KR20220096931A

KR20220096931A - Touch sensing system

Info

Publication number: KR20220096931A
Application number: KR1020200189791A
Authority: KR
Inventors: 정준건; 신선경
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2020-12-31
Filing date: 2020-12-31
Publication date: 2022-07-07

Abstract

A touch sensing system according to the present specification comprises: a touchscreen comprising self-capacity sensors equipped with each sensor electrode, mutual capacity sensors equipped between neighboring sensor electrodes, and sensor wires connected to the sensor electrodes; and a touch driving circuit that senses a touch input for the self-capacity sensors in a normal mode, and senses a touch input for the mutual capacity sensors in a low consumption mode. Therefore, the present invention is capable of reducing a power consumption associated with touch sensing.

Description

터치 센싱 시스템{TOUCH SENSING SYSTEM}Touch sensing system {TOUCH SENSING SYSTEM}

본 명세서는 정전 용량 방식의 터치 센서를 포함한 터치 센싱 시스템에 관한 것이다.The present specification relates to a touch sensing system including a capacitive touch sensor.

터치 UI(User Interface)는 휴대용 정보기기에 필수적으로 채택되고 있다. 터치 UI는 표시장치의 화면 상에 터치 스크린을 형성하는 방법으로 구현되고 있다. 이러한 터치 스크린은 정전 용량 방식으로 구현될 수 있다. 정전 용량 방식의 터치 센서를 갖는 터치 스크린은 손가락 또는 전도성 물질이 터치 센서에 접촉(또는 근접)될 때, 정전 용량(capacitance) 변화 즉, 터치 센서의 전하 변화량을 센싱하여 터치 입력을 감지한다.A touch UI (User Interface) is essential for portable information devices. The touch UI is implemented as a method of forming a touch screen on the screen of a display device. Such a touch screen may be implemented in a capacitive manner. A touch screen having a capacitive touch sensor senses a touch input by sensing a change in capacitance, that is, a change in charge of the touch sensor, when a finger or a conductive material is in contact with (or close to) the touch sensor.

터치 UI가 구비된 터치 센싱 시스템은 소비 전력을 줄이기 위해 휴지 모드(idle mode)로 동작될 수 있다. 휴지 모드에서 터치 센싱 시스템은 화면 재생을 멈춘다. 휴지 모드는 대기 모드(standby mode), 슬립 모드(sleep mode)라고도 일컬어진다. A touch sensing system equipped with a touch UI may be operated in an idle mode to reduce power consumption. In idle mode, the touch sensing system stops playing the screen. The idle mode is also referred to as a standby mode or a sleep mode.

그런데, 휴지 모드에서 터치 UI가 정상 동작하기 때문에 종래의 터치 센싱 시스템의 경우 소비전력을 줄이는 데 한계가 있다.However, since the touch UI normally operates in the idle mode, the conventional touch sensing system has a limit in reducing power consumption.

따라서, 본 명세서의 목적은 휴지 모드에서 터치 센싱과 관련된 전력 소모를 줄일 수 있도록 한 터치 센싱 시스템을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present specification is to provide a touch sensing system capable of reducing power consumption related to touch sensing in an idle mode.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 명세서의 터치 센싱 시스템은 본 명세서에 따른 터치 센싱 시스템은 센서 전극들 각각에 구비된 자기 용량 센서들, 이웃한 센서 전극들 사이에 구비된 상호 용량 센서들, 및 상기 센서 전극들에 연결된 센서 배선들을 포함하는 터치 스크린, 및 노멀 모드에서 상기 자기 용량 센서들에 대한 터치 입력을 센싱하고, 저소비 모드에서 상기 상호 용량 센서들에 대한 터치 입력을 센싱하는 터치 구동회로를 포함한다.In order to achieve the above object, in the touch sensing system of the present specification, the touch sensing system according to the present specification includes self-capacitance sensors provided in each of the sensor electrodes, mutual capacitive sensors provided between adjacent sensor electrodes, and the A touch screen including sensor wires connected to sensor electrodes, and a touch driving circuit sensing a touch input to the self-capacitance sensors in a normal mode and sensing a touch input to the mutual capacitive sensors in a low consumption mode do.

본 명세서의 터치 센싱 시스템은 휴지 모드와 같은 저소비 모드에서, 터치 센싱과 관련된 전력 소모를 줄일 수 있다.The touch sensing system of the present specification may reduce power consumption related to touch sensing in a low consumption mode such as an idle mode.

도 1은 본 명세서의 실시예에 따른 터치 센싱 시스템을 보여주는 블록도이다.
도 2는 터치 센서가 픽셀 어레이에 내장된 일 예를 보여 주는 도면이다.
도 3은 도 2와 같은 표시패널의 픽셀들과 터치 센서들이 시분할 구동되는 것을 보여 주는 타이밍도이다.
도 4및 도 5는 터치 센서들에 연결되는 터치 구동회로를 보여주는 도면들이다.
도 6은 자기 용량 센싱 기반의 노멀 모드에서 멀티플렉서와 센싱 유닛에 인가되는 신호를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 상호 용량 센싱 기반의 저소비 모드에서 멀티플렉서와 센싱 유닛에 인가되는 신호를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 자기 용량 센싱 방법을 구현하는데 필요한 센싱부들의 개수를 보여주는 도면이다.
도 9는 상호 용량 센싱 방법을 구현하는데 필요한 센싱부들의 개수를 보여주는 도면이다.
도 10은 저소비 모드에서 복수개의 멀티플렉서들에 연결된 센서 전극들을 그룹 센싱하기 위한 터치 구동회로의 연결 구성을 보여주는 도면이다.
도 11은 저소비 모드에서 하나의 멀티플렉서에 대응되는 센서 전극들을 보여주는 도면이다.
도 12는 저소비 모드에서 1 그룹의 멀티플렉서들에 대응되어 그룹 센싱되는 센서 전극들을 보여주는 도면이다.
도 13은 도 10에 도시된 리드 아웃 IC의 상세 구성을 보여주는 도면이다.
도 14는 자기 용량 센싱을 위해 12MHz의 메인 동작 클럭을 기반으로 한 리드 아웃 IC의 구동 타이밍을 보여주는 도면이다.
도 15는 저소비 모드에서 상호 용량 센싱을 위해 6MHz의 메인 동작 클럭을 기반으로 한 리드 아웃 IC의 구동 타이밍을 보여주는 도면이다.
도 16은 저소비 모드에서 이뤄지는 ADC 출력 합산 기술을 보여주는 도면이다.
도 17은 ADC 출력 합산 기술이 적용되지 않을 때의 구동 타이밍과 센싱 버퍼의 사용양을 보여주는 도면이다.
도 18은 ADC 출력 합산 기술이 적용될 때의 구동 타이밍과 센싱 버퍼의 사용양을 보여주는 도면이다.
도 19는 저소비 모드에서 ADC 출력 데이터의 전체 비트를 센싱 버퍼에 저장할 때의 SCLK를 보여주는 도면이다.
도 20은 저소비 모드에서 ADC 출력 데이터의 일부 비트만을 센싱 버퍼에 저장할 때의 SCLK를 보여주는 도면이다.
도 21은 저소비 모드에서 SPI 듀얼 리드 기술이 적용되지 않을 때의 SCLK를 보여주는 도면이다.
도 22는 저소비 모드에서 SPI 듀얼 리드 기술이 적용될 때의 SCLK를 보여주는 도면이다.
도 23은 노멀 모드에 비해 저소비 모드에서 전력 소모가 줄어드는 동작 결과 도면이다.1 is a block diagram illustrating a touch sensing system according to an embodiment of the present specification.
2 is a diagram illustrating an example in which a touch sensor is embedded in a pixel array.
3 is a timing diagram illustrating the time division driving of pixels and touch sensors of the display panel as shown in FIG. 2 .
4 and 5 are diagrams illustrating a touch driving circuit connected to touch sensors.
6 is a diagram for describing signals applied to a multiplexer and a sensing unit in a normal mode based on self-capacitance sensing.
7 is a diagram for describing signals applied to a multiplexer and a sensing unit in a low consumption mode based on mutual capacitance sensing.
8 is a diagram illustrating the number of sensing units required to implement a self-capacitance sensing method.
9 is a view showing the number of sensing units required to implement a mutual capacitance sensing method.
10 is a diagram illustrating a connection configuration of a touch driving circuit for group sensing sensor electrodes connected to a plurality of multiplexers in a low consumption mode.
11 is a diagram illustrating sensor electrodes corresponding to one multiplexer in a low consumption mode.
12 is a diagram illustrating sensor electrodes that are group-sensed corresponding to one group of multiplexers in a low consumption mode.
13 is a diagram illustrating a detailed configuration of the read-out IC shown in FIG. 10 .
14 is a diagram illustrating driving timing of a readout IC based on a main operation clock of 12 MHz for self-capacitance sensing.
15 is a diagram showing driving timing of a readout IC based on a main operation clock of 6 MHz for mutual capacitance sensing in a low consumption mode.
16 is a diagram illustrating an ADC output summing technique performed in a low consumption mode.
17 is a diagram illustrating driving timing and the amount of use of a sensing buffer when ADC output summing technology is not applied.
18 is a diagram illustrating driving timing and the amount of use of a sensing buffer when an ADC output summing technique is applied.
19 is a diagram showing SCLK when all bits of ADC output data are stored in a sensing buffer in a low consumption mode.
20 is a diagram showing SCLK when only some bits of ADC output data are stored in a sensing buffer in a low consumption mode.
21 is a diagram showing SCLK when SPI dual lead technology is not applied in a low consumption mode.
22 is a diagram showing SCLK when SPI dual read technology is applied in a low consumption mode.
23 is a diagram illustrating an operation result in which power consumption is reduced in a low consumption mode compared to a normal mode.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 명세서와 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 명세서의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다. Hereinafter, preferred embodiments according to the present specification will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals refer to substantially identical elements throughout. In the following description, when it is determined that a detailed description of a known function or configuration related to the present specification may unnecessarily obscure the subject matter of the present specification, the detailed description thereof will be omitted.

도 1은 본 명세서의 실시예에 따른 터치 센싱 시스템을 보여준다. 도 2는 터치 센서가 픽셀 어레이에 내장된 일 예를 보여 준다. 그리고, 도 3은 도 2와 같은 표시패널의 픽셀들과 터치 센서들이 시분할 구동되는 것을 보여 주는 타이밍도이다. 1 shows a touch sensing system according to an embodiment of the present specification. 2 shows an example in which a touch sensor is embedded in a pixel array. And, FIG. 3 is a timing diagram showing that pixels and touch sensors of the display panel as shown in FIG. 2 are time-division driven.

도 1내지 도3을 참조하면, 본 명세서의 터치 센싱 시스템은 표시장치와 터치 모듈을 구비한다. 1 to 3 , the touch sensing system of the present specification includes a display device and a touch module.

표시장치는 액정표시소자(Liquid Crystal Display, LCD), 전계방출 표시소자(Field Emission Display : FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 유기발광 다이오드 표시소자(Organic Light Emitting Display, OLED), 전기영동 표시소자(Electrophoresis, EPD) 등의 평판 표시소자 기반으로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에서, 표시장치가 액정표시소자로 구현되는 것을 설명하지만, 본 명세서의 표시장치는 액정표시소자에 한정되지 않는다. Display devices include Liquid Crystal Display (LCD), Field Emission Display (FED), Plasma Display Panel (PDP), Organic Light Emitting Display (OLED) , can be implemented based on flat panel display devices such as electrophoresis (EPD). In the following embodiments, it will be described that the display device is implemented as a liquid crystal display device, but the display device of the present specification is not limited to the liquid crystal display device.

표시장치는 표시패널(DIS), 디스플레이 구동회로(12,14,16), 호스트 시스템(19)을 포함할 수 있다.The display device may include a display panel DIS, display driving circuits 12 , 14 , and 16 , and a host system 19 .

