WO2022203239A1 - 싱글엔드 누적연산증폭기를 이용한 터치입력 감지장치 - Google Patents

싱글엔드 누적연산증폭기를 이용한 터치입력 감지장치 Download PDF

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WO2022203239A1
WO2022203239A1 PCT/KR2022/003113 KR2022003113W WO2022203239A1 WO 2022203239 A1 WO2022203239 A1 WO 2022203239A1 KR 2022003113 W KR2022003113 W KR 2022003113W WO 2022203239 A1 WO2022203239 A1 WO 2022203239A1
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WO
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current
output terminal
control signal
touch input
voltage
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Application number
PCT/KR2022/003113
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Inventor
김복만
소병철
심우근
Original Assignee
주식회사 지니틱스
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    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
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    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G—PHYSICS
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    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
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    • G06F3/044—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/96—Touch switches

Definitions

  • the present invention relates to an analog front-end circuit for sensing a capacitive touch input used in a user device.
  • FIG. 1 shows the structure of a touch input sensing device of a conventional double sampling method.
  • FIG. 2 is a timing diagram illustrating voltages or operating states in each device constituting the touch input sensing apparatus shown in FIG. 1 .
  • the touch sensing capacitor C M may be provided by touch electrodes installed on a touch screen panel (TSP) installed in the user device (not shown).
  • TSP touch screen panel
  • the size of the touch sensitive capacitor C M may change when an object such as a finger approaches the touch electrodes. However, in a state in which the object of the fingers does not approach the touch electrodes, the size of the touch sensitive capacitor C M may be a value designed to maintain a predetermined value.
  • An unintended parasitic capacitance CP may be formed between the touch electrodes and other components of the user device from the viewpoint of the touch input sensing device.
  • the parasitic capacitance CP may be inevitably generated by the design of other components of the user equipment.
  • the touch input sensing device of the user device is configured to detect the size of the touch sensing capacitor C M , and the parasitic capacitance C P may affect the operation of the touch input sensing device.
  • One electrode of the touch sensing capacitor C M is referred to as a TX electrode 4 or a driving electrode 4
  • the other electrode of the touch sensing capacitor C M is an RX electrode 5 or a sensing electrode 5
  • the driving electrode 4 and the sensing electrode 5 may be provided in the user device in the form of, for example, a transparent electrode.
  • the TX driving unit 1 installed in the user device may include switch units 101 and 102 that actively control the driving electrode 4 to have a voltage of VDD or GND or to float. According to the operation of the switch units 101 and 102 , the voltage of the driving electrode 4 may be controlled in the form of a pulse train that alternately switches the values of VDD and GND according to a predetermined time schedule.
  • the touch input sensing device provided in the user device may include two operational amplifiers OA1 and OA2.
  • the inverting input terminals of each of the operational amplifiers OA1 and OA2 may be connected to the sensing electrode 5 through the selective connection switches 511 and 512 connected thereto, respectively.
  • the non-inverting input terminals of each of the operational amplifiers OA1 and OA2 may be connected to the same common potential (VCM).
  • VCM common potential
  • An inverting input terminal and an output terminal of each of the operational amplifiers OA1 and OA2 may be connected by an accumulation capacitor 532 .
  • the inverting input terminal and the output terminal of each of the operational amplifiers OA1 and OA2 may be selectively shorted to each other by the reset switch 533 .
  • the reset switch 533 When the reset switch 533 is turned on, the potential difference between both terminals of each accumulation capacitor 532 is changed to 0 (zero), and the voltage of each output terminal is the value of the common potential VCM. will have While the reset switch 533 maintains an off state, the potential of the driving electrode 4 may be controlled to have the pulse train shape.
  • a time period from the rising edge, which is the point at which the voltage of the driving electrode 4 rises, to a predetermined time later is defined as the rising edge period 81, and the voltage of the driving electrode 4 falls.
  • a time period from the starting point of the falling edge to after a predetermined time may be defined as the falling edge section 82 .
  • the rising edge section 81 may be a time section in which the voltage of the sensing electrode 5 changes from the common potential VCM and returns to the common potential, which can be confirmed in the lowermost graph of FIG. 2 .
  • the falling edge period 82 may be a time period in which the voltage of the sensing electrode 5 changes from the common potential and returns to the common potential.
  • the sensing electrode 5 is the inverted input of the first operational amplifier OA1.
  • the operation of the selective connection switches 511 and 512 may be controlled to be connected to the terminal.
  • the sensing electrode 5 is the inverting input terminal of the second operational amplifier OA2.
  • the operation of the selective connection switches 511 and 512 may be controlled to be connected to .
  • the sensing electrode 5 Since the sensing electrode 5 is connected to the inverting input terminal of the first operational amplifier OA1 or the second operational amplifier OA2, the rising edge section 81 and the falling edge section 82 are excluded. In the time period, the potential of the sensing electrode 5 eventually has the common potential VCM. However, in response to a change in the voltage of the driving electrode 4 , the voltage of the sensing electrode 5 instantaneously rises from the common potential VCM in the rising edge section 81 and then again increases the common potential VCM. ), and in the falling edge section 82, it falls momentarily from the common potential VCM and then rises again to the common potential VCM.
  • the sensing electrode 5 and operational amplifiers OA1 and OA2 connected to the sensing electrode 5 A transfer of charge occurs between them. Since the voltage changes of the sensing electrode 5 in the rising edge section 81 and the falling edge section 82 are in opposite directions to each other, the sensing electrode in the rising edge section 81 and the falling edge section 82 is The direction of movement of electric charges for (5) is also opposite to each other.
  • the electric charge transferred between the first operational amplifier OA1 and the sensing electrode 5 lowers the output voltage of the output terminal of the first operational amplifier OA1, and the falling edge In section 82, the electric charge transferred between the second operational amplifier OA2 and the sensing electrode 5 increases the output voltage of the output terminal of the second operational amplifier OA2.
  • the amount of electric charge moving between the sensing electrode 5 and the operational amplifiers OA1 and OA2 is determined by the size of the touch sensing capacitor C M .
  • the falling width of the output voltage of the first operational amplifier OA1 in the rising edge section 81 and the rising width of the output voltage of the second operational amplifier OA2 in the falling edge section 82 are It is determined by the size of the touch sensing capacitor C M .
  • the output voltage of the first operational amplifier OA1 gradually decreases, and the output voltage of the second operational amplifier OA2 gradually increases.
  • the size of the touch sensing capacitor CM may be determined using either one of the output voltage of the first operational amplifier OA1 and the output voltage of the second operational amplifier OA2 . However, if both the output voltage of the first operational amplifier OA1 and the output voltage of the second operational amplifier OA2 are used, the input-to-output SNR of the touch input sensing device 200 may be increased. That is, when the output voltage of the second operational amplifier OA2 is subtracted from the output voltage of the first operational amplifier OA1 , there is an advantage in that the influence of the external noise introduced through the sensing electrode 5 is canceled.
  • the related technology is presented in Korean Patent Registration KR1544115B1 (2015-08-06).
  • the first operational amplifier OA1 and the second operational amplifier OA2 may be designed to have the same input/output characteristics, an input offset between the two operational amplifiers may exist due to manufacturing process deviations.
  • the influence of such an input offset is proportional to the magnitude of the above-described parasitic capacitance CP , and gives a change to the output voltages of the operational amplifiers OA1 and OA2 .
  • a chopping technique in which the roles of the first operational amplifier OA1 and the second operational amplifier OA2 are periodically exchanged may be used. Examples of related technologies are disclosed in Korean Patent Publication No. KR20160092436A (2016-08-04) and Korean Patent No. KR1997519B1 (2019-07-02).
  • a current conveyor 124 is installed between the operational amplifiers OA1 and OA2 and the sensing electrode 5 .
  • the current entering the current input terminal of the current conveyor 124 from the sensing electrode 5 is defined as an input current (I x ), and the current flowing out from the current output terminal of the current conveyor 124 is defined as the output current (I).
  • I x input current
  • I z output current
  • the output current may be proportional to the input current.
  • the ratio value of the proportion may always have a constant value. That is, when the charge enters the current input terminal, the charge flows out from the current output terminal, and on the contrary, when the charge flows out from the current input terminal, the charge enters the current output terminal.
  • the equivalent capacitance when the electrode of the TSP is viewed from the operational amplifiers OA1 and OA2 can be referred to as C P1 .
  • the equivalent capacitance when the current conveyor 124 is viewed from the operational amplifiers OA1 and OA2 may be referred to as C P2 . It may be impossible to design the equivalent capacitance C P1 to have a value below a certain level due to design constraints of other components of the user equipment. However, if the current conveyor 124 is designed so that the equivalent capacitance C P2 has a smaller value than the equivalent capacitance C P1 , the effect of the input offset between the two operational amplifiers OA1 and OA2 can be reduced. can
  • the output current I z may be designed to be +k1 times the input current I x (however, k1 is a positive number). In this case, the touch input sensing apparatus 300 may operate with the timing characteristics shown in FIG. 2 .
  • the output current I z may be designed to be -k2 times the input current I x (however, k2 is a positive number).
  • the touch input sensing apparatus 300 may operate with the timing characteristics shown in FIG. 4 .
  • a touch input sensing device includes: a TX driver (1) for controlling the rise and fall of the voltage of the driving electrode (4); a current conveyor unit 20 including a current output terminal 22 and a current input terminal 21 connected to the sensing electrode 5; and a charge accumulation unit 30 having an output terminal for accumulating the charges provided from the current output terminal 22 and outputting a voltage proportional to the amount of the accumulated charges, wherein the voltage of the driving electrode (11)
  • a first ratio between the input current entering the current input terminal and the output current exiting from the current output terminal in the rising edge section 81 of The second ratio between the currents may have different signs.
  • it further includes a direction signal unit 40 for controlling the direction of the output current, and when the direction control signals (+EN, -EN) output from the direction signal unit have a first state, the value of the input current and The value of the output current may have the same sign, and when the direction control signal has the second state, the value of the input current and the value of the output current may have different signs.
