KR20170025105A - 플렉서블 터치 스크린을 포함하는 터치 검출 장치 및 방법 - Google Patents

플렉서블 터치 스크린을 포함하는 터치 검출 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 터치 검출을 수행하며 플렉서블 터치 스크린을 포함하는 터치 검출 장치 및 이의 구동 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 초기화 과정 후 기준전압에 응답하여 터치 상태에 따른 센싱 신호 를 출력하는 센서패드; 상기 센서패드와 연결된 제1 입력단 및 상기 기준전압을 수신하는 제2 입력단을 가지며, 상기 센싱 신호에 응답하여 서로 다른 신호를 출력하는 연산 증폭기; 상기 연산 증폭기의 제1 입력단과 출력단 사이에 연결된 구동 정전용량 양단의 전위를 제어하는 제1 스위치; 상기 제1 스위치와 교번하여 온-오프되며 상기 센서패드와 상기 연산 증폭기의 제1 입력단 간의 연결을 스위칭하는 제2 스위치; 및 상기 센싱 신호를 기초로 상기 제2 스위치의 온/오프를 제어하는 제2 스위치 제어 회로를 포함 하는, 터치 검출 장치가 제공된다.

Description

플렉서블 터치 스크린을 포함하는 터치 검출 장치 및 방법{TOUCH DETECTING APPARATUS COMPRISING FLEXIBLE TOUCH SCREEN AND METHOD}
본 발명은 플렉서블 터치 스크린을 포함하는 터치 검출 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 선형성이 보장되면서도 노이즈에 대한 영향 또한 최소화된 터치 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.
터치 스크린 패널은 영상 표시 장치의 화면에 표시된 문자나 도형을 사람의 손가락이나 다른 접촉수단으로 접촉하여 사용자의 명령을 입력하는 장치로서, 영상 표시 장치 위에 부착되어 사용된다. 터치 스크린 패널은 사람의 손가락 등으로 접촉된 접촉 위치를 전기적 신호로 변환한다. 상기 전기적 신호는 입력 신호로서 이용된다.
도 1은 종래 기술에 따른 정전식 터치 스크린 패널의 일 예에 관한 분해 평면도이다.
도 1을 참고하면, 터치 스크린 패널(10)은 투명 기판(12)과 투명 기판(12) 위에 차례로 형성된 제1 센서 패턴층(13), 제1 절연막층(14), 제2 센서 패턴층(15) 및 제2 절연막층(16)과 금속 배선(17)으로 이루어진다.
제1 센서 패턴층(13)은 투명 기판(12) 위에 횡방향을 따라 연결될 수 있으며, 행 단위로 금속 배선(17)과 연결된다.
제2 센서 패턴층(15)은 제1 절연막층(14) 위에 열방향을 따라 연결될 수 있으며, 제1 센서 패턴층(13)과 중첩되지 않도록 제1 센서 패턴층(13)과 교호로 배치된다. 또한, 제2 센서 패턴층(15)은 열 단위로 금속 배선(17)과 연결된다.
터치 스크린 패널(10)에 사람의 손가락이나 접촉 수단이 접촉되면 제1 및 제2 센서 패턴층(13, 15) 및 금속 배선(17)을 통하여 구동 회로 측으로 접촉 위치에 따른 정전용량의 변화가 전달된다. 그리고 이렇게 전달된 정전용량의 변화가 전기적 신호로 변환됨에 따라 접촉 위치가 파악된다.
그러나 이러한 터치 스크린 패널(10)은 각 센서 패턴층(13, 15)에 인듐-틴 옥사이드(ITO)와 같은 투명한 도전성 물질로 이루어진 패턴을 별도로 구비하여야 하고, 센서 패턴층(13, 15) 사이에 절연막층(14)을 구비하여야 하므로 두께가 증가한다.
또한, 터치에 의해 미세하게 발생하는 정전용량의 변화를 수차례 축적하여야 터치 검출이 가능하기 때문에 높은 주파수로 정전용량 변화를 감지하여야 한다. 그리고, 정전용량의 변화를 정해진 시간 내에 충분히 축적하기 위해서는 낮은 저항을 유지하기 위한 금속 배선을 필요로 하는데, 이러한 금속 배선은 터치 스크린의 테두리에 베젤을 두껍게 하고 추가의 마스크 공정을 발생시킨다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 도 2에 도시되는 바와 같은 터치 검출 장치가 제안되었다.
도 2에 도시되는 터치 검출 장치는 터치 패널(20)과 구동 장치(30) 및 이 둘을 연결하는 회로 기판(40)을 포함한다.
터치 패널(20)은 기판(21) 위에 형성되며 다각형의 매트릭스 형태로 배열되는 복수의 센서패드(22) 및 센서패드(22)에 연결되어 있는 복수의 신호 배선(23)을 포함한다.
각 신호 배선(23)은 한쪽 끝이 센서패드(22)에 연결되어 있으며 다른 쪽 끝은 기판(21)의 아래 가장자리까지 뻗어 있다. 센서패드(22)와 신호 배선(23)은 커버 유리(50)에 패터닝 될 수 있다.
구동 장치(30)는 복수의 센서패드(22)를 순차적으로 하나씩 선택하여 해당 센서패드(22)의 정전용량을 측정하고, 이를 통해 터치 발생 여부를 검출해낸다.
도 3은 도 2의 터치 검출 장치에 터치가 발생한 경우 터치 검출을 하는 동작을 설명하기 위한 등가 회로도이다.
도 3을 참조하면, 터치가 발생할 경우 터치 발생 도구(예를 들면, 손가락)와 센서패드(22) 사이에는 터치 정전용량(Ct)이 형성되고, 센서패드(22)와 공통전극 사이에서는 공통 전압 정전용량(Cvcom)이 형성된다. 또한, 센서패드(22)에는 미지의 기생 정전용량(Cp)이 형성되며, 센서패드(22)와 교번전압(Vdrv) 공급 경로 사이에는 구동 정전용량(Cdrv)이 형성된다.
터치 검출 장치의 터치 여부 검출 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.
