This thesis focuses on area and power-efficient Read-out IC (ROIC) for Capacitive Touch screen. Overall Touch screen panel has touch sensor array. So far, the ADC has been used to read touch area in ROIC, it converts all analog sensing values to digital values.
Since there are some disadvantages to use ADCs for each column due to the chip area or power dissipation, generally Touch screen ROIC uses only one global ADC. So, this global ADC basically has short conversion time, and it must be fast. By the way, the resolution of this ADC also must be high to discriminate pure touch information from noise. Eventually the global ADC needs high resolution, high speed, and this means that the area and power dissipation of ROIC also should be increased.
Typical ROICs have DC value in their digital output and it is useless dummy value. Only difference between touch area and non-touch area is needed. But unfortunately this difference is so small. If the DC value is eliminated and the difference is amplified, the sensitivity of ROIC is increased. And it means that resolution of the ADC can be reduced.
New ROIC structure is proposed to solve above problems. While the typical ROIC convert all analog sensing output to digital value by 1 to 1 mapping method, the proposed method compares two sensors at regular intervals. If the difference between two outputs is bigger than threshold value, the Adder(or Counter) integrates the digital output. That is, in the same area, the difference of two sensing value is almost same, ‘Digital integration’ happens only in the edge of both area.
This is ‘??-∑ method’. Basically ??-∑ principle can eliminate the effect of common noise or column mismatch to overall touch panel because the difference(??) is integrated(∑) for a row. Therefore the resolution of ADC can be effectively reduced. Even we can design ROIC only with 1 bit ADC(Comparator). For this structure, other smart analog circuits are also proposed. And to verify operations, the ROIC is designed using Hynix/Magnachip 0.35um CMOS process.
이 논문은 면적 및 전력 효율적인 정전용량 방식 터치스크린용 Readout IC(ROIC)에 관한 것이다. 터치스크린 패널은 터치센서 어레이를 가진다. 지금까지 ROIC에서 터치영역을 판별하기 위해 ADC가 사용되었고 그것은 아날로그 센싱값을 디지털 값으로 변환한다.
각 센싱 컬럼마다 ADC를 사용하는 것은 여러가지 단점이 있기 때문에 일반적으로 ADC를 하나 사용한다. 그래서 이 ADC는 기본적으로 짧은 변환시간을 가지고 빨라야만 한다. 그런데, 노이즈로부터 순수 터치 정보를 판별하기 위해 이 ADC의 해상도 또한 높아야 한다. 결국 ADC는 높은 해상도와 빠른 속도를 필요로 하고 이것은 ROIC 전체의 면적과 전력소모가 증가한다는 말과 같다.
일반적은 ROIC는 그것의 디지털 출력에 DC 값을 가지고 있고 그것은 사실 쓸모없는 값이다. 오직 터치영역과 터치되지 않은 영역 사이의 차이만이 필요할 뿐이다. 그러나 불행하게도 이 차이는 매우 작다. 만약 DC값은 제거되고 차이는 크게 만들수 있다면 ROIC의 감도는 증가할 것이다. 그리고 그것은 ADC의 해상도가 감소될 수 있다는 것을 의미한다.
전술한 문제점들을 해결할 수 있는 새로운 ROIC 구조가 제안된다. 전형적인 ROIC가 모든 아날로그 센싱출력을 1-1 맵핑에 의해 디지털 값으로 변환하는 반면, 제안된 방법은 일정 간격의 두 센서를 비교한다. 만약 두 출력의 차이가 문턱값보다 높으면 Adder나 Counter가 디지털 출력값을 적분한다. 즉, 같은 영역내에서는 두 센싱값의 차이가 거의 같기 때문에 디지털 적분은 오직 터치영역의 가장자리에서만 일어난다.
이것이 ??-∑ 원리이다. 기본적으로 ??-∑ 원리는 한 Row에 대해서 차이(??)가 적분(∑)되므로 공통노이즈나 센서간 부정합의 영향을 제거할 수 있다. 그러므로 ADC의 해상도는 효율적으로 감소될 수 있다. 심지어 우리는 ROIC를 단지 1bit ADC인 Comparator를 이용해 디자인할 수 있다. 이 구조에 대해 다른 아날로그 세부들도 제안된다. 그리고 동작을 검증하기 위해 ROIC는 Hynix/Magnachip 0.35um CMOS 공정을 이용해 설계되었다.
