CN107924460B

CN107924460B - 半桥指纹感测方法

Info

Publication number: CN107924460B
Application number: CN201680048165.3A
Authority: CN
Inventors: 伊戈尔·克拉维茨; 罗曼·欧吉扣; 汉斯·克莱恩; 欧勒山德·霍斯塔纳
Original assignee: Cypress Semiconductor Corp
Current assignee: Cypress Semiconductor Corp
Priority date: 2015-09-09
Filing date: 2016-09-02
Publication date: 2022-08-09
Anticipated expiration: 2036-09-02
Also published as: US20170068835A1; US10380397B2; CN107924460A; WO2017044386A1; US20200005011A1; DE112016004090T5

Abstract

描述了具有共模噪声抑制的指纹检测电路。指纹检测电路包括半桥电路，其耦合到指纹检测电极阵列的接收(RX)电极并耦合到由于阵列上的导电物体的存在而不可改变的埋入电容。指纹检测电路还可以包括被配置为通过低噪声放大器(LNA)的差分输入级实现共模噪声抑制的监听器电极。

Description

半桥指纹感测方法

相关申请

本申请是于2015年12月22日提交的美国申请号为14/978,442号的国际申请，其要求于2015年9月9日提交的第62/216,241号和于2015年9月9日提交的第62/216,253号的美国临时专利申请的权益，所有申请通过引用以其整体并入本文。

技术领域

本公开大体上涉及指纹感测，并且更具体地涉及指纹感测阵列的构造和使用。

背景

用户设备存储各种类型的信息，并允许通过其与互联网和被存储在其上的数据库的连接来访问附加信息。获取对用户设备的未经授权的访问可能会提供有关该用户的机密信息的访问，这些信息可能被用来伤害、窃取身份或进行其他类型的欺诈。

生物特征认证是设备的所有者可以确保其信息在必要时保持私密性并且对信息和系统的访问保持专有的一种方法。

概述

公开了一种差分电容测量电路。差分电容测量电路可以包括半桥电路。半桥电路可以包括形成在阵列的行电极和列电极之间的第一互电容器以及被埋入或者不能被用户改变的第二互电容器。第一互电容器可以用第一信号驱动，以及第二互电容器可以用与第一信号互补的信号驱动。第一互电容器和第二互电容器的电容值可以基本相等，使得半桥电路在第一互电容器和第二互电容器之间的共享节点处被平衡或匹配。第一互电容和第二互电容之间的共享节点可以在第一输入端处耦合到差分放大器。监听器电极(listenerelectrode)可以在第二输入端处耦合到差分放大器。在一个实施例中，监听器电极可以被配置为利用差分放大器的差分输入级来提供启用模式噪声抑制。

描述了用于提供行电极和列电极之间的电容的数字表示的方法。该方法可以包括在耦合到放大器的第一输入端的节点上接收第一信号并且在耦合到放大器的第一输入端的节点上接收第二信号。第一信号可以从第一发送(TX)信号和行电极与列电极之间的电容导出。第二信号可以从与第一信号互补的第二TX信号以及两个埋入电极之间的电容导出。埋入电极可以被布置成使得它们之间的互电容不能因行电极和列电极上的导电物体的存在而改变。该方法可以包括在耦合到放大器的第二输入端的监听器电极上接收第三信号。该方法还可以包括将放大器的输出转换为表示行电极和列电极之间的电容的数字值。

描述了一种指纹检测阵列，其中指纹检测阵列包括沿着第一轴布置的多个发送(TX)电极和沿着第二轴布置的多个接收(RX)电极。指纹检测阵列可以包括至少一个RX电极，其被分成彼此电流隔离的两个部分。分离RX电极的部分可以被配置为单独地或者与分离RX电极的其他部分组合地用作监听器电极。由分离RX电极的一个或更多个部分组成的监听器电极可以耦合到差分低噪声放大器(LNA)的输入端。差分LNA的另一个输入端可以耦合到接收电极。在一个实施例中，在分离RX电极的一个或更多个部分上检测到的共模噪声可以通过差分LNA的差分输入级被抑制。

附图说明

图1示出了根据一个实施例的包括指纹检测电路的系统。

图2示出了根据一个实施例的半桥差分电容测量电路。

图3示出了根据一个实施例的具有多个埋入驱动电极的半桥差分电容测量电路。

图4示出了根据一个实施例的包括半桥差分电容测量系统的电容测量系统。

图5示出了用于与电容测量系统一起使用的电极阵列的一个实施例。

图6A示出了具有监听器电极的指纹检测接口的顶层的一个实施例。

图6B示出了具有监听器电极的指纹检测接口的顶层的一个实施例。

图7A示出了具有分离接收电极的电极阵列的一个实施例。

图7B示出了具有分离驱动电极的电极阵列的一个实施例。

详细描述

在以下描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节以便提供本文所讨论的本发明的实施例的全面理解。但是，对于本领域技术人员将明显的是，这些和其他实施例可以在没有这些具体细节的情况下进行实践。在其他实例中，众所周知的电路、结构和技术没有被具体示出，而且以框图示出，以避免对本说明书的理解的不必要的模糊。

