KR101958413B1

KR101958413B1 - 파이프라인 스캔 구조의 드라이버를 이용한 정전 용량 감지용 지문인식장치

Info

Publication number: KR101958413B1
Application number: KR1020150133162A
Authority: KR
Inventors: 여협구; 정승민
Original assignee: 한신대학교 산학협력단
Priority date: 2015-09-21
Filing date: 2015-09-21
Publication date: 2019-07-04
Also published as: EP3355237A4; KR20170034633A; EP3355237A1; CN108140108A; WO2017052068A1; US20180276441A1

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 정전 용량 감지용 지문인식장치는 복수의 로우라인(row line)들과 복수의 컬럼라인(column line)들에 각각 연결된 복수의 셀들을 포함하는 지문인식 셀 어레이(fingerprint sensor cell array), 상기 지문인식 셀 어레이 중 특정 개수의 컬럼라인들을 구성으로 하는 복수의 컬럼라인집합들, 상기 컬럼라인집합에 속하는 컬럼라인마다 수행되는 파이프라인 프로세스(pipeline process)를 동작시킬 수 있는 가변주기 클럭 발생부, 상기 셀 어레이의 컬럼라인들 중에서 하나의 컬럼라인을 선택하는 다중컬럼라인선택부를 포함하고, 상기 가변주기 클럭 발생부는 상기 컬럼라인집합에 속하는 컬럼라인마다 적분동작을 서로 다른 시간에 순차적으로 제어할 수 있다.

Description

파이프라인 스캔 구조의 드라이버를 이용한 정전 용량 감지용 지문인식장치 {Apparatus For Detecting Fingerprint Using Pipeline Scan Driver}

본 발명은 정전 용량 감지용 지문인식장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 파이프라인 스캔 구조의 드라이버를 이용한 정전 용량 감지용 지문인식장치에 관한 것이다.

지문은 높은 식별률과 보안성 및 안정성 때문에 바이오 메트릭스(Biometrics)의 여러 분야 중에서 가장 많이 이용되어 왔으며, 현재 실질적으로 충분한 개개인의 데이타를 보유하고 있다. 근래에 들어서는 지문인식 기술이 자동화되면서 지문을 실시간으로 취득하는 지문인식 시스템이 필요하게 되었다.

이러한 지문인식 시스템에서 사용되는 지문감지 센서는 최근 들어 저가의 센서들이 등장함에 따라 특수 보안장치에만 적용되는데서 벗어나 키보드, 마우스 등 개인용 컴퓨터(Personal Computer) 주변장치에 적용되어 전자상거래 등 사용범위가 점차 확대되고 있다.

따라서, 이러한 시장에 참여하기 위해서는 사용하기 편리하고 소규모, 저전력, 저가 및 고화질의 지문감지 센서 기술을 확보해야 한다. 지난 수십년 동안 전기적으로 지문을 감지하기 위해 많은 방법이 연구되어 왔는데, 현재까지 발표된 방식 중에서 주요한 지문감지방식은 대체적으로 광학식(Optical type), 열감지식(Thermal type) 그리고 정전용량식(Capacitive type) 등으로 구분될 수 있다.

이중, 정전 용량식은 두 전극 사이의 거리에 따라 정전용량이 달라지는 원리를 이용하여 감지전극(Sensing electrode)과 지문의 고랑(valley) 사이에서 발생하는 정전용량과, 감지전극과 지문의 융선(ridge) 사이에서 발생하는 정전용량의 차이를 통해 지문의 융선과 고랑을 인식함으로써 지문영상을 얻을 수 있다. 이러한 정전용량식은 표준 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 공정 기술을 이용하여 구현이 가능하므로, 구조가 간단하고 부가장치 및 특별한 공정이 필요 없어 소규모, 저전력 및 저비용이라는 장점을 갖는다. 그러나, 감지되는 융선과 고랑의 정전용량이 수 펨토 파라드(femto Farad)로 매우 작고, 지문이 접촉되는 터치 스크린 패널 내에 일반적으로 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide : ITO)로 형성되는 전극들은 커패시턴스(capacitance) 및 저항(resistance) 등과 같은 기생(parasitic) 요소들을 포함하기 때문에, 이러한 기생 요소들은 터치 감도(sensitivity) 및 정확성 둘 모두에서 극심한 성능 저하를 야기할 수 있다.

또한, 적분기를 기초로 한 정전 용량 감지용 지문인식장치는 신호 대 잡음비(SNR; Signal to Noise Ratio)을 효과적으로 향상시킬 수 있지만 신호를 일정 시간 적분해야 하므로 상대적으로 많은 시간이 필요하게 된다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 파이프라인 스캔(pipeline scan) 구조의 드라이버(driver)를 이용하여, 고정패턴 잡음을 없애면서도 SNR을 충분히 개선하면서도 빠른 이미지 획득을 할 수 있는 정전 용량 감지용 지문인식장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 정전 용량 감지용 지문인식장치는 n개(단, n은 1이상의 정수)의 로우라인(row line)들과 m개(단, m은 1이상의 정수)의 컬럼라인(column line)들로 이루어진 n X m 크기의 행렬을 포함하는 지문인식 셀 어레이(fingerprint sensor cell array), 상기 지문인식 셀 어레이 중 k개(단, k는 1이상 m이하의 정수, m/k는 1이상의 정수)의 컬럼라인들을 하나의 집합으로 하는 m/k개의 컬럼라인집합들, 상기 로우라인 또는 상기 컬럼라인을 선택하는 X, Y 주소 카운터(X, Y address counter), 상기 X, Y 주소 카운터의 주소선택신호들 중 X주소선택신호를 입력받아 임의의 클럭주기로 상기 컬럼라인집합들 중 각각의 i번째 열(단, i은 1이상 k이하의 정수)이 동시에 재설정 또는 측정(reset or evaluation) 동작을 수행하도록 하는 가변주기 클럭신호를 발생시켜 상기 i번째 열에 클럭 신호를 인가하는 가변주기 클럭 발생부를 포함한다.

실시 예로서, 상기 X, Y 주소 카운터의 주소선택신호들 중 X주소선택신호를 입력받아 클럭으로 이용하여 순차적으로 출력신호인 XDEC 신호를 1부터 m/k까지(m/k는 정수) 증가시키는 X-디코더(XDEC) 및 상기 가변주기 클럭신호와 상기 X-디코더의 출력신호인 XDEC 신호를 입력받아 상기 셀 어레이의 컬럼라인들 중에서 하나의 컬럼라인을 선택하는 다중컬럼라인선택부를 더 포함한다.

실시 예로서, 상기 X, Y 주소 카운터는 상기 지문인식 셀 어레이의 로우라인을 순차적으로 선택하는 제1 시프트 링 카운터를 포함한다.

실시 예로서, 상기 X, Y 주소 카운터는 제2 시프트 링 카운터를 더 포함하고, 상기 제2 시프트 링 카운터는 1부터 k까지(단, k는 1이상의 m이하의 정수, m/k는 1이상의 정수) 순차적으로 증가시키는 신호를 출력하고, 상기 가변주기 클럭 발생부가 상기 제2 시프트 링 카운터 출력신호를 입력받아 임의의 클럭 주기로 각각의 상기 컬럼라인집합 k개의 열들 중 i번째 열(단, i은 1이상 k이하의 정수)이 동시에 재설정 또는 측정(reset or evaluation) 동작을 수행하는 가변주기 클럭신호를 발생시킬 수 있다.

실시 예로서, 상기 다중컬럼라인선택부는 복수의 제1컬럼라인선택부들을 포함하되, 상기 제1컬럼라인선택부는 m/k개의 상기 컬럼라인집합들 개수와 같이 m/k개가 존재하고, 각각 특정한 로우라인에 의해 정해진 행과 상기 가변주기 클럭신호에 의하여, 각각의 상기 컬럼라인집합의 k개의 열들에 의한 셀들 값들 중 하나만 선택할 수 있다.

실시 예로서, 상기 다중컬럼라인선택부는 제2컬럼라인선택부를 포함하되, 상기 제2컬럼라인선택부는 상기 m/k개의 제1컬럼라인선택부들로부터 선택된 값들 중에 상기 XDEC 신호에 의하여, 하나의 값만 선택할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 정전 용량 감지용 지문인식방법은 n개(단, n은 1이상의 정수)의 로우라인들과 m개(단, m은 1이상의 정수)의 컬럼라인들로 이루어진 n X m 크기의 행렬을 포함하는 지문인식 셀 어레이에서, 상기 로우라인 또는 상기 컬럼라인을 선택하는 주소선택신호들을 생성하고 출력하는 단계 및 k개(단, k는 1이상 m이하의 정수, m/k는 1이상의 정수)의 컬럼라인들을 하나의 집합으로 하는 m/k개의 컬럼라인집합들에서 상기 주소선택신호들 중 X주소선택신호를 입력받아 임의의 클럭주기로 상기 컬럼라인집합들 중 각각의 i번째 열(단, i은 1이상 k이하의 정수)에서 동시에 재설정 또는 측정(reset or evaluation) 동작을 수행하도록 하는 가변주기 클럭신호를 발생시켜 상기 i번째 열에 클럭 신호를 인가하는 단계를 포함할 수 있다.