먼저, 충전 신호(Vb)에 의해 센서패드(22)가 충전된다. 그 후, 트랜지스터에 의해 충전 신호(Vb)의 공급이 차단되면, 터치 정전용량(Ct), 기생 정전용량(Cp), 구동 정전용량(Cdrv) 및 공통 전압 정전용량(Cvcom)에 충전된 전하는 고립된다. 이러한 전하 고립 상태를 플로팅(Floating) 상태라 한다. 이때, 교번전압(Vdrv)이 인가되면 센서패드(22)의 출력 전압(Vo)은 교번전압(Vdrv)에 따라 그 레벨이 달라지게 된다. 이 때의 출력 전압(Vo) 레벨 상승과 강하는 연결된 정전 용량에 따라 상이한 값을 갖게 되는데, 이렇게 연결된 정전용량에 따라 전압 레벨의 상승 값 또는 하강 값이 바뀌는 현상을 "킥백(kick-back)"이라 부르기도 한다.
터치 검출 장치에 터치가 발생할 시 센서패드(22)의 출력 전압(Vo)의 전압 변동(ΔVo)은 다음과 같은 수학식 1로 나타낼 수 있다.
Figure pat00001
여기서 VdrvH와 VdrvL은 각각 교번전압(Vdrv)의 하이 레벨 전압 및 로우 레벨 전압이다.
수학식 1에서 터치 정전용량(Ct)이 분모에 위치하므로 터치 전후의 출력 전압 변동(ΔVo)(레벨 시프트값)과 터치 정전용량(Ct)은 선형 관계가 되지 않는다.
터치 전후의 레벨 시프트값(△Vo)은 터치 정전용량(Ct)과 관련되는 터치 면적에 상응하기 때문에 레벨 시프트값(△Vo)과 터치 정전용량(Ct) 사이의 선형성을 확보한다면 보다 용이하게 터치 좌표를 구할 수가 있다.
따라서, 터치 전후의 레벨 시프트값과 터치 정전용량 사이의 선형성을 확보할 수 있는 기술이 요구된다. 또한, 이러한 선형성을 확보하면서도 노이즈에 취약하지 않은 터치 검출 장치가 요구된다.
또한, 최근 들어 플렉서블(Flexible)한 영상표시장치가 개발되고 있는 추세이며, 이 경우 상기 플렉서블 영상표시장치에 적용되는 터치 스크린 패널 역시 플렉서블한 특성이 요구된다.
따라서, 터치 전후의 레벨 시프트와 터치 정전용량 사이의 선형성을 확보하고, 노이즈의 영향을 감소시키면서도 동시에 플렉서블 특성을 터치 검출 장치에 부여할 수 있는 기술에 대한 개발이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 레벨 시프트값과 터치 정전용량 간의 선형성이 보장되면서도 외부 노이즈 유입이 최소화되는 터치 검출 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 초기화 과정 후 기준전압에 응답하여 터치 상태에 따른 센싱 신호 를 출력하는 센서패드; 상기 센서패드와 연결된 제1 입력단 및 상기 기준전압을 수신하는 제2 입력단을 가지며, 상기 센싱 신호에 응답하여 서로 다른 신호를 출력하는 연산 증폭기; 상기 연산 증폭기의 제1 입력단과 출력단 사이에 연결된 구동 정전용량 양단의 전위를 제어하는 제1 스위치; 상기 제1 스위치와 교번하여 온-오프되며 상기 센서패드와 상기 연산 증폭기의 제1 입력단 간의 연결을 스위칭하는 제2 스위치; 및 상기 센싱 신호를 기초로 상기 제2 스위치의 온/오프를 제어하는 제2 스위치 제어 회로를 포함 하는, 터치 검출 장치가 제공된다.
상기 제2 스위치 제어 회로는 상기 센서패드와 상기 제2 스위치가 연결된 제1 노드 또는 상기 연산 증폭기의 제1 입력단과 상기 구동 정전용량이 연결된 제2 노드의 전위를 기초로 상기 제2 스위치의 온/오프를 제어할 수 있다.
상기 제2 스위치 제어 회로는, 임계전압과 상기 센싱 신호를 비교하여, 상기 센싱 신호가 제1 전위 이상인 경우 제1 신호를 출력하고 상기 센싱 신호가 제2 전위 미만인 경우 제2 신호를 출력하는 비교기; 및 상기 제1 신호에 응답하여 상기 제2 스위치를 오프하고, 상기 제2 신호에 응답하여 상기 제2 스위치를 온 되도록 제어하는 제2 스위치 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제1 전위는 상기 기준전압 이하의 전위이며, 상기 제2 전위는 상기 제1 전위보다 낮은 전위일 수 있다.
상기 제2 스위치 제어 회로는, 임계전압과 상기 센싱 신호를 비교하여, 상기 센싱 신호의 전위 변동폭이 임계치 이상인 경우 제1 신호를 출력하고 상기 센싱 신호의 전위 변동폭이 임계치 미만인 경우 제2 신호를 출력하는 비교기; 및 상기 제1 신호에 응답하여 상기 제2 스위치의 개폐가 반복되도록 제어하고, 상기 제2 신호에 응답하여 상기 제2 스위치가 오프 상태로 유지되도록 제어하는 제2 스위치 제어부를 포함할 수 있다.
상기 임계전압은 상기 기준전압 이하일 수 있다.
상기 터치 검출 장치는, 상기 기준전압에 따른 상기 연산 증폭기 출력단에서의 전압 변동분을 기초로 터치 여부를 검출하는 레벨 시프트 검출부를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 센서패드 및 상기 센서패드와의 연결이 스위칭되는 구동 정전용량을 초기화시키는 단계; 연산 증폭기의 제1 입력단과 연결된 상기 센서패드를 상기 구동 정전용량과 연결시키는 단계; 및 상기 연산 증폭기의 제2 입력단에 인가되는 기준전압에 응답하여 상기 센서패드에서 출력되는 센싱 신호를 기초로 상기 센서패드와 상기 구동 정전용량 간 연결을 스위칭 제어하는 단계를 포함하는, 터치 검출 방법이 제공된다.
상기 스위칭 제어 단계는, 상기 센서패드의 출력단 전위 또는 상기 제1 입력단의 전위를 기초로 상기 센서패드와 상기 구동 정전용량 간 연결을 스위칭 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 스위칭 제어 단계는, 임계전압과 상기 센싱 신호를 비교하여, 상기 센싱 신호가 제1 전위 이상인 경우 또는 상기 센싱 신호가 제2 전위 미만인 경우 각각 상기 센서패드와 상기 구동 정전용량을 차단 및 연결시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 전위는 상기 기준전압의 전위 이하의 전위이며, 상기 제2 전위는 상기 제1 전위보다 낮은 전위일 수 있다.
