CN106020577A - 用于差分读出的传感器阵列配置 - Google Patents

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Abstract

用于电容性感测的传感器阵列包括：多个传感器电极，多个传感器电极包括：多个发射器电极和多个接收器电极，其中多个接收器电极包括多个成像接收器电极和参考接收器电极，并且其中多个接收器电极的每个与多个发射器电极重叠；其中多个发射器电极的每个配置成以感测信号驱动而多个接收器电极的每个配置成接收与驱动到发射器电极上的感测信号对应的所检测信号；以及靠近参考接收器电极布置的导电屏蔽。

Description

用于差分读出的传感器阵列配置
背景技术
包括接近传感器装置(通常也被称为触摸垫或者触摸传感器装置)以及指纹传感器的输入装置被广泛应用于多种电子系统中。接近传感器装置典型地包括感测区，其通常由表面区分，在其中接近传感装置确定一个或多个输入对象的存在、位置和/或运动。指纹传感器也典型地包括感测区域，在其中指纹传感器确定指纹或部分指纹的存在、位置、运动和/或特征。
接近传感器装置和指纹传感器可用于为电子系统提供接口。例如，接近传感器装置和指纹传感器通常作为输入装置用于较大计算系统(诸如集成在或外设于笔记本或桌上型电脑的不透明触摸垫和指纹读出器)中，以及相对较小的计算系统(诸如集成在蜂窝电话中的触摸屏和指纹读出器)中。诸如此类的装置和传感器通常易受到各种类型的噪声影响。在某些情况下，若这些噪声没有被系统拒绝，信号质量会显著降级。
发明内容
在示范的实施例中，用于电容性感测的输入装置包括：多个传感器电极，多个传感器电极包括：多个发射器电极和多个接收器电极，其中多个接收器电极包括多个成像接收器电极和参考接收器电极，并且其中多个接收器电极的每个与多个发射器电极重叠；其中多个发射器电极的每个配置成以感测信号驱动，而多个接收器电极的每个配置成接收与驱动到发射器电极上的感测信号对应的所检测信号；靠近参考接收器电极布置的导电屏蔽；以及处理系统，该处理系统配置成从多个接收器电极的每个接收所检测信号，且进一步经配置成基于在成像接收器电极接收到的所检测信号和在参考接收器电极接收到的所检测信号生成修正的所检测信号。
在另一个示范的实施例中，用于电容性触摸感测的输入装置包括：多个传感器电极，多个传感器电极包括：多个发射器电极和多个接收器电极，其中多个接收器电极包含多个成像接收器电极和参考接收器电极，并且其中多个接收器电极的每个与多个发射器电极重叠；其中多个发射器电极的每个配置成以感测信号驱动而多个接收器电极的每个配置成接收与驱动到发射器电极上的感测信号对应的所检测信号；以及处理系统，该处理系统配置成从多个接收器电极的每个接收所检测信号，并且进一步配置成基于在成像接收器电极接收到的所检测信号和在参考接收器电极接收到的所检测信号生成修正的所检测信号；其中多个发射器电极接近参考接收器电极与发射器电极重叠所在之处的部分比多个发射器电极接近多个接收器电极的每个与成像接收器电极重叠所在之处的部分更薄。
在又一个示范的实施例中，用于电容性感测的传感器阵列包括：多个传感器电极，多个传感器电极包括：多个发射器电极和多个接收器电极，其中多个接收器电极包含多个成像接收器电极和参考接收器电极，并且其中多个接收器电极的每个与多个发射器电极重叠；其中多个发射器电极的每个配置成以感测信号驱动而多个接收器电极的每个配置成接收与驱动到发射器电极上的感测信号对应的所检测信号；以及靠近参考接收器电极布置的导电屏蔽。
附图说明
图1是用于诸如触摸垫传感器的输入装置的示范环境的框图；
图2是用于诸如生物计量传感器的输入装置的示范环境的框图；
图3是例示输入装置的传感器阵列的示意图；
图4是例示对应于该输入装置的电学模型的电路图；
图5是例示输入装置的传感器阵列的示意图；
图6是例示输入装置的传感器阵列的示意图；以及
图7是例示输入装置的传感器阵列的示意图。
具体实施方式
下列详细描述本质上仅仅是示范性的。不存在由本公开中提出的任何已表达或暗示的理论所约束的意图。
特别在指纹传感器，或其他传感器中，在其中被感测的图案很有可能覆盖传感器的大部分，噪声自始至终被引入(例如，在指纹传感器的情况中手指耦合噪声)。由传感器装置拒绝此类噪声允许更好的信号质量针对被感测的图案来获得(例如，针对指纹或任何其他图案)。
