KR20160058273A - Variable-gain amplification circuit, touch input sensing apparatus and touchscreen apparatus - Google Patents

Variable-gain amplification circuit, touch input sensing apparatus and touchscreen apparatus Download PDF

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Abstract

The present invention relates to a variable-gain amplification circuit not saturated even when input voltage fluctuates. According to one embodiment of the present invention, the variable-gain amplification circuit comprises: a plurality of capacity array units which include a first capacitor to receive input voltage in a first phase and to receive positive or negative reference voltage in a second phase; and an amplification unit which includes an operation amplifier, a second capacitor to receive the input voltage in the first phase and to receive central reference voltage in the second phase, a third capacitor to receive the input voltage in the first phase and to receive output voltage of the operation amplifier in the second phase, and a fourth capacitor to receive the central reference voltage in the first phase and to receive the output voltage of the operation amplifier in the second phase. Charging voltage of the first to fifth capacitors can be applied to an input terminal of the operation amplifier.

Description

가변 이득 증폭 회로, 접촉 감지 장치, 및 터치스크린 장치{VARIABLE-GAIN AMPLIFICATION CIRCUIT, TOUCH INPUT SENSING APPARATUS AND TOUCHSCREEN APPARATUS}VARIABLE GAIN AMPLIFICATION CIRCUIT, TOUCH INPUT SENSING APPARATUS AND TOUCHSCREEN APPARATUS BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001]

본 발명은 가변 이득 증폭 회로, 접촉 감지 장치 및 터치스크린 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a variable gain amplifier circuit, a touch sensing device, and a touch screen device.

정전용량 방식의 터치스크린은 일정한 패턴을 갖는 복수의 전극을 포함하며, 터치 입력에 의해 정전용량 변화가 생성되는 복수의 노드가 상기 복수의 전극에 의해 정의된다. 2차원 평면에 분포하는 복수의 노드에서는, 터치 입력에 의해 자체 정전용량(Self-Capacitance) 또는 결합 정전용량(Mutual-Capacitance)의 변화를 발생되며, 복수의 노드에서 발생되는 정전용량 변화에 가중 평균 계산법 등을 적용하여 터치 입력의 좌표를 계산할 수 있다.The capacitance type touch screen includes a plurality of electrodes having a predetermined pattern, and a plurality of nodes, in which a capacitance change is generated by a touch input, are defined by the plurality of electrodes. In a plurality of nodes distributed on a two-dimensional plane, a self-capacitance or a mutual-capacitance is changed by a touch input, and a weighted average The calculation of the touch input can be performed by applying a calculation method or the like.

터치스크린에서 발생하는 정전용량 값은 그 레벨이 미비하여 레벨을 증폭하기 위한 가변 이득 증폭 장치가 터치스크린 장치에 채용되기 마련이다. 다만, 가변 이득 증폭 장치에서 증폭되기 위한 입력 전압은 아날로그 디지털 컨버터(ADC)의 동적 범위(dynamic range)를 벗어나지 않고, 가변 이득 증폭 장치의 포화를 방지하는 범위 내에서 제한되는 문제가 있다.
The variable gain amplifying device for amplifying the level of the capacitance value generated by the touch screen is insufficient for the touch screen device. However, there is a problem that the input voltage to be amplified in the variable gain amplifying device is limited within a range that does not deviate from the dynamic range of the analog digital converter (ADC) and prevents saturation of the variable gain amplifying device.

한국 공개특허공보 10-2009-0035358Korean Patent Publication No. 10-2009-0035358

본 발명의 과제는 입력 전압이 변동하는 경우에도 포화되지 않는 가변 이득 증폭 회로 및 이를 포함하는 접촉 감지 장치 및 터치스크린 장치를 제공하는 것이다.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a variable gain amplifier circuit that does not saturate even when the input voltage fluctuates, and a touch sensing device and a touch screen device including the same.

본 발명의 일 실시예에 따른 가변 이득 증폭 회로는 제1 위상에서 입력 전압이 인가되고, 제2 위상에서 양의 기준 전압 또는 음의 기준 전압이 인가되는 제1 커패시터를 각각 포함하는 복수의 커패시터 어레이부; 및 연산 증폭기, 상기 제1 위상에서 입력 전압이 인가되고, 상기 제2 위상에서 중심 기준 전압이 인가되는 제2 커패시터, 상기 제1 위상에서 입력 전압이 인가되고, 상기 제2 위상에서 상기 연산 증폭기의 출력 전압이 인가되는 제3 커패시터, 및 상기 제1 위상에서 상기 중심 기준 전압이 인가되고, 상기 제2 위상에서 상기 연산 증폭기의 출력 전압이 인가되는 제4 커패시터; 를 포함하는 증폭부; 를 포함하고, 상기 연산 증폭기의 입력단으로 상기 제1 내지 제5 커패시터의 충전 전압이 인가될 수 있다.
The variable gain amplifier circuit according to an embodiment of the present invention includes a plurality of capacitor arrays each including a first capacitor to which an input voltage is applied in a first phase and a positive reference voltage or a negative reference voltage is applied in a second phase, part; And a second capacitor to which an input voltage is applied in the first phase and a center reference voltage is applied in the second phase, an input voltage is applied in the first phase, and an input voltage is applied to the operational amplifier in the second phase. A third capacitor to which an output voltage is applied, and a fourth capacitor to which the center reference voltage is applied in the first phase and the output voltage of the operational amplifier is applied in the second phase; An amplification unit including the amplification unit; And a charging voltage of the first to fifth capacitors may be applied to an input terminal of the operational amplifier.

본 발명의 일 실시예에 따른 입력 전압이 변동하는 경우에도 가변 이득 증폭 회로의 포화에 따른 오동작을 방지하여 안정적으로 터치 입력을 검출할 수 있다.
Even when the input voltage varies according to the embodiment of the present invention, the malfunction caused by the saturation of the variable gain amplifier circuit can be prevented and the touch input can be detected stably.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 장치를 구비한 전자 기기의 외관을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 장치에 포함될 수 있는 패널부를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 장치에 포함될 수 있는 패널부의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 터치스크린 장치를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 이득 증폭부를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 이득 증폭부에 채용되는 커패시터 어레이부를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 클럭 신호를 나타낸 그래프이다.
1 is a perspective view illustrating an appearance of an electronic device having a touch screen device according to an embodiment of the present invention.
2 is a view illustrating a panel unit that may be included in a touch screen device according to an exemplary embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view of a panel portion that may be included in a touch screen device according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a touch screen device according to an exemplary embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a variable gain amplifier according to an embodiment of the present invention.
6 is a view illustrating a capacitor array unit employed in a variable gain amplifier according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph illustrating a clock signal according to an embodiment of the present invention.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.The following detailed description of the invention refers to the accompanying drawings, which illustrate, by way of illustration, specific embodiments in which the invention may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different, but need not be mutually exclusive. For example, certain features, structures, and characteristics described herein may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention in connection with an embodiment. It is also to be understood that the position or arrangement of the individual components within each disclosed embodiment may be varied without departing from the spirit and scope of the invention. The following detailed description is, therefore, not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is to be limited only by the appended claims, along with the full scope of equivalents to which such claims are entitled, if properly explained. In the drawings, like reference numerals refer to the same or similar functions throughout the several views.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 장치를 구비한 전자 기기의 외관을 나타낸 사시도이다.1 is a perspective view illustrating an appearance of an electronic device having a touch screen device according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 전자 기기(100)는 화면을 출력하기 위한 디스플레이 장치(110), 입력부(120), 음성 출력을 위한 오디오부(130) 및 도 1에 도시되지 않았으나, 디스플레이 장치(110)와 일체화되어 형성되는 터치스크린 장치(미도시)를 구비할 수 있다. 1, an electronic device 100 according to the present embodiment includes a display device 110 for outputting a screen, an input unit 120, an audio unit 130 for outputting audio, And a touch screen device (not shown) formed integrally with the display device 110.

