KR101116182B1 - 정전용량 터치센서 - Google Patents

정전용량 터치센서 Download PDF

Info

Publication number
KR101116182B1
KR101116182B1 KR1020107015801A KR20107015801A KR101116182B1 KR 101116182 B1 KR101116182 B1 KR 101116182B1 KR 1020107015801 A KR1020107015801 A KR 1020107015801A KR 20107015801 A KR20107015801 A KR 20107015801A KR 101116182 B1 KR101116182 B1 KR 101116182B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
output
data
pulse width
signal
voltage
Prior art date
Application number
KR1020107015801A
Other languages
English (en)
Inventor
김진혁
김종선
Original Assignee
(주)실리콘인사이드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)실리콘인사이드 filed Critical (주)실리콘인사이드
Application granted granted Critical
Publication of KR101116182B1 publication Critical patent/KR101116182B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • 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
    • G06F3/044—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means
    • G06F3/0445—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means using two or more layers of sensing electrodes, e.g. using two layers of electrodes separated by a dielectric layer
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • 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
    • G06F3/0416—Control or interface arrangements specially adapted for digitisers
    • G06F3/0418—Control or interface arrangements specially adapted for digitisers for error correction or compensation, e.g. based on parallax, calibration or alignment
    • G06F3/04182—Filtering of noise external to the device and not generated by digitiser components
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • 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
    • G06F3/0416—Control or interface arrangements specially adapted for digitisers
    • G06F3/0418—Control or interface arrangements specially adapted for digitisers for error correction or compensation, e.g. based on parallax, calibration or alignment
    • G06F3/04184—Synchronisation with the driving of the display or the backlighting unit to avoid interferences generated internally
    • 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
    • H03K17/962—Capacitive touch switches

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Position Input By Displaying (AREA)

Abstract

본 발명은 정전용량 터치센서에 관한 것으로써, 터치센서(Touch Sensor) 내부의 레퍼런스전압 또는 레퍼런스 전류를 이용하지 않고, 인접한 채널간의 데이터를 서로 극성이 다른 두 종류의 데이터로 변환?비교하여 터치 유무를 정확히 센싱하는 터치센서에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 터치센서의 구조를 소형화하여 구현할 수 있고, 외부 환경에 의한 노이즈(Noise)의 영향을 최소화하여 다종다양한 터치패널(Touch Pannel)에 적용할 수 있는 호환성을 확보할 수 있다.
보다 더 구체적으로 본 발명은, 트랜스미터 채널(TX)의 펄스 인가 및 터치 유무로 인한 정전용량 변화에 대한 전압의 아날로그 데이터를 출력하는 적어도 하나 이상의 리시버 채널(RX); 상기 리시버 채널(RX)과 연결되어, 상기 전압의 아날로그 데이터를 전달받아 바이폴라 펄스폭 변조신호를 출력하는 적어도 하나 이상의 리시버 유닛;
리셋(RST)신호에 공급에 따라 주기적으로 동작하는 카운터(Counter); 및 상기 카운터에서 공급받은 카운트 값을 이용하여 상기 리시버 유닛으로부터 입력받은 바이폴라 펄스폭 변조신호를 디지털 데이터로 출력하는 적어도 하나 이상의 플립플롭;을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량 터치센서를 제공한다.

