CN106028931B - 具有在感测元件内的解调电路的电容式指纹感测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电容式指纹感测系统，其包括激励信号提供电路以及多个感测元件。每个感测元件包括：保护介电顶层；导电的感测结构，其耦接至激励信号以用于提供指示感测结构所承载的电荷的变化的感测信号，该变化产生自手指与感测结构之间的电位差上的变化；以及连接至感测电路的解调电路，其用于组合感测信号以及与激励信号定时相关的解调信号以提供组合信号，该组合信号包括指示感测结构所承载的电荷的变化的DC信号成分。指纹感测系统还包括连接至感测元件中的每个的读出电路，其用于根据来自感测元件中的每个的DC信号成分来提供指纹图案的表示。

Description

具有在感测元件内的解调电路的电容式指纹感测装置
技术领域
本发明涉及一种电容式指纹感测系统以及一种感测指纹图案的方法。
背景技术
各种类型的生物识别系统越来越多被使用，以便于提供增大的安全性和/或强化的用户便利性。
尤其，指纹感测系统由于其小的形状因子、高的性能、以及用户的接受度，而例如已经被采用在消费者电子装置中。
在各种可利用的指纹感测原理(例如，电容式、光学式、热感式等等) 中，电容式感测是最普遍使用的，尤其是在其中尺寸及功率消耗是重要因素的应用中。
所有的电容式指纹传感器提供指示在若干感测结构的每个与置放在该指纹传感器的表面上、或是移动横跨该指纹传感器的表面的手指之间的电容的测量。
某些电容式指纹传感器被动式读出感测结构与手指之间的电容。然而，这需要感测结构与手指之间的相对大的电容。因此，此种被动电容式传感器通常被设置有覆盖感测结构的非常薄的保护层，这使得此种传感器对于刮痕和/或ESD(静电放电)是相当敏感的。
US 7 864 992公开了一种电容式指纹感测系统，其中驱动信号通过脉动(pulsing)被布置在传感器阵列附近的导电的结构而被注入到手指中，并且测量该传感器阵列中的感测结构所承载的电荷的产生的变化。
此种主动电容式指纹感测系统一般使得能够以比上述被动系统高得多的信噪比进行手指与每个感测结构之间的电容的测量。因此，这允许有相当厚的保护涂层，并且因此允许有更强健的电容式指纹传感器，其可以被包括在遭受到相当大磨损的物品如移动电话中。
然而，仍然有改善的空间。尤其，提供透过甚至更厚的保护涂层的指纹感测和/或关于信噪比的进一步改善的性能将会是所期望的。
发明内容
考虑到现有技术的上述以及其它的缺点，本发明的一个目的是实现一种改良的电容式指纹感测系统，尤其是一种提供透过非常厚的保护涂层的改善的感测性能的电容式指纹感测系统。
根据本发明的第一方面，因此提出一种用于感测手指的指纹图案的电容式指纹感测系统，该电容式指纹感测系统系包括：激励信号提供电路，其用于提供展现关于该手指的电位的时变(time-varying)激励电位的激励信号，该时变激励电位包含从第一电位至第二电位并且回到该第一电位的循环的变化；多个感测元件，其各自包含：保护介电顶层，其要被该手指所触碰；被配置在该顶层下面的导电的感测结构，该感测结构耦接至该激励信号提供电路以展现基本跟随该激励电位的时变感测结构电位，其中该激励电位从该第一电位至该第二电位的每个变化产生在该手指与该感测结构之间的电位差上的变化；连接至该感测结构的感测电路，其用于提供指示该感测结构所承载的电荷的变化的感测信号，该变化产生自该手指与该感测结构之间的电位差上的变化；以及连接至该感测电路的解调电路，其用于组合该感测信号以及与该激励信号定时相关的解调信号以提供组合信号，该组合信号包含指示该感测结构所承载的该电荷的该变化的DC 信号成分；以及连接至感测元件的每个的读出电路，其用于根据来自感测元件的每个的该DC信号成分来提供该指纹图案的表示。
在本申请的上下文中，该术语"电位"应该被理解为表示"电势"。
相应地，时变电位应该被理解为表示具有关于基准电位随着时间而改变的大小的电位。该时变激励电位例如可以被提供为脉冲序列，其具有脉冲重复频率、或者脉冲重复频率的组合。此种脉冲序列中的脉冲例如可以是方波脉冲。或者，该时变激励电位可被提供为正弦波、或者正弦波的组合。
感测元件可以有利地以包括列与行的阵列来配置。
每个感测结构可以有利地用金属板的形式来设置，因而一种类型的平行板电容器由该感测结构(感测板)、局部手指表面、以及保护涂层(以及任何根据在指纹图案中的位置而可能局部地存在于该局部手指表面与保护涂层之间的空气)而形成。该感测结构所承载的电荷的由该手指与该感测结构之间的电位差上的变化而产生的变化是此平行板电容器的电容的指示，其因此为该感测结构与手指表面之间的距离的指示。
该保护涂层可以有利的是至少20μm厚，并且具有高介电强度以保护该指纹感测装置下面的结构免于磨损及撕裂，并且避免ESD。甚至更有利的是，该保护涂层可以是至少50μm厚。在实施例中，该保护涂层可以是数百μm厚。
每个感测元件可以是可控的以执行预定测量序列，预定测量序列涉及预定序列中的不同测量状态之间的转变。测量状态可以是由被提供至包含在该感测元件中的电路的控制信号的某组合所定义的。
该激励信号提供电路可包括切换电路，其被配置成在被提供在不同的线上的两个或多个不同的电位之间切换。替代或是组合地，该激励信号提供电路可包括被配置成提供该时变激励电位的至少一个信号源。
该激励信号提供电路可以被包含在指纹传感器部件中，并且因此可以提供具有关于该指纹传感器部件的基准电位例如传感器接地电位的时变激励电位的激励信号。
或者，该激励信号提供电路可以被设置在该指纹传感器部件的外部，并且连接至该指纹传感器部件以提供该激励信号作为用于该指纹传感器部件的时变基准电位。在这种情况下，该激励信号可以展现其关于该指纹感测系统被包含于其中的电子装置的装置接地电位的时变激励电位。可以利用包含在该指纹传感器部件中的定时电路所产生的控制信号来控制外部激励信号提供电路。
当激励电位上的变化在该感测结构电位上产生对应的变化时，该时变感测结构电位基本跟随该激励电位。该感测结构电位上的变化并不需要和该激励电位上的变化完全同时的，而是根据在该激励信号提供电路与感测结构之间的耦合的性质而可以有某些延迟。此外，在该激励电位与感测结构的电位之间可以有电位转换，而且可以有某些缩放。然而，该激励电位的整体特性应该反映在该感测结构电位上。