一种解决由检测到的对象的出现遍及传感器所引入的噪声的方法是对单独接收器线相对于多个其他接收器线的平均利用差分测量。这就允许多个接收器线上共有的噪声基于差分测量而被抵消。然而，使用多个其他接收器线作为参考，其是图案依赖参考，可能会将畸变引入到所检测图像中。例如，在指纹传感器中，当指纹上的脊或谷跨越所有的接收器线，可能在一个接收器线上的读数与剩余接收器线的平均之间没有差别，使得指纹传感器不能确定是脊还是谷出现。这样的图像畸变无法由基线图像扣除(baseline imagesubtraction)、码分复用(CDM)或测量时间噪声所改正。
根据此处所描述的原则，在传感器组件的示范实施例中，使用图案依赖参考的这个缺点可以通过使用固定参考来避免，其中配置传感器组件使得，相对于传感器组件的成像区域中的接收器线，固定参考对将被检测的图案不太敏感。
此外，相对于示范的指纹识别应用，此示范实施例进一步允许在错误接受率(FAR)或错误拒绝率(FRR)方面的改进。因此将领会，此示范实施例在诸如指纹识别、指纹成像的应用以及其他感测应用(在其中被感测的图案能够覆盖参考线和成像接收器线)中尤其有利。将进一步领会，所描述的传感器配置在其他类型的接近传感器装置(例如，电容性触摸垫传感器)中也是合用的，还可以促进基于系统的噪声的降低。
现在转向图片，图1是用于输入装置100的示范环境的框图，其中输入装置100适用于按照此处描述的传感器的各种配置。该输入装置100可以配置成向电子系统(未显示)提供输入。正如此文档中所使用的，术语“电子系统”(或“电子装置”)广泛地指能够电子地处理信息的任何系统。电子系统的一些非限制性示例包括所有尺寸和形状的个人计算机，诸如桌上型计算机、膝上型计算机、上网本计算机、平板、网页浏览器、电子书籍阅读器，和个人数字助手(PDA)。另外的示例电子系统包括复合输入装置，诸如包括输入装置100和独立的操纵杆或按键开关的物理键盘。进一步的示例电子系统包括诸如数据输入装置(包括远程控制和鼠标)，和数据输出装置(包括显示屏和打印机)的外部设备。其他例子包括远程终端、广告亭，和视频游戏机(例如，视频游戏操纵台、便携式游戏装置，和类似的装置)。其他例子包括通讯装置(包括蜂窝电话，诸如智能手机)，和媒体装置(包括录制器、编辑器、和诸如电视的播放器、机顶盒、音乐播放器、数码相框和数码相机)。另外，电子系统可以是输入装置的主机或从机。
输入装置100能够实现为该电子系统的物理部分或者能与该电子系统物理地分离。适当情况下，输入装置100能使用下列方式的任一个或多个与电子系统的部件通信：总线、网络，和其他有线或无线互连。示例包括I2C，SPI、PS/2、通用串行总线(USB)、蓝牙、RF和IRDA。
在图1中，输入装置100示出为接近传感器装置(通常也称为“触摸垫”或“触摸传感器装置”)，其配置成感测由输入对象140在感测区域120中提供的输入。示例输入对象包括手指和触控笔，如图1所示。
感测区域120包含在输入装置100之上、周围、之中和/或附近的任何空间，在其中输入装置100能够检测用户输入(例如，由一个或多个输入对象140提供的用户输入)。特定感测区域120的大小、形状和位置可能逐个实施例广泛变化。在一些实施例中，该感测区域120从输入装置100的表面沿一个或多个方向扩展至空间中直到信噪比阻止充分精确的对象检测。该感测区域120沿特定方向延伸的距离，在各种实施例中，可能为大约小于一毫米、数毫米、数厘米或者更多，并且可能随所用的感测技术的类型和期望精度而显著变化。因此，一些实施例感测输入，其中包括与输入装置100任何表面无接触、与输入装置100的输入表面(例如触摸表面)接触、与耦合一定量外加力或压力的输入装置100的输入表面接触、和/或它们的组合。在各种实施例中，输入表面可由传感器电极位于其中的壳体的表面来提供，由应用在传感器电极或任何壳体之上的面板来提供等。在一些实施例中，感测区120在投射到输入装置100的输入表面上时具有矩形形状。
输入装置100可以利用传感器组件和感测技术的任何组合来检测在感测区120中的用户输入。该输入装置100包括一个或多个用于检测用户输入的感测元件。例如，输入装置100可以使用电容性技术，其中施加电压或电流以创建电场。附近的输入对象导致电场的变化，并且产生电容性耦合的可检测变化，其可作为电压、电流等的变化而被检测。
