KR20130098459A - 노이즈 스펙트럼 추정 장치 및 이를 포함하는 터치 스크린 장치 - Google Patents

노이즈 스펙트럼 추정 장치 및 이를 포함하는 터치 스크린 장치 Download PDF

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KR20130098459A
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최광호
이창주
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Abstract

노이즈 스펙트럼 추정 장치는 적응형 임펄스 응답 발생부 및 추정부를 포함한다. 적응형 임펄스 응답 발생부는 터치 패널의 노이즈 신호를 샘플링하여 생성된 복수의 노이즈 데이터에 대한 적응적인 트레이닝 동작을 수행하여 임펄스 응답 정보를 발생한다. 추정부는 임펄스 응답 정보에 대한 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform; FFT)을 수행하여 복수의 노이즈 데이터에 상응하는 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보를 발생한다.

Description

노이즈 스펙트럼 추정 장치 및 이를 포함하는 터치 스크린 장치{NOISE SPECTRUM ESTIMATOR AND TOUCH SCREEN DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 노이즈 스펙트럼 추정 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 터치 패널의 노이즈 스펙트럼 추정 장치 및 이를 포함하는 터치 스크린 장치에 관한 것이다.
사용자에 의한 입력 행위 또는 이벤트를 인식하기 위한 장치의 하나로서 터치 패널 및 이를 포함하는 터치 스크린이 널리 이용되고 있다. 터치 스크린은 사용자의 손가락, 스타일러스 펜 등을 스크린 표면에 접촉함으로써 사용자가 의도한 기능이 수행되도록 유용하게 이용될 수 있다.
일반적인 전자 장치와 마찬가지로, 터치 패널에도 노이즈 또는 전기적인 간섭이 존재할 수 있다. 터치 패널 상에서 터치 이벤트를 정확하게 검출하기 위해서는, 상기와 같은 터치 패널의 노이즈를 분석하고 이를 회피 및/또는 제거할 필요가 있다.
본 발명의 일 목적은 터치 패널의 노이즈 특성을 효과적으로 분석할 수 있는 노이즈 스펙트럼 추정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 노이즈 스펙트럼 추정 장치를 포함하여 정확하고 효율적으로 터치 이벤트를 검출할 수 있는 터치 스크린 장치를 제공하는 것이다.
상기 일 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 노이즈 스펙트럼 추정 장치는 적응형 임펄스 응답 발생부 및 추정부를 포함한다. 상기 적응형 임펄스 응답 발생부는 터치 패널의 노이즈 신호를 샘플링하여 생성된 복수의 노이즈 데이터에 대한 적응적인 트레이닝 동작을 수행하여 임펄스 응답 정보를 발생한다. 상기 추정부는 상기 임펄스 응답 정보에 대한 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform; FFT)을 수행하여 상기 복수의 노이즈 데이터에 상응하는 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보를 발생한다.
상기 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보에서 검출된 제1 노이즈 피크 포인트들에 상응하는 제1 피크 주파수들과, 상기 복수의 노이즈 데이터에 대한 FFT를 수행하여 획득된 제2 노이즈 피크 포인트들에 상응하는 제2 피크 주파수들은 동일할 수 있다.
상기 노이즈 스펙트럼 추정 장치는 상기 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보를 분석하여 상기 제1 피크 주파수들을 검출하는 피크 검출부를 더 포함할 수 있다.
상기 적응형 임펄스 응답 발생부는 적응형 라인 인핸서(adaptive line enhancer) 필터로 구현될 수 있다.
상기 적응형 임펄스 응답 발생부는 지연부, 연산부 및 적응형 필터부를 포함할 수 있다. 상기 지연부는 상기 복수의 노이즈 데이터를 지연하여 지연 노이즈 데이터를 발생할 수 있다. 상기 연산부는 상기 복수의 노이즈 데이터에서 제1 추정 노이즈 데이터를 감산하여 제2 추정 노이즈 데이터를 발생할 수 있다. 상기 적응형 필터부는 상기 지연 노이즈 데이터 및 상기 제2 추정 노이즈 데이터를 기초로 상기 적응적인 트레이닝 동작을 수행하여 상기 임펄스 응답 정보 및 상기 제1 추정 노이즈 데이터를 발생할 수 있다.
상기 적응형 필터부의 탭 계수와 상기 추정부에서 수행되는 FFT의 포인트 수는 동일할 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 장치는 터치 패널, 신호 처리부, 노이즈 스펙트럼 추정부, 필터부 및 터치 패널 제어부를 포함한다. 상기 신호 처리부는 상기 터치 패널에서 제공되는 복수의 센싱 신호들에 기초하여 복수의 전압 데이터를 발생한다. 상기 노이즈 스펙트럼 추정부는 노이즈 센싱 모드에서 상기 복수의 전압 데이터에 기초하여 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보를 발생한다. 상기 필터부는 터치 센싱 모드에서, 필터 선택 신호에 기초하여 복수의 필터들 중 하나를 선택하고, 상기 선택된 필터를 기초로 상기 복수의 전압 데이터를 필터링하여 필터링 데이터를 발생한다. 상기 터치 패널 제어부는 상기 노이즈 센싱 모드에서 상기 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보를 분석하여 상기 필터 선택 신호를 발생하며, 상기 터치 센싱 모드에서 상기 터치 패널에 구동 신호를 제공하고 상기 필터링 데이터에 기초하여 상기 터치 패널의 터치 포인트를 결정한다. 상기 노이즈 스펙트럼 추정부는 적응형 임펄스 응답 발생부 및 추정부를 포함한다. 상기 적응형 임펄스 응답 발생부는 상기 노이즈 센싱 모드에서 상기 복수의 전압 데이터에 대한 적응적인 트레이닝 동작을 수행하여 임펄스 응답 정보를 발생한다. 상기 추정부는 상기 노이즈 센싱 모드에서 상기 임펄스 응답 정보에 대한 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform; FFT)을 수행하여 상기 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보를 발생한다.
상기 필터부는 평균화 필터 및 주파수 필터를 포함할 수 있다. 상기 필터부는 상기 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보의 분석 결과에 기초하여, 상기 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보가 균등 분포(uniform distribution)에 상응하는 경우에는 상기 평균화 필터를 선택하고, 상기 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보가 비균등 분포(ununiform distribution)에 상응하는 경우에는 상기 주파수 필터를 선택할 수 있다.
상기 주파수 필터는 유한 임펄스 응답(Finite Impulse Response; FIR) 필터 또는 무한 임펄스 응답(Infinite Impulse Response; IIR) 필터일 수 있다.
상기 터치 패널 제어부는 상기 노이즈 센싱 모드에서 상기 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보를 분석하여 노이즈 피크 포인트들에 상응하는 피크 주파수들을 검출하며, 상기 피크 주파수들을 제외하고 상기 구동 신호의 주파수를 결정할 수 있다.
상기 터치 패널 제어부는 상기 터치 스크린 장치의 동작 모드를 결정하는 모드 선택 신호를 더 발생할 수 있다.
상기 터치 패널 제어부는 상기 터치 센싱 모드에서 상기 필터링 데이터가 노이즈에 상응하는지 여부를 판단할 수 있다. 상기 터치 패널 제어부는 상기 판단 결과에 기초하여, 상기 필터링 데이터가 상기 노이즈에 상응하는 경우에는 상기 모드 선택 신호에 기초하여 상기 터치 스크린 장치의 동작 모드를 상기 터치 센싱 모드에서 상기 노이즈 센싱 모드로 전환하고, 상기 필터링 데이터가 상기 노이즈에 상응하지 않는 경우에는 상기 필터링 데이터에 기초하여 상기 터치 패널의 터치 포인트를 결정할 수 있다.