  • the current conveyor unit 20 includes a first current conveyor 24 that mirrors the input current; and a current direction control unit 25 controlled by the direction control signal, wherein the direction control signal includes a first direction control signal (+EN) and a second direction control signal (-EN), and the first
  • the direction control signal (+EN) and the second direction control signal (-EN) are logical low and logical high, respectively, the output current of the first current conveyor is transmitted to the current output terminal, and the first direction control signal ( +EN) and the second direction control signal (-EN) are logical high and logical low, respectively, the output current of the first current conveyor may be transferred to the current output terminal by inverting its direction.
  • the current conveyor unit 20 further includes a current gain control signal terminal 26, the current gain control signal input through the current gain control signal terminal 26 includes a plurality of bits
  • One current conveyor 24 includes a current gain control unit 241 including a plurality of current mirrors 2412 and a plurality of gate switch units 2411, and each of the current mirrors 2412 includes an upper FET and It includes a pair of FETs of a lower side FET, and a signal input to the gates of the pair of FETs included in each of the current mirrors is controlled by each of the gate switch units 2411, and each of the gate switches
  • the operation of the unit 2411 may be controlled by each bit of the current gain control signal.
  • the current direction control unit 25 includes a first switch 251 connecting the output terminal 243 of the first current conveyor and the current output terminal; a current direction reversing circuit 253 having an input terminal connected to an output terminal of the first current conveyor; and a second switch 252 connecting the output terminal of the current direction inversion circuit 253 and the current output terminal, wherein the on/off state of the first switch is the second direction control signal (-EN) , and the on/off state of the second switch may be controlled by the first direction control signal +EN.
  • the current direction reversing circuit 253 may be a second current conveyor having a gain of -1.
  • the charge accumulator 30 may include an operational amplifier 31 and an accumulation capacitor 32 connecting an output terminal and an inverting input terminal of the operational amplifier.
  • the TX driving unit may be configured to control the voltage of the driving electrode in the form of a pulse train.
  • a touch input sensing device includes: a TX driver (1) for controlling the rise and fall of the voltage of the driving electrode (4); a current conveyor unit 20 including a current output terminal 22 and a current input terminal 21 connected to the sensing electrode 5; and a charge accumulation unit 30 having an output terminal for accumulating the charges provided from the current output terminal 22 and outputting a voltage proportional to the amount of the accumulated charges, wherein the voltage of the driving electrode (11)
  • the first direction of the output current exiting from the current output terminal in the rising edge section 81 of It may be the same as the two directions.
  • a touch input device includes the above-described touch input sensing device; and the driving electrode and the sensing electrode.
  • a user device includes the above-described touch input sensing device; the driving electrode and the sensing electrode; and a battery.
  • the present invention by using a current conveyor together with one operational amplifier, the problem of input offset occurring in touch input sensing technology using two operational amplifiers and the problem of increasing the volume of the circuit by using two operational amplifiers While solving this problem, it is possible to provide a technology that provides the same performance as the existing touch input sensing technology.
  • FIG. 1 shows the structure of a touch input sensing device of a conventional double sampling method.
  • FIG. 2 is a timing diagram illustrating voltages or operating states in each device constituting the touch input sensing apparatus shown in FIG. 1 .
  • FIG 3 shows the structure of a touch input sensing device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a timing diagram illustrating voltages or operating states in each device constituting the touch input sensing apparatus shown in FIG. 3 .
  • FIG 5 shows the structure of a touch input sensing device provided according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view showing in more detail the configuration of the TX driving unit and the touch input sensing unit of the touch input sensing device shown in FIG. 5 .
  • FIG. 7 is a diagram illustrating voltage changes at main nodes of the touch input sensing device shown in FIG. 6 when the touch input sensing device operates according to the first embodiment.
  • FIG. 8 shows voltage changes at main nodes of the touch input sensing device shown in FIG. 6 when the touch input sensing device operates in the second embodiment.
  • FIG. 9 is a more detailed view of the internal structure of the current conveyor shown in FIG. 6 .
  • FIG. 10 shows the structure of the current conveyor shown in FIG. 9 in another way.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of a user device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 5 shows the structure of a touch input sensing device provided according to an embodiment of the present invention.
  • the touch input sensing apparatus 100 may be a chip-type device provided in a user device such as a smart phone.
  • the operation of the touch input sensing device 100 may be performed by power supplied from the outside of the touch input sensing device 100 , for example, power supplied from the user device.
  • the touch input sensing apparatus 100 may include a touch input sensing unit 2 , a control and communication unit 3 , and a TX driving unit 1 to be described later.
  • the touch input sensing apparatus 100 may further include various other functional units not shown in FIG. 5 .
  • the control and communication unit 3 may perform various necessary processes using the digital value related to the touch input provided by the touch input sensing unit 2 .
  • the necessary processing may include processing of transmitting and receiving information about the touch input with another device external to the touch input sensing apparatus 100 .
  • the user device may include the driving electrode 4 and the sensing electrode 5 described above.
  • the TX driving unit 1 may be configured to apply a voltage controlling the potential of the driving electrode 4 to the driving electrode 4 .
  • the operation of the TX driving unit 1 may be controlled by the control and communication unit 3 .
  • the touch input sensing unit 2 may include a current conveyor unit 20 , a charge accumulation unit 30 , an ADC 60 , a direction signal unit 40 , and a gain control unit 50 .
  • a current input terminal which is an input terminal of the current conveyor unit 20 , may be connected to the sensing electrode 5 .
  • a current output terminal, which is an output terminal of the current conveyor unit 20 may transmit a current proportional to the current input from the sensing electrode 5 to the charge accumulation unit 30 .
  • the direction signal unit 40 may provide a direction control signal for controlling the direction of the output current exiting from the current output terminal. That is, the direction control signal may determine whether the output current has a positive value or a negative value when the input current entering the current input terminal has a positive value, and the input current has a negative value. When it has a value, it may be determined whether the output current has a positive value or a negative value.
  • the gain control unit 50 may provide a current gain control signal for controlling an absolute value of an amplification ratio between the output current to the input current of the current conveyor unit 20 .
  • the charge accumulation unit 30 may accumulate charges provided from the current output terminal and output a voltage proportional to the amount of the accumulated charges.
  • the ADC 60 may convert the analog value output by the charge accumulator 30 into a digital value.
  • FIG. 6 is a view showing in more detail the configuration of the TX driving unit and the touch input sensing unit of the touch input sensing device shown in FIG. 5 .
  • the touch input sensing apparatus shown in FIG. 6 may operate according to a first embodiment or a second embodiment to be described later.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating voltage changes at main nodes of the touch input sensing device shown in FIG. 6 when the touch input sensing device operates according to the first embodiment.
  • FIG. 8 shows voltage changes at main nodes of the touch input sensing device shown in FIG. 6 when the touch input sensing device operates in the second embodiment.
  • the driving electrode 4 and the sensing electrode 5 shown in FIG. 6 may not be included in the touch input sensing device 100 and may be provided separately. However, in another embodiment, the driving electrode 4 and the sensing electrode 5 shown in FIG. 6 may be provided in a form included in the touch input sensing device 100 .
  • the TX driving unit 1 may control the rise and fall of the voltage of the driving electrode 4 .
  • the TX driving unit 1 may be configured to control the voltage of the driving electrode 4 in the form of a pulse train.
  • Reference numeral TX or reference numeral 11 shown in FIGS. 7 and 8 is a graph showing the voltage of the driving electrode 4 according to time. That is, the graph of reference number 11 indicates the voltage of the driving electrode 4 .
  • the pulse train may be controlled to have substantially any one of VDD and GND.
  • the voltage 11 of the driving electrode 4 which is the output voltage of the TX driving unit 1 , may be controlled by the operation of the first switch 101 and the second switch 102 .
  • the voltage 11 of the driving electrode 4 has a VDD value.
  • the voltage 11 of the driving electrode 4 has a GND value.
  • the current conveyor unit 20 may include a current input terminal 21 , a current output terminal 22 , a VREF input terminal 23 , a current gain control signal terminal 26 , and a direction control signal terminal 27 .
  • the current input terminal 21 may be connected to the sensing electrode 5 .
  • the current output terminal 22 may output an output current.
  • the VREF input terminal 23 may receive a predetermined voltage.
  • the current gain control signal terminal 26 may receive a current gain control signal for controlling the absolute value of the current gain between the input and output of the current conveyor unit 20 .
  • the direction control signal terminal 27 may receive a direction control signal for determining a relative direction relationship between an input current entering the current input terminal 21 and an output current outputted from the current output terminal 22 .
  • the direction signal unit 40 may output the direction control signal.
  • the gain control unit 50 may output the current gain control signal.
  • the charge accumulator 30 may include an output terminal for accumulating the charges provided from the current output terminal 22 and outputting a voltage proportional to the amount of the accumulated charges.
  • the charge accumulator 30 includes an operational amplifier 31, a accumulating capacitor 32 connecting an output terminal and an inverting input terminal of the operational amplifier, and a connection between an output terminal and an inverting input terminal of the operational amplifier It may include a reset switch 33 that does.
  • reference symbol VOUT is a graph indicating a voltage of an output terminal of the operational amplifier
  • reference symbol ⁇ R is a graph indicating an on/off state of the reset switch 33 .
  • reference numeral RX is a graph showing a voltage of the sensing electrode 5 that appears according to a change in the voltage TX of the driving electrode 4 .
  • the rising edge section 81 which is a time period from the time when the voltage of the driving electrode 4 rises to a predetermined time
  • the voltage of the sensing electrode 5 momentarily increases from the predetermined reference voltage VREF. It decreases back to the reference voltage VREF.
  • the falling edge section 82 which is a time period from the time when the voltage of the driving electrode 4 falls to a predetermined time later
  • the voltage of the sensing electrode 5 momentarily decreases from the predetermined reference voltage VREF. is again increased to the reference voltage VREF.
  • the reference voltage VREF is a voltage value provided to the VREF input terminal 23 of the current conveyor unit 20 .
  • the reference voltage VREF may be set to, for example, VCM, which is a half value of the operating voltage VDD of the TX driver 1 .
  • reference numeral I X denotes a graph showing the input current entering the current conveyor unit 20 through the current input terminal 21 according to a change in the voltage TX of the driving electrode 4 . to be.
