CN106709446B - 一种指纹识别电路及装置 - Google Patents

Abstract

本发明适用于集成电路领域，提供了一种指纹识别电路及装置，该电路包括指纹检测模块和级联的多级调制信号发生器，最后一级调制信号发生器的输出端与指纹检测模块的调制信号接收端连接，多级调制信号发生器根据指纹检测模块和/或外部电路生成的控制信号生成调制信号并逐级放大幅度，向指纹检测模块提供调制信号，指纹检测模块的调制信号接收端为指纹检测模块的电源端或接地端。本发明采用级联的方式进行调制，产生的调制信号，每经过一个调制信号发生器，就会增加一定的幅度，最终使指纹检测模块收到的调制信号大大增强，从而满足指纹识别的灵敏度要求，避免了通过高压方式提高指纹识别灵敏度导致成本高、增设驱动芯片的问题。

Description

一种指纹识别电路及装置

技术领域

本发明属于集成电路领域，尤其涉及一种指纹识别电路及装置。

背景技术

自从苹果手机引入指纹识别技术之后，手机的开锁设置从最初的数字密码、图形解锁演变为指纹识别。当前，电容式指纹检测装置作为一种生物识别装置已经广泛应用于各种电子设备中，帮助人们进行身份认证，让我们手机的使用变得越来越安全。

然而指纹识别模组应用环境复杂，需要在指纹识别芯片表面增加保护材料，目前比较成熟的方案有蓝宝石、涂覆式(coating)、陶瓷盖板及玻璃盖板。由于前置指纹识别的流行，越来越多的玻璃盖板方案推出，但玻璃盖板的厚度越厚，手指和指纹检测电极之间的电容就越小，指纹识别的敏感度会越弱。这成为限制玻璃盖板方案的一大瓶颈。

目前电容式指纹识别技术至少分为两大类，一类被称为主动式，一类被称为被动式。主动式指纹识别需要外加调制信号，使每个检测电极根据用户指纹的纹路而产生不同的电荷变化，通过电荷放大器放大电荷差异，并经过ADC等模块处理成指纹图案，用于识别指纹特征，例如，图1示出了当前一种常见的主动式指纹识别-主动电容式浮地调制指纹检测系统的结构，包括外部电路和指纹检测系统，指纹检测系统中进一步包括：指纹检测模块101、电源管理模块102、调制信号发生器103、电平转换器104和指纹处理模块105，其中，指纹检测模块101包括检测电极的阵列、电荷放大器、ADC等功能模块。

在上述结构中，指纹检测模块101的电源SVDD、地SGND不同于整个指纹检测系统的电源和地DGND，调制信号发生器103对指纹检测模块101的地SGND进行调制，产生激励信号，引起检测电极上的电荷变化。指纹检测模块101由专门的电源管理模块102提供供电，在对地SGND调制的过程中，电源SVDD和地SGND之间的相对电压几乎保持不变。而调制信号发生器103的系统地DGND，是整个指纹检测系统的参考地，在指纹检测系统工作过程中，电势保持不变。指纹检测模块101的检测结果，通过电平转换器104和指纹处理模块105进行通信，给到指纹处理模块105对指纹信息做进一步的处理，例如提取指纹特征和加密，鉴别目标用户等，处理后再将指纹信息输出给外部电路，外部电路对整个指纹检测系统进行控制、处理以及储存指纹特征信息。

指纹检测模块101的检测原理结合图2，其中，地SGND接收到调制信号，相对系统地DGND会发生变化，波形可以是方波、正弦波等各种波形，假设调制信号幅度为Vin，检测电极和手指之间的电容为Cfinger，电荷放大器的反馈电容为Cref，则经过电荷放大器后，输出电压Vout＝(Cfinger/Cref)*Vin。当然也可以采用浮电源调制指纹检测结构，其输出电压同样为Vout＝(Cfinger/Cref)*Vin。

