KR20150123488A - 터치 감지 장치 - Google Patents
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Abstract
터치 감지 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 감지 장치는, Tx 안테나(Antenna) 혹은 Rx 안테나로 기능하는 그리드(Grid) 전극들이 배치되어 복수의 전극 패턴을 형성하는 터치스크린 패널부, 상기 그리드 전극과 연결되어 상기 터치스크린 패널부에 전기신호를 인가하는 Tx 회로부, 상기 그리드 전극들과 연결되어 상기 복수의 전극 패턴에서 변화하는 정전 용량을 감지하는 Rx 회로부 및 상기 터치스크린 패널부, Tx 회로부 및 Rx 회로부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 터치 감지 장치에 관한 것이다.
최근 급속도로 보급되고 있는 스마트 폰 등의 모바일 기기는 대체로 터치 스크린 패널을 적용하여 다양한 기능을 구현하고 있다. 과거에는 가격이 저렴한 저항막 방식의 터치 스크린이 많이 사용되었으나, 저항막 방식을 사용하는 경우는, 디스플레이(display)의 화질이 저하되는 문제점이 있어서, 근래에는 정전 용량 방식 터치 스크린이 주로 사용되고 있다. 터치스크린 패널이 모바일 기기에서 범용적으로 사용됨으로써, 노이즈(noise) 환경에서 보다 안정적으로 터치 입력을 감지할 수 있는 기술의 개발이 요청되고 있다. 즉, 터치 스크린에서 신호의 감도를 향상시키기 위해서는 효과적인 잡음(noise)의 제거(cancelation)가 필요하다.
잡음의 제거를 위한 종래의 기술(예를 들어, 미국 공개특허 US 2011-0273400호)은 도 1에 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 잡음을 제거하기 위한 종래의 기술은, 제1 적분기 및 제2 적분기의 두 개의 적분기(integrator)를 사용하여, 클럭(CLK) 신호에 따라, 제 1 적분기 또는 제2 적분기를 사용한다. 종래의 기술에 따라 잡음을 제거하는 방법에 대해서는 상술한 미국 공개특허 US 2011-0273400호에 설명되어 있으므로, 자세한 설명은 생략하기로 한다.
그러나, 잡음을 제거하기 위한 종래의 기술에 의하면, 2개의 피드백 커패시터(capacitor) Cfb1, Cfb2 에 전하(charge)를 축적하기 위해 각각의 커패시터를 위한 별도의 연산 증폭기(OP-Amp) 가 필요하게 된다. 따라서, 다수의 신호 사이클(cycle) 동안에 전하를 축적해야 하므로, 동적 레인지(dynamic range) 를 넓히기 위해서는 커패시터 Cfb1, Cfb2 의 크기를 증가시켜야 하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 하나의 연산 증폭기에 2개의 피드백 커패시터를 연결하여, 터치 스크린 패널부와 전기적으로 연결되는 수신부(Rx)의 크기를 최소하면서도, 효과적으로 잡음을 제거할 수 있는 터치 감지 장치를 제공하는 것에 있다.
한편, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 오프셋 보상 기능을 수행하여 높은 동적 레인지(dynamic range)를 구현할 수 있는 수신부(Rx)를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제안되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 감지 장치는, Tx 안테나(Antenna) 혹은 Rx 안테나로 기능하는 그리드(Grid) 전극들이 배치되어 복수의 전극 패턴을 형성하는 터치스크린 패널부, 상기 그리드 전극과 연결되어 상기 터치스크린 패널부에 전기신호를 인가하는 Tx 회로부, 상기 그리드 전극들과 연결되어 상기 복수의 전극 패턴에서 변화하는 정전 용량을 감지하는 Rx 회로부 및 상기 터치스크린 패널부, Tx 회로부 및 Rx 회로부를 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 Rx 회로부는, 제1 연산 증폭기, 제1 피드백 커패시터 및 제2 피드백 커패시터를 포함하고, 상기 제1 피드백 커패시터 및 상기 제2 피드백 커패시터는 상기 제1 연산증폭기와 연결되며, 상기 제1 피드백 커패시터의 양단과 상기 제1 연산 증폭기는, 상기 전기신호의 제1 위상에서 단락(short)되도록 제어되는, 제1-1 스위치 및 제1-2 스위치를 포함하는 제1 스위칭부를 통하여 연결되고, 상기 제2 피드백 커패시터의 양단과 상기 제1 연산 증폭기는, 상기 전기신호의 제2 위상에서 단락되도록 제어되는, 제2-1 스위치 및 제2-2 스위치를 포함하는 제2 스위칭부를 통하여 연결되며, 상기 제어부는, 상기 제1 스위칭부와 상기 제2 스위칭부가 서로 상이한 시간에 단락되도록 제어하여, 상기 제1 피드백 커패시터 및 상기 제2 피드백 커패시터 각각에 전하를 충전하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 감지 장치는, Tx 안테나 혹은 Rx 안테나로 기능하는 그리드 전극들이 배치되어 복수의 전극 패턴을 형성하는 터치스크린 패널부, 상기 그리드 전극과 연결되어 상기 터치스크린 패널부에 전기신호를 인가하는 Tx 회로부 