CN108734097A - 集成的指纹和力传感器 - Google Patents

Abstract

集成感测装置，包括布置在柔性电路的不同部分之上的力传感器和指纹传感器。指纹传感器布置在柔性电路的第一部分之上而力传感器布置在第二部分之上，并且柔性电路被配置使得第一部分在第二部分之上。力传感器包括可压缩层和一个或多个力电极，其中可压缩层布置在第一部分与第二部分之间。

Description

集成的指纹和力传感器

技术领域

本公开总体上涉及指纹和力传感器，并且更具体地，涉及包括集成的指纹和力传感器的输入装置。

背景技术

指纹传感器在生物测量的领域中是熟知的，并且通常用于诸如膝上型电脑、个人计算装置、移动电话、平板电脑等的电子装置中的用户识别。典型地，指纹传感器包括通信地耦合至控制器的一维或二维感测阵列。

在许多实施例中，存在对于将指纹传感器与按钮以及其它输入装置耦合的期望。这使得指纹传感器的功能性能够与其它输入功能链接以供改进的可用性，并且其避免在电子装置中为专用的指纹传感器保留空间的需要。用于将指纹传感器与其它输入装置耦合的传统方式典型地包括将分立的指纹传感器堆叠在机械触觉开关（例如，圆顶开关）之上，由此提供用户可以通过使指纹传感器压住机械开关来激活的机械按钮。

不幸的是，传统方式具有显著的短处。例如，将分立的指纹传感器堆叠在触觉开关之上可能导致相对厚的堆叠。此外，使机械开关存在的需要呈现了可以影响电子装置的其它部件的设计限制。另外，用于将指纹传感器与其它类型的输入装置集成的方式倾向于显著地增加制造或设计复杂度。

发明内容

以下内容呈现了简化的发明内容以便提供对所公开的实施例的一些方面的基本理解。本发明内容不是本发明的详尽的综述。其不意图限定本发明的关键的/决定性的元件或是描述本发明的范围。其唯一的目的是要以简化的形式呈现一些构思作为后面所呈现的更加详细的描述的开头。

在一个实施例中，力感测装置包括柔性电路、指纹传感器和力传感器。柔性电路包括：第一侧，具有第一部分和第二部分；以及第二侧，具有第一部分和第二部分。第一侧的第一部分布置在第一侧的第二部分之上。指纹传感器布置在第二侧的第一部分之上并且包括传感器封装。传感器封装包括集成电路和指纹传感器电极，所述指纹传感器电极通信地耦合至集成电路。力传感器包括可压缩层和一个或多个力电极，所述可压缩层布置在第一侧的第二部分与第一侧的第一部分之间。

在一个实施例中，输入装置包括柔性电路、力传感器和指纹传感器。柔性电路包括：第一侧，具有第一部分和第二部分；以及第二侧，具有第一部分和第二部分。第一侧的第一部分布置在第一侧的第二部分之上。力传感器包括可压缩层和一个或多个力电极，所述可压缩层布置在第一侧的第二部分与第一侧的第一部分之间。指纹传感器布置在第二侧的第一部分之上。第二侧的第一部分与第一侧的第一部分相对。指纹传感器包括传感器封装，所述传感器封装包括指纹传感器电极和集成电路。集成电路被通信地耦合至一个或多个力电极和指纹传感器电极。集成电路被配置成通过驱动一个或多个力电极来接收第一所产生信号、基于第一所产生信号来确定力信息、通过驱动指纹传感器电极来接收第二所产生信号以及基于第二所产生信号来确定指纹信息。

在一个实施例中，处理系统包括集成电路，所述集成电路布置在柔性电路的第一部分的第二侧之上。柔性电路的第一侧的第一部分布置在第一侧的第二部分之上。集成电路被配置成通过驱动力传感器的一个或多个力电极来接收第一所产生信号以及通过驱动指纹传感器的指纹传感器电极来接收第二所产生信号。集成电路还被配置成基于第一所产生信号来确定力信息以及基于第二所产生信号来确定指纹信息。力传感器包括可压缩材料，所述可压缩材料布置在第一侧的第一部分与第一侧的第二部分之间。

附图说明

图1图示了根据本公开的实施例的包括指纹传感器和力传感器的集成输入装置。

图2A-图3图示了根据本公开的实施例的示例柔性连接件。

图4A-图4D图示了根据本公开的实施例的力电极的示例性布局。

图4E-图4G图示了根据本公开的实施例的可压缩层的示例性实施例。

图5A-图5C图示了根据本公开的实施例的与力传感器和指纹传感器耦合的处理系统。

图6图示了根据本公开的实施例的处理系统的示例性接收器。

图7图示了根据本公开的实施例的本底校正器电路。

图8图示了根据本公开的实施例的包括集成传感器的示例性输入装置。

具体实施方式

参考图1，示出了集成传感器100的一个实施例。在所图示的实施例中，集成传感器100包括柔性电路102、指纹传感器110和力传感器120。柔性电路102包括第一部分104和第二部分106并且被配置使得第一部分104在第二部分106之上。指纹传感器110布置在第一部分104之上并且力传感器120至少部分地布置在第一部分104与第二部分106之间。在一个实施例中，力传感器120包括可压缩层122、一个或多个力电极124和一个或多个力电极126。下面更加详细地并且结合所选实施例来描述这些元件中的每一个。

