CN107924260B - 多相指纹传感器布局和构建 - Google Patents

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Abstract

电容指纹传感器包括在感测区域中的一组电容传感器电极。该组电容传感器电极包括一组发送(Tx)传感器电极、一组接收(Rx)传感器电极和一组补偿电极。指纹传感器还包括多相电容传感器，其被配置为通过将第一Tx信号施加到Tx传感器电极的第一子集并同时将第二Tx信号施加到该组Tx传感器电极的第二子集来执行对电容传感器电极的感测扫描，并且基于在该组补偿电极处接收到的补偿信号，减少源自除了感测区域处的接触之外的源的Rx信号的分量。

Description

多相指纹传感器布局和构建
相关申请
本申请是2015年12月9日提交的美国申请号为14/964,562的国际申请，并要求2015年9月9日提交的美国临时申请号62/216,263和2015年9月9日提交的美国临时申请号62/216,253的利益，所有申请通过引用以其整体并入本文。
技术领域
本公开涉及指纹传感器的领域，且特别是涉及电容指纹传感器阵列。
背景
电容感测系统通过感测在电极上产生的反应电容变化的电信号而起作用。电容的这种变化可指示触摸事件或指纹的脊和谷的存在。指纹感测可以用于各种用户界面设备(诸如移动手持设备、个人计算机和平板电脑)的安全和验证应用。用于指纹检测的电容感测的使用可以允许传感器以很大程度的可配置性被放置在用户界面设备的表面中。也就是说，传感器不局限于所有设备的单个位置。相反，指纹传感器可被设置在设备上便于特定工业设计或者优化用户的体验的位置中。
基于电容的指纹传感器通过测量诸如传感器电极的电容感测元件的电容并且检测指示存在或不存在指纹脊(或谷)的电容变化来起作用。可以使用感测元件阵列上的可识别位置处的脊和谷来重建指纹的图像以用于注册、验证和安全应用。当指纹脊与感测元件接触或紧邻感测元件时，检测由指纹脊引起的电容变化。感测元件的电容变化可以通过将从电容感测元件测量的电容转换成数字值的电路来测量。
附图简述
本公开在附图的图中通过示例而非限制的方式说明。
图1是示出处理指纹传感器数据的电子系统的实施例的框图。
图2是示出处理指纹传感器数据的电子系统的实施例的框图。
图3示出了电容指纹感测设备的一个实施例。
图4示出了根据实施例的用于电容指纹感测设备的等效电路。
图5A和图5B示出了电容指纹感测设备的实施例。
图6示出了电容指纹感测设备的实施例。
图7示出了用于电容指纹感测设备的测量电路的实施例。
图8示出了电容指纹传感器图案的实施例。
图9A和图9B示出了电容指纹传感器图案的实施例。
图10和图11示出了电容指纹传感器图案的实施例。
图12示出了根据实施例的用于对指纹进行成像的过程。
详细描述
下面的描述阐述了诸如特定系统、组件、方法等的示例的许多特定细节，以便提供对所要求保护的主题的若干实施例的良好理解。然而对本领域的技术人员将明显的是至少一些实施例可在没有这些特定细节的情况下被实施。在其他实例中，未详细描述或以简单框图形式呈现众所周知的组件或方法，以便避免不必要地模糊所要求保护的主题。因此，阐述的特定细节仅仅是示例性的。特定的实施方式可根据这些示例性细节而变化，并且仍然被设想为在要求保护的主题的精神和范围内。
在一个实施例中，指纹传感器包括用于指纹的互电容扫描的电容传感器电极阵列。对于互电容扫描方法，相交的传感器电极对之间的电容通过将来自该对中的发送(Tx)电极的信号传输到该对中的接收(Rx)电极来检测。在指纹传感器中，传感器电极阵列可以覆盖有厚度可以是例如50μm或更多的保护涂层或覆盖层。通过这个厚度的覆盖层的指纹的互电容感测可以产生相对小的信号和相应小的信噪比(SNR)。小的SNR导致指纹图像匹配性能较差。
通过使用多相Tx(MPTx)扫描可以增加SNR，其中多个Tx传感器电极被同时激励。然而，使用MPTx扫描可以增加输入基线(即偏移)信号，导致传感器的可用动态范围减小。例如，在使用低噪声放大器(LNA)来放大Rx信号的实施例中，增加的基线可导致LNA饱和，最终导致不希望的非线性失真。相反，在其线性范围内操作时放大高基线信号的LNA将与具有更高分辨率和/或更大动态范围的更高成本的模数转换器(ADC)配对，以便从大的基线信号中分辨出小的指纹信号。
在一个实施例中，除了电容传感器阵列中的Tx和Rx传感器电极之外，指纹传感器还包括一组一个或更多个补偿电极。该组补偿电极可以用来补偿不想要的信号分量。在一个实施例中，补偿电极用于产生补偿信号，其可以与Rx信号组合以减少不想要的信号分量。Rx信号中的不想要的信号分量可以包括例如由MPTx测量方法产生的增加的基线信号、由手指注入的噪声或源于除感兴趣的信号(即，在感测区域的指纹接触)外的源的Rx信号的另一分量。
基线补偿可以通过使用与一个或更多个Tx电极电容耦合但与指纹感测区域隔离的基线补偿电极注入补偿电荷来实现。例如，基线补偿电极可以位于远离手指将可能被放置或滑动的位置处，或者可以与感测区域电屏蔽。施加到一个或更多个Tx电极的Tx信号通过与基线补偿电极的电容耦合感应出补偿信号，该补偿信号是基线补偿电流。基线补偿电流减小了由感测区域中的传感器电极的MPTx感测产生的基线电流。
在一个实施例中，补偿电极中的一个或更多个可以被用作用于高灵敏度测量和实时消除噪声的噪声监听器电极(noise listener electrode)。噪声监听器电极可以位于其中可以接收由指尖注入的噪声信号的区域中，诸如在感测区域之外并且邻近感测区域，或者在感测区域内。然后，可以与主电容传感器阵列的互电容测量同时测量从指尖注入的噪声。在一个实施例中，噪声监听器电极的面积基本上等于常规的Rx电极的面积，从而与手指的电容耦合相等。因此，噪声监听器电极可用于生成可用于减少Rx信号的不想要的噪声分量的补偿信号。
图1示出了电子系统100的一个实施例的框图，该电子系统包括可被配置为通过测量来自包括电容传感器阵列的触摸感测表面116的电容来产生指纹图像的处理设备110。电子系统100包括耦合到处理设备110和主机150的触摸感测表面116(例如，指纹传感器)。在一个实施例中，触摸感测表面116是使用传感器阵列121检测表面116上的触摸的二维用户界面。
在一个实施例中，传感器阵列121包括被设置为二维矩阵(也被称为XY矩阵)的传感器电极121(1)-121(N)(其中，N是正整数)。传感器阵列121经由传送多个信号的一个或更多个模拟总线115被耦合到处理设备110的引脚113(1)-113(N)。在这个实施例中，每个传感器电极121(1)-121(N)被表示为电容器。
在一个实施例中，电容传感器101可以包括将电容转换为测量值的张弛振荡器或其他装置。电容传感器101还可以包括测量振荡器输出的计数器或计时器。处理设备110还可以包括将计数值(例如，电容值)转换为传感器电极检测判定(也被称为切换检测判定)或相对幅值的软件组件。应注意的是，测量电容有各种已知方法，诸如电流对电压相移测量、电阻器-电容器充电计时、电容桥分频器、电荷转移、逐次逼近、sigma-delta调制器、电荷积累电路、场效应、互电容、频移或其他电容测量算法。然而，应注意的是，取代评估相对于阈值的原始计数，电容传感器101可以评估其它测量结果以确定用户交互。例如，在具有sigma-delta调制器的电容传感器101中，电容传感器101评估输出的脉冲宽度的比率，以取代在特定阈值之上或之下的原始计数。