상기 신호 처리부는 정전용량-전압(capacitive-voltage) 컨버터, 안티-알리아싱(anti-aliasing) 필터 및 아날로그-디지털 컨버터를 포함할 수 있다. 상기 정전용량-전압 컨버터는 상기 터치 패널의 복수의 센싱 채널들에서 감지된 정전용량의 변화에 상응하는 상기 복수의 센싱 신호들에 기초하여 복수의 제1 전압 신호들을 발생할 수 있다. 상기 안티-알리아싱 필터는 상기 복수의 제1 전압 신호들에 기초하여 복수의 제2 전압 신호들을 발생할 수 있다. 상기 아날로그-디지털 컨버터는 상기 복수의 제2 전압 신호들에 기초하여 상기 복수의 전압 데이터를 발생할 수 있다.
상기 아날로그-디지털 컨버터는 상기 복수의 제2 전압 신호들 중 적어도 두 개를 선택적으로 합산하여 제3 전압 신호를 발생하고, 상기 제3 전압 신호를 아날로그-디지털 변환하여 상기 복수의 전압 데이터를 발생할 수 있다.
상기 터치 스크린 장치는 디스플레이 패널 및 디스플레이 구동부를 더 포함할 수 있다. 상기 디스플레이 패널은 상기 터치 패널과 중첩되도록 배치될 수 있다. 상기 디스플레이 구동부는 상기 디스플레이 패널 상에 영상을 표시하도록 상기 디스플레이 패널을 제어할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시예들에 따른 노이즈 스펙트럼 추정 장치는, 터치 패널의 노이즈 데이터에 대한 적응적인 트레이닝 동작을 수행하여 임펄스 응답 정보를 발생하고, 임펄스 응답 정보에 대한 FFT를 수행하여 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보를 발생함으로써, 상대적으로 연산량이 적고 간단한 구조를 가질 수 있으며 터치 패널의 노이즈 특성을 정확하고 효과적으로 분석할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시예들에 따른 노이즈 스펙트럼 추정 장치를 포함하는 터치 스크린 장치는, 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보에 대한 분석 결과에 기초하여 터치 패널의 구동 주파수를 결정하고 터치 데이터를 필터링하는 필터의 종류를 선택함으로써, 터치 패널의 노이즈를 회피하고 정확하고 효율적으로 터치 이벤트를 검출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 노이즈 스펙트럼 추정 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 노이즈 스펙트럼 추정 장치의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 4a 및 4b는 도 2의 노이즈 스펙트럼 추정 장치의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 5는 도 1의 노이즈 스펙트럼 추정 장치의 다른 예를 나타내는 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 노이즈 스펙트럼 추정 방법을 나타내는 순서도이다.
도 7은 도 6의 임펄스 응답 정보를 발생하는 단계의 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 장치를 나타내는 블록도이다.
도 9a 및 9b는 도 8의 터치 스크린 장치에 포함되는 터치 패널을 설명하기 위한 도면들이다.
도 10은 도 8의 터치 스크린 장치에 포함되는 아날로그-디지털 컨버터의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 11은 도 8의 터치 스크린 장치에 포함되는 필터부의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 장치의 동작 방법을 나타내는 순서도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 스크린 장치를 나타내는 블록도이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 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 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
한편, 어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정 블록 내에 명기된 기능 또는 동작이 순서도에 명기된 순서와 다르게 일어날 수도 있다. 예를 들어, 연속하는 두 블록이 실제로는 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 관련된 기능 또는 동작에 따라서는 상기 블록들이 거꾸로 수행될 수도 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 노이즈 스펙트럼 추정 장치를 나타내는 블록도이다.
본 발명의 실시예들에 따른 노이즈 스펙트럼 추정 장치는 터치 스크린 장치에 포함될 수 있으며, 터치 스크린 장치 내의 터치 패널에서 감지되는 노이즈 신호를 추정하고 추정 결과를 기초로 터치 패널의 구동 주파수를 결정하기 위하여 이용될 수 있다. 이하, 정전용량(capacitive) 방식의 터치 스크린 장치를 중심으로 본 발명의 실시예들을 설명하지만, 본 발명의 실시예들에 따른 노이즈 스펙트럼 추정 장치는 다양한 방식의 터치 스크린 장치에 적용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 노이즈 스펙트럼 추정 장치(100)는 적응형 임펄스 응답 발생부(120) 및 추정부(140)를 포함한다.
적응형 임펄스 응답 발생부(120)는 복수의 노이즈 데이터(NDATA)에 대한 적응적인 트레이닝 동작을 수행하여 임펄스 응답 정보(IRI)를 발생한다. 노이즈 데이터(NDATA)는 디지털 신호일 수 있으며, 터치 패널의 노이즈 신호를 샘플링하여(예를 들어, 센싱하고, 필터링하고, 아날로그-디지털 변환하여) 생성될 수 있다. 노이즈 데이터(NDATA)의 구체적인 생성 과정은 도 8을 참조하여 후술하도록 한다.
추정부(140)는 임펄스 응답 정보(IRI)에 대한 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform; FFT)을 수행하여 복수의 노이즈 데이터(NDATA)에 상응하는 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보(NFSEI)를 발생한다.
도 3e, 3f, 4a 및 4b를 참조하여 후술하는 바와 같이, 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보(NFSEI)를 분석하여 제1 노이즈 피크 포인트들 및 상기 제1 노이즈 피크 포인트들에 상응하는 제1 피크 주파수들을 검출할 수 있다. 여기서, 노이즈 피크 포인트란 노이즈 주파수 스펙트럼을 구성하는 복수의 포인트들 중에서 노이즈 문턱 값보다 크고 이전 포인트의 값 및 다음 포인트의 값보다 모두 큰 값을 가지는 포인트를 의미하며, 피크 주파수는 상기 노이즈 피크 포인트에 대한 주파수를 의미한다. 상기 검출된 제1 피크 주파수들은, 노이즈 데이터(NDATA)에 대하여 직접 FFT를 수행하여 획득된 제2 노이즈 피크 포인트들에 상응하는 제2 피크 주파수들과 실질적으로 동일할 수 있다.
일반적으로 터치 스크린 장치는 휴대용 전자 기기에 널리 사용되며, 이 경우 시간 및 공간에 따라 휴대용 전자 기기의 노이즈 특성, 즉, 터치 패널의 노이즈 특성이 변화될 수 있다. 따라서 터치 이벤트가 발생하기 이전에 터치 패널의 노이즈 특성을 분석하고 분석 결과에 기초하여 노이즈를 회피 및/또는 제거함으로써, 터치 스크린 장치의 오작동을 방지할 필요가 있다. 노이즈 분석 및 회피를 위한 다양한 기술들이 제안되어 왔으나, 종래의 기술들은 연산량이 많아 상대적으로 오랜 시간이 걸리거나, 구현이 복잡하여 회로의 사이즈가 증가하는 등의 문제가 있었다.
본 발명의 일 실시예에 따른 노이즈 스펙트럼 추정 장치(100)는, 노이즈 데이터(NDATA)에 대한 적응적인 트레이닝 동작을 수행하여 임펄스 응답 정보(IRI)를 발생하고, 임펄스 응답 정보(IRI)에 대한 FFT를 수행하여 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보(NFSEI)를 발생함으로써, 상대적으로 연산량이 적고 간단한 구조를 가질 수 있다. 상술한 바와 같이, 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보(NFSEI)로부터 검출된 제1 피크 주파수들은 노이즈 데이터(NDATA)에 대하여 직접 FFT를 수행하여 획득된 제2 피크 주파수들과 실질적으로 동일하므로, 노이즈 스펙트럼 추정 장치(100)는 터치 패널의 노이즈 특성을 정확하고 효과적으로 분석할 수 있다. 또한, 도 8을 참조하여 후술하는 바와 같이, 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보(NFSEI)로부터 검출된 피크 주파수들에 기초하여(예를 들어, 상기 피크 주파수들을 제외하고) 터치 패널의 구동 주파수를 결정함으로써, 터치 패널의 노이즈를 회피하고 정확하고 효율적으로 터치 이벤트를 검출할 수 있다.
