KR20230045817A - 터치 센싱 신호 처리 회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터치 센싱을 위한 센싱 노드의 캐패시턴스 변화를 감지하며, 터치 센싱에 대응한 로직 신호를 제공하는 터치 센싱 신호 처리 회로를 개시한다. 본 발명의 터치 센싱 신호 처리 회로는 델타-시그마 아날로그 디지털 컨버터를 이용하여 구성되며, 델타-시그마 아날로그 컨버팅에 의한 오토 튜닝이 가능하다.

Description

터치 센싱 신호 처리 회로{TOUCH SENSING SIGNAL PRCESSING CIRCUIT}
본 발명은 터치 센싱 신호 처리 회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 터치 센싱을 위한 센싱 노드의 캐패시턴스 변화를 감지하며, 터치 센싱에 대응한 로직 신호를 제공하는 터치 센싱 신호 처리 회로에 관한 것이다.
디스플레이 패널은 디스플레이 기능과 터치 센싱 기능을 갖도록 구성될 수 있다. 디스플레이 기능은 픽셀들을 통하여 화면을 표시하는 것이며, 터치 센싱 기능은 데이터 입력을 위하여 화면을 터치하는 것을 센싱 노드 별로 센싱하는 것이다.
터치 센싱 기능은 디스플레이 패널에 다양한 방식에 의해 구현될 수 있다. 예시적으로, 터치 센싱을 위한 복수의 센싱 노드들은 온-셀(On-Cell) 또는 인셀(In-cell) 방식 등으로 디스플레이 패널에 구현될 수 있다.
센싱 노드들은 미리 설정된 패턴에 따라 디스플레이 패널에 배치될 수 있고, 터치 센싱을 위하여 구동 신호들이 센싱 노드들에 제공될 수 있다.
터치 센싱은 각 센싱 노드의 캐패시턴스 변화로써 감지될 수 있다. 즉, 구동 신호들에 대응하여, 터치 센싱에 대응하여 변화되는 캐패시턴스에 해당하는 터치 센싱 신호가 센싱 노드들에서 출력될 수 있다.
상기한 터치 센싱 신호를 수신하고 처리하기 AFE(Analog Front End)가 구성된다. AFE는 본 발명의 터치 센싱 신호 처리 회로에 해당된다.
일반적인 터치 센싱 신호 처리 회로는 터치 구동 신호에 대응한 터치 센싱 신호를 센싱하며, 센싱된 결과에 대응하는 디지털의 로직 신호를 출력하도록 구성된다.
이를 위하여, 터치 센싱 신호 처리 회로는 복수의 센싱 노드들의 터치 센싱 신호를 수신하기 위한 복수의 채널을 구비하며, 복수의 채널을 하나씩 선택하면서 터치 센싱에 대응한 샘플링 신호를 생성하고, 샘플링 신호에 대응한 디지털 신호를 출력하도록 구성된다.
일반적인 경우, 터치 센싱 신호 처리 회로는 오프셋 캐패시턴스 튜닝 회로(Off-set Capacitance Tunig Circuit)와 전치 증폭기(Pre-amplifier), 적분기(Integrator), 샘플앤홀드 회로(Sample and Hold Circuit), 멀티플렉서, 아날로그 디지털 컨버터 및 로직 필터를 채널 별로 구비하도록 구성될 수 있다.
터치 센싱 신호 처리 회로는 큰 패널 로드(Load)에 따른 새츄레이션(Saturation)을 방지하기 위해 상기한 전치 증폭기와 상기한 오프셋 캐패시턴스 튜닝 회로를 포함할 수 있으며, 이 중, 전치 증폭기는 증가된 사이즈의 피드백 캐패시터를 갖도록 구성될 필요가 있고, 오프셋 캐패시턴스 튜닝 회로는 패널 간의 오프셋을 튜닝하기 위하여 튜닝 캐패시터를 포함하도록 구성되어야 한다. 상기한 패드백 캐패시터와 튜닝 캐패시터는 채널들의 수가 증가하는 경우 실장 면적을 증가시키는 원인으로 작용할 수 있다.
그리고, 멀티플렉서는 M:1 구조를 갖는다. 상기한 멀티플렉서를 충족시키기 위하여, 아날로그 디지털 컨버터는 고속의 샘플앤폴드 회로를 필요로 한다. 상기한 고속의 샘플앤홀드 회로는 전류 소모를 증가시키고 칩 사이즈를 증가시키는 원인으로 작용할 수 있다.
터치 센싱을 위한 센싱 노드와 채널은 디스플레이 패널의 사이즈가 커지고 해상도가 증가할수록 증가된 수를 갖도록 구성될 수 있다.