很明显，无论采用何种调制方式，检测单元的输出电压Vout＝(Cfinger/Cref)*Vin。当前盖板的厚度增加，则会Cfinger越来越小，而为了增加Vout，维持足够的信噪比，最直接的方法就是增加调制信号幅度Vin。当前很多方案，为了把Vin从常见的标准CMOS工艺工作电压1.8V或者3.3V提高至5V、10V甚至20V，采用了高压工艺。一般来说，会在传感器芯片外部增加一颗高压驱动芯片，这一方面增加了模组芯片数量，不利于集成，另一方面高压工艺也增加了模组成本。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种指纹识别电路，旨在解决现有指纹识别装置通过高压驱动芯片增加调制信号幅度来保持检测灵敏度导致成本高、不利于集成的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种指纹识别电路，包括指纹检测模块，所述电路还包括：

级联的多级调制信号发生器，最后一级调制信号发生器的输出端与所述指纹检测模块的调制信号接收端连接，多级调制信号发生器根据所述指纹检测模块生成的控制信号和/或外部电路生成的控制信号生成调制信号并逐级放大调制信号的幅度，向所述指纹检测模块提供调制信号，所述指纹检测模块的调制信号接收端为指纹检测模块的电源端或接地端。

本发明实施例的另一目的在于，提供一种包括上述指纹识别电路的指纹识别装置。

本发明实施例采用级联的方式进行调制，产生的调制信号，每经过一个调制信号发生器，就会增加一定的幅度，最终使指纹检测模块收到的调制信号大大增强，从而满足指纹识别的灵敏度要求，避免了通过高压方式提高指纹识别灵敏度导致成本高、增设驱动芯片的问题。

附图说明

图1为现有主动电容式浮地调制指纹检测系统的结构图；

图2为现有主动电容式浮地调制指纹检测系统中指纹检测模块的检测原理图；

图3为本发明实施例提供的指纹识别电路的结构图；

图4为本发明实施例提供的指纹识别电路的优选结构图；

图5为本发明实施例提供的浮地式指纹识别电路中调制信号发生器的一级联结构图；

图6为本发明实施例提供的浮地式指纹识别电路中调制信号发生器的另一级联结构图；

图7为本发明实施例提供的浮电源式指纹识别电路中调制信号发生器的一级联结构图；

图8为本发明实施例提供的浮电源式指纹识别电路中调制信号发生器的另一级联结构图；

图9为本发明实施例提供的基于CMOS工艺实现的单芯片式浮电源式指纹识别电路中隔离器件的剖面结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明实施例在单个指纹识别芯片中设置了两个电源域，集成了指纹传感、电压调制和接口转换功能，从而提高了封装良率，减小了基板尺寸。

图3示出了本发明实施例提供的指纹识别电路的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。

作为本发明一实施例，该指纹识别电路包括指纹检测模块10和级联的多级调制信号发生器11；

最后一级调制信号发生器11的输出端与指纹检测模块10的调制信号接收端连接，多级调制信号发生器11根据指纹检测模块10生成的控制信号和/或外部电路20生成的控制信号生成调制信号并逐级放大调制信号的幅度，向指纹检测模块10提供调制信号，指纹检测模块10的调制信号接收端为指纹检测模块10的电源端SVDD或接地端SGND。

在本发明实施例中，级联的多级调制信号发生器11中，可以令每个调制信号发生器11均通过指纹检测模块10生成的控制信号控制调制；也可以令每个调制信号发生器11均通过外部电路20生成的控制信号控制调制；还可以令每个调制信号发生器11同时通过指纹检测模块10和外部电路20生成的控制信号控制调制。

另外，该调制信号可以为方波、正弦波或锯齿波等波形，此处并不限定。

本发明实施例采用级联的方式进行调制，产生的调制信号，每经过一个调制信号发生器11，就会增加一定的幅度，最终使指纹检测模块10收到的调制信号大大增强，从而满足指纹识别的灵敏度要求，避免了通过高压方式提高指纹识别灵敏度导致成本高、增设驱动芯片的问题。

作为本发明一优选实施例，结合图4，该指纹识别电路还可以包括：

单级或级联的多级电平转换器12，第一级电平转换器12的输入端与指纹检测模块10的输出端连接，用于在不同的电源域之间传递信号；

在上述各发明实施例中，调制信号发生器11和电平转换器12级联的连接关系是指第一级的输出端与第二级的输入端连接，第二级的输出端与第三级的输入端连接，…第N-1级的输出端与第N级的输入端连接。