在一个实施例中，处理设备110还包括处理逻辑102。处理逻辑102的操作可以在固件中实现；可替代地，其可以在硬件或软件中实现。处理逻辑102可以接收来自电容传感器101的信号，以及确定传感器阵列121的状态，例如物体(例如，手指)是在传感器阵列121上还是在接近传感器阵列121处被检测到(例如，确定手指的存在)、跟踪物体的运动、基于所接收的信号或其他有关在触摸检测器处检测到的物体的信息检测特征(例如，指纹脊和谷)。
在另一个实施例中，处理设备110可以向主机150发送原始数据或部分处理过的数据，而不是在处理设备110中执行处理逻辑102的操作。如图1所示，主机150可以包括执行处理逻辑102的部分或全部操作的判决逻辑151。判决逻辑151的操作可以在固件、硬件、软件或它们的组合中实施。主机150可以包括应用152中的高级应用程序接口(API)，应用452执行对接收到数据的例程，例如补偿灵敏度差异、其他补偿算法、基线更新例程、启动和/或初始化例程、插值运算或缩放操作。关于处理逻辑102描述的操作可以在判决逻辑151、应用152中实施，或在处理设备110外部的其他硬件、软件和/或固件中实施。在一些其他实施例中，处理设备110是主机150。
在另一个实施例中，处理设备110也可以包括非感测动作块103。这个块103可以被用于处理数据和/或从主机150接收数据/向主机450传送数据。例如，附加的组件可以被实施，以与传感器阵列121一起操作处理设备110(例如，键盘、小键盘、鼠标、轨迹球、LED、显示器或其他外围设备)。
处理设备110可以驻留在公共载体基板(诸如例如集成电路(IC)管芯基板或多芯片模块基板)上。可替代地，处理设备110的组件可以是一个或更多个独立的集成电路和/或分立组件。在一个实施例中，处理设备110可以是由加利福尼亚州圣何塞的Cypress半导体公司开发的片上可编程系统(PSoCTM)处理设备。可替代地，处理设备110可以是本领域的普通技术人员已知的一种或更多种其他处理设备，诸如微处理器或中央处理单元、控制器、专用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程设备。在替代实施例中，例如，处理设备110可以是网络处理设备，该网络处理设备具有包括核心单元和多个微引擎的多个处理器。另外，处理设备110可以包括通用处理设备和专用处理设备的任何组合。
在一个实施例中，电子系统100在包括触摸感测表面116的设备中被实现为用户界面，诸如手持式电子设备、便携式电话、蜂窝电话、笔记本电脑、个人计算机、个人数据助理(PDA)、电话亭、键盘、电视、远程控制装置、监视器、手持多媒体设备、手持视频播放器、游戏设备、家庭或工业电器的控制面板或其他计算机外围设备或输入设备。可替代地，电子系统100可以被用于其他类型的设备中。应当注意的是，电子系统100的组件可包括上述所有组件。可替代地，电子系统100可以只包括上述组件中的某些组件，或包括未在这里列出的附加组件。
图2是示出将测量的电容的变化转换成指纹图像的电容传感器101和电容触摸传感器阵列121的一个实施例的框图。基于在测量的电容相对于在未触摸状态时同一个触摸传感器阵列121的电容的变化来计算坐标。在一个实施例中，传感器阵列121和电容传感器101在诸如电子系统100的系统中实施。传感器阵列121包括N×M个电极(N个接收电极和M个发送电极)的矩阵225，其还包括发送(Tx)电极222和接收(Rx)电极223。矩阵225中的每个电极通过多路解复用器212和多路复用器213与电容感测电路101连接。
电容传感器101包括多路复用器控制装置211、多路解复用器212和多路复用器213、时钟发生器214、信号发生器215、解调电路216以及模数转换器(ADC)217。
在电极矩阵225中的发送和接收电极在保持彼此的电流隔离时可以被布置成使得发送电极中的每个电极与接收电极中的每个电极重叠和交叉以便形成交叉点的阵列。因此，每个发送电极可以与每个接收电极电容耦合。例如，发送电极222与接收电极223在发送电极222和接收电极223重叠的点上电容耦合。
时钟发生器214向信号发生器215提供时钟信号，信号发生器产生提供给触摸传感器阵列121的发送电极的TX信号224。在一个实施例中，信号发生器215包括根据来自时钟发生器214的时钟信号操作的一组开关。开关可以通过将信号发生器215的输出端周期性地连接到第一电压并随后连接到第二电压来生成TX信号224，其中所述第一电压和第二电压是不同的。
信号发生器215的输出端与多路解复用器212连接，这允许Tx信号224被施加到传感器阵列121的M个发送电极中的任一个。在一个实施例中，多路复用器控制装置211控制多路解复用器212，使得Tx信号224以受控序列被施加到每个发送电极222。多路解复用器212也可以用于接地、悬浮或将备用信号连接到当前未施加Tx信号224的其他发送电极。在利用MPTx感测的实施例中，不同的Tx信号可以被施加到Tx电极222的不同子集。例如，Tx信号224可以以原码形式提供给Tx电极222的子集并且以补码或相位改变形式提供给发送电极222的第二子集，其中在发送电极222的第一子集和第二子集的成员中没有重叠。在替代实施例中，不同的Tx信号可以是不相关的(即，彼此不是相移版本)。
由于发送电极与接收电极之间的电容耦合，施加于每个发送电极的Tx信号224在每个接收电极内感应电流。例如，当Tx信号224通过多路解复用器212被施加于发送电极222时，Tx信号224在矩阵225中的接收电极上引起Rx信号227。可以随后通过使用将N个接收电极中的每个电极按顺序连接到解调电路216的多路复用器213按顺序测量在接收电极的每个电极上的Rx信号227。
可以通过利用多路解复用器212和多路复用器213来选择Tx电极和Rx电极的每个可用组合来感测与在Tx电极和Rx电极之间的每个交叉点相关联的互电容。为提高性能，多路复用器213还可以被分割，以允许矩阵225中的一个以上的接收电极被布线到解调电路216。在其中解调电路216与接收电极的实例具有1对1对应关系的优化配置中，多路复用器213可以不存在于系统中。
当手指与电极矩阵225接触时，不同的指纹特征引起电极之间测得的互电容的不同变化。例如，在发送电极222和接收电极223的交叉点附近的指纹脊将使电极222和223之间耦合的电荷比相同位置处的谷减少更多的量。因此，除了识别施加对应的Tx信号224的Tx电极之外，还可以通过识别具有减小的测量互电容的接收电极来确定指纹脊和谷在传感器上的位置。通过确定与矩阵225中的电极的每个交叉点相关联的互电容，指纹特征的位置可以被确定。该确定可以是连续的、并行的，或可以在常用电极处更频繁发生。所感应的Rx信号227通过解调电路216被整合。解调电路216输出的整流电流可以随后被滤波并被ADC 217转换为数字码，其随后可用于生成指纹图像。