이 경우, 터치 센싱 신호 처리 회로는 늘어난 채널 수만큼 더 많은 부품들을 필요로 하며, 부품들의 배치를 위한 큰 면적을 필요로 한다. 또한, 터치 센싱 신호 처리 회로 내에서 튜닝을 필요로 하는 제어 대상이 증가하고, 이를 위해 로직 레지스터가 증가될 수 있다. 또한, 제한된 면적에 많은 부품들을 레이아웃하는 것은 어려움이 있고, 부품들 간의 라우팅에도 어려움이 있다.
본 발명은 적은 수의 부품들로 간단히 구성될 수 있는 터치 센싱 신호 처리 회로를 제공함을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 델타-시그마(Delta-Sigma) 아날로그 디지털 컨버팅 방식을 채용함으로써 터치 센싱 신호 처리 회로를 위한 면적과 부품 수를 줄이며, 터치 센싱 신호 처리 회로가 증가된 수의 채널들을 수용할 수 있도록 하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 채널 수 증가를 위한 터치 센싱 시간을 확보할 수 있으며, 증가된 터치 센싱 시간만큼 신호 대 노이즈 비를 개선할 수 있는 터치 센싱 신호 처리 회로를 제공함을 또다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 채널마다 아날로그 디지털 컨버터를 구비함으로써 디지털 필터링을 강화할 수 있는 터치 센싱 신호 처리 회로를 제공함을 또다른 목적으로 한다.
본 발명의 터치 센싱 신호 처리 회로는, 터치 센싱을 위한 센싱 노드의 캐패시턴스 변화에 대응하는 터치 센싱 신호와 상기 터치 센싱을 구동하기 위한 터치 센싱 구동 신호를 비교하고, 비교 결과에 해당하는 센싱 전류를 출력하는 전치 증폭 회로; 및 상기 센싱 전류를 샘플링한 샘플링 전압을 생성하고, 상기 샘플링 전압에 해당하는 디지털 신호를 출력하며, 상기 디지털 신호를 이용하여 상기 샘플링 전압을 튜닝하는 델타-시그마 아날로그 디지털 컨버터;를 구비함을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 적은 수의 부품들로 터치 센싱 신호 처리 회로를 간단히 구성할 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명은 델타-시그마(Delta-Sigma) 아날로그 디지털 컨버팅 방식을 채용함으로써 터치 센싱 신호 처리 회로를 위한 면적과 부품 수를 줄일 수 있다.
그러므로, 본 발명의 터치 센싱 신호 처리 회로는 줄어든 부품들에 해당하는 만큼 증가된 수의 채널들을 수용하도록 구성될 수 있으며, 그만큼 터치 센싱 시간을 더 확보할 수 있고, 증가된 터치 센싱 시간만큼 신호 대 노이즈 비를 개선할 수 있다.
또한, 본 발명의 터치 센싱 신호 처리 회로는 간소한 구성에 의해 고해상도의 아날로그 디지털 컨버팅 성능을 기대할 수 있으며, 채널 당 전력 소모량이 감소될 수 있다.
또한, 본 발명의 터치 센싱 처리 회로는 채널마다 아날로그 디지털 컨버터를 구비함으로써 디지털 필터링을 강화할 수 있다.
도 1은 터치 시스템을 예시한 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 터치 센싱 신호 처리 회로를 예시한 블록도.
도 3은 전치 증폭 회로를 예시한 회로도.
도 4는 터치 센싱 구동 신호를 예시한 파형도.
도 5는 델타-시그마 아날로그 디지털 컨버터를 예시한 회로도.
본 발명은 터치 센싱 신호 처리 회로의 실시예를 개시한다. 터치 센싱 신호 처리 회로는 터치 패널의 터치를 센싱하며 터치 센싱에 대응한 디지털의 로직 신호를 출력하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 터치 센싱 신호 처리 회로의 실시예는 도 1과 같이 터치 시스템에 구성될 수 있다.
도 1의 터치 시스템은 터치 패널(10), 터치 센싱 신호 처리 회로(12) 및 디지털 로직부(14)를 포함하도록 구성될 수 있다. 이 중, 터치 센싱 신호 처리 회로(12)는 터치 패널(10)의 터치에 대응한 전류를 센싱하는 아날로그 프론트 엔드(Analog Front End: AFE)에 해당하는 것으로 이해될 수 있다.
터치 패널(10)은 예시적으로 온-셀 또는 인-셀 등의 방식으로 디스플레이 패널(도시되지 않음)과 결합될 수 있다. 디스플레이 패널은 디스플레이 주기에 구동되고, 터치 패널은 터치 주기에 구동될 수 있다. 터치 주기는 미리 설정된 디스플레이 주기들 사이에 구성될 수 있다.