도 2는 도 1의 노이즈 스펙트럼 추정 장치의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 노이즈 스펙트럼 추정 장치(100a)는 적응형 임펄스 응답 발생부(120) 및 FFT부(140a)를 포함할 수 있다.
적응형 임펄스 응답 발생부(120)는 적응형 라인 인핸서(adaptive line enhancer) 필터의 형태로 구현될 수 있다. 적응형 임펄스 응답 발생부(120)는 지연부(122), 연산부(124) 및 적응형 필터부(126)를 포함할 수 있다.
지연부(122)는 복수의 노이즈 데이터(n[n])를 미리 정해진 지연량(m)만큼 지연하여 지연 노이즈 데이터(n[n-m])를 발생할 수 있다. 상기 미리 정해진 지연량(m)은 프로그램 가능한 상관 인자(correlation factor)일 수 있다.
연산부(124)는 복수의 노이즈 데이터(n[n])에서 제1 추정 노이즈 데이터(y[n])를 감산하여 제2 추정 노이즈 데이터(e[n])를 발생할 수 있다. 제1 추정 노이즈 데이터(y[n])는 적응형 필터부(126)로부터 제공되며, 복수의 노이즈 데이터(n[n])의 지배적인(dominant) 노이즈 성분, 예를 들어 주기적인(periodic) 노이즈 성분에 대한 추정 데이터일 수 있다. 제2 추정 노이즈 데이터(e[n])는 복수의 노이즈 데이터(n[n])의 지배적인 노이즈 성분이 아닌 노이즈 성분, 예를 들어 랜덤(random) 노이즈 성분에 대한 추정 데이터일 수 있다.
적응형 필터부(126)는 지연 노이즈 데이터(n[n-m]) 및 제2 추정 노이즈 데이터(e[n])를 기초로 상기 적응적인 트레이닝 동작을 수행하여 임펄스 응답 정보(w[n]) 및 제1 추정 노이즈 데이터(y[n])를 발생할 수 있다. 여기서, 적응적인 트레이닝 동작이란 미리 정해진 충분히 긴 시간 동안 노이즈 데이터(n[n])를 분석하여 임펄스 응답 정보(w[n])를 발생하는 것을 의미하며, 일반적으로 MSE(Mean Square Error)를 최소화시키기 위한 알고리즘, 예를 들어, LMS(Least Mean Square) 알고리즘 또는 RLS(Recursive Least Square) 알고리즘이 이용될 수 있다.
일 실시예에서, 적응형 필터부(126)는 임의의 탭 계수를 가지는 적응형 유한 임펄스 응답(Finite Impulse Response; FIR) 필터로 구현될 수 있다. 이 경우, 임펄스 응답 정보(w[n]), 제1 추정 노이즈 데이터(y[n]) 및 제2 추정 노이즈 데이터(e[n])는 각각 하기의 [수학식 1], [수학식 2] 및 [수학식 3]을 만족할 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
[수학식 2]
Figure pat00002
[수학식 3]
Figure pat00003
상기의 [수학식 1]에서, μ는 프로그램 가능한 수렴 인자(convergence factor)일 수 있다. 상기의 [수학식 2]에서, M은 적응형 FIR 필터의 탭 계수일 수 있다.
FFT부(140a)는 도 1의 추정부(140)에 대응하며, 임펄스 응답 정보(w[n])에 대한 FFT를 수행하여 복수의 노이즈 데이터(n[n])에 상응하는 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보(NFSEI)를 발생할 수 있다. FFT부(140a)는 임펄스 응답 정보(w[n])에 대하여 임의의 포인트 수만큼 FFT를 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 적응형 필터부(126)의 탭 계수와 FFT부(140a)에서 수행되는 FFT의 포인트 수는 실질적으로 동일할 수 있다. 예를 들어, 적응형 필터부(126)의 탭 계수가 64인 경우에, 즉, 적응형 필터부(126)가 64-탭 FIR 필터로 구현되는 경우에, FFT부(140a)에서 수행되는 FFT의 포인트 수는 64일 수 있다.
도 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 4a 및 4b는 도 2의 노이즈 스펙트럼 추정 장치의 동작을 설명하기 위한 도면들이다. 도 3a는 노이즈 데이터(n[n])에 상응하는 그래프이고, 도 3b는 제1 추정 노이즈 데이터(y[n])에 상응하는 그래프이고, 도 3c는 제2 추정 노이즈 데이터(e[n])에 상응하는 그래프이며, 도 3d는 임펄스 응답 정보(w[n])에 상응하는 그래프이다. 도 3e는 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보(NFSEI)의 일 예를 나타내는 그래프이며, 도 3f는 도 3e의 그래프에 상응하는 노이즈 데이터에 대하여 직접 FFT를 수행하여 획득된 그래프이다. 도 4a는 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보(NFSEI)의 다른 예를 나타내는 그래프이며, 도 4b는 도 4a의 그래프에 상응하는 노이즈 데이터에 대하여 직접 FFT를 수행하여 획득된 그래프이다.
도 2, 3a, 3b, 3c, 3d, 3e 및 3f를 참조하면, 적응형 임펄스 응답 발생부(120)의 적응적인 트레이닝 동작에 기초하여, 도 3a에 도시된 노이즈 데이터가 도 3b에 도시된 제1 추정 노이즈 데이터(즉, 지배적인 노이즈 성분)와 도 3c에 도시된 제2 추정 노이즈 데이터(즉, 랜덤 노이즈 성분)로 분리될 수 있으며, 도 3a에 도시된 노이즈 데이터로부터 도 3d에 도시된 바와 같은 임펄스 응답 정보가 획득될 수 있다.
FFT부(140a)의 64 포인트 FFT 동작에 기초하여, 도 3d에 도시된 임펄스 응답 정보로부터 도 3e에 도시된 바와 같은 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보가 획득될 수 있다. 도 3e의 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보로부터 제1 노이즈 피크 포인트들(pk11, pk12)에 대한 제1 피크 주파수들(pf11, pf12)이 검출될 수 있다.
한편, 도 3a에 도시된 노이즈 데이터에 대하여 직접 FFT를 수행하여 도 3f의 그래프가 획득될 수 있으며, 도 3f의 그래프로부터 제2 노이즈 피크 포인트들(pk21, pk22)에 대한 제2 피크 주파수들(pf21, pf22)이 획득될 수 있다. 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보에서 검출된 제1 피크 주파수들(pf11, pf12)과 노이즈 데이터에 대하여 직접 FFT를 수행하여 획득된 제2 피크 주파수들(pf21, pf22)은 각각 실질적으로 동일할 수 있다.
도 4a 및 4b를 참조하면, 노이즈 데이터에 대한 적응적인 트레이닝 동작 및 상기 노이즈 데이터에 상응하는 임펄스 응답 정보에 대한 FFT 동작에 기초하여 도 4a에 도시된 바와 같은 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보가 획득될 수 있고, 상기 노이즈 데이터에 대한 직접적인 FFT 동작에 기초하여 도 4b의 그래프가 획득될 수 있다. 도 4a의 그래프에 포함되는 복수의 포인트들 중에서 노이즈 문턱 값(NTH)보다 크고 이전 포인트의 값 및 다음 포인트의 값보다 모두 큰 값을 가지는 제1 노이즈 피크 포인트들(pk31, pk32, pk33, pk34) 및 이에 대한 제1 피크 주파수들(pf31, pf32, pf33, pf34)이 검출될 수 있다. 도 4b의 그래프로부터 제2 노이즈 피크 포인트들(pk41, pk42, pk43, pk44)에 대한 제2 피크 주파수들(pf41, pf42, pf43, pf44)이 획득될 수 있다. 제1 피크 주파수들(pf31, pf32, pf33, pf34)과 제2 피크 주파수들(pf41, pf42, pf43, pf44)은 각각 실질적으로 동일할 수 있다.
도 5는 도 1의 노이즈 스펙트럼 추정 장치의 다른 예를 나타내는 블록도이다.
