KR20150130334A

KR20150130334A - 간섭이 감소된, 정전용량 기반 터치 장치 및 그를 위한 방법

Info

Publication number: KR20150130334A
Application number: KR1020157026916A
Authority: KR
Inventors: 토마스 제이 레베스치; 크레이그 에이 코르데이로; 윌리엄 제이 팔로우
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2013-03-13
Filing date: 2013-10-21
Publication date: 2015-11-23
Also published as: JP2016510156A; EP2972705B1; US20140267129A1; WO2014143186A1; CN203909739U; JP6280198B2; EP3112998A1; TWI595401B; CN105009049B; TW201543326A; CN104049789B; EP2778868A1; EP2778868B1; EP2972705A1; CN104049789A; TWI503727B; KR101579351B1; US8890841B2; CN105009049A; KR20140112365A

Abstract

터치 표면에서 발생하는 정전용량 변경 터치에 응답하여 결합 정전용량의 변화를 용이하게 하는 터치 표면 회로를 포함하는 터치 감응 디바이스. 이 디바이스는 그에 응답하여, 상위 신호 레벨을 향한 양의 방향 전이들과 하위 신호 레벨을 향한 음의 방향 전이들을 특징화하기 위한 과도 부분들을 가진 신호를 제공하는 감지 회로를 포함한다. 그 후 시변 입력 파라미터들에 응답하여, 신호들을 증폭시키고 처리하기 위해 증폭 회로가 이용된다. 증폭 회로는 과도 부분들 사이의 응답 신호들의 부분들에 대한 이득에 관련하여 과도 부분들에 대한 이득을 조절하고, 그것에 의하여 예를 들어 신호 홀수 및/또는 짝수 고조파들의 형태의 RF 간섭을 억제하여, 터치 표면 상의 정전용량 변경 터치들의 위치들을 결정하기 위한 잡음 필터링된 출력을 제공한다.

Description

간섭이 감소된, 정전용량 기반 터치 장치 및 그를 위한 방법{CAPACITIVE-BASED TOUCH APPARATUS AND METHOD THEREFOR, WITH REDUCED INTERFERENCE}

본 개시 내용은 일반적으로 터치 감응 디바이스(touch-sensitive device)들에 관한 것으로, 특히 사용자의 손가락 또는 다른 터치 도구와 터치 디바이스 사이의 용량성 결합에 의존하고, 터치 디바이스의 상이한 부분들에 동시에 가해지는 다수의 터치를 검출할 수 있는 그러한 디바이스들에 대한 특정 응용이 있는 터치 감응 디바이스들에 관한 것이다.

터치 감응 디바이스들은, 예를 들어, 사용자 친화적 상호 작용과 참여를 위해 전형적으로 디스플레이의 시각 자료에 의해 프롬프트되는 디스플레이 입력을 제공함으로써, 사용자가 전자 시스템들 및 디스플레이들과 편리하게 인터페이스할 수 있도록 구현될 수 있다. 일부 경우들에, 디스플레이 입력은 기계적 버튼, 키패드 및 키보드와 같은 다른 입력 도구들을 보완한다. 다른 경우들에, 디스플레이 입력은 기계적 버튼, 키패드, 키보드 및 포인팅 디바이스에 대한 필요를 줄이거나 제거하기 위한 독립적 도구로서의 역할을 한다. 예를 들어, 사용자는 아이콘에 의해 식별된 위치에서 온-디스플레이 터치 스크린을 단순히 터치하는 것에 의해 또는 다른 사용자 입력과 함께 표시된 아이콘을 터치하는 것에 의해 복잡한 명령어 시퀀스를 수행할 수 있다.

터치 감응 디바이스를 구현하기 위한, 예를 들어, 저항, 적외선, 정전용량, 표면 음파, 전자기, 근접장 이미징(near field imaging) 등을 포함하는 여러 가지 유형의 기술들과, 이러한 기술들의 조합들이 있다. 정전용량 터치 감지 디바이스들을 이용하는 터치 감응 디바이스들이 다수의 응용에서 효과가 좋은 것으로 밝혀졌다. 많은 터치 감응 디바이스들에서, 입력은 센서 내의 도전성 물체가 사용자의 손가락과 같은 도전성 터치 도구에 용량성 결합될 때 감지된다. 일반적으로, 2개의 전기 도전성 부재가 실제로 접촉하지 않고 서로 근접하게 될 때마다, 이들 사이에 정전용량이 형성된다. 정전용량 터치 감응 디바이스의 경우에, 손가락과 같은 물체가 터치 감응 표현에 접근함에 따라, 그 물체와 그 물체에 아주 근접해 있는 감지 지점들 사이에 아주 작은 정전용량이 형성된다. 그 감지 지점들 각각에서 정전용량의 변화들을 검출하고 그 감지 지점들의 위치에 주목하는 것에 의해, 감지 회로는 다수의 물체를 인지하고 물체가 터치 표면을 가로질러 이동함에 따라 물체의 특징들을 결정할 수 있다.

그러한 정전용량 변화들에 기초하여 터치를 측정하기 위해 다양한 기법들이 이용되고 있다. 하나의 기법은 접지간 정전용량(capacitance-to-ground)의 변화를 측정하고, 그것에 의하여 전극의 상태는 그 전극에 가해지는 신호를 터치가 변경하기 전에 그 신호의 정전용량 상태에 기초하여 이해된다. 전극에 근접한 터치는 신호 전류가 전극으로부터, 손가락 또는 터치 스타일러스와 같은 물체를 통하여, 전기 접지로 흐르게 한다. 전극에서 그리고 또한 터치 스크린 상의 다양한 다른 지점들에서의 정전용량의 변화를 검출하는 것에 의해, 감지 회로는 그 지점들의 위치에 주목하고 그것에 의하여 터치가 발생한 스크린 상의 위치를 인지할 수 있다. 또한, 감지 회로와 관련 처리의 복잡성에 따라, 터치가 다수의 터치들 중 하나인지 여부, 그리고 터치가 움직이고 있고/있거나 소정 유형의 사용자 입력들에 대한 예상 특징들을 만족시키는지 여부를 결정하는 것과 같은 다른 목적들을 위해 터치의 다양한 특징들이 평가될 수 있다.

또 다른 공지된 기법은, 전기장에 의해 신호 수신 전극에 용량성 결합되어 있는, 신호 구동 전극에 신호를 인가하는 것에 의해 터치 관련 정전용량 변화들을 모니터링한다. 이들 용어가 함축하는 바와 같이, 신호 수신 전극이 신호 구동 전극으로부터 예상 신호를 반환함으로써, 2개의 전극들 사이의 예상 신호(정전용량 전하) 결합이 2개의 전극과 관련된 위치의 터치 관련 상태를 나타내는 데 이용될 수 있다. 그 위치에서/그 위치 근처에서의 실제 또는 감지된 터치 즉시 또는 그러한 터치에 응답하여, 신호 결합의 상태가 변화하고, 이 변화는 용량성 결합의 감소에 의해 반영된다.

이들 또는 다른 관련된 정전용량 터치 감지 기법들에 대해, 전극들 사이의 상호 정전용량을 측정하기 위해 다양한 방법들이 이용되고 있다. 응용들에 따라서, 이들 방법은 다양한 유형 및 속도의 신호들을 명시할 수 있고 이를 통하여 신호 구동 전극은 예상 신호들을 신호 구동 전극에 제공할 것이고, 이로부터 정전용량 전하의 변화가 감지된다. 고속 전자 기기들의 성장 추세와 함께, 많은 그러한 응용들은 신호 구동 전극들을 구동하기 위해 상대적으로 더 높은 주파수의 신호들이 이용될 것을 요구하고 있다. 유감스럽게도, 고속 전자 기기들과 그로부터 생성된 그러한 신호들 양자의 결과로 RF(무선 주파수) 간섭이 발생할 수 있다. 이 RF 간섭은 관련된 터치 디스플레이를 위한 감지 회로들 및 관련 처리의 유효성을 저하시킬 수 있고, 일부 응용들에서는, 약화시킬 수 있다. 역효과들은 검출 속도, 정확도 및 전력 소비를 포함할 수 있다.

상기 문제들은 터치들을 찾아내고 평가하기 위한 터치 감응 디스플레이들 및 관련 방법들의 효과적인 설계들에 도전들을 제기한 문제들의 예들이다.

본 개시 내용의 양태들은 상기 그리고 다른 곳에서 논의된 바와 같은 터치 디스플레이들의 유형들에 대해 터치들을 찾아내고 평가하기 위한 터치 감응 디스플레이들 및 관련 방법들의 효과적인 설계들과 관련된 상기 언급된 도전들 및 다른 도전들을 극복하는 것을 지향한다. 본 개시 내용은 다수의 구현들 및 응용들에서 예시되고, 그 중 일부를 아래에 요약한다.

일 실시예에 따르면, 본 개시 내용은 터치 표면에서 발생하는 정전용량 변경 터치에 응답하여 결합 정전용량의 변화를 용이하게 하는 터치 표면 회로를 포함하는 터치 감응 장치(touch-sensitive apparatus)를 지향한다. 이 장치는 그에 응답하여, 상위 신호 레벨을 향한 양의 방향 전이들(positive-going transitions)과 하위 신호 레벨을 향한 음의 방향 전이들(negative-going transitions)을 특징화하기 위한 과도 부분들을 가진 신호를 제공하는 감지 회로를 포함한다. 그 후 시변(time-varying) 입력 파라미터들에 응답하여, 신호들을 증폭시키고 처리하기 위해 증폭 회로가 이용된다. 증폭 회로는 과도 부분들 사이의 응답 신호들의 부분들에 대한 이득에 관련하여 과도 부분들에 대한 이득을 조절하고, 그것에 의하여 예를 들어 신호 고조파들의 형태의 RF 간섭을 억제하여, 터치 표면 상의 정전용량 변경 터치들의 위치들을 결정하기 위한 잡음 필터링된 출력을 제공한다.

