KR20170044155A - 간섭이 감소된, 정전용량 기반 터치 장치 및 방법 - Google Patents

간섭이 감소된, 정전용량 기반 터치 장치 및 방법 Download PDF

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KR20170044155A
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크레이그 에이 코르데이로
토마스 제이 레베스치
버나드 오 게아그한
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

터치 감응 장치는 적어도 하나의 수신 전극에 용량적으로 결합된 적어도 하나의 구동 전극 및 터치 감응 표면을 포함하는 터치 패널을 포함한다. 감지 회로가 구동 전극으로 전달되는 구동 신호에 응답하여 수신 전극에 대한 응답 신호를 생성한다. 측정 회로가 응답 신호에 시변 전달 함수를 적용한다. 전달 함수는 응답 신호에 비례적으로 그리고 그와 동기식으로 가변한다. 응답 신호에 시변 전달 함수를 매칭시키기 위해 교정 회로가 사용된다.

Description

간섭이 감소된, 정전용량 기반 터치 장치 및 방법{CAPACITIVE-BASED TOUCH APPARATUS AND METHOD WITH REDUCED INTERFERENCE}
본 발명은 일반적으로 터치 감응 디바이스(touch-sensitive device)에 관한 것으로, 특히 사용자의 손가락 또는 기타 터치 도구와 터치 디바이스 사이의 용량성 결합에 의존하고, 동시에 터치 디바이스의 상이한 부분에 가해지는 다수의 터치를 검출할 수 있는 그러한 디바이스에 대한 특정 응용을 갖는 터치 감응 디바이스에 관한 것이다.
터치 감응 디바이스는 예를 들어 전형적으로 사용자 친화적 상호작용 및 참여(engagement)를 위해 디스플레이 내의 시각 정보(visual)에 의해 촉구되는 디스플레이 입력을 제공함으로써 사용자가 전자 시스템 및 디스플레이와 편리하게 인터페이싱할 수 있게 하도록 구현될 수 있다. 몇몇 경우에, 디스플레이 입력은 기계식 버튼, 키패드 및 키보드와 같은 다른 입력 도구를 보완한다. 다른 경우에, 디스플레이 입력은 기계식 버튼, 키패드, 키보드 및 포인팅 디바이스에 대한 필요성을 감소시키거나 제거하기 위한 독립적인 도구로서의 역할을 한다. 예를 들어, 사용자는 아이콘에 의해 식별되는 위치에서 온-디스플레이 터치 스크린(on-display touch screen)을 간단히 터치함으로써 또는 디스플레이된 아이콘을 다른 사용자 입력과 함께 터치함으로써 복잡한 일련의 명령을 수행할 수 있다.
예를 들어, 저항성, 적외선, 용량성, 표면 탄성파, 전자기, 근접장 이미징 등을 포함한 터치 감응 디바이스를 구현하기 위한 여러 가지 유형의 기술들, 및 이러한 기술들의 조합이 있다. 용량성 터치 감지 디바이스를 사용하는 터치 감응 디바이스는 다수의 응용에서 잘 동작하는 것으로 확인되었다. 많은 터치 감응 디바이스에서, 센서 내의 전도성 물체가 사용자의 손가락과 같은 전도성 터치 도구와 용량적으로 결합될 때 입력이 감지된다. 일반적으로, 2개의 전기 전도성 부재가 실제로 터치하는 일 없이 서로 근접하게 될 때마다, 이들 사이에 정전용량이 형성된다. 용량성 터치 감응 디바이스의 경우에, 손가락과 같은 물체가 터치 감지 표면에 접근함에 따라, 물체와 물체에 매우 근접해 있는 감지 지점들 사이에 작은 정전용량이 형성된다. 감지 지점들 각각에서 정전용량의 변화를 검출하고 감지 지점들의 위치를 인지함으로써, 감지 회로는 다수의 물체를 인식할 수 있고 물체가 터치 표면을 가로질러 이동됨에 따라 물체의 특성을 판정할 수 있다.
그러한 용량 변화에 기초하여 터치를 측정하기 위해 상이한 기법이 이용되었다. 하나의 기법은 접지에 대한 정전용량(capacitance-to-ground)의 변화를 측정하며, 이에 의해 전극에 인가되는 신호의 용량 조건에 기초하여 - 터치가 그 신호를 변경하기 전에 - 전극의 상태가 이해된다. 전극에 근접한 터치는 신호 전류가 전극으로부터, 손가락 또는 터치 스타일러스와 같은 물체를 통해, 전기 접지로 흐르게 한다. 전극에서 그리고 또한 터치 스크린 상의 다양한 다른 지점에서 정전용량의 변화를 검출함으로써, 감지 회로가 그 지점의 위치를 인지하고 이에 의해 터치가 일어난 스크린 상의 위치를 인식할 수 있다. 또한, 감지 회로 및 관련 처리의 복잡성에 따라, 터치가 다수의 터치들 중 하나인지 여부, 그리고 터치가 이동하고 있고/있거나 소정 유형의 사용자 입력에 대해 예상된 특성을 충족시키는지 여부를 판정하는 것과 같은 다른 목적을 위해 터치의 다양한 특성들이 평가될 수 있다.
다른 알려진 기법은 전기장에 의해 신호-수신 전극에 용량적으로 결합된 신호 구동 전극에 신호를 인가함으로써 터치-관련 용량 변화를 모니터링한다. 이들 용어가 암시하는 바와 같이, 신호-수신 전극이 신호 구동 전극으로부터의 예상된 신호를 반환함으로써, 2개의 전극들 사이의 예상된 신호(용량성 전하) 결합이 2개의 전극들과 연관된 위치의 터치-관련 상태를 나타내는 데 이용될 수 있다. 그 위치에서의/그 위치 부근에서의 실제의 또는 인지된 터치 시에 또는 그것에 응답하여, 신호 결합의 상태가 변화하고, 이러한 변화는 용량성 결합의 감소에 의해 반영된다.
이들 및 다른 관련된 용량성 터치 감지 기법들에 대해, 전극들 사이의 상호 정전용량을 측정하기 위해 다양한 방법들이 이용되었다. 응용들에 따라, 이러한 방법들은 상이한 유형 및 속도의 신호들을 특정할 수 있는데, 이를 통하여 신호 구동 전극은 예상된 신호들을 신호 구동 전극에 제공할 것이고, 이로부터 용량성 전하의 변화가 감지된다. 고속 전자 기기의 성장 추세와 함께, 많은 그러한 응용들은 신호 구동 전극들을 구동하기 위해 상대적으로 더 높은 주파수의 신호들이 이용될 것을 요구하고 있다. 유감스럽게도, 고속 전자 기기와 그로부터 생성된 그러한 신호들 양측 모두의 결과로 RF(radio-frequency) 간섭이 발생할 수 있다. 이러한 RF 간섭은, 연관된 터치 디스플레이에 대한 감지 회로들 및 관련된 처리의 유효성을 저하시킬 수 있고, 일부 응용에서는 약화시킬 수 있다. 역효과에는 검출 속도, 정확도 및 전력 소비가 포함될 수 있다.
상기 문제들은 터치들을 찾아내고 평가하기 위한 터치 감응 디스플레이들 및 관련된 방법들의 효과적인 설계에 어려움을 주었던 문제들의 예들이다.
본 발명의 태양들은, 상기 및 본 명세서의 어딘가 다른 곳에서 논의된 바와 같이 터치 디스플레이들의 유형에 대해 터치들을 찾아내고 평가하기 위한 터치 감응 디스플레이들 및 관련된 방법들의 효과적인 설계들에 관련되는 상기 언급된 과제들 및 다른 과제들을 극복하는 것에 관한 것이다. 본 발명은 다수의 구현예들 및 응용들에서 예시되는데, 그 중 일부가 아래에 요약되어 있다.
일부 실시 형태들은 수신 전극에 용량적으로 결합된 적어도 하나의 구동 전극을 포함하는 터치 감응 장치에 관한 것이다. 감지 회로가 구동 전극으로 전달되는 구동 신호에 응답하여 수신 전극에 대한 응답 신호를 생성하도록 구성된다. 응답 신호는 음 진행 천이 부분(negative-going transition portion)으로부터 분리된 양 진행 천이 부분(positive-going transition portion)을 포함한다. 증폭 회로가, 응답 신호의 양 진행 천이 부분 및 음 진행 천이 부분과 실질적으로 정렬된 증가된 이득 및 응답 신호의 양 진행 천이 부분과 음 진행 천이 부분 사이의 감소된 이득을 갖는 시변 이득(time-varying gain)을 갖는다.
일부 실시 형태들은, 응답 신호의 양 진행 천이 부분 및 음 진행 천이 부분과 실질적으로 정렬된 보다 작은 값들 및 응답 신호의 양 진행 천이 부분과 음 진행 천이 부분 사이의 보다 큰 값들을 갖는 시변 시상수(time-varying time constant)를 포함하는 증폭 회로를 수반한다.
추가 실시 형태들은 수신 전극에 용량적으로 결합된 구동 전극을 포함하는 터치 감응 장치에 관한 것이다. 감지 회로가 구동 전극으로 전달되는 구동 신호에 응답하여 수신 전극에 대한 응답 신호를 생성하도록 구성되고, 응답 신호는 구동 신호의 고조파를 포함한다. 시변 이득을 포함하는 증폭 회로가 고조파에 대응하는 주파수 범위에서 감소된 이득을 갖는다.
일부 실시 형태들에서, 수신 전극에 용량적으로 결합된 구동 전극을 포함하는 터치 감응 장치는 수신 전극에 결합된 감지 회로를 포함한다. 감지 회로는, 수신 전극에 결합되고 구동 전극으로 전달되는 구동 신호에 응답하여 수신 전극에 대한 응답 신호를 생성하도록 구성된 제1 스테이지를 포함한다. 응답 신호는 구동 신호의 미분된 표현이고, 구동 신호의 적어도 하나의 홀수 고조파 및 적어도 하나의 짝수 고조파를 포함한다. 감지 회로의 제2 스테이지가 제1 스테이지의 출력에 결합되고, 응답 신호에서의 적어도 하나의 홀수 고조파를 억제하도록 구성된다. 감지 회로의 제3 스테이지가 제2 스테이지의 출력에 용량적으로 결합되고, 제2 스테이지의 출력을 증폭시킨다. 제3 상태는 응답 신호에서의 적어도 하나의 짝수 고조파를 억제한다.
일부 실시 형태들은 수신 전극에 용량적으로 결합된 구동 전극을 포함하는 터치 감응 장치를 포함한다. 감지 회로가 구동 전극으로 전달되는 구동 신호에 응답하여 수신 전극에 대한 응답 신호를 생성하고, 응답 신호는 음 진행 천이 부분으로부터 분리된 양 진행 천이 부분을 포함한다. 증폭기가 비선형 이득을 갖고서 응답 신호를 증폭하도록 구성된다. 적분기가 응답 신호의 양 진행 천이 부분으로부터 응답 신호의 음 진행 천이 부분을 감산한다.
일부 실시 형태들에서, 터치 감응 장치는 적어도 하나의 수신 전극에 용량적으로 결합된 적어도 하나의 구동 전극 및 터치 감응 표면을 포함하는 터치 패널을 포함한다. 감지 회로가 구동 전극으로 전달되는 구동 신호에 응답하여 수신 전극에 대한 응답 신호를 생성한다. 측정 회로가 응답 신호에 시변 전달 함수를 적용한다. 전달 함수는 응답 신호에 비례적으로 그리고 그와 동기식으로 가변한다. 일부 실시 형태들은 응답 신호에 시변 전달 함수를 매칭시키는 교정 회로를 추가로 포함한다.
일부 실시 형태들은 터치 감응 장치를 동작시키는 방법에 관한 것이다. 방법은 수신 전극에 용량적으로 결합된 구동 전극으로 전달되는 구동 신호에 응답하여 수신 전극 상의 응답 신호를 감지하는 단계를 수반한다. 응답 신호에 시변 전달 함수가 적용되는데, 전달 함수는 응답 신호에 비례적으로 그리고 그와 동기식으로 가변한다. 응답 신호에 전달 함수를 적용한 결과를 이용하여 터치 감응 표면 상의 터치가 검출된다.
일부 실시 형태들은 적어도 하나의 수신 전극에 용량적으로 결합된 적어도 하나의 구동 전극을 포함하는 터치 감응 패널을 포함하는 터치 장치를 사용하는 방법을 수반한다. 방법은 구동 전극으로 전달되는 구동 신호에 응답하여 수신 전극에 대한 응답 신호의 형상을 결정하는 단계를 포함한다. 응답 신호에 비례적으로 그리고 그와 동기식으로 가변하는 시변 전달 함수가 형성된다. 시변 전달 함수는 터치 패널 상의 터치에 관한 정보를 포함하는 응답 신호에 적용된다.
일부 실시 형태들은 복수의 수신 전극들에 용량적으로 결합된 복수의 구동 전극들을 포함하는 터치 감응 패널을 교정하는 방법에 관한 것이다. 각각의 수신 전극에 대해, 구동 전극으로 전달되는 구동 신호에 응답하여 수신 전극에 대한 응답 신호의 형상이 결정되고, 응답 신호에 비례적으로 그리고 그와 동기식으로 가변하는 시변 전달 함수가 형성된다.
이러한 실시 형태들 및 다른 실시 형태들의 방법들 및 추가 태양들이 아래에 더욱 상세하게 논의된다.
상기의 발명의 내용은 본 발명의 각각의 예시된 실시 형태 또는 모든 구현예를 설명하고자 하는 것은 아니다.
본 발명은 본 발명의 다양한 실시 형태들의 하기 상세한 설명을 첨부 도면과 관련하여 고려하면 더 완전히 이해될 수 있는데, 본 발명에 따르면:
도 1a는 터치 디바이스의 개략도이다.
도 1b는 다른 터치 디바이스의 개략도이다.
도 2a는 또 다른 터치 디바이스의 개략도로서, 응답 신호들이 측정 모듈(또는 회로)에 대한 병렬 신호 경로들을 따라 처리되는 특정 실시 형태들을 위해 구성된 회로 모듈들을 도시한다.
도 2b는 도 2a의 터치 디바이스의 일부분의 개략도로서, 병렬 신호 경로들 중 하나를 따라 응답 신호들을 처리하기 위한 회로들을 수반하는 특정 실시 형태들을 위한 예시적인 모듈들을 도시한다.
도 3a는 도 2b에 도시된 회로의 일부분의 개략도이다.
도 3b는 도 2b 및 도 3a에 도시된 회로부에 의한 신호들의 처리를 나타내는 타이밍도이다.
도 3c는 도 2b 및 도 3a에 도시된 회로부 및 신호들의 처리를 나타내는 다른 타이밍도이다.
도 4는 가변 시상수에 관하여 도 3a에서의 증폭 회로부의 이득을 나타내는 시간 기반 그래프이다.
도 5는 주파수에 관하여 그리고 상기 언급된 가변 시간 파라미터의 함수로서 도 3a에서의 증폭 회로부의 이득을 나타내는 다른 시간 기반 그래프이다.
도 6a 내지 도 6g는 도 2b 및 도 3a의 적분의 마지막 스테이지의 신호 타이밍을 나타내는 다른 시간 기반 다이어그램의 일부들을 형성한다.
도 7은 터치 패널의 2개의 전극들 사이의 상호 정전용량(Cm)을 측정하도록 구성된 예시적인 터치 감응 장치의 단순화된 개략도를 도시한다.
도 8은 일부 실시 형태들에 따른, 신호들 및 전달 함수들 대 시간의 예시적인 세트를 포함하는 그래프를 도시한다.
도 9는 일부 실시 형태들에 따른 측정 회로의 일 실시 형태를 도시한다.
도 10 및 도 11은 응답 신호의 단일 사이클, 및 응답 신호를 동기식으로 복조하는 데 사용될 수 있는 4개의 대안적인 fD(t) 복조 전달 함수들을 도시한다.
도 12a, 도 12b 및 도 12c는 4개의 예시적인 복조 전달 함수들에 대한 잡음/신호 % 대 잡음 파장의 그래프들을 제공한다.
도 13은 전극들의 매트릭스를 포함하는 정전용량 터치 디지타이저 시스템을 도시한다.
도 14는 구동 신호(VD) 및 응답 신호의 하나의 사이클을 포함하는 예시적인 그래프들을 도시한다.
도 15a는 1 μsec의 지수 감쇠 시상수를 갖는 응답 신호의 단일 사이클, 및 신호를 동기식으로 복조하는 데 사용될 수 있는 4개의 대안적인 fD(t) 전달 함수들을 도시한다.
도 15b는 도 15a의 4개의 대안적인 전달 함수들의 각각에 대해 11 μsec의 신호 파장을 중심으로, 잡음 파장들의 범위에 걸친 잡음의 벡터 크기를 도시한다.
도 15c는 신호를 동기식으로 복조하는 데 사용될 수 있는 4개의 대안적인 fD(t) 전달 함수들과 관련하여 시간에 있어서 지연되는 1 μsec의 지수 감쇠 시상수를 갖는 응답 신호의 단일 사이클을 도시한다.
도 15d는 도 15c의 4개의 대안적인 전달 함수들의 각각에 대해 11 μsec의 신호 파장을 중심으로, 잡음 파장들의 범위에 걸친 잡음의 벡터 크기를 도시한다.
도 16a는 응답 신호에 적용되는 추가적인 복조 전달 함수들을 도시한다.
도 16b는 도 16a의 전달 함수들의 각각에 대해 11 μsec의 신호 파장을 중심으로, 잡음 파장들의 범위에 걸친 잡음/신호의 크기를 도시한다.