도 5를 참조하면, 노이즈 스펙트럼 추정 장치(100b)는 적응형 임펄스 응답 발생부(120), FFT부(140a) 및 피크 검출부(160)를 포함할 수 있다.
피크 검출부(160)를 더 포함하는 것을 제외하면, 도 5의 노이즈 스펙트럼 추정 장치(100b)는 도 2의 노이즈 스펙트럼 추정 장치(100a)와 실질적으로 동일한 구성을 가지므로 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
피크 검출부(160)는 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보(NFSEI)를 분석하여 피크 주파수들(PF)을 검출할 수 있다. 도 8을 참조하여 후술하는 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 노이즈 스펙트럼 추정 장치는 터치 스크린 장치에 포함되며 터치 패널 제어부와 연결될 수 있다. 도 2의 노이즈 스펙트럼 추정 장치(100a)는 상기 터치 패널 제어부에 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보(NFSEI)만을 제공하며, 상기 터치 패널 제어부는 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보(NFSEI)를 분석하여 상기 피크 주파수들을 검출해야 한다. 도 5의 노이즈 스펙트럼 추정 장치(100b)는 상기 터치 패널 제어부에 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보(NFSEI) 및 피크 주파수들(PF)을 함께 제공하므로, 상기 터치 패널 제어부는 추가적인 연산 동작 없이 제공된 피크 주파수들(PF)에 기초하여 상기 터치 패널의 구동 주파수를 결정할 수 있으며, 따라서 상기 터치 패널 제어부의 연산량이 감소될 수 있다.
도 2 내지 도 5에서는, 적응형 임펄스 응답 발생부(120)가 적응형 라인 인핸서 필터의 형태로 구현되는 실시예를 도시하였지만, 실시예에 따라서 적응형 임펄스 응답 발생부(120)는 적응형 노이즈 제거(adaptive noise cancelling) 필터의 형태로 구현될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 노이즈 스펙트럼 추정 방법을 나타내는 순서도이다.
도 1 및 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 노이즈 스펙트럼 추정 방법에서는, 노이즈 데이터(NDATA)에 대한 적응적인 트레이닝 동작을 수행하여 임펄스 응답 정보(IRI)를 발생하고(단계 S120), 임펄스 응답 정보(IRI)에 대한 FFT를 수행하여 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보(NFSEI)를 발생한다. 노이즈 데이터(NDATA)는 터치 패널의 노이즈 신호를 샘플링하여 생성될 수 있으며, 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보(NFSEI)는 복수의 노이즈 데이터(NDATA)에 상응할 수 있다. 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보(NFSEI)로부터 검출된 제1 피크 주파수들은 노이즈 데이터(NDATA)에 대하여 직접 FFT를 수행하여 획득된 제2 피크 주파수들과 실질적으로 동일하므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 노이즈 스펙트럼 추정 방법을 이용하는 경우에 터치 패널의 노이즈 특성이 정확하고 효과적으로 분석될 수 있다.
도 7은 도 6의 임펄스 응답 정보를 발생하는 단계의 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 1, 2, 6 및 7을 참조하면, 임펄스 응답 정보를 발생하는 단계(S120)에서는, 노이즈 데이터(n[n])를 지연하여 지연 노이즈 데이터(n[n-m])를 발생하고(단계 S122), 노이즈 데이터(n[n])에서 제1 추정 노이즈 데이터(y[n])를 감산하여 제2 추정 노이즈 데이터(e[n])를 발생하며(단계 S124), 지연 노이즈 데이터(n[n-m]) 및 제2 추정 노이즈 데이터(e[n])를 기초로 상기 적응적인 트레이닝 동작을 수행하여 임펄스 응답 정보(w[n]) 및 제1 추정 노이즈 데이터(y[n])를 발생할 수 있다(단계 S126). 예를 들어, 상기 적응적인 트레이닝 동작을 수행하기 위하여 LMS 알고리즘 또는 RLS 알고리즘이 이용될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 장치를 나타내는 블록도이다.
도 8을 참조하면, 터치 스크린 장치(200)는 터치 패널(210), 신호 처리부(220), 노이즈 스펙트럼 추정부(230), 필터부(240) 및 터치 패널 제어부(250)를 포함한다. 터치 스크린 장치(200)는 스위치부(235)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 터치 스크린 장치는 노이즈 센싱 모드 및 터치 센싱 모드의 두 가지 동작 모드로 동작할 수 있다. 터치 스크린 장치(200)는 상기 노이즈 센싱 모드에서 터치 패널(210)에 존재하는 노이즈 특성을 분석할 수 있고, 상기 터치 센싱 모드에서 터치 패널(210) 상의 터치 이벤트를 검출하여 터치 포인트를 결정할 수 있다.
터치 패널(210)은 그 표면으로부터의 접촉에 의해 각 포인트에서 발생하는 터치 이벤트를 감지할 수 있도록 구성된다. 상기 터치 이벤트는 터치 패널(210)에 하나의 터치가 행해지는 싱글 터치 동작 또는 터치 패널(210)에 복수의 터치들이 실질적으로 동시에 행해지는 멀티 터치 동작을 포함할 수 있다. 예를 들어, 터치 패널(210)은 정전용량 방식의 터치 패널일 수 있으며, 정전용량의 변화를 감지하여 복수의 센싱 신호들(CSEN)을 발생할 수 있다.
도 9a 및 9b는 도 8의 터치 스크린 장치에 포함되는 터치 패널을 설명하기 위한 도면들이다.
도 9a 및 9b를 참조하면, 터치 패널(210)은 복수의 행들(204)과 복수의 열들(206)의 교차점마다 매트릭스 형태로 배열되는 복수의 픽셀들(202)을 포함한다. 각 픽셀의 행 좌표와 열 좌표의 조합인 이차원 좌표로서 터치 패널(210) 상에서의 각 픽셀의 위치가 지정될 수 있으며, 상기 각 픽셀의 위치에 기초하여 터치 이벤트 발생 시에 터치 포인트가 결정될 수 있다. 실시예에 따라서, 터치 패널(210)의 각 픽셀의 위치는 반드시 서로 직교하는 행 좌표와 열 좌표의 조합으로서만 지정될 수 있는 것은 아니며, 서로 직교하지 않는 좌표축(예를 들어, 대각선 방향의 좌표축) 등을 통하여 지정될 수도 있다. 즉 터치 패널(210)의 픽셀들이 터치 패널(210)의 평면 상에 일정한 규칙을 가지고 배열되어 임의의 2개의 좌표들의 조합으로서 평면상의 각 포인트의 위치가 지정될 수 있으면 족하다.
복수의 행들(204)은 터치 패널(210)의 복수의 구동 채널들로서 동작할 수 있으며, 복수의 열들(206)은 터치 패널(210)의 복수의 센싱 채널들로서 동작할 수 있다. 상기 복수의 구동 채널들과 상기 복수의 센싱 채널들은 터치 스크린 장치(200)의 동작 모드에 따라서 다른 동작을 수행할 수 있다.
예를 들어, 도 9a에 도시된 것처럼, 상기 노이즈 센싱 모드에서 상기 복수의 구동 채널들에 접지 전압이 인가되고, 상기 복수의 센싱 채널들은 노이즈 신호에 의한 상기 복수의 구동 채널들과 상기 복수의 센싱 채널들 사이의 상호 커패시턴스(mutual capacitance, Cm)의 변화, 즉 정전용량의 변화에 대한 감지 동작을 수행하여 복수의 노이즈 센싱 신호들(NCSENa, NCSENb, NCSENc, NCSENd)을 발생할 수 있다. 도 9b에 도시된 것처럼, 상기 터치 센싱 모드에서 상기 복수의 구동 채널들에 구동 신호(DRV)가 인가되고, 상기 복수의 센싱 채널들은 터치 이벤트에 의한 상호 커패시턴스의 변화에 대한 감지 동작을 수행하여 복수의 터치 센싱 신호들(TCSENa, TCSENb, TCSENc, TCSENd)을 발생할 수 있다. 센싱 신호들(NCSENa, ..., NCSENd, TCSENa, ..., TCSENd)의 개수는 상기 센싱 채널들의 개수와 실질적으로 동일할 수 있다.
