 상기 오프셋 전하량 설정 구간 동안 먹스(555)에서 순차적으로 출력되는 전압들을 디지털 신호(Vo)로 변환하여 출력할 수 있다. 이 경우, 자동보정부(560)는 상기 오프셋 전하량 설정 구간 동안 AD 컨버터(550)에서 출력되는 디지털 신호(Vo)를 이용하여 상기 오프셋 전하량들(Qoff1, ... , Qoffk)을 생성하기 위한 상기 오프셋 제어신호 그룹들을 생성하고, 상기 오프셋 제어신호 그룹들에 응답하여 오프셋 전하량들(Qoff1, ... , Qoffk)을 생성할 수 있다. 예를 들어, AD 컨버터(550)에서 전압차(V31)를 입력받아 디지털 신호(Vo)로 변환하여 출력한 경우, 자동 보정부(560)는 전압차(V31)가 변환된 디지털 신호(Vo)에 응답하여 오프셋 전하량(Qoff1)을 생성하기 위한 상기 오프셋 제어신호 그룹을 생성할 수 있다. 다른 예로, AD 컨버터(550)에서 전압차(V3k)를 입력받아 디지털 신호(Vo)로 변환하여 출력한 경우, 자동 보정부(560)는 전압차(V3k)가 변환된 디지털 신호(Vo)에 응답하여 오프셋 전하량(Qoffk)을 생성하기 위한 상기 오프셋 제어신호 그룹을 생성할 수 있다.
오프셋 전하량(Qoff)은 앞서 설명한 것과 같이 양의 값과 음의 값을 반복하여 가질 수 있으며, 양의 값을 가지는 오프셋 전하량(Qoff)의 절대값과 음의 값을 가지는 오프셋 전하량(-Qoff)의 절대값은 동일할 수 있다. 즉, 자동보정부(560) 상기 오프셋 전하량 설정 구간동안 음의 값을 가지는 오프셋 전하량(-Qoff)과 양의 값을 가지는 오프셋 전하량(Qoff)을 반복하여 생성할 수 있는 상기 오프셋 제어신호 그룹들을 생성할 수 있다.
상기 오프셋 전하량 설정 구간이 종료한 후 신호 수신부(530)가 제 1 전하량들(S+N)을 샘플링하여 누적하는 구간에서, 자동 보정부(560)는 상기 오프셋 제어신호 그룹들에 응답하여 커패시턴스 센서(520)의 출력단들(OUT1, ... , OUTk)에서 병렬적으로 출력하는 제 1 전하량들(S+N)에서 오프셋 전하량들(Qoff1, ... , Qoffk) 중 대응하는 오프셋 전하량을 제거한 제 1 보정 전하량을 생성하여 출력할 수 있다. 그리고, 상기 오프셋 전하량 설정 구간이 종료한 후 신호 수신부(530)가 제 2 전하량들(-S+N)을 샘플링하여 누적하는 구간에서, 자동 보정부(560)는 상기 오프셋 제어신호 그룹들에 응답하여 커패시턴스 센서(520)의 출력단들(OUT1, ... , OUTk)에서 병렬적으로 출력하는 제 2 전하량들(-S+N)에서 오프셋 전하량들(Qoff1, ... , Qoffk) 중 대응하는 오프셋 전하량을 제거한 제 2 보정 전하량을 생성하여 출력할 수 있다. 이와 같은 동작을 수행하기 위하여 상기 자동 보정부(560)는 오프셋 제어신호 생성부 및 오프셋 보상부를 구비할 수 있으며, 상기 오프셋 제어신호 생성부 및 상기 오프셋 보상부의 일 실시예에 대하여는 도 2를 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
상기 오프셋 전하량들(Qoff1, ... , Qoffk)은 상기 멀티터치 패널에 전도체가 터치되지 않은 상태에서 커패시턴스 센서(520)에서 출력하는 전하량과 동일한 전하량을 가지거나 또는 상기 멀티터치 패널에 전도체가 터치되지 않은 상태에서 커패시턴스 센서(520)에서 출력하는 전하량보다 작은 전하량을 가질 수 있다.
신호 수신부(530)가 상기 전하량들을 샘플링하여 누적하는 구간에서, 신호 수신부(530)는 자동 보정부(560)에서 출력하는 제 1 보정 전하량들(S+N-Qoff1, ... , S+N-Qoffk)을 각각 n 회(n은 자연수) 샘플링하여 누적하고 게인(gain)을 조절하여 제 1 누적전압들(V11, ... , V1k)을 병렬적으로 출력하고, 자동 보정부(560)에서 출력하는 제 2 보정 전하량들(-S+N+Qoff1, ... , -S+N+Qoffk)을 각각 n 회(n은 자연수) 샘플링하여 누적하고 게인(gain)을 조절하여 제 2 누적전압들(V21, ... , V2k)을 병렬적으로 출력할 수 있다.
그리고, 자동 보정부(560)와 관련하여 설명한 것과 같이, 상기 오프셋 전하량 설정 구간에서 신호 수신부(530)는 커패시턴스 센서(520)에서 순차적으로 출력되는 제 1 전하량들(S)과 제 2 전하량들(-S)을 n 회(n은 자연수) 샘플링하여 누적하고 게인(gain)을 조절하여, 노이즈가 제거되고 게인이 조절된 누적 전하량에 대응하는 제 1 누적전압들(V11, ... , V1k) 및 제 2 누적전압들(V21, ... , V2k)을 순차적으로 출력할 수 있다.
신호 수신부(530)는 복수의 샘플링부들(531_1, ... ,531_k), 복수의 제 1 전하량 누적부들(533_1, ... , 533_k), 복수의 제 2 전하량 누적부들(534_1, ... , 534_k) 및 게인 제어부(535)를 포함할 수 있으며, 각 구성요소의 동작은 도 1과 관련하여 상세하게 설명하였으므로 이하 구체적인 설명은 생략한다. 즉, 샘플링부들(531_1, ... , 531_k)에 입력되는 전하량들이 보정 전하량들로 변경된 것을 제외하면, 샘플링부들(531_1, ... , 531_k), 제 1 전하량 누적부들(533_1, ... , 533_k), 제 2 전하량 누적부들(534_1, ... , 534_k) 및 게인 제어부(535)는 도 1의 샘플링부들(131_1, ... , 131_k), 제 1 전하량 누적부들(133_1, ... , 133_k), 제 2 전하량 누적부들(134_1, ... , 134_k) 및 게인 제어부(135)와 동일하게 동작할 수 있다. 또한, 노이즈 제거부(545)도 도 1의 노이즈 제거부(145)와 동일하게 동작하고, 노이즈 제거부(540)에 포함된 CDS 제어부(543) 및 복수의 CDS부들(545)의 동작도 도 1과 관련하여 상세하게 설명하였으므로 이하 구체적인 설명은 생략한다.
먹스(555)는 전압 선택신호(OUT_SEL)에 응답하여 노이즈 제거부(540)에서 출력되는 전압들을 순차적으로 하나씩 선택하여 출력하고, AD 컨버터(550)는 먹스(555)의 출력 전압을 디지털 신호(Vo)로 변환하여 출력할 수 있다.
도 6은 도 5의 멀티터치 패널의 전하량 감지장치(500)의 일 실시예를 도시한 회로도이다. 이하에서는 도 3, 도 5 및 도 6을 참조하여 멀티터치 패널의 전하량 감지장치(500)의 각 구성요소의 일 실시예 및 각 구성요소의 동작에 대하여 설명한다. 도 3의 파형도는 도 6의 실시예에도 동일하게 적용될 수 있다. 다만, 도 5와 관련하여 설명한 것과 같이, 자동 보정부(560)를 제외하고는 도 2에서 설명한 내용과 유사하므로 이하 중복되는 내용은 생략한다.
신호 전달부(510)는 센싱 제어부(680), 복수의 센싱 드라이버들(683_1, … , 683_j) 및 복수의 센싱신호 출력부들(685_1, … , 685_j)을 구비할 수 있으며, 센싱 제어부(680), 센싱 드라이버들(683_1, … , 683_j) 및 센싱신호 출력부들(685_1, … , 685_j)은 도 2의 센싱 제어부(270), 센싱 드라이버들(273_1, … , 273_j) 및 센싱신호 출력부들(275_1, … , 275_j)과 유사하므로 이하 구체적인 설명은 생략한다.
