CN110046541A - 具有esd保护的指纹感测装置 - Google Patents

具有esd保护的指纹感测装置 Download PDF

Info

Publication number
CN110046541A
CN110046541A CN201910022364.2A CN201910022364A CN110046541A CN 110046541 A CN110046541 A CN 110046541A CN 201910022364 A CN201910022364 A CN 201910022364A CN 110046541 A CN110046541 A CN 110046541A
Authority
CN
China
Prior art keywords
discharge path
sensing plate
potential end
acquisition apparatus
discharge
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.)
Granted
Application number
CN201910022364.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110046541B (zh
Inventor
托马斯·苏沃德
米林德·菲德特瑞
迪利普·库马·劳特拉伊
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.)
NXP BV
Original Assignee
NXP BV
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 NXP BV filed Critical NXP BV
Publication of CN110046541A publication Critical patent/CN110046541A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110046541B publication Critical patent/CN110046541B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • 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
    • G06V40/13—Sensors therefor
    • G06V40/1329—Protecting the fingerprint sensor against damage caused by the finger
    • 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
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/0203—Particular design considerations for integrated circuits
    • H01L27/0248—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/04—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage
    • H02H9/045—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage adapted to a particular application and not provided for elsewhere
    • H02H9/046—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage adapted to a particular application and not provided for elsewhere responsive to excess voltage appearing at terminals of integrated circuits
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q20/00—Payment architectures, schemes or protocols
    • G06Q20/38—Payment protocols; Details thereof
    • G06Q20/40—Authorisation, e.g. identification of payer or payee, verification of customer or shop credentials; Review and approval of payers, e.g. check credit lines or negative lists
    • G06Q20/401—Transaction verification
    • G06Q20/4014—Identity check for transactions
    • G06Q20/40145—Biometric identity checks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Security & Cryptography (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Image Input (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

根据本公开的第一方面，提供一种指纹感测装置，所述指纹感测装置包括多个传感器单元，其中每个传感器单元包括：至少一个感测板和与所述感测板绝缘的放电电极；第一放电路径，所述第一放电路径用于将第一静电荷释放到第一电势端；第二放电路径，所述第二放电路径用于将第二静电荷释放到第二电势端；电荷储存器，所述电荷储存器耦合在所述第一电势端与所述第二电势端之间。根据本公开的第二方面，构想一种生产指纹感测装置的对应方法。