또 다른 실시예에 따르면, 본 개시 내용은 터치 표면 회로, 감지 회로, 및 증폭 회로를 포함하는 터치 감응 장치를 지향한다. 터치 표면 회로는 터치 표면과 복수의 전극을 포함하고, 복수의 전극 각각은 터치 표면에서의 정전용량 변경 터치에 응답하여 변화하는 결합 정전용량과 관련된다. 감지 회로는 복수의 전극에 대한 응답 신호들을 생성하도록 구성되고, 응답 신호들 각각은 터치 표면에서의 결합 정전용량에 응답하는 진폭을 가지며 상위 신호 레벨을 향한 양의 방향 전이들과 하위 신호 레벨을 향한 음의 방향 전이들을 특징화하는 과도 부분들을 가진 미분된 신호 표현을 포함한다. 증폭 회로는 과도 부분들을 특징화하기 위한 시변 입력 파라미터들을 제공하고, 증폭 회로는 시변 파라미터들에 응답하여, 응답 신호들의 미분된 신호 표현을 처리하여 그에 대한 가변 이득을 제공하기 하기 위한 가변 이득 증폭기를 포함한다. 앞서 논의된 실시예와 마찬가지로, 이득은 과도 부분들 사이의 응답 신호들의 부분들에 대한 이득에 관련하여 과도 부분들에 대해 조절되고, 거기서 터치 표면 상의 터치들의 위치들을 결정하기 위한 관련된 결합 정전용량을 특징화하는 잡음 필터링된 출력을 제공하기 위해 응답 신호들에서 고조파들을 억제한다.

보다 구체적인 실시예들에서, 상기 실시예들에 대한 변형들이 구현된다. 예를 들어, 제공된 가변 이득은 과도 부분들에 대한 이득을 증가시키고 과도 부분들 사이의 응답 신호들의 부분들에 대한 이득을 감소시킬 수 있다. 또 다른 변형으로서, 증폭기는 응답 신호들을 순서대로 처리하기 위한 다수의 스테이지를 갖도록 구현될 수 있다. 가변 이득 증폭기로서, 하나의 증폭 스테이지는 가변 이득 증폭기에 의한 처리의 일부로서 응답 신호들에서 잡음 간섭을 필터링하기 위해, 응답 신호들에서 홀수 고조파들(예컨대, 제3 및 제5 고조파들을 포함함)을 억제하도록 구현될 수 있고, 또 다른 증폭 스테이지는 역시 RF 잡음 간섭의 필터링을 위해, 응답 신호들에서 고조파들(예컨대, 짝수 고조파들)을 억제하도록 구현될 수 있다.

본 개시 내용의 다른 양태들은 의도적으로 변조되는 임피던스 변경 가능한 신호들을 증폭시키고 처리하기 위한, 반드시 정전용량 기반 터치 입력 응답 신호들에 제한되지는 않는, 증폭 회로를 지향한다. 예를 들어, 회로 그리드(예컨대, 메모리 어레이) 내의 하나 이상의 구동 전극이 수신 전극들에 예상 임피던스(예컨대, 정전용량/유도용량)를 제공하기 위해 의도적으로 변조될 수 있고, 수신 전극들은 이어서 (임피던스 변경 가능한) 응답 신호들을 감지 회로에 전달한다. 회로 그리드는 수신 전극(들)을 따르는 위치(들)에서의 임피던스가 비동기 (외부) 신호 또는 조건에 의해 변경되도록 구성된다. 증폭 회로는, 전술된 회로와 유사하게, 응답 신호들에서 홀수 고조파들(예컨대, 제3 및 제5 고조파들을 포함함)을 억제하도록 구현되는 하나의 증폭 스테이지, 및 응답 신호들에서 고조파들(예컨대, 짝수 고조파들)을 억제하도록 구현되는 또 다른 증폭 스테이지를 가진 RF 잡음 필터링 가변 이득 증폭기로서 구현된다. 그러한 잡음 및 구체적으로 이들 고조파를 제거/억제함으로써, 증폭 회로의 출력은 (외부) 신호들 또는 조건들을 평가하기 위해 모니터링될 수 있다(예컨대, 진폭, 기울기, 지속 기간, 유효한 발생의 가능성, 및/또는 유효한 (외부) 신호 또는 조건과의 근접).

본 개시 내용의 또 다른 양태들은 가변 이득 증폭기를 수반하는 보다 구체적인 실시예들 및 관련된 결합 정전용량의 특징화들에 대한 측정들을 수행하고 그로부터 터치 표면 상의 터치들의 위치들을 결정하기 위한 측정 회로와 같은 다른 양태들을 지향한다. 측정 회로는, 예를 들어, 다수의 시간적으로 겹치는 터치들(그것들이 터치 표면 상에 존재한다고 가정하여)의 위치들을 결정하기 위해 노드들 각각에 대한 응답 신호들 각각의 진폭들을 측정하도록 구성되고 배열될 수 있다. 보다 구체적인 실시예들에서, 측정 유닛은 멀티플렉서와 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 포함하고, 후자는 수신 전극들과 각각 관련된 응답 신호들을 선택적으로 통과시키기 위해 멀티플렉서에 신호들의 디지털 버전을 제공한다.

가변 이득 증폭기를 수반하는 보다 구체적인 양태들은, 예를 들어, 응답 신호들을 샘플링하기 위해 이용되는 클록 레이트의 배수로의 데시메이션(decimation)과 함께 과도 부분들에서의 적분-덤프(integration-and-dump) 필터 연산을 제공하기 위해 시변 파라미터들을 이용하기 위한 적분 회로를 가변 이득 증폭기의 일부로서 포함한다. 가변 이득 증폭기는 또한 제1 적분 스테이지와 제2 잡음-억제 스테이지를 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 스테이지는 RF 신호의 고조파들에 대한 널(null)들의 생성을 위해 과도 부분들에서의 데시메이션을 용이하게 하도록 시변 파라미터들을 이용하여 응답 신호들의 미분된 신호 표현을 적분하고, 제2 스테이지는, 제1 스테이지에 응답하여 그리고 그와 기능적으로 협동하여, 고조파들을 억제하도록 구성된다.

이들 실시예 및 다른 실시예들의 방법들 및 추가 양태들이 아래에 더 상세히 논의된다.

상기 요약은 각각의 예시된 실시예 또는 본 개시 내용의 모든 구현을 기술하도록 의도된 것은 아니다.

본 개시 내용은 첨부 도면들과 관련하여 본 개시 내용의 다양한 실시예들에 대한 다음의 상세한 설명을 고려할 때 보다 완전히 이해될 수 있으며, 첨부 도면들에서, 본 개시 내용에 따라:
도 1a는 터치 디바이스의 개략도이고;
도 1b는 또 다른 터치 디바이스의 개략도이고;
도 2a는 또 다른 터치 디바이스의 개략도로서, 응답 신호들이 측정 모듈(또는 회로)에 대한 병렬 신호 경로들을 따라 처리되는 구체적인 실시예들을 위해 구성된 회로 모듈들을 보여주고;
도 2b는 도 2a의 터치 디바이스의 일부의 개략도로서, 병렬 신호 경로들 중 하나를 따라 응답 신호들을 처리하기 위한 회로들을 수반하는 구체적인 실시예들을 위한 예시적인 모듈들을 보여주고;
도 3a는 도 2b에 도시된 회로의 일부의 개략도이고;
도 3b는 도 2b 및 도 3a에 도시된 회로에 의한 신호들의 처리를 보여주는 타이밍 다이어그램이고;
도 3c는 도 2b 및 도 3a에 도시된 회로 및 신호들의 처리를 보여주는 또 다른 타이밍 다이어그램이고;
도 4는 가변 시간 상수에 관하여 도 3a의 증폭 회로의 이득을 보여주는 시간 기반 그래프이고;
도 5는 주파수에 관하여 그리고 상기 언급된 가변 시간 파라미터의 함수로서 도 3a의 증폭 회로의 이득을 보여주는 또 다른 시간 기반 그래프이고;
도 6a 내지 도 6g는 도 2b 및 도 3a의 마지막 적분 스테이지의 신호 타이밍을 보여주는 또 다른 시간 기반 다이어그램의 부분들을 형성한다.
본 개시 내용은 다양한 수정들 및 대안적인 형태들이 가능하지만, 그 세부 사항들이 도면들에 예로서 도시되었고 상세히 기술될 것이다. 그러나, 본 개시 내용을 기술된 특정 실시예들로 제한하고자 하는 것이 아님을 이해해야 한다. 그와 반대로, 본 개시 내용의 사상 및 범주 내에 포함되는 모든 수정들, 등가물들, 및 대안들을 포함하고자 한다.

본 개시 내용의 양태들은 터치 디스플레이 디바이스에서 터치 이벤트가 발생할 수 있는 곳을 표시하기 위해 이용되는 응답 신호들에 대한 RF 간섭을 생성하는 데 민감한 회로를 수반하는 것들을 포함하는, 다양한 상이한 유형의 터치 감응 디스플레이 시스템들, 디바이스들 및 방법들에 적용될 수 있다고 생각된다. 본 개시 내용은 반드시 그러한 회로 및 응용들에 제한되는 것은 아니지만, 이 맥락을 이용한 다양한 예들의 논의를 통하여 본 개시 내용의 다양한 양태들이 이해될 수 있다.

소정의 예시적인 실시예들에 따르면, 본 개시 내용은 정전용량 변경 터치에 응답하여 결합 정전용량의 변화를 용이하게 하도록 구성된 터치 표면 회로를 포함하는 유형의 터치 감응 장치들을 지향한다. 이 장치는 상위 신호 레벨을 향한 양의 방향 전이들과 하위 신호 레벨을 향한 음의 방향 전이들을 특징화하기 위한 과도 부분들을 가진 응답 신호를 제공하는 감지 회로를 포함한다. 그 후 시변 입력 파라미터들에 응답하여, 신호들을 증폭시키고 처리하기 위해 증폭 회로가 이용된다. 증폭 회로는 과도 부분들 사이의 응답 신호들의 부분들에 대한 이득에 관련하여 과도 부분들에 대한 이득을 조절하고, 그것에 의하여 예를 들어 홀수 및/또는 짝수 고조파들의 형태의 RF 간섭을 억제하여, 터치 표면 상의 정전용량 변경 터치들의 위치들을 결정하기 위한 잡음 필터링된 출력을 제공한다.

도 1a는 상기 언급된 유형의 터치 디바이스의 구체적인 예를 보여주는데, 이 터치 디바이스는, 또한 본 개시 내용에 따라, 터치 표면 회로(12), 감지 회로(24), 및 디지털 변환 회로(30)를 포함한다. 터치 표면 회로(12), 감지 회로(24), 및 디지털 변환 회로(30)는, 전술된 실시예와 마찬가지로, RF 간섭을 억제하고 그것에 의하여 터치 표면 상의 정전용량 변경 터치들의 위치들을 결정하기 위한 잡음 필터링된 출력을 제공하도록 협동적으로 설계된다. 많은 응용들에서, 터치 디바이스의 일부로서 구동 회로(8)와 데이터 처리 로직(예컨대, 마이크로컴퓨터 회로)(10)이 포함된다. 터치 디바이스의 외부 또는 내부에 있을 수 있는 구동 회로(8)는, 정전용량 노드에서 정전용량 변경 터치 이벤트들이 감지될 수 있는 기준을 제공하기 위해 이용될 수 있고 나중에 데이터 처리 로직(10)에 의해 처리될 수 있는 바이어스 구동 신호를 터치 표면 회로(12) 내의 구동 전극(16)에 제공하도록 구성된다. 많은 응용들에서, 구동 회로(8)는 단독으로 그리고/또는 다른 고주파 결합 회로와 함께, 고주파 신호들을 생성하는데, 이로부터 RF 잡음 간섭의 우려가 있다. RF 잡음 간섭은 구동 회로(8)에 의해 생성된 구동 신호로부터 직접 전개된 고조파 주파수들의 형태를 가질 수 있다. 이 구동 회로(8)는 흔히 다른 회로들을 구동하고/하거나 아날로그-디지털 변환 회로들에 포함된 신호 샘플링 회로들 및 상기 언급된 마이크로컴퓨터에서 사용되는 것과 같은 다른 고주파 신호들을 생성하기 위해 이용된다. 터치 패널(12)은 디스플레이 전자 기기들 및 다른 외부 RF 잡음 발생기들과 관련된 RF 잡음원들에 민감할 수 있다.

