CN110929645B - 信号采集装置、采集方法、显示装置及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种信号采集装置、采集方法、显示装置及电子设备，采集装置包括：显示面板，包括多条源极线、多条栅极线以及多个传感单元；栅极驱动单元，与多条栅极线连接，用于依次开启多个传感单元；读出单元，包括多个模拟前端，每个模拟前端与一条或多条源极线连接，用于读取开启的传感单元的电信号；以及至少一个电荷释放单元，与多条源极线连接，用以在信号采集装置的睡眠阶段为传感单元提供电荷释放路径。在芯片的非工作状态下有效地清除光电二极管传感器阵列上的电荷残留，节省信号采集时间，提升信号采集质量。

Description

信号采集装置、采集方法、显示装置及电子设备

技术领域

本发明涉及光学触控技术领域，具体涉及一种信号采集装置、采集方法、显示装置及电子设备。

背景技术

在OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管)屏中，电容式触控芯片需要借助面板上的传感器完成触摸控制，而全屏光学式指纹识别则需要另外的一层光电二极管传感器阵列来完成指纹识别。

光学式指纹识别通常采用终端设备屏幕作为发光主体，通过光路照射到指纹，返回的光线再通过屏幕返回到屏幕下的图像传感器，终端设备针对返回的图像与数据库进行分析对比，最终识别指纹。光学指纹识别利用了光的折射和反射原理，射在手指表面脊线(纹线之间的突起部分)上的光线将发生全反射，反射光线被投射到图像传感器上，形成黑色图像，而射在手指谷线(纹线之间的凹陷部分)上的光线被手指吸收，形成白色图像，从而光学指纹传感器就会捕捉到一个明暗相间的多灰度指纹图像。

如图1和图2所示，现有的信号采集装置100包括显示面板110、栅极驱动单元120以及读出单元(Read-Out IC，简称ROIC)130。在显示面板110上设置有一层包括多个传感单元111的光电二极管传感器阵列，每个传感单元111包括光电二极管D1、与该光电二极管D1并联的寄生电容C1，以及TFT(Thin Film Transistor，薄膜晶体管)，读出单元130包括运算放大器U1，该运算放大器U1的反相输入端接收参考电压REF_TFT，正相输入端与输出端之间连接有并联的反馈电容CF以及第一开关rst，正相输入端通过选通开关SRC_SEL与传感单元111的输出端连接。显示面板110上光电二极管传感器阵列可以将光信号转换为电信号。而读出单元130可以将光电二极管传感器阵列上的电模拟信号转换为数字信号，传输给MCU(Microcontroller Unit，微控制器)进行数据处理，进而识别出采集到的图像。

通常信号采集装置100所采用的光电二极管D1为PIN结构(P型掺杂-本征半导体层-N型掺杂)，作为一种晶体，其晶格上存在缺陷，这些缺陷在感光后会捕获电子，被捕获的电子在随后的一段时间内，在量子效应的作用下会慢慢释放，进而形成残留电荷。如图3(a)至图3(c)所示，采用上述信号采集装置100进行光学信号采集时，会使当前采集的图像中出现采集前的画面，影响指纹等信号的识别效果，进而影响用户体验。

因此，有必要提供改进的技术方案以克服现有技术中存在的以上技术问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种信号采集装置、采集方法、显示装置及电子设备，可以在芯片非工作状态下有效地清除光电二极管传感器阵列上的电荷残留，节省信号采集时间，提升信号采集质量。

根据本发明提供的一种信号采集装置，包括：显示面板，所述显示面板上设置有光电二极管传感器阵列，所述光电二极管传感器阵列包括源极线、栅极线以及分别与所述源极线和所述栅极线连接的传感单元；栅极驱动单元，与所述栅极线连接，用于向所述栅极线输出栅极驱动信号，以开启所述传感单元；读出单元，包括模拟前端，所述模拟前端与至少一条所述源极线连接，用于读取所述传感单元中开启的传感单元的电信号；以及至少一个电荷释放单元，与所述源极线连接，以在所述信号采集装置的非工作状态为所述传感单元提供电荷释放路径。

优选地，所述电荷释放单元集成于所述显示面板上。

优选地，所述信号采集装置还包括：多个多路选择开关，每个所述多路选择器的输入端分别与多条所述源极线连接，输出端与所述读出单元的所述模拟前端连接。

优选地，每个所述传感单元包括：光电二极管，阳极接收参考电压；第一电容，并联于所述光电二极管的两端；薄膜晶体管，第一通路端与所述光电二极管的阴极连接，第二通路端与源极线连接，控制端接收所述栅极控制信号。

