JP2005134240A - Capacitance detector circuit, capacitance detection method, and fingerprint sensor using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、微小容量を検出する容量検出回路および検出方法並びにそれを用いた指紋センサに関する。 The present invention relates to a capacitance detection circuit and a detection method for detecting a minute capacitance, and a fingerprint sensor using the same.
従来、バイオメトリクス(生体認証技術)の中で最も有望とされる指紋センサとして、所定の間隔で列配線と行配線を2枚のフィルムの表面にそれぞれ形成し、このフィルムを絶縁膜等を介して所定の間隔をおいて対向して配置した感圧式容量センサが開発されている。この感圧式容量センサでは、指を置いたときに指紋の凹凸に対応してフィルム形状が変形し、列配線と行配線の間隔が場所によって変化して、指紋の形状が列配線および行配線の交差部の容量として検出される。この感圧式容量センサにおいて、数百fF(フェムトファラッド)に満たない容量を検出するのに応用できる従来技術としては、容量をスイッチドキャパシタ回路により、電気信号に変換する検出回路が挙げられる。これは、第1のセンサ駆動信号で駆動され、検出対象の容量を検出するセンサ容量素子と、第2のセンサ駆動信号で駆動され検出回路基準容量となる参照容量素子とが共通のスイッチドキャパシタ回路に接続され、交互に動作する第1および第2のサンプルホールド部がそれぞれの出力信号をサンプリングした後に、サンプリング結果の差を求めることにより、検出信号を得るものである。 Conventionally, as the most promising fingerprint sensor in biometrics (biometric authentication technology), column wiring and row wiring are respectively formed on the surface of two films at predetermined intervals, and this film is interposed via an insulating film or the like. Thus, pressure-sensitive capacitive sensors have been developed that are arranged to face each other at a predetermined interval. In this pressure-sensitive capacitive sensor, when the finger is placed, the film shape changes corresponding to the unevenness of the fingerprint, the distance between the column wiring and the row wiring changes depending on the location, and the fingerprint shape changes between the column wiring and the row wiring. It is detected as the capacity of the intersection. In this pressure-sensitive capacitance sensor, as a conventional technique that can be applied to detect a capacitance less than several hundred fF (femtofarad), there is a detection circuit that converts a capacitance into an electric signal by a switched capacitor circuit. This is a switched capacitor that is driven by a first sensor driving signal and detects a detection target capacitance, and a reference capacitor that is driven by a second sensor driving signal and serves as a detection circuit reference capacitor. The first and second sample and hold units connected to the circuit and operating alternately sample each output signal, and then obtain a detection signal by obtaining a difference between the sampling results.
この検出回路は、共通のスイッチドキャパシタ回路において、検出対象となる容量値Csに比例し帰還容量Cfに反比例した信号を、安定して検出することができ、且つ、スイッチドキャパシタ回路のリセットスイッチ(帰還制御スイッチ)のゲート電極と他電極間の寄生容量に蓄積された電荷Qdが他の電極に漏れ出る影響(フィードスルー)が相殺される。また、スイッチドキャパシタ回路の基準電位のオフセット成分や入力信号などに含まれる低周波のノイズに対しては、2つのサンプリング結果の差を求めることによりある程度除去できる効果も期待される(例えば、特許文献1)。
しかしながら、指紋センサ等の容量検出回路は、容量変化が微小であるために、高感度であることが要求されるが、人体から伝達されるノイズ(高周波ノイズを含む)や回路系のノイズに対しての耐性を有している必要がある。
また、容量変化を検出するため、列配線間や行配線間などにおいて、隣接する線などからのクロストークノイズの影響が無いことなどの要求がある。
However, a capacitance detection circuit such as a fingerprint sensor is required to have high sensitivity because the capacitance change is minute. However, it is required for noise transmitted from the human body (including high-frequency noise) and circuit noise. It is necessary to have all tolerances.
Further, in order to detect a capacitance change, there is a demand that there is no influence of crosstalk noise from adjacent lines or the like between column wirings or row wirings.
上述した要求に対応して、列配線の立ち上がりの時点に、交差部の容量に充電される電荷に対応する充電電圧を検出し、次に、列配線の立ち下がりの時点に、交差部の容量から放電される電荷に対応する放電電圧を検出し、この充電電圧及び放電電圧を用いて、容量変化を検出する容量検出回路も考えられる。
すなわち、この容量検出回路は、充電電圧から放電電圧を、差し引いた差電圧を求めて、この差電圧を容量変化に対応した電圧とすることで、同一極性で生じる、増幅回路のフィードスルーの影響による電圧オフセットやその他の回路で生じるオフセット成分を除去し、サンプリング周波数に比較して十分に低い周波数のノイズを除去することが可能である。
In response to the above-described request, the charging voltage corresponding to the charge charged in the capacitor at the intersection is detected at the time of rise of the column wiring, and then the capacitance of the intersection at the time of falling of the column wiring. A capacity detection circuit that detects a discharge voltage corresponding to the electric charge discharged from the battery and detects a change in the capacity using the charge voltage and the discharge voltage is also conceivable.
That is, this capacitance detection circuit obtains a difference voltage obtained by subtracting the discharge voltage from the charge voltage, and uses this difference voltage as a voltage corresponding to the capacitance change, thereby causing the influence of the feedthrough of the amplifier circuit that occurs with the same polarity. It is possible to remove the voltage offset due to the above and other offset components generated in other circuits, and to remove noise having a frequency sufficiently lower than the sampling frequency.
上述した容量検出回路を含めて通常の検出回路は、容量センサの各センサ素子の容量変化を検出するとき、単一の列配線のみを駆動して、検出ラインとなる複数の行配線との交差部(センサ素子)の容量値Csの変化を検出する構成となっている。
しかしながら、すでに述べたように、センサ素子一つ(1つの交差部)当たりの容量変化は、数百fF程度のごく僅かな値である。
When detecting a change in capacitance of each sensor element of a capacitance sensor, a normal detection circuit including the above-described capacitance detection circuit drives only a single column wiring and crosses a plurality of row wirings serving as detection lines. It is the structure which detects the change of the capacitance value Cs of a part (sensor element).
However, as already described, the capacitance change per sensor element (one intersection) is a very small value of about several hundred fF.
このため、従来の容量検出回路は、増幅回路を含んだ回路におけるオフセット成分を除去したとしても、もともと容量センサに重畳されるノイズの影響を受けることとなる。
すなわち、上記容量検出回路は、電源ノイズや人体を介して容量センサに伝達される伝導ノイズが、列配線及び行配線の信号に重畳されることにより、このような外乱ノイズの影響により正確な容量変化の検出が行えなくなる欠点を有している。
For this reason, even if the conventional capacitance detection circuit removes the offset component in the circuit including the amplifier circuit, it is affected by noise originally superimposed on the capacitance sensor.
In other words, the capacitance detection circuit has an accurate capacitance due to the influence of such disturbance noise by superimposing power supply noise or conduction noise transmitted to the capacitance sensor via the human body on the signal of the column wiring and row wiring. There is a drawback that change cannot be detected.
特に、最近の蛍光灯の主流であるインバータ蛍光灯は、半導体によって、高周波を発生させて蛍光ランプを点灯させるため、数十KHzレベルの基本周波数のノイズ源となっている。
しかしながら、上記容量検出回路においては、充電電圧及び放電電圧の差分を求めるときの、容量変化のサンプリング周波数と、上記ノイズ源の基本周波数とが近い周期となる。
In particular, an inverter fluorescent lamp, which is the mainstream of recent fluorescent lamps, is a noise source having a fundamental frequency of several tens of KHz because a high frequency is generated by a semiconductor to light the fluorescent lamp.
However, in the capacitance detection circuit, the sampling frequency of the capacitance change when obtaining the difference between the charge voltage and the discharge voltage is close to the fundamental frequency of the noise source.
このため、この容量検出回路においては、充電電圧及び放電電圧の差分を求めたとしても、周波数差に起因するうなり成分、すなわち、周波数がわずかに異なる2つの波を重ね合わせた場合に、その周波数の差に等しい「うなり(ビート周波数)」が残り、外乱のノイズ成分を完全に除去することができない。
したがって、利用者が指紋センサなどを用いようとするとき、この利用者の人体の近傍に容量検出回路のサンプリング周波数に近い周波数のノイズ源を有する機器、例えば、上述したインバータ蛍光灯の近傍で用いられる場合や、液晶表示素子のバックライトに用いられるインバータ回路を有する機器などにセンサを接続して利用する場合に、上記うなりに起因する外乱ノイズを完全に除去することができず、容量変化を検出する信号のS/N比が低下して、正確に利用者の指紋を読みとることができない。
For this reason, in this capacitance detection circuit, even if the difference between the charging voltage and the discharging voltage is obtained, a beat component caused by the frequency difference, that is, when two waves having slightly different frequencies are superimposed, the frequency A “beat (beat frequency)” equal to the difference between the two remains, and the noise component of the disturbance cannot be completely removed.
Therefore, when the user intends to use a fingerprint sensor or the like, it is used in the vicinity of the user's human body having a noise source having a frequency close to the sampling frequency of the capacitance detection circuit, for example, in the vicinity of the inverter fluorescent lamp described above. When the sensor is connected to a device having an inverter circuit used for a backlight of a liquid crystal display element, the disturbance noise caused by the above beat cannot be completely removed, and the capacitance change The S / N ratio of the signal to be detected is lowered, and the user's fingerprint cannot be read accurately.
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、外乱ノイズの影響を低下させることで、S/N比を向上させて、列配線と行配線とが交差する交差部(センサ素子)の微少な容量値Cs及びこの容量値Csの容量変化値ΔCsを十分な感度で検出することができる容量検出回路および検出方法並びに指紋センサを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to improve the S / N ratio by reducing the influence of disturbance noise, and to meet the intersection where column wiring and row wiring intersect ( It is an object of the present invention to provide a capacitance detection circuit, a detection method, and a fingerprint sensor capable of detecting a minute capacitance value Cs of the sensor element) and a capacitance change value ΔCs of the capacitance value Cs with sufficient sensitivity.
本発明の容量検出回路は、複数の列配線に対して行配線が交差され、列配線と行配線との交差部の容量変化を電圧値として検出する容量検出回路であり、時系列に直交性を有する符号を発生する符号発生手段と、前記複数の列配線を所定の数の列配線からなる列配線グループに分割し、測定対象の列配線グループを選択する列配線グループ選択手段と、順次選択される列配線グループ毎に、複数の列配線を前記符号に基づいて駆動する列配線駆動手段と、前記行配線と、駆動された複数の列配線との交差部の容量に対応した電流値の総和を測定電圧として出力する容量測定手段と、
前記列配線グループ毎に、前記測定電圧と前記符号とにより積和演算を行い、各交差部の容量に対応する電圧値を求める復号演算手段とを有する。
The capacitance detection circuit of the present invention is a capacitance detection circuit that detects a change in capacitance at the intersection of a column wiring and a row wiring as a voltage value by intersecting a row wiring with a plurality of column wirings, and is orthogonal in time series. A code generation means for generating a code having a plurality of column wirings, a column wiring group selection means for dividing the plurality of column wirings into column wiring groups made up of a predetermined number of column wirings, and selecting a column wiring group to be measured; For each column wiring group, a current value corresponding to the capacitance of the intersection of the column wiring driving means for driving a plurality of column wirings based on the code, the row wiring, and the plurality of driven column wirings. Capacity measuring means for outputting the sum as a measurement voltage;
For each column wiring group, there is provided a decoding operation means for performing a product-sum operation using the measured voltage and the sign to obtain a voltage value corresponding to the capacity of each intersection.
この構成により、本発明の容量検出回路は、直交性のあるPN符号(疑似ランダム符号)により、行配線に対して交差している複数の列配線を同時に駆動し、すなわち、行配線単位に複数のセンサ素子を同時に駆動させ、検出対象の容量値Cs及び容量変化値ΔCsを多重化し、容量値N・Cs及び容量変化値N・ΔCsとして増加させて(Nは同時に駆動される列配線の数、すなわち多重化される交差部の数)、容量/電圧変換を行って検出信号とすることで、実質的に大きな容量値及び容量変化の測定を行うことになり、相対的にうなり等の外乱ノイズを低下させて、S/N比を向上させ、自己相関性に優れるM系列PN符号を用いることにより、列配線間のクロストークの影響を排除することが可能となる。
また、本発明の容量検出回路は、復号演算部が時系列に検出される多重化された検出信号を、多重化に用いたPN符号と同一のPN符号により、積和演算(所定の演算)を用いて、多重化された検出値を、行配線に対応するセンサ素子各々の容量値Cs及び容量変化値ΔCs(容量値Csが求まれば演算できる)として復号するため、1本の列配線を駆動した場合と同様の分解能で検出結果を得ることができる。
With this configuration, the capacitance detection circuit of the present invention simultaneously drives a plurality of column wirings intersecting the row wirings by using orthogonal PN codes (pseudo random codes), that is, a plurality of column wirings in units of row wirings. Are simultaneously driven, the capacitance value Cs and the capacitance change value ΔCs to be detected are multiplexed, and increased as the capacitance value N · Cs and the capacitance change value N · ΔCs (N is the number of column wirings driven simultaneously) That is, the number of intersections to be multiplexed), by performing capacitance / voltage conversion to obtain a detection signal, a substantially large capacitance value and capacitance change are measured, and disturbances such as relative beats are relatively measured. By using an M-sequence PN code that reduces noise, improves the S / N ratio, and is excellent in autocorrelation, it is possible to eliminate the influence of crosstalk between column wirings.