실시 예로서, 상기 주소선택신호들 중 X주소선택신호를 입력받아 클럭으로 이용하여 순차적으로 출력신호인 XDEC 신호를 1부터 m/k까지(m/k는 정수) 증가시키는 단계 및 상기 가변주기 클럭신호와 상기 XDEC 신호를 입력받아 상기 셀 어레이의 컬럼라인들 중에서 하나의 컬럼라인을 선택하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 과제 해결 수단에 따르면 적분기를 기초로 한 정전 용량 감지용 지문인식장치는 파이프라인 스캔 구조의 드라이버를 통해 여러 개의 셀에 대해 신호를 동시에 평가하므로 빠른 이미지를 획득할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 정전 용량 감지용 지문인식장치는 하나의 아날로그 출력으로 최종 평가를 하기 때문에 고정패턴 잡음을 없애면서도 SNR을 충분히 개선하면서도 빠른 이미지 획득을 할 수 있다.

도 1a은 본 발명의 일 실시예에 따른 지문인식장치의 블록도이다.
도 1b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지문인식장치의 블록도이다.
도 2는 도 1a또는 도 1b에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 지문인식장치들에 인가되는 스위치 제어 신호들이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 지문인식장치들의 타이밍도이다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 지문인식장치들에 포함되는 일 실시예에 따른 정전용량감지용 전하 전송회로의 회로도이다.
도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 지문인식장치들에 포함되는 다른 실시예에 따른 정전용량감지용 전하 전송회로의 회로도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 정전용량감지용 전하 전송회로들에 인가되는 스위치 제어 신호들 및 지문의 융선, 고랑에 따른 출력전압을 도시한 타이밍도이다.
도 6a는 도 1a에 도시된 직접 방식(direct method)에 따른 지문인식장치에 도 4a에 도시된 정전 용량 감지용 전하 전송 회로가 사용되는 상황에 대한 개략도이다.
도 6b는 도 1a에 도시된 직접 방식(direct method)에 따른 지문인식장치에 도 4b에 도시된 정전 용량 감지용 전하 전송 회로가 사용되는 상황에 대한 개략도이다.
도 7a는 도 1b에 도시된 유사 직접 방식(pseudo-direct method)에 따른 지문인식장치에 도 4a에 도시된 정전 용량 감지용 전하 전송 회로가 사용되는 상황에 대한 개략도이다.
도 7b는 도 1b에 도시된 유사 직접 방식(pseudo-direct method)에 따른 지문인식장치에 도 4b에 도시된 정전 용량 감지용 전하 전송 회로가 사용되는 상황에 대한 개략도이다.
도 8은 도 1b에 도시된 유사 직접 방식의 지문인식장치에 대한 레이아웃 평면도(layout top-view)이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지문인식장치의 블록도이다.
도 10은 본 발명의 파이프라인 구조의 센서 어레이 셀과 드라이버 구조를 가진 지문인식장치의 블록도이다.
도 11은 도 10에 도시된 지문인식장치를 더욱 상세히 도시한 도면이다.
도 12는 다중컬럼라인선택부의 구조를 더욱 상세히 도시한 도면이다.
도 13는 도 12에 도시된 1번째 제1컬럼라인선택부(1090-1)의 회로도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따라 파이프라인 구조의 센서 어레이를 제어하는 가변주기 클럭신호 V-CK <m:1> 신호들의 타이밍 다이어그램이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 용량 감지용 지문인식방법의 순서도이다.

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 개시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

한편, 어떤 실시 예가 달리 구현 가능한 경우에 특정 블록 내에 명기된 기능 또는 동작이 순서도에 명기된 순서와 다르게 일어날 수도 있다. 예를 들어, 연속하는 두 블록이 실제로는 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 관련된 기능 또는 동작에 따라서는 상기 블록들이 거꾸로 수행될 수도 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 설명한다.

도 1a은 본 발명의 일 실시예에 따른 지문인식장치(1a)의 블록도이다. 도 1b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지문인식장치(1b)의 블록도이다. 도 2는 도 1a 또는 도 1b에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 지문인식장치들(1a, 1b)에 인가되는 스위치 제어 신호들이다.

도 1a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 지문인식장치(1a)는 제 1 클럭생성부(clock generator1; 10), 제2 클럭생성부(clock generator2; 20), 베젤 드라이버(bezel driver; 30), 베젤(bezel; 40a), 센서 셀 어레이(sensor cell array; 50), Y-구동부(Y-drive part; 60), X-구동부(X-drive part; 70), 카운터(counter; 80), X-멀티플렉서(XMUX; 90) 및 ADC(Analog to Digital Converter; 100)를 포함할 수 있다.

제1 클럭 생성부(10)는 시스템 클럭(CLK)과 동기하여 제1 클럭 신호(φ1) 및/또는 제2 클럭 신호(φ2)를 생성할 수 있다. 또한, 제1 클럭 생성부(10)는 제1 클럭바 신호(

) 및/또는 제2 클럭바 신호(

)를 생성할 수 있다.

여기서, 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 클럭 신호(φ1) 및 제 2 클럭 신호(φ2)는 서로 중첩되지 않는 클럭(clock) 신호들일 수 있다. 제1 클럭바 신호(

)는 반전시킨 제1 클럭 신호(φ1)이고, 제2 클럭바 신호(

)는 반전시킨 제2 클럭 신호(φ2)이다.

제2 클럭 생성부(20)는 시스템 클럭(CLK)에 기반하여 가변 주기를 갖는 재설정/측정 펄스(reset / evaluation pulse) 인 clk_i 신호를 생성할 수 있고, PERIOD 신호에 의하여 다양한 주기를 생성할 수 있다. 제2 클럭생성부(20)는 초기에 RESET 신호를 입력받아 동작을 개시할 수 있다.

베젤 드라이버(bezel driver; 30)는 제 1 클럭 신호(φ1) 및/또는 제 2 클럭 신호(φ2)를 입력받아 베젤을 구동하는 신호를 출력할 수 있다. 또한, 베젤 드라이버(30)는 제1 클럭바 신호(

) 및/또는 제2 클럭바 신호(

)를 입력받아 베젤을 구동하는 신호를 출력할 수 있다.

베젤(40a)은 손가락에 직접 전원 입력 신호를 인가하기 위해 사용될 수 있다. 베젤(40a)은 금속일 수도 있고, 전도성 플라스틱(conductive polymers) 또는 전기가 통할 수 있는 물체일 수 있다. 후술하는 바와 같이, 본 발명에서 베젤을 통해 손가락에 직접 접촉하여 동작을 수행하는 방식은 직접 방식(Direct Method)라고 지칭한다.

센서 셀 어레이(50)는 한 화소(pixel) 단위의 행열로 배열된 다수의 센서플레이트(sensor plate)들일 수 있고, 접촉된 지문 부분이 융선, 고랑인지에 따라 형성되는 캐퍼시턴스(capacitance)를 검출할 수 있다.

Y-구동부(60)는 순차적으로 센서 셀 어레이(50) 중 행(row)으로 배열되는 각 행의 센서 셀들을 선택하고, 구동(drive)할 수 있다. X-구동부(X-drive part; 70)는 순차적으로 센서 셀 어레이(50) 중 열(column)로 배열되는 각 열의 센서 셀들을 선택하고, 구동(drive)할 수 있다.

카운터(80)는 접촉된 지문에서 형성된 각 센서 셀의 캐퍼시턴스를 검출하기 위하여 센서 셀 어레이(50)의 각 행과 각 열의 값을 증가시켜 순차적으로 각 센서 셀을 활성화시킬 수 있다.

X-멀티플렉서(XMUX; 90)는 센서 셀 어레이(50)에서 선택된 한 화소의 센서 셀에서 감지한 캐퍼시턴스값을 HOLD 신호에 따라 샘플링/홀딩(sample/hold)할 수 있다. ADC(Analog to Digital Converter; 100)는 X-멀티플렉서(90)로부터 샘플링/홀딩된 캐퍼시턴스값을 디지털 값으로 변환할 수 있다. 디지털 값으로 변환된 캐퍼시턴스값에 따라 외부 또는 내부에 존재하는 마이크로 프로세서(Micro Processor), CPU(Central Processor Unit), AP(Application Processor) 등이 융선인지 고랑인지 판단할 수 있다.

도 1b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지문인식장치(1b)의 블록도이다. 전술한 본 발명의 실시예를 통해 설명한 구성 요소는 동일한 부호를 사용하고, 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.