터치 패널(10)은 구동 라인들(도시되지 않음)과 센싱 라인들(도시되지 않음)에 의해 형성되는 센싱 노드들(도시되지 않음)을 구비할 수 있다. 구동 라인과 센싱 라인이 교차 등에 의해 인접하는 위치마다 등가 캐패시터가 형성될 수 있으며, 센싱 노드는 상기한 등가 캐패시터에 해당하는 것으로 이해될 수 있다. 구동 라인들, 센싱 라인들 및 이들에 의한 센싱 노드들은 다양하게 형성될 수 있으므로 보다 구체적인 예시 및 설명은 생략한다.
터치 구동 신호는 정현파 또는 구형파를 가질 수 있으며, 터치 센싱을 위하여 터치 패널(10)의 구동 라인들에 주기적으로 입력된다.
터치 센싱 신호들은 터치 센싱 신호 처리 회로(12)에 입력된 터치 구동 신호에 의해 생성된다. 터치가 없는 경우, 터치 구동 라인의 터치 구동 신호와 터치 센싱 신호 처리 회로(12)에서 구동되는 터치 센싱 신호가 동일 전압, 동일 위상이다. 그러므로, 터치 패널(10)의 구동 라인과 센싱 라인 사이의 등가 캐패시터들에서 터치 구동 신호와 터치 센싱 신호가 상쇄되며, 그 결과 전류가 발생하지 않는다. 그러나, 터치가 있는 경우, 센싱 노드에 추가 캐패시터가 형성되며, 터치 구동 신호의 전압이 상대적으로 작아진다. 상기한 이유로 발생한 전압 차를 보상하기 위한 추가 전류가 터치 센싱 신호 처리 회로(12)에서 생성되며, 이때 생성되는 추가 전류가 터치 센싱 신호로 이해될 수 있다.
터치 구동 신호는 미리 설정된 구동 회로(도시되지 않음)에서 제공되는 것으로 이해될 수 있다. 이 경우, 구동 회로는 미리 설정된 주파수의 터치 구동 신호를 생성 및 제공하는 구성을 가질 수 있다.
한편, 터치 패널(10)은 복수 개의 터치 센싱 신호를 출력하는 복수 개(예시적으로 n 개, 상기 n은 복수의 자연수)의 채널을 가질 수 있으며, 채널 별로 터치 센싱 신호가 출력될 수 있다.
터치 센싱 신호 처리 회로(12)는 터치 패널(10)과 동일한 수의 채널들을 구비할 수 있으며, 채널들을 통하여 센싱 노드들의 복수 개의 터치 센싱 신호 VIN을 수신할 수 있다. 또한, 터치 센싱 신호 처리 회로(12)는 터치 구동 신호들을 수신할 수 있다.
터치 센싱 신호 처리 회로(12)는 터치 구동 신호들을 이용하여 복수 개의 터치 센싱 신호 VIN을 순차적으로 처리한 디지털의 로직 신호를 디지털 로직부(14)에 제공할 수 있으며, 이때 로직 신호는 복수의 비트(예시적으로 m 비트, 상기 m은 복수의 자연수)를 갖도록 제공될 수 있다. 터치 센싱 신호 처리 회로(12)의 구성 및 동작은 도 2 내지 도 5를 참조하여 후술한다.
디지털 로직부(14)는 디지털의 로직 신호에서 노이즈를 필터링하고, 터치 위치를 판단하며, 터치에 대응하는 동작을 위한 제어를 수행하도록 구성될 수 있다. 상기한 디지털 로직부(14)는 제작자의 의도에 따라 다양한 기능을 갖도록 설계될 수 있으며, 이에 대한 설명은 생략한다.
한편, 터치 센싱 신호 처리 회로(12)는 도 2를 참조하여 설명될 수 있다.
터치 센싱 신호 처리 회로(12)는 채널 멀티플렉서(20), 전치 증폭 회로(22), 델타-시그마 아날로그 디지털 컨버터(24) 및 로직 필터(26)을 포함하도록 구성될 수 있다.
채널 멀티플렉서(20)는 n개의 채널들을 통하여 입력 신호들을 수신하며, 내부에서 순차적으로 입력 신호를 하나씩 선택하고, 선택된 입력 신호를 전치 증폭 회로(22)에 출력하도록 구성된다. 즉, 채널 멀티플렉서(20)는 n:1의 출력 대 입력 비를 갖도록 구성될 수 있다. n개의 입력 신호들은 터치 센싱 신호들 VIN에 해당한다. 채널 멀티플렉서(20)는 내부 또는 외부의 제어 신호에 의해 n개의 터치 센싱 신호들 VIN 중 하나를 선택하고, 선택된 터치 센싱 신호 VIN을 출력하도록 구성될 수 있다.