Description

정전용량 터치센서{CAPACITIVE TOUCH SENSOR}
본 발명은 정전용량 터치센서에 관한 것으로써, 터치센서(Touch Sensor) 내부의 레퍼런스전압 또는 레퍼런스 전류를 이용하지 않고, 인접한 채널간의 데이터를 서로 극성이 다른 두 종류의 데이터로 변환?비교하여 터치 유무를 정확히 센싱하는 터치센서에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 터치센서의 구조를 소형화하여 구현할 수 있고, 외부 환경에 의한 노이즈(Noise)의 영향을 최소화하여 다종다양한 터치패널(Touch Pannel)에 적용할 수 있는 호환성을 확보할 수 있다.
터치센서는 일반적으로 저항막 방식과 정전용량 방식으로 크게 나눌 수 있는데, 정전용량 터치센서(Capacitive Touch Sensor)는 감지전극에 물체가 근접하거나 접촉될 때 검출판과 접근 물체 사이에 형성되는 정전 용량의 변화를 검출하고, 그 검출 결과에 따라 접촉 여부를 판정하는 센서를 의미한다. 즉, 정전용량 터치센서는 감지전극(Sense Electrode)에 인체가 접촉할 때 발생하는 미세한 정전용량의 변화치와 설정치간의 차이를 감지하여 최종 출력신호를 발생한다.
종래의 기술에 의하면, 이러한 정전용량의 변화는 발진 주파수를 감지하거나 충/방전 시간의 변화량을 감지하여 측정하는 것이 일반적이다. 즉, 물체가 정전용량 터치센서의 감지전극에 접촉되면 물체와 감지전극 사이에 정전용량의 변화가 발생되고, 이런 정전용량의 변화에 따라 발진기의 발진주파수 또는 충/방전 시간을 감지하여 접촉 여부를 판정하는 것이다.
그러나 종래기술과 같은 방식에 의하면, 정전용량 터치센서에 접촉하는 물체에 의해 유기되는 정전 용량 변화뿐만 아니라 돌출적으로 인가되는 외부의 노이즈(noise)에 의해 영향을 받을 수 있는 문제점이 있었다.
또한 상기의 방법은 전원에 의한 외부의 전기적 노이즈에 의해서도 영향을 받을 수 있다. 즉, 주변 노이즈에 따라 정전용량이 증가 또는 감소된 것과 같은 결과가 발생하여, 정전용량 터치센서는 터치되지 않음에도 불구하고 터치 출력이 발생하거나 또는 터치를 하여도 감도가 떨어지게 되어 터치 출력이 발생하지 않는 경우를 야기되는 문제점이 있었다.
따라서, i) 레퍼런스 전압/전류를 이용하지 않아 전원 또는 외부 전기적 노이즈의 발생에 대한 영향을 최소화하고, ii) 이를 통해, 노이즈 필터 등을 간략히 구현함으로써,터치센서의 동작을 간략화/소형화 할 수 있는 터치센서가 요구되고 있다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 터치 센서 내부에서 레퍼런스 전압/전류를 이용하지 않아 노이즈(Noise)의 영향을 최소화할 수 있고, 인접해 있는 채널 사이의 데이터를 이용하여 센싱(sensing)이 가능한 터치 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 고정적인 레퍼런스 전압이 아닌 능동적으로 변화하는 업-레퍼런스 전압(VUP)과 다운-레퍼런스 전압(VDN)을 이용하여 아날로그-디지털 변환(Analog to Digital Converting)에 있어, 극성이 서로 다른 디지털 데이터를 확보하고 이를 이용하여 터치 유무를 판정하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 트랜스미터 채널(TX)의 펄스 인가 및 터치 유무로 인한 정전용량 변화에 대한 전압의 아날로그 데이터를 출력하는 적어도 하나 이상의 리시버 채널(RX); 상기 리시버 채널(RX)과 연결되어, 상기 전압의 아날로그 데이터를 전달받아 바이폴라 펄스폭 변조신호를 출력하는 적어도 하나 이상의 리시버 유닛; 리셋(RST)신호에 공급에 따라 주기적으로 동작하는 카운터(Counter); 및 상기 카운터에서 공급받은 카운트 값을 이용하여 상기 리시버 유닛으로부터 입력받은 바이폴라 펄스폭 변조신호를 디지털 데이터로 출력하는 적어도 하나 이상의 플립플롭;을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량 터치센서를 제공한다.
본 발명은, 상기 인접하는 플립플롭에서 출력되는 디지털 데이터를 각각 전달받아 이를 비교하여 최상위 비트를 기준으로 하나의 디지털 데이터만을 출력하는, 적어도 하나 이상의 컨트롤 로직부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 카운터(Counter)는, 상기 리시버 유닛의 바이폴라 펄스폭 변조신호의 극성(polarity)에 의해 최상위 비트인 n+1에 대한 값을 결정하게 되는 n-bit down 카운터인 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 리시버 유닛은, 복수의 리시버 채널(RX) 중 서로 인접하는 채널에서 생성되는 전압의 아날로그 데이터를 각각 입력받아 비교하고, 상기 각각의 아날로그 데이터의 펄스폭을 변조함으로써 바이폴라 펄스폭 변조신호를 출력하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 리시버 유닛은, 상기 각각의 리시버 채널(RX)과 연결되어 샘플링/홀딩신호를 인가하여 상기 아날로그 데이터를 샘플링하는 적어도 하나 이상의 샘플링/홀딩신호 인가부; 서로 인접하는 상기 샘플링/홀딩신호 인가부의 샘플링되어 출력되는 아날로그 데이터를 각각 입력받아 전하량을 기준으로 아날로그 데이터를 출력하는 QTS(Charge Transfer Sensing)부; 및 상기 QTS부의 출력을 전달받아 펄스신호 폭을 변조하여 바이폴라 펄스폭 변조신호로 출력하는 PWM(Pulse Width Modulation)부;를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 QTS(Charge Transfer Sensing)부는, 상기 인접하는 샘플링/홀딩신호 인가부의 출력신호를 입력받아 이를 비교하고 출력전압(VC)을 생성하는 Gm-증폭기; 상기 Gm-증폭기의 출력단에 연결되어 전하를 충/방전하는 제 1커패시터(CL); 및 리셋신호(RST)의 온/오프에 의해 상기 Gm-증폭기의 출력단에 연결되어 초기전압(VINT)을 인가하는 초기전압(VINT) 인가단;을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 PWM부는, 상기 QTS부의 출력전압(VC)을 정입력으로 받고, 업-레퍼런스 전압(VUP)을 부입력으로 받아 바이폴라 펄스폭 변조신호 중 포지티브 펄스폭 변조신호(PWM_POS)를 출력하는 제 1비교기; 및 상기 QTS부의 출력전압(VC)를 부입력으로 받고, 다운-레퍼런스 전압(VDN)을 정입력으로 받아 바이폴라 펄스폭 변조신호 중 네가티브 펄스폭 변조신호(PWM_NEG)를 출력하는 제 2비교기;를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기 출력전압(VC)단에 인가되는 리셋신호(RST)를 주기로, 상기 업-레퍼런스 전압(VUP)은 시간의 증가에 따라 감소하고, 상기 다운-레퍼런스 전압(VDN)은 시간의 증가에 따라 증가하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 업-레퍼런스 전압(VUP) 및 다운-레퍼런스 전압(VDN)은 카운터의 출력값에 따라 리셋신호(RST)의 한 주기 내에서 적어도 한 번 이상 동일해 지는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 포지티브 펄스폭 변조신호(PWM_POS)의 주기는, 하기의 식에 의해서 결정되고,
Figure 112010045918642-pct00001
(여기서, T는 RST신호의 주기, CL은 제 1커패시터, VTOP는 VUP의 최대전압치, VINT는 초기전압, Gm은 상호전달 컨덕턴스, VS[n+1]과 VS[n]은 인접하는 샘플링/홀딩신호 인가부의 출력전압이다.)
상기 네가티브 펄스폭 변조신호(PWM_NEG)의 주기는 하기의 식에 의해서 결정되는 것이 바람직하다.
Figure 112010045918642-pct00002
(여기서, T는 RST신호의 주기, CL은 제 1커패시터, VBOT는 VDN의 최소전압치, VINT는 초기전압, Gm은 상호전달 컨덕턴스, VS[n+1]과 VS[n]은 인접하는 샘플링/홀딩신호 인가부의 출력전압이다.)
