CN113255417A - 指纹检测设备及其方法 - Google Patents

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CN113255417A CN202010950463.XA CN202010950463A CN113255417A CN 113255417 A CN113255417 A CN 113255417A CN 202010950463 A CN202010950463 A CN 202010950463A CN 113255417 A CN113255417 A CN 113255417A
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苏柄喆
姜熙敏
尹泰贤
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Renis Co ltd
Samsung Electronics Co Ltd
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Abstract

公开了一种指纹检测设备及其方法。指纹检测设备包括：触摸面板；至少一个放大器，包括：第一积分器和第二积分器，所述第一积分器将从触摸面板接收的电信号放大为第一极性的信号，所述第二积分器将电信号放大为第二极性的第二信号；以及处理器，被配置为控制放大器针对从触摸面板的多个节点接收的多个电信号执行第一积分处理和第二积分处理。

Description

指纹检测设备及其方法
相关申请的交叉引用
本申请基于并且要求于2020年2月11日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2020-0016626的优先权，该申请的公开内容通过引用的方式整体并入本文中。
技术领域
本发明涉及一种指纹检测设备及其方法，更具体地，涉及一种包括多积分器的指纹检测设备及其方法。
背景技术
指纹传感器根据传感器的类型主要被分类为光学指纹传感器、半导体电容传感器、半导体温度传感器、半导体压力传感器、超声波传感器和射频(RF)传感器。
在使用半导体电容传感器时，用户的手指触摸集成有成千上万个半导体电子器件并在另一侧形成电容的“面板”。由于指纹的表面不平坦，凸部对应于脊，凹部对应于谷，因此凸部和凹部接触面板的实际距离不同，形成的电容值也不同，将采集的不同电容值进行组合，以完成指纹的采集。
此外，在半导体电容指纹传感器中，通常包括一个积分器，并且在该积分器中，指纹电容的基本电容和从最接近指纹的金属层到地的电容(即，寄生电容)形成为一个大的基本信号，该基本信号然后被输出，并且该基本信号的幅度比与指纹电容相对应的有效信号的幅度大得多。上述基本信号具有容易使积分器饱和而减小针对指纹传感器的输出的动态范围的问题。
发明内容
本公开的一个或多个实施例提供了一种能够使用多积分器来增加输出动态范围的指纹检测设备及其方法。
本公开的一个或多个实施例提供了一种用于通过改变多个积分器的积分顺序来减小寄生电容和偏移电压误差的指纹检测设备及其方法。
本公开的一个或多个实施例提供了一种用于通过以触摸面板的驱动周期为单位改变积分处理来减小放大器的处理负荷的指纹检测设备及其方法。
本公开的一个或多个实施例提供了一种用于通过根据积分处理调整补偿值来增加积分次数的指纹检测设备及其方法。
附加方面部分地将在接下来的描述中阐述，且部分地将通过该描述而变得清楚明白，或者可以通过实践本公开所呈现的实施例而获知。
根据本公开的一方面，提供了一种指纹检测设备，包括：触摸面板，包括节点阵列；放大器，包括：第一积分器和第二积分器，第一积分器被配置为将从触摸面板接收的电信号放大为第一极性的第一信号，第二积分器被配置为将电信号放大为第二极性的第二信号，其中，电信号根据用户在触摸面板上的触摸而改变；以及处理器，被配置为控制放大器针对从触摸面板的多个节点接收的多个电信号执行第一积分处理和第二积分处理，其中，在第一积分处理中，第一积分器和第二积分器在第一时间段期间以从第一积分器开始的第一顺序重复操作多次，并且在第二积分处理中，第二积分器和第一积分器在第二时间段期间以从第二积分器开始的第二顺序重复操作多次。
处理器还可以被配置为：在对所有多个电信号执行第一积分处理之后，控制放大器执行第二积分处理。
第二时间段可以不与第一时间段重叠。
第二时间段可以在第一时间段之后。
第一时间段的长度和第二时间段的长度可以相同。
第一时间段和第二时间段中的至少一个可以与触摸面板的一次驱动时间段相同。
触摸面板可以包括：多个第一电极线，沿第一方向布置；以及多个第二电极线，沿第二方向布置，第二方向与第一方向交叉；其中，多个节点是第二电极线之一与第一电极线相交的区域。
放大器还可以包括补偿器，被配置为调整第一积分器和第二积分器中的至少一个的输出值。
补偿器还可以被配置为将输出值的绝对值调整为最小。
补偿器可以包括：充电电流源，被配置为利用电荷对第一积分器和第二积分器中的一个充电；以及放电电流源，被配置为从第一积分器和第二积分器中的另一个释放电荷。
处理器还可以被配置为控制补偿器以使第一积分处理的输出值与第二积分处理的输出值之间的差减小为最小。
处理器还可以被配置为：控制补偿器在第一积分处理期间以第一调整程度调整输出值以及在第二积分处理期间以第二调整程度调整输出值，第二调整程度不同于第一调整程度。
处理器还可以被配置为基于第一积分处理的输出值大于第二积分处理的输出值来确定第一调整程度大于第二调整程度。
第一积分器和第二积分器中的每一个包括运算放大器和与运算放大器并联连接的电容器。
公共电压可以被施加到包括在第一积分器中的运算放大器的反相端子和包括在第二积分器中的运算放大器的非反相端子。
