KR102408954B1 - 정전용량식 터치 스크린 패널의 오프셋 커패시턴스를 제거하는 회로와 이를 포함하는 장치 - Google Patents

Abstract

정정용량식 터치 스크린의 오프셋 커패시턴스를 제거하는 터치 스크린 컨트롤러는 오프셋 제거시간 동안 시불변 디지털 코드와 시변 디지털 코드를 생성하는 코드 생성기와, 상기 오프셋 커패시턴스를 제거하기 위해, 상기 시불변 디지털 코드와 상기 시변 디지털 코드를 상기 오프셋 커패시턴스에 상응하는 전기적인 전하들의 양으로 변환하는 스위치드-커패시터 어레이를 포함한다.

Description

정전용량식 터치 스크린 패널의 오프셋 커패시턴스를 제거하는 회로와 이를 포함하는 장치{CIRCUIT FOR CANCELLING OFFSET CAPACITANCE OF CAPACITIVE TOUCH SCREEN PANEL AND DEVICE HAVING THE SAME}

본 발명의 개념에 따른 실시 예는 반도체 장치에 관한 것으로, 특히 정전용량식 터치 스크린 패널의 터치 센서의 오프셋 커패시턴스를 제거할 수 있는 회로와 이를 포함하는 장치들에 관한 것이다.

정전용량식 터치 스크린(capacitive touch screen)은 상호 정전용량 (mutual- capacitance) 감지 방식을 사용하는 정전용량식 터치 스크린과 자기 정전용량(self-capacitance) 감지 방식을 사용하는 정전용량식 터치 스크린으로 크게 분류된다.

상호 정전용량 감지 방식을 사용하는 정전용량식 터치 스크린에서, 일반적으로 오프셋(offset) 커패시턴스는 수 pF(picofarad)이고 신호 커패시턴스는 수십 fF (femtofarad)이다. 상기 오프셋 커패시턴스는 정전용량식 터치 스크린에 구현된 터치 센서의 커패시턴스를 의미할 수 있고, 상기 신호 커패시턴스는 손가락과 같은 터치 물체에 의해 상기 터치 센서에 의해 생성된 커패시턴스를 의미할 수 있다. 자기 정전용량 감지 방식을 사용하는 정전용량식 터치 스크린에서, 일반적으로 오프셋 커패시턴스는 수십 pF이고 신호 커패시턴스는 수십 fF이다.

정전용량식 터치 스크린에서, 오프셋 커패시턴스는 신호 커패시턴스에 비해 상당히 큰 값을 갖는다. 오프셋 커패시턴스가 제거되지 않으면 신호 커패시턴스가 감지되지 않을 수 있으므로, 오프셋 커패시턴스는 정전용량식 터치 스크린의 감도에 큰 영향을 준다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 오프셋 제거 해상도보다 큰 커패시턴스를 갖는 단위 커패시터를 이용하여 정전용량식 터치 스크린 패널에 포함된 터치 센서의 오프셋 커패시턴스를 제거할 수 있는 회로와 이를 포함하는 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시 예에 따른, 정전용량식(capacitive) 터치 스크린의 오프셋 커패시턴스를 제거하는 터치 스크린 컨트롤러는, 오프셋 제거시간 동안, 시불변 디지털 코드와 시변 디지털 코드를 생성하는 코드 생성기와, 상기 오프셋 커패시턴스를 제거하기 위해, 상기 시불변 디지털 코드와 상기 시변 디지털 코드를 상기 오프셋 커패시턴스에 상응하는 전기적인 전하들의 양으로 변환하는 스위치드-커패시터 어레이를 포함한다.

상기 코드 생성기는 상기 오프셋 커패시턴스에 해당하는 비트들 중에서 MSB (most significant bit)를 포함하는 제1부분을 제어하는 상기 시불변 디지털 코드와 상기 비트들 중에서 LSB(least significant bit)를 포함하는 제2부분을 제어하는 상기 시변 디지털 코드를 생성한다.

상기 스위치드-커패시터 어레이는 상기 시불변 디지털 코드를 상기 전하들의 양의 제1부분으로 변환하는 제1스위치드-커패시터 어레이와, 상기 시변 디지털 코드를 상기 전하들의 양의 나머지 제2부분으로 변환하는 제2스위치드-커패시터 어레이와, 상기 제1부분과 상기 제2부분을 합산하는 합산 노드를 포함한다. 상기 제1부분은 상기 제2부분보다 큰다.

상기 제2스위치드-커패시터 어레이는 단위 커패시터를 포함하고, 상기 단위 커패시터의 커패시턴스는 상기 오프셋 커패시턴스와 관련된 오프셋 제거 해상도보다 크다.

상기 터치 스크린 컨트롤러는 상기 전기적인 전하들의 양을 전압으로 변환하는 커패시턴스-전압 변환기와, 상기 커패시턴스-전압 변환기에 접속된 적분기를 더 포함한다. 상기 시변 디지털 코드에 의해 제거되는 상기 오프셋 커패시턴스의 오프셋 제거 해상도는 상기 적분기의 적분 횟수와 관련된다.

상기 스위치드-커패시터 어레이는 복수의 단위 커패시터들을 포함하고, 상기 시변 디지털 코드에 의해 한 번에 제거되는 상기 오프셋 커패시터의 양은 상기 복수의 단위 커패시터들 중에서 어느 하나의 커패시턴스와 상기 적분기의 적분 횟수에 따라 결정되다.

상기 터치 스크린 컨트롤러는 상기 적분기의 출력 신호를 디지털 코드를 변환하는 아날로그-디지털 변환기와, 상기 시불변 디지털 코드와 상기 시변 디지털 코드를 저장하는 메모리 장치를 더 포함하고, 상기 코드 생성기는 기준 코드와 상기 아날로그-디지털 변환기의 출력 코드가 동일할 때에 결정된 상기 시불변 디지털 코드와 상기 시변 디지털 코드를 상기 메모리 장치에 저장한다.

상기 시변 디지털 코드는 상기 스위치드-커패시터 어레이에 포함된 적어도 하나의 커패시터의 충전 횟수와 관련된다.

본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린 시스템은 터치 센서를 포함하는 정전용량식 터치 스크린 패널과, 상기 정전용량식 터치 스크린 패널에 접속된 터치 스크린 컨트롤러를 포함한다. 상기 터치 스크린 컨트롤러는 오프셋 제거시간 동안, 시불변 디지털 코드와 시변 디지털 코드를 생성하는 코드 생성기와, 상기 터치 센서의 오프셋 커패시턴스를 제거하기 위해, 상기 시불변 디지털 코드와 상기 시변 디지털 코드를 상기 오프셋 커패시턴스에 상응하는 전기적인 전하들의 양으로 변환하는 스위치드-커패시터 어레이를 포함한다.

상기 터치 스크린 컨트롤러는 상기 오프셋 제거시간 동안, 상기 적분기의 적분 횟수만큼의 펄스 시퀀스를 갖는 구동 신호를 상기 터치 센서로 전송하는 드라이버를 더 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따른 스위치드-커패시터 디지털-아날로그 변환기는 작동시간 동안에 입력된 시불변 디지털 코드를 제1전하들의 양으로 변환하는 제1스위치드-커패시터 어레이와, 상기 작동시간 동안에 입력된 시변 디지털 코드를 제2전하들의 양으로 변환하는 제2스위치드-커패시터 어레이와, 입력 노드를 통해 입력된 커패시턴스로부터 상기 제1전하들의 양과 상기 제2전하들의 양을 합을 감산하는 감산 회로를 포함한다.

상기 제1스위치드-커패시터 어레이는 상기 감산 회로에 접속된 복수의 스위치드-커패시터들을 포함하고, 상기 제2스위치드-커패시터 어레이는 상기 감산 회로에 접속된 적어도 하나의 스위치드-커패시터를 포함하고, 상기 복수의 스위치드-커패시터들의 총 커패시턴스는 상기 커패시턴스에 해당하는 비트들 중에서 MSB를 포함하는 부분과 관련된 상기 시불변 디지털 코드에 기초하여 제어되고, 상기 적어도 하나의 스위치드-커패시터의 총 커패시턴스는 상기 비트들 중에서 LSB를 포함하는 부분과 관련된 상기 시변 디지털 코드에 기초하여 제어된다.

