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KR20220089130A - 다중 주파수 인식이 가능한 터치센싱회로 및 터치 센싱 방법 - Google Patents

다중 주파수 인식이 가능한 터치센싱회로 및 터치 센싱 방법 Download PDF

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KR20220089130A
KR20220089130A KR1020200179469A KR20200179469A KR20220089130A KR 20220089130 A KR20220089130 A KR 20220089130A KR 1020200179469 A KR1020200179469 A KR 1020200179469A KR 20200179469 A KR20200179469 A KR 20200179469A KR 20220089130 A KR20220089130 A KR 20220089130A
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KR
South Korea
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touch
circuit
sensing
signal processing
processing circuit
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Pending
Application number
KR1020200179469A
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English (en)
Inventor
이규태
강문석
이재환
남정권
정현수
장진윤
윤희라
유연주
Original Assignee
주식회사 엘엑스세미콘
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to US17/552,270 priority patent/US11768558B2/en
Priority to CN202111554537.9A priority patent/CN114647334A/zh
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Abstract

본 실시예는 터치전극으로부터 서로 다른 주파수를 가지는 복수의 센싱신호들을 전달받는 아날로그 신호처리 회로와 상기 아날로그 신호처리 회로의 출력 데이터를 전달받아 이산푸리에변환을 수행하는 디지털 신호처리 회로를 포함하는 터치센싱회로를 제공할 수 있다. 또한, 터치센싱회로의 터치 디지털 신호처리 회로는 이산푸리에변환을 통해 상기 복수의 센싱신호들을 분리하여 손가락 터치 및 스타일러스 펜 터치를 동시에 센싱할 수 있는 터치센싱회로를 제공할 수 있다.

Description

다중 주파수 인식이 가능한 터치센싱회로 및 터치 센싱 방법 {Touch Sensing Circuit and its Method for sensing multi-frequency signals}
본 실시예는 스타일러스 펜과 손가락에 의한 터치를 센싱할 수 있는 터치센싱회로에 관한 것으로, 상세하게는 다중 주파수 인식이 가능한 터치센싱회로, 이를 포함하는 터치패널, 표시장치의 터치 센싱 방법에 관한 것이다.
터치패널에 근접하거나 터치패널을 터치하는 외부 오브젝트를 인식하는 기술을 터치센싱기술이라고 한다. 터치패널은 평면상에서 표시패널과 같은 위치에 놓이게 되는데, 이에 따라, 사용자들은 표시패널의 영상을 보면서 터치패널로 사용자조작신호를 입력할 수 있게 된다. 이러한 사용자조작신호 발생방법은 그 이전의 다른 사용자조작신호 입력방식-예를 들어, 마우스 입력방식이나 키보드 입력방식-에 비해 놀라운 사용자 직관성을 제공해 준다.
이러한 장점에 따라, 디스플레이패널을 포함하고 있는 다양한 전자장치들에 터치센싱기술이 적용되고 있다. 터치센싱회로는 터치패널에 배치되는 구동전극으로 구동신호를 공급하고 센싱전극에 형성되는 반응신호를 수신하여 터치패널에 대한 외부 오브젝트의 터치 혹은 근접을 센싱할 수 있다. 터치패널은 구동전극과 센싱전극 사이에 정전용량을 만들어내는데, 상기 정전용량의 변화는 상기 외부 오브젝트의 터치 또는 근접을 나타낼 수 있다.
한편, 터치패널의 구동전극으로 공급되는 구동신호의 주파수에 따라 오브젝트의 터치 또는 근접에 따라 발생하는 센싱신호의 주파수도 정해지게 되므로, 오브젝트의 종류에 따라 터치패널의 각 센싱라인에서 수신되는 신호의 주파수를 다르게 설정하여 보다 정확한 터치 센싱을 수행할 수 있다.
스타일러스 펜이 전달하는 신호의 주파수를 터치 패널의 구동신호의 주파수와 다르게 설정하는 경우에는 스타일러스 펜의 터치와 손가락 터치를 구별할 수 있다. 서로 다른 주파수의 신호들을 인식하기 위해서는 시간적으로 구분되는 시구간을 설정하여 터치의 종류별로 별도의 터치 센싱을 수행하게 된다.
그러나, 터치센싱회로에서 서로 다른 주파수의 신호들을 수신하기 위하여 터치 센싱의 시구간을 분할하고, 각 주파수의 신호들을 시구간에 따라 개별적으로 수신하는 경우에는 전체 터치 센싱시간이 증가하게 된다. 종래의 시분할에 의한 터치 센싱 방법에 의해 센싱시간이 증가함에 따라 표시장치의 소비전력이 증가하는 문제점이 발생한다.
또한, 스타일러스 펜의 터치와 손가락 터치를 위한 구조를 별개의 회로로 설계하여야 한다. 서로 다른 터치의 종류를 모두 인식하기 위하여 요구되는 터치센싱회로의 크기가 증가하게 되므로 표시장치의 소형화가 어렵게 된다.
이러한 배경에서, 본 발명의 목적은, 터치센싱회로의 리드아웃회로에서 아날로그 신호처리 회로를 통합하고, 디지털 신호처리 회로에서 스타일러스 펜과 손가락을 동시에 센싱할 수 있는 터치센싱기술을 제공하여, 표시장치의 터치 센싱시간을 감소시키고 전력 소비를 감소시킬 수 있는 터치센싱기술을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 측면에서, 본 실시예는, 터치전극으로부터 서로 다른 주파수를 가지는 복수의 센싱신호들을 전달받는 아날로그 신호처리 회로; 및 상기 아날로그 신호처리 회로의 출력 데이터를 전달받아 이산푸리에변환을 수행하는 디지털 신호처리 회로를 포함하고, 상기 디지털 신호처리 회로는 이산푸리에변환을 통해 상기 복수의 센싱신호들을 분리하는, 터치센싱회로를 제공할 수 있다.
터치센싱회로에서 상기 복수의 센싱신호들은 터치패널의 구동 주파수를 가지는 신호 및 스타일러스 펜의 송신 주파수를 가지는 신호를 포함할 수 있다.
터치센싱회로에서 상기 아날로그 신호처리 회로는,상기 센싱신호들을 전류 신호들로 변환하는 하나 이상의 버퍼; 상기 버퍼를 통과한 신호들에 대해 설정된 통과 대역에 따른 필터링을 수행하는 필터; 및 상기 필터링된 아날로그 신호들을 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터를 포함할 수 있다.
터치센싱회로에서 상기 아날로그 신호처리 회로는 상기 디지털 신호처리 회로의 구동 모드에 대응하여 동작을 변경할 수 있다.
터치센싱회로에서 상기 디지털 신호처리 회로는 슬라이딩이산푸리에변환(Sliding Discrete Fourier Transform)에 의해 복수의 신호들을 동시에 분리할 수 있다.
터치센싱회로에서 상기 디지털 신호처리 회로에 의해 분리된 주파수의 직교성(orthogonality)이는 유지되도록 터치패널의 구동신호를 제어하는 터치제어회로를 더 포함할 수 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 다른 측면에서, 본 실시예는, 제1 방식의 센싱 모드 및 제2 방식의 센싱 모드를 위한 구동신호들을 터치패널로 출력하는 구동회로; 및 제1 방식의 센싱 모드에 의한 센싱신호 및 제2 방식의 센싱 모드에 의한 센싱신호들을 수신하는 수신회로를 포함하고, 상기 수신회로 내의 디지털 신호처리 회로는 상기 센싱신호들을 동시에 수신하는, 리드아웃회로를 제공할 수 있다.
리드아웃회로에서 상기 제1 방식의 센싱 모드는 손가락 터치 센싱 모드이고, 상기 제2 방식의 센싱 모드는 스타일러스 펜 터치 센싱 모드일 수 있다.
리드아웃회로에서 상기 구동회로는 스타일러스 펜의 프로토콜의 주파수에 대응되는 주파수를 전달할 수 있다.
리드아웃회로에서 상기 수신회로는 상기 제1 방식의 센싱 모드에 의한 센싱신호 및 상기 제2 방식의 센싱 모드에 의한 센싱신호를 동일한 시구간에서 센싱할 수 있다.
리드아웃회로에서 상기 디지털 신호처리 회로는 이산푸리에변환에 의해 센싱신호들을 처리할 수 있다.
