KR20160108477A

KR20160108477A - 자기 용량 터치 감지 회로

Info

Publication number: KR20160108477A
Application number: KR1020167022005A
Authority: KR
Inventors: 쿠오하오 차오; 푸치앙 양; 멩타 양
Original assignee: 선전 후이딩 테크놀로지 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2014-06-06
Filing date: 2014-10-16
Publication date: 2016-09-19
Also published as: US20170371444A9; CN104020914A; EP3153958A4; WO2015184721A1; KR101837879B1; US20160357288A1; EP3153958A1

Abstract

본 발명은 신호 발생기, 제1 증폭기, 상쇄 신호 발생기와 A/D 컨버터를 포함하고, 상기 신호 발생기에서 구동신호를 발생한 후 제1 출력 분기회로와 제2 출력 분기회로로 나뉘어지는 자기 용량 터치 감지 회로에 있어서, 상기 제1 출력 분기회로는 상기 상쇄 신호 발생기와 연결되어 상기 상쇄회로를 거친 후의 신호를 상기 증폭기의 제1 입력단에 출력하고, 상기 제2 출력 분기회로는 각기 터치 패널 및 상기 증폭기의 제2 입력단과 연결되며, 상기 증폭기는 상기 A/D 컨버터에 신호를 출력하고, 상기 A/D 컨버터는 신호를 디지털 신호로 변환시킨 후 메인 컨트롤러에 송신하는 것을 특징으로 하는 자기 용량 터치 감지 회로를 공개하였다. 본 발명에 의해 제공되는 자기 용량 터치 감지 회로는 신호 발생기와 증폭기 사이에 상쇄 신호 발생기를 추가 설치하는 것을 통하여 증폭기의 증폭 배수와 감지 회로의 항간섭 능력을 향상시킨다.

Description

자기 용량 터치 감지 회로{SELF-CAPACITANCE TOUCH DETECTION CIRCUIT}

본 발명은 전기회로 기술 분야에 속하고, 특히는 커패시턴스 터치 스크린을 위한 자기 용량 터치 감지 회로에 관한 것이다.

기존의 커패시턴스형 터치 스크린/키는 주로 자기 용량 감지 터치 입력과 상호 커패시턴스 감지 터치 입력 등 두가지 기술을 사용한다. 자기 용량 감지 기술은 커패시턴스의 일단을 접지시켜, 커패시턴스의 타단을 통하여 신호를 송수신하여 커패시턴스의 변화를 감지함으로써 터치 입력 여부를 식별한다. 하나의 자기 용량의 변화를 감지하려면 하나의 입출력(IO)부가 필요하기에 입출력(IO)부를 적게 점용한다. 동시에 상기 종류의 터치 스크린은 단층의 전기전도재료로 생산할 수 있기에 스크린의 생산 원가를 크게 절약한다. 상호 커패시턴스 감지 기술은 커패시턴스의 일단에서 신호를 송신하고, 커패시턴스의 타단에서 신호를 수신하여 커패시턴스의 변화를 감지함으로써 터치 입력 여부를 식별한다. 따라서 하나의 상호 커패시턴스의 변화를 감지하려면 두개의 입출력(IO)부가 필요하기에 입출력(IO)부를 상대적으로 비교적 많이 점용한다. 동시에 상기 종류의 터치 스크린은 2층의 전기전도재료로 생산하기에 스크린의 제작 원가가 상대적으로 높다.