표시패널(DIS)은 두 장의 기판들 사이에 형성된 액정층을 포함한다. 표시패널(DIS)의 픽셀 어레이는 데이터라인들(D1~Dm, m은 양의 정수)과 게이트라인들(G1~Gn, n은 양의 정수)에 의해 정의된 픽셀 영역에 형성된 픽셀들을 포함한다. 픽셀들 각각은 데이터라인들(D1~Dm)과 게이트라인들(G1~Gn)의 교차부들에 형성된 TFT들(Thin Film Transistor), 데이터전압을 충전하는 픽셀전극, 픽셀전극에 접속되어 액정셀의 전압을 유지시키기 위한 스토리지 커패시터(Storage Capacitor, Cst) 등을 포함할 수 있다.The display panel DIS includes a liquid crystal layer formed between two substrates. The pixel array of the display panel DIS includes pixels formed in a pixel area defined by data lines D1 to Dm, m is a positive integer) and gate lines G1 to Gn, n is a positive integer. . Each of the pixels is connected to TFTs (Thin Film Transistor) formed at intersections of the data lines D1 to Dm and the gate lines G1 to Gn, a pixel electrode charging the data voltage, and the pixel electrode of the liquid crystal cell. It may include a storage capacitor (Cst) for maintaining the voltage, and the like.

표시패널(DIS)의 상부 기판에는 블랙매트릭스, 컬러필터 등이 형성될 수 있다. 표시패널(DIS)의 하부 기판은 COT(Color filter On TFT) 구조로 구현될 수 있다. 이 경우에, 블랙매트릭스와 컬러필터는 표시패널(DIS)의 하부 기판에 형성될 수 있다. 공통전압이 공급되는 공통전극은 표시패널(DIS)의 상부 기판이나 하부 기판에 형성될 수 있다. 표시패널(DIS)의 상부 기판과 하부 기판 각각에는 편광판이 부착되고 액정과 접하는 내면에 액정의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 표시패널(DIS)의 상부 기판과 하부 기판 사이에는 액정셀의 셀갭(Cell gap)을 유지하기 위한 컬럼 스페이서가 형성된다.A black matrix, a color filter, etc. may be formed on the upper substrate of the display panel DIS. The lower substrate of the display panel DIS may be implemented in a color filter on TFT (COT) structure. In this case, the black matrix and the color filter may be formed on the lower substrate of the display panel DIS. The common electrode to which the common voltage is supplied may be formed on an upper substrate or a lower substrate of the display panel DIS. A polarizing plate is attached to each of the upper and lower substrates of the display panel DIS, and an alignment layer for setting a pretilt angle of the liquid crystal is formed on the inner surface in contact with the liquid crystal. A column spacer for maintaining a cell gap of the liquid crystal cell is formed between the upper substrate and the lower substrate of the display panel DIS.

표시패널(DIS)의 배면 아래에는 백라이트 유닛이 배치될 수 있다. 백라이트 유닛은 에지형(edge type) 또는 직하형(Direct type) 백라이트 유닛으로 구현되어 표시패널(DIS)에 빛을 조사한다. 표시패널(DIS)은 TN(Twisted Nematic) 모드, VA(Vertical Alignment) 모드, IPS(In Plane Switching) 모드, FFS(Fringe Field Switching) 모드 등 공지된 어떠한 액정 모드로도 구현될 수 있다. A backlight unit may be disposed under the rear surface of the display panel DIS. The backlight unit is implemented as an edge type or direct type backlight unit to irradiate light to the display panel DIS. The display panel DIS may be implemented in any known liquid crystal mode, such as a twisted nematic (TN) mode, a vertical alignment (VA) mode, an in plane switching (IPS) mode, or a fringe field switching (FFS) mode.

디스플레이 구동회로는 데이터 구동회로(12), 게이트 구동회로(14) 및 타이밍 콘트롤러(16)를 포함하여 입력 영상의 비디오 데이터를 표시패널(DIS)의 픽셀들에 기입한다. 데이터 구동회로(12)는 타이밍 콘트롤러(16)로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 아날로그 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 데이터전압을 출력한다. 데이터 구동회로(12)로부터 출력된 데이터전압은 데이터라인들(D1~Dm)에 공급된다. 게이트 구동회로(14)는 데이터전압에 동기되는 게이트펄스(또는 스캔펄스)를 게이트라인들(G1~Gn)에 순차적으로 공급하여 데이터 전압이 기입되는 표시패널(DIS)의 픽셀라인을 선택한다. The display driving circuit includes a data driving circuit 12 , a gate driving circuit 14 , and a timing controller 16 to write video data of an input image to pixels of the display panel DIS. The data driving circuit 12 converts digital video data RGB input from the timing controller 16 into analog positive/negative gamma compensation voltages and outputs a data voltage. The data voltage output from the data driving circuit 12 is supplied to the data lines D1 to Dm. The gate driving circuit 14 sequentially supplies a gate pulse (or scan pulse) synchronized with the data voltage to the gate lines G1 to Gn to select a pixel line of the display panel DIS to which the data voltage is written.

타이밍 콘트롤러(16)는 호스트 시스템(19)으로부터 입력되는 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 메인 클럭(MCLK) 등의 타이밍신호를 입력받아 데이터 구동회로(12)와 게이트 구동회로(14)의 동작 타이밍을 동기시킨다. 스캔 타이밍 제어신호는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse, GSP), 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock), 게이트 출력 인에이블신호(Gate Output Enable, GOE) 등을 포함한다. 데이터 타이밍 제어신호는 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock, SSC), 극성제어신호(Polarity, POL), 소스 출력 인에이블신호(Source Output Enable, SOE) 등을 포함한다.The timing controller 16 inputs timing signals such as a vertical synchronization signal Vsync, a horizontal synchronization signal Hsync, a data enable signal DE, and a main clock MCLK input from the host system 19 . In response, the operation timings of the data driving circuit 12 and the gate driving circuit 14 are synchronized. The scan timing control signal includes a gate start pulse (GSP), a gate shift clock (Gate Shift Clock), a gate output enable signal (Gate Output Enable, GOE), and the like. The data timing control signal includes a source sampling clock (Source Sampling Clock, SSC), a polarity control signal (Polarity, POL), and a source output enable signal (Source Output Enable, SOE).

호스트 시스템(19)은 디지털 비디오 데이터(RGB)와 함께 타이밍 신호들(Vsync, Hsync, DE, MCLK)을 타이밍 콘트롤러(16)로 전송하며, 터치 구동회로(18)로부터 입력되는 터치 좌표 정보(XY)와 연계된 응용 프로그램을 실행할 수 있다.The host system 19 transmits the timing signals Vsync, Hsync, DE, MCLK together with the digital video data RGB to the timing controller 16 , and the touch coordinate information XY input from the touch driving circuit 18 . ) and related applications can be executed.

터치 모듈에는 터치 스크린(TSP)과 터치 구동회로(18)가 포함된다.The touch module includes a touch screen TSP and a touch driving circuit 18 .

터치 스크린(TSP)은 다수의 센서 전극들(C1~C4)과, 센서 전극들(C1~C4) 각각에 연결된 센서 배선들(L1~L4)을 포함한다. 센서 전극들(C1~C4)은 다양한 구조를 가질 수 있다. 도 2에 도시된 것처럼 센서 전극들(C1~C4)은 동일층 상에서 서로 이격되도록 형성될 수도 있고, 절연층을 사이에 두고 서로 다른 층에서 중첩되도록 형성될 수도 있다. The touch screen TSP includes a plurality of sensor electrodes C1 to C4 and sensor wires L1 to L4 connected to each of the sensor electrodes C1 to C4. The sensor electrodes C1 to C4 may have various structures. As shown in FIG. 2 , the sensor electrodes C1 to C4 may be formed to be spaced apart from each other on the same layer, or may be formed to overlap in different layers with an insulating layer therebetween.

이 터치 스크린(TSP)의 터치 센서들은 자기 정전 용량(Self Capacitance)을 갖는 자기 용량 센서들(Cs)과, 상호 정전 용량(Mutual Capacitance)을 갖는 상호 용량 센서들(Cm)로 나뉘어진다. 센서 전극들(C1~C4) 각각에는 자기 용량 센서(Cs)가 형성되고, 이웃한 센서 전극들(C1~C4)에는 상호 용량 센서(Cm)가 형성된다. The touch sensors of the touch screen TSP are divided into self-capacitance sensors Cs having self capacitance and mutual capacitance sensors Cm having mutual capacitance. A self-capacitance sensor Cs is formed in each of the sensor electrodes C1 to C4 , and a mutual capacitance sensor Cm is formed in the adjacent sensor electrodes C1 to C4 .

자기 용량 센싱 방법은 센서 배선들(L1~L4)을 통해 센서 전극들(C1~C4) 각각에 터치 구동신호(TX)를 인가하여 자기 용량 센서(Cs)에 전하를 공급한다. 이어서, 터치 구동신호(TX)가 인가된 센서 전극(C1~C4)과 센서 배선(L1~L4)을 통해 자기 용량 센서(Cs)의 용량 변화를 센싱할 수 있다.In the self-capacitance sensing method, a touch driving signal TX is applied to each of the sensor electrodes C1 to C4 through the sensor wires L1 to L4 to supply electric charges to the self-capacitance sensor Cs. Subsequently, a change in capacitance of the self-capacitance sensor Cs may be sensed through the sensor electrodes C1 to C4 to which the touch driving signal TX is applied and the sensor wires L1 to L4 .

상호 용량 센싱 방법은 센서 배선들(L1~L4)을 통해 이웃한 센서 전극들(C1~C4) 중 어느 하나의 TX 센서 전극에 터치 구동신호(TX)를 인가하여 상호 용량 센서(Cm)에 전하를 공급하고, 터치 구동신호(TX)와 동기하여 RX 센서 전극과 센서 배선을 통해 상호 용량 센서(Cm)의 용량 변화를 센싱하면 이웃한 센서 전극들 사이에 위치하는 터치 입력을 센싱할 수 있다. 상호 용량 센싱 방법은 센서 전극들(C1~C4) 사이의 위치에서도 터치 입력을 센싱할 수 있다. In the mutual capacitance sensing method, a touch driving signal TX is applied to any one of the adjacent sensor electrodes C1 to C4 through the sensor wires L1 to L4 to apply a charge to the mutual capacitance sensor Cm. , and sensing the capacitance change of the mutual capacitance sensor Cm through the RX sensor electrode and the sensor wiring in synchronization with the touch driving signal TX, the touch input positioned between the adjacent sensor electrodes can be sensed. The mutual capacitive sensing method may sense a touch input even at a position between the sensor electrodes C1 to C4.

터치 스크린(TSP)은 표시패널(DIS)의 상부 편광판 상에 접합되거나, 표시패널(DIS)의 상부 편광판과 상부 기판 사이에 형성될 수 있다. 또한, 터치 스크린(TSP)의 터치 센서들(C1~C4)은 표시패널(DIS)의 픽셀 어레이에 인셀(In-cell) 타입으로 내장될 수 있다. 터치 스크린(TSP)이 표시패널(DIS)의 픽셀 어레이에 내장되는 예가 도 2에 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 표시패널(DIS)의 픽셀 어레이는 터치 센서들(C1~C4)과, 터치 센서들(C1~C4)과 연결된 센서 배선들(L1~Li, i는 m, n 보다 작은 양의 정수)을 포함한다. 픽셀들(101)의 공통전극(COM)은 다수의 세그먼트들(segment)로 분할된다. 터치 센서들(C1~C4)은 분할된 공통전극(COM)으로 구현된다. 하나의 공통전극 세그먼트(segment)는 다수의 픽셀들(101)에 공통으로 연결되고 하나의 터치 센서를 형성한다. 따라서, 터치 센서들(C1~C4)은 도 3과 같이 영상 데이터를 기입하기 위한 디스플레이 구간(Td1, Td2) 동안 픽셀들(101)에 공통전압(Vcom)을 공급하고, 터치 구간 (Tt1, Tt2) 동안 터치 구동신호(TX)를 입력 받아 터치 입력을 센싱 한다. The touch screen TSP may be bonded to the upper polarizing plate of the display panel DIS or formed between the upper polarizing plate and the upper substrate of the display panel DIS. Also, the touch sensors C1 to C4 of the touch screen TSP may be built in an in-cell type in the pixel array of the display panel DIS. An example in which the touch screen TSP is embedded in the pixel array of the display panel DIS is illustrated in FIG. 2 . Referring to FIG. 2 , the pixel array of the display panel DIS has touch sensors C1 to C4 and sensor wires L1 to Li connected to the touch sensors C1 to C4, where i is smaller than m and n. positive integer). The common electrode COM of the pixels 101 is divided into a plurality of segments. The touch sensors C1 to C4 are implemented as divided common electrodes COM. One common electrode segment is commonly connected to the plurality of pixels 101 and forms one touch sensor. Accordingly, the touch sensors C1 to C4 supply the common voltage Vcom to the pixels 101 during the display periods Td1 and Td2 for writing image data as shown in FIG. 3 , and the touch periods Tt1 and Tt2 ), the touch driving signal TX is received and the touch input is sensed.