리드아웃회로에서 상기 디지털 신호처리 회로는 서로 다른 주파수를 가지는 센싱신호들을 분리할 수 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 또 다른 측면에서, 본 실시예는, 제1 주파수를 가지는 손가락 터치 신호를 수신하는 단계; 제1 주파수와 구별되는 제2 주파수를 가지는 스타일러스 펜 터치 신호를 수신하는 단계; 및 이산푸리에변환을 통해 상기 제1 주파수 및 제2 주파수를 분리하는 단계를 포함하는, 터치 센싱 방법을 제공할 수 있다.
터치 센싱 방법에서 터치센싱회로는 동일한 시구간에서 상기 터치 신호들을 수신할 수 있다.
터치 센싱 방법에서 이산푸리에변환을 통해 분리된 제1 주파수 및 제2 주파수를 전달받아 직교성(orthogonality)을 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 서로 다른 주파수를 분리하여인식하므로 복수의 오브젝트를 동시에 센싱할 수 있고, 표시장치의 터치 구동시간을 감소시킬 수 있는 터치센싱회로를 제공할 수 있다.
또한, 본 실시예에 의하면, 리드아웃회로의 아날로그 신호처리 회로 및 디지털 신호처리 회로의 결합으로 보다 효율적이고 간소화된 터치센싱회로를 제공할 수 있다.
또한, 본 실시예에 의하면, 데이터 샘플링 속도를 증가시킬 수 있고, 표시장치의 소비전력을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에 의하면, 아날로그 신호처리 회로의 면적을 감소시킬 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 표시장치의 구성도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 터치센싱 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 스타일러스 펜 및 손가락의 터치센싱 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 터치센싱회로의 구성도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 리드아웃회로의 구성도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 아날로그 신호처리 회로를 구성을 나타내는 제1 예시 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 아날로그 신호처리 회로를 구성을 나타내는 제2 예시 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 아날로그 신호처리 회로를 구성을 나타내는 제3 예시 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 아날로그 신호처리 회로를 구성을 나타내는 제4 예시 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 디지털 신호처리 회로를 구성을 나타내는 도면이다.
도 11은 일 실시예에 따른 디지털 신호처리 회로의 신호처리 방법을 설명하는 제1 예시 도면이다.
도 12는 일 실시예에 따른 디지털 신호처리 회로의 신호처리 방법을 설명하는 제2 예시 도면이다.
도 13은 일 실시예에 따른 다중 주파수에 의한 스타일러스 펜 및 손가락의 터치센싱 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 일 실시예에 따른 디지털 신호처리 회로의 다중 주파수 분리 방법을 설명하는 도면이다.
도 15는 시분할에 의한 종래의 터치 센싱 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 일 실시예에 따른 터치 동시 센싱 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 일 실시예에 따른 터치 센싱을 위한 주파수 조절 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 18은 일 실시예에 따른 터치 센싱 모드 설정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 19는 일 실시예에 따른 스타일러스 펜과 손가락 터치의 동시 센싱을 고려한 터치 센싱 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 1은 일 실시예에 따른 표시장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 표시장치(100)는 패널(110), 데이터구동회로(120), 게이트구동회로(130), 터치센싱회로(140), 제어회로(150) 등을 포함할 수 있다.
패널(110)에는 데이터구동회로(120)와 연결되는 복수의 데이터라인(DL)이 형성되고, 게이트구동회로(130)와 연결되는 복수의 게이트라인(GL)이 형성될 수 있다. 또한, 패널(110)에는 복수의 데이터라인(DL)과 복수의 게이트라인(GL)의 교차 지점에 대응되는 다수의 화소(P: Pixel)가 정의될 수 있다.
이러한 각 화소(P)에는 제1 전극(예를 들어, 소스전극 또는 드레인전극)이 데이터라인(DL)과 연결되고, 게이트전극이 게이트라인(GL)과 연결되며, 제2 전극(예를 들어, 드레인전극 또는 소스전극)이 표시전극과 연결되는 트랜지스터가 형성될 수 있다.
또한, 패널(110)에는, 복수의 터치전극(TE)이 서로 이격되어 더 형성될 수 있다. 터치전극(TE)이 위치하는 영역에는 하나의 화소(P)가 위치할 수도 있고 다수의 화소(P)가 위치할 수도 있다.
패널(110)은 표시패널(display panel)과 터치패널(TSP: touch screen panel)을 포함할 수 있는데, 여기서 표시패널과 터치패널은 일부 구성요소를 서로 공유할 수 있다. 예를 들어, 복수의 터치전극(TE)은 표시패널의 일 구성(예를 들어, 공통전압을 인가하는 공통전극)일 수 있고 동시에 터치패널의 일 구성(터치를 감지하기 위한 터치전극)일 수 있다. 표시패널과 터치패널의 일부 구성요소가 서로 공유되어 있다는 측면에서, 이러한 패널(110)을 일체형 패널이라고 부르기도 하지만 본 발명이 이로 제한되는 것은 아니다. 또한, 표시패널과 터치패널의 일부 구성요소가 서로 공유되는 형태로서 인셀(In-Cell) 타입의 패널이 알려져 있지만 이는 전술한 패널(110)의 일 예시일 뿐 본 발명이 적용되는 패널이 이러한 인셀(In-Cell)타입 패널로 제한되는 것은 아니다.
데이터구동회로(120)는 이미지를 패널(110)의 각 화소(P)에 표시하기 위해 데이터라인(DL)으로 데이터신호를 공급한다.
이러한 데이터구동회로(120)는 적어도 하나의 데이터드라이버집적회로를 포함할 수 있는데, 이러한 적어도 하나의 데이터드라이버집적회로는, 테이프 오토메티드 본딩(TAB: tape automated bonding) 방식 또는 칩 온 글래스(COG: chip on glass) 방식으로 패널(110)의 본딩 패드(bonding pad)에 연결되거나, 패널(110)에 직접 형성될 수도 있으며, 경우에 따라서, 패널(110)에 집적화되어 형성될 수도 있다. 또한, 데이터구동회로(120)는 칩 온 필름(COF: chip on film) 방식으로 구현될 수도 있다.
게이트구동회로(130)는 각 화소(P)에 위치하는 트랜지스터를 턴온 혹은 턴오프시키기 위해 게이트라인(GL)으로 스캔신호를 순차적으로 공급한다.
이러한 게이트구동회로(130)는, 구동 방식에 따라서, 본 도면에 도시된 바와 같이 패널(110)의 한 측에만 위치할 수도 있고, 2개로 나누어져 패널(110)의 양측에 위치할 수도 있다.
또한, 게이트구동회로(130)는, 적어도 하나의 게이트드라이버집적회로를 포함할 수 있는데, 이러한 적어도 하나의 게이트드라이버집적회로는, 테이프 오토메티드 본딩(TAB) 방식 또는 칩 온 글래스(COG) 방식으로 패널(110)의 본딩 패드에 연결되거나, GIP(gate in panel) 타입으로 구현되어 패널(110)에 직접 형성될 수도 있으며, 경우에 따라서, 패널(110)에 집적화되어 형성될 수도 있다. 또한, 게이트구동회로(130)는 칩 온 필름(COF: chip on film) 방식으로 구현될 수도 있다.
터치센싱회로(140)는 센싱라인(SL)과 연결된 복수의 터치전극(TE)의 전체 또는 일부로 구동신호를 인가한다.
이러한 터치센싱회로(140)는, 본 도면에 도시된 바와 같이 데이터구동회로(120) 및 게이트구동회로(130)와는 별도의 구성으로서, 데이터구동회로(120) 및 게이트구동회로(130)의 외부에 있을 수도 있지만, 구현 방식에 따라서, 데이터구동회로(120) 및 게이트구동회로(130) 중 적어도 하나를 포함하는 다른 별도의 드라이버집적회로의 내부 구성으로 구현될 수도 있으며, 또는, 데이터구동회로(120) 또는 게이트구동회로(130)의 내부 구성으로 구현될 수도 있다.
따라서, 터치센싱회로(140)가 복수의 터치전극(TE)의 전체 또는 일부로 구동신호를 인가하는 것은, 터치센싱회로(140)를 포함하는 별도의 드라이버집적회로가 복수의 터치전극(TE)의 전체 또는 일부로 구동신호를 인가하는 것으로도 볼 수 있다. 또한, 설계 방식에 따라서는, 터치센싱회로(140)를 포함하는 데이터구동회로(120) 또는 게이트구동회로(130)가 복수의 터치전극(TE)의 전체 또는 일부로 구동신호를 인가하는 것으로도 볼 수도 있다.
