CN109214252B - 一种指纹感测电路及指纹感测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种指纹感测电路及指纹感测装置，该指纹感测电路包括感测电极，还包括：第一转换电路，所述第一转换电路用于连接所述感测电极，将所述感测电极感测的耦合电容转换为驱动电压；所述驱动电压等于所述耦合电容转化的电压变化量与一参考电压之和；第二转换电路，所述第二转换电路用于基于所述驱动电压产生感测电流，并将所述感测电流发送给指纹信号处理器；所述感测电流等于所述第二转换电路的跨导增益与所述电压变化量的乘积；其中，所述指纹信号处理器基于所述感测电流进行指纹感测。本发明技术方案便于指纹信号处理器基于感测电流进行指纹感测，提高了检测精度。

Description

一种指纹感测电路及指纹感测装置
技术领域
本发明涉及指纹检测技术领域，更具体的，涉及一种指纹感测电路及指纹感测装置。
背景技术
随着科学技术的不断发展，越来越多的电子设备被用于人们的日常生活以及工作当中，为人们的日常生活以及工作带来了巨大的便利，成为当今人们不可或缺的重要工具。随着电子设备的功能日益强大，电子设备中存储的个人信息也越来越多，且越来越重要，为了保证电子设备中存储信息的安全，电子设备的身份识别功能成为其重要的安全保护方式。其中，指纹识别由于具有终身不变性、唯一性、方便性以及安全性高等优点，成为当今电子设备进行身份识别的主要方式之一。
电子设备实现指纹识别的主要元件是指纹感测电路以及指纹信号处理器，指纹感测电路用于进行获取包括指纹信息的电信号，指纹信号处理器用于基于所述电信号进行指纹感测。指纹感测电路具有驱动电极以及感测电极，感测电极与感测电极相耦合形成多个耦合电容。当使用者触摸电子设备的指纹识别区域时，由于指纹纹路中谷线以及脊线的高低变化，导致耦合电容的改变，指纹感测电路通过检测所述耦合电容，并将所述耦合电容转变为电压信号，以便于指纹信号处理器进行指纹识别。
一般的，由于使用者的指纹中谷线以及脊线的高度变化较小，故进行指纹识别时，使用者的触摸操作导致的耦合电容的变化量较小，需要指纹感测电路具有较高的感测精度，但是现有的指纹感测电路的感测精度较低。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种指纹感测电路及指纹感测装置，提高了感测精度。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种指纹感测电路，所述指纹感测电路包括感测电极，还包括：
第一转换电路，所述第一转换电路用于连接所述感测电极，将所述感测电极感测的耦合电容转换为驱动电压；所述驱动电压等于所述耦合电容转化的电压变化量与一参考电压之和；
第二转换电路，所述第二转换电路用于基于所述驱动电压产生感测电流，并将所述感测电流发送给指纹信号处理器；所述感测电流等于所述第二转换电路的跨导增益与所述电压变化量的乘积；
其中，所述指纹信号处理器基于所述感测电流进行指纹感测。
优选的，在所述指纹感测电路中，所述第一转换电路包括：
运算放大器，所述运算放大器具有正相输入端、负相输入端、接地控制端以及输出端；所述正相输入端用于输入所述参考电压信号；所述输出端输出所述驱动电压；
反馈电路，所述反馈电路连接于所述反相输入端和所述输出端之间；
第一控制开关，所述第一控制开关一端连接所述感测电极，另一端连接所述负相输入端。
优选的，在所述指纹感测电路中，所述反馈电路包括：
第一电容，所述第一电容的一端连接所述输出端，另一端连接所述负相输入端；
复位开关，所述复位开关一端连接所述输出端，另一端连接所述负相输入端。
优选的，在所述指纹感测电路中，所述第一转换电路还包括：第二电容，所述第二电容的一端用于输入第一电压信号，另一端与所述第一控制开关和所述感测电极的公共节点连接。
优选的，在所述指纹感测电路中，所述第一转换电路还包括：第二控制开关，所述第二控制开关的一端用于输入第二电压信号，另一端与所述公共节点连接。
优选的，在所述指纹感测电路中，所述第二转换电路包括：第一NMOS晶体管、第二NMOS晶体管以及第三NMOS晶体管；