본 발명에서 상기 컨트롤 로직부에서 출력되는 디지털 데이터는, 하기의 식에 의해 교정(Calibratiojn)및 정규화(Normalization)되어 변환되는 것이 바람직하다.
Figure 112010045918642-pct00003
(DNORM(m-BIT) 는 m 비트로 정규화된 데이터값이고, DCAL은 터치가 없을 때를 가정하여 획득한 초기 데이터값이며, DIN은 실제 동작에서 터치 유무에 따른 데이터값이다. 여기서 m=(2?y) - x 의 관계에 있다. 상기 m, x, y는 소정의 bit이다.)
본 발명에서 상기 교정(Calibratiojn) 및 정규화(Normalization)되어 변환된, 제1채널 내지 제 n채널까지 디지털 데이터들의 합이 터치 유무를 판정하는 최종데이터로 이용되는 것을 특징으로 하되, 상기 제 1채널 내지 제 n채널까지 상기 교정(Calibratiojn) 및 정규화(Normalization)되어 변환된 디지털 데이터들의 합은 하기의 식을 만족하는 것이 바람직하다.
Figure 112010045918642-pct00004
(여기서, D(n)은 n번째 채널의 데이터값, DNORM(n-1)은 (n-1)과 (n)번째 채널간의 차이값을 정규화한 데이터를 의미한다.)
본 발명은 능동적으로 변화하는 업-레퍼런스 전압(VUP)과 다운-레퍼런스 전압(VDN)을 이용하여 바이폴라 펄스폭 변조신호를 생성하여 이용하므로, 터치센서의 아날로그-디지털 변환(Analog to Digital Converting)에 있어 극성을 갖는 채널간 차이값을 확보 가능하고, 터치 유무 판정은 상기 채널간 차이값을 적분하여 최종데이터로 이용하게 되므로 내부의 레퍼런스 전류/전압 생성할 필요가 없는 장점이 있다.
즉, 본 발명에 의해 터치센서 내부의 레퍼펀스 전압/전류를 생성할 필요없이 인접해 있는 채널 사이의 데이터를 이용하여 센싱(sensing)이 가능하므로 외부 환경 등에 의한 노이즈(Noise)의 영향을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
따라서, 터치센서의 노이즈 필터링을 위한 펌웨어(Firmware)의 사용이 단순화되며, 메모리(Memory)의 사이즈를 줄일 수 있으며, MPU(Micro Processor Unit)가 차지하는 영역을 최소화할 수 있는 잇점이 있다. 이로써, 다양한 종류의 터치 패널에 용이하게 적용될 수 있는 호환성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 터치센서 구동회로는 비교적 단순한 구조를 가지는 바, 아날로그 신호의 샘플링 스피드를 신속하게 조절할 수 있는 효과가 있다.
도 1 내지 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 정전용량 터치센서가 적용되는 터치패널의 구조도 및 회로도.
도 3 내지 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 정전용량 터치센서가 적용되는 터치패널의 터치 유무에 따른 정전용량의 변화를 나타낸 예시도.
도 5는 종래기술에 의한 정전용량 터치센서의 일예시도.
도 6는 종래기술에 의한 정전용량 터치센서의 터치 판정을 나타내는 일예시도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 정전용량 터치센서의 구조도.
도 8 내지 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 정전용량 터치센서의 터치 판정을 나타내는 일예시도.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 리시버 유닛의 구조도.
도 13 내지 도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 리시버 유닛에 따른 각종 데이터의 변화도.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 정전용량 터치센서에 따른 각종 데이터의 변화도.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 정전용량 터치센서의 초기데이터를 교정 및 정규화한 데이터의 일예시도.
도 17 내지 도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 초기데이터의 정규화에 따른 데이터의 변화를 나타낸 일예시도.
발명의 실시를 위한 최선의 형태
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1 내지 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 정전용량 터치센서가 적용되는 터치패널의 구조도 및 회로도이다.
도 1은 본 발명의 정전용량 터치센서가 적용되는 터치패널 상/하면의 패턴을 나타낸 예시도이다.
도 1a는 격자형 터치패널의 상/하면을 도시하고 있는데, 절연물질로 분리된 두 개의 용량성 센싱층(capacitive sensing layer)을 포함할 수 있고, 상기 각 층은 실질적으로 평행한 전도성 요소들(conducting elements)로 이루어지고, 상기 두 센싱층의 전도성 요소들은 서로 실질적으로 직교한다. 상기 두 개의 용량성 센싱층은 그 사이의 용량성 효과(capacitive effect)를 가져오기 위해 절연물질로 상호 공간을 두고 형성된다.
본 발명에서 상기 용량성 센싱층은 패널에 소정의 펄스를 인가하는 트랜스미터 채널(TX)과 정전용량의 변화를 감지하여 출력하는 리시버 채널(RX)로 구비될 수 있다. 상기 트랜스미터 채널(TX)과 리시버 채널(RX)은 어레이(array) 형태로 형성됨이 바람직하다.
본 발명에서는 터치나 누름이 일어나는 위치를 감지하기 위해, 트랜스미터 채널(TX)축에 순차적으로 소정의 펄스를 입력하고, 리시버 채널(RX)축의 전압 레벨(voltage level)을 감지하여 터치 위치를 계산하고 결정하기 위해 이용될 수 있다.
상기 전도성 요소는 협소한 용량성 정사각 스트립(narrow conductive rectangular strips)으로 서로 연결된 일련의 다이아몬드 형상의 패턴(104)으로 구성될 수 있다. 물론 다이아몬드 패턴에 한정되는 것은 아니고 발명의 필요에 따라 다양한 형상으로 형성될 수도 있을 것이다.
주어진 센싱층의 각 전도성 요소는 일단 또는 양단에서 대응되는 리드 라인(lead line) 세트의 리드 라인과 전기적으로 연결될 수 있다.
도 2는 도 1의 터치패널의 구조를 회로도로 구현한 모습을 예시하고 있다.
각각의 트랜스미터 채널(TX)과 리시버 채널(RX) 사이에는 절연물질로 공간을 두고 형성되게 되는데, 각각의 트랜스미터 채널(TX)의 다이아몬드 패턴과 리시버 채널(RX)의 다이아몬드 패턴간에 용량성 효과가 발생하여 커패시턴스(CSIG)(105)가 형성되게 된다. 즉 상부기판(101)과 하부기판(102) 사이에 커패시턴스가 형성된다고 할 수 있다.
도 3 내지 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 정전용량 터치센서가 적용되는 터치패널의 터치 유무에 따른 정전용량의 변화를 나타낸 예시도이다.
도 3은 터치가 없을 때의 정전용량의 변화 및 입출력 응답을 나타낸 예시도이다.
도 3을 참조하면, 트랜스미터 채널(TX)과 리시버 채널(RX)간에 형성되는 커패시턴스를 도시하고 있다. 여기서, CTX는 트랜스미터 채널(TX) 자체의 커패시턴스이고, CRX는 리시버 채널(RX) 자체의 커패시턴스이다. CDIA는 다이아몬드 패턴의 커패시턴스이다.
터치패널에 터치가 없을 때에는 다이아몬드 패턴간에 형성되는 커패시턴스(CSIG)는 하기의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
수학식 1
Figure 112010045918642-pct00005
이는 트랜스미터 채널(TX)의 다이아몬드 패턴의 커패시턴스(CDIA)과 리시버 채널(RX)의 다이아몬드 패턴 자체의 커패시터스(CDIA)가 직렬연결 되어 있으므로 상기 수학식 1과 같은 결과가 나오게 된다.
