CN107480574A - 指纹识别系统、驱动电路及指纹识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种指纹识别系统。指纹识别系统包括感测面板以及驱动电路。感测面板包括多个传感器。传感器经由两信号传递路径分别传递感测信号以及参考信号。驱动电路耦接至感测面板。驱动电路用以驱动感测面板，并且依据感测信号以及参考信号进行指纹识别操作。感测信号以及参考信号形成差动信号对。驱动电路依据感测信号以及参考信号产生指纹识别信号。一种驱动电路以及指纹识别方法亦被提出。

Description

指纹识别系统、驱动电路及指纹识别方法

技术领域

本发明涉及一种指纹识别技术，且特别涉及一种指纹识别系统、驱动电路及指纹识别方法。

背景技术

在指纹识别的技术领域中，指纹识别技术可分为光学式、热感应式、超音波式与电容式等，并且这些指纹识别技术在目前各式电子装置中皆有不同的应用与结合。特别是电容式的指纹识别技术在目前有较广泛应用，其指纹识别的方式是针对指纹的凹凸纹路变化进行识别，以取得指纹信息。由于指纹上具有不同的凹凸纹路，因此当指纹接触感测面板时，感测面板上的不同感测区域的电容值将分别对应所接触到的不同纹路发生改变，其中指纹的凹部感应电容值较小，而在指纹的凸部感应的电容值较大。然而，指纹的纹路变化幅度相当微小，相对在感测面板上感应的电容值可能只有0.1法拉和1法拉的差别。所以，在进行指纹识别的时候，若有噪声干扰的存在，指纹识别系统接收关于电容值变化的感测信号以进行分析电容值变化时，将容易受到噪声的影响，造成信号的误判以影响指纹识别的准确度。因此，如何克服噪声干扰以提升指纹识别的准确度是目前相当重要的课题。

发明内容

本发明提供一种指纹识别系统、驱动电路及指纹识别方法，可有效的解决信号在信号传递路径上的噪声干扰。

本发明的一种指纹识别系统包括感测面板以及驱动电路。感测面板包括多个传感器，其中各传感器经由两信号传递路径分别传递感测信号以及参考信号。驱动电路耦接至感测面板，用以驱动感测面板。驱动电路依据感测信号以及参考信号进行指纹识别操作，其中感测信号以及参考信号形成差动信号对。驱动电路依据感测信号以及参考信号产生指纹识别信号。

在本发明的一实施例中，上述的各传感器经由两开关元件分别连接两信号传递路径。两开关元件用以进行相同的切换操作，其中这些传感器分别对应感测面板的多个感测区域。各传感器通过两开关元件的其中之一来决定是否输出对应感测区域的电容值。

在本发明的一实施例中，上述的两个信号传递路径为对称配置，以具有相同的等效负载。

在本发明的一实施例中，上述的感测信号依据电容值以及两信号传递路径的其中之一的寄生电容值来决定。

在本发明的一实施例中，上述的参考信号依据两信号传递路径的其中之另一的寄生电容值来决定。

在本发明的一实施例中，上述的驱动电路包括信号处理电路。信号处理电路用以接收感测信号以及参考信号，并且依据感测信号以及参考信号进行差值运算以取得该指纹识别信号。

在本发明的一实施例中，上述的信号处理电路为差动放大器电路。

在本发明的一实施例中，上述的驱动电路还包括电压供应电路。电压供应电路通过两电阻器分别耦接至两个信号传递路径。电压供应电路用以提供相同的偏压至两个信号传递路径以驱动感测面板。

本发明的一种驱动电路适用于驱动感测面板，其中感测面板包括多个传感器以及两信号传递路径。驱动电路包括信号处理电路。信号处理电路耦接至感测面板。信号处理电路用以经由两信号传递路径分别接收感测信号以及参考信号，并且依据感测信号以及参考信号进行指纹识别操作。感测信号以及参考信号形成差动信号对。驱动电路依据感测信号以及参考信号产生指纹识别信号。

在本发明的一实施例中，上述的传感器经由两开关元件分别连接两信号传递路径。两开关元件用以进行相同的切换操作，其中这些传感器分别对应感测面板的多个感测区域。各传感器通过两开关元件的其中之一来决定是否传递对应感测区域的电容值。