所述第一NMOS晶体管的控制端与所述第一转换电路连接，以输入所述驱动电压，其第一电极用于和所述指纹信号处理器连接，其第二电极用于与所述第三NMOS晶体管的第一电极连接；
所述第二NMOS晶体管的控制端用于输入所述参考电压信号，其第一电极用于和所述指纹信号处理器连接，其第二电极用于与所述第三NMOS晶体管的第一电极连接；
所述第三NMOS晶体管的控制端用于输入第一控制电压，其第二电极用于接地。
优选的，在所述指纹感测电路中，所述第二转换电路包括：第一PMOS晶体管、第二PMOS晶体管以及第三PMOS晶体管；
所述第一PMOS晶体管的控制端与所述第一转换电路连接，以输入所述驱动电压，其第一电极用于和所述指纹信号处理器连接，其第二电极用于与所述第三PMOS晶体管的第一电极连接；
所述第二PMOS晶体管的控制端用于输入所述参考电压信号，其第一电极用于和所述指纹信号处理器连接，其第二电极用于与所述第三PMOS晶体管的第一电极连接；
所述第三PMOS晶体管的控制端用于输入第二控制电压，其第二电极用于输入第三电压信号。
优选的，在所述指纹感测电路中，所述第二转换电路包括：第一NMOS晶体管、第二NMOS晶体管、第三NMOS晶体管、第一PMOS晶体管、第二PMOS晶体管以及第三PMOS晶体管；
所述第一NMOS晶体管的控制端与所述第一转换电路连接，以输入所述驱动电压，其第一电极用于和所述指纹信号处理器连接，其第二电极用于与所述第三NMOS晶体管的第一电极连接；
所述第二NMOS晶体管的控制端用于输入所述参考电压信号，其第一电极用于和所述指纹信号处理器连接，其第二电极用于与所述第三NMOS晶体管的第一电极连接；
所述第三NMOS晶体管的控制端用于输入第一控制电压，其第二电极用于接地；
所述第一PMOS晶体管的控制端通过一电平转换器与所述第一NMOS晶体管的控制端连接，其第一电极用于和所述指纹信号处理器连接，其第二电极用于与所述第三PMOS晶体管的第一电极连接；
所述第二PMOS晶体管的控制端通过另一电平转换器与所述第二NMOS晶体管的控制端连接，其第一电极用于和所述指纹信号处理器连接，其第二电极用于与所述第三PMOS晶体管的第一电极连接；
所述第三PMOS晶体管的控制端用于输入第二控制电压，其第二电极用于输入第三电压信号。
优选的，在所述指纹感测电路中，所述第二转换电路包括：第一NMOS晶体管、第二NMOS晶体管、第三NMOS晶体管、第一PMOS晶体管、第二PMOS晶体管以及第三PMOS晶体管；
所述第一PMOS晶体管的控制端与所述第一转换电路连接，以输入所述驱动电压，其第一电极用于和所述指纹信号处理器连接，其第二电极用于与所述第三PMOS晶体管的第一电极连接；
所述第二PMOS晶体管的控制端用于输入所述参考电压信号，其第一电极用于和所述指纹信号处理器连接，其第二电极用于与所述第三PMOS晶体管的第一电极连接；
所述第三PMOS晶体管的控制端用于输入第二控制电压，其第二电极用于输入第三电压信号；
所述第一NMOS晶体管的控制端通过一电平转换器与所述第一PMOS晶体管的控制端连接，其第一电极用于和所述指纹信号处理器连接，其第二电极用于与所述第三NMOS晶体管的第一电极连接；
所述第二NMOS晶体管的控制端通过另一电平转换器与所述第二PMOS晶体管的控制端连接，其第一电极用于和所述指纹信号处理器连接，其第二电极与所述第三NMOS晶体管的第一电极连接；
所述第三NMOS晶体管的控制端用于输入第一控制电压，其第二电极用于接地。
本发明还提供了一种指纹感测装置，所述指纹感测装置包括：上述任一项所述的指纹感测电路。
通过上述描述可知，本发明技术方案提供的指纹感测电路及指纹感测装置中，通过第一转换电路获取感测电极感测的耦合电容，进而获取驱动电压，所述驱动电压等于所述耦合电容转化的电压变化量与一参考电压之和；通过第二转换电路基于所述驱动电压产生感测电流，所述感测电流等于所述第二转换电路的跨导增益与所述电压变化量的乘积。
可见，本发明技术方案在进行指纹感测时，可以将感测电极的耦合电容转换为电压变化量，并使之增加一个已知的参考电压，获取较大的所述驱动电压，以便于驱动所述第二转换电路产生所述感测电流，进而便于指纹信号处理器基于感测电流进行指纹感测，提高了感测精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种指纹感测电路的模块示意图；
