CN106156741A - 指纹识别单元电路及其控制方法以及指纹识别装置 - Google Patents

指纹识别单元电路及其控制方法以及指纹识别装置 Download PDF

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Abstract

一种指纹识别单元电路，包括读取线、信号扫描端、第一电源端、第二电源端、第三电源端、第一信号端、第二信号端、探测电极、输出单元、阈值补偿单元以及重置单元。一种指纹识别单元电路的控制方法，应用于上述的指纹识别单元电路。一种指纹识别装置，包括玻璃基板以及上述的指纹识别单元电路。上述指纹识别单元电路、指纹识别单元电路的控制方法以及指纹识别装置，手指表面接触探测电极后产生感应电容，放大单元识别该感应电容并形成电流信号，传输单元将该电流信号传输至读取线，读取线连接外部的处理单元以处理该电流信号，实现了阈值补偿，从而实现了指纹识别的高准确度，同时有效地降低了成本。

Description

指纹识别单元电路及其控制方法以及指纹识别装置
技术领域
本发明涉及电子电路领域，特别是涉及一种指纹识别单元电路、指纹识别单元电路的控制方法以及指纹识别装置。
背景技术
目前，随着智能手机的飞速发展，移动互联融入人们生活中，人们对于信息安全越来越重视。得益于此，指纹识别技术得到了快速发展，市场也有极大的需求。基于半导体工艺的电容感应式指纹识别技术已经非常成熟，人们可以通过硅传感器来识别指纹信息。传统的指纹识别单元电路包括一探测电极，当手指置于探测电极上方时，探测电极与手指表面形成感应电容。由于手指表面指纹的凹凸不同，与探测电极形成的电容也大小不同，指纹凹部与探测电极形成的感应电容较小，指纹凸部与探测电极形成的感应电容较大，因此可以通过判断感应电容的电容值的大小即可判断出指纹的凹部和凸部。
同时，得益于LTPS(Low Temperature Poly-silicon，低温多晶硅)技术的发展，利用玻璃基板和LTPS工艺实现指纹识别方案成为可能，而且基于玻璃基板和LTPS工艺的指纹识别方案具有硅工艺无法比拟的成本优势，因此基于玻璃基板和LTPS工艺实现指纹识别方案也成为一个重要的研究方向。
然而，由LTPS工艺限制，薄膜晶体管(TFT)的阈值电压(VTH)均匀性较差，对应于同一块基板上不同位置的薄膜晶体管的阈值电压可能有较大的差异，不同批次的器件也可能存在较大的差异，而对于传统的指纹识别单元电路，阈值电压的不同会导致识别结果出现非常大的差异，导致无法准确地判断指纹的凹凸，在玻璃上实现指纹识别变得非常困难。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种实现阈值补偿、指纹识别准确度高的指纹识别单元电路、指纹识别单元电路的控制方法以及指纹识别装置。
一种指纹识别单元电路，包括：读取线、信号扫描端、第一电源端、第二电源端、第三电源端、第一信号端、第二信号端、探测电极、输出单元、阈值补偿单元以及重置单元；所述探测电极用于与手指表面接触并产生感应电容；所述输出单元分别与所述探测电极、所述信号扫描端、所述第一电源端以及所述读取线连接，用于识别所述感应电容形成电流信号，并将所述电流信号传输至所述读取线；所述阈值补偿单元分别与所述第二电源端、所述第一信号端、所述探测电极以及所述输出单元连接，用于补偿所述输出单元的阈值电压；所述重置单元分别与所述第三电源端、所述第二信号端以及所述探测电极连接，用于重置所述探测电极。
在其中一个实施例中，所述输出单元包括放大单元和传输单元，所述放大单元分别与所述探测电极以及所述读取线连接，用于识别所述感应电容，并形成电流信号；所述传输单元分别与所述信号扫描端、所述第一电源端以及所述放大单元连接，用于将所述第一电源电压信号传输至所述放大单元。
在其中一个实施例中，所述输出单元包括放大单元和传输单元，所述放大单元与所述探测电极连接，用于识别所述感应电容，并形成电流信号；所述传输单元分别与所述信号扫描端、所述第一电源端、所述放大单元连接以及所述读取线连接，用于将所述第一电源电压信号传输至所述放大单元并将所述放大单元形成的所述电流信号传输至所述读取线。
在其中一个实施例中，所述传输单元包括第一晶体管，所述放大单元包括第二晶体管，所述阈值补偿单元包括第三晶体管和第四晶体管，所述重置单元包括第五晶体管；其中，所述第一晶体管的栅极连接所述信号扫描端以接收扫描信号，源极连接第一电源端；所述第二晶体管的栅极连接所述探测电极，源极连接所述第一晶体管的漏极，漏极连接所述读取线；所述第三晶体管的栅极连接所述第一信号端以接收第一选择信号，源极连接所述第二电源端，漏极连接所述第二晶体管的源极；所述第四晶体管的栅极连接所述第三晶体管的栅极，源极连接第二晶体管的漏极，漏极连接所述探测电极；所述第五晶体管的栅极连接所述第二信号端以接收第二选择信号，源极连接所述探测电极，漏极连接所述第三电源端。