在本发明的一实施例中，上述的两个信号传递路径为对称配置，以具有相同的等效负载。

在本发明的一实施例中，上述的各传感器用以感测对应感测区域的电容值。感测信号依据电容值以及两信号传递路径的其中之一的寄生电容值来决定。

在本发明的一实施例中，上述的参考信号依据两信号传递路径的其中之另一的寄生电容值来决定。

在本发明的一实施例中，上述的信号处理电路为差动放大器电路。信号处理电路用以接收感测信号以及参考信号，并且依据感测信号以及参考信号进行差值运算以取得指纹识别信号。

在本发明的一实施例中，上述的驱动电路还包括电压供应电路。电压供应电路通过两电阻器分别耦接至两个信号传递路径。电压供应电路用以提供相同的偏压至两个信号传递路径以驱动感测面板。

本发明的一种指纹识别方法适用于感测面板，其中感测面板包括多个传感器以及两信号传递路径。指纹识别方法包括：利用两信号传递路径分别传递感测信号以及参考信号。依据感测信号以及参考信号进行指纹识别操作以产生指纹识别信号，其中该感测信号以及该参考信号形成一差动信号对。

在本发明的一实施例中，上述的多个传感器分别对应感测面板的多个感测区域。各传感器用以感测对应感测区域的电容值。感测信号依据电容值以及两信号传递路径的其中之一的寄生电容值来决定。

在本发明的一实施例中，上述的参考信号依据两信号传递路径的其中之另一的寄生电容值来决定。

在本发明的一实施例中，上述利用驱动电路依据感测信号以及参考信号进行指纹识别操作的步骤包括：依据感测信号以及参考信号以进行差值运算以取得指纹识别信号。

基于上述，指纹识别系统通过在感测面板当中配置的两信号传递路径，传递形成差动信号对的感测信号以及参考信号至驱动电路。驱动电路藉此利用参考信号抵销感测信号当中的噪声，可有效的解决信号在信号传递路径上的噪声干扰。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合说明书附图作详细说明如下。

附图说明

图1绘示本发明一实施例的指纹识别系统的概要示意图。

图2A绘示本发明一实施例的的指纹识别信号的波形示意图。

图2B绘示本发明一实施例的的感测信号的波形示意图。

图3绘示本发明另一实施例的指纹识别系统的概要示意图。

图4绘示图3实施例的指纹识别系统的信号示意图。

图5绘示本发明一实施例的指纹识别方法的流程图。

附图标记说明：

10、30：指纹识别系统

100、300：感测面板

110、310_1～310_N：传感器

120、130、320、330：信号传递路径

140、150、340_1～340_N、350_1～350_N：开关元件

200、400：驱动电路

410：信号处理电路

411：差动放大器电路

412：模拟/数字转换器

420：电压供应电路

430、440：电阻器

FIS：指纹识别信号

FS：参考信号

SR、SR1～SRN：感测区域

SS：感测信号

S510、S520：步骤

具体实施方式

在本案说明书全文(包括权利要求)中所使用的「耦接」一词可指任何直接或间接的连接手段。举例而言，若文中描述驱动电路耦接至该感测面板，则应该被解释成驱动电路可以直接连接于感测面板，或者驱动电路可以通过其他装置、导线或某种连接手段而间接地连接至感测面板。另外，凡可能之处，在附图及实施方式中使用相同标号的元件/构件/步骤代表相同或类似部分。不同实施例中使用相同标号或使用相同用语的元件/构件/步骤可以相互参照相关说明。

图1绘示本发明一实施例的指纹识别系统的概要示意图。请参考图1。本实施例的指纹识别系统10包括感测面板100以及驱动电路200。感测面板100包括多个传感器110。这些传感器110对应感测面板100的多个感测区域SR，其中这些传感器110用以一对一方式感测这些感测区域SR的电容值。各传感器110是经由两信号传递路径120、130分别传递感测信号SS以及参考信号FS。

