CN108700621B - 电容感测电路及指纹辨识系统 - Google Patents

电容感测电路及指纹辨识系统 Download PDF

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Abstract

一种电容感测电路(10)，包括一积分电路(12)，包含有一积分输入端，耦接于接触电容(Cf)，所述积分输入端具有一输入电压(Vx)；以及一积分输出端，用来输出一输出电压(Vo)；一比较器(Comp)；一正向数模转换单元(14a)；一负向数模转换单元(14b)；一控制电路(16)，用来控制所述正向数模转换单元(14a)以及所述负向数模转换单元(14b)；以及一逻辑电路(18)，用来输出一输出码(ctotal)，所述输出码(ctotal)相关于所述接触电容(Cf)的一电容值。

Description

电容感测电路及指纹辨识系统
技术领域
本申请涉及电路结构，具体涉及一种可产生数字输出的电容感测电路及指纹辨识系统。
背景技术
随着科技日新月异，移动电话、数字相机、平板计算机、笔记本电脑等越来越多携带型电子装置已经成为了人们生活中必备的工具。由于携带型电子装置一般为个人使用，而具有一定的隐私性，因此其内部储存的数据，例如电话簿、相片、个人信息等等为私人所有。若电子装置一旦丢失，则这些数据可能会被他人所利用，而造成不必要的损失。虽然目前已有利用密码保护的方式来避免电子装置为他人所使用，但密码容易泄露或遭到破解，具有较低的安全性。并且，用户需记住密码才能使用电子装置，若忘记密码，则会带给使用者许多不便。因此，目前发展出利用个人指纹识别系统的方式来达到身份认证的目的，以提升数据安全性。
一般来说，指纹识别系统中利用一电容感测电路接受手指的接触，电容感测电路用来接受手指的接触并与手指之间形成一接触电容，电容感测电路可将接触电容的电容值转换成一模拟电压信号，模拟电压信号需转换成数字电压信号后，再传送至后端的指纹判断模块以判断电容感测电路对应于指纹的纹蜂(Finger Ridge)或纹谷(Finger Valley)。换句话说，模拟电压信号通过一模拟数字转换器(Analog to Digital Convertor，ADC)以转换成数字电压信号。然而，模拟数字转换器的电路结构复杂，且占据大幅电路面积，同时增加生产成本，且消耗较高功率。
发明内容
因此，本申请的主要目的即在于提供一种电路构造简单的电容感测电路及指纹辨识系统。
为了解决上述技术问题，本申请提供了一电容感测电路，用来感测一接触电容，包括一积分电路，包含有一积分输入端，耦接于所述接触电容，所述积分输入端具有一输入电压；以及一积分输出端，用来输出一输出电压；一比较器，包含有一第一输入端，耦接于所述积分输出端；以及一第二输入端，用来接收一参考电压；一正向数模转换单元，耦接于所述积分输入端；一负向数模转换单元，耦接于所述积分输入端；一控制电路，耦接于所述比较器的一比较输出端，用来控制所述正向数模转换单元以及所述负向数模转换单元；以及一逻辑电路，耦接于所述比较输出端，用来于一积分区间中，产生一第一码，并于一比较区间中，产生一第二码，所述逻辑电路根据所述第一码以及所述第二码，输出一输出码，所述输出码相关于所述接触电容的一电容值。
例如，所述正向数模转换单元包含有复数个正向数模转换电容，耦接于所述积分输入端；复数个第一数模转换开关，其一端耦接于所述复数个正向数模转换电容，另一端接收一正电压；以及复数个第二数模转换开关，其一端耦接于所述复数个正向数模转换电容，另一端耦接于一接地端；所述负向数模转换单元包含有复数个负向数模转换电容，耦接于所述积分输入端；复数个第三数模转换开关，其一端耦接于所述复数个负向数模转换电容，另一端接收一正电压；以及复数个第四数模转换开关，其一端耦接于所述复数个负向数模转换电容，另一端耦接于一接地端；其中，所述复数个第一数模转换开关、所述复数个第二数模转换开关、所述复数个第三数模转换开关以及所述复数个第四数模转换开关受控于所述控制电路。