기존의 자기 용량 감지 기술에는 여러가지 감지 방법이 있다. 그 방법에는 진동이완(relaxation vibration)원리를 기반으로 하여 커패시턴스를 주파수나 주기신호로 변환시켜 측정하거나, 저항, 커패시턴스를 충방전하는 방법으로 선적분 또는 이중적분을 이용하여 커패시턴스를 측정하거나, 또는 커패시턴스의 충방전 전류의 크기를 조절하여 연속 접근하는 방법으로 커패시턴스를 측정하는 등등이 있다. 이러한 자기 용량 감지 방법은 모두 공동한 흠결을 갖고 있는 바, 즉 항간섭 능력이 매우 약하다는 것이다. 특히는 휴대폰에 응용되는 터치 디스플레이 스크린을 놓고 볼 때, 스크린은 액정 화면 디스플레이의 간섭과 핸드폰 무선주파수 신호의 간섭을 받게 되고, 기존의 자기 용량 감지 방법이 구현하고자 하는 터치 신호의 신호대 잡음비는 대부분이 30:1이하로 높지 않기에, 이는 터치 스크린의 해상도가 낮고 터치 감지에 쉽게 오동작이 발생하는 등 현상을 초래한다.

본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제는 상쇄 신호 발생기를 증가하여 증폭기의 증폭 배수를 향상시키고 감지 회로의 항간섭 능력도 향상시키는 자기 용량 터치 감지 회로를 제공하는 것이다.

본 발명은 하기와 같이 구현된다. 신호 발생기, 제1 증폭기, 상쇄 신호 발생기와 A/D 컨버터를 포함하고, 상기 신호 발생기에서 구동신호를 발생한 후 제1 출력 분기회로와 제2 출력 분기회로로 나뉘어지는 자기 용량 터치 감지 회로에 있어서, 상기 제1 출력 분기회로는 상기 상쇄 신호 발생기와 연결되어 상기 상쇄회로를 거친 후의 신호를 상기 증폭기의 제1 입력단에 출력하고, 상기 제2 출력 분기회로는 각기 터치 패널 및 상기 증폭기의 제2 입력단과 연결되며, 상기 증폭기는 상기 A/D 컨버터에 신호를 출력하고, 상기 A/D 컨버터는 신호를 디지털 신호로 변환시킨 후 메인 컨트롤러에 송신한다.

일 실시예에 있어서, 상기 신호 발생기는 사인파 발생기와 D/A 컨버터를 포함하고, 상기 사인파 발생기가 사인파 신호를 발생한 다음 D/A 컨버터를 통하여 사인파 신호를 아날로그 신호로 변환시킨다.

일 실시예에 있어서, 상기 상쇄 신호 발생기는 제1 저항, 제2 저항, 제1 커패시턴스를 포함하고, 상기 제1 저항의 일단이 상기 제1 출력 분기회로와 연결되고 타단이 상기 증폭기의 제1 입력단과 연결되며, 상기 제1 커패시턴스의 일단이 접지되고 타단이 제2 저항의 일단과 연결되며, 상기 제2 저항의 타단이 상기 증폭기의 제1 입력단과 연결된다.

상기 제1 저항, 제2 저항은 가변 저항이고, 상기 제1 커패시턴스는 가변 커패시턴스인 것이 바람직하다.

일 실시예에 있어서, 상기 상쇄 신호 발생기와 상기 증폭기의 제1 입력단 사이에는 제2 증폭기가 더 연결된다.

일 실시예에 있어서, 상기 자기 용량 터치 감지 회로는 상기 제1 증폭기와 상기 A/D 컨버터 사이에 연결되는 필터를 더 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 자기 용량 터치 감지 회로는 상기 신호 발생기와 상기 증폭기의 제2 입력단 사이에 연결되는 제3 저항을 더 포함한다.

상기 제3 저항은 가변 저항인 것이 바람직하다.

상기 증폭기는 프로그래밍 가능한 이득 증폭기인 것이 바람직하다.

상기 필터는 반앨리어스 필터인 것이 바람직하다.

본 발명에 의해 제공되는 자기 용량 터치 감지 회로는 신호 발생기와 증폭기 사이에 상쇄 신호 발생기를 추가 설치하는 것을 통하여 증폭기의 증폭 배수와 감지 회로의 항간섭 능력을 향상시킨다.

도1은 본 발명의 실시예에 의해 제공되는 자기 용량 터치 감지 회로의 원리 블록도이다.
도2는 본 발명의 다른 실시예에 의해 제공되는 자기 용량 터치 감지 회로의 원리 블록도이다.
도3은 도1 중의 자기 용량 터치 감지 회로와 터치 패널 연결 등가 회로 설명 블록도의 원리 블록도이다.
도4는 본 발명의 실시예에 의해 제공되는 상쇄 신호 발생기의 원리 블록도이다.