본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 장치는 기판 및 기판 상에 마련되는 복수의 전극을 구비하는 패널부를 포함할 수 있다. 또한 복수의 전극에서 발생되는 정전용량의 변화를 검출하기 위한 정전용량 감지 회로와, 정전용량 감지 회로의 출력 신호를 디지털 값으로 변환하는 아날로그-디지털 변환 회로, 디지털 값으로 변환된 데이터를 이용하여 터치 입력을 판단하는 연산 회로 등을 포함하는 컨트롤러 집적 회로(접촉 감지 장치)를 포함할 수 있다. 이에 대하여 도 2 내지 도 8을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
The touch screen device according to an embodiment of the present invention may include a substrate and a panel portion having a plurality of electrodes provided on the substrate. A capacitive sensing circuit for detecting a change in electrostatic capacitance generated at a plurality of electrodes; an analog-to-digital conversion circuit for converting an output signal of the electrostatic capacitance sensing circuit into a digital value; And a controller integrated circuit (contact sensing device) including an arithmetic circuit and the like for judging an input. This will be described in detail with reference to FIG. 2 to FIG.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 장치에 포함될 수 있는 패널부를 나타낸 도면이다.2 is a view illustrating a panel unit that may be included in a touch screen device according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 패널부(200)는 기판(210), 기판(210) 상에 마련되는 복수의 전극(220, 230)을 포함할 수 있다. 도 2에는 도시되지 않았으나, 복수의 전극(220, 230) 각각은 배선 및 본딩 패드를 통해 기판(210)의 일단에 부착되는 회로 기판의 배선 패턴과 전기적으로 연결될 수 있다. 회로 기판에는 컨트롤러 집적회로가 실장되어 복수의 전극(220, 230)으로부터 감지 신호를 검출하고, 그로부터 터치 입력을 판단할 수 있다. Referring to FIG. 2, the panel unit 200 may include a substrate 210 and a plurality of electrodes 220 and 230 provided on the substrate 210. Although not shown in FIG. 2, each of the plurality of electrodes 220 and 230 may be electrically connected to a wiring pattern of a circuit board attached to one end of the substrate 210 through wiring and a bonding pad. A controller integrated circuit is mounted on the circuit board to detect a sensing signal from a plurality of electrodes 220 and 230 and determine a touch input therefrom.

기판(210)은 PET(Polyethylene terephthalate), PC(polycarbonate), PES(polyethersulfone), PI(polyimide), PMMA(PolymethlymethAcrylate), COP (Cyclo-Olefin Polymers) 등의 필름, 소다 글라스(Soda glass), 또는 강화 글라스(tempered glass)와 같은 재질로 형성되어 높은 빛 투과율을 가질 수 있다.The substrate 210 may be a film such as polyethylene terephthalate (PET), polycarbonate (PC), polyethersulfone (PES), polyimide (PI), polymethlymethacrylate (PMMA) or cycloolefin polymers (COP), soda glass, And may be formed of a material such as tempered glass to have high light transmittance.

복수의 전극(220, 230)은 기판(210)의 일면 또는 양면에 마련될 수 있으며, 도 2에는 마름모, 또는 다이아몬드 형상의 패턴을 갖는 복수의 전극(220, 230)이 도시되었으나, 이 외에 직사각형, 삼각형 등의 다양한 다각형 형상의 패턴을 가질 수 있음은 물론이다. 복수의 전극(220, 230)은 전기 전도성을 갖는 ITO(Indium-Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ZnO(Zinc Oxide), 탄소 나노 튜브(CNT, Carbon Nano Tube), 또는 그라핀(Graphene)과 같은 물질로 제조될 수 있으며, 또한, 은(Ag), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu) 중 어느 하나 또는 이들의 합금으로 제조되는 도체선으로 구성될 수 있다. 이 때, 도체선은 메쉬 형상으로 형성될 수 있다.A plurality of electrodes 220 and 230 may be provided on one side or both sides of the substrate 210. A plurality of electrodes 220 and 230 having rhombic or diamond patterns are shown in FIG. , Triangle, and the like. The plurality of electrodes 220 and 230 may be formed of an electrically conductive material such as indium-tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), zinc oxide (ZnO), carbon nanotube (CNT), or graphene (Al), chrome (Cr), nickel (Ni), molybdenum (Mo), and copper (Cu), or an alloy thereof. And a conductor line. At this time, the conductor line may be formed in a mesh shape.

복수의 전극(220, 230)은 X 축 방향으로 연장되는 제1 전극(220)과, Y 축 방향으로 연장되는 제2 전극(230)을 포함할 수 있다. 제1 전극(220)과 제2 전극(230)은 기판(210)의 양면에 마련되거나, 서로 다른 기판(210)에 마련되어 교차될 수 있으며, 기판(210)의 일면에 모두 마련되는 경우에는 제1 전극(220)과 제2 전극(230)의 교차 지점에 부분적으로 소정의 절연층을 형성할 수 있다.The plurality of electrodes 220 and 230 may include a first electrode 220 extending in the X axis direction and a second electrode 230 extending in the Y axis direction. The first electrode 220 and the second electrode 230 may be provided on both sides of the substrate 210 or alternatively may be provided on different substrates 210. If the first electrode 220 and the second electrode 230 are provided on one surface of the substrate 210, A predetermined insulating layer may be partially formed at the intersection of the first electrode 220 and the second electrode 230.

또한, 복수의 전극(220, 230)이 형성되는 영역 이외에, 복수의 전극(220, 230)과 연결되는 배선이 마련되는 영역에 대해서는 통상 불투명한 금속 물질로 형성되는 배선을 시각적으로 차폐하기 위한 소정의 인쇄 영역(미도시)이 기판(210)에 형성될 수 있다.In addition to the area where the plurality of electrodes 220 and 230 are formed, the area where the wiring connected to the plurality of electrodes 220 and 230 is provided is not limited to the predetermined area for visually shielding the wiring formed of the opaque metal material. (Not shown) may be formed on the substrate 210.

복수의 전극(220, 230)과 전기적으로 연결되는 접촉 감지 장치(미도시)는 D1~D8로 정의되는 채널을 통하여 제1 전극(220)에 구동 신호를 제공하고, S1~S8로 정의되는 채널에 연결되어 정전용량을 검출할 수 있는데, 이 때 접촉 감지 장치는 제1 전극(220)과 제2 전극(230)의 교차점에서 발생하는 정전용량의 변화에 따라 터치 입력을 판단할 수 있다.
A contact sensing device (not shown), which is electrically connected to the plurality of electrodes 220 and 230, provides a driving signal to the first electrode 220 through a channel defined by D1 to D8, In this case, the touch sensing device can determine the touch input according to a change in capacitance generated at the intersection of the first electrode 220 and the second electrode 230.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 장치에 포함될 수 있는 패널부의 단면도이다. 도 3은 도 2에 도시한 패널부(200)를 Y-Z 평면으로 잘라서 나타낸 단면도로서, 도 2에서 설명한 기판(210), 복수의 감지 전극(220, 230) 이외에 접촉을 인가받는 커버 렌즈(240, Cover Lens)를 더 포함할 수 있다. 커버 렌즈(240)는 정전용량의 검출에 이용되는 제2 전극(230) 상에 마련될 수 있다.3 is a cross-sectional view of a panel portion that may be included in a touch screen device according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view of the panel unit 200 shown in FIG. 2 cut in the YZ plane. In FIG. 3, the cover 210 includes a plurality of sensing electrodes 220 and 230, Cover Lens). The cover lens 240 may be provided on the second electrode 230 used for detecting capacitance.

채널 D1~D8을 통해 제1 전극(320)에 구동 신호가 인가되면, 구동 신호가 인가된 제1 전극(220)과, 제2 전극(230) 사이에서 정전용량이 생성될 수 있다. When a driving signal is applied to the first electrode 320 through the channels D1 to D8, a capacitance may be generated between the first electrode 220 and the second electrode 230 to which the driving signal is applied.

커버 렌즈(240)에 접촉 물제(250)가 접촉 되면 접촉 영역에 대응하는 제1 전극(220)과 제2 전극(230)의 교차 노드에서 정전용량의 변화가 발생한다. 상기 정전용량의 변화는 접촉 물체(250)의 면적에 비례할 수 있으며, 도 3에서는 채널 D2 및 D3에 각각 연결된 제1 전극(220)과 제2 전극(230) 사이에서 생성된 정전용량이 접촉 물체(250)에 의해 영향을 받을 수 있다.
When the contact material 250 contacts the cover lens 240, capacitance changes occur at the intersection node of the first electrode 220 and the second electrode 230 corresponding to the contact region. The change in the capacitance may be proportional to the area of the contact object 250. In FIG. 3, the capacitance generated between the first electrode 220 and the second electrode 230 connected to the channels D2 and D3, respectively, Can be influenced by the object (250).

