CN109284651B - 指纹感测装置及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种指纹感测装置及其操作方法。该指纹感测装置包含至少一核心感测组件、一系统组件、至少一开关组件及一电荷储存组件。该开关组件连接在该核心感测组件及该系统组件之间以提供四个不同的操作状态：一正常状态；一隔离状态；一升压状态；及一降压状态。通过控制该开关组件以不同的顺序进行不同的操作状态以在手指及该核心感测组件之间产生一电压偏移。

Description

指纹感测装置及其操作方法

技术领域

本发明涉及一种指纹感测装置及该指纹感测装置的操作方法。特别涉及一种具有可通过将不同的操作状态以不同的顺序进行切换以在手指及指纹感测装置之间产生电压偏移的开关组件的指纹感测装置。

背景技术

为了安全目的，有许多人的生理特征可用来做为人员识别，这些特征诸如指纹、视网膜、虹膜、DNA或甚至是脸部特征。对那些能够区分众人的某些生理特征的装置而言，指纹感测技术已变得广泛使用，且时常被用来提供对敏感电子装置及/或数据的存取安全机制。一般来说，电容式指纹传感器可用来通过测量经过电容式传感器的每个电容式感测组件的电容来判定指纹图像。电容越高，相邻或者上面的手指的表面距离电容式感测组件越近。因而，比起指纹谷，指纹脊在下面的电容式感测组件中提供更高的电容。

电容式指纹传感器至少存在两种形式，即主动式和被动式。主动电容式传感器常用在电子设备，以提供用户的生物特征安全性和识别。主动式电容式传感器会先刺激被感测的手指的表皮。表皮的电容在每个电容式感测组件处测量。更明确的说，通过在电容式感测组件数组的调制频率的低电压阶段和高电压阶段期间测量电容式感测组件的电压和/或电荷，可测量或判定电容。电压差可用来判定电容。

有些传统的教示可通过一形成在感测组件周围的驱动环以刺激被感测的手指来取得低电压阶段和高电压阶段且由于手指的电位会随着驱动环的调变而改变，每个电容式感测组件的电压和/或电荷也会随着驱动环的调变而改变。

然而，施加至驱动环的电压是有限的。通常，驱动环电压以不超过4伏特的峰-峰电压为限。超过此电压可能会施加手指过高的电压，并让手指感受到“刺痛”或者不舒服的感觉。虽然人可感测到刺痛的精确电压会随着人的不同而变化，但是4伏特的峰-峰电压通常被视为一门坎值，超过该门坎值便会让人注意到这种感觉。

既然对驱动环的电压加以限制以避免用户感知，覆盖传感器的其他电介质的厚度也可加以限定。感测板及手指之间的电介质越厚，其所产生的电容会变得越衰减且指纹图像也变得越模糊。对在具有大在或等在100微米的厚度的电介质来说，指纹图像可能会变得不可靠。

当用户的手指或手或身体的其它部分通过接地而电容耦合至该系统时，或当接触系统的其它部分直接耦合至系统接地时，会出现另一个限制。用户与系统之间的电容耦合可能会随着用户如何触摸装置而有所差异。这种寄生耦合会衰减驱动环能驱入用户手指的电压，并因而减弱该信号。这种衰减会随着用户如何触摸装置而有所差异。

基于上述缺点，目前亟需一种可在不取决于用户如何触摸装置的情况下，还可取得高质量指纹影像的指纹感测装置。

发明内容

本段文字提取和编译本发明的某些特点。其它特点将被揭露在后续段落中。其目的在涵盖附加的申请专利范围的精神和范围中，各式的修改和类似的排列。

为了克服上述缺点，本发明提供一种可在不取决于用户如何触摸装置的情况下，还可取得高质量指纹影像的指纹感测装置。该指纹感测装置包含：至少一核心感测组件，具有一工作电源端子及一工作接地端子，用以获取指纹影像，其中该至少一核心感测组件包括多个电容式感测组件；一系统组件，具有一连接至一电源供应器的系统电源端子及一接地的系统接地端子；至少一开关组件，连接在该核心感测组件及该系统组件之间；及一电荷储存组件，电连接在该工作电源端子及该工作接地端子之间，用以在该系统组件未供电给该核心感测组件时，供电给该核心感测组件。

在其中一个实施例中，该开关组件包含：一电源开关，连接在该工作电源端子及该系统电源端子之间；一接地开关，连接在该工作接地端子及该系统接地端子之间；一升压开关，连接在该工作接地端子及该系统电源端子之间；及一降压开关，连接在该工作电源端子及该系统接地端子之间。

在其中一个实施例中，该开关组件会在以下四个操作状态之间进行切换：一正常状态，该电源开关及该接地开关都开启而其余开关则关闭，以从该系统组件供电给该核心感测组件；一隔离状态，该开关组件中的所有开关都关闭且改由该电荷储存组件供电给该核心感测组件，以防止发生突波；一升压状态，该升压开关为开启而其余开关则关闭，以将该核心感测组件的电压提升一电压准位，该电压准位等于该系统电源端子及该系统接地端子之间的电压差；及一降压状态，该降压开关为开启而其余开关则关闭，以将该核心感测组件的电压调降一电压准位，该电压准位等于该系统电源端子及该系统接地端子之间的电压差。

在其中一个实施例中，该指纹感测装置进一步包含一时间控制电路，连接至该开关组件，用以控制该开关组件中各个开关的时间序列。

在其中一个实施例中，该指纹感测装置进一步包含一输入/输出电路，连接在该核心感测组件及一外部装置之间，用以提供该指纹感测装置及该外部装置之间一接口。

在其中一个实施例中，该核心感测组件进一步包含一具有一模拟数字转换器的处理电路，电连接至该多个电容式感测组件，用以将该多个电容式感测组件的输出电压转换成提供给该外部装置的数据。

在其中一个实施例中，该处理电路进一步包含一差分放大器及一取样保持电路，该取样保持电路多路传输至或电连接至该差分放大器，而该差分放大器则多路传输至或电连接至该模拟数字转换器。

在其中一个实施例中，该核心感测组件进一步包含一数据传输组件，电连接在该模拟数字转换器及该输入/输出电路之间，用以暂存来自该模拟数字转换器的数据并依据来自该时间控制电路的一数据传送指令在该数据传输组件及该输入/输出电路两者的接地电压达到相等时在该正常状态下将所储存的该数据传送至该输入/输出电路。

