KR20160109018A - 터치 센서 - Google Patents

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Abstract

실시 예에 따른 터치 센서는 드라이빙 라인들, 및 센싱 라인들을 포함하고, 이웃하는 드라이빙 라인과 센싱 라인 사이에 노드 커패시터가 형성되는 터치 패널, 및 상기 센싱 라인들과 전기적으로 연결되고, 상기 터치 패널의 상호 커패시턴스를 감지하는 센싱부를 포함하며, 상기 센싱부는 상기 센싱 라인에 연결되는 일단을 갖는 입력 저항; 상기 입력 저항의 타단과 연결되는 제1 입력 단자, 제1 전원이 입력되는 제2 입력 단자, 및 제1 출력 단자를 포함하는 제1 증폭기; 상기 제1 증폭기의 제1 입력 단자에 연결되는 일단을 갖는 피드백 저항; 및 상기 제1 증폭기의 제1 출력 단자와 연결되는 입력단, 및 상기 피드백 저항의 타단과 연결되는 출력단을 갖는 피드백 증폭기를 포함하며, 상기 피드백 증폭기의 이득은 1보다 작다.

Description

터치 센서{A TOUCH SENSOR}
실시 예는 터치 센서에 관한 것이다.
터치 센서의 입력은 터치 패널(touch panel)의 드라이빙 전극과 센싱 전극 간의 커패시턴스를 통하여 들어오는 드라이빙 신호(driving signal), 및 터치 패널에 터치된 물체(예컨대, 손가락)와 터치 패널의 센싱 노드 간의 커패시턴스를 통하여 들어오는 노이즈 신호(noise signal)를 포함할 수 있으며, 센싱되는 신호는 두 신호가 중첩된 신호일 수 있다.
터치 센서의 주변에 형광등 등으로 인한 방사 노이즈가 심한 경우나, 터치 센서에 직접 연결된 충전기가 노이즈를 심하게 발생시키는 경우에는 터치 센서의 아날로그 신호 센싱부의 증폭기(예컨대, 연산 증폭기) 출력이 정상 동작 범위를 벗어나게 될 수 있고, 이로 인하여 아날로그 신호 센싱부의 출력 파형이 왜곡되고, 터치 정보의 정상적인 전달이 불가할 수 있다.
아날로그 센싱부의 피드백 커패시터의 커패시턴스를 증가시키거나, 고차(high-order)의 아날로그 필터 등을 이용하여, 아날로그 센싱부의 증폭기의 출력 신호가 동작 범위를 벗어나지 않도록 할 수 있지만, 이로 인하여 회로 면적이 증가할 수 있으며, 추가적인 전력 소모가 발생할 수 있다.
실시 예는 센싱 회로의 사이즈를 줄일 수 있고, 저주파 노이즈를 차단할 수 있는 고주파 통과 필터를 구현할 수 있는 터치 센서를 제공한다.
실시 예에 따른 터치 센서는 드라이빙 라인들, 및 센싱 라인들을 포함하고, 이웃하는 드라이빙 라인과 센싱 라인 사이에 노드 커패시터가 형성되는 터치 패널(touch panel); 및 상기 센싱 라인들과 전기적으로 연결되고, 상기 터치 패널의 상호 커패시턴스를 감지하는 센싱부를 포함하며, 상기 센싱부는 상기 센싱 라인에 연결되는 일단을 갖는 입력 저항; 상기 입력 저항의 타단과 연결되는 제1 입력 단자, 제1 전원이 입력되는 제2 입력 단자, 및 제1 출력 단자를 포함하는 제1 증폭기; 상기 제1 증폭기의 제1 입력 단자에 연결되는 일단을 갖는 피드백 저항; 및 상기 제1 증폭기의 제1 출력 단자와 연결되는 입력단, 및 상기 피드백 저항의 타단과 연결되는 출력단을 갖는 피드백 증폭기를 포함하며, 상기 피드백 증폭기의 이득은 1보다 작다.
상기 피드백 증폭기의 저항값은 상기 입력 저항의 저항값보다 작을 수 있다.
상기 피드백 증폭기의 이득은 1/30 ~ 1/5일 수 있다.
상기 센싱부는 복수의 센싱 회로들을 포함하며, 상기 복수의 센싱 회로들 각각은 상기 복수의 센싱 라인들 중 대응하는 어느 하나와 연결되고, 상기 입력 저항, 상기 제1 증폭기, 상기 피드백 저항, 및 상기 피드백 증폭기를 포함할 수 있다.