정전용량의 변화를 센싱하기 위해서, 트랜스미터 채널(TX)에는 소정의 펄스가 인가되게 되는데, 본 발명에서 상기 펄스의 크기(Amplitude)는 VDD로 나타내기로 한다. 터치가 발생하지 않는 경우 상기 VDD의 크기를 가지는 펄스가 입력되면, 리시버 채널(RX)에서 출력되는 센싱신호의 크기(APLRX_U)는 하기의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
수학식 2
Figure 112010045918642-pct00006
여기서, 수학식 1을 참조하면, CU= CDIA/2이다.
도 4는 터치가 발생할 때의 정전용량의 변화 및 입출력 응답을 나타낸 예시도이다.
도 4를 참조하면, 터치가 발생할 때의 트랜스미터 채널(TX)과 리시버 채널(RX)간에 형성되는 커패시턴스를 도시하고 있다. 여기서, CTX는 트랜스미터 채널(TX)자체의 커패시턴스이고, CRX는 리시버 채널(RX) 자체의 커패시턴스이며, CDIA는 다이아몬드 패턴의 커패시턴스이다. 상부기판 및 하부기판의 다이아몬드 패턴의 커패시턴스 사이에 터치로 인한 핑거 커패시턴스(CF)가 추가되었음을 알 수 있다.
따라서, 터치패널에 터치가 있을 때에 다이아몬드 패턴간에 형성되는 커패시턴스(CSIG)는 하기의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
수학식 3
Figure 112010045918642-pct00007
또한, 터치가 발생하는 경우 상기 VDD의 크기를 가지는 펄스가 트랜스미터 채널(TX)로 입력되면, 리시버 채널(RX)에서 출력되는 센싱신호의 크기(APLRX_T)는 하기의 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
수학식 4
Figure 112010045918642-pct00008
여기서, 수학식 3을 참조하면, CT= (CF?CDIA)?CDIA /((CF?CDIA) +CDIA)의 관계를 만족한다.
여기서, 터치가 발생한 경우와 터치가 발생하지 않은 경우의 센싱신호의 크기를 비교하면 하기의 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
수학식 5
Figure 112010045918642-pct00009
즉, 터치가 발생하지 않은 경우의 센싱신호의 크기가 터치가 발생한 경우 보다 크다고 할 수 있는데, 이는 CF의 추가로 인해 CU 및 CRX의 전하 공유(Charge share)에 영향을 주기 때문이라고 할 수 있다.
상기 센싱신호는 이제 리시버 채널(RX)을 통해 센싱회로로 입력되게 되는데 이에 대해서는 아래에서 설명하기로 한다.
도 5는 종래기술에 의한 정전용량 터치센서의 일예시도이다.
종래기술에 의하면 리시버 채널(RX)(301)를 통해서 입력된 정전용량 변화에 대한 아날로그 데이터는 샘플링/홀딩신호 인가부(304)를 통해 샘플링되어 출력되어 QTS(Charge Transfer Sensing)(305)부로 입력되게 된다.
QTS(305)부는 입력된 아날로그 데이터를 레퍼런스 전압(310)(또는 레퍼런스 전류)와 비교하여 출력전압을 생성하고, 이를 펄스폭 변조부(Pulse Width Modulation; PWM)(305)에 전달하여 펄스신호의 폭을 변조하여 플립플롭(309)에 전달하게 된다.
상기 플립플롭(309)은 카운터(308)에서 생성된 소정의 카운터 값을 입력받는데, 상기 클럭 펄스 신호에 동기되어 입력값인 QTS부의 출력값을 디지털 데이터로 출력하게 된다.
즉, 상기 QTS부(305)에 샘플링된 아날로그 데이터와 비교하기 위한 기준값으로 레퍼런스 전압(310) 또는 레퍼런스 전류(310)를 입력하게 되는데, 이러한 외부전원이 인가되게 되면, 전기적 노이즈 등 외부 환경에 의한 노이즈의 발생으로 인해 정확한 터치 센싱이 어려워지고, 터치 센서의 단박소형화가 어려운 문제점이 발생되게 된다.
도 6은 종래기술에 의한 정전용량 터치센서의 터치 판정을 나타내는 일예시도이다.
종래기술에 의하면, 레퍼런스 전압 또는 레퍼런스 전류는 고정된 값을 이용하여 샘플링된 데이터와 비교하여 터치 유무를 판정하게 된다.
즉, 레퍼런스 값(D.ref)는 고정되어 있고, 터치가 발생하면, 핑거 커패시턴스(CF)의 추가에 의해 측정된 정전용량값이 레퍼런스 값(D.ref)보다 낮은 값을 나타내는 경우에 터치로 판정하는 방식이라고 할 수 있다.
이러한 경우에는 레퍼런스 값(D.ref)이 고정되어 있고, 터치패널의 설계에 따라 CRX/CTX의 값이 다양하게 변화므로, 레퍼런스 값(D.ref)을 패널 설계에 따라 변화시켜야 하는 문제점이 발생한다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 정전용량 터치센서의 구조도이다.
본 발명에 의한 정전용량 터치센서에 의하면, 리시버 채널(RX)(401), 리시버 유닛(410), 카운터(411), 플립플롭(409) 및 컨트롤 로직부(412)를 포함하여 형성될 수 있다. 상기 리시버 채널(RX)(401), 리시버 유닛(410), 카운터(411), 플립플롭(409) 및 컨트롤 로직부(412)는 어레이(array) 형태로 구성됨이 바람직하다.
상기 리시버 채널(RX)(401)은 트랜스미터 채널(TX)의 펄스 인가 및 터치 유무로 인한 정전용량 변화에 대한 전압의 아날로그 데이터를 출력하는 역할을 수행한다. 즉, 터치 패널과 연결되어 터치 유무에 따란 센싱신호를 리시버 유닛(410)에 전송하게 된다.
상기 리시버 유닛(410)은, 복수의 리시버 채널(RX) 중 서로 인접하는 채널에서 생성되는 전압의 아날로그 데이터를 각각 입력받아 비교하고, 상기 각각의 아날로그 데이터의 펄스폭을 변조함으로써 바이폴라 펄스폭 변조신호(Bipolar PWM)를 출력하는 역할을 수행할 수 있다.
상기 리시버 유닛(410)은, 샘플링/홀딩신호 인가부(404), QTS(Charge Transfer Sensing)부(405) 및 PWM(Pulse Width Modulation)부(406)을 포함하여 형성될 수 있다.
여기서, 상기 샘플링/홀딩신호 인가부(404)는 복수의 리시버 채널(401)과 각각 연결되어 샘플링/홀딩신호를 인가하여 상기 전압의 아날로그 데이터를 샘플링하는 역할을 수행한다.
또한, 상기 QTS부(405)는 서로 인접하는 상기 샘플링/홀딩신호 인가부에서 샘플링되어 출력되는 아날로그 데이터를 각각 입력받아 이를 비교하여 출력하는 역할을 수행한다.
그리고, 상기 PWM부(406)는 상기 QTS부의 출력을 전달받아 펄스신호 폭을 변조하고, 바이폴라 펄스폭 변조신호(Bipolar PWM)로 출력하는 역할을 수행한다.
즉, 종합하면 상기 리시버 유닛(410)은, 복수의 리시버 채널(401) 중 서로 인접하는 채널에서 생성되는 전압의 아날로그 데이터를 각각 입력받아 비교하고, 상기 비교값을 바이폴라 펄스폭 변조신호로 출력하는 것을 특징으로 한다고 할 수 있다.
상기 카운터(Counter)(411)는 상기 바이폴라 펄스폭 변조신호의 펄스폭을 디지털 데이터로 변환하는 역할을 수행한다. 본 발명에서는 상기 리시버 유닛(410)의 바이폴라 펄스폭 변조신호의 극성(polarity)에 의해 최상위 비트인 n+1 비트를 결정하도록 하고, 펄스폭 값을 디지털 신호로 변환하기위한 n-bit 다운 카운터를 채택하는 것이 바람직하다.
물론 발명의 필요에 따라 이러한 n-bit down 카운터에 제한되지 않고 다른 종류의 카운터를 이용할 수도 있을 것이다.
상기 플립플롭(409)은 카운터에서 공급받은 소정의 카운터 값을 입력받아 상기 리시버 유닛으로부터 입력받은 바이폴라 펄스폭 변조신호의 펄스를 이용하여 디지털 데이터로 출력하는 역할을 수행한다.
상기 컨트롤 로직부(412)는 인접하는 플립플롭(409)의 디지털 데이터를 각각 전달받아 이를 비교하여 최상위 비트를 기준으로 하나의 디지털 데이터만을 출력하는 역할을 수행한다.
컨트롤 로직부(412)의 동작은 아래와 같다.
DATA[10]=0, DATA[9:0]=DPOS[9:0] (if DPOS[9:0] ＞ DNEG[9:0])
DATA[10]=1, DATA[9:0]=DNEG[9:0] (if DPOS[9:0] ＜ DNEG[9:0])
