CN110046539A - 指纹传感器及其操作方法 - Google Patents

指纹传感器及其操作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110046539A
CN110046539A CN201811633573.2A CN201811633573A CN110046539A CN 110046539 A CN110046539 A CN 110046539A CN 201811633573 A CN201811633573 A CN 201811633573A CN 110046539 A CN110046539 A CN 110046539A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fingerprint
pixel
voltage
signal
switch
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201811633573.2A
Other languages
English (en)
Inventor
权容一
金旻奎
郑文淑
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Samsung Electronics Co Ltd
Original Assignee
Samsung Electronics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Samsung Electronics Co Ltd filed Critical Samsung Electronics Co Ltd
Publication of CN110046539A publication Critical patent/CN110046539A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F21/00—Security arrangements for protecting computers, components thereof, programs or data against unauthorised activity
    • G06F21/30—Authentication, i.e. establishing the identity or authorisation of security principals
    • G06F21/31—User authentication
    • G06F21/32—User authentication using biometric data, e.g. fingerprints, iris scans or voiceprints
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/0412—Digitisers structurally integrated in a display
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V10/00—Arrangements for image or video recognition or understanding
    • G06V10/10—Image acquisition
    • G06V10/17—Image acquisition using hand-held instruments
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V40/00—Recognition of biometric, human-related or animal-related patterns in image or video data
    • G06V40/10—Human or animal bodies, e.g. vehicle occupants or pedestrians; Body parts, e.g. hands
    • G06V40/12—Fingerprints or palmprints
    • G06V40/13—Sensors therefor
    • G06V40/1306—Sensors therefor non-optical, e.g. ultrasonic or capacitive sensing
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V40/00—Recognition of biometric, human-related or animal-related patterns in image or video data
    • G06V40/10—Human or animal bodies, e.g. vehicle occupants or pedestrians; Body parts, e.g. hands
    • G06V40/12—Fingerprints or palmprints
    • G06V40/1365—Matching; Classification
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/96—Touch switches
    • H03K17/962—Capacitive touch switches
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S40/00—Systems for electrical power generation, transmission, distribution or end-user application management characterised by the use of communication or information technologies, or communication or information technology specific aspects supporting them
    • Y04S40/20—Information technology specific aspects, e.g. CAD, simulation, modelling, system security

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Security & Cryptography (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Image Input (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

指纹传感器包括指纹像素，指纹像素基于第一电压检测用户指纹的指纹电容，并通过第一节点输出与检测到的指纹电容相对应的指纹信息。电压转换电路将通过第一节点接收的指纹信息转换为基于低于第一电压的第二电压的信号，并输出转换后的信号。模拟电路通过使用第二电压基于转换后的信号输出输出信号。

