KR20120105445A - 터치 스크린 제어기에서의 결합 노이즈 영향을 감소시키기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

터치 스크린 제어기에서의 결합 노이즈 영향을 감소시키기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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빅터 크레민
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Abstract

노이즈 리스닝 동기화, 지연 라인, 필터링 및 선택된 터치 스크린 전극의 감지를 사용하는 터치 스크린 제어기에 대하여 노이즈 영향을 감소시키는 방법 및 장치가 개시된다.

Description

터치 스크린 제어기에서의 결합 노이즈 영향을 감소시키기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR REDUCING COUPLED NOISE INFLUENCE IN TOUCH SCREEN CONTROLLERS}
본 출원은 2009년 10월 20일자로 출원된 미국 가출원 제61/253,142호 및 제61/323,907호의 이익을 주장한다.
본 발명은 일반적으로 터치 스크린 인터페이스와 연결된 디스플레이를 이용하는 디바이스에 관한 것으로서, 더 상세하게는 디스플레이 생성 노이즈의 영향을 제한하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
터치 스크린은 터치 스크린 또는 패널 상 또는 디스플레이 영역의 부근 상의 또는 부근에서의 터치 존재를 검출할 수 있는 전자 시각 디스플레이를 이용하는 사용자 인터페이스 디바이스이다. 알려진 터치 스크린 유저 인터페이스는 LCD 또는 다른 적절한 디스플레이 디바이스와 같은 디스플레이에 덮어씌운 ITO(Indium Tin Oxide)로 구성되는 투명 전도성 전극을 이용한다.
터치 스크린이라는 용어는 일반적으로 LCD와 같은 디스플레이에 덮어씌운 투명한 패널에 관한 것으로, 손가락, 손 또는 스타일러스를 가지고 터치함으로써 출력 신호 또는 표시를 생성하고, 또한 마찬가지로 출력에 영향을 줄 수 있는 소위 근접 또는 동작 검출기를 포함할 수 있다. 복수의 터치를 검출하고 식별하도록 구현된 경우, 이러한 터치 스크린 디바이스는 일반적으로 소위 전송 전극 Tx 또는 Tx 출력을 이용하고 수신 전극 Rx 또는 Rx 출력을 수신한다. 이들 전극은 투명하고 대략 직교 격자 배열로 배치되어 Rx 및 Tx 전극이 서로 겹쳐져 전극 간 또는 상호 정전용량을 야기한다. 사용자가 패널을 터치하면 Rx 와 Tx 전극 사이의 전극 간 정전용량이 변한다. Rx 및 Tx 전극은 이 전극에 응답하게 연결된 처리 유닛(예를 들면, CPU)을 갖는 터치 스크린 제어기에 의해 주기적으로 스캐닝된다. 따라서, 정전용량의 변화는 민감한 신호를 생성하고 이 신호는 선택된 기능을 수행하는 CPU의 소프트웨어에 의해 해석될 수 있다.
투명 터치 스크린 아래에 위치하는 디스플레이는 사용자가 이 디스플레이에 의해 디스플레이되는 이미지를 볼 수 있게 한다. 따라서 사용자는 편리한 인터페이스를 갖게 되는데, 이 인터페이스에 의해 사용자는 터치 스크린 패널을 터치할 수 있고 이 패널에 의해 보여지는 이미지들을 조작하거나 상호 동작할 수 있으며, 변화들이 디스플레이 상에 연속 이미지로서 보여지게 된다. 이는, 터치 스크린 컴퓨터, 스마트 폰 및 개인 정보 단말기(PDA: Personal Digital Assistants)를 포함하여 폭 넓은 디바이스에 현재 사용중인 다목적 인터페이스를 발생시킨다. 불행하게도, LCD의 정상적인 동작은 종종 전기 노이즈를 만드는데, 이러한 전기 노이즈는 터치 스크린 제어기에 의해 측정된 정전용량에 부정적으로 작용하거나 영향을 끼친다. 디스플레이에 생성되는 노이즈는 예를 들면 디스플레이된 이미지, 디스플레이의 기계적 구조, 디스플레이의 구동/리프레시 방법, 디스플레이에 사용되는 재료 및 신호 전송(signaling)에 좌우될 수 있다. 이러한 노이즈는 터치 스크린 제어기에 의해 측정된 정전용량을 간섭하거나 또는 과도하게 영향을 끼칠 수 있으며, 이는 결과적으로 보고된 터치 또는 터치의 위치에서의 에러로 이어질 수 있다.
PLL(Phase Locked Loop) 시스템을 이용한 동기화를 포함하여 다양한 노이즈 억제 접근법이 시도되어왔다. 이들은, 구현하기에 비용이 과다하고 어려운 경향이 있는데, 왜냐하면 복잡한 회로 및 높은 프로세서 오버헤드 및 속도를 요구하기 때문이다. 또 다른 해결 방식은 터치 스크린 제어기에서의 Tx 신호 세기를 증가시키는 것인데, 이는 배터리 수명을 감축시킨다. 현재 사용가능한 다른 예시적인 소프트웨어 및 하드웨어 접근법은 잡다한 결과를 가지고 있으며, 각각, 비용, 구현성 및 성능면에서 단점들을 드러내고 있다.
또 다른 접근법은 디스플레이와 터치 스크린 사이에 투명 차폐 전극을 위치시키거나, 또는 디스플레이와 터치 스크린 사이에 스페이싱을 증가시키거나 또는 이 둘 모두를 함으로써 터치 스크린으로부터 디스플레이 노이즈를 물리적으로 차단하는 것이다. 이들 접근법은 직접적이고 효과적일 수 있으나, 종종 비용을 증가시킨다. 더 중요하게는, 이들 방법은 결과적으로 더 두껍고 더 큰 터치 스크린 디바이스가 되므로 상업적으로 매력적이지 않을 수 있는데, 왜냐하면 사용자는 얇고 경량의 디바이스를 선호하는 것으로 보이기 때문이다.
다른 기술들은 특수한 펌웨어를 사용하는데, 이는 비용을 추가시키면서도 최종 시스템의 경쟁력을 감소시킨다.
터치 스크린 및 이들과 관련된 제어기의 디스플레이(예를 들면, LCD)에서 생성되는 노이즈 영향을 감소시키는 방법 및 장치가 제공되며, 이 제어기는 인식된 노이즈의 엣지에 응답하여 출력을 생성하는 노이즈 검출기; 및 터치 스크린의 정전용량을 측정하고 출력을 생성하기 위해 사용되는 신호의 발생 및 측정치를 동기화하는 출력에 반응하는 상태 머신을 사용한다.
이 장치는, 터치 스크린에 연결된 노이즈에 반응하여 측정 인터벌에 대한 노이즈를 평균하기 위한, 때때로 약칭하여 단순히 필터로 언급되는 노이즈 필터를 더 포함할 수 있다. 이 필터는 정전용량 및 노이즈의 측정된 값에 반응하여 그 측정된 값을 저장하기 위한 복수의 레지스터 또는 다른 저장 구성요소를 사용할 수 있으며, 노이즈 필터는 최고값 및 최저값을 폐기하고 나머지 측정된 값을 평균하는 중앙값 필터를 포함할 수 있다.
노이즈 검출기는 터치 스크린의 선택된 Rx 전극 및 Tx 전극에 반응하게 연결되어 노이즈 이벤트의 존재를 나타내는 출력을 생성하기 위한 하나 또는 그 초과의 노이즈 비교기를 포함할 수 있다. 예시적 실시예에서, 각 선택된 Rx 및 Tx 전극에서의 이득을 밸런싱하기 위해 이득 밸런싱 네트워크가 제공된다. 이 디바이스들은 아날로그 또는 디지털 회로 구현예를 사용할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 지연 라인은, 지연 인터벌을 생성하기 위해 정전용량 신호에 반응할 수 있으며, 여기서 선택이 존재할 수 있다. 노이즈 센서 또는 검출기는 노이즈를 검출하고 선택기에 지시하여 노이즈가 기준 노이즈 레벨보다 낮을 경우 샘플링된 정전용량 신호를 샘플 및 홀드 회로 쪽으로 보내거나 노이즈가 기준 노이즈 레벨보다 높을 경우 기준 (예를 들면, 그라운드) 레벨을 샘플 및 홀드 회로 쪽으로 보낸다. 샘플 홀드 회로는 지연 정전용량 신호에 반응할 수 있으며, 그리고 적분기는 선택된 인터벌 동안 샘플링된 신호를 적분한다. 일 실시예에서, 이 인터벌은 고정되어 있을 수 있으며 또 다른 실시예에서 이 인터벌은 가변적일 수 있다.
또 다른 실시예에서, 터치 스크린 정전용량은 버스트(burst)로 측정되며, 타이머는 제 1 모드 및 제 2 모드로, 선택된 개수의 노이즈 펄스 사이의 지속기간을 측정하기 위해 노이즈 검출기 출력에 반응한다. 제 1 모드에서 정전용량은 포즈 인터벌(pause interval)에 의해 분리된 버스트로 측정되며, 그리고 제 2 모드에서 정전용량은 바로 연속적인 버스트를 사용하여 계속적으로 측정된다.
또 다른 실시예에서, 노이즈 검출기는 노이즈가 존재할 수 있는 경우 동기화 이후, 선택된 블랭킹 인터벌 동안 측정된 정전용량 신호를 게이트하며, 그리고 검출기는 노이즈가 부존재할 수 있는 경우 블랭킹 인터벌 이후 정전용량 신호를 측정한다.
예시적 실시예에서 터치 스크린 제어기에 의해 측정된 정전용량 데이터에 관한 노이즈 영향을 감소시는 장치가 제공되며, 이 터치 스크린 제어기는, LCD 디스플레이에 연결된 터치 패널에서 하나 또는 그 초과의 Tx 라인 및 Rx 라인에 반응하게 연결되도록 구성되는 버스 연결 스위치를 포함하는 버스; 버스 연결 스위치에 연결되는 프로그래밍 가능 이득 증폭기; 양 및 음 방향 노이즈 펄스(positive and negative going noise pulses)에 반응하여 이들을 나타내는 대응 출력을 생성하기 위한, 프로그래밍 가능 이득 증폭기(PGA: Programmable Gain Amplifier)에 연결되는 임계치 비교기; 임계치 비교기의 출력 및 로직 동기화 신호에 응답하게 연결되어 동기화 이벤트 신호를 생성하기 위한 동기화 노이즈 멀티플렉서; 복수의 프로그래밍된 조건을 저장하기 위한 프로그래밍 가능 룩업 테이블(LUT: Look Up Table) ―상기 LUT는 동기화 신호 및 프로그래밍 가능 지연 라인에 각각 반응하여 프로그래밍된 조건에 따라 출력을 생성하기 위한 제 1 입력 및 제 2 입력을 가짐―; 동기화 신호의 지연 형태를 나타내기 위해 동기화 신호에 반응하게 연결되는 프로그래밍 가능 지연 라인; 동기화 인터벌을 카운팅하기 위해 동기화 이벤트 신호에 반응하는 인터벌 카운터; 연속적인 동기화 이벤트 신호의 엣지들 사이의 인터벌을 구별하기 위해 인터벌 카운터에 응답하는 인터벌 구별기; 및 연속적인 동기화 이벤트 신호 엣지들 간의 인터벌을 저장하기 위해 인터벌 카운터에 연결되는 인터벌 FIFO 버퍼 또는 FIFO를 포함한다.