이러한 터치센싱회로(140)는 구현 및 설계 방식에 제한되지 않고, 본 명세서에서 기재되는 그 수행 기능만 동일 또는 유사하다면, 다른 구성 그 자체일 수도 있고 다른 구성의 내부 또는 외부에 위치하는 구성일 수도 있다.
또한, 본 도면에서 하나의 터치센싱회로(140)가 표시장치(100)에 위치한 것으로 도시되어 있으나, 표시장치(100)는 둘 이상의 터치센싱회로(140)를 포함할 수도 있다.
한편, 터치센싱회로(140)가 구동신호를 복수의 터치전극(TE)의 전체 또는 일부로 인가하기 위해서는, 복수의 터치전극(TE) 각각에 연결되는 센싱라인(SL)이 필요하다. 이에 따라, 복수의 터치전극(TE) 각각에 연결되어 구동신호를 전달하는 센싱라인(SL)이 제1 방향(예: 세로방향) 또는 제2 방향(예: 가로방향)으로 패널(110)에 형성될 수 있다.
한편, 표시장치(100)는 터치전극(TE)을 통해 정전용량의 변화를 감지함으로써 물체의 근접 혹은 터치를 인식하는 정전식 터치방식을 채용할 수 있다.
이러한 정전식 터치방식은, 일 예로, 상호정전용량터치 방식과 자체정전용량터치 방식으로 나눌 수 있다.
정전식 터치방식의 한 종류인 상호정전용량터치 방식은, 일 터치전극(Tx전극)으로 구동신호를 인가하고 상기 Tx전극과 상호 커플링된 다른 일 터치전극(Rx전극)을 센싱한다. 이러한 상호정전용량터치 방식에서는, 손가락, 펜 등의 물체의 근접 혹은 터치에 따라 Rx전극에서 센싱되는 값이 달라지는데, 상호정전용량터치 방식은 이러한 Rx전극에서의 센싱값을 이용하여 터치 유무, 터치 좌표 등을 검출한다.
정전식 터치방식의 다른 한 종류인 자체정전용량터치 방식은, 일 터치전극(TE)으로 구동신호를 인가한 후 다시 해당 일 터치전극(TE)을 센싱한다. 이러한 자체정전용량터치 방식에서는, 손가락, 펜 등의 물체의 근접 혹은 터치에 따라 해당 일 터치전극(TE)에서 센싱되는 값이 달라지는데, 자체정전용량터치 방식은 이러한 센싱값을 이용하여 터치 유무, 터치 좌표 등을 검출한다. 이러한 자체정전용량터치 방식은 구동신호를 인가하는 터치전극(TE)과 센싱하는 터치전극(TE)이 동일하기 때문에, Tx전극과 Rx전극의 구분이 없다.
표시장치(100)는, 전술한 2가지의 정전식터치방식(상호 정전용량 터치방식, 자체 정전용량 터치방식) 중 하나를 채용할 수 있다. 다만, 본 명세서에서는, 설명의 편의를 위해, 자체정전용량터치 방식이 채용된 것으로 가정하여 실시예를 설명한다.
한편, 표시장치(100)는 표시구간과 터치구간을 구분하여 터치전극(TE)을 구동할 수 있다. 일 예로서, 표시장치(100)의 터치센싱회로(140)는 데이터신호를 공급하는 구간에서는 터치전극(TE)의 전체 또는 일부로 구동신호를 인가하지 않을 수 있다.
또한 표시장치(100)는 표시구간과 터치구간을 구분하지 않고 터치전극(TE)을 구동할 수 있다. 일 예로서, 표시장치(100)의 터치센싱회로(140)는 데이터신호를 공급하는 구간에서 터치전극(TE)의 전체 또는 일부로 구동신호를 인가할 수 있다
제어회로(150)는 데이터구동회로(120), 게이트구동회로(130) 및 터치센싱회로(140)로 각종 제어신호를 공급할 수 있다. 제어회로(150)는 각 타이밍에 맞게 데이터구동회로(120)가 각 화소(P)로 데이터전압을 공급하도록 제어하는 데이터제어신호(DCS: Data Control Signal)를 전송하거나, 게이트구동회로(130)로 게이트제어신호(GCS: Gate Control Signal)를 전송하거나, 터치센싱회로(140)로 센싱신호를 전송할 수 있다. 제어회로(150)는 타이밍컨트롤러(T-Con: Timing Controller)이거나, 타이밍컨트롤러(Timing Controller)를 포함하여 다른 제어기능도 더 수행할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 터치센싱 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 터치센싱시스템(200)은 패널(110) 및 터치센싱회로(140)를 포함할 수 있다.
패널(110)에는 복수의 터치전극(TE)이 배치될 수 있다.
터치센싱회로(140)는 구동신호(STX)를 터치전극(TE)으로 공급할 수 있다. 구동신호(STX)는 전압 또는 전류 형태의 신호일 수 있고, 전압 형태의 구동신호(STX)는 구동전압으로 정의될 수 있다. 구동신호는 제1 기간과 제2 기간으로 이루어지는 하나의 구동주기를 포함할 수 있다.
터치센싱회로(140)는 구동신호(STX)에 대한 반응신호(SRX)를 터치전극(TE)으로부터 수신하고 반응신호(SRX)를 복조하여 패널(110)에 대한 오브젝트(10)의 터치 혹은 근접을 센싱할 수 있다. 반응신호(SRX)는 전류 또는 전압 형태의 신호일 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 스타일러스 펜 및 손가락의 터치센싱 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 터치센싱시스템(300-1)에서 표시장치(100), 터치패널(110), 또는 터치센싱회로(140)는 오브젝트-예를 들어, 스타일러스 펜 또는 손가락-으로 업링크(Uplink, UL) 신호를 송신할 수 있다.
터치센싱회로(140)의 구동회로(미도시)는 터치전극을 통해 업링크신호(UL)를 스타일러스펜(20)으로 송신할 수 있다. 스타일러스 펜(20)이 터치전극을 포함하는 패널(110)에 터치하거나 일정거리 이내로 접근하면, 스타일러스 펜(20)은 업링크신호(UL)를 수신할 수 있다. 업링크신호(UL)는 패널(110)의 일부 또는 전체에서 스타일러스 펜(20)으로 송신될 수 있다.
터치센싱회로(140)에서 스타일러스 펜(20)으로 전달되는 업링크신호(UL)은 터치 패널에 관한 정보(예를 들어, 터치 패널의 상태정보, 터치 패널의 식별정보, 터치 패널의 타입정보 등), 터치 패널의 구동 모드에 관한 정보(예를 들어, 스타일러스 펜 검색 모드, 스타일러스 펜 구동 모드의 식별정보 등), 스타일러스 펜 신호의 특성정보(예를 들어, 터치 패널의 구동 주파수, 스타일러스 펜의 송신 주파수, 신호의 펄스 개수 등) 등에 관한 정보를 포함할 수 있다.
터치센싱회로(140)의 센싱회로(미도시)는 터치전극을 통해 다운링크신호(Downlink, DL)를 스타일러스 펜(20)으로부터 수신할 수 있다. 스타일러스 펜(20)이 업링크신호(UL)를 수신하면, 스타일러스 펜(20)은 다운링크신호(DL)를 송신할 수 있다. 다운링크신호(DL)는 스타일러스 펜이 터치 또는 접근한 지점에 위치한 터치전극으로 송신될 수 있다.
다운링크신호(DL)가 터치센싱회로(140)로 들어오면, 터치센싱회로(140)는 스타일러스 펜(20)과 지속적으로 데이터를 주고받을 수 있다. 만약 다운링크신호(DL)가 어느 시점부터 터치센싱회로(140)로 들어오지 않으면, 터치센싱장치는 액티브펜을 다시 서치(search)할 수 있다. 즉, 터치센싱회로(140)는 스타일러스 펜에 다시 업링크신호(UL)를 보냄으로써 위와 같은 과정을 반복할 수 있다.
터치센싱회로(140)는 오브젝트의 터치 또는 접근에 따른 터치전극의 정전용량 변화에 따라 터치 유무, 터치 위치, 터치 세기, 터치 간격 등을 판단할 수 있다.
또한, 터치센싱회로(140)는 오브젝트의 터치 또는 접근에 따른 정보와 무관하게, 스타일러스 펜(20) 자체에서 생성된 다운링크신호(DL)를 수신할 수 있다.
