CN110263738B - 指纹感测模组 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种指纹感测模组，其包括指纹感测像素阵列、多个栏电路以及定电流电路。其中，指纹感测像素阵列以行列状设有复数个感测像素，每一栏电路借由行电信号线电性连接至相对应的每一行感测像素，而定电流电路应参考电流而产生偏压电准位至每一栏电路。如此一来，每一栏电路应该偏压电准位而使流经于每一列感测像素的列输出电流等于或接近于参考电流，以达到列输出电流与参考电流具有均一性，而不受到外在因素的影响的效果。

Description

指纹感测模组
技术领域
本发明是关于一种指纹感测模组，尤其是关于一种具有定电流的指纹感测模组。
背景技术
随着现代指纹感测的技术成熟，指纹感测模组被广泛地应用于电子装置中，像是屏下式指纹感测模组被应用于一手持式智能装置，例如：数码相机、扫描仪、智能手机、平板电脑或笔记本电脑等。其中，指纹感测模组需要搭配一电压电路方能进行指纹感测运作。请参阅图1，其为现有指纹感测模组应用一外部定电压电路的电路示意图。
如图1所示，现有的指纹感测模组10包括指纹感测像素阵列110、复数个栏电路121-12n、外部定电压电路130以及控制电路140。其中，指纹感测像素阵列110具有复数列感测像素111-11n，每一列感测像素111-11n分别借由列电信号线L11-L1n而对应电性连接至每一栏电路121-12n。在一实施例中，栏电路121-12n可使用晶体管实现之，但本发明并不以此为限，栏电路121-12n用以应外部定电压电路130所提供的定电压V1，使与每一栏电路121-12n相对应的列感测像素111-11n具有列输出电流I11-I1n。控制电路140用以产生控制信号C1(C11-C1n)驱使指纹感测像素阵列110进行感测或读取感测内容。
然而，以图1中所示的提供定电压V1而使每一列输出电流I11-I1n流经于相对应的列感测像素111-11n的方式，容易因外部定电压电路130的定电压V1与栏电路121-12n的栏晶体管之间的特性不匹配，在使用时仍有些许的问题存在。
举例来说，以单一定电压V1提供至每一栏电路121-12n，会因运用于不同的面板之间，使每一个栏电路121-12n中的晶体管的特性不匹配，从而使流经于每一列感测像素111-11n的列输出电流I11-I1n亦不同，因此需要额外增设校正机制调整每一列感测像素111-11n所需的列输出电流I11-I1n。
再者，由于晶体管的特性，流经晶体管的电流具有温度效应，在不同的温度下，即使栏电路121-12n的栅极电压皆相同，栏电路121-12n的漏极电流仍可能会不相同，无法具有稳定的列输出电流I11-I1n流经于每一列感测像素111-11n的任一感测像素中。此外，使用外部定电压电路130提供定电压V1的方式，于软性电路板上传输应感测内容而输出的电性信号，容易于长途传输的过程中受到电路噪声(杂讯)的干扰，从而影响了指纹感测模组10的实际感测内容的精准度。
因此，对于现有的指纹感测模组如何有效地具有稳定的输出电流于指纹感测像素阵列中，以提升整体感测品质的技术而言，实仍须设计出一种新颖的指纹感测模组，以解决前述现有技术于应用上所产生的缺失。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的上述不足，提供一种具有稳定输出电流的指纹感测模组，其借由一定电流电路，而使指纹感测像素阵列具有稳定的输出电流流经于其中，以使每一列感测像素及/或每一行感测像素得以更精准地输出每一感测像素的感测内容。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种指纹感测模组，包括一指纹感测像素阵列，以行列状设有复数个感测像素，用以感测一指纹信号；复数个栏电路，分别借由一行电信号线，使每一该栏电路电性连接至相对应的每一行感测像素；以及一定电流电路，应一参考电流产生一偏压电准位至每一该栏电路；其中，每一该栏电路应该偏压电准位，使流经于每一该行感测像素的一行输出电流等于或接近于该参考电流。
