CN106056047B - 指纹识别电路、触控装置及指纹识别方法 - Google Patents

指纹识别电路、触控装置及指纹识别方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种指纹识别电路，包括多个指纹识别单元，每个指纹识别单元包括依次相连的写入模块、感测模块、转换放大模块、输出模块和读取电路，写入模块的控制端与扫描信号输入端相连，在扫描信号输入端输入有效信号时开启向感测模块写入检测信号；感测模块感应指纹并将获得的感应信号发送至输出模块；输出模块在所属的指纹识别单元的写入模块关闭时开启并输出感应信号以及在所属的指纹识别单元的写入模块开启时关闭，转换放大模块设置感测模块和输出模块之间，用于将感应信号转化为电流信号并放大预设倍数之后输送至输出模块；读取模块与输出模块输出端相连，用于读取感应信号并将电流信号转换为电压信号输出，这样可提高指纹识别准确度。

Description

指纹识别电路、触控装置及指纹识别方法
技术领域
本发明属于指纹识别技术领域，具体涉及一种指纹识别电路、触控装置及指纹识别方法。
背景技术
近年来，随着带有指纹识别解锁功能的手机等电子产品的热销，将指纹识别技术推向了一个新的应用时代。电子产品中的指纹识别过程通常由指纹识别电路控制。
图1示出了现有技术中的一种指纹识别电路的结构示意图，请参阅图1，指纹识别电路通常由行列交叉的感测电极10，扫描走线G(如图1中的G1、G2、G3和G4)、检测信号写入走线X(如图1中的X1、X2、X3和X4)以及TFT开关11组成。
下面详细描述图1所示的指纹识别电路的工作过程，具体包括以下几个阶段：
(a)检测信号写入阶段：在扫描走线G1上施加驱动电压，以使第一行TFT开关11打开，同时，通过检测信号写入走线X1-X4分别向第一行的各个感测电极10写入检测信号。
(b)指纹感应阶段：若没有指纹感应，基于感测电极10形成的电容，第一行的各个感测电极10的电位如图2a中的D1-D4所示；当手指接触至感测电极10上时，由于指纹纹理分为峰、谷两个形貌，峰和谷与感测电极10之间的距离并不相同，因此，峰和谷对各自对应感测电极10的电容的影响不同，也即对各自对应的感测电极10上的电位影响则不同，感应时第一行的各个感测电极10的电位如图2b中所示。
(c)信号读取阶段：每一条检测信号写入走线X连接一读取模块12，如图2c所示，读取模块12用于读取经过指纹纹理感应后的感测电极10上的信号并对该信号进行处理。
(d)对比处理阶段：对比步骤(a)中写入的检测信号与步骤(c)读取的感应信号，根据变化量确定每个感测电极10所在位置对应的指纹纹理是峰还是谷。
依次类推，重复上述(a)～(d)，依次对第二行，第三行，直至最后一行进行扫描，从而可以确定整个指纹识别电路的每个感测电极10所在位置对应的指纹纹理是峰还是谷。
然而，采用现有的指纹识别电路在实际应用中存在以下问题：指纹识别的准确度低。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种指纹识别电路、触控装置及指纹识别方法，能够提高指纹识别的准确度。
为解决上述问题之一，本发明提供了一种指纹识别电路，包括多个指纹识别单元，每个所述指纹识别单元包括：依次相连的写入模块、感测模块和输出模块，所述写入模块，其控制端与扫描信号输入端相连，用于在所述扫描信号输入端输入有效信号时开启，向所述感测模块写入检测信号；所述感测模块，用于感应指纹并将获得的感应信号发送至所述输出模块；所述输出模块，用于在所属的指纹识别单元的所述写入模块关闭时开启并输出所述感应信号，以及在所属的指纹识别单元的所述写入模块开启时关闭，每个指纹识别单元还包括:转换放大模块和读取电路；所述转换放大模块，设置所述感测模块和所述输出模块之间，用于将所述感应信号转化为电流信号并放大预设倍数之后输送至所述输出模块；所述读取模块，与所述输出模块输出端相连，用于读取所述感应信号并将电流信号转换为电压信号输出。
