CN106133753B - 具有从感测元件读出的电流的电容式指纹感测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包括多个感测元件的电容式指纹感测装置。每个感测元件包括：保护性介电顶层，其要被手指触碰；导电感测结构，其被布置在顶层之下；电荷放大器，其连接到感测结构，用于提供表示感测结构所携带的电荷的变化的感测电压信号，电荷的变化由手指与感测结构之间的电位差的变化产生；以及电压电流转换器，用于将感测电压信号转换成表示感测结构所携带的电荷的变化的感测电流信号。因此，可以实现感测元件的精确感测以及更快的运行，而无需功率消耗的相应增加。

Description

具有从感测元件读出的电流的电容式指纹感测装置
技术领域
本发明涉及电容式指纹感测装置以及感测指纹图案的方法。
背景技术
越来越多地使用各种类型的生物测量系统以便提供增加的安全性和/或增强的用户便利性。
具体地，由于指纹感测系统的小的形状因素、高性能以及用户接受度，指纹感测系统已经在例如消费电子装置中被采用。
在各种可用的指纹感测原理(如电容性的、光学的、热的等)之中，电容性感测是最常用的，尤其是在尺寸和功率消耗是重要问题的应用中。
所有的电容式指纹传感器提供表示以下的测量：数个感测结构中的每一个与放置在指纹传感器表面上的或横跨指纹传感器表面移动的手指之间的电容。
一些电容式指纹传感器被动地读出感测结构与手指之间的电容。然而，这需要在感测结构与手指之间具有相对较大的电容。因此，这样的被动式电容式传感器通常设置有覆盖感测结构的非常薄的保护层，这使得这样的传感器对于刮擦(scratch)和/或ESD(静电放电)相当敏感。
US 7 864 992公开了一种电容式指纹感测系统，其中通过以下来将驱动信号注入到手指中：使布置在传感器阵列附近的导电结构产生脉冲；并且测量由传感器阵列中的感测结构携带的电荷的所产生的变化。
这种类型的所谓的主动式电容式指纹感测系统通常使得能够使用比上述被动式系统高得多的信噪比来测量手指与感测结构之间的电容。这继而允许显著较厚的保护涂层，并且因此允许更具鲁棒性的电容式指纹传感器，其可以被包括在遭受显著磨损的物品如移动电话中。
然而，仍有改进的空间。具体地，将希望的是，提供穿过更厚得多的保护涂层的指纹感测以及/或者提供关于信噪比进一步改进的性能。
发明内容
考虑到现有技术的上述缺点和其它缺点，本发明的目的是实现改进的电容式指纹感测装置，具体地实现提供用于穿过很厚的保护涂层的改进的感测性能的电容式指纹感测装置。
根据本发明的第一方面，因此提供了用于感测手指的指纹图案的电容式指纹感测装置，电容式指纹感测装置包括多个感测元件，其中，每个感测元件包括：保护性介电顶层，其要被手指触碰；导电感测结构，其被布置在顶层之下；电荷放大器，其连接到感测结构，用于提供表示感测结构所携带的电荷的变化的感测电压信号，电荷的变化由手指与感测结构之间的电位差的变化产生，电荷放大器包括：第一输入端，其连接到感测结构；第二输入端；输出端，用于提供感测电压信号；反馈电容器，其连接在第一输入端与输出端之间；以及至少一个放大器级，其位于第一输入端和第二输入端与输出端之间；以及电压电流转换器，用于将感测电压信号转换成表示感测结构所携带的电荷的变化的感测电流信号，其中，指纹感测装置进一步包括：读出电路，其连接到包括在感测元件中的每一个中的电压电流转换器，用于从多个感测元件中接收感测电流信号，并且基于感测电流信号来提供指纹图案的表示。
电压电流转换器可以具有连接到电荷放大器的输出端的输入端以及用于提供感测电流信号的输出端。
感测结构可以有利地被设置成导电板如金属板的形式，以便通过感测结构(感测板)、局部手指表面和保护涂层(以及可能在局部手指表面与保护涂层之间局部存在的任何空气)来形成一种平行板电容器。
保护涂层可以有利地是至少20μm厚，并且具有高的介电强度，以防止指纹感测装置的下层结构磨损和撕裂，以及防止ESD。甚至更加有利的是，保护涂层可以是至少50μm厚。在实施例中，保护涂层可以是几百μm厚。
感测元件可以是可控的，以执行预定的测量序列，该预定的测量序列包括以预定的序列在不同的测量状态之间的过渡。测量状态可以由被提供到电路(其被包括在感测元件中)的控制信号的某种组合来限定。
电荷放大器将第一输入端处的电荷转换成输出端处的电压。通过反馈电容器的电容来确定电荷放大器的增益。
电荷放大器可以有利地被配置成使得电荷放大器的第一输入端处的电位基本跟随第二输入端处的电位。
以下应该被理解为意指第二输入端处的电位的变化导致第一输入端处的电位的基本相应的变化：电荷放大器可以被配置成使得第一输入端(有时也被称为反向输入端)处的电位基本跟随第二输入端(有时也被称为正向输入端)处的电位。取决于电荷放大器的实际配置，第一输入端处的电位可以与第二输入端处的电位基本相同，或者在第二输入端与第一输入端之间可以具有基本恒定的电位差。例如，如果电荷放大器被配置为单级放大器，则电位差可以是感测晶体管的栅极-源极电压。
应该注意的是，电荷放大器的输出端无需直接连接到反馈电容器，并且在输出端和反馈电容器之间可以具有附加的电路。也可以将此电路放置在感测元件矩阵的外部。
第二输入端可以连接到感测元件的参考电位，参考电位可以是特定感测元件或一组感测元件的局部参考电位或者电容式感测装置的参考电位(传感器接地(sensorground))。局部参考电位可以被控制以相对于传感器接地和/或相对于包括电容式指纹感测装置的电子装置的参考电位而变化。电子装置的参考电位可以被称为装置接地(deviceground)。在实施例中，传感器接地可以被控制以相对于装置接地而变化。
本发明基于以下认识：感测元件的更快运行将允许来自每个感测元件的多个读出，这继而将提供例如在信噪比和共模噪声抑制方面的改进的感测性能。
本发明人已经进一步认识到的是，可以通过以下来实现感测元件的期望的更快运行，而无需功率消耗的相应增加：将在每个感测元件中的电荷放大器所提供的电压信号转换成电流信号，并且将电流信号通过输出线路而发送离开感测元件到读出电路，其中读出电路可以被布置在感测元件矩阵的外部。
感测元件与读出电路(其被布置在感测元件矩阵的外部)之间的输出线路的寄生电容可以是数个pF。通过以电流而非电压来提供感测信号，将不必以高频来对此寄生电容进行充电和放电，这提供了每个读出事件的能量消耗的显著减少。根据本发明的实施例，可以充分减少每个读出事件的能量消耗，以允许读出频率增加例如20倍，而不会增加电容式指纹感测装置的功率消耗。
因此，本发明的实施例提供了更高的读出频率，其继而允许改进的感测性能，并且通过本身已知的滤波技术来进一步使得多个输出信号的组合成为可能，从而可以减少共模噪声并且增加信噪比。
这继而允许穿过较厚的涂层如控制按钮或电子装置(例如移动电话)的外壳的一部分来进行测量。此外，可以减少指纹传感器的能量消耗，以及/或者减少获得指纹表示(图像)所需的时间。
另外，从感测元件使用电流信号形式提供感测信号有利于参考信号的读出，参考信号表示一组感测元件所携带的电荷的组合变化。可以通过允许一组感测元件中的每个感测元件提供其感测电流信号到共用的读出线路来实现期望的参考信号，其中，在共用的读出线路中电流将自动被加在一起以形成用于一组感测元件的上述参考信号。
如果一组感测元件中的感测元件被布置成使得感测元件中的至少一个将对应于指纹图案中的脊线，则上述参考信号可以用于处理共模噪声，以及/或者用于允许更加有效地使用模拟数字转换器(ADC)的动态范围，模拟数字转换器可以被包括在读出电路中，用于提供呈数字形式的手指图案的表示。
为了实现一组感测元件中的感测元件中的至少一个对应于指纹脊线，上述组感测元件可以包括覆盖足够大面积的相邻感测元件和/或足够数目的空间分布的感测元件。
根据各个实施例，本发明的电容式指纹感测装置可以进一步包括用于向手指和感测结构中的至少一个提供时变激励信号的激励信号提供电路，以便提供手指与感测结构之间的电位差的变化。
