KR20210101977A - 지문 감지 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

지문 감지 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 본 지문 감지 장치는, 터치 패널, 터치 패널에서 수신된 전기적 신호를 제1 극성의 신호로 증폭시키는 제1 적분기와 제2 극성의 신호로 증폭시키는 제2 적분기를 포함하는 증폭기 및 터치 패널 중 복수 개의 노드로부터 수신된 복수 개의 전기적 신호 각각에 대해 제1 시구간 동안 제1 적분기와 제2 적분기의 순서로 복수 회 반복 동작하는 제1 적분 프로세스 및 제2 시구간 동안 제2 적분기와 제1 적분기의 순서로 복수 회 반복 동작하는 제2 적분 프로세스를 수행하도록 상기 증폭기를 제어하는 프로세서 포함한다.

Description

지문 감지 장치 및 그 방법{Apparatus for sensing fingerprint and method thereof}
개시된 실시예들은 지문 감지 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 다중 적분기를 포함하는 지문 감지 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
지문 센서는 센서의 원리에 따라 주요하게 광학적 지문 센서, 반도체형 정전용량형 센서, 반도체형 온도 센서, 반도체형 압력 감지 센서, 초음파형 센서와 무선 주파수 (RF)형 센서 등으로 분류된다.
반도체 정전용량형 센서를 예로 들면, 수천 수만 개의 반도체 전자 기기가 집적된 "패널” 위에 손가락이 접하여 커패시턴스의 다른 일 면이 형성된다. 손가락 지문의 표면이 평탄하지 않고 볼록한 부분은 산에 대응되며 오목한 부분은 골에 대응되기에, 볼록한 부분과 오목한 부분이 패널과 접촉하는 실제 거리가 상이하도록 하고, 형성되는 커패시턴스의 수치도 동일하지 않은 것을 초래하며, 수집된 상이한 커패시턴스의 수치를 종합하여 지문의 수집을 완성한다.
한편, 반도체 정전용량형 지문 센서에 있어서, 통상적으로 하나의 적분기를 포함하고, 지문 커패시턴스의 베이스 커패시턴스, 지문과 가장 가까운 금속층에서 지면까지의 커패시턴스, 즉 기생 커패시턴스는 적분기에서 하나의 큰 베이스 신호를 형성하여 출력하고, 상기 베이스 신호의 크기는 지문 커패시턴스와 대응하는 유효 신호보다 훨씬 크다. 상기한 베이스 신호는 적분기를 쉽게 포화시켜 지문센서의 출력에 대한 다이나믹 범위를 줄이는 문제점이 있다.
일 실시예는 다중 적분기를 이용하여 출력 다이나믹 범위(Dynamic Range)를 크게 할 수 있는 지문 감지 장치 및 그 방법을 제공한다.
다중 적분기의 적분 순서를 변경함으로써 기생 커패시턴스 및 오프셋 전압의 오차를 줄일 수 있는 지문 감지 장치 및 그 방법을 제공할 수 있다.
터치 패널의 구동 주기 단위로 적분 프로세스를 변경함으로써 증폭기의 처리 로드를 줄일 수 있는 지문 감지 장치 및 그 방법을 제공할 수 있다.
적분 프로세스에 따라 보상값을 조절함으로써 적분 횟수를 증가시킬 수 있는 지문 감지 장치 및 그 방법을 제공할 수 있다.
일 측면(aspect)에 따르는 지문 감지 장치는, 사용자의 터치에 따라 전기적 신호가 변하는 노드 어레이를 포함하는 터치 패널; 상기 터치 패널에서 수신된 전기적 신호를 제1 극성의 신호로 증폭시키는 제1 적분기와 제2 극성의 신호로 증폭시키는 제2 적분기를 포함하는 하나 이상의 증폭기; 및 상기 터치 패널 중 복수 개의 노드로부터 수신된 복수 개의 전기적 신호 각각에 대해 제1 시구간 동안 상기 제1 적분기와 제2 적분기의 순서로 복수 회 반복 동작하는 제1 적분 프로세스 및 제2 시구간 동안 제2 적분기와 제1 적분기의 순서로 복수 회 반복 동작하는 제2 적분 프로세스를 수행하도록 상기 증폭기를 제어하는 프로세서;를 포함한다.
그리고, 상기 프로세서는, 상기 복수 개의 전기적 신호 모두에 대해 상기 제1 적분 프로세스가 수행된 후 상기 제2 적분 프로세스가 수행되도록 상기 증폭기를 제어할 수 있다.
또한, 상기 제2 시구간은 상기 제1 시구간과 중첩되지 않을 수 있다.
그리고, 상기 제2 시구간은 상기 제1 시구간의 다음 시구간일 수 있다.
또한, 상기 제1 시구간 크기와 상기 제2 시구간의 크기는 같을 수 있다.
그리고, 상기 제1 시구간 및 상기 제2 시구간 중 적어도 하나는, 상기 터치 패널의 1회 구동 주기와 같을 수 있다.
또한, 상기 터치 패널은, 제1 방향으로 배열된 제1 전극 라인들; 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 배열된 제2 전극 라인들;을 포함하고, 상기 복수 개의 노드는 제2 전극 라인들 중 하나의 제2 전극 라인과 상기 제1 전극 라인들이 교차하는 영역일 수 있다.
그리고, 상기 증폭기는, 상기 제1 및 제2 적분기 중 적어도 하나의 출력값을 조절하는 보상기;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 보상기는, 상기 출력값의 절대값을 작게 조절할 수 있다.
그리고, 상기 보상기는, 상기 제1 및 제2 적분기 중 어느 하나에 전하를 충전하는 충전 전류원; 및 상기 제1 및 제2 적분기 중 나머지 하나에 전하를 방전시키는 방전 전류원;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 프로세서는, 상기 제1 적분 프로세스의 출력값과 상기 제2 적분 프로세스의 출력값의 차가 작아지도록 상기 보상기를 제어할 수 있다.
그리고, 상기 프로세서는, 상기 제1 적분 프로세스 동안 상기 출력값의 제1 조절 정도와 상기 제2 적분 프로세스 동안 상기 출력값의 제2 조절 정도가 서로 다르도록 상기 보상기를 제어할 수있다.
또한, 상기 프로세서는, 상기 제1 적분 프로세스의 출력값이 상기 제2 적분 프로세스의 출력값보다 클 때, 상기 제1 조절 정도를 상기 제2 조절 정도보다 크게 결정할 수 있다.
그리고, 상기 제1 및 제2 적분기 각각은, 연산 증폭기 및 상기 연산 증폭기와 병렬 연결된 커패시터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 적분기에 포함된 연산 증폭기의 반전 단자와 상기 제2 적분기에 포함된 연산 증폭기의 비반전 단자에는 공통 전압이 인가될 수 있다.
그리고, 상기 프로세서는, 상기 제1 및 제2 적분 프로세스의 출력값을 이용하여 상기 사용자의 지문을 인식할 수 있다.