优选地，所述薄膜晶体管的第二通路端与所述电荷释放单元连接，且在所述信号采集装置的非工作状态，所述薄膜晶体管至少部分时间导通，所述光电二极管与所述第一电容两端的电压降低。

优选地，所述读出单元包括：运算放大器，反相输入端接收共模电压，正相输入端通过选通开关连接所述读出单元的所述模拟前端，输出端输出检测信号；反馈电容，并联于所述运算放大器的反相输入端与输出端之间；第一开关，并联于所述反馈电容的两端。

优选地，所述电荷释放单元包括一端接地的第二开关，所述第二开关的另一端与所述源极线连接。

优选地，所述电荷释放单元包括一端接地的第二开关，所述第二开关的另一端与所述运算放大器的正相输入端连接。

优选地，所述信号采集装置还包括限流电阻，所述第二开关的一端通过所述限流电阻接地，所述第二开关的另一端与所述源极线连接。

优选地，所述信号采集装置还包括限流电阻，所述第二开关的一端通过所述限流电阻接地，所述第二开关的另一端与所述运算放大器的正相输入端连接。

优选地，所述信号采集装置还包括限流电阻，所述参考电压通过所述限流电阻传输至所述光电二极管的阳极。

优选地，所述信号采集装置还包括限流电阻，所述参考电压通过所述限流电阻传输至所述光电二极管的阳极。

优选地，所述第一开关、所述第二开关和所述选通开关为CMOS晶体管、PMOS晶体管和NMOS晶体管的其中任一。

根据本发明提供的一种信号采集方法，包括：接收正极性的参考电压、正极性的栅极驱动信号以及正极性的第一控制信号，以便在信号采集装置的非工作状态能够释放传感单元中的残留电荷；接收负极性的所述参考电压、正极性的所述栅极驱动信号、正极性的第二控制信号以及正极性的第三控制信号，以便对所述传感单元进行复位；接收负极性的所述参考电压和负极性的所述栅极驱动信号；接收负极性的所述参考电压、正极性的所述栅极驱动信号、正极性的所述第二控制信号以及负极性的所述第三控制信号。

优选地，在信号采集装置的非工作状态，所述正极性的参考电压、所述正极性的栅极驱动信号以及所述正极性的第一控制信号由信号采集装置的主电源提供，所述主电源用以保证所述信号采集装置能够从非工作状态被唤醒。

根据本发明提供的一种显示装置，包括上述的信号采集装置。

根据本发明提供的一种电子设备，包括上述的显示装置。

本发明的有益效果是：本发明公开了一种信号采集装置以及信号采集方法，在信号采集装置中设置有电荷释放单元，通过在信号采集装置的非工作状态导通该电荷释放路径进行可以有效地清除光电二极管传感器阵列上的电荷残留，节省信号采集时间，提升信号采集质量。

将电荷释放单元集成在显示面板或读出单元中，可以提高采集装置的空间利用率，有利于实现小型化。

电荷释放单元有一端接地的第二开关实现，结构简单。

将电荷释放单元设置于多个传感单元的公共点处，可以节省开关数量，降低漏电流的影响，节省资源。

在光学信号采集电路中设置限流电阻，可以进一步降低残留电荷清除时(即非工作状态下)采集装置的功耗。

通过CMOS晶体管、PMOS晶体管和NMOS晶体管的其中之一实现开关功能，可以实现对采集装置的自动控制。

应当说明的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1示出现有的一种信号采集装置的结构示意图；

图2示出图1中的传感单元及读出单元的结构示意图；

图3(a)至图3(c)分别示出现有光学信号采集的效果示意图；

图4示出现有的一种进行残留电荷释放的效果示意图；

图5示出现有的另一种进行残留电荷释放的效果示意图；

图6示出本发明实施例提供的一种信号采集装置的结构示意图；

图7示出本发明第一实施例提供的传感单元及读出单元的结构示意图；

图8示出本发明第二实施例提供的传感单元及读出单元的结构示意图；

图9示出本发明第三实施例提供的传感单元及读出单元的结构示意图；

图10示出本发明第四实施例提供的传感单元及读出单元的结构示意图；

图11示出本发明第五实施例提供的传感单元及读出单元的结构示意图；

图12示出本发明第六实施例提供的传感单元及读出单元的结构示意图；

图13示出本发明实施例提供的进行残留电荷释放的效果示意图；

图14示出本发明实施例提供的信号采集方法的流程框图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以通过不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反的，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