该解调信号与该激励信号定时相关应该被理解为表示该激励信号的上述从该第一电位至该第二电位和/或从该第二电位至该第一电位的变化的定时将决定该解调信号的电位上的变化的定时。
在某些实施例中，该解调信号可以是定义采样事件的短脉冲，而在其它实施例中，该激励信号本身可以构成该解调信号。
本发明基于以下认识：感测元件的更快的操作将会在一个感测事件期间允许多个来自每个感测元件的读出，这产生指示该感测元件与手指表面之间的局部距离的测量。这因此将会提供改善的感测性能，例如在信噪比以及共模噪声降低的方面。
本案发明人已经进一步认识到，可以通过以下方式在功率消耗上没有相应增加的情况下实现感测元件的希望的较快操作：通过由DC信号或接近DC信号(关于该指纹感测系统的基准电位的恒定电压)来指示该感测信号的希望的信息内容(即上述该感测结构所承载的电荷上的变化)的方式，在感测元件中本地至少部分地解调该感测信号。
通过从每个感测元件输出该感测结构所承载的电荷的变化作为DC 信号成分，将不需要在电位上针对该读出线的寄生电容来上下移动该读出线，这提供每一读出事件的大为降低的能量消耗。
因此，本发明的实施例在能量消耗上并无对应的增加的情况下提供较高的读出频率，这因此允许有改善的感测性能，并且进一步通过本身为已知的滤波技术使得能够进行多个输出信号的组合，由此共模噪声可被降低，而且该信噪比可被增大。
这允许透过例如电子装置如移动电话的控制按钮或盖子的一部分的较厚的介电涂层的测量。此外，降低该指纹传感器的能量消耗和/或缩短获得指纹表示(图像)所需的时间是可能的。
在实施例中，读出电路可被配置成提供特定的感测元件或感测元件组的若干读数的时间的平均值或总和。在其它实施例中，该读出电路可被配置成连续或基本同时地从多个感测元件接收上述组合信号。由此，空间的平均值可形成，其例如可以是有用于噪声消除和/或增益控制。
在根据本发明的指纹感测系统的各种实施例中，该感测电路可以有利地包含电荷放大器，其包括连接至该感测结构的第一输入；连接至该激励信号提供电路的第二输入；提供该感测信号的输出；连接在该第一输入与该输出之间的反馈电容器；以及至少一个在该第一及第二输入与该输出之间的放大器级，以该第一输入处的电位基本跟随该第二输入处的电位的方式来配置该电荷放大器。
该电荷放大器将该第一输入处的电荷转换为该输出处的电压。该电荷放大器的增益由该反馈电容器的电容来决定。
以该第一输入(有时也被称为负输入)处的电位基本跟随该第二输入 (有时也被称为正输入)处的电位的方式来配置该电荷放大器，此应该被理解为表示该第二输入处的电位上的变化在该第一输入处的电位上产生基本对应的变化。根据该电荷放大器的实际的配置，该第一输入处的电位可以是与该第二输入处的电位基本相同、或者在该第二输入与该第一输入之间可以有基本恒定的电位差。例如，如果该电荷放大器被配置为单级放大器，则该电位差将会是该感测晶体管的栅极-源极电压。
应注意到的是，该电荷放大器的输出并不需要直接连接至该反馈电容器，而且在该输出与该反馈电容器之间可以有额外的电路。此电路也可以被置放在感测元件阵列之外。
根据实施例，该解调电路可包括信号乘法电路，用于将该感测信号与该解调信号相乘。
通过将该感测信号与该解调信号相乘，由该感测结构所承载的电荷的变化可以在数学上被分开成希望的DC信号成分，这允许在该指纹感测系统中便于信号传输及处理。
该信号乘法电路可以是任何能够随时将该两个信号(该感测信号以及该解调信号)的瞬间电压相乘在一起以产生其输出信号的电路。
信号乘法电路的例子包括不同类型的混合器，例如乘法器混合器或切换式混合器。
用于相关双重采样的采样器也可以在数学上被视为信号乘法电路，其中具有负脉冲以及正脉冲的解调信号与该感测信号相乘。
该解调电路可以进一步包括低通滤波器，以用于允许该DC信号成分通过，而去除较高频成分。替代或是组合地，低通滤波器可被设置在该感测元件之外，以用于低通滤波该感测元件所输出的组合信号。该低通滤波器可以包含在该读出电路中。
在各种实施例中，将感测元件与读出电路相互连接的读出线可以作用为低通滤波器，这是由于在相邻的读出线之间以及在读出线与该指纹传感器部件中的其它结构(例如接地和/或电源电压轨)之间的寄生电容。
为了使得读出线以及其关联的寄生电容能够作用为用于由感测元件提供的组合信号的适当的低通滤波器，每个感测元件可被配置成提供小于 10μA的最大的输出电流。
对于产生输出线的在1-10pF量级的寄生电容、以及来自每个感测元件的在10-100MHz量级的读出频率的典型的CMOS设计而言，小于10μA 的最大输出电流将会允许该读出线作用为低通滤波器(的一部分)。
由此，较高频的成分可以在每个感测元件与该读出电路之间充分地被衰减，因而在该读出电路处基本只剩下该希望的DC信号成分。这提供一种简化的指纹传感器设计以及低能量消耗。
根据各种实施例，包含在该电荷放大器中的该放大器级可包括感测晶体管，该感测晶体管具有构成该第一输入的栅极。该感测晶体管可被形成在半导体衬底中的阱内，用可以避免电流在该阱与该衬底之间流动的方式来配置该阱与该衬底之间的界面。此外，该激励信号提供电路可以连接至该阱，以用于将该阱的电位从第三电位改变至第四电位，该第三电位与该第四电位之间的差基本等于上述第一电位与第二电位之间的差，以由此降低在该感测结构与该阱之间的寄生电容的影响。
该半导体衬底可以有利的是掺杂的半导体衬底，并且该阱可以是该衬底的被掺杂成与关于该半导体衬底相反的极性的部分(如果该半导体衬底是p型掺杂的，则该阱可以是n型掺杂的，并且如果该半导体衬底是n 型掺杂的，则该阱可以是p型掺杂的)。这是一种实现该阱与该衬底之间的界面的方式，该界面用能够避免电流在该阱与该衬底之间流动的方式来配置。尤其，该阱以及该衬底可被保持在这样的电位，以使得没有电流流过被形成在该衬底与该阱之间的界面处的二极管。
或者，绝缘层可被设置在该衬底与该阱之间，其例如具有薄玻璃层的形式。此种绝缘层也将会避免电流在该阱与该衬底之间流动。