본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린 컨트롤러는 터치 스크린 패널에 포함된 정전용량식 센서들 각각의 오프셋 커패시턴스를 제거하여 신호 동적 범위 (signal dynamic range)를 확보할 수 있는 효과가 있다.

상기 터치 스크린 컨트롤러에 포함된 오프셋 제거 회로들 각각의 크기가 줄어들게(shrink)됨에 따라, 상기 터치 스크린 컨트롤러의 크기가 작아지는 효과가 있다.

상기 터치 스크린 컨트롤러는 터치 스크린 패널의 오프셋 커패시턴스의 오프셋 제거 해상도를 상기 터치 스크린 컨트롤러에 구현된 단위 커패시터의 커패시턴스보다 작게 할 수 있으므로, 상기 터치 스크린 컨트롤러는 상기 터치 스크린 패널로부터 출력된 터치 또는 신호의 감도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

상기 터치 스크린 컨트롤러는 오프셋 커패시턴스를 제거하기 위한 선형성 (linearity)을 확보할 수 있으므로, 상기 터치 스크린 컨트롤러는 상기 오프셋 커패시턴스를 제거하기 위한 교정 시간(calibration time)을 줄일 수 있는 효과가 있다.

적분기를 포함하는 상기 터치 스크린 컨트롤러는 상기 적분기의 적분 횟수에 따라 오프셋 제거 해상도를 조절할 수 있으므로, 상기 터치 스크린 컨트롤러의 제조사는 단위 커패시터를 제조하는 공정상의 제약을 받지 않고 상기 단위 커패시터를 설계할 수 있는 효과가 있다.

상기 터치 스크린 컨트롤러에 구현된 단위 커패시터의 커패시턴스가 종래의 터치 스크린 컨트롤러에 구현된 최소 단위 커패시터의 커패시턴스보다 크고 상기 터치 스크린 컨트롤러에 구현된 단위 커패시터들의 개수가 종래의 터치 스크린 컨트롤러에 구현된 최소 단위 커패시터들의 개수보다 적으므로, 상기 터치 스크린 컨트롤러는 그 안에 구현된 단위 커패시터들 제어하기 위한 제어 신호들의 개수와 상기 제어 신호들과 관련된 스위치들의 개수를 종래의 터치 스크린 컨트롤러에 포함된 그것들에 비해 줄일 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 상세한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린 컨트롤러를 포함하는 터치 스크린 시스템의 블록도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 오프셋 제거 회로의 개략적인 블록도를 나타낸다.
도 3은 도 1에 도시된 오프셋 제거 회로의 구체적인 블록도를 나타낸다.
도 4는 도 3에 도시된 제2스위치드-커패시터 어레이에 포함된 스위치 제어 회로의 실시 예이다.
도 5는 도 3에 도시된 제1스위치드-커패시터 어레이에 포함된 스위치 제어 회로의 실시 예이다.
도 6은 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 적분 횟수에 대응되는 구동 신호들의 파형들을 나타낸다.
도 7은 터치 스크린 패널의 터치 센서의 오프셋 커패시턴스를 제거할 수 있는 본 발명의 실시 예에 따른 오프셋 제거 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 8은 도 7에 도시된 오프셋 제거 방법을 실행할 수 있는 본 발명의 실시 예에 따른 오프셋 제거 회로의 실시 예이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 오프셋 제거 회로에 포함된 커패시터 어레이 레이아웃의 실시 예이다.
도 10은 도 1에 도시된 터치 스크린 패널에 포함된 터치 센서들 각각의 오프셋을 제거하기 위한 디지털 코드들을 저장하는 테이블의 실시 예이다.
도 11은 도 1에 도시된 오프셋 제거 회로를 이용하여 터치를 처리하는 과정을 설명하는 개념도이다.
도 12는 도 1에 도시된 터치 스크린 컨트롤러를 포함하는 터치 스크린 시스템의 블록도를 나타낸다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린 컨트롤러의 작동 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.

본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.

본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.

제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않은 채, 제1구성 요소는 제2구성 요소로 명명될 수 있고 유사하게 제2구성 요소는 제1구성 요소로도 명명될 수 있다.

어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 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 나타낸다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 명세서에 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린 컨트롤러를 포함하는 터치 스크린 시스템의 블록도를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 터치 스크린 시스템(10)은 터치 스크린 패널(100)과 터치 스크린 컨트롤러(200)를 포함할 수 있다. 터치 스크린시스템(10)은 PC(personal computer) 또는 모바일 장치(mobile device)를 의미할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 터치 스크린 패널(100)은 터치 스크린으로도 불릴 수 있다.

상기 모바일 장치는 랩탑 컴퓨터(laptop computer), 이동 전화기, 스마트폰 (smart phone), 태블릿(tablet) PC, PDA(personal digital assistant), EDA (enterprise digital assistant), 디지털 스틸 카메라(digital still camera), 디지털 비디오 카메라(digital video camera), PMP(portable multimedia player), PND(personal navigation device 또는 portable navigation device), 휴대용 게임 콘솔(handheld game console), 모바일 인터넷 장치(mobile internet device(MID)), 웨어러블 컴퓨터, 사물 인터넷(internet of things(IoT)) 장치, 만물 인터넷 (internet of everything(IoE)) 장치, 드론(drone), 또는 e-북(e-book)으로 구현될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

터치 스크린 패널(100)은 복수의 감지 요소들(sensing elements), 예컨대 정전용량식 터치 센서들(101)을 포함할 수 있다. 터치 스크린 컨트롤러(200)는 터치 스크린 패널(100)에 포함된 정전용량식 터치 센서들(101) 각각의 오프셋 커패시턴스를 제거할 수 있다. 오프셋 커패시턴스는 하나 또는 그 이상의 감지 요소들에 의해 생성된 커패시턴스를 의미할 수 있다.

비록, 도 1에는 상호 정전용량 감지 방식을 사용하는 정전용량식 터치 스크린 패널(100)이 예시적으로 도시되어 있으나, 본 발명의 기술적 사상에 따른 감지 요소(예컨대, 터치 센서)의 오프셋 커패시턴스를 제거하는 방법은 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 각 정전용량식 터치 센서(101)는 각 터치(또는 각 터치 이벤트(touch event))를 감지하는 각 감지 전극과, 각 구동 신호를 전송하는 각 구동 전극에 접속될 수 있다.

터치 스크린 컨트롤러(200)는 디스플레이 드라이버 IC와 별개의 IC로 구현될 수도 있다. 터치 스크린 컨트롤러(200)는 상기 디스플레이 드라이버 IC에 머지된 (merged) 형태로 구현될 수 있다. 예컨대, 터치 스크린 컨트롤러(200)의 기능을 수행할 수 있는 터치 스크린 컨트롤러 블록과 디스플레이 드라이버 IC의 기능을 수행할 수 있는 디스플레이 드라이버 블록은 하나의 반도체 칩으로 구현될 수 있다.

터치 스크린 컨트롤러(200)는 복수의 오프셋 제거 회로들(210-1~210-n; n은 4 이상의 자연수), 선택 회로(230), 아날로그-디지털 변환기(analog-to-digital converter(ADC); 235), 컨트롤 로직 회로(240), 및 메모리 장치(250)를 포함할 수 있다. 터치 스크린 컨트롤러(200)는 드라이버 블록(260)을 더 포함할 수 있다.

복수의 오프셋 제거 회로들(210-1~210-n) 각각의 구조와 작동은 동일 또는 유사하므로, 본 명세서에서는 제1오프셋 제거 회로(210-1)의 구조와 작동이 대표적으로 설명된다. 오프셋 제거시간은 교정(calibration) 단계에서 정전용량식 터치 센서(101)의 오프셋 커패시턴스를 제거하는 시간 또는 사용자의 터치를 처리하기 위해 정전용량식 터치 센서(101)의 오프셋 커패시턴스를 제거하는 시간을 의미할 수 있다.

제1오프셋 제거시간 동안, 드라이버 블록(260)에 포함된 제1드라이버(261)가 제1구동 신호(TX1)를 제1구동 전극으로 구동하면, 제1구동 신호(TX1)를 전송하는 상기 제1구동 전극에 접속된 정전용량식 터치 센서들(101) 각각의 오프셋 커패시턴스는 감지 전극들 각각을 통해 복수의 오프셋 제거 회로들(210-1~210-n) 각각으로 공급될 수 있다. 복수의 오프셋 제거 회로들(210-1~210-n) 각각은 제1컬럼에 배치된 정전용량식 터치 센서들(101) 각각의 오프셋 커패시턴스를 본 발명의 실시 예에 따른 방법으로 제거하거나 제거할 수 있는 각 디지털 코드(CODE1~CODEn)를 생성할 수 있다.