在其中一个实施例中，该核心感测组件进一步包含一保护电路，电连接在该数据传输组件及该输入/输出电路之间，以确保所储存的该数据在传送至该输入/输出电路时的电压准位维持在该输入/输出电路一有效或可接受的范围内，并确保一输入讯号在从该输入/输出电路传送至该数据传输组件时的电压准位维持在该数据传输组件一有效或可接受的范围内。

在其中一个实施例中，该指纹感测装置进一步包含一传导组件，电连接至该系统接地端子，用以将与该传导组件直接或间接接触的一手指的电位维持相同于该系统接地端子。

在其中一个实施例中，该多个电容式感测组件的该输出电压在一感测期间进行测量，该感测期间存在在该升压状态或该降压状态中，并在一时间延迟后开始且在该升压状态切换为该隔离状态或该降压状态切换为该隔离状态前的一预设时间内结束，以响应于该手指及该核心感测组件之间所产生的一电压偏移。

在其中一个实施例中，该电压偏移为一负电压偏移，其通过控制该开关组件以如下顺序进行不同的操作状态切换来产生：正常状态；隔离状态；升压状态；隔离状态；及正常状态。

在其中一个实施例中，该电压偏移为一正电压偏移，其通过控制该开关组件以如下顺序进行不同的操作状态切换来产生：正常状态；隔离状态；降压状态；隔离状态；及正常状态。

在其中一个实施例中，该电压偏移包括一负电压偏移及一正电压偏移，其通过控制该开关组件以如下顺序进行不同的操作状态切换来产生：正常状态；隔离状态；升压状态；隔离状态；降压状态；隔离状态；及正常状态，或以如下顺序：正常状态；隔离状态；降压状态；隔离状态；升压状态；隔离状态；及正常状态。

在其中一个实施例中，提供给该数据传输组件的该数据是由该升压状态及该降压状态分别所测量到的该输出电压之间的一电压差转换而来的。

在其中一个实施例中，每个该多个电容式感测组件包括一重设组件，用来将该电容式感测组件的一基准电压重设为该电容式感测组件的当下电压。

在其中一个实施例中，该电容式感测组件的该基准电压会在数据提供给该数据传输组件后进行重设。

在其中一个实施例中，该电容式感测组件的该基准电压会在该升压状态切换为该隔离状态或该降压状态切换为该隔离状态前的该预设时间内进行重设，且该多个电容式感测组件的该输出电压会在该正常状态下在该时间延迟后直至该输出电压转换成该数据并提供给该数据传输组件前的该默认时间内进行重新测量。

在其中一个实施例中，该电荷储存组件为一电容、传感器、电池、恒定电源或其组合。

在其中一个实施例中，每个该多个电容式感测组件包括一连接至该工作电源端子的电源节点及一连接至该工作接地端子的接地节点。

本发明还提供一种该指纹感测装置的操作方法，其包含以下步骤：在一手指及该核心感测组件之间产生一电压偏移；测量该电容式感测组件在该升压状态或该降压状态间的一感测期间的输出电压以响应在该电压偏移，其中该感测期间在一时间延迟后开始并在该升压状态切换回该隔离状态或该降压状态切换到该隔离状态前的一预设时间内结束；将所测量到的该输出电压转换成数据；将该数据储存在一数据传输组件；及在该正常状态下在该数据传输组件及该输入/输出电路达到相同的接地电压后，将所储存的该数据从该数据传输组件传送至一输入/输出电路。

在其中一个实施例中，该电压偏移为一负电压偏移，其通过控制该开关组件以如下顺序进行不同的操作状态切换来产生：正常状态；隔离状态；升压状态；隔离状态；及正常状态。

在其中一个实施例中，该电压偏移为一正电压偏移，其通过控制该开关组件以如下顺序进行不同的操作状态切换来产生：正常状态；隔离状态；降压状态；隔离状态；及正常状态。

在其中一个实施例中，该电压偏移包括一负电压偏移及一正电压偏移，其通过控制该开关组件以如下顺序进行不同的操作状态切换来产生：正常状态；隔离状态；升压状态；隔离状态；降压状态；隔离状态；及正常状态，或以如下顺序：正常状态；隔离状态；降压状态；隔离状态；升压状态；隔离状态；及正常状态。

在其中一个实施例中，该方法进一步包含以下步骤：计算在该升压状态及该降压状态分别所测量到的该输出电压之间的一电压差；及将该电压差转换成该数据。

在其中一个实施例中，该方法进一步包含以下步骤：在该升压状态或该降压状态下测量该电容式感测组件的该输出电压以响应在该电压偏移后，将该电容式感测组件的一基准电压重设为该电容式感测组件的当下电压；及在对该基准电压进行重设后，在该正常状态下测量该电容式感测组件的该输出电压。

附图说明

图1为本发明一个实施例提供的一指纹感测装置的示意图。

图2为一沿着图1A-A’线所绘示的截面图显示该指纹感测装置的一部分。

图3为本发明一个实施例提供的一指纹感测装置的方块图。

图4为本发明一个实施例提供的各个开关组件在不同的操作下的状态的表格。

图5a为本发明一个实施例提供的数据从一输入/输出电路传送至一核心感测组件时一保护电路的示意图；

图5b为本发明一个实施例提供的数据从该核心感测组件传送至该输入/输出电路时一保护电路的示意图。

图6为本发明提供的一第一实施例显示一指纹感测程序中电压随时间的变化的示意图。

图7为本发明提供的一第二实施例显示一指纹感测程序中电压随时间的变化的示意图。

图8及图9为依据一第三实施例显示一指纹感测程序中电压随时间的变化的示意图。

图10为本发明提供的一第四实施例显示一指纹感测程序中电压随时间的变化的示意图。

图11a为NMOS晶体管的两个隔离井的物理结构的透视图；

图11b为图11a中NMOS晶体管的两个隔离井的侧视图。

附图标号说明：

10 核心感测组件 11 工作电源端子

12 工作接地端子 13 电容式感测组件

14 处理电路 15 数据传输组件

16 保护电路 20 系统组件

21 系统电源端子 22 系统接地端子

30 开关组件 31 电源开关

32 升压开关 33 降压开关

34 接地开关 40 电荷储存组件

50 时间控制电路 60 输入/输出电路

70 电源供应器 80 外部装置

90 传导组件 100 指纹感测装置

101 半导体基板 102 主动式半导体电路

103 绝缘层 104 保护层

105 感测电极 141 取样保持电路

142 差分放大器 143 模拟数字转换器

150 井接点 180 隔离井

181 P型植入区 182 源极

183 漏极 184 栅极节点

185 N型植入区 186 深N型植入区

187 隔离层 188 块体接点

189 薄型隔离层 200 手指

201 指纹脊 202 指纹谷

具体实施方式

为了使本发明的目的、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发明的指纹感测装置及其操作方法进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用在限定本发明。