터치 구동회로(18)는 터치 구동신호(TX)를 터치 센서들(C1~C4)에 인가하고, 터치 센서들(C1~C4)의 자기 용량 변화 또는 상호 용량 변화를 센싱하여 손가락(또는, 스타일러스 펜)과 같은 전도성 물질의 터치 여부와 그 위치를 판단한다. The touch driving circuit 18 applies the touch driving signal TX to the touch sensors C1 to C4, and senses a change in self-capacitance or a change in mutual capacitance of the touch sensors C1 to C4, so that a finger (or a stylus) It determines whether a conductive material such as a pen) is touched and its location.

터치 구동회로(18)는 타이밍 콘트롤러(16) 또는 호스트 시스템(19)으로부터 입력되는 터치 동기 신호(TSYNCN)에 응답하여 터치 구간(Tt1, Tt2) 동안 터치 센서들(C1~C4)을 구동한다. 터치 구동회로(18)는 터치 구간(Tt1, Tt2) 동안 터치 구동신호(TX)를 센서 배선들(L1~L4)을 통해 터치 센서들(C1~C4)에 공급하여 터치 입력을 센싱한다. 터치 구동회로(18)는 터치 입력 유무에 따라 달라지는 터치 센서의 정전용량 변화를 분석하여 터치 입력을 판단하고, 터치 입력 위치의 좌표를 계산한다. 터치 입력 위치의 좌표 정보는 터치 리포터 형태로 호스트 시스템(19)으로 전송된다. The touch driving circuit 18 drives the touch sensors C1 to C4 during the touch periods Tt1 and Tt2 in response to the touch synchronization signal TSYNCN input from the timing controller 16 or the host system 19 . The touch driving circuit 18 senses the touch input by supplying the touch driving signal TX to the touch sensors C1 to C4 through the sensor wires L1 to L4 during the touch periods Tt1 and Tt2. The touch driving circuit 18 determines a touch input by analyzing a change in capacitance of the touch sensor that varies depending on the presence or absence of a touch input, and calculates the coordinates of the touch input location. The coordinate information of the touch input position is transmitted to the host system 19 in the form of a touch reporter.

터치 구동회로(18)는 터치 구간(Tt1, Tt2) 동안 터치 동기 신호(TSYNCN)에 응답하여 터치 센서들(C1~C4)을 구동하되, 입력 영상을 표시하는 1 디스플레이 프레임 기간 내에 터치 센서들(C1~C4)을 구동하기 위한 터치 프레임을 적어도 2개 이상 할당함으로써 디스플레이 프레임 레이트(Frame rate) 보다 터치 리포터 레이트(Touch report rate)를 높일 수 있다. 여기서, 1 터치 프레임 내에는 다수의 멀티플렉서의 개수에 대응되는 다수의 터치 구간들이 포함될 수 있다. The touch driving circuit 18 drives the touch sensors C1 to C4 in response to the touch synchronization signal TSYNCN during the touch periods Tt1 and Tt2, but the touch sensors C1 to C4 display the input image within one display frame period. By allocating at least two touch frames for driving C1 to C4 , the touch report rate may be higher than the display frame rate. Here, a plurality of touch sections corresponding to the number of a plurality of multiplexers may be included in one touch frame.

예를 들어, 1 프레임 기간 내에서 디스플레이 구간(Td1, Td2)과 터치 구간 (Tt1, Tt2)이 각각 도 3과 같이 다수의 구간들로 분할되면, 터치 구동회로(18)는 매 터치 구간(Tt1, Tt2) 마다 터치 입력을 센싱하고, 각 터치 프레임이 완성되는 시점에 터치 입력의 좌표 정보를 호스트 시스템(19)으로 전송한다. 이에 따라, 본 명세서는 디스플레이 프레임 레이트(Display Frame rate) 보다 터치 리포터 레이트(Touch report rate)를 더 높일 수 있다. 디스플레이 프레임 레이트는 1 프레임 이미지가 픽셀 어레이에 기입되는 프레임 주파수이다. 터치 리포터 레이트는 터치 입력의 좌표 정보가 발생되는 속도이다. 터치 리포터 레이트가 높을 수록 터치 입력의 좌표 인식 속도가 빨라지므로 터치 감도가 좋아진다. For example, when the display sections Td1 and Td2 and the touch sections Tt1 and Tt2 are respectively divided into a plurality of sections as shown in FIG. 3 within one frame period, the touch driving circuit 18 is configured for each touch section Tt1 , Tt2), the touch input is sensed, and coordinate information of the touch input is transmitted to the host system 19 when each touch frame is completed. Accordingly, in the present specification, the touch report rate may be higher than the display frame rate. The display frame rate is the frame frequency at which one frame image is written to the pixel array. The touch reporter rate is a rate at which coordinate information of a touch input is generated. The higher the touch reporter rate, the faster the coordinate recognition speed of the touch input, so the touch sensitivity is improved.

이러한 본 명세서의 터치 센싱 시스템은 자기 용량 센서들을 이용하여 센서 전극들 각각에서 터치 입력을 센싱할 수 있을 뿐 아니라 상호 용량 센서들을 이용하여 센서 전극들 사이에서도 터치 입력을 센싱하여 터치 스크린의 해상도, 센싱 감도 및 정확도를 향상시킬 수 있다.The touch sensing system of the present specification can not only sense a touch input from each of the sensor electrodes using self-capacitance sensors, but also sense a touch input between the sensor electrodes using mutual capacitive sensors to achieve the resolution and sensing of the touch screen. It can improve sensitivity and accuracy.

또한, 본 명세서의 터치 센싱 시스템은 구동 모드에 따라 자기 용량 센싱 방법과 상호 용량 센싱 방법을 선택적으로 사용할 수도 있다. 본 명세서의 터치 센싱 시스템은 노멀 모드에서 자기 용량 센싱 방법을 사용하고, 저소비 모드에서 상호 용량 센싱 방법을 사용할 수 있다. 저소비 모드에서 화면 재생은 이뤄지지 않지만 터치 기능은 활성화될 수 있다. 저소비 모드는 휴지 모드(idle mode), 대기 모드(standby mode), 슬립 모드(sleep mode)를 포함할 수 있다. 상호 용량 센싱 방법은 자기 용량 센싱 방법에 비해 필요로 하는 센서 전극들(C1~C4)을 센싱하기 위한 센싱부들의 개수가 적기 때문에 소비 전력을 줄이기가 용이하다. In addition, the touch sensing system of the present specification may selectively use a self-capacitance sensing method and a mutual capacitive sensing method according to a driving mode. The touch sensing system of the present specification may use a self-capacitance sensing method in a normal mode, and may use a mutual capacitive sensing method in a low consumption mode. In low-consumption mode, there is no screen playback, but the touch function can be activated. The low consumption mode may include an idle mode, a standby mode, and a sleep mode. In the mutual capacitance sensing method, it is easy to reduce power consumption because the number of sensing units required for sensing the sensor electrodes C1 to C4 is small compared to the self-capacitance sensing method.

본 명세서의 터치 센싱 시스템은 저소비 모드에서 소비 전류를 더욱 줄이기 위해 다양한 방안들을 채택할 수 있다. 본 명세서의 터치 센싱 시스템은 저소비 모드에서 복수개의 멀티플렉서들을 쇼트시켜 그에 연결된 센서 전극들을 그룹 센싱할 수 있다(도 10 내지 도 12 참조). 본 명세서의 터치 센싱 시스템은 리드 아웃 직접회로(Read Out Integrated Circuit, 이하, 리드 아웃 IC)의 메인 동작 클럭을 노멀 모드에 비해 저소비 모드에서 더 낮출 수 있다(도 14 및 도 15 참조). 본 명세서의 터치 센싱 시스템은 저소비 모드에서 시간적으로 이웃한 ADC 출력 데이터를 합산하여 ADC 출력 데이터를 대상으로 한 저장 공간과 전송 클럭의 토글 횟수를 줄일 수 있다(도 16 내지 도 18 참조). 본 명세서의 터치 센싱 시스템은 저소비 모드에서 ADC 출력 데이터의 일부 비트만을 센싱 버퍼에 저장하여 리드 아웃 IC 에서 MCU(Micro Controller Unit)로 전송되는 ADC 출력 데이터의 전송 주기를 늘릴 수 있다(도 19 및 도 20 참조). 본 명세서의 터치 센싱 시스템은 저소비 모드에서 직렬 인터페이스 듀얼 리드(serial interface dual read) 기술을 사용하여 ADC 출력 데이터에 대한 전송 클럭의 토글 횟수를 줄일 수 있다(도 21 및 도 22 참조).The touch sensing system of the present specification may adopt various methods to further reduce current consumption in the low consumption mode. The touch sensing system of the present specification may short-circuit a plurality of multiplexers in a low consumption mode to group-sens the sensor electrodes connected thereto (refer to FIGS. 10 to 12 ). The touch sensing system of the present specification may lower the main operation clock of a read out integrated circuit (hereinafter, referred to as a read out IC) in the low consumption mode compared to the normal mode (refer to FIGS. 14 and 15 ). The touch sensing system of the present specification may reduce the number of toggles between the storage space and the transmission clock for the ADC output data by summing the temporally neighboring ADC output data in the low consumption mode (refer to FIGS. 16 to 18 ). The touch sensing system of the present specification stores only some bits of the ADC output data in the sensing buffer in the low consumption mode to increase the transmission period of the ADC output data transmitted from the readout IC to the microcontroller unit (MCU) (Figs. 19 and Figs. 20). The touch sensing system of the present specification may reduce the number of toggles of a transmission clock for ADC output data by using a serial interface dual read technology in a low consumption mode (see FIGS. 21 and 22 ).

도 4및 도 5는 터치 센서들에 연결되는 터치 구동회로를 보여주는 도면들이다. 도 6은 자기 용량 센싱 기반의 노멀 모드에서 멀티플렉서와 센싱 유닛에 인가되는 신호를 설명하기 위한 도면이다. 그리고, 도 7은 상호 용량 센싱 기반의 저소비 모드에서 멀티플렉서와 센싱 유닛에 인가되는 신호를 설명하기 위한 도면이다.4 and 5 are diagrams illustrating a touch driving circuit connected to touch sensors. 6 is a diagram for describing signals applied to a multiplexer and a sensing unit in a normal mode based on self-capacitance sensing. And, FIG. 7 is a diagram for explaining signals applied to the multiplexer and the sensing unit in a low consumption mode based on mutual capacitance sensing.

