CN111382728A - 指纹感测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种指纹感测装置。积分器电路分批对多个子感测信号进行积分运算，以累加多个子感测信号的感测值而产生对应各感测像素的感测信号，其中积分器电路的开关及电容电路于电压设置期间，使第一放大器的输出端与负输入端相连接并断开第二电容与第一放大器的负输入端与输出端间的连接，并于积分运算期间使第二电容耦接于第一放大器的负输入端与输出端之间，以执行积分运算。

Description

指纹感测装置

技术领域

本发明涉及一种感测装置，尤其涉及一种指纹感测装置。

背景技术

近年来，生物识别技术发展很快。由于安全码和访问卡很容易被盗或丢失，因此更多地关注指纹识别技术。指纹是唯一且不变的，并且每个人具有多个手指用于身份识别。另外，可以使用指纹传感器容易地取得指纹。因此，指纹识别可以提高安全性和便利性，并且可以更好地保护财务安全和保密数据。

一般而言，光学式的指纹感测装置可包括由面板、光发射源、光准直器以及光电传感器所组成，通过光发射源提供照明光至按压在面板上的手指，再经由面板以及手指对象反射具有指纹信息的图像光，并且经由光准直器传递至光电传感器。由于光准直器所传递的图像光仅为反射光的一小部份，为了增加感测灵敏度与降低模块高度，对应一个感测像素，光准直器通常会配置多个透镜来传递图像光。如此虽可有效提高指纹感测的灵敏度，然由于需进行处理的信号数量变多，将大幅提高后续进行信号处理的装置对于数据处理速度的要求，例如需配置高速的模拟数字转换器，而具有大幅提高产品成本以及功率消耗的缺点。

发明内容

本发明提供一种指纹感测装置，可有效降低生产成本，降低功率消耗。

本发明的指纹感测装置包括感测像素阵列、多个积分器电路以及增益放大器电路。感测像素阵列包括多个感测像素，各感测像素包括多个子感测像素，各子感测像素感测包括指纹信息的光信号而产生子感测信号。上述多个积分器电路耦接感测像素阵列，分别通过多条列信号线耦接对应的子感测像素，分批对上述多个子感测信号进行积分运算，以累加上述多个子感测信号的感测值而产生对应各感测像素的感测信号。各积分器电路包括第一放大器、第一电容以及开关及电容电路。第一放大器的正输入端耦接第一参考电压。第一电容耦接第一放大器的负输入端与对应的积分器电路的输出端之间。开关及电容电路包括第二电容，切换第二电容的连接状态而使对应的积分器电路周期性地进入电压设置期间与积分运算期间，其中开关及电容电路于电压设置期间，使第一放大器的输出端与负输入端相连接并断开第二电容与第一放大器的负输入端与输出端间的连接，并于积分运算期间使第二电容耦接于第一放大器的负输入端与输出端之间，以使对应的积分器电路执行积分运算。增益放大器电路耦接积分器电路，放大感测信号以产生放大信号。

基于上述，本发明实施例的积分器电路可分批对多个子感测信号进行积分运算，以累加多个子感测信号的感测值而产生对应各感测像素的感测信号，如此可有效减少后级电路需进行处理的感测信号数量，而可不需配置具有高处理速度的电路，进而有效降低产品成本以及功率消耗。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是依照本发明的实施例的一种指纹感测装置的示意图；

图2是依照本发明另一实施例的一种指纹感测装置的示意图；

图3是依照本发明的实施例的指纹感测装置的信号的波形图。

具体实施方式

图1是依照本发明的实施例的一种指纹感测装置的示意图，请参照图1。指纹感测装置包括感测像素P1、积分器电路102以及增益放大器电路104，其中积分器电路102耦接感测像素P1与增益放大器电路104。值得注意的是，指纹感测装置所包括的感测像素P1以及积分器电路102的数量并不以图1为限，举例来说，指纹感测装置可包括由多个感测像素P1形成的感测像素阵列以及多个积分器电路102，各个感测像素P1可分别与对应的积分器电路102耦接，为简化说明本实施例仅以一个感测像素P1以及一个积分器电路102为例进行说明。