  • the rising edge section 81 which is a time period from the time when the voltage of the driving electrode 4 rises to after a predetermined time
  • the input current increases in the positive (+) direction from the zero (0) value, and then increases again decreases and returns to a value of zero (0).
  • the falling edge section 82 which is a time period from the time when the voltage of the driving electrode 4 falls to a predetermined time later, the input current decreases from a value of zero to a negative (-) direction. increases again and returns to a value of zero (0).
  • reference numeral I Z denotes the current through the current output terminal 22 according to a change in the voltage TX of the driving electrode 4 . It is a graph showing the output current exiting from the conveyor unit 20 .
  • the output current increases from a value of zero to a negative (-) direction, and then increases again. Returns a value of zero (0).
  • the current conveyor 20 is configured to generate the output current regardless of the direction of the input current. It is controlled so that the output current always has a constant direction.
  • the first direction of the output current exiting from the current output terminal in the rising edge section 81 of the voltage 11 of the driving electrode 4 is the driving electrode 4 .
  • the falling edge section 82 of the voltage 11 it is possible to control to be the same as the second direction of the output current exiting from the current output terminal.
  • the first ratio and the second ratio between the input current and the output current in the falling edge section 82 of the driving electrode voltage may have different signs.
  • Whether the current conveyor unit 20 operates in the first or second embodiment is determined by the circuit structure inside the current conveyor unit 20, or the direction control signal terminal ( 27) can be determined according to the provision method.
  • the first direction control signal (+EN) and the second direction control signal (-EN) have an on state and an off state, respectively.
  • the voltage 11 of the driving electrode is VDD
  • the first direction control signal (+EN) and the second direction control signal are already (-EN) is intended to have an on state and an off state, respectively.
  • the first direction control signal +EN and the second direction control signal -EN have an off state and an on state, respectively. That is, in the falling edge section 82 , the voltage 11 of the driving electrode is GND, and at this time, when the falling edge section 82 starts, the first direction control signal (+EN) and the second direction control signal are already (-EN) is intended to have an off state and an on state, respectively.
  • the first direction control signal +EN and the second direction control signal -EN are in an off state and an on state, respectively.
  • the voltage 11 of the driving electrode is GND
  • the first direction control signal +EN and the second direction control signal -EN have an on state and an off state, respectively.
  • the charge accumulation unit ( 30) since the output current I z always has a positive value in the rising edge section 81 and the falling edge section 82 , the charge accumulation unit ( 30), the output voltage decreases with time. In this case, if the reference voltage VREF input to the charge accumulation unit 30 is set to have a relatively large value, the number of times of accumulation of charges by the output current I z may be further increased.
  • the output current I z since the output current I z always has a negative value in the rising edge section 81 and the falling edge section 82 , the charge accumulation The output voltage of the section 30 increases with time. In this case, if the reference voltage VREF input to the charge accumulation unit 30 is set to have a relatively small value, the number of times of accumulation of charges by the output current I z may be further increased.
  • FIG. 9 is a more detailed view of the internal structure of the current conveyor shown in FIG. 6 .
  • the current conveyor unit 20 may include a first current conveyor 24 that mirrors the input current and a current direction control unit 25 controlled by the direction control signals +EN and -EN.
  • the first current conveyor 24 may include an OTA 244 , a gate voltage control unit 245 , and a current gain control unit 241 .
  • the current gain control unit 241 may include current mirrors 2412 .
  • Each of the current mirrors 2412 may be composed of a pair of FETs, respectively, of an upper side FET and a lower side FET.
  • a signal input to the gates of the pair of FETs may be controlled by the gate switch unit 2411 .
  • the current gain control signal input through the current gain control signal terminal 26 may be composed of a plurality of bits. An operation of each gate switch unit 2411 may be controlled by each bit of the current gain control signal.
  • the gain defined by the ratio of the output current I z to the input current I x may be controlled by adjusting the size of the transistor operating in the current gain control unit 241 .
  • the size of the transistors constituting each current mirror 2412 may be designed to be different or the same for each current mirror, and the gain may be adjusted according to how many of the plurality of current mirrors are to be operated. .
  • the current gain control unit 241 may include an output terminal 243 of the first current conveyor 24 that outputs an internal output current obtained by amplifying the input current according to a predetermined current gain.
  • the internal output current may be input to the current direction control unit 25 .
  • the direction control signal may include a first direction control signal (+EN) and a second direction control signal (-EN).
  • the current direction control unit 25 includes a first switch 251 connecting the output terminal 243 of the first current conveyor 24 and the current output terminal 22 , the second 1 A current direction reversing circuit 253 having an input terminal connected to an output terminal 243 of the current conveyor 24, and a second connecting an output terminal of the current direction reversing circuit 253 and the current output terminal 22 A switch 252 may be included.
  • the on/off state of the first switch 251 is controlled by the second direction control signal -EN
  • the on/off state of the second switch 252 is controlled by the first direction control signal (-EN). +EN).
  • the output of the first current conveyor 24 Current is transferred to the current output terminal 22, and when the first direction control signal (+EN) and the second direction control signal (-EN) are logical high (on state) and logical low (off state), respectively.
  • the output current of the first current conveyor 24 may be transferred to the current output terminal 22 by inverting the direction thereof.
  • the embodiment shown in Fig. 9 can be modified.
  • the current direction reversing circuit 253 may be modified to be disposed upstream of the first switch 251 rather than disposed upstream of the second switch 252 .
  • FIG. 10 shows the structure of the current conveyor shown in FIG. 9 in another way.
  • the current conveyor unit 20 may include the first current conveyor 24 and the current direction control unit 25 .
  • the current direction reversing circuit 253 included in the current direction control unit 25 may be a second current conveyor having a gain of -1.
  • controlling the voltage of the driving electrode 4 in the form of a pulse train means that the voltage of the driving electrode 4 is a first level (ex: VDD) and a second level (ex: GND) according to time. It may mean that the control is controlled to alternately.
  • the touch input sensing device 100 may be a touch input sensing IC.
  • the touch input sensing device 100 may be a device including the touch input sensing IC and the TSP.
  • the touch input sensing device 100 when configured as shown in FIG. 6 , in both the rising edge section and the falling edge section of the voltage of the driving electrode 4, the amount of charge stored in the charge accumulation unit 30 is accumulation may occur.
  • accumulation of charges may occur in the charge accumulator 130 in both the rising edge section and the falling edge section of the voltage of the driving electrode 4 .
  • the embodiment of FIG. 6 differs in that only one operational amplifier and one accumulation capacitor may be used respectively. When only one of the operational amplifier and the accumulation capacitor is used, there is an advantage that the volume of a physical circuit occupied by them can be significantly reduced.
  • the charge is accumulated only in one of the rising edge section and the falling edge section of the voltage of the driving electrode 4 .
  • An accumulation of charge will occur in the portion 130 .
  • the performance of the touch input sensing device may be improved as more charges are accumulated in the charge accumulation unit 30 or the charge accumulation unit 130 during the same time period. Accordingly, the configuration of the touch input sensing apparatus 100 shown in FIG. 6 exhibits better effects than other embodiments.
  • the touch input sensing device 100 having the structure shown in FIG. 6 When the touch input sensing device 100 having the structure shown in FIG. 6 is used, only one set of a combination of an operational amplifier and a cumulative capacitor may be used. As a result, compared to the touch input sensing device shown in FIGS. 1 and 3 , in implementing the same performance, the size occupied by the circuit can be reduced, the circuit complexity can be reduced, and the number of driving signals used can be reduced. have. And even if only one set of operational amplifiers and accumulation capacitors are used, the same output information as the touch input sensing device shown in FIGS. 1 and 3 can be obtained, and the influence of the input offset can be excluded.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of a user device according to an embodiment of the present invention.
  • the user device 400 is measured by the user input device 410 including the sensing electrode 5 and the driving electrode 4 , the touch input sensing device 100 , and the touch input sensing device 100 .
  • a main processor 420 that receives a capacitance value formed in one sensing electrode 5 from the touch input sensing device 100 may be included.
  • the main processing unit 420 may be configured to process a user input to the user device 400 based on the capacitance value provided from the touch input sensing device 100 .
  • the user device 400 includes a display unit 430 controlled by the main processing unit 420 , a storage unit 440 for storing data requested by the main processing unit 420 , and an external device of the user device 400 . It may further include a communication unit 450 for sending and receiving signals, and a power supply unit 460 for providing power to the user device 400 .
  • the touch input sensing apparatus 100 may be provided in the form of a chip.
  • the user input device 410 may be a transparent touch panel, and the user input device 410 may be manufactured by a manufacturing process of the display unit 430 or manufactured separately from the display unit 430 .
  • the power supply unit 460 may include a battery.

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Abstract

구동전극의 전압의 상승과 하강을 제어하는 TX구동부, 전류출력단자 및 감지전극에 연결되는 전류입력단자를 포함하는 커런트 컨베이어부, 및 상기 전류출력단자로부터 제공된 전하를 누적하여 상기 누적된 전하의 양에 비례하는 전압을 출력하는 출력단자를 갖는 전하누적부를 포함하는 터치입력 감지장치를 공개한다. 이때, 상기 구동전극의 전압의 상승에지 구간과 하강에지 구간 모두에서 상기 전류출력단자로부터 빠져 나오는 출력전류가 언제나 일정한 방향을 갖도록 제어된다.

Description

싱글엔드 누적연산증폭기를 이용한 터치입력 감지장치
본 발명은 사용자 기기에 이용되는 정전식 터치입력의 감지를 위한 아날로그 프론트엔드 회로에 관한 것이다.
도 1은 종래에 이용되던 더블 샘플링 방식의 터치입력 감지장치의 구조를 나타낸 것이다.
도 2는 도 1에 나타낸 터치입력 감지장치를 구성하는 각 디바이스에서의 전압 또는 작동상태를 나타낸 타이밍도이다.
이하 도 1 및 도 2를 함께 참조하여 설명한다.