상기 피드백 증폭기는 제3 입력 단자, 제4 입력 단자, 및 상기 피드백 저항의 타단과 연결되는 제2 출력 단자를 포함하는 제2 증폭기; 상기 제3 입력 단자와 상기 제2 출력 단자 사이에 연결되는 제1 저항; 상기 제3 입력 단자와 상기 제1 저항의 접점과 상기 제1 증폭기의 제2 입력 단자 사이에 연결되는 제2 저항; 상기 제4 입력 단자와 상기 제1 전원 사이에 연결되는 제3 저항; 및 상기 제4 입력 단자와 상기 제3 저항의 접점과 상기 제1 증폭기의 제1 출력 단자 사이에 연결되는 제4 저항을 포함할 수 있다.
상기 제1 저항의 저항값은 상기 제3 저항의 저항값과 동일하고, 상기 제2 저항의 저항값은 상기 제4 저항의 저항값과 동일할 수 있다.
상기 제1 및 제3 저항들 각각의 저항값은 상기 제2 및 제4 저항들 각각의 저항값보다 작을 수 있다.
상기 피드백 저항 및 상기 피드백 증폭기는 피드백부를 이루며, 상기 피드백부의 등가 저항의 저항값은 상기 피드백 저항의 저항값보다 클 수 있다.
상기 피드백부의 등가 저항의 저항값은 상기 피드백 저항의 저항값을 상기 피드백 증폭기의 이득으로 나눈 값일 수 있다.
상기 센싱부는 복수의 아날로그-디지털 변환부들을 더 포함할 수 있으며, 상기 아날로그-디지털 변환부들 각각은 상기 센싱 회로들 중 대응하는 어느 하나의 출력을 디지털 신호로 변환할 수 있다.
상기 제1 증폭기 및 상기 제2 증폭기 각각은 연산 증폭기일 수 있다.
상기 터치 센서는 상기 드라이빙 라인들 각각에 드라이빙 신호를 제공하는 드라이빙부를 더 포함할 수 있다.
실시 예는 센싱 회로의 사이즈를 줄일 수 있고, 저주파 노이즈를 차단할 수 있는 고주파 통과 필터를 구현할 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 터치 센서의 블록도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 센싱부의 블록도를 나타낸다.
도 3은 도 2에 도시된 어느 하나의 센싱 회로의 일 실시 예를 나타낸다.
도 4는 도 2에 도시된 어느 하나의 센싱 회로의 다른 실시 예를 나타낸다.
도 5는 환경 노이즈를 고려한 실시 예에 따른 센싱 회로를 나타낸다.
도 6은 도 5에 도시된 실시 예의 주파수 응답 특성의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 7은 도 5에 도시된 실시 예의 센싱 회로의 출력의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 8은 피드백 커패시터 및 피드백 저항이 병렬 연결된 증폭부를 포함하는 센싱 회로를 나타낸다.
이하, 실시 예들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "하/아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 또한 동일한 참조번호는 도면의 설명을 통하여 동일한 요소를 나타낸다.
도 1은 실시 예에 따른 터치 센서(100)의 블록도를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 터치 센서(100)는 터치 패널(touch panel, 10), 드라이빙부(20), 및 센싱부(30)를 포함한다.
터치 패널(10)은 실질적으로 독립적인 기능을 하고, 서로 다른 위치에 존재하는 복수의 센싱 노드들(sensing nodes, P11 내지 Pnm, n,m>1인 자연수)을 제공한다.
센싱 노드들(P11 내지 Pnm, n,m>1인 자연수)은 좌표들(coordinates), 감지 지점들(sensing points), 노드들(nodes), 또는 센싱 노드 어레이(array) 등과 같은 용어로 대체하여 사용될 수 있다.
예컨대, 터치 패널(10)은 복수의 드라이빙 라인들(driving lines, X1 내지 Xn, n>1인 자연수), 복수의 센싱 라인들(sensing lines, Y1 내지 Ym, m>1인 자연수), 및 이웃하는 드라이빙 라인과 센싱 라인 사이에 형성되는 노드 커패시터(node capacitor, C11 내지 Cnm, n,m>1인 자연수)를 포함할 수 있다.
드라이빙 라인들(X1 내지 Xn, n>1인 자연수)은 드라이빙 신호 라인(driving signal line), 또는 드라이빙 전극(driving electrode) 등과 같은 용어로 대체하여 사용될 수 있다.
또한, 센싱 라인들(Y1 내지 Ym, m>1인 자연수)은 센싱 신호 라인(sensing signal line) 또는 센싱 전극(sensing electode) 등과 같은 용어로 대체하여 사용될 수 있다.
도 1에서는 드라이빙 라인들과 센싱 라인들이 서로 교차하는 것으로 표시하였으나, 실시 예가 이에 한정되는 것은 아니며, 드라이빙 라인들과 센싱 라인들이 서로 교차하지 않도록 구현될 수도 있다.
어느 하나의 센싱 노드(예컨대, P11)는 어느 하나의 드라이빙 라인(예컨대, X1)과 이와 이웃하는 어느 하나의 센싱 라인(예컨대, Y1) 사이에 형성되는 어느 하나의 노드 커패시터(예컨대, C11)에 의하여 정의될 수 있다.