제2오프셋 제거시간 동안, 드라이버 블록(260)에 포함된 제2드라이버가 제2구동 신호(TX2)를 제2구동 전극으로 구동하면, 제2구동 신호(TX2)를 전송하는 상기 제2구동 전극에 접속된 정전용량식 터치 센서들 각각의 오프셋 커패시턴스는 감지 전극들 각각을 통해 복수의 오프셋 제거 회로들(210-1~210-n) 각각으로 공급될 수 있다. 복수의 오프셋 제거 회로들(210-1~210-n) 각각은 제2컬럼에 배치된 정전용량식 터치 센서들 각각의 오프셋 커패시턴스를 본 발명의 실시 예에 따른 방법으로 제거하거나 제거할 수 있는 각 디지털 코드(CODE1~CODEn)를 생성할 수 있다.

제3오프셋 제거시간 동안, 드라이버 블록(260)에 포함된 제3드라이버가 제3구동 신호(TX3)를 제3구동 전극으로 구동하면, 제3구동 신호(TX3)를 전송하는 상기 제3구동 전극에 접속된 정전용량식 터치 센서들 각각의 오프셋 커패시턴스는 감지 전극들 각각을 통해 복수의 오프셋 제거 회로들(210-1~210-n) 각각으로 공급될 수 있다. 복수의 오프셋 제거 회로들(210-1~210-n) 각각은 제3컬럼에 배치된 정전용량식 터치 센서들 각각의 오프셋 커패시턴스를 본 발명의 실시 예에 따른 방법으로 제거하거나 제거할 수 있는 각 디지털 코드(CODE1~CODEn)를 생성할 수 있다.

제m오프셋 제거시간 동안, 드라이버 블록(260)에 포함된 제m드라이버가 제m구동 신호(TXm, m은 4 이상의 자연수)를 제m구동 전극으로 구동하면, 제m구동 신호 (TXm)를 전송하는 상기 제m구동 전극에 접속된 정전용량식 터치 센서들 각각의 오프셋 커패시턴스는 감지 전극들 각각을 통해 복수의 오프셋 제거 회로들(210-1~210-n) 각각으로 공급될 수 있다. 복수의 오프셋 제거 회로들(210-1~210-n) 각각은 제m컬럼에 배치된 정전용량식 터치 센서들 각각의 오프셋 커패시턴스를 본 발명의 실시 예에 따른 방법으로 제거하거나 제거할 수 있는 각 디지털 코드 (CODE1~CODEn)를 생성할 수 있다.

각 오프셋 제거시간은 서로 중첩되지 않을 수 있다. 각 오프셋 제거시간 동안, 각 구동 신호(TX1~TXm)는 각 오프셋 제거 회로(210-1~210-n)에 포함된 적분기의 적분 횟수만큼 토글링(toggling)할 수 있다.

해당 오프셋 제거시간 동안, 오프셋 제거 회로들(210-1~210-n) 중에서 어느 하나는, 정전용량식 터치 센서들(101) 중에서 어느 하나의 오프셋 커패시턴스를 제거하기 위해, 상기 어느 하나에 포함된 스위치드-커패시터 디지털-아날로그 변환기 (digital-to-analog converter(DAC))를 이용하여 시불변(time-invariant) 디지털 코드와 시변(time-variant) 디지털 코드를 상기 오프셋 커패시턴스에 상응하는 전기적인 전하들(electric charges)의 양(amount)로 변환할 수 있다.

선택 회로(230)는, 선택 신호들(SEL)에 응답하여, 오프셋 제거 회로들(210-1~210-n)의 출력 신호들(OUT1~OUTn) 중에서 어느 하나를 ADC(235)로 출력할 수 있다. 예컨대, 선택 회로(230)는 멀티플렉서(multiplexer)로 구현될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 선택 회로(230)는, 선택 신호들(SEL)에 응답하여, 오프셋 제거 회로들(210-1~210-n)의 출력 신호들(OUT1~OUTn) 각각의 출력 타이밍을 제어할 수 있다.

ADC(235)는 선택 회로(230)로부터 출력된 각 출력 신호(OUT1~OUTn)를 각 출력 디지털 신호들(OCODE)로 변환할 수 있다. 출력 디지털 신호들(OCODE)은 출력 디지털 코드를 의미할 수 있다.

컨트롤 로직 회로(240)는 각 디지털 코드(CODE1~CODEn)를 생성할 수 있는 코드 생성기의 기능을 포함할 수 있다. 교정 작동(calibration operation) 동안, 컨트롤 로직 회로(240)는, 기준 디지털 신호들(RCODE)과 출력 디지털 신호들(OCODE)이 동일해질 때까지, 각 디지털 코드(CODE1~CODEn)를 변경할 수 있다. 각 디지털 코드(CODE1~CODEn)는 각 시불변 디지털 코드와 각 시변 디지털 코드를 포함할 수 있다.

기준 디지털 신호들(RCODE)은 기준 디지털 코드를 의미할 수 있다. 예컨대, 기준 디지털 코드(RCODE)의 값은 출력 디지털 코드(OCODE)의 값의 절반에 해당할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 출력 디지털 코드(OCODE)가 십진수 2047에 해당하는 이진수로 표현될 때, 기준 디지털 코드(RCODE)는 십진수 1023에 해당하는 이진수로 표현될 수 있다.

컨트롤 로직 회로(240)는 선택 신호들(SEL)을 생성할 수 있고, 드라이버 블록(260)을 제어할 수 있다. 컨트롤 로직 회로(240)는 각 구동 신호(TX1~TXm)의 생성 타이밍과 토글링 횟수를 제어할 수 있다. 컨트롤 로직 회로(240)는 각 오프셋 제거 회로(210-1~210-n)에 구현된 적분기의 작동과 적분 횟수를 제어할 수 있다. 상기 적분 횟수는 외부로부터 프로그램가능하다.

교정 작동 동안, 컨트롤 로직 회로(240)는 기준 디지털 코드(RCODE)와 출력 디지털 코드(OCODE)가 동일해할 때에 결정된 각 디지털 코드(CODE1~CODEn)를 각 오프셋 제거 회로(210-1~210-n)로 출력하거나 메모리 장치(250)에 저장할 수 있다. 예컨대, 메모리 장치(250)는 SRAM(static random access memory)로 구현될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

교정 작동 동안, 컨트롤 로직 회로(240)는 컬럼마다 배치된 정전용량식 터치 센서들(101) 각각의 오프셋 커패시턴스를 제거하기 위한 각 디지털 코드 (CODE1~CODEn)를 생성하고 각 디지털 코드(CODE1~CODEn)를 테이블(255) 형태로 메모리 장치(250)에 저장할 수 있다. 테이블(255)에 대한 구체적인 실시 예는 도 10을 참조하여 설명될 것이다.

예컨대, 교정 작동 동안 또는 교정 작동이 완료된 후, 컨트롤 로직 회로 (240)는 터치 스크린 패널(100)에 포함된 정전용량식 터치 센서들(101) 각각의 오프셋 커패시턴스를 제거하기 위한 각 디지털 코드(CODE1~CODEn)를 터치 스크린 컨트롤러(200)의 외부에 배치된 불휘발성 메모리 장치, 예컨대 플래시-기반 메모리 장치에 저장할 수 있다. 예컨대, 플래시-기반 메모리 장치는 NAND-타입 플래시 메모리 장치 또는 NOR-타입 플래시 메모리 장치일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

교정 작동이 완료된 후(또는 터치 스크린 컨트롤러(200)가 판매된 후), 터치 스크린 시스템(10)에 포함된 터치 스크린 컨트롤러(200)가 부트(boot)될 때, 터치 스크린 컨트롤러(200)의 컨트롤 로직 회로(240)는 상기 불휘발성 메모리 장치에 저장된 각 디지털 코드(CODE1~CODEn)를 메모리 장치(250)로 로드(load)할 수 있다.

