KR20160072338A - Touch sensing system and display using the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a touch sensing device and a display device using the same, capable of enhancing touch sensitivity. The touch sensing device includes an input node, an output node, a first switch device, a second switch device, an operational amplifier, a sampling capacitor, and a folding capacitor. The input node receives an input signal from a touch screen. The output node is connected with an input terminal of an analog-digital converter. The first switch device is connected between the input node and a first node and turned on / off by a first switch signal. The second switch device is connected between the first node and a second node and turned on / off by a second switch signal. The operational amplifier is connected with an input terminal connected with a third node, and the output node. The sampling capacitor is connected between the first node and the third node. The folding capacitor is connected between the second node and the third node.

Description

터치 센싱 장치 및 이를 이용한 표시장치{TOUCH SENSING SYSTEM AND DISPLAY USING THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a touch sensing device,

본 발명은 터치 센싱 장치와 이를 이용한 표시장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a touch sensing device and a display device using the touch sensing device.

유저 인터페이스(User Interface, UI)는 사람(사용자)과 각종 전기, 전자 기기 등의 통신을 가능하게 하여 사용자가 자신이 원하는 대로 기기를 쉽게 제어할 수 있게 한다. 유저 인터페이스의 대표적인 예로는 키패드, 키보드, 마우스, 온스크린 디스플레이(On Screen Display, OSD), 적외선 통신 혹은 고주파(RF) 통신 기능을 갖는 원격 제어기(Remote controller) 등이 있다. 유저 인터페이스 기술은 사용자 감성과 조작 편의성을 높이는 방향으로 발전을 거듭하고 있다. 유저 인터페이스는 터치 UI, 음성 인식 UI, 3D UI 등으로 진화되고 있다. A user interface (UI) enables a user (a user) to communicate with various electric or electronic devices, thereby enabling a user to easily control the device as desired. Representative examples of the user interface include a keypad, a keyboard, a mouse, an on-screen display (OSD), a remote controller having infrared communication or radio frequency (RF) communication functions. User interface technology has been developed to enhance the user's sensibility and ease of operation. The user interface is evolving into touch UI, voice recognition UI, 3D UI and so on.

정전 용량 방식의 터치 스크린은 정전 용량(capacitance) 센서들로 구현될 수 있다. 정전 용량 센서는 자기 용량 타입 센서 또는 상호 용량 타입 센서로 나뉘어질 수 있다. A capacitive touch screen can be implemented with capacitance sensors. The capacitive sensor can be divided into a capacitive type sensor or a mutual capacitive type sensor.

상호 용량 센서는 도 1과 같이 두 전극들(Tx, Rx) 사이에 형성된 상호 용량(Mutual capacitance, Cm)을 포함한다. 센싱부(12)는 Tx 라인(Tx1~Tx5)에 구동신호(또는 자극신호)를 인가하고 Rx 라인(Rx1~Rx6)을 터치 전후 상호 용량의 전하 변화량을 바탕으로 터치 입력을 감지한다. 상호 용량(Cm)에 도전체가 가까이 접근하면 상호 용량(Cm)이 감소된다. 센싱부(12)는 터치 센서 신호를 샘플링하여 증폭하는 샘플 & 홀드 증폭부(Sample & Hold Amp. SHA)와, 샘플 & 홀드 증폭부(SHA)의 출력 신호를 디지털 데이터로 변환하는 아날로그-디지털 변환기(Analog to digital converter, 이하 "ADC"라 함)로 나뉘어 진다. ADC는 샘플 & 홀드 증폭부의 출력 신호를 디지털 데이터로 변환함으로써 터치 로 데이터(Touch Raw Data, Tdata)를 출력한다. The mutual capacitance sensor includes a mutual capacitance (Cm) formed between the two electrodes Tx and Rx as shown in FIG. The sensing unit 12 applies a driving signal (or a stimulus signal) to the Tx lines Tx1 to Tx5 and senses a touch input based on the amount of charge change of the capacitors before and after touching the Rx lines Rx1 to Rx6. When the conductor approaches the mutual capacitance Cm, the mutual capacitance Cm is reduced. The sensing unit 12 includes a sample and hold amplifier (SHA) for sampling and amplifying a touch sensor signal, an analog-to-digital converter (ADC) for converting an output signal of the sample and hold amplifier (SHA) (Hereinafter referred to as "ADC"). The ADC outputs the touch raw data (Tdata) by converting the output signal of the sample and hold amplifier to digital data.

자기 용량 센서는 도 2와 같이 센서 전극 각각에 형성되는 자기 용량(Self capacitance, Cs)을 포함한다. 센싱부(14)는 센서 전극 각각에 전하를 공급하고 자기 용량(Cs)의 전하 변화량을 바탕으로 터치 입력을 감지한다. 자기 용량에 도전체가 가까이 접근하면, 자기 용량이 증가한다. 센싱부(14)는 터치 센서 신호를 샘플링하여 증폭하는 샘플 & 홀드 증폭부(SHA)와, 샘플 & 홀드 증폭부(SHA)의 출력 신호를 디지털 데이터로 변환하는 ADC로 나뉘어 진다. ADC는 샘플 & 홀드 증폭부(SHA)의 출력 신호를 디지털 데이터로 변환함으로써 터치 로 데이터(Tdata)를 출력한다. The magnetic capacitance sensor includes self capacitance (Cs) formed on each sensor electrode as shown in FIG. The sensing unit 14 supplies a charge to each of the sensor electrodes and senses a touch input based on the charge change amount of the capacitance Cs. When the conductor approaches the magnetic capacity, the magnetic capacity increases. The sensing unit 14 is divided into a sample-and-hold amplifying unit (SHA) for sampling and amplifying the touch sensor signal, and an ADC for converting the output signal of the sample-and-hold amplifying unit (SHA) into digital data. The ADC outputs the data (Tdata) by touching by converting the output signal of the sample and hold amplifier (SHA) into digital data.

터치 센싱 장치는 센싱부(12, 14)로부터의 터치 로 데이터(Tdata)를 분석하여 터치 입력 여부를 판단하고 터치 입력 각각의 좌표 정보를 계산하는 디지털 처리부를 더 포함한다. 터치 센싱 장치의 터치 감도를 높이기 위해서는 터치 센서의 전하 변화량을 정확하게 감지하여야 한다. 이를 위하여, ADC의 입력 범위가 넓어야 하지만, ADC의 입력 범위가 충분히 넓지 않기 때문에 터치 센싱 장치의 성능을 개선하기가 쉽지 않다. 샘플 & 홀드 증폭부(SHA)의 출력 신호가 ADC의 입력 범위를 초과하면 그 초과분의 데이터는 같은 값으로 포화(saturation)되기 때문에 ADC의 입력 범위를 초과한 신호를 표현할 수 없다. ADC의 전원 전압이 낮으면, ADC의 입력 범위가 좁은 범위로 제한된다. FADC(Flash ADC)의 기준값을 높여 입력 범위를 강제로 증가시키면 증폭기의 동작 범위를 벗어나기 때문에 FADC의 선형성이 나빠진다.
The touch sensing apparatus further includes a digital processing unit for analyzing the data (Tdata) by touching from the sensing units (12, 14) to determine whether or not touch input is performed, and to calculate coordinate information of each touch input. In order to increase the touch sensitivity of the touch sensing device, it is necessary to accurately detect the amount of charge change of the touch sensor. To achieve this, the input range of the ADC must be wide, but it is difficult to improve the performance of the touch sensing device because the input range of the ADC is not wide enough. If the output signal of the sample and hold amplifier (SHA) exceeds the input range of the ADC, the excess data will saturate to the same value and the signal exceeding the input range of the ADC can not be expressed. When the supply voltage of the ADC is low, the input range of the ADC is limited to a narrow range. If the reference value of the FADC (Flash ADC) is increased and the input range is forcibly increased, the linearity of the FADC deteriorates because it deviates from the operating range of the amplifier.

본 발명은 터치 감도를 높일 수 있는 터치 센싱 장치를 제공한다.
The present invention provides a touch sensing device capable of increasing touch sensitivity.

