CN115713788A - Tft光学指纹模组中的读出芯片和tft光学指纹模组 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种TFT光学指纹模组中的读出芯片和TFT光学指纹模组，其在读出芯片中增加了直流补偿模块和数字模块，以对采样模块的输出进行直流补偿，继而提高了采样模块输出的指纹信号的动态变化范围增大，使其一直保持在模数转换模块的量程范围内，减小了信号失真，提高了信号分辨率，使得最终获得的指纹图像质量得到改善。

Description

TFT光学指纹模组中的读出芯片和TFT光学指纹模组

技术领域

本发明涉及图像传感器技术领域，特别涉及一种TFT光学指纹模组中的读出芯片和TFT光学指纹模组。

背景技术

指纹识别技术是众多生物识别技术中最成熟的技术，它在生活中应用广泛。随着互联网的发展，越来越多的场合需要个人认证，如门禁系统、手机支付解锁和支付、刑侦技术等领域，指纹识别技术凭借高稳定性和便利性成为个人认证最好的方式。当下市场主流的传感器有光学识别传感器和电容传感器。但是受限于传感器面积和成本限制，只能在固定位置进行指纹传感，因此基于大面阵的TFT(Thin Film Transistor，薄膜晶体管)光学传感技术应运而生，能够大面积的屏幕指纹识别。

但是由于TFT的光电效应比较弱，同时存在较大的寄生效应和暗电流信号，并且TFT的工作状态会随着温度、电压、时间等因素变化而发生改变，因此会对指纹信号的读取和处理造成难度，进而导致TFT光学传感技术，一般无法用TFT做复杂电路结构，只能用TFT像素传感阵列(TFT Sensor Array)做光电转化的信号输入电路，将通过屏幕的折射和反射的关于指纹的光学信号转换为电信号，在TFT像素传感阵列的外部再采用标准CMOS工艺做读取电路(即信号读出电路)，来将TFT像素传感阵列输出的电信号处理为数字信号。

然而，目前经过TFT像素传感阵列采集的指纹信号具有较大的直流分量，该大的直流分量来自于环境光，这个直流分量无法通过TFT像素传感阵列减去，由此导致读取电路中所需的用于将电信号转换为数字信号的模数转换器(ADC,Analog to Digital Converter)的量程较大，其量化的指纹信号电压分辨率较小(即的指纹信号的动态范围小)，信号容易失真，进而造成获得的指纹图像质量低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种TFT光学指纹模组中的读出芯片和TFT光学指纹模组，能够解决因采集的指纹信号具有较大的直流分量而导致采集到指纹信号的动态变化范围较小、分辨率低、获得的指纹图像质量低的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种TFT光学指纹模组中的读出芯片，用于读取TFT光学指纹模组中TFT感光像素阵列输出的感光信号，其包括：

采样模块，所述采样模块中包含积分器，所述积分器接收所述TFT感光像素阵列中感光像素输出的信号；

直流补偿模块，连接所述积分器接收所述感光像素输出的信号的输入端；在所述积分器的采样阶段，所述直流补偿模块产生预设幅值的阶跃信号而减小所述积分器输出的电压值；

模数转换模块，接收所述采样模块的输出，而进行模数转换；

数字模块，控制所述直流补偿模块在所述积分器的采样阶段产生预设幅值的阶跃信号。

可选地，所述直流补偿模块包括：

电压信号产生单元，连接所述数字模块并接入一电源电压，用于在所述积分器的采样阶段，在所述数字模块的控制下将一电源电压转换为所需电压信号；

运算放大器，连接所述电压信号产生单元的输出端，用于在所述积分器的采样阶段，对所述电压产生单元输出的所需电压信号进行运算放大处理；

第一电容，连接所述运算放大器的输出端，用于在所述积分器的采样阶段，将所述运算放大器的输出信号输出为所述预设幅值的阶跃信号。

可选地，在所述积分器的采样阶段，所述电压信号产生单元输出的所述所需电压信号的大小和所述第一电容的电容值中的至少一个可变。

可选地，所述电压信号产生单元包括：

分压电路，接入所述电源电压，并用于对所述电源电压进行分压，以获得大小不同的分压值；

选择电路，连接所述分压电路以及所述数字模块，用于在所述积分器的采样阶段，在所述数字模块的控制下从各个所述分压值中选择一个输出为所述所需电压信号。

可选地，所述分压电路包括第一电阻串，所述选择电路为多路选择器或者移位寄存器或者包括多个并联的选择开关，每个所述选择开关与所述第一电阻串中的串联节点一一对应连接的，所述选择电路用于使所述第一电阻串中各路电阻选择性的接入，以输出不同大小的分压值。