예컨대, 드라이빙 라인(Xi, 0<i≤n인 자연수)과 센싱 라인(Yj, 0<j≤m인 자연수)은 서로 절연되어 분리될 수 있으며, 노드 커패시터(Cij)는 드라이빙 라인(Xi, 0<i≤n인 자연수)과 센싱 라인(Yj, 0<j≤m인 자연수) 간에 형성될 수 있다.
예컨대, 터치 패널(10)은 서로 이격하여 배치되는 센싱 전극(sensing electrode)과 드라이빙 전극(driving electrode)을 포함하는 전극 패턴층(미도시), 전극 패턴층의 전방에 배치되는 기판(미도시), 및 전극 패턴층의 후방에 배치되는 절연층(미도시)을 포함할 수 있다. 전극 패턴층의 레이 아웃(layout)은 설계 방법에 따라 다양한 모양을 가질 수 있다.
전극 패턴층은 투광성 도전 물질, 예컨대, ITO(Indium Tin Oxide), TO(Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ITZO(Indium Tin Zinc Oxide), IAZO(Indium Aluminum Zinc Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), IGTO(Indium Gallium Tin Oxide), AZO(Aluminum Zinc Oxide), ATO(Antimony tin Oxide), GZO(Gallium Zinc Oxide), 탄소나노튜브(CNT), 전도성 고분자, 은 또는 구리 투명 잉크 중 적어도 하나를 포함하여 이루어질 수 있다.
전극 패턴층은 유리(glass) 또는 플라스틱으로 이루어진 1개 이상의 층에 도포되어 센싱 노드 어레이(P11 내지 Pnm, n,m>1인 자연수)를 형성할 수 있다.
기판은 광투광율이 높은 유전 필름 형태일 수 있으며, 예컨대, 글라스(glass), PET(Polyethylene Terephthalate), PEN(Polyethylene Naphthalate), PI(Polyimide) 또는 아크릴(Acryl) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
절연층은 PET 등과 같은 투광성 절연층일 수 있다. 다른 실시 예에서는 전극 패턴층으로 유입되는 전자 방해(Electromagnetic Interference, EMI) 및 노이즈(Noise)를 제거하기 위하여 절연층 아래에 차폐층(미도시)을 위치시킬 수 있다.
터치 패널(10)은 적절한 패널(panel) 설계 방법에 따라 디스플레이(display)를 위한 층과 병합(merge)될 수 있고, 드라이빙 또는 센싱을 위한 경로(path)를 공유할 수 있다. 디스플레이와 결합하지 않는 터치 패널은 적절한 방법으로 2차원 센싱 노드 어레이가 구성될 수 있으며, 실시 예는 2차원 센싱 노드 어레이로 구성된 터치 센싱 시스템에 모두 적용될 수 있다.
드라이빙부(20)는 복수의 드라이빙 라인들(X1 내지 Xn, n>1인 자연수)과 전기적으로 연결되고, 드라이빙 라인에 드라이빙 신호(driving signal)을 제공할 수 있다.
드라이빙부(20)는 복수의 드라이빙 라인들(X1 내지 Xn, n>1인 자연수) 중 적어도 하나 이상의 드라이빙 라인에 드라이빙 신호를 제공할 수 있다.
예컨대, 드라이빙부(20)는 복수의 드라이빙 라인들(X1 내지 Xn, n>1인 자연수) 각각에 순차적으로 드라이빙 신호를 제공하거나, 2개 이상의 드라이빙 라인들에 동시에 드라이빙 신호를 제공할 수도 있다.
여기서 "동시에"라 함은 거의 동시에 일어나는 사건뿐만 아니라 정확히 동시에(precisely simultaneously) 일어나는 사건을 포함할 수 있다. 예컨대, 동시에 일어나는 사건은 거의 동시에 시작해서 거의 동시에 끝나는 것, 및/또는 적어도 부분적으로 중복되는 타임 기간(time periods)가 발생하는 것을 의미할 수 있다.
센싱부(30)는 복수의 센싱 라인들(Y1 내지 Ym, m>1인 자연수)과 전기적으로 연결될 수 있고, 드라이빙 신호가 인가되는 드라이빙 라인과 이에 대응하는 센싱 라인 간의 노드 커패시터의 커패시턴스를 감지할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 센싱부(30)의 블록도를 나타내고, 도 3은 도 2에 도시된 어느 하나의 센싱 회로(32-1)의 일 실시 예를 나타낸다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 센싱부(30)는 복수의 센싱 회로들(32-1 내지 32-m, m>1인 자연수), 복수의 아날로그-디지털 변환부들(34-1 내지 34-m, m>1인 자연수), 및 디지털 신호 처리부(36)를 포함한다.