图2为本发明实施例提供的一种指纹感测电路的结构示意图；
图3为图2所示指纹感测电路进行指纹感测时的时序图；
图4为本发明实施例提供的另一种指纹感测电路的结构示意图；
图5为图4所示指纹感测电路进行指纹感测时的时序图；
图6为本发明实施例提供的又一种指纹感测电路的结构示意图；
图7为图6所示指纹感测电路进行指纹感测时的时序图；
图8为本发明实施例提供的一种第二转换电路的结构示意图；
图9为本发明实施例提供的另一种第二转换电路的结构示意图；
图10为本发明实施例提供的又一种第二转换电路的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参考图1，图1为本发明实施例提供的一种指纹感测电路的模块示意图，所述指纹感测电路具有感测电极13，触摸物体如手指、脚趾等含指纹的部位靠近指纹感测装置时，触摸物体会和感测电极产生耦合电容CF。本实施例以手指为例进行说明。所述指纹感测电路包括：第一转换电路11，所述第一转换电路11用于连接所述感测电极13，将所述感测电极13感测的耦合电容转换为驱动电压VOUT；第二转换电路12，所述第二转换电路12用于基于所述驱动电压VOUT产生感测电流IOUT，并将所述感测电流IOUT发送给指纹信号处理器14。所述指纹信号处理器14可以再基于所述感测电流IOUT获得手指信息从而进行指纹辨识。
如下述公式(1)和公式(2)所示，所述驱动电压VOUT等于所述耦合电容转化的电压变化量△V与一参考电压VREF之和。所述感测电流IOUT等于所述第二转换电路的跨导增益G与所述驱动电压VOUT的乘积。
VOUT＝VREF+△V (1)
IOUT＝G×△V (2)
可见，本发明实施例所述指纹感测电路中，进行指纹感测时，第一转换电路11可以将手指与感测电极13的耦合电容转换为电压变化量△V，并使之增加一个已知的参考电压VREF，获取较大的所述驱动电压VOUT，以便于驱动所述第二转换电路12产生所述感测电流IOUT，进而便于指纹信号处理器14基于感测电流IOUT进行指纹感测，提高了感测精度。
本发明实施例所述指纹感测电路中，第一转换电路11为积分器，第二转换电路12为电压电流转换器。所述第一转换电路11以及所述第二转换电路12的实现方式可以如图2所示。
参考图2，图2为本发明实施例提供的一种指纹感测电路的结构示意图，该实施方式中，所述第一转换电路11包括：运算放大器OP，所述运算放大器OP具有正相输入端、负相输入端、接地控制端以及输出端；所述正相输入端用于输入所述参考电压信号VREF；所述输出端输出所述驱动电压VOUT；反馈电路111，所述反馈电路111连接于所述反相输入端和所述输出端之间；第一控制开关CH_SEL，所述第一控制开关CH_SEL一端连接所述感测电极13，另一端连接所述负相输入端。运算放大器OP的接地控制端输入接地控制电压NGND。
第一转换电路11可包含多个第一控制开关CH_SEL，每个第一控制开关CH_SEL对应连接一个感测电极13，第一控制开关CH_SEL根据控制信号进行断开或闭合，闭合时的第一控制开关CH_SEL形成完整的指纹感测电路，实现与闭合第一控制开关CH_SEL相连接的感测电极13产生耦合电容的手指指纹侦测。本实施例图2示意了仅包含一个第一控制开关CH_SEL的指纹感测电路。
其中，所述反馈电路111包括：第一电容CFB，所述第一电容CFB的一端连接所述输出端，另一端连接所述负相输入端；复位开关RST，所述复位开关RST一端连接所述输出端，另一端连接所述负相输入端。复位开关RST用于按预定时间间隔闭合与断开，起到重置反馈第一电容CFB两端电荷的作用。
当复位开关RST闭合时，所述运算放大器处于虚短状态，即正相输入端与负相输入端相当于短接，二者电位相同，即正相输入端的电位VX等于参考电压VREF。进一步地，所述参考电压VREF随接地控制端电压NGND的变化而变化。
当手指接近或触摸感测电极13时，则发生的电荷变化通过与负相输入端相连接的反馈电路111输出给第二转换电路12进而输出给指纹信号处理器14。指纹信号处理器14根据IOUT对应获得手指的信息。