도 16c는 도 16a에서와 동일한 복조 함수들을 도시하지만, 복조 함수들이 응답 신호에 대해 위상에 있어서 하나의 기간만큼 전진되어 있다.
도 16d는 도 16c의 전달 함수들의 각각에 대해 11 μsec의 신호 파장을 중심으로, 잡음 파장들의 범위에 걸친 잡음/신호의 크기를 도시한다.
도 17a 및 도 17b는 다양한 실시 형태들에 따른 터치 장치에 대한 교정 프로세스들을 예시하는 흐름도들이다.
도 18a는 구형파 신호(VD)의 제3 고조파에 매칭되는 여러 복조 전달 함수들을 도시한다.
도 18b는 0.3 μsec 내지 22 μsec의 파장들을 갖는 사인파들에 도 18a의 복조 전달 함수들을 적용함으로써 생성되는 복조된 적분된 출력을 도시한다.
도 19는 잡음 측정의 여러 예들을 도시한다.
도면은 반드시 축척대로 그려진 것은 아니다. 도면에 사용된 유사한 도면 부호는 유사한 구성요소를 지칭한다. 그러나, 주어진 도면에서 구성요소를 지칭하기 위한 도면 부호의 사용은 동일한 도면 부호로 표기된 다른 도면의 그 구성요소를 제한하도록 의도되지 않는다는 것이 이해될 것이다.
본 발명의 태양들은, 터치 디스플레이 디바이스에서 터치 이벤트가 발생할 수 있는 곳을 나타내는 데 사용되는 응답 신호들 상에 RF 간섭을 생성하기 쉬운 회로부를 수반하는 것들을 비롯한 각종 상이한 유형의 터치 감응 디스플레이 시스템들, 디바이스들 및 방법들에 적용가능하다고 여겨진다. 본 발명이 그러한 회로부 및 응용들에만 반드시 제한되는 것은 아니지만, 본 발명의 다양한 태양들이 이러한 맥락을 이용한 다양한 예들의 논의를 통해 이해될 것이다.
소정의 예시적인 실시 형태들에 따르면, 본 발명은 정전용량 변경 터치에 응답하여 결합 정전용량의 변화를 용이하게 하도록 구성된 터치 표면 회로를 포함하는 유형의 터치 감응 장치들에 관한 것이다. 장치는 수신 전극에 용량적으로 결합된 적어도 하나의 구동 전극을 포함한다. 감지 회로가 구동 전극으로 전달되는 구동 신호에 응답하여 수신 전극에 대한 응답 신호를 생성한다. 응답 신호는 음 진행 천이 부분으로부터 분리된 양 진행 천이 부분을 포함한다. 이어서 시변 입력 파라미터들에 응답하여, 신호들을 증폭시키고 처리하기 위해 증폭 회로가 사용된다. 증폭 회로는, 응답 신호의 양 진행 천이 부분 및 음 진행 천이 부분과 실질적으로 정렬된 최대 이득 및 양 진행 천이 부분과 음 진행 천이 부분 사이의 감소된 이득을 갖는 시변 이득을 갖는다. 증폭 회로는 과도 부분들 사이의 응답 신호들의 부분들에 대한 이득에 관하여 과도 부분들에 대한 이득을 조절한다. 증폭 회로는 홀수 고조파 및/또는 짝수 고조파의 형태와 같은 무선 주파수(RF) 간섭을 억제하여, 터치 표면 상의 정전용량 변경 터치들의 위치들을 결정하기 위한 잡음 필터링된 출력을 제공한다. 예를 들어, 일부 태양들에 따르면, 증폭 회로는 시변 시상수를 갖는다. 시상수의 감소된 또는 최소 값들은 응답 신호의 양 진행 천이 부분 및 음 진행 천이 부분과 실질적으로 정렬되고, 시상수의 증가된 값들은 양 진행 천이 부분과 음 진행 천이 부분 사이의 응답 신호의 부분들과 실질적으로 정렬된다.
도 1a는 상기 언급된 유형의 터치 디바이스의 특정 예를 예시하는데, 이 터치 디바이스는, 또한 본 발명에 따라, 터치 표면 회로(12), 감지 회로(24), 및 디지털 변환 회로부(30)를 포함한다. 터치 표면 회로(12), 감지 회로(24), 및 디지털 변환 회로부(30)는, 전술된 실시 형태와 마찬가지로, RF 간섭을 억제하고 그에 의해 터치 표면 상의 정전용량 변경 터치들의 위치들을 결정하기 위한 잡음 필터링된 출력을 제공하도록 협력적으로 설계된다. 많은 응용들에 대해, 터치 디바이스의 일부로서 구동 회로부(8) 및 데이터 처리 로직(예컨대, 마이크로컴퓨터 회로)(10)이 포함된다. 터치 디바이스의 외부 또는 내부에 있을 수 있는 구동 회로부(8)는, 용량성 노드에서 정전용량 변경 터치 이벤트들이 감지될 수 있는 기준을 제공하기 위해 이용될 수 있고 나중에 데이터 처리 로직(10)에 의해 처리될 수 있는 바이어스 구동 신호를 터치 표면 회로(12) 내의 구동 전극(16)에 제공하도록 구성된다. 많은 응용들에 대해, 구동 회로부(8)는 단독으로 그리고/또는 다른 고주파 결합 회로부와 함께 고주파 신호들을 생성하는데, 이로부터 RF 잡음 간섭의 우려가 있다. RF 잡음 간섭은 구동 회로부(8)에 의해 생성된 구동 신호로부터 직접 전개된 고조파 주파수들의 형태로 존재할 수 있다. 이러한 구동 회로부(8)는 종종 다른 회로들을 구동하고/하거나 아날로그-디지털 변환 회로들에 수반된 신호 샘플링 회로들 및 상기 언급된 마이크로컴퓨터에서 사용되는 것과 같은 다른 고주파 신호들을 생성하기 위해 사용된다. 터치 패널(12)은 디스플레이 전자 기기 및 다른 외부 RF 잡음 발생기들에 관련되는 RF 잡음원들에 민감할 수 있다.
상기 논의에 따라, 이러한 RF 잡음 간섭은 응답 신호를 통해 결합 정전용량의 변화를 처리함으로써, 완전히 제거되지는 않을지라도, 줄어드는데, 응답 신호는 감지 회로(24)를 이용하여 수신 전극들(18a 및 18b)(도 1a)을 통해 반환된다. 감지 회로(24)는 상위 신호 레벨을 향한 양 진행 천이들과 하위 신호 레벨을 향한 음 진행 천이들을 특성화하기 위한 과도 부분들을 가진, 응답 신호라고 지칭되는, 응답 신호를 제공한다(아래에서, 예를 들어, 도 3b 및 도 6b와 함께 논의되는 바와 같음).
이어서, 감지 회로(24) 내에서, 이득 및 필터링 회로부가 이러한 과도 부분들을 추정하는 시변 입력 파라미터들에 응답하여, 신호들을 증폭시키고 처리하기 위해 사용된다. 감지 회로(24)는 그에 의해 과도 부분들 사이의 응답 신호들의 부분들에 대한 이득에 관하여 과도 부분들에 대한 이득을 조절하고, 그에 의해 RF 간섭을 억제한다. 이러한 과도 부분들이 응답 신호를 나타내기 위해 어떻게 생성되는지를 이해하기 위해, 도 1b가 터치 패널의 구동 전극 및 수신 전극과 관련하여 전개되는 정전용량 변경 신호들의 전개에 관한 보다 세부적인 사항들과 함께 아래에 제시된다.
따라서, 관련 제어기 회로부와 함께 터치 디바이스를 사용하여, 감지 회로 및 증폭 회로는 터치 패널의 연관된 위치들 또는 노드들에서의 정전용량의 변화들을 검출하기 위해, 터치 패널의 수신 전극들로부터 반환 경로들을 통해 전개되는 바와 같이, 응답 신호들을 처리하기 위해 이용될 수 있다. 그러한 터치 패널이, 예컨대 하나 이상의 구동 전극들에 관하여 복수의 수신 전극들의 조직된 배열을 통하여 구동 전극(들) 및 수신 전극(들)에 대한 응용 특정 레이아웃을 가질 수 있고, 구동 전극들이 복수의 수신 전극들과 함께 매트릭스를 제공하도록 배열될 수 있으며, 이 경우 응용은 매트릭스의 전극 교차 지점들에서 많은 특정한 터치 패널 노드들의 제공을 요구할 것이라는 것을 이해할 것이다. 또 다른 응용의 예로서, 구동 전극은 하나 이상의 수신 전극들에 관하여 ITO 또는 나노-메시(nano-mesh)의 형태로 제공될 수 있고, 수신 전극들의 각각은 위치 및/또는 신호 특성(예컨대, 진폭, 형상, 변조 유형, 및/또는 위상)에 기초하여 미분 가능한 응답 신호를 제공할 것이다.
도 1b에, 예시적인 터치 디바이스(110)가 도시되어 있다. 디바이스(110)는 전자 회로부에 연결된 터치 패널(112)을 포함하며, 이 전자 회로부는 간략함을 위해 114로 표기된 하나의 도식적인 상자 내에 함께 그룹화되고 아날로그 신호 인터페이스 회로부, 마이크로컴퓨터, 프로세서 및/또는 프로그램 가능 로직 어레이를 포함하는 것과 같은 (제어) 로직 회로부로서 구현되는 제어기로 집합적으로 지칭된다. 따라서, 제어기(114)는 바이어스 회로부와 터치 표면 회로부(8'/12')(도 1a의 터치 패널(112)에 관하여), 및 감지 회로(24')(도 1a의 감지 회로(24)에 관하여) 및 프로세서 로직 유닛(30')(도 1a의 디지털 변환 회로부(30)에 관하여)의 포괄하는 태양들로서 도시되어 있다.
터치 패널(112)은 열 전극(column electrode)(116a 내지 116e) 및 행 전극(row electrode)(118a 내지 118e)의 5×5 매트릭스를 갖는 것으로 도시되지만, 다른 수의 전극들 및 다른 매트릭스 크기들이 또한 사용될 수 있다. 많은 응용들에 대해, 터치 패널(112)은 사용자가 터치 패널을 통하여 물체를 보도록 허용하기 위해 투명하거나 반투명한 것으로 예시된다. 그러한 응용들은 예를 들어 컴퓨터, 핸드-헬드(hand-held) 디바이스, 이동 전화, 또는 다른 주변 디바이스의 픽셀화된 디스플레이를 위한 물체들을 포함한다. 경계(120)는 터치 패널(112)의 가시 영역(viewing area)을 나타내고 또한 바람직하게는, 사용되는 경우, 그러한 디스플레이의 가시 영역을 나타낸다. 전극들(116a 내지 116e, 118a 내지 118e)은 평면도 관점에서, 경계(120)에 걸쳐 공간적으로 분포된다. 예시의 용이함을 위해, 전극이 넓고 눈에 띄도록 도시되어 있지만, 실제로는 전극들은 비교적 좁고 사용자 눈에 띄지 않을 수 있다. 또한, 전극들은 가변 폭을 갖도록, 예컨대, 전극간 프린지 필드(inter-electrode fringe field)를 증가시키고 그에 의해 전극 대 전극 용량성 결합(electrode-to-electrode capacitive coupling) 시에 터치의 효과를 증가시키기 위해 매트릭스의 노드들의 근방에서 다이아몬드 형상 또는 다른 형상의 패드 형태로 증가된 폭을 갖도록 설계될 수 있다. 예시적인 실시 형태들에서, 전극은 인듐 주석 산화물(ITO) 또는 다른 적합한 전기 전도성 재료들로 구성될 수 있다. 깊이 관점에서, 열 전극들과 행 전극들 사이에 유의한 옴 접촉(ohmic contact)이 이루어지지 않도록, 그리고 주어진 열 전극과 주어진 행 전극 사이의 유일한 유의한 전기적 결합이 용량성 결합이도록, 열 전극들은 행 전극들과 상이한 평면에 놓여 있을 수 있다(도 1b의 관점에서, 열 전극들(116a 내지 116e)은 행 전극들(118a 내지 118e)의 아래에 놓여 있다). 전극들의 매트릭스는 전형적으로 커버 유리, 플라스틱 필름 등의 아래에 놓여 있어서, 전극들이 사용자의 손가락 또는 다른 터치 관련 도구와의 직접적인 물리적 접촉으로부터 보호된다. 이러한 커버 유리, 필름 등의 노출된 표면은 터치 표면이라고 지칭될 수 있다. 또한, 디스플레이 유형 응용에서, (선택 사항으로서의) 백 실드(back shield)가 디스플레이와 터치 패널(112) 사이에 배치될 수 있다. 그러한 백 실드는 전형적으로 유리 또는 필름 상의 전도성 ITO 코팅으로 이루어지고, 외부의 전기적 간섭원으로부터 터치 패널(112) 내로의 신호 결합을 감소시키는 파형으로 구동되거나 접지될 수 있다. 백 실딩(back shielding)에 대한 다른 접근법들이 당업계에 공지되어 있다. 일반적으로, 백 실드는 터치 패널(112)에 의해 감지되는 잡음을 감소시키며, 이는 일부 실시 형태들에서 개선된 터치 감도(예컨대, 보다 약한 터치를 감지하는 능력) 및 보다 빠른 응답 시간을 제공할 수 있다. 백 실드들은 때때로 터치 패널(112)과 디스플레이를 이격시키는 것을 비롯한, 다른 잡음 감소 접근법들과 함께 사용되는데, 이는 예를 들어 LCD 디스플레이들로부터의 잡음 강도가 거리에 따라 급격히 감소하기 때문이다. 이들 기법들에 더하여, 잡음 문제들을 처리하는 다른 접근법들이 다양한 실시 형태들을 참조하여 이하에서 논의된다.
주어진 행 전극과 열 전극 사이의 용량성 결합은 주로 전극들이 서로 가장 가까운 영역에서의 전극들의 기하학적 구조의 함수이다. 그러한 영역들은 전극 매트릭스의 "노드들"에 대응하며, 이들의 일부가 도 1b에 표기되어 있다. 예를 들어, 열 전극(116a)과 행 전극(118d) 사이의 용량성 결합은 주로 노드(122)에서 일어나고, 열 전극(116b)과 행 전극(118e) 사이의 용량성 결합은 주로 노드(124)에서 일어난다. 도 1b의 5×5 매트릭스는 그러한 노드들을 가지며, 이들 중 어느 것이든 각자의 열 전극들(116a 내지 116e)을 제어기에 개별적으로 결합시키는 제어 라인들(126) 중 하나의 적절한 선택, 및 각자의 행 전극들(118a 내지 118e)을 제어기에 개별적으로 결합시키는 제어 라인들(128) 중 하나의 적절한 선택을 통해 제어기(114)에 의해 어드레싱될 수 있다.
터치 위치(131)에 도시된 바와 같이, 사용자의 손가락(130) 또는 다른 터치 도구가 디바이스(110)의 터치 표면과 접촉하거나 거의 접촉하게 될 때, 손가락은 전극 매트릭스에 용량적으로 결합된다. 손가락은 매트릭스로부터, 특히 터치 위치에 가장 가까이 놓여 있는 그 전극들로부터 전하를 끌어당기고, 그렇게 함에 따라 이는 가장 가까운 노드(들)에 대응하는 전극들 사이의 결합 정전용량을 변화시킨다. 예를 들어, 터치 위치(131)에서의 터치는 전극들(116c/118b)에 대응하는 노드에 가장 가까이 놓여 있다. 이하에서 추가로 기술하는 바와 같이, 결합 정전용량의 이러한 변화가 제어기(114)에 의해 검출되고 116a/118b 노드에서 또는 그 근방에서의 터치로서 해석될 수 있다. 바람직하게는, 제어기는 매트릭스의 모든 노드들의 정전용량의 변화(만약 있다면)를 신속하게 검출하도록 구성되고, 보간법에 의해 노드들 사이에 놓여 있는 터치 위치를 정확하게 결정하기 위해 이웃 노드들에 대한 정전용량 변화들의 크기들을 분석할 수 있다. 또한, 제어기(114)는 유리하게는, 동시에 또는 중첩되는 시간들에 터치 디바이스의 상이한 부분들에 가해진 다수의 별개의 터치들을 검출하도록 설계된다. 따라서, 예를 들어, 다른 손가락이 손가락(130)의 터치와 동시에 터치 위치(133)에서 디바이스(110)의 터치 표면을 터치하는 경우, 또는 각자의 터치들이 적어도 시간적으로 중첩되는 경우, 제어기는 바람직하게는 그러한 터치들 둘 모두의 위치들(131, 133)을 검출하고 터치 출력(114a)에 그러한 위치들을 제공할 수 있다. 제어기(114)에 의해 검출될 수 있는 별개의 동시 또는 시간적으로 중첩되는 터치들의 수는 바람직하게는 2로 제한되지 않는데, 예를 들어, 그것은 전극 매트릭스의 크기에 따라 3, 4, 또는 60 초과일 수 있다.