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 터치스크린 장치를 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 터치스크린 장치는 패널부(200) 및 접촉 감지 장치(300)를 포함할 수 있다. 4 is a diagram illustrating a touch screen device according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, the touch screen apparatus according to the present embodiment may include a panel unit 200 and a touch sensing apparatus 300.

전술한 바와 같이, 패널부(200)는 기판(미도시) 및 제1 축 - 도 4의 가로 방향 - 방향으로 연장되는 복수 행의 제1 전극(220)과, 제1 축에 교차하는 제2 축 - 도 4의 세로 방향 - 방향으로 연장되는 복수 열의 제2 전극(230)을 포함할 수 있다. 복수의 제1 전극(220)과 복수의 제2 전극(230)의 교차점에서는 정전용량이 생성될 수 있는데, 도 4에 도시된 노드 커패시터 C11~Cmn는 복수의 제1 전극(220) 및 제2 전극(230)의 교차점에서 생성되는 정전용량을 커패시터 성분으로 도시한 것이다.
As described above, the panel unit 200 includes a substrate (not shown) and a first axis-a first electrode 220 in a plurality of rows extending in the transverse direction of FIG. 4, and a second electrode And may include a plurality of rows of second electrodes 230 extending in the longitudinal direction of the axis-FIG. Capacitance may be generated at the intersection of the plurality of first electrodes 220 and the plurality of second electrodes 230. The node capacitors C11 to Cmn shown in FIG. 4 may include a plurality of first electrodes 220 and second And the capacitances generated at the intersections of the electrodes 230 are shown as the capacitor components.

접촉 감지 장치(300)는 구동 회로부(310), 감지 회로부(320), 가변 이득 증폭부(340), 신호 변환부(350), 및 연산부(360)를 포함할 수 있으며, 추가적으로 신호 전달부(330)를 더 포함할 수 있다. 이 때, 구동 회로부(310), 감지 회로부(320), 신호 전달부(330), 가변 이득 증폭부(340), 신호 변환부(350) 및 연산부(360)는 하나의 집적 회로(IC)로 구현될 수 있다.
The touch sensing apparatus 300 may include a driving circuit unit 310, a sensing circuit unit 320, a variable gain amplifying unit 340, a signal converting unit 350, and a calculating unit 360, 330). At this time, the driving circuit unit 310, the sensing circuit unit 320, the signal transmission unit 330, the variable gain amplification unit 340, the signal conversion unit 350 and the calculation unit 360 are integrated into one integrated circuit (IC) Can be implemented.

구동 회로부(310)는 적어도 하나의 구동 신호 생성 회로(315)를 포함하여, 패널부(310)의 복수의 제1 전극(210)에 소정의 구동 신호를 인가한다. 구동 신호는 소정 주기와 진폭을 갖는 구형파(Square Wave), 사인파(Sine Wave), 삼각파(Triangle Wave) 등일 수 있다. 도 4에는 구동 신호 생성 회로(315)가 복수의 제1 전극(220) 각각에 개별적으로 연결되는 것으로 도시하였으나, 하나의 구동 신호 생성 회로(315)를 구비하고 스위칭 회로를 이용하여 복수의 제1 전극(220) 각각에 구동 신호를 인가하는 구성 또한 가능하다.
The driving circuit unit 310 includes at least one driving signal generating circuit 315 and applies a predetermined driving signal to the plurality of first electrodes 210 of the panel unit 310. The driving signal may be a square wave, a sine wave, a triangle wave, or the like having a predetermined period and amplitude. Although the driving signal generating circuit 315 is shown separately connected to each of the plurality of first electrodes 220 in FIG. 4, the driving signal generating circuit 315 may include one driving signal generating circuit 315, It is also possible to apply a driving signal to each of the electrodes 220.

구동 회로부(310)는 복수의 제1 전극(220) 각각에 순차적으로 구동 신호를 인가할 수 있다. 또한, 복수의 제1 전극(220)에 동시에 구동 신호를 인가하거나 복수의 제1 전극(220) 중 일부에만 선택적으로 구동 신호를 인가하여 단순히 터치 입력의 유/무만을 감지하는 방식으로 동작할 수 있다.
The driving circuit unit 310 may sequentially apply a driving signal to each of the plurality of first electrodes 220. In addition, it is possible to operate in a method of simply sensing the presence or absence of a touch input by simultaneously applying a driving signal to a plurality of first electrodes 220 or selectively applying a driving signal selectively to only a part of the plurality of first electrodes 220 have.

감지 회로부(320)는 복수의 제2 전극(230)으로부터 노드 커패시터 C11-Cmn의 정전용량을 검출한다. 감지 회로부(320)는 적어도 하나의 연산 증폭기와 적어도 하나의 커패시터를 각각 구비하는 복수의 C-V 변환 회로(325)를 포함할 수 있으며, 복수의 C-V 변환 회로(325) 각각은 복수의 제2 전극(230)과 연결될 수 있다.The sensing circuit unit 320 detects the capacitances of the node capacitors C11-Cmn from the plurality of second electrodes 230. [ The sensing circuit portion 320 may include a plurality of CV conversion circuits 325 each having at least one operational amplifier and at least one capacitor, and each of the plurality of CV conversion circuits 325 includes a plurality of second electrodes 230, respectively.

복수의 C-V 변환 회로(325)는 노드 커패시터 C11~Cmn의 정전용량을 전압 신호로 변경하여 아날로그 신호를 출력할 수 있는데, 일 예로 복수의 C-V 변환 회로(325)는 정전용량을 적분하여 소정의 전압으로 변경하여 출력할 수 있다.The plurality of CV conversion circuits 325 can output analog signals by changing the electrostatic capacitances of the node capacitors C11 to Cmn to voltage signals. For example, the plurality of CV conversion circuits 325 integrate the electrostatic capacitance to generate a predetermined voltage And output it.

복수의 제1 전극(220)에 구동 신호를 순차적으로 인가하는 경우, 복수의 제2 전극(230)으로부터 정전용량을 동시에 검출할 수 있으므로, C-V 변환 회로(325)는 복수의 제2 전극(230)의 개수만큼 구비될 수 있다.
Since the capacitance can be simultaneously detected from the plurality of second electrodes 230 when the drive signal is sequentially applied to the plurality of first electrodes 220, the CV conversion circuit 325 converts the plurality of second electrodes 230 As shown in FIG.

신호 전달부(330)는 감지 회로부(320)의 복수의 C-V 변환 회로(325)에서 출력되는 복수의 아날로그 신호를 전달받아 순차적으로 또는 기 설정된 순서에 따라 가변 이득 증폭부(340)로 전달할 수 있다. 신호 전달부(330)는 복수의 입력 신호 중에서 하나를 선택하여 하나의 출력선으로 출력하기 위한 다중화기(Multiplexer)를 포함할 수 있다.
The signal transfer unit 330 receives a plurality of analog signals output from the plurality of CV conversion circuits 325 of the sensing circuit unit 320 and may sequentially or sequentially transmit the analog signals to the variable gain amplification unit 340 . The signal transmission unit 330 may include a multiplexer for selecting one of a plurality of input signals and outputting the same as one output line.

가변 이득 증폭부(340)는 신호 전달부(330)로부터 전달되는 아날로그 신호를 가변 증폭하여, 증폭된 아날로그 신호를 신호 변환부(350)로 제공할 수 있다. 가변 이득 증폭부(340)의 구성 및 동작에 관하여는 후술하도록 한다.
The variable gain amplifying unit 340 may variably amplify the analog signal transmitted from the signal transmitting unit 330 and provide the amplified analog signal to the signal converting unit 350. The configuration and operation of the variable gain amplifier 340 will be described later.

신호 변환부(350)는 감지 회로부(320)로부터 출력되는 아날로그 신호로부터 디지털 신호 SD를 생성한다. 일례로, 신호 변환부(350)는 감지 회로부(320)로부터 전압 형태로 출력되는 아날로그 신호가 소정의 기준 전압 레벨까지 도달하는 시간을 측정하여 이를 디지털 신호 SD로 변환하는 TDC(Time-to-Digital Converter) 회로 또는 감지 회로부(320)로부터 출력되는 아날로그 신호의 레벨이 소정 시간 동안 변화하는 양을 측정하여 이를 디지털 신호 SD로 변환하는 ADC(Analog-to-Digital Converter) 회로를 포함할 수 있다.
The signal converting unit 350 generates the digital signal S D from the analog signal output from the sensing circuit unit 320. For example, the signal converter 350 may include a time-to-analog converter (TDC) that converts the analog signal output from the sensing circuit 320 to a predetermined reference voltage level and converts the analog signal to a digital signal S D , Digital Converter) circuit or an ADC (Analog-to-Digital Converter) circuit for measuring the amount of change of the level of the analog signal output from the sensing circuit unit 320 for a predetermined time and converting it into a digital signal S D .