Description

指纹传感器及其操作方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年1月11日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2018-0003770号的优先权，其公开通过引用整体被并入本文。
技术领域
本文描述的公开的实施例涉及电子设备，更具体地，涉及指纹传感器。
背景技术
如今，正在使用各种类型的电子设备。电子设备执行取决于被包括在其中的各种电子电路/模块/芯片的操作的独特的(多个)功能。例如，电子设备包括计算机、智能电话、平板电脑等。为了提供电子设备的各种功能的目的，电子设备包括许多电子电路/模块/芯片。
最近的电子设备执行用户认证功能，以便向认证用户提供服务。例如，认证指纹的方法被广泛用于将用户认证的许可授予电子设备。在指纹传感器中，提供了各种技术以提高指纹识别的准确性。
例如，一种技术是通过增加指纹传感器中使用的电压来增加信噪比。然而，该技术需要单独的电源电路(例如，电源管理集成电路(Power Management Integrated Circuit，PMIC))，从而导致制造成本的增加或工艺产量的降低。
发明内容
本公开的实施例提供具有改进的可靠性和降低的成本的指纹传感器。
根据示例实施例，指纹传感器包括指纹像素(pixel)，该指纹像素基于第一电压检测由用户指纹形成的指纹电容器，并通过第一节点输出与检测到的指纹电容器相对应的指纹信息。电压转换电路将通过第一节点接收到的指纹信息转换为基于低于第一电压的第二电压的信号，并输出转换后的信号。模拟电路通过使用第二电压基于所述转换后的信号输出输出信号。
根据示例实施例，指纹传感器具有第一指纹像素和控制器。第一指纹像素包括与感测节点连接的第一金属电极、与屏蔽节点连接的第一屏蔽电极、以及与感测节点和屏蔽节点连接的第一像素电路。控制器控制所述第一像素电路。第一像素电路包括连接在感测节点和屏蔽节点之间、响应于来自控制器的第一控制信号或第二控制信号而操作的第一开关。
根据示例实施例，具有多个指纹像素的指纹传感器的操作方法包括：激活多个指纹像素中的第一指纹像素，断开激活的第一指纹像素的第一金属电极和第一屏蔽电极的连接，基于提供给多个指纹像素当中与第一指纹像素相邻的第二指纹像素的控制信号控制第一屏蔽电极的电位(potential)，以及从激活的第一指纹像素获得关于由用户指纹形成的指纹电容器的信息。
根据示例实施例，指纹传感器包括具有第一感测电极和第一屏蔽电极的第一指纹像素、具有第二感测电极和第二屏蔽电极的第二指纹像素、以及控制电路。控制电路控制第一感测电极基于施加到第一感测电极的第一电压和在第一感测电极与用户的指纹之间产生的第一电容生成指纹信息。另外，控制电路在第一感测电极生成指纹信息的同时，根据施加到第二感测电极和第二屏蔽电极的第三电压调节施加到第一屏蔽电极的第二电压。
根据示例实施例，指纹像素包括感测电极、屏蔽电极、直接电连接到感测电极的第一节点、直接电连接到屏蔽电极的第二节点、直接电连接在第一节点和第二节点之间的第一开关、直接电连接在第二节点和供应第一电压的第一电压抽头之间的第二开关、直接电连接在第二节点和第三节点之间的第三开关、直接电连接在第一节点和第三节点之间的第四开关、直接电连接在第三节点和供应不同于第一电压的第二电压的第二电压抽头之间的第五开关、在第一节点和输出节点之间电串联连接的第六开关和第七开关。
附图说明
通过参考附图详细描述本公开的示例性实施例，本公开的上述和其他目的和特征将变得显而易见。
图1是示出根据本公开的电子设备的视图。
图2是示出图1的指纹传感器的视图。
图3是示出图2的指纹传感器的框图。
图4是示出图3的指纹像素、电压转换电路和模拟电路的电路图。
图5是示出用于驱动图4的指纹传感器的各种开关信号的时序图。
图6是示出根据本公开的示例实施例的指纹传感器的视图。
图7是示出图6的第一指纹像素的视图。
图8是用于描述图6的指纹传感器的驱动方式的视图。
图9A到图9D是示出取决于图8中所示的控制信号确定的有源(active)像素和屏蔽像素的电路图。
图10是用于描述根据本公开的指纹传感器的驱动方法的视图。
图11是示出图6的指纹传感器的驱动方法的流程图。
图12是示出应用根据本公开的示例实施例的指纹传感器的电子设备的视图。
图13是示出应用根据本公开的指纹传感器的电子设备的示例性实施方式的框图。
具体实施方式
下面，可以详细描述本公开的实施例，并且清楚地达到本领域普通技术人员容易实施本公开的程度。
图1是示出根据本公开的电子设备10的视图。参考图1，电子设备10可以包括面板11和指纹传感器100。在示例实施例中，电子设备10可以是个人便携式终端或诸如智能电话、平板电脑或计算机的移动电子设备。
面板11可以提供与用户的接口。例如，用户可以通过面板11查看从电子设备10输出的各种信息。可替代地，用户可以通过面板11向电子设备10输入各种信息。为此，面板11可以包括用于感测用户的触摸的触摸面板或用于向用户显示信息的显示面板。
指纹传感器100可以感测用户的指纹并且可以基于感测到的指纹执行认证操作。也就是说，指纹传感器100可以是指纹检测传感器或提供用户认证功能的指纹识别传感器。在示例实施例中，根据本公开的指纹传感器可以是以无源方式(passive manner)操作的电容指纹传感器。然而，本公开不限于此。
如图1所示，指纹传感器100可以嵌入在电子设备10的物理按钮(或主页按钮)中。然而，本公开不限于此。指纹传感器100可以被放置在电子设备10的另一位置(例如，侧表面或后表面)。可替代地，指纹传感器100可以被提供为与面板11重叠。
在示例实施例中，指纹传感器100可以用一个芯片(即，单个芯片)实施。例如，指纹传感器100可以包括用于检测用户的指纹的指纹像素阵列和用于驱动指纹像素阵列的控制器，并且指纹像素阵列和控制器可以形成在相同的半导体基板上。
在示例实施例中，被包括在指纹传感器100中的指纹像素阵列可以基于第一电压电平操作，并且用于控制被包括在指纹传感器100中的指纹像素阵列的控制器可以基于低于第一电压电平的第二电压电平操作。也就是说，当指纹传感器100的指纹像素阵列基于高电压操作时，检测到的指纹信息的信噪比(Signal to Noise Ratio，SNR)可以增加。并且，当指纹传感器100的控制器基于低电压操作时，在没有单独的外部电源电路的情况下，提供高性能的指纹传感器100。将参考以下附图更全面地描述指纹传感器100的操作和结构。
图2是示出图1的指纹传感器100的视图。参考图1和图2，指纹传感器100可以包括指纹像素阵列110和控制器120。指纹像素阵列110可包括多个指纹像素。多个指纹像素中的每一个指纹像素可以包括用于检测用户的指纹FP的金属电极ME。
例如，用户的指纹FP可以与指纹像素阵列110的第一金属电极ME1至第四金属电极ME4接触或接近第一金属电极ME1至第四金属电极ME4。在这种情况下，指纹电容器可以形成在第一金属电极ME1至第四金属电极ME4中的每一个金属电极与用户指纹FP之间。指纹电容器可以指示形成在用户的指纹和金属电极之间的电容器。
例如，第一指纹电容器CF1至第四指纹电容器CF4可以分别形成在用户的指纹FP与第一金属电极ME1至第四金属电极ME4之间。第一指纹电容器CF1至第四指纹电容器CF4的值可以随着用户的指纹FP的脊和谷而变化。
第一金属电极ME1和第三金属电极ME3可以与用户的指纹FP的脊接触，并且第二金属电极ME2和第四金属电极ME4可以与用户的指纹FP的谷接触。在这种情况下，第一金属电极ME1和第三金属电极ME3上的第一指纹电容器CF1和第三指纹电容器CF3的值可以与第二金属电极ME2和第四金属电极ME4上的第二指纹电容器CF2和第四指纹电容器CF4的值不同。
控制器120可以接收由第一金属电极ME1至第四金属电极ME4上的用户指纹FP形成的第一指纹电容器CF1至第四指纹电容器CF4的值，作为指纹信息FI，并且可以基于指纹信息FI感测用户指纹FP。在示例实施例中，指纹信息FI可以是模拟电压或基于高电压的模拟信号。
在示例实施例中，指纹像素阵列110的第一金属电极ME1至第四金属电极ME4可以基于第一电压来驱动，并且控制器120可以基于低于第一电压的第二电压来处理指纹信息FI。
图3是示出图2的指纹传感器100的框图。为了简要描述，图3中示出了指纹像素阵列110的一个像素。然而，本公开不限于此。例如，像素阵列110还可包括多个像素。参考图2和图3，指纹传感器100可以包括指纹像素阵列110和控制器120。
控制器120可包括电压转换电路121、模拟电路(模拟前端：AFE)122、多路复用器(Multiplexer，MUX)123、控制电路124、模数转换器(Analog To Digital Converter，ADC)125、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)126、电压生成器127和高电压脉冲生成器128。
电压转换电路121可以被配置为转换来自指纹像素阵列110的指纹像素PIX的指纹信息FI的电平。例如，如上所述，指纹像素阵列110的指纹像素PIX可以基于高电压操作。也就是说，被包括在指纹像素PIX中的各种元件(例如，开关)可以是基于高电压的元件。在这种情况下，从指纹像素PIX输出的指纹信息FI可以是基于高电压电平的信号。电压转换电路121可以将从指纹像素PIX输出的指纹信息FI的高电压电平转换为低电压电平。在示例实施例中，电压转换电路121可以在控制电路124的控制下通过使用来自电压生成器127的高电压VH来执行上面描述的电压转换操作。