복수의 센싱 회로들(32-1 내지 32-m, m>1인 자연수) 각각은 복수의 센싱 라인들(Y1 내지 Ym, m>1인 자연수) 중 대응하는 어느 하나와 연결될 수 있고, 대응하는 어느 하나의 센싱 라인을 통하여 수신되는 신호를 센싱할 수 있다.
센싱 라인을 통하여 수신되는 신호는 센싱 라인의 기생 저항 또는 센싱 라인과 터치 패널을 터치한 사용자의 손가락 사이에 형성되는 기생 커패시턴스 등에 기인하여 신호가 감쇠하기 때문에, 센싱 회로들(32-1 내지 32-m, m>1인 자연수)은 센싱 라인으로 전달되는 신호를 증폭하여 감지하는 증폭부를 구비할 수 있다.
복수의 센싱 회로들(32-1 내지 32-m, m>1인 자연수) 중 적어도 하나는 입력 저항(210), 제1 증폭기(310), 및 피드백부(320)를 포함할 수 있다.
예컨대, 복수의 센싱 회로들(32-1 내지 32-m, m>1인 자연수) 각각은 입력 저항(210), 제1 증폭기(310), 및 피드백부(320)를 포함할 수 있다.
입력 저항(210)은 복수의 센싱 라인들(Y1 내지 Ym, m>1인 자연수) 중 대응하는 어느 하나(예컨대, Y1)와 제1 증폭기(310)의 입력단 사이에 연결된다. 입력 저항(210)은 피드백부(320)와 함께 센싱 회로의 이득을 제어하는 역할을 할 수 있다.
예컨대, 입력 저항(210)의 일단은 센싱 라인(예컨대, Y1)에 연결될 수 있고, 입력 저항(210)의 타단은 제1 증폭기(310)의 제1 입력 단자(201)에 연결될 수 있다.
제1 증폭기(310)는 입력 저항(210)의 일단에 연결되는 제1 입력 단자(201, 예컨대, 반전 단자)와, 제1 전원(예컨대, 접지 전원(Vss))에 연결되는 제2 입력 단자(202, 예컨대, 비반전 단자)와, 센싱 신호(Vout)를 출력하는 제1 출력 단자(203)를 포함할 수 있다.
제1 증폭기(310)는 제1 입력 단자(201)로 입력되는 제1 신호와 제2 입력 단자(202)로 입력되는 제2 신호를 차동 증폭하고, 증폭한 결과에 따른 센싱 신호(Vout)를 출력하는 차동 증폭기(differential amplifier)일 수 있다.
예컨대, 제1 증폭기(310)는 FET(Field Effect Transistor) 또는 BJT(Bipolar Junction Transistor)로 구현되는 차동 연산 증폭기일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
피드백부(320)는 제1 증폭기(310)의 제1 입력 단자(201)와 제1 출력 단자(203) 사이에 전기적으로 연결된다.
피드백부(320)는 피드백 저항(321) 및 피드백 증폭기(322)를 포함할 수 있다.
피드백 저항(321) 및 피드백 증폭기(322)는 제1 증폭기(310)의 제1 입력 단자(201)와 제1 출력 단자(203) 사이에 연결될 수 있다.
피드백부(320)는 제1 증폭기(310)로부터 출력되는 신호(Vout)를 제1 증폭기(310)의 제1 입력 단자(201)로 부귀환(negative feedback)시키는 역할을 할 수 있다.
피드백 저항(321)의 일단은 제1 증폭기(310)의 제1 입력 단자(201)와 연결될 수 있고, 피드백 저항(321)의 타단은 피드백 증폭기(322)의 출력단과 연결될 수 있다.
피드백 증폭기(322)의 입력단은 제1 증폭기(310)의 제1 출력 단자(203)과 연결될 수 있고, 피드백 증폭기(322)의 출력단은 피드백 저항(321)의 타단과 연결될 수 있다.
피드백 증폭기(322)의 입력(Vout)과 출력(VO) 간의 이득(VO/Vout)은 1보다 작을 수 있다. 예컨대, 피드백 증폭기(322)의 이득(VO/Vout)은 1/30 ~ 1/5일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
피드백 저항(321)의 저항값(Rf)은 입력 저항(210)의 저항값(Rin)보다 작을 수 있다(Rf<Rin).
도 4는 도 2에 도시된 어느 하나의 센싱 회로(32)의 다른 실시 예(32-1')를 나타낸다.
도 3과 동일한 도면 부호는 동일한 구성을 나타내며, 동일한 구성에 대해서는 설명을 간략하게 하거나 생략한다.
도 4를 참조하면, 센싱 회로(32-1')는 입력 저항(210), 제1 증폭기(310), 및 피드백부(320-1)를 포함할 수 있다.
피드백부(320-1)는 피드백 저항(321), 및 피드백 증폭기(322-1)를 포함할 수 있다.