值得说明的是，第一级电平转换器12的输入端、输出端均可以采用I/O接口实现，可以进行数据的双向传输，例如第一级电平转换器12可以向指纹检测模块10发出控制信号，指纹检测模块10也可以向第一级电平转换器12发送检测到的指纹信息。

作为本发明一优选实施例，该指纹识别电路还可以包括：

指纹处理模块13，指纹处理模块13的处理端与最后一级电平转换器12的输出端连接，指纹处理模块13的外部连接端与外部电路20连接，用于对检测到的指纹信息做进一步的处理。

作为本发明一优选实施例，该指纹识别电路还可以包括：

驱动环14，与指纹检测模块10的外部驱动端口连接，用于在指纹检测模块10的调制信号接收端为指纹检测模块10的电源端时，改变指纹检测模块10的电源端相对系统地VSS的电位，以增强激励信号；或

驱动环14，与系统地连接，用于改善ESD性能。

图5示出了本发明实施例提供的浮地式指纹识别电路中调制信号发生器的一级联结构，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。

作为本发明一实施例，每一调制信号发生器11均包括输入端、输出端、第一控制端、第二控制端；

第一控制端接收调制源(Vsignal)信号，第二控制端接收使能(Vctrl)信号，Vsignal信号和Vctrl信号均可以为指纹检测模块10提供的控制信号或外部电路20提供的控制信号。

第一级调制信号发生器的输出端与第二级调制信号发生器的输入端连接，第二级调制信号发生器的输出端与下一级调制信号发生器的输入端连接，最后一级(第N级)调制信号发生器的输出端与指纹检测模块10的调制信号接收端连接。

在本发明实施例中，各级调制信号发生器11的第一控制端同时连接，接收共同的Vsignal信号，每级调制信号发生器11的第二控制端分别接收对应的Vctrl信号(第一级调制信号发生器对应接收Vctrl1，第N级调制信号发生器对应接收Vctrln)。

第一级调制信号发生器11包括：

缓冲器B1、与门AND1、与非门NAND1、第一开关SW1A、第二开关SW1B、第三开关SW1C和电容C1A；

缓冲器B1的输入端为调制信号发生器11的第一控制端，缓冲器B1的输出端同时与与门AND1、与非门NAND1的一输入端连接，与门AND1、与非门NAND1的另一输入端同时为调制信号发生器11的第二控制端，与门AND1、与非门NAND1的输出端分别与第二开关SW1B、第三开关SW1C的控制端连接，与门AND1的输出端还与第一开关SW1A的控制端连接，第一开关SW1A、第三开关SW1C的一端同时连接系统电源DVDD1，第二开关SW1B的一端为调制信号发生器11的输入端连接系统地DVSS，第三开关SW1C的另一端与第二开关SW1B的另一端连接，第一开关SW1A的另一端与电容C1A的一端连接，电容C1A的另一端为调制信号发生器11的输出端与第二开关SW1B的另一端连接。

以第N级调制信号发生器为例，第二级至第N级调制信号发生器11包括：

缓冲器Bn、与门ANDn、与非门NANDn、第一开关SWNA、第二开关SWNB、第三开关SWNC、电容CNA和第四开关SWND、电容CNB；

缓冲器Bn的输入端为调制信号发生器11的第一控制端，缓冲器Bn的输出端同时与与门ANDn、与非门NANDn的一输入端连接，与门ANDn、与非门NANDn的另一输入端同时为调制信号发生器11的第二控制端，与门ANDn、与非门NANDn的输出端分别与第二开关SWNB、第三开关SWNC的控制端连接，与门ANDn的输出端还与第一开关SWNA的控制端连接，缓冲器Bn的输入端还与第四开关SWND的控制端连接，第四开关SWND的一端连接系统电源DVDDN，第四开关SWND的另一端同时与第一开关SWNA、第三开关SWNC的一端连接，第四开关SWND的另一端还与电容CNB的一端连接，电容CNB的另一端为调制信号发生器11的输入端与第二开关SWNB的一端连接，第二开关SWNB的另一端与第三开关SWNC的另一端连接，第一开关SWNA的另一端为调制信号发生器11的电源输出端与电容CNA的一端连接，电容CNA的另一端为调制信号发生器11的输出端与第二开关SWNB的另一端连接。