한편, 일 실시에예에 따른 지문 감지 방법은, 제1 시구간 동안 터치 패널 중 복수 개의 노드로부터 수신된 복수 개의 전기적 신호 각각을 제1 극성의 신호로 증폭시키는 제1 적분기와 제2 극성의 신호로 증폭시키는 제2 적분기가 순차적으로 복수 회 동작하는 제1 적분 프로세스를 수행하는 단계; 제2 시구간 동안 복수 개의 전기적 신호 각각을 제2 적분기와 제1 적분기가 순차적으로 복수 회 반복 동작하는 제2 적분 프로세스를 수행하는 단계; 및 상기 제1 적분 프로세스 및 제2 적분 프로세스의 결과를 이용하여 상기 터치 패널를 터치한 사용자의 지문을 감지하는 단계;를 포함한다.
그리고, 상기 제2 적분 프로세스를 수행하는 단계는, 상기 복수 개의 전기적 신호 모두에 대해 상기 제1 적분 프로세스가 수행된 후 수행될 수 있다.
또한, 상기 제2 시구간은 상기 제1 시구간과 중첩되지 않을 수 있다.
그리고, 상기 제2 시구간은 상기 제1 시구간의 다음 시구간일 수 있다.
또한, 상기 제1 시구간 크기와 상기 제2 시구간의 크기는 같을 수 있다.
그리고, 상기 제1 시구간 및 상기 제2 시구간 중 적어도 하나는, 상기 터치 패널의 1회 구동 주기와 같을 수 있다.
또한, 제1 및 제2 적분 프로세스 중 적어도 하나를 수행하는 단계는, 상기 제1 및 제2 적분기 중 적어도 하나의 출력값을 조절하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 출력값을 조절하는 단계는, 상기 출력값의 절대값을 작게 조절할 수 있다.
또한, 상기 출력값을 조절하는 단계는, 상기 제1 및 제2 적분기 중 어느 하나에 전하를 충전하는 단계 및 상기 제1 및 제2 적분기 중 나머지 하나에 전하를 방전하는 단계; 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제1 적분 프로세스의 수행 동안 상기 출력값의 제1 조절 정도와 상기 제2 적분 프로세스의 수행 동안 상기 출력값의 제2 조절 정도가 다를 수 있다.
또한, 상기 조절하는 단계는, 상기 제1 적분 프로세스의 수행 동안 상기 출력값의 제1 조절 정도와 상기 제2 적분 프로세스의 수행 동안 상기 출력값의 제2 조절 정도가 서로 다르도록 조절할 수 있다.
그리고, 상기 조절하는 단계는, 상기 제1 적분 프로세스의 출력값이 상기 제2 적분 프로세스의 출력값보다 클 때, 상기 제1 조절 정도를 상기 제2 조절 정도보다 크게 조절할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 지문 감지 장치를 나타내는 이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 터치 패널을 보여준다.
도 3은 일 실시예에 따른 수신 회로의 예를 도시한 블럭도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 하나의 제2 전극 라인에 연결된 증폭기를 도시한 도면이다.
도 5는 도 4에 나타낸 다중 적분기에 포함된 각 스위치 및 특정 노드에서의 전압을 나타낸 타이밍도이다.
도 6은 기생 커패시턴스와 오프셋 전압차가 발생된 증폭기를 도시한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 다중 적분기의 시구간별 동작 상태를 나타내는 타이밍도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 보상기에 의한 다중 적분기의 출력 값을 나타내는 타이밍도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 지문 감지 장치의 동작 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 10은 일 실시예에 따른 적분 프로세스를 설명하는 참조도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 오로지 예시를 위한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 하기 실시예는 기술적 내용을 구체화하기 위한 것일 뿐 권리 범위를 제한하거나 한정하는 것이 아님은 물론이다. 상세한 설명 및 실시예로부터 해당 기술분야의 전문가가 용이하게 유추할 수 있는 것은 권리범위에 속하는 것으로 해석된다.
본 명세서에서 사용되는 '구성된다' 또는 '포함한다' 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 '제1' 또는 '제2' 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용할 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1은 일 실시예에 따른 지문 감지 장치(100)를 나타내는 블럭도이고, 도 2는 도 1의 터치 패널(110)을 도 1를 참조하면, 지문 감지 장치(100)는, 터치 패널(110), 송신 회로(120), 수신 회로(130) 및 프로세서(140)를 포함할 수 있다. 도 1의 지문 감지 장치(100)에는 관련된 구성요소들만이 도시되어 있으나, 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음은 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다. 예시적으로, 터치 감지 장치(100)는 정전식(capacitive) 감지 장치일 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 터치 패널(110)을 보여준다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 터치 패널(110)은 터치 영역(111)에 배열된 제1 전극 라인들(TL) 및 제2 전극 라인들(SL)을 포함한다.
제1 전극 라인들(TL)은 터치 영역(111)에서 가로축의 방향으로 평행하게 제공될 수 있다. 제2 전극 라인들(SL)은 터치 영역(111)에서 세로축의 방향으로 평행하게 배열될 수 있다. 제2 전극 라인들(SL)은 제1 전극 라인들(TL)의 위에 제공될 수 있다. 제1 전극 라인들(TL) 및 제2 전극 라인들(SL)은 전기적으로 절연될 수 있다.
제1 전극 라인들(TL) 및 제2 전극 라인들(SL)은 라인으로 도시되어 있다. 그러나, 이에 한정되지 않는다. 제2 전극 라인들(SL) 각각은 제1 전극 라인들(TL)과 제2 전극 라인들(SL)이 교차하는 노드들 사이에 마련된 소정의 패턴들을 더 포함할 수도 있다. 상술한 패턴은 다각형, 원형 등 다양한 모양을 가질 수 있다. 마찬가지로, 제1 전극 라인들(TL) 각각도 상술한 노드들 사이에 마련된 소정의 패턴들을 더 포함할 수도 있다. 제1 전극 라인들과 제2 전극 라인들이 교차하는 영역은 노드 될 수 있다.
터치 패널(110) 상에 사용자의 손가락이 접근하면, 터치 패널(110)의 제1 전극 라인들(TL) 각각과 제2 전극 라인들(SL) 사이의 상호 정전용량(mutual capacitance)이 달라질 수 있다. 예를 들어, 사용자 손가락의 지문 패턴의 특성에 따라, 터치 패널(110)에서 제1 전극 라인들(TL)과 제2 전극 라인들(SL)이 교차하는 영역들(즉, 노드들) 각각에서의 상호 정전용량이 서로 다르게 변할 수 있다.
제1 전극 라인들(TL)은 구동 라인들(DL)에 각각 연결된다. 제2 전극 라인들(SL)은 감지 라인들(SL)에 각각 연결된다. 구동 라인들(DL) 및 감지 라인들(SL)은 수신 회로(130)에 연결될 수 있다.
송신 회로(120)는 구동 라인들(DL)에 연결된다. 송신 회로(120)는 프로세서(140)의 제어에 따라, 구동 라인들(DL)에 전압을 인가하도록 구성된다. 예시적으로, 송신 회로(120)는 순차적인 일련의 펄스들을 포함하는 펄스 신호를 구동 라인들(DL)에 순차적으로 공급할 수 있다.
