KR20180085524A - 감지 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

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KR20180085524A
KR20180085524A KR1020170009158A KR20170009158A KR20180085524A KR 20180085524 A KR20180085524 A KR 20180085524A KR 1020170009158 A KR1020170009158 A KR 1020170009158A KR 20170009158 A KR20170009158 A KR 20170009158A KR 20180085524 A KR20180085524 A KR 20180085524A
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박성수
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삼성전자주식회사
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Abstract

외부 전자 장치 또는 생체 중 적어도 하나의 위치를 감지하는 감지 장치는, 복수 개의 전극들; 상기 복수 개의 전극들 중 적어도 하나의 제 1 전극에 구동 신호를 인가하도록 제어하는 컨트롤러; 및 상기 구동 신호에 의해 상기 복수 개의 전극들 중 적어도 하나의 제 2 전극에서 발생한 제 1 수신 신호를 상기 구동 신호와 동기화하여 복조(demodulation)하는 변복조 회로(modulation-demodulation circuit)를 포함하고, 상기 컨트롤러는, 상기 복조된 제 1 수신 신호를 이용하여 상기 생체의 위치를 판단하고, 상기 변복조 회로는, 상기 외부 전자 장치에서 발생한 제 2 수신 신호를, 상기 복수 개의 전극들 중 적어도 하나의 제 3 전극을 통하여 수신하여, 상기 제 2 수신 신호와 기설정된 범위의 차이를 가지는 주파수를 이용하여 변조하고, 상기 컨트롤러는, 상기 변조된 제 2 수신 신호를 이용하여 상기 외부 전자 장치의 위치를 판단하도록 설정될 수 있다.

Description

감지 장치 및 그 제어 방법{ SENSING DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING THEREOF}
본 발명은 외부 장치 또는 생체 중 적어도 하나를 감지할 수 있는 감지 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
근자에 들어 스마트폰 또는 태블릿 PC의 보급이 활발하게 진행되고 있으며, 내장되는 접촉 위치 측정 장치에 대한 기술의 개발도 활발하게 진행되고 있다. 스마트폰 또는 태블릿 PC는 주로 터치 스크린을 구비하고 있으며, 사용자는 손가락 또는 펜을 이용하여 터치 스크린의 특정 좌표를 지정할 수 있다. 사용자는 터치 스크린의 특정 좌표를 지정함으로써 스마트폰에 특정한 신호를 입력할 수 있다.
터치 스크린은 전기적 방식, 적외선 방식 및 초음파 방식 등에 기초하여 동작할 수 있으며, R 타입 터치 스크린(resistive touch screen) 또는 C 타입 터치 스크린(capacitive touch screen)를 전기적 동작 방식의 예로서 들 수 있다. 종래에는 터치 스크린 중 사용자의 손가락 및 펜을 동시에 인식할 수 있는 R 타입 터치 스크린이 많이 이용되었으나, R 타입 터치스크린의 경우, Indium Tin Oxide(ITO) 층 사이의 공기층에 의한 반사에 의한 문제점이 존재한다. 더욱 상세하게는, ITO 층 사이의 공기층에 의하여 디스플레이로부터 투과되는 빛의 투과율이 저하되고, 외광 반사가 증가되는 문제점이 생긴다.
이에 따라, 근래에는 C 타입 터치 스크린이 많이 적용되고 있다. C 타입 터치 스크린은 물체의 접촉에 의하여 발생되는 투명 전극의 정전 용량의 차이를 감지하는 방식으로 작동한다. 그러나, C 타입 터치 스크린은 손과 펜의 물리적인 구분이 어려워서 펜 사용시에 의도하지 않은 손의 접촉에 의한 동작 오류를 갖는 단점이 있다.
이러한 단점을 개선하기 위한 종래의 기술로는, 접촉 면적에 따라서 손과 펜을 구분하는 소프트웨어만으로 처리하는 방법 및 C 타입 터치 스크린 이외에 자기장을 이용하는 EMR(electro magnetic resonance) 방식과 같은 별도의 위치측정장치를 구비하는 방법 등이 있다. 또한, 펜으로부터의 발생한 전기장을 전극에서 수신하여 펜의 위치를 측정하는 능동 스타일러스(Active Stylus) 및 ECR(electrically coupled resonance)를 이용한 수동 펜(passive pen) 등이 있다.
EMR 방식과 같이 자기장을 이용하거나 Active Stylus 또는 ECR pen 과 같이 전기장을 이용하는 다양한 방식의 펜이 개발 중에 있으며, 각각의 펜은 전원을 내장하고 있는 능동형 또는 전원을 내장하고 있지 않은 수동형으로 구분될 수 있다.
종래의 감지 장치는, 손가락과 펜을 모두 측정할 수 있는 기능을 제공하였다. 예를 들어, 종래의 감지 장치는, 손가락 터치를 감지하기 위한 커패시티브 터치 센서(capacitive touch sensor)와 펜 터치를 감지하기 위한 EMR 센서를 각각 별도로 구비하였다. 이에 따라, 감지 장치의 전체 두께와 무게가 증가하는 문제점이 발생하였다. 또는, 종래의 감지 장치는, 하나의 투명 전극에서 수신되는 신호를 이용하여 손가락 터치 및 펜 터치를 모두 감지할 수 있는 패널을 포함하였다. 하지만, 펜 터치를 감지하는 과정 및 손가락 터치를 감지하는 과정이 상이하기 때문에, 종래의 감지 장치는 손가락 터치를 감지하기 위한 회로 블록 및 펜 터치를 감지하기 위한 회로 블록을 별도로 구비하였다. 이에 따라 감지 장치의 처리 회로가 복잡해지고 처리 회로의 크기 또한 증가하는 문제점이 발생하였다.
본 발명은 상술한 문제점 또는 다른 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 다양한 실시예에는, 하나의 터치 감지 회로 블록을 이용하여 손가락 터치 및 펜 터치 감지 모두를 처리하는 감지 장치 및 그 제어 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 외부 전자 장치 또는 생체 중 적어도 하나의 위치를 감지하는 감지 장치는, 복수 개의 전극들; 상기 복수 개의 전극들 중 적어도 하나의 제 1 전극에 구동 신호를 인가하도록 제어하는 컨트롤러; 및 상기 구동 신호에 의해 상기 복수 개의 전극들 중 적어도 하나의 제 2 전극에서 발생한 제 1 수신 신호를 상기 구동 신호와 동기화하여 복조(demodulation)하는 변복조 회로(modulation-demodulation circuit)를 포함하고, 상기 컨트롤러는, 상기 복조된 제 1 수신 신호를 이용하여 상기 생체의 위치를 판단하고, 상기 변복조 회로는, 상기 외부 전자 장치에서 발생한 제 2 수신 신호를, 상기 복수 개의 전극들 중 적어도 하나의 제 3 전극을 통하여 수신하여, 상기 제 2 수신 신호와 기설정된 범위의 차이를 가지는 주파수를 이용하여 변조하고, 상기 컨트롤러는, 상기 변조된 제 2 수신 신호를 이용하여 상기 펜의 위치를 판단하도록 설정될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 외부 전자 장치를 감지하기 위한 감지 장치는, 상기 외부 전자 장치로부터 출력되는 제 1 신호 및 제 2 신호를 수신하는 복수 개의 전극들; 및 상기 제 1 신호의 제 1 주파수와, 상기 제 2 신호의 제 2 주파수의 차이에 기초하여, 상기 외부 전자 장치의 필압, 상기 외부 전자 장치 내의 버튼의 눌림 여부 및 상기 외부 전자 장치의 식별 정보 중 적어도 하나를 판단하도록 설정된 컨트롤러를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 외부 전자 장치 및 생체 중 적어도 하나의 위치 중 적어도 하나를 감지하는 감지 장치는, 2차원 매트릭스 형태로 배치되는 복수 개의 채널 전극을 포함하는 터치 패널; 상기 복수 개의 채널 전극 각각에 대응하는 커패시턴스를 나타내는 제 1 수신 신호 또는 상기 외부 전자 장치로부터 발생된 외부 전자 장치 신호가 상기 터치 패널을 통하여 수신된 제 2 수신 신호를 수신하는 수신 회로; 및 상기 제 1 수신 신호에 따른 상기 커패시턴스에 기초하여 상기 손가락의 위치를 판단하며, 상기 외부 전자 장치의 검출을 위하여 상기 복수 개의 채널 전극 중 적어도 일부를 서로 단락시키도록 제어하고, 상기 단락된 적어도 일부의 채널 전극으로부터의 상기 제 2 수신 신호를 이용하여 상기 외부 전자 장치의 위치를 판단하도록 설정된 컨트롤러를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예는, 하나의 터치 감지 회로 블록을 이용하여 손가락 터치 및 펜 터치 감지 모두를 처리하는 감지 장치 및 그 제어 방법을 제공할 수 있다. 이에 따라, 전체 감지 장치의 크기 및 무게가 감소하는 효과가 창출될 수 있다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 감지 장치 및 펜의 개념도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 감지 장치의 블록도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 감지 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도를 도시한다.
도 4a 및 4b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 다양한 파형을 나타내는 그래프를 도시한다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 신호 반전 과정을 설명하기 위한 회로도를 도시한다.
도 6a 내지 6f는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 신호의 주기적인 반전을 설명하기 위한 스위치 동작을 도시한다.
도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 감지 장치의 펜의 터치를 검출하는 과정을 설명하기 위한 개념도를 도시한다.
도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 감지 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도를 도시한다.
도 9a 내지 9e는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 파형을 도시한다.
도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 주파수 분석을 설명하기 위한 개념도를 도시한다.
도 11은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 감지 장치의 회로도를 도시한다.
도 12는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 감지 장치 및 펜의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도를 도시한다.
도 13은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 신호들의 주파수를 도시한다.
도 14 및 15는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 복수 개의 전극을 포함하는 펜의 개념도를 도시한다.
도 16은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 감지 장치의 블록도를 도시한다.
도 17은 매트릭스 셀 형태의 터치 패널의 구동 시퀀스를 도시한다.
도 18a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 감지 장치의 블록도를 도시한다.
도 18b 내지 18c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 감지 장치의 스위치 동작을 설명하기 위한 개념도를 도시한다.
도 19는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 감지 장치의 스캐닝을 설명하기 위한 개념도를 도시한다.
도 20은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 감지 장치의 스캐닝을 설명하기 위한 개념도를 도시한다.
도 21a 및 21b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 감지 장치의 스캐닝을 설명하기 위한 개념도를 도시한다.
도 22는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 펜 터치 검출을 위한 스캔 방법을 도시하고 있다.
도 23은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 감지 장치의 스캐닝을 설명하기 위한 개념도를 도시한다.
도 24a 및 24b는 상술한 국소 스캔을 설명하기 위한 개념도이다.
이하, 본 문서의 다양한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 실시예 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B" 또는 "A 및/또는 B 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1," "제 2," "첫째," 또는 "둘째,"등의 표현들은 해당 구성요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다.
본 문서에서, "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, 하드웨어적 또는 소프트웨어적으로 "~에 적합한," "~하는 능력을 가지는," "~하도록 변경된," "~하도록 만들어진," "~를 할 수 있는," 또는 "~하도록 설계된"과 상호 호환적으로(interchangeably) 사용될 수 있다. 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.
본 문서의 다양한 실시예들에 따른 감지 장치는, 예를 들면, 스마트폰, 태블릿 PC, 이동 전화기, 영상 전화기, 전자책 리더기, 데스크탑 PC, 랩탑 PC, 넷북 컴퓨터, 워크스테이션, 서버, PDA, PMP(portable multimedia player), MP3 플레이어, 의료기기, 카메라, 또는 웨어러블 장치 중 적어도 하나에 포함될 수 있다. 웨어러블 장치는 액세서리형(예: 시계, 반지, 팔찌, 발찌, 목걸이, 안경, 콘택트 렌즈, 또는 머리 착용형 장치(head-mounted-device(HMD)), 직물 또는 의류 일체형(예: 전자 의복), 신체 부착형(예: 스킨 패드 또는 문신), 또는 생체 이식형 회로 중 적어도 하나에 포함될 수 있다. 어떤 실시예들에서, 감지 장치는, 예를 들면, 텔레비전, DVD(digital video disk) 플레이어, 오디오, 냉장고, 에어컨, 청소기, 오븐, 전자레인지, 세탁기, 공기 청정기, 셋톱 박스, 홈 오토매이션 컨트롤 패널, 보안 컨트롤 패널, 미디어 박스(예: 삼성 HomeSyncTM, 애플TVTM, 또는 구글 TVTM), 게임 콘솔(예: XboxTM, PlayStationTM), 전자 사전, 전자 키, 캠코더, 또는 전자 액자 중 적어도 하나에 포함될 수 있다.