및 상기 그리드 전극들과 연결되어 상기 복수의 전극 패턴에서 변화하는 정전 용량을 감지하는 Rx 회로부를 포함하되, 상기 Rx 회로부는, 상기 Rx 회로부에 입력되는 양의 신호 및 음의 신호에 따라 각각 전하를 충전하는 제1 피드백 커패시터 및 제2 피드백 커패시터를 포함하는 제1 적분기 및 상기 각 커패시터의 전하와, 소정의 전하를 충전하고 있는 오프셋 보상(compensation) 커패시터의 전하를 통합(integration)하는 제2 적분기를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 감지 장치는, Tx 안테나 혹은 Rx 안테나로 기능하는 그리드 전극들이 배치되어 복수의 전극 패턴을 형성하는 터치스크린 패널부, 상기 그리드 전극과 연결되어 상기 터치스크린 패널부에 전기신호를 인가하는 Tx 회로부 및 상기 그리드 전극들과 연결되어 상기 복수의 전극 패턴에서 변화하는 정전 용량을 감지하는 Rx 회로부를 포함하되, 상기 Rx 회로부는, 상기 Rx 회로부에 입력되는 양의 신호 및 음의 신호에 따라 각각 전하를 충전하는 제1 피드백 커패시터 및 제2 피드백 커패시터를 포함하는 제1 적분기 및 상기 각 커패시터의 정전 용량과, 소정의 오프셋 보상 전류를 출력하는 보상 전류원에서 출력된 보상 전류를 소정의 기간 동안 통합(integration)하는 제2 적분기를 포함하는 것일 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 하나의 연산 증폭기에 2개의 피드백 커패시터를 연결하여, 터치 스크린 패널부와 전기적으로 연결되는 수신부(Rx)의 크기를 최소하면서도, 효과적으로 저주파 잡음(low frequency noise)을 제거할 수 있는 효과가 있다.
또한, 작은 면적의 오프셋 보상 회로를 사용하여 큰 동적 레인지를 확보할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 효과는 상기 기술된 효과로 제한되지 아니하며, 다양한 효과가 본 명세서 상에 내재되어 있음은 통상의 기술자에게 자명하다.
도 1은 잡음의 제거를 위하여, 반전 적분회로 및 비반전 적분회로가 결합된 적분회로에 관한 종래 기술의 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 감지 장치의 블록 구성도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 감지 장치에서 사용자의 터치를 인식하는 동작 원리를 설명하기 위한 개략적인 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 Tx 신호(signal)와 Rx 신호를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 Rx 회로부에 포함되는 제1 적분기 및 제2 적분기에 관한 회로도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 시간에서, 제1 적분기에서의 개략적인 회로 연결 상태를 개략적으로 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 시간에서, 제1 적분기에서의 개략적인 회로 연결 상태를 개략적으로 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제3 시간에서, 제1 적분기에서의 개략적인 회로 연결 상태를 개략적으로 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제4 시간에서, 제1 적분기에서 충전된 전하가 출력되는 개념을 설명하기 위한 개략적인 회로도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 제4 시간에서, 잡음이 유입된 경우에 제1 적분기에서 충전된 전하가 출력되는 개념을 설명하기 위한 개략적인 회로도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 적분기에 관한 개략적인 회로도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 4시간에서, 제1 적분기(300)에 포함되는 제1 커패시터(302) 및 제2 커패시터(304)가 직렬 연결되어 잡음이 제거되는 원리를 설명하기 위한 개략적인 회로도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 적분기에 오프셋 보상 커패시터가 포함된 경우의 회로도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제2 적분기에 보상 전류원으로서 constant current D/A converter(CCDAC)가 사용되는 실시예에 대한 회로도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 감지 장치의 블록 구성도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 감지 장치에서 사용자의 터치를 인식하는 동작 원리를 설명하기 위한 개략적인 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 Tx 신호(signal)와 Rx 신호를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 Rx 