KR20140010923A - 정전용량방식 터치 센서에서 신호 대 잡음을 국부적으로 개선하기 위한 기술 - Google Patents

정전용량방식 터치 센서에서 신호 대 잡음을 국부적으로 개선하기 위한 기술 Download PDF

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Abstract

정전용량방식 터치 센서의 신호 대 잡음 비(signal-to-noise ratio: SNR)을 일반적으로 개선하기 위한 디지털 신호 처리(digital signal processing: DSP) 기술을 위한, 컴퓨터 저장 매체 상에 인코딩된 컴퓨터 프로그램을 포함하는, 장치, 시스템 및 방법.

Description

정전용량방식 터치 센서에서 신호 대 잡음을 국부적으로 개선하기 위한 기술{TECHNIQUES FOR LOCALLY IMPROVING SIGNAL TO NOISE IN A CAPACITIVE TOUCH SENSOR}
본 명세서의 개시사항은 정전용량방식 터치 센서(capacitive touch sensors)의 신호 대 잡음 비(signal-to-noise ratio: SNR)를 개선하기 위한 디지털 신호 처리(digital signal processing: DSP) 기술들 및 구현예들에 관한 것이다.
일부 터치 센서들에서, 2차원 표면(two-dimensional surface) 내 사용자의 손가락의 위치는 정전용량(capacitance)을 측정함으로써 판정될 수 있다. 사용자의 손가락은 어느 정도 전도성(conductive)일 수 있고, 사용자의 손가락이 터치 센서의 전극 간 정전용량에 영향을 미치도록 사용자는 터치 센서 회로의 접지(ground)와 소정의 연결이 될 수 있다.
본 명세서는 SNR을 향상시키기 위한 DSP 기술을 채택하는 터치 센서에 일반적으로 관련된 기술을 서술한다.
일반적으로, 본 명세서에 서술된 발명 대상(subject matter)의 몇몇 측면은 센서를 수반하는 방법으로 실시될 수 있다. 이러한 측면의 다른 실시예는 대응하는 시스템, 장치 및 컴퓨터 프로그램(위 방법의 액션(action)들을 수행하도록 구성되어 컴퓨터 저장 디바이스 상에 인코딩됨)을 포함한다.
일반적으로, 본 명세서에서 서술된 발명 대상의 다른 측면은, 프론트 엔드 인터페이스(front end interface), 적어도 하나의 트레이스 라인(trace line), 상기 프론트 엔드 인터페이스 및 상기 적어도 하나의 트레이스 라인 상의 제 1 위치에 커플링된 적어도 하나의 송신기, 및 상기 적어도 하나의 트레이스 라인 상의 제 2 위치에 커플링된 수신기를 포함하는 센서와 관련된 데이터 처리 장치에 관한 액션들을 포함하는 방법으로 될 수 있다. 상기 방법은, 상기 센서의 상기 프론트 엔드 인터페이스에서 신호를 액세스하는 단계와, 액세스된 신호를 상기 송신기로부터 상기 센서의 상기 적어도 하나의 트레이스 라인 상의 상기 제 1 위치로 송신하되 상기 액세스된 신호의 송신을 촉진(promote)하도록 상기 액세스된 신호가 송신될 상기 제 1 위치에 대응하는 트레이스 라인을 따라 송신하는 단계와, 액세스되고 송신된 신호를 상기 트레이스 라인으로부터 상기 센서의 상기 트레이스 라인의 상기 제 2 위치에 커플링된 상기 수신기를 거쳐 상기 센서의 상기 수신기에서 수신하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 송신기의 상기 제 1 위치 및 상기 수신기의 상기 제 2 위치 사이의 거리를 액세스하되 상기 액세스된 신호를 송신하는데 사용된 상기 트레이스 라인을 따라 액세스하는 단계와, 송신되는 신호가 송신 과정에서 겪게 될 변환(transformation)을 상기 제 1 및 제 2 위치 사이의 거리에 관한 함수로 결정하되 상기 액세스된 거리에 근거하여 결정하는 단계와, 결정된 변환에 근거하여 기대되는 코릴레이션 신호(expected correlation signal)를 생성하는 단계를 포함한다. 방법은 상기 센서의 상기 수신기에서 상기 기대되는 코릴레이션 신호를 수신하는 단계와, 수신된 상기 기대되는 코릴레이션 신호에 근거하여 송신되는 신호가 송신 과정에서 겪게 될 상기 변환을 적어도 부분적으로 보상하는데 사용될 수 있는 정보를 식별하는 단계를 포함한다. 방법은 수신된 상기 기대되는 코릴레이션 신호를 적용하여 송신되는 신호가 송신 과정에서 겪게 될 상기 변환의 적어도 일부를 보상하는 단계를 포함한다.
이러한 실시예 및 다른 실시예는 다음의 특징들 중 하나 이상을 선택적으로 포함할 수 있다. 상기 기대되는 코릴레이션 신호는 아날로그 신호 및/또는 디지털 데이터에 대응한 코릴레이션(correlation) 정보에 대응할 수 있다. 상기 변환은 위상 쉬프트(phase shift)를 포함할 수 있다. 상기 변환은 또한 감쇠(attenuation), 지연(delay), 및/또는 선형 필터링 효과(linear filtering effect)를 포함할 수 있다. 상기 변환은 상기 기대되는 코릴레이션 신호의 정현파(sinusoidal) 파형에 적용되거나 상기 기대되는 코릴레이션 신호의 비정현파(non-sinusoidal) 파형에 적용될 수 있다. 상기 보상하는 단계는, 적분 구간(integration period) 동안의 상기 기대되는 코릴레이션 신호의 파형에 대한 송수신된 신호의 파형의 곱(product)을 계산하는 단계와, 상기 곱의 적분을 계산하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 상기 결과를 상기 수신기의 출력에 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 센서는 행렬 구성(matrix configuration)의 트레이스 라인을 포함할 수 있다. 방법은, 상기 행렬 구성에서의 상기 송신기 및 상기 수신기 사이의 거리에 관한 함수로 송수신된 신호의 상기 변환을 모델링하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 적어도 하나의 트레이스 라인이 상기 제 1 및 제 2 위치 사이의 거리를 따라 분포된(distributed) 저항 및 정전용량을 갖는 것처럼 모델링하여 상기 변환을 모델링하는 단계를 포함할 수 있다. 송신되는 신호가 겪게 될 상기 변환을 결정하기 위해, 방법은 상기 제 1 및 제 2 위치 사이의 거리에 따라 변환의 집합(a set of transformations)을 측정하는 단계와, 송신되는 신호가 겪게 될 변환에 근접한 변환을 상기 변환의 집합에서 하나 선택하는 단계를 포함할 수 있고, 이 경우 상기 변환은 위상 쉬프트를 포함하며, 상기 변환의 집합은 위상 쉬프트의 집합을 포함할 수 있다. 송신되는 신호가 겪게 될 상기 변환은, 상기 적어도 하나의 트레이스 라인을 따라 각각의 위치에 따른 각각의 위상 쉬프트를 측정하는 단계와, 측정된 위상 쉬프트 중 하나를 선택하되, 상기 측정된 위상 쉬프트 중 하나와 관련된 거리를 상기 제 1 및 제 2 위치 사이의 상기 거리와 매칭시키는 것에 근거하여 선택하는 단계와, 측정되고 선택된 위상 쉬프트를 상기 송신되는 신호가 겪게 될 상기 위상 쉬프트로 할당하는 단계를 포함할 수 있다. 송신되는 신호가 겪게 될 상기 변환을 결정하기 위해, 방법은 상기 적어도 하나의 트레이스 라인을 따라 각각의 위치에 따른 각각의 위상 쉬프트를 측정하는 단계와, 송신되는 신호가 겪게 될 상기 위상 쉬프트가 상기 수신기의 상기 제 2 위치에 근접하도록, 상기 측정된 위상 쉬프트의 선형 보간(linear interpolation)을 이용하는 단계와, 보간된 위상 쉬프트를 상기 송신되는 신호가 겪게 될 상기 위상 쉬프트로 할당하는 단계를 포함할 수 있다. 송신되는 신호가 겪게 될 상기 변환을 결정하기 위해, 방법은 송신되는 신호의 파형의 동상(in-phase) 형태 및 직각위상(quadrature-phase) 형태에 대해 코릴레이트시키는 단계와, 동일위상 및 직각위상 파형의 역탄젠트 함수를 계산하여 송신되는 신호가 겪게 될 상기 위상 쉬프트를 계산하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 센서는 행렬 구성(matrix configuration)의 트레이스 라인을 포함할 수 있고, 상기 송신하는 단계는, 하나의 에지에서 구동할 때 얻어지는 시상수(time constant)에 비해 저항-정전용량 시상수를 2분의 1로 감소시키기 위해, 송신되는 신호를 갖는 상기 센서를 상기 행렬의 두 개의 에지(edge)에서 구동하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 송신하는 단계는, 하나의 에지에서 구동할 때 얻어지는 시상수(time constant)에 비해 저항-정전용량 시상수를 감소시키기 위해, 송신되는 신호를 갖는 상기 센서를 상기 행렬의 복수의 에지(edge)에서 구동하는 단계를 포함할 수 있다. 복수의 에지의 개수는 네 개일 수 있고, 이 경우 하나의 에지에서 송신되는 파형을 갖는 센서를 구동할 때 얻어지는 시상수에 비해 저항-정전용량 시상수가 4분의 1로 감소될 수 있다. 상기 센서는 행과 열로 된 행렬 구성(matrix configuration)의 트레이스 라인을 포함하고, 적어도 하나의 상기 행 또는 적어도 하나의 상기 열에 있는 적어도 하나의 트레이스 라인은, 하나의 트레이스 라인 길이의 약 절반인 두 개의 트레이스 라인을 형성하도록 분리되고, 분리된 트레이스 라인은 상기 분리된 트레이스 라인의 제 1 파트에 대응하는 상기 트레이스 라인의 제 1 섹션 및 상기 분리된 트레이스 라인의 제 2 파트에 대응하는 상기 트레이스 라인의 제 2 섹션을 형성한다. 제 1 또는 제 2 분리된 트레이스 라인 중 어느 하나의 저항-정전용량 시상수가 제 1 또는 제 2 트레이스 라인의 길이에 관한 함수일 수 있다. 상기 센서는 정전용량방식 터치 센서일 수 있다.
일반적으로, 본 명세서에 서술된 발명 대상의 다른 측면은 센서와 연관된 데이터 처리 장치와 관련된 방법으로 실시될 수 있는데, 이를 위해, 센서는 행렬 구성(matrix configuration)으로 배향된 트레이스 라인들, 프론트 엔드 인터페이스, 프론트 엔드 인터페이스에 커플링된 송신기들 및 수신기들을 포함한다. 각각의 송신기는 각각의 트레이스 라인의 제 1 위치에 대응하며 이 위치에 커플링되고, 각각의 수신기는 상기 각각의 트레이스 라인의 제 2 위치에 커플링된다. 이 방법은 직교 파형 시퀀스를 갖는 직교 여기 파형들을 결정하는 단계 -상기 직교 여기 파형들은 서로 직교함- 와, 송신기들 중 적어도 2개의 송신기 각각에서, 직교 여기 파형들 중 하나를 동시에 송신하는 단계 -상기 복수의 송신기 중 적어도 2개의 송신기는 제각기의 직교 파형 시퀀스를 송신하도록 구성되고, 상기 송신은 상기 센서 내의 전체 송신기보다는 적은 송신기에서 발생함- 를 포함한다. 이 방법은 수신기들 중 적어도 2개의 수신기에서 직교 여기 파형들 중 적어도 2개를 수신하는 단계를 포함하고, 상기 적어도 2개의 직교 여기 파형 각각은 각각의 수신기 중 하나에서 수신된다. 이 방법은 적어도 하나의 예상 수신 파형에 대한 정보를 수신하는 단계 및 적어도 2개의 수신기 각각에서, 수신된 여기 파형을 예상 수신 파형에 대해 코릴레이팅(correlating)하는 단계를 포함한다.
상기 및 다른 실시예들은 각각 다음 특징들 중 하나 이상을 선택적으로 포함할 수 있다. 센서는 정전용량방식 터치 센서를 포함할 수 있다. 직교 여기 파형들은 센서 내의 잡음과 직교한다. 행렬 구성은 트레이스 라인의 n개의 열을 포함하고, 송신기들의 각각의 동시 송신은 적분 시간(integration time)에 일어날 수 있다. 이 방법은 적분 시간의 수를 송신기들 중 적어도 2개의 송신기로부터의 동시 전송의 수의 함수로서 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 이 방법은 센서 내의 잡음과 연관된 주파수를 식별하고, 직교 여기 파형들 중 잡음과 연관된 주파수에 직교하는 적어도 하나의 여기 파형을 선택하는 단계를 포함할 수 있다. 센서는 액정 디스플레이에 물리적으로 인접하게 위치하여 적어도 액정 디스플레이와 상호작용하는 능력을 갖도록 구성될 수 있다. 액정 디스플레이는 약 30 kHz 내지 135 kHz의 스캔 라인 주파수를 가질 수 있다. 이 방법은 코드 분할 다중화를 수행하는 단계를 포함할 수 있고, 여기서 4개의 트레이스 라인으로 이루어진 그룹 내의 각 트레이스 라인이 직교 파형 시퀀스에 대한 별도의 코드를 포함한다. 코드 분할 다중화는 맨체스터 부호화 아다마르 시퀀스(Manchester-coded Hadamard sequence)일 수 있다. 직교 여기 파형들을 결정하는 방법은 변조를 위한 제 1 주파수를 선택하는 단계와, 제 1 주파수 주위에 의사 잡음 시퀀스를 생성하는 단계와, 의사 잡음 시퀀스를 위한 캐리어 신호(carrier signal)를 생성하는 단계와, 의사 잡음 시퀀스를 갖는 제 1 주파수 주위의 상기 캐리어 신호의 사이클 수를 변조하는 단계를 포함할 수 있다. 제 1 주파수는 약 100 kHz일 수 있다. 캐리어 신호의 수는 10개 미만일 수 있다. 이 방법은 식별된 잡음과 연관된 주파수를 식별하는 단계와, 직교 여기 파형들 중 식별된 잡음과 연관된 주파수에 직교하는 적어도 하나의 직교 여기 파형을 선택하는 단계를 더 포함할 수 있다. 결정된 직교 여기 파형들은 변조를 위한 주파수 및 상기 변조를 위한 주파수에서의 의사 잡음 시퀀스의 함수일 수 있다. 이 방법은 센서와 연관된 잡음 스펙트럼을 취득하는 단계와, 센서와 연관된 잡음 스펙트럼을 평가하여 센서 내의 잡음을 측정하는 단계와, 잡음 스펙트럼의 평가에 기초하여 잡음을 식별하는 단계와, 직교 여기 파형이 상기 센서 내의 상기 식별된 잡음에 직교하도록 함으로써 직교 여기 파형을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 이 방법은 센서와 연관된 잡음 스펙트럼을 취득하는 단계와, 센서와 연관된 잡음 스펙트럼을 평가하여 잡음을 측정하는 단계와, 잡음 스펙트럼의 평가에 기초하여 잡음을 식별하는 단계와, 잡음 측정에 기초하여 잡음의 식별을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 이 방법은 소정의 시간 프레임에 걸쳐 잡음 스펙트럼 내의 최고 잡음 소스로부터의 잡음을 식별함으로써 직교 여기 파형들에 직교하는 잡음을 식별하기 위해 상기 측정을 계속하는 단계와, 잡음 스펙트럼에서 계속적으로 식별되는 최고 잡음 소스와 연관된 잡음을 이용함으로써 직교 여기 파형을 적응적으로 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 방법은 잡음 스펙트럼 내의 최고 잡음 소스로부터의 잡음을 식별함으로써 직교 여기 파형에 직교하는 잡음을 식별하기 위해 상기 측정을 주기적으로 하는 단계와, 잡음 스펙트럼에서 주기적으로 식별되는 최고 잡음 소스와 연관된 잡음을 이용함으로써 직교 여기 파형을 적응적으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 식별된 잡음은 냉음극 형광 백라이트의 동작 주파수 또는 액정 디스플레이와 연관된 주파수와 연관될 수 있다.
센서는 정전용량방식 터치 센서일 수 있다. 정전용량방식 터치 센서는 프론트 엔드 회로를 포함할 수 있다. 이 방법은 정전용량방식 터치 센서를 위한 프론트 엔드 회로의 출력에서 전송하기 위한 입력 전압을 준비하는 단계를 포함할 수 있으며, 여기서, 프론트 엔드 회로는 트랜스임피던스 이득(transimpedance gain)을 생성하도록 구성되는 제 1 스테이지 및 전압 이득을 생성하도록 구성되는 제 2 스테이지를 갖는 2-스테이지 회로(two-stage circuit)를 포함할 수 있다. 입력 전압의 준비는, 제 1 스테이지 적분기 회로로서 구성함으로써 프론트 엔드 회로의 제 1 스테이지에서 트랜스임피던스 이득을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 이 방법은 입력 전압의 전압 분할을 수행함으로써 제 1 스테이지에서 출력 신호를 생성하는 단계와, 프론트 엔드 회로의 제 1 스테이지의 출력 신호를 프론트 엔드 회로의 제 2 스테이지의 전압 이득으로 증폭하여 프론트 엔드 회로의 제 2 스테이지의 출력 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 식별된 잡음은 센서의 주 잡음 소스를 포함할 수 있고, 여기서 식별된 잡음은 액정 디스플레이 주파수 또는 냉음극 형광 백라이트의 동작 주파수와 연관될 수 있다. 제 1 스테이지는 잡음 수준의 잡음을 포함할 수 있고, 이에 따라 프론트 엔드 회로의 제 2 스테이지의 출력 신호는 제 2 스테이지의 전압 이득의 함수에 의해 증폭된 상기 제 1 스테이지의 잡음을 포함할 수 있다. 제 2 스테이지의 출력 신호에서의 잡음은 센서의 주 잡음 소스보다 적을 수 있다. 제 1 스테이지는 잡음 수준의 잡음을 포함할 수 있고, 이에 따라 프론트 엔드 회로의 제 2 스테이지의 출력 신호는 제 2 스테이지의 전압 이득의 함수에 의해 증폭된 상기 제 1 스테이지의 잡음을 포함할 수 있으며, 제 2 스테이지의 출력 신호에서의 잡음은 액정 디스플레이 주파수 또는 냉음극 형광 백라이트의 동작 주파수로부터 유도되는 센서의 잡음보다 적을 수 있다. 프론트 엔드 회로의 폐루프 전달 함수는 안정적일 수 있다.
일반적으로, 본 명세서에 서술된 발명 대상의 다른 측면은 정전용량방식 터치 센서(capacitive touch sensor) - 여기서, 상기 센서는 행렬 구성(matrix configuration)을 구비한 행 및 열로 배열되는 트레이스 라인들을 포함함 - 와 연관된 데이터 처리 장치에 관련된 액션들을 포함하는 방법으로 실시될 수 있다. 상기 방법은 인터레이스 패턴(interlace pattern)으로 상기 정전용량방식 터치 센서의 열을 스캔하는 것을 포함하는 제1 스캔을 수행하는 단계 - 상기 인터레이스 패턴은 프레임을 포함하고, 상기 프레임은 n 개의 서브프레임을 포함하되, n은 정수임 - 를 포함한다. 상기 방법은 상기 제1 스캔의 결과로서 생성되는 정보를 사용하여 소정의 행부터 소정의 열까지 정전용량의 변화를 겪은 상기 센서의 영역을 식별하는 단계, 상기 정전용량의 변화를 겪은 상기 센서의 영역의 검출을 사용하여 후속 제2 스캔을 집중시킬 열의 서브집합(subset of columns)의 선택을 통지하는 단계, 및 상기 후속 제2 스캔을 위해 선택된 상기 열의 서브집합을 스캔하는 단계를 포함한다. 상기 열의 서브집합의 스캔은, 상기 제2 스캔에 대한 잡음 레벨(noise level) 및 신호 레벨(signal level)을 결정하는 것, 및 상기 정전용량의 변화가 있던 상기 센서의 영역에 관련되고 상기 제2 스캔에 대해 결정된 상기 잡음 레벨 및 상기 신호 레벨에 기초하는 신호 대 잡음 비(signal-to-noise ratio)를 결정하는 것을 수반할 수 있다.
이러한 실시예들 및 다른 실시예들은 각각 다음 특징 중 하나 이상을 선택적으로 포함할 수 있다. 상기 제1 스캔은, 상기 제1 스캔에 대한 잡음 레벨 및 신호 레벨을 결정하는 것, 및 상기 제1 스캔에 대해 결정된 상기 잡음 레벨 및 상기 신호 레벨에 기초하는 신호 대 잡음 비를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 제1 스캔 및 상기 제2 스캔에 대한 신호를 수신하는 것, 및 상기 제1 스캔 및 상기 제2 스캔에 대하여 수신된 상기 신호의 평균을 냄(averaging)으로써 상기 제1 또는 제2 스캔과 연관된 신호 대 잡음 비보다 큰 조합된 신호 대 잡음 비(combined signal-to-noise ratio)를 결정하는 것을 수반할 수 있다. 예컨대, n의 값은 4일 수 있다. 상기 프레임은 대략 30 Hz로 되도록 구성될 수 있고 상기 서브프레임은 대략 120 Hz일 수 있으며, 상기 인터레이스 패턴은 프레임 당 16 개의 열 및 서브프레임 당 4 개의 열을 포함할 수 있다. 상기 센서의 레이턴시(latency)는 대략 120 Hz일 수 있다. 상기 행부터 열까지의 정전용량은 프린징 정전용량(fringing capacitance)을 포함할 수 있다.