연산부(360)는 디지털 신호 SD를 이용하여 패널부(200)에 인가된 접촉 입력을 판단한다. 디지털 신호 SD를 이용하여 패널부(200)에 인가된 터치 입력의 개수, 좌표 및 제스처 동작 등을 판단할 수 있다. The operation unit 360 determines the touch input applied to the panel unit 200 using the digital signal S D. The number of touch inputs applied to the panel unit 200, coordinates, and gesture operation can be determined using the digital signal S D.

연산부(360)가 터치 입력을 판단하는 데에 기초가 되는 디지털 신호 SD는 노드 커패시터 C11~Cmn의 정전용량의 변화를 수치화한 데이터일 수 있으며, 특히 터치 입력이 발생하지 않은 경우와 터치 입력이 발생한 경우의 정전용량의 차이를 나타내는 데이터일 수 있다. 통상적으로 정전용량 방식의 터치스크린 장치에서, 전도성 물체가 접촉된 영역은 접촉이 발생하지 않은 영역에 비해 정전용량이 감소하므로, 전도성 물체가 접촉된 영역의 정전용량의 변화는 접촉되지 않은 영역에 비하여 크게 나타난다.
The digital signal S D as a basis for determining the touch input by the operation unit 360 may be data obtained by digitizing a change in the capacitance of the node capacitors C11 to Cmn. In particular, when the touch input is not generated, And may be data indicating a difference in capacitance when the capacitance is generated. Generally, in a capacitive touch screen device, a region where a conductive object is in contact decreases in capacitance as compared with a region where no contact occurs, so that a change in capacitance of a region in which a conductive object is in contact is smaller It appears large.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 이득 증폭부(가변 이득 증폭 회로, 340)를 나타낸 도면이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 이득 증폭부(340)에 채용되는 커패시터 어레이부(340a)를 나타낸 도면이다. 이하, 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 이득 증폭부(340)의 구성 및 동작에 관하여 상술하도록 한다.
5 is a diagram illustrating a variable gain amplifier (variable gain amplifier circuit) 340 according to an embodiment of the present invention. 6 is a diagram illustrating a capacitor array unit 340a employed in the variable gain amplifier 340 according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, the configuration and operation of the variable gain amplifier 340 according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 5 and FIG.

도 5 및 도 6을 참조하면, 가변 이득 증폭부(340)는 커패시터 어레이부(340a) 및 샘플링/증폭 모듈(340b)을 포함할 수 있다. 도 5에서 하나의 커패시터 어레이부(340a)가 연산 증폭기 OPA에 연결되는 것으로 도시되어 있으나, 이는 개략적으로 도시된 것으로, 연산 증폭기 OPA에는 복수의 커패시터 어레이부(340a)가 연결될 수 있다.
Referring to FIGS. 5 and 6, the variable gain amplifier 340 may include a capacitor array unit 340a and a sampling / amplification module 340b. Although one capacitor array unit 340a is shown as being connected to the operational amplifier OPA in FIG. 5, it is schematically shown, and a plurality of capacitor array units 340a may be connected to the operational amplifier OPA.

커패시터 어레이부(340a)는 복수의 스위치 SW1 - SW5 및 적어도 하나의 커패시터 C1를 포함할 수 있으며, 샘플링/증폭 모듈(340b)는 복수의 스위치 SW6 - SW12, 복수의 커패시터 C2 - C4 및 적어도 하나의 연산 증폭기 OPA를 포함할 수 있다.
The capacitor array portion 340a may include a plurality of switches SW1 - SW5 and at least one capacitor C1, and the sampling / amplification module 340b may include a plurality of switches SW6 - SW12, a plurality of capacitors C2 - C4 and at least one And may include an operational amplifier OPA.

도 5 및 도 6에서 입력 전압 Vinp, Vinn은 감지 회로부(320)의 복수의 C-V 변환 회로(325)에서 생성되는 복수의 아날로그 신호에 해당하는 전압일 수 있다. 복수의 C-V 변환 회로(325)는 양(+)의 전압에 해당하는 입력 전압 Vinp 뿐만 아니라, 입력 전압 Vinp을 반전 증폭하여 음(-)의 전압에 해당하는 입력 전압 Vinn을 생성할 수 있다.
In FIGS. 5 and 6, the input voltages Vinp and Vinn may be voltages corresponding to a plurality of analog signals generated by the plurality of CV conversion circuits 325 of the sensing circuit unit 320. The plurality of CV conversion circuits 325 can invert not only the input voltage Vinp corresponding to the positive voltage but also the input voltage Vinp to generate the input voltage Vinn corresponding to the negative voltage.

도 5 및 도 6에서, 연산 증폭기 OPA의 비반전 입력단 및 반전 입력단 각각에 커패시터 어레이부(340a) 및 샘플링/증폭 모듈(340b)의 구성이 연결되는 것으로 도시되어 있으나, 연산 증폭기 OPA의 비반전 입력단 및 반전 입력단 중 하나의 입력단 측에만 커패시터 어레이부(340a) 및 샘플링/증폭 모듈(340b)의 구성이 연결될 수 있다.
5 and 6, the configuration of the capacitor array part 340a and the sampling / amplification module 340b are shown connected to the non-inverting input terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier OPA, respectively. However, the non-inverting input terminal And the configuration of the capacitor array part 340a and the sampling / amplification module 340b may be connected only to the input side of one of the inverting input terminals.

연산 증폭기 OPA의 비반전 입력단 측에 배치되는 커패시터 어레이부(340a) 및 샘플링/증폭 모듈(340b)의 구성 및 동작은 양의 입력단 측에 연결되는 것을 제외하고는, 반전 입력단 측에 배치되는 커패시터 어레이부(340a) 및 샘플링/증폭 모듈(340b)의 구성 및 동작과 동일하므로, 이하의 설명에서는 반전 입력단 측에 배치되는 커패시터 어레이부(340a) 및 샘플링/증폭 모듈(340b)을 중심으로 설명하도록 한다.
The configuration and operation of the capacitor array portion 340a and the sampling / amplification module 340b disposed at the non-inverting input end side of the operational amplifier OPA are the same as those of the capacitor array portion 340a and the sampling / Amplification module 340b and the capacitor array unit 340a disposed on the inverting input terminal side will be described below with reference to the constitution and operation of the sampling / amplification module 340a and the sampling / amplification module 340b .

커패시터 어레이부(340a)는 복수의 스위치 SW1 - SW5 및 적어도 하나의 커패시터 C1를 포함할 수 있다. 구체적으로 스위치 SW1, 및 SW2, 커패시터 C1, 스위치 SW3는 순차적으로 직렬로 연결될 수 있으며, 스위치 SW1 측으로 전압 Vinp가 인가될 수 있고, 스위치 SW3은 연산 증폭기 OPA의 반전 입력단과 연결될 수 있다. 기준 전압 Vrefp - 양의 기준 전압 - 가 인가되는 일단을 구비하는 스위치 SW4의 타단은 스위치 SW2와 커패시터 C1의 접속 노드에 연결될 수 있고, 기준 전압 Vrefn - 음의 기준 전압 - 이 인가되는 일단을 구비하는 스위치 SW5의 타단은 스위치 SW2와 커패시터 C1의 접속 노드에 연결될 수 있다.
The capacitor array unit 340a may include a plurality of switches SW1 to SW5 and at least one capacitor C1. More specifically, the switches SW1 and SW2, the capacitor C1 and the switch SW3 may be serially connected in series, the voltage Vinp may be applied to the switch SW1 side, and the switch SW3 may be connected to the inverting input terminal of the operational amplifier OPA. The other end of the switch SW4 having one end to which the reference voltage Vrefp-positive reference voltage- is applied can be connected to the connection node between the switch SW2 and the capacitor C1, and has one end to which the reference voltage Vrefn- The other end of the switch SW5 may be connected to the connection node of the switch SW2 and the capacitor C1.

