KR20170061726A

KR20170061726A - 개선된 성능을 위해 동시적인 기능들을 사용하는 다중 터치 센서 및 정전기 펜 디지타이징 시스템

Info

Publication number: KR20170061726A
Application number: KR1020177014423A
Authority: KR
Inventors: 패트릭 트로이 그레이
Original assignee: 3액시스데이터, 엘엘씨
Priority date: 2015-06-22
Filing date: 2016-06-21
Publication date: 2017-06-05
Also published as: US10761643B2; US20180364859A1; US20180364860A1; US20200183526A1; US20170242534A1; EP3186695B1; US10761644B2; US20200257428A1; EP3186695A1; US10963096B2; US10120498B2; JP6745808B2; US10739910B2; US20180364861A1; CN107077264A; WO2016209803A4; US10678372B2; WO2016209803A1; JP2018518724A; US20180364858A1

Abstract

예를 들어 자기, 상호 및 펜의 상이한 모드에 대해 동시에 그리고 상이한 채널의 동시 샘플링을 이용하여 터치 센서 데이터를 획득할 수 있는 회로, 시스템 및 방법이 제공된다. 디지털 I/O 핀이 외부 수동 필터 컴포넌트를 사용하여 터치 센서 전극과 인터페이스하는 데 사용되는 것을 가능하게 하는, 센서 전극 신호를 구동 및 수신하는 구동/수신 회로 및 방법이 제공된다. 다수의 주파수에서 동시에 터치 센서 신호를 구동 및 감지하도록 적응되는 전압 추종 시그마-델타 A/D 변환기를 사용하는 구동/수신 회로가 제공된다. 이 회로는 상호, 자기 및 펜 터치 신호의 다양한 조합을 동시에 감지하는 모드로 동작할 수 있다. 용량 다중 터치 센서가 바람직하지만, 본 발명의 회로 및 방법은 많은 다른 유형의 터치 센서에도 유용하다.

Description

개선된 성능을 위해 동시적인 기능들을 사용하는 다중 터치 센서 및 정전기 펜 디지타이징 시스템{MULTI-TOUCH SENSOR AND ELECTROSTATIC PEN DIGITIZING SYSTEM UTILIZING SIMULTANEOUS FUNCTIONS FOR IMPROVED PERFORMANCE}

본 발명은 일반적으로 개선된 다중 터치 센서 및 정전기 펜 디지타이징 시스템, 회로 및 방법에 관한 것이다.

투영 용량 터치 센서는 통상적으로 터치 위치를 감지하기 위한 전극이 배치된 기판을 포함한다. 기판은 그래픽 버튼 및 아이콘과 같은 이미지를 표시하는 기본 디스플레이 디바이스에 의해 표시된 이미지를 보기 위해 높은 광학적 투명성을 갖는 내구성 있는 유리일 수 있다. 사용자가 디스플레이 디바이스 상에 표시된 원하는 선택에 대응하는 위치에서 기판의 외부 표면 상에 예로서 손가락 또는 스타일러스로 터치할 때, 그 위치는 전극들에 대한 그리고 전극들 사이의 용량의 변화를 감지함으로써 결정된다.

일부 투영 용량 터치 센서에서, 전극은 전극 열 및 전극 열로 배열된다. 행과 열은 절연층을 통해 서로 전기적으로 격리된다. 터치 위치는 구형파 신호(즉, 구동 펄스)로 제1 배향의 전극(예컨대, 열 전극 또는 구동 전극)을 구동함으로써 결정된다. 다른 배향의 전극(예를 들어, 수평 전극 또는 감지 전극)에 결합된 감지 회로는 열 전극과 행 전극 사이에 존재하는 상호 용량 결합으로 인한 전극들 사이의 전류 흐름을 측정한다. 전류 흐름의 양은 상호 용량의 값에 직접 비례하므로 상호 용량의 결정을 용이하게 한다. 열 전극과 행 전극의 교점 사이의 상호 용량은 사용자가 교점 부근에서 기판을 터치할 때 변할 것이다.

통상적으로, 상호 용량을 측정하기 위한 감지 회로는 증폭기 출력을 증폭기 입력에 결합하는 커패시터를 포함하는 피드백 회로를 갖는 증폭기를 포함하는 아날로그 적분기 회로의 입력으로 감지 전극을 반복적으로 스위칭함으로써 동작한다. 이러한 회로는 통상적으로 구동 전극을 구동하는 구동 펄스의 각각의 하강 에지 직전에 적분기의 입력을 감지 전극에 결합한 후에 하나의 극성의 신호만을 적분하도록 각각의 상승 에지 직전에 분리하는 스위치를 포함한다. 그런 다음, 적분기의 출력이 디지타이징되고, 디지타이징된 값을 사용하여 터치가 발생했는지 그리고 어디서 발생했는지를 결정한다.

그러나, 적분기의 입력에서의 스위치의 기생 용량의 상대적인 크기는 통상적으로 피코패럿의 분수로 측정되는 전극들 간의 상호 용량에 비해 크다. 기생 용량에 의해 야기된 영향을 극복하기 위해, 터치 위치가 정확하게 결정될 수 있기 전에 다수의 적분 사이클이 수행된다. 예를 들어, 적분기는 200 kHz의 주파수를 가진 구동 펄스의 경우 1ms 이상 걸릴 수 있는 200개 이상의 사이클에 걸쳐 감지 전극에서 측정된 신호를 적분할 수 있다. 결정을 행하기 위한 시간 길이는 측정해야 하는 전극의 수에 따라 증가하며, 이는 이동 디바이스에 사용되는 더 작은 pCap 디스플레이에 비해 일반적으로 많은 수의 전극을 측정해야 하는 상대적으로 큰 디스플레이에 대한 사용자 경험에 영향을 미칠 수 있다.

터치 위치는 또한 제1 배향의 전극(예컨대, 열 전극)만을 구동하고 피구동 전극의 전류 변화만을 감지함으로써 결정될 수 있다. 감지 회로는 피구동 전극과, 전극으로부터 다른 전극으로의 경로를 포함할 수 있는 접지에 대한 임피던스 경로 사이에 존재하는 전극 자기 용량 결합으로 인한 전극에 대한 전류 흐름 변화를 측정한다. 전류 흐름의 양은 임피던스 경로의 값에 직접 비례하므로 자기 용량의 결정을 용이하게 한다. 사용자가 전극 부근에서 기판을 터치하여 다른 전극에 대한 임피던스 경로를 변경하고, 또한 사용자를 통한 임의의 접지 전위로의 새로운 경로를 추가할 때 자기 용량이 변할 것이다.

통상적인 다중 터치 시스템에서, 자기 용량 신호가 구동 신호, 센서 기생 용량뿐만 아니라 터치 신호 에너지 변화도 포함하는 반면에 상호 용량 신호는 교차 기생 용량 및 터치 신호 에너지 변화만을 포함함에 따라 훨씬 더 작다는 사실로 인해 자기 용량 신호 대 잡음비는 상호 용량보다 훨씬 크다. 또한, 일반적인 시스템에서는 자기 기생 용량이 큰데, 이는 한 번에 하나의 신호만이 구동됨에 따라 주변 채널이 효과적으로 접지되기 때문이다. 이 경우 주변 채널은 인접한 채널, 및 또한 일반적으로 이 기생 용량의 매우 큰 부분인 터치 영역에 대한 전달 트레이스를 포함하여 2 축 시스템 상의 교차 채널이다. 이러한 기생 용량은 고주파 고조파를 포함하는 펄스 또는 구형파 구동 및 샘플링과 상호 작용한다. 이러한 고조파는 RC 임피던스 체인을 따라 그리고 거꾸로 흐를 때 기본파보다 훨씬 빠르게 감쇠하여 터치 임피던스가 상승함에 따라 상당한 신호를 유발하고 신호 손실을 증가시키는 터치 에너지 변화의 상당 부분을 포함한다.

일부 이전 용량 터치 센서 시스템에서, 자기 용량 측정은 가드 전극과 함께 사용되었으며, 이 경우에 인접 전극은 목표 전극 및 인접 전극의 임피던스 경로의 전류 흐름으로부터 관심 전극을 차폐하기 위해 동일한 신호로 구동된다. 차폐는 또한 인접한 차폐 전극의 전압이 이러한 추가 용량 및 임피던스 경로의 전류 및 충전을 거의 모두 공급하기 때문에 추가 인접 경로로의 전류 흐름을 차단한다. 올바르게 실행되면, 이 자기 용량 측정 및 차폐는 사용자 터치를 증가시키는 경향이 있고 에너지를 주변 임피던스 경로로 중개하는 경향이 있는 염수와 같은 도체에 의한 오염으로 인한 에러 신호를 줄이는 데 사용될 수 있다. 이 인접 차폐 방법은 피구동 트레이스 근처의 그리고 그와 교차하는 교대 축 채널을 차단하지 않으므로 가능한 임피던스 경로의 약 절반만 차폐한다. 터치 센서 상의 염수 오염의 존재시에 터치를 측정하는 능력은 산업, 해양 또는 군사 응용과 같은 일부 경우에 매우 요구되지만, 현재 이용 가능한 해결책에서는 제대로 작동하지 않는다.

통상적인 터치 제어 회로는 상이한 모드의 자기 또는 상호 용량을 측정하거나, 심지어는 외부 신호만을 수신하는 방법으로서 전극의 비구동 상태만을 측정하는 능력을 갖는다. 그러나 몇 개의 차폐 전극이나 구동/감지 쌍을 구동하는 것 이외에 일반적으로 샘플링 모드는 한 번에 하나의 모드에서만 발생할 수 있다. 각 모드에 대한 결정을 내리는 데 필요한 시간 길이는 측정해야 하는 전극의 수에 따라 증가하며, 이는 이동 디바이스에서 사용되는 더 작은 pCap 디스플레이에 비해 통상적으로 많은 수의 전극을 측정하는 비교적 큰 디스플레이에 대한 사용자 경험에 영향을 미칠 수 있다.

시그마-델타 아날로그/디지털 변환기(ΣΔADC)는 한때 알려졌지만, 프로그래밍 가능 논리 클럭 속도가 매우 양호한 변환 기능이 가능할 정도로 향상됨에 따라 최근에는 매우 대중화되었다. 이러한 변환기의 속도와 기능을 개선하는 데 중점을 둔 많은 새로운 아이디어와 작업은 이러한 더 많은 디지털 변환 방법이 더 많은 표준 아날로그 기술을 대체하는 것을 가능하게 하기 위해 노력해 왔다. 터치 영역에서, 알려진 용량 샘플링 기술과 델타 시그마 아날로그/디지털 변환의 통합에 관한 많은 개량 특허가 허여되었다.

미국 특허 제8089289호는 델타 시그마 변환기를 사용하는 종래의 예를 가지며, 도 20에 도시된 바와 같이 동일한 기능의 2개의 실시예 도면에서 구형파 구동 및 정류를 갖는 스위치 커패시터 기능을 사용하는 상호 용량 스킴을 보여준다.

미국 특허 제7528755호는 델타 시그마 변환기를 사용하는 종래의 예를 보여주며, 도 21에 도시된 바와 같이 멀티플렉서를 통해 선택 가능한 신호 구동 또는 측정 기술이 가능한 스킴을 보여준다.

미국 특허 제8547114호는 도 22에 도시된 바와 같이 델타 시그마 변환기 및 스위치 커패시터 기술을 사용하는 종래의 예를 보여준다.

미국 특허 제8587535호는 종래 기술 전략의 예로서, 도 23에 도시된 바와 같이 동시 디지털 구형파 패턴 전송 및 동기 복조 및 펜 가능 동시 수신을 갖는 이러한 최신 상호 용량 다중 터치 시스템을 보여준다. 이 시스템은 다중 모드 동시 터치스크린 샘플링을 허용하지 않으며, 수신시에 잡음 분포를 효과적으로 스크램블링하는 상이한 비트 패턴을 사용하는 각각의 행으로 인해 진정한 동시 샘플링을 갖지 않고, 자기 용량 측정이 불가능하며, 구형파 구동의 사용으로 인해, 기본 주파수와 그의 고조파를 포함하는 수신 신호 스펙트럼을 가지며, 이는 패널에 걸친 더 높은 고조파의 감쇠를 방지하기 위해 더 낮은 트레이스 임피던스를 필요로 한다.

도시된 시스템들은 다중 모드 동시 터치스크린 샘플링을 허용하지 않고, 진정한 동시 샘플링을 갖지 않고, 주파수 중복 방지 필터링을 허용하지 않고 낮은 터치스크린 임피던스를 필요로 하는 고주파 성분을 갖는 펄스 또는 구형파 샘플링을 사용하며, 거의 마지막으로 높은 기생 용량을 갖는 멀티플렉서 어레이를 사용한다.

따라서, 예를 들어, 자기, 상호 및 펜의 상이한 모드 및 상이한 채널의 동시 샘플링에 대해 동시에 데이터를 취득할 수 있는 훨씬 더 빠른 샘플링 방법에 대한 필요성이 존재한다.

또한, 일부 응용에서, 가능한 경우 신호 대 잡음비 개선을 통해 샘플 시간을 줄이기 위해 연속 샘플링 스킴 및 고급 필터 방법, 변조 및 복조 방법, 및 디지털 도메인 방법이 필요하다. 비용과 전력 사용을 가능한 한 낮게 유지하려면 회로는 디지털 영역에 가능한 한 많이 있어야 한다.

마지막으로, 임피던스에 대한 변화의 측정을 통해 작동하는 다수의 상이한 터치 센서가 현재 이용 가능하며, 현재 알려진 것과 미래에 개발될 것을 포함하는 다수의 센서 유형 및 구성을 처리할 수 있는 시스템을 제공하는 것도 매우 요구된다.

일부 실시예는 반도체 프로그래밍 가능 논리를 이용하여 복수의 채널 상에서 동시에 복수의 주파수를 동시에 송신 및 수신함으로써, 터치스크린 영역에서의 만연된 문제들에 대한 많은 해결책 가운데 특히, 펜 및 자기 용량 신호에 대한 더 긴 샘플 윈도우, 모든 데이터 판독에 대한 외부 잡음 공통 모드를 행하는 동시 자기 용량 샘플링, 모든 수신 데이터에 대한 외부 잡음 공통 모드를 행하는 상호 용량의 동시 샘플링, 다중 핀 해결책을 이용하는 상호, 자기, 펜의 동시 샘플링, 손가락/손 근접에 대한 저에너지 자기 용량, 펜 근접에 대한 저에너지 수신 능력, 신호 격리를 위한 표준 무선 주파수 처리, 및 감소된 디더 논리를 제공할 수 있다.

본 발명의 일부 실시예의 목적은 개선된 샘플링 능력 및 잡음 제거 능력으로 다수의 터치스크린 유형에 대한 인터페이싱, 프로그래밍 가능 논리 하드웨어 또는 고정 실리콘에서의 맞춤화 및 구현이 가능한 디지털 영역 다중 터치 및 펜 시스템과 관련된 시스템을 제공하는 것이다.

또한, 일부 실시예에서 구동 회로 및 방법은 디지털 입력 상에 구현될 때 디지털 입력 1 비트 시그마 델타 아날로그/디지털 변환기의 잠재적으로 큰 히스테리시스를 극복하기 위해 디더 및 자기 용량 반송파 주파수의 혼합을 구현한다.

또한, 동시에 모든 채널을 갖는 자기 용량 모드의 일부 실시예에서의 동작은 거의 이상적인 자기 용량 염수 제거를 가능하게 한다.

또한, 일부 실시예에서 시스템은 진보된 변조 및 복조 스킴을 사용하여 상이한 기능 모드를 구동하는 데 사용되는 주파수에서 또는 그 부근에서 잡음을 감소시킬 수 있다.

또한, 일부 실시예에서 시스템은 복수의 센서 및 센서 유형을 구동 및 샘플링할 수 있다.

또한, 일부 실시예에서 시스템은 개별 주파수를 사용하여 2개 이상의 상호 용량 축 스캐닝이 가능하다.

또한, 일부 실시예에서 시스템은 설정 가능한 전이 기준을 갖는 디지털 입력 핀 또는 비교기 유형 회로를 갖는 차동 아날로그 유형 입력 핀을 사용할 수 있다.

또한, 일부 실시예에서, 동시 샘플링은 기존하는 기술로는 불가능한 선형 또는 비선형 필터링을 사용한 잡음의 식별 및 제거를 위한 방법을 가능하게 한다.

전술한 점에 비추어, 본 발명의 일부 실시예는 기능 속도, 분해능, 감도, 면역성, 및 여러 유형의 입력 센서 구성 및 입력 디바이스 유형을 처리할 수 있는 능력에서 성능을 크게 향상시킬 수 있는 다중 터치 시스템을 제공한다.

이들은 후속하여 명백해질 다른 목적 및 이점과 함께 이후 더 충분히 설명되고 청구되는 구성 및 동작의 세부 사항에 존재하며, 그 일부를 형성하는 첨부 도면이 참조되고, 전반적으로 동일한 번호는 동일한 부분을 나타낸다. 모든 실시예가 전술한 모든 이점을 제공하는 것은 아니다.

본 발명의 일부 실시예는 디지털 채널 구동기 하드웨어 및 단극 RC 필터를 사용하며, 구동기 하드웨어 및 필터는 가변 임피던스 센서 안으로 다수의 주파수를 송신 및 수신할 수 있으며, 임피던스의 상대적 변화를 결정하기 위해 구동기 측에서 임피던스 변화가 분석될 수 있다.

본 발명의 일부 실시예는 기존의 필드 프로그래머블 게이트 어레이 하드웨어에 대한 우수한 호환성을 갖는 디지털/아날로그 구동 방법을 구현한다. 또한, 일부 실시예에서의 구동 방법은 접속된 감지 요소의 연속적인 병렬 샘플링에 이상적으로 적합하다. 또한, 일부 실시예에서의 구동 방법은 자기 용량, 상호 용량 및 수신/펜의 상이한 모드를 동시에 구동 및 샘플링할 수 있다. 또한, 상이한 모드의 동작은 상호 용량 스캔 중에도 자기 및 펜 신호의 연속 샘플링을 가능하게 한다.