例如，所述复数个正向数模转换电容的复数个正向数模转换电容值之间呈一指数型关系，所述复数个负向数模转换电容的复数个负向数模转换电容值之间呈一指数型关系。
例如，于所述积分区间中，所述控制电路控制所述正向数模转换单元的所述复数个第一数模转换开关及所述复数个第二数模转换开关，使得当所述比较器转态时，将所述输出电压增加一第一特定值。
例如，于所述积分区间中，所述逻辑电路累计所述比较器的一累计转态次数，并产生相关于所述累计转态次数的所述第一码。
例如，于一采样区间中，所述控制电路控制所述正向数模转换单元的所述复数个第一数模转换开关及所述复数个第二数模转换开关，使得所述复数个正向数模转换电容接收所述正电压；于所述采样区间中，所述控制电路控制所述负向数模转换单元的所述复数个第一数模转换开关及所述复数个第二数模转换开关，使得所述复数个负向数模转换电容耦接于所述接地端。
例如，于所述比较区间中，所述控制电路控制所述复数个第一数模转换开关、所述复数个第二数模转换开关、所述复数个第三数模转换开关以及所述复数个第四数模转换开关，以调整所述输入电压。
例如，所述比较区间包含复数个比较子区间，于所述复数个比较子区间的一比较子区间中，所述比较器结果产生对应于所述比较子区间的一比较结果。
例如，所述逻辑电路根据对应于所述复数个比较子区间的复数个比较结果，产生所述第二码。
例如，于所述比较子区间中，当所述前置结果显示所述输入电压大于所述共模电压时，所述控制电路控制所述复数个第一数模转换开关、所述复数个第二数模转换开关、所述复数个第三数模转换开关以及所述复数个第四数模转换开关，使得所述输入电压于下一比较子区间中下降一第二特定值。
例如，于所述比较子区间中，当所述前置结果显示所述输入电压小于所述共模电压时，所述控制电路控制所述复数个第一数模转换开关、所述复数个第二数模转换开关、所述复数个第三数模转换开关以及所述复数个第四数模转换开关，使得所述输入电压于下一比较子区间中上升一第三特定值。例如，
例如，所述输出码为所述第一码向左平移(N－1)个比特后与所述第二码的相加结果，其中N代表所述第二码的比特数。
例如，电容感测电路另包含一取样保持电路，耦接于所述接触电容与所述积分输入端。
例如，所述取样保持电路包含一第一开关，其一端接收一正电压，另一端耦接于所述接触电容；以及一第二开关，其一端耦接于所述接触电容，另一端耦接于所述积分输入端；其中，于一第一时间，所述第一开关导通而所述第二开关断开；以及于一第二时间，所述第一开关断开而所述第二开关导通。
例如，所述积分电路包含有一放大器，耦接于所述积分输入端与所述积分输出端之间；一积分电容，耦接于所述积分输入端；一第三开关，耦接于所述积分电容与所述所述积分输出端；以及一第四开关，其一端耦接于所述积分电容与所述第三开关，另一端接收一共模电压。
例如，所述参考电压与所述共模电压相等。
例如，所述积分电路另包含有一第五开关，耦接于所述积分输入端与所述积分输出端之间。
本申请另提供了一種电容感测电路，包括复数个像素电路，用来一手指形成复数个接触电容；一电容感测电路，耦接于所述复数个像素电路，用来感测所述复数个接触电容，所述电容感测电路包含一积分电路，包含有一积分输入端，所述积分输入端具有一输入电压；以及一积分输出端，用来输出一输出电压；一比较器，包含有一第一输入端，耦接于所述积分输出端；以及一第二输入端，用来接收一参考电压；一正向数模转换单元，耦接于所述积分输入端；一负向数模转换单元，耦接于所述积分输入端；一控制电路，耦接于所述比较器的一比较输出端，用来控制所述正向数模转换单元以及所述负向数模转换单元；以及一逻辑电路，耦接于所述比较输出端，用来于一积分区间中，产生一第一码，并于一比较区间中，产生一第二码，所述逻辑电路根据所述第一码以及所述第二码，输出一输出码，所述输出码相关于所述复数个接触电容中一接触电容的一电容值。