处理器还可以被配置为使用第一积分处理和第二积分处理的输出值来识别用户的指纹。
根据本公开的另一方面，提供了一种指纹检测方法，包括：执行第一积分处理，其中第一积分器和第二积分器在第一时间段期间从第一积分器开始顺序且重复地操作多次，其中，第一积分器将从触摸面板的多个节点接收的多个电信号中的每一个放大为第一极性的第一信号，并且第二积分器将多个电信号中的每一个放大为第二极性的第二信号；执行第二积分处理，其中第二积分器和第一积分器在第二时间段期间针对多个电信号中的每一个从第二积分器开始顺序且重复地操作多次；以及基于第一积分处理和第二积分处理的结果，检测对触摸面板进行触摸的用户的指纹。
在对所有多个电信号执行第一积分处理之后，可以执行第二积分处理。
第二时间段可以不与第一时间段重叠。
第二时间段可以在第一时间段之后。
第一时间段的长度和第二时间段的长度可以相同。
第一时间段和第二时间段中的至少一个可以与触摸面板的一次驱动时间段相同。
执行第一积分处理和执行第二积分处理中的至少一个还可以包括：调整第一积分器和第二积分器中的至少一个的输出值。
调整输出值可以包括将输出值的绝对值调整为最小。
调整输出值可以包括以下至少一项：利用电荷对第一积分器和第二积分器中的任何一个充电；以及从第一积分器和第二积分器中的另一个释放电荷。
在执行第一积分处理时输出值的第一调整程度可以与在执行第二积分处理时输出值的第二调整程度可以不同。
调整输出值可以包括：在第一积分处理期间以第一调整程度调整输出值，以及在第二积分处理期间以第二调整程度调整输出值，第二调整程度与第一调整程度不同。
调整输出值可以包括：基于第一积分处理的输出值大于第二积分处理的输出值，将第一调整程度调整为大于第二调整程度。
根据本公开的另一方面，提供了一种指纹检测设备，包括：放大器，包括：第一积分器和第二积分器，第一积分器被配置为将从触摸面板接收的电信号放大为第一极性的第一信号，第二积分器被配置为将电信号放大为第二极性的第二信号，其中，电信号根据用户在触摸面板上的触摸而改变；以及处理器，被配置为控制放大器针对从触摸面板的多个节点接收的多个电信号执行第一积分处理和第二积分处理；以及补偿器，被配置为调整第一积分器和第二积分器中的至少一个的输出值。
根据本公开的另一方面，提供了一种指纹检测设备，包括：存储器，存储一个或多个指令；以及处理器，被配置为执行一个或多个指令以进行下列操作：通过控制第一积分器和第二积分器在第一时间段期间从第一积分器开始顺序且重复地操作多次，来执行第一积分处理，其中，第一积分器将从触摸面板的多个节点接收的多个电信号中的每一个放大为第一极性的第一信号，并且第二积分器将多个电信号中的每一个放大为第二极性的第二信号；通过控制第二积分器和第一积分器在第二时间段期间针对多个电信号中的每一个从第二积分器开始顺序且重复地操作多次，来执行第二积分处理；以及基于第一积分处理和第二积分处理的结果，检测对触摸面板进行触摸的用户的指纹。
附图说明
根据以下结合附图的描述，本公开的一些实施例的上述和其它方面、特征以及优点将更清楚，在附图中：
图1是示出了根据示例实施例的指纹检测设备的视图。
图2示出了根据本公开的示例实施例的触摸面板。
图3是示出了根据示例实施例的接收电路的示例的框图。
图4是示出了根据示例实施例的连接到一个第二电极线的放大器的示图。
图5是示出了包括在图4所示的多积分器中的每个开关和特定节点(例如，Cij)处的电压的时序图。
图6是示出了具有寄生电容和偏移电压差的放大器的示图。
图7是示出了根据示例实施例的在多积分器的每个时间段的操作状态的时序图。
图8是示出了根据示例实施例的通过补偿器的多积分器的输出值的时序图。
图9是示出了根据示例实施例的指纹检测设备的操作方法的流程图。
图10是示出了根据示例实施例的积分处理的参考图。
具体实施方式
现在详细参考实施例，在附图中示出了实施例的示例，其中，贯穿附图类似的附图标记表示类似的元件。在这点上，呈现的实施例可以具有不同形式，并且不应当被解释为受限于本文所阐明的描述。因此，下面仅通过参考附图描述实施例，以解释各个方面。如本文中所使用的术语“和/或”包括相关列出项目中的一个或多个的任何和所有组合。诸如“…中的至少一个”之类的表述当在元件列表之前时修饰整个元件列表，而不是修饰列表中的单独元件。
下文中，将参考附图来详细描述各示例性实施例。应当理解，以下示例仅旨在体现技术内容，而不旨在约束或限制权利的范围。相关技术领域的技术人员可以容易地从详细描述和示例中推断出的内容应被解释为属于权利的范围。
如本文中所使用的，诸如“包括”或“包含”之类的术语不应被解释为包括说明书中描述的所有各种元件或步骤，并且应当理解，可以不包括某些组件或步骤，或者可以进一步包括附加组件或步骤。在说明书中描述的诸如“部分”或“模块”之类的术语意指用于处理至少一个功能或操作的单元，并且可以用硬件或软件或者用硬件和软件的组合来实现。
此外，在本文中使用的包括诸如“第一”、“第二”等之类的序数词在内的术语可以用于描述各种元件，但这些元件不应限于这些术语。这些术语仅用于将一个组件与其他组件区分的目的。
图1是示出了根据示例实施例的指纹检测设备100的框图。参考图1，指纹检测设备100包括触摸面板110、发送电路120、接收电路130和处理器140。尽管在图1的指纹检测设备100中仅示出了相关组件，但是本领域技术人员将理解，可以进一步包括其他通用组件。例如，触摸感测设备100可以是电容感测设备。
图2示出了根据示例实施例的触摸面板110。参考图1和图2，触摸面板110包括布置在触摸区域111中的第一电极线TL和第二电极线RL。