또한, 특정 신호 성질을 갖는 노이즈를 검출하기 위해 LCD 디스플레이로부터 노이즈 리스닝을 수행하고; 그리고 측정된 정전용량의 신호대잡음비(SNR: Signal to Noise Ratio)를 증가시키기 위해, 검출된 노이즈에 대한 동기화를 수행하도록 프로그래밍된 정전용량 측정 및 계산 시스템에 의해 구현되는 방법이 제공된다.
이 방법은, 터치 스크린 패널의 선택된 Tx 전극 및 Rx 전극으로부터의 입력을 감지하는 단계; 윈도우 필터, 평균 필터 및 중앙값 필터 중 적어도 하나를 사용하여 측정된 정전용량으로부터 노이즈를 필터링하는 단계; 최고 및 최저 정전용량 값을 폐기하고 이들 사이에 있는 값들을 평균하는 단계; 동기화 이후, 선택된 고정 또는 가변 인터벌 동안 정전용량 신호를 지연시키는 단계; 노이즈가 존재할 수 있는 경우 동기화 이후 선택된 인터벌 동안 신호를 블랭킹하는 단계; 및 노이즈가 부존재할 수 있는 경우 선택된 인터벌에 후속하여 신호를 측정하는 단계 중 적어도 하나를 더 포함한다.
본 개시는 첨부된 도면의 도시에서 예시를 위해 도시된 것으로, 제한을 위한 것이 아니다.
도 1은 터치 스크린 제어기를 위한 일반화된 디스플레이 노이즈 억제 시스템에 대한 개략 블럭도이다.
도 2는 동기화 및 노이즈 리스닝(listening)을 이용하는 디스플레이 노이즈 억제 시스템의 개략 블럭도이다.
도 3은 일 실시예에 사용된 인터벌 구별기의 개략도이다.
도 4a는 제 1 동기화 모드에서 도 2의 구성을 위한 타이밍 차트의 예시도이다.
도 4b는 제 2 동기화 모드에서 도 2의 구성을 위한 타이밍 차트의 예시도이다.
도 5는 디지털 필터를 사용하는 디스플레이 노이즈 억제 시스템의 개략 블럭도이다.
도 6은 디지털 필터가 중앙값 필터(median filter)가 되는 디스플레이 노이즈 억제 시스템을 예시한 블럭도이다.
도 7은 노이즈 손상 또는 손실 신호를 복원하기 위한 가변 측정 시간 기술(variable measurement time technique)의 개략 블럭도이다.
도 8은 노이즈 손상 또는 손실 신호를 복원하기 위한 고정 측정 시간 기술(fixed measurement time technique)의 개략 블럭도이다.
도 9는 도 7의 구성을 위한 타이밍 차트도이다.
도 10은 도 8의 구성을 위한 타이밍 차트도이다.
도 11은 노이즈 블랭킹(blanking) 특징을 사용하여 디스플레이 노이즈 억제 시스템의 개략 블럭도이다.
도 12는 노이즈 이벤트들간 긴 및 짧은 지속기간을 갖는 일반적인 주기성 노이즈 신호의 예시도이다.
도 13은 노이즈 블랭킹을 예시한 도 1의 구성을 위한 타이밍 차트도이다.
도 14는 도 11의 구성을 위해 Tx 및 클럭 신호의 발생을 위한 타이밍 차트를 기술한 도면이다.
도 15a 내지 도 15c는 감산법을 통하여 터치 스크린 제어기의 수신기 채널에서의 노이즈를 제거하는 다양한 감지 접근법을 예시하는 도면이다.
용량성 감지식 터치 스크린(capacitive sensed touch screens)에서 디스플레이(예를 들면 LCD) 노이즈의 영향을 감소시키는 방법 및 장치가 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 노이즈 감소를 구현하기 위한 동기화 기술이 사용된다. 또 다른 실시예에서, 동기화는 노이즈 블랭킹 특징과 병합될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 다양한 감지 구성들이 특색이 된다. 또 다른 실시예는 손실 또는 노이즈 손상 신호를 복원하기 위해 지연 라인을 사용한다. 또 다른 실시예에서, 필터링 기술이 기술된다. 이들 기술은 단독으로 또는 성능을 향상시키는 선택적인 조합으로 사용될 수 있다.
도 1은 노이즈 감소 시스템을 통합한 터치 스크린 제어기(10)와 연결된 터치 스크린의 일반적인 예시를 도시한다. 터치 스크린 제어기(10)는 투명 터치 스크린 또는 패널(14)에 연결된다. 디스플레이(12)가 스크린(14)을 통하여 보여질 수 있는 이미지를 생성하도록 디스플레이(12)는 터치 스크린 패널(14) 뒤에 위치한다. 여기 다양한 실시예에서 기술된 디스플레이(12)는 LCD(Liquid Crystal Display), AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diode), 정전 편향 MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems), 플라즈마 디스플레이, 전기 영동 디스플레이 등과 같은 임의의 디스플레이 디바이스일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 실시예에서, 터치 스크린 제어기(10)는 디스플레이(12)와 연결된 ITO(Indium Tin Oxide) 터치 스크린 패널(14)에 전기적으로 연결될 수 있으며, 그리고 ITO 터치 스크린 제어기로서 이 분야에서 알려져 있고 통상적으로 지칭된다. CPU(Central Processing Unit)(16)는 터치 스크린 제어기의 동작을 관리한다. CPU(16)는 보통 터치 스크린 제어기의 일부로서 구현될 수 있지만, 디지털 필터링, 베이스라인닝(baselining), 센트로이딩(centroiding), 손가락 추적, 동작 인식 등의 기능들이 최종 제품의 다른 부품에서 수행되거나 배포되어 일부는 터치 스크린 제어기에서 수행되고 나머지들은 하나 또는 그 초과의 다른 CPU에 의해 수행된다.
터치 스크린 또는 패널(14)은 알려진 방식으로 교차점(18)에서 교차하는 대략 직교하게 이격된 관계로 배열되는 수신(Rx) 전극과 송신(Tx) 전극을 포함하는 터치 감응 전극 어레이를 갖는다. Tx 및 Rx 전극은 절연층(미도시)에 의해 분리되어 각 Tx 전극이 Rx 전극과 교차하는 교차점(18) 각각에서 전극간 (상호) 정전용량을 발생시킨다. 액티브 Tx 전극은 근접 교차점(18)을 통해 Rx 전극에 정전용량적으로 연결되는 스캐닝 신호를 생성하는 Tx 생성기(13)에 연결될 수 있다. 사람 손가락 또는 벌크(bulk)의 전도성 스타일러스와 같은 전도성 물체가 교차점(18)에 또는 교차점(18)에 근접하게 위치되면, 전극 간 정전용량이 변화되어 Rx 전극 및 터치 스크린 제어기(10) 내의 정전용량 측정 회로에 연결된 신호에서의 상응하는 변화를 발생시킬 수 있다. 일단 터치 스크린 제어기에 의해 측정되면, 결과는 CPU(16)에 의해 평가되어 터치 스크린(14)상에서 (존재한다면) 하나 또는 그 초과의 터치가 발생한 곳의 위치를 파악하고, 터치 스크린이 터치되었던 하나 또는 그 초과의 위치 또는 방식에 따라 기능을 수행한다. Tx 및 Rx 전극에 응답하게 연결된 노이즈 억제 시스템(20)은 디스플레이에 의해 생성된 노이즈의 영향을 억제하거나 감소시키도록 구성되며, 그리고 터치 스크린 및 터치 스크린 제어기(10)에 연결된다.
여기에 기술되는 다양한 기술에서, 디스플레이 또는 다른 디스플레이에 의해 생성된 노이즈 신호 및 최종 노이즈의 특성과 관련하여 일부 가정들이 만들어진다. 일반적으로, 노이즈는 주기적이고 일반적으로 이미지 종속적일 수 있음을 가정한다. 일부 노이즈는 랜덤하게 발생할 수 있으며 이들 소스를 제거하기 위해 특수한 구현예가 사용된다. 그러나, 주기성 노이즈는 일반적으로 터치 스크린 제어기에 의해 측정된 정전용량 신호에 더 큰 영향을 미치며, 그리고 여기에 기술되는 방법 및 장치들은 일반적으로 이러한 영향력있는 노이즈에 대한 것이다.
다중 전도성 물체의 존재를 검출할 수 있는 용량성 감지식 터치 스크린은 일반적으로 교차점(18)에 근접한 전도성 물체의 존재에 의해 도입된 각 Tx와 Rx 전극 사이의 상호 정전용량에서의 미소한 변화를 측정함으로써 검출한다. 상호 정전용량에서의 이러한 변화를 측정하기 위해 AC 전압 신호는 터치 패널(14)의 하나 또는 그 초과의 Tx전극으로 보내질 수 있다(전송될 수 있다). 그 AC 전압 신호는 전하로 하여금 교차점(18)에서 Tx 및 Rx 전극이 교차하는 곳에 있는 상호 커패시터를 통하여 연결한다. 터치 스크린 제어기(10)는 전하 적분기(17)를 사용하여 터치 제어 상태 머신(11)에 입력을 공급하며, 도시된 바와 같이 Rx에 응답하게 연결된다. 따라서, 각 Rx 전극에 연결된 전하는 전하 적분기(17)에 의해 적분되며 터치 제어 상태 머신(11)에 의해 측정된다.
일반적으로, 터치 패널(14)의 교차점은 리프레시 주기 또는 스캐닝 신호에 따라 주기적으로 스캐닝되고 리프레시된다. 이러한 터치 스크린은 디스플레이(예를 들면 LCD 또는 유사 디스플레이)에 적층되거나(laminated) 그렇지 않으면 연결되어 디스플레이가 터치 스크린을 통하여 보여지는 것을 허용하며 사용자로 하여금 디스플레이상 표현된 이미지와 상호작용할 수 있게 한다. 디스플레이(12)는 또한 주기적으로 스캐닝 및 리프레시되어 디스플레이된 이미지를 갱신하고 유지할 수 있다. 이러한 갱신을 위해 사용된 주기적 전기 신호는 터치 스크린(14)에 연결될 수 있는 전기 노이즈를 생성한다. 디스플레이 신호의 타이밍은 노이즈를 감지하고, 해석하며 그리고 억제하는데 유용할 수 있지만, 그러나 이들은 보통 터치 스크린 제어기의 클럭, 스캐닝, 신호 및 다른 동작에 비동기일 수 있다. 컨버젼(conversion)으로 알려진 터치 스크린의 교차점에서의 정전용량을 측정하는 시간은 터치 패널의 동작 주파수(Tx 여기 주파수)보다 수배 크고, 그리고 디스플레이(12)로부터의 노이즈 펄스의 다수 배가 되는 경향이 있다. 따라서, 디스플레이의 특별한 타입에 따라, 그 노이즈는 컨버젼 동안 오로지 하나 또는 2개의 Tx 동작 주기에 영향을 미치거나, 모든 Tx 사이클을 망칠 수 있다. 다중(multiple) 단기 측정 주기는 서브컨버젼(subconvesion)으로 알려져 있다. 노이즈 펄스는 일반적으로 컨버젼 주기 동안 더 자주 발생한다. 이는 각 서브컨버젼에서 존재하는 Tx 펄스의 개수가 적을수록, 각 서브컨버젼 결과가 디스플레이(12) 노이즈 이벤트에 의해 망칠 확률이 낮아짐을 의미하는데, 예를 들면 LCD 노이즈 이벤트는 서브컨버젼 중 일부에만 영향을 미치지만, 그러나 이들 모두에 영향을 미치지 않을 수 있다. 따라서, 실시예에 따라, 노이즈를 감소시키는 한 가지 방법은 연결된 디스플레이의 노이즈 스파이크(spike)의 제거를 위해, 영향받은 서브컨버젼을 필터링하는 것이다.