一个示范的电容性技术利用基于传感器电极之间电容性耦合的变化的“互电容”感测方法。在各种实施例中，传感器电极附近的输入对象改变传感器电极之间的电场，从而改变量得的电容性耦合。在一个实现中，互电容感测方法通过检测在一个或多个发射器传感器电极(也是“发射器电极”或“TX电极”)与一个或多个接收器传感器电极(也是“接收器电极”或“RX电极”)之间的电容性耦合，来进行操作。发射器传感器电极可相对于参考电压(例如，系统地)来调制以传送发射器信号。在各种实施例中，参考电压可以是大体上恒定的电压，或者参考电压可以是系统地。发射器电极相对于接收器电极来调制以传送发射器信号并促进结果信号的接收。结果信号可包括对应于一个或多个发射器信号，和/或对应于一个或多个环境干扰源(例如其他电磁信号)的影响。传感器电极可为专用的发射器或接收器，或者可配置成既传送又接收。
将领会，这里描述的实施例在利用“自电容”技术的环境中也是合用的。“自电容”(或“绝对电容”)感测方法是基于在传感器电极和输入对象之间的电容性耦合的变化。在各种实施例中，传感器电极附近的输入对象改变传感器电极附近的电场，从而改变量得的电容性耦合。在一个实现中，绝对电容感测方法通过相对于基准电压(例如，系统地)调制传感器电极，以及通过检测传感器电极与输入对象之间的电容性耦合，来进行操作。
在图1中，处理系统110示出为输入装置100的部件。处理系统110配置成操作输入装置100的硬件来检测感测区120中的输入。处理系统110包括一个或多个集成电路(IC)和/或其他电路组件的部分或全部。例如，用于互电容传感器装置的处理系统可包括配置成以发射器传感器电极来传送信号的发射器电路，和/或配置成以接收器传感器电极来接收信号的接收器电路。在一些实施例中，处理系统110还包括电子可读指令，诸如固件代码、软件代码等。在一些实施例中，组成处理系统110的组件定位在一起，诸如在输入装置100的感测元件附近。在其他实施例中，处理系统110的组件在物理上是独立的，其中一个或多个组件靠近输入装置100的感测元件，而一个或多个组件在别处。例如，输入装置100可为耦合到计算装置的外设，并且处理系统110可包括配置成在计算装置的中央处理单元上运行的软件以及与该中央处理单元分离的一个或多个IC(或许具有关联的固件)。作为另一示例，输入装置100可物理地集成在移动装置中，并且处理系统110可包括作为该移动装置的主处理器的一部分的电路和固件。在一些实施例中，处理系统110专用于实现输入装置100。在其他实施例中，处理系统110也执行其他功能，诸如操作显示屏、驱动触觉制动器等。
处理系统110可以作为处理该处理系统110不同功能的一组模块被实现。每一模块可包括作为处理系统110的一部分的电路、固件、软件或它们的组合。在各种实施例中，可使用模块的不同组合。示例模块包括用于操作诸如传感器电极和显示屏之类硬件的硬件操作模块，用于处理诸如传感器信号和位置信息之类数据的数据处理模块，以及用于报告信息的报告模块。另外的示例模块包括传感器操作模块，其配置成操作感测元件来检测输入；识别模块，其配置成识别诸如模式变更手势之类的手势；以及模式变更模块，其用于变更操作模式。在一个或更多实施例中，第一和第二模块可以被包括在独立集成电路中。例如，第一模块可以至少部分地被包括在第一集成电路中而独立模块可以至少部分地被包括在第二集成电路中。进一步地，单个模块的几个部分可以跨越多个集成电路。
在一些实施例中，处理系统110直接通过引起一个或多个动作来响应感测区域120的用户输入(或缺少用户输入)。示例动作包括改变操作模式，以及诸如光标移动、选择、菜单导航、和其他功能的GUI动作。在一些实施例中，处理系统110向电子系统的某个部分(例如，向与处理系统110分离的电子系统的中央处理系统，如果这样一个独立的中央处理系统存在的话)提供关于输入(或缺少输入)的信息。在一些实施例中，电子系统的某个部分处理从该处理系统110接收到的信息以对用户输入采取动作，诸如促进全范围的动作，包括模式改变动作和GUI动作。
例如，在一些实施例中，处理系统110操作输入装置100的感测元件以产生指示感测区域120的输入(或缺少输入)的电信号。处理系统110在产生提供给电子系统的信息中可对该电信号执行任何适量的处理。例如，处理系统110可以数字化从传感器电极获得的模拟电信号。作为另一个例子，处理系统110可以执行滤波或其他信号调节。作为又一个例子，处理系统110可以减去或以其他方式计及基线，以使得信息反映电信号和基线之间的差异。作为另一些示例，处理系统110可确定位置信息，识别作为命令的输入，识别笔迹等。