本发明还提供一种指纹感测模组，其包括：一指纹感测像素阵列，以行列状设有复数个感测像素，用以感测一指纹信号；复数个栏电路，分别借由一列电信号线，而使每一该栏电路相对应电连接于每一列感测像素；一电流源，提供一参考电流；以及一偏压电路，该偏压电路的一第一端点电连接于该电流源以接收该参考电流，该偏压电路的一第二端点电连接于一基准电位，该偏压电路的一第三端点电连接于该栏电路；其中，应该参考电流流经该偏压电路而产生一偏压电准位至该第三端点，而使每一该栏电路应该偏压电准位而提供等于或接近于该参考电流的一列输出电流。
本发明的指纹感测模组，通过设置定电流电路，使栏电路得以提供与参考电流相同或接近相同的列输出电流或行输出电流，并避免列输出电流或行输出电流受到外在因素的影响，从而使指纹感测像素阵列具有稳定的输出电流流经于其中，每一列感测像素及/或每一行感测像素得以更精准地输出每一感测像素的感测内容。
附图说明
图1所示为现有的指纹感测模组应用一外部定电压电路的电路示意图。
图2所示为根据本发明一实施例的使用共同电流源的指纹感测模组的电路示意图。
图3所示为根据本发明另一实施例的定电流电路以及部分栏电路的电路示意图。
具体实施方式
以下提出实施例以对本发明进行详细说明，实施例仅用以作为范例说明，并不会限缩本发明欲保护的范围。此外，实施例中的图式省略不必要或以常用技术即可完成的元件，以清楚显示本发明的技术特点。
请参考图2，所示为根据本发明一实施例的使用共同电流源的指纹感测模组的电路示意图。如图中所示，指纹感测模组20包括指纹感测像素阵列210、复数栏电路221-22n、复数个列电信号线L21-L2n、定电流电路230以及控制电路240。其中，指纹感测像素阵列210包括复数个列感测像素211-21n，每一列感测像素211-21n皆具有相互电性连接的复数感测像素(图未标号)，且每一感测像素的输出节点皆借由列电信号线L21-L2n电性连接至与该列感测像素211-21n相对应的栏电路221-22n。控制电路240用以产生控制信号C2(C21-C2n)驱使指纹感测像素阵列210进行感测或读取感测内容。
在一实施例中，定电流电路230包括一电流源231以及一偏压电路232，偏压电路232的第一端点232a电性连接至电流源231及第三端点232c，而第二端点232b电性连接至第一基准电位VN11，偏压电路232接收来自电流源231的参考电流I2Ref而产生一偏压电准位Vb1。其中，在本实施例中，偏压电路232可包含一偏压晶体管，偏压电路232的第一端点232a为偏压晶体管的漏极，偏压电路232的第二端点232b为偏压晶体管的源极，偏压电路232的第三端点232c为偏压晶体管的栅极。
每一栏电路221-22n的第一端点221a-22na电性连接至对应列感测像素211-21n，每一栏电路221-22n的第二端点221b-22nb皆电性连接至第二基准电位VN12，每一栏电路221-22n的第三端点221c-22nc电性连接至偏压电路232的第三端点232c。其中，每一栏电路221-22n的第三端点221c-22nc用以接收偏压电准位Vb1，而使与每一栏电路221-22n的第一端点221a-22na电性连接的一列感测像素211-21n具有一列输出电流I21-I2n。其中，在本实施例中，每一栏电路221-22n可包含一晶体管，栏电路221-22n的第一端点221a-22na为晶体管的漏极，栏电路221-22n的第二端点221b-22nb为晶体管的源极，栏电路221-22n的第三端点221c-22nc为晶体管的栅极。而上述的第一基准电位VN11可等于或小于第二基准电位VN12。
接着，请参照图2中的第一列感测像素211与各元件的连接关系，由图2可得知，电流源231、偏压电路232以及栏电路221-22n的电性连接关系形成一电流镜电路，使栏电路221-22n得以提供与参考电流I2Ref相同或接近相同的列输出电流I21流经于列感测像素211之中。也就是说，借由电流镜电路的镜射拷贝特性，而使流经于列感测像素211的列输出电流I21与参考电流I2Ref具有均一性，且列输出电流I21与参考电流I2Ref相同，且不受外在因素的影响，例如环境温度以及列感测像素211的电源电位(VDD)等。