Description

具有ESD保护的指纹感测装置
技术领域
本公开涉及一种指纹感测装置。此外，本公开涉及一种生产指纹感测装置的对应方法。
背景技术
例如电容指纹传感器等指纹感测装置可集成到资源约束装置中，例如，集成到智能卡、可佩戴装置、物联网(IOT)装置或智能格栅装置中。静电放电(ESD)保护在此类装置中是难点。
发明内容
根据本公开的第一方面，提供一种指纹感测装置，其包括多个传感器单元，其中每个传感器单元包括：至少一个感测板和与感测板绝缘的放电电极；用于将第一静电荷释放到第一电势端的第一放电路径；用于将第二静电荷释放到第二电势端的第二放电路径；耦合在第一电势端与第二电势端之间的电荷储存器。
在一实施例中，第一放电路径、第二放电路径和电荷储存器实施于电压钳位电路中。
在一实施例中，电荷储存器被实施为电容器。
在一实施例中，电容器由多晶硅层中的第一电容器板和所述装置的n阱层中的第二电容器板形成。
在一实施例中，多个传感器单元被组织为矩阵。
在一实施例中，所述装置进一步包括在感测板与装置的衬底之间的屏蔽板，其中所述屏蔽板和所述感测板通过绝缘体彼此分隔开。
在一实施例中，放电电极形成放电电极格栅的部分。
在一实施例中，所述格栅通过一个或多个接合导线和/或凸块连接到外部接地电势。
在一实施例中，多个接合导线并联连接。
在一实施例中，所述装置进一步包括介于感测板与放电电极之间的金属层。
在一实施例中，感测板和放电电极实施于所述装置的邻近金属层中。
在一实施例中，所述装置进一步包括覆盖多个传感器单元的保护层，其中所述保护层的厚度为至少20μm。
在一实施例中，所述装置进一步包括第一读出级和第二读出级，其中所述第二读出级被配置成接收可编程共模电压输入。
在一实施例中，智能卡、可佩戴装置、物联网装置或智能格栅装置包括所阐述种类的指纹感测装置。
根据本公开的第二方面，构想一种生产指纹感测装置的方法，其包括为所述指纹感测装置提供多个传感器单元，其中每个传感器单元包括：至少一个感测板和与感测板绝缘的放电电极；用于将第一静电荷释放到第一电势端的第一放电路径；用于将第二静电荷释放到第二电势端的第二放电路径；耦合在第一电势端与第二电势端之间的电荷储存器。
附图说明
将参考附图更详细地描述实施例，在附图中：
图1示出指纹感测装置的说明性实施例；
图2示出指纹感测装置的另一说明性实施例；
图3示出指纹感测装置的另外的说明性实施例；
图4示出以横截面示出的传感器单元的说明性实施例；
图5示出以横截面示出的传感器单元的另一说明性实施例；
图6示出以横截面示出的传感器单元的另外的说明性实施例；
图7示出以横截面示出的传感器单元的另外的说明性实施例；
图8示出放电路径实施方案的说明性实施例；
图9示出在操作中的放电路径的说明性实施例；
图10示出在操作中的放电路径的另一说明性实施例；
图11示出电源轨钳位电路的说明性实施例；
图12示出IO单元的说明性实施例；
图13示出从指尖到电路接地端的耦合的说明性实施例；
图14示出耦合路径的说明性实施例；
图15示出电容测量原理的说明性实施例；
图16示出处理步骤的说明性实施例；
图17示出指纹感测系统的说明性实施例；
图18示出指纹感测系统的另一说明性实施例；
图19示出支付系统的说明性实施例；
图20示出IOT系统的说明性实施例；
图21示出智能卡的说明性实施例。
具体实施方式
基于指纹的用户认证通常是方便和快捷的，且提供积极的用户体验。当前，基于指纹的认证主要在高性能移动计算装置中实现。然而，预期还在成本敏感和低性能计算平台领域存在实现此类认证的发展市场潜能。因此，实现低成本的基于指纹的用户认证将是有用的。有助于降低指纹传感器的成本的一个因素是ESD保护电路。ESD保护通常由需要紧靠指纹感测装置组装的外部保护装置提供。更先进的ESD保护方法已通过专利申请US 2016/0171275 A1公开。这种更先进的ESD保护方法也可能有缺点。举例来说，公开于US 2016/0171275 A1中的方法可产生具有更高寄生电容的感测板。更高寄生电容将大体上导致指纹传感器的灵敏度降低，且因此导致指纹图像的对比度降低，这是不合期望的。
因此，根据本公开的第一方面，提供一种指纹感测装置，其包括多个传感器单元，其中每个传感器单元包括：至少一个感测板和与感测板绝缘的放电电极；用于将第一静电荷释放到第一电势端的第一放电路径；用于将第二静电荷释放到第二电势端的第二放电路径；耦合在第一电势端与第二电势端之间的电荷储存器。以此方式，可实现低成本ESD保护-例如，无需外部保护装置-从而不会对指纹感测装置的灵敏度产生不利影响。
在实际和高效的实施方案中，第一放电路径、第二放电路径和电荷储存器实施于电压钳位电路中。电荷储存器可被配置成占用来源于感测板的静电荷。在实际和高效的实施方案中，电荷储存器被实施为电容器。此外，在实际和高效的实施方案中，所述电容器由多晶硅层中的第一电容器板和指纹感测装置的n阱层中的第二电容器板形成。此外，在一实施例中，多个传感器单元被组织为矩阵。这有助于控制传感器单元。
图1到3示出指纹感测装置的说明性实施例。图1中所示出的指纹感测装置100包括传感器集成电路(IC)102。传感器IC 102包括多个传感器单元108。传感器单元108包括感测板106。此外，多个传感器单元108被组织为传感器矩阵110。此外，根据本公开，传感器IC102包括放电电极104。在此实施例中，放电电极对所有传感器单元108共用且形成格栅。此外，传感器IC 102包括电路112，所述电路112对所有传感器单元108共用且可例如用于控制传感器单元108和收集来自传感器单元108的测量结果。在此例子中，可首先通过连接到系统接地端的格栅、通过使放电电流流动通过系统接地端来降低ESD应力。如果仍留有任何残余电荷，那么通过第一和第二放电路径的电导可提供额外ESD保护。
图2示出指纹感测装置200的另一说明性实施例。图3示出指纹感测装置300的另外的说明性实施例。在图1到3中所示出的实施例中，指纹感测装置100、200、300包括共用电路112和传感器单元阵列108，所述传感器单元阵列108被配置成测量传感器单元108的感测板106、324与手指(未示出)的表面之间的电容。传感器单元108被组织为具有布置成i行和j列的i*j个传感器单元108的矩阵。每个传感器单元108具有：至少一个感测板106、324，其操作性地耦合到至少一个电容-数字-数据-转换器(未示出)；ESD电极104，其至少与感测板106、324绝缘；第一放电路径316，其用于静电荷从每个感测板106、324到第一电压电势304；第二放电路径318，其用于静电荷从每个感测板106、324到第二电压电势310；电荷储存器320，其耦合在第一电压电势304与第二电压电势310之间且被配置成占用来源于至少一个感测板106、324的静电荷；和控制电路322，其将至少一个感测板106、324操作性地耦合到对应电容-数字-数据-转换器。在一实施例中，屏蔽板326可定位在至少一个感测板106、324与装置衬底(未示出)之间，由绝缘体(未示出)分离。在操作中，屏蔽板326可通过控制电路322耦合到DC电压，以抵消至少一个感测板106、324与装置衬底之间的寄生电容。因此，屏蔽板326有助于抵消感测板106、324上的寄生电容。