다운링크신호(DL)는 스타일러스 펜의 상태에 관한 정보(예시적으로, 스타일러스 펜의 상태는 스타일러스 펜의 전원 정보, 스타일러스 펜의 주파수 정보, 스타일러스 펜의 프로토콜 정보, 스타일러스 펜의 움직임의 속도, 위치, 기울기 정보 등)을 포함할 수 있다.
스타일러스 펜(20)이 송신하는 다운링크신호(DL)은 구동신호의 주파수와 다른 주파수가 채택될 수 있고, 스타일러스 펜(20) 내부의 프로세서(미도시) 또는 주파수 선택 회로(미도시)에서 스타일러스 펜(20)의 상태에 관한 정보를 고려하여 채택될 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 터치센싱회로의 구성도이다.
도 4를 참조하면, 터치센싱회로(140)는 리드아웃회로(310), 터치전원회로(320), 터치제어회로(330) 등을 포함할 수 있다.
리드아웃회로(310)은 일정한 진폭을 가지는 구동신호(STX)-예를 들어, 구동 전압-를 터치전극으로 공급할 수 있다. 리드아웃회로(310)에 포함된 구동회로(311)는 터치제어회로(330)로부터 변경된 진폭을 가지는 구동신호(STX)를 송신할 수 있다. 또한, 리드아웃회로(310)에 포함된 센싱회로(312)는 구동신호(STX)에 대한 반응신호(SRX)를 터치전극으로부터 수신하여 패널에 대한 외부 오브젝트의 터치 혹은 근접을 센싱할 수 있다. 센싱회로(312)는 반응신호(SRX)를 복조하여 터치센싱데이터-예를 들어, 터치 센싱값-를 생성할 수 있다.
리드아웃회로(310)의 구동신호(STX) 및 반응신호(SRX)는 구형파 신호일 수 있고, 사인파 신호일 수 있다.
터치전원회로(320)는 패널(110)의 구동에 필요한 기준전압 신호와 구동 전압을 포함하는 각종 전원 신호를 생성하여 리드아웃회로(310), 터치제어회로(330) 등으로 공급할 수 있다. 필요에 따라 터치전원회로(320)은 터치파워집적회로(TPIC: Touch Power Integrated Circuit)로 정의될 수 있다.
터치제어회로(330)는 리드아웃회로(310)와 터치전원회로(320)를 제어하기 위하여 제어신호(CS)를 생성할 수 있다. 터치제어회로(330)가 제어신호(CS: Controlling Signal)를 리드아웃회로(310)과 터치전원회로(320)으로 전달하면, 구동회로(311) 및 센싱회로(312)는 제어신호(CS)에 따라 동작할 수 있다. 필요에 따라 터치제어회로(330)은 MCU(Micro Controller Unit)으로 정의될 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 리드아웃회로의 구성도이다.
도 5를 참조하면, 리드아웃회로(310)의 센싱회로(312)는 수신한 센싱신호(SRX)를 처리하기 위해 아날로그 신호처리 회로(450) 및 디지털 신호처리 회로(460) 등을 포함할 수 있다. 필요에 따라 아날로그 신호처리 회로(450)는 아날로그 프론트 엔드(AFE: Analog Front-End)로 정의될 수 있고, 디지털 신호처리 회로(460)는 디지털 프론트 엔드(DFE: Digital Front-End)로 정의될 수 있다.
아날로그 신호처리 회로(450)은 버퍼(451), 필터(452), 증폭기(453), 아날로그-디지털 컨버터(ADC: Analog-Digital Converter) 등을 포함할 수 있다.
버퍼(451)는 센싱신호(SRX)를 수신하는 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 센싱신호를 전류(Current) 형태로 전달받아 이를 그대로 필터로 전달하거나, 센싱신호를 정전용량(Capacitance) 형태로 전달받아 전류 형태로 변환하여 필터로 전달할 수 있다. 또한, 센싱신호를 전류 형태로 전달받아 이를 전압 형태로 변환한 출력 신호를 생성할 수 있다.
버퍼(451)는 단일한 입력신호를 처리하는 단일 버퍼를 형성하거나 2개 이상의 입력신호를 입력받는 차동 입력 버퍼(differential input buffer)들을 포함할 수 있다.
필터(452)는 센싱신호들의 주파수들 중 노이즈에 기인한 주파수 대역을 제거하거나 감소할 수 있다. 예를 들어, 필터(452)는 차단 주파수를 경계로 통과대역(Band Pass) 및 저지대역(Stop Pass)를 가지는 통과대역필터(Band Pass Filter)일 수 있다. 또한, 필터(452)는 하나 이상의 고역통과필터(High Pass Filter) 또는 하나 이상의 저역통과필터(Low Pass Filter)를 포함할 수 있고, 필요에 따라 이들의 조합으로 필터 시스템을 형성할 수 있다.
센싱신호(SRX)에는 서로 다른 주파수를 가지는 복수의 신호들이 포함될 수 있고, 노이즈에 기인한 주파수 대역의 신호들을 포함할 수 있다. 필터(452)에 의해 일정한 주파수 대역의 노이즈 신호를 제거 또는 감소될 수 있고, 보다 정확한 터치 센싱 데이터를 획득할 수 있다.
증폭기(453)는 필터의 출력 신호를 증폭하여 아날로그 증폭 신호를 생성할 수 있다.
아날로그-디지털 컨버터(454)는 아날로그 증폭 신호에 대한 아날로그-디지털 변환을 통해 디지털 데이터(Data_D)를 생성할 수 있다.
아날로그 신호처리 회로(450)의 버퍼(451), 필터(452), 증폭기(453), 아날로그-디지털 컨버터(454)의 순서 및 배치는 도 5에 기재된 형태에 제한되지 않고, 다른 다양한 형태를 가질 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 아날로그 신호처리 회로를 구성을 나타내는 제1 예시 도면이다.
도 6을 참조하면, 아날로그 신호처리 회로(550)는 제1 버퍼(551-1), 제2 버퍼(551-2), 고역통과필터(552), 제1 바이패스회로(553), 저역통과필터(554), 제2 바이패스회로(555), 아날로그-디지털 컨버터(556) 등을 포함할 수 있다.
제1 버퍼(551-1) 및 제2 버퍼(551-2)는 복수의 센싱신호(SRX)를 전달받아 차동(Differential) 방식으로 신호를 처리할 수 있다.
제1 버퍼(551-1) 및 제2 버퍼(551-2)는 터치전극의 정전용량 변화에 관한 신호를 전류에 관한 신호로 변환하여 출력할 수 있다. 출력된 전류에 관한 신호는 고역통과필터(552)로 전달될 수 있다.
제1 버퍼(551-1) 및 제2 버퍼(551-2)에 의해 처리된 전류에 관한 신호는 고역통과필터(552), 제1 바이패스회로(553), 저역통과필터(554)를 통과하여 기 설정된 대역을 가지는 주파수 범위의 노이즈를 제거 또는 감소시킬 수 있다.
제2 바이패스회로(555) 및 아날로그-디지털 컨버터(556)를 통과한 신호는 디지털 데이터(Data_D)로 변환될 수 있다.
아날로그 신호처리 회로(550)에 의해 수신되는 센싱신호(SRX)는 손가락 터치 또는 스타일러스 펜 터치에 의한 센싱신호일 수 있고, 아날로그 신호처리 회로(550)에 의해 변환된 디지털 신호(Data_D)는 디지털 신호처리 회로(미도시)로 전달될 수 있다.
아날로그 신호처리 회로(550)의 제1 버퍼(551-1), 제2 버퍼(551-2), 고역통과필터(552), 제1 바이패스회로(553), 저역통과필터(554), 제2 바이패스회로(555), 아날로그-디지털 컨버터(556)의 순서 및 배치는 도 6에 기재된 형태에 제한되지 않고, 일부 회로를 생략하거나 통합하는 등의 다른 다양한 형태를 가질 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 아날로그 신호처리 회로를 구성을 나타내는 제2 예시 도면이다.
도 7을 참조하면, 아날로그 신호처리 회로(650)는 제1 버퍼(651-1), 제2 버퍼(651-2), 고역통과필터(652), 복조회로(653), 제1 저역통과필터(654-1), 제2 저역통과필터(654-2), 먹스(655), 아날로그-디지털 컨버터(656) 등을 포함할 수 있다.
