CN115995099A - 指纹传感器电路 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种指纹传感器电路，包括基板以及设置于基板上的至少一个隔离井单元和积分电路；隔离井单元内设置有传感单元和耦合电容，传感单元包括感测电容、第一开关和第二开关，感测电容的第一极板表征被感测的手指，感测电容的第二极板分别连接第一开关的第一端子、第二开关的第三端子以及耦合电容的第三极板，第二开关的第四端子与积分电路连接；隔离井单元配置为根据预设的隔离电平进行驱动，隔离电平配置为具有脉冲波形，第一开关的第二端子、耦合电容的第四极板和积分电路连接隔离井单元，并配置为跟随隔离电平同步驱动。本发明提供的指纹传感器电路，具有高灵敏度、高线性度和强抗干扰能力。

Description

指纹传感器电路

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种指纹传感器电路。

背景技术

指纹传感器的原理是通过测量手指和传感器检测阵列之间的电容，以此得到指纹图像的，为了提高传感器的结构强度，在手指和传感器检测阵列之间通常设置有绝缘层，如此设置会在一定程度上影响传感器的检测精度，结合电路内部其他元器件电荷积累和释放，会导致电路的输出与被测电容之间的线性度下降，指纹识别过程减缓，指纹图像模糊甚至识别失败等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种指纹传感器电路，以解决现有技术中电路输出和被测电容之间线性度差、指纹识别灵敏度差，以及无法排除电路内部其他元器件干扰的技术问题。

为实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供一种指纹传感器电路，包括基板以及设置于所述基板上的至少一个隔离井单元和积分电路；所述隔离井单元内设置有传感单元和耦合电容，所述传感单元包括感测电容、第一开关和第二开关，所述感测电容的第一极板表征被感测的手指，所述感测电容的第二极板分别连接所述第一开关的第一端子、所述第二开关的第三端子以及所述耦合电容的第三极板，所述第二开关的第四端子与所述积分电路连接；所述隔离井单元配置为根据预设的隔离电平进行驱动，所述隔离电平配置为具有脉冲波形，所述第一开关的第二端子、所述耦合电容的第四极板和所述积分电路连接所述隔离井单元，并配置为跟随所述隔离电平同步驱动。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述积分电路包括运算放大器、积分电容和参考电压源，所述运算放大器的正相输入端与所述第二开关的第四端子连接，所述积分电容两端分别连接所述正相输入端和所述运算放大器的输出端，所述运算放大器的反相输入端连接所述参考电压源；所述运算放大器连接所述隔离井单元，并配置为跟随所述隔离电平同步驱动。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述隔离井单元包括用以控制所述隔离电平的信号端，所述信号端连接所述第二端子、所述第四极板和所述运算放大器，提供所述感测电容、所述耦合电容和所述积分电路的最低电位在预设的第一电位和第二电位间切换；其中所述第一电位为地电平，所述第二电位为高电平。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述隔离井单元的工作时序为：第一状态：所述第二开关断开，驱动所述信号端至所述第二电位，所述第一开关闭合；第二状态：所述第一开关断开，所述信号端切换至第一电位，所述第二开关闭合。

作为本发明一实施方式的进一步改进，在所述第一状态下，所述感测电容电荷累积产生第一电荷量，所述耦合电容无电荷累积；在所述第二状态下，所述感测电容电荷累积产生第二电荷量，所述耦合电容电荷累积产生第三电荷量，所述积分电路输出电压变化量为：