일반적으로, 본 명세서에 서술된 발명 대상의 다른 측면은 정전용량방식 터치 센서(capacitive touch sensor)와 연관된 데이터 처리 장치에 관련된 액션들을 포함하는 방법으로 실시될 수 있다. 상기 센서는 행렬 구성(matrix configuration)을 구비한 행 및 열로 배열되는 트레이스 라인들을 포함한다. 상기 방법은 인터레이스 패턴(interlace pattern)으로 상기 정전용량방식 터치 센서의 열을 스캔하는 것을 포함하는 제1 스캔을 수행하는 단계 - 상기 인터레이스 패턴은 프레임을 포함하고, 상기 프레임은 n 개의 서브프레임을 포함하되, n은 정수임 - , 및 상기 제1 스캔의 결과로서 생성되는 정보를 사용하여 소정의 행부터 소정의 열까지 정전용량의 변화를 겪은 상기 센서의 영역을 식별하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 정전용량의 변화를 겪은 상기 센서의 영역의 검출을 사용하여 후속 제2 스캔을 집중시킬 열의 서브집합(subset of columns)의 선택을 통지하는 단계, 및 상기 후속 제2 스캔을 위해 선택된 상기 열의 서브집합을 스캔하는 단계 - 상기 제1 스캔은 제1 측정과 연관되고, 상기 제2 스캔은 제2 측정과 연관됨 - 를 포함한다. 상기 열의 서브집합의 스캔은, 상기 제2 스캔에 대한 잡음 레벨(noise level) 및 타겟 신호 레벨(target signal level)을 결정하는 것. 타겟 신호 대 잡음 비(target signal to noise ratio)를 결정하는 것, 및 상기 제1 측정 및 상기 제2 측정의 평균인 함수를 이용함으로써 상기 타겟 신호 대 잡음 비를 달성하기 위한 적분 구간(integration period)을 결정하는 것을 수반한다.
이러한 실시예들 및 다른 실시예들은 각각 다음 특징 중 하나 이상을 선택적으로 포함할 수 있다. 상기 제1 스캔은, 상기 제1 스캔에 대한 잡음 레벨 및 신호 레벨을 결정하는 것, 및 상기 제1 스캔에 대해 결정된 상기 잡음 레벨 및 상기 신호 레벨에 기초하는 타겟 신호 대 잡음 비를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 제1 스캔 및 상기 제2 스캔에 대한 신호를 수신하는 것, 및 상기 제1 스캔 및 상기 제2 스캔에 대하여 수신된 상기 신호의 평균을 냄(averaging)으로써 상기 제1 또는 제2 스캔과 연관된 신호 대 잡음 비보다 큰 신호 대 잡음 비를 갖는 신호를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 예컨대, n의 값은 대략 4와 같을 수 있다. 상기 프레임은 대략 30 Hz로 되도록 구성될 수 있고 상기 서브프레임은 대략 120 Hz일 수 있으며, 상기 인터레이스 패턴은 프레임 당 16 개의 열 및 서브프레임 당 4 개의 열을 포함할 수 있다. 상기 센서의 레이턴시(latency)는 대략 120 Hz일 수 있고, 상기 행부터 열까지의 정전용량은 프린징 정전용량(fringing capacitance)을 포함할 수 있다.
일반적으로, 본 명세서에 서술된 발명 대상의 다른 측면은 정전용량방식 터치 센서(capacitive touch sensor) - 여기서, 상기 센서는 행렬 구성(matrix configuration)을 구비한 행 및 열로 배열되는 트레이스 라인들을 포함하고, 상기 열은 열의 집합 n개(n sets of columns)로서 배열되되, n은 정수임 - 와 연관된 데이터 처리 장치에 관련된 액션들을 포함하는 방법으로 실시될 수 있다. 상기 방법은, 인터레이스 패턴(interlace pattern)으로 상기 정전용량방식 터치 센서의 상기 열의 집합 n개 각각의 제1 스캔을 순차적으로 수행하는 단계, 상기 제1 스캔의 결과로서 생성되는 정보를 사용하여 프린징 정전용량(fringing capacitance)의 변화를 겪은 상기 센서의 영역을 식별하는 단계 - 상기 프린징 정전용량은 소정의 행부터 소정의 열까지의 정전용량을 포함함 - , 및 상기 정전용량의 변화를 겪은 상기 센서의 영역의 검출을 사용하여 그에 따라 후속 제2 스캔을 집중시킬 상기 열의 집합 n개 각각의 서브집합(subset)의 선택을 통지하는 단계를 수반한다. 상기 방법은 상기 후속 제2 스캔을 위해 선택된 상기 열의 집합 n개 각각의 서브집합을 스캔하는 단계 - 상기 제1 스캔은 제1 측정과 연관되고, 상기 제2 스캔은 제2 측정과 연관됨 - 를 수반한다. 상기 열의 집합 n개의 서브집합 각각의 스캔은, 상기 제2 스캔에 대한 잡음 레벨(noise level) 및 신호 레벨(signal level)을 결정하는 것, 타겟 신호 대 잡음 비(target signal to noise ratio)를 결정하는 것, 및 상기 제1 측정(first measurement) 및 상기 제2 측정(second measurement)의 평균인 함수를 이용함으로써 상기 타겟 신호 대 잡음 비를 달성하기 위한 적분 구간(integration period)을 결정하는 것을 수반한다. 상기 열의 집합 n개 내의 열의 집합 각각 및 대응하는 열의 서브집합에 대하여, 후속하는 열의 집합 및 대응하는 열의 서브집합에 대하여 스캔하는 것을 개시하기 전에 상기 제1 스캔 및 상기 제2 스캔이 수행된다.
이러한 실시예들 및 다른 실시예들은 각각 다음 특징 중 하나 이상을 선택적으로 포함할 수 있다. 상기 열의 집합 n개의 각 서브집합에 대하여, 상기 방법은 다음과 같은 기술들을 수반할 수 있다: 상기 적분 구간 내에서 상기 열의 서브집합을 스캔하는 단계; 상기 열의 서브집합의 스캔의 수신된 신호에 관한 상기 제2 측정을 획득하는 단계 - 상기 제2 측정은 제2 측정에 의해 도출되는 신호 대 잡음 비(second measurement-derived signal-to-noise ratio)에 관련됨 - ; 상기 열의 서브집합이 적어도 최소 신호 대 잡음 비를 갖도록 구성되어 있는지 여부를 판정하는 단계; 상기 제2 측정에 의해 도출되는 신호 대 잡음 비에 기초하여, 상기 제2 측정에 의해 도출되는 신호 대 잡음 비가 상기 열의 서브집합에 대해 상기 최소 신호 대 잡음 비보다 작은지 여부를 판정하는 단계; 및 상기 제2 측정에 의해 도출되는 신호 대 잡음 비가 상기 열의 서브집합에 대해 상기 최소 신호 대 잡음 비보다 작다고 판정되는 경우, 상기 열의 서브집합의 다른 스캔을 수행하고, 상기 열의 서브집합의 상기 다른 스캔의 수신된 신호에 관한 다른 측정을 획득하고, 조합된 측정(combined measurement)을 산출하기 위해 상기 열의 서브집합에 관한 상기 측정 및 상기 다른 측정의 평균을 내는(averaging) 단계 - 상기 조합된 측정은 상기 조합된 측정에 관한 신호 대 잡음 비가 상기 열의 서브집합의 상기 측정들 중 어느 것에 관한 신호 대 잡음 비보다도 크다는 특성을 가짐 -.
일반적으로, 본 명세서에 서술된 발명 대상의 다른 측면은 정전용량방식 터치 센서(capacitive touch sensor) - 여기서, 상기 센서는 행렬 구성(matrix configuration)을 구비한 행 및 열로 배열되는 트레이스 라인들을 포함하고, 상기 열은 열의 집합 n개(n sets of columns)로서 배열되되, n은 정수임 - 와 연관된 데이터 처리 장치에 관련된 액션들을 포함하는 방법으로 실시될 수 있다. 상기 방법은, 인터레이스 패턴(interlace pattern)으로 상기 정전용량방식 터치 센서의 상기 열의 집합 n개 각각의 제1 스캔을 순차적으로 수행하는 단계, 및 상기 제1 스캔의 결과로서 생성되는 정보를 사용하여 프린징 정전용량(fringing capacitance)의 변화를 겪은 상기 센서의 영역을 식별하는 단계 - 이 경우 상기 프린징 정전용량은 소정의 행부터 소정의 열까지의 정전용량을 포함함 - 를 수반한다. 상기 방법은 상기 정전용량의 변화를 겪은 상기 센서의 영역의 검출을 사용하여 그에 따라 후속 제2 스캔을 집중시킬 상기 열의 집합 n개 각각의 서브집합(subset)의 선택을 통지하는 단계, 및 상기 후속 제2 스캔을 위해 선택된 상기 열의 집합 n개 각각의 서브집합을 스캔하는 단계를 수반한다. 상기 열의 집합 n개의 서브집합 각각의 스캔은, 상기 제2 스캔에 대한 잡음 레벨(noise level) 및 신호 레벨(signal level)을 결정하는 것, 및 상기 정전용량의 변화가 있던 상기 센서의 영역에 관련되고 상기 제2 스캔에 대해 결정된 상기 잡음 레벨 및 상기 신호 레벨에 기초하는 신호 대 잡음 비(signal-to-noise ratio)를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 상기 열의 집합 n개 내의 열의 집합 각각 및 대응하는 열의 서브집합에 대하여, 후속하는 열의 집합 및 대응하는 열의 서브집합에 대하여 스캔하는 것을 개시하기 전에 상기 제1 스캔 및 상기 제2 스캔이 수행된다.
이러한 실시예들 및 다른 실시예들은 각각 다음 특징 중 하나 이상을 선택적으로 포함할 수 있다. 상기 열의 집합 n개의 각 서브집합에 대하여, 상기 방법은 상기 적분 구간 내에서 상기 열의 서브집합을 스캔하는 단계, 상기 열의 서브집합의 스캔에 관련된 신호 대 잡음 비의 측정을 획득하는 단계, 및 상기 열의 서브집합이 적어도 최소 신호 대 잡음 비를 갖도록 구성되어 있는지 여부를 판정하는 단계를 수반할 수 있다. 상기 열의 집합 n개의 각 서브집합에 대하여, 상기 방법은, 상기 신호 대 잡음 비의 상기 측정에 기초하여, 상기 신호 대 잡음 비의 상기 측정이 상기 열의 서브집합에 대해 상기 최소 신호 대 잡음 비보다 작은지 여부를 판정하는 단계도 수반할 수 있다. 상기 열의 집합 n개의 각 서브집합에 대하여, 상기 방법은, 상기 신호 대 잡음 비의 상기 측정이 상기 열의 서브집합에 대해 상기 최소 신호 대 잡음 비보다 작다고 판정되는 경우, 상기 열의 서브집합의 다른 스캔을 수행하고, 상기 열의 서브집합의 상기 다른 스캔에 관련된 상기 신호 대 잡음 비의 다른 측정을 획득하고, 조합된 측정(combined measurement)을 산출하기 위해 상기 열의 서브집합에 관한 상기 측정 및 상기 다른 측정의 평균을 내는(averaging) 단계 - 상기 조합된 측정은 상기 조합된 측정에 관한 신호 대 잡음 비가 상기 열의 서브집합의 상기 측정들 중 어느 것에 관한 신호 대 잡음 비보다도 크다는 특성을 가짐 - 를 수반할 수 있다.
일반적으로, 본 명세서에 서술된 발명 대상의 다른 측면은 정전용량방식 터치 센서(capacitive touch sensor) - 상기 센서는 액정 디스플레이(liquid crystal display)를 포함하는 시스템 내에 위치됨 - 와 연관된 데이터 처리 장치에 관련된 액션들을 포함하는 방법으로 실시될 수 있다. 상기 방법은, 상기 정전용량방식 터치 센서 내 잡음 주파수(noise frequency)를 판정하는 단계, 상기 잡음 주파수가 상기 액정 디스플레이의 주파수의 함수임을 식별하는 단계, 및 상기 센서를 위한 여기 주파수(excitation frequency)를 상기 판정된 잡음 주파수의 함수로서 판정하는 단계를 포함한다. 상기 여기 주파수를 판정하는 방법은 상기 센서를 위한 초기 여기 주파수를 선택하는 것, 적분 구간 상에서 상기 잡음 주파수 및 상기 초기 여기 주파수 간 크로스-코릴레이션(cross-correlation)을 계산하는 것 - 상기 크로스-코릴레이션의 계산은 적어도 하나의 피크(peak) 및 적어도 두 영점(null)들을 갖는 싱크 부류의(sinc-linke) 파형으로 표현가능함 - , 및 상기 싱크 부류의 파형 내 상기 영점들 중 하나의 영점에서의 주파수를 선택하고 상기 판정되는 여기 주파수를 상기 선택된 영점에서의 주파수와 동일한 주파수가 되도록 할당하는 것에 의해 상기 센서를 위한 상기 여기 주파수를 선택하는 것을 포함한다.
이러한 실시예들 및 다른 실시예들은 각각 다음 특징 중 하나 이상을 선택적으로 포함할 수 있다. 상기 잡음 주파수는 대략 30 kHz에서 대략 135 kHz의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 정전용량방식 터치 센서는 대략 200V의 최대 송신 전압(transmit voltage)을 가질 수 있다. 상기 정전용량방식 터치 센서는 사용자를 거쳐 갈 대략 수십 마이크로암페어(microamps) 정도의 전류를 제공하도록 구성될 수 있다. 상기 정전용량방식 터치 센서는 프론트 엔드 인터페이스(front end interface)를 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 정전용량방식 터치 센서의 상기 프론트 엔드 인터페이스의 출력에 파형을 복조하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 파형은 상기 초기 여기 주파수에 대한 상기 잡음 주파수의 상기 크로스-코릴레이션을 수반할 수 있다. 상기 방법은 상기 센서 내 잡음의 레벨을 측정하는 단계, 및 상기 측정된 잡음의 레벨에 기초하여 상기 센서의 사용자로부터의 터치를 검출하기 위한 초기 역치(initial threshold)를 설정하는 단계를 수반할 수 있다. 상기 방법은 연속적으로 상기 센서 내 상기 잡음의 레벨을 측정하는 단계, 및 상기 연속적으로 측정된 잡음의 레벨에 기초하여 상기 센서의 사용자로부터의 터치를 검출하기 위한 역치를 연속적으로 조정하는 단계를 수반할 수 있다. 상기 방법은 상기 센서에 대한 복수의 직교 여기 파형들을 판정하는 단계 - 상기 직교 여기 파형들 중 적어도 하나는 상기 선택된 여기 주파수를 포함함 - 를 수반할 수 있다. 상기 센서는 상기 복수의 직교 여기 파형들의 동시 송신을 위해 구성될 수 있다. 상기 직교 여기 파형들은 상기 판정된 잡음 주파수에 모두 직교(orthogonal)일 수 있다.
일반적으로, 본 명세서에 서술된 발명 대상의 다른 측면은 행렬 구성(matrix configuration)으로 배열되는 트레이스 라인들의 행 및 열을 포함하는 정전용량방식 터치 센서(capacitive touch sensor) - 상기 센서는 액정 디스플레이(liquid crystal display)를 포함하는 시스템 내에 위치함 - 와 연관된 데이터 처리 장치에 관련된 액션들을 포함하는 방법으로 실시될 수 있다. 상기 방법은 잡음 주파수를 식별하는 단계, 상기 센서 내 상기 트레이스 라인들 중 적어도 하나를 가로질러 송신되는 여기 파형을 생성하는 단계 - 상기 여기 파형은 상기 여기 파형이 상기 식별된 잡음 주파수에 직교(orthogonal)이도록 생성되고, 상기 여기 파형은 상기 식별된 잡음 주파수에서의 잡음이 상기 여기 파형 내에서 리젝트되도록(rejected) 생성됨 - 를 포함한다. 상기 여기 파형의 생성은 주파수 도메인(frequency domain)에서 초기 여기 파형을 지정하는 것 및 상기 주파수 도메인으로부터의 상기 초기 여기 파형을 시간 도메인(time domain)에서의 상기 여기 파형으로 변환하는 것을 포함하되, 상기 변환은 상기 변환에서 푸리에 변환(Fourier transform)을 사용하는 것에 의해 수행된다. 상기 방법은 상기 트레이스 라인들 중 적어도 하나를 가로질러 상기 여기 파형을 송신하는 단계를 수반한다.
일반적으로, 본 명세서에 서술된 발명 대상의 다른 측면은 행렬 구성(matrix configuration)으로 배열되는 트레이스 라인들의 행 및 열을 포함하는 정전용량방식 터치 센서(capacitive touch sensor) - 상기 센서는 액정 디스플레이(liquid crystal display)를 포함하는 시스템 내에 위치함 - 와 연관된 데이터 처리 장치에 관련된 액션들을 포함하는 방법으로 실시될 수 있다. 상기 방법은 잡음 주파수를 식별하는 단계, 및 상기 센서 내 상기 트레이스 라인들 중 적어도 하나를 가로질러 송신되는 여기 파형을 생성하는 단계 - 상기 여기 파형은 상기 여기 파형이 상기 식별된 잡음 주파수에 직교(orthogonal)이도록 생성되고, 상기 여기 파형은 상기 식별된 잡음 주파수에서의 잡음이 상기 여기 파형 내에서 리젝트되도록(rejected) 생성됨 - 를 포함한다. 상기 여기 파형의 생성은 초기 여기 파형을 선택하는 것, 유한 임펄스 응답(finite impulse response) 필터에 대응하는 알고리즘을 선택하는 것 및 상기 유한 임펄스 응답 필터에 대응하는 상기 알고리즘을 상기 초기 여기 파형에 적용함으로써 상기 여기 파형을 생성하는 것을 수반한다. 상기 방법은 상기 트레이스 라인들 중 적어도 하나를 가로질러 상기 여기 파형을 송신하는 단계를 수반한다. 행렬 내 정전용량에 비례할 수 있는, 기대되는 파형에 대해 코릴레이팅될 때의 수신된 신호 세기에 대한 측정이 행해질 수 있다. 그러한 측정의 신호 대 잡음 비는 적분 시간의 함수일 수 있는데, 여기서 적분 시간이 더 길면 더 높은 신호 대 잡음 비를 달성하는 데 사용될 수 있다. 여기 파형들은 서로에 대해 직교이고 동시에 송신될 수 있으며, 다른 구현예들에서는 여기 파형들이 잡음에 대해서뿐만 아니라 서로에 대해서 직교이고 동시에 송신될 수 있다.
본 명세서에서 서술된 발명 대상의 하나 이상의 실시예의 세부사항은 첨부된 도면 및 이하의 상세한 설명에서 제시된다. 그러한 발명 대상의 다른 특징들 및 측면들은 상세한 설명, 도면 및 청구항으로부터 명백하게 될 것이다.
도 1은 터치 센서를 위한 행렬(matrix) 내 전극 패턴(electrode pattern)의 예의 다이어그램(diagram)을 도시한다.
도 2는 터치 센싱 시스템 내 저항기-캐패시터(resistor-capacitor: RC) 라인 필터링으로부터의 위상 쉬프트(phase shift) 및 감쇠(attenuation)의 몇몇 영향과 관련된 예의 다이어그램을 도시한다.
도 3은 행렬의 라인을 가로질러 전압을 구동하기 위해 대응하는 제어 로직(control logic)을 갖는 송신기를 포함하는 회로의 예의 다이어그램을 도시한다.
도 4는 행렬의 라인을 가로질러 전류를 센싱하고 전압을 구동하기 위해 송신기 및 수신기를 포함하는 회로의 예의 다이어그램을 도시한다.
도 5는 행렬을 가로질러 위치에 대해 측정된 정전용량의 3차원 메쉬 그림(mesh plot)의 예의 다이어그램을 도시한다.
도 6a 및 도 6b는, 노이즈와 비슷하고(noise-like), 순수한 정현파 톤(tone)이나 그에 가까운 근사가 아닌 전압으로 행렬을 여기(exciting)하는 경우, 송신기를 위한 파형의 예의 다이어그램을 도시한다.
도 7a 및 7b는 프레임(frame) 및 서브프레임(subframe)에 대한 타이밍 다이어그램(timing diagram)의 예를 도시한다.
도 8a는 센서의 풀 프레임(full frame)을 스캔하는 방법의 예의 플로우 다이어그램(flow diagram)을 도시한다.
도 8b는 센서의 하나의 열을 스캔하는 방법의 예의 플로우 다이어그램을 도시한다.
도 9는 복조(demodulation)가 수행되기 전 시스템의 아날로그 프론트 엔드(analog front end)의 출력에서의 잡음의 예의 다이어그램을 도시한다.
도 10은 여기 파형(excitation waveform)의 적절한 선택으로 복조가 수행된 후 아날로그 프론트 엔드의 출력에서의 잡음의 예의 다이어그램을 도시한다.
도 11은 여기 파형의 부적절한 선택으로 복조가 수행된 후 아날로그 프론트 엔드의 출력에서의 잡음의 예의 다이어그램을 도시한다.
도 12는 적분 구간 상에서 여기 주파수(excitation frequency)에 대한 잡음 주파수(noise frequency)의 코릴레이션(correlation)의 예의 다이어그램을 도시한다.