제1 버퍼(551-1) 및 제2 버퍼(551-2)는 복수의 센싱신호(SRX)들을 전달받아 고역통과필터(652)로 전달할 수 있고, 차단 주파수 이하의 노이즈를 제거 또는 감소할 수 있다.
복조회로(653)은 직교위상 복조(IQ Demodulation: In-phase and Quadrature Demodulation) 방식에 의해 신호를 처리할 수 있고, 전달받은 신호를 원하는 진폭, 위상, 주파수를 가지는 신호로 변환할 수 있다.
복조회로(653)에서 복조된 신호는 제1 저역통과필터(654-1)를 통해 아날로그-디지털 컨버터(656)으로 전달될 수 있고, 제2 저역통과필터(654-2)를 통해 아날로그-디지털 컨버터(656)으로 전달될 수 있다.
먹스(655)는 제1 저역통과필터(654-1)를 통과하는 신호 또는 제2 저역통과필터(654-2)를 통과하는 신호를 선택하여 출력으로 생성할 수 있다. 제1 저역통과필터(654-1)를 통과하는 신호는 I 신호로 정의될 수 있고, 제2 저역통과필터(654-2)를 통과하는 신호는 Q 신호로 정의될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
먹스(655)는 I 신호와 Q 신호를 교차적으로 번갈아가면서 수신하고 출력할 수 있다. 필요에 따라 먹스(MUX)는 멀티플렉서(Multiplexer)로 정의될 수 있다.
아날로그-디지털 컨버터(656)는 먹스(655)에 의해 선택되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력할 수 있다.
아날로그 신호처리 회로(650)에 의해 수신되는 센싱신호(SRX)는 스타일러스 펜 터치에 의한 센싱신호일 수 있고, 아날로그 신호처리 회로(650)에 의해 변환된 디지털 신호(Data_D)는 디지털 신호처리 회로(미도시)로 전달될 수 있다.
아날로그 신호처리 회로(650)의 제1 버퍼(651-1), 제2 버퍼(651-2), 고역통과필터(652), 복조회로(653), 제1 저역통과필터(654-1), 제2 저역통과필터(654-2), 먹스(655), 아날로그-디지털 컨버터(656)의 순서 및 배치는 도 7에 기재된 형태에 제한되지 않고, 일부 회로를 생략하거나 통합하는 등의 다른 다양한 형태를 가질 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 아날로그 신호처리 회로를 구성을 나타내는 제3 예시 도면이다.
도 8을 참조하면, 아날로그 신호처리 회로(750)는 제1 버퍼(751-1), 제2 버퍼(751-2), 제1 상관 이중 샘플링 회로(752), 제2 상관 이중 샘플링 회로(753), 복조 회로(754), 저역통과필터(755), 바이패스회로(756), 아날로그-디지털 컨버터(757) 등을 포함할 수 있다.
제1 버퍼(751-1) 및 제2 버퍼(751-2)는 터치패널로부터 전달받은 센싱신호(SRX)를 처리하여 제1 상관 이중 샘플링 회로(752)로 전달할 수 있다.
상관 이중 샘플링 회로(CDS: Correlated Double Sampling)를 통해 신호의 극성을 변환하거나 샘플링할 수 있다. 필요에 따라, 상관 이중 샘플링 회로는 적분기를 포함할 수 있다.
제1 상관 이중 샘플링 회로(752) 및 제2 상관 이중 샘플링 회로(753)는 연속적으로 배치되어 양의 값을 가지는 신호와 음의 값을 가지는 신호가 반복되는 경우에 극성 변화를 샘플링하여 센싱할 수 있다.
복조 회로(754)는 전류 신호를 복조하여 출력할 수 있고, 저역통과필터(755)를 통과하여 기준이 되는 차단주파수 이하의 대역을 가지는 주파수 신호를 통과시킬 수 있다.
바이패스회로(756) 및 아날로그-디지털 컨버터(757)를 통과한 신호는 디지털 데이터(Data_D)로 변환될 수 있다.
아날로그 신호처리 회로(750)에 의해 수신되는 센싱신호(SRX)는 손가락 터치에 의한 센싱신호일 수 있고, 아날로그 신호처리 회로(750)에 의해 변환된 디지털 신호(Data_D)는 디지털 신호처리 회로(미도시)로 전달될 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 아날로그 신호처리 회로를 구성을 나타내는 제4 예시 도면이다.
도 9를 참조하면, 아날로그 신호처리 회로(850)는 제1 전류전압제어회로(851-1, 851-2), 제2 전류전압제어회로(852), 제3 전류전압제어회로(853), 복조회로(854), 제4 전류전압제어회로(855-1, 855-2), 먹스(856), 아날로그-디지털 컨버터(857) 등을 포함할 수 있다.
전류전압제어회로(CVC: Current Voltage Control Circuit)은 하나 이상의 스위치를 포함할 수 있고, 제어신호에 따라 회로의 연결 구조가 변경될 수 있다. 터치 센싱의 종류 및 터치 모드의 변화에 따라 각 회로의 역할과 동작이 변경될 수 있다. 별개의 회로를 형성하지 않고, 통합된 회로 내부의 역할 변경을 통해 표시장치의 전력소비를 감소시킬 수 있고, 터치 모드별 전력 사용량을 확인하고 조절할 수 있다. 전류전압제어회로(CVC: Current Voltage Control Circuit)의 회로적 변화는 가변 저항 및 가변 커패시터의 설정값에 따라 정해질 수 있다.
제1 전류전압제어회로(851-1, 851-2)는 버퍼(Buffer)일 수 있고, 터치패널에서 감지된 정전용량의 변화에 관한 신호를 전류에 관한 신호로 변환하여 출력할 수 있다.
제2 전류전압제어회로(852)는 상관 이중 샘플링 회로(CDS: Correlated Double Sampling)일 수 있고, 필요에 따라 고역통과필터(High Pass Filter)일 수 있다.
제3 전류전압제어회로(853)는 상관 이중 샘플링 회로(CDS: Correlated Double Sampling)일 수 있고, 필요에 따라 바이패스회로(Bypass Circuit)일 수 있다.
복조회로(854)는 스타일러스 펜 터치 신호를 복조하기 위하여 I 신호 및 Q 신호를 처리할 수 있으나, 손가락 터치 신호를 복조하기 위하여 I 신호만을 처리할 수 있다. 필요에 따라 복조회로(854)는 바이패스회로(Bypass Circuit)의 역할을 할 수 있다.
제4 전류전압제어회로(855-1, 855-2)는 필요에 따라 저역통과필터(Low Pass Filter)일 수 있다. 터치의 종류에 따라 하나 이상의 저역통과필터(Low Pass Filter)는 꺼짐(OFF) 상태로 전환되거나, 차단 주파수의 범위를 조절할 수 있다.
먹스(856)은 제4 전류전압제어회로(855-1, 855-2)에서 전달되는 신호를 선택적으로 출력할 수 있다. 먹스(856)은 복수의 입력신호를 전달받아, 순차적으로 센싱하여 출력할 수 있으나, 하나의 입력신호를 전달받는 경우에는 바이패스회로(Bypass Circuit)의 역할을 할 수 있다.
아날로그-디지털 컨버터(857)는 아날로그 신호 처리하여 디지털 신호로 변환하여 출력할 수 있다.
도 9에 개시된 아날로그 신호처리 회로(850)는 하나의 통합된 회로를 형성할 수 있고, 도 6 내지 8에 개시된 각각의 아날로그 신호처리 회로의 역할과 동작으로 변경될 수 있다. 예시적으로, 제2 전류전압제어회로(852) 및 제4 전류전압제어회로(855-1, 855-2)에서는 가변 저항 또는 가변 커패시터에 관한 변수(Variable)를 변경하여 수신하는 주파수의 범위를 조절할 수 있다.
아날로그 신호처리 회로(850)의 회로적 역할 및 동작의 변화는 터치제어회로(미도시)에 의해 제어될 수 있고, 디지털 신호처리 회로(미도시)의 터치 모드 변화에 따라 제어될 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 디지털 신호처리 회로를 구성을 나타내는 도면이다.
도 10을 참조하면, 디지털 신호처리 회로(460)는 아날로그 IQ 신호처리 회로(461-1), 슬라이딩이산푸리에변환 신호처리 회로(461-2), 터치 센싱 신호처리 회로(461-3), 필터(462)를 포함할 수 있다.