第一电极线TL(即，TL1、TL2、TLm-1和TLm)可以设置在触摸区域111中以沿水平轴方向延伸。第二电极线RL(即，RL1、RL2、RLn-1和RLn)可以被布置为在触摸区域111中沿竖直轴的方向延伸。第二电极线RL可以与第一电极线TL重叠。第一电极线TL和第二电极线RL可以是电绝缘的。
第一电极线TL和第二电极线RL被示为线。然而，本公开不限于此。例如，第二电极线RL中的每一个还可以包括设置在第一电极线TL和第二电极线RL相交的节点之间的预定图案。上述图案可以具有各种形状，例如多边形、圆形等。类似地，第一电极线TL中的每一个还可以包括设置在上述节点之间的预定图案。第一电极线和第二电极线相交的区域可以是节点。
当用户的手指靠近触摸面板110时，触摸面板110的第一电极线TL和第二电极线RL中的每一个之间的互电容可以改变。例如，根据用户手指的指纹图案的特性，在触摸面板110中第一电极线TL和第二电极线RL相交的每个区域(即，节点)的互电容可以改变。
第一电极线TL分别连接到驱动线DL(即，DL1、DL2、DLm-1和DLm)。第二电极线RL分别连接到感测线SL(即，SL1、SL2、SLn-1和SLn)。驱动线DL和感测线SL可以连接到接收电路130。
发送电路120连接到驱动线DL。发送电路120被配置为在处理器140的控制下向驱动线DL施加电压。例如，发送电路120可以将包括脉冲序列在内的脉冲信号顺序地提供给驱动线DL。
接收电路130连接到感测线SL。接收电路130被配置为在处理器140的控制下感测通过感测线SL发送的信号。接收电路130可以将感测到的信号转换成数字信号，并将该数字信号发送给处理器140。
例如，为了检测指纹，发送电路120可以将不同的驱动信号顺序地施加到第一电极线TL中的每一个。此外，接收电路130可以通过第二电极线SL中的每一个分别接收电信号。例如，当测量互电容C11时，可以仅向第一电极线TL1施加驱动信号，并且可以测量来自第一电极线RL1的电信号。类似地，当测量互电容Cmn时，仅向第m个第一电极线TLm施加驱动信号，并且可以测量来自第n个第二电极线RLn的电信号。
处理器140可以控制发送电路120和接收电路130的总体操作。例如，处理器140可以控制通过发送电路120施加到第一电极线TL中的每一个的电压脉冲的幅度、施加时间等。而且，处理器140可以控制发送电路120使得向第一电极线TL中的一些施加电压脉冲。
处理器140可以使用由接收电路130接收的电流或电位来生成并处理与用户指纹有关的图像数据。例如，处理器140可以使用由接收电路130接收的电流或电位来生成并处理与指纹区域相对应的指纹图像数据，并且可以通过分析包括在图像数据中的像素值来生成并处理特征点数据。
图3是示出了根据示例实施例的接收电路130的示例的框图。参考图1和图3，接收电路130包括多个检测单元131。
每个检测单元131可以包括电荷放大器CA、信号处理器SP、模数转换器ADC和滤波器FIR。
电荷放大器CA可以将通过感测线SL接收的信号(例如，电流信号)转换为电压信号。
信号处理器SP可以处理电荷放大器CA的输出信号。例如，信号处理器SP可以解调电荷放大器CA的输出信号并执行滤波。信号处理器SP可以将电荷放大器CA的输出信号转换成直流(DC)信号。
模数转换器ADC可以被配置为将信号处理器SP的输出信号转换为数字信号。模数转换器ADC的输出信号可以在滤波器FIR中被滤波。而且，经滤波的数字信号可以发送给处理器140。
例如，电荷放大器CA和信号处理器SP可以处理模拟信号，而滤波器FIR可以处理数字信号。
此外，当以高分辨率感测分辨率驱动指纹检测设备100时，第一电极线TL的宽度可以非常窄。当第一电极线TL的宽度变窄时，在测量互电容时被激活的节点的面积变小。当要激活的节点的面积变小时，所获得的信号的强度可能会变小，并且在每个节点处测量的互电容的变化量可能太小。因此，可能难以获得准确的测量结果。此外，当覆盖触摸面板110的第一电极线TL和第二电极线SL的层(即，覆盖层)变厚时，取决于用户的触摸，节点的互电容的变化量可能较小。在这种情况下，可能很难进行准确的测量。因此，根据实施例的指纹检测设备100的放大器CA可以包括多个积分器。
图4是示出了根据实施例的连接到一个第二电极线RLj的放大器CA的示图。例如，接收电路130的第j放大器CA可以电连接到第二电极线RLj，并且第一电极线TL(即，TL1、TL2、TLm-1和TLm)可以根据驱动信号顺序地放大互电容。例如，接收电路130的第j放大器CA可以通过感测线SLj连接到第二电极线RLj和第一电极线TL(即，TL1、TL2、TLm-1和TLm)，参考图4，可以将放大器CA的最终输出信号定义为图中所示的第一输出端子OUT1和第二输出端子OUT2之间的电位差。
放大器CA可以包括积分电路210，该积分电路210将从触摸面板110接收的电信号放大为具有不同极性的信号。根据示例实施例，积分电路210可以具有用于放大从触摸面板110接收的电信号的多个积分器。例如，积分电路210可以包括用于将从触摸面板110接收的电信号放大为负信号的第一积分器212和用于将从触摸面板110接收的电信号放大为正信号的第二积分器214。第一积分器212可以连接到第一输出端子OUT1，第二积分器214可以连接到第二输出端子OUT2。根据示例实施例，多个积分器可以独立地操作以放大从触摸面板110接收的电信号。
第一积分器212和第二积分器214中的每一个可以包括运算放大器OA1和OA2以及复位开关SR1和SR2。根据示例实施例，运算放大器OA1和OA2并联连接。另外，放大器CA可以包括与感测线SLj和第一积分器212连接的第一开关S1以及与感测线SLj和第二积分器214连接的第二开关S2。