模拟电路122可以被配置为处理由电压转换电路121转换的信号。例如，模拟电路122可以被配置为在控制电路124的控制下通过使用来自电压生成器127的低电压VL来处理由电压转换电路121转换的信号。也就是说，被包括在模拟电路122中的各种元件可以是基于低电压的元件。
多路复用器123可以多路复用由模拟电路122处理的信号。例如，模拟电路122可以同时地或顺序地处理来自多个指纹像素的指纹信息FI。多路复用器123可以在控制电路124的控制下将由模拟电路122处理的信号顺序地提供给ADC 125。
控制电路124可以控制控制器120的整体操作。例如，为了检测用户指纹FP，控制电路124可以控制指纹像素PIX、电压转换电路121、模拟电路122和多路复用器123。在示例实施例中，控制电路124可以生成用于控制上面描述的组件的各种控制信号或各种切换信号。
ADC 125可以将来自多路复用器123的信号转换为数字信号，并且可以将数字信号提供给数字信号处理器(DSP)126。DSP 126可以处理来自ADC125的数字信号，以最终生成用户指纹的图像。
电压生成器127可以生成高电压VH和低电压VL。在示例实施例中，高电压VH可以是用于驱动指纹像素阵列110的指纹像素PIX的电压。低电压VL可以是在模拟电路122中使用的电压。
高电压脉冲生成器128可以通过使用高电压VH生成高电压脉冲VHP。在示例实施例中，为了感测用户指纹FP的目的，可以将高电压脉冲VHP提供给指纹像素PIX。
图3中示出的控制器120是示例性的，并且本公开不限于此。例如，控制器120还可以包括任何其他组件，诸如存储电路、参考电压生成器、振荡器和时序控制器。
图4是示出图3的指纹像素PIX、电压转换电路121和模拟电路122的电路图。在示例实施例中，提供图4中示出的指纹像素PIX、电压转换电路121和模拟电路122以容易地描述本公开的技术构思，并且本公开不限于此。
并且，为了容易地描述本公开的技术构思，将组件示出为彼此独立。然而，本公开不限于此。例如，电压转换电路121可以被包括在模拟电路122中，或者高电压脉冲生成器128可以被包括在指纹像素PIX内。尽管图4中未示出，但是图4中所示的各种元件可以由控制电路124或单独的功能块控制。
参考图3和图4，指纹传感器100可以包括指纹像素PIX、电压转换电路121、模拟电路122和高电压脉冲生成器128。
高电压脉冲生成器128可包括第一高电压开关HSW1和第二高电压开关HSW2。第一高电压开关HSW1的第一端可以接收高电压VH，并且其第二端可以与感测节点sn连接。第二高电压开关HSW2的第一端可以与接地端子连接，并且其第二端可以与感测节点sn连接。高电压脉冲VHP可以由第一高电压开关HSW1和第二高电压开关HSW2的操作生成。高电压脉冲VHP可以被提供给指纹像素PIX。
指纹像素PIX可以包括金属电极ME、屏蔽电极SE和第三高电压开关HSW3。金属电极ME可以与感测节点sn连接。金属电极ME可以是用于感测归因于用户指纹FP的电容上的改变的电极。也就是说，与金属电极ME和用户指纹FP之间的指纹电容器CF相对应的值可以被提供为指纹信息FI。
为了去除形成在基板上的寄生电容的目的，屏蔽电极SE可以维持与金属电极ME相同的电位。也就是说，可以通过将屏蔽电极SE和金属电极ME设置为相同的电位来去除形成在基板上的寄生电容的影响。
第三高电压开关HSW3的第一端可以与感测节点sn连接，并且其第二端可以与第一节点n1连接。可以通过第三高电压开关HSW3的操作将与指纹电容器CF相对应的值提供给第一节点n1。
电压转换电路121可以包括第一中间开关MSW1、第一电阻器R1、第二电阻器R2和中间电容器CM。第一中间开关MSW1的第一端可以与第一节点n1连接，并且其第二端可以与第一电阻器R1的第一端连接。第一电阻器R1的第二端可以被配置为接收高电压VH。第二电阻器R2的第一端可以与第一电阻器R1的第一端连接，并且其第二端可以与接地端子连接。在示例实施例中，第一电阻器R1和第二电阻器R2可以具有相同的电阻值。也就是说，第一节点n1的电压可以通过第一中间开关MSW1的操作被维持在VH/2处。
中间电容器CM可以连接在第一节点n1和第二节点n2之间。在示例实施例中，与指纹电容器CF相比，中间电容器CM的值可以非常大。在示例实施例中，中间电容器CM可以作为电池电容器操作，以便将第一节点n1的电压和第二节点n2的电压维持在特定电压处。
模拟电路122可以包括第一低电压开关LSW1至第六低电压开关LSW6、第一复位开关RST1和第二复位开关RST2、电容器CPC、C1、C2、C3和CN，比较器COMP和差分电路DIF。在示例实施例中，电容器CPC、C1、C2、C3和CN可以是用于信号处理或用于获得适当信号增益的可变电容器。
第一低电压开关LSW1的第一端可以与接地端子连接，并且其第二端可以与电容器CPC的第一端连接。第二低电压开关LSW2的第一端可以连接以接收低电压VL，并且其第二端可以与电容器CPC的第一端连接。电容器CPC的第二端可以与接地端子连接。低电压脉冲VLP可以由第一低电压开关LSW1和第二低电压开关LSW2的操作生成。在示例实施例中，低电压脉冲VLP的摆动电平(即，幅度)可以低于高电压脉冲VHP的摆动电平(即，幅度)。低电压脉冲VLP的相位可以与高电压脉冲VHP的相位相反。
第四低电压开关LSW4可以连接在第二节点n2和电容器CPC的第一端之间。可以通过第四低电压开关LSW4的操作将低电压脉冲VLP提供给第二节点n2。
比较器COMP的第一输入端子(+)可以被连接以接收中间电压VCM，其第二输入端子(-)可以与第二节点n2连接，并且其输出端可以与第三节点n3连接。第一电容器C1可以连接在第二节点n2和第三节点n3之间。第三低电压开关LSW3可以连接在第二节点n2和第三节点n3之间。
电容器CN可以连接在第三节点n3和第五低电压开关LSW5的第一端之间，并且第五低电压开关LSW5的第二端可以与差分电路DIF的第二输入端子(-)连接。第六低电压开关LSW6可以连接在第五低电压开关LSW5的第一端和差分电路DIF的第一输入端子(+)之间。
第二电容器C2可以连接在差分电路DIF的第二输入端子(-)和第一输出端子(+)之间，并且第一复位开关RST1可以连接在差分电路DIF的第二输入端子(-)和第一输出端子(+)之间。第三电容器C3可以连接在差分电路DIF的第一输入端子(+)和第二输出端子(-)之间，并且第二复位开关RST2可以连接在差分电路DIF的第一输入端子(+)和第二输出端子(-)之间。来自差分电路DIF的输出Vp和Vn可以被提供给多路复用器123。
参考图4，指纹像素PIX可以基于高电压脉冲VHP(即，基于高电压VH的信号)操作，并且模拟电路122可以基于低电压VL操作。在这种情况下，电压转换电路121可以被配置为将来自指纹像素PIX的信号从高电压电平转换为低电压电平，使得来自指纹像素PIX的信号可以在模拟电路122使用。
在示例实施例中，由于电压转换电路121执行与电池电容器的功能类似的功能，所以第一节点n1和第二节点n2的电压可以分别均匀地被维持在VH/2和VCM的电平处。在这种情况下，仅来自指纹电容器CF的信息可以被从第一节点n1提供到第二节点n2。例如，感测节点sn的电压Vsn可以由以下等式1表示。
[等式1]
在等式1中，“Vsn”是感测节点sn的电压，“CF”是金属电极ME和用户指纹FP之间的指纹电容器CF的值，“CM”是中间电容器CM的值，“VH”是高电压。在示例实施例中，高电压VH可以是大约10V。在示例实施例中，与中间电容器CM的值相比，指纹电容器CF的值可以非常小。在这种情况下，第三节点n3的电压Vbo可以由以下等式2表示。
[等式2]
在等式2中，“Vbo”是第三节点n3的电压，“C1”是第一电容器C1的电容值。其余因子如上所述，因此，这里将不再重复其详细描述。如等式2所示，在其中中间电容器CM的值远大于指纹电容器CF的值的情况下，第三节点n3的电压Vbo可以表示为指纹电容器CF的函数。也就是说，在其中中间电容器CM的值远大于指纹电容器CF的值的情况下，可以正常检测指纹电容器CF的值，并且输出电压Vp和Vn可能几乎不会由于中间电容器CM而改变。
图5是示出用于驱动图4的指纹传感器100的元件的各种开关信号的时序图。简要说明，在图5中举例说明了用于驱动各个开关的第一开关信号SS1至第六开关信号SS6。为了便于描述，假设开关在其中与开关对应的开关信号处于高电平的情况下闭合并且在其中开关信号处于低电平的情况下断开。然而，本公开不限于此。
参考图3至图5，控制电路124可以生成第一开关信号SS1至第六开关信号SS6。第一复位开关RST1和第二复位开关RST2可以响应于复位信号RST而操作。第一高电压开关HSW1和第一低电压开关LSW1可以响应于第一开关信号SS1而操作。第二高电压开关HSW2和第二低电压开关LSW2可以响应于第二开关信号SS2而操作。
第三高电压开关HSW3和第四低电压开关LSW4可以响应于第三开关信号SS3而操作。中间开关MSW1和第三低电压开关LSW3可以响应于第四开关信号SS4而操作。在示例实施例中，第三开关信号SS3和第四开关信号SS4可以是互补的。
第五低电压开关LSW5可以响应于第五开关信号SS5而操作。第六低电压开关LSW6可以响应于第六开关信号SS6而操作。