디지털 신호처리 회로(460)는 아날로그 신호처리 회로(450)에서 변환된 디지털 데이터(Data_D)를 처리하여 터치센싱데이터(Data_T)로 변환할 수 있다.
아날로그 IQ 신호처리 회로(461-1)에서는 복조회로(미도시)에서 처리된 I 신호 또는 Q 신호를 전달받아 디지털 변환을 수행할 수 있다.
슬라이딩이산푸리에변환 신호처리 회로(461-2)에서는 복수의 주파수를 이산푸리에변환(DFT: Discrete Fourier Transform)을 사용하여 분리하여 수신할 수 있다. 슬라이딩이산푸리에변환 신호처리 회로(461-2)에서는 분리된 주파수 범위의 신호 각각에 대해 디지털 변환을 수행할 수 있다. 이산푸리에변환(DFT)의 한 종류로서 슬라이딩이산푸리에변환(SDFT: Sliding Discrete Fourier Transform)이 사용될 수 있다.
터치 센싱 신호처리 회로(461-3)에서는 자기 정전용량(Self-Capacitive) 방식 또는 상호 정전용량(Mutual-Capacitive) 방식의 터치 센싱 신호에 대해 디지털 변환을 수행할 수 있다.
디지털 신호처리 회로(460)의 아날로그 IQ 신호처리 회로(461-1), 슬라이딩이산푸리에변환 신호처리 회로(461-2), 터치 센싱 신호처리 회로(461-3)의 디지털 변환 모드 선택은 터치 입력의 종류에 따라 선택될 수 있다. 예시적으로, 스타일러스 펜 센싱신호의 디지털 변환은 아날로그 IQ 신호처리 회로(461-1) 또는 슬라이딩이산푸리에변환 신호처리 회로(461-2)에서 수행될 수 있다. 다른 예시적으로, 손가락 펜 센싱신호의 디지털 변환은 터치 센싱 신호처리 회로(461-3)에서 수행될 수 있다.
디지털 신호처리 회로(460)의 디지털 처리 방식은 입력되는 아날로그 신호의 주파수 범위에 따라 다르게 선택될 수 있다.
필터(462)에서는 변환된 디지털 신호의 필터링을 수행할 수 있다. 복수의 주파수가 분리된 경우, 기존에 설정된 범위의 주파수를 필터링하여 획득하거나 제거할 수 있다.
도 11은 일 실시예에 따른 디지털 신호처리 회로의 신호 처리 방법을 설명하는 제1 예시 도면이다.
도 11을 참조하면, 슬라이딩이산푸리에변환 신호처리 회로(461-2)에서 수행되는 신호의 처리 과정을 확인할 수 있다.
디지털 신호처리 회로(460)은 아날로그 신호처리 회로(450)에서 처리된 신호를 전달받아 이산푸리에변환(DFT: Discrete Fourier Transform)을 수행할 수 있다.
이산푸리에변환(DFT)은 이산적인 입력 신호에 대한 푸리에 변환으로서, 복수의 주파수에 대한 신호를 입력받아 처리할 수 있다. 이산푸리에변환(DFT)의 한 방법으로 고속푸리에변환(FFT: Fast Fourier Transform)이 사용될 수 있다.
이산푸리에변환(DFT)을 수행하여 입력신호가 특정 주파수 범위에 포함되는지 여부를 판단할 수 있고, 스타일러스 펜 터치 및 손가락 터치의 유무 및 종류를 판단할 수 있다.
이산푸리에변환(DFT)에 입력되는 신호를 순차적으로 연산하여 디지털 변환을 수행할 수 있다.
Figure pat00001
(X(k) = 출력신호, x(n) = 연속함수, k = 입력신호, n = 0 이상의 정수, N = 1 이상의 정수)
x(n)의 연속함수를 이산화(discretization) 하여 이산푸리에변환 계수(DFT Coefficient)로서 c(n)을 정의하여 사용할 수 있다.
데이터 샘플링의 개수에 따라 요구되는 데이터 메모리의 용량이 증가하게 되므로, 이를 감소시키기 위하여 슬라이딩이산푸리에변환(Sliding Discrete Fourier Transform)을 수행할 수 있다.
이산푸리에변환 계수(DFT Coefficient)는 하나의 샘플링 데이터 세트인 C1, C2, C3, C4의 순서를 변경하여 다른 데이터 세트를 형성한 것일 수 있다.
실수부의 이산푸리에변환 계수는 데이터 세트로서 제1 실수부 데이터 세트(C1, C2, C3, C4), 제2 실수부데이터 세트(C2, C3, C4, C1), 제3 실수부 데이터 세트(C3, C4, C1, C2), 제4 실수부 데이터 세트(C4, C1, C2, C3), 제5 실수부 데이터 세트(C1, C2, C3, C4)를 형성할 수 있다. 각 실수부 데이터 세트는 R1, R2, R3, R4, R5로 정의될 수 있다.
허수부의 이산푸리에변환 계수는 데이터 세트로서 제1 허수부 데이터 세트(C2, C3, C4, C1), 제2 허수부데이터 세트(C3, C4, C1, C2), 제3 허수부 데이터 세트(C4, C1, C2, C3), 제4 허수부 데이터 세트(C1, C2, C3, C4), 제5 허수부 데이터 세트(C2, C3, C4, C1)를 형성할 수 있다. 각 허수부 데이터 세트는 I1, I2, I3, I4, I5로 정의될 수 있다.
실수부 데이터 세트 및 허수부 데이터 세트는 아날로그-디지털 컨버터 데이터인 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8과 대응되도록 데이터 세트를 정의할 수 있다.
실수부 데이터와 허수부 데이터 각각은 위상(phase)에 관한 데이터를 포함할 수 있다.
도 12는 일 실시예에 따른 디지털 신호처리 회로의 신호 처리 방법을 설명하는 제2 예시 도면이다.
도 12을 참조하면, 슬라이딩이산푸리에변환 신호처리 회로(461-2)에서 수행되는 신호의 처리 과정을 확인할 수 있다.
실수부 데이터 세트 또는 허수부 데이터 세트는 각각 실수부 값 허부수 값으로 정의될 수 있다.
실수부 값 R1, R2, R3, R4, R5는 각각 허수부 값 I1, I2, I3, I4, I5와 대응될 수 있고, 제곱평균제곱근(root mean square)으로 계산되어 크기(magnitude) 데이터를 생성할 수 있다.
실수부 값 R1, R2, R3, R4, R5는 각각 허수부 값 I1, I2, I3, I4, I5은 제곱의 합을 제곱근한 이후의 평균값을 계산하여 최종 데이터(MAG)를 생성할 수 있다.
슬라이딩이산푸리에변환(SDFT)을 통해 적은 수의 데이터 샘플링으로 정확도가 높은 데이터를 추출할 수 있다.
디지털 신호처리 회로(460)에서는 슬라이딩이산푸리에변환(SDFT)을 통해 다중 주파수를 분리하여 센싱할 수 있다.
도 13은 일 실시예에 따른 다중 주파수에 의한 스타일러스 펜 및 손가락의 터치센싱 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 13을 참조하면, 터치센싱회로(140)에서 전달하는 구동신호(STX)의 주파수는 제1 주파수(f1)일 수 있고, 스타일러스 펜에서 전송하는 주파수는 제2 주파수(f2)일 수 있다.
터치센싱시스템(300-2)에서 스타일러스 펜(20)과 손가락(10)이 동시에 센싱되는 경우 패널(110)은 제1 주파수 및 제2 주파수 성분이 포함된 센싱신호(SRX)를 리드아웃회로(미도시)로 전달할 수 있다.
센싱신호(SRX)가 시분할되어 센싱되는 경우에는 제1 주파수 및 제2 주파수 각각이 별개의 시구간에서 센싱될 수 있지만, 동일한 시구간에서 구동되는 경우 제1 주파수 및 제2 주파수 각각이 섞인 상태로 동시에 센싱될 수 있다.
도 14는 일 실시예에 따른 디지털 신호처리 회로의 다중 주파수 분리 방법을 설명하는 도면이다.
도 14를 참조하면, 디지털 신호처리 회로(DFE)는 제1 주파수(f1), 제2 주파수(f2), 제3 주파수(f3)이 혼재된 상태의 다중 주파수 신호를 아날로그 신호로 전달받을 수 있다.