在各种实施例中，为了获取有用的指纹图像，电容指纹传感器阵列(例如，诸如传感器阵列121)可配置成包括：在从4x4mm到12x12mm的范围内的有效(感测)区域；在从100到150的范围内的多个RX电极；由不透明金属材料制成并具有在从0.04mm到0.08mm的范围内的电极间距尺寸的TX和/或RX电极；可检测/感测具有(大约)0.05fF的电容的手指感应的信号的硬件感测元件；以及在从500kHz到30MHz的范围内的频率下操作扫描操作的硬件定时元件，5MHz到6MHz的子范围对更好的皮肤感觉是优选的。在这样的各种实施例中，手指接触通常同时覆盖电容指纹传感器阵列的所有TX/RX电极，这允许处理设备获取准确的指纹图像。电容指纹传感器阵列的这样的结构和操作特性实质上不同于一般电容触摸(例如触摸屏)传感器阵列的结构和操作特性，一般电容触摸传感器阵列可配置成包括：对于智能电话的大约50x100mm的有效(感测)区域(和对于平板电脑和膝上型/笔记本计算机的甚至更大的有效区域)；大约10到20的多个RX电极，这取决于屏幕面积和电极间距；一般由透明(例如铟锡氧化物或ITO)材料制成并具有大约3mm到5mm的电极间距尺寸的TX和/或RX电极；可检测/感测具有(大约)300fF的电容的接触信号的硬件感测元件；以及在约100kHz到约500kHz的频率下操作扫描操作的硬件定时元件。对于一般电容触摸(例如触摸屏)传感器阵列，来自单个导电物体(例如用户的手指或手写笔)的接触一般只覆盖触摸屏有效区域的一小部分(例如同时触摸3到5个TX/RX电极)，一些触摸屏应用允许检测并跟踪来自共同覆盖实质上小于传感器阵列的全部有效区域的多个导电物体的接触。
图3示出了根据实施例的包括一组电容传感器电极的电容指纹感测设备300。该组电容传感器电极包括一组N个Tx传感器电极301(包括电极TX1-TXN)和一组M个Rx传感器电极302(包括电极RX1-RXM)。每个Tx传感器电极在感测区域303内与每个Rx传感器电极相交。传感器电极301和302可以在多层球栅阵列基板上或柔性印刷板上制造。
指纹感测设备300还包括位于感测区域303外部的基线补偿电极304和305。K个Tx基线电极304(包括电极TxBL1-TxBLK)中的每个与P个Rx基线电极305(包括电极RxBL1-RxBLP)中的每个以及M个Rx传感器电极302中的每个相交。
指纹感测设备300还包括多相电容传感器310，其包括Tx驱动器311、多路复用器312、低噪声放大器(LNA)313、ADC 314以及通道引擎315。通道引擎315通过控制Tx驱动器311以将Tx信号施加到Tx传感器电极301和Tx基线电极304来执行对传感器电极301和302的感测扫描。Tx信号振荡可以是各种形状中的任一种：矩形、正弦等。
施加到Tx传感器电极301和304的Tx信号在Rx传感器电极302和305处诱导Rx信号。Rx传感器电极302继而产生取决于位于每个交叉点或单位单元上方的指纹图案的特征的信号。所得到的一组Rx信号可以被数字化以生成接触感测区域303的指纹的图像。
对于MPTx感测，通道引擎315使Tx驱动器311通过将具有第一相位的Tx信号施加到一组Tx传感器电极中的第一子集并同时将具有第二相位的Tx信号施加到该组Tx传感器电极中的第二子集来在一组Rx传感器电极处生成Rx信号。例如，在Rx传感器电极Rx1的测量期间，Tx驱动器311可将原始同相Tx信号施加到Tx传感器电极Tx2、Tx6、Tx7等，同时将反相Tx信号施加到Tx传感器电极Tx1、Tx3、Tx4、Tx5等。对于其他Rx传感器电极的后续测量，同相和反相的Tx信号可被施加到Tx传感器电极的相同或不同子集。
由于一些Tx信号是同相的而另一些是反相的，因此所得到的Rx输出信号将与由同相Tx信号激发的Tx传感器电极的数量减去由反相Tx信号所激发的Tx传感器电极的数量成比例。这也被称为MPTx序列的净SUM。MPTx序列产生非零的SUM值；例如，可以找到SUM等于1、2、3或4的高效MPTx序列。然而，净SUM电荷也产生大的偏移(即，基线信号)。
为了减少基线信号，指纹感测设备300包括基线补偿电极，其包括Tx基线电极304和Rx基线电极305。类似于Tx感测电极，Tx基线电极具有与Rx传感器电极的耦合电容。Tx基线电极也可以由Tx驱动器311使用适当的同相或反相Tx信号来激励。在替代实施例中，Tx基线电极可以连接到代替Tx驱动器311的替代电源(例如，提供可编程信号幅度的电源)。
基线电极304和305与感测区域303电容隔离以避免与手指的电容耦合。在一个实施例中，基线电极304和305位于感测区域303附近并且通过接地平面与感测区域屏蔽。在替代实施例中，基线电极304和305可以被定位得足够远离感测区域303，使得与手指的电容耦合被最小化。
多相电容传感器310通过将适当的同相或反相Tx信号施加到一个或更多个Tx基线电极304(其电容性地耦合到一个或更多个Rx基线电极305)来从Rx基线电极305生成基线补偿电流。得到的Rx基线电流与由多相感测扫描产生的来自Rx感测电极302的基线电流相结合并将其减小。
因此，基线补偿电极用于产生电荷，该电荷补偿来自传感器阵列的基线电荷，使得在感测区域处没有手指接触的情况下，在LNA 313处接收到的信号被最小化。当手指随后触摸感测区域303的表面时，在存在指纹脊和谷的情况下，传感器阵列的交叉点的互电容改变。然后可以使用LNA313的动态范围的较大部分来更容易地放大作为感兴趣的信号的由于指纹特征引起的互电容变化。因此，减少基线电荷也降低了将LNA 313操作在其线性范围之外的可能性。
参考图3，可以选择Rx基线电极305和Tx基线电极304的不同组合以调整所产生的基线补偿电流的量。在一个实施例中，基线补偿电流被调整为对应于特定的MPTx模式。例如，多相电容传感器310可以支持多种MPTx模式，每个具有不同的SUM值。因此，Rx基线电极305和Tx基线电极304的不同组合可以被启用以更准确地匹配为特定MPTx感测模式生成的基线电流。特定Rx基线电极可以通过经由多路复用器312将其连接到电容传感器310来启用，而特定Tx基线电极由Tx驱动器311启用，Tx驱动器311在感测扫描期间激励启用的Tx基线电极。
在一些实施例中，Tx基线电极中的一些或全部可以在其宽度上与其他Tx基线电极不同，而Rx基线电极中的一些或全部可以相对于其他Rx基线电极类似地改变其宽度。可以在设计时选择Tx和Rx基线电极的尺寸，以使特定的电容值及其相应的基线补偿电流水平可供选择。
感测扫描继续进行，多路复用器312另外依次选择要对其测量感应Rx信号的Rx传感器电极(或Rx传感器电极组)以及对应于所使用的MPTx模式的Rx基线电极的组合。具体而言，多路复用器选择先前确定的Rx基线电极的组合，其最准确地匹配由所使用的MPTx模式生成的基线电流。在所选的Rx传感器电极上感应的Rx信号被LNA 313接收和放大，然后被ADC 314转换成数字值。通道引擎315接收数字值并且对这些值进行解卷积以在输出端316处生成指纹图像。虽然图3示出了单个LNA 313、ADC 314和通道引擎315，但是替代实施例可以包括并行操作的多个LNA、ADC和通道引擎。
图4示出了根据实施例的电容指纹感测设备300的等效电路。在一个实施例中，当在感测区域303处不存在手指接触时，由Tx传感器电极激发的电荷根据下面的方程1名义上由Tx基线电极激发的电荷补偿，其中UTXn代表Tx电极激励电压，Cn表示Tx-Rx互电容，UTxBlk表示Tx基线电极激励电压，C'k表示Tx基线电极与Rx传感器电极之间的互电容，C(p) k表示Tx和Rx基线电极TxB1(k)RxBl(p)之间的互电容：
实际上，指纹感测设备300的实施例可以生成基线补偿电荷，其通过将基线电流最小化到根据制造成本、公差、环境因素等可能的程度来基本上补偿基线电流。在替代实施例中，基线补偿电荷可以将基线电流降低到足够低的水平以实现期望的目标SNR。