In addition, the capacity detection circuit of the present invention uses a PN code identical to the PN code used for multiplexing to perform a multiply-add operation (predetermined operation) on the multiplexed detection signal detected by the decoding operation unit in time series. Is used to decode the multiplexed detection value as the capacitance value Cs and capacitance change value ΔCs of each sensor element corresponding to the row wiring (can be calculated if the capacitance value Cs is obtained), so that one column wiring The detection result can be obtained with the same resolution as when the is driven.
本発明の容量検出回路は、前記複数の列配線に対して、複数の前記行配線をマトリクス状に配設したエリア型の容量センサの前記交差部の容量を検出する構成の場合にも、適用することができ、指紋センサなどに用いることで、上述した効果により高い精度の判定結果が得られ、操作性に優れたセンサを提供することができる。 The capacitance detection circuit of the present invention is also applicable to the configuration in which the capacitance of the intersection portion of the area type capacitance sensor in which a plurality of the row wirings are arranged in a matrix with respect to the plurality of column wirings is detected. By using it for a fingerprint sensor or the like, a highly accurate determination result can be obtained by the above-described effect, and a sensor with excellent operability can be provided.
本発明の容量検出回路は、前記複数の列配線に対して、1本の前記行配線が対応して形成されたライン型の容量センサの前記交差部の容量を検出する構成の場合にも、適用することができ、表面の凹凸の有無または粗さを検出するセンサなどに用いることで、上述した効果により高い精度で、表面の状態を検出することができ、かつ1行の行配線のみで済むため、小型でローコストなセンサを提供することができる。 The capacitance detection circuit of the present invention may be configured to detect the capacitance of the intersection of a line-type capacitance sensor in which one row wiring is formed corresponding to the plurality of column wirings. The sensor can be applied to a sensor for detecting the presence / absence or roughness of the surface, so that the surface condition can be detected with high accuracy by the above-described effect, and only with one row wiring. Therefore, a small and low-cost sensor can be provided.
本発明の容量検出回路は、前記列配線グループが隣接し合う所定の本数の列配線により形成されている。
このため、本願発明の容量検出回路は、積和演算の対象となる列配線の本数を、任意に設定して、演算処理の負荷を調整することができるため、使用するシステムの演算能力に対応させた処理を行うことが可能となる。
The capacitance detection circuit of the present invention is formed by a predetermined number of column wirings adjacent to each other.
For this reason, the capacity detection circuit of the present invention can arbitrarily set the number of column wirings subject to product-sum operation and adjust the processing load, so it corresponds to the computing capacity of the system used. It is possible to perform the process.
本発明の容量検出回路は、前記列配線グループが所定の間隔の列配線により形成されている。
このため、本願発明の容量検出回路は、各列配線グループ毎の検出において、エリア全体を平均的に検出することにより、特定の領域毎に測定する場合に比較して、検出値の変動が小さくなり、測定における感度の設定を容易に行うことが可能である。
In the capacitance detection circuit of the present invention, the column wiring group is formed by column wirings having a predetermined interval.
For this reason, the capacitance detection circuit of the present invention detects the entire area on average in the detection for each column wiring group, so that the fluctuation of the detection value is small compared to the case of measuring for each specific region. Therefore, it is possible to easily set sensitivity in measurement.
本発明の容量検出回路は、前記符号発生手段が、自己相関性を有するPN符号を発生し、このPN符号のビット配列を順次シフトさせ、時系列に位相の異なるPN符号として、前記符号を出力する。
すなわち、前記PN符号発生手段が自己相関性の良い符号をPN符号、例えばM系列を発生し、この自己相関性のよいM系列のPN符号をずらしつつ、交差部の容量変化を多重化していき、復号時において、同一のPN符号の位相を対応させて復号するため、列配線間のクロストークの発生を抑えることが可能となり、高い精度で交差部の容量変化を検出することができる。
In the capacity detection circuit of the present invention, the code generation means generates a PN code having autocorrelation, sequentially shifts the bit arrangement of the PN code, and outputs the code as a PN code having a phase different in time series To do.
That is, the PN code generation means generates a PN code, for example, an M-sequence, with a code having good autocorrelation, and multiplexes the capacity changes at the intersection while shifting the PN code of the M-sequence with good autocorrelation. Since decoding is performed in correspondence with the phase of the same PN code at the time of decoding, it is possible to suppress the occurrence of crosstalk between the column wirings, and it is possible to detect the capacitance change at the intersection with high accuracy.
本発明の容量検出回路は、前記符号発生手段が、時系列に、異なるビット配列のウォルシュ直交符号を生成して、前記符号として出力する。
これにより、本発明の容量検出回路は、各列配線の駆動される回数が、検出回数に対して半分となり、列配線間のクロストークの影響を抑えることになり、各交差部の容量の検出がより正確に行うことができる。
In the capacity detection circuit of the present invention, the code generation means generates Walsh orthogonal codes having different bit arrangements in time series and outputs the codes as the codes.
As a result, in the capacitance detection circuit of the present invention, the number of times each column wiring is driven is halved with respect to the number of detections, and the influence of crosstalk between column wirings is suppressed. Can be done more accurately.
本発明の指紋センサは、上記容量検出回路を用いて、交差部(センサ素子)の容量変化を検出することが可能なため、高い精度で指紋を採取することができる。 Since the fingerprint sensor of the present invention can detect a change in capacitance at the intersection (sensor element) using the capacitance detection circuit, it can collect fingerprints with high accuracy.
本発明の容量検出方法は、複数の列配線に対して行配線が交差され、列配線と行配線との交差部の容量変化を電圧値として検出する容量検出方法であり、時系列に直交性を有する符号を発生する符号発生過程と、前記複数の列配線を所定の数の列配線からなる列配線グループに分割し、測定対象の列配線グループを選択する列配線グループ選択過程と、順次選択される列配線グループ毎に、複数の列配線を前記符号に基づいて駆動する列配線駆動過程と、前記行配線と、駆動された複数の列配線との交差部の容量に対応した電流値の総和を測定電圧として出力する容量測定過程と、前記列配線グループ毎に、前記測定電圧と前記符号とにより積和演算を行い、各交差部の容量に対応する電圧値を求める復号演算過程とを有する。 The capacitance detection method of the present invention is a capacitance detection method in which a row wiring intersects a plurality of column wirings, and a capacitance change at the intersection of the column wiring and the row wiring is detected as a voltage value. A code generation process for generating a code having a plurality of column wirings, a column wiring group selection process for dividing the plurality of column wirings into column wiring groups each including a predetermined number of column wirings, and selecting a column wiring group to be measured; A column wiring driving process for driving a plurality of column wirings based on the code, and a current value corresponding to a capacitance at an intersection of the row wiring and the plurality of driven column wirings. A capacity measurement process for outputting the sum as a measurement voltage, and a decoding operation process for performing a product-sum operation for each column wiring group using the measurement voltage and the sign to obtain a voltage value corresponding to the capacitance of each intersection. Have.
以上説明したように、本発明の容量検出回路によれば、PN符号により多重化して、一度に複数の列配線を駆動することにより、複数の交差部の容量変化が加算された容量値を検出することとなり、行配線等に重畳される外乱ノイズの影響を相対的に低下させ、検出感度を向上させるとともに、多重化に用いたPN符号を用いて復号化し、各交差部ごとの容量変化値を求めるため、各交差部の容量変化値を、実質的に単一の列配線を駆動して検出した場合と変わらない分解能で検出することができるという効果が得られる。 As described above, according to the capacitance detection circuit of the present invention, a capacitance value obtained by adding capacitance changes at a plurality of intersections is detected by multiplexing a PN code and driving a plurality of column wirings at a time. As a result, the influence of disturbance noise superimposed on the row wiring and the like is relatively reduced, the detection sensitivity is improved, and decoding is performed using the PN code used for multiplexing, and the capacitance change value at each intersection Therefore, it is possible to detect the capacitance change value at each intersection with a resolution that is substantially the same as that detected by driving a single column wiring.
本発明の容量検出回路は、複数の列配線に対して行配線が交差され構成されるマトリクス状の容量センサに用いられ、列配線と行配線との交差部(センサ素子)の容量変化を検出する容量検出回路であって、符号発生回路が時系列に直交性を有する符号を生成し、マトリクスを形成する前記複数の列配線を、所定の数の複数の列配線グループに分割し、列配線グループ選択回路が測定対象の列配線グループを選択し、列配線駆動回路が順次選択される列配線グループ毎において、複数の列配線を前記符号に基づいて駆動させ、容量検出回路が前記行配線と、駆動された複数の列配線との交差部の容量に対応した電流値の総和を測定電圧として出力し、復号演算回路が前記列配線グループ毎に、前記測定電圧と前記符号とにより積和演算を行い、各交差点部の容量に対応する電圧値を分離して検出値とするものである。 The capacitance detection circuit of the present invention is used in a matrix-shaped capacitance sensor configured by crossing row wirings with respect to a plurality of column wirings, and detects a change in capacitance at an intersection (sensor element) between the column wirings and the row wirings. A capacity detection circuit for generating a code having orthogonality in time series, and dividing the plurality of column wirings forming a matrix into a predetermined number of column wiring groups, A group selection circuit selects a column wiring group to be measured, and a column wiring driving circuit sequentially drives a plurality of column wirings for each column wiring group, and a capacitance detection circuit The sum of current values corresponding to the capacitances of the intersections with the plurality of driven column wirings is output as a measurement voltage, and the decoding operation circuit calculates the product-sum operation for each column wiring group by the measurement voltage and the sign. Do It is an detection value by separating the voltage value corresponding to the capacitance of each intersection portion.
本発明の第1の実施形態による容量検出回路を図1を参照して説明する。図1は、第1の実施形態による容量検出回路の一構成例を示すブロック図である。
符号発生部1は、センサ部4の列配線群2の各列配線を駆動する列駆動信号の生成に用いるPN符号を生成する。このPN符号は、自己相関性の高いM系列のPN符号が用いられる。センサ部4は、列配線群2の列配線と行配線群3の行配線とがマトリクス状に交差し、各々の交差部がセンサ素子(図4のセンサ素子55)を形成している。
図2(a)は、センサ部4の平面図、図2(b)は断面図である。図2(a)に示すように、例えば、50μmピッチで配列された列配線群2の各列配線と、行配線群3の各行配線とが、交差している。図2(b)に示すように、基板50の上に複数の行配線よりなる行配線群3が配置され、その表面上に絶縁膜51が積層され、絶縁膜51の表面上に空隙52だけ間隔がおかれてフィルム54が配置され、フィルム54の下面に複数の列配線からなる列配線群2が取付けられている。この行配線群3の行配線と列配線群2の列配線との交差部において、空隙52と絶縁膜51を介在して所定の容量を有する容量素子としてセンサ素子が形成される。
A capacitance detection circuit according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of the capacitance detection circuit according to the first embodiment.