本申请提供的电容感测电路可将接触电容中的电容值转换成一数字信号，其具有电路结构简单、电路面积小、成本低、功耗低以及延迟等待时间低的优点。
附图说明
图1为本申请部分实施例一电容感测电路的示意图。
图2为本申请部分实施例中一输入电压与一输出电压及的波形图。
图3为本申请部分实施例中一第一码、一第二码以及一输出码的示意图。
图4为本申请部分实施例一指紋辨识系統的示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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申请，并不用于限定本申请。
本申请的电容感测电路用来感测一接触电容，其可直接输出相关于该电容值的输出码，而不需要后端的模拟数字转换器(ADC)来将相关于该电容值的模拟信号转换成输出码。详细来说，请参考图1，图1为本申请一电容感测电路10的示意图。电容感测电路10用来感测一接触电容Cf，电容感测电路10可直接输出相关于接触电容Cf的电容值的一输出码ctotoal。
如图1所示，电容感测电路10耦接于一取样保持电路SH，其包含一积分电路12、一比较器Comp、一正向数模转换单元14a、一负向数模转换单元14b、一控制电路16以及一逻辑电路18。积分电路12包含一积分输入端以及一积分输出端，积分输入端形成有一输入电压Vx，积分输出端输出一输出电压Vo。取样保持电路SH包含开关S1、S2，开关S1的一端接收一正电压VDD，开关S1的另一端耦接于接触电容Cf，开关S2的一端耦接于接触电容Cf，开关S2的另一端耦接于该积分输入端。积分电路12包含一放大器Amp、一积分电容CINT以及开关S3、S4、S5，放大器Amp、积分电容CINT以及开关S3、S5皆耦接于积分电路12的积分输入端与积分输出端之间。详细来说，积分电容CINT与开关S3串联成一序列，而开关S5与此序列并联，开关S4的一端耦接于积分电容CINT以及开关S3，开关S4的另一端接收一共模电压VCM。比较器Comp的一第一输入端耦接于所述积分输出端，以接收输出电压Vo，比较器Comp的一第二输入端接收一参考电压VR，比较器Comp产生输出电压Vo与参考电压VR的一比较结果q并输出至比较器Comp的一比较输出端。控制电路16耦接于比较器Comp的比较输出端，用来产生复数个控制信号以控制正向数模转换单元14a以及负向数模转换单元14b。逻辑电路18耦接于比较器Comp的比较输出端，用来于一积分区间TINT中，产生一第一码(Code)c1，并于一比较区间TCP中，产生一第二码c2，逻辑电路18可根据第一码c1以及第二码c2，产生相关于接触电容Cf的电容值的输出码ctotoal，其中第一码c1、第二码c2以及输出码ctotoal皆为二进制(Binary)信号，其细节详述于后。
详细来说，正向数模转换单元14a包含有正向数模转换电容Ca0～CaK、数模转换开关SVa0～SVaK以及数模转换开关SGa0～SGaK，正向数模转换电容Ca0～CaK皆耦接于所述积分输入端，(在k＝0,…,K的情况下)数模转换开关SVak与数模转换开关SGak的一第一端皆耦接于正向数模转换电容Cak，数模转换开关SVak的一第二端接收正电压VDD，数模转换开关SGak的第二端耦接于一接地端GND。同样地，负向数模转换单元14b包含有负向数模转换电容Cb0～CbK、数模转换开关SVb0～SVbK以及数模转换开关SGb0～SGbK，负向数模转换电容Cb0～CbK皆耦接于所述积分输入端，(在k＝0,…,K的情况下)数模转换开关SVbk与数模转换开关SGbak的一第一端皆耦接于正向数模转换电容Cbk，数模转换开关SVbk的一第二端接收正电压VDD，数模转换开关SGbk的第二端耦接于一接地端GND。数模转换开关SVa0～SVaK、数模转换开关SGa0～SGaK、数模转换开关SVb0～SVbK以及数模转换开关SGb0～SGbK皆受控于控制电路16，换句话说，控制电路16可根据比较结果q产生复数个控制信号，以控制正向数模转换单元14a以及负向数模转换单元14b。
