KR20150103952A - 터치패널 구동장치에서 임펄스 잡음 및 전원 잡음 제거 장치 - Google Patents

터치패널 구동장치에서 임펄스 잡음 및 전원 잡음 제거 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 정전방식 센서 시스템과 인체 간의 접지가 불일치로 인하여 생기는 전원 잡음(Charge noise) 및 외부환경에 의해 발생하는 임펄스 잡음에 대해서 충분히 대응하며 감도의 손실을 최소화 할 수 있는 대해서 충분히 대응하며 감도의 손실을 최소화 할 수 있는 터치패널 구동장치에서 임펄스 잡음 및 전원 잡음 제거 장치에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명은 전하량의 변화에 의해 값이 변화하는 커패시터를 포함하는 전하량 감지부; 전압 TX 신호가 온(on)인 구간에서 외부로부터 인가되는 기본 노이즈를 증폭하여 출력하고, 전압 TX 신호가 오프(off)인 구간에서 상기 전하량 감지부;로부터 입력되는 전하의 변화량을 증폭하여 출력하는 전하 증폭부; 상기 전하 증폭부;로부터의 전하의 변화량에 대하여 전하의 변화량을 샘플링한 제 1 신호(vsnh_sig)와, 상기 전하 증폭부;로부터 수신되는 기본 노이즈(vn)를 샘플링한 제 2 신호(vsnh_ref)로 분리하여 출력하는 샘플링부; 전하 증폭부의 출력에서 제1의 설정된 레벨의 제1노이즈 레벨과 상기 제1노이즈 레벨보다 상대적으로 낮은 제2의 설정된 레벨의 제2노이즈 레벨을 검출하고, 상기 제1노이즈 레벨 이상 또는 상기 제2노이즈 검출 이하의 임펄스 잡음을 검출하는 노이즈 검출부; 및 샘플링부로부터 수신되는 수신되는 제 1 신호(vsnh_sig)와, 제 2 신호(vsnh_ref)에서 공통 노이즈를 제거한 제3신호(V_diff)를 디지털 신호(ADC_OUT)로 변환하여 출력하고, 상기 노이즈 검출부에서 상기 임펄스 잡음이 검출되면 상기 제 1 신호(vsnh_sig)와, 제 2 신호(vsnh_ref)에서 공통 노이즈를 제거 시 함께 제거하여 상기 제3신호(V_diff)를 출력하는 아날로그 디지털 변환부(ADC);를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

Description

터치패널 구동장치에서 임펄스 잡음 및 전원 잡음 제거 장치{APPARATUS FOR CHARGE NOISE AND IMPULSE NOILS IN TOUUCH PANEL DRIVER}
본 발명은 임펄스 잡음 및 전원 잡음 제거에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정전방식 센서 시스템과 인체 간의 접지가 불일치로 인하여 생기는 전원 잡음(Charge noise) 및 외부환경에 의해 발생하는 임펄스 잡음에 대해서 충분히 대응하며 감도의 손실을 최소화 할 수 있는 대해서 충분히 대응하며 감도의 손실을 최소화 할 수 있는 터치패널 구동장치에서 임펄스 잡음 및 전원 잡음 제거 장치에 관한 것이다.
정전방식 센서의 원리는 센서에 입력되는 전하량의 변화를 센싱하는 구조이다. 전하량의 변화는 여러 가지 방식에서 변화할 수 있으며, 이를 응용하는 대표적인 장치가 터치에 의한 전하량의 변화를 유도하는 장치이다.
도 1은 종래 mutual capacitance 방식 정전방식 센서의 회로도이다.
도 1을 참조하면, 종래 패널 구동장치(1)는 터치 패널에 TX와 RX 메탈 사이의 고정된 커패시터와 TX와 RX간의 자기장에 형성된 커패시터의 합을 mutual capacitance(cm)이라고 하고, 손가락을 터치 패널에 접촉함으로써 TX와 RX에 연결된 커패시터(cm)의 정전용량 변화에 따른 전압이 단일 출력 증폭기(2)의 입력으로 들어가 하나의 증폭된 전압으로 출력하게 된다.
이때 출력 전압 vout은 다음 식(1)과 같이 나타나게 된다.
Figure pat00001
----- 식(1)
VTX 는 도 1의 TX0~TX4의 각각의 전압이고, Cfb는 증폭기의 (-) 입력부와 출력단 간에 연결된 피드백 커패시터이다.
도 2는 도 1의 종래 mutual capacitance 방식 정전방식 센서의 구동 파형도이다.
도 2를 참조하면, 터치 패널에 TX 펄스가 들어가게 되고, 식(1)에 의해서 증폭기의 출력 전압(Vout)이 나오게 된다. 그 출력 전압은 샘플링부(3)를 통해서 vsnh 파형을 보여주며, 터치 시 cm의 변화량에 의해 도 2의 dV 와 같은 변화량의 차이를 발생시키며, 최종 아날로그-디지털 변환부(ADC)(4)를 통해 dV_code의 디지털 값으로 변환되어 출력된다.
도 3은 도 1의 터치 패널의 1채널을 모델링 한 회로도이고, 도 4는 잡음에 따른 증폭기의 출력 신호를 나타내는 파형도이며, 도 5는 도 3에서의 임펄스 노이즈 입력에 대한 아날로그-디지털 변환부의 출력을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, C1은 Cm과 같고, C2는 Cfb와 같다. 이러한 도 3은 TX와 C1커패시터 노드, RX와 C1커패시터 노드 간에 터치 패널의 기생 커패시터, 저항의 모델링 및 잡음의 유입 경로를 나타내고 있다.
도 4를 참조하면, 전원 노이즈(charge noise 또는 Power noise)의 원인은 접지의 불일치 때문에 일어난다. 예를 들면, 손가락을 터치 패널에 터치를 했을 시에 터치 패널 모델링의 가상 접지(vss2)와 센서 증폭기(2)의 접지(vss1)는 다르게 표현하였으며, 수십 Hz ~ 수백 KHz의 잡음가 들어가고, 수학식 1에 보여주는 것처럼 C2(=Cfb)에 의해 증폭 되어진다.