本案发明人已经认识到，在本发明的实施例中，该指纹感测装置中的感测结构与半导体结构之间的寄生电容的影响可以通过设置激励信号提供电路而大为降低，该激励信号提供电路被配置成改变该电荷放大器的感测晶体管被形成于其中的阱的电位。由此，该阱(其为邻近该感测结构与该感测晶体管(该电荷放大器的输入级)之间的连接的半导体结构)的电位可被控制成跟随该感测结构的电位，使得该阱与该感测结构之间的电位差至少在关于在该感测结构与该手指之间的电容的测量的时间点保持基本恒定。
此外，根据各种实施例，该指纹感测装置可以进一步包括被配置在该感测结构与该衬底之间的屏蔽结构。该激励信号提供电路可以进一步连接至该屏蔽结构，并且被配置成将该屏蔽结构的电位从第五电位改变至第六电位，该第五电位与该第六电位之间的差基本等于上述第一电位与第二电位之间的差。
由此，该感测结构可以有效地与该感测元件的其它可能在下面的部分，例如金属层中的连接线、和/或被形成在该半导体衬底中的连接线和/ 或半导体电路屏蔽开。此将进一步降低该感测元件中的寄生电容的影响。
该第五电位可以有利地等于以上所提及的第三(和/或第一)电位，并且该第六电位可以有利地等于上述的第四(和/或第二)电位。例如，该屏蔽结构(板)可以有利地直接导电连接至该阱。
根据第一组实施例，该感测晶体管可以是NMOS晶体管或PMOS晶体管，并且该阱分别可以是p型阱或是n型阱。
根据第二组实施例，p型阱和/或n型阱可被形成在连接至该激励信号提供电路的阱中。当至少p型阱以及至少n型阱被形成在该阱中时，该阱有时可以被称为隔离阱(iso-well)。
此外，该阱可以是共享于多个感测元件。例如，该阱可以是围绕若干感测元件的n型阱及p型阱的隔离阱。该激励信号提供电路可以连接至该隔离阱而且连接至被形成在该隔离阱内的阱，并且被配置成改变该隔离阱以及在该隔离阱内所形成的阱的电压。
根据各种实施例，感测元件的每个可包括连接至该激励信号提供电路的定时电路，以用于：将第一激励控制信号提供至该激励信号提供电路，以用于在第一激励转变时间触发手指与感测结构之间的电位差上的第一变化；并且将第二激励控制信号提供至该激励信号提供电路，以用于在第二激励转变时间触发手指与感测结构之间的电位差上的第二变化。
此外，根据各种实施例，感测元件的每个可以进一步包括：重置电路，其能够被控制以使该反馈电容器放电；以及定时电路，其连接至该重置电路以用于在其中该反馈电容器被放电的重置状态以及其中该反馈电容器能够被充电以允许测量该感测结构所承载的电荷的变化的测量就绪状态之间控制该重置电路。
通过在每个感测元件或感测元件组中本地设置定时电路，包含在该感测元件或感测元件组中的电路的至少某些定时控制可以在每个感测元件或是感测元件组中本地控制。
因此，可以说该定时电路作用为本地的状态机，其可以是异步或是同步的、或是其组合。
通过提供至少测量状态之间的最对时间要求苛刻的转变的本地定时，可用于测量的时间可被增加(对于给定的读出频率而言)，并且/或者可以使得该电容式指纹感测装置的设计变得容易。例如，将不需要小心地将某些定时控制信号路由至每个感测元件，而是可以通过选择特定的感测元件的外部信号来起始该定时。
因此，本发明的这些实施例进一步使得较高的读出频率的实现变得容易，其因此允许改善的测量性能，并且进一步使得能够进行多个输出信号的组合(例如通过滤波)，由此可以降低共模噪声，并且可以增大信噪比。
该定时电路可以有利地包括至少第一延迟元件，用于在由第一事件以及关于该第一事件的时延所定义的转变时间，控制该感测元件以从第一测量状态转变至第二测量状态，该第一延迟元件具有用于接收定义该第一事件的第一信号的输入端、以及用于提供定义从该第一测量状态至该第二测量状态的转变的第二信号的输出端。
该第一信号可以是时变电压，并且该第一事件例如可以是由该第一信号的上升侧或是下降侧定义的。
该第一信号可以是在该感测元件内部产生的，或者可以根据各种实施例而被提供为在该感测元件之外产生的信号，其例如可以被称为激活信号或是选择信号。
该第二信号可以被视为该第一信号的延迟版本，但应了解的是除了延迟以外的其它转换也可以被施加在该第一信号上以形成该第二信号。例如，该第一信号可以被附加地被放大和/或衰减和/或反相等等，以形成该第二信号。
第一延迟元件可以有利地包括半导体电路，例如一个或多个逻辑门。
根据本发明的各种实施例的电容式指纹感测系统可以有利地包含在电子装置中，其进一步包括处理电路，该处理电路被配置成：从该指纹感测系统获得该指纹图案的表示；根据该表示来认证用户；以及只有在该用户根据该表示而被认证后，才执行至少一个用户请求的程序。该电子装置例如可以是例如移动电话或平板计算机的手持式通信装置、计算机、或是例如手表或类似者的电子可穿戴的物品。
根据本发明的第二方面，提供一种感测手指的指纹图案的方法，其利用包括激励信号提供电路以及多个感测元件的电容式指纹感测系统，该多个感测元件各自包含：要被该手指触碰的保护介电顶层；被布置在该顶层下面的导电的感测结构；以及连接至该感测结构的感测电路，其用于提供指示该感测结构所承载的电荷的变化的感测信号，该变化产生自该手指与该感测结构之间的电位差上的变化，其中该方法包括以下步骤：利用该激励信号提供电路将激励信号提供至该手指以及该感测结构中的至少一个，以在该手指与该感测结构之间提供时变电位差；通过该指纹感测系统提供与该激励信号定时相关的解调信号；通过该指纹感测系统组合该解调信号和该感测信号以提供组合信号，该组合信号包含指示该感测结构所承载的该电荷的该变化的DC信号成分；并且利用感测元件外部的读出电路根据来自感测元件的每个的该DC信号成分来提供该指纹图案的表示。
通过本发明的此第二方面的进一步实施例以及获得的效果大体类似于上述针对于本发明的第一方面的那些实施例以及获得的效果。
总之，本发明涉及一种电容式指纹感测系统，其包括激励信号提供电路以及多个感测元件。每个感测元件包含保护介电顶层；耦接至该激励信号的导电的感测结构，用于提供指示该感测结构所承载的电荷的变化的感测信号，该变化产生自该手指与该感测结构之间的电位差上的变化；以及连接至该感测电路的解调电路，用于组合该感测信号以及与该激励信号定时相关的解调信号以提供组合信号，该组合信号包含指示该感测结构所承载的该电荷的该变化的DC信号成分。该指纹感测系统进一步包括连接至感测元件的每个的读出电路，用于根据来自感测元件的每个的该DC信号成分来提供该指纹图案的表示。