图3中所示出的第一电压电势轨304和第二电压电势轨310是上文所提及的第一电势端和第二电势端的例子。这些端通过放电路径316和318电连接到放电电极302，这可被实施为二极管配置。第一电压电势轨304连接到第一放电路径316的负端。在此例子中，由于第一电压电势轨304为正，因此其例如通过二极管使第一放电路径316在指纹感测的正常序列期间保持不导电(即，反向偏压)。但在ESD应力期间，当放电电极302的电势可能变得比电压更正时，第一放电路径316通过二极管导电，由此将放电电极302钳位在第一电压电势轨304上的电压下。类似地，第二电压电势轨310连接到第二放电路径318的正端。在此例子中，由于第二电压电势轨310处于零，因此其例如通过二极管使第二放电路径318在指纹感测的正常序列期间保持不导电(即，反向偏压)。但在ESD应力期间，当放电电极318的电势变得比第二电压电势轨310上的电压更负时，第二放电路径318通过二极管导电，由此将放电电极318钳位为零，这是第二电压电势轨310上的电压。以此方式，可在指纹感测期间实现ESD保护。
如图2中所示出，所有i*j个传感器单元的ESD电极形成ESD电极格栅，所述ESD电极格栅通过接触焊盘204、206、接合导线和/或凸块连接到指纹感测装置外部的接地电势。在一实施例中，多个接合导线并联连接以减小耦合电感。所有i*j个传感器单元的电荷储存器形成共用电荷储存器，所述共用电荷储存器被配置成收集来自至少一个感测电极的电荷。ESD格栅将耦合电容提供到带电手指。连接到ESD格栅的多个接合导线/凸块还有助于向ESD格栅提供更高电流载送能力。共用电路且还有传感器单元矩阵内的电路设置有单独模拟和数字电源电压以及使用单独IO焊盘单元AGND、DGND、AVDD、DVDD和接合导线/凸块的接地连接以避免噪音耦合。
图4到7示出用于构造感测板、屏蔽板、ESD电极和电荷存储电容器的各种实施例。
图4示出以横截面400示出的传感器单元的说明性实施例。具体地说，图4示出借助于使用四个金属层的过程构造的单元的实施例。第一金属层用于构造屏蔽板406。第一金属间电介质层形成在第一金属层的顶部。感测板408使用第二金属层构造而成。第二电介质层形成在第二金属层的顶部。第三金属层有利地不在感测板408的顶部利用。然而，其可在传感器的其它部分中使用。第三电介质层形成在第三金属层的顶部。第四金属层用于构造ESD格栅410。钝化层412形成在第四金属层的顶部且最后划痕保护涂层414被置于钝化层412上方。因此，在一实施例中，指纹感测装置进一步包括介于感测板408与放电电极410之间的金属层。此实施例的优点为在感测板408与ESD格栅410之间产生更大距离，这有助于承受更高ESD应力且减小寄生电容。电荷存储电容器使用多晶硅层和n阱形成为两个平行板404、416。涂层414的厚度可为至少20μm。以此方式，当手指进入感测板408附近时积累在所述感测板408上的电压可保持在限值内。更具体地说，当涂层414的厚度增大时，感测板408上的感应电压由于ESD应力而减小且可保持在某些限值内以避免感测板408上的ESD应力的极端强度。此外，如所提及，涂层414可提供划痕保护。
图5示出以横截面500示出的传感器单元的另一说明性实施例。具体地说，图5示出借助于使用三个金属层的过程构造的单元的实施例。第一金属层用于构造屏蔽板406。第一金属间电介质层形成在第一金属层的顶部。感测板408使用第二金属层构造而成。第二电介质层形成在第二金属层的顶部。第三金属层用于构造ESD电极410。钝化层412形成在第三金属层的顶部且最后划痕保护涂层414加在钝化层412的顶部。因此，在一实施例中，感测板和放电电极实施于指纹感测装置的邻近金属层中。此实施例的优点为使用更少金属层。电荷存储电容器使用多晶硅层和n阱形成为两个平行板404、416。
图6示出以横截面600示出的传感器单元的另外的说明性实施例。具体地说，图6示出借助于使用三个金属层的过程构造的单元的另一实施例。第一金属层用于构造屏蔽板406。第一金属间电介质层形成在第一金属层的顶部。感测板408使用第二金属层构造而成。第二金属层还用于构造屏蔽板406的一部分。屏蔽板406在第一金属层和第二金属层中的部分使用通孔彼此连接。第二电介质层形成在第二金属层的顶部。第三金属层用于构造ESD电极410。钝化层412形成在第三金属层的顶部且最后划痕保护涂层414加在钝化层412的顶部。此实施例的优点为更好地屏蔽。电荷存储电容器使用多晶硅层和n阱形成为两个平行板404、416。
图7示出以横截面700示出的传感器单元的另外的说明性实施例。具体地说，图7示出借助于使用三个金属层的过程构造的单元的另一个实施例。第一金属层用于构造屏蔽板406。第一金属层还用于构造附接到第一系统电压的电极。第一系统电压可为VDD电源电压。第一金属间电介质层形成在第一金属层的顶部。感测板408使用第二金属层构造而成。第二金属层还用于构造附接到第二系统电压的电极。第二系统电压可为系统接地电压GND。第二金属间电介质层形成在第二金属层的顶部。第三金属层用于构造ESD电极410。钝化层412形成在第三金属层的顶部且最后划痕保护涂层414加在钝化层412的顶部。电荷存储电容器使用多晶硅层和n阱形成为两个平行板404、416。
图8示出放电路径实施方案800的说明性实施例。具体地说，图3中所示出的第一放电路径316和第二放电路径318可用不同方式实施。具体地说，放电路径316、318可由二极管、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、寄生双极结晶体管(pBJT)或其组合实施。举例来说，在第一实施方案802中使用二极管，在第二实施方案804中使用MOSFET，且在第三实施方案804中使用MOSFET和pBJT。就二极管而言，阳极端可连接到正电源电压，且阴极端可连接到电路接地电势。就MOSFET而言，PMOS的源极端可连接到正电源电压，且PMOS的源极端可连接到电路接地电势。就pBJT而言，PNP晶体管的发射极可连接到正电源电压，且NPN晶体管的发射极可连接到电路接地电势。