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述第一电荷量为所述第二电位与所述感测电容的积，所述第二电荷量为参考电压与所述感测电容的积，所述第三电荷量为所述参考电压与所述耦合电容的积。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述隔离井单元行排布有多个，所述电路还包括对应每一行隔离井单元设置的第一行总线、第二行总线、第一脉冲电源和第二脉冲电源，所述第一行总线一端连接所述第一脉冲电源，另一端分别连接每个所述隔离井单元的所述第一开关，所述第二行总线一端连接所述第二脉冲电源，另一端分别连接每个隔离井单元的所述第二开关。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述隔离井单元列排布有多个，所述电路还包括列总线，所述列总线和所述积分电路与每一列所述隔离井单元对应设置，所述列总线一端与所述积分电路连接，另一端分别连接每个所述隔离井单元的所述第二开关。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述积分电路包括运算放大器、第一参考电压源、第二参考电压源、第一切换触点和第二切换触点，所述第一参考电压源和所述第二参考电压源分别连接所述运算放大器的反相输入端和正相输入端，所述第一切换触点的第五端子和所述第二切换触点的第七端子分别连接所述列总线，所述第一切换触点的第六端子连接所述运算放大器的正相输入端，所述第二切换触点的第八端子连接所述运算放大器的反相输入端；所述第一参考电压源和所述运算放大器之间还设置有与所述第一切换触点同步开闭的第一联动开关，所述第二参考电压源和所述运算放大器之间还设置有与所述第二切换触点同步开闭的第二联动开关；所述第一切换触点、所述第一联动开关和所述第二切换触点、所述第二联动开关配置为在一个周期内开闭次数相等。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述积分电路还包括与运算放大器连接的第一控制线和第二控制线，所述第一控制线连接所述第一切换触点和所述第一联动开关，所述第二控制线连接所述第二切换触点和所述第二联动开关。

与现有技术相比，本发明提供的指纹传感器电路，通过设置隔离井单元，对隔离井单元配置具有脉冲波形的隔离电平，并将耦合电容等元器件与隔离电平相接，如此能够保持隔离井单元内元器件同步驱动，减小耦合电容对传感器电路输出的影响，提升电路输出和被测电容之间的线性度以及指纹传感器的灵敏度。

附图说明

图1是本发明一实施方式中指纹传感器电路的外部结构示意图；

图2是本发明一实施方式中指纹传感器电路中一列隔离井单元和积分电路的结构示意图；

图3是本发明一实施方式中指纹传感器电路中单个隔离井单元和积分电路的结构示意图；

图4是本发明一实施方式中指纹传感器电路中隔离井单元的工作时序原理图；

图5是本发明另一实施方式中指纹传感器电路中积分电路的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

需要说明的是，术语“包括”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。在本发明具体实施方式的描述中，术语“上”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，通常以装置或设备等处于正常使用状态为参照，而并不是指示所指的位置或元件必须具有特定的方位。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”、“第七”、“第八”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明提供的指纹传感器电路，其原理在于，利用手指指纹的凹凸纹路中波峰和波谷的深浅差异，将具有不同深度的沟道纹路与指纹传感器电路上的感测元件进行接触，感测元件相对应地产生不同的电信号，电信号最终传输至外设的模数转换器和数据分析装置并对电信号的分析，最终得到指纹信息。

如图1示出了本发明一实施方式中指纹传感器电路的外部结构，具体包括基板100，以及设置于基板100上用于感测手指纹路的元器件，在本实施方式中，该元器件配置为阵列排布，以最终形成感测阵列200，在使用过程中，手指具有指纹一侧覆盖在感测阵列200表面，最终产生不同的电信号并输出。

具体地，感测阵列200中用于感测指纹并发出电信号的单元被配置为m行和n列，如此最终产生m×n组的电信号并输出，其中m和n的具体数值可以根据本领域技术人员的需要进行配置，主要是基于指纹传感器模组的表面积决定，足以采集到大部分指纹中大部分信息即可。除感测阵列200以外，本发明提供的指纹传感器电路还进一步包括分别与感测阵列200具有电性连接的读出电路300和逻辑控制电路500，其中，逻辑控制电路500用于按照预设的工作时序为感测阵列200扫描指纹提供控制，而读出电路300则设置于感测阵列200的后端，接收来自感测阵列200的多组电信号并进行处理，最终输出至其他外设。