优选地，每个所述指纹识别单元还包括复位模块，所述复位模块，设置在所述感测模块和所述输出模块之间，用于在所述写入模块开启时开启，以将所述输出模块的输入端复位至低电位。
优选地，一个所述指纹识别单元的所述输出模块的控制端与另一所述指纹识别单元的所述写入模块的控制端相连，用于在扫描信号输入端该一个所述指纹识别单元的输出模块和该另一所述指纹识别单元的所述写入模块同时开启或关闭。
优选地，所述感测模块包括：相对设置的第一电极和第二电极，其中所述第一电极，分别与所述写入模块和所述转换放大模块相连；所述第二电极，与控制信号端相连，用于在所述控制信号端输入的控制信号下调整所述转换放大模块的所述预设倍数。
优选地，所述读取模块包括：运算放大器，其反相输入端与所述输出模块的输出端相连，在其反相输入端和输出端之间并联有纯电阻模块。
优选地，多个所述指纹识别单元以多行多列的方式排列；同一行的多个所述指纹识别单元的所述写入模块的控制端与同一个扫描信号输入端相连，用以在所述扫描线上加载有效信号时同一行的多个所述指纹识别单元的所述写入模块同时开启；同一列的多个所述指纹识别单元的所述写入模块的信号输入端通过一条信号线相连；同一列的多个所述指纹识别单元的输出模块的信号输出端连接同一个所述读取模块。
优选地，所述写入模块包括：第一晶体管，其栅极作为所述写入模块的控制端，用于控制所述写入模块的开启与关闭；其第一极作为所述写入模块的信号输入端，第二极作为所述写入模块的信号输出端。
优选地，所述输出模块包括：第三晶体管，其栅极作为所述输出模块的控制端，用于控制所述输出模块的开启与关闭；其第一极作为所述输出模块的信号输入端，第二极作为所述输出模块的信号输出端。
优选地，所述转换放大模块包括：第二晶体管，其栅极作为所述转换放大模块的信号输入端；其第一极与第一电平输入端相连，其第二极作为所述转换放大模块的信号输出端。
优选地，所述复位模块包括：第四晶体管，其栅极作为所述复位模块的控制端，用于控制所述复位模块的开启与关闭；其第一极与第二电平输入端相连，其第二极作为所述复位模块的信号输出端。
本发明还提供触控装置，包括指纹识别电路，其特征在于，述指纹识别电路采用本发明提供的指纹识别电路。
本发明还提供一种指纹识别方法，包括以下步骤：开启一个指纹识别单元的写入模块，以向该指纹识别单元的感测模块写入检测信号，同时关闭该指纹识别单元的输出模块；在所述写入模块写入检测信号完成之后，开启该指纹识别单元的输出模块，所述输出模块在开启后输出所述感测模块感应的感应信号；所述在所述输出模块输出所述感应信号之前，还包括：将所述感应信号转化为电流信号并放大预设倍数。所述感测模块感应指纹并将获得的感应信号发送至所述输出模块；读取模块读取所述输出模块输出的所述感应信号并将电流信号转换为电压信号输出。
优选地，还包括：在所述指纹识别单元的写入模块在写入检测信号时，将该指纹识别单元的输出模块的输入端复位至低电位。
优选地，在开启该指纹识别单元的输出模块的同时，开启另一个指纹识别单元的写入模块。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的指纹识别电路、触控装置及指纹识别方法，在每个指纹识别单元的感测模块和输出模块之间设置有转换放大模块，用于将感应信号转化为电流信号并放大预设倍数之后输送至输出模块；并且借助读取模块读取所述感应信号并将电流信号转换为电压信号输出，能够使得指纹的脊和谷各自对应的转换放大模块输出的电流信号相差较大，因此输出的各自转换的电压信号也就相差较大，从而能够容易识别脊和谷，也即提高了指纹识别的准确度。