每个感测电极13可以检测手指与其相耦合的电容的大小。手指指纹存在脊线和谷线，脊线相比谷线更靠近所述感测电极13，因而电容更大；谷线相比脊线更远离所述感测电极13，因而电容更小。根据感测电极13与手指指纹形成电容的大小，可以检测每一感测电极13所对应区域上的指纹的脊线和谷线。
所述第二转换电路12包括：第一NMOS晶体管MN1、第二NMOS晶体管MN2以及第三NMOS晶体管MN0。所述第一NMOS晶体管MN1的控制端与所述第一转换电路12连接，以输入所述驱动电压VOUT，其第一电极用于和所述指纹信号处理器14连接，其第二电极与所述第三NMOS晶体管MN0的第一电极连接。所述第二NMOS晶体管MN2的控制端用于输入所述参考电压信号VREF，其第一电极用于和所述指纹信号处理器14连接，其第二电极与所述第三NMOS晶体管MN0的第一电极连接。所述第三NMOS晶体管MN0的控制端用于输入第一控制电压BIASN，其第二电极接调制地NGND，NGND的电位可不固定于OV。且与运算放大器OP的接地控制端连接。第一NMOS晶体管MN1和第二NMOS晶体管MN2构成一差动对管。
设定图2所示指纹感测电路进行指纹感测时，耦合电容转化的电压变化量△V＝△V1。此时，图2所示指纹感测电路由积分器以及电压电流转换器组成。感测电极13将手指触摸时感应的耦合电容信息通过积分器转换为驱动电压VOUT，再通过差动对管生成感测电流IOUT发送至指纹信号处理器14进行信号处理。此时，指纹感测的时序图如图3所示，图3为图2所示指纹感测电路进行指纹感测时的时序图，指纹信号处理器14进行指纹感测的操作原理是将复位开关RST先闭合再断开。复位开关RST闭合时VF＝VX＝VOUT＝VREF，再将复位开关RST断开，且接地控制电压NGND＝VTX时，产生所需要的驱动电压VOUT，有：
VOUT＝VREF+△V1 (1-1)
其中，VTX为一预设的已知电压值，可以为高电平或是低电平，△V1包含指纹信息，可以表示为：
Figure BDA0001343499460000101
第二转换电路12通过差动对管输出感测电流IOUT，感测电流IOUT为差动电流信号，有：
IOUT＝G×△V1 (1-3)
指纹信号处理器14基于公式(1-1)、(1-2)以及(1-3)，通过对感测电流IOUT进行信号处理即可进行指纹感测。
在图3所示时序图中，参考电压VREF、第一控制电压BIASN以及第一控制开关CH_SEL的控制电压均为大于0V的固定电位。
复位开关RST的控制电压以及接地控制电压NGND可为方波信号，但本实施例并不限定为方波信号，如正弦波、梯形波及非周期波形信号也适用于本实施例。在接地控制电压NGND为高电平时，复位开关RST的控制电压为低电平。在复位开关RST的控制电压为高电平时，接地控制电压NGND为低电平。接地控制电压NGND的高电平等于V TX，其低电平为VSS＝0V。
驱动电压VOUT为脉冲信号，在接地控制电压NGND为低电平时，其为低电平，在接地控制电压NGND的上升沿开始，其逐渐增大，在接地控制电压NGND的下降沿，其由最大变为低电平。此时，驱动电压VOUT的低电平为参考电压信号VREF，高电平为VREF+△V1。
因第一转换电路11内的不同导电元件之间会形成各种寄生电容，第一转换电路输出的驱动电压VOUT虽然包含了指纹信息，但噪声产生的干扰非常大，通过驱动电压VOUT直接获取的指纹信息精度非常低。本实施例再通过第二转换电路12，将驱动电压VOUT产生感测电流IOUT，且本实施例提供的第二转换电路12包含差动对管，通过选择具有合适跨导增益的差动对管，所述差分信号可以被适当的放大，第二转换电路12提供给指纹信号处理器14的是放大的差分电流信号，差分电流信号在传输给指纹信号处理器14的过程中受电路中各种元器件的寄生电容的影响较小，因此，指纹信号处理器14根据差分电流信号获得的指纹信息精度高。
在图2所示指纹感测电路的基础上，所述第一转换电路11还可以如图4所示，图4为本发明实施例提供的另一种指纹感测电路的结构示意图，图4所示指纹感测电路在图2所示实施方式的基础上进一步包括：第二电容CX，所述第二电容CX的一端用于输入第一电压信号VDAC，另一端与所述第一控制开关CH_SEL和所述感测电极13的公共节点连接。