상기 스위칭 제어 단계는, 임계전압과 상기 센싱 신호를 비교하여, 상기 센싱 신호의 전위 변동폭이 임계치 이상인 경우에는 상기 센서패드와 상기 구동 정전용량 간의 연결 및 차단을 반복하고, 상기 센싱 신호의 전위 변동폭이 상기 임계치 미만인 경우에는 상기 센서패드와 상기 구동 정전용량 간의 차단을 유지하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 임계전압은 상기 기준전압 이하일 수 있다.
상기 터치 검출 방법은, 상기 기준전압에 따른 상기 연산 증폭기 출력단에서의 전압 변동분을 기초로 터치 여부를 검출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 터치 입력도구와의 관계에서 터치 정전용량을 형성하는 센서패드; 상기 센서패드와 그라운드 단자 사이에 연결되어, 상기 센서패드를 초기화시키는 과정에만 온(ON) 상태인 제1 스위치; 상기 터치 정전용량에 기초하여 상기 센서패드가 출력하는 센싱 신호가 입력되는 제1 입력단 및 기준전압이 인가되는 제2 입력단을 가지며, 터치 검출 신호를 출력하는 연산 증폭기; 상기 연산 증폭기의 제1 입력단과 출력단 사이에 연결되는 구동 정전용량; 상기 구동 정전용량 양단에 연결되어, 상기 센서패드가 충전되는 동안에만 온(ON) 상태인 제2 스위치; 상기 센서패드와 상기 연산 증폭기의 제1 입력단 사이에 연결되어, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치와 교번하여 온-오프 되는 제3 스위치; 및 상기 센싱 신호와 기설정된 임계전압을 비교하여 상기 제3 스위치의 온-오프를 제어하는 제3 스위치 제어부를 포함하는, 터치 검출 장치가 제공된다.
본 발명의 실시예에 의하면, 터치 검출의 기초가 되는 레벨 시프트값과 터치 정전용량이 선형성을 갖게 되기 때문에 선형 관계의 출력값을 쉽게 구할 수 있다는 이점을 얻을 수 있는 한편, 외부 터치 패널과 연결되는 시간이 최적화되기 때문에 외부 노이즈에 대한 영향도 감소될 수 있다.
도 1은 통상적인 터치 스크린 패널의 분해 평면도이다.
도 2는 통상적인 터치 검출 장치의 분해 평면도이다.
도 3은 도 2의 터치 검출 장치에 터치가 발생한 경우 터치 검출을 하는 동작을 설명하기 위한 등가 회로도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 터치 검출 장치를 예시한 회로도이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 터치 검출 장치를 예시한 회로도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 장치를 예시한 회로도이다.
도 7은 도 6에 도시된 터치 검출 장치의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 검출 장치를 예시한 회로도이다.
도 9는 도 8에 도시된 터치 검출 장치의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 그리고 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 시스템을 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 일 실시예에 따른 터치 검출 장치를 예시한 회로도이다.
도 4를 참조하면, 터치 검출 장치(400)는 센서패드(410), 터치 정전용량(Ct), 기생 정전용량(Cp), 구동 정전용량(Cdrv), 트랜지스터(Q), 연산 증폭기(OP-amp), 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 포함할 수 있다.
센서패드(410)는 터치 입력 검출을 위해 기판 상에 패터닝된 전극으로서 터치 입력 도구와의 사이에서 터치 정전용량(Ct)을 형성하며, 터치 상태에 따른 센싱 신호를 출력한다. 센서패드(410)는 각각 독립 상태의 다각형으로 복수 개가 형성될 수 있으며, 투명 도전체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 센서패드(410)는 ITO(indium-tin-oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), IZO(indium-zinc-oxide), CNT(carbon nanotube), 그래핀(graphene) 등의 투명한 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
트랜지스터(Q), 기생 정전용량(Cp), 구동 정전용량(Cdrv)은 센서패드(410) 및 이와 연결된 신호배선(미도시됨) 당 하나씩 그룹을 이룰 수 있다. 센서패드(410), 신호배선, 트랜지스터(Q), 기생 정전용량(Cp), 구동 정전용량(Cdrv)을 합하여 "터치 센싱 유닛(touch sensing unit)"라 한다. 이 터치 센싱 유닛은 각각의 구성요소가 멀티플렉서에 의해 전기적으로 연결된 경우를 포함하는 개념이다.
트랜지스터(Q)는 예를 들어 전계 효과 트랜지스터(field effect transistor)로서, 게이트(gate)에는 제어 신호(Vg)가 인가되고, 소스(source)에는 충전 신호(Vb)가 인가될 수 있으며 드레인(drain)은 복수의 센서패드(410) 각각과 연결되는 신호배선에 연결될 수 있다. 물론 소스가 신호 배선에 연결되고 드레인에 충전 신호(Vb)가 인가될 수도 있다. 트랜지스터(Q)는 소정의 제어 신호에 따라 스위칭 동작을 할 수 있는 다른 소자로 대체될 수도 있다.
기생 정전용량(Cp)은 센서패드(410)에 부수되는 정전용량을 의미하는 것으로 센서패드(410) 또는 신호배선 등에 의해 형성되는 일종의 기생 용량이다. 기생 정전용량(Cp)은 터치 검출 장치(400)가 LCD 등의 표시 장치 위에 장착될 때 표시 장치의 공통 전극과의 사이에서 형성되는 정전용량을 포함하는 개념일 수 있다.
구동 정전용량(Cdrv)은 센서패드(410)에 기준전압(Vref)을 공급하는 경로에 형성되는 정전용량이다. 기준전압(Vref)은 구형파 신호일 수 있다. 기준전압(Vref)은 듀티비(duty ratio)가 동일한 클럭 신호일 수도 있으나 듀티비가 상이할 수도 있다.