可选地，所述第一电容的电容值取值范围为0.1皮法～1皮法；所述预设幅值的阶跃信号的幅值与所述第一电容的电容值的乘积的范围为0.1皮库伦～1皮库伦。

可选地，所述模数转换模块包括依次连接的斜坡发生器、比较器、计数器和数据锁存器；其中，所述比较器的两个输入端分别连接所述斜坡发生器的输出端和所述采样模块的输出端，所述比较器用于比较所述斜坡发生器的输出和所述采样模块的输出；所述计数器用于对所述比较器输出的结果进行计数，所述数据锁存器用于对所述计数器的计数结果进行锁存和输出。

可选地，所述斜坡发生器所输出的斜坡电压信号的斜率和/或初始值可变。

可选地，所述斜坡发生器包括具有积分电容的积分电路以及连接所述积分电路的二进制电流源；通过控制所述二进制电流源来产生不同的斜坡电流，和/或，通过改变所述积分电容的电容值来改变所述斜坡发生器所输出的斜坡电压信号的斜率。

可选地，所述斜坡发生器包括相互连接的移位寄存器和第二电阻串，所述移位寄存器用于使所述第二电阻串中各路电阻选择性的接入，以改变所述斜坡发生器所输出的斜坡电压信号的初始值。

可选地，所述采样模块还包括连接所述积分器的输出端的滤波器，以及连接所述滤波器的输出端的缓冲器；所述滤波器用于对所述积分器的输出进行滤波降噪；所述缓冲器用于对所述滤波器的输出进行缓冲处理，使得所述模数转换模块的输出能跟随所述模数转换模块的输入变化。

可选地，所述读出芯片具有与所述TFT感光像素阵列中的各列一一对应设置的读取电路，每一路所述读取电路均包括所述采样模块、所述直流补偿模块、所述模数转换模块以及所述数字模块。

基于同一发明构思，本发明还提供一种TFT光学指纹模组，其包括：TFT感光像素阵列、栅极驱动芯片以及本发明所述的TFT光学指纹模组中的读出芯片；所述栅极驱动芯片连接所述TFT感光像素阵列和读出芯片，用于在所述读出芯片的控制下，向所述TFT感光像素阵列提供行扫描所需的驱动信号；所述读出芯片还用于读取所述TFT感光像素阵列输出的感光信号。

可选地，所述的TFT光学指纹模组还包括连接所述读出芯片的主机，所述主机用于对所述读出芯片所输出的信号进行处理，以获得相应的指纹图像。

与现有技术相比，本发明的技术方案至少具有以下有益效果之一：

1、通过增设直流补偿模块，使其在积分器的采样阶段能产生预设幅值的阶跃信号，从而减小积分器输出的电压值，补偿了采集的指纹信号中的直流部分，由此使得指纹信号的动态变化范围增大，一直保持在模数转换模块的量程范围内，减小了失真。

2、使得模数转换模块的转换信号的斜率降低，有效的指纹动态信号占总的输出信号的比例增加，可以用更小量程的模数转换模块对指纹输出信号进行量化，提高了输出信号的分辨率，采集的指纹图像更加清晰，且降低了读出芯片的成本。