잡음(noise)에 의해 출력되는 vout은 외부 noise의 주파수를 가지며 매우 큰 폭으로 진동하게 된다. 이로인해 변화량 dV는 도 2에 비해 매우 감소하게 되고 도 4와 같이 결과적으로 출력 감도의 마진(margin)이 매우 작아지게 되는 결과가 된다.
또한 도3과 같이 증폭기의 입력 부분에 임펄스 노이즈가 들어가게 되면 도 5와 같이 adc에 에러 코드를 발생하게 된다.
본 발명은 상기의 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로, 정전방식 센서 시스템과 인체 간의 접지가 불일치로 인하여 생기는 전원 잡음(Charge noise) 및 외부환경에 의해 발생하는 임펄스 잡음에 대해서 충분히 대응하며 감도의 손실을 최소화 할 수 있는 대해서 충분히 대응하며 감도의 손실을 최소화 할 수 있는 터치패널 구동장치에서 임펄스 잡음 및 전원 잡음 제거 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 터치패널 구동장치에서 임펄스 잡음 및 전원 잡음 제거 장치는 전하량의 변화에 의해 값이 변화하는 커패시터를 포함하는 전하량 감지부; 전압 TX 신호가 온(on)인 구간에서 외부로부터 인가되는 기본 노이즈를 증폭하여 출력하고, 전압 TX 신호가 오프(off)인 구간에서 상기 전하량 감지부;로부터 입력되는 전하의 변화량을 증폭하여 출력하는 전하 증폭부; 상기 전하 증폭부;로부터의 전하의 변화량에 대하여 전하의 변화량을 샘플링한 제 1 신호(vsnh_sig)와, 상기 전하 증폭부;로부터 수신되는 기본 노이즈(vn)를 샘플링한 제 2 신호(vsnh_ref)로 분리하여 출력하는 샘플링부; 전하 증폭부의 출력에서 제1의 설정된 레벨의 제1노이즈 레벨과 상기 제1노이즈 레벨보다 상대적으로 낮은 제2의 설정된 레벨의 제2노이즈 레벨을 검출하고, 상기 제1노이즈 레벨 이상 또는 상기 제2노이즈 검출 이하의 임펄스 잡음을 검출하는 노이즈 검출부; 및 샘플링부로부터 수신되는 수신되는 제 1 신호(vsnh_sig)와, 제 2 신호(vsnh_ref)에서 공통 노이즈를 제거한 제3신호(V_diff)를 디지털 신호(ADC_OUT)로 변환하여 출력하고, 상기 노이즈 검출부에서 상기 임펄스 잡음이 검출되면 상기 제 1 신호(vsnh_sig)와, 제 2 신호(vsnh_ref)에서 공통 노이즈를 제거 시 함께 제거하여 상기 제3신호(V_diff)를 출력하는 아날로그 디지털 변환부(ADC);를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
여기서. 터치패널 구동장치에서 임펄스 잡음 및 전원 잡음 제거 장치는, 전하량 감지부에 포함되는 캐패시터에 가해지는 전압 TX 및 상기 샘플링, 아날로그 디지털 변환부의 구동을 제어하는 각종 제어신호를 발생 및 타이밍을 제어하는 구동 제어부가 더 포함되어 구성됨이 바람직하다.
그리고, 상기 터치패널 구동장치에서 임펄스 잡음 및 전원 잡음 제거 장치는, 상기 노이즈 검출부로부터의 노이즈 레벨을 검출인 제1노이즈 레벨과 상기 제2노이즈 레벨에 따라 상기 전하 증폭부, 상기 샘플링부, 상기 아날로그 디지털 변환부의 구동을 제어하는 각종 제어신호(s1, smp_sig, smp_ref, adc_ena)를 발생시키는 스위칭 제너레이터와, 상기 전하량 감지부에 포함되는 캐패시터에 가해지는 전압 TX 및 타이밍을 제어하는 구동 제어부가 더 포함되어 구성됨이 바람직하다.
한편 상기 노이즈 검출기는 상기 전하 증폭부의 출력에서 노이즈 레벨을 검출하여 제1노이즈 레벨(vrefh) 이상은 vrefh_ndet를 통해서 출력되고, 제2노이즈 레벨(vrefl) 이하는 vrefl_ndet을 통해서 출력됨이 바람직하다.
그리고 노이즈 검출기는, 임펄스 잡음에 의해 설정된 노이즈 레벨을 벗어나는 것을 검출하는 제1노이즈 검출기와 노이즈 레벨의 크기가 역전된 것을 검출하는 제2노이즈 검출기로 구성됨이 바람직하다.
여기서 제1노이즈 검출기는 상기 전하증폭부에서 증폭된 출력값(Vout)을 입력받아 샘플링하는 제1연산증폭기와 상기 제1연산증폭기의 출력값에 대하여 제1노이즈 레벨(vrefh)과 비교하는 제2연산 증폭기 및 상기 제1연산증폭기의 출력값에 대하여 제2노이즈 레벨(vrefl)과 비교하는 제3연산증폭기로 구성되고, 제2노이즈 검출기는 상기 전하증폭부에서 증폭된 출력값(Vout)을 입력받아 샘플링하는 제4연산증폭기 및 제5연산증폭기와 상기 제4연산증폭기 및 제5연산증폭기의 출력값을 각각 입력받아 상기 제1노이즈 레벨(vrefh)과 상기 제2노이즈 레벨(vrefl)을 역전했는지를 비교 검출하는 제6연산증폭기로 구성됨이 바람직하다.
또한, 노이즈 검출기는, 전하증폭부에서 증폭된 출력값(Vout)을 입력받아 샘플링하는 제7연산증폭기와 제8연산증폭기 및 상기 제7연산증폭기의 출력값에 대하여 제1노이즈 레벨(vrefh) 및 제2노이즈 레벨(vrefl)과 각각 비교하는 제9연산 증폭기 및 제10연산증폭기로 구성되고, 상기 제10연산 증폭기는 출력값이 노이즈 레벨을 역전했는지를 비교 검출하는 것이 바람직하다.