수신 회로(130)는 감지 라인들(SL)에 연결된다. 수신 회로(130)는 프로세서(140)의 제어에 따라, 감지 라인들(SL)을 통해 전달되는 신호를 감지하도록 구성된다. 수신 회로(130)는 감지된 신호를 디지털 신호로 변환하여 프로세서(140)로 전달할 수 있다.
예를 들어, 지문을 감지하기 위해 송신 회로(120)는 제1 전극 라인들(TL) 각각에 순차적으로 서로 다른 구동 신호를 인가할 수 있다. 또한, 수신 회로(130)는 제2 전극 라인들(SL) 각각을 통해 개별적으로 전기적 신호를 수신할 수 있다. 예를 들어, 상호 정전용량(C11)을 측정하고자 하는 경우, 제1 전극 라인(TL1)에만 구동 신호를 인가하고, 제1 전극 라인(RL1)에서 전기 신호를 측정할 수 있다. 마찬가지로 상호 정전용량(Cmn)을 측정하고자 하는 경우, m번째 제1 전극 라인(TLm)에만 구동 신호를 인가하고, n번째 제2 전극 라인(RLn)에서 전기 신호를 측정할 수 있다.
프로세서(140)는 송신 회로(120) 및 수신 회로(130)의 동작들을 전반적으로 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(140)는 송신 회로(120)가 제1 전극 라인들(TL) 각각에 인가하는 전압 펄스의 크기, 인가 시간 등을 제어할 수 있다. 또한, 프로세서(140)는 제1 전극 라인들(TL) 중 일부에 전압 펄스가 인가될 수 있도록 송신 회로(120)를 제어할 수 있다.
프로세서(140)는 수신 회로(130)가 수신한 전류 또는 전위를 이용하여 사용자 지문과 관련한 영상 데이터를 생성하고 처리할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(140)는 수신 회로(130)가 수신한 전류 또는 전위를 이용하여 지문 영역에 대응하는 지문 영상 데이터를 생성 및 처리하고, 영상 데이터에 포함된 픽셀 값들을 분석하여 특징점 데이터를 생성 및 처리할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 수신 회로(130)의 예를 도시한 블럭도이다. 도 1 및 도 3을 참조하면, 수신 회로(130)는 복수의 감지부들(131)을 포함한다.
복수의 감지부들(131) 각각은 전하 증폭기(CA), 신호 처리기(SP), 아날로그-디지털 변환기(ADC), 및 필터(FIR) 등을 포함할 수 있다.
전하 증폭기(CA)는 감지 라인들(SL)을 통해 수신되는 신호(예를 들어, 전류 신호)를 전압 신호로 변환할 수 있다.
신호 처리기(SP)는 전하 증폭기(CA)의 출력 신호를 처리할 수 있다. 예를 들어, 신호 처리기(SP)는 전하 증폭기(CA)의 출력 신호를 복조하고, 필터링을 수행할 수 있다. 신호 처리기(SP)는 전하 증폭기(CA)의 출력 신호를 직류(DC) 신호로 변환할 수 있다.
아날로그-디지털 변환기(ADC)는 신호 처리기(SP)의 출력 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 아날로그-디지털 변환기(ADC)의 출력 신호는 필터(FIR)에서 필터링될 수 있다. 그리고, 필터링된 디지털 신호는 프로세서(140)에 전달될 수 있다.
예시적으로, 전하 증폭기(CA) 및 신호 처리기(SP)는 아날로그 신호를 처리하고, 필터(FIR)는 디지털 신호를 처리할 수 있다.
한편, 지문 감지 장치(100)가 고해상도의 센싱 해상도로 구동되는 경우, 제1 전극 라인들(TL)의 폭이 매우 좁을 수 있다. 제1 전극 라인들(TL)의 폭이 좁아지게 되면, 상호 정전용량을 측정하는 동안 활성화 되는 노드의 면적이 작아지게 된다. 활성화되는 노드의 면적이 작아지게 되면 획득되는 신호의 세기가 작아질 수 있고, 노드들 각각에서 측정되는 상호 정전용량의 변화량이 너무 작게 되어 정확한 측정이 어려울 수 있다. 또한 터치 패널(110)의 제1 및 제2 전극 라인들(TL, SL)을 덮는 커버층이 두꺼워질수록, 사용자의 터치에 따라 노드들의 상호 정전용량의 변화량이 작아서 정확한 측정이 어려울 수 있다. 따라서, 일 실시예에 따른 지문 감지 장치(100)의 증폭기(CA)는 복수 개의 적분기를 포함할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 하나의 제2 전극 라인(RLj)에 연결된 증폭기(CA)를 도시한 도면이다. 예를 들어, 수신 회로(130)의 j번째 증폭기(CA)는 제2 전극 라인(RLj)에 전기적으로 연결되어 있으며, 제1 전극 라인들(TL)이 구동 신호에 따라 상호 정전용량을 순차적으로 증폭시킬 수 있다. 도 4를 참조하면, 증폭기(CA)의 최종 출력신호는 나타낸 제1 출력 단자(OUT1) 및 제2 출력 단자(OUT2) 간의 전위차로서 정의될 수 있다.
증폭기(CA)는 터치 패널(110)에서 수신된 전기적 신호를 극성이 서로 다른 신호로 증폭시키는 다중 적분기(210)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 다중 적분기(210)는 터치 패널(110)에서 수신된 전기적 신호를 음의 신호로 증폭시키는 제1 적분기(212)와 터치 패널(110)에서 수신된 전기적 신호를 양의 신호로 증폭시키는 제2 적분기(214)를 포함할 수 있으며, 제1 적분기(212)는 제1 출력 단자(OUT1)와 연결되고, 제2 적분기(214)는 제2 출력 단자(OUT2)와 연결될 수 있다.
제1 및 제2 적분기(212, 214) 각각은 병렬 연결된 연산 증폭기(OA1, OA1) 및 리셋 스위치(SR1, SR2)를 포함할 수 있다. 또한, 증폭기(CA)는 제2 전극 라인(SLj)과 제1 적분기(212)를 연결시키는 제1 스위치(S1), 및 제2 전극 라인(SLj)과 제2 적분기(214)를 연결시키는 제2 스위치(S2)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 제1 적분기(212)의 제1 연산 증폭기(OA1)의 반전 입력단자(-)와 상호 커패시턴스를 형성하는 커패시터의 일 단자인 제2 전극 라인(SLj)은 제1 스위치(S1)를 통해 서로 연결될 수 있다. 그리고 제1 연산 증폭기(OA1)의 반전 입력단자(-)와 제1 출력 단자(OUT1)는 제1 커패시터(CS1)를 통해 서로 연결될 수 있다. 그리고 제1 연산 증폭기(OA1)의 반전 입력단자(-)와 제1 출력 단자(OUT1)는 제1 리셋 스위치(SR1)를 통해 서로 연결될 수 있다. 제1 연산 증폭기(OA)의 비반전 입력단자(+)에는 기준 전압(Vcom)이 연결될 수 있다.