본 발명의 터치 센싱 장치는 터치 스크린으로부터의 입력 신호가 수신되는 입력 노드, 아날로그-디지털 변환기의 입력 단자에 연결된 출력 노드, 상기 입력 노드와 제1 노드 사이에 연결되어 제1 스위치 신호에 의해 온/오프되는 제1 스위치 소자, 상기 제1 노드와 제2 노드 사이에 연결되어 제2 스위치 신호에 의해 온/오프되는 제2 스위치 소자, 제3 노드에 접속된 입력 단자와 상기 출력 노드에 접속된 연산 증폭기, 상기 제1 노드와 상기 제3 노드 사이에 연결된 샘플링 커패시터, 및 상기 제2 노드와 상기 제3 노드 사이에 연결된 폴딩 커패시터를 포함한다. The touch sensing apparatus of the present invention includes an input node for receiving an input signal from a touch screen, an output node connected to an input terminal of the analog-to-digital converter, an on / off switch connected between the input node and the first node, A second switch element connected between the first node and the second node and being turned on / off by the second switch signal, an input terminal connected to the third node, and a second switch element connected to the output node, An amplifier, a sampling capacitor coupled between the first node and the third node, and a folding capacitor coupled between the second node and the third node.

상기 터치 센싱 장치는 상기 제2 노드와 상기 제3 노드 사이에 연결되어 제3 스위치 신호에 온/오프되는 제3 스위치 소자, 상기 제1 노드와 상기 출력 노드 사이에 연결되어 제4 스위치 신호에 의해 온/오프되는 제4 스위치 소자, 및 상기 제3 노드와 상기 출력 노드 사이에 연결되어 제5 스위치 신호에 온/오프되는 제5 스위치 소자를 더 포함한다. The touch sensing apparatus further includes a third switch element connected between the second node and the third node to turn on / off the third switch signal, and a third switch element connected between the first node and the output node, And a fifth switch element connected between the third node and the output node to turn on / off the fifth switch signal.

본 발명의 표시장치는 터치 스크린을 가지는 표시패널, 입력 영상의 픽셀 데이터를 상기 표시패널의 픽셀들에 기입하는 디스플레이 구동회로, 및 상기 터치 센싱 장치를 포함한다.
The display device of the present invention includes a display panel having a touch screen, a display driving circuit for writing pixel data of the input image to pixels of the display panel, and the touch sensing device.

본 발명은 폴딩 커패시터를 이용하여 ADC에 입력될 신호의 전압 범위를 ADC의 입력 범위 이내로 조정한다. 그 결과, 본 발명은 ADC로부터 출력되는 디지털 값으로 표현할 수 있는 ADC의 입력 범위를 증가시킬 수 있으므로 터치 감도를 향상시킬 수 있다.
The present invention adjusts the voltage range of the signal to be input to the ADC to be within the input range of the ADC using the folding capacitor. As a result, the present invention can increase the input range of the ADC, which can be represented by a digital value output from the ADC, thereby improving the touch sensitivity.

도 1은 상호 용량 방식의 터치 스크린을 보여 주는 도면이다.
도 2는 자기 용량 방식의 터치 스크린을 보여 주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 표시장치를 보여 주는 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 터치 센서 구동부의 센싱부를 보여 주는 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 샘플 & 홀드 증폭부의 제1 실시예를 보여 주는 회로도이다.
도 6은 도 5 및 도 9에 도시된 스위치 소자들의 온/오프 타이밍을 보여 주는 파형도이다.
도 7은 종래 기술에서 ADC의 입력 범위를 초과하여 ADC에 입력되는 신호에서 포화 구간을 보여 주는 도면이다.
도 8은 본 발명을 적용하여 ADC의 입력 범위를 초과하는 신호의 전압을 ADC의 입력 범위 내로 변환하여 ADC의 입력 신호의 모든 전압을 디지털 값으로 표현한 예를 보여 주는 도면이다.
도 9는 도 4에 도시된 샘플 & 홀드 증폭부의 제2 실시예를 보여 주는 회로도이다.
도 10은 도 5 및 도 9에 도시된 샘플 & 홀드 증폭부의 폴딩 커패시터를 샘플링 커패시터로 활용하는 방법을 보여 주는 스위치 신호의 파형도이다.
FIG. 1 is a diagram showing a mutual capacity type touch screen.
FIG. 2 is a view showing a magnetosensitive type touch screen.
3 is a view illustrating a display device according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing a sensing unit of the touch sensor driving unit shown in FIG.
FIG. 5 is a circuit diagram showing a first embodiment of the sample-and-hold amplifier shown in FIG.
6 is a waveform diagram showing on / off timings of the switch elements shown in FIGS. 5 and 9. FIG.
FIG. 7 is a diagram showing a saturated period in a signal input to the ADC beyond the input range of the ADC in the prior art.
8 is a diagram illustrating an example in which all voltages of an input signal of an ADC are expressed as a digital value by converting a voltage of a signal exceeding an input range of the ADC into an input range of the ADC by applying the present invention.
FIG. 9 is a circuit diagram showing a second embodiment of the sample and hold amplifier shown in FIG. 4. FIG.
10 is a waveform diagram of a switch signal showing a method of utilizing a folding capacitor of the sample and hold amplifier shown in FIG. 5 and FIG. 9 as a sampling capacitor.

본 발명의 표시장치는 액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD), 전계방출 표시장치(Field Emission Display : FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 유기발광 다이오드 표시장치(Organic Light Emitting Display, OLED Display), 전기영동 표시소자(Electrophoresis, EPD) 등의 평판 표시장치로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에서, 평판 표시장치의 일 예로서 액정표시소자를 설명하지만, 본 발명의 표시장치는 액정표시장치에 한정되지 않는다는 것에 주의하여야 한다. The display device of the present invention can be applied to a liquid crystal display (LCD), a field emission display (FED), a plasma display panel (PDP), an organic light emitting display , An OLED display, and an electrophoresis (EPD) display device. In the following embodiments, a liquid crystal display device is described as an example of a flat panel display device, but it should be noted that the display device of the present invention is not limited to a liquid crystal display device.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings. Like reference numerals throughout the specification denote substantially identical components. In the following description, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 표시장치는 표시패널(100)과, 터치 스크린(TSP)을 포함한다. 터치 스크린(TSP)은 정전 용량 방식의 터치 센서들을 포함한다. 3 and 4, the display apparatus of the present invention includes a display panel 100 and a touch screen (TSP). The touch screen (TSP) includes capacitive touch sensors.

터치 센서들은 상호 용량 또는 자기 용량을 이용하여 터치 입력을 감지한다. 터치 센서들이 형성된 기판은 표시패널(100) 상에 접합될 수 있다. 이와 다른 방법으로 터치 센서들은 픽셀 어레이와 함께 표시패널(100)의 하부 기판 상에 형성되어 표시패널(100)에 인셀(In-cell) 타입으로 내장될 수 있다.The touch sensors sense the touch input using mutual capacitance or capacitance. The substrate on which the touch sensors are formed can be bonded on the display panel 100. [ Alternatively, the touch sensors may be formed on the lower substrate of the display panel 100 together with the pixel array, and may be embedded in the display panel 100 as an in-cell type.

본 발명의 표시장치는 입력 영상의 픽셀 데이터를 픽셀들에 기입하는 디스플레이 구동회로(102, 104, 106)와, 터치 입력을 감지하는 터치 센서 구동부(110)를 포함한다. The display device of the present invention includes a display driving circuit 102, 104, and 106 for writing pixel data of an input image into pixels, and a touch sensor driver 110 for sensing a touch input.

표시패널(100)의 픽셀 어레이는 데이터 라인들(S1~Sm, m은 양의 정수)과 게이트 라인들(G1~Gn, n은 양의 정수)에 의해 정의된 픽셀들을 포함한다. 픽셀들 각각은 데이터 라인들(S1~Sm)과 게이트 라인들(G1~Gn)의 교차부들에 형성된 TFT(Thin Film Transistor), TFT를 통해 데이터전압을 공급받는 화소전극, 터치 센서의 전극들로 분할된 공통 전극, 화소 전극에 접속되어 액정셀의 전압을 유지시키기 위한 스토리지 커패시터(Storage Capacitor, Cst) 등을 포함한다.The pixel array of the display panel 100 includes pixels defined by data lines (S1 to Sm, m is a positive integer) and gate lines (G1 to Gn, where n is a positive integer). Each of the pixels includes a TFT (Thin Film Transistor) formed at the intersections of the data lines S1 to Sm and the gate lines G1 to Gn, a pixel electrode for receiving the data voltage through the TFT, And a storage capacitor (Cst) connected to the divided common electrode and the pixel electrode to maintain the voltage of the liquid crystal cell.