在本实施例中，感测面板100还包括多个开关元件以及两信号传递路径120、130，其中各传感器110经由两开关元件140、150分别连接两信号传递路径120、130。开关元件140、150用以进行相同的切换操作，其中各传感器110通过开关元件140来决定是否传递感测的电容值。

在本实施例中，驱动电路200耦接至感测面板100。驱动电路200用以驱动感测面板100，并且依据感测信号SS以及参考信号FS进行指纹识别操作，其中感测信号SS以及参考信号FS形成差动信号对。驱动电路200依据感测信号SS以及参考信号FS产生指纹识别信号FIS，其中驱动电路400可进一步输出指纹识别信号FIS至驱动电路400的下一级电路(图上未示)以进行下一阶段的指纹识别，但本发明并不加以限制。

在本实施例中，传感器110可以是电容传感器，而感测面板100可以是电容式指纹识别面板，亦可结合触控面板、显示面板或触控显示面板等，以同时具有指纹识别以及其他触控、显示功能，但本发明并不加以限制。另外，开关元件140、150可以是传输闸、晶体管开关或是其他开关元件/电路等。

需注意的是，在本实施例中，信号传递路径130实质上不耦接至传感器110，因此信号传递路径130传递的参考信号FS不包括有感测区域SR的电容值。此外，本实施例的传感器110的电路配置以及感测区域SR的范围大小不限于图1所示，图1仅用于呈现概要的配置关系，其目的在于表达感测区域SR与信号传递路径120、130之间的耦接关系，其中信号传递路径120耦接至传感器110，以便接收由传感器110所感测的感测区域SR的电容值变化。相对的，信号传递路径130不耦接至传感器110，其中信号传递路径130是用以传递参考信号FS，并且参考信号FS可对应于感测信号SS当中的噪声波形。

具体来说，当使用者将手指放置在感测面板100上以进行指纹识别操作时，由于感测面板100的这些多个感测区域SR分别对应不同的指纹纹路，这些传感器110可分别感测到不同的电容值，其中各传感器110可分别通过开关元件140以分时传输的方式经由信号传递路径120来传递感测的电容值至驱动电路200，以利用驱动电路200进行指纹识别操作。然而，当驱动电路200通过信号传递路径120接收这些传感器110所测得的电容值时，驱动电路200还可能包括接收在信号传递路径120当中因为寄生电容或者是其他开关元件所提供的电容所产生的噪声，甚至可能包括其他电路配置所衍生的噪声干扰。也就是说，感测信号SS可依据各传感器110测得的电容值以及在信号传递路径120当中的寄生电容值来决定。因此，驱动电路200所接收的感测信号SS除了具有传感器110所接收到的电容值变化之外，还包括在信号传递路径120当中的寄生电容所提供的噪声。

在本实施例中，驱动电路200经由信号传递路径130接收参考信号FS。信号传递路径130可与信号传递路径120为对称配置，以具有相同的等效负载。各传感器110的开关元件150与开关元件140也可以是对称配置，并且具有相同的切换操作。因此，信号传递路径130与信号传递路径120将具有相同的寄生电容效应，以便产生相同的噪声干扰。也就是说，参考信号FS可依据信号传递路径130的寄生电容值来决定。因此，驱动电路200所接收参考信号FS可以是在信号传递路径130当中的寄生电容所提供的噪声。

需注意的是，在本实施例中，由于信号传递路径120可与信号传递路径130为对称配置，信号传递路径120、130的电路具有相同的电路结构以及电子元件布局，例如具有相同开关数量，并且信号传递路径120、130为对称配置，其中开关元件140与对应的开关150进行相同的切换操作。在本实施例中，信号传递路径120、130的差别在于，信号传递路径120将通过多个开关140的切换动作传递传感器110感测的电容值，而信号传递路径130虽然耦接至具有与这些开关140对称配置的多个开关150，但这些开关150不传递传感器110感测的电容值。这些开关150的一端耦接至信号传递路径130，而另一端可以是接地、浮接或是耦接至特定电压电平等，本发明并不加以限制。也就是说，感测信号SS以及参考信号FS具有相同的噪声干扰信号，但感测信号SS进一步包括传感器110的电容值变化。因此，通过感测信号SS以及参考信号FS形成差动信号对，驱动电路200可接收感测信号SS以及参考信号FS进行差值运算以删除感测信号SS当中的噪声，并且取得指纹识别信号FIS。