제2 연산 증폭기(OA2)의 반전 입력단자(-)와 제2 전극 라인(SLj)은 제2 스위치(S2)를 통해 서로 연결될 수 있다. 그리고 제2 연산 증폭기(OA2)의 반전 입력단자(-)와 제2 출력 단자(OUT2)는 제2 커패시터(CS2)를 통해 서로 연결될 수 있다. 그리고 제2 연산 증폭기(OA2)의 반전 입력단자(-)와 제2 출력 단자(OUT2)는 제2 리셋 스위치(SR2)를 통해 서로 연결될 수 있다. 제2 연산 증폭기(OA2)의 비반전 입력단자(+)는 기준 전압(Vcom)이 연결될 수 있다.
이때, 상기 제1 커패시터(CS1) 및 제2 커패시터(CS2)는 제2 전극 라인(SLj)을 통해 흐르는 전하를 축적하여 저장하는 적분 커패시터로서 기능할 수 있다.
프로세서(140)는 제1 및 제2 스위치(S1, S2), 제1 및 제2 리셋 스위치(SR1, SR2)의 동작 상태를 제어할 수 있다.
도 5는 도 4에 나타낸 다중 적분기(210)에 포함된 각 스위치 및 특정 노드(예를 들어, Cij)에서의 전압을 나타낸 타이밍도이다. 도 5에서, 가로축은 시구간을 나타낸다.
도 5의 (a)는 시구간에 따른 제1 연산 증폭기(OA1)의 출력 단자의 제1 출력 전압(VOUT1) 및 시구간에 따른 제2 연산 증폭기(OA2)의 출력 단자의 제2 출력 전압(VOUT2)을 그래프로 나타낸다
도 5의 (b)는 제1 및 제2 리셋 스위치(SR1, SR2)의 온/오프 상태를 제어하는 신호를 나타낸다.
도 5의 (c)는 제1 전극 라인(TLi)의 전위(VTi)를 나타낸다.
도 5의 (d) 및 도 5의 (e) 각각은 제1 스위치(S1), 제2 스위치(S2)의 온/오프 상태를 제어하는 신호를 나타낸 것이다.
제1 및 제2 적분기(212, 214)에 리셋 신호가 인가된 후, 제1 전극 라인(TLi)에 온 신호가 인가된 상태에서, 제1 스위치(S1)가 온되고 제2 스위치(S2)가 오프되면 제1 연산 증폭기(OA1)가 구동되어 제1 커패시터(CS1)에서 전하(Q)가 방전된다. 전하의 방전으로 인해, 이에 상응하는 전하가 제1 출력 단자(OUT1)에서 감소함으로써 제1 출력 단자(OUT1)에서는 도 5에서처럼 점선의 파형을 그리는 출력 신호가 발생된다.
다음, 제1 전극 라인(TLi)에 온 신호가 인가된 상태에서, 제1 스위치(S1)가 오프되고 제2 스위치(S2)가 온되면 제2 연산 증폭기(OA2)가 구동되어 제2 커패시터(CS2)에 전하가 충전된다. 전하의 충전으로 인해 이에 상응하는 전하가 제2 출력 단자(OUT2)에서 증가함으로써 제2 출력 단자(OUT2)에서는 도 5에서 실선 파형을 그리는 출력 신호가 발생된다.
상기와 같이, 제1 및 제2 스위치(S1, S2)를 순차적으로 N회 온/오프시키면 전하는 N회 방전 및 충전을 반복하게 되고, 그 결과 출력된 출력 신호의 크기는 커지게 된다. 상기와 같이 복수 개의 적분기를 번걸아 가면서 구동하기 때문에 제1 출력 단자(OUT1)와 제2 출력 단자(OUT2) 간의 출력 신호의 차이(OP1)만큼 적분 효과를 볼 수 있어, 출력 다이나믹 범위(Dynamic Range)를 크게 할 수 있다.
구체적으로, 두 개의 적분기를 번갈아 가면서 구동하면, 지문의 융골간의 깊이 차이로 인하여 발생하는 신호의 차이인 만큼 증폭기(CA)의 출력값이 상이할 수 있다. 그리하여, 적분 횟수를 늘릴수록 지문의 융골간의 신호 차이를 크게 얻을 수 있는 바, 두꺼운 커버 두께 및 전극 라인들의 폭으로 인해 발생하는 부정확도를 완화시킬 수 있다.
한편, 증폭기(CA)의 입력되는 전기적 신호는 피사체의 터치에 대응하는 노드 사이에 형성된 '감지 커패시턴스(C)' 뿐만 아니라 터치 패널(110) 중 대응하는 노드가 아닌 노드들의 커패시턴스 또는 수신 회로(130)에 포함하는 지문 감지 장치(100)의 금속 물질들의 임의의 영역에서 형성된 기생 커패시턴스(Cp)도 포함할 수 있다. 만일 제2 전극 라인(SL) 근처에 피사체의 손가락이 존재하지 않는다면 '감지 커패시턴스'의 값은 0에 가까운 값을 가질 수 있지만 증폭기(CA)의 입력단에는 여전히 기생 커패시턴스(Cp)에 의한 입력 신호가 인가될 수 있다. 이러한 기생 커패시턴스(Cp)는 제1 및 제2 적분기(212, 214)의 전압 포화를 야기하여 다중 적분기(210)의 적분 횟수를 제한할 수 있다.
뿐만 아니라, 증폭기(CA)의 구성요소를 공정함에 있어서, 공정 편차로 인해 제1 연산 증폭기(OA1)와 제2 연산 증폭기(OA2)간의 오프셋 전압차(ΔV)가 발생할 수 있다. 즉, 제1 연산 증폭기(OA1)의 비반전 입력 단자(+)와 제2 연산 증폭기(OA2)의 비반전 입력 단자(+)에 서로 다른 전위가 인가된 것처럼 동작할 수 있다.
도 6은 기생 커패시턴스(Cp)와 오프셋 전압차(ΔV)가 발생된 증폭기(CA')를 도시한 도면이다.
제1 및 제2 연산 증폭기(OA1, OA2)의 비반전 입력단자(+)에 각각 동일한 기준 전압(Vcom)을 인가하더라도, 각 연산 증폭기(OA1, OA2) 간의 편차 때문에 제1 및 제2 연산 증폭기(OA1, OA2)의 각 비반전 입력 단자(+)에 실질적으로 서로 다른 전위(Vcom, Vcom+ΔV)가 인가된 것처럼 동작할 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 연산 증폭기(OA1)의 비반전 입력단자(+)에는 실질적으로 Vcom이 인가된 것처럼 동작하고, 제2 연산 증폭기(OA2)의 비반전 입력단자(+)에는 실질적으로 Vcom+ΔV이 인가된 것처럼 동작할 수 있다.
이와 같은 연산 증폭기(OA1, OA2)들 간의 공정편차에 의해 적분 장치의 출력 신호에는 오류가 발생할 수 있다. 이러한 오류를 제거하기 위하여, 일 실시예에 따른 증폭기(CA)는 제1 스위치(S1)와 제2 스위치(S2)의 동작순서를 변경시키는 방법으로 증폭기(CA)의 출력값을 획득하는 적분 프로세스를 수행할 수 있다. 2개의 적분 프로세서(140)를 통해 얻은 값들을 이용하여 터치 입력에 관한 1개의 정보를 얻을 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 다중 적분기(210)의 시구간별 동작 상태를 나타내는 타이밍도이다.