연산 증폭기(OP-amp)의 제1 입력단(N2)은 복수의 센서패드들 중 터치 검출 대상이 되는 센서패드(410)의 출력단(N1)과 연결되어 센싱신호가 인가되고 제2 입력단에는 기준 전압(Vref)이 인가된다. 연산 증폭기(OP-amp)의 제1 입력단(N2)과 출력단(N3) 사이에는 구동 정전용량(Cdrv)이 연결되며, 연산 증폭기(OP-amp)의 출력단(N3)에는 충전 신호(Vb)가 공급되는데, 제1 스위치(SW1)에 의해 상기 충전 신호(Vb)의 공급과 차단이 제어된다. 한편, 연산 증폭기(OP-amp)의 제1 입력단(N2)과 센서패드(410) 출력단(N1) 사이에는 제2 스위치(SW2)가 연결된다. 또한, 연산 증폭기(OP-amp)의 출력단(N3)은 센서패드(410)의 출력단(N1)으로부터 출력되는 센싱 신호에 기초하여 서로 다른 신호를 출력하며, 레벨 시프트 검출부와 연결된다. 레벨 시프트 검출부는 아날로그-디지털 변환기(ADC), VFC(Voltage to Frequency Converter), 플립플롭(flip-flop), 래치(Latch), 버퍼(Buffer), TR(Transistor), TFT(Thin Film Transistor), 비교기, DAC(Digtal to Analog Converter), 적분기, 미분기 등으로 구성되거나 이러한 구성요소들의 조합으로 구성될 수 있다. 레벨 시프트 검출부는 터치 정전용량에 따라 달라지는 연산 증폭기(OP-amp) 출력단(N3) 전압 변동분에 기초하여 터치 여부를 검출해낸다.
이하, 도 4에 도시되는 터치 검출 장치(400)의 동작을 설명하기로 한다.
먼저, 트랜지스터(Q)를 턴 온 하여 충전 신호(Vb)를 공급하여, 센서패드(410), 기생 정전용량(Cp)을 충전시킨다. 센서패드(410)에 터치가 발생한 경우에는 충전 신호(Vb)에 의해 터치 정전용량(Ct)이 충전되며, 터치 미발생인 경우에는 터치 정전용량(Ct)이 존재하지 않기 때문에 기생 정전용량(Cp)만이 충전된다. 설명의 편의를 위해 이하에서의 모든 실시예는 센서패드(410)에 터치가 발생하여 터치 정전용량(Ct)이 존재하는 경우를 가정하여 설명하기로 한다.
이 후, 트랜지스터(Q)를 턴 오프 하면 충전된 전하가 고립된다. 전하의 안정적인 고립을 위해 연산 증폭기(OP-map)의 입력단(N2) 및 아날로그-디지털 변환기(ADC)의 입력단(N3)은 하이 임피던스(Hi-Z)로 형성되는 것이 바람직하며, 이에 따라, 센서패드(410)의 출력단(N1) 전위는 일정하게 유지될 수 있다. 이와 같이, 전하가 충전되어 고립된 상태를 플로팅(Floating) 상태라고 부른다. 이후, 연산 증폭기(OP-amp)의 제2 입력단에 전압 상승 또는 하강이 발생하는 기준전압(Vref)이 인가되면, 연산 증폭기(OP-amp)의 출력단(N3) 전압의 레벨은 특정 레벨로 상승 또는 강하하게 되는데, 이러한 현상을 "킥백(kick-back)"이라 부른다.
본 발명의 실시예에 따르면, 터치 검출 장치(400)에는 별도의 위상(phase)을 갖는 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)가 포함될 수 있다. 스위칭 소자의 실시예로 단순 스위치만을 도시하였으나, 다른 실시예로 MOS(Metal Oxide Semiconductor), BJT나 FET등의 3단자 소자가 사용될 수 있다. 스위칭 소자로 3단자 소자가 사용될 경우, 제1 스위치(SW)가 온(ON)되는 구간과 제2 스위치(SW2)가 온(ON)되는 구간이 오버랩(Overlap)되지 않도록 제어신호가 각각 인가된다. 일 예로 3단자 소자의 제어단자에 입력되는 제어신호는 로우 레벨 구간에서는 제1 스위치가 온 되고, 하이 레벨 구간에서는 제2 스위치가 온 되도록 설정될 수 있다.
제 1 스위치(SW1)를 온(ON) 하고, 제 2 스위치(SW2)를 오프(OFF) 상태로 유지하면, 구동 정전용량(Cdrv)은 초기화되어 충전 전압(Vb)에 의해 최초 전하량이 충전된다. 한편, 터치 정전용량(Ct) 및 기생 정전용량(Cp)은 트랜지스터(Q)를 턴 온 시켜 동일한 충전 전압(Vb)을 통해 충전시킬 수 있다. 구동 정전용량(Cdrv) 양단의 전압은 연산 증폭기(OP-amp)의 입력단(N2)에 인가되는 기준전압(Vref)의 하이 레벨 전압과 로우 레벨 전압의 차이, 즉, VrefH-VrefL이 되고, 연산 증폭기(OP-amp) 출력단(N3) 전압은 충전 전압(Vb)이 된다.
터치 정전용량(Ct) 및 기생 정전용량(Cp)에 충전된 전하량을 Q1, 구동 정전용량(Cdrv)에 충전된 전하량을 Q2라 하고 (VdrvH-VdrvL)을 △Vdrv 라고 하면, 각 전하량에 대한 수식은 아래와 같아진다. 여기서, 전하 보존 법칙을 나타내는 Q = CV의 수식을 이용하였다.
Figure pat00002
Figure pat00003
한편, 제 2 스위치(SW2)를 온 하고, 제 1 스위치(SW1)를 오프 하면, 터치 정전용량(Ct) 및 기생 정전용량(Cp)에 충전된 전하는 구동 정전용량(Cdrv)과 공유된다. 이에 대한 전하량을 수식으로 나타내면 아래와 같다.
Figure pat00004
여기서, Vo는 연산 증폭기(OP-amp)의 출력단 전압이다. 제 2 스위치(SW2)만을 온 하였을 때의 전하량(Q)은 제 1 스위치(SW1)만을 온 하였을 때 터치 정전용량(Ct) 및 기생 정전용량(Cp)에 충전된 전하량(Q1) 및 구동 정전용량(Cdrv)에 충전된 전하량(Q2)의 합과 같으므로, Q=Q1+Q2가 성립될 수 있다. 여기에, 수학식 2 및 수학식 3을 대입하면 아래의 수학식 4와 같이 전개된다.