한편, 제7연산증폭기와 제8연산증폭기 각각의 일측 입력단은 전하증폭부의 출력단과 연결되고, 다른 일측 입력단은 상기 제7연산증폭기와 제8연산증폭기 각각의 출력단에서 궤환된 값이 입력되도록 구성됨이 바람직하다.
또한, 노이즈 검출기는, 전하증폭부에서 증폭된 출력값(Vout)을 입력받아 샘플링하는 제11연산증폭기와 제12연산증폭기 및 상기 제11연산증폭기의 출력값에 대하여 제1노이즈 레벨(vrefh) 및 제2노이즈 레벨(vrefl)과 각각 비교하는 제13연산 증폭기 및 제14연산증폭기로 구성되고, 상기 제14연산 증폭기는 출력값이 설정된 노이즈 레벨을 역전했는지를 비교 검출하는 것이 바람직하다.
그리고 제11연산증폭기와 제12연산증폭기 각각의 일측 입력단은 상기 전하증폭부의 출력단과 연결되고, 다른 일측 입력단은 상기 제11연산증폭기와 제12연산증폭기 각각의 출력단에서 궤환된 값이 입력되도록 구성되되, 상기 전하증폭부의 출력단과 상기 제11연산증폭기의 입력단 및 상기 전하증폭부의 출력단과 상기 제12연산증폭기의 입력단에는 각각 커패시터가 구성됨이 바람직하다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 입력되는 전원 노이즈(charge noise) 및 임펄스 노이즈(impulse noise)를 노이즈 검출기를 이용하여 검출하여 이를 구동 방법에 의해 노이즈 성분이 포함된 데이터를 제거함으로써 감도를 향상 시킬 수 있는 효과가 있다.
둘째, 전원 노이즈를 제거하는 알고리즘을 ADC 전단의 아날로그 단에서 처리하도록 하여 ADC 후단에서의 처리에 따른 동작 속도 감소, 전류 증가 및 면적 증가 등의 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 mutual capacitance 방식 정전방식 센서의 회로도.
도 2는 도 1의 종래 mutual capacitance 방식 정전방식 센서의 구동 파형도.
도 3은 도 1의 터치 패널의 1채널을 모델링 한 회로도.
도 4는 잡음에 따른 증폭기의 출력 신호를 나타내는 파형도.
도 5는 도 3에서의 임펄스 노이즈 입력에 대한 아날로그-디지털 변환부의 출력을 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명 제1실시예에 따른 터치패널 구동장치에서 임펄스 잡음 및 전원 잡음 제거 장치의 회로도.
도 7은 본 발명 제2실시예에 따른 터치패널 구동장치에서 임펄스 잡음 및 전원 잡음 제거 장치의 회로도.
도 8은 본 발명 제1실시예에 따른 노이즈 검출기의 회로도.
도 9는 도 6 및 도 7에 나타낸 터치패널 구동장치에서 임펄스 잡음 및 전원 잡음 제거 장치의 구동 방법의 일예를 설명하기 위한 도면.
도 10은 도 6 및 도 7에 나타낸 터치패널 구동장치에서 임펄스 잡음 및 전원 잡음 제거 장치의 구동 방법의 다른 예를 설명하기 위한 도면.
도 11은 본 발명 제2실시예에 따른 노이즈 검출기의 회로도.
도 12는 도 11에 나타낸 노이즈 검출기를 이용한 본 발명 제 1 및 제 2 실시예에 따른 터치패널 구동장치에서 임펄스 잡음 및 전원 잡음 제거 장치의 구동 방법을 설명하기 위한 도면.
도 13은 본 발명 제3실시예에 따른 노이즈 검출기의 회로도.
도 14는 도 13에 나타낸 노이즈 검출기를 이용한 본 발명 제 1 및 제 2 실시예에 따른 터치패널 구동장치에서 임펄스 잡음 및 전원 잡음 제거 장치의 구동 방법을 설명하기 위한 도면.
도 15는 본 발명 제4실시예에 따른 노이즈 검출기의 회로도.
도 16 도 15에 나타낸 노이즈 검출기를 이용한 본 발명 제 1 및 제 2 실시예에 따른 터치패널 구동장치에서 임펄스 잡음 및 전원 잡음 제거 장치의 구동 방법을 설명하기 위한 도면.
이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 실시 예를 보다 상세하게 설명한다.
이하 본 발명에서 TX 신호 및 각종 신호의 위상은 실시 예를 나타낸 것이므로, 각 신호의 위상이 서로 반대가 되었을 때도 본 발명은 성립하며, 본 발명의 권리범위에 속함은 자명하다.
도 6은 본 발명 제1실시예에 따른 터치패널 구동장치에서 임펄스 잡음 및 전원 잡음 제거 장치의 회로도이다.
본 발명 제1실시예에 따른 터치패널 구동장치에서 임펄스 잡음 및 전원 잡음 제거 장치는 도 6에 나타낸 바와 같이, 전하량 감지부(110), 전하 증폭부(120), 샘플링부(130), 아날로그/디지털 변환부(ADC)(140) 및 노이즈 검출부(150)를 포함한다.
또한, 전하량 감지부(110)에 포함되는 캐패시터에 가해지는 전압 TX 및 샘플링부(130), 아날로그 디지털 변환부(140)의 구동을 제어하는 각종 제어신호를 발생 및 타이밍을 제어하는 구동 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
전하량은 여러 가지 방식에 의해 변화할 수 있다. 대표적으로 터치에 의해 전하량의 변화가 가능하지만, 터치 이외의 전하량이 변화할 수 있는 모든 장치에 본 발명이 적용될 수 있다.
전하량 감지부(110)는 전하량의 변화에 의해 값이 변화하는 커패시터를 포함한다. 바람직하게는, mutual capacitance 방식에 의해 구현될 있다.
전하 증폭부(120)는 구동 제어부에 의해 전압 TX 신호가 온(on)인 구간에서 외부로부터 인가되는 기본 노이즈(vn)를 연산 증폭기(121)에서 증폭하여 출력하는데, 전압 TX 신호가 오프(off)인 구간에서는 전하량 감지부(110)로부터 입력되는 전하의 변화량을 연산 증폭기(121)에서 증폭하여 출력한다.