为了方便说明，正向数模转换电容Ca0～CaK(或负向数模转换电容Cb0～CbK)是依照电容值的大小由大到小排列(即Ca0≥Ca1≥…≥CaK或Cb0≥Cb1≥…≥CbK)。于一实施例中，正向数模转换电容Ca0～CaK(或负向数模转换电容Cb0～CbK)可呈一指数型递减关系，举例来说，(在k＝0,…,K的情况下)当正向数模转换电容Ca0的电容值为CA时，正向数模转换电容Cak的电容值为CA/2k；同理，当负向数模转换电容Cb0的电容值为CB时，负向数模转换电容Cbk的电容值为CB/2k。
电容感测电路10的操作细节叙述如下。放了方便说明，图2绘示本申请一实施例输入电压Vx与输出电压Vo的波形图。于一重置区间TRST中，电容感测电路10将清空积分电容CINT中所储存的电荷。于一实施例中，开关S3、S5、数模转换开关SVa0～SVaK、SGb0～SGbK为导通(Conducted，ON)，数模转换开关SGa0～SGaK、SVb0～SVbK为断路(Cutoff，OFF)，此时，积分电容CINT中的电荷会被清空，而输入电压Vx与输出电压Vo相等，于一实施例中，输入电压Vx、输出电压Vo及参考电压VR可等于共模电压VCM。
于积分区间TINT中，积分电路12对接触电容Cf中所储存的电荷进行一积分操作。于一实施例中，开关S5以及数模转换开关SVb0～SVbK、SGb0～SGbK可为断路，开关S1、S3可受控于一时脉信号CK1，开关S2、S5可受控于一时脉信号CK2，其中时脉信号CK1于一时脉周期的一前半周期为高电位，时脉信号CK2于时脉周期的一后半周期为高电位。在此情形下，于前半周期中，开关S1导通而开关S2断开，接触电容Cf充电至正电压VDD；于后半周期，开关S1断开而开关S2导通，储存于接触电容Cf的电荷流至积分电容CINT，换句话说，于积分区间TINT中，输出电压Vo会随时间递减。另外，当输出电压Vo小于参考电压VR时，将导致比较器Comp转态，此时控制电路16产生控制信号来控制数模转换开关SVa0～SVaK、SGa0～SGaK，使得输出电压Vo增加一特定电压值VK(即输出电压Vo增加至一电压VR+VK)，因此，输出电压Vo的值将会被限制在电压VR+VK与电压VR之间。
更进一步的，逻辑电路18可累计比较器Comp的一累计转态次数NCNT，并产生相关于累计转态次数NCNT的第一码c1。以图2所绘示的实例为例，于积分区间TINT中，输出电压Vo于时间tI1、tI2小于参考电压VR而导致比较器Comp转态，因此累计转态次数NCNT等于2，而逻辑电路18产生第一码c1为累计转态次数NCNT的二进制表示法，即逻辑电路18产生第一码c1为10。另外，于积分区间TINT结束的一时间tSP时，输出电压Vo具有一采样电压值VSP。
控制电路16控制数模转换开关SVa0～SVaK、SGa0～SGaK使得输出电压Vo增加特定电压值VK的细节叙述如下。于输出电压Vo递减以至于输出电压Vo小于参考电压VR后的下一个时脉周期中，控制电路16控制数模转换开关SVa0～SVaK于时脉周期的前半周期导通且于时脉周期的一后半周期断开，控制电路16控制而数模转换开关SGa0～SGaK于时脉周期T的前半周期断开且于时脉周期T的后半周期导通。也就是说，于输出电压Vo因积分而递减，以至于输出电压Vo小于参考电压VR后的瞬间(即时脉周期T’中)，输出电压Vo即可增加至电压VR+VK。如此一来，输出电压Vo的值将会被限制在电压VR+VK与电压VR之间。