회로부에 포함되는 제1 적분기 및 제2 적분기에 관한 회로도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 시간에서, 제1 적분기에서의 개략적인 회로 연결 상태를 개략적으로 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 시간에서, 제1 적분기에서의 개략적인 회로 연결 상태를 개략적으로 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제3 시간에서, 제1 적분기에서의 개략적인 회로 연결 상태를 개략적으로 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제4 시간에서, 제1 적분기에서 충전된 전하가 출력되는 개념을 설명하기 위한 개략적인 회로도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 제4 시간에서, 잡음이 유입된 경우에 제1 적분기에서 충전된 전하가 출력되는 개념을 설명하기 위한 개략적인 회로도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 적분기에 관한 개략적인 회로도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 4시간에서, 제1 적분기(300)에 포함되는 제1 커패시터(302) 및 제2 커패시터(304)가 직렬 연결되어 잡음이 제거되는 원리를 설명하기 위한 개략적인 회로도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 적분기에 오프셋 보상 커패시터가 포함된 경우의 회로도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제2 적분기에 보상 전류원으로서 constant current D/A converter(CCDAC)가 사용되는 실시예에 대한 회로도를 개략적으로 도시한 것이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하여 상세하게 설명한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 터치 감지 장치가 사용될 수 있는 전자 장치는, 스마트 폰 (smart phone), 태블릿 (tablet), 디지털 카메라 (Digital Camera) 등이 될 수 있다. 다만, 이하에서는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 터치 감지 장치가 사용되는 예로서 스마트 폰을 들어 설명하나, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 터치 감지 장치가 사용될 수 있는 전자 장치는 스마트 폰에 한정되지 아니한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 감지 장치의 블록 구성도를 개략적으로 도시한 것이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 감지 장치에서 사용자의 터치를 인식하는 동작 원리를 설명하기 위한 개략적인 회로도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 감지 장치는 Tx 회로부(10), 터치스크린 패널부(20) 및 Rx 회로부(30)를 포함할 수 있다.
Tx 회로부(10)는, 터치 스크린 패널부(20)와 전기적으로 연결되어, 터치 스크린 패널부(20)를 제어하기 위한 다양한 전기 신호를 인가할 수 있다. 상기 전기 신호는, 예를 들면, 정전용량(capacitance)의 변화량을 측정하기 위한 펄스 신호일 수 있다. 이와 같은 전기 신호의 예들은, 본 발명의 일 실시예를 설명하기 위한 것으로서, 이에 의하여 제한되는 것은 아니다. 상술한 전기 신호는, Tx 회로부(10)와 전기적으로 연결된 Tx 안테나(201)로 인가할 수 있다.
터치스크린 패널부(20)는, 도 3에 도시된 바와 같이 Tx 안테나(201)와 Rx 안테나(202)가 직교 좌표계 형태로 배치되어 복수의 전극 패턴을 형성할 수 있다. 몇몇 실시예들에서는, Tx 안테나(201)는 구동 전극으로, Rx 안테나(202)는 감지 전극으로 지칭될 수 있다. Rx 안테나(202)는, 본 발명의 일 실시예에 따른 Rx 회로부(30)와 전기적으로 연결될 수 있다. Rx 회로부(30)는 Rx 안테나(202)와 전기적으로 연결되어 터치스크린 패널부(20)의 정전 용량(capacitance)의 변화를 감지할 수 있다. 정전 용량의 변화는 예를 들어, 사용자의 손가락에 의한 터치 입력에 따라 터치스크린 패널부(20)의 정전용량의 변화를 감지하는 것일 수 있다. 다만, 상술한 바와 같이, Rx 회로부(30)에 잡음(noise)이 유입될 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이 터치 스크린의 높은 SNR(high Signal-to-Noise Ratio)을 구현하기 위해서는, 노이즈를 효과적으로 제거되도록 설계하는 것이 필요하다. 본 발명의 일 실시예에 의한 Rx 회로부(30)는, 유입되는 잡음을 제거하는 제1 적분기(300) 및 오프셋 정전용량을 보상하는 제2 적분기(310)를 포함할 수 있다. 제1 적분기(300) 및 제2 적분기(310)에 대해서는 후술한다.