在本发明实施例中，上述器件中的n和N对应调制信号发生器的级数，可将调制信号发生器的级数带入n或N得到对应序号的器件及其连接关系。

具体地，开关SWnA-SWnD均可以由二极管、三极管、或MOS管等半导体器件构成。

在本发明实施例中，后一级调制信号发生器11的输入端均与前一级调制信号发生器11的输出端连接，第一级调制信号发生器11的输入端连接系统地DVSS，最后一级调制信号发生器11的输出端连接指纹检测模块10的调制信号接收端，每一级调制信号发生器11分别连接对应的系统(直流)电源DVDD1～DVDDN，并且最后一级调制信号发生器11在开关导通时将电源输出给指纹检测模块10供电，并同时对电容CAN充电，在开关断开时电容CAN作为短时电源为指纹检测模块10供电。在本发明实施例中，调制信号发生器11的工作分成两个时相：

第一个时相时，Vsignal＝0，SW1A～SWNA、SW1B～SWNB、SW2D～SWND都闭合，SW1C～SWNC都断开，V(DVDD1)＝V(SVDD1)，V(DVDD2)＝V(SVDD2A)＝V(SVDD2B)……指纹检测模块10的电源电压即为V(SVDDNB)＝V(DVDDN)，地V(SVSSN)＝V(SVSS1)＝V(SVSS2)＝……＝V(DVSS)＝0，此时调制信号为0，所有的电容都充满电；

第二个时相时，Vsignal＝1，SW2D～SWND断开，SW1A～SWNA、SW1B～SWNB、SW1C～SWNC的状态由Vctrl1～Vctrln决定，当第X级(X＝1，2，……，n)调制信号发生器11Vctrlx＝0时，此级不参与调制指纹检测模块10的地信号；相反，如果Vctrlx＝1，则此级参与调制指纹检测模块10的地信号。这样，有选择性地多级级联调制信号发生器11，可以任意控制参与指纹调制的级数。

由于第2级～第N级调制信号发生器11的工作原理和状态类似，故以第1级和第2级调制信号发生器11为例来描述整个工作过程：

对于第1级调制信号发生器11，当Vsignal＝1时，假设Vctrl1＝0，则SW1A和SW1B闭合、SW1C断开，V(SVDD1)＝V(DVDD1)，V(SVSS1)＝V(DVSS)＝0，SVSS1上的电位没有变化，第1级调制信号发生器11不参与信号调制。而如果Vctrl1＝1，则SW1A和SW1B断开、SW1C闭合，V(SVSS1)＝V(DVDD1)，SVSS1的电位抬升了DVDD1的电压幅度，第1级调制信号发生器11参与了信号调制。此时C1上存储的电荷临时为第1级调制信号发生器11的其他电路供电，保持SVDD1和SVSS1之间的相对电压不变。

对于第2级调制信号发生器11，当Vsignal＝1时，SW2D必定断开。假设Vctrl2＝0，SW2A和SW2B闭合、SW2C断开，V(SVSS1)＝V(SVSS2)，V(SVDD2A)＝V(SVDD2B)。C2A和C2B上存储的电荷临时为第2级调制信号发生器11的其他电路供电，保持SVDD2A和SVSS1、SVDD2B和SVSS2之间的相对电压不变。这样，第2级调制信号发生器11并没有参与把指纹检测模块10的地电位抬升，不参与了信号调制。而假设Vctrl2＝1，SW2A、SW2B断开，SW2C闭合，V(SVSS2)＝V(SVDD2A)，由于C2A保持SVDD2A和SVSS1的相对电压不变，因此SVSS2相对SVSS1电压抬升了DVDD2的电压幅度。第2级调制信号发生器11参与了信号调制。此时C2A和C2B上存储的电荷临时为第2级调制信号发生器11的其他电路供电，保持各自两端的相对电压不变。其他第X级(X>2)调制信号发生器11的工作原理以此类推。