즉, 컨트롤 로직부(412)는 상기 플립플롭(409)으로부터 서로 다른 극성을 표현하는 10-bit 데이터를 입력받게 되는데, i) 양극을 표현하는 DPOS[9:0]이 음극을 표현하는 DNEG[9:0]보다 크면, 최종출력되는 데이터인 DATA[9:0]은 DPOS[9:0]을 취하고, 최상위 bit인 DATA[10]은 "0"으로 세팅된다. ii) 이에 비해 DPOS[9:0]이 DNEG[9:0]보다 작게 되면, DATA[9:0]은 DNEG[9:0]을 취하고, DATA[10]은 "1"로 세팅되게 된다.
도 8 내지 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 정전용량 터치센서의 터치 판정을 나타내는 일예시도이다.
도 8을 참조하면, 인체의 손가락을 이용하여 터치를 하게 되면, 터치된 영역의 정전용량이 변화하게 된다. 이 때, 본 발명에 의한 터치센서가 포함하는 컨트롤 로직부에서 출력되는 디지털 데이터는 DATA(n)[10:0]으로 나타난다.
즉, 본 발명에서는 인접채널 사이의 비교데이터를 출력하기 때문에 DATA(n)[10:0]에서 도시한 대로 미분값의 초기 데이터가 출력되게 된다.
이러한 각 채널별 데이터들의 적분값이 터치 판정의 최종데이터로써 이용된다.
즉, DATA(n)[10:0]에서 도시한 초기데이터는 최종적으로 적분하여 INT_DATA(n)[10:0]에서 도시한 데이터 값으로 출력되게 된다고 할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 인접채널 사이의 비교데이터를 적분하여 터치판정의 최종데이터로 이용하기 때문에, 레퍼런스 전류 또는 레퍼런스 전압을 이용하지 않고도 신속하고 정확한 터치센싱이 가능하다.
INT_DATA(n)[10:0]에서 도시한 D.MAX와 D.MIN는 유동적으로 변화할 수 있고, 레퍼런스 값(D.ref)는, D.MAX와 D.MIN를 더한 값의 1/2값이 된다.
도 9를 참조하면, 인체의 손가락으로 터치 패널의 한쪽 에지부분을 터치했을때의 데이터 출력 양상을 도시하고 있다.
통상적으로 초기 데이터는 0으로 잡고 터치 유무를 판정하게 되지만(Initial D=0), 이와 같이 한 쪽 에지부분을 터치하였을 때에는 초기값이 실제 "0"이 아니기 때문에 본 발명에서 문제될 수 있다. 즉, 본 발명에서는 인접채널간의 비교데이터, 초기데이터의 미분값을 이용하기 때문에 초기값이 "0"이 아닐 수 있으나, 상기한 바대로, D.max와 D.min는 유동적으로 변화할 수 있고, 레퍼런스 값(D.ref)은 D.max와 D.min을 더한값의 1/2 값으로 판정에 이용하므로 이러한 문제점을 해소할 수 있다.
즉, INT_DATA(n)[10:0]에서 도시한 것처럼, 각 채널의 적분한 데이터의 프로파일을 상대적으로 비교하기 때문에 초기값을 항상 0으로 설정해도 터치 판정을 수행할 수 있다.
도 10에서 도시한 데이터의 변화양상은 도 9에서 설명한 부분과 유사하므로 생략하기로 한다.
도 11에서는 멀티-터치(Multi-Touch)가 발생하였을 경우의 데이터 출력양상을 도시하고 있다.
즉, 본 발명에서는 어떠한 멀티-터치라도 용이하게 터치 유무를 판정할 수 있으며, 터치 패널상의 정전용량 변화값인 DATA(n)[10:0]에서 도시한 초기데이터 값을 획득하고, 또한 DATA(n)[10:0]에서 도시한 초기 데이터값을 적분하여 INT_DATA(n)[10:0]에서 도시한 데이터값을 최종적으로 획득할 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명에서는 능동적으로 변화하는 레퍼런스 전압값을 이용하여 기준레퍼런스를 형성하므로, 터치 판정이 용이한 장점이 있다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 리시버 유닛의 구조도이다.
전술한 바대로 리시버 유닛은, 샘플링/홀딩신호 인가부(603), QTS(Charge Transfer Sensing)부 및 PWM(Pulse Width Modulation)부를 포함하여 형성될 수 있다.
리시버 채널(RX)(601)로부터 인가되는 센싱신호가 샘플링/홀딩신호 인가부(603)를 거쳐서 샘플링되면, 채널별로 각각의 전압데이터로 출력되게 된다. 즉, 도 6a에서는 VS[n+1] 및 VS[n]으로 도시하였다.
상기 QTS(Charge Transfer Sensing)부는, 상기 인접하는 샘플링/홀딩신호 인가부의 출력신호를 입력받아 이를 비교하고 출력전압(VC)을 생성하는 Gm-증폭기(604); 상기 Gm-증폭기의 출력단에 연결되어 전하를 충/방전하기 위한 제 1커패시터(CL)(606) 및 리셋신호(RST)의 온/오프에 의해 상기 Gm-증폭기의 출력단에 연결되어 초기전압(VINT)을 인가하는 초기전압(VINT) 인가단(605)을 포함하여 형성될 수 있다.
즉 상기 샘플링/홀딩신호 인가부(603)의 출력신호인 VS[n+1] 및 VS[n]가 Gm-증폭기(604)에 입력되어 출력전압(VC)(602)을 생성하게 된다. 상기 Gm-증폭기(604)는 샘플링/홀딩신호 인가부(603)의 출력신호의 전압차를 전류로 증폭하여 출력하는 역할을 수행한다.
이 때, 초기전압(VINT)의 인가 및 리셋신호(RST)의 인가후에 VS[n-1]과 VS[n]의 차이에 따라 충/방전 하는 전하량이 달라지고, 이때의 출력전압(VC)에 따라 PWM부에서 펄스폭 변조신호의 극성을 분류하여 출력하게 된다.
상기 PWM부는, 업-레퍼런스 전압(VUP)인가단, 다운-레퍼런스 전압(VDN)인가단, 제 1비교기(609) 및 제 2비교기(610)을 포함하여 형성될 수 있다.
상기 제 1비교기(609)는 상기 QTS부의 출력전압(VC)을 정입력으로 받고, 업-레퍼런스 전압(VUP)(607)을 부입력으로 받아 바이폴라 펄스폭 변조신호 중 포지티브 펄스폭 변조신호(PWM_POS)를 출력하게 된다.
또한, 상기 제 2비교기(610)는 상기 QTS부의 출력전압(VC)를 부입력으로 받고, 다운-레퍼런스 전압(VDN)(608)을 정입력으로 받아 바이폴라 펄스폭 변조신호 중 네가티브 펄스폭 변조신호(PWM_NEG)를 출력하게 된다.
이러한 포지티브 펄스폭 변조신호(PWM_POS) 및 네가티브 펄스폭 변조신호(PWM_NEG)는 플립플롭으로 전달되어 소정의 카운터값을 이용하여 디지털 데이터로 변조되어 컨트롤 로직부로 전달되게 된다.
도 13 내지 도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 리시버 유닛에 따른 각종 데이터의 변화도이다.
도 13을 참조하면, 상기 도 12에서 제시한 구조도에 따른 각종 신호 및 데이터의 변화양상을 도시하고 있다.
샘플링/홀딩신호 인가부에 홀딩신호가 인가되고 소정의 시간적 간격을 두고 T의 주기를 가지는 리셋신호(RST)가 인가되게 된다.
리시버 채널(RX)에서 입력된 전압의 아날로그 데이터는 샘플링/홀딩신호 인가부의 샘플링을 거치고 난 후, Gm-증폭기를 통해 출력되어 출력전압(VC)를 생성하게 되는데, 리셋신호(RST)의 인가여부에 따라, 초기전압(VINT)의 인가여부가 결정되게 된다.
이 때, Gm-증폭기의 입력신호인 VS[n+1] 및 VS[n]에 따라, 제 1커패시터(CL)에 충/방전되는 전하량의 차이가 출력전압(VC)로 나타난다. 이러한 전하량의 차이를 기준으로 극성이 서로 다른 바이폴라 펄스폭 변조신호를 출력하게 된다고 할 수 있다.
PWM 변조에 있어서, 제 1비교기의 정입력에는 상기의 출력전압(VC)이 입력되고, 부입력에는 업-레퍼런스 전압(VUP)가 입력되게 된다. 또한, 제 2비교기의 정입력에는 다운-레퍼런스 전압(VDN)이 입력되고, 부입력에는 상기의 출력전압(VC)이 입력되게 된다.
이 때, 상기 업-레퍼런스 전압(VUP) 및 상기 다운-레퍼런스 전압(VDN)은, 시간에 따라 유동적으로 변하게 되는데, 상기 업-레퍼런스 전압(VUP)은 시간의 흐름에 따라 감소하고, 상기 다운-레퍼런스 전압(VDN)은 시간의 흐름에 따라 증가하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 업-레퍼런스 전압(VUP) 및 다운-레퍼런스 전압(VDN)은 시간에 따라, 즉 상기 카운터의 출력값에 따라, 리셋신호(RST)의 한 주기 내에서 적어도 한 번 이상 동일해 지는 것이 바람직하다.
도 13을 참조하면, 출력전압(VC)이 업-레퍼런스 전압(VUP)과 만날 경우에 포지티브 펄스폭 변조신호(PWM_POS)가 출력되게 되며, 출력전압(VC)이 다운-레퍼런스 전압(VDN)과 만날 경우 네가티브 펄스폭 변조신호(PWM_NEG)가 출력되게 된다.