图5A示出了包括Tx传感器电极501和Rx传感器电极502的电容指纹感测设备400的实施例。每个Tx传感器电极501在感测区域503中与每个Rx传感器电极502相交。Tx传感器电极501由Tx驱动器511利用Tx信号来驱动，以在Rx传感器电极502处感应Rx信号。类似于图3所示的感测设备300，多路复用器512选择性地将Rx传感器电极(单独地或成组地)连接到模拟输入端(例如，LNA)。
感测设备400还包括与K个Tx基线电极504(包括电极TxBL1-TxBLK)电容耦合的单个Rx基线电极RxBL。感测设备400能够支持多种MPTx模式，每个MPTx模式具有不同的SUM值，并且因此通过经由Tx驱动器511选择性地启用Tx基线电极504的选定子集而生成不同的基线电流。
图5B示出了包括Tx传感器电极551和Rx传感器电极552的电容指纹感测设备450的实施例。每个Tx传感器电极551在感测区域553中与每个Rx传感器电极552相交。Tx传感器电极551由Tx驱动器561利用Tx信号来驱动，以在Rx传感器电极552处感应Rx信号。类似于图3所示的感测设备300，多路复用器562选择性地将Rx传感器电极(单独地或成组地)连接到模拟输入端(例如，LNA)。
感测设备450还包括与P个Rx基线电极555(包括电极RxBL1-RxBLP)电容耦合的单个Tx基线电极TxBL。感测设备450能够通过经由多路复用器562选择性地启用Rx基线电极555的选定子集来支持多种MPTx模式。具体而言，Rx基线电极555中的每一个连接到多路复用器562中的开关，其被配置为基于用于执行感测扫描的选定的MPTx感测模式选择性地将Rx基线电极连接到多相电容传感器的模拟输入端(例如，LNA)。
除了如上所述的经由基线补偿电极的传感器上的补偿之外，一些实施例还可以实施片内补偿方法，诸如用于提供额外的基线补偿电流的可编程电流源。在替代实施例中，如上所述的基线补偿电极可以在不同于指纹传感器(诸如电容触摸板或触摸屏)的电容触摸感测表面的类型中实现。
图6示出了包括如下一组补偿电极的电容指纹感测设备600的实施例：Tx基线电极TxBL、Rx基线电极605以及噪声监听器电极603。如图所示，感测设备600包括多个Tx传感器电极601，每个Tx传感器电极601在感测区域内与多个Rx传感器电极602相交。
该组Tx传感器电极601由覆盖该组Rx传感器电极602的第一导电材料层(例如，铜、铟锡氧化物等)形成，而该组Rx传感器电极602由覆盖一个或更多个基线补偿电极605和TxBL的第二导电材料层形成。基线补偿电极TxBL和605通过介于该组基线补偿电极TxBL和605与该组传感器电极601和602之间的接地屏蔽607而与感测区域屏蔽。
Rx噪声监听器电极603可以位于感测区域内部或外部；如图6所示，噪声监听器电极603位于感测区域的边缘处。在一个实施例中，噪声监听器电极603具有基本上等于Rx传感器电极602中的一个或更多个的表面积的表面积，以实现与手指的电容耦合的类似量。噪声监听器电极603通过屏蔽条604与附近的Tx传感器电极601屏蔽。Rx噪声监听器电极603电容耦合到Tx调节电极606。电极603和606耦合到包括多相电容传感器的控制器610。多相电容传感器包括Tx驱动器和LNA以分别传输Tx信号和接收Rx信号。控制器610中的多相电容传感器因此被配置成在对传感器电极601和602的感测扫描的同时测量通过噪声监听器电极603接收的噪声。利用这种布置，可以在扫描传感器电极阵列的同时测量从指尖注入的噪声。
图7示出了根据实施例的用于电容指纹感测设备600的测量电路700。电路700包括用于测量噪声监听器电极603处的信号的全桥测量电路。如图7所示，桥接电路的支路由传感器图案的不同电极之间的电容C和CM组成。桥接电路的输出被施加到LNA 703的正和负输入端，这产生了放大的噪声信号。
Tx传感器电极701和Rx传感器电极702之间的互电容CM经由噪声监听器电极603连同噪声信号一起被测量。因此，所测量的噪声信号对应于经由互电容CM测量的Rx信号的噪声分量，并且可以用于减小Rx信号的噪声分量。多路复用器704允许单个Rx传感器电极(或一组Rx传感器电极)被选择用于测量。
在电路700中，基线补偿电极TxBL(在桥接电路的底部)处的电压是施加到Tx电极701(在桥接电路的顶部)的Tx电压的负值。Tx调节电极606处的电压可以被改变以调整所测量的噪声信号。
图8示出了在电容指纹传感器图案800的实施例中的关于噪声监听器电极803的替代放置。传感器图案800包括多个Tx传感器电极801，每个Tx传感器电极801在感测区域内与多个Rx传感器电极802相交。传感器图案800中的噪声监听器电极803位于感测区域之外。噪声监听器电极803与Tx传感器电极801一起由导电材料的顶层形成。
在替代实施例中，噪声监听器电极803可以位于传感器图案800的四个侧面中的任何一侧，并且可以是任意的形状。在替代实施例中，噪声监听器电极803和Rx传感器电极802由导电材料的顶层形成并位于Tx传感器电极上方。
图9A示出了包括位于传感器图案900的边缘处的噪声监听器电极903的电容指纹传感器图案900的实施例。传感器图案900包括传感器电极901，其可以表示在电容传感器阵列中的Tx或Rx传感器电极(为了清楚起见，相交的电极未被示出)。传感器电极901通过通孔911连接到一个或更多个下层上的迹线，然后连接到其中实现多相电容传感器的管芯910。噪声监听器电极903沿着通孔排911位于感测区域的边缘处。在一个实施例中，传感器图案900具有9毫米(mm)×4mm的尺寸。
图9B示出了类似的电容指纹传感器图案950的实施例，其包括位于传感器图案950的边缘处和通孔961之间的不同形状的噪声监听器电极953。在传感器图案950中，根据不规则图案来放置一些通孔961以适应噪声监听器电极953的形状和位置。
图10示出了电容指纹传感器图案1000的实施例，其包括多个Tx传感器电极1001，每个Tx传感器电极1001在感测区域内与多个Rx传感器电极1002相交。对于较大的触摸传感器区域(例如，当感测区域大于手指的接触区域时)，手指接触可能错过与位于感测区域的边缘处的噪声监听器电极的重叠。因此，传感器图案1000将两个传感器电极1003在一个时间段期间作为Tx传感器电极使用，并且在不同的时间段期间作为噪声监听器电极使用。
当感测区域的上半部分中的Tx传感器电极1001A中的一个被激励时，可以测量与上半部分中的Rx传感器电极的交叉点的互电容，而感测区域的下半部分中的电极1003被用作Rx噪声监听器电极。当感测区域的下半部分中的Tx传感器电极1001B中的一个被激励时，可以测量与感测区域的下半部分中的Rx传感器电极1002的交叉点的互电容，而感测区域的上半部分中的电极1004被用作噪声监听器电极。
在一个实施例中，两个电极1003中的每一个的面积基本上等于Rx传感器电极1002中的一个的面积的一半。当两个电极1003并联多路复用时，组合面积变得基本等于常规Rx传感器电极1002中的一个的面积。因此，从指尖耦合到电极对1003的噪声基本上等于注入到常规Rx电极的噪声(假设电极处于相同的电势)。在一个实施例中，然后可以使用差分测量电路来测量来自电极对1003的噪声信号。