在图4所示指纹感测电路中，设定图4所示指纹感测电路进行指纹感测时，耦合电容转化的电压变化量△V＝△V2。同样，积分器以及电压电流转换器组成。感测电极13将手指触摸时感应的耦合电容信息通过积分器转换为驱动电压VOUT，再通过差动对管生成感测电流IOUT发送至指纹信号处理器14进行信号处理。此时，指纹感测的时序图如图5所示，图5为图4所示指纹感测电路进行指纹感测时的时序图，指纹信号处理器14进行指纹感测的操作原理是在复位开关RST先闭合再断开。复位开关RST闭合时，VF＝VX＝VOUT＝VREF且VDAC＝VA，再将复位开关RST断开，NGND＝VTX且VDAC＝VB时，产生所需要的驱动电压VOUT为：
VOUT＝VREF+△V2 (2-1)
其中，VA和VB为预设的已知电压值，为高电平，△V2包含指纹信息，可以表示为：
Figure BDA0001343499460000121
第二转换电路12通过差动对管输出感测电流IOUT，感测电流IOUT为差动电流信号，有：
IOUT＝G×△V2 (2-3)
同样，指纹信号处理器14基于公式(2-1)、(2-2)以及(2-3)，通过对感测电流IOUT进行信号处理即可进行指纹感测。
在图5所示时序图中，第一电压信号VDAC为方波信号，其高电平为V A，其低电平为VB。在图4所示指纹感测电路的基础上，所述第一转换电路11还可以如图6所示，图6为本发明实施例提供的另一种指纹感测电路的结构示意图，图6所示第一转换电路11在图4所示实施方式的基础上进一步包括：第二控制开关PCH，所述第二控制开关PCH的一端用于输入第二电压信号VPRE，另一端与所述公共节点连接。
在图6所示指纹感测电路中，设定图4所示指纹感测电路进行指纹感测时，耦合电容转化的电压变化量△V＝△V3。同样，积分器以及电压电流转换器组成。通过感测电极13将手指触摸时感应的耦合电容信息通过积分器转换为驱动电压VOUT，再通过差动对管生成感测电流IOUT发送至指纹信号处理器14进行信号处理。此时，指纹感测的时序图如图7所示，图7为图6所示指纹感测电路进行指纹感测时的时序图，指纹信号处理器14进行指纹感测的操作原理是在复位开关RST的控制电压为高电平时，CH_SEL为低且PCH为高，使VF＝VPRE，VX＝VOUT＝VREF且VDAC保持在VA，在复位开关RST的控制电压为低，PCH为低且CH_SEL为高时产生所需要的电压讯号VOUT，有：
VOUT＝VREF+△V3 (3-1)
其中，△V2包含指纹信息，可以表示为：
Figure BDA0001343499460000131
第二转换电路12通过差动对管输出感测电流IOUT，感测电流IOUT为差动电流信号，有：
IOUT＝G×△V3 (3-3)
同样，指纹信号处理器基于公式(3-1)、(3-2)以及(3-3)，通过对感测电流IOUT进行信号处理即可进行指纹感测。
在图7所示时序图中，第一控制开关CH_SEL为方波信号。接地端控制电压NGND等于VSS＝0V。第一电压信号VDAC为直流信号，等于VA，大于VB。第二控制开关PCH的控制电压为方波。
在图2、图4以及图6所示指纹感测电路中，所述第二转换电路12包括：第一NMOS晶体管MN1、第二NMOS晶体管MN2以及第三NMOS晶体管MN0，由三个NMOS晶体管构成电压电流转换器。此时，感测电流IOUT包括：第一NMOS晶体管MN1的第二电极以及第二NMOS晶体管MN2的第二电极输出的电流，两个电流大小相同，方向相反。
在其他实施方式中，所述第二转换电路12还可以如图8所示，图8为本发明实施例提供的一种第二转换电路的结构示意图，图8所示第二转换电路12包括：第一PMOS晶体管MP1、第二PMOS晶体管MP2以及第三PMOS晶体管MP0。
所述第一PMOS晶体管MP1的控制端与所述第一转换电路连接，以输入所述驱动电压VOUT，其第一电极用于和所述指纹信号处理器14连接，其第二电极与所述第三PMOS晶体管MP0的第一电极连接。
所述第二PMOS晶体管MP2的控制端用于输入所述参考电压信号VREF，其第一电极用于和所述指纹信号处理器14连接，其第二电极与所述第三PMOS晶体管MP0的第一电极连接。