도 7에서 상기 제1 적분 프로세스, 제2 적분 프로세스 각각은 제1 시구간(T1i) 및 제2 시구간(T2i) 동안 수행될 수 있다.
제1 적분 프로세스는 터치 패널(110)에서 수신된 전기적 신호를 제1 적분기(212)가 증폭시키고 나서 제2 적분기(214)가 증폭시키는 동작을 의미할 수 있다. 그리하여, 제1 적분 프로세스는 제1 스위치(S1), 제2 스위치(S2)가 연속하여 각각 1번씩 오프상태-온상태-오프상태의 변이를 겪으면 1개의 적분 횟수가 완성된다.
구체적으로, 제1 시구간(T1i)에서 연산 증폭기들(OA1, OA2)이 리셋된 직후, 제1 적분 프로세스의 적분 횟수마다 제1 스위치(S1), 및 제2 스위치(S2)의 순서로 온상태가 전환될 수 있다. 예를 들어, 제1 시구간(T1i)에서 제1 전극 라인(TLi)에 온 신호가 인가된 상태에서, 제1 스위치(S1)가 온되고 제2 스위치(S2)가 오프되면 제1 연산 증폭기(OA1)가 구동되어 제1 커패시턴(CS1)에서 전하가 방전된다. 전하의 방전으로 인해, 이에 상응하는 전하가 제1 출력 단자(OUT1)에서 감소함으로써 제1 출력 단자(OUT1)에서는 도 7에서처럼 점선의 파형을 그리는 출력 신호가 발생된다.
다음, 제1 전극 라인(TLi)에 온 신호가 인가된 상태에서, 제1 스위치(S1)가 오프되고 제2 스위치(S2)가 온되면 제2 연산 증폭기(OA2)가 구동되어 제2 커패시터(CS2)에서 전하가 충전된다. 전하의 충전으로 인해 이에 상응하는 전하가 제2 출력 단자(OUT2)에서 증가함으로써 제2 출력 단자(OUT2)에서는 도 7에서 실선 파형을 그리는 출력 신호가 발생된다.
제1 적분 프로세서(140)는 제1 적분기(212)에서 제2 적분기(214)의 순서로 복수 회 반복 동작할 수 있다. 도 7에서 제1 적분 프로세서는 2회의 적분 횟수로 형성되었음을 나타낸다.
제2 적분 프로세스는 터치 패널(110)에서 수신된 전기적 신호를 제2 적분기(214)가 증폭시키고 나서 제1 적분기(212)가 증폭시키는 동작을 의미할 수 있다. 그리하여, 제2 적분 프로세스는 제2 스위치(S2), 제1 스위치(S1) 가 연속하여 각각 1번씩 오프상태-온상태-오프상태의 변이를 겪으면 1개의 적분 횟수가 완성된다. 제2 적분 프로세서(140)는 제2 적분기(214)와 제1 적분기(212)의 순서로 복수 회 반복 동작할 수 있다.
구체적으로, 제2 시구간에서 연산 증폭기들(OA1, OA2)이 리셋된 직후, 제2 적분 프로세스의 적분 횟수마다 제2 스위치(S2) 및 제1 스위치(S1)의 순서로 온상태가 전환될 수 있다. 예를 들어, 제2 시구간(T2i)에서 제1 전극 라인(TLi)에 온 신호가 인가된 상태에서, 제2 스위치(S2)가 온되고 제1 스위치(S1)가 오프되면 제2 연산 증폭기(OA2)가 구동되어 제2 커패시터(CS2)에서 전하가 방전된다. 전하의 방전으로 인해, 이에 상응하는 전하가 제2 출력 단자(OUT2)에서 감소함으로써 제2 출력 단자(OUT2)에서는 도 7에서처럼 실선의 파형을 그리는 출력 신호가 발생된다.
다음, 제1 전극 라인(TLi)에 온 신호가 인가된 상태에서, 제2 스위치(S2)가 오프되고 제1 스위치(S1)가 온되면 제1 연산 증폭기(OA1)가 구동되어 제1 커패시터(CS1)에서 전하가 충전된다. 전하의 충전으로 인해 이에 상응하는 전하가 제1 출력 단자(OUT1)에서 증가함으로써 제1 출력 단자(OUT1)에서는 도 7에서 점선 파형을 그리는 출력 신호가 발생된다.
제2 적분 프로세서(140)는 제2 적분기(214)와 제1 적분기(212)가 순차적으로 복수 회 반복 동작할 수 있다. 도 7에서는 2회의 적분 횟수가 제2 적분 프로세스를 형성함을 나타낸다.
제1 적분 프로세스의 출력값(OP1) 및 제2 적분 프로세스의 출력값(OP2) 모두 기생 커패시턴스(Cp)와 오프셋 전압차(ΔV)에 의해 영향을 받는다. 예를 들어, 제1 적분 프로세스의 출력값(OP1)은 기생 커패시턴스(Cp) 및 오프셋 전압차(ΔV)에 의해 크게 되고, 제1 적분 프로세스의 출력값(OP2)은 기생 커패시턴스(Cp) 및 오프셋 전압차(ΔV)에 의해 작게 된다. 그리하여, 제1 및 제2 적분 프로세스의 출력값(OP1, OP2) 모두 이용함으로써, 기생 커패시턴스(Cp) 및 오프셋 전압차(ΔV)를 제거할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 적분 프로세스의 출력값(OP1, OP2)에 대한 합 또는 평균값을 증폭기(CA)의 출력값으로 결정할 수 있다.
한편, 제1 및 제2 적분 프로세스를 이용한다 하더라도 각 적분 프로세스는 여전히 기생 커패시턴스(Cp)와 오프셋 전압차(ΔV)에 의해 영향을 받는 바, 적분 횟수를 늘리는데 한계가 있다. 도 7에서는 제1 적분 프로세서(140)의 출력값에 의해 적분 횟수가 제한될 수 있다.
제1 적분 프로세스와 제2 적분 프로세스 각각을 수행할 때 출력값을 조절함으로써 적분 횟수를 증가시킬 수 있다. 일 실시예에 따른 증폭기(CA)는 제1 및 제2 적분 프로세스 중 적어도 하나의 출력값 즉, 출력값을 조절하는 보상기(220)를 더 포함할 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 증폭기(CA)는 제1 및 제2 적분기(212, 214)에 일정한 크기의 전류를 인가하는 보상기(220)를 더 포함할 수 있다. 보상기(220)는 제1 및 제2 적분기(212, 214) 중 어느 하나에 전하를 방전시키는 방전 전류원(222), 제1 및 제2 적분기(212, 214) 중 나머지 하나에 전하를 충전 시키키는 충전 전류원(224)를 포함할 수 있으며, 방전 전류원(222)과 다중 적분기(210)를 연결하는 제3 스위치(S3) 및 방전 전류원(222)과 다중 적분기(210)를 연결하는 제4 스위치(S4)를 포함할 수 있다.
