CN103376970B - 电容式感测阵列调制 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电容式感测阵列调制。一种电容式指纹传感器可由感测元件的阵列形成。该阵列的每个电容式感测元件记录随着电容耦合的电容而变化的电压。手指可电容地耦接至传感器的各个电容式感测元件，从而使得传感器可感测每个电容式感测元件与指纹的肌肉之间的电容。可通过感测随着手指与感测芯片之间的相对电压改变的、电容式感测元件上的电压变化来检测电容信号。替代地，可通过感测随着手指和感测芯片之间的相对电压改变的、由电容式感测元件接收到的电荷变化来检测电容信号。

Description

电容式感测阵列调制
对相关申请的交叉引用
本申请要求在2012年4月13日提交、发明名称为“Capacitive Sensing ArrayModulation”的第61/623,941号美国临时专利申请、在2012年5月18日提交、发明名称为“Inductive Boost Circuit and Fingerprint Sensing Systems”的第61/649,203号美国临时专利申请、在2012年6月29日提交、发明名称为“Capacitive Sensing ArrayModulation”的第61/666,579号美国临时专利申请、在2012年6月29日提交、发明名称为“Capacitive Sensing Array”的第61/666,610号美国临时专利申请、在2013年3月15日提交、发明名称为“Capacitive Sensing Array Modulation”的第13/842,635号美国发明专利申请的优先权，上述专利申请均通过引用的方式并入本文，就像在这里全部充分公开一样。
技术领域
这里所描述的实施方式一般涉及可用来支持指纹感测的电路，包括升压电路，例如电感式升压电路。
背景技术
下列术语是示例性的，并非旨在以任何方式进行限制。文本“电容式感测元件”及其变体，一般指代任意种类的一个或多个数据元素，包括关于单个位置感测到的信息。例如且非限制性的，电容式感测元件可包括关于指纹图像的相对小的区域的数据或其它信息。在阅读本申请之后，本领域技术人员将认识到，这些术语表述适用于技术、方法、物理元件以及系统(无论目前是否知晓)，包括阅读本申请之后本领域技术人员推断出或者可推断的其扩展。
指纹感测技术已变得广泛使用，并且常常用来提供对敏感电子设备和/或数据的安全访问。一般来说，电容式指纹传感器可用来通过测量经过电容式传感器的每个电容式感测元件的电容来确定指纹图像。电容越高，相邻或者上面的手指的表面距离电容式感测元件越近。因而，相比指纹谷，指纹脊在下面的电容式感测元件中中提供更高的电容。
电容式指纹传感器至少存在两种形式，即主动式和被动式。主动电容式传感器常用于电子设备，以提供用户的生物特征安全性和识别。
主动式电容式传感器初始激励被感测的手指的表皮。表皮的电容在每个电容式感测元件处测量。例如，通过在电容式感测元件阵列的调制频率的低电压阶段和高电压阶段期间测量电容式感测元件的电压和/或电荷，可测量出或确定出电容。电压差可用来确定电容。图1中示出了主动式电容式传感器的一种实施例。
如图1所示，主动式指纹传感器包括传感器芯片100上的电容式感测元件阵列102和驱动环104。电容式感测元件阵列102的电压没有直接被驱动或者调制，而是由驱动放大器106调制驱动环104。这又激励手指108，并且由于手指108的电压电势随着驱动环104的调制而改变，因此随着驱动环被调制，在电容式感测元件阵列102的每个电容式感测元件处的电压和/或电荷改变。
在这种传感器中，施加至驱动环的电压可能是有限的。通常，驱动环电压不超过4伏的峰-峰电压。超过此的电压可能将手指激励到过高的电压；此过度的激励可通过人检测为他们手指中的“刺痛”或者不舒服的感觉。虽然人可感测到刺痛的精确电压随着人的不同而变化，但是4伏的峰-峰电压通常被视为阈值，超过该阈值可注意到这种感觉。