채널 멀티플렉서(20)의 터치 센싱 신호들 VIN은 터치 패널(10)의 센싱 노드들의 터치의 유무에 대응하여 변화된 캐패시턴스에 해당하는 전류량을 갖는 것으로 이해될 수 있다. 도 2에서 채널 멀티플렉서(20)의 터치 센싱 신호들은 전치 증폭 회로(22)에서 센싱되는 전압에 해당하는 것이므로 VIN으로 표시한다. 즉, 채널 멀티플렉서(20)는 터치 센싱에 대응한 전류량을 갖는 전류 신호를 출력하는 것으로 이해될 수 있다.
전치 증폭 회로(22)는 채널 멀티플렉서(20)에서 출력되는 터치 센싱 신호 VIN을 수신하며, 터치 구동 신호들을 수신할 수 있다. 전치 증폭 회로(22)는 터치 센싱 신호 VIN과 터치 센싱을 구동하기 위한 터치 센싱 구동 신호 VLFD를 비교하고, 비교 결과에 해당하는 센싱 전류 VA를 출력하도록 구성될 수 있다. 이때, 터치 센싱 구동 신호 VLFD는 터치 구동 신호들 중 해당 채널의 것을 선택한 것으로 이해될 수 있다. 또한, 터치 센싱 구동 신호 VLFD는 해당 채널의 터치 구동 신호를 그대로 이용하지 않고 터치 센싱 신호 VIN의 레벨 등을 고려하여 진폭 등을 변경한 것으로 것으로 이해될 수 있다. 상기한 전치 증폭 회로(22)의 상세한 구성 및 동작은 도 3 및 도 4를 참조하여 후술한다.
그리고, 델타-시그마 아날로그 디지털 컨버터(24)는 전치 증폭 회로(22)에서 제공되는 센싱 전류 VA를 샘플링한 샘플링 전압을 생성하고, 샘플링 전압에 해당하는 디지털 신호 DO를 출력하며, 디지털 신호 DO를 이용하여 샘플링 전압을 튜닝하도록 구성된다. 상기한 델타-시그마 아날로그 디지털 컨버터(24)의 상세한 구성 및 동작은 도 5를 참조하여 후술한다.
그리고, 로직 필터(26)는 델타-시그마 아날로그 디지털 컨버터(24)에서 제공되는 디지털 신호 DO의 노이즈를 필터링한 로직 신호를 출력하도록 구성된다.
보다 구체적으로, 로직 필터(26)는 데시매이션 필터(Decimation Filter)와 SDFT 필터(Sliding Discrete Fourier Transfer Filter) 중 선택된 하나를 포함하며, 선택된 필터에 의해 디지털 신호 DO에서 비신호 대역의 양자화 노이즈를 제거할 수 있다.
먼저, 도 3 및 도 4를 참조하여, 전치 증폭 회로(22)의 구체적인 구성 및 동작을 설명한다.
전치 증폭 회로(22)는 버퍼(30), 로우 패스 필터(Low Pass Filter)(34) 및 출력 회로(36)를 구비하도록 구성된다.
전치 증폭 회로(22)는 터치 센싱 신호 VIN에 대응하는 센싱 전류 VA를 출력하도록 구성된다. 전치 증폭 회로(22)에서 출력되는 센싱 전류는 후술하는 델타-시그마 아날로그 디지털 컨버터(24)의 적분기(40)에서 샘플링 전압으로서 샘플링된다. 따라서, 센싱 전류는 샘플링 전압을 고려하여 VA로 표시한다.
먼저, 버퍼(30)는 터치 센싱 신호 VIN를 수신하는 제1 입력단, 터치 센싱 구동 신호 VLFD를 수신하는 제2 입력단 및 터치 센싱 신호 VIN과 터치 센싱 구동 신호 VLFD를 비교한 결과를 출력하는 출력단을 구비하며, 출력단의 신호가 제1 입력단에 피드백되는 구조를 가질 수 있다. 구체적으로 표시되지 않았으나, 제1 입력단은 버퍼(30)의 네거티브 입력단으로 이해될 수 있고, 제2 입력단은 버퍼(30)의 포지티브 입력단으로 이해될 수 있다. 그리고, 터치 센싱 구동 신호 VLFD는 상술한 바와 같이 해당 채널의 터치 구동 신호 또는 해당 채널의 터치 구동 신호의 진폭 등을 변경한 것으로 이해될 수 있다.
전치 증폭 회로(22)는 유니트 게인 버퍼(Unit Gain Buffer)를 이용하여 구성될 수 있다. 즉, 버퍼(30)가 유니트 게인 버퍼인 것으로 이해될 수 있다. 유니트 게인 버퍼를 이용하는 전치 증폭 회로(22)는 헤비 패널 로딩(Heavy Panel Loading)에 유리한 점을 가질 수 있다.