附图说明

图1是本发明一实施例的TFT光学指纹模组中的读出芯片的结构示意图。

图2是本发明一实施例的读出芯片中的直流补偿模块的结构示意图。

图3是图2所示的直流补偿模块的一种具体电路示例结构示意图。

图4是本发明一实施例的读出芯片中的采样模块中的积分器的示例结构示意图。

图5是图1所示的读出芯片的工作时序图。

图6A是图1所示的读出芯片中的未经DC补偿的积分器的实际积分与转换信号关系曲线示意图。

图6B是图1所示的积分器(增加DC补偿)的实际积分与转换信号关系曲线示意图。

图7是本发明一实施例的读出芯片中的模数转换模块的结构示意图。

图8是本发明一实施例的模数转换模块中的斜坡发生器的电路结构示意图。

图9是本发明一实施例的斜坡发生器中的J位二进制加权数字电流源的电路结构示意图，其中，J为大于1的整数。

图10是本发明另一实施例的斜坡发生器的电路结构示意图。

图11A是本发明一实施例的斜坡发生器输出的斜坡电压信号的斜率变化示意图。

图11B是本发明一实施例的斜坡发生器的初始电压信号的大小变化示意图。

图12为本发明另一实施例的TFT光学指纹模组中的读出芯片的结构示意图。

图13是本发明一实施例的TFT光学指纹模组的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的技术方案作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参考图1，本发明一实施例提供一种TFT光学指纹模组中的读出芯片20，用于读取TFT光学指纹模组中TFT感光像素阵列10(或者称为TFT感光传感器)输出的感光信号，其包括采样模块21、模数转换模块(或称为模数转换器ADC)24、直流补偿模块23以及数字模块22。其中，采样模块21中包含积分器210，该积分器210的输入端连接TFT感光像素阵列10的输出端，以接收TFT感光像素阵列10中的感光像素所输出的信号。直流补偿模块23的输出端连接积分器210的输入端，并在该积分器210处于采样的阶段，产生预设幅值的阶跃信号ΔVs，从而减小该积分器210输出的电压值Vout。模数转换模块24的输入端连接积分器210的输出段，以接收采样模块21的输出Vout，并对Vout进行模数转换，形成数字信号DOUT。数字模块22的输出端连接直流补偿模块23的输入端，以控制直流补偿模块23在积分器210的采样阶段产生预设幅值的阶跃信号ΔVs。

本实施例中，请参考图2，直流补偿模块23包括电压信号产生单元231、运算放大器OPB以及第一电容Cs。其中，电压信号产生单元231连接数字模块22并接入一电源电压VDD，用于在积分器210的采样阶段，在数字模块22的控制下将该电源电压VDD转换为所需电压信号Vs。运算放大器OPB的输入端连接电压信号产生单元231的输出端，运算放大器OPB用于在积分器210的采样阶段，对电压产生单元231输出的所需电压信号Vs进行运算放大处理。第一电容Cs一端连接运算放大器OPB的输出端，另一端作为直流补偿模块23的输出端，第一电容Cs用于在积分器210的采样阶段，将运算放大器OPB的输出信号输出为预设幅值的阶跃信号ΔVs。

作为一种示例，电压信号产生单元231包括分压电路231a和选择电路231b。分压电路231a接入电源电压VDD并具有n个电压输出端口(未图示)，分压电路231a用于对电源电压VDD进行分压，以获得大小不同的分压值(未图示)并通过n个电压输出端口输出。数字模块22具有n个控制信号端口P1、P2、......、Pn-1、Pn，选择电路231b连接分压电路231a的各个电压输出端口以及数字模块22的各个控制信号端口P1、P2、......、Pn-1、Pn，且在积分器210的采样阶段，在数字模块22的各个控制信号端口P1、P2、......、Pn-1、Pn的控制下，选择电路231b从分压电路231a的n个电压输出端口输出的所有分压值中选择一个输出为运算放大器OPB的所需电压信号。其中n≥1且为整数。

需要说明的是，分压电路231a和选择电路231b可以采用任意合适的电路设计来实现，例如，选择电路231b为多路选择器或者移位寄存器或者包括n个并联的选择开关Q1～Qn，分压电路231a包括由n个电阻R1～Rn顺次连接而形成的第一电阻串。其中，当选择电路231b包括n个并联的选择开关Q1～Qn时，选择开关Q1～Qn中的每个选择开关的一端(例如是NMOS管的漏极或者PMOS管的源极)与分压电路231a的第一电阻串中的串联节点一一对应连接，选择开关Q1～Qn中的每个选择开关的控制端(例如是NMOS管的栅极或者PMOS管的栅极)与数字模块22的各个控制信号端口P1、P2、......、Pn-1、Pn一一对应连接，且选择开关Q1～Qn中的每个选择开关的另一端(例如是NMOS管的源极或者PMOS管的漏极)作为选择电路231b的各个输出端，选择电路231b在数字模块22的信号控制下，使第一电阻串中各路电阻选择性的接入，以输出不同大小的分压值。