커패시턴스 센서(520)는 입력단들(IN1, … , INj)과 출력단(OUT) 사이에 연결되는 커패시터들(CMUT1,...,CMUTk)로 모델링될 수 있으며, 상기 오프셋 전하량 설정구간에서 센싱신호들(SEN1, … , SENj) 중 대응하는 센싱신호에 응답하여 제 1 전하량들(Q)과 제 2 전하량들(-Q)을 순차적으로 반복하여 출력하거나 상기 전도체가 상기 멀티터치 패널에 터치하는 구간에서 센싱신호(SEN)에 응답하여 제 1 전하량(Q+ΔQ+N)과 제 2 전하량(-Q-ΔQ+N)을 순차적으로 반복하여 출력할 수 있다. ΔQ는 상기 전도체가 상기 멀티터치 패널에 터치함에 따라 발생하는 전하량을 의미하고, N는 도 1과 관련하여 설명한 저주파 노이즈를 의미한다. 상기 오프셋 전하량 설정구간에서는 상기 전도체와 상기 멀티터치 패널이 터치되지 않는 상태이므로 제 1 전하량과 제 2 전하량에 ΔQ가 포함되지 않는다.
자동보정부(560)는 오프셋 제어신호 생성부(670) 및 복수의 오프셋 보상부들(675_1, ... , 675_k)을 포함할 수 있다. 오프셋 제어신호 생성부(670)는 상기 오프셋 전하량 설정 구간 동안 AD 컨버터(550)에서 출력된 상기 디지털 신호를 이용하여 오프셋 제어신호 그룹들(D11, D12, ... , D1i, ... , Dk1, Dk2, ... ,Dki)(i는 자연수)을 생성할 수 있다. 오프셋 보상부들(675_1, ... , 675_k) 각각은 오프셋 제어신호 그룹들(D11, D12, ... , D1i, ... , Dk1, Dk2, ... ,Dki) 중 대응하는 오프셋 제어신호 그룹에 응답하여 커패시턴스 센서(520)의 출력단들(OUT1, ... , OUTk) 중 대응하는 출력단에서 출력하는 제 1 전하량(Q+ΔQ) 및 제 2 전하량(-Q-ΔQ)에서 오프셋 전하량들(Qoff1, ... , Qoffk) 중 대응하는 오프셋 전하량을 제거한 제 1 보정 전하량 및 제 2 보정 전하량을 순차적으로 반복하여 출력할 수 있다. 예를 들어, 오프셋 보상부(675_1)는 오프셋 제어신호들(D11, D12, ... , D1i)에 응답하여 커패시턴스 센서(520)에서 출력하는 제 1 전하량(Q+ΔQ+N)에서 오프셋 전하량(Qoff1)을 제거하여 제 1 보정 전하량(Q+ΔQ+N-Qoff1)을 생성하여 출력하거나, 오프셋 제어신호들(D11, D12, ... , D1i)에 응답하여 커패시턴스 센서(520)에서 출력하는 제 2 전하량(-Q-ΔQ+N)에서 오프셋 전하량(Qoff1)을 제거하여 제 2 보정 전하량(-Q-ΔQ+N+Qoff1)을 생성하여 출력할 수 있다.
상기 오프셋 제어신호 그룹들은 i 개의 오프셋 제어신호들을 포함할 수 있다. 오프셋 제어신호 그룹들(D11, D12, ... , D1i, ... , Dk1, Dk2, ... ,Dki)을 생성하는 방법에 대하여는 도 5와 관련하여 상세하게 설명하였으므로 이하 생략하고, 이하에서는 도 6에 개시된 오프셋 보상부들(675_1, ... , 675_k)의 일 실시예에 대하여 설명한다. 오프셋 보상부들(675_1, ... , 675_k) 각각은 입력되는 오프셋 제어신호 그룹이 상이할 뿐 구성 및 동작은 동일하므로, 이하에서는 설명의 편의 상 하나의 오프셋 보상부(675_1)의 구성 및 동작에 대하여 설명한다.
오프셋 보상부(675_1)는 복수의 보정용 커패시터들(CA1, CA2, ... , CAk) 및 복수의 오프셋 보상 스위치들(677_11, 677_12, ... , 677_1i)을 구비할 수 있다. 보정용 커패시터들(CA1, CA2, ... , CAi)은 커패시턴스 센서(520)의 출력단(OUT1)과 신호 수신부(530)의 입력단(샘플링부(531_1)의 입력단) 사이에 일단이 연결되고 오프셋 보상 스위치들(677_11, 677_12, ... , 677_1i) 중 대응하는 오프셋 보상 스위치의 일단에 타단이 연결될 수 있다. 보정용 커패시터들(CA1, CA2, ... , CAi) 각각은 다른 커패시턴스 값을 가질 수 있다. 오프셋 보상 스위치들(677_11, 677_12, ... , 677_1i) 각각은 오프셋 제어신호들(D11, D12, ... , D1i) 중 대응하는 오프셋 제어신호에 응답하여, 제 1 전압원(VL) 및 제 2 전압원(VH) 중 하나의 전압원과 보정용 커패시터들(CA1, CA2, ... , CAi) 중 대응하는 보정용 커패시터의 타단을 연결할 수 있다. 즉, 오프셋 보상 스위치들(677_11, 677_12, ... , 677_1i) 중 제 1 전압원(VL)에 연결되는 오프셋 보상 스위치들의 개수 및 제 2 전압원(VH)에 연결되는 오프셋 보상 스위치들의 개수에 따라 상기 오프셋 전하량의 크기가 결정될 수 있다. 또한, 상기 오프셋 전하량은 양의 값과 음의 값을 반복하여 가지므로, 상기 오프셋 보상 스위치들이 제 1 전압원(VL)에 연결되었다가 제 2 전압원(VH)에 연결되고 다시 제 1 전압원(VL)에 연결되는 동작을 반복함으로써 상기 오프셋 전하량의 부호를 변경할 수 있다. 예를 들어, 오프셋 보상 스위치들(677_11, 677_12)이 제 1 전압원(VL)에 연결되는 경우 음의 값을 가지는 오프셋 전하량(-Qoff)이 생성되고, 오프셋 보상 스위치들(677_11, 677_12)이 제 2 전압원(VH)에 연결되는 경우 양의 값을 가지는 오프셋 전하량(Qoff)이 생성될 수 있다.
샘플링부들(531_1, ... , 531_k) 각각은 커패시턴스 센서(520)의 출력단들(OUT1, ... , OUTk) 중 대응하는 출력단에서 출력되는 제 1, 2 전하량 (Q+ΔQ, -Q-ΔQ) 또는 오프셋 보상부들(675_1, ... , 675_k) 중 대응하는 오프셋 보상부에서 출력되는 상기 제 1, 2 보정 전하량을 샘플링하기 위하여 제 1 샘플링 스위칭부(611), 제 2 샘플링 스위칭부(612) 및 제 3 샘플링 스위칭부(613)를 구비할 수 있다. 샘플링부들(531_1, ... , 531_k)에 포함된 제 1 샘플링 스위칭부(611), 제 2 샘플링 스위칭부(612) 및 제 3 샘플링 스위칭부(613)는 도 2의 제 1 샘플링 스위칭부(211), 제 2 샘플링 스위칭부(212) 및 제 3 샘플링 스위칭부(213)와 유사하므로, 이하 상세한 설명은 생략한다. 제 1 전하량 누적부들(533_1, ... , 533_k) 각각은 연산증폭기(625), 초기화 스위칭부(620), 복수의 커패시터들(C1, ... , Cn) 및 복수의 게인조절 스위칭부들(633_1, ... , 633_n)을 구비할 수 있고, 제 2 전하량 누적부들(534_1, ... , 534_k) 각각은 연산증폭기(635), 초기화 스위칭부(630), 복수의 커패시터들(C1, ... , Cn) 및 복수의 게인조절 스위칭부들(634_1, ... , 634_n)을 구비할 수 있으며, 이와 관련하여 도 2에서 상세하게 설명하였으므로 이하 상세한 설명은 생략한다. 또한, CDS 부들(545_1, ... , 545_k) 각각은 선택부(640), 제 1 CDS 커패시터(Cs), CDS 연산증폭기(665), CDS 초기화 스위칭부(660), 제 2 CDS 커패시터들(CC1, ... , CCn) 및 복수의 CDS 게인조절 스위칭부들(667_1, ... , 667_n)을 구비할 수 있으며, 이와 관련하여 도 2에서 상세하게 설명하였으므로 이하 상세한 설명은 생략한다.