이하에서 추가로 논의하는 바와 같이, 제어기(114)는 전극 매트릭스의 일부 또는 모든 노드들에서의 결합 정전용량을 신속하게 결정할 수 있게 하는 각종의 회로 모듈들 및 구성요소들을 이용할 수 있다. 예를 들어, 제어기는 바람직하게는 적어도 하나의 신호 발생기 또는 구동 유닛을 포함한다. 구동 유닛은 구동 전극들이라고 지칭되는, 한 세트의 전극들에 구동 신호를 전달한다. 도 1b의 실시 형태에서, 열 전극들(116a 내지 116e)이 구동 전극들로서 사용될 수 있거나, 행 전극들(118a 내지 118e)이 그렇게 사용될 수 있다. 구동 신호는 바람직하게는 한 번에 하나의 구동 전극에, 예컨대, 제1 구동 전극부터 마지막 구동 전극까지 스캐닝된 순서대로 전달된다. 각각의 이러한 전극이 구동될 때, 제어기는 수신 전극들이라고 지칭되는 다른 세트의 전극들을 모니터링한다. 제어기(114)는 모든 수신 전극들에 결합된 하나 이상의 감지 유닛들을 포함할 수 있다. 각각의 구동 전극으로 전달되는 각각의 구동 신호에 대해, 감지 유닛들은 복수의 수신 전극들에 대한 응답 신호들을 생성한다. 바람직하게는, 감지 유닛들은 각각의 응답 신호가 구동 신호의 미분된 표현을 포함하도록 설계된다. 예를 들어, 구동 신호가 함수 f(t)(예컨대, 시간의 함수로서 전압을 나타냄)에 의해 표현된다면, 응답 신호는 함수 g(t)와 동일하거나 그의 근사치를 제공할 수 있으며, 여기서 g(t) = d f(t)/dt이다. 다시 말하면, g(t)는 구동 신호 f(t)의 시간에 대한 도함수이다. 제어기(114)에 사용되는 회로부의 설계 세부 사항들에 따라, 응답 신호는 다음과 같은 신호들을 포함할 수 있다: (1) g(t) 단독; 또는 (2) 상수 오프셋(g(t) + a)을 갖는 g(t); 또는 (3) 곱셈 스케일링 인자(multiplicative scaling factor)(b*g(t))를 갖는 g(t) - 스케일링 인자는 양 또는 음일 수 있고, 1 초과, 또는 1 미만이지만 0 초과의 크기를 가질 수 있음 -; 또는 (4) 이들의 조합들. 어느 경우에서도, 응답 신호의 진폭은 유리하게도 구동되는 구동 전극과 모니터링되는 특정 수신 전극 사이의 결합 정전용량에 관련된다. g(t)의 진폭은 또한 원래 함수 f(t)의 진폭에 비례하고, 응용에서 적절하다면, g(t)의 진폭은 구동 신호의 단일 펄스만을 사용하여 주어진 노드에 대해 결정될 수 있다.
제어기는 또한 응답 신호의 진폭을 식별하고 분리하는 회로부를 포함할 수 있다. 이러한 목적을 위한 예시적인 회로 디바이스들은 하나 이상의 피크 검출기들, 샘플/홀드 버퍼, 시간 가변 적분기 및/또는 제2 스테이지 적분기 저역 통과 필터를 포함할 수 있으며, 이들의 선택은 구동 신호 및 대응하는 응답 신호의 특성에 의존할 수 있다. 제어기는 또한 아날로그 진폭을 디지털 포맷으로 변환하는 하나 이상의 아날로그-디지털 변환기들(ADC)을 포함할 수 있다. 회로 요소들의 불필요한 중복을 피하기 위해 하나 이상의 멀티플렉서(multiplexer)들이 또한 사용될 수 있다. 물론, 제어기는 또한 바람직하게는 측정된 진폭들 및 관련 파라미터들을 저장하기 위한 하나 이상의 메모리 디바이스들, 및 필요한 계산들 및 제어 기능들을 수행하는 마이크로프로세서를 포함한다.
전극 매트릭스 내의 노드들 각각에 대한 응답 신호의 진폭을 측정함으로써, 제어기는 전극 매트릭스의 노드들 각각에 대한 결합 정전용량에 관련된 측정된 값들의 매트릭스를 생성할 수 있다. 어느 노드(만약 있다면)가 터치의 존재로 인해 결합 정전용량의 변화를 경험하였는지를 결정하기 위해, 이러한 측정된 값들은 이전에 획득된 기준 값들의 유사한 매트릭스와 비교될 수 있다.
측면에서 보면, 터치 디바이스에서 사용하기 위한 터치 패널은 전방(투명) 층, 병렬로 배열된 제1 세트의 전극들을 가진 제1 전극 층, 절연 층, 병렬로 그리고 바람직하게는 제1 세트의 전극들과 직교로 배열된 제2 세트의 전극들을 가진 제2 전극 층, 및 후방 층을 포함할 수 있다. 노출된 전방 표면 층은 터치 패널의 터치 표면의 일부이거나 그 터치 표면에 부착될 수 있다.
도 2a는 상기 논의된 태양들 중 다수에 따른, 다른 터치 디바이스의 개략도로서, 프런트 엔드(front-end) 회로 모듈(212)(또는 선택적으로 다수의 프런트 엔드 모듈들(212(a), 212(b) 등) 중 하나로서 병렬로 동작함) 및 터치 패널(도시하지 않음)의 전극들로부터 제공된 응답 신호들의 소정 아날로그 및 디지털 처리 각각을 위해 구성된 백 엔드(back-end) 회로 모듈(220)을 도시한다. 도 2a에 의해 나타내는 것들을 포함하는, 특정 실시 형태들에서, 백 엔드 회로 모듈(220)은 백 엔드 회로 모듈(220)의 우측을 따라 도시된 것들과 같은 다양한 타이밍 및 제어 신호들을 제공하기 위해 다른 회로부(도 1b의 제어기(114)와 같이)와 협력하여 구현된다.
도 2a의 좌측(에 선택적으로 복제된 블록들)을 통해 도시된 바와 같이, 응답 신호 회로들(210)은 연관된 입력 포트들(RX01, RX02 등)을 통해 제공된 각각의 응답 신호들을 연산한다. 도 3a와 관련하여 추가로 논의되는 바와 같이, 이들 응답 신호 회로들(210)은 연산하고 대응하는 (신호 공급) 수신 전극(도 1b)과 연관된 터치 패널 노드들에 대한 (터치 표면에서의 연관된 결합 정전용량의) 정확한 터치 모니터링을 제공하도록 구현된다. 이러한 응답 신호 회로들(210)은, 예시된 예에서, 연산하고 그러한 터치 모니터링을 동시에 제공하도록 구현될 수 있지만, 이러한 응답 신호 회로들(210) 중 단지 하나의 응답 신호 회로의 출력 포트가 그러한 처리를 위해 멀티플렉서("Mux")(224)를 통하여 선택된다.
멀티플렉서(224)는, 입력 선택/제어 신호(224a)에 응답하여, 연관된 응답 신호 경로에 의해 정의된 바와 같은, 아날로그 처리된 응답 신호들의 선택된 채널을 아날로그-디지털 변환기(ADC)(226)에 제공한다. 멀티플렉서(224)는 모든 전극들이 ADC에 의해 변환될 때까지 RXN 채널들을 통하여 진행하도록 제어될 수 있다. ADC(226)는 앞서 논의된 연관된 결합 정전용량의 특성화들에 대해 측정들을 수행함으로써 그리고 이러한 특성화들로부터 터치 표면 상의 터치들의 위치들을 결정함으로써 응답 신호들에 응답하도록 구성되는 (백 엔드 회로 모듈(220) 내의) 측정 회로(230)에 아날로그 처리된 응답 신호들의 디지털 버전을 제공한다. 오버-샘플링 ADC에 대해 전형적인 바와 같이, ADC(226)는 입력 포트(232)를 통해 제공된 ADC_클록 신호에 응답하여, 예를 들어, 약 8 ㎒ 또는 그의 배수에서 동작한다.
특정 실시 형태들에서, 프런트 엔드 및 백 엔드 회로 모듈들(212, 220) 중 하나 또는 둘 모두가 모듈들(212, 220)을 정의하는 경계 라인들로 도시한 바와 같이 ASIC(application-specific-integrated-circuit) 칩들로 구현된다. 예를 들어, 프런트 엔드 회로 모듈(212)은 수신 전극(들)로부터의 응답 신호 경로들 중 하나 이상을 처리하도록 구성된 하나 이상의 (복제된) 내부 회로들 각각을 가진 하나의 ASIC 칩을 이용하여 구현될 수 있고, 백 엔드 회로 모듈은 응답 신호들에 대해 측정들을 수행하기 위한 측정 회로부를 갖도록 구성된 다른 ASIC 칩을 이용하여 구현될 수 있다.
각각의 그러한 특정 실시 형태에서, 모듈들(212, 220) 둘 모두는 응답 신호 회로들(210)에 의한 응답 신호들의 적절한 처리를 달성하기 위해 데이터, 타이밍 및 제어 신호들을 이용한다. 예를 들어, 프런트 엔드 모듈(212)의 좌측에, 이러한 제어 신호들은 응답 신호 회로들(210) 내의 응답 신호들을 적분하기 위해 이용되는 회로들의 노드들을 바이어싱하기 위해 이용되는 바와 같은 전압 바이어스 신호(VBias)를 포함한다. 프런트 엔드 모듈(212)은 또한 응답 신호 회로들(210)에 의한 응답 신호들의 이득, 타이밍 및 일반적으로 처리를 제어하기 위한 시간 가변 파라미터들을 설정하는 데 이용되는 제어/구성 신호들을 포함하여, 백 엔드 회로 모듈(220)에 의해 제공된 제어/구성 신호들에 응답한다. 측정 회로(230) 내의 구성 레지스터(240)는 주어진 터치 패드(또는 수신 전극들에 공급하는 다른 유형의 디바이스)에 대해 필요할 수 있는 바와 같은 이러한 시간 가변 파라미터들 및 다른 제어 신호들을 정하는 데 사용될 수 있다. 측정 회로(230)는 또한 이러한 처리된 응답 신호들을 획득하고 저장하기 위한 관련된 지원 회로들(데이터 획득 로직) 및 ASIC 기반 구현예에 대해 이해되는 바와 같이 상태 기계 회로부(244) 및 갖가지 종류의 레지스터/지원 회로부(246)의 형태로 예시된 회로부를 포함한다.
백 엔드 회로 모듈(220)의 우측을 따라 도시된 것들로서, 다른 타이밍 및 제어 신호들이 응답 신호 회로들(210)에 의한 처리의 그리고 ADC(226)의 타이밍을 돕기 위해 제공된다. 이러한 신호들은, 모드 제어, 직렬 주변장치 인터페이스 호환(serial peripheral interface compatible, SPI) 제어 라인들 및 데이터 수신 및 송신 및 수신 로직이 (수신 전극(들)을 따라) 행 데이터를 변환하기 시작하는 때 그리고 데이터 변환이 완료되는 때에 대한 제어를 포함한다. 신호들은 도면의 우측에 도시되어 있다.
도 2b는 도 2a의 프런트 엔드 회로 모듈과 이전에 예시된 터치 패널들(도 1a의 12 또는 도 1b의 112) 중 하나에 대응하는 분해도를 갖는 예시적인 회로를 예시한다. 하나의 그러한 터치 패널 구현예에서 고려되는 바와 같이, 터치 패널은 16:10 종횡비의 19 인치 대각선의 직사각형 가시 영역을 갖는 40행× 64열 매트릭스 디바이스를 포함할 수 있다. 이 경우에, 전극들은 약 0.25 인치의 균일한 간격을 가질 수 있고, 다른 특정 실시 형태들에서는, 0.2 인치 이하일 수 있다. 이 실시 형태의 크기로 인해, 전극들은 그와 연관된 유의한 부유 임피던스(stray impedance)들, 예컨대, 행 전극들에 대한 40K 옴 및 열 전극들에 대한 64K 옴의 저항을 가질 수 있다. 그러한 터치 응답 처리와 관련된 인간 인자들을 고려하여, 매트릭스의 2,560개 노드들(40 × 64 = 2560) 모두에서의 결합 정전용량을 측정하는 응답 시간은, 원한다면, 비교적 빠르게, 예컨대, 20 밀리초 미만 또는 심지어 10 밀리초 미만으로 될 수 있다. 행 전극들이 구동 전극들로서 사용되고 열 전극들이 수신 전극들로서 사용된다면, 그리고 모든 열 전극들이 동시에 샘플링된다면, 40개 행의 전극들은, 예를 들어, 행 전극(구동 전극)마다 0.5 msec(또는 0.25 msec)의 시간 예산(time budget)에 대해, 순차적으로 스캐닝되기 위해 20 msec(또는 10 msec)가 걸린다.
도 2a의 특정 예시를 다시 참조하면, 도 2a의 구동 전극(254) 및 수신 전극(256) - 그들의 물리적 특성들에 의해서라기보다는 오히려 그들의 전기적 특성들에 의해 (집중 회로 요소 모델들의 형태로) 나타내어져 있음 - 은 40 × 64보다 작은 매트릭스를 갖는 터치 디바이스에서 찾아볼 수 있는 전극들을 대표하지만, 이것은 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다. 도 2a의 이 대표적인 실시 형태에서, 집중 회로 모델들로 나타낸 직렬 저항들(R) 각각은 10K 옴의 값을 가질 수 있고, 집중 회로 모델들로 나타낸 부유 정전용량(stray capacitance)들(C) 각각은 20 피코패럿(pf)의 값을 가질 수 있지만, 물론 이들 값이 결코 제한하는 것으로 보아서는 안된다. 이러한 대표적인 실시 형태에서, 결합 정전용량(Cc)은 공칭상 2 pf이고, 전극들(254, 256) 사이의 노드에서의 사용자의 손가락(258)에 의한 터치가 존재하는 것으로 인해 결합 정전용량(Cc)이 약 25%만큼 떨어져 약 1.5 pf의 값으로 된다. 역시, 이들 값이 제한하는 것으로 보아서는 안된다.
전술된 제어기에 따르면, 그러한 터치 디바이스는 패널(252)의 각각의 노드에서의 결합 정전용량(Cc)을 결정하기 위해 특정의 회로부를 사용하여 패널(252)을 조사한다. 이와 관련하여, 제어기는 결합 정전용량을 나타내거나 그에 응답하는 파라미터의 값, 예컨대, 상기 언급된 그리고 아래에 추가로 기술되는 바와 같은 응답 신호의 진폭을 결정함으로써 결합 정전용량을 결정할 수 있다. 이 작업을 완수하기 위해, 터치 디바이스는 바람직하게는, 구동 전극(254)에 결합된 (도 1b의 제어기(114) 또는 도 2b의 신호 발생기(260) 내의) 저 인피던스 구동 유닛; 수신 전극(256)에 결합된 감지 유닛(280); 및 감지 유닛(280)에 의해 생성된 응답 신호의 진폭을 디지털 포맷으로 변환하는 아날로그-디지털 변환기(ADC) 유닛(226)을 포함한다. 감지 유닛(280)은 구동 유닛에 의해 공급된 구동 신호에 대해 미분을 수행하는 미분 가변 이득 증폭(differentiating variable-gain amplification, VGA) 회로(282)를 포함한다. VGA 회로(282)는 가변 이득 저항기를 포함하고, 각각, 회로 이득을 설정하고 이득에 대한 안정성을 최적화하기 위한 가변 이득 정전용량을 가질 수 있다.
구동 유닛(260)에 의해 공급되는 구동 신호의 특성에(그리고 따라서 또한 감지 유닛(280)에 의해 생성된 응답 신호의 특성에) 따라, 도 2a의 터치 디바이스는 또한, 샘플/홀드 버퍼로서의 역할도 할 수 있는 피크 검출 회로(도시되지 않음); 및 피크 검출기를 리셋하도록 동작 가능한 연관된 리셋 회로(326b)를 포함할 수 있다. 대부분의 실제 응용들에서, 터치 디바이스는 또한 주어진 시간에 복수의 구동 전극들 중 어느 하나를 어드레싱하는 능력을 허용하기 위해, 신호 발생기(260)(도 2b)와 터치 패널(252) 사이에 멀티플렉서를 포함할 것이다. 이러한 방식으로, 물체(예컨대, 손가락 또는 도전성 스타일러스)가 행 전극과 열 전극 사이의 상호 결합을 변경할 때 상호 정전용량의 변화가 발생하며, 행 전극과 열 전극은 그에 의해 멀티플렉싱된 구동 신호들에 응답하여 순차적으로 스캐닝된다. 유사하게, 수신 측에서는, 다른 멀티플렉서(도 2a의 224)가 단일 ADC 유닛이 다수의 수신 전극들과 연관된 진폭들을 빠르게 샘플링하는 것을 가능하게 하고, 따라서 각각의 수신 전극에 대해 하나의 ADC 유닛을 필요로 하는 비용을 방지한다. 요소(212b)는 다수의 ADC들을 갖는 유사한 회로들의 여러 층들을 나타낸다. 이러한 구현예는 5개의 그러한 채널들을 갖는다.
상기 논의된 도 2b의 VGA 회로(282)는 응답 신호를 특성화하는 미분된 신호 형태의 출력을, 2개의 스테이지들을 이용하는 도 2b에 도시된 다른 증폭 회로에 제공한다. 적분 증폭기(284)로서 도시된 제1 스테이지는 RF 신호의 홀수 고조파들에 대한 널(null)들의 생성을 위해 과도 부분들에서 데시메이션(decimation)을 용이하게 하기 위해 시변 파라미터들을 이용하여 응답 신호들의 미분된 신호 표현에 대해 적분을 수행하도록 구성되고 배열된다. 적분 증폭기(284)는 응답 신호들에서의 (수신 전극들로부터의) 그들의 반환시에 특성화된 바와 같은 구동 신호들의 펄스 부분들을 적분함으로써, 증폭시킨다. 적분 증폭기(284)의 프런트 엔드 입력에서, 가변 저항 회로(286)가 구동 신호들과 동기화되는 이득의 시변 변화를 제공하도록 제어되는 변동을 갖는다. 가변 저항 회로(286)는 (구동 신호들에 대응하는) 펄스 부분들에 대해 이러한 연산을 달성하기 위해 응답 신호들에 이득의 시변 변화를 제공하도록 제어된다. 증폭-적분 연산은, 각각의 펄스 부분에 대한 연산의 적절한 반복을 달성하기 위해 대응하는 구동 신호의 타이밍과 동기화되는, 다른 제어 신호(도시되지 않음)를 이용하여 리셋된다. 이러한 증폭은 응답 신호들에 의해 운반되는, 구동 신호의 홀수 고조파들을 포함하는, 원치않는 잡음을 억제하면서, 응답 신호들의 유효 양태들을 증폭시키는 역할을 한다.