目前，光学式指纹识别逐渐被市场认可，且需求越来越大。其中采用光电二极管阵列做传感器，外接读出芯片的架构，凭借其易组装、识别区域大(可作为全屏指纹识别方案)、成本不随识别区域的增加二显著增加的优势，正在成为光学指纹识别的后起之秀。但是，采用光电二极管进行信号采集时，会由于电荷残留现象而使得所采集的图像质量存在缺陷。

针对上述现象，现有技术提供了以下的解决方法。参考图4和图5，图4示出现有的一种进行残留电荷释放的效果示意图，图5示出现有的另一种进行残留电荷释放的效果示意图。

采用信号采集装置进行信号采集，通常的采集流程包括非工作阶段(或非工作状态)、上电阶段、复位阶段、曝光阶段、采集阶段、传输阶段以及识别阶段(每个阶段的工作内容在下文进一步介绍)。针对上述电荷残留现象，如图4所示，在信号采集时刻t1(约100ms～200ms)进行信号采集时，电荷残留严重，通常电荷残留会持续秒级的时间，降低信号采集质量。依次，现有的一种解决方法是将信号采集时刻后移到t2时刻，但是这样会大幅度的增加信号采集时间，造成用户体验不佳。如图5所示，现有的另一种解决方法是，利用在光电二极管两端加正极性电压可以使残留电荷不一致现象趋于一致的原理，在上电完成后，读出单元处于复位状态时，在光电二极管的正极端加正极性电压并保持一定的时间(如20ms)，进行可以加速光电二极管上残留电荷的释放，从而降低残留电荷的影响。但是这样的解决方法在光电二极管上仍然会有一定的电荷残留，同时在电荷清除期间，远算放大器处于复位模式，会增加系统的功耗，且信号采集时间从t1时刻变成了t3时刻，增加了光电二极管加正极性电压的时间。

基于此，本发明实施例提供的一种信号采集装置、采集方法、显示装置及电子设备，可以在芯片非工作状态下有效地清除光电二极管传感器阵列上的电荷残留，节省信号采集时间，提升信号采集质量。

为便于对本发明实施例进行理解，下面将参照附图对本发明进行详细说明。

图6示出本发明实施例提供的一种信号采集装置的结构示意图。

如图6所示，本实施例中，信号采集装置(下文简称采集装置)200包括显示面板210、栅极驱动单元220以及读出单元230。

本实施例中，信号采集装置200可以用来采集例如光学信号。

其中，显示面板210上设置有光电二极管传感器阵列，光电二极管传感器阵列的每条源极线均对应读出单元230唯一的一个I/O通道，以及唯一的一个模拟前端；每条栅极线与栅极驱动单元220连接。

光电二极管传感器阵列包括多条栅极线G1～Gn、多条源极线S1～Sm以及分别与多条源极线中的任一条源极线和多条栅极线中的任一条栅极线连接的多个传感单元211，每个传感单元211包括光电二极管、与该光电二极管并联的寄生电容以及薄膜晶体管TFT。其中，阵列式排布表示各个传感单元的排布构成阵列的形式。在该光电二极管传感器阵列中，每一列的传感单元211中薄膜晶体管的源极共同连接输出为该列的源极线，每一行的传感单元211中薄膜晶体管的栅极共同连接输出为该行的栅极线。另外，光电二极管传感器阵列中的光电二极管传感器是将光信号转换为电信号的一种器件，其工作原理基于光电效应。其中，n和m均为自然数。

光电二极管传感器阵列中，每个薄膜晶体管TFT的一个通路端与相应的源极线连接，另一个通路端均用以接收参考电压VB。其中，该参考电压VB为芯片主电源外的一个电源电压，而芯片的主电源电压用以保证采集装置200中各芯片能够从非工作状态被唤醒，它可能有一种或多种电位存在。

栅极驱动单元220用于依次开启多条栅极线，进而依次开启多行传感单元211。

栅极驱动单元220用于向光电二极管传感器阵列的各条栅极线输出栅极驱动信号，以实现对栅极线的通断控制。唯有当某一条栅极线被开通时，该栅极线上的各个传感器单元中的电信号才能够被操作。