所述第三PMOS晶体管MP0的控制端用于输入第二控制电压BIASP，其第二电极用于输入第三电压信号VDD。
在图8所示实施方式中，此时，感测电流IOUT包括：第一PMOS晶体管MP1的第二电极以及第二PMOS晶体管MP2的第二电极输出的电流，两个电流大小相同，方向相反。
在其他实施方式中，所述第二转换电路12还可以如图9所示，图9为本发明实施例提供的另一种第二转换电路的结构示意图，图9所示第二转换电路12包括：第一NMOS晶体管MN1、第二NMOS晶体管MN2、第三NMOS晶体管MN0、第一PMOS晶体管MP1、第二PMOS晶体管MP2以及第三PMOS晶体管MP0。
所述第一NMOS晶体管MN1的控制端与所述第一转换电路连接，以输入所述驱动电压VOUT，其第一电极用于和所述指纹信号处理器14连接，其第二电极与所述第三NMOS晶体管MN0的第一电极连接。
所述第二NMOS晶体管MN2的控制端用于输入所述参考电压信号VREF，其第一电极用于和所述指纹信号处理器14连接，其第二电极与所述第三NMOS晶体管MN0的第一电极连接。
所述第三NMOS晶体管MN0的控制端用于输入第一控制电压BIASN，其第二电极接地。
所述第一PMOS晶体管MP1的控制端通过一电平转换器VOS与所述第一NMOS晶体管MN1的控制端连接，其第一电极用于和所述指纹信号处理器14连接，其第二电极与所述第三PMOS晶体管MP0的第一电极连接。
所述第二PMOS晶体管MP2的控制端通过另一所述电平转换器VOS与所述第二NMOS晶体管MN2的控制端连接，其第一电极用于和所述指纹信号处理器连接，其第二电极与所述第三PMOS晶体管MP0的第一电极连接。
所述第三PMOS晶体管MP0的控制端用于输入第二控制电压BIASP，其第二电极用于输入第三电压信号VDD。
在图9所示实施方式中，感测电流IOUT包括：第一NMOS晶体管MN1的第二电极、第二NMOS晶体管MN2的第二电极输出的电流、第一PMOS晶体管MP1的第二电极以及第二PMOS晶体管MP2的第二电极输出的电流。第一NMOS晶体管MN1的第二电极与第二NMOS晶体管MN2的第二电极输出的电流大小相同，方向相反，如图中电流IOUTP所示。第一PMOS晶体管MP1的第二电极与第二PMOS晶体管MP2的第二电极输出的电流大小相同，方向相反，如图中电流IOUTN所示。
在其他实施方式中，所述第二转换电路12还可以如图10所示，图10为本发明实施例提供的又一种第二转换电路的结构示意图，图10所示第二转换电路12同样包括：第一NMOS晶体管MN1、第二NMOS晶体管MN2、第三NMOS晶体管MN0、第一PMOS晶体管MP1、第二PMOS晶体管MP2以及第三PMOS晶体管MP0。
所述第一PMOS晶体管MP1的控制端与所述第一转换电路连接，以输入所述驱动电压VOUT，其第一电极用于和所述指纹信号处理器14连接，其第二电极与所述第三PMOS晶体管MP0的第一电极连接。
所述第二PMOS晶体管MP2的控制端用于输入所述参考电压信号VREF，其第一电极用于和所述指纹信号处理器14连接，其第二电极与所述第三PMOS晶体管MP0的第一电极连接。
所述第三PMOS晶体管MP0的控制端用于输入第二控制电压BIASP，其第二电极用于输入第三电压信号VDD。
所述第一NMOS晶体管MN1的控制端通过一电平转换器VOS与所述第一PMOS晶体管MP1的控制端连接，其第一电极用于和所述指纹信号处理器14连接，其第二电极与所述第三NMOS晶体管MN0的第一电极连接。
所述第二NMOS晶体管MN2的控制端通过另一所述电平转换器VOS与所述第二PMOS晶体管MP2的控制端连接，其第一电极用于和所述指纹信号处理器14连接，其第二电极与所述第三NMOS晶体管MN0的第一电极连接。
所述第三NMOS晶体管MN0的控制端用于输入第一控制电压BIASN，其第二电极接地。
在图9所示实施方式中，感测电流IOUT包括：第一NMOS晶体管MN1的第二电极、第二NMOS晶体管MN2的第二电极输出的电流、第一PMOS晶体管MP1的第二电极以及第二PMOS晶体管MP2的第二电极输出的电流。第一NMOS晶体管MN1的第二电极与第二NMOS晶体管MN2的第二电极输出的电流大小相同，方向相反，如图中电流IOUTP所示。第一PMOS晶体管MP1的第二电极与第二PMOS晶体管MP2的第二电极输出的电流大小相同，方向相反，如图中电流IOUTN所示。