적분 증폭기(284)는 응답 신호의 추가 처리를 위해 제2 스테이지(290)에 용량적으로 결합되는 출력을 제공한다. 이러한 추가 처리는, 적분 증폭기(284)의 출력으로부터 처리되는 바와 같이 단일 라인 미분된 응답 신호의 양의 양태와 음의 양태(증폭된 천이 부분들을 포함함)를 합산함으로써, 신호 강도를 증가시키고 동시에 짝수 고조파들을 포함한 잡음의 유효 공통 모드 억제를 제공하기 위해, 양 진행 천이들 및 음 진행 천이들에서의 과도 부분들을 조합하기 위해, 연산 증폭기(291)를 사용하여 적분을 제공한다. 제2 스테이지에 의한 이러한 적분은 그와 같이 적분 및 덤프 연산(integration-and-dump operation)을 통해 반복되어, 앞서 논의된 스테이지와 그리고 적분 리셋을 위한 유사하게 제어된 제어 신호(도시되지 않음)와 마찬가지로 각각의 펄스 부분에 대한 연산의 적절한 반복을 달성한다.
제2 스테이지(290)는 그의 출력을, 다른 용량적으로 결합된 경로(292)를 통하여, 도 2a와 관련하여 전술된 바와 같이 멀티플렉서 및 ADC에 제공한다. 용량적으로 결합된 경로는, 제어기 또는 측정 회로에 의한 평가를 위해 멀티플렉서(294) 및 ADC(296)를 통하여 추가 처리될 수 있는, 제2 스테이지(290)에 의해 처리된 바와 같은, 응답 신호의 각각의 부분의 아날로그 특성화를 보존하기 위한 샘플 및 홀드 회로부(정전용량과 스위치들에 의해 개념적으로 도시됨)를 포함한다.
보다 구체적으로, 연산 증폭기(291)는 최대 신호 강도를 위해 양의 에지 천이와 음의 에지 천이가 조합되게 하는 합산 연산을 수행하는 데 사용되고, 이상적으로는, 이러한 양의 에지 천이와 음의 에지 천이 사이의 잡음은 공통 모드 억제에서와 같이 반대 위상 합산으로 인해 상쇄된다. 특정 구현예로서, 이것은 양의 에지 천이 및 음의 에지 천이를 위한 클록 위상화에 응답하여, 양의 에지들로부터 음의 에지들을 감산하기 위해 반전 또는 비반전 적분기(또는 적분 연산)를 선택함으로써 달성될 수 있다. 이러한 합산 적분은 그에 의해 양의 방향 신호와 음의 방향 신호를 합산하여 신호 진폭을 2배 증가시키고 센서에 결합되는 공통 모드 잡음을 감소시키는 의사 차동 신호(pseudo-differential signal)를 제공한다. 연산 증폭기(291)에 대한 하나의 입력에서의 VBias 신호는 ADC(296)에 의한 후속의 아날로그-디지털 변환을 위한 샘플 및 홀드 효과(sample-and-hold effect, S/H)를 위해 용량적으로 결합된 경로(292)를 따라 출력 레벨의 최적화를 가능하게 하는 레벨로 설정된다. 제1 스테이지(284)의 프런트 엔드에서 시변 계수들을 이용하여, 신호 미분과 적분의 제1 스테이지의 조합은 TX(또는 구동) 신호의 기울기와 (저항성 경로에 의해 제공된) 온-칩 이득(on-chip gain)으로부터의 이득 변동을 줄이는 데 도움이 된다. 온-칩 적분 정전용량(CINT) 및 터치 스크린 정전용량으로부터의 변동이 남아 있다. 구동 신호의 레벨은 상이한 행들 간의 스크린 변동을 보상하는 데 도움이 되고, 여기서 적분 피드백 경로 내의 정전용량(도 2b의 CINT)은 상이한 수신기들 간의 변동에 대해 조절된다. 이러한 조합된 미분과 적분에 관련된 신호 레벨들은 다음과 같이 수학적으로 추정될 수 있다:
Figure pct00001
,
여기서 터치 디바이스에서 감지된 전류는 Iscreen이고, 미분된 전압 신호는 VDIFF이고, 그것의 적분된 버전은 dVINT로 표현된다.
따라서, 도 2b의 가변 이득 증폭 회로부는 시변 파라미터들을 이용하여 과도 부분들에서 적분 및 덤프 신호 필터링 연산을 제공하는 적분 회로를 포함한다. 이러한 신호 필터링 연산은 응답 신호들을 샘플링하기 위해 이용되는 클록 레이트의 배수로의 데시메이션의 도움을 받을 수 있다. 이어서 앞서 논의된 측정 회로는, 연관된 결합 정전용량의 특성화들에 대한 측정들을 수행하고 이로부터 터치 표면 상의 터치들의 위치들을 결정함으로써, 도 2b의 가변 이득 증폭기를 통해 처리되는 바와 같이, 응답 신호들에 응답할 수 있다. 참고 문헌으로서 특허 문헌 WO2010/138485호(PCT/US2010/036030호)에서의 신호 처리 교시 내용들을 이용하면, 이 처리는 개선된 RX 수신기 회로들로 증가된 TX 구동 레벨들 및 개선된 CRFI(conducted radio frequency immunity) 및 LCD(liquid crystal display) 잡음 제거와 함께 증가된 신호 대 잡음비를 제공한다. 전체적인 전력 레벨 및 비용도 유의하게 감소된다. 유사한 환경에서의 터치 디바이스의 동작에 관한 추가/배경 정보에 대해서는, 이러한 상기 언급된 특허 문헌을 참고할 수 있고, 이 특허 문헌은 그러한 교시 내용들 및 프런트엔드 신호 처리 및 타이밍 및 백 엔드(제어기 기반/측정) 응답 신호 처리에 관한 것들에 대해 참고로 본 명세서에 포함된다.
도 2b의 회로부에 따른 회로부의 특정 실험 구현예들과 관련하여, 응답 신호들의 미분된 신호 표현에 대한 그러한 적분은 유리하게도 주파수 응답에서 널들을 생성하는 데 이용될 수 있다. 그러한 구현예들을 이용하여, (미분된 신호 표현의 적분마다) 주파수 응답에서의 RF 신호 잡음, 특히 제3 및 제5 고조파들이 그러한 널들을 통해 필터링된다. 전술된 바와 같이, 이 RF 신호 잡음 필터링은 그러한 홀수 고조파들뿐만 아니라 인터리빙하는 짝수 고조파들 양쪽 모두를 포함할 수 있다.
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 도 2b의 제1 스테이지에 관한 태양들의 이해를 위한 추가 세부 사항을 제공한다. 이들 태양들은 적분 증폭기(284)와 관련된 가변 저항 및 타이밍이다. 도 3a에 예시된 특정 예시적인 실시 형태의 경우, 연산 증폭기(310)는 전압 기준(도 2a 및 도 2b에서 일반적으로 명명된 신호와 마찬가지로 VBias)에 연결된 양의 입력 포트와, ("IN" 포트(318)에서) 입력 신호로서, 도 2b의 (미분) 회로(282)인 이전 회로부의 출력을 수신하도록 배열된 음의 입력 포트를 포함한다. 도 2b의 가변 저항 회로(286)에 대응하여, 도 3a에 도시된 가변 저항은 병렬 경로들에서의 연결을 위해 배열된 다음과 같은 3개의 저항기들에 의해 제공된다: 제1 저항기(R)(320), 제2 저항기(4R)(322), 및 제3 저항기(2R)(324). 저항기들 중 적어도 2개의 저항기들의 값들이 서로 상이할 수 있다. 대응하는 병렬 경로들 각각에는 각각의 스위치들(F2, F1, F0)이 있고, 이 스위치들 중 하나 이상이 (제어기에 의해 제공되고 각각의 펄스 부분에 대한 연산의 적절한 반복을 달성하기 위해 구동 신호와 동기화된) 경로(328)를 통한 제어 신호들을 이용하여 선택적으로 닫힌다. 이들 선택 가능한 스위치들은 330, 332 및 334로 표시되는데, 이들은 각각 저항기들(320, 322, 324) 중 하나 이상을, IN 포트(318)와 연산 증폭기(310)의 음의 입력 포트 사이에 연결하기 위한 것이다. 유사하게 제어된 스위치(336)가 또한, 구동 신호와 동기화된 방식으로, 각각의 펄스 부분에 대해 제공된 반복과 일치하는 리셋 타이밍을 달성하도록 제어된다.
적분 증폭기(310)의 시상수는 시간에 따라 조절되어서, 시상수의 감소된(또는 최소) 값들이 응답 신호의 양 진행 천이 부분 및 음 진행 천이 부분과 실질적으로 정렬되고 시상수의 더 큰 값들이 양 진행 천이 부분과 음 진행 천이 부분 사이의 응답 신호의 부분들과 정렬되도록 할 수 있다. 시상수는 전술된 바와 같은 시변 저항으로 인해 그리고/또는 시변 피드백 정전용량(Cint)으로 인해 시간에 따라 변할 수 있다. 시변 시상수를 제공하기 위해 시간에 따라 저항이 변동되든, 정전용량이 변동되든, 또는 둘 모두가 변동되든, 그 변동은 구동 신호와 동기화된다.
이것은, 스위치들(330, 332, 334)이 연산 증폭기(310)의 적분 연산을 위한 RC 시상수를 정의하는 데 사용되기 때문에 발생하고, 여기서 RC의 R은 저항기들(320, 322, 324)의 병렬 배열에 의해 제공되는 저항이고 RC의 C는 연산 증폭기(310)의 음의 피드백 루프에서 제공되는 정전용량이다. 따라서, 도 3c의 우측에 있는 표는 타이밍도의 예시적인 시점들과 연관된 시상수의 역수를 나타낸다.
가변 R 이득 설정값들을 갖는 입력 미분기(282)는 반전된 양의 임펄스 출력 및 음의 임펄스 출력을 갖는 양방향(bi-directional) 신호를 출력한다. 피드백 R은 미분 이득이 변동되는 것을 가능하게 하여 센서의 상호 Cc를 갖는 RC 차동 임펄스 함수 출력을 최대화한다.
응답 신호는 구동 신호의 짝수 고조파들 및/또는 홀수 고조파들을 포함할 수 있고, 이러한 고조파들의 감소가 신호 대 잡음비를 높일 수 있다. 도 3a에 도시된 제1 적분기 스테이지(284)는 시변 계수들을 갖는 양방향 적분기를 포함하여, 각각의 VD 구동 에지에서 가중 평균을 적분하고 덤프하여, 샘플 레이트를 2배로 데시메이션한다. 제1 적분기 스테이지(284)의 양방향 적분기의 계수들은, 구동 신호(VD)의 제3 및 제5 고조파들 근처에서 최소 또는 감소된 이득을 제공하는 이득에 있어서의 널들을 생성하도록 선택된다. 제2 합산 적분기(290)는 제1 적분기(284)로부터의 양의 필터링된 에지 데이터와 음의 필터링된 에지 데이터를 합산한다. 합산 적분기(290)는 응답 신호의 양 진행 부분으로부터 응답 신호의 음 진행 천이 부분을 감산한다. 공통 모드 RF 잡음, 예컨대, 구동 신호의 제2, 제4, 및/또는 다른 짝수 고조파들은 합산 적분기(290)에서 응답 신호로부터 상쇄되거나 감소된다. 포함하는 증폭기는
도 3b는 도 3a의 회로부와 관련된 3개의 신호들(342, 344, 346)을 나타내는 타이밍도이다. 제1 신호(342)는 (예컨대, 도 1a 및 도 1b에서 이용된 바와 같이) 구동 전극들 상에 구동된 펄스 신호의 하나의 펄스를 갖는 TX 펄스이다. TX 펄스의 펄스 주파수는 달라질 수 있지만; 도 1a 및 도 1b와 관련하여 기술된 것들을 포함하는 많은 응용들에 대해, 100 KHZ 펄스가 적절하고, TX 펄스에 대한 펄스 타이밍을 정의하기 위해 8 Mhz 클록이 이용된다. IN 포트(318)에서 제공되는 바와 같은 제2 신호(344)는 TX 펄스의 예시된 양의 기울기와 정렬된 상향 방향의 임펄스 스파이크와 TX 펄스의 음의 기울기와 정렬된 하향 방향의 임펄스 스파이크를 갖는 단일 라인 미분된 신호이다. 이들은 TX 펄스 에지들에 대응하는 미분된 천이 부분들이고, 이에 대해 감지 회로부는 응답 신호들을 모니터링한다. 도 3b의 하부에 도시된 바와 같이, 제3 신호(346)는 도 3a의 회로부의 출력에 대응하고, 그 출력은 도 2b의 290에 도시된 바와 같은 제2 (합산 적분기) 스테이지를 구동하는 데 이용된다.
도 3c는 선택 가능한 스위치들(330, 332, 334) 및 리셋 스위치(336)가 도 3a에 도시된 회로부에 대한 원하는 또는 최적의 시간 가변 이득을 달성하기 위해 어떻게 제어될 수 있는지를 나타내는 다른 타이밍도이다. 도 3a 및 도 3c에 예시된 바와 같이, 스위치들(330, 332, 334, 336) 각각은 도 3c의 타이밍도에 도시된 바와 같이 해당 스위치에 대한 대응하는 제어 신호가 로직 하이(high) 상태에 있을 때 닫힌다(전도 상태). 예를 들어, 스위치들(330, 332, 334) 각각이 닫힌 상태에 있을 때, 도 3a의 연산 증폭기(310)에 의해 제공된 이득은, 도 3c의 상부에 계단-단차 그래프(366)의 중앙에 의해 예시된 바와 같이, 최대이다. 시점(368)에서 리셋된 직후에, 도 3a의 연산 증폭기(310)에 의해 제공된 이득은 스위치(330)가 닫힌 상태에 있고, 스위치들(332 및 334)이 열린(비전도) 상태에 있는 것에 의해 설정된다. 이것은, 스위치들(330, 332, 334)이 연산 증폭기(310)의 적분 연산을 위한 RC 시상수를 정의하는 데 사용되기 때문에 발생하고, 여기서 RC의 R은 저항기들(320, 322, 324)의 병렬 배열에 의해 제공되는 저항이고 RC의 C는 연산 증폭기(310)의 음의 피드백 루프에서 제공되는 정전용량이다. 따라서, 도 3c의 우측에 있는 표는 타이밍도의 예시적인 시점들과 연관된 시상수의 역수를 나타낸다.
도 4 및 도 5는 도 3a의 연산 증폭기(310)의 이득을 가변 시상수에 관하여(도 4) 그리고 상기 언급된 가변 시상수에 관하여(도 5) 나타내기 위한 시간 기반 그래프들이다. 각각의 그래프의 수평축은 도 3b의 신호(344)에 도시된 바와 같은 펄스 또는 스파이크의 에지로부터의 거리에 대응하는, 선형적으로 도시된, 시간의 단위이다. 각각의 그래프의 수직축은 상기 언급된 시상수(RC)를 지수 단위로 나타내고, 도 5는 시상수를 주파수(1/(2RC × (3.1456)))에 관하여 나타낸다. 도 5의 플롯의 상부에 도시된 바와 같이, 스위치들이 닫힐 때, 대응하는 저항기들은 (스파이크의 에지가 감지되는) 수평축을 따라 점 0에서의 이득을 최대화하기 위해 최소의 저항을 제공한다. (RC에 대한) 저항들 및 정전용량, 및 타이밍은 주어진 응용 및 클록 타이밍에 대해 원하는 대로 조절될 수 있는데, 여기서 상기 예시된 타이밍은 구동 회로부 및 관련된 회로 타이밍 및 상태 기계 타이밍을 위해 8 ㎒ 클록을 가정하고, 그로부터 파생된 홀수 및 짝수 고조파들을 줄이도록 RF 잡음 필터링이 조절/최적화된다는 것을 이해할 것이다.
도 6a 내지 도 6g는 도 2b에 예시된 회로부의 스테이지들에 관하여 추가 신호 타이밍의 예들을 나타내는 다른 시간 기반 다이어그램의 부분들을 형성한다. 도 6a에는, 이전에 예시된 터치 패널들의 구동 전극들에서 나타나는 것으로서, TX 신호(610)가, 하나의 사이클(또는 주기)의 묘사와 함께, 도시되어 있다. 수신 전극들에 의해 전달된 후에, 응답 신호는 미분기 회로에 의해(예컨대, VGA 회로(282)를 통해) 처리되어(미분되어), 도 6b에 도시된 바와 같이 TX 신호(610)의 미분된 형태를 생성하게 된다. 구형파(일련의 직사각형 펄스들)로서 구현되는 예시된 TX 신호(610)에 의하면, 미분 연산은 직사각형 펄스의 각각의 양 진행 천이와 연관되는 음 진행 임펄스 펄스(예컨대, 620a) 및 직사각형 펄스의 각각의 음 진행 천이와 연관되는 양 진행 임펄스 펄스(예컨대, 620b)를 포함하는 임펄스 펄스들을 생성한다. 임펄스 펄스들은 연산 증폭기 신호 대역폭과 터치 스크린의 RC 필터 효과들로 인해 다소 둥글게 될 수 있지만, 응답 신호의 이러한 파생된 형태는 구동 신호의 미분된 표현이다.