본 발명의 목적, 기술방안 및 우점을 더욱 명확하고 알기 쉽게 하기 위하여, 하기에서는 도면 및 실시예를 결부하여 본 발명에 대하여 더 상세한 설명을 진행하고자 한다. 여기서 언급된 구체적인 실시예는 단지 본 발명을 해석하기 위함이지 본 발명을 한정하려는 것이 아님을 이해해야 한다.

도1에 도시된 바와 같이, 신호 발생기, 증폭기, 상쇄 신호 발생기, 필터와 A/D 컨버터를 포함하고, 신호 발생기에서 구동신호를 발생한 후 제1 출력 분기회로와 제2 출력 분기회로로 나뉘어지는 자기 용량 터치 감지 회로에 있어서, 제1 출력 분기회로는 상쇄 신호 발생기와 연결되어 상쇄회로를 거친 후의 신호를 증폭기의 제1 입력단에 출력하고, 제2 출력 분기회로는 각기 터치 패널 및 증폭기의 제2 입력단과 연결되며, 증폭기는 A/D 컨버터에 신호를 출력하고, A/D 컨버터는 신호를 디지털 신호로 변환시킨 후 메인 컨트롤러에 송신한다. 본 실시예 중의 증폭기는 프로그래밍 가능한 이득 증폭기(PGA)이고 필터는 반앨리어스 필터가 바람직하다. 제1 입력단은 반전 입력단이고 제2 입력단은 비반전 입력단인 것이 바람직하다.

도2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 있어서, 신호 발생기는 사인파 발생기와 D/A 컨버터를 포함하고, 사인파 발생기가 사인파 신호를 발생한 다음 D/A 컨버터를 통하여 사인파 신호를 아날로그 신호로 변환시킨다. 구동단(TX)에서는 특정된 주파수의 사인파를 출력하고, 터치 패널을 거쳐 감쇄된 후 감응단(RX)으로 송신되며, 동시에 특정된 주파수의 사인파는 상쇄 신호 발생기를 거친 후에 감쇄(진폭 감쇄를 A3이라고 가설)된다. 상쇄 신호 발생기가 없는 상황하에서, 디지털 회로의 진폭을 A1, 손가락으로 터치한 후의 진폭을 A2라고 할 때 touch difference=A1-A2라는 것을 얻을 수 있고, 상쇄 신호 발생기가 있는 상황하에서, 디지털 회로의 진폭을 A1-A3, 손가락으로 터치한 후의 진폭을 A2-A3이라고 할 때 touch difference= （A1-A3）-（A2-A3）=A1-A2라는 것을 얻을 수 있다. 증폭기에 있어서, 출력 신호의 크기는 일반적으로 고정불변하고, 참고단 신호에서 입력단 신호를 감한 것이다(A1-A3). D/A 컨버터의 입력신호 크기는 원래의 A1xPGA_gain으로부터 (A1-A3)xPGA_gain으로 대폭 감소되어 PGA_gain과 동일하거나 A1을 증가할 수 있다. 증폭기 후면 회로의 소음에 대한 요구가 낮아지는 동시에 D/A 컨버터 자체의 플리커 잡음(flicker noise)도 대폭 해소되기에 감지 회로의 항간섭 능력을 향상시킨다.