图9和10示出在操作900、1000中的放电路径的说明性实施例。首先通过ESD电极格栅410通过将更大电容耦合提供到手指而降低ESD电压应力。由于电容耦合，正静电电压使负电荷从系统接地端带到ESD电极格栅410上，这导致放电电流朝向格栅410。就负ESD电势而言，通过将负电荷推动到系统接地端而使正电荷带到放电格栅410上，这导致放电电流朝向系统接地端。尽管ESD应力被ESD电极格栅410降低，但如果不提供额外保护，那么其仍可损坏连接到感测板408的装置。指尖上的正ESD电荷感应感测板408上的正电压。如图9中所示出，放电路径从感测板408起始设置以用于正电势，以使感测板电压保持在安全电平。用于正电势的放电路径经过连接到感测板408的上部二极管且进入电荷存储电容器，所述电荷存储电容器存在于每个传感器单元中。负静电电压感应感测板408上的负电压。图10示出从感测板408起始的用于负电压以使其保持在安全电平的放电路径。用于负电压的放电路径是通过连接到系统接地电势的下部二极管。负电势放电还可被耦合在正电源电压与电路接地端之间的电荷存储电容器占用。
图11示出电源轨钳位电路1100、1102的说明性实施例。图12示出IO单元1200的说明性实施例。此IO单元1200可为IO焊盘单元AGND、DGND、AVDD、DVDD，如图2中所示出。具体地说，图11示出电源轨钳1100、1102，在电荷储存器收集过多电荷时可能需要所述电源轨钳1100、1102将电源轨钳位到安全电势。在其它实施例中，电源轨钳可嵌入在如图12中所示出的IO焊盘单元保护电路1206中。
图13示出从指尖到电路接地端的耦合1300的说明性实施例。具体地说，提供所述耦合的示意图。手指的外皮(角质层)可由并联耦合的电容CsCi和电阻RSCi建模。电阻RsCi对皮肤阻抗的水分依赖性进行建模。如果外皮干燥，那么其可优选地呈现电容性能，就潮湿手指而言，可优选地呈现电阻性能。外皮组件耦合到体内电阻RB，所述体内电阻RB继而耦合到人体电容CB且耦合到接地电势。就电源供电的装置而言，将CTR耦合在接地电势与电路接地端之间是由变压器的绕组电容建立的，因此封闭从指尖到电路接地端的路径。就电源供电的装置而言，CTR可大约为数百pF，就电池供电的装置而言，CTR可大约为数十pF。
图14示出耦合路径1400的说明性实施例。具体地说，图14示出从指尖起始的三个耦合路径，所述三个耦合路径充当用于对电路接地端进行电容测量的对电极。第一路径由感测板建立，所述感测板由开关连接到电路接地端。就80*80个像素的传感器而言，高达6400个感测板可连接到接地端，因此形成在nF范围中的相对大的耦合电容。根据本公开，通过ESD格栅建立从电路接地端到指尖的第二路径，从而同样形成在nF范围中的相对大的耦合电容。通过外皮阻抗、人体电阻RB、人体电容CB建立到接地端的第三路径且将电容CTp从接地端耦合到电路接地端。
图15示出电容测量原理1500的说明性实施例。电容-数字-转换使用共用读出电路执行，所述共用读出电路连接到序列中的每个传感器单元。读出电路包括两个级1502、1504。第一级1502是主要使用开关电容器拓朴执行电容-电压转换的感测放大器。第一级电压输出和感测板与ESD格栅之间的寄生电容、以及感测到的脊/谷电容的变化成比例。为了在模/数转换之前确保感测电压输出的恰当动态范围，用于第二读出级1504的共模电压输入可定位在第一级输出的峰-峰值内，所述峰-峰值与感测到的脊/谷电容成比例。可使得共模电压可编程以补偿由于制造过程变化所致的寄生电容改变。具有开关电容器拓朴的第二读出级1504并入有可编程增益调节以用于控制与感测到的电容成比例的图像的亮度。读出级1502、1504两者包括运算跨导放大器(OTA)。为了使用共用读出电路执行感测电容测量，矩阵中的每个传感器单元(i、j)包括附接到感测板和屏蔽板的专用开关。两个专用开关附接到感测板。第一开关Sija将感测板连接到共用行读取轨。第二开关Sijb将感测板连接到系统接地电势。两个专用开关附接到屏蔽板。第一开关Sijc将屏蔽板连接到系统接地电势。第二开关Sijd将屏蔽板连接到由打算用于读出系统的第一级1502的固定参考电势驱动的共用屏蔽驱动轨。
图16示出处理步骤1600的说明性实施例。具体地说，图16示出用于将感测板与手指表面之间的电容转换成计算机可读格式的处理步骤。在从主机控制器接收到命令后开始感测单元矩阵扫描。首先，通过闭合对应行选择开关Sir来选择行。此开关保持闭合，直到行内的所有传感器单元被扫描为止。对于行内的每个传感器单元，在第一步骤中，断开开关Sija，闭合共用读出电路的第一读出级1502中的复位开关S3以复位第一读出级1502且闭合预设开关Sijb以将感测板连接到系统接地电势。因此，在第二步骤中，断开复位开关S3，断开开关Sijb且闭合开关Sija以将感测板连接到共用行读取轨。第一读出级输出开始构建对应于感测电容的电压。在第一级输出稳定后，使用第二读出级1504执行可编程增益调节。在第二读出级输出稳定之后，通过闭合开关S4将其存储在采样保持电路1506中。使用模/数转换器将采样保持输出转换成数字代码。在感测到矩阵中的所有传感器单元之后，停止矩阵扫描。
图17示出指纹感测系统1700的说明性实施例。具体地说，其示出所阐述种类的传感器单元的矩阵可如何集成到指纹感测系统1700中。除所述矩阵(即，传感器阵列1702)之外，指纹感测装置可包括同步通信接口和命令解码器块1708、移位寄存器和时钟控制块1704、移位寄存器预设块1710、行选择块1712和电容/数字转换和数据调节块1706。通信接口1708可被配置成从主机装置1714接收命令。嵌入式命令解码器可被配置成响应于从主机装置1714接收到的命令和相关联数据来控制移位寄存器和时钟控制单元1704。对个别传感器单元的读访问由移位寄存器的输出控制，其中一个移位寄存器可控制对布置成一行的传感器单元的访问。所述移位寄存器中的多个可使得能够访问多个行中的传感器单元。移位寄存器和时钟控制单元1704可为状态机，所述状态机结合所述移位寄存器可被配置成依序选择和读取传感器阵列1702中的个别传感器单元。行选择单元1712可在移位寄存器和时钟控制单元1704的控制下将个别传感器单元连接到包括在行选择单元1712中的中心读出单元，所述中心读出单元可执行电容-电压转换。电容/数字转换和数据调节块1706可被配置成将由所述读出单元提供的电压电平转换成其数字表示。所述数字表示可由通信接口单元1708传达到主机装置1714。
图18示出指纹感测系统1800的另一说明性实施例。具体地说，图18示出传感器单元1802如何与处理单元1804协作，所述处理单元1804执行指纹特征提取功能和指纹模板生成功能。传感器单元1802可包括图17中所示出的传感器阵列1702、同步通信接口和命令解码器块1708、移位寄存器和时钟控制块1704、移位寄存器预设块1710、行选择块1712和电容-数字转换和数据调节块1706。处理单元1804可包括在图17中所示出的主机装置1714中。在操作中，处理单元1804可通过对从传感器单元1802接收到的测量结果执行计算来重新形成指纹图像、提取相关特征(例如，节点，如脊端点和脊分叉)和基于所提取的特征生成指纹模板，所述指纹模板可与例如参考模板进行比较。