最终，调制信号的幅度，最低为DVDD1～DVDDN的最小电压，最高为DVDD1～DVDDN的电压之和。

由于每一级调制信号发生器11的电源域都不相同，所以图中的缓冲器、与门和与非门除了对应的逻辑功能外，还充当电平转换器12的功能，把接收到的控制信号转换为各自电源域的信号。

能够想到地，图5的实施例以指纹检测模块10的调制信号接收端为接地端为例，当然指纹检测模块10的调制信号接收端也可以为电源端，参见图7，可以实现指纹检测模块10的电源SVDDNB的负电压调制，调制幅度的绝对值最小为DVDD1～DVDDN的最小电压，最高为DVDD1～DVDDN的电压之和，调制的方向为负电压。

在图5中调制信号发生器11的一级联结构，每一级的调制信号发生器11，都需要一个直流电源DVDDX供电，这样就需要多组电源，本发明提供了另一种调制信号发生器11的一级联结构，参见图6，图6的级联结构可以省去第二组电源，当然，也可以参照此方法，省去其他组电源。

图6中多级调制信号发生器11级联的结构具体为：

第一级调制信号发生器11包括：

缓冲器B1、与门AND1、与非门NAND1、第一开关SW1A、第二开关SW1B、第三开关SW1C和电容C1A；

缓冲器B1的输入端为调制信号发生器11的第一控制端，缓冲器B1的输出端同时与与门AND1、与非门NAND1的一输入端连接，与门AND1、与非门NAND1的另一输入端同时为调制信号发生器11的第二控制端，与门AND1、与非门NAND1的输出端分别与第二开关SW1B、第三开关SW1C的控制端连接，与门AND1的输出端还与第一开关SW1A的控制端连接，第一开关SW1A、第三开关SW1C的一端同时为为调制信号发生器11的电源端连接系统电源DVDD1，第二开关SW1B的一端为调制信号发生器11的输入端连接系统地DVSS，第三开关SW1C的另一端与第二开关SW1B的另一端连接，第一开关SW1A的另一端SVDD1为调制信号发生器11的电源输出端与电容C1A的一端连接，电容C1A的另一端为调制信号发生器11的输出端与第二开关SW1B的另一端连接。

以第N级调制信号发生器为例，第二级至第N级调制信号发生器11包括：

缓冲器Bn、与门ANDn、与非门NANDn、第一开关SWNA、第二开关SWNB、第三开关SWNC、电容CNA和第四开关SWND、电容CNB；

缓冲器Bn的输入端为调制信号发生器11的第一控制端，缓冲器Bn的输出端同时与与门ANDn、与非门NANDn的一输入端连接，与门ANDn、与非门NANDn的另一输入端同时为调制信号发生器11的第二控制端，与门ANDn、与非门NANDn的输出端分别与第二开关SWNB、第三开关SWNC的控制端连接，与门ANDn的输出端还与第一开关SWNA的控制端连接，缓冲器Bn的输入端还与第四开关SWND的控制端连接，第四开关SWND的一端为调制信号发生器11的电源端，第四开关SWND的另一端同时与第一开关SWNA、第三开关SWNC的一端连接，第四开关SWND的另一端还与电容CNB的一端连接，电容CNB的另一端为调制信号发生器11的输入端与第二开关SWNB的一端连接，第二开关SWNB的另一端与第三开关SWNC的另一端连接，第一开关SWNA的另一端SVDDNB为调制信号发生器11的电源输出端与电容CNA的一端连接，电容CNA的另一端为调制信号发生器11的输出端与第二开关SWNB的另一端连接。

在本发明实施例中，上述器件中的n和N对应调制信号发生器的级数，可将调制信号发生器的级数带入n或N得到对应序号的器件及其连接关系。

具体地，开关SWnA-SWnD均可以由二极管、三极管、或MOS管等半导体器件构成。

在本发明实施例中，后一级调制信号发生器11的输入端均与前一级调制信号发生器11的输出端连接，第一级调制信号发生器11的输入端连接系统地DVSS，最后一级调制信号发生器11的输出端连接指纹检测模块10的调制信号接收端，第一级调制信号发生器11的电源端连接系统(直流)电源DVDD1，第二级至第N级中的任意一级或多级调制信号发生器11的电源端均可以与第一级调制信号发生器11或前一级调制信号发生器11的电源输出端连接，例如，可以第一级、第二级调制信号发生器11公用一个系统电源，也可以第三级、第四级、第五级调制信号发生器11公用一个系统电源，从而公用系统电源，减少系统供电的数量。在此结构下，两个时相的工作状态为：