附图说明
图1为现有技术中的一种指纹识别电路的示意图；
图2a为图1所示的指纹识别电路的第一行在写入检测信号阶段各个感测电极的电容情况示意图；
图2b为图1所示的指纹识别电路的第一行在指纹感应阶段各个感测电极的电容情况示意图；
图2c为现有技术中包含读取模块的指纹识别电路的示意图；
图3a为本发明实施例提供的指纹识别电路的一个指纹识别单元的原理框图；
图3b为图3a所示的指纹识别单元的一种具体电路图；
图4为本发明实施例提供的指纹识别电路的一种示意图；
图5a为采用图4所示的指纹识别电路进行指纹识别的时序图；
图5b为采用图3所示的指纹识别电路在指纹感应时指纹与感测模块之间形成的电容示意图；
图5c为与本发明实施例有关的Ids-Vgs曲线的示意图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的指纹识别电路、触控装置及指纹识别方法进行详细描述。
实施例1
图3a为本发明实施例提供的指纹识别电路的一个指纹识别单元的原理框图；图3b为图3a中所示的指纹识别单元的一种具体电路示意图；请一并参阅图3a和图3b，本发明实施例提供的一种指纹识别电路，包括多个指纹识别单元20，每个指纹识别单元20包括：依次连接的写入模块21、感测模块22、转换放大模块24、输出模块23和读取模块26。其中，写入模块21的控制端与扫描信号输入端(如图3a中的G相连，用于在扫描信号输入端输入有效信号时开启，向感测模块写入检测信号；感测模块22用于感应指纹并将获得的感应信号发送至输出模块；输出模块23用于在所属的指纹识别单元的写入模块21关闭时开启并输出感应信号(该感应信号为上述检测信号经过指纹感应之后的信号)，以及在所属的指纹识别单元的写入模块21开启时关闭。
转换放大模块24，设置感测模块22和输出模块23之间，用于将感应信号转化为电流信号并放大预设倍数之后输送至输出模块23；读取模块26，与输出模块23输出端相连，用于读取感应信号并将电流信号转换为电压信号输出。
优选地，一个指纹识别单元的输出模块的控制端与另一指纹识别单元的写入模块的控制端相连，用于该一个指纹识别单元的输出模块和该另一指纹识别单元的写入模块同时开启或关闭，如图4所示，由上到下第一个的指纹识别单元20的输出模块23的控制端与第二个指纹识别单元20的输入模块21的控制端相连，因此，在Gn为有效信号时，第一个的指纹识别单元20的输出模块23和第二个指纹识别单元20的输入模块21同时开启；如图3所示，第n-1行的指纹识别单元20的输出模块23的控制端连接第n行的指纹识别单元20的写入模块21连接的扫描信号输入端Gn，这样，在Gn为有效信号时，第n-1行的指纹识别单元20的输出模块23和第n行的指纹识别单元20的写入模块21同时开启。
也就是说，在同一时间下既进行了该指纹识别单元的输出，又进行了下一指纹识别单元的开启，这与现有技术中需要在一个指纹识别单元输出之后再开启下一个指纹识别单元相比，可以减少指纹识别过程的扫描时间，从而可以提高指纹识别效率。
感测模块22包括：相对设置的第一电极A和第二电极Txn，其中，第一电极A分别与写入模块21和转换放大模块24相连；第二电极Txn与控制信号端(图中未示出)相连，用于在控制信号端输入的控制信号下调整转换放大模块24的预设倍数。
另外优选地，读取模块26包括：运算放大器，其反相输入端与输出模块23的输出端相连，在其反相输入端和输出端之间并联有纯电阻模块Rf，这与图2c所示的现有技术相比，无需等待积分处理时间，就能够快速的是被指纹的脊或谷，提高报点率和流畅性。