실시예에 따른 ITO 터치 스크린 제어기에서 결합 디스플레이 노이즈(coupled display noise) 영향을 감소시키는 방법은 노이즈 동기화 기술을 사용한다. 상기 방법에 따르면, 컨버젼 또는 서브컨버젼의 시작은 디스플레이로부터의 노이즈 펄스의 엣지와 동기화될 수 있다.
일 실시예에서, 상태 머신이 동기화 시퀀스를 제어하기 위해 상이한 모드에서 사용될 수 있으며, 여기서 사용된 특정 모드는 디스플레이로부터의 결합 노이즈의 특정 주기 타이밍에 의존할 수 있다. 개별 서브컨버젼 동기화로서 지칭되는 제 1 모드에서, 상태 머신은 각 서브컨버젼을 시작하도록 동기화 노이즈 이벤트를 대기할 수 있다. 전체 샘플 컨버젼 동기화로서 지칭되는 제 2 모드에서, 상태 머신은 단지 첫 번째 서브컨버젼만을 위해 동기화 이벤트를 대기할 수 있으며, 후속 서브컨버젼이 자동으로 연속적으로 실행될 수 있다.
위에서 기술된 바와 같이, 디스플레이 노이즈는 디바이스의 행, 열, VCOM, 그리고 픽셀 저장 전극에 대한 LCD 여기 구동 펄스에 의해 야기된 펄스 노이즈일 수 있다. 노이즈 펄스들 사이의 인터벌은 DC VCOM 라인 반전(inversion) 및 도트 반전 디스플레이에 대하여 약 2-3㎲ 내지 약 200㎲의 범위를 가지지만, 그러나 AC VCOM 필드 반전 디스플레이에 대하여는 10㎳보다 크게 연장될 수 있다. 일부 펄스는 단순한 주기성 파형일 수 있다. 다른 펄스는 다중 엣지로 더 복잡할 수 있고, 본질적으로 여전히 주기적일 수 있다.
몇 가지 다른 기술이 노이즈 영향 최소화를 위해 제안되었다. 효율적인 기술은 도 7 및 8과 관련하여 후술되는 스위칭 커패시터 지연 라인, 및 적응형 노이즈 임계치를 갖는 하드웨어 필터를 사용함으로써 개별 Tx 주기를 필터링하는 기술과 관련된다. 또 다른 기술은 중앙값(median), 윈도우 또는 다른 타입의 비선형 필터와 같은 필터를 사용하여 비선형 펌웨어로 개별 서브컨버젼을 필터링한다. 또 다른 기술은 Rx 및 Tx 전극을 터치 제어 상태 머신(11)에 선택적으로 연결한다.
노이즈 리스닝 기술이 일 실시예에서 사용될 수 있는데, 왜냐하면 이는 디스플레이(12)와 터치 제어기 사이의 제어 신호 연결을 위한 요구 조건을 없애기 때문이다. 구현된 바와 같이, 노이즈 동기화 시스템도 디스플레이의 제어기(미도시)로부터의 외부 싱크(sync) 신호를 이용할 수 있으며, 이는, 이후 더 상세하게 논의되는 Sync 소스 신호의 표명(assertion)을 통하여 멀티플렉서에 의해 선택된 경우 동기화 상태 머신에 제공될 수 있다. 단독으로 사용되는 경우, 노이즈 리스닝은 일반적으로 위상 지터(phase jitter) 및 다양한 노이즈 소스에 대한 더 높은 민감도로 인해 외부 동기화보다 덜 효과적일 수 있다.
여기서 사용되는 용어 컨버젼은, 시간 인터벌을 의미하며, 그 시간 간격 동안 터치 스크린 구성요소의 정전용량이 측정되고 하나 또는 그 초과의 수치값으로 측정되고 변환될 수 있다. 컨버젼의 결과는 수치값이 될 수 있으며, 이는 예를 들면, 터치 좌표의 계산과 같은 후속 프로세싱을 위해 사용될 수 있다. 여기에서 사용된 바와 같이, 하나의 컨버젼은 서브컨버젼으로 지칭된 정수 배의 아날로그 적분 인터벌을 포함하며, 각 서브컨버젼은 정수의 Tx 여기 사이클에 미친다. 각 서브컨버젼은 원자 이벤트가 될 수 있는데, 즉 일단 시작되면 완성되어야 한다. 각 서브컨버젼의 결과는 디지털 값이 될 수 있다. 다중 서브컨버젼은 디지털적으로 적분되어 완전한 컨버젼 결과를 형성할 수 있다.
중대한 디스플레이 노이즈가 없는 경우, 보통 터치 시스템은 컨버젼 결과로만 동작한다. CPU(16)는 터치 스크린 패널(14)의 모든 교차점의 정전용량을 측정하는 것으로부터의 컨버젼 결과를 입력으로서 수신한다. 개별 서브컨버젼이 추가적인 펄스 노이즈 억제를 위해 더 처리될 수 있다. 이는 예를 들면 후술되는 중앙값 필터, 윈도우 필터 등과 같은 비선형 필터를 이용하여 달성될 수 있다.
디스플레이로부터의 노이즈 그리고 배터리 충전기 및 다른 소스로부터의 노이즈와 같은 몇 가지의 노이즈 신호가 있다. 일 실시예는 디스플레이에서 기인한 노이즈 신호를 다룬다. 이들 디스플레이 노이즈 신호는 특별한 성질을 가질 수 있는데, 즉 상기 노이즈는 펄스 기반이 될 수 있으며(pulsed based), 예를 들면 협대역 스파이크(narrow spikes)가 포즈(pause), 광대역 구형파(wide square waves)에 의해 분리될 수 있으며, 노이즈 파형은 복잡할 수 있으나, 그러나 종종 주기적이며, 일부 노이즈 소스는 이미지 의존성 파형 또는 노이즈 패턴이다.
또한, 디스플레이는 여기서 모델 또는 제조사 의존성으로서 지칭되는 노이즈 파형 또는 패턴을 가질 수 있다. 일부 디스플레이는 Tx 여기 주파수에 근접한 펄스들 사이의 인터벌로 노이즈에 제공하며, 여기서 노이즈 엣지들간 최소 인터벌은 250㎑의 패널 스캐닝 주파수로 약 5㎲가 되어 결국 약 4㎲의 동작 주기가 될 수 있다. 다른 디스플레이로부터의 노이즈는 예를 들면 10 - 20㎲와 같은 훨씬 더 큰 주기를 가질 수 있다.
디스플레이와 ITO 터치 스크린 사이에서 발생하는 것으로 기술되는 타입의 용량성 노이즈 결합(coupling)은 어떤 정해진 특성을 가질 수 있다. 예를 들면, 결합 정전용량은 약 5-20㎊가 될 수 있다. 결합(coupling)은 패널과 디스플레이(예를 들면 디스플레이(12) 사이의 (만약 존재한다면) 에어 갭 및 패널 사이즈에 부분적으로 의존할 수 있다.
정전용량적으로 결합된 노이즈 전압 신호는 통상적으로 전류 펄스로 변환되어 정전용량 측정 채널로 도입될 수 있다. 이는 결과적으로 컨버젼 결과를 압도할 수 있는 초과 디지털 변동이 될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 노이즈 억제는 동기화로 지칭된 기술에 의해 전기적으로 달성될 수 있다. 노이즈 주파수가 패널 스캐닝 주파수보다 훨씬 낮은 구성에서, 스캐닝은 정적 인터벌(quiet interval) 동안 수행될 수 있다. 이러한 옵션을 선택하면, 디스플레이 노이즈 영향을 거의 완전하게 제거하는 것이 가능할 수 있다.
노이즈 주파수가 패널 스캐닝 주파수와 유사한 경우, 디스플레이 노이즈와 스캐닝을 위해 사용된 Tx 펄스간 위상 관계를 매칭시킴으로써 스캐닝이 수행될 수 있다. 이 경우, 각 컨버젼 동안 수신기 채널로 도입된 일부 노이즈 전하가 있을 수 있다. 그러나, 노이즈로 인해 측정된 결과에서의 최종 변동은 노이즈 도입이 스캐닝과 동기화됨으로써 감소되어, 동일한 양의 노이즈 전하가 항시 각 측정에서 포함된다. 이러한 조건하에서, 노이즈는 일 서브컨버젼 또는 컨버젼부터 다음까지 거의 일정할 수 있는, 측정에서의 오프셋이 된다.
동기화 신호를 획득할 수 있는 많은 실시예들이 있다. 하나의 옵션은 디스플레이로부터 터치 스크린 제어기로 외부 디지털 동기화 신호를 보내는 것일 수 있다. 이러한 옵션의 사용은 제한적일 수 있는데, 왜냐하면 대부분의 디스플레이 제조사들은 직접적으로 동기화 신호를 제공하지 않기 때문이다. 만일 제조사에 의해 지원된다면, 신호는 고려중인 특별한 구현예에 따라 디스플레이 구동기 또는 디스플레이 제어기(미도시)에서 발생한다. 이러한 신호가 이용가능한 경우, 이하에서 기술되는 노이즈 리스닝 스텝을 건너뛰는 것도 가능할 수 있다. 왜냐하면, 노이즈는 여전히 스캐닝 또는 측정 프로세스에 맞춰 조정되어야 하므로, 동기화 신호의 존재와 측정의 시작 사이에 고정 지연을 추가하는 것은 여전히 필수적일 수 있다.
동기화 신호가 디스플레이 제어기로부터 이용 가능하지 않으면, 동기화 신호는 디스플레이로부터의 노이즈 신호를 리스닝함으로써, 즉 디스플레이로부터 터치 스크린 패널 전극으로 연결된 노이즈를 감지함으로써 전개될 수 있다. 이는 선택된 Tx 또는 Rx 전극을 노이즈 검출 회로에 연결함으로써 달성될 수 있다. 서브컨버젼 동안, 다양한 패널 전극 Tx 및 Rx 중 어느 하나가 사용될 수 있다. 터치 스크린의 스캐닝이 진행 중인 경우, 일반적으로 하나 또는 그 초과의 미사용 Tx 전극이 사용된다. 액티브 스캐닝은 결과적으로 종종 추가적인 필터링을 요구할 수 있는 Tx 크로스토크(crosstalk)를 야기한다.