도 1b를 참조하여 설명되는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지문인식장치(1b)가 전술한 지문인식장치(1a)와 다른 점은, 베젤(40a, 도 6a에서의 300a)을 전극으로 사용하는 방식과는 달리 전원 입력 신호를 인가하는 전극을 칩의 최상층 메탈(top metal)인 Tx 플레이트(Tx plate; 40b, 도 6b에서의 300b)로 대치한다는 점이다. 후술하는 바와 같이, 본 발명에서 보호막(passivation layer)을 통해 Tx 플레이트(40b)에서 손가락을 접촉하여 동작을 수행하는 방식은 유사 직접 방식(Pseudo-Direct Method)이라 지칭한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 지문인식장치들(1a, 1b)의 타이밍도이다.

도 1a 및 도 3을 참조하면, 처음, RESET 신호가 로우(low)로 지문인식장치들(1a, 1b)에 인가되면, 동작이 개시된다. PERIOD 신호는 카운터의 한 주기마다 1씩 증가한다.

제2 클럭 생성부(20)가 시스템 클럭(CLK) 및/또는 PERIOD 신호를 입력받아 가변 주기를 갖는 CLK_I 신호를 생성한다. CLK_I 신호는 센서 셀 어레이(50) 각 센서 셀에 재설정/측정 펄스(reset/evalution pulse)를 생성하기 위해 입력될 수 있다. 여기서 재설정(reset) 신호는 프리차지(precharge) 신호일 수 있다. 또한, CLK_I 신호는 카운터(80)에 입력될 수 있다.

CLK_I 신호가 하이(High)이면, 선택된 센서 셀은 프리차지(precharge)되고, 로우(Low)이면, 선택된 센서 셀의 캐퍼시턴스값이 출력될 수 있다. CLK_I 신호의 한 주기동안 각 센서 셀의 캐퍼시턴스값에 따른 전압값은 HOLD 신호가 로우(low)이면 샘플 및/또는 홀드(sample/hold)될 수 있다.

도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 지문인식장치들(1a, 1b)에 포함되는 일 실시예에 따른 정전용량감지용 전하 전송회로의 회로도(200a)이고, 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 지문인식장치들(1a, 1b)에 포함되는 다른 실시예에 따른 정전용량감지용 전하 전송회로의 회로도(200b)이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 정전용량감지용 전하 전송회로들(200a, 200b)에 인가되는 스위치 제어 신호들 및 지문의 융선(Ridge), 고랑(Valley)에 따른 출력전압(Vout)을 도시한 타이밍도이다.

도 4a를 참조하면, 정전 용량 감지용 전하 전송 회로(200a)는 X-구동부(X-drive part, 70), X-구동 라인(X-drive line, 71), 구동 라인(Drive line, 61), X-구동 라인(71)과 구동 라인(61) 사이에 정의되는 가변 커패시터(variable capacitor, Cfinger)와 기생 저항(Rfinger), 후술하는 센서 플레이트(sensor plate)와 차폐용 플레이트(Metal shielding) 사이에서 생성된 기생 커패시터(Cshield) 및 스위치드 캐퍼시터 적분기(switched capacitor integrator; 210a)를 포함할 수 있다.

제 1 스위치(MP1)와 제 4 스위치(TG2)는 제 1 클럭 신호(φ1) 및 제 1 클럭바 신호(

)에 의해 온(on) 또는 오프(off) 상태가 될 수 있다. 제 2 스위치(MN1)와 제 3 스위치(TG1)는 제 2 클럭 신호(φ2) 및 제 2 클럭바 신호(

)에 의해 온(on) 또는 오프(off) 상태가 될 수 있다.

직렬로 연결된 기생 저항(Rfinger)과 가변 캐퍼시터(Cfinger)는 접촉되는 손가락을 단순하게 모델링한 것일 수 있다.

X-구동부(70)는 가변 커패시터(Cfinger)에 대향하는 X-구동 라인(71)의 일 단과 전압 입력단(Vin1) 사이에 배치될 수 있다. X-구동부(70)는 제 1 스위치(MP1) 및 제 2 스위치(MN1)를 포함할 수 있다.

제 1 스위치(MP1)는 가변 커패시터(Cfinger)에 대향하는 X-구동 라인(71)의 일 단과 전압 입력단(Vin1) 사이에 배치될 수 있다. 제 2 스위치(MN1)는 일 단이 가변 커패시터(Cfinger)에 대향하는 X-구동 라인(71)의 일 단에 연결되면서, 타 단은 접지(ground)에 연결되도록 배치될 수 있다.

전압 입력단(Vin1) 및/또는 접지(ground)에는 미리 설정된 전압(VDD, GND) 또는 재설정된 전압이 인가될 수 있다. 여기서, 재설정된 전압이란 원하는 전하 전송 정도를 위해 바이어스(bias)를 다르게 가져갈 수 있는 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 전압 입력단(Vin1) 및/또는 접지(ground)에는 제1 전원 입력(Vin1) 및/또는 제2 전원 입력(Vin2)이 입력될 수 있다.

도 5를 참조하면, 제1 클럭 신호(φ1) 및 제2 클럭 신호(φ2)는 제1 클럭바 신호(

) 또는 제2 클럭바 신호(

)와 함께 스위치들과 스위치드 커패시터 적분기(210a)의 출력 전압(Vout)을 조정할 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 제1 클럭 신호(φ1) 및 제2 클럭 신호(φ2)는 서로 중첩되지 않는 클럭(clock) 신호들일 수 있다. 제1 클럭바 신호(

)는 반전시킨 제1 클럭 신호(φ1)이고, 제2 클럭바 신호(

)는 반전시킨 제2 클럭 신호(φ2)일 수 있다.

도 4a 및 도 6a를 참조하면, 후술하는 바와 같이 기생 커패시터(Csheild)는 구동 라인(61)에 연결된 센서 플레이트(sensor plate)와 상기 센서 플레이트 하부의 회로로부터 생성되는 노이즈(noise)를 차단하여 터치 감도를 향상시키기 위한 차폐용 플레이트(Metal shielding) 사이에서 생성될 수 있다. 상기 센서 플레이트 하부의 회로는 스위치드 캐퍼시터 적분기(210a), 능동 출력 전압 피드백부(210b) 또는 기타 회로들이 포함될 수 있다. 여기서, 기타 회로들은 손가락으로부터 가변 커패시터(Cfinger)를 추출하는 것과 무관한 기타 회로들이 포함될 수 있다.

스위치드 캐퍼시터 적분기(210a)는 가변 커패시터(Cfinger)의 일 단이 연결된 구동 라인(61)의 타 단과 전압 출력단(Vout) 사이에 배치될 수 있다. 스위치드 캐퍼시터 적분기(210a)는 일 단이 구동 라인(61)과 제 4 스위치(TG2)에 연결되고, 타 단은 연산증폭기(OP-AMP, 211)의 반전 입력단자에 연결되는 제 3 스위치(TG1), 일 단이 구동 라인(61)에 연결되고 타 단은 기준전압 입력단(Vref)과 연결된 제 4 스위치(TG2), 반전 입력단자에 제 3 스위치(TG1)의 타 단이 연결되고, 비반전 입력단자에 기준전압(Vref)이 입력되는 연산증폭기(OP-AMP, 211)를 포함할 수 있다.

또한, 일 단이 제 3 스위치(TG1)의 타 단과 연산증폭기(211)의 반전 단자에 연결되면서, 타 단이 전압 출력단(Vout)에 연결된 저장 커패시터(Cs), 일 단이 제 3 스위치(TG1)의 타 단과 연산증폭기(211)의 반전 입력단자 및 저장 캐퍼시터(Cs)의 일 단에 연결되면서, 타 단이 전압 출력단(Vout) 및 저장 캐퍼시터(Cs)의 타 단에 연결된 리셋 스위치(rst)를 포함할 수 있다.

일반적으로, 전하들은 높은 전압 측으로부터 낮은 전압 측으로 둘의 전압이 같아질 때까지 흐른다. 따라서, 가변 커패시터(Cfinger)로부터 저장 커패시터(Cs)로 전하들이 전송될 때, 후술하는 바와 같이 구동 라인(61)에 연결된 센서 플레이트(sensor plate)와 차폐용 플레이트(Metal shielding) 사이에서 생성된 기생 커패시터(Cshield)의 기생 효과를 제거하기 위해서, 구동 라인(61)의 전압(vp)은 연산증폭기(211)의 반전 입력단의 전압(vg)과 동일하게 하도록 기생 커패시터(Cshield)를 충전하는 것이 요구될 수 있다(도 6a 참조).

제1 클럭 신호(φ1)가 온(on)되면, 기생 커패시터(Cshield)의 출력 노드는 기준전압(Vref)으로 충전된다. 연산증폭기(211)의 반전 입력 단자는 기준전압(Vref)이 입력되는 비반전 입력 단자와 가상 단락(virtually short)된다.

따라서, 가변 커패시터(Cfinger)로부터 저장 커패시터(Cs)로 전하들이 전송될 때, 구동 라인(61)의 출력노드 전압(vp)이 연산증폭기(211)의 반전 입력 노드 전압(vg)과 동일하게 되므로 기생 커패시터(Cshield)에서 저장 캐퍼시터(Cs)로 어떤 전하도 전송되지 않는다. 결과적으로, 구동 라인(61)의 기생 커패시터(Cshield) 내에 저장된 전하들은 출력 전압에 영향을 끼치지 못하고, 구동 라인(61)의 기생 커패시터(Cshiled)의 기생 효과는 제거될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 정전 용량 감지용 전하 전송 회로(200a, 200b)의 전송 함수는 수학식 1과 같다.