도 9a 및 9b에서는 터치 패널(210)이 4개의 구동 채널들 및 4개의 센싱 채널들을 포함하는 것으로 도시하였지만, 실시예에 따라서 터치 패널은 임의의 개수의 구동 채널들 및 센싱 채널들을 포함하여 구현될 수 있다.
다시 도 8을 참조하면, 신호 처리부(220)는 터치 패널(210)에서 제공되는 복수의 센싱 신호들(CSEN)에 기초하여 복수의 전압 데이터(VDATA)를 발생한다. 상술한 바와 같이, 복수의 센싱 신호들(CSEN)은 상기 노이즈 센싱 모드에서 노이즈 센싱 신호들(NCSENa, ..., NCSENd)일 수 있고, 상기 터치 센싱 모드에서 터치 센싱 신호들(TCSENa, ..., TCSENd)일 수 있다. 이에 따라, 복수의 전압 데이터(VDATA)는 상기 노이즈 센싱 모드에서 노이즈 데이터일 수 있고, 상기 터치 센싱 모드에서 터치 데이터일 수 있다.
신호 처리부(220)는 정전용량-전압(capacitive-to-voltage; C-V) 컨버터(222), 안티-알리아싱(anti-aliasing) 필터(224) 및 아날로그-디지털(analog-to-digital; A-D) 컨버터(226)를 포함할 수 있다.
C-V 컨버터(222)는 복수의 센싱 신호들(CSEN)에 기초하여 복수의 제1 전압 신호들(VS1)을 발생할 수 있다. 예를 들어, C-V 컨버터(222)는 터치 패널(210)의 상기 복수의 센싱 채널들에서 감지된 정전용량의 변화에 상응하는 복수의 센싱 신호들(CSEN)을 복수의 제1 전압 신호들(VS1)로 변환할 수 있다.
안티-알리아싱 필터(224)는 복수의 제1 전압 신호들(VS1)에 기초하여 신호 처리에 따라 야기될 수 있는 알리아싱 현상이 제거된 복수의 제2 전압 신호들(VS2)을 발생할 수 있다. 복수의 제1 전압 신호들(VS1) 및 복수의 제2 전압 신호들(VS2)의 개수는 각각 상기 센싱 채널들의 개수와 실질적으로 동일할 수 있다.
A-D 컨버터(226)는 복수의 제2 전압 신호들(VS2)에 기초하여 복수의 전압 데이터(VDATA)를 발생할 수 있다. 예를 들어, A-D 컨버터(226)는 복수의 제2 전압 신호들(VS2) 중 적어도 두 개를 합산하고 상기 합산 결과를 아날로그-디지털 변환하여 복수의 전압 데이터(VDATA)를 발생할 수 있다.
도 10은 도 8의 터치 스크린 장치에 포함되는 아날로그-디지털 컨버터의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 10을 참조하면, A-D 컨버터(226)는 연산부(228) 및 변환부(229)를 포함할 수 있다.
연산부(228)는 복수의 제2 전압 신호들(VS2a, VS2b, VS2c, VS2d)을 합산하여 제3 전압 신호(VS3)를 발생할 수 있다. 변환부(229)는 제3 전압 신호(VS3)를 아날로그-디지털 변환하여 복수의 전압 데이터(VDATA)를 발생할 수 있다.
도 10에서는 연산부(228)가 복수의 제2 전압 신호들(VS2a, VS2b, VS2c, VS2d) 모두를 합산하여 제3 전압 신호(VS3)를 발생하는 것으로 도시하였지만, 실시예에 따라서 연산부는 연산량을 감소시키기 위하여 복수의 제2 전압 신호들(VS2a, VS2b, VS2c, VS2d) 중 일부만을 선택적으로 합산하여 제3 전압 신호(VS3)를 발생할 수도 있다.
다시 도 8을 참조하면, 노이즈 스펙트럼 추정부(230)는 상기 노이즈 센싱 모드에서 복수의 전압 데이터(VDATA)에 기초하여 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보(NFSEI)를 발생할 수 있다. 상기 노이즈 센싱 모드에서 복수의 전압 데이터(VDATA)는 노이즈 데이터이므로, 노이즈 스펙트럼 추정부(230)는 상기 노이즈 데이터에 기초하여 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보(NFSEI)를 발생할 수 있다.
노이즈 스펙트럼 추정부(230)는 도 1의 노이즈 스펙트럼 추정 장치(100)와 실질적으로 동일한 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 노이즈 스펙트럼 추정부(230)는, 상기 노이즈 센싱 모드에서 복수의 전압 데이터(VDATA)에 대한 적응적인 트레이닝 동작을 수행하여 임펄스 응답 정보를 발생하는 적응형 임펄스 응답 발생부, 및 상기 임펄스 응답 정보에 대한 FFT를 수행하여 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보(NFSEI)를 발생하는 추정부를 포함할 수 있다. 한편, 실시예에 따라서 노이즈 스펙트럼 추정부(230)는 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보(NFSEI)를 분석하여 피크 주파수들(PF)을 검출하는 피크 검출부를 더 포함할 수 있으며, 터치 패널 제어부(250)에 피크 주파수들(PF)을 더 제공할 수 있다.
필터부(240)는 상기 터치 센싱 모드에서 필터 선택 신호(FS)에 기초하여 복수의 필터들 중 하나를 선택하고, 상기 선택된 필터를 기초로 복수의 전압 데이터(VDATA)를 필터링하여 필터링 데이터(FDATA)를 발생한다. 상기 터치 센싱 모드에서 복수의 전압 데이터(VDATA)는 터치 데이터이므로, 필터부(240)는 상기 터치 데이터에 기초하여 필터링 데이터(FDATA)를 발생할 수 있다.
도 11은 도 8의 터치 스크린 장치에 포함되는 필터부의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 11을 참조하면, 필터부(240)는 평균화 필터(244) 및 주파수 필터(246)를 포함하며, 제1 스위치부(242) 및 제2 스위치부(248)를 더 포함할 수 있다.
필터부(240)는 필터 선택 신호(FS)에 기초하여 평균화 필터(244) 또는 주파수 필터(246)를 선택할 수 있다. 예를 들어, 필터 선택 신호(FS)가 제1 논리 레벨을 가지는 경우에, 제1 스위치부(242) 및 제2 스위치부(248)는 평균화 필터(244)와 연결되며, 평균화 필터(244)는 복수의 전압 데이터(VDATA, 즉, 터치 데이터)를 필터링하여 필터링 데이터(FDATA)를 발생할 수 있다. 필터 선택 신호(FS)가 제2 논리 레벨을 가지는 경우에, 제1 스위치부(242) 및 제2 스위치부(248)는 주파수 필터(246)와 연결되며, 주파수 필터(246)는 복수의 전압 데이터(VDATA, 즉, 터치 데이터)를 필터링하여 필터링 데이터(FDATA)를 발생할 수 있다. 상기 제1 논리 레벨은 논리 하이 레벨일 수 있고, 상기 제2 논리 레벨은 제2 논리 레벨일 수 있다.
일 실시예에서, 평균화 필터(244)는 상기 터치 데이터의 랜덤 노이즈 성분을 제거할 수 있고, 주파수 필터(246)는 상기 터치 데이터의 주기적인 노이즈 성분과 같은 지배적인 노이즈 성분을 제거할 수 있다. 상기 주기적인 노이즈 성분은 터치 스크린 장치에 포함되는 디스플레이 패널(미도시) 및/또는 배터리의 동작에 의하여 발생될 수 있다. 주파수 필터(246)는 FIR 필터 또는 무한 임펄스 응답(Infinite Impulse Response; IIR) 필터일 수 있다. 필터부(240)의 필터 선택 기준 및 필터 선택 신호(FS)의 논리 레벨 결정 기준에 대해서는 후술하도록 한다.