Figure pat00005
양 변에 공통으로 존재하는 Cdrv△Vref을 삭제하고, 좌변에 Vo만 남도록 수식을 전개하면 아래의 수학식 5와 같다.
Figure pat00006
Figure pat00007
Figure pat00008
연산 증폭기(OP-amp) 출력단(N3) 전압의 변동분(△Vo)은 충전 전압(Vb)과 출력 전압(Vo) 간 차이와 같아진다. 제1 스위치(SW1)가 온(ON) 되어 있을 때에는 연산 증폭기(OP-amp) 출력단(N3) 전압이 충전 전압(Vb)과 같기 때문에, 제1 스위치(SW1)가 오프(OFF) 상태인 현재 연산 증폭기(OP-amp) 출력단(N3) 전압을 Vo로 표현한다면, △Vo=Vb-Vo가 되는 것이다. 한편, 수학식 5에서 (△Verf-Vb)는 전압의 크기가 일정한 값을 취하는 상수(constant)이므로, 상수 A로 치환하게 되면(A=△Vref-Vb) 아래와 같다.
Figure pat00009
기생 정전용량(Cp), 구동 정전용량(Cdrv) 및 A는 일정한 값을 취하는 상수에 해당하므로
Figure pat00010
를 상수 B로 치환할 수 있다(B=
Figure pat00011
)
상기 수학식 6에 따르면, 연산 증폭기(OP-amp) 출력단 전압의 변동분(△Vo)은 터치 정전용량(Ct)에 비례하게 된다. 이에 따라, 터치 전후의 연산 증폭기(OP-amp) 출력단 전압 변동분, 즉, 레벨 시프트값(△Vo) 또한 터치 정전용량(Ct)에 비례하는 관계가 성립될 수 있다. 또한, 레벨 시프트값(△Vo)을 입력으로 하는 아날로그-디지털 변환기(ADC)의 출력값 역시 터치 정전용량(Ct)에 선형적으로 비례하게 되어 선형성을 확보할 수 있다.
한편, 도 5는 다른 실시예에 따른 터치 검출 장치를 예시한 회로도이다.
도 5에 도시한 회로도 또한 스위치를 포함하며, 제1 스위치(SW1)가 구동 정전용량(Cdrv) 양단(N12, N13) 사이에 연결되어 있다는 것을 제외하고는 도 4에 도시한 회로도와 동일하다. 도 5의 회로도에서 또한 터치 전후의 연산 증폭기(OP-amp) 출력 전압 변동분의 차분, 즉, 레벨 시프트값(△Vo)이 터치 정전용량에 대해 선형 관계가 된다.
제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)는 도 4에 도시된 실시예와 동일한 방식으로 교번하여 온/오프 된다. 도 5에 도시된 실시예에서도 전하 보존 법칙(Q=CV)을 이용하여 연산 증폭기(OP-amp)의 출력 전압(Vo)을 정리하면, 아래의 수학식과 같이 터치 정전용량(Ct)과의 선형 관계를 도출할 수 있다.
Figure pat00012
(여기서,
Figure pat00013
)
한편, 상기의 방식에서 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)의 온/오프를 제어하는 방식이 문제된다.
가장 쉬운 방법으로 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)를 미리 정해진 시간동안 온/오프 할 수 있다. 제1 스위치(SW1)는 터치 정전용량(Ct), 기생 정전용량(Cp), 구동 정전용량(Cdrv)이 충분히 충전될 수 있는 최소한의 시간만큼 온 상태를 유지하도록 하고, 제2 스위치(SW2)는 충전된 전하들이 공유될 수 있는 적절한 시간만큼 온 상태를 유지하도록 그 시간 간격을 미리 정할 수 있다. 예를 들면, 터치 검출 대상 노드의 임피던스를 반복 측정하여 시간 정수(τ)를 미리 측정하고 통계적으로 최적화된 시간 간격을 정하는 방법 등이 이용될 수 있다. 그러나, 이러한 방법은 통계적으로 안전하다고 판단된 시간 간격을 선택하는 방식일 뿐이므로 실제로 최적화된 시간이 적용될 수 없다는 문제점이 있다. 또한, 각 센서패드 간 편차가 심한 경우에는 통계치의 신뢰도가 떨어질 수 있으며, 이를 보완하기 위해서는 각 스위치의 개폐시간을 최적치보다 상당한 정도로 크게 설정하여야 한다. 만약, 제2 스위치(SW2)가 최적 시간보다 오랫동안 온 상태로 유지된다면, 터치 측정 노드가 외부 네트워크와 불필요하게 오랜 시간 연결되게 되며, 이에 따라 외부 노이즈의 유입 가능성이 높아질 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 스위치 동작의 제어를 최적화시키고자 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 장치를 예시한 회로도이다.
도 6을 참조하면, 도 5의 회로도에서 제2 스위치 제어 회로(600)가 추가되었음을 알 수 있다.
제2 스위치 제어 회로(600)는 비교기(610) 및 제2 스위치 제어부(620)를 포함한다. 임계 전압(Vdc)이 비교기(610)의 제1 입력단에 입력되고, 제2 스위치(SW2)와 센서패드(410)의 연결 노드(S)가 비교기(610)의 제2 입력단에 입력된다. 즉, 비교기(610)는 제2 스위치(SW2)와 센서패드(410)가 연결된 노드(S)의 전압(Vsens)을 계속적으로 관찰한다. 한편, 제2 스위치(SW2)와 센서패드(410)가 연결된 노드(S)는 제1 스위치(SW1)를 통해 그라운드 단자와 연결된다.
도 6에서는 도 5의 회로도를 기반으로 하여 제2 스위치 제어 회로(600)가 추가된 형태를 예시하였으나, 도 4의 회로도에서도 동일하게 제2 스위치 제어 회로(600)가 추가될 수 있다. 즉, 도 4의 회로도에서도 제2 스위치(SW2)와 센서패드(410)가 연결된 노드(S)의 전위(Vsens)를 관찰하여 제2 스위치(SW2)의 동작을 제어하는 제2 스위치 제어 회로(600)가 동일하게 추가될 수 있다.