如此一来，应电流镜电路的特性，使指纹感测像素阵列211-21n中的每一列感测像素211-21n具有与参考电流I2Ref相同的列输出电流I21-I2n，以解决晶体管的不匹配。且，以电流镜电路的特性，提供与参考电流I2Ref相同的列输出电流I21-I2n，还可以使电性连接至每一列感测像素211-21n中的输出级晶体管能够正常地运作。
当然，上述的各元件可为本技术领域普通技术人员进行各种均等的变更或设计，并依据实际运用时的需求而调整各元件的结构设计及规格，不应以本实施例为限制。举例来说，本发明的定电流电路可为差动放大器或电流镜电路，主要用以提供偏压电准位至每一栏电路中的栏晶体管。而电流镜电路的设计除前例中的基础电流镜电路(currentmirror)之外，还可应实际电路的需求，而变更设计为叠接电流镜电路(cascode currentmirror，共源共栅电流镜电路)、威尔逊电流镜电路(wilson current mirror)或威德拉电流镜(Widlar current mirror)等。
接着，请参阅图3，所示为根据本发明另一实施例的定电流电路以及部分栏电路的电路示意图。如图3所示，图3与图2所示的实施例的差异在于定电流电路330与栏电路320的实施态样。先说明定电流电路330的部分，定电流电路330包括电流源331以及偏压电路332，在本实施例中，偏压电路332可包含第一偏压晶体管3321及第二偏压晶体管3322，电流源331电性连接至第一偏压晶体管3321的第一端点3321a及第三端点3321c，并提供一参考电流I3Ref。第一偏压晶体管3321的第二端点3321b电性连接至第二偏压晶体管3322的第一端点3322a及第三端点3322c，而第二偏压晶体管3322的第二端点3322b电性连接至第一基准电位VN21。其中，第一偏压晶体管3321因参考电流I3Ref流经而产生第一偏压电准位Vb21至第三端点3321c，且同时第二偏压晶体管3322因参考电流I3Ref流经而产生第二偏压电准位Vb22至第三端点3322c。
在本实施例中，栏电路320可包含第一栏晶体管321以及第二栏晶体管322，第一栏晶体管321的第一端点321a电性连接至指纹感测像素阵列中的任一行感测像素或任一列感测像素(图未示出)。第三端点321c电性连接至偏压电路332中的第一偏压晶体管3321的第三端点3321c，以接收第一偏压电准位Vb21，第一栏晶体管321的第二端点321b电性连接至第二栏晶体管322的第一端点322a。第二栏晶体管322的第三端点322c电性连接至偏压电路332中的第二偏压晶体管3322的第三端点3322c，以接收第二偏压电准位Vb22，而第二栏晶体管322的第二端点322b电性连接至第二基准电位VN22。
如此一来，第一栏晶体管321以及第二栏晶体管322分别应偏压电路332所提供的第一偏压电准位Vb21与第二偏压电准位Vb22，而产生与参考电流I3Ref相同或接近相同的列输出电流I3，以流经于任一行感测像素或任一列感测像素之中。
当然，在本发明中的偏压电准位可以是偏压(偏置电压)，用以提供一工作点电压。而本例是以列电信号线电性连接至每一列感测像素，且再借由与每一列感测像素电性连接的栏电路(相当于一晶体管)接收偏压电路所提供的偏压电准位(偏压)，而使流经于每一列感测像素的列输出电流与电流源的参考电流具有均一性。当然，在电路的设计上也可置换为，以行电信号线电性连接至每一行感测像素，且再藉由与每一行感测像素电性连接的栏电路(相当于一晶体管)接收偏压电路所提供的偏压电准位(偏压)，而使流经于每一行感测像素的行输出电流与电流源的参考电流具有均一性。