프로세서(140)는 제1 및 제2 스위치(S1, S2)를 제어함으로써 다중 적분기(210)에 전하를 충전하거나 방전함으로서 다중 적분기(210)의 출력값을 조절할 수 있다. 프로세서(140)는 적분 횟수에 대한 다중 적분기(210)의 출력값의 변화량이 작아지도록 보상기(220)를 제어할 수 있다. 프로세서(140)는 다중 적분기(210)에 연결된 제1 및 제2 스위치(S1, S2)와 보상기(220)에 연결된 제3 및 제4 스위치(S3, S4)가 서로 동기화하여 동작하고, 다중 적분기(210)에 입력되는 전류와 보상기(220)에 입력되는 전류의 방향성(즉, 부호)가 서로 동일하게 되도록 동기화할 수 있다. 그러면, 다중 적분기(210)의 출력값의 상승 엣지에서 상승폭이 작아지며, 하강 엣지에서 하강폭이 작아질 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 보상기(220)에 의한 다중 적분기(210)의 출력 값을 나타내는 타이밍도이다.
도 8의 (a)는 시구간에 따른 제1 연산 증폭기(OA1)의 출력 단자의 제1출력전압(VOUT1) 및 시구간에 따른 제2 연산 증폭기(OA2)의 출력 단자의 제2출력전압(VOUT2)을 그래프로 나타낸다
도 8의 (b)는 제1 및 제2 리셋 스위치(SR1, SR2)의 온/오프 상태를 제어하는 신호를 나타낸다.
도 8의 (c)는 제1 전극 라인의 전위(VTi)를 나타낸다.
도 8의 (d) 및 도 8의 (e) 각각은 제1 스위치(S1), 제2 스위치(S2)의 온/오프 상태를 제어하는 신호를 나타낸다.
도 8의 (f) 및 도 8의 (g) 각각은 제3 스위치(S3), 제4 스위치(S4)의 온/오프 상태를 제어하는 신호를 나타낸다. 제3 스위치(S3)의 신호는 제1 스위치(S1)의 신호에 동기화되고 제4 스위치(S4)의 신호는 제1 스위치(S1)의 신호에 동기화될 수 있다. 이때, 제3 스위치(S3)의 온 상태에 대한 지속 시구간은 제1 스위치(S1)의 온 상태에 대한 지속 시구간보다 짧을 수 있으며, 제4 스위치(S4)의 온 상태에 대한 지속 시구간은 제2 스위치(S2)의 온 상태에 대한 지속 시구간보다 짧을 수 있다.
제1 및 제2 적분기(212, 214)에 리셋 신호가 인가된 후, 제1 전극 라인(TLi)에 온 신호가 인가된 상태에서, 제1 스위치(S1) 및 제3 스위치(S3)가 온되고 제2 스위치(S2) 및 제4 스위치(S4)가 오프되면, 제2 전극 라인(SLj)에서 인가되는 전류는 다중 적분기(210)와 보상기(220)로 분산된다. 그리하여, 제1 연산 증폭기(OA1)가 구동된다 하더라도 제1 커패시터(CS1)에서 방전되는 전하의 양은 작아, 제1 출력 단자(OUT1)의 감소되는 정도가 줄어들게 된다.
다음, 제1 전극 라인(TLi)에 온 신호가 인가된 상태에서, 제1 스위치(S1) 및 제3 스위치(S3)가 오프되고 제2 스위치(S2) 및 제4 스위치(S4)가 온되면, 제2 전극 라인(SLj)에서 인가되는 전류는 다중 적분기(210)와 보상기(220)로 분산된다. 그리하여, 제2 연산 증폭기(OA)가 구동된다 하더라도 제2 커패시터(CS2)에서 충전되는 전하의 양은 작아져서, 제2 출력 단자(OUT2)에서 증가되는 정도가 줄어들게 된다.
보상기(220)에 의해 다중 적분기(210)의 출력값이 작아지도록 조절될 수 있기 때문에 다중 적분기(210)의 적분 횟수를 증가시킬 수 있다. 다중 적분기의 출력값을 조절하는 정도를 보상값이라고 할 수 있다. 상기한 보상값은 방전 전류원(222) 및 충전 전류원(224)의 전류 크기에 의해 조절될 수 있다. 예를 들어, 방전 전류원(222) 및 충전 전류원(224)의 방전 또는 충전하는 전류가 클수록 보상값이 클 수 있다.
보상기(220)는 제1 적분기(212) 및 제2 적분기(214)의 순서로 적분하는 제1 적분 프로세스와 제2 적분기(214) 및 제1 적분기(212)의 순서로 적분하는 동작하는 제2 적분 프로세스에 동일한 보상값을 적용할 수도 있고, 서로 다른 보상값을 적용할 수 있다. 예를 들어, 제1 적분 프로세스의 출력값에 대한 변화가 제2 적분 프로세스의 출력값에 대한 변화보다 큰 경우, 제1 적분 프로세스에 적용되는 보상값이 제2 적분 프로세스에 적용되는 보상값보다 클 수 있다. 그리하면, 동일한 보상값을 적용하는 것보다 적분 횟수를 더 늘릴 수 있다.
한편, 보상값을 다르게 적용하기 위해서는 보상기(220)의 충전 전류원(224)과 보상 전류원의 전류값을 조절하여야 한다. 하나의 노드에 대해 제1 적분 프로세스 및 제2 적분 프로세스를 연속적으로 수행하면 수신 회로(130)의 처리 로드가 가중될 수 있다. 따라서, 일 실시예에 따른 수신 회로(130)에 포함된 적어도 하나의 증폭기(CA)는 각 증폭기(CA)에 전기적으로 연결된 복수의 노드에 대해 제1 적분 프로세스를 수행한 후 제2 적분 프로세스를 수행할 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 지문 감지 장치(100)의 동작 방법을 설명하는 흐름도이다.
프로세서(140)는 제1 시구간 동안 터치 패널(110) 중 복수 개의 노드로부터 수신된 전기적 신호 각각에 대해 제1 적분 프로세스를 수행하도록 증폭기(CA)를 제어할 수 있다(S910). 복수 개의 증폭기(CA) 각각은 대응하는 감지 라인을 통해 대응하는 제2 전극 라인에 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 전극 라인 각각은 복수 개의 제1 전극 라인과 교차하여 복수 개의 노드를 형성할 수 있다. 증폭기(CA)는 구동 라인을 통해 인가되는 구동 신호에 대응하여 각 노드로부터 전기적 신호를 인가할 수 있다.
증폭기(CA) 각각은 인가된 전기적 신호를 제1 극성의 신호로 증폭시키는 제1 적분기(212)와 제1 극성과 반대인 제2 극성의 신호로 증폭시키는 제2 적분기(214)를 포함할 수 있다. 제1 적분 프로세스의 수행 동안, 프로세서(140)는 제1 시구간 동안 제1 적분기(212) 및 제2 적분기(214)의 순서로 복수 회 반복 동작하여 제1 적분 프로세스를 수행하도록 상기한 증폭기(CA)를 제어할 수 있다.