도 13은 1-스테이지의(one-stage) 프론트 엔드 증폭기 및 2-스테이지의(two-stage) 프론트 엔드 증폭기로부터의 출력 응답들의 예의 다이어그램을 도시한다.
도 14a는 2-스테이지 프론트 엔드 증폭기 회로의 예의 다이어그램을 도시한다.
도 14b는 안정성(stability)를 위한 정전용량 및 저항의 적절한 값으로 프론트 엔드 증폭기를 설계하기 위한 예의 플로우 다이어그램을 도시한다.
여러 도면에서 유사한 참조번호 및 지칭은 유사한 구성요소를 나타낸다.
터치 센서는 투명하고(transparent) 전도성인 전극의 어레이(array)를 포함할 수 있는데, 터치 센서 내 전극 간에는 정전용량 측정이 될 수 있다. 이러한 전극은 인듐 주석 산화물(indium tin oxide: ITO)로 만들어질 수 있는데, 그밖에 다른 재료들, 예컨대 약간 내지 많이 불투명하기는 하나 상대적으로 눈에 잘 안 띌 만큼 충분히 작은 은 나노 와이어(silver nano-wires) 또는 보다 대규모의 금속 와이어(larger-scale metal wires) 역시 사용될 수 있다. 그러한 전극은, 예를 들어 행(row)들이 x축에 평행하고 열(column)들이 y축에 평행한 2차원 직교 그리드(two-dimensional orthogonal grid) 내에 배열될 수 있다. 이러한 구조에 기인하는 총 정전용량은, 행부터 열로 측정할 때, 예를 들면 행이 열을 교차(cross over)할 수 있는 곳에 대해서는 적어도 평행 평판 정전용량(paralle plate capacitance)을, 프린징 필드(fringing field)가 센서로부터 바깥으로 나가고 사용자의 터치(touch)와 상호작용(interact)할 수 있는 곳에 대해서는 프린징 정전용량(fringing capacitance)을 포함할 수 있다. 센싱(sensing)을 위해 측정될 수 있는 기본적인 정전용량은 적어도 행과 열 사이의 프린징 필드를 포함할 수 있다. 예컨대, m 개의 행과 n 개의 열을 갖는 시스템에서, 그러한 행렬 내 각 교차점(intersection)에 측정이 하나씩, m*n개의 가능한 측정이 있을 수 있다. 이러한 타입의 측정은 때때로 "상호 정전용량(mutual capacitance)" 또는 "차동 정전용량(differential capacitance)"이라고 언급될 수 있다.
센서 내의 전극은, 타겟 내지 원하는 신호를 제공하기 위해 사용자의 손가락에 의해 방해받을(interrupted) 수 있는 프린징 정전용량은 최대화하고 항시적인 오프셋(constant offset)을 제공할 수 있는 행과 열 간 임의의 부가적 정전용량(예컨대, 평행 평판 정전용량)을 최소화하고자 하는 패턴으로 설계될 수 있다. 평행 평판 정전용량은, 예컨대 총 정전용량 내 오프셋 값으로 여겨질 수 있다. 행렬 내 행과 열은 거의 동일 평면상(coplanar)일 수 있는바, 각 평행 평판 캐패시터(parallel plate capacitor)의 영역이 작은 반면 이격 거리 역시 작아서 그 정전용량 값은 상당할 수 있다. 전극의 패턴은, 주어진 피치(pitch)에 대해 라인 폭을 가능한 한 크게 하는 방식으로 설계될 수도 있는데, 그렇지 않으면 대면적(large-area) 센서가 채택되는 경우 상당할 수 있는 트레이스의 저항(resistance)을 최소화하기 위함이다. 프린징 정전용량은, 예컨대 그러한 패턴을 설계하여 이로 인한 프린징 정전용량이 가능한 한 크게 될 수 있도록 함으로써, 최대화될 수 있다.
도 1은 터치 센서를 위한 행렬 내 전극 패턴(100)의 예의 다이어그램(diagram)을 도시한다. 이 패턴(100)에서, 수직 트레이스(110) 및 연관되어 있는 연결된 영역은 하나의 층 상의 전도체(conductor)를 나타내고, 수평 트레이스(120) 및 연관되어 있는 연결된 영역은 다른 층 상의 전도체를 나타낸다. 그러한 층들(110, 120)은 서로 이격되어 있다. 이 구현예에서, 층들(110, 120)은 서로 교차하나 서로 연결되지는 않는다. 그러한 구조는 평행 평판 정전용량이 따를 수 있는데, 전극 트레이스들이 서로 교차하는 데에서 이들을 좁게 만드는 것에 의하여, 원하지 않는 평행 평판 정전용량은 최소화될 수 있고, 다른 영역에서 상대적으로 전극 트레이스들을 넓게 만드는 것에 의하여, 저항은 감소 및 최소화될 수 있다.
다른 구현예들은 다른 전극 패턴을 가질 수 있다. 일 구현예에서, 예컨대 하나의 패턴은 균등하게 이격된 직선을 그러한 전기 행렬과 동일한 피치로 갖고, 인접한 선들이 그룹 내에서 함께 연결되는 직선들을 그 전기 행렬 내 손가락 피치(finger pitch)로 갖고, 또한 프린징 필드를 증가시키기 위해 주어진 행 및 열 간 둘레를 증가시키기 위한 서로 맞물린(interdigitated) 패턴을 갖는 것을 수반할 수 있다.
전극 패턴 상에서 수행되는 다른 측정들이 있을 수 있다. 예컨대, 정전용량은, 각각의 행으로부터 각각의 열까지에 대신하여 각 행 및 열에서 접지까지로 측정될 수 있는바, m*n 개의 측정 대신 m+n 개의 측정을 한다.
본 명세서의 개시사항 내 기술된 구현예들에서는 정전용량의 측정이 각 행에서 각 열로 되어 있다. 이 타입의 측정을 수행하도록 설계된 회로가 있을 수 있는데, 그 회로는 각각의 열 및 행 상에 송신기 및 수신기를 갖는다. 이 회로의 구현예에서, 열들은 소정의 송신 전압(transmit voltage)으로 여기(excite)되어 에너지가 송신기로부터 열들로 흘러들어갈 수 있고, 수신기는 행들 상에서 전류를 측정하여 에너지가 행들로부터 수신기로 흘러나올 수 있다. 행들로 하나의 축을 지칭하고 열들로 다른 축을 지칭하는 것은 일반적으로 임의적인 것이나, 이 구현예에서는 수신기에 일반적으로 행들이 부여될 수 있고 송신기에 일반적으로 열들이 부여될 수 있다.
사용자가 정전용량방식 터치 센서를 터치하는 경우, 적어도 두 가지 상이한 효과가 관측된다. 첫째, 송신기로부터 흘러나오는 에너지의 일부가 사용자에게 흘러들어가고, 접지로, 그 노드에 대한 사용자의 표유 정전용량(stray capacitance)을 거쳐, 돌아갈 수 있다. 이 표유 정전용량은, 예컨대 사용자가 디바이스의 금속 케이스를 쥐고 있는 경우에는 심지어 비전도성 코팅을 통해서도 생길 수 있고, 또는 그렇지 못한 경우 사용자의 손가락을 통해 생길 수 있는데, 이는 몇몇 요소(element)들이 접지될 경우 행렬 내의 다른 요소들에 그들의 손가락이 가까울 수도 있을 만큼 충분히 센서 피치가 정교할 수 있기 때문이다. 이 첫째 효과는 수신기로 흐르는 총 에너지를 감소시킬 수 있다. 둘째, 송신기로부터 흘러나오는 에너지의 일부가 사용자의 살을 통해 사용자의 손가락 내로 커플링되고 이후 사용자의 손가락으로부터 수신기로 커플링될 수 있다. 대략 소금물과 동일한 사용자의 손가락의 유전 상수(dielectric constant)가 공기보다 크기 때문에, 이는 커플링 효과를 증가시키고 수신되는 에너지를 증가시킬 수 있다.
이 두 가지 효과는 에너지 흐름에 대해 상이한 응답을 초래한다. 예를 들어, 어느 효과가 우세하냐에 따라, 사용자의 손가락으로부터 센서까지의 거리 및 측정된 신호 간의 비단조(non-monotonic) 관계가 있을 수 있다. 이는 원치 않는 것일 수 있기 때문에, 시스템 구현예들은 단조(monotonic) 관계를 갖기 위해 순증가(strictly-increasing) 또는 순감소(strictly-decreasing) 모드로 작동하도록 설계될 수 있다. 순감소 모드는 그것이 높은 주파수에서 생길 수 있기 때문에 몇몇 구현예에서 바람직할 수 있는데, 이는 더 높은 SNR에 대해 주어진 적분 구간(integration period) 내에 전달되는 총 전하가 더 많을 수 있도록 할 수 있으며, 또한 순감소 모드는 센서와 사용자의 손가락 사이의 더 큰 이격을 제공할 수 있는데, 이는 센서의 커버를 위한 유리에 대해 두께가 더 클 수 있도록 할 수 있다. 그러나, 몇몇 다른 구현예는 순증가 모드를 사용할 수 있다.
몇몇 구현예에서, 송신 파형(transmit waveform)은 예컨대 대략 100 kHz의 주파수를 가질 수 있다. 송신 파형의 에너지가 대부분 더 낮은 주파수에 집중된다면, 그 에너지는 사용자와 효과적으로 커플링되지 않을 수 있는데, 그러한 커플링이 용량성이어서 주어진 여기 전압(excitation voltage)에 대해 전류가 주파수에 따라 증가할 수 있기 때문이다. 그러한 에너지가 대부분 더 높은 주파수에 집중된다면, 센서 내 행 또는 열의 전파 특성은 에너지를 감쇠시킬 수 있다. 몇몇 구현예에서, 전파 특성은 균일 RC 라인(uniform RC line) 또는 저역 통과 필터(low pass filter)로 모델링될 수 있다. 송신 파형은 예를 들어 적은 수의 사이클의 비변조 캐리어(unmodulated carrier)를 포함할 수 있다. 이 파형은 협대역(narrow band)일 수 있기 때문에, 예를 들어 잡음과 비슷한 파형(noise-like waveform)으로 캐리어를 변조하는 것에 의해 신호의 대역폭을 약간 증가시키는 것이 유용할 수 있다. 이 기술은 협대역 잡음에 대한 시스템의 면역(immunity)을 증가시키고 협대역 잡음을 방출하는 시스템의 경향을 감소시키는 효과를 가질 수 있다.
주어진 시간 간격 동안 수신되는 에너지의 양을 측정하도록 수신기가 구성될 수 있다. 이러한 수신기의 한 구현예는 주어진 시간 구간에 걸쳐 수신되는 최대 전류를 측정할 수 있는 광대역 수신기 회로를 지칭하는 "피크 검출기(peak detector)"로서의 구현예를 수반할 수 있다. 존재하는 유일한 신호가 송신기로부터의 신호라면, 그 최대 전류는 송신기로부터 수신되는 신호의 진폭에 비례할 수 있다. 수신기의 다른 구현예들은 의도하는 신호를 잡음으로부터 분별하면서 전류를 측정하도록 구성될 수 있다.
센서의 몇몇 구현예에서, 시스템의 성능은 그 SNR에 의해 사실상 제한될 수 있다. 예를 들어, 센서 상의 터치 위치가 보간(interpolate)되는 경우, 측정되는 정전용량 상의 잡음은 전해지는 (x, y) 위치 상의 잡음에 직접적으로 맵핑될 수 있다. 몇몇 극단적인 경우에서는, 예컨대 잡음 자체가 잘못된 터치를 생성하는 데 원인이 되는 것까지도 가능하다. 센서에 대한 잡음의 소스가 여럿 있다. 예를 들어, 한 가지 중요한 소스는 액정 디스플레이(liquid crystal display: LCD)일 수 있다. 예를 들어, 터치 센서가 터치 스크린의 상부에 만들어진 경우, LCD로부터의 잡음이 존재할 수 있고 터치 센서 내로 커플링될 수 있다. 다른 중요한 잡음 소스는 인근의 라디오 방송국(예컨대, AM(amplitude modulation) 라디오), 그리고 주파수에서는 타겟 내지 원하는 신호로부터 꽤 이격되나 진폭이 매우 클 수 있는 전기 본선(electrical mains)으로부터의 50 내지 60 Hz 커플링을 포함할 수 있다.
다른 수신기 구현예들에서, 수신기 아키텍처는 송신된 신호와 코릴레이팅되어 있는(correlate) 수신된 신호의 성분만을 찾도록 구성될 수 있다. 이러한 수신기 구현예에 있어서, 유입하는(incoming) 전류 r(t) 및 기대되는(expected) 전류 e(t)에 대해, 수신기는 r(t)*e(t)의 적분 구간에 걸쳐 적분을 계산할 수 있다.
몇몇 구현예에서, 피크 검출기의 앞에 또는 소정의 다른 광대역 검출기 앞에 선형 필터를 두는 것에 의해 이러한 코릴레이션(correlation)을 근사화하는 것이 가능할 수 있다. 이러한 구현예들의 일부에서는, 폭이 더 좁은 필터(narrower filter)는 더 긴 안정 시간(settling time)을 요구할 수 있는데, 이는 시스템의 프레임 레이트(frame rate)에 영향을 미칠 수 있다. 고정된 간격 상에서의 코릴레이션은 더 좁은 대역폭을 달성하는 데 더 긴 시간을 요구할 수도 있다. 그러나 소정의 필터에 있어, 이전의 측정 후 그 필터가 안정화되는 것을 기다리면서 일반적으로 이용가능한 적분 시간(integration time)의 소정의 일부분이 사용되지 않고, 한편으로는 고정된 간격 상에서의 코릴레이션에서 적분기(intergrator)가 측정들 사이에서 리셋될 수 있다. 이는 이용가능한 적분 시간을 완전히 사용하는 것이 가능하도록 할 수 있다.
적분의 계산은 다양한 구현예를 가질 수 있다. 예를 들어, 몇몇 구현예는 시그마-델타 아날로그-디지털 변환기(sigma-delta analog-to-digital converter: SD-ADC)를 포함할 수 있는데, 그것의 제어 루프(control loop)는 행을 일정한 전압으로 유지할 수 있고 그렇게 하기 위해 충분한 전하를 주입할 수 있다. 그 전하를 측정함으로써, SD-ADC는 직접적으로 전류를 디지털 값으로 변환할 수 있고, 또한, 요구될 수 있는 바와 같이, 낮은 임피던스(impedance)로 행을 유지할 수 있다. SD-ADC가 스위치, 캐패시터 및 디지털 로직을 이용하기 때문에, 그러한 SD-ADC 구현예는 전형적인 CMOS 프로세스 상에서의 집적(integration)으로 처리할 수 있다.
적분 구간을 계산하기 위한 다른 구현예들은 더 간단한 스위치드 캐패시터(switched capacitor) 회로를 이용할 수 있다. 예를 들어, RC 저역 통과 필터를 효과적으로 구축함으로써 그러한 하나의 스위치드 캐패시터 회로가 만들어질 수 있는데, 여기서 실제 캐패시터의 정전용량 C, 그리고 R은 l/(f*Cut)의 값을 갖는 스위치드 캐패시터 저항기(switched-capacitor resistor)의 저항이고, Cut는 피시험 캐패시터(capacitor under test)이고 f는 스위칭 주파수이다. 그 필터의 시상수(time constant)를 측정하는 것에 의해, 예를 들어 스텝(step)을 그에 가하고 그것이 소정의 전압 역치(threshold)에 도달하는 시간을 측정하는 것, 또는 스텝을 가하되 그것이 고정된 시간 동안 안정되도록 하고 그 시간 이후에 전압을 측정하는 것에 의해, Cut를 측정하는 것이 가능할 수 있다. 스위치드 캐패시터 회로의 다른 유사한 구현예들에서는 일정한 전류가 적분 캐패시터(integrating capacitor)를 방전(discharge)시키는 한편 스위치드 캐패시터 전류가 그것을 충전(charge)시키는데, 이러한 구현예들은 적분 캐패시터를 일정한 전압으로 유지하는 제어 루프를 수반한다.
본 명세서 내에서 기술되는 것은 구현예들을 위해 또한 (1) 송신된 파형을 센서 내 수신기에서의 신호와 코릴레이팅하기(correlate) 위해 디지털 신호 처리를 사용하는 정전용량방식 터치 센서를 수반하는 기술, (2) 송신기는 직교 파형을 내보내고 각 수신기는 각 전송된 파형에 대하여 별개로 코릴레이팅되는 경우 송신기 및 수신기를 갖는 정전용량방식 터치 센싱 행렬을 위한 기술, (3) 선택적 스캐닝에 의해 정전용량방식 터치 센서에서 신호 대 잡음 비를 국부적으로 개선하기 위한 기술, (4) 정전용량방식 터치 센서에 대하여, 송신되는 파형에 잡음 면역(noise immunity)을 제공하기 위한 기술 및 (5) 정전용량방식 터치 센싱 시스템에 관한 아날로그 프론트 엔드(analog front-end) 회로를 설계하기 위한 기술을 위해 제공된다.
수신기 내의 코릴레이션
송신된 파형을 센서 내 수신기에서의 신호와 코릴레이팅하기 위해 디지털 신호 처리를 사용하는 정전용량방식 터치 센서를 수반하는 여러 기술 및 구현예들이 이하에서 기술된다. 예를 들어, 일 구현예에서, 센서 시스템의 아날로그 프론트 엔드 회로로부터의 출력 전압(VD0)은 아날로그-디지털 변환기(analog-to-digital converter: ADC)를 사용하여 샘플링될 수 있다. 그러면 송신된 파형에 대한 그 이산시간(discrete-time) 신호의 코릴레이션은 디지털로, VD0[k]*E[k]의 적분 구간에 걸친 합으로서(여기서, E[k]는 기대되는 수신된 신호임), 계산될 수 있다. 예를 들어, E[k]를 0, -1 또는 +1로서 선택하여 필드 프로그래머블 게이트 어레이(field programmable gate array: FPGA)를 사용함으로써 이러한 합이 계산될 수 있는데, 이 경우 코릴레이션은 합산기(adder) 및/또는 감산기(subtractor)에 의해 계산될 수 있다. 이 구현예는 상대적으로 적은 에러를 가져올 수 있고, 또한 디지털 로직으로 된 효율적인 구현예를 고려할 수 있다.
기대되는 신호 E[k]가 이러한 코릴레이션을 수행하기 위해 판정될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 수신된 신호는 송신된 신호와 대략 동일할 수 있을 것이어서 이 수신된 신호는 송신되고 있는 동일한 신호에 대해 코릴레이팅하는 데 사용될 수 있을 것이다. 실제로, 이러한 구현예들은 정확한 E[k]를 보여주지 않을 수 있고, 그 이유는 적어도 센서 행렬의 특성 때문인데, 이는 지연(delay), 감쇠(attenuation) 및/또는 위상 쉬프트를 야기할 수 있는 것이다. 예컨대, 센서 행렬은 긴 행 및 열로부터 만들어질 수 있는데, 이는 투명한 전도성 물질로부터 패터닝될 수 있다. 이러한 물질은 상대적으로 큰 전기 저항을 가질 수 있다. 예컨대, 인듐 주석 산화물(ITO)로 만들어지는 트레이스 라인은 대략 50 옴/스퀘어(ohm/square)의 면저항(sheet resistance)에 대응하는 수용가능한 최대 두께를 가질 수 있다. 예를 들어 단위 셀(unit cell)은 3 또는 4 스퀘어일 수 있고, 전형적인 패턴 피치(pattern pitch)는 예컨대 대략 5 mm일 수 있다. 예를 들어, 1000 mm 디스플레이에서 전형적으로 사용될 것인 500 mm 트레이스는 대략 100 개의 셀, 또는 400 스퀘어, 또는 20k 이하 옴의 저항을 가질 수 있다. ITO의 코팅이 더 두꺼우면 그러한 저항을 감소시킬 수 있을 것이며, 광 손실 및 산란투과(optical loss and haze)를 증가시키는 것은 물론이다. 스퀘어 당 30 옴에서, ITO의 전형적인 두께는 몇몇 구현예에 있어서 겉보기상(cosmetically) 수용가능하지 않을 수 있다. 면 저항이 스퀘어 당 수백 옴인 더 얇은 코팅은 예컨대 이동전화기 및 다른 휴대용 디바이스와 같이 더 작은 스크린에서 사용될 수 있는데, 그러한 스크린 내의 라인이 더욱 더 짧은 경우 총 저항이 그리 크지 않기 때문이다.
센서는 또한, 적어도 각 행에서 각 열까지 그리고 각 행 또는 열에서 접지 평면(예컨대, LCD의 AC-접지된(AC-grounded) 금속)까지, 소정의 정전용량을 가질 수 있다. 값들을 추정하는 한 접근법에서, 셀은 예컨대 대략 5*5/2 ~ 10 mm^2의 면적을 가질 수 있을 것이고, 유전상수가 대략 3인 재료에 의해 접지 평면으로부터 0.5 mm만큼 이격되면 대략 1 pF의 총 정전용량을 가질 것이다. 평행 평판 정전용량 C = epsilon* A/d 는 그 양보다 다소 작을 수 있으나, 프린징 필드는 정전용량에 상당히 기여할 수 있다. 이들 저항 및 정전용량 각각이 집중 소자(lumped elements)라고 가정하는 경우, 80 kHz의 -3 dB 주파수에 대응하여, 곱(product) tau = RC 는 대략 2 us일 수 있다.