다른 실시예에서, 감지 장치는, 각종 의료기기(예: 각종 휴대용 의료측정기기(혈당 측정기, 심박 측정기, 혈압 측정기, 또는 체온 측정기 등), MRA(magnetic resonance angiography), MRI(magnetic resonance imaging), CT(computed tomography), 촬영기, 또는 초음파기 등), 네비게이션 장치, 위성 항법 시스템(GNSS(global navigation satellite system)), EDR(event data recorder), FDR(flight data recorder), 자동차 인포테인먼트 장치, 선박용 전자 장비(예: 선박용 항법 장치, 자이로 콤파스 등), 항공 전자기기(avionics), 보안 기기, 차량용 헤드 유닛(head unit), 산업용 또는 가정용 로봇, 드론(drone), 금융 기관의 ATM, 상점의 POS(point of sales), 또는 사물 인터넷 장치 (예: 전구, 각종 센서, 스프링클러 장치, 화재 경보기, 온도조절기, 가로등, 토스터, 운동기구, 온수탱크, 히터, 보일러 등) 중 적어도 하나에 포함될 수 있다. 어떤 실시예에 따르면, 감지 장치는 가구, 건물/구조물 또는 자동차의 일부, 전자 보드(electronic board), 전자 사인 수신 장치(electronic signature receiving device), 프로젝터, 또는 각종 계측 기기(예: 수도, 전기, 가스, 또는 전파 계측 기기 등) 중 적어도 하나에 포함될 수 있다. 다양한 실시예에서, 감지 장치는 플렉서블하거나, 또는 전술한 다양한 장치들 중 둘 이상의 조합일 수 있다. 본 문서의 실시예에 따른 감지 장치는 전술한 기기들에 한정되지 않는다. 본 문서에서, 사용자라는 용어는 감지 장치를 사용하는 사람 또는 감지 장치를 사용하는 장치(예: 인공지능 감지 장치)를 지칭할 수 있다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 감지 장치 및 펜의 개념도를 도시한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 감지 장치(100)는 터치 패널(130) 및 처리 회로(140)를 포함할 수 있다. 터치 패널(130)에는 복수 개의 전극들(111 내지 116, 121 내지 126)이 배치될 수 있다. 세로 방향으로 신장된 전극들(121 내지 126)은 손가락(101) 또는 펜(102)의 가로 방향(x축 방향)의 위치를 측정하기 위한 것이며, 가로 방향으로 신장된 전극들(111 내지 116)은 손가락(101) 또는 펜(102)의 세로 방향(y축 방향)의 위치를 측정하기 위한 것일 수 있다. 전극들(111 내지 116, 121 내지 126)은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 메탈 메쉬(metal mesh) 등과 같은 투명한 전도체로 구현될 수 있으며, 전도성을 가지면서 실질적으로 투명한 형태인 구성이라면 제한이 없음을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 아울러, 도 1에서는 세로 방향으로 신장된 직사각형 전극들(121 내지 126)과 가로 방향으로 신장된 직사각형 전극들(111 내지 116)이 서로 직교하는 것과 같이 도시되어 있지만, 이는 단순히 예시적인 것으로 다이아몬드 패턴이나, 메쉬(mesh) 형태 등의 다양한 형태로 구현될 수 있다.
전극들(111 내지 116, 121 내지 126)은 처리 회로(140)와 연결될 수 있다. 펜(102)으로부터의 전기신호, 예를 들어 펜의 신호가 발생되면, 전극들(111 내지 116, 121 내지 126)은 펜(102) 과의 정전용량결합(Capacitive Coupling)에 의하여 전기적인 신호를 발생시킬 수 있다. 전극들(111 내지 116, 121 내지 126) 각각으로부터의 전기적인 신호는 처리 회로(140)로 입력될 수 있다. 전극들(111 내지 116, 121 내지 126)은 각각의 채널에 대응될 수 있으며, 처리 회로(140)은 전극들(111 내지 116, 121 내지 126) 중 적어도 일부의 채널 별로 수신된 신호의 세기를 판단할 수 있다. 처리 회로(140)는 전극들(111 내지 116, 121 내지 126) 중 적어도 일부의 채널별로 수신된 신호의 세기를 이용하여 펜(102)의 위치를 판단할 수 있으며, 이 과정은 더욱 상세하게 후술하도록 한다.
한편, 다양한 실시예에 따른 펜(102)은 내부에 배터리와 같은 전원을 포함할 수 있으며, 이를 능동형의 펜으로 명명할 수 있다. 이에 따라, 능동형의 펜(102)은 전원으로부터의 전력을 이용하여 전기신호를 발생시킬 수 있다. 한편, 또 다른 실시예에 따른 수동형 펜(102)은 내부에 전원을 포함하지 않을 수도 있다. 이에 따라, 수동형의 펜(102)은 우선 전극들(111 내지 116, 121 내지 126) 중 적어도 하나로부터 전기장을 수신하고, 이를 이용하여 공진을 발생시킴으로써 전기신호를 발생시킬 수 있다. 이에 따라, 처리 회로(140)는, 예를 들어 제 1 기간 동안에는 전극들(111 내지 116, 121 내지 126) 중 적어도 하나에 전기적 신호를 인가함으로써, 전극들(111 내지 116, 121 내지 126) 중 적어도 하나가 전기장을 발생시킬 수 있도록 한다. 아울러, 처리 회로(140)는, 예를 들어 제 2 기간 동안에는 전극들(111 내지 116, 121 내지 126)으로부터 출력되는 전기적인 신호를 처리하여 수동형의 펜(102)의 위치를 판단할 수 있다. 상술한 바와 같이, 능동형의 펜(102)의 경우에는, 처리 회로(140)가 전극들(111 내지 116, 121 내지 126)으로부터 출력되는 전기적인 신호를 처리하여 능동형 펜(102)의 위치를 판단할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에서, 감지 장치(100)는 전도성 물체, 예를 들어 손가락, 즉 생체의 접촉을 감지하는 정전용량 변화 감지 회로를 포함할 수 있다. 이때, 감지 장치(100)는 한 종류의 펜의 접촉이 감지되는 경우에는, 정전용량 변화 감지 회로에 의한 전도성 물체의 접촉 위치에 관련된 정보를 산출하지 않거나 또는 제어 회로로 전송하지 않을 수 있다. 이에 따라, 손에 펜을 쥐고 감지 장치(100) 상에 필기하는 경우에, 손에 의한 접촉을 처리하지 않을 수 있다. 또는, 감지 장치(100)는 전극(111 내지 116, 121 내지 126)의 커패시턴스(전극 자체의 커패시턴스 또는 전극들 사이의 커패시턴스) 변경에 따라 전도성 물체, 예를 들어 손가락의 접촉을 감지할 수도 있다. 감지 장치(100)는 펜의 접촉과 손가락의 접촉이 동시에 검출되면, 펜의 접촉만을 처리하고 손가락의 접촉은 무시하도록 설정될 수도 있다. 펜(102)이 다양한 회로 또는 전기적인 소자를 포함할 수 있다는 점에서, 펜(102)을 외부 전자 장치로 명명할 수도 있다.
감지 장치(100)는 손가락(101)에 의한 터치 또한 검출할 수 있다. 손가락(101)이, 예를 들어 전극(125) 및 전극(114)이 교차하는 지점에 배치되는 경우에는, 전극(125) 및 전극(114) 간의 상호 커패시턴스 (mutual capacitance)가 변경될 수 있다. 또한, 전극(125) 및 전극(114)의 셀프 커패시턴스 (Self Capacitance)가 손가락(101)의 터치에 의하여 변경될 수 있다. 제어 회로(106)는 이와 같은 커패시턴스 변경을 검출함으로써 손가락(101)에 의한 터치 지점을 감지할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에서, 제어 회로(106)는, 구동 회로(104)로 하여금, 연결 회로(103)를 통하여 전극들(111 내지 126) 중 적어도 하나에 구동 신호(Tx 신호)를 인가하도록 제어할 수 있다. 한편, 제어 회로(106)는, 연결 회로(103)를 통하여 전극들(111 내지 126) 각각으로부터 수신되는 수신 신호(Rx 신호)를 이용하여 전극들(111 내지 126) 각각에 대응하는 커패시턴스 변경(예를 들어, 상호 커패시턴스(mutual capacitance) 변경)을 확인할 수 있다. 제어 회로(106)는, 커패시턴스 변경에 따라 손가락(101)의 터치 지점을 검출할 수 있다. 수신 회로(105)는, 전극들(111 내지 126) 각각으로부터 수신되는 수신 신호(Rx 신호)에 대한 증폭, ADC(analog-to-digital converting), 변/복조 등 의 다양한 처리를 수행할 수 있으며, 이에 대하여서는 더욱 상세하게 후술하도록 한다. 본 발명의 다양한 실시예에 따른 제어 회로(106)는, 손가락(101) 또는 펜(102) 각각에 대하여 상이한 회로 또는 회로 블록을 구비하지 않고, 하나의 회로 또는 회로 블록을 이용하여 양자 모두의 터치 지점을 결정할 수 있으며, 이에 대하여서 또한 더욱 상세하게 후술하도록 한다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 감지 장치의 블록도를 도시한다. 도 2를 참조하여, 우선 감지 장치가 손가락의 터치 위치를 판단하는 구성을 설명하도록 한다.
구동 회로(210)는 복수 개의 송신 신호 발생 회로(Tx1:211, Tx2: 212,TX3:213)를 포함할 수 있으며, 터치 패널(270)의 전극들 중 적어도 하나에 송신 신호(또는, 구동 신호)를 인가할 수 있다. 구동 회로(210) 및 연결 회로(201)는 제어 회로(260), 예를 들어 컨트롤러(261)의 제어에 따라 송신 신호를 전극들 중 적어도 하나에 인가할 수 있다. 한편, 구동 회로(210) 및 연결 회로(201) 에 의해서 송신 신호가 x축 방향 채널 전극에 인가되었다고 하면, x축 방향 채널 전극과 y축 방향 채널 전극 사이에 형성된 커패시턴스에 의하여 송신 신호가 y축 방향 채널 전극으로 인가될 수 있다. 이에 따라, y축 방향 채널 전극에서는 수신 신호가 출력될 수 있다. 연결 회로(201)는, y축 방향 채널 전극으로부터 수신되는 수신 신호를 수신 회로(220), 예를 들어 제1 내지 제 3 수신 회로(Rx1:221,Rx2:222,Rx3:223)에 전달할 수 있다. 이 경우, 수신 신호의 신호 크기는 x축 방향 채널 전극과 y축 방향 채널 전극 사이에 형성된 커패시턴스(예를 들어, 상호 커패시턴스: Mutual Capacitance)의 크기에 연관될 수 있다. 한편, 커패시턴스의 크기는 손가락의 접촉 여부에 따라 변화하게 되므로, 수신 회로(220)에서 수신된 수신 신호의 신호 크기의 변화를 측정함으로써, 제어 회로(260)(예를 들어, 컨트롤러(261))는 손가락의 접촉 위치를 감지할 수 있다.
한편, 수신 회로(220)로 수신되는 수신 신호에는 상술한 상호 커패시턴스에 의하여 전달되는 신호 이외에도, 디스플레이(미도시)에서 발생하는 신호와 같은 다양한 잡음이 함께 포함될 수 있다. 이와 같이, 잡음이 포함된 수신 신호가 검출되는 상황에서도, 정확한 터치 위치를 측정하기 위하여 잡음 성분을 효과적으로 제거하여 신호대 잡음비(SNR)를 향상시킬 필요성이 제기된다.