栅极驱动单元220可以是栅极驱动芯片(Gate IC)，也可以是阵列基板行驱动电路(Driver on Array，GOA)。

读出单元230用于读取开启的传感单元211的电信号。

在其中一个可能的实施例中，读出单元230包括多个模拟前端，且每个模拟前端与一条或多条源极线相连。

当一个模拟前端与多条源极线连接时，可通过在每个模拟前端与多条源极线之间设置多路选择开关(mux)实现。每个多路选择开关(mux)的输入端分别与多条源极线对应连接，输出端连接读出单元230的一个模拟前端。其中，多路选择开关(mux)将输入信号组合成一个单一的矢量输出，输入可以是一个标量或矢量信号，所有的输入必须时相同的数据类型和数值类型。

相较于模拟前端与源极线一对一的连接方式，在多条源极线连接同一模拟前端的情况下，当同一个模拟前端中的多条源极线上的传感单元211都处于触控区域时，该模拟前端接收到的电信号得到了增强，有利于识别被触发的传感单元211。

进一步地，采集装置200还包括至少一个电荷释放单元231。该电荷释放单元231与光电二极管传感器阵列的每条源极线连接，用以在采集装置200的非工作状态为光电二极管传感器阵列中的传感单元211提供电荷释放路径。

可选地，该电荷释放单元231可设置在显示面板210上，也可设置在读出单元230内，当然，还可在显示面板210以及读出单元230外单独设置，只要与光电二极管传感器阵列的源极线连接，可以在采集装置200的非工作状态对光电二极管上残留的电荷进行释放即可，本发明不做具体限制。且当该电荷释放单元231集成在显示面板210上或读出单元230内时，可以节省器件的布局空间，进一步实现采集装置200的小型化。

本实施例中以该电荷释放单元231设置在读出单元230内为例对本发明的技术方案进行说明。

实施例一

图7示出本发明第一实施例提供的传感单元及读出单元的结构示意图。

本实施例中，以一个传感单元211以及与之连接的部分读出单元230为例对信号的采集至识别的过程进行说明。

如图7所示，传感单元211包括光电二极管D1，第一电容C1以及薄膜晶体管TFT。

第一电容C1并联于光电二极管D1的阴极和阳极之间，光电二极管D1的阳极接收参考电压VB，阴极与薄膜晶体管TFT的第一通路端连接，薄膜晶体管TFT的第二通路端连接显示面板210的一条源极线，同时通过选通开关SRC_SEL与读出单元230的一个模拟前端连接，薄膜晶体管TFT的控制端接收栅极驱动信号RX。

进一步地，薄膜晶体管TFT的第二通路端与电荷释放单元连接，且在采集装置的非工作状态，薄膜晶体管TFT至少部分时间导通，当薄膜晶体管TFT导通时，光电二极管D1的阴极连接电荷释放单元，光电二极管D1与第一电容C1上的残留电荷通过电荷释放单元得意释放，进而使得电荷释放后光电二极管D1与第一电容C1两端的电压降低。

读出单元230包括运算放大器U1，选通开关SRC_SEL，反馈电容CF以及第一开关rst。

运算放大器U1的反相输入端接收共模电压REF_TFT，正相输入端通过选通开关SRC_SEL与读出单元230的模拟前端连接，运算放大器U1的正相输入端与输出端之间连接有并联的反馈电容CF和第一开关rst，运算放大器U1的输出端连接微控制器MCU，以向微控制器输出检测信号。

在一个可能的实施例中，读出单元230中运算放大器的数量为一个，该运算放大器的正相输入端可通过一个或多个级联的多路选择开关(mux)与显示面板210上的多条源极线连接。在读出单元230中只设置一个运算放大器，通过这一个运算放大器对采集的信号进行处理与输出，可以节省功耗，简化芯片结构。

在另一个可能的实施例中，读出单元230中运算放大器的数量为多个，且每个运算放大器的连接结构与前述相同。每个运算放大器的正相输入端均通过多路选择开关(mux)连接显示面板210上的多条源极线。在读出单元230中设置多个运算放大器，可以降低每个运算放大器的运行次数，提供芯片的使用寿命，且能够优化运行资源，增强信号处理效果。