도 7은 도 6에 도시된 회로도에서 비교기가 관찰하는 노드(S)의 전압 파형(Vsens) 및 스위치(SW1, SW2)의 개폐상태를 예시하는 도면이다.
도 6 및 도 7을 참조하여, 제2 스위치 제어 회로(600)의 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제1 스위치(SW1)가 온 상태이고, 제2 스위치(SW2)가 오프 상태일 때(T1 구간)에는 트랜지스터(Q)가 턴 온 되어 터치 정전용량(Ct) 및 기생 정전용량(Cp)이 충전 신호(Vb)에 의해 충전된다. 도 6에서는 충전 신호(Vb)가 공급되는 경우를 예시하였으나, 충전 신호(Vb)는 공급되지 않을 수도 있다. 즉, 센서패드(410)의 출력단(N21)에 연결되는 트랜지스터(Q), 및 트랜지스터(Q)를 통해 인가되는 충전 신호(Vb)가 생략될 수도 있다. 이 경우, 제1 스위치(SW1)가 온 되면, 센서패드(410) 및 이와 연결된 정전용량(Ct, Cp)에 존재하는 모든 전하가 방전되게 된다.
제1 스위치(SW1)가 온 상태일 때 비교기(610)의 관찰 노드(S)는 접지와 연결되기 때문에 그 전위(Vsens)가 0V로 유지된다. 한편, 구동 정전용량(Cdrv)의 양단은 제1 스위치(SW1)에 의해 동전위로 유지된다.
정전용량에 충전 신호가 공급되거나, 정전용량 양단이 동전위가 되어 전하가 모두 방전되는 과정을 "초기화 과정”이라 칭하기로 한다. 제1 스위치(SW1)가 온 상태일 때에는 센서패드(410), 센서패드(410)와 연결된 정전용량(Ct, Cp), 구동 정전용량(Cdrv)이 모두 초기화된다.
제1 스위치(SW1)가 오프 상태로 바뀌고, 제2 스위치(SW2)가 온 되면(T2 구간), 터치 정전용량(Ct) 및 기생 정전용량(Cp)에 충전되었던 전하는 구동 정전용량(Cdrv)과 함께 공유된다. 트랜지스터(Q)도 오프 상태로 전환되어 충전 신호(Vb)의 공급이 차단된다. T1 구간에서 구동 정전용량(Cdrv) 양단(N22, N23)은 제1 스위치(SW1)에 의해 동전위로 유지되었기 때문에 구동 정전용량(Cdrv)에는 전하가 충전되어 있지 못하다가, T2 구간이 되면, 터치 정전용량(Ct) 및 기생 정전용량(Cp)에 충전된 전하가 구동 정전용량(Cdrv)으로 유입된다. 이에 따라 구동 정전용량(Cdrv) 양단의 전압은 상승하게 되고, 관찰 노드(S)의 전위(Vsens) 또한 함께 상승한다.
비교기(610)는 임계 전압(Vdc) 대비 관찰 노드(S)의 전위(Vsens)를 지속적으로 관찰하며, 관찰 노드(S)의 전위(Vsens)가 상승하는 경우에는 제1 전위(V1)보다 작을 때 제1 신호, 제1 전위(V1) 이상일 때 제2 신호를 출력한다. 또한, 관찰 노드의 전위(Vsens)가 하강하는 경우에는 제2 전위(V2)보다 클 때 제3 신호, 제2 전위(V2) 이하일 때 제4 신호를 출력한다.
제1 전위(V1)와 제2 전위(V2)는 이상적인 경우 동일할 수 있지만, 실제로는 비교기(610)의 오프셋 크기에 따라 달라질 수 있다. 제1 전위(V1)가 제2 전위(V2)보다 큰 값일 수 있다. 제2 스위치 제어부(620)는 비교기(610)의 출력 신호에 따라서 제2 스위치(SW2)의 온/오프를 제어한다.
T2 구간에서 관찰 노드(S)의 전위(Vsens)는 상승하는데 제1 전위(V1)보다 낮은 구간에서는 비교기(610)가 제1 신호를 출력한다. 제2 스위치 제어부(620)는 상기 제1 신호에 기초하여 제2 스위치(SW2)를 온 상태로 지속시킨다. 관찰 노드의 전위(Vsens)가 지속적으로 상승하여 제1 전위(V1) 이상이 되면, 비교기(610)는 제2 신호를 출력한다. 제2 스위치 제어부(620)는 상기 제2 신호에 기초하여 제2 스위치(SW2)를 오프 상태로 전환한다(T3 구간).
제2 스위치(SW2)가 오프 상태로 전환되면(T3 구간), 터치 정전용량(Ct), 기생 정전용량(Ct) 및 주위 도선에 존재하는 저항들 때문에 관찰 노드(S)의 전위(Vsens)는 하강하게 된다. 관찰 노드의 전위(Vsens)가 하강하는 레벨이 제2 전위(V2)보다 클 때에는 비교기(610)로부터 제3 신호가 출력된다. 제2 스위치 제어부(620)는 상기 제3 신호에 기초하여 제2 스위치(SW2)를 지속적으로 오프 상태로 유지한다. 관찰 노드의 전위(Vsens)의 하강이 계속되고, 그 전위가 제2 전위(V2) 밑으로 떨어지면, 비교기(610)는 제4 신호를 출력한다. 제2 스위치 제어부(620)는 상기 제4 신호에 기초하여 제2 스위치(SW2)를 온 상태로 전환한다.
제2 스위치(SW2)가 온 상태로 전환되면, 관찰 노드의 전위(Vsens)는 제1 전위(V1)까지 다시 상승한다(T4 구간). 이는 구동 정전용량(Cdrv)이 기준동전압(Vref)에 의해 다시 충전되기 때문이다. T3 구간 내지 T4 구간과 같은 동작을 반복하면서 관찰 노드의 전위(Vsens)는 제1 전위(V1)와 제2 전위(V2) 사이에서 유지되게 된다.
도 7에서는 제1 전위(V1)가 기준전압(Vref)의 전위와 동일한 것으로 예시하였으나, 그보다 작은 전위로 선택할 수도 있다. 제1 전위(V1)가 작게 설정될수록 도 7에서의 T1 구간이 짧아질 수 있고, 제2 스위치(SW2)가 온 상태로 유지되는 시간 또한 단축되며, 이에 따라 터치 검출의 속도가 향상될 수 있다.