교정 작동이 완료된 후 터치 스크린 패널(100)과 터치 스크린 컨트롤러(200)를 포함하는 터치 스크린 시스템(10)을 이용하여 사용자의 터치 또는 터치 이벤트를 감지할 때, 각 오프셋 제거 회로(210-1~210-n)는 상기 불휘발성 메모리 장치로부터 메모리 장치(250)로 로드된 각 디지털 코드(CODE1~CODEn)를 이용하여 터치 스크린 패널(100)에 포함된 정전용량식 터치 센서들(101) 각각의 오프셋 커패시턴스를 제거할 수 있다.

비록, 도 1에서는 드라이버 블록(260)이 각 오프셋 제거 회로(210-1~210-n)로 구동 신호(TXi, i는 자연수, 1≤i≤m)를 공급하는 실시 예가 도시되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 실시 예에 따라, 컨트롤 로직 회로(240)는 구동 신호 (TXi) 또는 구동 신호(TXi)에 해당하는 정보를 각 오프셋 제거 회로(210-1~210-n)로 공급할 수도 있다.

도 2는 도 1에 도시된 오프셋 제거 회로의 개략적인 블록도를 나타낸다. 각 오프셋 제거 회로(210-1~210-n)의 구조와 작동은 동일 또는 유사하므로, 제1오프셋 제거 회로(210-1)가 대표적으로 도시된다.

제1오프셋 제거 회로(210-1)는 입력 패드(또는 입력 노드; 201)를 통해 터치 스크린 패널(100)의 제1로우(row)에 배치된 각 정전용량식 터치 센서(101)의 오프셋 커패시턴스(또는 상기 오프셋 커패시턴스에 상응하는 신호)를 서로 다른 시점(또는, 서로 다른 오프셋 제거시간 동안)에서 수신할 수 있다.

노드(203)는 가산 회로(또는 가산기) 또는 감산 회로(또는 감산기)의 기능을 수행할 수 있다. 예컨대, 스위치드-커패시터 DAC(216)의 관점에서 볼 때, 노드 (203)는 시불변 디지털 코드(CCODE1)에 해당하는 제1전기적인 전하들의 양과 시변 디지털 코드(TCODE1)에 해당하는 제2전기적인 전하들의 양을 합산하는 합산 회로(또는 합산 노드)의 기능을 수행할 수 있다. 그러나 오프셋 커패시턴스의 제거 관점에서 볼 때, 노드(203)는 상기 오프셋 커패시턴스로부터 제1전기적인 전하들의 양과 상기 제2전기적인 전하들의 양의 합을 감산하는 감산 회로(또는 감산 노드)의 기능을 수행할 수 있다.

제1오프셋 제거 회로(210-1)는 터치 스크린 패널(100)의 감지 전극에 접속될 수 있는 입력 패드(201), 노드(203), 버퍼(213), 적분기(215), 및 스위치드-커패시터 DAC(216)를 포함할 수 있다.

버퍼(213)는 노드(203)의 커패시턴스(또는 노드(203)에 의해 생성된 커패시턴스)를 전압(또는 전압 신호)으로 변환하는 커패시턴스-전압 변환기의 기능을 수행할 수 있다. 적분기(215)는 버퍼(213)로부터 출력된 전압을 적분(또는 누적)할 수 있다. 예컨대, 적분기(215)는, 컨트롤 로직 회로(240)의 제어에 따라, 적어도 두 번 이상 적분 작동들을 수행할 수 있다. 예컨대, 컨트롤 로직 회로(240)는 적분기(215)의 적분 횟수를 제어할 수 있다.

스위치드-커패시터 DAC(216)는 시불변 디지털 코드(CCODE1)와 시변 디지털 코드(TCODE1)를 전기적인 전하들의 양으로 변환할 수 있다. 상기 전기적인 전하들의 양은 제1부분과 제2부분을 포함하고, 상기 제1부분은 상기 제2부분보다 클 수 있다.

예컨대, 스위치드-커패시터 DAC(216)는 시불변 디지털 코드(CCODE1)를 상기 제1부분(예컨대, 제1전기적인 전하들의 양)으로 변환하는 제1스위치드-커패시터 어레이(219)와, 시변 디지털 코드(TCODE1)를 상기 제2부분(예컨대, 제2전기적인 전하들의 양)으로 변환하는 제2스위치드-커패시터 어레이(217)을 포함할 수 있다. 스위치드-커패시터 DAC(216)은 스위치드-커패시터 어레이를 의미할 수 있다.

제어 로직 회로(240)는 오프셋 커패시턴스에 해당하는 비트들 중에서 MSB (most significant bit)를 포함하는 제1부분(예컨대, 제1스위치드-커패시터 어레이(219)에 해당하는 부분)을 제어하는 시불변 디지털 코드(CCODE1)와 상기 비트들 중에서 LSB(least significant bit)를 포함하는 제2부분(예컨대, 제2스위치드-커패시터 어레이(217)에 해당하는 부분)을 제어하는 시변 디지털 코드(TCODE1)를 생성할 수 있다.

시불변 디지털 코드(CCODE1)는 오프셋 제거 시간과 무관하게 오프셋 커패시턴스의 제1부분을 항상 제거하기 위해 사용될 수 있다. 시변 디지털 코드(TCODE1)는 상기 오프셋 제거 시간과 연관되어 상기 오프셋 커패시턴스의 나머지 제2부분을 제거하는 디지털 신호(예컨대, 로직 1과 로직 0 중에서 어느 하나)를 포함하거나 상기 나머지 제2부분을 제거하지 않는 디지털 신호(예컨대, 로직 1과 로직 0 중에서 다른 하나)를 포함할 수 있다. 예컨대, 시불변 디지털 코드(CCODE1)는 병렬 디지털 신호들일 수 있고, 시변 디지털 코드(TCODE1)는 직렬 디지털 신호(들)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

제1스위치드-커패시터 어레이(219)가, 시불변 디지털 코드(CCODE1)에 응답하여, 제1기준 전압(VREF1)을 전송하는 제1전송 라인에 접속되면 제1스위치드-커패시터 어레이(219)는 충전 작동(예컨대, 제1전기적인 전하들의 양을 증가시키는 작동)을 할 수 있다. 제1스위치드-커패시터 어레이(219)가, 시불변 디지털 코드 (CCODE1)에 응답하여, 제2기준 전압(VREF2)을 전송하는 제2전송 라인에 접속되면 제1스위치드-커패시터 어레이(219)는 방전 작동(예컨대, 제1전기적인 전하들의 양을 감소시키는 작동)을 할 수 있다. 제1스위치드-커패시터 어레이(219)는 상술한 작동과 반대 작동을 수행할 수도 있다.

제2스위치드-커패시터 어레이(217)가, 시변 디지털 코드(TCODE1)에 응답하여, 제1기준 전압(VREF1)을 전송하는 제1전송 라인에 접속되면 제2스위치드-커패시터 어레이(217)는 충전 작동(예컨대, 제2전기적인 전하들의 양을 증가시키는 작동)을 할 수 있다. 제2스위치드-커패시터 어레이(217)가, 시변 디지털 코드(TCODE1)에 응답하여, 제2기준 전압(VREF2)을 전송하는 제2전송 라인에 접속되면 제2스위치드-커패시터 어레이(217)는 방전 작동(예컨대, 제2전기적인 전하들의 양을 감소시키는 작동)을 할 수 있다. 제2스위치드-커패시터 어레이(217)는 상술한 작동과 반대 작동을 수행할 수도 있다.

예컨대, 제1기준 전압(VREF1)은 제2기준 전압(VREF2)보다 높을 수 있다. 예컨대, 제2기준 전압(VREF2)은 접지 전압일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

비록, 도 2에서는 제1스위치드-커패시터 어레이(219)가 시불변 디지털 코드 (CCODE1)에 응답하여 작동하고, 제2스위치드-커패시터 어레이(217)가 시변 디지털 코드(TCODE1)에 응답하여 작동하는 것으로 도시되어 있으나, 제1스위치드-커패시터 어레이(219)는 시불변 디지털 코드(CCODE1)와 제1제어 신호(예컨대, 도 3의 경우에는 TXi)의 조합에 응답하여 작동할 수 있고 제2스위치드-커패시터 어레이(217)는 시변 디지털 코드(TCODE1)와 제2제어 신호(예컨대, 도 3의 경우에는 TXi)에 응답하여 작동할 수 있다. 예컨대, 상기 제1제어 신호와 상기 제2제어 신호는 동일하거나 서로 다를 수 있다.

