CN106557725A - 指纹传感电路及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种指纹传感电路及其控制方法，指纹传感电路包括：指纹检测电容，一端耦接所述手指；检测电极，一端耦接所述指纹检测电容；第三开关，适于选择性地将驱动电压接入所述检测电极；放大器，正向输入端接入固定电平的内部参考电压；第一开关，适于选择性地将所述检测电极接至所述放大器的反相输入端；第二开关，一端耦接放大器的反相输入端，另一端与所述放大器的输出端相连接；反馈电容，一端耦接所述放大器的反相输入端，另一端与所述放大器的输出端相连接。所述指纹传感电路及其控制方法扩大了指纹传感电路的应用范围；同时，放大器正向输入端接入固定电平的内部参考电压，避免了放大器共模电平变化带来的性能下降，增加了放大器的动态范围。

Description

指纹传感电路及控制方法

技术领域

本发明涉及身份识别技术领域，尤其涉及一种指纹传感电路及控制方法。

背景技术

随着社会的进步以及科学技术的发展，网上银行、电子商务、私人邮件、以及社交网络等给人们带来了越来越多的便利。同时这些社会中的基本功能需要密码和数据加密来保障安全。而指纹作为生物学特征，由于具有唯一性而成为个人身份鉴定的有效手段。指纹识别用于身份鉴定的好处在于：使用方便；生物学特性难以复制，用于识别技术比较安全。指纹传感是形成指纹图像，指纹识别技术关键所在。

现有指纹传感技术中，指纹图像可以通过电容式芯片的传感电路实现，在芯片的传感电路上方会覆盖有指纹检测端，利用手指的纹谷和纹脊与指纹检测端之间的电容不同而产生不同的灰度值，形成指纹图像。在进行指纹检测时，通常需要通过外部电极将驱动电压加载在手指上，同时放大器的正向输入端接虚地，即，用户的手指需要与外部电极接触，通过外部电极将驱动电压加载在用户的手指上，再与检测芯片中的传感电路形成检测回路。

现有技术的指纹传感电路在实际的应用中，由于用户的手指需要接触加载驱动电压的电极，限制了指纹传感电路的应用范围,特别是在没有实体按键的智能手机中的应用。

发明内容

本发明解决的技术问题是如何增大指纹传感电路的应用范围

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种指纹传感电路，包括：

指纹检测电容，一端耦接所述手指；

检测电极，一端耦接所述指纹检测电容；

第三开关，适于选择性地将驱动电压接入所述检测电极；

放大器，正向输入端接入固定电平的参考电压；

第一开关，适于选择性地将所述检测电极耦接至所述放大器的反相输入端；

第二开关，一端耦接所述放大器的反相输入端，另一端与所述放大器的输出端相连接；

反馈电容，一端耦接所述放大器的反相输入端，另一端与所述放大器的输出端相连接。

可选的，所述驱动电压为内部驱动电压；所述参考电压为内部参考电压。

可选的，所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关的状态通过时序信号控制。

可选的，所述指纹传感电路配置成具备两种工作状态，包括第一工作状态和第二工作状态；在所述第一工作状态下，所述第一开关断开，所述第二开关和所述第三开关闭合；在所述第二工作状态下，所述第一开关闭合，所述第二开关和所述第三开关断开。

为解决上述技术问题，本发明实施例还公开了一种指纹传感电路的控制方法，

包括：通过时序信号控制所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关的状态。

可选的，通过所述时序信号控制所述第三开关，选择性地将所述驱动电压接入所述检测电极；通过所述时序信号控制所述第一开关，选择性地将所述手指电容耦接至所述放大器的反相输入端；控制所述第二开关，选择性地将所述放大器的反相输入端和输出端相连接。

可选的，通过所述时序信号的控制，所述指纹传感电路具备两种工作状态，包括所述第一工作状态和所述第二工作状态；在所述第一工作状态下，所述第三开关将所述驱动电压接入所述检测电极，所述第一开关断开所述检测电极与所述放大器的反相输入端的连接，所述第二开关将所述放大器的反相输入端和输出端相连接；在所述第二工作状态下，所述第三开关断开所述驱动电压接入所述检测电极，所述第一开关将所述检测电极与所述放大器的反相输入端相连接，所述第二开关，断开所述放大器的反相输入端和输出端的连接。

可选的，所述第一工作状态和所述第二工作状态完成后，所述指纹传感电路输出变化量为：Vout＝(VP-VREF)C1/C2；

其中，VP为所述驱动电压；VREF为所述参考电压；C1为所述纹检测电容；C2为所述反馈电容；Vout为指纹传感电路的电压输出信号。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

本发明实施例的指纹传感电路通过在检测电极端接固定电平的驱动电压，并通过放大器反馈的方式，产生不同电平而形成电荷搬移，实现内部驱动，使得手指不需要外加激励，增大了指纹传感电路的适用范围；同时，放大器正向输入端接入固定电平的内部参考电压，避免了放大器共模电平变化带来的性能下降，增加了放大器的动态范围。