本发明将通过参照下列的实施方式而更具体地描述。

请参阅图1及图2。图1为依据本发明一指纹感测装置100的示意图，而图2为一沿着图1A-A’线所绘示的截面图显示该指纹感测装置100的一部份。该指纹感测装置100包含一数组的电容式感测组件13，该电容式感测组件13用在测量一手指200表面及该电容式感测组件13之间的电容。所测量的电容越高，表示该相邻或覆盖的手指200的表面越贴近该电容式感测组件13。因此，该手指200的指纹脊201会相较在该手指200的指纹谷202提供被覆盖的电容式感测组件13较高的电容。

如图2所示，该指纹感测装置100包含一半导体基板101；形成在该半导体基板101的主动式半导体电路102；形成在该主动式半导体电路102的一绝缘层103；及置在该绝缘层103上的一保护层104以在该手指200接触该指纹感测装置100时保护该电容式感测组件13。感测电极105包含在该绝缘层103中且各电连接至该主动式半导体电路102。该保护层104可以由玻璃、蓝宝石、环氧化合物或涂料所制成。该手指200的表面包含与该保护层104接触的指纹脊201及与该保护层104间隔开来的指纹谷202。该电容式感测组件13是用来将该电容式感测组件13与覆盖在其上的手指200之间的距离转换成一输出电位。图2显示了五个电容式感测组件13，各以虚线框来表示。各个电容式感测组件13都包含一感测电极105，而该感测电极是以导电板的形式存在。

请参阅图3，其为依据本发明一指纹感测装置100的方块图。该指纹感测装置100主要包含至少一核心感测组件10，用以获取指纹影像；一系统组件20；至少一开关组件30，连接在该核心感测组件10及该系统组件20之间；及一电荷储存组件40。虽然图3只绘示了一个核心感测组件10及开关组件30以简化说明，但应了解到核心感测组件10及开关组件30的数量并非限定在一个。其亦可包含多个核心感测组件10及开关组件30。依据本实施例，包含在该指纹感测装置100中的该开关组件30的数量应等同于包含在该指纹感测装置100中的该核心感测组件10。即，各核心感测组件10具有一对应的开关组件30与其连接。

该指纹感测装置100具有一数组的电容感测组件13。该数组的电容式感测组件13可以一维或二维的形式排列。在此实施例中，其以“行”与“列”的形式排列形成一个二维的数组。该核心感测组件10的数量取决在连接至或包含在单一核心感测组件10中电容式感测组件13的数量。假若该电容式感测组件13全部连接至或包含在同一个核心感测组件10，那么该指纹感测装置100就只需要有一个核心感测组件10，而若其各别连接至或包含在不同的核心感测组件10，那么所需要的核心感测组件10数量就要等同于该电容式感测组件13的数量。在本实施例中，每一行的电容式感测组件13都会连接至或包含在一个核心感测组件10，即，若有两百个行电容式感测组件13包含在该数组中，那么该指纹感测装置100就需要包含两百个核心感测组件10。或者，每一列的电容式感测组件13都分别连接至或包含在一个核心感测组件10，即，若有六十列的电容式感测组件13包含在该数组，那么该指纹感测装置100就需要包含六十个核心感测组件10。

每个核心感测组件10都具有一工作电源端子11及一工作接地端子12，而每一个该电容式感测组件13则具有一连接至该工作电源端子11的电源节点及一连接至该工作接地端子12的接地节点。

该系统组件20具有一连接至一电源供应器70的系统电源端子21及一接地的系统接地端子22，如图3所示。

每一个该开关组件30都包含：一电源开关31，连接在该工作电源端子11及该系统电源端子21之间；一接地开关34，连接在该工作接地端子12及该系统接地端子22之间；一升压开关32，连接在该工作接地端子12及该系统电源端子21之间；及一降压开关33，连接在该工作电源端子11及该系统接地端子22之间。该开关组件30中的开关可以是金属氧化物半导体场效晶体管(metal oxide semiconductor field effect transistor,MOSFET)开关。

请参阅图4，该开关组件30会在以下四个不同的操作状态进行切换：一正常状态，该电源开关31及该接地开关34都为开启而其余开关则关闭，以从该系统组件20供电给该核心感测组件10；一隔离状态，该开关组件30中的所有开关都关闭且改由该电荷储存组件40供电给该核心感测组件10以防止发生突波；一升压状态，该升压开关32为开启而其余开关则关闭，以将该核心感测组件10的电压提升一电压准位，该电压准位等于该系统电源端子21及该系统接地端子22之间的电压差；及一降压状态，该降压开关33为开启而其余开关则关闭，以将该核心感测组件10的电压调降一电压准位，该电压准位等于该系统电源端子21及该系统接地端子22之间的电压差。该核心感测组件10的电压实际上是指该接地电压及包含在该核心感测组件10当中的所有组件的偏压。换句话说，在升压状态或降压状态下，所有组件的电压都会随着该工作接地端子12的电压而浮动。

该电荷储存组件40电连接在该工作电源端子11及该工作接地端子12之间，用以在该系统组件20未供电给该核心感测组件10时，供电给该核心感测组件10。该电荷储存组件40可以是一电容、传感器、电池、恒定电源或其组合。

该指纹感测装置100亦可包含一时间控制电路50，连接至该开关组件30，用以控制该开关组件30中各个开关的时间序列；及一输入/输出电路60，连接在该核心感测组件10及一外部装置80之间，用以提供该指纹感测装置100及该外部装置80之间一接口。

在每一个该核心感测组件10中都包含一数据传输组件15及一具有一模拟数字转换器143的处理电路14。该核心感测组件10中的该电容式感测组件13多路传输至或电连接至该模拟数字转换器143，其中该模拟数字转换器143负责将该电容式感测组件13的输出电压转换成数据并提供给该外部装置80。该数据传输组件15电连接在该处理电路14及该输入/输出电路60之间，用来暂存由该模拟数字转换器143所转换的该数据并依据一来自该时间控制电路50的一数据传送指令在该数据传输组件15及该输入/输出电路60两者的接地电压达到相等时在该正常状态下将所储存的该数据传送至该输入/输出电路60。