사용자 기기(미도시)에 설치된 TSP(touch screen panel)에 설치된 터치전극들에 의해 터치감지 커패시터(CM)가 제공될 수 있다. 터치감치 커패시터(CM)의 크기는 상기 터치전극들에 손가락과 같은 물체가 접근하면 그 값이 변화할 수 있다. 다만 상기 터치전극들에 손가락들의 물체가 접근하지 않은 상태에서는 터치감치 커패시터(CM)의 크기는 미리 정해진 값을 유지하도록 설계된 값일 수 있다.
상기 터치전극들과 상기 사용자 기기의 다른 부품들 간에는 터치입력 감지장치의 관점에서 의도하지 않은 기생 커패시턴스(CP)가 형성되어 있을 수 있다. 상기 기생 커패시턴스(CP)는 사용자 기기의 다른 부품들의 설계에 의해 필연적으로 발생하는 것일 수 있다. 상기 사용자 기기의 터치입력 감지장치는 상기 터치감지 커패시터(CM)의 크기를 검출하도록 되어 있는데, 상기 기생 커패시턴스(CP)는 상기 터치입력 감지장치의 동작에 영향을 줄 수 있다.
상기 터치감지 커패시터(CM)의 일 전극을 TX전극(4) 또는 구동전극(4)이라고 지칭하고, 상기 터치감지 커패시터(CM)의 타 전극을 RX전극(5) 또는 감지전극(5)이라고 지칭할 수 있다. 상기 구동전극(4) 및 감지전극(5)은 상기 사용자 기기에 예컨대 투명전극과 같은 형태로 제공될 수 있다.
상기 사용자 기기에 설치된 TX구동부(1)는 상기 구동전극(4)이 VDD 또는 GND의 전압을 갖거나 또는 플로팅되도록, 능동적으로 제어하는 스위치부(101, 102)를 포함할 수 있다. 상기 스위치부(101, 102)의 동작에 따라 상기 구동전극(4)의 전압은 미리 결정된 타임 스케쥴에 따라 VDD 과 GND의 값을 교대로 전환하는 펄스 트레인의 형태로 제어될 수 있다.
상기 사용자 기기에 제공된 터치입력 감지장치는 2개의 연산증폭기들(OA1, OA2)을 포함할 수 있다. 각 연산증폭기(OA1, OA2)의 반전 입력단자는 그 각각에 연결된 선택연결 스위치(511, 512)를 통해 상기 감지전극(5)에 연결될 수 있다. 각 연산증폭기(OA1, OA2)의 비반전 입력단자는 동일한 공통전위(VCM)에 연결되어 있을 수 있으며, 따라서 각 연산증폭기(OA1, OA2)의 반전 입력단자의 전위 역시 상기 공통전위(VCM)를 갖게 된다. 각 연산증폭기(OA1, OA2)의 반전 입력단자와 출력단자는 누적 커패시터(532)에 의해 연결될 수 있다. 또한, 각 연산증폭기(OA1, OA2)의 반전 입력단자와 출력단자는 리셋 스위치(533)에 의해 선택적으로 서로 단락(short)될 수 있다. 상기 리셋 스위치(533)가 온(ON) 상태로 되면 각 누적 커패시터(532)의 양 단자의 전위차가 0(영)으로 변화하게 되며, 상기 각 출력단자의 전압이 상기 공통전위(VCM)의 값을 갖게 된다. 상기 리셋 스위치(533)가 오프 상태를 유지하는 동안, 상기 구동전극(4)의 전위는 상기 펄스트레인 형태를 갖도록 제어될 수 있다.
본 명세서에서, 상기 구동전극(4)의 전압이 상승하는 시점인 상승에지로부터 소정의 시간 후까지의 시구간을 상승에지 구간(81)으로 정의하고, 상기 구동전극(4)의 전압이 하강하는 시점인 하강에지로부터 소정의 시간 후까지의 시구간을 하강에지 구간(82)으로 정의할 수 있다. 상기 상승에지 구간(81)은, 상기 감지전극(5)의 전압은 상기 공통전위(VCM)로부터 변화하여 다시 상기 공통전위로 돌아오는 시구간일 수 있으며, 이는 도 2의 가장 아래쪽 그래프에서 확인할 수 있다. 또한, 상기 하강에지 구간(82)은, 상기 감지전극(5)의 전압은 상기 공통전위로부터 변화하여 다시 상기 공통전위로 돌아오는 시구간일 수 있다.
상기 펄스트레인의 상승에지 구간(81)의 시작시점으로부터 하강에지 구간(81)의 시작시점까지로 정의되는 제1시구간에서 상기 감지전극(5)이 상기 제1연산증폭기(OA1)의 반전 입력단자에 연결되도록 상기 선택연결 스위치들(511, 512)의 동작이 제어될 수 있다. 또한, 상기 펄스트레인의 하강에지 구간(82)의 시작시점으로부터 상승에지 구간(81)까지로 정의되는 제2시구간에서 상기 감지전극(5)이 상기 제2연산증폭기(OA2)의 반전 입력단자에 연결되도록 상기 선택연결 스위치들(511, 512)의 동작이 제어될 수 있다.
상기 감지전극(5)은 상기 제1연산증폭기(OA1) 또는 상기 제2연산증폭기(OA2)의 반전 입력단자에 연결되어 있기 때문에, 상기 상승에지 구간(81) 및 하강에지 구간(82)을 제외한 시구간에서 상기 감지전극(5)의 전위는 결국 상기 공통전위(VCM)를 갖게 된다. 그러나 상기 구동전극(4)의 전압의 변화에 대응하여, 상기 감지전극(5)의 전압은 상기 상승에지 구간(81)에서 상기 공통전위(VCM)로부터 순간적으로 상승했다가 다시 상기 공통전위(VCM)로 하강하게 되고, 상기 하강에지 구간(82)에서는 상기 공통전위(VCM)로부터 순간적으로 하강했다가 다시 상기 공통전위(VCM)로 상승하게 된다.
상기 상승에지 구간(81)과 하강에지 구간(82)에서의 상기 감지전극(5)의 전압 변화로 인하여, 상기 감지전극(5)과 상기 감지전극(5)에 연결된 연산증폭기(OA1, OA2) 사이에는 전하의 이동이 발생하게 된다. 상기 상승에지 구간(81)과 하강에지 구간(82)에서의 상기 감지전극(5)의 전압 변화는 서로 반대방향이기 때문에, 상기 상승에지 구간(81)과 하강에지 구간(82)에서 상기 감지전극(5)에 대한 전하의 이동방향도 서로 반대방향이 된다. 상기 상승에지 구간(81)에서는 상기 제1연산증폭기(OA1)와 상기 감지전극(5) 사이에서 이동한 전하가 상기 제1연산증폭기(OA1)의 출력단자의 출력전압을 하강시키고, 상기 하강에지 구간(82)에서는 상기 제2연산증폭기(OA2)와 상기 감지전극(5) 사이에서 이동한 전하가 상기 제2연산증폭기(OA2)의 출력단자의 출력전압을 상승시킨다.
상기 감지전극(5)과 상기 연산증폭기(OA1, OA2) 사이에서 이동하는 전하의 양은 상기 터치감지 커패시터(CM)의 크기에 의해 결정된다. 다시 말해, 상기 상승에지 구간(81)에서의 상기 제1연산증폭기(OA1)의 출력전압의 하강폭 및 상기 하강에지 구간(82)에서의 상기 제2연산증폭기(OA2)의 출력전압의 상승폭은 상기 터치감지 커패시터(CM)의 크기에 의해 결정된다. 상기 펄스트레인의 상승에지와 하강에지를 반복시킬 때마다 상기 제1연산증폭기(OA1)의 출력전압은 점점 더 하강하고, 상기 제2연산증폭기(OA2)의 출력전압은 점점 더 상승하게 된다. 상기 펄스트레인의 상승에지와 하강에지를 반복시켜 상기 누적 커패시터들(532)에 누적되는 전하들의 양을 증가시킴으로써 상기 터치감지 커패시터(CM)의 크기를 더 정확하게 측정할 수 있다.
상기 제1연산증폭기(OA1)의 출력전압과 상기 제2연산증폭기(OA2)의 출력전압 중 어느 하나만 이용하더라도 상기 터치감지 커패시터(CM)의 크기를 결정할 수 있다. 그러나 상기 제1연산증폭기(OA1)의 출력전압과 상기 제2연산증폭기(OA2)의 출력전압을 모두 이용하면 터치입력 감지장치(200)의 입력대출력 SNR을 높일 수 있다. 즉, 상기 제1연산증폭기(OA1)의 출력전압에서 상기 제2연산증폭기(OA2)의 출력전압을 빼면 상기 감지전극(5) 통해 유입된 외부 노이즈의 영향이 상쇄되는 이점이 있다. 이에 관련된 기술은 대한민국 등록특허 KR1544115B1 (2015-08-06)에 제시되어 있다.
한편, 상기 제1연산증폭기(OA1)와 상기 제2연산증폭기(OA2)는 서로 동일한 입출력 특성을 갖도록 설계될 수 있지만, 실제로 제조 시의 공정 편차 때문에 두 연산증폭기 간의 입력 오프셋이 존재할 수 있다. 이러한 입력 오프셋의 영향은 상술한 기생 커패시턴스(CP)의 크기에 비례하며, 상기 연산증폭기들(OA1, OA2)의 출력 전압에 변동을 준다. 이러한 편차의 영향을 없애기 위하여 상기 제1연산증폭기(OA1)와 상기 제2연산증폭기(OA2)의 역할을 주기적으로 서로 바꿔주는 쵸핑(chopping) 기술을 이용할 수 있다. 이에 관련된 기술의 예는 대한민국 특허공개번호 KR20160092436A (2016-08-04) 및 대한민국 등록특허번호 KR1997519B1 (2019-07-02)에 제시되어 있다.
본 발명에서는 기존의 2개의 연산증폭기를 이용하는 터치입력 감지기술에서 발생하는 입력 오프셋의 문제 및 2개의 연산증폭기를 이용함으로써 회로의 부피가 커지는 문제점을 해결하면서도, 상기 기존의 터치입력 감지기술과 동일한 성능을 제공하기 위하여 1개의 연산증폭기와 함께 커런트 컨베이어를 이용하는 기술을 제공하고자 한다.