在描述中对“一个实施方式”或“实施方式”的引用是指关于实施方式描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施方式中。在本说明书中位于不同位置的短语“在一个实施例中(in one embodiment)”不必指代相同的实施例。

为了说明的简洁和清楚，参考数字在各个附图中可以重复以指示对应或类似的元件。阐述了许多细节以提供对本文中所描述的实施例的理解。示例可以在没有这些细节的情况下被实践。在其他实例中，众所周知的方法、程序和组件没有被具体描述以避免使所描述的示例模糊。本说明书不被视为限于本文所描述的示例的范围。

图1示出了具有指纹测量电路101的系统100。指纹测量电路101可以包括布置在具有行电极104和列电极106的阵列102中的多个电极，每个电极耦合到指纹(FP)控制器105。图1示出了八个行电极104和八个列电极106，但是沿着两个轴可以布置有相当多的电极。根据阵列的大小，每个轴(行和列)可能有几十或几百个电极。行电极104和列电极106的间距可以足够小，使得当手指与阵列102接触时，多行或多列可以被设置在指纹的脊之间的空间内或沿着指纹的脊设置。电极的确切尺寸和间距可能取决于系统设计要求。

行电极104和列电极106可以被设置成使得在它们之间形成互电容C_MX。然后，C_MX的值可以对应于阵列102的每个(行电极104和列电极106的)交叉点。在图1的示例中，总共示出了64个交叉点。因此，有64个互电容。在具有75个行电极和125个列电极的阵列中，可能有9375个交叉点，因此有9375个互电容。在这个实施例中，将会有9375个互电容可以被测量并用于指纹成像。用虚线表示的电极(列和行)表示可沿着任一轴布置明显更多的列或行。尽管仅示出了八个电极(行104和列106)，但是这仅仅是为了简化描述。本领域的普通技术人员将理解，虚线的列和行代表数十或甚至数百个电极。C_MX的计算值(或表示互电容C_MX的数字值)可由FP控制器105或主机112使用以构建用于登记或验证的指纹图像，其可用于解锁系统100的安全功能。

指纹测量电路101还可以包括耦合到FP控制器105并被配置为提供共模噪声抑制以测量C_MX的监听器电极110。共模噪声可以被耦合到接收电路中，类似于用于测量交叉点处的互电容的噪声一样。共模噪声可以被耦合到整个阵列102中，并且可以源于系统设计元件、用户的手指或一些其他全局激励。

图2示出了用于利用抑制的共模噪声测量电容并对指纹进行成像的半桥电路200。半桥电路200可以布置在图1的FP控制器105内。在另一个实施例中，半桥电路200可以被集成到主机处理器、计算设备的应用处理器中或者被集成到被配置为检测触摸屏上的导电物体的存在的触摸控制电路中。行电极和列电极(即，图1的行电极104和列电极106)之间的互电容C_MX被形成在发送(TX)节点211和接收(RX)节点213之间。TX节点211可以通过缓冲器U1利用从主信号F_TX导出的信号TX来驱动。缓冲器U1可以被配置为接收主信号F_TX并且通过在源电压V_TX和接地电势之间切换信号线来提供TX信号，TX。在其他实施例中，可以使用用于缓冲器U1的不同的驱动电压和下沉电压(sink voltage)。在TX信号TX和互电容C_MX上导出的信号可以在RX节点213中被感应(或接收)并且耦合到低噪声放大器(LNA)240的正输入端。

埋入电容C_Dbb可以由埋入接收(RX)电极到埋入驱动电极的电容形成。埋入电容可以是不会被通过在阵列(参见图1的阵列102)附近放置诸如手指的导电物体而变化或改变的电容。C_Dbb可以以与C_MX类似的方式但是利用在TX'节点212上的互补TX信号TX’被驱动。基于互补信号TX'和互电容C_Dbb的信号可以在RX节点213中被接收并且被耦合到低噪声放大器(LNA)240的正输入端。互补信号TX'可与信号TX相位差180度。埋入电容C_Dbb的物理性质可能与C_MX的物理性质类似。也就是说，C_Dbb可以是在埋入RX电极和埋入TX电极之间形成的互电容。C_Dbb的驱动信号(互补信号TX')可以通过缓冲器U2从F_TX得到，正如通过缓冲器U1的驱动信号TX一样。在一个实施例中，缓冲器U2可以反转F_TX，也在源电压V_TX和接地电势之间切换信号线。该方案可以提供与TX互补的信号。与缓冲器U1一样，不同的驱动电压和下沉电压可供缓冲器U2使用。