在此需要强调地，虽然本实施方式中，读出电路300和逻辑控制电路500均设置于基板100上，但读出电路300和逻辑控制电路500的功能，并未将其限定于必须实施在基板100上，感测阵列200同样可以接收来自外设的逻辑控制之后，直接将扫描指纹得到的不同电信号输出给外设，从而进行指纹纹路的分析，此时则无需单独在基板100上设置逻辑控制电路500。同时，读出电路300的功能，本发明中也并未进行限定，除了包括对多路电信号进行整理和转换等功能以外，在一些实施方式中还可以包括存储、比对和校验等功能，本发明并不做具体限定。

下面将具体针对本实施方式中，感测阵列200内部感测单元的具体排布方式，以及与感测单元排布相对应的逻辑控制电路500的结构配置情况进行具体描述，如图2所示。

在本实施方式中，上述感测阵列200被配置为由m×n个隔离井单元2矩阵排列而成，上述读出电路300则与n列隔离井单元2相对应地设置有多个积分电路3，根据上文描述可知，至少一个隔离井单元2和积分电路3被设置于基板100上。

一方面，感测阵列200中的隔离井单元2行排布有多个，逻辑控制电路500中还包括与每一行隔离井单元2对应设置的第一行总线511、第二行总线512、第一脉冲电源521和第二脉冲电源522，且第一行总线511配置为一端连接第一脉冲电源521，第二行总线512配置为一端连接第二脉冲电源522，第一行总线511和第二行总线512的未与脉冲电源连接的另一端，分别连接至隔离井单元2内部的不同开关，如此，第一脉冲电源521和第二脉冲电源522会按照一定的工作时序输出脉冲电压，并分别通过第一行总线511和第二行总线512输入至单个隔离井单元2内部不同开关处，从而控制开关进行闭合或关断，最终可以实现指纹感测过程中的扫描过程，并起到提升电路抗干扰能力的作用。

以图2中示出的第一隔离井单元2A为例，第一隔离井单元2A内部包括第一单元第一开关41A和第一单元第二开关42A，其中第一单元第一开关41A与第一行总线511未与第一脉冲电源521连接的一端连接，第一单元第二开关42A与第二行总线512未与第二脉冲电源522连接的一端连接，如此受预设工作时序的控制进行开闭。当然，由于隔离井单元2在感测阵列200中行排列，因此所述第一行总线511实际上被配置为一端连接第一脉冲电源521，另一端分别连接行排列的每个隔离井单元2的第一开关41，第二行总线512则相应被配置为一端连接第二脉冲电源522，另一端分别连接行排列的每个隔离井单元2的第二开关42。

另一方面，感测阵列200中的隔离井单元2列排布有多个，与读出电路300中积分电路3相类似地，所述指纹传感器电路还包括与每一列隔离井单元对应设置的列总线53，其中，列总线53的一端与积分电路3连接，另一端则分别连接每个列排布隔离井单元2的第二开关42。具体地，图2中示出了三个列排布的隔离井单元2，分别是第一隔离井单元2A、第二隔离井单元2B和第三隔离井单元2C，第一隔离井单元2A包括第一单元第一开关41A和第一单元第二开关42A，第二隔离井单元2B包括第二单元第一开关41B和第二单元第二开关42B，第三隔离井单元2C包括第三单元第一开关41C和第三单元第二开关42C，列总线53一端与该列对应的积分电路3连接，另一端则分别连接第一单元第二开关42A、第二单元第二开关42B和第三单元第二开关42C，如此，列总线53依托每个隔离井单元2的第二开关42的开闭，实现将隔离井单元2感测到的电信号，间断性地传输至积分电路3所在的读出电路300处。

当然，为了实现对每列隔离井单元2中每个第一开关41和第二开关42的控制，前文所述的第一行总线511和第二行总线512在每列中布置在不同行的隔离井单元2的前端，应当分别布置，具体而言，第一隔离井单元2A前端包括第一单元第一行总线511A和第一单元第二行总线512A，第二隔离井单元2B包括第二单元第一行总线511B和第二单元第二行总线512B，第三隔离井单元2C包括第三单元第一行总线511C和第三单元第二行总线512C。其中，第一单元第一行总线511A与第一单元第一开关41A连接，第一单元第二行总线512A与第一单元第二开关42A连接，第二单元第一行总线511B与第二单元第一开关41B连接，第二单元第二行总线512B与第二单元第二开关42B连接，第三单元第一行总线511C与第三单元第一开关41C连接，第三单元第二行总线512C与第三单元第二开关42C连接，如此控制上述开关的开闭，实现扫描和抗干扰。