另外，于一采样区间TSP中，电容感测电路10进行一采样操作。于一实施例中，数模转换开关SVa0～SVaK、数模转换开关SGb0～SGbK以及开关S4可为导通，数模转换开关SGa0～SGaK、数模转换开关SVb0～SVbK以及开关S3、S5可为断路。在此情形下，积分电容CINT与正向数模转换电容Ca0～CaK、负向数模转换电容Cb0～CbK之间可产生电荷分享(Charge Sharing)作用，导致输入电压Vx于采样区间TSP中下降或上升，输出电压Vo也随之上升或下降，因此，比较器Comp可产生对应于采样区间TSP的比较结果q为qSP(qSP可为一二进制数值)，逻辑电路18可根据qSP产生第二码c2的一最高有效位(Most Significant Bit，MSB)为qSP’(qSP’代表qSP的一反向，以布尔代数/逻辑的描述法来说，qSP’为非qSP)。
以图2所绘示的实例为例，于采样区间TSP中，输入电压Vx因电荷分享作用而下降(即输入电压Vx小于共模电压VCM)，因放大器Amp具有反向放大作用，输入电压Vx微幅下降将导致输出电压Vo因此急遽上升(举例来说，输出电压Vo急遽上升至放大器Amp的一饱和电压，其中放大器Amp的饱和电压可为正电压VDD)，比较器Comp产生比较结果qSP为1(qSP＝1)，逻辑电路18根据qSP产生第二码c2的最高有效位为0(qSP’＝0，因qSP＝1)。
另外，于比较区间TCP中，控制电路16控制数模转换开关SVa0～SVaK、SGa0～SGaK、SVb0～SVbK、SGb0～SGbK，以调整输入电压Vx，进而逼近共模电压VCM。具体来说，比较区间TCP可区分成比较子区间TCP0～TCPK，于比较子区间TCP0中，控制电路16根据比较结果qSP控制数模转换开关SVa0、SGa0、SVb0、SGb0，使得输入电压Vx得以上升/下降，输出电压Vo于比较子区间TCP0中得以下降/上升，比较器Comp产生对应于比较子区间TCP0的比较结果q为q0(q0亦为一二进制数值)，此时逻辑电路18根据qSP产生第二码c2的一次高有效位(Second Significant Bit)为q0’(同理，q0’代表q0的一反向，即q0’为非q0)，其中，第二码c2的次高有效位代表代表自第二码c2的最高有效位开始，往右边(即由最高有效位往最低有效位(Least SignificantBit，LSB)的方向)数来第1个比特。以图2所绘示的实例为例，于比较子区间TCP0中，控制电路16根据比较结果qSP控制数模转换开关SVa0、SGa0、SVb0、SGb0，使得输入电压Vx于比较子区间TCP0中得以上升，输出电压Vo于比较子区间TCP0中得以下降，比较器Comp产生比较结果q0为0(q0＝0)，此时逻辑电路18根据q0产生第二码c2的次高有效位为1(q0’＝1，因q0＝0)。
另外，于比较子区间TCP1～TCPK的一比较子区间TCPk中，控制电路16根据比较结果qk-1控制数模转换开关SVak、SGak、SVbk、SGbk，使得输入电压Vx得以上升/下降，输出电压Vo于比较子区间TCPk中得以下降/上升，比较器Comp产生对应于比较子区间TCPk的比较结果q为qk(qk亦为一二进制数值)，此时逻辑电路18根据比较结果qk产生第二码c2自最高有效位往右边数来第k+1个比特为qk’(同理，qk’代表qk的一反向，即qk’为非qk)，其中，前述右边代表自最高有效位往最低有效位(Least Significant Bit，LSB)的方向。如此一来，于比较区间TCP终止时，逻辑电路18可产生第二码c2为qSP’q0’q2’…qK’。
以图2所绘示的实例为例，于比较子区间TCP1中，控制电路16根据比较结果q0控制数模转换开关SVa1、SGa1、SVb1、SGb1，使得输入电压Vx于比较子区间TCP1中得以下降上升，输出电压Vo于比较子区间TCP0中得以上升，比较器Comp产生比较结果q1为1(q1＝1)，此时逻辑电路18根据q1产生第二码c2自最高有效位往右边数来第2个比特为0(q1’＝0，因q1＝1)。于比较区间TCP终止时，逻辑电路18产生第二码c2为010。