도 6c 및 도 6d는 감지 유닛(도 2b의 280)의 제1 및 제2 스테이지들에 의한 응답 신호의 추가 처리를 도시한다. 도 6c는 (제1 스테이지에 기인하는 연산 증폭기의 이득을 나타내는) 도 4 및 도 5에 대해 상기 논의된 바와 같은 그리고 (피드백에서의) 적분 리셋이 임펄스 펄스들 사이의 중심에 있고 본 명세서에서 상기 도시된 바와 같이 유효 저항을 통해 RC 시상수를 변화시킴으로써(선택적으로, 이 변화는 또한 유효 정전용량을 변화시켜 구현될 수 있음) 이득의 타이밍이 조절/최적화된 제1 스테이지의 이득 양태를 도시한다. 도 6f는 제1 스테이지의 출력에서의 신호의 덜 이상적인 특성화를 도시하는데, 여기서 이득은 처리된 응답 신호의 양극성(양과 음의 둘 모두) 양태들에 대해 도시되어 있다. 소정 구현예들에 대해, 이러한 제1 스테이지는 임펄스 펄스들 사이에 TX 신호의 홀수 고조파들을 포함하는 잡음이 유의하게 억제될 때 적절한 것으로 간주될 수 있다.
다른 구현예들에 대해, 이러한 제1 스테이지는 TX 신호의 결과로 발생하는 짝수 고조파들의 억제(널링(nulling))를 포함하는 추가 잡음 필터링을 제공하는 제2 스테이지(도 2b의 290)에 의해 보완된다. 따라서, 제2 스테이지는 (도 6c 및 도 6e에서와 같이) 제2 스테이지의 입력에서의 양 및 음의 천이들에 관하여 적분 및 덤프 연산을 수행함으로써 응답 신호에 추가로 영향을 미친다. 연산의 덤프 양태는 도 2b의 연산 증폭기(291)의 음의 피드백 루프에서 정전용량 단락 스위치에 의해 제어되는 바와 같이, 도 6c에 도시된 신호의 로우(low) 지점에서 발생한다. 적분은 각각의 덤프(또는 리셋) 후에 시작된다.
도 6g는 연산 증폭기(291)를 통해 수행되는 합산 연산을 예시하는데, 이에 의해 양 및 음의 에지 천이들이 최대 신호 강도를 위해 조합되고, 이상적으로는, 이들 양의 에지 천이와 음의 에지 천이 사이의 잡음은 공통 모드 억제에서와 같이 합산 연산에 의해 상쇄된다.
본 명세서에 개시된 실시 형태들은 응답 신호에 매칭되는 전달 함수를 이용하여 응답 신호를 처리하는 것을 수반한다. 전달 함수를 응답 신호에 매칭시키는 것은 교정 회로를 사용하여 달성될 수 있다. 감지 회로(예컨대, 도 2b에 도시된 감지 유닛(280))는, 구동 전극으로 전달되는 구동 신호 및 어쩌면 터치 입력(존재한다면)에 응답하는, 수신 전극으로부터의 응답 신호를 감지한다. 감지 유닛은 응답 신호에 시변 전달 함수를 적용한다. 시변 전달 함수의 적용은 응답 신호의 반송파 부분으로부터 응답 신호의 정보-운반 부분을 복조하는 데 이용될 수 있는데, 반송파 부분은 구동 신호에 응답한다. 따라서, 일부 구현예들에서, 전달 함수는 복조 전달 함수라고 지칭되고, 일부 구현예들에서는, 전달 함수는 필터 전달 함수라고 지칭된다. 어느 경우에서도, 시변 전달 함수는 응답 신호에 실질적으로 매칭(상관)되어서, 전달 함수는 응답 신호에 비례적으로 그리고 그와 동기식으로 가변하게 된다. 일부 구현예들에서, 터치 감응 장치는 터치 감응 표면 상의 터치의 존재 및/또는 위치를 검출하기 위해 감지 회로의 출력을 처리하도록 구성된 터치 회로를 추가로 포함한다. 일부 실시 형태들에서, 시스템은 응답 신호에 매칭되는 시변 전달 함수를 결정하도록 구성된 교정 회로를 포함한다. 감지 회로는 예를 들어 증폭기 또는 미분기를 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 측정 회로는 응답 신호의 미분된 표현에 전달 함수를 적용하기 위해 배열된다.
일부 구현예들에서, 전달 함수와 응답 신호 사이의 교차 상관이 약 0.5 초과의 상관 계수를 산출하는 경우, 시변 전달 함수가 응답 신호에 매칭되는 것으로 칭해질 수 있다. 일부 구성예들에서, 전달 함수를 응답 신호에 적용하는 측정 회로는 시변 이득을 갖는 증폭기로서 그리고/또는 필터로서 구현될 수 있다. 이 처리는 시변 이득을 갖는 적분기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 적분기는, 예컨대 시변 이득 커패시터 및/또는 시변 이득 저항으로 인한, 시변 RC 상수를 가질 수 있다. 일부 구현예들에서, 측정 회로는 시변 이득을 갖는 미분기를 포함할 수 있다.
도 7은 터치 패널(712)의 2개의 전극들(716, 718) 사이의 상호 정전용량(Cm)을 측정하도록 구성된 예시적인 터치 감응 장치(710)의 단순화된 개략도를 도시한다. 구동 회로부(713)는 구동 신호(VD)를 구동된 전극(716)에 인가하고, 감지 회로부(714)는 수신 전극(718)으로부터 신호(715)를 수신한다. 응답 신호(715)는 Cm 또는 Cm의 변화들을 계산하는 데 이용될 수 있다. 제어 회로부(717)는 측정 회로(714) 및/또는 구동 회로부(713)의 기능들 및 타이밍을 제어하고, 측정 회로(714)로부터 수신된 신호들을 추가로 처리할 수 있다.
정전용량을 측정하기 위한 디바이스는, 용량성 입력(예를 들어, 터치) 디바이스, 예컨대 버튼과 스위치, 선형 슬라이더, 및 매트릭스 터치 패널, 그리고 전극에 근접하여 위치된 물질의 존재 또는 양을 검출하기 위한 센서, 또는 스타일러스의 용량성 검출을 위한 디지타이저의 형태를 취할 수 있다. 이들 경우 각각에서, 적어도 하나의 알려지지 않은 상호 정전용량(본 명세서에서 Cm으로 표시됨)이 전극들 사이의 결합으로부터 생성되고, 제2 및 제3 알려지지 않은 정전용량들(본 명세서에서 Cd 및 Cr로 표시됨)이 구동된 전극(Cr)과 접지 사이, 및 수신 전극(Cr)과 접지 사이의 결합으로부터 생성된다. Cm, Cd 및 Cr은, 물체나 물질이 AC 전압들이 전극들 중 적어도 하나에 인가될 때 발생되는 전기장과 근접하게 될 때 변경된다. 이 변경은 물체의 터치나 존재를 식별하기 위한 기준으로 이용될 수 있다. Cm, Cd 및 Cr은 전극들의 단순화된 모델인데, 전극들은 전형적으로, 전극들의 형상 및 전극들을 이루는 재료들에 따라 달라지는 정전용량 및 저항이 분포되어 있다.
본 발명은 이러한 정전용량들의 파라미터들을 측정하기 위한 회로부 및 방법들 그리고 더 구체적으로 Cm의 변화들을 측정하기 위한 방법들을 설명한다. 일부 실시 형태들에서, 감지 회로는 미분기 및 시변 이득을 포함한다. 일부 실시 형태들에서, 측정 회로는 응답 신호에 시변 전달 함수를 곱셈하도록 그리고 곱셈의 결과를 일정 기간, 예컨대, 정수 개의 응답 신호의 사이클들에 걸쳐 적분하도록 구성된다. 전달 함수 및 응답 신호는 곱셈 및/또는 적분 이전에 디지털화되어, 전달 함수 및 응답 신호가 다수의 이산 값들을 포함하도록 할 수 있다. 대안적으로, 감지 회로는 아날로그 곱셈기 회로 및/또는 아날로그 곱셈기 회로의 출력을 적분하도록 구성된 아날로그 적분기를 포함할 수 있다. 이러한 예에서, 감지 회로부는 적분기의 출력을 디지털화하도록 구성된 아날로그-디지털 변환기를 포함할 수 있다.
도 8은 일부 실시 형태들에 따른, 신호들 및 전달 함수들 대 시간의 예시적인 세트를 포함하는 그래프(820)를 도시한다. 구형파를 포함하는 구동 신호(VD)는 구동 회로(713)에 의해 구동된 전극(716)에 인가된다(도 7 참조). 신호(715)는 대략 구동 신호(VD)의 미분된 버전이다. 이러한 예시적인 시나리오는, 측정 회로(714)의 입력 임피던스가 용량성이 아니며 정전용량들(Cm, Cr)의 임피던스와 비교하여 낮은 경우에 존재할 수 있다. 본 명세서의 이 예에 관하여 기술된 원리들 및 방법들은 다른 파형들에도 역시 적용된다. 복조 전달 함수(fD(t))는 신호(715)를 동기식으로 복조한다. 이러한 복조(즉, 신호(715)에 복조 전달 함수(fD(t))를 적용하는 것)로부터 신호(824)가 생성된다. 수학적으로, 복조는 신호(715)에 전달 함수(fD(t))를 곱셈하여, 신호(824)를 생성함으로써 달성된다. 신호(825)는 일정 기간, 예컨대 신호(715)의 사이클들의 정수배에 걸친 신호(824)의 적분을 나타낸다.
함수적으로, 복조 전달 함수(fD(t))를 이용하여 신호(715)를 복조하는 다수의 방법들이 있다. 디지털 처리 실시 형태에서, 신호들(715, fD(t))은 순차적인 이산 시간들에 715 및 fD(t)의 값들을 표현하는 디지털 숫자들을 갖는 디지털 포맷으로 변환될 수 있다. 예를 들어, 신호(826)는 기간들(t1 내지 t8) 동안의 8개의 이산 값들을 갖는 전달 함수(fD(t))의 디지털화된 버전을 나타낸다. 신호(715) 및 전달 함수(fD(t))는 이산적인 순차 시간들에 (동일한 길이의) 일련의 값들을 포함하는 2개의 벡터들로서 표현될 수 있다. 2개의 벡터들의 생성된 스칼라 곱이 계산될 수 있고, 일련의 그러한 곱들이 더해져서 신호(825)로서 도시되는 적분 함수를 얻을 수 있다.
도 9는 측정 회로(714)의 일 실시 형태를 도시하는데, 신호(715)는 먼저 증폭기(903)에 의해 처리된다. 증폭기(903)는 그의 입력, 예를 들어 합산 접합부에서 낮은 임피던스를 제공할 수 있고, 그것은 신호(715)의 크기를 증폭시킬 수 있다. 생성된 신호(935)는 이것에 시간 동기원(936)으로부터의 시변 복조 함수(fD(t))를 곱셈함으로써 복조된다. 일 실시 형태에서, 신호(935)는 신호(715)(도 8 참조)의 형상을 가질 수 있고, 곱셈 함수(932)는 아날로그 곱셈기 회로일 수 있는데, 여기서 fD(t)는 신호(935)의 파형을 가질 수 있다(신호(935)에 존재하는 실시간 잡음을 갖지 않음). 최종적으로, 적분된 신호(825)는 아날로그-디지털 변환기(ADC)(938)에 의해 디지털 포맷으로 변환될 수 있다. 신호원(936) 및 ADC(938)는 일부 실시 형태들에서 감지 회로부(714) 내에 포함될 수 있다.
다른 실시 형태에서, 함수(932)는 아날로그 신호(935)에 디지털 fD(t) 신호를 곱셈하도록 구성될 수 있다. 디지털 fD(t) 접근법에서, 신호(935)에 시변 디지털 값을 실시간으로 곱셈한다. 신호(826)(도 8)는 신호(fD(t))의 디지털 표현인데, 여기서 신호(fD(t))가, 예컨대, 8개의 기간들에 걸친 8개의 값들로 양자화되어 있다. 8개의 값들 각각은 디지털 숫자에 의해 표현될 수 있고, 각각의 디지털 숫자는, 이전에 기술된 바와 같이, 신호(715)가 수신될 때의 적절한 시간에 곱셈하는 디지털-아날로그 변환기에 적용될 수 있다.
일부 실시 형태들에 따르면, 복조 전달 함수(fD(t))는 응답 신호(715)와 실질적으로 동일한 형상을 가져서, 신호(715)의 매칭된 필터링을 생성할 수 있다. 이러한 이유로, 함수(715)와 거의 동일한 형상을 갖는 함수(fD(t))(및 함수(826))가 도 9에 도시되어 있다.
도 10은 응답 신호(715)의 단일 사이클, 및 신호(715)를 동기식으로 복조하는 데 이용될 수 있는 4개의 대안적인 fD(t) 복조 전달 함수들을 도시한다. 함수(1153)는 구형파이다. 함수(1154)는 신호(715)의 형상에 근사하는 다중 레벨 양자화된 파형이다. 함수(1155)는 도 3c에 도시된 형상에 근사하는 다중 레벨 양자화된 파형이다. 도 10은 도 3c와 상이하게 보이는데, 이는 도 10이 도 6f에 도시된 교호하는 가산, 감산 함수에 의해 나타나는 도 3c의 주기적인 반전 형태와 도 3c의 파형을 조합한 것이기 때문이다. 제4 복조 함수(1152)는 무잡음 신호(715)와 동일한 형상을 갖는다.
다양한 주파수들의 잡음을 신호(715)에 가산하고, 생성된 잡음포함 신호(noisy signal)를 4개의 복조 함수들(1152, 1153, 1154, 1155) 각각을 이용하여 동기식으로 복조하는 시뮬레이션들을 수행하였다. 이어서, 복조된 신호들을 신호(715)의 4개의 사이클들(4개의 신호 파장들)의 기간에 걸쳐 적분하였다. 나타낸 예들에서, 신호 파장은 11 μsec이므로, 복조된 신호들을 44 μsec의 기간 동안 적분하였다. 제2 시상수(예컨대, 1 μsec)를 갖는 정규화된 지수 파형으로부터 제1 시상수(예컨대, 0.1 μsec)의 시상수를 갖는 정규화된 지수 파형을 감산함으로써 신호(715)를 시뮬레이팅하였다. 이러한 시뮬레이션들에서, 잡음을 신호로 나눈 것(N/S)은, 복조된 (신호+잡음) 레벨로부터 알려진 복조된 신호 레벨을 감산하고, 이어서 복조된 신호 레벨로 나눔으로써 계산된다. 그 결과는 보다 일반적으로 사용되는 신호/잡음(S/N) 레벨의 역수이다. 특히 잡음이 0(zero) 레벨에 접근하는 주파수들에서, 그래프 스케일링이 보다 관리하기 쉽기 때문에 본 명세서에서는 N/S를 이용하였다.
도 12a 및 도 12b는 복조된 N/S 백분율의 그래프들을 도시한다. 이러한 측정들에 대해, 단일 사인파 주파수의 잡음을 신호(715)에 가산하였고, 복조되고 적분된 측정치의 변화율을 계산하였다. 피크 잡음 크기는 신호(715)의 피크 값의 50%이고, 신호(715)의 4개의 사이클들에 걸쳐 적분을 수행하였다. 도 12a 및 도 12b는 신호(715)에 대한 잡음의 위상이 상이하다. 도 12a에서, 잡음 사인파들의 위상은 신호(715)와 정렬되어 있다. 도 12b에서, 잡음 사인파들의 위상은 신호(715)보다 90도만큼 앞서 있다.
도 12c는 0도 잡음(도 12a)과 90도 잡음(도 12b)의 벡터 합을 도시한다. 따라서, 도 12c는 11 μsec의 신호 파장을 중심으로, 파장들의 범위에 걸친 잡음의 크기를 도시한다. 도 12a, 도 12b 및 도 12c는 4개의 예시적인 복조 전달 함수들의 성능이 잡음의 주파수 및 위상에 따라 유의하게 변동되는 것을 도시한다. 종합적으로, 매칭된 복조 신호(1152) 및 근접 매칭된 복조 신호(1154)는, 홀수 고조파들 이외의, 잡음의 존재 시에 우수한 성능을 갖는다.
일부 실시 형태들은 복조기의 전달 함수를, 응답 신호에 실질적으로 매칭되도록 교정하는 것을 수반한다. 신호(715)의 형상은 구동 신호(VD)의 형상, 센서(712)의 파라미터들, 및 측정 회로(714) 내의 구성요소들의 파라미터들에 따라 변동된다. 전형적으로, 크기 및 구성으로 인한 센서들 사이의 변동들은 신호(715)의 유의한 변동들을 야기할 수 있다. 따라서, 근접 매칭 복조 함수를 이용하여 신호(715)의 형상을 측정하고 신호(715)를 복조하는 것이 유리하다. 측정 회로(714)가 신호(715)를 빠른 속도로 디지털화하기 위한 회로들을 포함하는 디지털 처리 시스템들에서, 신호(715)의 형상은 빠른 아날로그-디지털 변환에 의해 직접 측정될 수 있다.
교정 동안의 측정치들은 시스템의 통상 사용 동안의 측정치들보다 덜 시간-임계적일 수 있어서, 교정 측정치들의 잡음은 통상적으로 이용되는 것보다 신호(715)의 더 많은 사이클들에 걸친 측정에 의해 감소될 수 있다. 또한, 교정 동안 비임계 잡음포함 함수들을 턴 오프함으로써 잡음을 감소시킬 수 있다. 구동 신호(VD)를 교정 동안 턴 오프할 수 있어서 주변 잡음을 직접 측정할 수 있고, 잡음 측정치들을 잡음포함 신호의 레벨들로부터 감산하여 무잡음 신호 형상의 근사치를 산출할 수 있다.