상기한 버퍼(30)는 내부에 입력 스테이지(도시되지 않음)와 내부 회로(32)를 포함할 수 있다.
입력 스테이지는 제1 입력단의 터치 센싱 신호 VIN와 제2 입력단의 터치 센싱 구동 신호 VLFD의 차이에 대응하여 구동되는 제1 제어 신호 V1와 제2 제어 신호 V2를 생성하기 위한 것으로 이해될 수 있다. 즉, 입력 스테이지는 터치 센싱 신호 VIN과 터치 센싱 구동 신호 VLFD를 내부 회로(32)에 제공하기 적절한 전압 레벨을 갖는 제1 제어 신호 V1과 제2 제어 신호 V2로 변환하는 것으로 이해될 수 있다.
내부 회로(32)는 제1 제어 신호 V1와 제2 제어 신호 V2에 의해 터치 센싱 신호 VIN와 터치 센싱 구동 신호 VLFD의 차에 해당하는 출력을 버퍼(30)의 출력단을 통해 출력하도록 구성된다. 내부 회로(32)는 게이트에 인가되는 제1 제어 신호 V1에 의해 구동되는 PMOS 트랜지스터(Q1)와 게이트에 인가되는 제2 제어 신호 V2에 의해 구동되는 NMOS 트랜지스터(Q2)를 포함하는 것으로 이해될 수 있으며, PMOS 트랜지스터(Q1)와 NMOS 트랜지스터(Q2)는 드레인이 공통으로 연결되도록 구성되고, PMOS 트랜지스터(Q1)의 소스에는 구동 전압 VDD이 인가되며, NMOS 트랜지스터(Q2)의 소스에는 접지전압 VSS가 인가된다.
상기한 내부 회로(32)는 제1 제어 신호 V1와 제2 제어 신호 V2에 의해 구동되는 전류에 해당하는 전압을 출력할 수 있다.
전치 증폭 회로(22)에서, 출력 회로(36)는 버퍼(30)의 내부 회로(32)와 동일한 구조를 갖는다.
즉, 출력 회로(36)는 게이트에 인가되는 제1 제어 신호 V1에 의해 구동되는 PMOS 트랜지스터(Q3)와 게이트에 인가되는 제2 제어 신호 V2에 의해 구동되는 NMOS 트랜지스터(Q4)를 포함하는 것으로 이해될 수 있으며, PMOS 트랜지스터(Q3)와 NMOS 트랜지스터(Q4)는 드레인이 공통으로 연결되도록 구성되고, PMOS 트랜지스터(Q3)의 소스에는 구동 전압 VDD이 인가되며, NMOS 트랜지스터(Q4)의 소스에는 접지전압 VSS가 인가된다. 다만, 출력 회로(36)의 PMOS 트랜지스터(Q3)와 NMOS 트랜지스터(Q4)는 내부 회로(32)의 PMOS 트랜지스터(Q1)와 NMOS 트랜지스터(Q2)의 채널들과 같거나 큰 사이즈의 채널들을 갖도록 구성될 수 있다.
내부 회로(32)와 버퍼(30)의 출력 회로(36)는 커런트 미러를 형성하며, 출력 회로(36)는 내부 회로(32)의 내부 전류를 미러링한 센싱 전류 VA를 출력할 수 있다.
출력 회로(36)와 내부 회로(32)의 전류 미러 비율이 가변될 수 있으며, 전류 미러 비율의 가변에 의해 센싱 전류 VA의 레인지(Range)가 가변될 수 있다.
또한, 버퍼(30)에 입력되는 터치 센싱 구동 신호 VLFD는 터치 패널(10)의 센싱 노드들에 인가되는 터치 구동 신호와 동일한 파형 및 동일한 위상을 가질 수 있다.
터치 구동 신호는 미리 설정된 주파수의 구형파 또는 정현파를 갖도록 제공될 수 있으며, 터치 센싱 구동 신호 VLFD도 도 4와 같이 터치 구동 신호와 동일한 파형 및 위상의 구형파 또는 정현파를 갖도록 제공될 수 있다.
터치 센싱 구동 신호 VLFD는 터치 구동 신호와 동일한 파형 및 위상을 가짐으로써 터치 센싱 신호 VIN의 파형 및 위상과 유사한 파형 및 위상을 가질 수 있고, 그 결과 터치 센싱 성능 저하가 방지될 수 있다.
그리고, 전치 증폭 회로(22)는 필터링 캐패시터를 포함하는 로우 패스 필터(34)를 구비한다. 로우 패스 필터(34)는 필터링 캐패시터를 이용하여 버퍼(30)에서 출력 회로(36)로 전달되는 제1 제어 신호 V1과 제2 제어 신호 V2를 필터링할 수 있다.