샘플링/증폭 모듈(340b)는 복수의 스위치 SW6 - SW12, 복수의 커패시터 C2 - C4 및 적어도 하나의 연산 증폭기 OPA를 포함할 수 있다. 구체적으로, 서로 직렬로 연결되는 스위치 SW6 및 커패시터 C2는 전압 Vinp의 입력단 및 연산 증폭기 OPA의 반전 입력단 사이에 배치될 수 있다. 또한, 서로 직렬로 연결되는 스위치 SW8 및 커패시터 C3는 전압 Vinp의 입력단 및 연산 증폭기 OPA의 반전 입력단 사이에 배치될 수 있다. The sampling / amplification module 340b may include a plurality of switches SW6-SW12, a plurality of capacitors C2-C4, and at least one operational amplifier OPA. Specifically, the switch SW6 and the capacitor C2 that are connected in series to each other can be disposed between the input terminal of the voltage Vinp and the inverting input terminal of the operational amplifier OPA. Further, the switch SW8 and the capacitor C3 which are connected in series to each other can be disposed between the input terminal of the voltage Vinp and the inverting input terminal of the operational amplifier OPA.

기준 전압 Vref - 중심 기준 전압 - 이 인가되는 일단을 구비하는 스위치 SW7의 타단은 스위치 SW6과 커패시터 C2의 접속 노드에 연결될 수 있다. 서로 직렬로 연결되는 스위치 SW8 및 커패시터 C4는 기준 전압 Vref의 입력단 및 연산 증폭기의 반전 입력단 사이에 배치될 수 있다. 스위치 SW10은 커패시터 C2와 C3의 접속 노드 및 연산 증폭기 OPA의 비반전 출력단 사이에 배치될 수 있고, 스위치 SW11은 스위치 SW8과 커패시터 C3의 접속 노드 및 연산 증폭기 OPA의 비반전 출력단 사이에 배치될 수 있고, 스위치 SW12는 스위치 SW1과 커패시터 C4의 접속 노드 및 연산 증폭기 OPA의 비반전 출력단 사이에 배치될 수 있다.
The other end of the switch SW7 having one end to which the reference voltage Vref - the center reference voltage - is applied may be connected to the connection node of the switch SW6 and the capacitor C2. The switch SW8 and the capacitor C4 which are connected in series to each other can be disposed between the input terminal of the reference voltage Vref and the inverting input terminal of the operational amplifier. The switch SW10 may be disposed between the connection node of the capacitors C2 and C3 and the non-inverting output terminal of the operational amplifier OPA, and the switch SW11 may be disposed between the connection node of the switch SW8 and the capacitor C3 and the noninverting output terminal of the operational amplifier OPA , The switch SW12 may be disposed between the connection node of the switch SW1 and the capacitor C4 and the non-inverting output terminal of the operational amplifier OPA.

복수의 스위치 SW1 - SW12 는 제어 신호 gain_ctl, clt, clt_b 및 클럭 신호 ph1 및 ph2에 의해 스위칭 동작할 수 있다. 제어 신호 gain_ctl, clt, clt_b 및 클럭 신호 ph1 및 ph2가 하이 레벨인 경우, 스위치는 온 동작할 수 있고, 로우 레벨인 경우 오프 동작할 수 있다.
The plurality of switches SW1 to SW12 can be switched by the control signals gain_ctl, clt, clt_b and the clock signals ph1 and ph2. When the control signals gain_ctl, clt, clt_b and the clock signals ph1 and ph2 are at the high level, the switch can be turned on and can be turned off at the low level.

제어 신호 gain_ctl이 하이 레벨인 경우 스위치 SW1 및 SW3는 턴 온되어, 커패시터 C1은 연산 증폭기의 반전 입력단에 연결될 수 있고, 제어 신호 gain_ctl이 로우 레벨인 경우 스위치 SW1 및 SW3는 턴 오프되어, 커패시터 C1과 연산 증폭기의 반전 입력단은 연결되지 않을 수 있다.
When the control signal gain_ctl is high level, the switches SW1 and SW3 are turned on, the capacitor C1 can be connected to the inverting input terminal of the operational amplifier, and when the control signal gain_ctl is low, the switches SW1 and SW3 are turned off, The inverting input of the operational amplifier may not be connected.

전술한 바와 같이, 가변 이득 증폭부(340)에는 복수의 커패시터 어레이부(340a)가 연결될 수 있는데, 제어 신호 gain_ctl에 따라 연산 증폭기 OPA에 연결되는 커패시터 C1의 수가 결정될 수 있다. 다시 말하면, 복수의 커패시터 어레이부(340a)는 제어 신호 gain_ctl에 따라 연산 증폭기와 회로적으로 단절될 수 있다.
As described above, the plurality of capacitor array units 340a may be connected to the variable gain amplifier 340, and the number of the capacitors C1 connected to the operational amplifier OPA may be determined according to the control signal gain_ctl. In other words, the plurality of capacitor array units 340a can be disconnected from the operational amplifier circuitally in accordance with the control signal gain_ctl.

제어 신호 gain_ctl는 전압 Vinp의 변동 범위에 따라 OPA에 연결되는 커패시터 C1의 수를 결정할 수 있는데, 이에 관하여는 이하의 표 1 내지 표 4를 참조하여 후술하도록 한다.
The control signal gain_ctl can determine the number of capacitors C1 connected to the OPA according to the variation range of the voltage Vinp, which will be described later with reference to Tables 1 to 4 below.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 클럭 신호 ph1 및 ph2를 나타낸 그래프이다. 복수의 스위치 SW4 - SW12는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 클럭 신호 ph1 및 ph2에 의해 동작할 수 있다.7 is a graph illustrating clock signals ph1 and ph2 according to an embodiment of the present invention. The plurality of switches SW4 to SW12 can be operated by the clock signals ph1 and ph2 as shown in Figs.

클럭 신호 ph1 및 ph2는 서로 다른 온 타이밍, 즉 중복되지 않는 온 타이밍을 가지는 클럭 신호에 해당할 수 있다. 클럭 신호 ph1는 제1 위상에서 하이 레벨을 가질 수 있고, 클럭 신호 ph2는 제2 위상에서 하이 레벨을 가질 수 있다. The clock signals ph1 and ph2 may correspond to clock signals having different on timings, i.e., non-overlapping on timings. The clock signal ph1 may have a high level in the first phase and the clock signal ph2 may have a high level in the second phase.

제어 신호 gain_ctl이 하이 레벨인 경우에도, 클럭 신호 ph1가 로우 레벨인 경우에는 전압 Vinp은 커패시터 C1에 충전될 수 없으므로, 전압 Vinp는 제1 위상에 따라 커패시터 C1에 인가되는 것으로 볼 수 있다. Even when the control signal gain_ctl is at a high level, since the voltage Vinp can not be charged to the capacitor C1 when the clock signal ph1 is at the low level, it can be seen that the voltage Vinp is applied to the capacitor C1 according to the first phase.

제어 신호 ctl 및 ctl_b는 서로 반전된 신호에 해당할 수 있다. 제어 신호 ctl 및 ctl_b는 스위치 sw4 및 sw5를 제어하는데, 제어 신호 ctl 및 ctl_b에 따라 스위치 sw4 및 sw5가 스위칭 동작하여, 커패시터 C1에 전압 Vrefn 및 Vrefp을 충전할 수 있다.The control signals ctl and ctl_b may correspond to signals inverted from each other. The control signals ctl and ctl_b control the switches sw4 and sw5, and the switches sw4 and sw5 are switched according to the control signals ctl and ctl_b to charge the capacitor C1 with the voltages Vrefn and Vrefp.

제어 신호 ctl 및 ctl_b는 클럭 신호 ph2와 동기화 되어 스위치 sw4 및 sw5에 인가될 수 있다. 구체적으로, 제2 클럭 신호의 하이 레벨 구간인 제2 위상에서 제어 신호 ctl 및 ctl_b는 스위치 sw4 및 sw5에 인가될 수 있다. 즉, 하나의 커패시터 어레이부(340a)에 구비되는 스위치 sw4 및 sw5 중 하나의 스위치에는 클럭 신호 ph2가 인가되는 것으로 볼 수 있고, 다른 하나의 스위치는 오프 동작하는 것으로 볼 수 있다.
The control signals ctl and ctl_b can be synchronized with the clock signal ph2 and applied to the switches sw4 and sw5. Specifically, the control signals ctl and ctl_b can be applied to the switches sw4 and sw5 in the second phase, which is the high level interval of the second clock signal. That is, it can be seen that the clock signal ph2 is applied to one of the switches sw4 and sw5 included in one capacitor array unit 340a, and the other switch is off.

