CN106407876A - 快速辨识的指纹辨识感测器 - Google Patents
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Abstract
一种快速辨识的指纹辨识感测器，包含一基板、一导电板、一钝化层、一充电电容、一开关组及一类比数位转换器，该导电板设置于该基板上，该钝化层设置于该导电板上并和一手指接近以检测一指纹，该开关组包括一第一开关及一第二开关，该第一开关控制一输入电压对该充电电容进行充电，该第二开关的两端分别电性连接至该导电板以及该第一开关和该充电电容，该类比数位转换器与该充电电容电性连接，该第二开关控制该充电电容进行多次电荷分享，该类比数位转换器根据电荷分享后的一残余电压输出一指纹辨识信号。
Description
技术领域
本发明涉及一种指纹辨识感测器，特别是一种快速辨识的指纹辨识感测器。
背景技术
随着个人资料保护及隐私权逐渐被重视，辨识个人身份的方法也随之演进，相较于现有技术的签名辨识与密码辨识等容易被模仿或盗用的方法，近期强调个人独特性与个体间差异性的生物特征遂逐渐被应用于身分辨识的领域，例如脸部轮廓辨识、虹膜辨识及指纹辨识等以生物特征进行辨识的方式，其中又以指纹辨识的方便性、个体间差异性及产业应用性为高，而蓬勃发展并被广泛应用于许多产业之中。
指纹辨识已被广泛地应用于许多产业，如中国发明专利公开第CN102954753A号，揭露一种电容式距离感测器，包括一电容测量极板、一电容耦合极板、一参考电容、一参考电容充电电路、一电容测量极板放电电路、一电荷中和电路、一可程序设计电平生成器、一可程序设计电平生成器2以及一电压比较器，该电容测量极板与该电荷中和电路连接，当被测导电体表面与该电容测量极板上表面接近，在该电容测量极板和被测导电体表面之间形成测量电容；该电容耦合极板与该可程序设计电平生成器连接，位于该电容测量极板下方，该电容耦合极板和该电容测量极板之间形成耦合电容；该参考电容一端与该参考电容充电电路、该电荷中和电路、该电压比较器输入端连接；该参考电容充电电路一端与该参考电容连接，另一端与系统电源连接，闭合状态使参考电容与系统电源导通，断开状态使参考电容与系统电源断开；该电容测量极板放电电路，一端与该电容测量极板连接，闭合状态将电容测量极板与系统地导通，断开状态使电容测量极板与系统地断开；该电荷中和电路一端与该参考电容连接，另一端与该电容测量极板连接，闭合状态使该参考电容与该电容测量极板导通，断开状态使该参考电容与该电容测量极板断开；该可程序设计电平生成器与该电容耦合极板连接；该电压比较器的输入端与该参考电容连接以及该可程序设计电平生成器2连接，输出端作为感测器输出。
上述现有技术又被称为C-V-T型电容感测器电路，实际使用时，该参考电容充电电路需多次的导通与断开，待所累积的信号超过该可程序设计电平生成器2时，该电压比较器始输出信号。然而，此种电容感测器电路是使用该可程序设计电平生成器2，即比较器(Comparator)，而该比较器所撷取的信号为该参考电容充电电路导通与断开的次数，故辨识的时间较长；且当有多个像素(感测器)时，可采用多个像素共同连接至一个比较器或每个像素各别连接至一个比较器。基于体积和制造成本的考虑，后者并不可行，故实务上乃将多个像素共同连接至一个比较器。而如此的缺点为每个像素必须要依序经过比较器的判断才能撷取信号，十分耗时。