한편, 전극들 사이의 커패시턴스에 의하여 전달되는 신호는 결국 구동 회로(210)에서 발생된 구동 신호가 터치 패널의 전기적인 응답특성에 따라 변형된 형태이므로, 결국 구동 신호에 동기화된 신호일 수 있다. 이에 따라, 수신 회로(220)에서 수신 신호를 수신하는 경우에, 수신 동작의 동작 주기, 예를 들어 수신 신호의 변복조 주기 등을 구동 회로(210)의 구동 주기와 동기화하면, 구동 신호와 동기화되지 않은 잡음 성분들이 용이하게 제거될 수 있다. 예를 들어, 송신 신호가 전극에 인가되는 경우에는, 변복조기(231,232,233)는 송신 신호의 구동 주기에 따라 수신 신호를 변조할 수 있다. 예를 들어, 변복조기(231,232,233)는 송신 신호의 레벨(level)이 변동되는 타이밍에 수신 신호를 반전시킬 수 있다. 축적기(integrator 또는 accumulator)(241,242,243)는 변복조기(231,232,233)에 의하여 변조된 수신 신호를 축적할 수 있다. 스위치(switch)(251)는 축적기(241,242,243)의 합산 결과를 선택적으로 ADC(analog-to-digital converter)(252)로 전달할 수 있다. ADC(252)는 합산 결과를 디지털 값으로 변환하고, 디지털 값을 컨트롤러(261)에 제공할 수 있다. 컨트롤러(261)는 각 수신 채널 전극에 대응하는 디지털 값 각각을 이용하여 손가락의 터치 위치를 판단할 수 있다. 컨트롤러(261)는 중앙처리장치(central processing unit(CPU)), 어플리케이션 프로세서(application processor(AP)), 또는 커뮤니케이션 프로세서(communication processor(CP)) 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 컨트롤러(261)는, 예를 들면, 감지 장치의 적어도 하나의 다른 구성요소들의 제어 및/또는 통신에 관한 연산이나 데이터 처리를 실행할 수 있다. 컨트롤러(261)는 MCU(micro control unit), FPGA(field-programmable gate array) 또는 미니 컴퓨터로 구현될 수도 있다. 또는, 컨트롤러(261)는, 센서 허브, TDDI(touch display driver IC), TSP(touch screen panel) 등 내에 포함될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 감지 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도를 도시한다. 도 3의 실시예는 도 4a 및 4b를 참조하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 도 4a 및 4b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 다양한 파형을 나타내는 그래프를 도시한다.
301 동작에서, 감지 장치는, 손가락 검출을 수행하기로 결정할 수 있다. 303 동작에서, 감지 장치는, 손가락 검출에 이용되는 제 1 주파수를 가지는 구동 신호를 발생시켜, 감지 장치 내의 적어도 하나의 전극에 제 1 주파수를 가지는 구동 신호를 발생시킬 수 있다. 전극은, 구동 신호에 기초하여 송신 신호를 발생시킬 수도 있다. 예를 들어, 감지 장치는, 도 4a의 Tx 구동 신호를 발생시킬 수 있다. Tx 구동 신호는, 예를 들어 구형파의 형태를 가질 수 있으며, 이에 따라 상승 엣지(rising edge)(411)과 하강 엣지(falling edge)(412)을 가질 수 있다.
305 동작에서, 감지 장치는, 구동 신호 또는 송신 신호의 제 1 주파수에 동기화시켜 수신 신호를 반전, 예를 들어 복조시킬 수 있다. 예를 들어, 감지 장치는, 도 4a의 Rx 입력 신호와 같은 수신 신호를 수신할 수 있다. 수신 신호는 Tx 구동 신호의 상승 엣지(411)에 대응하는 양의 피크(421)를 가질 수 있으며, Tx 구동 신호의 하강 엣지(412)에 대응하는 음의 피크(422)를 가질 수 있다. 감지 장치는, 예를 들어 음의 피크(422)를 반전시킴으로써 수신 신호를 복조할 수 있다. 아울러, 감지 장치는, 다음 양의 피크는 별다른 반전을 수행하지 않으며, 다음의 음의 피크에 대하여 반전을 수행할 수 있다. 이에 따라, 감지 장치는, 양의 피크로만 구성되는 복조된 신호를 획득할 수 있다. 예를 들어, 감지 장치는, 도 4b와 같은 채널별 복조된 수신 신호를 획득할 수 있다. 307 동작에서, 감지 장치는, 수신 신호를 이용하여 손가락의 위치를 판단할 수 있다. 감지 장치는, 도 4b에서와 같이, 제 1 채널 전극(Ch1)으로부터 제 1 변조된 수신 신호(431)를 획득할 수 있다. 예를 들어, 제 1 채널 전극(Ch1)은 손가락의 터치 지점으로부터 거리가 멀어서, 제 1 채널 전극(Ch1)에 대응하는 커패시턴스는 거의 변경되지 않을 수 있다. 제 1 변조된 수신 신호(431)의 진폭(Δl1)을 가질 수 있다. 한편, 감지 장치는, 제 2 채널 전극(Ch2)으로부터 제 2 변조된 수신 신호(432), 제 3 채널 전극(Ch3)으로부터 제 3 변조된 수신 신호(433), 제 4 채널 전극(Ch4)으로부터 제 4 변조된 수신 신호(434)를 획득할 수 있다. 제 2 변조된 수신 신호(432)는 진폭(Δl2)을 가지며, 제 3 변조된 수신 신호(433)는 진폭(Δl3)을 가지며, 제 4 변조된 수신 신호(434)는 진폭(Δl4)을 가질 수 있다. 이 경우, 손가락이 제 3 채널 전극(Ch3)에 접촉될 수 있으며, 이에 따라 제 3 채널 전극(Ch3)에 대응하는 커패시턴스 변경이 가장 클 수 있다. 이에 따라, 제 3 채널 전극(Ch3)에서의 변조된 신호(433)의 진폭 변경(Δl1-Δl3) 또한 가장 클 수 있다. 감지 장치는, 예를 들어 진폭 변경(Δl1-Δl3)이 가장 큰 제 3 채널 전극(Ch3)을 손가락의 터치 지점에 대응하는 것으로 판단할 수 있다. 예를 들어, ADC는, 변조된 신호의 진폭을 디지털 값으로 변환할 수 있으며, 컨트롤러는 디지털 값을 이용하여 손가락의 터치 지점을 결정할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 신호 반전 과정을 설명하기 위한 회로도를 도시한다. 도 5의 실시예는, 도 6a 내지 6f을 참조하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 도 6a 내지 6f는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 신호의 주기적인 반전을 설명하기 위한 스위치 동작을 도시한다.
도 5를 참조하면, 변복조 회로(501)는 복수 개의 스위치들(512a, 512b, 513a, 513b, 522a, 522b, 523a, 523b, 531), 복수 개의 커패시터들(511,521) 및 OP-AMP(530)를 포함할 수 있다. 변복조 회로(501)는, 예를 들어 도 2에서의 변복조기들(231,232,233) 중 하나일 수 있다. 축적기(502)는, OP-AMP(540), 커패시터(542) 및 스위치(543)를 포함할 수 있다.
제 1 기간 동안에는, 도 6a에서와 같이, 스위치(512a)와 스위치(512b)가 온(on) 상태로 제어될 수 있으며, 나머지 스위치들(513a, 513b, 522a, 522b, 523a, 523b, 531)은 오프(off) 상태로 제어될 수 있다. 이에 따라, 채널 입력(503)으로부터 수신되는 수신 신호의 전하는 커패시터(511)에 축적될 수 있다.
한편, 제 2 기간에서는, 도 6b에서와 같이, 스위치(522a)와 스위치(522b)가 온(on) 상태로 제어될 수 있으며, 나머지 스위치들(513a, 513b, 512a, 512b, 523a, 523b, 531)은 오프(off) 상태로 제어될 수 있다. 이에 따라, 채널 입력(503)으로부터 수신되는 수신 신호의 전하는 커패시터(521)에 축적될 수 있다. 여기에서, 제 1 기간 및 제 2 기간은 구동 신호의 신호 인가 구간일 수 있다. 또한, 도 4a에서, Tx 구동 신호의 상승 엣지(411) 및 하강 엣지(412) 사이의 시간이, 도 6의 (a) 단계에서 (b)단계로 전환하는 시간일 수 있다. 예를 들어, 감지 장치는, 스위치의 동작의 동작 주기 또는 타이밍을, Tx 구동 신호의 구동 주기 또는 타이밍과 동기화시킬 수 있다.
제 2 기간 이후의 제 3 기간에서는, 도 6c에서와 같이, 스위치(523a,523b,513a,513b)가 온 상태로 제어되며, 나머지 스위치들(512a,512b,522a,522b)이 오프 상태로 제어될 수 있다. 이에 따라, 커패시터(511,512)에 저장되었던 전하 또는 인가되었던 전압이 축적기(502)의 커패시터(542)에 저장 또는 인가될 수 있다. 축적기(502)의 커패시터(542)의 일단에는, 변복조 회로(501)의 커패시터(511)의 일단과, 커패시터(521)의 타단이 연결될 수 있다. 이에 따라, 예를 들어 커패시터(521)에 저장 또는 인가되었던 수신 신호는 커패시터(511)에 저장 또는 인가된 수신 신호와 반대의 패리티로 축적기(542)의 커패시터(542)에 인가 또는 저장되어, 커패시터(511)로부터의 수신 신호와 커패시터(512)로부터의 수신 신호가 서로 상쇄되지 않고, 합산되어 커패시터(542)에 저장 또는 인가될 수 있다. 한편, 커패시터(542)에 저장되었던 합산된 복조 신호(demodulated signal)은 노드(544)를 통하여 ADC로 전달될 수 있다. ADC는 채널별 신호의 크기, 예를 들어 Vint의 전압값을 디지털 값으로 변환할 수 있으며, 컨트롤러는 디지털 값에 기초하여 손가락의 터치 위치를 판단할 수 있다. ADC로의 전달이 완료되면, 감지 장치는, 리셋을 위한 스위치(531,543)가 온 상태로 제어되어 커패시터(511,521,542)의 전하를 방전시킬 수 있다. 아울러, 노이즈 성분은 서로 반대의 패리티를 가지고 합산되기 때문에, 노이즈 성분이 축적기에서 자동적으로 제거될 수도 있으며, 이에 따라 SNR이 증가할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서는, 우선 제 1 기간 동안에, 도 6d에서와 같이, 스위치(512a)와 스위치(512b)가 온(on) 상태로 제어될 수 있으며, 나머지 스위치들(513a, 513b, 522a, 522b, 523a, 523b, 531)은 오프(off) 상태로 제어될 수 있다. 이에 따라, 채널 입력(503)으로부터 수신되는 수신 신호의 전하는 커패시터(511)에 축적될 수 있다.
제 2 기간에서는, 도 6e에서와 같이, 스위치(522a)와 스위치(522b)가 온(on) 상태로 제어될 수 있으며, 스위치(513a)와 스위치(513b)가 온 상태로 제어되며, 나머지 스위치들(512a, 512b, 523a, 523b, 531)은 오프(off) 상태로 제어될 수 있다. 이에 따라, 커패시터(521)에 수신 신호가 인가 또는 저장되며, 커패시터(511)에 인가 또는 저장되었던 수신 신호는 축적기(502) 내의 커패시터(542)로 전달될 수 있다. 제 3 기간에서는, 도 6f에서와 같이, 스위치(512a)와 스위치(512b)가 온(on) 상태로 제어될 수 있으며, 스위치(523a)와 스위치(523b)가 온 상태로 제어되며, 나머지 스위치들(511a, 511b, 522a, 522b, 531)은 오프(off) 상태로 제어될 수 있다. 이에 따라, 커패시터(511)에 수신 신호가 인가 또는 저장되며, 커패시터(521)에 인가 또는 저장되었던 수신 신호는 축적기(502) 내의 커패시터(542)로 전달될 수 있다. 예를 들어, 도 6d 내지 6e에 따른 실시예에서는, 하나의 커패시터(예를 들어, 511)에 수신 신호를 인가 또는 저장하는 도중에 다른 커패시터(예를 들어, 521)에서 인가 또는 저장하였던 수신 신호를 축적기(502)로 전달할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 감지 장치의 펜의 터치를 검출하는 과정을 설명하기 위한 개념도를 도시한다.
도 7을 참조하면, 감지 장치는 외부의 펜(711)으로부터 송신되는 펜 신호(712)를 검출할 수 있다. 펜 신호(712)는, 전극을 통하여 수신될 수 있다. 예를 들어, 펜 신호(712)는 교류 파형의 전자기파일 수 있으며, 펜(711)과 전극 사이에 형성된 커패시턴스를 통하여 전극으로 전달될 수 있다. 전극은 주변의 전자기파에 따라 교류 파형의 수신 신호를 연결 회로(201)를 통하여 수신 회로(220)로 출력할 수 있다. 수신 신호는, 펜 신호(712)에 의하여 전극들 각각으로부터 출력되는 신호들일 수 있다.
변복조기(231,232,233) 각각은 수신 신호 각각을 변조하여 축적기(241,242,243) 각각으로 출력할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에서, 변복조기(231,232,233) 각각은 수신 신호와 상이한 주파수로 수신 신호를 변조할 수 있다. 축적기(241,242,243)는 변조된 신호를 축적(integration)할 수 있으며, 축적 결과를 선택적으로 스위치(251)를 통하여 ADC(252)로 전달할 수 있다. ADC(252)는 수신된 합산 결과를 디지털 값으로 변환하여 컨트롤러(261)로 제공할 수 있다. 컨트롤러(261)는, 디지털 값을 이용하여 펜의 위치를 판단할 수 있다.