具体地，第一积分器212的第一运算放大器OA1的反相输入端子(-)和感测线SLj可以通过第一开关S1彼此连接。根据示例实施例，感测线SLj连接到一个第二电极线RLi，该第二电极线RLj连接到形成互电容的电容器的端子。此外，第一运算放大器OA1的反相输入端子(-)和第一输出端子OUT1可以通过第一电容器CS1彼此连接。而且，第一运算放大器OA1的反相输入端子(-)和第一输出端子OUT1可以通过第一复位开关SR1彼此连接。参考电压Vcom可以连接到第一运算放大器OA1的非反相输入端子(+)。
第二运算放大器OA2的反相输入端子(-)和感测线SLj可以通过第二开关S2彼此连接。此外，第二运算放大器OA2的反相输入端子(-)和第二输出端子OUT2可以通过第二电容器Cs2彼此连接。然后，第二运算放大器OA2的反相输入端子(-)和第二输出端子OUT2可以通过第二复位开关SR2彼此连接。参考电压Vcom可以与第二运算放大器OA2的非反相输入端子(+)连接。
在这种情况下，第一电容器CS1和第二电容器CS2可以用作累积并存储流过感测线SLj的电荷的积分电容器。
处理器140可以控制第一开关S1和第二开关S2以及第一复位开关SR1和第二复位开关SR2的操作状态。
图5是示出了包括在图4所示的积分电路210中的每个开关和特定节点(例如，Cij)处的电压的时序图。在图5中，水平轴表示时间段。
图5示出了根据时间段的第一运算放大器OA1的输出端子的第一输出电压VOUT1和根据时间段的第二运算放大器OA2的输出端子的第二输出电压VOUT2的曲线图(a)。
此外，图5示出了用于控制第一复位开关SR1和第二复位开关SR2的接通/断开状态的复位信号的时序图(b)、第一电极线TLi的电位VTi的时序图(c)、示出了用于控制第一开关S1的接通/断开状态的信号的时序图(d)以及示出了用于控制第二开关S2的接通/断开状态的信号的时序图(e)。
在向第一积分器212和第二积分器214施加复位信号之后，在接通信号被施加到第一电极线TLi的状态下，当第一开关S1接通并且第二开关S2断开时，第一运算放大器OA1被驱动以释放第一电容器CS1中的电荷Q。由于电荷的释放，随着相应的电荷在第一输出端子OUT1处减少，如图5的曲线图(a)所示，在第一输出端子OUT1中产生绘出虚线波形的输出信号。
此外，在接通信号被施加到第一电极线TLi的状态下，当第一开关S1断开并且第二开关S2接通时，第二运算放大器OA2被驱动以对第二电容器CS2充电。由于电荷的蓄积，随着相应的电荷在第二输出端子OUT2处增加，如图5的曲线图(a)所示，在第二输出端子OUT2中产生绘出实线波形的输出信号。
如图5的曲线图(a)所示，当第一开关S1和第二开关S2被顺序地接通/断开N次(其中N是整数)时，电荷被重复释放并蓄积N次，输出信号的大小增加。如上所述，由于交替地驱动多个积分器，所以可以看到积分效果与第一输出端子OUT1和第二输出端子OUT2之间的输出信号的差OP1一样，因此输出动态范围可以是增加。
具体地，如果交替地驱动两个积分器，则放大器CA的输出值的差异可以与由于指纹的脊之间的深度差异而产生的信号的差异一样。因此，随着积分次数的增加，可以获得指纹的脊之间的信号差，从而可以减轻由厚覆盖层的厚度和电极线的宽度引起的不准确性。
另外，放大器CA的输入电信号可以包括除了触摸面板110中的相应节点之外的节点的电容，或者除了在与对象的触摸相对应的节点之间形成的“感测电容C”之外，还包括在接收电路130中的指纹检测设备100的金属材料的任意区域中形成的寄生电容Cp。如果在第二电极线SL附近没有对象的手指，则“感测电容”的值可以具有接近零的值，但是寄生电容Cp的输入信号仍可以被施加到放大器CA的输入端子。寄生电容Cp可以引起第一积分器212和第二积分器214的电压饱和，以限制积分电路210的积分次数。
另外，在处理放大器CA的组件时，由于处理变化，在第一运算放大器OA1和第二运算放大器OA2之间可能发生偏移电压差ΔV。也就是说，放大器CA可以操作为如同不同的电位被施加到第一运算放大器OA1的非反相输入端子(+)和第二运算放大器OA2的非反相输入端子(+)。
图6是示出了具有寄生电容Cp和偏移电压差ΔV的放大器CA’的示图。
在放大器CA的操作期间，即使将相同的参考电压Vcom施加到第一运算放大器OA1和第二运算放大器OA2的非反相输入端子(+)，由于运算放大器OA1和OA2中的每一个之间的偏差，第一运算放大器OA1和第二运算放大器OA2的非反相输入端子(+)可以操作为如同实质上施加了不同的电位Vcom和Vcom+ΔV。如图7中所示，第一运算放大器OA1的非反相输入端子(+)操作为如同实质上施加了Vcom，而第二运算放大器OA2的非反相输入端子(+)可以操作为如同实质上施加了Vcom+ΔV。
这样，由于运算放大器OA1和OA2之间的处理偏差，在积分设备的输出信号中可能发生误差。为了消除这些误差，根据实施例的放大器CA可以通过改变第一开关S1和第二开关S2的操作顺序来执行获得放大器CA的输出值的积分处理。通过使用通过两个处理器140获得的值，可以获得关于触摸输入的一条信息。
图7是示出了根据实施例的积分电路210的每个时间段的操作状态的时序图。
在图7中，可以在第一时间段T1i和第二时间段T2i期间分别执行第一积分处理和第二积分处理。
第一积分处理可以是以下操作：由第一积分器212放大从触摸面板110接收的电信号，然后由第二积分器214放大已放大的电信号。因此，在第一积分处理中，如果第一开关S1和第二开关S2分别相继经历断开状态-接通状态-断开状态的一次转变，则一个积分计数完成。