프로세서(140)는 제2 시구간 동안 터치 패널(110) 중 복수 개의 노드로부터 수신된 복수 개의 전기적 신호 각각에 대해 제2 적분 프로세스를 수행하도록 증폭기(CA)를 제어할 수 있다(S920). 제2 적분 프로세스는 제2 적분기(214) 및 제1 적분기(212)의 순서로 제1 및 제2 적분기(212, 214)가 복수 회 반복 동작하는 것을 의미할 수 있다. 상기한 제2 시구간과 제1 시구간은 중첩되지 않으며, 제2 시구간은 제1 시구간의 다음 시구간일 수 있다. 그리하여, 제2 적분 프로세스는 복수 개의 노드로부터 수신된 복수 개의 전기적 신호 모두에 대해 제1 적분 프로세스가 수행된 후 수행될 수 있다.
제1 시구간의 크기와 상기 제2 시구간의 크기는 같을 수 있다. 예를 들어, 제1 시구간 및 제2 시구간은 터치 패널(110)의 구동 주기와 같을 수 있다. 상기한 터치 패널(110)이 구동 주기는 터치 패널(110)에 있는 복수 개의 제1 전극 라인 모두에 구동 신호를 인가하는 시간일 수 있다.
한편, 프로세서(140)는 제1 및 제2 적분 프로세스 중 적어도 하나를 수행하는 동안 제1 및 제2 적분기(212, 214) 중 적어도 하나의 출력값이 조절되도록 증폭기(CA)를 제어할 수 있다. 상기한 증폭기(CA)는 제1 및 제2 적분기(212, 214) 중 적어도 하나의 출력값을 조절하는 보상기(220)를 더 포함할 수 있으며, 보상기(220)는 다중 적분기(210)의 출력값의 절대값을 작게 조절할 수 있다. 예를 들어, 보상기(220)는 제1 및 제2 적분기(212, 214) 중 어느 하나에 전하를 충전하는 충전 전류원(224) 및 제1 및 제2 적분기(212, 214) 중 나머지 하나에 전하를 방전시키는 방전 전류원(222)을 포함할 수 있다.
프로세서(140)는 제1 적분 프로세스의 출력값과 2 적분 프로세스의 출력값의 차가 작아지도록 상기한 보상기(220)를 제어할 수 있다. 구체적으로, 프로세서(140)는 제1 적분 프로세스 동안 증폭기(CA)의 출력값의 제1 조절 정도와 상기 제2 적분 프로세스 동안 증폭기(CA)의 출력값의 제2 조절 정도가 서로 다르도록 상기 보상기(220)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제1 적분 프로세스에 따른 출력값의 크기가 제2 적분 프로세스에 따른 출력값의 크기보다 클 때, 프로세서(140)는 상기한 제1 조절 정도를 상기한 제2 조절 정도보다 크게 결정할 수 있다.
프로세서(140)는 제1 적분 프로세스에 따른 출력값과 제2 적분 프로세스에 따른 출력값을 이용하여 사용자의 지문을 인식할 수 있다(S930). 예를 들어, 수신 회로(130)의 증폭기(CA)는 제1 시구간 동안 제1 적분 프로세스를 수행하여 증폭된 출력값인 전압 신호를 출력할 수 있고, 신호 처리기는 증폭된 전압 신호를 직류 신호 변환하며, 아날로그-디지털 변환기는 직류 변환 신호를 디지털 신호로 변환하여 프로세서(140)에 전달한다. 마찬가지로, 제1 시구간의 다음 시구간인 제2 시구간 동안 수신 회로(130)의 증폭기(CA)는 제2 적분 프로세스를 수행하여 증폭된 출력값인 전압 신호를 출력하고, 상기한 전압 신호는 신호 처리기, 아날로기-디지털 변환기 등을 통해 디지털 신호로 변환되어 프로세서(140)에 전달될 수 있다.
프로세서(140)는 디지털 변환된 제1 시구간 동안의 제1 적분 프로세스의 출력값과 제2 시구간 동안의 제2 적분 프로세스의 출력값을 이용하여 사용자의 지문을 인식할 수 있다. 상기한 제1 시구간 동안이 제1 적분 프로세스의 출력값은 복수 개의 노드에 대한 제1 적분 프로세스의 출력값을 포함하고, 제2 시구간 동안이 제2 적분 프로세스의 출력값은 복수 개의 노드에 대한 제1 적분 프로세스의 출력값을 포함할 수 있다. 프로세스는 각 노드에 대응하는 제1 및 제2 적분 프로세스의 출력값을 분류하고, 각 노드에 대응하는 제1 및 제2 적분 프로세스의 출력값을 이용하여 각 노드의 픽셀값을 결정한 후 지문 이미지를 획득할 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 적분 프로세스를 설명하는 참조도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 프로세서(140)는 제1 시구간(T1) 동안 복수의 노드에 대해 제1 적분 프로세스를 수행하도록 증폭기(CA)를 제어하고, 제2 시구간(T2) 동안 상기한 복수의 노드에 대해 제2 적분 프로세스를 수행하도록 증폭기(CA)를 제어할 수 있다. 여기서, 제1 및 제2 시구간(T1, T2)의 크기는 터치 패널(110)의 구동 주기와 같을 수 있다. 제1 시구간(T1) 동안 증폭기(CA)는 증폭기(CA) 연결된 복수 개의 노드로부터 수신된 전기적 신호를 증폭시킬 수 있다. 예를 들어, 터치 패널(110)이 m×n 노드로 구성되고, 제2 전극 라인(SLj) 각각에 증폭기(CA)가 연결되면, 각 증폭기(CA)는 m개의 노드로부터 수신된 전기적 신호를 증폭시킬 수 있다.
증폭기(CA)에 보상값이 적용되지 않는다면, 기생 커패시턴스(Cp) 및 오프셋 전압차 등에 의해, 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 시구간 동안 증폭기(CA)에서 출력된 값들과 제2 시구간 동안 증폭기(CA)에서 출력된 값들의 차이가 클 수 있다.
일 실시예에 따른 프로세서(140)는, 즉 노드에서 수신된 전기적 신호를 증폭할 때, 보상값을 적용할 수 있다. 그리고, 제1 적분 프로세스의 적분에 따른 출력값이 커지는 바, 증폭기(CA)가 제1 적분 프로세스를 수행할 때, 프로세서(140)는 큰 보상값으로 보상되도록 보상기(220)를 제어한다. 증폭기(CA)가 제2 적분 프로세스를 수행할 때, 프로세서(140)는 작은 보상값으로 보상되도록 보상기(220)를 제어한다.
그리하여, 보상된 증폭기(CA)의 출력값이 작아지는 바, 증폭기(CA)는 보다 많은 적분 프로세스를 수행할 수 있다. 그리고, 상기한 보상기(220)에 의한 보상값은 상수로서, 증폭기 이후의 수신 회로(130) 또는 프로세서(140)에서 신호 처리시 제거될 수 있다.
이제까지 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 실시예에 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형상으로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 일 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 지문 감지 장치.