이하에서는 도 3, 도 5 및 도 6을 참조하여, 멀티터치 패널의 전하량 감지장치(500)의 동작에 대하여 설명한다.
먼저 상기 오프셋 전하량 설정 구간동안 멀티터치 패널의 전하량 감지장치(500)의 동작에 대하여 설명한다. 상기 오프셋 설정 구간이 시작되면, 커패시턴스 센서(520)는 센싱신호들(SEN1, … , SENj) 중 대응하는 센싱신호에 응답하여 제 1 전하량(Q) 및 제 2 전하량(-Q)을 순차적으로 반복하여 출력할 수 있다. 이하에서는 상기 오프셋 전하량 설정 구간이 상기 멀티터치 패널에 상기 전도체의 터치가 없는 상태인 구간으로 가정하여 설명한다. 신호 수신부(530)는 커패시턴스 센서(520)에서 센싱되어 출력된 제 1 전하량(Q)을 n 회 샘플링하여 누적하고 게인을 조절하여 노이즈가 제거되고 게인이 조절된 제 1 누적전압들(V11, ... , V1k)을 출력한다. 그리고, 신호 수신부(530)는 커패시턴스 센서(520)에서 센싱되어 출력된 제 2 전하량(-Q)을 n 회 샘플링하여 누적하고 게인을 조절하여 노이즈가 제거되고 게인이 조절된 제 2 누적전압들(V21, ... , V2k)을 출력한다. 순차적으로 출력된 제 1 누적전압들(V11, ... , V1k) 및 제 2 누적전압들(V21, ... , V2k)은 노이즈 제거부(540)에서 뺄셈 연산이 되고, 노이즈 제거부(540)는 대응하는 제 1 누적전압과 제 2 누적전압의 전압차들(V31, ... , V3k)를 생성하여 병렬적으로 출력한다.
먹스(555)는 전압 선택신호(OUT_SEL)에 응답하여 병렬적으로 입력된 전압차들(V31, ... , V3k)을 순차적으로 하나씩 선택하여 AD 컨버터(550)로 출력하고, AD 컨버터(550)는 먹스(555)에서 출력된 전압차(V31, ... , 또는 V3k)을 디지털 신호(Vo)로 변환하여 출력한다. 자동 보정부(560) 중 오프셋 제어신호 생성부(670)는 디지털 신호(Vo)를 이용하여 오프셋 제어신호 그룹들(D11, D12, ... , D1i, ... , Dk1, Dk2, ... ,Dki)을 생성하여 오프셋 보상부들(675_1, ... , 675_k) 중 대응하는 오프셋 보상부로 대응하는 오프셋 제어신호 그룹을 출력하고, 오프셋 보상부들(675_1, ... , 675_k) 각각은 오프셋 제어신호 그룹들(D11, D12, ... , D1i, ... , Dk1, Dk2, ... ,Dki) 중 대응하는 오프셋 제어신호 그룹에 응답하여 오프셋 전하량(Qoff1, ... , 또는 Qoffk)을 생성할 수 있다. 오프셋 전하량들(Qoff1, ... , Qoffk)은 이상에서 설명한 한 번의 루프에 의하여 생성될 수도 있고, 또는 이와 같은 루프를 복수 회 반복하여 생성될 수도 있다. 이하에서는 이상의 방법에 의하여 오프셋 제어신호 그룹들(D11, D12, ... , D1i, ... , Dk1, Dk2, ... ,Dki)이 생성되고 오프셋 전하량들(Qoff1, ... , Qoffk)이 결정된 이후, 신호 수신부(530)가 상기 전하량들을 샘플링하여 누적하는 구간에 대하여 설명한다.
상기 멀티터치 패널이 터치 상태를 인식하기 위하여 초기화된 경우(예를 들어, 멀티터치 패널에 전원이 인가된 경우 등), 상기 멀티터치 패널의 터치 상태가 변경되는 경우 또는 상기 제 1 전하량을 n 회 샘플링하여 누적한 경우, 제 1 초기화 신호(RST1)가 제 1 논리상태에서 제 2 논리상태로 변경되어 제 1 초기화 스위칭부(620)가 턴 온된다. 이 경우, 제 1 연산증폭기(625)의 입력단(-)과 출력단이 직접 연결되므로, 제 1 전하량 누적부들(533_1, ... , 533_k)의 출력은 접지전압으로 초기화된다. 그리고, 상기 멀티터치 패널이 터치 상태를 인식하기 위하여 초기화된 경우, 상기 멀티터치 패널의 터치 상태가 변경되는 경우 또는 상기 제 2 전하량을 n 회 샘플링하여 누적한 경우, 제 2 초기화 신호(RST2)가 제 1 논리상태에서 제 2 논리상태로 변경되어 제 2 초기화 스위칭부(530)가 턴 온된다. 이 경우, 제 2 연산증폭기(535)의 입력단(-)과 출력단이 직접 연결되므로, 제 2 전하량 누적부들(534_1, ... , 534_k)의 출력은 접지전압으로 초기화된다.
이후에 t0 시점에서 입력 선택신호(IN_SEL1)가 제 2 논리상태로 변경되고, t1 시점에서 커패시턴스 센서(520)는 인가되는 센싱신호(SEN1)에 응답하여 입력단(IN1)과 관련하여 상기 멀티터치 패널의 터치 상태에 따른 제 1 전하량(S+N)을 출력하기 시작하며, 자동 보정부(560)는 제 1 전하량(S+N)에서 오프셋 전하량들(-Qoff1, ... , -Qoffk) 중 대응하는 오프셋 전하량을 제거하여 상기 제 1 보정 전하량들을 병렬적으로 출력할 수 있다. 그리고, t2 시점에서 커패시턴스 센서(520)는 인가되는 센싱신호(SEN1)에 응답하여 상기 멀티터치 패널의 터치 상태에 따른 제 2 전하량(-S+N)을 출력하기 시작하고, 자동 보정부(160)는 제 2 전하량(-S+N)에서 오프셋 전하량들(Qoff1, ... , Qoffk) 중 대응하는 오프셋 전하량을 제거하여 상기 제 2 보정 전하량들을 병렬적으로 출력한다.
즉, 자동 보정부(560)는 커패시턴스 센서(520)에서 제 1 전하량(S+N)을 출력하는 경우 음의 값을 가지는 오프셋 전하량들을 생성하여 제 1 전하량(S+N)과 대응하는 오프셋 전하량을 합하는 연산을 수행함으로써 상기 제 1 보정 전하량을 생성하고, 커패시턴스 센서(520)에서 제 2 전하량(-S+N)을 출력하는 경우 양의 값을 가지는 오프셋 전하량들을 생성하여 제 2 전하량(-S+N)과 대응하는 오프셋 전하량을 합하여 상기 제 2 보정 전하량을 생성할 수 있다.
센싱신호들(SEN1, … , SENj) 각각은 도 3에 도시된 것과 같이 입력 선택신호들(IN_SEL1, … , IN_SELj) 중 대응하는 입력 선택신호가 제 2 논리상태인 구간에서 제 1 논리상태와 제 2 논리상태가 반복하는 신호이다. 샘플링부들(531_1, ... , 531_k) 각각은 센싱신호(SEN1)가 제 2 논리상태에서 제 1 논리상태로 변경되는 시점에 제 1 샘플링 제어신호(SCON1)에 응답하여 상기 제 1 보정 전하량들 중 대응하는 제 1 보정 전하량을을 샘플링하고, 센싱신호(SEN1)가 제 1 논리상태에서 제 2 논리상태로 변경되는 시점에 제 2 샘플링 제어신호(SCON2)에 응답하여 상기 제 2 보정 전하량들 중 대응하는 제 2 보정 전하량을 샘플링할 수 있다. 그리고, 샘플링부들(531_1, ... , 531_k)은 제 1 샘플링 스위칭부(611)의 동작 구간과 제 2 샘플링 스위칭부(612)의 동작 구간 사이의 구간인 제 1 샘플링 제어신호(SCON1)와 제 2 샘플링 제어신호(SCON2)가 동시에 제 1 논리상태인 구간에서 자동 보정부(560)의 출력단을 접지전압원(VSS)에 연결할 수 있다.