还优选地，每个指纹识别单元20还包括复位模块25，复位模块25设置在感测模块22和输出模块23之间，用于在写入模块21开启时开启，以将输出模块23的输入端复位至低电位，这样，在输出模块23开启时可保证输入和输出两端的电平相等，以避免对感应信号造成影响，因而可避免对指纹识别的精度产生影响。
在本实施例中，具体地，写入模块21包括第一晶体管T1，其栅极作为所述写入模块21的控制端，用于控制写入模块21的开启与关闭；其第一极作为所述写入模块21的信号输入端，第二极作为所述写入模块21的信号输出端。
输出模块23包括第三晶体管T3，其栅极作为输出模块23的控制端，用于控制输出模块23的开启与关闭；其第一极作为输出模块23的信号输入端，第二极为输出模块23的信号输出端。
转换放大模块24包括：第二晶体管T2，其栅极作为所述转换放大模块的信号输入端；其第一极与第一电平输入端Vdd相连，其第二极作为转换放大模块24的信号输出端。
复位模块25包括第四晶体管T4，其栅极作为复位模块25的控制端，用于控制复位模块25的开启与关闭；其第一极与第二电平输入端Vss相连，其第二极作为复位模块25的信号输出端。
在实际应用中，该指纹识别电路的多个上述指纹识别单元20的设置方式：多个指纹识别单元20以多行多列的方式排列，类似于图1所示；同一行的多个指纹识别单元20的写入模块21的控制端与同一个扫描信号输入端G相连，用以在扫描信号输入端G上加载有效信号时同一行的多个指纹识别单元20的写入模块21同时开启；同一列的多个指纹识别单元20的写入模块21的信号输入端通过一条信号线(类似图1中的检测信号写入走线X)相连；同一列的多个所述指纹识别单元20的输出模块23的信号输出端连接同一个所述读取模块26，该读取模块26并不与该列对应的信号线(检测信号写入走线X)相连。
下面结合图5a-图5c和图4具体描述本发明实施例提供的指纹识别电路的工作过程。该工作过程包括以下几个阶段：
(a)检测信号写入阶段：在扫描信号输入端Gn-1上施加驱动电压(有效信号为高电平)，以使第一个的指纹识别单元20的第一晶体管T1和第四晶体管T4打开，同时，通过Vin向指纹识别单元20的感测模块22的第一电极A写入检测信号，此时，第一电极A的电压VA＝Vin；且图3b中所示的B点复位，B点电压VB＝Vss(地)。
(b)指纹感应阶段：当人手指接触至感测模块22上时，由于指纹纹理分为峰和谷两个形貌，且峰和谷与感测模块22之间的距离并不相同，因此，峰和谷各自对感测模块22的电容的影响不同。
如图5b所示，脊与感测模块22产生电容Cf1；谷与感测模块22产生电容Cf2，Cf1不等于Cf2，这样，该电容Cf2和电容Cf1会改变第二电极Txn和第一电极A之间的互容，因此，对应输出不同的电压，脊对应输出电压Va1，谷对应电压Va2，Va1和Va2不相等，ΔV＝Va1-Va2；Va1作用在T2上产生电流I1，Va2作用在T2上产生电流I2；第二电极Txn上加载脉冲控制信号，用来调节第二晶体管T2的栅极(gate)的信号的大小，以使得ΔV处于在较大范围内，以便于区分脊和谷，也即，图5c中Ids的范围B较大(例如，I1与I2二者之比较大)。
当然，若图3b中节点B的置位信号和指纹产生信号相加后已经处于Ids-Vgs曲线的B范围内，则无需通过向第二电极Txn上加载脉冲控制信号调节，此时，第二电极上加载为DC源。
其中，Txn可为DC源，当然，Txn的幅值还可为可调节值，可为正，可为负。