继续参考图3至图5，第一复位开关RST1和第二复位开关RST2响应于高电平的复位信号RST而闭合。在这种情况下，可以重置第一输出电压Vp和第二输出电压Vn的电平。
然后，在第一时间点t1，第三高电压开关HSW3和第四低电压开关LSW4可以响应于第三开关信号SS3而闭合。在这种情况下，可以通过第三高电压开关HSW3的操作将感测节点sn的电压提供给第二节点n2，并且因此，电压Vbo可以增加预定电平。
之后，在第二时间点t2，第二高电压开关HSW2和第二低电压开关LSW2可以响应于第二开关信号SS2而闭合。在这种情况下，高电压脉冲VHP是地电压，低电压脉冲VLP是低电压VL。此外，当中间开关MSW和第三低电压开关LSW3响应于第四开关信号SS4而闭合时，第一节点n1的电压是VH/2，第二节点n2的电压和第三节点n3的电压Vbo是中间电压VCM。当第五低电压开关LSW5响应于第五开关信号SS5而闭合时，第二输出电压Vn可以减小预定电平。原因是电压Vbo降低。
然后，在第三时间点t3，第三高电压开关HSW3和第四低电压开关LSW4可以响应于第三开关信号SS3而闭合。在这种情况下，可以通过第三高电压开关HSW3的操作将感测节点sn的电压提供给第二节点n2，并且因此，电压Vbo可以减小预定电平。原因是通过与第二时间点t2相对应的操作，感测节点sn的电压降低到地电平。第二输出电压Vn可以取决于第三节点n3的电压Vbo的改变而减小预定电平。
然后，在第四时间点t4，第一高电压开关HSW1和第一低电压开关LSW1可以响应于第一开关信号SS1而闭合。在这种情况下，高电压脉冲VHP是高电压VH，低电压脉冲VLP是地电压。此外，当中间开关MSW和第三低电压开关LSW3响应于第四开关信号SS4而闭合时，第一节点n1的电压是VH/2，第二节点n2的电压是中间电压VCM。因此，第三节点n3的电压可以是中间电压VCM。当第六低电压开关LSW6响应于第六开关信号SS6而闭合时，第一输出电压Vp可以增加预定电平。
然后，在第五时间点t5，第三高电压开关HSW3和第四低电压开关LSW4可以响应于第三开关信号SS3而闭合。在这种情况下，可以通过第三高电压开关HSW3的操作将感测节点sn的电压提供给第二节点n2，并且因此，电压Vbo可以增加预定电平。原因是通过与第四时间点t4相对应的操作，感测节点sn的电压增加到高电压电平。第一输出电压Vp可以取决于第三节点n3的电压Vbo的改变而增加预定电平。
当重复执行上述操作时，第一输出电压Vp可以逐渐增加，并且第二输出电压Vn可以逐渐减小。最终输出的输出电压可以由以下等式3表示。
[等式3]
在等式3中，“Vp”和“Vn”分别指示第一输出电压和第二输出电压，“CS”指示如图4所示的感测节点sn和基板之间的寄生电容值，“CPC”指示电容器CPC的电容值。“CN”指示电容器CN的值，“C2”指示第二电容器C2的值，并且“N”指示积分的次数。也就是说，图4的模拟电路122可以包括积分器，其被配置为对第二节点n2的信号进行积分。在示例实施例中，积分器可以包括图4的模拟电路122的第三低电压开关LSW3至第六低电压开关LSW6、第一复位开关RST1和第二复位开关RST2、电容器C1、C2、C3和CN、比较器COMP以及差分电路DIF。
如等式3所示，模拟电路122可累积来自指纹像素PIX的信号以输出第一输出电压Vp和第二输出电压Vn。在这种情况下，如参考等式2所述，在其中中间电容器CM的值与指纹电容器CF的值相比非常大的情况下，第三节点n3的电压Vbo可以与由公式2计算的值相同。在组合等式2和等式3的情况下，最终输出电压Vp和Vn可以被表示为第三节点n3的电压Vbo的函数。并且，如等式2所示，第三节点n3的电压Vbo可以是指纹电容器CF的函数。
即，总之，从根据本公开的模拟电路122输出的第一输出电压Vp和第二输出电压Vn可以被表示为指纹电容器CF的函数。换句话说，可以基于第一输出电压Vp和第二输出电压Vn来导出指纹电容器CF的值，并且可以基于导出的值获得关于用户指纹FP的信息。
如上所述，根据本公开的指纹传感器100可以由通过使用高电压VH驱动指纹像素PIX并且通过使用低电压VL处理来自指纹像素PIX的信号来最终获得关于用户指纹的信息。也就是说，通过使用高电压VH驱动指纹像素PIX，可以增加来自指纹像素PIX的输出信号的信噪比(SNR)。并且，通过使用低电压VL驱动模拟电路122，可以在没有单独的外部电源和单独的电源电路的情况下驱动指纹传感器100。因此，在降低的成本的情况下提供了具有改进的性能的指纹传感器。
图6是示出根据本公开的示例实施例的指纹传感器200的视图。为了简要描述，图6中示出了两个指纹像素PIX1和PIX2，但是本公开不限于此。
参考图6，指纹传感器200可以包括指纹像素阵列210和控制器220。控制器220可以包括电压转换电路221、模拟电路222、控制电路224、电压生成器227和高电压脉冲生成器228。控制器220、电压转换电路221、模拟电路222、控制电路224、电压生成器227和高电压脉冲生成器228分别类似于上面描述的控制器120、电压转换电路121、模拟电路122、控制电路124、电压生成器127和高电压脉冲生成器128，因此，这里将不再重复其描述。
指纹像素阵列210可以包括第一指纹像素PIX1和第二指纹像素PIX2。第一指纹像素PIX1可以包括第一金属电极ME1、第一屏蔽电极SE1和第一指纹像素电路211。第二指纹像素PIX2可以包括第二金属电极ME2、第二屏蔽电极SE2和第二指纹像素电路212。下面，由于第一指纹像素PIX1和第二指纹像素PIX2具有相似的结构，因此将参考第一指纹像素PIX1描述本公开的示例实施例。
作为与用户指纹FP接触的电极的第一指纹像素PIX1的第一金属电极ME1可以是用于检测指纹电容器CF的电极。为了去除第一金属电极ME1和基板(未示出)之间的寄生电容器的影响的目的，第一屏蔽电极SE1可以是用特定电压驱动的电极。
例如，由于上面描述的指纹电容器CF的值随着用户指纹FP的脊或谷而变化，因此指纹电容器CF的值可以非常小(例如，大约10fF)。相反，与指纹电容器CF的值相比，第一金属电极ME1和基板之间的寄生电容器的值可以很大。在这种情况下，如等式3所示，由于相对大的寄生电容器CS的影响，可能无法准确地检测指纹电容器CF的值。这可能意味着从用户指纹FP没有准确地检测到脊和谷。在这种情况下，通过将位于第一金属电极ME1下方的第一屏蔽电极SE1的电压维持为与第一金属电极ME1的电压相同，可以消除或去除上面描述的寄生电容器的影响。
为了控制屏蔽电极的电位，传统的指纹传感器通过连接在相同的指纹像素中的金属电极和屏蔽电极之间的有源块(例如，单位增益缓冲器)来控制屏蔽电极的电位。在这种情况下，有源块的使用可能导致功耗增加。并且，由于指纹像素的有源块的增益差异，指纹像素的屏蔽电位可能彼此不同，从而导致指纹像素的输出错误。
根据本公开的第一指纹像素电路211可以在不使用有源块的情况下基于提供给外围指纹像素的信号来控制第一屏蔽电极SE1的电位。在这种情况下，可以降低功耗。并且，由于通过使用提供给外围指纹像素的信号来控制第一屏蔽电极SE1的电位，因此在第一屏蔽电极SE1中发生的错误可以与在外围指纹像素中发生的错误相同。因此，可以容易地去除或补偿每个指纹像素的错误。
例如，在其中第一指纹像素PIX1作为有源像素操作的情况下，第二指纹像素PIX2可以作为屏蔽像素操作。在示例实施例中，有源像素可以指示用于实际检测由用户指纹FP形成的指纹电容器CF的像素，并且为了维持来自有源像素的金属电极的电场方向的目的，屏蔽像素可以指示用于维持与有源像素相同的电位的像素。屏蔽像素可以是与有源像素相邻的像素。
在这种情况下，第一指纹像素PIX1的第一金属电极ME1用作用于检测由用户指纹FP形成的指纹电容器CF的电极。这里，第一指纹像素PIX1的第一屏蔽电极SE1可以不与第一金属电极ME1直接连接，并且可以响应于从控制器220提供的控制信号CTRL(例如，高电压脉冲VHP或中间高电压VHCM)维持特定电位。第二指纹像素PIX2的第二金属电极ME2和第二屏蔽电极SE2可以彼此直接连接，并且可以响应于从控制器220提供的控制信号CTRL(例如，高电压脉冲VHP或中间高电压VHCM)维持特定电位。
上面描述的控制信号CTRL可以通过被包括在第一指纹像素电路211和第二指纹像素电路212中的多个开关而被提供给第一屏蔽电极SE1、第二金属电极ME2和第二屏蔽电极SE2。
图7是示出图6的第一指纹像素PIX1的视图。为了简要描述，省略了描述指纹像素PIX1的结构和操作的不必要的组件。并且，图7中所示的第一指纹像素PIX1可以被应用于参考图1至图5描述的指纹传感器100或被包括在指纹传感器100中的像素PIX。
参考图6和图7，控制器220可以输出控制信号CTRL。在示例实施例中，控制信号CTRL可以包括主RX信号RXM、虚拟RX信号RXD、主TX信号TXM、第一虚拟TX信号TXD1、第二虚拟TX信号TXD2、高电压脉冲VHP、和中间高电压VHCM。
主RX信号RXM和主TX信号TXM可以是用于选择被包括在指纹像素阵列210中的指纹像素的有源像素的信号。虚拟RX信号RXD、第一虚拟TX信号TXD1和第二虚拟TX信号TXD2可以是用于选择屏蔽像素的信号。在示例实施例中，主RX信号RXM和虚拟RX信号RXD可以是被提供来在被包括在指纹像素阵列210中的多个指纹像素的布置中选择行方向的通道的信号，并且主TX信号TXM、第一虚拟TX信号TXD1和第二虚拟TX信号TXD2可以是被提供来在被包括在指纹像素阵列210中的多个指纹像素的布置中选择列方向的通道的信号。然而，本公开不限于此。