图19和20示出生成的指纹模板(即，生物计量模板)可用于在不同应用程序中获利。
图19示出支付系统1900的说明性实施例。支付系统1900包括生物计量模板生成单元1902，例如，包括在图18中所示出的处理单元1804中的模板生成单元。此外，支付系统1900包括安全元件1904和支付网络1906。生物计量模板生成单元1902和安全元件1904可例如嵌入在手机中。安全元件1904包括匹配组件，所述匹配组件被配置成将从生物计量模板生成单元1902接收到的生物计量模板与所存储的参考模板进行比较。如果接收到的模板匹配参考模板，那么包括在安全元件1904中的支付应用程序可通过支付网络1906发起支付。
图20示出物联网(IOT)系统2000的说明性实施例。IOT系统2000包括生物计量模板生成单元2002，例如，包括在图18中所示出的处理单元1804中的模板生成单元。此外，IOT系统2000包括通信控制器2004和IOT网络2006。生物计量模板生成单元2002和通信控制器2004可嵌入在IOT装置中。通信控制器2004包括匹配组件，所述匹配组件被配置成将从生物计量模板生成单元2002接收到的生物计量模板与所存储的参考模板进行比较。如果接收到的模板匹配参考模板，那么包括在通信控制器2004中的会计应用程序可通过IOT网络2006发起会计运算。
图21示出智能卡2100的说明性实施例。智能卡2100包括指纹传感器2102，所述指纹传感器2102可为本文中所阐述种类的指纹感测装置。指纹传感器2102与可执行不同功能的处理模块2104一起嵌入到智能卡2100中。处理模块2104包括处理单元(即，微控制器)2106、安全元件2108和功率管理单元2110。指纹传感器2102的图像捕获单元被配置成捕获指纹图像。安全元件2108可执行支付应用程序，所述支付应用程序从指纹卡上匹配(match-on-card)应用程序请求认证，其中所述指纹卡上认证应用程序与MCU 2106通信以获得指纹特征列表，从而用于与安全存储在安全元件2108中的指纹参考特征列表匹配。MCU 2106与指纹传感器2102通信以便接收指纹图案的电子表示。MCU 2106被进一步配置成处理指纹图案的所述电子表示以便从所述表示提取特征且将其转换成呈机器可读格式的所述特征列表。MCU 2106此外可通过用户反馈装置提供用户反馈以指导指纹成像过程。安全元件2108可通过ISO-7816和/或ISO-14443接口与支付网络和/或识别网络(未示出)通信。
应注意，已经参考不同的主题描述了以上实施例。具体地说，一些实施例可能是已参考方法类的权利要求来描述的，而其它实施例可能是已参考设备类的权利要求来描述的。然而，本领域的技术人员将从上述内容了解到，除非另有说明，否则除属于一种类型标的物的特征的任意组合外，与不同标的物相关的特征的任意组合，特别是方法类的权利要求的特征和设备类的权利要求的特征的组合，也视为与此文档一起公开。
此外，应注意，图式为示意性的。在不同图式中，用相同的附图标记表示类似或相同元件。此外，应注意，为了提供对说明性实施例的简洁描述，可能并未描述属于技术人员的习惯做法的实施细节。应了解，在任何此类实施方案的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须制定大量实施方案特定的决策以便实现研发者的特定目标，例如遵守系统相关的和商业相关的约束条件，这些约束条件在不同的实施方案之间可能不同。此外，应了解，此类开发工作可能是复杂且耗时的，但仍然是本领域的技术人员进行设计、制造和生产的例行任务。
最后，应注意，技术人员应能够在不脱离所附权利要求书的范围的情况下设计许多替代实施例。在权利要求书中，置于圆括号之间的任何附图标记不应解释为限制权利要求。单词“包括(comprise/comprising)”不排除除权利要求书中所列出的那些外的元件或步骤的存在。在元件之前的单词“一”不排除多个此类元件的存在。权利要求书中叙述的措施可借助于包括若干独特元件的硬件和/或借助于经适当编程的处理器来实施。在枚举了若干装置的装置权利要求书中，可将这些装置中的一些实现为同一个硬件产品。在彼此不同的附属权利要求书中叙述某些措施的这一单纯事实并不表示不能使用这些措施的组合来获得优势。
附图标记列表
100 指纹感测装置；
102 传感器IC；
104 放电电极；
106 感测板；
108 传感器单元；
110 传感器矩阵；
112 共用电路；
200 指纹感测装置；
202 装置电源；
204 ESD格栅接触焊盘；
206 ESD格栅接触焊盘；
300 指纹感测装置；
302 放电电极；
304 第一电压电势轨；
306 读出轨；
308 像素寻址轨；
310 第二电压电势轨；
312 屏蔽轨；
314 时钟轨；
316 第一放电路径；
318 第二放电路径；
320 电荷储存器；
322 感测和屏蔽板控制单元；
324 电容感测板；
326 屏蔽板；
400 传感器单元的横截面；
402 P衬底；
404 第一电容器板；
406 屏蔽；
408 传感器板；
410 ESD格栅；
412 钝化；
414 涂层；
416 N阱(第二电容器板)；
500 传感器单元的横截面；
600 传感器单元的横截面；
700 传感器单元的横截面；
800 放电路径的实施方案；
802 第一实施方案；
804 第二实施方案；
806 第三实施方案；
900 在操作中的放电路径；
902 手指；
1000 在操作中的放电路径；
1100 电源轨钳位电路；
1102 电源轨钳位电路；
1200 IO单元；
1300 从指尖耦合到电路接地端；
1400 耦合路径；
1500 电容测量原理；
1502 第一读出级；
1504 第二读出级；
1506 采样保持电路；
1600 处理步骤；
1700 指纹感测系统；
1702 传感器阵列；
1704 移位寄存器和时钟控制；
1706 电容-数字转换和数据调节；
1708 同步通信接口和命令解码器；
1710 移位寄存器预设；
1712 行选择；
1714 主机装置；
1800 指纹感测系统；
1802 传感器单元；
1804 处理单元；
1900 支付系统；
1902 生物识别模板生成单元；
1904 安全元件；
1906 支付网络；
2000 IOT系统；
2002 生物识别模板生成单元；
2004 通信控制器；
2006 IOT网络；
2100 智能卡；
2102 指纹传感器；
2104 处理模块；
2106 微控制器；
2108 安全元件；
2110 功率管理单元。