본 발명의 일 양태에서, 터치 센서 구동기 및 수신기 회로는 다중 터치 센서용으로 제공되며, 회로는 다중 터치 센서의 각각의 단일 행 또는 열 전극에 결합되도록 적응된 다수의 구동/수신 회로를 포함하고, 이들 각각은 각각의 행 또는 열 전극을 구동하기 위한 시그마-델타 출력 필터를 갖는 시그마-델타 D/A 변환기와 결합된 전압 추종 시그마-델타 A/D 변환기를 포함하고, 전압 추종 A/D 변환기는 제2 비교기 입력 상의 가상 신호 노드에서 피드백 출력을 생성함으로써 제1 기준 비교기 입력 상의 기준 신호를 따르도록 접속된다. 시그마-델타 출력 필터는 또한 가상 신호 노드에 접속된다. 구동 신호 생성 회로는 각각의 구동/수신 회로의 기준 비교기 입력에 결합되고, 제1 주파수에서 상호 아날로그 센서 신호를 그리고 제1 주파수와 다른 제2 주파수에서 자기 아날로그 센서 신호를 생성하도록 동작 가능하다. 상호 아날로그 센서 신호는 상호 용량 결합 또는 다른 유형의 상호 결합에 의해 다른 전극에 결합될 수 있다. 일부 구동/수신 회로는 제1 모드에서 상기 자기 및 상호 신호 모두를 그들 각각의 전극으로 동시에 구동하고, 상기 자기 신호를 감지하도록 동작 가능하며, 다른 구동/수신 회로는 제2 모드에서 상기 자기 신호를 구동하고, 그들 각각의 전극으로부터 상기 자기 및 상호 신호 모두를 동시에 감지하도록 동작 가능하다. 일부 구현에서, 회로는 동시에 감지된 상호 및 자기 신호를 분리하고 필터링하도록 동작 가능한 디지털 필터 및 복조 회로를 포함한다. 구동 및 수신 회로는 그의 다른 기능에 더하여, 제1 및 제2 주파수와 다른 제3 주파수에서 제3 펜 아날로그 센서 신호를 동시에 감지하는 모드로 더 동작 가능할 수 있으며, 디지털 필터 회로는 동시에 감지된 펜 아날로그 센서 신호를 분리하고 필터링하도록 더 동작 가능하다.

일부 구현에서, 각각의 구동/수신 회로는 고주파 성분을 제거하고 아날로그 전압 신호를 그의 각각의 행 또는 열 전극으로 구동하기 위해 FPGA 디바이스의 하나 이상의 디지털 입력 핀 및 FPGA 디바이스의 하나 이상의 디지털 출력 핀을 포함하고, 단부 아날로그 필터가 하나 이상의 출력 핀 중 하나에 접속된다. 구동/수신 회로의 디지털 부분은 출력 구동 신호를 변화시켜 출력이 디지털 입력에 의해 이용 가능한 입력 기준을 따르게 함에 따라 구동 회로의 디지털 부분의 내부 변화를 측정함으로써 행 또는 열 전극 임피던스의 변화에 의해 야기된 감지 구동 신호의 변화를 측정하도록 적응된다. 채널마다 다른 수의 FPGA 핀을 사용하는 여러 상이한 버전이 가능하며, 이들은 ASIC에서도 이루어질 수 있지만, ASIC은 일반적으로 1 핀 해결책을 사용한다. 각각의 구동/수신 회로의 4 핀, FPGA 버전은 아날로그 기준 신호를 제공하도록 적응된 시그마-델타 D/A 변환기를 함께 형성하는 제1 아날로그 필터에 접속된 기준 신호를 운반하기 위한 FPGA 출력 핀; 가상 신호 노드에 접속된 시그마-델타 A/D 피드백 핀으로서 동작하도록 구성된 FPGA 출력 핀; 및 2개의 차동 FPGA 입력 핀, 즉 제1 아날로그 필터 출력에 접속된 하나 및 가상 신호 노드에 접속된 다른 하나를 포함할 수 있다. 각각의 구동/수신 회로의 3 핀, FPGA 버전은 시그마-델타 A/D 피드백 핀으로서 동작하도록 구성된 FPGA 출력 핀; 및 2개의 차동 FPGA 입력 핀, 즉 공통 아날로그 기준 신호에 접속된 하나 및 가상 신호 노드에 접속된 다른 하나를 포함할 수 있다. 각각의 구동/수신 회로의 2 핀 FPGA 버전은 시그마-델타 A/D 피드백 핀으로서 동작하도록 구성된 FPGA 출력 핀; 공통 아날로그 기준 신호에 접속된 핀 수신기의 내부 기준 전압을 갖는, 가상 신호 노드에 대한 FPGA 입력 핀을 포함할 수 있다. 또한, 각각의 구동/수신 회로가 각각의 행 또는 열 전극에 결합된 단일 핀에 접속된 FPGA 또는 ASIC 회로 및 단일 핀에 결합된 외부 아날로그 필터 컴포넌트를 각각 포함하는 설계의 1 핀 버전이 구성될 수 있다.

일부 구현에서, 회로는 제1 주파수에서 연속 간섭 신호를 제거하기 위해 자기 센서 신호를 변조하도록 구성된 디지털 변조 회로를 더 포함한다. 회로는 동시에 감지된 자기 및 상호 신호에 기초하여 공통 모드 비례 잡음을 감산하도록 적응됨으로써 공통 모드 잡음을 제거할 수 있다.

회로의 일부 구현에서, 전압 추종 시그마-델타 A/D 변환기는 2개의 집적 회로 핀에 접속된 차동 디지털 입력 회로를 포함하는 비교기 입력으로 구성된다.

본 발명의 다른 양태에서, 다중 터치 센서로 그리고 그로부터 신호를 구동 및 수신하는 방법이 제공되며, 방법은 (a) 다중 터치 센서의 행 또는 열 전극들을 포함하는 제1 전극 그룹 각각에 대해, 각각의 전극에 접속된 각각의 시그마-델타 D/A 변환기에 제1 주파수를 포함하는 상호 아날로그 센서 신호를 공급함으로써 전극 그룹을 통해 상호 아날로그 센서 신호를 순차적으로 스캐닝하는 단계; (b) (a)를 수행하는 동안, 다중 터치 센서의 행 전극들 또는 열 전극들을 포함하는 제2 전극 그룹 각각에 대해, 자기 아날로그 센서 신호를 시그마-델타 D/A 변환기를 통해 각각의 행 전극 또는 열 전극에 결합된 핀들 상으로 동시에 구동하는 단계 - 각각의 자기 아날로그 센서 신호는 제2 주파수 또는 제2 주파수로 변조된 데이터 패턴을 포함함 -; 및 (c) (b)에서 사용된 제2 전극 그룹 각각에 대해, 적어도 2개의 상이한 자기 및 상호 모드에 대해 터치 센서 데이터를 동시에 샘플링하는 단계 - 터치 센서 데이터는 행 또는 열 전극들의 임피던스에 의해 변경된, 제1 및 제2 주파수에서의 감지된 변경 센서 신호를 포함함 -를 포함한다.

이 방법의 일부 구현에서, 동시 샘플링은 각각의 행 또는 열 전극을 구동하는 각각의 시그마-델타 D/A 변환기와 통합된 전압 추종 시그마 델타 A/D 변환기에 의해 수행되며, 전압 추종 A/D 변환기는 제1 기준 비교기 입력 및 제2 비교기 입력을 갖는 비교기를 가지며, 제1 기준 비교기 입력은 자기 아날로그 센서 신호를 수신하고, 제2 비교기 입력은 시그마-델타 D/A 변환기 출력에 접속된다.

이 방법의 일부 구현에서, 단계(c)의 일부로서, 제1 전극 그룹 및 제2 전극 그룹 각각에 대해, 제1 및 제2 주파수와 다른 제3 주파수에서 펜으로부터 송신된 제3 펜 아날로그 센서 신호를 동시에 샘플링함으로써 펜이 감지된다.

일부 구현에서, 방법은 (d) (b)에서 상호 아날로그 센서 신호로 구동되지 않는 행들 또는 열들 각각에 대해, 제2 상호 아날로그 센서 신호를 각각의 시그마-델타 D/A 변환기를 통해 각각의 행 또는 열 전극들에 결합된 핀들 상으로 순차적으로 스캐닝하는 단계 - 제2 상호 아날로그 센서 신호는 제1 및 제2 주파수와 다르고, 펜 주파수가 방법에서 사용되는 경우 제3 펜 주파수와 다른 제4 주파수를 포함함 -; 및 (e) (b)에서 구동되는 행들 또는 열들 각각에 대해, 적어도 2개의 상이한 자기 및 상호 모드에 대해 터치 센서 데이터를 동시에 샘플링하는 단계 - 터치 센서 데이터는 제2 및 제4 주파수들에서의 수신된 변경 센서 신호들을 포함함 -를 더 포함한다. 일부 구현에서, 자기 아날로그 센서 신호는 제1 주파수에서 연속 간섭 신호를 제거하기 위해 50% 듀티 사이클 디지털 신호로 변조된 반송파를 포함한다. 방법은 동시 샘플링된 자기 및 상호 터치 센서 데이터에 기초하여 공통 모드 비례 잡음을 감산하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일부 구현에서, 방법은 또한 디지털 주파수 생성기를 제어함으로써 자기 아날로그 센서 신호 또는 상호 아날로그 센서 신호의 주파수를 조정하는 단계를 포함할 수 있다. 자기 아날로그 센서 신호, 상호 아날로그 센서 신호 및 펜 아날로그 센서 신호는 일반적으로 복조를 용이하게 하기 위해 각 신호에 대해 그룹화된 다수의 주파수를 포함할 수 있다. 펜의 경우에, 다수의 주파수가 다수의 펜 전극으로부터 센서 어레이로 송신되고, 여기에 설명된 방식으로 수신될 수 있다.

본 발명의 다른 양태에서, 다중 터치 센서로 그리고 그로부터 신호를 구동 및 수신하기 위한 방법이 제공되며, 방법은 (a) 다중 터치 센서의 행 또는 열 전극을 포함하는 제1 전극 그룹 각각에 대해, 하나 이상의 제1 주파수를 포함하는 상호 아날로그 센서 신호를 각각의 전극에 접속된 각각의 시그마-델타 D/A 변환기에 공급함으로써 전극 그룹을 통해 상호 아날로그 센서 신호를 순차적으로 스캐닝하는 단계; (b) 다중 터치 센서의 행 전극 또는 열 전극을 포함하는 제2 전극 그룹 각각에 대해, 터치 센서 상호 데이터를 감지하는 단계 - 터치 센서 상호 데이터는 행 및 열 전극들 사이의 결합에 의해 변경된, 하나 이상의 제1 주파수에서의 감지된 변경 센서 신호를 포함함 -; (c) 제2 전극 그룹 각각에 대한 (b)의 감지와 동시에, (b)의 감지를 수행하는 동일한 A/D 변환기를 사용하여 제1 주파수와 다른 하나 이상의 펜 주파수에서 펜으로부터 송신된 펜 아날로그 센서 신호를 동시에 샘플링하는 단계를 포함한다. 펜 시그널링은 다수의 전극이 단일 또는 다수의 펜 주파수가 사용될 수 있음을 식별하기 위해 하나 이상의 펜 주파수로 지칭되는, 상이한 주파수에서 펜으로부터 다수의 신호를 송신하는 것을 포함할 수 있다.

이 방법의 일부 구현에서, 동시 샘플링은 각각의 행 또는 열 전극을 구동하는 각각의 시그마-델타 D/A 변환기와 통합된 전압 추종 시그마-델타 A/D 변환기에 의해 수행되며, 전압 추종 A/D 변환기는 제1 기준 비교기 입력 및 제2 비교기 입력을 갖는 비교기를 가지며, 제2 비교기 입력은 시그마-델타 D/A 변환기 출력에 접속된다.

본 발명의 다른 양태에서, 다중 터치 센서의 단일 행 또는 열 전극에 결합되도록 적응된 구동/수신 회로가 제공되며, 회로는 행 또는 열 전극을 구동하기 위한 시그마-델타 출력 필터를 갖는 시그마-델타 D/A 변환기와 결합된 전압 추종 시그마-델타 A/D 변환기를 포함하고, 전압 추종 A/D 변환기는 제2 비교기 입력 상의 가상 신호 노드에서 피드백 출력을 생성함으로써 제1 기준 비교기 입력 상의 기준 신호를 따르도록 접속되고, 시그마-델타 출력 필터는 또한 가상 신호 노드에 접속된다. 구동/수신 회로의 기준 비교기 입력에 결합되고, 제1 주파수에서 상호 아날로그 센서 신호를 그리고 제1 주파수와 다른 제2 주파수에서 자기 아날로그 센서 신호를 생성하도록 동작 가능한 구동 신호 생성 회로도 포함된다. 구동/수신 회로는 제1 모드에서 상호 신호를 전극으로 구동하도록 동작 가능하고, 제2 모드에서 전극으로부터 상기 상호 신호를 감지하도록 동작 가능하다.

일부 구현에서, 구동 신호 생성 회로는 제1 모드에서 제1 주파수와 다른 제2 주파수에서 자기 아날로그 센서 신호를 동시에 생성하고, 상기 자기 신호를 동시에 감지하도록 더 동작 가능하다. 일부 구현에서, 동일한 자기 감지 스킴이 제2 모드에서 제공될 수 있다. 구동 신호 생성 회로는 또한 양 모드에서 제1 및 제2 주파수와 다른 제3 주파수에서 제3 펜 아날로그 센서 신호를 동시에 감지하도록 추가로 동작 가능하다. 일부 구현에서, 회로는 동시에 감지된 펜 아날로그 센서 신호를 분리하고 필터링하도록 더 동작 가능한 디지털 필터 회로 및 복조 회로를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 다양한 양태에서, 개선된 터치 센서 회로, 시스템 및 방법을 달성하기 위해 단독으로 또는 조합하여 사용될 수 있는 다음의 특징들이 제공된다.

동시적인 복수의 주파수를 갖는 복수의 채널 상에서 동시에 동시 송신 및 수신의 방법을 이용하여 성능을 크게 개선하는, 반도체 내에 내장된 유연한 프로그래밍 가능 논리 블록 및 구동기 회로를 포함하는 다중 터치 센서 및 정전기 디지타이징 펜 시스템이 제공된다.

다수의 주파수에서의 다수의 채널의 동시적이고 연속적인 샘플링을 사용하여 지금까지 독립적으로 동작한 터치스크린 모드가 이제 동시에 동작하는 것을 가능하게 하기 위해 속도, 효율, 송수신기 채널 분리 및 잡음 제거의 향상 중 하나 이상을 위한 다중 터치 시스템이 제공된다.

자기 용량, 상호 용량 송신 또는 수신, 및 디지털 입력을 사용하거나 아날로그 가능 기준을 갖는 디지털 입력 또는 내부 논리, 아날로그 필터 컴포넌트, 펄스 폭 변조 논리, 디지털 필터 컴포넌트, 변조 및 복조 논리 및 디더 논리를 갖는 아날로그 비교기 유형 입력을 이용하는 수신과 같은 동시적인 다수의 모드가 가능하고; 전압 추종 시그마 델타 아날로그/디지털 변환기 구동을 포함하는 다중 터치 시스템 구동 채널이 제공된다.

단일 주파수 또는 채널에 국한되지 않는 구동 변조 및 복조 스킴의 구성을 통해 복수의 센서 및 센서 유형이 가능하며, 따라서 투영 용량 터치스크린, 정전기 펜, 저항 터치스크린, 압력 감지 터치스크린, 스트레인 게이지 터치스크린, 또는 센서 동작을 결정하기 위해 센서에 대한 임피던스 변화가 측정되는 구동 신호를 필요로 하는 임의의 센서와 같은 상이한 유형의 하드웨어의 특성들을 매칭시키도록 구성될 수 있는 다중 터치 시스템이 제공된다.

소정 주파수에서 외부 생성 신호를 수신하고, 독립적인 판독 전용 모드 동안 또는 다른 샘플링 및 구동 모드와 동시에 PSK(Phase Shift Keying), FSK(Frequency Shift Keying), QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 또는 기타 변조 스킴으로 상기 착신 주파수에서 신호를 복조할 수 있는 다중 터치 시스템이 제공된다.

독립적인 상호 용량 모드 동안 또는 다른 샘플링 및 구동 모드와 동시에 단일 축 또는 이중 축 상호 용량 스캐닝 모드 동작이 가능한 다중 터치 시스템이 제공된다.

개선된 도전성 오염물(염수 제거) 식별 및 제거를 위해 자기 용량 모드 취득을 개선하고, 모든 터치스크린 채널의 동시 구동 및 측정을 통해 공간 투영 거리를 개선하여 터치 결합으로 인한 신호 변화가 채널 터치스크린 임피던스 변화에 대한 채널 변화를 통하는 것이 아니라 사용자의 접지 경로를 통하게 하는 다중 터치 시스템이 제공된다.

기준으로서 또는 기준의 일부로서 사용되는 연속 저주파 및 저진폭 자기 용량 신호와 함께 잡음 성형 디더를 사용하여 샘플 분해능을 개선하여, 자기 용량 모드 신호는 물론, 상호 용량 수신 및/또는 펜 수신 신호와 같은 시간에 동시에 동작하는 다른 관심 신호에 대해서도 히스테리시스 및 양자화를 극복하는 다중 터치 시스템이 제공된다.

공유 비트 롤링 디더를 사용할 수 있는 디더 신호: 채널들 간의 지연 차이를 갖거나 갖지 않는 모든 채널들 사이에서 공유되는 단일 디더 신호를 생성 및 사용하여: 시스템 채널들에 걸쳐 디더 잡음을 무작위화하여 채널들에 걸쳐 에너지의 디더 잡음 무작위화 및 평활화를 향상시키거나, 시스템 채널들에 걸쳐 디더 잡음을 동기화하여 모든 채널을 가능한 한 유사하게 유지함으로써 동시 잡음 제거를 향상시키는 다중 터치 시스템이 제공된다.