如图1所示，感测像素P1可包括多个子感测像素SP1，子感测像素SP1可形成子感测像素阵列，例如8×8的子感测像素阵列，然不以此为限。各子感测像素SP1可感测包括指纹信息的光信号而产生子感测信号。积分器电路102可通过多条列信号线L1耦接子感测像素SP1，而分批对多个子感测信号进行积分运算。例如积分器电路102可一次对一行子感测像素SP1进行积分运算，待完成各行的子感测像素SP1的积分运算后，亦即完成感测像素P1的积分运算后，再将累计的积分结果传送给增益放大器电路104进行信号放大处理，以产生放大信号给后级电路进行信号转换与分析处理。

进一步来说，积分器电路102可例如包括放大器A1、电容C1以及开关及电容电路106，其中电容C1耦接于放大器A1的负输入端与积分器电路104之间，放大器A1的正输入端耦接参考电压Vref1，开关级电容电路106可包括电容C2，电容C2耦接于放大器A1的负输入端与输出端之间。开关级电容电路106可切换电容C2的连接状态而使积分器电路102周期性地进入电压设置期间与积分运算期间，其中开关及电容电路106于电压设置期间，使放大器A1的输出端与负输入端相连接并断开电容C2与放大器A1的负输入端与输出端间的连接，并于积分运算期间使电容C2耦接于放大器A1的负输入端与输出端之间，以使对应的积分器电路执行积分运算。如此在电压设置期间可重置电容C1上的电压而不会影响电容C2所储存的指纹信息，且可使电容C2累计在积分运算期间所接收的指纹信息，待完成感测像素P1中各个子感测像素SP1的积分运算后，再将积分结果传送给增益放大器电路104。如此可不需如现有技术般配置具有高数据处理速度的后级电路(例如高处理速度的模拟数字转换器)来逐行地处理各行子感测像素SP1的积分结果，因此可有效降低指纹感测装置的生产成本，降低功率消耗。

图2是依照本发明另一实施例的一种指纹感测装置的示意图，请参照图1。在本实施例中，为简化说明，以单一个子感测像素SP1来说明指纹感测装置的实施方式。如图2所示，子感测像素SP1可包括光电转换单元D1、传输晶体管M1、重置晶体管M2、放大晶体管M3以及选择晶体管M4其中光电转换单元D1可例如为光电二极管，其阴极与阳极分别耦接传输晶体管M1的第一端与接地，传输晶体管M1的第二端耦接放大晶体管M3的控制端，传输晶体管M1的控制端接收传输控制信号TG。重置晶体管M2耦接于操作电压Vdd与放大晶体管M3的控制端之间，重置晶体管M2的控制端接收重置控制信号RST。放大晶体管M3的第一端与第二端分别耦接操作电压Vdd与选择晶体管M4的第一端，选择晶体管M4的第二端耦接电容C1与一电流源I1，选择晶体管M4的控制端则耦接选择控制信号RSEL。

此外，积分器电路102的开关级电容电路106包括开关SW1～SW5与电容C2，开关SW1耦接于放大器A1的负输入端与电容C2之间，开关SW2耦接于放大器A1的输出端与电容C2之间，开关SW3以及SW4耦接于放大器A1的负输入端与输出端之间，开关SW5耦接于放大器A1的输出端与增益放大器电路104的输入端之间。另外，增益放大器电路104包括开关SW6、电容CC1、CC2以及放大器A2，电容CC1耦接于放大器A2的负输入端与开关SW5之间，放大器A2的正输入端耦接参考电压Vref2，开关SW6与电容C2耦接于放大器A2的负输入端与输出端之间。