또한 업-레퍼런스 전압(VUP) 및 다운-레퍼런스 전압(VDN)이 리셋신호(RST)의 한 주기 내에서 적어도 한 번 이상 동일해지는 지점은 초기전압(VINT)임을 알 수 있다.
도 14를 참조하면, 리셋신호(RST)의 한 주기 내에서의 각종 데이터의 변화량을 도시하고 있다.
본 발명에서 상기 포지티브 펄스폭 변조신호(PWM_POS)의 주기는, 하기의 수학식 6에 의해서 결정되게 된다.
수학식 6
Figure 112010045918642-pct00010
여기서, T는 리셋신호(RST)의 주기, CL은 제 1커패시터, VTOP는 업-레퍼런스 전압(VUP)의 최대전압치, VINT는 초기전압, Gm은 상호전달 컨덕턴스 , VS[n+1]과 VS[n]은 인접하는 샘플링/홀딩신호 인가부의 출력전압이다.
또한, 상기 네가티브 펄스폭 변조신호(PWM_NEG)의 주기는 하기의 수학식 7에 의해서 결정되게 된다.
수학식 7
Figure 112010045918642-pct00011
여기서, T는 리셋신호(RST)의 주기, CL은 제 1커패시터, VBOT는 다운-레퍼런스 전압(VDN)의 최소전압치, VINT는 초기전압, Gm은 상호전달 컨덕턴스, VS[n+1]과 VS[n]은 인접하는 샘플링/홀딩신호 인가부의 출력전압이다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 정전용량 터치센서에 따른 각종 데이터의 변화도이다.
먼저 프리차지 신호(PRE)가 low인 구간에서는 트랜스미터 채널(TX) 및 리시버 채널(RX) 모두 그라운드로 충전하게 된다. 이어 high 신호가 된 후, 소정의 시간 뒤 트랜스미터 채널(TX)을 high로 바꾸게 되며, 이 경우, 리시버 채널(RX)은 정전용량의 변화에 따라 전압의 아날로그 데이터를 출력하게 된다.
이후 상기 리시버 채널(RX)의 출력단에 홀딩 신호(HLD)를 인가하여 상기 전압의 아날로그 데이터를 샘플링하고 난 후, 리셋신호(RST)를 인가하게 된다. 상기 리셋신호(RST)가 인가되면, 카운터가 작동하게 되어, 플립플롭에 소정의 카운트값을 공급하게 된다.
전술한 바대로, 인접하는 리시버 채널(RX)의 출력신호의 응답크기를 비교하여 바이폴라 펄스폭 변조신호 중 하나를 최종적으로 출력하게 된다. 즉, 리시버 채널의 출력신호의 응답크기를 비교하여 포지티브 펄스폭 변조신호(PWM_POS) 또는 네가티브 펄스폭 변조신호(PWM_NEG)를 결정하게 된다.
도 15에서 도시한 것처럼, 인접하는 리시버 채널의 출력신호의 응답크기인 RX[n+1] 채널의 응답신호의 크기가 RX[n] 채널의 응답신호의 크기보다 크다면 포지티브 펄스폭 변조신호(PWM_POS)를 출력하게 된다. 이 때, PWM_POS[n]의 펄스 폭은 α?(APL[n]-APL[n+1])과 같이 나타난다.
또한, RX[n] 채널의 응답신호의 크기가 RX[n+1] 채널의 응답신호의 크기보다 크다면 네가티브 펄스폭 변조신호(PWM_NEG)가 출력되게 된다. 이 때, PWM_NEG의 펄스 폭은 α?(APL[n+1]-APL[n])과 같이 나타낼 수 있다.
*이와 같은 포지티브 펄스폭 변조신호(PWM_POS) 또는 네가티브 펄스폭 변조신호(PWM_NEG)에 의해 카운터에서 생성되는 카운트값을 첨가하여 터치 유무를 판정하는 데이터를 생성하게 된다. 즉, 초기 데이터인 DATA(n)[10:0]을 출력하게 되는데, 컨트롤 로직부의 연산결과에 의해 (+)극성 또는 (-) 극성을 가진 데이터가 출력되게 된다.
본 발명에서 상기 초기 데이터인 DATA(n)[10:0]은 최종적으로 INT_DATA(n)[10:0]의 값으로 적분되고 이를 이용하여 터치유무를 판정하게 된다.
도 16는 본 발명의 일실시예에 따른 정전용량 터치센서의 초기데이터를 교정 및 정규화한 데이터의 일예시도이다.
이상적인 터치 패널이라면, 초기 데이터가 802에서 도시한 것처럼 나타나야 하나, 터치 패널 자체의 결함 또는 산포 등 터치 패널의 외부 환경으로 인해, 이상적인 데이터를 얻기가 매우 난해하다.
따라서, i) 터치동작이 없을 때 터치 패널의 초기데이터값을 획득하는 교정(Calibratiojn)작업과 ii) 실제동작에서 터치 유무에 따른 초기데이터값을 정규화(Normalization)하여 이상적인 데이터로 형성해야 정확한 터치 유무의 판정이 가능해 진다.
본 발명에서 상기 컨트롤 로직부에서 출력되는 디지털 데이터는, 하기의 수학식 8에 의해 교정(Calibratiojn) 및 정규화(Normalization)되어 변환되는 것을 특징으로 한다.
수학식 8
Figure 112010045918642-pct00012
여기서, DNORM(m-BIT) 는 m 비트로 정규화된 디지털 데이터이고, DCAL은 터치가 없을 때를 가정하여 초기데이터를 획득한 값이고, DIN은 실제 동작에서 터치 유무에 따른 데이터이다. 여기서 m=(2?y) - x 의 관계에 있다. 상기 m, x, y는 소정의 bit이다.
본 발명에서는 상기 DNORM(m-BIT)을 이용하여 최종데이터를 생성하고, 터치 유무를 최종적으로 판단하게 된다. 즉 제 1채널 내지 제 n채널까지의, 정규화(Normalization)되어 변환된, 디지털 데이터들의 합을 이용하여 터치유무를 판단하게 된다.
상기 디지털 데이터들의 합은 하기의 수학식 9를 만족한다.
수학식 9
Figure 112010045918642-pct00013
(여기서, D(n)은 n번째 채널의 데이터값, DNORM(n)은 n번째 채널의 정규화된 데이터값을 의미한다.)
즉, 최종데이터는 n번째 채널의 초기데이터값을 적분한 값이며, 이는 제 1채널 내지 제 n채널까지의, 정규화(Normalization)되어 변환된 디지털 데이터들의 합과 동일하다고 할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 종래기술과는 달리 채널간의 차이값을 획득하고 이를 다시 적분하여 터치 유무를 판정하게 되는데, 이는 기준전압 및/또는 기준전류를 이용하지 않고 인접채널간의 비교데이터를 이용하여 터치유무를 판정하기 위함이다.
도 17 내지 도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 초기데이터의 정규화에 따른 데이터의 변화를 나타낸 일예시도이다.
도 17을 참조하면, 패널의 산포 유무에 따라 변화하는 각 채널별 출력전압(VC)을 도시하고 있다. 각각의 채널에 의한 터치 유무에 따른 출력전압(VC)의 기울기는 선형적으로 변화하나, 언터치 상태의 초기 데이터에 따라 터치 유무에 따른 시간의 변화는 비선형적으로 나타난다.
이와 마찬가지로 도 18을 참조해도, 각각의 채널에 의한 터치 유무에 따른 출력전압(VC)의 기울기는 선형적으로 변화하나, 언터치 상태의 초기 데이터에 따라 터치 유무에 따른 시간의 변화는 비선형적으로 나타난다.
따라서, 도 17 및 도 18의 하단의 그래프에서 도시한 것처럼 곡선으로 형성되는 포지티브 펄스폭 변조신호의 펄스폭을 직선으로 보정될 수 있도록 정규화(Normalization)작업을 수행해야 터치 판정의 정확도를 높일 수 있다.
이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
101: 상부 기판
102: 하부 기판
103: ITO 패턴
104: 다이아몬드 패턴
105: 다이아몬드 패턴의 커패시턴스
301, 401, 601: 리시버 채널
302, 402: 프리 차지 신호
303, 403: 홀딩 신호
304, 404, 603: 샘플링/홀딩신호 인가부
305, 405: QTS부
306, 406: PWM부
307, 410: 리시버 유닛
308, 411: 카운터
309, 409: 플립플롭
310: 레퍼런스 전압/전류
311: 아날로그-디지털 컨버터
407: 네가티브 펄스폭 변조신호(PWM_NEG) 출력단
408: 포지티브 펄스폭 변조신호(PWM_POS) 출력단
412: 컨트롤 로직부
602: 출력전압(VC)단
604: Gm 증폭기
605: 초기전압(VINT)단
606: 제 1커패시터(CL)
607: 업-레퍼런스 전압(VUP)
608: 다운-레퍼런스 전압(VDN)
609: 제 1비교기
610: 제 2비교기
801: 초기 데이터
802: 정규화 데이터
901, 902: 터치 유무에 따른 채널간 레퍼런스 전압의 차이