由于限制驱动环的电压以避免用户感知，因此覆盖传感器的任意电介质的厚度也可以是有限的。传感器板和手指之间的电介质越厚，产生的电容变得越衰减且指纹图像变得越模糊。对于具有大约100微米的厚度或者大于大约100微米的电介质来说，指纹图像可能变得不可靠。
当用户的手指或手或者身体的其它部分通过接地而电容耦接至该系统时，或者当接触系统的其它部分时直接耦接至系统接地时，出现另一个局限性。用户至系统的这种电容耦接可能根据用户如何触摸装置而是高度可变的。这种寄生耦接衰减驱动环能驱入用户手指的电压，并因而减弱该信号。这种衰减根据用户如何触摸装置是高度可变化的。
发明内容
这里描述的实施方式可采取电子设备的形式，包括：传感器板，该传感器板包括各个电容式感测元件的阵列；驱动环，其连接至传感器板；以及调制电路，其被适配为控制传感器板接收到的调制信号，而驱动环接收到的驱动信号基本保持在超过电子设备接地电平的升压接地处。
其它实施方式可采用电子设备的形式，包括：电容式传感器，该电容式传感器包括：传感器板，其包括各个电容式感测元件的阵列；和驱动环，其连接至传感器板；第一调制电路，其可操作地连接至传感器板，其中第一调制电路被适配为调制传感器板的输入信号，而驱动环的驱动信号基本保持在超过电子设备接地电平的升压接地处；电感式升压电路，其配置成将升压电压提供至传感器板，所述升压电压相对于电子设备接地电平处于比驱动环和电子设备接地之间的相对电压更高的振幅；以及壳体，其围绕第一调制电路和电感式升压电路。
其它实施方式可采用一种用于操作电容式传感器的方法的形式，其中电容式传感器包括传感器板和驱动环，传感器板包括各个电容式感测元件的阵列，驱动环连接至传感器板，该方法包括：在扫描状态期间，调制传感器板的一个或多个输入信号，而将驱动环的驱动信号基本保持在系统接地电平处；以及在空闲状态期间，将传感器板的一个或多个输入信号基本保持在超过系统接地电平的升压接地处。
其它实施方式可采取一种用于操作电容式传感器的方法的形式，其中电容式传感器包括传感器板和驱动环，该传感器板包括各个电容式感测元件阵列，驱动环可操作地连接至传感器板，该方法包括：启动扫描操作并将驱动环的驱动信号转变至系统接地电平；当传感器板的输入信号处于低状态并且驱动环的驱动信号基本保持在系统接地电平时，从电容式感测元件读取第一信号；以及当传感器板的输入信号处于高状态并且驱动环的驱动信号基本保持在超过系统接地电平的升压接地处时，从电容式感测元件读取第二信号。
附图说明
图1描绘样本电容式感测阵列的框图。
图2描绘如本文所描述的电容式感测阵列实施方式的框图。
图3描绘合并该电容式感测阵列的实施方式的样本电子设备。
图4是根据实施方式的指纹感测系统的示意性图示。
图5是根据实施方式的电感式升压电路的示意性图示以及示出了电感式升压电路的示例操作的时序图。
图6是根据实施方式的另一个指纹感测系统的示意性图示。
具体实施方式
一般来说，这里讨论的实施方式可采用诸如指纹传感器之类的电容式传感器的形式。传感器可以由电容式感测元件阵列形成；该阵列的每个电容式感测元件可记录随着电容耦合的电容而变化的电压。手指可电容地耦接至传感器的各个电容式感测元件，从而使得传感器可感测每个电容式感测元件和指纹的肌肉之间的电容。可通过感测随着手指和感测芯片之间的相对电压改变的电容式感测元件上的电压变化来检测电容信号。替代地，可通过感测随着手指和感测芯片之间的相对电压改变的由电容式感测元件接收到的电荷变化来检测电容信号。进一步远离传感器的手指部分可在传感器与手指之间产生较低电容，并且因而在下面的电容式感测元件上产生较低的信号。相反，离传感器较近的手指部分可在传感器与手指之间产生较高的电容，并从而在下面的电容式感测元件上产生较高信号。因此，在指纹的脊下面的电容式感测元件可记录较高的信号，而在指纹的谷下面的电容式感测元件可记录较低的电容和较低的信号。