在某些实施例中，该处理电路14可进一步包含一取样保持电路141及一电连接至该取样保持电路141的差分放大器142。在这个情况下，该核心感测组件10中的该多个电容式感测组件13反而是多路传输至或电连接至该取样保持电路141。该取样保持电路141可多路传输至或电连接至该差分放大器142，而该差分放大器142则可多路传输至或电连接至该模拟数字转换器143。该取样保持电路141会对该多个电容式感测组件13的该输出电压在不同的状态(即，升压状态及降压状态)下进行取样(即，获取)并将电压保持(即，锁定、冻结、保留)恒定一段时间以便该差分放大器142可进一步计算该升压状态及该降压状态下所分别取样到的输出电压之间的电压差。所计算出来的电压差会再通过该差分放大器142加以放大并传送至该模拟数字转换器143以进行数字化。对于没有该取样保持电路141及差分放大器142的装置而言，该核心感测组件10中的该多个电容式感测组件13直接多路传输至或电连接至该模拟数字转换器143。

该指纹感测装置100亦可包含一传导组件90，电连接至该系统接地端子22，用以将与该传导组件90直接或间接接触的一手指200的电位维持相同在该系统接地端子22。然而，该传导组件90并不限在包含在该指纹感测装置100中，其亦可独立置在该指纹感测装置100之外并以电连接的方式与该指纹感测装置100结合。

如前所述，每一个该核心感测组件10都包含一模拟数字转换器143，其电连接至该核心感测组件10所包含的该电容式感测组件13，用来将该电容式感测组件13的输出电压转换成数据，该数据后续拿来做为描绘一指纹影像的用。在本实施例中，该电容式感测组件13的输出电压在该升压状态或该降压状态下在一感测期间进行测量，因此，这两个状态(升压状态及降压状态)被视为用于感测该电容式感测组件13与相邻或覆盖的手指200的指纹脊/指纹谷之间的电容的“感测期间”，进而依据该电容判定置于该电容式感测组件13上方的是指纹脊或指纹谷。所测量到的电容越高，表示该手指200的表面距离该电容式感测组件13越近。因此，当电容越高就可判定其为指纹脊，而当测量到较低的电容时就可判定为指纹谷。

基本上，升压状态及降压状态在从正常状态切换后或切换成正常状态前都会先进入隔离状态才会进行切换，换言之，升压状态及降压状态会夹在两个隔离状态之间。在隔离状态下，该开关组件30中所有的开关都关闭，也因此无法继续由该系统组件20供电给该核心感测组件10。这样的情况下，会改由该电荷储存组件40进行供电以让该核心感测组件10的电压可以维持相同在其在升压状态或降压状态之前。应了解到由于只有在正常状态下该电源开关31才会开启，因此，在升压状态或降压状态下，仍会由该电荷储存组件40供电给该核心感测组件10，如图4所示。

为了增加所测量到的该电容式感测组件13的输出电压的准确性，只有在该核心感测组件10的电压处在稳定的状态下(即，该电容式感测组件13达到一种电静止的状态)才会进行输出电压的测量。因此，不会在一开始进入或即将结束升压状态或降压状态时进行测量。换句话说，只有在“感测期间”内才会通过测量该电容式感测组件13的输出电压来感测/获取指纹，而该感测期间会在进入升压状态或降压状态后的一时间延迟才开始并在即将结束升压状态或降压状态前的一预设时间内结束以响应在该手指200及该核心感测组件10之间因升压状态或降压状态而产生的一电压偏移。应了解到该电容式感测组件13的输出电压的测量不一定需要占用整个感测期间而可以只是其中的“任意时间”。举例来说，如果感测期间是0.1微秒而测量所需的时间只要几个纳秒，那么可在0.1微秒的期间内的任意时间点进行测量。即，它可以是在进入感测期间后10纳秒才开始进行测量。

该时间延迟及该预设时间是由该时间控制电路50所控制，其通过传送“传输开始讯号”及“传输结束讯号”给该开关组件30或该核心感测组件10来控制“感测期间”及“数据传输期间”何时开始与结束。该时间延迟及该预设时间也可由该核心感测组件10来进行重设。该时间延迟及该预设时间并不限在要相等。

此外，为了确保数据在正常状态下从该数据传输组件15传送至该输入/输出电路60时电压是稳定的，如同感测期间，并不会在一开始进入或即将结束该正常状态时进行数据传输，因此，“数据传输期间”会在进入该正常状态一时间延迟后才会开始并从该正常状态切换至该隔离状态前的一预设时间内结束。同样的，数据传输可在该数据传输期间的“任意时间”进行。

在感测期间中，该核心感测组件10的接地电压会相对在该系统接地端子22的系统接地电压被提升或调降。在此期间，数据传输会因输入/输出讯号的电压参考基准在该核心感测组件10与该指纹感测装置100中的其他组件之间不一致而变得不可靠。为了克服该问题，可加装一诸如光耦合组件的电位基准调变电路或在该核心感测组件10及该输入/输出电路60之间加入一握手机制以短暂停止数据的交换，藉以避免不可靠的数据传输。主要来说，该握手机制可以有两种方式。一个方式是在数据实际被传送出去的前，先将一可指示数据是否准备好进行传输的讯号从该核心感测组件10传送至该输入/输出电路60。另一个方式是让该核心感测组件10等待直到收到该输入/输出电路60的允许才开始进入感测期间。也就是说，每次要进入感测期间就需要一启动指令，且在每一次的数据传输都需要一时间间隔。因此，该时间延迟及该预设时间对在每次的“感测期间”及“数据传输期间”来说都是必需的。