제어부(40)는 상술한 Tx 회로부(10), 및 Rx 회로부(30)와 전기적으로 연결되어 Tx 회로부(10), 및 Rx 회로부(30)가 각각이 수행하는 기능/기능들 또는 동작/동작들을 수행하도록 제어할 수 있다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 Tx 신호(signal)와 Rx 입력(input)의 파형을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, Tx 회로부(10) 는 도 4에 도시된 바와 같은 Tx 신호(signal)를 인가할 수 있다. Tx 신호의 파형은, 예를 들어 도 4에 도시된 바와 같이 주기적인 대칭 구형파일 수 있다. 본 명세서에서는 설명의 편의를 위하여 경우에 따라서는 Tx 신호가 전기 신호로 대체되어 사용될 수 있다. 상술한 Tx 신호에 따라서, Rx 회로부(30)의 입력단에는 도 4에 도시된 바와 같은 Rx 입력 신호가 인가될 수 있다. 즉, Rx 회로부(30)의 입력단에는, 상기 전기 신호의 상승 구간에서 (+)charge 가 인가될 수 있고, 하강 구간에서는 (-)charge가 인가될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 Rx 회로부에 포함되는 제1 적분기 및 제2 적분기에 관한 회로도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 적분기(300)는, 제1 연산 증폭기(312), 제1 피드백 커패시터(302) 및 제2 피드백 커패시터(304)를 포함할 수 있다. 제1 피드백 커패시터(302) 및 제2 피드백 커패시터(304)는 제1 연산 증폭기(312)와 전기적으로 연결될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제1 피드백 커패시터(302) 양단에는 제1-1 스위치(306a) 및 제1-2 스위치(306b)가 연결될 수 있다. 제1-1 스위치(306a) 및 제1-2 스위치(306b)는, 본 명세서에서 필요에 따라 제1 스위칭부(306a, 306b)라고 통합적으로 언급될 수 있다. 제1 스위칭부(306a, 306b)는 전기 신호의 제1 위상에서 쇼트될 수 있으며, 이러한 기능 내지 동작은, 제어부(40)에 의하여 제어될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제2 피드백 커패시터(304) 양단에는 제2-1 스위치(308a) 및 제 2-2 스위치(308b)가 전기적으로 연결될 수 있다. 제2-1 스위치(308a) 및 제2-2 스위치(308b)는, 본 명세서에서 필요에 따라 제2 스위칭부(308a, 308b)라고 통합적으로 언급될 수 있다. 제2 스위칭부(308a, 308b)는 전기 신호의 제2 위상에서 쇼트될 수 있으며, 이러한 기능 내지 동작은, 제어부(40)에 의하여 제어될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 적분기(300)는, 전기 신호의 제3 위상에서 쇼트되도록 제어되는 제3 스위칭부(305a, 305b, 305c, 305d)를 포함할 수 있다. 제3 스위칭부(305a, 305b, 305c, 305d)는, 제3-1 스위치(305a), 제3-2 스위치(305b), 제3-3 스위치(305c) 및 제3-4 스위치(305d)를 포함할 수 있다.
제3-1 스위치(305a) 및 제3-2 스위치(305b)는, 제1 피드백 커패시터(302) 및 제2 피드백 커패시터(304)에 충전된 전하를 출력하기 위하여 제3 위상에서 쇼트되도록 제어될 수 있다. 이에 대해서는 보다 상세하게 후술하기로 한다.
제3-3 스위치(305c) 및 제3-4 스위치(305d)는, 전기 신호의 제3 위상에서 쇼트되도록 제어되어, 제1 피드백 커패시터(302) 및 제2 피드백 커패시터(304)가 접지되도록 하거나, 정전압 전원에 연결되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제1 적분기(300)는, 제1 연산 증폭기(312)의 초기화를 위한 초기화 스위치(310)를 포함할 수 있다. 초기화 스위치(310)는, 전기 신호에 포함된 초기화 명령에 따라 쇼트되어 제1 연산 증폭기(312)의 초기화를 수행하도록 제어부(40)에 의하여 제어될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제2 적분기(320)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 오프셋 보상 커패시터(324)를 포함할 수 있다. 또한, 오프셋 보상 커패시터(324)는 CCDAC(constant current D/A converter)와 전기적으로 연결될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 시간에서, 제1 적분기에서의 개략적인 회로 연결 상태를 개략적으로 도시한 것이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 제1 시간은, 제1 연산 증폭기(312), 제1 피드백 커패시터(302) 및 제2 피드백 커패시터(304)가 초기화되는 시간일 수 있다. 이를 위하여 본 발명의 일 실시예에 의한 제1 시간에서는, 초기화 스위치(310), 제1 스위칭부(306a, 306b) 및 제2 스위칭부(308a, 308b)는 소정의 시간, 예를 들면 수 ps(pico second)동안 쇼트(short)되어 제1 연산 증폭기(312), 제1 피드백 커패시터(302) 및 제2 피드백 커패시터(304)를 초기화(reset) 하도록 제어될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 시간에서, 제1 적분기에서의 개략적인 회로 연결 상태를 개략적으로 도시한 것이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 제2 시간에서는, 양의 전하((+) charge) Q1 이 제1 적분기(300)에 인가될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의한 제2 시간, 즉, 전기 신호의 제2 위상에서, 제1 적분기(300)에 포함되는 스위치 중 제1 스위칭부(306a, 306b)만이 쇼트되도록 제어할 수 있다. 