需要说明的是，本发明各个实施例中，各个NMOS晶体管的跨导增益相同，为gmn；各个PMOS晶体管的跨导增益相同，为gmp。
对于图2、图4以及图6所示实施方式，第二转换电路的跨导增益G＝gmn。第三NMOS晶体管用于产生一偏压电流，第一NMOS晶体管MN1以及第二NMOS晶体管通过比较积分器输出的驱动电压VOUT和参考电压VREF的电压差，以产生一差动形式的输出电流，即感测电流IOUT。其中，跨导增益的单位是安培/伏特。
对于图8所示实施方式，第二转换电路的跨导增益G＝gmp。图8所示第二转换电路为图2、图4以及图6所示第二转换电路的互补形式，通过三个POMOS晶体管构成所示电压电流转换器。第三PMOS晶体管MP0用于产生一偏压电流，第一PMOS晶体管MP1以及第二PMOS晶体管MP2通过比较积分器输出的驱动电压VOUT和参考电压VREF的电压差，以产生一差动形式的输出电流，即感测电流IOUT。
对于图9和图10所示实施方式，第二转换电路的跨导增益G＝gmp+gmn。图9和图10所示第二转换电路的两种实施方式中，同时使用NMOS晶体管以及PMOS晶体管，其中，电平转换器VOS功能为固定电平，具有电压平移的功能，以使得NMOS晶体管和PMOS晶体管可以有不同的操作电压。
本发明实施例所述指纹感测电路中，利用差动对管的方式产生感测电流，可以得到更好的共模噪声抑制能力，具有更好的精确度。特别的，对于图9以及图10所示实施方式，同时使用NOMS晶体管以及PMOS晶体管作为输入器件，可以有效增加电压电流转换器的动态操作范围。
本发明实施例所述指纹信号处理器14可为指纹感测芯片，或将指纹感测功能集成的处理芯片，如将指纹感测功能和显示驱动功能集成的处理芯片。
基于上述指纹感测电路实施例，本发明另一实施例还提供了一种指纹感测装置，所述指纹感测装置包括上述实施例所述的指纹感测电路。所述指纹感测装置可以为手机、平板电脑以及可穿戴设备等具有功能的电子设备。
本发明实施例所述指纹感测装置采用上述实施例所述指纹感测电路，具有更好的共模噪声抑制能力，具有更好的精确度，可以有效增加电压电流转换器的动态操作范围。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的指纹感测装置而言，由于其与实施例公开的指纹感测电路相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见指纹感测电路相关部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种指纹感测电路，其特征在于，所述指纹感测电路包括感测电极，还包括：
第一转换电路，所述第一转换电路用于连接所述感测电极，将所述感测电极感测的耦合电容转换为驱动电压；所述驱动电压等于所述耦合电容转化的电压变化量与一参考电压之和；
第二转换电路，所述第二转换电路用于基于所述驱动电压产生感测电流，并将所述感测电流发送给指纹信号处理器；所述感测电流等于所述第二转换电路的跨导增益与所述电压变化量的乘积；
其中，所述指纹信号处理器基于所述感测电流进行指纹感测。
2.根据权利要求1所述的指纹感测电路，其特征在于，所述第一转换电路包括：
运算放大器，所述运算放大器具有正相输入端、负相输入端、接地控制端以及输出端；所述正相输入端用于输入所述参考电压信号；所述输出端输出所述驱动电压；
反馈电路，所述反馈电路连接于所述负相输入端和所述输出端之间；
第一控制开关，所述第一控制开关一端连接所述感测电极，另一端连接所述负相输入端。
3.根据权利要求2所述的指纹感测电路，其特征在于，所述反馈电路包括：
第一电容，所述第一电容的一端连接所述输出端，另一端连接所述负相输入端；
复位开关，所述复位开关一端连接所述输出端，另一端连接所述负相输入端。
4.根据权利要求2所述的指纹感测电路，其特征在于，所述第一转换电路还包括：第二电容，所述第二电容的一端用于输入第一电压信号，另一端与所述第一控制开关和所述感测电极的公共节点连接。