在一个实施例中，柔性电路102充当集成传感器100的构架，从而为支承指纹传感器110和力传感器120二者提供公共基板。柔性电路102还可以为路由迹线提供基板，所述路由迹线通信地将力传感器120和指纹传感器110耦合至彼此和/或通信地将力传感器120和指纹传感器110中的至少一个耦合至一个或多个其它电子部件。

柔性电路102可以包括具有柔性以被弯曲或被形成而使得第一部分在第二部分之上并且能够支承力传感器的任何适合的基板材料。在一个实施例中，柔性电路102包括具有一个或多个导电层的柔性箔。在一个实施例中，柔性电路102是具有两个导电层的双面柔性电路。此外，柔性电路102可以包括聚酰亚胺薄膜，诸如Kapton®、Pyralux®等。其它适合的柔性电路是已知的并且是可以买到的。

在一个实施例中，柔性电路102包括第一部分104和第二部分106。如图1中所图示的那样，第一部分104在第二部分106之上。应当理解的是，术语“之上”是相对的术语并且描述了第一部分和第二部分相对于彼此的堆叠关系而不管集成传感器的总体取向如何。例如，集成传感器100可以垂直地颠倒取向，使得第一部分在第二部分下面，而在本公开的上下文中，第一部分仍然在第二部分之上。

在一个实施例中，柔性电路的第一部分和第二部分被线性地设置。例如，如图2A中所示出的那样，第一部分204和第二部分206被沿着线性轴208设置。同样，在图2B中所图示的实施例中，第一部分212和第二部分214被沿着线性轴216设置。图2A还示出了沿着与第一部分204和第二部分206相同的线性轴208的连接件210，而图2B示出了沿着与第一部分212和第二部分214的线性轴216不同的轴的连接件211。

在一个实施例中，为了将第一部分配置在第二部分之上，柔性电路被垂直于线性轴弯曲（或折叠），沿着所述线性轴设置第一部分和第二部分。例如，如图2A中所示出的那样，柔性电路200a垂直于线性轴208沿着轴209弯曲。同样，柔性电路200b可以垂直于线性轴216沿着轴218弯曲，如图2B中所示出的那样。以此方式垂直于线性轴弯曲柔性电路将第一部分放置在第二部分之上以用于集成感测，从而促进可制造性。此外，此配置倾向于最小化路由迹线的长度，其转而倾向于减少在路由迹线之上所传递的信号的电磁干扰。尽管没有示出，但在其它实施例中，柔性电路可以以其它方式被弯曲和/或扭曲或者沿着不同的轴弯曲，使得第一部分在第二部分之上。

参考图3，柔性电路300可以还包括用于支承附加传感器的第三部分302。在一个实施例中，电容性按钮的一个或多个电极布置在第三部分302之上。电容性按钮的一个或多个电极可以通过布置在柔性电路300之上的一个或多个路由迹线被通信地耦合至处理系统。此外，电容性按钮的一个或多个电极可以经由路由迹线和连接件310被通信地耦合至主机处理器。电容性按钮可以被配置成检测输入对象（例如，手指）的存在来确定何时已经发生按钮按压。在另一实施例中，电容性按钮还被配置成检测悬停的输入对象和/或输入对象的靠近和离开的方向，其可以用来确定由输入对象提供的输入的有效性。

尽管图3的柔性电路300被图示为具有三个部分（第一部分304、第二部分306和第三部分302），但在其它实施例中，柔性电路300可以包括多于三个部分。（一个或多个）附加部分可以支承用于（一个或多个）附加电容性按钮的（一个或多个）电极和/或（一个或多个）力电极。此外，尽管第一部分304被图示为作为第二部分306和第三部分302被连接到的中枢（第二部分306和第三部分302从第一部分304分出支路），但在其它实施例中，第二部分306、第三部分302或者附加部分可以沿着柔性电路300被连接到另一个点。此外，在其它实施例中，柔性电路的不同部分可以作为其它部分的中枢并且柔性电路的不同部分可以以不同方式分出支路。此外，在其它实施例中，柔性电路的不同部分的形状和大小可以不同。例如，意图支承电容性按钮的那些部分可以具有与意图支承力传感器和/或指纹传感器的元件的那个部分不同的形状和/或不同的大小。

返回到图2A，在一个实施例中，柔性电路200a包括连接件210（电连接件）。连接件210物理地并且电子地将柔性电路200a（和一个或多个装配在柔性电路200a之上的部件（例如，指纹传感器110和力传感器120）连接到一个或多个其它的电子部件（例如，集成传感器外部的电路或外部计算装置）。在一个实施例中，连接件210配置成被连接到诸如移动电话、个人计算机、膝上型电脑或平板电脑的外部计算装置的连接件。可替换地，连接件210可以配置成被连接到诸如触摸板、触摸屏、鼠标或键盘的另一输入装置。在一个实施例中，如图2A中所图示的那样，第一部分204可以在连接件210与第二部分206之间。然而，在其它实施例中，第二部分206可以在连接件210与第一部分204之间。尽管图2A中描绘了连接件，但应当理解的是，其它实施例是可能的。例如，在一个实施例中，柔性电路被拼接到其它部件/电路或与其它部件/电路集成。