샘플링부(130)는 전하 증폭부(120)로부터의 전하의 변화량에 대하여 전하의 변화량을 샘플링한 제 1 신호(vsnh_sig)와, 전하 증폭부(120)로부터 수신되는 기본 노이즈(vn)를 샘플링한 제 2 신호(vsnh_ref)로 분리하여 출력한다.
구체적으로, 구동 제어부에 의해 TX 신호가 온(on) 상태에서 샘플링부(130)의 구동을 제어하는 신호(smp_ref)가 구동제어부에서 입력되면 기본 노이즈(vn)를 샘플링하여 제 2 신호를 출력한다. 제 2 신호는 reference를 말한다. 제 2 신호를 출력하고 나면, 구동 제어부에 의해 TX 신호가 오프(off) 상태로 전환되고, 구동제어부에서 샘플링부(130)의 구동을 제어하는 신호(smp_sig)가 입력되면 전하의 변화량을 샘플링하여 제 1 신호를 출력한다. 제 1 신호는 signal을 말한다.
아날로그 디지털 변환부(ADC)(140)는 샘플링부(130)로부터 수신되는 수신되는 제 1 신호(vsnh_sig)와, 제 2 신호(vsnh_ref)에서 공통 노이즈를 제거한 제3신호(V_diff)를 디지털 신호(ADC_OUT)로 변환하여 출력한다. 구체적으로, 제 3 신호는 제 2 신호에서 제 1 신호를 뺀 성분이다.
노이즈 검출부(150)는 전하 증폭부(120)의 출력에서 노이즈 레벨을 검출하는데, 검출 레벨은 설명의 편의상 제1노이즈 레벨(예로서 2.5V(vrefh_ndet))와 제1노이즈 레벨보다 상대적으로 낮은 제2노이즈 레벨(예로써 0.5V(vrefl_ndet))로 선정하였으나 특별히 한정할 필요는 없다.
이때, 외부 노이즈로 인하여 vout가 왜곡이 되어 노이즈 검출 레벨 이상이 되면, 노이즈 레벨이 0.5V 이하 구간은 vrefl_ndet을 통해서 출력하고, 노이즈 레벨 2.5V 이상 구간은 vrefh_ndet를 통해서 출력한다. 즉 임펄스 잡음을 검출한다.
도 7은 본 발명 제2실시예에 따른 터치패널 구동장치에서 임펄스 잡음 및 전원 잡음 제거 장치의 회로도이다.
본 발명 제2실시예에 따른 터치패널 구동장치에서 임펄스 잡음 및 전원 잡음 제거 장치는 도 7에 나타낸 바와 같이, 전하량 감지부(110), 전하 증폭부(120), 샘플링부(130), 아날로그/디지털 변환부(ADC)(140), 노이즈 검출부(150) 및 스위칭 제너레이터(160)를 포함한다.
스위칭 제너레이터(160)는 노이즈 검출부(150)로부터의 노이즈 레벨을 검출인 vrefl_ndet와 vrefh_ndet에 따라 전하 증폭부(120), 샘플링부(130), 아날로그 디지털 변환부(140)의 구동을 제어하는 각종 제어신호(s1, smp_sig, smp_ref, adc_ena)를 발생시킨다.
그리고 전하량 감지부(110)에 포함되는 캐패시터에 가해지는 전압 TX 및 타이밍을 제어하는 구동 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
전하량은 여러 가지 방식에 의해 변화할 수 있다. 대표적으로 터치에 의해 전하량의 변화가 가능하지만, 터치 이외의 전하량이 변화할 수 있는 모든 장치에 본 발명이 적용될 수 있다.
전하량 감지부(110)는 전하량의 변화에 의해 값이 변화하는 커패시터를 포함한다. 바람직하게는, mutual capacitance 방식에 의해 구현될 있다.
전하 증폭부(120)는 구동 제어부에 의해 전압 TX 신호가 온(on)인 구간에서 외부로부터 인가되는 기본 노이즈(vn)를 연산 증폭기(121)에서 증폭하여 출력하고, 전압 TX 신호가 오프(off)인 구간에서는 전하량 감지부(110)로부터 입력되는 전하의 변화량을 연산 증폭기(121)에서 증폭하여 출력한다.
샘플링부(130)는 전하 증폭부(120)로부터의 전하의 변화량에 대하여 전하의 변화량을 샘플링한 제 1 신호(vsnh_sig)와, 전하 증폭부(120)로부터 수신되는 기본 노이즈(vn)를 샘플링한 제 2 신호(vsnh_ref)로 분리하여 출력한다.
구체적으로, 구동 제어부에 의해 TX 신호가 온(on) 상태에서 샘플링부(130)의 구동을 제어하는 신호(smp_ref)가 스위칭 제너레이터(160)에서 입력되면 기본 노이즈(vn)를 샘플링하여 제 2 신호를 출력한다. 제 2 신호는 reference를 말한다. 제 2 신호를 출력하고 나면, 구동 제어부에 의해 TX 신호가 오프(off) 상태로 전환되고, 샘플링부(130)의 구동을 제어하는 신호(smp_sig)가 스위칭 제너레이터(160)에서 입력되면 전하의 변화량을 샘플링하여 제 1 신호를 출력한다. 제 1 신호는 signal을 말한다.
아날로그 디지털 변환부(ADC)(140)는 샘플링부(130)로부터 수신되는 수신되는 제 1 신호(vsnh_sig)와, 제 2 신호(vsnh_ref)에서 공통 노이즈를 제거한 제3신호(V_diff)를 디지털 신호(ADC_OUT)로 변환하여 출력한다. 구체적으로, 제 3 신호는 제 2 신호에서 제 1 신호를 뺀 성분이다.
노이즈 검출부(150)는 전하 증폭부(120)의 출력에서 노이즈 레벨을 검출하는데, 검출 레벨은 설명의 편의상 제1노이즈 레벨(2.5V(vrefh_ndet))과 제2노이즈 레벨(0.5V(vrefl_ndet))로 선정하였으나 특별히 한정할 필요는 없으며 외부 노이즈로 인하여 vout가 왜곡이 되어 노이즈 검출 레벨 이상이 되면, 노이즈 레벨이 0.5V 이하 구간은 vrefl_ndet을 통해서 출력하고, 노이즈 레벨 2.5V 이상 구간은 vrefh_ndet를 통해서 출력한다. 즉 임펄스 잡음을 검출한다.