此外，如上所述，所储存的数据会在该正常状态且该数据传输组件15及该输入/输出电路60达到相同的接地电压后依据来自该时间控制电路50的该数据传送指令通过该数据传输组件15传送至该输入/输出电路60。另外，可依需求对时序故障有弹性的额外预防措施来提高装置的容错能力。当时序控制出现错误时，所储存的数据会在该数据传输组件15及该输入/输出电路60的接地电压尚未达到相同前就先进行传送，这可能会因系统错误、该时间控制电路50或该数据传输组件15的故障、甚至诸如来自周围环境的静电放电等外在情况所造成。在此情况下，当该核心感测组件10的接地电位被偏移且数据在该数据传输组件15及该输入/输出电路60的接地电压尚未达到相同前就先进行传送，该输入/输出电路60的电压准位有可能会超出其有效或可接受的范围，进而可能导致该输入/输出电路60及/或该数据传输组件15的永久损坏。为了克服此问题，该核心感测组件10可进一步包含一保护电路16，电连接在该数据传输组件15及该输入/输出电路60之间，以确保该数据传输组件15及该输入/输出电路60之间讯号传送时的电压准位能够在时序出现错误时，仍维持在讯号接收装置(即该数据传输组件15或该输入/输出电路60)的有效或可接受的范围内。换句话说，该保护电路16会在将讯号传送出去前先就输入讯号的电压准位进行调整，以让其电压准位维持在该数据传输组件15或该输入/输出电路60的有效或可接受的范围内，其取决在何者是讯号接收装置，使得输入至该数据传输组件15或该输入/输出电路60的讯号的电压准位在任何时间或任何情况下都不会超出其有效或可接受的范围，进而防止该数据传输组件15或该输入/输出电路60的电路损毁。

该保护电路16可以简单通过一些逻辑闸来形成，如图5a及图5b所示。图5a为依据本发明数据从该输入/输出电路60传送至该核心感测组件10(数据传输组件15)时该保护电路16的示意图；及图5b为依据本发明数据从该核心感测组件10传送至该输入/输出电路60时该保护电路16的示意图。既然只有该核心感测组件10的电压准位会被提升或调降而该指纹感测装置100中的其他组件则理想上维持相同在该系统组件20(即该系统电源端子21及该系统接地端子22)，图5a及图5b中的“RISE”及“FALL”分别为该升压状态及该降压状态下表示该核心感测组件10相对在该系统组件20的电压准位的电压偏移的二位讯号。更明确的说，在该核心感测组件的电压在该升压状态时被提升至3～6V时，RISE设定为“1”并在其余情况设定为“0”，而FALL在降压状态时设定为“1”并在其余情况设定为“0”。应了解到该保护电路16的示意图仅为本发明的一个范例，而非将本发明限定在此。

该手指200及该核心感测组件10之间在一指纹感测周期内所产生的电压偏移可以是正的也可以是负的，或甚至同时包含正及负的电压偏移。当电压在指纹感测程序中被提升时，会产生一负电压偏移，而当电压在指纹感测程序中被调降时，则会产生一正电压偏移。

为了更清楚理解该指纹感测装置100如何运作，请参阅图6～图10，其为依据不同实施例一指纹感测程序中电压随时间的变化的示意图。在图6～图10中，符号VDD代表该工作电源端子11的电位，而符号GND则代表该工作接地端子12的电位。

图6为依据一第一实施例显示一指纹感测程序中电压随时间的变化的示意图。在此实施例中，当该开关组件30陆续以下列顺序在不同操作状态间进行切换时，会产生一负电压偏移：正常状态；隔离状态；升压状态；隔离状态；及正常状态。

可替代地，请参阅图7，其为依据一第二实施例显示一指纹感测程序中电压随时间的变化的示意图。在此实施例中，当该开关组件30陆续以下列顺序在不同操作状态间进行切换时，会产生一正电压偏移：正常状态；隔离状态；降压状态；隔离状态；及正常状态。

更明确的说，该指纹感测装置100以下列的步骤进行操作：(1)在一手指200及该核心感测组件10之间产生一电压偏移；(2)测量该电容式感测组件13在该升压状态或该降压状态间的一感测期间的输出电压以响应在升压状态或降压状态下的电压偏移，其中该感测期间在一时间延迟后开始并在升压状态切换回隔离状态或降压状态切换到隔离状态前的一预设时间内结束；(3)通过该模拟数字转换器143将所测量到的输出电压转换成数据；(4)将该数据储存在该数据传输组件15；及(5)在正常状态下在该数据传输组件15及该输入/输出电路60达到相同的接地电压后，将所储存的该数据从该数据传输组件15传送至该输入/输出电路60。

接下来，请参阅图8及9，其为依据一第三实施例显示一指纹感测程序中电压随时间的变化的示意图。不同在第一及第二实施例仅在该指纹感测程序中产生一正电压偏移或一负电压偏移，此第三实施例同时在该指纹感测程序中产生正及负的电压偏移。在此实施例中，该开关组件30陆续以下列顺序在不同操作状态间进行切换：正常状态；隔离状态；升压状态；隔离状态；降压状态；隔离状态；及正常状态，如图8所示。或者，该开关组件30可陆续以下列顺序在不同操作状态间进行切换：正常状态；隔离状态；降压状态；隔离状态；升压状态；隔离状态；及正常状态，如图9所示。

当同时在该指纹感测程序中产生正电压偏移及负电压偏移时，在该升压状态及该降压状态分别所测量到的该输出电压之间的一电压差会由该模拟数字转换器143加以计算并转换成数据，并再提供给该数据传输组件15。在第一及第二实施例中，因为所测量到的输出电压会直接被传送至该模拟数字转换器143以加以数字化而不需要做任何进一步的计算，该处理电路14就不一定需要包含该取样保持电路141及该差分放大器142。然而，在第三实施例中，该取样保持电路141及该差分放大器142两者就需要包含在该处理电路14，以便在进行数字化的前，可计算出在该升压状态及该降压状态下分别所测量到的输出电压的电压差。

在此实施例中，该指纹感测装置100以下列的步骤进行操作：(1)在一手指200及该核心感测组件10之间产生一电压偏移；(2)测量该电容式感测组件13在该升压状态及该降压状态间的一感测期间的输出电压以响应在升压状态及降压状态下的电压偏移，其中该感测期间在一时间延迟后开始并在升压状态切换回隔离状态及降压状态切换到隔离状态前的一预设时间内结束，并通过该处理电路14中的该取样保持电路141加以保持；(3)通过该差分放大器142计算出在该升压状态及该降压状态分别所测量到的该输出电压之间的一电压差，并通过该模拟数字转换器143将该电压差转换成数据；(4)将该数据储存在该数据传输组件15；及(5)在正常状态下在该数据传输组件15及该输入/输出电路60达到相同的接地电压后，将所储存的该数据从该数据传输组件15传送至该输入/输出电路60。