하나 이상의 디지털 출력 핀 및 하나 이상의 디지털 입력 핀을 출력 핀 상의 단부 아날로그 필터와 함께 사용하는 모든 디지털 처리 및 구동 채널을 사용하여 고주파 성분을 제거하여, 아날로그 전압 신호가 센서를 구동하는 것을 가능하게 하는 다중 터치 시스템이 제공되며, 센서는 위상, 진폭, 주파수 또는 오프셋 전압과 같은 신호 특성에 영향을 미치는 소정의 임피던스 변화를 가지며, 변화는 출력 구동 신호를 변경하여 출력이 고정된 또는 변하는 신호로 구성될 수 있는 디지털 입력에 의해 이용 가능한 입력 기준을 따르게 함에 따라 구동 회로의 디지털 부분에서 내부 변화를 통해 측정될 수 있다.

하나 이상의 디지털 출력 핀 및 하나 이상의 아날로그 비교기 입력 핀을 출력 핀 상의 단부 아날로그 필터와 함께 사용하는 모든 디지털 처리 및 구동 채널을 사용하여 고주파 성분을 제거하여, 아날로그 전압 신호가 센서를 구동하는 것을 가능하게 하는 다중 터치 시스템이 제공되며, 센서는 위상, 진폭, 주파수 또는 오프셋 전압과 같은 신호 특성에 영향을 미치는 소정의 임피던스 변화를 가지며, 변화는 출력 구동 신호를 변경하여 출력이 고정된 또는 변하는 신호로 구성될 수 있는 아날로그 입력에 의해 이용 가능한 입력 기준을 따르게 함에 따라 구동 회로의 디지털 부분에서 내부 변화를 통해 측정될 수 있다.

디지털 및 아날로그 회로의 대부분 또는 전부가 단일 핀을 사용하여 센서 채널에 접속하는 실리콘 내부에 있는 다중 터치 시스템이 제공된다.

현재의 필드 프로그래머블 게이트 어레이 하드웨어에서 구현되고 동작될 수 있는 실질적 병렬 동시 활성 구동 회로 및 시스템 논리를 사용하는 다중 터치 센서 시스템이 제공된다.

향상된 동일한 주파수 제거를 갖는 최종 복조된 코히런트 동기 신호를 달성하기 위해, PSK, FSK, 또는 위상 및/또는 주파수 변화가 출력 신호의 변조에 그리고 이어서 또한 입력 스트림의 복조에 통합되는 다른 고급 변조 스킴을 사용하는 터치스크린 시스템 상의 동기 변조 복조를 위한 방법이 제공된다.

향상된 주파수 제거를 갖는 최종 복조 코히런트 동기 신호를 달성하기 위해, 스위핑(sweeping), 호핑(hopping), 처프(chirp), 또는 출력 신호의 변조에 그리고 이어서 또한 입력 스트림의 복조에 통합된 임의의 변하는 신호 패턴을 사용하는 터치스크린 시스템 상의 동기 변조 복조를 위한 방법이 제공된다.

병렬 채널 구동기의 동시 샘플링 특성 및 시스템의 동시 모드 특성을 사용하는 잡음의 식별 및 제거 방법이 제공된다.

일부 버전에서는 터치 센서 자체가 본 발명에 포함되는 반면에, 다른 버전에서 구동 및 수신 회로 및 방법은 스마트폰, 태블릿, 노트북 PC, 포인트 오브 세일(point-of-sale) 키오스크, 터치 감지 패브릭, 터치 감지 표면, 드로잉 패드 또는 펜 입력 패드 및 임의의 다른 터치 센서 어레이 제품 상의 터치스크린과 함께 사용되는 것과 같은 터치 센서와 인터페이스하기 위해 터치 센서 제어기 칩 또는 다른 집적 칩(IC)에서 구현될 수 있다. 또한, 여기에 개시된 구동/수신 회로는 터치 감지 버튼 또는 다른 센서와 같은 논-어레이 센서와 함께 사용될 수 있지만, 터치 센서 어레이는 가장 유익한 응용이다. 일부 버전에서, 회로 및 방법은 VHDL 또는 다른 FPGA 또는 ASIC 라이선스 지적 재산권 코어와 같은 IC 설계 코어에서 구현될 수 있다. 그러한 경우에, 본 발명은 여기서 설명된 집적 회로 설계를 구현하기 위해 또는 본 명세서의 방법을 수행하기 위한 집적 회로 설계를 구현하기 위해 하드웨어 디바이스를 프로그래밍하도록 실행 가능한 컴퓨터 판독 가능 명령어로 구현된다. 바꾸어 말하면, 이 특허의 범위는 단지 본 명세서의 설계 또는 방법을 구현하는 지적 재산 설계 코어를 준비하고, 제조, 사용, 판매 또는 수입함으로써 피할 수 없다. 이하의 각각의 설계 및 프로세스는 그러한 회로와 연계하여 제어기에 의해 실행 가능한 회로 설계 정보 또는 실행 가능 코드의 조합으로 구현될 수 있다.

도 1은 다수의 모드를 동시에 송신 및 수신하도록 구성된 터치스크린 구동 및 수신 회로를 포함하는 터치스크린 제어 시스템의 실시예의 블록도이다.
도 2는 도 2-6 및 도 15-16에 대한 지원 범례이다.
도 3은 다중 모드 상태(자기 + 수신)를 나타내는 동시 구동 방법의 실시예의 도면이며, 노트에서 이를 성취할 수 있는 상이한 핀 구성을 나타낸다.
도 4는 다중 모드 상태(자기 + 수신 + 상호 스캔)를 나타내는 동시 구동 방법의 실시예의 도면이며, 노트에서 이를 성취할 수 있는 상이한 핀 구성을 나타낸다.
도 5는 다중 모드 상태(수신 + 상호 스캔)를 나타내는 동시 구동 방법의 실시예의 도면이며, 노트에서 이를 성취할 수 있는 상이한 핀 구성을 나타낸다.
도 6은 다중 모드 상태(자기 + 수신 + 상호 스캔)를 나타내는 동시 구동 방법의 실시예의 도면이며, 이를 성취할 수 있는 상이한 핀 구성을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일부 실시예에 따른 채널 구동기 및 수신기 회로의 블록도이다.
도 8a는 2 핀 구성 구동/수신 회로의 실시예를 나타내는 개략도이다.
도 8b는 3-핀 구성 구동/수신 회로의 실시예를 나타내는 개략도이다.
도 9는 4-핀 구성 구동/수신 회로의 실시예를 나타내는 개략도이다.
도 10은 현재 세대의 프로그래밍 가능 논리에서 이용 가능하지 않을 수 있는 특별한 요구를 갖는 프로그래밍 가능 논리의 2-핀 구성에서의 구동/수신 회로의 실시예를 도시하는 개략도이다.
도 11은 특별한 요구를 갖는 프로그래밍 가능 논리의 1-핀 구성에서의 구동/수신 회로의 실시예를 도시하는 개략도이다.
도 12는 터치스크린 기능의 3개의 개별 모드를 나타내는 3개의 상이한 동시 주파수의 분해능을 보여주는 CIC(cascaded integrator-comb) 필터/데시메이션/복조/증폭/위상 샘플 체인의 실시예를 도시하는 블록도이다.
도 13은 동일한 5mS 프레임에서 모두 샘플링된 인간 접촉 및 펜 디지타이저 양자로부터의 결과적인 신호 에너지를 도시하는 도면이다.
도 14는 도 13의 동시 자기, 펜 및 상호 스캔을 갖는 단일 캡처 프레임을 나타내는 타이밍도이다.
도 15는 다중 모드 상태(자기 + 수신 + 이중 상호 스캔)를 나타내는 동시 구동 방법의 실시예를 나타내는 도면이며, 이를 성취할 수 있는 상이한 핀 구성을 나타낸다.
도 16은 차폐 요소를 갖는 종래의 자기 용량 측정 및 모든 요소가 동시에 구동되는 본 발명의 시스템에서 이루어진 동일한 측정을 도시하는 도면이다.
도 17은 목표 주파수에서 연속 간섭 신호를 제거하는 위상 변조 스킴을 도시하는 도면이다.
도 18은 3차, 400Mhz, 100 데시메이션 CIC 필터이다.
도 19는 구동, 디더 및 전압 추종(감지) 신호를 나타내는 구동 채널 신호의 간단한 시뮬레이션 예이다.
도 20-24는 배경에서 논의된 종래의 회로를 나타낸다.

다양한 발명의 특성인 것으로 여겨지는 새로운 특징은 그 추가 이점과 함께, 본 발명의 바람직한 실시예가 예시적으로 도시된 첨부 도면과 관련하여 고려된 다음의 설명으로부터 더 잘 이해될 것이다. 그러나, 도면은 단지 예시 및 설명의 목적을 위한 것이고 본 발명의 한계를 정의하는 것을 의도하지 않는다는 것을 명확히 이해해야 한다.

도 1은 터치스크린 제어기 칩일 수 있거나 다른 시스템 기능을 갖는 칩 배열 상의 더 큰 시스템 내에 통합될 수도 있는 반도체 디바이스에 내장된 유연한 프로그래밍 가능 논리로 구성된 터치스크린 구동 및 수신 회로(10)를 포함하는 터치스크린 제어 시스템의 실시예의 블록도이다. 통상적으로, 회로는 터치스크린 또는 다른 터치 센서 제어기 회로에 나타난다. 회로(10)는 복수의 채널(12) 상에서 동시에 송신 및 수신하여 채널 구동기(30)를 통해 아날로그 센서 신호를 다중 터치 센서(14)의 전극으로 구동한다. 전극은 일반적으로 그리드로 배열된 행 및 열 전극을 포함하지만, 전극들의 다른 비대칭 배열, 다중 그리드, 또는 터치 또는 근접에 응답하여 신호들을 교차-결합시킬 수 있는 다른 적절한 전극 배열을 포함할 수 있다. 아날로그 센서 신호는 본 발명의 일부 실시예에 따라 복수의 동시 주파수(16)에서 구동된다. 도면에 4개의 채널 구동기가 도시되어 있지만, 이는 복수를 설명하기 위한 것이고, 바람직한 버전은 각각의 채널에 대한, 구동 회로 및 수신 필터를 포함하는 구동 모듈의 반복된 인스턴스와 함께 터치스크린 전극(행 및 열)이 있는 만큼의 많은 채널을 가질 것이다. 도면은 일반적으로 디지털 클럭 도메인과 그 기능, 구동 모듈 어레이, 시스템 논리 블록, 복조 논리 블록, 및 프로세서 및 메모리 논리 블록을 도시한다. 프로세서는 또한 여기에 설명된 다양한 디지털 논리 및 디지털 신호 처리 기능을 제어 및 지시하기 위한 실행 가능 프로그램 코드를 저장하기 위한 프로그램 메모리를 포함한다.

도 1의 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 시스템 터치스크린 구동기 및 센서 회로는 FPGA 또는 ASIC으로 구현될 수 있다. 일부 실시예는 유연한 구성을 갖는 도 1의 다중 터치 시스템을 제공한다. 일부 실시예는 아래에서 설명되는 바와 같이 거의 디지털 영역에서만 동작할 수 있는 다중 터치 시스템을 제공하는데, 이는 FPGA 또는 다른 재구성 가능 또는 프로그래밍 가능 논리 디바이스(PLD)가 FPGA 또는 PLD에 포함된 구동기 회로 외에 연산 증폭기 또는 다른 능동 외부 아날로그 컴포넌트에 대한 필요 없이 거의 전체 회로를 구성하는 데 사용될 수 있음을 의미한다. 바람직한 실시예에서 채널 구동/수신 회로를 달성하기 위해 FPGA의 디지털 I/O 회로를 보완하는 데 필요한 모든 것은 외부 저항기 및 커패시터(18)이다. 이것은 디지털 I/O 핀이 아날로그 센서 구동기와 유사한 방식으로 작동할 수 있도록 해주는 시그마-델타 변환기 조합을 고유하게 사용하기 때문이다. 일부 실시예는 프로그래밍 가능 논리 또는 맞춤형 실리콘에서 시스템 구현 및 동작을 제공한다.

도 1의 시스템 블록도의 다른 부분은, 일반적으로, 수신되는 감지 신호를 필터링하는 저역 통과 필터/데시메이터 블록(18), 시스템 논리 블록(20), 복조 논리 블록(22), 및 프로세서 및 메모리 논리 블록(24)을 포함하며, 이들은 모두 아래에서 더 설명된다. 개선된 터치 센서 구동 회로 및 제어 스킴의 대부분의 이점은 구동/수신 회로 자기의 설계와 이를 이용하여 유연하고 재구성 가능한 방식으로 상이한 유형의 신호를 구동 및 수신하는 데 있다. 바람직하게, 다양한 터치 센서 전극 채널을 구동하는 구동/수신 회로는 디지털 디바이스에 구현되고, 디지털 I/O 구동기 및 수신기를 사용하여 신호를 구동 및 수신하지만, 일부 버전에서는 아날로그 증폭기 또는 다른 아날로그 컴포넌트가 여기서 설명되는 시그널링 스킴과 함께 사용될 수 있다. 이러한 설계는 본 명세서에서 "디지털 채널 구동기(30)", "채널 구동기(30)"및 "구동/수신 회로(30)"로 지칭될 수 있다. 채널 구동기의 여러 변형이 아래에서 설명되며, 다양한 유형의 터치 센서에 대한 터치를 정확하게 측정하는 능력을 향상시키는 여러 개의 고유하고 유익한 시그널링 및 측정 스킴에 대한 설명이 이어진다.

디지털 채널 구동기:

본 발명의 일부 실시예는 가변 임피던스 센서 내로 다수의 주파수를 송신 및 수신할 수 있는 디지털 채널 구동기 하드웨어 및 단극 RC 필터를 사용하며, 임피던스에 대한 변화가 구동기의 디지털 측에서 해결되어 각 센서 전극으로부터의 임피던스의 상대적 변화가 결정될 수 있다.

이러한 임피던스 변화는 여러 가지 방식으로 나타날 수 있다. 부유 센서 시스템의 용량 변화는 사인파에 의해 구동될 때 위상 변화로 나타날 것이다. 부유 센서 시스템의 저항 변화는 위상 변화를 야기할 것이고, 마지막으로 저항 센서 시스템의 저항 부하 변화는 DC 오프셋 변화를 일으킬 것이다. 이러한 변화는 생성된 기준 신호(AC 및/또는 DC)와 1 비트 ADC로부터의 "상위/하위" 신호의 디지털 스트림의 평균 표현인 생성된 아날로그 피드백 신호 사이의 변화이다.

일부 실시예는 투영 용량 터치스크린, 저항성 터치스크린, 압력 감지 터치스크린, 스트레인 게이지 어레이 터치스크린 등과 같은 여러 유형의 센서에 인터페이스하기 위해 상기 채널 구동기를 사용한다.

본 발명의 일부 실시예는 다중 모드 동시 터치스크린 샘플링(자기, 상호 및 수신)을 허용하는 신호 조합으로 터치스크린(14) 또는 다른 터치 센서 어레이를 구동하기 위해 병렬 방식으로 상기 채널 구동기를 사용한다. 이러한 능력은 채널 구동기가 적어도 단일 연속 주파수 전송(자기), 간헐 주파수 전송(상호 TX), 주파수 수신(상호 RX) 및 동일 인스턴스에서의 단일 델타 시그마 구동기를 통한 모든 펜 주파수의 수신 및 또한 필터, 데시메이션 및 복조 처리를 행할 수 있을 것을 요구한다. 일반적으로 이러한 신호는 생성되고 혼합되거나 직접 생성되거나 생성되고 채널링되고, 이어서 시그마 델타 1 비트 ADC의 기준으로 전송된다.

본 발명의 일부 실시예는, 구동/수신 회로(30)에서 사용되는 디지털 I/O 핀의 입력 히스테리시스를 극복하고 도 19와 관련하여 설명된 것과 같은 연속 자기 용량 모드 신호 샘플링 및 관련 신호 처리 개선을 가능하게 하기 위해 저진폭 자기 용량 모드 신호와 결합된 디더 신호를 갖는 상기 병렬 채널 구동기를 사용한다. 1 비트 디지털 ADC를 그의 히스테리시스 대역의 위아래에서 구동하는 저주파 연속 동작 신호(자기 용량 신호)를 사용함으로써, 채널 상에서 수신된 신호(상호 RX 및 펜 생성 아날로그 센서 신호)에 대해 저진폭 고주파 잡음 디더링에 대한 요구가 감소된다.

본 발명의 일부 실시예는 상기 병렬 채널 구동기를 이용하여 모든 채널을 동시에 구동하는 자기 용량 모드 방법을 통해 개선된 도전성 오염물(예를 들어, 염수 등) 제거를 가능하게 하여 채널 사이의 원치 않는 임피던스 경로를 제거하여 사용자의 터치 및 접지 경로로 인한 임피던스 변화만을 허용한다.

모든 채널이 동시에 구동되는 자기 용량 모드의 동작은 가변 임피던스 경로에 대한 변경이 접지에 대한 사용자 터치만을 통해 발생하고 터치스크린으로의 임피던스 역경로에 대한 변경이 거의 0이 된다는 사실로 인해 거의 이상적인 자기 용량 염수 제거 동작을 가능하게 한다. 이것은 가능한 한 관심 주파수에서 구동되는 연속적인 평면에 가깝다.