图2A绘示本发明一实施例的指纹识别信号的波形示意图。图2B绘示本发明一实施例的感测信号的波形示意图。

图2A所示的感测信号SS的波形示意图为代表指纹的凹凸变化造成的电容值1f与0.1f变化以及噪声干扰，请参考图1、2A。在本实施例中，驱动电路200经由信号传递路径120接收感测信号SS，其中感测信号SS包括这些传感器110所测得的电容值变化以及在信号传递路径120当中因为寄生电容或者是其他开关元件所提供的电容所产生的噪声。在本实施例中，感测信号SS当中的传感器110所测得的电容值变化以及噪声将混在一起。因此，感测面板100当中可配置有另一信号传递路径130，用以传递具有与信号传递路径120相同噪声的参考信号FS，且参考信号FS不包括有传感器110所测得的电容值变化。因此，驱动电路200可利用参考信号FS以及感测信号SS进行差值运算，以消除感测信号SS当中的噪声波形。

图2B所示的指纹识别信号FIS的波形示意图为代表指纹的凹凸变化造成的电容值1f与0.1f变化，请参考图1、2B。在本实施例中，驱动电路200利用感测信号SS以及参考信号FS形成的差动信号对进行差值运算，将感测信号SS当中的噪声波形通过具有相同噪声波形的参考信号FS扣除。因此，驱动电路200将获得例如图2B所示的指纹识别信号FIS，在本实施例中，指纹识别信号FIS将具有明确关于指纹纹路的电容值的波形变化可提供于驱动电路200的下一级电路(图上未示)进行指纹识别。

图3绘示本发明另一实施例的指纹识别系统的概要示意图。请参考图3，本实施例的指纹识别系统30包括感测面板300以及驱动电路400。感测面板300包括多个传感器310_1～310_N。这些传感器310_1～310_N一对一对应感测面板300的多个感测区域SR1～SRN，并且这些传感器310_1～310_N用以分别感测这些感测区域SR1～SRN的电容值，其中N为大于零的正整数。各传感器310_1～310_N是经由两信号传递路径320、330分别传递感测信号SS以及参考信号FS。

在本实施例中，感测面板300还包括多个开关元件以及两信号传递路径320、330，其中传感器310_1～310_N经由开关元件340_1～340_N以及350_1～350_N用以分别连接信号传递路径320、330。相对应的开关元件分别用以进行相同的切换操作，其中传感器310_1～310_N分别通过开关元件340_1～340_N来决定是否传递感测的电容值。

需注意的是，在本实施例中，信号传递路径330实质上不耦接至传感器310_1～310_N，因此信号传递路径330传递的参考信号FS不包括有感测区域SR1～SRN的电容值。此外，本实施例的传感器310_1～310_N的电路配置以及感测区域SR1～SRN的范围大小不限于图3所示，图3仅为范例示意图，其目的在于表达感测区域SR1～SRN与信号传递路径320、330之间的耦接关系，其中信号传递路径320耦接至传感器310_1～310_N，以利用传感器310_1～310_N接收感测区域SR1～SRN的电容值变化。相对的，信号传递路径330不耦接至传感器310_1～310_N，其中信号传递路径330是用以传递参考信号FS，并且参考信号FS可对应于感测信号SS当中的噪声波形。

此外，关于本实施例的感测面板300的相关电路特征、信号传递手段、信号处理方式以及指纹识别操作可由上述图1至图2B实施例的叙述中获致足够的教示、建议与实施说明，因此不再赘述。

在本实施例中，驱动电路400包括信号处理电路410、电压供应电路420以及电阻器430、440。信号处理电路410包括差动放大器电路411，其中差动放大器电路411用以接收经由信号传递路径320、330传递的感测信号SS以及参考信号FS，并且进行差值运算以取得指纹识别信号FIS，并且将指纹识别信号FIS的运算结果输出至驱动电路400的下一级电路(图上未示)进行下一阶段的指纹识别。然而，在另一实施例中，驱动电路400可进一步包括模拟/数字转换器412，用以接收指纹识别信号FIS以进行模拟/数字转换，而再将转换结果输出至驱动电路400的下一级电路(图上未示)以进行下一阶段的指纹识别运算，但本发明并不加以限制。