여기에서, 펜 신호(712)를 수신하기 위한 전극들 중 적어도 일부는, 손가락의 위치를 판단하기 위하여 수신 신호를 수신하는 적극들 중 적어도 일부와 동일할 수도 있다. 아울러, 펜 신호(712)를 수신하기 위한 전극들 중 적어도 일부는, 손가락의 위치를 판단하기 위하여 송신 신호를 송신하는 적극들 중 적어도 일부와 동일할 수도 있다. 뿐만 아니라, 손가락의 위치를 판단하기 위하여 송신 신호를 송신하는 적극들 중 적어도 일부는 펜 신호(712)를 수신하기 위한 전극들 중 적어도 일부는, 손가락의 위치를 판단하기 위하여 수신 신호를 수신하는 적극들 중 적어도 일부와 동일할 수도 있다.
도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 감지 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도를 도시한다. 도 8의 실시예는 도 9a 내지 9e를 참조하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 도 9a 내지 9e는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 파형을 도시한다.
801 동작에서, 감지 장치는 펜 검출을 수행하기로 결정할 수 있다. 이 경우, 감지 장치는 펜 신호의 주파수를 미리 저장할 수 있다. 펜 신호의 주파수는 제 2 주파수인 것을 상정하도록 한다. 803 동작에서, 감지 장치는, 펜으로부터 방출되는 제 2 주파수를 가지는 수신 신호를 전극을 통하여 수신할 수 있다. 펜 신호가 제 2 주파수를 가짐에 따라, 전극 각각으로부터 출력되는 수신 신호 또한 제 2 주파수를 가질 수 있다. 예를 들어, 감지 장치는, 도 9a에서와 같은 제 2 주파수(예를 들어, 500kHz)를 가지는 수신 신호(900)를 수신할 수 있다.
805 동작에서, 감지 장치는, 펜 검출에 이용되는 제 3 주파수에 따라 수신 신호를 변조할 수 있다. 여기에서, 제 3 주파수는 제 2 주파수와 기설정된 범위의 차이를 가지는 주파수일 수 있다. 예를 들어, 감지 장치는, 도 9b와 같은 변조 위상(modulation phase)(910)에 따라 수신 신호를 반전할 수 있다. 예를 들어, 도 9a에 도시된 수신 신호(900)와 도 9b에 도시된 변조 위상(910)의 주파수 차이는, 기설정된 범위 내에 속할 수 있다.
예를 들어, 감지 장치는, 제 1 기간 동안에, 도 6a 또는 6d에서와 같이 스위치를 제어할 수 있으며, 제 2 기간 동안에, 도 6b 또는 6e와 같이 스위치를 제어할 수 있다. 아울러, 감지 장치는, 제 3 기간 동안에 도 6c 또는 도 6f와 같이 스위치를 제어할 수 있다. 여기에서, 감지 장치가 펜 터치를 위하여 스위치를 제어하는 제 1 기간 또는 제 2 기간 또는 제 3 기간은, 감지 장치가 손가락 터치를 위하여 스위치를 제어하는 제 1 기간 또는 제 2 기간 또는 제 3 기간과 상이할 수 있다. 여기에서, 제 1 기간과 제 2 기간의 합은 변조 위상(910)의 한 주기일 수 있다. 변조 위상(910)은 펜에서 방출되는 주파수 인근, 예를 들어 450kHz의 주파수를 가질 수 있으며, 예를 들어 -1과 +1의 2 개의 패리티(parity)를 가질 수 있다. 이에 따라, 수신 신호(900)는, 도 9c와 같은 변조된 수신 신호(920)로 변조될 수 있다. 즉, 수신 신호(900)는, 수신 신호(900)와 기설정된 차이(또는, 기설정된 범위의 차이)를 가지는 주파수를 이용하여 변조될 수 있다. 변조된 수신 신호(920)는, 제 2 주파수와 제 3 주파수 차이의 주파수를 가지는 맥놀이파일 수 있으며, 맥놀이파는 두 주파수의 차이인 예를 들어 50 kHz일 수 있다. 변조된 수신 신호(920)는, 예를 들어 수신 신호(900)와 변조 위상(910)의 곱의 형태를 가질 수 있다.
807 동작에서, 감지 장치는 제 2 주파수 및 제 3 주파수 사이의 차이에 대응하는 주파수 대역 신호를 검출할 수 있다. 예를 들어, 감지 장치는, 변조된 수신 신호(920)를 필터링할 수 있다. 이에 따라, 감지 장치는, 도 9d와 같은 저주파수 대역 신호(930)를 생성할 수 있다. 예를 들어 도 7에서와 같은 축적기(241,242,243)는 수신된 신호를 축적할 수 있으며, 고주파 성분을 효과적으로 제거할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에서, 감지 장치는 RC 필터 또는 Low pass filter 등의 필터링 수단을 포함할 수도 있으며, 필터링 수단을 이용하여 고주파 성분을 제거할 수도 있다.
감지 장치는, 필터링된 수신 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있으며, 디지털 신호를 분석하여 제 2 주파수 및 제 3 주파수 차이에 대응하는 주파수 대역 신호를 검출할 수 있다. 예를 들어, 감지 장치는, 디지털 신호에 푸리에 변환을 수행함으로써 특정 주파수 대역 신호를 검출할 수 있다.
809 동작에서, 감지 장치는, 채널별 검출된 주파수 대역 신호를 이용하여 펜 위치를 판단할 수 있다. 예를 들어, 감지 장치는, 도 9e와 같은 복수 개의 채널들(Ch1,Ch2,Ch3,Ch4) 각각에 대응하는 수신 신호(941 내지 944) 각각을 획득할 수 있다. 예를 들어, 펜과 전극 사이의 거리가 가까울수록 수신 신호의 진폭이 클 수 있다. 예를 들어, 감지 장치는, 제 3 채널에 대응하는 주파수 대역 신호(943)의 진폭(X3)이 가장 큰 것을 판단할 수 있으며, 제 3 채널에 대응하는 전극의 위치에 펜이 위치하는 것으로 판단할 수도 있다. 또한, 각 채널에 수신된 수신 신호의 크기를 인터폴레이션(interpolation) 하여 펜이 위치한 좀 더 정확한 위치를 산출할 수도 있다.
상술한 바에 따라서, 손가락 터치를 검출할 수 있는 회로로도, 펜 신호를 검출할 수 있다. 아울러, 상대적으로 낮은 주파수의 신호를 마이크로 컨트롤러(micro controller)의 소프트웨어(Software) 영역에서 분석함에 따라서, 아날로그(Analog) 및 디지털(Digital) 회로부에서의 신호 처리 부담이 적을 수 있다.
도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 수신 신호의 분석을 설명하기 위한 개념도를 도시한다. 본 발명의 다양한 실시예에 따른 감지 장치는, 펜 신호의 크기 및 주파수를 푸리에 변환이나 복수의 주파수에서 서로 다른 위상을 가지는 신호와의 내적을 계산하는 방법으로 계산할 수도 있다. 예를 들어, 도 10의 (a)에서와 같이, 펜 신호(1001) 및 변조 위상(1002)은, 예를 들어 500kHz 및 450kHz의 주파수를 가질 수 있다. 펜 신호(1001)는 필압 변경 등에 의하여 변경될 수 있으며, 이에 따라 490 내지 500kHz의 범위의 주파수를 가진 것과 같이 도시되었다. 상술한 바와 같이, 펜 신호(1001) 및 변조 위상(1002)은 서로 믹싱될 수 있다. 펜 신호(1001)의 주파수가 f_pen이고, 변조 위상(1002)의 주파수가 f_mod인 경우에, 믹싱된 신호의 주파수는 f_pen-f_mod 또는 f_pen+f_mod일 수 있다. 믹싱된 신호가 축적기 등의 low pass filter에 의하여 처리됨에 따라, 믹싱된 신호의 고주파 성분인 f_pen+f_mod 성분이 제거되고, 저주파 성분인 f_pen-f_mod만이 남을 수 있으며, 이는 도 10의 (b)에서 1011로 표시된다. 믹싱된 신호의 저주파 성분(1011)은 예를 들어 40 내지 50kHz의 범위의 주파수를 가질 수 있다. 한편, 변조 위상(1002)은 구형파(square pulse) 형태이므로, f_mod, 2*f_mod, 3*f_mod 등의 하모닉(harmonic) 성분이 존재할 수 있으며, 이와 같은 하모닉 성분 또한 펜 신호(1001)와 함께 믹싱될 수 있다. 하지만, 하모닉 성분에 의한 신호 또한 축적기 등의 low pass filter에 의하여 제거될 수 있다. 이와 같이, 저주파로 변환된 펜 신호(1011)는 ADC를 통하여 디지털 값으로 변환되며, 컨트롤러는 별도의 하드웨어를 필요로 하지 않고, 기존 마이크로 컨드롤러의 펌 웨어(firmware)를 이용하여 소프트웨어(Software)적인 방법으로 펜 신호의 크기 및 주파수를 계산할 수 있다. 저주파로 변환된 펜 신호(1011)의 주파수 및 크기를 계산하기 위하여 컨트롤러는 저주파로 변환된 펜 신호(1011) 중에서, 저주파로 변환된 펜 신호(1011)의 범위보다 넓은 범위의 주파수 f1(1012) 및 f2(1013)에 해당하는 성분을 추출할 수 있다. 예를 들어, 저주파로 변환된 펜 신호(1011)를 x(t)라고 정의하면, 감지 장치(예를 들어, 컨트롤러)는, 하기 수학식 1 내지 4를 각각 계산할 수 있다.
Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00003
Figure pat00004
감지 장치는, 수학식 1의 결과의 제곱과 수학식 2의 결과의 제곱의 합의 제곱근을 계산할 수 있으며, 이는 저주파로 변환된 펜 신호(1011)의 주파수 f1에 해당하는 성분의 값을 의미할 수 있다. 아울러, 감지 장치는, 수학식 3의 결과의 제곱과 수학식 4의 결과의 제곱의 합의 제곱근을 계산할 수 있으며, 이는 저주파로 변환된 펜 신호(1011)의 주파수 f2에 해당하는 성분의 값을 의미할 수 있다. 이에 따라, 감지 장치는 저주파로 변환된 펜 신호(1011)가 f1과 f2 사이에 위치한 경우에, 이 두 값의 비율로부터 저주파로 변환된 펜 신호(1011)의 주파수를 계산할 수 있으며, 이 두 값의 합으로부터 펜 신호의 크기를 계산할 수 있다. 여기에서, sin(f1*t)와의 내적인 수학식 1을 펜 신호의 f1 주파수에 대한 in phase 성분이라고 하면, cos(f1*t)와 내적인 수학식 2를 quadrature phase 성분이라고 할 수 있다. 상술한 바와 같이, 컨트롤러는 펌웨어를 이용하여, 디지털 신호에서 복수의 주파수 성분을 추출할 수 있으며, 각 채널에서 수신된 신호의 복수의 주파수 성분의 크기를 기반으로 펜의 접촉 위치를 판단할 수 있다. 아울러, 컨트롤러는, 추출된 펜 신호의 주파수를 이용하여 펜의 필압, 펜 내의 버튼의 눌림 여부, 펜의 식별 정보 등의 다양한 부가 정보를 판단할 수도 있다.
한편, 본 실시예에서는, f1, f2의 2개의 주파수 사이에 저주파로 변환된 펜 신호(1011)가 위치한 경우를 가정하였으나, 저주파로 변환된 펜 신호(1011)의 범위가 좀더 넓은 경우에는, 2개 이상의 주파수 성분을 추출하여 펜 신호의 주파수 및 펜 신호의 크기를 계산할 수도 있다. 한편, 펜의 필압, 펜의 버튼 눌림 여부, 펜의 식별 정보 등의 펜 사용과 관련된 부가 정보에 따라 펜의 주파수가 변경되는 경우에, 감지 장치는 상술한 방법에 따라 펜의 주파수를 계산할 수 있으므로, 상기 부가 정보 또한 판단할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예는, 예를 들어 도 5와 같은 하나의 회로를 이용하여 손가락의 터치 및 펜의 터치를 모두 판단할 수 있어, 구동 회로의 비용 절감 및 소형화가 가능할 수 있다.
아울러, 아날로그 회로에서 펜 신호를 변조 및 합산하는 과정을 수행하여 저주파의 신호로 변환하기 대문에, ADC에서는 낮은 샘플링 레이트(sampling rate)로 샘플링을 수행할 수 있으므로, ADC의 전력 소모 및 크기가 감소할 수 있다. 이론적으로는, ADC는 펜 신호의 주파수(예를 들어, 500kHz)와 변조 위상의 주파수(예를 들어, 450 kHz)의 차이에 해당하는 주파수의 두 배 이상의 샘플링 레이트를 가지면 되므로, 예시적으로 100kHz의 상대적으로 낮은 샘플링 레이트를 가지도록 설계될 수 있다. 한편, 펜 신호의 주파수와 변조 위상의 주파수 차이를 더욱 감소시킴으로써, ADC의 샘플링 레이트 또한 더 감소시킬 수도 있다. 한편, 펜 터치 검출 및 손가락 터치 검출을 위하여 필터 등의 일부 회로를 별도로 구성할 수도 있다. 예를 들어, 감지 장치는 손가락 터치 검출 시와 펜 터치 검출 시에 상이한 필터를 이용할 수 있으며, 펜 터치 감지 시에는 추가적인 필터를 더 이용할 수도 있다.