优选地，多路选择开关(mux)可集成在读出单元230内，以优化采集装置的布图结构。

本领域技术人员可以简单理解的是，在上述所有可能的实施例中，读出单元230中运算放大器的正相输入端与反相输入端接收的信号以及连接的器件可以互换，只是在互换之后需要相应的改变其它与该运算放大器功能相关的器件的连接结构，以使互换前后运算放大器能够实现相同或相似的功能，此处不作过多描述。

采集装置200包括非工作阶段(或状态)、上电、复位、曝光、采集、传输以及识别在内的工作阶段。

其中，在非工作阶段(或状态)中，采集装置200中的各芯片为省电皆工作于最低功耗模式即非工作状态。

在上电阶段，采集装置200收到信号采集命令，各芯片主电源外的电源(如低压源VGL、高压源VGH以及参考电源VB)上电。

在复位阶段，参考电源VB接负压(如为-3V～-5V)，薄膜晶体管TFT的控制端接高压源VGH(如为5V～16V)，薄膜晶体管TFT导通，选通开关SRC_SEL选通，第一开关rst导通，光电二极管D1两端的电压被复位到(REF_TFT-VB)，此时第一电容C1上的电荷为Q0。其中，REF_TFT为读出单元230中运算放大器U1的反相输入端接收的共模电压(如为1V)。

在曝光阶段，参考电源VB接负压(如为-3V～-5V)，薄膜晶体管TFT的控制端接低压源VGL(如为-5V～-16V)，薄膜晶体管TFT关断。此阶段内光电二极管D1在光作用下形成反向电流，使得第一电容C1上的电荷发生变化，此时第一电容C1上的电荷为(Q0+ΔQ)。

在采集阶段，参考电源VB接负压(如为-3V～-5V)，薄膜晶体管TFT的控制端接高压源VGH(如为5V～16V)，薄膜晶体管TFT导通，选通开关SRC_SEL选通，第一开关rst关断，进而使得与光电二极管D1并联的第一电容C1上的电荷被转移到反馈电容CF上，第一电容C1上的电荷恢复为Q0。同时被转移的电荷ΔQ在反馈电容上形成电压，完成了光信号到电信号的转换。

在识别阶段，运算放大器U1根据反馈电容CF上的电压变化输出检测信号，并将检测信号上传至微控制器MCU进行相应的数据处理，完成信号采集。

本实施例中，在显示面板210的源极线与电荷释放单元连接，该电荷释放单元为一端接地的第二开关LAG_SEL，第二开关LAG_SEL的另一端与源极线连接。

进一步地，第二开关LAG_SEL在采集装置200的非工作状态导通，此时参考电源VB接正极性电压(如为主电源中的一种)，同时薄膜晶体管TFT的控制端和第二开关LAG_SEL的控制端均接正极性电压导通，进而使得光电二极管D1被偏置在正相导通状态，以持续的将残留电荷进行释放。

实施例二

图8示出本发明第二实施例提供的传感单元及读出单元的结构示意图。

如图8所示，本实施例中，传感单元211及读出单元230的电路结构以及连接关系可参考图7中的描述，其与图7所描述的第一实施例的不同之处在于，采集装置200还包括限流电阻R1。第二开关LAG_SEL的一端通过限流电阻R1接地，第二开关LAG_SEL的另一端与源极线连接。

进一步地，限流电阻R1为多个第二开关LAG_SEL共用，即限流电阻R1的一端接地，另一端分别通过多个第二开关LAG_SEL与对应的多个薄膜晶体管TFT连接。进而可以节省资源，缩小面板的布图尺寸。

实施例三

图9示出本发明第三实施例提供的传感单元及读出单元的结构示意图。

如图9所示，本实施例中，传感单元211及读出单元230的电路结构以及连接关系可参考图8中实施例二的描述，与上述实施例二的区别之处在于，限流电阻R1连接与公共的参考电源VB的输入路径上，参考电压VB通过该限流电阻R1传输至光电二极管D1的阳极。

上述实施例二和实施例三，通过设计限流电阻R1，可以进一步降低非工作状态清除残留电荷时电路中的功耗，如将清除残留电荷时电路所需电流控制在1～10微安之间。

实施例四

图10示出本发明第四实施例提供的传感单元及读出单元的结构示意图。

如图10所示，本实施例中，传感单元211及读出单元230的电路结构以及连接关系可参考图7中的描述，其与实施例一的不同之处在于，电荷释放单元为一端接地的第二开关LAG_SEL，第二开关LAG_SEL的另一端与读出单元230中运算放大器U1的正相输入端连接。