따라서, 제1 피드백 커패시터(302)의 양단이 +Q1 및 ?1의 전하(charge)를 가지도록 충전될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제3 시간에서, 제1 적분기에서의 개략적인 회로 연결 상태를 개략적으로 도시한 것이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 제3 시간에서는, 음의 전하((-) charge)Q2가 제1 적분기(300)에 인가될 수 있다. 제어부(40)는, 본 발명의 일 실시예에 의한 제3 시간 즉, 전기 신호의 제2 위상에서, 제1 적분기(300)에 포함되는 스위치 중 제2 스위칭부(308a, 308b)만이 쇼트되도록 제어할 수 있다. 따라서, 제2 피드백 커패시터(304)의 양단에는, 도 9에 도시된 바와 같이 ?2 및 +Q2의 전하를 가지도록 충전될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제4 시간에서, 제1 적분기에서 충전된 전하가 출력되는 동작의 개념을 설명하기 위한 개략적인 회로도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 제4 시간에서는, 제1 피드백 커패시터(302)와 제2 피드백 커패시터(304)가 병렬로 연결되어 각각의 커패시터(302, 304)에 충전된 전하를 출력할 수 있다. 제어부(40)는, 본 발명의 일 실시예에 따른 제4 시간, 즉, 전기 신호의 제3 위상에서 제3 스위칭부(305a, 305b, 305c, 305d)만이 쇼트되도록 제어할 수 있다. 제3 스위칭부(305a, 305b, 305c, 305d)가 쇼트되어 제1 피드백 커패시터(302) 및 제2 피드백 커패시터(304)는 병렬로 연결될 수 있다. 상술한 바와 같이, 제3-3 스위치(305c) 및 제3-4 스위치(305d)가 쇼트되어, 제1 피드백 커패시터(302) 및 제2 피드백 커패시터(304)가 접지또는 정전압 전원과 연결될 수 있다. 다만, 상술한 바와 같이 각각의 커패시터(302, 304)에 충전되는 전하에는, 입력 신호(S)에 대한 전하뿐만 아니라 잡음(N)에 대한 전하까지도 포함될 수 있다. 도 10을 참조하여, 잡음(N)에 대한 전하가 포함된 경우에 잡음이 제거되는 동작 원리를 설명하기로 한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 제4 시간에서, 잡음이 유입된 경우에 제1 적분기에서 충전된 전하가 출력되는 개념을 설명하기 위한 개략적인 회로도이다.
도 10을 참조하면, 터치 디스플레이를 포함하는 휴대 장치에 있어서, 일반적으로 유입되는 잡음은 정전용량을 측정하는데 사용하는 펄스(pulse) 의 주파수보다 느린 저주파 잡음(Low Frequency Noise)일 수 있다. 도 10을 참조하면, 양의 전하 , Q1)에는, 입력 신호(S) 및 저주파 잡음(+N)에 대한 신호가 포함될 수 있다. 또한, 음의 전하 Q2)에는, 입력 신호(-S) 및 저주파 잡음 (+N)에 대한 신호가 포함될 수 있다. 제1 피드백 커패시터(302) 및 제2 피드백 커패시터(304)가 병렬로 연결된 경우에 있어서, 제1 적분기(300)의 합성 전하량은 제1 피드백 커패시터(302) 및 제2 피드백 커패시터(304)에 충전된 전하의 합이 되므로, 아래의 수학식과 같이 정리될 수 있다.
따라서, 저주파 잡음 N은 상호 상쇄되어 입력 신호(2S)만이 출력될 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 적분기에 관한 개략적인 회로도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 적분기(300)는 제1 피드백 커패시터(302) 및 제2 피드백 커패시터(304)가 직렬로 연결되도록 구성될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 의한 제1 적분기(300)의 동작에 있어서, 제1 피드백 커패시터(302) 및 제2 피드백 커패시터(304)가 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 제4 시간, 즉, 제3 위상에서 직렬로 연결되도록 구성되어 각각의 커패시터(302, 304)에 충전된 전하가 출력되도록 제어되는 것을 제외하고는, 상술한 도 6 내지 도 9에 관한 설명이 동일하게 적용될 수 있는 바, 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 4시간에서, 제1 적분기(300)에 포함되는 제1 피드백 커패시터(302) 및 제2 피드백 커패시터(304)가 직렬 연결되어 잡음이 제거되는 원리를 설명하기 위한 개략적인 회로도이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제 4 시간에서, 제1 피드백 커패시터(302) 및 제2 피드백 커패시터(304)는 직렬로 연결되도록 구성될 수 있다. 제어부(40)는, 제4 시간에서, 제3 스위칭부(305b, 305d, 305e)가 쇼트되도록 제어할 수 있다. 제1 피드백 커패시터(302) 및 제2 피드백 커패시터(304)가 직렬로 연결된 경우에 있어서, 제1 커패시터(302)의 정전 용량 및 제2 피드백 커패시터(304)의 합성 정전 용량은 아래의 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
또한, 전하량의 차이 
는, 아래의 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.