第一个时相时，Vsignal＝0，SW1A～SWNA，SW1B～SWNB仍然都闭合，SW1C～SWNC仍然都断开，这样，V(SVDD2A)＝V(SVDD2B)＝V(SVDD1)＝V(DVDD1)，也就是说，原本需要DVDD2供电的地方，变成DVDD1供电。C2A和C2B此时充满电。

第二个时相时，Vsignal＝1，SW2D断开。无论Vctrl2为0还是1，与图5的工作原理相同。

通过上述方法，省去了DVDD2这个直流电源，而间接由DVDD1来代替供电。通过此种方法，可以省去除了DVDD1之外的所有直流电源，最终实现只有DVDD1，但是调制电压的最高幅度为DVDD1的电压的N倍。

图7示出了本发明实施例提供的浮电源式指纹识别电路中调制信号发生器的一级联结构，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。

作为本发明一实施例，每一调制信号发生器11均包括输入端、输出端、第一控制端、第二控制端；

第一控制端接收调制源(Vsignal)信号，第二控制端接收使能(Vctrl)信号，Vsignal信号和Vctrl信号均可以为指纹检测模块10提供的控制信号或外部电路20提供的控制信号。

第一级调制信号发生器的输出端与第二级调制信号发生器的输入端连接，第二级调制信号发生器的输出端与下一级调制信号发生器的输入端连接，最后一级(第N级)调制信号发生器的输出端与指纹检测模块10的调制信号接收端连接。

在本发明实施例中，各级调制信号发生器11的第一控制端同时连接，接收共同的Vsignal信号，每级调制信号发生器11的第二控制端分别接收对应的Vctrl信号(第一级调制信号发生器对应接收Vctrl1，第N级调制信号发生器对应接收Vctrln)。

第一级调制信号发生器11包括：

缓冲器B1、与门AND1、与非门NAND1、第一开关SW1A、第二开关SW1B、第三开关SW1C和电容C1A；

缓冲器B1的输入端为调制信号发生器11的第一控制端，缓冲器B1的输出端同时与与门AND1、与非门NAND1的一输入端连接，与门AND1、与非门NAND1的另一输入端同时为调制信号发生器11的第二控制端，与门AND1、与非门NAND1的输出端分别与第一开关SW1A、第三开关SW1C的控制端连接，与门AND1的输出端还与第二开关SW1B的控制端连接，第一开关SW1A的一端连接系统电源DVDD1，第一开关SW1A的另一端同时连接第三开关SW1C的一端和电容C1A的一端，第三开关SW1C的另一端和第二开关SW1B的一端同时为调制信号发生器11的输入端连接系统地DVSS，第二开关SW1B的另一端为调制信号发生器11的输出端与电容C1A的另一端连接。

以第2级调制信号发生器为例，第二级至第N-1级(中间级)调制信号发生器11包括：

缓冲器B2、与门AND2、与非门NAND2、第一开关SW2A、第二开关SW2B、第三开关SW2C、电容C2A和第四开关SW2D、电容C2B；

缓冲器B2的输入端为调制信号发生器11的第一控制端，缓冲器B2的输出端同时与与门AND2、与非门NAND2的一输入端连接，与门AND2、与非门NAND2的另一输入端同时为调制信号发生器11的第二控制端，与门AND2、与非门NAND2的输出端分别与第一开关SW2A、第三开关SW2C的控制端连接，与门AND2的输出端还与第二开关SW2B的控制端连接，缓冲器B2的输入端还与第四开关SW2D的控制端连接，第四开关SW2D的一端连接系统电源DVDD2，第四开关SW2D的另一端同时与第一开关SW2A的一端、电容C2B的一端连接，第一开关SW2A的另一端同时与第三开关SW2C的一端、电容C2A的一端连接，电容C2B的另一端为调制信号发生器11的输入端同时与第三开关SW2C的另一端、第二开关SW2B的一端连接，第二开关SW2B的另一端为调制信号发生器11的输出端与电容C2A的另一端连接。