指纹传感器既包括传感器板又包括驱动环。传感器板和驱动环可置于电介质之下，从而使得手指不直接触摸传感器板或驱动环，而是替代地接触插入的电介质。在一些实施例中，手指可接触驱动环。
传感器电容式感测元件处的信号差可用来映射指纹。传感器的分辨率可随着电容式感测元件密度、传感器板的表面和手指之间的距离以及覆盖传感器板的电介质的厚度而变化。一般来说，随着电介质厚度增加，手指和传感器之间的电容变得越来越衰减，并且因此信号差也可以衰减。某些实施方式可通过在手指和传感器板之间施加更高、更不可变的相对电压变化来解决这种衰减，导致在传感器处更高的可检测信号，如这里更详细地描述的。
通过向传感器驱动更高的电压，传感器与手指之间的电容耦合可补偿电介质的厚度。通过按照这种形式增加电压，手指和传感器板的电容式感测元件之间的电容可以增大，从而获得指纹的更好的分辨率和成像。传感器可以在诸如12伏的峰-峰、16伏的峰-峰或更多之类的较高电压处驱动，而不引起用户手指或手中的任意物理感知。这可通过将驱动环的电压保持在系统接地电压处来实现，而传感器阵列利用更高的峰-峰电压信号来调制。
通过相对于系统接地向传感器驱动电压，同时将驱动环的电压保持在系统接地处最小化了由于作为其它手指、手或身体部分接触设备的其它部分的结果的、用户和系统接地之间的高度可变的电容耦合引起的信号衰减的问题。
图2描绘指纹传感器的一个样本实施方式。传感器200可以包括由各个电容式感测元件的阵列形成的传感器板202。虽然示出了传感器板202，但是出于清楚的目的，省略了各个电容式感测元件。如前面提到的，每个电容式感测元件可电容耦接至手指212的在电容式感测元件上面的一部分；上面的手指部分和电容式感测元件之间的距离确定这两者之间的电容并因而确定在电容式感测元件处记录的信号。随着距离减小，信号增大。每个电容式感测元件也电容耦接至其它邻近的上面的手指部分，并且随着距离增加，这造成模糊效果，其降低直接在手指脊和手指谷之下的电容式感测元件之间的总信号差。
指纹传感器亦可以包括驱动环204。驱动环204可保持在系统接地电压处，而不是保持在绝对或地球接地处。
指纹传感器亦可以包括第一和第二驱动放大器206和208，如图2所描绘的。第一驱动放大器206可驱动传感器集成电路，该传感器集成电路包括传感器板202，诸如具有调制电压的特定用途集成电路(ASIC)，以引起传感器板202和用户手指212之间的相对电压。第二驱动放大器208可提供电压和电流至传感器集成电路，以便传感器集成电路可根据第一和第二驱动放大器206和208之间的相对电压差进行操作。第二驱动放大器208可以与第一驱动放大器206同步提供调制电压，从而使得第一和第二放大器的输出之间的相对电压大致恒定。第一和第二驱动放大器可通过电容器210连接，这可帮助放大器206和208将第一和第二驱动放大器输出之间的相对电压保持恒定。
图3描绘了电子设备300，其可包含诸如如图2示出的指纹传感器之类的指纹传感器。电子设备300可以是移动电话、平板计算设备、笔记本计算机、个人数字助理、桌面式计算机、便携式媒体播放器等等。传感器板可置于诸如电子设备300的按钮302之类的输入机构之下。传感器板可替代地置于电子设备300的显示屏幕304的一部分之下、设备外壳的侧壁306或其它部分之下等等。实质上，电子设备外壳的任意部分可容纳指纹传感器。
在一些实施方式中，指纹传感器芯片(既包括传感器板又包括驱动环)可位于按钮302之下。墨水层和/或粘结剂可置于按钮的底表面和传感器芯片的顶表面之间。粘结剂可将芯片接合到例如按钮上。一个或多个焊球可将指纹传感器芯片附到柔性导体上。焊球可以一般置于指纹传感器芯片的中央附近以降低由于应力导致的裂开的可能性。