(c)信号读取阶段：在扫描信号输入端Gn-1上施加反向驱动电压，以使第一个的指纹识别单元20的第一晶体管T1和第四晶体管T4关闭，同时在第二个的扫描信号输入端Gn上施加驱动电压，以使第二个的指纹识别单元20的第一晶体管T1和第四晶体管T4打开，同时第一个的指纹识别单元20的第三晶体管T3打开，第三晶体管T3将感应信号输送至读取模块26。
读取模块26将脊和谷对应输出的电流I1和I2进行处理，具体为，脊对应读取模块输出的电压Vout1＝-I1*Rf，谷对应读取模块输出的电压Vout1＝-I2*Rf，二者对应输出电压的比值很大，因此，很容易就区分指纹的脊和谷，从而可提高指纹识别的准确度。
(d)对比处理阶段：对比步骤(a)中写入的检测信号与步骤(c)读取的感应信号，根据变化量确定每个感测电极10所在位置对应的指纹纹理是峰还是谷。
依次类推，重复上述(a)～(d)，依次对第二行，第三行，直至最后一行进行扫描，从而可以确定整个指纹识别电路的每个感测电极10所在位置对应的指纹纹理是峰还是谷，以便于识别指纹。
由上可知，本实施例提供的指纹识别电路，在每个指纹识别单元的感测模块和输出模块之间设置有转换放大模块，用于将感应信号转化为电流信号并放大预设倍数之后输送至输出模块；并且借助读取模块读取感应信号并将电流信号转换为电压信号输出，能够使得指纹的脊和谷各自对应的转换放大模块输出的电流信号相差较大，因此输出的各自转换的电压信号也就相差较大，从而能够容易识别脊和谷，也即提高了指纹识别的准确度。
实施例2
本发明实施例还提供了一种触控装置，该触控装置包括指纹识别电路。该指纹识别电路如上述实施例1提供的指纹识别电路。关于指纹识别电路的具体内容，可以参见上述实施例1的内容，此处不再赘述。
实施例3
本发明实施例提供了一种指纹识别方法，该指纹识别方法可以应用于上述实施例1提供的指纹识别电路。本发明实施例提供的指纹识别方法包括以下步骤：
201、开启一个指纹识别单元的写入模块，以向该指纹识别单元的感测模块写入检测信号，同时关闭该指纹识别单元的输出模块。
202、在写入模块写入检测信号完成之后，开启该指纹识别单元的输出模块，输出模块在开启后输出所述感测模块感应的感应信号。
203、感测模块感应指纹并将获得的感应信号发送至所述输出模块。
其中，在步骤202中的所述输出模块输出所述感应信号之前，还包括：将感应信号转化为电流信号并放大预设倍数；在这种情况下，指纹识别方法还包括：读取模块读取所述输出模块输出的所述感应信号并将电流信号转换为电压信号输出。
优选地，该指纹识别方法，还包括：在指纹识别单元的写入模块在写入检测信号时，将该指纹识别单元的输出模块的输入端复位至低电位。
优选地，在开启该指纹识别单元的输出模块的同时，开启另一个指纹识别单元的写入模块。
关于该指纹识别方法的具体实现原理同上述实施例1，具体可参见上述实施例1内容，此处不再赘述。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种指纹识别电路，包括多个指纹识别单元，每个所述指纹识别单元包括：依次相连的写入模块、感测模块和输出模块，所述写入模块，其控制端与扫描信号输入端相连，用于在所述扫描信号输入端输入有效信号时开启，向所述感测模块写入检测信号；所述感测模块，用于感应指纹并将获得的感应信号发送至所述输出模块；所述输出模块，用于在所属的指纹识别单元的所述写入模块关闭时开启并输出所述感应信号，以及在所属的指纹识别单元的所述写入模块开启时关闭；其特征在于，每个所述指纹识别单元还包括:转换放大模块和读取模块；
所述转换放大模块，设置所述感测模块和所述输出模块之间，用于将所述感应信号转化为电流信号并放大预设倍数之后输送至所述输出模块；
所述读取模块，与所述输出模块输出端相连，用于读取所述感应信号并将电流信号转换为电压信号输出；