즉, 제 3 샘플링 제어신호(SCON_3)가 제 2 논리상태이고 제 2 및 제 3 샘플링 제어신호(SCON_2, SCON_3)가 제 1 논리상태인 경우, 제 3 샘플링 스위칭부(613)가 턴 온되고 제 1 및 제 2 샘플링 스위칭부(611, 612)가 턴 오프되어 자동 보정부(560)의 출력은 접지전압원(VSS)과 연결되며 상기 제 1 전하량 또는 상기 제 2 전하량을 샘플링하지 않는다. 제 1 샘플링 제어신호(SCON_1)가 제 1 논리상태이고 제 2 및 제 3 샘플링 제어신호(SCON_2, SCON_3)가 제 2 논리상태인 경우, 제 1 샘플링 스위칭부(611)가 턴 온되고 제 2 및 제 3 샘플링 스위칭부(612, 613)가 턴 오프되어 자동 보정부(560)의 출력은 제 1 전하량 누적부들(533_1, ... , 533_k) 중 대응하는 제 1 전하량 누적부에 입력되어 상기 제 1 보정 전하량을 샘플링할 수 있다. 제 2 샘플링 제어신호(SCON_2)가 제 1 논리상태이고 제 1 및 제 3 샘플링 제어신호(SCON_1, SCON_3)가 제 2 논리상태인 경우, 제 2 샘플링 스위칭부(612)가 턴 온되고 제 1 및 제 3 샘플링 스위칭부(611, 613)가 턴 오프되어 자동 보정부(560)의 출력은 제 2 전하량 누적부들(534_1, ... , 534_k) 중 대응하는 제 2 전하량 누적부에 입력되어 상기 제 2 보정 전하량을 샘플링할 수 있다.
이후에 상기 제 1 보정 전하량을 누적하고 게인을 조절한 제 1 누적전압들을 출력하고 상기 제 2 보정 전하량을 누적하고 게인을 조절한 제 2 누적전압들을 출력하여 대응하는 제 1 누적전압과 제 2 누적전압의 전압차를 생성하여 먹스(555)로 출력하는 내용에 대하여는 도 2 및 도 3과 관련하여 상세하게 설명하였으므로, 이하 구체적인 설명은 생략한다.
도 7은 도 6의 제 1 전하량 누적부(533_1), 제 2 전하량 누적부(534_1) 및 CDS부(545_1)를 간략화하여 도시한 회로도이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 제 1 전하량 누적부(533_1)의 제 1 커패시터들(C1, ... , Cn) 중 제 1 연산증폭기(625)의 입력단(-)과 출력단 사이에 병렬 연결된 제 1 커패시터들은 도 7에 도시된 것과 같이 하나의 커패시터(CF)로 모델링할 수 있다. 또한, 제 2 전하량 누적부(534_1)의 제 2 커패시터들(C1, ... , Cn) 중 제 2 연산증폭기(635)의 입력단(-)과 출력단 사이에 병렬 연결된 제 2 커패시터들도 도 7에 도시된 것과 같이 하나의 커패시터(CF)로 모델링할 수 있다. 제 1 연산증폭기(625)의 입력단(-)과 출력단 사이에 연결된 제 1 커패시터들의 커패시턴스와 제 2 연산증폭기(635)의 입력단(-)과 출력단 사이에 연결된 제 2 커패시터들의 커패시턴스는 동일한 커패시턴스를 가지므로, 도 7에서는 동일한 커패시터(CF)로 모델링하였다. 그리고, 제 2 CDS 커패시터들(CC1, ... , CCn) 중 CDS 연산증폭기(665)의 입력단(-)과 출력단 사이에 연결된 제 2 CDS 커패시터들도 도 7에 도시된 것과 같이 하나의 커패시터(CH)로 모델링할 수 있다.
이상에서 설명한 것과 같이 제 1 전하량 누적부(533_1)는 샘플링된 제 1 보정 전하량(S+N-Qoff1)이 n 회 누적되고 게인이 조절된 제 1 누적전압(V11)을 출력하고, 제 2 전하량 누적부(534_1)는 샘플링된 제 2 보정 전하량(-S+N+Qoff1)이 n 회 누적되고 게인이 조절된 제 2 누적전압(V21)을 출력할 수 있다. 그리고, 제 1 선택 스위칭부(643)와 제 2 선택 스위칭부(645)는 선택적으로 동작하므로, 도 3의 t1 시점에서 t3 시점 사이의 구간에서 제 1 선택 스위칭부(643)는 제 1 선택신호(SEL1)에 응답하여 제 1 누적전압(V11)을 출력하고, 도 3의 t3 시점에서 t5 시점 사이의 구간에서 제 2 선택 스위칭부(645)는 제 2 선택신호(SEL2)에 응답하여 제 2 누적전압(V21)을 출력할 수 있다. 이 경우, CDS부(545_1)는 제 1 누적전압(V11)과 제 2 누적전압(V21)을 뺄셈 연산하고 게인을 조절하여 전압차(V31)를 출력할 수 있다. 즉, CDS부(545_1)는 제 1 누적전압(V11)에서 제 2 누적전압(V21)을 뺄셈 연산하였으므로, 제 1 누적전압(V11)과 제 2 누적전압(V21)에 공통적으로 포함되어 있던 노이즈 전압(저주파 노이즈 성분(N))을 서로 상쇄시켜 제거하고, 노이즈 성분과 오프셋 전하량을 제외한 전하량(S-Qoff1와 ­S+Qoff1)을 뺄셈 연산하여 2S-2Qoff1의 전하량에 대응하는 전압을 생성하며, CS/CH만큼 게인이 조절된 상태의 전압차(V31)를 출력할 수 있다.
이상과 같은 동작에 의하여 제 1 전하량 누적부(533_1)에서 출력되는 제 1 누적전압(V11)과 제 2 누적전압(V21)의 전압차(V31)는 아래의 수학식 2와 같이 표현될 수 있으며, 나머지 CDS부들에서 출력되는 전압도 동일하게 표현될 수 있다.다.
Figure pat00002
수학식 2에서 CF는 제 1 커패시터들(C1, ... , Cn) 중 제 1 연산증폭기(625)의 입력단(-)과 출력단 사이에 연결되어 있는 제 1 커패시터들의 커패시턴스 합을 의미한다. 제 1 커패시터들(C1, ... , Cn) 중 제 1 연상증폭기(625)의 입력단(-)과 출력단 사이에 연결되어 있는 제 1 커패시터들의 커패시턴스 합과 제 2 커패시터들(C1, ... , Cn) 중 제 2 연산증폭기(635)의 입력단(-)과 출력단 사이에 연결되어 있는 제 2 커패시터들의 커패시턴스 합은 동일하므로, CF는 제 2 커패시터들(C1, ... , Cn) 중 제 2 연산증폭기(635)의 입력단(-)과 출력단 사이에 연결되어 있는 제 2 커패시터들의 커패시턴스 합을 의미할 수도 있다. 또한, 수학식 2에서 CH는 제 2 CDS 커패시터들(CC1, ... , CCn) 중 CDS 연산증폭기(665)의 입력단(-)과 출력단 사이에 연결되어 있는 제 2 CDS 커패시터들의 커패시턴스 합을 의미한다. 그리고, VN은 상기 저주파 노이즈에 의하여 제 1 누적전압(V11) 및 제 2 누적전압(V21)에 포함되어 있는 노이즈 전압을 의미한다.