在本实施例中，电压供应电路420通过两电阻器430、440分别耦接至信号传递路径320、330，用以提供相同的偏压至信号传递路径320、330以驱动感测面板300。具体来说，由于信号传递路径320、330为对称配置并且具有相同的等效负载，因此电压供应电路420通过两电阻器430、440提供相同的偏压至信号传递路径320、330。因此，信号传递路径320、330可以产生相同的噪声干扰或是寄生电容效应，以便利用感测信号SS以及参考信号FS以形成差动信号对。

举例来说，图4绘示图3实施例的指纹识别系统的信号示意图。请参考图3、图4。在本实施例中，当传感器310_1经由导通开关元件340_1，以进行感测触控面板300的触控区域SR1的电容值变化时，开关元件340_2～340_N可以是非导通状态，而对应的开关元件350_1～350_N为相同的切换操作。换句话说，传感器310_1将感测的电容值C1经由信号传递路径320传递的至驱动电路400。相对的，开关元件350_1也为导通状态，但是信号传递路径330不包括传递有触控区域SR1的电容值C1变化的信号波形。

在信号的传递过程中，信号传递路径330本身或是未进行感测的传感器310_2～310_N可能具有寄生电容，或者是开关元件340_2～340_N本身贡献的电容值C2～CN所导致产生的噪声。因此，驱动电路400接收的感测信号SS的信号波形将包括有触控区域SR1的电容值变化以及其他噪声干扰。然而，信号传递路径330与信号传递路径320对称配置，可用以产生相同的噪声干扰，因此驱动电路400接收的参考信号FS将包括相同于信号传递路径320的噪声干扰的信号波形。

也就是说，在本实施例中，驱动电路400可依据感测信号SS以及参考信号FS所形成的差动信号对进行差值运算，以消除感测信号SS当中的噪声干扰。因此，驱动电路400可输出指纹识别信号FIS以提供驱动电路400的下一级电路(图上未示)进行下一阶段的指纹识别，其中指纹识别信号FIS可相较于感测信号SS具有较少的噪声干扰，甚至是无噪声干扰。

需注意的是，图4为信号示意图，图4的电容值C1为代表传感器310_1感测感测区域SR1的电容值，而电容值C2～CN仅用以表示信号传递路径320、330上以及开关元件340_1～340_N、350_1～350_N的可能存在的等效电容值。

图5绘示本发明一实施例的指纹识别方法的流程图。请参考图1、图5。本实施例的指纹识别方法可至少适用于图1的指纹识别系统10，但本发明不限于此。在本实施例中，指纹识别方法至少可包含以下步骤。在步骤S510中，传感器110利用两信号传递路径120、130分别传递感测信号SS以及参考信号FS。在步骤S510中，驱动电路200依据感测信号SS以及参考信号FS进行指纹识别操作以产生指纹识别信号FIS，其中感测信号SS以及该参考信号FS形成差动信号对。

此外，关于本实施例的指纹识别系统10的相关电路特征、信号传递手段、信号处理方式以及指纹识别操作可由上述图1至图4实施例的叙述中获致足够的教示、建议与实施说明，因此不再赘述。

综上所述，在本发明的实施例中，指纹识别系统利用配置在感测面板当中的两信号传递路径分别传递感测信号以及参考信号，其中指纹识别系统通过两信号传递路径对称配置以使两信号传递路径具有相同的负载以及噪声干扰，因此感测信号以及参考信号包括有相同的噪声。因此，驱动电路利用感测信号以及参考信号形成差动信号对以进行差值运算，可有效的消除解决信号在信号传递路径上的噪声干扰，并进一步取得指纹识别信号。

虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的变动变动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。

Claims (19)