표시패널(100)의 상부 기판에는 블랙매트릭스, 컬러필터 등이 형성될 수 있다. 표시패널(100)의 하부 기판은 COT(Color filter On TFT) 구조로 구현될 수 있다. 이 경우에, 컬러필터는 표시패널(100)의 하부 기판에 형성될 수 있다. 표시패널(100)의 상부 기판과 하부 기판 각각에는 편광판이 부착되고 액정과 접하는 내면에 액정의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 표시패널(100)의 상부 기판과 하부 기판 사이에는 액정층의 셀갭(Cell gap)을 유지하기 위한 컬럼 스페이서가 형성된다. A black matrix, a color filter, and the like may be formed on the upper substrate of the display panel 100. The lower substrate of the display panel 100 may be implemented as a COT (Color Filter On TFT) structure. In this case, the color filter may be formed on the lower substrate of the display panel 100. [ On the upper substrate and the lower substrate of the display panel 100, a polarizing plate is attached and an alignment film for forming a pre-tilt angle of the liquid crystal is formed on the inner surface in contact with the liquid crystal. A column spacer for maintaining a cell gap of the liquid crystal layer is formed between the upper substrate and the lower substrate of the display panel 100.

표시패널(100)의 배면 아래에는 백라이트 유닛이 배치될 수 있다. 백라이트 유닛은 에지형(edge type) 또는 직하형(Direct type) 백라이트 유닛으로 구현되어 표시패널(100)에 빛을 조사한다. 표시패널(100)은 TN(Twisted Nematic) 모드, VA(Vertical Alignment) 모드, IPS(In Plane Switching) 모드, FFS(Fringe Field Switching) 모드 등 공지된 어떠한 액정 모드로도 구현될 수 있다. 유기발광 다이오드 표시장치와 같은 자발광 표시장치에서 백라이트 유닛은 필요 없다. A backlight unit may be disposed under the rear surface of the display panel 100. The backlight unit is implemented as an edge type or direct type backlight unit to irradiate the display panel 100 with light. The display panel 100 may be realized in any known liquid crystal mode such as TN (Twisted Nematic) mode, VA (Vertical Alignment) mode, IPS (In Plane Switching) mode and FFS (Fringe Field Switching) mode. In a self-luminous display device such as an organic light emitting diode display device, a backlight unit is not required.

터치 센서들이 픽셀 어레이에 내장되면, 터치 센서들은 공통 전극의 분할 패턴들로 형성될 수 있다. 터치 센서들이 픽셀 어레이에 내장되면, 픽셀 어레이와 터치 센서들은 디스플레이 기간과 터치 센서 구동 기간으로 시분할 구동된다. 터치 센서는 디스플레이 기간 동안 공통 전압(Vcom)을 픽셀들에 공급하고, 터치 센서 기간 구동 기간 동안 터치 입력을 감지한다. When the touch sensors are embedded in the pixel array, the touch sensors can be formed with the division patterns of the common electrode. When the touch sensors are embedded in the pixel array, the pixel array and the touch sensors are time-divisionally driven by the display period and the touch sensor driving period. The touch sensor supplies the common voltage Vcom to the pixels during the display period and senses the touch input during the touch sensor period driving period.

디스플레이 구동회로(102, 104, 106)는 데이터 구동부(102), 게이트 구동부(104), 및 타이밍 콘트롤러(106)를 포함한다. The display driver circuits 102, 104, and 106 include a data driver 102, a gate driver 104, and a timing controller 106.

데이터 구동부(102)는 타이밍 콘트롤러(106)로부터 수신되는 입력 영상의 디지털 비디오 데이터(RGB)를 아날로그 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 데이터전압을 출력한다. 데이터 구동부(102)로부터 출력된 데이터전압은 데이터 라인들(S1~Sm)에 공급된다. The data driver 102 converts the digital video data RGB of the input image received from the timing controller 106 into an analog positive / negative gamma compensation voltage to output a data voltage. The data voltage output from the data driver 102 is supplied to the data lines S1 to Sm.

게이트 구동부(104)는 데이터전압에 동기되는 게이트 펄스(또는 스캔펄스)를 게이트 라인들(G1~Gn)에 순차적으로 공급하여 데이터 전압이 기입되는 표시패널(100)의 라인을 선택한다. The gate driver 104 sequentially supplies a gate pulse (or a scan pulse) synchronized with the data voltage to the gate lines G1 to Gn to select a line of the display panel 100 into which the data voltage is written.

타이밍 콘트롤러(106)는 호스트 시스템(108)으로부터 입력되는 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 메인 클럭(MCLK) 등의 타이밍신호를 입력받아 데이터 구동부(102), 게이트 구동부(104) 및 터치 센서 구동부(110)의 동작 타이밍을 동기시킨다. 도 6에서, SDC는 데이터 구동부(102)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 데이터 타이밍 신호이다. GDC는 게이트 구동부(104)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 게이트 타이밍 신호이다.The timing controller 106 inputs timing signals such as a vertical synchronization signal Vsync, a horizontal synchronization signal Hsync, a data enable signal DE and a main clock MCLK input from the host system 108 And synchronizes the operation timings of the data driver 102, the gate driver 104, and the touch sensor driver 110. In FIG. 6, SDC is a data timing signal for controlling the operation timing of the data driver 102. GDC is a gate timing signal for controlling the operation timing of the gate driver 104. [

호스트 시스템(108)은 텔레비젼 시스템, 셋톱박스, 네비게이션 시스템, DVD 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈 시어터 시스템, 폰 시스템(Phone system) 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 호스트 시스템(108)은 스케일러(scaler)를 내장한 SoC(System on chip)을 포함하여 입력 영상의 디지털 비디오 데이터를 표시패널(100)의 해상도에 적합한 포맷으로 변환한다. 호스트 시스템(108)은 입력 영상의 디지털 비디오 데이터(RGB)와 함께 타이밍 신호들(Vsync, Hsync, DE, MCLK)을 타이밍 콘트롤러(106)로 전송한다. 또한, 호스트 시스템(108)은 터치 센서 구동부(110)로부터 입력되는 터치 입력의 좌표 정보(XY)와 연계된 응용 프로그램을 실행한다.The host system 108 may be implemented in any one of a television system, a set top box, a navigation system, a DVD player, a Blu-ray player, a personal computer (PC), a home theater system, and a phone system. The host system 108 converts the digital video data of the input image into a format suitable for the resolution of the display panel 100, including a system on chip (SoC) with a built-in scaler. The host system 108 transmits the timing signals Vsync, Hsync, DE, and MCLK to the timing controller 106 together with the digital video data RGB of the input image. The host system 108 also executes an application program associated with coordinate information XY of the touch input input from the touch sensor driver 110. [

터치 센서 구동부(110)는 터치 스크린(TSP)의 출력 채널들로부터의 신호를 디지털 데이터로 변환하여 터치 로 데이터(Tdata)를 발생한다. 터치 센서 구동부(110)는 디지털 연산 로직 회로를 이용하여 터치 인식 알고리즘을 실행시킨다. 터치 인식 알고리즘은 터치 로 데이터(Tdata)를 미리 설정된 문턱값과 비교하여 터치 입력을 판정하고, 터치 입력 각각에 식별 코드와 좌표 정보(XY)를 부가하여 호스트 시스템(108)으로 전송한다. The touch sensor driver 110 converts the signals from the output channels of the touch screen TSP into digital data and generates data (Tdata) by touch. The touch sensor driver 110 executes a touch recognition algorithm using a digital arithmetic logic circuit. The touch recognition algorithm judges the touch input by comparing the data (Tdata) with a preset threshold value by touch, adds the identification code and the coordinate information (XY) to each touch input, and transmits it to the host system 108.

터치 센서 구동부(110)의 센싱부는 샘플 & 홀드 증폭부(SHA, 112)와, ADC(114)를 포함한다. 터치 스크린(TSP)의 출력 채널들과 샘플 & 홀드 증폭부(112) 사이에 차동 증폭기(10)가 연결될 수 있다. The sensing unit of the touch sensor driving unit 110 includes a sample and hold amplifier (SHA) 112 and an ADC 114. The differential amplifier 10 may be connected between the output channels of the touch screen TSP and the sample and hold amplifier 112.