另外，于逻辑电路18产生第一码c1以及第二码c2后，逻辑电路18可根据第一码c1及第二码c2，产生相关于接触电容Cf的电容值的输出码ctotoal。具体来说，在第二码c2具有N个比特的情况下，逻辑电路18可将第一码c1所代表的二进制数值乘以2N-1(即将第一码c1向左平移(N－1)个比特)后，将相乘结果(即平移后的结果)与第二码c2相加，所得的相加结果即为输出码ctotoal，此时输出码ctotoal所代表的二进制数值即相关于接触电容Cf的电容值。其中，第一码c1可视为一粗略码(Coarse Code)，其包含输出码ctotoal较为显着(Significant)的成份；而第二码c2可视为一细致码(Fine Code)，其包含输出码ctotoal较不显着的成份。以图2所绘示的实例为例，逻辑电路18可产生输出码ctotoal为第一码c1向左平移2个比特后与第二码c2的相加结果，如图3所示。
另一方面，于比较子区间TCPk中输入电压Vx上升的幅度相关于数模转换开关SVak、SGak所对应正向数模转换电容Cak的电容值，于比较子区间TCPk中输入电压Vx上升的幅度相关于数模转换开关SVbk、SGbk所对应负向数模转换电容Cbk的电容值，在正向数模转换电容Ca0～CaK(或负向数模转换电容Cb0～CbK)依照电容值的大小由大到小排列的情况下，于比较子区间TCP1～TCPK中，输入电压Vx上升/下降的幅度随着k增大而减小，输入电压Vx与采样电压值VSP的差距也随着k增大而减小，换句话说，控制电路16藉由于比较子区间TCPk中控制数模转换开关SVak、SGak、SVbk、SGbk来调整输入电压Vx，以逼近共模电压VCM。另外，逻辑电路18可根据比较器Comp于采样区间TSP以及比较区间TCP的所产生的比较结果q来产生第二码c2(即细致码)，并根据第一码c1以及第二码c2产生输出码ctotoal，因此，数字的输出码ctotoal可代表接触电容Cf的电容值。
除此之外，正向数模转换单元14a、负向数模转换单元14b、控制电路16以及逻辑电路18于采样区间TSP以及比较区间TCP的其余操作细节类似于一逐次逼近寄存器型模拟数字转换器(Successive Approximation Register Analog-to-Digital Converter，简称SARADC)，SAR ADC已为本领域具通常知识者所熟知，于此不再赘述。
由上述可知，本申请利用控制电路16于比较区间TCP中，控制正向数模转换单元14a以及负向数模转换单元14b，以调整输入电压Vx，以逼近共模电压VCM，另外，于采样区间TSP以及比较区间TCP中比较器Comp所产生的比较结果q可用来产生第二码c2(即细致码)，如此一来，根据第一码c1及第二码c2所产生输出码ctotoal为数字信号，其可代表接触电容Cf的电容值。相较于习知技术，电容感测电路10不需额外使用模拟数字转换器(Analog toDigital Convertor，ADC)，即可精确地将接触电容Cf的电容值转换为数字信号，电容感测电路10除了电路结构简单、电路面积小、成本低以及低功耗之外，更缩短了采样区间TSP及比较区间TCP所需的延迟等待时间(Latency)。
另外，电容感测电路10可应用于一指纹辨识系统中。请参考图4，图4为本申请实施例一指纹辨识系统40的示意图。指纹辨识系统40包含像素电路PC_1～PC_N以及电容感测电路10，其中像素电路PC_1～PC_N与用户手指之间形成接触电容Cf_1～Cf_N，而电容感测电路10可耦接于像素电路PC_1～PC_N所包含的取样保持电路SH(其中电容感测电路10與取样保持电路SH的連接關係與圖1相同)，进而量测接触电容Cf_1～Cf_N的电容大小，如此一来，指纹辨识系统40可根据接触电容Cf_1～Cf_N的电容大小，判断像素电路PC_1～PC_N的位置为纹蜂(Finger Ridge)或纹谷(Finger Valley)。另外，像素电路不限于特定电路结构，举例来说，每一像素电路可包含一顶层电极MT以及一屏蔽层MS，顶层电极MT用来接受使用者手指的接触，并与使用者手指形成接触电容，而顶层电极MT与屏蔽层MS之间具有寄生电容Cp。