상기 언급된 바와 같이, 신호(715)는, 용량성 센서에 인가되어 센서 정전용량(Cm)을 통과하는, 구형파 구동된 신호의 결과일 수 있는데, 이는 때때로 터치에 의해 수정된다. 구동된 신호의 고조파들은 Cm 이외의 경로들에 의해 측정 회로들에 도달할 수 있는데, 그 경우에 이러한 고조파들은 실질적으로 잡음이다. 또는, 잡음은 구형파들을 또한 생성하는 스위칭 전원으로부터 나올 수 있다. 21%의 제3 고조파, 13%의 제5 고조파, 9%의 제7 고조파, 및 7%의 제9 고조파를 포함하는 구형파 (홀수) 고조파들을 신호(715)에 가산함으로써 홀수 고조파 잡음을 시뮬레이팅하였다. 이러한 조합된 고조파 신호들의 피크 레벨을 신호(715)의 피크 크기의 50%로 정규화하였다. 생성된 잡음포함 신호(715n)가 도 11에 그래프로 도시되어 있다.
신호(715n)의 4개의 사이클들에 대한 복조 및 적분의 시뮬레이팅된 결과들이 표 1의 열 3에 나타나 있다. 계산된 퍼센트 N/S 비들이 표 1의 열 4에 백분율로서 나타나 있다. 다양한 복조 함수들은 표 1에 나타낸 바와 같은 상이한 적분된 결과들을 생성한다. 표 1의 "0 잡음" 열은 다양한 복조 신호들을 이용한 신호(715)의 복조의 4개의 사이클들 이후의, 잡음이 없는 적분기 레벨들을 나타낸다. 매칭된 필터들(1152, 1154)은 구형파(1153) 초과의 신호의 홀수 고조파 잡음 성분을 감소시키지만, 신호(1155)는 홀수 고조파들을 실질적으로 제거한다. 이는, 필터(1155)가 홀수 고조파 잡음에 매칭되지만 잡음과의 직교 위상에 있으므로, 필터(1155)가 홀수 고조파 잡음과의 거의 제로 상관을 가져서, 신호(715n)의 예에서 본질적으로 어떠한 잡음도 없이 복조되기 때문이다.
[표 1]
Figure pct00002
도 13은 시스템(710)과 유사한 특성들 및 구성요소들을 갖는 정전용량 터치 디지타이저 시스템(1360)을 도시하지만, 시스템(1360)은 전극들의 매트릭스를 포함한다. 센서(1362)는 전극들의 2개의 어레이들을 포함하는데, 하나의 어레이가 다른 어레이 위에 배열되어 있다. 상부 전극 어레이는 병렬 수신 전극들(Rcv1, Rcv2, Rcv3, Rcv4)을 포함한다. 하부 어레이는 병렬 구동된 전극들(Da, Db, Dc, Dd)을 포함하고, 전극들(Rcv1, Rcv2, Rcv3, Rcv4)에 직교로 배열된다. 16개의 전극간(상호) 정전용량들(Cm)은 전형적으로 대략 동일하다. 구동 회로들(1313a, 1313b, 1313c, 1313d)은 임의의 파형일 수 있는 신호들(VDa, VDb, VDc, VDd)을 생성하지만, 본 명세서의 예들에서는 펄스들이 사용된다. 수신 회로들(1314a, 1314b, 1314c, 1314d)은 응답 신호들(1315a, 1315b, 1315c, 1315d)을 각각 측정한다. 측정들의 결과들은 감지, 측정, 및/또는 제어 회로들(1367)로 전달된다. 본 발명의 아날로그 처리 실시 형태들에서, 수신 회로들(1314)은 신호들(715a 내지 715d)의 동기식 복조, 적분, 및 아날로그-디지털 변환 중 하나 이상을 포함하는 전달 함수들을 수행할 수 있다. 본 발명의 디지털 처리 실시 형태들에서, 수신 회로들(1324)은 회로들(1367)에서의 처리를 위해 신호들(715a 내지 715d)을 증폭할 수 있고 그들을 아날로그로부터 디지털 포맷으로 변환할 수 있다. 구동 회로들(1313) 및 수신 회로들(1314)은 제어 라인들(Ctrl1, Ctrl2)을 통해 회로(1367)에 의해 제어된다.
사용자는 상부 어레이 위에 위치된 터치 표면(도시되지 않음)을 터치함으로써 센서와 상호작용한다. 전극 교차점과 근접한 터치가 전극간 정전용량들(Cm) 중 하나 이상을 변화시킬 것이다. 터치에 근접한 전극간 정전용량(들)은 크기가 감소되어, 다른 전극간 정전용량들과 동일하지 않게 된다. 대부분의 매트릭스 터치 시스템들에서, 터치가 하나 초과의 전극간 정전용량(Cm)에 영향을 미치므로, 보간법을 이용하여 터치 위치들을 개량시킬 수 있다.
도 13 및 본 명세서의 어딘가 다른 곳에 의해 예시된 바와 같은 매트릭스 터치 시스템들의 경우에, 구동된 신호들(Da, Db, Dc, Dd)은 전형적으로 한 번에 하나씩 순차적으로 구동된다. 신호들(1315a, 1315b, 1315c, 1315d)은 다수의 측정 회로들(1314a, 1314b, 1314c, 1314d)에 의해 동시에 수신될 수 있고, 각각의 수신 채널은 별개의 응답 신호들(1315a, 1315b, 1315c, 1315d)의 복조 전달 함수(fD(t)) 및 적분을 동시에 수행할 수 있다.
센서(1360)는 분포된 정전용량들 및 저항들의 복합 어레이를 갖는다. 구동 전극 정전용량들(Cd)은 각각의 전극에 대해 접지에 대한 단일 정전용량으로서 나타나 있지만, 실제로는 Cd는 일반적으로 각각의 전극을 따라 분포되어 있다. 유사하게, 각각의 수신 전극은 그의 길이를 따라 분포된 정전용량(Cr)을 갖는다. 전극들의 저항(시스템(1360)에 도시되지 않음)은 수백 옴 내지 수만 옴으로 다양할 수 있으므로, 응답 신호들은 구동 전극들 및 수신 전극들을 통한 신호 경로의 길이에 따라 상이한 양으로 감쇠될 것이다.
수신 신호들은 적어도 2개의 주요 변동들을 겪을 수 있다. 먼저, 수신 신호들은 수신 전극들로부터의 구동된 전극의 거리에 비례하여 함께 변할 것이다. 예를 들어, 먼 곳에 있는 전극(Da)이 신호로 구동될 때, 4개의 모든 수신 신호들은 전부 인근 전극(Dd)이 구동될 때보다 더 낮을 수 있다. 유사하게, 구동된 신호들(Da 내지 Dd)은 구동된 단부에서 가장 클 수 있고, 그들은 구동된 전극들(Da 내지 Dd)의 원위 단부에 도달할 때 감쇠될 수 있다. 응답 신호들은 구동 전극들의 구동된 단부에 대한 그들의 근접성에 비례하여 서로 다를 수 있다. 예를 들어, (전극(Rcv1)에 연결된) 응답 신호(1315a)는 신호(1315d)보다 크기가 더 클 것인데, 이는 구동기들(1313a 내지 1313d)이 그들의 신호들을 전극(Rcv1)에 더 가깝게 인가하기 때문이다.
따라서, 각각의 응답 신호의 형상(및/또는 크기)은 어떤 구동된 전극이 활성화되는지에 따라 다를 수 있다. 그러한 변동들은 본 명세서에 기술된 교정 프로세스들에 의해 측정될 수 있고, 각각의 구동된 전극에 대해 고유 복조 전달 함수(fD(t))가 이용될 수 있다. 유사하게, 수신 측정 회로들(1314a 내지 1314d) 각각은 다른 측정 회로들과는 상이한 복조 전달 함수(fD(t))를 이용할 수 있다.
도 2a 및 도 2b의 아날로그/디지털 하이브리드 회로와 같은 일부 아날로그 처리 회로들이 또한, 신호(715)의 샘플링을 위한 복조 회로부를 사용함으로써, 수신된 파형의 형상 대 시간을 측정하는 데 적합하다. 이러한 아날로그 회로를 이용하여 측정하는 방법이 도 14를 참조하여 기술된다. 도 14는 전술된 바와 같이 생성되는 응답 신호(715) 및 구동 신호(VD)의 하나의 사이클을 포함하는 예시적인 그래프들(1470)을 도시한다. 도시된 예에서, 일련의 복조 샘플링 펄스들이 일련의 8개의 이산 시간들에 신호(715)를 샘플링하는 데 이용될 것이다. 먼저, 펄스(1476a)를 전달 함수(fD(t))(도 10의, 시스템(1030)의 fD(t)에 대응함)로서 이용하여, 시간 t1 및 시간 t9 동안 발생되는 신호(715)의 부분만을 복조한다. 신호(1476a)는 신호(715)의 1/2 파장만큼 분리된 한 쌍의 반대 극성의 샘플 시간들을 포함한다. 그 결과는 신호(1474a)(시스템(1030)의 신호(1024)에 대응함)인데, 이는 적분되어 최종 값 V1475a를 갖는 신호(1475a)를 산출한다. 도 14는 VD의 하나의 전체 사이클에 걸친 적분을 도시하지만, 실제로는, 적분이 바람직하게는 VD의 많은 사이클들에 걸쳐 수행된다. 적분의 말미에서의 신호(1475a)의 값은 샘플 기간들(t1, t9) 동안 신호(715)의 평균 값에 비례한다.
다음으로, 펄스(1476b)를 전달 함수(f(t))로서 이용하여, 시간 t2 및 시간 t10 동안 발생되는 신호(715)의 부분만을 복조한다. 그 결과는 신호(1474b)인데, 이는 적분되어 신호(1475b)를 산출한다. 적분의 말미에서의 신호(1475b)의 값은 V1475b인데, 이는 기간들(t2, t10) 동안 신호(715)의 평균 값에 비례한다. 이러한 프로세스는 모든 기간(t1과 t9 내지 t8과 t16)에서 신호(715)의 값이 알려질 때까지 계속될 수 있다. 그래프들(1470)의 예에서, 8개의 적분을 수행하여 8쌍의 반대 위상의 샘플들(t1과 t9, t2와 t10, t3과 t11 등)을 측정한다. 신호(715)의 크기를 8개의 샘플 지점들에서 측정한 후에, 이러한 8개의 값들 (및 그들의 반대 위상의 보수들)을 이용하여 복조 전달 함수(fD(t))를 생성할 수 있다. 주어진 예의 경우, 그 결과는 계산된 전달 함수(1479)일 것이고, 여기서 8개의 값들 및 그들의 보수들은 신호(715)에 근사하는 전달 함수를 형성한다.
신호(715)를 측정하는 프로세스는 바람직하게는 시스템의 통상 사용 이전에 행해진 교정 프로세스 동안 수행된다. 교정 프로세스는 측정 시스템이 다양한 원인들로부터의 응답 신호(715)의 크기 및 형태의 변동들에 적응할 수 있게 한다. 이러한 교정 프로세스를 방해할 수 있는 제어 가능한 잡음원들이 있다면, 그들은 교정 동안 턴 오프될 수 있다. 예를 들어, 인근 디스플레이 및/또는 비필수 전원이 턴 오프될 수 있는데, 특히 이러한 구성요소들이 정전용량 측정 시스템에 동기되는 잡음을 방출하는 경우 그러하다.
도 15a는 1 μsec의 지수 감쇠 시상수를 갖는 응답 신호(1515)의 단일 사이클, 및 신호(1515)를 동기식으로 복조하는 데 사용될 수 있는 4개의 대안적인 fD(t) 전달 함수들을 도시한다. 신호(1584)는 신호(1515)에 대략 매칭되도록 의도된 양자화된 fD(t)이다(도 11의 신호(1154)와 유사함). 신호(1585)는, 1515와 유사하지만 1.5 μsec의 감쇠 시상수를 갖는 지수적으로 감쇠하는 신호에 대략 매칭되도록 의도된 양자화된 fD(t)이다. 신호(1583)는, 1515와 유사하지만 0.5 μsec의 감쇠 시상수를 갖는 지수적으로 감쇠하는 신호에 대략 매칭되도록 의도된 양자화된 fD(t)이다. 제4 복조 함수(1582)는 무잡음 신호(1515)와 동일한 형상이다.
도 15b는 11 μsec의 신호 파장을 중심으로, 잡음 파장들의 범위에 걸친 잡음의 벡터 크기를 도시한다. 도 15a 및 도 15b는 3개의 양자화된 복조 함수들(fD(t))(1583, 1584, 1585)의 성능이 잡음 주파수들의 범위에 걸쳐 유사한 성능을 갖는 것을 도시한다. 매칭된 함수(1582)는 최적의 복조 함수이고, 근접 매칭 함수(1584)는 많은 잡음 주파수 범위들에서 함수들(1583, 1585)보다 더 양호한 성능을 갖는다.
도 15c는 1 μsec의 지수 감쇠 시상수를 갖는 응답 신호(1515p)의 단일 사이클, 및 신호(1515p)를 동기식으로 복조하는 데 사용될 수 있는 4개의 대안적인 fD(t) 전달 함수들(1582, 1583, 1584, 1585)을 도시한다. 신호(1515p)는 4개의 대안적인 fD(t) 전달 함수들(1582, 1583, 1584, 1585)에 대해 시간에 있어서 0.5 μsec만큼 시프트된다(지연된다). 신호(1584)는 신호(1515p)에 대략 매칭되도록 의도된 양자화된 fD(t)이다(도 11의 신호(1154)와 유사함). 신호(1585)는, 1515와 유사하지만 1.5 μsec의 감쇠 시상수를 갖는 지수적으로 감쇠하는 신호에 대략 매칭되도록 의도된 양자화된 fD(t)이다. 신호(1583)는, 1515p와 유사하지만 0.5 μsec의 감쇠 시상수를 갖는 지수적으로 감쇠하는 신호에 대략 매칭되도록 의도된 양자화된 fD(t)이다. 제4 복조 함수(1582)는 무잡음 신호(1515p)와 동일한 형상이다.
도 15d는 11 μsec의 신호 파장을 중심으로, 잡음 파장들의 범위에 걸친 잡음의 벡터 크기를 도시한다. 도 15c 및 도 15d는, 신호(1585) - 이는 1515p와 유사하지만 1.5 μsec의 보다 긴 감쇠 시상수를 갖는 지수적으로 감쇠하는 신호에 대략 매칭되도록 의도된 양자화된 fD(t)임 - 의 성능이, 많은 잡음 주파수 범위들에서 함수들(1582, 1583, 1584)보다 더 양호한 성능을 갖는다는 것을 도시한다. 매칭되지만 보다 짧은(0.5uSec) 시상수를 갖는 신호(1583)는 위상 시프트의 결과로서 가장 큰 성능 저하를 갖는다. 이것은, 보다 넓은(예컨대, 보다 긴 시상수) 전달 함수가, 측정되고 있는 신호에 관하여 전달 함수가 위상 시프트되는 일부 경우에 더 양호한 성능을 산출할 수 있다는 것을 증명한다.
도 16a는 신호(715)에 적용되는 추가적인 복조 전달 함수들을 도시한다. 함수들(1693, 1694, 1695)은 각각 3, 2, 및 1 샘플 주기의 폭들을 갖는 간단한 샘플링 함수들이다. 복조 함수(1692)는 신호(715)에 매칭된다. 도 16b는 11 μsec의 신호 파장을 중심으로, 잡음 파장들의 범위에 걸친 잡음/신호의 크기를 도시한다. 매칭된 전달 함수(1692)는 기본 신호 주파수를 제외하고는 잘 수행되고, 함수들(1693, 1694, 1695)의 다양한 것들은 일부 잡음 주파수 범위들에서 더 양호한 N/S 성능을 갖는다.
도 16c는 도 16a에서와 동일한 복조 함수들을 도시하지만, 복조 함수들이 신호(715)에 대해 위상에 있어서 하나의 기간만큼 전진되어 있다. 도 16d는 11 μsec의 신호 파장을 중심으로, 잡음 파장들의 범위에 걸친 잡음/신호의 크기를 도시한다. 도 16d에서 함수(1695)의 N/S가 생략되어 있는데, 이는 대부분의 주파수들에서 그것이 다른 N/S 측정치들보다 100배 초과로 더 크기 때문이다. 이것은 신호(715)가 0에 가까운 시기에 함수(1695)가 신호(715)를 샘플링하기 때문이다. 보다 넓은 복조 함수(1693)는 많은 주파수들에서 함수들(1692, 1694)보다 더 양호한 N/S를 갖는데, 이는 그것이 잡음에 대해 신호(715)의 보다 큰 부분을 복조하기 때문이다.
도 12a, 도 12b 및 도 12c는, 시뮬레이팅된 측정 회로들(714)에 의해 측정된 바와 같은, 신호에 대한 잡음(N/S)의 비들을 도시한다. 상이한 복조 전달 함수들이 상이한 N/S 비들을 야기할 수 있다는 것이 명백하다. 특정 잡음 레벨들 및/또는 잡음 스펙트럼을 갖는 특정 시스템에 대해 N/S 비가 알려져 있을 수 있다면, 복조 전달 함수가 특정 N/S 비들, 예컨대 최소 N/S 비를 달성하도록 적응시키는 것이 가능할 수 있다.