在C_MX和C_Dbb之间共享的RX节点213可以耦合到补偿电路230。补偿电路230可用于提供偏置信号(如来自补偿信号TX_COMP和补偿电容器C_COMP的感应电流)，以更好地匹配跨半桥电路200的C_MX和C_Dbb。补偿电路230可以包括调制器232，其具有来自主信号F_TX和极性信号“0/1”的输入以及到缓冲器U3的输出。在一个实施例中，调制器232可以是XOR逻辑元件。使用XOR逻辑元件作为调制器可以提供对V_TX中的变化不敏感的半桥电路(诸如半桥电路200)。当极性信号是逻辑0时，TX_COMP信号可以通过C_COMP相加到RX节点213上的来自TX节点211的信号。当极性信号是逻辑1时，TX_COMP信号可以通过C_COMP相加到RX节点213上的来自TX’节点212的信号。缓冲器U3可以被配置为用补偿信号TX_COMP来驱动补偿电容器C_COMP。补偿信号TX_COMP可以由缓冲器U3通过使用调制器232的输出以将缓冲器U3的输入在补偿电压V_COMP和接地电势之间交替来产生。因此，缓冲器U3的交替输出可以是补偿电压V_COMP或接地电势(或任一极性的固定电势)。在一个实施例中，V_COMP可以由稳压分压器R_DAC在电源电压和接地电势之间提供。在各种其他实施例中，可以通过外部电源电压、包含半桥电路的芯片内的固定电源电压或通过数模转换器(DAC)来提供V_COMP。回到本实施例，稳压分压器R_DAC的电源电压可以是V_TX，这是提供缓冲器U1和U2的驱动信号输出的相同电压。稳压分压器R_DAC可以针对每个要测量的交叉点(图1的行电极104和列电极106之间的交叉点的每个互电容C_MX)设置有查找表(LUT)。在各种其它实施例中，电源电压可以与V_TX不同，并且接地电势可以是另一个下沉电压。稳压分压器R_DAC的输出可以通过电压跟随器--放大器(Amp)236，以将驱动电势V_COMP提供给缓冲器U3。

半桥电路200可以包括具有耦合到RX节点213的正输入端的低噪声放大器(LNA)240。当互电容C_MX和埋入电容C_Dbb的电容值匹配时，电桥输出为零。LNA 240可以具有耦合到监听器电极250的负输入端。在一个实施例中，监听器电极250的阻抗等于耦合到LNA 240的正输入端的RX电极的阻抗。由于监听器电极250和RX电极(未示出，但是由C_MX的RX节点213表示)具有匹配的阻抗，因此通过导电物体(例如，手指)的存在而被注入到传感器的噪声信号存在于LNA 240的两个输入端上。因此，噪声是共模的，并且可以通过监听器电极250由LNA240的差分输入级来抑制。

在一些实施例中，可能难以匹配互电容C_MX和埋入电容C_Dbb。制造公差的变化以及当导电物体(例如，手指)被放置在感测表面上时(通过将电容从如图1所示的交叉电极之间的互电容中分流出去而导致的)互电容的减小可能使匹配互电容C_MX和埋入电容C_Dbb太困难。另外，由于导电物体(例如，手指)在感测表面上的放置而导致的C_MX的互电容的减小可能是不可重复的。导电物体的放置或导电物体的特定属性的改变可以在感测表面上连续放置导电物体时不同地改变C_MX的值。

针对互电容C_MX和埋入电容C_Dbb的变化的补偿可以利用补偿电路230补偿。如上所述，补偿电路的调制器232可以由具有来自F_TX和“1/0”信号的输入的XOR元件形成(参见图2)。在一个实施例中，补偿电路230的补偿电容C_COMP可以被配置成提供足够的信号来克服互电容C_MX和埋入电容C_Dbb之间的最大不平衡。在另一个实施例中，补偿电容C_COMP可大于互电容C_MX和埋入电容C_Dbb的总的可能误差(公差)。也就是说，C_COMP可能足够大，以为C_MX和C_Dbb中的任何不匹配提供补偿。将补偿电容C_COMP配置为覆盖互电容C_MX和埋入电容C_Dbb之间的最大差值或总的可能误差允许补偿电路230为半桥电路200的操作提供补偿，而不管操作条件如何。该补偿可以提供到LNA 240的更精细平衡(“调谐”)的输入，并(当指纹脊存在于图1的选定的行电极104和列电极106的交叉点上时)提供对互电容C_MX的变化的电容测量。

图2示出了被配置用于单个发送信号的半桥电路200，意味着一次仅驱动一个互电容(即，C_MX)。

图3示出了被配置成同时驱动多个TX电极的半桥电路300。这样的操作可以被称为“多TX”操作。半桥电路300可以使用与图2的半桥电路200类似的块。然而，额外的缓冲器U4可以在TX”节点314处将驱动信号TX”提供给耦合在缓冲器U4和RX节点213之间的第二埋入电容C_Dbb2。驱动信号TX”可以与信号TX互补，因此180度异相。半桥电路300可以包括用于缓冲器U2和U4的DBB控制电路310。DBB控制电路310可以根据控制输入311和312(统称为控制输入313)分别向缓冲器U2和U4的输入D1和D2提供信号F_TX。控制输入313可被用于调整缓冲器U2和U4的输出以通过多个DBB电容(C_Dbb和C_Dbb2)提供总电容的变化值。在一个实施例中，埋入电容C_Dbb2可以是埋入电容C_Dbb的三倍大小。