다시 도 8을 참조하면, 터치 패널 제어부(250)는 상기 노이즈 센싱 모드에서 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보(NFSEI)를 분석하여 필터 선택 신호(FS)를 발생한다.
상기 노이즈 센싱 모드에서, 터치 패널 제어부(250)는 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보(NFSEI)를 분석하여 노이즈 피크 포인트들에 상응하는 피크 주파수들을 검출하며, 상기 분석 결과에 기초하여 필터 선택 신호(FS)를 발생할 수 있다. 예를 들어, 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보(NFSEI)가 노이즈 피크 포인트를 포함하지 않는 경우에, 즉, 상기 분석 결과에 기초하여 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보(NFSEI)가 균등 분포(uniform distribution)에 상응하는 것으로 판단된 경우에, 터치 패널 제어부(250)는 터치 패널(210)에 존재하는 노이즈가 랜덤 노이즈 성분인 것으로 판단하고, 터치 데이터에서 랜덤 노이즈 성분을 제거하기 위하여 상기 제1 논리 레벨을 가지는 필터 선택 신호(FS)를 발생할 수 있다. 필터부(240)는 상기 제1 논리 레벨을 가지는 필터 선택 신호(FS)에 기초하여 평균화 필터(도 11의 244)를 선택할 수 있다. 다른 예에서, 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보(NFSEI)가 노이즈 피크 포인트를 포함하는 경우에, 즉, 상기 분석 결과에 기초하여 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보(NFSEI)가 비균등 분포(ununiform distribution)에 상응하는 것으로 판단된 경우에, 터치 패널 제어부(250)는 터치 패널(210)에 존재하는 노이즈가 주기적인 노이즈 성분인 것으로 판단하고, 터치 데이터에서 주기적인 노이즈 성분을 제거하기 위하여 상기 제2 논리 레벨을 가지는 필터 선택 신호(FS)를 발생할 수 있다. 필터부(240)는 상기 제2 논리 레벨을 가지는 필터 선택 신호(FS)에 기초하여 주파수 필터(도 11의 246)를 선택할 수 있다.
또한 상기 노이즈 센싱 모드에서, 터치 패널 제어부(250)는 상기 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보(NFSEI)의 분석 결과에 기초하여 구동 신호(DRV)의 주파수를 결정할 수 있다. 예를 들어, 상기 피크 주파수들이 검출되지 않은 경우에, 터치 패널 제어부(250)는 구동 신호(DRV)의 주파수를 미리 정해진 제1 구동 주파수로 결정할 수 있다. 상기 피크 주파수들이 검출되었지만 상기 피크 주파수들이 상기 제1 구동 주파수의 주변에 존재하지 않는 경우에도, 터치 패널 제어부(250)는 구동 신호(DRV)의 주파수를 상기 제1 구동 주파수로 결정할 수 있다. 다른 예에서, 상기 피크 주파수들이 검출되고 상기 피크 주파수들이 상기 제1 구동 주파수의 주변에 존재하는 경우에, 터치 패널 제어부(250)는 상기 피크 주파수들을 제외하고 구동 신호(DRV)의 주파수를 결정할 수 있다. 즉, 터치 패널 제어부(250)는 구동 신호(DRV)의 주파수를 상기 제1 구동 주파수와는 다른 제2 구동 주파수로 결정할 수 있다.
터치 패널 제어부(250)는 상기 터치 센싱 모드에서 터치 패널(210)에 구동 신호(DRV)를 제공한다. 터치 패널(210) 상에 터치 이벤트가 발생하는 경우에, 터치 센싱 신호들, 터치 데이터 및 필터링 데이터(FDATA)가 순차적으로 생성되어 터치 패널 제어부(250)에 제공되며, 터치 패널 제어부(250)는 필터링 데이터(FDATA)에 기초하여 터치 패널(210)의 터치 포인트(TXY)를 결정한다. 터치 포인트(TXY)를 결정하는 구체적인 알고리즘은 해당 기술 분야에서 널리 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.
일 실시예에서, 터치 패널 제어부(250)는 터치 스크린 장치(200)의 동작 모드를 결정하는 모드 선택 신호(MS)를 더 발생할 수 있다. 예를 들어, 모드 선택 신호(MS)가 상기 제1 논리 레벨을 가지는 경우에, 터치 스크린 장치(200)는 상기 노이즈 센싱 모드로 동작하고 스위치부(235)는 노이즈 스펙트럼 추정부(230)와 연결될 수 있다. 모드 선택 신호(MS)가 상기 제2 논리 레벨을 가지는 경우에, 터치 스크린 장치(200)는 상기 터치 센싱 모드로 동작하고 스위치부(235)는 필터부(240)와 연결될 수 있다. 터치 스크린 장치(200)가 활성화된 경우에, 터치 스크린 장치(200)는 먼저 상기 노이즈 센싱 모드로 동작하여 터치 패널(210)의 노이즈 특성을 분석하고, 다음에 상기 터치 센싱 모드로 동작하여 터치 패널(210) 상의 터치 이벤트를 검출하고 터치 포인트(TXY)를 결정할 수 있다. 실시예에 따라서, 터치 스크린 장치(200)는 미리 정해진 주기마다 상기 노이즈 센싱 모드로 동작하여 터치 패널(210)의 노이즈 특성을 주기적으로 갱신할 수 있다.
일 실시예에서, 터치 패널 제어부(250)는 상기 터치 센싱 모드에서 필터링 데이터(FDATA)가 노이즈에 상응하는지 여부를 판단할 수 있다. 필터링 데이터(FDATA)가 상기 노이즈에 상응하는 것으로 판단된 경우에, 터치 패널 제어부(250)는 모드 선택 신호(MS)에 기초하여 터치 스크린 장치(200)의 동작 모드를 상기 터치 센싱 모드에서 상기 노이즈 센싱 모드로 전환할 수 있다. 즉, 모드 선택 신호(MS)의 논리 레벨을 변경할 수 있다. 필터링 데이터(FDATA)가 상기 노이즈에 상응하지 않는 것으로 판단된 경우에, 터치 패널 제어부(250)는 필터링 데이터(FDATA)를 기초로 터치 패널(210) 상의 터치 이벤트를 검출하여 터치 포인트(TXY)를 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 장치(200)는, 도 1의 노이즈 스펙트럼 추정 장치(100)와 실질적으로 동일한 구성을 가지는 노이즈 스펙트럼 추정부(230)를 포함하여 터치 패널(210)의 노이즈 특성을 정확하고 효과적으로 분석할 수 있다. 또한 터치 스크린 장치(200)는 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보(NFSEI)의 분석 결과에 기초하여 터치 패널(210)을 구동하기 위한 구동 신호(DRV)의 주파수를 결정하고 터치 데이터를 필터링하기 위한 필터를 선택할 수 있다. 예를 들어, 터치 스크린 장치(200)는 터치 패널(210)의 노이즈를 회피하기 위하여 상기 분석 결과 검출된 피크 주파수들을 제외하고 구동 신호(DRV)의 주파수를 결정하고, 터치 패널(210)에 랜덤 노이즈 성분이 존재하는 경우에 평균화 필터(244)를 이용하여 터치 포인트(TXY)를 결정하며, 터치 패널(210)에 주기적인 노이즈 성분이 존재하는 경우에 주파수 필터(246)를 이용하여 터치 포인트(TXY)를 결정할 수 있다. 따라서, 터치 스크린 장치(200)는 터치 패널(210)의 노이즈를 회피하고 정확하고 효율적으로 터치 이벤트를 검출할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 장치의 동작 방법을 나타내는 순서도이다.