피드백 증폭기(322-1)는 제2 증폭기(410), 및 제1 내지 제4 저항들(R1 내지 R4)을 포함할 수 있다.
제2 증폭기(410)는 제3 입력 단자(401), 제4 입력 단자(402), 및 피드백 저항(321)과 연결되는 제2 출력 단자(403)를 포함할 수 있다. 예컨대, 제3 입력 단자(401)는 음(-)의 입력 단자일 수 있고, 제4 입력 단자(402)는 양(+)의 입력 단자일 수 있다.
제2 증폭기(410)는 제3 입력 단자(401)로 입력되는 신호와 제4 입력 단자(402)로 입력되는 신호를 차동 증폭하는 차동 증폭기(differential amplifier)일 수 있다. 예컨대, 제2 증폭기(410)는 FET(Field Effect Transistor) 또는 BJT(Bipolar Junction Transistor)로 구현되는 차동 연산 증폭기일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 저항(R1)은 제2 증폭기(410)의 제3 입력 단자(401)와 제2 출력 단자(403) 사이에 연결될 수 있다.
제2 저항(R2)은 제2 증폭기(410)의 제3 입력 단자(401)와 제1 저항(R1)의 접점과 제1 증폭기(310)의 제2 입력 단자(202) 사이에 연결될 수 있다.
제3 저항(R3)은 제2 증폭기(410)의 제4 입력 단자(402)와 제1 전원(예컨대, 접지 전원(Vss)) 사이에 연결될 수 있다.
제4 저항(R4)은 제2 증폭기(410)의 제4 입력 단자(402)와 제3 저항(R3)의 접점과 제1 증폭기(310)의 제1 출력 단자(203) 사이에 연결될 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 실시 예에 따른 센싱 회로(32-1, 32-1')는 도 8에 도시된 바와 같은 피드백 커패시터(812)를 포함하지 않는다. 도 8의 피드백 커패시터(812) 대신에 실시 예에 따른 센싱 회로(32-1, 32-1')는 입력 저항(210), 및 이득이 1보다 작은 증폭기(322)와및 피드백 저항(321)을 포함하는 피드백부(320)에 의하여 센싱 회로(31,32-1)의 이득을 제어할 수 있다.
도 8은 증폭기(610)의 출력단과 입력단 사이에 피드백 커패시터(812) 및 피드백 저항(811)이 병렬 연결된 구조를 갖는 센싱 회로(810)를 나타낸다.
도 8을 참조하면, 센싱 회로(810)는 증폭기(610), 피드백 커패시터(812), 및 피드백 저항(811)을 포함할 수 있다.
피드백 커패시터(812) 및 피드백 저항(811)은 증폭기(610)의 출력 단자와 제1 입력 단자(예컨대, (-) 입력 단자) 사이에 병렬 연결될 수 있다. 피드백 커패시터(812)는 터치 패널의 상호 커패시턴스(cm)를 측정하기 위한 기준(reference) 역할을 할 수 있다.
도 8에서 입력 신호(Vin)와 센싱 회로(810)의 출력 신호(Vout)의 전달 함수(H(s))는 수학식 1과 같을 수 있다.
Figure pat00001
또한 환경 노이즈를 고려한 도 8의 센싱 회로(810)의 출력(CAOUT)은 수학식 2와 같을 수 있다.
Figure pat00002
Vin은 드라이빙 라인으로 제공되는 드라이빙 신호일 수 있고, CAOUT는 터치 패널의 통과 대역에서, 도 8의 센싱 회로(810)의 출력, 예컨대, 증폭기(610)의 출력일 수 있다.
Vn은 센싱 라인으로 유입되는 환경 노이즈 전압일 수 있고, Cps는 센싱 라인과 접지 전원 사이에 형성되는 기생 커패시턴스를 나타낼 수 있고, Rs는 센싱 라인의 기생 저항(115)의 저항값을 나타낼 수 있고, Cfinger는 환경 노이즈 소스(source)와 센싱 라인 간에 형성되는 기생 커패시터(303)의 커패시턴스를 나타낼 수 있다.
피드백 저항(811)은 외부 환경 노이즈의 저주파 대역을 억제하는 고주파 통과 필터(High Pass Filter)를 구현할 수 있다. 도 8에 도시된 센싱 회로는 구현이 단순하고, 피드백 커패시터(812)를 이용함으로써 상호 커패시턴스(Cm)의 측정값의 정확성을 향상시킬 수 있고, 저주파 노이즈를 억제하는 특성을 가질 수 있는 장점이 있다.