실제로, 저항 및 정전용량 모두는 트레이스 라인을 따라 분포되는 경향이 있고 거의 균일하게 분포될 수 있다. 예를 들어, 정전용량(또는 저항)은 셀에 걸쳐 비균일(non-uniform)할 수 있으나, 상대적으로 셀마다 일정할 수 있고, 셀들은 그러한 라인의 총 길이에 비해 작을 수 있는바, 정전용량은 그러한 라인의 총 길이에 걸쳐 거의 균일할 수 있다. 따라서, 값들을 추정하는 다른 접근법에서는, 무시할 만한 인덕턴스(inductance) L 및 분로 컨덕턴스(shunt conductance) G를 갖는 송신 라인(transmission line), 그리고 주어진 R 및 C로 센서를 위한 회로가 분석될 수 있다. 그러한 분석에 쓰인 접근법에 상관없이, 전송되는 신호에 비해 그 라인 상의 신호는 감쇠(즉, 더 작은 진폭) 및 지연(내지 상응하게 위상-쉬프트)되는 경향이 있다. 이러한 영향을 보상하도록 수신기가 구성될 수 있는 구현예들이 기술된다.
몇몇 구현예에서, 기대되는 위상 쉬프트(또는 지연)를 기대되는 파형 E[k]에 적용하고 신호의 지연된 버전(version)에 대해 코릴레이팅함으로써 보상이 수행될 수 있다. 센서의 더 긴 차원(dimension)을 따라서만 위상을 조절하고 더 짧은 차원의 영향을 무시함(예컨대, 랜드스케이프(landscape) 포맷의 전형적인 16:9 디스플레이에 대해, 행들을 따라서만 조절함)으로써 도입되는 에러가 무시할 만한 정도의 것일 수는 있더라도, 정확한 지연은 행렬 내의 매 교차점에 대해 상이할 수 있다. 정확한 위상 쉬프트는, 예컨대 다수의 위상 쉬프트(multiple phase shifts)와의 코릴레이션을 측정하고 이 코릴레이션을 증가시키고 최대화하는 위상 쉬프트를 선택하는 것에 의해 실험적으로 판정될 수 있다. 정확한 위상 쉬프트는 또한 전송된 신호의 동상(in-phase) 및 직각위상(quadrature)(예컨대, 90도 쉬프트됨) 버전 모두에 대해 코릴레이팅하고 이어서 그 코릴레이션들로부터 정확한 위상 쉬프트 phi = atan(corr_q, corr_i)를 산출함으로써 실험적으로 판정될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 기대되는 위상 쉬프트는 센서의 알려진(known) 저항 및 정전용량을 사용하여 계산될 수 있거나, 그러한 위상 쉬프트는 실험적으로 측정된 적은 수의 위상 쉬프트 간에 보간될 수 있다.
도 2는 저항기-캐패시터 (RC) 라인 필터링으로부터의 위상 쉬프트 및 감쇠의 영향과 관련된 예의 다이어그램을 도시한다. 다이어그램은 시간에 대한 전압 레벨에 기초하여 여러 신호의 그림을 보여주는데, 이 경우에 다이어그램은 100 kHz 여기(excitation), 그리고 (예컨대 센서가 50 옴/스퀘어 ITO 코팅을 사용하는 경우에 전형적일 수 있을 것인) 150 옴 직렬 저항 및 2pF 분로 정전용량(shunt capacitance)을 하나의 셀이 부가하는 모델(235)에 기초한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 원래의 전송된 신호(205)는 10개의 셀의 라인 길에 대해 센서를 가로질러 전송되고, 수신된 신호(210)는 지연/위상 쉬프트되고 원래의 전송된 신호(205)보다 더 작은 진폭을 가진다. 원래의 전송된 신호(205)가 100개의 셀의 라인 길이에 걸쳐 센서를 가로질러 전송되는 경우, 수신된 신호(230)는 지연/위상 쉬프트되고(220) 원래의 전송된 신호(205) 및 수신된 신호(210)보다 더 큰 감쇠(215) 및 더 작은 진폭을 가진다. 원래의 전송된 신호(205)가 300개의 셀의 라인 길이에 걸쳐 센서를 가로질러 전송되는 경우, 수신된 신호(225)는 지연/위상 쉬프트되고 원래의 전송된 신호(205), 수신된 신호(210) 및 수신된 신호(230)보다 더 작은 진폭을 가진다.
만일 송신 파형이 하나의 주파수에서 에너지를 포함하면, RC 라인의 영향은 감쇠 및 위상 쉬프트로 기술될 수 있다. 만일 그러한 파형이 더 복잡하다면, 예컨대 잡음과 비슷한 코드(noise-like code)가 신호의 대역폭을 증가시키고 시스템의 전자기 양립성(electromagnetic compatibility: EMC)을 개선하는 데 사용된다면, 신호의 상이한 주파수 성분들은 다르게 변환될 수 있고, 신호에 적용되는 변환은 더 복잡할 수 있다. 이 변환은 모델링되거나 실험적으로 측정될 수 있으며, 기대되는 파형(expected waveform)에 적용될 수도 있다. 예를 들어, 그 변환은 특정 주파수에서의 위상 쉬프트(예컨대, 지연) 및 감쇠, 선형 필터링 효과, 또는 그들의 임의의 조합을 갖도록 모델링될 수 있다. 그 변환은 기대되는 코릴레이션 신호(expected correlation signal)를 위한 정현파 파형에 또는 기대되는 코릴레이션 신호를 위한 비정현파 파형에 적용될 수 있다. 그 코릴레이션 신호는 아날로그 도메인(analog domain) 또는 디지털 도메인(digital domain)에 있을 수 있다.
몇몇 구현예에서, 시스템은 RC 라인을 따른 지연에 민감할 수 있는데, 이는 단지 그것의 수신기 내에서 위상 동기식(phase-coherent) 복조를 수행하기 때문이다. (예컨대, 피크 검출기 또는 신호의 동상 및 직각위상 버전 모두에 대해 코릴레이션을 산출하고 sqrt(corr_q^2 + corr_i^2) 내지 그 함수의 소정의 근사치를 반환한 시스템과 같은) 비동기식(non-coherent) 수신기는 이러한 정정에 대한 필요를 갖지 않을 수 있다. 그러나, 잡음이 랜덤 위상으로 일어난다고 가정하면, 동기식 복조(coherent demodulation)는 수신되는 잡음 전력을 2의 비율로 감소시키는 데 사용될 수 있다. 동기식 복조는 SNR을 개선하는 데 도움이 될 수 있다.
몇몇 구현예에서, 단지 두 에지(edge)(예컨대, 행들에 대한 하나의 에지 및 열들에 대한 하나의 에지)로부터 센서가 구동된다면, R*C 곱은 라인의 단위 길이 당 저항 및 정전용량, 그리고 라인의 실제 길이에 의해 판정될 수 있는데, 여기서 최악의 경우는 총 저항 및 총 정전용량이 각각 R 및 C로 정의될 수 있는 컨택트로부터 가장 먼 각 트레이스의 단부(end)일 수 있다. 다른 구현예들에서, 센서는 모두 네 개의 에지로부터 구동될 수 있는데, 이에 대해 RC 시상수는 센서가 단지 두 에지에서 구동되는 경우로부터 감소될 수 있다. 이러한 구현예들에 있어서 최악의 경우를 고려한 총 저항은, 예컨대 라인의 중앙에서 생길 수 있고, 어느 쪽의 에지에서든 그렇지 않다. 그 지점은 값이 R/2이고 병렬인 두 저항기 내지 (R/2)/2 = R/4, 또는 총 길이의 반인 두 라인에 의해 구동될 수 있다. 정전용량은 이러한 구현예들에 대해 변화되지 않을 수 있다. 그와 같이, 단지 하나의 단부 대신, 양 단부로부터 라인을 구동함에 의하여, 시상수는 4의 비율로 감소될 수 있고, 4의 비율로 라인의 차단 주파수(cutoff frequency)에 대한 증가가 있을 수 있다.
한 구현예에서, 위와 같은 4의 비율을 만들어내는 이러한 구성은 트레이스의 두 단부를 전도성(예컨대, 구리) 와이어로 연결하고 센서 주위에 쭉 그 트레이스를 라우팅(routing)함으로써 성취될 수 있다.
도 3은 행렬의 라인을 가로질러 전압을 구동하기 위해 대응하는 제어 로직을 갖는 송신기를 포함하는 회로(300)의 예의 다이어그램을 도시한다. 회로(300)는 라인(320)의 어느 쪽의 단부 상에든 동일한 회로의 똑같은 복사본을, 그리고 똑같은 파형으로 이를 구동하기 위한 제어 로직을 포함한다. 쉬프트 레지스터(350)과 같은 쉬프트 레지스터들 내에 D 플립 플롭(flip flop)들이 배열되어 있다. 그러한 회로는 송신기들을 포함하는데, 각 송신기는 열마다 출력이 하나인 긴 고전압 쉬프트 레지스터(long, high-voltage shift register) 및 각 ITO 라인(320)을 구동하는 고전압 (high voltage: HV) 드라이버(330)를 갖는다. 별개의 쉬프트 레지스터(350)는 행렬의 각 측면에 연결되고, 두 개의 쉬프트 레지스터 체인은 동일한 로직 입력들(340, 345)을 제공받는바, 스텝을 맞추어(in lock step) 그 출력들이 뒤따라 나온다.
도 3에서, 회로는 대칭적이고, 트레이스 라인은 선택적으로 가운데에서 분리(split)될 수 있다(360). 이러한 대칭성으로, 회로는 어느 측면에서나 동일하고, 그와 같이 분리된 것의 어느 편에서나 전압은 동일할 수 있으며, 그것이 분리되어 있건 아니건 상관없이, 전류는 그 지점을 가로질러 흐르지 않을 수 있다. 만일 트레이스가 연결된 채로 남아 있다면 구동 회로의 에러로 인해 예컨대 전류 흐름이 생길 수 있을 것이며, 두 단부는 반대되는(opposite) 전압으로 구동될 것이다. 그러나 구동 회로에서의 이러한 에러가 있음 직하지 않을 수 있고, 트레이스 라인의 저항은 임의의 경우에도 전류가 안전한 값으로 제한될 수 있도록 충분히 클 수 있다. 만일 트레이스 라인이 분리되어 있고 그 트레이스를 따라 어딘가에서 개방 회로(open-circuit) 결함이 생긴다면, 그러한 트레이스 라인의 일부는 작동하지 않을 것이다(dead). 만일 트레이스 라인이 연결된 채로 있다면, 단 하나의 개방 회로 결함으로도, 그 결함이 어디서 생겼는지에 따라, 그 라인 중 하나가 다른 하나보다 훨씬 더 길(고 총 길이의 절반보다도 더 길) 수 있기는 하나, 트레이스 라인의 길이 전부는 여전히 연결되어 있을 것이다. 실제로, 그러한 라인들을 분리하느냐 아니냐의 결정은 이러한 타입의 대칭적 구현예에서 임의적일 수 있다.
구현예들은 또한, RC 라인 아래로의 기대되는 지연에 따라, 각 교차점에 있어서 다른 파형(예컨대, 다른 위상)에 대해 코릴레이팅하기 위해 채택될 수 있다. 몇몇 구현예는 다수의 파형에 관해 동시에 코릴레이팅할 수 있다.
도 4는 행렬의 라인을 가로질러 전류를 센싱하고 전압을 구동하기 위해 송신기 및 수신기를 포함하는 회로의 예의 다이어그램을 도시한다. 도 4는 열 및 행 방향 모두에서 회로(400)에 대한 대칭적인 설계를 보여준다. 회로(400)는 각 행(407) 상에서 적어도 하나의 송신기(403)를 가지고 각 열(409) 상에서 적어도 하나의 수신기(405)를 가진다. 구체적으로, 회로(400)는 각 행(407) 상에서 두 송신기(403, 413)를 가지고 각 라인(409 또는 429) 상에서 적어도 하나의 수신기(405 또는 419)를 가진다. 회로(400)의 상반부에서, 송신기(410)으로부터의 전류는 단지 위쪽의 수신기에 의해 수신될 수 있다. 회로(400)의 하반부에서, 송신기(420)로부터의 전류는 단지 아래쪽의 트랜지스터에 의해 수신될 수 있다.
수신기 측에서, 트레이스 라인은 가운데에서 분리되고, 상반부 및 하반부 각각의 수신기의 출력은 별개로 처리될 수 있다. 이 구현예는 두 송신기로 하여금, 그와 같이 분리된 것의 반대 측면들에 그 열들이 있는 한, 동시에 여기될 수 있도록 하는데, 그들이 상이한 수신기 집합에 의해 다루어질 것이기 때문이다. 그 결과, 분리된 것에 매우 가까운 것을 제외하고 모든 열들이 두 배의 스피드로 스캐닝될 수 있다. 이 구현예는 또한, 동일한 적분 시간이 주어질 때 프레임 레이트를 두 배로 할 수 있거나 동일한 프레임 레이트가 주어질 때 적분 시간을 두 배로 할 수 있다.
도 5는 터치 센서의 표면을 따라 행렬을 가로질러 위치(510)에 대해 측정된 정전용량(520)의 3차원 메쉬 그림(mesh plot)(500)의 예의 다이어그램을 도시한다. 3차원 메쉬 그림(500)에서, z 축은 측정된 베이스라인(baseline) 정전용량을 나타내고, x 축과 y 축은 터치 센서의 표면을 따라 행렬 내에서의 위치를 나타낸다. 수신된 신호 세기가 그림(500) 내의 매 교차점에 대해 코릴레이팅되어 있는 경우, 수신된 신호 세기는 행렬의 긴 라인들을 따라 떨어진다. 그림(500)은 예컨대 RC 트레이스 라인의 감쇠로 인한 위치 대비 수신된 신호 세기(530)에서의 기하급수적 감소가 있음을 보여준다. 그림(500)은 측정된 정전용량의 변화를 포함하는데, 이는 잡음 또는 어셈블리에서의 다른 기계적 변화에 기인할 수 있다.
코드분할( code - divided ) (대 시분할( time - divided )) 송신 파형
송신기는 직교 파형을 내보내고 각 수신기는 각 전송된 파형에 대하여 별개로 코릴레이팅될 수 있는 경우 송신기 및 수신기를 갖는 정전용량방식 터치 센싱 행렬을 위해 기술들 및 구현예들이 서술된다.
몇몇 구현예에서, 행렬 내 정전용량에 비례하는, 기대되는 파형에 대해 코릴레이팅될 때의 수신된 신호 세기에 대한 측정이 행해진다. 그러한 측정의 신호 대 잡음 비는 적분 시간의 함수일 수 있는데, 여기서 적분 시간이 더 길면 더 높은 신호 대 잡음 비를 달성하는 데 사용될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 여기 파형(excitation waveform)들은 서로에 대해 직교이고 동시에 송신될 수 있으며, 다른 구현예들에서는 여기 파형들이 잡음에 대해서뿐만 아니라 서로에 대해서 직교이고 동시에 송신될 수 있다.
몇몇 구현예에서, 정전용량방식 터치 센서 내에서 신호 대 잡음 비를 개선하기 위한 한 방법은 적분 시간을 증가시키는 것이다. 수신된 신호 에너지는 그 시간에 따라 선형적으로 증가할 수 있고, 한편 랜덤 잡음으로 인해 수신된 에너지는 단지 그 제곱근(square root)으로 증가한다. 시스템의 프레임 레이트 역시 적분 시간으로 크기 조정(scale)이 되기 때문에, 이는 프레임 레이트와 SNR 간 트레이드오프(tradeoff)일 수 있다. 시분할 대신 코드분할을 사용하여 다수의 송신기를 동시에 활성화시킬(activate) 수 있는 다른 구현예들이 만들어질 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 송신기를 위한 파형의 예의 다이어그램을 도시한다. 도 6a에는 여기(excitation)가 시분할 다중화(time-division multiplexing)을 수반하는 파형들이 있고 도 6b에는 여기가 코드분할 다중화(code division multiplexing)을 수반하는 파형들이 있다. 예를 들어, 도 6a는 송신기들(625, 630, 635, 640)을 보여주는데, 여기서 그 송신기들은 서로에 대해 시분할되는(예컨대, 시분할 다중화) 파형들(620)을 갖는다. 예컨대, 송신기(630)는 파형 시퀀스 [0, 0, 1, -1, 0, 0, 0, 0]를 가지며, 전압 대 시간 그림(615)은 디지털 값 1이 0V를 넘는 전압을 나타내고 디지털 값 -1이 0V가 못 되는 전압을 가지며 디지털 값 0이 0V를 나타냄을 보여준다. 송신기(625)는 파형 시퀀스 [1 -1, 0, 0, 0, 0, 0, 0]를 가지고, 송신기(635)는 파형 시퀀스 [0, 0, 0, 0, 1, -1, 0, 0]를 가지며, 송신기(640)는 파형 시퀀스 [0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, -1]를 가진다. 이 구현예에 있어서, 어떤 때든, 이 파형들이 직교이도록 그것들 중 오직 하나만 영이 아니다(non-zero).
도 6b는 송신기들(675, 680, 685, 690)들을 보여주는데, 여기서 그 송신기들은 서로에 대해 직교인 파형들(670)을 가지나, 어떤 때든 다수의 수신기는 영이 아닌 전압을 송신하고 있을 수 있다(예컨대, 코드분할 다중화). 예컨대, 송신기(690)는 [1, -1, -1, 1, -1, 1, 1, -1]라는 파형 시퀀스를 가지며, 전압 대 시간 그림(665)은 디지털 값 1이 0V를 넘는 전압을 나타내고 디지털 값 -1이 0V가 못 되는 전압을 가지며 디지털 값 0이 0V를 나타냄을 보여준다. 송신기(675)는 파형 시퀀스 [1, -1, 1, -1, 1, -1, 1, -1]를 가지고, 송신기(680)는 파형 시퀀스 [-1, 1, 1, -1, -1, 1, 1, -1]를 가지며, 송신기(685)는 파형 시퀀스 [-1, 1, -1, 1, 1, -1, 1, -1]를 가진다. 맨체스터 코딩된 하다마드 시퀀스(Manchester-coded Hadamard sequence)가 도 6b에 도시되었기는 하나, 시퀀스가 이러한 타입의 시퀀스에 제한되지는 않는다. 일반적으로, 임의의 직교 시퀀스가 사용될 수 있다. 몇몇 구현예들에서는, 예를 들어, 신호의 대역폭을 좁히기 위하여 단 하나의 사이클보다는 많은 사이클의 캐리어를 변조하도록 직교 시퀀스가 사용될 수 있을 것이다.
도 6b와 유사한 구현예들에서, 송신기는 직교 파형을 내보내고, 각 수신기는 단 하나의 코릴레이션을 수행하는 대신 전송된 파형 각각에 대해 개별적으로 코릴레이팅한다. 직교 파형은 일반적으로 임의의 수의 구현예에서 생성될 수 있다. 예를 들어, (거의) 직교인, 잡음과 비슷한 코드는, 최대 길이 쉬프트 레지스터(maximum-length shift register) 시퀀스의 연속적인 순환 쉬프트(cyclic shift)들을 취하여 생성될 수 있다. 몇몇 구현예는 코드분할 다중 액세스(code division multiple access: CDMA)에서 사용될 수 있는 코드의 클래스들과 관련될 수 있거나, 또는 직교하는 순수 톤(예컨대, 하나의 일정한 주파수에서의 비변조 캐리어)이 직교 주파수 분할 다중화(orthogoanl frequency-division multiplexing: OFDM)에서와 같이 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform: FFT)으로써 효율적으로 생성 및 복조될 수 있다.
다수의 열을 동시에 송신하는 주된 이유 중 하나는 송신되는 총 에너지를 증가시키고 그리하여 잡음이 변하지 않고 그대로 있더라도 신호 레벨을 증가시킴으로써 SNR을 개선하려는 것이다. 다소 덜 중요할 수도 있으나, 다른 이유는 협대역 가산성 잡음(additive noise)이 존재하는 중에 사용될 수 있는 광대역 코드 워드(code word)를 활용하려는 것이다.
이러한 코드들은 구간 전체 상에서 직교(즉, 0부터 T까지 code_l(t)*code_2(t)의 적분 = 0)인 반면, 더 짧은 구간 상에서는 이들이 반드시 직교인 것은 아니다(즉, 소정의 더 짧은 시간에 대한 위 적분이 반드시 0은 아님). 이는 적분 구간 동안 사용자의 손가락의 매우 잠시 동안의 터치 또는 움직임이 다른 코드들에 대해 스퓨리어스 코릴레이션(spurious correlation)들을 야기할 수 있어 실질적으로 시스템의 잡음 플로어(noise floor)를 올린다는 것을 의미할 수 있다. 적분 시간이 증가함에 따라 그리고 동시에 존재하는 코드의 수가 증가함에 따라 이 영향은 더욱 커질 수 있다. 이 점은 사실상 적분 시간을 제한할 수 있고, 이는 동시에 존재하는 코드의 수용가능한 수를 제한할 수 있다.