The
2A is a plan view of the
上述したセンサ部4の上に指56を当てると、図3に示すように、指56の凹凸によって、フィルム54と列配線群2の列配線が変形し、空隙52が変化し、それにより、列配線群2と行配線群3との交差部に形成されるセンサ素子55の容量が変化する。
また、図4は、センサ部4の列配線および行配線間の容量素子(センサ素子)のマトリクスを示す概念図である。センサ部4は、マトリクス状のセンサ素子55,55・・・から構成され、列配線駆動部5と容量検出回路100とが接続される。列配線駆動部5は、上記PN符号のビット配列に対応して、列配線群2に対して駆動パルス列を出力し、すなわちセンサ部4の列配線群2の列配線に対して並列に、各々に所定の駆動パルス(駆動信号)を出力する。この駆動パルス列における駆動パルスのパターン(駆動するしないのパターン)は、上記PN符号に基づいて生成され、PN符号のビット列のデータに対応して、列配線群2の複数の列配線を駆動し(活性化し)、駆動された列配線各々と行配線とで形成される(各行配線に対応する)各交差部(センサ素子)の容量変化値を多重化する。
When the
FIG. 4 is a conceptual diagram showing a matrix of capacitive elements (sensor elements) between the column wirings and the row wirings of the
図1に戻り、容量検出回路100は、チャージアンプ回路6,サンプルホールド回路7,セレクタ回路8,A/D変換器9,復号演算回路10,タイミング制御回路11及び列配線セレクタ13を有している。
チャージアンプ回路6は、センサ部4の行配線群3における行配線各々に設けられており、交差部(センサ素子)の容量に応じて出入りする(充放電電流に基づいた)微小な電荷(容量変化量に対応する電流)を検出し、この電流を増幅して電圧に変換して検出信号(測定電圧)として出力する。サンプルホールド回路7は、上記チャージアンプ回路6ごとに設けられ、上記検出信号の測定電圧を、タイミング制御回路11から出力されたS/H(サンプリングホールド)信号の入力によりサンプリングして、電圧情報として一時的に保持する。セレクタ回路8は、上記サンプルホールド回路7の各々に保持される電圧情報を、順次、例えば行配列の並び順に切り替えて、上記電圧情報をA/D変換器9へ出力する。
A/D変換器9は、時系列に入力される、アナログの電圧情報である測定電圧を、復号演算回路10から入力されるA/Dクロックのタイミングにより、デジタル値の測定データに変換して復号演算回路10へ出力する。
また、高速に処理する場合などに、サンプルホールド回路7を設けずに、各々のチャージアンプ回路6にA/D変換器9をそれぞれ設けて、アナログの測定電圧をデジタル値の測定データに変換する様にしてもよい。
Returning to FIG. 1, the
The
The A /
Further, when processing at a high speed, the A /
復号演算回路10は、デジタル化された測定データにおいて、交差部のセンサ素子に対する充電時における測定データと、放電時における測定データとの差分演算により、フィードスルーによるオフセット成分を除去する演算処理、およびPN符号により符号多重化された信号を、符号化を行ったPN符号と同一のPN符号を用いて積和演算により復号して、センサ素子ごとの容量値を示す電圧データ成分に分離する演算処理などを行う。
タイミング制御回路11は、復号演算回路10から、容量検出を開始することを示す開始信号が入力されると、符号発生部1,列配線駆動部5,チャージアンプ回路6,サンプルホールド回路7,セレクタ回路8及び列配線セレクタ13等へ、クロック及び制御信号を出力し、容量検出回路100全体の動作タイミングの制御を行う。
In the digitized measurement data, the
When a start signal indicating that capacitance detection is started is input from the
列配線セレクタ13は、列配線群2の列配線を、所定数の複数の列配線グループに分割し、この列配線グループ毎に、符号発生部1からのPN符号に基づく駆動信号を出力する。
図8は、センサ全体の列配線のうち、駆動する列配線グループの選択を行う列配線セレクタ(グループセレクタ)の構成を示している。第1の実施形態では、隣り合い連続した列配線を束ねてグループとしている。例えば、PN符号として15ビット長のものを用いる場合(N=15)、15本ごとの列配線を束ねて1グループとし、全体を17グループとする(M=17)ことで、255本の列配線を制御することができる。
また、この第1の実施形態においては、列配線セレクタ13がタイミング制御回路11からの制御信号により、各列配線グループの選択を、PN符号が1周期分巡回するまで変更せず、PN符号の周期ごとに列配線グループを切り替える動作が行われる。
The
FIG. 8 shows a configuration of a column wiring selector (group selector) that selects a column wiring group to be driven among the column wirings of the entire sensor. In the first embodiment, adjacent continuous column wirings are bundled into a group. For example, when a PN code having a 15-bit length is used (N = 15), every 15 column wirings are bundled into one group, and the whole is set to 17 groups (M = 17). Wiring can be controlled.
Further, in this first embodiment, the
次に、図5を参照してチャージアンプ回路6の構成を説明する。図5はチャージアンプ回路6の構成例を示す概念図である、この図に示すように、チャージアンプ回路6はオペアンプ121と、オペアンプ121の反転入力端子と出力端子の間に接続された帰還容量Cfと、帰還容量Cfの電荷を放電するためのアナログスイッチ124とから構成されている。そして、オペアンプ121の非反転入力端子が基準電位に接続されている。なお、図において、Cpはオペアンプ121等の寄生容量、Csは前述した交差部におけるセンサ素子の容量(多重化されているセンサ素子の総和)、Cyは検出対象外の列配線に対するセンサ素子の容量の総和である。
Next, the configuration of the
次に、上記構成からなる、本発明の第1の実施形態に係る容量検出回路の動作例を、図1を参照して説明する。ここでは、後述するPN符号発生回路20から生成される15ビット長のPN符号を例として説明する。
復号演算回路10が外部から容量検出の開始、すなわち指紋センサ(センサ部4)での指紋の採取を行う信号が入力されたとする。
これにより、復号演算回路10は、タイミング制御回路11に対して、検出開始を指示する開始信号を出力する。次に、タイミング制御回路11は、符号発生部1へクロック信号及びリセット信号を出力する。
そして、符号発生部1は、上記リセット信号により、内部の4段のLFSR(線形帰還シフトレジスタ)を初期化して、上記クロック信号に同期させて、M系列のPN符号を生成し、順次出力する。
Next, an example of the operation of the capacitance detection circuit according to the first embodiment of the present invention having the above configuration will be described with reference to FIG. Here, a 15-bit PN code generated from a PN
It is assumed that the
As a result, the
The
ここで、符号発生部1は、PN符号発生を行い、例えば、図6(a)に示すPN符号発生回路20を有しており、クロックに同期してM系列のPN符号を出力する。
すなわち、上記PN符号発生回路20(LFSRと呼ばれる)は、M系列の15ビットのPN符号を発生するものであり、4ビットのシフトレジスタ21とイクスクルーシブオア(以下、EXOR)22とから構成されている。このEXOR22は、このシフトレジスタ21のタップ1(シフトレジスタ21の1ビット目の出力)と、タップ4(シフトレジスタ21の4ビット目の出力)との出力に接続され、入力される数値の排他的論理和の演算を行い、この演算結果をシフトレジスタ21の入力に出力する。そして、PN符号発生回路20は、シフトレジスタ21の各ビットのデータをクロック信号に同期してシフトさせることにより、PN符号のビット列のデータをクロック信号に同期して、時系列に順次生成する。そして、PN符号発生回路20は、図6(b)に示すように、このビット列のデータをクロック信号に同期して、{1(MSB),1,1,1,0,1,0,1,1,0,0,1,0,0,0(LSB)}の順に(図6(b)において、左から右へ時刻が進んでいる)、内部の格納用シフトレジスタ(後に示す格納用シフトレジスタ23)に時系列に書き込む。ここで、PN符号発生回路20は、LSBのビットからMSBのビットの順に、PN符号を時系列に出力する。
Here, the
That is, the PN code generation circuit 20 (referred to as LFSR) generates an M-sequence 15-bit PN code, and includes a 4-
また、図7(a)に示すように、15ビットシフトする一周期毎、すなわちPN符号のビット列を15ビットとすると、1ビットずつシフトされて、同一のビット配列となる(位相があう)周期毎に、自己相関のビット数が最大(+15)となり、周期の途中では自己相関のビット数が最低(−1)となる。図7(a)において、縦軸は自己相関(一致ビット数)であり、横軸はシフトのビット数(15ビットシフトで1周期)である。位相のシフトとは、PN符号における初期のビット配列に対して、ビットのデータの並びは変えずに、ビットシフトのみを行うことを示している。
そして、図7(b)に示すように、PN符号の性質としては、PN符号のビット列と、このPN符号と同一のビット列を有するPN符号のビット列を巡回させた結果のビット列と、を比較したとき、位相が同期した場合、符号が一致するため、積和演算の結果は最大(+15)となるが、位相が異なる場合、符号が一致するビット数が一致しないビット数より1ビット少なくなり、積和演算の結果においてほぼ平均化され最小(−1)となるため、復号時に多重化された情報を、積和演算を用いることにより分離することができる(携帯電話のCDMA(Code Division Multiple Access)方式における多重化及び分離の原理に近い)。
Further, as shown in FIG. 7A, every cycle shifted by 15 bits, that is, when the bit string of the PN code is 15 bits, the cycle is shifted by 1 bit to have the same bit arrangement (matching phase). Each time, the number of bits of autocorrelation becomes the maximum (+15), and the number of bits of autocorrelation becomes the minimum (−1) in the middle of the cycle. In FIG. 7A, the vertical axis represents autocorrelation (the number of coincident bits), and the horizontal axis represents the number of bits for shifting (one cycle with a 15-bit shift). The phase shift indicates that only the bit shift is performed on the initial bit arrangement in the PN code without changing the arrangement of the bit data.
Then, as shown in FIG. 7B, as the nature of the PN code, the bit string of the PN code is compared with the bit string obtained by cycling the bit string of the PN code having the same bit string as the PN code. When the phases are synchronized, the signs match, so the result of the product-sum operation is the maximum (+15), but when the phases are different, the number of bits with the same sign is 1 bit less than the number of bits that do not match, Since the result of the product-sum operation is almost averaged and becomes the minimum (−1), the information multiplexed at the time of decoding can be separated by using a product-sum operation (CDMA (Code Division Multiple Access of a mobile phone)). ) Close to the principle of multiplexing and demultiplexing in the system).
次に、列配線駆動部5は、図8に示すように、列配線群2を所定数、例えばM個の列配線グループ41〜4Mに分割し、所定の時間間隔毎に、格納シフトレジスタ23からの出力を、順次選択する列配線グループへ出力する。ここで、各列配線グループの列配線数は、PN符号発生回路20が発生するPN符号のビット列のビット数と同一の数である。第1の実施形態において、例えば、PN符号のビット数を15ビットとすると、列配線グループ41〜4Mの各列配線グループの列配線の本数は15本である。
図10に示すように、各列配線グループ単位で、一周期にわたって列配線及び行配線の交差部の容量測定が終了すると、順次、次の列配線グループが選択される。列配線グループの選択される順番は、列配線グループ41〜4Mの順番でも良いし、位置にこだわらずにランダムな位置順に選択するようにしても良い。
Next, as shown in FIG. 8, the column
As shown in FIG. 10, when the capacitance measurement at the intersection of the column wiring and the row wiring is completed over one cycle in each column wiring group unit, the next column wiring group is sequentially selected. The order in which the column wiring groups are selected may be the order of the
次に、列配線グループ毎における、上記交差部の容量の測定について説明する。
図9に示すように、符号発生部1から出力されるPN符号に対応して、列配線セレクタ13を介して入力される駆動信号列により、列配線群2の所定の列配線グループ、例えば列配線グループ41における複数の列配線が同時に駆動される。
PN符号が{1(MSB),1,1,1,0,1,0,1,1,0,0,1,0,0,0(LSB)}の15ビットであれば、PN符号のビット列の生成周期としての1周期が、これらのビットを時系列にシフトさせる一定の間隔からなる時刻t1〜t15で形成されている。そして、PN符号発生回路20が生成するPN符号のビット列{1,1,1,1,0,1,0,1,1,0,0,1,0,0,0}が、順次、格納用シフトレジスタ23においてシフトされる。格納用シフトレジスタ23は、1ビットのデータを記憶するレジスタ231からレジスタ2315の15のレジスタで形成され、左(レジスタ231方向)から右(レジスタ2315方向)にデータがシフトされる。すなわち、時刻t1において、格納用シフトレジスタ23の左端のレジスタ231にPN符号のビット列の1ビット目の「1」が入力される。そして、時刻t2において、レジスタ231に記憶されていた上記1ビット目の「1」が、レジスタ232へシフトされるとともに、レジスタ231へPN符号のビット列の2ビット目の「1」が入力される。
Next, the measurement of the capacitance at the intersection in each column wiring group will be described.