在其它实施方式中，如这里所描述的多个指纹传感器可应用于单个电子设备中。例如，指纹传感器可被布置在电子设备的盖玻璃或者外表面之下。在一些实施方式中，传感器可按照阵列或者其它有序图案来布置。在其它实施方式中，传感器可随机或者半随机地置于表面之下。在其它实施方式中，传感器可置于合并显示器的电子设备的显示叠层之内或者之下，该电子设备诸如移动电话、平板计算设备、计算机显示屏幕等等。在这种实施方式中，传感器可通过显示器和/或显示器的盖玻璃电容地感测指纹。
进一步地，在这种实施方式中，设备外壳或框架的一部分可用作如这里所述的接地环。多个传感器可按照这种配置共享接地环。例如，如果移动设备可以电容地感测触摸，则该设备可激活在感测到触摸的位置处、之下或附近的指纹传感器。在一些实施方式中，仅对应于触摸位置的指纹传感器被激活，而其它指纹传感器保持未激活。接地环(例如外壳的部分，诸如侧壁306)可耦接至激活的指纹传感器，以获得指纹或者部分指纹并按照这里通常描述的来进行操作。
作为另一种选项，一个或多个指纹传感器可放置在显示区域304之外，但在电子设备300的表面之下。例如，一个或多个传感器可位于电子设备300的下巴(例如，显示器304之下的区域，诸如按钮302周围的区域)或者前额(例如，显示器304之上的区域)中。
在一些实施方式中，柔性电路可从输入机构叠层延伸并将传感器芯片连接至信号提供商芯片，该信号提供商芯片可以便于调制指纹传感器芯片的电压和/或操作频率。在一些实施例中，信号提供商芯片和指纹传感器芯片可被提供为单一芯片或者分布在不同数目的芯片之间。亦可使用外部组件。例如，ASIC可用作信号提供商芯片。ASIC亦可向和从电子设备的处理器传递数据。
图4是根据实施方式的指纹感测系统的示意性图示。指纹感测系统400包括指纹传感器芯片405和信号提供商芯片410。也示出了驱动环412。在操作期间，指纹传感器芯片提供的传感器可使用较高的电压来进行调制，例如16V的峰-峰电压，而驱动环412可保持在系统接地电压处。系统接地电压可由信号提供商芯片410提供并在图4中示出为NRING。16V峰-峰信号可由信号提供商芯片410提供，并在图4中示出为NGND。
现在将讨论图4中示出的指纹感测系统的一般操作。也要注意到，在替代实施例中，图4中示出的某些组件可省略，增加另一些组件，或者两者兼有。外部组件、指纹传感器芯片和信号提供商芯片之间的组件的分布在其它实施方式中也可以是不同的。概念上来说，传感器板(未在图4中示出)可被集成或耦接至指纹传感器芯片405。电容式感测元件阵列可电容地耦接至用户手的手指。
电容式感测元件阵列可按照各种频率进行调制。电容式感测元件阵列可在高电压期间并且再在低电压期间测量所有电容式感测元件的电压。也就是说，提供给电容式感测单元阵列的电压和/或传感器芯片接地电压可以一般类似于方波，虽然在替代实施方式中，电压可采用其它波形。调制器(图4中标记为“调制块)可根据图4中的时钟信号NDRV，来控制电容式感测元件阵列和/或传感器芯片接地电压的调制或振荡。在调制周期的高和低部分期间所测量的、电容式感测元件电压和/或电荷之间的差允许芯片确定每个电容式感测元件和手指的下面部分之间的电容以及因而确定该电容。从每个电容式感测元件的电容，可感测、测量和重建指纹，如本领域技术人员所知且如上面一般性所讨论的。
信号提供商芯片410可提供调制的高电压信号(例如，16V的峰-峰)给指纹传感器芯片405用于调制传感器。虽然16V在这里用作例子，但是在其它示例中可使用不同的电压，包括在一些实施例中大于4V的电压、在一些实施例中大于6V的电压、在一些实施例中大于8V的电压、在一些实施例中大于10V的电压、在一些实施例中大于12V的电压、在一些实施例中大于14V的电压和在一些实施例中大于16V的电压。信号提供商芯片410可进一步将接地电压(在图4中示出为NRING)提供至驱动环412。其它NRING电压可用于其它实施例中，包括4V、小于4V、小于2V或者负电压。在一些实施例中，驱动环412可保持在这样的电压处，该电压不会由触摸驱动环412的用户感受到，但在大小上与提供给传感器的电压(例如，NGND)具有足够的差，以便为指纹感测提供适合的信噪比。在一种实施例中，大小上的差是16V，其中提供的传感器电压为16V且驱动环保持在接地电压处。