이를 위하여, 로우 패스 필터(34)는 필터링 캐패시터로써 제1 캐패시터(C1)와 제2 캐패시터(C2)를 포함하며, 제1 캐패시터(C1)는 구동 전압 VDD이 인가되는 노드와 제1 제어 신호 V1가 버퍼(30)에서 출력 회로(36)로 전달되는 배선 사이에 구성되고, 제2 캐패시터(C2)는 접지전압 VSS이 인가되는 노드와 제2 제어 신호 V2가 버퍼(30)에서 출력 회로(36)로 전달되는 배선 사이에 구성된다. 그리고, 제1 제어 신호 V1가 버퍼(30)에서 출력 회로(36)로 전달되는 배선에는 저항(R1)이 구성되고, 제2 제어 신호 V2가 버퍼(30)에서 출력 회로(36)로 전달되는 배선에는 저항(R2)이 구성된다.
로우 패스 필터(34)에서, 제1 캐패시터(C1)는 터치 센싱 신호 VIN에 대응하는 제1 제어 신호 V1의 피크 성분을 필터링하고, 제2 캐패시터(C2)는 터치 센싱 구동 신호 VLFD에 대응하는 제2 제어 신호 V2의 피크 성분을 필터링한다.
한편, 델타-시그마 아날로그 디지털 컨버터(24)는 센싱 전류 VA를 적분한 샘플링 전압을 생성하고, 샘플링 전압을 미리 설정된 기준 전압 VCM과 비교함으로써 양자화된 디지털 신호 DO를 출력하며, 디지털 신호 DO를 피드백하여 샘플링 전압을 튜닝하도록 구성된다.
이를 위하여, 델타-시그마 아날로그 디지털 컨버터(24)는 도 5와 같이 적분기(40), 비교기(42) 및 디지털 아날로그 컨버터(44, 이하, “DAC”라 함)를 포함할 수 있다.
적분기(40)는 센싱 전류 VA를 적분하기 위한 가변 캐패시터(CFB)를 포함할 수 있으며, 가변 캐패시터(CFB)는 센싱 전류 VA가 입력되는 노드에 병렬로 구성된다.
가변 캐패시터(CFB)는 센싱 전류 VA를 충전함으로써 누적된 센싱 전류 VA가 적분된 샘플링 전압을 생성할 수 있다. 그리고, 가변 캐패시터(CFB)는 충전량을 조절하기 위하여 튜닝될 수 있다.
비교기(42)는 가변 캐패시터(CFB)에 적분된 샘플링 전압을 포지티브 입력단(+)에 수신하고, 미리 설정된 레벨을 갖는 기준 전압 VCM을 네가티브 입력단(-)에 수신하며, 샘플링 전압과 기준 전압 VCM을 비교한 결과에 해당하는 하이 또는 로우 레벨의 디지털 값을 갖는 디지털 신호 DO를 출력할 수 있다. 즉, 비교기(42)는 샘플링 전압의 레벨에 따라 양자화된 값을 갖는 디지털 신호 DO를 출력할 수 있다.
DAC(44)는 디지털 신호 DO를 수신하며, 디지털 신호 DO의 피드백에 의해 적분기(40)의 샘플링 전압을 튜닝하도록 구성된다. 즉, DAC는 피드백 루프를 형성할 수 있다.
DAC(44)는 디지털 신호 DO에 해당하는 포지티브 전하(+) 또는 네가티브 전하(-)를 적분기(40)에 인가함으로써 적분기(40)의 샘플링 전압을 튜닝할 수 있다.
보다 구체적으로, DAC(44)는 논리 하이 값을 갖는 디지털 신호 DO에 대응하여 네가티브 전하(-)를 인가하여 적분기(40)의 샘플링 전압을 감소시키는 동작을 하거나, 논리 로우 값을 갖는 디지털 신호 DO에 대응하여 포지티브 전하(=)를 인가하여 적분기(40)의 샘플링 전압을 증가시키는 동작을 할 수 있다.
이를 위하여, DAC(44)는 디지털 신호 DO에 대응하여 적분기(40)에 포지티브 전아(+) 또는 네가티브 전하(-)를 인가하는 전압 제어 회로를 구비할 수 있다.
이와 달리, DAC(44)는 디지털 신호 DO에 해당하는 전류를 적분기(40)에 충전하거나 디지털 신호 DO에 의하여 적분기(40)의 충전된 전류를 방전함으로써 적분기(40)의 샘플링 전압을 튜닝할 수 있다.
보다 구체적으로, DAC(44)는 논리 하이 값을 갖는 디지털 신호 DO에 대응하여 적분기(40)의 가변 캐패시터(CFB)에 충전된 전류를 방전함으로써 적분기(40)의 샘플링 전압을 감소시키는 동작을 하거나, 논리 로우 값을 갖는 디지털 신호 DO에 대응하여 적분기(40)의 가변 캐패시터(CFB)에 전류를 충전함으로써 적분기(40)의 샘플링 전압을 증가시키는 동작을 할 수 있다.