激励信号提供电路可以是开关电路，其被配置成在不同线路上所提供的两个或更多个不同电位之间进行切换。替代地或组合地，激励信号提供电路可以包括：至少一个信号源，其被配置成提供时变电位如方波电压信号或正弦波电压信号。
激励信号提供电路可以连接到感测结构，以便向感测结构提供激励信号，或者可以使用电容式指纹感测装置来将激励信号提供电路连接到导电结构，导电结构以导电的方式连接到用户手指。例如，导电结构可以是至少部分地围绕指纹传感器的边框。
根据各个实施例，包括在感测元件中的电压电流转换器可以包括：电阻元件，其连接在电荷放大器的输出端与电压电流转换器的输出端之间。
电阻元件可以有利地由MOS晶体管如PMOS晶体管构成，因为这可能会有利于将部件与读出电路进行匹配，其继而允许从电容式指纹感测装置中提供指纹图案的精确表示。
替代地或组合地，电阻元件可以由电阻器构成。
此外，读出电路可以有利地包括可控增益元件，以允许控制读出电路，从而适应不同的电流电平。例如，单个感测元件所输出的感测电流可以是相对较低的，而由一组感测元件输出的感测电流的和所形成的组合感测电流(如上述参考信号)可以是相对较高的。例如，可以采用可控放大器的形式来设置这样的可控增益元件。
根据实施例，读出电路可以包括至少一个电流电压转换器。可以在第一采样时间(当手指与感测结构之间具有第一电位差时)处以及在第二采样时间(当手指与感测结构之间具有第二电位差时)处对电流电压转换器所输出的电压进行采样。这通常被称为相关双采样。在采样操作之后，可以将在第二采样时间/第一采样时间处采样到的电压之间的差以及在第一采样时间/第二采样时间处采样到的电压提供到模拟数字转换器，以便将手指图案的表示转换成数字形式。
包括在读出电路中的电流电压转换器可以包括所谓的跨阻抗放大器，跨阻抗放大器包括反馈电阻元件。反馈电阻元件可以有利地包括MOS晶体管。
具体地，在实施例(其中感测元件中的电压电流转换器中的电阻元件是MOS晶体管如PMOS晶体管)中，同样向读出电路中的电流电压转换器提供相同类型的MOS晶体管可以有利于部件在电压电流转换器和电流电压转换器中匹配，这继而可以改进转换的精度。
上述相关双采样可以被看作感测元件所提供的感测信号的解调。根据进一步实施例，读出电路可以包括用于在电流域中解调感测信号的解调器。解调器的(电流)输出可以被提供到模拟数字转换器。这些实施例的优点是：与在电压域中解调感测信号相比，可以更加易于在电流域中解调感测信号。
根据又一实施例，读出电路可以包括用于将电流值直接转换成相应数字表示的所谓的直流模拟数字转换器。
此外，根据本发明的各个实施例，电荷放大器可以被配置成使得：第一输入端处的电位基本跟随第二输入端处的电位；以及激励信号提供电路可以连接到电荷放大器的第二输入端，以便将在第二输入端处的电位从第一电位改变到第二电位，从而改变感测结构的电位，因此提供手指与感测结构之间的电位差的变化。
可以通过改变感测结构的电位来实现手指与感测结构之间的电位差，这与手指是否潮湿/正常或干燥基本无关。这继而提供了例如干燥手指的手指图案的改进的感测。
根据各个实施例，包括在电荷放大器中的放大器级可以包括：感测晶体管，感测晶体管具有构成第一输入端的栅极。可以在半导体基板中的阱中形成感测晶体管，阱和基板之间的界面被配置成使得可以防止电流在阱与基板之间流动。此外，激励信号提供电路可以连接到阱，以便将阱的电位从第三电位改变到第四电位，第三电位和第四电位之间的差基本等于上述第一电位和第二电位之间的差，从而减少感测结构与阱之间的寄生电容的影响。
半导体基板可以有利地是掺杂半导体基板，并且阱可以是基板的以相对于半导体基板相反的极性来掺杂的部分(如果半导体基板是p型掺杂，则阱可以是n型掺杂，而如果半导体基板是n型掺杂，则阱可以是p型掺杂)。这是在阱与基板之间实现界面的方式，界面被配置成使得可以防止电流在阱与基板之间流动。具体地，可以将阱和基板保持在这样的电位使得无电流流过基板与阱之间的界面处所形成的二极管。
替代地，可以在基板与阱之间设置例如呈薄层玻璃的形式的绝缘层。这样的绝缘层也将可以防止电流在阱与基板之间流动。
如果将激励信号施加到手指并且将感测结构保持在固定电位如接地，那么感测结构与手指之间的电容的测量将不会受感测结构与电荷放大器之间的以及/或者感测结构与半导体基板(在其中形成电荷放大器)之间的任何寄生电容的干扰，因为感测结构和电荷放大器的有关部分(以及半导体基板)的电位将是相同的(或者在感测结构与电荷放大器的输入级和半导体基板之间将具有恒定电位差)。然而，如果将激励信号施加到感测结构，则在感测结构与半导体基板之间将具有时变电位差。模拟示出了感测结构与半导体结构(其毗邻于感测结构与电荷放大器的输入级之间的连接)(其通常为n阱、p阱和/或半导体基板)之间的寄生电容可能处于10fF的量级，而要被感测的电容(其在感测结构与手指之间)可能低至0.1fF或更小。此外，由于半导体制造工艺的变化，所以上述寄生电容通常可能是未知的，并且对于不同的感测元件寄生电容可能是不同的。
本发明人已经认识到的是，在本发明的实施例中，可以通过提供激励信号提供电路来显著减少指纹感测装置中的感测结构与半导体结构之间的此寄生电容的影响，激励信号提供电路被配置成改变阱的电位，其中在阱中形成电荷放大器的感测晶体管。因此，阱(其是毗邻于感测结构与感测晶体管(电荷放大器的输入级)之间的连接的半导体结构)的电位可以被控制以跟随感测结构的电位，以便至少在与感测结构与手指之间的电容的测量有关的时间点处，将阱与感测结构之间的电位差保持基本恒定。
与测量有关的时间点可以取决于所使用的测量方法而是不同的，并且本领域的技术人员将能够例如基于电路模拟来确定这样的时间点，而无需过度的负担。例如，在所谓的相关双采样(其中在两个采样时间处对感测信号进行采样)的情况下，这些采样时间可以是与测量有关的时间点。
此外，根据各个实施例，指纹感测装置可以进一步包括布置在感测结构与基板之间的屏蔽结构。激励信号提供电路可以进一步连接到屏蔽结构，并且被配置成将屏蔽结构的电位从第五电位改变到第六电位，第五电位与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。
因此，可以有效地将感测结构与感测元件的其它可能的下层部件(如金属层中的连接线路以及/或者形成于半导体基板中的连接线路和/或半导体电路)屏蔽开。这将进一步减少感测元件中的寄生电容的影响。
第五电位可以有利地等于上述第三电位(和/或第一电位)，并且第六电位可以有利地等于上述第四电位(和/或第二电位)。例如，屏蔽结构(板)可以有利地直接以导电的方式连接到阱。
根据第一组实施例，感测晶体管可以是NMOS晶体管或PMOS晶体管，并且阱可以分别是p阱或n阱。
根据第二组实施例，可以在连接到激励信号提供电路的阱中形成p阱和/或n阱。当在阱中形成至少一个p阱以及至少一个n阱时，该阱往往可以被称为隔离阱(iso-well)。
此外，对于多个感测元件，阱可以是共用的。例如，阱可以是围绕数个感测元件的n阱和p阱的隔离阱。激励信号提供电路可以连接到隔离阱以及形成在隔离阱的内部的(一个或更多个)阱，并且被配置成改变隔离阱以及形成在隔离阱的内部的(一个或更多个)阱的电压。
根据各个实施例，感测元件中的每一个可以包括连接到激励信号提供电路的定时电路，定时电路用于：在第一激励过渡时间处，向激励信号提供电路提供第一激励控制信号，以便触发手指与感测结构之间的电位差的第一变化；并且在第二激励过渡时间处，向激励信号提供电路提供第二激励控制信号，以便触发手指与感测结构之间的电位差的第二变化。
此外，根据各个实施例，感测元件中的每一个可以进一步包括：复位电路，其是可控的以使反馈电容器放电；以及定时电路，其连接到复位电路，用于将复位电路控制在复位状态与测量准备状态之间，其中在复位状态下，反馈电容器被放电，在测量准备状态下，反馈电容器可以被充电，以允许测量感测结构所携带的电荷的变化。
通过在每个感测元件中局部地提供定时电路，可以在每个感测元件中局部地控制包括在感测元件中的电路的至少一些定时控制。
因此，可以表述的是，定时电路充当局部状态机器，其可以是非同步的或同步的，或者可以是同步与非同步的组合。