여기서, z는 z-변환(z-transform)의 매개 변수(parameter), Cf는 가변 커패시터(Cfinger)의 커패시턴스, 그리고 Cs는 저장 커패시터(Cs)의 커패시턴스이다.

저장 캐퍼시터(Cs)는 제 2 클럭 신호(φ2)의 상승 시간(rising time)에 가변 캐퍼시터(Cfinger)로부터 전송된 전하를 적분할 수 있다. 여기서, 적분값의 기울기는 가변 커패시터(Cfinger) 값에 따라 달라진다. 가변 커패시터(Cfinger)의 값은 융선에서 큰 값을 갖고, 고랑에서 작은 값을 갖는다.

그러므로, 도 5에 도시된 바와 같이, 연산증폭기(211)의 출력 전압값(Vout)은 기준전압(Vref)에서 시작하여 클럭의 회수가 증가함에 따라 융선(Ridge)의 경우는 고랑(Valley)의 경우보다 크게 증가한다.

도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 지문인식장치들(1a, 1b)에 포함되는 다른 실시예에 따른 정전용량감지용 전하 전송회로(200b)의 회로도이다. 전술한 본 발명의 실시예를 통해 설명한 구성 요소는 동일한 부호를 사용하고, 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.

도 4b를 참조하여 설명되는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전 용량 감지용 전하 전송 회로(200b)가 전술한 정전 용량 감지용 전하 전송 회로(200a)와 다른 점은 다음과 같다.

능동 출력 전압 피드백부(210b)를 구성하는 연산증폭기(211)의 비반전 입력단은 제 3 스위치(TG1), 저장 캐퍼시터(Cs) 및 리셋 스위치(rst)의 일 단과 연결되고, 저장 캐퍼시터(Cs) 및 리셋 스위치(rst)의 타 단은 접지(ground)에 연결될 수 있다. 그리고, 제 3 스위치(TG1)의 타 단은 제 4 스위치(TG2)의 일 단 및 기생 커퍼시터(Cshield)의 일 단과 연결될 수 있다.

버퍼 회로부(212)는 연산증폭기(211)의 반전 입력단과 출력단을 연결한 전압 팔로워(voltage follower)일 수 있다.

연산증폭기(211)의 반전 입력단은 연산증폭기(211)의 출력단, 제 4 스위치(TG2) 및 기생 커패시터(Cshield)의 타 단과 연결될 수 있다. 이에 따라, 기생 커패시터(Cshield)로부터 전하들이 전송되는 것을 방지하기 위해, 출력 전압(Vout)이 전압 팔로워(follower)로 공급되고, 제 4 스위치(TG2) 및 기생 커패시터(Cshield)로 피드백될 수 있다. 제 1 스위치(MP1) 및 제 4 스위치(TG2)가 온(on) 상태가 되는 제 1 클럭 신호(φ1)가 하이(High) 상태일 때, 구동 라인(61)의 전압(vp)은 버퍼회로 입력단(vg)과 동일한 전압이 되도록 기생 커패시터(Cshield)를 충전할 수 있다. 결과적으로, 기생 커패시터(Cshield) 내에 저장된 전하들은 출력 전압에 영향을 끼치지 못한다. 이러한 동작들을 수행하는 회로를 본 발명에서는 능동 출력 전압 피드백부(210b)라 지칭한다.

도 6a은 도 1a에 도시된 직접 방식(direct method)에 따른 지문인식장치(1a)에 도 4a에 도시된 정전 용량 감지용 전하 전송 회로(200a)가 사용되는 상황에 대한 개략도이다.

도 6a를 참조하면, 제 1 클럭바 신호(

)는 제 1 클럭 신호(φ1)를 반전시킨 것이고, 제 2 클럭바 신호(

)는 제 2 클럭 신호(φ2)를 반전시킨 것이다. 제 1 스위치(MP1)는 피모스(P-channel Metal-Oxide-Semiconductor : PMOS) 트랜지스터이고, 제 2 스위치(MN1)는 엔모스(N-channel MOS : NMOS) 트랜지스터이다. 제 3 스위치(TG1) 및 제 4 스위치(TG2)는 피모스 트랜지스터 및 엔모스 트랜지스터가 병렬로 연결된 트랜스미션 게이트(transmission gate)들이다.

제 1 스위치(MP1)와 제 4 스위치(TG2)는 제 1 클럭 신호(φ1) 또는 제 1 클럭바 신호(

)에 의해 온(on) 또는 오프(off) 상태가 될 수 있다. 제 2 스위치(MN1)와 제 3 스위치(TG1)는 제 2 클럭 신호(φ2) 또는 제 2 클럭바 신호(

)에 의해 온(on) 또는 오프(off) 상태가 될 수 있다.

차폐용 플레이트(metal shielding; 500)는 센서 플레이트(sensor plate; 400) 하부의 회로로부터 생성되는 노이즈(noise)를 차단하여 터치 감도를 향상시킬 수 있다. 상기 센서 플레이트 하부의 회로는 스위치드 캐퍼시터 적분기(210a) 또는 손가락으로부터 가변 커패시터(Cfinger)를 추출하는 것과 무관한 기타 회로들이 포함될 수 있다.

이 때, 센서 플레이트(400)와 차폐용 플레이트(500) 사이에 기생 커패시터(Csheild)가 생성될 수 있다. 예를 들면, 기생 캐퍼시터(Cshield)는 센서 셀의 크기에 따라 수십~수백 fF의 범위를 가질 수 있다. 스위치드 커패시터 적분기(210a)는 도 4a에서 설명한 바와 같이 구동 라인(61)에 연결된 센서 플레이트(400)와 차폐용 플레이트(500) 사이에서 생성된 기생 커패시터(Cshield)의 기생 효과를 제거하기 위해서, 구동 라인(61)의 전압(vp)을 연산증폭기(211)의 반전 입력단의 전압(vg)과 동일하게 기생 커패시터(Cshield)를 충전할 수 있다.

제1 클럭 신호(φ1)가 하이(High)가 되면, 기생 커패시터(Cshield)의 출력 노드는 기준전압(Vref)으로 충전된다. 연산증폭기(211)의 반전 입력 단자는 기준전압(Vref)이 입력되는 비반전 입력 단자와 가상 단락(virtually short)된다.

따라서, 가변 커패시터(Cfinger)로부터 저장 커패시터(Cs)로 전하들이 전송될 때, 구동 라인(61)의 출력노드 전압(vp)이 연산증폭기(211)의 반전 입력 노드 전압(vg)과 동일하게 되므로 기생 커패시터(Cshield)의 기생효과를 제거할 수 있다.

베젤(bezel; 300a)은 손가락에 접촉하여 직접 전원 입력신호(Vin1 또는 Vin2)를 인가할 수 있다. 전술한 바와 같이, 본 발명에서 베젤을 통해 손가락에 직접 접촉하여 동작을 수행하는 방식은 직접 방식(Direct Method)이라고 지칭한다.

베젤(300a)은 금속일 수 있고, 전도성 플라스틱(conductive polymers) 또는 전기가 통할 수 있는 물체일 수 있다.

손가락은 도 6a에 도시된 바와 같이 간단히 직렬로 연결된 기생 저항(Rfinger)과 가변 캐퍼시터(Cfinger)로 모델링될 수 있다. 여기서, 가변 캐퍼시터(Cfinger)는 융선 캐퍼시터(Cridge) 또는 고랑 캐퍼시터(Cvalley)일 수 있다.

센서 플레이트(400)는 보호막(passivation layer)에 의해 손가락과 분리될 수 있다. 그러므로, 손가락 캐퍼시터(Cfinger)는 칩 표면과 손가락 피부 사이의 공기 캐퍼시터(Cair) 및 센서 플레이트(400)와 칩 표면 사이의 보호막 캐퍼시터(Cpass)가 직렬로 연결된 캐퍼시터로 구성될 수 있다.

X-구동부(70)의 드라이버(driver)로부터 구동된 전원 입력신호(Vin1 또는 Vin2)는 베젤 콘택을 통해 직접 손가락으로 인입된다.

손가락 캐퍼시터(Cfinger)에 축적되는 전하들은 저장 캐퍼시터(Cs)로 전송될 수 있다. 손가락 캐퍼시터(Cfinger)는 각각 융선 캐퍼시터(Cridge) 또는 고랑 캐퍼시터(Cvalley)에 따라 다른 값을 가질 수 있다.

고랑 캐퍼시터(Cvalley)가 직렬로 연결된 칩 표면과 손가락 피부 사이의 공기 캐퍼시터(Cair) 및 센서 플레이트(400)와 칩 표면 사이의 보호막 캐퍼시터(Cpass)에 대응하는 반면에 융선 캐퍼시터(Cridge)는 센서 플레이트(400)와 칩 표면 사이의 보호막 캐퍼시터(Cpass)에 대응한다. 이는 다음과 같은 수학식으로 나타낼 수 있다.