상기 논의에 따라, 이 RF 잡음 간섭은 응답 신호를 통해 결합 정전용량의 변화를 처리하는 것에 의해, 완전히 제거되지는 않을지라도, 줄어들고, 응답 신호는 감지 회로(24)를 이용하여 수신 전극들(18a 및 18b)(도 1a)을 통해 반환된다. 감지 회로(24)는 상위 신호 레벨을 향한 양의 방향 전이들과 하위 신호 레벨을 향한 음의 방향 전이들을 특징화하기 위한 과도 부분들을 가진, 응답 신호(response signal)라고 불리는, 응답 신호를 제공한다(아래에, 예를 들어, 도 3b 및 도 6b와 함께 논의된 바와 같음).

그 후 감지 회로(24) 내에서, 이득 및 필터링 회로가 이들 과도 부분을 추정하는 시변 입력 파라미터들에 응답하여, 신호들을 증폭시키고 처리하기 위해 이용된다. 감지 회로(24)는 그것에 의하여 과도 부분들 사이의 응답 신호들의 부분들에 대한 이득에 관련하여 과도 부분들에 대한 이득을 조절하고, 그것에 의하여 RF 간섭을 억제한다. 이들 과도 부분이 응답 신호를 나타내기 위해 어떻게 생성되는지를 이해하기 위해, 도 1b가 터치 패널의 구동 및 수신 전극들과 관련하여 전개되는 정전용량 변경 신호들의 전개에 관한 보다 세부적인 사항들과 함께 아래 제공된다.

따라서, 관련 제어기 회로와 함께 터치 디바이스를 이용하여, 감지 회로 및 증폭 회로가 터치 패널의 관련된 위치들 또는 노드들에서의 정전용량의 변화들을 검출하기 위해, 터치 패널의 수신 전극들로부터 반환 경로들을 통해 전개되는 바와 같은, 응답 신호들을 처리하기 위해 이용될 수 있다. 그러한 터치 패널은 예를 들어 하나 이상의 구동 전극에 관련하여 복수의 수신 전극의 조직된 배열을 통하여 구동 전극(들)과 수신 전극(들)에 대한 응용 특정 레이아웃을 가질 수도 있고, 구동 전극들은 복수의 수신 전극과 함께 행렬을 제공하도록 배열될 수 있으며, 이 경우 응용은 행렬의 전극 교차 지점들에서 많은 특정한 터치 패널 노드들의 제공을 요구할 것이라는 것을 이해할 것이다. 또 다른 응용의 예로서, 구동 전극은 하나 이상의 수신 전극에 관련하여 ITO 또는 나노-메시(nano-mesh)의 형태로 제공될 수도 있고, 수신 전극들 각각은 위치 및/또는 신호 특징(예컨대, 진폭, 형상, 변조 유형, 및/또는 위상)에 기초하여 미분 가능한 응답 신호를 제공할 것이다.

도 1b에는, 예시적인 터치 디바이스(110)가 도시되어 있다. 디바이스(110)는 전자 회로에 연결된 터치 패널(112)을 포함하고, 전자 회로는 간략화를 위해 114로 표시된 하나의 도식적인 상자 안에 함께 그룹화되고 아날로그 신호 인터페이스 회로, 마이크로컴퓨터, 프로세서 및/또는 프로그램 가능 로직 어레이를 포함하는 것과 같은 (제어) 로직 회로로서 구현되는 제어기로서 총괄적으로 불린다. 따라서, 제어기(114)는 바이어스 회로 및 터치 표면 회로(8'/12')(도 1a의 터치 패널(112)에 관련하여), 및 감지 회로(24')(도 1a의 감지 회로(24)에 관련하여) 그리고 프로세서 로직 유닛(30')(도 1a의 디지털 변환 회로(30)에 관련하여)의 포괄하는 양태들로서 도시되어 있다.

터치 패널(112)은 5×5 행렬의 열 전극들(116a-e) 및 행 전극들(118a-e)을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 다른 수의 전극들 및 다른 행렬 크기들이 이용될 수도 있다. 많은 응용들에서, 터치 패널(112)은 사용자가 터치 패널을 통하여 객체를 볼 수 있도록 투명하거나 반투명한 것으로 예시된다. 그러한 응용들은, 예를 들어, 컴퓨터, 핸드헬드 디바이스, 휴대폰, 또는 기타 주변 디바이스의 픽셀화된 표시를 위한 객체들을 포함한다. 경계(120)는 터치 패널(112)의 보기 영역(viewing area)과 또한 바람직하게는, 사용될 경우, 그러한 디스플레이의 보기 영역을 나타낸다. 전극들(116a-e, 118a-e)은 평면도 관점에서, 경계(120)를 따라 공간적으로 분포된다. 예시의 편의를 위해 전극들은 넓고 눈에 띄는 것으로 도시되어 있지만, 실제로 그것들은 비교적 좁고 사용자에게 눈의 띄지 않을 수 있다. 또한, 그것들은 가변적인 폭들을 갖도록, 예컨대, 전극 간 프린지 필드(fringe field)를 증가시키고 그것에 의하여 전극 대 전극 용량성 결합 시에 터치의 효과를 증가시키기 위해 행렬이 노드들의 부근에서 다이아몬드 또는 다른 형상의 패드 형태로 증가된 폭을 갖도록 설계될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 전극들은 인듐 주석 산화물(ITO) 또는 다른 적합한 전기 도전성 재료들로 구성될 수 있다. 깊이 관점에서, 열 전극들은 행 전극들과 상이한 평면에 놓여 있을 수 있고(도 1b의 관점에서, 열 전극들(116a-e)은 행 전극들(118a-e)의 아래에 놓여 있다) 이에 따라 열 전극들과 행 전극들 사이에 유의미한 옴 접촉(ohmic contact)이 이루어지지 않고, 따라서 주어진 열 전극과 주어진 행 전극 사이의 유일한 유의미한 전기 결합은 용량성 결합이다. 전극들의 행렬은 전형적으로 커버 유리, 플라스틱 필름, 또는 기타 유사한 것의 아래에 놓여 있고, 따라서 전극들은 사용자의 손가락 또는 다른 터치 관련 도구와 직접적인 물리적 접촉으로부터 보호된다. 그러한 커버 유리, 필름, 또는 기타 유사한 것의 노출된 표면을 터치 표면이라고 부를 수 있다. 게다가, 디스플레이 유형 응용들에서, (선택 사항으로) 백 실드(back shield)가 디스플레이와 터치 패널(112) 사이에 배치될 수 있다. 그러한 백 실드는 전형적으로 유리 또는 필름 상의 도전성 ITO 코팅으로 이루어지고, 외부 전기 간섭원들로부터 터치 패널(112)로의 신호 결합을 감소시키는 파형으로 구동되거나 접지될 수 있다. 백 실딩(back shielding)에 대한 다른 접근법들이 당업계에 공지되어 있다. 일반적으로, 백 실드는 터치 패널(112)에 의해 감지된 잡음을 감소시키고, 이는 일부 실시예들에서 개선된 터치 감도(예컨대, 보다 가벼운 터치를 감지하는 능력) 및 보다 빠른 응답 시간을 제공할 수 있다. 백 실드들은 때때로, 터치 패널(112)과 디스플레이를 이격되게 하는 것을 포함하는, 다른 잡음 감소 접근법들과 함께 이용되는데, 그 이유는 LCD 디스플레이들로부터의 잡음 강도는, 예를 들어, 거리에 따라 빠르게 감소하기 때문이다. 이들 기법 외에도, 잡음 문제들을 다루는 것에 대한 다른 접근법들이 아래에 다양한 실시예들과 관련하여 논의된다.

주어진 행과 열 전극 사이의 용량성 결합은 주로 전극들이 서로 가장 가까운 영역 내의 전극들의 기하학적 구조의 함수이다. 그러한 영역들은 전극 행렬의 "노드들"에 대응하고, 그 중 일부가 도 1b에 표시되어 있다. 예를 들어, 열 전극들(116a)과 행 전극(118d) 사이의 용량성 결합은 주로 노드(122)에서 발생하고, 열 전극들(116b)과 행 전극(118e) 사이의 용량성 결합은 주로 노드(124)에서 발생한다. 도 1b의 5×5 행렬은 그러한 노드들을 가지고 있고, 그 중 어느 것이든 제어기(114)에 의해, 각각의 열 전극들(116a-e)을 제어기에 개별적으로 결합시키는 제어 라인들(126) 중 하나의 적절한 선택, 및 각각의 행 전극들(118a-e)을 제어기에 개별적으로 결합시키는 제어 라인들(128) 중 하나의 적절한 선택을 통해 어드레싱될 수 있다.