本文使用的“位置信息”广义地包含绝对位置、相对位置、速度、加速度和其他类型的空间信息。示例性的“零维”位置信息包括近/远或接触/非接触信息。示例性的“一维”位置信息包括沿轴的位置。示例性的“二维”位置信息包括在平面中的运动。示例性的“三维”位置信息包括在空间中的瞬时或平均速度。进一步的示例包括空间信息的其他表示。也可确定和/或存储关于一种或多种类型位置信息的历史数据，包括，例如随时间追踪位置、运动、或瞬时速度的历史数据。
在一些实施例中，输入装置100采用由处理系统110或由某个其他处理系统操作的附加输入组件来实现。这些附加输入组件可为感测区120中的输入提供冗余的功能性，或某个其他功能性。图1示出感测区120附近的按钮130，其能够用于促进使用输入装置100的项目的选择。其他类型的附加输入组件包括滑块、球、轮、开关等。相反地，在一些实施例中，输入装置100可在没有其他输入组件的情况下实现。
一些实施例中，输入装置100包括触摸屏界面，并且感测区120与显示屏的有源区的至少一部分重叠。例如，输入装置100可包括覆盖该显示屏的、大体透明的传感器电极，以及为关联的电子系统提供触摸屏界面。该显示屏可以是能向用户显示可视界面的、任何类型的动态显示器，并可包括任何类型的发光二极管(LED)、有机LED(OLED)、阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、等离子体、电致发光(EL)，或其他显示技术。输入装置100和显示屏可共用物理元件。例如，一些实施例可将相同电组件的一些用于显示及感测。在各种实施例中，显示装置的一个或多个显示电极可配置用于显示更新和输入感测两者。作为另一示例，显示屏可部分或整个地由处理系统110操作。
图2例示另一个示范环境的框图200。其中包括的是用于感测生物计量(诸如用户手指220的指纹)的生物计量传感器210的示例。传感器可以在顶层玻璃212的表面上形成，顶层玻璃212可以是显示屏的部分，诸如触摸屏。用于指纹传感器或其他生物计量传感器的传感器可以，例如，使用本文描述的差分读出方案而实现。在其他实施例中，传感器可以定位于按钮上，或在专用的指纹感测位置中。根据例示的实施例，在玻璃层212(用户的手指200可能在其上放置或刷过)的底面上，可以构成可能是介电的也可能是柔性的材料层214，诸如卡普顿胶带的薄膜，其可能将传感器元件电极/迹线形成在一个或两个对立面，并且也可能，例如通过覆晶薄膜(COF)或倒装晶片(flip chip)安装技术，在其上将传感器控制器IC 216安装到包含传感器元件电极/迹线的衬底上。如在此申请中注明的，对于一些实施例，在缺少IC的厚度的情况(诸如当IC与传感器分离)下考虑时，整个组件可能厚度H大约小于1毫米，例如厚度大约0.1毫米，尤其对于COF类型的封装而言。同样，取决于可接受的信号水平，该厚度可能为大约2毫米或更厚，例如，对于倒装晶片安装的封装来说。尽管图2例示了一种指纹传感器的实现，应领会，根据在此描述的示范性实施例的传感器可以可获益地使用在各种各样的指纹传感器设计和实现中。
图3例示根据示范性实施例的传感器阵列300。传感器阵列300包括多个传感器电极，其中包括参考接收器电极301，多个成像接收器电极311-319和多个发射器电极321-329。参考接收器电极301和成像接收器电极311-319与多个发射器电极321-329重叠，以便形成具有电容性间隙的二维阵列的成像区域。每个成像接收器电极与发射器电极之间的交叉都是成像区域的像素。
传感器电极可以用多种方式连接到控制器IC上。在描述的例子中，传感器电极由衬底携带，通孔贯穿衬底来布置，以将传感器电极连接到另一面上的控制器IC。具体地，发射器电极321，323，325，327和329在一端连接到多个通孔331，333，335，337和339，这些通孔贯穿衬底将传感器电极连接到控制器IC。发射器电极322，324，326和328也在一端连接到多个通孔(图3中未描绘)。图3中描绘的通孔331，333，335，337和339对应于传感器的顶部边缘，而其他通孔布置在传感器的底部边缘(未描绘)。这些通孔连接到，例如，安装在传感器下方的、控制器IC的各种发射器焊盘上。相对于图3中例示的组件，顶部和底部边缘提供相似的功能，因此为了描绘清晰，只有传感器的顶部边缘被示出。