디스플레이 제조사에 의해 제공되는 외부 디지털 동기화 신호의 이용 가능성을 제공하기 위해, 이하에서 논의되는 싱크 먹스(sync mux)가 사용될 수 있다. 만일 싱크 신호가 제조사에 의해 제공된다면, 이 싱크 신호는 직접적으로 상태 머신에 연결될 수 있다. 만일 싱크 신호가 제공되지 않으면, 리스닝 특징이 싱크 신호를 전개시키기 위해 사용될 수 있다. 예시적인 실시예에서 사용되는 싱크 먹스는 이용가능한 전술된 동기화 소스들 중 하나를 선택하기 위해 사용될 수 있는 펌웨어가 구성가능한 먹스를 포함한다.
디스플레이 노이즈 감소를 위한 또 다른 실시예는 측정 신호로부터 노이즈 신호를 감산하는 것과 관련된다. 이는 노이즈 리스닝 채널을 이용하여 디지털적으로 수행되어 의사-차동(pseudo-differential) 감지 채널을 형성할 수 있다. 이는 또한 차동 증폭기를 사용하여 측정된 신호로부터 공통 모드 구성요소로서 노이즈를 감산함으로써 아날로그 폼으로 구현될 수 있다. 여기에 기술된 아날로그 구현예와 달리, 별도의 리스닝 채널의 사용은 차이가 디지털적으로 처리되는 것을 허용한다. 노이즈 리스닝 채널의 출력은 나머지 Rx 채널 리딩(readings)으로부터 감산될 수 있다. 이 기능은 CPU에 의해 달성되거나, 또는 대안적으로는 터치 제어 상태 머신(11)내에 있는 ALU에 의해 처리될 수 있다. 이는 리스닝을 위해 선택된 각 Rx 및 Tx 전극에 연결된 이득 제어 네트워크와 결합되어 노이즈 억제를 향상시기키 위한 이득 밸런싱을 달성할 수 있다. 대안적으로는, 이득 또는 스케일링이 CPU 또는 ALU에 의해 수행될 수 있다.
도 2는 노이즈 이벤트의 검출된 엣지로 시작하는 서브컨버젼을 동기화하는 예시적인 기술을 예시한다. 이러한 기술은 결과적으로, 비교적 효과적인 노이즈 감소 또는 최소화가 가능할 수 있으며 신호대잡음비(SNR)를 상당히, 즉, 몇 배로 향상시킬 수 있다. 노이즈 동기화는 예를 들면 필터링, 지연 라인 재결합 및 선택적 감지 기술과 같은 다른 기술과 결합되어 추가로 SNR을 향상시킬 수 있다.
도 2를 참조하면, 예시적인 노이즈 억제 회로(30)가 터치 제어 상태 머신(11)(도 1)에 위치될 수 있다. 억제 회로는 ITO 터치 스크린(14)으로부터, 선택된 Tx 및 Rx 전극에 응답하게 연결되는 노이즈 리스닝 버스 멀티플렉서(32)를 사용할 수 있다. 노이즈 리스닝 버스 멀티플렉서(32)는 하나 또는 그 초과의 전극 Tx 및 Rx를 노이즈 리스닝 버스(34)에 연결하기 위해 사용될 수 있다. 버스(34)는, 도시된 바와 같이 노이즈 리스닝 버스 멀티플렉서(32)로부터 디스플레이 소스 노이즈 신호를 수신할 수 있다. 여기에 기술된 노이즈 억제 회로의 실시예가 특정하게 디스플레이에 의해 발생된 노이즈 이벤트에 적용될지라도, 다른 노이즈 감소 회로의 실시예는 ESD 이벤트, 배터리 충전기 및 DC-DC 컨버터 노이즈 이벤트 등과 같은 터치 스크린 및 터치 스크린 제어기에 연결되는 다른 노이즈 생성 이벤트에 의해 발생된 노이즈를 감소시키기 위해 사용될 수 있다.
노이즈를 수신하여 노이즈를 선택 위치로 보내는 출력(42 및 44)을 갖는 제어 회로(36)(SW1)는 노이즈 리스닝 버스(34)에 연결될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 노이즈 리스닝 Rx 채널(38) 및 노이즈 검출 회로(40)는 제어 스위치(36)의 각 출력(42 및 44)에 연결된다. 상태 머신(46)은 다음과 같은 제어 스위치(SW1)(36)의 3개 동작 모드: a) 출력(42)에 대한 노이즈 리스닝 Rx 채널(38)과 출력(44)에 대한 노이즈 검출 회로(40)간 자동적인 스위칭, b) 출력(44)을 통한 노이즈 검출 회로(40)에만 영구 또는 고정 연결, 그리고 c) 출력(42)을 통한 노이즈 리스닝 Rx 채널(38)에만 영구 또는 고정 연결을 제어 또는 지원한다. 대안적인 실시예에서, 제어 스위치(36)는 프로그램을 실행하는 CPU의 제어 하에 있을 수 있다.
노이즈 검출 회로(40)는 대응 스위치 출력(44)에 연결되는 PGA(Programmable Gain Amplifier)(47)를 포함한다. PGA(46)의 입력에 연결되는 프로그램밍 가능한 바이어스 저항(Rb)(48)은 등가 차동 RC 네트워크를 시상수 상태로 세팅한다. 차동 네트워크(미도시)는 패널(14)에서의 다양한 전극의 정전용량 및 저항(resistance), 그리고 노이즈 리스닝 버스 멀티플렉서(32)의 저항 및 전자 회로에 존재할 수 있는 다양한 기생 정전용량을 포함할 수 있다. 특정 시스템의 시상수를 세팅하기 위해 바이어스 저항(Rb)의 조정이 사용될 수 있다.
제어 스위치(Sw2)(51)는 PGA(47)를 임계치 비교기(50)에 연결시킨다. 옵션 필터(미도시)는 스위치(51)의 양단에 연결될 수 있으며, 오픈 회로일 경우 PGA 출력을 필터링하기 위해 그 필터를 회로로 연결한다. 대안적으로, 클로즈일 경우, 제어 스위치(51)는 필터를 단락시키고 그 회로로부터 제거한다.
임계치 비교기(50)는 PGA(47)의 양 및 음 방향 노이즈 펄스를 각각 검출하는 한 쌍의 비교기(52 및 54)를 포함한다. 비교기(52)는 PGA(47)에 연결된 입력(56) 및 고 기준 아날로그 전압(VREF _ HI)에 연결된 반전 임계치 입력(58)을 갖는다. 비교기(54)는 마찬가지로 PGA(47)에 연결된 반전 입력(60) 및 저 기준 아날로그 전압(VREF_LO)에 연결된 비반전 기준 입력(62)을 갖는다. 각 고 및 저 기준 전압(VREF _ HI 및 VREF _ LO)은 표현식(VREF _ HI = VAGND + ΔV, 그리고 VREF _ LO = VAGND - ΔV)에 따라 중앙 전압(VAGND)을 중심으로 한다. 이들 값, 즉 +ΔV 및 -ΔV는 각 고정 검출 임계치가고, 전압 분배기(미도시)에 의해 알려진 방식으로 세팅될 수 있다. 대안적으로, 이러한 기준값은 전압 디지털-아날로그 컨버터(VDAC)를 이용하여 프로그래밍될 수 있다.
비교기(52 및 54)는 각각, 대응하는 AND 게이트(74,76)에 연결된 대응 출력(70, 80)을 갖는다. AND 게이트(74)는, 수신된 노이즈가 선택된 임계치(VREF _ HI)보다 높은 경우 양 방향 트리거 신호를 수신하기 위한 입력(78)을 가지며, AND 게이트(76)는 수신된 노이즈가 선택된 임계치(VREF _ LO)보다 낮은 경우 음 방향 트리거 신호를 수신하기 위한 입력(81)을 갖는다. PGA(47)로부터 양 방향 펄스의 노이즈에 대응하는 입력(78)상의 비교기 인에이블 신호(ris_en)에 의해 인에이블되는 경우, AND 게이트(74)가 출력(82)에서 펄스를 생성한다. 마찬가지로, PGA(47)로부터 음 방향 펄스의 노이즈에 대응하는 입력(81)상의 비교기 인에이블 신호(fal_en)에 의해 인에이블되는 경우, AND 게이트(76)가 출력(84)에서 펄스를 생성한다.
출력(82 및 84)에서의 펄스는 OR 게이트(86)에서 논리적으로 합이 되며, 이는 양 또는 음 방향 노이즈 펄스의 논리 표시 중 어느 하나를 입력(90)에서 싱크 소스 멀티플렉서(U2)(98)에 연결된다. 만일 제조사로부터 이용 가능하다면, 싱크 소스 멀티플렉스(U2)(98)는 디스플레이(12)를 위한 디스플레이 제어기로부터 논리 동기화 신호를 수신하는 외부 논리 동기화 입력(92)을 갖는다. 비교기 출력 신호(해당하는 하이-방향 또는 로우-방향 노이즈 펄스)는 싱크 소스 멀티플렉서(98)의 동기화 소스 입력(90)에 연결될 수 있다. 이 구성은, 싱크 소스 멀티플렉서(U2)(98)로 하여금 노이즈 검출기(50)에 의해 제공된 동기화 소스 입력(90)과 논리 동기화 입력(92) 사이에서 선택하게 한다.
프로그래밍 가능한 지연 라인(100)은 복수의 플립플롭(102a-n)을 포함한다. 각 플립플롭(102a-n)은 C 입력, D 입력, 및 Q 입력을 갖는다. 플립 플롭(102a-n)의 C 입력은 공통적으로, 인터벌 주기를 정의하는 FCLK _ DEL 클럭 신호에 연결된다. 각 플립플롭(102a-n)의 Q 출력은 도시된 바와 같이 먹스(106) 및 각 연속적인 다운 스트림 플립 플롭의 D 입력에 연결될 수 있다. 플립 플롭(102a)은 싱크 소스 멀티플렉서 (U2)(98)의 출력(104)에 연결된 D 입력을 가질 수 있다. 프로그래밍 가능한 지연 라인(100)이 다음 싱크 신호에 의해 리셋될 수 있을 때까지 각 플립-플롭이 먹스(106)에 지연 출력을 전달하도록 U2로부터의 싱크 펄스(VSYNC)는 플립-플롭(102a)을 시작하거나 리셋하고, FCLK _ DEL 이 프로그래밍 가능한 지연 라인(100)에 클럭을 준다. 이러한 방식에서, 프로그래밍 가능한 지연 라인(100)이 동기화 신호와 노이즈 엣지 또는 정전용량 감지의 시작을 위상 매칭시키기 위해 사용될 수 있다. 이는 내부 버퍼 또는 내부 동기화 회로를 갖는 특정 디스플레이 제어기와 사용될 때 요구될 수 있으며, 이는 외부 동기화 신호 및 디스플레이 노이즈 엣지 사이에서 지연을 야기할 수 있다. 또한, 이는 초기 펄스 이후 추가 노이즈 펄스를 방지하기 위해 스캐닝의 시작을 지연시킬 필요가 있을 때 노이즈 검출 회로(40)와 함께 요구될 수 있다.