也就是说，电荷释放单元连接于多个选通开关SRC_SEL的公共点(节点a)处，为多个传感单元211共用。

采集装置是一种电荷采集系统，对输入端的漏电流非常敏感。采用本实施例中电荷释放单元的连接结构，能够节省第二开关LAG_SEL的数量，同时也能够降低漏电流对光学信号采集的影响。

实施例五

图11示出本发明第五实施例提供的传感单元及读出单元的结构示意图。

如图11所示，本实施例中，传感单元211及读出单元230的电路结构以及连接关系可参考图10中实施例四的描述，本实施例与实施例四的区别之处在于，连接于多个选通开关SRC_SEL的公共点(节点a)处的电荷释放单元中串联有限流电阻R1。

实施例六

图12示出本发明第六实施例提供的传感单元及读出单元的结构示意图。

如图12所示，本实施例中，传感单元211及读出单元230的电路结构以及连接关系可参考图10中实施例四的描述，本实施例与实施例四的区别之处在于，公共的参考电源VB的输入路径上连接有限流电阻R1，参考电压VB通过该限流电阻R1传输至光电二极管D1的阳极。

上述实施例五和实施例六，能够在节省第二开关LAG_SEL的数量以及降低漏电流对光学信号采集的影响的同时，进一步降低非工作状态下清除残留电荷时电路中的功耗。

图13示出本发明实施例提供的进行残留电荷释放的效果示意图。

如图13所示，结合上述的实施例一至实施例六，可知，本发明所公开的技术方案可以在非工作状态有效的清除残留电荷，且不会增加信号采集时间和功耗。

需要说明的是，本发明所公开的电荷释放单元并不仅限于接地开关这一种形式，凡是本领域技术人员在不付出创造性劳动的前提下可以想到的放电路径结构，均在本发明的保护范围之内，只要可以在采集装置的非工作状态下进行残留电荷的释放即可。

图14示出本发明实施例提供的信号采集方法的流程框图。

如图14所示，本实施例中，信号采集方法包括执行步骤S01至步骤S04，可参考图6至图12进行理解，具体如下：

在步骤S01中，接收正极性的参考电压、正极性的栅极驱动信号以及正极性的第一控制信号，以便能够释放传感单元中的残留电荷。

本实施例中，此步骤应用于采集装置200的非工作状态。其中，栅极驱动信号RX为薄膜晶体管TFT的控制信号，第一控制信号为第二开关LAG_SEL的控制信号。

此阶段，薄膜晶体管TFT接收正极性栅极驱动信号RX进而导通，第二开关LAG_SEL接收正极性第一控制信号进而导通，光电二极管D1的阴极通过薄膜晶体管TFT以及第二开关LAG_SEL接地。光电二极管传感器阵列接收正极性参考电压VB，进而使得每个传感单元211中光电二极管D1的阳极为正极性电压，因此光电二极管D1和第一电容C1处于正相导通状态而形成电荷释放路径，传感单元211中光电二极管D1和第一电容C1上残留的电荷通过第二开关LAG_SEL释放到接地端。

优选地，上述各控制信号和参考电压可由装置主电源提供。

优选地，在采集装置200的非工作状态，参考电压VB为至少部分时间处于正极性状态，已在光电二极管D1和第一电容C1两端形成电势差，进而将其上残留的电荷进行释放。

在步骤S02中，接收负极性的参考电压、正极性的栅极驱动信号、正极性的第二控制信号以及正极性的第三控制信号，以便对传感单元进行复位。

本实施例中，第二控制信号为选通开关SRC_SEL的控制信号，第三控制信号为第一开关rst的控制信号。

采集装置200在接收到信号采集命令后，装置主电源以外的电源上电。薄膜晶体管TFT接收正极性栅极驱动信号RX进而导通，选通开关SRC_SEL接收正极性的第二控制信号进而导通，第一开关rst接收正极性的第三控制信号进而导通，读出单元300中运算放大器U1虚短，其正相输入端与反相输入端的电位相等，且均为共模电压REF_TFT，因此传感单元中211的光电二极管D1与第一电容C1两端的电压被复位到共模电压REF_TFT，其上电荷等效为Q0。