1.一种指纹识别系统，包括：

一感测面板，包括多个传感器，其中各该传感器经由两信号传递路径分别传递一感测信号以及一参考信号；以及

一驱动电路，耦接至该感测面板，用以驱动该感测面板，并且依据该感测信号以及该参考信号进行一指纹识别操作，

其中该感测信号以及该参考信号形成一差动信号对，该驱动电路依据该感测信号以及该参考信号产生一指纹识别信号。

2.如权利要求1所述的指纹识别系统，其中该些传感器经由两开关元件分别连接该两信号传递路径，该两开关元件用以进行一相同的切换操作，其中该些传感器分别对应该感测面板的多个感测区域，各该传感器通过该两开关元件的其中之一来决定是否传递该对应感测区域的一电容值。

3.如权利要求2所述的指纹识别系统，其中该两个信号传递路径为对称配置，以具有相同的等效负载。

4.如权利要求3所述的指纹识别系统，其中该感测信号依据该电容值以及该两信号传递路径的其中之一的寄生电容值来决定。

5.如权利要求4所述的指纹识别系统，其中该参考信号依据该两信号传递路径的其中之另一的寄生电容值来决定。

6.如权利要求1所述的指纹识别系统，其中该驱动电路包括：

一信号处理电路，用以接收该感测信号以及该参考信号，并且依据该感测信号以及该参考信号进行一差值运算以取得该指纹识别信号。

7.如权利要求6所述的指纹识别系统，其中该信号处理电路包括一差动放大器电路。

8.如权利要求6所述的指纹识别系统，其中该驱动电路还包括：

一电压供应电路，该电压供应电路通过两电阻器分别耦接至该两个信号传递路径，用以提供一相同的偏压至该两个信号传递路径以驱动该感测面板。

9.一种驱动电路，适用于驱动一感测面板，其中该感测面板包括多个传感器以及两信号传递路径，该驱动电路包括：

一信号处理电路，耦接至该感测面板，用以经由该两信号传递路径分别接收一感测信号以及一参考信号，并且依据该感测信号以及该参考信号进行一指纹识别操作，

其中该感测信号以及该参考信号形成一差动信号对，该驱动电路依据该感测信号以及该参考信号产生一指纹识别信号。

10.如权利要求9所述的驱动电路，其中该些传感器经由两开关元件分别连接该两信号传递路径，该两开关元件用以进行一相同的切换操作，其中该些传感器分别对应该感测面板的多个感测区域，各该传感器通过该两开关元件的其中之一来决定是否传递该对应感测区域的一电容值。

11.如权利要求10所述的驱动电路，其中该两个信号传递路径为对称配置，以具有相同的等效负载。

12.如权利要求11所述的驱动电路，其中该感测信号依据该电容值以及该两信号传递路径的其中之一的寄生电容值来决定。

13.如权利要求12所述的驱动电路，其中该参考信号依据该两信号传递路径的其中之另一的寄生电容值来决定。

14.如权利要求9所述的驱动电路，其中该信号处理电路包括一差动放大器电路，用以接收该感测信号以及该参考信号，并且依据该感测信号以及该参考信号进行一差值运算以取得该指纹识别信号。

15.如权利要求9所述的驱动电路，其中该驱动电路还包还包括：

一电压供应电路，该电压供应电路通过两电阻器分别耦接至该两个信号传递路径，用以提供一相同的偏压至该两个信号传递路径以驱动该感测面板。

16.一种指纹识别方法，适用于一感测面板，其中该感测面板包括多个传感器以及两信号传递路径，该指纹识别方法包括：

利用该两信号传递路径分别传递一感测信号以及一参考信号；以及

依据该感测信号以及该参考信号进行一指纹识别操作以产生一指纹识别信号，其中该感测信号以及该参考信号形成一差动信号对。

17.如权利要求16所述的指纹识别方法，其中该些传感器分别对应该感测面板的多个感测区域，各该传感器用以感测该对应感测区域的一电容值，并且该感测信号依据该电容值以及该两信号传递路径的其中之一的寄生电容值来决定。

18.如权利要求17所述的指纹识别方法，其中该参考信号依据该两信号传递路径的其中之另一的寄生电容值来决定。

19.如权利要求16所述的指纹识别方法，其中依据该感测信号以及该参考信号进行该指纹识别操作的步骤包括：

依据该感测信号以及该参考信号以进行一差值运算以取得该指纹识别信号。