도 6 및 도 7을 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시예에 따르면 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한 방식에 비해 제2 스위치(SW2)가 온 상태로 유지되는 시간이 단축되어, 외부 노이즈의 영향을 상대적으로 적게 받을 수 있다. 또한, 제2 스위치(SW2)의 개폐 시간은 전기적 조건에 의해 자동적으로 결정되며, 통계적인 방식 등에 의해 결정된 개폐 시간 등을 저장할 필요가 없어지게 되므로, 회로 내 저장장치 등의 크기를 최적화할 수 있게 된다. 그러나, 도 6에 도시되는 바와 같이, 관찰 노드(S)가 센서패드(410)와 연결된 지점, 즉, 외부 지점에 존재하기 때문에 완벽한 노이즈의 차단은 불가능하다는 측면 역시 존재한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 검출 장치를 예시하는 회로도이다.
도 8을 참조하면, 제2 스위치 제어 회로(800)의 비교기(810)가 관찰하는 노드의 위치가 다르다는 것 외에는 도 6을 참조하여 설명한 회로도와 동일함을 알 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제2 스위치 제어 회로(800)의 비교기(810)는 구동 정전용량(Cdrv) 일단(N32)과 연산 증폭기(OP-amp)의 제1 입력단이 연결된 노드(S)의 전위를 관찰한다. 연산 증폭기(OP-amp)의 제2 입력단에는 기준전압(Vref)이 입력되며, 연산 증폭기(OP-amp)의 출력단은 구동 정전용량(Cdrv)의 타단(N33)과 연결되는 것은 도 6에서와 같다.
도 8에서는 도 5의 회로도를 기반으로 하여 제2 스위치 제어 회로(800)가 추가된 형태를 예시하였으나, 도 4의 회로도에서도 동일하게 제2 스위치 제어 회로(800)가 추가될 수 있다. 즉, 도 4의 회로도에서도 구동 정전용량(Cdrv) 일단과 연산 증폭기(OP-amp)의 제1 입력단이 연결된 노드(S)의 전위를 관찰하여 제2 스위치(SW2)의 동작을 제어하는 제2 스위치 제어 회로(800)가 동일하게 추가될 수 있다.
도 9는 도 8에 도시된 터치 검출 장치의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.
도 8 및 도 9를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 검출 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제1 스위치(SW1)가 온 상태이고, 제2 스위치(SW2)가 오프 상태일 때(T1 구간)에는 센서패드(410)가 초기화된다. 전술한 바와 같이, 트랜지스터(Q)가 턴 온 되어 터치 정전용량(Ct) 및 기생 정전용량(Cp)이 충전 신호(Vb)에 의해 충전될 수도 있고, 충전 신호(Vb)가 존재하지 않는 경우 센서패드(410) 및 이와 연결된 정전용량(Ct, Cp)에 존재하는 모든 전하가 방전될 수도 있다. 연산 증폭기(OP-amp)의 제1 입력단과 연결된 관찰 노드의 전위(Vsens)는 상기 연산 증폭기(OP-amp)의 제2 입력단에 기준전압(Vref)이 입력되기 때문에 제1 스위치(SW1)가 온 상태로 유지되는 동안 기준전압(Vref)과 동일한 전위로 유지된다.
제1 스위치(SW1)가 오프 상태로 바뀌고, 제2 스위치(SW2)가 오프 상태에서 온 상태로 바뀌면(T2 구간), 제2 스위치(SW2) 양단에는 상대적으로 큰 전위차가 발생하게 된다. 연산 증폭기(OP-amp)가 실제로는 무한대의 이득을 가지고 있지 않기 때문에, 터치 검출 장치가 기준전압(Vref)으로 정상 상태(Steady State)에 도달해 있지 않은 경우에는 관찰 노드의 전위(Vsens)가 순간적으로 떨어졌다가 다시 회복될 수 있다. 따라서, 제2 스위치(SW2)의 개폐가 반복될 때 관찰 노드의 전위(Vsens)가 순간적으로 변동된다면, 터치 검출 장치가 기준전압(Vref)의 정상 상태에 도달하지 않았음을 알 수 있다.
비교기(810)의 제1 입력단에는 임계전압(Vdc)이 입력되고, 제2 입력단은 관찰 노드(S)와 연결된다. 비교기(810)는 임계전압(Vdc)과 관찰 노드 전위(Vsens)를 비교하는데 임계전압(Vdc)은 기준전압(Vref) 또는 그보다 작은 전압으로 설정될 수 있다. 도 9에서는 임계전압(Vdc)이 기준전압(Vref)과 동일한 경우를 예시하였다.
비교기(810)는 임계전압(Vdc)과 관찰 노드 전위(Vsens)가 임계치 이상의 차이가 나는 경우에는 제1 신호를 출력하고, 제2 스위치 제어부(820)는 이 신호를 전달받아 제2 스위치(SW2)가 개폐를 반복하도록 제어한다(T3 구간). 제2 스위치(SW2)가 개폐를 반복하면 터치 검출 장치는 기준전압(Vref)의 정상 상태에 도달하게 된다. 이 상태에서는 제2 스위치(SW2)의 개폐를 반복하더라도 비교기(810)에 입력되는 임계전압(Vdc)과 관찰 노드 전위(Vsens) 간 차이가 임계치 미만으로 떨어지게 된다. 비교기(810)는 임계전압(Vdc)과 관찰 노드 전위(Vsens) 간 차이가 임계치 미만일 때 제2 신호를 출력하고, 제2 스위치 제어부(820)는 이 신호를 전달받아 제2 스위치(SW)로 하여금 개폐 반복 동작을 중지하고 오프 상태로 유지될 수 있도록 한다(T4 구간).
도 9를 참조하면, 제2 스위치(SW2)가 처음으로 온 상태로 지속되는 구간(T2 구간)이 상대적으로 길다는 것을 알 수 있는데, 이는 최초 시점에서 터치 검출 장치가 어느 정도는 충전될 수 있도록 하기 위함이다. 그러나, 반드시 그 충전 시간을 둘 필요는 없다.