在步骤S03中，接收负极性的参考电压和负极性的栅极驱动信号，以便完成对光信号的采集。

本实施例中，薄膜晶体管TFT接收负极性栅极驱动信号RX进而关断，传感单元211中光电二极管D1在光信号的作用下形成反向电流，使得第一电容C1上的电荷发生变化，等下为(Q0+ΔQ)，进而完成对光信号的采集。

可选的，此步骤中选通开关SRC_SEL、第一开关rst和第二开关LAG_SEL可以为导通状态也可以为关断状态。

在步骤S04中，接收负极性的参考电压、正极性的栅极驱动信号、正极性的第二控制信号以及负极性的第三控制信号，以便完成光信号到电信号的转换。

本实施例中，薄膜晶体管TFT接收正极性栅极驱动信号RX进而导通，选通开关SRC_SEL接收正极性的第二控制信号进而导通，第一开关rst接收负极性的第三控制信号进而关断。传感单元211中第一电容C1上电荷的变化量ΔQ被转移到反馈电容CF上，第一电容C1的电荷恢复为Q0。

反馈电容CF上的电荷ΔQ在反馈电容CF上形成电压，进而完成光信号到电信号的转换。读出单元230中运算放大器U1的输出端将该电压信号输出至微控制器MCU以进行数据处理，进而完成光信号的采集。

需要说明的是，本文中所提到的所有开关，包括选通开关SRC_SEL、第一开关rst和第二开关LAG_SEL均可以采用NMOS晶体管、PMOS晶体管和CMOS晶体管的其中任一实现。通过设置相应的控制信号来控制选通开关SRC_SEL、第一开关rst和第二开关LAG_SEL的导通/关断，进而实现自动控制。

需要说明的是，本文所描述的多个实施例中限流电阻R1的连接位置仅是优选的示例性实施例，本发明中限流电阻R1的连接位置还可以在传感单元211或读出单元230的其它位置，只要可以实现在进行残留电荷清除时能够降低采集装置功耗的功能，均应在本发明的保护范围之内。

本发明还公开了一种显示装置，该显示装置中包括如上述图6至图12中所描述的采集装置200。

本发明还公开了一种电子设备，该电子设备中包含有如上述的显示装置。其中，该电子设备可以是手机、平板电脑、电脑、电视机等。

需要说明的是，本文中所描述的非工作状态(或非工作阶段)，均代指为类似睡眠状态(或阶段)、休眠状态(或阶段)以及深度睡眠状态(或阶段)等芯片、设备或装置在未上电之前的最低功耗状态(或阶段)。

综上，本发明在信号采集装置中设置有电荷释放单元，通过在信号采集装置的非工作状态导通该电荷释放路径进行可以有效地清除光电二极管传感器阵列上的电荷残留，节省信号采集时间，提升信号采集质量。

将电荷释放单元集成在显示面板或读出单元中，可以提高采集装置的空间利用率，有利于实现小型化。

电荷释放单元有一端接地的第二开关实现，结构简单。

将电荷释放单元设置于多个传感单元的公共点处，可以节省开关数量，降低漏电流的影响，节省资源。

在光学信号采集电路中设置限流电阻，可以进一步降低残留电荷清除时(即非工作状态下)采集装置的功耗。

通过CMOS晶体管、PMOS晶体管和NMOS晶体管的其中之一实现开关功能，可以实现对采集装置的自动控制。

在本文的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

应当说明的是，在本文中，所含术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (18)

1.一种基于显示面板实现指纹识别的信号采集装置，其中，包括：

光电二极管传感器阵列，设置在显示面板上，所述光电二极管传感器阵列包括源极线、栅极线以及分别与所述源极线和所述栅极线连接的传感单元，每个所述传感单元包括：光电二极管，阳极接收参考电压；第一电容，并联于所述光电二极管的两端；以及薄膜晶体管，第一通路端与所述光电二极管的阴极连接，第二通路端与源极线连接，控制端接收相应的栅极控制信号；

栅极驱动单元，与所述栅极线连接，用于向所述栅极线输出栅极驱动信号，以开启所述传感单元；

读出单元，包括模拟前端，所述模拟前端与至少一条所述源极线连接，用于读取所述传感单元中开启的传感单元的电信号；以及

至少一个电荷释放单元，与所述源极线连接，包括一端接地的第二开关，以在所述信号采集装置的非工作状态为所述传感单元提供电荷释放路径，

其中，在唤醒所述信号采集装置之前的非工作状态下，所述参考电压接正极性电压以使所述光电二极管被偏置在正相导通状态，所述传感单元的残留电荷经导通的所述薄膜晶体管和相应的所述电荷释放单元被释放；在唤醒所述信号采集装置之后的采集阶段，所述参考电压接负压以便于所述传感单元将采集到的光信号转换为电信号提供至所述读出单元。