또한, 전위차 
는 아래의 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.
만약, 제1 피드백 커패시터(302) 및 제2 피드백 커패시터(304)의 정전 용량이 같고, 제1 피드백 커패시터(302) 및 제2 피드백 커패시터(304)에 각각 충전된 전하량 Q1 및 Q2가 같다면, 전위차 
는 아래의 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1 피드백 커패시터(302) 및 제2 피드백 커패시터(304)가 직렬로 연결된 경우에도 수학식 1 에 설명한 바와 같이 저주파의 노이즈 성분은 서로 상쇄될 수 있다. 따라서, 제1 피드백 커패시터(302) 및 제2 피드백 커패시터(304)가 직렬 연결된 경우에도 잡음이 제거될 수 있으며, 상기 수학식 5와 같이, 제1 적분기(300)의 총 정전 용량이 줄어들게 되므로, 출력되는 전압은 단일 커패시터를 사용하는 경우보다 증가하게 됨을 알 수 있다.
정전 용량의 변화를 기초로 터치 디스플레이에 대한 소정의 터치를 감지하는 경우에 있어서, 상기 터치가 이루어지지 아니한 경우에도 일정한 값의 정전 용량이 존재할 수 있다(오프셋 정전 용량). 이러한 오프셋 정전 용량은, 터치 디스플레이 장치가 포함된 휴대 장치에 있어서 동적 레인지를 감소시키는 원인이 될 수 있다. 따라서, 오프셋 정전 용량을 최소화 할 수 있는 회로가 필요한데, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 감지 장치는 오프셋 정전 용량을 최소화할 수 있는 회로를 포함하여 구성될 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 적분기(302)에 오프셋 보상 커패시터(324)가 포함된 경우의 회로도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 13을 참조하면, 오프셋 보상 커패시터(324)는, Constant current D/A converter(CCDAC)에 의하여 소정의 시간 동안 충전될 수 있다. 제1 적분기(300)에 의하여 충전된 제1 피드백 커패시터(302) 및 제2 피드백 커패시터(304)의 전하가 제2 적분기(320)로 출력되는 경우에, 오프셋 보상 커패시터(324)에 축적된양 만큼의 전하량을 제3 피드백 커패시터(328)로 전달할 수 있다. 따라서, 오프셋 전하를 상쇄시켜 줄 수 있는 바, 상술한 바와 같이, 오프셋 정전용량에 따라 동적 레인지가 작아지는 것을 방지할 수 있다.
예를 들어, 감지해야 하는 정전용량의 변화가 0.1pF(pico Farad)이고, 터치스크린 패널부(20)에서 발생하는 오프셋 정전용량(offset capacitance)이 9.9pF 이라면, 오프셋 보상(offset compensation)이 존재하지 아니하는 경우, 상기 정전용량의 변화(예를 들어, 0.1pF)를 감지하기 위해서는 10pF 에 해당하는 캐패시터가 필요하게 된다. 그러나, 본 발명의 일 실시예와 같이, 오프셋 보상을 적용하는 경우 0.1pF 용량의 캐패시터로서, 상기 정전용량의 변화(예를 들어, 0.1pF)를 감지할 수 있다. 따라서, 정전용량의 변화를 감지하기 위한 내부 캐패시터의 면적을 감소시킬 수있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 적분기의 피드백 캐패시터(328) 의 면적을 줄일 수있도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 오프셋 보상 커패시터(324)는, 전류원으로서 기능하는 CCDAC(326)과 전기적으로 연결되어 충전될 수 있다. 예를 들면, 전기 신호의 제1 위상 및 제2 위상에서 
스위치(332)가 쇼트되도록 제어될 수 있다. 이에 따라 오프셋 보상 커패시터(324)가 충전될 수 있다. 또한, 예를 들어, 전기 신호의 제3 위상에서 
스위치(330)는 쇼트되고, 
스위치(332)는 개방되도록 제어되어, Rx 회로부(30)의 오프셋 정전 용량에 의해 발생한 오프셋 전하(offset charge)가 보상될 수 있다.