프로그래밍 가능한 지연 라인(100)은 프로그래밍 가능한 룩업 테이블(110)과 연결될 수 있으며, 이후 이 프로그래밍 가능한 룩업 테이블은 종종 논리 싱크 소스 공급 싱크 소스 멀티플렉서(U2)(98) 또는 노이즈 동기화 신호 사이를 교대하기 위한 택일적인 A 입력 및 B 입력을 갖는 LUT로 지칭된다. 예를 들면, 동기화는 제조사에 의해 공급된 디스플레이(12)를 위한 디스플레이 제어기에 의해 제공될 수 있거나 또는 이 동기화는 노이즈 검출 회로(40)에 의해 제공될 수 있다. 만일 싱크 신호가 VSYNC 신호에 의해 적절하게 타이밍된다면, 출력(104) 상의 싱크 소스 멀티플렉서(U2)(98)로부터의 A 입력이 상태 머신에 의해 인에이블될 수 있다. 만일 싱크 신호가 프로그래밍 가능한 지연 라인(100)에 의해 제공된다면, LUT(100)의 B 입력이 상태 머신(46)에 의해 먹스(106)의 먹스 출력 라인(108)에 대하여 인에이블될 수 있다.
먹스(106)의 먹스 출력 라인(108)은 프로그래밍 가능한 지연 라인(100)에서 다중 플립플롭의 상태를 포함하는 버스일 수 있다. LUT(110)에 대한 입력 B는 지연 라인(100)에서 다중 플립플롭의 상태를 받아들이는 버스일 수 있다. 추가적인 동기화 이벤트는 특정 애플리케이션에서 요구된 대로 형성될 수 있다.
LUT(110)는 많은 가능한 상태 구성을 가지지만, 그러나 예시적인 실시예에 따라서는 2가지 상태, 즉 A 및 B 또는 상태 A(반전) B(반전)만이 사용된다. 대안적인 실시예에서, A 및 B 입력 둘 모두 LUT에 의해 동시에 사용되어 동기화 이벤트를 상태 머시(46) 및 다른 회로에 제공할 수 있다.
인터벌 구별기(118) 및 인터벌 FIFO 버퍼(120) 또는 FIFO(120)를 구동시키는 인터벌 카운터(116)를 포함하는 시간 측정 회로(114)가 제공될 수 있다. 디스플레이(12)로부터 수신된 노이즈 펄스는 일반적으로, 짧은 2-3㎲ 인터벌씩 분리된다. 노이즈 신호는 동기화 신호(FCLK _ INT)의 양의 엣지와 동기화된다. 인터벌 카운터(116)는 동기화 신호(FCLK _ INT)의 인접한 양의 엣지들과 동기화된 노이즈 펄스들간 인터벌을 측정하고 측정된 인터벌을 출력(117)을 통해 인터벌 구별기(118)에 전달한다. 인터벌 구별기(118)는 원하지 않는 노이즈 이벤트를 필터링하고 노이즈 파라미터를 측정하기 위해 사용될 수 있다. 인터벌 구별기(118)는 CPU(16)에 의해 프로그래밍되거나 제어되어 다음 조건들을 위해 인터벌 카운터(116)에 의해 생성된 카운터를 CPU(16)를 위해 세팅 또는 정의된 사전 설정 또는 한정된 개수의 인터벌 카운트와 비교할 수 있다.
Figure pct00001
사전 정의된 값보다 큰 인터벌
Figure pct00002
사전 정의된 값보다 작은 인터벌
Figure pct00003
사전 정의된 값 범위 내의 인터벌
일단 유효한 동기화 인터벌이 검출되면, 하나 또는 그 초과의 서브컨버젼이 개시될 수 있다. 인터벌 FIFO 버퍼(120)가 사용되어 노이즈 이벤트들사이의 시간을 카운팅할 수 있다. 예를 들어, 인터벌이 소정 개수의 카운트, 예를 들면 C 카운트를 갖는 것으로 한정되는 경우, 동기화를 개시할 수 있는 C 노이즈 펄스는 FIFO(120)가 CPU 또는 레지스터 펌웨어에 의해 리셋될 때까지 무시될 수 있다.
인터벌 카운터(116) 및 인터벌 구별기(118)의 많은 가능 구현예가 있다. 예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이 인터벌 구별기(116)는 인터리프(interleaf) 구성으로 동작하는 제 1 카운터(131) 및 제 2 카운터(133)를 사용하며, 여기서 제 1 카운터(131)는 싱크 신호의 홀수 및 짝수 엣지 중 홀수 엣지 및 카운트에 응답할 수 있다. 제 2 카운터(133)는 제 1 카운터가 디스에이블되면 동작할 수 있다. 원하는 인터벌 조건이 충족되면 동기화 이벤트를 상태 머신(46)에 전달할 수 있는 디지털 비교기(135)에 카운트 값이 보내질 수 있다. 대안적으로, 여기에 기술되는 인터벌 회로는 먹스(U1)(138)에 의해 바이패스될 수 있으며, 이 먹스(U1)(138)는 도시된 바와 같이 LUT(110)의 출력선(140) 및 인터벌 구별기 출력(142)에서 동기화 신호를 수신한다. 먹스(U1)에 의해 바이패스되는 경우, 상태 머신은 모든 노이즈 또는 동기화 이벤트에 대하여 동기화 신호를 수신한다.
인터벌 카운터(116)에 응답하게 연결되는 FIFO(120)는 근접 동기화 엣지 또는 펄스들 사이의 인터벌을 저장한다. 풀(full)이 되면, FIFO(120)는 CPU(16)를 위해 출력(146)에 인터럽트 IRQ를 생성한다. CPU는 노이즈 인터벌을 분석하고 적절한 샘플 서브컨버젼 시간을 선택하기 위해 노이즈 반복 주기를 결정한다. 실시예에서, 샘플 서브컨버젼 시간은 디스플레이 노이즈 반복 패턴 또는 이의 정수 배 중 어느 하나와 같을 수 있다. 이러한 구성은 사용될 수 있는 벌크의 위상 동기 루프(PLL: Phase Locked Loop) 회로에 대한 필요성을 피하는 수단일 수 있다.
상태 머신(46)은 터치 스크린의 스캐닝 시퀀스를 이용하여 노이즈 이벤트의 동기화를 제어한다. 예시된 구성에서, 상태 머신은 다음과 같은 2개의 사전 프로그래밍된 동기화 모드를 지원한다:
Figure pct00004
개별 서브컨버젼 동기화.( 도 4a)
Figure pct00005
전체 샘플 컨버젼 동기화. (도 4b)
도 4a에서, 개별 서브 컨버전이 추적되며, 주기성 노이즈 스파이크(VDISP)가 PGA(47), 즉 프로그래밍 가능한 이득 증폭기(Programmable Gain Amplifier)의 출력(49)에 나타날 수 있다. OR 게이트(86)의 논리 출력(90)은 노이즈 검출 회로(40)에 의해 검출되는 VSYNC 펄스를 포함한다. 인터벌 카운터(16)는 선택된 개수의 VSYNC 펄스를 카운팅하고 인터벌 구별기(118)에 대한 입력으로서 카운트 상태를 생성한다. 선택된 카운트 상태에서, 인터벌 구별기(118)는 출력(142)에 출력 VTRIG를 생성한다. 인터벌 구별기의 각 VTRIG 출력은 각 서브컨버젼(0,1,2...N)에 대하여 n VTx 펄스들로 이루어진 서브컨버젼(150)을 인에이블시킨다. 도시된 바와 같이, 서브컨버젼들(0,1,2...N) 사이에는 포즈(152)가 도입되며, 이는 각 후속 서브컨버젼을 시작하기 위해 다음 VTRIG를 대기하는 지연을 설명한다.
다른 모든 점에서 도 4a와 동일한 도 4b에 도시된 예시적인 전체 샘플 모드 구성에서, 상태 머신(46)은 서브컨버젼들 사이의 간격을 무시하여 포즈가 없도록 프로그래밍될 수 있다. 전체 샘플 모드에서, 상태 머신은 단지 첫 번째 서브컨버젼에 대한 동기화 이벤트를 대기하고, 후속 서브컨버젼은 도 4b에 도시된 바와 같이 시리즈(153)로 자동적으로 실행된다. 일단 컨버젼이 완료되면, 전체 샘플 모드에서 다음 컨버젼 동기화를 위해 동기화 이벤트가 사용될 수 있다.
타임아웃 카운터(160)를 이용하여 타임아웃 보호를 구현하도록 상태 머신(46)이 사용될 수 있다. 타임아웃 카운터(160)는 노이즈 싱크 펄스들 사이의 시간을 추적한다. 만일 어떤 싱크 펄스도 CPU(16)에 의해 결정된 소정 개수의 클럭 사이클 내에 나타나지 않으면, 타임아웃 카운터(160)는 싱크 포즈를 개시하여 다음 서브컨버젼을 시작한다. 따라서, 이는 디스플레이(12)가 노이즈 이벤트를 생성하지 않는 경우, 스캐닝으로 하여금, 예를 들면, 이들 주기동안 수직 블랭킹 인터벌을 계속하게 한다.
Tx 클럭(162)은 Tx 전극(도 1) 상에 AC 신호(VTX)를 생성한다. Tx 클럭(162)은 컨버젼 사이클 시간을 추적하고 사전 결정된 개수의 사이클을 포함하는 선택된 인터벌이후 자동적으로 Tx 클럭(162)을 리셋하는 사이클 카운터(164)에 응답하여 상태 머신 리셋 출력(53)에 의해 리셋될 수 있다. 일 실시예에서, VTx 신호는 구형파와 비슷하다. 대안적인 실시예에서, VTx 신호는 사인파와 비슷하다. 추가적인 실시예에서, VTx 신호는 복합 파형이 될 수 있다.
서브컨버젼 카운터(166)는 커버젼에서의 서브컨버젼 개수를 추적한다. 이 카운터는 프로그래밍된 개수의 컨버젼이 완료된 이후 상태 머신(46)에 신호를 보낸다. 다양한 카운터 및 클럭은 요구되는 대로 프로그래밍 가능한 레지스터에 의해 제어된다.
사이클 카운터(164)를 통해 리셋된 상태 머신에 연결되는 Tx 클럭(162)이 동기화 이벤트 대기 상태를 시작시키기 위해 사용될 수 있다. 결과적으로, 최대 하나의 Tx 주기까지 동일한 위상 지터가 제거될 수 있는데, 왜냐하면 Tx 클럭(162)이 각 서브컨버젼 이전에 동일한 내부 상태로부터 동작을 시작하기 때문이다. 지터는 노이즈와 Tx클럭(162)으로부터의 VTx 신호간 위상차로부터 비롯되는 동기화 회로의 이점을 저하시길 수 있으며, 이에 의해 상이한 노이즈량이 상이한 서브컨버젼에서 포획될 수 있다.