在此实施例中，在该升压状态及该降压状态分别所测量到的该输出电压之间的电压差是由该指纹感测装置100进行计算再将结果传送给该外部装置80。

然而，电压差不一定要由该指纹感测装置100进行计算，其亦可改由该外部装置80来进行。在这样的情况下，该处理电路14就不一定要包含该取样保持电路141及该差分放大器142，且该指纹感测装置100会以下列的步骤进行操作：(1)在一手指200及该核心感测组件10之间产生一电压偏移；(2)通过该模拟数字转换器143测量每一个该电容式感测组件13在该升压状态间的一感测期间的第一输出电压以响应在升压状态下的电压偏移，其中该感测期间在一时间延迟后开始并在升压状态切换回隔离状态前的一预设时间内结束；(3)通过该模拟数字转换器143将每一个该电容式感测组件13所测量到的该第一输出电压转换成一第一数据，并将的传送至该数据传输组件15；(4)通过该模拟数字转换器143测量每一个该电容式感测组件13在该降压状态间的一感测期间的第二输出电压以响应在降压状态下的电压偏移，其中该感测期间在一时间延迟后开始并在降压状态切换回隔离状态前的一预设时间内结束；(5)通过该模拟数字转换器143将每一个该电容式感测组件13所测量到的该第二输出电压转换成一第二数据，并将的传送至该数据传输组件15；(6)将该第二数据储存在该数据传输组件15；(7)在正常状态下在该数据传输组件15及该输入/输出电路60达到相同的接地电压后，将所储存的该第一数据及第二数据从该数据传输组件15传送至该输入/输出电路60。

因此，该处理电路14是否需要包含该取样保持电路141及该差分放大器142取决在电压差的计算是否要由该指纹感测装置100来进行。

请参阅图10，其为依据一第四实施例显示一指纹感测程序中电压随时间的变化的示意图。不同在前述三个实施例仅在升压状态及/或降压状态下设有“感测期间”，第四实施例不仅在升压状态及/或降压状态下设有“感测期间”，其更在升压状态及/或降压状态下的第一感测期间后，在正常状态下进一步包含一“第二感测期间”。

如图10所示，在该指纹感测程序的一个周期内具有两个感测期间且资料分别在两个不同的感测期间取得。在此实施例中，所取得的两个数据并不限在要在同一时间在正常状态下从该数据传输组件15传送至该输入/输出电路60，其可分开传送。举例来说，在第一感测期间所取得的该第一资料可在该第二数据还在第二感测期间时先进行传送，而该第二数据则在后续取得完成后再行传送，如图10所示。也就是说，在第一感测期间所取得的该第一资料可等到该第二数据取得完成后再一并进行传送。

基本上，输出电压的测量及转换成数据是由该模拟数字转换器143来进行并由该数据传输组件15来储存。然后，在正常状态下在该数据传输组件15及该输入/输出电路60达到相同的接地电压后，将所储存的该数据从该数据传输组件15传送至该输入/输出电路60。也就是说，在正常状态下，只要该数据传输组件15及该输入/输出电路60达到相同的接地电压后，不论该第二资料是否完全取得，该第一数据都可从该数据传输组件15传送至该输入/输出电路60。

依据本发明，每一个该电容式感测组件13都可包含一重设组件(未显示)，用来将该电容式感测组件13的一基准电压重设为该核心感测组件10的当下电压。一般来说，该电容式感测组件13的该基准电压会在该指纹感测程序中的每一个周期完成时进行重设(即，在数据提供至该数据传输组件15后)。该基准电压实际上是指接地电压及包含在该电容式感测组件13当中的所有组件的偏压。举例来说，假若该电容式感测组件13内的一个开关组件在正常状态下各个节点的默认电压为：漏极节点为1.5V，源极节点为0V，栅极节点OFF为0V而ON为1V，及块体节点为0V，该开关组件的电压准位在升压状态下相对在该系统接地电压如下：漏极节点为4.5V，源极节点为3V，栅极节点OFF为3V而ON为4V，及块体节点为3V。换句话说，在升压或降压状态下，各节点的电压会随着该工作接地端子12的电压而偏移。

在第四实施例中，基准电压不仅会在每一个周期完成时进行重设，其亦会在该升压状态切换为该隔离状态或该降压状态切换为该隔离状态前的该预设时间内进行重设，而该电容式感测组件13的输出电压也会在正常状态下进行重新的测量，测量会在进入正常状态一时间延迟后开始并在该将输出电压转换成数据并提供给该数据传输组件15的前的一默认时间内结束。

换句话说，假若该电容式感测组件13的基准电压原本为0V并在升压状态下提升至3V，则其基准电压会在该重设组件在升压状态下进行重设后变为3V，以致在当在正常状态下重设后电压由3V变回0V时，将会被视为-3V的一电压偏移，进而触发一第二感测期间。在另一个例子中，假若该指纹感测装置100中的一个组件具有一等在接地电压的基准电压(在正常状态下为0V)加1.5V的偏压，则其会在升压状态下先提升3V变成4.5V，且该组件的基准电压会在升压状态下该重设组件进行重设后调整为4.5V，以致在当在正常状态下重设后电压由4.5V变回1.5V时，将会被视为-3V的一电压偏移，进而触发一第二感测期间。在又一个例子中，该指纹感测装置100的一个组件具有一默认负电压0V及一默认正电压1.5V。当该核心感测组件10的电压在升压状态下从0～3V提升至3～6V时，该组件的默认负电压会被设成3V，而默认正电压则被设成4.5V。

应了解到图10只是一个将该第四实施例与该第一实施例作结合的例子。依据本发明，该第四实施例还可与第二实施例及第三实施例以类似的方式结合。

在第四实施例中，该指纹感测装置100以下列的步骤进行操作：(1)在一手指200及该核心感测组件10之间产生一电压偏移；(2)测量该电容式感测组件13在该升压状态或该降压状态间的一感测期间的输出电压以响应在升压状态或降压状态下的电压偏移，其中该感测期间在一时间延迟后开始并在升压状态切换回隔离状态或降压状态切换到隔离状态前的一预设时间内结束；(3)将该电容式感测组件13的基准电压重设为该电容式感测组件13的当下电压；(4)通过该模拟数字转换器143将所测量到的输出电压转换成一第一数据；(5)将该第一数据储存在该数据传输组件15；(6)在正常状态下在该数据传输组件15及该输入/输出电路60达到相同的接地电压后，将所储存的该第一数据从该数据传输组件15传送至该输入/输出电路60，并同时在基准电压被重设后在正常状态下对该电容式感测组件13的输出电压进行测量；(7)通过该模拟数字转换器143将所测量到的该输出电压转换成一第二数据；(8)将该第二数据储存在该数据传输组件15；及(9)将所储存的该第二数据在正常状态下从该数据传输组件15传送至该输入/输出电路60。

