KR20150114163A - 터치스크린 컨트롤러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대형규모의 정전용량 방식의 터치스크린 컨트롤러에 관한 것으로, 입력 전원을 공급받는 USB와, 상기 USB로부터 전원을 공급받고 데이터 신호를 송수신하는 MCU와, 상기 MCU로부터 제어 신호 및 데이터 신호를 송수신하는 FPGA와, 상기 MCU와 상기 FPGA로 디지털 변환 신호로 패러렐 데이터를 송신하는 ADC와, 상기 FPGA로부터 제어 신호를 수신하고 내장된 전하 펌프로 소정 전압의 다중 구동 펄스를 발생시키는 Tx 칩과, 상기 FPGA로부터 데이터 신호를 수신하고 내장된 전하 펌프로부터 소정의 전압을 공급받고 상기 ADC로 아날로그 신호를 송신하는 Rx 칩을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 컨트롤러를 제시한다.

Description

터치스크린 컨트롤러 {Touch screen controller}

본 발명은 정전용량 방식의 터치스크린 컨트롤러에 관한 것이다.

일반적으로 터치스크린을 감지하는 방식들 중에 정전용량 방식은 다른 감지 방식들에 비해 비교 우위의 특성들을 가지고 있으나 대형 면적의 터치스크린 방식에는 적합하지 않았다.

즉, 종래에는 대형 면적의 터치스크린의 감지 방식은 적외선 방식 또는 카메라 방식을 주로 채택하였다. 그러나, 이들 방식의 경우, 터치의 회수가 증가될수록 터치를 인식하기 위해 별도의 알고리즘이 포함되어 제 기능의 멀티 터치 구현에는 어려움이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 대형면적의 터치스크린 감지 방식으로 정전용량 방식을 채택하여 다수의 터치에도 불구하고 정확하게 터치 인식을 구현할 수 있는 터치스크린 컨트롤러를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위해, 입력 전원을 공급받는 USB와, 상기 USB로부터 전원을 공급받고 데이터 신호를 송수신하는 MCU와, 상기 MCU로부터 제어 신호 및 데이터 신호를 송수신하는 FPGA와, 상기 MCU와 상기 FPGA로 디지털 변환 신호로 패러렐 데이터를 송신하는 ADC와, 상기 FPGA로부터 제어 신호를 수신하고 내장된 전하 펌프로 소정 전압의 다중 구동 펄스를 발생시키는 Tx 칩과, 상기 FPGA로부터 데이터 신호를 수신하고 내장된 전하 펌프로부터 소정의 전압을 공급받고 상기 ADC로 아날로그 신호를 송신하는 Rx 칩을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 컨트롤러를 제공한다.

여기에서, 상기 FPGA는 신호 증폭 알고리즘을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 Tx 칩은 전하 펌프 내장으로 5V를 15V로 승압시켜 CDMA 방식의 다중 구동을 실행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 Rx 칩은 상기 아날로그 신호를 그룹별로 수신하고 상기 그룹별 신호를 상기 ADC로 각각 인터페이스하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 ADC는 상기 그룹별 신호를 상기 MCU와 상기 FPGA와 인터페이스함으로써 Rx 아날로그 신호를 양자화시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 기존의 정전용량 방식을 적용하여 대형 멀티 터치스크린을 구현할 경우, 터치 패널의 크기가 커짐에 따라 존재하는 기생 저항과 커패시턴스가 증가하게 되고, 이로 인해 RC 시간 지연이 심해져 터치스크린 구현에 제약이 따르는 문제를 근본적으로 해소한 데에 우수한 효과가 있다.

즉, RC 시간 지연을 일으키는 신호 경로상의 유효한 기생 저항과 정전용량을 감소시키기 위해, 터치 패턴의 전극 층들을 플로팅시키는 구성과 노이즈 저감을 위한 CDMA 방식으로 TX 신호를 발생시키는 방식을 제시함으로써, 노이즈 저감효과가 우수한 정전용량 방식의 대형 멀티 터치스크린 솔루션을 구현한 데에 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 터치스크린 컨트롤러의 구성도.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 터치스크린 컨트롤러의 구성도이다.