需注意的是，前述实施例用以说明本申请之概念，本领域具通常知识者当可据以做不同之修饰，而不限于此。举例来说，第一码c1及第二码c2不限于特定长度(比特数)，也就是说，第一码c1及第二码c2的长度(比特数)可视实际需要而调整，举例来说，第一码c1可具有10个比特，第二码c2可具有3个比特，而输出码ctotoal可具有12个比特。
综上所述，本申请的电容感测电路利用正向数模转换单元以及负向数模转换单元，于采样区间以及比较区间中调整输入电压，以逼近共模电压，比较器于采样区间以及比较区间中所产生的比较结果即可用来产生细致码。相较于习知技术，本申请的电容感测电路具有电路结构简单、电路面积小、成本低、功耗低以及延迟等待时间低的优点。
以上所述仅为本申请的部分实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种电容感测电路，用来感测一接触电容，所述电容感测电路包括：
一积分电路，包含有：
一积分输入端，耦接于所述接触电容，所述积分输入端具有一输入电压；以及
一积分输出端，用来输出一输出电压；
一比较器，包含有：
一第一输入端，耦接于所述积分输出端；以及
一第二输入端，用来接收一参考电压；
一正向数模转换单元，耦接于所述积分输入端；
一负向数模转换单元，耦接于所述积分输入端；
一控制电路，耦接于所述比较器的一比较输出端，用来控制所述正向数模转换单元以及所述负向数模转换单元；以及
一逻辑电路，耦接于所述比较输出端，用来于一积分区间中，产生一第一码，并于一比较区间中，产生一第二码，所述逻辑电路根据所述第一码以及所述第二码，输出一输出码，所述输出码相关于所述接触电容的一电容值；
其中，电容感测电路另包含一取样保持电路，耦接于所述接触电容与所述积分输入端，所述取样保持电路包含：
一第一开关，其一端接收一正电压，另一端耦接于所述接触电容；以及
一第二开关，其一端耦接于所述接触电容，另一端耦接于所述积分输入端；
其中，于一第一时间，所述第一开关导通而所述第二开关断开；以及于一第二时间，所述第一开关断开而所述第二开关导通。
2.如权利要求1所述的电容感测电路，其中，所述正向数模转换单元包含有：
复数个正向数模转换电容，皆耦接于所述积分输入端；
复数个第一数模转换开关，每一第一数模转换开关之一端耦接于所述复数个正向数模转换电容，另一端接收一正电压；以及
复数个第二数模转换开关，每一第二数模转换开关之一端耦接于所述复数个正向数模转换电容，另一端耦接于一接地端；
所述负向数模转换单元包含有：
复数个负向数模转换电容，耦接于所述积分输入端；
复数个第三数模转换开关，其一端耦接于所述复数个负向数模转换电容，另一端接收一正电压；以及
复数个第四数模转换开关，其一端耦接于所述复数个负向数模转换电容，另一端耦接于一接地端；
其中，所述复数个第一数模转换开关、所述复数个第二数模转换开关、所述复数个第三数模转换开关以及所述复数个第四数模转换开关受控于所述控制电路。
3.如权利要求2所述的电容感测电路，其中，所述复数个正向数模转换电容的复数个正向数模转换电容值之间呈一指数型关系，所述复数个负向数模转换电容的复数个负向数模转换电容值之间呈一指数型关系。
4.如权利要求2所述的电容感测电路，其中，于所述积分区间中，所述控制电路控制所述正向数模转换单元的所述复数个第一数模转换开关及所述复数个第二数模转换开关，使得当所述比较器转态时，将所述输出电压增加一第一特定值。
5.如权利要求2所述的电容感测电路，其中，于所述积分区间中，所述逻辑电路累计所述比较器的一累计转态次数，并产生相关于所述累计转态次数的所述第一码。