도 11은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 감지 장치의 회로도를 도시한다.
도 11에 도시된 바와 같이, 수신 회로(1102)는 복수 개의 스위치(1112,1114,1122,1124), 복수 개의 커패시터(1113,1123), OP-AMP(1111,1121) 및 차동 ADC(differential ADC)(1131)를 포함할 수 있다. 제어 회로(1103)는 컨트롤러(1132)를 포함할 수 있다.
손가락의 터치를 검출하는 경우에, 감지 장치는, Tx 구동 신호의 상승 엣지에서는 스위치(1112)를 온 상태로 제어하고, 스위치(1122)를 오프 상태로 제어할 수 있으며, 이에 따라 채널 입력단(1101)으로부터의 수신 신호는 커패시터(1113)에 저장 또는 인가될 수 있다. 한편, 감지 장치는, Tx 구동 신호의 하강 엣지에서는 스위치(1122)를 온 상태로 제어하고, 스위치(1112)를 오프 상태로 제어할 수 있으며, 이에 따라 채널 입력단(1101)으로부터의 수신 신호는 커패시터(1123)에 저장 또는 인가될 수 있다. 차동 ADC(1131)는 두 개의 커패시터들(1113,1123)으로부터의 전압 차이를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 이에 따라, 상승 엣지와 하강 엣지가 서로 상이한 패리티를 가지더라도, 차동 ADC(1131)는 두 신호 사이의 차이에 대한 디지털 값을 출력하기 때문에, 0이 아닌 디지털 값을 출력할 수 있다. 한편, 두 개의 커패시터(1113,1123)의 리셋을 위한 스위치(1114,1124)가 온 상태로 제어되면, 두 개의 커패시터(1113,1123)에 축적된 전하가 방전됨으로써 전체 시스템이 리셋될 수 있다.
펜 터치를 검출하는 경우에, 감지 장치는 제 2 기간, 예를 들어 도 9b와 같은 변조 위상의 + 1의 위상에서 스위치(1112)를 온 상태로 제어하고 스위치(1122)를 오프 상태로 제어할 수 있으며, 이에 따라 채널 입력단(1101)으로부터의 수신 신호는 커패시터(1113)에 저장 또는 인가될 수 있다. 한편, 감지 장치는, 다음 제 2 기간, 예를 들어 도 9b와 같은 변조 위상의 - 1의 위상에서 스위치(1122)를 온 상태로 제어하고, 스위치(1112)를 오프 상태로 제어할 수 있으며, 이에 따라 채널 입력단(1101)으로부터의 수신 신호는 커패시터(1123)에 저장 또는 인가될 수 있다. 차동 ADC(1131)는 두 개의 커패시터들(1113,1123)으로부터의 전압 차이를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 상술한 바와 같이, 펜 신호의 주파수와 변조 위상의 주파수는 일정한 차이가 있으므로, 커패시터(1113,1123)에 축적되는 전하는 손가락 터치 감지하는 경우와 달리 증감을 반복할 수 있다. 이에 따라, 리셋을 위한 스위치(1114,1124)가 온/오프 상태를 전환할 필요는 없을 수 있다. 다만, 측정을 시작하기 전, 또는 장시간 측정을 수행한 경우 등의 미리 설정된 이벤트가 검출되면, 감지 장치는 리셋을 위한 스위치(1114,1124)를 온 상태로 제어할 수도 있다.
도 12는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 감지 장치 및 펜의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도를 도시한다. 도 12의 실시예는 도 13을 참조하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 도 13은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 신호들의 주파수를 도시한다.
1210 동작에서, 펜(1201)은 기준 주파수를 가지는 제 1 신호를 발생할 수 있다. 1220 동작에서, 펜(1201)은 변동 가능한 주파수를 가지는 제 2 신호를 발생할 수 있다. 예를 들어, 펜(1201)은 다양한 상태들 각각에 따라 상이한 주파수의 제 2 신호를 발생시키도록 설정될 수 있다. 예를 들어, 펜(1201)의 팁이 다른 물체와 접촉하지 않은 상태(예: 호버(hover) 상태)에서는 도 13의 (a)에서와 같이, 펜(1201)은 f0의 주파수(1301)의 제 2 신호를 발생할 수 있다. 아울러, 펜(1201)의 팁이 다른 물체와 접촉한 상태(예: 눌림(pressed) 상태)에서는 도 13의 (a)에서와 같이, 펜(1201)은 f1의 주파수(1302)의 제 2 신호를 발생할 수 있다. 여기에서, 펜(1201)은 실질적으로 동시에 제 1 신호 및 제 2 신호를 발생시킬 수 있거나 또는, 제 1 신호 및 제 2 신호를 순차적으로 발생시킬 수도 있다. 이 경우, 펜(1201)은 배터리 등의 전원, 다양한 주파수의 펜 신호를 발생시킬 수 있는 회로, 전도성 물질로 구성되는 펜 팁 및 펜 팁 눌림 감지 회로 등을 포함할 수 있다. 펜 팁은 전극일 수 있으며, 하나 또는 복수 개일 수 있다. 예를 들어, 하나의 전극에서 제 1 신호 및 제 2 신호가 주파수 분할 또는 시분할 방식으로 발생할 수 있다. 또는, 복수 개의 전극 각각에서 제 1 신호 및 제 2 신호가 주파수 분할 또는 시분할 방식으로 발생할 수 있다.
한편, 펜(1201)은, 도 13의 (b)에서와 같이 기준 주파수(f_ref)(1310)를 가지는 제 1 신호를 발생할 수도 있다. 기준 주파수(f_ref)(1310)는 f1의 주파수와 차이를 가질 수 있다.
1230 동작에서, 감지 장치(1200)는 채널 전극 각각에서 수신되는 제 1 신호 및 제 2 신호 중 적어도 하나의 크기에 기초하여 펜의 위치를 판단할 수 있다. 예를 들어, 감지 장치(1200)는 채널 전극 각각의 수신되는 펜의 제 1 신호 및 제 2 신호 중 적어도 하나의 진폭을 이용함으로써, 펜의 위치를 판단할 수 있다. 1240 동작에서, 감지 장치(1200)는 제 1 신호의 기준 주파수 및 제 2 신호의 변동 가능한 주파수의 차이를 연산할 수 있다. 1250 동작에서, 감지 장치(1200)는 연산된 차이에 따라 동작할 수 있다. 예를 들어, 감지 장치는, 제 1 신호와 제 2 신호 사이의 주파수 차이가, 예를 들어 f_ref - f1인 것을 판단할 수 있으며, 이에 따라 펜의 상태가 눌린 것으로 판단할 수 있다. 한편, 감지 장치는, 제 1 신호와 제 2 신호 사이의 주파수 차이가, 예를 들어 f_ref - f0인 것을 판단할 수 있으며, 이에 따라 펜팁의 상태가 눌리지 않은 것으로 판단할 수 있다. 이 경우, 감지 장치는, 예를 들어 드로잉(drawing) 어플리케이션 실행 중에, 펜팁의 상태에 따라 그림이 그려지지 않도록 제어할 수 있다.
상술한 바와 같이, 감지 장치(1200)는 펜으로부터의 제 1 신호 및 제 2 신호 사이의 주파수 차이에 따라 동작하므로 상대적으로 저성능의 변조 회로를 이용하여서도 비교적 높은 정확도로 동작할 수 있다. 예를 들어, f_ref가 510kHz이며, f0가 500kHz이고, f1이 490kHz인 것을 상정하도록 한다. 아울러, 감지 장치(1200)는, 상술한 바와 같이 펜 신호를 450kHz의 주파수를 이용하여 변조할 수 있다. 이 경우, 감지 장치(1200)의 변조 주파수가 ±10% 오차의 정확도를 갖는다고 하면, 변조 ±45kHz의 오차 범위 내에서 동작하므로, 405 내지 495 kHz의 분포를 갖게 된다. 예를 들어, 필압에 따른 주파수 변동폭이 10kHz인데 반하여, 변조 회로에 의한 오차가 45kHz이므로 필압의 정확한 측정이 어렵다. 하지만, 본 발명의 다양한 실시예와 같이, 제 1 신호 및 제 2 주파수의 주파수 차이를 이용하는 경우에는, 감지 장치(1200) 의 변조 주파수가 ±10% 오차의 정확도를 갖는다고 하면, f_ref - f0가 10kHz이므로 10kHz의 10%인 1kHz의 정확도로 f_ref 및 f0 사이의 주파수 차이를 측정할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 감지 장치(1200)는 크리스털 오실레이터(crystal oscillator)와 같이 정확한 클럭(clock)을 발생시키는 오실레이터를 구비하지 않고도, 비교적 높은 정확도로 펜의 상태 정보를 판단할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에서, 펜(1201)은, 도 13의 (c)에서와 같이 제 1 기준 주파수(f_ref1)(1320)를 가지는 제 1 신호, 변동 가능한 주파수(f0 또는 f1)(1321 또는 1322)를 가지는 제 2 신호와 제 2 기준 주파수(f_ref2)(1323)를 가지는 제 3 신호를 발생시킬 수도 있다. 이 경우, 감지 장치(1200)는 검출되는 제 1 기준 주파수(f_ref1)(1320) 과 제 2 기준 주파수(f_ref2)(1323)의 차이를 이용하여 주파수 간의 간격을 캘리브레이션(calibration) 할 수 있으므로, 감지 장치(1200)의 변조 주파수의 오차가 있는 경우에도 매우 정확하게 제 2 신호의 주파수를 판단할 수 있다.
도 14 및 15는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 복수 개의 전극을 포함하는 펜의 개념도를 도시한다.
도 14는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 제 1 전극 및 제 2 전극의 개념도를 도시한다. 제 1 전극(1401)은 펜(1400)의 중심을 통과하도록 배치될 수 있다. 제 2 전극(1402)은 제 1 전극(1401)과 물리적으로 이격되어 배치될 수 있으며, 제 1 전극(1401) 및 제 2 전극(1402) 사이에는 차폐부(1403)가 배치될 수 있다. 차폐부(1403)에 의하여 제 1 전극(1401)으로부터의 제 1 전극 신호와 제 2 전극(1402)으로부터의 제 2 전극 신호가 기생 커패시턴스 등에 의하여 서로 간섭되지 않을 수 있다. 아울러, 차폐부(1403)에 의하여 제 1 전극 신호의 프로파일이 특정 형태를 가질 수 있다. 더욱 상세하게, 차폐부(1403)에 의하여 가려진 부분은 제 1 전극(1401)으로부터 발생하는 전기장이 차폐 (shield)될 수 있으며, 이에 따라 제 1 전극 신호의 프로파일이 특정 형태로 유도될 수 있다. 이러한 차폐부는 전도체를 접지하는 간단한 방법으로 구현이 가능하다. 제 1 전극(1401)은, 예를 들어 펜(1400)의 상태에 따라 주파수가 변경되는 제 1 전극 신호를 발생시킬 수 있다. 제 2 전극 신호(1402)는, 예를 들어 기준 주파수를 가지는 제 2 전극 신호를 발생시킬 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에서, 감지 장치는 제 1 전극 신호를 이용하여 펜(1400)의 위치를 판단할 수 있다. 아울러, 감지 장치는 제 1 전극 신호 및 제 2 전극 신호 사이의 주파수 차이에 기초하여 필압 등 펜의 상태를 판단할 수 있다.
