CN107632206A - 一种手指触碰电容检测装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

一种手指触碰电容检测装置，包括放大器、第一计数器和第二计数器；第一计数器和第二计数器的计数端口与系统时钟输出端口相连，第二计数器控制端口与参考电源端口相连；放大器输出端与第一计数器的控制端口相连，放大器第一输入端与可调电压电源端口相连，放大器第二输入端与开关S2第一端相连，该开关S2第二端经手指电容C_finger接地，开关S2第二端还经开关S1与充电电源端口相连；放大器第二输入端还与基准电容C_p第一端相连，基准电容C_p第二端经开关S4接地，基准电容C_P第二端还经开关S3与充电电源端口相连。本发明解决现有的电容检测电路所存在低精度问题，提高检测可靠性。

Description

一种手指触碰电容检测装置及其工作方法

技术领域

本发明涉及指纹识别领域，具体涉及一种手指触碰电容检测装置。

背景技术

随着生物识别技术的飞速发展以及半导体芯片的小型化趋势，指纹识别技术也逐渐出现在生活的各个方面，如手机解锁、工作打卡等。作为指纹识别的低功耗手段之一，电容检测技术也越发受到重视。

出于功耗考虑，目前大部分的半导体电容指纹传感器均配备了电容检测装置。电容检测装置能够使得指纹芯片在未有手指触碰的情况下处于睡眠状态，当且仅当手指触碰，才会使能指纹采集对比功能，从而达到节约功耗的目的。传统的电容检测装置采用RC振荡器的频率变化来判断电容的变化。这种方法过于粗糙，并且RC振荡器本身易受到外界环境的干扰，故本设计提出一种新型的电容检测装置，其具有高可控性、高精度、抗干扰等特性。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种手指触碰电容检测装置及其工作方法，一种手指触碰电容检测装置具体技术方案如下：

一种手指触碰电容检测装置，其特征在于：包括放大器、第一计数器和第二计数器；

所述第一计数器和所述第二计数器的计数端口与系统时钟输出端口相连，所述第二计数器控制端口与参考电源端口相连；

所述放大器输出端与所述第一计数器的控制端口相连，所述放大器第一输入端与可调电压电源端口相连，所述放大器第二输入端与开关S2第一端相连，该开关S2第二端经手指电容C_finger接地，所述开关S2第二端还经开关S1与充电电源端口相连；

所述放大器第二输入端还与基准电容C_p第一端相连，所述基准电容C_p第二端经开关S4接地，所述基准电容C_P第二端还经开关S3与充电电源端口相连。

用于一种手指触碰电容检测装置的工作方法具体如下：

包括如下步骤：

步骤1：设置电容C_P的放电周期T，该放电周期T的值通过第二计数器对系统脉冲进行计数；

设置检测阈值数C，该检测阈值数C为当未有手指按压时，在放电周期T内，放大器输出端为低电平时，第一计数器对系统脉冲的计数设定参考值；

步骤2：分别打开开关S1和开关S4，同时，关断开关S2和开关S3，充电电源端口对手指电容C_finger进行充电；

步骤3：分别关断开关S1及开关S3，打开开关S2和开关S4，将手指电容C_finger上的电荷转移到基准电容Cp上去；

步骤4：判断第二计数器的计数是否达到检测周期数T，如果是，则进入下一步骤，否则，回到步骤2；

步骤5：判断第一计数器的输出值是否大于标准阈值数C，如果大于，则进入下一步骤，否则，进入到步骤7；

步骤6：检测结果为没有手指触碰到电容，进入步骤8；

步骤7：检测结果为有手指触碰到电容，进入步骤8；

步骤8：打开开关S1、开关S2和开关S3，关断开关S4，基准电容Cp进行放电，回到步骤2。

为更好的实现本发明，可进一步为：

所述可调电源端口的电压为Vrm，所述充电电源端口的电压为Vrp，1/2Vrp<Vrm<Vrp。

本发明的有益效果为：第一，本发明解决现有的电容检测电路所存在低精度问题，提高检测可靠性。第二，本发明通过对计数器、参考电压、充电电压的可控制配置，提高电容检测电路的可控性。上述优点使得本发明的应用范围更广，便于本发明的推广利用。

附图说明

图1为本发明电路结构示意图；

图2为图1的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图1所示：一种手指触碰电容检测装置，包括放大器、第一计数器和第二计数器，该放大器为图1中对应的COMP，该第一计数器为图1中对应的Counter1，该第二计数器为图1中对应的Counter2；

第一计数器和第二计数器的计数端口与系统时钟输出端口相连，该系统时钟输出时钟脉冲Sys_clk，第二计数器控制端口与参考电源端口相连，该参考电压端口的电压为Vdd；