通过提供在测量状态之间的至少最时间关键的(一个或更多个)过渡的局部定时，可以(针对给定的读出频率)增加可用于测量的时间，以及/或者有利于电容式指纹感测装置的设计。例如，虽然某些定时控制信号到每个感测元件的谨慎的路由选择将不是必要的，但是可以通过选择特定感测元件的外部信号来启动定时。
因此，本发明的这些实施例进一步有利于实现更高的读出频率，这继而允许改进的测量性能，并且(例如通过滤波)进一步使得多个输出信号的组合成为可能，从而可以减少共模噪声并且增加信噪比。
定时电路可以有利地包括：至少一个第一延迟元件，用于在过渡时间处控制感测元件从第一测量状态过渡到第二测量状态，过渡时间由第一事件以及与第一事件有关的时间延迟来限定，第一延迟元件具有用于接收限定第一事件的第一信号的输入端和用于提供第二信号的输出端，第二信号限定从第一测量状态到第二测量状态的过渡。
第一信号可以是时变电压，并且第一事件可以例如由第一信号的上升侧或下降侧来限定。
可以在感测元件的内部生成第一信号，或者根据各个实施例，第一信号可以被设置为例如在感测元件的外部所生成的可以被称为激活信号或选择信号的信号。
虽然第二信号可以被看作延迟版本的第一信号，但是应该理解的是，可以已经在第一信号上施加了除了延迟之外的其它转换以形成第二信号。例如，可以另外地对第一信号进行放大和/或衰减和/或反相(invert)等，以形成第二信号。
第一延迟元件可以有利地包括半导体电路如一个或多个逻辑门。
根据本发明的各个实施例的电容式指纹感测装置可以有利地被包括在电子装置中，电子装置进一步包括处理电路，处理电路被配置成：从指纹感测装置中获取指纹图案的表示；基于表示来认证用户；以及只有在用户基于表示而经认证的情况下才执行至少一个用户请求过程。电子装置可以例如是手持式通信装置如移动电话或平板电脑、计算机或者电子可穿戴物品如手表等。
根据本发明的第二方面，提供了使用包括多个感测元件的电容指纹传感器来感测手指的指纹图案的方法，其中，每个感测元件包括：保护性介电顶层，其要被手指触碰；导电感测结构，其被布置在顶层之下；以及电荷放大器，其连接到感测结构，用于提供表示感测结构所携带的电荷的变化的感测电压信号，电荷的变化由手指与感测结构之间的电位差的变化产生，电荷放大器包括：第一输入端，其连接到感测结构；第二输入端；输出端，用于提供感测电压；反馈电容器，其连接在第一输入端与输出端之间；以及至少一个放大器级，其位于第一输入端和第二输入端与输出端之间，其中，该方法包括以下步骤：改变手指与感测结构之间的电位差；提供感测电压；在感测元件中将感测电压转换成感测电流；以及使用感测元件外部的读出电路来接收来自感测元件中的每一个的感测电流，并且基于接收到的感测电流来提供指纹图案的表示。
本发明的此第二方面的进一步实施例以及通过本发明的此第二方面所获得的效果很大程度上类似于本发明的第一方面的上述进一步实施例和所获得的效果。
总之，本发明涉及包括多个感测元件的电容式指纹感测装置。每个感测元件包括：保护性介电顶层，其要被手指触碰；导电感测结构，其被布置在顶层之下；电荷放大器，其连接到感测结构，用于提供表示感测结构所携带的电荷的变化的感测电压信号，电荷的变化由手指与感测结构之间的电位差的变化产生；以及电压电流转换器，用于将感测电压信号转换成表示感测结构所携带的电荷的变化的感测电流信号。因此，可以实现感测元件的精确感测以及更快的运行，而无需功率消耗的相应增加。
附图说明
现在将参考示出了本发明的示例实施例的附图来更加详细地描述本发明的这些方面和其它方面，在附图中：
图1示意性地图示了包括根据本发明的示例实施例的指纹感测系统的移动电话；
图2示意性地示出了图1中的指纹感测装置；
图3是图2中的指纹感测装置的图示了根据本发明的指纹感测装置的第一实施例的部分的示意性横截面视图，其使用电路示意图来图示感测元件的配置以及感测信号从感测元件到读出电路的传输；
图4a-图4d是示意性地图示了图3中的指纹感测装置的运行的定时图；
图5a-图5e示意性地图示了根据本发明的指纹感测装置的第二实施例，其中每个感测元件包括定时电路；以及
图6a-图6b示意性地图示了根据本发明的指纹感测装置的第三实施例。
具体实施方式
在本具体实施方式中，参考电容式指纹感测装置来主要描述根据本发明的指纹感测装置和方法的各个实施例，其中每个感测元件包括用于向感测结构提供激励信号或驱动信号的激励信号提供电路。此外，电容式指纹感测装置被图示为触控传感器，其被形成尺寸并且被配置成从静止的手指获取指纹表示。
应该注意的是，这绝不限制本发明的范围，其同样包括例如反而通过以下方式来实现手指电位和感测结构电位之间的电位差的变化的电容式指纹感测装置：通过直接向手指提供激励信号，或者经由除了目前所选择用于感测的一个或数个感测元件之外的其它感测元件来向手指提供激励信号。可以对这样的其它感测元件进行编程以充当驱动元件。用于从移动的手指获取指纹表示的其它传感器阵列配置(如所谓的触击传感器(或线传感器))同样落入如所附权利要求所限定的本发明的范围之内。触控传感器还可以具有除了附图中所图示的尺寸之外的其它尺寸。
图1示意性地图示了根据本发明的示例实施例的用于指纹感测装置的应用，其呈具有集成指纹感测装置2的移动电话1的形式。例如，指纹感测装置2可以用于解锁移动电话1以及/或者用于对使用移动电话来执行的交易进行授权等。
图2示意性地示出了包括在图1中的移动电话1中的指纹感测装置2。如图2中可以看到的那样，指纹感测装置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(已经使用附图标记来表示感测元件中的仅一个，以避免混淆附图)，每个感测元件是可控的，以感测包括在感测元件8中的感测结构与接触传感器阵列5的顶表面的手指表面之间的距离。
电源接口6包括：第一接触垫10a和第二接触垫10b，此处将其示出为接合垫，用于将供应电压Vsupply连接到指纹传感器2。
通信接口7包括：多个接合垫，用于允许控制指纹传感器2并且用于从指纹传感器2获取指纹数据。
图3是图2中的指纹感测装置2沿图2中所指示的线A-A'截取的部分的示意性横截面，其中在传感器阵列5的顶部处放置了手指11。参考图3，指纹感测装置2包括多个感测元件8，每个感测元件包括保护性介电顶层13、导电感测结构(此处其位于保护性介电顶层13之下呈金属板17的形式)、电荷放大器18、激励信号生成电路19、电压电流转换器20以及选择电路(此处将其功能性地图示为用于允许感测元件8的选择/激活的简单的选择开关21)。
电荷放大器18包括至少一个放大器级，此处将其示意性地图示为运算放大器(opamp)24，运算放大器24具有连接到感测结构17的第一输入端(反向输入端)25、连接到激励信号提供电路19的第二输入端(正向输入端)26以及输出端27。另外，电荷放大器18包括连接在第一输入端25与输出端27之间的反馈电容器29以及复位电路(此处将其功能性地图示为开关30，用于允许反馈电容器29的可控放电)。可以通过操作复位电路30来使反馈电容器29放电从而使电荷放大器18复位。
对于负反馈配置中的运算放大器24而言通常的情况是，在第一输入端25处的电压跟随施加到第二输入端26的电压。取决于特定的放大器配置，第一输入端25处的电位可以与第二输入端26处的电位是基本相同的，或者第一输入端25处的电位与第二输入端26处的电位之间可以具有基本固定的偏移量。
当通过激励信号提供电路19来将时变电位提供到电荷放大器18的第二输入端26时，相应的时变电位因此经由电荷放大器18的第一输入端25被提供到感测结构17。
由于可以认为手指11的电位在相关时间尺度上是基本恒定的，所以感测结构17处的时变电位将导致感测结构17与手指11之间的时变电位差。图3中手指11示意性地被表示为“接地”。应该理解的是，手指“接地”可以不同于传感器接地。例如，手指可以处于电子装置(其中包括电容式指纹感测装置)的接地电位。替代地，可以认为人体具有这样的大的电气“质量”，使得当参考结构17的电位变化时，手指的电位保持基本恒定。