如上所述，第一感测期间所取得的第一数据可在第二数据取得后与该第二数据一并被传送。在此情况下，该指纹感测装置100以下列的步骤进行操作：(1)在一手指200及该核心感测组件10之间产生一电压偏移；(2)测量该电容式感测组件13在该升压状态或该降压状态间的一感测期间的输出电压以响应在升压状态或降压状态下的电压偏移，其中该感测期间在一时间延迟后开始并在升压状态切换回隔离状态或降压状态切换到隔离状态前的一预设时间内结束；(3)将该电容式感测组件13的基准电压重设为该电容式感测组件13的当下电压；(4)通过该模拟数字转换器143将所测量到的输出电压转换成一第一数据；(5)将该第一数据储存在该数据传输组件15；(6)在基准电压被重设后正常状态下对该电容式感测组件13的输出电压进行测量；(7)通过该模拟数字转换器143将所测量到的输出电压转换成一第二数据；(8)将该第二数据储存在该数据传输组件15；及(9)在正常状态下在该数据传输组件15及该输入/输出电路60达到相同的接地电压后，将所储存的第一数据及第二数据从该数据传输组件15传送至该输入/输出电路60。

该取样保持电路141可包含在该处理电路14用以保存该第一数据一段时间直到该第二数据准备好被传送至该输入/输出电路60，或者用以在传送至该模拟数字转换器143前先保存两个感测期间所测量到的输出电压。

在某些操作阶段中，例如：该第三实施例的降压状态，该开关组件30在各开关的电压可能会超出开关的可允许范围并进而对开关造成永久性的损害。如图8所示，该接地开关可能会在降压状态下在栅极对源极或门极对漏极出现6伏特的电压调降。为了避免因大幅的电压调降而对开关造成损害，有很多方式可以采用作为避免栅极对通道的损坏，诸如控制施加到栅极的电压回转率或简单的使用一个较厚的多晶硅栅极。

一般来说，装置中每一个组件的接地电压会与该装置相同。然而，如上所述，本发明核心感测组件10的接地电压会在感测期间相对在系统的接地电压提升及/或调降，这让该核心感测组件10与该指纹感测装置100中的其他组件之间的电压不同。该核心感测组件10中的所有组件都会以该核心感测组件10的接地电压做为参考。为了更清楚理解，以下的例子说明如何让一个组件的参考接地电压独立而不随着其装置的接地电压。两个NMOS晶体管各别有一隔离井180以将该晶体管的接地电压(块体接点)与该装置中的其他部分隔离。

请参阅图11a及11b。图11a为NMOS晶体管的两个隔离井的物理结构的透视图；及图11b为图11a中NMOS晶体管的两个隔离井的侧视图。隔离井180包含一隔离P型植入区(隔离P型井)181、2个重掺杂N型区，其作为一源极182及一漏极183、一栅极节点184、一N型植入区(N型井)185、一层深N型植入区(Deep N-Well，DNW)186、一隔离层187、连接块体(P型植入区181)的一块体接点(B-bulk)188，及一薄型隔离层(栅极氧化物介电层)189。源极182、漏极183、栅极节点184、块体接点188，与薄型隔离层189是一般NMOS晶体管已知井结构的部分。然而，为了造成P型井隔离，也需要该结构的其它部分。隔离井180是一个MOS植入结构，允许晶体管的块体接点188隔离并为一改变讯号驱动。对一个P型基板晶圆来说，用在NMOS晶体管的隔离井180可以建构为由其下一圈的N型井185与一层DNW186所围绕的P型植入区(隔离P型井)181，N型井185与DNW186连接到高在驱动隔离P型井181的讯号的电位的一定电压(未绘示)。块体接点188进一步连接到井接点150，用在接收来自驱动源160的讯号。换言的，隔离井180被配置成能够防止电流流进/出P型植入区181与DNW186间的界面，或P型植入区181与N型植入区(N型井)185间的界面。在其它实施例中，N型植入区(N型井)185可以由其他方法或材料，如浅沟隔离(Shallow Trench Isolation，STI)及/或深沟隔离所取代，这样防止电流泄漏在区域与P型植入区181的界面上。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对在本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属在本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (24)

1.一种指纹感测装置，其特征在于，包括：

至少一核心感测组件，具有一工作电源端子及一工作接地端子，用以获取指纹影像，所述至少一核心感测组件包括多个电容式感测组件；

一系统组件，具有一连接至一电源供应器的系统电源端子及一接地的系统接地端子；

至少一开关组件，连接在所述核心感测组件及所述系统组件之间，包括：

一电源开关，连接在所述工作电源端子及所述系统电源端子之间；

一接地开关，连接在所述工作接地端子及所述系统接地端子之间；

一升压开关，连接在所述工作接地端子及所述系统电源端子之间；及

一降压开关，连接在所述工作电源端子及所述系统接地端子之间；及

一电荷储存组件，电连接在所述工作电源端子及所述工作接地端子之间，用以在所述系统组件未给所述核心感测组件供电时，给所述核心感测组件供电，

其中所述开关组件会在以下四个操作状态之间进行切换：

一正常状态，所述电源开关及所述接地开关都开启而其余开关则关闭，以从所述系统组件给所述核心感测组件供电；

一隔离状态，所述开关组件中的所有开关都关闭且改由所述电荷储存组件给所述核心感测组件供电，以防止发生突波；

一升压状态，所述升压开关为开启而其余开关则关闭，以将所述核心感测组件的电压提升一电压准位，所述电压准位等在所述系统电源端子及所述系统接地端子之间的电压差；及

一降压状态，所述降压开关为开启而其余开关则关闭，以将所述核心感测组件的电压调降一电压准位，所述电压准位等在所述系统电源端子及所述系统接地端子之间的电压差。

2.如权利要求1所述的指纹感测装置，其特征在于，进一步包括：一时间控制电路，连接至所述开关组件，用以控制所述开关组件中各个开关的时间序列。

3.如权利要求2所述的指纹感测装置，其特征在于，进一步包括：一输入/输出电路，连接在所述核心感测组件及一外部装置之间，用以提供所述指纹感测装置及所述外部装置之间一接口。