具体地，紧接在运算放大器OA1和OA2在第一时间段T1i中被复位之后，可以针对第一积分处理的每个积分计数，以第一开关S1和第二开关S2的顺序来切换第一开关S1和第二开关S2的接通状态。例如，在第一时间段T1i中向第一电极线TLi施加信号的状态下，当第一开关S1接通而第二开关S2断开时，第一运算放大器OA1被驱动以从第一电容器CS1释放电荷。由于电荷的释放，随着相应的电荷在第一输出端子OUT1处减少，如图7所示，在第一输出端子OUT1中产生绘出虚线波形的输出信号。
然后，在接通信号被施加到第一电极线TLi的状态下，当第一开关S1断开并且第二开关S2接通时，第二运算放大器OA2被驱动以对第二电容器CS2充电。由于电荷的蓄积，随着相应的电荷在第二输出端子OUT2处增加，如图7所示，在第二输出端子OUT2中产生绘出实线波形的输出信号。
第一积分处理器140可以以从第一积分器212到第二积分器214的顺序重复操作多次。在图7中，第一积分处理器由两个积分计数形成。
第二积分处理可以指以下操作：由第二积分器214放大从触摸面板110接收的电信号，然后由第一积分器212放大已放大的电信号。因此，在第二积分处理中，如果第二开关S2和第一开关S1分别相继经历断开状态-接通状态-断开状态的一次转变，则一个积分计数完成。第二积分处理器140可以以从第二积分器214到第一积分器212的顺序重复操作多次。
具体地，紧接在运算放大器OA1和OA2在第二时间段T2i中被复位之后，可以针对第二积分处理的每个积分计数，以第二开关S2和第一开关S1的顺序来切换接通状态。例如，在第二时间段T2i中向第一电极线TLi施加信号的状态下，当第二开关S2接通而第一开关S1断开时，第二运算放大器OA2被驱动以从第一电容器Cs1释放电荷。由于电荷的释放，随着相应的电荷在第二输出端子OUT2处减少，如图7所示，在第二输出端子OUT2中产生绘出实线波形的输出信号。
然后，在向第一电极线TLi施加接通信号的状态下，当第二开关S2断开并且第一开关S1接通时，第一运算放大器OA1被驱动以对第一电容器Cs1充电。由于电荷的蓄积，随着相应的电荷在第一输出端子OUT1处增加，如图7所示，在第一输出端子OUT1中产生绘出虚线波形的输出信号。
在第二积分处理器140中，第二积分器214和第一积分器212可以被顺序地和重复地操作多次。在图7中，两次积分计数形成第二积分处理。
第一积分处理的输出值OP1和第二积分处理的输出值OP2两者都受到寄生电容Cp和偏移电压差ΔV的影响。例如，第一积分处理的输出值OP1通过寄生电容Cp和偏移电压差ΔV而增加，并且第一积分处理的输出值OP2通过寄生电容Cp和偏移电压差ΔV而减小。因此，可以通过使用第一积分处理的输出值OP1和第二积分处理的输出值OP2两者来消除寄生电容Cp和偏移电压差ΔV。例如，可以将第一积分处理的输出值OP1和第二积分处理的输出值OP2的和或平均值确定为放大器CA的输出值。
另外，即使使用第一和第二积分处理，每个积分处理仍然受到寄生电容Cp和偏移电压差ΔV的影响，因此增加积分计数存在限制。在图7中，积分计数可以被第一积分处理器140的输出值限制。
当执行第一积分处理和第二积分处理中的每一个时，可以通过调整输出值来增加积分计数。根据实施例的放大器CA还可以包括补偿器220，该补偿器220调整第一和第二积分处理的至少一个输出值，即输出值。
再次参考图4，放大器CA还可以包括补偿器220，该补偿器220向第一积分器212和第二积分器214施加恒定电流。补偿器220可以包括：放电电流源222，用于将电荷释放至第一积分器212和第二积分器214中的任意一个；充电电流源224，用于将电荷充电至第一积分器212和第二积分器214中的另一个；第三开关S3，连接放电电流源222和积分电路210；以及第四开关S4，连接充电电流源224和积分电路210。
处理器140可以通过控制第一开关S1和第二开关S2，通过对积分电路210中的电荷进行蓄积或释放来控制积分电路210的输出值。处理器140可以控制补偿器220，使得相对于积分计数，积分电路210的输出值的变化量较小。处理器140可以执行同步，使得连接到积分电路210的第一开关S1和第二开关S2以及连接到补偿器220的第三开关S3和第四开关S4彼此同步，并且输入到积分电路210的电流和输入到补偿器220的电流的方向(即，符号)变得彼此相同。然后，积分电路210的输出值的上升沿处的上升宽度可以较小，并且下降沿处的下降宽度可以较小。
图8是示出了根据实施例的通过补偿器220的积分电路210的输出值的时序图。
图8示出了根据时间段的第一运算放大器OA1的输出端子的第一输出电压VOUT1和根据时间段的第二运算放大器OA2的输出端子的第二输出电压VOUT2的曲线图(a)。
图8示出了用于控制第一复位开关SR1和第二复位开关SR2的接通/断开状态的信号的时序图(b)、第一电极线TLi的电位VTi的时序图(g)、示出了用于控制第一开关S1的接通/断开状态的信号的时序图(h)、示出了用于控制第二开关S2的接通/断开状态的信号的时序图(i)、示出了用于控制第三开关S3的接通/断开状态的信号的时序图(j)和示出了用于控制第四开关S4的接通/断开状态的信号的时序图(k)。
第三开关S3的信号可以与第一开关S1的信号同步，并且第四开关S4的信号可以与第二开关S2的信号同步。此时，第三开关S3的接通状态的持续时间段可以比第一开关S1的接通状态的持续时间段短，并且第四开关S4的接通状态的持续时间段可以比第二开关S2的接通状态的持续时间段短。
在向第一积分器212和第二积分器214施加复位信号之后，在接通信号被施加到第一电极线TLi的状态下，当第一开关S1和第三开关S3接通并且第二开关S2和第四开关S4断开时，来自感测线SLj的电流被分配给积分电路210和补偿器220。因此，即使第一运算放大器OA1被驱动，从第一电容器CS1释放的电荷量也较小，从而减小了第一输出端子OUT1中的电荷减少程度。