도 1에서 설명한 입력 오프셋의 영향을 줄이기 위하여, 본 발명의 일 관점에 따라 제공되는 터치입력 감지장치(300)에서는 연산증폭기(OA1, OA2)와 감지전극(5) 사이에 커런트 컨베이어(124)를 추가할 수 있다(도 3 참고). 상기 감지전극(5)으로부터 상기 커런트 컨베이어(124)의 전류입력단자로 들어가는 전류를 입력전류(Ix)라고 정의하고, 상기 커런트 컨베이어(124)의 전류출력단자로부터 빠져 나오는 전류를 출력전류(Iz)라고 정의할 수 있다. 이때, 상기 출력전류는 상기 입력전류에 비례할 수 있다. 그리고 상기 비례의 비율값은 언제나 일정한 값을 가질 수 있다. 즉, 상기 전류입력단자로 전하가 들어갈 때에 상기 전류출력단자로부터는 전하가 빠져 나오도록 되어 있고, 반대로 상기 전류입력단자로부터 전하가 빠져 나올 때에 상기 전류출력단자로 전하가 들어가도록 설계될 수 있다.
이렇게 하면, 도 3에서 커런트 컨베이어(124)가 없다고 가정하였을 때에 연산증폭기(OA1, OA2)에서 TSP의 전극을 바라보았을 때의 등가정전용량을 CP1이라고 할 수 있다. 그리고 도 3과 같이 커런트 컨베이어(124)가 존재하는 경우 연산증폭기(OA1, OA2)에서 커런트 컨베이어(124)를 바라보았을 때의 등가정전용량을 CP2라고 할 수 있다. 상기 등가정전용량(CP1)은 사용자 기기의 다른 부품들의 설계 제약 때문에 어느 수준 이하의 값을 갖도록 설계하는 것이 불가능할 수도 있다. 그러나 상기 등가정전용량(CP2)이 상기 등가정전용량(CP1)보다 작은 값을 갖도록 상기 커런트 컨베이어(124)를 설계한다면 상기 두 연산증폭기(OA1, OA2) 간의 입력 오프셋에 의한 영향을 감소시킬 수 있다.
도 3에 제시한 터치입력 감지장치(300)에 있어서, 상기 출력전류(Iz)가 상기 입력전류(Ix)의 +k1 배가 되도록 설계될 수 있다(단, k1은 양수). 이 경우, 터치입력 감지장치(300)는 도 2에 제시된 타이밍 특성으로 동작할 수 있다.
이와 달리, 도 3에 제시한 터치입력 감지장치(300)에 있어서, 상기 출력전류(Iz)가 상기 입력전류(Ix)의 -k2 배가 되도록 설계될 수 있다(단, k2는 양수). 이 경우, 터치입력 감지장치(300)는 도 4에 제시된 타이밍 특성으로 동작할 수 있다.
본 발명의 일 관점에 따른 터치입력 감지장치는, 구동전극(4)의 전압의 상승과 하강을 제어하는 TX구동부(1); 전류출력단자(22) 및 감지전극(5)에 연결되는 전류입력단자(21)를 포함하는 커런트 컨베이어부(20); 및 상기 전류출력단자(22)로부터 제공된 전하를 누적하여, 상기 누적된 전하의 양에 비례하는 전압을 출력하는 출력단자를 갖는 전하누적부(30)를 포함하며, 상기 구동전극의 전압(11)의 상승에지 구간(81)에서 상기 전류입력단자로 들어가는 입력전류와 상기 전류출력단자로부터 빠져 나오는 출력전류 간의 제1비율과, 상기 구동전극 전압의 하강에지 구간(82)에서 상기 입력전류와 상기 출력전류 간의 제2비율은 서로 다른 부호를 갖도록 되어 있을 수 있다.
이때, 상기 출력전류의 방향을 제어하는 방향신호부(40)를 더 포함하며, 상기 방향신호부가 출력하는 방향제어신호(+EN, -EN)가 제1상태를 가질 때에 상기 입력전류의 값과 상기 출력전류의 값은 서로 동일한 부호를 갖도록 되어 있고, 상기 방향제어신호가 제2상태를 가질 때에 상기 입력전류의 값과 상기 출력전류의 값은 서로 다른 부호를 갖도록 되어 있을 수 있다.
이때, 상기 커런트 컨베이어부(20)는, 상기 입력전류를 미러링하는 제1커런트 컨베이어(24); 및 상기 방향제어신호에 의해 제어되는 전류방향제어부(25)를 포함하며, 상기 방향제어신호는 제1방향제어신호(+EN) 및 제2방향제어신호(-EN)로 구성되며, 상기 제1방향제어신호(+EN) 및 제2방향제어신호(-EN)가 각각 로지컬 로우 및 로지컬 하이인 경우 상기 제1커런트 컨베이어의 출력전류는 상기 전류출력단자로 전달되고, 상기 제1방향제어신호(+EN) 및 제2방향제어신호(-EN)가 각각 로지컬 하이 및 로지컬 로우인 경우 상기 제1커런트 컨베이어의 출력전류는 그 방향이 반전되어 상기 전류출력단자로 전달될 수 있다.
이때, 상기 커런트 컨베이어부(20)는 전류이득 제어신호단자(26)를 더 포함하고, 상기 전류이득 제어신호단자(26)를 통해 입력되는 전류이득 제어신호는 복수 개의 비트들을 포함하며, 상기 제1커런트 컨베이어(24)는, 복수 개의 커런트 미러들(2412) 및 복수 개의 게이트 스위치부(2411)들을 포함하는 전류이득제어부(241)를 포함하고, 각각의 상기 커런트 미러(2412)는 상측 FET 및 하측 FET의 한 쌍의 FET들을 포함하며, 각각의 상기 커런트 미러에 포함된 상기 한 쌍의 FET들의 게이트에 입력되는 신호는 각각의 상기 게이트 스위치부(2411)에 의해 제어되며, 각각의 상기 게이트 스위치부(2411)의 동작은 상기 전류이득 제어신호의 각 비트에 의해 제어될 수 있다.
이때, 상기 전류방향제어부(25)는 상기 제1커런트 컨베이어의 출력단자(243)와 상기 전류출력단자를 연결하는 제1스위치(251); 상기 제1커런트 컨베이어의 출력단자에 입력단자가 연결된 전류방향 반전회로(253); 및 상기 전류방향 반전회로(253)의 출력단자와 상기 전류출력단자를 연결하는 제2스위치(252)를 포함하며, 상기 제1스위치의 온/오프 상태는 상기 제2방향제어신호(-EN)에 의해 제어되고, 상기 제2스위치의 온/오프 상태는 상기 제1방향제어신호(+EN)에 의해 제어될 수 있다.
이때, 상기 전류방향 반전회로(253)는 -1의 이득을 갖는 제2커런트 컨베이어일 수 있다.
이때, 상기 전하누적부(30)는 연산증폭기(31) 및 상기 연산증폭기의 출력단자와 반전입력단자 사이를 연결하는 누적 커패시터(32)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 TX구동부는 상기 구동전극의 전압을 펄스 트레인 형태로 제어하도록 되어 있을 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따른 터치입력 감지장치는, 구동전극(4)의 전압의 상승과 하강을 제어하는 TX구동부(1); 전류출력단자(22) 및 감지전극(5)에 연결되는 전류입력단자(21)를 포함하는 커런트 컨베이어부(20); 및 상기 전류출력단자(22)로부터 제공된 전하를 누적하여, 상기 누적된 전하의 양에 비례하는 전압을 출력하는 출력단자를 갖는 전하누적부(30)를 포함하며, 상기 구동전극의 전압(11)의 상승에지 구간(81)에서 상기 전류출력단자로부터 빠져 나오는 출력전류의 제1방향은 상기 구동전극의 전압(11)의 하강에지 구간(82)에서 상기 전류출력단자로부터 빠져 나오는 상기 출력전류의 제2방향과 동일할 수 있다.
본 발명의 일 관점에 따른 터치입력장치는, 상술한 터치입력 감지장치; 및 상기 구동전극 및 상기 감지전극을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 관점에 따른 사용자 기기는, 상술한 터치입력 감지장치; 상기 구동전극 및 상기 감지전극; 및 배터리를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 1개의 연산증폭기와 함께 커런트 컨베이어를 이용함으로써, 기존의 2개의 연산증폭기를 이용하는 터치입력 감지기술에서 발생하는 입력 오프셋의 문제 및 2개의 연산증폭기를 이용함으로써 회로의 부피가 커지는 문제점을 해결하면서도, 상기 기존의 터치입력 감지기술과 동일한 성능을 제공하는 기술을 제공할 수 있다.
도 1은 종래에 이용되던 더블 샘플링 방식의 터치입력 감지장치의 구조를 나타낸 것이다.
도 2는 도 1에 나타낸 터치입력 감지장치를 구성하는 각 디바이스에서의 전압 또는 작동상태를 나타낸 타이밍도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치입력 감지장치의 구조를 나타낸 것이다.
도 4는 도 3에 나타낸 터치입력 감지장치를 구성하는 각 디바이스에서의 전압 또는 작동상태를 나타낸 타이밍도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 터치입력 감지장치의 구조를 나타낸 것이다.
도 6은 도 5에 제시한 터치입력 감지장치의 TX구동부 및 터치입력 감지부의 구성을 더 자세히 나타낸 것이다.
도 7은 도 6에 나타낸 터치입력 감지장치가 상기 제1실시예로 동작할 때에 상기 터치입력 감지장치의 주요 노드들에서의 전압 변화를 나타낸 것이다.
도 8은 도 6에 나타낸 터치입력 감지장치가 상기 제2실시예로 동작할 때에 상기 터치입력 감지장치의 주요 노드들에서의 전압 변화를 나타낸 것이다.
도 9는 도 6에 제시한 커런트 컨베이어부의 내부 구조를 더 자세히 나타낸 것이다.
도 10은 도 9에 나타낸 커런트 컨베이어부의 구조를 다른 방식으로 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 기기의 구성을 나타낸 다이어그램이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 설명한다. 그러나 본 발명은 본 명세서에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며 여러 가지 다른 형태로 구현될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어는 실시예의 이해를 돕기 위한 것이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 의도된 것이 아니다. 또한, 이하에서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 터치입력 감지장치의 구조를 나타낸 것이다.
