CN104331202A - 指纹检测电路、传感器和触摸屏 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种指纹检测电路、传感器和触摸屏，其中，该指纹检测电路包括：检测电极，手指和检测电极之间形成第一电容，手指和虚地之间形成第二电容，检测电极和虚地之间形成寄生电容；放大器，放大器的反相输入端与检测电极相连，放大器的正相输入端与激励信号相连；以及反馈电容，反馈电容的一端与放大器的反相输入端相连，反馈电容的另一端与放大器的输出端相连，放大器的输出端输出指纹检测电路的输出信号。本发明实施例的指纹检测电路，使得电路的所有信号均在检测芯片的内部，无需将激励信号通过外部电极连接到用户的手指上，从而增加了指纹检测的可应用场景，例如，可以将阵列排布的检测电极放置于移动终端屏幕玻璃的下面。

Description

指纹检测电路、传感器和触摸屏

技术领域

本发明涉及指纹检测技术领域，尤其涉及一种指纹检测电路、传感器和触摸屏。

背景技术

目前，电容感应式的指纹检测装置已经开始应用在新一代的电子设备中，尤其是应用在移动终端中。然而电子设备在进行指纹检测时，通常需要通过外部电极将激励信号连接到用户的手指上，例如，如图1(a)和图1(b)所示的指纹传感器元件，需要通过外部电极将Usignal连接到用户的手指上，同时放大器的同相输入端接虚地，又如图1(c)所示像素感测电路，同样需要将ΔVfinger连接到用户的手指上，同时放大器的同相输入端接虚地，导致每个像素需要两块金属极板。换言之，现有的检测方式均需要用户的手指与外部电极接触，通过外部电极将激励信号连接到用户的手指上，再与检测芯片中的电路形成指纹检测回路。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种指纹检测电路。该指纹检测电路使得电路的所有信号均在检测芯片的内部，无需将激励信号通过外部电极连接到用户的手指上，从而增加了指纹检测的可应用场景。

为了实现上述目的，本发明第一方面实施例的指纹检测电路，包括：检测电极，手指和所述检测电极之间形成第一电容，所述手指和虚地之间形成第二电容，所述检测电极和虚地之间形成寄生电容；放大器，所述放大器的反相输入端与所述检测电极相连，所述放大器的正相输入端与激励信号相连；以及反馈电容，所述反馈电容的一端与所述放大器的反相输入端相连，所述反馈电容的另一端与所述放大器的输出端相连，所述放大器的输出端输出所述指纹检测电路的输出信号。

本发明的第二个目的在于提出一种指纹检测传感器。为了实现上述目的，本发明第二方面实施例的指纹检测传感器包括多个像素单元，每个像素单元对应一个指纹检测电路，所述指纹检测电路为本发明第一方面实施例所述的指纹检测电路。

本发明的第三个目的在于提出一种触摸屏。为了实现上述目的，本发明第三方面实施例的触摸屏，包括本发明第二方面实施例所述的指纹检测传感器。

本发明实施例通过将用户的指纹信息体现在检测电极与手指之间形成的电容中，进而体现在输出信号中，使得指纹检测电路的所有信号均在检测芯片的内部，无需将激励信号通过外部电极连接到用户的手指上，从而增加了指纹检测的可应用场景，例如，可以将阵列排布的检测电极放置于移动终端屏幕玻璃的下面。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中，

图1(a)-(c)是现有技术中指纹检测的检测电路的结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的指纹检测电路的结构示意图；

图3是根据本发明一个实施例的指纹检测电路的等效电路图；以及

图4(a)-图4(b)是根据本发明一个实施例的指纹检测传感器的像素单元的排列方式。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

下面参考附图描述根据本发明实施例的指纹检测电路、传感器和触摸屏。

图2是根据本发明一个实施例的指纹检测电路的结构示意图，图3是根据本发明一个实施例的指纹检测电路的等效电路图。如图2所示，该指纹检测电路包括：检测电极1、放大器2和反馈电容3。

具体地，在本发明的一个实施例中，检测电极1为金属电极，与手指接触面的形状包括但不限于矩形、正方形或者圆形。例如，如图2中所示的由顶层金属形成的检测电极1。放大器2的反相输入端与检测电极1相连，其中，检测电极1与用户的手指之间形成第一电容CS，同时，检测电极1对虚地形成寄生电容CP₁，用户的手指对虚地形成第二电容CP₂。

应当理解的是，虚地是指交流地，即直流电压为0，或者也可以有一定的直流电压。

放大器2的正相输入端与激励信号V_in相连，反馈电容3的一端与放大器2的反相输入端相连，反馈电容3的另一端与放大器2的输出端相连。换言之，放大器2的反相输入端和输出端之间跨接反馈电容3，其中，反馈电容的电容为CF。

放大器2的输出端输出指纹检测电路的输出信号，也就是说，放大器的输出端输出波形即为指纹检测电路的输出信号V_out。

进一步地，放大器的反相输入端和输出端之间跨接复位开关，在复位阶段重置上述两个节点的电压。

进一步而言，根据上述指纹检测电路可以得到如图3所示的等效电路图。图3中输出信号可以表示为：

$V_{\mathrm{out}}=V_{\mathrm{in}}[1+\frac{{\mathrm{CP}}_1}{\mathrm{CF}}+\frac{\mathrm{CS}\·{\mathrm{CP}}_2}{\mathrm{CF}(\mathrm{CS}+{\mathrm{CP}}_2)}]$