도 8은 도 1의 커패시턴스 센서(120) 또는 도 5의 커패시턴스 센서(520)의 일 실시예에 따른 경우 전도체의 터치 상태에 따른 전하량의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 8을 참조하면, 커패시턴스 센서(120 또는 520)는 상이한 평면상에 복수의 입력단들(IN1, IN2)과 복수의 출력단들(OUT1, OUT2, OUT3)이 형성될 수 있다. 즉, 상기 입력단 각각은 상기 출력단들을 공유하고 있다. 상기 전도체가 상기 멀티터치 패널에 터치되지 않은 상태에서 상기 입력단과 출력단 사이에는 Q의 전하량일 발생하여 상기 출력단으로 Q의 전하량을 출력한다. 그러나, 상기 전도체가 상기 멀티터치 패널에 터치된 경우, 입력단(IN)과 출력단들(OUT1, OUT3) 사이에는 Q+ΔQ의 전하량일 발생하여 출력단들(OUT1, OUT3)로 Q+ΔQ의 전하량을 출력한다.
도 8에서는 하나의 입력단(IN1 또는 IN2)에 출력단이 3개인 경우를 도시하고 있으나, 본 발명이 이 경우에 한정되는 것은 아니며 도 1 내지 도 7과 관련하여 설명한 것과 같이 하나의 입력단에 k 개의 출력단이 포함될 수 있다. 또한, 상기 입력단도 도 8과 같이 2개가 아닌 다른 개수로 형성될 수 있으며, 이 경우 각 입력단마다 순차적으로 도 1 내지 도 4의 실시예 또는 도 5 및 도 6의 실시예와 관련하여 설명한 것과 같은 동작을 수행하여 전하량을 감지할 수 있다.
도 8의 커패시턴스 센서(120 또는 520)의 구조는 본 발명의 일 실시예를 도시한 것에 불과하고 본 발명의 커패시턴스 센서(120 또는 520)가 도 8의 구조로 한정되는 것은 아니다. 즉, 입력단들과 출력단들을 가지고 입력단으로 인가되는 센싱신호에 응답하여 멀티터치 패널의 터치 상태에 따른 전하량들을 출력할 수 있다면 커패시턴스 센서(120 또는 520)는 다른 다양한 구조를 가질 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (23)

  1. 입력 선택신호에 응답하여 커패시턴 센서의 입력단들 중 대응하는 입력단으로 샘플링 시점에 대한 정보를 포함하는 센싱신호를 출력하는 신호 전달부;
    상기 대응하는 입력단을 통하여 상기 센싱신호를 수신하고, 상기 수신된 센싱신호에 응답하여 센싱된 양의 값을 가지는 제 1 전하량과 음의 값을 가지는 제 2 전하량을 순차적으로 반복하여 출력하는 출력단을 복수 개 포함하는 커패시턴스 센서;
    상기 커패시턴스 센서의 출력단들로부터 병렬적으로 출력된 상기 제 1 전하량들을 각각 n 회(n은 자연수) 샘플링하여 누적하고 게인(gain)을 조절하여 제 1 누적전압들을 병렬적으로 출력하고, 상기 커패시턴스 센서의 출력단들로부터 병렬적으로 출력된 상기 제 2 전하량들을 각각 n 회 샘플링하여 누적하고 게인(gain)을 조절하여 제 2 누적전압들을 병렬적으로 출력하는 신호 수신부;
    상기 제 1 누적전압들과 상기 제 2 누적전압들을 순차적으로 입력받아 대응하는 상기 제 1 누적전압과 상기 제 2 누적전압의 전압차를 연산하여, 상기 멀티터치 패널에 상기 전도체가 터치하는 경우 발생된 저주파 노이즈가 제거된 상기 전압차들을 출력하는 노이즈 제거부;
    전압 선택신호에 응답하여 상기 노이즈 제거부에서 병렬적으로 출력되는 상기 전압차들을 순차적으로 하나씩 선택하여 출력하는 먹스; 및
    상기 먹스에서 순차적으로 출력되는 전압차를 디지털 신호로 변환하여 순차적으로 출력하는 AD(analog to digital) 컨버터를 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티터치 패널의 전하량 감지장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 저주파 노이즈는,
    상기 멀티터치 패널에 상기 전도체가 터치하는 경우, 상기 멀티터치 패널을 포함하는 시스템에 인가되는 전원에 의하여 발생하는 전원 노이즈와 상기 멀티터치 패널과 상기 전도체 사이에 발생하는 전도체 노이즈를 포함하고,
    상기 제 1 누적 전압들 및 상기 제 2 누적 전압들 각각은,
    상기 전원 노이즈 및 상기 전도체 노이즈에 대응하는 노이즈 전압을 포함하며,
    상기 대응하는 제 1 누적전압과 상기 제 2 누적전압의 전압차는,
    상기 대응하는 제 1 누적전압과 상기 제 2 누적전압의 뺄셈 연산에 의하여 상기 노이즈 전압이 상쇄된 상기 제 1 전하량에 대응하는 전압과 상기 제 2 전하량에 대응하는 전압의 전압차인 것을 특징으로 하는 멀티터치 패널의 전하량 감지장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 센싱신호는,
    상기 신호 수신부가 상기 제 1 및 제 2 전하량들을 샘플링하여 누적하는 구간에서 제 1 논리상태와 제 2 논리상태가 반복되는 신호이고,
    상기 커패시턴스 센서는,
    상기 센싱신호가 상기 제 1 논리상태에서 상기 제 2 논리상태로 변경되는 시점에서 상기 제 1 전하량들을 병렬적으로 출력하고, 상기 센싱신호가 상기 제 2 논리상태에서 상기 제 1 논리상태로 변경되는 시점에서 상기 제 2 전하량들을 병렬적으로 출력하는 것을 특징으로 하는 멀티터치 패널의 전하량 감지장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 노이즈 제거부는,
    상기 디지털 신호에 응답하여 복수의 CDS 제어신호들을 생성하는 CDS 제어부; 및
    상기 CDS 제어신호들에 응답하여 상기 대응하는 제 1 누적전압과 상기 제 2 누적전압을 상관 이중 샘플링(correlated double sampling)을 하여 상기 저주파 노이즈가 제거되고 게인이 조절된 상기 대응하는 제 1 누적전압과 상기 제 2 누적전압의 전압차를 출력하는 복수의 CDS부들을 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티터치 패널의 전하량 감지장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 CDS부들 각각은,
    상기 CDS 제어신호들 중 제 1 및 제 2 선택신호에 응답하여 상기 신호 수신부에서 출력하는 제 1 누적전압과 제 2 누적전압을 순차적으로 출력하는 선택부;
    일단이 상기 선택부의 출력단과 연결되는 제 1 CDS 커패시터;
    상기 제 1 CDS 커패시터의 타단과 연결되는 입력단, 접지 전압원과 연결되는 접지전압입력단 및 상기 제 1 누적전압과 상기 제 2 누적전압의 전압차를 출력하는 출력단을 포함하는 CDS 연산증폭기;
    상기 CDS 연산증폭기에서 상기 전압차를 출력하는 구간 및 상기 AD 컨버터에서 상기 디지털 신호를 출력하는 구간 이외의 구간에서, 상기 CDS 제어신호들 중 CDS 초기화 신호에 응답하여 상기 CDS 연산증폭기의 입력단과 출력단을 연결하여 상기 전압차를 초기화하는 CDS 초기화 스위칭부;
    상기 CDS 연산증폭기의 입력단과 출력단 사이에 병렬로 연결되는 복수의 제 2 CDS 커패시터들; 및
    상기 CDS 제어신호들 중 대응하는 CDS 게인 제어신호에 응답하여 상기 제 2 CDS 커패시터들 각각을 상기 CDS 연산증폭기의 입력단과 출력단 사이에 연결 또는 차단하는 복수의 CDS 게인조절 스위칭부들을 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티터치 패널의 전하량 감지장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 선택부는,
    상기 제 1 선택신호에 응답하여 상기 제 1 누적전압을 상기 제 1 CDS 커패시터로 전달하거나 차단하는 제 1 선택 스위칭부; 및