在其中一个实施例中，所述重置单元还包括第六晶体管，所述传输单元还包括第七晶体管；所述第六晶体管的栅极连接所述第二信号端，漏极连接所述第三电源端；所述第七晶体管的栅极连接所述信号扫描端，源极连接所述第二晶体管的漏极，漏极连接所述第六晶体管的源极以及所述读取线。
在其中一个实施例中，所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管、所述第四晶体管、所述第五晶体管、所述第六晶体管以及所述第七晶体管为P型薄膜晶体管或者N型薄膜晶体管。
一种指纹识别单元电路的控制方法，应用于上述的指纹识别单元电路，包括：在第一时间段内，向所述第二信号端输入第一电平值，向所述信号扫描端和所述第一信号端输入第二电平值；在第二时间段内，向所述第一信号端输入第一电平值，向所述信号扫描端和所述第二信号端输入第二电平值；在第三时间段内，向所述信号扫描端输入第一电平值，向所述第一信号端和所述第二信号端输入第二电平值；其中，所述第一时间段、所述第二时间段及所述第三时间段为连续时间段。
在其中一个实施例中，所述第一电平值为低电平值，所述第二电平值为高电平值。
在其中一个实施例中，所述第一电平值为高电平值，所述第二电平值为低电平值。
一种指纹识别装置，包括玻璃基板以及上述的指纹识别单元电路，若干所述指纹识别单元电路的探测电极阵列分布于所述玻璃基板。
上述指纹识别单元电路，手指表面接触探测电极后产生感应电容，输出单元识别该感应电容并形成电流信号以将该电流信号传输至读取线，读取线连接外部的处理单元以处理该电流信号，其中阈值补偿单元补偿输出单元的阈值电压，重置单元对探测电极进行重置，使得探测电极在下一次的与手指表面接触时，保持初始的识别状态，以避免相邻两次指纹识别出现相互干扰，如此，解决了LTPS工艺的限制导致TFT的阈值电压不均匀，不同区域的TFT器件的VTH有较大的差异的技术问题，实现了阈值补偿，从而实现了指纹识别的高准确度，提高指纹识别的准确度和识别效率，有效地降低了成本。
附图说明
图1为一个实施例中指纹识别单元电路的功能模块示意图；
图2-1为另一个实施例中指纹识别单元电路的功能模块示意图；
图2-2为另一个实施例中指纹识别单元电路的功能模块示意图；
图3为一个实施例中指纹识别单元电路的电路结构示意图；
图4为另一个实施例中指纹识别单元电路的电路结构示意图；
图5为另一个实施例中指纹识别单元电路的电路结构示意图；
图6为另一个实施例中指纹识别单元电路的电路结构示意图；
图7为一个实施例中指纹识别单元电路的控制方法的步骤示意图；
图8为图3和图4所示实施例的指纹识别单元电路的时序示意图；
图9为图5和图6所示实施例的指纹识别单元电路的时序示意图；
图10为一个实施例中指纹识别装置的功能模块示意图；
图11为手指与指纹识别装置接触的应用环境示意图；
图12为指纹的凹部与指纹的凸部分别与探测电极接触的应用环境示意图；
图13为传统的指纹识别单元电路的电路结构示意图；
图14为本发明的指纹识别单元电路与传统的指纹识别单元电路的输出信号变化率的对比示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
请参阅图1，其为一个实施例中指纹识别单元电路的功能模块示意图，一种指纹识别单元电路10包括：读取线101、信号扫描端102、第一电源端103、第二电源端104、第三电源端106、第一信号端105、第二信号端107、探测电极111、输出单元90、阈值补偿单元114以及重置单元115。
探测电极111用于与手指表面接触并产生感应电容。输出单元113分别与探测电极111、信号扫描端102、第一电源端103以及读取线101连接，用于识别感应电容形成电流信号，并将电流信号传输至读取线101。
阈值补偿单元114分别与第二电源端104、第一信号端105、探测电极111以及输出单元90连接，用于补偿输出单元90的阈值电压。重置单元115分别与第三电源端106、第二信号端107以及探测电极111连接，用于重置探测电极111。
上述指纹识别单元电路，手指表面接触探测电极111后产生感应电容，输出单元90识别该感应电容并形成电流信号以将该电流信号传输至读取线101，读取线101连接外部的处理单元以处理该电流信号，其中阈值补偿单元114补偿输出单元90的阈值电压，重置单元115对探测电极111进行重置，使得探测电极111在下一次的与手指表面接触时，保持初始的识别状态，以避免相邻两次指纹识别出现相互干扰，如此，解决了LTPS工艺的限制导致TFT的阈值电压不均匀，不同区域的TFT器件的VTH有较大的差异的技术问题，实现了阈值补偿，从而实现了指纹识别的高准确度，提高指纹识别的准确度和识别效率，有效地降低了成本。