放大器输出端与第一计数器的控制端口相连，放大器第一输入端与可调电压电源端口相连，该可调电压电源端口的电压为Vrm，放大器第二输入端与开关S2第一端相连，该开关S2第二端经手指电容C_finger接地，开关S2第二端还经开关S1与充电电源端口相连，该充电电压端口电压为Vrp；

放大器第二输入端还与基准电容C_p第一端相连，基准电容C_p第二端经开关S4接地，基准电容C_P第二端还经开关S3与充电电源端口相连。

如图2所示：

一种手指触碰电容检测装置的工作方法：

包括如下步骤：

步骤1：设置电容C_P的放电周期T，该放电周期T的值通过第二计数器对系统脉冲进行计数，并设置Vrp/2<Vrm<Vrp；

设置检测阈值数C，该检测阈值数C为当未有手指按压时，在放电周期T内，放大器输出端为低电平时，第一计数器对系统脉冲的计数设定参考值；

步骤2：分别打开开关S1和开关S4，同时，关断开关S2和开关S3，充电电源端口对手指电容C_finger进行充电；

步骤3：分别关断开关S1及开关S3，打开开关S2和开关S4，将手指电容C_finger上的电荷转移到基准电容Cp上去；

步骤4：判断第二计数器的计数是否达到检测周期数T，如果是，则进入下一步骤，否则，回到步骤2；

步骤5：判断第一计数器的输出值是否大于标准阈值数C，如果大于，则进入下一步骤，否则，进入到步骤7；

步骤6：检测结果为没有手指触碰到电容，进入步骤8；

步骤7：检测结果为有手指触碰到电容，进入步骤8；

步骤8：打开开关S1、开关S2和开关S3，关断开关S4，基准电容Cp进行放电，此时基准电容Cp由于两侧电压均为Vrp，故放电且不改变比较器COMP的输出值，回到步骤2。

本发明工作原理：

有手指按压时候，基准电容Cp上的电压长得快，所以低电平持续时间短，小于阈值，反之没手指按压时，大于阈值。

当未有手指接触C_finger时，手指电容C_finger大小与基准电容大小一致约5pF，均远小于人体电容，电压增量由公式确定，其中n代表步骤2和步骤3执行次数。在比较器COMP输出低电平时，系统时钟脉冲的计数次数Charge_cnt大于可调检测阈值数C。

当手指接触C_finger时，手指电容C_finger可看作与人体电容并联，手指电容C_finger的值增大10倍以上，此时电压增量ΔV减小，故比较器COMP输出低电平时，系统时钟脉冲的计数次数Charge_cnt减小使之小于可调检测阈值数C。

Claims (3)

1.一种手指触碰电容检测装置，其特征在于：包括放大器、第一计数器和第二计数器；

所述第一计数器和所述第二计数器的计数端口与系统时钟输出端口相连，所述第二计数器控制端口与参考电源端口相连；

所述放大器输出端与所述第一计数器的控制端口相连，所述放大器第一输入端与可调电压电源端口相连，所述放大器第二输入端与开关S2第一端相连，该开关S2第二端经手指电容C_finger接地，所述开关S2第二端还经开关S1与充电电源端口相连；

所述放大器第二输入端还与基准电容C_p第一端相连，所述基准电容C_p第二端经开关S4接地，所述基准电容C_P第二端还经开关S3与充电电源端口相连。

2.用于权利要求1所述一种手指触碰电容检测装置的工作方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：设置电容C_P的放电周期T，该放电周期T的值通过第二计数器对系统脉冲进行计数；

设置检测阈值数C，该检测阈值数C为当未有手指按压时，在放电周期T内，放大器输出端为低电平时，第一计数器对系统脉冲的计数设定参考值；

步骤2：分别打开开关S1和开关S4，同时，关断开关S2和开关S3，充电电源端口对手指电容C_finger进行充电；

步骤3：分别关断开关S1及开关S3，打开开关S2和开关S4，将手指电容C_finger上的电荷转移到基准电容Cp上去；

步骤4：判断第二计数器的计数是否达到检测周期数T，如果是，则进入下一步骤，否则，回到步骤2；

步骤5：判断第一计数器的输出值是否大于标准阈值数C，如果大于，则进入下一步骤，否则，进入到步骤7；

步骤6：检测结果为没有手指触碰到电容，进入步骤8；

步骤7：检测结果为有手指触碰到电容，进入步骤8；

步骤8：打开开关S1、开关S2和开关S3，关断开关S4，基准电容Cp进行放电，回到步骤2。

3.根据权利要求2所述一种手指触碰电容检测装置的工作方法，其特征在于：所述可调电源端口的电压为Vrm，所述充电电源端口的电压为Vrp，1/2Vrp<Vrm<Vrp。