하나의 커패시터 어레이부(340a)에 구비되는 스위치 sw4 및 스위치 sw5 중 하나의 스위치는 온 동작하고 다른 하나의 스위치는 오프 동작한다. 이 때, 복수의 커패시터 어레이부(340a) 중 일부 커패시터 어레이부(340a)는 스위치 sw4가 온 동작할 수 있고, 나머지 커패시터 어레이부(340a)는 스위치 sw5가 온 동작 할 수 있다.
One of the switches sw4 and sw5 provided in one capacitor array unit 340a is turned on and the other switch is turned off. At this time, some of the capacitor array units 340a of the plurality of capacitor array units 340a can turn on the switch sw4, and the remaining capacitor array units 340a can turn on the switch sw5.

하이 또는 로우 레벨로 설정되는 ctl 및 ctl_b의 수는 전압 Vinp의 변동 범위에 따라 결정될 수 있는데, 이에 관하여는 이하의 표 1 내지 표 4를 참조하여 후술하도록 한다.
The number of ctl and ctl_b set to the high or low level can be determined according to the variation range of the voltage Vinp, which will be described later with reference to Tables 1 to 4 below.

제어 신호 gain_ctl이 하이 레벨, 클럭 신호 ph1이 하이 레벨일 때, 전하량 보존 법칙에 따라 커패시터 C1 - C4에 충전되는 전하 Qc1 - Qc4는 하기의 수학식 1과 같다. 클럭 신호 ph1가 하이 레벨이므로, 클럭 신호 ph2의 하이 레벨 구간인 제2 위상에서 스위칭 동작할 수 있는 스위치 sw4, sw5는 오프 동작할 수 있다.
When the control signal gain_ctl is at the high level and the clock signal ph1 is at the high level, the charges Qc1 to Qc4 charged in the capacitors C1 to C4 in accordance with the charge conservation law are expressed by Equation 1 below. Since the clock signal ph1 is at the high level, the switches sw4 and sw5 capable of switching operation in the second phase, which is the high level section of the clock signal ph2, can be turned off.

Figure pat00001
Figure pat00001

또한, 제어 신호 gain_ctl이 하이 레벨, 클럭 신호 ph2이 하이 레벨이라고 가정하고, 또한, 클럭 신호 ph2의 하이 레벨 구간인 제2 위상에서 스위치 sw4 및 sw5 중 스위치 sw4가 온 동작하는 것으로 가정하면, 전하량 보존 법칙에 따라 커패시터 C1 - C4에 충전되는 전하 Qc1 - Qc4는 하기의 수학식 2와 같다.
Assuming that the control signal gain_ctl is at the high level and the clock signal ph2 is at the high level and that the switch sw4 of the switches sw4 and sw5 is on in the second phase which is the high level section of the clock signal ph2, The charge Qc1 - Qc4 charged in the capacitors C1 - C4 according to the law is expressed by Equation 2 below.

Figure pat00002
Figure pat00002

이 때, 수학식 1과 수학식 2의 좌변과 우변을 각각 더하여 정리하면, 하기의 수학식 3이 산출될 수 있다.
At this time, if the left side and the right side of Equations (1) and (2) are added together, the following Equation (3) can be calculated.

Figure pat00003
Figure pat00003

수학식 3에서 전압 Vref의 레벨이 0 인 경우, 수학식 3은 하기의 수학식 4와 같이 변경될 수 있다.
When the level of the voltage Vref in Equation (3) is 0, Equation (3) can be changed to Equation (4).

Figure pat00004
Figure pat00004

이 때, 커패시터 어레이부(340a)가 14개 구비되고, 커패시터 C1, C2, C3 및 C4의 커패시턴스가 모두 동일하다고 가정하면, 수학식 4는 하기의 수학식 5와 같이 변경될 수 있다.
Assuming that fourteen capacitor array units 340a are provided and the capacitances of the capacitors C1, C2, C3, and C4 are all the same, Equation (4) can be changed to Equation (5).

Figure pat00005
Figure pat00005

전술한 바와 같이 커패시터 어레이부(340a)가 14개 구비된다고 가정시에, N개의 커패시터 어레이부(340a)에서 제어 신호 ctl이 하이 레벨이고, (14-N)개의 커패시터 어레이부(340a)에서 제어 신호 ctl_b가 하이 레벨인 경우, 수학식 5는 하기의 수학식 6과 같이 변경될 수 있다. 여기서, N_ctl은 하이 레벨로 제어된 제어 신호 ctl의 개수를 나타낸다.
It is assumed that the control signal ctl is at the high level in the N capacitor array units 340a and the control signal ctl is set to the high level in the (14-N) capacitor array units 340a when the capacitor array unit 340a is provided with fourteen When the signal ctl_b is at a high level, Equation (5) can be changed as shown in Equation (6) below. Here, N_ctl represents the number of control signals ctl controlled to a high level.

Figure pat00006
Figure pat00006

상기 수학식 6을 수학식 4에 나타난 바와 같이 일반화하는 경우 수학식 6은 수학식 7과 같이 변경될 수 있다.
In generalizing Equation (6) as shown in Equation (4), Equation (6) can be changed to Equation (7).

Figure pat00007
Figure pat00007

하기의 수학식 8은 제어 신호 gain_ctl에 연산 증폭기 OPA와 연결되는 커패시터 어레이부(340a)의 개수에 따른 전압 Vinp와 전압 Voutp의 관계를 나타내는 식이다. 하기의 수학식 8에서 커패시터 어레이부(340a)가 연산 증폭기 OPA와 0개, 즉 하나도 연결되지 않는 경우, 전압 Voutp는 Vinp와 동일하고, 커패시터 어레이부(340a)가 연산 증폭기 OPA와 2개 연결되는 경우, 전압 Voutp는 Vinp의 2배에 해당하고, 커패시터 어레이부(340a)가 연산 증폭기 OPA와 6개 연결되는 경우, 전압 Voutp는 Vinp의 4배에 해당하고, 커패시터 어레이부(340a)가 연산 증폭기 OPA와 14개 연결되는 경우, 전압 Voutp는 Vinp의 8배에 해당함을 확인할 수 있다. 여기서, 커패시터 C1, C2, C3 및 C4의 커패시턴스가 모두 동일하다고 가정하였다.
Equation (8) below expresses the relationship between the voltage Vinp and the voltage Voutp according to the number of the capacitor array units 340a connected to the operational amplifier OPA in the control signal gain_ctl. In the following Equation 8, when the capacitor array unit 340a is not connected to the operational amplifier OPA, that is, when none is connected, the voltage Voutp is equal to Vinp, and the capacitor array unit 340a is connected to the operational amplifier OPA The voltage Voutp corresponds to twice Vinp and the voltage Voutp corresponds to four times Vinp when the capacitor array unit 340a is connected to the operational amplifier OPA and the capacitor array unit 340a is connected to the operational amplifier OPA. When 14 connections are made with the OPA, the voltage Voutp corresponds to 8 times the Vinp. Here, it is assumed that the capacitances of the capacitors C1, C2, C3, and C4 are all the same.

Figure pat00008
Figure pat00008

본 발명의 일 실시예에 따른 제어 신호 gain_ctl, ctl 및 ctl_b는 가변 이득 증폭부(340)로 입력되는 전압 Vinp의 변동 범위(input range)에 따라 설정될 수 있다.The control signals gain_ctl, ctl, and ctl_b according to an exemplary embodiment of the present invention may be set according to the input range of the voltage Vinp input to the variable gain amplifier 340.

하기의 표 1, 2, 3은 입력 전압 Vinp의 변동 범위(input range)에 따라 하이 레벨로 결정되는 제어 신호 gain_ctl의 개수 N_gain_ctl, 및 하이 레벨의 제어 신호 gain_ctl에 의해 연산 증폭기 OPA와 연결되는 커패시터 어레이부(340a)로 인가되는 하이 레벨로 결정되는 ctl의 개수 N_ctl를 나타낸다.
Tables 1, 2 and 3 below show the number N_gain_ctl of the control signals gain_ctl determined to be high level in accordance with the input range of the input voltage Vinp and the number N_gain_ctl of the capacitor arrays connected to the operational amplifier OPA by the high level control signal gain_ctl. Represents the number N_ctl of ctl determined to be a high level applied to the unit 340a.