附图说明
现在将会参考展示本发明的范例实施例的所附的图式来更详细地描述本发明的这些方面以及其它方面，其中：
图1示意地描绘包括指纹感测系统的移动电话；
图2示意地展示图1中的指纹感测系统；
图3是图2中的指纹感测系统的一部分的示意截面图，其描绘根据现有技术的指纹感测装置的示例，其利用电路图描绘感测元件的配置以及感测信号从感测元件至读出电路的传输；
图4a是图2中的指纹感测系统的一部分的示意截面图，其描绘根据本发明的指纹感测系统的第一实施例；
图4b是用于图4a中的指纹感测装置的示例解调电路的电路图；
图5a至图5b示意地描绘包含在根据本发明的第二实施例的一种感测系统中的感测元件；
图6是图5b中的感测元件的一部分的示意电路图，其包含该感测电路以及解调电路；
图7是描绘用于图6中的电容式指纹感测系统的示例测量序列的时序图；
图8示意地描绘用于控制图6中的感测元件所执行的测量序列的定时的示例定时电路；
图9是包含在图8的定时电路中的延迟元件的电路图；
图10a至图b示意地描绘根据本发明的指纹感测系统的第三实施例；以及
图11示意地描绘其中该激励信号提供电路被布置并配置成摆动该指纹传感器部件的基准电位的实施例。
具体实施方式
在本案的详细说明中，根据本发明的指纹感测装置及方法的各种实施例是主要参考一种电容式指纹感测系统来叙述的，其中每个感测元件包括用于将激励或驱动信号提供至感测结构的激励信号提供电路。此外，该电容式指纹感测装置被描绘为触摸传感器，其被给定尺寸并且配置成从静止的手指获得指纹表示。
应注意到的是，此绝非限制本发明的范围，因为本发明同样良好地包含例如一种电容式指纹感测系统，其中手指电位与感测结构电位之间的电位差上的变化是替代地通过关于该指纹感测系统被包含于其中的电子系统的基准电位来控制该指纹传感器部件的基准电位(例如，本地接地电平) 而被实现。其它的传感器阵列配置，例如一种用于从移动的手指获得指纹表示的所谓的滑动式(swipe)传感器(或线传感器)也在本发明的如同所附的权利要求所限定的范围内。触控传感器也可以具有和在所附的图式中描绘的那些尺寸不同的尺寸。
图1概要地描绘根据本发明的范例实施例的一种指纹感测系统的应用，其具有移动电话1以及集成的指纹感测系统2的形式。指纹感测系统 2例如可被用于解锁移动电话1，并且/或者用于授权利用该移动电话来实行的交易、等等。
图2概要地展示包含在图1的移动电话1中的指纹感测系统2。如在图2中可见的，指纹感测系统2包括传感器阵列5、电源接口6以及通信接口7。传感器阵列5包括大量的感测元件8(感测元件中只有一个是已经利用附图标记来指出，以避免附图的凌乱)，每个感测元件是可控的，以感测包含在感测元件8中的感测结构(顶板)与接触传感器阵列5的顶表面的手指的表面之间的距离。
电源接口6包括第一接触垫10a以及第二接触垫10b(其在此被展示为焊垫)以用于电源电压Vsupply至指纹传感器2的连接。
通信接口7包括若干焊垫，以用于允许控制指纹传感器2并且用于从指纹传感器2获得指纹数据。
图3是根据现有技术的指纹感测系统的一部分沿着如在图2中所指出的线A-A'所取的示意截面，其中手指11被置放在传感器阵列5的顶部。该指纹感测系统包括多个感测元件8，其各自包括：保护介电顶层13；导电的感测结构，其在此具有位于保护介电顶层13下面的金属板17的形式；电荷放大器18；选择电路，其在此于功能上被描绘为简单的选择开关21以用于允许感测元件8的选择/激活；以及激励信号提供电路19，其用于将激励信号提供至如图3中示意地指示的手指。
电荷放大器18包括至少一个放大器级，其在此示意地描绘为运算放大器(op amp)24，其具有连接至感测结构17的第一输入(负输入)端25、连接至激励信号提供电路19的第二输入(正输入)端26、以及输出端27。此外，电荷放大器18包括连接在该第一输入端25与输出端27之间的反馈电容器29，以及重置电路，其在此功能上被描绘为开关30，以用于允许反馈电容器29的可控的放电。可以通过操作重置电路30以使反馈电容器29放电来重置电荷放大器18。
如同对于op amp 24而言经常的情形是，第一输入端25处的电压追随被施加至第二输入端26的电压。根据该特定的放大器配置，第一输入端25处的电位可以和第二输入26处的电位基本相同，或者第一输入端 25处的电位与第二输入26端处的电位之间可以有基本恒定的偏移。
对手指11提供时变电位产生感测结构17与手指11之间的时变电位差。
如同将在以下进一步更详细描述的，上述手指11与基准结构17之间的电位差上的变化在电荷放大器18的输出端27上产生感测信号VS。
当所指示的感测元件8被选择用于感测时，选择开关21被闭合以将电荷放大器的输出端连接至读出线33。读出线33可以是针对图2中的传感器阵列5的一列或是一行的共同的读出线，其在图3中被展示为连接至多路复用器36。如在图3中概要地指示的，提供来自传感器阵列5的其它列/行的感测信号的额外的读出线也连接至多路复用器36。
由被布置在感测元件的阵列之外的采样保持电路37来解调来自感测元件8的感测信号VS。采样保持电路37的输出端连接至模拟至数字转换器38，以用于将由采样保持电路输出的模拟DC电压信号转换成手指11 的指纹图案的数字表示。
如在图3中示意地指示的，读出线33与接地之间有寄生电容CP。当沿着读出线33发送感测信号VS时，需要一定的电流以针对寄生电容CP在电位上将读出线33上下驱动。此电流是依赖于频率的。在已知的电容式指纹感测装置所使用的读出频率(例如在1MHz的量级)下，给定感测装置被良好设计成使得该寄生电容例如在1pF的的量级，则由于该读出线的寄生电容所造成的功率消耗可以看作是可接受的。然而，如果该读出频率将会被显著增加到例如20MHz或更高，则由于该寄生电容CP所造成的功率消耗将会变成是相当大的。
本发明的各种实施例允许读出频率上的增加，而没有上述由于读出线33 的寄生电容所造成电流消耗上的增加。
现在将会参考图4a至图4b来描述根据本发明的一种指纹感测系统的第一实施例。