可以理解地，根据图2可知，每个第一开关41和第二开关42分别以预设的工作时序被依次触发并执行开闭动作，第一单元第一行总线511A、第二单元第一行总线511B和第三单元第一行总线511C可以配置为分别与第一脉冲电源521连接，同时第一单元第二行总线512A、第二单元第二行总线512B和第三单元第二行总线512C可以配置为分别于第二脉冲电源522连接，如此控制第一脉冲电源521和第二脉冲电源522的工作时序，使其依次为第一隔离井单元2A、第二隔离井单元2B和第三隔离井单元2C供电，即可实现预期技术效果。

在其他实施方式中，每个隔离井单元2接入的不同第一行总线511和第二行总线512，当然可以配置为分别与不同的脉冲电源连接，也能够实现控制第一隔离井单元2A、第二隔离井单元2B和第三隔离井单元2C依次动作的技术效果。同时，本实施方式基于矩阵的排列方式，在每列隔离井单元2处分别设置列总线53和积分电路3的配合结构，但这并不意味着在其他实施方式中也必须采用此种实施方式，电信号可以通过特殊配置的数据线导出，或者将每列分别设置的积分电路3替换成单个控制芯片的不同管脚，都能够实现本发明预期的技术效果。

下面将结合图3，对单个隔离井单元2和与其配合的积分电路3的具体结构进行描述。具体而言，隔离井单元2内设置有传感单元4和耦合电容21，其中，传感单元4包括感测电容40、第一开关41和第二开关42，感测电容40的第一极板401表征被感测的手指，感测电容40的第二极板402用于感测手指触摸，并根据指纹纹路的深浅形成容值大小不同的电容，感测电容40的第二极板402分别连接第一开关41的第一端子411、第二开关42的第三端子421以及耦合电容的第三极板211，第二开关42的第四端子422则与积分电路3连接。如此，在第一开关41和第二开关42的开闭状况符合预设的闭合条件时，感测电容40和耦合电容21中至少其中之一会接收到来自一侧的驱动而发生电荷积累，第二开关42导通，进而通过列总线53将累积的电荷传输至积分电路3处，也即输出了电信号。

在此过程中，感测电容40进行电荷积累的条件在于，感测电容40的第二极板402与手指产生的、具有地电平的第一极板401配合，使得感测电容40被形成且两侧具有电势差，以进行电荷积累。在积累的电荷通过闭合状态下的第二开关42进入列总线53进行输出的情况下，耦合电容21在此过程中积累的电荷会被同时输出，因此本实施方式配置了根据不同工作时序动作的第一开关41和第二开关42，并且配置有如上文所述的电路结构，使得在感测电容40被形成且具有电荷积累的情况下，耦合电容21并不进行电荷积累，以减小耦合电容21积累的电荷对最终输出电信号的影响。

为了进一步增强输出电信号的质量，本实施方式中隔离井单元2还具有特殊配置，其具体被配置为根据预设的隔离电平进行驱动，该隔离电平配置为脉冲波形，占空比和工作时序可以根据本领域技术人员的需要进行配置，只需要满足所述第一开关41的第二端子412、耦合电容21的第四极板212和积分电路3被配置为连接至隔离井单元2，并跟随隔离电平同步驱动即可。如此，设置于隔离井单元2内的至少第一开关41和耦合电容21的电平，会随着隔离电平的脉冲而发生波动，在第一开关41闭合时，隔离电平一方面会通过第一开关41的第二端子412到达耦合电容21和感测电容40之间，另一方面会施加于耦合电容21的第四极板212处，在此状态下，耦合电容21不会发生电荷积累，因而减小了耦合电容21对电信号输出的影响，而感测电容40由于第一极板401接等效地电平，仍然可以在隔离电平的脉冲下积累电荷并输出，如此提高了电路整体抗干扰能力和精度。