Claims (12)

  1. 트랜스미터 채널(TX)의 펄스 인가 및 터치 유무로 인한 정전용량 변화에 대한 전압의 아날로그 데이터를 출력하는 적어도 하나 이상의 리시버 채널(RX);
    상기 리시버 채널(RX)과 연결되어, 상기 전압의 아날로그 데이터를 전달받아 바이폴라 펄스폭 변조신호를 출력하는 적어도 하나 이상의 리시버 유닛;
    리셋(RST)신호에 공급에 따라 주기적으로 동작하는 카운터(Counter);
    상기 카운터에서 공급받은 카운트 값을 이용하여 상기 리시버 유닛으로부터 입력받은 바이폴라 펄스폭 변조신호를 디지털 데이터로 출력하는 적어도 하나 이상의 플립플롭; 및
    상기 하나 이상의 플립플롭 중 인접하는 플립플롭에서 출력되는 디지털 데이터를 각각 전달받아 이를 비교하여 최상위 비트를 기준으로 하나의 디지털 데이터만을 출력하는, 적어도 하나 이상의 컨트롤 로직부;을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량 터치센서.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 카운터(Counter)는,
    상기 리시버 유닛의 바이폴라 펄스폭 변조신호의 극성(polarity)에 의해 최상위 비트인 n+1에 대한 값을 결정하게 되는 n-bit down 카운터인 것을 특징으로 하는 정전용량 터치센서.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 리시버 유닛은,
    복수의 리시버 채널(RX) 중 서로 인접하는 채널에서 생성되는 전압의 아날로그 데이터를 각각 입력받아 비교하고, 상기 각각의 아날로그 데이터의 펄스폭을 변조함으로써 바이폴라 펄스폭 변조신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 정전용량 터치센서.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 리시버 유닛은,
    상기 각각의 리시버 채널(RX)과 연결되어 샘플링/홀딩신호를 인가하여 상기 아날로그 데이터를 샘플링하는 적어도 하나 이상의 샘플링/홀딩신호 인가부;
    서로 인접하는 상기 샘플링/홀딩신호 인가부의 샘플링되어 출력되는 아날로그 데이터를 각각 입력받아 전하량을 기준으로 아날로그 데이터를 출력하는 QTS(Charge Transfer Sensing)부; 및
    상기 QTS부의 출력을 전달받아 펄스신호 폭을 변조하여 바이폴라 펄스폭 변조신호로 출력하는 PWM(Pulse Width Modulation)부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량 터치센서.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 QTS(Charge Transfer Sensing)부는,
    상기 인접하는 샘플링/홀딩신호 인가부의 출력신호를 입력받아 이를 비교하고 출력전압(VC)을 생성하는 Gm-증폭기;
    상기 Gm-증폭기의 출력단에 연결되어 전하를 충/방전하는 제 1커패시터(CL); 및
    리셋신호(RST)의 온/오프에 의해 상기 Gm-증폭기의 출력단에 연결되어 초기전압(VINT)을 인가하는 초기전압(VINT) 인가단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량 터치센서.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 PWM(Pulse Width Modulation)부는,
    상기 QTS부의 출력전압(VC)을 정입력으로 받고, 업-레퍼런스 전압(VUP)을 부입력으로 받아 바이폴라 펄스폭 변조신호 중 포지티브 펄스폭 변조신호(PWM_POS)를 출력하는 제 1비교기; 및
    상기 QTS부의 출력전압(VC)를 부입력으로 받고, 다운-레퍼런스 전압(VDN)을 정입력으로 받아 바이폴라 펄스폭 변조신호 중 네가티브 펄스폭 변조신호(PWM_NEG)를 출력하는 제 2비교기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량 터치센서.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 출력전압(VC)단에 인가되는 리셋신호(RST)를 주기로, 상기 업-레퍼런스 전압(VUP)은 시간의 증가에 따라 감소하고, 상기 다운-레퍼런스 전압(VDN)은 시간의 증가에 따라 증가하는 것을 특징으로 하는 정전용량 터치센서.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 업-레퍼런스 전압(VUP) 및 다운-레퍼런스 전압(VDN)은 카운터의 출력값에 따라 리셋신호(RST)의 한 주기 내에서 적어도 한 번 이상 동일해 지는 것을 특징으로 하는 정전용량 터치센서.
  10. 제 7항에 있어서, 상기 포지티브 펄스폭 변조신호(PWM_POS)의 주기는, 하기의 식에 의해서 결정되고,
    Figure 112010045918642-pct00014