第一指纹像素PIX1可以包括第一金属电极ME1、第一屏蔽电极SE1和第一指纹像素电路211。上面描述了第一金属电极ME1和第一屏蔽电极SE1，因此，这里将不再重复其详细描述。
第一指纹像素电路211可以包括第一开关SW1至第七开关SW7。在示例实施例中，第一开关SW1至第七开关SW7每个可以是高电压开关。
第一开关SW1可以连接在感测节点sn和屏蔽节点sdn之间。第二开关SW2可以连接在屏蔽节点sdn和中间高电压VHCM之间。第三开关SW3的第一端可以连接到屏蔽节点sdn，并且其第二端可以与第五开关SW5的第一端连接。第五开关SW5的第二端可以被配置为接收高电压脉冲VHP。第四开关SW4的第一端可以与第五开关SW5的第一端连接，并且其第二端可以与感测节点sn连接。第六开关SW6和第七开关SW7可以串联连接在感测节点sn和电压转换电路221之间。
第一开关SW1可以响应于反相主RX信号RXM/和第二虚拟TX信号TXD2的OR组合而操作。例如，在其中反相主RX信号RXM/和第二虚拟TX信号TXD2中的至少一个处于高电平的情况下，第一开关SW1可以闭合。作为第一开关SW1，第一金属电极ME1和第一屏蔽电极SE1可以通过第一开关SW1彼此连接。例如，第一屏蔽电极SE1与屏蔽节点sdn连接，第一金属电极ME1与感测节点sn连接。当第一开关SW1闭合时，感测节点sn和屏蔽节点sdn可以电连接，并且因此，第一金属电极ME1和第一屏蔽电极SE1可以彼此连接。
第二开关SW2可以响应于第一虚拟TX信号TXD1而操作。例如，第二开关SW2可以响应于高电平的第一虚拟TX信号TXD1将中间高电压VHCM提供给屏蔽节点sdn。
第三开关SW3和第四开关SW4可以响应于第一虚拟TX信号TXD1而操作。
第五开关SW5可以响应于虚拟RX信号RXD而操作。例如，当第五开关SW5响应于高电平的虚拟RX信号RXD而闭合时，可以在第三开关SW3和第四开关SW4之间提供高电压脉冲VHP。
第六开关SW6和第七开关SW7可以分别响应于主TX信号TXM和主RX信号RXM而操作。例如，当第六开关SW6和第七开关SW7分别响应于高电平的主TX信号TXM和高电平的主RX信号RXM而闭合时，可以将感测节点sn的电压提供给电压转换电路221。
在示例实施例中，在其中第一指纹像素PIX1是有源像素的情况下，第一开关SW1可以断开，并且第二开关SW2至第七开关SW7可以闭合。当第一开关SW1断开时，第一屏蔽电极SE1可以不与第一金属电极ME1直接连接，第一屏蔽电极SE1的电位可以通过中间高电压VHCM和高电压脉冲VHP来调节。在这种情况下，中间高电压VHCM和高电压脉冲VHP可以与提供给与有源像素相邻的外围指纹像素(即，屏蔽像素)的信号相对应。换句话说，在不使用单独的有源块的情况下，不是第一金属电极ME1的电位而是第一屏蔽电极SE1的电位可以基于提供给外围指纹像素(即，屏蔽像素)的信号而被控制。
在示例实施例中，图7中示出的各种控制信号是示例性的，并且本公开不限于此。例如，控制器220可以生成用于控制被包括在第一指纹像素电路211中的多个开关的单独的切换信号。可替代地，为了驱动根据本公开的指纹传感器，控制器220可以对被包括在第一指纹像素电路211中的多个开关进行分组，以生成与每个组相对应的切换信号。
图8是用于描述图6的指纹传感器200的驱动方式的视图。为了简要描述，省略了描述根据本公开的指纹传感器的驱动方式的不必要的组件。为了简要描述，假设指纹像素阵列210包括多个指纹像素，并且多个指纹像素沿第1行R01至第20行R20和第1列C01至第16列C16布置。然而，本公开不限于此。被包括在指纹像素阵列210中的指纹像素的数量可以增加或减少。此外，被包括在指纹像素阵列210中的指纹像素可以以各种方式而不是行和列方向来布置。
在图7和图8中，假设位于第6行R06至第13行R13和第9列C09的交叉点处的指纹像素是有源像素。这里，有源像素意味着用于实际检测由用户指纹FP生成的指纹电容器CF的指纹像素。
为了通过有源像素检测指纹电容器CF，控制器220可以生成如图8所示的各种控制信号CTRL(例如，RXM、RXD、TXM、TXD1、TXD2和VHP)。
例如，控制器220可以将高电平的主RX信号RXM提供给布置在第6行R06至第13行R13处的指纹像素，并且可以将低电平的主RX信号RXM提供给剩余的指纹像素(即，布置在行R01至R05和行R14至R20处的指纹像素)。也就是说，主RX信号RXM可以是用于选择其中设置有有源像素的行(或通道)的信号。
控制器220可以将高电平的虚拟RX信号RXD提供给布置在第4行R04至第15行R15处的指纹像素，并且可以将低电平的虚拟RX信号RXD提供给剩余的指纹像素(即，布置在行R01至R03和R16至R20处的指纹像素)。也就是说，虚拟RX信号RXD可以是用于选择其中设置有有源像素和屏蔽像素的行(或通道)的信号。
控制器220可以将高电平的主TX信号TXM提供给布置在第9列C09处的指纹像素，并且可以将低电平的主TX信号TXM提供给剩余的指纹像素(即，布置在行C01至C08和C10到C16处的指纹像素)。也就是说，主TX信号TXM可以是用于选择其中设置有有源像素的列(或信道)的信号。
控制器220可以将高电平的第一虚拟TX信号TXD1提供给布置在第7列C07至第11列C11处的指纹像素，并且可以将低电平的第一虚拟TX信号TXD1提供给剩余的指纹像素(即，布置在列C01至C06和C12至C16处的指纹像素)。也就是说，第一虚拟TX信号TXD1可以是用于选择其中设置有有源像素和屏蔽像素的列的信号。
控制器220可以将高电平的第二虚拟TX信号TXD2提供给布置在第7列C07、第8列C08、第10列C10和第11列C11处的指纹像素，并且可以将低电平的第二虚拟TX信号TXD2提供给剩余指纹像素(即，布置在列C01至C06、C09和C12至C16处的指纹像素)。也就是说，第二虚拟TX信号TXD2可以是用于选择其中设置有屏蔽像素的列的信号。
控制器220可以将高电压脉冲VHP(在图8中由“0”指示)提供给布置在第7列C07至第11列C11处的指纹像素，并且可以将高电压脉冲VHP(在图8中由“X”指示)提供给剩余的指纹像素(即，布置在列C01至C06和C12至C16处的指纹像素)。
在示例实施例中，提供上面描述的控制信号的方式是示例性的，并且可以进行不同地改变或修改。例如，可以取决于有源像素的数量、列或行方向的布置、屏蔽像素的数量、或列或行方向的布置来不同地改变或修改上面描述的控制信号。
图9A到图9D是示出取决于图8中所示的控制信号确定的有源像素和屏蔽像素的电路图。为了简化说明，在每个附图中，省略了用于驱动开关的信号，并且仅示出了取决于控制信号而闭合或断开的开关的配置。并且，为了简化说明，将参考图8的指纹像素阵列210的布置来描述图9A至图9D的指纹像素的位置。
首先，参考图8和图9A，在有源像素(例如，位于第6行R06和第9列C09处的指纹像素)中，第一开关SW1断开，第二开关SW2至第七开关SW7闭合。在这种情况下，可以将关于由用户指纹FP在金属电极ME上形成的指纹电容器CF的信息提供给电压转换电路221。
在示例实施例中，当第一开关SW1断开时，屏蔽电极SE可以不与金属电极ME直接连接。然而，如上所述，屏蔽电极SE可以通过提供给相邻指纹像素的中间高电压VHCM和高电压脉冲VHP来维持特定电位。
接下来，参考图8和图9B，在位于第5行R05和第9列C09处的RX屏蔽像素中，第七开关SW7断开，第一开关SW1至第六开关SW6闭合。当第七开关SW7断开时，感测节点sn的电压可以不被提供给电压转换电路221。当第一开关SW1至第六开关SW6闭合时，金属电极ME和屏蔽电极SE彼此直接连接。金属电极ME和屏蔽电极SE中的每一个可以通过中间高电压VHCM和高电压脉冲VHP来维持特定电位。
然后，参考图8和图9C，在位于第5行R05和第8列C08处的RX屏蔽像素中，第六开关SW6和第七开关SW7断开，第一开关SW1至第五开关SW5闭合。当第六开关SW6和第七开关SW7断开时，感测节点sn的电压可以不被提供给电压转换电路221。当第一开关SW1至第五开关SW5闭合时，金属电极ME和屏蔽电极SE彼此直接连接。金属电极ME和屏蔽电极SE中的每一个可以通过中间高电压VHCM和高电压脉冲VHP来维持特定电位。
之后，参考图8和图9D，在位于第6行R06和第8列C08处的TX屏蔽像素中，第六开关SW6断开，第一开关SW1至第五开关SW5和第七开关SW7闭合。当第六开关SW6断开时，感测节点sn的电压可以不被提供给电压转换电路221。当第一开关SW1至第五开关SW5闭合时，金属电极ME和屏蔽电极SE彼此直接连接。金属电极ME和屏蔽电极SE中的每一个可以通过中间高电压VHCM和高电压脉冲VHP来维持特定电位。
表1示出了取决于指纹像素的位置而提供的信号，该信号是基于指纹像素阵列210中的有源像素确定的。
[表1]
并且，参考图8描述了与指纹像素的位置相关联的表1的控制信号，因此，这里将不再重复其详细描述。
表2示出了每个指纹像素中的金属电极和屏蔽电极的电位，并且该电位是取决于表1的控制信号而确定的。
[表2]
参考表2，在屏蔽像素中，由于金属电极ME和屏蔽电极SE彼此连接，因此金属电极ME和屏蔽电极SE可以具有VH-VHCM-GND的电位。