图11示出了具有两组Tx传感器电极1101A和1101B的电容指纹传感器图案1100的实施例，其中电极1101A位于感测区域的左半部分中，并且电极1101B位于感测区域的右半部分中。因此，每个Tx行包括两个Tx传感器电极。当Tx传感器电极1101A中的一个被激励时，Rx传感器电极1102B中的任一个都可以被用作噪声监听器电极。当Tx传感器电极1101B中的一个被激励时，Rx传感器电极1102A中的任一个都可以被用作噪声监听器电极。
图12是示出根据实施例的用于对在感测表面处的指纹接触成像的过程1200的流程图。在一个实施例中，指纹成像过程1200可以由电容指纹感测设备(诸如感测设备300)执行。指纹成像过程1200在框1201处开始。
根据框1201，感测设备300在感测区域中提供一组电容传感器电极，其中该组电容传感器电极包括一组发送(Tx)传感器电极和一组接收(Rx)传感器电极。例如，感测设备300提供一组Tx传感器电极301和一组Rx传感器电极302，其中每个Tx传感器电极301与感测区域303中的每个Rx传感器电极302相交。
根据框1203，感测设备300还提供与感测区域电容隔离的一组一个或更多个补偿电极。例如，感测设备300提供一组补偿电极，包括Tx基线电极304和Rx基线电极305。该组补偿电极还可以包括一个或更多个噪声监听器电极，诸如如图6所示的Rx噪声监听器电极603。
根据框1205，感测设备300使用插入在该组电容传感器电极与该组基线电极之间的接地屏蔽来将该组基线电极与该组电容传感器电极电屏蔽。例如，感测设备300可以包含类似于如图6所示的接地屏蔽607的接地屏蔽，该接地屏蔽607被插入在传感器电极601和602与基线补偿电极TxBL和605之间。
在框1207处，感测设备300将Tx和Rx基线电极配置成生成基线补偿电流，该基线补偿电流匹配将由将用于执行感测扫描的MPTx模式产生的基线电流。在一个实施例中，经由可操作以将基线电极选择性地连接到Tx驱动器(对于Tx基线电极)或者连接到LNA(对于Rx基线电极)的开关来启用或禁用多个基线电极。因此，对于每个基线电极，感测设备300可以操作对应的开关，以根据要用于执行感测扫描的MPTx感测模式选择性地将基线电极连接到多相电容传感器。过程1200从框1207继续到框1209。
在框1209处，感测设备300对一组电容传感器电极执行MPTx感测扫描，以在该组Rx传感器电极处生成Rx信号。感测设备300通过将具有第一相位的Tx信号施加到该组Tx电极的第一子集，同时将具有第二相位(例如，与第一相位相反的相位)的Tx信号施加到该组Tx传感器电极的第二子集来执行MPTx感测扫描。
在框1211处，感测设备300在感测扫描的同时测量通过噪声监听器电极接收的噪声。例如，当执行对电容传感器电极301和302的感测扫描时，感测设备300可以测量由类似于如图6所示的电极603的噪声监听器电极所接收的噪声信号。由于这样的噪声监听器电极位于感测区域中并且具有基本上等于Rx传感器电极中的一个的表面积的表面积，因此由噪声监听器电极接收的噪声信号对应于在其中一个Rx传感器电极处接收到的噪声信号。然后，感测设备300可以使用所接收的噪声信号来最小化或至少减少从Rx传感器电极接收的Rx信号的噪声分量。过程1200从框1211继续到框1213。
在框1213处，感测设备300生成基线补偿电流。根据Tx和Rx基线电极中的哪一个被启用，感测设备300可通过将Tx信号从一个或多个Tx基线电极中的每一个传输到单个Rx基线电极或与Tx基线电极电容耦合的多个Rx基线电极来生成基线补偿电流。因此，由于这些电极与Tx基线电极的电容耦合，在启用的Rx基线电极和Rx传感器电极中生成基线补偿电流。过程1200从框1213继续到框1215。
在框1215处，感测设备300基于分别在基线补偿电极和噪声监听器电极处接收的基线和噪声补偿信号来减少Rx信号的不需要的信号分量(即，来自Rx传感器电极的基线电流和由手指注入的噪声)。例如，参考图3，来自Rx基线电极305的电荷可以在LNA 313的模拟输入端处与来自传感器电极302的电荷组合。参考图7，来自噪声监听器电极603的噪声信号可以在LNA 703的输入端处利用全桥测量电路700来测量。过程1200可从框1215继续回到框1209以执行另一个感测扫描。
在前述实施例中，可以做出各种修改；例如，行传感器电极和列传感器电极可以互换，且行或列传感器电极可被用作Tx传感器电极或Rx传感器电极。此外，在一些实施例中，行传感器电极和列传感器电极之间的交叉点可以被导电桥取代。例如，当行传感器电极和列传感器电极均由单层导电材料构成时，桥可用于电连接传感器电极的部分。如本文所述，“电连接”或“电耦合”的导电电极可以被耦合，使得在导电电极之间存在相对低电阻的导电路径。被描述为“基本上”相等的量或尺寸可以是名义上相等的，但不必完全相等(由于制造公差、环境条件和/或其他因素引起的变化)，或者可以足够接近相等以达到预期的效果或效益。
这里描述的实施例包括各种操作。这些操作可由硬件部件、软件、固件或其组合执行。如本文中所使用的，术语“耦合到”可意味着直接或通过一个或多个中间部件间接耦合。通过本文所述的在各种总线上提供的任何信号可以与其它信号时间复用并通过一个或多个公共总线被提供。此外，在电路部件或块之间的互连可被示为总线或单信号线。每个总线可以可选地是一个或多个单信号线，并且每个单信号线可以可选地是总线。
某些实施例可被实现为可包括储存在计算机可读介质上的指令的计算机程序产品。这些指令可以用来对通用或专用处理器编程以执行所描述的操作。计算机可读介质包括用于存储或传输以由机器(例如计算机)可读的形式的信息的任何机制(如，软件、处理应用)。计算机可读存储介质可以包括但不限于磁存储介质(例如，软盘)；光学存储介质(例如CD-ROM)；磁光存储介质；只读存储器(ROM)；随机存取存储器(RAM)；可擦除可编程存储器(例如，EPROM和EEPROM)；闪存或适合于存储电子指令的另一类型的介质。
此外，一些实施例可以在分布式计算环境中被实践，其中计算机可读介质被存储在多于一个计算机系统上和/或由多于一个计算机系统执行。另外，在计算机系统之间传送的信息可以进出于在连接计算机系统的传输介质当中。
虽然本文方法的操作以特定次序示出和描述，但是每种方法的操作次序可以被改变，使得特定操作可以以相反次序执行，或使得特定操作可与其他操作至少部分并行执行。在其它实施例中，指令或不同操作的子操作可以是间歇和/或交替的方式。
在前述说明书中，所要求保护的主题已参考其特定示例性实施例进行描述。然而明显的是，在不偏离如在所附权利要求中阐述的本发明的更宽的精神和范围的情况下，可对其做出各种修改和改变。说明书和附图相应地是从说明性意义上而非从限制性意义上来考虑的。

Claims (20)

1.一种电容指纹传感器，包括：
在感测区域中的一组电容传感器电极，其中所述一组电容传感器电极包括一组一个或更多个发送传感器电极和一组一个或更多个接收传感器电极；
一组一个或更多个补偿电极，所述一组一个或更多个补偿电极包括在所述感测区域外与接收基线电极电容耦合的发送基线电极，所述发送基线电极和所述接收基线电极被设置在所述感测区域之外；
多相电容传感器，其与所述一组电容传感器电极和所述一组一个或更多个补偿电极耦合，其中所述多相电容传感器被配置为：