융선 캐퍼시터(Cridge)와 고랑 캐퍼시터(Cvalley) 사이의 차이로 정의되는 손가락 캐퍼시터(Cfinger)의 변동은 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.

센서 플레이트(400)와 차폐용 플레이트(500) 사이에 형성된 기생 커패시터(Csheild)는 제 4 스위치(TG2)의 일 단 및 연산증폭기(211)의 비반전 입력단자에 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 기준전압(Vref)이 비반전 입력단자에 입력될 수 있다.

따라서, 제 4 스위치(TG2)가 온(on)이 되는 경우, 구동 라인(61)은 연산증폭기(211)의 비반전 입력단자에 입력되는 기준전압(Vref)으로 센서 플레이트(400)의 전압 및 차폐용 플레이트(500)의 전압이 동일하게 충전되므로, 기생 커패시터(Csheild)는 효과적으로 제거될 수 있다. 그러므로, 본 발명의 정전 용량 감지용 전하 전송 회로의 단일 전하 전송 당 출력전압(Vout)은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, 캐퍼시터(Cfinger)는 융선 캐퍼시터(Cridge) 또는 고랑 캐퍼시터(Cvalley)이다. z를 매개변수로 하는 전송함수(transfer function)는 다음과 같이 쓸 수 있다. 여기서, Vdd는 입력전압 Vin1 또는 Vin2가 될 수 있다.

수학식 5로부터 융선 캐퍼시터(Cridge)와 고랑 캐퍼시터(Cvalley)의 출력전압들이 얻어질 수 있고, 융선 캐퍼시터(Cridge)와 고랑 캐퍼시터(Cvalley)의 출력전압들의 차이는 다음과 같이 정의될 수 있다.

결론적으로, 융선 캐퍼시터(Cridge)와 고랑 캐퍼시터(Cvalley) 사이의 출력전압 차이인 감지 전압(Vsense)는 n 번째 적분 후에는 다음과 같이 정의된다.

도 6b는 도 1a에 도시된 직접 방식(direct method)에 따른 지문인식장치(1a)에 도 4b에 도시된 정전 용량 감지용 전하 전송 회로(200b)가 사용되는 상황에 대한 개략도이다. 전술한 본 발명의 실시예를 통해 설명한 구성 요소는 동일한 부호를 사용하고, 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.

능동 출력 전압 피드백부(210b)는 도 4b에서 설명한 바와 같이 동작한다. 즉, 제 1 스위치(MP1) 및 제 4 스위치(TG2)가 온(on) 상태가 되는 제 1 클럭 신호(φ1)가 하이 상태일 때, 기생 커패시터(Cshied)는 구동 라인(61)의 전압(vp)과 연산증폭기(211)로 이루어진 버퍼회로 입력단(vg)의 전압이 동일한 전압이 되도록 충전될 수 있다. 그러므로, 기생 커패시터(Cshield)는 제거될 수 있다.

도 7a는 도 1b에 도시된 유사 직접 방식(pseudo-direct method)에 따른 지문인식장치(1b)에 도 4a에 도시된 정전 용량 감지용 전하 전송 회로(200a)가 사용되는 상황에 대한 개략도이다. 전술한 본 발명의 실시예를 통해 설명한 구성 요소는 동일한 부호를 사용하고, 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.

도 7a을 참조하여 설명되는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지문인식장치가 전술한 지문인식장치(도 6a 참조)와 다른 점은, 베젤(300a)을 전극으로 사용하는 방식과는 달리 전원 입력신호(Vin1 또는 Vin2)를 전달하는 전극을 칩의 최상층 메탈(top metal)인 Tx 플레이트(Tx plate; 300b)로 대치한다는 점이다. 전술한 바와 같이, 본 발명에서 보호막을 통해 Tx 플레이트에서 손가락을 접촉하여 동작을 수행하는 방식은 유사 직접 방식(Pseudo-Direct Method)이라 지칭한다.

이 때, Tx 플레이트(300b)과 손가락 사이에 보호막에 의한 보호막 캐퍼시터(Cperi)가 생길 수 있다. 보호막 캐퍼시터(Cperi)는 도 7a에 도시된 바와 같이 손가락과 저항을 통한 접지 노드와 캐퍼시터(Cfinger)에 연결될 수 있다.

따라서, 보호막 캐퍼시터(Cperi)와 손가락 캐퍼시터(Cfinger)는 직렬형태로 연결이 될 수 있고, 총 정전용량(Ctotal)는 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.

보호막 캐퍼시터(Cperi)의 값이 손가락 캐퍼시터(Cfinger)에 비하여 크다고 가정하면, 총 정전용량(Ctotal)은 대략 손가락 캐퍼시터(Cfinger)를 따른다는 것을 알 수 있다. Tx 플레이트(300b)의 크기를 센서 셀의 크기에 비해 충분히 크게 만든다면 보호막 캐퍼시터(Cperi)에 의한 손가락 캐퍼시터(Cfinger)변화의 영향을 충분히 무시할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 유사 직접(pseudo-direct) 방식은 스위치드 커패시터 적분기 또는 능동 출력 전압 피드백 적분기를 기반으로 하므로, 전압 출력범위는 전원 전압 구간 전부일 수 있다.

도 7b는 도 1b에 도시된 유사 직접 방식(pseudo-direct method)에 따른 지문인식장치(1b)에 도 4b에 도시된 정전 용량 감지용 전하 전송 회로(200b)가 사용되는 상황에 대한 개략도이다. 전술한 본 발명의 실시예를 통해 설명한 구성 요소는 동일한 부호를 사용하고, 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.

유사 직접 방식(pseudo-direct method)이므로 베젤을 전극으로 사용하는 방식과는 달리 최상층 메탈(top metal)인 Tx 플레이트(Tx plate; 300b)이 보호막을 통해 접촉되는 손가락에 전원 입력신호(Vin1 또는 Vin2)를 전달한다. 회로의 동작은 도 4b에서 설명한 바와 같다.

도 8은 도 1b에 도시된 유사 직접 방식의 지문인식장치에 대한 레이아웃 평면도(layout top-view)이다.

최상층 메탈(top metal)인 Tx 플레이트(300b)가 칩 외부를 감싼 형태이다. 센서 셀 블록과 간격을 두어 공간 캐퍼시터(Cgap)이 충분히 작게 만들어 Tx 플레이트전극(300b)에 가해진 입력신호가 센서 셀 어레이로 바로 넘어가는 것을 방지할 수 있다. 이 간격은 보호막(passivation)의 두께에 따라 적당하게 조절할 수 있다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지문인식장치(900)의 블록도이다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 지문인식장치(900)는 제 1 클럭생성부(910), 가변주기 클럭 발생부(variable clock generator, 920), 베젤 드라이버(930), 베젤(940), 센서 셀 어레이(950), Y-구동부(YMUX & Control Logic; 960), X-구동부(XMUX & Control Logic; 970), X, Y 주소 카운터(X, Y address counter; 980), 증폭기(amplifier; 990) 및 ADC(Analog to Digital Converter)를 포함할 수 있다.

제1 클럭 생성부(910)는 시스템 클럭(CLK)과 동기하여 제1 클럭 신호(φ1) 및/또는 제2 클럭 신호(φ2)를 생성할 수 있다. 또한, 제1 클럭 생성부(10)는 제1 클럭바 신호(

) 및/또는 제2 클럭바 신호(

)를 생성할 수 있다. 여기서, 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 클럭 신호(φ1) 및 제 2 클럭 신호(φ2)는 서로 중첩되지 않는 클럭(clock) 신호들일 수 있다. 제1 클럭바 신호(

)는 반전시킨 제1 클럭 신호(φ1)이고, 제2 클럭바 신호(

)는 반전시킨 제2 클럭 신호(φ2)이다.

시스템 클럭(ck)에 기반한 가변주기 클럭 발생부(920)는 X, Y 주소카운터(980)을 통해 적분시간주기를 가변적으로 제어하여 지문인식 센서 어레이(950)의 셀 신호의 크기를 증폭할 수 있는 재설정/측정 펄스(reset / evaluation pulse)들을 생성할 수 있다. 한편, 가변주기 클럭 발생부(920)는 도 1a 또는 도 1b에서 도시된 바와 같이 PERIOD 신호에 의하여 다양한 주기를 생성할 수 있고, 초기에 RESET 신호를 입력받아 동작을 개시할 수 있다.

베젤 드라이버(930)는 제 1 클럭 신호(φ1) 및/또는 제 2 클럭 신호(φ2)를 입력받아 베젤을 구동하는 신호를 출력할 수 있다. 또한, 베젤 드라이버(930)는 제1 클럭바 신호(

) 및/또는 제2 클럭바 신호(

)를 입력받아 베젤을 구동하는 신호를 출력할 수 있다.