相反，有源像素的金属电极ME和屏蔽电极SE未连接。然而，如上所述，由于有源像素的屏蔽电极SE基于提供给相邻指纹像素的信号而维持电位，因此屏蔽电极SE可以具有VH-VHCM-GND的电位。
如上所述，通过被包括在指纹像素电路中的多个开关的操作，与有源像素相邻的屏蔽像素的金属电极和屏蔽像素可以被维持在特定电位处。并且，有源像素的屏蔽电极可以在不使用单独的有源块的情况下通过使用提供给相邻指纹像素的信号来维持特定电位。因此，在降低的成本的情况下提供了具有改进的性能的指纹传感器。
图10是用于描述根据本公开的指纹传感器的驱动方法的视图。为了简要描述，将参考指纹传感器200的指纹像素阵列210来描述驱动方法。参考图6和图10，指纹像素阵列210的指纹像素的一部分可以被选择为有源像素。
例如，位于第3行R03至第10行R10和第3列C03的交叉点处的指纹像素可以被选择为有源像素。在示例实施例中，位于指纹像素阵列210的外围处的指纹像素可以是用于屏蔽的虚拟指纹像素(即，屏蔽专用的指纹像素)。然而，本公开不限于此。例如，位于指纹像素阵列210的外围处的指纹像素也可以被选择为有源像素。控制器220可以生成如上所述的控制信号，使得围绕居中的有源像素的相邻指纹像素作为屏蔽像素操作。
在完成对位于第3行R03至第10行R10和第3列C03处的指纹像素的指纹感测操作之后，位于下一列处的指纹像素(即，位于第3行R03至第10行R10和第4列C04处的指纹像素)可以被选择为有源像素。如在以上描述中，控制器220可以生成控制信号。指纹传感器200可以重复执行上面描述的操作以选择位于第3行R03至第10行R10和第10列C10处的指纹像素作为有源像素。
在对一个通道(即，行方向的通道)执行指纹感测操作之后，指纹传感器200可以对下一个通道(即，另一个行方向的通道)执行指纹感测操作。指纹传感器200可以通过迭代上面描述的操作在一帧上执行指纹感测操作来获得全指纹图像。
在示例实施例中，可以通过上面描述的电压转换电路、模拟电路、多路复用器和ADC将从有源像素输出的信号提供给DSP，并且DSP可以最终获得指纹图像。
图11是示出图6的指纹传感器的驱动方法的流程图。参考图6和图11，在操作S110中，指纹传感器200可以激活第一指纹像素。例如，如上所述，指纹传感器200可以选择第一指纹像素作为用于检测由用户指纹FP形成的指纹电容器CF的指纹像素。
在操作S120中，指纹传感器200可以断开第一指纹像素的金属电极和屏蔽电极的连接。在示例性实施例中，操作S120的断开连接意味着金属电极和屏蔽电极通过第一开关SW1的直接连接被中断。
在操作S130中，指纹传感器200可以通过使用提供给相邻指纹像素的信号来控制屏蔽电极SE的电位。例如，如上所述，指纹传感器200可以通过使用提供给相邻指纹像素的中间高电压VHCM和高电压脉冲VHP来控制第一指纹像素的屏蔽电极的电位。
在操作S140中，指纹传感器200可以检测来自第一指纹像素的指纹信息。例如，如上所述，指纹传感器200可以检测形成在第一指纹像素的金属电极ME上的指纹电容器CF的信息。
在图11中，分段描述了指纹传感器200的操作，这是为了容易地描述本公开的技术构思。然而，本公开不限于此。例如，操作S110至操作S140可以通过指纹传感器200中生成的控制信号同时地或原子地执行。
图12是示出应用根据本公开的示例实施例的指纹传感器的电子设备的视图。参考图12，电子设备1000可以包括面板1100、指纹像素阵列1210和控制器1220。
在示例实施例中，参考图1至图11描述的指纹传感器100/200被描述为用一个芯片实施。然而，本公开不限于此。例如，如图12所示，指纹像素阵列1210和控制器1220可以用单独的半导体芯片或裸芯(die)实施。
指纹像素阵列1210可以被包括在面板1100中。例如，指纹像素阵列1210可以形成在被包括在面板1100中的显示面板或触摸面板上。可替代地，指纹像素阵列1210可以用单独的芯片实施，并且可以与显示面板或触摸面板一起构成面板1100。
指纹像素阵列1210可以包括参考图1至图10描述的像素，并且可以在控制器1220的控制下以参考图1至10描述的方式操作。
在示例实施例中，控制器1220可以控制参考图1至图10描述的控制器，或者可以基于参考图1至图10描述的操作方法来控制指纹像素阵列1210。
图13是示出应用根据本公开的指纹传感器的电子设备的示例性实施方式的框图。
电子设备2000可以包括触摸传感器面板2100、触摸处理器2102、显示面板2200、显示驱动器2202、指纹传感器2300、缓冲存储器2400、非易失性存储器2500、图像处理器2600、通信块2700、音频处理器2800和主处理器2900。例如，电子设备2000可以是诸如便携式通信终端、个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)、便携式媒体播放器(PortableMedia Player，PMP)、数码相机、智能电话、平板电脑、膝上型电脑和可穿戴设备的各种电子设备之一。
指纹传感器2300可以是参考图1至图11描述的指纹传感器。指纹传感器2300可以包括上面描述的组件或者可以基于上面描述的操作方法操作。在示例实施例中，指纹传感器2300可以与显示面板2200或触摸传感器面板2100组合。
缓冲存储器2400可以存储用于操作电子设备2000的数据。例如，缓冲存储器2400可以临时存储由主处理器2900处理或要处理的数据。例如，缓冲存储器2400可以包括诸如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)、动态RAM(Dynamic RAM，DRAM)或同步DRAM(Synchronous DRAM，SDRAM)的易失性存储器，和/或诸如相变RAM(Phase-Change RAM，PRAM)、磁阻RAM(Magneto-Resistive RAM，MRAM)、电阻RAM(Resistive RAM，ReRAM)或铁电RAM(Ferroelectric RAM，FRAM)的非易失性存储器。
非易失性存储器2500可以存储数据而不管电源供应。例如，非易失性存储器2500可以包括诸如闪存、PRAM、MRAM、ReRAM和FRAM的各种非易失性存储器中的至少一个。例如，非易失性存储器2500可以包括电子设备2000的嵌入式存储器和/或可移除存储器。
图像处理器2600可以通过透镜2610接收光。被包括在图像处理器2600中的图像传感器2620和图像信号处理器2630可以基于所接收的光生成关于外部对象的图像信息。
通信块2700可以通过天线2710与外部设备/系统交换信号。通信块2700的收发器2720和调制器/解调器(Modulator/Demodulator，MODEM)2730可以处理基于如下各种无线通信协议中的至少一种而与外部设备/系统交换的信号：长期演进(Long Term Evolution，LTE)、全球互操作性微波接入(Worldwide Interoperability for Microwave Access，WiMax)、全球移动通信系统(Global System For Mobile Communication，GSM)、码分多址(Code Division Multiple Access，CDMA)、蓝牙、近场通信(Near Field Communication，NFC)、无线保真(Wireless Fidelity，Wi-Fi)和射频识别(Radio FrequencyIdentification，RFID)。
音频处理器2800可以通过使用音频信号处理器2810来处理音频信号。音频处理器2800可以通过麦克风2820接收音频输入，或者可以通过扬声器2830提供音频输出。
主处理器2900可以控制电子设备2000的整体操作。主处理器2900可以控制/管理电子设备2000的组件的操作。主处理器2900可以处理与电子设备2000的功能相关联的各种操作。
根据本公开的指纹传感器可以基于高电压来驱动像素，并且可以基于低电压来驱动模拟电路。可以通过基于高电压驱动像素来改善信噪比(SNR)。并且，由于模拟电路基于低电压操作，因此模拟电路可以在没有单独的外部电源电路的情况下操作。
另外，根据本公开的指纹传感器可以在没有单独的有源块(例如，单位增益缓冲器)的情况下将有源像素的屏蔽电极维持在特定电位处。因此，在降低的成本的情况下提供了具有改进的性能的指纹传感器。
如本领域中的传统那样，可以按照执行所描述的一个或多个功能的块来描述和说明实施例。这些块(本文可被称为单元或模块等)在由诸如逻辑门、集成电路、微处理器、微控制器、存储器电路、无源电子组件、有源电子组件、光学组件、硬连线电路等的模拟和/或数字电路物理地实施，并且可以可选地由固件和/或软件驱动。电路可以例如体现在一个或多个半导体芯片中，或者体现在诸如印刷电路板等的基板支撑件上。构成块的电路可以由专用硬件实施，或者由处理器(例如，一个或多个编程的微处理器和相关联的电路)实施，或者由专用硬件的组合实施，以执行块的一些功能，并且处理器执行块的其他功能。在不脱离本公开的范围的情况下，实施例的每个块可以物理地分成两个或多个交互和离散块。同样地，在不脱离本公开的范围的情况下，可以将实施例的块物理地组合成更复杂的块。
虽然已经参考本公开的示例性实施例描述了本公开，但是对于本领域普通技术人员显而易见的是，在不脱离如下权利要求所述的本公开的精神和范围的情况下，可以对其进行各种改变和修改。