상기 터치입력 감지장치(100)는 스마트폰 등의 사용자 기기에 구비되는 칩 형태의 디바이스일 수 있다. 상기 터치입력 감지장치(100)의 동작은 상기 터치입력 감지장치(100)의 외부에서 제공되는 전원, 예컨대 상기 사용자 기기에서 제공되는 전원에 의해 이루어질 수 있다.
상기 터치입력 감지장치(100)는 후술하는 터치입력 감지부(2), 제어 및 통신부(3), 및 TX구동부(1)를 포함할 수 있다. 또한 상기 터치입력 감지장치(100)는 도 5에 도시하지 않은 다른 다양한 기능부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어 및 통신부(3)는 상기 터치입력 감지부(2)에서 제공한, 터치입력에 관련된 디지털 값을 이용하여 각종 필요한 처리를 수행할 수 있다. 상기 필요한 처리에는 상기 터치입력 감지장치(100)의 외부에 있는 다른 디바이스와 상기 터치입력에 관한 정보를 송수신하는 처리가 포함될 수 있다.
상기 사용자 기기에는 상술한 구동전극(4) 및 감지전극(5)이 포함되어 있을 수 있다.
상기 TX구동부(1)는 상기 구동전극(4)의 전위를 제어하는 전압을 상기 구동전극(4)에게 인가하도록 되어 있을 수 있다. 상기 TX구동부(1)의 동작은 상기 제어 및 통신부(3)에 의해 제어될 수 있다.
상기 터치입력 감지부(2)는 커런트 컨베이어부(20), 전하누적부(30), ADC(60), 방향신호부(40), 및 이득제어부(50)를 포함할 수 있다.
상기 커런트 컨베이어부(20)의 입력단자인 전류입력단자는 상기 감지전극(5)에 연결되어 있을 수 있다. 상기 커런트 컨베이어부(20)의 출력단자인 전류출력단자는 상기 감지전극(5)으로부터 입력되는 전류에 비례하는 전류를 상기 전하누적부(30)에게 전달할 수 있다.
상기 방향신호부(40)는 상기 전류출력단자로부터 빠져 나오는 출력전류의 방향을 제어하는 방향제어신호를 제공할 수 있다. 즉, 상기 방향제어신호는, 상기 전류입력단자로 들어가는 입력전류가 양의 값을 가질 때에 상기 출력전류가 양의 값과 음의 값 중 어느 값을 갖도록 할지를 결정할 수 있고, 상기 입력전류가 음의 값을 가질 때에 상기 출력전류가 양의 값과 음의 값 중 어느 값을 갖도록 할지를 결정할 수 있다.
상기 이득제어부(50)는 상기 커런트 컨베이어부(20)의 상기 입력전류에 대한 상기 출력전류 간의 증폭비의 절대값을 제어하는 전류이득제어신호를 제공할 수 있다.
상기 전하누적부(30)는 상기 전류출력단자로부터 제공된 전하를 누적하여, 상기 누적된 전하의 양에 비례하는 전압을 출력할 수 있다.
상기 ADC(60)는 상기 전하누적부(30)가 출력한 아날로그 값을 디지털 값으로 변환할 수 있다.
이하 도 6 내지 도 10을 통해 상술한 각 기능블록에 대하여 더 자세히 설명한다.
도 6은 도 5에 제시한 터치입력 감지장치의 TX구동부 및 터치입력 감지부의 구성을 더 자세히 나타낸 것이다.
도 6에 제시한 터치입력 감지장치는 후술하는 제1실시예에 따라 동작하거나 또는 제2실시예에 따라 동작할 수 있다.
도 7은 도 6에 나타낸 터치입력 감지장치가 상기 제1실시예로 동작할 때에 상기 터치입력 감지장치의 주요 노드들에서의 전압 변화를 나타낸 것이다.
도 8은 도 6에 나타낸 터치입력 감지장치가 상기 제2실시예로 동작할 때에 상기 터치입력 감지장치의 주요 노드들에서의 전압 변화를 나타낸 것이다.
이하 도 6 내지 도 8을 함께 참조하여 설명한다.
일 실시예서, 도 6에 제시된 구동전극(4) 및 감지전극(5)은 상기 터치입력 감지장치(100)에 포함되지 않고 별도로 제공된 것일 수 있다. 그러나 다른 실시예에서, 도 6에 제시된 구동전극(4) 및 감지전극(5)은 상기 터치입력 감지장치(100)에 포함된 형태로 제공될 수도 있다.
상기 TX구동부(1)는 상기 구동전극(4)의 전압의 상승과 하강을 제어할 수 있다.
예컨대, 상기 TX구동부(1)는 상기 구동전극(4)의 전압을 펄스 트레인 형태로 제어하도록 되어 있을 수 있다.
도 7 및 도 8에 나타낸 참조부호 TX, 또는 참조번호 11은 상기 구동전극(4)의 시간에 따른 전압을 나타낸 그래프이다. 즉 상기 참조번호 11의 그래프는 상기 구동전극(4)의 전압을 나타낸다. 상기 펄스 트레인은 실질적으로 VDD와 GND 중 어느 하나의 값을 갖도록 제어될 수 있다.
일 실시예에서 상기 TX구동부(1)의 출력전압인 상기 구동전극(4)의 전압(11)은 제1스위치(101) 및 제2스위치(102)의 동작에 의해 제어될 수 있다. 도 6에 나타낸 제1스위치(101)가 온 상태를 갖고 제2스위치(102)가 오프 상태를 갖는 경우에는 상기 구동전극(4)의 전압(11)은 VDD 값을 갖게 된다. 그리고 도 6에 나타낸 제1스위치(101)가 오프 상태를 갖고 제2스위치(102)가 온 상태를 갖는 경우에는 상기 구동전극(4)의 전압(11)은 GND 값을 갖게 된다.
상기 커런트 컨베이어부(20)는 전류입력단자(21), 전류출력단자(22), VREF입력단자(23), 전류이득 제어신호단자(26), 및 방향 제어신호단자(27)를 포함할 수 있다. 상기 전류입력단자(21)는 감지전극(5)에 연결될 수 있다. 상기 전류출력단자(22)는 출력전류를 출력할 수 있다. 상기 VREF입력단자(23)는 미리 결정된 전압을 입력받을 수 있다. 상기 전류이득 제어신호단자(26)은 상기 커런트 컨베이어부(20)의 입출력 간의 전류이득의 절대값을 제어하는 전류이득 제어신호를 입력받을 수 있다. 상기 방향 제어신호단자(27)는 상기 전류입력단자(21)로 들어가는 입력전류와 상기 전류출력단자(22)로부터 나오는 출력전류 간의 상대적인 방향관계를 결정하는 방향제어신호를 입력받을 수 있다.
상기 방향신호부(40)는 상기 방향제어신호를 출력할 수 있다.
상기 이득제어부(50)는 상기 전류이득 제어신호를 출력할 수 있다.
상기 전하누적부(30)는 상기 전류출력단자(22)로부터 제공된 전하를 누적하여, 상기 누적된 전하의 양에 비례하는 전압을 출력하는 출력단자를 포함할 수 있다. 또한, 상기 전하누적부(30)는 연산증폭기(31), 상기 연산증폭기의 출력단자와 반전입력단자 사이를 연결하는 누적 커패시터(32) 및, 상기 연산증폭기의 출력단자와 반전입력단자 사이를 연결하는 리셋 스위치(33)를 포함할 수 있다.
도 7 및 도 8에서, 참조부호 VOUT은 상기 연산증폭기의 출력단자의 전압을 나타낸 그래프이고, 참조부호 ΦR는 상기 리셋 스위치(33)의 온/오프 상태를 나타낸 그래프이다.
도 7 및 도 8에서, 참조부호 RX는 상기 구동전극(4)의 전압 TX의 변화에 따라 나타나는 상기 감지전극(5)의 전압을 나타낸 그래프이다. 상기 구동전극(4)의 전압이 상승하는 시점으로부터 소정의 시간 후까지의 시구간인 상승에지 구간(81)에서 상기 감지전극(5)의 전압은 소정의 기준전압(VREF)으로부터 순간적으로 증가하였다가 다시 상기 기준전압(VREF)으로 감소한다. 반대로 상기 구동전극(4)의 전압이 하강하는 시점으로부터 소정의 시간 후까지의 시구간인 하강에지 구간(82)에서 상기 감지전극(5)의 전압은 소정의 기준전압(VREF)으로부터 순간적으로 감소하였다가 다시 상기 기준전압(VREF)으로 증가한다. 상기 기준전압(VREF)은 상기 커런트 컨베이어부(20)의 상기 VREF입력단자(23)에 제공된 전압값이다. 상기 기준전압(VREF)은 예컨대, 상기 TX구동부(1)의 동작전압(VDD)의 1/2 값인 VCM으로 설정될 수도 있다.
도 7 및 도 8에서, 참조부호 IX는 상기 구동전극(4)의 전압 TX의 변화에 따라, 상기 전류입력단자(21)를 통해 상기 커런트 컨베이어부(20)에 들어가는 상기 입력전류를 나타낸 그래프이다. 상기 구동전극(4)의 전압이 상승하는 시점으로부터 소정의 시간 후까지의 시구간인 상승에지 구간(81)에서 상기 입력전류는 영(0)의 값으로부터 양(+)의 방향으로 증가했다가 다시 감소하여 영(0)의 값으로 되돌아온다. 반대로, 상기 구동전극(4)의 전압이 하강하는 시점으로부터 소정의 시간 후까지의 시구간인 하강에지 구간(82)에서 상기 입력전류는 영(0)의 값으로부터 음(-)의 방향으로 감소했다가 다시 증가하여 영(0)의 값으로 되돌아온다.
도 7 및 도 8에 나타낸 상기 제1실시예 및 상기 제2실시예에서, 참조부호 IZ는 상기 구동전극(4)의 전압 TX의 변화에 따라, 상기 전류출력단자(22)를 통해 상기 커런트 컨베이어부(20)로부터 빠져나오는 상기 출력전류를 나타낸 그래프이다.