터치 위치(131)에 도시된 바와 같이, 사용자의 손가락(130) 또는 다른 터치 도구가 디바이스(110)의 터치 표면과 접촉하거나 거의 접촉하게 될 때, 손가락은 전극 행렬에 용량성 결합된다. 손가락은 행렬로부터, 특히 터치 위치에 가장 가까이 놓여 있는 전극들로부터 전하를 끌어당기고, 그렇게 함에 따라 이는 가장 가까운 노드(들)에 대응하는 전극들 사이의 결합 정전용량을 변화시킨다. 예를 들어, 터치 위치(131)에서의 터치는 전극들(116c/118b)에 대응하는 노드에 가장 가까이 놓여 있다. 아래에 추가로 기술된 바와 같이, 이러한 결합 정전용량의 변화는 제어기(114)에 의해 검출되고 116a/118b 노드에서의 또는 그 근처에서의 터치로 해석될 수 있다. 바람직하게는, 제어기는 행렬의 모든 노드들의 정전용량의 변화(만약에 있다면)를 빠르게 검출하도록 구성되고, 보간법에 의해 노드들 사이에 놓여 있는 터치 위치를 정확하게 결정하기 위해 이웃 노드들에 대한 정전용량 변화들의 크기들을 분석할 수 있다. 더욱이, 제어기(114)는 유리하게도 터치 디바이스의 상이한 부분들에 동시에 또는 겹치는 시간들에 가해진 다수의 별개의 터치들을 검출하도록 설계된다. 따라서, 예를 들어, 손가락(130)의 터치와 동시에 또 다른 손가락이 터치 위치(133)에서 디바이스(110)의 터치 표면을 터치하면 또는 각각의 터치들이 적어도 시간적으로 겹치면, 제어기는 바람직하게는 그러한 터치들 양자의 위치들(131, 133)을 검출하고 터치 출력(114a)에 그러한 위치들을 제공할 수 있다. 제어기(114)에 의해 검출될 수 있는 별개의 동시 또는 시간적으로 겹치는 터치들의 수는 바람직하게는 2로 제한되지 않고, 예컨대, 그것은 전극 행렬의 크기에 따라서, 3, 4, 또는 60보다 클 수 있다.

아래에 추가로 논의된 바와 같이, 제어기(114)는 그것이 전극 행렬의 일부 또는 모든 노드들에서의 결합 정전용량을 빠르게 결정할 수 있게 하는 다양한 회로 모듈들 및 구성요소들을 이용할 수 있다. 예를 들어, 제어기는 바람직하게는 적어도 하나의 신호 발생기 또는 구동 유닛을 포함한다. 구동 유닛은 구동 전극들이라고 불리는 한 세트의 전극들에 구동 신호를 전달한다. 도 1b의 실시예에서, 열 전극들(116a-e)이 구동 전극들로서 이용될 수 있거나, 행 전극들(118a-e)이 그렇게 이용될 수 있다. 구동 신호는 바람직하게는 한 번에 하나의 구동 전극에, 예컨대, 제1 구동 전극에서 마지막 구동 전극까지 스캐닝된 순서대로 전달된다. 각각의 그러한 전극이 구동될 때, 제어기는 수신 전극들이라고 불리는 다른 한 세트의 전극들을 모니터링한다. 제어기(114)는 모든 수신 전극들에 결합된 하나 이상의 감지 유닛을 포함할 수 있다. 각각의 구동 전극에 전달되는 각각의 구동 신호에 대해, 감지 유닛들은 복수의 수신 전극에 대한 응답 신호들을 생성한다. 바람직하게는, 감지 유닛들은 각각의 응답 신호가 구동 신호의 미분된 표현을 포함하도록 설계된다. 예를 들어, 구동 신호가 함수 f(t)(예컨대, 시간의 함수로서 전압을 나타내는)에 의해 표현된다면, 응답 신호는 함수 g(t)와 같거나, 그의 근사치를 제공할 수 있고, 여기서 g(t) = df(t)/dt이다. 다시 말하면, g(t)는 구동 신호 f(t)의 시간에 관한 도함수이다. 제어기(114)에서 사용되는 회로의 설계 세부 사항들에 따라, 응답 신호는 다음과 같은 신호들을 포함할 수 있다: (1) g(t) 단독; 또는 (2) 상수 오프셋 (g(t) + a)를 가진 g(t); 또는 (3) 곱셈 스케일링 팩터 (b*g(t))를 가진 g(t) - 스케일링 팩터는 양수 또는 음수일 수 있고, 1보다 크거나, 1보다 작지만 0보다는 큰 크기를 가질 수 있음 -; 또는 (4) 이들의 조합들. 어느 경우에도, 응답 신호의 진폭은 유리하게도 구동되고 있는 구동 전극과 모니터링되고 있는 특정 수신 전극 사이의 결합 정전용량과 관련된다. g(t)의 진폭은 또한 최초 함수 f(t)의 진폭에 비례하고, 응용에 대해 적절하다면 g(t)의 진폭은 구동 신호의 단일 펄스만을 이용하여 주어진 노드에 대해 결정될 수 있다.

제어기는 또한 응답 신호의 진폭을 식별하고 구분하는 회로를 포함할 수 있다. 이를 위한 예시적인 회로 디바이스들은 하나 이상의 피크 검출기, 샘플/홀드 버퍼, 시간 가변 적분기 및/또는 제2 스테이지 적분기 저역 통과 필터를 포함할 수 있고, 그 선택은 구동 신호 및 대응하는 응답 신호의 본질에 따라 결정될 수 있다. 제어기는 또한 아날로그 진폭을 디지털 형식으로 변환하는 하나 이상의 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 포함할 수 있다. 회로 요소들의 불필요한 중복을 피하기 위해 하나 이상의 멀티플렉서가 이용될 수도 있다. 물론, 제어기는 또한 바람직하게는 측정된 진폭들 및 관련 파라미터들을 저장하기 위한 하나 이상의 메모리 디바이스와, 필요한 계산들 및 제어 기능들을 수행하는 마이크로프로세서를 포함한다.

전극 행렬 내의 노드들 각각에 대한 응답 신호의 진폭을 측정하는 것에 의해, 제어기는 전극 행렬의 노드들 각각에 대한 결합 정전용량들과 관련된 측정된 값들의 행렬을 생성할 수 있다. 이들 측정된 값은 어느 노드들(만약 있다면)이 터치의 존재로 인해 결합 정전용량의 변화를 경험하였는지를 결정하기 위해 이전에 획득된 기준 값들의 유사한 행렬과 비교될 수 있다.

측면에서 보면, 터치 디바이스에서 사용하기 위한 터치 패널은 전방 (투명) 층, 병렬로 배열된 제1 세트의 전극들을 가진 제1 전극 층, 절연 층, 병렬로 그리고 바람직하게는 제1 세트의 전극들과 직교로 배열된 제2 세트의 전극들을 가진 제2 전극 층, 및 후방 층을 포함할 수 있다. 노출된 전방 표면 층은 터치 패널의 터치 표면의 일부이거나 그 터치 표면에 부착될 수 있다.

도 2a는 상기 논의된 양태들 중 다수에 따른, 또 다른 터치 디바이스의 개략도로서, 프런트엔드(front-end) 회로 모듈(212)(또는 선택적으로 다수의 프런트엔드 모듈들(212(a), 212(b), 등) 중 하나로서 병렬로 동작하는) 및 터치 패널(미도시)의 전극들로부터 제공된 응답 신호들의 소정 아날로그 및 디지털 처리 각각을 위해 구성된 백엔드(back-end) 회로 모듈(220)을 보여준다. 도 2a가 나타내는 것들을 포함하는, 구체적인 실시예들에서, 백엔드 회로 모듈(220)은 백엔드 회로 모듈(220)의 오른쪽을 따라 도시된 것들과 같은 다양한 타이밍 및 제어 신호들을 제공하기 위해 다른 회로(도 1b의 제어기(114)와 같이)와 협력하여 구현된다.

도 2a의 왼쪽(에 선택적으로 복제된 블록들)을 통해 도시된 바와 같이, 응답 신호 회로들(210)은 관련된 입력 포트들(RX01, RX02, 등)을 통해 제공된 각각의 응답 신호들을 연산한다. 도 3a와 관련하여 추가로 논의되는 바와 같이, 이들 응답 신호 회로(210)는 연산하고 대응하는 (신호 공급) 수신 전극(도 1b)과 관련된 터치 패널 노드들에 대한 (터치 표면에서의 관련된 결합 정전용량의) 정확한 터치 모니터링을 제공하도록 구현된다. 이들 응답 신호 회로(210)는, 예시된 예에서, 연산하고 그러한 터치 모니터링을 동시에 제공하도록 구현될 수 있지만, 이들 응답 신호 회로들(210) 중 단지 하나의 출력 포트가 그러한 처리를 위해 멀티플렉서("Mux")(224)를 통하여 선택된다.

멀티플렉서(224)는, 입력 선택/제어 신호(224a)에 응답하여, 관련된 응답 신호 경로에 의해 정의된 바와 같은, 아날로그 처리된 응답 신호들의 선택된 채널을 아날로그-디지털 변환기(ADC)(226)에 제공한다. 멀티플렉서(224)는 모든 전극들이 ADC에 의해 변환될 때까지 RXN 채널들을 통해 진행하도록 제어될 수 있다. ADC(226)는 이전에 논의된 관련된 결합 정전용량의 특징화들에 대해 측정들을 수행하는 것에 의해 그리고 이들 특징화로부터 터치 표면 상의 터치들의 위치들을 결정하는 것에 의해 응답 신호들에 응답하도록 구성되어 있는 (백엔드 회로 모듈(220) 내의) 측정 회로(230)에 아날로그 처리된 응답 신호들의 디지털 버전을 제공한다. 오버-샘플링 ADC에 대해 전형적인 바와 같이, ADC(226)는 입력 포트(232)를 통해 제공된 ADC_클록 신호에 응답하여, 예를 들어, 약 8 ㎒ 또는 그의 배수에서 동작한다.

구체적인 실시예들에서, 프런트엔드 및 백엔드 회로 모듈들(212 및 220) 중 하나 또는 양쪽 모두가 모듈들(212 및 220)을 정의하는 경계 라인들을 따라 도시된 바와 같이 ASIC(application-specific-integrated-circuit) 칩들로 구현된다. 예를 들어, 프런트엔드 회로 모듈(212)은 수신 전극(들)로부터의 응답 신호 경로들 중 하나 이상을 처리하도록 구성된 하나 이상의 (복제된) 내부 회로 각각을 가진 하나의 ASIC 칩을 이용하여 구현될 수 있고, 백엔드 회로 모듈은 응답 신호들에 대해 측정들을 수행하기 위한 측정 회로를 갖도록 구성된 또 다른 ASIC 칩을 이용하여 구현된다.

각각의 그러한 구체적인 실시예에서, 모듈들(212 및 220) 양쪽 모두는 응답 신호 회로들(210)에 의한 응답 신호들의 적절한 처리를 달성하기 위해 데이터, 타이밍 및 제어 신호들을 이용한다. 예를 들어, 프런트엔드 모듈(212)의 왼쪽에, 이들 제어 신호는 응답 신호 회로들(210) 내의 응답 신호들을 적분하기 위해 이용되는 회로들의 노드들을 바이어싱하기 위해 이용되는 바와 같은 전압 바이어스 신호(V_Bias)를 포함한다. 프런트엔드 모듈(212)은 또한 응답 신호 회로들(210)에 의한 응답 신호들의 이득, 타이밍 및 일반적으로 처리를 제어하기 위한 시간 가변 파라미터들을 설정하는 데 이용되는 제어/구성 신호들을 포함하여, 백엔드 회로 모듈(220)에 의해 제공된 제어/구성 신호들에 응답한다. 측정 회로(230) 내의 구성 레지스터(240)는 주어진 터치 패드(또는 수신 전극들에 공급하는 다른 유형의 디바이스)에 대해 필요할 수 있는 바와 같은 이들 시간 가변 파라미터들 및 다른 제어 신호들을 정하는 데 이용될 수 있다. 측정 회로(230)는 또한 이들 처리된 응답 신호들을 획득하고 저장하기 위한 관련된 지원 회로들(데이터 획득 로직) 및 ASIC 기반 구현에 대해 이해되는 바와 같이 상태 기계 회로(244) 및 갖가지 종류의 레지스터/지원 회로(246)의 형태로 예시된 회로를 포함한다.