请参阅图2-1，其为另一个实施例中指纹识别单元电路的功能模块示意图，结合图1，本实施例中，输出单元90包括放大单元112和传输单元113，放大单元112分别与探测电极111以及读取线101连接，用于识别感应电容，并形成电流信号。传输单元113分别与信号扫描端、第一电源端103以及放大单元112连接，用于将由第一电源端103读取的第一电源电压信号传输至放大单元112。
请参阅图2-2，其为另一个实施例中指纹识别单元电路的功能模块示意图，结合图1，本实施例中，输出单元90包括放大单元112和传输单元113，放大单112与探测电极111连接，用于识别感应电容，并形成电流信号。传输单元113分别与信号扫描端102、第一电源端103、放大单112连接以及读取线连接101，用于将由第一电源端103读取的第一电源电压信号传输至放大单112并将放大单112形成的电流信号传输至读取线。
可以理解，探测电极111用于与手指表面接触并产生感应电容。放大单元112分别与探测电极111以及读取线101连接，用于识别感应电容，并形成电流信号。传输单元113分别与信号扫描端102、第一电源端103以及放大单元112连接，用于将放大单元112形成的电流信号传输至读取线101。阈值补偿单元114分别与第二电源端104、第一信号端105、探测电极111以及放大单元112连接，用于补偿放大单元112的阈值电压。
这样，当手指表面接触探测电极111后产生感应电容，放大单元112识别该感应电容并形成电流信号，传输单元113将该电流信号传输至读取线101，读取线101连接外部的处理单元以处理该电流信号，其中阈值补偿单元114补偿放大单元112的阈值电压，解决了LTPS工艺的限制导致TFT的阈值电压不均匀，不同区域的TFT器件的VTH有较大的差异的技术问题，实现了阈值补偿，从而实现了指纹识别的高准确度，同时有效地降低了成本。
需要说明的是，放大单元产生的电流信号是需要传输单元才可以传输到读取线上，即传输单元将所述放大单元形成的电流信号传输至所述读取线。也就是说，传输单元的作用是将放大单元形成的信号传送至读取线。
请参阅图3，其为一个实施例中指纹识别单元电路的电路结构示意图，本实施例中，传输单元113包括第一晶体管T1，放大单元112包括第二晶体管T2，阈值补偿单元114包括第三晶体管T3和第四晶体管T4，重置单元115包括第五晶体管T5。
本实施例中，以第一晶体管T1、第二晶体管T2、第三晶体管T3、第四晶体管T4、第五晶体管T5为P型薄膜晶体管(PTFT)为例进行说明。
其中，第一晶体管T1的栅极连接信号扫描端SN以接收扫描信号，源极连接第一电源端V1以接收第一电源电压VDD。需要说明的是，VDD表示器件内部的工作电压。
第二晶体管T2的栅极连接探测电极d，源极连接第一晶体管T1的漏极，源极连接读取线LINE。
第三晶体管T3的栅极连接第一信号端SL1以接收第一选择信号，源极连接第二电源端V2以接收第二电源的基准电压VREF，漏极连接第二晶体管T2的源极。
第四晶体管T4的栅极连接第三晶体管T3的栅极，源极连接第二晶体管T2的漏极，漏极连接探测电极d。
第五晶体管T5的栅极连接第二信号端SL2以接收第二选择信号，源极连接探测电极d，漏极连接第三电源端V3以接收第三电源电压VINIT。
请参阅图4，其为一个实施例中指纹识别单元电路的电路结构示意图，结合图3，本实施例的指纹识别单元电路中，重置单元115还包括第六晶体管T6，传输单元113还包括第七晶体管T7。进一步的，以第一晶体管T1、第二晶体管T2、第三晶体管T3、第四晶体管T4、第五晶体管T5、第六晶体管T6以及第七晶体管T7为P型薄膜晶体管为例进行说明。
其中，第六晶体管T6的栅极连接第二信号端SL2，漏极连接第三电源端V3。第七晶体管T7的栅极连接信号扫描端SN，源极连接第二晶体管T2的漏极，漏极连接第六晶体管T6的源极以及读取线LINE。
请参阅图5，其为另一个实施例中指纹识别单元电路的电路结构示意图，本实施例中，以第一晶体管T11、第二晶体管T21、第三晶体管T31、第四晶体管T41、第五晶体管T51为N型薄膜晶体管(NTFT)为例进行说明。
其中，第一晶体管T11的栅极连接信号扫描端SN以接收扫描信号，源极连接第一电源端V1以接收第一电源电压VSS。需要说明的是，VSS表示电路公共接地端电压。
第二晶体管T21的栅极连接探测电极d1，源极连接第一晶体管T11的漏极，源极连接读取线LINE1。
第三晶体管T31的栅极连接第一信号端SL11以接收第一选择信号，源极连接第二电源端V21以接收第二电源的基准电压VREF，漏极连接第二晶体管T21的源极。
第四晶体管T41的栅极连接第三晶体管T31的栅极，源极连接第二晶体管T21的漏极，漏极连接探测电极d1。
第五晶体管T51的栅极连接第二信号端SL21以接收第二选择信号，源极连接探测电极d1，漏极连接第三电源端V3以接收第三电源电压VINIT。