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种快速辨识的指纹辨识感测器，以解决现有技术中C-V-T型电容感测器电路的指纹辨识时间过长的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种快速辨识的指纹辨识感测器，包含一基板；一设置于该基板上的导电板；一设置于该导电板上并和一手指接近以检测一指纹的钝化层；一充电电容，该充电电容包括一电性连接至一低电位电压的放电端和一电性连接至该导电板的充电端；一开关组，包括一第一开关以及一第二开关，该第一开关的两端分别电性连接至一输入电压与该充电电容的该充电端之间以控制该输入电压对该充电电容进行充电，该第二开关的两端分别电性连接至该导电板以及该第一开关和该充电电容的该充电端，该输入电压是高于该低电位电压；以及一类比数位转换器，与该充电电容的该充电端电性连接；其中，该第一开关控制该充电电容进行单次充电后，该第二开关控制该充电电容进行多次电荷分享，该类比数位转换器根据电荷分享后该充电端的一残余电压输出一指纹辨识信号。
为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种快速辨识的指纹辨识感测器，包含：一基板；多个设置于该基板上的指纹辨识感测单元，各包含有：一设置于该基板上的导电板；一设置于该导电板上并和一手指接近以检测一指纹的钝化层；一充电电容，该充电电容包括一电性连接至一低电位电压的放电端和一电性连接至该导电板的充电端；以及一开关组，包括一第一开关以及一第二开关，该第一开关的两端分别电性连接至一输入电压与该充电电容的该充电端之间以控制该输入电压对该充电电容进行充电，该第二开关的两端分别电性连接至该导电板以及该第一开关和该充电电容的该充电端，该输入电压是高于该低电位电压；以及一类比数位转换器，是与各该指纹辨识感测单元中的该充电电容的该充电端电性连接；其中，该指纹辨识感测单元中的该第一开关控制该充电电容进行单次充电后，该第二开关控制该充电电容进行多次电荷分享，该类比数位转换器根据电荷分享后该充电端的一残余电压输出一指纹辨识信号。
本发明的技术效果在于：
本发明利用设置该类比数位转换器，并根据电荷分享后该充电端的该残余电压输出该指纹辨识信号，由于输入和输出该类比数位转换器的均是实质电压值，速度快；当设置多个像素(即该指纹辨识感测单元)时，本发明的各个该指纹辨识感测单元可同时进行电荷分享，将该残余电压累积在该充电端，再依序通过该类比数位转换器，速度也非常快速；反观，传统的C-V-T型电容感测器电路，每个像素(即该指纹辨识感测单元)须搭配共用的一个比较器，下一个像素必须等待上一个像素完成后才可进行开关，各个像素无法同时开关，故撷取的时间缓慢。另外，由于该类比数位转换器输出的是实质电压值，故便于之后的信号处理；然，传统的C-V-T型电容感测器电路，该比较器所输出的是开关次数所对应的值。此外，针对静态的指纹影像撷取，由于多次电荷分享的过程中，该残余电压是多次电荷分享后的信号的累积，该残余电压会逐次累积，但噪音(Noise)并不会随着累积，故将有助于提升信号噪音比(Signal-to-noiseratio，简称SNR)。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为本发明第一实施例的电路结构示意图；
图2为图1的等效电路图；
图3为本发明第一实施例的控制时序图；
图4为本发明第二实施例的电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
涉及本发明的详细说明及技术内容，现就配合图式说明如下，请参阅图1与图2所示，分别为本发明第一实施例的电路结构示意图以及图1的等效电路图，包含一基板10、一导电板20、一钝化层30、一充电电容C0、一开关组以及一类比数位转换器40，该导电板20设置于该基板10上，该钝化层30设置于该导电板20上并和一手指50接近以检测一指纹。在本发明中，接近是指该手指50靠近该钝化层30并和其保持一距离(例如该钝化层30上另外设置一保护层的情况)，或指该手指50部分或完全接触该钝化层30。此时，将于该钝化层30与该导电板20之间形成一检测电容CS，该检测电容CS是有功能性地被设计用来检测及辨识该指纹上的一纹路态样，当该检测电容CS形成后，便于该导电板20与该基板10之间形成一寄生电容CP(或称杂散电容)，该寄生电容CP是发生于电路元件因彼此过于靠近所形成的一种非预期的电容形式。