由于可以用TX信号的多个相位来驱动多个互电容(C_MX-A–C_MX-C)，所以这些多个电容(C_MX-A–C_MX-C)的和的值必须在半桥电路300的另一侧上被平衡。C_Dbb和C_Dbb2的组合可以为LNA240的输入提供该平衡和匹配。埋入电容C_Dbb和C_Dbb2上的驱动信号TX'和TX”的相位操纵可以提供与多个驱动TX电极106的总电容CMX_SUM的更精确的匹配。对于图3的示例实施例，使用半桥电路300的埋入电容C_Dbb和C_Dbb2，可以提供1x和4xC_Dbb之间的埋入电容值。表1中示出了控制输入的信号、DBB控制电路310的输出以及埋入电容的总和值。

表1

例如，当DBB控制电路310分别输出对应于输出D1和D2的“01”时，U2(来自D1)的输出是主信号F_TX的互补，并且U4(来自D2)的输出是主信号F_TX。输出具有主信号F_TX(或互补)的频率，但信号的幅度由驱动电压(即，V_TX)给出。如果C_Dbb2的电容值是C_Dbb的电容的三倍大，则图3的RX节点213上的总DBB电容由下式给出：

总DBB电容＝C_Dbb2-C_Dbb＝2*C_Dbb。

尽管在图3中仅示出了单个互电容C_MX，但是半桥电路300的互电容可以是在多TX操作中活动的许多互电容的总和。例如，如果四个驱动电极(即，图4中的列电极106)被驱动并且一个接收电极(即，图1中的行电极104)被耦合到LNA 240，则总共四个互电容可以被耦合到LNA 240的输入端。因此，可能有必要通过C_Dbb电容的组合来匹配这四个互电容的总和。

另外，尽管在图3中仅示出了一对C_Dbb电容，但是可以用更多的缓冲器和这些缓冲器与RX节点213之间的相应的互电容来实现更多的C_Dbb电容。更大数量的C_Dbb电容可以提供除由补偿电路230所提供的附加补偿分辨率之外以更精细的分辨率匹配半桥电容或匹配更大数量的互电容的半桥电容的能力。

图4示出了包括图3的半桥电路300的系统400。电极阵列402可以包括行电极404和列电极406。列电极406可以耦合到至少一个TX缓冲器412(即，图2和图3的缓冲器U1)，其可耦合到TX图案发生器411。TX图案发生器411可以基于F_TX为一个或更多个列电极提供一个或更多个TX图案(参见图2和图3)。尽管针对每个轴只示出了八个电极，但是本领域的普通技术人员将会理解，可以在阵列402中设置更多的电极以向测量电路提供足够的尺寸和分辨率。如上面关于图1所解释的，可以在每个轴上设置数十或数百个电极以提供必要的分辨率。对于指纹测量电路，电极的间距可以为使得为指纹的每个脊或谷设置多个电极。对于触摸控制器，电极可以被设置为使得多个电极可能受到阵列上诸如手指的导电物体的存在的影响。

阵列402的行电极404可以与列电极406形成互电容(参见图1和图2的C_MX以及图3的C_MX-A–C_MX-C)。行电极404可以通过耦合到RX节点213的RX多路复用器430耦合到低噪声放大器(LNA)440的正输入端。在一个实施例中，RX多路复用器430可以被配置为一次将单个行电极耦合到LNA 440的正输入端。在另一个实施例中，多个行电极可以同时耦合到LNA 440的正输入端。在又一个实施例中，多个LNA可以耦合到RX多路复用器430以允许单独和同时的测量。在又一个实施例中，RX多路复用器430可以由具有各种输入和输出配置的并行或串联的几个较小的多路复用器组成。

系统400还可以包括物理上紧邻阵列402的监听器电极410。监听器电极410可以如上面关于图2和图3所描述的那样耦合到LNA 440的负输入端(参见监听器电极250和LNA240)。

为了在系统400中形成半桥，可以包括如上面在图2和图3中所述的缓冲器和电容。为了形成埋入电容C_Dbb和C_Dbb2，第一埋入电极251可以在RX节点213处耦合到LNA 440的正输入端。第二埋入电极253和第三埋入电极255可以以在每个埋入电极与第一埋入电极251之间形成互电容(C_{Dbb_3}和C_{Dbb_5})的方式设置。C_Dbb和C_Dbb2的埋入电容的大小可以由埋入电极的尺寸和它们之间的距离来定义。电容由下式给出：

其中C是以法拉计的电容，A是埋入电容的行电极和列电极之间的重叠面积，ε_r是行电极和列电极(电容器的极板)之间的材料的相对静态电容率(介电常数)，ε₀是电常数，以及d是行电极和列电极(电容器极板)之间的间隔。

埋入电极253和255可以分别耦合到缓冲器U2和U4的输出端(如图3所示)。对缓冲器U2和U4的控制可以通过DBB控制电路260来实现，该电路260也在上面参照图3进行了详细描述。作为例子，表1中示出了用于向LNA的正输入端提供变化的埋入电容值以与行电极404和列电极406之间的互电容(图2和图3的C_MX)匹配的驱动方案。