서브컨버젼이 포즈(152)없이 연속적으로 실행되는 두 번째 동기화 모드에서, 외부 노이즈에 대한 Rx 채널의 면역성이 향상될 수 있다. 서브컨버젼이 연속적인 경우, 즉 서브컨버젼들 사이에 틈이 없는 경우, Rx 채널은 동작중 훨씬 좁은 협대역이 된다. 이러한 개선이 Rx 채널의 주파수 영역 응답에서 발생됨을 주목하자. 결과적으로, 개별 서브컨버젼 및 전체 또는 연속적인 컨버젼의 옵션이 요구되는 대로 사용될 수 있다.
일반적으로 비동기화 노이즈 펄스들은 상이한 서브컨버젼에 불균일하게 영향을 미친다. 만일 노이즈 펄스가 서브컨버젼 인터벌 동안 떨어지면, 서브컨버젼은 불리하게 영향을 받을 수 있다. 일 예시적 실시예에 따르면, 하나 또는 그 초과의 서브컨버젼들이 컨버젼 데이터로부터 삭제되어 노이즈를 평활하게 하거나 평균할 수 있다. 이는 도 5 및 도 6에 예시된 디지털 필터에 의해 달성될 수 있다.
도 5에서, 디지털 노이즈 필터 회로(161)가 터치 스크린 제어기(10)에서의 Rx 채널의 출력에 위치될 수 있다. 노이즈 필터 회로(161)는 도 2에 도시된 동기화 회로와 함께 사용되어 노이즈 감소를 추가적으로 개선시킬 수 있다. 노이즈 필터 회로(161)는 터치 스크린 제어기(10)의 Rx 채널(163)에 연결될 수 있다. Rx 채널(163)의 출력이 ADC(Analog-to-Digital Converter)(165)에 연결될 수 있다. ADC(165)의 출력(167)(디지털값)이 합산 회로(단순 가산기 ALU)(169)에 연결될 수 있다. 데이터 저장 버퍼(168)에 연결된 합산 회로(169)의 출력(171)은 2개의 동작 모드를 위해 구성가능하다. 펌웨어 필터 블럭이 인에이블되지 않으면, 데이터 저장 버퍼(168)는 도시된 바와 같이 현재의 서브컨버젼 ADC 결과(167)와 합산 회로(169)까지 연장된 데이터 저장 버퍼 출력(170)으로부터 수신된 이전에 저장된 서브컨버젼 결과 데이터를 합산한다. 이후 이 연산으로부터의 결과 합(171)이 데이터 저장 버퍼(168)의 동일한 저장 위치에 저장되어 디지털 적분을 형성한다.
펌웨어 필터 블럭(174)이 인에블되는 경우, 데이터 저장 버퍼 출력(170)이 모두 제로(0)로 강제되어, 합산 회로(169)가 제로들을 서브컨버젼 ADC 결과(167)에 더하며, 그리고 각 연속적인 서브컨버젼 결과가 데이터 저장 버퍼(168) 내의 상이한 위치에 저장될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 합산 회로(169)가 바이패스되어 이러한 동일 제로 가산 기능을 수행할 수 있다. 데이터 저장 버퍼(168)의 출력(172)은 감소된 노이즈를 갖는 데이터 신호(176)를 생성할 수 있는 펌웨어 필터 블럭(174)에 연결될 수 있다. 펌웨어 필터 블럭(174)은 중앙값 필터(median filter)가 될 수 있다. 또한, 다른 필터들도 요구시 유용할 수 있다. 펌웨어 필터 블럭(174)은 고정 또는 프로그래밍 가능한 상태 머신으로서 실행되거나, 프로세서상에 운영되는 명령으로서 존재할 수 있다. 디지털 적분기로서의 동작을 위해 구성되는 경우, 펌웨어 필터 블럭(174)이 바이패스될 수 있다. 이러한 구성은 여기에서 데이터의 간단한 평균을 수행할 수 있는 윈도우 필터로 지칭될 수 있다.
도 6은 펌웨어 필터 블럭(174)이 중앙값 필터로서 동작을 위해 구성되는 경우 일반적으로 도 5의 구성을 따르는 동작을 갖는 예시적인 펌웨어 필터 회로(180)를 도시한다. 펌웨어 필터 회로(180)는 노이즈 필터로서 동작하며 ADC(184)에 연결되는 Rx 채널(182)을 갖는다. ADC(184)의 출력(185)은 합산 회로를 통과하지 않지만, 그러나 대신에 A-K로 지정된 선택된 개수의 저장 위치를 갖는 데이터 저장 버퍼(186)에 연결될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 서브컨버젼 결과의 각 샘플을 저장하는 11개의 셀이 존재한다. 데이터 저장 버퍼(186)의 출력(188)은 중앙값 필터(190)에 연결된다. 중앙값 필터(190)는 L-V로 지정된 대응 개수의 셀들을 갖는 데이터 저장 버퍼(194)에 연결되는 그 출력(192)을 갖는다. 중앙값 필터(190)는 도시된 바와 같이 데이터 저장 버퍼(186)의 A-K 출력을 선택하고 내림차순(최고로부터 최저까지)으로 데이터 저장 버퍼(194)의 L-V셀들을 파퓰레이팅하는 알고리즘(버블 소팅 알고리즘으로 알려짐)으로 프로그램될 수 있다. 이 구성에서, 셀 L에서의 최고값 및 셀 V에서의 최저값이 폐기되고, 나머지 셀들 M-U가 가산기 노드(196)에서 합산되고 평균된다. 따라서, 전송된 결과 데이터(198)는 개선된 신호대잡음비(SNR) 특성을 갖는다. 펌웨어 필터 회로(180)는 기억 장소(memory locations) 및 하나 또는 그 초과의 상태 머신을 이용하여 하드웨어로 모두 구현될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 펌웨어 필터 회로(180)는 프로세서 상에서 실행되는 명령, 또는 하드웨어 및 펌웨어의 일부 조합에 의해 구현될 수 있다.
또 다른 예시적 실시예에서, 노이즈는, 입력 신호의 평균값을 취하고 사이클 마다 변화 편차 추적 및 폐기(cycle-by-cycle change variation tracking and discard)를 위한 지연 라인을 사용하는 지연 기술에 의해 억제될 수 있다. 스위칭 커패시터 지연 라인이 사용되어 신호 및 노이즈를 지연시킬 수 있다. 노이즈는 수신기 채널 Rx에서 전하 변동을 리스닝함으로써 검출될 수 있다. 아날로그 지연이 포획된 신호로 도입되어 개별 전하 패킷의 실시간 처리를 허용할 수 있다.
도 7은 측정된 신호로부터 노이즈 이벤트를 제거하기 위한 스위칭 커패시터 지연 라인 회로(200)의 예시적인 실시예를 도시한다. 도 8은 도 7의 구성과 유사한 회로일 수 있으나, 추가적인 지연 신호, 및 노이즈 이벤트가 발생하는 경우 수정 또는 복구 신호를 측정된 신호로 도입시키는 능력을 갖는다. 도 9 및 도 10은 각각 도 7 및 도 8의 구성에 의해 소개되는 수정을 보여주는 타이밍 차트이다.
스위칭 커패시터 지연 라인 회로(200)는 Tx 클럭(202)을 가지며, 이 T x 클럭은 Tx 구동기를 통하여 터치 스크린 패널(14)(도 1)의 Tx 전극에 연결될 수 있다. 터치 스크린 제어기(10)의 감지 네트워크(204)는 출력을 QV(Charge-to-Voltage) 컨버터(206)에 제공한다. 또한, 감지 네트워크는, 노이즈 이벤트가 검출되면, 원샷(one shot)(210)을 트리거할 수 있는 노이즈 센서 또는 노이즈 검출기(208)에 신호를 제공한다. 원샷(210)은 인터벌 카운터(212) 및 신호 소스 선택기 먹스(220)에 연결된다. 노이즈 검출기(208)는 도 2의 노이즈 검출 회로(40)와 유사할 수 있다. 인터벌 카운터는 출력(215)을 제공하는 적분기(214)를 제어한다. QV 컨버터(206)로부터의 제 1 전하 펄스는 1.5 Tx 클럭 주기에 대응하는 지연을 갖는 1.5T 아날로그 지연(216)에 연결되고, QV 컨버터(206)로부터의 제 2 전하 펄스는 1 Tx 클럭 주기에 대응하는 제 2 지연을 갖는 1.0T 아날로그 지연(218)에 연결될 수 있는데, 제 1 및 제 2 전하 펄스들은 각 AC Tx 여기 사이클의 첫 번째 및 두 번째 하프-사이클에 의해 발생된다. 선택기 먹스(220)가 원샷(210)에 응답하여, 노이즈 이벤트가 검출되지 않은 경우 기준 아날로그 지연 구성요소의 출력(217 및 219)을 선택하고, 노이즈 이벤트가 검출되는 경우 기준(예를 들어, 그라운드) 레벨을 선택한다. 선택기 먹스(220)의 출력은 차동 샘플 및 홀드(DSH: Differential Sample and Hold)(222)에 연결될 수 있으며, 이의 출력은 적분기(214)에 연결될 수 있다.
Tx 클럭(202)으로부터의 신호는 내부적으로 감지 네트워크(204), QV 컨버터(206) 및 노이즈 검출기(208)로 연결될 수 있다. 지연 라인은 선택된 Rx 전극으로부터 연결된 각 하프 사이클의 전하를 전송하도록 선택적으로 동작한다. Tx 신호의 반에 대하여 축적된 신호는 1.5T 아날로그 지연(216) 또는 1T 아날로그 지연(218) 중 어느 하나로 지연될 수 있다. 노이즈 이벤트가 검출되지 않으면, 1.5T 지연(216) 및 1T 아날로그 지연(218)은 2개의 수신된 하프 신호(two halves of the received signal)를 차동 멀티플럭서(220)에 의해 선택된 것으로서 차동 샘플 및 홀드(DSH)(222)에 제공한다. 1.5T 지연(216) 및 1T 지연(218)의 출력은 DSH(222)에 의해 포획되어 적분기(214)에 공급된다.
원샷(210)에 공급되는 검출 노이즈는 아날로그 지연 라인 클럭 신호와 동기화되는 가변 컨버젼 시간 게이팅 펄스들을 형성한다. 원샷(210)은, 노이즈가 검출되는 경우 아날로그 지연 라인으로부터 DSH를 공급하는 선택기 먹스(220)를 제어하거나, 입력 신호가 노이즈 이벤트에 의해 손상되는 경우 입력을 그라운드시킨다(ground). 원샷(210)은, 이러한 노이즈 이벤트 동안 카운팅하지 않게 하여, 이에 의해 폐기된 펄스에 대한 컨버젼 또는 샘플링 시간을 증가시켜, 이를 보상하기 위해서 컨버젼 인터벌 카운터(212)를 게이트한다(gate).
대안적으로는, 컨버젼 인터벌의 덜 효율적인 이용을 대가로 도 7의 구성에 대한 고정 샘플링 또는 컨버젼 시간 인터벌이 사용될 수 있다. 선택기 먹스(220)는 노이즈 이벤트 지속기간 동안 컨버젼 시간 인터벌을 증가시킴으로써 가변 컨버젼 시간을 대가로 컨버젼 회로로의 노이즈 신호의 전파를 차단한다.