As shown in FIG. 9, in accordance with the PN code output from the
If the PN code is 15 bits {1 (MSB), 1, 1, 1, 0, 1, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0 (LSB)}, One period as a generation period of the bit string is formed at times t1 to t15 having a fixed interval for shifting these bits in time series. The PN code bit string {1, 1, 1, 1, 0, 1, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0} generated by the PN
以下、上述した操作を、時刻t1,t2,t3,t4,t5,t6,t7,t8,t9,t10,t11,t12,t13,t14,t15において行うことにより、レジスタ2315,2314,2313,2312,2311,2310,239,238,237,236,235,234,233,232,231各々に、PN符号のビット列{1(MSB),1,1,1,0,1,0,1,1,0,0,1,0,0,0(LSB)}の各ビットのデータが入力されることになる。ここで、格納用シフトレジスタ23の各レジスタ2315,2314,2313,2312,2311,2310,239,238,237,236,235,234,233,232,231各々に記憶されているデータは、列配線駆動部5におけるドライバ回路515,514,513,512,511,510,59,58,57,56,55,54,53,52,51それぞれに供給される。時刻t1〜t15が終了した時点において、PN符号のビット列{1,1,1,1,0,1,0,1,1,0,0,1,0,0,0}は、列配線駆動部5におけるドライバ回路515,514,513,512,511,510,59,58,57,56,55,54,53,52,51それぞれに供給されている。この時刻t1〜時刻t15間での操作が、本発明における指紋採取処理の一周期となる。
Hereinafter, the above-described operations are performed at times t1, t2, t3, t4, t5, t6, t7, t8, t9, t10, t11, t12, t13, t14, t15, thereby register 2315, 2314, 2313, 2312. , 2311, 2310, 239, 238, 237, 236, 235, 234, 233, 232, 231 each include a bit string {1 (MSB), 1, 1, 1, 0, 1, 0, 1, 1 of the PN code. , 0, 0, 1, 0, 0, 0 (LSB)} data is input. Here, the data stored in each of the
次に、実際の動作時における格納用シフトレジスタ23の動作を見てみる。指紋の取得開始の信号が入力されると、タイミング制御回路11からクロック信号が15発入力され、初期状態として、格納用シフトレジスタ23の各レジスタ2315,2314,…,231は{1,1,1,1,0,1,0,1,1,0,0,1,0,0,0}と設定される。そして、指紋採取処理における一周期の最初の時刻t1において、タイミング制御回路11からクロックが入力され、格納用シフトレジスタ23の各レジスタ2315,2314,…,231は、1ビット分シフトされ、各々記憶するデータがビット配列{1,1,1,0,1,0,1,1,0,0,1,0,0,0,1}となる(図9)。列配線駆動部5は、ドライバ回路515,514,513,512,511,510,59,58,57,56,55,54,53,52,51により、対応する列配線C15,C14,C13,C12,C11,C10,C9,C8,C7,C6,C5,C4,C3,C2,C1において、タイミング制御回路11から出力されるクロック信号に基づいて、所定の一定幅の駆動パルスからなる駆動パルス列により駆動する(図11(c)、図12(f)参照)。
Next, let us look at the operation of the
このとき、列配線駆動部5は、PN符号のビット列に対応した駆動パルス列P1のとき、ビットのデータが「1」場合に上記駆動パルス(所定の電圧)を出力し、ビットのデータが「0」の場合に駆動パルスを出力せず、駆動パルスを出力している列配線以外の列配線へは接地電位を出力する。したがって、時刻t1の時点においては、図12に示されているように、駆動パルス列P1の所定の駆動パルスにより、列配線C1,C5,C8,C9,C11,C13,C14,C15が駆動されている。そして、各行配線R1,R2,R3,…各々には、駆動された複数の列配線とで形成する容量センサの各容量の合計値、すなわち、PN符号のビット配列により多重化された容量値が接続されることになる。
At this time, the column
このとき、タイミング制御回路11は、図11(b)および図12(a)に示すように、列配線を駆動する駆動パルス列の各駆動パルスの立ち上がりのわずか前の時点、および、立ち下がりのわずか前の時点においてリセット信号をチャージアンプ回路6へ出力し、また、図11(d)、図12(b)に示すように、上記リセット信号のわずか前の時点において、サンプルホールド信号をサンプルホールド回路7へ出力する。
また、このタイミング制御回路11は、サンプルホールド信号が、順次、入力される間隔において、N個(Nはサンプルホールド回路7の数)の切り換え信号をセレクタ回路8へ出力する。これにより、図12(c)に示すように、1つのサンプルホールド信号によってサンプルホールド回路7、7・・・にホールドされた各信号は、次のサンプルホールド信号までの間、順次、セレクタ回路8を介してA/D変換器9へ供給される。これにより、A/D変換器9は、復号演算回路10から入力されるA/Dクロック(上記切り替え信号に同期している)のタイミングにより、順次各行配線毎の検出信号における測定電圧を、ディジタルデータに変換し、測定データd1として、各行配線毎に復号演算回路10に出力する。そして、復号演算回路10は、順次入力される測定データにおけるデータ列のデータを、各行配線毎に内部のメモリに書き込む。
At this time, as shown in FIGS. 11 (b) and 12 (a), the
Further, the
ここで、チャージアンプ回路6の動作を詳細に説明する。まず、図11に示す時刻t1より少し前の時刻td1において、タイミング制御回路11からリセット信号が出力されると、アナログスイッチ124(MOSトランジスタ、図5)がオンとなり、帰還容量Cfが放電され、オペアンプ121の出力OUTが反転入力端子と短絡状態となり基準電位となる。また、オペアンプ121の反転入力端子に接続された行配線も基準電位となる。
次に、このリセット信号がオフになると、アナログスイッチ124のゲート寄生容量によるフィードスルーにより、オペアンプ121の出力電圧がわずかに上昇する(図11(a)における時刻td1後の符号Fd参照)。
Here, the operation of the
Next, when this reset signal is turned off, the output voltage of the
そして、時刻t1において、駆動パルス列(図12における(f)の駆動パルス列P1)におけるPN符号のビットパターンに対応した所定の駆動パルスが立ち上がる(入力される)と、同駆動パルスが列配線と行配線の交差部のセンサ素子(容量Cs)を介してオペアンプ121の反転入力端へ加えられ、この駆動パルスの電圧値に基づき流れる電流により、オペアンプ121の出力OUTの電圧値が図11(a)に示すように、徐々に下降する。
At time t1, when a predetermined drive pulse corresponding to the bit pattern of the PN code in the drive pulse train (drive pulse train P1 in (f) in FIG. 12) rises (inputs), the drive pulse is connected to the column wiring. The voltage value of the output OUT of the
次に、時刻td2において、タイミング制御回路11は、サンプルホールド回路7へサンプルホールド信号(S/H信号)を出力する。これにより、サンプルホールド回路7は、サンプルホールド信号が入力された時点において、チャージアンプ回路6におけるオペアンプ121の出力OUTから出力される測定電圧Vaをホールドする。
次に、時刻td3において、タイミング制御回路11は、再びリセット信号をチャージアンプ回路6へ出力する。これにより、オペアンプ121の出力OUTと反転入力端子とが短絡状態となり、帰還容量Cfが放電されて、オペアンプ121の出力OUTが基準電位に戻る。そして、リセット信号がオフになると、前述した場合と同様にアナログスイッチ124のゲート寄生容量によるフィードスルーにより、オペアンプ121の出力電圧がわずかに上昇する(図11(a)における時刻td3後の符号Fd参照)。
Next, at time td2, the
Next, at time td3, the
次に、時刻td4において、駆動パルス列P1における駆動パルスが立ち下がることにより、同駆動パルスにより駆動された列配線と、行配線の交差部のセンサ素子(容量Cs)とが駆動パルスの電圧に基づく電流により放電され、これに伴い、オペアンプ121の出力OUTが徐々に上昇する。
次に、時刻td5において、タイミング制御回路11は、サンプルホールド回路7に対してサンプルホールド信号を出力する。これにより、サンプルホールド回路7は、サンプルホールド信号が入力さた時点において、オペアンプ121の出力OUTの測定電圧Vbをホールドする(保持する)。
次に、時刻td6(次の時刻t2に対応するtd1となる)において、タイミング制御回路11は、チャージアンプ回路6に対してリセット信号を出力する。これにより、チャージアンプ回路6におけるオペアンプ121の出力OUTと反転入力端子とが短絡状態となり、帰還容量Cfが放電され、オペアンプ121の出力OUTが基準電位に戻る。以下、上記の動作が繰り返される(図11(a)及び(b))。
Next, at time td4, when the drive pulse in the drive pulse train P1 falls, the column wiring driven by the drive pulse and the sensor element (capacitance Cs) at the intersection of the row wiring are based on the voltage of the drive pulse. As a result, the output OUT of the
Next, at time td5, the
Next, at time td6 (becomes td1 corresponding to the next time t2), the
上述した測定においては、出力OUTが基準電位から下降する場合も、上昇する場合も、アナログスイッチ124のフィードスルー電流によるオフセットVkが+方向に発生する。この実施形態のように、検出対象の容量Csが数十から数百フェムトファラッドの場合はこのフィードスルーによるオフセットを無視できない。上記の測定において、
−Va0=−Va+Vk
が検出対象容量Csに比例する電圧となるが、測定される電圧はVaであり、この電圧Vaにはオフセットによる誤差Vkが含まれてしまう。
Va=Va0+Vk
In the measurement described above, the offset Vk due to the feedthrough current of the
-Va0 = -Va + Vk
Is a voltage proportional to the detection target capacitance Cs, but the measured voltage is Va, and this voltage Va includes an error Vk due to an offset.
Va = Va0 + Vk
そこで、この実施形態においては、検出対象容量Csの放電時の電圧Vbも測定する。ここで、電圧Vb0が以下に示すように、
Vb0=Vb−Vk
が容量Csに比例する電圧であり、測定される電圧は
Vb=Vb0+Vk
となる。これらの測定電圧Va、Vbをサンプルホールド回路7によって、順次ホールドし、次いでホールドした電圧を、A/D変換器9により各々測定電圧Va及びVb毎にA/D変換し、復号演算回路10内のメモリに記憶させる。そして、復号演算回路10において、
d=Vb−Va=(Vb0+Vk)−(Vk+Va0)=Vb0−Va0
なる演算を行い、これにより、オフセット誤差を含まない測定値、すなわち多重化された容量値に対応する測定データdを得る。
Therefore, in this embodiment, the voltage Vb at the time of discharging the detection target capacitor Cs is also measured. Here, the voltage Vb0 is as follows:
Vb0 = Vb-Vk
Is a voltage proportional to the capacitance Cs, and the measured voltage is Vb = Vb0 + Vk
It becomes. These measurement voltages Va and Vb are sequentially held by the sample and hold
d = Vb-Va = (Vb0 + Vk)-(Vk + Va0) = Vb0-Va0
As a result, a measurement value not including an offset error, that is, measurement data d corresponding to the multiplexed capacitance value is obtained.
以上のように、復号演算回路10は、駆動パルス列における所定の駆動パルスの立ち上がり及び立ち下がりにおいて、列配線の電位を立ち上げたときと立ち下げたときとのチャージアンプ回路6の出力信号の差を取ることにより、フィードスルーの影響を有さない状態において、センサ素子の容量値を測定できる。また、セレクタを設けたことで、測定時間を要するチャージアンプ回路6の測定を各列配線において並行して行い、センサ全体の測定速度を上げることができる。
As described above, the
次に、時刻t2において(図12の1ビットシフト後の駆動パルスP2における測定に対応;(f)の駆動パルスP2の立ち上がりより前の時刻)、タイミング制御回路11は、符号発生部1に対してクロックを出力する。これにより、符号発生部1において、シフトレジスタ21が1ビット分シフトして「1」を発生し、格納用シフトレジスタ23へ出力する。そして、格納用シフトレジスタ23は、上記クロックに同期して、記憶されているPN符号のビット列{1,1,1,0,1,0,1,1,0,0,1,0,0,0,1}の各ビットを、1ビット分シフトさせるとともに、シフトレジスタ21から入力されるデータ「1」を、レジスタ231へ書き込む。これにより、レジスタ2315に記憶されていたデータ「1」は格納用シフトレジスタ23からはみ出して消滅し、レジスタ2315にはレジスタ2314に記憶されていたデータ「1」が新たに書き込まれる。
Next, at time t2 (corresponding to the measurement in the drive pulse P2 after 1-bit shift in FIG. 12; time before the rise of the drive pulse P2 in (f)), the
このため、図13に示すように、格納用シフトレジスタ23の各レジスタ2315,2314,2313,2312,2311,2310,239,238,237,236,235,234,233,232,231各々に記憶されているデータは、ビット列{1,1,0,1,0,1,1,0,0,1,0,0,0,1,1}となる。そして、シフトレジスタ22の各レジスタの各出力は、列配線駆動部5におけるドライバ回路515,514,513,512,511,510,59,58,57,56,55,54,53,52,51それぞれに供給される。したがって、時刻t2が終了した時点において、PN符号のビット列{1(MSB),1,0,1,0,1,1,0,0,1,0,0,0,1,1(LSB)}は、時刻t1の時点、すなわち前回の駆動パルス列P1により、複数のセンサ素子の容量値の多重化が行われた時点に対して、位相が1ビットずれた(PN符号のビット配列が1ビットずれた)PN符号として、列配線駆動部5におけるドライバ回路515,514,513,512,511,510,59,58,57,56,55,54,53,52,51それぞれに供給されている。
For this reason, as shown in FIG. 13, each of the
次に、時刻t2において、列配線駆動部5は、ドライバ回路515,514,513,512,511,510,59,58,57,56,55,54,53,52,51により、対応する列配線C15,C14,C13,C12,C11,C10,C9,C8,C7,C6,C5,C4,C3,C2,C1を、タイミング制御回路11から出力されるクロックパルスに基づいて、駆動パルス列(1ビットシフト後の駆動パルス列P2)における所定の一定幅の駆動パルスにより駆動する(図11(d)、図12(f)参照)。そして、この時刻t2の時点においては、列配線C1,C2,C6,C9,C10,C12,C14,C15が駆動されている(図13)。この時刻t2における状態は、すでに述べた時刻t1に対応している。
Next, at time t2, the column
そして、時刻t2において(すなわち、時刻t2近傍において)、すでに図11において述べた、時刻td1から時刻td5の動作を繰り返し、PN符号のビット列を1ビットシフトさせた状態において、複数の列配線を駆動して、複数のセンサ素子の容量値を多重化して、この多重化された容量を電圧値に変換した測定電圧が得られる。
上述した時刻t1及びt2で説明した処理を、時刻t3〜時刻t15に対応する各タイミングにおいて、図11に示す時刻td1から時刻td5までの処理を繰り返して(図14に、各時刻における格納用シフトレジスタ23のPN符号のビット配列が示されている)、一周期に渡って、PN符号のビットシフト、列配線の駆動、測定電圧の取得を繰り返して、指紋の取得処理が行われる。
Then, at time t2 (that is, in the vicinity of time t2), the operation from time td1 to time td5 already described in FIG. 11 is repeated, and a plurality of column wirings are driven in a state where the bit string of the PN code is shifted by 1 bit. Then, the capacitance values of the plurality of sensor elements are multiplexed, and a measurement voltage obtained by converting the multiplexed capacitance into a voltage value is obtained.