请参阅图6，其为另一个实施例中指纹识别单元电路的电路结构示意图，本实施例的指纹识别单元电路中，重置单元115还包括第六晶体管T61，传输单元113还包括第七晶体管T71。进一步的，以第一晶体管T11、第二晶体管T21、第三晶体管T31、第四晶体管T41、第五晶体管T51、第六晶体管T61以及第七晶体管T71为N型薄膜晶体管为例进行说明。
其中，第六晶体管T61的栅极连接第二信号端SL21，漏极连接第三电源端V3。第七晶体管T71的栅极连接信号扫描端SN1，源极连接第二晶体管T21的漏极，漏极连接第六晶体管T61的源极以及读取线LINE1。
请参阅图7，其为一个实施例中指纹识别单元电路的控制方法示意图，该指纹识别单元电路的控制方法应用于如上所述的指纹识别单元电路。在连续的第一时间段、第二时间段及第三时间段的时间段内，该指纹识别单元电路的控制方法包括：
步骤S701：在第一时间段内，向第二信号端输入第一电平值，向信号扫描端和第一信号端输入第二电平值。
具体的：在第一时间段内，向第二信号端输入第一电平值的第二选择信号，向信号扫描端输入第二电平值的扫描信号以及向第一信号端输入第二电平值的第一选择信号，以使得第五晶体管导通，其余晶体管截止，第三电源对探测电极进行重置。故第一时间段也称重置阶段。
结合图3和图8，在一实施例中，第一电平值为低电平值，第二电平值为高电平值。即第一时间段内，向第二信号端SL2输入低电平的第二选择信号，向信号扫描端SN输入高电平的扫描信号和向第一信号端SL1输入高电平的第一选择信号。也就是说：在重置阶段t1期间，第二选择信号为低电平，扫描信号和第一选择信号为高电平，第五晶体管T5导通，其余晶体管截止，第三电源电压VINIT对探测电极d进行重置。
结合图4和图8，在一实施例中，第一电平值为低电平值，第二电平值为高电平值。即第一时间段内，向第二信号端SL2输入低电平值的第二选择信号，向信号扫描端SN输入高电平值的扫描信号和向第一信号端SL1输入高电平值的第一选择信号。也就是说：在重置阶段t1期间，第二选择信号为低电平，扫描信号和第一选择信号为高电平，第五晶体管T5、第六晶体管T6导通，其余晶体管截止，第三电源VINIT同时对探测电极d以及读取线进行重置。
结合图5和图9，在一实施例中，第一电平值为高电平值，第二电平值为低电平值。即在第一时间段内，向第二信号端SL21输入高电平值的第二选择信号，向信号扫描端SN1输入低电平值的扫描信号和向第一信号端SL11输入低电平值的第一选择信号。也就是说：在重置阶段t11期间，第二选择信号为高电平，扫描信号和第一选择信号为低电平，第五晶体管T51导通，其余晶体管截止，第三电源电压VINIT对探测电极d进行重置。
结合图6和图9，在一实施例中，在一实施例中，第一电平值为高电平值，第二电平值为低电平值。即在第一时间段内，向第二信号端SL21输入高电平值的第二选择信号，向信号扫描端SN1输入低电平值的扫描信号和向第一信号端SL11输入低电平值的第一选择信号。也就是说：在重置阶段t11期间，第二选择信号为高电平，扫描信号和第一选择信号为低电平，第五晶体管T5、第六晶体管T6导通，其余晶体管截止，第三电源电压VINIT对探测电极d和读取线进行重置。
步骤S702：在第二时间段内，向第一信号端输入第一电平值，向信号扫描端和第二信号端输入第二电平值。
具体的：在第二时间段内，向第一信号端输入第一电平值的第一选择信号，向信号扫描端输入第二电平值的扫描信号以及向第二信号端输入第二电平值的第二选择信号，以使得第三晶体管T3和第四晶体管T4导通，第二晶体管T2的电学特性表现为二极管连接，补偿了第二晶体管T2的阈值电压，因此第二晶体管T2也导通，其余晶体管截止，第二电源的基准电压VREF对探测电极d进行充电，其电位为VREF-VTH。故第二时间段也称阈值补偿阶段。
结合图3和图8，在一实施例中，第一电平值为低电平值，第二电平值为高电平值。即在第二时间段内，向第一信号端SL1输入低电平的第一选择信号，向信号扫描端输入高电平的扫描信号以及向第二信号端输入高电平的第二选择信号。也就是说：在阈值补偿阶段t2期间，第一选择信号为低电平，扫描信号和第二选择信号为高电平，第三晶体管T3和第四晶体管T4导通，第二晶体管T2的电学特性表现为二极管连接，补偿了第二晶体管T2的阈值电压，因此第二晶体管T2也导通，其余晶体管截止，第二电源VREF对探测电极d进行充电，其电位为VREF-VTH。
结合图4和图8，在一实施例中，在一实施例中，第一电平值为低电平值，第二电平值为高电平值。即在第二时间段内，向第一信号端SL1输入低电平的第一选择信号，向信号扫描端输入高电平的扫描信号以及向第二信号端输入高电平的第二选择信号。也就是说：在阈值补偿阶段t2期间，第一选择信号为低电平，扫描信号和第二选择信号为高电平，第三晶体管T3和第四晶体管T4导通，第二晶体管T2的电学特性表现为二极管连接，补偿了第二晶体管T2的阈值电压，因此第二晶体管T2也导通，其余晶体管截止，第二电源的基准电压VREF对探测电极d进行充电，其电位为VREF-VTH。