도 7은 일부 실시예에 따른 채널 구동기를 위한 구동/수신 회로의 회로 블록도이다. 본 발명의 일부 실시예는 아날로그 센서 신호를 센서로 구동하고 수신하기 위해 일반적으로 점선 번호 30의 컴포넌트로 도시된 바와 같이 하나 이상의 채널 구동기(30)의 하드웨어 어레이를 사용한다. 각각의 채널 구동기(30)는 일반적으로 아날로그 단극 RC 필터인 시그마-델타 출력 필터(38)에 접속된 디지털 출력을 구동하는 시그마 델타 구동기(36)로 구성된 시그마-델타 D/A 변환기를 포함하는 새로운 전압 추종 시그마-델타 A/D 변환기를 일반적으로 포함한다. 회로의 A/D 변환기 부분은 2개의 입력을 갖는 시그마-델타 비교기(34)로 구현되고, 하나의 입력은 터치 센서 전극(40)을 구동하는 시그마-델타 출력 필터 노드에 접속된다. 제2 EMI 필터(39)가 또한 전극(40)에서 고주파 잡음을 필터링하는 데 사용될 수 있다.

시그마-델타 비교기의 다른 입력인 기준 입력은 아날로그 센서 구동 신호(35)에 접속되며, 이 신호는 후술하는 바와 같이 다양한 모드에서 터치 센서를 구동하는 데 사용되는 하나 이상의 아날로그 주파수(변조된 신호일 수 있음)를 포함한다. 센서 구동 신호(35)는 집적 회로(11)와 외부 컴포넌트를 브리징하는 것으로 도시되어 있는데, 이는 신호가 통상적으로 디지털 형태로 집적 회로 상에서 생성되지만, 일부 버전에서는 D/A 출력을 통해 외부에서 구동될 수 있거나, 이하의 회로의 다양한 버전에 관해서 더 논의되는 바와 같이 시스템 설계가 허용하는 기준 전압으로서 집적 회로 내로 공급될 수 있기 때문이다. 이 버전의 센서 구동 신호는 구동 신호 생성 회로(41)에 의해 생성된다. 이는 통상적으로 더 후술하는 바와 같이 다수의 신호가 동시에 송신되는 경우에 디지털 주파수를 생성하고 디지털 신호를 혼합하는 것을 포함한다. 이제, 아날로그 센서 구동 신호(35)의 이 버전을 참조하면, 이 신호는 각각의 구동/수신 회로(30)의 기준을 공급하고 제1 주파수에서 상호 센서 신호(또는 "상호 신호")를 생성하고 제1 주파수와 다른 제2 주파수에서 자기 센서 신호(또는 "자기 신호")를 생성하도록 동작 가능한 구동 신호 생성 회로(41)에 의해 생성된다. 자기(동일 전극) 임피던스 변화 및 상호(다른 전극으로부터 교차 결합된) 임피던스 변화를 검출하기 위한 전극을 구동하는 자기 및 상호 센서 신호는 먼저 각각의 주파수 생성기에서 디지털 방식으로 생성되며, 이 생성기는 바람직하게 각각의 주파수 f1 및 f2에서 사인파를 생성하지만, 웨이블릿 시퀀스, 변조된 파 또는 다른 아날로그 가변 패턴과 같은 연속적으로 변하는 다른 신호를 생성할 수 있다. 일반적으로 다양한 신호는 특정 주파수에 있는 것으로 논의되지만, 주파수 세트에서 전달되는 하위 신호 그룹일 수도 있고, 함께 구동되거나 펜 신호의 경우 함께 전송된다. 펜 신호는 펜으로부터의 다수의 신호를 상이한 주파수로 송신하는 다수의 전극을 포함할 수 있으며, 이러한 주파수는 단일 펜 주파수가 사용되거나 또는 많이 사용될 수 있음을 식별하기 위해 하나 이상의 펜 주파수로 지칭된다. 디더도 여기에 설명된 이유로 추가된다. 이 회로의 하나의 특별한 경우는 자기 아날로그 센서 신호가 사용되지 않을 때이며, 회로는 제3 주파수에서 펜 아날로그 센서 신호를 수신하고, 상호 아날로그 센서 신호를 송신하고, 다른 노드에서 상호 아날로그 센서 신호를 수신하기 위해서만 사용된다는 점에 유의한다. 이 경우, 디더가 여전히 상호 아날로그 센서 신호에 추가된다. 도시된 바와 같이, 아날로그 센서 구동 신호(35)는 노드(37)에서의 제1 비교기(34) 입력에 대한 시그마-델타 구동기(36)의 피드백 접속으로 인해 전압 추종자로서 기능하는 제2 비교기 입력에 접속된다. 이러한 접속은 구동/수신 회로(30)가 시그마-델타 아날로그/디지털 송수신기로서 동작하는 것을 가능하게 한다. 즉, 회로(30)는 시그마-델타 구동기 부분을 통해 기준(35)에 존재하는 신호를 밖으로 구동할 뿐만 아니라, 기준(35)을 따르는 데 필요한 구동 신호 변화를 감지 또는 수신하며, 이는 터치 회로 상의 터치에 의해 야기된 임피던스 변화, 또는 상호 아날로그 센서 신호 및 펜 센서 신호(들)와 같은 전극 외부의 신호 또는 잡음을 나타낸다. 노드(37)에서의 피드백 접속은 이 노드로 하여금 전체 전압 추종 A/D 변환기가 아날로그 센서 구동 신호(35)에 매칭하려고 시도하는 "가상 신호" 노드로서 동작하게 한다. 터치 센서 전극(40)의 임피던스는 용량, 인덕턴스 또는 저항 변화에 기초하여 터치될 때 변하므로, 가상 신호 노드(37)에서의 신호는 그러한 변화를 나타내는 변화를 포함하는데, 이는 회로의 시그마-델타 D/A 변환기 부분이 노드(37)로 더 많거나 적은 전압을 구동하여 임피던스 변화를 따르기 때문이다. 이러한 변화는 노드(33)의 비교기 출력 신호에 존재하며, 이 신호는 도 1에 도시된 것과 같은 시스템 내부 논리에 의한 처리를 위해 블록(18)에서 보다 낮은 디지털 샘플 속도로 필터링 및 데시메이트되어, 다양한 터치 및 펜 입력이 검출되고 처리된다. 전압 추종자 회로는 또한 터치스크린 펜으로부터 생성된 아날로그 신호 또는 다른 터치 센서 전극 상에서 구동되고 신호를 검출하는 전극에 결합된 상호 결합 신호와 같은 센서 전극(40)에 결합된 신호를 검출하도록 작동한다. 따라서, 도시된 회로는 더 후술하는 바와 같이 하나 이상의 아날로그 신호를 구동하고, 센서 구동 신호(35)로 구동될 원하는 센서 신호를 혼합함으로써 동시에 하나 이상의 아날로그 신호를 감지하도록 적응된다.

시그마-델타 기반 채널 구동/수신 회로가 디지털 I/O 핀만을 사용하고 아날로그 연산 증폭기 또는 아날로그 A/D 및 D/A 변환기 또는 스위치를 필요로 하지 않는 바람직한 버전으로 여기에 도시되어 있지만, 이것은 제한적이지 않고, 다른 버전들은 집적 회로 내외에서 그러한 아날로그 컴포넌트들을 사용할 수 있다. 예를 들어, 회로의 A/D 변환기 부분은 AC 가능 생성 기준 임계치를 갖는 디지털 입력 또는 AC 가능 생성 기준을 수신하는 하나의 입력을 갖는 아날로그 비교기로 구성될 수 있다.

최근에, 연속 근사화, 적분, 윌킨슨 ADC와 같은 A/D 변환기의 더 많은 표준 아날로그 버전을 대체할 수 있는 고주파 고분해능 해결책을 생성하는 것을 목적으로 시그마-델타 A/D 변환기에 대한 많은 연구가 행해졌다. 많은 연구는 정확성 및 선형성 개선을 위해 행해졌다. 본 발명에서, 분해능, 속도 및 반복성은 성공적인 터치스크린 기능에 필요한 주요 특징이다. 단독으로, 단순한 시그마 델타 ADC는 정확성과 선형성이 없으므로 매우 적은 응용을 발견할 것이다. 본 발명의 동시 구동 모드 및 동시 샘플링뿐만 아니라 터치 시스템의 내부 교정과 연계될 때, 시그마-델타 ADC의 이들 및 다른 제한은 시스템 동작에 대한 사소한 문제가 된다. 여기서 시그마-델타 구동기 및 센서 설계는 이러한 ADC 설계의 일반적인 응용보다 비선형성, 낮은 입력 임피던스 및 정확도 문제에 훨씬 덜 민감하다.

본 명세서의 일부 실시예들에서 사용되는 바와 같이, 터치스크린 구동기 및 수신기 회로는 도 7과 같은 채널 구동기(30)의 하드웨어 어레이를 포함하며, 내부 논리는 고주파 클럭(32) 상에서 동작한다. 디지털 입력 및 출력 논리는 자유롭게 동작할 수 있다면, 아마도 매우 높은 원치 않는 주파수를 생성하는 실리콘 하드웨어의 능력까지 스위칭 및 발진할 수 있다. 루프는 실리콘 하드웨어와 호환되는 속도 및 외부 필터링 및 내부 분해능에 유리한 값으로 설정된 클럭 플립플롭(31)을 통해 알려진 주파수로 제어되고 제한된다.

본원의 터치스크린 구동기 및 수신기 회로의 일부 버전은 또한 데이터를 1 비트 시그마 델타 A/D 변환기의 고주파 저분해능 영역으로부터 추가 신호 처리에 필요한 기능의 저주파 고분해능 영역으로 이동시키기 위해 필터 및 데시메이션 체인을 이용하는 채널 구동기의 하드웨어 어레이를 포함한다.

도 11은 현재 세대의 프로그래밍 가능 논리 I/O 회로의 맞춤화를 요구할 수 있는 특수 요구와 함께 프로그래밍 가능 논리 디바이스의 하나의 핀을 사용하여 구현되는 도 7의 회로의 실시예를 나타내는 개략도이다. 도 11에 도시된 채널 구동기의 바람직한 실시예는 채널마다 1로 표시된 단일 핀을 사용하며, 여기에 설명된 상호 전송 모드에 대한 제한 없이 기능하지만, 내부 아날로그 채널, 아날로그 스위치, 출력 및 입력 버퍼 동시 기능, 및 또한 더 작은 출력 필터 용량(C1)과 함께 사용함에 따른 더 높은 디지털 버퍼 출력 임피던스 설정으로 인해 현재 맞춤형 실리콘을 필요로 할 수 있다. 현재 출력 버퍼 임피던스는 <1000 옴의 범위에 가깝고, 5k 내지 10k 옴은 훨씬 작은 C1 값을 허용한다. 이러한 특징을 제공하는 FPGA 해결책의 경우, 맞춤형 회로 변경이 아닌 맞춤형 구성만이 도시된 설계를 달성하는 데 필요하다.

도시된 회로는 블록(11)에 의해 식별된 (IC 상의) 회로(30)의 내부 또는 온보드 부분들 및 내부 저항기(R1) 및 외부 커패시터(C1)로 구현된 시그마-델타 출력 필터(38)를 갖는 채널 구동기 및 수신기 회로(30)를 포함한다. "구동 모듈"이라고 표시된 부분은 각 채널에 대해 반복되는 구동 채널 회로의 내부 부분을 나타낸다. EMI 필터(39)는 도시된 바와 같이 외부 저항기 및 커패시터로 구현된다. 이 예에서, EMI 필터(39)는 약 1Mhz의 차단 주파수를 갖는 저역 통과 RC 필터이다. 필터(39)는 채널 구동기(30)로부터 방출될 수 있는 디더, PWM 신호 잡음 및 클럭 EMI로부터의 출사 잡음을 감소시키는 기능을 한다. 이것은 또한 센서 전극으로부터의 EMI(전자기 간섭)를 감소시키고, 센서 전극에서 들어오는 ESD(정전기 방전) 잡음을 감소시키는 기능을 한다. 시그마-델타 구동기 회로(36)는 시그마-델타 필터의 외부 부분들 모두에 접속되고 전압 추종 A/D 회로 입력에 다시 접속되는 핀 1에 대한 디지털 출력 구동기로 구현된다. 전압 추종 시그마-델타 A/D 회로는 이 실시예에서 IC의 내장 구동 수신 회로의 비교 입력 수신기로 구현되는 비교기(34)를 포함한다. 이 버전에서, 회로(34)의 비교기에는 아날로그 센서 구동 신호(35)가 공급된다. 비교기(34) 출력은 플립플롭(31)에 공급되고, 로컬 고주파 클럭 신호 CLK를 통해 클럭킹되어, 플립플롭(31) 출력(33)으로 통과되는 신호의 샘플링 레이트를 제어한다. 이 출력(33)은 고주파 디지털 수신 신호를 운반하며, 이 신호는 CIC 필터 및 데시메이터(18)로 전달되고, 또한 피드백 신호로서 시그마-델타 구동기(36)에 피드백된다. 아날로그 센서 구동 신호(35)로 비교기 기준 입력을 구동하는 동안, 가상 신호 노드(37)에서 아날로그 신호를 수신하기 위해 이러한 피드백을 사용하는 것은 전압 추종 A/D 변환기가 제2 입력 상에서 가상 신호 노드에서 피드백 출력을 생성함으로써 제1 입력 상의 기준 신호를 따르도록 접속되고, 시그마-델타 출력 필터도 센서 전극을 구동하도록 가상 신호 노드(37)에 접속되게 한다.

노드(33)에서 수신된 신호는 저역 통과 필터링되고 CIC 및 데시메이터(18)에서 보다 낮은 샘플링 레이트로 데시메이트된다. CIC 필터가 여기서 사용되지만, 이는 제한적이지 않으며 임의의 적절한 저역 통과 디지털 필터 배열이 사용될 수 있다. 필터 및 데시메이터(18)의 출력은 복조 논리 블록(도 1)에 공급되고, 터치 센서 전극 상의 터치 입력을 검출하도록 처리 및 해석된다.

이제, 아날로그 센서 구동 신호(35)를 참조하면, 이 신호는 구동 신호 생성 회로(41)에 의해 생성되고, 이 회로는 제1 주파수에서 상호 센서 신호(또는 "상호 신호")를 그리고 제1 주파수와 상이한 제2 주파수에서 자기 센서 신호(또는 "자기 신호")를 생성하도록 동작 가능한 각각의 구동/수신 회로(30)의 기준을 공급한다. 자기(동일 전극) 임피던스 변화 및 상호(다른 전극으로부터 교차 결합된) 임피던스 변화를 검출하기 위한 전극을 구동하는 자기 및 상호 센서 신호는 바람직하게 각각의 주파수 f1 및 f2에서 사인파를 생성하지만 웨이블릿 시퀀스, 변조파 또는 다른 아날로그 가변 패턴과 같은 다른 연속적으로 변하는 신호를 생성할 수 있는 각각의 주파수 생성기(42)에서 디지털 방식으로 먼저 생성된다. 예를 들어, f1, f2 및 f3 신호 중 하나 이상은 수신된 크기가 복조 후에 함께 누적되는 3개의 사인파 주파수와 같은 주파수 그룹을 포함할 수 있다. f2, f1 및 f3(자기, 상호, 펜) 측정의 아날로그 신호에도 주파수 스위핑, 호핑 또는 처핑(chirping) 방법을 사용할 수 있다. 구형파가 센서 전극을 통과할 때 해로운 영향을 일으키는 고조파를 포함하고, 센서 측정이 파의 전체 기간에 걸쳐 이용 가능하지는 않으므로, 센서 신호에 구형파를 사용하는 종래 기술은 일반적으로 이러한 신호에 대한 최상의 선택이 아니다. 이 버전은 f1 및 f2 주파수에서 사인파를 생성하는데, 이는 시스템의 수신기 논리 부분에서 개별적으로 쉽게 복조되거나 필터로 분리될 수 있는 충분한 상이한 주파수이다. 자기 센서 신호는 디더 회로에 공급되고, 이 회로는 디더를 신호에 더하여 분해능을 향상시키고, 더 후술하는 바와 같이 회로(30)의 A/D 변환기 부분에서 히스테리시스 문제를 극복한다. 공통 디더가 모든 자기 센서 신호에 추가될 수 있거나, 독립적으로 생성된 디더가 사용될 수 있다. 디더링된 자기 센서 신호는 가산기(44)에서 상호 센서 신호에 가산된다. 본 명세서에서 사용되는 디더는 통상적으로 원하는 대역폭을 커버하기 위해 주파수 도메인에서 형성되는 낮은 크기의 잡음 신호의 추가이다. 잡음의 주파수 성분은 일반적으로 최종 사용 가능한 시스템 주파수 범위를 초과하도록 선택되므로 잡음은 최종 판독치로부터 필터링된다. 디더 잡음은 A/D 시스템에 종종 추가되어 양자화 잡음(스텝 잡음)을 제거하여 분해능을 향상시킨다. 여기서, 이것은 또한 비교기 회로가 나타내는 히스테리시스 대역 아래 및 위로 입력 전압을 무작위로 푸시함으로써 1 비트 A/D 히스테리시스를 극복하는 데 사용된다. 디더가 도시된 신호에 부가된 후에, 2개의 분기는 분리되고, PWM 변조기(45)에서 PWM(펄스 폭 변조) 변조된다. 그 다음, PWM 신호는 디지털 출력 구동기(46)(내부 저항을 가짐) 및 시그마-델타 출력 커패시터(47)로 구현된 시그마-델타 D/A 변환기로 전달된다. 이어서, 이들 2개의 D/A 변환기의 출력은 f2 주파수에서의 아날로그 디더링된 자기 신호 및 f1과 f2가 가산된 아날로그 자기 및 상호 신호의 조합이다. 이들 신호는 도시된 바와 같이 다른 채널 구동/수신 회로에 공급되도록 라우팅될 수 있어, 신호 생성 회로의 중복을 피하고 공통 위상에서 구동 신호를 제공한다. 아날로그 스위치 또는 멀티플렉서(48)는 구동/수신 회로(30)가 자기 및 상호 신호 모두를 구동하는지 또는 f2에서 자기 신호만을 구동하는지를 제어하는 능력을 제공한다. 이것은 아래에서 설명하는 모드 및 상호 스캐닝 기능의 선택을 가능하게 한다. 특정 설계에서 사용되는 감지 스킴이 소정 포인트에서 상호 신호의 구동만을 요구하는 경우, 자기 및 디더는 0으로 설정되어 주파수 f1에서 순수한 상호 신호를 제공할 수 있다. 도시된 회로가 자기 및 상호 신호 모두의 아날로그 버전을 생성하지만, 일부 버전은 단지 하나의 D/A 변환기에만 급전하고, 신호를 아날로그로 변환하기 전에 f2 또는 f1+f2의 모드를 선택하는 제어 선택 스위치를 포함할 수 있다는 점에 유의해야 한다(도 9의 버전은 그러한 설계를 갖는다). 각 구동/수신 모듈은 또한 그 자신의 자기, 상호 또는 자기 및 상호 신호를 생성할 수 있지만, 이러한 설계는 불필요하게 신호 생성 회로를 복제한다. 각 행에 대해 개별적인 상호 주파수가 요구되는 버전의 경우, 각 구동 수신 회로(30)는 상호 결합된 신호 검출에 사용되는 행 또는 열의 수까지의 f4, f5, f6, ...fn과 같은 다른 주파수에서 구동되는 개별 상호 신호를 공급받을 수 있다. 따라서, 도 6 및 도 15의 구동 프로세스를 포함하여 본 명세서에서 논의된 구동 및 수신 스킴의 전체 범위는 이 실시예에 적용될 수 있다.