그러므로, 기술된 송신 기술의 구현예들은 부분적으로 적용될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 한번에 단 하나의 열 상에서 송신하는 것(예컨대, 전통적인 시분할뿐인 시스템) 대신에 송신이 적은 수의 열 상에서 동시에 일어날 수 있거나, 또는 모든 열 상에서 동시에 일어날 수 있다(예컨대, 나이브(naive) CDMA 시스템). 예를 들어, 행렬 내에 90 개의 열이 있다면, 그 열들은 짝을 지어 구동될 수 있고, 프레임들은 45 개의 적분 시간으로 구분될 수 있다. 다른 예에서는, 열들이 셋씩 무리지어 (예컨대, 한 번에 세 개) 구동될 수 있고, 프레임들은 30 개의 적분 시간으로 구분될 수 있다. 동시에 오직 적은 수의 열 상에서 송신하는 것에 의해, 적분 구간은 사용자의 손가락이 그 구간 상에서 거의 움직임이 없는 것일 정도로 짧게 유지되고, 스퓨리어스 코릴레이션은 생기지 않는다.
이 기술에 있어서 시분할된 파형은 그 파형의 구간 전체에 대해서만이 아니라 예컨대 임의의 간격 상에서 직교일 수 있다. 이것이 의미할 수 있는 바는, 사용자의 손가락이 센서의 대응하는 위치에 또는 그 위치 주위에 있는 시간의 양에 따라 각 수신된 파형에 단지 가중치를 주는 것(weighting)에 의해 기대되는 바와 같이 측정 동안 사용자의 손가락의 움직임이 행동할 수 있다는 점이다.
직교 여기 파형을 결정하기 위한 몇몇 구현예는 변조를 위한 제1 주파수를 선택하는 것, 제1 주파수 주위의 제1 의사 잡음(pseudo-noise) 시퀀스를 생성하는 것, 그러한 의사 잡음 시퀀스를 위한 캐리어 신호를 생성하는 것 및 제1 주파수 주위에서 캐리어 신호의 수 사이클을 위 의사 잡음 시퀀스로 변조하는 것을 수반할 수 있다. 제1 주파수는 일반적으로 대략 100 kHz일 수 있고, 캐리어 신호의 수는 예컨대 10보다 작다. 센서 외부의 소스로부터의 전기적 잡음이 알려진 주파수들(예컨대, LCD의 수평 리프레쉬(horizontal refresh) 주파수 또는 냉음극 형광 백라이트(cold-cathode fluorescent backlight)의 동작 주파수)로 된 좁은 범위에 존재한다면, 그러한 잡음 주파수들에 대해 여기 파형 모두가 직교하도록 설계될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 소정의 잡음 주파수에 직교하는 파형의 생성은 적어도 변조 주파수 및 기본 의사 잡음 코드(base pseudo-noise code) 모두에 좌우될 수 있다.
몇몇 구현예에서, 센서 외부의 소스로부터의 전기적 잡음이 좁은 주파수 범위에 존재하나 정확한 주파수들은 알려지지 않은(unknown) 경우라면, 그 주파수들은 측정될 수 있고 여기 파형들은 측정된 잡음 소스들에 대해 직교가 되도록 실행 시에 적응적으로 선택될 수 있다. 잡음의 주파수들은 예컨대 송신기들 대부분 또는 모두를 일정한 출력 전압으로 유지하고 수신기들로 유입되는 신호의 스펙트럼을 측정하는 것에 의해 판정될 수 있다. 이 측정은 예컨대 알려지지 않은 주파수가 변화 또는 계속할 것으로 기대되는 레이트에 대응하는 간격에서 반복되고 미지의 주파수가 변화할 것으로 기대되는 레이트에 대응하는 시상수로 평균이 계산될 수 있다.
국부적으로 신호 대 잡음( signal to noise )을 개선하기
선택적 스캐닝에 의해 정전용량방식 터치 센서에서 신호 대 잡음 비를 국부적으로 개선하기 위한 기술들 및 구현예들이 서술된다.
몇몇 애플리케이션에서, 사용자가 센서를 터치하고 있는 경우뿐만 아니라 사용자가 센서를 막 터치하려고 하는 경우(예컨대, 사용자가 센서의 수 밀리미터 내에 손가락을 들고 있으나 그것을 터치하고 있지는 않은 경우)를 아는 것이 유용할 수 있다. 이러한 상태를 검출하는 능력을 갖고 있는 것은 때때로 "호버" 상태("hover" condition)라고 언급된다.
단지 표준적인 차동 정전용량을 이용하여 그러한 "호버"를 측정하기 위한 기술들이 서술된다. 예를 들어, 그 기술들은 타겟 터치 성능(예컨대, 대략 120 Hz)을 위해 적절한 프레임 레이트를 유지하고 시간적으로(temporally) 출력 코릴레이션의 평균을 내서 "호버" 상태에 대한 더 느린 스피드 및 더 적은 잡음의 신호를 만들어내는 것에 의해 그러한 "호버"를 측정하는 것을 수반할 수 있다. 기술들은 또한, 각 프레임의 이미지를 커널(kernel)로 콘볼루션하기(convolving) 함으로써, 기대되는 반응의 크기를 공간적으로(spatially) 평균하는 것을 수반할 수 있다. 예컨대, 사용자가 행렬을 터치하고 있는 경우, 사용자는 예컨대 직경이 대략 10mm인 점(spot)을 만들어낼 수 있다. 사용자가 자신의 손가락을 행렬로부터 멀리 이동시킴에 따라, 그 점의 강도(intensity)는 감소할 수 있으나, 그 점의 직경은 증가할 수 있다. 그래서, 이 예에 대해서는 감소된 공간적 해상도(resolution)가 수용가능할 수 있다.
부가적인 적분 시간을 위해 소정의 송신 요소를 선택함으로써 잡음 성능을 개선하기 위한 다른 기술들이 있을 수 있다. 예를 들어, (3, 5) 및 (8, 2)에서의 센서 요소가 호버 상태를 검출하기 위한 역치 조건(threshold condition)(예컨대, 호버 역치(hover threshold))를 넘어 있다고 판정하기 위해 행렬의 초기 스캔(initial scan)이 있을 수 있으나, 호버 역치는 잡음 플로어에 매우 가까울 수 있고, 이는 잘못된 작동(false actuation)을 트리거할 수 있다. 잘못된 작동을 트리거하는 것을 방지하기 위해, 열 5 및 열 2는 부가적인 간격 동안 스캔될 수 있고 그 결과는 원래의 데이터와 함께 평균이 계산되어 그 후보들에 대한 신호 대 잡음을 개선할 수 있다. 개선된 측정이 여전히 호버 역치를 넘는다면 그와 같이 측정된 것이 보고될 수 있고, 그렇지 않으면 그와 같이 측정된 것은 거부된다. 주어진 시점에 열들 중 매우 작은 부분만 터치되거나 호버링되는(hovered) 한, 프레임 레이트는 상당히 저하되지 않을 수 있다. 행보다 수신기가 더 적은 몇몇 다른 구현예에서, 행을 선택함으로써 수신기가 시간 다중화될(time-multiplexed) 수도 있다.
예컨대 완벽한 스캔이 데이터를 수용가능한 SNR 및 프레임 레이트로 반환하기에는 스크린 사이즈가 너무 큰 상태에 있어서, 단지 터치를 위해서도 다른 기술들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 짧은 적분 시간으로 전체 스크린을 스캔하고 이어서 초기 스캔에 따라 터치가 계속 존재하고 있는 그러한 열들만을 재스캐닝하는 것이 가능할 수 있을 것이다. 예를 들어, 긴 적분 시간으로 이전 프레임에 터치가 존재하였던 열들을 스캔하고 행렬의 나머지를 더 짧은 적분 시간으로 또는 (예컨대 인터레이스(interlace) 패턴으로) 프레임 당 한번보다 훨씬 적게 스캔하는 것 역시 가능할 수 있을 것이다. 이러한 접근법으로부터, 초기 터치는 다소 증가된 레이턴시(latency)를 가질 수 있으나, 후속하는 프레임에서는 레이턴시가 감소될 수 있다.
도 7a 및 7b는 프레임 및 서브프레임에 대한 타이밍 다이어그램의 예의 다이어그램을 도시한다. 도 7a 및 7b는, 인터레이스 패턴(예컨대, 1:4 인터레이스로서 풀 프레임(full frame)은 약 30 Hz이고 서브프레임은 약 120 Hz임)으로 센서 전부의 스캔을 수행하되 (120 Hz 시스템의 레이턴시에 있어서 사용자가 그것을 터치한 경우) 전속력으로 마지막 프레임에 터치를 갖는 열들을 스캐닝하는 것을 포함하는, 선택적 스캐닝에 의해 SNR을 국부적으로 개선하기 위한 기술들을 도시한다.
도 7a는 4 개의 서브프레임(720, 725, 730, 735)이 120 Hz의 서브프레임 주파수를 갖는 프레임(715)에 대해 30 Hz의 스캔 주파수에서의 스캔의 예의 다이어그램을 보여준다. 도 7a는 서브프레임 당 4 개의 열 및 프레임 당 4 개의 서브프레임으로서 프레임 당 16 개의 열이 있음을 보여준다. 도 7A에서의 스캔은 터치가 전혀 없을 때의 인터레이스 패턴을 보여준다.
도 7b는 4 개의 서브프레임(770, 775, 780, 785)이 120 Hz의 서브프레임 주파수를 갖는 프레임(765)에 대해 30 Hz의 스캔 주파수에서의 스캔의 예의 다이어그램을 보여준다. 도 7b는 서브프레임 당 4 개의 열 및 프레임 당 4 개의 서브프레임으로서 프레임 당 16 개의 열이 있음을 보여준다. 도 7b에서의 스캔은 열 4 내에 터치가 있는 경우 인터레이스 패턴을 보여주는데, 여기서 열 3, 4 및 5는 레이턴시를 향상시키기 위하여 언제나 스캔된다. 몇몇 구현예에서, 시스템의 레이턴시는 사용자가 그것을 터치한 경우 대략 120 Hz일 수 있다.
도 8a는 센서의 풀 프레임을 스캔하는 방법(810)의 예의 플로우 다이어그램(flow diagram)을 도시한다. 도 8a는 방법(810)을 4:1 인터레이스된 것으로 보여주는데, 여기서 선택적 열들의 제1 집합이 스캔되고 현재 터치된 리스트로부터 열들이 스캔되며, 선택적 열들의 제2 집합이 스캔되고 현재 터치된 리스트로부터 다른 열들이 스캔된다. 이 방법은 열 0, 4, 8, ... 을 스캔하는 것(805), 그리고 "현재 터치된" 리스트로부터 열들을 스캔하는 것(810)을 수반한다. 이어서, 열 1, 5, 9, .. (815)이 스캔되고 "현재 터치된" 리스트로부터의 열들(820)이 스캔되며, 이어서 열 2, 6, 10, ...(825)이 스캔되고 "현재 터치된" 리스트로부터의 열들(830)이 스캔되며, 이어서 열 3, 6, 11, ... (835)이 스캔되고 "현재 터치된" 리스트로부터의 열들(840)이 스캔된다. 이 방법(810)에서, 선택적 열들의 제1 집합은 0부터 n까지의 열을 포함하되, 여기서 n은 정수이고, 선택된 열들은 열 0부터 열 n 사이의 매 4 번째 열을 포함하고; 선택적 열들의 제2 집합은 0부터 n까지의 열을 포함하되, 여기서 선택된 열들은 열 1부터 열 n 사이의 매 4 번째 열을 포함하고; 선택적 열들의 제3 집합은 0부터 n까지의 열을 포함하되, 여기서 선택된 열들은 열 2부터 열 n 사이의 매 4 번째 열을 포함하고; 선택적 열들의 제4 집합은 0부터 n까지의 열을 포함하되, 여기서 선택된 열들은 열 3부터 열 n 사이의 매 4 번째 열을 포함한다.
도 8b는 센서의 하나의 열을 스캔하는 방법(850)의 예의 플로우 다이어그램을 도시한다. 방법(810)은 활성 열(active column) 내 모든 행을 동시에 스캔하는 것(855), 이 열에 대해 "현재 터치된" 비트를 클리어(clear)하는 것(860), 그리고 이어서, (순차적으로든 병렬적으로든) 그 열 내의 각 행에 대해 몇몇 판독(readout) 및 측정을 반복하는 것을 수반할 수 있는 다른 방법(880)을 수행하는 것을 수반한다. 그러한 판독 및 측정은, 행 i에 대한 측정을 판독(865)하고 만일 그 측정이 베이스라인(baseline)보다 아래라면 그 열에 대해 "현재 터치된" 비트를 설정(870)하기 위한 방법(880)을 수반한다. 도 8a 및 8b에서 스캔되는 여러 열에는 다수의 스캔이 있고 그들의 수신된 신호에 대해 평균이 구해질(averaged) 수 있다. 조합된 SNR은 하나의 스캔에 대한 SNR보다 클 수 있다.
잡음 면역을 위한 송신 파형 설계
정전용량방식 터치 센싱 행렬에 대하여, 송신되는 파형에 잡음 면역을 제공하기 위한 기술들 및 구현예들이 서술된다.
터치 센서가 LCD 상부 상에서 사용되고/되거나 구현되면, 지배적인 잡음 소스는 LCD 동작으로부터 도출될 공산이 있다. 예컨대, LCD가 대략 1000x1000 픽셀을 가질 수 있고, 대략 초(second) 당 100 프레임으로 작동할 수 있으며, 따라서 대략 (100 frames/s)*(1000 lines/frame) =100,000 lines/s 내지 100 kHz인 라인 스캔 주파수를 가질 수 있다. 이는 평판 스크린(flat-screen) 텔레비전 및 대형 모니터와 같은 대형 디스플레이에 있어서 상당히 주목할 만한 것일 수 있다. 이는 정전용량방식 터치 센서의 여기 주파수에 가까울 수 있고, 그래서 대역내(in-band) "잡음"으로 간주될 수 있다. 이러한 구현예들 중 일부에서, LCD의 라인-스캔 주파수가 그러한 지배적인 "잡음" 소스인 신호를 포함하는 적분 구간 상에서 여기 파형이 LCD의 라인-스캔 주파수에 직교이도록 여기 주파수가 선택될 수 있다.
몇몇 구현예에서, 송신되는 파형이 변조되지 않은 캐리어인 경우, 직교 주파수 편이 키잉(orthogonal frequency shift keying: OFSK)을 위한 주파수 짝(frequency pair)를 선택하는 데 사용되는 것과 동일한 내지 유사한 프로세스를 사용하여 주파수 짝이 선택될 수 있다. 예를 들어, 주파수 f 및 2f는 그들의 상대적인 위상에 상관없이 구간 1/f 상에서 직교일 수 있다. LCD가 100 kHz의 라인-스캔 주파수를 가지면, 행렬의 스캔은 50 kHz나 200 kHz로 수행될 수 있고, 적분 구간은 20 us나 10 us의 배수로 선택될 수 있다. 그러면 라인-스캔 주파수 주위의 잡음은 완전히 리젝트(reject)될 것이다. 더 복잡한 파형이 주파수 도메인에서 설계될 수 있고 이어서 푸리에 변환될 수 있으며, 또는 특정 주파수 응답을 위해 유한 임펄스 응답(finite impulse resonse: FIR) 필터 계수를 선택하는 경우와 동일한 알고리즘을 사용하여 설계될 수 있다. 코릴레이션이 디지털 도메인에서 생기기 때문에, 그것은 디지털 신호가 행으로의 아날로그 전류의 근사적으로 정확한 표현인 경우에만 잡음을 리젝트할 수 있다. 예컨대, ADC가 포화되면, 이는 그러한 경우가 아닐 것이며, 잡음 전부가 리젝트되는 것이 아닐 수 있다. 그러한 ADC 포화를 다루기 위해, 최대 또는 최고의 기대되는 잡음 레벨 및 최대 EH는 최고의 신호 레벨에 대해 그 변환기가 포화되지 않도록 ADC까지의 이득(gain)이 선택될 수 있다.
몇몇 다른 구현예는 잡음 주파수를 리젝트하도록 수신 경로(receive path) 내에 노치 필터(notch filter)를 두는 것을 수반할 수 있다. 이것은 잡음을 리젝트할 수 있으나, 만일 여기 파형이 여전히 그 주파수 주위에서 에너지를 갖고 있으면, 송신되는 신호의 성분은 수신기에 의해 리젝트될 수 있다. 이것은 그러한 신호의 성분을 송신하는 데 사용되는 에너지가 이용되지 않았다는 것을 의미할 수 있다. 몇몇 대안적인 구현예는 송신되는 주파수를 특히 잡음 주파수에서 어떠한 성분도 갖지 않도록 설계할 수 있는데, 이는 시스템으로 하여금 잡음을 리젝트하면서 그 송신되는 전력을 온전히 사용하게끔 할 수 있다.
이 접근법에 있어서, 잡음 주파수가 미리 알려져 있다면 유용할 수 있는데, 이는 LCD에 대해 일반적인 경우이다. 예를 들어, LCD는 입력 신호의 타이밍과는 무관하게 일정한 픽셀 클록(pixel clock) 및 일정한 타이밍으로 작동할 수 있고, 그 내부의 시간축(timebase) 내에서 작동하도록 입력 신호를 재샘플링(resample)할 수 있다. 그러나 만일 잡음 주파수가 어떤 이유에서 미리 알려져 있지 않다면, 또는 그러한 환경으로부터 소정의 다른 협대역 잡음 소스를 리젝트하는 것이 필요하게 된다면, 구현예들은 수신기 상에서 측정된 잡음의 스펙트럼에 따라 적응적으로 송신 파형을 선택하는 것을 수반할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 터치를 검출하기 위한 역치들은 수신되는 잡음의 크기에 따라 적응적으로 선택될 수 있는바, 만일 주변의 잡음이 크다면 터치를 검출하기 위한 역치는 증가될 수 있고 잘못된 터치를 트리거링할 가능성은 감소될 수 있다.
도 9는 복조가 수행되기 전 시스템의 아날로그 프론트 엔드의 출력에서의 "잡음"의 예의 다이어그램을 도시한다. 다이어그램(900)은 전압 잡음의 전압 파형(915) 대 시간의 예를 포함한다. 전압 파형(915)은 적어도 두 개의 가산성 성분을 포함한다: 랜덤 잡음 소스에 대응하는 확률론적(stochastic) 성분(920) 및 LCD의 수형 리프레쉬 주파수에 대응하는 결정론적(deterministic) 성분(930). 다이어그램(900)은 시뮬레이션된 예로부터 취해진 잡음을 포함한다.
도 10은 여기 파형의 적절한 선택으로 복조가 수행된 후 잡음의 예의 다이어그램을 도시한다. 다이어그램(1000)은 수신된 잡음 대 시간의 파형(1015)을 보여준다. 파형(1015)의 y축은 ADC 출력에 따라 임의의 단위로 되어 있을 수 있는데, 그 상대적 값(즉, SNR)이 여기서 고려되고 있기 때문이다. 잡음은 가시적인 결정론적 구조가 전혀 없는 것으로 보이며, 확률론적 성분(1010)으로만 구성된 것처럼 보인다. 잡음의 크기는 작다(예컨대, 대략 4 카운트 제곱 평균 제곱근(Root Mean Square: RMS)). 다이어그램(1000)은 측정된 데이터의 예로부터 취해진 잡음을 포함한다.
도 11은 여기 파형의 부적절한 선택으로 복조가 수행된 후 잡음의 예의 다이어그램을 도시한다. 다이어그램(1100)은 수신된 잡음 대 시간의 파형(1115)을 보여준다. 파형(1115)의 y축은 도 10에서와 같은 임의의 단위로 되어 있다. 파형(1115)의 잡음은 적어도 두 개의 가산성 성분을 수반하는데, 랜덤 잡음 소스에 대응하는 확률론적 성분 및 복조 후 LCD의 에일리어스된(aliased) 수평 리프레쉬 주파수에 기인하는 결정론적 성분(1110)이 이들 성분이다. 도 11에서 잡음의 크기는 도 10보다 크다(예컨대, 대략 20 카운트 RMS). 다이어그램(1100)은 측정된 데이터의 예로부터 취해진 잡음을 포함한다.
도 12는 적분 구간 상에서 여기 주파수에 대한 잡음 주파수의 코릴레이션의 예의 다이어그램을 도시한다. 적분 구간 상에서 잡음과 여기 주파수 간 크로스-코릴레이션(cross-correlation)의 싱크 부류의(sinc-like) 파형(1215)을 보여주는데, 여기서 적절한 여기 주파수들에 대한 최적의 선택들은 파형(1215)의 영점(null)들에 존재하게 된다. 위 다이어그램의 y축은 잡음과 여기 주파수가 동일한 경우 1의 값으로 정규화되어 있다. 파형(1215)에서, 잡음 주파수는 135kHz이고, 적분 구간은 여기 주파수의 6 사이클이다.