现在将描述用于形成电感式升压电路以提供NGND信号(其例如是16V)的指纹感测系统400的示例组件。将参考晶体管421、422和423，电感器425，定时块427，二极管442，二极管443，和电平转换器430。时钟信号，例如图4的NDRV，可由定时块427接收。在一些实施例中，在由定时块427接收之前，时钟信号可提供给电平转换器430。在一些实施例中，电平转换器430用来改变时钟信号的大小，其中例如定时块可在与指纹传感器芯片405不同的电源域中操作。定时块425输出各个版本的时钟信号(例如，NDRV)至晶体管421、422和423的栅极。各个版本的时钟信号可被延迟由定时块427施加的变化的量。例如，定时块可包括一个或多个延迟电路，其配置成在提供延迟信号给晶体管421、422和/或423之前延迟该时钟信号(例如，NDRV)。
晶体管423可用作传递晶体管。例如，晶体管423可在时钟信号(例如NDRV)提供给定时块427时开启。因此，由定时块提供至晶体管423的栅极的信号可指示时钟信号(例如，NDRV)的存在或不存在。按照这种方式，晶体管423可在指纹传感器芯片405激活时开启，且在指纹传感器芯片405未激活时关断。由定时块427提供至晶体管423的栅极的信号可通过如所示的可选栅极驱动器电路来提供。当晶体管423开启时，电源电压(例如，在一些实施例中为1.8伏)可提供至电感器425，以允许电感器425存储能量。电感器可将电容器432充电至升压电压，例如大于电源电压的电压。在一些实施例中，电感器提供16伏的升压电压。在一些实施方式中，电容器432可实施为系统的物理组件，在一些实施方式中，电容器432可实施为指纹传感器405对于环境和系统接地的寄生电容，并且在一些实施方式中，可使用这些的组合。
晶体管421可用来以指纹传感器芯片405期望的频率对电感425提供的电压进行斩波，在一些实施例中为2MHz。在一些实施例中，晶体管421可以与时钟信号(例如NDRV)相同的频率对电压进行斩波。当晶体管421关断时，电压NGND可以是由电感器425产生的升压电源电压，例如16伏。当晶体管421开启时，电感器425中流动的电流可找到接地的通路，并且电压NGND可转变至接地。因此，晶体管421可以特定频率进行切换，以获得形状为16伏的峰-峰波形。亦可采用其它峰电压。在一些实施例中，该切换频率与时钟信号(例如NDRV)的频率相同。因此，定时块427可将时钟信号(例如NDRV)延迟特定量，并提供延迟的时钟信号(例如，延迟的NDRV)至晶体管421的栅极。延迟量可以与期望的NGND电压有关。在一种实施例中，当使用2MHz时钟时，延迟是25ns。按照这种方式，在标记为NGND的节点处提供的NGND信号可以是以2MHz的频率的升压(例如，16伏)的方波信号。可使用其它频率和电压。
在一些实施例中，使电感器425直接耦接至提供NGND的节点是不利的。例如，电感器425可接着耦接至图4中示出为Cpara432的寄生电容。寄生电容可代表例如指纹传感器芯片405和接地之间的电容，并且可以包括经过触摸指纹传感器的用户身体的电容。当电感器425耦接至寄生电容432时，升压的电压(例如，NGND)信号可能出现振荡。为了最小化或者消除振荡，可提供晶体管422。当晶体管422开启时，可有利地将来自电感器423的电流转移以减弱可能发生的振荡。因此，定时块427可将时钟信号(例如，NDRV)的延迟版本的版本提供给晶体管422的栅极。时钟信号(例如，NDRV)可通过定时块427延迟足够的量，从而使得当晶体管422开启时，电压NGND已经达到目标电压(例如，16伏)。