请参考图4，本实施例中，积分器210包括运算放大器OPA、第二电容Cint、第一控制开关K1以及第二控制开关K2。TFT感光像素阵列10的一端连接于第二控制开关K2的一端，第二控制开关K2的另一端连接于运算放大器OPA的负输入端(-)，运算放大器OPA的正输入端(+)连接于参考电压Vref。直流补偿模块23的输出端(即第一电容Cs的一端)连接于运算放大器OPA的负输入端、第一控制开关K1的一端以及第二电容Cint的一端，第一控制开关K1的另一端以及第二电容Cint的另一端共同连接于运算放大器OPA的输出端，第一控制开关K1的控制端接入时钟信号S1，第二控制开关K2的控制端接入时钟信号S2。此时，第二电容Cint和第一控制开关K1连接在运算放大器OPA的负输入端和输出端之间，形成运算放大器OPA的输出反馈电路，第一控制开关K1在时钟信号S1的控制下导通或者截止，第二控制开关K2在时钟信号S2的的控制下导通或者截止。其中，第二电容Cint为可变的积分电容。

请参考图5，图5为图4所示的积分器210的工作时序图。在t1时刻，当第一控制开关K1闭合，第二控制开关K2打开时，整个积分器210处于复位状态，Vout＝Vref。在t2时刻，当第一控制开关K1打开，第二控制开关K2闭合时，第二电容Cint对TFT感光像素阵列10中产生的电流进行积分，此时整个积分器210处于采样状态，即此时进入积分器210的采样阶段。在t3时刻，在直流补偿模块23的第一电容Cs的一端输出一个由低到高的阶跃信号ΔVs至第二电容Cint的一端，且由于该积分器210处于采样阶段，阶跃信号ΔVs在积分器210的输出端产生的固定电压值为(CsⅹΔVs)/Cint，则积分器210总的输出信号的电压值为Vout＝Q/Cint-(CsⅹΔVs)/Cint，其中Q为TFT感光像素阵列10中产生的电荷量大小。在t4时刻，第一控制开关K1打开，第二控制开关K2打开，此时阶跃信号ΔVs依然经由第一电容Cs的一端施加在第二电容Cint的一端上。在t5时刻，结束阶跃信号ΔVs，积分器210的一个采样周期完成。

可选地，在积分器210的采样阶段，电压信号产生单元231输出的所需电压信号Vs的大小和第一电容Cs的电容值中的至少一个可变，即Cs和Vs可以动态选择，由此实现不同预设幅值的阶跃信号ΔVs的输出。进一步地，第一电容Cs的电容值取值范围为0.1皮法～1皮法，直流补偿模块23所输出的各个预设幅值的阶跃信号ΔVs的幅值与第一电容Cs的电容值的乘积的范围为0.1皮库伦～1皮库伦，即CsⅹΔVs≈100fC～1pC，Cs＝0.1pf～1pf。

图6A为图4所示的积分器210不接入阶跃信号ΔVs(即未经直流补偿模块23进行直流补偿)时的实际积分输出Vout与模数转换模块24进行模数转换时所需的转换信号ramp1之间的关系曲线。图6B是图4所示的积分器210接入阶跃信号ΔVs(即经直流补偿模块23进行直流补偿)时的实际积分与模数转换模块24进行模数转换时所需的转换信号ramp2之间的关系曲线。下面结合图6A和图6B详细说明本实施例增加数字模块22和直流补偿模块23后对积分器210的输出的影响效果。

请参考图6A，指纹采集应用中，通常采集的指纹信号集中在很小的范围内，而且采集的指纹信号中存在一个较大的直流分量DC值，即采集的指纹信号整体上的信号值很大，而其中有用的指纹信号(即有效的指纹动态信号Vsignal)变化范围小。这样导致模数转换模块24进行模数转换时所需的转换信号ramp1的斜率较大，进而要求模数转换模块24对指纹信号进行量化的量程比较大，由此导致其取得的指纹动态信号的变化范围信号较小，信号分辨率低，最终使得获得指纹表皮图像成像质量很差。除此之外，随着TFT感光像素阵列10曝光时间的增加，指纹信号增强，即图6A中的Vsignal变化范围大，此时DC值也等比例增加，由此使得最终采集的指纹信号会超出模数转换模块24的量程，导致模数转换模块24无法量化超出部分的指纹信号，造成信号失真的问题。