为了提供补偿电容(图2和图3的C_COMP)，可以设置补偿电极257，使得在补偿电极257和第一埋入电极251之间形成互电容。缓冲器U3的输出端(也在图2和图3中示出)可以耦合到补偿电极257。如图2和图3所示，缓冲器U3可以被调制器432控制，并且提供在接地和由数模转换器434(图2和图3的R_DAC放大器A)设置的补偿电压V_COMP之间切换的信号。

LNA 440的输出端可以耦合到解调电路(“解调器”)450，其提供模拟到模数转换器(ADC)452。解调电路450和ADC 452的操作可以类似于在此通过引用并入的第14/672,036号美国专利申请中描述的操作。

可用于向系统400的半桥的电容提供各种驱动频率的主信号F_TX可以由数字子系统470提供。数字子系统470可以包括时钟发生器471，其可以针对驱动和控制功能提供基本时钟频率。数字子系统470还可以包括CPU 473，其可以被配置为执行存储在存储器475中的功能和程序，并且控制用于电路操作和互连控制的寄存器(“Reg”)477。最后，数字子系统470可以包括可配置用于与主机控制器或AFE控制电路(未示出)通信的数字I/O 479。

图5示出了指纹传感器500的一个实施例，该指纹传感器500包括与图4中示出的电极(阵列402的行404和列406)类似的电极。指纹传感器500可以包括形成互电容(即，图1和图2的C_MX以及图3的C_MX-A–C_MX-C)的电极阵列502。阵列502可以包括多个行电极504和多个列电极506。尽管每个轴仅示出了八个电极，但这仅仅是为了便于描述。指纹测量阵列可以包括数十或数百个以行和列排列的电极。互电容(图1的C_MX)可以被形成在每个行电极504和列电极506的交叉点处。如图4所示和所述，行电极504和列电极506可以被分别耦合到接收(RX)和驱动(TX)电路。用虚线表示的电极(列和行)表示可沿着任一轴布置明显更多的列或行。尽管仅示出了八个电极(行504和列506)，但是这仅仅是为了简化描述。本领域的普通技术人员将理解，虚线的列和行代表数十或甚至数百个电极。

监听器电极510可以被布置为紧邻阵列502并且被耦合到LNA的输入端(如图2和图3所示)。监听器电极可以被布置为使得与阵列502的接触必定提供与监听器电极510的接触。监听器电极510可以被用于通过对LNA的差分输入来提供共模噪声抑制。

图6A示出了包括与图4和图5中所示的列电极(参见列电极406和506)类似的列电极的指纹传感器600的一个实施例。在一个实施例中，列电极606可以耦合到LNA 440的正输入端，并且行电极(为了描述的清楚起见未示出)可以耦合到多个TX缓冲器(图4的412)。指纹传感器600还可以包括沿着指纹传感器600的边缘设置的监听器电极610。在一个实施例中，监听器电极610可以以这样的方式被构造和设置，使得可生成足以用于指纹图像(以及随后的决策)的信息的任何触摸必定与监听器电极610接触。在该实施例中，共模噪声抑制由监听器电极610通过差分输入(即，图2和图3的LNA 240)提供。由于当指纹传感器600激活并且能够对指纹进行成像时手指将总是与监听器电极接触，所以可以确保差分输入。

图6B示出了包括类似于图4、图5和图6A所示的列电极的列电极606的指纹传感器600的另一个实施例。在一个实施例中，列电极606可以耦合到LNA 440的正输入端(参见图4)，并且行电极(为了描述的清楚起见未示出)可以耦合到多个TX缓冲器(图4的412)。指纹传感器600还可以包括沿着边缘并靠近指纹传感器600的中心设置的监听器电极610。在一个实施例中，监听器电极610可以以这样的方式被构造和设置，使得可生成足以用于指纹图像(以及随后的生物特征决策)的信息的任何触摸将与监听器电极610接触。在该实施例中，由于当指纹传感器600激活并且能够对指纹成像时手指将总是与监听器电极接触，所以确保了由监听器电极610提供的共模噪声抑制。

图7A示出了具有电极阵列702的指纹传感器700的一个实施例。阵列702可以包括多个列电极706和多个行电极704。行电极704可以被耦合到如图2-4中所描述的驱动电路。列电极可以被耦合到(类似于图2-4的LNA 240和440的)LNA。指纹传感器700可以包括在列电极706中的可耦合到LNA(图4的440)的至少一个分离电极705(包括分离电极半部705.1和705.2)。分离电极705可以是在阵列的一侧与另一侧之间的某一点处具有中断715的电极。尽管图7A示出了中断715处于分离电极705的中心，但是中断715可以沿着分离电极705的轴定位在其他位置。中断715可以提供电流隔离以分离电极半部705.1和705.2。用虚线表示的电极(列和行)表示可沿着任一轴布置明显更多的列或行。尽管仅示出了八个电极(行704和列706)，但是这仅仅是为了简化描述。本领域的普通技术人员将理解，虚线的列和行代表数十或甚至数百个电极。