예를 들어, 비 접촉(non-touch)시에 가변 이득 증폭부(340)로 입력되는 전압 Vinp가 2.7V이고, 접촉(touch)시에 가변 이득 증폭부(340)로 입력되는 전압 Vinp가 2.5V로 인 경우, 입력 전압 Vinp의 변동 범위(input range)는 2.5 ~ 2.7V 이고, 편차 범위(delta range)는 0.2V이다. 이 때, 입력 전압 Vinp의 변동 범위(input range)와 편차 범위(delta range)가 속하는 구간은 표 4의 N_ctl이 0개인 구간에 해당한다. For example, when the voltage Vinp input to the variable gain amplifier 340 at the time of non-touch is 2.7 V and the voltage Vinp input to the variable gain amplifier 340 at the time of touch is 2.5 V, the input range of the input voltage Vinp is 2.5 to 2.7 V and the delta range is 0.2 V. In this case, the input range of the input voltage Vinp and the interval to which the delta range belongs correspond to a section where N_ctl is 0 in Table 4. [

N_gain_ctl 이 14개, N_ctl이 0개로 설정되는 경우, 비 접촉(non-touch)시의 2.7V는 2925에 해당하는 ADC 출력(ADC out)을 가질 수 있고, 접촉(touch)시의 2.5V는 585에 해당하는 ADC 출력(ADC out)을 가질 수 있다. 이 때, 접촉시와 비 접촉시의 디지털 레벨의 차이가 2340으로 가변 이득 증폭부(340)의 포화 없이 매우 높은 SNR을 획득할 수 있다.
When N_gain_ctl is set to 14 and N_ctl is set to 0, 2.7 V at non-touch may have an ADC output (ADC out) corresponding to 2925 and 2.5 V at touch may be 585 And the ADC output (ADC out) corresponding to the ADC output. At this time, the difference between the digital level at the time of contact and the non-contact state is 2340, so that a very high SNR can be obtained without saturating the variable gain amplifier 340.

Figure pat00009
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Figure pat00010
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Figure pat00011
Figure pat00011

Figure pat00012
Figure pat00012

이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, Those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims.

따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
Therefore, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the above-described embodiments, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, I will say.

310: 구동 회로부
320: 감지 회로부
330: 신호 전달부
340: 가변 이득 증폭부
340a: 커패시터 어레이부
340b: 증폭부
350: 신호 변환부
360: 연산부
310:
320:
330:
340: Variable gain amplifier section
340a: Capacitor array part
340b:
350:
360:

Claims (17)

제1 위상에서 입력 전압이 인가되고, 제2 위상에서 양의 기준 전압 또는 음의 기준 전압이 인가되는 제1 커패시터를 각각 포함하는 복수의 커패시터 어레이부; 및
연산 증폭기, 상기 제1 위상에서 입력 전압이 인가되고, 상기 제2 위상에서 중심 기준 전압이 인가되는 제2 커패시터, 상기 제1 위상에서 입력 전압이 인가되고, 상기 제2 위상에서 상기 연산 증폭기의 출력 전압이 인가되는 제3 커패시터, 및 상기 제1 위상에서 상기 중심 기준 전압이 인가되고, 상기 제2 위상에서 상기 연산 증폭기의 출력 전압이 인가되는 제4 커패시터; 를 포함하는 증폭부; 를 포함하고,
상기 연산 증폭기의 입력단으로 상기 제1 내지 제4 커패시터의 충전 전압이 인가되는 가변 이득 증폭 회로.
A plurality of capacitor array units each including a first capacitor to which an input voltage is applied in a first phase and a positive reference voltage or a negative reference voltage is applied in a second phase; And
A second capacitor to which an input voltage is applied in the first phase and a center reference voltage is applied in the second phase, an input voltage is applied in the first phase, and an output of the operational amplifier A fourth capacitor to which a center reference voltage is applied in the first phase and an output voltage of the operational amplifier in the second phase is applied; An amplification unit including the amplification unit; Lt; / RTI >
And a charge voltage of the first to fourth capacitors is applied to an input terminal of the operational amplifier.
제1항에 있어서, 상기 복수의 커패시터 어레이부 중 일부 커패시터 어레이부는 상기 입력 전압의 변동 범위에 따라 상기 연산 증폭기와 회로적으로 단절되는 가변 이득 증폭 회로.
The variable gain amplifier circuit according to claim 1, wherein some capacitor array portions of the plurality of capacitor array portions are circuit-disconnected from the operational amplifier in accordance with a variation range of the input voltage.
제1항에 있어서,
상기 복수의 커패시터 어레이부 중 일부 커패시터 어레이부는 상기 제2 위상에서 상기 제1 커패시터에 상기 양의 기준 전압이 인가되고, 나머지 커패시터 어레이부는 상기 제2 위상에서 상기 제1 커패시터에 상기 음의 기준 전압이 인가되는 가변 이득 증폭 회로.
The method according to claim 1,
Wherein some capacitor array portions of the plurality of capacitor array portions are applied with the positive reference voltage to the first capacitor in the second phase and the remaining capacitor array portion receives the positive reference voltage to the first capacitor in the second phase A variable gain amplifier circuit.
제3항에 있어서,
상기 일부 커패시터 어레이부와 상기 나머지 커패시터 어레이부의 수는 상기 입력 전압의 변동 범위에 따라 결정되는 가변 이득 증폭 회로.
The method of claim 3,
Wherein the number of the capacitor array part and the remaining capacitor array part is determined according to the variation range of the input voltage.
제1항에 있어서,
상기 중심 기준 전압은 접지 전압인 가변 이득 증폭 회로.
The method according to claim 1,
Wherein the center reference voltage is a ground voltage.
제1항에 있어서,
상기 제1 위상과 제2 위상은 서로 중복되지 않는 가변 이득 증폭 회로.
The method according to claim 1,
Wherein the first phase and the second phase do not overlap with each other.
입력 전압단으로부터 순차적으로 직렬로 배치되는 제1 스위치, 제2 스위치, 제1 커패시터 및 제3 스위치; 양의 기준 전압단 및 상기 제2 스위치와 상기 제1 커패시터의 접속 노드 사이에 배치되는 제4 스위치; 및 음의 기준 전압단 및 상기 제2 스위치와 상기 제1 커패시터의 접속 노드 사이에 배치되는 제5 스위치; 를 각각 구비하는 복수의 커패시터 어레이부; 및
연산 증폭기; 서로 직렬로 연결되어 입력 전압단 및 상기 연산 증폭기의 입력단 사이에 배치되는 제6 스위치 및 제2 커패시터; 중심 기준 전압단 및 상기 제6 스위치와 상기 제2 커패시터의 접속 노드 사이에 배치되는 제7 스위치; 서로 직렬로 연결되어 입력 전압단 및 상기 연산 증폭기의 입력단 사이에 배치되는 제8 스위치 및 제3 커패시터; 서로 직렬로 연결되어 중심 기준 전압단 및 상기 연산 증폭기의 입력단 사이에 배치되는 제9 스위치 및 제4 커패시터; 상기 연산 증폭기의 입력단 및 출력단 사이에 배치되는 제10 스위치; 상기 제8 스위치와 상기 제3 커패시터의 접속 노드 및 상기 연산 증폭기의 출력단 사이에 배치되는 제11 스위치; 및 상기 제9 스위치와 상기 제4 커패시터의 접속 노드 및 상기 연산 증폭기의 출력단 사이에 배치되는 제12 스위치; 를 포함하는 증폭부; 를 포함하는 가변 이득 증폭 회로.
A first switch, a second switch, a first capacitor, and a third switch sequentially arranged in series from an input voltage terminal; A fourth switch disposed between the positive reference voltage terminal and the connection node of the second switch and the first capacitor; And a fifth switch disposed between the negative reference voltage terminal and the connection node of the second switch and the first capacitor; A plurality of capacitor array units each having a capacitor; And
Operational amplifiers; A sixth switch and a second capacitor connected in series to each other between the input voltage terminal and the input terminal of the operational amplifier; A seventh switch disposed between a center reference voltage terminal and a connection node of said sixth switch and said second capacitor; An eighth switch and a third capacitor connected in series between the input voltage terminal and the input terminal of the operational amplifier; A ninth switch and a fourth capacitor connected in series to each other and arranged between a center reference voltage terminal and an input terminal of the operational amplifier; A tenth switch disposed between an input terminal and an output terminal of the operational amplifier; An eleventh switch disposed between a connection node of said eighth switch and said third capacitor and an output terminal of said operational amplifier; And a twelfth switch disposed between a connection node of said ninth switch and said fourth capacitor and an output terminal of said operational amplifier; An amplification unit including the amplification unit; And a variable gain amplifier circuit.
제7항에 있어서,
상기 제1 스위치 및 상기 제3 스위치에는 제어 신호가 인가되고,
상기 복수의 커패시터 어레이부 중 일부 커패시터 어레이부에 인가되는 제어 신호는 하이 레벨이고, 나머지 커패시터 어레이부에 인가되는 제어 신호는 로우 레벨인 가변 이득 증폭 회로.
8. The method of claim 7,
A control signal is applied to the first switch and the third switch,
Wherein a control signal applied to some capacitor array units of the plurality of capacitor array units is at a high level and a control signal applied to the remaining capacitor array units is at a low level.
제8항에 있어서,
상기 일부 커패시터 어레이부와 상기 나머지 커패시터 어레이부의 수는 상기 입력 전압의 변동 범위에 따라 결정되는 가변 이득 증폭 회로.
9. The method of claim 8,
Wherein the number of the capacitor array part and the remaining capacitor array part is determined according to the variation range of the input voltage.
제7항에 있어서,
상기 제2 스위치, 상기 제6 스위치, 상기 제8 스위치, 상기 제9 스위치 및 상기 제10 스위치에는 제1 위상을 가지는 제1 클럭 신호가 인가되고,
상기 제7 스위치, 제11 스위치 및 제12 스위치에는 제2 위상을 가지는 제1 클럭 신호가 인가되는 가변 이득 증폭 회로.
8. The method of claim 7,
A first clock signal having a first phase is applied to the second switch, the sixth switch, the eighth switch, the ninth switch, and the tenth switch,
And a first clock signal having a second phase is applied to the seventh switch, the eleventh switch, and the twelfth switch.
제10항에 있어서,
상기 제1 위상과 제2 위상은 서로 중복되지 않는 가변 이득 증폭 회로.
11. The method of claim 10,
Wherein the first phase and the second phase do not overlap with each other.
제10항에 있어서,
상기 복수의 커패시터 어레이부 중 하나의 커패시터 어레이부의 상기 제4 스위치 및 상기 제5 스위치 중 하나의 스위치에는 제2 클럭 신호가 인가되는 가변 이득 증폭 회로.
11. The method of claim 10,
And a second clock signal is applied to one of the fourth switch and the fifth switch of one of the capacitor array portions of the plurality of capacitor array portions.
제12항에 있어서,
상기 복수의 커패시터 어레이부 중 일부 커패시터 어레이부의 상기 제4 스위치에는 제2 클럭 신호가 인가되고, 나머지 커패시터 어레이부의 상기 제5 스위치에는 제2 클럭 신호가 인가되는 가변 이득 증폭 회로.
13. The method of claim 12,
Wherein a second clock signal is applied to the fourth switch of some of the plurality of capacitor array portions and a second clock signal is applied to the fifth switch of the remaining capacitor array portion.
제13항에 있어서,
상기 일부 커패시터 어레이부와 상기 나머지 커패시터 어레이부의 수는 상기 입력 전압의 변동 범위에 따라 결정되는 가변 이득 증폭 회로.
14. The method of claim 13,
Wherein the number of the capacitor array part and the remaining capacitor array part is determined according to the variation range of the input voltage.
터치 패널에서 발생하는 정전용량의 변화를 검출하는 감지 회로부;