在图4a中的指纹感测系统和以上参考图3所述者主要不同在于激励信号提供电路19耦接至感测结构17，并且每个感测元件进一步包括：解调电路，其在此具有解调器31的形式；以及解调信号提供电路32。
手指11在图4a中示意地被指示为"接地的"。应了解的是，手指"接地"可以不同于传感器接地。例如，手指可以是在电容式指纹感测系统被包含于其中的电子装置的接地电位。或者，身体可被视为具有大的电"质量"，使得当基准结构17的电位改变时，手指的电位仍然维持基本恒定。
解调信号提供电路32连接至激励信号提供电路19，以用于根据激励信号提供电路所输出的激励信号来提供解调信号。该解调信号与该激励信号定时相关，并且因此也与电荷放大器18所输出的感测信号VS定时相关。
解调器31连接至电荷放大器18的输出端27以及解调信号提供电路 32，以用于组合感测信号与解调信号以提供组合信号，该组合信号包含 DC信号成分，其指示以上所提及的感测结构17所承载的电荷的变化，其产生自手指11的电位与感测结构17的电位之间的电位差上的反复变化。
在某些实施例中，可以不需要有任何解调信号提供电路32，而是激励信号可以直接被提供至解调器31，以用于和感测信号VS组合。在其它实施例中，解调信号提供电路可以产生一个或若干与该激励信号有定时关系的解调信号。将在以下参考图5a至图5b、图6、图7以及图8进一步描述具有定时电路的形式的解调信号提供电路32的一个例子，该定时电路产生用于具有双重采样器形式的解调器的采样控制信号。
根据感测元件8的配置以及激励信号的波形，可以用各种本领域技术人员已知的方式来实施解调器31。原则上，任何被开发用于AM解调的适当的混合器或解调器都可被适配用于根据本发明的指纹感测系统中的感测元件。
图4b是简单的解调电路(混合器)31的电路图，其具有用于接收感测信号VS的第一输入端35、用于从激励信号提供电路19接收激励信号的第二输入端37、以及用于提供组合信号的输出端38，该组合信号包含指示感测结构17所承载的电荷的变化的DC信号成分，其因此指示感测结构17与手指11之间的(电)距离。
图5a至图5b示意地描绘包含在根据本发明的第二实施例的一种电容式指纹感测系统2中的感测元件8。
首先参考图5a，来自图2中的传感器阵列5的感测元件8和其最接近的相邻者一起被展示。可以利用来自列选择电路以及行选择电路的激活信号来选择用以感测其感测结构17与手指11之间的电容性耦合的感测元件8。此种激活信号在图5a中被指示为R-ACT以及C-ACT。
参照图5b，电容式指纹感测系统2中的每个感测元件8包括感测电路50(例如，图4中的电荷放大器18、激励信号提供电路19、以及解调器 31)以及定时电路51。
感测电路50连接至感测结构(板)17，以用于测量感测结构17所承载的电荷的变化，其产生自手指11与感测结构17的间的电位差上的变化。通过执行包括转变通过测量状态序列的测量序列来实行此测量。将在以下参考图6及图7进一步详细地描述示例测量序列。感测电路50具有输出端以用于将上述由解调器所提供的组合信号提供至读出线33。
定时电路51连接至感测电路50，以用于控制测量状态中的至少一个的定时。
如在图5b中示意地描绘的，定时电路51可以接收一个或若干用于触发感测元件8的测量操作的控制信号。例如，上述行激活信号与列激活信号R-ACT及C-ACT可以由定时电路51接收，其后定时电路51可以独立地给感测电路50提供各种定时控制信号，如在图5b中的箭头所概要地指出的。
通过包含在该测量序列中的测量状态中的至少一个的定时的此种本地的控制，测量状态之间的转变的定时可以更准确并且/或者受到一致控制，这允许转变之间的较短时间，其因此允许较高的测量频率。
图5b中的感测电路50的一个例子更加详细地被展示在图6中。由定时电路51所提供的控制信号(激活信号ACT、重置信号RST、驱动控制信号DRV、以及第一采样控制信号S1及第二采样控制信号S2)在图6中由箭头来指示。
图6中的感测电路50包括电荷放大器18、在此由可控电压源19来表示的激励信号提供电路、以及具有采样保持电路74的形式的解调器。
如上针对图3中的感测元件8所述，图6的感测电路50中的电荷放大器包括负输入端25、正输入端26、输出端27、反馈电容器29以及放大器24。
负输入端25连接至感测结构(板)17，并且输出端27连接至包含在感测元件8中的采样保持电路74。
反馈电容器29连接在负输入端25与输出端27之间并且限定电荷放大器18的放大倍数，并且感测元件8进一步包括与反馈电容器29并联的重置开关30。
正输入端26并非直接连接至接地或另一基准电位，而是连接至可控的电压源19。
采样保持电路74包括第一采样电容器75、第一采样开关76和第一输出端77、以及第二采样电容器79、第二采样开关80和第二输出端81。
差分放大器82具有连接至第一输出端77的正输入端、以及连接至采样保持电路74的第二输出端81的负输入端。差分放大器82的输出端连接至读出线33。
图7描绘用于图6中的感测元件8的示例测量序列。通过在感测元件 8中本地控制该测量序列中的测量状态之间的转变，在图7中描绘的测量序列、或另一适当的测量序列可以显著更快地执行，这使得能够从每个感测元件较快的读出和/或多次读取，这产生改善的测量性能。
参照图7，其中所展示的时序图从顶端到底部包括激活信号ACT、驱动(激励)控制信号DRV、重置信号RST、第一采样控制信号S1、以及第二采样控制信号S2。
在该时序图之下，示意地指示了一起构成上述测量序列的测量状态 S0-S9的序列。
为了图6中的感测元件8的激活，通常可提供指示感测元件8的列选择的信号以及行选择的信号。在图7的简化及概要的时序图中并且在图6 中，此种选择信号由单个激活信号ACT来表示。
在第一时间t1，感测元件8被激活信号ACT从低到高的转变而激活。此例如可以涉及激活放大器24。在和时间t1基本相同的时间点，由定时电路51提供至激励信号提供电路19的驱动(激励)控制信号DRV被控制以从低变成高。
在该时间t1，因此有从该测量序列的"非活动的(inactive)"状态S0至第一测量状态S1的转变。