一个所述指纹识别单元的所述输出模块的控制端与另一所述指纹识别单元的所述写入模块的控制端相连，用于在扫描信号输入端该一个所述指纹识别单元的输出模块和该另一所述指纹识别单元的所述写入模块同时开启或关闭。
2.根据权利要求1所述的指纹识别电路，其特征在于，每个所述指纹识别单元还包括复位模块，
所述复位模块，设置在所述感测模块和所述输出模块之间，用于在所述写入模块开启时开启，以将所述输出模块的输入端复位至低电位。
3.根据权利要求1所述的指纹识别电路，其特征在于，所述感测模块包括：相对设置的第一电极和第二电极，其中
所述第一电极，分别与所述写入模块和所述转换放大模块相连；
所述第二电极，与控制信号端相连，用于在所述控制信号端输入的控制信号下调整所述转换放大模块的所述预设倍数。
4.根据权利要求1所述的指纹识别电路，其特征在于，每个所述读取模块包括：
运算放大器，其反相输入端与所述输出模块的输出端相连，在其反相输入端和输出端之间并联有纯电阻模块。
5.根据权利要求1所述的指纹识别电路，其特征在于，多个所述指纹识别单元以多行多列的方式排列；
同一行的多个所述指纹识别单元的所述写入模块的控制端与同一个扫描信号输入端相连，用以在扫描线上加载有效信号时同一行的多个所述指纹识别单元的所述写入模块同时开启；
同一列的多个所述指纹识别单元的所述写入模块的信号输入端通过一条信号线相连；
同一列的多个所述指纹识别单元的输出模块的信号输出端连接同一个所述读取模块。
6.根据权利要求1所述的指纹识别电路，其特征在于，所述写入模块包括：第一晶体管，其栅极作为所述写入模块的控制端，用于控制所述写入模块的开启与关闭；其第一极作为所述写入模块的信号输入端，第二极作为所述写入模块的信号输出端。
7.根据权利要求1所述的指纹识别电路，其特征在于，所述输出模块包括：第三晶体管，其栅极作为所述输出模块的控制端，用于控制所述输出模块的开启与关闭；其第一极作为所述输出模块的信号输入端，第二极作为所述输出模块的信号输出端。
8.根据权利要求2所述的指纹识别电路，其特征在于，所述转换放大模块包括：第二晶体管，其栅极作为所述转换放大模块的信号输入端；其第一极与第一电平输入端相连，其第二极作为所述转换放大模块的信号输出端。
9.根据权利要求2所述的指纹识别电路，其特征在于，所述复位模块包括：第四晶体管，其栅极作为所述复位模块的控制端，用于控制所述复位模块的开启与关闭；其第一极与第二电平输入端相连，其第二极作为所述复位模块的信号输出端。
10.一种触控装置，包括指纹识别电路，其特征在于，所述指纹识别电路采用上述权利要求1-9任意一项权利要求提供的指纹识别电路。
11.一种指纹识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
开启一个指纹识别单元的写入模块，以向该指纹识别单元的感测模块写入检测信号，同时关闭该指纹识别单元的输出模块；
在所述写入模块写入检测信号完成之后，同时开启该指纹识别单元的输出模块和另一个指纹识别单元的写入模块，所述输出模块在开启后输出所述感测模块感应的感应信号；
在所述输出模块输出所述感应信号之前，还包括：将所述感应信号转化为电流信号并放大预设倍数；
所述感测模块感应指纹并将获得的感应信号发送至所述输出模块；
读取模块读取所述输出模块输出的所述感应信号并将电流信号转换为电压信号输出。
12.根据权利要求11所述的指纹识别方法，其特征在于，还包括：在所述指纹识别单元的写入模块在写入检测信号时，将该指纹识别单元的输出模块的输入端复位至低电位。
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