如下面将更加详细地进一步描述的那样，手指11与参考结构17之间的电位差的上述变化导致电荷放大器18的输出端27处的感测电压信号Vs。通过电流电压转换器20将感测电压信号Vs转换成感测电流信号Is，电流电压转换器20此处被设置为PMOS晶体管31，其中源极连接到激励信号提供电路19所提供的上述时变电位Vd，栅极连接到电荷放大器的输出端27，并且漏极经由选择开关21连接到读出线路33。
当选择所指示的感测元件8用于感测时，闭合选择开关21以向读出线路33提供感测电流信号Is。在图3中示出了读出线路33经由复用器36连接到电流电压转换器35，其中读出线路33可以是图2中的用于传感器阵列5的行或列的共用读出线路。如图3中示意性地指示的那样，另外的读出线路(其从传感器阵列5的其它行/列提供感测电流信号)也经由复用器36连接到电流电压转换器35。
如图3中示意性地指示的那样，在读出线路33与接地之间具有寄生电容Cp。如果如已知电容式指纹感测系统装置中通常的情况那样使用读出线路33来发送感测电压信号Vs(而非感测电流信号Is)，则寄生电容Cp将导致能量耗散。在已知电容式指纹感测装置中所使用的读出频率如处于1MHz的量级的情况下，假定良好地设计感测装置以便寄生电容处于例如1pF的量级，则由读出线路的寄生电容引起的功率消耗可以被看做是可接受的。然而，如果读出频率显著增加到例如20MHz或更大，则由寄生电容Cp引起的功率消耗将变得相当大。反而，由于可以将读出线路33与传感器接地之间的电位差保持基本不变，所以可以通过沿着读出线路33发送感测电流信号Is来有效地消除由寄生电容Cp引起的功率消耗。
电流电压转换器35(此处将其示意性地图示为所谓的跨阻抗放大器)将感测电流信号Is转换回到电压域，并且向采样保持电路37提供感测电压信号。图3中的电流电压转换器35包括运算放大器40、作为电阻反馈元件的二极管连接的PMOS晶体管41以及连接到运算放大器40的正向输入端的偏置电压源42。由于运算放大器40的反向输入端虚拟接地(呈现出跟随运算放大器40的正向输入端处的电位的电位)，所以即使感测电流变化，在电流电压转换器35的输入端处也将具有恒定的电位。因此，使寄生电容Cp充电和放电不会浪费能量。
采样保持电路37的输出端连接到模拟数字转换器38，以便将源于感测元件8中的模拟信号转换成传感器2上的手指11的指纹图案的数字表示。
现在将参考图4a-图4d来描述图3中的电容式指纹感测装置2的示例性操作。
在图4a-图4d的示意图中，图4a示出了图3中的激励信号提供电路19所提供的驱动信号Vd，图4b示出了图3中的电荷放大器18的输出端27处的感测电压信号Vs减去驱动信号Vd，图4c示出了感测电流信号Is，以及图4d示出了电流电压转换器35的输出电压Vs'。
首先，参考图4a，例如通过闭合选择开关21来选择感测元件8，并且驱动信号Vd在第一时间T1处从低的第一电位V1变至高的第二电位V2。作为结果，如图4b中示意性地指示的那样，水平移位的(level-shifted)感测电压信号Vs-Vd从高电位变至低电位。
在闭合选择开关21之前，没有感测电流信号Is(电流为0A)，并且因此，电流电压转换器35的输出电压Vs'是0V(相对于电流电压转换器35的参考电位)。这在图4c-图4d中示意性地被指示。
当在时间T1处闭合选择开关21时，感测电流信号Is上升至对应于水平移位感测电压信号Vs-Vd的电流。
在时间T2处，通过使反馈电容器29放电来将复位电路30控制到其导通状态以使电荷放大器18复位。
在第三时间T3处，将复位电路30从其导通状态控制到其非导通状态(在图3中示意性地被图示)，以允许电荷放大器18在其输出端处提供感测电压信号Vs，感测电压信号Vs指示感测结构17所携带的电荷的变化。当将复位电路30从其导通状态控制到其非导通状态时，可能会有小的电荷注入，从而导致图4b中示出的(水平移位的)感测电压信号在时间T3处的变化。
如可以在图4c和图4d中看到的那样，感测电流信号Is和电流电压转换器35的输出电压Vs'跟随感测元件8中的电荷放大器18的输出端27处的水平移位感测电压信号Vs-Vd。
在时间T4处，采样保持电路37对电流电压转换器35的输出电压Vs'进行第一次采样，从而产生第一采样值S1。
接着，在时间T5处，驱动信号Vd从第二电位V2变回至第一电位V1。这导致手指11与感测结构17之间的电位差的变化，这继而导致感测结构17上的电荷的变化，电荷的变化由与手指11的电容耦合产生。此电荷的变化被转化成由电荷放大器提供的电压的变化即感测电压信号Vs的变化。如上所述，感测电压信号Vs的此变化转化成感测电流信号Is和电流电压转换器35的输出电压Vs'的相应变化。
当感测电压信号Vs(以及感测电流信号Is和电流电压转换器35的输出电压Vs')已经稳定时，在时间T6处，采样保持电路37对电流电压转换器35的输出电压Vs'进行第二次采样，从而产生第二采样值S2。
S2和S1之间的差(该差表示感测板17与手指11之间的电容耦合的测量)被提供到ADC 38，以便被数字化并且被输出为例如指纹图案图像的像素值。
现在已经描述了根据本发明的实施例的指纹感测装置的总体配置连同指纹感测装置的示例性操作，下面将参考图5a-图5e来描述另一实施例，其提供用于通过在每个感测元件中进行局部定时控制而进一步改进的高频读出性能。
首先参考图5a，示出了来自图2中的传感器阵列5的感测元件8连同与其最接近的相邻元件。可以使用来自行选择电路和列选择电路的激活信号来选择要感测电容耦合(其是感测元件8的感测结构17与手指11之间的电容耦合)的(一个或更多个)感测元件8。这样的激活信号在图5a中被表示为R-ACT和C-ACT。
参考图5b，电容式指纹感测装置2中的每个感测元件8包括电荷测量电路50(如图3中的电荷放大器18、激励信号提供电路19以及电压电流转换器20)和定时电路51。
电荷测量电路50连接到感测结构(板)17，用于测量由手指11与感测结构17之间的电位差的变化产生的感测结构17所携带的电荷的变化。如以上参考图4a-图4d所描述的那样，通过执行测量序列来实现测量，测量序列包括通过一系列测量状态的过渡。电荷测量电路50具有用于向读出线路33提供上述感测电流信号Is的输出端。
定时电路51连接到电荷测量电路50，用于控制测量状态中的至少一个的定时。
如图5b中示意性地图示的那样，定时电路可以接收一个或数个控制信号，用于触发感测元件8的测量操作。例如，如图5b中的箭头示意性地指示的那样，可以通过定时电路51来接收上述的行激活信号R-ACT和列激活信号C-ACT，在这之后定时电路51可以独立地向电荷测量电路50提供各种定时控制信号。
通过对包括在测量序列中的测量状态中的至少一个的定时进行此局部控制，可以更加精确地和/或更加均匀地控制测量状态之间的过渡的定时，这允许过渡之间的更短时间，继而允许更高的测量频率。
在图5c中更加详细地示出了图5b中的电荷测量电路50的示例。
另外，图5c中的箭头指示了定时电路51所提供的控制信号(激活信号ACT、复位信号RST以及驱动控制信号DRV)。
图5c中的电荷测量电路不同于以上参考图3所描述的电荷测量电路的是，在反馈回路中已经包括：PMOS晶体管31，其位于反馈电容器29与运算放大器24的输出端27之间。同样已经加入了串联电阻器43。应该注意的是，本文所描述的电压电流转换器配置仅是适当的配置的一些说明性示例，并且对于本领域的技术人员而言可以实施多个其它配置，而无需过度的负担。
参考图5d，现在将描述图5b中的定时电路51的示例性配置。如可以在图5d中看到的那样，定时电路51包括第一与门53、第一延迟元件54、第二延迟元件55、第二与门56、第一反相器57、第三延迟元件58、第三与门59以及第二反相器60。