返回到图1，指纹传感器110被配置成检测指纹电极之间的电容性耦合的改变。指纹传感器可以包括感测阵列，所述感测阵列利用任何适合的感测技术来捕获指纹，所述适合的感测技术诸如电容性感测技术、光学感测技术、声学感测技术、热感测技术等。在一些实施例中，指纹传感器110包括布置在一维或二维阵列之中的多个指纹电极，并且可以被配置为扫刷传感器或放置传感器。指纹电极可以由处理系统驱动来从指纹传感器捕获指纹图像数据或确定指纹信息。指纹信息可以包括细节点的位置、指纹的峰和/或谷、脊取向等。在一个实施例中，指纹传感器110包括集成电路（例如，指纹控制器）和多个指纹电极。指纹电极可以被形成在集成电路之上或者在一个独立的传感器基板或多个基板之上。在一个实施例中，该多个指纹电极和集成电路可以形成传感器封装，其然后被装配到第一部分104。

在实施例中，指纹传感器110包括布置在第一部分104之上的多个指纹电极，第一部分104被通信地耦合至控制器，控制器布置在柔性电路102的另一部分之上或外部电子装置之内。

在一个实施例中，力传感器120被配置成基于电容的改变来检测输入力，所述电容的改变是由于力电极之间的距离的改变。在一个实施例中，力传感器120包括可压缩层122和一个或多个力电极（力电极124和/或力电极126）。在本实施例中，可压缩层122布置在第一部分104与第二部分106之间。在一个实施例中，力传感器120被配置成提供二元力信息和多等级力信息之一。如后面将更详细地描述的那样，一个或多个力电极通信地耦合至处理系统并且由处理系统驱动来检测由输入力引起的电容的改变。

图4A-图4D示出了力传感器的力电极的各种配置。如图4A中所示出的那样，力传感器包括布置在柔性电路的第二部分400的第一侧之上的单个电极，力电极402。力电极402可以布置在第二部分400的任何一侧之上。在图4B的实施例中，力传感器包括布置在第二部分408的公共侧之上的力电极404和406。力电极404和406可以布置在第二部分408的任何一侧之上。在图4C的实施例中，力电极410布置在第二部分414的第一侧之上而力电极412布置在第二部分414的第二侧之上。力电极410和力电极412可以被垂直地对准或者力电极之一可以偏离另一个。尽管上面的实施例中图示了两个力电极，但在其它实施例中，可以实现多于两个力电极。例如，布置在柔性电路的第一部分之上的力电极的数目可以大于布置在柔性部分的第二部分之上的力电极的数目。此外，柔性电路的第一侧之上的力电极的数目可以超过柔性电路的第二侧之上的力电极的数目。在一个实施例中，（一个或多个）力电极可以被印制在柔性电路之上或者（一个或多个）力电极可以被首先印制在独立基板之上，所述基板然后被布置在柔性电路之上。另外，力电极中的一个或多个可以包括附连到柔性电路的导电加强件。在一个实施例中，力电极可以包括类似的大小和/或形状。然而，在其它实施例中，力电极可以在大小和/或形状上不同。此外，如图4D中所示出的那样，力电极（力电极416和418）可以与彼此相互交叉。力电极可以包括任何适合的导电材料，例如，铜、铝或氧化铟锡（ITO）。

如图1中所图示的那样，力传感器120至少部分地布置在第一部分104与第二部分106之间，使得力传感器120的至少一个元件布置在第一部分104与第二部分106之间。在一个实施例中，可压缩层122和力电极124可以布置在第一部分104与第二部分106之间，而力电极126可以或可以不布置在第一部分104与第二部分106之间。在另一实施例中，力传感器120的每一个元件布置在第一部分104与第二部分106之间。在这样的实施例中，力电极124、可压缩层122和力电极126全部布置在第一部分104与第二部分106之间。

可替换地，进一步参考图3，力传感器120的第一力电极可以布置在第二部分306之上并且力传感器120的第二力电极可以布置在第三部分302之上。在一个实施例中，可压缩层122被夹在第二部分306与第三部分302之间。在另一实施例中，可压缩层122被夹在第一部分304与第二部分306与第三部分302之间。

可压缩层122是调节力电极124与力电极126之间的分离距离的弹性元件。在一个实施例中，可压缩层122响应于施加到指纹传感器110的输入力而变形，使得力电极124朝着力电极126偏转。可压缩层122还被配置成在输入力从指纹传感器110被移除之后返回到其原始形式，由此将力电极124返回到其相对于力电极126的原始位置。

可压缩层122可以是任何适合的可压缩结构，所述任何适合的可压缩结构包括连续的或不连续的材料并且其可以利用可压缩硬度被特性化以使得当力从指纹传感器被移除时，其返回到其原始的状态。在一个实施例中，力传感器120可以被配置成响应多个输入力等级并且可压缩层122的参数可以被选择来提供各种力等级。相应地，在本实施例中，选择可压缩层122的硬度和/或厚度以使得其响应于预定量的输入力而变形。例如，可以选择可压缩层122以使得其在仅指纹传感器100的重量之下不变形。同样，阈值可以是使得力传感器120响应于用户的可能的有意输入，而不响应于可能的无意输入。无意输入的示例可以包括集成传感器100的外壳的移动或者来自撞击外壳的对象的移动。例如，阈值可以被设定使得当口袋中的钥匙轻微地撞击集成传感器时，可压缩层122不变形。