이를 위하여, DAC(44)는 디지털 신호 DO에 대응하여 적분기(40)에 전류를 공급하거나 적분기(40)의 전류를 방전하기 위한 충방전 제어 회로를 구비할 수 있다.
델타-시그마 아날로그 디지털 컨버터(24)는 상기와 같은 센싱 전류 VA의 양자화 과정을 통하여 양자화된 디지털 신호 DO를 출력할 수 있다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 실시예는 터치 센싱 구동 신호 VLFD에 의한 다이나믹 레인지(Dynamic Range) 개선 기능을 가질 수 있다.
터치 센싱 구동 신호 VLFD가 정현파인 경우, 델타-시그마 아날로그 디지털 컨버터(24)의 피드백에 의해 적분기(40)의 새츄레이션(Saturation)이 해소될 수 있다. 즉, 적분기(40)의 샘플링 전압은 피드백에 의해 튜닝될 수 있으며, 그 결과 적분기(40)의 새츄레이션(Saturation)이 해소될 수 있다.
그리고, 터치 센싱 구동 신호 VLFD가 구형파인 경우, 고주파 성분이 로우 패스 필터(34)에 의해 제거될 수 있다.
구형파의 트랜지션(Transition) 기간에 피크 성분이 터치 센싱 구동 신호 VLFD에 포함될 수 있으며, 상기한 피크 성분이 로우 패스 필터(34)에 의해 감쇄될 수 있으며, 피크 성분에 의한 적분기(40)의 새츄레이션(Saturation)이 해소될 수 있다.
그리고, 로우 패스 필터(34)에 의해 구형파의 하모닉 주파수(Harmonic Frequency)가 감쇄될 수 있다. 그러므로, 델타-시그마 아날로그 디지털 컨버터(24)에서 출력되는 디지털 신호 DO에서 에일리어싱(Aliasing)에 의한 패스 밴드 노이즈(Pass band noise)가 감소할 수 있다. 상기한 에일리어싱은 인접한 주파수 스펙트럼이 겹치는 현상을 의미한다.
상기와 같이 본 발명에 의한 실시예는 델타-시그마 아날로그 컨버터(24)에 의한 오토 튜닝이 이루어지므로 튜닝을 위한 별도의 캐패시터를 터치 센싱 신호가 입력되는 쪽에 구성할 필요가 없다.
상기한 본 발명에 의한 실시예는 상술한 바와 같이 전치 증폭 회로(22) 및 델타-시그마 아날로그 디지털 컨버터(24)를 포함하는 적은 수의 부품들로 간단히 구성될 수 있다.
즉, 본 발명에 의한 실시예는 델타-시그마(Delta-Sigma) 아날로그 디지털 컨버팅 방식을 채용함으로써 터치 센싱 신호 처리 회로를 위한 면적과 부품 수를 줄일 수 있다.
그러므로, 터치 센싱 신호 처리 회로는 줄어든 부품들에 해당하는 만큼 증가된 수의 채널들을 수용하도록 구성될 수 있으며, 그만큼 터치 센싱 시간을 더 확보할 수 있고, 증가된 터치 센싱 시간만큼 신호 대 노이즈 비를 개선할 수 있다.
그리고, 상기한 터치 센싱 신호 처리 회로는 간소한 구성에 의해 고해상도의 아날로그 디지털 컨버팅 성능을 기대할 수 있으며, 채널 당 전력 소모량이 감소될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 신호 처리 회로는 채널마다 아날로그 디지털 컨버터를 구비함으로써 디지털 필터링을 강화할 수 있다.