The processing described at time t1 and t2 described above is repeated from time td1 to time td5 shown in FIG. 11 at each timing corresponding to time t3 to time t15 (FIG. 14 shows the storage shift at each time. The bit arrangement of the PN code of the
そして、容量検出回路100は、駆動パルス列P1〜P15各々により、列配線群2の複数の列配線を駆動し、上述した測定処理を15ビットのPN符号を、順次1ビット分シフトさせる毎に行い、位相が1ビットずつずれた15個の測定電圧Vdを、時系列に各行配線毎に得る。この測定電圧VdがA/D変換器9により、測定データVdに時系列に変換され、PN符号により多重化された測定データのデータ列{d1,d2…,d15}が得られる。
各行配線毎に、PN符号の位相が1ビットずつ異なる測定データとして、以下に示すデータとして、復号演算回路10内部のメモリに記憶されている。
d1 =Vs1+Vs5+Vs8+Vs9+Vs11+Vs13+Vs14+Vs15
d2 =Vs1+Vs2+Vs6+Vs9+Vs10+Vs12+Vs14+Vs15
d3 =Vs1+Vs2+Vs3+Vs7+Vs10+Vs11+Vs13+Vs15
d4 =Vs1+Vs2+Vs3+Vs4+Vs8+Vs11+Vs12+Vs14
・
・
・
d15 =Vs4+Vs7+Vs8+Vs10+Vs12+Vs13+Vs14+Vs15
The
As the measurement data in which the phase of the PN code differs by 1 bit for each row wiring, it is stored in the memory inside the
d1 = Vs1 + Vs5 + Vs8 + Vs9 + Vs11 + Vs13 + Vs14 + Vs15
d2 = Vs1 + Vs2 + Vs6 + Vs9 + Vs10 + Vs12 + Vs14 + Vs15
d3 = Vs1 + Vs2 + Vs3 + Vs7 + Vs10 + Vs11 + Vs13 + Vs15
d4 = Vs1 + Vs2 + Vs3 + Vs4 + Vs8 + Vs11 + Vs12 + Vs14
・
・
・
d15 = Vs4 + Vs7 + Vs8 + Vs10 + Vs12 + Vs13 + Vs14 + Vs15
ここで、Vsは駆動された各列配線と行配線との交差部のセンサ素子の各容量が電圧に変換された電圧データ(デジタル値)であり、各測定データdはPN符号に基づいて駆動された列配線に対応するセンサ素子の容量により多重化されている。
一般式として考えると、以下の(1)式となる。
Here, Vs is voltage data (digital value) obtained by converting each capacitance of the sensor element at the intersection of each driven column wiring and row wiring into a voltage, and each measurement data d is driven based on the PN code. Multiplexed by the capacitance of the sensor element corresponding to the column wiring.
When considered as a general formula, the following formula (1) is obtained.
この式において、列配線群2において約半数(8本)が、PN符号に基づいて同時に駆動されるため、約半数の交差部のセンサ素子の容量Csjに対応した電圧データVsjの積算された値が測定データdiとして求められる。ここで「j」は列配線Cの番号であり、「i」は測定データの番号(位相を1ビットずつずらされた順番に対応)であり、i=1,2,3,…,N、j=1,2,3,…,Nとする。
そして、復号演算回路10は、上記多重化されている測定データと、多重化に用いたPN符号とにより、各センサ素子の電圧データVsを以下の(2)式により求める。
In this equation, about half (eight) in the
Then, the
すでに述べたように、PN符号を順次ビット単位でシフトし、求められた時系列な測定データdは、上記(2)式により、PN符号と測定データdとの積和演算により、行配線と駆動された列配線との交差部のセンサ素子の容量に対応する電圧データds、すなわち電圧データVsに分離することができる。
ここで、この(2)式において、PN符号のビットのデータがPNi=1のとき、極性符号PNs(i)=+1であり、PNi=0のとき、極性符号PNs(i)=−1とする。
復号演算回路10は、この(2)式を用いて測定データdから電圧データdsへの分離(すなわち復号)の演算を行う。
As described above, the time-series measurement data d obtained by sequentially shifting the PN code in bit units is calculated by the product-sum operation of the PN code and the measurement data d according to the above equation (2). The voltage data ds corresponding to the capacitance of the sensor element at the intersection with the driven column wiring, that is, voltage data Vs can be separated.
In this equation (2), when the bit data of the PN code is PNi = 1, the polarity code PNs (i) = + 1, and when PNi = 0, the polarity code PNs (i) = − 1. To do.
The
すなわち、センサ素子毎の電圧データds、すなわち電圧データ{ds15,ds14,ds13,…,ds2,ds1}を求めるとき、行配線単位で電圧データdsを、PN符号により多重化して、測定データのデータ列{d15,d14,d13,…,d2,d1}が求められているので、まず測定データdj毎にPN符号のビット列{1(MSB),1,1,1,0,1,0,1,1,0,0,1,0,0,0(LSB)}の各ビットのデータPNiに対応する極性符号を乗算する。ここで、測定時に、所定のPN符号に基づいて列配線に駆動信号を印加するとき、ビット列の順番は各列配線の順番に順次対応しており、例えば、LSBのビットは列配線C1に対応し、MSBのビットは列配線C15に対応している。次に、列配線C1の交差部に対応する電圧データds1はPN符号のビット列(シフトなし)を、{1(MSB),1,1,1,0,1,0,1,1,0,0,1,0,0,0(LSB)}として、このビット列の各ビットのデータPNiに対応する極性符号を、測定データdj毎に乗算し一周期に渡って積算する。すなわち、列配線C1は、図14の表においてLSBの列の時刻毎のPN符号のビットのデータを見て判るように、時刻t1にPN符号のLSBのビットのデータに対応して駆動され、時刻t2に2ビット目,…,時刻t15にMSBのビットのデータに対応して駆動されているため、積和演算においても、対応したPN符号のビットのデータに対応する極性符号を乗算して加算することとなる。 That is, when obtaining the voltage data ds for each sensor element, that is, the voltage data {ds15, ds14, ds13,..., Ds2, ds1}, the voltage data ds is multiplexed by the PN code in units of row wiring, and the data of the measurement data is obtained. Since the sequence {d15, d14, d13,..., D2, d1} is obtained, first, the bit sequence {1 (MSB), 1, 1, 1, 0, 1, 0, 1 of the PN code for each measurement data dj , 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0 (LSB)} is multiplied by the polarity code corresponding to the data PNi of each bit. Here, at the time of measurement, when a drive signal is applied to the column wiring based on a predetermined PN code, the order of the bit strings sequentially corresponds to the order of each column wiring. For example, the LSB bit corresponds to the column wiring C1. The MSB bit corresponds to the column wiring C15. Next, the voltage data ds1 corresponding to the intersection of the column wiring C1 is a PN code bit string (no shift), {1 (MSB), 1,1,1,0,1,0,1,1,0, 0, 1, 0, 0, 0 (LSB)}, the polarity code corresponding to the data PNi of each bit of this bit string is multiplied for each measurement data dj and integrated over one period. That is, the column wiring C1 is driven corresponding to the LSB bit data of the PN code at the time t1, as can be seen from the PN code bit data of the LSB column in the table of FIG. Since the second bit at time t2,..., And the MSB bit data are driven at time t15, the polarity code corresponding to the bit data of the corresponding PN code is also multiplied in the product-sum operation. Will be added.
同様に、列配線C2の交差部に対応する電圧データdS2は、図14の表において2ビット目の列の時刻毎のPN符号のビットのデータを見て判るように、上記PN符号のビット列を1ビット分シフト(右方向に循環)させたものが列配線C2の駆動に用いられているため、ビット列{0(LSB),1,1,1,1,0,1,0,1,1,0,0,1,0,0(MSB)}として、このビット列の各ビットのデータPNiを係数として、測定データdsj毎に乗算し、1周期に渡って積算する。この処理は、PN符号に対する積和演算に相当し、以下に示すように、各交差部に対応する電圧データdsjは、測定データdiと、PN符号のビット列を所定ビット列分をシフトされたビット列の各データPNiに対応する極性符号との積和演算により求められる。 Similarly, the voltage data dS2 corresponding to the intersection of the column wiring C2 is obtained by converting the bit string of the PN code into the data of the PN code at each time in the second bit column in the table of FIG. Since the one bit shifted (circulated in the right direction) is used to drive the column wiring C2, the bit string {0 (LSB), 1, 1, 1, 1, 0, 1, 0, 1, 1 , 0, 0, 1, 0, 0 (MSB)}, the data PNi of each bit of this bit string is multiplied as a coefficient for each measurement data dsj and integrated over one period. This process corresponds to a product-sum operation for the PN code. As shown below, the voltage data dsj corresponding to each intersection is obtained by measuring the measured data di and the bit string obtained by shifting the bit string of the PN code by a predetermined bit string. It is obtained by a product-sum operation with the polarity code corresponding to each data PNi.
この場合、復号時の積和演算においては、行配線R1に対して初期状態のPN符号を用い、測定する順番の列配線毎に1ビットずつシフトさせたPN符号が用いられる。
すなわち、復号時の積和演算においては、各時刻に測定された測定データ毎に、求める交差部の列配線の番号と、この番号に対応する、上記時刻に用いられたPN符号のビット配列における番号(順番)のビットのデータに対応する極性符号とを各々乗じて、積算していくこととなる(つまり、測定時に各時刻において、対応する列配線を駆動するときに用いられたPN符号のビットのデータと、同様の値のデータに対応する極性符号が乗じられる)。
In this case, in the product-sum operation at the time of decoding, the PN code in the initial state is used for the row wiring R1, and the PN code shifted by 1 bit for each column wiring in the order of measurement is used.
That is, in the product-sum operation at the time of decoding, for each measurement data measured at each time, the number of the column wiring of the intersection to be obtained and the bit array of the PN code used at the time corresponding to this number Each number (order) of bit data is multiplied by the polarity code corresponding to the data and integrated (ie, the PN code used when driving the corresponding column wiring at each time during measurement) The bit data and the polarity code corresponding to the data of the same value are multiplied).
本実施形態における15本の列配線に対応した、PN符号のビット列{1,1,1,1,0,1,0,1,1,0,0,1,0,0,0}との場合、復号演算回路10は、(2)式に基づいて、
ds1 =+d1+d2+d3+d4−d5+d6−d7+d8+d9−d10−d11+d12−d13−d14−d15
ds2 =−d1+d2+d3+d4+d5−d6+d7−d8+d9+d10−d11−d12+d13−d14−d15
ds3 =−d1−d2+d3+d4+d5+d6−d7+d8−d9+d10+d11−d12−d13+d14−d15
ds4 =−d1−d2−d3+d4+d5+d6+d7−d8+d9−d10+d11+d12−d13−d14+d15
・
・
・
ds15 =+d1+d2+d3−d4+d5−d6+d7+d8−d9−d10+d11−d12−d13−d14+d15
の演算を行い、測定データdiのデータ列から各センサ素子の容量値に対応する電圧データdsjに分離する。
PN code bit string {1, 1, 1, 1, 0, 1, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0} corresponding to 15 column wirings in this embodiment In this case, the
ds1 = + d1 + d2 + d3 + d4-d5 + d6-d7 + d8 + d9-d10-d11 + d12-d13-d14-d15
ds2 = -d1 + d2 + d3 + d4 + d5-d6 + d7-d8 + d9 + d10-d11-d12 + d13-d14-d15
ds3 = -d1-d2 + d3 + d4 + d5 + d6-d7 + d8-d9 + d10 + d11-d12-d13 + d14-d15
ds4 = -d1-d2-d3 + d4 + d5 + d6 + d7-d8 + d9-d10 + d11 + d12-d13-d14 + d15
・
・
・
ds15 = + d1 + d2 + d3-d4 + d5-d6 + d7 + d8-d9-d10 + d11-d12-d13-d14 + d15
And the voltage data dsj corresponding to the capacitance value of each sensor element is separated from the data string of the measurement data di.