도 4 및 도 5를 참조하면, 터치 구동회로(18)는 멀티플렉서들(140)과, 센싱부들(160)이 내장된 리드 아웃 IC(ROIC)와, MCU(Micro Controller Unit)를 포함할 수 있다. MCU는 터치 IC로 대체될 수 있다.4 and 5 , the touch driving circuit 18 may include multiplexers 140 , a read-out IC (ROIC) in which sensing units 160 are embedded, and a micro controller unit (MCU). . The MCU can be replaced with a touch IC.

멀티플렉서(140)는 MCU의 제어 하에 리드 아웃 IC(ROIC)와 센서 전극들(22)을 선택적으로 연결한다. 멀티플렉서(140)는 MCU의 제어 하에 센서 전극들(22)로 공통 전압을 공급할 수 있다. 터치 스크린의 해상도가 M(가로)×N(세로)(M, N 각각은 2 이상의 양의 정수)일 때, 필요한 멀티플렉서(140)의 개수는 M 개일 수 있다. 터치 스크린의 해상도가 M×N일 때, 센서 전극들(22)은 M×N 개로 분할될 수 있다. 멀티플렉서(140) 각각은 N 개의 센서 배선들(115)을 통해 N 개의 센서 전극들(22,Y1~Yn)에 연결되고, N 개의 센서 배선들(115)을 리드 아웃 IC(ROIC)에 포함된 하나의 센싱부(160)에 순차적으로 연결할 수 있다.The multiplexer 140 selectively connects the readout IC (ROIC) and the sensor electrodes 22 under the control of the MCU. The multiplexer 140 may supply a common voltage to the sensor electrodes 22 under the control of the MCU. When the resolution of the touch screen is M (horizontal)×N (vertical) (each of M and N is a positive integer of 2 or more), the required number of multiplexers 140 may be M. When the resolution of the touch screen is M×N, the sensor electrodes 22 may be divided into M×N pieces. Each of the multiplexers 140 is connected to the N sensor electrodes 22, Y1 to Yn through the N sensor wires 115, and the N sensor wires 115 are included in the readout IC (ROIC). It may be sequentially connected to one sensing unit 160 .

센싱부(160)는 멀티플렉서(140)를 통해 센서 배선들(115)에 연결되어 센서 전극들(22)로부터 수신되는 센싱 신호를 디지털 데이터로 변환한다. 센싱부(160)는 수신된 센싱 신호를 증폭하는 증폭기, 증폭기의 전압을 누적하는 적분기, 적분기의 전압을 디지털 데이터로 변환하는 아날로그 디지털 변한기(Analog-to-Digital Converter, 이하 "ADC"라 함)를 포함한다. ADC로부터 출력된 디지털 데이터는 터치 로 데이터(Touch raw data)로서 MCU로 전송된다. The sensing unit 160 is connected to the sensor wires 115 through the multiplexer 140 to convert a sensing signal received from the sensor electrodes 22 into digital data. The sensing unit 160 includes an amplifier that amplifies the received sensing signal, an integrator that accumulates the voltage of the amplifier, and an analog-to-digital converter that converts the voltage of the integrator into digital data (hereinafter referred to as “ADC”). ) is included. The digital data output from the ADC is transmitted to the MCU as touch raw data.

MCU는 터치 로 데이터를 소정의 문턱값과 비교하여 문턱값 이상의 전하 변화량을 갖는 터치 센서들의 위치를 터치 입력 영역으로 판정한다. MCU는 터치 입력 각각에 대하여 좌표를 계산하여 터치 입력 좌표 정보를 포함한 터치 데이터(TDATA)를 호스트 시스템(19)으로 전송한다.The MCU compares the raw touch data with a predetermined threshold and determines the positions of the touch sensors having the amount of charge change greater than or equal to the threshold as the touch input area. The MCU calculates coordinates for each touch input and transmits touch data TDATA including touch input coordinate information to the host system 19 .

터치 구동회로(18)는 구동 전원부에 연결되어 구동전원을 공급받는다. 터치 구동회로(18)는 터치 동기 신호(TSYNCN)를 참작하여 터치 구간들(Tt1,Tt2)에서 터치 구동신호(TX)를 생성하여 센서 전극들(22)에 인가한다. 터치 구동신호(TX)는 구형파 형태의 펄스, 정현파, 삼각파 등 다양한 형태로 생성될 수 있다. 터치 구동신호는 센싱부(160)의 적분기에 전하가 다수회 누적될 수 있도록 센서 전극들(22) 각각에 다수 회 인가될 수 있다.The touch driving circuit 18 is connected to the driving power supply to receive driving power. The touch driving circuit 18 generates a touch driving signal TX in the touch sections Tt1 and Tt2 in consideration of the touch synchronization signal TSYNCN and applies the generated touch driving signal TX to the sensor electrodes 22 . The touch driving signal TX may be generated in various forms, such as a square wave pulse, a sine wave, or a triangular wave. The touch driving signal may be applied multiple times to each of the sensor electrodes 22 so that charges may be accumulated multiple times in the integrator of the sensing unit 160 .

터치 구동회로(18)는 터치 구간들(Tt1,Tt2)에서 센싱 모드 제어신호(CTRL)를 생성하여 자기 용량 센서들의 정전 용량 변화를 센싱하기 위한 제1 센싱 모드(이하, "셀프 센싱 모드"라 함)와 상호 용량 센서들의 정전 용량 변화를 센싱하기 위한 제2 센싱 모드(이하, "뮤추얼 센싱 모드"라 함)를 구분할 수 있다. 셀프 센싱 모드는 전술한 노멀 모드에서 활성화될 수 있고, 뮤추얼 센싱 모드는 전술한 저소비 모드에서 활성화될 수 있다. 터치 구동회로(18)는 셀프 센싱 모드에서 제1 터치 구동신호(TXS)를 생성하고, 뮤추얼 센싱 모드에서 제2 터치 구동신호(TXM)를 생성한다. 제1 터치 구동신호(TXS)와 제2 터치 구동신호(TXM)는 동일한 형태를 가질 수도 있고, 다른 형태를 가질 수도 있다.The touch driving circuit 18 generates a sensing mode control signal CTRL in the touch sections Tt1 and Tt2 to sense a change in capacitance of the self-capacitance sensors in a first sensing mode (hereinafter referred to as a “self-sensing mode”). ) and a second sensing mode (hereinafter, referred to as a “mutual sensing mode”) for sensing a change in capacitance of the mutual capacitive sensors can be distinguished. The self sensing mode may be activated in the aforementioned normal mode, and the mutual sensing mode may be activated in the aforementioned low consumption mode. The touch driving circuit 18 generates the first touch driving signal TXS in the self-sensing mode and generates the second touch driving signal TXM in the mutual sensing mode. The first touch driving signal TXS and the second touch driving signal TXM may have the same shape or different shapes.

터치 구동회로(18)는 셀프 센싱 모드에서 제1 터치 구동신호(TXS)를 센싱부(160)의 제1 입력단(증폭기(Amp)의 (-) 입력단)에 연결된 센서 배선들(115)에 인가하고, 뮤추얼 센싱 모드에서 제2 터치 구동신호(TXM)를 센싱부(160)의 제1 입력단(증폭기(Amp)의 (-) 입력단)에 연결되지 않은 센서 배선(115)에 인가하는 구동신호 선택부(210)를 포함할 수 있다. 또한, 터치 구동회로(18)는 셀프 센싱 모드에서 제1 터치 구동신호(TXS)를 센싱부(160)의 제2 입력단(증폭기(Amp)의 (+) 입력단)에 인가하고, 뮤추얼 센싱 모드에서 기준전압(VREF)을 센싱부(160)의 제2 입력단(증폭기(Amp)의 (+) 입력단)에 인가하는 기준신호 선택부(220)를 포함할 수 있다.The touch driving circuit 18 applies the first touch driving signal TXS to the sensor wires 115 connected to the first input terminal of the sensing unit 160 (the negative input terminal of the amplifier Amp) in the self-sensing mode. and selecting a driving signal for applying the second touch driving signal TXM to the sensor wiring 115 that is not connected to the first input terminal of the sensing unit 160 (the negative input terminal of the amplifier Amp) in the mutual sensing mode It may include a part 210 . In addition, the touch driving circuit 18 applies the first touch driving signal TXS to the second input terminal of the sensing unit 160 (the (+) input terminal of the amplifier Amp) in the self-sensing mode, and in the mutual sensing mode The reference signal selection unit 220 for applying the reference voltage VREF to the second input terminal of the sensing unit 160 (the (+) input terminal of the amplifier Amp) may be included.

도 6을 참조하여 셀프 센싱 모드에서 센서 전극(Y1)의 자기 용량 센서(Cs)가 센싱되는 경우를 설명하면 다음과 같다. 셀프 센싱 모드에서, 센싱부(160)의 제1 입력단(증폭기(Amp)의 (-) 입력단)에 제1 터치 구동신호(TXS)가 인가되면, 멀티플렉서(140)는 이 제1 터치 구동신호(TXS)를 센서 전극(Y1)에 연결된 센서 배선에만 선택적으로 인가한다. 그러면, 센싱부(160)는 센서 배선과 멀티플렉서(140)를 통해 제1 터치 구동신호(TXS)에 따른 센서 전극(Y1)의 전위 변화를 센싱한다. 한편, 멀티플렉서(140)는 센싱부(160)의 제1 입력단(증폭기(Amp)의 (-) 입력단)에 연결되지 않은 센서 배선들, 즉 다른 센서 전극들(Y2~Yn)에 연결된 센서 배선들에도 제1 터치 구동신호(TXS)를 인가함으로써, 비 센싱되는 센서 배선들로 인해 센싱 신호가 왜곡되는 현상을 방지할 수 있다. 이러한 목적으로 다른 센서 전극들(Y2~Yn)에 연결된 센서 배선들에는 제1 터치 구동신호(TXS) 이외에 일정한 직류 전압이 인가될 수도 있다.A case in which the self-capacitance sensor Cs of the sensor electrode Y1 is sensed in the self-sensing mode will be described with reference to FIG. 6 . In the self-sensing mode, when the first touch driving signal TXS is applied to the first input terminal of the sensing unit 160 (the negative input terminal of the amplifier Amp), the multiplexer 140 generates the first touch driving signal ( TXS) is selectively applied only to the sensor wiring connected to the sensor electrode Y1. Then, the sensing unit 160 senses a change in the potential of the sensor electrode Y1 according to the first touch driving signal TXS through the sensor wiring and the multiplexer 140 . Meanwhile, the multiplexer 140 includes sensor wires not connected to the first input terminal of the sensing unit 160 (the negative input terminal of the amplifier Amp), that is, sensor wires connected to other sensor electrodes Y2 to Yn. Also, by applying the first touch driving signal TXS, it is possible to prevent the sensing signal from being distorted due to the non-sensing sensor wires. For this purpose, a constant DC voltage may be applied to the sensor wires connected to the other sensor electrodes Y2 to Yn in addition to the first touch driving signal TXS.

도 7을 참조하여 뮤추얼 센싱 모드에서 센서 전극들(Y1,Y2) 사이의 상호 용량 센서(Cm)가 센싱되는 경우를 설명하면 다음과 같다. 뮤추얼 센싱 모드에서, 멀티플렉서(140)는 제2 터치 구동신호(TXM)를 센서 전극(Y2)에 연결된 센서 배선에만 선택적으로 인가한다. 그러면, 센싱부(160)는 센서 전극(Y1)에 연결된 센서 배선과 멀티플렉서(140)를 통해 제2 터치 구동신호(TXM)에 따른 센서 전극(Y1)의 전위 변화를 센싱한다. 한편, 멀티플렉서(140)는 센서 전극들(Y1,Y2) 에 연결되지 않은 센서 배선들에 기저 전압, 또는 직류 전압이 인가함으로써, 비 센싱되는 센서 배선들로 인해 센싱 신호가 왜곡되는 현상을 방지할 수 있다.A case in which the mutual capacitance sensor Cm between the sensor electrodes Y1 and Y2 is sensed in the mutual sensing mode will be described with reference to FIG. 7 . In the mutual sensing mode, the multiplexer 140 selectively applies the second touch driving signal TXM only to the sensor wiring connected to the sensor electrode Y2 . Then, the sensing unit 160 senses a change in the potential of the sensor electrode Y1 according to the second touch driving signal TXM through the sensor wiring connected to the sensor electrode Y1 and the multiplexer 140 . On the other hand, the multiplexer 140 applies a ground voltage or a DC voltage to the sensor wires not connected to the sensor electrodes Y1 and Y2, thereby preventing the sensing signal from being distorted due to the non-sensing sensor wires. can

도 8은 자기 용량 센싱 방법을 구현하는데 필요한 센싱부들의 개수를 보여주는 도면이다. 그리고, 도 9는 상호 용량 센싱 방법을 구현하는데 필요한 센싱부들의 개수를 보여주는 도면이다.8 is a diagram illustrating the number of sensing units required to implement a self-capacitance sensing method. And, FIG. 9 is a diagram showing the number of sensing units required to implement a mutual capacitance sensing method.