按照这种方式，电感式升压电路可用来在图4中标记NGND的节点(在二极管443之后)处提供升压电压(例如，16伏)。升压电压可提供给指纹传感器芯片405，用于调制该传感器。升压电压本身可提供为具有一频率的调制信号，该频率可与系统时钟信号(例如，NDRV)的频率相同。
低压差稳压器(LDO)450可提供恒定电源电压给指纹传感器芯片(例如，1.8伏)。该电压分别提供给节点NGND，其可以在系统接地电压或者升压电压处。
标记为SCLK、MOSI、MISO和INT的四条通信线路一般允许数据传递至和自指纹传感器芯片。信号可通过电平转换器430提供。在指纹传感器芯片405中，通信线路以不同于系统接地的传感器接地NGND为基准。电平转换器可以允许通信发生在以NGND为基准的指纹传感器芯片和以系统接地(GND)为基准的设备处理器之间。该通信可与调制信号NDRV同步或者异步发生。在通信期间，节点NGND可在系统接地电压或者升压电压处。
SCLK是串行通信时钟并可用于定时操作。
MISO线路可用于自从机至主机的数据主/从传输。在本实施方式中，指纹传感器芯片可以是从机，而与包含传感器的电子设备相关联的处理器可以是主机。同样地，MOSI线路可用于将数据从主机(例如，设备处理器)发送至从机(例如，指纹传感器芯片)。
INT线路可用于中断。指纹传感器芯片可使用INT线路来提供向设备处理器指示指纹传感器芯片已完成任务或者指纹传感器芯片具有一些待传输的指纹数据的信号。
在空闲状态期间，指纹传感器芯片405可以以相对低的电源状态进行操作。当芯片检测到位于电容式感测元件阵列之上的手指时，其可启动扫描操作。例如，芯片可通过测量该阵列的一个或多个电容式感测元件相对于其接地的电容变化来检测附近的手指。这可导致该芯片开始扫描操作。扫描操作一般可包括：在阵列的低电压状态期间读取一个或多个电容式感测元件的电压或者电荷或者读取传感器芯片接地，驱动阵列或者传感器芯片接地至高电压，以及再次读取一个或多个电容式感测元件的电压或者电荷。扫描操作可替代地包括：在阵列或者传感器芯片接地的高电压状态期间读取一个或多个电容式感测元件的电压或者电荷，将电容式感测元件阵列或者传感器芯片接地驱动至低电压，并且再次读取一个或多个电容式感测元件的电压或者电荷。电容式感测元件可由调制器在低和高电压状态之间以相对高的频率进行调制。在一些实施方式中，芯片可以2兆赫频率进行操作，虽然其它实施方式可采用较高或者较低的频率。
应该理解，驱动环不与电容式感测元件阵列一起进行调制。相反，驱动环的电势可以在系统接地处保持恒定或者非常接近于系统接地。这可有助于防止或降低手指的激励和/或调制，这又允许使用较高的电压来驱动电容式感测元件阵列。
进一步地，在指纹传感器包含在诸如图3的移动设备之类的手持设备中的实施方式中，用户的手的其它手指可与外壳的金属部分、或者其它导电部分接触。外壳一般也是在系统接地处，因此外壳上的导电元件与用户的手之间的接触便于将被感测的手指的电压驱动或保持在系统接地处。“被感测的手指”是覆盖传感器板的手指，或者正由指纹传感器成像的手指。将被感测的手指保持在系统接地处或者附近可增强指纹图像的分辨率并帮助防止手指的调制。
图5是根据实施方式的电感式升压电路的示意性图示，连同示出该电感式升压电路的示例操作的时序图。电感式升压电路500与用于图4的指纹感测系统400的电感式升压电路相同，并且相同组件用相同的附图标记来标记，为了简明这里不再重复其细节。为了更清楚，电感式升压电路500的操作将参照图5中示出的时序图进行描述。如上面所讨论的，晶体管423可用作传递晶体管，每当激活时钟信号(例如，NDRV)出现时，该传递晶体管开启。因此，出于图5的讨论的目的，晶体管423在参照图5描述的操作期间假设为开启(ON)。类似地，二极管442可仅在指纹扫描之后晶体管423关断时使用。因此，二极管442可在参照图5描述的操作期间假设为关断(OFF)。