몇몇 LCD 패널의 예시적 구현예들 일부에서, 광대역 잡음의 버스트(a burst of broadband noise)가 풀 프레임 시간의 좁은 슬라이스(slice) 동안 생성될 수 있다. 예를 들어, 하나의 55", 120Hz 패널에 대해서, 광대역 잡음은 그와 같은 8.3 ms 프레임의 대략 150 us 동안 생성될 수 있다. 프레임이 열에 의해 시분할되는바(time-divided), 이 잡음은 특히 잡음 있는 열들의 집합(a particularly noisy set of columns)으로서 측정된 정전용량 이미지에서 나타날 수 있다. 이 잡음 있는 열들은 예컨대 LCD의 프레임 레이트 및 정전용량방식 터치 센서의 프레임 레이트 간 비트 주파수(beat frequency)에서 정전용량 이미지 내에서 이동할 수 있다. LCD와 터치 센서가 주파수 잠금된(frequency locked) 경우라면, 잡음 있는 열들은 정상적(stationary)일 수 있다. LCD와 터치 센서가 위상 잠근된(phase locked) 경우라면, 그러한 잡음 있는 열들의 위치가 식별될 수 있고, 측정은 그 시간 동안 중단될 수 있다. 이는 이용가능한 적분 시간을 약간 감소시킬 수 있으나, 최악의 경우의 잡음 성능을 개선시킬 수 있다. 시스템은 LCD의 픽셀 클록 및 동기화(예컨대, 데이터 인에이블(data enable: DE)) 신호에 직접 연결됨으로써 위상 잠금될 수 있다. 위상 잠금을 위한 그러한 기술이 가능하지 않다면, 시스템은 측정된 데이터를 살피는 것 및 최고 잡음 열을 식별하는 것에 의해 위상 잠금될 수 있다. 그러면, 최고 잡음 열을 타겟 내지 원하는 위치에 두기 위해 제어 시스템이 프레임 레이트를 조정할 수 있다. 이 기술은 LCD 모듈로의 연결을 가질 필요는 없다.
몇몇 구현예는 예컨대 CDMA 기술과 유사한 기술을 사용함으로써 다수의 직교 여기 파형을 동시에 송신할 수 있다. 그러한 구현예들은 잡음 주파수에 직교인 여기 파형 모두를 선택하는 것이 가능할 수 있다. 잡음 주파수는 미리 알려질 수 있고, 여기 파형은 그 알려진 주파수에 직교이도록 설계될 수 있다. 잡음 주파수가 미리 알려지지 않았다면, 잡음 주파수는 수신기를 사용하여 측정될 수 있고, 여기 파형은 선택(예컨대 적응적으로 선택)될 수 있다.
여기 전압
시스템의 잡음 성능은 일반적으로 결정될 수 있는데, 예컨대 수신기에서의 신호 대 잡음 비에 의해 결정될 수 있다. 위에서 기술된 바와 같이, 여러 가지 기술은 정확한 기대되는 파형에 대해 코릴레이팅하는 것(여기서 유효한 수신된 에너지는 신호로부터 추출됨) 및 총 수신된 잡음을 감소시키기 위해 잡음에 직교인 파형을 선택하는 것을 포함하여 SNR을 개선할 수 있다. SNR을 개선하는 다른 기술은 송신 전력을 증가시키는 것일 수 있다. 예컨대, 소형 정전용량방식 터치 센서(예컨대, 대략 4" 대각선 거리)은 표준적인 로직 전압(예컨대, 대략 3.3 V 내지 약간 더 큼)에서 동작할 수 있고, 더 큰 터치 스크린(예컨대, 대략 15" 내지 더 큰 대각선 거리)은 예컨대 대략 10-20 V로 동작할 수 있다. SNR은 전압으로 크기 조정될 수 있기 때문에, 몇몇 구현예는 예컨대 200 V의 최대 송신 전압으로 동작하는 시스템을 가짐으로써 SNR을 개선할 수 있다. 이것은 방사성 방출(radiated emissions)을 증가시킬 수 있는데, 이는 예컨대 고속 에지(fast edge)들의 슬루율(slew rate)을 제한하는 것 또는 송신되는 신호를 잡음과 비슷한 (예컨대, 광대역) 코드로 변조하는 것에 의해 경감될 수 있다. 이는 또한 사용자를 거치는 전류를 증가시킬 수 있으나, 그러한 전류는 단지 예컨대 수십 마이크로앰프에 불과할 수 있다. 이 전류는 관심 주파수에서 대략 10 mA일 수 있는, 감지 역치(threshold of sensation)보다 훨씬 작을 수 있다. 감지 역치는 주파수에 따라 증가하기 때문에, (신경과의 상호작용으로 인해) 자릿자릿하는 것(tingling)으로부터 (살에서의 I^2*R 열로 인한) 온기까지 감지가 변화함에 따라, 높은 주파수는 사용자를 거치는 최고 수용가능한 전류의 증가를 가능하게 할 수조차 있다. 더하여, 한번에 오직 하나의 열이 스캔되고 사용자는 오직 적은 수의 열을 터치하고 있다면, 평균 전류는 더 감소된다. 이것은 예컨대 사용자가 100 개 열의 센서에서 3 개 열을 터치하고 있다면 평균 전류는 피크 전류의 3/100일 수 있다는 것을 의미할 수 있다.
아날로그 프론트 엔드
정전용량방식 터치 센싱 시스템을 위한 아날로그 프론트 엔드 회로를 설계하기 위한 기술들 및 구현예들이 서술된다.
도 13은 1-스테이지의(one-stage) 프론트 엔드 증폭기 및 2-스테이지의(two-stage) 프론트 엔드 증폭기로부터의 출력 응답들의 예의 다이어그램을 도시한다. 다이어그램(1300)은 하나의 스테이지의 증폭기 진폭 응답(1320) 및 2-스테이지의 증폭기 진폭 응답(1330)을 보여준다. 제1 및 제2 스테이지의 증폭기는, 10MHz 이득* 대역폭 연산 증폭기(operational amplifier)들을 사용하고 총 정전용량 C=800 pF 및 저항 R=5 kOhm인 균일한 RC 라인에 의해 로드되는, 이득이 대략 1V/uA인 프론트 엔드 증폭기들이다. 하나의 스테이지의 증폭기 진폭 응답(1320)은 이득에서 원치 않게 피크에 달하는 것(1310)을 갖는데, 이는 시간 도메인에서 울리는 것(ringing)에 대응한다.
프론트 엔드 증폭기들의 몇몇 구현예는 전방에서 트랜스임피던스 이득(transimpedance gain) 전부를 취하고자 하지 않을 수 있는데, 이는 입력에서 접지되는 큰 정전용량과 안정적이도록 증폭기를 유지하는 것을 어렵게 할 수 있기 때문이다. 이 구현예들은 전방에서 작은 트랜스임피던스 이득을 취하고 그러한 작은 트랜스임피던스 이득에 이어 전압 이득도 그리하여 성능을 개선할 수 있다. 처음의 트랜스임피던스 이득은 제1 스테이지의 디바이스 및 다른 잡음이 지배적이지 않도록 충분히 크게 선택될 수 있는데, 이는 그 잡음이 제2 스테이지의 전압 이득에 의해 배가될 것이기 때문이다. 예컨대, 총 잡음(제2 스테이지의 출력으로 지칭될 수 있음)이 대략 100 mV RMS일 것으로 기대되고 제2 스테이지가 10 V/V의 이득을 갖는다면, 제1 스테이지는 디바이스 잡음 (및 예컨대 파워 서플라이로부터 커플링된 잡음을 포함하여, 다른 잡음 소스로부터의 잡음)이 아마 10 mV 아래일 수 있다.
도 14a는 2-스테이지 프론트 엔드 증폭기 회로의 예의 다이어그램을 도시한다. 회로(1400A)에서, 제1 증폭기(IC1A)는 레터런스 전압(reference voltage)(VREF)이 비반전(non-inverting) 입력 단자(3) 상에 있고, 입력(IN0)이 반전(inverting) 입력 단자(2)에 있되, 제1 피드백 캐패시터(Cf) 및 제1 피드백 저항기(Rf)는 증폭기(IC1A)의 출력 단자(1) 및 반전 입력 단자(2) 간에 연결된다. 출력 단자(1)는 연속해서 저항기(Ra)에 연결되는 캐패시터(Ca)에 직렬로 연결된다. 제2 증폭기(IC1B)는 비반전 단자(5)가 레퍼런스 전압(VREF)에 연결되고 반전 단자(6)가 저항기(Ra)에 연결된다. 제2 피드백 캐패시터(Cb) 및 제2 피드백 레지스터(Rb)가 제2 증폭기(IC1B)의 출력 단자(7) 및 반전 입력 단자(6) 간에 연결된다.
도 14a의 구현예는 선형 증폭기를 사용하여 고품질 순수 아날로그 프론트 엔드를 포함할 수 있다. 이러한 구성은 입력 전압을 일정한 값에 매우 가깝게 유지할 수 있고 접지까지 상당한 정전용량을 견딜 수 있다. 도 14a에서, 센서의 행은 입력(IN0)에 연결될 수 있다. 이러한 설계는 이득이 Rf 및 Cf에 의해 결정되는 트랜스임피던스 증폭기일 수 있다. 이 증폭기(1400A)는 (V/A 단위로) 이득이 l/(s*Cf)이고 s = j*2*pi*f는 입력 신호의 주파수인 적분기(integrator)로 간주될 수 있다. 저항기(Rf)는 입력 상의 적분기 드리프트(integrator drift)를 중단시키기 위해 시상수 Rf*Cf를 적분 구간보다 빠르게 두도록 선택될 수 있다. 예컨대, 대략 100 kHz의 여기 주파수에 대해, 그러한 시상수는 대략 (2.2 nF)*(2.2k) = 4.8 us일 수 있는데, 이는 10 us의 위 구간보다 더 빠르다. 센서 행렬 내 캐패시터와의 조합으로, 이러한 구성은 본질적으로 전압 분배기(voltage divider)를 형성할 수 있고, 그래서 만일 송신 전압이 Vt이고 센서 피시험 정전용량(sensor capacitance under test)이 Cut이면, 증폭기(IC1A)는 전압 Vt*Cut/Cf를 출력할 수 있다.
더 작은 트랜스임피던스 이득을 취하는 것 및 그에 이어 전압 이득에도 그리하는 것에 의해, (예컨대 값이 수백 pF일 수 있는, 트레이스가 대형 디스플레이에서 길 때 생길 것과 같은) 입력에서 접지되는 큰 정전용량이 존재할 때조차, 폐루프 전송 함수(transfer function)는 안정적일 수 있고 울리는 것(ringing) 내지 발진(oscillation)이 방지될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 처음의 트랜스임피던스 이득은, 연산 증폭기의 디바이스 잡음 및 수신기 회로 내의 임의의 커플링된 잡음이 총 시스템 잡음에 비해 사소할 정도로 충분히 크게 선택될 수 있다.
몇몇 구현예에서, 예를 들어, 증폭기(IC1A)의 디바이스 및 다른 노이즈는 시스템 내에서 생성되는 잡음의 가장 중요한 소스일 수 있는데, 그 노이즈는 증폭기(ICIB)의 이득에 의해 증폭되기 때문이다. 설계의 일 예에서, 이는 대략 2.2 nF의 정전용량 Cf, 대략 1.5 kOhms의 저항 Rf 및 대략 20의 전압 이득 Rb/Ra에 대응할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 캐패시터 Ca는 60 Hz 주위에서 매우 낮은 이득을 초래하도록 선택될 수 있는데, 여기서 예컨대 사용자의 손가락으로부터 커플링된 잡음은 신호의 그것에 비해 10배 이상 큰 진폭을 가질 수 있다.
도 14b는 안정성(stability)를 위한 정전용량 및 저항의 적절한 값으로 프론트 엔드 증폭기를 설계하기 위한 예의 플로우 다이어그램을 도시한다. 플로우 다이어그램(1400)의 방법에서, 파라미터들은 원하는 총 이득 G(단위는 정전용량으로 될 수 있음) 및 증폭기의 입력에서의 총 정전용량 Cin(센서 내 ITO 트레이스 라인의 정전용량으로서 모델링될 수 있음)를 포함한다. 다른 파라미터들은, 여기 주파수 f (내지 예컨대 의사 잡음 시퀀스인 광대역 여기 신호에 대한 중심 주파수), 그리고 전류의 단위로, LCD로부터 커플링될 수 있고, 아날로그 프론트 엔드 입력으로 지칭될 수 있는, 기대되는 총 시스템 잡음 In을 포함할 수 있다.
그 방법은 총 입력 정전용량 Cin에 필적하는 Cf　를 선택하는 것(1420) 및 관심 주파수에서 임피던스 크기가 대략 Cf와 동일한 크기쯤 되는 Rf, 예컨대 Rf　= l/(2*pi*f*Cf)를 선택하는 것(1425)을 수반한다. 그 방법은, 예컨대 Cf/G와 같이 제1 스테이지 이득에 의해 분배된 원하는/타겟 이득과 동일한 비 Rb/Ra를 선택하는 것(1430) 및 (시스템 대역폭 상에서 적분되는) 총 전압 잡음 Vn에 대해 In/(2*pi*f*G)>>(Rb/Ra)*Vn이 되도록 제1 스테이지를 설계하는 것(1435)을 수반한다. 그 방법은 또한 60 Hz에서 약 500:1 감쇠를 위해 정전용량 Ca　= l/((Ra*500)*(60 Hz)*2*pi)이도록 Ca를 선택하는 것(1440)을 수반한다. 이어서, 그 방법은 10*f에서 10:1 감쇠를 위해 정전용량 Cb　= l/((Rb/10)*(10*f)*2*pi)이도록 Cb를 선택하는 것(1445)을 수반한다.
발명 대상의 서술된 실시예들 중 일부 및 그 동작들은 본 명세서에서 개시된 구조 및 그 구조적 등가물을 포함하여 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어 또는 하드웨어로 또는 디지털 전자 회로로 구현될 수 있고, 또는 그들 중 하나 이상의 조합에 의해 구현될 수 있다. 본 명세서에서 서술된 발명 대상의 실시예들은 데이터 처리 장치에 의한 실행을 위해 또는 데이터 처리 장치의 동작을 제어하기 위해 컴퓨터 저장 매체 상에 인코딩된 하나 이상의 컴퓨터 프로그램, 즉 컴퓨터 프로그램 명령어의 하나 이상의 모듈로서 구현될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 프로그램 명령어는, 데이터 처리 장치에 의한 실행을 위해 적절한 수신기 장치로 전송되기 위한 정보를 인코딩하도록 생성되는, 예컨대 기계-생성된(machine-generated) 전기적, 광학적 내지 전자기적 신호와 같은, 인위적으로 생성된(artificially-generated) 전파되는 신호 상에 인코딩될 수 있다. 그러한 데이터 처리 장치는 센서를 포함할 수 있고, 센서를 구비한 시스템의 일부일 수 있고, 시스템 및/또는 센서 내에 통합될 수 있고, 수신기들, 송신기들, 그러한 수신기들 및/또는 송신기들 내지 센서와 연관된 컴포넌트 및/또는 로직, 또는 그들의 임의의 조합의 일부일 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 저장 디바이스, 컴퓨터 판독가능 저장 기판(substrate), 랜덤 또는 직렬 액세스 메모리(random or serial access memory) 어레이 내지 디바이스, 또는 그들의 하나 이상의 조합이거나 그 안에 포함될 수 있다. 더욱이, 컴퓨터 저장 매체는 전파되는 신호는 아니나, 컴퓨터 저장 매체는 인공적으로 생성된 전파되는 신호 내에 인코딩되는 컴퓨터 프로그램 명령어의 소스 또는 목적지(destination)일 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 또한 하나 이상의 개별 물리적 컴포넌트 또는 매체(예컨대, 다수의 CD, 디스크 내지 다른 저장 디바이스)이거나 그 안에 포함될 수 있다.
본 명세서에서 서술된 동작들은 하나 이상의 컴퓨터 판독가능 저장 디바이스 상에 저장된 또는 다른 소스로부터 수신된 데이터에 대해 데이터 처리 장치에 의해 수행되는 동작으로서 구현될 수 있다.
예로서 전술한 내용의 프로그램가능한 프로세서(programmable processor), 컴퓨터, 시스템 온 칩(system on a chip) 각각 하나 내지 다수 또는 조합을 포함하여, 데이터를 처리하기 위한 다양한 장치, 디바이스 및 기계가 "데이터 처리 장치"로 사용될 수 있다. 그러한 장치는 특수한 목적의 로직 회로, 예컨대 필드 프로그래머블 게이트 어레이(field programmable gate array: FPGA) 또는 애플리케이션-특정형 집적 회로(application-specific integrated circuit: ASIC)를 포함할 수 있다. 그 장치는 또한, 하드웨어에 부가하여, 당해 컴퓨터 프로그램에 대한 실행 환경을 생성하는 코드, 예컨대 프로세서 펌웨어(processor firmware), 프로토콜 스택(protocol stack), 데이터베이스 관리 시스템(database management system), 운영 시스템(operating system), 크로스-플랫폼 런타임 환경(cross-platform runtime environment), 가상 머신(virtual machine), 또는 그들 중 하나 이상의 조합을 구성하는 코드를 포함할 수 있다. 그러한 장치 및 실행 환경은, 예컨대 웹 서비스, 분산 컴퓨팅 및 그리드 컴퓨팅 인프라스트럭처와 같은 다양한 다른 컴퓨팅 모델 인프라스트럭처(infrastructure)들을 구현할 수 있다.
(프로그램, 소프트웨어, 소프트웨어 애플리케이션, 스크립트 또는 코드라고도 알려진) 컴퓨터 프로그램은 컴파일형(compiled) 내지 해석형(interpreted) 언어, 선언형(declarative) 내지 절차형(procedural) 언어를 포함하는 임의의 형태의 프로그래밍 언어로 작성될 수 있으며, 그것은 독립형(stand-alone) 프로그램으로서의 형태 또는 모듈, 컴포넌트, 서브루틴(subroutine), 오브젝트(object) 내지 컴퓨팅 환경에서 사용하기에 적절한 다른 유닛(unit)으로서의 형태를 포함하는 임의의 형태로 배치될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은, 반드시 그럴 필요는 없으나, 파일 시스템 내의 파일에 대응할 수 있다. 프로그램은, 다른 프로그램 또는 데이터를 유지하는 파일의 일부분(예컨대, 마크업 언어 문서 내에 저장된 하나 이상의 스크립트)에, 당해 프로그램 전용인 하나의 파일 내에, 또는 다수의 코디네이트된(coordinated) 파일(예컨대, 코드로 된 하나 이상의 부분, 서브-프로그램, 또는 모듈을 저장하는 파일) 내에 저장될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 하나의 컴퓨터 상에서 또는 하나의 사이트에 위치하거나 다수의 사이트들에 걸쳐 분산되고 통신 네트워크에 의해 상호연결된 다수의 컴퓨터 상에서 실행되도록 배치될 수 있다.
본 명세서에서 서술된 프로세스들 및 로직 흐름들은 입력 데이터에 대해 동작하는 것 및 출력을 생성하는 것에 의해 액션을 수행하기 위한 하나 이상의 컴퓨터 프로그램을 실행하는 하나 이상의 프로그램가능 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 그러한 프로세스들 및 로직 흐름들은 또한 특수한 목적의 로직 회로, 예컨대 필드 프로그래머블 게이트 어레이(field programmable gate array: FPGA) 또는 애플리케이션-특정형 집적 회로(application-specific integrated circuit: ASIC)에 의해 수행될 수 있고, 장치 또한 특수한 목적의 로직 회로, 예컨대 FPGA 또는 ASIC으로서 구현될 수 있다.
컴퓨터 프로그램의 실행에 적합한 프로세서는 예로서 범용 목적의 마이크로프로세서 및 특수한 목적의 마이크로프로세서 모두 및 임의의 종류의 디지탈 컴퓨터의 임의의 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다. 일반적으로, 프로세서는 판독 전용 메모리(read-only memory) 또는 랜덤 액세스 메모리(random access memory) 또는 그 모두로부터 명령어 및 데이터를 수신할 수 있다. 컴퓨터의 필수적인 요소는 명령어에 따라 액션을 수행하기 위한 프로세서 및 명령어와 데이터를 저장하기 위한 하나 이상의 메모리 디바이스이다. 일반적으로, 컴퓨터는 또한 데이터를 저장하기 위한 하나 이상의 대용량 저장 디바이스, 예컨대 자기, 광자기(magneto-optical) 디스크 또는 광학 디스크를 포함하거나, 거기로부터 데이터를 수신하거나 거기로 데이터를 전송하거나 이를 모두 하도록 동작가능하게 커플링될 것이다. 그러나, 컴퓨터는 그러한 디바이스들을 구비하지 않아도 된다. 더욱이, 컴퓨터는 다른 디바이스 내에, 몇 가지 예를 들면 예컨대 이동 전화(mobile telephone), 개인용 디지털 보조장치(personal digital assistant: PDA), 이동식 오디오 내지 비디오 플레이어(mobile audio or video player), 게임 콘솔(game console), 또는 휴대형 저장 디바이스(예를 들어, 범용 직렬 버스(universal serial bus: USB) 플래쉬 드라이브) 내에, 임베딩될(embedded) 수 있다. 컴퓨터 프로그램 명령어 및 데이터를 저장하는 데 적합한 디바이스는 모든 형태의 비휘발성(non-volatile) 메모리, 매체 및 메모리 디바이스를 포함하는데, 예를 들면 반도체 메모리 디바이스(예컨대, EPROM, EEPROM 및 플래쉬 메모리 디바이스), 자기 디스크(예컨대, 내부의 하드 디스크 내지 착탈가능(removable) 디스크), 광자기 디스크, 그리고 CD-ROM 및 DVD-ROM 디스크를 포함한다. 프로세서 및 메모리는 특수한 목적의 로직 회로에 의해 보완되거나 또는 특수한 목적의 로직 회로 내에 포함될 수 있다.