도 8 및 도 9에서, AFE는 아날로그 프론트 앤드(Analog Front End)로서 전술한 센싱부(160)를 지시한다. 도 8 및 도 9를 참조하면, 상호 용량 센싱 방법을 구현하는데 필요한 AFE의 개수는 자기 용량 센싱 방법을 구현하는데 필요한 AFE의 개수에 비해 더 적다. 다시 말해, 리드 아웃 IC(ROIC)에 포함된 센싱부와 ADC의 동작 시간은 셀프 센싱 모드에 비해 뮤추얼 센싱 모드에서 더 짧아진다. 따라서, 노멀 모드에 비해 상기 저소비 모드에서, 리드 아웃 IC 내에 포함된 센싱부와 ADC가 동작하는 시간이 더 짧아지고, 도 13의 ADC 블록과 디지털 블록 등에서 소모되는 소비 전력이 더 줄어들수 있다.8 and 9 , the AFE indicates the above-described sensing unit 160 as an analog front end. 8 and 9 , the number of AFEs required to implement the mutual capacitive sensing method is smaller than the number of AFEs required to implement the self-capacitance sensing method. In other words, the operating time of the sensing unit and ADC included in the read-out IC (ROIC) is shorter in the mutual sensing mode than in the self-sensing mode. Accordingly, in the low consumption mode compared to the normal mode, the operating time of the sensing unit and the ADC included in the readout IC is shorter, and power consumption in the ADC block and the digital block of FIG. 13 can be further reduced.

도 10은 저소비 모드에서 복수개의 멀티플렉서들에 연결된 센서 전극들을 그룹 센싱하기 위한 터치 구동회로의 연결 구성을 보여주는 도면이다. 도 11은 저소비 모드에서 하나의 멀티플렉서에 대응되는 센서 전극들을 보여주는 도면이다. 그리고, 도 12는 저소비 모드에서 1 그룹의 멀티플렉서들에 대응되어 그룹 센싱되는 센서 전극들을 보여주는 도면이다.10 is a diagram illustrating a connection configuration of a touch driving circuit for group sensing sensor electrodes connected to a plurality of multiplexers in a low consumption mode. 11 is a diagram illustrating sensor electrodes corresponding to one multiplexer in a low consumption mode. And, FIG. 12 is a diagram showing sensor electrodes that are group-sensed corresponding to one group of multiplexers in a low consumption mode.

도 10을 참조하면, 터치 구동회로(18)는 제1 먹스 어레이(R0), 제2 먹스 어레이(R1), 리드 아웃 IC(ROIC), 및 MCU를 포함한다. 터치 구동회로(18)는 저소비 모드에서 뮤추얼 센싱이 구현될 수 있도록 다음과 같이 구성됨으로써, 센싱부의 구성이 간소해지고 소비전력이 줄어들 수 있다.Referring to FIG. 10 , the touch driving circuit 18 includes a first mux array R0 , a second mux array R1 , a readout IC ROIC, and an MCU. The touch driving circuit 18 is configured as follows so that mutual sensing can be implemented in the low consumption mode, thereby simplifying the configuration of the sensing unit and reducing power consumption.

제1 먹스 어레이(R0)에 포함된 10개의 멀티플렉서들(MUX1~MUX10)은 40(row)*10(column)의 터치 해상도를 갖는 제1 터치 영역을 담당한다. 10개의 멀티플렉서들(MUX1~MUX10)은 제1 먹스그룹(MUX Short A)과 제2 먹스그룹(MUX Short B)으로 나뉘어진다. 제1 먹스그룹(MUX Short A)과 제2 먹스그룹(MUX Short B)은 터치 채널들을 통해 선택적으로 리드 아웃 IC(ROIC)에 연결된다. 제1 먹스그룹(MUX Short A)에 포함된 멀티플렉서들(MUX1~MUX5)은 서로 쇼트되어 20개의 터치 채널들을 통해 리드 아웃 IC(ROIC)의 제1 아날로그 블록에 연결되고, 제2 먹스그룹(MUX Short B)에 포함된 멀티플렉서들(MUX6~MUX10)은 서로 쇼트되어 20개의 터치 채널들을 통해 리드 아웃 IC(ROIC)의 제1 아날로그 블록에 연결된다.The ten multiplexers MUX1 to MUX10 included in the first mux array R0 serve a first touch area having a touch resolution of 40 (row)*10 (column). The ten multiplexers MUX1 to MUX10 are divided into a first MUX group (MUX Short A) and a second MUX group (MUX Short B). The first MUX group (MUX Short A) and the second MUX group (MUX Short B) are selectively connected to the read-out IC (ROIC) through touch channels. The multiplexers MUX1 to MUX5 included in the first mux group MUX Short A are shorted to each other and connected to the first analog block of the readout IC ROIC through 20 touch channels, and the second mux group MUX The multiplexers MUX6 to MUX10 included in Short B) are shorted to each other and connected to the first analog block of the readout IC ROIC through 20 touch channels.

제2 먹스 어레이(R1)에 포함된 10개의 멀티플렉서들(MUX1~MUX10)은 40(row)*10(column)의 터치 해상도를 갖는 제2 터치 영역을 담당한다. 10개의 멀티플렉서들(MUX1~MUX10)은 제3 먹스그룹(MUX Short A)과 제4 먹스그룹(MUX Short B)으로 나뉘어진다. 제3 먹스그룹(MUX Short A)과 제4 먹스그룹(MUX Short B)은 터치 채널들을 통해 선택적으로 리드 아웃 IC(ROIC)에 연결된다. 제3 먹스그룹(MUX Short A)에 포함된 멀티플렉서들(MUX1~MUX5)은 서로 쇼트되어 20개의 터치 채널들을 통해 리드 아웃 IC(ROIC)의 제2 아날로그 블록에 연결되고, 제4 먹스그룹(MUX Short B)에 포함된 멀티플렉서들(MUX6~MUX10)은 서로 쇼트되어 20개의 터치 채널들을 통해 리드 아웃 IC(ROIC)의 제2 아날로그 블록에 연결된다.The ten multiplexers MUX1 to MUX10 included in the second mux array R1 serve a second touch area having a touch resolution of 40 (row)*10 (column). The ten multiplexers MUX1 to MUX10 are divided into a third MUX group (MUX Short A) and a fourth MUX group (MUX Short B). The third MUX group (MUX Short A) and the fourth MUX group (MUX Short B) are selectively connected to the read-out IC (ROIC) through touch channels. The multiplexers MUX1 to MUX5 included in the third mux group MUX Short A are shorted to each other and connected to the second analog block of the readout IC ROIC through 20 touch channels, and the fourth mux group MUX The multiplexers MUX6 to MUX10 included in Short B) are shorted to each other and connected to the second analog block of the readout IC ROIC through 20 touch channels.

제1 및 제2 먹스 어레이들(R0,R1)에서, 각각의 멀티 플렉서는 도 11과 같이 20개의 터치 채널들을 통해 20개의 RX 전극들(RX0~RX19)에 선택적으로 연결될 수 있다. 제1 및 제2 먹스 어레이들(R0,R1)에서, Row = 40에 해당하는 센서 전극들이 10개의 멀티플렉서들(MUX1~MUX10)에 대응되는데, 본 명세서의 뮤추얼 센싱을 위한 저소비 모드에서는 도 12와 같이 멀티플렉서들이 5개씩 묶여서 쇼트 센싱된다. 뮤추얼 센싱을 위해 각각의 멀티플렉서에 대응되는 TX 전극들에 Mutual TX1 및 TX2가 입력되고, 그에 대응하여 20개의 RX 전극들(RX0~RX19)이 센싱된다.In the first and second mux arrays R0 and R1, each multiplexer may be selectively connected to 20 RX electrodes RX0 to RX19 through 20 touch channels as shown in FIG. 11 . In the first and second mux arrays R0 and R1, sensor electrodes corresponding to Row = 40 correspond to ten multiplexers MUX1 to MUX10. In the low consumption mode for mutual sensing of the present specification, FIG. In the same way, 5 multiplexers are grouped together and short-sensed. For mutual sensing, mutual TX1 and TX2 are input to TX electrodes corresponding to each multiplexer, and correspondingly, 20 RX electrodes RX0 to RX19 are sensed.

리드 아웃 IC(ROIC)는 제1 아날로그 블록, 제2 아날로그 블록, 디지털 블록을 포함한다. 제1 아날로그 블록은 제1 센싱부(SSU0)와 제1 ADC(ADC0)를 포함하고, 제2 아날로그 블록은 제2 센싱부(SSU1)와 제2 ADC(ADC1)를 포함한다. 디지털 블록은 메인 콘트롤러, 센싱 버퍼(SBUF), 인터페이스 회로(SPI) 등을 포함한다. The read-out IC (ROIC) includes a first analog block, a second analog block, and a digital block. The first analog block includes a first sensing unit SSU0 and a first ADC ADC0, and the second analog block includes a second sensing unit SSU1 and a second ADC ADC1. The digital block includes a main controller, a sensing buffer (SBUF), an interface circuit (SPI), and the like.

MCU는 인터페이스 회로를 통해 리드 아웃 IC(ROIC)에 연결되며, 리드 아웃 IC(ROIC)로부터 ADC 출력 데이터를 전송 받는다. 인터페이스 회로는 주변 장치용 직렬 인터페이스(Serial Peripheral Interface)로 구현될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. The MCU is connected to the read-out IC (ROIC) through the interface circuit and receives ADC output data from the read-out IC (ROIC). The interface circuit may be implemented as a serial interface for a peripheral device, but is not limited thereto.

도 13은 도 10에 도시된 리드 아웃 IC의 상세 구성을 보여주는 도면이다.13 is a diagram illustrating a detailed configuration of the read-out IC shown in FIG. 10 .

도 13을 참조하면, 리드 아웃 IC의 디지털 블록은 MCU로부터 터치 동기신호(TSYNCN), 센싱 동기신호(PWM_TX), 메인 동작 클럭(ECLK)를 입력받는다. 디지털 블록은 메인 콘트롤러, 센싱 버퍼(SBUF), 인터페이스 회로(SPI), 패드 콘트롤러를 포함한다. 디지털 블록에 속하는 회로 소자들의 기본적인 동작은 메인 동작 클럭(ECLK)을 기반으로 한다. 센싱 버퍼(SBUF)는 ADC에서 생성된 ADC 출력 데이터를 메인 동작 클럭(ECLK)을 기반으로 하여 저장한다. 인터페이스 회로(SPI)는 센싱 버퍼(SBUF)에서 ADC 출력 데이터를 읽어 내어 MCU로 전송한다.Referring to FIG. 13 , the digital block of the readout IC receives a touch synchronization signal TSYNCN, a sensing synchronization signal PWM_TX, and a main operation clock ECLK from the MCU. The digital block includes a main controller, a sensing buffer (SBUF), an interface circuit (SPI), and a pad controller. The basic operation of circuit elements belonging to the digital block is based on the main operation clock ECLK. The sensing buffer (SBUF) stores the ADC output data generated by the ADC based on the main operation clock (ECLK). The interface circuit (SPI) reads ADC output data from the sensing buffer (SBUF) and transmits it to the MCU.