图4E-图4G示出了根据一些实施例的力传感器的可压缩层的各种配置。在图4E中，可压缩层422a包括可压缩固体材料429。在图4F中，可压缩层422b包括毗连气隙435的可压缩框架433（其可以包括可压缩固体材料）。在图4G中，可压缩层422c包括具有垂直地延伸的空隙439（例如，钻孔）的可压缩固体材料437。在一个实施例中，可压缩固体材料437具有至少两个空隙。在其它实施例中，可压缩固体材料437包括多于两个空隙。在一些实施例中，图4E-图4G中所示出的实施例中的固体材料包括泡沫材料（开室或闭室）、硅酮和硅酮微结构中的一个或多个。应当理解的是，这不是详尽的列表，并且将领会的是，除了图4E-图4G中所示出的可压缩结构之外的可压缩结构在其它实施例中是适合的。

参考图4E-图4G，可压缩层422a-c的压缩使得（一个或多个）力电极124与（一个或多个）力电极126之间的距离改变，其转而影响可以在这些力电极中的一个或多个处被测量的电容。对输入力的响应可以受诸如可压缩层的硬度和可压缩层中所使用的（一种或多种）材料的介电常数的参数影响。取决于特定的感测模态、力感测部件的敏感度等，这可以反映（render）各种实现方式中的较适合或不太适合的特定的可压缩结构或材料。例如，如果固体材料具有针对给定传感器的所期望的硬度和介电属性，则图4E中所示出的实施例可以允许简化的制造。作为另一示例，图4F中所示出的实施例可以允许电容性响应能够被调整到空气的介电常数，而同时允许框架由具有所期望的硬度的材料来制作，而不考虑（或较少考虑）框架的介电常数。即，其允许可压缩层的刚度独立于被期望来实现特定响应的可压缩层的介电属性来被选择。

在一个实施例中，力电极124包括加强件并且布置在指纹传感器110之下的第一部分104之上。加强件起作用来向力电极124增加刚度，使得其即使当被压下时也保持在平面状态中。

此外，力电极124可以被通信地耦合至处理系统（例如，处理系统510）。这样的配置在其中力电极124是力传感器120的有源元件的那些实施例中是合意的。例如，如下面将更加详细地描述的那样，当力电极124利用基本上恒定的电压、发射器信号、绝对电容性感测信号被驱动和/或作为接收器电极被操作时，其被通信地耦合至处理系统510。

参考图5A，集成传感器100的指纹传感器110和力传感器120可以被耦合至处理系统510。处理系统510起作用来接收和处理来自指纹传感器和/或力传感器的信息。例如，处理系统510可以将来自指纹传感器和/或力传感器的原始信号转换成数字数据、执行图像处理功能、检验指纹和/或确定施加到力传感器的阈值力。如本文中所使用的“力信息”意图宽泛地涵盖力信息而不管格式如何。例如，力信息可以作为矢量或标量被提供。作为另一示例，力信息可以作为所确定力已经或尚未跨过阈值量的指示被提供。此外，力信息可以包括力信息并且也可以包括时间历史分量。

在一个实施例中，处理系统510包括传感器电路520、力确定器550和指纹检测器540。传感器电路520被配置成将感测信号驱动到力传感器电极上并且从力传感器电极接收所产生信号。如下面将更加详细地描述的那样，在一个实施例中，传感器电路520被配置成利用发射器信号驱动第一力电极以及利用第二力电极接收所产生信号。在另一实施例中，传感器电路520被配置成利用绝对电容性感测信号驱动第一力电极以及从相同的力感测电极接收所产生信号。此外，传感器电路520可以被配置成利用恒定的电压驱动一个或多个力电极。在另一实施例中，传感器电路520可以被配置成电浮置一个或多个力感测电极。传感器电路520可以包括一个或多个驱动器和/或积分放大器。

力确定器550可以被配置成根据利用力电极接收的所产生信号来确定力信息。在一个实施例中，力确定器550处理所产生信号来确定力信息。例如，力确定部230可以被配置成从所产生信号移除基线、根据基线化的所产生信号来确定第一力值以及将力值与一个或多个阈值比较。在一个实施例中，力确定器550被配置成根据基线化的所产生信号来确定总力值。力检测器530包括模数转换器、滤波器和/或其它处理元件中的一个或多个。指纹检测器540可以被配置成确定一个或多个谷和/或脊来确定指纹信息。在一个实施例中，传感器电路520被配置成驱动一个或多个指纹电极以及从第二一个或多个指纹电极接收所产生信号，并且指纹检测器540被配置成根据所产生信号确定一个或多个谷和/或脊。指纹检测器540可以在确定一个或多个谷和/或脊之前从所产生信号移除基线。在一些实施例中，处理系统还包括诸如固件代码、软件代码等等的电子可读指令。

处理系统510可以包括一个或多个集成电路。在一个实施例中，处理系统510的集成电路、多个指纹电极和对应的基板被集成在单个指纹传感器封装之中。集成电路可以是包括硬件与软件元件的组合的控制器，其被配置成驱动、接收和处理来自指纹传感器和/或力传感器的信号。

在另一实施例中，处理系统510包括第一集成电路，其布置在柔性电路之上并且经由布置在柔性电路之上的多个路由迹线耦合至指纹传感器的多个传感器电极。在这样的实施例中，集成电路被装配在柔性电路的与指纹传感器的指纹电极不同的部分之上。集成电路还可以被通信地耦合至力传感器的力电极。集成电路可以是包括硬件与软件元件的组合的控制器，其配置成驱动和接收来自指纹传感器的信号以及处理信号来确定电容性耦合的改变以检测用户的指纹的谷和脊。