附图说明

图1是本发明实施例一种指纹传感电路结构示意图；

图2是本发明实施例一种指纹传感电路工作时序图；

图3是在一种应用环境下的本发明实施例的一种指纹传感电路；

图4是在另一种应用环境下的本发明实施例的一种指纹传感电路。

具体实施方式

正如背景技术中所述，现有技术的指纹传感电路在实际的应用中，由于用户的手指需要接触加载驱动电压的电极，限制了指纹传感电路的应用范围,特别是在没有实体按键的智能手机中的应用。

本发明实施例的指纹传感电路在检测电极端接固定电平的驱动电压，并通过放大器反馈的方式，产生不同电平而形成电荷搬移，实现内部驱动，使得手指不需要外加激励，增大了指纹传感电路的适用范围；同时，放大器正向输入端接入固定电平的内部参考电压，避免了放大器共模电平变化带来的性能下降，增加了放大器的动态范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

图1是本发明实施例一种指纹传感电路结构示意图，所述指纹传感电路包括：指纹检测电容C1、检测电极2、反馈电容C2、放大器F、第一开关T1、第二开关T2和第三开关T3。

本实施例中，指纹检测电容C1一端耦接手指1，另一端耦接所述检测电极2；第三开关T3适于选择性将第一电压VP加载至检测电极2，为所述指纹检测电容C1充电。

请参照图1，在实际分析中，人体会产生对地电容，由于手指1对地电容远大于指纹检测电容C1，故本发明实施例视为人体对地电容与地短路，对人体对地电容不做分析。

本实施例中，驱动电压VP为加载在所述指纹传感电路的驱动电压，所述驱动电压是指纹传感电路内部设置的内部驱动电压。

具体实施中，驱动电压VP为高电平信号，设置为电源电压。

所述第一开关T1适于选择性地将所述指纹检测电容C1耦接至所述放大器F的反相输入端。所述放大器F的正相输入端接入固定电平的内部参考电压VREF。

本实施例中，内部参考电压VREF是设置在指纹传感电路内部的参考电压。

具体实施中，内部参考电压VREF设置为低电平信号，置为接地，但受放大器结构影响可能高于接地电压。

本实施例中，所述第二开关T2的一端耦接所述放大器F的反相输入端，另一端与所述放大器F的输出端相连接；所述反馈电容C2的一端耦接所述放大器F的反相输入端，另一端耦接所述放大器F的输出端。其中，所述指纹传感电路的电压信号Vout为所述放大器F的输出端输出电压。

本实施例中，所述指纹传感电路通过时序信号控制所述第一开关T1、所述第二开关T2和第三开关T3的状态，并根据所述第一开关T1、所述第二开关T2和所述第三开关T3状态的组合，将所述指纹传感电路配置成具备两种工作状态。

本实施例的指纹传感电路由于在放大器正相输入端设置固定电平的参考电压，避免了指纹传感电路的放大器增益变化导致的误差；采用开关的方式控制指纹传感电路的工作状态，所述指纹传感电路的驱动电压是内部驱动电压，使所述指纹传感电路可以适应不同的应用环境，增大了指纹传感电路的适用范围。

请参照图2，图2是本发明实施例一种指纹传感电路工作时序图。

一并参考图1，本实施例中，指纹传感电路在时序信号控制下，具备两种工作状态，第一工作状态和第二工作状态。

本实施例中，驱动电压VP配置为电源电压，内部参考电压配置为低电平的参考电压VREF。

继续参考图2，指纹传感电路工作时序的一个时序周期包括两个阶段，采样阶段S1和传输阶段S2。在采样阶段S1时序控制下，所述第三开关T3闭合，所述驱动电压VP接入所述手指电容C1，驱动电压VP对手指电容C1进行充电；第一开关T1断开，第二开关T2闭合，反馈电容C2的电压清零，放大器F的正向输入端接入低电平的参考电压VREF。

采样阶段S1时序结束后，手指电容C1两端电压大小为驱动电压VP大小，放大器F的输出端电压大小为低电平的参考电压VREF大小，即Vout1＝VREF。

在指纹传感电路工作时序的传输阶段S2时序控制下，所述第三开关T3断开，驱动电压VP断开与手指电容C1的连接；第一开关T1闭合，放大器F的反相输入端接入手指电容C1；第二开关T2断开，反馈电容C2耦接所述放大器F的反相输入端和输出端；放大器F的正向输入端接入低电平的参考电压VREF。

传输阶段S2时序结束后，根据电荷守恒定律，放大器F的输出端输出电压为Vout2＝VREF-(VP-VREF)C1/C2。

指纹传感电路工作时序的一个时序周期完成后，指纹传感电路输出电压为采样阶段S1和输出阶段S2放大器F的输出电压之差，即指纹传感电路的输出电压Vout＝Vout1-Vout2＝(VP-VREF)C1/C2。所述指纹传感电路的电压动态范围为(VP-VREF)C1/C2。