应当理解的是，使用图3中描绘的通孔的连接方式仅仅是一个例子。在备选实施例中(未在图3中描绘)，其他配置，诸如覆晶薄膜(COF)(或“覆晶软膜”(chip-on-flex))配置可以用于在衬底上形成传感器电极并且将它们连接到控制器IC上，在此情况中传感器配置可能就不包括所描绘的通孔。
导电屏蔽340靠近参考接收器电极301来布置。该导电屏蔽340被配置成阻挡电场的至少一部分，其中该电场由延伸至参考接收器电极上方区域中的发射器电极生成，在该区域中对象被引入到成像表面(不会影响或者不会显著影响由延伸至成像接收器电极上方的区域中的发射器电极所生成的电场)。这允许参考接收器电极对被成像对象的特定特征不太敏感，以提供相对一致的参考，而仍然允许参考接收器电极获得由对象引入的噪声并且允许成像接收器电极足够敏感以致分辨对象的特定特征。在指纹成像的例子中，参考接收器电极对是指纹的脊还是谷存在于该参考接收器电极上较为不敏感，然而从成像接收器电极上得到的读数仍允许这种区别被检测出来。在图3描绘的特定例子中，导电屏蔽布置在参考接收器电极相对于成像阵列(在通孔上面)的相对一侧，并且可能放置在，比如，与参考接收器电极共面，或者可能在成像表面和发射器电极之间的另一个位置。
此外，包括至少一个差分放大器350(例如低噪声放大器)的处理系统与电极的阵列相连接。应当理解的是，尽管只有一个差分放大器被描绘出来，一个或多个差分放大器可能被用作处理系统的一部分(例如，不同对的接收器电极可能对应于不同的差分放大器，或者可能对应于相同但按不同实现的差分放大器，取决于接收器电极是如何连接到差分放大器)。
在操作上，传感器阵列300使感测信号(例如，电压脉冲)驱动到发射器电极上(例如，一次驱动到一个发射器电极，或者在某些情况下一次驱动到多个发射器电极)。基于这些感测信号，对应的信号由参考接收器电极301或者成像接收器电极311-319的一个或多个接收。例如，在其中相对于在参考接收器电极的对应读数获取每个像素的差分读数的实现中，在参考接收器电极上的读数被输入到差分放大器350的第一通道，而在成像接收器电极上的读数(对应于被读取的像素)被输入到差分放大器350的第二通道。差分放大器350则基于它们生成修正的所检测信号，其允许处理系统，比如确定是否存在诸如手指的生物计量对象和/或确定生物计量对象的特征，诸如指纹的脊或谷的存在。
正如上述讨论，在示范性实施例中，传感器阵列300被配置使得，相对于对生物计量对象的特征更敏感的成像接收器电极311-319，在参考接收器电极301上取得的读数对存在于与传感器阵列对应的感测表面上的生物计量对象的特征更不敏感。例如，当手指放置在感测表面上，无论是手指的脊还是谷存在于参考接收器电极301与有源发射器电极之间的重叠处，对应于经由参考接收器电极301接收到的手指图案的信号变化将被实质上最小化。另一方面，在成像接收器电极301和有源发射器电极之间的重叠处，基于是脊还是谷存在于那个重叠处，在成像接收器电极上接收的读数会存在一个实质上的差异。这允许处理系统可以有效地区分在成像区域的每个像素处的生物计量对象的不同特征，同时利用来自参考接收器电极上的读数来计及系统-宽度的噪声，包括由在感测表面上的生物计量对象的存在所引入的噪声。由此，这些实施例为所感测生物计量对象的准确且精确的图像的生成提供当信号被用于生物计量匹配时更低的错误接受和错误拒绝率。
为了进一步解释这些原理，图4采用示出不同电容的电路图400的形式例示一个电学模型，其中这些电容在一个生物计量对象(诸如手指)被放置在感测表面上并且成像区域的像素相对于参考接收器电极被读取时被涉及。正如图4所示，在感测区域上的生物计量对象(在本例中，比如，一根手指)的存在产生了在手指和参考接收器电极之间的电容(rCf2rx)，以及在手指和对应于被读取的像素的成像接收器电极之间的电容(Cf2rx)。生物计量对象的存在也导致了大体上相似量的噪声被引入那些接收器电极两者。
在有源发射器电极和参考接收器电极之间还存在一个电容(rCtx2rx)，该电容是基于在这些电极之间的重叠处的电容性间隙，当生物计量对象引入到感测表面上时，该电容将减小一定量(ΔrCtx2rx)在有源发射器电极和对应于被读取的像素的成像接收器电极之间类似地存在一个电容(Ctx2rx)，该电容基于在这些电极之间的重叠处的电容性间隙，当生物计量对象引入到感测表面上时，该电容将减小一定量(ΔCtx2rx)。在参考接收器电极和地之间还存在电容(rCrx2gnd)，以及在成像接收器电极和地之间存在电容(Crx2gnd)。