구동 신호 생성 회로(41)의 출력은 전압 추종 시그마-델타 A/D 변환기의 일부인 비교기(34)의 기준 입력에 공급되는 아날로그 센서 구동 신호(35)이다. 이 회로는 직접 또는 필터(39)를 통해 수행될 수 있는 센서 전극의 구동을 행하는 것은 물론, 전술한 바와 같이 센서 전극 임피던스의 변화를 감지하도록 동작한다. 본 명세서에 기재된 회로 및 다른 버전은 또한 다른 전극으로부터 결합된 상호 신호 또는 터치 센서 어레이와 함께 사용되는 활성 펜에 의해 접속 전극으로 직접 결합된 펜 신호와 같이 센서 전극에 결합된 다른 신호를 수신할 수 있다.

도 11의 회로는 보다 적은 출력 핀, 구동/수신 채널당 하나만을 사용하기 때문에 바람직하며, 따라서 집적 회로의 약 100개의 I/O 핀을 구동하는 그러한 회로의 어레이는 PEDOT 가변 저항 전극을 사용하는 터치스크린, 터치 패드 또는 터치 감지 패브릭과 같은 50 행 x 50 열 터치 센서를 구동하는 데 사용될 수 있다. 그러나, FPGA 플랫폼 상에 도 11의 회로 및 그의 다른 1 핀 등가물을 구현하는 것은 첫째, 사용되는 각각의 I/O 핀에 대한 비교 입력 및 디지털 출력, 둘째 C1에서 필요한 시그마-델타 출력 필터에 대해 충분히 높은 구동기(36)에서의 디지털 출력 임피던스(출력 임피던스는 바람직하게 1k 옴 내지 10k 옴의 범위 내에 있음), 셋째 아날로그 전압 기준(입력 비교기의 vref를 공급) 및 아날로그 스위치와 같은 다른 아날로그 컴포넌트에 대한 제어를 요구한다. 현재의 FPGA 제품 중 일부는 그러한 제어를 허용할 수 있는 반면, 다른 제품들은 그렇지 않다. 따라서, 일부 예에서는 맞춤형 ASIC 또는 맞춤형 FPGA 제품이 도 11의 회로를 달성하기 위해 필요하다. 도 3, 도 4, 도 5, 도 6 및 도 15의 것을 포함하는 본 명세서에서의 상이한 송신 수신 모드가 이 실시예에 적용될 수 있다.

도 10의 채널 구동기의 다른 실시예는 채널당 2개의 핀을 사용하고, 일부 다른 실시예와 관련하여 본 명세서에서 논의된 상호 송신 모드 제한 없이 기능한다. 이것은 도 11의 실시예와 같이 내부 아날로그 채널 및 스위치를 필요로 하지 않지만, 출력 및 입력 버퍼 동시 기능 및 또한 더 높은 디지털 버퍼 출력 임피던스에 대한 필요성으로 인해 현재 맞춤형 실리콘을 여전히 필요로 할 수 있다. 도 10의 도시된 실시예는 도 11의 버전과 유사하게 기능하지만, 2개의 핀(1 및 2)을 사용하고, 구동기(46) 및 커패시터(47)로 이루어진 센서 구동 신호를 위한 단일 시그마 델타 D/A 변환기의 시그마-델타 출력 커패시터(47) 외부의 외부 커패시터(C2)를 사용한다. 구동 신호 생성 회로(41)는 또한 구동기(46) 및 외부 커패시터(47)를 포함한다. 이 커패시터(47)는 시그마-델타 D/A 변환을 필터링하기 위해 핀에 접속되며, 결과 신호(35)는 도 11의 설계와 유사하게 내부적으로 핀으로부터 비교기(34) 기준 입력으로 라우팅된다. 도시된 설계는 온-칩 커패시터가 구동기 근처에서 이용 가능하지 않은 경우에 사용될 수 있다. 이 설계는 아날로그 스위치가 아닌 디지털 스위치(48)로 f2 또는 f1+f2의 센서 신호를 선택한다. 대안적으로, 구동될 신호는 선택 스위치를 필요로 하지 않고 직접 생성될 수 있지만, 이 스킴은 2개의 구동 신호의 디지털 버전을 다른 구동/수신 회로에 공급하고, 대부분의 구동 신호 생성 회로(41)의 중복을 피할 수 있는 능력을 제공한다. 이 설계를 FPGA 구현과 함께 사용하기 위한 요구는 첫째, 사용되는 각 I/O 핀에 대한 비교 입력 및 디지털 출력이고, 두 번째는 C1에서 필요한 시그마-델타 출력 필터에 대해 충분히 높은 구동기(36)에서의 디지털 출력 임피던스이다. 도 3, 도 4, 도 5, 도 6 및 도 15의 송신 수신 모드를 포함하는 본 명세서에서의 상이한 송신 수신 모드는 이 실시예에 적용될 수 있다.

도 9는 이전의 두 가지 예와 동일한 기능을 할 수 있지만 1-4로 표시된 4개의 핀을 사용하는 채널 구동/수신 회로의 다른 실시예를 도시한다. 이 실시예는 대부분의 현재의 프로그래밍 가능 논리 디바이스에서 동작하지만, 2개의 차동 디지털 입력 및 2개의 디지털 출력 핀과 2개의 저항기 및 2개의 커패시터가 채널마다 동작할 것을 요구한다. 핀 1과 4의 디지털 출력 구동기는 이 버전에서 특히 높은 출력 임피던스를 필요로 하지 않는다. 일반적으로, 구동 신호 생성 회로(41)는 PWM 변조기(45)로부터의 PWM 신호가 여전히 제어 스위치(48)에 들어가는 디지털 신호이기 때문에 제어 스위치(48)가 디지털 스위치인 이전 버전과 동일하게 구성된다. 센서 신호를 아날로그로 변환하는 시그마-델타 D/A 변환기는 디지털 출력 구동기(46), 및 출력 커패시터(47) 및 저항기(R2)로 구성된 시그마 델타 출력 필터로 구현된다. 이 시그마-델타 출력 필터는 바람직하게 대략 1Mhz의 차단 주파수를 갖는 도시된 바와 같은 단극 RC 필터이다. 이 필터 출력은 필터 출력 커패시터(47)에서 다시 핀 3 내로, 비교기(34)의 기준 입력에 접속된 아날로그 센서 구동 신호(35)이다.

구동/수신 회로(30)는 아날로그 센서 신호(35)를 갖는 그의 기준 입력에서 구동되는 전압 추종 시그마-델타 A/D 변환기를 다시 사용하여 시그마-델타 아날로그/디지털 송수신기를 달성한다. 이 버전의 전압 추종 회로의 시그마-델타 D/A 부분은 핀 1의 디지털 출력 구동기(36), 및 외부 저항기 R1 및 커패시터 C1로 구성된 시그마 델타 출력 필터(38)를 포함한다. 이 버전의 예시적인 필터는 차단 주파수가 약 1Mhz인 단극 RC 필터이다. 여기에 설명된 다양한 단일 및 다중 주파수 구동 및 수신 스킴은 모두 도 3, 도 4, 도 5, 도 6 및 도 15의 구동 프로세스를 포함하여 이 실시예와 함께 사용될 수 있다.

도 8b는 사용되는 채널당 총 3개의 I/O 핀에 대해 단지 2개의 차동 디지털 입력 비교기 핀 및 하나의 디지털 출력 핀을 요구하는 현재의 프로그래밍 가능 논리 디바이스 설계들에서 또한 동작할 수 있는 채널 구동기의 다른 실시예를 도시한다. 이와 관련된 그의 유일한 제한은 한 번에 하나만이 활성일 수 있는 상호 용량 모드 전송 채널(상호 시그널링은 일반적으로 상호 결합된 용량을 측정하기 위해 사용되지만 상호 인덕턴스 또는 저항 결합 신호를 측정하는 데 사용될 수 있음)이 자기 수신 또는 펜 수신으로 작용할 수 없다는 것이다. 도시된 실시예에서, 구동 신호 생성 회로(41)는 모든 송신 구동 모듈에 공통이고, 별도의 위치에서 회로(30)에 접속되며, f1 상호 센서 신호는 디지털 방식으로 생성되어 도면 좌상의 PWM f1 블록(45)에서 펄스 폭 변조되도록 공급된다. 이 회로는 IC 내부에 있다. 이 변조된 f1 상호 센서 신호는 디지털 제어 스위치(58)에 공급되고, 노드(33)에서 시그마-델타 A/C 변환기의 출력 또는 PWM f1 신호를 통해, 핀(1)에 접속된 시그마-델타 출력 필터(38)에 대한 접속에 의해 시그마-델타 D/A 변환기로서 구성되는 시그마 델타 구동기(36)로 전달된다. 필터(38)의 출력은 이전 도면과 유사하게, 가상 신호 노드(37)에 접속되고, 이 노드는 핀 2 상의 전압 추종 시그마-델타 A/D 변환기 입력에 접속된다. 노드(37)는 또한 EMI 필터(39)에 접속되고, 이 필터를 통해 행 전극에 결합되어 본 명세서의 다른 버전과 유사하게 센서 신호를 송수신한다. 이 버전에서, 알 수 있듯이, 핀 3의 전압 추종 시그마-델타 A/D 변환기의 기준 입력은 아날로그 자기 센서 신호에 접속된다. 이 신호는 구동 신호 생성 회로(41)의 다른 부분에 의해 생성되며, 이 부분은 도시된 바와 같이 f2 센서 신호의 디더링된 버전을 취하여 이 신호를 디지털 방식으로 펄스 폭 변조하고 출력 밖으로 구동하며, 이것은 시그마-델타 D/A 출력 필터(47)에 의해 필터링되고, 핀 3의 비교기 기준 노드에 공급된다. 필터(47)는 통상적으로 IC 외부에 있고, 디더링된 f2 자기 센서 신호는 핀으로부터 이 필터로 구동된다. 이 단일 자기 센서 신호는 다른 구동 모듈로 향하는 화살표로 표시된 것처럼 다른 구동 채널에서 전송되는 다른 모든 자기 신호를 구동하는 데 사용되기 때문에 이 핀은 회로의 핀 카운트로 카운트되지 않는다. 이 버전에서, 상호 센서 신호는 도면 좌상의 회로(41)에 도시된 바와 같이 디지털 PWM 신호로서 다른 채널 구동 모듈에 공급된다. 노드(33)에서 수신된 신호는 본 명세서의 다른 실시예들과 유사하게 블록(18)에서 내부 수신기 논리를 통해 연속적으로 필터링되고 데시메이트된다. 도 8b의 회로와 도 8a의 회로 사이의 하나의 차이는 도 8b에서의 비교기 입력 대 도 8a의 디지털 입력의 사용으로 인하여 약 30mV 및 약 150mV에서의 임계 히스테리시스의 차이이다. 보다 높은 히스테리시스를 갖는 디지털 입력은 디더 블록(43)에서 A/D 피드백 루프에 삽입되는 도 8a에 도시된 디더에 대한 더 많은 요구를 갖는다.

동작시, 도시된 회로는 통상적으로 센서 전극으로 구동하고 센서 전극으로부터 f2 자기 센서 신호를 감지하고, f1 신호가 다른 교차 센서 전극으로부터 결합되면 이를 동시에 수신하도록 동작한다는 것이 이해될 수 있다. 개별 전극 채널에서 상호 신호를 스캔하는 과정에서 구동 프로세스가 이 채널에 도달하면, 논리는 스위치(58)를 변경하여 f1 상호 신호를 외부로 공급하고, 구동 모듈에서 내부 논리로 전달된 디지털 신호는 이 시간 동안 사용되지 않는다.

자기 용량 및 수신 신호를 도시하는 도 3의 도면, 상호 TX 채널 없는 상호 용량 및 자기 용량 및 상호 TX 채널 없는 펜 수신 모드를 도시하는 도 4의 도면, 및 상호 TX 채널 없는 상호 용량 및 펜 수신 모드를 도시하는 도 5의 도면에 도시된 신호 구동 및 수신 스킴들은 도 8b의 실시예에 적용될 수 있다.

도 8a는 도 8b의 예와 기능 면에서 유사하고 송신시에 상호 용량 모드에서 유사하게 제한되는 채널 구동기의 다른 실시예를 도시한다. 그러나 이 회로는 2개의 디지털 핀만 사용하므로, 높은 채널 카운트 시스템에서 사용하기에 더 좋을 수 있다. 도시된 채널 구동기 회로(30)는 f2 자기 센서 신호가 이 실시예에서 시그마-델타 비교기로서 기능하는 핀 2 수신기의 전압 기준에 공급되는 것으로 도시된 바와 같이 제어 가능 AC 전압 기준이 디지털 입력 핀들에 이용 가능한 상황에서 사용될 수 있다. 일반적으로, 디지털 입력 핀은 비교기 기능을 하지만, FPGA 또는 PLD 설계는 항상 이러한 핀의 기준 전압을 제어하는 능력을 제공하지는 않는다. 이 능력이 이용 가능한 경우, 본 회로는 PWM 및 구동기(45, 46)에서 핀 밖으로 구동되고, 자기 센서 신호(35)의 A/C 버전을 생성하도록 필터링된 다음, 모든 디지털 입력 수신기에 대한 구동기 기준 전압에 대한 단일 핀에 공급되는 공통 자기 신호와 함께 사용될 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 이 스킴은 FPGA 또는 PLD에서 디지털 입력 핀 기준에 A/C 전압을 공급할 수 있는 경우에만 가능하다. 그렇지 않은 경우, 이 스킴은 맞춤형 ASIC으로 구현되어야 하며, 이 경우 1 핀 해결책이 바람직하다. 많은 현재의 프로그래밍 가능 논리 디바이스는 디지털 입력 핀에서 약 150mV의 히스테리시스를 나타내며, 이는 동일한 하드웨어의 아날로그 비교기에 대한 사양에서 나타나는 약 30mV 히스테리시스보다 상당히 더 크다. 따라서, 아날로그 비교기를 사용하면 더 나은 신호 대 잡음비를 얻는 데 바람직하지만, 도시된 회로는 여전히 다른 이전 센서 구동기 회로보다 훨씬 향상된 경제성으로 다중 터치 능력을 가능하게 할 수 있다. 회로의 나머지는 도 8b의 회로와 유사하게 기능하며, 도 8b의 회로와 동일한 자기, 상호 및 펜 송신 및 수신 스킴으로 사용될 수 있다.

일부 대안 실시예는 ASIC에서 또는 IC 외부의 회로, 예를 들어, 전압 추종 시그마-델타 변환기 내의 상위 차수 A/D 변환기 및 상위 차수 D/A 변환기에서 구현될 수 있는 더 많은 아날로그 회로를 사용하는 해결책을 포함한다. 또한, 고분해능 아날로그/디지털 변환기에 급전하는 전압 추종자 버퍼로 구성된 연산 증폭기의 사용이 채널 구동기로 사용될 수 있다. 이러한 해결책은 크게 증가되는 실리콘 면적 요구 및 관련 아날로그 신호 처리 요구로 인해 이상적이지 않다.

일부 버전은 구동 신호에 대한 하나 이상의 주파수를 생성하는 수치 제어 발진기(들)를 포함할 수 있다. 이러한 발진기는 이 분야에서 잘 이해되고 일반 지식이다.

이제, 본 명세서에 기재된 회로 또는 다른 회로로 수행될 수 있는 터치 센서 신호를 구동 및 수신하는 프로세스를 참조하면, 일반적으로 다양한 구동 및 수신 스킴이 도 2-6 및 도 13-17과 관련하여 설명된다.

도 2는 도 3-6, 13 및 15의 시그널링 도면을 해석하기 위한 범례이다. 상단에는 다양한 아날로그 센서 신호 주파수 f1(상호 결합 신호에 사용됨), f2(동일한 전극에서 자기 감지 신호에 사용됨) 및 f3(펜 주입 신호에 사용됨)에 대한 심벌들이 주어진다. 다음으로, 다양한 신호들을 송신하고 수신하기 위한 심벌들이 도시된다. f2 자기 신호는 전송되거나 구동됨에 따라 동일한 전극에서 수신되거나 감지되기 때문에 양방향 화살표로 표시된다. 수신 심벌은 수신을 위한 들어오는 화살표와 소정의 작은 혼합 주파수 심벌로만 표시된다. f3 펜 주파수는 사용자가 펜을 터치 센서 상에서 그리고 위에서 움직일 때 외부 펜 전극으로부터 전송되기 때문에 수신으로만 표시된다. 일련의 라인(행 또는 열)을 통한 상호 송신 심벌의 스캐닝은 그를 통과하는 넓은 화살표를 갖는 심벌에 의해 표시된다. 그 아래에, 도 1에 도시된 실시예에 대한 바람직한 클럭 주파수 범위가 열거된다.