상수(constant) 또는 고정된 샘플링 시간 또는 상수 컨버젼 시간 회로(230)를 사용하는 대안적인 회로가 도 8에 도시된다. 이 구성은 도 7과 유사하며, 다음의 차이점을 가지면서, 동일한 컴포넌트가 동일 참조 번호로 라벨링된다. 노이즈가 검출되는 경우 상수 컨버젼 시간 회로(230)에 대하여 입력을 선택기 먹스(220)로 그라운드시키는 것을 대신하여, 노이즈 손상 신호에 대한 대체물이 될 수 있는 또 다른 미손상 신호의 지연 복사본이 선택될 수 있다. 컨버젼 회로는 연속적으로 그리고 노이즈 존재와 관계없이 동작한다. 컨버젼 인터벌 카운터(212)는 게이트되지 않을 수 있다. 이러한 동작은 2개의 연속적인 Tx 기간에 DSH(222)를 보냄으로써 노이즈에 의해 손상되지 않는 것으로 식별된 수신 신호를 효과적으로 복사한다는 것을 주목한다. 노이즈 이벤트가 적분기(213)로 전파되는 것을 제한하기 위해서, 보통, 노이즈 이벤트가 연속적인 Tx 기간에 발생하지 않은 경우 이러한 동작이 사용될 수 있다.
상수 컨버젼 시간 회로(230)는 1.5T 아날로그 지연(216) 및 1T 아날로그 지연(218)의 각 출력에 연결되는 제 1 2T 아날로그 지연(232) 및 제 2 2T 아날로그 지연(234)을 사용한다. 노이즈 이벤트가 검출되지 않는 경우, 1.5T 지연(216) 및 1T 지연(218)이 선택기 먹스(220)에 의해 선택되어 측정된 신호를 차동 샘플 및 홀드(222)에 제공한다. 노이즈 이벤트가 노이즈 검출 블럭(208)에 의해 검출되는 경우, 이 노이즈 검출 블럭은 2T 아날로그 지연(232) 및 2T 아날로그 지연(234)의 출력이 각각 1.5T 아날로그 지연 블럭(216) 및 1T 아날로그 지연(218) 대신에 선택되도록 원샷 블럭(210)에 신호를 보내 선택기 먹스(220)에 대한 선택기 입력을 변경시키는 펄스를 생성한다. 이들 2T 아날로그 지연 블럭에 존재하는 신호들이 노이즈 이벤트에 의해 손상되지 않았던 감지된 신호를 포함하므로(실질적으로는 3.5T 및 3T 총 지연), 이 값은 총 측정된 값에 대한 중대한 부정적인 영향 없이 적분기(214)에서의 적분을 위해 DSH(222)에 안전하게 전달될 수 있다. 따라서, 선택기 먹스(220)가 비 노이즈 샘플에 대하여 짧은 지연 경로를 또는 노이즈 이벤트가 검출되는 경우 긴 지연 경로를 선택하도록 구성됨에도 불구하고, 컨버젼 회로(230)(도 8)는 고정된 개수의 인터벌에 걸쳐 동작하고 인터벌 카운터(212)에 의해 결정되는 대로 고정 컨버젼 시간을 제공하도록 동작하며, 그 사이 또한 고정된 개수의 샘플을 적분한다. 도시된 구성에서, 원샷(210)은 인터벌 카운터(212)를 게이트하지 않는데, 왜냐하면 고정 컨버젼 시간이 확립되어 있기 때문이다.
도 7의 구성을 위한 동작 파형이 도 9에 예시된다. 도 8의 구성을 위한 동작 파형이 도 10에 예시된다. 이들 파형은, 지연 라인 출력 신호가 어떻게 균일한 컨버젼 신호 입력 및 대응하는 균일한 적분기 출력이 되는 지를 예시한다.
도 11은 노이즈 검출 회로(240)의 예시이며, 여기서 터치 스크린은 단지 특정 시간 인터벌 동안만 측정될 수 있다. 일반적인 노이즈 파형이 도 12에 예시된다. 이미 인식될 수 있는 바와 같이, 노이즈(242)는 주기적일 수 있는 스파이크(244)로 표현된다. 이 예시에서, 노이즈는 6개 스파이크 a-f를 갖는다. 스파이크 a-e는 약 4.27㎲의 5개 짧은 시간 영역에서 발생하고, 스파이크 f는 약 12.8㎲의 비교적 긴 시간 영역에서 발생한다. 6개 스파이크 a-f는 34.15㎲ 인터벌에 걸쳐 발생한다.
비교적 긴 시간 주기의 존재는 이전에 기술된 바와 같이 노이즈 주기에 동기화하는 것을 가능하게 한다. 동기화는 긴 시간 인터벌의 끝에서 수행될 수 있다. 대안적으로 동기화는 긴 시간 인터벌의 시작에 수행될 수 있다. 여기에 기술된 구성에 따라, 이 동기화 메커니즘은 각 반복 노이즈 사이클 또는 인터벌에 대하여 그 자체를 재동기화시키고, 그리고 노이즈 주기 측정 에러에 민감하지 않을 수 있다.
도 13은 도 2에 대하여 위에서 상술된 동기화를 사용하는 도 11에 도시된 회로의 구성에 대한 타이밍 차트를 보여주며, 여기서 유사 컴포넌트는 동일한 참조 번호를 갖는다. 예시적 실시예에 따라, 이미지 종속 노이즈(250)는 측정 시간(252)을 이용하여 게이트되거나 동기화될 수 있다. 그러나, 신호 측정은, 노이즈가 존재하는 경우 건너뛴 시간 인터벌(254) 동안 게이트되거나, 블랭킹 또는 건너뛰게 될 수 있다. 건너뛴 시간 인터벌(254)은 선택된 기간 또는 지속기간 다음의 노이즈 동기화에 대하여 발생한다. 건너뛴 시간 인터벌(254)의 끝에서, 서브컨버젼 측정(256)이 이루어질 수 있다. 이러한 서브컨버젼 측정은 응답 노이즈 펄스(250)에서 상태 머신(46)에 의해 생성된 인터벌 카운터 인에이블(247)에 응답하여 인터벌카운터(116)에 의해 생성된 출력 펄스에 의해 상태 머신(256)에서 개시될 수 있다. 서브컨버젼 측정은 예시된 바와 같이 인터벌 카운터가 중단된 경우 그 인터벌 동안 발생하지 않는다. 도 11의 타이머(258)는 일반적으로 상태 머신에 의해 리셋되며 Tx 클럭(162) 및 사이클 카운터(164)(도 2)와 유사하게 클럭킹된다(clock). 타이머(258)는 측정 사이클을 제어하는 상태 머신(46)에 게이팅 정보를 제공하기 위해 노이즈 및 측정 인터벌들을 재구성한다.
디스플레이(예를 들면 디스플레이(12)) 노이즈는 프로그래밍 가능한 이득 증폭기(47) 및 하이 패스 필터(243)에 의해 포획되고 증폭될 수 있다. 이전에 기술된 바와 같이 동기화가 상태 머신(46)에 의해 제공될 수 있다. Tx 및 카운터 클럭 신호들의 발생시 일반적으로 인에이블되는 인터벌들이 도 14에 도시된다.
또 다른 실시예에 따라, 공통 모드 신호로서 아날로그 영역에서 디스플레이 노이즈를 감산하는 것이 또한 가능할 수 있다. 도 15a-15C는 차동 검출기의 다양한 실시예를 예시한다.
도 15a는 아날로그 회로 및 Tx 소스(260)를 사용하는 실시예를 예시한다. 노이즈 신호의 일측면을 위한 Rx 전극 및 미사용 Tx 전극이 도시된 바와 같이 검출기에 연결될 수 있다. Rx 전극은 Rx1+으로 표시된 차동 수신기의 양의 입력으로 연결된다. 비구동 Tx 라인은 Rx2-로 표시된 동일한 차동 수신기의 음 입력에 연결된다. 디스플레이가 그 전체 표면에 걸쳐 노이즈를 연결하므로, 선택된 Rx 전극 및 비구동 Tx 전극 둘 다는 거의 동등한 노이즈 양을 예상한다. 이러한 거의 동등한 신호가 입력으로서 차동 수신기에 제공되는 경우, 수신기에 의해 거절되는 공통 모드로서 나타난다. 따라서, 공통 모드 노이즈 부분이 Rx 신호로부터 제거되고, 단지 나머지 부분만이 적분 및 컨버젼(conversion)을 위해 Rx 채널에 전달된다.
도 15b는 이득 밸런싱을 가지는 도 15a와 유사한 아날로그 회로를 예시한다. 대부분의 터치 스크린이 비대칭 화면 비율을 가지므로, Rx 및 Tx 전극의 표면적이 동일하지 않아, 각각 상이한 양의 노이즈 전하를 수신할 개연성이 높다. 따라서, Rx 또는 Tx 전극 신호 중 어느 하나의 이득을 다른 것의 이득에 매칭하도록 조정하는 것이 필수적이다. 도 15b는 도 15a와 유사한 Rx-Rx 아날로그 회로이지만, 그러나 차동 수신기에 대한 각 입력에 대하여 가변 RC 네트워크(262)를 이용하여 이득 제어 또는 이득 밸런싱을 사용할 수 있다.
도 15c는 도 15a 및 15B에 도시된 바와 같은 유사한 전극 구성을 갖는 노이즈 감산의 디지털 실시예를 예시한다. 여기서, Rx 전극은 터치 스크린(14)의 교차점(18)의 정전용량을 측정하기 위해 컨버젼을 수행하는 터치 스크린 제어기(14)의 Rx 채널에 연결된다. 도 15c에서의 별도 Rx 채널, Rx2가 또한 정전용량을 측정하기 위해 구성되지만 비구동 Tx 전극에 연결된다. 이러한 Tx 전극이 액티브 또는 구동 Tx 전극에 평행하므로, 액티브 Tx 구동기는 에너지를 그 비구동 전극에 연결하지 않지만, 그러나 디스플레이는 여전히 노이즈 전하를 이러한 비구동 Tx 전극에 연결할 수 있다. 선택된 Rx 전극 및 선택된 Tx 전극의 컨버젼 측정은 둘 다 디스플레이로부터 연결되는 노이즈 에너지를 포함할 것이다. Rx 및 Tx 전극의 컨버젼이 병렬로 이루어졌었기 때문에, 이들은 둘 다 대략 동일한 노이즈 전하를 포함할 수 있다. 컨버전이후, CPU(도 1)는 비구동 Tx 전극, Rx 전극상에서 측정된 값으로부터 포획된 측정 노이즈값을 감산할 수 있다. 이러한 결합 전하의 디지털 감산은 각 Rx 채널에 대한 입력에서의 차동 수신기에 대한 필요성뿐만 아니라 임의의 아날로그 이득 조정 능력에 대한 필요성을 제거한다. 이러한 이득 수정이 여전히 필요할지라도, 이는 CPU(16)을 이용하여 수행됨에 따라 포획된 Tx 전극 노이즈의 조절 인자(scaling factor)의 어느 한 오프셋으로서 이루어질 수 있다.