通过将第一发送信号施加到所述一组一个或更多个发送传感器电极的第一子集并同时将第二发送信号施加到所述一组一个或更多个发送传感器电极的第二子集来执行对所述一组电容传感器电极的感测扫描，以在所述一组一个或更多个接收传感器电极处生成接收信号；以及
基于所述一组一个或更多个补偿电极的第一补偿信号，减少所述接收信号中的源自除所述感测区域处的接触之外的源的分量，其中所述第一补偿信号包括基线补偿电流，所述基线补偿电流从所述接收基线电极接收到并通过将所述第一发送信号施加到与所述接收基线电极电容耦合的所述发送基线电极来生成。
2.根据权利要求1所述的电容指纹传感器，其中，所述第二发送信号是所述第一发送信号的相位改变形式，其中所述一组一个或更多个补偿电极包括多个接收基线电极，其中所述第一补偿信号包括通过将所述第一发送信号施加到与所述多个接收基线电极电容耦合的所述发送基线电极而生成的所述基线补偿电流，其中所述发送基线电极和所述多个接收基线电极与所述感测区域电容隔离，并且其中所述基线补偿电流减小由所述感测扫描生成的基线电流。
3.根据权利要求2所述的电容指纹传感器，其中，所述一组一个或更多个发送传感器电极由覆盖所述一组一个或更多个接收传感器电极的第一导电材料层形成，并且其中所述一组一个或更多个接收传感器电极由覆盖所述发送基线电极和所述多个接收基线电极中的一个或更多个接收基线电极的第二导电材料层形成。
4.根据权利要求2所述的电容指纹传感器，还包括被插入在所述一组电容传感器电极与发送基线电极和接收基线电极之间的接地屏蔽。
5.根据权利要求1所述的电容指纹传感器，其中，所述一组一个或更多个补偿电极包括多个发送基线电极以及与所述多个发送基线电极中的每一个电容耦合的单个接收基线电极。
6.根据权利要求1所述的电容指纹传感器，其中，所述一组一个或更多个补偿电极包括多个接收基线电极，每个接收基线电极与所述发送基线电极电容耦合。
7.根据权利要求6所述的电容指纹传感器，还包括：对于所述多个接收基线电极中的每个接收基线电极，被配置为基于用于执行所述感测扫描的多相感测模式选择性地将所述接收基线电极连接到所述多相电容传感器的模拟输入端的开关。
8.根据权利要求1所述的电容指纹传感器，其中，所述一组一个或更多个补偿电极包括：
噪声监听器电极，其与所述多相电容传感器耦合，其中所述发送基线电极和所述接收基线电极与所述感测区域电容隔离，并且其中所述噪声监听器电极位于所述感测区域中且具有基本上等于所述一组一个或更多个接收传感器电极中的一个接收传感器电极的表面积的表面积。
9.根据权利要求8所述的电容指纹传感器，其中，所述多相电容传感器还被配置为在所述感测扫描的同时通过在所述噪声监听器电极处生成第二补偿信号来测量噪声。
10.一种对接触进行成像的方法，所述方法包括：
在感测区域中提供一组电容传感器电极，其中所述一组电容传感器电极包括一组发送传感器电极和一组接收传感器电极；
提供与所述感测区域电容隔离的一组一个或更多个补偿电极，其中所述一组一个或更多个补偿电极包括被设置在所述感测区域之外的接收基线电极；
通过将第一发送信号施加到所述一组发送传感器电极的第一子集并同时将第二发送信号施加到所述一组发送传感器电极的第二子集来执行对所述一组电容传感器电极的感测扫描，以在所述一组接收传感器电极处生成接收信号；以及
基于在所述一组一个或更多个补偿电极处接收到的补偿信号，减少所述接收信号中的源自除所述感测区域处的接触之外的源的分量，其中所述补偿信号包括从所述接收基线电极接收到的并通过将所述第一发送信号施加到所述接收基线电极而生成的基线补偿电流。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括：利用被插入在所述一组电容传感器电极和所述一组一个或更多个补偿电极之间的接地屏蔽来将所述一组一个或更多个补偿电极与所述一组电容传感器电极屏蔽，其中所述一组一个或更多个补偿电极包括一组一个或更多个基线电极，所述一组一个或更多个基线电极包括发送基线电极和所述接收基线电极。
12.根据权利要求10所述的方法，还包括将来自多个发送基线电极中的每一个发送基线电极的所述第一发送信号传输到与所述多个发送基线电极中的每一个发送基线电极电容耦合的单个接收基线电极，其中所述一组一个或更多个补偿电极包括所述多个发送基线电极和所述单个接收基线电极，并且其中所述第二发送信号是所述第一发送信号的相位改变形式。
13.根据权利要求10所述的方法，还包括经由单个发送基线电极将所述第一发送信号传输到多个接收基线电极中的每一个，其中所述多个接收基线电极中的每一个与所述单个发送基线电极电容耦合，且其中所述一组一个或更多个补偿电极包括所述单个发送基线电极和所述多个接收基线电极。
14.根据权利要求10所述的方法，还包括：对于多个接收基线电极中的每个接收基线电极，操作开关以基于用于执行所述感测扫描的多相感测模式选择性地将所述接收基线电极连接到多相电容传感器的模拟输入端，其中，所述多个接收基线电极中的每一个与一组发送基线电极中的至少一个发送基线电极电容耦合，并且其中，所述一组一个或更多个补偿电极包括所述多个接收基线电极和所述一组发送基线电极。
15.根据权利要求10所述的方法，还包括：在所述感测扫描的同时测量通过噪声监听器电极接收的噪声，其中所述噪声监听器电极位于所述感测区域中且具有基本上等于所述一组接收传感器电极中的一个接收传感器电极的表面积的表面积，并且其中所述一组一个或更多个补偿电极包括所述噪声监听器电极。
16.一种电容指纹感测设备，包括：
在感测区域中的一组电容传感器电极，其中，所述一组电容传感器电极包括一组发送传感器电极和一组接收传感器电极；
一组一个或更多个补偿电极，所述一组一个或更多个补偿电极包括被设置在所述感测区域之外的接收基线电极和发送基线电极中的至少一个；
发送驱动器，其与所述一组发送传感器电极耦合；
通道引擎，其被配置为通过以下操作来执行对所述一组电容传感器电极的感测扫描：
使所述发送驱动器通过将第一发送信号施加到所述一组发送传感器电极的第一子集并同时将第二发送信号施加到所述一组发送传感器电极的第二子集来在所述一组接收传感器电极处生成接收信号；以及
基于所述一组一个或更多个补偿电极的补偿信号，减少所述接收信号中的源自除所述感测区域处的接触之外的源的分量，其中所述补偿信号包括基线补偿电流，所述基线补偿电流从所述接收基线电极接收到并通过将所述第一发送信号施加到与所述接收基线电极电容耦合的所述发送基线电极来生成。
17.根据权利要求16所述的电容指纹感测设备，其中，所述通道引擎还被配置为基于所述接收信号生成指纹图像。
18.根据权利要求16所述的电容指纹感测设备，其中，所述一组一个或更多个补偿电极包括多个接收基线电极，每个接收基线电极与至少一个发送基线电极电容耦合，并且其中所述电容指纹感测设备还包括：对于所述多个接收基线电极中的每个接收基线电极，被配置为基于用于执行所述感测扫描的多相感测模式选择性地将所述接收基线电极连接到多相电容传感器的模拟输入端的开关。
19.根据权利要求16所述的电容指纹感测设备，其中，所述第二发送信号是所述第一发送信号的相位改变形式，其中所述一组发送传感器电极由覆盖所述一组接收传感器电极的第一导电材料层形成，其中所述一组接收传感器电极由覆盖所述一组一个或更多个补偿电极的第二导电材料层形成，并且其中所述电容指纹感测设备还包括被插入在所述一组电容传感器电极与所述一组一个或更多个补偿电极之间的接地屏蔽。
20.如权利要求16所述的电容指纹感测设备，其中，所述一组一个或更多个补偿电极包括：