请参考图6B，当增加直流补偿模块23和数字模块22来输出阶跃信号ΔVs以对积分器210进行直流补偿时，会在积分器210的输出端减去一个固定的DC值，使得积分器210输出的信号Vout总体得到减小，而且其中的指纹动态信号的占总的输出信号Vout的范围增加，由此使得模数转换模块24所需的转换信号ramp2较ramp1的斜率下降，指纹信号的动态变化范围增大，进而保证该指纹信号(即积分器210输出的信号Vout中含有的指纹动态信号)都在模数转换模块24的量程范围内，减小了信号失真，这样可以用更小量程的模数转换模块24对积分器210输出的信号Vout中的指纹信号进行量化，提高了指纹信号的分辨率，最终使得获得的指纹图像更加清晰。

此外需要说明的是，本实施例的模数转换模块24可以采用任意合适的模数转换电路来实现。例如，请参考图7，模数转换模块24包括依次连接的斜坡发生器241、比较器242、计数器243和数据锁存器244。其中，比较器242的正输入端(+)连接采样模块21的输出端，比较器242的负输入端(-)连接斜坡发生器241的输出端，比较器242用于比较斜坡发生器241输出的斜坡电压信号Vramp和采样模块21的输出(图中的V2为对积分器210的输出Vout进一步进行相关双采样后获得的信号)，并输出对应的比较结果。计数器243的输入端连接比较器242的输出端，计数器243的输出端连接数据锁存器244的输入端，计数器243用于对比较器242输出的结果进行计数，数据锁存器244用于对计数器243的计数结果进行锁存和输出。

本实施例的模数转换模块24的工作原理具体如下：首先，将采样模块21输出的信号Vout进行相关双采样，获得通道采样电平V2，并送到比较器242的正输入端，同时，斜坡发生器241输出的斜坡电压信号Vramp(或称为斜坡电平)被送到比较器242的负输入端。接着，比较器242对输入的Vramp、V2两个信号进行比较，当斜坡发生器241输出的斜坡电平Vramp小于通道采样电平V2时，比较器242输出为低电平，当斜坡发生器241输出的斜坡电平Vramp上升到超过通道采样电平V2时，比较器242的输出从低电平翻转为高电平。当比较器242输出高电平时，数据锁存器244停止数据锁存，并输出此时的计数器243的计数状态，从而实现模拟电平到数字电平的转换。在此过程中，模数转换模块24开了两次窗口，第一次窗口是为了采集采样模块21输出的信号Vout中的底噪信息，所以通道电平V2的范围相对小一些，需要开窗的时间也可以短一些；第二次窗口是为了采集采样模块21输出的信号Vout中的指纹信号信息，所以需要更大的斜坡范围适配。

此外，斜坡发生器241可以是采用任意合适的电路设计来实现。例如利用积分电路来实现，该积分电路可以对方波信号在一定时间内积分得到所需的斜坡电平Vramp。具体地请参考图8，该斜坡发生器包括二进制电流源Iramp及其连接的具有积分电容Cramp的积分电路241a。可选地，积分电路241a可以包括积分电容Cramp、运算放大器OPC以及低电平截止的控制开关K3、K4、K5、K6，二进制电流源Iramp的一端接地，另一端连接控制开关K6的一端，控制开关K6的另一端、控制开关K5的一端以及积分电容Cramp的一端共同连接至运算放大器OPC的负输入端(-)，控制开关K3的一端、控制开关K4的一端以及积分电容Cramp的另一端共同连接，控制开关K5的另一端、控制开关K4的另一端共同连接至运算放大器OPC的输出端，以输出斜坡电平Vramp，控制开关K3的另一端接入初始值电压信号Vrst，运算放大器OPC的正输入端(+)接入一复位信号Ramp_com。

请参考图9，二进制电流源Iramp可以有J路电流源I、2I、........、2^(J-1)I并联组成，其中J≥1且为整数，且每路电流源均串联有一个控制开关(未标记)，通过该控制开关的导通或截止，来控制该路电流源的接入与否，由此调节二进制电流源Iramp的输出。