    상기 제 2 선택신호에 응답하여 상기 제 2 누적전압을 상기 제 1 CDS 커패시터로 전달하거나 차단하는 제 2 선택 스위칭부를 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티터치 패널의 전하량 감지장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 CDS부들 각각은,
    상기 CDS 제어신호들 중 홀딩 신호에 응답하여 상기 제 1 CDS 커패시터의 타단과 상기 CDS 연산증폭기의 입력단을 연결하거나 차단하는 홀딩부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티터치 패널의 전하량 감지장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 신호 수신부는,
    샘플링 횟수에 관한 정보를 포함하는 샘플링 제어신호들에 응답하여 상기 커패시턴스 센서의 출력단들 중 대응하는 출력단에서 출력된 상기 제 1 전하량 및 상기 제 2 전하량을 n 회 샘플링하는 복수의 샘플링부들;
    상기 AD 컨버터에서 출력되는 상기 디지털 신호를 이용하여 복수의 게인 제어신호들을 생성하여 출력하는 게인 제어부;
    상기 게인 제어신호들에 응답하여 상기 샘플링부들 중 대응하는 샘플링부에서 상기 n 회 샘플링된 제 1 전하량들을 누적하고 게인을 조절하여 상기 제 1 누적전압을 출력하는 복수의 제 1 전하량 누적부들; 및
    상기 게인 제어신호들에 응답하여 상기 샘플링부들 중 대응하는 샘플링부에서 상기 n 회 샘플링된 제 2 전하량들을 누적하고 게인을 조절하여 상기 제 2 누적전압을 출력하는 복수의 제 2 전하량 누적부들을 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티터치 패널의 전하량 감지장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 샘플링부들 각각은,
    상기 샘플링 제어신호들 중 제 1 샘플링 제어신호에 응답하여 상기 제 1 전하량을 샘플링하여 상기 제 1 전하량 누적부들 중 대응하는 제 1 전하량 누적부로 출력하는 제 1 샘플링 스위칭부;
    상기 샘플링 제어신호들 중 제 2 샘플링 제어신호에 응답하여 상기 제 2 전하량을 샘플링하여 상기 제 2 전하량 누적부들 중 대응하는 제 2 전하량 누적부로 출력하는 제 2 샘플링 스위칭부; 및
    상기 샘플링 제어신호들 중 제 3 샘플링 제어신호에 응답하여 상기 커패시턴스 센서의 출력단들 중 대응하는 출력단과 접지전압원을 연결 또는 차단하는 제 3 샘플링 스위칭부를 구비하고,
    상기 제 1 샘플링 스위칭부 및 상기 제 2 샘플링 스위칭부는 선택적으로 동작하고, 상기 제 3 샘플링 스위칭부는 상기 제 1 샘플링 스위칭부의 동작 구간과 상기 제 2 샘플링 스위칭부의 동작 구간 사이에 동작하고,
    상기 제 1 전하량 누적부들 각각은,
    상기 샘플링부들 중 대응하는 샘플링부의 출력단과 연결되는 입력단, 접지 전압원과 연결되는 접지전압입력단 및 상기 제 1 누적전압을 상기 노이즈 제거부들 중 대응하는 노이즈 제거부로 출력하는 출력단을 포함하는 제 1 연산증폭기;
    상기 멀티터치 패널의 터치 상태가 변경되는 경우 또는 상기 제 1 전하량을 n 회 샘플링하여 누적한 경우, 제 1 초기화 신호에 응답하여 상기 제 1 연산증폭기의 입력단과 출력단을 연결하여 상기 제 1 누적전압을 초기화하는 제 1 초기화 스위칭부;
    상기 제 1 연산증폭기의 입력단과 출력단 사이에 병렬로 연결되는 복수의 제 1 커패시터들; 및
    상기 게인 제어신호들 중 대응하는 게인 제어신호에 응답하여 상기 제 1 커패시터들 각각을 상기 제 1 연산증폭기의 입력단과 출력단 사이에 연결 또는 차단하는 복수의 제 1 게인조절 스위칭부들을 구비하고,
    상기 제 2 전하량 누적부들 각각은,
    상기 샘플링부들 중 대응하는 샘플링부의 출력단과 연결되는 입력단, 상기 접지 전압원과 연결되는 접지전압입력단 및 상기 제 2 누적전압을 상기 노이즈 제거부들 중 대응하는 노이즈 제거부로 출력하는 출력단을 포함하는 제 2 연산증폭기;
    상기 멀티터치 패널의 터치 상태가 변경되는 경우 또는 상기 제 2 전하량을 n 회 샘플링하여 누적한 경우, 제 2 초기화 신호에 응답하여 상기 제 2 연산증폭기의 입력단과 출력단을 연결하여 상기 제 2 누적전압을 초기화하는 제 2 초기화 스위칭부;
    상기 제 2 연산증폭기의 입력단과 출력단 사이에 병렬로 연결되는 복수의 제 2 커패시터들; 및
    상기 게인 제어신호들 중 대응하는 게인 제어신호에 응답하여 상기 제 2 커패시터들 각각을 상기 제 2 연산증폭기의 입력단과 출력단 사이에 연결 또는 차단하는 복수의 제 2 게인조절 스위칭부들을 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티터치 패널의 전하량 감지장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 신호 전달부는,
    상기 AD 컨버터에서 출력되는 디지털 신호에 응답하여 센싱 제어신호를 생성하여 출력하는 센싱 제어부;
    상기 입력 선택신호에 응답하여 인에이블되고, 상기 센싱 제어신호에 응답하여 적어도 하나의 구동신호를 생성하여 출력하는 복수의 센싱 드라이버들; 및
    상기 적어도 하나의 구동신호에 응답하여 상기 센싱신호를 생성하여 상기 커패시터의 입력단들 중 대응하는 입력단으로 출력하는 복수의 센싱신호 출력부들을 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티터치 패널의 전하량 감지장치.
  11. 입력 선택신호에 응답하여 커패시턴 센서의 입력단들 중 대응하는 입력단으로 샘플링 시점에 대한 정보를 포함하는 센싱신호를 출력하는 신호 전달부;
    상기 대응하는 입력단을 통하여 상기 센싱신호를 수신하고, 상기 수신된 센싱신호에 응답하여 센싱된 양의 값을 가지는 제 1 전하량과 음의 값을 가지는 제 2 전하량을 순차적으로 반복하여 출력하는 출력단을 복수 개 포함하는 커패시턴스 센서;
    오프셋 전하량 설정 구간 동안 상기 커패시턴스 센서의 출력단들에서 출력되는 전하량들을 이용하여 각각의 전하량에 대응하는 오프셋 전하량들을 설정하기 위한 복수의 오프셋 제어신호 그룹들을 생성하고, 상기 오프셋 제어신호 그룹들에 응답하여 상기 커패시턴스 센서에서 병렬적으로 출력하는 상기 제 1 전하량들 및 상기 제 2 전하량들에서 상기 오프셋 전하량을 제거한 제 1 보정 전하량들 및 제 2 보정 전하량들을 출력하는 자동 보정부;
    상기 자동 보정부로부터 병렬적으로 출력된 상기 제 1 전하량들을 각각 n 회(n은 자연수) 샘플링하여 누적하고 게인(gain)을 조절하여 제 1 누적전압들을 병렬적으로 출력하고, 상기 자동 보정부로부터 병렬적으로 출력된 상기 제 2 전하량들을 각각 n 회 샘플링하여 누적하고 게인(gain)을 조절하여 제 2 누적전압들을 병렬적으로 출력하는 신호 수신부;
    상기 제 1 누적전압들과 상기 제 2 누적전압들을 순차적으로 입력받아 대응하는 상기 제 1 누적전압과 상기 제 2 누적전압의 전압차를 연산하여, 상기 멀티터치 패널에 상기 전도체가 터치하는 경우 발생된 저주파 노이즈가 제거된 상기 전압차들을 병렬적으로 출력하는 노이즈 제거부;
    전압 선택신호에 응답하여 상기 노이즈 제거부에서 병렬적으로 출력되는 상기 전압차들을 순차적으로 하나씩 선택하여 출력하는 먹스; 및
    상기 먹스에서 순차적으로 출력되는 전압차를 디지털 신호로 변환하여 순차적으로 출력하는 AD(analog to digital) 컨버터를 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티터치 패널의 전하량 감지장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 커패시턴스 센서는,