도 3은 다중 모드 상태(자기 + 수신)를 나타내는 동시 구동 방법의 실시예를 도시하고, 여기서 시그널링 스킴을 달성할 수 있는 상이한 핀 구성을 노트에 표시한다. 어레이에 도시된 센서 전극은 이 버전에서 터치스크린 또는 터치 센서 어레이의 행(302) 및 열(304)이다. 본 명세서에서 논의된 바와 같이, 다른 유형의 터치 센서 어레이가 사용될 수 있고, 용량 다중 터치 센서가 바람직하다. 심벌은 제2 주파수 f2 자기 센서 신호가 각 행(302) 및 열(304) 전극 상에서 전송되고 동일한 전극 상에서 감지됨을 나타내며, 감지는 구동/수신 회로에 대해 전술한 바와 같이 송신과 동시에 수행된다. 제2 주파수 f2 자기 센서 신호를 송신 및 수신하는 것과 동시에, 제3 주파수 f3 펜 센서 신호는 모든 행 및 열 상에서 수신되거나 감지되고, 물론 터치스크린 또는 터치 센서와 함께 사용되는 펜으로부터 송신된다. 모든 행 및 열이 도시된 방법에 사용되는 것으로 도시되어 있지만, 적어도 행 또는 열의 전부가 방법을 수행하기 위해 사용되어야 하는 것은 아니다. 하위 그룹 또는 모든 행과 열의 그룹을 선택할 수 있다.

도 4는 다중 모드 상태(자기 + 수신 + 상호 스캔)를 갖는 동시 구동 방법의 실시예를 도시하고, 이를 실현할 수 있는 상이한 핀 구성을 노트에 나타낸다. 심벌 범례를 참조하여 도시된 바와 같이, 제1 주파수 f1 상호 아날로그 센서 신호는 각각의 행(302)에 걸쳐, 바람직하게 5ms의 총 사이클에서 연속적으로 스캐닝되고, 현재 전송 중인 것을 제외한 모든 행(302) 및 열(304)에서 수신된다. 도시된 스캔 사이클이 행에 도달하면, 그 행의 구동 수신 회로는 f1 상호 센서 신호를 송신하기 위한 모드를 변경한다. 물론, 이 f1 상호 스캐닝 프로세스는 배향이 중요하지 않으므로 행이 아닌 열을 사용하여 수행할 수 있다. 마지막 행이 완료되면 첫 번째 행에서 스캐닝 프로세스가 다시 시작된다. 제2 주파수 f2 자기 센서 신호는 현재 전송 중인 것을 제외한 모든 행 및 열에서 동시에 송신 및 수신/감지된다. 최종적으로, 제3 주파수 f3 펜 센서 신호는 현재 전송 중인 것을 제외한 모든 채널에서 동시에 수신된다. 도 13 및 14는 또한 이러한 시그널링 스킴을 설명한다. 도 13은 도 4의 예시적인 타이밍 스킴에서 사용된 것과 동일한 5mS 프레임에서 모두 샘플링된 인간 접촉 및 펜 디지타이저 양자로부터의 결과적인 신호 에너지를 나타내는 도면이다. 다른 도면들에서와 같이, 특정 기간은 제한적이지 않고 다른 주기가 사용될 수 있다. 도 14는 도 13의 동시 자기, 펜 및 상호 스캔을 갖는 단일 캡처 프레임을 나타내는 타이밍도이다. 도 13에서 알 수 있는 바와 같이, f2 주파수 자기 신호의 감지는 이차원 포맷으로 저장된 데이터를 제공하고, 하나의 차원은 하부에 도시된 열을 따르는 데이터 감지 위치이고, 다른 하나는 데이터 포인트의 신호 크기이다. 어레이의 오른쪽에 설정된 자기 f2 데이터에 표시된 것과 같이 더 많은 그러한 이차원 데이터가 행에서 수신된다. 각 데이터 포인트에 대한 바의 크기는 신호 강도를 나타낸다. 감지된 자기 f2 데이터 포인트는 어레이의 큰 타원에 표시된 손가락 터치로 표시된 것처럼 터치스크린에서의 터치를 나타낸다. 유사하게, 펜 f3 주파수에 대해 이차원 데이터가 수신되고, 펜 f3으로 표시된 열에 대해 수신된 펜 데이터가 표시되고, 터치스크린에 펜이 배치된 것을 나타내는 스파이크가 표시된다. 또한, 행은 도면의 오른쪽을 따라 펜 f3 데이터에서 볼 수 있는 데이터 스파이크를 수신하며 데이터 스파이크는 도시된 펜 위치를 중심으로 한다. 전술한 바와 같이, 펜 f3 데이터는 펜 상에서 생성되어 센서 어레이에 결합되는, 일반적으로 용량 결합되는 신호를 나타내며, 따라서 펜에 가장 가까운 행 및 열이 더 강한 신호를 수신하는 반면, 대부분의 행 및 열은 신호를 검출하지 않는다. 마지막으로, 도 13에서, f1 상호 아날로그 센서 신호를 감지함으로써 검출된 데이터는 3차원 어레이로서 제공되는데, 그 이유는 각각의 검출된 신호 크기가 데이터 포인트가 검출될 때의 활성 상호 TX 라인에 대한 행(또는 열), 및 데이터 포인트가 검출되는 열(또는 행)인 그와 관련된 행 및 열 위치를 가지기 때문이다. 제3 차원은 신호의 크기이며, 도 13의 하단에 도시된 상호 f1 어레이와 같은 3차원 데이터 어레이를 제공한다. 본 명세서에서 제공되는 구동/수신 회로 설계의 한 가지 이점은 자기 데이터 및 상호 결합된 데이터를 감지하기 위해 사용되는 동일한 회로를 사용하여 제3 주파수 f3 펜 데이터가 동시에 수신될 수 있다는 것이다. 일반적으로 이전 시스템은 펜 데이터를 검출하기 위해 별도의 어레이가 필요하거나 펜을 검출하기 위해 자기 또는 상호 데이터를 감지하지 않고 펜 모드로 회로를 스위칭한 다음에 연속 사이클에서 자기 또는 상호 신호 중 하나에서 터치를 감지하도록 다시 스위칭해야 한다. 도 14의 타이밍도에 도시된 바와 같이, 도시된 시그널링 프로세스는 5ms의 예시적인 사이클 기간에 걸쳐 100 행 터치스크린 또는 터치 센서에 대해 도시된다. 타이밍도의 상단 행에 표시된 것처럼, 모든 행과 열은 제1 주파수 f1의 상호 TX 신호가 전송되는 현재 전송 중인 행 "현재 TX 행"을 제외하고 f2의 자기 센서 신호를 연속적으로 수신할 수 있다. 타이밍도의 다음 행은 다시 현재 전송중인 상호 행 "상호 TX"를 뺀 모든 행과 열이 펜 신호 Pen f3을 수신할 수 있음을 나타낸다. 펜 타이밍도는 펜이 터치스크린 또는 터치 센서에 가깝거나 터치하는 경우에만 펜 신호가 항상 수신되지는 않기 때문에 표시된 모든 시간 스케일보다 적게 채워진 것으로 표시된다.

여전히 도 14의 타이밍도를 참조하면, 상호 TX(f1)로 표시된 다음 행은 행 1에서 행 100까지 행을 따라 순차적으로 스캐닝함으로써 각 행에서 송신되는 상호 신호를 도시한다. 각 행의 예시적인 기간은 50μS로 주어진다. 아래의 행은 상호 신호 수신(감지)이 모든 열에서 이루어져서 터치 센서의 터치에 의해 임의의 열을 통해 결합된 임의의 상호 신호가 수신된다는 것을 나타내며, 그 아래 행은 상호 수신이 상호 신호가 전송되는 행을 제외한 모든 행에서 행해진다는 것을 나타낸다. 도시된 스킴은 모든 행에 걸쳐 상호 아날로그 센서 신호를 스캐닝하지만, 물론 열을 대신 스캐닝하거나 행과 열을 모두 순차적으로 스캐닝할 수 있다. 또한, 임의의 특정 제어 스킴에서 상호 신호와 함께 모든 행 또는 열보다 적은 행 또는 열이 스캐닝될 수 있다. 또한 자기 신호를 전송하고 감지하기 위해 모든 행 및 열보다 적은 행 및 열의 그룹이 선택될 수 있다. 다중 터치 센서로 그리고 그로부터 신호를 구동 및 수신하는 방법은 일반적으로 (a) 다중 터치 센서의 행 또는 열 전극을 포함하는 제1 전극 그룹 각각에 대해 제1 주파수를 포함하는 상호 아날로그 센서 신호를 각각의 전극에 접속된 각각의 시그마-델타 D/A 변환기에 공급함으로써 전극 그룹을 통해 상호 아날로그 센서 신호를 순차적으로 스캐닝하는 단계; (b) (a)를 수행하는 동안, 다중 터치 센서의 행 전극 또는 열 전극을 포함하는 제2 전극 그룹 각각에 대해, 시그마-델타 D/A 변환기를 통해 자기 아날로그 센서 신호를 각각의 행 전극 또는 열 전극에 핀으로 동시에 구동하는 단계 - 각각의 자기 용량 아날로그 센서 신호는 제2 주파수 또는 제2 주파수로 변조된 데이터 패턴을 포함함 -; (c) (b)에서 사용된 제2 전극 그룹 각각에 대해, 적어도 2개의 상이한 자기 및 상호 모드에 대한 터치 센서 데이터를 동시에 샘플링하는 단계를 포함하고, 터치 센서 데이터는 행 또는 열 전극의 임피던스에 의해 변경된, 제1 및 제2 주파수의 감지된 변경 센서 신호를 포함한다.

도 5는 다중 모드 상태(수신 + 상호 스캔)를 나타내는 동시 구동 방법의 실시예이고, 이를 실현할 수 있는 상이한 핀 구성을 노트에 나타낸다. 상기 버전들에서와 같이, 제1 주파수 f1 상호 아날로그 센서 신호는 각각의 행(302)에 걸쳐, 바람직하게 5ms의 총 사이클에서 연속적으로 스캐닝되고, 현재 전송중인 것을 제외한 모든 행(302) 및 열(304)에서 수신된다. 스캔 사이클이 행에 도달하면, 해당 행의 구동 수신 회로가 f1 상호 센서 신호를 전송하기 위해 모드를 변경한다. 물론 행과 열을 교환할 수 있다. 마지막 행이 완료되면 첫 번째 행에서 스캐닝 프로세스가 다시 시작된다. 제3 주파수 f3 펜 센서 신호는 현재 전송중인 채널을 제외하고 제1 주파수 f1 센서 신호를 수신함과 동시에 모든 채널에서 수신된다. 전술한 바와 같이, 적어도 방법은 모든 전극을 포함할 수 있는 2개 이상의 전극의 그룹을 선택함으로써 수행된다. 방법은 일반적으로 다중 터치 센서의 행 또는 열 전극을 포함하는 제1 전극 그룹 각각에 대해 제1 주파수를 포함하는 상호 아날로그 센서 신호를 각각의 전극에 접속된 각각의 시그마-델타 D/A 변환기에 공급함으로써 전극 그룹을 통해 상호 아날로그 센서 신호를 순차적으로 스캐닝하는 단계로 설명된다. f1 상호 센서 신호를 스캐닝하는 동안, 다중 터치 센서의 행 전극 또는 열 전극을 포함하는 제2 전극 그룹 각각에 대해, 방법은 터치 센서 상호 데이터를 감지하고, 터치 센서 상호 데이터는 행 및 열 전극들 간의 결합에 의해 변경된, 제1 주파수의 감지된 변경 센서 신호를 포함한다. 방법은 상호 데이터의 감지와 동시에 제2 전극 그룹 각각에 대해 상호 감지를 수행하는 동일한 A/D 변환기를 사용하여 제1 주파수와 상이한 주파수로 펜으로부터 송신된 펜 아날로그 센서 신호를 동시에 샘플링하는 단계를 더 포함할 수 있다. 동시 샘플링은 각 행 또는 열 전극을 구동하는 각각의 시그마-델타 D/A 변환기와 통합된 전압 추종 시그마 델타 A/D 변환기에 의해 수행될 수 있으며, 전압 추종 A/D 변환기는 제1 기준 비교기 입력 및 제2 비교기 입력을 갖는 비교기를 갖고, 제2 비교기 입력은 시그마-델타 D/A 변환기 출력에 접속된다. 일반적으로, 도 7의 회로가 사용될 수 있거나, 도 5에서 식별된 임의의 회로 실시예 또는 다른 적절한 회로가 사용될 수 있다. 자기 전송 신호는 이 특정 방법에서 반드시 활성일 필요는 없다.

도 6은 다중 모드 상태(자기 + 수신 + 상호 스캔)를 나타내는 동시 구동 방법의 실시예의 도면이고, 이를 달성할 수 있는 상이한 핀 구성을 나타낸다. 도 6은 모든 상호, 자기 및 수신 모드가 활성인 전체 신호 기능을 나타낸다. 심벌들 및 그들의 범례에 의해 도시된 바와 같이, 제1 주파수 f1 상호 아날로그 센서 신호는 각각의 행(302)에 걸쳐, 바람직하게 5ms의 총 사이클에서 연속적으로 스캐닝되고, 상호 신호를 현재 전송하고 있는 것을 포함하는 모든 행(302) 및 열(304)에서 수신된다. 물론, 이 f1 상호 스캐닝 프로세스는 배향이 중요하지 않으므로 행이 아닌 열을 사용하여 수행할 수 있다. 마지막 행이 완료되면 첫 번째 행에서 스캐닝 프로세스가 다시 시작된다. 제2 주파수 f2 자기 센서 신호는 모든 행 및 열에서 동시에 송신 및 수신/감지된다. 마지막으로, 제3 주파수 f3 펜 센서 신호가 모든 채널에서 동시에 수신된다. 다른 방법과 관련하여 논의된 바와 같이, 모든 행보다 적거나 모든 열보다 적은 그룹이 본 명세서에 설명된 일반적인 방법으로부터 벗어남 없이 사용될 수 있다. 예를 들어, 특정 디바이스가 특정 행 또는 열에서 감지하는 것이 아니라 일반적으로 본 방법을 수행하는 경우, 여기에 설명 된 대로 전극 그룹을 사용한다. 도 13 및 14는 또한 이러한 시그널링 스킴을 설명하지만, 이 프로세스에서, 자기 f2 RX/TX(모든 열 + 행...)의 도 14의 우상의 라벨은 도 4와 관련하여 행해진 것과 같이 현재 전송중인 행을 배제하지 않아야 하는데, 이는 열거된 회로 배열(도 9-11의 4 핀 최소 기능, 2 핀 특수 및 1 핀 특수)이 회로 모드의 제어가 모든 행에서 심지어 상호 신호를 현재 전송하고 있는 행에서도 자기 f2 및 펜 f3 신호를 수신할 수 있게 하기 때문이다. 행 및 열이 스위칭될 수 있고, 비전통적으로 형성된 어레이가 또한 본 명세서에서 설명된 회로 및 스킴과 함께 사용될 수 있다는 것은 이러한 스킴 모두에 대해 이해된다.

도 15는 다중 모드 상태(자기 + 수신 + 이중 상호 스캔)를 나타내는 동시 구동 방법의 실시예를 나타내는 도면이고, 그것을 달성할 수 있는 상이한 핀 구성을 나타낸다. 도시된 방법은 독립적인 상호 용량 모드 동안 또는 다른 샘플링 및 구동 모드와 동시에 동작이 달성될 수 있는 이중 축 스캔 스킴을 사용한다. 스캔은 f1 상호 스캔과 동시에 수행되는 독립적인 상호 스캔을 위해 추가 제4 주파수를 사용한다. 예를 들어, 행(302) 상의 TX(송신 f1) 및 열(304) 상의 RX(수신 f1). 열(304) 상의 TX 상호 주파수 f4 및 행(302) 상의 RX 상호 주파수 f4. 이러한 독립적인 상호 스캔이 진행되는 동안, 주파수 f2의 자기 아날로그 센서 신호는 모든 행과 열에서 송신 및 감지되고, 펜 신호는 모든 행과 열에서 감지된다. 동일한 구동/수신 회로가 각각의 특정 행을 통해 순환할 때 상호 스캔을 수행하기 위해 상이한 모드로 구성되는 것으로 이해된다. 일반적으로, 방법은 일부 상황에서 모든 행 또는 열보다 적은 행 또는 열로 진행할 수 있고, 다중 터치 센서의 행 또는 열 전극을 포함하는 제1 전극 그룹 각각에 대해, 제1 주파수를 포함하는 상호 아날로그 센서 신호를 각각의 전극에 접속된 각각의 시그마-델타 D/A 변환기에 공급함으로써 전극 그룹을 통해 상호 아날로그 센서 신호를 순차적으로 스캐닝하는 단계를 포함한다. 그렇게 하면서, 방법은 다중 터치 센서의 행 전극 또는 열 전극을 포함하는 제2 전극 그룹 각각에 대해 시그마-델타 D/A 변환기를 통해 자기 아날로그 센서 신호를 각각의 행 전극 또는 열 전극에 결합된 핀으로 동시에 구동하며, 각각의 자기 아날로그 센서 신호는 제2 주파수 또는 제2 주파수에서 변조된 데이터 패턴을 포함한다. 제2 전극 그룹 각각에 대해, 방법은 적어도 2개의 상이한 자기 및 상호 모드에 대한 터치 센서 데이터를 동시에 샘플링하고, 터치 센서 데이터는 행 또는 열 전극의 임피던스에 의해 변경된, 제1 및 제2 주파수의 감지된 변경 센서 신호를 포함한다. 제1 전극 그룹 및 제2 전극 그룹 각각에 대해, 방법은 제1 및 제2 주파수와 상이한 제3 주파수에서 펜으로부터 전송된 제3 펜 아날로그 센서 신호를 동시에 샘플링한다. 이중 상호 스캔을 달성하기 위해, 방법은 상호 아날로그 센서 신호 f1(이 도면에서, 열)로 구동되지 않는 행 또는 열 각각에 대해 제2 상호 아날로그 센서 신호를 각각의 시그마-델타 D/A 변환기를 통해 순차적으로 각각의 행 또는 열 전극에 결합된 핀 상으로 스캐닝하는 단계를 수행하고, 제2 상호 아날로그 센서 신호는 펜 주파수가 방법에서 사용되는 경우 제1 및 제2 주파수와 상이하고 제3 펜 주파수와 상이한 제4 주파수를 갖는다. 다음, f1 상호 신호로 구동되는 행 또는 열 각각에 대해, 방법은 적어도 2개의 상이한 자기 및 상호 모드에 대한 터치 센서 데이터를 동시에 샘플링하며, 터치 센서 데이터는 제2 및 제4 주파수의 수신된 변경 센서 신호를 포함한다. 방법은 각각의 행 또는 열 전극을 구동하는 각각의 시그마-델타 D/A 변환기와 통합된 전압 추종 시그마 델타 A/D 변환기를 사용하여 동시 샘플링을 달성할 수 있으며, 전압 추종 A/D 변환기는 제1 기준 비교기 입력 및 제2 비교기 입력을 갖는 비교기를 갖고, 제1 기준 비교기 입력은 자기 아날로그 센서 신호를 수신하고, 제2 비교기 입력은 시그마-델타 D/A 변환기 출력에 접속된다. 2개의 상호 신호는 다양한 구동/수신 회로도에 나타난 방식으로 상호 신호를 스위칭하거나 결합하여 사이클에서 상호 모드가 활성화될 때 더해질 수 있다. f4 상호 신호는 디지털 방식으로 생성되며, 다양한 실시예에서 설명된 f1 상호 신호와 유사하게 다중 채널 구동기에 공급될 수 있다.