结合图5和图9，在一实施例中，在一实施例中，第一电平值为高电平值，第二电平值为低电平值。即在第二时间段内，向第一信号端SL11输入高电平的第一选择信号，向信号扫描端SN1输入低电平的扫描信号以及向第二信号端SL21输入低电平的第二选择信号。也就是说：在阈值补偿阶段t2期间，第一选择信号为高电平，扫描信号和第二选择信号为低电平，第三晶体管T3和第四晶体管T4导通，第二晶体管T2的电学特性表现为二极管连接，补偿了第二晶体管T2的阈值电压，因此第二晶体管T2也导通，其余晶体管截止，第二电源的基准电压VREF对探测电极d进行充电，其电位为VREF+VTH。
结合图6和图9，在一实施例中，在一实施例中，第一电平值为高电平值，第二电平值为低电平值。即在第二时间段内，向第一信号端SL11输入高电平的第一选择信号，向信号扫描端SN1输入低电平的扫描信号以及向第二信号端SL21输入低电平的第二选择信号。也就是说：在阈值补偿阶段t2期间，第一选择信号SL1为高电平，扫描信号SN和第二选择信号SL2为低电平，第三晶体管T3和第四晶体管T4导通，第二晶体管T2的电学特性表现为二极管连接，补偿了第二晶体管T2的阈值电压，因此第二晶体管T2也导通，其余晶体管截止，第二电源的基准电压VREF对探测电极d进行充电，其电位为VREF+VTH。
本实施例中，第三晶体管T3、第四晶体管T4导通后，第二晶体管T2的栅极与漏极连接在一起，第二晶体管T2的电学特性表现为二极管连接，电流可以通过源极向栅极漏极充电，当第二晶体管T2的源极与栅极电压压差等于VTH(VTH是第二晶体管T2的阈值电压，描述中均指阈值电压的绝对值)时，第二晶体管T2截止，所以基准电压VREF对探测电极d充电，当探测电极d的电位为VREF-VTH时，第二晶体管T2截止，充电结束。补偿第二晶体管T2的阈值电压就是通过第二晶体管T2的二极管连接的特性，对基准电压VREF进行修正，就是实际探测电极d的电压为VREF-VTH，该电压中的VTH与放大单元工作时电流公式中的VTH相抵消，避免了VTH对电流的影响，从而实现了阈值补偿。
本实施例中，由于第二晶体管T2的电学特性表现为二极管连接，当源极与栅极压差等于VTH时T2截止，所以当第三晶体管T3、第四晶体管T4导通时，第二晶体管T2的源极连接VREF，对第二晶体管T2栅极也就是探测电极d进行充电，当第二晶体管T2栅极电压等于VREF-VTH时，第二晶体管T2截止，所以探测电极的电压就为VREF-VTH。
步骤S703：在第三时间段内，向信号扫描端输入第一电平值，向第一信号端和第二信号端输入第二电平值。
具体的：在第三时间段内，向信号扫描端输入第一电平值的扫描信号，向第一信号端输入第二电平值的第一选择信号以及向第二信号端输入第二电平值的第二选择信号。
进一步的，在第三时间段内，向信号扫描端输入第一电平值的扫描信号，向第一信号端输入第二电平值的第一选择信号以及向第二信号端输入第二电平值的第二选择信号，使得第一晶体管T1导通，第三晶体管T3、第四晶体管T4和第五晶体管T5截止，第二晶体管T2的导通情况由探测电极d与手指表面形成的感应电容确定。
结合图3和图8，在一实施例中，在一实施例中，第一电平值为低电平值，第二电平值为高电平值。即在第三时间段内，向信号扫描端SN输入低电平的扫描信号，向第一信号端SL1输入高电平的第一选择信号以及向第二信号端SL2输入高电平的第二选择信号，也就是说：在读取阶段t3期间，扫描信号为低电平，第一选择信号和第二选择信号为高电平，第一晶体管T1导通，第三晶体管T3、第四晶体管T4和第五晶体管T5截止，第二晶体管T2的导通情况由探测电极d与手指表面形成的感应电容确定。
在扫描信号由低电平跳变到高电平的过程以及第二晶体管T2源极电压由VREF电压跳变到VDD电压的过程中，第二晶体管T2、第四晶体管T4的寄生电容与手指感应电容之间发生耦合效应，扫描信号电压的变化以及第二晶体管T2源极电压变化会使探测电极d电压变化ΔV，ΔV的大小由感应电容和晶体管寄生电容的比例关系决定，对应不同的感应电容，ΔV大小不同，通过这个过程实现把指纹的凹凸不同转化为探测电极d的电压不同，此时探测电极d的电压为VREF-VTH+ΔV。同时，探测电极d的电压不同决定了第二晶体管T2的电流不同，以此将指纹的凹凸转化为电流信号，其电流公式为：
I = 1 2 μC o x W L ( V D D - ( V R E F - V T H + Δ V ) - V T H ) 2 = 1 2 μC o x W L ( V D D - V R E F - Δ V ) 2
Δ V = ( V G H - V G L ) C G D , T 4 C G D , T 4 + C d + ( V D D - V R E F ) C G S , T 2 C G S , T 2 + C d