Claims (25)

1.一种指纹传感器，包括：
指纹像素，其基于第一电压检测由用户指纹形成的指纹电容器，并通过第一节点输出与所述指纹电容器相对应的指纹信息；
电压转换电路，其将通过所述第一节点接收的所述指纹信息转换为基于低于所述第一电压的第二电压的转换后的信号，并输出所述转换后的信号；和
模拟电路，其通过使用所述第二电压基于所述转换后的信号输出输出信号。
2.如权利要求1所述的指纹传感器，其中，所述电压转换电路包括：
中间电容器，其连接在所述第一节点和所述模拟电路之间；
第一电阻器，其具有连接以接收所述第一电压的第一端；
第二电阻器，其连接在所述第一电阻器的第二端和地电压之间；和
中间开关，其连接在所述第一电阻器的第二端和所述第一节点之间。
3.如权利要求2所述的指纹传感器，其中，所述中间电容器的值大于所述指纹电容器的值。
4.如权利要求1所述的指纹传感器，其中，所述指纹像素是基于无源方式操作的电容指纹像素。
5.如权利要求4所述的指纹传感器，其中所述指纹像素包括：
金属电极，其用于检测归因于用户指纹的指纹电容；和
第一高电压开关，其连接在所述金属电极和所述第一节点之间，其中
所述第一高电压开关是基于所述第一电压的开关元件。
6.如权利要求5所述的指纹传感器，其中所述指纹像素还包括位于金属电极下方的屏蔽电极，所述屏蔽电极消除所述金属电极与基板之间的寄生电容。
7.如权利要求1所述的指纹传感器，其中，所述模拟电路包括：
第一低电压开关，其具有连接到地电压的第一端；
第二低电压开关，其连接在所述第一低电压开关的第二端和所述第二电压之间；
第三低电压开关，其连接在所述第一低电压开关的第二端和所述电压转换电路之间；和
电容器，其连接在所述第一低电压开关的第二端和所述地电压之间，其中
所述第一低电压开关至所述第三低电压开关是基于所述第二电压的开关元件。
8.如权利要求7所述的指纹传感器，其中，所述模拟电路还包括积分器，所述积分器通过累积所述转换后的信号来输出所述输出信号。
9.如权利要求1所述的指纹传感器，还包括控制电路，所述控制电路生成用于控制所述指纹像素、所述电压转换电路和所述模拟电路的多个切换信号。
10.如权利要求1所述的指纹传感器，还包括电压生成器，其生成所述第一电压和所述第二电压。
11.如权利要求1所述的指纹传感器，还包括：
多路复用器，其多路复用所述输出信号以生成多路复用的输出信号；
模数转换器，其将来自所述多路复用器的所述多路复用的输出信号转换为数字信号；和
数字信号处理器，其基于所述数字信号获得关于用户指纹的指纹图像信息。
12.一种指纹传感器，包括：
第一指纹像素，其包括与感测节点连接的第一金属电极、与屏蔽节点连接的第一屏蔽电极、和与所述感测节点和所述屏蔽节点连接的第一像素电路；和
控制器，其控制所述第一像素电路，其中
所述第一像素电路包括连接在所述感测节点和所述屏蔽节点之间的第一开关，所述第一开关响应于来自所述控制器的第一控制信号或第二控制信号而操作。
13.如权利要求12所述的指纹传感器，其中，所述第一像素电路还包括：
第二开关，其连接在来自所述控制器的中间高电压和所述屏蔽节点之间，所述第二开关响应来自所述控制器的第三控制信号而操作；
第三开关，其连接在所述屏蔽节点和所述第一节点之间，所述第三开关响应于所述第三控制信号而操作；
第四开关，其连接在所述第一节点和所述感测节点之间，所述第四开关响应于所述第三控制信号而操作；
第五开关，其连接在来自所述控制器的高电压脉冲和所述第一节点之间，所述第五开关响应第四控制信号而操作；和
第六开关和第七开关，其在所述感测节点和所述控制器之间串联连接，所述第六开关和所述第七开关分别响应于所述第一控制信号的反相信号和第五控制信号而操作。
14.如权利要求13所述的指纹传感器，还包括：
多个指纹像素，其中：
所述第一指纹像素和所述多个指纹像素沿行方向和列方向布置，
所述第一控制信号的反相信号是用于选择其中所述多个指纹像素和所述第一指纹像素中的有源像素所位于的行的信号，
第二控制信号是用于选择其中所述多个指纹像素和所述第一指纹像素中的屏蔽像素所位于的列的信号，
第三控制信号是用于选择其中所述多个指纹像素和所述第一指纹像素中的有源像素和屏蔽像素所位于的列的信号，
第四控制信号是用于选择其中所述多个指纹像素和所述第一指纹像素中的有源像素和屏蔽像素所位于的行的信号，以及
第五控制信号是用于选择其中所述多个指纹像素和所述第一指纹像素中的有源像素所位于的列的信号。
15.如权利要求13所述的指纹传感器，其中，在所述第一指纹像素是所述有源像素的情况下，所述控制器生成所述第一控制信号至第五控制信号，使得所述第一开关断开、所述第二开关至所述第七开关闭合。
16.如权利要求13所述的指纹传感器，还包括：
第二指纹像素，其与所述第一指纹像素相邻，其中
在所述第二指纹像素是有源像素并且所述第一指纹像素是所述屏蔽像素的情况下，所述控制器生成所述第一控制信号至第五控制信号，使得所述第一开关至第四开关闭合并且所述第六开关或第七开关断开。
17.如权利要求16所述的指纹传感器，其中：
所述第二指纹像素包括第二金属电极和第二屏蔽电极，并且
所述第二屏蔽电极具有与所述第一金属电极和所述第一屏蔽电极相同的电位。
18.如权利要求12所述的指纹传感器，其中：
所述第一指纹像素基于第一电压而操作，并且
所述控制器包括：
电压转换电路，其将感测节点的信号转换为基于低于所述第一电压的第二电压的转换后的信号，并输出所述转换后的信号，所述感测节点的信号是基于所述第一电压的；和
模拟电路，其通过使用所述第二电压处理所述转换后的信号。
19.如权利要求18所述的指纹传感器，其中，所述电压转换电路包括：
中间电容器，其连接在所述传感节点和所述模拟电路之间；
第一电阻器，其具有连接以接收所述第一电压的第一端；
第二电阻器，其连接在所述第一电阻器的第二端和地电压之间；和
中间开关，其连接在所述第一电阻器的第二端和所述感测节点之间。
20.一种由包括多个指纹像素的指纹传感器运行的操作方法，所述方法包括：
激活所述多个指纹像素中的第一指纹像素；
断开所述第一指纹像素的第一金属电极和第一屏蔽电极；
基于提供给所述多个指纹像素中与所述第一指纹像素相邻的第二指纹像素的控制信号来控制所述第一屏蔽电极的电位；以及
从激活后的第一指纹像素获得关于由用户指纹形成的指纹电容器的信息。
21.如权利要求20所述的方法，其中，所述第一指纹像素的第一屏蔽电极、所述第二指纹像素的第二金属电极、和所述第二指纹像素的第二屏蔽电极具有相同的电位。
22.一种指纹传感器，包括：
第一指纹像素，其具有第一感应电极和第一屏蔽电极；
第二指纹像素，其具有第二感应电极和第二屏蔽电极；和
控制电路：
其控制第一感测电极以基于施加到所述第一感测电极的第一电压和在所述第一感测电极与用户的指纹之间生成的第一电容生成指纹信息，以及
在所述第一感测电极生成所述指纹信息的同时，根据施加到所述第二感测电极和所述第二屏蔽电极的第三电压来调整施加到所述第一屏蔽电极的第二电压。
23.如权利要求22所述的指纹传感器，其中，所述控制电路在所述第一感测电极生成所述指纹信息的同时，向所述第一屏蔽电极、第二屏蔽电极和第二感测电极中的每一个施加相同的电压。
24.如权利要求22所述的指纹传感器，其中，所述第二指纹像素紧邻所述第一指纹像素而设置。
25.如权利要求22所述的指纹传感器，还包括：
多个指纹像素，其中每个指纹像素包括感应电极和屏蔽电极，其中
所述控制电路顺序地控制所述多个指纹像素中的每一个指纹像素，以基于施加到每一个指纹像素的感测电极的第一电压和每一个指纹像素的感测电极与用户的指纹之间生成的电容同时生成指纹信息，同时调节施加到每一个指纹像素的屏蔽电极和所述多个指纹像素中的另一个指纹像素的感应电极和屏蔽电极的电压。
CN201811633573.2A 2018-01-11 2018-12-29 指纹传感器及其操作方法 Pending CN110046539A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2018-0003770 2018-01-11
KR1020180003770A KR20190085657A (ko) 2018-01-11 2018-01-11 지문 센서 및 그것의 동작 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110046539A true CN110046539A (zh) 2019-07-23