도 7에 나타낸 상기 제1실시예에서, 상기 상승에지 구간(81)과 상기 하강에지 구간(82) 모두에서 상기 출력전류는 영(0)의 값으로부터 양(+)의 방향으로 증가했다가 다시 영(0)의 값으로 되돌아온다.
도 8에 나타낸 상기 제2실시예에서, 상기 상승에지 구간(81)과 상기 하강에지 구간(82) 모두에서 상기 출력전류는 영(0)의 값으로부터 음(-)의 방향으로 증가했다가 다시 영(0)의 값으로 되돌아온다.
즉, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 제1실시예 및 상기 제2실시예 모두에서, 상기 커런트 컨베이어부(20)는 상기 입력전류의 방향에 관계없이, 상기 출력전류가 발생하는 경우에는 상기 출력전류가 언제나 일정한 방향을 갖도록 제어한다.
즉, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 구동전극(4)의 전압(11)의 상승에지 구간(81)에서 상기 전류출력단자로부터 빠져 나오는 출력전류의 제1방향은 상기 구동전극(4)의 전압(11)의 하강에지 구간(82)에서 상기 전류출력단자로부터 빠져 나오는 상기 출력전류의 제2방향과 동일하도록 제어할 수 있다.
또한 다른 말로, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 구동전극(4)의 전압(11)의 상승에지 구간(81)에서 상기 전류입력단자로 들어가는 입력전류와 상기 전류출력단자로부터 빠져 나오는 출력전류 간의 제1비율과, 상기 구동전극 전압의 하강에지 구간(82)에서 상기 입력전류와 상기 출력전류 간의 제2비율은 서로 다른 부호를 갖도록 되어 있을 수 있다.
상기 커런트 컨베이어부(20)가 상기 제1실시예 및 상기 제2실시예 중 어떤 실시예로 동작할 것인지는 상기 커런트 컨베이어부(20) 내부의 회로구조에 의해서 결정되거나, 또는 상기 방향 제어신호단자(27)의 제공방식에 따라 결정될 수 있다.
도 7 및 도 8에 제시한 실시예들과 같이, 상기 방향신호부(40)가 출력하는 방향제어신호(+EN, -EN)가 제1상태(ex: +EN=High, -EN=Low)를 가질 때에 상기 입력전류(Ix)의 값과 상기 출력전류(Iz)의 값은 서로 동일한 부호를 갖도록 되어 있고, 상기 방향제어신호(+EN, -EN)가 제2상태(ex: +EN=Low, -EN=High)를 가질 때에 상기 입력전류(Ix)의 값과 상기 출력전류(Iz)의 값은 서로 다른 부호를 갖도록 되어 있을 수 있다.
도 7에 나타낸 제1실시예에서, 상기 구동전극의 전압(11)이 VDD일 때에 제1방향제어신호(+EN)와 제2방향제어신호(-EN)는 각각 온 상태 및 오프 상태를 갖도록 되어 있다. 즉, 상기 상승에지 구간(81)에서는 상기 구동전극의 전압(11)이 VDD이며, 이때, 상기 상승에지 구간(81)이 시작할 때에는 이미 제1방향제어신호(+EN)와 제2방향제어신호(-EN)는 각각 온 상태 및 오프 상태를 갖도록 되어 있다.
반대로 상기 구동전극의 전압(11)이 GND일 때에 제1방향제어신호(+EN)와 제2방향제어신호(-EN)는 각각 오프 상태 및 온 상태를 갖도록 되어 있다. 즉, 상기 하강에지 구간(82)에서는 상기 구동전극의 전압(11)이 GND이며, 이때, 상기 하강에지 구간(82)이 시작할 때에는 이미 제1방향제어신호(+EN)와 제2방향제어신호(-EN)는 각각 오프 상태 및 온 상태를 갖도록 되어 있다.
이와 달리, 도 8에 나타낸 제2실시예에서, 상기 구동전극의 전압(11)이 VDD일 때에 제1방향제어신호(+EN)와 제2방향제어신호(-EN)는 각각 오프 상태 및 온 상태를 갖도록 되어 있고, 반대로 상기 구동전극의 전압(11)이 GND일 때에 제1방향제어신호(+EN)와 제2방향제어신호(-EN)는 각각 온 상태 및 오프 상태를 갖도록 되어 있다.
도 7의 상기 제1실시예에서, 상기 출력전류(Iz)가 상기 상승에지 구간(81)과 상기 하강에지 구간(82)에서 항상 양(+)의 값을 갖기 때문에, 상기 전하누적부(30)의 출력전압은 시간에 따라 감소한다. 이때, 상기 전하누적부(30)에 입력되는 기준전압(VREF)이 상대적으로 큰 값을 갖도록 설정하면 상기 출력전류(Iz)에 의한 전하의 누적 횟수를 더 증가시킬 수 있다.
반면, 도 8의 상기 제2실시예에서, 상기 출력전류(Iz)가 상기 상승에지 구간(81)과 상기 하강에지 구간(82)에서 항상 음(-)의 값을 갖기 때문에, 상기 전하누적부(30)의 출력전압은 시간에 따라 증가한다. 이때, 상기 전하누적부(30)에 입력되는 기준전압(VREF)이 상대적으로 작은 값을 갖도록 설정하면 상기 출력전류(Iz)에 의한 전하의 누적 횟수를 더 증가시킬 수 있다.
도 9는 도 6에 제시한 커런트 컨베이어부의 내부 구조를 더 자세히 나타낸 것이다.
상기 커런트 컨베이어부(20)는 상기 입력전류를 미러링하는 제1커런트 컨베이어(24) 및 상기 방향제어신호(+EN, -EN)에 의해 제어되는 전류방향제어부(25)를 포함할 수 있다.
상기 제1커런트 컨베이어(24)는 OTA(244), 게이트 전압제어부(245), 및 전류이득제어부(241)를 포함할 수 있다. 상기 전류이득제어부(241)는 커런트 미러들(2412)을 포함할 수 있다. 각 커런트 미러(2412)들은 각각 상측 FET 및 하측 FET의 한 쌍의 FET들로 구성될 수 있다. 그리고 상기 한 쌍의 FET들의 게이트에 입력되는 신호는 게이트 스위치부(2411)에 의해 제어될 수 있다.
상기 전류이득 제어신호단자(26)를 통해 입력되는 상기 전류이득 제어신호는 복수 개의 비트들로 구성될 수 있다. 각각의 게이트 스위치부(2411)의 동작은 상기 전류이득 제어신호의 각 비트에 의해 제어될 수 있다.
상기 입력전류(Ix)에 대한 상기 출력전류(Iz)의 비율로 정의되는 이득은 상기 전류이득제어부(241)에서 동작하는 트랜지스터의 크기를 조절하여 제어할 수 있다. 예컨대 상기 각각의 커런트 미러(2412)를 구성하는 트랜지스터들의 크기는 각 커런트 미러 별로 서로 다르거나 동일하도록 설계할 수 있으며, 상기 복수 개의 커런트 미러들 중 몇 개를 동작시킬 것인지에 따라 상기 이득을 조절할 수 있다.
상기 전류이득제어부(241)는 상기 입력전류를 소정의 전류이득에 따라 증폭한 내부출력전류를 출력하는 상기 제1커런트 컨베이어(24)의 출력단자(243)를 포함할 수 있다.
상기 내부출력전류는 상기 전류방향제어부(25)에게 입력될 수 있다.
상기 방향제어신호는 제1방향제어신호(+EN) 및 제2방향제어신호(-EN)로 구성될 수 있다.
도 9에 나타낸 실시예에서, 상기 전류방향제어부(25)는 상기 제1커런트 컨베이어(24)의 출력단자(243)와 상기 전류출력단자(22)를 연결하는 제1스위치(251), 상기 제1커런트 컨베이어(24)의 출력단자(243)에 입력단자가 연결된 전류방향 반전회로(253), 및 상기 전류방향 반전회로(253)의 출력단자와 상기 전류출력단자(22)를 연결하는 제2스위치(252)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1스위치(251)의 온/오프 상태는 상기 제2방향제어신호(-EN)에 의해 제어되고, 상기 제2스위치(252)의 온/오프 상태는 상기 제1방향제어신호(+EN)에 의해 제어될 수 있다. 그 결과, 상기 제1방향제어신호(+EN) 및 제2방향제어신호(-EN)가 각각 로지컬 로우(오프 상태) 및 로지컬 하이(온 상태)인 경우 상기 제1커런트 컨베이어(24)의 출력전류는 상기 전류출력단자(22)로 전달되고, 상기 제1방향제어신호(+EN) 및 제2방향제어신호(-EN)가가 각각 로지컬 하이(온 상태) 및 로지컬 로우(오프 상태)인 경우 상기 제1커런트 컨베이어(24)의 출력전류는 그 방향이 반전되어 상기 전류출력단자(22)로 전달될 수 있다.
도 9에 나타낸 실시예는 변형될 수 있다. 예컨대, 상기 전류방향 반전회로(253)가 상기 제2스위치(252)의 상류에 배치된 것이 아니라, 상기 제1스위치(251)의 상류에 배치되도록 변형될 수 있다.
도 10은 도 9에 나타낸 커런트 컨베이어부의 구조를 다른 방식으로 나타낸 것이다.
상기 커런트 컨베이어부(20)는 상기 제1커런트 컨베이어(24) 및 상기 전류방향제어부(25)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 전류방향제어부(25)가 포함하는 상기 전류방향 반전회로(253)는 -1의 이득을 갖는 제2커런트 컨베이어일 수 있다.
본 명세서에서, 상기 구동전극(4)의 전압을 펄스 트레인 형태로 제어한다는 것은, 상기 구동전극(4)의 전압이 시간에 따라 제1수준(ex: VDD)과 제2수준(ex: GND)을 번갈아 갖도록 제어한다는 것을 의미할 수 있다.
상기 터치입력 감지장치(100)는 터치입력 감지IC일 수 있다.