메인 콘트롤러는 제1 제어신호 생성부(ADC TG)와 제2 제어신호 생성부(SSU TG)를 포함한다. 제1 제어신호 생성부(ADC TG)는 터치 동기신호(TSYNCN)와 센싱 동기신호(PWM_TX)에 기초하여 ADC 동작 타이밍 정보를 생성하고, 제2 제어신호 생성부(SSU TG)는 터치 동기신호(TSYNCN)와 센싱 동기신호(PWM_TX)에 기초하여 SSU 동작 타이밍 정보를 생성한다. ADC 동작 타이밍 정보는 ADC의 동작을 제어하는 데 이용되고, SSU 동작 타이밍 정보는 센싱부(SSU)의 동작을 제어하는 데 이용된다.The main controller includes a first control signal generator ADC TG and a second control signal generator SSU TG. The first control signal generator ADC TG generates ADC operation timing information based on the touch synchronization signal TSYNCN and the sensing synchronization signal PWM_TX, and the second control signal generator SSU TG generates the touch synchronization signal TSYNCN) and the sensing synchronization signal PWM_TX to generate SSU operation timing information. The ADC operation timing information is used to control the operation of the ADC, and the SSU operation timing information is used to control the operation of the sensing unit (SSU).

메인 콘트롤러는 소비 전력을 더욱 줄이기 위해 데이터 합산부(SUM)와 데이터 선택부(CPY) 중에서 적어도 하나 이상을 더 포함할 수 있다. The main controller may further include at least one of a data summing unit SUM and a data selection unit CPY to further reduce power consumption.

데이터 합산부(SUM)는 저소비 모드에서, ADC 출력 데이터를 시간적으로 이웃한 2개씩 합산하고, 합산된 ADC 출력 데이터를 센싱 버퍼(SBUF)에 저장함으로써, 센싱 버퍼(SBUF)의 저장 공간을 줄이고, ADC 출력 데이터를 MCU로 전송하기 위한 전송 클럭의 토글 횟수를 줄인다.In the low consumption mode, the data summing unit (SUM) reduces the storage space of the sensing buffer (SBUF) by summing the two temporally adjacent ADC output data and storing the summed ADC output data in the sensing buffer (SBUF), Reduce the number of toggles of the transmit clock to transmit ADC output data to the MCU.

데이터 선택부(CPY)는 ADC 출력 데이터를 구성하는 전체 데이터 비트 중에서 일부 비트만을 선택하고, 일부 비트만으로 구성된 ADC 출력 데이터를 센싱 버퍼(SBUF)에 저장한다. 데이터 선택부(CPY)는 센싱 버퍼(SBUF)가 ADC 출력 데이터로 완전히 채워질 때마다 SPI 요청 신호를 생성하여 인터페이스 회로(SPI)에 인가한다. 인터페이스 회로(SPI)는 SPI 요청 신호에 따라 센싱 버퍼(SBUF)로부터 ADC 출력 데이터를 읽어 내어 MCU로 전송하기 때문에, 인터페이스 회로(SPI)에서 수행되는 데이터 전송 주기가 늘어나고 소비전력이 줄어드는 효과가 있다. The data selection unit CPY selects only some bits among all data bits constituting the ADC output data, and stores the ADC output data composed of only some bits in the sensing buffer SBUF. The data selector CPY generates an SPI request signal whenever the sensing buffer SBUF is completely filled with ADC output data and applies it to the interface circuit SPI. Since the interface circuit SPI reads ADC output data from the sensing buffer SBUF according to the SPI request signal and transmits it to the MCU, there is an effect of increasing the data transmission period performed by the interface circuit SPI and reducing power consumption.

인터페이스 회로(SPI)와 MCU는 MOSI(Master Output Slave Input)용 제1 전송 회선과, MISO(Master Input Slave Output)용 제2 전송 회선과, SSN(Slave Select Number)용 제3 전송 회선과, 전송 클럭(SCLK)용 제4 전송 회선을 통해 서로 연결된다. 패드 콘트롤러는, 노멀 모드에서 제1 전송 회선의 통신 방향을 인터페이스 회로(SPI)를 향하는 제1 단방향으로 제어하고, 제2 전송 회선의 통신 방향을 MCU를 향하는 제2 단방향으로 제어할 수 있다. 이에 반해, 패드 콘트롤러는, 저소비 모드에서, 제1 전송 회선의 통신 방향을 상기 제1 단방향과 상기 제2 단방향을 포함한 양방향으로 제어하고, 제2 전송 회선의 통신 방향을 상기 제2 단방향으로 제어할 수 있다. 제1 전송 회선의 통신 방향은 통신 제어신호(MOSI_OE)에 따라 노멀 모드에서 제1 단방향으로 제어되고 저소비 모드에서 양방향으로 제어될 수 있다. 인터페이스 회로(SPI)는 저소비 모드에서 ADC 출력 데이터를 듀얼 방식으로 읽어 내어 제1 전송 회선과 제2 전송 회선을 통해 동시에 전송함으로써, 전송 클럭의 토글 횟수를 줄일 수 있다.The interface circuit (SPI) and the MCU have a first transmission line for MOSI (Master Output Slave Input), a second transmission line for MISO (Master Input Slave Output), and a third transmission line for SSN (Slave Select Number), and transmission They are connected to each other through a fourth transmission line for the clock SCLK. In the normal mode, the pad controller may control the communication direction of the first transmission line in a first unidirectional direction toward the interface circuit SPI and control the communication direction of the second transmission line in a second unidirectional direction toward the MCU. On the other hand, in the low consumption mode, the pad controller controls the communication direction of the first transmission line in both directions including the first one-way and the second one-way, and controls the communication direction of the second transmission line in the second one-way. can A communication direction of the first transmission line may be controlled in a first unidirectional manner in a normal mode and bidirectionally in a low consumption mode according to the communication control signal MOSI_OE. The interface circuit SPI reads the ADC output data in a dual method in the low consumption mode and transmits the data through the first transmission line and the second transmission line at the same time, thereby reducing the number of toggles of the transmission clock.

도 14는 자기 용량 센싱을 위해 12MHz의 메인 동작 클럭을 기반으로 한 리드 아웃 IC의 구동 타이밍을 보여주는 도면이다. 그리고, 도 15는 저소비 모드에서 상호 용량 센싱을 위해 6MHz의 메인 동작 클럭을 기반으로 한 리드 아웃 IC의 구동 타이밍을 보여주는 도면이다.14 is a diagram illustrating driving timing of a readout IC based on a main operation clock of 12 MHz for self-capacitance sensing. And, FIG. 15 is a diagram showing the driving timing of the readout IC based on the main operation clock of 6 MHz for mutual capacitance sensing in the low consumption mode.

도 14를 참조하면, 셀프 센싱을 위한 노멀 모드에서 AFE의 개수는 좌우 40개씩 총 80개이고, 그에 맞춰 전송 클럭(SCLK)의 토글 횟수는 80일 수 있다. 이하, SCLK(j)는 토글 횟수가 j인 전송 클럭을 의미한다. 이때, 메인 동작 클럭(ECLK)은 12MHz로 설정되는 데, SCLK 80에 동기되는 ADC 출력 데이터의 전송 시간이 터치 구간(Tt)을 초과하여 디스플레이 구간과 겹칠 수 있어 전송 안정성이 낮다. 또한, 높은 동작 주파수(12MHz)로 인해 메인 동작 클럭(ECLK)의 스위칭에 소모되는 전력이 크다.Referring to FIG. 14 , in the normal mode for self-sensing, the number of AFEs is 80 in total, 40 left and right, and the number of toggles of the transmission clock SCLK may be 80 accordingly. Hereinafter, SCLK(j) refers to a transmission clock having a toggle count of j. In this case, the main operation clock ECLK is set to 12 MHz, and the transmission time of ADC output data synchronized with SCLK 80 exceeds the touch period Tt and may overlap the display period, resulting in low transmission stability. In addition, due to the high operating frequency (12 MHz), power consumed for switching the main operating clock ECLK is large.

반면에, 도 15를 참조하면, 뮤추얼 센싱을 위한 저소비 모드에서 AFE의 개수는 좌우 20개씩 총 40개이고, 그에 맞춰 전송 클럭(SCLK)의 토글 횟수는 40이 된다. 이렇게 되는 이유는 도 8 및 도 9에서 설명한 바와 같다. 노멀 모드에 비해 저소비 모드에서는 ADC 출력 데이터와 전송 클럭(SCLK)의 토글 횟수가 더 줄어들기 때문에, ADC 출력 데이터의 전송 시간, 센싱 버퍼의 저장 공간, 및 소비 전력이 경감될 수 있다. 한편, ADC 출력 데이터의 전송 시간이 줄어들기 때문에, 메인 동작 클럭(ECLK)이 12MHz보다 낮게 설정되더라도 동작 안정성 측면에서 아무런 문제가 되지 않는다. 저소비 모드에서, 메인 동작 클럭(ECLK)의 주파수는 12MHz보다 낮게 설정될 수 있으며, 일 예로서 6MHz로 설정될 수 있다. 메인 동작 클럭(ECLK)의 동작 주파수가 낮아진 만큼 메인 동작 클럭(ECLK)의 스위칭에 소모되는 전력이 줄어들 수 있다.On the other hand, referring to FIG. 15 , in the low consumption mode for mutual sensing, the total number of AFEs is 40, 20 left and right, and the number of toggles of the transmission clock SCLK is 40 accordingly. The reason for this is the same as described with reference to FIGS. 8 and 9 . In the low consumption mode compared to the normal mode, the number of toggles between the ADC output data and the transmission clock SCLK is further reduced, so that the ADC output data transmission time, the storage space of the sensing buffer, and power consumption can be reduced. Meanwhile, since the transmission time of ADC output data is reduced, even if the main operating clock ECLK is set to be lower than 12 MHz, there is no problem in terms of operation stability. In the low consumption mode, the frequency of the main operation clock ECLK may be set to be lower than 12 MHz, for example, may be set to 6 MHz. As the operating frequency of the main operating clock ECLK is lowered, power consumed for switching the main operating clock ECLK may be reduced.

도 16은 저소비 모드에서 이뤄지는 ADC 출력 합산 기술을 보여주는 도면이다. 도 17은 ADC 출력 합산 기술이 적용되지 않을 때의 구동 타이밍과 센싱 버퍼의 사용양을 보여주는 도면이다. 그리고, 도 18은 ADC 출력 합산 기술이 적용될 때의 구동 타이밍과 센싱 버퍼의 사용양을 보여주는 도면이다.16 is a diagram illustrating an ADC output summing technique performed in a low consumption mode. 17 is a diagram illustrating driving timing and the amount of use of a sensing buffer when ADC output summing technology is not applied. And, FIG. 18 is a view showing the driving timing and the amount of use of the sensing buffer when the ADC output summing technique is applied.

리드 아웃 IC는 저소비 모드에서 ADC 출력 합산 기술을 적용할 수 있다. ADC 출력 합산 기술은 시간적으로 이웃한 2개의 ADC 출력데이터를 합산하는 것이다. 도 16에 도시되어 있듯이, ADC 출력 합산 기술이 적용되면, 센싱 버퍼(SBUF)의 저장 공간이 절반으로 줄어든다. The readout IC can apply ADC output summing technology in low consumption mode. ADC output summing technique is to add up two ADC output data adjacent in time. As shown in FIG. 16 , when the ADC output summing technique is applied, the storage space of the sensing buffer SBUF is halved.