这些电容值影响进入至差分放大器的两个输入，它们是基于驱动到发射器电极上的感测信号的、在接收器电极上接收的信号。即，Vn(其输入到差分放大器第一通道)受rCf2rx，rCtx2rx，ΔrCtx2rx和rCrx2gnd所影响；而Vp(其输入到差分放大器第二通道)受Cf2rx，Ctx2rx，ΔCtx2rx和Crx2gnd所影响。差分放大器对应于Vp和Vn之间的差异输出一个修正的所检测信号用于被读取的像素。
不管某些可忽略的更高阶参数，Vp与Vn之间的差可如下在公式1中建模。
公式1
V p = V n = V t x [ C t x 2 r x C r x 2 g n d + C t x 2 r x + C f 2 r x - r C t x 2 r x r C r x 2 g n d + r C t x 2 r x + r C f 2 r x ] + V r x [ Δ C t x 2 r x C r x 2 g n d + C t x 2 r x + C f 2 r x - Δ r C t x 2 r x r C r x 2 g n d + r C t x 2 r x + r C f 2 r x ] + N f [ C f 2 r x C r x 2 g n d + C t x 2 r x + C f 2 r x - r C f 2 r x r C r x 2 g n d + r C t x 2 r x + r C f 2 r x ]
归因于由生物计量对象的导入所引起的噪声的差异的部分是公式1的第三部分。
公式1.3
N f [ C f 2 r x C r x 2 g n d + C t x 2 r x + C f 2 r x - r C f 2 r x r C r x 2 g n d + r C t x 2 r x + r C f 2 r x ]
所以，为利用该参考接收器电极来最小化由生物计量对象引入的系统-宽度噪声，括号中的两项，和应该尽可能接近。
同时，相比于成像接收器电极，参考接收器电极应该对生物计量对象的特征更不敏感。这是由最大化公式1中第二部分而实现的。
公式1.2
V t x [ Δ C t x 2 r x C r x 2 g n d + C t x 2 r x + C f 2 r x - Δ r C r x 2 r x r C r x 2 g n d + r C t x 2 r x + r C f 2 r x ]
这是由最小化项相对于项的值而实现的。
在示范性实施中，图3的传感器阵列进行配置使得项的值为项的10％或更低，同时保持和两项大体上相似的值。
另一个考虑是公式1中的第一部分，其涉及可归因于驱动到发射器电极上的感测信号的共模信号。
公式1.1
V t x [ C t x 2 r x C r x 2 g n d + C t x 2 r x + C f 2 r x - r C t x 2 r x r C r x 2 g n d + r C t x 2 r x + r C f 2 r x ]
通过保持接近输入差分放大器的共模信号将被最小化。然而，差分放大器本身可包括一个偏移补偿电路来帮助去除共模信号，所以对于公式1.1中的两项没有被安排成大体上相等存在一些容忍。
回到图3,可以看到发射器电极的宽度在接近参考接收器电极和发射器电极之间的重叠处相对薄。在示例中，发射器电极在接近与参考接收器的重叠处的减少的宽度是15μm(相对于在接近与成像接收器电极的重叠处具有50μm的宽度)。这导致在上述公式1.2中ΔrCtx2rx项的减少，使得参考接收器电极对生物计量对象的特征不太敏感。此外，接近于参考接收器电极的导电屏蔽的存在进一步减少了ΔrCtx2rx项。导电屏蔽可以是接地的或者维持在一个固定电压。增加参考接收器电极的尺寸也通过增大公式1.2中
“rCrx2gnd+rCtx2rx+rCf2rx”项来降低参考接收器电极的敏感度。
图5例示另一个示范性实施例的传感器阵列500，在其中参考接收器电极301未被描绘成比其他接收器电极更宽，但是该参考接收器电极301靠近导电屏蔽340来布置(例如，下至20μm)，使得在参考接收器电极和导电屏蔽之间的距离比在多个成像接收器电极中相邻成像接收器电极之间的间隔相对更小。