Claims (14)

  1. 터치 센싱을 위한 센싱 노드의 캐패시턴스 변화에 대응하는 터치 센싱 신호와 상기 터치 센싱을 구동하기 위한 터치 센싱 구동 신호를 비교하고, 비교 결과에 해당하는 센싱 전류를 출력하는 전치 증폭 회로; 및
    상기 센싱 전류를 샘플링한 샘플링 전압을 생성하고, 상기 샘플링 전압에 해당하는 디지털 신호를 출력하며, 상기 디지털 신호를 이용하여 상기 샘플링 전압을 튜닝하는 델타-시그마 아날로그 디지털 컨버터;를 구비함을 특징으로 하는 터치 센싱 신호 처리 회로.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 전치 증폭 회로는,
    제1 입력단의 상기 터치 센싱 신호에 대응하는 제1 제어 신호와 제2 입력단의 상기 터치 센싱 구동 신호에 대응하는 제2 제어 신호에 의해 상기 터치 센싱 신호와 상기 터치 센싱 구동 신호의 차에 해당하는 출력을 생성하고, 상기 출력을 상기 제1 입력단에 피드백하는 버퍼;
    상기 제1 제어 신호와 상기 제2 제어 신호를 이용하여 상기 출력을 위한 상기 버퍼의 내부 전류를 미러링한 상기 센싱 전류를 출력하는 출력 회로; 및
    필터링 캐패시터를 포함하며, 상기 필터링 캐패시터를 이용하여 상기 버퍼에서 상기 출력 회로로 전달되는 상기 제1 제어 신호와 상기 제2 제어 신호를 필터링하는 로우 패스 필터;를 포함하는 터치 센싱 신호 처리 회로.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 버퍼는 유니트 게인 버퍼인 터치 센싱 신호 처리 회로.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 필터링 캐패시터로써 제1 캐패시터와 제2 캐패시터를 포함하며,
    상기 제1 캐패시터는 상기 터치 센싱 신호에 대응하는 제1 제어 신호의 제1 피크 성분을 필터링하고, 그리고,
    상기 제2 캐패시터는 상기 터치 센싱 구동 신호에 대응하는 제2 제어 신호의 제2 피크 성분을 필터링하는 터치 센싱 신호 처리 회로.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 출력 회로와 상기 버퍼의 상기 내부 전류를 구동하는 내부 회로의 전류 미러 비율이 가변될 수 있으며, 상기 비율의 가변에 의해 상기 센싱 전류의 레인지(Range)가 가변되는 터치 센싱 신호 처리 회로.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 터치 센싱 구동 신호는 상기 센싱 노드에 인가되는 터치 구동 신호와 동일한 파형 및 동일한 위상을 갖는 터치 센싱 신호 처리 회로.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 터치 센싱 구동 신호는 정현파와 구형파 중 선택된 하나의 파형으로 제공되는 터치 센싱 신호 처리 회로.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 델타-시그마 아날로그 디지털 컨버터는,
    상기 센싱 전류를 적분한 상기 샘플링 전압을 생성하고,
    상기 샘플링 전압을 미리 설정된 기준 전압과 비교함으로써 양자화된 상기 디지털 신호를 출력하며, 그리고,
    상기 디지털 신호를 피드백하여 상기 샘플링 전압을 튜닝하는 터치 센싱 신호 처리 회로.
  9. 제1 항에 있어서, 상기 델타-시그마 아날로그 디지털 컨버터는,
    상기 센싱 전류를 적분함으로써 상기 샘플링 전압을 생성하는 적분기;
    상기 샘플링 전압을 미리 설정된 기준 전압과 비교하며, 상기 샘플링 전압의 레벨에 따라 양자화된 값을 갖는 상기 디지털 신호를 출력하는 비교기; 및
    상기 디지털 신호를 수신하며, 상기 디지털 신호의 피드백에 의해 상기 샘플링 전압을 튜닝하는 디지털 아날로그 컨버터;를 포함하는 터치 센싱 신호 처리 회로.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 적분기는 가변 캐패시터를 이용하여 구성되며,
    상기 가변 캐패시터는 상기 센싱 전류를 충전한 상기 샘플링 전압을 갖는 터치 센싱 신호 처리 회로.
  11. 제9 항에 있어서, 상기 디지털 아날로그 컨버터는,
    상기 디지털 신호를 수신하고,
    논리 하이 값을 갖는 상기 디지털 신호에 대응하여 상기 적분기의 상기 샘플링 전압을 감소시키는 동작을 하고,
    논리 로우 값을 갖는 상기 디지털 신호에 대응하여 상기 적분기의 상기 샘플링 전압을 증가시키는 동작을 하는 터치 센싱 신호 처리 회로.
  12. 제9 항에 있어서, 상기 디지털 아날로그 컨버터는,
    상기 샘플링 전압의 튜닝을 위하여 상기 적분기에 포지티브 전하(+) 또는 네가티브 전하(-)를 인가하는 터치 센싱 신호 처리 회로.
  13. 제9 항에 있어서, 상기 디지털 아날로그 컨버터는,
    상기 샘플링 전압의 튜닝을 위하여 상기 적분기에 전류를 충전하거나 상기 적분기의 전류를 방전하는 터치 센싱 신호 처리 회로.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 디지털 신호의 노이즈를 필터링한 로직 신호를 출력하는 로직 필터;를 더 구비하며,
    상기 로직 필터는 데시매이션 필터(Decimation Filter)와 SDFT 필터(Sliding Discrete Fourier Transfer Filter) 중 선택된 하나를 포함하며, 선택된 필터에 의해 상기 디지털 신호에서 비신호 대역의 양자화 노이즈를 제거하는 터치 센싱 신호 처리 회로.
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