如图5d中示意性地指示的那样，行激活信号R-ACT和列激活信号C-ACT被输入到第一逻辑与门53。同样参考图5c，第一与门53的输出被提供到电荷测量电路50的放大器24和选择开关21以作为激活/选择信号ACT，被提供到第一延迟元件54的输入端，并且被提供到第三与门58。第一延迟元件54的输出被提供到第二与门56，并且被提供到第二延迟元件55的输入端。第二延迟元件55的输出经由第一反相器57被提供到第二与门56，并且被提供到第三延迟元件58的输入端。第三延迟元件58的输出经由第二反相器60被提供到第三与门59的输入端。
当通过设定行激活信号R-ACT和列激活信号C-ACT来选择感测元件8(其包括图5c中的电荷测量电路50和图5d中的定时电路51)时，用于感测元件8的激活信号ACT变高(在图4a-图4d中的时间T1处)。来自第一与门53的输出经过第一延迟元件54并且被延迟第一时间延迟ΔT1，以向第二与门56提供第一延迟版本的激活信号ACT。第一时间延迟ΔT1对应于图4a-图4d中的T2–T1。
来自第一延迟元件54的输出也被提供到第二延迟元件55的输入端并且被延迟以提供第二延迟版本的激活信号ACT。
第二延迟版本的激活信号ACT经由第一反相器57被提供到第二与门56的输入端，以在第二与门56的输出端上实现复位控制信号RST。
第二时间延迟ΔT2对应于图4中的T3–T2，并且确定测量状态的持续时间，其中复位控制信号RST是高的(复位电路30被控制为导通)。
如图5d中指示的那样，来自第二延迟元件55的输出也经过第三延迟元件58。因此，延迟后的信号(激活信号ACT被延迟了ΔTtot＝ΔT1+ΔT2+ΔT3)经由第二反相器60被提供到第三与门59。如图5c中指示的那样，总的延迟时间ΔTtot对应于图4a-图4d中的T5–T1，并且控制激励信号提供电路19的运行。
应该注意的是，定时电路51是用于说明以下原理的简化示例：使用延迟元件和逻辑门的组合，以便局部地控制包括在感测元件8中的电荷测量电路50的测量状态的定时。取决于实际实施，定时电路可以包括用于例如信号整形和/或定时的另外的或其它的电路。基于本文所提供的描述，本领域的技术人员将能够设计出定时电路的适当的实施，而无需过度的负担。
应该理解的是，可以取决于特定的实施例来独立地将较少的或另外的定时控制信号从定时电路51提供至电荷测量电路50。
图5e示出了延迟元件62的说明性示例，延迟元件62可以被包括在图5d中的定时电路51中。
延迟元件62包括串联连接的第一CMOS反相器63和第二CMOS反相器63。此延迟元件的时间延迟将取决于包括在延迟元件62中的部件的尺寸，并且可以因此在设计延迟元件时设定时间延迟。如果希望显著较长的延迟时间，则可以串联耦接附加的CMOS反相器。
现在将参考图6a-图6b来描述图2中的指纹感测装置2的第三实施例。图6a-图6b的实施例提供用于消除或至少显著减少感测元件8中的寄生电容的影响，这继而进一步有利于感测元件8的高频运行。
图6a是形成在掺杂半导体基板上的图2中的感测元件8的实施例的部分结构示意图和部分电路示意图的混合。在分解透视图中示意性地示出了保护介电层13、感测板17、屏蔽板65以及基准板66，而以晶体管级电路示意图的形式图示了电荷放大器18。
如图6a中示出的那样，简单的电荷放大器18的示例包括感测晶体管68、级联(cascode)晶体管69、呈复位晶体管30形式的复位电路以及偏置电流源71。感测晶体管68、级联晶体管69和复位晶体管30均形成在相同的阱73(n阱、p阱或隔离阱)中。
为了帮助理解图6a中的部件和连接，图6b在更加抽象的程度上同样示出了相同的示意配置，其中图6a的晶体管电路由用于电荷放大器的一般符号替换，电荷放大器具有以下特征：其反向输入端25连接到感测板17；其正向输入端26连接到此处呈脉冲生成器形式的激励信号提供电路19；以及其输出端27提供表示由感测板17携带的电荷的变化的感测电压信号Vs，该电荷的变化由手指11与感测板17之间的电位差的变化产生。如上面说明的那样，手指11与感测板17之间的电位差的变化由脉冲生成器19经由电荷放大器施加到感测板17的变化的电位所产生。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反向输入端25与输出端27之间。应该注意的是，对于本领域的技术人员而言电荷放大器的总体功能性是众所周知的。图6b也示意性地指示：阱73连接到激励信号提供电路19，并且电压电流转换器20将感测电压信号Vs转换成感测电流信号Is。
回到图6a，可以看到的是，感测晶体管66的栅极构成电荷放大器的反向输入端25，并且感测晶体管66的源极构成电荷放大器的正向输入端26。电荷放大器的正向输入端26连接到屏蔽板65，屏蔽板65继而连接到阱73和脉冲生成器19，在阱73中形成感测晶体管68。
感测元件8进一步包括驱动晶体管75、驱动控制开关76以及复位控制开关77。驱动控制开关76能够在第一状态与第二状态之间进行控制，其中，在第一状态下，驱动晶体管75的栅极连接到脉冲生成器19，在第二状态下，驱动晶体管75的栅极连接到传感器接地。当驱动控制开关76处于其第一状态下时，驱动晶体管75将是导通的，并且因此将感测结构17直接连接到脉冲生成器19。当驱动控制开关处于其第二状态下时，驱动晶体管75将是非导通的。在后者的情况下，因此在感测结构17与脉冲生成器19之间将不具有通过驱动晶体管75的直接连接。如图6a中可以看到的那样，在阱73中形成驱动晶体管75。偏置电流源71可以位于感测元件中或位于传感器阵列5的外部。
同样地，复位控制开关77能够在第一状态和第二状态之间进行控制，其中，在第一状态下，复位晶体管30是非导通的，以允许感测板17与反馈板66之间具有电位差，在第二状态下，复位晶体管30是导通的，以均衡感测板17与反馈板66的电位。
如以上参考图3来进一步描述的那样，图6a中的感测元件8进一步包括：电流电压转换器20，其被设置为PMOS晶体管31，PMOS晶体管31具有连接到脉冲生成器19的源极、连接到放大器的输出端27的栅极以及提供感测电流Is的漏极。
通过图6a中的感测元件8的配置，消除了或者至少显著减少了内部寄生电容Cp1和Cp3的影响。此外，驱动相邻感测结构将消除或至少显著减少相邻感测板之间的寄生电容的影响。
本领域的技术人员认识到的是，本发明绝不受限于上述优选实施例。反之，可以在所附权利要求的范围内进行多个修改和变化。
在权利要求中，词“包括”并不排除其它的元素或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”并不排除多个。单个处理器或其它单元可以实现权利要求中所述的数个项目的功能。单纯的事实(在相互不同的附属权利要求中记载了某些测量)并非指示这些测量的组合无法用来带来好处。虽然计算机程序可以存储/分发在适当的介质如连同其它硬件所供应的或者作为其它硬件的一部分的光存储介质或固态介质上，但是计算机程序也可以采用其它形式(如经由因特网或者其它有线或无线通信系统)来进行分发。权利要求中的任何附图标记不应该被理解为限制范围。

Claims (13)

1.一种用于感测手指的指纹图案的电容式指纹感测装置，所述电容式指纹感测装置包括：
多个感测元件，其中，每个感测元件包括：
保护性介电顶层，其要被所述手指触碰；
导电感测结构，其被布置在所述顶层之下；
电荷放大器，其连接到所述导电感测结构，用于提供表示所述导电感测结构所携带的电荷的变化的感测电压信号，所述电荷的变化由所述手指与所述导电感测结构之间的电位差的变化产生，所述电荷放大器包括：
第一输入端，其连接到所述导电感测结构；
第二输入端；
输出端，用于提供所述感测电压信号；
反馈电容器，其连接在所述第一输入端与所述输出端之间；以及
至少一个放大器级，其位于所述第一输入端和所述第二输入端与所述输出端之间；以及
电压电流转换器，用于将所述感测电压信号转换成表示所述导电感测结构所携带的电荷的变化的感测电流信号，
其中，所述电容式指纹感测装置进一步包括：读出电路，其连接到包括在所述感测元件中的每一个中的所述电压电流转换器，用于从多个感测元件中接收所述感测电流信号，并且基于所述感测电流信号来提供所述指纹图案的表示。
2.如权利要求1所述的电容式指纹感测装置，进一步包括：