该斜坡发生器241的工作原理如下：

(i)开始时，整个斜坡发生器241处于复位状态，控制开关K3、K5导通，开关K4、K6截止，积分电容Cramp连接控制开关K3的一端的电压复位为Vrst，由于运算放大器OPC的负输入端与输出端连接，因此此时，运算放大器OPC的输出端输出的电压Vramp为复位信号ramp_com。

(ii)斜坡发生器241复位完成后，控制开关K3、K5截止，然后先导通控制开关K4，控制开关K6迟于控制开关K4导通，由于积分电容控制开关K4的两端电压不能突变，所以斜坡发生器241输出的斜坡电平Vramp在控制开关K4导通的瞬间，被拉为Vrst，之后在控制开关K6导通瞬间开始积分，斜坡电平的计算公式为:

(iii)之后，控制开关K6截止，积分结束，第一次窗口的所需的斜坡信号完成，重复步骤(i)、(ii)、(iii)，可获得与采样模块21输出的信号相比较的斜坡电平Vramp。

对于上述的斜坡发生器241，可以改变斜坡发生器241所输出的斜坡电压信号Vramp的斜率，或者改变斜坡发生器241所需的初始值电压Vrst，或者同时改变斜坡发生器241所输出的斜坡电压信号Vramp的斜率和斜坡发生器241所需的初始值电压Vrst，来提高斜坡发生器241输出的斜坡电压信号Vramp与采样模块21输出的信号比较的动态范围，由此在相同时间内，使得模数转换模块24采集到的有用的指纹动态信号更多，减小指纹信号中大的DC值。

其中，调节二进制电流源Iramp的输出，可以改变斜坡发生器241输出的斜坡电压信号Vramp的斜率，斜率的具体公式如下：

另外，可以采用任意合适的方式改变斜坡发生器241的初始值电压Vrst。例如，请参考图10，在斜坡发生器241中进一步设置移位寄存器241b及其连接的第二电阻串241c来产生斜坡发生器的不同的初始值电压Vrst。其中，第二电阻串241c具有顺次连接的电阻Ra1～Ram，m>1且为整数，每两个电阻之间的串联节点一一对应地连接到移位寄存器241b的一个输入端，移位寄存器241b用于使第二电阻串241c中各路电阻选择性的接入，以改变斜坡发生器241所输出的斜坡电压信号的初始值电压Vrst。

请参考图11A和图11b，图11A为所设计的斜率发生器241的斜率变化示意图，图11B为所设计的斜率发生器241的初始值Vrst变化示意图。从图11A中可以看出，当初始值电压Vrst均为Vrst2时，调节二进制电流源Iramp的输出，可以改变斜坡发生器241输出的斜坡电压信号Vramp的斜率，从图11B中可以看出，当二进制电流源Iramp的输出不变时，改变初始值电压Vrst2的大小，以提高斜坡发生器241输出的斜坡电压信号Vramp与采样模块21输出的信号比较的动态范围。进一步地，当减小斜坡发生器241的斜坡电压信号Vramp的斜率和/或提高斜坡发生器241的初始值电压Vrst时，指纹信号通过模数转换模块24的量化更加精细，由此可以提高指纹输出信号的分辨率，指纹信号的动态变化范围更大，减小了信号的失真。

请参考图12，在本发明的另一实施例中，为了进一步提高采样模块输出的信号的效果，可以在采样模块21中设置连接积分器210的输出端的滤波器211以及连接滤波器211的输出端的缓冲器212。其中，滤波器211用于对积分器210的输出Vout1进行滤波降噪，缓冲器212用于对滤波器211的输出Vout2进行缓冲处理，输出vout，且使得模数转换模块24的输出能跟随模数转换模块24的输入变化。滤波器211可以包括低通滤波器以及相关双采样电路，低通滤波器可以减小指纹信号由于经过TFT感光像素和读出芯片20的长距离传输带来的高频噪声，相关双采样电路可以对低通滤波器输出的信号进行相关双采样，以消除暗电流和噪声的影响。

此外，可选地，读出芯片20中还可以设置连接模数转换模块24的输出端的存储模块25，该存储模块25可以是SRAM存储器，也可以是其他形式的存储器，能够将模数转换模块24输出的数字信号Dadc进行存储并在需要时输出为DOUT。