上述したように、第1の実施形態においては、列配線群2を、隣接する列配線から構成される複数の列配線グループに分割して、各列配線グループ毎に、時刻t1〜時刻t15各々において、PN符号の位相を変えつつ、列配線の多重化して測定を行い、この処理を全ての列配線グループ単位において繰り返し、列配線全てに対する測定を行い、一方、検出側で時系列に得られたデータをPN符号との積和演算処理を施すことで、他の列配線との交差部容量からの影響をほぼ平均化すると同時に、対象となる列配線との交差部のセンサ素子(容量センサ)に充放電される電荷の情報のみを抽出することができる。
また、第1の実施形態においては、PN符号として、M系列の他にもいくつか種類があるが、自己相関に優れるM系列が検出側での復号時に、隣接する列配線に対する影響が一様となるため、列配線間のクロストークの影響を小さくさせる効果がある。なお、M系列以外の例としては、11ビット長のバーカー系列{1,0,1,1,0,1,1,1,0,0,0}が挙げられる。
As described above, in the first embodiment, the
In the first embodiment, there are several types of PN codes in addition to the M sequence. However, when an M sequence having excellent autocorrelation is decoded on the detection side, the influence on adjacent column wirings is uniform. Therefore, there is an effect of reducing the influence of crosstalk between column wirings. An example other than the M sequence is an 11-bit length Barker sequence {1, 0, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0}.
さらに、第1の実施形態の容量検出回路は、上述した各列配線グループの測定において、復号演算回路10が各列配線グループ毎に列配線を多重化して測定するとき、時刻t1で多重化された測定電圧が予め設定された基準電圧を超えているか否かの検出を行い、基準電圧を超えていることが検出された場合、この配線グループの測定を続行し、一方、測定電圧が上記基準電圧を超えていないことが検出された場合、この配線グループの測定を停止し、測定データd1〜d15全てを「0」とし、次の列配線グループの測定に移行する構成とすることにより、指が接触しておらず、容量検出を行う必要のない列配線グループの測定を行うことが無くなり、測定全体の処理を効率化することができ、容量検出処理の負荷を低減することができる。
Furthermore, the capacitance detection circuit of the first embodiment is multiplexed at time t1 when the
また、列配線グループの切り替えのタイミングとして、上述の測定動作においては、各列配線グループ毎に時刻t1〜t15の1周期が終了すると次の列配線グループに測定対象を移行していた。
しかしながら、図15に示すように、時刻t1におけるPN符号のビット配列により、列配線グループ41〜列配線グループ4Mの列配線グループを順次切り替え、グループ切り替えが一巡した後に、PN符号のビット配列の位相を変化させ、また列配線グループ41〜列配線グループ4Mの列配線グループを順次切り替える測定処理を行い、順次、各列配線グループ毎の測定データの測定を行う。
ここで、復号演算回路10が各列配線グループ単位において、それぞれの列配線グループの測定データにより、各容量の電圧データdsjを求める処理についてはすでに述べた復号処理と同様である。
Further, as the timing of switching the column wiring group, in the above-described measurement operation, the measurement target is transferred to the next column wiring group when one cycle from time t1 to time t15 ends for each column wiring group.
However, as shown in FIG. 15, the column wiring groups of the
Here, the process in which the
次に、図16は、本実施形態をラインセンサに用いた場合の構成例を示すブロック図を示している。
このラインセンサのセンサ部4Bにおいては、検出する行配線を1列にすることで、ライン型センサを構成している。
容量検出回路の各構成については、容量を検出する行配線を選択するセレクタ回路8が設けられていない以外、すでに説明したエリア型センサと同様のため、同一の符号を付して説明を省略する。
このライン型センサは、エリア型センサに比較し、回路規模が小さく、低消費電力化とコストダウンを計ることができる。
このライン型センサを指紋センサとして用いるときは、指を行配線に概略垂直な角度でスイープし、タイミング制御回路11が所定の周期にて測定処理のための各信号を出力し、復号演算回路10が上記所定の周期毎に入力される行配線単位の測定データを繋ぎ合わせることで2次元の指紋データを検出する。
Next, FIG. 16 is a block diagram showing a configuration example when this embodiment is used for a line sensor.
In the
Each configuration of the capacitance detection circuit is the same as that of the already described area type sensor except that the
This line type sensor has a smaller circuit scale than an area type sensor, and can reduce power consumption and cost.
When this line type sensor is used as a fingerprint sensor, the finger is swept at an angle substantially perpendicular to the row wiring, the
次に、図1を参照して、本発明の第2の実施形態による容量検出回路の説明を行う。
この第2の実施形態の容量検出回路の構成は、第1の実施形態の容量検出回路と同様である。第2の実施形態が第1の実施形態と異なる点は、列配線群2を複数の、例えばM個の列配線グループ41〜4Mに分割する(振り分ける)とき、隣接する列配線により列配線グループを構成するのでなく、図17に示すように、所定の間隔の(所定の本数離れた)列配線により構成されていることである。
Next, a capacitance detection circuit according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The configuration of the capacitance detection circuit of the second embodiment is the same as that of the capacitance detection circuit of the first embodiment. The second embodiment differs from the first embodiment in that when the
例えば、列配線分2が255本の列配線から構成されているとき、17本ずつの15のグループに仮分けし、各グループの1番目の列配線をまとめて列配線グループとすると、15本毎の列配線が17個の列配線グループにグループ化されることとなる。
なお、第2の実施形態における各列配線グループ毎に行う測定データの測定処理及び効果については、第1の実施形態と同様である。
For example, when the
Note that the measurement data measurement process and effects performed for each column wiring group in the second embodiment are the same as those in the first embodiment.
次に、図1を参照して、本発明の第3の実施形態による容量検出回路の説明を行う。
この第3の実施形態の容量検出回路の構成は、第2の実施形態の容量検出回路と同様である。第3の実施形態が第2の実施形態と異なる点は、図18に示すように、符号発生部1Aが符号発生部1にある格納用シフトレジスタ23の代わりに、パルス生成回路30が設けられており、また列配線セレクタ13の代わりに列配線セレクタ13Aが設けられている構成である。
Next, a capacitance detection circuit according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The configuration of the capacitance detection circuit of the third embodiment is the same as that of the capacitance detection circuit of the second embodiment. The third embodiment is different from the second embodiment in that a
パルス生成回路30は、例えば、列配線群2が255本の列配線から構成され、PN符号が15ビットである場合、列配線グループあたりの列配線が15本となるため、符号発生回路20の発生するPN符号のビット配列{1(MSB),1,1,1,0,1,0,1,1,0,0,1,0,0,0(LSB)}を入力し、各列配線グループの列配線を駆動する駆動ビット配列{1,<16ビットの0>,1,<16ビットの0>,1,<16ビットの0>,1,<16ビットの0>,0,<16ビットの0>,1,<16ビットの0>,0,<16ビットの0>,1,<16ビットの0>,1,<16ビットの0>,0,<16ビットの0>,0,<16ビットの0>,1,<16ビットの0>,0,<16ビットの0>,0,<16ビットの0>,0,<16ビットの0>}を出力する。ここで、<16ビットの0>は、データ「0」が16ビット連続したビット配列{0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0}を示している。
For example, when the
すなわち、パルス生成回路30は、17ビットの列配線毎に1本の列配線が駆動されるように、PN符号のビット配列における各ビット間に、<16ビットの0>を挿入しつつ、列配線セレクタ13Aに、多重化した測定毎に、1ビットずつ出力する。
そして、列配線セレクタ13Aは、列配線群2の列配線C1〜C255各々に対応したレジスタからなるシフトレジスタであり、データ「0」の挿入された駆動ビット配列が1ビット入力される毎に、データを1ビットずつ矢印方向(図18において、右方向)にシフトする。
これにより、列配線セレクタ13Aは、上記シフトレジスタの各レジスタにおけるデータにより、列配線駆動部のバッファ51〜5255を各々介して、所定の本数毎、例えば17本毎に1本の列配線、すなわち所定の本数離れた列配線により構成されている列配線グループ単位において、列配線の駆動を行う。
That is, the
The
As a result, the
次に、上記構成からなる、本発明の第4の実施形態に係る容量検出回路100の動作例を、図1を参照して説明する。この第4の実施形態は、測定データの多重化に対して、第1〜第2の実施形態におけるPN符号に換え、直交符号を用いている以外に、第1〜第2の実施形態各々との動作の違いはない。ここでは、説明を簡略化するため、後述する直交符号読み出し回路220から生成される15ビット長の直交符号を例とし、第1の実施形態と異なる動作のみの説明を行う。
復号演算回路10が外部から容量検出の開始、すなわち指紋センサ(センサ部4)での指紋の採取を行う信号が入力されたとする。
これにより、復号演算回路10は、タイミング制御回路11に対して、検出開始を指示する開始信号を出力する。次に、タイミング制御回路11は、符号発生部1Bへクロック信号及びリセット信号を出力する。
そして、符号発生部1Bは、上記リセット信号により、直交符号読み出し回路220を介して、内部のアドレスカウンタ222及び直交符号読み出し回路220(図19)の各レジスタを初期化して、上記クロックに同期させて、順次、直交符号をコードメモリ221から読み出し、出力する。
Next, an operation example of the
It is assumed that the
As a result, the
Then, the
ここで、符号発生部1Bは、内部のコードメモリ221に、予め作成された直交符号が記憶されており、順次、クロックが入力される毎に、直交性を有するデータ列を列配線駆動部5へ出力する。
代表的な上記直交符号であるウォルシュ符号は、図20に示す順序により生成される。基本的な構造として、2(行)×2(列)の基本単位を作るが、右上、左上及び左下のビットは同一であり、右下はこれらのビット反転となっている。
次に、上述した2×2の基本単位を、右上、左上、右下及び左下にブロックとして4つ合成して、4(行)×4(列)のビット配列の符号を作る。ここで、2×2の基本単位の作成と同様に、右下のブロックはビット反転となる。同様な手順で、8(行)×8(列)、16(行)×16(列)のように、符号のビット配列のビット数(列数に対応)と、符号の数(行数に対応)とすることができる。
Here, the
The Walsh code, which is a typical orthogonal code, is generated in the order shown in FIG. As a basic structure, a basic unit of 2 (rows) × 2 (columns) is formed, but the upper right, upper left, and lower left bits are the same, and the lower right is an inversion of these bits.
Next, four 2 × 2 basic units described above are combined as blocks in the upper right, upper left, lower right, and lower left to create a code of a bit array of 4 (rows) × 4 (columns). Here, as in the creation of the 2 × 2 basic unit, the lower right block is bit-inverted. In the same procedure, the number of bits of the bit arrangement of the code (corresponding to the number of columns) and the number of codes (the number of rows) are set as 8 (row) × 8 (column), 16 (row) × 16 (column). Response).
この実施形態2においては、全てが論理「0」、すなわち全てのビットのデータが「0」である、1行目と1列目とを、列が駆動されずに測定データの多重化が行えないために符号から除外した。図20においては、例えば、15×15のビットの行列を直交符号としてある。
上述したように、符号長が長い符号についても同様にウォルシュ符号を生成することができ、この様に生成したウォルシュ符号を、以下に述べる容量の測定における多重化に適用できる。
本実施例においては、例えば、列配線群2が配線C1〜C15の15本で構成されており、15×15のビットの行列で表される直交符号を、容量測定時の多重化に用いる。
In the second embodiment, the measurement data can be multiplexed on the first row and the first column, all of which are logic “0”, that is, all the bit data is “0”, without driving the columns. Because it was not, it was excluded from the code. In FIG. 20, for example, a 15 × 15 bit matrix is used as an orthogonal code.
As described above, a Walsh code can be generated similarly for a code having a long code length, and the generated Walsh code can be applied to multiplexing in capacity measurement described below.
In this embodiment, for example, the
符号発生部1B内のコードメモリ(図19のコードメモリ221)には、上記15×15の行列で表される直交符号のデータが、図21のテーブルに示すデータ形式において記憶されている。各行がアドレスt1〜t15に対応づけられて順番に記憶されている。
ここで、例えば、アドレスt1の行のウォルシュ符号は{1(LSB),0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1(MSB)}となっており、アドレスt15の行のウォルシュ符号は{1(LSB),1,0,1,0,0,1,1,0,0,1,0,1,1,0(MSB)}となっている。
In the code memory (
Here, for example, the Walsh code in the row of the address t1 is {1 (LSB), 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1 (MSB)}. And the Walsh code of the row at address t15 is {1 (LSB), 1, 0, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 0, 1, 1, 0 (MSB)} It has become.