베젤(940)은 손가락에 직접 전원 입력 신호를 인가하기 위해 사용될 수 있다. 베젤(940)은 금속일 수도 있고, 전도성 플라스틱(conductive polymers) 또는 전기가 통할 수 있는 물체일 수 있다. 여기서, 베젤(940)은 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 직접 방식(Direct Method)으로 손가락에 직접 접촉하여 동작을 수행하는 베젤(40a) 또는 유사 직접 방식(Pseudo-Direct Method)으로 보호막(passivation layer)을 통해 칩의 최상층 메탈인 Tx 플레이트(40b)일 수 있다.

센서 셀 어레이(950)는 한 화소(pixel) 단위의 행열로 배열된 다수의 센서플레이트(sensor plate)들일 수 있고, 접촉된 지문 부분이 융선, 고랑인지에 따라 형성되는 캐퍼시턴스(Cfinger)를 생성할 수 있다.

Y-구동부(960)는 순차적으로 센서 셀 어레이(950) 중 행(row)으로 배열되는 각 행의 센서 셀들을 선택하고, 구동할 수 있다.

X-구동부(970)는 센서 셀 어레이(950)에서 선택된 열과 Y-구동부(960)에 의해 선택된 행에 속하는 한 화소의 센서 셀에서 감지한 캐퍼시턴스값(Cfinger)을 구동할 수 있다. 또한, X-구동부(970)는 충분한 신호 레벨 및 SNR을 얻기 위해 상당한 클럭의 수에 의한 적분에 사용하기 위해 도 5에 도시된 비중첩 2 위상 클럭(two-phase non-overapping clock, φ1, φ2₎신호를 입력받는다.

가변주기 클럭 발생부(920)에 발생된 가변주기 클럭에 기반한 X, Y 주소 카운터(980)는 접촉된 지문에서 형성된 각 센서 셀의 캐퍼시턴스(Cfinger)를 검출하기 위하여 센서 셀 어레이(950)의 각 행과 각 열의 값을 순차적으로 증가시켜 각 센서 셀을 활성화시킬 수 있다.

증폭기(990)는 signal out단에서 출력신호를 더 크게 증폭시킬 수 있다. ADC(Analog to Digital Converter)는 증폭기(990)로부터 선택되어 샘플링/홀딩된 캐퍼시턴스값을 디지털 값으로 변환할 수 있다. 그리고, 디지털 값으로 변환된 캐퍼시턴스값에 따라 외부 또는 내부에 존재하는 마이크로 프로세서(Micro Processor), CPU(Central Processor Unit), AP(Application Processor) 등이 융선인지 고랑인지 판단할 수 있다.

외부의 베젤(940)에 의하여 손가락에 신호가 전달되면, 각각의 센서 셀에 저장되는 캐퍼시턴스값이 도 4a에 도시된 스위치드 캐퍼시터 적분기(210a) 또는 도 4b에 도시된 능동 출력 전압 피드백부(210b)에 의하여 센싱 신호가 축적되게 된다. 이 때, 융선과 골의 충분한 신호 차이를 얻으면서 만족할 만한 SNR을 얻기 위해서는 도 5에서 설명한 바와 같이 충분한 적분 시간이 있어야 하며 이에 따른 SNR은 다음의 식으로 나타낼 수 있다.

수학식 10을 참조하면, 신호 대 잡음비는 적분 시간의 로그 스케일(log scale)에 비례하여 증가하게 된다. 디바이스의 신뢰성을 확보하기 위해서 도 6a와 같이 보호막(passivation)이나 칩 위에 추가의 보호막을 입혔을 때 센싱 캐패시턴스는 그 두께에 반비례하여 감소하게 된다. 실제로 보호막이 100 ㎛ 이상의 두께가 되면 비유전율이 5이하인 물질에서 융선과 센싱 플레이트간의 캐패시턴스가 1fF 이하가 된다.

한편, 가변주기 클럭 발생부(920)가 적분시간을 늘려 SNR을 증가시키는 경우, 안정적인 양질의 센싱 신호를 얻을 수 있으나, 각 센서 셀의 센싱 시간의 증가로 인해 전체적인 이미지 획득 시간이 증가되는 단점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 도 10에 도시된 것과 같은 파이프라인(pipeline) 구조의 센서 어레이 셀과 드라이버 구조를 제안한다.

도 10은 본 발명의 파이프라인 구조의 센서 어레이 셀과 드라이버 구조를 가진 정전 용량 감지용 지문인식장치(1000)의 블록도이다.

도 10을 참조하면, 정전 용량 감지용 지문인식장치(1000)는 제 1 클럭생성부(910), 가변주기 클럭 발생부(1020), 베젤 드라이버(930), 베젤(940), 센서 셀 어레이(1050), Y-구동부(960), X, Y 주소 카운터(X, Y address counter; 1080), X-디코더(XDEC; 1070), 증폭기(amp) 및 ADC(Analog to Digital Converter)를 포함할 수 있다.

여기서, 제1 클럭 생성부(910), 베젤 드라이버(930), 베젤(940), 센서 셀 어레이(950), Y-구동부(960), 증폭기(amp) 및 ADC(Analog to Digital Converter)는 도 9에서 설명한 바와 같으므로 자세한 설명은 생략한다. 셀 어레이(950)는 임의의 사이즈로 구성이 가능하나 편의상 n X n 사이즈로 나타내었다. 시스템 클럭(ck)에 기반한 가변주기 클럭 발생부(1020)는 파이프라인 프로세스의 개 수 m개 만큼의 카운터인 가변주기 클럭신호들(V-CK1 ~ V-CK m)를 구성하여 X 라인(컬럼라인)의 셀들을 제어하게 된다. 이때 m개의 셀 마다 동일한 V-CK에 연결되어 제어된다. 즉, V-CK1에는 1, m+1, 2m+1, ... , n-m+1 번째 X 라인의 셀들이 연결된다. 다른 X 라인의 셀들도 마찬가지 구조를 이룬다. 즉, 컬럼라인마다 파이프라인 프로세스의 개수 m개 만큼의 재설정/측정 펄스(reset / evaluation pulse)들을 제어하는 가변주기 클럭신호들인 vck1, vck2, ... , vck m 클럭 신호들을 생성할 수 있다.

X, Y 주소 카운터(1080)는 n-시프트 링 카운터(1081), m-시프트 링 카운터(1082)를 포함하여 n-시프트 링 카운터(1081), m-시프트 링 카운터(1082)의 출력신호들을 주소선택신호들로 출력할 수 있다.

n-시프트 링 카운터(1081)는 Y-구동부(960)를 제어하는 것으로서, Y주소선택신호를 출력하여 Y-구동부(960)가 순차적으로 Y-라인의 셀들을 선택할 수 있게 한다. m-시프트 링 카운터(1082)는 X주소선택신호를 출력하여 가변주기 클럭 발생부(1020)가 특정 클럭 수만큼의 간격으로 가변주기 클럭신호들인 vck1, vck2, ... , vck m 신호를 생성할 수 있게 한다.

이와 같이, X, Y 주소 카운터(1080)는 로우라인 또는 컬럼라인을 선택하는 주소선택신호들을 생성하고 출력할 수 있다. 즉, X, Y 주소 카운터(1080)는 n-시프트 링 카운터(1081)의 출력신호를 Y주소선택신호로써 이용하여 순차적으로 로우라인(Y-라인)의 셀을 선택할 수 있다. 또한, X, Y 주소 카운터(1080)는 m-시프트 링 카운터(1082)의 출력신호를 X주소선택신호로써 이용하여 하나 이상의 컬럼라인(X-라인) 셀을 선택할 수 있다.

다중컬럼라인선택부(1090)는 LSB(Least Significant Bit)로 가변주기 클럭신호들과 MSB(Most Significant Bit)로 X-디코더(1070)의 XDEC 출력신호를 입력받아 최종적으로 하나의 컬럼라인을 선택할 수 있고, 선택된 캐퍼시턴스값을 샘플링/홀딩(sampling/holding)할 수 있다.

도 11은 도 10에 도시된 정전 용량 감지용 지문인식장치(1000)를 더욱 상세히 도시한 도면이다. 도 11을 참조하면, 전술한 바와 같이 시스템 클럭(ck)에 기반한 가변주기 클럭 발생부(1020)는 m-시프트 링 카운터(1082)가 출력하는 X주소선택신호에 의하여 각각의 컬럼라인(column)의 집합(950-1, 950-2, ... , 950-m)에 속하는 컬럼라인마다 동작하는 파이프라인 프로세스의 개수 m개 만큼의 카운터인 가변주기 클럭신호들(V-CK1 ~ V-CK m)를 구성하여 X 라인의 셀들을 제어하게 된다. 이때 m개의 셀마다 동일한 V-CK에 연결되어 제어된다. 즉, V-CK1에는 1, m+1, 2m+1, ... , n-m+1번째 X 라인의 셀들이 연결된다. 다른 X 라인의 셀들도 마찬가지 구조를 이룬다.