사용자와의 상호작용을 제공하기 위해, 본 명세서에서 서술된 발명 대상의 실시예들은 사용자에게 정보를 디스플레이하기 위한 디스플레이 디바이스, 예컨대 음극선관(cathode ray tube: CRT) 또는 액정 디스플레이(liquid crystal display) 모니터, 그리고 사용자가 컴퓨터에 입력을 제공하는 포인팅 디바이스(예컨대, 마우스 또는 트랙볼) 및 키보드를 구비한 컴퓨터 상에 구현될 수 있다. 다른 종류의 디바이스들 역시 사용자와의 상호작용을 제공하는 데 사용될 수 있는데, 예를 들어 사용자에게 제공되는 피드백은 임의의 형태의 감각의 피드백(sensory feedback), 예컨대 시각적 피드백, 청각적 피드백 또는 촉각적 피드백일 수 있고, 사용자로부터의 입력은 음향(acoustic), 언어(speech), 또는 촉각의 입력을 포함하는 임의의 형태로 수신될 수 있다. 부가적으로, 컴퓨터는 사용자에 의해 사용되는 장치로 문서를 보내는 것 및 그 장치로부터 문서를 수신하는 것에 의해, 예컨대 사용자의 클라이언트 디바이스 상의 웹 브라우저로부터 수신된 요청에 응답하여 웹 페이지를 그 웹 브라우저에 보내는 것에 의해 사용자와 상호작용할 수 있다.
본 명세서는 구현예의 특정 세부사항을 여럿 포함하나, 이들은 임의의 발명 내지 청구될 수 있는 것의 범위에 대한 제한이 아니라, 특정한 발명의 특정한 실시예에 특유한 특징의 서술로서 해석되어야 한다. 본 명세서에서 별개의 실시예들에 관한 맥락(context)에서 서술된 소정의 특징들은 또한 하나의 실시예 내에서의 조합으로 구현될 수 있다. 역으로, 하나의 실시예에 관한 맥락에서 서술된 다양한 특징은 또한 다수의 실시예에서 별개로 또는 임의의 적절한 서브조합(subcombination)으로 구현될 수 있다. 더욱이, 특징들이 소정의 조합에서 작용하는 것으로 전술되고 그에 따라 처음에 청구까지 되었더라도, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징이 몇몇 경우에서 그 조합으로부터 삭제될 수 있고, 청구된 조합은 서브조합 내지 서브조합의 변형(variation)을 지향할 수 있다.
유사하게, 동작들이 도면에서 특정한 순서로 도시되었으나, 이는 원하는 결과를 얻기 위해서는 그러한 동작들이 도시된 특정 순서로 또는 순차적 순서로 수행될 것 또는 도시된 동작 모두가 수행될 것을 요구하는 것으로서 이해되어서는 안 된다. 소정의 상황에서, 멀티태스킹(multitasking) 및 병렬 처리(parallel processing)가 유리할 수 있다. 더욱이, 전술한 실시예에서 다양한 시스템 컴포넌트의 구분은 모든 실시예에서 그러한 구분을 요구하는 것으로서 이해되어서는 안 되며, 서술된 프로그램 컴포넌트들 및 시스템들이 일반적으로 하나의 소프트웨어 제품에 함께 통합되거나 다수의 소프트웨어 제품에 패키징될 수 있다는 점을 이해하여야 한다.
이와 같이, 발명 대상의 특정 실시예들이 서술되었다. 이하의 청구항의 범위 내에 다른 실시예들이 있다. 몇몇 경우에서, 청구항에 기재된 액션들은 상이한 순서로 수행될 수 있고 여전히 원하는 결과를 달성할 수 있다. 부가적으로, 첨부된 도면에서 도시된 프로세스들은 원하는 결과를 달성하기 위해 반드시 도시된 특정 순서 또는 순차적인 순서를 요구하는 것은 아니다. 소정의 구현예들에서, 멀티태스킹 및 병렬 처리가 유용할 수 있다.

Claims (45)

  1. 정전용량방식 터치 센서(capacitive touch sensor)와 연관된 데이터 처리 장치에 의해 수행되는 방법으로서,
    상기 센서는 행렬 구성(matrix configuration)을 구비한 행 및 열로 배열되는 트레이스 라인(trace line)들을 포함하고,
    상기 방법은,
    인터레이스 패턴(interlace pattern)으로 상기 정전용량방식 터치 센서의 열을 스캔하는 것을 포함하는 제1 스캔을 수행하는 단계 - 상기 인터레이스 패턴은 프레임을 포함하고, 상기 프레임은 n 개의 서브프레임을 포함하되, n은 정수임 - ;
    상기 제1 스캔의 결과로서 생성되는 정보를 사용하여 소정의 행부터 소정의 열까지 정전용량의 변화를 겪은 상기 센서의 영역을 식별하는 단계;
    상기 정전용량의 변화를 겪은 상기 센서의 영역의 검출을 사용하여 후속 제2 스캔을 집중시킬 열의 서브집합(subset of columns)의 선택을 통지하는 단계; 및
    상기 후속 제2 스캔을 위해 선택된 상기 열의 서브집합을 스캔하는 단계 - 상기 제1 스캔은 제1 측정과 연관되고, 상기 제2 스캔은 제2 측정과 연관됨 - 를 포함하되,
    상기 열의 서브집합의 스캔은,
    상기 제2 스캔에 대한 잡음 레벨(noise level) 및 타겟 신호 레벨(target signal level)을 결정하는 것;
    타겟 신호 대 잡음 비(target signal to noise ratio)를 결정하는 것; 및
    상기 제1 측정 및 상기 제2 측정의 평균인 함수를 이용함으로써 상기 타겟 신호 대 잡음 비를 달성하기 위한 적분 구간(integration period)을 결정하는 것을 포함하는,
    방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스캔은,
    상기 제1 스캔에 대한 잡음 레벨 및 신호 레벨을 결정하는 것; 및
    상기 제1 스캔에 대해 결정된 상기 잡음 레벨 및 상기 신호 레벨에 기초하는 타겟 신호 대 잡음 비를 결정하는 것을 포함하는,
    방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 방법은 또한,
    상기 제1 스캔 및 상기 제2 스캔에 대한 신호를 수신하는 것; 및
    상기 제1 스캔 및 상기 제2 스캔에 대하여 수신된 상기 신호의 평균을 냄(averaging)으로써 상기 제1 스캔 또는 상기 제2 스캔과 연관된 신호 대 잡음 비보다 큰 신호 대 잡음 비를 갖는 신호를 결정하는 것을 포함하는,
    방법.
  4. 제1항에 있어서,
    n은 4이고, 상기 프레임은 대략 30 Hz로 되도록 구성되고 상기 서브프레임은 대략 120 Hz으로 되도록 구성되며, 상기 인터레이스 패턴은 프레임 당 16 개의 열 및 서브프레임 당 4 개의 열을 포함하고, 상기 센서의 레이턴시(latency)는 대략 120 Hz이며, 상기 행부터 열까지의 정전용량은 프린징 정전용량(fringing capacitance)을 포함하는,
    방법.
  5. 정전용량방식 터치 센서(capacitive touch sensor)와 연관된 데이터 처리 장치에 의해 수행되는 방법으로서,
    상기 센서는 행렬 구성(matrix configuration)을 구비한 행 및 열로 배열되는 트레이스 라인(trace line)들을 포함하고, 상기 열은 열의 집합 n개(n sets of columns)로서 배열되되, n은 정수이고,
    상기 방법은,
    인터레이스 패턴(interlace pattern)으로 상기 정전용량방식 터치 센서의 상기 열의 집합 n개 각각의 제1 스캔을 순차적으로 수행하는 단계;
    상기 제1 스캔의 결과로서 생성되는 정보를 사용하여 프린징 정전용량(fringing capacitance)의 변화를 겪은 상기 센서의 영역을 식별하는 단계 - 상기 프린징 정전용량은 소정의 행부터 소정의 열까지의 정전용량을 포함함 - ;
    상기 정전용량의 변화를 겪은 상기 센서의 영역의 검출을 사용하여 그에 따라 후속 제2 스캔을 집중시킬 상기 열의 집합 n개 각각의 서브집합(subset)의 선택을 통지하는 단계; 및
    상기 후속 제2 스캔을 위해 선택된 상기 열의 집합 n개 각각의 서브집합을 스캔하는 단계 - 상기 제1 스캔은 제1 측정과 연관되고, 상기 제2 스캔은 제2 측정과 연관됨 - 를 포함하되,
    상기 열의 집합 n개의 서브집합 각각의 스캔은,
    상기 제2 스캔에 대한 잡음 레벨(noise level) 및 신호 레벨(signal level)을 결정하는 것;
    타겟 신호 대 잡음 비(target signal to noise ratio)를 결정하는 것; 및
    상기 제1 측정(first measurement) 및 상기 제2 측정(second measurement)의 평균인 함수를 이용함으로써 상기 타겟 신호 대 잡음 비를 달성하기 위한 적분 구간(integration period)을 결정하는 것을 포함하고,
    상기 열의 집합 n개 내의 열의 집합 각각 및 대응하는 열의 서브집합에 대하여, 후속하는 열의 집합 및 대응하는 열의 서브집합에 대하여 스캔하는 것을 개시하기 전에 상기 제1 스캔 및 상기 제2 스캔이 수행되는,
    방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 열의 집합 n개의 각 서브집합에 대하여, 상기 방법은 또한,
    상기 적분 구간 내에서 상기 열의 서브집합을 스캔하는 단계;
    상기 열의 서브집합의 스캔의 수신된 신호에 관한 상기 제2 측정을 획득하는 단계 - 상기 제2 측정은 제2 측정에 의해 도출되는 신호 대 잡음 비(second measurement-derived signal-to-noise ratio)에 관련됨 - ;
    상기 열의 서브집합이 적어도 최소 신호 대 잡음 비를 갖도록 구성되어 있는지 여부를 판정하는 단계;
    상기 제2 측정에 의해 도출되는 신호 대 잡음 비에 기초하여, 상기 제2 측정에 의해 도출되는 신호 대 잡음 비가 상기 열의 서브집합에 대해 상기 최소 신호 대 잡음 비보다 작은지 여부를 판정하는 단계; 및
    상기 제2 측정에 의해 도출되는 신호 대 잡음 비가 상기 열의 서브집합에 대해 상기 최소 신호 대 잡음 비보다 작다고 판정되는 경우,
    상기 열의 서브집합의 다른 스캔을 수행하고,
    상기 열의 서브집합의 상기 다른 스캔의 수신된 신호에 관한 다른 측정을 획득하고,
    조합된 측정(combined measurement)을 산출하기 위해 상기 열의 서브집합에 관한 상기 측정 및 상기 다른 측정의 평균을 내는(averaging) 단계 - 상기 조합된 측정은 상기 조합된 측정에 관한 신호 대 잡음 비가 상기 열의 서브집합의 상기 측정들 중 어느 것에 관한 신호 대 잡음 비보다도 크다는 특성을 가짐 -
    를 포함하는,
    방법.
  7. 정전용량방식 터치 센서(capacitive touch sensor)와 연관된 데이터 처리 장치에 의해 수행되는 방법으로서,
    상기 센서는 액정 디스플레이(liquid crystal display)를 포함하는 시스템 내에 위치되고,
    상기 방법은,
    상기 정전용량방식 터치 센서 내 잡음 주파수(noise frequency)를 판정하는 단계;
    상기 잡음 주파수가 상기 액정 디스플레이의 주파수의 함수임을 식별하는 단계; 및
    상기 센서를 위한 여기 주파수(excitation frequency)를 상기 판정된 잡음 주파수의 함수로서 판정하는 단계를 포함하되,
    상기 여기 주파수를 판정하는 것은,
    상기 센서를 위한 초기 여기 주파수를 선택하는 것,
    적분 구간 상에서 상기 잡음 주파수 및 상기 초기 여기 주파수 간 크로스-코릴레이션(cross-correlation)을 계산하는 것 - 상기 크로스-코릴레이션의 계산은 적어도 하나의 피크(peak) 및 적어도 두 영점(null)들을 갖는 싱크 부류의(sinc-linke) 파형으로 표현가능함 - , 및
    상기 싱크 부류의 파형 내 상기 영점들 중 하나의 영점에서의 주파수를 선택하고 상기 판정되는 여기 주파수를 상기 선택된 영점에서의 주파수와 동일한 주파수가 되도록 할당하는 것에 의해 상기 센서를 위한 상기 여기 주파수를 선택하는 것을 포함하는,
    방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 잡음 주파수는 대략 30 kHz에서 대략 135 kHz의 범위 내에 있고, 상기 정전용량방식 터치 센서는 대략 200V의 최대 송신 전압(transmit voltage)을 포함하고, 상기 정전용량방식 터치 센서는 사용자를 거쳐 갈 대략 수십 마이크로암페어(microamps) 정도의 전류를 제공하도록 구성되는,
    방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 정전용량방식 터치 센서는 프론트 엔드 인터페이스(front end interface)를 포함하고, 상기 방법은 또한 상기 정전용량방식 터치 센서의 상기 프론트 엔드 인터페이스의 출력에 파형을 복조하는 단계를 포함하되, 상기 파형은 상기 초기 여기 주파수에 대한 상기 잡음 주파수의 상기 크로스-코릴레이션을 포함하는,
    방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 센서 내 잡음의 레벨을 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 잡음의 레벨에 기초하여 상기 센서의 사용자로부터의 터치를 검출하기 위한 초기 문턱(initial threshold)을 설정하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  11. 제10항에 있어서,
    연속적으로 상기 센서 내 상기 잡음의 레벨을 측정하는 단계; 및
    상기 연속적으로 측정된 잡음의 레벨에 기초하여 상기 센서의 사용자로부터의 터치를 검출하기 위한 문턱을 연속적으로 조정하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 센서에 대한 복수의 직교 여기 파형들을 판정하는 단계를 더 포함하되,
    상기 직교 여기 파형들 중 적어도 하나는 상기 선택된 여기 주파수를 포함하고, 상기 센서는 상기 복수의 직교 여기 파형들의 동시 송신을 위해 구성되고, 상기 복수의 직교 여기 파형들은 상기 판정된 잡음 주파수에 모두 직교(orthogonal)인,
    방법.
  13. 행렬 구성(matrix configuration)으로 배열되는 트레이스 라인(trace line)들의 행 및 열을 포함하는 정전용량방식 터치 센서(capacitive touch sensor)와 연관된 데이터 처리 장치에 의해 수행되는 방법으로서,
    상기 센서는 액정 디스플레이(liquid crystal display)를 포함하는 시스템 내에 위치하고,
    상기 방법은,
    잡음 주파수를 식별하는 단계;
    상기 센서 내 상기 트레이스 라인들 중 적어도 하나를 가로질러 송신되는 여기 파형을 생성하는 단계 - 상기 여기 파형은 상기 여기 파형이 상기 식별된 잡음 주파수에 직교(orthogonal)이도록 생성되고, 상기 여기 파형은 상기 식별된 잡음 주파수에서의 잡음이 상기 여기 파형 내에서 리젝트되도록(rejected) 생성되며, 상기 여기 파형의 생성은 주파수 도메인(frequency domain)에서 초기 여기 파형을 지정하는 것 및 상기 주파수 도메인으로부터의 상기 초기 여기 파형을 시간 도메인(time domain)에서의 상기 여기 파형으로 변환하는 것을 포함하되, 상기 변환은 상기 변환에서 푸리에 변환(Fourier transform)을 사용하는 것에 의해 수행됨 - ; 및
    상기 트레이스 라인들 중 적어도 하나를 가로질러 상기 여기 파형을 송신하는 단계를 포함하는,
    방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 센서 내 잡음의 레벨을 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 잡음의 레벨에 기초하여 상기 센서의 사용자로부터의 터치를 검출하기 위한 초기 문턱(initial threshold)을 설정하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  15. 제14항에 있어서,
    연속적으로 상기 센서 내 상기 잡음의 레벨을 측정하는 단계; 및
    상기 연속적으로 측정된 잡음의 레벨에 기초하여 상기 센서의 사용자로부터의 터치를 검출하기 위한 문턱을 연속적으로 조정하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 센서에 대한 복수의 직교 여기 파형들을 판정하는 단계를 더 포함하되,
    상기 센서는 상기 복수의 직교 여기 파형들의 동시 송신을 위해 구성되고, 상기 복수의 직교 여기 파형들은 상기 식별된 잡음 주파수에 모두 직교(orthogonal)인,
    방법.
  17. 행렬 구성(matrix configuration)으로 배열되는 트레이스 라인(trace line)들의 행 및 열을 포함하는 정전용량방식 터치 센서(capacitive touch sensor)와 연관된 데이터 처리 장치에 의해 수행되는 방법으로서,
    상기 센서는 액정 디스플레이(liquid crystal display)를 포함하는 시스템 내에 위치하고,
    상기 방법은,
    잡음 주파수를 식별하는 단계;
    상기 센서 내 상기 트레이스 라인들 중 적어도 하나를 가로질러 송신되는 여기 파형을 생성하는 단계 - 상기 여기 파형은 상기 여기 파형이 상기 식별된 잡음 주파수에 직교(orthogonal)이도록 생성되고, 상기 여기 파형은 상기 식별된 잡음 주파수에서의 잡음이 상기 여기 파형 내에서 리젝트되도록(rejected) 생성되며, 상기 여기 파형의 생성은 초기 여기 파형을 선택하는 것, 유한 임펄스 응답(finite impulse response) 필터에 대응하는 알고리즘을 선택하는 것 및 상기 유한 임펄스 응답 필터에 대응하는 상기 알고리즘을 상기 초기 여기 파형에 적용함으로써 상기 여기 파형을 생성하는 것을 포함함 - ; 및
    상기 트레이스 라인들 중 적어도 하나를 가로질러 상기 여기 파형을 송신하는 단계를 포함하는,
    방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 센서 내 잡음의 레벨을 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 잡음의 레벨에 기초하여 상기 센서의 사용자로부터의 터치를 검출하기 위한 초기 문턱(initial threshold)을 설정하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  19. 제18항에 있어서,
    연속적으로 상기 센서 내 상기 잡음의 레벨을 측정하는 단계; 및
    상기 연속적으로 측정된 잡음의 레벨에 기초하여 상기 센서의 사용자로부터의 터치를 검출하기 위한 문턱을 연속적으로 조정하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 센서에 대한 복수의 직교 여기 파형들을 판정하는 단계를 더 포함하되,
    상기 센서는 상기 복수의 직교 여기 파형들의 동시 송신을 위해 구성되고, 상기 복수의 직교 여기 파형들은 상기 식별된 잡음 주파수에 모두 직교(orthogonal)인,
    방법.
  21. 시스템으로서,
    데이터 처리 장치; 및
    상기 데이터 처리 장치와 상호작용(interact)하도록 구성된 정전용량방식 터치 센서(capacitive touch sensor)를 포함하되,
    상기 센서는 행렬 구성(matrix configuration)을 구비한 행 및 열로 배열되는 트레이스 라인(trace line)들을 포함하고,
    상기 시스템은,
    인터레이스 패턴(interlace pattern)으로 상기 정전용량방식 터치 센서의 열을 스캔하는 것을 포함하는 상기 센서와의 제1 스캔을 수행하는 것 - 상기 인터레이스 패턴은 프레임을 포함하고, 상기 프레임은 n 개의 서브프레임을 포함하되, n은 정수임 - ;
    상기 제1 스캔의 결과로서 생성되는 정보를 사용하여 소정의 행부터 소정의 열까지 정전용량의 변화를 겪은 상기 센서의 영역을 식별하는 것;
    상기 정전용량의 변화를 겪은 상기 센서의 영역의 검출을 사용하여 후속 제2 스캔을 집중시킬 열의 서브집합(subset of columns)의 선택을 통지하는 것; 및
    상기 후속 제2 스캔을 위해 선택된 상기 열의 서브집합을 스캔하는 것을 행하도록 구성되되,
    상기 열의 서브집합을 스캐닝하는 경우 상기 시스템은,
    상기 제2 스캔에 대한 잡음 레벨(noise level) 및 신호 레벨(signal level)을 결정하는 것; 및
    상기 정전용량의 변화가 있던 상기 센서의 영역에 관련되고 상기 제2 스캔에 대해 결정된 상기 잡음 레벨 및 상기 신호 레벨에 기초하는 신호 대 잡음 비(signal-to-noise ratio)를 결정하는 것을 행하도록 구성되는,
    시스템.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 시스템은,
    상기 제1 스캔에 대한 잡음 레벨 및 신호 레벨을 결정하는 것; 및
    상기 제1 스캔에 대해 결정된 상기 잡음 레벨 및 상기 신호 레벨에 기초하는 신호 대 잡음 비를 결정하는 것에 의해 상기 제1 스캔을 수행하도록 구성되는,
    시스템.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 시스템은 또한,
    상기 제1 스캔 및 상기 제2 스캔에 대한 신호를 수신하는 것; 및
    상기 제1 스캔 및 상기 제2 스캔에 대하여 수신된 상기 신호의 평균을 냄(averaging)으로써 상기 제1 스캔 또는 상기 제2 스캔과 연관된 신호 대 잡음 비보다 큰 조합된 신호 대 잡음 비(combined signal-to-noise ratio)를 결정하는 것을 포함하는,
    시스템.
  24. 제21항에 있어서,
    n은 4이고, 상기 프레임은 대략 30 Hz로 되도록 구성되고 상기 서브프레임은 대략 120 Hz로 되도록 구성되며, 상기 인터레이스 패턴은 프레임 당 16 개의 열 및 서브프레임 당 4 개의 열을 포함하고, 상기 센서의 레이턴시(latency)는 대략 120 Hz이며, 상기 행부터 열까지의 정전용량은 프린징 정전용량(fringing capacitance)을 포함하는,
    시스템.