2.根据权利要求1所述的信号采集装置，其中，所述电荷释放单元集成于所述显示面板上。

3.根据权利要求1所述的信号采集装置，其中，所述信号采集装置还包括：

多个多路选择开关，每个所述多路选择开关的输入端分别与多条所述源极线连接，输出端与所述读出单元的所述模拟前端连接。

4.根据权利要求2所述的信号采集装置，其中，每个所述传感单元包括：

光电二极管，阳极接收参考电压；

第一电容，并联于所述光电二极管的两端；

薄膜晶体管，第一通路端与所述光电二极管的阴极连接，第二通路端与源极线连接，控制端接收所述栅极控制信号。

5.根据权利要求4所述的信号采集装置，其中，所述薄膜晶体管的第二通路端与所述电荷释放单元连接，且在所述信号采集装置的非工作状态，所述薄膜晶体管至少部分时间导通，所述光电二极管与所述第一电容两端的电压降低。

6.根据权利要求2所述的信号采集装置，其中，所述读出单元包括：

运算放大器，反相输入端接收共模电压，正相输入端通过选通开关连接所述读出单元的所述模拟前端，输出端输出检测信号；

反馈电容，并联于所述运算放大器的反相输入端与输出端之间；

第一开关，并联于所述反馈电容的两端。

7.根据权利要求2所述的信号采集装置，其中，所述电荷释放单元包括一端接地的第二开关，所述第二开关的另一端与所述源极线连接。

8.根据权利要求6所述的信号采集装置，其中，所述电荷释放单元包括一端接地的第二开关，所述第二开关的另一端与所述运算放大器的正相输入端连接。

9.根据权利要求7所述的信号采集装置，其中，所述信号采集装置还包括限流电阻，所述第二开关的一端通过所述限流电阻接地，所述第二开关的另一端与所述源极线连接。

10.根据权利要求8所述的信号采集装置，其中，所述信号采集装置还包括限流电阻，所述第二开关的一端通过所述限流电阻接地，所述第二开关的另一端与所述运算放大器的正相输入端连接。

11.根据权利要求7所述的信号采集装置，其中，所述信号采集装置还包括限流电阻，所述参考电压通过所述限流电阻传输至所述光电二极管的阳极。

12.根据权利要求8所述的信号采集装置，其中，所述信号采集装置还包括限流电阻，所述参考电压通过所述限流电阻传输至所述光电二极管的阳极。

13.根据权利要求6所述的信号采集装置其中，所述第一开关和所述选通开关为CMOS晶体管、PMOS晶体管和NMOS晶体管的其中任一。

14.根据权利要求9和10中任一项所述的信号采集装置，其中，所述第二开关为CMOS晶体管、PMOS晶体管和NMOS晶体管的其中任一。

15.一种信号采集方法 ，其中，所述信号采集方法应用于权利要求1-14任一项所述的信号采集装置，包括：

接收正极性的参考电压、正极性的栅极驱动信号以及正极性的第一控制信号，以便在信号采集装置的非工作状态能够释放传感单元中的残留电荷；

接收负极性的所述参考电压、正极性的所述栅极驱动信号、正极性的第二控制信号以及正极性的第三控制信号，以便对所述传感单元进行复位；

接收负极性的所述参考电压和负极性的所述栅极驱动信号；

接收负极性的所述参考电压、正极性的所述栅极驱动信号、正极性的所述第二控制信号以及负极性的所述第三控制信号，

其中，所述采集装置为省电工作于最低功耗模式即为所述非工作状态。

16.根据权利要求15所述的信号采集方法，其中，在信号采集装置的非工作状态，所述正极性的参考电压、所述正极性的栅极驱动信号以及所述正极性的第一控制信号由信号采集装置的主电源提供，

所述主电源用以保证所述信号采集装置能够从非工作状态被唤醒。

17.一种显示装置，其中，包括如权利要求1至14中任一项所述的信号采集装置。

18.一种电子设备，其中，包括如权利要求17所述的显示装置。