在一个实施例中，处理系统510被配置成操作力传感器120的硬件来确定可以用来确定力信息的力的测量结果。处理系统510可以以不同方式被配置并且包括一个或多个集成电路和/或其它电路部件中的部分或全部。例如，在一个实施例中，处理系统被配置用于跨电容性感测和/或绝对电容性感测。

处理系统510可以包括两个或更多集成电路。例如，处理系统可以包括耦合至指纹传感器的第一集成电路和耦合至力传感器的第二集成电路。第一集成电路和第二集成电路可以是包括硬件与软件元件的任何组合的控制器，其配置成驱动、接收和处理来自指纹传感器110和力传感器120的信号。第一集成电路和第二集成电路中的二者可以布置在诸如柔性电路102的柔性电路之上。然而，在其它实施例中，第一集成电路和第二集成电路中的仅一个可以布置在柔性电路之上。在又一些其它实施例中，第一集成电路和第二集成电路都不布置在柔性电路之上。

在一个实施例中，处理系统510被配置成以跨电容性模式操作来测量指纹传感器110和/或力传感器120的任何两个或更多传感器电极之间的跨电容（或“互电容”）。被配置成以跨电容性模式操作的处理系统包括通信地耦合至指纹传感器110和/或力传感器120的电极的一个或多个发射器和一个或多个接收器。在一个实施例中，所述一个或多个发射器和所述一个或多个接收器是传感器电路520的一部分。多个发射器将发射器信号驱动到形成发射器电极的第一传感器电极上，接收器利用形成接收器电极的第二传感器电极接收所产生信号。所产生信号包括对应于发射器信号的效应。此外，所产生信号包括对应于干扰和任何接近的输入对象的效应。发射器信号可以是相对于接收器电极被调制的变化的电压信号。发射器信号可以包括方形波形、正弦波形、三角波形等。在一个实施例中，处理系统510将每一个接收器保持在基本上不变化的电压。在一个或多个实施例中，基本上不变化的电压是地、发射器信号的中间电压或任何其它基本上恒定的电压。此外，只要发射器电极和接收器电极相对于彼此被调制，处理系统510就可以将经调制的信号驱动到接收器电极上。

在一个实施例中，处理系统510的驱动器通信地耦合至（一个或多个）力电极124并且利用基本上恒定的电压信号驱动（一个或多个）力电极124。驱动器可以是传感器电路520的一部分。此外，处理系统510的发射器被通信地耦合至一个或多个力电极126中的一个或多个第一力电极并且利用（一个或多个）第一力电极发射发射器信号。处理系统510的接收器被通信地耦合至（一个或多个）力电极126中的一个或多个第二力电极并且利用其接收所产生信号。所产生信号可以由处理系统510处理来确定第一力电极与第二力电极之间的跨电容性耦合的改变。力测量结果可以根据跨电容性耦合的改变来确定。例如，当力输入被施加到指纹传感器，可压缩层122压缩使得力电极124朝着第一力电极和第二力电极偏转。由于力电极124被保持在基本上恒定的电压，所以其减小第一力电极与第二力电极之间的跨电容性耦合。在一个实施例中，力电极124是电浮置的。在这样的实施例中，力电极124不由处理系统510驱动，并且当输入对象向指纹传感器110施加力时，输入对象与力电极124电容性地耦合，实质上将电极接地。可压缩层122响应于输入力而压缩，从而使力电极124朝着第一力电极和第二力电极偏转，从而减小第一力电极与第二力电极之间的电容性耦合。

在另一实施例中，处理系统510的驱动器通信地耦合至（一个或多个）力电极126并且利用基本上恒定的电压信号驱动（一个或多个）力电极126。此外，处理系统510的发射器通信地耦合至一个或多个力电极124中的一个或多个第一力电极并且利用力电极124中的（一个或多个）第一力电极发射发射器信号。处理系统510的接收器通信地耦合至（一个或多个）力电极124中的一个或多个第二力电极并且利用其接收所产生信号。所产生信号可以由处理系统510处理以与上面所描述的方式类似地确定跨电容性耦合的改变。

在其它实施例中，处理系统510利用（一个或多个）力电极126发射发射器信号并且利用（一个或多个）力电极124接收所产生信号。在另一实施例中，处理系统510利用（一个或多个）力电极124发射发射器信号并且利用（一个或多个）力电极126接收所产生信号。在上面的实施例中的任何一个中，当可压缩层122由于输入力被压缩时，力电极124与力电极126之间的跨电容性耦合增大。

在一个或多个实施例中，处理系统510被配置成以绝对电容性（或“自电容”）感测模式操作指纹传感器和力传感器中的至少一个。在这样的实施例中，利用绝对电容性感测信号调制传感器电极并且从相同的传感器电极接收所产生信号。绝对电容性感测信号是相对于接地电压被调制的变化的电压信号并且包括方形波形、正弦波形、三角波形等。所产生信号包括对应于绝对电容性感测信号的效应。处理系统510包括用于利用绝对电容性感测信号来驱动对应的电极的驱动器电路和用于利用电极接收所产生信号的接收器。所产生信号可以由处理系统510处理来确定传感器电极的绝对电容的改变。在一个实施例中，通过调制接收器的参考电压，接收器被配置成既利用绝对电容性感测信号驱动传感器电极，又利用一个或多个传感器电极接收所产生信号。