한편, 감지 장치는 제 2 전극 신호의 크기에 기초하여 제 2 전극(1402)의 위치를 판단할 수도 있다. 예를 들어, 도 15에서와 같이, 감지 장치는 펜의 제 1 전극(1401) 신호에 대한 프로파일(1511) 및 제 2 전극(1402) 신호에 대한 프로파일(1512)을 판단할 수 있다. 한편, 제 1 전극(1401)의 일단과 제 2 전극(1402)의 일단을 h의 간격을 가질 수 있다. 감지 장치는, 제 1 전극(1401) 신호에 대한 프로파일(1511) 및 제 2 전극(1402) 신호에 대한 프로파일(1512)에 기초하여 펜(1400)의 기울어진 방향 및 펜(1400)의 기울어진 정도 중 적어도 하나를 판단할 수 있다. 감지 장치는, 제 1 전극(1401) 신호에 대한 프로파일(1511)에 대한 제 2 전극(1402) 신호에 대한 프로파일(1512)의 상대적인 배치 방향을 이용하여 펜(1400)이 기울어진 방향을 판단할 수 있다. 감지 장치는, 제 1 전극(1401) 신호에 대한 프로파일(1511) 및 제 2 전극(1402) 신호에 대한 프로파일(1512) 사이의 거리에 기초하여, 펜(1400)이 기울어진 정도를 판단할 수 있다. 펜(1400)의 기울어진 정도가 증가함에 따라서, 제 1 전극(1401) 신호에 대한 프로파일(1511) 및 제 2 전극(1402) 신호에 대한 프로파일(1512) 사이의 거리가 증가할 수 있다. 이에 따라, 감지 장치는 제 1 전극(1401) 신호에 대한 프로파일(1511) 및 제 2 전극(1402) 신호에 대한 프로파일(1512) 사이의 거리에 기초하여 펜(1400)의 기울어진 정도를 판단할 수 있다. 한편, 감지 장치는 제 2 전극 신호를 이용하여 펜의 부가정보를 판단할 수도 있다. 제 1 전극(1401) 및 제 2 전극(1402)은 제 1 전극 신호 및 제 2 전극 신호를 주파수 분할 방식 또는 시분할 방식으로 송신할 수 있다. 한편, 기준 주파수를 가지는 제 2 전극 신호는 일정 주파수만 가지면 되므로, 펜(1400)은 제 2 전극 신호에 부가적인 정보를 코딩하여 전송할 수도 있다. 한편, 펜(1400)이 제 2 전극에서 기준 주파수와 함께 별도의 주파수로 부가 정보를 송신하는 경우에는, 감지 장치는 기준 주파수 신호가 아닌 부가 정보 신호를 이용하여 펜이 기울어진 방향 및 펜이 기울어진 정도 중 적어도 하나를 판단할 수도 있다.
도 16은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 감지 장치의 블록도를 도시한다. 감지 장치는 터치 패널(1300) 및 처리 회로(1340)를 포함할 수 있다. 도 16에서의 터치 패널(1300)은 x축 방향의 채널 전극과 y축 방향의 채널 전극이 교차하는 형태가 아닌, 매트릭스 셀(matrix cell) 형태의 채널 전극을 가질 수 있다. 이와 같은 매트릭스 셀 형태의 채널 전극은 디스플레이와 터치 패널이 일체화된 In-cell 구조 구현 시에, 공정수가 단축되어 제조 비용상의 장점을 가질 수 있다.
도 16의 실시예에서, 터치 패널(1300)은 신호의 감지를 위한 채널 전극(1601 내지 1604, 1611 내지 1614, 1621 내지 1624) 및 채널 전극과 처리 회로(1340)를 연결하는 연결 전극(1605 내지 1608, 1615 내지 1618, 1625 내지 1628)을 포함할 수 있다. 각 채널 전극은 연결 전극과 연결회로(1331)를 통하여 구동 회로(1632) 및 수신 회로(1633) 중 적어도 하나와 연결될 수 있다. 제어 회로(1334)는 구동 회로(1632) 및 수신 회로(1633) 중 적어도 하나와 연결 회로(1331)를 제어하여, 채널 전극으로 구동 신호를 전송하거나, 채널 전극으로부터의 신호를 수신할 수 있다.
도 17은 매트릭스 셀 형태의 터치 패널의 구동 시퀀스를 도시한다. 도 17에서는, 설명의 편의를 위하여, 연결 전극등은 생략되었다. 구동 회로(1632)의 설계 방법에 따라서는 손가락 터치 검출을 위한 스캔(scan)과 펜 터치 검출을 위한 스캔(scan)을 동일한 수신 회로(1633)를 이용하여 동시 진행하거나, 또는 손가락 터치 검출을 위한 스캔(scan)과 펜 터치 검출을 위한 스캔(scan)을 상이한 수신 회로를 이용하여 동시 진행 또는 순차 진행할 수 있다. 이러한 경우, 감지 장치는, 손가락의 터치 또는 펜의 터치 여부를 각각의 스캔을 통하여 독립적으로 판단해야 하므로 손가락의 터치만을 감지하는 경우에 비하여 스캔 시간이 증가할 수도 있다. 한편, 수신 회로에 여러 개의 채널 전극으로부터의 수신 신호를 동시에 처리할 수 있도록 복수의 수신 회로를 구비하게 되면, 센싱 속도가 증가되기는 하나, IC의 크기 또한 증가할 수도 있다. 이에 따라, 증가시킬 수 있는 수신 회로의 개수에는 제약이 있다. 도 17의 (a) 내지 (h)에 의한 감지 장치는 상술한 문제점을 도시한다. 예를 들어, 감지 장치는, 도 17의 (a) 내지 (d) 기간 동안에 로(row) 단위로 손가락 터치 감지를 위한 스캐닝을 수행하고, (e) 내지 (h) 기간 동안에 별도로 펜 터치 감지를 위한 스캐닝을 수행하여야 한다.
도 18a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 감지 장치의 블록도를 도시한다. 감지 장치는 터치 패널(1800) 및 연결 회로(1810)를 포함할 수 있다. 터치 패널(1800)은 적어도 하나의 채널 전극(1801 내지 1804)을 포함할 수 있다. 연결 회로(1810)는 손가락 터치 감지를 위한 스캔 기간 동안에 특정 채널 전극을 구동 회로(1821 내지 1823) 중 적어도 하나와 수신 회로(1831 내지 1833) 중 적어도 하나와 교번적으로 연결할 수 있다. 아울러, 펜 터치 감지 스캔 기간 동안에는, 연결 회로(1810)는 복수 개의 채널 전극을 단락시켜 수신 회로(1831 내지 1833) 중 적어도 하나에 연결할 수 있다. 예를 들어, 도 18b에서와 같이, 감지 장치는 연결 회로(1811)의 스위치(1841,1851)를 온 상태로 제어하고, 연결 회로(1511)의 나머지 스위치(1842,1843,1844,1852)를 오프 상태로 제어할 수 있다. 이에 따라, 전극(1801)이 구동 회로(1821)에 연결될 수 있다. 한편, 도 18c에서와 같이, 감지 장치는 연결 회로(1811)의 스위치(1841,1852)를 온 상태로 제어하고, 연결 회로(1511)의 나머지 스위치(1842,1843,1844,1852)를 오프 상태로 제어할 수 있다. 이에 따라, 전극(1801)이 수신 회로(1831)에 연결될 수 있다. 아울러, 도 18d에서과 같이, 감지 장치는 스위치(1841 내지 1844, 1852)를 온 상태로 제어하고, 스위치(1851)를 오프 상태로 제어할 수 있다. 이에 따라, 전극(1801 내지 1804)가 수신 회로(1831)에 연결될 수 있다. 감지 장치는, 다른 연결 회로(1812,1813)에도 동일한 스위치 동작을 수행할 수 있다.
도 19는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 감지 장치의 스캐닝을 설명하기 위한 개념도를 도시한다. 도 19의 (a) 단계에서 제 1 로우의 채널 전극들(1901,1911,1921)은 구동 회로 및 수신 회로에 교번적으로 연결될 수 있으며, 감지 장치는 커패시턴스 변경을 측정할 수 있다. 아울러, 도 19의 (b), (c) 및 (d)의 단계에서, 제 2 로우의 채널 전극들(1902,1912,1922), 제 3 로우의 채널 전극들(1903,1913,1923), 제 4 로우의 채널 전극들(1904,1914,1924)이 차례대로 구동 회로 및 수신 회로에 교번적으로 연결될 수 있다. 이와 같은 방식으로, 감지 장치는 손가락 터치 검출을 위한 스캔을 수행할 수 있다. 한편, 도 19의 (e) 단계에서, 감지 장치는 펜의 터치 검출을 위한 스캔을 수행할 수 있다. 펜의 터치 검출을 위한 스캔을 수행하는 경우에, 감지 장치는 각 컬럼의 채널 전극들을 서로 단락시킬 수 있다. 예를 들어, 감지 장치는, 제 1 컬럼의 채널 전극들(1901,1902,1903,1904)을 단락시키고, 제 2 컬럼의 채널 전극들(1911,1912,1913,1914)을 단락시키고, 제 3 컬럼의 채널 전극들(1921,1922,1923,1924)을 단락시킬 수 있다. 감지 장치는, 단락시킨 제 1 컬럼의 채널 전극들(1901,1902,1903,1904)을 수신 회로(1931)에 연결시키고, 단락시킨 제 2 컬럼의 채널 전극들(1911,1912,1913,1914)을 수신 회로(1932)에 연결시키고, 단락시킨 제 3 컬럼의 채널 전극들(1921,1922,1923,1924)을 수신 회로(1933)에 연결시킬 수 있다. 감지 장치는 각 컬럼의 채널 전극으로부터의 펜 신호의 크기를 측정할 수 있으며, 펜 신호의 크기가 임계치 이상인 것으로 판단되면, 수신된 컬럼에서 펜이 검출된 것으로 판단할 수 있다. 예를 들어, 감지 장치는 제 2 컬럼의 채널 전극들(1911,1912,1913,1914)에서 임계치 이상의 크기를 가지는 펜 신호를 검출한 것을 상정하도록 한다. 이 경우, 감지 장치는, 펜 신호가 검출된 컬럼의 단락을 해제할 수 있다. 감지 장치는, 예를 들어 제 2 컬럼의 채널 전극들(1911,1912,1913,1914)의 전극들 각각을 도 19의 (f) 내지 (i)와 같이 차례대로 수신 회로(1932)에 연결할 수 있다. 감지 장치는, 제 2 컬럼의 채널 전극들(1911,1912,1913,1914) 중 가장 큰 크기의 신호가 검출된 채널 전극에 펜이 위치한 것으로 판단할 수 있다.
도 20은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 감지 장치의 스캐닝을 설명하기 위한 개념도를 도시한다.
도 20의 (a)에서, 감지 장치는, 제 1 컬럼의 채널 전극들(1901,1902,1903,1904)을 단락시켜 수신 회로(1931)에 연결시키고, 제 2 컬럼의 채널 전극들(1911,1912,1913,1914)을 단락시켜 수신 회로(1932)에 연결시키고, 제 3 컬럼의 채널 전극들(1921,1922,1923,1924)을 단락시켜 수신 회로(1933)에 연결시킬 수 있다. 예를 들어,, 감지 장치는, 도 20의 (a)에서 컬럼 별 스캐닝을 수행할 수 있다. 도 20의 (b)에서, 감지 장치는, 펜 신호가 검출된 컬럼, 예를 들어 제 2 컬럼의 전극들(1911,1912,1913,1914) 각각을 수신 회로들(1931,1932,1933,1934) 각각에 연결시킬 수 있다. 이에 따라, 감지 장치는, 상대적으로 신속하게 스캔을 수행할 수 있다.
도 21a 및 21b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 감지 장치의 스캐닝을 설명하기 위한 개념도를 도시한다.
도 21a에서, 감지 장치는, 제 1 컬럼의 채널 전극들(1901,1902,1903,1904)을 단락시켜 수신 회로(1931)에 연결시키고, 제 2 컬럼의 채널 전극들(1911,1912,1913,1914)을 단락시켜 수신 회로(1932)에 연결시키고, 제 3 컬럼의 채널 전극들(1921,1922,1923,1924)을 단락시켜 수신 회로(1933)에 연결시킬 수 있다. 예를 들어, 감지 장치는, 도 21a에서 컬럼 별 스캐닝을 수행할 수 있다. 도 21b에서, 감지 장치는, 제 1 로우의 채널 전극들(1901,1911,1921)을 단락시켜 수신 회로(1934)에 연결시키고, 제 2 로우의 채널 전극들(1902,1912,1922)을 단락시켜 수신 회로(1933)에 연결시키고, 제 3 로우의 채널 전극들(1903,1913,1923)을 단락시켜 수신 회로(1932)에 연결시키고, 제 4 로우의 채널 전극들(1904,1914,1924)을 단락시켜 수신 회로(1931)에 연결시킬 수 있다. 예를 들어, 감지 장치는, 도 21b에서 로우 별 스캐닝을 수행할 수 있다. 상술한 과정을 통하여, 감지 장치는 컬럼 별 스캐닝 결과와 로우 별 스캐닝 결과에 기초하여, 펜의 x축 좌표 및 y축 좌표를 판단할 수 있다. 이 경우, 펜 신호의 세기가 커지게 되어 SNR이 증가할 수 있다. 상술한 실시예들에서는, 측정 단계에 따라서 채널 전극들 각각과 펜 신호를 수신하는 수신 회로의 다양한 연결을 도시하고 있으며, 이는 연결 회로의 조작에 의하여 구현될 수 있다.