4.如权利要求3所述的指纹感测装置，其特征在于，所述核心感测组件进一步包括一具有一模拟数字转换器的处理电路，电连接至所述多个电容式感测组件，用以将所述多个电容式感测组件的输出电压转换成提供给所述外部装置的数据。

5.如权利要求4所述的指纹感测装置，其特征在于，所述处理电路进一步包括一差分放大器及一取样保持电路，所述取样保持电路多路传输至或电连接至所述差分放大器，而所述差分放大器则多路传输至或电连接至所述模拟数字转换器。

6.如权利要求4所述的指纹感测装置，其特征在于，所述核心感测组件进一步包括一数据传输组件，电连接在所述模拟数字转换器及所述输入/输出电路之间，用以暂存来自所述模拟数字转换器的数据并依据来自所述时间控制电路的一数据传送指令在所述数据传输组件及所述输入/输出电路两者的接地电压达到相等时在所述正常状态下将所储存的所述数据传送至所述输入/输出电路。

7.如权利要求6所述的指纹感测装置，其特征在于，所述核心感测组件进一步包括一保护电路，电连接在所述数据传输组件及所述输入/输出电路之间，以确保所储存的所述数据在传送至所述输入/输出电路时的电压准位维持在所述输入/输出电路一有效或可接受的范围内，并确保一输入讯号在从所述输入/输出电路传送至所述数据传输组件时的电压准位维持在所述数据传输组件一有效或可接受的范围内。

8.如权利要求1所述的指纹感测装置，其特征在于，进一步包括：一传导组件，电连接至所述系统接地端子，用以将与所述传导组件直接或间接接触的一手指的电位维持相同在所述系统接地端子。

9.如权利要求8所述的指纹感测装置，其特征在于，所述多个电容式感测组件的输出电压在一感测期间进行测量，所述感测期间存在在所述升压状态或所述降压状态中，并在一时间延迟后开始且在所述升压状态切换为所述隔离状态或所述降压状态切换为所述隔离状态前的一预设时间内结束，以响应在所述手指及所述核心感测组件的间所产生的一电压偏移。

10.如权利要求9所述的指纹感测装置，其特征在于，所述电压偏移为一负电压偏移，其通过控制所述开关组件以如下顺序进行不同的操作状态切换来产生：正常状态；隔离状态；升压状态；隔离状态；及正常状态。

11.如权利要求9所述的指纹感测装置，其特征在于，所述电压偏移为一正电压偏移，其通过控制所述开关组件以如下顺序进行不同的操作状态切换来产生：正常状态；隔离状态；降压状态；隔离状态；及正常状态。

12.如权利要求9所述的指纹感测装置，其特征在于，所述电压偏移包括一负电压偏移及一正电压偏移，其通过控制所述开关组件以如下顺序进行不同的操作状态切换来产生：正常状态；隔离状态；升压状态；隔离状态；降压状态；隔离状态；及正常状态，或以如下顺序：正常状态；隔离状态；降压状态；隔离状态；升压状态；隔离状态；及正常状态。

13.如权利要求12所述的指纹感测装置，其特征在于，提供给数据传输组件的所述数据是由所述升压状态及所述降压状态分别所测量到的所述输出电压的间的一电压差转换而来的。

14.如权利要求9所述的指纹感测装置，其特征在于，每个所述多个电容式感测组件包括一重设组件，用来将所述电容式感测组件的一基准电压重设为所述电容式感测组件的当下电压。

15.如权利要求14所述的指纹感测装置，其特征在于，所述电容式感测组件的所述基准电压会在数据提供给数据传输组件后进行重设。

16.如权利要求15所述的指纹感测装置，其特征在于，所述电容式感测组件的所述基准电压会在所述升压状态切换为所述隔离状态或所述降压状态切换为所述隔离状态前的所述预设时间内进行重设，且所述多个电容式感测组件的所述输出电压会在所述正常状态下在所述时间延迟后直至所述输出电压转换成所述数据并提供给所述数据传输组件前的默认时间内进行重新测量。

17.如权利要求1所述的指纹感测装置，其特征在于，所述电荷储存组件为一电容、传感器、电池、恒定电源或其组合。

18.如权利要求1所述的指纹感测装置，其特征在于，每个所述多个电容式感测组件包括一连接至所述工作电源端子的电源节点及一连接至所述工作接地端子的接地节点。

19.一种如权利要求1所述的指纹感测装置的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：

在一手指及所述核心感测组件之间产生一电压偏移；

测量所述电容式感测组件在所述升压状态或所述降压状态间的一感测期间的输出电压以响应在所述电压偏移，其中所述感测期间在一时间延迟后开始并在所述升压状态切换回所述隔离状态或所述降压状态切换到所述隔离状态前的一预设时间内结束；

将所测量到的所述输出电压转换成数据；

将所述数据储存在一数据传输组件；及

在所述正常状态下所述数据传输组件及输入/输出电路达到相同的接地电压后，将所储存的所述数据从所述数据传输组件传送至一输入/输出电路。

20.如权利要求19所述的的操作方法，其特征在于，所述电压偏移为一负电压偏移，其通过控制所述开关组件以如下顺序进行不同的操作状态切换来产生：正常状态；隔离状态；升压状态；隔离状态；及正常状态。

21.如权利要求19所述的的操作方法，其特征在于，所述电压偏移为一正电压偏移，其通过控制所述开关组件以如下顺序进行不同的操作状态切换来产生：正常状态；隔离状态；降压状态；隔离状态；及正常状态。

22.如权利要求19所述的的操作方法，其特征在于，所述电压偏移包括一负电压偏移及一正电压偏移，其通过控制所述开关组件以如下顺序进行不同的操作状态切换来产生：正常状态；隔离状态；升压状态；隔离状态；降压状态；隔离状态；及正常状态，或以如下顺序：正常状态；隔离状态；降压状态；隔离状态；升压状态；隔离状态；及正常状态。

23.如权利要求22所述的操作方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：计算所述升压状态及所述降压状态分别所测量到的所述输出电压之间的一电压差；及将所述电压差转换成所述数据。

24.如权利要求19所述的的操作方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：在所述升压状态或所述降压状态下测量所述电容式感测组件的所述输出电压以响应所述电压偏移后，将所述电容式感测组件的一基准电压重设为所述电容式感测组件的当下电压；及在对所述基准电压进行重设后，在所述正常状态下测量所述电容式感测组件的所述输出电压。

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