进一步地，对于读出电路300中的积分电路3，本发明提供一种具体的实施方式，以起到对输出电信号进行积分，并达到进一步减小耦合电容21电荷量积累的技术效果。如图3所示，积分电路3具体包括运算放大器31、积分电容32和参考电压源33，其中运算放大器31的正相输入端312与第二开关42的第四端子422连接，且在本实施方式中，是通过列总线53建立的连接关系，同时积分电容32的两端分别连接正相输入端312和运算放大器31的输出端310，且运算放大器31的反相输入端311连接参考电压源33，以起到对第二开关42输出的电信号进行积分运算的作用。根据前文所述积分电路3配置为连接隔离井单元2，因而在本实施方式中，具体将积分电路3中的运算放大器31配置为连接隔离井单元2，并跟随隔离电平同步驱动。

而对于将耦合电容21的第四极板212，以及积分电路3的运算放大器31配置为与隔离井单元2的隔离电平同步驱动，除了在硬件层面将所述元器件均设置于隔离井单元2内部，且多个隔离井单元2的电平配置为相互隔离以外，在本实施方式中还对隔离井单元2进行了特殊的结构配置，具体而言隔离井单元2包括用以控制隔离电平的信号端20，对于此处所称的控制，可以包括对隔离电平脉冲波形的占空比、频率和幅值等参数的控制，还可以包括对输入信号类型和是否输入隔离电平的控制。进一步地，信号端20连接所述第一开关41的第二端子、所述耦合电容21的第四极板212以及所述积分电路3的运算放大器31，从而提供感测电容40、耦合电容21和积分电路3的最低电位在预设的第一电位和预设的第二电位之间切换，其中，第一电位和第二电位的其中之一配置为低电平且其中另一配置为高电平，如此在输入高电平的情况下，耦合电容21被屏蔽，感测电容40触发扫描并进行电荷积累，而在低电平且无外接电源影响的情况下，感测电容40的电信号可以被导出。为了增强电平信号的纯净性，在本实施方式中，第一电位配置为地电平，第二电位配置为高电平。

基于本实施方式中积分电路3中设置有参考电压源33，在第二开关42闭合时，基于运算放大器31的“虚短”原理，参考电压源33的电平被导通至感测电容40和耦合电容21之间，再次发生电荷积累，为了减小该现象对输出电信号的影响，第一开关41和第二开关42被配置为具有特殊的工作时序，该工作时序与隔离电平的配合可以通过单周期内反复通断，排除耦合电容21电荷积累的影响。

具体地，如图3和图4所示，隔离井单元2的工作时序配置为：在第一状态下，第二开关42失电断开，信号端20接收电平控制信号而被驱动至第二电位，第一开关41受电驱动闭合；在第二状态下，第一开关41失电断开，信号端20接收电平控制信号而被切换至第一电位，第二开关42受电驱动闭合。图4中示出了信号端20、第一开关41和第二开关42工作时序和电平变换的示意图，其中信号端20被控制在作为第一电位的地电平0与作为第二电位的高电平Vd之间切换，第一开关41受到本实施方式中第一行总线511的驱动电平Vp的控制下闭合，在失电或仅受到高电平Vd的状态下断开，第二开关42受到本实施方式中第二行总线512的驱动电平Vp的控制下闭合，在失电或仅受到高电平Vd的状态下断开，第一行总线511和第二行总线512配置为交替输出驱动电平Vp。

在第一状态下，第二行总线512未输出驱动电平Vp，第二开关42的电平与信号端20的电平保持一致，第二开关42断开，隔离井单元2内的感测电容40和耦合电容21被隔离，信号端20的电位被驱动至高电平Vd，第一行总线511输出驱动电平Vp，第一开关41受驱动电平Vp而闭合，将第二端子412处的高电平Vd导通至感测电容40的第二极板402和耦合电容21的第三极板211处，从而，感测电容40基于电势差积累电荷，耦合电容21无电势差而不积累电荷；