도 3은 도 1에 도시된 오프셋 제거 회로의 구체적인 블록도를 나타낸다. 도 2와 도 3을 참조하면, 제1스위치드-커패시터 어레이(219)는 복수의 커패시터들 (219-1~219-(k-1), k는 5 이상의 자연수)과 스위치 제어 회로들(221-1~221-(k-1))을 포함할 수 있다.

하나의 스위치드-커패시터는 하나의 커패시터와 하나의 스위치 제어 회로를 포함할 수 있다. 예컨대, 각 스위치드-커패시터는 각 커패시터(219-1~219-(k-1))와 각 스위치 제어 회로(221-1~221-(k-1))를 포함할 수 있다. 각 스위치 제어 회로 (221-1~221-(k-1))는, 시불변 디지털 코드(CCODE1[k-1:0])에 포함된 k-비트들 중에서 대응되는 비트와 구동 신호(TXi)에 응답하여, 제1기준 전압(VREF1)을 전송하는 제1전송 라인과 제2기준 전압(VREF2)을 전송하는 제2전송 라인 중에서 어느 하나에 접속될 수 있다. 각 커패시터(219-1~219-(k-1))의 커패시턴스는 도 3에 도시된 바와 같이 웨이트된 값(weighted value)일 수 있다.

제2스위치드-커패시터 어레이(217)는 커패시터(217-1)와 스위치 제어 회로 (2217-3)을 포함할 수 있다. 예컨대, 커패시터(217-1)의 커패시턴스(Co)와 커패시터(219-1)의 커패시턴스(C)는 선형성(linearity) 보장을 위해 서로 동일할 수 있으나 서로 다르게 설계될 수도 있다.

스위치드-커패시터는 커패시터(217-1)와 스위치 제어 회로(217-3)를 포함할 수 있다. 스위치 제어 회로(217-3)는, 구동 신호(TXi)와 시변 디지털 코드(TCODE1)에 포함되고 시간에 따라 변하는 디지털 신호에 응답하여, 제1기준 전압(VREF1)을 전송하는 제1전송 라인과 제2기준 전압(VREF2)을 전송하는 제2전송 라인 중에서 어느 하나에 접속될 수 있다. 예컨대, 시변 디지털 코드(TCODE1)는 커패시터(217-1)와 제1기준 전압(VREF1)을 전송하는 제1전송 라인 사이의 접속 횟수를 대한 정보를 포함할 수 있다.

도 4는 도 3에 도시된 제2스위치드-커패시터 어레이에 포함된 스위치 제어 회로의 실시 예이다. 도 3과 도 4를 참조하면, 스위치 회로(217-3)는 마스크 회로 (217-5)를 포함할 수 있다. 예컨대, 마스크 회로(217-5)는 시변 디지털 코드 (TCODE1)에 기초하여 구동 신호(TXi)의 전송을 제어할 수 있다. 예컨대, 마스크 회로(217-5)는 AND 게이트로 구현될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 스위치 (SW1)는, 스위치 회로(217-3)의 출력 신호에 응답하여, 커패시터(217-1)를 제1기준 전압(VREF1)을 전송하는 제1전송 라인과 제2기준 전압(VREF2)을 전송하는 제2전송 라인 중에서 어느 하나에 접속시킬 수 있다.

도 5는 도 3에 도시된 제1스위치드-커패시터 어레이에 포함된 스위치 제어 회로의 실시 예이다. 도 3과 도 5를 참조하면, 스위치 회로(221-1)는 마스크 회로 (223-1)를 포함할 수 있다. 예컨대, 마스크 회로(223-1)는 시불변 디지털 코드 (CCODE1[k-1:0])에 포함된 k-비트들 중에서 LSB(CCODE1[0])에 기초하여 구동 신호 (TXi)의 전송을 제어할 수 있다. 예컨대, 마스크 회로(223-1)는 AND 게이트로 구현될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 스위치(SW2)는, 스위치 회로(221-1)의 출력 신호에 응답하여, 커패시터(219-1)를 제1기준 전압(VREF1)을 전송하는 제1전송 라인과 제2기준 전압(VREF2)을 전송하는 제2전송 라인 중에서 어느 하나에 접속시킬 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 적분 횟수에 대응되는 구동 신호들의 파형들을 나타낸다. 각 오프셋 제거시간 동안(OCT1~OCTm), 각 구동 신호 (TX1~TXm)는 각 오프셋 제거 회로(210-1~210-n)에 포함된 적분기(215)의 적분 횟수에 해당하는 만큼 토글링한다. 여기서 한번 토글링은 구동 신호(TXi)의 하나의 주기라고 가정한다. 예컨대, 상기 적분 횟수가 4회일 때, 제1오프셋 제거시간 동안 (OCT1), 구동 신호(TXi)는 4번 토글링할 수 있다. 즉, 구동 신호(TXi)는 4개의 펄스 시퀀스를 가질 수 있다.

도 7은 터치 스크린 패널의 터치 센서의 오프셋 커패시턴스를 제거할 수 있는 본 발명의 실시 예에 따른 오프셋 제거 방법을 설명하기 위한 개념도이고, 도 8은 도 7에 도시된 오프셋 제거 방법을 실행할 수 있는 본 발명의 실시 예에 따른 오프셋 제거 회로의 실시 예이고, 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 오프셋 제거 회로에 포함된 커패시터 어레이 레이아웃의 실시 예이다.

비록, 도 7과 도 8에서는 설명의 편의를 위해 구체적인 숫자가 도시되어 있으나 이는 예시적인 것에 불과하다. 예컨대, 정전용량식 터치 센서(101)의 오프셋 커패시턴스(COFF)는 1.0625pF이고, 각 커패시터(217-1과 219-1)의 커패시턴스는 250fF이고, 커패시터(219-2)의 커패시턴스는 500fF이고, 커패시터(219-3)의 커패시턴스는 1pF이고, 커패시터(219-4)의 커패시턴스는 2pF이라고 가정한다. 시불변 디지털 코드(CCODE1[3:0])는 4b0100이고, 시변 디지털 코드(TCODE1)는 각 구간(T1, T2, T3 및 T4)에 따라 L(=0)→L(=0)→H(=1)→L(=0)으로 변하고, 적분기(215)의 적분 횟수는 4회라고 가정한다.

또한, 각 AND 게이트(217-5, 223-1, 223-2, 223-3, 및 223-4)의 출력 신호가 로우 레벨(L)일 때 각 커패시터(217-1, 219-1, 219-2, 219-3, 및 219-4)는 제2전압 (VREF2)을 전송하는 제2전송 라인에 접속되고, 각 AND 게이트(217-5, 223-1, 223-2, 223-3, 및 223-4)의 출력 신호가 하이 레벨(H)일 때 각 커패시터(217-1, 219-1, 219-2, 219-3, 및 219-4)는 제1전압(VREF1)을 전송하는 제1전송 라인에 접속되다고 가정한다.

제1구간(T1)부터 제4구간(T4)까지로 정의되는 오프셋 제거시간 동안, 즉 교정시간 동안, 제1오프셋 제거 회로(210-1)는 기준 디지털 코드(RCODE)와 출력 디지털 코드(OCODE)가 동일해질 때까지 제1디지털 코드(CODE1)를 변경하면서 정전용량식 터치 센서(101)의 오프셋 커패시턴스(COFF)를 제거할 수 있다.

기준 디지털 코드(RCODE)와 출력 디지털 코드(OCODE)가 동일할 때 시불변 디지털 코드(CCODE1[3:0])가 420100이고, 시변 디지털 코드(TCODE1)는 도 8에 도시된 바와 같이 각 구간(T1~T4)에 따라 변경된다고 가정한다.

제1구간(T1)에서, 제1스위치드-커패시터 어레이(219)로 시불변 디지털 코드 (CCODE1[3:0]=4b0100)가 입력되고 제2스위치드-커패시터 어레이(217)로 시변 디지털 코드(TCODE1=0)가 입력된다. 따라서, 노드(203)는 오프셋 커패시턴스 (COFF=1.0625pF)와 제1스위치드-커패시터 어레이(219)의 커패시턴스(CAP1=1pF)의 제1차이, 즉 0.0625pF을 출력한다. 버퍼(213)는 상기 제1차이에 해당하는 제1전압을 출력하고, 적분기(215)는 상기 제1전압을 제1출력 전압(OUT1)으로서 누적한다.