指纹传感器700可以提供类似于图6A和图6B所示的监听器电极功能，但是具有网内(in-grid)电极。当分离电极705如此配置时，该配置可以提供手指与监听器电极之间更大的接触概率。当耦合到驱动电路由此使其成为分离电极705.1下方的驱动电极(TX电极)的行电极被激励时，列电极706与被激励行电极之间的互电容被测量。分离电极705.1与激励行电极之间的互电容(如图1所示)被测量，如剩余的列电极的互电容被测量一样。由于分离电极705的下部(705.2)不与激励的行电极相交，所以它可以用作耦合到LNA的负输入端的监听器电极(如图2-4所示)。当与分离电极705的下部(705.2)相交的行被激励时，分离电极705的上部(705.1)可以被用作监听器电极。在图7A的实施例中，分离电极705的上部和下部(分别为半部705.1和705.2)可以是列电极706的一半面积。为了提供与标准列电极706的良好匹配，分离电极705的相邻部分可以并行地耦合在一起以提供与标准列电极相似的面积。然后，可以平衡来自手指的噪声耦合，并且利用LNA的差分输入级(例如图2和图3的240和图4的440)来提供监听器电极(例如，图2和图3的250和图4的410)的共模噪声抑制。平衡电容可以在(图2和图3的)RX节点213的任一侧上具有相似的电容值。

图7B示出了具有电极阵列722的指纹传感器701的一个实施例。阵列722可以包括多个列电极726和多个行电极723和724。行电极723和724可以被耦合到如图2-4中所描述的驱动电路。列电极可以耦合到(类似于图2-4的LNA 240和440的)LNA。行电极723和724各自可以仅部分地延伸穿过阵列722，但是其组合可以提供阵列722的完全覆盖。在指纹传感器701的实施例中，可以测量列电极726和行电极723之间的互电容，而与行电极724相交的列电极726可以类似于图2和图3的监听器电极250以及图4的监听器电极410被使用。当行电极724被驱动时，可以测量列电极726和行电极724之间的互电容，而与行电极723相交的列电极726类似于图2和图3的监听器电极250和图4的监听器电极410被使用。

在图7B的实施例中，可能需要两倍的驱动电路的驱动引脚来驱动行电极723和724的两侧。然而，列电极不需要并联耦合，因为它们可以被整体使用。

在以上的描述中，阐述了许多细节。然而，对于获得本公开的益处的本领域中的技术人员将明显的是，本发明的实施例可在没有这些特定细节的情况下进行实践。在一些实例中，众所周知的结构和设备以框图形式而不是详细地示出，以免使本说明书模糊。

附图和相关描述涉及类似具有触摸屏的移动手持机的设备。然而，本领域的普通技术人员可以将所描述的技术应用于诸如平板电脑和个人计算机的较大的启用触摸的消费者设备。另外，所描述的技术可以被应用于较小的启用触摸的消费者设备，诸如手表、GPS单元、媒体播放器等。此外，尽管以上引用了消费者电子产品，但是用于各种功能的安全进入可以在家庭自动化应用(家庭进入、家电、HVAC控制、照明和媒体控制)以及汽车应用中使用。

详细描述的一些部分依据对计算机存储器内的数据位的操作的算法和符号表示来呈现。这些算法描述和表示是数据处理领域的技术人员所使用的手段，以最有效地向本领域的其他技术人员传达他们工作的实质。算法在此处并且通常被设想为产生期望结果的自我一致的步骤序列。这些步骤是需要对物理量进行物理操作的那些步骤。通常，虽然不是必须的，但是这些量采用能够被存储、传递、组合、比较和以其他方式操纵的电或磁信号的形式。主要出于习惯用法的原因，将这些信号称为位、值、元素、符号、字符、术语、数字等等已被证明有时是方便的。

然而，应当记住，所有的这些和类似的术语与适当的物理量相关联并且仅仅是应用于这些量的方便标记。除非另有特别说明，从以上讨论中明显的是，认识到，在整个说明书中，使用诸如“积分”、“比较”、“平衡”、“测量”、“执行”、“积累”、“控制”、“转换”、“累积”、“采样”、“储存”、“耦合”、“改变”、“缓冲”、“施加”等等术语的讨论指的是计算系统或类似的电子计算设备的动作和过程，其将在计算系统的寄存器和存储器内表示为物理(例如，电子)量的数据进行操纵并且转换到在计算系统的存储器或寄存器或其他这种信息存储、传输或显示设备内的类似地表示为物理量的其他数据。

单词“示例(example)”或“示例性(exemplary)”在本文中被用于指作为示例、实例或例证。本文中被描述为“示例”或“示例性”任何方面或设计没有必要解释为与其他方面或设计相比是优选或者有利的。此外，单词“示例”或“示例性”的使用旨在以具体的方式来提出概念。如在本应用中所使用的，术语“或者(or)”旨在表示包括性的“或者(or)”而不是排除性的“或者(or)”。换言之，除非另外指出的，或者从上下文中清晰的，“X包括A或者B”旨在指自然包括性的排列中的任一个。换言之，如果X包括A；X包括B；或者X包括A和B两者，那么“X包括A或者B”在任何前述的实例中被满足。另外，如在本应用和所附权利要求书中被使用的冠词“一个(a)”以及“一个(an)”通常应当被解释为意味着“一个或更多个(one ormore)”，除非另外指出或者从上下中清晰地指向单个的形式。此外，除非有这样的描述，否则术语“实施例(an embodiment)”或者“一个实施例(one embodiment)”或者“实现(animplementation)”或者“一种实现(one implementation)”全部地不旨在意味着相同的实施例或实施方式。