处理系统510可以被配置成将绝对电容性感测信号驱动到（一个或多个）力电极126上并且利用其接收所产生信号。在其中（一个或多个）力电极126包括多于一个力电极的实施例（其示例在图4B-图4D中示出）中，处理系统可以被配置成利用每一个力电极同时地驱动和接收。在附加实施例中，处理系统510利用基本上恒定的电压信号驱动（一个或多个）力电极124或者利用电压信号驱动（一个或多个）力电极124使得其与（一个或多个）力电极126相不同地被调制。当输入力被施加到指纹传感器110时，可压缩层122压缩并且（一个或多个）力电极124朝着（一个或多个）力电极126偏转。由于力电极之间的分离距离减小，所以力电极126的绝对电容改变（例如，增大）。在一些实施例中，处理系统510处理利用力电极126接收的所产生信号来确定力电极126的绝对电容性耦合的改变，并且根据绝对电容性耦合的改变来确定力的测量。在一个实施例中，力电极124可以被电浮置，其中向指纹传感器110施加输入力的输入对象电容性地耦合至力电极124，从而将力电极接地。当力电极124朝着力电极126偏转时，力电极124的绝对电容被改变。

在其它实施例中，处理系统510利用基本上恒定（不变化）的信号来驱动力电极126并且利用绝对电容性感测信号来驱动力电极124。当输入力被施加到指纹传感器110时，可压缩层122压缩并且力电极124朝着力电极126偏转。由于两个力电极之间的分离距离减小，所以力电极124的绝对电容改变（例如，增大）。

在各种实施例中，处理系统510的集成电路的至少一个元件在力感测与指纹感测之间被共享。例如，处理系统510可以包括从力电极和指纹电极二者接收信号的共享的接收器或者将信号驱动到力电极和指纹电极上的共享的发射器或驱动器。在一个实施例中，每一个共享的元件取决于处理系统510的感测模式而在和力电极进行通信与和指纹电极进行通信之间切换。例如，接收器在力感测期间可以被耦合至力电极而在指纹感测期间可以被耦合至指纹电极。在其它实施例中，至少一个共享的元件可以同时地与力电极和指纹电极进行通信。例如，接收器可以同时地从力电极和指纹电极接收所产生信号。所产生信号可以被处理来确定力信息和指纹信息。在一个实例中，所产生信号包括对应于发射器信号的效应，其中发射器信号包括利用对应的数字代码被调制的载波信号。所产生信号使用数字代码被解调制来确定力信息和指纹信息。此外，发射器可以同时地利用力电极和指纹电极发射发射器信号。

在图5B的实施例中，指纹传感器封装526包括布置在柔性电路502的第一部分504之上的集成电路534和指纹电极536。出于说明性的目的，图5B中示出了集成电路534和指纹电极536，而不是要将图5B的指纹传感器封装526限制于任何特定的物理配置。例如，指纹传感器封装526可以具有叠层，其中指纹传感器电极538布置在集成电路534上面或旁边的基板之上、或者公共基板之上；并且进一步地可以包括任何适合数目的电极。指纹传感器封装526经由迹线532被耦合至连接件528。

力电极522和524布置在柔性电路502的第二部分之上。力电极可以布置在第二部分的多个侧的任何组合之上。如所图示的那样，力电极通过迹线530被耦合至指纹传感器封装526的集成电路534。在一个实施例中，力电极522和524和指纹传感器电极538中的至少一个被耦合至集成电路534的公共元件。

在图5C的实施例中，指纹传感器电极538和力传感器电极542分别经由迹线544和546被耦合至集成电路556。如所示出的那样，集成电路556布置在柔性电路502的与力电极和指纹电极的部分相不同的部分之上。此外，集成电路556经由迹线554被耦合至连接件552。如在本公开的其它部分中更加详细地描述的那样，集成电路556的一个或多个元件可以在力电极与指纹电极之间被共享。

再次参考图5A，处理系统510可以处理传感器信号。例如，处理系统510可以对所产生信号执行滤波或其它信号调节。在一个特定的实施例中，在其中公共接收器用于指纹传感器和力传感器二者，处理系统510可以减去或以其它方式计及基线，使得力信息反映所产生信号与基线之间的差。例如，参考图6，示出了共享的接收器的一个实施例（接收器600）。接收器600可以包括放大器610、切换机构620和基线校正器（例如，本底电容性校正器）630和640。在第一模式中，切换机构620被耦合至力传感器120的力电极和指纹传感器110的指纹电极。切换机构620包括一个或多个开关并且被耦合至放大器610，使得在第一模式中切换机构620将指纹电极耦合至放大器610，而在第二模式中切换机构620将力电极耦合至放大器610。

在第一模式中，基线校正器640从放大器610的输入中减去第一电容。在第二模式中，基线校正器640从放大器610的输入中减去第二电容，其中第二电容大于第一电容。此外，在第二模式期间，基线校正器630减去第三电容。第三电容显著地大于第二电容。在一个实施例中，基线校正器630可以被耦合在切换机构620之前，使得切换机构620处在基线校正器630与放大器610之间。在其它实施例中，基线校正器630被耦合在切换机构620之后以及在放大器610之前。在又一些其它实施例中，基线校正器630可以通过开关被耦合至放大器610的输入，使得在第二模式中基线校正器630从到放大器610的输入中减去第三电容。在一个实施例中，基线校正器630与基线校正器640可以被组合成单个元件，其能够在第一模式中减去第一电容并且在第二模式中减去第二电容。在这样的实施例中，第二电容显著地大于第一电容。