도 8 및 도 9를 참조하여 설명한 실시예에 따르면, 비교기(810)의 관찰 노드(S)가 외부와 연결되어 있지 않기 때문에 노이즈에 대한 영향을 더욱 줄일 수 있게 된다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
600, 800: 제2 스위치 제어 회로
610, 810: 비교기
620, 820: 제2 스위치 제어부

Claims (15)

  1. 초기화 과정 후 기준전압에 응답하여 터치 상태에 따른 센싱 신호를 출력하는 센서패드;
    상기 센서패드와 연결된 제1 입력단 및 상기 기준전압을 수신하는 제2 입력단을 가지며, 상기 센싱 신호에 응답하여 서로 다른 신호를 출력하는 연산 증폭기;
    상기 연산 증폭기의 제1 입력단과 출력단 사이에 연결된 구동 정전용량 양단의 전위를 제어하는 제1 스위치;
    상기 제1 스위치와 교번하여 온-오프되며 상기 센서패드와 상기 연산 증폭기의 제1 입력단 간의 연결을 스위칭하는 제2 스위치; 및
    상기 센싱 신호를 기초로 상기 제2 스위치의 온/오프를 제어하는 제2 스위치 제어 회로를 포함하는, 터치 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 스위치 제어 회로는 상기 센서패드와 상기 제2 스위치가 연결된 제1 노드 또는 상기 연산 증폭기의 제1 입력단과 상기 구동 정전용량이 연결된 제2 노드의 전위를 기초로 상기 제2 스위치의 온/오프를 제어하는, 터치 검출 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 스위치 제어 회로는,
    임계전압과 상기 센싱 신호를 비교하여, 상기 센싱 신호가 제1 전위 이상인 경우 제1 신호를 출력하고 상기 센싱 신호가 제2 전위 미만인 경우 제2 신호를 출력하는 비교기; 및
    상기 제1 신호에 응답하여 상기 제2 스위치를 오프하고, 상기 제2 신호에 응답하여 상기 제2 스위치를 온 되도록 제어하는 제2 스위치 제어부를 포함하는, 터치 검출 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 전위는 상기 기준전압 이하의 전위이며, 상기 제2 전위는 상기 제1 전위보다 낮은 전위인, 터치 검출 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 스위치 제어 회로는,
    임계전압과 상기 센싱 신호를 비교하여, 상기 센싱 신호의 전위 변동폭이 임계치 이상인 경우 제1 신호를 출력하고 상기 센싱 신호의 전위 변동폭이 임계치 미만인 경우 제2 신호를 출력하는 비교기; 및
    상기 제1 신호에 응답하여 상기 제2 스위치의 개폐가 반복되도록 제어하고, 상기 제2 신호에 응답하여 상기 제2 스위치가 오프 상태로 유지되도록 제어하는 제2 스위치 제어부를 포함하는, 터치 검출 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 임계전압은 상기 기준전압 이하인, 터치 검출 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기준전압에 따른 상기 연산 증폭기 출력단에서의 전압 변동분을 기초로 터치 여부를 검출하는 레벨 시프트 검출부를 더 포함하는, 터치 검출 장치.
  8. 센서패드 및 상기 센서패드와의 연결이 스위칭되는 구동 정전용량을 초기화시키는 단계;
    연산 증폭기의 제1 입력단과 연결된 상기 센서패드를 상기 구동 정전용량과 연결시키는 단계; 및
    상기 연산 증폭기의 제2 입력단에 인가되는 기준전압에 응답하여 상기 센서패드에서 출력되는 센싱 신호를 기초로 상기 센서패드와 상기 구동 정전용량 간 연결을 스위칭 제어하는 단계를 포함하는, 터치 검출 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 스위칭 제어 단계는, 상기 센서패드의 출력단 전위 또는 상기 제1 입력단의 전위를 기초로 상기 센서패드와 상기 구동 정전용량 간 연결을 스위칭 제어하는 단계를 포함하는, 터치 검출 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 스위칭 제어 단계는,
    임계전압과 상기 센싱 신호를 비교하여, 상기 센싱 신호가 제1 전위 이상인 경우 또는 상기 센싱 신호가 제2 전위 미만인 경우 각각 상기 센서패드와 상기 구동 정전용량을 차단 및 연결시키는 단계를 포함하는, 터치 검출 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 전위는 상기 기준전압의 전위 이하의 전위이며, 상기 제2 전위는 상기 제1 전위보다 낮은 전위인, 터치 검출 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 스위칭 제어 단계는,
    임계전압과 상기 센싱 신호를 비교하여, 상기 센싱 신호의 전위 변동폭이 임계치 이상인 경우에는 상기 센서패드와 상기 구동 정전용량 간의 연결 및 차단을 반복하고, 상기 센싱 신호의 전위 변동폭이 상기 임계치 미만인 경우에는 상기 센서패드와 상기 구동 정전용량 간의 차단을 유지하는 단계를 포함하는, 터치 검출 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 임계전압은 상기 기준전압 이하인, 터치 검출 방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 기준전압에 따른 상기 연산 증폭기 출력단에서의 전압 변동분을 기초로 터치 여부를 검출하는 단계를 더 포함하는, 터치 검출 방법.
  15. 터치 입력도구와의 관계에서 터치 정전용량을 형성하는 센서패드;
    상기 센서패드와 그라운드 단자 사이에 연결되어, 상기 센서패드를 초기화시키는 과정에만 온(ON) 상태인 제1 스위치;
    상기 터치 정전용량에 기초하여 상기 센서패드가 출력하는 센싱 신호가 입력되는 제1 입력단 및 기준전압이 인가되는 제2 입력단을 가지며, 터치 검출 신호를 출력하는 연산 증폭기;
    상기 연산 증폭기의 제1 입력단과 출력단 사이에 연결되는 구동 정전용량;
    상기 구동 정전용량 양단에 연결되어, 상기 센서패드가 충전되는 동안에만 온(ON) 상태인 제2 스위치;
    상기 센서패드와 상기 연산 증폭기의 제1 입력단 사이에 연결되어, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치와 교번하여 온-오프 되는 제3 스위치; 및
    상기 센싱 신호와 기설정된 임계전압을 비교하여 상기 제3 스위치의 온-오프를 제어하는 제3 스위치 제어부를 포함하는, 터치 검출 장치.
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