Claims (10)

1.一种指纹感测系统，其特征在于，包括多个传感器单元，其中每个传感器单元包括：
至少一个感测板和与所述感测板绝缘的放电电极；
第一放电路径，所述第一放电路径用于将第一静电荷释放到第一电势端；
第二放电路径，所述第二放电路径用于将第二静电荷释放到第二电势端；
电荷储存器，所述电荷储存器耦合在所述第一电势端与所述第二电势端之间。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一放电路径、所述第二放电路径和所述电荷储存器实施于电压钳位电路中。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述电荷储存器被实施为电容器。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述电容器由多晶硅层中的第一电容器板和所述装置的n阱层中的第二电容器板形成。
5.根据在前的任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述多个传感器单元被组织为矩阵。
6.根据在前的任一项权利要求所述的装置，其特征在于，进一步包括屏蔽板，所述屏蔽板定位在所述感测板与所述装置的衬底之间，其中所述屏蔽板和所述感测板通过绝缘体彼此分离。
7.根据在前的任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述放电电极形成放电电极格栅的部分。
8.根据在前的任一项权利要求所述的装置，其特征在于，进一步包括介于所述感测板与所述放电电极之间的金属层。
9.一种智能卡、可佩戴装置、物联网装置或智能格栅装置，其特征在于，包括根据在前的任一项权利要求所述的指纹感测装置。
10.一种生产指纹感测装置的方法，其特征在于，包括为所述指纹感测装置提供多个传感器单元，其中每个传感器单元包括：
至少一个感测板和与所述感测板绝缘的放电电极；
第一放电路径，所述第一放电路径用于将第一静电荷释放到第一电势端；
第二放电路径，所述第二放电路径用于将第二静电荷释放到第二电势端；
电荷储存器，所述电荷储存器耦合在所述第一电势端与所述第二电势端之间。
CN201910022364.2A 2018-01-11 2019-01-09 具有esd保护的指纹感测装置 Active CN110046541B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP18151280.7 2018-01-11
EP18151280.7A EP3511860A1 (en) 2018-01-11 2018-01-11 Fingerprint sensing device with esd protection