以第N级调制信号发生器为例，最后一级调制信号发生器11包括：

缓冲器Bn、与门ANDn、与非门NANDn、第一开关SWNA、第二开关SWNB、第三开关SWNC、电容CNA和第四开关SWND、电容CNB；

缓冲器Bn的输入端为调制信号发生器11的第一控制端，缓冲器Bn的输出端同时与与门ANDn、与非门NANDn的一输入端连接，与门ANDn、与非门NANDn的另一输入端同时为调制信号发生器11的第二控制端，与门ANDn、与非门NANDn的输出端分别与第一开关SWNA、第三开关SWNC的控制端连接，与门ANDn的输出端还与第二开关SWNB的控制端连接，缓冲器Bn的输入端还与第四开关SWND的控制端连接，第四开关SWND的一端连接系统电源DVDDN，第四开关SWND的另一端同时与第一开关SWNA的一端、电容CNB的一端连接，第一开关SWNA的另一端为调制信号发生器11的输出端同时与第三开关SWNC的一端、电容CNA的一端连接，电容CNB的另一端为调制信号发生器11的输入端同时与第三开关SWNC的另一端、第二开关SWNB的一端连接，第二开关SWNB的另一端与电容CNA的另一端连接。

在本发明实施例中，上述器件中的n和N对应调制信号发生器的级数，可将调制信号发生器的级数带入n或N得到对应序号的器件及其连接关系。

具体地，开关SWnA-SWnD均可以由二极管、三极管、或MOS管等半导体器件构成。

在本发明实施例中，后一级调制信号发生器11的输入端均与前一级调制信号发生器11的输出端连接，第一级调制信号发生器11的输入端连接系统地DVSS，最后一级调制信号发生器11的输出端连接指纹检测模块10的调制信号接收端，每一级调制信号发生器11分别连接对应的系统(直流)电源DVDD1～DVDDN，并且最后一级调制信号发生器11在开关导通时将电源输出给指纹检测模块10，电容CNA的另一端连接指纹检测模块10的接地端，形成电压差使电容CAN在开关导通时充电，并在开关断开时向指纹检测模块10输出短时电源。

在图7中调制信号发生器11的一级联结构，每一级的调制信号发生器11，都需要一个直流电源DVDDX供电，这样就需要多组电源，本发明提供了另一种浮电源结构的调制信号发生器11的一级联结构，参见图8，图8的级联结构可以省去第二组电源，当然，也可以参照此方法，省去其他组电源。

图8实施例中调制信号发生器11的结构与图7实施例相同，不同在于，图8实施例中，第一级调制信号发生器11的电源端连接系统(直流)电源DVDD1，第二级至第N级中的任意一级或多级调制信号发生器11的电源端均可以与第一级调制信号发生器11或前一级调制信号发生器11的电源输出端连接，例如，可以第一级、第二级调制信号发生器11公用一个系统电源，也可以第三级、第四级、第五级调制信号发生器11公用一个系统电源，从而公用系统电源，减少系统供电的数量。

图7、图8实施例中调制信号发生器11的工作原理与图5、图6实施例相同，只是改为浮电源结构，此处不再赘述。

本发明实施例采用级联的调制方法，能够化简工艺，提高集成。

优选地，该指纹检测模块10可以封装于一个芯片中，级联的多级调制信号发生器11独立于指纹检测模块10所在的芯片，封装于另一个芯片中，避免了采用高压工艺就可以实现高电压幅度的调制，极大地减小了成本。

图9示出了本发明实施例提供的基于CMOS工艺实现的单芯片式浮电源式指纹识别电路中隔离器件的剖面结构，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。

作为本发明一优选实施例，多级调制信号发生器11也可以集成进指纹检测模块10所在的芯片中，由于每一级调制信号发生器11所在的电源域均是独立的，因此需要在CMOS工艺中通过隔离器件将多个电源域之间进行隔离。

优选地，可以通过设置Deep-Nwell来隔离多个电源域，只要Deep-Nwell和PSUB之间寄生二极管的反向击穿电压够高，级联调制的级数就可以增加，通常可以支持两到三级的级联。