차동 증폭기(10)는 반전 입력 단자(-)에 입력되는 제i(i는 양의 정수) 센서 신호와 비반전 입력 단자(+)에 입력되는 제i+1 센서 신호의 차를 증폭하여 제i 센서 신호( S1~S4)를 출력한다. 차동 증폭기(10)는 터치 스크린(TSP)에서 이웃한 출력 채널들을 통해 수신된 신호들의 차를 증폭함으로써 노이즈에 비하여 신호 성분을 더 크게 하여 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio : SNR)를 개선할 수 있다. 차동 증폭기(10)는 풀리 디퍼런셜 앰플리파이어(Fully differential amplifier)로 구현될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 풀리 디퍼런셜 앰플리파이어는 차 신호를 증폭하여 정극성 신호(P)와 부극성 신호(N)를 출력한다. The differential amplifier 10 amplifies the difference between the i-th (i is a positive integer) sensor signal input to the inverting input terminal (-) and the (i + 1) -th sensor signal input to the non-inverting input terminal And outputs the sensor signals S1 to S4. The differential amplifier 10 amplifies the difference between the signals received through the neighboring output channels in the touch screen TSP, thereby improving the signal-to-noise ratio (SNR) by making the signal component larger than noise. have. The differential amplifier 10 may be implemented with a pulley differential amplifier (Fully differential amplifier), but is not limited thereto. The pulley differential amplifier amplifies the difference signal and outputs a positive signal (P) and a negative signal (N).

샘플 & 홀드 증폭부(112)는 차동 증폭기(10)로부터의 입력 신호(터치 센서 신호)를 샘플링하고 증폭한다. 그리고 샘플 & 홀드 증폭부(112)는 폴딩 커패시터(Folding capacitor)를 이용하여 입력 신호의 전압을 ADC(114)의 입력 범위 이내로 변환한다. 본 발명은 폴딩 커패시터를 이용하여 샘플 & 홀드 증폭부(112)의 입력 신호 전압을 변환하여 종래 기술에서 표현하지 못한 터치 센서 신호의 전압을ADC로부터 출력된 터치 로 데이터(Tdata)에서 표현할 수 있다. 또한, 본 발명은 폴딩 커패시터를 이용하여 터치 센서의 표현 범위를 원하는 만큼 증가시킬 수 있다. The sample-and-hold amplifying unit 112 samples and amplifies an input signal (touch sensor signal) from the differential amplifier 10. The sample-and-hold amplifier 112 converts the voltage of the input signal to within the input range of the ADC 114 using a folding capacitor. The present invention can convert the input signal voltage of the sample and hold amplifier 112 using the folding capacitor to represent the voltage of the touch sensor signal which is not expressed in the prior art in the touch data Tdata output from the ADC. Further, the present invention can increase the expression range of the touch sensor by a desired amount using a folding capacitor.

도 5는 샘플 & 홀드 증폭부(112)의 제1 실시예를 보여 주는 회로도이다. 도 6은 스위치 소자들(S1a~S5a, S1b~S5b)의 온/오프 타이밍(on/off timing)을 보여 주는 파형도이다. 도 5에서 샘플 & 홀드 증폭부(112)는 정극성 신호(P)와 부극성 신호(N)를 입력 받고, 정극성 신호(P)와 부극성 신호(N)를 출력하지만 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 샘플 & 홀드 증폭부(112)는 도 9와 같이 하나의 입력 노드와 하나의 출력 노드를 포함할 수 있다. 5 is a circuit diagram showing a first embodiment of the sample & 6 is a waveform diagram showing on / off timing of the switch elements S1a to S5a and S1b to S5b. 5, the sample-and-hold amplifier 112 receives the positive polarity signal P and the negative polarity signal N and outputs the positive polarity signal P and the negative polarity signal N, but is not limited thereto. For example, the sample and hold amplifier 112 may include one input node and one output node as shown in FIG.

도 5 및 도 6을 참조하면, 샘플 & 홀드 증폭부(112)는 정극성 입력 신호(Vin(P))를 수신하는 제1 입력 노드(nin1), 부극성 입력 신호(Vin(N))를 수신하는 제2 입력 노드(nin2), 정극성 출력 신호(Vout(P))를 출력하는 정극성 출력 노드(nout1), 및 부극성 출력 신호(Vout(N))를 출력하는 부극성 출력 노드(nout2)를 포함한다. 출력 노드들(nout1, nout2)은 ADC(114)의 입력 단자들에 연결된다. 5 and 6, the sample and hold amplifier 112 includes a first input node nin1 and a negative polarity input signal Vin (N) for receiving a positive polarity input signal Vin (P) A positive output node nout1 for outputting a positive output signal Vout (P) and a negative output node nout2 for outputting a negative output signal Vout (N) nout2. The output nodes nout1 and nout2 are connected to the input terminals of the ADC 114. [

샘플 & 홀드 증폭부(112)는 다수의 스위치 소자들(S1a~S5a, S1b~S5b), 샘플링 커패시터(Cs1, Cs2), 폴딩 커패시터(Cf1, Cf2), 및 연산 증폭기(OP-AMP)를 포함한다. 스위치 소자들(S1a~S5a, S1b~S5b)은 터치 센서 구동부(110)의 디지털 연산 로직 회로 또는 타이밍 콘트롤러(106)의 제어 하에 도 6과 같이 온/오프된다. The sample-and-hold amplifier 112 includes a plurality of switch elements S1a to S5a and S1b to S5b, sampling capacitors Cs1 and Cs2, folding capacitors Cf1 and Cf2, and an operational amplifier OP-AMP do. The switch elements S1a to S5a and S1b to S5b are turned on / off as shown in FIG. 6 under the control of the digital arithmetic logic circuit or the timing controller 106 of the touch sensor driver 110.

도 6에서, 스위치 제어 신호들(S1~S5)의 하이 로직 레벨(high logic level)은 스위치 소자들(S1a~S5a, S1b~S5b)의 온 타이밍을 제어하고, 로우 로직 레벨(low logic level)은 스위치 소자들(S1a~S5a, S1b~S5b)의 오프 타이밍을 제어한다. 6, the high logic level of the switch control signals S1 to S5 controls the on-timing of the switch elements S1a to S5a, S1b to S5b, and the low logic level, Off timing of the switch elements S1a to S5a, S1b to S5b.

제1a 스위치 소자(S1a)는 제1 입력 노드(nin1)와 제1a 노드(n1a) 사이에 연결된다. 제1a 스위치 소자(S1a)는 제1 스위치 신호(S1)에 응답하여 제1 입력 노드(nin1)와 제1a 노드(n1a) 사이의 전류 패스를 스위칭한다. 제1b 스위치 소자(S1b)는 제2 입력 노드(nin2)와 제1b 노드(n1b) 사이에 연결된다. 제1b 스위치 소자(S1b)는 제1 스위치 신호(S1)에 응답하여 제2 입력 노드(nin2)와 제1b 노드(n1b) 사이의 전류 패스를 스위칭한다. The 1a-th switch element S1a is connected between the first input node nin1 and the 1a-th node n1a. The 1a-th switch element S1a switches the current path between the first input node nin1 and the 1a-th node n1a in response to the first switch signal S1. The first 1b switch element S1b is connected between the second input node nin2 and the first node n1b. The first switching element S1b switches the current path between the second input node nin2 and the first node n1b in response to the first switch signal S1.

제2a 스위치 소자(S2a)는 제1a 노드(n1a)와 제2a 노드(n2a) 사이에 연결된다. 제2a 스위치 소자(S2a)는 제2 스위치 신호(S2)에 응답하여 제1a 노드(n1a)와 제2a 노드(n2a) 사이의 전류 패스를 스위칭한다. 제2b 스위치 소자(S2b)는 제1b 노드(n1b)와 제2b 노드(n2b) 사이에 연결된다. 제2b 스위치 소자(S2b)는 제2 스위치 신호(S2)에 응답하여 제1b 노드(n1b)와 제2b 노드(n2b) 사이의 전류 패스를 스위칭한다. The 2a switch element S2a is connected between the 1a-th node n1a and the 2a-th node n2a. The 2a switching element S2a switches the current path between the 1a-th node n1a and the 2a-th node n2a in response to the second switch signal S2. The second switching element S2b is connected between the first node n1b and the second node n2b. The second switching element S2b switches the current path between the first node n1b and the second node n2b in response to the second switch signal S2.