该充电电容C0包括一放电端X1以及一充电端X2，该放电端X1电性连接至一低电位电压，在本实施例中，该放电端X1电性连接至该基板10，即为接地，而该充电端X2电性连接至该导电板20，该开关组包括一第一开关SW1以及一第二开关SW2，该第一开关SW1的一端电性连接至一输入电压VDD，该输入电压VDD的电位必须高于该低电位电压，另一端电性连接至该充电电容C0的该充电端X2，以控制该输入电压VDD对该充电电容C0进行充电，即，当该第一开关SW1闭合时，该输入电压VDD对该充电电容C0进行充电。该第二开关SW2的一端电性连接至该导电板20，另一端电性连接至该第一开关SW1和该充电电容C0的该充电端X2。该类比数位转换器40则与该充电电容C0的该充电端X2电性连接。如此一来，该第二开关SW2将控制该充电电容C0进行多次电荷分享，而该类比数位转换器40根据电荷分享后该充电端X2的一残余电压输出一指纹辨识信号。此外，在本实施例中，该快速辨识的指纹辨识感测器进一步包括一放大器60，该放大器60电性连接于该类比数位转换器40之前；该开关组还包括一电性连接于该导电板20和接地之间的第三开关SW3，其中，该放大器60可为一可编程设计增益放大器。
请续参图3，为本发明第一实施例的控制时序图，本发明第一实施例的操作步骤如下：
步骤1：该第二开关SW2、该第三开关SW3断开，该第一开关SW1闭合，该输入电压VDD对该充电电容C0进行充电；
步骤2：该第一开关SW1、该第二开关SW2断开，该第三开关SW3闭合，以让该检测电容CS和该寄生电容CP得以重置(Reset)；
步骤3：该第一开关SW1断开，该第三开关SW3和该第二开关SW2依照一时序交替断开与闭合，以进行电荷分享，如此重复操作，达到一设定的操作次数后，就停止所有开关动作；
步骤4：该类比数位转换器40根据电荷分享后该充电端X2的该残余电压输出该指纹辨识信号。
请参阅图4，为本发明第二实施例的电路结构示意图，该快速辨识的指纹辨识感测器，包含一基板10、多个设置于该基板10上的指纹辨识感测单元70、一放大器60以及一类比数位转换器40，该指纹辨识感测单元70设置于该基板10上，各包含有一设置于该基板10上的导电板20、一设置于该导电板20上并和一手指接近以检测一指纹的钝化层30、一充电电容C0以及一开关组，该充电电容C0包括一电性连接至一低电位电压的放电端X1和一电性连接至该导电板20的充电端X2，在本实施例中，该低电位电压为该基板10。
该开关组包括一第一开关SW1、一第二开关SW2以及一第三开关SW3，该第一开关SW1的两端分别电性连接至一输入电压VDD与该充电电容C0的该充电端X2之间以控制该输入电压VDD对该充电电容C0进行充电，该输入电压VDD的电位高于该低电位电压，该第二开关SW2的两端分别电性连接至该导电板20以及该第一开关SW1和该充电电容C0的该充电端X2，该第三开关SW3电性连接于该导电板20和接地之间。该类比数位转换器40是与各该指纹辨识感测单元70中的该充电电容C0的该充电端X2电性连接。其中，该指纹辨识感测单元70中的该第二开关SW2控制该充电电容C0进行多次电荷分享，该类比数位转换器40根据电荷分享后该充电端X2的一残余电压输出一指纹辨识信号。本发明的第二实施例的操作类似第一实施例，但在本发明的第二实施例中，各个该指纹辨识感测单元70可同时进行电荷分享，先将该残余电压累积在该充电端X2，再依序通过该类比数位转换器40，以完成指纹辨识。