제2구간(T2)에서, 제1스위치드-커패시터 어레이(219)로 시불변 디지털 코드 (CCODE1[3:0]=4b0100)가 입력되고 제2스위치드-커패시터 어레이(217)로 시변 디지털 코드(TCODE1=0)가 입력된다. 따라서, 노드(203)는 오프셋 커패시턴스 (COFF=1.0625pF)와 제1스위치드-커패시터 어레이(219)의 커패시턴스(CAP1=1pF)의 제2차이, 즉 0.0625pF을 출력한다. 버퍼(213)는 상기 제2차이에 해당하는 제2전압을 출력하고, 적분기(215)는 상기 제1전압과 상기 제2전압을 제1출력 전압(OUT1)으로서 누적한다.

제3구간(T3)에서, 제1스위치드-커패시터 어레이(219)로 시불변 디지털 코드 (CCODE1[3:0]=4b0100)가 입력되고 제2스위치드-커패시터 어레이(217)로 시변 디지털 코드(TCODE1=1)가 입력된다. 따라서, 노드(203)는 오프셋 커패시턴스 (COFF=1.0625pF)로부터 제1스위치드-커패시터 어레이(219)의 커패시턴스(CAP1=1pF)와 제2스위치드-커패시터 어레이(217)의 커패시턴스(CAP2=0.25pF)의 합의 차이, 즉 제3차이(=1.0625pF-(1pF+0.25pF)=-0.1875pF)를 출력한다. 버퍼(213)는 상기 제3차이에 해당하는 제3전압을 출력하고, 적분기(215)는 상기 제1전압부터 상기 제3전압을 제1출력 전압(OUT1)으로서 누적한다.

제4구간(T4)에서, 제1스위치드-커패시터 어레이(219)로 시불변 디지털 코드 (CCODE1[3:0]=4b0100)가 입력되고 제2스위치드-커패시터 어레이(217)로 시변 디지털 코드(TCODE1=0)가 입력된다. 따라서, 노드(203)는 오프셋 커패시턴스 (COFF=1.0625pF)와 제1스위치드-커패시터 어레이(219)의 커패시턴스(CAP1=1pF)의 제4차이, 즉 0.0625pF를 출력한다. 버퍼(213)는 상기 제4차이에 해당하는 제4전압을 출력하고, 적분기(215)는 상기 제1전압부터 상기 제4전압을 제1출력 전압(OUT1)으로서 누적한다. 이때, 적분기(215)에 의해 누적된 전압은 0이다. 적분기(215)에 의해 각 구간(T1~T4)에서의 커패시턴스는 누적되는 효과가 있다.

정전용량식 터치 센서(101)의 오프셋 커패시턴스(COFF)가 1.0625pF일 때, 종래의 터치 스크린 컨트롤러는 0.0625pF 단위(즉, 오프셋 제거 해상도)로 오프셋 커패시턴스(COFF)를 제거할 수 있었다. 따라서, 종래의 터치 스크린 컨트롤러에 구현되는 최소 단위(minimum unit) 커패시터의 커패시턴스는 0.0625pF이다.

그러나 제2스위치드-커패시터 어레이(217)에 포함된 커패시터(217-1)의 커패시턴스(Co)가 250fF이고 적분기(215)의 적분 횟수가 4일 때, 본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린 컨트롤러(200)에 의해 제거될 수 있는 정전용량식 터치 센서 (101)의 오프셋 커패시턴스(COFF)의 양(예컨대, 오프셋 제거 해상도)은 62.5fF(=250fF/4)일 수 있다.

즉, 터치 스크린 컨트롤러(200)에 구현되는 단위 커패시터(UC)의 커패시턴스가 250fF이라도, 터치 스크린 컨트롤러(200)의 오프셋 제거 해상도는 62.5fF일 수 있다. 적분기(215)의 적분 횟수가 100회로 설정되면, 터치 스크린 컨트롤러(200)의 오프셋 제거 해상도는 2.5fF(=250fF/100)일 수 있다.

따라서, 터치 스크린 컨트롤러(200)에 2.5fF의 커패시턴스를 갖는 최소 단위 커패시터 대신에 250fF의 커패시턴스를 갖는 단위 커패시터(UC)가 구현되더라도 터치 스크린 컨트롤러(200)는 오프셋 제거 해상도(예컨대, 2.5fF)를 이용하여 오프셋 커패시턴스(COFF)를 제거할 수 있는 효과가 있다. 즉, 제조사는 공정상의 최소 단위 커패시터의 커패시턴스(예컨대, 2.5fF)에 대한 제약 없이 큰 커패시턴스(예컨대, 250fF)를 갖는 단위 커패시터를 제조할 수 있는 효과가 있고, 터치 스크린 컨트롤러(200)는 단위 커패시터(UC)의 커패시턴스(예컨대, 250fF)보다 작은 오프셋 제거 해상도(예컨대, 2.5fF)를 이용하여 오프셋 커패시턴스(COFF)를 제거할 수 있는 효과가 있다.

터치 스크린 컨트롤러(200)는, 적분기(215)의 적분 횟수에 기초하여, 터치 스크린 컨트롤러(200)의 오프셋 제거 해상도는 조절될 수 있다.

터치 스크린 컨트롤러(200)의 오프셋 제거 해상도는 각 오프셋 제거 회로 (210-1~210-n)에 포함된 적분기(215)의 적분 횟수에 관련될 수 있다. 다시 말하면, 터치 스크린 컨트롤러(200)의 오프셋 제거 해상도는 각 오프셋 제거 회로(210-1~210-n)에 포함된 적분기(215)의 적분 횟수와 각 오프셋 제거 회로(210-1~210-n)에 포함된 단위 커패시터(UC)의 커패시턴스에 따라 결정될 수 있다.

예컨대, 시변 디지털 코드(TCODE1)는 커패시터(217-1)의 충전 횟수에 상응하는 정보를 포함할 수 있으므로, 상술한 예에서 커패시터(217-1)의 충전 횟수가 1이므로, 시변 디지털 코드(TCODE1)는 구간들(T1~T4) 중에서 어느 하나의 구간에서만 하이 레벨(H)이면 된다.

실시 예에 따라, 도 3의 스위치 회로(217-3)는 커패시터(217-1)의 충전 횟수에 관련된 시변 디지털 코드(TCODE1)에 응답하여 상기 충전 횟수를 제어할 수 있다. 예컨대, 시변 디지털 코드(TCODE1)가 4비트이고 상기 충전 횟수가 2일 때 시변 디지털 코드(TCODE1)는 4b0010일 수 있고, 시변 디지털 코드 (TCODE1)가 4비트이고 상기 충전 횟수가 4일 때 시변 디지털 코드(TCODE1)는 4b0100일 수 있다.

도 10은 도 1에 도시된 터치 스크린에 포함된 터치 센서들 각각의 오프셋을 제거하기 위한 코드들을 저장하는 테이블의 실시 예이다. 도 1과 도 10을 참조하면, 컨트롤 로직 회로(240)는 컬럼별로 감지 소자들, 예컨대 정전용량식 터치 센서들 각각에 대한 디지털 코드를 생성하고 생성된 각 디지털 코드를 메모리 장치 (250)에 테이블(255) 형태로 저장할 수 있다. 각 디지털 코드는 시불변 디지털 코드(CCODE)와 시변 디지털 코드(TCODE)를 포함할 수 있다.

터치 스크린 패널(100)에 n*m 개의 감지 소자들이 생성될 때, SE21은 두번째 로우의 첫번째 컬럼에 배치된 감지 소자를 나타내고, CCODE21은 상기 SE21에 대한 시불변 디지털 코드를 나타내고, TCODE21은 상기 SE21에 대한 시변 디지털 코드를 나타낸다.

도 11은 도 1에 도시된 오프셋 제거 회로를 이용하여 터치를 처리하는 과정을 설명하는 개념도이다. 제1오프셋 제거 회로(210-1)에 의해 터치가 처리되는 과정은 도 7, 도 8, 및 도 11을 참조하여 설명된다.

도 7을 참조하여 설명된 교정 작동(calibration operation)을 통해 제1오프셋 제거 회로(210-1)에 대한 시불변 디지털 코드(CCODE1[3:0])는 4b0100으로 결정되고 시변 디지털 코드(TCODE1)는 도 8에 도시된 바와 같이 각 구간(T1~T4)에 따라 변경된다고 가정한다.