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110046541A true CN110046541A (zh) 2019-07-23
CN110046541B CN110046541B (zh) 2023-02-03

Family

ID=60957174

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910022364.2A Active CN110046541B (zh) 2018-01-11 2019-01-09 具有esd保护的指纹感测装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10943080B2 (zh)
EP (1) EP3511860A1 (zh)
CN (1) CN110046541B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114571501A (zh) * 2022-02-28 2022-06-03 深圳市越疆科技有限公司 电子皮肤、接近感应方法、机械臂和机器人

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3661148B1 (en) 2018-11-28 2023-05-24 Nxp B.V. Location- and identity-referenced authentication method and communication system
EP3663779B1 (en) * 2018-12-05 2021-10-06 Nxp B.V. Apparatus and method for measuring a capacitance, and a fingerprint sensor utilizing the same
US10770407B2 (en) * 2019-01-04 2020-09-08 Globalfoundries Inc. IC structure with interdigitated conductive elements between metal guard structures
EP3918635A4 (en) * 2019-05-03 2022-04-06 Samsung Electronics Co., Ltd. LIGHT EMITTING DIODE MODULE
CN113221623A (zh) * 2020-02-06 2021-08-06 联咏科技股份有限公司 读出集成电路
KR20220013230A (ko) * 2020-07-24 2022-02-04 삼성전자주식회사 지문 센서 패키지 및 이를 포함하는 스마트 카드

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020098631A1 (en) * 2000-12-28 2002-07-25 Industrial Technology Research Institute A Corporation Of Taiwan Substrate-biased silicon diode for electrostatic discharge protection and fabrication method
CN104752393A (zh) * 2013-12-27 2015-07-01 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 Mos管电容器的布线结构及布线方法
CN105447486A (zh) * 2016-01-18 2016-03-30 宸盛光电有限公司 一种指纹识别装置及具有该指纹识别装置的电子设备
US20160171275A1 (en) * 2014-12-11 2016-06-16 Elan Microelectronics Corporation Fingerprint sensor having esd protection
US20160239700A1 (en) * 2015-02-16 2016-08-18 Elan Microelectronics Corporation Sensing method of fingerprint sensor and related sensing circuit
CN105913106A (zh) * 2015-11-16 2016-08-31 孙立民 一种指纹加密eid金融卡及实现方法
US20170017828A1 (en) * 2014-03-12 2017-01-19 Idex Asa Fingerprint detecting apparatus and driving method thereof
CN106793163A (zh) * 2016-12-22 2017-05-31 上海摩软通讯技术有限公司 可穿戴设备、通信系统及通信方法
CN106878025A (zh) * 2017-04-24 2017-06-20 乐鑫信息科技（上海）有限公司 基于指纹识别权限控制的物联网控制开关及方法
CN106971139A (zh) * 2016-11-11 2017-07-21 深圳信炜科技有限公司 电容式传感器、电容式传感装置、以及电子设备
US20170286744A1 (en) * 2016-03-30 2017-10-05 Elan Microelectronics Corporation Fingerprint Sensor Having Electrostatic Discharge Protection