以两个电源域为例，分别为DVDD1/DVSS和SVDD1/SVSS1，作为第1级，DVDD1/DVSS间反相器的NMOS建立在衬底PSUB上，PMOS建立在Nwell1上。而SVDD1/SVSS1间反相器的NMOS建立在Deep-Nwell隔离的Pwell上，PMOS建立在Deep-Nwell隔离的Nwell2上。两边的器件完全隔离。Deep-Nwell和Nwell2都是N型注入，因此可以认为是短接的，即Deep-Nwell和Nwell2的电势相等，等于SVDD1的电势。在第1级调制信号发生器11的调制过程中，SVDD1的电势有可能会上升到2倍的DVDD1的电势。此时，Deep-Nwell除了作为隔离之外，由于它的注入浓度相对较低，Deep-Nwell和PSUB之间的寄生二极管的反向击穿电压较高，可以保证在此时不会发生寄生二极管的击穿事件。从第2级调制信号发生器11开始，采用和SVDD1/SVSS1间反相器的隔离方法搭建电路即可。

本发明实施例将多级调制信号发生器11集成进指纹检测模块10所在的芯片，无须更改指纹检测模块10所采用的CMOS工艺，就可以实现集成，增加了工艺的集成度。

本发明实施例的另一目的在于，提供一种包括上述指纹识别电路的指纹识别装置。

本发明实施例采用级联的方式进行调制，产生的调制信号，每经过一个调制信号发生器，就会增加一定的幅度，最终使指纹检测模块收到的调制信号大大增强，从而满足指纹识别的灵敏度要求，避免了通过高压方式提高指纹识别灵敏度导致成本高、增设驱动芯片的问题。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种指纹识别电路，包括指纹检测模块，其特征在于，所述电路还包括：

级联的多级调制信号发生器，最后一级调制信号发生器的输出端与所述指纹检测模块的调制信号接收端连接，多级调制信号发生器根据所述指纹检测模块生成的控制信号和/或外部电路生成的控制信号生成调制信号并逐级放大调制信号的幅度，向所述指纹检测模块提供调制信号，所述指纹检测模块的调制信号接收端为指纹检测模块的电源端或接地端；

所述电路还包括：

驱动环，与所述指纹检测模块的外部驱动端口连接，用于在所述指纹检测模块的调制信号接收端为指纹检测模块的电源端时，改变所述指纹检测模块的电源端相对系统地VSS的电位，以增强激励信号；或

驱动环，与系统地连接，用于改善ESD性能；

每一调制信号发生器包括：第一控制端、第二控制端、输入端和输出端；

第一级调制信号发生器的输出端与第二级调制信号发生器的输入端连接，第二级调制信号发生器的输出端与下一级调制信号发生器的输入端连接，最后一级调制信号发生器的输出端与所述指纹检测模块的调制信号接收端连接；

所述第一控制端接收调制源信号，所述第二控制端接收使能信号，各级调制信号发生器的第一控制端同时连接，接收共同的调制源信号，每级调制信号发生器的第二控制端分别接收对应的使能信号；

所述调制源信号和所述使能信号均为所述指纹检测模块或所述外部电路提供的控制信号。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述调制信号为方波、正弦波或锯齿波。

3.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电路还包括：

单级或级联的多级电平转换器，第一级电平转换器的通信端与所述指纹检测模块的输出端连接，用于在不同的电源域之间传递信号。

4.如权利要求3所述的电路，其特征在于，所述电路还包括：

指纹处理模块，所述指纹处理模块的处理端与最后一级电平转换器的处理端连接，所述指纹处理模块的外部连接端与外部电路连接，用于对检测到的指纹信息做进一步的处理。

5.如权利要求1所述的电路，其特征在于，每一级调制信号发生器分别由对应的系统电源供电，或多级调制信号发生器由一个系统电源供电。

6.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电路封装于一个芯片中，所述芯片基于CMOS工艺制成，通过在芯片中设置深阱来隔离多级调制信号发生器的电源域。

7.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述指纹检测模块封装于一个芯片中，级联的多级调制信号发生器封装于另一个芯片中。

8.一种指纹识别装置，其特征在于，所述装置包括如权利要求1-7任一项所述的指纹识别电路。