本文所描述的实施例还可涉及用于执行本文中的操作的装置。该装置可为了所需的目的而被特别构造，或者它可包括由储存在计算机中的计算机程序选择性激活或重配置的通用计算机。这样的计算机程序可被存储在非暂时性计算机可读存储介质中，诸如但不限于包括软盘、光盘、CD-ROM和磁光盘的任意类型的盘、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、EPROM、EEPROM、磁卡或光卡、闪存、或适用于储存电子指令的任何类型的介质。术语“计算机可读存储媒介”应当被认为包括存储一个或更多个指令集的单个媒介或多个媒介(例如，集中式或分布式的数据库和/或相关联的高速缓存以及服务器)。术语“计算机可读媒介”也应当被认为包括能够存储、编码或传送由机器执行并导致机器实施任何一个或多个本实施例的方法的指令集的任何媒介。术语“计算机可读存储媒介”相应地应当被认为包括，但不限于，固态存储器、光媒介、磁媒介、能够存储、编码或传送用于机器执行并导致机器实施任何一个或多个本实施例的方法的指令集的任何媒介。

本文所提出的算法和电路并不固有地涉及任意特定的计算机或其他装置。各种通用系统可以根据本文的教导与程序一起使用，或者其可证明构建更专用的装置以执行所需的方法步骤是方便的。用于这些系统中的各种系统所需的结构将从以下描述中出现。另外，本实施例没有参考任何特定的编程语言来描述。将认识到，可以使用各种编程语言来实现如本文所述的实施例的教导。

以上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，以便提供对本发明的若干实施例的良好理解。然而，对于本领域的技术人员将明显的是，本发明的至少一些实施例可在没有这些特定细节的情况下进行实践。在其他实例中，众所周知的组件或方法没有具体描述或者是以简单的框图的形式来呈现，以避免不必要地使本发明模糊。因此，以上阐述的特定细节仅仅是示例性的。特定的实现可以与这些示例性细节不同并且仍然被视为在本发明的范围内。

将理解的是，以上描述旨在是例证性而不是限制性的。在阅读并且理解以上描述之后，许多其他实施例对于本领域的技术人员将是明显的。因此，本发明的范围应参考所附权利要求连同这些权利要求要求保护的等效物的整个范围来确定。