此外需要说明的是，本发明的读出芯片可以是以下实现形式中的一种：(1)、TFT感光像素阵列10中的多列TFT感光像素共用由于采样模块21、数字模块22、直流补偿模块23和模数转换模块24等组成的如图1或12所示的同一读取电路；(2)、具有与TFT感光像素阵列10中的各列一一对应设置的如图1或12所示的读取电路，每一路读取电路均由采样模块21、数字模块22、直流补偿模块23和模数转换模块24等组成。

下面以图12所示的读出芯片且该读出芯片具有与TFT感光像素阵列10中的各列一一对应设置的读取电路为例来详细说明本发明的读出芯片的工作原理，此时，读出芯片共有M路读取电路，TFT光学指纹模组包括N行*M列TFT感光像素形成的TFT感光像素阵列10、N条扫描线、M条数据线以及M路读取电路，，第n行TFT感光像素通过第n条行扫描线接收第n行扫描信号，第m列TFT感光像素通过第m条数据线连接第m路读取电路，，1≤n≤N，1≤m≤M，以行扫描信号为第N行、第M列的单个像素为例，具体流程步骤如下：

(1)该TFT感光像素产生的光生电流信号，通过第M个通道传输给第M路读取电路的采样模块21的积分器210，积分器210对输入的光生电流信号进行积分，转化为电压信号Vout1，且在积分器210的采样阶段，数字模块22控制直流补偿模块23输出合适幅值的阶跃信号ΔVs，以补偿光生电流信号中的直流分量，提高积分器210输出信号中的有效指纹信号的动态范围。

(2)积分器210输出的电压传输给滤波器211，以减小指纹信号由于经过TFT感光像素和读出芯片20的长距离传输带来的高频噪声，并消除暗电流和其他噪声的影响。

(3)经过滤波器211输出的信号Vout2传输给缓冲器212，缓冲器212起着隔离、减小漏电、提高驱动能力等作用。

(4)缓冲器212输出的信号Vout传输给模数转换模块24，以将采集的指纹模拟信号转化为数字信号Dadc。其中，传输给模数转换模块24的模拟信号范围决定着模数转换模块24量程的大小，本发明中，有用的指纹信号动态范围变大，模数转换模块24的量程变小，且信号的分辨率提高。

(5)最后，将模数转换模块24转化后的数字信号Dadc存储在存储模块25中，待后续电路读出并使用。

基于同一发明构思，请参考图13，本发明还提供一种TFT光学指纹模组，其包括：TFT感光像素阵列10、栅极驱动芯片40以及本发明所述的TFT光学指纹模组中的读出芯片20。其中，栅极驱动芯片40连接TFT感光像素阵列10和读出芯片20，用于在读出芯片20的控制下，向TFT感光像素阵列10提供行扫描所需的驱动信号；读出芯片20还用于读取所述TFT感光像素阵列10输出的感光信号并提供给主机30。主机30连接读出芯片20，并用于对读出芯片20所输出的信号DOUT进行处理，以获得相应的指纹图像。

综上所述，本发明的技术方案，通过在现有的读出芯片的基础上增加直流补偿模块和数字模块，以对采样模块的输出进行直流补偿，继而提高了采样模块输出的指纹信号的动态变化范围增大，使其一直保持在模数转换模块的量程范围内，减小了信号失真，提高了信号分辨率，使得最终获得的指纹图像质量得到改善。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于本发明技术方案的范围。

Claims (14)