其中，μ为载流子迁移率，COX为栅绝缘层电容，W为晶体管宽度，L为晶体管长度，VTH为T2的阈值电压的绝对值，CGD，T4为T4的栅漏电容，CGS，T2为T2的栅源电容，Cd为探测电极与手指形成的感应电容，VGH、VGL分别为扫描信号的高低电平。
通过上述公式，探测电极电压VREF-VTH与电流公式中的VTH相互抵消，在最终的电流公式中不含阈值电压VTH项，避免了VTH对电流的影响，从而实现了放大单元的阈值补偿。
通过第一晶体管T1将第二晶体管T2的电流信号传输到读取线，读取线所连接的为信号处理单元，可以处理电流信号或者电压信号。
结合图5和图9，在一实施例中，第一电平值为高电平值，第二电平值为低电平值。即在第三时间段内，向信号扫描端SN输入高电平的扫描信号，向第一信号端SL1输入低电平的第一选择信号以及向第二信号端SL2输入低电平的第二选择信号，也就是说：在读取阶段t3期间，扫描信号为高电平，第一选择信号和第二选择信号为低电平，第一晶体管T1导通，第三晶体管T3、第四晶体管T4和第五晶体管T5截止，第二晶体管T2的导通情况由探测电极d与手指表面形成的感应电容确定。
在扫描信号由高电平跳变到低电平的过程以及第二晶体管T2源极电压由VREF电压跳变到VSS电压的过程中，第二晶体管T2、第四晶体管T4的寄生电容与手指感应电容之间发生耦合效应，扫描信号电压的变化以及第二晶体管T2源极电压变化会使探测电极d电压变化ΔV，ΔV的大小由感应电容和晶体管寄生电容的比例关系决定，对应不同的感应电容，ΔV大小不同，通过这个过程实现把指纹的凹凸不同转化为探测电极d的电压不同，此时探测电极d的电压为VREF+VTH+ΔV。同时，探测电极d的电压不同决定了第二晶体管T2的电流不同，以此将指纹的凹凸转化为电流信号，其电流公式为：
I = 1 2 C o x W L ( V R E F + V T H + Δ V - V S S - V T H ) 2 = 1 2 C o x W L ( V R E F - V S S + Δ V ) 2
Δ V = ( V G L - V G H ) C G D , T 4 C G D , T 4 + C d + ( V S S - V R E F ) C G S , T 2 C G S , T 2 + C d
其中，μ为载流子迁移率，COX为栅绝缘层电容，W为晶体管宽度，L为晶体管长度，VTH为T2的阈值电压的绝对值，CGD，T4为T4的栅漏电容，CGS，T2为T2的栅源电容，Cd为探测电极与手指形成的感应电容，VGH、VGL分别为扫描信号的高低电平。
通过上述公式，探测电极电压VREF+VTH与电流公式中的VTH相互抵消，在最终的电流公式中不含阈值电压VTH项，避免了VTH对电流的影响，从而实现了放大单元的阈值补偿。
通过第一晶体管T1将第二晶体管T2的电流信号传输到读取线，读取线所连接的为信号处理单元，可以处理电流信号或者电压信号。
进一步的，在第三时间段内，向信号扫描端输入第一电平值的扫描信号，向第一信号端输入第二电平值第一选择信号以及向第二信号端输入第二电平值第二选择信号，使得第一晶体管T1、第七晶体管T7导通，第三晶体管T3、第四晶体管T4、第五晶体管T5和第六晶体管T6截止，第二晶体管T2的导通情况由探测电极d与手指表面形成的感应电容确定。故第三时间段也可理解为读取阶段。
结合图4和图8，在一实施例中，在一实施例中，第一电平值为低电平值，第二电平值为高电平值。即在第三时间段内，向信号扫描端SN输入低电平的扫描信号，向第一信号端SL1输入高电平的第一选择信号以及向第二信号端SL2输入高电平的第二选择信号，也就是说：在读取阶段t3期间，扫描信号为低电平，第一选择信号和第二选择信号为高电平，第一晶体管T1、第七晶体管T7导通，第三晶体管T3、第四晶体管T4、第五晶体管T5和第六晶体管T6截止，第二晶体管T2的导通情况由探测电极d与手指表面形成的感应电容确定。在扫描信号由低电平跳变到高电平的过程以及第二晶体管T2源极电压由VREF电压跳变到VDD电压的程中，第二晶体管T2、第四晶体管T4的寄生电容与手指感应电容之间发生耦合效应，扫描信号电压的变化以及第二晶体管T2源极电压变化会使探测电极d电压变化ΔV，ΔV的大小由感应电容和晶体管寄生电容的比例关系决定，对应不同的感应电容，ΔV大小不同，通过这个过程实现把指纹的凹凸不同转化为探测电极d的电压不同，此时探测电极d的电压为VREF-VTH+ΔV。同时，探测电极d的电压不同决定了第二晶体管T2的电流不同，以此将指纹的凹凸转化为电流信号，其电流公式为：
I = 1 2 μC o x W L ( V D D - ( V R E F - V T H + Δ V ) - V T H ) 2 = 1 2 μC o x W L ( V D D - V R E F - Δ V ) 2