이상의 실시예들에서는 서는 X축 방향의 펜 접촉 위치 감지를 위한 Scan 과 Y 축 방향의 펜 접촉 위치 감지를 위한 Scan 이 시간에 따라 순차적으로 이루어지게 된다. 한편, 도 22는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 펜 터치 검출을 위한 스캔 방법을 도시하고 있다. 도 22에서 채널 전극(2201,2207)은 단락되어서 수신회로(2222)에 연결되고, 채널 전극(2205,2211)은 서로 단락되어 수신 회로(2223)에 연결되고, 채널 전극(2203,2209)는 단락되어 수신 회로(2266) 에 연결된다. 수신 회로(2222,2223,2226)에서 수신된 신호는 펜의 X 축 방향 접촉 위치를 계산하는데 사용될 수 있다.
한편, 채널 전극(2202)은 수신 회로(2224)에 연결되고, 채널 전극(2204, 2206)은 서로 단락되어 수신 회로(2221)에 연결되고, 채널 전극(2208)은 수신 회로(2225)에 연결되고, 채널 전극(2210,2212)은 서로 단락되어 수신 회로(2227)에 연결될 수 있다. 수신 회로(2224,2221,2225,2227)에서 수신된 신호는 펜의 Y 축 방향 접촉 위치를 계산하는데 사용될 수 있다.
이와 같은 방법으로 펜 신호를 수신하게 되면, 감지 장치는 X 축 방향과 Y 축방향의 스캔을 별도의 시간에 진행할 필요가 없고, 동일한 시간에 스캔을 수행할 수 있어, 전체 스캔 시간이 감소할 수 있다. 예를 들어, 본 실시예에 따른 감지 장치는 매트릭스(Matrix) 형태로 배치된 채널 전극을 제 1 그룹과 제 2그룹으로 분류할 수 있다. 제 1 그룹의 채널 전극과 제 2 그룹의 채널 전극은 서로 교번적으로 배치될 수 있다. 감지 장치는, 제 1그룹의 채널 전극들을 Y 축 방향으로 서로 단락하며, 제 2그룹의 채널 전극들을 X 축 방향으로 서로 단락할 수 있다. 수신 회로는 제 1그룹과 제 2그룹의 채널 전극들로부터 동시에 펜 신호를 수신할 수 있다.
도 23은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 감지 장치의 스캐닝을 설명하기 위한 개념도를 도시한다. 도 23의 실시예에 따른 감지 장치는, 도 22와 기본적으로 동일한 원리에 따라 스캐닝을 수행할 수 있다. 도 23의 채널 전극은 다이아몬드 형태를 가질 수 있다. 감지 장치는 채널 전극들을 제 1 그룹의 채널 전극(2301,2302,2303,2321,2322,2323,2341,2342,2343)과 제 2 그룹의 채널 전극(2311,2312,2313,2314,2331,2332,2333,2334,2351,2352)로 분류할 수 있다. 감지 장치는, 제 1 그룹의 채널 전극(2301,2302,2303,2321,2322,2323,2341,2342,2343)은 y축 방향으로 단락시키고, 제 2 그룹의 채널 전극(2311,2312,2313,2314,2331,2332,2333,2334,2351,2352)은 x축 방향으로 단락시킨 후, 동시 스캔을 수행할 수도 있다.
한편, 펜을 연속적으로 사용하는 경우에는 펜의 새로운 위치는 펜의 현재 위치 근처에서 형성되게 된다. 이러한 경우에는, 감지 장치는 모든 채널 전극을 스캔할 필요 없이 기존 펜이 위치한 위치 근처의 채널 전극만을 스캔할 수도 있다. 이와 같은 방법을 사용하면 전체 채널 전극들을 서로 연결하는 경우에 대비해서 펜 신호가 수신되지 않는 채널 전극들은 연결이 되지 않으므로 펜 신호가 수신되지 않는 채널 전극으로부터 수신되는 잡음의 양이 감소할 수 있다. 도 24a 및 24b는 상술한 국소 스캔을 설명하기 위한 개념도이다. 도 24a에서, 감지 장치는, 앞선 측정에서 펜이 위치한 위치(pen location) 근처의 채널들을 컬럼 방향으로 서로 묶어서 스캔하여 펜 접촉의 X 축 방향의 좌표를 판단할 수 있다. 도 24b에서, 감지 장치는, 앞선 측정에서 펜이 위치한 위치 근처의 채널들을 로우 방향으로 서로 묶어서 스캔하여 펜 접촉의 Y 축 방향의 좌표를 추출할 수도 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른, 외부 전자 장치 또는 생체 중 적어도 하나의 위치를 감지하는 감지 장치의 제어 방법은, 복수 개의 전극들 중 적어도 하나의 제 1 전극에 구동 신호를 인가하도록 제어하는 동작; 상기 구동 신호에 의해 상기 복수 개의 전극들 중 적어도 하나의 제 2 전극에서 발생한 제 1 수신 신호를 상기 구동 신호와 동기화하여 복조(demodulation)하는 동작; 상기 복조된 제 1 수신 신호를 이용하여 상기 생체의 위치를 판단하는 동작; 상기 외부 전자 장치에서 발생한 제 2 수신 신호를, 상기 복수 개의 전극들 중 적어도 하나의 제 3 전극을 통하여 수신하여, 상기 제 2 수신 신호와 기설정된 범위의 차이를 가지는 주파수를 이용하여 변조하는 동작; 상기 변조된 제 2 수신 신호를 이용하여 상기 외부 전자 장치의 위치를 판단하는 동작을 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 제어 방법은, 상기 복조된 제 1 수신 신호 또는 상기 변조된 제 2 수신 신호를 축적하는 동작을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 제어 방법은, 상기 축적기에 누적된 상기 복조된 제 1 수신 신호 또는 상기 변조된 제 2 수신 신호를 디지털 신호로 변환하는 동작을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 제어 방법은, 상기 디지털 신호로부터 상기 제 2 수신 신호의 주파수 성분을 추출하고, 상기 추출된 주파수 성분을 기초로 상기 외부 전자 장치의 신호의 크기 또는 주파수를 연산하는 동작을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 제어 방법은, 상기 추출된 주파수 성분에 기초하여, 상기 외부 전자 장치의 필압, 상기 외부 전자 장치 내의 버튼의 눌림 여부, 및 상기 외부 전자 장치의 식별 정보 중 적어도 하나를 판단할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 제어 방법은, 상기 디지털 신호에서 특정 주파수 성분을 추출하고, 상기 특정 주파수 성분의 크기에 기초하여 상기 외부 전자 장치의 접촉 위치를 판단하는 동작을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 제어 방법은, 펌웨어(Firmware)를 사용한 소프트웨어(Software)적인 방법으로, 상기 디지털 신호로부터 제 2 수신 신호의 주파수 성분을 추출하고, 상기 추출된 적어도 하나의 주파수 성분을 기초로 상기 외부 전자 장치 신호의 크기 또는 주파수를 연산하는 동작을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 제어 방법은, 상기 복조된 제 1 수신 신호 또는 상기 변조된 제 2 수신 신호를 필터링하는 동작을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 제어 방법은, 상기 제 2 수신 신호를 상기 외부 전자 장치의 신호의 주파수와 기설정된 범위의 차이를 가지는 주파수에 따라 반전 또는 비반전시킴으로써, 상기 제 2 수신 신호를 변조할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 제어 방법은, 상기 비반전된 기간 동안에 축적된 상기 제 2 수신 신호는 차동 ADC(analog to digital converter)의 상기 제 1 입력단에 입력되도록 제어하고, 상기 반전된 기간 동안에 축적된 상기 제 2 수신 신호는 상기 차동 ADC의 상기 제 2 입력단에 입력되도록 제어하고, 상기 차동 ADC는, 상기 제 1 입력단에서 수신된 제 2 수신 신호와, 상기 제 2 입력단에서 수신된 제 2 수신 신호와의 차이를 디지털 신호로 변환할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 외부 전자 장치를 감지하기 위한 감지 장치의 제어 방법은, 상기 외부 전자 장치로부터 출력되는 제 1 신호 및 제 2 신호를 수신하는 동작; 및 상기 제 1 신호의 제 1 주파수와, 상기 제 2 신호의 제 2 주파수의 차이에 기초하여, 상기 외부 전자 장치의 필압, 상기 외부 전자 장치 내의 버튼의 눌림 여부 및 상기 외부 전자 장치의 식별 정보 중 적어도 하나를 판단하는 동작을 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 제어 방법은 상기 제 1 신호의 크기 및 상기 제 2 신호의 크기 중 적어도 하나에 기초하여, 상기 외부 전자 장치의 위치를 판단하는 동작을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 제어 방법은 상기 제 1 신호의 프로파일 및 상기 제 2 신호의 프로파일 사이의 상대적인 위치에 기초하여 상기 외부 전자 장치가 기울어진 방향 및 상기 외부 전자 장치가 기울어진 정도를 판단하는 동작을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 상기 제 1 주파수는 고정적이며, 상기 제 2 주파수는 가변적이며, 상기 외부 전자 장치는, 상기 외부 전자 장치의 필압, 상기 외부 전자 장치 내의 버튼의 눌림 여부 및 상기 외부 전자 장치의 식별 정보 중 적어도 하나에 대응하여, 상기 제 2 주파수를 변경할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 외부 전자 장치의 위치 및 생체의 위치 중 적어도 하나를 감지하는 감지 장치의 제어 방법은, 2차원 매트릭스 형태로 배치되는 복수 개의 채널 전극을 포함하는 터치 패널의 상기 복수 개의 채널 전극 각각에 대응하는 커패시턴스를 나타내는 제 1 수신 신호 또는 상기 외부 전자 장치로부터 발생된 외부 전자 장치 신호가 상기 터치 패널을 통하여 수신된 제 2 수신 신호를 수신하는 동작; 및 상기 제 1 수신 신호에 따른 상기 커패시턴스에 기초하여 상기 생체의 위치를 판단하며, 상기 외부 전자 장치의 검출을 위하여 상기 복수 개의 채널 전극 중 적어도 일부를 서로 단락시키도록 제어하고, 상기 단락된 적어도 일부의 채널 전극으로부터의 상기 제 2 수신 신호를 이용하여 상기 외부 전자 장치의 위치를 판단하는 동작을 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 제어 방법은, 제 1 기간 동안, 상기 복수 개의 채널 전극 중 적어도 일부를 단락시키도록 제어하고, 상기 단락된 적어도 일부의 채널 전극으로부터의 제 2 수신 신호를 감지하는 동작; 및 제 2 기간 동안, 단락된 적어도 일부의 채널 전극의 단락을 해제하고, 상기 적어도 일부의 채널 전극들 각각으로부터의 상기 제 2 수신 신호를 감지하는 동작을 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 제어 방법은, 상기 복수 개의 채널 전극 중 제 1 일부를 서로 단락시키고, 상기 복수 개의 채널 전극 중 제 2 일부를 서로 단락시키고, 상기 단락된 제 1 일부 및 상기 단락된 제 2 일부 각각으로부터의 수신 신호를 이용하여 상기 외부 전자 장치의 위치를 판단하는 동작을 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 상기 복수 개의 채널 전극은, 제 1 그룹 채널 전극 및 제 2 그룹 채널 전극을 포함하며, 상기 제 1 그룹 채널 전극과 상기 제 2 그룹 채널 전극은 서로 교번적으로 배치되고, 상기 제어 방법은, 상기 외부 전자 장치의 위치를 감지하기 위하여, 상기 제 1 그룹 채널 전극들을 제 1 방향으로 서로 단락시키고, 상기 제 2 그룹 채널 전극들을 제 2 방향으로 서로 단락시키도록 제어하고, 상기 제 1 그룹 채널 전극들로부터의 수신 신호 및 상기 제 2 그룹 채널 전극들로부터의 수신 신호를 실질적으로 동시에 측정하고, 측정 결과에 기초하여 상기 외부 전자 장치의 위치를 판단하는 동작을 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 제어 방법은, 기존에 판단한 외부 전자 장치의 위치에 기초하여, 상기 복수 개의 채널 전극 중 기존에 감지된 외부 전자 장치 위치 근처의 채널 전극으로부터 상기 제 2 수신 신호를 수신하도록 제어하는 동작을 포함할 수 있다.
상기 전자 장치의 전술한 구성요소들 각각은 하나 또는 그 이상의 부품(component)으로 구성될 수 있으며, 해당 구성 요소의 명칭은 전자 장치의 종류에 따라서 달라질 수 있다. 다양한 실시예에서, 전자 장치는 전술한 구성요소 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있으며, 일부 구성요소가 생략되거나 또는 추가적인 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다. 또한, 다양한 실시예에 따른 전자 장치의 구성 요소들 중 일부가 결합되어 하나의 개체(entity)로 구성됨으로써, 결합되기 이전의 해당 구성 요소들의 기능을 동일하게 수행할 수 있다.