参考图7，示出了基线校正器640的一个实施例。在此实施例中，基线校正器640包括至少一个电容器。在各种实施例中，基线校正器640包括与至少电容器720串联耦合的电容器710。第一电容器的电容可以显著地小于（一个或多个）第二电容器的电容。此外，尽管电容器720被图示为具有特定的电容器布局和数目，但在其它实施例中，可以实现其它布局和数目。在一个实施例中，至少第二电容器720包括多于两个电容器。基线校正器640还包括与至少第二电容器720串联耦合以及与电容器710并联耦合的开关730。在第一模式中，开关730断开并且电容器710支配至少第二电容器720的电容，从而产生第一电容。在第二模式中，开关730闭合，从而将电容器710短接并且提供第二电容；第二电容等于至少第二电容器720的电容。在另一实施例中，基线校正器640可以包括第一一个或多个电容器和第二一个或多个电容器，其可以被选择性地耦合至放大器610的输入来产生第一电容和第二电容。在这样的实施例中，第二一个或多个电容器的电容可以显著地大于第一一个或多个电容器的电容。

图8图示了包括集成传感器810的输入装置800。集成传感器810包括如上面所描述的指纹传感器和力传感器。在一个实施例中，集成传感器810被配置为用于输入装置的输入按钮。例如，集成传感器810可以向输入装置800的处理器提供按钮按压已经发生的指示。可替换地，集成传感器810可以向输入装置的处理器提供所确定力等级和/或其它力信息之一，使得处理器然后可以确定按钮按压已经发生还是尚未发生。

输入装置800可以是移动电话或平板电脑。在其它实施例中，输入装置800可以是个人计算机、膝上型电脑或输入装置。除了集成传感器810之外，输入装置800可以还包括触敏显示器、一个或多个相机、一个或多个基于移动的传感器和/或一个或多个触觉反馈装置。在一个或多个实施例中，输入装置800还包括按钮822和824中的一个或二者。

在一个实施例中，集成传感器810起作用来解锁输入装置800。在这样的实施例中，集成传感器810向输入装置800的处理器提供有效指纹的指示。此外，集成传感器可以向处理器提供输入力满足阈值力等级的指示。在一个实施例中，一旦识别有效指纹并且满足力阈值，输入装置800就被解锁。在另一实施例中，集成传感器800向输入装置800的处理器提供至少部分地经处理的指纹和/或力数据。在这样的实施例中，输入装置800的处理器根据所提供的经处理的数据来确定指纹和力信息。

在各种实施例中，集成传感器810通过引起一个或多个动作而直接地响应于用户输入（或没有用户输入）。示例动作包括改变操作模式以及诸如选择和其它功能的GUI动作。在一些实施例中，集成传感器810向输入装置800的处理器提供关于输入对象的信息。

在其它实施例中，集成传感器810充当输入装置800的电源按钮。在其它实施例中，集成传感器810形成输入装置800的音量控制按钮的一部分。此外，尽管在图8的实施例中，集成传感器810被示出为定位在显示屏下面的输入装置的正面之上，但在其它实施例中，集成传感器810可以沿着输入装置800的一侧或者在输入装置800的背面之上来定位。在其它实施例中，集成传感器810可以被包括在键盘的键或者触摸板或鼠标的按钮之内。

根据所描述的特定实施例以及其它变型可能实现这些和其它益处。要理解的是，上面的描述意图是说明性的而不是限制性的。当回顾上面的描述时，对于本领域技术人员来说，在本权利要求的精神和范围之内的许多其它实施例和修改将是显而易见的。因此，应当参考所附的权利要求连同完全范围的被授权的权利要求的等同体来确定本发明的范围。在所附的权利要求中，术语“包括”用作相应术语“包含”和“其中”的朴素英语的等同体。而且，在以下的权利要求中，术语“第一”“第二”和“第三”等仅用作标号而并非意图对它们的对象施加数字的要求。

Claims (20)

1.一种力感测装置，包括：

柔性电路，包括：

第一侧，具有第一部分和第二部分，其中所述第一侧的所述第一部分布置在所述第一侧的所述第二部分之上；以及

第二侧，具有第一部分和第二部分；

指纹传感器，布置在所述第二侧的所述第一部分之上，其中所述指纹传感器包括传感器封装，所述传感器封装包括：

集成电路；以及

指纹传感器电极，通信地耦合至所述集成电路；以及

力传感器，包括：

可压缩层，布置在所述第一侧的所述第二部分与所述第一侧的所述第一部分之间；以及

一个或多个力电极。

2.根据权利要求1所述的力感测装置，其中所述柔性电路还包括：

连接件，配置成被耦合至外部计算装置，并且其中所述第一侧的所述第一部分在所述第一侧的所述第二部分与所述连接件之间。

3.根据权利要求1所述的力感测装置，其中所述可压缩层包括固体。

4. 根据权利要求1所述的力感测装置，其中所述一个或多个力电极包括：

第一力电极，布置在所述第一侧的所述第二部分之上；以及

第二力电极，布置在所述第一侧的所述第一部分之上，并且其中所述可压缩层布置在所述第一力电极与所述第二力电极之间。

5.根据权利要求1所述的力感测装置，其中所述一个或多个力电极包括布置在所述第一侧的所述第二部分之上的第一力电极和第二力电极，并且所述可压缩层布置在所述第一侧的所述第一部分与布置在所述第一侧的所述第二部分之上的所述第一力电极和所述第二力电极之间。