激励信号至感测结构17的施加将会产生感测结构17所承载的电荷上的变化。在允许该电荷放大器的输出稳定化的某段时间以之后，在时间t2提供重置信号RST，以闭合重置开关30来由此使反馈电容器放电，并且使得电荷放大器18的输出端27处的电位参照到感测结构(板)17的电位。
通过重置信号的第一侧的提供，有从第一测量状态S1至第二测量状态S2(重置状态)的转变。
重置开关30在时间t3被放开(被允许再次断开)，由此转变至第三测量状态S3(测量就绪状态)。
在时间t4，转变至第四测量状态S4，其中第一采样控制信号S1从低变为高，以控制采样保持电路74以采样电荷放大器18的输出端27处的感测信号。
在时间t5，转变至第五测量状态S5，其中第一采样控制信号S1从高变为低。
接着，在时间t6，驱动信号DRV从高变为低，以改变手指11与感测结构17之间的电位差。这也是至第六测量状态S6的转变，如在图7中示意地指出的。
在时间t7，转变至第七测量状态S7，其中第二采样控制信号S2从低变为高，以控制采样保持电路74第二次采样电荷放大器18的输出端27 处的感测信号。
在时间t8，转变至第八测量状态S8，其中第二采样控制信号S2从高变为低。
最后，在时间t9，转变至第九测量状态S9，其中感测元件8被去活，并且驱动信号DRV再次从低变为高。第九测量状态S9与最初的"非活动" 状态S0相同。
如图6中的箭头示意地指示的，可以利用上述控制信号(激活信号 ACT、重置信号RST、驱动控制信号DRV、第一采样控制信号S1和第二采样控制信号S2)来控制感测电路50以执行以上参考图7所述的测量序列。当参考图4所述的测量序列已经被执行时，采样保持电路74的第一输出端77与第二输出端81之间的电位差将会指示感测结构17与手指 11之间的电容性耦合。此电位差被经由差分放大器82提供至输出线33。
在上述示例实施例中，解调电路由采样保持电路74形成，并且通过组合电荷放大器18的输出端27处的感测信号以及采样控制信号S1及S2 来提供指示电荷上的变化的DC信号成分。采样控制信号与激励信号定时相关，并且是由具有定时电路51的形式的解调信号提供电路所产生的。
应注意到的是，图6中的电路图已经被简化以使得本发明的实施例的说明变得容易。例如，感测元件8的输出端的电平偏移已经被省略。然而，电平偏移的实施方式对于本领域技术人员而言是简单的。此外，电平偏移器的简单例子将会在以下参考图10a进一步描述。
参考图8，现在将描述图5b中的定时电路51的示例配置。如在图8 中可见的，定时电路51包括第一AND门83、第一延迟元件84、第二延迟元件85、第二AND门86、第一反相器87、第三延迟元件88、第四延迟元件89、第三AND门90、第二反相器91、第五延迟元件92、第六延迟元件93、第四AND门94、第三反相器95、第七延迟元件96、第八延迟元件97、第五AND门98、以及第四反相器99。
如在图8中示意地指出的，行激活信号R-ACT以及列激活信号 C-ACT被输入至第一逻辑AND门83。也参照图6，第一AND门83的输出被提供至感测电路50的放大器24以作为上述激活信号ACT、被提供至第一延迟元件84的输入端、并且被提供至第四AND门94。第一延迟元件84的输出被提供至第二AND门86，并且被提供至第二延迟元件 85的输入端。第二延迟元件85的输出经由第一反相器87而被提供至第二AND门86，并且被提供至第三延迟元件88的输入端。第三延迟元件 88的输出被提供至第三AND门90的输入端，并且被提供至第四延迟元件89的输入端。第四延迟元件89的输出经由第二反相器91而被提供至第三AND门90，并且被提供至第五延迟元件92的输入端。第五延迟元件92的输出被提供至第六延迟元件93的输入端。第六延迟元件93的输出经由第三反相器95而被提供至第四AND门94，并且被提供至第七延迟元件96的输入端。第七延迟元件96的输出被提供至第八延迟元件97 的输入端以及第五AND门98的输入端。最后，第八延迟元件97的输出经由第四反相器99而被提供至第五AND门98的输入端。
当通过将行激活信号R-ACT以及列激活信号C-ACT两者设定为高而选择包括图6中的感测电路50以及图8中的定时电路51的感测元件8 时，用于感测元件8的激活信号ACT变为高(在参考图7的时间t1)。来自第一AND门83的输出通过该第一延迟元件84，并且被延迟第一时延ΔT1以将激活信号ACT的第一延迟版本提供至第二AND门86。
该第一时延T1对应于图7中的t2-t1，并且决定第一测量状态S1的持续期间。
来自第一延迟元件84的输出也被提供至第二延迟元件85的输入端，并且被延迟以提供激活信号ACT的第二延迟版本。
激活信号ACT的第二延迟版本经由第一反相器87而被提供至第二 AND门86的输入端，以在第二AND门86的输出上实现重置控制信号 RST。
第二时延ΔT2对应于图7中的t3-t2，并且决定第二测量状态S2的持续期间(其中重置控制信号RST是高)。
定时电路51的其余部分以相同的方式工作，其中延迟元件被配置成实现图7的时序图中所展示的控制信号。
因此，第三时延ΔT3对应于图7中的t4-t3并且决定第三测量状态S3的持续期间，第四时延ΔT4对应于图7中的t5-t4并且决定第四测量状态 S4的持续期间，依此类推。
应注意到的是，定时电路51是用于描绘利用延迟元件以及逻辑门的组合以用于本地控制包含在感测元件中的电荷测量电路的测量状态的定时的原理的简化示例。根据实际的实施方式，该定时电路可包括用于例如信号成形和/或定时的额外或其它的电路。根据在此提供的说明，本领域技术人员将能够在无过度的负担下设计定时电路的适当的实施方式。
应了解的是，较少或是额外的定时控制信号可以根据特定实施例独立于定时电路51地提供至感测电路50。
图9展示延迟元件100的说明性例子，其可以包含在图8的定时电路 51中。
延迟元件101包括串联连接的第一CMOS反相器101以及第二 CMOS反相器102。此延迟元件的时延将会依据包含在延迟元件100中的部件的尺寸，并且该时延因此可以在设计该延迟元件时设定。如果相当长的延迟时间是希望的，则可串联耦接另外的CMOS反相器。