백엔드 회로 모듈(220)의 오른쪽을 따라 도시된 것들로서, 다른 타이밍 및 제어 신호들이 응답 신호 회로들(210)에 의한 처리의 그리고 ADC(226)의 타이밍을 돕기 위해 제공된다. 이들 신호는 모드(Mode) 제어, 직렬 주변 인터페이스 호환(serial peripheral interface compatible, SPI) 제어 라인들 및 데이터 수신 및 송신 및 수신 로직이 (수신 전극(들)을 따라) 행 데이터를 변환하기 시작하는 때 그리고 데이터 변환이 완료되는 때에 대한 제어를 포함한다. 이 신호들은 도면의 오른쪽에 도시되어 있다.

도 2b는 도 2a의 프런트엔드 회로 모듈과 이전에 예시된 터치 패널들(도 1a의 12 또는 도 1b의 112) 중 하나에 대응하는 분해도를 가진 예시의 회로를 보여준다. 하나의 그러한 터치 패널 구현에서 고려되는 바와 같이, 터치 패널은 16:10 종횡비의 19 인치 대각선의 직사각형 보기 영역을 가진 40행 × 64열 행렬 디바이스를 포함할 수 있다. 이 경우, 전극들은 약 0.25 인치의 균일한 간격을 가질 수 있고, 다른 구체적인 실시예들에서는, 0.2 인치 이하일 수 있다. 이 실시예의 크기로 인해, 전극들은 그것과 관련된 유의미한 부유 임피던스들, 예컨대, 행 전극들에 대한 40K 옴 및 열 전극들에 대한 64K 옴의 저항을 가질 수 있다. 그러한 터치 응답 처리와 관련된 인간 팩터들을 고려하여, 행렬의 모든 2,560개 노드(40 × 64 = 2560)에서의 결합 정전용량을 측정하는 응답 시간은, 원한다면, 비교적 빠르게, 예컨대, 20 밀리초 미만 또는 심지어 10 밀리초 미만으로 될 수 있다. 행 전극들이 구동 전극들로서 이용되고 열 전극들이 수신 전극들로서 이용된다면, 그리고 모든 열 전극들이 동시에 샘플링된다면, 40개 행의 전극들은, 예를 들어, 행 전극(구동 전극)마다 0.5 msec(또는 0.25 msec)의 시간 예산에 대해, 순차적으로 스캐닝되기 위해 20 msec(또는 10 msec)를 가진다.

도 2a의 구체적인 예시를 다시 참조하면, 그들의 물리적 특징들에 의해서가 아니라 (집중 회로 요소 모델들의 형태로) 그들의 전기적 특징들에 의해 도시되어 있는 도 2a의 구동 전극(254) 및 수신 전극(256)은 40 × 64보다 작은 행렬을 가진 터치 디바이스에서 발견될 수 있는 전극들을 대표하지만, 이것은 제한적인 것으로 간주되어서는 안 된다. 도 2a의 이 대표적인 실시예에서, 집중 회로 모델들로 도시된 직렬 저항들(R)은 각각 10K 옴의 값들을 가질 수 있고, 집중 회로 모델들로 도시된 부유 정전용량들(C)은 각각 20 피코패럿(

)의 값들을 가질 수 있지만, 물론 이들 값은 결코 제한적인 것으로 간주되어서는 안 된다. 이 대표적인 실시예에서 결합 정전용량(Cc)은 명목상 2 pf이고, 전극들(254, 256) 사이의 노드에서의 사용자의 손가락(258)에 의한 터치의 존재는 결합 정전용량(Cc)이 약 25%만큼, 약 1.5 pf의 값으로 떨어지게 한다. 역시, 이들 값은 제한적인 것으로 간주되어서는 안 된다.

전술된 제어기에 따르면, 그러한 터치 디바이스는 패널(252)의 노드들 각각에서의 결합 정전용량(Cc)을 결정하기 위해 패널(252)에 질문하는 특정한 회로를 이용한다. 이와 관련하여, 제어기는 결합 정전용량을 나타내거나 결합 정전용량에 응답하는 파라미터의 값, 예컨대, 상기 언급된 그리고 아래에 추가로 기술되는 바와 같은 응답 신호의 진폭을 결정하는 것에 의해 결합 정전용량을 결정할 수 있다. 이 작업을 완수하기 위해, 터치 디바이스는 바람직하게는 다음과 같은 것들을 포함한다: 구동 전극(254)에 결합된 (도 1b의 제어기(114) 또는 도 2b의 신호 발생기(260) 내의) 저 인피던스 구동 유닛; 수신 전극(256)에 결합된 감지 유닛(280); 및 감지 유닛(280)에 의해 생성된 응답 신호의 진폭을 디지털 형식으로 변환하는 아날로그-디지털 변환기(ADC) 유닛(226). 감지 유닛(280)은 구동 유닛에 의해 공급된 구동 신호에 대해 미분을 수행하는 미분 가변 이득 증폭(differentiating variable-gain amplification, VGA) 회로(282)를 포함한다. VGA 회로(282)는 가변 이득 저항기를 포함하고, 각각, 회로 이득을 설정하고 이득에 대한 안정성을 최적화하기 위한 가변 이득 정전용량을 가질 수 있다.

구동 유닛(260)에 의해 공급된 구동 신호의 본질에(그리고 따라서 감지 유닛(280)에 의해 생성된 응답 신호의 본질에) 따라서, 도 2a의 터치 디바이스는 또한 다음과 같은 것들을 포함할 수 있다: 샘플/홀드 버퍼의 역할을 할 수도 있는 피크 검출 회로(미도시); 및 피크 검출기를 리셋하도록 동작 가능한 관련된 리셋 회로(326b). 대부분의 실제 응용들에서 터치 디바이스는 또한 주어진 시간에 복수의 구동 전극 중 어느 하나를 어드레싱하는 능력을 허용하기 위해 신호 발생기(260)(도 2b)와 터치 패널(252) 사이에 멀티플렉서를 포함할 것이다. 이러한 방식으로, 물체(예컨대, 손가락 또는 도전성 스타일러스)가 행 전극과 열 전극 사이의 상호 결합을 변경할 때 상호 정전용량의 변화가 발생하며, 그것에 의하여 행 전극과 열 전극은 멀티플레싱된 구동 신호들에 응답하여 순차적으로 스캐닝된다. 유사하게, 수신측에서는, 또 다른 멀티플렉서(도 2a의 224)가 단일 ADC 유닛이 다수의 수신 전극과 관련된 진폭들을 빠르게 샘플링하는 것을 가능하게 하고, 따라서 각각의 수신 전극에 대해 하나의 ADC 유닛을 필요로 하는 비용을 방지한다. 요소(212b)는 다수의 ADC를 가진 유사한 회로들의 몇몇의 층을 보여준다. 이 구현은 5개의 그러한 채널을 가진다.

상기 논의된 도 2b의 VGA 회로(282)는 응답 신호를 특징화하는 미분된 신호 형태의 출력을, 2개의 스테이지를 이용하는 도 2b에 도시된 또 다른 증폭 회로에 제공한다. 적분 증폭기(284)로 도시된 제1 스테이지는 RF 신호의 홀수 고조파들에 대한 널들의 생성을 위해 과도 부분들에서 데시메이션을 용이하게 하기 위해 시변 파라미터들을 이용하여 응답 신호들의 미분된 신호 표현에 대해 적분을 수행하도록 구성되고 배열된다. 적분 증폭기(284)는 응답 신호들에서 (수신 전극들로부터의) 그들의 귀로에서 특징지어진 바와 같은 구동 신호들의 펄스 부분들을 적분에 의해 증폭시킨다. (구동 신호들에 대응하는) 펄스 부분들에 대해 이러한 연산을 달성하기 위해 응답 신호들에 이득의 시변 변화를 제공하도록 적분 증폭기(284)의 프런트엔드 입력에서, 가변 저항 회로(286)가 제어된다. 이 증폭-적분 연산은 각각의 펄스 부분에 대한 연산의 적절한 반복을 달성하기 위해 대응하는 구동 신호의 타이밍과 동기화되는, 또 다른 제어 신호(미도시)를 이용하여 리셋된다. 이 증폭은 응답 신호들에 의해 운반되는, 구동 신호의 홀수 고조파들을 포함하는, 원치 않은 잡음을 억제하면서, 응답 신호들의 유효 양태들을 증폭시키는 역할을 한다.

적분 증폭기(284)는 응답 신호의 추가 처리를 위해 제2 스테이지(290)에 용량성 결합되는 출력을 제공한다. 이 추가 처리는 적분 증폭기(284)의 출력으로부터 처리된 바와 같은 단일 라인 미분된 응답 신호의 양의 양태와 음의 양태(증폭된 전이 부분들을 포함함)를 합산하는 것에 의해, 신호 강도를 증가시키고 동시에, 짝수 고조파들을 포함하는, 잡음의 효과적인 공통 모드 억제를 제공하기 위해, 양의 방향 전이들과 음의 방향 전이들에서의 과도 부분들을 조합하기 위해, 연산 증폭기(291)를 이용하여 적분을 제공한다. 제2 스테이지에 의한 이 적분은, 이전에 논의된 스테이지와 그리고 적분 리셋을 위한 유사하게 제어된 제어 신호(미도시)와 마찬가지로 각각의 펄스 부분에 대한 연산의 적절한 반복을 달성하기 위해, 적분-덤프 연산에 의해, 그렇게 반복된다.

제2 스테이지(290)는 그것의 출력을, 또 다른 용량성 결합된 경로(292)를 통하여, 도 2a와 관련하여 전술된 바와 같이 멀티플렉서 및 ADC에 제공한다. 이 용량성 결합된 경로는, 제어기 또는 측정 회로에 의한 평가를 위해 멀티플렉서(294) 및 ADC(296)를 통하여 추가 처리될 수 있는, 제2 스테이지(290)에 의해 처리된 바와 같은, 응답 신호의 각각의 부분의 아날로그 특징화를 보존하기 위한 샘플 및 홀드 회로(정전용량과 스위치들에 의해 개념적으로 도시됨)를 포함한다.