제3a 스위치 소자(S3a)는 제2a 노드(n2a)와 제3a 노드(n3a) 사이에 연결된다. 제3a 스위치 소자(S3a)는 제3 스위치 신호(S3)에 응답하여 제2a 노드(n2a)와 제3a 노드(n3a) 사이의 전류 패스를 스위칭한다. 제3b 스위치 소자(S3b)는 제2b 노드(n2b)와 제3b 노드(n3b) 사이에 연결된다. 제3a 스위치 소자(S3b)는 제3 스위치 신호(S3)에 응답하여 제2b 노드(n2b)와 제3b 노드(n3b) 사이의 전류 패스를 스위칭한다. The 3a switching element S3a is connected between the 2a node n2a and the 3a node n3a. The 3a switching element S3a switches the current path between the 2a-th node n2a and the 3a-th node n3a in response to the third switch signal S3. And the third switching element S3b is connected between the second node n2b and the third node n3b. The 3a switching element S3b switches the current path between the 2b node n2b and the 3b node n3b in response to the third switch signal S3.

제4a 스위치 소자(S4a)는 제1a 노드(n1a)와 정극성 출력 노드(nout1) 사이에 연결된다. 제4a 스위치 소자(S4a)는 제4 스위치 신호(S4)에 응답하여 제1a 노드(n1a)와 정극성 출력 노드(nout1) 사이의 전류 패스를 스위칭한다. 제4b 스위치 소자(S4b)는 제1b 노드(n1a)와 부극성 출력 노드(nout2) 사이에 연결된다. 제4b 스위치 소자(S4b)는 제4 스위치 신호(S4)에 응답하여 제1b 노드(n1b)와 부극성 출력 노드(nout2) 사이의 전류 패스를 스위칭한다. The fourth switch element S4a is connected between the first node n1a and the positive output node nout1. The fourth switching element S4a switches the current path between the first node n1a and the positive output node nout1 in response to the fourth switch signal S4. The fourth switching element S4b is connected between the first node n1a and the negative output node nout2. The fourth switching element S4b switches the current path between the first node n1b and the negative output node nout2 in response to the fourth switch signal S4.

제5a 스위치 소자(S5a)는 제3a 노드(n3a)와 정극성 출력 노드(nout1) 사이에 연결된다. 제5a 스위치 소자(S5a)는 제5 스위치 신호(S5)에 응답하여 제3a 노드(n3a)와 정극성 출력 노드(nout1) 사이의 전류 패스를 스위칭한다. 제5b 스위치 소자(S5b)는 제3b 노드(n3b)와 부극성 출력 노드(nout2) 사이에 연결된다. 제5b 스위치 소자(S5b)는 제5 스위치 신호(S5)에 응답하여 제3b 노드(n3b)와 부극성 출력 노드(nout2) 사이의 전류 패스를 스위칭한다. The 5a-th switch element S5a is connected between the 3a-th node n3a and the positive output node nout1. The 5a-th switch element S5a switches the current path between the 3a-th node n3a and the positive output node nout1 in response to the fifth switch signal S5. The fifth switch element S5b is connected between the third node n3b and the negative output node nout2. The fifth switch element S5b switches the current path between the third node n3b and the negative output node nout2 in response to the fifth switch signal S5.

연산 증폭기(OP-AMP)는 제3a 노드(n3a)에 접속된 제1 입력 단자, 제3b 노드(n3b)에 접속된 제2 입력 단자, 정극성 출력 노드(nout1)에 접속된 제1 출력 단자, 및 부극성 출력 노드(nout2)에 접속된 제2 출력 단자를 포함한다. The operational amplifier OP-AMP includes a first input terminal connected to the third node n3a, a second input terminal connected to the third node n3b, a first output terminal connected to the positive output node nout1, And a second output terminal connected to the negative output node nout2.

제1 샘플링 커패시터(Cs1)는 제1a 노드(n1a)와 제3a 노드(n3a) 사이에 연결된다. 제2 샘플링 커패시터(Cs2)는 제1b 노드(n1b)와 제3b 노드(n3b) 사이에 연결된다. The first sampling capacitor Cs1 is connected between the 1a-th node n1a and the 3a-th node n3a. The second sampling capacitor Cs2 is connected between the first node n1b and the third node n3b.

제1 폴딩 커패시터(Cf1)는 제2a 노드(n2a)와 제3a 노드(n3a) 사이에 연결된다. 제2 폴딩 커패시터(Cf2)는 제2b 노드(n2b)와 제3b 노드(n3b) 사이에 연결된다. The first folding capacitor Cf1 is connected between the 2a node n2a and the 3a node n3a. The second folding capacitor Cf2 is connected between the second node n2b and the third node n3b.

이하에서, 샘플 & 홀드 증폭부(112)의 동작을 도 5 및 도 6을 결부하여 설명하기로 한다. Hereinafter, the operation of the sample-and-hold amplifier 112 will be described with reference to FIGS. 5 and 6. FIG.

제1 기간(t1) 동안, 제5a 및 5b 스위치 소자(S5a, S5b)는 제5 스위치(S5)에 응답하여 턴-온(turn-on)되고 제1a 및 1b 스위치 소자(S1a, S1b)는 오프 상태를 유지한다. 그 결과, 연산 증폭기(OP-AMP)는 제1 기간(t1) 동안 리셋(reset)된다. 제1 기간(t1) 동안, 다른 스위치 소자들(S2a, S2b, S3a, S3b, S4a, S4b)은 도 6과 같이 오프 상태를 유지할 수 있으나 그 스위치 소자들(S2a, S2b, S3a, S3b, S4a, S4b)의 동작 상태가 어떠하든 연산 증폭기(OP-AMP)의 리셋 동작에 영향을 주지 않는다(don't catre). During the first period t1 the fifth and fifth switch elements S5a and S5b are turned on in response to the fifth switch S5 and the first and second switch elements S1a and S1b are turned on Off state. As a result, the operational amplifier OP-AMP is reset during the first period t1. During the first period t1, the other switch elements S2a, S2b, S3a, S3b, S4a, and S4b may maintain the off state as shown in FIG. 6, but the switch elements S2a, S2b, S3a, And S4b do not affect the reset operation of the operational amplifier OP-AMP.

제2 기간(t2) 동안, 제1a 및 제1b 스위치 소자(S1a, S1b)는 제1 스위치 신호(S1)에 응답하여 턴-온된다. 제2 기간(t2) 동안, 샘플링 커패시터(Cs1, Cs2)는 제1a 및 제1b 스위치 소자(S1a, S1b)를 통해 공급되는 입력 신호(Vin(P, N))를 충전한다. 제1a 및 제1b 스위치 소자(S1a, S1b)가 턴-온 되기 전에 제4 스위치 소자들(S4a, S4b)은 오프 상태이어야 한다. 제2 기간(t2) 동안, 제4a 및 제4b 스위치 소자들(S4a, S4b)은 오프 상태를 유지하고, 제3 스위치 소자들(S3a, S3b)은 온 상태를 유지한다. 제3a 및 제3b 스위치 소자들(S3a, S3b)과 제1a 및 제1b 스위치 소자들(S1a, S1b)은 동기될 필요가 없다. 제3a 및 제3b 스위치 소자들(S3a, S3b)은 제1a 및 제1b 스위치 소자들(S1a, S1b)의 온 기간(t2) 동안 한 차례 턴-온된 후에 오프될 수도 있다. 제2 기간(t2) 동안, 제3 스위치 소자들(S3a, S3b)은 폴딩 커패시터(Cf1, Cf2)의 전하가 모두 방전된 상태에서 턴-오프되어 플로팅된다. 제3 스위치 소자들(S3a, S3b)은 제2 기간(t1) 동안 제1a 및 제1b 스위치 소자(S1a, S1b)이 턴-온되기 전에 턴-오프되어 플로팅 상태를 유지한다. During the second period t2, the 1a and 1b switch elements S1a and S1b are turned on in response to the first switch signal S1. During the second period t2, the sampling capacitors Cs1 and Cs2 charge the input signal Vin (P, N) supplied through the first and the first switching elements S1a and S1b. The fourth switch elements S4a and S4b must be off before the first and the first switch elements S1a and S1b are turned on. During the second period t2, the fourth and fourth switch elements S4a and S4b maintain the off state and the third switch elements S3a and S3b maintain the on state. The 3a and 3b switch elements S3a and S3b and the 1a and 1b switch elements S1a and S1b need not be synchronized. The 3a and 3b switch elements S3a and S3b may be turned off after being turned on once during the on period t2 of the 1a and 1b switch elements S1a and S1b. During the second period t2, the third switch elements S3a and S3b are turned off and floated while the charges of the folding capacitors Cf1 and Cf2 are all discharged. The third switch elements S3a and S3b are turned off and remain in the floating state before the first and first switching elements S1a and S1b are turned on during the second period t1.