위에 기술된 도 15a-15C의 예시된 예시적 실시예가 Rx 및 미사용 Tx 전극을 하나씩 사용할지라도, 하나 또는 그 초과의 Rx 및 Tx 전극을 단독 또는 조합으로 사용하는 다른 구성이 특정 애플리케이션에서 원하는 대로 검출기에 노이즈를 연결시키도록 사용될 수 있음을 이해하여야 한다.
위에 기술된 다양한 회로는 아날로그 및 디지털 환경에서 의도된 대로 수행한다. 동기화와 결합되면, 노이즈 블랭킹, 지연 라인 및 필터들 각각은 성능을 향상시키고 결합 노이즈(coupled noise)의 영향을 감소시키기에 효과적이다.
후속 설명은, 본 발명의 몇 가지 실시예에 대한 양호한 이해를 제공하기 위해 특정 시스템, 컴포넌트, 방법 등의 예들로서 수많은 특별한 세부사항을 설명한다. 그러나, 본 발명의 적어도 일부 실시예는 이러한 특별한 세부사항이 없이도 실시될 수 있음이 당업자에게는 명백할 것이다. 다른 예시에서, 불필요하게 본 발명을 불명확하게 하는 것을 피하기 위해, 잘 알려진 컴포넌트 또는 방법은 상세하게 기술되지 않거나 단순한 블럭도 양식으로 표현되었다. 따라서, 설명된 구체적인 세부사항은 단순히 예시적일 뿐이다. 특별한 구현예는 이들 예시적인 세부사항으로부터 변화될 수 있으며, 여전히 본 발명의 사상 및 범위 내에 있는 것으로 여겨질 수 있다.
"일 실시예" 또는 "실시예"에 대한 설명에서의 참조는 실시예와 관련하여 기술된 특별한 특징, 구조 또는 성질이 본 발명의 적어도 일 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 명세서의 다양한 곳에서의 구문 "일 실시예에서"의 표현은 반드시 모두 동일한 실시예를 언급하는 것은 아니다.
여기에 기술된 본 발명의 실시예는 다양한 동작을 포함한다. 이들 동작은 하드웨어 컴포넌트, 소프트웨어, 펌웨어 또는 이들의 조합에 의해 수행될 수 있다. 여기에 사용된 바와 같이, 용어 "~에 연결되는"은 하나 또는 그 초과의 중개 컴포넌트를 통하여 직접 또는 간접적으로 연결됨을 의미할 수 있다. 여기에 기술된 다양한 버스들에 대하여 제공된 신호들은 다른 신호들과 시간 다중화될 수 있으며 하나 또는 그 초과의 공통 버스들을 대하여 제공될 수 있다. 추가적으로, 회로 컴포넌트 또는 블럭사이의 상호연결은 버스들로서 또는 단일 신호 라인들로서 도시될 수 있다. 각각의 버스는 대안적으로 하나 또는 그 초과의 단일 신호 라인일 수 있으며 각각의 단일 신호 라인들은 대안적으로 버스들이 될 수 있다.
특정 실시예는 컴퓨터 판독가능 매체 상에 저장된 명령들을 포함할 수 있는 컴퓨터 프로그램 물건으로서 구현될 수 있다. 이들 명령은 설명된 동작을 수행하기 위해 범용 또는 특수 목적용 프로세서를 프로그래밍하기 위해 사용될 수 있다. 컴퓨터 판독가능 매체는 머신(예를 들면, 컴퓨터)에 의해 판독가능한 형태(예를 들어, 소프트웨어, 프로세싱 애플리케이션)로 정보를 저장 또는 전송하는 임의의 메커니즘을 포함한다. 컴퓨터 판독가능 저장 매체는 마그네틱 저장 매체(예를 들면, 플로피 디스켓), 광저장 매체(예를 들면 CD-ROM), 광자기 저장 매체, 판독 전용 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 소거가능한 프로그램 가능 메모리(예를 들면 EPROM 및 EEPROM), 플래시 메모리, 또는 전기적 명령을 저장하기에 적합한 또 다른 타입의 매체를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 컴퓨터 판독가능 전송 매체는 전기적, 광학적, 음향적 또는 다른 형태의 전파 신호(예를 들면, 반송파, 적외선 신호, 디지털 신호 등) 또는 전기적 명령을 전송하기에 적합한 또 다른 타입의 매체를 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
추가적으로, 일부 실시예는 컴퓨터 판독가능 매체가 하나 또는 그 초과의 컴퓨터 시스템에 의해 저장 및/또는 실행될 수 있는 분산 컴퓨팅 환경에서 실시될 수 있다. 추가로, 컴퓨터 시스템들간 전송되는 정보는 이 컴퓨터 시스템을 연결하는 전송 매체 전역에서 풀되거나(pulled) 푸쉬될 수 있다(pushed).
비록 여기의 방법(들)의 동작이 특별한 순서대로 도시되고 기술되었을 지라도, 각 방법의 동작 순서는 특정 동작이 역순서로 수행되거나 일부 동작이 적어도 부분적으로 다른 동작과 동시에 수행될 수 있도록 변경될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 별개의 동작의 명령 또는 서브-명령이 간헐적 및/또는 교호적인 방식일 수 있다.
전술한 명세서에서, 본 발명은 이의 특정 예시적인 실시예를 참조하여 기술되었다. 그러나, 다양한 변형 및 변경이 첨부된 청구항에 기술된 본 발명의 더 넓은 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있음이 명백할 것이다. 따라서, 명세서 및 도면은 제한적인 의미로서가 아닌 예시적인 의미로서 여겨져야 한다.

Claims (20)

  1. 터치 스크린 제어기들에서 생성된 신호들에 대한 노이즈 영향을 감소시키는 장치로서,
    노이즈에 응답하여 출력을 생성하는 검출기; 및
    상기 신호들 및 상기 노이즈를 동기시키는 상태 머신을 포함하는, 노이즈 영향을 감소시는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 노이즈에 반응하여 측정 인터벌 동안 상기 노이즈를 평균하기 위한 노이즈 필터를 더 포함하는, 노이즈 영향을 감소시키는 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 노이즈에 반응하여 상기 노이즈 및 상기 신호들을 최고값으로부터 최저값으로 내림 차순으로 저장하기 위한 저장 버퍼를 더 포함하고, 상기 노이즈 필터는 상기 최고값 및 상기 최저값을 폐기하고 상기 최고값과 상기 최저값 사이의 나머지 값들을 평균하는 중앙값 필터(median filter)를 포함하는, 노이즈 영향을 감소시키는 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 검출기는, 디스플레이로부터의 상기 노이즈를 나타내는 출력을 생성하기 위해서 상기 디스플레이의 선택된 출력들에 반응하게 연결된 임계치 비교기를 포함하는, 노이즈 영향을 감소시키는 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 터치 스크린은 Rx 출력들 및 Tx 출력들을 가지며, 상기 임계치 비교기는 적어도 하나의 미사용 Tx 전극 및 적어도 하나의 Rx 전극에 연결되는, 노이즈 영향을 감소시키는 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 Tx 전극 및 상기 Rx 전극 각각에서의 이득을 밸런싱하기 위해 각각 선택된 Tx 전극 및 Rx 전극에 대한 이득 제어 네트워크를 더 포함하는, 노이즈 영향을 감소시키는 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 검출기는 디지털 회로인, 노이즈 영향을 감소시키는 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    Tx 여기 사이클의 제 1 하프 사이클 및 제 2 하프 사이클 각각에 대한 지연을 포함하는 지연 라인;
    노이즈 이벤트에 반응하는 게이트; 및
    상기 게이트에 반응하게 연결되어, 상기 노이즈가 존재하지 않는 경우 상기 제 1 하프 사이클 및 상기 제 2 하프 사이클을 선택하고, 상기 노이즈 이벤트가 검출되는 경우 기준(reference)을 선택하는 신호 소스 선택기
    를 더 포함하는, 노이즈 영향을 감소시키는 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 게이트는 고정 샘플링 1 타임을 제공하기 위해 원샷(one shot)을 포함하는, 노이즈 영향을 감소시키는 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 검출기에 반응하여, 상기 노이즈가 펄스 노이즈인 경우 제 1 모드 및 제 2 모드 중 적어도 하나에서, 선택된 개수의 노이즈 펄스들 간의 지속기간을 측정하기 위한 타이머를 더 포함하는, 노이즈 영향을 감소시키는 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 모드는 계속적인, 노이즈 영향을 감소시키는 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    각각의 선택된 개수의 노이즈 펄스들은 선택된 개수의 노이즈들 펄스들 이후에 포즈(pause)를 개시하도록 구성되는, 노이즈 영향을 감소시키는 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 상태 머신이 출력 펄스들에 응답하여 측정치(measurement)를 생성할 수 있도록 상기 상태 머신에 연결된 상기 출력 펄스들을 생성하는 카운터를 더 포함하고,
    상기 카운터는 상기 검출기 출력에 반응하여 상기 노이즈가 존재하는 경우 상기 카운터를 중지시키고, 상기 카운터가 중지된 경우, 상기 상태 머신은 디스에이블 되도록 구성되는, 노이즈 영향을 감소시키는 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 터치 스크린의 Rx 전극들 및 Tx 전극들 중 하나 또는 그 초과의 것을 상기 노이즈 검출기에 선택적으로 연결하는 멀티플렉서를 포함하는, 노이즈 영향을 감소시키는 장치.
  15. 방법으로서,
    터치 스크린으로부터 노이즈 및 신호를 검출하기 위해 노이즈 리스닝을 수행하는 단계; 및
    상기 노이즈 및 상기 신호를 동기시키는 단계를 포함하는, 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    패널의 선택된 Tx 출력 및 Rx 출력으로부터 입력들을 감지하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    윈도우 필터, 평균 필터 및 중앙값 필터 중 적어도 하나를 사용하여 상기 노이즈를 필터링하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 노이즈 및 상기 신호를 선택된 인터벌 동안 지연시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 노이즈가 존재하는 경우 고정 인터벌 동안 노이즈 및 신호 출력을 디스에이블하고, 상기 고정 인터벌 이후에 신호 출력을 인에이블하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  20. 장치로서,
    이미지들 및 노이즈를 생성하는 디스플레이;
    상기 디스플레이에 덮어씌운 터치 스크린 ―상기 터치 스크린은 신호들을 생성하기 위해 터치 감응 전극들을 포함함―; 및
    상기 터치 스크린에 반응하게 연결되는 터치 스크린 제어기를 포함하고,
    상기 터치 스크린 제어기는,
    프로세서,
    상기 프로세서 및 적어도 하나의 터치 감응 전극 및 미구동 전극에 동작하게 연결되는 노이즈 검출기 ―상기 노이즈 검출기는, 노이즈가 존재하는 경우 상기 프로세서 및 노이즈에 반응하여 동기화 신호를 생성함―, 및
    상기 프로세서와 동작가능하게 연결되고, 상기 신호들 및 상기 동기화 신호에 반응하여 상기 신호들을 상기 노이즈와 동기시키는, 상태 머신을 포함하는, 장치.
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