同时也应领会，关于传感器的顶部边缘所例示的，在图5中的这些差异，可以相似地关于传感器的底部边缘来应用。例如，在一个示范性实现中，其中在顶部边缘上的一个参考通道是关于接收器通道的一半来使用而在底部边缘上的另一参考通道是关于接收器通道的另一半来使用，对应于传感器两边缘的组件可以被相似地配置。
尽管未在图5中描绘，减少参考接收器电极301和第一个成像接收器电极311之间的间隔也具有降低参考接收器电极对被放置在感测区的生物计量图案的敏感度的影响。
图6例示另一个示范性实施例的传感器阵列600，在其中导电屏蔽340进一步包括附加部分341，其布置在参考接收器电极301和第一成像接收器电极311之间。
图7例示另一个示范性实施例的传感器阵列700，在其中导电屏蔽340进一步包括多个突出部342，其与多个发射器电极对齐来布置。在示范性实现中，突出部长度为30μm，宽度为40μm。
以上在图3，5，6，7中所描绘的示范性实施例中讨论的示例性特征，提供了手指耦合共模噪声(即，由在参考接收器电极上的手指引入的噪声也会存在于其他接收器电极上)的抑制，也提供参考通道(与参考接收器电极对应)，该参考通道相对于其他接收器电极的敏感度，对指纹的任何特定特征都较不敏感。比如，通过添加一个接近参考接收器电极的屏蔽，通过把发射电极做到相对薄，和/或通过包含其他本文讨论过的特征，从发射电极传送到接收器电极、到达感测区域的场力线数量对参考接收器电极而言被减少，并且参考接收器电极对能够扰乱这些场力线的、感测区域中的指纹特征(例如，脊或谷)较不敏感。这使ΔrCtx2rx的值有效地减小，同时保持抑制共模噪声和手指耦合噪声的能力。
在说明书的上下文和权利要求中的术语“一”、“一个”和“所述”、“至少一个”以及类似对象的使用应被解释为覆盖单数和复数，除非在本文中以其他方式指出或者明确由上下文否认。术语“至少一个”随后接着一个或多个项目的列表的使用(例如，A和B的至少一个)应被解释为表示从所列出项目(A或B)或者所列出项目(A和B)的两个或多个的任何组合中选出的一个项目，除非在本文中以其他方式指出或者明确由上下文否认。术语“包含”、“具有”、“包括”以及“包含”应被解释为自由回答(open-ended)的术语(即，表示“包括但不限于”)，除非以其他方式注明。本文数值的范围的记载仅旨在用作单独提及落在该范围内的每一个单独值的速记方法，除非在本文中以其他方式指出，并且每个单独值被并入说明书中，就好像它在本文中单独记载一样。本文描述的所有方法可以以任何合适的顺序执行，除非在本文中以其他方式指出或者明确由上下文否认。本文提供的所有实例、或者示范性语言(例如，“诸如”)，仅旨在更好地阐述发明而不对本发明的范围施加限定，除非以其他方式声明。在说明书中的语言不应被解释为指示任何未声明的、对本发明的实践必不可少的元素。
基于阅读前述说明书，本文讨论的示范性实施例的各种变形可能对本领域技术人员而言变得显而易见。发明人希望本领域技术人员适当采用这些变形，并且发明人希望本文所描述的原理可以按其他方式得以实践而非仅仅如本文具体所述的那样。因此，如适用的法律所允许的，本发明包括附随的权利要求中所记载的主题的所有修改和等同方式。此外，本发明包含采用所有可能的变形的上述元素的任何组合，除非在本文中以其他方式指出或者明确由上下文否认。

Claims (20)

1.用于电容性感测的输入装置，包括：
多个传感器电极，所述多个传感器电极包括：
多个发射器电极，以及
多个接收器电极，其中所述多个接收器电极包括多个成像接收器电极和参考接收器电极，并且其中所述多个接收器电极的每个与所述多个发射器电极重叠；
其中所述多个发射器电极的每个配置成以感测信号驱动，并且所述多个接收器电极的每个配置成接收与驱动到所述发射器电极上的所述感测信号对应的所检测信号；
导电屏蔽，靠近所述参考接收器电极来布置；以及
处理系统，所述处理系统配置成从所述多个接收器电极的每个接收所述所检测信号，并且进一步配置成基于在所述成像接收器电极接收到的所检测信号和在所述参考接收器电极接收到的所检测信号来生成修正的所检测信号。
2.如权利要求1所述的输入装置，其中所述参考接收器电极布置在所述导电屏蔽和所述多个成像接收器电极的第一成像接收器电极之间。
3.如权利要求1所述的输入装置，其中所述导电屏蔽包括位于所述参考接收器电极的一个面上的第一部分和位于所述参考接收器电极的相对面上的第二部分，其中所述导电屏蔽的所述第二部分布置在所述参考接收器电极和所述多个成像接收器电极的第一成像接收器电极之间。