在时间t0处，晶体管421可关断(例如，与图5的晶体管421有关的轨迹中示出的栅极电压可转变为低，关断晶体管421)。当晶体管421关断时，随着节点NGND处的电压开始上升至升压电压(例如，16伏)，电感器电流IL降低，如在标记为IL和NGND的时序图轨迹中示出。NGND的电压在时间t1处达到峰值，如所示，其中t1可表示在t0之后的电感器电压累积时间。在时间t1处，接着，二极管443可关断，不允许电流流经二极管443至电容器432，并因而保持NGND上的电压。
在时间t2处，晶体管422可开启(例如，在与图5的晶体管422有关的轨迹中示出的栅极电压可转变至高，开启晶体管422)。这可允许通过晶体管422衰减以防止或降低NGND中的振荡。在时间t3处，晶体管421可开启(例如，与图5的晶体管421有关的轨迹中示出的栅极电压可转变至高，开启晶体管421)。当晶体管421开启时，随着电容器432通过晶体管421放电，电压NGND可返回至接地。因此，从时间t3开始，NGND信号回落到接地。
在时间t4处，晶体管422关断(例如，与图5的晶体管422有关的轨迹中示出的栅极电压可转变至低，关断晶体管422)。二极管443可因此开启，允许电流流动，但由于晶体管421保持开启，因此电流不会对节点NGND充电，直到晶体管421再次关断。
图6是根据实施方式的另一种指纹感测系统的示意性图示。指纹感测系统600包括指纹传感器芯片605和信号提供商芯片610，这可分别利用图4的指纹传感器芯片405和信号提供商芯片410来实施。也示出了驱动环612和指纹接收表面614。示出了外部组件电感器625和二极管642和643，它们可由信号提供商芯片610用于在指纹扫描期间提供升压电压(例如，NGND)。电感器625和二极管642和643可利用图4的电感器425和二极管442和443来实施，并且信号提供商芯片可包括图5的电感式升压电路500的剩余组件，例如。在图6中，要注意电源域，其可用于各个芯片中的每个芯片并由信号提供商芯片610中的升压器电路的操作产生。
例如，两个域示出为以GND为基准的域650和以NGND为基准的域652。在以GND为基准的域中，操作可利用系统接地(GND)发生。在以NGND为基准的域中，操作可利用升压接地(NGND)发生。升压接地信号(例如，NGND)可仅在特定时间处升压，诸如在扫描期间。而且，如上面所述，升压接地信号(例如，NGND)可进行调制，从而使其具有一频率，该频率可以等于由系统使用的时钟信号(例如，NDRV)的频率。通过升高由指纹传感器芯片605使用的接地电势，指纹扫描的信噪比可增加，而不影响或者最小程度地影响用户体验(例如，由于升压电压未提供给驱动环612并从而未提供给用户手指，因此手指的刺痛不能被感应到)。进一步地，指纹接收表面614可由绝缘材料制成，该绝缘材料防止手指与传感器芯片605接触，并受升压电压的影响。因此，指纹传感器芯片605的输入可以NGND为基准，而不是以系统接地为基准。
虽然实施方式这里已经关于具体的配置和操作序列进行描述，但是应该理解，替代的实施方式可增加、省略或者改变元件、操作等等。因此，这里公开的实施方式意味着是实施例而不是限制。

Claims (20)

1.一种电子设备，其特征在于包括：
传感器板，其包括各个电容式感测元件的阵列；
位于传感器板之上的电介质；
驱动环，其邻近传感器板并且至少部分围绕传感器板，其中驱动环被配置为被外部物体直接接触并且保持在系统接地电平处；和
调制电路，其被适配为控制由传感器板接收的电压电平，其中传感器板利用超过系统接地电平的升压接地基准而操作。