激励信号提供电路，用于向所述手指和所述导电感测结构中的至少一个提供时变激励信号，以便提供所述手指与所述导电感测结构之间的电位差的变化。
3.如权利要求1或2所述的电容式指纹感测装置，其中，所述读出电路包括至少一个电流电压转换器。
4.如权利要求3所述的电容式指纹感测装置，其中，所述电流电压转换器包括跨阻抗放大器。
5.如权利要求4所述的电容式指纹感测装置，其中，包括在所述跨阻抗放大器中的反馈元件由MOS晶体管构成。
6.如权利要求2所述的电容式指纹感测装置，其中：
所述电荷放大器被配置成使得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；以及
所述激励信号提供电路连接到所述电荷放大器的第二输入端，用于将正向输入端处的电位从第一电位改变到第二电位，从而改变所述导电感测结构的电位，因此提供所述手指与所述导电感测结构之间的电位差的变化。
7.如权利要求6所述的电容式指纹感测装置，其中，包括在所述电荷放大器中的放大器级包括：感测晶体管，其具有构成所述第一输入端的栅极，
其中，所述感测晶体管形成在半导体基板中的阱中，所述阱与所述基板之间的界面被配置成使得可以防止电流在所述阱与所述基板之间流动，
其中，所述激励信号提供电路连接到所述阱，用于将所述阱的电位从第三电位改变到第四电位，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，从而减少所述导电感测结构与所述阱之间的寄生电容的影响。
8.如权利要求7所述的电容式指纹感测装置，进一步包括：
屏蔽结构，其被布置在所述导电感测结构与所述基板之间，
其中，所述激励信号提供电路进一步连接到所述屏蔽板，并且被配置成将所述屏蔽板的电位从第五电位改变到第六电位，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。
9.如权利要求2所述的电容式指纹感测装置，其中，所述感测元件中的每一个包括：
定时电路，其连接到所述激励信号提供电路，所述定时电路用于：
在第一激励过渡时间处，向所述激励信号提供电路提供第一激励控制信号，以便触发所述电位差的第一变化；以及
在第二激励过渡时间处，向所述激励信号提供电路提供第二激励控制信号，以便触发所述电位差的第二变化。
10.如权利要求1或2所述的电容式指纹感测装置，其中，所述感测元件中的每一个进一步包括：
复位电路，其是可控的以使所述反馈电容器放电；以及
定时电路，其连接到所述复位电路，用于将所述复位电路控制在复位状态与测量准备状态之间，其中，在所述复位状态下，所述反馈电容器被放电，在所述测量准备状态下，所述反馈电容器可以被充电，以允许测量所述导电感测结构所携带的电荷的变化。
11.如权利要求9所述的电容式指纹感测装置，其中，所述定时电路包括：至少第一延迟元件，用于在过渡时间处控制所述感测元件从第一测量状态过渡到第二测量状态，所述过渡时间由第一事件以及与所述第一事件有关的时间延迟来限定，
所述第一延迟元件具有用于接收限定所述第一事件的第一信号的输入端以及用于提供第二信号的输出端，所述第二信号限定从所述第一测量状态到所述第二测量状态的过渡。
12.一种电子装置，包括：
如权利要求1或2所述的电容式指纹感测装置；以及
处理电路，其被配置成：
从所述电容式指纹感测装置中获取所述指纹图案的表示；
基于所述表示来认证用户；以及
只有在基于所述表示而认证了所述用户的情况下才执行至少一个用户请求的过程。
13.一种使用包括多个感测元件的电容式指纹传感器来感测手指的指纹图案的方法，每个感测元件包括：
保护性介电顶层，其要被所述手指触碰；
导电感测结构，其被布置在所述顶层之下；以及
电荷放大器，其连接到所述导电感测结构，用于提供表示所述导电感测结构所携带的电荷的变化的感测电压信号，所述电荷的变化由所述手指与所述导电感测结构之间的电位差的变化产生，所述电荷放大器包括：
第一输入端，其连接到所述导电感测结构；
第二输入端；
输出端，用于提供所述感测电压；
反馈电容器，其连接在所述第一输入端与所述输出端之间；以及
至少一个放大器级，其位于所述第一输入端和所述第二输入端与所述输出端之间，
其中，所述方法包括以下步骤：
改变所述手指与所述导电感测结构之间的电位差；
通过所述电荷放大器来提供所述感测电压；
在所述感测元件中将所述感测电压转换成感测电流；以及
使用所述感测元件外部的读出电路来接收来自所述感测元件中的每一个的感测电流，并且基于接收到的感测电流来提供所述指纹图案的表示。
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Families Citing this family (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8485442B2 (en) 2009-07-02 2013-07-16 Biometric Payment Solutions Electronic transaction verification system with biometric authentication
CN105740755A (zh) * 2014-12-26 2016-07-06 义隆电子股份有限公司 指纹感测器的感测方法及电路
US9600705B2 (en) * 2015-02-11 2017-03-21 Fingerprint Cards Ab Capacitive fingerprint sensing device with current readout from sensing elements
KR102002081B1 (ko) * 2015-06-19 2019-07-22 크루셜텍 (주) 지문 검출 장치 및 이의 구동 방법
CN105631402B (zh) * 2015-12-18 2019-02-19 业成科技（成都）有限公司 指纹识别装置及方法
CN105574520B (zh) * 2016-02-23 2021-09-17 北京集创北方科技股份有限公司 用于指纹传感器的信号处理电路及方法
SE1650548A1 (en) * 2016-04-22 2017-10-23 Fingerprint Cards Ab Fingerprint sensing system with sensing reference potential providing circuitry
SE539638C2 (en) * 2016-04-22 2017-10-24 Fingerprint Cards Ab Fingerprint sensing system with adaptive power control
US9864895B1 (en) * 2016-07-07 2018-01-09 Fingerprint Cards Ab Fingerprint sensing system with finger detect
TWI730111B (zh) * 2016-07-25 2021-06-11 瑞典商指紋卡公司 用於確定手指移動事件的方法和指紋感測系統
CN106446780B (zh) * 2016-08-29 2018-09-11 比亚迪股份有限公司 指纹传感器和终端设备
CN107918749A (zh) * 2016-10-08 2018-04-17 深圳指瑞威科技有限公司 基于bcd工艺的高穿透能力的指纹传感器
US9922231B1 (en) 2016-11-17 2018-03-20 Fingerprint Cards Ab Fingerprint sensing with voltage pattern configurations
US10102412B2 (en) * 2016-11-17 2018-10-16 Fingerprint Cards Ab Fingerprint sensing with different capacitive configurations