또한, 도 13에서 도시된 실시예에 대해서는, CCDAC(326)가 정전압 전원으로 대체될 수도 있다. 즉, 도 13에 도시된 제2 적분기(320)에 대한 본 발명의 일 실시예는, CCDAC가 사용되는 경우에 한정되는 것이 아니며, CCDAC 대신에 Constant voltage DAC가 사용될 수도 있다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제2 적분기에 보상 전류원으로서 constant current D/A converter(CCDAC)가 사용되는 실시예에 대한 회로도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예로서의 제2 적분기(320)는, 오프셋 보상 커패시터(324) 대신에 보상 전류원으로서 constant current D/A converter(CCDAC)가 사용되는 것일 수 있다. 즉, 제어부(40)는, CCDAC(326)으로부터 미리 정해진 값의 보상 전류를 발생하도록 제어할 수 있다. 
스위치는 임의의 시간동안 쇼트되도록 제어될 수 있다. 이에 따라, 상술한 오프셋 보상 커패시터(324)를 이용한 경우와 같이, 오프셋 보상 효과를 발생시킬 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10 : Tx 회로부
20 : 터치스크린 패널부
30 : Rx 회로부
300 : 제1 적분기
320 : 제2 적분기
20 : 터치스크린 패널부
30 : Rx 회로부
300 : 제1 적분기
320 : 제2 적분기
Claims (10)
- 물체의 접촉에 따른 정전용량의 변화를 측정하여 물체의 접촉 위치를 측정하는 터치 감지 장치에 있어서,
Tx 안테나(Antenna) 혹은 Rx 안테나로 기능하는 그리드(Grid) 전극들이 배치되어 복수의 전극 패턴을 형성하는 터치스크린 패널부;
상기 그리드 전극과 연결되어 상기 터치스크린 패널부에 전기신호를 인가하는 Tx 회로부;
상기 그리드 전극들과 연결되어 상기 복수의 전극 패턴에서 변화하는 정전 용량을 감지하는 Rx 회로부; 및
상기 터치스크린 패널부, Tx 회로부 및 Rx 회로부를 제어하는 제어부를 포함하되,
상기 Rx 회로부는,
제1 연산 증폭기, 제1 피드백 커패시터 및 제2 피드백 커패시터를 포함하고,
상기 제1 피드백 커패시터 및 상기 제2 피드백 커패시터는 상기 제1 연산증폭기와 연결되며,
상기 제1 피드백 커패시터의 양단과 상기 제1 연산 증폭기는, 상기 전기신호의 제1 위상에서 단락(short)되도록 제어되는, 제1-1 스위치 및 제1-2 스위치를 포함하는 제1 스위칭부를 통하여 연결되고,
상기 제2 피드백 커패시터의 양단과 상기 제1 연산 증폭기는, 상기 전기신호의 제2 위상에서 단락되도록 제어되는, 제2-1 스위치 및 제2-2 스위치를 포함하는 제2 스위칭부를 통하여 연결되며,
상기 제어부는, 상기 제1 스위칭부와 상기 제2 스위칭부가 서로 상이한 시간에 단락되도록 제어하여, 상기 제1 피드백 커패시터 및 상기 제2 피드백 커패시터 각각에 전하를 충전하는 것을 특징으로 하는, 터치 감지 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1 피드백 커패시터가 상기 제1 연산 증폭기의 음(negative)의 입력단과 연결되는 단자와 상기 제2 피드백 커패시터가 상기 제1 연산 증폭기의 출력단과 연결되는 단자를 상기 Rx 회로부의 출력단과 연결되도록 제어하고,
상기 제1 피드백 커패시터 및 상기 제 2 커패시터의 다른 단자들은, 각각 접지, 혹은 정전압 전원과 연결되도록 제어하며,
상기 제 1 스위칭부 및 상기 제2 스위칭부를 개방(open) 하여, 상기 제1 피드백 커패시터와 제2 피드백 커패시터에 충전된 전하를 출력하도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 터치 감지 장치. - 제2항에 있어서,
상기 제1 연산 증폭기의 음의 입력단과 연결되는 단자와 상기 제2 피드백 커패시터가 상기 제1 연산 증폭기의 출력단과 연결되는 단자는, 상기 제어부에 의해 상기 전기 신호의 제3 위상에서 단락되도록 제어되는 제3 스위칭부를 통하여 연결되고,
상기 제어부는, 상기 제3 스위칭부가 단락되도록 제어하여 상기 제1 피드백 커패시터 및 상기 제2 피드백 커패시터에 충전된 전하를 출력하도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 터치 감지 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1 피드백 커패시터가 상기 제1 연산 증폭기의 음의 입력단과 연결되는 단자와 상기 제2 피드백 커패시터가 상기 제1 연산 증폭기의 음의 입력단과 연결되는 단자가 서로 연결되도록 제어되고,