1.一种TFT光学指纹模组中的读出芯片，用于读取TFT光学指纹模组中TFT感光像素阵列输出的感光信号，其特征在于，包括：

采样模块，所述采样模块中包含积分器，所述积分器接收所述TFT感光像素阵列中感光像素输出的信号；

直流补偿模块，连接所述积分器接收所述感光像素输出的信号的输入端；在所述积分器的采样阶段，所述直流补偿模块产生预设幅值的阶跃信号而减小所述积分器输出的电压值；

模数转换模块，接收所述采样模块的输出，而进行模数转换；

数字模块，控制所述直流补偿模块在所述积分器的采样阶段产生预设幅值的阶跃信号。

2.如权利要求1所述的读出芯片，其特征在于，所述直流补偿模块包括：

电压信号产生单元，连接所述数字模块并接入一电源电压，用于在所述积分器的采样阶段，在所述数字模块的控制下将一电源电压转换为所需电压信号；

运算放大器，连接所述电压信号产生单元的输出端，用于在所述积分器的采样阶段，对所述电压产生单元输出的所需电压信号进行运算放大处理；

第一电容，连接所述运算放大器的输出端，用于在所述积分器的采样阶段，将所述运算放大器的输出信号输出为所述预设幅值的阶跃信号。

3.如权利要求2所述的读出芯片，其特征在于，在所述积分器的采样阶段，所述电压信号产生单元输出的所述所需电压信号的大小和所述第一电容的电容值中的至少一个可变。

4.如权利要求2所述的读出芯片，其特征在于，所述电压信号产生单元包括：

分压电路，接入所述电源电压，并用于对所述电源电压进行分压，以获得大小不同的分压值；

选择电路，连接所述分压电路以及所述数字模块，用于在所述积分器的采样阶段，在所述数字模块的控制下从各个所述分压值中选择一个输出为所述所需电压信号。

5.如权利要求4所述的读出芯片，其特征在于，所述分压电路包括第一电阻串，所述选择电路为多路选择器或者移位寄存器或者包括多个并联的选择开关，每个所述选择开关与所述第一电阻串中的串联节点一一对应连接的，所述选择电路用于使所述第一电阻串中各路电阻选择性的接入，以输出不同大小的分压值。

6.如权利要求2所述的读出芯片，其特征在于，所述第一电容的电容值取值范围为0.1皮法～1皮法；所述预设幅值的阶跃信号的幅值与所述第一电容的电容值的乘积的范围为0.1皮库伦～1皮库伦。

7.如权利要求1-6中任一项所述的读出芯片，其特征在于，所述模数转换模块包括依次连接的斜坡发生器、比较器、计数器和数据锁存器；其中，所述比较器的两个输入端分别连接所述斜坡发生器的输出端和所述采样模块的输出端，所述比较器用于比较所述斜坡发生器的输出和所述采样模块的输出；所述计数器用于对所述比较器输出的结果进行计数，所述数据锁存器用于对所述计数器的计数结果进行锁存和输出。

8.如权利要求7所述的读出芯片，其特征在于，所述斜坡发生器所输出的斜坡电压信号的斜率和/或初始值可变。

9.如权利要求8所述的读出芯片，其特征在于，所述斜坡发生器包括具有积分电容的积分电路以及连接所述积分电路的二进制电流源；通过控制所述二进制电流源来产生不同的斜坡电流，和/或，通过改变所述积分电容的电容值来改变所述斜坡发生器所输出的斜坡电压信号的斜率。

10.如权利要求8所述的读出芯片，其特征在于，所述斜坡发生器包括相互连接的移位寄存器和第二电阻串，所述移位寄存器用于使所述第二电阻串中各路电阻选择性的接入，以改变所述斜坡发生器所输出的斜坡电压信号的初始值。

11.如权利要求1-6或8-10中任一项所述的读出芯片，其特征在于，所述采样模块还包括连接所述积分器的输出端的滤波器，以及连接所述滤波器的输出端的缓冲器；所述滤波器用于对所述积分器的输出进行滤波降噪；所述缓冲器用于对所述滤波器的输出进行缓冲处理，使得所述模数转换模块的输出能跟随所述模数转换模块的输入变化。

12.如权利要求1-6或8-10中任一项所述的读出芯片，其特征在于，所述读出芯片具有与所述TFT感光像素阵列中的各列一一对应设置的读取电路，每一路所述读取电路均包括所述采样模块、所述直流补偿模块、所述模数转换模块以及所述数字模块。

13.一种TFT光学指纹模组，其特征在于，包括：TFT感光像素阵列、栅极驱动芯片以及权利要求1-12中任一项所述的TFT光学指纹模组中的读出芯片；所述栅极驱动芯片连接所述TFT感光像素阵列和读出芯片，用于在所述读出芯片的控制下，向所述TFT感光像素阵列提供行扫描所需的驱动信号；所述读出芯片还用于读取所述TFT感光像素阵列输出的感光信号。

14.如权利要求13所述的TFT光学指纹模组，其特征在于，还包括连接所述读出芯片的主机，所述主机用于对所述读出芯片所输出的信号进行处理，以获得相应的指纹图像。

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