US9946920B1 (en) * 2016-11-23 2018-04-17 Image Match Design Inc. Sensing element and fingerprint sensor comprising the sensing elements
US10078776B2 (en) * 2016-12-16 2018-09-18 Sunasic Technologies Inc. Noise reduced capacitive fingerprint sensor and capacitive sensing unit included therein
KR102684180B1 (ko) 2016-12-28 2024-07-15 삼성디스플레이 주식회사 터치 센서, 이를 포함하는 표시 장치, 및 터치 센서의 구동 방법
CN107066960B (zh) * 2017-03-31 2024-03-26 上海思立微电子科技有限公司 一种用于指纹传感器的信号处理电路
KR101972318B1 (ko) 2017-04-10 2019-08-16 주식회사 리얼아이덴티티 생체 인증장치 및 생체 인증방법
US11047931B2 (en) * 2017-04-11 2021-06-29 Apple Inc. Magnetic field sensor array with electromagnetic interference cancellation
US10346665B2 (en) * 2017-05-30 2019-07-09 Sunasic Technologies Limited Noise reduced capacitive image sensor and method operating the same
US10614279B2 (en) * 2017-06-02 2020-04-07 Samsung Electronics Co., Ltd. Apparatus and method for driving fingerprint sensing array provided in touchscreen, and driver integrated circuit for driving the touchscreen including the fingerprint sensing array
US10585539B2 (en) * 2017-10-26 2020-03-10 Novatek Microelectronics Corp. High sensitivity readout circuit for touch panel
US10635228B2 (en) * 2018-02-22 2020-04-28 Samsung Display Co., Ltd. System and method for mutual capacitance sensing
US11015914B2 (en) * 2019-01-21 2021-05-25 Novatek Microelectronics Corp. Capacitive image sensing device and capacitive image sensing method
DE102019107736B4 (de) * 2019-03-26 2024-07-04 Energybox Ltd. Messeinrichtung und Messverfahren
US11469223B2 (en) * 2019-05-31 2022-10-11 Analog Devices International Unlimited Company High precision switched capacitor MOSFET current measurement technique
CN110363184B (zh) * 2019-08-08 2024-08-16 上海思立微电子科技有限公司 指纹感测系统
WO2021035617A1 (zh) * 2019-08-29 2021-03-04 深圳市汇顶科技股份有限公司 电容式传感系统以及电容式触摸屏的传感电路和传感方法
TWI789594B (zh) * 2019-09-27 2023-01-11 聯詠科技股份有限公司 驅動晶片及電子裝置
TWI729639B (zh) * 2019-12-19 2021-06-01 速博思股份有限公司 高正確性指紋偵測方法
TWI732400B (zh) * 2019-12-25 2021-07-01 大陸商北京集創北方科技股份有限公司 生物特徵採集電路與方法、具有該電路之資訊處理裝置、以及應用該方法之資訊處理裝置
CN113051964B (zh) * 2019-12-26 2024-06-28 速博思股份有限公司 高正确性指纹侦测方法
CN111062371A (zh) * 2020-01-19 2020-04-24 宁波爱芯微电子有限公司 一种指纹传感器
CN112560640B (zh) * 2020-12-08 2024-07-26 京东方科技集团股份有限公司 指纹采集电路、驱动方法、指纹传感器及指纹采集设备
CN112883352B (zh) * 2021-02-08 2022-05-03 维沃移动通信有限公司 控制方法、装置及电子设备
WO2023244154A1 (en) * 2022-06-17 2023-12-21 Fingerprint Cards Anacatum Ip Ab Fingerprint sensing system with row circuitry including control signal providing circuitry

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103376970A (zh) * 2012-04-13 2013-10-30 苹果公司 电容式感测阵列调制
CN203759719U (zh) * 2014-04-08 2014-08-06 南昌欧菲生物识别技术有限公司 指纹识别装置及包含其的电子设备
CN104182745A (zh) * 2014-08-15 2014-12-03 深圳市汇顶科技股份有限公司 指纹感应信号的处理方法、系统及指纹识别终端
CN104331202A (zh) * 2014-11-07 2015-02-04 深圳市汇顶科技股份有限公司 指纹检测电路、传感器和触摸屏

Family Cites Families (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5920309A (en) * 1996-01-04 1999-07-06 Logitech, Inc. Touch sensing method and apparatus
SE511543C2 (sv) * 1998-02-16 1999-10-18 Fingerprint Cards Ab Anordning och metod för kapacitiv avkänning av topologiska variationer
US6493030B1 (en) * 1998-04-08 2002-12-10 Pictos Technologies, Inc. Low-noise active pixel sensor for imaging arrays with global reset
US6424375B1 (en) * 1999-09-21 2002-07-23 Pixel Devices, International Low noise active reset readout for image sensors