상기 터치입력 감지장치(100)는 상기 터치입력 감지IC 및 TSP를 포함하는 장치일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 터치입력 감지장치(100)를 도 6과 같이 구성하면, 구동전극(4)의 전압의 상승에지 구간 및 하강에지 구간 모두에서 상기 전하누적부(30)에 전하의 누적이 발생할 수 있다. 마찬가지로 도 1 내지 도 4를 이용하여 설명한 다른 실시예에서도 구동전극(4)의 전압의 상승에지 구간 및 하강에지 구간 모두에서 상기 전하누적부(130)에 전하의 누적이 발생할 수 있다. 다만 도 6의 실시예의 경우에는 연산증폭기와 누적 커패시터를 각각 한 개만 사용해도 된다는 점이 다르다. 상기 연산증폭기와 상기 누적 커패시터를 각각 한 개만 사용하게 되면 이들이 차지하는 물리적인 회로의 부피가 확연히 줄어들 수 있다는 장점이 있다. 만일, 도 1 또는 도 3에 포함된 2개의 연산증폭기 중 어느 하나를 제거하여 회로의 전체 크기를 줄이게 되면, 구동전극(4)의 전압의 상승에지 구간 및 하강에지 구간 중 어느 하나에서만 상기 전하누적부(130)에 전하의 누적이 발생할 것이다. 동일한 시구간 동안 상기 전하누적부(30) 또는 상기 전하누적부(130)에 더 많은 전하의 누적 기회가 주어질수록 터치입력 감지장치의 성능을 향상시킬 수 있다. 따라서 도 6에 제시한 터치입력 감지장치(100)의 구성은 다른 실시예에 비하여 더 좋은 효과를 나타낸다.
도 6에 제시한 구조의 상기 터치입력 감지장치(100)를 이용하면 연산증폭기와 누적 커패시터의 조합을 한 세트만 이용해도 된다. 그 결과, 도 1 및 도 3에 제시한 터치입력 감지장치에 비하여, 동일한 성능을 구현함에 있어서 회로가 차지하는 크기를 줄이고, 회로의 복잡도를 줄이며, 사용되는 구동 신호의 개수를 감소시킬 수 있다는 장점이 있다. 그리고 한 세트의 연산증폭기와 누적 커패시터만을 사용하더라도 도 1 및 도 3에 제시한 터치입력 감지장치와 동일한 출력정보를 얻을 수 있고, 입력 오프셋의 영향을 배제할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 기기의 구성을 나타낸 다이어그램이다.
사용자 기기(400)는, 상기 감지전극(5) 및 상기 구동전극(4)을 포함하는 사용자 입력장치(410), 상술한 터치입력 감지장치(100), 및 터치입력 감지장치(100)가 측정한 감지전극(5)에 형성된 커패시턴스에 관한 값을 터치입력 감지장치(100)로부터 제공받는 주처리장치(main processor)(420)를 포함할 수 있다. 이때, 주처리장치(420)는 터치입력 감지장치(100)로부터 제공받은 상기 커패시턴스에 관한 값을 기초로 사용자 기기(400)에 대한 사용자 입력을 처리하도록 되어 있을 수 있다.
사용자 기기(400)는 주처리장치(420)에 의해 제어되는 디스플레이부(430), 주처리장치(420)가 요구하는 데이터를 저장하는 저장부(440), 사용자 기기(400)의 외부장치와 신호를 주고받는 통신부(450), 및 사용자기기(400)에 전력을 제공하는 전원부(460)를 더 포함할 수 있다.
터치입력 감지장치(100)는 칩(chip)의 형태로 제공될 수 있다.
사용자 입력장치(410)는 투명한 터치패널일 수 있으며, 사용자 입력장치(410)는 디스플레이부(430)의 제조공정에 의해 제조된 것이거나 또는 디스플레이부(430)와는 별도로 제조된 것일 수 있다.
전원부(460)는 배터리를 포함할 수 있다.
[규칙 제91조에 의한 정정 12.04.2022]　
상술한 본 발명의 실시예들을 이용하여, 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은
본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을
용이하게 실시할 수 있을 것이다. 특허청구범위의 각 청구항의 내용은 본
명세서를 통해 이해할 수 있는 범위 내에서 인용관계가 없는 다른 청구항에
결합될 수 있다. <사사-Acknowledgement> 본 발명은, 주식회사
지니틱스(과제수행기관)가, 산업통상자원부와 한국산업기술진흥원의 지원으로
이루어진 연구사업인 2017년 3차 World Class300프로젝트 R&D지원사업 중 고
임피던스 플렉서블, 고속대화면 터치센서 IC 및 정전용량식 터치기반
디스플레이 일체형 지문센서 IC개발(과제고유번호 2563308, 과제번호 S2563308,
연구기간 2017.12.01 ~ 2021.12.31) 연구과제를 수행하는 과정에서 개발된
것이다.

Claims (11)

  1. 구동전극(4)의 전압의 상승과 하강을 제어하는 TX구동부(1);
    전류출력단자(22) 및 감지전극(5)에 연결되는 전류입력단자(21)를 포함하는 커런트 컨베이어부(20); 및
    상기 전류출력단자(22)로부터 제공된 전하를 누적하여, 상기 누적된 전하의 양에 비례하는 전압을 출력하는 출력단자를 갖는 전하누적부(30);
    를 포함하며,
    상기 구동전극의 전압(11)의 상승에지 구간(81)에서 상기 전류입력단자로 들어가는 입력전류와 상기 전류출력단자로부터 빠져 나오는 출력전류 간의 제1비율과, 상기 구동전극 전압의 하강에지 구간(82)에서 상기 입력전류와 상기 출력전류 간의 제2비율은 서로 다른 부호를 갖도록 되어 있는,
    터치입력 감지장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 출력전류의 방향을 제어하는 방향신호부(40)를 더 포함하며,
    상기 방향신호부가 출력하는 방향제어신호(+EN, -EN)가 제1상태를 가질 때에 상기 입력전류의 값과 상기 출력전류의 값은 서로 동일한 부호를 갖도록 되어 있고,
    상기 방향제어신호가 제2상태를 가질 때에 상기 입력전류의 값과 상기 출력전류의 값은 서로 다른 부호를 갖도록 되어 있는,
    터치입력 감지장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 커런트 컨베이어부(20)는,
    상기 입력전류를 미러링하는 제1커런트 컨베이어(24); 및
    상기 방향제어신호에 의해 제어되는 전류방향제어부(25);
    를 포함하며,
    상기 방향제어신호는 제1방향제어신호(+EN) 및 제2방향제어신호(-EN)로 구성되며,
    상기 제1방향제어신호(+EN) 및 제2방향제어신호(-EN)가 각각 로지컬 로우 및 로지컬 하이인 경우 상기 제1커런트 컨베이어의 출력전류는 상기 전류출력단자로 전달되고,
    상기 제1방향제어신호(+EN) 및 제2방향제어신호(-EN)가 각각 로지컬 하이 및 로지컬 로우인 경우 상기 제1커런트 컨베이어의 출력전류는 그 방향이 반전되어 상기 전류출력단자로 전달되는,
    터치입력 감지장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 커런트 컨베이어부(20)는 전류이득 제어신호단자(26)를 더 포함하고, 상기 전류이득 제어신호단자(26)를 통해 입력되는 전류이득 제어신호는 복수 개의 비트들을 포함하며,
    상기 제1커런트 컨베이어(24)는, 복수 개의 커런트 미러들(2412) 및 복수 개의 게이트 스위치부(2411)들을 포함하는 전류이득제어부(241)를 포함하고,
    각각의 상기 커런트 미러(2412)는 상측 FET 및 하측 FET의 한 쌍의 FET들을 포함하며,
    각각의 상기 커런트 미러에 포함된 상기 한 쌍의 FET들의 게이트에 입력되는 신호는 각각의 상기 게이트 스위치부(2411)에 의해 제어되며,
    각각의 상기 게이트 스위치부(2411)의 동작은 상기 전류이득 제어신호의 각 비트에 의해 제어되는,
    터치입력 감지장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 전류방향제어부(25)는
    상기 제1커런트 컨베이어의 출력단자(243)와 상기 전류출력단자를 연결하는 제1스위치(251);
    상기 제1커런트 컨베이어의 출력단자에 입력단자가 연결된 전류방향 반전회로(253); 및
    상기 전류방향 반전회로(253)의 출력단자와 상기 전류출력단자를 연결하는 제2스위치(252);
    를 포함하며,
    상기 제1스위치의 온/오프 상태는 상기 제2방향제어신호(-EN)에 의해 제어되고,
    상기 제2스위치의 온/오프 상태는 상기 제1방향제어신호(+EN)에 의해 제어되는,
    터치입력 감지장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 전류방향 반전회로(253)는 -1의 이득을 갖는 제2커런트 컨베이어인, 터치입력 감지장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 전하누적부(30)는 연산증폭기(31) 및 상기 연산증폭기의 출력단자와 반전입력단자 사이를 연결하는 누적 커패시터(32)를 포함하는, 터치입력 감지장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 TX구동부는 상기 구동전극의 전압을 펄스 트레인 형태로 제어하도록 되어 있는, 터치입력 감지장치.
  9. 구동전극(4)의 전압의 상승과 하강을 제어하는 TX구동부(1);
    전류출력단자(22) 및 감지전극(5)에 연결되는 전류입력단자(21)를 포함하는 커런트 컨베이어부(20); 및
    상기 전류출력단자(22)로부터 제공된 전하를 누적하여, 상기 누적된 전하의 양에 비례하는 전압을 출력하는 출력단자를 갖는 전하누적부(30);
    를 포함하며,
    상기 구동전극의 전압(11)의 상승에지 구간(81)에서 상기 전류출력단자로부터 빠져 나오는 출력전류의 제1방향은 상기 구동전극의 전압(11)의 하강에지 구간(82)에서 상기 전류출력단자로부터 빠져 나오는 상기 출력전류의 제2방향과 동일한,
    터치입력 감지장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 터치입력 감지장치; 및
    상기 구동전극 및 상기 감지전극;
    을 포함하는,
    터치입력장치.
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 터치입력 감지장치;
    상기 구동전극 및 상기 감지전극; 및
    배터리;
    를 포함하는,
    사용자 기기.
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