본 발명에 따른 터치스크린 컨트롤러는 입력 전원을 공급받는 USB(10)와, USB(10)로부터 전원을 공급받고 데이터 신호를 송수신하는 MCU(20)와, MCU(20)로부터 제어 신호 및 데이터 신호를 송수신하는 FPGA(30)와, MCU(20)와 FPGA(30)로 디지털 변환 신호로 패러렐 데이터를 송신하는 ADC(40)와, FPGA(40)로부터 제어 신호를 수신하고 내장된 전하 펌프로 소정 전압의 다중 구동 펄스를 발생시키는 Tx 칩(50)과, FPGA(30)로부터 데이터 신호를 수신하고 내장된 전하 펌프로부터 소정의 전압을 공급받고 ADC(40)로 아날로그 신호를 송신하는 Rx 칩(60)을 포함하는 구성을 가진다.

여기에서, MCU(20)는 HID 통신을 통해 USB(10)와 인터페이스된 상태이고, 좌표 추출 알고리즘과 ID 추적 알고리즘을 포함한다. 또한, MCU(20)는 ADC(40)와 인터페이스된 상태에서 FPGA(30)와는 병렬 인터페이스 상태를 유지한다.

FPGA(30)는 Tx 칩(50)과 Rx 칩(60)에 대해 I2C 통신을 통해 인터페이스되어 있으며, 신호 증폭 알고리즘을 포함한다. FPGA(30)는 Tx 펄스를 CDMA 방식으로 발생시키는 역할을 한다.

Tx 칩(50)은 전하 펌프 내장으로 5V를 15V로 승압시켜 CDMA 방식의 다중 구동을 실행한다. 보다 상세하게는, Tx 구동신호는 CDMA 방식을 통해 전하(charge)를 발생하고, 발생된 전하를 반복적으로 축적하는 기능을 한다.

Rx 칩(60)은 상기 아날로그 신호를 그룹별로 수신하고 상기 그룹별 신호를 ADC(40)로 인터페이스하는 기능을 가진다. Rx 신호의 그룹화, 즉, 그룹당 각각의 ADC(40)와 인터페이스로 인해 응답 시간의 고속화를 이룰 수 있다.

또한, Rx 칩(60)에서는 플로팅(floating) 방식으로 수신측의 전극들에 각각 소용량의 커패시터(capacitor)가 연결된다. 이러한 경우, 구동 신호를 구동 전극에 인가하면 이에 대응하는 신호가 수신 전극에 연결된 커패시터에 나타난다. 결과적으로, Rx 신호의 플로팅은 RC 시간 지연(time delay) 문제를 해소할 수 있으며, 이로써, 대형 면적의 터치스크린 구동에 소요되는 응답 시간을 획기적으로 감소시킬 수 있다.

여기에서, CDMA 방식을 Tx 구동 신호에 적용하는 한편, Rx 신호에서 PN code(Pseudo noise code : 의사잡음부호)를 곱하게 되면, 정전용량의 대형 터치스크린에 발생하는 노이즈를 효율적으로 저감시킬 수 있다.

한편, ADC(40)는 상기 그룹별 신호를 MCU(20)와 FPGA(40)와 인터페이스함으로써 Rx 아날로그 신호를 양자화시키는 기능을 한다.

이상 설명한 본 발명은 터치스크린의 응답(respons) 시간을 줄이기 위해 다음과 같은 방식을 채택한다. 즉, 상기 구동신호가 가해지는 한 행의 구동 전극에 대해 수신측의 모든 전극의 대응 신호가 동시에 처리되는 방식이 채택된다. 이러한 방식은 하나의 구동 신호에 대해 하나의 수신 전극의 출력 값을 처리하는 방식에 비해 응답 시간을 크게 줄일 수 있으므로 대형 터치스크린의 구현에 매우 유리하다.