综上所述，本发明利用设置该类比数位转换器，并根据电荷分享后该充电端的该残余电压输出该指纹辨识信号，由于输入和输出该类比数位转换器的均是实质电压值，速度快；反之，传统的C-V-T型电容感测器电路，该比较器所撷取的是该参考电容充电电路的导通与断开次数，并非实质电压值，故速度缓慢。其次，当设置多个像素(即该指纹辨识感测单元)时，本发明的各个该指纹辨识感测单元可同时进行电荷分享，将该残余电压累积在该充电端，再依序通过该类比数位转换器，速度也非常快速；反观，传统的C-V-T型电容感测器电路，下一个像素必须等待上一个像素完成后才可进行开关，各个像素无法同时开关，故撷取的时间缓慢。另外，由于该类比数位转换器输出的是实质电压值，故便于之后的信号处理；然，传统的C-V-T型电容感测器电路，该比较器所输出的是开关次数所对应的值。此外，由于多次电荷分享的过程中，该残余电压是多次电荷分享后的信号累积，但噪音并不会随着累积，故将有助于提升信号噪音比。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种快速辨识的指纹辨识感测器，其特征在于，包含：
一基板；
一设置于该基板上的导电板；
一设置于该导电板上并和一手指接近以检测一指纹的钝化层；
一充电电容，该充电电容包括一电性连接至一低电位电压的放电端和一电性连接至该导电板的充电端；
一开关组，包括一第一开关以及一第二开关，该第一开关的两端分别电性连接至一输入电压与该充电电容的该充电端之间以控制该输入电压对该充电电容进行充电，该第二开关的两端分别电性连接至该导电板以及该第一开关和该充电电容的该充电端，该输入电压是高于该低电位电压；以及
一类比数位转换器，与该充电电容的该充电端电性连接；
其中，该第一开关控制该充电电容进行单次充电后，该第二开关控制该充电电容进行多次电荷分享，该类比数位转换器根据电荷分享后该充电端的一残余电压输出一指纹辨识信号。
2.根据权利要求1所述的快速辨识的指纹辨识感测器，其特征在于，该开关组还包括一电性连接于该导电板和接地之间的第三开关。
3.根据权利要求1所述的快速辨识的指纹辨识感测器，其特征在于，还包括一电性连接于该类比数位转换器之前的放大器。
4.根据权利要求3所述的快速辨识的指纹辨识感测器，其特征在于，该放大器是一可编程设计增益放大器。
5.一种快速辨识的指纹辨识感测器，其特征在于，包含：
一基板；
多个设置于该基板上的指纹辨识感测单元，各包含有：
一设置于该基板上的导电板；
一设置于该导电板上并和一手指接近以检测一指纹的钝化层；
一充电电容，该充电电容包括一电性连接至一低电位电压的放电端和一电性连接至该导电板的充电端；以及
一开关组，包括一第一开关以及一第二开关，该第一开关的两端分别电性连接至一输入电压与该充电电容的该充电端之间以控制该输入电压对该充电电容进行充电，该第二开关的两端分别电性连接至该导电板以及该第一开关和该充电电容的该充电端，该输入电压是高于该低电位电压；以及
一类比数位转换器，与各该指纹辨识感测单元中的该充电电容的该充电端电性连接；
其中，该指纹辨识感测单元中的该第一开关控制该充电电容进行单次充电后，该第二开关控制该充电电容进行多次电荷分享，该类比数位转换器根据电荷分享后该充电端的一残余电压输出一指纹辨识信号。
6.根据权利要求5所述的快速辨识的指纹辨识感测器，其特征在于，该指纹辨识感测单元还包括一电性连接于该导电板和接地之间的第三开关。
7.根据权利要求5所述的快速辨识的指纹辨识感测器，其特征在于，还包括一电性连接于该类比数位转换器之前的放大器。
8.根据权利要求7所述的快速辨识的指纹辨识感测器，其特征在于，该放大器是一可编程设计增益放大器。
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