도 8은 본 발명 제1실시예에 따른 노이즈 검출기의 회로도이다.
본 발명 제1실시예에 따른 노이즈 검출기는 도 8에 나타낸 바와 같이, 전하 증폭부(120)의 연산 증폭기(121) 출력에서 노이즈 레벨을 검출하는데, 검출 레벨은 2.5V(vrefh)와 0.5V(vrefl)로 선정하였으며 연산 증폭기(121)의 출력은 외부 노이즈로 인하여 vout이 왜곡되어 노이즈 검출 레벨 이상이 되면 노이즈 검출기(150)의 연산 증폭기(151)에서 제1노이즈 레벨(vrefh) 이상인가와 제2노이즈 레벨(vrefl) 이하인가를 비교하여 노이즈 레벨이 제1노이즈 레벨(vrefh) 이상(예로써 2.5V 이상) 구간은 vrefh_ndet를 통해서 출력되고, 노이즈 레벨이 제2노이즈 레벨(vrefl) 이하(예로써, 0.5V 이하)구간은 vrefl_ndet을 통해서 출력된다.
도 9는 도 6 및 도 7에 나타낸 터치패널 구동장치에서 임펄스 잡음 및 전원 잡음 제거 장치의 구동 방법의 일예를 설명하기 위한 도면이고, 도 10은 도 6 및 도 7에 나타낸 터치패널 구동장치에서 임펄스 잡음 및 전원 잡음 제거 장치의 구동 방법의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
외부에 노이즈가 인가가 되었을 때에 구동 제어부 및 스위칭 제너레이터(160)에 의해 도 9 및 도 10과 같이 구동을 하게 된다.
TX가 high 인 구간에서 s1을 첫 번째 on 시키면서 c3 및 c1, c2를 초기화 한다. 이때 연산증폭기(121)의 피드백(feedback) 동작에 의해 외부에 유입되는 노이즈(noise)는 연산증폭기(121)에 의해 흡수되어 노이즈(noise)가 관측되지 않는다. 이때 sw1을 오프(off)시키면 c3및 연산증폭기(121)의 증폭작용에 의해 기본 노이즈(noise)가 증폭되어 vout으로 출력되게 된다. 이를 구동 제어부 또는 스위칭 제너레이터(160)의 smp_ref에 의해 제2샘플링부(132)에서 vsnh_ref로 sampling하고, 노이즈 검출기(160)의 SW_refl에 의해 노이즈 검출기(160)에 sampling를 한다.
여기까지는 아직 c1의 전하의 변화량이 vout으로 출력되지 않은 상태이다. 그리고 TX를 low로 구동시켜 c1의 전하의 변화량을 연산증폭기(121)로 전달하면 c2에 의해 c1의 변화량을 증폭되어 vout으로 출력하게 된다. 이때, 스위칭 제너레이터(150)의 smp_sig을 이용하여 제1샘플링부(131)에서 vsnh_sig에 sampling하고, 노이즈 검출부(150)의 SW_refh에 의해 노이즈 검출기에 sampling을 한다.
위 구동 방법을 반복적으로 진행을 하면서 외부 노이즈로 인하여 vout가 왜곡이 되어 노이즈 검출 레벨 이상이 되면 노이즈 레벨 0.5V 낮은 구간(도 9 참조)은 vrefl_ndet을 통해서 출력하고, 노이즈 레벨 2.5V 이상 구간(도 10 참조)은 vrefh_ndet를 통해서 출력을 한다.
여기서, 도 9는 노이즈 레벨 0.5V 낮은 구간이 검출되고, 도 10은 노이즈 레벨 2.5V 이상 구간이 검출되고 있다.
도 11은 본 발명 제2실시예에 따른 노이즈 검출기의 회로도이다.
도 11은 vsnh_ref이 0.5V 및 vsnh_sig가 2.5V 노이즈 레벨을 벗어났을 때 검출하는 것 외에 추가적으로 vsnh_ref가 0.5V 및 2.5V, vsnh_sig가 0.5V 및 2.5V를 벗어났을 때 또는 크기가 역전 되었을 때에도 검출하는 것이다.
이를 위하여 본 발명 제2실시예에 따른 노이즈 검출기는 제1노이즈 검출기(170)와 제2노이즈 검출기(180)로 구성된다. 여기서 제1노이즈 검출기(170)는 임펄스 잡음에 의해 설정된 노이즈 레벨을 벗어나는 것을 검출하고, 제2노이즈 검출기(180)는 크기가 역전된 것을 검출한다.
이를 위하여 제1노이즈 검출기(170)는 연산증폭기(121)에서 증폭된 출력값(Vout)을 입력받아 샘플링하는 제1연산증폭기(171)와 제1연산증폭기(171)의 출력값에 대하여 제1노이즈 레벨(vrefh)과 비교하는 제2연산 증폭기(172) 및 제1연산증폭기(171)의 출력값에 대하여 제2노이즈 레벨(vrefl)과 비교하는 제3연산증폭기(173)로 구성된다.
한편 제2노이즈 검출기(180)는 연산증폭기(121)에서 증폭된 출력값(Vout)을 입력받아 샘플링하는 제4연산증폭기(181) 및 제5연산증폭기(182)와 제4연산증폭기(181) 및 제5연산증폭기(182)의 출력값을 각각 입력받아 제1노이즈 레벨(vrefh)과 제2노이즈 레벨(vrefl)을 역전했는지를 비교 검출하는 제6연산증폭기(183)로 구성된다.