噪声监听器电极，其与多相电容传感器耦合，其中发送基线电极和接收基线电极与所述感测区域电容隔离，其中所述噪声监听器电极位于所述感测区域中且具有基本上等于所述一组接收传感器电极中的一个接收传感器电极的表面积的表面积，并且其中所述多相电容传感器还被配置为在所述感测扫描的同时测量通过所述噪声监听器电极接收的噪声。
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Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104182745B (zh) * 2014-08-15 2017-09-22 深圳市汇顶科技股份有限公司 指纹感应信号的处理方法、系统及指纹识别终端
US10042467B2 (en) * 2016-01-29 2018-08-07 Synaptics Incorporated Integrated capacitive fingerprint sensor
TWI638306B (zh) * 2016-11-03 2018-10-11 禾瑞亞科技股份有限公司 觸控處理裝置、方法與電子系統
US10540044B2 (en) * 2016-12-14 2020-01-21 Cypress Semiconductor Corporation Capacitive sensing with multi-pattern scan
US10430633B2 (en) * 2017-01-13 2019-10-01 Synaptics Incorporated Pixel architecture and driving scheme for biometric sensing
SE1750159A1 (sv) * 2017-02-17 2018-08-18 Fingerprint Cards Ab Cancelling out impairment data in fingerprint images
EP3401835A1 (en) * 2017-05-12 2018-11-14 Nxp B.V. Fingerprint sensor module
US10466842B2 (en) 2017-09-12 2019-11-05 Cypress Semiconductor Corporation Suppressing noise in touch panels using a shield layer
US11068686B2 (en) * 2017-09-12 2021-07-20 Synaptics Incorporated Low power baseline tracking for fingerprint sensor
JP2019066324A (ja) * 2017-09-29 2019-04-25 株式会社ジャパンディスプレイ 検出装置及び電子機器
US10579193B2 (en) 2017-12-14 2020-03-03 Cypress Semiconductor Corporation Spatial-frequency-based capacitive motion sensor and method of using the same
TWI718878B (zh) * 2019-04-19 2021-02-11 神盾股份有限公司 光學指紋感測裝置
CN113138689A (zh) * 2020-01-20 2021-07-20 京东方科技集团股份有限公司 显示面板及其制作方法、显示装置和触控信号的处理方法
US11144160B1 (en) * 2020-03-30 2021-10-12 Sigmasense, Llc. Three-dimensional data reduction method and system
US11531438B2 (en) * 2020-05-29 2022-12-20 Apple Inc. Differential drive and sense for touch sensor panel
TWI732614B (zh) * 2020-06-30 2021-07-01 敦泰電子股份有限公司 整合積體電路晶片及包含該整合積體電路晶片的行動裝置
CN112034645A (zh) * 2020-09-03 2020-12-04 深圳市华星光电半导体显示技术有限公司 显示装置及其制备方法
KR20220043999A (ko) * 2020-09-29 2022-04-06 삼성디스플레이 주식회사 표시장치 및 표시장치의 구동 방법
KR20220143217A (ko) * 2021-04-15 2022-10-25 삼성디스플레이 주식회사 표시 장치 및 이를 포함하는 터치 센싱 시스템
US11816287B2 (en) * 2021-09-20 2023-11-14 Cypress Semiconductor Corporation Low electromagnetic interference (EMI) solution for touch products

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101896825A (zh) * 2007-12-14 2010-11-24 赛普拉斯半导体公司 Tx-rx电容式传感器的补偿电路
CN103745194A (zh) * 2013-12-20 2014-04-23 深圳市汇顶科技股份有限公司 指纹检测装置和移动终端

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9708559D0 (en) 1997-04-29 1997-06-18 Philips Electronics Nv Fingerprint sensing devices and systems incorporating such
US6483931B2 (en) 1997-09-11 2002-11-19 Stmicroelectronics, Inc. Electrostatic discharge protection of a capacitve type fingerprint sensing array
US7735721B1 (en) 1999-11-30 2010-06-15 Diebold Self-Service Systems Division Of Diebold, Incorporated Method of evaluating checks deposited into a cash dispensing automated banking machine
AU2002228809A1 (en) 2000-12-05 2002-06-18 Validity, Inc. Swiped aperture capacitive fingerprint sensing systems and methods
US7460697B2 (en) 2005-07-19 2008-12-02 Validity Sensors, Inc. Electronic fingerprint sensor with differential noise cancellation