6.如权利要求2所述的电容感测电路，其中，于一采样区间中，所述控制电路控制所述正向数模转换单元的所述复数个第一数模转换开关及所述复数个第二数模转换开关，使得所述复数个正向数模转换电容接收所述正电压；于所述采样区间中，所述控制电路控制所述负向数模转换单元的所述复数个第三数模转换开关及所述复数个第四数模转换开关，使得所述复数个负向数模转换电容耦接于所述接地端。
7.如权利要求2所述的电容感测电路，其中，于所述比较区间中，所述控制电路控制所述复数个第一数模转换开关、所述复数个第二数模转换开关、所述复数个第三数模转换开关以及所述复数个第四数模转换开关，以调整所述输入电压。
8.如权利要求7所述的电容感测电路，其中，所述比较区间包含复数个比较子区间，于所述复数个比较子区间的一比较子区间中，所述比较器产生对应于所述比较子区间的一比较结果。
9.如权利要求8所述的电容感测电路，其中，所述逻辑电路根据对应于所述复数个比较子区间的复数个比较结果，产生所述第二码。
10.如权利要求8所述的电容感测电路，其中，于所述比较子区间中，当前置结果显示所述输入电压大于共模电压时，所述控制电路控制所述复数个第一数模转换开关、所述复数个第二数模转换开关、所述复数个第三数模转换开关以及所述复数个第四数模转换开关，使得所述输入电压于下一比较子区间中下降一第二特定值，其中，所述参考电压与所述共模电压相等。
11.如权利要求8所述的电容感测电路，其中，于所述比较子区间中，当前置结果显示所述输入电压小于共模电压时，所述控制电路控制所述复数个第一数模转换开关、所述复数个第二数模转换开关、所述复数个第三数模转换开关以及所述复数个第四数模转换开关，使得所述输入电压于下一比较子区间中上升一第三特定值，其中，所述参考电压与所述共模电压相等。
12.如权利要求1-11中任一项所述的电容感测电路，其中，所述输出码为所述第一码向左平移N－1个比特后与所述第二码的相加结果，其中N代表所述第二码的比特数。
13.如权利要求1所述的电容感测电路，其中，所述积分电路包含有：
一放大器，耦接于所述积分输入端与所述积分输出端之间；
一积分电容，耦接于所述积分输入端；
一第三开关，耦接于所述积分电容与所述积分输出端；以及
一第四开关，其一端耦接于所述积分电容与所述第三开关，另一端接收一共模电压，其中，所述参考电压与所述共模电压相等。
14.如权利要求1所述的电容感测电路，其中，所述积分电路另包含有：
一第五开关，耦接于所述积分输入端与所述积分输出端之间。
15.一种指纹辨识系统，包括：
复数个像素电路，用来与一手指形成复数个接触电容；
一电容感测电路，耦接于所述复数个像素电路，用来感测所述复数个接触电容，所述电容感测电路包含：
一积分电路，包含有：
一积分输入端，所述积分输入端具有一输入电压；以及
一积分输出端，用来输出一输出电压；
一比较器，包含有：
一第一输入端，耦接于所述积分输出端；以及
一第二输入端，用来接收一参考电压；
一正向数模转换单元，耦接于所述积分输入端；
一负向数模转换单元，耦接于所述积分输入端；
一控制电路，耦接于所述比较器的一比较输出端，用来控制所述正向数模转换单元以及所述负向数模转换单元；以及
一逻辑电路，耦接于所述比较输出端，用来于一积分区间中，产生一第一码，并于一比较区间中，产生一第二码，所述逻辑电路根据所述第一码以及所述第二码，输出一输出码，所述输出码相关于所述复数个接触电容中一接触电容的一电容值；
其中，电容感测电路另包含一取样保持电路，耦接于所述接触电容与所述积分输入端，所述取样保持电路包含：
一第一开关，其一端接收一正电压，另一端耦接于所述接触电容；以及
一第二开关，其一端耦接于所述接触电容，另一端耦接于所述积分输入端；
其中，于一第一时间，所述第一开关导通而所述第二开关断开；以及于一第二时间，所述第一开关断开而所述第二开关导通。
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