도 12는 도 11에 나타낸 노이즈 검출기를 이용한 본 발명 제 1 및 제 2 실시예에 따른 터치패널 구동장치에서 임펄스 잡음 및 전원 잡음 제거 장치의 구동 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 도 11의 구동방법으로, TX가 high 인 구간에서 s1을 첫 번째 on 시키면서 c3 및 c1, c2를 초기화 한다. 이때 연산증폭기(121)의 feedback 동작에 의해 외부에 유입되는 노이즈는 연산 증폭기(121)에 의해 흡수되어 noise가 관측되지 않는다. 이때 s1을 오프(off)시키면 c3및 연산증폭기(121)의 증폭작용에 의해 기본 noise가 증폭되어 vout으로 출력되게 된다.
이를 smp_ref에 의해 vsnh_ref로 sampling하고, sw1 및 sw3에 의해 노이즈 검출기에 sampling를 하고 첫번째 sw2, sw4 구간에서 노이즈 레벨 0.5V 및 2.5V 넘었는지 비교 검출을 한다.
여기까지는 아직 c1의 전하의 변화량이 vout으로 출력되지 않은 상태이다.
두번 째 s1을 on 시키면 c3 및 c1, c2를 초기화하고, TX를 low로 구동시켜 c1의 전하의 변화량을 연산증폭기(121)로 전달하면 c2에 의해 c1의 변화량을 증폭되어 vout으로 출력하게 된다. 이때 smp_sig에 의해 vsnh_sig로 sampling하고, sw1에 의해 제1노이즈 검출기(170)에 sampling을 하고, 두번째 sw2, sw4 구간에서 노이즈 레벨 0.5V 및 2.5V 넘었는지 비교 검출을 한다.
그리고 sw5 구간에서 노이즈 레벨이 제1노이즈 레벨(vrefh)과 제2노이즈 레벨(vrefl)을 역전했는지를 제2노이즈 검출기(180)에서 검출한다.
도 13은 본 발명 제3실시예에 따른 노이즈 검출기의 회로도이다.
본 발명 제3실시예에 따른 노이즈 검출기는 도 13에 나타낸 바와 같이, vsnh_ref이 0.5V 및 vsnh_sig가 2.5V 노이즈 레벨을 벗어났을 때 검출하는 것 외에 추가적으로 vsnh_ref가 0.5V 및 2.5V, vsnh_sig가 0.5V 및 2.5V를 벗어났을 때 또는 크기가 역전 되었을 때에도 검출하되 본발명 제2실시예와는 달리 하나의 노이즈 검출기(190)만으로 검출하는 것이다.
이를 위하여 본 발명 제3실시예에 따른 노이즈 검출기는 제3노이즈 검출기(190)로 구성되는데, 임펄스 잡음에 의해 설정된 노이즈 레벨을 벗어나는 것과 크기가 역전된 것을 검출한다.
이를 위하여 제3노이즈 검출기(190)는 연산증폭기(121)에서 증폭된 출력값(Vout)을 입력받아 샘플링하는 제7연산증폭기(191)와 제8연산증폭기(192) 및 제7연산증폭기(191)의 출력값에 대하여 제1노이즈 레벨(vrefh) 및 제2노이즈 레벨(vrefl)과 각각 비교하는 제9연산 증폭기(193) 및 제10연산증폭기(194)로 구성된다. 또한, 제10연산 증폭기(194)는 출력값이 노이즈 레벨을 역전했는지를 비교 검출한다.
여기서, 제7연산증폭기(191)와 제8연산증폭기(192) 각각의 일측 입력단은 연산증폭기(121)의 출력단과 연결되고, 다른 일측 입력단은 제7연산증폭기(191)와 제8연산증폭기(192) 각각의 출력단에서 궤환된 값이 입력되도록 구성된다.
도 14는 도 13에 나타낸 노이즈 검출기를 이용한 본 발명 제 1 및 제 2 실시예에 따른 터치패널 구동장치에서 임펄스 잡음 및 전원 잡음 제거 장치의 구동 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 도 13의 구동방법으로, TX가 high 인 구간에서 s1을 첫 번째 on 시키면서 c3 및 c1, c2를 초기화 한다. 이때 연산증폭기(121)의 feedback 동작에 의해 외부에 유입되는 노이즈는 연산 증폭기(121)에 의해 흡수되어 noise가 관측되지 않는다. 이때 s1을 오프(off)시키면 c3및 연산증폭기(121)의 증폭작용에 의해 기본 noise가 증폭되어 vout으로 출력되게 된다.
이를 smp_ref에 의해 vsnh_ref로 sampling하고, sw1 및 sw3에 의해 노이즈 검출기에 sampling를 하고 첫번째 sw2, sw4 구간에서 노이즈 레벨 0.5V 및 2.5V 넘었는지 비교 검출을 한다.
여기까지는 아직 c1의 전하의 변화량이 vout으로 출력되지 않은 상태이다.
두번 째 s1을 on 시키면 c3 및 c1, c2를 초기화하고, TX를 low로 구동시켜 c1의 전하의 변화량을 연산증폭기(121)로 전달하면 c2에 의해 c1의 변화량을 증폭되어 vout으로 출력하게 된다. 이때 smp_sig에 의해 vsnh_sig로 sampling하고, sw1에 의해 제3노이즈 검출기(190)에 sampling을 하고, 두번째 sw2, sw4 구간에서 노이즈 레벨 0.5V 및 2.5V 넘었는지 비교 검출을 한다.
그리고 sw5 구간에서 노이즈 레벨이 제1노이즈 레벨(vrefh)과 제2노이즈 레벨(vrefl)을 역전했는지를 검출한다.
도 15는 본 발명 제4실시예에 따른 노이즈 검출기의 회로도이다.
본 발명 제4실시예에 따른 노이즈 검출기는 도 15에 나타낸 바와 같이, vsnh_ref이 0.5V 및 vsnh_sig가 2.5V 노이즈 레벨을 벗어났을 때 검출하는 것 외에 추가적으로 vsnh_ref가 0.5V 및 2.5V, vsnh_sig가 0.5V 및 2.5V를 벗어났을 때 또는 크기가 역전 되었을 때에도 검출하되 본발명 제2실시예와는 달리 하나의 노이즈 검출기(200)만으로 검출하는 것이다.
이를 위하여 본 발명 제4실시예에 따른 노이즈 검출기는 제4노이즈 검출기(200)로 구성되는데, 임펄스 잡음에 의해 설정된 노이즈 레벨을 벗어나는 것과 크기가 역전된 것을 검출한다.