接下来，在接通信号被施加到第一电极线TLi的状态下，当第一开关S1和第三开关S3断开并且第二开关S2和第四开关S4接通时，来自感测线SLj的电流被分配给积分电路210和补偿器220。因此，即使第二运算放大器OA2被驱动，第二电容器Cs2中蓄积的电荷量也较小，从而减小了第二输出端子OUT2中的电荷增加程度。
根据示例实施例，因为可以通过补偿器220将积分电路210的输出值调整为较小，所以可以增加积分电路210的积分计数。调整积分电路的输出值的程度可以称为补偿值。可以通过放电电流源222和充电电流源224的电流的大小来调整补偿值。例如，当放电电流源222和充电电流源224的放电或充电电流较大时，补偿值可以较大。
补偿器220可以将相同的补偿值或不同的补偿值应用于第一积分处理和第二积分处理，其中第一积分处理以第一积分器212、第二积分器214的顺序执行积分，第二积分处理以第二积分器214、第一积分器212的顺序执行积分。例如，如果第一积分处理的输出值的变化大于第二积分处理的输出值的变化，则应用于第一积分处理的补偿值可以大于应用于第二积分处理的补偿值。然后，作为应用相同补偿值的替代，可以增加积分计数。
同时，为了不同地应用补偿值，必须调整补偿器220的充电电流源224和补偿电流源的电流值。当对一个节点连续执行第一积分处理和第二积分处理时，可以增加接收电路130的处理负荷。因此，根据实施例的包括在接收电路130中的至少一个放大器CA针对电连接到每个放大器CA的多个节点执行第一积分处理，然后执行第二积分处理。
图9是示出了根据实施例的指纹检测设备100的操作方法的流程图。
处理器140可以控制放大器CA以在第一时间段期间对从触摸面板110的多个节点接收的每个电信号执行第一积分处理(S910)。多个放大器CA中的每一个可以通过相应的感测线电连接到相应的第二电极线。每个第二电极线可以与多个第一电极线相交以形成多个节点。放大器CA可以响应于通过驱动线施加的驱动信号来施加来自每个节点的电信号。
每个放大器CA可以包括用于将施加的电信号放大为第一极性的信号的第一积分器212和用于将施加的电信号放大为与第一极性相反的第二极性的信号的第二积分器214。在执行第一积分处理时，处理器140在第一时间段期间以第一积分器212、第二积分器214的顺序重复操作多次，从而可以控制上述放大器CA执行第一积分处理。
处理器140可以控制放大器CA在第二时间段期间对从触摸面板110的多个节点接收的多个电信号中的每一个执行第二积分处理(S920)。第二积分处理可以指第一积分器212和第二积分器214以第二积分器214、第一积分器212的顺序重复操作多次。第二时间段和第一时间段不重叠，并且第二时间段可以是第一时间段的下一时间段。因此，可以在对从多个节点接收的所有多个电信号执行第一积分处理之后执行第二积分处理。
第一时间段的长度和第二时间段的长度可以相同。例如，第一时间段和第二时间段可以与触摸面板110的驱动时间段相同。触摸面板110的驱动时段可以是用于将驱动信号施加到触摸面板110中的所有多个第一电极线的时间。
同时，在执行第一积分处理和第二积分处理中的至少一个时，处理器140可以控制放大器CA，使得第一积分器212和第二积分器214中的至少一个的输出值被调整。放大器CA还可以包括用于调整第一积分器212和第二积分器214中的至少一个的输出值的补偿器220，并且补偿器220可以将积分电路210的输出值的绝对值控制为小。例如，补偿器220可以包括用于对第一积分器212和第二积分器214中的任何一个充电的充电电流源224，以及用于从第一积分器212和第二积分器214中的另一个释放电荷的放电电流源222。
处理器140可以控制上述补偿器220，使得第一积分处理的输出值与第二积分处理的输出值之间的差较小。例如，处理器140可以控制上述补偿器220，使得第一积分处理的输出值和第二积分处理的输出值之间的差为最小。具体地，处理器140可以控制补偿器220，使得在第一积分处理期间放大器CA的输出值的第一调整程度不同于在第二积分处理期间放大器CA的输出值的第二调整程度。例如，当根据第一积分处理的输出值的大小大于根据第二积分处理的输出值的大小时，处理器140可以确定第一调整程度大于第二调整程度。
处理器140可以使用根据第一积分处理的输出值和根据第二积分处理的输出值来识别用户的指纹(S930)。例如，接收电路130的放大器CA可以输出电压信号，该电压信号是通过在第一时间段期间执行第一积分处理而放大的输出值。信号处理器将放大的电压信号转换为DC信号，并且模数转换器将DC转换信号转换为数字信号，并将该数字信号发送给处理器140。类似地，在第二时间段(第一时间段的下一时间段)期间，接收电路130的放大器CA执行第二积分处理以输出电压信号(即，放大的输出值)，并且可以通过信号处理器、模数转换器等将该电压信号转换为数字信号，并将其发送给处理器140。
处理器140可以通过使用在第一时间段期间的第一积分处理的经数字转换的输出值和在第二时间段期间的第二积分处理的输出值来识别用户的指纹。在第一时间段期间，第一积分处理的输出值可以包括针对多个节点的第一积分处理的输出值，并且在第二时间段期间，第二积分处理的输出值可以包括针对多个节点的第一积分处理的输出值。处理可以对与每个节点相对应的第一和第二积分处理的输出值进行分类，并且在使用与每个节点相对应的第一和第二积分处理的输出值来确定每个节点的像素值之后获得指纹图像。
图10是示出了根据实施例的积分处理的参考图。