도 12는 일부 실시예에 따른 터치스크린 기능의 3개의 개별 모드를 나타내는 3개의 상이한 동시 주파수의 분해능을 보여주는 CIC 필터/데시메이션/복조/증폭/위상 샘플 체인의 실시예를 도시하는 블록도이다. 비교기 출력으로부터의 수신 신호는 이 버전에서 적어도 초기 필터링 스테이지에서 CIC(cascaded integrator-comb) 필터링으로 구현되는 필터 및 데시메이션 블록으로 전달된다. 블록 1202에서, 필터링 프로세스는 CIC 적분기로부터 시작하고, 이어서 블록 1204에서 데시메이터는 샘플 레이트를 1 내지 4Mhz로 감소시킨다. 다음으로, 블록 1206에서, 신호의 DC 성분을 제거하기 위해 필요하다면 CIC 데시메이터가 제공된다. 블록 1208에서, 통과 대역 드루프(droop) 및 넓은 전이 영역과 같은 이전의 CIC 필터링의 효과를 보상하기 위해 필요하다면 보상 FIR이 제공된다.

결과 데이터는 블록 1210으로 전송되고, 여기서 신호들이 직교 기저대역 복조되고, 생성된 I/Q 데이터는 블록 1212로 전송되고, 여기서 진폭, 위상 및 크기가 계산되고, 필요한 경우 저장 및 추가 DSP 처리를 위해 메모리(1214)로 송신되기 전에 더 필터링되고 데시메이트될 수 있다. 이어서, 각 신호에 대한 시간의 경과에 따른 진폭, 위상 및 크기의 변화는 손가락이나 펜과 같은 센서와 상호 작용하는 물체의 존재를 결정하는 데 사용된다. 일반적으로 자기(f2) 신호는 매우 작은 위상 시프트에 의해 변하며, 상호(f1) 및 펜(f3), 수신 신호는 진폭이 변한다. 직교 기저대역 복조가 여기에 설명되지만, 이는 제한적이지 않으며, 터치를 해석하기 위해 시스템에 의해 사용 가능한 형태로 감지된 신호를 추출하기 위해 많은 다른 적절한 복조 스킴이 사용될 수 있다.

도 16은 차폐 요소를 갖는 종래의 자기 용량 측정 및 모든 요소들이 동시에 구동되는 본 발명을 도시하는 도면이다. 터치 센서 상에 존재하는 도전성 오염물에 의해 야기되는 잡음은 본 명세서에서 회로 및 방법이 가능해짐에 따라 센서 어레이 내의 모든 행 및 열이 구동될 때 크게 감소된다는 점에서 본 명세서의 회로의 하나의 중요한 이점이 도면에서 관찰될 수 있다.

도 1의 시스템 블록도를 다시 참조하면, 시스템은 본 명세서 및 이하의 구성 지시를 이해한 후에 관련 분야의 통상의 기술자가 구현할 수 있는 여러 기능 블록을 포함한다.

디더 생성기:

본 발명의 일부 실시예들은 시스템 및 외부 잡음의 매우 유사한 샘플링을 달성하거나 또는 제어된 동일한 디더 또는 반 무작위 디더 생성을 허용하기 위해 각 채널에 대한 간단한 지연을 교대로 도입하는 방법 동일한 디더를 모든 채널에서 사용한다.

단일 디더 신호 생성기는 디바이스의 모든 구동기 채널에 디더 신호를 공급하는 데 사용될 수 있다. 일부 예 및 모드에서는 외부 잡음 인식의 동시 샘플링을 개선하도록 모든 디더 신호를 동일한 순간 값으로 설정하는 것이 유리하지만, 경우에 따라서는 채널 간에 반 무작위 디더링을 갖는 것이 유리한 것으로 입증될 수 있다. 디더 혼합이 채널 구동기(비공통 디더 소스)에서 발생하는 경우, 단지 4개의 위치의 간단한 레지스터 지연 스킴은 채널 간 충분한 차별화를 허용한다.

본 발명의 일부 실시예는 자기 용량 모드 신호는 물론 다른 관심 신호, 예로서 상호 용량 수신 및/또는 펜 수신 신호 상의 히스테리시스 및 양자화를 극복하기 위한 기준으로 사용되는 연속 저주파 및 저진폭 자기 용량 신호와 연계된 성형된 디더의 사용을 통해 개선된 분해능을 제공한다.

시그마 델타 아날로그/디지털 변환기에서, 디더 잡음은 분해능을 향상시키고 디지털 1 비트 ADC 입력 또는 비교기에서 고유 히스테리시스를 극복하기 위해 사용된다. 현재 하드웨어에서, 이것은 30mV 정도로 낮거나 200mV 정도로 높을 수 있다. 디더가 없으면, 히스테리시스는 히스테리시스 임계치가 극복되는 포인트에 기준 전압을 매칭시키는 데 필요한 값 이상으로 RC 필터를 충전해야 하는 SD ADC의 DAC 부분으로 인한 양자화로 인해 감소된 분해능을 초래하며, 이어서 이 프로세스는 반전되어야 하고, RC 전압은 더 낮은 히스테리시스 경계를 통과하기 위해 방전되어야 한다. 이것은 계단형 "양자화" 응답을 생성한다.

디더를 추가하는 것은 후속하는 필터링에 의해 쉽게 제거되는 공지된 잡음을 시스템에 도입하는 방법이다. 디더링은 신호를 상위 또는 하위 히스테리시스 임계치에 더 가깝게 무작위로 이동시키므로 실제 신호는 더 평균적인 방식으로 상위 및 하위 임계치를 넘어갈 수 있다. 저주파 및 저진폭의 연속적으로 변하는 아날로그 신호를 사용하는 것도 어느 정도 이 효과를 달성한다. 디더를 낮은 진폭(예로서, 30mV 내지 300mV)의 연속 주파수와 함께 사용하면 훨씬 큰 히스테리시스가 관심있는 다른 저진폭 신호에 대해 극복될 수 있으면서, 연속 주파수에서 모든 자기 측정을 허용한다.

진보된 변조 스킴:

본 발명의 일부 실시예는 PSK와 같은 잘 알려진 변조 스킴을 사용하지만, 구동 주파수와 동일한 주파수에서 코히런트 간섭 신호를 제거하는 새로운 방식과 관련된다. 예를 들어, 도 17은 PSK 코히런트 동기 복조를 나타낸다. 단일 주파수 신호가 수치 제어 발진기(NCO)로 생성되어 50% 듀티 사이클 180도 위상 시프트 변조를 통과할 수 있다. 이 신호는 본 명세서의 기술에 따라 디더링된 다음 자기 아날로그 센서 신호로서 터치 센서 전극으로 구동된다. 복구되거나 감지된 자기 신호는 필터링되고 데시메이트되며 50% 듀티 사이클 180도 위상 변조에 대해 복조되어 기저대역 연속 비위상 변조 신호를 생성한다. 단일 주파수는 이제 동일 주파수의 임의의 코히런트 간섭 신호를 감소시키거나 고도로 제거하는 이점을 가지고 복구된다.

다른 예로서, FSK 코히런트 동기 복조 스킴이 대신 사용될 수 있고: 이중 주파수 신호가 50% 듀티 사이클로 생성될 수 있다. 복구된 신호는 필터링 및 데시메이트되고, 50 % 듀티 사이클로 복조되어, 기저 대역 연속 단일 주파수(DC) 신호를 생성할 수 있고; 단일 주파수는 이제 동일한 주파수의 임의의 코히런트 간섭 신호가 감소되거나 고도로 제거되는 이점과 함께 복구된다.

CIC 데시메이터:

CIC 데시메이터 필터의 예시적인 버전에서, 채널 구동기로부터의 신호는 1 비트 고주파 신호로부터 훨씬 더 낮은 주파수의 고분해능 신호로 변환되고, CIC 필터(도 18에 도시된 바와 같은 예시적인 능력 및 속도)로 필터링 및 데시메이트된다. 400:1 내지 100:1의 비율 범위 아래의 데시메이션은 1 내지 4MHz의 최종 신호와 샘플당 14 내지 16 비트의 분해능을 생성한다. 이 값은 분해능, 샘플 속도 및 전력 소비를 향상시키기 위해 조정될 수 있다. 데시메이트된 채널 신호는 상이한 모드 신호(예를 들어 200KHz의 자기 용량 신호, 예를 들어 100KHz의 상호 용량 신호, 예를 들어 150KHz의 펜 수신 신호 및 원치 않는 잡음 신호)를 포함하며, 이들 신호는 그들 각각의 경로로 분리되어 추가 처리되어야 한다.

위상 및 진폭 검출기:

신호의 위상 및 진폭을 결정하고 신호들의 그룹으로부터 특정 신호를 선택하기 위한 많은 잘 알려진 방법(IQ 복조가 가장 기술적임)이 존재하지만, 본 설명의 목적을 위해 그리고 간소화를 위해, 고르첼(Goertzel) 방법은 프레임 단위로 각 신호에 대한 위상 및 진폭을 분해하는 데 충분하다. 다양한 구현에서, 고르첼 방법은 전술한 개선된 잡음 감소 변조 스킴을 처리하도록 수정될 수 있지만, 예를 들어 정전기 펜이 FSK, PSK, 진폭 또는 위상 변조를 사용하여 디지털 정보를 전송하거나 신호 간의 타이밍이 관련되는 경우에는 제한될 수 있다. 이 디지털 데이터를 캡처하는 것은 펜 신호 경로에 대한 더 진보된 스킴을 요구한다. 이러한 스킴은 업계에서 잘 이해되고 있다.

시퀀싱 생성기:

터치스크린의 상이한 구성이 구동되고 결과 데이터가 공지되고 제어되는 방식으로 메모리에 매핑되도록 하기 위해, 임의의 구동기 채널이 임의의 구동 순서로 배치되고, 또한 결과 데이터가 메모리의 알려진 영역에 매핑되어, 더 높은 레벨의 블롭(큰 다잡음 터치스크린 접촉) 추적에 필요한 절차가 상이한 크기 및 형상의 센서에 대한 코드 또는 구동기의 맞춤화를 요구하지 않는 최적화되고 체계적인 방식으로 메모리에 액세스할 수 있게 하는 구성 방법이 요구된다. 이것은 일반적으로 구성 어레이, 결과 데이터를 메모리에 매핑하는 방법에 대한 정의, 센서 어레이를 구동하는 방법 및 시기에 대한 정의를 요구한다.

구성 가능한 메모리 매핑 영역:

메모리 어레이 블록은 구성 어레이, 결과적인 2D 및 3D 신호 레벨 어레이, 버퍼 어레이, 필터 결과 어레이 및 교정 어레이를 저장하기 위한 메모리를 포함한다.

필터 모듈:

베이스 라인 교정 감산, 정규화 및 필터링과 같은 반복적인 작업을 자동화하기 위해, 필터 모듈은 프레임 데이터 수신 동안 및/또는 프레임들 사이에 작동하여 수신 데이터를 처리한다. 상호 용량의 경우에 행 구동의 완료 직후에 열 데이터를 처리하는 것은 필터 처리가 수신 데이터의 다음 라인의 메모리 액세스를 방해하지 않는 한 이상적이다. 고급 메모리 액세스 스킴을 사용하여 동시 액세스 문제를 방지하거나, 버퍼 스킴을 사용하여 다음 버퍼 프레임이 채워지는 동안 하나의 버퍼에서 데이터를 변경할 수 있다.

프로세서 시스템:

현장에서 잘 이해되는 일반적인 지식. 도 1에 도시된 바와 같이, ASIC 또는 FPGA에 대한 임의의 적합한 프로세서 코어는 다양한 구현에 사용될 수 있다.

필터 방법:

잡음을 포함하는 동시 샘플링된 데이터를 사용하는 본 명세서의 잡음 제거의 새로운 방법은 샘플링된 데이터의 공통 모드 비례 변화로서 나타나는 잡음의 식별 및 제거를 통해 터치 데이터 내의 코히런트 또는 스퓨리어스 간섭 잡음 신호를 제거하는 것에 관한 것이다.

pCap(투영 용량) 센서 상의 터치 데이터에서의 공통 모드 비례 잡음의 감산은 본 발명의 동시 샘플링 특성에 의해서만 가능한 기술이다. 시스템을 터치하는 사용자는 안테나 역할을 하여 시스템에 잡음이 주입될 수 있다. 대안으로, 사용자는 시스템 상의 공통 모드 잡음에 대한 배출구로서 효과적으로 작용할 수 있다. 구별은 불가능한데, 이는 터치 위치에서만 잡음이 나타나고 잡음은 터치 에너지에 비례하기 때문이다. 하드 터치는 일반적으로 손가락의 곡률 및 인가 압력으로 인해 터치 중심에서 가장 큰 용량 결합을 유발한다. 손가락은 낮은 임피던스 소스 또는 잡음의 흡수원으로 간주될 수 있다. 손가락 측면의 터치 측정은 커패시터 판 면적과 거리로 인해 중앙의 터치 측정의 터치 에너지의 절반을 가질 수 있다. 중앙 판독의 잡음은 10의 SNR을 가질 수 있고, 측면 판독도 10의 SNR을 가질 것이다.

터치 판독이 시간 또는 복조 방법에서 무작위화되고 분할되는 경우, 임의의 순간에 터치 에너지 대 잡음 에너지를 알 가능성이 없고, 시간에 따른 평균 잡음만을 알 수 있을 것이다. 본 발명의 자기 용량 신호 모드는 동일한 변조 스킴 및 필터링을 사용하여 동시에 모든 행 및 열을 샘플링하여 모든 행 및 열이 터치 프로파일 에너지에 대한 플러스 또는 마이너스로서의 잡음 임펄스를 나타낼 것이다. 상호 용량 신호 모드는 동시 대체 라인(열) 수신을 갖는 라인 스캔(행) 모드이며, 따라서 모든 대체 라인(열)은 구동 라인(행) 아래의 터치 프로파일 에너지에 대한 플러스 또는 마이너스로서의 잡음 임펄스를 나타낸다. 자기 및 상호 데이터 모두를 사용하여 프레임간 잡음 변화를 식별하고 선형 또는 비선형 기술을 통해 직접 감소될 수 있다.

도 19는 구동, 디더 및 추종(감지) 신호를 나타내는 구동 채널 신호의 간단한 시뮬레이션 예이다. 자기 구동 신호(1902), 상호 구동 신호(1904), 저주파 디더 신호(1906), 구동기의 기준 추종 노드로 구동되는 이들 신호의 합, 가상 신호 노드, S+M+D(1908), 및 시그마-델타 추종 회로에 의해 센서 전극 상으로 구동되는 바와 같은 구동/수신 회로의 샘플링된 센서 신호를 나타내는 결과적인 시그마-델타 추종 신호(1910)가 도시된다.

결론, 효과 및 범위

본 발명의 일부 실시예에 따른 구동기 채널 회로는 다중 터치 시스템의 개발, 성능, 유연성 및 면역성을 향상시키기 위한 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명의 일부 실시예가 도시되고 기술되었지만, 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니라 다양하게 구현될 수 있다는 것이 명확하게 이해되어야 한다. 전술한 설명으로부터, 청구항에 의해 정의된 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 변화가 이루어질 수 있음이 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 도시된 실시예에 의해 결정되어서는 안 된다.

다수의 개별 발명이 본원에 기재되어 있다. 발명은 개별적으로 또는 조합하여 특허 가능하다. 여기에 설명된 특징들의 조합은 제한적으로 해석되어서는 안 되며, 본 명세서의 특징은 본 발명에 따른 임의의 작업 조합 또는 하위 조합으로 사용될 수 있다. 따라서, 이 설명은 본 명세서의 기능의 임의의 작업 조합 또는 하위 조합에 대한 서면 지원을 제공하는 것으로 해석되어야 한다. 전술한 다양한 시그널링 및 신호 처리 기능은 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현될 수 있다.