이를 위하여 제4노이즈 검출기(200)는 연산증폭기(121)에서 증폭된 출력값(Vout)을 입력받아 샘플링하는 제11연산증폭기(201)와 제12연산증폭기(202) 및 제11연산증폭기(201)의 출력값에 대하여 제1노이즈 레벨(vrefh) 및 제2노이즈 레벨(vrefl)과 각각 비교하는 제13연산 증폭기(203) 및 제14연산증폭기(204)로 구성된다. 또한, 제14연산 증폭기(204)는 출력값이 설정된 노이즈 레벨을 역전했는지를 비교 검출한다.
여기서, 제11연산증폭기(201)와 제12연산증폭기(202) 각각의 일측 입력단은 연산증폭기(121)의 출력단과 연결되고, 다른 일측 입력단은 제11연산증폭기(201)와 제12연산증폭기(202) 각각의 출력단에서 궤환된 값이 입력되도록 구성되되, 연산증폭기(121)의 출력단과 제11연산증폭기(201)의 입력단에는 커패시터가 구성되고, 연산증폭기(121)의 출력단과 제12연산증폭기(202)의 입력단에는 커패시터가 구성된다.
도 16 도 15에 나타낸 노이즈 검출기를 이용한 본 발명 제 1 및 제 2 실시예에 따른 터치패널 구동장치에서 임펄스 잡음 및 전원 잡음 제거 장치의 구동 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 도 15의 구동방법으로, TX가 high 인 구간에서 s1을 첫 번째 on 시키면서 c3 및 c1, c2를 초기화 한다. 이때 연산증폭기(121)의 feedback 동작에 의해 외부에 유입되는 노이즈는 연산 증폭기(121)에 의해 흡수되어 noise가 관측되지 않는다. 이때 s1을 오프(off)시키면 c3및 연산증폭기(121)의 증폭작용에 의해 기본 noise가 증폭되어 vout으로 출력되게 된다.
이를 smp_ref에 의해 vsnh_ref로 sampling하고, sw1, sw2 및 sw4, sw5에 의해 제4노이즈 검출기(200)에 sampling를 하고 첫번째 sw3, sw6 구간에서 노이즈 레벨 0.5V 및 2.5V 넘었는지 비교 검출을 한다.
여기까지는 아직 c1의 전하의 변화량이 vout으로 출력되지 않은 상태이다.
두번 째 s1을 on 시키면 c3 및 c1, c2를 초기화하고, TX를 low로 구동시켜 c1의 전하의 변화량을 연산증폭기(121)로 전달하면 c2에 의해 c1의 변화량을 증폭되어 vout으로 출력하게 된다. 이때 smp_sig에 의해 vsnh_sig로 sampling하고, sw1, sw2 및 sw4, sw5에 의해 제4노이즈 검출기(200)에 sampling을 하고, 두번째 sw3, sw6 구간에서 노이즈 레벨 0.5V 및 2.5V 넘었는지 비교 검출을 한다.
그리고 sw7 구간에서 노이즈 레벨이 제1노이즈 레벨(vrefh)과 제2노이즈 레벨(vrefl)을 역전했는지를 검출한다.
본 발명에 의하면, 입력되는 전원 노이즈 및 임펄스 노이즈를 노이즈 검출기를 이용하여 검출하여 이를 구동 방법에 의해 노이즈 성분이 포함된 데이터를 제거함으로써 감도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 전원 노이즈를 제거하는 알고리즘을 ADC 전단의 아날로그 단에서 처리하도록 하여 ADC 후단에서의 처리에 따른 동작 속도 감소, 전류 증가 및 면적 증가 등의 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다.
그리고 또한 노이즈 검출 신호를 이용하여 noise 제거하는 알고리즘의 활용 방안을 증가시킬 수 있다.
본 발명은 상기한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 되는 것임은 자명하다.
110 : 전하량 감지부 120 : 전하 증폭부
121 : 연산증폭기 130 : 샘플링부
140 : 아날로그/디지털 변환부(ADC)
150, 170, 180, 190, 200 : 노이즈 검출부
171, 172, 173 : 제1, 제2, 제3연산증폭기
181, 182, 183 : 제4, 제5, 제6연산증폭기
191, 192, 193, 194 : 제7, 제8, 제9, 제10연산증폭기
201, 202, 203, 204 : 제11, 제12, 제13, 제14연산증폭기
160 : 스위칭 제너레이터

Claims (10)

  1. 전하량의 변화에 의해 값이 변화하는 커패시터를 포함하는 전하량 감지부(110);
    전압 TX 신호가 온(on)인 구간에서 외부로부터 인가되는 기본 노이즈를 증폭하여 출력하고, 전압 TX 신호가 오프(off)인 구간에서 상기 전하량 감지부(110)로부터 입력되는 전하의 변화량을 증폭하여 출력하는 전하 증폭부(120);
    상기 전하 증폭부(120)로부터의 전하의 변화량에 대하여 전하의 변화량을 샘플링한 제 1 신호(vsnh_sig)와, 상기 전하 증폭부(120)로부터 수신되는 기본 노이즈(vn)를 샘플링한 제 2 신호(vsnh_ref)로 분리하여 출력하는 샘플링부(130);
    상기 전하 증폭부(120)의 출력에서 제1의 설정된 레벨의 제1노이즈 레벨과 상기 제1노이즈 레벨보다 상대적으로 낮은 제2의 설정된 레벨의 제2노이즈 레벨을 검출하고, 상기 제1노이즈 레벨 이상 또는 상기 제2노이즈 검출 이하의 임펄스 잡음을 검출하는 노이즈 검출부(150); 및
    상기 샘플링부(130)로부터 수신되는 수신되는 제 1 신호(vsnh_sig)와, 제 2 신호(vsnh_ref)에서 공통 노이즈를 제거한 제3신호(V_diff)를 디지털 신호(ADC_OUT)로 변환하여 출력하고, 상기 노이즈 검출부(150)에서 상기 임펄스 잡음이 검출되면 상기 제 1 신호(vsnh_sig)와, 제 2 신호(vsnh_ref)에서 공통 노이즈를 제거 시 함께 제거하여 상기 제3신호(V_diff)를 출력하는 아날로그 디지털 변환부(ADC);를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 터치패널 구동장치에서 임펄스 잡음 및 전원 잡음 제거 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 터치패널 구동장치에서 임펄스 잡음 및 전원 잡음 제거 장치는,