本申请的一个或更多个实施例还提供了以下内容：

1)一种差分电容测量电路，包括：

半桥电路，所述半桥电路包括耦合到放大器的第一输入端的第一互电容器和第二互电容器；以及

监听器电极，所述监听器电极被耦合到所述放大器的第二输入端。

2)根据1)所述的差分电容测量电路，还包括补偿电路，所述补偿电路包括：

调制器；

缓冲器，其耦合到所述调制器的输出端，所述缓冲器被配置为输出补偿信号；以及

补偿电容器，所述补偿电容器耦合在所述缓冲器的输出端和所述放大器的所述第一输入端之间。

3)根据2)所述的差分电容测量电路，其中，被配置为输出所述补偿信号的所述缓冲器在可编程电压和接地电势之间振荡。

4)根据1)所述的差分电容测量电路，还包括：

第一缓冲器，所述第一缓冲器被配置为向所述第一互电容器的第一节点提供第一发送信号；以及

第二缓冲器，所述第二缓冲器被配置为向所述第二互电容器的第一节点提供第二发送信号。

5)根据4)所述的差分电容测量电路，其中，所述第一发送信号和所述第二发送信号是180度异相。

6)根据4)所述的差分电容测量电路，还包括：

第三缓冲器，所述第三缓冲器被配置为向第三互电容的第一节点提供第三发送信号，其中所述第三互电容耦合到所述放大器的所述第一输入端；以及

控制逻辑，所述控制逻辑用于向所述第二缓冲器和所述第三缓冲器提供控制信号。

7)根据6)所述的差分电容测量电路，其中，所述第一发送信号和所述第三发送信号是同相的。

8)根据1)所述的差分电容测量电路，其中，所述监听器电极被配置为耦合到导电物体并且在所述放大器的所述第二输入端处提供共模噪声抑制。

9)一种用于测量电容的方法，包括：

在接收节点上接收从所述电容获得的第一信号，所述接收节点耦合到放大器的第一输入端；

在所述接收节点上接收从埋入电容获得的第二信号；

在监听器电极上接收第三信号，所述监听器电极耦合到所述放大器的第二输入端；

生成所述放大器的差分输出；

将所述放大器的所述差分输出转换成表示所述电容的数字值。

10)根据9)所述的方法，还包括：

在所述接收节点上接收第四信号，其中所述第四信号被配置为向所述放大器的所述第一输入端提供补偿电流。

11)根据9)所述的方法，其中，所述接收节点上的所述第一信号由电容器的第一节点上的第一发送信号产生，并且在耦合到所述接收节点的所述电容器的第二节点上被接收。

12)根据9)所述的方法，其中，所述接收节点上的所述第二信号由电容器的第一节点上的第二发送信号产生，并且在耦合到所述接收节点的所述电容器的第二节点上被接收。

13)根据12)所述的方法，其中，所述电容器由驱动电极和埋入接收电极形成。

14)根据9)所述的方法，其中，所述第二信号由耦合到缓冲器的控制逻辑来定义，所述缓冲器包括耦合到发送电极的输出端，所述接收节点耦合到接收电极。

15)一种指纹检测电极阵列，包括：

第一多个电极，所述第一多个电极沿着第一轴布置；以及

第二多个电极，所述第二多个电极沿着第二轴布置，其中所述第二多个电极中的至少一个电极被分离，使得所述第二多个电极中的所述至少一个电极的第一部分和所述第二多个电极中的所述至少一个电极的第二部分电流隔离。

16)根据15)所述的指纹检测电极阵列，其中，在第一阶段中测量所述第一多个电极与所述第二多个电极的所述第一部分之间的第一互电容，并且其中在第二阶段中测量所述第一多个电极与所述第二多个电极的所述第二部分之间的第二互电容。

17)根据15)所述的指纹检测电极阵列，其中，所述第二多个电极中的至少一个分离电极基本上位于所述阵列的中心。

18)根据15)所述的指纹检测电极阵列，其中，所述第二多个电极中的不与所述第一多个电极中的驱动电极相交的部分被配置为接收共模噪声。

19)根据18)所述的指纹检测电极阵列，其中，所述第二多个电极的所述第一部分和所述第二部分中的每一者选择性地耦合到差分放大器的输入端以抑制由所述第二多个电极中的不与所述第一多个电极的所述驱动电极相交的所述部分接收的所述共模噪声。

20)根据15)所述的指纹检测电极阵列，其中，所述第一多个电极中的两个或更多个电极被配置为被同时驱动。

Claims

1.一种差分电容测量电路，包括：

监听器电极，所述监听器电极是用于提供共模噪声抑制的电极并且被耦合到所述放大器的第二输入端。

2.根据权利要求1所述的差分电容测量电路，还包括补偿电路，所述补偿电路包括：

调制器；

3.根据权利要求2所述的差分电容测量电路，其中，被配置为输出所述补偿信号的所述缓冲器在可编程电压和接地电势之间振荡。

4.根据权利要求1所述的差分电容测量电路，还包括：

5.根据权利要求4所述的差分电容测量电路，其中，所述第一发送信号和所述第二发送信号是180度异相。

6.根据权利要求4所述的差分电容测量电路，还包括：

7.根据权利要求6所述的差分电容测量电路，其中，所述第一发送信号和所述第三发送信号是同相的。

8.根据权利要求1所述的差分电容测量电路，其中，所述监听器电极被配置为耦合到导电物体并且在所述放大器的所述第二输入端处提供共模噪声抑制。

9.一种用于测量电容的方法，包括：

在所述接收节点上接收从埋入电容获得的第二信号；

在监听器电极上接收第三信号，所述监听器电极是用于提供共模噪声抑制的电极并且耦合到所述放大器的第二输入端；

生成所述放大器的差分输出；

10.根据权利要求9所述的方法，还包括：

11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述接收节点上的所述第一信号由电容器的第一节点上的第一发送信号产生，并且在耦合到所述接收节点的所述电容器的第二节点上被接收。

12.根据权利要求9所述的方法，其中，所述接收节点上的所述第二信号由电容器的第一节点上的第二发送信号产生，并且在耦合到所述接收节点的所述电容器的第二节点上被接收。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述电容器由驱动电极和埋入接收电极形成。

14.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第二信号由耦合到缓冲器的控制逻辑来定义，所述缓冲器包括耦合到发送电极的输出端，所述接收节点耦合到接收电极。

15.一种指纹检测电极阵列，包括：

第一多个电极，所述第一多个电极沿着第一轴布置；以及

16.根据权利要求15所述的指纹检测电极阵列，其中，在第一阶段中测量所述第一多个电极与所述第二多个电极的所述第一部分之间的第一互电容，并且其中在第二阶段中测量所述第一多个电极与所述第二多个电极的所述第二部分之间的第二互电容。

17.根据权利要求15所述的指纹检测电极阵列，其中，所述第二多个电极中的至少一个分离电极基本上位于所述阵列的中心。

18.根据权利要求15所述的指纹检测电极阵列，其中，所述第二多个电极中的不与所述第一多个电极中的驱动电极相交的部分被配置为接收共模噪声。

19.根据权利要求18所述的指纹检测电极阵列，其中，所述第二多个电极的所述第一部分和所述第二部分中的每一者选择性地耦合到差分放大器的输入端以抑制由所述第二多个电极中的不与所述第一多个电极的所述驱动电极相交的所述部分接收的所述共模噪声。

20.根据权利要求15所述的指纹检测电极阵列，其中，所述第一多个电极中的两个或更多个电极被配置为被同时驱动。