보다 구체적으로, 연산 증폭기(291)는 최대 신호 강도를 위해 양의 에지 전이와 음의 에지 전이가 조합되게 하는 합산 연산을 수행하기 위해 이용되고, 이상적으로는, 이들 양의 에지 전이와 음의 에지 전이 사이의 잡음은 공통 모드 억제에서와 같이 반대 위상 합산으로 인해 상쇄된다. 구체적인 구현으로서, 이것은 양의 에지 전이와 음의 에지 전이를 위한 클록 위상화에 응답하여, 양의 에지들로부터 음의 에지들을 공제하기 위해 반전 또는 비반전 적분기(또는 적분 연산)를 선택하는 것에 의해 달성될 수 있다. 그것에 의하여 이 합산 적분은 양의 방향 신호와 음의 방향 신호를 합산하여 신호 진폭을 2X 증가시키고 센서에 결합되는 공통 모드 잡음을 감소시키는 의사 차동 신호(pseudo-differential signal)를 제공한다. 연산 증폭기(291)에 대한 하나의 입력에서의 V_Bias 신호는 ADC(296)에 의한 후속의 아날로그-디지털 변환을 위한 샘플-홀드 효과(S/H)를 위해 용량성 결합된 경로(292)를 따라 출력 레벨의 최적화를 가능하게 하는 레벨로 설정된다. 제1 스테이지(284)의 프런트엔드에서 시변 계수들을 이용하여, 신호 미분과 제1 적분 스테이지의 조합은 TX(또는 구동) 신호의 기울기와 (저항성 경로에 의해 제공된) 온-칩 이득으로부터의 이득 변동을 줄이는 데 도움이 된다. 온-칩 적분 정전용량(C_INT)과 터치 스크린 정전용량으로부터의 변동이 남아 있다. 구동 신호의 레벨은 상이한 행들 간의 스크린 변동을 보상하는 데 도움이 되고, 여기서 적분 피드백 경로 내의 정전용량(도 2B의 C_INT)은 상이한 수신기들 간의 변동에 대해 조절된다. 이러한 조합된 미분과 적분에 관련된 신호 레벨들은 다음과 같이 수학적으로 추정될 수 있다:

,

여기서 터치 디바이스에서 감지된 전류는 I_screen이고, 미분된 전압 신호는 V_DIFF이고, 그것의 적분된 버전은 dV_INT로 표현된다.

따라서, 도 2b의 가변 이득 증폭 회로는 시변 파라미터들을 이용하여 과도 부분들에서 적분-덤프 신호 필터링 연산을 제공하는 적분 회로를 포함한다. 이 신호 필터링 연산은 응답 신호들을 샘플링하기 위해 이용되는 클록 레이트의 배수로의 데시메이션의 도움을 받을 수 있다. 그 후 앞서 논의된 측정 회로는, 관련된 결합 정전용량의 특징화들에 대한 측정들을 수행하고 이로부터 터치 표면 상의 터치들의 위치들을 결정하는 것에 의해, 도 2b의 가변 이득 증폭기를 통해 처리된 바와 같은, 응답 신호들에 응답할 수 있다. 참고 문헌으로 특허 문헌 번호 WO2010/138485호(PCT/US2010/036030)에서의 신호 처리 교시 내용들을 이용하여, 이 처리는 개선된 RX 수신기 회로들로 증가된 TX 구동 레벨들 및 개선된 CRFI(conducted radio frequency immunity) 및 LCD(liquid crystal display) 잡음 제거와 함께 증가된 신호 대 잡음비를 제공한다. 전체적인 전력 레벨 및 비용도 상당히 감소된다. 유사한 환경에서의 터치 디바이스의 동작에 관한 추가/배경 정보에 대해서는, 이러한 상기 언급된 특허 문헌을 참고할 수 있고, 이 특허 문헌은 그러한 교시 내용들 및 프런트엔드 신호 처리 및 타이밍 및 백엔드(제어기 기반/측정) 응답 신호 처리에 관한 것들에 대해 참고로 본 명세서에 포함된다.

도 2b의 회로에 따른 회로의 구체적인 실험 구현들과 관련하여, 응답 신호들의 미분된 신호 표현에 대한 그러한 적분은 유리하게도 주파수 응답에서 널들을 생성하는 데 이용될 수 있다. 그러한 구현들을 이용하여, (미분된 신호 표현의 적분마다) 주파수 응답에서의 RF 신호 잡음, 특히 제3 및 제5 고조파들이 그러한 널들을 통해 필터링된다. 전술된 바와 같이, 이 RF 신호 잡음 필터링은 그러한 홀수 고조파들뿐만 아니라 인터리빙하는 짝수 고조파들 양쪽 모두를 포함할 수 있다.

도 3a, 도 3b 및 도 3c는 도 2b의 제1 스테이지에 관한 양태들의 이해를 위한 추가 세부 사항을 제공한다. 이들 양태는 적분 증폭기(284)와 관련된 가변 저항 및 타이밍이다. 도 3a에 예시된 구체적인 예시의 실시예에서, 연산 증폭기(310)는 전압 기준(도 2a 및 도 2b에서 일반적으로 명명된 신호와 마찬가지로 V_Bias)에 연결된 양의 입력 포트와, ("IN" 포트(318)에서) 입력 신호로서, 도 2b의 (미분) 회로(282)인 이전 회로의 출력을 수신하도록 배열된 음의 입력 포트를 포함한다. 도 2b의 가변 저항 회로(286)에 대응하여, 도 3a에 도시된 가변 저항은 병렬 경로들에서의 연결을 위해 배열된 다음과 같은 3개의 저항기에 의해 제공된다: 제1 저항기(R)(320), 제2 저항기(4R)(322), 및 제3 저항기(2R)(324). 대응하는 병렬 경로들 각각에는 각각의 스위치들이 있고, 이 스위치들 중 하나 이상이 (제어기에 의해 제공되고 각각의 펄스 부분에 대한 연산의 적절한 반복을 달성하기 위해 구동 신호와 동기화된) 경로(328)를 통한 제어 신호들을 이용하여 선택적으로 닫힌다. 이들 선택 가능한 스위치들은 330, 332 및 334로 표시되어 있고, 이들은 각각 저항기들(320, 322 및 324) 중 하나 이상을, IN 포트(318)와 연산 증폭기(310)의 음의 입력 포트 사이에 연결하기 위한 것이다. 유사하게 제어된 스위치(336)도, 구동 신호와 동기화된 방식으로, 각각의 펄스 부분에 대해 제공된 반복과 일치하는 리셋 타이밍을 달성하도록 제어된다.

도 3b는 도 3a의 회로와 관련된 3개의 신호(342, 344 및 346)를 보여주는 타이밍 다이어그램이다. 제1 신호(342)는 (예컨대, 도 1a 및 도 1b에서 이용된 바와 같이) 구동 전극들 위에 구동된 펄스 신호의 하나의 펄스를 가진 TX 펄스이다. 이 TX 펄스의 펄스 주파수는 달라질 수 있지만; 도 1a 및 도 1b와 관련하여 기술된 것들을 포함하는 많은 응용들에서, 100 KHZ 펄스가 적당하고, TX 펄스에 대한 펄스 타이밍을 정의하기 위해 8 Mhz 클록이 이용된다. IN 포트(318)에서 제공된 바와 같은, 제2 신호(344)는 TX 펄스의 예시된 양의 기울기와 정렬된 상향 방향의 임펄스 스파이크와 TX 펄스의 음의 기울기와 정렬된 하향 방향의 임펄스 스파이크를 가진 단일 라인 미분된 신호이다. 이것들은 TX 펄스 에지들에 대응하는 미분된 전이 부분들이고, 이에 대해 감지 회로는 응답 신호들을 모니터링한다. 도 3b의 맨 아래에 도시된 바와 같이, 제3 신호(346)는 도 3a의 회로의 출력에 대응하고, 그 출력은 도 2b의 290에 도시된 제2 (합산-적분기) 스테이지를 구동하는 데 이용된다.

도 3c는 선택 가능한 스위치들(330, 332 및 334)과 리셋 스위치(336)가 도 3a에 도시된 회로에 대한 원하는 또는 최적의 시간 가변 이득을 달성하기 위해 어떻게 제어될 수 있는지를 보여주는 또 다른 타이밍 다이어그램이다. 도 3a 및 도 3c에 예시된 바와 같이, 스위치들(330, 332, 334 및 336) 각각은 도 3c의 타이밍 다이어그램에 도시된 바와 같이 해당 스위치에 대한 대응하는 제어 신호가 로직 하이(high) 상태에 있을 때 닫힌다(도통 상태). 예를 들어, 스위치들(330, 332 및 334) 각각이 닫힌 상태에 있을 때, 도 3a의 연산 증폭기(310)에 의해 제공된 이득은, 도 3c의 상부에 계단 그래프(366)의 중앙에 의해 예시된 바와 같이, 최대이다. 시점(368)에서 리셋된 직후에, 도 3a의 연산 증폭기(310)에 의해 제공된 이득은 스위치(330)가 닫힌 상태에 있고, 스위치들(332 및 334)이 열린(비도통) 상태에 있는 것에 의해 설정된다. 이렇게 되는 이유는 스위치들(330, 332 및 334)이 연산 증폭기(310)의 적분 연산을 위한 RC 시상수를 정의하는 데 이용되기 때문이고, 여기서 RC의 R은 저항기들(320, 322 및 324)의 병렬 배열에 의해 제공된 저항이고, RC의 C는 연산 증폭기(310)의 음의 피드백 루프에서 제공된 정전용량이다. 따라서, 도 3c의 오른쪽에 있는 표는 이 타이밍 다이어그램의 예시적인 시점들과 관련된 시상수 역수를 보여준다.

도 4 및 도 5는 도 3a의 연산 증폭기(310)의 이득을 가변 시상수에 관하여(도 4) 그리고 상기 언급된 가변 시상수에 관하여(도 5) 보여주기 위한 시간 기반 그래프들이다. 각각의 그래프의 수평축은 도 3b의 신호(344)에 도시된 바와 같은 펄스 또는 스파이크의 에지로부터의 거리에 대응하는, 선형적으로 도시된, 시간의 단위이다. 각각의 그래프의 수직축은 상기 언급된 시상수(RC)를 지수 단위로 보여주고, 도 5는 시상수를 주파수에 관하여 보여준다(1/(2RC × (3.1456)). 도 5의 플롯의 상부에 도시된 바와 같이, 스위치들이 닫힐 때, 대응하는 저항기들은 (스파이크의 에지가 감지되는) 수평축을 따라 점 0에서의 이득을 최대화하기 위해 최소의 저항을 제공한다. (RC에 대한) 저항들 및 정전용량은 주어진 응용 및 클록 타이밍에 대해 원하는 대로 조절될 수 있으며, 여기서 위에 예시된 타이밍은 구동 회로 및 관련된 회로 타이밍 및 상태 기계 타이밍을 위해 8 ㎒ 클록을 가정하고, 그로부터 파생된 홀수 및 짝수 고조파들을 줄이도록 RF 잡음 필터링이 조절/최적화된다는 것을 이해할 것이다.