일부 실시 형태들은 응답 신호를 측정하는 데 이용되는 전달 함수를 응답 신호에 매칭시킴으로써 터치 장치를 교정하는 방법을 수반한다. 교정은, 터치 장치를 사용하여 터치 입력을 검출하기 전에 초기화 기간 동안 수행될 수 있다. 도 17a는 일부 실시 형태들에 따른 터치 장치에 대한 교정 프로세스를 예시하는 흐름도이다. 교정은 수신 전극의 응답 신호의 형상을 결정하는 것(1701)을 수반한다. 응답 신호에 비례적으로 그리고 그와 동기식으로 가변하는 시변 전달 함수를 결정한다(1702). 이어서, 전달 함수는 터치 입력을 포함하는 응답 신호를 복조하기 위해 이용될 수 있다(1703).
수신 전극들에 대해 생성되는 응답 신호들은 전극마다 다를 수 있다. 따라서, 각각의 전극에 대해 또는 인접한 전극들의 그룹들에 대해 상이한 시변 전달 함수가 결정될 수 있다. 특정 수신 전극에 대한 응답 신호는 또한 수신 전극의 길이를 따라 변할 수 있다. 따라서, 일부 구현예들에서, 수신 전극에 대해 다수의 전달 함수들이 형성될 수 있는데, 다수의 전달 함수들 각각은 수신 전극을 따른 구동 전극 위치에 각각 대응한다.
도 17b는 일부 구현예들에 따른 교정 프로세스를 예시하는 더 상세한 흐름도이다. 잡음이 감소 또는 최소화되는 동안 응답 신호의 형상 및 크기를 결정한다(1705). 예를 들어, 응답 신호의 형상 및 크기는, 응답 신호와 합리적으로 가깝게 매칭되는 것으로 선험적으로 알려져 있는 근접 매칭 전달 함수를 이용하여 결정될 수 있다. 구동 신호 및/또는 다른 잡음원들을 턴 오프함으로써 전달 함수를 결정하는 프로세스 동안 잡음이 감소 또는 최소화될 수 있다.
감소된 잡음을 갖는 응답 신호의 형상 및 크기에 기초하여 초기 전달 함수를 형성한다(1710). 초기 전달 함수를 이용하여 잡음을 갖는 응답 신호의 형상 및 크기를 결정한다(1715). 잡음을 측정하고(1720), 잡음을 갖는 응답 신호로부터 잡음을 감산한다(1725). 잡음을 갖는 응답 신호로부터 잡음을 감산한 결과는 잡음-감산된 응답 신호라고 지칭된다. 잡음(N)과 잡음-감산된 잡음 신호(S)의 비, 예컨대 N/S 또는 S/N을 형성한다(1730). N/S 값을 감소시키기 위해 (또는 S/N 값을 증가시키기 위해) 초기 전달 함수를 반복적으로 조절할 수 있다(1735). 예를 들어, 그 비가 특정 범위 내에 있도록 초기 전달 함수를 조절함으로써 전달 함수가 형성될 수 있다. 조절된 전달 함수는 터치 검출을 위한 터치 장치의 동작 동안 이용될 수 있다.
전달 함수를 조절하기 위한 옵션은, 초기 전달 함수를 이용하여 늦은 위상 또는 앞선 위상에서 잡음을 갖는 응답 신호를 재결정하는 것을 수반한다. 이어서, 초기 전달 함수는 잡음을 갖는 응답 신호를 재결정한 결과에 기초하여 조절된다. 다른 옵션은, 초기 전달 함수보다 시간에 있어서 더 좁거나 더 넓은 전달 함수를 이용하여 잡음을 갖는 응답 신호를 재결정하는 것을 수반한다. 이어서, 초기 전달 함수는 잡음을 갖는 응답 신호의 재결정 결과에 기초하여 조절된다. 전달 함수를 조절하는 것은, 전달 함수의 형상 및/또는 위상을 조절하는 것을 수반할 수 있다. 선택적으로, 전달 함수 이외에 터치 장치의 파라미터들이 신호 대 잡음비를 증가시키기 위해 추가적으로 조절될 수 있는데, 예컨대, 구동 신호의 주파수를 조절하고/하거나 응답 신호의 적분 주기의 지속기간을 조절한다. 전달 함수 및 선택적으로 다른 파라미터들은 N/S 또는 S/N 비가 특정 범위 내에 있을 때까지 반복적으로 조절될 수 있다.
선택적으로, 잡음 스펙트럼이 측정될 수 있고, 측정된 잡음 스펙트럼에 기초하여 전달 함수가 조절될 수 있는데, 이는 함수(1155)(도 10)에 관하여 기술된 바와 같다. 예를 들어, 잡음 스펙트럼은 구동 신호의 기본 주파수에서 그리고/또는 기본 주파수의 하나 이상의 고조파들에서 측정될 수 있다. 일부 구현예들에서, 잡음 스펙트럼을 측정하는 것은, 구동 신호의 기본 주파수 미만의 주파수에서 잡음 신호를 측정하는 것을 수반한다. 잡음 스펙트럼은 전술된 바와 같이 샘플링 펄스들을 이용하여 신호 형상이 측정되는 방식과 유사하게 결정될 수 있다. 유사한 프로세스를 이용하여, 잡음 신호의 형상 및 크기가 측정될 수 있다.
도 18a 및 도 18b는 3.67 μsec의 파장(신호(715)의 제3 고조파 주파수)을 갖는 잡음이 측정되는 예를 도시한다. 잡음 측정들에 대해, 구동된 신호(VD)가 턴 오프되므로, 신호(15)는 잡음만을 포함한다. VD가 24t의 파장을 갖는 것을 고려하면, 24t의 K 정수배의 적분 주기가 K개의 신호 파장들에서의 잡음을 측정할 것이다. 전형적으로, 잡음의 대부분이 신호(VD)와 동기되지 않으므로, 통상 동작 동안 신호(715)를 측정하는 데 이용되는 신호 파장들보다 더 많은 신호 파장들에 걸쳐 잡음을 측정하는 것이 일반적으로 바람직하다.
도 18a는 여러 복조 전달 함수들을 도시한다. 복조 전달 함수(1892)는 구형파 신호(VD)의 제3 고조파에 매칭된다. 복조 전달 함수(1895)는 구형파 신호(VD)의 제3 고조파에 대략 매칭되는 양자화된 함수이다. 원하는 주파수 및 파형을 갖는 전달 함수들을 이용함으로써 다른 주파수들에서의 잡음이 측정될 수 있다. 샘플 시간 t의 배수 이외의 파장들이 측정되면, 샘플 시간 t의 지속기간을 확립하는 시스템 클록의 클록 주파수를 변경함으로써 t의 지속기간이 변경될 수 있다.
도 18b는 0.3 μsec 내지 22 μsec의 파장들의 사인파들을 적용함으로써 생성되는 복조된 적분된 출력을 도시한다. 복조 전달 함수들(1892, 1895)은 다른 모든 주파수들의 90% 이상을 차단하면서 원하는 제3 고조파를 선택적으로 통과시킨다. 따라서, 잡음 스펙트럼이 측정될 수 있고, 측정 시스템은 잡음을 피하도록 조절될 수 있다. 예를 들어, 신호(VD)의 주파수는 수정될 수 있고, 샘플링 주기들(t1, t2 등)의 지속기간은 VD의 주파수의 변화에 매칭되도록 조절될 수 있다. 측정 회로부와 특정 주파수 또는 위상 관계를 갖는 것으로 측정된 잡음을 피하기 위해 적분 주기의 지속기간이 변경될 수 있고 그리고/또는 복조 전달 함수(FD(t))(형상 또는 위상)가 변경될 수 있다.
도 19는 잡음 측정의 여러 예들을 도시한다. 원하는 수신 신호(715)가 도 19에 도시된 바와 같이 16t의 파장을 갖는 것을 고려하면, 16t의 K 정수배의 적분 주기가 K개의 신호 파장들의 잡음을 측정할 것이다. 잡음의 대부분이 신호(715)와 동기되지 않는 것을 고려하면, 신호(715)를 측정하는 데 이용되는 신호 파장들보다 더 많은 신호 파장들에 걸쳐 잡음을 측정하는 것이 일반적으로 바람직하다.
잡음 측정들에 대해, 구동된 신호(VD)가 턴 오프되므로, 신호(715)는 잡음만을 포함한다. 도 19는 다양한 주파수들의 잡음을 측정하는 여러 복조 전달 함수들을 도시한다. 복조 전달 함수(1901)는 VD의 기본 주파수에서 잡음을 측정한다. 복조 전달 함수(1902)는 신호(VD)의 제2 고조파에서 잡음을 측정한다. 복조 전달 함수(1903)는 신호(VD)의 제3 고조파에서 잡음을 측정한다. 복조 전달 함수(106)는 신호(VD)의 제6 고조파에서 잡음을 측정한다.
원하는 주파수를 갖는 FD(t) 함수들을 이용함으로써 다른 주파수들에서의 잡음이 측정될 수 있다. 샘플 시간 t의 배수 이외의 파장들을 측정하기 위하여, 샘플 시간 t의 지속기간을 확립하는 시스템 클록의 클록 주파수를 변경함으로써 t의 지속기간이 변경될 수 있다.
복조 함수(1909)는 신호(VD)의 (24t) 기본 주파수보다 더 긴 파장에서의 잡음을 측정하는 복조 함수의 일례이다. 예(1909)는 36t의 잡음 파장을 측정하는데, 이의 전체가 도시되어 있지는 않다.
따라서, 잡음 스펙트럼이 측정될 수 있고, 측정 시스템은 잡음을 피하도록 조절될 수 있다. 예를 들어, 샘플링 주기들(t1, t2 등)의 지속기간은 신호(VD)의 주파수를 변경하기 위해 조절될 수 있다. 적분 주기의 지속기간은 (예컨대, 그래프들(1900)에 도시된 바와 같은 24t 이외의 16t의 지속기간으로) 변경될 수 있다. 또는, 복조 전달 함수(FD(t))(형상 또는 위상)는 측정 회로들과 특정 주파수 또는 위상 관계를 갖는 것으로 측정된 잡음을 피하기 위해 변경될 수 있다.
본 발명에 기술된 실시 형태들은 하기의 항목들을 포함한다:
항목 1. 터치 감응 장치로서,
수신 전극에 용량적으로 결합된 구동 전극;
구동 전극으로 전달되는 구동 신호에 응답하여 수신 전극에 대한 응답 신호를 생성하도록 구성된 감지 회로 - 응답 신호는 음 진행 천이 부분으로부터 분리된 양 진행 천이 부분을 포함함 -; 및
응답 신호의 양 진행 천이 부분 및 음 진행 천이 부분과 실질적으로 정렬된 증가된 이득 및 응답 신호의 양 진행 천이 부분과 음 진행 천이 부분 사이의 감소된 이득을 갖는 시변 이득을 포함하는 증폭 회로를 포함하는 터치 감응 장치.
항목 2. 항목 1에 있어서, 증폭 회로는 구동 신호와 동기화되는 시변 저항을 포함하는 터치 감응 장치.
항목 3. 항목 1 또는 항목 2에 있어서, 증폭 회로는 연산 증폭기의 입력 포트에 병렬로 연결된 복수의 저항기들을 포함하고, 복수의 저항기들 중의 적어도 2개의 저항기들의 값들은 서로 상이하고, 복수의 저항기들 중의 각각의 저항기는 상이한 대응하는 스위치를 갖는 터치 감응 장치.
항목 4. 항목 1 내지 항목 3 중 어느 하나의 항목에 있어서, 증폭 회로는 구동 신호와 동기화되는 시변 정전용량을 포함하는 터치 감응 장치.
항목 5. 터치 감응 장치로서,
수신 전극에 용량적으로 결합된 구동 전극;
구동 전극으로 전달되는 구동 신호에 응답하여 수신 전극에 대한 응답 신호를 생성하도록 구성된 감지 회로 - 응답 신호는 음 진행 천이 부분으로부터 분리된 양 진행 천이 부분을 포함함 -; 및
응답 신호의 양 진행 천이 부분 및 음 진행 천이 부분과 실질적으로 정렬된 보다 작은 값들 및 응답 신호의 양 진행 천이 부분과 음 진행 천이 부분 사이의 보다 큰 값들을 갖는 시변 시상수를 포함하는 증폭 회로를 포함하는 터치 감응 장치.
항목 6. 항목 5에 있어서, 시변 시상수는 시변 저항을 포함하는 터치 감응 장치.
항목 7. 항목 5 또는 항목 6에 있어서, 시변 시상수는 시변 정전용량을 포함하는 터치 감응 장치.
항목 8. 터치 감응 장치로서,
수신 전극에 용량적으로 결합된 구동 전극;
구동 전극으로 전달되는 구동 신호에 응답하여 수신 전극에 대한 응답 신호를 생성하도록 구성된 감지 회로 - 응답 신호는 구동 신호의 고조파를 포함함 -; 및
고조파에 대응하는 주파수 범위에서 감소된 이득을 갖는 시변 이득을 포함하는 증폭 회로를 포함하는 터치 감응 장치.
항목 9. 항목 8에 있어서, 고조파는 복수의 홀수 고조파들을 포함하고, 시변 이득은 복수의 홀수 고조파들에 대응하는 주파수 범위에서 복수의 최소값들을 갖는 터치 감응 장치.
항목 10. 터치 감응 장치로서,
수신 전극에 용량적으로 결합된 구동 전극; 및
수신 전극에 결합된 감지 회로를 포함하고, 감지 회로는,
수신 전극에 결합되고, 구동 전극으로 전달되는 구동 신호에 응답하여 수신 전극에 대한 응답 신호를 생성하도록 구성된 제1 스테이지 - 응답 신호는 구동 신호의 미분된 표현이며 구동 신호의 적어도 하나의 홀수 고조파 및 적어도 하나의 짝수 고조파를 포함함 -;
제1 스테이지의 출력에 결합되어, 응답 신호에서의 적어도 하나의 홀수 고조파를 억제하는 제2 스테이지; 및
제2 스테이지의 출력에 용량적으로 결합되어, 제2 스테이지의 출력을 증폭하고 응답 신호에서의 적어도 하나의 짝수 고조파를 억제하는 제3 스테이지를 포함하는 터치 감응 장치.
항목 11. 항목 10에 있어서,
제1 스테이지는 가변 이득 미분 회로를 포함하고,
제2 스테이지는 적어도 하나의 홀수 고조파에 대응하는 주파수 응답에서 널을 갖는 이득을 포함하고,
제3 스테이지는 합산 적분기를 포함하는 터치 감응 장치.
항목 12. 터치 감응 장치로서,
수신 전극에 용량적으로 결합된 구동 전극;
구동 전극으로 전달되는 구동 신호에 응답하여 수신 전극에 대한 응답 신호를 생성하는 감지 회로 - 응답 신호는 음 진행 천이 부분으로부터 분리된 양 진행 천이 부분을 포함함 -;
응답 신호를 증폭하도록 구성되고 비선형 이득을 갖는 증폭기; 및
응답 신호의 양 진행 천이 부분으로부터 응답 신호의 음 진행 천이 부분을 감산하는 적분기를 포함하는 터치 감응 장치.
항목 13. 시스템으로서,
터치 감응 장치 - 터치 감응 장치는,
적어도 하나의 수신 전극에 용량적으로 결합된 적어도 하나의 구동 전극 및 터치 감응 표면을 포함하는 터치 패널;
구동 전극으로 전달되는 구동 신호에 응답하여 수신 전극에 대한 응답 신호를 생성하도록 구성된 감지 회로; 및 응답 신호에 시변 전달 함수를 적용하도록 구성된 측정 회로를 포함함 -; 및
응답 신호에 시변 전달 함수를 매칭시키도록 구성된 교정 회로를 포함하고, 전달 함수는 응답 신호에 비례적으로 그리고 그와 동기식으로 가변하는 시스템.
항목 14. 터치 감응 장치로서,
적어도 하나의 수신 전극에 용량적으로 결합된 적어도 하나의 구동 전극 및 터치 감응 표면을 포함하는 터치 패널;
구동 전극으로 전달되는 구동 신호에 응답하여 수신 전극에 대한 응답 신호를 생성하도록 구성된 감지 회로; 및
응답 신호에 시변 전달 함수를 적용하도록 구성된 측정 회로를 포함하고, 전달 함수는 응답 신호에 비례적으로 그리고 그와 동기식으로 가변하는 터치 감응 장치.
항목 15. 항목 14에 있어서, 측정 회로의 출력에 기초하여 터치 감응 표면 상의 터치를 검출하도록 구성된 터치 처리 회로를 추가로 포함하는 장치.
항목 16. 항목 14 또는 항목 15에 있어서, 측정 회로는 시변 이득을 갖는 증폭기를 포함하는 장치.
항목 17. 항목 14 내지 항목 16 중 어느 하나의 항목에 있어서, 측정 회로는 시변 이득을 갖는 적분기를 포함하는 장치.
항목 18. 항목 17에 있어서, 적분기는 시변 RC 상수를 갖는 장치.
항목 19. 항목 17 또는 항목 18에 있어서, 적분기는 시변 이득 정전용량을 갖는 장치.
항목 20. 항목 17 내지 항목 19 중 어느 하나의 항목에 있어서, 적분기는 시변 이득 저항을 갖는 장치.
항목 21. 항목 17 내지 항목 20 중 어느 하나의 항목에 있어서, 감지 회로는 시변 이득을 갖는 미분기를 포함하는 장치.
항목 22. 항목 14 내지 항목 21 중 어느 하나의 항목에 있어서, 측정 회로는 응답 신호에 전달 함수를 곱셈하도록 그리고 곱셈의 결과를 일정 기간에 걸쳐 적분하도록 구성되는 장치.
항목 23. 항목 22에 있어서, 일정 기간은 정수 개인 응답 신호의 사이클들인 장치.
