A Noise-Immune Self-Capacitance Touch Sensing Differential Analog Front-End
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 안길초
- 발행년도 2016
- 학위수여년월 2016. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 전자공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000058889
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약
본 논문에서는 자기정전용량(self-capacitance) 방식을 가지는 터치스크린 패널(Touch Screen Panel : TSP) 시스템의 주변 환경 잡음에 대한 영향을 개선하기 위해 차동입력구조를 가지는 아날로그 전처리기(Analog Front-end : AFE) 회로를 제안한다. 제안하는 AFE는 패널에서 들어오는 신호를 감지하는 인접한 두 라인을 차동입력으로 받아 공통된 주변 환경 잡음을 상쇄시키는 기능을 가지며, 환경 잡음 상쇄를 통해 터치로 발생하는 변화의 감도를 향상시켰다. 또한 제안하는 AFE는 차지펌프를 이용하여 패널에서 들어오는 신호를 감지하는 인접한 두 라인마다 -VREF에서 +VREF로 움직이는 up-램프신호와 +VREF에서 -VREF로 움직이는 down-램프신호를 인가해 주었으며, (Yn, Yn+1), (Ym, Ym+1)와 같은 두 쌍의 인접한 두 라인을 각각 차동입력으로 받아 입력의 DC 전압을 제거하였다. DC 전압이 제거된 입력의 차이 값만을 출력하기 때문에 높은 이득의 증폭기를 사용할 수 있으며, 제안하는 AFE는 2단 증폭기 구조를 사용하여 미세한 터치로 발생하는 커패시터의 변화를 감지할 수 있도록 하였다. AFE 뒷단에서는 출력을 측정하기 위해 2.5-비트 스테이지로 구성된 12-비트 1-MS/s의 샘플링 속도를 가지는 cyclic analog-to-digital converter(CADC)를 사용하였다. 시제품 AFE는 0.35㎛ CMOS 공정을 사용하여 제작되었으며 2.16 mm2 의 면적을 차지한다. 200pF의 기생 커패시터를 가지는 패널을 기준으로 약 40fF 이상의 커패시터 변화를 감지할 수 있으며 3.3 V 전원 전압에서 총 83.5mW의 전력을 소모한다.
more초록/요약
A noise-immune self-capacitance touch sensing differential analog front-end (AFE) is proposed. The proposed differential AFE has a function of cancelling common environmental noise by receiving adjacent two channels as differential inputs. For every two adjacent channels, an up-ramp signal and a down-ramp signal are generated using charge pumps. The two pairs of the two adjacent channels such as (Yn, Yn+1), (Ym, Ym+1) receive differential inputs, respectively, to remove the DC voltage level of the input. Since the output of AFE is determined only by the input difference, it is possible to use high gain amplifying stages. Through utilizing two amplifying stages, the proposed AFE can detect fine capacitance change induced by touch. To measure the output of AFE, cyclic analog-to digital converter (CADC) with 12-bit 1-MS/s comprised of a 2.5-bit stage is implemented in the AFE back-end. On the panel with the parastic capacitance of 200pF, capacitance change of approximately 40fF can be detected. The prototype of proposed AFE implemented in a 0.35μm CMOS process occupies 2.16mm2.
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