  25. 시스템으로서,
    데이터 처리 장치; 및
    상기 데이터 처리 장치와 상호작용(interact)하도록 구성된 정전용량방식 터치 센서(capacitive touch sensor)를 포함하되,
    상기 센서는 행렬 구성(matrix configuration)을 구비한 행 및 열로 배열되는 트레이스 라인(trace line)들을 포함하고, 상기 열은 열의 집합 n개(n sets of columns)로서 배열되되, n은 정수이고,
    상기 시스템은,
    인터레이스 패턴(interlace pattern)으로 상기 정전용량방식 터치 센서의 상기 열의 집합 n개 각각의 제1 스캔을 순차적으로 수행하는 것;
    상기 제1 스캔의 결과로서 생성되는 정보를 사용하여 프린징 정전용량(fringing capacitance)의 변화를 겪은 상기 센서의 영역을 식별하는 것 - 상기 프린징 정전용량은 소정의 행부터 소정의 열까지의 정전용량을 포함함 - ;
    상기 정전용량의 변화를 겪은 상기 센서의 영역의 검출을 사용하여 그에 따라 후속 제2 스캔을 집중시킬 상기 열의 집합 n개 각각의 서브집합(subset)의 선택을 통지하는 것; 및
    상기 후속 제2 스캔을 위해 선택된 상기 열의 집합 n개 각각의 서브집합을 스캔하는 것 - 상기 제1 스캔은 제1 측정과 연관되고, 상기 제2 스캔은 제2 측정과 연관됨 - 을 행하도록 구성되되,
    상기 시스템은,
    상기 제2 스캔에 대한 잡음 레벨(noise level) 및 타겟 신호 레벨(target signal level)을 결정하는 것;
    타겟 신호 대 잡음 비(target signal to noise ratio)를 결정하는 것; 및
    상기 제1 측정(first measurement) 및 상기 제2 측정(second measurement)의 평균인 함수를 이용함으로써 상기 타겟 신호 대 잡음 비를 달성하기 위한 적분 구간(integration period)을 결정하는 것에 의해
    상기 열의 집합 n개의 서브집합 각각의 스캔을 하도록 구성되고,
    상기 열의 집합 n개 내의 열의 집합 각각 및 대응하는 열의 서브집합에 대하여, 후속하는 열의 집합 및 대응하는 열의 서브집합에 대하여 스캔하는 것을 개시하기 전에 상기 제1 스캔 및 상기 제2 스캔이 수행되도록 상기 시스템이 구성되는,
    시스템.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 열의 집합 n개의 각 서브집합에 대하여, 상기 시스템은,
    상기 적분 구간 내에서 상기 열의 서브집합을 스캔하는 것;
    상기 열의 서브집합의 스캔의 수신된 신호에 관한 상기 제2 측정을 획득하는 것 - 상기 제2 측정은 제2 측정에 의해 도출되는 신호 대 잡음 비(second measurement-derived signal-to-noise ratio)에 관련됨 - ;
    상기 열의 서브집합이 적어도 최소 신호 대 잡음 비를 갖도록 구성되어 있는지 여부를 판정하는 것;
    상기 제2 측정에 의해 도출되는 신호 대 잡음 비에 기초하여, 상기 제2 측정에 의해 도출되는 신호 대 잡음 비가 상기 열의 서브집합에 대해 상기 최소 신호 대 잡음 비보다 작은지 여부를 판정하는 것; 및
    상기 제2 측정에 의해 도출되는 신호 대 잡음 비가 상기 열의 서브집합에 대해 상기 최소 신호 대 잡음 비보다 작다고 판정되는 경우,
    상기 열의 서브집합의 다른 스캔을 수행하고,
    상기 열의 서브집합의 상기 다른 스캔의 수신된 신호에 관한 다른 측정을 획득하고,
    조합된 측정(combined measurement)을 산출하기 위해 상기 열의 서브집합에 관한 상기 측정 및 상기 다른 측정의 평균을 내는(averaging) 것 - 상기 조합된 측정은 상기 조합된 측정에 관한 신호 대 잡음 비가 상기 열의 서브집합의 상기 측정들 중 어느 것에 관한 신호 대 잡음 비보다도 크다는 특성을 가짐 -
    을 행하도록 구성되는,
    시스템.
  27. 시스템으로서,
    데이터 처리 장치;
    상기 데이터 처리 장치와 상호작용(interact)하도록 구성된 정전용량방식 터치 센서(capacitive touch sensor); 및
    액정 디스플레이(liquid crystal display)를 포함하되,
    상기 시스템은,
    상기 정전용량방식 터치 센서 내 잡음 주파수(noise frequency)를 판정하는 것;
    상기 잡음 주파수가 상기 액정 디스플레이의 주파수의 함수임을 식별하는 것; 및
    상기 센서를 위한 여기 주파수(excitation frequency)를 상기 판정된 잡음 주파수의 함수로서 판정하는 것을 행하도록 구성되되,
    상기 여기 주파수를 판정하는 경우 상기 시스템은 또한,
    상기 센서를 위한 초기 여기 주파수를 선택하는 것,
    적분 구간 상에서 상기 잡음 주파수 및 상기 초기 여기 주파수 간 크로스-코릴레이션(cross-correlation)을 계산하는 것 - 상기 크로스-코릴레이션의 계산은 적어도 하나의 피크(peak) 및 적어도 두 영점(null)들을 갖는 싱크 부류의(sinc-linke) 파형으로 표현가능함 - , 및
    상기 싱크 부류의 파형 내 상기 영점들 중 하나의 영점에서의 주파수를 선택하고 상기 판정되는 여기 주파수를 상기 선택된 영점에서의 주파수와 동일한 주파수가 되도록 할당하는 것에 의해 상기 센서를 위한 상기 여기 주파수를 선택하는 것을 행하도록 구성되는,
    시스템.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 잡음 주파수는 대략 30 kHz에서 대략 135 kHz의 범위 내에 있고, 상기 정전용량방식 터치 센서는 대략 200V의 최대 송신 전압(transmit voltage)을 포함하고, 상기 정전용량방식 터치 센서는 사용자를 거쳐 갈 대략 수십 마이크로암페어(microamps) 정도의 전류를 제공하도록 구성되는,
    시스템.
  29. 제27항에 있어서,
    상기 정전용량방식 터치 센서는 프론트 엔드 인터페이스(front end interface)를 포함하고, 상기 시스템은 상기 정전용량방식 터치 센서의 상기 프론트 엔드 인터페이스의 출력에 파형을 복조하는 단계를 포함하되, 상기 파형은 상기 초기 여기 주파수에 대한 상기 잡음 주파수의 상기 크로스-코릴레이션을 포함하는,
    시스템.
  30. 제27항에 있어서,
    상기 시스템은,
    상기 센서 내 잡음의 레벨을 측정하는 것; 및
    상기 측정된 잡음의 레벨에 기초하여 상기 센서의 사용자로부터의 터치를 검출하기 위한 초기 문턱(initial threshold)을 설정하는 것을 행하도록 구성되는,
    시스템.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 시스템은,
    연속적으로 상기 센서 내 상기 잡음의 레벨을 측정하는 것; 및
    상기 연속적으로 측정된 잡음의 레벨에 기초하여 상기 센서의 사용자로부터의 터치를 검출하기 위한 문턱을 연속적으로 조정하는 것을 행하도록 구성되는,
    시스템.
  32. 제27항에 있어서,
    상기 시스템은 상기 센서에 대한 복수의 직교 여기 파형들을 판정하도록 구성되되, 상기 직교 여기 파형들 중 적어도 하나는 상기 선택된 여기 주파수를 포함하고, 상기 센서는 상기 복수의 직교 여기 파형들의 동시 송신을 위해 구성되고, 상기 복수의 직교 여기 파형들은 상기 판정된 잡음 주파수에 모두 직교(orthogonal)인,
    시스템.
  33. 시스템으로서,
    데이터 처리 장치;
    상기 데이터 처리 장치와 상호작용(interact)하는 정전용량방식 터치 센서(capacitive touch sensor) - 상기 정전용량방식 터치 센서는 행렬 구성(matrix configuration)으로 배열되는 트레이스 라인(trace lines)들의 행 및 열을 포함함 - ; 및
    액정 디스플레이(liquid crystal display)를 포함하되,
    상기 시스템은,
    잡음 주파수를 식별하는 것;
    상기 센서 내 상기 트레이스 라인들 중 적어도 하나를 가로질러 송신되는 여기 파형을 생성하는 것 - 상기 여기 파형은 상기 여기 파형이 상기 식별된 잡음 주파수에 직교(orthogonal)이도록 생성되고, 상기 여기 파형은 상기 식별된 잡음 주파수에서의 잡음이 상기 여기 파형 내에서 리젝트되도록(rejected) 생성되며, 상기 시스템은 주파수 도메인(frequency domain)에서 초기 여기 파형을 지정하는 것 및 상기 주파수 도메인으로부터의 상기 초기 여기 파형을 시간 도메인(time domain)에서의 상기 여기 파형으로 변환하는 것에 의해 상기 여기 파형을 생성하도록 구성되되, 상기 변환은 상기 변환에서 푸리에 변환(Fourier transform)을 사용하는 것에 의해 수행됨 - ; 및
    상기 트레이스 라인들 중 적어도 하나를 가로질러 상기 생성된 여기 파형을 송신하는 것을 행하도록 구성되는,
    시스템.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 시스템은,
    상기 센서 내 잡음의 레벨을 측정하는 것; 및
    상기 측정된 잡음의 레벨에 기초하여 상기 센서의 사용자로부터의 터치를 검출하기 위한 초기 문턱(initial threshold)을 설정하는 것을 행하도록 구성되는,
    시스템.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 시스템은,
    연속적으로 상기 센서 내 상기 잡음의 레벨을 측정하는 것; 및
    상기 연속적으로 측정된 잡음의 레벨에 기초하여 상기 센서의 사용자로부터의 터치를 검출하기 위한 문턱을 연속적으로 조정하는 것을 행하도록 구성되는,
    시스템.
  36. 제33항에 있어서,
    상기 시스템은 상기 센서에 대한 복수의 직교 여기 파형들을 판정하도록 구성되되, 상기 센서는 상기 복수의 직교 여기 파형들의 동시 송신을 위해 구성되고, 상기 복수의 직교 여기 파형들은 상기 식별된 잡음 주파수에 모두 직교(orthogonal)인,
    시스템.
  37. 시스템으로서,
    데이터 처리 장치;
    상기 데이터 처리 장치와 상호작용(interact)하는 정전용량방식 터치 센서(capacitive touch sensor) - 상기 정전용량방식 터치 센서는 행렬 구성(matrix configuration)으로 배열되는 트레이스 라인(trace line)들의 행 및 열을 포함함 - ; 및
    액정 디스플레이(liquid crystal display)를 포함하되,
    상기 시스템은,
    잡음 주파수를 식별하는 것;
    상기 센서 내 상기 트레이스 라인들 중 적어도 하나를 가로질러 송신되는 여기 파형을 생성하는 것 - 상기 여기 파형은 상기 여기 파형이 상기 식별된 잡음 주파수에 직교(orthogonal)이도록 생성되고, 상기 여기 파형은 상기 식별된 잡음 주파수에서의 잡음이 상기 여기 파형 내에서 리젝트되도록(rejected) 생성되며, 상기 시스템은 초기 여기 파형을 선택하는 것, 유한 임펄스 응답(finite impulse response) 필터에 대응하는 알고리즘을 선택하는 것 및 상기 유한 임펄스 응답 필터에 대응하는 상기 알고리즘을 상기 초기 여기 파형에 적용함으로써 상기 여기 파형을 생성하는 것에 의해 상기 여기 파형을 생성하도록 구성됨 - ; 및
    상기 트레이스 라인들 중 적어도 하나를 가로질러 상기 생성된 여기 파형을 송신하는 것을 행하도록 구성되는,
    시스템.
  38. 제37항에 있어서,
    상기 시스템은,
    상기 센서 내 잡음의 레벨을 측정하는 것; 및
    상기 측정된 잡음의 레벨에 기초하여 상기 센서의 사용자로부터의 터치를 검출하기 위한 초기 문턱(initial threshold)을 설정하는 것을 행하도록 구성되는,
    시스템.
  39. 제38항에 있어서,
    상기 시스템은,
    연속적으로 상기 센서 내 상기 잡음의 레벨을 측정하는 것; 및
    상기 연속적으로 측정된 잡음의 레벨에 기초하여 상기 센서의 사용자로부터의 터치를 검출하기 위한 문턱을 연속적으로 조정하는 것을 행하도록 구성되는,
    시스템.
  40. 제37항에 있어서,
    상기 센서 내에서 상기 센서에 대한 복수의 직교 여기 파형들을 판정하도록 또한 구성되되,
    상기 센서는 상기 복수의 직교 여기 파형들의 동시 송신을 위해 구성되고, 상기 복수의 직교 여기 파형들은 상기 식별된 잡음 주파수에 모두 직교(orthogonal)인,
    시스템.
  41. 시스템으로서,
    데이터 처리 장치;
    상기 데이터 처리 장치와 상호작용(interact)하도록 구성된 정전용량방식 터치 센서(capacitive touch sensor) - 상기 센서는 행렬 구성(matrix configuration)을 구비한 행 및 열로 배열되는 트레이스 라인(trace line)들을 포함함 - ;
    인터레이스 패턴(interlace pattern)으로 상기 정전용량방식 터치 센서의 열을 스캔하는 것을 포함하는 상기 센서와의 제1 스캔을 수행하기 위한 수단 - 상기 인터레이스 패턴은 프레임을 포함하고, 상기 프레임은 n 개의 서브프레임을 포함하되, n은 정수임 - ;
    상기 제1 스캔의 결과로서 생성되는 정보를 사용하여 소정의 행부터 소정의 열까지 정전용량의 변화를 겪은 상기 센서의 영역을 식별하기 위한 수단;
    상기 정전용량의 변화를 겪은 상기 센서의 영역의 검출을 사용하여 후속 제2 스캔을 집중시킬 열의 서브집합(subset of columns)의 선택을 통지하기 위한 수단; 및
    상기 후속 제2 스캔을 위해 선택된 상기 열의 서브집합을 스캔하기 위한 수단을 포함하되,
    상기 열의 서브집합을 스캐닝하기 위하여 상기 시스템은,
    상기 제2 스캔에 대한 잡음 레벨(noise level) 및 신호 레벨(signal level)을 결정하기 위한 수단; 및
    상기 정전용량의 변화가 있던 상기 센서의 영역에 관련되고 상기 제2 스캔에 대해 결정된 상기 잡음 레벨 및 상기 신호 레벨에 기초하는 신호 대 잡음 비(signal-to-noise ratio)를 결정하기 위한 수단을 포함하는,
    시스템.
  42. 시스템으로서,
    데이터 처리 장치;
    상기 데이터 처리 장치와 상호작용(interact)하도록 구성된 정전용량방식 터치 센서(capacitive touch sensor) - 상기 센서는 행렬 구성(matrix configuration)을 구비한 행 및 열로 배열되는 트레이스 라인(trace line)들을 포함하고, 상기 열은 열의 집합 n개(n sets of columns)로서 배열되되, n은 정수임 - ;
    인터레이스 패턴(interlace pattern)으로 상기 정전용량방식 터치 센서의 상기 열의 집합 n개 각각의 제1 스캔을 순차적으로 수행하기 위한 수단;
    상기 제1 스캔의 결과로서 생성되는 정보를 사용하여 프린징 정전용량(fringing capacitance)의 변화를 겪은 상기 센서의 영역을 식별하기 위한 수단 - 상기 프린징 정전용량은 소정의 행부터 소정의 열까지의 정전용량을 포함함 - ;
    상기 정전용량의 변화를 겪은 상기 센서의 영역의 검출을 사용하여 그에 따라 후속 제2 스캔을 집중시킬 상기 열의 집합 n개 각각의 서브집합(subset)의 선택을 통지하기 위한 수단; 및
    상기 후속 제2 스캔을 위해 선택된 상기 열의 집합 n개 각각의 서브집합을 스캔하기 위한 수단을 포함하되,
    상기 시스템은,
    상기 제2 스캔에 대한 잡음 레벨(noise level) 및 신호 레벨(signal level)을 결정하는 것; 및
    제2 측정이 제1 측정과 평균이 내어지는 경우에 타겟 신호 대 잡음 비(target signal to noise ratio)를 달성하기 위한 적분 구간을 결정하는 것을 하기 위한 수단에 의해
    상기 열의 집합 n개의 서브집합 각각의 스캔을 하도록 구성되고,
    상기 열의 집합 n개 내의 열의 집합 각각 및 대응하는 열의 서브집합에 대하여, 후속하는 열의 집합 및 대응하는 열의 서브집합에 대하여 스캔하는 것을 개시하기 전에 상기 제1 스캔 및 상기 제2 스캔이 수행되도록 상기 시스템이 구성되는,
    시스템.
  43. 시스템으로서,
    데이터 처리 장치;
    상기 데이터 처리 장치와 상호작용(interact)하도록 구성된 정전용량방식 터치 센서(capacitive touch sensor);
    액정 디스플레이(liquid crystal display);
    상기 정전용량방식 터치 센서 내 잡음 주파수(noise frequency)를 판정하기 위한 수단;
    상기 잡음 주파수가 상기 액정 디스플레이의 주파수의 함수임을 식별하기 위한 수단; 및
    상기 센서를 위한 여기 주파수(excitation frequency)를 상기 판정된 잡음 주파수의 함수로서 판정하기 위한 수단을 포함하되,
    상기 여기 주파수를 판정하기 위하여 상기 시스템은,
    상기 센서를 위한 초기 여기 주파수를 선택하기 위한 수단,
    적분 구간 상에서 상기 잡음 주파수 및 상기 초기 여기 주파수 간 크로스-코릴레이션(cross-correlation)을 계산하기 위한 수단 - 상기 크로스-코릴레이션의 계산은 적어도 하나의 피크(peak) 및 적어도 두 영점(null)들을 갖는 싱크 부류의(sinc-linke) 파형으로 표현가능함 - , 및
    상기 싱크 부류의 파형 내 상기 영점들 중 하나의 영점에서의 주파수를 선택하고 상기 판정되는 여기 주파수를 상기 선택된 영점에서의 주파수와 동일한 주파수가 되도록 할당하는 것에 의해 상기 센서를 위한 상기 여기 주파수를 선택하기 위한 수단을 포함하는,
    시스템.
  44. 시스템으로서,
    데이터 처리 장치;
    상기 데이터 처리 장치와 상호작용(interact)하는 정전용량방식 터치 센서(capacitive touch sensor) - 상기 정전용량방식 터치 센서는 행렬 구성(matrix configuration)으로 배열되는 트레이스 라인(trace line)들의 행 및 열을 포함함 - ;
    액정 디스플레이(liquid crystal display);
    잡음 주파수를 식별하기 위한 수단;
    상기 센서 내 상기 트레이스 라인들 중 적어도 하나를 가로질러 송신되는 여기 파형을 생성하기 위한 수단 - 상기 여기 파형은 상기 여기 파형이 상기 식별된 잡음 주파수에 직교(orthogonal)이도록 생성되고, 상기 여기 파형은 상기 식별된 잡음 주파수에서의 잡음이 상기 여기 파형 내에서 리젝트되도록(rejected) 생성되며, 상기 시스템은 적어도, 주파수 도메인(frequency domain)에서 초기 여기 파형을 지정하는 것 및 상기 주파수 도메인으로부터의 상기 초기 여기 파형을 시간 도메인(time domain)에서의 상기 여기 파형으로 변환하는 것을 하기 위한 수단에 의해 상기 여기 파형을 생성하도록 구성되되, 상기 변환은 상기 변환에서 푸리에 변환(Fourier transform)을 사용하는 것에 의해 수행됨 - ; 및
    상기 트레이스 라인들 중 적어도 하나를 가로질러 상기 생성된 여기 파형을 송신하기 위한 수단을 포함하는,
    시스템.
  45. 시스템으로서,
    데이터 처리 장치;
    상기 데이터 처리 장치와 상호작용(interact)하는 정전용량방식 터치 센서(capacitive touch sensor) - 상기 정전용량방식 터치 센서는 행렬 구성(matrix configuration)으로 배열되는 트레이스 라인(trace line)들의 행 및 열을 포함함 - ;
    액정 디스플레이(liquid crystal display);
    잡음 주파수를 식별하기 위한 수단;
    상기 센서 내 상기 트레이스 라인들 중 적어도 하나를 가로질러 송신되는 여기 파형을 생성하기 위한 수단 - 상기 여기 파형은 상기 여기 파형이 상기 식별된 잡음 주파수에 직교(orthogonal)이도록 생성되고, 상기 여기 파형은 상기 식별된 잡음 주파수에서의 잡음이 상기 여기 파형 내에서 리젝트되도록(rejected) 생성되며, 상기 시스템은 초기 여기 파형을 선택하는 것, 유한 임펄스 응답(finite impulse response) 필터에 대응하는 알고리즘을 선택하는 것 및 상기 유한 임펄스 응답 필터에 대응하는 상기 알고리즘을 상기 초기 여기 파형에 적용함으로써 상기 여기 파형을 생성하는 것을 하기 위한 수단에 의해 상기 여기 파형을 생성하도록 구성됨 - ; 및
    상기 트레이스 라인들 중 적어도 하나를 가로질러 상기 생성된 여기 파형을 송신하기 위한 수단을 포함하는,
    시스템.
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