Δ V = ( V G H - V G L ) C G D , T 4 C G D , T 4 + C d + ( V D D - V R E F ) C G S , T 2 C G S , T 2 + C d
其中，μ为载流子迁移率，COX为栅绝缘层电容，W为晶体管宽度，L为晶体管长度，VTH为T2的阈值电压的绝对值，CGD，T4为T4的栅漏电容，CGS，T2为T2的栅源电容，Cd为探测电极与手指形成的感应电容，VGH、VGL分别为扫描信号的高低电平。
通过上述公式，探测电极电压VREF-VTH与电流公式中的VTH相互抵消，在最终的电流公式中不含阈值电压VTH项，避免了VTH对电流的影响，从而实现了放大单元的阈值补偿。
通过第一晶体管T1和第七晶体管T7将第二晶体管T2的电流信号传输到读取线，读取线所连接的为信号处理单元，可以处理电流信号或者电压信号。
可以理解，图4所示实施例相比图3所示实施例的改进主要体现在第六晶体管T6和第七晶体管T7上，第六晶体管T6实现了对读取线的重置，第七晶体管T7则实现了补偿单元、放大单元与读取线的隔离，这两个晶体管主要是保护电路在进行补偿和识别时避免受到读取线的干扰，使电路可靠性和准确性提高。
结合图6和图10，在一实施例中，第一电平值为高电平值，第二电平值为低电平值。即在第三时间段内，向信号扫描端SN输入高电平的扫描信号，向第一信号端SL1输入低电平的第一选择信号以及向第二信号端SL2输入低电平的第二选择信号，也就是说：在读取阶段t3期间，扫描信号为高电平，第一选择信号和第二选择信号为低电平，第一晶体管T1、第七晶体管T7导通，第三晶体管T3、第四晶体管T4、第五晶体管T5和第六晶体管T6截止，第二晶体管T2的导通情况由探测电极d与手指表面形成的感应电容确定。
在扫描信号由高电平跳变到低电平的过程以及第二晶体管T2源极电压由VREF电压跳变到VSS电压的过程中，第二晶体管T2、第四晶体管T4的寄生电容与手指感应电容之间发生耦合效应，扫描信号电压的变化以及第二晶体管T2源极电压变化会使探测电极d电压变化ΔV，ΔV的大小由感应电容和晶体管寄生电容的比例关系决定，对应不同的感应电容，ΔV大小不同，通过这个过程实现把指纹的凹凸不同转化为探测电极d的电压不同，此时探测电极d的电压为VREF+VTH+ΔV。同时，探测电极d的电压不同决定了第二晶体管T2的电流不同，以此将指纹的凹凸转化为电流信号，其电流公式为：
I = 1 2 C o x W L ( V R E F + V T H + Δ V - V S S - V T H ) 2 = 1 2 C o x W L ( V R E F - V S S + Δ V ) 2
Δ V = ( V G L - V G H ) C G D , T 4 C G D , T 4 + C d + ( V S S - V R E F ) C G S , T 2 C G S , T 2 + C d
其中，μ为载流子迁移率，COX为栅绝缘层电容，W为晶体管宽度，VTH为T2的阈值电压的绝对值，L为晶体管长度，CGD，T4为T4的栅漏电容，CGS，T2为T2的栅源电容，Cd为探测电极与手指形成的感应电容，VGH、VGL分别为扫描信号的高低电平。
通过上述公式，探测电极电压VREF+VTH与电流公式中的VTH相互抵消，在最终的电流公式中不含阈值电压VTH项，避免了VTH对电流的影响，从而实现了放大单元的阈值补偿。
通过第一晶体管T1将第二晶体管T2的电流信号传输到读取线，读取线所连接的为信号处理单元，可以处理电流信号或者电压信号。
可以理解，图6所示实施例相比图5所示实施例的改进主要体现在第六晶体管T6和第七晶体管T7上，第六晶体管T6实现了对读取线的重置，第七晶体管T7则实现了补偿单元、放大单元与读取线的隔离，这两个晶体管主要是保护电路在进行补偿和识别时避免受到读取线的干扰，使电路可靠性和准确性提高。
请参阅图10，其为一个实施例中指纹识别装置100的功能模块示意图，一种指纹识别装置100包括若干指纹识别单元电路以及玻璃基板120，若干指纹识别单元电路的探测电极d1阵列分布于玻璃基板120上。
请一并参阅图11和图12，在指纹识别单元工作时，当手指150与指纹识别装置100接触时，指纹的凹部151与指纹的凸部152分别与相邻的两个探测电极110接触，即当手指探下时，指纹的谷和脊分别与探测电极形成不同感应电容C1、C2，放大单元将不同的感应电容转化为不同的电流并通过传输单元传输至指纹识别IC进行处理，从而通过指纹识别单元输出信号的不同判断指纹的形状，实现指纹识别的功能。
请一并参阅图13和图14，通过传统的指纹识别单元电路的电路图以及指纹识别单元电路与传统的指纹识别单元电路的输出信号变化率的对比示意图，可知以原阈值电压VTH为基准，其变化±0.5V时输出信号变化率，计算方式为[(输出信号-原输出信号)/原输出信号]，采用百分数来标示信号变化率，可以看到当阈值电压变化时，电路输出的波动情况。