    상기 오프셋 전하량 설정 구간 동안 상기 센싱신호에 응답하여 상기 터치 패널에 상기 전도체가 터치하지 않는 상태에서 센싱된 양의 값을 가지는 제 1 전하량들과 음의 값을 가지는 제 2 전하량들을 순차적으로 출력하고,
    상기 신호 수신부는,
    상기 오프셋 전하량 설정 구간 동안 상기 커패시턴스 센서에서 출력되는 상기 제 1 전하량들과 상기 제 2 전하량들을 n 회 샘플링하여 누적하고 게인(gain)을 조절하여 노이즈가 제거되고 게인이 조절된 제 1 누적전압들과 제 2 누적전압들을 출력하고,
    상기 먹스는,
    상기 오프셋 전하량 설정 구간 동안 상기 전압 선택신호에 응답하여 상기 노이즈 제거부에서 출력되는 상기 제 1 누적전압과 상기 제 2 누적전압의 전압차들을 순차적으로 하나씩 선택하여 출력하고,
    상기 AD 컨버터는,
    상기 오프셋 전하량 설정 구간 동안 상기 먹스에서 출력된 상기 전압차를 디지털 신호로 변환하여 출력하며,
    상기 자동보정부는,
    상기 오프셋 전하량 설정 구간 동안 상기 AD 컨버터에서 출력된 상기 디지털 신호를 이용하여 상기 커패시턴스 센서에서 출력하는 각각의 전하량에 대응하는 상기 오프셋 제어신호 그룹들을 생성하는 오프셋 제어신호 생성부; 및
    상기 오프셋 제어신호 그룹들 중 대응하는 오프셋 제어신호 그룹에 응답하여 양의 값 또는 음의 값을 가지고 전하량의 절대값이 동일한 상기 오프셋 전하량을 순차적으로 생성하고, 상기 제 1 전하량에 상기 음의 값을 가지는 오프셋 전하량을 합한 상기 제 1 보정 전하량을 생성하며 상기 제 2 전하량에서 상기 양의 값을 가지는 오프셋 전하량을 합한 상기 제 2 보정 전하량을 생성하여 출력하는 복수의 오프셋 보상부들을 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티터치 패널의 전하량 감지장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 오프셋 보상부들 각각은,
    상기 커패시턴스 센서의 출력단들 중 대응하는 출력단과 상기 신호 수신부의 입력단들 중 대응하는 입력단 사이에 일단이 연결되는 복수의 보정용 커패시터들; 및
    상기 대응하는 오프셋 제어신호 그룹의 오프셋 제어 신호들 중 대응하는 오프셋 제어신호에 응답하여, 제 1 전압원 및 제 2 전압원 중 하나의 전압원과 상기 보정용 커패시터들 중 대응하는 보정용 커패시터의 타단을 연결하는 복수의 오프셋 보상 스위칭부들을 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티터치 패널의 전하량 감지장치.
  14. 제11항에 있어서, 상기 오프셋 전하량 설정 구간은,
    상기 멀티터치 패널과 상기 멀티터치 패널의 전하량 감지장치를 포함하는 시스템이 초기화된 시점, 상기 시스템이 리셋된 시점, 상기 시스템 동작 중 상기 멀티터치 패널에 전원전압이 인가되기 시작한 시점 또는 상기 오프셋 전하량 설정 구간이 종료된 후 소정의 시간이 경과한 시점에서 상기 멀티터치 패널에 전도체가 터치되지 않는 상태의 소정의 구간인 것을 특징으로 하는 멀티터치 패널의 전하량 감지장치.
  15. 제11항에 있어서, 상기 저주파 노이즈는,
    상기 멀티터치 패널에 상기 전도체가 터치하는 경우, 상기 멀티터치 패널을 포함하는 시스템에 인가되는 전원에 의하여 발생하는 전원 노이즈와 상기 멀티터치 패널과 상기 전도체 사이에 발생하는 전도체 노이즈를 포함하고,
    상기 제 1 누적 전압 및 상기 제 2 누적 전압 각각은,
    상기 전원 노이즈 및 상기 전도체 노이즈에 대응하는 노이즈 전압을 포함하고,
    상기 제 1 누적전압과 상기 제 2 누적전압의 전압차는,
    상기 제 1 누적전압과 상기 제 2 누적전압의 뺄셈 연산에 의하여 상기 노이즈 전압이 상쇄된 상기 제 1 전하량에 대응하는 전압과 상기 제 2 전하량에 대응하는 전압의 전압차인 것을 특징으로 하는 멀티터치 패널의 전하량 감지장치.
  16. 제1항에 있어서, 상기 센싱신호는,
    상기 신호 수신부가 상기 제 1 및 제 2 전하량들을 샘플링하여 누적하는 구간에서 제 1 논리상태와 제 2 논리상태가 반복되는 신호이고,
    상기 커패시턴스 센서는,
    상기 센싱신호가 상기 제 1 논리상태에서 상기 제 2 논리상태로 변경되는 시점에서 상기 제 1 전하량을 출력하고, 상기 센싱신호가 상기 제 2 논리상태에서 상기 제 1 논리상태로 변경되는 시점에서 상기 제 2 전하량을 출력하는 것을 특징으로 하는 멀티터치 패널의 전하량 감지장치.
  17. 제1항에 있어서, 상기 노이즈 제거부는,
    상기 디지털 신호에 응답하여 복수의 CDS 제어신호들을 생성하는 CDS 제어부; 및
    상기 CDS 제어신호들에 응답하여 대응하는 상기 제 1 누적전압과 상기 제 2 누적전압을 상관 이중 샘플링(correlated double sampling)을 하여 상기 저주파 노이즈가 제거되고 게인이 조절된 상기 대응하는 제 1 누적전압과 제 2 누적전압의 전압차를 출력하는 복수의 CDS부들을 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티터치 패널의 전하량 감지장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 CDS부들 각각은,
    상기 CDS 제어신호들 중 제 1 및 제 2 선택신호에 응답하여 상기 신호 수신부에서 출력하는 대응하는 제 1 누적전압과 제 2 누적전압을 순차적으로 출력하는 선택부;
    일단이 상기 선택부의 출력단과 연결되는 제 1 CDS 커패시터;
    상기 제 1 CDS 커패시터의 타단과 연결되는 입력단, 접지 전압원과 연결되는 접지전압입력단 및 상기 제 1 누적전압과 상기 제 2 누적전압의 전압차를 출력하는 출력단을 포함하는 CDS 연산증폭기;
    상기 CDS 연산증폭기에서 상기 전압차를 출력하는 구간 및 상기 AD 컨버터에서 상기 디지털 신호를 출력하는 구간 이외의 구간에서, 상기 CDS 제어신호들 중 CDS 초기화 신호에 응답하여 상기 CDS 연산증폭기의 입력단과 출력단을 연결하여 상기 전압차를 초기화하는 CDS 초기화 스위칭부;
    상기 CDS 연산증폭기의 입력단과 출력단 사이에 병렬로 연결되는 복수의 제 2 CDS 커패시터들; 및
    상기 CDS 제어신호들 중 대응하는 CDS 게인 제어신호에 응답하여 상기 제 2 CDS 커패시터들 각각을 상기 CDS 연산증폭기의 입력단과 출력단 사이에 연결 또는 차단하는 복수의 CDS 게인조절 스위칭부들을 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티터치 패널의 전하량 감지장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 선택부는,
    상기 제 1 선택신호에 응답하여 상기 제 1 누적전압을 상기 제 1 CDS 커패시터로 전달하거나 차단하는 제 1 선택 스위칭부; 및
    상기 제 2 선택신호에 응답하여 상기 제 2 누적전압을 상기 제 1 CDS 커패시터로 전달하거나 차단하는 제 2 선택 스위칭부를 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티터치 패널의 전하량 감지장치.
  20. 제18항에 있어서, 상기 CDS부들 각각은,
    상기 CDS 제어신호들 중 홀딩 신호에 응답하여 상기 제 1 CDS 커패시터의 타단과 상기 CDS 연산증폭기의 입력단을 연결하거나 차단하는 홀딩부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티터치 패널의 전하량 감지장치.