제3 기간(t3) 동안, 제1a 및 제1b 스위치 소자(S1a, S1b)가 턴-오프된다. 이 때, 입력 신호(Vin(P, N))가 샘플링 커패시터(Cs1, Cs2)에 샘플링된다. 제3 기간(t3) 동안, 제2a, 제2b, 제4a 및 제4b 스위치 소자들(S2a, S2b, S4a, S4b)은 오프 상태를 유지하여야 한다. 제3 기간(t3) 동안, 제3a, 제3b, 제5a, 제5b 스위치 소자들(S3a, S3b, S5a, S5b)은 도 6과 같이 오프 상태일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. During the third period t3, the first and first switching elements S1a and S1b are turned off. At this time, the input signal Vin (P, N) is sampled to the sampling capacitors Cs1 and Cs2. During the third period t3, the 2a, 2b, 4a and 4b switch elements S2a, S2b, S4a and S4b must remain off. During the third period t3, the third, third, fifth, and fifth switch elements S3a, S3b, S5a, and S5b may be in the off state as shown in FIG. 6, but are not limited thereto.

제4 기간(t4) 동안, 제2a 및 제2b 스위치 소자(S2a, S2b)가 제2 스위치 신호(S2)에 응답하여 턴-온된다. 이 때, 샘플링 커패시터(Cs1, Cs2)의 전하가 폴딩 커패시터(Cf1, Cf2)와 공유(share)된다. 제3 기간(t3) 동안, 나머지 스위치들(S1a, S1b, S3a, S3b, S4a, S4b, S5a, S5b)는 오프 상태를 유지한다. During the fourth period t4, the 2a and 2b switch elements S2a and S2b are turned on in response to the second switch signal S2. At this time, the charges of the sampling capacitors Cs1 and Cs2 are shared with the folding capacitors Cf1 and Cf2. During the third period t3, the remaining switches S1a, S1b, S3a, S3b, S4a, S4b, S5a, and S5b remain off.

제5 기간(t5) 동안, 제2a, 제2b, 제4a 및 제4b 스위치 소자(S4a, S4b)가 제2 및 제4 스위치 신호(S2, S4)에 응답하여 턴-온된다. 이 때, 폴딩 커패시터(Cf1, Cf2)와 샘플링 커패시터(Cs1, Cs2)에서 샘플링된 전압이 홀딩(holding)되고, 그 전압이 ADC(114)에 의해 디지털 값 즉, 터치 로 데이터(Tdata)로 변환된다. 제5 기간(t5) 동안, 나머지 스위치들(S1a, S1b, S3a, S3b, S5a, S5b)은 오프 상태를 유지한다. During the fifth period t5, the 2a, 2b, 4a and 4b switch elements S4a and S4b are turned on in response to the second and fourth switch signals S2 and S4. At this time, the voltage sampled by the folding capacitors Cf1 and Cf2 and the sampling capacitors Cs1 and Cs2 is held and the voltage is converted by the ADC 114 into a digital value, do. During the fifth period t5, the remaining switches S1a, S1b, S3a, S3b, S5a, and S5b remain off.

샘플 & 홀드 증폭부(112)의 출력 전압(Vout)은 수학식 1과 같이 입력 신호(Vin)의 전압 범위가 폴딩 커패시터(Cf1, Cf2)에 의해 감소되어 ADC(114)의 입력 범위 내로 조정된다. 그 결과, 본 발명은 ADC(114)로부터 출력되는 터치 로 데이터(Tdata)에서 표현될 수 있는 ADC의 입력 범위를 증가시킬 수 있으므로 터치 감도를 향상시킬 수 있다. ADC(114)의 전원 전압이 낮은 경우 ADC(114)의 입력 범위가 제한적이 될 수 있으나, 본 발명을 적용하면 ADC(114)의 전원 전압에 무관하게 디지털값으로 표현 가능한 입력 범위를 넓게 적용 할 수 있다. 반도체 소자의 특성으로 ADC(114)의 입력 범위가 제한적이 될 경우, 본 발명을 적용하면 반도체 소자의 특성과 무관하게 디지털 값으로 표현될 수 있는 ADC(114)의 입력 범위를 넓게 할 수 있다. 또한, 본 발명은 연산 증폭기(OP-AMP)의 정상적인 동작 특성 범위 안에서 동작하므로 선형성을 충족할 수 있다. The voltage range of the input signal Vin is reduced by the folding capacitors Cf1 and Cf2 and adjusted within the input range of the ADC 114 as shown in Equation 1 . As a result, the present invention can increase the input range of the ADC that can be represented by the data (Tdata) with the touch output from the ADC 114, thereby improving the touch sensitivity. When the power supply voltage of the ADC 114 is low, the input range of the ADC 114 may be limited. However, according to the present invention, an input range that can be represented by a digital value can be widely applied regardless of the power supply voltage of the ADC 114 . When the input range of the ADC 114 is limited due to the characteristics of the semiconductor device, the present invention can widen the input range of the ADC 114, which can be expressed as a digital value regardless of the characteristics of the semiconductor device. In addition, since the present invention operates within the normal operating characteristic range of an operational amplifier (OP-AMP), linearity can be satisfied.

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, Cs는 샘플링 커패시터이고, Cf는 폴링 커패시터의 용량이다. Where Cs is the sampling capacitor and Cf is the capacitance of the poling capacitor.

도 7은 종래 기술에서 ADC(112)의 입력 범위를 초과하여 ADC(112)에 입력되는 신호에서 포화 구간을 보여 주는 도면이다. 종래 기술의 경우에, ADC(114)의 입력 범위를 초과하는 전압은 ADC에서 같은 디지털 값으로 변환되므로 디지털 값으로 표현될 수 없다. 이에 비하여, 도 8은 본 발명을 적용하여 ADC의 입력 범위를 초과하는 신호의 전압을 ADC의 입력 범위 내로 변환하여 ADC의 입력 신호의 모든 전압을 디지털 값으로 표현한 예를 보여 주는 도면이다. 도 8의 (a)는 샘플 & 홀드 증폭부(112)의 입력 신호(Vin)와 출력 신호(Vout)를 예시한 것이다. 도 8의 (b)는 (a)와 같은 샘플 & 홀드 증폭부(112)의 출력 신호(Vout)가 ADC(112)에 의해 디지털 값으로 변환된 터치 로 데이터(Tdata)이다. 7 is a diagram showing a saturation interval in a signal input to the ADC 112 beyond the input range of the ADC 112 in the prior art. In the case of the prior art, voltages exceeding the input range of the ADC 114 can not be represented as digital values because they are converted to the same digital value in the ADC. 8 is a diagram illustrating an example in which all voltages of an input signal of an ADC are expressed as digital values by converting a voltage of a signal exceeding an input range of the ADC into an input range of the ADC by applying the present invention. 8A illustrates an input signal Vin and an output signal Vout of the sample-and-hold amplifying unit 112. As shown in FIG. 8 (b) shows the touch-tone data Tdata obtained by converting the output signal Vout of the sample-and-hold amplifier 112 to a digital value by the ADC 112 as shown in (a).

도 9는 샘플 & 홀드 증폭부(112)의 제2 실시예를 보여 주는 회로도이다. 샘플 & 홀드 증폭부(112)의 스위치 소자들(S11~S55)은 도 6과 같이 제어된다. 9 is a circuit diagram showing a second embodiment of the sample & The switch elements S11 to S55 of the sample and hold amplifier 112 are controlled as shown in FIG.

도 9를 참조하면, 샘플 & 홀드 증폭부(112)는 다수의 스위치 소자들(S1~S5), 샘플링 커패시터(Cs), 폴딩 커패시터(Cf), 및 연산 증폭기(OP-AMP)를 포함한다. 9, the sample-and-hold amplifier 112 includes a plurality of switch elements S1 to S5, a sampling capacitor Cs, a folding capacitor Cf, and an operational amplifier OP-AMP.

제1 스위치 소자(S11)는 입력 노드(nin)와 제1 노드(n1) 사이에 연결된다. 제1 스위치 소자(S11)는 제1 스위치 신호(S1)에 응답하여 입력 노드(nin)와 제1 노드(n1) 사이의 전류 패스를 스위칭한다. The first switch element S11 is connected between the input node nin and the first node n1. The first switch element S11 switches the current path between the input node nin and the first node n1 in response to the first switch signal S1.