对比发现，当阈值电压变化+0.5V时，传统的电路输出OT波动为+11.85％，而本发明的电路NP波动只有+0.2％；当阈值电压变化-0.5V时，传统的电路输出波动为-34.6％，而本发明电路波动只在+0.59％。可见本发明电路方案具有较佳的阈值电压补偿作用，可以保证指纹电路稳定准确工作。
综上所述，本发明的指纹识别单元电路方案通过阈值补偿单元可以实现放大单元中的薄膜晶体管的阈值补偿，从而实现指纹识别的高准确度，尤其是在基于玻璃基板和LTPS工艺的指纹识别方案中可以有效地减小阈值差异带了的指纹识别问题，提高电路工作的稳定性和准确性，提高了指纹识别电路基于玻璃基板和LTPS工艺实现的可能性，实现低成本的指纹识别方案。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种指纹识别单元电路，其特征在于，包括：读取线、信号扫描端、第一电源端、第二电源端、第三电源端、第一信号端、第二信号端、探测电极、输出单元、阈值补偿单元以及重置单元；
所述探测电极用于与手指表面接触并产生感应电容；
所述输出单元分别与所述探测电极、所述信号扫描端、所述第一电源端以及所述读取线连接，用于识别所述感应电容且形成电流信号，并将所述电流信号传输至所述读取线；
所述阈值补偿单元分别与所述第二电源端、所述第一信号端、所述探测电极以及所述输出单元连接，用于补偿所述输出单元的阈值电压；
所述重置单元分别与所述第三电源端、所述第二信号端以及所述探测电极连接，用于重置所述探测电极。
2.根据权利要求1所述的指纹识别单元电路，其特征在于，所述输出单元包括放大单元和传输单元，所述放大单元分别与所述探测电极以及所述读取线连接，用于识别所述感应电容，并形成电流信号；
所述传输单元分别与所述信号扫描端、所述第一电源端以及所述放大单元连接，用于将所述第一电源电压信号传输至所述放大单元。
3.根据权利要求1所述的指纹识别单元电路，其特征在于，所述输出单元包括放大单元和传输单元，所述放大单元与所述探测电极连接，用于识别所述感应电容，并形成电流信号；
所述传输单元分别与所述信号扫描端、所述第一电源端、所述放大单元连接以及所述读取线连接，用于将所述第一电源电压信号传输至所述放大单元并将所述放大单元形成的所述电流信号传输至所述读取线。
4.根据权利要求2或3中任一所述的指纹识别单元电路，其特征在于，所述传输单元包括第一晶体管，所述放大单元包括第二晶体管，所述阈值补偿单元包括第三晶体管和第四晶体管，所述重置单元包括第五晶体管；其中，
所述第一晶体管的栅极连接所述信号扫描端以接收扫描信号，源极连接第一电源端；
所述第二晶体管的栅极连接所述探测电极，源极连接所述第一晶体管的漏极，漏极连接所述读取线；
所述第三晶体管的栅极连接所述第一信号端以接收第一选择信号，源极连接所述第二电源端，漏极连接所述第二晶体管的源极；
所述第四晶体管的栅极连接所述第三晶体管的栅极，源极连接第二晶体管的漏极，漏极连接所述探测电极；
所述第五晶体管的栅极连接所述第二信号端以接收第二选择信号，源极连接所述探测电极，漏极连接所述第三电源端。
5.根据权利要求4所述的指纹识别单元电路，其特征在于，所述重置单元还包括第六晶体管，所述传输单元还包括第七晶体管；
所述第六晶体管的栅极连接所述第二信号端，漏极连接所述第三电源端；
所述第七晶体管的栅极连接所述信号扫描端，源极连接所述第二晶体管的漏极，漏极连接所述第六晶体管的源极以及所述读取线。
6.根据权利要求5所述的指纹识别单元电路，其特征在于，所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管、所述第四晶体管、所述第五晶体管、所述第六晶体管以及所述第七晶体管为P型薄膜晶体管或者N型薄膜晶体管。
7.一种指纹识别单元电路的控制方法，应用于如权利要求2至6任一所述的指纹识别单元电路，包括：
在第一时间段内，向所述第二信号端输入第一电平值，向所述信号扫描端和所述第一信号端输入第二电平值；
在第二时间段内，向所述第一信号端输入第一电平值，向所述信号扫描端和所述第二信号端输入第二电平值；
在第三时间段内，向所述信号扫描端输入第一电平值，向所述第一信号端和所述第二信号端输入第二电平值；其中，
所述第一时间段、所述第二时间段及所述第三时间段为连续时间段。
8.根据权利要求7所述的指纹识别单元电路的控制方法，其特征在于，所述第一电平值为低电平值，所述第二电平值为高电平值。
9.根据权利要求7所述的指纹识别单元电路的控制方法，其特征在于，所述第一电平值为高电平值，所述第二电平值为低电平值。
10.一种指纹识别装置，其特征在于，包括玻璃基板以及若干如权利要求1至6中任一所述的指纹识别单元电路，若干所述指纹识别单元电路的探测电极阵列分布于所述玻璃基板。
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