现在将参考图10a至图10b描述图2中的指纹感测系统2的第三实施例。图10a至图10b的实施例提供用于感测元件8中的寄生电容的影响的去除或至少是相当大的减低，这因此进一步便于感测元件8的高频操作。
图10a是图2中的感测元件8被形成在掺杂的半导体衬底上的实施例的部分结构以及部分电路图的混合。保护介电层13、感测板17、屏蔽板 65以及基准板66被示意地展示在分解立体图中，而电荷放大器18被描绘为具有晶体管级电路图的形式。
如在图10a中所展示的，简单的电荷放大器18的此例子包括感测晶体管68、级联晶体管69、具有重置晶体管30的形式的重置电路以及偏置电流源71。感测晶体管68、级联晶体管69以及重置晶体管30都被形成在同一阱73(n型阱、p型阱或是隔离阱)中。
为了有助于对图10a中的部件及连接的理解，相同的示意配置也在较抽象的层级上被展示于图10b中，其中图10a的晶体管电路被电荷放大器的一般的符号所取代，该电荷放大器使得其负输入端25连接至感测板17，其正输入端26连接至激励信号提供电路19(在此具有脉冲产生器的形式)，并且其输出端27提供指示感测板17所承载的电荷上的变化的感测信号 VS，该变化产生自手指11与感测板17之间的电位差上的变化。如以上所解说的，手指11与感测板17之间的电位差上的变化产生自脉冲产生器 19经由电荷放大器而施加至感测板17的变化的电位。感测板17和基准板66所形成的反馈电容器连接在电荷放大器的负输入端25与输出端27 之间。应注意到的是，电荷放大器的一般功能对于相关领域的普通技术人员而言是众所周知的。图10b也示意地指示阱73连接至激励信号提供电路19。
回到图10a，可看出感测晶体管68的栅极构成电荷放大器的负输入端25，并且感测晶体管68的源极构成电荷放大器的正输入端26。电荷放大器的正输入端26连接至屏蔽板65，其因此连接至感测晶体管68被形成在其中的阱73，并且连接至脉冲产生器19。
感测元件8进一步包括驱动晶体管75、驱动控制开关76以及重置控制开关77。驱动控制开关76是在其中驱动晶体管75的栅极连接至脉冲产生器19的第一状态与其中驱动晶体管75的栅极连接至传感器接地的第二状态之间可控的。当驱动控制开关76在其第一状态时，驱动晶体管75 将是导通的，并且因此将感测结构17直接连接至脉冲产生器19。当驱动控制开关在其第二状态时，驱动晶体管75将是不导通的。在后者的情形中，因此将不会有感测结构17与脉冲产生器19之间的通过驱动晶体管 75的直接的连接。如在图10a中可见的，驱动晶体管75被形成在阱73 中。偏置电流源71可以在感测元件中、或者在传感器阵列5之外。
用相同的方式，重置控制开关77是在其中重置晶体管30不导通以允许感测板17与反馈板66之间有电位差的第一状态以及其中重置晶体管 30导通以使感测板17与反馈板66的电位相等的第二状态之间可控的。
参照图10a，感测元件8进一步包括简单的电平偏移器以及具有如以上参考图6所述的采样器的形式的解调电路31。
电平偏移器包括晶体管105、第一电阻器106以及第二电阻器107，并且通过以下方式工作：首先将电荷放大器的输出端27处的感测信号转换成电流，并且然后将该电流转换回到现在参照到传感器接地的电压。
通过图10a中的感测元件8的配置，内部的寄生电容Cp1及Cp3的影响被去除或者至少是显著被降低。此外，驱动相邻的感测结构将会去除或至少显著降低相邻的感测板之间的寄生电容的影响。
在上述的本发明的示例实施例中，激励信号提供电路19已经被描绘为包含在指纹感测部件中。在这些及其它实施例中，包含在指纹感测系统中的激励信号提供电路19可以替代地被设置在指纹传感器部件之外，并且被布置及配置成将指纹传感器部件的基准电位(传感器接地)关于手指 11的电位在上述第一及第二电位之间摆动。
现在将简短地参考图11来叙述激励信号提供电路19在指纹传感器部件之外的此替代方案。图11概要地展示了指纹感测系统2，其包括指纹传感器4、在此具有微处理器的形式的处理电路125、以及电源电路126。
如也在以上参考图2所述的，指纹传感器4包括传感器阵列5、电源接口6以及通信接口7。通信接口7例如可以用SPI接口(串行外围接口) 的形式来设置。
微处理器125从指纹传感器4获得指纹数据，并且可以按照应用所需地处理指纹数据。例如，微处理器125可以执行指纹匹配(验证和/或识别) 算法。
电源电路126包括被配置成输出电源电压Vsupply的传感器电压源127，以及激励信号提供电路(在此是方波脉冲产生器19)，以用于关于指纹感测系统2被包含于其中的电子装置1的基准电位DGND来调制传感器电压源127的低电位侧。
作为方波信号的替代方案，脉冲产生器可以产生任何其它适当的脉冲形状，例如正弦波或锯齿波信号等等。
传感器电压源127可以用恒压源的形式(例如电池)来设置，其专用于向指纹传感器4供电。或者，传感器电压源127可包括用于至少部分地隔离电压源与指纹传感器4的隔离电路。
如利用具有虚线边界的方块示意地指示的，指纹感测系统2可以可选地额外包含隔离电路129，以用于提供传感器阵列5与微处理器125之间的电流隔离或电平偏移。通过使用隔离电路129，微处理器125被允许独立于传感器阵列5的关于装置接地(DGND)的变化的基准电位VL来工作。
隔离电路129可以用本领域技术人员已知的许多不同的方式来实施。例如，隔离电路129可以利用例如光耦合器、线圈和/或电容器的部件来实施。尽管在此被展示为单独的电路，但应了解隔离电路129可以和指纹传感器4或微处理器125集成。
本领域技术人员理解本发明绝非受限于上述优选实施例。相反地，许多修改及变化都可能是在所附的权利要求的范围内。
在权利要求中，字词"包括"并不排除其它的元件或步骤，并且不定冠词"一"或是"一个"并不排除复数。单个处理器或是其它单元可以实现在权利要求中所述的若干项目的功能。某些手段被阐述在相互不同的从属权利要求中的单纯的事实此并非指示这些手段的组合无法有利地被利用。计算机程序可以被储存/散布在例如和其它硬件一起供应或是作为其它硬件的部分的光学储存介质或是固态介质的适当的介质上，但是也可以用其它形式来散布，例如经由因特网或是其它有线或无线的电信系统。任何在该权利要求中的附图标记都不应该被解释为限制该范围。

Claims (15)