디지털 신호처리 회로(DFE)에서는 전술한 이산푸리에변환(DFT)을 수행하여 전달받은 신호의 각 주파수 성분을 분리할 수 있고, 분리된 주파수 대역에 대한 신호 각각을 분리하여 출력할 수 있다.
각각의 주파수 영역에 대한 판단은 필터(미도시)에 의해 수행될 수 있다.
이산푸리에변환(DFT) 방식에 의해 주파수 처리 과정은 동일한 시구간 내에서 동시에 수행될 수 있다.
도 15는 시분할에 의한 종래의 터치 센싱 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 15를 참조하면, 터치 센싱 방법(1000)은 표시장치(100)을 디스플레이 구동기간 또는 터치 센싱기간으로 구분하여 패널을 구동할 수 있다. 필요에 따라 터치 센싱기간은 구동신호가 전달되거나 센싱신호가 수신되는 기간으로 정의될 수 있다.
디스플레이 구동기간(DP)과 터치 센싱기간(TP)은 시간적으로 분리된 기간으로서 교번할 수 있다.
복수의 오브젝트가 터치 또는 접근하는 경우 하나의 터치 센싱구간 내에서 각 오브젝트의 터치 센싱기간은 시분할되어 개별적으로 센싱될 수 있다.
예시적으로, 손가락 터치 센싱기간, 제1 스타일러스 펜의 터치 센싱기간, 제2 스타일러스 펜의 터치 센싱기간은 구별되어 순차적으로 수행될 수 있다.
손가락 터치, 제1 스타일러스 펜의 터치, 제2 스타일러스 펜의 터치를 구별하여 센싱하기 위하여 각 센싱신호의 주파수 대역은 제1 주파수, 제2 주파수, 제3 주파수로 정의되어 센싱될 수 있다. 제1 주파수 내지 제3 주파수는 보다 정확한 터치 센싱을 위하여 서로 다른 주파수로 선택될 수 있지만, 필요에 따라 동일한 주파수로 선택될 수 있다.
시분할에 의한 복수 오브젝트의 터치 센싱을 수행하는 경우, 패널의 구동 시간이 증가하게 되므로 전력 소비가 증가하게 된다.
또한, 데이터 샘플링을 지속적으로 수행하여야 하므로 데이터 샘플링 속도(Data Sampling Rate)는 감소하게 된다.
도 16은 일 실시예에 따른 터치 동시 센싱 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 16을 참조하면, 기존의 터치 센싱방법과 달리 손가락 터치, 제1 스타일러스 펜, 제2 스타일러스 펜은 동시에 센싱될 수 있다.
터치 센싱 방법(1100)은 표시장치(100)을 디스플레이 구동기간 또는 터치 센싱기간으로 구분하여 패널을 구동할 수 있지만, 특정한 하나의 터치 센싱 기간의 동일한 시구간 내에서 복수의 오브젝트를 센싱할 수 있다.
손가락과 펜을 서로 다른 주파수로 구동하여 디지털 신호처리 회로(DFE)에서 이산푸리에변환(DFT)를 동시에 수행하여 데이터를 동시에 처리할 수 있다.
이 경우 서로 다른 주파수 사이에는 직교성(orthogonality)가 유지되는 경우 데이터의 정확도는 향상될 수 있다.
디지털 신호처리 회로(DFE)에서 이산푸리에변환(DFT)를 통해 다중 주파수를 동시에 센싱할 수 있으므로, 터치 패널의 구동시간을 감소시킬 수 있고, 소비전력의 사용을 줄일 수 있다. 이 경우 데이터 샘플링의 요구 시간과 수를 감소시킬 수 있으므로 데이터 샘플링 속도(Data Sampling Rate)는 증가할 수 있다.
디지털 신호처리 회로(DFE)에서 이산푸리에변환(DFT)를 수행하기 위해 아날로그 신호처리 회로(AFE)에서 데이터 전처리가 요구될 수 있다. 이 경우 별개의 회로를 형성하지 않고 통합된 아날로그 신호처리 회로(AFE)를 형성하여 아날로그 신호처리 회로(AFE)의 면적을 감소시킬 수 있다.
도 17은 일 실시예에 따른 터치 센싱을 위한 주파수 조절 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 17을 참조하면, 터치 센싱을 위한 주파수 조절 방법(1200)은 제1 주파수를 가지는 터치 신호를 수신하는 단계(S1201), 제2 주파수를 가지는 스타일러스 펜 신호를 수신하는 단계(S1203), 디지털 신호처리 회로에서 이산푸리에변환을 수행하는 단계(S1205), 다중 주파수를 분리 인식하는 단계(S1207), 분리된 제1 주파수 및 제2 주파수를 조절하는 단계(S1209) 등을 포함할 수 있다.
제1 주파수를 가지는 터치 신호를 수신하는 단계(S1201)에서는 리드아웃회로의 구동회로에서 제1 주파수를 가지는 구동신호(STX)를 전달하고, 오브젝트의 터치 신호를 수신하여 제1 주파수를 가지는 센싱신호(SRX)를 수신할 수 있다.
오브젝트는 하나 이상의 손가락, 하나 이상의 스타일러스 펜일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
제1 주파수는 하나 이상의 주파수 세트를 의미할 수 있고, 동일한 시간에 센싱 라인으로 전달되는 주파수 집합을 의미하는 것일 수 있다. 필요에 따라 각 센싱라인으로 전달되는 신호 각각은 직교성(orthogonality)를 유지할 수 있다. 각 센싱라인으로 전달되는 신호의 주파수의 수, 형태는 오브젝트의 종류, 표시장치의 상태에 따라 달리 정의될 수 있다.
제1 주파수를 가지는 구동신호(STX) 및 센싱신호(SRX)는 터치센싱회로 내의 터치제어회로 또는 타이밍컨트롤러에 의해 제어될 수 있다.
제2 주파수를 가지는 스타일러스 펜 신호를 수신하는 단계(S1203)에서는 리드아웃회로는 스타일러스 펜에 의해 기기의 상태정보 또는 터치 정보에 관한 다운링크신호(DL)를 수신할 수 있다. 스타일러스 펜은 제1 주파수와 구별되는 제2 주파수 대역의 다운링크 신호를 송신할 수 있다. 스타일러스 펜은 고유의 전원장치 또는 주파수생성장치에 의해 제2 주파수 대역의 다운링크신호를 생성하는 것일 수 있으나, 터치패널이 전달하는 업링크신호(UL)의 주파수에 대응한 제2 주파수의 다운링크신호(DL)를 생성하는 것일 수 있다.
제2 주파수는 하나 이상의 주파수 세트를 의미할 수 있고, 동일한 시간에 센싱 라인으로 전달되는 주파수 집합을 의미하는 것일 수 있다. 필요에 따라 제2 주파수 세트의 신호들은 제1 주파수 세트의 신호들과 직교성(orthogonality)를 유지하도록 설정되거나 제어될 수 있다.
디지털 신호처리 회로에서 이산푸리에변환을 수행하는 단계(S1205)에서는 전술한 이산푸리에변환(DFT), 고속푸리에변환(FFT), 슬라이딩이산푸리에변환(SDFT) 등의 방법을 통해 센싱신호를 분리하거나 처리할 수 있다.
다중 주파수를 분리 인식하는 단계(S1207)에서는 변환된 제1 주파수 및 제2 주파수 각각을 분리하여 인식할 수 있다.
분리된 제1 주파수 및 제2 주파수를 조절하는 단계(S1209)에서는 제1 주파수와 제2 주파수 사이에 직교성(Orthogonality)가 유지되지 않는 경우에 제1 주파수 또는 제2 주파수를 제어하여 직교성(Orthogonality)를 유지할 수 있다.
스타일러스 펜의 프로토콜에 따라 정의되는 제2 주파수에 대응하여 터치제어회로는 터치 패널의 구동 주파수인 제1 주파수를 제어할 수 있다.
터치 패널의 구동 주파수로 정의되는 제1 주파수에 대응하여 스타일러스 펜은 프로토콜을 변경하여 제2 주파수를 제어할 수 있다.
터치 센싱을 위한 주파수 조절 방법(1200)의 각 단계의 순서는 변경되거나, 각 단계 중 일부는 생략될 수 있다.
도 18은 일 실시예에 따른 터치 센싱 모드 설정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 18을 참조하면, 터치 센싱 모드 설정 방법(1300)은 터치 센싱의 종류를 판단하는 단계(S1301), 아날로그 신호처리 회로의 구동모드 판단 단계(S1303), 디지털 신호처리 회로의 구동모드 판단 단계(S1305), 터치 센싱 모드 설정 단계(S1307) 등을 포함할 수 있다.