도 8 및 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 장치의 동작 방법에서는, 노이즈 센싱 모드에서 터치 패널(210)의 제1 감지 동작에 기초하여 노이즈 데이터를 획득한다(단계 S210). 예를 들어, 터치 패널(210)의 복수의 구동 채널들에 접지 전압을 인가하고, 노이즈 신호에 의한 정전용량의 변화에 상응하는 복수의 센싱 신호들(CSEN)에 대한 C-V 변환을 수행하여 복수의 제1 전압 신호들(VS1)을 발생하고, 복수의 제1 전압 신호들(VS1)에 대한 안티-알리아싱 필터링 동작을 수행하여 복수의 제2 전압 신호들(VS2)을 발생하며, 복수의 제2 전압 신호들(VS2)에 대한 A-D 변환을 수행하여 복수의 전압 데이터(VDATA)를 발생할 수 있다. 상기 노이즈 센싱 모드에서 발생된 복수의 전압 데이터(VDATA)는 상기 노이즈 데이터일 수 있다.
상기 노이즈 데이터에 기초하여 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보(NFSEI)를 발생한다(단계 S220). 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보(NFSEI)를 발생하는 단계(S220)는 도 6 및 7을 참조하여 상술한 노이즈 스펙트럼 추정 방법과 실질적으로 동일할 수 있다.
노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보(NFSEI)를 분석하고(단계 S230), 상기 분석 결과에 기초하여 구동 신호(DRV)의 주파수를 결정하고 필터 선택 신호(FS)를 발생한다(단계 S240). 예를 들어, 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보(NFSEI)를 분석하여 피크 주파수들을 검출하고, 상기 피크 주파수들에 기초하여(예를 들어, 상기 피크 주파수들을 제외하고) 구동 신호(DRV)의 주파수를 결정하며, 상기 피크 주파수들의 존재 여부에 기초하여 필터 선택 신호(FS)를 발생할 수 있다. 필터 선택 신호(FS)에 기초하여 터치 패널(210)의 랜덤 노이즈 성분을 제거하는 평균화 필터(도 11의 244) 또는 터치 패널(210)의 주기적인 노이즈 성분을 제거하는 주파수 필터(도 11의 246)가 선택될 수 있다.
구동 신호(DRV)의 주파수를 결정하고 필터 선택 신호(FS)를 발생한 이후에, 터치 센싱 모드에서 터치 패널의 복수의 구동 채널들에 구동 신호(DRV)를 제공하고, 터치 패널(210)의 제2 감지 동작에 기초하여 터치 데이터를 획득한다(단계 S250). 상기 터치 데이터를 획득하는 과정은, 복수의 센싱 신호들(CSEN)이 터치 이벤트에 의한 정전용량의 변화에 상응하는 것을 제외하면 상기 노이즈 데이터를 획득하는 과정과 실질적으로 동일할 수 있다.
필터 선택 신호(FS) 및 상기 터치 데이터에 기초하여 필터링 데이터(FDATA)를 발생한다(단계 S260). 예를 들어, 필터 선택 신호(FS)에 기초하여 선택된 평균화 필터(도 11의 244) 또는 주파수 필터(도 11의 246)를 이용하여 상기 터치 데이터를 필터링하고 필터링 데이터(FDATA)를 발생할 수 있다.
미리 정해진 노이즈 판별 기준에 기초하여 필터링 데이터(FDATA)가 노이즈에 상응하는지 여부를 판단할 수 있다(단계 S270). 필터링 데이터(FDATA)가 노이즈에 상응하는 경우에, 상기 획득된 터치 데이터는 실제로는 노이즈 데이터이므로, 동작 모드를 상기 터치 센싱 모드에서 상기 노이즈 센싱 모드로 전환하고 단계 S220, S230, S240, S250, S260 및 S270을 반복 수행한다. 필터링 데이터(FDATA)가 노이즈에 상응하지 않는 경우에, 상기 획득된 터치 데이터는 실제 터치 이벤트에 의하여 발생된 데이터이므로, 필터링 데이터(FDATA)에 기초하여 터치 패널(210)의 터치 포인트(TXY)를 결정한다(S280). 실시예에 따라서, 단계 S270은 생략될 수 있다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 스크린 장치를 나타내는 블록도이다.
도 13을 참조하면, 터치 스크린 장치(300)는 터치 패널(310), 디스플레이 패널(320), 터치 제어 로직(330), 디스플레이 구동 로직(340), 프로세서(350), 저장 장치(360), 인터페이스(370) 및 버스(380)를 포함한다.
터치 패널(310)은 그 표면으로부터의 접촉에 의해 각 포인트에서 발생하는 터치 이벤트를 감지할 수 있도록 구성된다. 디스플레이 패널(320)은 이미지(영상)를 표시하도록 구성된 LCD, LED, OLED 등의 다양한 타입의 패널로 구성될 수 있다. 터치 패널(310)과 디스플레이 패널(320)은 서로 중첩되도록 일체적으로 배치되어 터치 스크린을 형성할 수 있다.
터치 제어 로직(330)은 터치 패널(310)의 동작을 제어하고 터치 패널(310)의 출력을 프로세서(350)에 전송한다. 터치 제어 로직(330)은 도 8을 참조하여 상술한 신호 처리부, 노이즈 스펙트럼 추정부, 필터부 및 터치 패널 제어부를 포함하여 구현될 수 있다. 즉, 터치 제어 로직(330)은, 노이즈 센싱 모드에서 노이즈 데이터에 대한 적응적인 트레이닝 동작 및 FFT 동작을 기초로 터치 패널(310)에 존재하는 노이즈 특성을 분석하여 노이즈를 회피하기 위한 터치 패널(310)의 구동 주파수를 결정하고, 상기 분석 결과에 기초하여 터치 데이터를 필터링하기 위한 필터를 선택할 수 있으며, 터치 센싱 모드에서 상기 결정된 구동 주파수 및 상기 선택된 필터에 기초하여 터치 패널(210) 상의 터치 이벤트를 검출하여 터치 포인트를 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 도 8을 참조하여 설명한 신호 처리부, 노이즈 스펙트럼 추정부, 필터부 및 터치 패널 제어부의 일부 또는 전부는 하드웨어로 구현되어 터치 제어 로직(330)에 포함될 수 있다. 다른 실시예에서, 신호 처리부, 노이즈 스펙트럼 추정부, 필터부 및 터치 패널 제어부의 일부 또는 전부는 프로세서(350)에 의해 실행 가능한 프로그램의 형태로 구현될 수 있으며, 상기 프로그램은 저장 장치(360)에 저장될 수 있다.
디스플레이 구동 로직(340)은 디스플레이 패널(320) 상에 영상을 표시하도록 디스플레이 패널(320)을 제어한다. 도시하지는 않았지만, 디스플레이 구동 로직(340)은 소스 드라이버, 계조 전압 발생기, 메모리, 타이밍 컨트롤러, 게이트 드라이버, 전원 공급부 및 이미지 인터페이스를 포함할 수 있다. 디스플레이 패널(320)에 표시될 이미지 데이터는 상기 이미지 인터페이스를 통하여 제공되어 버퍼 형태의 상기 메모리에 저장되고, 상기 계조 전압 발생기에 의해 생성되는 계조 전압들을 이용하여 적절한 형태의 신호로 변환될 수 있다. 상기 소스 드라이버 및 상기 게이트 드라이버는 상기 타이밍 컨트롤러로부터 제공되는 수직 동기 신호 및 수평 동기 신호에 응답하여 디스플레이 패널(320)을 구동할 수 있다.
프로세서(350)는 명령들을 실행하고 터치 스크린 장치(300)의 전체적인 동작을 제어하도록 구성된다. 프로세서(350)에 의하여 요구되는 프로그램 코드 및 데이터는 저장 장치(360)에 저장될 수 있다. 인터페이스(370)는 상호간의 통신이 요구되는 임의의 외부 장치 및/또는 시스템에 따라 적절한 구성을 가질 수 있다.