US7868874B2 (en) 2005-11-15 2011-01-11 Synaptics Incorporated Methods and systems for detecting a position-based attribute of an object using digital codes
US8054296B2 (en) 2007-01-03 2011-11-08 Apple Inc. Storing baseline information in EEPROM
US8115497B2 (en) 2007-11-13 2012-02-14 Authentec, Inc. Pixel sensing circuit with common mode cancellation
US8866347B2 (en) 2010-01-15 2014-10-21 Idex Asa Biometric image sensing
JP5427648B2 (ja) * 2010-03-02 2014-02-26 株式会社ジャパンディスプレイ 座標入力装置、およびそれを備えた表示装置
US8544217B2 (en) 2010-07-07 2013-10-01 Apple Inc. Glass building panel and building made therefrom
US9013441B2 (en) 2010-08-24 2015-04-21 Cypress Semiconductor Corporation Smart scanning for a capacitive sensing array
US10001883B2 (en) 2010-12-22 2018-06-19 Elo Touch Solutions, Inc. Mechanical deflection compensation for a capacitive touch input device
KR20140026377A (ko) * 2011-02-07 2014-03-05 사이프레스 세미컨덕터 코포레이션 커패시턴스 감지 디바이스들을 위한 잡음 필터링 디바이스들, 시스템들 및 방법들
US9268441B2 (en) 2011-04-05 2016-02-23 Parade Technologies, Ltd. Active integrator for a capacitive sense array
US11320946B2 (en) 2011-04-19 2022-05-03 Cypress Semiconductor Corporation Capacitive panel scanning with reduced number of sensing circuits
US8729911B2 (en) * 2011-04-19 2014-05-20 Cypress Semiconductor Corporation Usage of weighting matrices in multi-phase scanning modes
US8786295B2 (en) 2011-04-20 2014-07-22 Cypress Semiconductor Corporation Current sensing apparatus and method for a capacitance-sensing device
US8780074B2 (en) * 2011-07-06 2014-07-15 Sharp Kabushiki Kaisha Dual-function transducer for a touch panel
US9444452B2 (en) 2012-02-24 2016-09-13 Parade Technologies, Ltd. Frequency hopping algorithm for capacitance sensing devices
US9019220B1 (en) 2012-03-14 2015-04-28 Cypress Semiconductor Corporation Baseline charge compensation
WO2014021918A1 (en) 2012-07-31 2014-02-06 Cypress Semiconductor Corporation Usage of weighting matrices in multi-phase scanning modes
US9310924B2 (en) 2012-09-26 2016-04-12 Atmel Corporation Increasing the dynamic range of an integrator based mutual-capacitance measurement circuit
US8874396B1 (en) 2013-06-28 2014-10-28 Cypress Semiconductor Corporation Injected touch noise analysis
US9576176B2 (en) 2013-07-22 2017-02-21 Apple Inc. Noise compensation in a biometric sensing device
KR102207193B1 (ko) 2013-12-31 2021-01-26 엘지디스플레이 주식회사 터치 센싱 시스템
US10095906B2 (en) * 2014-02-21 2018-10-09 Idex Asa Sensor employing overlapping grid lines and conductive probes for extending a sensing surface from the grid lines
JP6139590B2 (ja) * 2014-03-24 2017-05-31 株式会社 ハイディープＨｉＤｅｅｐ Ｉｎｃ． タッチ検出方法及びこれを遂行するタッチ検出器
EP2937767A1 (en) 2014-03-27 2015-10-28 LG Display Co., Ltd. Touch panel, display device and method of driving the same
CN106293287B (zh) * 2015-06-10 2023-09-22 宸鸿科技(厦门)有限公司 具指纹辨识功能的触控装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101896825A (zh) * 2007-12-14 2010-11-24 赛普拉斯半导体公司 Tx-rx电容式传感器的补偿电路
CN103745194A (zh) * 2013-12-20 2014-04-23 深圳市汇顶科技股份有限公司 指纹检测装置和移动终端

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US11113497B2 (en) 2021-09-07
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