US6512381B2 (en) * 1999-12-30 2003-01-28 Stmicroelectronics, Inc. Enhanced fingerprint detection
US6636053B1 (en) * 2001-11-02 2003-10-21 Stmicroelectronics, Inc. Capacitive pixel for fingerprint sensor
JP3952293B2 (ja) * 2003-01-06 2007-08-01 ソニー株式会社 指紋照合装置および方法、記録媒体、並びに、プログラム
JP3858865B2 (ja) * 2003-08-29 2006-12-20 セイコーエプソン株式会社 静電容量検出装置
US7046284B2 (en) * 2003-09-30 2006-05-16 Innovative Technology Licensing Llc CMOS imaging system with low fixed pattern noise
US20050068438A1 (en) * 2003-09-30 2005-03-31 Innovative Technology Licensing, Llc Low noise CMOS amplifier for imaging sensors
JP4604087B2 (ja) * 2004-06-18 2010-12-22 フィンガープリント カーズ アーベー 指紋センサ素子
US7825832B2 (en) * 2006-02-10 2010-11-02 Sharp Kabushiki Kaisha Coordinate position detection device for touch panel
EA016635B1 (ru) * 2006-11-23 2012-06-29 Сикпа Холдинг С.А. Способ аутентификации объекта в виде листа и система
KR101511162B1 (ko) * 2008-12-01 2015-04-13 삼성전자주식회사 다중접촉 감지회로
US8692795B1 (en) * 2010-08-24 2014-04-08 Cypress Semiconductor Corporation Contact identification and tracking on a capacitance sensing array
US8786295B2 (en) * 2011-04-20 2014-07-22 Cypress Semiconductor Corporation Current sensing apparatus and method for a capacitance-sensing device
KR101304195B1 (ko) * 2011-06-24 2013-09-05 주식회사 하이딥 향상된 노이즈 필터링 특성을 갖는 정전 용량 센서, 정전 용량 센서의 노이즈 필터링 방법 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체
US8982090B2 (en) * 2012-01-01 2015-03-17 Cypress Semiconductor Corporation Optical stylus synchronization
WO2013176302A1 (ko) * 2012-05-22 2013-11-28 실리콘 디스플레이 (주) 정전용량 지문센서
WO2014057569A1 (ja) * 2012-10-12 2014-04-17 Ｎｌｔテクノロジー株式会社 電子機器、静電容量センサ及びタッチパネル
US20140266262A1 (en) * 2013-03-14 2014-09-18 Perkinelmer Holdings, Inc. High resolution fingerprint imaging device
JP6401263B2 (ja) * 2013-07-09 2018-10-10 フィンガープリント カーズ アクティエボラーグ 指紋感知システムおよび方法
SE1351489A1 (sv) * 2013-12-12 2015-06-13 Fingerprint Cards Ab Fingeravtrycksavkänningssystem och -metod
US9152841B1 (en) * 2014-03-24 2015-10-06 Fingerprint Cards Ab Capacitive fingerprint sensor with improved sensing element
CN106233233B (zh) * 2014-04-23 2019-09-10 株式会社半导体能源研究所 输入/输出装置及输入/输出装置的驱动方法
US9489559B2 (en) * 2014-05-28 2016-11-08 Fingerprint Cards Ab Electronic device with fingerprint sensing system and conducting housing
CN104134426B (zh) * 2014-07-07 2017-02-15 京东方科技集团股份有限公司 像素结构及其驱动方法、显示装置
CN104123564A (zh) * 2014-07-23 2014-10-29 上海思立微电子科技有限公司 带有镀膜保护层的指纹识别器件及指纹识别组件
TWM491216U (zh) * 2014-08-25 2014-12-01 Superc Touch Corp 具高正確性指紋辨識之行動裝置
US9606670B2 (en) * 2014-09-30 2017-03-28 Synaptics Incorporated Real-time spectral noise monitoring for proximity sensing device
US9449212B2 (en) * 2014-12-22 2016-09-20 Fingerprint Cards Ab Capacitive fingerprint sensor with sensing elements comprising timing circuitry
US9460576B2 (en) * 2014-12-22 2016-10-04 Fingerprint Cards Ab Capacitive fingerprint sensing device with demodulation circuitry in sensing element
US9600705B2 (en) * 2015-02-11 2017-03-21 Fingerprint Cards Ab Capacitive fingerprint sensing device with current readout from sensing elements

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103376970A (zh) * 2012-04-13 2013-10-30 苹果公司 电容式感测阵列调制
CN203759719U (zh) * 2014-04-08 2014-08-06 南昌欧菲生物识别技术有限公司 指纹识别装置及包含其的电子设备
CN104182745A (zh) * 2014-08-15 2014-12-03 深圳市汇顶科技股份有限公司 指纹感应信号的处理方法、系统及指纹识别终端
CN104331202A (zh) * 2014-11-07 2015-02-04 深圳市汇顶科技股份有限公司 指纹检测电路、传感器和触摸屏

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