제1 위상에서 상기 정전용량 변화에 따른 입력 전압이 인가되고, 제2 위상에서 양의 기준 전압 또는 음의 기준 전압이 인가되는 제1 커패시터를 각각 포함하는 복수의 커패시터 어레이부와 연산 증폭기, 상기 제1 위상에서 입력 전압이 인가되고, 상기 제2 위상에서 중심 기준 전압이 인가되는 제2 커패시터, 상기 제1 위상에서 입력 전압이 인가되고, 상기 제2 위상에서 상기 연산 증폭기의 출력 전압이 인가되는 제3 커패시터, 및 상기 제1 위상에서 상기 중심 기준 전압이 인가되고, 상기 제2 위상에서 상기 연산 증폭기의 출력 전압이 인가되는 제4 커패시터를 포함하는 증폭부를 포함하고, 상기 연산 증폭기의 입력단으로 상기 제1 내지 제5 커패시터의 충전 전압이 인가되는 가변 이득 증폭부;
상기 가변 이득 증폭부의 출력 전압을 디지털 변환 하는 신호 변환부; 및
상기 신호 변환부로부터 출력되는 디지털 신호에 따라 터치 입력을 판단하는 연산부; 를 포함하는 접촉 감지 장치.
A sensing circuit unit for sensing a change in capacitance caused in the touch panel;

A plurality of capacitor arrays and operational amplifiers each including a first capacitor to which an input voltage according to the capacitance change is applied in a first phase and a first reference voltage to which a positive reference voltage or a negative reference voltage is applied in a second phase, A second capacitor to which an input voltage is applied in one phase and a center reference voltage is applied in the second phase, an input voltage is applied in the first phase, and an output voltage to which the output voltage of the operational amplifier is applied in the second phase And a fourth capacitor to which the center reference voltage is applied in the first phase and the output voltage of the operational amplifier in the second phase is applied, A variable gain amplifier to which a charge voltage of the first to fifth capacitors is applied;
A signal converter for digitally converting an output voltage of the variable gain amplifier; And
An operation unit for determining a touch input according to a digital signal output from the signal conversion unit; And a contact sensing device.
제15항에 있어서,
상기 터치 패널에 구비되는 복수의 전극에 구동 신호를 인가하는 구동 회로부; 를 더 포함하는 접촉 감지 장치.
16. The method of claim 15,
A driving circuit for applying a driving signal to a plurality of electrodes of the touch panel; Further comprising:
제1 방향으로 연장되는 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되는 복수의 제2 전극을 구비하는 패널부;
상기 복수의 제1 전극에 소정의 구동 신호를 인가하는 구동 회로부;
상기 복수의 제2 전극으로부터 정전용량의 변화를 검출하는 감지 회로부;
제1 위상에서 상기 정전용량 변화에 따른 입력 전압이 인가되고, 제2 위상에서 양의 기준 전압 또는 음의 기준 전압이 인가되는 제1 커패시터를 각각 포함하는 복수의 커패시터 어레이부와 연산 증폭기, 상기 제1 위상에서 입력 전압이 인가되고, 상기 제2 위상에서 중심 기준 전압이 인가되는 제2 커패시터, 상기 제1 위상에서 입력 전압이 인가되고, 상기 제2 위상에서 상기 연산 증폭기의 출력 전압이 인가되는 제3 커패시터, 및 상기 제1 위상에서 상기 중심 기준 전압이 인가되고, 상기 제2 위상에서 상기 연산 증폭기의 출력 전압이 인가되는 제4 커패시터를 포함하는 증폭부를 포함하고, 상기 연산 증폭기의 입력단으로 상기 제1 내지 제5 커패시터의 충전 전압이 인가되는 가변 이득 증폭부;
상기 가변 이득 증폭부의 출력 전압을 디지털 변환 하는 신호 변환부; 및
상기 신호 변환부로부터 출력되는 디지털 신호에 따라 터치 입력을 판단하는 연산부; 를 포함하는 터치스크린 장치.
A panel portion having a plurality of first electrodes extending in a first direction and a plurality of second electrodes extending in a second direction intersecting the plurality of first directions;
A driving circuit for applying a predetermined driving signal to the plurality of first electrodes;
A sensing circuit unit for sensing a change in capacitance from the plurality of second electrodes;
A plurality of capacitor arrays and operational amplifiers each including a first capacitor to which an input voltage according to the capacitance change is applied in a first phase and a first reference voltage to which a positive reference voltage or a negative reference voltage is applied in a second phase, A second capacitor to which an input voltage is applied in one phase and a center reference voltage is applied in the second phase, an input voltage is applied in the first phase, and an output voltage to which the output voltage of the operational amplifier is applied in the second phase And a fourth capacitor to which the center reference voltage is applied in the first phase and the output voltage of the operational amplifier in the second phase is applied, A variable gain amplifier to which a charge voltage of the first to fifth capacitors is applied;
A signal converter for digitally converting an output voltage of the variable gain amplifier; And
An operation unit for determining a touch input according to a digital signal output from the signal conversion unit; The touch screen device comprising:
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