2.如权利要求1所述的电子设备，其中驱动环相对于电介质升高。
3.如权利要求1所述的电子设备，其中外部物体与所述传感器板接收到的电压电平之间的相对电压差大于4伏。
4.一种电子设备，其特征在于包括：
电容式传感器，包括：
传感器板，其包括各个电容式感测元件的阵列；
驱动环，其邻近传感器板并且围绕传感器板，其中驱动环被配置为被外部物体直接接触并且保持在系统接地电平处；和
至少部分覆盖传感器板但是不覆盖驱动环的电介质；
第一调制电路，其可操作地连接至传感器板，其中第一调制电路被适配为调制提供给传感器板的升压电压，其中传感器板利用超过系统接地电平的升压接地基准而操作；
电感式升压电路，其被配置成向传感器板提供所述升压接地基准；以及
壳体，围绕第一调制电路和电感式升压电路。
5.如权利要求4所述的电子设备，其中该电容式传感器进一步包括第二调制电路，其可操作地连接至第一调制电路，其中该第二调制电路适配成调制提供给传感器板的升压接地基准。
6.如权利要求4所述的电子设备，其中驱动环相对于电介质升高。
7.如权利要求4所述的电子设备，其中外部物体与提供给传感器板的升压电压之间的相对电压差大于4伏。
8.如权利要求4所述的电子设备，进一步包括按钮，该按钮可操作地连接至壳体；其中
所述传感器板位于电子设备的该按钮之下。
9.如权利要求8所述的电子设备，其中所述驱动环位于所述按钮之下。
10.如权利要求4所述的电子设备，进一步包括在壳体中限定的显示表面；其中该传感器板位于该显示表面之下。
11.如权利要求4所述的电子设备，其中：
该传感器板是多个传感器板中的一个；以及
该多个传感器板中的每一个位于显示表面之下。
12.如权利要求4所述的电子设备，进一步包括：
显示器，其附接于所述壳体；
非显示区域，邻近于显示表面并且邻近于所述壳体的侧壁；其中
该传感器板位于非显示区域之下。
13.一种用于操作电容式传感器的方法，其特征在于，该电容式传感器包括传感器板、位于传感器板之上的电介质、以及驱动环，该传感器板包括各个电容式感测元件的阵列，该驱动环邻近传感器板、围绕传感器板并且位于相对于传感器板升高的位置，该方法包括：
在扫描状态期间并且当驱动环被外部物体直接接触时，调制传感器板接收到的电源电压，而将驱动环保持在系统接地电平处，其中传感器板利用超过系统接地电平的升压接地基准而操作；以及
在空闲状态期间，将传感器板接收到的电源电压保持在超过系统接地电平的升压接地处。
14.如权利要求13所述的方法，进一步包括在空闲状态期间调制驱动环。
15.一种用于操作电容式传感器的方法，其特征在于，该电容式传感器包括传感器板、覆盖传感器板的电介质、以及驱动环，该传感器板包括各个电容式感测元件的阵列，该驱动环围绕传感器板并且相对于传感器板升高，该方法包括：
当外部物体直接接触驱动环时启动扫描操作，并将驱动环的驱动信号转变至系统接地电平；
当所述传感器板的输入信号处于低状态且驱动环的驱动信号保持在系统接地电平处或其附近时，从电容式感测元件读取第一信号；以及
当传感器板的输入信号处于高状态且驱动环的驱动信号保持在或接近于保持在超过系统接地电平的升压接地处时，从电容式感测元件读取第二信号。
16.如权利要求15所述的方法，进一步包括：
结束扫描操作；以及
将传感器板的输入信号转变至低状态。
17.如权利要求16所述的方法，进一步包括：当不执行扫描操作时，调制驱动环的驱动信号。
18.如权利要求16所述的方法，其中输入信号包括接地信号，并且低状态包括系统接地电平。
19.如权利要求16所述的方法，其中所述传感器板和驱动环二者均位于一表面之下以防止用户触摸传感器板或者驱动环。
20.如权利要求19所述的方法，其中该表面是移动设备的按钮。
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