如图10所示，处理器140控制放大器CA在第一时间段T1期间对多个节点执行第一积分处理，并且控制放大器CA在第二时间段T2期间对上述多个节点执行第二积分处理。这里，第一时间段T1和第二时间段T2的长度可以与触摸面板110的驱动时间段相同。在第一时间段T1期间，放大器CA可以放大从与放大器CA连接的多个节点接收的电信号。例如，当触摸面板110由m×n个节点组成，并且放大器CA连接到每个第二电极线SLj时，每个放大器CA可以放大从m个节点接收的电信号。
如果没有将补偿值施加到放大器CA，则由于寄生电容Cp和偏移电压差，如图10所示，在第一时间段期间从放大器CA输出的值与在第二时间段期间从放大器CA输出的值之间的差可能较大。
根据示例实施例的处理器140可以在放大从节点接收的电信号时应用补偿值。然后，随着根据第一积分处理的积分的输出值增加，当放大器CA执行第一积分处理时，处理器140控制补偿器220用大的补偿值进行补偿。当放大器CA执行第二积分处理时，处理器140控制补偿器220用小的补偿值进行补偿。
因此，随着补偿放大器CA的输出值变小，放大器CA可以执行更多的积分处理。另外，上述补偿器220的补偿值是恒定的，并且可以在信号处理期间在放大器之后被接收电路130或处理器140移除。
与该实施例有关的本领域普通技术人员将理解，可以在不脱离本实施例的基本特征的情况下以修改的形式来实现本公开。因此，公开的实施例应该视为仅是描述性的而不是为了限制的目的。在权利要求中而不是在以上描述中指出范围，并且在等同范围内的所有差异应被解释为包括在公开内。
可以使用硬件组件和软件组件来实现本文描述的指纹检测设备的元件。例如，硬件组件可以包括放大器、带通滤波器、模数转换器、非暂时性计算机存储器和处理设备。可以使用一个或多个通用或专用计算机(例如，处理器、控制器和算术逻辑单元(ALU)、数字信号处理器、微型计算机、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑单元(PLU)、微处理器或能够以定义的方式响应并执行指令的任何其他设备)来实现处理设备。处理设备可以运行操作系统(OS)以及在OS上运行的一个或多个软件应用。处理设备还可以响应于软件的执行而访问、存储、操控、处理和创建数据。为了简单起见，使用单数来描述了处理设备；然而，本领域技术人员将理解，处理设备可以包括多个处理元件和多种类型的处理元件。例如，处理设备可以包括多个处理器或者处理器和控制器。另外，不同的处理配置也是可能的，例如并行处理器。
软件可以包括计算机程序、一段代码、指令或者其某种组合，以便独立地或者统一地指示或者配置处理设备按照需要进行操作。软件和数据可以永久地或临时地体现在任何类型的机器、组件、物理或虚拟设备、计算机存储介质或设备中，或者体现在能够向处理设备提供指令或数据或者由处理设备解释的传播的信号波中。软件还可以分布在网络耦接的计算机系统上，使得以分布式的方式存储和执行软件。软件和数据可以由一个或多个非暂时性计算机可读记录介质存储。非暂时性计算机可读记录介质可以包括能够存储随后可由计算机系统或处理设备读取的数据的任何数据存储设备。
示例实施例包括非暂时性计算机可读介质，非暂时性计算机可读介质包括程序指令以便实现由计算机体现的各种操作。介质还可以单独地或与程序指令组合地包括数据文件、数据结构、表等。介质和程序指令可以是出于示例实施例的目的而专门设计和构造的介质和程序指令，或者它们可以是计算机软件领域的技术人员公的和可用的介质和程序指令。非暂时性计算机可读介质的示例包括诸如硬盘、软盘及磁带之类的磁介质；诸如CD ROM盘之类的光介质；诸如软光盘之类的磁光介质；以及诸如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)之类的被专门配置为存储和执行程序指令的硬件设备。程序指令的示例包括机器代码(例如，由编译器生成的机器代码)以及包含可以由使用解释器的计算机执行的更高级别代码的文件两者。所描述的硬件设备可以被配置为用作一个或多个软件模块，以便执行上述示例实施例的操作，或者反之亦然。

Claims (30)

1.一种指纹检测设备，包括：
触摸面板，包括节点阵列；
放大器，包括：第一积分器和第二积分器，所述第一积分器被配置为将从所述触摸面板接收的电信号放大为第一极性的第一信号，所述第二积分器被配置为将所述电信号放大为第二极性的第二信号，其中，所述电信号根据用户在所述触摸面板上的触摸而改变；以及
处理器，被配置为控制所述放大器针对从所述触摸面板的多个节点接收的多个电信号执行第一积分处理和第二积分处理，
其中，在所述第一积分处理中，所述第一积分器和所述第二积分器在第一时间段期间以从所述第一积分器开始的第一顺序重复操作多次，并且在所述第二积分处理中，所述第二积分器和所述第一积分器在第二时间段期间以从所述第二积分器开始的第二顺序重复操作多次。
2.根据权利要求1所述的指纹检测设备，其中，所述处理器还被配置为：在对所有所述多个电信号执行所述第一积分处理之后，控制所述放大器执行所述第二积分处理。
3.根据权利要求1所述的指纹检测设备，其中，所述第二时间段不与所述第一时间段重叠。
4.根据权利要求1所述的指纹检测设备，其中，所述第二时间段在所述第一时间段之后。
5.根据权利要求1所述的指纹检测设备，其中，所述第一时间段的长度和所述第二时间段的长度相同。
6.根据权利要求1所述的指纹检测设备，其中，所述第一时间段和所述第二时间段中的至少一个与所述触摸面板的一次驱动时间段相同。
7.根据权利要求1所述的指纹检测设备，其中，所述触摸面板包括：
多个第一电极线，沿第一方向布置；以及
多个第二电极线，沿第二方向布置，所述第二方向与所述第一方向交叉，
其中，所述多个节点是所述多个第二电极线之一与所述多个第一电极线相交的区域。
8.根据权利要求1所述的指纹检测设备，其中，所述放大器还包括：补偿器，被配置为调整所述第一积分器和所述第二积分器中的至少一个的输出值。