항목 24. 방법으로서,
수신 전극에 용량적으로 결합된 구동 전극으로 전달되는 구동 신호에 응답하여 수신 전극 상의 응답 신호를 감지하는 단계;
응답 신호에 시변 전달 함수를 적용하는 단계 - 전달 함수는 응답 신호에 비례적으로 그리고 그와 동기식으로 가변함 -; 및
응답 신호에 전달 함수를 적용한 결과를 이용하여 터치 감응 표면 상의 터치를 검출하는 단계를 포함하는 방법.
항목 25. 적어도 하나의 수신 전극에 용량적으로 결합된 적어도 하나의 구동 전극을 포함하는 터치 감응 패널을 포함하는 터치 장치를 사용하는 방법으로서,
구동 전극으로 전달되는 구동 신호에 응답하여 수신 전극에 대한 응답 신호의 형상을 결정하는 단계;
응답 신호에 비례적으로 그리고 그와 동기식으로 가변하는 시변 전달 함수를 형성하는 단계; 및
터치 패널 상의 터치에 관한 정보를 포함하는 응답 신호에 시변 전달 함수를 적용하는 단계를 포함하는 방법.
항목 26. 항목 25에 있어서,
전달 함수를 적용하는 단계는 전달 함수와 응답 신호를 곱셈하는 단계를 포함하고;
방법은 곱셈하는 단계의 결과를 일정 기간에 걸쳐 적분하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
항목 27. 항목 26에 있어서, 일정 기간은 응답 신호의 주기의 정수배를 포함하는 방법.
항목 28. 항목 25 내지 항목 27 중 어느 하나의 항목에 있어서, 응답 신호 및 시변 전달 함수는 디지털 포맷으로 표현되는 방법.
항목 29. 항목 25 내지 항목 28 중 어느 하나의 항목에 있어서, 응답 신호 및 시변 전달 함수 각각은 이산적인 순차 시간들에 일련의 값들을 포함하는 벡터들로서 표현되는 방법.
항목 30. 항목 29에 있어서, 전달 함수를 적용하는 단계는 응답 신호 벡터와 전달 함수 벡터의 스칼라 곱을 형성하는 단계를 포함하는 방법.
항목 31. 항목 25에 있어서, 응답 신호 및 시변 전달 함수는 아날로그 포맷으로 표현되는 방법.
항목 32. 적어도 하나의 수신 전극에 용량적으로 결합된 적어도 하나의 구동 전극을 포함하는 터치 감응 패널을 포함하는 터치 장치를 교정하는 방법으로서,
구동 전극으로 전달되는 구동 신호에 응답하여 수신 전극에 대한 응답 신호의 형상을 결정하는 단계; 및
응답 신호에 비례적으로 그리고 그와 동기식으로 가변하는 시변 전달 함수를 형성하는 단계를 포함하는 방법.
항목 33. 항목 32에 있어서, 응답 신호의 형상을 결정하는 단계는 응답 신호의 다수의 이산 부분들의 형상들을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
항목 34. 항목 33에 있어서, 응답 신호의 형상을 결정하는 단계는 응답 신호의 이산 부분들 각각에 대한 응답 신호의 평균 값을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
항목 35. 항목 32 내지 항목 34 중 어느 하나의 항목에 있어서, 교정하는 것은 터치 장치를 사용하여 터치를 검출하기 전에 초기화 기간 동안 수행되는 방법.
항목 36. 항목 32 내지 항목 35 중 어느 하나의 항목에 있어서, 교정하는 것의 적어도 일부분 동안 잡음이 경감되는 방법.
항목 37. 항목 32 내지 항목 36 중 어느 하나의 항목에 있어서, 응답 신호는 미분된 신호를 포함하는 방법.
항목 38. 항목 32 내지 항목 37 중 어느 하나의 항목에 있어서, 응답 신호의 형상을 결정하는 단계는,
근접 매칭 전달 함수를 이용하여 감소된 잡음을 갖는 응답 신호의 형상 및 크기를 결정하는 단계;
감소된 잡음을 갖는 응답 신호의 형상 및 크기에 기초하여 초기 전달 함수를 형성하는 단계; 및
초기 전달 함수를 이용하여 잡음을 갖는 응답 신호의 형상 및 크기를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
항목 39. 항목 38에 있어서, 시변 전달 함수를 형성하는 단계는,
잡음을 측정하는 단계;
잡음을 갖는 응답 신호로부터 잡음을 감산함으로써 잡음-감산된 응답 신호를 계산하는 단계;
잡음-감산된 응답 신호와 잡음의 비를 형성하는 단계; 및
비에 기초하여 초기 전달 함수를 조절하는 단계를 포함하는 방법.
항목 40. 항목 39에 있어서, 초기 전달 함수를 조절하는 단계는, 초기 전달 함수의 시변 형상 및 시변 크기 중 적어도 하나를 조절하는 단계를 포함하는 방법.
항목 41. 항목 40에 있어서, 초기 전달 함수의 시변 형상 및 시변 크기 중 적어도 하나를 조절하는 단계는,
초기 전달 함수를 이용하여 늦은 위상 또는 앞선 위상에서 잡음을 갖는 응답 신호를 재결정하는 단계; 및
잡음을 갖는 응답 신호를 재결정하는 단계에 기초하여 초기 전달 함수의 형상을 조절하는 단계를 포함하는 방법.
항목 42. 항목 40에 있어서, 초기 전달 함수의 시변 형상 및 시변 크기 중 적어도 하나를 조절하는 단계는,
초기 전달 함수보다 시간에 있어서 더 좁거나 더 넓은 전달 함수를 이용하여 잡음을 갖는 응답 신호를 재결정하는 단계; 및
잡음을 갖는 응답 신호를 재결정하는 단계에 기초하여 초기 전달 함수의 형상을 조절하는 단계를 포함하는 방법.
항목 43. 항목 40에 있어서,
잡음 스펙트럼을 측정하는 단계; 및
잡음 스펙트럼에 기초하여 초기 전달 함수의 형상을 조절하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
항목 44. 항목 43에 있어서, 잡음 스펙트럼을 결정하는 것은 시간에 대한 잡음 신호의 형상 및 크기를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
항목 45. 항목 44에 있어서, 잡음 신호의 형상 및 크기를 결정하는 단계는 잡음 신호의 다수의 이산 시간 부분들의 형상들 및 크기들을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
항목 46. 항목 43에 있어서, 잡음 스펙트럼을 결정하는 것은,
구동 신호의 기본 주파수에서 잡음 신호의 형상 및 크기를 결정하는 단계; 및
기본 주파수의 하나 이상의 고조파들에서 잡음 신호의 형상 및 크기를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
항목 47. 항목 43에 있어서, 잡음 스펙트럼을 결정하는 것은, 구동 신호의 기본 주파수 미만의 주파수에서 잡음 신호의 형상 및 크기를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
항목 48. 항목 32에 있어서, 신호 대 잡음비를 증가시키기 위해 터치 장치의 파라미터를 조절하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
항목 49. 항목 48에 있어서, 파라미터를 조절하는 단계는 구동 신호의 주파수를 조절하는 단계를 포함하는 방법.
항목 50. 항목 48에 있어서, 파라미터를 조절하는 단계는 적분 주기의 지속기간을 조절하는 단계를 포함하는 방법.
항목 51. 항목 48에 있어서, 파라미터를 조절하는 단계는 전달 함수의 형상 또는 위상을 조절하는 단계를 포함하는 방법.
항목 52. 복수의 수신 전극들에 용량적으로 결합된 복수의 구동 전극들을 포함하는 터치 감응 패널을 교정하는 방법으로서,
각각의 수신 전극에 대해:
구동 전극으로 전달되는 구동 신호에 응답하여 수신 전극에 대한 응답 신호의 형상을 결정하는 단계; 및
응답 신호에 비례적으로 그리고 그와 동기식으로 가변하는 시변 전달 함수를 형성하는 단계를 포함하는 방법.
항목 53. 항목 52에 있어서, 응답 신호의 형상을 결정하는 단계는 응답 신호의 다수의 이산 부분들의 형상들을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
항목 54. 항목 52 또는 항목 53에 있어서, 교정하는 것은 각각의 수신 전극에 대해 조절된 전달 함수를 형성하는 방법.
항목 55. 항목 52 내지 항목 54 중 어느 하나의 항목에 있어서, 교정하는 것은 각각의 수신 전극에 대해 다수의 전달 함수들을 형성하고, 다수의 전달 함수들 각각은 수신 전극을 따른 구동 전극 위치에 각각 대응하는 방법.
항목 1 내지 항목 55의 실시 형태들 및 다른 실시 형태들에 관한 추가적인 정보는, 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 2013년 3월 13일자로 출원된 미국 특허 출원 제13/798,736호에 개시되어 있다.
도면에 예시되는 바와 같은, 다양한 모듈들 및/또는 다른 회로 기반 구성 블록들이 도면과 관련하여 기술된 바와 같은 연산들 및 활동들 중 하나 이상을 수행하도록 구현될 수 있다. 이러한 맥락들에서, "모듈"의 "스테이지"는 이러한 또는 관련된 연산들/활동들 중 하나 이상을 수행하는 회로이다. 예를 들어, 상기 논의된 실시 형태들 중 소정 실시 형태에서, 하나 이상의 모듈들은 도면에 도시된 회로 모듈들에서와 같이, 이러한 연산들/활동들을 구현하도록 구성되고 배열된 별개의 로직 회로들 또는 프로그램가능한 로직 회로들이다. 소정 실시 형태들에서, 프로그램가능한 회로는 명령어들(및/또는 구성 데이터)의 세트(또는 세트들)를 실행하도록 프로그램된 하나 이상의 컴퓨터 회로들이다. 명령어들(및/또는 구성 데이터)는 메모리(회로)에 저장되고 그로부터 액세스 가능한 펌웨어 또는 소프트웨어의 형태로 있을 수 있다. 예를 들어, 제1 모듈 및 제2 모듈은 하드웨어 기반 회로와 펌웨어 형태의 명령어들의 세트의 조합을 포함하고, 여기서 제1 모듈은 하나의 명령어들의 세트를 갖는 제1 하드웨어 회로를 포함하고, 제2 모듈은 다른 명령어들의 세트를 갖는 제2 하드웨어 회로를 포함한다.
또한, 달리 지시되지 않는 한, 명세서 및 청구범위에서 사용된 양, 특성의 측정치 등을 표현하는 모든 숫자는 용어 "약"에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 반대로 지시되지 않는 한, 명세서 및 청구범위에 기재된 수치 파라미터들은 본 출원의 교시 내용을 이용하여 당업자가 얻고자 하는 원하는 특성에 따라 변할 수 있는 근사치들이다. 각 수치 파라미터는 보고된 유의한 자리 수에 비추어 그리고 보통의 반올림법을 적용함으로써 적어도 해석되어야 한다.
본 발명의 다양한 변경 및 수정은 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 당업자에게 자명하게 될 것이며, 본 발명이 본 명세서에 기재된 예시적인 실시 형태들로 제한되지 않음을 이해하여야 한다. 예를 들어, 독자는 달리 지시되지 않는 한, 하나의 개시된 실시 형태의 특징들이 또한 다른 개시된 실시 형태들 모두에 적용될 수 있다고 상정해야 한다.

Claims (16)

  1. 터치 감응 장치로서,
    수신 전극에 용량적으로 결합된 구동 전극;
    구동 전극으로 전달되는 구동 신호에 응답하여 수신 전극에 대한 응답 신호를 생성하도록 구성된 감지 회로 - 응답 신호는 음 진행 천이 부분(negative-going transition portion)으로부터 분리된 양 진행 천이 부분(positive-going transition portion)을 포함함 -; 및
    응답 신호의 양 진행 천이 부분 및 음 진행 천이 부분과 실질적으로 정렬된 증가된 이득 및 응답 신호의 양 진행 천이 부분과 음 진행 천이 부분 사이의 감소된 이득을 갖는 시변 이득(time-varying gain)을 포함하는 증폭 회로를 포함하는 터치 감응 장치.
  2. 제1항에 있어서, 증폭 회로는 구동 신호와 동기화되는 시변 저항을 포함하는 터치 감응 장치.
  3. 제1항에 있어서, 증폭 회로는 연산 증폭기의 입력 포트에 병렬로 연결된 복수의 저항기들을 포함하고, 복수의 저항기들 중의 적어도 2개의 저항기들의 값들은 서로 상이하고, 복수의 저항기들 중의 각각의 저항기는 상이한 대응하는 스위치를 갖는 터치 감응 장치.
  4. 제1항에 있어서, 증폭 회로는 구동 신호와 동기화되는 시변 정전용량을 포함하는 터치 감응 장치.
  5. 터치 감응 장치로서,
    수신 전극에 용량적으로 결합된 구동 전극;
    구동 전극으로 전달되는 구동 신호에 응답하여 수신 전극에 대한 응답 신호를 생성하도록 구성된 감지 회로 - 응답 신호는 음 진행 천이 부분으로부터 분리된 양 진행 천이 부분을 포함함 -; 및
    응답 신호의 양 진행 천이 부분 및 음 진행 천이 부분과 실질적으로 정렬된 보다 작은 값들 및 응답 신호의 양 진행 천이 부분과 음 진행 천이 부분 사이의 보다 큰 값들을 갖는 시변 시상수(time-varying time constant)를 포함하는 증폭 회로를 포함하는 터치 감응 장치.
  6. 제5항에 있어서, 시변 시상수는 시변 저항을 포함하는 터치 감응 장치.
  7. 제5항에 있어서, 시변 시상수는 시변 정전용량을 포함하는 터치 감응 장치.
  8. 터치 감응 장치로서,
    수신 전극에 용량적으로 결합된 구동 전극;
    구동 전극으로 전달되는 구동 신호에 응답하여 수신 전극에 대한 응답 신호를 생성하도록 구성된 감지 회로 - 응답 신호는 구동 신호의 고조파를 포함함 -; 및
    고조파에 대응하는 주파수 범위에서 감소된 이득을 갖는 시변 이득을 포함하는 증폭 회로를 포함하는 터치 감응 장치.
  9. 제8항에 있어서, 고조파는 복수의 홀수 고조파들을 포함하고, 시변 이득은 복수의 홀수 고조파들에 대응하는 주파수 범위에서 복수의 최소값들을 갖는 터치 감응 장치.
  10. 터치 감응 장치로서,
    수신 전극에 용량적으로 결합된 구동 전극; 및
    수신 전극에 결합된 감지 회로를 포함하고, 감지 회로는,
    수신 전극에 결합되고, 구동 전극으로 전달되는 구동 신호에 응답하여 수신 전극에 대한 응답 신호를 생성하도록 구성된 제1 스테이지 - 응답 신호는 구동 신호의 미분된 표현이며 구동 신호의 적어도 하나의 홀수 고조파 및 적어도 하나의 짝수 고조파를 포함함 -;
    제1 스테이지의 출력에 결합되어, 응답 신호에서의 적어도 하나의 홀수 고조파를 억제하는 제2 스테이지; 및
    제2 스테이지의 출력에 용량적으로 결합되어, 제2 스테이지의 출력을 증폭하고 응답 신호에서의 적어도 하나의 짝수 고조파를 억제하는 제3 스테이지를 포함하는 터치 감응 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    제1 스테이지는 가변 이득 미분 회로를 포함하고,
    제2 스테이지는 적어도 하나의 홀수 고조파에 대응하는 주파수 응답에서 널(null)을 갖는 이득을 포함하고,
    제3 스테이지는 합산 적분기를 포함하는 터치 감응 장치.
  12. 터치 감응 장치로서,
    수신 전극에 용량적으로 결합된 구동 전극;
    구동 전극으로 전달되는 구동 신호에 응답하여 수신 전극에 대한 응답 신호를 생성하는 감지 회로 - 응답 신호는 음 진행 천이 부분으로부터 분리된 양 진행 천이 부분을 포함함 -;
    응답 신호를 증폭하도록 구성되고 비선형 이득을 갖는 증폭기; 및
    응답 신호의 양 진행 천이 부분으로부터 응답 신호의 음 진행 천이 부분을 감산하는 적분기를 포함하는 터치 감응 장치.
  13. 시스템으로서,
    터치 감응 장치 - 터치 감응 장치는,
    적어도 하나의 수신 전극에 용량적으로 결합된 적어도 하나의 구동 전극 및 터치 감응 표면을 포함하는 터치 패널;
    구동 전극으로 전달되는 구동 신호에 응답하여 수신 전극에 대한 응답 신호를 생성하도록 구성된 감지 회로; 및
    응답 신호에 시변 전달 함수를 적용하도록 구성된 측정 회로를 포함함 -; 및
    응답 신호에 시변 전달 함수를 매칭시키도록 구성된 교정 회로를 포함하고, 전달 함수는 응답 신호에 비례적으로 그리고 그와 동기식으로 가변하는 시스템.
  14. 터치 감응 장치로서,
    적어도 하나의 수신 전극에 용량적으로 결합된 적어도 하나의 구동 전극 및 터치 감응 표면을 포함하는 터치 패널;
    구동 전극으로 전달되는 구동 신호에 응답하여 수신 전극에 대한 응답 신호를 생성하도록 구성된 감지 회로; 및
    응답 신호에 시변 전달 함수를 적용하도록 구성된 측정 회로를 포함하고, 전달 함수는 응답 신호에 비례적으로 그리고 그와 동기식으로 가변하는 터치 감응 장치.
  15. 제14항에 있어서, 측정 회로는 시변 이득을 갖는 증폭기를 포함하는 장치.
  16. 제14항에 있어서, 측정 회로는 시변 이득을 갖는 적분기를 포함하는 장치.
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