110: 터치 패널
120: 송신 회로
130: 수신 회로
140: 프로세서
210: 다중 적분기
212: 제1 적분기
214: 제2 적분기
220: 보상기
222: 방전 전류원
224: 충전 전류원

Claims (28)

  1. 사용자의 터치에 따라 전기적 신호가 변하는 노드 어레이를 포함하는 터치 패널;
    상기 터치 패널에서 수신된 전기적 신호를 제1 극성의 신호로 증폭시키는 제1 적분기와 제2 극성의 신호로 증폭시키는 제2 적분기를 포함하는 하나 이상의 증폭기; 및
    상기 터치 패널 중 복수 개의 노드로부터 수신된 복수 개의 전기적 신호 각각에 대해 제1 시구간 동안 상기 제1 적분기와 상기 제2 적분기의 순서로 복수 회 반복 동작하는 제1 적분 프로세스 및 제2 시구간 동안 상기 제2 적분기와 상기 제1 적분기의 순서로 복수 회 반복 동작하는 제2 적분 프로세스를 수행하도록 상기 증폭기를 제어하는 프로세서;를 포함하는 지문 감지 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 복수 개의 전기적 신호 모두에 대해 상기 제1 적분 프로세스가 수행된 후 상기 제2 적분 프로세스가 수행되도록 상기 증폭기를 제어하는 지문 감지 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 시구간은 상기 제1 시구간과 중첩되지 않는 지문 감지 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 시구간은 상기 제1 시구간의 다음 시구간인 지문 감지 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 시구간 크기와 상기 제2 시구간의 크기는 같은 지문 감지 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 시구간 및 상기 제2 시구간 중 적어도 하나는,
    상기 터치 패널의 1회 구동 주기와 같은 지문 감지 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 터치 패널은,
    제1 방향으로 배열된 제1 전극 라인들; 및
    상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 배열된 제2 전극 라인들;을 포함하고,
    상기 복수 개의 노드는 제2 전극 라인들 중 하나의 제2 전극 라인과 상기 제1 전극 라인들이 교차하는 영역인 지문 감지 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 증폭기는,
    상기 제1 및 제2 적분기 중 적어도 하나의 출력값을 조절하는 보상기;를 더 포함하는 지문 감지 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 보상기는,
    상기 출력값의 절대값을 작게 조절하는 지문 감지 장치.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 보상기는,
    상기 제1 및 제2 적분기 중 어느 하나에 전하를 충전하는 충전 전류원; 및
    상기 제1 및 제2 적분기 중 나머지 하나에 전하를 방전시키는 방전 전류원;을 포함하는 지문 감지 장치.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 제1 적분 프로세스의 출력값과 상기 제2 적분 프로세스의 출력값의 차가 작아지도록 상기 보상기를 제어하는 지문 감지 장치.
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 제1 적분 프로세스 동안 상기 출력값의 제1 조절 정도와 상기 제2 적분 프로세스 동안 상기 출력값의 제2 조절 정도가 서로 다르도록 상기 보상기를 제어하는 지문 감지 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 제1 적분 프로세스의 출력값이 상기 제2 적분 프로세스의 출력값보다 클 때, 상기 제1 조절 정도를 상기 제2 조절 정도보다 크게 결정하는 지문 감지 장치.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 적분기 각각은,
    연산 증폭기 및 상기 연산 증폭기와 병렬 연결된 커패시터를 포함하는 지문 감지 장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 제1 적분기에 포함된 연산 증폭기의 반전 단자와 상기 제2 적분기에 포함된 연산 증폭기의 비반전 단자에는 공통 전압이 인가되는 지문 감지 장치.
  16. 제 1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 제1 및 제2 적분 프로세스의 출력값을 이용하여 상기 사용자의 지문을 인식하는 지문 감지 장치.
  17. 제1 시구간 동안 터치 패널 중 복수 개의 노드로부터 수신된 복수 개의 전기적 신호 각각을 제1 극성의 신호로 증폭시키는 제1 적분기와 제2 극성의 신호로 증폭시키는 제2 적분기가 순차적으로 복수 회 동작하는 제1 적분 프로세스를 수행하는 단계;
    제2 시구간 동안 복수 개의 전기적 신호 각각을 상기 제2 적분기와 상기 제1 적분기가 순차적으로 복수 회 반복 동작하는 제2 적분 프로세스를 수행하는 단계; 및
    상기 제1 적분 프로세스 및 제2 적분 프로세스의 결과를 이용하여 상기 터치 패널를 터치한 사용자의 지문을 감지하는 단계;를 포함하는 지문 감지 방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 제2 적분 프로세스를 수행하는 단계는,
    상기 복수 개의 전기적 신호 모두에 대해 상기 제1 적분 프로세스가 수행된 후 수행되는 지문 감지 방법.
  19. 제 17항에 있어서,
    상기 제2 시구간은 상기 제1 시구간과 중첩되지 않는 지문 감지 방법.
  20. 제 17항에 있어서,
    상기 제2 시구간은 상기 제1 시구간의 다음 시구간인 지문 감지 방법.
  21. 제 17항에 있어서,
    상기 제1 시구간 크기와 상기 제2 시구간의 크기는 같은 지문 감지 방법.
  22. 제 17항에 있어서,
    상기 제1 시구간 및 상기 제2 시구간 중 적어도 하나는,
    상기 터치 패널의 1회 구동 주기와 같은 지문 감지 방법.
  23. 제 17항에 있어서,
    제1 및 제2 적분 프로세스 중 적어도 하나를 수행하는 단계는,
    상기 제1 및 제2 적분기 중 적어도 하나의 출력값을 조절하는 단계;를 더 포함하는 지문 감지 방법.
  24. 제 23항에 있어서,
    상기 출력값을 조절하는 단계는,
    상기 출력값의 절대값을 작게 조절하는 지문 감지 방법.
  25. 제 23항에 있어서,
    상기 출력값을 조절하는 단계는,
    상기 제1 및 제2 적분기 중 어느 하나에 전하를 충전하는 단계 및
    상기 제1 및 제2 적분기 중 나머지 하나에 전하를 방전하는 단계; 중 적어도 하나를 포함하는 지문 감지 방법.
  26. 제 24항에 있어서,
    상기 제1 적분 프로세스의 수행 동안 상기 출력값의 제1 조절 정도와 상기 제2 적분 프로세스의 수행 동안 상기 출력값의 제2 조절 정도가 다른 지문 감지 방법.
  27. 제 26항에 있어서,
    상기 조절하는 단계는,
    상기 제1 적분 프로세스의 수행 동안 상기 출력값의 제1 조절 정도와 상기 제2 적분 프로세스의 수행 동안 상기 출력값의 제2 조절 정도가 서로 다르도록 조절하는 지문 감지 방법.
  28. 제 27항에 있어서,
    상기 조절하는 단계는,
    상기 제1 적분 프로세스의 출력값이 상기 제2 적분 프로세스의 출력값보다 클 때, 상기 제1 조절 정도를 상기 제2 조절 정도보다 크게 조절하는 지문 감지 방법.
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