즉, 컬럼라인의 집합(950-1, 950-2, ... , 950-m)에 속하는 컬럼라인마다 동작하는 파이프라인 프로세스의 개수 m개 만큼의 재설정/측정 펄스(reset / evaluation pulse)들을 제어하는 가변주기 클럭신호들인 vck1, vck2, ... , vck m 클럭 신호들을 생성할 수 있다. 가변주기 클럭 발생부(1020)는 vck1, vck2, ... , vck m 들의 가변주기 클럭신호들을 이용하여 m-시프트 링 카운터(1082)의 X주소선택신호에 따라 서로 다른 시간에 재설정/측정 펄스를 생성할 수 있고, 적분 주기도 임의로 제어할 수 있다. X-디코더(XDEC; 1070)는 다중컬럼라인선택부(1090)가 최종적으로 하나의 컬럼라인이 선택할 수 있도록 출력신호인 XDEC 신호를 MSB(Most Significant Bit) 신호로서 제공한다.

즉, 가변주기 클럭 발생부(1020)의 가변주기 클럭신호(V-CK1, V-CK2, ... , V-CK m)를 제어하는 m-시프트 링 카운터(1082)의 X주소선택신호 출력을 클럭으로 이용하여 X-디코더(XDEC; 1070)의 출력신호인 XDEC 신호를 카운트(count) 또는 순차적으로 증가시키며 다중컬럼라인선택부(1090)의 제2컬럼라인선택부(1092)를 선택하는 신호로 사용된다.

m-시프트 링 카운터(1082)는 가변주기 클럭 발생부(1020)가 생성하는 가변주기 클럭신호(V-CK 신호)를 고정된 클럭 수만큼의 간격으로 선택할 수 있다. 예를 들어, 8개 클럭마다 시프트(shift)하는 m-시프트 링 카운터(1082)가 1번째 X라인부터 m번째 X라인까지 차례로 선택한 후, 다시 돌아와 1번째 X라인을 선택하게 된다. 이때 1, m+1, 2m+1, ... , n-m+1 번째 X라인이 선택되지만 다중컬럼라인선택부(1090)에 의하여 1, m+1, 2m+1, ... , n-m+1 번째 X라인 중 하나의 X라인의 셀이 선택되어 신호가 출력된다.

다중컬럼라인선택부(1090)는 가변주기 클럭 발생부(1020)에서 출력된 가변주기 클럭신호들(V_CK<m:1>)에 의해 1차로 선택된 복수개의 컬럼라인의 집합(950-1, 950-2, ... , 950-m)중에서 특정 컬럼라인들을 선택하고, 2차로 선택된 복수개의 컬럼라인의 집합(950-1, 950-2, ... , 950-m)중 특정 컬럼라인들 중에서 다시 X-디코더(1070)의 출력신호인 XDEC <n/m:1>를 입력받아 최종적으로 하나의 컬럼라인을 선택할 수 있다. 또한, 다중컬럼라인선택부(1090)는 선택된 셀의 캐퍼시턴스값을 샘플링/홀딩(sampling/holding)할 수 있다.

예를 들면, 1차로 선택된 복수개의 컬럼라인의 집합들(950-1, 950-2, ... , 950-m)중 각각의 컬럼라인집합에서 3번째 컬럼라인들을 선택하면, 각각의 컬럼라인집합을 이루는 1번째 제1컬럼라인선택부(1090-1), 2번째 제1컬럼라인선택부(1090-2), 3번째 제1컬럼라인선택부(1090-3), ... , m번째 제1컬럼라인선택부(1090-m)에서 3번째 컬럼라인들이 선택된다. 다음, 1차로 선택된 3번째 컬럼라인들 중에서 2차로 제2컬럼라인선택부(1092)가 X-디코더(XDEC; 1070)의 출력 신호인 XDEC 신호를 MSB 신호로 입력받아 최종적으로 하나의 컬럼라인의 셀 캐퍼시턴스값을 출력할 수 있다.

도 12는 다중컬럼라인선택부(1090)의 구조를 더욱 상세히 도시한 도면이다. 도 12를 참조하면, 다중컬럼라인선택부(1090)는 2단 구조로 이루어져 있고, 각각의 제1컬럼라인선택부(1090-1, 1090-2, ... , 1090-m)는 m개의 컬럼라인 입력을 받아 각각의 V-CK <m:1> 신호에 따라 1개의 컬럼라인 입력을 선택하여 제2컬럼라인선택부(1092)로 출력한다.

제2컬럼라인선택부(1092)는 각각의 제1컬럼라인선택부(1090-1, 1090-2, ... , 1090-m)들의 출력인 n/m개의 입력을 받아 1개를 선택하여 출력한다. 제2컬럼라인선택부(1092)는 결과적으로 n개(m X (n/m)= n)의 입력을 받아 1개의 입력을 선택할 수 있다. 각각의 제1컬럼라인선택부(1090-1, 1090-2, ... , 1090-m)에 입력되는 가변주기 클럭신호(V-CK <m:1>)는 LSB(Least Significant Bit) 선택신호가 되고, 제2컬럼라인선택부(1092)에 입력되는 X-디코더(XDEC; 1070)의 출력 신호인 XDEC <n/m:1> 신호는 MSB(Most Significant Bit) 선택신호가 된다.

여기에서, X-디코더(XDEC; 1070)의 출력 신호인 XDEC <n/m:1> 신호는 m-시프트 링 카운터(1082)의 X주소선택신호 출력을 클럭으로 이용하여 카운트(count) 또는 순차적으로 증가할 수 있다. 또한, 제2컬럼라인선택부(1092)는 X-디코더(1070)의 출력신호인 XDEC <n/m:1> 신호를 입력받아 제1컬럼라인선택부(1090-1, 1090-2, ... , 1090-m)들의 출력값 중 하나를 선택한다.

도 13는 도 12에 도시된 1번째 제1컬럼라인선택부(1090-1)의 회로도이다. 도 13을 참조하면, 제1컬럼라인선택부(1090-1)는 CMOS transmission gate로 이루어져 있고, 가변주기 클럭신호인 V_CK <m:1> 신호에 따라 m개의 컬럼라인 입력 중 하나의 입력을 선택할 수 있다. 다른 제1컬럼라인선택부(1090-m)들도 마찬가지이다.

예를 들어, 일반적인 정전 용량 감지용 지문 인식 장치(1000)에 대해 다시 설명하면 다음과 같다.

n개(단, n은 1이상의 정수)의 로우라인(row line)들과 m개(단, m은 1이상의 정수)의 컬럼라인(column line)들로 이루어진 n X m 크기의 행렬을 포함하는 정전 용량 감지용 지문인식 셀 어레이(fingerprint sensor cell array)가 있는 경우, 각각의 제1 컬럼라인선택부(1090-1, ..., 1090-m)는 상기 정전 용량 감지용 지문인식 셀 어레이 중 k개(단, k는 1이상 m이하의 정수, m/k는 1이상의 정수)의 컬럼라인들을 하나의 집합으로 하는 m/k개의 컬럼라인집합을 가진다.

X, Y 주소 카운터(1080)는 n-시프트 링 카운터(1081)로 n개의 로우라인만큼 순차적으로 n개의 Y 주소를 증가시킬 수 있다. 또한, X, Y 주소 카운터(1080)는 k-시프트 링 카운터(1082; 컬럼라인집합의 컬럼라인 수가 k개이므로 k-시프트 링 카운터를 이용한다.)로 k개의 컬럼라인만큼 순차적으로 컬럼라인집합들 중 각각의 i번째 열(단, i은 1이상 k이하의 정수)에서 동시에 재설정 또는 측정(reset or evaluation) 동작을 수행하도록 하는 가변주기 클럭신호를 발생시켜 상기 i번째 열에 클럭 신호를 인가하는 가변주기 클럭 발생부(1020)에 k개의 X 주소를 순차적으로 증가시켜 전달한다.

한편, X-디코더(XDEC; 1070)는 X, Y 주소 카운터(1080)의 k-시프트 링 카운터(1082)에서 순차적으로 증가하는 출력신호인 XDEC 신호를 입력받아 클럭으로 이용하여 1부터 m/k까지(m/k는 정수) 증가시킨다.

그리고, 다중컬럼라인선택부(1090)는 상기 가변주기 클럭신호와 상기 X-디코더의 출력신호인 XDEC 신호를 입력받아 상기 셀 어레이의 컬럼라인들 중에서 하나의 컬럼라인을 선택한다.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따라 파이프라인 구조의 센서 어레이를 제어하는 가변주기 클럭신호 V-CK <m:1> 신호들의 타이밍 다이어그램이다. 전술한 바와 같이, 센서 셀의 SNR을 증가시키면서 충분한 크기의 신호를 얻기 위해서는 센싱 신호를 충분하게 적분해야 한다. 도 11을 참조하면, 가변주기 클럭 발생부(1020)가 가변적으로 주기를 변화하여 센서 셀의 신호적분 주기를 제어할 수 있다.