반면에 도 8에 도시된 센싱 회로(810)는 터치 패널의 상호 커패시턴스(Cm)를 증가시키고자 하는 경우, 드라이빙 신호(Vin)를 증가시키는 경우, 또는 센싱 회로(810)의 통과 영역에 해당하는 주파수를 갖는 노이즈가 유입될 경우에, 센싱 회로(810)의 출력(Vout)이 아날로그-디지털 변환부의 다이나믹 레인지(dynamic range) 내에 들도록 하기 위해서는 피드백 커패시터(812)의 용량(Cfb)을 증가시켜야 하는데. 이는 칩 면적 또는 칩 사이즈의 과도한 증가, 및 단가를 높이는 원인이 될 수 있다.
또한 DC 전원에 기인하는 저주파 대역의 노이즈 억제를 위한 고주파 통과 필터 설계를 위하여 피드백 저항(811)은 수십 메가 오옴(Mohm) 이상이 요구될 수 있으며, 이는 칩 면적 또는 칩 사이즈의 과도한 증가 및 단가를 높이는 원인이 될 수 있다.
도 5는 환경 노이즈를 고려한 실시 예에 따른 센싱 회로(32-1)를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 입력 신호(Vin)와 센싱 회로(32-1)의 출력 신호(Vout)의 전달 함수(H1(s))는 수학식 3과 같이 정의될 수 있다. 예컨대, 입력 신호(Vin)는 드라이빙 신호일 수 있고, 출력 신호(Vout)는 센싱 회로(32-1)의 증폭기(310)의 출력일 수 있다.
Figure pat00003
Vin은 드라이빙 라인으로 제공되는 드라이빙 신호일 수 있고, Vout는 센싱 회로(32-1)의 출력, 예컨대, 증폭기(310)의 출력단의 출력일 수 있다.
RA는 피드백부(320)의 등가 저항의 저항값일 수 있고, Cm은 센싱 라인(예컨대, Y1)과 드라이빙 라인(예컨대, X1) 사이에 형성되는 상호 커패시터(301)의 상호 커패시턴스일 수 있고, Cps는 센싱 라인(예컨대, Y1)과 접지 간에 형성되는 기생 커패시터(302)의 커패시턴스일 수 있고, Rs는 센싱 라인(예컨대, Y1)의 기생 저항(115)의 저항값일 수 있다.
예컨대, 피드백부(320)의 등가 저항의 저항값(RA)은 피드백 저항(321)의 저항값(Rf)을 피드백 증폭기(322)의 이득(Av)으로 나눈 값일 수 있다(RA=Rf/Av). 예컨대, 피드백 증폭기(322)의 이득(Av)은 피드백 증폭기(322)의 출력(VO)과 입력(Vout)의 비(VO/Vout)일 수 있다.
피드백 증폭기(322)의 이득은 1보다 작기 때문에, 피드백부(320)의 등가 저항의 저항값(RA)은 피드백 저항(321)의 저항값(Rf)보다 클 수 있다. 따라서 작은 저항값을 갖는 피드백 저항(321)을 사용하더라도, 피드백 증폭기(322)에 의하여 피드백부(320)의 등가 저항의 저항값(RA)은 센싱 회로(32-1)의 이득을 제어하기에 충분할 수 있다.
또한 환경 노이즈를 고려한 센싱 회로(32-1)의 출력, 예컨대, 증폭기(310)의 출력단(203)의 출력(CA1OUT)은 수학식 4와 같을 수 있다.
Figure pat00004
도 8의 피드백 커패시터(812)는 수십 pF의 커패시턴스를 가질 수 있는데, 실시 예에 따른 센싱 회로(32-1)는 도 8의 피드백 커패시터(812)를 제거하고, 센싱 회로(32-1)의 출력(Vout)의 이득을 제어하기 위하여 입력 저항(210)을 포함할 수 있다.
센싱 회로(32-1)의 출력(Vout)의 정교한 이득 제어, 및 약 50kHz의 차단 주파수(cut off frequency)를 갖는 고주파 통과 필터를 구현하기 위하여 입력 저항(210)은 센싱 라인의 기생 저항(115)에 직렬로 연결될 수 있다.
입력 저항(210)의 저항값(Rin)은 기생 저항(115)의 저항값(Rs)보다 클 수 있다. 예컨대, 기생 저항(115)의 저항값(Rs)은 48kΩ일 수 있고, 입력 저항(210)의 저항값(Rin)은 1MΩ일 수 있다.
도 8에 도시된 피드백 커패시터(812)를 센싱 회로(32-1)는 포함하지 않기 때문에, 센싱 라인(예컨대, Y1)으로 수신되는 신호의 크기는 제1 노드(N1)에서 감소될 수 있다. 예컨대, 제1 노드(N1)는 센싱 라인(Y1)의 기생 커패시터(302)와 터치 패널의 상호 커패시터(301)의 접점일 수 있다.
일반적으로 센싱 라인(예컨대, Y1)의 기생 커패시턴스(Cps)는 터치 패널의 상호 커패시턴스(Cm)보다 크기 때문에, 센싱 라인(에컨대, Y1)의 기생 커패시턴스(Cps)에 의하여 센싱 라인(예컨대, Y1)으로 수신되는 신호의 크기는 감소될 수 있다.