    상기 전하량 감지부(110)에 포함되는 캐패시터에 가해지는 전압 TX 및 상기 샘플링부(130), 상기 아날로그 디지털 변환부(140)의 구동을 제어하는 각종 제어신호를 발생 및 타이밍을 제어하는 구동 제어부가 더 포함되어 구성됨을 특징으로 하는 터치패널 구동장치에서 임펄스 잡음 및 전원 잡음 제거 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 터치패널 구동장치에서 임펄스 잡음 및 전원 잡음 제거 장치는,
    상기 노이즈 검출부(150)로부터의 노이즈 레벨을 검출인 상기 제1노이즈 레벨과 상기 제2노이즈 레벨에 따라 상기 전하 증폭부(120), 상기 샘플링부(130), 상기 아날로그 디지털 변환부(140)의 구동을 제어하는 각종 제어신호(s1, smp_sig, smp_ref, adc_ena)를 발생시키는 스위칭 제너레이터(160)와,
    상기 전하량 감지부(110)에 포함되는 캐패시터에 가해지는 전압 TX 및 타이밍을 제어하는 구동 제어부가 더 포함되어 구성됨을 특징으로 하는 터치패널 구동장치에서 임펄스 잡음 및 전원 잡음 제거 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 노이즈 검출기(150)는 상기 전하 증폭부(120)의 출력에서 노이즈 레벨을 검출하여 제1노이즈 레벨(vrefh) 이상은 vrefh_ndet를 통해서 출력되고, 제2노이즈 레벨(vrefl) 이하는 vrefl_ndet을 통해서 출력됨을 특징으로 하는 터치패널 구동장치에서 임펄스 잡음 및 전원 잡음 제거 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 노이즈 검출기(150)는,
    임펄스 잡음에 의해 설정된 노이즈 레벨을 벗어나는 것을 검출하는 제1노이즈 검출기(170)와 노이즈 레벨의 크기가 역전된 것을 검출하는 제2노이즈 검출기(180)로 구성됨을 특징으로 하는 터치패널 구동장치에서 임펄스 잡음 및 전원 잡음 제거 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1노이즈 검출기(170)는 상기 전하증폭부(120)에서 증폭된 출력값(Vout)을 입력받아 샘플링하는 제1연산증폭기(171)와 상기 제1연산증폭기(171)의 출력값에 대하여 제1노이즈 레벨(vrefh)과 비교하는 제2연산 증폭기(172) 및 상기 제1연산증폭기(171)의 출력값에 대하여 제2노이즈 레벨(vrefl)과 비교하는 제3연산증폭기(173)로 구성되고,
    상기 제2노이즈 검출기(180)는 상기 전하증폭부(120)에서 증폭된 출력값(Vout)을 입력받아 샘플링하는 제4연산증폭기(181) 및 제5연산증폭기(182)와 상기 제4연산증폭기(181) 및 제5연산증폭기(182)의 출력값을 각각 입력받아 상기 제1노이즈 레벨(vrefh)과 상기 제2노이즈 레벨(vrefl)을 역전했는지를 비교 검출하는 제6연산증폭기(183)로 구성됨을 특징으로 하는 터치패널 구동장치에서 임펄스 잡음 및 전원 잡음 제거 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 노이즈 검출기(150)는,
    상기 전하증폭부(120)에서 증폭된 출력값(Vout)을 입력받아 샘플링하는 제7연산증폭기(191)와 제8연산증폭기(192) 및 상기 제7연산증폭기(191)의 출력값에 대하여 제1노이즈 레벨(vrefh) 및 제2노이즈 레벨(vrefl)과 각각 비교하는 제9연산 증폭기(193) 및 제10연산증폭기(194)로 구성되고, 상기 제10연산 증폭기(194)는 출력값이 노이즈 레벨을 역전했는지를 비교 검출하는 것을 특징으로 하는 터치패널 구동장치에서 임펄스 잡음 및 전원 잡음 제거 장치.
  8. 제7항에 있어서
    상기 제7연산증폭기(191)와 제8연산증폭기(192) 각각의 일측 입력단은 전하증폭부(120)의 출력단과 연결되고, 다른 일측 입력단은 상기 제7연산증폭기(191)와 제8연산증폭기(192) 각각의 출력단에서 궤환된 값이 입력되도록 구성됨을 특징으로 하는 터치패널 구동장치에서 임펄스 잡음 및 전원 잡음 제거 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 노이즈 검출기(150)는,
    상기 전하증폭부(120)에서 증폭된 출력값(Vout)을 입력받아 샘플링하는 제11연산증폭기(201)와 제12연산증폭기(202) 및 상기 제11연산증폭기(201)의 출력값에 대하여 제1노이즈 레벨(vrefh) 및 제2노이즈 레벨(vrefl)과 각각 비교하는 제13연산 증폭기(203) 및 제14연산증폭기(204)로 구성되고, 상기 제14연산 증폭기(204)는 출력값이 설정된 노이즈 레벨을 역전했는지를 비교 검출하는 것을 특징으로 하는 터치패널 구동장치에서 임펄스 잡음 및 전원 잡음 제거 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제11연산증폭기(201)와 제12연산증폭기(202) 각각의 일측 입력단은 상기 전하증폭부(120)의 출력단과 연결되고, 다른 일측 입력단은 상기 제11연산증폭기(201)와 제12연산증폭기(202) 각각의 출력단에서 궤환된 값이 입력되도록 구성되되, 상기 전하증폭부(120)의 출력단과 상기 제11연산증폭기(201)의 입력단 및 상기 전하증폭부(120)의 출력단과 상기 제12연산증폭기(202)의 입력단에는 각각 커패시터가 구성됨을 특징으로 하는 터치패널 구동장치에서 임펄스 잡음 및 전원 잡음 제거 장치.
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