图3是依照本发明的实施例的指纹感测装置的信号的波形图，在图3中，RSEL<n>、RST<n>以及TG<n>分别代表第n行子感测像素SP1所对应的选择控制信号RSEL、重置控制信号RST以及传输控制信号TG，CS<m>则代表第m列感测像素P1所对应的列选择信号CS，以下以选择控制信号RSEL、重置控制信号RST、传输控制信号TG以及列选择信号CS说明第m列的感测像素P1中第n行子感测像素SP1的子感测信号的处理方式，其中m、n为正整数，在本实施例中n的最大值为8，然不以此为限，请同时参照图2与图3。如图3所示，重置晶体管M2可受控于重置控制信号RST而依据操作电压重置放大晶体管M3的控制端的电压，此时开关SW3受控于控制信号AZ而于电压设置期间TR导通，以重置电容C1的电压。当子感测像素SP1的所在行被选择以输出子感测信号时，选择晶体管M4可受控于选择控制信号RSEL而被导通，而后传输晶体管M1受控于传输控制信号而被导通，以将光电转换单元D1转换包括指纹信息的光信号所得到光电转换信号传送至放大晶体管M3的控制端，以使放大晶体管M3依据光电转换信号改变其导通程度，进而将指纹信息通过选择晶体管M4传送至电容C1。此时，开关SW1与SW2受控于控制信号INTP与INT于积分运算期间T1进入导通状态，以进行积分运算，而将指纹信息储存至电容C2中，于积分运算期间T1开关SW3受控于控制信号AZ而处于断开状态。

值得注意的是，在各个感测像素P1第一次进入电压设置期间TR时，亦即第一次对电容C1的电压进行重置时，开关SW1与SW2也受控于控制信号INTP与INT进入导通状态，以将储存于电容C2中的上个感测像素P1的指纹信息消除。也就是说，在各个感测像素P1的子感测信号的信号处理期间，除了第一个电压设置期间TR以外，在其余的电压设置期间TR开关SW1与SW2皆处于断开的状态，如此可避免累计的积分结果被重置。此外，开关SW1与SW2各个积分运算期间TR结束后进入下一电压设置期间T1前进入断开状态，以避免电容C2在下一电压设置期间T1被重置，在本实施例中，可使开关SW1早于开关SW2进入断开状态，由于开关SW1耦接至放大器A1的负输入端，而放大器A1的负输入端具有虚拟接地的特性，因此先断开开关SW1，可避免电容C2所储存的指纹信息受到开关SW1的切换动作影响而失真。

在完成感测像素P1中各行子感测像素SP1的积分运算后，开关SW5受控于列选择信号CS而被导通，同时开关SW6也受控于控制信号CK1而被导通，以重置电容CC1与CC2的电压。而后开关SW6受控于控制信号CK1而被断开，开关SW5则晚于开关SW6进入断开状态，开关SW4受控于控制信号EQ而在开关SW6断开后、开关SW5断开前进入导通状态，以将放大器A1的负输入端的电压(其包括累计的积分结果，亦即感测像素P1感测光信号所得到的感测信号)传送至电容CC1，以进行信号放大处理，而于放大器A2的输出端输出放大信号给后级电路进行信号转换与分析处理。开关SW4进入断开状态的时间点可例如为开关SW6下次进入导通状态前，亦即在增益放大器电路104进行另一感测像素P1的感测信号的信号放大处理前，开关SW4进入断开状态。

综上所述，本发明实施例的积分器电路可分批对多个子感测信号进行积分运算，以累加多个子感测信号的感测值而产生对应各感测像素的感测信号，如此可有效减少后级电路需进行处理的感测信号数量，而可不需配置具有高处理速度的电路，进而有效降低产品成本以及功率消耗。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。

Claims (10)