피드백부(320)는 피드백 저항(321) 및 이득이 1보다 작은 피드백 증폭기(322)를 포함한다. 피드백 저항(321)의 저항값(Rf)을 작게 하더라도 피드백 증폭기(322)의 이득(Av)이 1보다 작기 때문에, 피드백부(320)의 등가 저항값을 크게 할 수 있다.
예컨대, 피드백 저항(321)의 저항값(Rf)이 입력 저항(210)의 저항값(Rin)보다 작더라도, 1보다 작은 이득(Av)을 갖는 피드백 증폭기(322)에 의하여 피드백부(320)의 등가 저항값을 제어할 수 있고, 이로 인하여 센싱 회로(32,32-1)의 이득을 아날로그-디지털 변환부(34-1)의 다이나믹 레인지 내로 조절할 수 있다.
예컨대, 피드백 증폭기(322)의 이득(Av)이 1/30 ~ 1/5일 때, 피드백부(320)의 등가 저항(RA)의 저항값은 피드백 저항(321)의 저항값(Rf)의 5배 내지 30배일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4에 도시된 피드백 증폭기(322-1)의 이득(Av)은 제1 내지 제4 저항들(R1 내지 R4)의 저항값들에 의하여 결정될 수 있다.
예컨대, 도 4에 도시된 피드백 증폭기(322-1)의 제1 저항(R1)의 저항값과 제3 저항(R3)의 저항값은 동일할 수 있고, 제2 저항(R2)의 저항값과 제4 저항(R4)의 저항값은 동일할 수 있다.
또한 도 4에 도시된 피드백 증폭기(322-1)의 제1 및 제3 저항들(R1, R3) 각각의 저항값은 제2 및 제4 저항들(R2, R4) 각각의 저항값보다 작을 수 있다.
예컨대, 피드백 증폭기(322-1)의 제2 및 제4 저항들(R2, R4) 각각의 저항값은 피드백 증폭기(322-1)의 제1 및 제3 저항들(R1, R3) 각각의 저항값의 5배 내지 30배일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 6은 도 5에 도시된 실시 예의 주파수 응답 특성의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 도 6에서 Cps는 Cm보다 10배 이상일 수 있다. 예컨대, Cm=0.7pF일 수 있고, Cps는 7pF일 수 있다. 또한 입력 저항(210)의 저항값(Rin)은 1MΩ이고, 피드백 저항(321)의 저항값(Rf)은 100kΩ일 수 있다.
g1은 피드백 증폭기(322)의 이득(Av)이 1/30인 경우이고, g2는 피드백 증폭기(322)의 이득(Av)이 1/25인 경우이고, g3는 피드백 증폭기(322)의 이득(Av)이 1/20인 경우이고, g4는 피드백 증폭기(322)의 이득(Av)이 1/15인 경우이고, g5는 피드백 증폭기(322)의 이득(Av)이 1/10인 경우이고, g6는 피드백 증폭기(322)의 이득(Av)이 1/5인 경우일 수 있다.
도 6을 참조하면, 피드백 증폭기(322)의 이득(Av)을 조절함으로써, 피드백부(320)의 등가 저항의 저항값(RA)을 조절할 수 있고, 이로 인하여 센싱 회로(32-1)의 이득을 조절할 수 있다.
즉 피드백 증폭기(322)의 이득(Av)이 작을수록 피드백부(320)의 등가 저항의 저항값(RA)이 증가할 수 있고, 피드백부(320)의 등가 저항의 저항값(RA)이 증가할수록 센싱 회로(32-1)의 이득이 증가할 수 있다.
또한 입력 저항(210)의 저항값(Rin)에 의하여 조절되는 고주파 통과 필터의 차단 주파수(fc)가 50kHz보다 작은 것을 알 수 있다.
도 7은 도 5에 도시된 실시 예의 센싱 회로(32-1)의 출력(Vout)의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 시뮬레이션 조건은 도 6에서 설명한 바와 동일할 수 있다.
f1은 피드백 증폭기(322)의 이득(Av)이 1/30인 경우이고, f2는 피드백 증폭기(322)의 이득(Av)이 1/25인 경우이고, f3는 피드백 증폭기(322)의 이득(Av)이 1/20인 경우이고, f4는 피드백 증폭기(322)의 이득(Av)이 1/15인 경우이고, f5는 피드백 증폭기(322)의 이득(Av)이 1/10인 경우이고, f6는 피드백 증폭기(322)의 이득(Av)이 1/5인 경우일 수 있다.