제2 스위치 소자(S22)는 제1 노드(n1)와 제2 노드(n2) 사이에 연결된다. 제2 스위치 소자(S22)는 제2 스위치 신호(S2)에 응답하여 제1 노드(n1)와 제2 노드(n2) 사이의 전류 패스를 스위칭한다. The second switch element S22 is connected between the first node n1 and the second node n2. The second switch element S22 switches the current path between the first node n1 and the second node n2 in response to the second switch signal S2.

제3 스위치 소자(S33)는 제2 노드(n2)와 제3 노드(n3) 사이에 연결된다. 제3 스위치 소자(S33)는 제3 스위치 신호(S3)에 응답하여 제2 노드(n2)와 제3 노드(n3) 사이의 전류 패스를 스위칭한다.The third switch element S33 is connected between the second node n2 and the third node n3. The third switch element S33 switches the current path between the second node n2 and the third node n3 in response to the third switch signal S3.

제4 스위치 소자(S44)는 제1 노드(n1)와 출력 노드(nout) 사이에 연결된다. 제4 스위치 소자(S44)는 제4 스위치 신호(S4)에 응답하여 제1 노드(n1)와 출력 노드(nout) 사이의 전류 패스를 스위칭한다. The fourth switch element S44 is connected between the first node n1 and the output node nout. The fourth switch element S44 switches the current path between the first node n1 and the output node nout in response to the fourth switch signal S4.

제5 스위치 소자(S55)는 제3 노드(n3)와 출력 노드(nout) 사이에 연결된다. 제5 스위치 소자(S55)는 제5 스위치 신호(S5)에 응답하여 제3 노드(n3)와 출력 노드(nout) 사이의 전류 패스를 스위칭한다.The fifth switch element S55 is connected between the third node n3 and the output node nout. The fifth switch element S55 switches the current path between the third node n3 and the output node nout in response to the fifth switch signal S5.

연산 증폭기(OP-AMP)는 제3 노드(n3)에 접속된 제1 입력 단자, 기준 전압이 공급되는 제2 입력 단자, 출력 노드(nout)에 접속된 출력 단자를 포함한다. The operational amplifier OP-AMP includes a first input terminal connected to the third node n3, a second input terminal supplied with the reference voltage, and an output terminal connected to the output node nout.

도 9에 도시된 샘플 & 홀드 증폭부(112)의 동작은 도 5 및 도 6에서 전술한 샘플 & 홀드 증폭부(112)와 실질적으로 동일하므로 그에 대한 상세한 설명을 생략하기로 한다. The operation of the sample-and-hold amplifying unit 112 shown in FIG. 9 is substantially the same as that of the sample-and-hold amplifying unit 112 described above with reference to FIGS. 5 and 6, and a detailed description thereof will be omitted.

폴딩 커패시터(Cf1, Cf2)가 필요 없는 경우에, 폴딩 커패시터(Cf1, Cf2)는 샘플링 커패시터로 활용될 수 있다. 도 5 및 도 9에 도시된 샘플 & 홀드 증폭부(112)를 회로 구성을 변경하지 않고 도 10과 같이 제어하면 폴딩 커패시터(Cf1, Cf2)는 샘플링 커패시터로 동작한다. When the folding capacitors Cf1 and Cf2 are not needed, the folding capacitors Cf1 and Cf2 can be utilized as sampling capacitors. When the sample-and-hold amplifier 112 shown in FIGS. 5 and 9 is controlled as shown in FIG. 10 without changing the circuit configuration, the folding capacitors Cf1 and Cf2 operate as sampling capacitors.

도 10은 도 5 및 도 9에 도시된 샘플 & 홀드 증폭부의 폴딩 커패시터를 샘플링 커패시터로 활용하는 방법을 보여 주는 스위치 신호의 파형도이다. 10 is a waveform diagram of a switch signal showing a method of utilizing a folding capacitor of the sample and hold amplifier shown in FIG. 5 and FIG. 9 as a sampling capacitor.

도 5 및 도 10을 참조하면, 제2 스위치 신호(S2)는 하이 로직 레벨로 유지되어 제1 내지 제4 기간(t11~t44) 동안, 제2a 및 제2b 스위치 소자들(S2a, S2b)을 온 상태로 유지한다. 제3 스위치 신호(S3)는 로우 로직 레벨로 유지되어 제1 내지 제4 기간(t11~t44) 동안, 제3a 및 제3b 스위치 소자들(S3a, S3b)을 오프 상태로 유지한다. 5 and 10, the second switch signal S2 is maintained at the high logic level, so that the second and third switch elements S2a and S2b are turned off during the first to fourth periods t11 to t44 State. The third switch signal S3 is held at a low logic level to maintain the third and third switch elements S3a and S3b in the off state during the first to fourth periods t11 to t44.

제1 기간(t11) 동안, 제5a 및 5b 스위치 소자(S5a, S5b)는 제5 스위치(S5)에 응답하여 턴-온되고 제1a 및 1b 스위치 소자(S1a, S1b)는 오프 상태를 유지한다. 그 결과, 연산 증폭기(OP-AMP)는 제1 기간(t11) 동안 리셋된다. 제1 기간(t11) 동안, 다른 스위치 소자들(S2a, S2b, S3a, S3b, S4a, S4b)은 어느 상태이든 문제가 없다(don't catre). During the first period t11, the fifth and fifth switch elements S5a and S5b are turned on in response to the fifth switch S5 and the first and the first switch elements S1a and S1b remain off . As a result, the operational amplifier OP-AMP is reset during the first period t11. During the first period t11, the other switch elements S2a, S2b, S3a, S3b, S4a, S4b are not in any state.

제2 기간(t2) 동안, 제1a 및 제1b 스위치 소자(S1a, S1b)는 제1 스위치 신호(S1)에 응답하여 턴-온된다. 제2 기간(t2) 동안, 샘플링 커패시터(Cs1, Cs2, Cf1, Cf2)는 제1a 및 제1b 스위치 소자(S1a, S1b)를 통해 공급되는 입력 신호(Vin(P, N))를 충전한다. 제1a 및 제1b 스위치 소자(S1a, S1b)가 턴-온 되기 전에 제4 스위치 소자들(S4a, S4b)은 오프 상태이어야 한다. 제2 기간(t2) 동안, 제2a, 제2b, 제3a 및 제3b 스위치 소자들(S2a, S2b, S3a, S3b)은 어느 상태이든 문제가 없다. 제2 기간(t2) 동안, 제5 스위치 소자들(S5a, S5b)은 온 상태를 유지할 수 있다. During the second period t2, the 1a and 1b switch elements S1a and S1b are turned on in response to the first switch signal S1. During the second period t2, the sampling capacitors Cs1, Cs2, Cf1 and Cf2 charge the input signal Vin (P, N) supplied through the first and the first switching elements S1a and S1b. The fourth switch elements S4a and S4b must be off before the first and the first switch elements S1a and S1b are turned on. During the second period t2, the 2a, 2b, 3a, and 3b switch elements S2a, S2b, S3a, and S3b are in any state. During the second period t2, the fifth switch elements S5a and S5b can maintain the ON state.

제3 기간(t3) 동안, 제1a 및 제1b 스위치 소자(S1a, S1b)가 턴-오프된다. 이 때, 입력 신호(Vin(P, N))가 샘플링 커패시터(Cs1, Cs2, Cf1, Cf2)에 샘플링된다. 제3 기간(t3) 동안, 제1a 및 제1b 스위치 소자(S1a, S1b)가 턴-오프될 때 제2a, 제2b, 제4a 및 제4b 스위치 소자들(S2a, S2b, S4a, S4b)은 오프 상태를 유지하여야 한다. 제3 기간(t3) 동안, 제3a, 제3b, 제5a, 제5b 스위치 소자들(S3a, S3b, S5a, S5b)은 오프 상태일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. During the third period t3, the first and first switching elements S1a and S1b are turned off. At this time, the input signal Vin (P, N) is sampled to the sampling capacitors Cs1, Cs2, Cf1 and Cf2. During the third period t3, the 2a, 2b, 4a and 4b switch elements S2a, S2b, S4a and S4b are turned off when the 1a and 1b switch elements S1a and S1b are turned off Off state. During the third period t3, the third, third, fifth, and fifth switch elements S3a, S3b, S5a, and S5b may be in an off state, but are not limited thereto.