综上所述，本发明主要提供一种具有定电流电路的指纹感测模组，尤其是一种借由电流源、偏压电路以及栏电路而形成一电流镜电路的指纹感测模组，且因电流镜电路的特性而使栏电路得以提供与参考电流相同或接近相同的列输出电流或行输出电流，以达到列输出电流或行输出电流与电流源的参考电流具有均一性，并避免列输出电流或行输出电流受到外在因素的影响。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的权利要求范围，因此凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含于本发明的专利保护范围内。

Claims (11)

1.一种指纹感测模组，其特征在于，包括：
一指纹感测像素阵列，以行列状设有复数个感测像素，用以感测一指纹信号；
复数个栏电路，分别借由一行电信号线，使每一该栏电路电性连接至相对应的每一行感测像素；以及
一定电流电路，应一参考电流产生一偏压电准位至每一该栏电路；
其中，每一该栏电路应该偏压电准位，使流经于每一该行感测像素的一行输出电流等于或接近于该参考电流。
2.如权利要求1所述的指纹感测模组，其特征在于，该定电流电路为一差动放大器或一电流镜电路，且提供该偏压电准位至每一该栏电路中的一晶体管。
3.如权利要求2所述的指纹感测模组，其特征在于，该电流镜电路为一基础电流镜电路、一叠接电流镜电路、一威尔逊电流镜电路或一威德拉电流镜。
4.如权利要求1所述的指纹感测模组，其特征在于，该定电流电路包括：
一电流源，提供该参考电流；以及
一偏压电路，该偏压电路的一第一端点电连接于该电流源以接收该参考电流，该偏压电路的一第二端点电连接于一基准电位；
其中，该偏压电路的一第三端点与其第一端点相互电连接，且应该参考电流流经该偏压电路而产生该偏压电准位至该第三端点。
5.如权利要求4所述的指纹感测模组，其特征在于，该偏压电路为一偏压晶体管，该第一端点为该偏压晶体管的漏极，该第二端点为该偏压晶体管的源极，且该第三端点为该偏压晶体管的栅极。
6.如权利要求1所述的指纹感测模组，其特征在于，该定电流电路包括：
一电流源，提供该参考电流；以及
一偏压电路，包括两个偏压晶体管，且一第一偏压晶体管的一第一端点电连接于该电流源以及该第一偏压晶体管的一第三端点，该第一偏压晶体管的一第二端点电连接于一第二偏压晶体管的一第一端点以及一第三端点，该第二偏压晶体管的一第二端点电连接于一基准电位；
其中，该第一偏压晶体管以及该第二偏压晶体管的该第三端点应该参考电流流经于其中，而提供该偏压电准位至该栏电路。
7.如权利要求6所述的指纹感测模组，其特征在于，各栏电路包括两个晶体管，一第一晶体管的一第一端点电连接于该行电信号线，该第一晶体管的一第二端点电连接于一第二晶体管的一第一端点，该第一晶体管的一第三端点电连接于该第一偏压晶体管的该第三端点，而该第二晶体管的一第二端点电连接于另一基准电位，该第二晶体管的一第三端点电连接于该第二偏压晶体管的该第三端点。
8.一种指纹感测模组，其特征在于，包括：
一指纹感测像素阵列，以行列状设有复数个感测像素，用以感测一指纹信号；
复数个栏电路，分别借由一列电信号线，而使每一该栏电路相对应电连接于每一列感测像素；
一电流源，提供一参考电流；以及
一偏压电路，该偏压电路的一第一端点电连接于该电流源以接收该参考电流，该偏压电路的一第二端点电连接于一基准电位，该偏压电路的一第三端点电连接于该栏电路；
其中，应该参考电流流经该偏压电路而产生一偏压电准位至该第三端点，而使每一该栏电路应该偏压电准位而提供等于或接近于该参考电流的一列输出电流。
9.如权利要求8所述的指纹感测模组，其特征在于，每一该列感测像素中的该感测像素包括一像素晶体管，每一该栏电路包括一定电流晶体管，该定电流晶体管的漏极电连接于相对应该像素晶体管的漏极。
10.如权利要求9所述的指纹感测模组，其特征在于，该电流源电连接于该偏压电路的该第一端点以及该第三端点，该像素晶体管及与其电连接的该定电流晶体管的栅极电连接于该第三端点，而形成一电流镜电路。
11.如权利要求10所述的指纹感测模组，其特征在于，该偏压电路为一偏压晶体管，该第一端点为该偏压晶体管的漏极，该第二端点为该偏压晶体管的源极，且该第三端点为该偏压晶体管的栅极。
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