터치 스크린 패널(100)의 터치 센서(101)가 사용자의 손가락에 의해 터치되면, 터치에 의해 터치 센서(101)의 커패시턴스가 변할 수 있다. 이때, 오프셋 커패시턴스(COFF)는 터치 센서(101)의 커패시턴스이고 신호 커패시턴스(SIG)는 터치에 의해 변경된 터치 센서(101)와 관련된 커패시턴스라고 가정한다. 총 커패시턴스(CS)는 오프셋 커패시턴스(COFF)와 신호 커패시턴스(SIG)의 합이리고 가정한다.

제1구간(T1)에서, 제1스위치드-커패시터 어레이(219)로 시불변 디지털 코드 (CCODE1[3:0]=4b0100)가 입력되고 제2스위치드-커패시터 어레이(217)로 시변 디지털 코드(TCODE1=0)가 입력되면, 노드(203)는 총 커패시턴스 (CS=COFF(=1.0625pF)+SIG)와 제1스위치드-커패시터 어레이(219)의 커패시턴스 (CAP1=1pF)의 제1차이, 즉 SIG+0.0625pF을 출력한다. 버퍼(213)는 상기 제1차이에 해당하는 제1전압을 출력하고, 적분기(215)는 상기 제1전압을 제1출력 전압(OUT1)으로서 누적한다.

제2구간(T2)에서, 제1스위치드-커패시터 어레이(219)로 시불변 디지털 코드 (CCODE1[3:0]=4b0100)가 입력되고 제2스위치드-커패시터 어레이(217)로 시변 디지털 코드(TCODE1=0)가 입력되면, 노드(203)는 총 커패시턴스 (CS=COFF(=1.0625pF)+SIG)와 제1스위치드-커패시터 어레이(219)의 커패시턴스 (CAP1=1pF)의 제2차이, 즉 SIG+0.0625pF을 출력한다. 버퍼(213)는 상기 제2차이에 해당하는 제2전압을 출력하고, 적분기(215)는 상기 제1전압과 상기 제2전압을 제1출력 전압(OUT1)으로서 누적한다.

제3구간(T3)에서, 제1스위치드-커패시터 어레이(219)로 시불변 디지털 코드 (CCODE1[3:0]=4b0100)가 입력되고 제2스위치드-커패시터 어레이(217)로 시변 디지털 코드(TCODE1=1)가 입력되면, 노드(203)는 총 커패시턴스 (CS=COFF(=1.0625pF)+SIG)로부터 제1스위치드-커패시터 어레이(219)의 커패시턴스 (CAP1=1pF)와 제2스위치드-커패시터 어레이(217)의 커패시턴스(CAP2=0.25pF)의 합의 차이, 즉 제3차이(=SIG+1.0625pF-(1pF+0.25pF)=-SIG+0.1875pF)를 출력한다. 버퍼(213)는 상기 제3차이에 해당하는 제3전압을 출력하고, 적분기(215)는 상기 제1전압부터 상기 제3전압을 제1출력 전압(OUT1)으로서 누적한다.

제4구간(T4)에서, 제1스위치드-커패시터 어레이(219)로 시불변 디지털 코드 (CCODE1[3:0]=4b0100)가 입력되고 제2스위치드-커패시터 어레이(217)로 시변 디지털 코드(TCODE1=0)가 입력되면, 노드(203)는 총 커패시턴스 (CS=COFF(=1.0625pF)+SIG)와 제1스위치드-커패시터 어레이(219)의 커패시턴스 (CAP1=1pF)의 제4차이, 즉 SIG+0.0625pF를 출력한다. 버퍼(213)는 상기 제4차이에 해당하는 제4전압을 출력하고, 적분기(215)는 상기 제1전압부터 상기 제4전압을 제1출력 전압(OUT1)으로서 누적한다. 이때, 적분기(215)에 의해 누적된 전압, 즉 신호 커패시턴스(SIG)에 해당하는 전압은 4*SIG'이다. 적분기(215)에 의해 각 구간 (T1~T4)에서의 신호 커패시턴스(SIG)에 해당하는 전압(SIG')는 누적되는 효과가 있다.

따라서, 제1오프셋 제거 회로(210-1)는 250fF의 커패시턴스를 갖는 단위 커패시터(UC)를 이용하여 62.5fF 단위로 오프셋 커패시터(COFF)를 제거할 수 있는 효과가 있다.

도 12는 도 1에 도시된 터치 스크린 컨트롤러를 포함하는 터치 스크린 시스템의 블록도를 나타낸다. 도 12를 참조하면, 터치 스크린 시스템(300)은 터치 스크린 패널(100), 터치 스크린 컨트롤러(200), 및 호스트(310)를 포함할 수 있다. 터치 스크린 패널(100)과 터치 스크린 컨트롤러(200)의 구조와 작동은 도 1부터 도 11을 참조하여 설명한 바와 동일 또는 유사하므로 이들(100과 200)에 대한 설명은 생략한다. 호스트(310)는 터치 스크린 컨트롤러(200)의 작동을 제어할 수 있는 프로세서를 의미할 수 있다. 호스트(310)는 집적 회로(IC), 시스템 온 칩(system on chip), 애플리케이션 프로세서(application processor(AP), 모바일 AP로 구현될 수 있다. 터치 스크린 시스템(300)은 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이 모바일 장치를 의미할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린 컨트롤러의 작동 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다. 도 1부터 도 13을 참조하면, 터치 스크린 컨트롤러 (200)의 컨트롤 로직 회로(240)는, 오프셋 제거시간 동안(예컨대, 도 7을 참조하여 설명된 교정 작동 동안), 시불변 디지털 코드(CCODE1)와 시변 디지털 코드 (TCODE1)를 생성하고 시불변 디지털 코드(CCODE1)와 시변 디지털 코드(TCODE1)를 메모리 장치(250)에 저장할 수 있다 (S110).

컨트롤 로직 회로(240)는, 오프셋 제거시간 동안(예컨대, 도 11을 참조하여 설명된 신호 커패시턴스(SIG))를 처리하기 위한 오프셋 제거시간 동안), 시불변 디지털 코드(CCODE1)와 시변 디지털 코드(TCODE1)를 메모리 장치(250)로부터 리드하고 리드된 시불변 디지털 코드(CCODE1)와 시변 디지털 코드(TCODE1)를 제1오프셋 제거 회로(210-1)로 전송할 수 있다(S110).

스위치드-커패시터 DAC(216) 또는 스위치드-커패시터 어레이(216)는, 상기 오프셋 제거시간 동안, 용량성 터치 센서(101)의 오프셋 커패시턴스(COFF)를 제거하기 위해 시불변 디지털 코드(CCODE1)와 시변 디지털 코드(TCODE1)를 오프셋 커패시턴스(COFF)에 상응하는 전기적인 전하들의 양으로 변환할 수 있다(S120).

예컨대, 스위치드-커패시터 DAC(216) 또는 스위치드-커패시터 어레이(216)는, 상기 오프셋 제거시간 동안, 시불변 디지털 코드(CCODE1)와 시변 디지털 코드 TCODE1)에 응답하여 오프셋 커패시턴스(COFF)를 제거하기 위한 오프셋 제거 커패시턴스를 생성할 수 있다(S120).