상기 제1 피드백 커패시터의 다른 단자를, 접지 혹은 정전압 전원과 연결되도록 제어하고,
상기 제2 피드백 커패시터의 다른 단자는, 상기 Rx 회로부의 출력단과 연결되도록 제어하며,
상기 제 1 스위칭부 및 상기 제2 스위칭부를 개방(open) 하여, 상기 제1 피드백 커패시터와 제2 피드백 커패시터에 충전된 전하를 출력하도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 터치 감지 장치. - 제4항에 있어서,
상기 제1 피드백 커패시터가 상기 제1 연산 증폭기의 음의 입력단과 연결되는 단자와 상기 제2 피드백 커패시터가 상기 제1 연산 증폭기의 음의 입력단과 연결되는 단자는, 상기 제어부에 의해 상기 전기 신호의 제3 위상에서 단락되도록 제어되는 제3-1 스위치를 통하여 연결되고,
상기 제2 피드백 커패시터의 다른 단자는, 상기 제어부에 의해 상기 제3 위상에서 단락되도록 제어되는 제3-2 스위치를 통하여 상기 Rx 회로부의 출력단과 연결되고,
상기 제어부는, 상기 제3 스위칭부가 단락되도록 제어하여 상기 제1 피드백 커패시터 및 상기 제2 피드백 커패시터에 충전된 전하를 출력하도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 터치 감지 장치. - 제1항에 있어서,
상기 Tx 회로부에 의하여 발생되는 상기 전기 신호는, 양의 패리티 신호(positive parity signal)와 음의 패리티 신호(negative parity signal)를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 양의 패리티 신호에 의하여 생성된 전하는 상기 제1 피드백 커패시터에 충전되도록 제어하고,
상기 음의 패리티 신호에 의하여 생성된 전하는 상기 제2 피드백 커패시터에 충전되도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 터치 감지 장치. - 제6항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 제1 피드백 커패시터 및 상기 제2 피드백 커패시터를 병렬로 연결되도록 제어하여, 상기 제1 피드백 커패시터 및 상기 제2 피드백 커패시터에 충전된 전하를 출력하도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 터치 감지 장치. - 제6항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 제1 피드백 커패시터 및 상기 제2 피드백 커패시터를 직렬로 연결되도록 제어하여, 상기 제1 피드백 커패시터 및 상기 제2 피드백 커패시터에 충전된 전하를 출력하는 것을 특징으로 하는, 터치 감지 장치. - 물체의 접촉에 따른 정전용량의 변화를 측정하여 물체의 접촉 위치를 측정하는 터치 감지 장치에 있어서,
Tx 안테나 혹은 Rx 안테나로 기능하는 그리드 전극들이 배치되어 복수의 전극 패턴을 형성하는 터치스크린 패널부;
상기 그리드 전극과 연결되어 상기 터치스크린 패널부에 전기신호를 인가하는 Tx 회로부; 및
상기 그리드 전극들과 연결되어 상기 복수의 전극 패턴에서 변화하는 정전 용량을 감지하는 Rx 회로부를 포함하되,
상기 Rx 회로부는,
상기 Rx 회로부에 입력되는 양의 신호 및 음의 신호에 따라 각각 전하를 충전하는 제1 피드백 커패시터 및 제2 피드백 커패시터를 포함하는 제1 적분기; 및
상기 각 커패시터의 전하와, 소정의 전하를 충전하고 있는 오프셋 보상(compensation) 커패시터의 전하를 통합(integration)하는 제2 적분기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 터치 감지 장치. - 물체의 접촉에 따른 정전용량의 변화를 측정하여 물체의 접촉 위치를 측정하는 터치 감지 장치에 있어서,
Tx 안테나 혹은 Rx 안테나로 기능하는 그리드 전극들이 배치되어 복수의 전극 패턴을 형성하는 터치스크린 패널부;
상기 그리드 전극과 연결되어 상기 터치스크린 패널부에 전기신호를 인가하는 Tx 회로부; 및
상기 그리드 전극들과 연결되어 상기 복수의 전극 패턴에서 변화하는 정전 용량을 감지하는 Rx 회로부를 포함하되,
상기 Rx 회로부는,
상기 Rx 회로부에 입력되는 양의 신호 및 음의 신호에 따라 각각 전하를 충전하는 제1 피드백 커패시터 및 제2 피드백 커패시터를 포함하는 제1 적분기; 및
상기 각 커패시터의 정전 용량과, 소정의 오프셋 보상 전류를 출력하는 보상 전류원에서 출력된 보상 전류를 소정의 기간 동안 통합(integration)하는 제2 적분기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 터치 감지 장치.
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