4.如权利要求1所述的输入装置，其中所述导电屏蔽包括多个突出部，所述突出部的每个与所述多个发射器电极中的相应发射器电极对齐。
5.如权利要求1所述的输入装置，其中所述多个发射器电极接近所述参考接收器电极与所述发射器电极重叠所在之处的部分比所述多个发射器电极接近所述多个接收器电极的每个与所述成像接收器电极重叠所在之处的部分更薄。
6.如权利要求1所述的输入装置，其中所述多个成像接收器电极与所述多个发射器电极重叠以形成具有电容性间隙的二维阵列的成像区域。
7.如权利要求1所述的输入装置，其中所述处理系统包括差分放大器，所述差分放大器具有配置成从所述参考接收器电极接收结果参考信号的第一输入通道和配置成从所述多个成像接收器电极的一个或多个接收结果信号的第二输入通道。
8.如权利要求1所述的输入装器，其中所述参考接收器电极比所述多个成像接收器电极的每个更宽。
9.如权利要求1所述的输入装置，其中所述参考接收器电极和所述导电屏蔽之间的距离比所述多个成像接收器电极中两个成像接收器电极之间的距离更小。
10.如权利要求1所述的输入装置，其中所述参考接收器电极和所述多个成像接收器电极中第一成像接收器电极之间的距离比所述多个成像接收器电极中两个成像接收器电极之间的距离更小。
11.如权利要求1所述的输入装置，其中所述多个传感器电极配置成在所述参考接收器电极与靠近所述输入装置放置的生物计量对象之间形成第一电容器(rCf2rx)，在所述参考接收器电极与地面之间形成第二电容器(rCrx2gnd)，在所述参考接收器电极与发射器电极之间形成第三电容器(rCtx2rx)，在成像接收器电极与所述生物计量对象之间形成第四电容器(Cf2rx)，在所述成像接收器电极与地面之间形成第五电容器(Crx2gnd)，以及在所述成像接收器电极与所述发射器电极之间形成第六电容器(Ctx2rx)。
12.如权利要求11所述的输入装置，其中配置所述多个电容器使得第一比例大体上等于第二比例
13.如权利要求1所述的输入装置，其中所述导电屏蔽布置在连接到所述多个发射器电极的多个通孔之上。
14.如权利要求1所述的输入装置，其中所述多个传感器电极配置成捕捉指纹的图像。
15.权利要求1中的所述输入装置，其中所述导电屏蔽配置成在所述多个发射器电极由所述感测信号驱动时接地。
16.权利要求1中的所述输入装置，其中所述处理系统配置成在所述多个发射器电极由所述感测信号驱动时对所述导电屏蔽施加固定电压。
17.用于电容性触摸感测的输入装置，包括：
多个传感器电极，所述多个传感器电极包括：
多个发射器电极，以及
多个接收器电极，其中所述多个接收器电极包含多个成像接收器电极和参考接收器电极，并且其中所述多个接收器电极的每个与所述多个发射器电极重叠；
其中所述多个发射器电极的每个配置成以感测信号驱动，并且所述多个接收器电极的每个配置成接收与驱动到所述发射器电极上的所述感测信号对应的所检测信号；以及
处理系统，所述处理系统配置成从所述多个接收器电极的每个接收所述所检测信号，并且进一步配置成基于在所述成像接收器电极接收到的所检测信号和在所述参考接收器电极接收到的所检测信号生成修正的所检测信号；
其中所述多个发射器电极接近所述参考接收器电极与所述发射器电极重叠所在之处的部分比所述多个发射器电极接近所述多个接收器电极的每个与所述成像接收器电极重叠所在之处的部分更薄。
18.如权利要求17所述的输入装置，进一步包括：
靠近所述参考接收器电极布置的导电屏蔽。
19.如权利要求18所述的输入装置，其中所述导电屏蔽包括位于所述参考接收器电极一个面上的第一部分和位于所述参考接收器电极的相对面上的第二部分，其中所述导电屏蔽的所述第二部分布置在所述参考接收器电极和所述多个成像接收器电极的第一成像接收器电极之间。
20.用于电容性感测的传感器阵列，包括：
多个传感器电极，所述多个传感器电极包括：
多个发射器电极，以及
多个接收器电极，其中所述多个接收器电极包含多个成像接收器电极和参考接收器电极，并且其中所述多个接收器电极的每个与所述多个发射器电极重叠；
其中所述多个发射器电极的每个配置成以感测信号驱动，并且所述多个接收器电极的每个配置成接收与驱动到所述发射器电极上的所述感测信号对应的所检测信号；以及
靠近所述参考接收器电极布置的导电屏蔽。
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