본 문서에서 사용된 용어 “모듈”은, 예를 들면, 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어(firmware) 중 하나 또는 둘 이상의 조합을 포함하는 단위(unit)를 의미할 수 있다. “모듈”은, 예를 들면, 유닛(unit), 로직(logic), 논리 블록(logical block), 부품(component), 또는 회로(circuit) 등의 용어와 바꾸어 사용(interchangeably use)될 수 있다. “모듈”은, 일체로 구성된 부품의 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. “모듈”은 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는 최소 단위 또는 그 일부가 될 수도 있다. “모듈”은 기계적으로 또는 전자적으로 구현될 수 있다. 예를 들면,“모듈”은, 알려졌거나 앞으로 개발될, 어떤 동작들을 수행하는 ASIC(application-specific integrated circuit) 칩, FPGAs(field-programmable gate arrays) 또는 프로그램 가능 논리 장치(programmable-logic device) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 장치(예: 모듈들 또는 그 기능들) 또는 방법(예: 동작들)의 적어도 일부는, 예컨대, 프로그램 모듈의 형태로 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장매체(computer-readable storage media)에 저장된 명령어로 구현될 수 있다. 상기 명령어는, 프로세서에 의해 실행될 경우, 상기 하나 이상의 프로세서가 상기 명령어에 해당하는 기능을 수행할 수 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장매체는, 예를 들면, 메모리가 될 수 있다.
상기 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체는, 하드디스크, 플로피디스크, 마그네틱 매체(magnetic media)(예: 자기테이프), 광기록 매체(optical media)(예: CD-ROM(compact disc read only memory), DVD(digital versatile disc), 자기-광 매체(magneto-optical media)(예: 플롭티컬 디스크(floptical disk)), 하드웨어 장치(예: ROM(read only memory), RAM(random access memory), 또는 플래시 메모리 등) 등을 포함할 수 있다. 또한, 프로그램 명령에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다. 상술한 하드웨어 장치는 다양한 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지다.
다양한 실시예에 따른 모듈 또는 프로그램 모듈은 전술한 구성요소들 중 적어도 하나 이상을 포함하거나, 일부가 생략되거나, 또는 추가적인 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따른 모듈, 프로그램 모듈 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적, 병렬적, 반복적 또는 휴리스틱(heuristic)한 방법으로 실행될 수 있다. 또한, 일부 동작은 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 다른 동작이 추가될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 명령들을 저장하고 있는 저장 매체에 있어서, 상기 명령들은 적어도 하나의 프로세서에 의하여 실행될 때에 상기 적어도 하나의 프로세서로 하여금 적어도 하나의 동작을 수행하도록 설정된 것으로서, 상기 적어도 하나의 동작은, 복수 개의 전극들 중 적어도 하나의 제 1 전극에 구동 신호를 인가하도록 제어하는 동작; 상기 구동 신호에 의해 상기 복수 개의 전극들 중 적어도 하나의 제 2 전극에서 발생한 제 1 수신 신호를 상기 구동 신호와 동기화하여 복조(demodulation)하는 동작; 상기 복조된 제 1 수신 신호를 이용하여 상기 생체의 위치를 판단하는 동작; 외부 전자 장치에서 발생한 제 2 수신 신호를, 상기 복수 개의 전극들 중 적어도 하나의 제 3 전극을 통하여 수신하여, 상기 제 2 수신 신호와 기설정된 범위의 차이를 가지는 주파수를 이용하여 변조하는 동작; 상기 변조된 제 2 수신 신호를 이용하여 상기 외부 전자 장치의 위치를 판단하는 동작을 포함할 수 있다.
그리고 본 문서에 개시된 실시예는 개시된, 기술 내용의 설명 및 이해를 위해 제시된 것이며, 본 개시의 범위를 한정하는 것은 아니다. 따라서, 본 개시의 범위는, 본 개시의 기술적 사상에 근거한 모든 변경 또는 다양한 다른 실시예를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (20)

  1. 외부 전자 장치 또는 생체 중 적어도 하나의 위치를 감지하는 감지 장치에 있어서,
    복수 개의 전극들;
    상기 복수 개의 전극들 중 적어도 하나의 제 1 전극에 구동 신호를 인가하도록 제어하는 컨트롤러; 및
    상기 구동 신호에 의해 상기 복수 개의 전극들 중 적어도 하나의 제 2 전극에서 발생한 제 1 수신 신호를 상기 구동 신호와 동기화하여 복조(demodulation)하는 변복조 회로(modulation-demodulation circuit)
    를 포함하고,
    상기 컨트롤러는, 상기 복조된 제 1 수신 신호를 이용하여 상기 생체의 위치를 판단하고,
    상기 변복조 회로는, 상기 외부 전자 장치에서 발생한 제 2 수신 신호를, 상기 복수 개의 전극들 중 적어도 하나의 제 3 전극을 통하여 수신하여, 상기 제 2 수신 신호와 기설정된 범위의 차이를 가지는 주파수를 이용하여 변조하고,
    상기 컨트롤러는, 상기 변조된 제 2 수신 신호를 이용하여 상기 외부 전자 장치의 위치를 판단하도록 설정된 감지 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복조된 제 1 수신 신호 또는 상기 변조된 제 2 수신 신호를 축적하는 축적기
    를 더 포함하는 감지 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 축적기에 누적된 상기 복조된 제 1 수신 신호 또는 상기 변조된 제 2 수신 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC(analog-to-digital converter)
    를 더 포함하는 감지 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 디지털 신호로부터 상기 제 2 수신 신호의 주파수 성분을 추출하고, 상기 추출된 주파수 성분을 기초로 상기 외부 전자 장치의 신호의 크기 또는 주파수를 연산하도록 설정된 감지 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 추출된 주파수 성분에 기초하여, 상기 외부 전자 장치의 필압, 상기 외부 전자 장치의 버튼의 눌림 여부, 및 상기 외부 전자 장치의 식별 정보 중 대응하는 하나를 선택하도록 설정된 감지 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 디지털 신호에서 특정 주파수 성분을 추출하고, 상기 특정 주파수 성분의 크기에 기초하여 상기 외부 전자 장치의 접촉 위치를 판단하도록 설정된 감지 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 펌웨어(Firmware)를 사용한 소프트웨어(Software)적인 방법으로, 상기 디지털 신호로부터 제 2 수신 신호의 주파수 성분을 추출하고, 상기 추출된 적어도 하나의 주파수 성분을 기초로 상기 외부 전자 장치 신호의 크기 또는 주파수를 연산하도록 설정된 감지 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 복조된 제 1 수신 신호 또는 상기 변조된 제 2 수신 신호를 필터링하는 회로
    를 더 포함하는 감지 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 변복조 회로는, 상기 제 2 수신 신호를 상기 외부 전자 장치의 신호의 주파수와 기설정된 범위의 차이를 가지는 주파수에 따라 반전 또는 비반전시킴으로써, 상기 제 2 수신 신호를 변조하도록 설정된 감지 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    제 1 입력단 및 제 2 입력단을 가지는 차동 ADC(analog to digital converter)
    를 더 포함하고,
    상기 변복조 회로는, 상기 비반전된 기간 동안에 축적된 상기 제 2 수신 신호는 상기 차동 ADC의 상기 제 1 입력단에 입력되도록 제어하도록 설정되고, 상기 반전된 기간 동안에 축적된 상기 제 2 수신 신호는 상기 차동 ADC의 상기 제 2 입력단에 입력되도록 제어하도록 설정되고,
    상기 차동 ADC는, 상기 제 1 입력단에서 수신된 제 2 수신 신호와, 상기 제 2 입력단에서 수신된 제 2 수신 신호와의 차이를 디지털 신호로 변환하는 감지 장치.
  11. 외부 전자 장치를 감지하기 위한 감지 장치에 있어서,
    상기 외부 전자 장치로부터 출력되는 제 1 신호 및 제 2 신호를 수신하는 복수 개의 전극들; 및
    상기 제 1 신호의 제 1 주파수와, 상기 제 2 신호의 제 2 주파수의 차이에 기초하여, 상기 외부 전자 장치의 필압, 상기 외부 전자 장치 내의 버튼의 눌림 여부 및 상기 외부 전자 장치의 식별 정보 중 대응하는 하나를 선택하도록 설정된 컨트롤러
    를 포함하는 감지 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    크리스털 오실레이터를 포함하지 않는 감지 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 복수 개의 전극들 각각에 대응하는 상기 제 1 신호의 크기 및 상기 복수 개의 전극들 각각에 대응하는 상기 제 2 신호의 크기 중 적어도 하나에 기초하여, 상기 외부 전자 장치의 위치를 판단하도록 설정된 감지 장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 제 1 신호의 프로파일 및 상기 제 2 신호의 프로파일 사이의 상대적인 위치에 기초하여 상기 외부 전자 장치가 기울어진 방향 및 상기 외부 전자 장치가 기울어진 정도를 판단하도록 설정된 감지 장치.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 주파수는 고정적이며, 상기 제 2 주파수는 가변적이며,
    상기 외부 전자 장치는, 상기 외부 전자 장치의 필압, 상기 외부 전자 장치 내의 버튼의 눌림 여부 및 상기 외부 전자 장치의 식별 정보 중 적어도 하나에 대응하여, 상기 제 2 주파수를 변경하도록 설정된 감지 장치.
  16. 외부 전자 장치의 위치 및 생체의 위치 중 적어도 하나를 감지하는 감지 장치에 있어서,
    2차원 매트릭스 형태로 배치되는 복수 개의 채널 전극을 포함하는 터치 패널;
    상기 복수 개의 채널 전극 각각에 대응하는 커패시턴스를 나타내는 제 1 수신 신호 또는 상기 외부 전자 장치로부터 발생된 외부 전자 장치 신호가 상기 터치 패널을 통하여 수신된 제 2 수신 신호를 수신하는 수신 회로; 및
    상기 제 1 수신 신호에 따른 상기 커패시턴스에 기초하여 상기 생체의 위치를 판단하며, 상기 외부 전자 장치의 검출을 위하여 상기 복수 개의 채널 전극 중 적어도 일부를 서로 단락시키도록 제어하고, 상기 단락된 적어도 일부의 채널 전극으로부터의 상기 제 2 수신 신호를 이용하여 상기 외부 전자 장치의 위치를 판단하도록 설정된 컨트롤러
    를 포함하는 감지 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    제 1 기간 동안, 상기 복수 개의 채널 전극 중 적어도 일부를 단락시키도록 제어하고, 상기 단락된 적어도 일부의 채널 전극으로부터의 제 2 수신 신호를 감지하도록 설정되고,
    제 2 기간 동안, 단락된 적어도 일부의 채널 전극의 단락을 해제하고, 상기 적어도 일부의 채널 전극들 각각으로부터의 상기 제 2 수신 신호를 감지하도록 설정된 감지 장치.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 복수 개의 채널 전극 중 제 1 일부를 서로 단락시키고, 상기 복수 개의 채널 전극 중 제 2 일부를 서로 단락시키고, 상기 단락된 제 1 일부 및 상기 단락된 제 2 일부 각각으로부터의 수신 신호를 이용하여 상기 외부 전자 장치의 위치를 판단하도록 설정된 감지 장치.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 복수 개의 채널 전극은, 제 1 그룹 채널 전극 및 제 2 그룹 채널 전극을 포함하며, 상기 제 1 그룹 채널 전극과 상기 제 2 그룹 채널 전극은 서로 교번적으로 배치되고,
    상기 컨트롤러는,
    상기 외부 전자 장치의 위치를 감지하기 위하여, 상기 제 1 그룹 채널 전극들을 제 1 방향으로 서로 단락시키고, 상기 제 2 그룹 채널 전극들을 제 2 방향으로 서로 단락시키게 제어하고,
    상기 제 1 그룹 채널 전극들로부터의 수신 신호 및 상기 제 2 그룹 채널 전극들로부터의 수신 신호를 실질적으로 동시에 측정하고, 측정 결과에 기초하여 상기 외부 전자 장치의 위치를 판단하도록 설정된 감지 장치.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    기존에 판단한 외부 전자 장치의 위치에 기초하여, 상기 복수 개의 채널 전극 중 기존에 감지된 외부 전자 장치 위치 근처의 채널 전극으로부터 상기 제 2 수신 신호를 수신하게 제어하도록 설정된 감지 장치.
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KR20200039945A (ko) * 2018-10-08 2020-04-17 삼성전자주식회사 터치 입력에 기반하여 디스플레이에 대한 누름의 강도를 식별하기 위한 전자 장치 및 방법

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