Family

ID=67140210

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811633573.2A Pending CN110046539A (zh) 2018-01-11 2018-12-29 指纹传感器及其操作方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20190213374A1 (zh)
KR (1) KR20190085657A (zh)
CN (1) CN110046539A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021120632A1 (zh) * 2019-12-17 2021-06-24 神盾股份有限公司 指纹感测装置
TWI733427B (zh) * 2019-08-16 2021-07-11 神盾股份有限公司 指紋感測裝置
TWI756098B (zh) * 2021-04-07 2022-02-21 神泰科技股份有限公司 指紋畫素單元、指紋感測裝置及整合積體電路

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3550468A1 (en) * 2018-02-12 2019-10-09 Shenzhen Goodix Technology Co., Ltd. Fingerprint detection circuit, fingerprint recognition apparatus and terminal device
US10719687B2 (en) * 2018-07-27 2020-07-21 Wuhan China Star Optoelectronics Semiconductor Display Technology Co., Ltd. Display panel capable of fingerprint identification
TWI692716B (zh) * 2019-01-04 2020-05-01 瑞鼎科技股份有限公司 電容式觸控偵測電路
US11625939B2 (en) * 2019-08-01 2023-04-11 Novatek Microelectronics Corp. Electronic circuit having display driving function, touch sensing function and fingerprint sensing function
US11442572B2 (en) 2019-10-17 2022-09-13 Samsung Electronics Co., Ltd. Touch display controller and touch display system including the same
KR20220043999A (ko) * 2020-09-29 2022-04-06 삼성디스플레이 주식회사 표시장치 및 표시장치의 구동 방법
CN112597805B (zh) * 2020-11-30 2022-10-04 厦门天马微电子有限公司 显示面板、显示装置及其工作方法
KR20220099613A (ko) * 2021-01-06 2022-07-14 삼성디스플레이 주식회사 터치 센서 및 이를 포함하는 표시 장치

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9390307B2 (en) * 2012-05-04 2016-07-12 Apple Inc. Finger biometric sensing device including error compensation circuitry and related methods

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI733427B (zh) * 2019-08-16 2021-07-11 神盾股份有限公司 指紋感測裝置
WO2021120632A1 (zh) * 2019-12-17 2021-06-24 神盾股份有限公司 指纹感测装置
TWI756098B (zh) * 2021-04-07 2022-02-21 神泰科技股份有限公司 指紋畫素單元、指紋感測裝置及整合積體電路

Also Published As

Publication number Publication date
US20190213374A1 (en) 2019-07-11
KR20190085657A (ko) 2019-07-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110046539A (zh) 指纹传感器及其操作方法
US10379317B2 (en) Image sensor and electronic device having the same
CN105512685B (zh) 物体识别方法和装置
CN107256555B (zh) 一种图像处理方法、装置及存储介质
CN104821612B (zh) 充电电路及具有充电电路的电子设备
CN105981040A (zh) 用于指纹识别的传感器像素电路
CN107846501A (zh) 电子装置及其操作方法
CN106687880B (zh) 电子设备和抓握感测方法
CN114631306B (zh) 用于提供预览的方法和用于显示预览的电子装置
CN105574910A (zh) 电子设备和用于在电子设备中提供过滤器的方法
CN108427873B (zh) 一种生物特征识别方法及移动终端
CN103246412A (zh) 检测触摸的方法
CN107077610A (zh) 电容判读电路及指纹辨识系统
CN105578056A (zh) 拍摄的终端及方法
CN106170754A (zh) 使用指纹识别控制移动终端的方法及使用该方法的移动终端
CN106134033A (zh) 用于对电池进行充电的方法和电子装置
KR20180127836A (ko) 전압 변환 회로, 이를 포함하는 전자 장치 및 전압 변환 방법
CN107222914A (zh) 应用控制方法及相关产品
CN105611264A (zh) 一种自动白平衡方法及装置
CN113610022A (zh) 指纹识别电路、显示面板及其控制方法
CN103365462A (zh) 电子纸以及印刷设备
CN108375912A (zh) 智能家居控制方法及相关产品
CN105447363B (zh) 指纹识别装置和电子设备
CN107544703A (zh) 半导体装置、位置检测装置和半导体装置的控制方法
CN110580055A (zh) 动作轨迹识别方法及移动终端

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20190723