6.根据权利要求5所述的力感测装置，其中所述一个或多个力电极还包括布置在所述第一侧的所述第一部分之上的第三力电极。

7.根据权利要求1所述的力感测装置，其中所述集成电路被配置成：

通过驱动所述一个或多个力电极来接收第一所产生信号；

基于所述第一所产生信号来确定力信息；

通过驱动所述指纹传感器电极来接收第二所产生信号；以及

基于所述第二所产生信号来确定指纹信息。

8.根据权利要求1所述的力感测装置，其中所述柔性电路还包括：

布置在所述柔性电路之上的电容性按钮的电极。

9.一种输入装置，包括：

柔性电路，包括：

第一侧，具有第一部分和第二部分，其中所述第一侧的所述第一部分布置在所述第一侧的所述第二部分之上；以及

第二侧，具有第一部分和第二部分；

力传感器，包括：

可压缩层，布置在所述第一侧的所述第二部分与所述第一侧的所述第一部分之间；以及

一个或多个力电极；以及

指纹传感器，布置在所述第二侧的所述第一部分之上，其中所述第二侧的所述第一部分与所述第一侧的所述第一部分相对，并且所述指纹传感器包括传感器封装，所述传感器封装包括：

指纹传感器电极；以及

集成电路，通信地耦合至所述一个或多个力电极和所述指纹传感器电极，其中所述集成电路被配置成：

通过驱动所述一个或多个力电极来接收第一所产生信号；

基于所述第一所产生信号来确定力信息；

通过驱动所述指纹传感器电极来接收第二所产生信号；以及

基于所述第二所产生信号来确定指纹信息。

10.根据权利要求9所述的输入装置，其中所述柔性电路还包括：

连接件，配置成被耦合至外部计算装置，并且其中所述第一侧的所述第一部分在所述第一侧的所述第二部分与所述连接件之间。

11.根据权利要求9所述的输入装置，其中所述可压缩层包括固体。

12. 根据权利要求9所述的输入装置，其中所述一个或多个力电极包括：

第一力电极，布置在所述第一部分的所述第一侧之上；以及

第二力电极，布置在所述第二部分的所述第一侧之上，并且其中所述可压缩层布置在所述第一力电极与所述第二力电极之间。

13.根据权利要求9所述的输入装置，其中所述一个或多个力电极包括：

第一力电极和第二力电极，布置在所述第二部分的所述第一侧之上，并且所述可压缩层布置在所述第一部分的所述第一侧与所述第二部分的所述第一侧之间。

14.根据权利要求13所述的输入装置，其中所述一个或多个力电极还包括第三力电极，所述第三力电极布置在所述第一部分的所述第一侧之上。

15. 根据权利要求9所述的输入装置，其中所述集成电路包括：

放大器；以及

切换机构，具有至少第一模式和第二模式并且连接到所述放大器，所述切换机构被配置成当在所述第一模式中时将所述指纹传感器电极中的第一指纹电极耦合至所述放大器，并且当在所述第二模式中时将所述一个或多个力电极中的一个力电极耦合至所述放大器。

16.根据权利要求9所述的输入装置，其中所述柔性电路还包括：

电容性按钮，布置在所述柔性电路之上。

17.根据权利要求9所述的输入装置，其中通过驱动所述一个或多个力电极来接收所述第一所产生信号包括利用绝对电容性感测信号来驱动所述一个或多个力电极中的第一力电极以及利用所述一个或多个力电极中的所述第一力电极来接收所述第一所产生信号。

18.根据权利要求9所述的输入装置，其中通过驱动所述一个或多个力电极来接收所述第一所产生信号包括将发射器信号驱动到所述一个或多个力电极中的第一力电极上，以及利用所述一个或多个力电极中的第二力电极来接收所述第一所产生信号。

19.一种用于输入装置的处理系统，所述处理系统包括：

集成电路，布置在柔性电路的第一部分的第二侧之上，其中所述柔性电路的第一侧的第一部分布置在所述第一侧的第二部分之上，其中所述集成电路被配置成：

通过驱动力传感器的一个或多个力电极来接收第一所产生信号，其中所述力传感器包括可压缩材料，所述可压缩材料布置在所述第一侧的所述第一部分与所述第一侧的所述第二部分之间；

基于所述第一所产生信号来确定力信息；

通过驱动指纹传感器的指纹传感器电极来接收第二所产生信号；以及

基于所述第二所产生信号来确定指纹信息。

20. 根据权利要求19所述的处理系统，其中所述集成电路包括：

放大器；以及

切换机构，具有至少第一模式和第二模式并且连接到所述放大器，所述切换机构被配置成当在所述第一模式中时将所述指纹传感器电极中的第一指纹电极耦合至所述放大器，并且当在所述第二模式中时将所述一个或多个力电极中的第一力电极耦合至所述放大器。