또한, 본 발명은 터치스크린의 노이즈 문제를 다음과 같이 해결하는 방식을 채택한다. 즉, 구동 신호를 인가하여 수신 전극에 연결된 커패시터에 대응 신호가 출력되면 이 신호를 인접하는 다른 수신 전극의 대응 신호와 비교하는 그 차이를 추출하는 방식이 채택된다. 여기에서, 인접하는 수신 전극의 신호를 비교하는 것은 전반적으로 또는 국소적으로 발생하는 공통 노이즈(common noise)에 대한 영향을 줄이기 위해서이다.

보다 상세하게 설명하면, 노이즈가 발생할 경우 인접해 있는 두 전극에 유사한 형태로 나타날 것이므로 노이즈의 영향을 상쇄시키기 위해 상기 인접한 두 전극의 신호의 차이를 추출하는 것이다.

한편, 이와 같이 추출된 두 대응 신호 값의 차이는 비교적 작은 값을 가지므로 증폭된다. 증폭된 값은 잔존한 노이즈의 영향을 고려하여 SNR(Signal-to-Noise Ratio)을 높이고 노이즈를 이동 평균화(moving average)시킬 수 있도록 증폭 값을 여러 번의 구동 신호 인가를 통해 축적시킨다.

최종적으로 이와 같이 축적되어 최종 출력되는 아날로그 값은 상기 그루별 ADC(40)를 통해 디지털 값을 변환되고, 변환된 디지털 값들은 디지털 처리되어 터치 위치를 효율적으로 판별할 수 있도록 한다.

이상 설명한 본 발명에 따르면, 기존의 정전용량 방식을 적용하여 대형 멀티 터치스크린을 구현할 경우, 터치 패널의 크기가 커짐에 따라 존재하는 기생 저항과 커패시턴스가 증가하게 되고, 이로 인해 RC 시간 지연이 심해져 터치스크린 구현에 제약이 따르는 문제를 근본적으로 해소한 데에 우수한 효과가 있다.

즉, RC 시간 지연을 일으키는 신호 경로상의 유효한 기생 저항과 정전용량을 감소시키기 위해, 터치 패턴의 전극 층들을 플로팅시키는 구성과 노이즈 저감을 위한 CDMA 방식으로 TX 신호를 발생시키는 방식을 제시함으로써, 노이즈 저감효과가 우수한 정전용량 방식의 대형 멀티 터치스크린 솔루션을 구현한 데에 효과가 있다.

10 : USB
20 : MCU
30 : FPGA
40 : ADC
50 : Tx 칩
60 : Rx 칩

Claims (5)

1. 입력 전원을 공급받는 USB와,
   상기 USB로부터 전원을 공급받고 데이터 신호를 송수신하는 MCU와,
   상기 MCU로부터 제어 신호 및 데이터 신호를 송수신하는 FPGA와,
   상기 MCU와 상기 FPGA로 디지털 변환 신호로 패러렐 데이터를 송신하는 ADC와,
   상기 FPGA로부터 제어 신호를 수신하고 내장된 전하 펌프로 소정 전압의 다중 구동 펄스를 발생시키는 Tx 칩과,
   상기 FPGA로부터 데이터 신호를 수신하고 내장된 전하 펌프로부터 소정의 전압을 공급받고 상기 ADC로 아날로그 신호를 송신하는 Rx 칩을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 컨트롤러.
2. 제1항에 있어서, 상기 FPGA는 신호 증폭 알고리즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 컨트롤러.
3. 제1항에 있어서, 상기 Tx 칩은 전하 펌프 내장으로 5V를 15V로 승압시켜 CDMA 방식의 다중 구동을 실행하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 컨트롤러.
4. 제1항에 있어서, 상기 Rx 칩은 상기 아날로그 신호를 그룹별로 수신하고 상기 그룹별 신호를 상기 ADC로 각각 인터페이스하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 컨트롤러.
5. 제4항에 있어서, 상기 ADC는 상기 그룹별 신호를 상기 MCU와 상기 FPGA와 인터페이스함으로써 Rx 아날로그 신호를 양자화시키는 것을 특징으로 하는 터치스크린 컨트롤러.

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