在本发明实施例中，指纹检测电容C1对指纹传感电路输出电压的影响比重增加，指纹传感电路输出电压动态范围增大。

可以理解的是，在实际的应用中，放大器F可以采用轨至轨(rail to rail)的Class AB(甲乙类)放大器，轨至轨Class AB放大器可以工作在输入输出电压范围的极限值，参考电压值受放大器结构的影响变小，进一步增大指纹传感电路输出电压动态范围。

图3是在一种应用环境下的本发明实施例的一种指纹传感电路。

请参照图3，一并参考图1，图3所示指纹传感电路为金属圈3接地，外部控制电路无法通过金属圈3加载外部驱动电压信号。在这种情况下，指纹检测电容不能加载外部驱动电压，故通过在指纹检测电容C1加载指纹传感电路内部设置的内部驱动电压，将指纹检测电容C1转换为指纹传感电路的输出电压，实现对手指1指纹的检测。

可以理解的是，本发明实施例是外部控制电路无法在金属圈2上加载外部驱动电压信号，但是在实际应用中，可以是任意可实施的无法加载外部控制电路驱动电压的元件，本发明实施例对此不做限制。

本实施例中，指纹传感电路工作时可以配置为两种工作状态，具体实施方式可参考前述相应实施例，此处不再赘述。

图4是在另一种应用环境下的本发明实施例的一种指纹传感电路。

请参照图4，图4所示指纹传感电路为检测电极2放置在移动终端屏幕玻璃4下面的情况，在这种情况下，外部驱动电压信号也无法加载到手指纹检测电容C1。本发明实施例通过在指纹检测电容C1加载指纹传感电路内部设置的内部驱动电压，将指纹检测电容C1转换为指纹传感电路的输出电压，实现对手指1指纹的检测。

需要说明的是，本实施例中，检测电极2放置在移动终端屏幕玻璃4下面，而指纹传感电路在实际的应用环境中，检测电极3也可以放在任意非导电元器件的内部导致无法加载外部驱动电压，本发明实施例对此不做限制。

本实施例中，指纹传感电路工作时可以配置为两种工作状态，具体实施方式可参考前述相应实施例，此处不再赘述。

本发明实施例的指纹传感电路在检测电极端接固定电平的驱动电压，并通过放大器反馈的方式，产生不同电平而形成电荷搬移，实现内部驱动，使得手指不需要外加激励，增大了指纹传感电路的适用范围；同时，放大器正向输入端接入固定电平的内部参考电压，避免了放大器共模电平变化带来的性能下降，增加了放大器的动态范围。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (8)

1.一种指纹传感电路，其特征在于，包括：

指纹检测电容，一端耦接所述手指；

检测电极，一端耦接所述指纹检测电容；

第三开关，适于选择性地将驱动电压接入所述检测电极；

放大器，正向输入端接入固定电平的参考电压；

第一开关，适于选择性地将所述检测电极耦接至所述放大器的反相输入端；

第二开关，一端耦接所述放大器的反相输入端，另一端与所述放大器的输出端相连接；

反馈电容，一端耦接所述放大器的反相输入端，另一端与所述放大器的输出端相连接。

2.根据权利要求1所述的指纹传感检测电路，其特征在于，所述驱动为内部驱动电压；所述参考电压为内部参考电压。

3.根据权利要求2所述的指纹传感电路，其特征在于，所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关的状态通过时序信号控制。

4.根据权利要求3所述的指纹传感电路，其特征在于，所述指纹传感电路配置成具备两种工作状态，包括第一工作状态和第二工作状态；在所述第一工作状态下，所述第一开关断开，所述第二开关和所述第三开关闭合；在所述第二工作状态下，所述第一开关闭合，所述第二开关和所述第三开关断开。

5.一种如权利要求1或2所述的指纹传感电路的控制方法，其特征在于，包括：

通过时序信号控制所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关的状态。

6.根据权利要求5所述的指纹传感电路的控制方法，其特征在于，通过所述时序信号控制所述第三开关，选择性地将所述驱动电压接入所述检测电极；通过所述时序信号控制所述第一开关，选择性地将所述检测电极耦接至所述放大器的反相输入端；控制所述第二开关，选择性地将所述放大器的反相输入端和输出端相连接。

7.根据权利要求6所述的指纹传感电路的控制方法，其特征在于，通过所述时序信号的控制，所述指纹传感电路具备两种工作状态，包括第一工作状态和第二工作状态；在所述第一工作状态下，所述第三开关将所述驱动电压接入所述检测电极，所述第一开关断开所述检测电极与所述放大器的反相输入端的连接，所述第二开关将所述放大器的反相输入端和输出端相连接；在所述第二工作状态下，所述第三开关断开所述驱动电压接入所述检测电极，所述第一开关将所述检测电极与所述放大器的反相输入端相连接，所述第二开关，断开所述放大器的反相输入端和输出端的连接。

8.根据权利要求7所述的指纹传感电路的控制方法，其特征在于，所述第一工作状态和所述第二工作状态完成后，所述指纹传感电路输出变化量为：

Vout＝(VP-VREF)C1/C2；

其中，VP为所述驱动电压；VREF为所述参考电压；C1为所述纹检测电容；C2为所述反馈电容；Vout为指纹传感电路的电压输出信号。