タイミング制御回路11は、開始信号が入力されると、符号発生部1Bに対して測定開始信号を出力する。
図19において、直交符号読み出し回路220は、上記測定開始信号が入力されると、アドレスカウンタ222及び格納用レジスタ23のリセットを行い、アドレスカウンタ222の計数値を「0」とする。
When the start signal is input, the
In FIG. 19, when the measurement start signal is input, the orthogonal
次に、上記初期状態とした後、交差部の容量の測定時において、直交符号読み出し回路220は、タイミング制御回路11から時系列に出力されるクロックが入力される毎に、カウント信号をアドレスカウンタ222へ出力する。
そして、アドレスカウンタ222は、入力されるカウント信号を計数して、計数値に対応してアドレスt1,t2,…,t15をコードメモリ221に出力する。
これにより、コードメモリ221は、入力されるアドレスt1,t2,…,t15に対応した直交符号のデータ(行のビット配列)を直交符号読み出し回路220に出力する。
Next, after setting the initial state, the orthogonal
Then, the
As a result, the
この直交符号読み出し回路220は、タイミング制御回路11のクロックにより、直交符号のビット列のLSBからMSBのビット配列を、格納用レジスタ223の各レジスタ2231〜22315各々に対して書き込む。
直交符号が格納用レジスタ223に入力されると、格納用レジスタ223のレジスタ2231,2232,2233,2234,2235,…,22314,22315各々に、データ配列{1(LSB),0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1(MSB)}の各ビットのデータが入力される。
これにより、列配線駆動部5は、第1の実施形態と同様に、列配線セレクタ13の選択した列配線グループにおいて、入力される直交符号のビット配列の各ビットのデータにより、対応する所定の列配線の駆動の制御を行う。
The orthogonal
When the orthogonal code is input to the storage register 223, the data array {1 (LSB), 0, 1, 0 is stored in each of the registers 2231, 2232, 2233, 2234, 2235, ..., 22314, 22315 of the storage register 223. , 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1 (MSB)} is input.
As a result, the column
第1の実施形態により説明した容量検出の処理と同様に、時刻t1〜時刻t15に対応する各タイミングにおいて、図11に示す時刻td1から時刻td5までの処理を繰り返して(図21に、各時刻における格納用レジスタ223の直交符号のビット配列が示されている)、メモリアドレスt1〜t15までの一周期に渡って、直交符号のコードメモリ221からの読み出し、列配線の駆動、測定電圧の取得を繰り返して、指紋の取得処理が行われる。
Similar to the capacity detection processing described in the first embodiment, the processing from time td1 to time td5 shown in FIG. 11 is repeated at each timing corresponding to time t1 to time t15 (FIG. The bit sequence of the orthogonal code of the storage register 223 is shown), reading from the
そして、容量検出回路100は、各時刻における駆動パルスPの駆動時において、時刻に対応する上述した測定処理における15ビットの直交符号を、順次、コードメモリ221から読み出し、列配線駆動部5により、各々の時刻において、列配線グループにおける直交符号に対応する所定の列配線を駆動する。
これにより、容量検出回路100は、各時刻に対応するアドレスt1〜t15毎に異なる15個の測定電圧Vdを、時系列に各行配線毎に得る。この測定電圧VdがA/D変換器9により、測定データdに時系列に変換され、直交符号により多重化された測定データのデータ列{d1,d2,…,d15}が得られる。
各行配線毎に、15個の直交符号毎に異なる測定データとして、以下に示すデータとして(図21のテーブルの直交符号を用いて測定)、復号演算回路10内部のメモリに記憶されている。
d1 =Vs1+Vs3+Vs5+Vs7+Vs9+Vs11+Vs13+Vs15
d2 =Vs2+Vs3+Vs6+Vs7+Vs10+Vs11+Vs14+Vs15
d3 =Vs1+Vs2+Vs5+Vs6+Vs9+Vs10+Vs13+Vs14
d4 =Vs4+Vs5+Vs6+Vs7+Vs12+Vs13+Vs14+Vs15
・
・
・
d15 =Vs1+Vs2+Vs4+Vs7+Vs8+Vs11+Vs13+Vs14
The
As a result, the
Measurement data different for each of the 15 orthogonal codes for each row wiring is stored as data shown below (measured using the orthogonal codes in the table of FIG. 21) in the memory inside the
d1 = Vs1 + Vs3 + Vs5 + Vs7 + Vs9 + Vs11 + Vs13 + Vs15
d2 = Vs2 + Vs3 + Vs6 + Vs7 + Vs10 + Vs11 + Vs14 + Vs15
d3 = Vs1 + Vs2 + Vs5 + Vs6 + Vs9 + Vs10 + Vs13 + Vs14
d4 = Vs4 + Vs5 + Vs6 + Vs7 + Vs12 + Vs13 + Vs14 + Vs15
・
・
・
d15 = Vs1 + Vs2 + Vs4 + Vs7 + Vs8 + Vs11 + Vs13 + Vs14
ここで、Vsは駆動された各列配線と行配線との交差部のセンサ素子の各容量が電圧に変換された電圧データ(デジタル値)であり、各測定データdは直交符号に基づいて駆動された列配線に対応するセンサ素子の容量により多重化されている。
一般式として考えると、以下の(3)式となる。
Here, Vs is voltage data (digital value) obtained by converting each capacitance of the sensor element at the intersection of each driven column wiring and row wiring into a voltage, and each measurement data d is driven based on an orthogonal code. Multiplexed by the capacitance of the sensor element corresponding to the column wiring.
When considered as a general formula, the following formula (3) is obtained.
この(3)式において、列配線群2において約半数(8本)が、直交符号に基づいて同時に駆動されるため、約半数の交差部のセンサ素子の容量Csjに対応した電圧データVsjの積算された値が測定データdiとして求められる。ここで「j」は列配線Cの番号であり、「i」は測定データの番号(アドレスtiの順番各々に対応)であり、i=1,2,3,…,N、j=1,2,3,…,Nとする。すなわち、(1)式の符号CD(i,j)は、時刻tiにおいて用いられるi番目の符号において、j番目の要素の符号を示す。
そして、復号演算回路10は、上記多重化されている測定データと、多重化に用いた直交符号とにより、各センサ素子の電圧データVsを以下の(4)式により求める。
In this equation (3), about half (eight) in the
Then, the
すでに述べたように、直交符号を順次、コードメモリ221から読み出し、求められた時系列な測定データdは、上記(4)式により、直交符号と測定データdとの積和演算により、行配線と駆動された列配線との交差部のセンサ素子の容量に対応する電圧データds、すなわち電圧データVsに分離することができる。
ここで、この(4)式において、直交符号のビットのデータがCD(i,j)=1のとき、極性符号CDs(i,j)=+1であり、CD(i,j)=0のとき、極性符号CDs(i,j)=−1とする。
復号演算回路10は、この(4)式を用いて測定データdから電圧データdsへの分離の演算を行う。
As described above, the orthogonal codes are sequentially read from the
In this equation (4), when the bit data of the orthogonal code is CD (i, j) = 1, the polarity code CDs (i, j) = + 1 and CD (i, j) = 0. At this time, the polarity code CDs (i, j) = − 1.
The
すなわち、センサ素子毎の電圧データds、すなわち電圧データ{ds1,ds2,ds3,…,ds14,ds15}を求めるとき、行配線単位で電圧データdsを、直交符号により多重化して、測定データのデータ列{d1,d2,d3,…,d14,d15}が求められているので、まず測定データdi毎に直交符号のビット列{1(LSB),0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1(MSB)}の各ビットのデータCD(i,j)に対応する極性符号を乗算する。 That is, when obtaining the voltage data ds for each sensor element, that is, the voltage data {ds1, ds2, ds3,..., Ds14, ds15}, the voltage data ds is multiplexed with the orthogonal code in units of row wiring, and the data of the measurement data is obtained. Since the sequence {d1, d2, d3,..., D14, d15} is obtained, first, the bit sequence {1 (LSB), 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0 of the orthogonal code for each measurement data di. , 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1 (MSB)} is multiplied by the polarity code corresponding to the data CD (i, j) of each bit.
ここで、ビット列の順番は各列配線グループの各列配線の順番に順次対応しており、例えば、LSBのビットは列配線C1に対応し、MSBのビットは列配線C15に対応している。次に、列配線C1の交差部に対応する電圧データds1は、アドレスt1〜t15の各直交符号のビット配列のLSBのビット列{1(t1),0(t2),1(t3),0(t4),1(t5),0(t6),1(t7),0(t8),1(t9),0(t10),1(t11),0(t12),1(t13),0(t14),1(t15)}として、このビット列の各ビットのデータCD(i,j)に対応する極性符号を、測定データdi毎に乗算し一周期に渡って積算する。 Here, the order of the bit columns sequentially corresponds to the order of the column wirings of each column wiring group. For example, the LSB bit corresponds to the column wiring C1, and the MSB bit corresponds to the column wiring C15. Next, the voltage data ds1 corresponding to the intersection of the column wiring C1 is the LSB bit string {1 (t1), 0 (t2), 1 (t3), 0 ( t4), 1 (t5), 0 (t6), 1 (t7), 0 (t8), 1 (t9), 0 (t10), 1 (t11), 0 (t12), 1 (t13), 0 ( t14), 1 (t15)}, the polarity code corresponding to the data CD (i, j) of each bit of this bit string is multiplied for each measurement data di and integrated over one period.
すなわち、列配線C1は、時刻t1にアドレスt1における直交符号のLSB(1ビット目)のビットのデータにより駆動され、時刻t2にアドレスt2における直交符号のLSBのデータにより駆動され,…,時刻t15にアドレスt15における直交符号のLSBのビットのデータにより駆動されているため、積和演算においても、使用した直交符号のビットのデータに対応する極性符号を乗算して加算することとなる。 That is, the column wiring C1 is driven by the LSB (first bit) data of the orthogonal code at the address t1 at time t1, and is driven by the LSB data of the orthogonal code at the address t2 at time t2,. Since the data is driven by the LSB bit data of the orthogonal code at the address t15, the polarity code corresponding to the used orthogonal code bit data is multiplied and added also in the product-sum operation.
同様に、列配線C2の交差部に対応する電圧データdS2は、時刻t1にアドレスt1における直交符号の2ビット目のデータに対応して駆動され、時刻t2にアドレスt2における直交符号の2ビット目のデータに対応して駆動され,…,時刻t15にアドレスt15における直交符号の2ビット目のデータに対応して駆動されているため、積和演算においても、対応した直交符号のビットのデータに対応する極性符号を乗算して加算することとなる。
すなわち、電圧データds2は、アドレスt1〜t15の各直交符号のビット配列の2ビット目からなるビット列{0(t1),1(t2),1(t3),0(t4),0(t5),1(t6),1(t7),0(t8),0(t9),1(t10),1(t11),0(t12),0(t13),1(t14),1(t15)}として、このビット列の各ビットのデータCD(i,j)に対応する極性符号を、測定データdi毎に乗算し一周期に渡って積算する。
Similarly, the voltage data dS2 corresponding to the intersection of the column wiring C2 is driven corresponding to the second bit data of the orthogonal code at the address t1 at the time t1, and the second bit of the orthogonal code at the address t2 at the time t2. ..,..., And is driven in correspondence with the second bit data of the orthogonal code at the address t15 at time t15. The corresponding polarity codes are multiplied and added.
That is, the voltage data ds2 is a bit string {0 (t1), 1 (t2), 1 (t3), 0 (t4), 0 (t5) consisting of the second bit of the bit arrangement of each orthogonal code at addresses t1 to t15. , 1 (t6), 1 (t7), 0 (t8), 0 (t9), 1 (t10), 1 (t11), 0 (t12), 0 (t13), 1 (t14), 1 (t15) }, The polarity code corresponding to the data CD (i, j) of each bit of this bit string is multiplied for each measurement data di and integrated over one period.