도 6a 내지 도 6g는 도 2b에 예시된 회로의 스테이지들에 관하여 추가 신호 타이밍의 예들을 보여주는 또 다른 시간 기반 다이어그램들의 부분들을 형성한다. 도 6a에는, 이전에 예시된 터치 패널들의 구동 전극들에서 나타나는 것으로서, TX 신호(610)가, 하나의 사이클(또는 주기)의 묘사와 함께, 도시되어 있다. 수신 전극들에 의해 전달된 후에, 응답 신호는 미분기 회로에 의해(예컨대, VGA 회로(282)를 통해) 처리되어(미분되어), 도 6b에 도시된 바와 같이 TX 신호(610)의 미분된 형태를 생성하게 된다. 구형파(일련의 직사각형 펄스들)로서 구현된 예시된 TX 신호(610)를 이용하면, 미분 연산은 직사각형 펄스의 각각의 양의 방향 전이들과 관련된 음의 방향 임펄스 펄스(예컨대, 620a)와 직사각형 펄스의 각각의 음의 방향 전이와 관련된 양의 방향 임펄스 펄스(예컨대, 620b)를 포함하는 임펄스 펄스들을 생성한다. 이 임펄스 펄스들은 연산 증폭기 신호 대역폭과 터치 스크린의 RC 필터 효과들로 인해 다소 둥글게 될 수 있지만, 응답 신호의 이러한 파생된 형태는 구동 신호의 미분된 표현이다.

도 6c 및 도 6d는 감지 유닛(도 2b의 280)의 제1 및 제2 스테이지들에 의한 응답 신호의 추가 처리를 보여준다. 도 6c는 (제1 스테이지에 기인하는 연산 증폭기의 이득을 보여주는) 도 4 및 도 5에 대해 상기 논의된 바와 같은 그리고 (피드백에서의) 적분 리셋이 임펄스 펄스들 사이의 중심에 있고 본 명세서에서 상기 도시된 바와 같이 유효 저항을 통해 RC 시상수를 변화시킴으로써(선택적으로, 이 변화는 유효 정전용량을 변화시켜 구현될 수도 있다) 이득의 타이밍이 조절/최적화된 제1 스테이지의 이득 양태를 보여준다. 도 6f는 제1 스테이지의 출력에서의 신호의 덜 이상적인 특징화를 보여주는데, 이득은 처리된 응답 신호의 양극성(양과 음 양자) 양태들에 대해 도시되어 있다. 소정 구현들에서, 이 제1 스테이지는 임펄스 펄스들 사이에 TX 신호의 홀수 고조파들을 포함하는 잡음이 상당히 억제될 때 적절한 것으로 간주될 수 있다.

다른 구현들에서, 이 제1 스테이지는 TX 신호의 결과로 발생하는 짝수 고조파들의 억제(널링(nulling))을 포함하는 추가 잡음 필터링을 제공하는 제2 스테이지(도 2b의 290)에 의해 보완된다. 따라서, 제2 스테이지는 (도 6c 및 도 6e에서와 같이) 제2 스테이지의 입력에서의 양의 전이와 음의 전이에 관하여 적분-덤프 연산을 수행하는 것에 의해 응답 신호에 추가로 영향을 미친다. 연산의 덤프 양태는 도 2b의 연산 증폭기(291)의 음의 피드백 루프에서 정전용량 단락 스위치에 의해 제어되는 바와 같이, 도 6c에 도시된 신호의 로우(low) 지점에서 발생한다. 적분은 각각의 덤프(또는 리셋) 후에 시작된다.

도 6g는 연산 증폭기(291)를 통해 수행되는 합산 연산을 보여주는데, 그것에 의하여 양의 에지 전이와 음의 에지 전이는 최대 신호 강도를 위해 조합되고, 이상적으로는, 이들 양의 에지 전이와 음의 에지 전이 사이의 잡음은 공통 모드 억제에서와 같이 합산 연산에 의해 상쇄된다.

도면들에 예시된 바와 같은, 다양한 모듈들 및/또는 다른 회로 기반 구성 블록들은 도면들과 관련하여 기술된 바와 같이 연산들 및 활동들 중 하나 이상을 수행하기 위해 구현될 수 있다. 그러한 맥락들에서, "모듈"의 "스테이지"는 이들 또는 관련된 연산/활동 중 하나 이상을 수행하는 회로이다. 예를 들어, 상기 논의된 실시예들 중 소정 실시예에서, 하나 이상의 모듈은, 도면들에 도시된 회로 모듈들에서와 같이, 이들 연산/활동을 구현하도록 구성되고 배열된 개별 로직 회로들 또는 프로그램 가능 로직 회로들이다. 소정 실시예들에서, 프로그램 가능 회로는 명령어들(및/또는 구성 데이터)의 세트(또는 세트들)를 실행하도록 프로그램된 하나 이상의 컴퓨터 회로이다. 이 명령어들(및/또는 구성 데이터)은 메모리(회로)에 저장되고 그로부터 액세스 가능한 펌웨어 또는 소프트웨어의 형태로 존재할 수 있다. 예로서, 제1 및 제2 모듈들은 CPU 하드웨어 기반 회로와 펌웨어 형태의 명령어들의 세트의 조합을 포함하고, 여기서 제1 모듈은 하나의 명령어들의 세트를 가진 제1 CPU 하드웨어 회로를 포함하고 제2 모듈은 또 다른 명령어들의 세트를 가진 제2 CPU 하드웨어 회로를 포함한다.

또한, 달리 지시되지 않는 한, 명세서와 청구범위에서 이용된 양들, 특성들의 측정, 및 기타 등등을 표현하는 모든 수들은 용어 "약"에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 반대로 지시되지 않는 한, 명세서와 청구범위에 기재된 수치 파라미터들은 본 출원의 교시 내용들을 이용하는 당업자가 얻고자 하는 원하는 특성들에 따라 달라질 수 있는 근사치들이다. 각각의 수치 파라미터는 적어도 보고된 유효 숫자들의 수에 비추어 그리고 보통의 반올림 기법들을 적용하여 해석되어야 한다.

본 개시 내용의 다양한 수정들 및 변형들은 본 개시 내용의 사상과 범주를 벗어나지 않고서 당업자에게 명백할 것이고, 본 개시 내용이 본 명세서에 기재된 예시적인 실시예들로 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 독자는 달리 지시되지 않는 한 하나의 개시된 실시예의 특징들이 모든 다른 개시된 실시예들에도 적용될 수 있다고 가정해야 한다.