5.根据权利要求4所述的指纹感测电路，其特征在于，所述第一转换电路还包括：第二控制开关，所述第二控制开关的一端用于输入第二电压信号，另一端与所述公共节点连接。
6.根据权利要求1-5任一项所述的指纹感测电路，其特征在于，所述第二转换电路包括：第一NMOS晶体管、第二NMOS晶体管以及第三NMOS晶体管；
所述第一NMOS晶体管的控制端与所述第一转换电路连接，以输入所述驱动电压，其第一电极用于和所述指纹信号处理器连接，其第二电极用于与所述第三NMOS晶体管的第一电极连接；
所述第二NMOS晶体管的控制端用于输入所述参考电压信号，其第一电极用于和所述指纹信号处理器连接，其第二电极用于与所述第三NMOS晶体管的第一电极连接；
所述第三NMOS晶体管的控制端用于输入第一控制电压，其第二电极用于接地。
7.根据权利要求1-5任一项所述的指纹感测电路，其特征在于，所述第二转换电路包括：第一PMOS晶体管、第二PMOS晶体管以及第三PMOS晶体管；
所述第一PMOS晶体管的控制端与所述第一转换电路连接，以输入所述驱动电压，其第一电极用于和所述指纹信号处理器连接，其第二电极用于与所述第三PMOS晶体管的第一电极连接；
所述第二PMOS晶体管的控制端用于输入所述参考电压信号，其第一电极用于和所述指纹信号处理器连接，其第二电极用于与所述第三PMOS晶体管的第一电极连接；
所述第三PMOS晶体管的控制端用于输入第二控制电压，其第二电极用于输入第三电压信号。
8.根据权利要求1-5任一项所述的指纹感测电路，其特征在于，所述第二转换电路包括：第一NMOS晶体管、第二NMOS晶体管、第三NMOS晶体管、第一PMOS晶体管、第二PMOS晶体管以及第三PMOS晶体管；
所述第一NMOS晶体管的控制端与所述第一转换电路连接，以输入所述驱动电压，其第一电极用于和所述指纹信号处理器连接，其第二电极用于与所述第三NMOS晶体管的第一电极连接；
所述第二NMOS晶体管的控制端用于输入所述参考电压信号，其第一电极用于和所述指纹信号处理器连接，其第二电极用于与所述第三NMOS晶体管的第一电极连接；
所述第三NMOS晶体管的控制端用于输入第一控制电压，其第二电极用于接地；
所述第一PMOS晶体管的控制端通过一电平转换器与所述第一NMOS晶体管的控制端连接，其第一电极用于和所述指纹信号处理器连接，其第二电极用于与所述第三PMOS晶体管的第一电极连接；
所述第二PMOS晶体管的控制端通过另一电平转换器与所述第二NMOS晶体管的控制端连接，其第一电极用于和所述指纹信号处理器连接，其第二电极用于与所述第三PMOS晶体管的第一电极连接；
所述第三PMOS晶体管的控制端用于输入第二控制电压，其第二电极用于输入第三电压信号。
9.根据权利要求1-5任一项所述的指纹感测电路，其特征在于，所述第二转换电路包括：第一NMOS晶体管、第二NMOS晶体管、第三NMOS晶体管、第一PMOS晶体管、第二PMOS晶体管以及第三PMOS晶体管；
所述第一PMOS晶体管的控制端与所述第一转换电路连接，以输入所述驱动电压，其第一电极用于和所述指纹信号处理器连接，其第二电极用于与所述第三PMOS晶体管的第一电极连接；
所述第二PMOS晶体管的控制端用于输入所述参考电压信号，其第一电极用于和所述指纹信号处理器连接，其第二电极用于与所述第三PMOS晶体管的第一电极连接；
所述第三PMOS晶体管的控制端用于输入第二控制电压，其第二电极用于输入第三电压信号；
所述第一NMOS晶体管的控制端通过一电平转换器与所述第一PMOS晶体管的控制端连接，其第一电极用于和所述指纹信号处理器连接，其第二电极用于与所述第三NMOS晶体管的第一电极连接；
所述第二NMOS晶体管的控制端通过另一电平转换器与所述第二PMOS晶体管的控制端连接，其第一电极用于和所述指纹信号处理器连接，其第二电极与所述第三NMOS晶体管的第一电极连接；
所述第三NMOS晶体管的控制端用于输入第一控制电压，其第二电极接地。
10.一种指纹感测装置，其特征在于，所述指纹感测装置包括如权利要求1-9任一项所述的指纹感测电路。
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