버퍼(213), 즉 커패시턴스-전압 변환기(213)는 노드(203)에 관련된 커패시턴스를 전압으로 변환할 수 있다. 적분 작동을 복수회 수행할 수 있는 적분기(215)는 버퍼(213)의 출력 전압을 적분(또는 누적)하고, 적분(또는 누적) 결과에 따라 오프셋 커패시턴스(COFF)에 해당하는 전압을 제거할 수 있다. 즉, 제1오프셋 제거 회로(210)는 스위치드-커패시터 DAC(216)에 의해 생성된 전하들의 양을 이용하여 오프셋 커패시턴스(COFF)를 제거할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

10: 시스템
100: 터치 스크린 패널
200: 터치 스크린 컨트롤러
210-1~210-n: 오프셋 제거 회로
216: 스위치드-커패시터 DAC 또는 스위치드-커패시터 어레이
219: 제1스위치드-커패시터 어레이
217: 제2스위치드-커패시터 어레이
230: 선택 회로
235: 아날로그-디지털 변환기
240: 컨트롤 로직 회로
250: 메모리 장치

Claims (20)

1. 정전용량식 터치 스크린 패널의 오프셋 커패시턴스를 제거하는 터치 스크린 컨트롤러에 있어서,
   오프셋 제거시간 동안, 시불변 디지털 코드와 시변 디지털 코드를 생성하는 코드 생성기; 및
   상기 오프셋 커패시턴스를 제거하기 위해, 상기 시불변 디지털 코드와 상기 시변 디지털 코드를 상기 오프셋 커패시턴스에 상응하는 전기적인 전하들의 양으로 변환하는 스위치드-커패시터 어레이를 포함하는 터치 스크린 컨트롤러.
2. 제1항에 있어서, 상기 코드 생성기는,
   상기 오프셋 커패시턴스에 해당하는 비트들 중에서 MSB(most significant bit)를 포함하는 제1부분을 제어하는 상기 시불변 디지털 코드와 상기 비트들 중에서 LSB(least significant bit)를 포함하는 제2부분을 제어하는 상기 시변 디지털 코드를 생성하는 터치 스크린 컨트롤러.
3. 제1항에 있어서, 상기 스위치드-커패시터 어레이는,
   상기 시불변 디지털 코드를 상기 전하들의 양의 제1부분으로 변환하는 제1스위치드-커패시터 어레이;
   상기 시변 디지털 코드를 상기 전하들의 양의 나머지 제2부분으로 변환하는 제2스위치드-커패시터 어레이; 및
   상기 제1부분과 상기 제2부분을 합산하는 합산 노드를 포함하는 터치 스크린 컨트롤러.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1부분은 상기 제2부분보다 큰 터치 스크린 컨트롤러.
5. 제3항에 있어서,
   상기 제2스위치드-커패시터 어레이는 단위 커패시터를 포함하고,
   상기 단위 커패시터의 커패시턴스는 상기 오프셋 커패시턴스와 관련된 오프셋 제거 해상도보다 큰 터치 스크린 컨트롤러.
6. 제1항에 있어서,
   상기 전기적인 전하들의 양을 전압으로 변환하는 커패시턴스-전압 변환기; 및
   상기 커패시턴스-전압 변환기에 접속된 적분기를 더 포함하는 터치 스크린 컨트롤러.
7. 제6항에 있어서,
   상기 시변 디지털 코드에 의해 제거되는 상기 오프셋 커패시턴스의 오프셋 제거 해상도는 상기 적분기의 적분 횟수와 관련된 터치 스크린 컨트롤러.
8. 제6항에 있어서,
   상기 스위치드-커패시터 어레이는 복수의 단위 커패시터들을 포함하고,
   상기 시변 디지털 코드에 의해 한 번에 제거되는 상기 오프셋 커패시턴스의 양은 상기 복수의 단위 커패시터들 중에서 어느 하나의 커패시턴스와 상기 적분기의 적분 횟수에 따라 결정되는 터치 스크린 컨트롤러.
9. 제8항에 있어서,
   상기 적분기의 출력 신호를 디지털 코드를 변환하는 아날로그-디지털 변환기; 및
   상기 시불변 디지털 코드와 상기 시변 디지털 코드를 저장하는 메모리 장치를 더 포함하고,
   상기 코드 생성기는 기준 디지털 코드와 상기 아날로그-디지털 변환기의 출력 디지털 코드가 동일할 때에 결정된 상기 시불변 디지털 코드와 상기 시변 디지털 코드를 상기 메모리 장치에 저장하는 터치 스크린 컨트롤러.
10. 제1항에 있어서,
    상기 시변 디지털 코드는 상기 스위치드-커패시터 어레이에 포함된 적어도 하나의 커패시터의 충전 횟수와 관련된 터치 스크린 컨트롤러.
11. 터치 센서를 포함하는 정전용량식 터치 스크린 패널; 및
    상기 정전용량식 터치 스크린 패널에 접속된 터치 스크린 컨트롤러를 포함하고,
    상기 터치 스크린 컨트롤러는,
    오프셋 제거시간 동안, 시불변 디지털 코드와 시변 디지털 코드를 생성하는 코드 생성기; 및
    상기 터치 센서의 오프셋 커패시턴스를 제거하기 위해, 상기 시불변 디지털 코드와 상기 시변 디지털 코드를 상기 오프셋 커패시턴스에 상응하는 전기적인 전하들의 양으로 변환하는 스위치드-커패시터 어레이를 포함하는 터치 스크린 시스템.
12. 제11항에 있어서, 상기 코드 생성기는,
    상기 오프셋 커패시턴스에 해당하는 비트들 중에서 MSB를 포함하는 제1부분을 제어하는 상기 시불변 디지털 코드와 상기 비트들 중에서 LSB를 포함하는 제2부분을 제어하는 상기 시변 디지털 코드를 생성하는 터치 스크린 시스템.
13. 제11항에 있어서, 상기 스위치드-커패시터 어레이는,
    상기 시불변 디지털 코드를 상기 전하들의 양의 제1부분으로 변환하는 제1스위치드-커패시터 어레이;
    상기 시변 디지털 코드를 상기 전하들의 양의 나머지 제2부분으로 변환하는 제2스위치드-커패시터 어레이; 및
    상기 오프셋 커패시턴스로부터 상기 제1부분과 상기 제2부분을 합을 감산하는 감산 회로를 포함하는 터치 스크린 시스템.
14. 제13항에 있어서,
    상기 제2스위치드-커패시터 어레이는 단위 커패시터를 포함하고,
    상기 단위 커패시터의 커패시턴스는 상기 오프셋 커패시턴스를 제거하기 위한 오프셋 제거 해상도보다 큰 터치 스크린 시스템.
15. 제11항에 있어서, 상기 터치 스크린 컨트롤러는,
    상기 전기적인 전하들의 양을 전압으로 변환하는 커패시턴스-전압 변환기; 및
    상기 커패시턴스-전압 변환기에 접속된 적분기를 더 포함하는 터치 스크린 시스템.
16. 제15항에 있어서,
    상기 시변 디지털 코드에 의해 제거되는 상기 오프셋 커패시턴스의 오프셋 제거 해상도는 상기 적분기의 적분 횟수와 관련된 터치 스크린 시스템.
17. 제15항에 있어서,
    상기 스위치드-커패시터 어레이는 복수의 단위 커패시터들을 포함하고,
    상기 시변 디지털 코드에 의해 한 번에 제거되는 상기 오프셋 커패시턴스의 양은 상기 복수의 단위 커패시터들 중에서 어느 하나의 커패시턴스와 상기 적분기의 적분 횟수에 따라 결정되는 터치 스크린 시스템.
18. 제15항에 있어서,
    상기 터치 스크린 컨트롤러는,
    상기 오프셋 제거시간 동안, 상기 적분기의 적분 횟수만큼의 펄스 시퀀스를 갖는 구동 신호를 상기 터치 센서로 전송하는 드라이버를 더 포함하는 터치 스크린 시스템.
19. 작동시간 동안에 입력된 시불변 디지털 코드를 제1전하들의 양으로 변환하는 제1스위치드-커패시터 어레이;
    상기 작동시간 동안에 입력된 시변 디지털 코드를 제2전하들의 양으로 변환하는 제2스위치드-커패시터 어레이; 및
    입력 노드를 통해 입력된 커패시턴스로부터 상기 제1전하들의 양과 상기 제2전하들의 양을 합을 감산하는 감산 회로를 포함하는 스위치드-커패시터 디지털-아날로그 변환기.
20. 제19항에 있어서,
    상기 제1스위치드-커패시터 어레이는 상기 감산 회로에 접속된 복수의 스위치드-커패시터들을 포함하고,
    상기 제2스위치드-커패시터 어레이는 상기 감산 회로에 접속된 적어도 하나의 스위치드-커패시터를 포함하고,
    상기 복수의 스위치드-커패시터들의 총 커패시턴스는 상기 커패시턴스에 해당하는 비트들 중에서 MSB를 포함하는 부분과 관련된 상기 시불변 디지털 코드에 기초하여 제어되고,
    상기 적어도 하나의 스위치드-커패시터의 총 커패시턴스는 상기 비트들 중에서 LSB를 포함하는 부분과 관련된 상기 시변 디지털 코드에 기초하여 제어되는 스위치드-커패시터 디지털-아날로그 변환기.

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