    (여기서, T는 RST신호의 주기, CL은 제 1커패시터, VTOP는 VUP의 최대전압치, VINT는 초기전압, Gm은 상호전달 컨덕턴스 , VS[n+1]과 VS[n]은 인접하는 샘플링/홀딩신호 인가부의 출력전압이다.)
    상기 네가티브 펄스폭 변조신호(PWM_NEG)의 주기는 하기의 식에 의해서 결정되는 것을 특징으로 하는 정전용량 터치센서.
    Figure 112010045918642-pct00015

    (여기서, T는 RST신호의 주기, CL은 제 1커패시터, VBOT는 VDN의 최소전압치, VINT는 초기전압, Gm은 상호전달 컨덕턴스, VS[n+1]과 VS[n]은 인접하는 샘플링/홀딩신호 인가부의 출력전압이다.)
  11. 제 1항에 있어서, 상기 컨트롤 로직부에서 출력되는 디지털 데이터는,
    하기의 식에 의해 교정(Calibratiojn) 및 정규화(Normalization)되어 변환되는 것을 특징으로 정전용량 터치센서.
    Figure 112011098977501-pct00016

    (DNORM(m-BIT) 는 m 비트로 정규화된 데이터값이고, DCAL은 터치가 없을 때를 가정하여 획득한 초기 데이터값이며, DIN은 실제 동작에서 터치 유무에 따른 데이터값이다. 여기서 m=(2?y) - x 의 관계에 있다. 상기 m, x, y는 소정의 bit이다.)
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 교정(Calibratiojn) 및 정규화(Normalization)되어 변환된, 제 1채널 내지 제 n채널까지 디지털 데이터들의 합이 터치 유무를 판정하는 최종데이터로 이용되는 것을 특징으로 하되,
    상기 제 1채널 내지 제 n채널까지 상기 교정(Calibratiojn) 및 정규화(Normalization)되어 변환된 디지털 데이터들의 합은 하기의 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 정전용량 터치센서.
    Figure 112010045918642-pct00017

    (여기서, D(n)은 n번째 채널의 데이터값, DNORM(n-1)은 (n-1)과 (n)번째 채널간의 차이값을 정규화한 데이터를 의미한다.)
KR1020107015801A 2010-07-15 2010-07-15 정전용량 터치센서 KR101116182B1 (ko)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/KR2010/004620 WO2012008633A1 (ko) 2010-07-15 2010-07-15 정전용량 터치센서

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101116182B1 true KR101116182B1 (ko) 2012-03-06

Family

ID=45469611

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020107015801A KR101116182B1 (ko) 2010-07-15 2010-07-15 정전용량 터치센서

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20130278551A1 (ko)
KR (1) KR101116182B1 (ko)
WO (1) WO2012008633A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130106035A (ko) * 2012-03-19 2013-09-27 엘지디스플레이 주식회사 터치 센싱 장치와 그 노이즈 필터링 방법

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015133773A1 (ko) * 2014-03-01 2015-09-11 주식회사 센트론 용량방식의 터치입력 감지회로
TW201719366A (zh) * 2015-11-23 2017-06-01 原相科技股份有限公司 訊號取樣方法以及感測系統

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050006531A (ko) * 2003-07-09 2005-01-17 (학)현암학원 디지털 펄스폭 변조의 비선형 왜곡보상장치 및 그 방법
JP2009230539A (ja) 2008-03-24 2009-10-08 Citizen Holdings Co Ltd 入力指示装置
JP2009238081A (ja) 2008-03-28 2009-10-15 Taiheiyo Cement Corp タッチパネル式入力装置
KR20100040518A (ko) * 2008-10-10 2010-04-20 엘지전자 주식회사 터치 센서의 감지신호 조절장치 및 그 방법

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6152193A (ja) * 1984-08-22 1986-03-14 Toshiba Corp Ｐｗｍ制御回路
US8547114B2 (en) * 2006-11-14 2013-10-01 Cypress Semiconductor Corporation Capacitance to code converter with sigma-delta modulator
JP5171132B2 (ja) * 2007-07-03 2013-03-27 株式会社ジャパンディスプレイイースト タッチパネル付き表示装置
JP4945345B2 (ja) * 2007-07-03 2012-06-06 株式会社 日立ディスプレイズ タッチパネル付き表示装置
KR100919212B1 (ko) * 2007-09-19 2009-09-28 주식회사 포인칩스 터치센서의 정전용량 측정회로
KR101015785B1 (ko) * 2008-07-31 2011-02-21 (주)코아리버 접촉 감지 센서 및 감지 방법
KR100940907B1 (ko) * 2008-09-04 2010-02-08 영남대학교 산학협력단 저항과 클록 주파수에 무관한 정전용량 센싱 터치키 및 그 동작 방법
US8174273B2 (en) * 2010-01-07 2012-05-08 3M Innovative Properties Company Capacitance measurement circuit with dynamic feedback
US9092098B2 (en) * 2011-04-19 2015-07-28 Cypress Semiconductor Corporation Method and apparatus to improve noise immunity of a touch sense array

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050006531A (ko) * 2003-07-09 2005-01-17 (학)현암학원 디지털 펄스폭 변조의 비선형 왜곡보상장치 및 그 방법
JP2009230539A (ja) 2008-03-24 2009-10-08 Citizen Holdings Co Ltd 入力指示装置
JP2009238081A (ja) 2008-03-28 2009-10-15 Taiheiyo Cement Corp タッチパネル式入力装置
KR20100040518A (ko) * 2008-10-10 2010-04-20 엘지전자 주식회사 터치 센서의 감지신호 조절장치 및 그 방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130106035A (ko) * 2012-03-19 2013-09-27 엘지디스플레이 주식회사 터치 센싱 장치와 그 노이즈 필터링 방법
KR101878980B1 (ko) * 2012-03-19 2018-08-17 엘지디스플레이 주식회사 터치 센싱 장치와 그 노이즈 필터링 방법

Also Published As

Publication number Publication date
WO2012008633A1 (ko) 2012-01-19
US20130278551A1 (en) 2013-10-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10074004B2 (en) Capacitive fingerprint sensor with integrator
US20110068810A1 (en) Sensing method and driving circuit of capacitive touch screen
US8836350B2 (en) Capacitive touch sensing using an internal capacitor of an analog-to-digital converter (ADC) and a voltage reference
TWI410853B (zh) 用於觸控裝置之電容量測量裝置
US10641805B2 (en) Capacitance detection method and capacitance detection apparatus using the same
TWI402513B (zh) 電容值測量電路
US8344928B2 (en) Method and apparatus for capacitance sensing
EP2386143B1 (en) Wide range charge balancing capacitive-to-digital converter
KR101527440B1 (ko) 정전용량식 터치패널
US10408862B2 (en) Multiple channel capacitive voltage divider scanning method and apparatus
US7880479B2 (en) Capacitive sensor with alternating current power immunity
KR102244215B1 (ko) 터치 감지 장치
KR101912412B1 (ko) 지문 검출 회로 및 전자 디바이스
US9197207B2 (en) Touch sensor circuit and touch display device
US10120512B2 (en) Hover sensor
US8416117B2 (en) Analog to digital converter with dual integrating capacitor systems
KR101116182B1 (ko) 정전용량 터치센서
JP5852818B2 (ja) タッチパネルコントローラおよびそれを用いた入力装置、電子機器
US20100328252A1 (en) Switched-capacitor tracking apparatus of touch panel and operating method thereof
KR101912383B1 (ko) 지문 검출 회로 및 전자 디바이스
KR20130072537A (ko) 터치신호 처리회로 및 상기 터치신호 처리회로를 구비하는 터치신호 감지시스템
US20230122233A1 (en) Nano-power architecture enhancements
EP3694006B1 (en) Input device
US11328529B2 (en) Fingerprint detection device and method thereof
KR101507137B1 (ko) 터치 인식시스템 및 터치 인식방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150209

Year of fee payment: 4

LAPS Lapse due to unpaid annual fee