일 예로서, 도 17과 같이 ADC 출력 합산 기술이 적용되지 않은 경우에는, 센싱 전극들에 대응되는 ADC 출력데이터가 20개이고 센싱 버퍼(SBUF)의 저장 공간도 20개가 된다. 반면에, 도 18과 같이 ADC 출력 합산 기술이 적용된 경우에는, 센싱 전극들에 대응되는 ADC 출력데이터가 10개이고 센싱 버퍼(SBUF)의 저장 공간도 10개가 된다. As an example, when the ADC output summation technique is not applied as shown in FIG. 17 , the number of ADC output data corresponding to the sensing electrodes is 20 and the storage space of the sensing buffer SBUF is also 20. On the other hand, when the ADC output summation technique is applied as shown in FIG. 18 , the number of ADC output data corresponding to the sensing electrodes is 10 and the storage space of the sensing buffer SBUF is also 10.

1개의 ADC 출력데이터는 12비트이고, 센싱 버퍼(SBUF)의 1 저장 공간은 16 비트일 수 있다. 이 경우, 13비트의 합산 데이터가 센싱 버퍼(SBUF)의 1 저장 공간에 저장될 수도 있고, 13비트의 합산 데이터 중에서 LSB 1개 비트가 제거된 12비트의 합산 데이터가 센싱 버퍼(SBUF)의 1 저장 공간에 저장될 수도 있다.One ADC output data may be 12 bits, and one storage space of the sensing buffer SBUF may be 16 bits. In this case, 13-bit summed data may be stored in 1 storage space of the sensing buffer SBUF, and 12-bit summed data from which one LSB bit is removed from the 13-bit summed data is 1 of the sensing buffer SBUF. It may be stored in a storage space.

ADC 출력데이터는 시간적으로 가장 가까운 2개씩 서로 합산될 수 있다. 예컨대, ADC 출력데이터가 차례대로 #1, #2, #3 … 출력되는 경우, #1과 #2가 합산되어 센싱 버퍼(SBUF)의 주소 #1에 저장되고, #3과 #4가 합산되어 센싱 버퍼(SBUF)의 주소 #2에 저장될 수 있다.ADC output data can be summed with the two closest in time. For example, ADC output data is sequentially #1, #2, #3… When output, #1 and #2 may be summed and stored in address #1 of the sensing buffer SBUF, and #3 and #4 may be summed and stored in address #2 of the sensing buffer SBUF.

이와 같이, 저소비 모드에서 ADC 출력 합산 기술이 적용되면, 센싱 버퍼(SBUF)에 저장되는 ADC 출력데이터의 양이 절반 정도로 줄어든다. 따라서, 도 17 및 도 18에서와 같이 전송 클럭(SCLK)의 토글 횟수도 40에서 20으로 줄어들기 때문에, 소비 전력이 더욱 줄어들 수 있다.As such, when the ADC output summing technique is applied in the low consumption mode, the amount of ADC output data stored in the sensing buffer (SBUF) is reduced by about half. Accordingly, since the number of toggles of the transmission clock SCLK is also reduced from 40 to 20 as in FIGS. 17 and 18 , power consumption can be further reduced.

도 19는 저소비 모드에서 ADC 출력 데이터의 전체 비트를 센싱 버퍼에 저장할 때의 전송 클럭을 보여주는 도면이다. 그리고, 도 20은 저소비 모드에서 ADC 출력 데이터의 일부 비트만을 센싱 버퍼에 저장할 때의 전송 클럭을 보여주는 도면이다.19 is a diagram illustrating a transmission clock when all bits of ADC output data are stored in a sensing buffer in a low consumption mode. And, FIG. 20 is a diagram showing a transmission clock when only some bits of ADC output data are stored in a sensing buffer in a low consumption mode.

도 19와 같이 ADC 출력 데이터의 전체 비트를 센싱 버퍼에 저장하는 경우에는 데이터 전송 동작이 SCLK 20에 동기되어 2번 이루어진다. 이에 반해, 도 20과 같이 ADC 출력 데이터의 일부 비트만을 센싱 버퍼에 저장하는 경우에는 데이터 전송 동작이 SCLK 20에 동기되어 1번으로 줄어들 수 있다. 이러한 도 20의 "ADC OUT Half Copy 기술" 에 대해 부연 설명하면 다음과 같다.19 , when all bits of ADC output data are stored in the sensing buffer, the data transfer operation is performed twice in synchronization with SCLK 20 . On the other hand, when only some bits of ADC output data are stored in the sensing buffer as shown in FIG. 20 , the data transmission operation may be reduced to number 1 in synchronization with SCLK 20 . The "ADC OUT Half Copy technology" of FIG. 20 will be further described as follows.

도 20의 "ADC OUT Half Copy 기술"은 도 18의 ADC 출력 합산 기술을 기반으로 한다. ADC 출력 합산 기술에 따라 센싱 버퍼(SBUF)의 10개 저장공간이 합산 데이터에 의해 채워질 때마다 데이터 전송 동작은 이루어진다. 이때, "ADC OUT Half Copy 기술"이 적용되면, 동일한 시간(혹은, 동일한 센싱 전극)에 대해 센싱 버퍼(SBUF)의 10개 저장공간이 완전히 채워지는 횟수(혹은, 데이터 전송 동작의 횟수)가 절반으로 감소하게 된다. The "ADC OUT Half Copy technique" of FIG. 20 is based on the ADC output summing technique of FIG. 18 . According to the ADC output summation technology, a data transfer operation is performed whenever 10 storage spaces of the sensing buffer (SBUF) are filled with the summed data. At this time, if "ADC OUT Half Copy technology" is applied, the number of times (or the number of data transfer operations) that 10 storage spaces of the sensing buffer (SBUF) are completely filled for the same time (or the same sensing electrode) is half will decrease to

ADC 출력 데이터는 12비트이고 센싱 버퍼(SBUF)의 데이터 위쓰(width)는 16비트이기 때문에, "ADC OUT Half Copy 기술"이 적용 여부에 따라 데이터 전송 동작의 횟수가 달라지는 것이다. 도 19와 같이 "ADC OUT Half Copy 기술"이 적용되지 않는 경우, 1개의 ADC 출력 데이터(12비트)가 센싱 버퍼(SBUF)의 1 저장 공간(16비트)에 저장된다. 반면에, 도 20과 같이 "ADC OUT Half Copy 기술"이 적용되는 경우, 1개의 ADC 출력 데이터 중에서 일부 비트(예컨대, 8비트)만 센싱 버퍼(SBUF)의 1 저장 공간(16비트)에 저장된다. 이를 일반화하면, 센싱 버퍼의 데이터 위쓰(width)가 K(K는 양의 정수) 비트일 때, 센싱 버퍼(SBUF)에 저장되는 ADC 출력 데이터의 일부 비트는 상기 K 비트의 절반일 수 있다. 따라서 동일한 센싱 버퍼(SBUF)가 저장할 수 있는 ADC 출력 데이터의 개수가 2배로 증가 하게 된다. Since ADC output data is 12 bits and the data width of the sensing buffer (SBUF) is 16 bits, the number of data transfer operations varies depending on whether the "ADC OUT Half Copy technology" is applied. 19, when the "ADC OUT Half Copy technology" is not applied, one ADC output data (12 bits) is stored in one storage space (16 bits) of the sensing buffer (SBUF). On the other hand, when "ADC OUT Half Copy technology" is applied as shown in FIG. 20, only some bits (eg, 8 bits) of one ADC output data are stored in one storage space (16 bits) of the sensing buffer (SBUF). . In general, when the data width of the sensing buffer is K (K is a positive integer) bits, some bits of ADC output data stored in the sensing buffer SBUF may be half of the K bits. Therefore, the number of ADC output data that the same sensing buffer (SBUF) can store is doubled.

저소비 모드에서는 12비트의 ADC 출력 데이터가 모두 사용될 필요가 없고, 8비트만으로도 터치 유무를 판별할 수 있기 때문에 이러한 설계 적용이 가능하다. 도 20에 따르면, 센싱 버퍼(SBUF)의 10개 저장 공간이 ADC 출력 데이터에 의해 완전히 채워지는 시간이 도 19에 비해 2배로 증가하기 때문에, 데이터 전송 주기도 2배로 길어진다. 이는 데이터 전송 동작의 횟수가 1/2로 줄어든다는 것을 의미하므로, 소비 전력이 용이하게 감소될 수 있는 것이다.In the low consumption mode, it is not necessary to use all of the 12-bit ADC output data, and since only 8 bits can determine whether there is a touch, this design can be applied. According to FIG. 20 , since the time for which 10 storage spaces of the sensing buffer SBUF are completely filled by ADC output data is doubled compared to FIG. 19 , the data transmission period is also doubled. This means that the number of data transmission operations is reduced by half, so that power consumption can be easily reduced.

도 21은 저소비 모드에서 SPI 듀얼 리드 기술이 적용되지 않을 때의 전송 클럭을 보여주는 도면이다. 그리고, 도 22는 저소비 모드에서 SPI 듀얼 리드 기술이 적용될 때의 전송 클럭을 보여주는 도면이다.21 is a diagram illustrating a transmission clock when SPI dual read technology is not applied in a low consumption mode. And, FIG. 22 is a diagram showing a transmission clock when the SPI dual read technology is applied in the low consumption mode.

도 21은 SPI 싱글 리드 기술에 따른 것이고, 도 22는 SPI 듀얼 리드 기술에 따른 것이다. 도 21과 도 22는 전술한 ADC 출력 합산 기술과 "ADC OUT Half Copy 기술"을 기반으로 한다.21 is according to the SPI single lead technology, and FIG. 22 is according to the SPI dual lead technology. 21 and 22 are based on the ADC output summing technique and "ADC OUT Half Copy technique" described above.

도 21을 참조하면, SPI 싱글 리드 기술은 센싱 버퍼로부터 ADC 출력 데이터를 읽어내는 동작이 싱글로 이루어진다. 즉, SPI 싱글 리드 기술은 인터페이스 회로에서 MCU로 향하는 단방향 통신을 위한 MISO용 전송 제어신호에 의해서만 ADC 출력 데이터(SBUF DATA)를 읽어내고 이어서 전송한다.Referring to FIG. 21 , in the SPI single read technology, an operation of reading ADC output data from a sensing buffer is performed as a single operation. That is, the SPI single read technology reads the ADC output data (SBUF DATA) only by the MISO transmission control signal for unidirectional communication from the interface circuit to the MCU and then transmits it.

이에 반해, 도 22를 참조하면, SPI 듀얼 리드 기술은 센싱 버퍼로부터 ADC 출력 데이터를 읽어내는 동작이 듀얼로 이루어진다. 즉, SPI 듀얼 리드 기술은 상기 MISO용 전송 제어신호뿐만 아니라, 인터페이스 회로와 MCU 간의 양방향 통신을 위한 MOSI용 전송 제어신호에 의해서도 ADC 출력 데이터(SBUF DATA)를 읽어내고 이어서 전송한다. 구체적으로, 인터페이스 회로는 저소비 모드에서 SPI 듀얼 리드 기술을 구현하기 위해, 양방향 통신을 위한 제1 전송 제어신호(MOSI)에 따라 센싱 버퍼로부터 ADC 출력 데이터를 제1 시간 동안 읽어 내고, MCU를 향하는 단방향 통신을 위한 제2 전송 제어신호(MISO)에 따라 센싱 버퍼로부터 ADC 출력 데이터를 상기 제1 시간 동안 읽어낸다. In contrast, referring to FIG. 22 , in the SPI dual read technology, an operation of reading ADC output data from a sensing buffer is performed in a dual manner. That is, the SPI dual read technology reads the ADC output data (SBUF DATA) and then transmits the ADC output data (SBUF DATA) by not only the MISO transmission control signal but also the MOSI transmission control signal for bidirectional communication between the interface circuit and the MCU. Specifically, the interface circuit reads the ADC output data from the sensing buffer for a first time according to the first transmission control signal (MOSI) for bidirectional communication in order to implement the SPI dual read technology in the low consumption mode, and unidirectional toward the MCU. ADC output data is read from the sensing buffer for the first time according to the second transmission control signal MISO for communication.