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6088471A (en) * 1997-05-16 2000-07-11 Authentec, Inc. Fingerprint sensor including an anisotropic dielectric coating and associated methods
US6330145B1 (en) * 1998-12-30 2001-12-11 Stmicroelectronics, Inc. Apparatus and method for contacting a sensor conductive layer
TWI253163B (en) * 2003-06-27 2006-04-11 Realtek Semiconductor Corp Electrostatic discharge protection circuit
US20110168782A1 (en) * 2010-01-12 2011-07-14 Nxp B.V. Capacitance under a fringe capacitor of a radio frquency integrated circuit
US9007732B2 (en) * 2013-03-15 2015-04-14 Nantero Inc. Electrostatic discharge protection circuits using carbon nanotube field effect transistor (CNTFET) devices and methods of making same
US9946915B1 (en) * 2016-10-14 2018-04-17 Next Biometrics Group Asa Fingerprint sensors with ESD protection
EP3327612A1 (en) 2016-11-24 2018-05-30 Nxp B.V. Fingerprint sensing system and method
EP3358496B1 (en) 2017-02-02 2021-04-07 Nxp B.V. Fingerprint processing system and method
EP3502957B1 (en) * 2017-12-21 2021-07-21 Fingerprint Cards AB Fingerprint sensing device with edge-compensating structure

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020098631A1 (en) * 2000-12-28 2002-07-25 Industrial Technology Research Institute A Corporation Of Taiwan Substrate-biased silicon diode for electrostatic discharge protection and fabrication method
CN104752393A (zh) * 2013-12-27 2015-07-01 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 Mos管电容器的布线结构及布线方法
US20170017828A1 (en) * 2014-03-12 2017-01-19 Idex Asa Fingerprint detecting apparatus and driving method thereof
US20160171275A1 (en) * 2014-12-11 2016-06-16 Elan Microelectronics Corporation Fingerprint sensor having esd protection
US20160239700A1 (en) * 2015-02-16 2016-08-18 Elan Microelectronics Corporation Sensing method of fingerprint sensor and related sensing circuit
CN105913106A (zh) * 2015-11-16 2016-08-31 孙立民 一种指纹加密eid金融卡及实现方法
CN105447486A (zh) * 2016-01-18 2016-03-30 宸盛光电有限公司 一种指纹识别装置及具有该指纹识别装置的电子设备
US20170286744A1 (en) * 2016-03-30 2017-10-05 Elan Microelectronics Corporation Fingerprint Sensor Having Electrostatic Discharge Protection
CN106971139A (zh) * 2016-11-11 2017-07-21 深圳信炜科技有限公司 电容式传感器、电容式传感装置、以及电子设备
CN106793163A (zh) * 2016-12-22 2017-05-31 上海摩软通讯技术有限公司 可穿戴设备、通信系统及通信方法
CN106878025A (zh) * 2017-04-24 2017-06-20 乐鑫信息科技（上海）有限公司 基于指纹识别权限控制的物联网控制开关及方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114571501A (zh) * 2022-02-28 2022-06-03 深圳市越疆科技有限公司 电子皮肤、接近感应方法、机械臂和机器人

Also Published As

Publication number Publication date
US10943080B2 (en) 2021-03-09
CN110046541B (zh) 2023-02-03
US20190213375A1 (en) 2019-07-11
EP3511860A1 (en) 2019-07-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110046541A (zh) 具有esd保护的指纹感测装置
EP3080753B1 (en) Fingerprint sensing system and method comprising a reference sensing element
US9721140B2 (en) Sensing method of fingerprint sensor and related sensing circuit
KR100564915B1 (ko) 정전용량방식 지문센서 및 이를 이용한 지문 센싱방법
CN105378755B (zh) 指纹感测系统和方法
TWI474248B (zh) 應用於電容式面板的控制點感測方法與裝置
CN105593878B (zh) 具有改善了的感测元件的电容式指纹感测器
EP3090384B1 (en) Sensor pixel circuitry for fingerprint identification
CN104881195A (zh) 一种阵列基板及其驱动方法、显示面板、显示装置
US20030016849A1 (en) Capacitive sensor system with improved capacitance measuring sensitivity
CN107735799B (zh) 具有自适应电力控制的指纹感测系统
CN103810479A (zh) 指纹采集系统及指纹信息采集方法
CN107958243A (zh) 主动式指纹识别像素电路、驱动方法及显示面板
US10564785B2 (en) Device and method for sensing biological feature
CN110287757A (zh) 指纹感测装置
CN105046247A (zh) 表面结构识别单元、电路及识别方法和电子设备
CN208582987U (zh) 指纹检测装置
CN110046539A (zh) 指纹传感器及其操作方法
CN106295495A (zh) 电容式影像传感器及操作该电容式影像传感器的方法
CN105512650A (zh) 一种电容式指纹检测电路、传感器及设备
WO2018201432A1 (zh) 电压转换装置和指纹检测系统
CN106407876A (zh) 快速辨识的指纹辨识感测器
CN108345870A (zh) 一种防寄生电容影响的高精度指纹传感器
CN204679996U (zh) 一种阵列基板及显示面板、显示装置
CN206209771U (zh) 一种指纹采集架构

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant