Finger Touch Application에서 Noise 억제

 아이폰으로 촉발된 스마트폰은 요즘 출시 되는 휴대폰의 전부라 할 정도가 되었다. 아이폰의 등장은 휴대폰 따로 컴퓨터 따로에서 "휴대폰 + 컴퓨터" 시대를 본격적으로 열었다는 점에서 의미가 크다. 아이폰의 등장은 또한 손가락 터치라고 하는 획기적인 UX도 대중화 시켰는데, 손가락 터치(정전식 멀티 터치 어플리케이션)에서 노이즈를 억제하기 위해서 어떤 조치들이 취해지는지 살펴 보자. 기사 분량상 터치의 모든 원리를 처음부터 자세히 설명하기에는 무리가 따르므로 필요 부분 외의 설명은 모두 생략한다.

 터치 판별 원리:
X축과 Y축으로 분리되어 배열되어 있는 투명 도체들이 교차점에서 형성하는 커패시턴스(센서)는  손가락(마치 ground 처럼 작용함)을 가져다 대면 커패시턴스가 커지는 것처럼 보이게 된다. 즉 손가락을 붙여을 때와 떼었을 때 그 점의 커패시턴스값 변화량을 측정하면 터치 유무를 알 수 있다.

 노이즈 억제 방법. 1
 Touch Screen Panel의 물리적 구성을 보면, 제일 위 층에 강화유리(내부 터치 센서 및 디스플레이 모듈 보호)가 있고 그 아래 투명 도체 X와 투명 도체 Y가 있다(X와 Y는 2개 층으로 구성된다고 생각해도 된다). 그리고 그 아래에 디스플레이 모듈이 있다. 문제는 디스플레이 모듈이 동작하면서 발생되는 노이즈가 위에 있는 센서로 올라와서 센서에 영향을 준다는 것이다. 그래서, 이것을 없애기 위해서 센서와 디스플레이 모듈 사이에 투명한 ground 층을 깔아준다. 이것으로 하단의 디스플레이이 모듈에서 올라오는 노이즈를 억제할 수 있다. 이것은 TSP을 만드는 업체에서 반영해야할 것이다.

 노이즈 억제 방법. 2

 디스플레이 모듈은 일정한 주기를 가지고 화면을 refresh한다(일반적으로 60Hz나 120Hz 정도로 생각하면 될 것이다). 그것은 vertical sync라고 하는 신호에 동기되며 vertical sync는 horizontal sync라고 하는 신호에 동기된다. 즉 horizontal sync 주기로 모듈의 update가 이루어지는 것이다. 이 때 모듈의 전류소모가 제일 크다. 즉 SSN 노이즈가 제일 심하게 발생한다. 이렇게 발생한 노이즈는 방법. 1으로도 해결되지 않는다. 이 노이즈는 센서보다는 센서 구동 칩의 아날로그 부분에 영향을 주어 에러를 유발시킬 수 있다. 이것을 예방할 수 있는 방법은 디스플레이 모듈 구동 칩에서 사용하는 horizontal sync 신호를 터치 센서 구동 칩에서 받아 SSN이 발생하는 시점을 피해서 센서 구동 타임을 가져가는 것이다. 이 방법은 센서 구동 칩을 디자인할 때 반영되어야 할 부분이다.
 
 노이즈 억제 방법. 3

 위 2가지의 노이즈 외에도 부적절한 시스템 설계로 인한 common mode 노이즈와 EMI 등으로 인한 노이즈 등 주변에 노이즈가 있다. 이런 노이즈들은 일정한 패턴 혹은 특정한 패턴을 가질 수 있는데, 센싱된 신호에서 이런 패턴을 가진 신호를 디지털적인 처리(알고리즘)을 통해서 없앨 수 있다. 이러한 노이즈 억제 또한 센서 구동 칩을 설계할 때부터 반영되어야 할 부분이다. 

 ※ FPCB 디자인 시 주의 사항
 터치 센서와 센서 구동 칩 사이의 연결은 flexible PCB로 이루어지는데, FPCB 디자인 시에 주의할 점이 있다. 센서는 여러개의 X와 Y 라인들로 구성이 되는데 칩의 X와 Y 핀에서 라인을 뽑아서 센서의 해당 핀으로 라인을 그릴 때, 선들 간에 교차가 발생하면 안 된다. 조금만 생각해보면 이유를 바로 알 수 있을 것이다. 또한 최 외각 라인 옆에, 안쪽 라인과 동일한 간격의 스페이스를 띄우고 ground 세이프(혹은 라인)를 위치시켜야 한다(비 구동 라인이 ground로 forcing 될 경우). 센서 외부에서 발생되는 기생 커패시턴스의 차이가 채널 간에 최소화 되어야 하기 때문이다. 일반적으로 TX, RX 라인은 analog이다. FPCB 디자인 시에 반드시 칩 설계자(혹은 회사)로부터 특기 사항에 대해 guide를 받는 것이 좋다.