Claims

터치 감응 장치(touch-sensitive apparatus)로서,
터치 표면과 복수의 전극을 포함하는 터치 표면 회로 - 상기 복수의 전극 각각은 상기 터치 표면에서의 정전용량 변경 터치에 응답하여 변화하는 결합 정전용량과 관련되도록 구성되고 배열되어 있음 -;
상기 복수의 전극에 대한 응답 신호들을 생성하도록 구성된 감지 회로 - 상기 응답 신호들 각각은 상기 터치 표면에서의 상기 결합 정전용량에 응답하는 진폭을 가지며, 상위 신호 레벨을 향한 양의 방향 전이들(positive-going transitions)과 하위 신호 레벨을 향한 음의 방향 전이들(negative-going transitions)을 특징화하는 과도 부분들을 가진 미분된 신호 표현을 포함함 -; 및
상기 과도 부분들을 특징화하기 위한 시변(time-varying) 파라미터들을 제공하도록 구성되고 배열된 증폭 회로 - 상기 증폭 회로는 상기 시변 파라미터들에 응답하여, 상기 응답 신호들의 상기 미분된 신호 표현을 처리하여 그에 대한 가변 이득을 제공하도록 구성되고 배열된 가변 이득 증폭기를 포함하고, 상기 이득은 상기 과도 부분들 사이의 상기 응답 신호들의 부분들에 대한 이득에 관련하여 상기 과도 부분들에 대해 조절되고, 거기서 상기 터치 표면 상의 터치들의 위치들을 결정하기 위한 관련된 결합 정전용량을 특징화하는 잡음 필터링된 출력을 제공하기 위해 상기 응답 신호들에서 고조파들을 억제함 -
를 포함하는, 터치 감응 장치.
제1항에 있어서, 상기 가변 이득 증폭기는 또한 상기 과도 부분들에 대한 이득을 증가시키고 상기 과도 부분들 사이의 상기 응답 신호들의 부분들에 대한 이득을 감소시키는 것에 의해 상기 응답 신호들을 처리하여 그에 대한 가변 이득을 제공하도록 구성되고 배열되는, 터치 감응 장치.
제2항에 있어서, 상기 가변 이득 증폭기는 또한 상기 가변 이득 증폭기에 의한 상기 처리의 일부로서 상기 응답 신호들에서 잡음 간섭을 필터링하기 위해, 상기 응답 신호들에서 제3 및 제5 고조파들을 포함하는 고조파들을 억제하도록 구성되고 배열되는, 터치 감응 장치.
제1항에 있어서, 상기 가변 이득 증폭기는 상기 응답 신호들을 샘플링하기 위해 이용되는 클록 레이트의 배수로의 데시메이션(decimation)과 함께 상기 과도 부분들에서의 적분-덤프(integration-and-dump) 필터 연산을 제공하기 위해 상기 시변 파라미터들을 이용하는 적분 회로를 포함하고, 상기 관련된 결합 정전용량의 특징화들에 대한 측정들을 수행하고 그로부터 상기 터치 표면 상의 터치들의 위치들을 결정하는 것에 의해 상기 가변 이득 증폭기를 통해 처리된 상기 응답 신호들에 응답하도록 구성된 측정 회로를 추가로 포함하는, 터치 감응 장치.
제1항에 있어서, 상기 가변 이득 증폭기는 또한 상기 미분된 신호 표현에서 RF 신호의 제3 및 제5 고조파들에 대한 적분의 주파수 응답에서 널(null)들의 생성 및 상기 과도 부분들에서의 데시메이션을 용이하게 하기 위해 상기 시변 파라미터들을 이용하여 상기 응답 신호들의 상기 미분된 신호 표현에 대해 적분을 수행하도록 구성되고 배열되는, 터치 감응 장치.
제1항에 있어서, 상기 복수의 전극은 구동 전극들을 포함하고, 상기 터치 표면 회로는 상기 응답 신호를 전개하기 위해 RF 신호로 상기 구동 전극들을 구동하도록 구성되고 배열된 신호 구동기 회로를 추가로 포함하는, 터치 감응 장치.
제1항에 있어서, 상기 복수의 전극은 구동 전극들을 포함하고, 상기 터치 표면 회로는 상기 응답 신호를 전개하기 위해 RF 신호로 상기 구동 전극들을 구동하도록 구성되고 배열된 신호 구동기 회로를 추가로 포함하고, 상기 가변 이득 증폭기는 또한 제3 및 제5 고조파들에서 필터링하기 위해 상기 RF 신호의 제3 및 제5 고조파들에 대한 주파수 응답에서 널들의 생성 및 상기 과도 부분들에서의 데시메이션을 용이하게 하기 위해 상기 시변 파라미터들을 이용하여 상기 응답 신호들의 상기 미분된 신호 표현에 대해 적분을 수행하도록 구성되고 배열되는, 터치 감응 장치.
제1항에 있어서, 상기 가변 이득 증폭기는 또한 상기 과도 부분들에서의 데시메이션을 용이하게 하고, 그에 응답하여, 상기 미분된 신호 표현에서 RF 신호의 그리고 홀수 고조파들 양쪽 모두에 대한 적분의 주파수 응답에서 억제를 용이하게 하기 위해 상기 시변 파라미터들을 이용하여 상기 응답 신호들의 상기 미분된 신호 표현에 대해 적분을 수행하도록 구성되고 배열되는, 터치 감응 장치.
제1항에 있어서, 상기 가변 이득 증폭기는 RF 신호의 홀수 및 짝수 고조파들의 세트에 대한 널들의 생성을 위해 상기 과도 부분들에서의 데시메이션을 용이하게 하기 위해 상기 시변 파라미터들을 이용하여 상기 응답 신호들의 상기 미분된 신호 표현에 대해 적분을 수행하도록 구성되고 배열된 제1 스테이지와, 상기 제1 스테이지에 응답하여, 상기 미분된 신호 표현에서 RF 신호의 홀수 및 짝수 고조파들 양쪽 모두에 대한 적분의 주파수 응답에서 억제하고, 그것에 의하여 RF 잡음 간섭을 필터링하도록 구성되고 배열된 제2 스테이지를 포함하는, 터치 감응 장치.
제1항에 있어서, 상기 관련된 결합 정전용량의 특징화들에 대한 측정들을 수행하고 그로부터 상기 터치 표면 상의 터치들의 위치들을 결정하는 것에 의해 상기 가변 이득 증폭기를 통해 처리된 상기 응답 신호들에 응답하도록 구성된 측정 회로를 추가로 포함하고, 상기 가변 이득 증폭기는 RF 신호의 홀수 고조파들에 대한 널들의 생성을 위해 상기 과도 부분들에서의 데시메이션을 용이하게 하기 위해 상기 시변 파라미터들을 이용하여 상기 응답 신호들의 상기 미분된 신호 표현에 대해 적분을 수행하도록 구성되고 배열된 제1 스테이지와, 상기 제1 스테이지에 응답하여, 상기 미분된 신호 표현에서 RF 신호의 홀수 및 짝수 고조파들 양쪽 모두에 대한 적분의 주파수 응답에서 억제하고, 그것에 의하여 RF 잡음 간섭을 필터링하도록 구성되고 배열된 제2 스테이지를 포함하는, 터치 감응 장치.
제10항에 있어서, 상기 제1 스테이지는 상기 미분된 신호 표현에서 RF 신호의 제3 및 제5 고조파들에 대한 적분의 주파수 응답에서 널들의 생성 및 상기 과도 부분들에서의 데시메이션을 용이하게 하기 위해 상기 시변 파라미터들을 이용하여 상기 응답 신호들의 상기 미분된 신호 표현에 대해 적분을 수행하도록 구성되고 배열되는, 터치 감응 장치.
제11항에 있어서, 상기 제2 스테이지는, 신호 강도를 증가시키기 위해, 상기 양의 방향 전이들과 상기 음의 방향 전이들에서 상기 과도 부분들을 조합하기 위한 적분을 수행하도록 구성되고 배열되는, 터치 감응 장치.
제1항에 있어서, 상기 복수의 전극은 전극 행렬을 제공하도록 배열되는 구동 및 수신 전극들을 포함하고, 상기 전극 행렬에서 각각의 구동 전극은 상기 행렬의 각각의 노드에서 각각의 수신 전극에 용량성 결합되는, 터치 감응 장치.
제13항에 있어서, 구동 신호를 생성하고 상기 구동 신호를 상기 구동 전극들에 전달하도록 구성된 구동 유닛을 추가로 포함하고, 감지 유닛은 또한, 각각의 구동 전극에 전달되는 구동 신호들에 대해, 상기 복수의 수신 전극에 대한 응답 신호들을 생성하도록 구성되는, 터치 감응 장치.
제1항에 있어서, 상기 가변 이득 증폭기와 측정 유닛은 또한 공통 모드 잡음을 줄이거나 제거하도록 구성되고 배열되는, 터치 감응 장치.
제1항에 있어서, 상기 복수의 전극은 전극 행렬을 제공하도록 배열되는 구동 및 수신 전극들을 포함하고, 상기 전극 행렬에서 각각의 구동 전극은 상기 행렬의 각각의 노드에서 각각의 수신 전극에 용량성 결합되고,
구동 신호를 생성하고 상기 구동 신호를 상기 구동 전극들에 전달하도록 구성되고 배열된 구동 유닛 - 상기 감지 유닛은 또한, 각각의 구동 전극에 전달되는 구동 신호들에 대해, 상기 복수의 수신 전극에 대한 응답 신호들을 생성하도록 구성됨 -; 및
상기 노드들 각각에 대해 상기 응답 신호들 각각의 진폭을 측정하고, 그로부터 상기 터치 표면 상의, 존재한다면, 다수의 시간적으로 겹치는 터치들의 위치들을 결정하도록 구성되고 배열되는 측정 회로 - 상기 측정 유닛은 아날로그-디지털 변환기(ADC)와 멀티플렉서를 포함하고, 상기 ADC는 상기 멀티플렉서를 통하여 상기 감지 유닛에 결합함 -
를 추가로 포함하는, 터치 감응 장치.
제1항에 있어서, 펄스 구동 신호들을 생성하고 상기 펄스 구동 신호들을 상기 구동 전극들에 전달하도록 구성된 구동 유닛을 추가로 포함하고, 상기 감지 유닛은 또한, 각각의 구동 전극에 전달되는 상기 펄스 구동 신호들에 대해, 상기 복수의 수신 전극에 대한 응답 신호들을 생성하도록 구성되고, 상기 복수의 전극은 전극 행렬을 제공하도록 배열되는 구동 및 수신 전극들을 포함하고, 상기 전극 행렬에서 각각의 구동 전극은 상기 행렬의 각각의 노드에서 각각의 수신 전극에 용량성 결합되고, 상기 감지 유닛은, 상기 수신 전극들 각각에 대해, 각각의 커패시터에 결합되고 리셋 신호에 응답하여 상기 각각의 커패시터를 방전하도록 구성된 리셋 스위치를 포함하는, 터치 감응 장치.
제1항에 있어서, 상기 구동 신호는 각각이 램프형 펄스(ramped pulse) 또는 직사각형 펄스의 형태를 가진 복수의 순차적 펄스를 포함하고, 각각의 응답 신호는 대응하는 복수의 응답 펄스를 포함하고, 상기 측정 유닛은 각각의 응답 신호에 대해 상기 복수의 응답 펄스의 진폭들을 대표하는 진폭을 측정하도록 구성되는, 터치 감응 장치.
터치 감응 장치로서,
터치 표면과 복수의 전극을 포함하는 터치 표면 수단 - 상기 복수의 전극 각각은 상기 터치 표면에서의 정전용량 변경 터치에 응답하여 변화하는 결합 정전용량과 관련되도록 구성되고 배열되어 있고, 상기 터치 표면 수단은 응답을 제공하기 위한 것임 -;
상기 복수의 전극에 대한 응답 신호들을 생성하도록 구성된 감지 수단 - 상기 응답 신호들 각각은 상기 터치 표면에서의 상기 결합 정전용량에 응답하는 진폭을 가지며, 상위 신호 레벨을 향한 양의 방향 전이들과 하위 신호 레벨을 향한 음의 방향 전이들을 특징화하는 과도 부분들을 가진 미분된 신호 표현을 포함함 -; 및
상기 과도 부분들 사이의 상기 응답 신호들의 부분들에 대한 이득에 관련하여 상기 과도 부분들에 대한 이득을 조절하고, 거기서 상기 응답 신호들에서 고조파들을 억제하는 것에 의해 상기 응답 신호들을 처리하여 그에 대한 가변 이득을 제공하기 위해 시변 파라미터들을 이용하는 수단 - 그것에 의하여 상기 응답 신호들의 측정을 용이하게 하여 그로부터 상기 결합 정전용량의 변화들에 응답하여 상기 터치 표면 상의 터치들의 위치들을 결정함 -
을 포함하는, 터치 감응 장치.
터치 표면과 복수의 전극을 포함하는 터치 표면 회로의 사용 방법으로서, 상기 복수의 전극 각각은 상기 터치 표면에서의 정전용량 변경 터치에 응답하여 변화하는 결합 정전용량과 관련되도록 구성되고 배열되어 있고, 상기 방법은
상기 복수의 전극에 대한 응답 신호들을 생성하기 위해 회로를 이용하는 단계 - 상기 응답 신호들 각각은 상기 터치 표면에서의 상기 결합 정전용량에 응답하는 진폭을 가지며, 상위 신호 레벨을 향한 양의 방향 전이들과 하위 신호 레벨을 향한 음의 방향 전이들을 특징화하는 과도 부분들을 가진 미분된 신호 표현을 포함함 -;
상기 과도 부분들 사이의 상기 응답 신호들의 부분들에 대한 이득에 관련하여 상기 과도 부분들에 대한 이득을 조절하고, 거기서 상기 응답 신호들에서 고조파들을 억제하는 것에 의해 상기 응답 신호들을 처리하여 그에 대한 가변 이득을 제공하기 위해 시변 파라미터들을 이용하고,
상기 응답 신호들을 측정하고 그로부터 상기 결합 정전용량의 변화들에 응답하여 상기 터치 표면 상의 터치들의 위치들을 결정하는
또 다른 회로를 동작시키는 단계
를 포함하는, 방법.