프로세서(350)는 좌표 매핑부(352)를 더 포함할 수 있다. 터치 패널(310) 상에서의 위치와 디스플레이 패널(320) 상에서의 위치는 서로 매핑될 수 있으며, 좌표 매핑부(352)는 상기 터치 포인트에 상응하는 디스플레이 패널의 대응 좌표를 추출한다. 이러한 터치 패널(310)과 디스플레이 패널(320)의 매핑을 통하여, 사용자는 디스플레이 패널(320) 상에 표시되는 아이콘, 메뉴 항목 등을 선택하는 단일 터치 동작, 드래그, 핀치, 스트레치 등에 대한 터치 동작 등의 입력 행위를 수행할 수 있다.
실시예에 따라서, 터치 스크린 장치(300)는 호스트(미도시)와 연동되어 터치 스크린 시스템을 형성할 수도 있다. 터치 제어 로직(330)은 터치 패널(310)의 동작 상태를 나타내는 터치 정보를 디스플레이 구동 로직(340)에 제공할 수 있고, 디스플레이 패널(320)의 동작 타이밍을 나타내는 디스플레이 정보를 디스플레이 구동 로직(340)으로부터 수신할 수 있다. 예를 들어, 상기 터치 정보는 터치 패널(310)을 통한 입력 행위가 일정 시간 행하여지지 않는 경우에 활성화되는 아이들 상태 신호를 포함할 수 있다. 이 경우 디스플레이 구동 로직(340)은 상기 호스트의 제어에 관계없이 즉시 파워다운 모드로 진입하여 전력 소모를 절감할 수 있다. 상기 디스플레이 정보는 디스플레이 패널(320)의 동작 타이밍을 나타내는 수평 동기 신호 및 수직 동기 신호를 포함할 수 있고, 이를 이용하여 터치 패널(310)의 동작 타이밍을 제어할 수 있다.
본 발명은 터치 패널을 포함하는 임의의 장치 및 시스템에 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 휴대폰(Mobile Phone), 스마트 폰(Smart Phone), 개인 정보 단말기(personal digital assistant; PDA), 휴대형 멀티미디어 플레이어(portable multimedia player; PMP), 디지털 카메라(Digital Camera), 캠코더(Camcoder), 개인용 컴퓨터(Personal Computer; PC), 서버 컴퓨터(Server Computer), 워크스테이션(Workstation), 노트북(Laptop), 디지털 TV(Digital Television), 셋-탑 박스(Set-Top Box), 음악 재생기(Music Player), 휴대용 게임 콘솔(Portable Game Console), 네비게이션(Navigation) 시스템, 스마트 카드(Smart Card), 프린터(Printer) 등에 유용하게 이용될 수 있다.
상기에서는 본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (10)

  1. 터치 패널의 노이즈 신호를 샘플링하여 생성된 복수의 노이즈 데이터에 대한 적응적인 트레이닝 동작을 수행하여 임펄스 응답 정보를 발생하는 적응형 임펄스 응답 발생부; 및
    상기 임펄스 응답 정보에 대한 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform; FFT)을 수행하여 상기 복수의 노이즈 데이터에 상응하는 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보를 발생하는 추정부를 포함하는 노이즈 스펙트럼 추정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보에서 검출된 제1 노이즈 피크 포인트들에 상응하는 제1 피크 주파수들과, 상기 복수의 노이즈 데이터에 대한 FFT를 수행하여 획득된 제2 노이즈 피크 포인트들에 상응하는 제2 피크 주파수들은 동일한 것을 특징으로 하는 노이즈 스펙트럼 추정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 적응형 임펄스 응답 발생부는 적응형 라인 인핸서(adaptive line enhancer) 필터로 구현되는 것을 특징으로 하는 노이즈 스펙트럼 추정 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 적응형 임펄스 응답 발생부는,
    상기 복수의 노이즈 데이터를 지연하여 지연 노이즈 데이터를 발생하는 지연부;
    상기 복수의 노이즈 데이터에서 제1 추정 노이즈 데이터를 감산하여 제2 추정 노이즈 데이터를 발생하는 연산부; 및
    상기 지연 노이즈 데이터 및 상기 제2 추정 노이즈 데이터를 기초로 상기 적응적인 트레이닝 동작을 수행하여 상기 임펄스 응답 정보 및 상기 제1 추정 노이즈 데이터를 발생하는 적응형 필터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 노이즈 스펙트럼 추정 장치.
  5. 터치 패널;
    상기 터치 패널에서 제공되는 복수의 센싱 신호들에 기초하여 복수의 전압 데이터를 발생하는 신호 처리부;
    노이즈 센싱 모드에서 상기 복수의 전압 데이터에 기초하여 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보를 발생하는 노이즈 스펙트럼 추정부;
    터치 센싱 모드에서, 필터 선택 신호에 기초하여 복수의 필터들 중 하나를 선택하고, 상기 선택된 필터를 기초로 상기 복수의 전압 데이터를 필터링하여 필터링 데이터를 발생하는 필터부; 및
    상기 노이즈 센싱 모드에서 상기 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보를 분석하여 상기 필터 선택 신호를 발생하며, 상기 터치 센싱 모드에서 상기 터치 패널에 구동 신호를 제공하고 상기 필터링 데이터에 기초하여 상기 터치 패널의 터치 포인트를 결정하는 터치 패널 제어부를 포함하고,
    상기 노이즈 스펙트럼 추정부는,
    상기 노이즈 센싱 모드에서 상기 복수의 전압 데이터에 대한 적응적인 트레이닝 동작을 수행하여 임펄스 응답 정보를 발생하는 적응형 임펄스 응답 발생부; 및
    상기 노이즈 센싱 모드에서 상기 임펄스 응답 정보에 대한 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform; FFT)을 수행하여 상기 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보를 발생하는 추정부를 포함하는 터치 스크린 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 필터부는 평균화 필터 및 주파수 필터를 포함하며,
    상기 필터부는 상기 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보의 분석 결과에 기초하여, 상기 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보가 균등 분포(uniform distribution)에 상응하는 경우에는 상기 평균화 필터를 선택하고, 상기 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보가 비균등 분포(ununiform distribution)에 상응하는 경우에는 상기 주파수 필터를 선택하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 터치 패널 제어부는 상기 노이즈 센싱 모드에서 상기 노이즈 주파수 스펙트럼 추정 정보를 분석하여 노이즈 피크 포인트들에 상응하는 피크 주파수들을 검출하며, 상기 피크 주파수들을 제외하고 상기 구동 신호의 주파수를 결정하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 터치 패널 제어부는 상기 터치 스크린 장치의 동작 모드를 결정하는 모드 선택 신호를 더 발생하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 터치 패널 제어부는 상기 터치 센싱 모드에서 상기 필터링 데이터가 노이즈에 상응하는지 여부를 판단하며,
    상기 터치 패널 제어부는 상기 판단 결과에 기초하여, 상기 필터링 데이터가 상기 노이즈에 상응하는 경우에는 상기 모드 선택 신호에 기초하여 상기 터치 스크린 장치의 동작 모드를 상기 터치 센싱 모드에서 상기 노이즈 센싱 모드로 전환하고, 상기 필터링 데이터가 상기 노이즈에 상응하지 않는 경우에는 상기 필터링 데이터에 기초하여 상기 터치 패널의 터치 포인트를 결정하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치.
  10. 제 5 항에 있어서, 상기 신호 처리부는,
    상기 터치 패널의 복수의 센싱 채널들에서 감지된 정전용량의 변화에 상응하는 상기 복수의 센싱 신호들에 기초하여 복수의 제1 전압 신호들을 발생하는 정전용량-전압(capacitive-voltage) 컨버터;
    상기 복수의 제1 전압 신호들에 기초하여 복수의 제2 전압 신호들을 발생하는 안티-알리아싱(anti-aliasing) 필터; 및
    상기 복수의 제2 전압 신호들에 기초하여 상기 복수의 전압 데이터를 발생하는 아날로그-디지털 컨버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치.
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