제4 기간(t4) 동안, 제2a, 제2b, 제4a 및 제4b 스위치 소자(S2a, S2b, S4a, S4b)가 제2 및 제4 스위치 신호(S2, S4)에 응답하여 턴-온된다. 이 때, 샘플링된 전압이 샘플링 커패시터(Cs1, Cs2, Cf1, Cf2)에서 홀딩(holding)되고 그 전압이 ADC(114)에 의해 디지털 값 즉, 터치 로 데이터(Tdata)로 변환된다. 제4 기간(t4) 동안, 나머지 스위치들(S1a, S1b, S3a, S3b, S5a, S5b)은 오프 상태를 유지한다.During the fourth period t4, the 2a, 2b, 4a and 4b switch elements S2a, S2b, S4a and S4b are turned on in response to the second and fourth switch signals S2 and S4 . At this time, the sampled voltage is held in the sampling capacitors Cs1, Cs2, Cf1, and Cf2, and the voltage is converted by the ADC 114 into a digital value, that is, a touch data Tdata. During the fourth period t4, the remaining switches S1a, S1b, S3a, S3b, S5a, and S5b remain off.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification, but should be defined by the claims.

100 : 표시패널 102 : 데이터 구동부
104 : 게이트 구동부 106 : 타이밍 콘트롤러
108 : 호스트 시스템 110 : 터치 센서 구동부
112 : Tx 구동부 114 : ADC
S11~S55, S1a~S5a, S1b~S5b : 스위치 소자
Cs, Cs1, Cs2 : 샘플링 커패시터
Cf, Cf1, Cf2 : 폴딩 커패시터
100: display panel 102: data driver
104: Gate driver 106: Timing controller
108: host system 110: touch sensor driver
112: Tx driver 114: ADC
S11 to S55, S1a to S5a, S1b to S5b:
Cs, Cs1, Cs2: sampling capacitor
Cf, Cf1, Cf2: folding capacitor

Claims (6)

터치 스크린으로부터의 입력 신호가 수신되는 입력 노드;
아날로그-디지털 변환기의 입력 단자에 연결된 출력 노드;
상기 입력 노드와 제1 노드 사이에 연결되어 제1 스위치 신호에 의해 온/오프되는 제1 스위치 소자;
상기 제1 노드와 제2 노드 사이에 연결되어 제2 스위치 신호에 의해 온/오프되는 제2 스위치 소자;
제3 노드에 접속된 입력 단자와 상기 출력 노드에 접속된 연산 증폭기;
상기 제1 노드와 상기 제3 노드 사이에 연결된 샘플링 커패시터; 및
상기 제2 노드와 상기 제3 노드 사이에 연결된 폴딩 커패시터를 포함하는 터치 센싱 장치.
An input node for receiving an input signal from a touch screen;
An output node coupled to an input terminal of the analog-to-digital converter;
A first switch element connected between the input node and the first node and being turned on / off by a first switch signal;
A second switch element connected between the first node and the second node and being turned on / off by a second switch signal;
An input terminal connected to the third node and an operational amplifier connected to the output node;
A sampling capacitor coupled between the first node and the third node; And
And a folding capacitor coupled between the second node and the third node.
제 1 항에 있어서,
상기 제2 노드와 상기 제3 노드 사이에 연결되어 제3 스위치 신호에 온/오프되는 제3 스위치 소자;
상기 제1 노드와 상기 출력 노드 사이에 연결되어 제4 스위치 신호에 의해 온/오프되는 제4 스위치 소자; 및
상기 제3 노드와 상기 출력 노드 사이에 연결되어 제5 스위치 신호에 온/오프되는 제5 스위치 소자를 더 포함하는 터치 센싱 장치.
The method according to claim 1,
A third switch element connected between the second node and the third node to turn on / off the third switch signal;
A fourth switch element connected between the first node and the output node and being turned on / off by a fourth switch signal; And
And a fifth switch element connected between the third node and the output node to turn on / off the fifth switch signal.
제 2 항에 있어서,
제1 기간 동안, 상기 제5 스위치 소자가 상기 제5 스위치에 응답하여 턴-온되고, 상기 제1 스위치 소자는 오프 상태를 유지하고,
제2 기간 동안, 상기 제1 스위치 소자가 상기 제1 스위치 신호에 응답하여 턴-온되고,
제3 기간 동안, 상기 제1 스위치 소자는 턴-오프되고,
제4 기간 동안, 상기 제2 스위치 소자가 상기 제2 스위치 신호에 응답하여 턴-온되며,
제5 기간 동안, 상기 제2 및 제4 스위치 소자가 상기 제2 및 제4 스위치 신호에 응답하여 턴-온되는 터치 센싱 장치.
3. The method of claim 2,
During the first period, the fifth switch element is turned on in response to the fifth switch, the first switch element remains off,
During the second period, the first switch element is turned on in response to the first switch signal,
During the third period, the first switch element is turned off,
During the fourth period, the second switch element is turned on in response to the second switch signal,
And during the fifth period, the second and fourth switch elements are turned on in response to the second and fourth switch signals.
제 3 항에 있어서,
제1 기간 동안, 상기 제5 스위치 소자가 상기 제5 스위치에 응답하여 턴-온되고 상기 제1 스위치 소자는 오프 상태를 유지하고,
제2 기간 동안, 상기 제1 스위치 소자가 상기 제1 스위치 신호에 응답하여 턴-온되고,
제3 기간 동안, 상기 제1 스위치 소자가 턴-오프되며,
제4 기간 동안, 상기 제2 및 제4 스위치 소자가 상기 제2 및 제4 스위치 신호에 응답하여 턴-온되는 터치 센싱 장치.
The method of claim 3,
During the first period, the fifth switch element is turned on in response to the fifth switch and the first switch element remains off,
During the second period, the first switch element is turned on in response to the first switch signal,
During the third period, the first switch element is turned off,
And during the fourth period, the second and fourth switch elements are turned on in response to the second and fourth switch signals.
터치 스크린을 가지는 표시패널;
입력 영상의 픽셀 데이터를 상기 표시패널의 픽셀들에 기입하는 디스플레이 구동회로; 및
상기 터치 스크린의 출력 채널들로부터의 입력 신호를 디지털 데이터로 변환하여 터치 로 데이터를 발생하는 터치 센서 구동부를 포함하고,
상기 터치 센서 구동부는,
상기 입력 신호가 수신되는 입력 노드;
아날로그-디지털 변환기의 입력 단자에 연결된 출력 노드;
상기 입력 노드와 제1 노드 사이에 연결되어 제1 스위치 신호에 의해 온/오프되는 제1 스위치 소자;
상기 제1 노드와 제2 노드 사이에 연결되어 제2 스위치 신호에 의해 온/오프되는 제2 스위치 소자;
제3 노드에 접속된 입력 단자와 상기 출력 노드에 접속된 연산 증폭기;
상기 제1 노드와 상기 제3 노드 사이에 연결된 샘플링 커패시터; 및
상기 제2 노드와 상기 제3 노드 사이에 연결된 폴딩 커패시터를 포함하는 표시장치.
A display panel having a touch screen;
A display driving circuit for writing pixel data of an input image to pixels of the display panel; And
And a touch sensor driver for converting input signals from output channels of the touch screen into digital data and generating data by touching,
The touch sensor driver includes:
An input node through which the input signal is received;
An output node coupled to an input terminal of the analog-to-digital converter;
A first switch element connected between the input node and the first node and being turned on / off by a first switch signal;
A second switch element connected between the first node and the second node and being turned on / off by a second switch signal;
An input terminal connected to the third node and an operational amplifier connected to the output node;
A sampling capacitor coupled between the first node and the third node; And
And a folding capacitor connected between the second node and the third node.
제 5 항에 있어서,
상기 터치 센서 구동부는,
상기 제2 노드와 상기 제3 노드 사이에 연결되어 제3 스위치 신호에 온/오프되는 제3 스위치 소자;
상기 제1 노드와 상기 출력 노드 사이에 연결되어 제4 스위치 신호에 의해 온/오프되는 제4 스위치 소자; 및
상기 제3 노드와 상기 출력 노드 사이에 연결되어 제5 스위치 신호에 온/오프되는 제5 스위치 소자를 더 포함하는 표시장치.
6. The method of claim 5,
The touch sensor driver includes:
A third switch element connected between the second node and the third node to turn on / off the third switch signal;
A fourth switch element connected between the first node and the output node and being turned on / off by a fourth switch signal; And
And a fifth switch element connected between the third node and the output node to turn on / off the fifth switch signal.
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