上述したように、各交差部各々の容量に対応する電圧は、対応する列配線に、時刻t1〜t15において印加されたデータに対応したビット列の各ビットのデータCD(i,j)に対応する極性符号を、測定データdi毎に乗算し、1周期に渡って積算する。この処理は、直交符号に対する積和演算に相当し、以下に示すように、各交差部に対応する電圧データdsjは、測定データdiと、コードメモリ21に記憶されている直交符号の各ビット配列のデータに対応する極性符号との積和演算により求められる。
すなわち、復号時の積和演算においては、各時刻に測定された測定データ毎に、求める交差部の列配線の番号の測定データと、この番号に対応する、上記時刻に用いられた直交符号のビット配列における番号(順番)のビットのデータに対応する極性符号とを各々乗じて、積算していくこととなる(つまり、測定時に各時刻において、対応する列配線を駆動するときに用いられた直交符号のビットのデータと、同様の値のデータに対応する極性符号が乗じられる)。
As described above, the voltage corresponding to the capacitance at each intersection corresponds to the data CD (i, j) of each bit of the bit string corresponding to the data applied to the corresponding column wiring at time t1 to t15. The polarity code is multiplied for each measurement data di and integrated over one period. This processing corresponds to a product-sum operation on the orthogonal code. As shown below, the voltage data dsj corresponding to each intersection is measured data di and each bit arrangement of the orthogonal code stored in the
That is, in the product-sum operation at the time of decoding, for each measurement data measured at each time, the measurement data of the column wiring number of the intersection to be obtained and the orthogonal code used at the above time corresponding to this number Each number sign (order) in the bit array is multiplied by the polarity code corresponding to the bit data (ie, used to drive the corresponding column wiring at each time during measurement). The bit data of the orthogonal code and the polarity code corresponding to the data of the same value are multiplied).
本実施形態における15本の列配線に対応した、コードメモリ221に記憶された図21に示す直交符号において、各アドレスt1〜t15の直交符号のビット配列により、復号演算回路10は、(4)式に基づいて、
ds1 =+d1−d2+d3−d4+d5−d6+d7−d8+d9−d10+d11−d12+d13−d14+d15
ds2 =−d1+d2+d3−d4−d5+d6+d7−d8−d9+d10+d11−d12−d13+d14+d15
ds3 =+d1+d2−d3−d4+d5+d6−d7−d8+d9+d10−d11−d12+d13+d14−d15
ds4 =−d1−d2−d3+d4+d5+d6+d7−d8−d9−d10−d11+d12+d13+d14+d15
・
・
・
ds15 =+d1+d2−d3+d4−d5−d6+d7+d8−d9−d10+d11−d12+d13+d14−d15
の演算を行い、測定データdiのデータ列から各センサ素子の容量値に対応する電圧データdsjに分離する。
In the orthogonal code shown in FIG. 21 stored in the
ds1 = + d1-d2 + d3-d4 + d5-d6 + d7-d8 + d9-d10 + d11-d12 + d13-d14 + d15
ds2 = -d1 + d2 + d3-d4-d5 + d6 + d7-d8-d9 + d10 + d11-d12-d13 + d14 + d15
ds3 = + d1 + d2-d3-d4 + d5 + d6-d7-d8 + d9 + d10-d11-d12 + d13 + d14-d15
ds4 = -d1-d2-d3 + d4 + d5 + d6 + d7-d8-d9-d10-d11 + d12 + d13 + d14 + d15
・
・
・
ds15 = + d1 + d2-d3 + d4-d5-d6 + d7 + d8-d9-d10 + d11-d12 + d13 + d14-d15
And the voltage data dsj corresponding to the capacitance value of each sensor element is separated from the data string of the measurement data di.
上述したように、第4の実施形態においては、第1の実施形態のPN符号に換え、直交符号、例えばウオルシュ符号を用いて、列配線群2を分割した各列配線グループ毎に、直交符号の各ビットのデータに対応する列配線を駆動し、各列配線グループの測定値を多重化して測定データを得、次のタイミングにおいて、コードメモリ221から時刻に対応したアドレスの直交符号を読み出して上述した測定を行うという操作を繰り返し、一方、検出側で時系列に得られた測定データを直交符号との積和演算処理を施すことで、他の列配線との交差部容量からの影響をほぼ平均化すると同時に、対象となる列配線との交差部のセンサ素子(容量センサ)に充放電される電荷の情報のみを抽出することができる。
As described above, in the fourth embodiment, an orthogonal code is used for each column wiring group obtained by dividing the
第1〜第4の実施形態において、復号演算回路10における復号演算は、センサ側で行うことも、測定データをホストに送信後に、ホストで行っても良い。
また、検出対象は、容量に限らず抵抗値等の他の物理量の測定に用いることも可能である。
さらに、第1〜第4の実施形態において、列配線と行配線とを交差させ、一方を駆動ライン(列配線)、他方を検出ライン(行配線)としているが、これらの関係を逆にするなどの、他の駆動及び検出方法においても同様な効果が得られる。
In the first to fourth embodiments, the decoding operation in the
Further, the detection target is not limited to the capacitance, and can be used for measurement of other physical quantities such as a resistance value.
Furthermore, in the first to fourth embodiments, the column wiring and the row wiring are crossed, and one is a drive line (column wiring) and the other is a detection line (row wiring). Similar effects can be obtained in other driving and detection methods.
第1〜第4の実施形態においては、図4に示すような、列配線と行配線との交差部に形成されるセンサ素子の容量の多重化した測定の説明を行った。しかしながら、第5の実施形態においては、図22に示すアクティブマトリクス型センサであるセンサ部4Cに適用した場合の構成を説明する。
符号発生部1から、所定のPN符号のビット列が列配線駆動回路5に入力され、列配線群2を複数の列配線グループ(41〜4M)に分け、この列配線グループ毎に複数の列配線を駆動し、行配線単位に単位容量セル70(センサ素子)の容量を多重化する点において、第5の実施形態も第1〜第4の実施形態と同様である。また、容量検出回路200にも、構成及び動作がおいて、第1〜第4の実施形態と同様であるが、チャージアンプ回路6が、図23に示すチャージアンプ回路72に置き換えられている。容量検出回路200は、チャージアンプ回路が置き換わっている以外は全て同一の構成である。
In the first to fourth embodiments, the description has been made of the multiplexed measurement of the capacitance of the sensor element formed at the intersection of the column wiring and the row wiring as shown in FIG. However, in the fifth embodiment, a configuration when applied to the
A bit string of a predetermined PN code is input from the
このチャージアンプ回路72は、図23に示す構成をしており、チャージアンプ回路6と同様な構成については同一の符号を付している。アクティブマトリクス型センサの測定方法が若干異なるため、チャージアンプ回路72がチャージアンプ回路6と異なる点のみの測定動作を説明する。
指紋データの測定前において、スイッチ73をオフ状態とし、スイッチ74,スイッチ124及びビット1に対応する複数の列配線に接続されたセル選択スイッチ71をオン状態として、単位容量セル70(検出容量Cs)及び寄生容量Cpを電圧Vcとなるまで電荷の蓄積を行い、一旦全てのスイッチをオフ状態とする。
The
Before measuring the fingerprint data, the
そして、指紋データの測定において、スイッチ74,スイッチ124をオフ状態としたままで、スイッチ73及びセル選択スイッチ71を同時にオン状態として、指がセンサ部4Cに乗っている場合、各単位容量セル70の検出容量Csが変化するため、電圧Vcと基準電圧Vrefの電圧差により生じた電荷の総和(列配線グループの多重化による合計値)に対応した電圧がオペアンプ121の出力端子に発生して、これを測定データdとして、復号演算回路10の内部メモリに記憶される。この電荷の蓄積及び検出電圧の測定というシーケンスを繰り返すことで多重化された測定データ列diが得られる。そして、復号演算回路10は、すでに述べた復号処理の演算により、内部メモリに記憶されている測定データdのデータ列から、各単位容量セル70の容量Csに対応する電圧データdsを求める。
In the measurement of fingerprint data, when the
また、第1〜第5の実施形態において、PN符号または直交符号を一周期に渡って使用し、測定する列配線の多重化を行い、各々の交差部の電圧データの復号を行うとして記載したが、複数周期に渡り測定を行い、複数周期の測定データを加算して、この加算結果から復号を行っても良い。これにより、行配線における測定信号に重畳するランダムノイズをキャンセルすることができ、より測定精度を向上することが可能となる。 In the first to fifth embodiments, the PN code or the orthogonal code is used over one period, the column wiring to be measured is multiplexed, and the voltage data at each intersection is decoded. However, measurement may be performed over a plurality of periods, measurement data of a plurality of periods may be added, and decoding may be performed from the addition result. Thereby, random noise superimposed on the measurement signal in the row wiring can be canceled, and the measurement accuracy can be further improved.
なお、図1における処理部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより第1〜第5の実施形態の構成の制御を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)を備えたWWWシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ(RAM)のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。 The program for realizing the function of the processing unit in FIG. 1 is recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium is read into the computer system and executed, thereby executing the first to first programs. The configuration of the fifth embodiment may be controlled. Here, the “computer system” includes an OS and hardware such as peripheral devices. The “computer system” includes a WWW system having a homepage providing environment (or display environment). The “computer-readable recording medium” refers to a storage device such as a flexible medium, a magneto-optical disk, a portable medium such as a ROM and a CD-ROM, and a hard disk incorporated in a computer system. Further, the “computer-readable recording medium” refers to a volatile memory (RAM) in a computer system that becomes a server or a client when a program is transmitted via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. In addition, those holding programs for a certain period of time are also included.
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク(通信網)や電話回線等の通信回線(通信線)のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であっても良い。 The program may be transmitted from a computer system storing the program in a storage device or the like to another computer system via a transmission medium or by a transmission wave in the transmission medium. Here, the “transmission medium” for transmitting the program refers to a medium having a function of transmitting information, such as a network (communication network) such as the Internet or a communication line (communication line) such as a telephone line. The program may be for realizing a part of the functions described above. Furthermore, what can implement | achieve the function mentioned above in combination with the program already recorded on the computer system, and what is called a difference file (difference program) may be sufficient.
1,1A,1B…符号発生部
2…列配線群
3…行配線群
4,4B,4C…センサ部
5…列配線駆動部
6…チャージアンプ回路
7,72…サンプルホールド回路
8…セレクタ回路
9…A/D変換器
10…復号演算回路
11…タイミング制御回路
13,13A…列配線セレクタ
20…符号発生回路
21…シフトレジスタ
22…EXOR(イクスクルーシブオア)
23…格納用シフトレジスタ
50…基板
51…絶縁膜
52…空隙
54…フィルム
100,200…容量検出回路
220…直交符号読み出し回路
221…コードメモリ
222…アドレスカウンタ
223…格納用レジスタ
DESCRIPTION OF
23 ... Shift register for
Claims (9)
時系列に直交性を有する符号を発生する符号発生手段と、
前記複数の列配線を所定の数の列配線からなる列配線グループに分割し、測定対象の列配線グループを選択する列配線グループ選択手段と、
順次選択される列配線グループ毎に、複数の列配線を前記符号に基づいて駆動する列配線駆動手段と、
前記行配線と、駆動された複数の列配線との交差部の容量に対応した電流値の総和を測定電圧として出力する容量測定手段と、
前記列配線グループ毎に、前記測定電圧と前記符号とにより積和演算を行い、各交差部の容量に対応する電圧値を求める復号演算手段と
を有することを特徴とする容量検出回路。 It is a capacitance detection circuit that detects a change in capacitance at a crossing portion of a column wiring and a row wiring as a voltage value by intersecting a row wiring with respect to a plurality of column wirings,
Code generating means for generating a code having orthogonality in time series;
Column wiring group selection means for dividing the plurality of column wirings into column wiring groups made up of a predetermined number of column wirings and selecting a column wiring group to be measured;
Column wiring driving means for driving a plurality of column wirings on the basis of the reference symbols for each column wiring group selected in sequence;
Capacitance measuring means for outputting a sum of current values corresponding to the capacitance of the intersections of the row wiring and the plurality of driven column wirings as a measurement voltage;
A capacitance detection circuit comprising: a decoding operation unit that performs a product-sum operation on the column wiring groups using the measurement voltage and the sign to obtain a voltage value corresponding to the capacitance of each intersection.
時系列に直交性を有する符号を発生する符号発生過程と、
前記複数の列配線を所定の数の列配線からなる列配線グループに分割し、測定対象の列配線グループを選択する列配線グループ選択過程と、
順次選択される列配線グループ毎に、複数の列配線を前記符号に基づいて駆動する列配線駆動過程と、
前記行配線と、駆動された複数の列配線との交差部の容量に対応した電流値の総和を測定電圧として出力する容量測定過程と、
前記列配線グループ毎に、前記測定電圧と前記符号とにより積和演算を行い、各交差部の容量に対応する電圧値を求める復号演算過程と
を有することを特徴とする容量検出方法。
A row detection method is a capacitance detection method for detecting a change in capacitance at a crossing portion of a column wiring and a row wiring as a voltage value by intersecting a row wiring with respect to a plurality of column wirings.
A code generation process for generating a code having orthogonality in time series;
Dividing the plurality of column wirings into column wiring groups made up of a predetermined number of column wirings, and selecting a column wiring group to be measured;
For each column wiring group selected in sequence, a column wiring driving process for driving a plurality of column wirings based on the sign,
A capacitance measuring process for outputting a sum of current values corresponding to the capacitance of the intersections of the row wiring and the plurality of driven column wirings as a measurement voltage;
A capacitance detection method comprising: performing a product-sum operation on the column wiring groups by the measurement voltage and the sign to obtain a voltage value corresponding to the capacitance of each intersection.
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