其中，V_out为指纹检测电路的输出信号，V_in为激励信号，CP₁为检测电极对虚地的寄生电容，CF为放大器的反相输入端和输出端之间的反馈电容，CS为检测电极与手指之间形成的第一电容，CP₂为手指对虚地的第二电容。

当CP₂与CS的差值大于预设阈值时，例如，一般情况下，CP₂大于100·CS，即当CP₂远大于CP1时，输出信号可以简化为：

$V_{\mathrm{out}}=V_{\mathrm{in}}[1+\frac{{\mathrm{CP}}_1}{\mathrm{CF}}+\frac{\mathrm{CS}}{\mathrm{CF}}].$

应当理解的是，上述中的CP₂大于100·CS是示例性的，并非是必须CP₂达到100倍的CS才能简化电路的输出信号，从应用的角度而言CP₂大于10倍的CS时也可以简化电路的输出信号。

根据简化后的输出信号可以看出，由于指纹的深浅不一，指纹中的“峰”和“谷”与检测电极之间形成的电容也不同，因此，用户的指纹信息会体现在检测电极与手指之间形成的第一电容CS中，同时也会体现在输出信号V_out中。也就是说，可以根据放大器3输出的输出信号获取检测电极与用户手指之间的电容。

应当理解的是，根据放大器3输出的输出信号V_out转换为检测电极与用户手指之间的第一电容CS可以采用现有技术实现，此处不再复赘。

本发明实施例的指纹检测电路，通过将用户的指纹信息体现在检测电极与手指之间形成的第一电容CS中，进而体现在输出信号V_out中，使得指纹检测电路的所有信号均在检测芯片的内部，无需将激励信号V_in通过外部电极连接到用户的手指上，从而增加了指纹检测的可应用场景，例如，可以将检测电极应用在移动终端屏幕玻璃的下面。

本发明还提出一种指纹检测传感器，该指纹检测传感器包括多个像素单元，每个像素单元对应一个指纹检测电路，该指纹检测电路为上述实施例描述的指纹检测电路。

进一步地，像素单元呈二维阵列排布，即检测电极也呈二维阵列排布，形成供手指触摸的接触面。如图4(a)和图4(b)所示，在图4(b)中，二维阵列的行和列相互垂直。

为了实现上述实施例，本发明还提出一种触摸屏。

一种触摸屏包括本发明任一项实施例所述的指纹检测电路或者指纹检测传感器。

根据本发明实施例的触摸屏，通过将用户的指纹信息体现在检测电极与手指之间形成的第一电容CS中，进而体现在输出信号V_out中，使得指纹检测电路的所有信号均在检测芯片的内部，无需将激励信号V_in通过外部电极连接到用户的手指上，从而增加了指纹检测的可应用场景，例如，可以将阵列排布的检测电极放置于移动终端屏幕玻璃的下面。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种指纹检测电路，其特征在于，包括：

检测电极，手指和所述检测电极之间形成第一电容，所述手指和虚地之间形成第二电容，所述检测电极和虚地之间形成寄生电容；

放大器，所述放大器的反相输入端与所述检测电极相连，所述放大器的正相输入端与激励信号相连；以及

反馈电容，所述反馈电容的一端与所述放大器的反相输入端相连，所述反馈电容的另一端与所述放大器的输出端相连，所述放大器的输出端输出所述指纹检测电路的输出信号。

2.如权利要求1所述的指纹检测电路，其特征在于，所述检测电极为金属电极。

3.如权利要求1所述的指纹检测电路，其特征在于，所述输出信号为：

$V_{\mathrm{out}}=V_{\mathrm{in}}[1+\frac{{\mathrm{CP}}_1}{\mathrm{CF}}+\frac{\mathrm{CS}\·{\mathrm{CP}}_2}{\mathrm{CF}(\mathrm{CS}+{\mathrm{CP}}_2)}]$

其中，V_out为所述指纹检测电路的输出信号，V_in为所述激励信号，CP₁为所述寄生电容，CF为所述反馈电容，CS为所述第一电容，CP₂为所述第二电容。

4.如权利要求3所述的指纹检测电路，其特征在于，当CP₂与CS的差值大于预设阈值时，所述输出信号为：

$V_{\mathrm{out}}=V_{\mathrm{in}}[1+\frac{{\mathrm{CP}}_1}{\mathrm{CF}}+\frac{\mathrm{CS}}{\mathrm{CF}}].$

5.如权利要求1所述的指纹检测电路，其特征在于，还包括连接所述放大器的反相输入端和所述放大器的输出端的复位开关。

6.如权利要求1所述的指纹检测电路，其特征在于，所述检测电极的形状为矩形、正方形或者圆形。

7.一种指纹检测传感器，其特征在于，所述指纹检测传感器包括多个像素单元，每个像素单元对应一个指纹检测电路，所述指纹检测电路为权利要求1-6任一项所述的指纹检测电路。

8.如权利要求7所述的指纹检测传感器，其特征在于，所述多个像素单元呈二维阵列排布。

9.如权利要求8所述的指纹检测传感器，其特征在于，所述二维阵列的行和列相互垂直。

10.一种触摸屏，其特征在于，包括权利要求7-9中任一项所述的指纹检测传感器。