  21. 제1항에 있어서, 상기 신호 수신부는,
    샘플링 횟수에 관한 정보를 포함하는 샘플링 제어신호들에 응답하여 대응하는 상기 제 1 보정 전하량 및 제 2 보정 전하량을 n 회 샘플링하는 복수의 샘플링부들;
    상기 AD 컨버터에서 출력되는 상기 디지털 신호를 이용하여 복수의 게인 제어신호들을 생성하여 출력하는 게인 제어부;
    상기 게인 제어신호들에 응답하여 상기 n 회 샘플링된 제 1 보정 전하량들을 누적하고 게인을 조절하여 상기 제 1 누적전압을 출력하는 복수의 제 1 전하량 누적부들; 및
    상기 게인 제어신호들에 응답하여 상기 n 회 샘플링된 제 2 보정 전하량들을 누적하고 게인을 조절하여 상기 제 2 누적전압을 출력하는 복수의 제 2 전하량 누적부들을 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티터치 패널의 전하량 감지장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 샘플링부들 각각은,
    상기 샘플링 제어신호들 중 제 1 샘플링 제어신호에 응답하여 상기 대응하는 제 1 보정 전하량을 샘플링하여 상기 제 1 전하량 누적부로 출력하는 제 1 샘플링 스위칭부;
    상기 샘플링 제어신호들 중 제 2 샘플링 제어신호에 응답하여 상기 대응하는 제 2 보정 전하량을 샘플링하여 상기 제 2 전하량 누적부로 출력하는 제 2 샘플링 스위칭부; 및
    상기 샘플링 제어신호들 중 제 3 샘플링 제어신호에 응답하여 상기 자동 보정부의 대응하는 출력단과 접지전압원을 연결 또는 차단하는 제 3 샘플링 스위칭부를 구비하고,
    상기 제 1 샘플링 스위칭부 및 상기 제 2 샘플링 스위칭부는 선택적으로 동작하고, 상기 제 3 샘플링 스위칭부는 상기 제 1 샘플링 스위칭부의 동작 구간과 상기 제 2 샘플링 스위칭부의 동작 구간 사이에 동작하고,
    상기 제 1 전하량 누적부들 각각은,
    대응하는 상기 샘플링부의 출력단과 연결되는 입력단, 접지 전압원과 연결되는 접지전압입력단 및 상기 제 1 누적전압을 상기 노이즈 제거부로 출력하는 출력단을 포함하는 제 1 연산증폭기;
    상기 멀티터치 패널의 터치 상태가 변경되는 경우 또는 상기 제 1 전하량을 n 회 샘플링하여 누적한 경우, 제 1 초기화 신호에 응답하여 상기 제 1 연산증폭기의 입력단과 출력단을 연결하여 상기 제 1 누적전압을 초기화하는 제 1 초기화 스위칭부;
    상기 제 1 연산증폭기의 입력단과 출력단 사이에 병렬로 연결되는 복수의 제 1 커패시터들; 및
    상기 게인 제어신호들 중 대응하는 게인 제어신호에 응답하여 상기 제 1 커패시터들 각각을 상기 제 1 연산증폭기의 입력단과 출력단 사이에 연결 또는 차단하는 복수의 제 1 게인조절 스위칭부들을 구비하고,
    상기 제 2 전하량 누적부들 각각은,
    대응하는 상기 샘플링부의 출력단과 연결되는 입력단, 상기 접지 전압원과 연결되는 접지전압입력단 및 상기 제 2 누적전압을 상기 노이즈 제거부로 출력하는 출력단을 포함하는 제 2 연산증폭기;
    상기 멀티터치 패널의 터치 상태가 변경되는 경우 또는 상기 제 2 전하량을 n 회 샘플링하여 누적한 경우, 제 2 초기화 신호에 응답하여 상기 제 2 연산증폭기의 입력단과 출력단을 연결하여 상기 제 2 누적전압을 초기화하는 제 2 초기화 스위칭부;
    상기 제 2 연산증폭기의 입력단과 출력단 사이에 병렬로 연결되는 복수의 제 2 커패시터들; 및
    상기 게인 제어신호들 중 대응하는 게인 제어신호에 응답하여 상기 제 2 커패시터들 각각을 상기 제 2 연산증폭기의 입력단과 출력단 사이에 연결 또는 차단하는 복수의 제 2 게인조절 스위칭부들을 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티터치 패널의 전하량 감지장치.
  23. 제11항에 있어서, 상기 신호 전달부는,
    상기 AD 컨버터에서 출력되는 디지털 신호에 응답하여 센싱 제어신호를 생성하여 출력하는 센싱 제어부;
    상기 입력 선택신호에 응답하여 인에이블되고, 상기 센싱 제어신호에 응답하여 적어도 하나의 구동신호를 생성하여 출력하는 복수의 센싱 드라이버들; 및
    상기 적어도 하나의 구동신호에 응답하여 상기 센싱신호를 생성하여 상기 커패시터의 입력단들 중 대응하는 입력단으로 출력하는 복수의 센싱신호 출력부들을 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티터치 패널의 전하량 감지장치.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015115873A1 (ko) * 2014-02-03 2015-08-06 주식회사 센트론 저주파 노이즈를 제거하는 터치입력장치
WO2015138430A1 (en) * 2014-03-11 2015-09-17 Synaptics Incorporated Absolute capacitive sensing using sensor electrode pre-emphasis
KR20160053673A (ko) * 2014-11-05 2016-05-13 삼성전자주식회사 터치 아날로그 프론트 엔드 및 이를 포함하는 터치 센서 컨트롤러
KR20160061502A (ko) * 2014-11-21 2016-06-01 엘지디스플레이 주식회사 터치 센싱 회로와 이를 이용한 표시장치 및 터치 센싱 방법
CN108717333A (zh) * 2018-03-05 2018-10-30 广东欧珀移动通信有限公司 显示屏的显示控制装置、控制方法、终端设备
CN108803921A (zh) * 2017-05-02 2018-11-13 三星显示有限公司 触摸传感器
CN111473808A (zh) * 2019-01-24 2020-07-31 半导体元件工业有限责任公司 触摸传感器和用于使用电容传感器检测物体的方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9710118B2 (en) 2014-09-04 2017-07-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Semiconductor device and semiconductor system for producing noise differences between points of time
KR102593262B1 (ko) 2016-11-02 2023-10-26 삼성전자주식회사 터치 센서 컨트롤러
CN111929506B (zh) * 2020-07-14 2021-07-20 同济大学 一种变流器杂散电感参数提取方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3822090B2 (ja) * 2001-10-26 2006-09-13 シャープ株式会社 電荷検出回路の試験回路およびｌｓｉならびに電荷検出回路の試験方法
KR101360000B1 (ko) * 2009-11-12 2014-02-11 한양대학교 산학협력단 터치스크린 및 그것의 센싱 커패시턴스 편차 및 오프셋 편차 보상 방법
KR101127550B1 (ko) * 2010-01-20 2012-03-23 주식회사 애트랩 신호 커플링을 이용한 커패시턴스 측정 회로, 이 회로를 구비하는 입력 장치, 및 커패시턴스 측정 방법

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015115873A1 (ko) * 2014-02-03 2015-08-06 주식회사 센트론 저주파 노이즈를 제거하는 터치입력장치
WO2015138430A1 (en) * 2014-03-11 2015-09-17 Synaptics Incorporated Absolute capacitive sensing using sensor electrode pre-emphasis
US9823787B2 (en) 2014-03-11 2017-11-21 Synaptics Incorporated Absolute capacitive sensing using sensor electrode pre-emphasis
KR20160053673A (ko) * 2014-11-05 2016-05-13 삼성전자주식회사 터치 아날로그 프론트 엔드 및 이를 포함하는 터치 센서 컨트롤러
KR20160061502A (ko) * 2014-11-21 2016-06-01 엘지디스플레이 주식회사 터치 센싱 회로와 이를 이용한 표시장치 및 터치 센싱 방법
CN108803921A (zh) * 2017-05-02 2018-11-13 三星显示有限公司 触摸传感器
CN108803921B (zh) * 2017-05-02 2023-04-07 三星显示有限公司 触摸传感器
CN108717333A (zh) * 2018-03-05 2018-10-30 广东欧珀移动通信有限公司 显示屏的显示控制装置、控制方法、终端设备
CN111473808A (zh) * 2019-01-24 2020-07-31 半导体元件工业有限责任公司 触摸传感器和用于使用电容传感器检测物体的方法

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