1.一种指纹感测装置，其特征在于，包括：

感测像素阵列，包括多个感测像素，各感测像素包括多个子感测像素，各子感测像素感测包括指纹信息的光信号而产生子感测信号；

多个积分器电路，耦接所述感测像素阵列，分别通过多条列信号线耦接对应的子感测像素，分批对所述多个子感测信号进行积分运算，以累加所述多个子感测信号的感测值而产生对应各感测像素的感测信号，各积分器电路包括：

第一放大器，其正输入端耦接第一参考电压；

第一电容，耦接所述第一放大器的负输入端与对应的积分器电路的输出端之间；以及

开关及电容电路，包括第二电容，切换所述第二电容的连接状态而使对应的积分器电路周期性地进入电压设置期间与积分运算期间，其中所述开关及电容电路于所述电压设置期间，使所述第一放大器的输出端与负输入端相连接并断开所述第二电容与所述第一放大器的负输入端与输出端间的连接，并于所述积分运算期间使所述第二电容耦接于所述第一放大器的负输入端与输出端之间，以使对应的积分器电路执行积分运算；以及

增益放大器电路，耦接所述积分器电路，放大所述感测信号以产生放大信号。

2.根据权利要求1所述的指纹感测装置，其特征在于，所述开关及电容电路还包括:

第一开关，耦接于所述第二电容的一端与所述第一放大器的负输入端之间；以及

第二开关，耦接于所述第二电容的另一端与所述第一放大器的输出端之间，所述第一开关与所述第二开关于各个积分运算期间结束后进入所述电压设置期间前进入断开状态。

3.根据权利要求2所述的指纹感测装置，其特征在于，所述第一开关早于所述第二开关进入断开状态。

4.根据权利要求2所述的指纹感测装置，其特征在于，各积分器电路还包括：

第三开关，耦接所述第一放大器的负输入端与输出端之间，于所述电压设置期间处于导通状态，于所述积分运算期间处于断开状态。

5.根据权利要求4所述的指纹感测装置，其特征在于，所述第一开关与所述第二开关于各感测像素的第一个电压设置期间处于导通状态，并于各感测像素的其余电压设置期间处于断开状态。

6.根据权利要求1所述的指纹感测装置，其特征在于，所述增益放大器电路，包括：

第二放大器，其正输入端耦接第二参考电压；

第三电容，耦接于所述多个积分器电路的输出端与所述第二放大器的正输入端之间；以及

第四电容，耦接于所述第二放大器的负输入端与输出端之间。

7.根据权利要求6所述的指纹感测装置，其特征在于，各积分器电路还包括：

第一开关，耦接于所述积分器电路的输出端与所述增益放大器电路的输入端之间，受控于列选择信号而输出所述感测信号。

8.根据权利要求7所述的指纹感测装置，其特征在于，所述增益放大器电路还包括：

第二开关，耦接于所述第二放大器的负输入端与输出端之间，与所述第一开关同时导通，早于所述第一开关进入断开状态。

9.根据权利要求8所述的指纹感测装置，其特征在于，各积分器电路还包括：

第三开关，耦接于所述第一放大器的负输入端与输出端之间，于所述第二开关断开后且所述第一开关断开前进入导通状态。

10.根据权利要求1所述的指纹感测装置，其特征在于，各子感测像素包括：

光电转换单元，转换所述光信号而产生光电转换信号；

传输晶体管，其第一端耦接所述光电转换单元，受控于传输控制信号而输出所述光电转换信号；

重置晶体管，其第一端耦接操作电压，所述重置晶体管的第二端耦接所述传输晶体管的第二端，所述重置晶体管受控于重置控制信号而重置所述传输晶体管的第二端的电压；

放大晶体管，其控制端耦接所述传输晶体管的第二端，所述放大晶体管的第一端耦接所述操作电压，反应所述光电转换信号的电压值而产生所述子感测信号；以及

选择晶体管，耦接于所述放大晶体管的第二端与对应的积分器电路的输入端，受控于选择控制信号而将所述子感测信号输出至对应的积分器电路。

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