1.一种用于感测手指的指纹图案的电容式指纹感测系统，所述电容式指纹感测系统包括：
激励信号提供电路，用于提供展现关于所述手指的电位的时变激励电位的激励信号，所述时变激励电位包括从第一电位至第二电位并且回到所述第一电位的循环的变化；
多个感测元件，每个感测元件包括：
要被所述手指触碰的保护介电顶层；
被布置在所述顶层下面的导电的感测结构，所述感测结构耦接至所述激励信号提供电路以展现基本跟随所述激励电位的时变感测结构电位，其中所述激励电位从所述第一电位至所述第二电位的所述变化中的每个变化产生所述手指与所述感测结构之间的电位差上的变化；
连接至所述感测结构的感测电路，用于提供指示所述感测结构所承载的电荷的变化的感测信号，所述变化产生自所述手指与所述感测结构之间的电位差上的所述变化；以及
连接至所述感测电路的解调电路，用于组合所述感测信号以及与所述激励信号定时相关的解调信号以提供组合信号，所述组合信号包括指示所述感测结构所承载的电荷的所述变化的DC信号成分；以及
连接至所述感测元件中的每个的读出电路，用于基于来自所述感测元件中的每个的所述DC信号成分来提供所述指纹图案的表示。
2.根据权利要求1所述的电容式指纹感测系统，其中所述感测电路包括电荷放大器，所述电荷放大器包括：
连接至所述感测结构的第一输入端；
连接至所述激励信号提供电路的第二输入端；
提供所述感测信号的输出端；
连接在所述第一输入端与所述输出端之间的反馈电容器；以及
在所述第一输入端及所述第二输入端与所述输出端之间的至少一个放大器级，
所述电荷放大器被以所述第一输入端处的电位基本跟随所述第二输入端处的电位的方式来配置。
3.根据权利要求1或2所述的电容式指纹感测系统，其中所述解调电路包括信号乘法电路，用于将所述感测信号与所述解调信号相乘。
4.根据权利要求1或2所述的电容式指纹感测系统，其中所述解调电路还包括低通滤波器，以用于在去除较高频成分的同时允许所述DC信号成分通过。
5.根据权利要求1或2所述的电容式指纹感测系统，其中感测元件中的每个被配置成提供小于10μA的最大输出电流。
6.根据权利要求1或2所述的电容式指纹感测系统，其中所述电容式指纹系统包括指纹传感器部件，所述指纹传感器部件包括所述多个感测元件以及所述读出电路。
7.根据权利要求6所述的电容式指纹感测系统，其中所述指纹传感器部件还包括所述激励信号提供电路。
8.根据权利要求6所述的电容式指纹感测系统，其中所述激励信号提供电路被布置为与所述指纹传感器部件分开，并且连接至所述指纹传感器部件，以用于将所述激励信号提供至所述指纹传感器部件的基准电位输入端，以使得所述指纹传感器部件的基准电位关于所述手指的电位变化。
9.根据权利要求2所述的电容式指纹感测系统，其中所述电荷放大器中所包括的所述放大器级包括感测晶体管，所述感测晶体管具有构成所述第一输入端的栅极，
其中所述感测晶体管被形成在半导体衬底中的阱内，所述阱与所述衬底之间的界面被以能够避免电流在所述阱与所述衬底之间流动的方式来配置，
其中所述激励信号提供电路连接至所述阱以用于将所述阱的电位从第三电位改变至第四电位，所述第三电位与所述第四电位之间的差基本等于所述第一电位与所述第二电位之间的差，以由此降低所述感测结构与所述阱之间的寄生电容的影响。
10.根据权利要求9所述的指纹感测系统，还包括被配置在所述感测结构与所述衬底之间的屏蔽结构，
其中所述激励信号提供电路还连接至所述屏蔽结构并且被配置成将所述屏蔽结构的电位从第五电位改变至第六电位，所述第五电位与所述第六电位之间的差基本等于所述第一电位与所述第二电位之间的差。
11.根据权利要求1或2所述的电容式指纹感测系统，其中所述感测元件的每个包括连接至所述激励信号提供电路的定时电路以用于：
在第一激励转变时间将第一激励控制信号提供至所述激励信号提供电路以用于触发所述电位差上的第一变化；以及
在第二激励转变时间将第二激励控制信号提供至所述激励信号提供电路以用于触发在所述电位差上的第二变化。
12.根据权利要求2所述的电容式指纹感测系统，其中所述感测元件的每个还包括：
重置电路，其能够被控制以使所述反馈电容器放电；以及
定时电路，其连接至所述重置电路以用于在重置状态与测量就绪状态之间控制所述重置电路，在所述重置状态下，所述反馈电容器被放电，在所述测量就绪状态下，所述反馈电容器能够被充电以允许测量所述感测结构所承载的电荷的所述变化。
13.根据权利要求11所述的电容式指纹感测系统，其中所述定时电路至少包括第一延迟元件，用于控制所述感测元件在由第一事件以及关于所述第一事件的时延限定的转变时间从第一测量状态转变至第二测量状态，
所述第一延迟元件具有：输入端，用于接收限定所述第一事件的第一信号；以及输出端，用于提供限定从所述第一测量状态至所述第二测量状态的所述转变的第二信号。
14.一种电子装置，包括：
根据前述权利要求中任一项所述的指纹感测系统；以及
处理电路，被配置成：
从所述指纹感测系统获得所述指纹图案的所述表示；
基于所述表示来对用户进行认证；以及
仅在所述用户基于所述表示而通过了认证的情况下，执行至少一个用户请求的过程。
15.一种感测手指的指纹图案的方法，其利用一种包括激励信号提供电路以及多个感测元件的电容式指纹感测系统，所述多个感测元件各自包括：
要被所述手指触碰的保护介电顶层；
被布置在所述顶层下面的导电的感测结构；以及
连接至所述感测结构的感测电路，用于提供指示所述感测结构所承载的电荷的变化的感测信号，所述变化产生自所述手指与所述感测结构之间的电位差上的变化，
其中所述方法包括步骤：
利用所述激励信号提供电路将激励信号提供至所述手指和所述感测结构中的至少之一，以在所述手指与所述感测结构之间提供时变电位差；
通过所述指纹感测系统提供与所述激励信号定时相关的解调信号；
通过所述指纹感测系统组合所述解调信号和所述感测信号以提供组合信号，所述组合信号包括指示所述感测结构所承载的电荷的所述变化的DC信号成分；以及
利用所述感测元件外部的读出电路基于来自所述感测元件中的每个的所述DC信号成分来提供所述指纹图案的表示。
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