9.根据权利要求8所述的指纹检测设备，其中，所述补偿器还被配置为：将所述输出值的绝对值调整为最小。
10.根据权利要求8所述的指纹检测设备，其中，所述补偿器包括：
充电电流源，被配置为利用电荷对所述第一积分器和所述第二积分器中的一个充电；以及
放电电流源，被配置为从所述第一积分器和所述第二积分器中的另一个释放电荷。
11.根据权利要求8所述的指纹检测设备，其中，所述处理器还被配置为：控制所述补偿器以使所述第一积分处理的输出值与所述第二积分处理的输出值之间的差减小为最小。
12.根据权利要求8所述的指纹检测设备，其中，所述处理器还被配置为：控制所述补偿器在所述第一积分处理期间以第一调整程度调整所述输出值以及在所述第二积分处理期间以第二调整程度调整所述输出值，所述第二调整程度不同于所述第一调整程度。
13.根据权利要求12所述的指纹检测设备，其中，所述处理器还被配置为：基于所述第一积分处理的输出值大于所述第二积分处理的输出值来确定所述第一调整程度大于所述第二调整程度。
14.根据权利要求1所述的指纹检测设备，其中，所述第一积分器和所述第二积分器中的每一个包括运算放大器和与所述运算放大器并联连接的电容器。
15.根据权利要求14所述的指纹检测设备，其中，公共电压被施加到包括在所述第一积分器中的运算放大器的反相端子和包括在所述第二积分器中的运算放大器的非反相端子。
16.根据权利要求1所述的指纹检测设备，其中，所述处理器还被配置为使用所述第一积分处理的输出值和所述第二积分处理的输出值来识别用户的指纹。
17.一种指纹检测方法，包括：
执行第一积分处理，在所述第一积分处理中，第一积分器和第二积分器在第一时间段期间从所述第一积分器开始顺序且重复地操作多次，其中，所述第一积分器将从触摸面板的多个节点接收的多个电信号中的每一个放大为第一极性的第一信号，并且所述第二积分器将所述多个电信号中的每一个放大为第二极性的第二信号；
执行第二积分处理，在所述第二积分处理中，所述第二积分器和所述第一积分器在第二时间段期间针对所述多个电信号中的每一个从所述第二积分器开始顺序且重复地操作多次；以及
基于所述第一积分处理和所述第二积分处理的结果，检测触摸所述触摸面板的用户的指纹。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，在对所有所述多个电信号执行所述第一积分处理之后，执行所述第二积分处理。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，所述第二时间段不与所述第一时间段重叠。
20.根据权利要求17所述的方法，其中，所述第二时间段在所述第一时间段之后。
21.根据权利要求17所述的方法，其中，所述第一时间段的长度和所述第二时间段的长度相同。
22.根据权利要求17所述的方法，其中，所述第一时间段和所述第二时间段中的至少一个与所述触摸面板的一次驱动时间段相同。
23.根据权利要求17所述的方法，其中，执行所述第一积分处理和执行所述第二积分处理中的至少一个还包括：调整所述第一积分器和所述第二积分器中的至少一个的输出值。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，调整所述输出值包括：将所述输出值的绝对值调整为最小。
25.根据权利要求23所述的方法，其中，调整所述输出值包括以下至少一项：
利用电荷对所述第一积分器和所述第二积分器中的任何一个充电；以及
从所述第一积分器和所述第二积分器中的另一个释放电荷。
26.根据权利要求24所述的方法，其中，在执行所述第一积分处理时所述输出值的第一调整程度与在执行所述第二积分处理时所述输出值的第二调整程度不同。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，调整所述输出值包括：在所述第一积分处理期间以第一调整程度调整所述输出值，以及在所述第二积分处理期间以第二调整程度调整所述输出值，所述第二调整程度与所述第一调整程度不同。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，调整所述输出值包括：基于所述第一积分处理的输出值大于所述第二积分处理的输出值，将所述第一调整程度调整为大于所述第二调整程度。
29.一种指纹检测设备，包括：
放大器，包括：第一积分器和第二积分器，所述第一积分器被配置为将从触摸面板接收的电信号放大为第一极性的第一信号，所述第二积分器被配置为将所述电信号放大为第二极性的第二信号，其中，所述电信号根据用户在所述触摸面板上的触摸而改变；以及
处理器，被配置为控制所述放大器针对从所述触摸面板的多个节点接收的多个电信号执行第一积分处理和第二积分处理；以及
补偿器，被配置为调整所述第一积分器和所述第二积分器中的至少一个的输出值。
30.一种指纹检测设备，包括：
存储器，存储一个或多个指令；以及
处理器，被配置为执行所述一个或多个指令以进行下列操作：
通过控制第一积分器和第二积分器在第一时间段期间从所述第一积分器开始顺序且重复地操作多次，来执行第一积分处理，其中，所述第一积分器将从触摸面板的多个节点接收的多个电信号中的每一个放大为第一极性的第一信号，并且所述第二积分器将所述多个电信号中的每一个放大为第二极性的第二信号；
通过控制所述第二积分器和所述第一积分器在第二时间段期间针对所述多个电信号中的每一个从所述第二积分器开始顺序且重复地操作多次，来执行第二积分处理；以及
基于所述第一积分处理和所述第二积分处理的结果，检测触摸所述触摸面板的用户的指纹。
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