관련 분야의 통상의 기술자가 본 발명의 개시 내용으로부터 쉽게 인식하듯이, 본 명세서에 설명된 대응하는 실시예와 실질적으로 동일한 기능을 수행하거나 실질적으로 동일한 결과를 달성하는, 현재 존재하거나 나중에 개발될 프로세스, 머신, 제조, 물질 조성, 수단, 방법 또는 단계가 본 발명에 따라 이용될 수 있다. 따라서, 첨부된 청구항은 그러한 프로세스, 머신, 제조, 물질 조성, 수단, 방법 또는 단계를 그의 범위 내에 포함하는 것을 의도한다.

Claims

다중 터치 센서를 위한 터치 센서 구동기 및 수신기 회로로서,
다수의 구동/수신 회로 - 각각의 구동/수신 회로는
제1 비교기 입력, 제2 비교기 입력 및 비교기 출력을 정의하는 전압 추종 시그마-델타 A/D 변환기(voltage-following sigma-delta A/D converter);
변환기 입력 및 변환기 출력을 정의하는 시그마-델타 D/A 변환기 - 상기 변환기 입력은 상기 비교기 출력에 결합되고, 상기 변환기 출력은 상기 제1 비교기 입력에 결합됨 -; 및
상기 변환기 출력 및 상기 다중 터치 센서의 각각의 행 또는 열 전극에 결합된 시그마-델타 출력 필터
를 포함함 -; 및
상기 구동/수신 회로들 각각의 상기 제1 비교기 입력에 결합된 구동 신호 생성 회로 - 상기 구동 신호 생성 회로는 제1 주파수에서 상호 아날로그 센서 신호(mutual analog sensor signal)를 생성하고 상기 제1 주파수와는 다른 제2 주파수에서 자기 아날로그 센서 신호(self analog sensor signal)를 생성하도록 구성됨 -
를 포함하고;
상기 구동/수신 회로들 중 적어도 하나는 상기 자기 및 상호 아날로그 신호들 모두를 상기 시그마-델타 D/A 변환기의 상기 변환기 출력에 구동하기 위한 제1 모드에서 동작하도록 구성되고, 상기 자기 아날로그 신호를 감지하도록 구성되며, 상기 구동/수신 회로들 중 적어도 하나는 상기 자기 아날로그 신호를 상기 시그마-델타 D/A 변환기의 상기 변환기 출력에 구동하기 위한 제2 모드에서 동작하도록 구성되고, 상기 자기 및 상호 아날로그 신호들 모두를 동시에 감지하도록 구성되는 회로.
제1항에 있어서,
상기 전압 추종 시그마-델타 A/D 변환기의 상기 비교기 출력에 결합된 디지털 필터; 및
상기 디지털 필터에 결합된 복조 회로 - 상기 복조 회로는 동시에 감지된 상호 및 자기 신호들을 분리하도록 구성됨 -
를 더 포함하는 회로.
제2항에 있어서,
상기 구동/수신 회로들 중 적어도 하나는 상기 제1 및 제2 주파수들과는 다른 제3 주파수에서 펜 아날로그 센서 신호(pen analog sensor signal)를 감지하도록 구성되고, 상기 디지털 필터는 동시에 감지된 펜 아날로그 센서 신호를 분리 및 필터링하도록 구성되는 회로.
제1항에 있어서,
상기 다수의 구동/수신 회로가 내부에 구현되는 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 디바이스를 더 포함하고;
각각의 시그마-델타 D/A 변환기의 상기 변환기 출력은 상기 FPGA 디바이스의 각각의 센서 구동 핀에 결합되고;
각각의 시그마-델타 출력 필터의 적어도 일부는 상기 FPGA 외부의 상기 각각의 센서 구동 핀에 결합되고;
상기 구동/수신 회로의 디지털 부분은 상기 전압 추종 시그마-델타 A/D 변환기의 상기 비교기 출력에 결합되고, 상기 디지털 부분은 상기 전압 추종 시그마-델타 A/D 변환기가 상기 제2 비교기 입력 상의 입력 기준(input reference)을 따르는 동안 상기 비교기 출력에서 신호의 변화를 측정함으로써 상기 각각의 행 또는 열 전극의 임피던스의 변화에 의해 유발된 상기 각각의 행 또는 열 전극에서의 감지된 피구동 신호(driven signal)의 변화를 결정하도록 구성되는 회로.
제4항에 있어서,
상기 각각의 구동/수신 회로는
기준 입력 및 기준 출력을 정의하는 시그마-델타 D/A 변환기 - 상기 시그마-델타 D/A 변환기는 상기 제2 비교기 입력에 결합되고, 상기 기준 출력은 상기 FPGA의 기준 핀에 결합됨 -;
상기 FPGA의 상기 기준 핀에 결합된 아날로그 필터 - 상기 아날로그 필터의 적어도 일부는 상기 FPGA 외부에 있음 -;
상기 전압 추종 시그마-델타 A/D 변환기의 제1 비교기 입력에 결합된 상기 FPGA의 피드백 핀 - 상기 FPGA의 상기 피드백 핀은 센서 구동 핀에 외부적으로 결합됨 -; 및
상기 전압 추종 시그마-델타 A/D 변환기의 상기 제2 비교기 입력에 결합된 상기 FPGA의 제어 핀 - 상기 제어 핀은 상기 아날로그 필터에 결합됨 -
을 포함하는 회로.
제4항에 있어서,
각각의 구동/수신 회로는
기준 입력 및 기준 출력을 정의하는 시그마-델타 D/A 변환기 - 상기 기준 출력은 상기 제2 비교기 입력에 결합되고, 상기 기준 출력은 상기 FPGA의 기준 핀에도 결합됨 -;
상기 FPGA의 상기 기준 핀에 결합된 아날로그 필터 - 상기 아날로그 필터의 적어도 일부는 상기 FPGA 외부에 있음 -;
상기 전압 추종 시그마-델타 A/D 변환기의 제1 비교기 입력에 결합된 상기 FPGA의 피드백 핀 - 상기 FPGA의 상기 피드백 핀은 센서 구동 핀에 외부적으로 결합됨 -; 및
상기 전압 추종 시그마-델타 A/D 변환기의 상기 제2 비교기 입력에 결합된 상기 FPGA의 제어 핀 - 상기 제어 핀은 상기 아날로그 필터에 결합됨 -
을 더 포함하는 회로.
제4항에 있어서,
각각의 구동/수신 회로는
상기 FPGA 내부의 상기 제1 비교기 입력과 상기 변환기 출력 사이의 상기 결합; 및
상기 FPGA 내부의 상기 제2 비교기 입력에 대한 상기 결합
을 더 포함하고;
상기 구동 신호 생성 회로는
제1 기준 입력 및 제1 기준 출력을 정의하는 제1 시그마-델타 D/A 변환기 - 상기 제1 기준 입력은 상기 자기 아날로그 신호의 소스에 결합되고, 상기 제1 기준 출력은 제1 멀티플렉서 입력에 결합됨 -; 및
제2 기준 입력 및 제2 기준 출력을 정의하는 제2 시그마-델타 D/A 변환기 - 상기 제2 기준 입력은 상기 상호 아날로그 신호의 소스에 결합되고, 상기 제2 기준 출력은 제2 멀티플렉서 입력에 결합됨 -
를 더 포함하는 회로.
제1항에 있어서,
상기 각각의 구동/수신 회로는 상기 각각의 행 또는 열 전극에 결합된 단일 핀에 접속된 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 또는 ASIC(application specific integrated circuit) 회로, 및 상기 단일 핀에 결합된 외부 아날로그 필터 컴포넌트들을 각자 포함하는 회로.
제1항에 있어서,
상기 상호 아날로그 센서 신호는 적어도 상기 제1 주파수를 포함하는 다수의 주파수를 포함하는 회로.
제1항에 있어서,
상기 상호 아날로그 센서 신호는 상호 결합된 용량 센서 신호(capacitive sensor signal)인 회로.
제1항에 있어서,
상기 자기 아날로그 센서 신호는 적어도 상기 제2 주파수를 포함하는 다수의 주파수를 포함하는 회로.
제1항에 있어서,
상기 자기 아날로그 센서 신호를 디더링(dither)하도록 구성된 회로를 더 포함하는 회로.
제1항에 있어서,
상기 구동/수신 회로는 동시에 감지된 자기 및 상호 신호들에 기초하여 공통 모드 비례 잡음(common-mode proportional noise)을 감산하도록 구성되는 회로.
제1항에 있어서,
상기 전압 추종 시그마-델타 A/D 변환기는 2개의 집적 회로 핀에 접속된 차동 디지털 입력 회로(differential digital input circuit)를 포함하는 상기 비교기 입력들로 구성되는 회로.
신호들을 다중 터치 센서에 구동하고 상기 다중 터치 센서로부터 상기 신호들을 수신하는 방법으로서,
(a) 상기 다중 터치 센서의 행 또는 열 전극들을 포함하는 제1 그룹의 전극들 각각에 대해, 각각의 행 또는 열 전극에 결합된 각각의 시그마-델타 D/A 변환기에 상호 아날로그 센서 신호를 제공함으로써 상기 제1 그룹의 전극들을 통해 상기 상호 아날로그 센서 신호를 순차적으로 구동하는 단계 - 상기 상호 아날로그 센서 신호는 제1 주파수를 포함함 -;
(b) (a)를 수행하는 동안, 상기 다중 터치 센서의 행 또는 열 전극들을 포함하는 제2 그룹의 전극들 각각에 대해, 자기 아날로그 센서 신호를 상기 제2 그룹의 상기 각각의 행 또는 열 전극에 결합된 각각의 시그마-델타 D/A 변환기를 통해 동시에 구동하는 단계 - 상기 각각의 자기 아날로그 센서 신호는 제2 주파수 또는 제2 주파수에서 변조된 데이터 패턴을 포함함 -; 및
(c) (b)에서 사용된 상기 제2 그룹의 전극들 각각에 대해, 자기 및 상호의 적어도 2개의 상이한 모드에 대해 터치 센서 데이터를 동시에 샘플링하는 단계 - 상기 터치 센서 데이터는 상기 제2 그룹의 전극들의 임피던스에 의해 변경되고 상기 각각의 행 또는 열 전극에 결합된 신호들로 인한 감지된 신호의 변화에 의해 변경된, 상기 제1 및 제2 주파수들에서의 감지된 변경 센서 신호들을 포함함 -
를 포함하는 방법.
제15항에 있어서,
상기 동시 샘플링은 상기 각각의 행 또는 열 전극을 구동하는 각각의 시그마-델타 D/A 변환기와 통합된 전압 추종 시그마 델타 A/D 변환기에 의해 수행되며, 상기 전압 추종 A/D 변환기는 제1 기준 비교기 입력 및 제2 비교기 입력을 갖는 비교기를 가지며, 상기 제1 기준 비교기 입력은 상기 자기 아날로그 센서 신호를 수신하고, 상기 제2 비교기 입력은 상기 시그마-델타 D/A 변환기 출력에 접속되는 방법.
제15항에 있어서,
(c)는 상기 제1 그룹의 전극들 및 상기 제2 그룹의 전극들 각각에 대해, 상기 제1 및 제2 주파수들과는 다른 제3 주파수에서 펜으로부터 송신된 제3 펜 아날로그 센서 신호를 동시에 샘플링하는 단계를 더 포함하는 방법.
제15항에 있어서,
(d) (b)에서 상기 상호 아날로그 센서 신호로 구동되지 않는 상기 행 또는 열 전극들 각각에 대해, 제2 상호 아날로그 센서 신호를 각각의 시그마-델타 D/A 변환기를 통해 상기 제2 그룹의 상기 각각의 행 또는 열 전극에 결합된 핀들 상으로 순차적으로 구동하는 단계 - 상기 제2 상호 아날로그 센서 신호는 상기 제1 및 제2 주파수들과는 다르고, 펜 주파수가 상기 방법에서 사용되는 경우 제3 펜 주파수와는 다른 제4 주파수를 포함함 -; 및
(e) (b)에서 구동되는 상기 행 또는 열 전극들 각각에 대해, 자기 및 상호의 적어도 2개의 상이한 모드에 대해 터치 센서 데이터를 동시에 샘플링하는 단계 - 상기 터치 센서 데이터는 상기 제2 및 제4 주파수들에서의 수신된 변경 센서 신호들을 포함함 -
를 더 포함하는 방법.
제15항에 있어서,
상기 상호 아날로그 센서 신호는 상호 결합된 용량 센서 신호인 방법.
제15항에 있어서,
상기 자기 아날로그 센서 신호는 상기 제1 주파수에서 연속 간섭 신호들(continuous interfering signals)을 제거(rejecting)하기 위해 50% 듀티 사이클 디지털 신호로 변조된 반송파를 포함하는 방법.
제15항에 있어서,
상기 동시 샘플링된 자기 및 상호 터치 센서 데이터에 기초하여 공통 모드 비례 잡음을 감산하는 단계를 더 포함하는 방법.
제15항에 있어서,
디지털 주파수 생성기를 제어함으로써 상기 자기 아날로그 센서 신호들 또는 상기 상호 아날로그 센서 신호들의 주파수를 조정하는 단계를 더 포함하는 방법.
신호들을 다중 터치 센서에 구동하고 상기 다중 터치 센서로부터 상기 신호들을 수신하는 방법으로서,
(a) 상기 다중 터치 센서의 행 또는 열 전극들을 포함하는 제1 그룹의 전극들 각각에 대해, 상호 아날로그 센서 신호를 상기 각각의 행 또는 열 전극에 결합된 각각의 시그마-델타 D/A 변환기에 제공함으로써 상기 그룹의 전극들을 통해 상기 상호 아날로그 센서 신호를 순차적으로 구동하는 단계 - 상기 상호 아날로그 센서 신호는 제1 주파수를 포함함 -;
(b) 상기 다중 터치 센서의 행 또는 열 전극들을 포함하는 제2 그룹의 전극들 각각에 대해, 각각의 A/D 변환기에 의해 터치 센서 상호 데이터를 감지하는 단계 - 상기 터치 센서 상호 데이터는 상기 제1 그룹의 전극들의 상기 행 또는 열 전극들과 상기 제2 그룹의 전극들의 행 또는 열 전극들 사이의 결합에 의해 변경된, 상기 제1 주파수에서의 감지된 변경 센서 신호들을 포함함 -; 및
(c) 상기 제2 그룹의 전극들 각각에 대한 (b)의 상기 감지하는 단계와 동시에, (b)의 상기 감지하는 단계를 수행하는 동일한 각각의 A/D 변환기를 사용하여 상기 제1 주파수와는 다른 주파수에서 펜으로부터 송신된 펜 아날로그 센서 신호를 동시에 샘플링하는 단계
를 포함하는 방법.
제23항에 있어서,
상기 동시 샘플링은 상기 각각의 행 또는 열 전극을 구동하는 각각의 시그마-델타 D/A 변환기와 통합된 각각의 전압 추종 시그마-델타 A/D 변환기인 상기 각각의 A/D 변환기에 의해 수행되며, 상기 전압 추종 시그마-델타 A/D 변환기는 제1 기준 비교기 입력 및 제2 비교기 입력을 가지며, 상기 제2 비교기 입력은 상기 시그마-델타 D/A 변환기의 출력에 접속되는 방법.
구동/수신 회로로서,
제1 비교기 입력, 제2 비교기 입력 및 비교기 출력을 정의하는 전압 추종 시그마-델타 A/D 변환기;
변환기 입력 및 변환기 출력을 정의하는 시그마-델타 D/A 변환기 - 상기 변환기 입력은 상기 비교기 출력에 결합되고, 상기 변환기 출력은 상기 제2 비교기 입력에 결합되고, 상기 변환기 출력은 센서에 결합하도록 구성됨 -;
상기 변환기 출력에 결합된 시그마-델타 출력 필터
를 포함하고,
상기 전압 추종 시그마-델타 A/D 변환기는 상기 시그마-델타 D/A 변환기를 통해 상기 제2 비교기 입력에 결합된 상기 비교기 출력 상에 피드백 신호를 생성함으로써 상기 제1 비교기 입력 상의 기준 신호를 따르도록 구성되는 구동/수신 회로.
제25항에 있어서,
상기 제1 비교기 입력에 결합되고, 하나 이상의 제1 주파수에서 상호 아날로그 센서 신호를 생성하도록 구성된 구동 신호 생성 회로를 더 포함하고,
상기 구동/수신 회로는 제1 모드에서 상기 상호 아날로그 센서 신호를 단일 행 또는 열 전극에 구동하도록 구성되고, 상기 구동/수신 회로는 제2 모드에서 상기 단일 행 또는 열 전극으로부터 상기 상호 아날로그 센서 신호를 감지하도록 구성되고, 상기 구동/수신 회로는 양 모드에서 상기 제1 주파수와는 다른 하나 이상의 펜 주파수에서 펜 아날로그 센서 신호를 동시에 감지하도록 구성되는 구동/수신 회로.
제26항에 있어서,
상기 구동 신호 생성 회로는 상기 제1 모드에서 상기 제1 주파수와는 다른 하나 이상의 제2 주파수에서 자기 아날로그 센서 신호를 동시에 생성하고, 상기 자기 신호를 동시에 감지하도록 구성되는 구동/수신 회로.
제26항에 있어서,
상기 구동 신호 생성 회로는 상기 제2 모드에서 상기 제1 주파수와는 다른 제2 주파수에서 자기 아날로그 센서 신호를 동시에 생성하고, 상기 자기 신호를 동시에 감지하도록 구성되는 구동/수신 회로.
제25항에 있어서,
상기 비교기 출력에 결합된 디지털 필터 회로 및 복조 회로를 더 포함하고, 상기 디지털 필터 회로 및 복조 회로는 동시에 감지된 펜 아날로그 센서 신호를 분리 및 필터링하도록 구성되는 구동/수신 회로.
제26항에 있어서,
상기 상호 아날로그 센서 신호는 상호 결합된 용량 센서 신호인 구동/수신 회로.