터치 센싱의 종류를 판단하는 단계(S1301)에서 오브젝트의 종류에 따른 신호 특성을 판단하고 손가락 터치와 스타일러스 펜 터치를 구분하여 판단할 수 있다. 터치 면적, 터치 강도, 다운링크신호 등을 고려하여 터치 센싱의 종류를 판단할 수 있다.
아날로그 신호처리 회로의 구동모드 판단 단계(S1303)에서는 터치 센싱의 종류, 스타일러스 펜의 종류 등을 고려하여 아날로그 신호처리 회로의 구동 모드를 판단할 수 있다.
아날로그 신호처리 회로의 구동 모드에 따라 회로의 동작과 역할을 다르게 정의하거나 변경할 수 있다.
예시적으로, WGP 타입의 스타일러스 펜은 도 6에 설명된 아날로그 신호처리 회로(AFE)의 구동모드로 작동할 수 있다.
예시적으로, 능동정전기(AES: Active Electrostatic) 타입의 스타일러스 펜은 도 7에 설명된 아날로그 신호처리 회로(AFE)의 구동모드로 작동할 수 있다.
예시적으로, 손가락 터치는 도 8에 설명된 아날로그 신호처리 회로(AFE)의 구동모드로 작동할 수 있다.
도 9에 설명된 아날로그 신호처리 회로(AFE)는 터치 센싱의 종류에 따라 회로적 구성만을 변경하여 하나의 통합된 아날로그 신호처리 회로(AFE)에서 터치 센싱의 종류에 따른 동작을 변경할 수 있다.
디지털 신호처리 회로의 구동모드 판단 단계(S1305)에서는 도 10에 설명된 터치 센싱의 종류 및 아날로그 신호처리 회로(AFE)의 동작을 고려하여 디지털 신호처리 회로(DFE)의 구동모드를 판단할 수 있다.
터치 센싱 모드 설정 단계(S1307)에서는 터치제어회로(미도시)는 터치 센싱의 종류를 판단하는 단계(S1301), 아날로그 신호처리 회로의 구동모드 판단 단계(S1303) 및 디지털 신호처리 회로의 구동모드 판단 단계(S1305)의 판단 결과를 종합하여 최종적인 터치 센싱 모드를 결정할 수 있다. 터치센싱회로는 결정된 터치 센싱 모드에 따라 아날로그 신호처리 회로(AFE)의 동작을 변경할 수 있고, 디지털 신호처리 회로(DFE)의 동작을 변경할 수 있다.
터치 센싱 모드 설정 방법(1300)의 각 단계의 순서는 변경되거나, 각 단계 중 일부는 생략될 수 있다.
도 19는 일 실시예에 따른 스타일러스 펜과 손가락 터치의 동시 센싱을 고려한 터치 센싱 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 19를 참조하면, 터치 센싱 방법(1400)은 터치 센싱의 종류를 판단하는 단계(S1401), 오브젝트의 동시 센싱 판단 단계(S1402), 이산푸리에변환 수행 단계(S1403), 이산푸리에변환 미수행 단계(S1404), 터치 센싱 모드 설정 단계(S1405) 등을 포함할 수 있다.
터치 센싱의 종류를 판단하는 단계(S1401)에서는 전술한 도 18의 판단 방법을 통해 터치 센싱의 종류를 판단할 수 있다.
오브젝트의 동시 센싱 판단 단계(S1402)에서는 터치 또는 접근이 인식되는 오브젝트의 수를 판단하고, 오브젝트의 종류를 판단할 수 있다.
하나의 오브젝트가 인식되는 경우, 동시 센싱으로 판단하지 않고 이산푸리에변환을 수행하지 않을 수 있다.
오브젝트가 복수 개로 인식되는 경우, 동시 센싱으로 판단하고 이산푸리에변환을 수행할 수 있다. 이 경우 센싱되는 신호의 파형에 따라 이산푸리에변환 유무를 사전적으로 고려하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이산푸리에변환 수행 단계(S1403)에서는 디지털 신호처리 회로(DFE)에서 이산푸리에변환(DFT)를 수행할 수 있고, 전술한 연산 방법들이 사용될 수 있다.
이산푸리에변환 미수행 단계(S1404)에서는 이산푸리에변환(DFT)를 수행하지 않고 바이패스회로(Bypass Circuit)를 통과하거나, 디지털 신호처리 회로 내의 다른 구동모드가 수행될 수 있다.
터치 센싱 모드 설정 단계(S1405)에서는 터치 센싱의 구동모드를 판단할 수 있다. 터치센싱회로(미도시)는 터치 센싱의 구동모드에 따라 아날로그 신호처리 회로(AFE) 또는 디지털 신호처리 회로(DFE)의 동작 또는 회로적 구성을 변경하거나 제어할 수 있다.

Claims (15)

  1. 터치전극으로부터 서로 다른 주파수를 가지는 복수의 센싱신호들을 전달받는 아날로그 신호처리 회로; 및
    상기 아날로그 신호처리 회로의 출력 데이터를 전달받아 이산푸리에변환을 수행하는 디지털 신호처리 회로를 포함하고,
    상기 디지털 신호처리 회로는 이산푸리에변환을 통해 상기 복수의 센싱신호들을 분리하는, 터치센싱회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 센싱신호들은 터치패널의 구동 주파수를 가지는 신호 및 스타일러스 펜의 송신 주파수를 가지는 신호를 포함하는, 터치센싱회로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 아날로그 신호처리 회로는,
    상기 센싱신호들을 전류 신호들로 변환하는 하나 이상의 버퍼;
    상기 버퍼를 통과한 신호들에 대해 설정된 통과 대역에 따른 필터링을 수행하는 필터; 및
    상기 필터링된 아날로그 신호들을 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터를 포함하는, 터치센싱회로.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 아날로그 신호처리 회로는 상기 디지털 신호처리 회로의 구동 모드에 대응하여 동작을 변경하는, 터치센싱회로.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 디지털 신호처리 회로는 슬라이딩이산푸리에변환(Sliding Discrete Fourier Transform)에 의해 복수의 신호들을 동시에 분리하는, 터치센싱회로.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 디지털 신호처리 회로에 의해 분리된 주파수의 직교성(orthogonality)이는 유지되도록 터치패널의 구동신호를 제어하는 터치제어회로를 더 포함하는, 터치센싱회로.
  7. 제1 방식의 센싱 모드 및 제2 방식의 센싱 모드를 위한 구동신호들을 터치패널로 출력하는 구동회로; 및
    제1 방식의 센싱 모드에 의한 센싱신호 및 제2 방식의 센싱 모드에 의한 센싱신호들을 수신하는 수신회로를 포함하고,
    상기 수신회로 내의 디지털 신호처리 회로는 상기 센싱신호들을 동시에 수신하는, 리드아웃회로.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 방식의 센싱 모드는 손가락 터치 센싱 모드이고, 상기 제2 방식의 센싱 모드는 스타일러스 펜 터치 센싱 모드인, 리드아웃회로.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 구동회로는 스타일러스 펜의 프로토콜의 주파수에 대응되는 주파수를 전달하는, 리드아웃회로.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 수신회로는 상기 제1 방식의 센싱 모드에 의한 센싱신호 및 상기 제2 방식의 센싱 모드에 의한 센싱신호를 동일한 시구간에서 센싱하는, 리드아웃회로.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 디지털 신호처리 회로는 이산푸리에변환에 의해 센싱신호들을 처리하는, 리드아웃회로.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 디지털 신호처리 회로는 서로 다른 주파수를 가지는 센싱신호들을 분리하는, 리드아웃 회로.
  13. 제1 주파수를 가지는 손가락 터치 신호를 수신하는 단계;
    제1 주파수와 구별되는 제2 주파수를 가지는 스타일러스 펜 터치 신호를 수신하는 단계; 및
    이산푸리에변환을 통해 상기 제1 주파수 및 제2 주파수를 분리하는 단계를 포함하는, 터치 센싱 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    터치센싱회로는 동일한 시구간에서 상기 터치 신호들을 수신하는, 터치 센싱 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    이산푸리에변환을 통해 분리된 제1 주파수 및 제2 주파수를 전달받아 직교성(orthogonality)을 판단하는 단계를 더 포함하는, 터치 센싱 방법.
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