This work presents a high performance capacitive touch screen readout IC for medium-large size touch screen panel applications. Among the technical challenges that must be solved in medium-large size touch screen panel, touch signal sensing speed and power consumption are the most critical problems because the more increasing touch screen panel size is, the more increasing touch screen panel pixels to readout signal information is. Also, External noises in harsh environment are critical problems.
Conventional capacitive touch screen readout ICs solve touch signal sensing speed issue in medium-large size with many readout circuit per each column line of touch screen panel, causing high power consumption. The relationship of speed and power is trade off. To solve this problem, Dual Mode Sensing Algorithm is proposed. The trade off relationship is broken by this algorithm. Also it is required to solve external noise issues like peak noise from touch screen panel bottom plate, sine noise from finger capacitance. So, continuous time integration and signal limitation concept using gm cell is proposed.
Speed and power consumption performance can be greatly enhanced applying Dual Mode Sensing Algorithm. Also this algorithm operation is not all but influenced by external noise using gm cell. This work is implemented with 0.35 $\mu m$ CMOS technology. Target specification of touch screen panel size is 44(Rx) by 27(Tx). Total scanning speed is 100Hz at 1~2 touch and 50Hz at 9~10 touch. Scanning frequency for driving touch screen panel is 200Hz.
본 논문에서는 중, 대형 터치스크린 어플리케이션을 대상으로 한 Dual Mode Sensing Algorithm 을 적용한 터치 시스템을 제안하였다.
Galuxy tap, i-pad 등 중, 대형 터치스크린 어플리케이션에 대한 고객의 수요 증가와 전자산업 분야의 시장성 증대로 인해 중, 대형 터치스크린용 패널의 기술의 필요성과 가치가 증대되어지고 있는 실정이다.
하지만 중, 대형 터치스크린의 문제점은 파워와 스피드의 trade-off 관계이다. 기존에는 터치스크린의 매 컬럼 라인 마다 read-out circuit 을 사용하여 파워를 많이 소모하여 터치스크린 패널의 스캔 스피드를 향상시키는 방법이 제안되어 사용되었다. 하지만 본 논문에서 제안되어진 Dual Mode Sensing Algorithm 을 적용하면 상당히 작은 파워 소모로, 단지 하나의 read-out circuit 사용으로, 합리적인 시간 안에 중, 대형 터치스크린 패널 스캔이 가능하다.
또한 터치스크린 구조상 LCD 패널 위에 터치스크린 패널이 놓이게 되어 직접적, 간접적으로 영향을 주는 디스플레이 노이즈에 대한 영향에 대해 기존의 D.T integrator(discrete time integration structure) 가 아닌 C.T integrator(continuous time integration structure) 와 signal limit concept 을 적용하여 노이즈 효과를 고려 해주었다.
또한, 알고리즘 동작상 각 동작 모드별로 노이즈에 대한 효과가 고려되었다. 특히, 터치스크린에서 터치되어진 컬럼 라인만을 통해 형성되어지는 self noise 의 경우, differential structure 의 경우 치명적인 단점으로 고려되지만, 본 논문에 제안 된 offset comparator 의 differential output 의 설계를 통해 오히려 동작상 장점으로 활용되게 고려하였다.
본 논문에서 제안되어진 알고리즘과 개념을 이용하여 터치스크린 패널을 스캔하는데 파워측면에서 상당한 장점과 합리적인 스캔 타임 실현 가능하며, 실제 업계에서 활발히 연구 중인 중, 대형 터치스크린 패널의 문제점을 해결 할 수 있는 솔루션으로 걸 맞는 연구 결과 이다.