도4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 중의 상쇄 신호 발생기는 제1 저항(Rc1), 제2 저항(Rc2), 제1커패시턴스(Cc1)를 포함하고, 제1 저항(Rc1)의 일단이 제1 출력 분기회로와 연결되고 타단이 증폭기의 제1 입력단과 연결되며, 제1커패시턴스(Cc1)의 일단이 접지되고 타단이 제2 저항의 일단과 연결되며, 제2 저항(Rc2)의 타단이 증폭기의 제1 입력단과 연결된다. 서로 다른 상황에 적응하기 위하여, 제1 저항(Rc1), 제2 저항(Rc2)은 가변 저항이고 저항은 실제상황에 따라 결정되며 또한 마찬가지로 제1 커패시턴스(Cc1)도 가변 커패시턴스이고, 커패시턴스는 실제상황에 따라 결정되는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예 중의 자기 용량 터치 감지 회로는 신호 발생기와 증폭기의 제2 입력단 사이에 연결되는 제3 저항(Rc3)을 더 포함하는 것이 바람직하다. 제3 저항은 가변 저항이고, 저항은 실제 상황에 따라 결정되는 것이 바람직하다.

상기의 내용은 단지 본 발명을 위한 바람직한 실시예로서 본 발명을 한정하지 않으며 무릇 본 발명의 정신과 원칙 내의 그 어떤 보정, 균등한 대체, 개선 등은 전부 본 발명의 보호범위 내에 포함되어야 할 것이다.

Claims

신호 발생기, 제1 증폭기, 상쇄(offset) 신호 발생기와 A/D 컨버터를 포함하고, 상기 신호 발생기에서 구동신호를 발생한 후 제1 출력 분기회로(branch circuit)와 제2 출력 분기회로로 나뉘어지는 자기 용량(self-capacitance) 터치 감지 회로에 있어서,
상기 제1 출력 분기회로는 상기 상쇄 신호 발생기와 연결되어 상기 상쇄회로를 거친 후의 신호를 상기 증폭기의 제1 입력단에 출력하고,
상기 제2 출력 분기회로는 각기 터치 패널 및 상기 증폭기의 제2 입력단과 연결되며,
상기 증폭기는 상기 A/D 컨버터에 신호를 출력하고,
상기 A/D 컨버터는 신호를 디지털 신호로 변환시킨 후 메인 컨트롤러에 송신하는 것을 특징으로 하는 자기 용량 터치 감지 회로.
제1항에 있어서, 상기 신호 발생기는 사인파 발생기와 D/A 컨버터를 포함하고, 상기 사인파 발생기가 사인파 신호를 발생한 다음 D/A 컨버터를 통하여 사인파 신호를 아날로그 신호로 변환시키는 것을 특징으로 하는 자기 용량 터치 감지 회로.
제1항에 있어서, 상기 상쇄 신호 발생기는 제1 저항, 제2 저항, 제1 커패시턴스를 포함하고, 상기 제1 저항의 일단이 상기 제1 출력 분기회로와 연결되고 타단이 상기 증폭기의 제1 입력단과 연결되며, 상기 제1 커패시턴스의 일단이 접지되고 타단이 제2 저항의 일단과 연결되며, 상기 제2 저항의 타단이 상기 증폭기의 제1 입력단과 연결되는 것을 특징으로 하는 자기 용량 터치 감지 회로.
제3항에 있어서, 상기 제1 저항, 제2 저항은 가변 저항이고 상기 제1 커패시턴스는 가변 커패시턴스인 것을 특징으로 하는 자기 용량 터치 감지 회로.
제3항에 있어서, 상기 상쇄 신호 발생기와 상기 증폭기의 제1 입력단 사이에는 제2 증폭기가 더 연결되는 것을 특징으로 하는 자기 용량 터치 감지 회로.
제1항에 있어서, 상기 제1 증폭기와 상기 A/D 컨버터 사이에 연결되는 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 용량 터치 감지 회로.
제1항에 있어서, 상기 신호 발생기와 상기 증폭기의 제2 입력단 사이에 연결되는 제3 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 용량 터치 감지 회로.
제1항에 있어서, 상기 제3 저항은 가변 저항인 것을 특징으로 하는 자기 용량 터치 감지 회로.
제1항에 있어서, 상기 증폭기는 프로그래밍 가능한 이득 증폭기인 것을 특징으로 하는 자기 용량 터치 감지 회로.
제1항에 있어서, 상기 필터는 반앨리어스 필터(anti-alias filter)인 것을 특징으로 하는 자기 용량 터치 감지 회로.