도 7을 참조하면, 피드백부(320)의 등가 저항값을 조절함으로써, 센싱 회로(32-1)의 출력의 크기를 도 2의 아날로그-디지털 변환부(34-1)의 입력 다이나믹 레인지(dynamic range) 내로 조절할 수 있다. 따라서 실시 예는 넓은 다이나믹 레인지를 갖는 센싱 회로(32-1)를 구현할 수 있다.
예컨대, 피드백 증폭기(322)의 이득(Av)이 감소할수록 피드백부(320)의 등가 저항값이 증가할 수 있고, 피드백부(320)의 등가 저항값이 증가할수록 센싱 회로(32-1)의 출력의 크기가 증가할 수 있다.
실시 예에 다른 센싱 회로(32-1)는 상호 커패시터(301)와의 비율에 따라 이득이 결정되는 피드백 커패시터(예컨대, Cfb)를 포함하지 않기 때문에, 센싱 회로(32-1)의 면적을 줄일 수 있다.
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 터치 패널 20: 드라이빙부
30: 센싱부 32-1 내지 32-m: 센싱 회로들
34-1 내지 34-m: 아날로그 디지털 변환부 36: 디지털 신호 처리부
310: 제1 증폭기 320: 피드백부
322: 피드백 증폭기 410: 제2 증폭기.

Claims (12)

  1. 드라이빙 라인들, 및 센싱 라인들을 포함하고, 이웃하는 드라이빙 라인과 센싱 라인 사이에 노드 커패시터가 형성되는 터치 패널(touch panel); 및
    상기 센싱 라인들과 전기적으로 연결되고, 상기 터치 패널의 상호 커패시턴스를 감지하는 센싱부를 포함하며,
    상기 센싱부는,
    상기 센싱 라인에 연결되는 일단을 갖는 입력 저항;
    상기 입력 저항의 타단과 연결되는 제1 입력 단자, 제1 전원이 입력되는 제2 입력 단자, 및 제1 출력 단자를 포함하는 제1 증폭기;
    상기 제1 증폭기의 제1 입력 단자에 연결되는 일단을 갖는 피드백 저항; 및
    상기 제1 증폭기의 제1 출력 단자와 연결되는 입력단, 및 상기 피드백 저항의 타단과 연결되는 출력단을 갖는 피드백 증폭기를 포함하며,
    상기 피드백 증폭기의 이득은 1보다 작은 터치 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 피드백 저항의 저항값은 상기 입력 저항의 저항값보다 작은 터치 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 피드백 증폭기의 이득은 1/30 ~ 1/5인 터치 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 센싱부는 복수의 센싱 회로들을 포함하며,
    상기 복수의 센싱 회로들 각각은 상기 복수의 센싱 라인들 중 대응하는 어느 하나와 연결되고, 상기 입력 저항, 상기 제1 증폭기, 상기 피드백 저항, 및 상기 피드백 증폭기를 포함하는 터치 센서.
  5. 제1항에 있어서, 상기 피드백 증폭기는,
    제3 입력 단자, 제4 입력 단자, 및 상기 피드백 저항의 타단과 연결되는 제2 출력 단자를 포함하는 제2 증폭기;
    상기 제3 입력 단자와 상기 제2 출력 단자 사이에 연결되는 제1 저항;
    상기 제3 입력 단자와 상기 제1 저항의 접점과 상기 제1 증폭기의 제2 입력 단자 사이에 연결되는 제2 저항;
    상기 제4 입력 단자와 상기 제1 전원 사이에 연결되는 제3 저항; 및
    상기 제4 입력 단자와 상기 제3 저항의 접점과 상기 제1 증폭기의 제1 출력 단자 사이에 연결되는 제4 저항을 포함하는 터치 센서.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 저항의 저항값은 상기 제3 저항의 저항값과 동일하고, 상기 제2 저항의 저항값은 상기 제4 저항의 저항값과 동일한 터치 센서.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1 및 제3 저항들 각각의 저항값은 상기 제2 및 제4 저항들 각각의 저항값보다 작은 터치 센서.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 피드백 저항 및 상기 피드백 증폭기는 피드백부를 이루며,
    상기 피드백부의 등가 저항의 저항값은 상기 피드백 저항의 저항값보다 큰 터치 센서.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 피드백부의 등가 저항의 저항값은 상기 피드백 저항의 저항값을 상기 피드백 증폭기의 이득으로 나눈 값인 터치 센서.
  10. 제4항에 있어서, 상기 센싱부는,
    복수의 아날로그-디지털 변환부들을 더 포함하며,
    상기 아날로그-디지털 변환부들 각각은 상기 센싱 회로들 중 대응하는 어느 하나의 출력을 디지털 신호로 변환하는 터치 센서.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 제1 증폭기 및 상기 제2 증폭기 각각은 연산 증폭기인 터치 센서.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 드라이빙 라인들 각각에 드라이빙 신호를 제공하는 드라이빙부를 더 포함하는 터치 센서.
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