도 14(a)를 참조하면, 8 클럭 마다 V-CK가 선택되고 10 클럭 주기마다 재설정/측정(reset/evaluation) 신호를 출력한다. V-CK1이 동작한 후 8 클럭 이후 V-CK2가 동작하며, V-CK2가 동작한 후 8클럭마다 차례로 V-CK가 동작한다. V-CKm이 동작 완료되면 V-CK1이 다시 동작한다. 도 14(b)를 참조하면, V-CK 클럭 제어의 또 다른 예로 8 클럭 마다 V-CK가 동작하고 20 클럭 주기마다 재설정/측정(reset/evaluation) 신호를 출력한다.

결론적으로, 지문 이미지 획득을 위해 많은 시간의 필요한 정전용량 감지 지문인식장치의 문제점을 효과적으로 개선시키면서, SNR을 적분 시간에 비례하여 증가시킬 수 있는 파이프라인 구조의 지문센서 드라이버 구조를 제안한다.

그러므로, 동시에 여러 개의 센서 셀의 신호들을 적분하여 적분시간을 효과적으로 줄일 수 있고, 여러 개의 출력 아날로그 사용시 생길 수 있는 고정패턴 잡음을 하나의 아날로그 출력으로 효과적으로 없앨 수 있다. 또한, SNR을 충분히 개선 하면서도 빠른 이미지 획득을 할 수 있다.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 용량 감지용 지문인식방법의 순서도이다.

도 15를 참조하면, n개(단, n은 1이상의 정수)의 로우라인들과 m개(단, m은 1이상의 정수)의 컬럼라인들로 이루어진 n X m 크기의 행렬을 포함하는 지문인식 셀 어레이에서, X, Y 주소 카운터가 상기 로우라인 또는 상기 컬럼라인을 선택하는 주소선택신호들을 생성하고 출력할 수 있다(S100).

제1컬럼라인선택부(1090-1, 1090-2, ... , 1090-m)들에 의해 k개(단, k는 1이상 m이하의 정수, m/k는 1이상의 정수)의 컬럼라인들을 하나의 집합으로 하는 m/k개의 컬럼라인집합들에서, 가변주기 클럭 발생부(1020)가 상기 주소선택신호들 중 X주소선택신호를 입력받아 임의의 클럭주기로 상기 컬럼라인집합들 중 각각의 i번째 열(단, i은 1이상 k이하의 정수)에서 동시에 재설정 또는 측정(reset or evaluation) 동작을 수행하도록 하는 가변주기 클럭신호를 발생시켜 상기 i번째 열에 클럭 신호를 인가할 수 있다(S200).

다음, X-디코터(1070)는 상기 주소선택신호들 중 X주소선택신호를 입력받아 클럭으로 이용하여 순차적으로 출력신호인 XDEC 신호를 1부터 m/k까지(m/k는 정수) 증가시킬 수 있다(S300).

다음, 다중컬럼라인선택부(1090)는 제1 컬럼라인선택부(1090-1, ... , 1090-m )들에서 상기 가변주기 클럭신호(V_CK <m:1>)와 제2 컬럼라인선택부(1092)에서 상기 XDEC 신호를 입력받아 상기 셀 어레이의 컬럼라인들 중에서 하나의 컬럼라인을 선택할 수 있다(S400).

61 : 구동 라인 940 : 베젤
70 : X-구동부 950 : 센서 셀 어레이
71 : X-구동 라인 960 : Y-구동부
210a : 스위치드 캐퍼시터 적분기 970 : X-구동부
210b : 능동 출력 전압 피드백부 980, 1080 : X, Y 주소 카운터
211 : 연산증폭기 990 : 증폭기
212 : 버퍼 회로부 1070 : X-디코더
40a, 300a : 베젤 1081 : n-시프트 링 카운터
40b, 300b : Tx 플레이트 1082 : m-시프트 링 카운터
400 : 센서 플레이트 1090 : 다중컬럼라인선택부
500 : 차폐용 플레이트 1092 : 제2 컬럼라인선택부
910 : 제1 클럭생성부
930 : 베젤 드라이버
900, 1000 : 정전 용량 감지용 지문인식장치
920, 1020 : 가변주기 클럭 발생부
1090-1, ... , 1090-m : 제1 컬럼라인선택부

Claims

n개(단, n은 1이상의 정수)의 로우라인(row line)들과 m개(단, m은 1이상의 정수)의 컬럼라인(column line)들로 이루어진 n X m 크기의 행렬을 포함하는 지문인식 셀 어레이(fingerprint sensor cell array);
상기 지문인식 셀 어레이 중 k개(단, k는 1이상 m이하의 정수, m/k는 1이상의 정수)의 컬럼라인들을 하나의 집합으로 하는 m/k개의 컬럼라인집합들;
상기 로우라인 또는 상기 컬럼라인을 선택하는 주소선택신호들을 생성하고 출력하는 X, Y 주소 카운터(X, Y address counter);
상기 X, Y 주소 카운터의 주소선택신호들 중 X주소선택신호를 입력받아 임의의 클럭주기로 상기 컬럼라인집합들 중 각각의 i번째 열(단, i은 1이상 k이하의 정수)에서 동시에 재설정 또는 측정(reset or evaluation) 동작을 수행하도록 하는 가변주기 클럭신호를 발생시켜 상기 i번째 열에 클럭 신호를 인가하는 가변주기 클럭 발생부;
상기 X, Y 주소 카운터의 주소선택신호들 중 X주소선택신호를 입력받아 클럭으로 이용하여 순차적으로 출력신호인 XDEC 신호를 1부터 m/k까지(m/k는 정수) 증가시키는 X-디코더(XDEC);
상기 가변주기 클럭신호와 상기 X-디코더의 출력신호인 XDEC 신호를 입력받아 상기 셀 어레이의 컬럼라인들 중에서 하나의 컬럼라인을 선택하는 다중컬럼라인선택부를 포함하는 정전 용량 감지용 지문인식장치.
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제1항에 있어서,
상기 X, Y 주소 카운터는 상기 지문인식 셀 어레이의 로우라인을 순차적으로 선택하는 제1 시프트 링 카운터를 포함하는 정전 용량 감지용 지문인식장치.
제3항에 있어서,
상기 X, Y 주소 카운터는 제2 시프트 링 카운터를 더 포함하고,
상기 제2 시프트 링 카운터는 1부터 k까지(단, k는 1이상의 m이하의 정수, m/k는 1이상의 정수) 순차적으로 증가시키는 신호를 출력하고, 상기 가변주기 클럭 발생부가 상기 제2 시프트 링 카운터 출력신호를 입력받아 임의의 클럭 주기로 각각의 컬럼라인집합 k개의 열들 중 i번째 열(단, i은 1이상 k이하의 정수)이 동시에 재설정 또는 측정(reset or evaluation) 동작을 수행하는 가변주기 클럭신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 정전 용량 감지용 지문인식장치.
제4항에 있어서,
상기 다중컬럼라인선택부는 복수의 제1컬럼라인선택부들을 포함하되,
상기 제1컬럼라인선택부는 m/k개의 상기 컬럼라인집합들 개수와 같이 m/k개가 존재하고, 각각 특정한 로우라인에 의해 정해진 행과 상기 가변주기 클럭신호에 의하여, 각각의 상기 컬럼라인집합의 k개의 열들에 의한 셀들 값들 중 하나만 선택하는 것을 특징으로 하는 정전 용량 감지용 지문인식장치.
제5항에 있어서,
상기 다중컬럼라인선택부는 제2컬럼라인선택부를 포함하되,
상기 제2컬럼라인선택부는 상기 m/k개의 제1컬럼라인선택부들로부터 선택된 값들 중에 상기 XDEC 신호에 의하여, 하나의 값만 선택하는 것을 특징으로 하는 정전 용량 감지용 지문인식장치.
n개(단, n은 1이상의 정수)의 로우라인들과 m개(단, m은 1이상의 정수)의 컬럼라인들로 이루어진 n X m 크기의 행렬을 포함하는 지문인식 셀 어레이에서, 상기 로우라인 또는 상기 컬럼라인을 선택하는 주소선택신호들을 생성하고 출력하는 단계;
k개(단, k는 1이상 m이하의 정수, m/k는 1이상의 정수)의 컬럼라인들을 하나의 집합으로 하는 m/k개의 컬럼라인집합들에서 상기 주소선택신호들 중 X주소선택신호를 입력받아 임의의 클럭주기로 상기 컬럼라인집합들 중 각각의 i번째 열(단, i은 1이상 k이하의 정수)에서 동시에 재설정 또는 측정(reset or evaluation) 동작을 수행하도록 하는 가변주기 클럭신호를 발생시켜 상기 i번째 열에 클럭 신호를 인가하는 단계;
상기 주소선택신호들 중 X주소선택신호를 입력받아 클럭으로 이용하여 순차적으로 출력신호인 XDEC 신호를 1부터 m/k까지(m/k는 정수) 증가시키는 단계; 및
상기 가변주기 클럭신호와 상기 XDEC 신호를 입력받아 상기 셀 어레이의 컬럼라인들 중에서 하나의 컬럼라인을 선택하는 단계를 포함하는 정전 용량 감지용 지문인식방법.
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