SPI 듀얼 리드 기술이 적용되면, ADC 출력 데이터(SBUF DATA)의 리드 시간이 절반을 줄어들기 때문에 전송 클럭(SCLK)의 토글 횟수도 절반으로 줄어들 수 있다. 예컨대, 도 21 및 도 22와 같이, 전송 클럭(SCLK)의 토글 횟수는 20에서 10으로 더 줄어들고, 그에 따라 소비 전력 절감 효과도 증진된다.When the SPI dual read technology is applied, since the read time of the ADC output data (SBUF DATA) is reduced by half, the number of toggles of the transmission clock (SCLK) can also be reduced by half. For example, as shown in FIGS. 21 and 22 , the number of toggles of the transmission clock SCLK is further reduced from 20 to 10, and thus the power consumption reduction effect is also enhanced.

도 23은 노멀 모드에 비해 저소비 모드에서 전력 소모가 줄어드는 동작 결과 도면이다.23 is a diagram illustrating an operation result in which power consumption is reduced in a low consumption mode compared to a normal mode.

도 23을 참조하면, 노멀 모드에 비해 저소비 모드에서는 APE 개수가 1/2로 감소하기 때문에, 리드 아웃 IC 내의 ADC 블록 등에서 소모되는 소비전력이 1/2로 줄어들 수 있다(도 14 및 도 15 참조).Referring to FIG. 23 , in the low consumption mode compared to the normal mode, since the number of APEs is reduced by half, the power consumption in the ADC block in the readout IC can be reduced by half (see FIGS. 14 and 15 ). ).

또한, 노멀 모드에 비해 저소비 모드에서는 전송 클럭(SCLK)의 토글 횟수가 1/16로 감소하기 때문에, 전송 클럭(SCLK)의 스위칭시에 소모되는 소비전력이 1/16로 줄어들 수 있다(도 14 및 도 22 참조).Also, in the low consumption mode compared to the normal mode, since the number of toggles of the transmission clock SCLK is reduced to 1/16, power consumption when the transmission clock SCLK is switched can be reduced to 1/16 (FIG. 14). and Figure 22).

또한, 노멀 모드에 비해 저소비 모드에서는 센싱 버퍼(SBUF)의 저장 공간이 1/4로 감소하기 때문에, 리드 아웃 IC 내의 센싱 버퍼(SBUF) 등에서 소모되는 소비전력이 1/4로 줄어들 수 있다(도 14 및 도 22 참조).In addition, in the low consumption mode compared to the normal mode, since the storage space of the sensing buffer SBUF is reduced to 1/4, the power consumption of the sensing buffer SBUF in the readout IC can be reduced to 1/4 (Fig. 14 and 22).

또한, 노멀 모드에 비해 저소비 모드에서는 데이터 전송 구간이 디스플레이 구간과 겹치지 않기 때문에, 구동 안정성이 더 좋아진다(도 14 및 도 15 참조).In addition, in the low consumption mode compared to the normal mode, since the data transmission section does not overlap the display section, driving stability is improved (see FIGS. 14 and 15 ).

또한, 노멀 모드에 비해 저소비 모드에서는 메인 동작 클럭(ECLK)의 동작 주파수가 1/2로 감소하기 때문에, 메인 동작 클럭(ECLK)의 스위칭시에 소모되는 소비전력이 1/2로 줄어들 수 있다(도 14 및 도 15 참조).In addition, since the operating frequency of the main operating clock ECLK is reduced to 1/2 in the low consumption mode compared to the normal mode, power consumption when the main operating clock ECLK is switched can be reduced to 1/2 ( 14 and 15).

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 명세서의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 명세서의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.Those skilled in the art from the above description will be aware that various changes and modifications can be made without departing from the technical spirit of the present specification. Accordingly, the technical scope of the present specification should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification, but should be defined by the claims.

18 : 터치 구동회로 140 : 멀티플렉서
160,SSU : 센싱부 SUM : 데이터 합산부
CPY : 데이터 선택부 SBUF: 센싱 버퍼
SPI : 인터페이스 회로18: touch driving circuit 140: multiplexer
160,SSU: sensing unit SUM: data summing unit
CPY: data selection unit SBUF: sensing buffer
SPI: interface circuit

Claims

센서 전극들 각각에 구비된 자기 용량 센서들, 이웃한 센서 전극들 사이에 구비된 상호 용량 센서들, 및 상기 센서 전극들에 연결된 센서 배선들을 포함하는 터치 스크린, 및
노멀 모드에서 상기 자기 용량 센서들에 대한 터치 입력을 센싱하고, 저소비 모드에서 상기 상호 용량 센서들에 대한 터치 입력을 센싱하는 터치 구동회로를 포함한 터치 센싱 시스템.A touch screen including self-capacitance sensors provided in each of the sensor electrodes, mutual capacitance sensors provided between adjacent sensor electrodes, and sensor wires connected to the sensor electrodes, and
A touch sensing system including a touch driving circuit for sensing a touch input to the self-capacitance sensors in a normal mode and sensing a touch input to the mutual capacitive sensors in a low consumption mode.

제 1 항에 있어서,
상기 터치 구동회로는,
상기 터치 입력을 센싱하기 위한 센싱부와,
상기 센서 배선들을 통해 상기 센서 전극들에 연결되며, 터치 구동신호에 대응하여 상기 센서 전극들로부터 유입되는 전하를 상기 센싱부에 공급하는 멀티플렉서들과,
상기 센싱부의 출력을 아날로그-디지털 변환하는 아날로그-디지털 변환기를 포함하고,
상기 저소비 모드에서, 상기 멀티플렉서들은 복수개씩 쇼트되어 그룹핑되고, 동일 그룹의 멀티플렉서들에 연결된 센서 전극들은 동시에 센싱되는 터치 센싱 시스템.The method of claim 1,
The touch driving circuit,
a sensing unit for sensing the touch input;
multiplexers connected to the sensor electrodes through the sensor wires and supplying electric charges flowing in from the sensor electrodes to the sensing unit in response to a touch driving signal;
An analog-to-digital converter for analog-to-digital conversion of the output of the sensing unit,
In the low consumption mode, the multiplexers are short-circuited and grouped, and the sensor electrodes connected to the multiplexers of the same group are simultaneously sensed.

제 2 항에 있어서,
상기 노멀 모드에 비해 상기 저소비 모드에서, 상기 센싱부와 상기 아날로그-디지털 변환기가 동작하는 시간이 더 짧은 터치 센싱 시스템.3. The method of claim 2,
In the low consumption mode compared to the normal mode, the operating time of the sensing unit and the analog-to-digital converter is shorter than the touch sensing system.

제 2 항에 있어서,
상기 터치 구동회로는,
메인 동작 클럭(ECLK)을 생성하는 마이크로 콘트롤 유닛;
상기 아날로그-디지털 변환기에서 생성된 ADC 출력 데이터를 상기 메인 동작 클럭을 기반으로 하여 저장하는 센싱 버퍼;
상기 센싱 버퍼에서 상기 ADC 출력 데이터를 읽어 내어 상기 마이크로 콘트롤 유닛으로 전송하는 인터페이스 회로를 더 포함하고,
상기 메인 동작 클럭의 주파수는 상기 노멀 모드에 비해 상기 저소비 모드에서 더 낮은 터치 센싱 시스템.3. The method of claim 2,
The touch driving circuit,
a micro control unit generating a main operation clock (ECLK);
a sensing buffer for storing ADC output data generated by the analog-to-digital converter based on the main operation clock;
Further comprising an interface circuit for reading the ADC output data from the sensing buffer and transmitting it to the microcontroller unit,
A frequency of the main operation clock is lower in the low consumption mode than in the normal mode.

제 4 항에 있어서,
상기 노멀 모드에 대응되는 메인 동작 클럭의 주파수보다 상기 저소비 모드에 대응되는 메인 동작 클럭의 주파수가 더 낮은 터치 센싱 시스템.5. The method of claim 4,
A touch sensing system in which the frequency of the main operation clock corresponding to the low consumption mode is lower than the frequency of the main operation clock corresponding to the normal mode.

제 4 항에 있어서,
상기 터치 구동회로는,
상기 저소비 모드에서, 상기 ADC 출력 데이터를 시간적으로 이웃한 2개씩 합산하고, 합산된 ADC 출력 데이터를 상기 센싱 버퍼에 저장하는 데이터 합산부를 더 포함한 터치 센싱 시스템.5. The method of claim 4,
The touch driving circuit,
In the low consumption mode, the touch sensing system further includes a data summing unit for summing the two temporally adjacent ADC output data, and storing the summed ADC output data in the sensing buffer.

제 6 항에 있어서,
상기 터치 구동회로는,
상기 저소비 모드에서, 상기 ADC 출력 데이터를 구성하는 전체 데이터 비트 중에서 일부 비트만을 선택하고, 상기 일부 비트만으로 구성된 ADC 출력 데이터를 상기 센싱 버퍼에 저장하는 데이터 선택부를 더 포함한 터치 센싱 시스템.7. The method of claim 6,
The touch driving circuit,
In the low consumption mode, the touch sensing system further comprising a data selector for selecting only some bits from among all the data bits constituting the ADC output data, and storing the ADC output data composed of only the partial bits in the sensing buffer.

제 7 항에 있어서,
상기 센싱 버퍼의 데이터 위쓰(width)는 K(K는 양의 정수) 비트이고, 상기 일부 비트는 상기 K 비트의 절반인 터치 센싱 시스템.8. The method of claim 7,
A data width of the sensing buffer is K (K is a positive integer) bits, and the partial bits are half of the K bits.

제 7 항에 있어서,
상기 인터페이스 회로와 상기 마이크로 콘트롤 유닛은 제1 전송 회선과 제2 전송 회선을 통해 서로 연결되고,
상기 터치 구동회로는 제1 전송 회선과 제2 전송 회선의 통신 방향을 제어하는 패드 콘트롤러를 더 포함하고,
상기 패드 콘트롤러는,
상기 노멀 모드에서, 상기 제1 전송 회선의 통신 방향을 상기 인터페이스 회로를 향하는 제1 단방향으로 제어하고, 상기 제2 전송 회선의 통신 방향을 상기 마이크로 콘트롤 유닛을 향하는 제2 단방향으로 제어하고,
상기 저소비 모드에서, 상기 제1 전송 회선의 통신 방향을 상기 제1 단방향과 상기 제2 단방향을 포함한 양방향으로 제어하고, 상기 제2 전송 회선의 통신 방향을 상기 제2 단방향으로 제어하는 터치 센싱 시스템.8. The method of claim 7,
The interface circuit and the micro control unit are connected to each other through a first transmission line and a second transmission line,
The touch driving circuit further includes a pad controller for controlling communication directions of the first transmission line and the second transmission line,
The pad controller,
In the normal mode, the communication direction of the first transmission line is controlled in a first unidirectional direction toward the interface circuit, and the communication direction of the second transmission line is controlled in a second unidirectional direction toward the microcontrol unit;
In the low consumption mode, a touch sensing system for controlling the communication direction of the first transmission line in both directions including the first unidirectional direction and the second unidirectional direction, and controlling the communication direction of the second transmission line in the second unidirectional direction.

제 9 항에 있어서,
상기 인터페이스 회로는 상기 저소비 모드에서,
양방향 통신을 위한 제1 전송 제어신호에 따라 상기 센싱 버퍼로부터 상기 ADC 출력 데이터를 제1 시간 동안 읽어 내고,
제2 단방향 통신을 위한 제2 전송 제어신호에 따라 상기 센싱 버퍼로부터 상기 ADC 출력 데이터를 상기 제1 시간 동안 읽어 내는 터치 센싱 시스템.10. The method of claim 9,
The interface circuit in the low consumption mode,
Reading the ADC output data from the sensing buffer for a first time according to a first transmission control signal for bidirectional communication,
A touch sensing system for reading the ADC output data from the sensing buffer for the first time according to a second transmission control signal for a second unidirectional communication.