在第二状态下，第一行总线511切换至地电平或其他低于驱动电平Vp与高电平Vd的差的电平，第一开关41断开，隔离井单元2内的感测电容40和耦合电容21与第一开关41一侧的前端隔离，信号端20的电位被切换至地电平0，第二行总线512输出驱动电平Vp，第二开关42受驱动电平Vp而闭合，将通过“虚短”导通至第二开关42的第四端子422的参考电压源33的电平，接入感测电容40和耦合电容21之间，感测电容40和耦合电容21产生相同的电势差而同时积累电荷。

经过上述过程可知，在第一状态和第二状态综合形成的一个周期内，感测电容40会进行两次电荷积累，耦合电容21会进行一次电荷积累，再放电过程中的输出电荷量不同，同时，由于本实施方式中，将感测电容40、耦合电容21以及运算放大器31同时接入隔离电平处，因此可以将参考电压源33的输出电压等效为0，相当于在第二状态下感测电容40和耦合电容21均不发生电荷量的积累，如此进一步增强了抗干扰能力和输出信号的精确程度。

进一步地，本实施方式中反复地在上述第一状态和第二状态之间进行切换，并输出至积分电路3中进行积分，使运算放大器31最终输出电信号，在此过程中，输出电压的变化量可以被量化地计算得出。

定义在第一状态下，感测电容40进行电荷积累二产生第一电荷量，耦合电容21无电荷累积；在第二状态下，感测电容40电荷积累产生第二电荷量，耦合电容电荷积累产生第三电荷量，则积分电路输出电压的变化量为：

进一步的，将上述数值进行量化，第一电荷量为第二电位与感测电容40的容值的积，第二电荷量为参考电压的电压值与感测电容40的容值的积，第三电荷量为参考电压的电压值与耦合电容21的容值的积。也即，有：

其中，ΔVout为输出电压变化量，n为积分次数，Qf(2)为第二电荷量，Qd(2)为第三电荷量，Qf(1)为第一电荷量，Qd(1)为第一状态下耦合电容21积累的电荷(即零电荷)，Cint为积分电容32的容值，Vref为参考电压源33的电压值，Cd为耦合电容21的容值，Cf为感测电容40的容值，Vd为信号端20输出的第二电平(即高电平)。

再次，基于积分电路3配置为与隔离井单元2，特别是与信号端20电性连接，因此参考电压源33同样可以配置为跟随隔离电平动作而等效为0，如此，上式中含有参考电压Vref的因子则被省略，输出电压变化量ΔVout和感测电容40的容值Cf之间满足如下线性关系：

ΔVout＝-n·Vd·Cf；

因而，输出电压值(即输出电信号)满足：

Vout＝Vout(s)+ΔVout＝Vout(s)-n·Vd·Cf；

其中Vout为输出电压，Vout(s)为输出电压典型值，积分次数n可以根据手指和指纹传感器电路之间的绝缘层厚度进行调整，在本实施方式中积分次数配置为100≤n≤200。

如此，达到更方便地计算接触不同指纹状态下感测电容40的容值Cf，以形成电信号输出分析。由此可见，本发明基于将现有技术中的感测单元配置为隔离井单元2以形成具有不同高低电平变化的感测区域，并将感测单元配置为具有脉冲波形的隔离电平，最终实现将参考电压Vref等效为0，消除内部耦合电容21的电荷积累对输出电信号的影响，从而提高指纹传感器电路的整体灵敏度和线性度。

在现有技术中，为了使在输入端均为0的情况下保持输出端也为0，会在运算放大器31的两个输入端之间设置失调电压Vos，但应用此种运算放大器到本发明提供的电路中，特别是在将运算放大器输入和输出侧的电信号均配置为电压信号时，失调电压Vos会影响信号的纯净度，导致最终的分析和检测结果受到影响。为了进一步提升本发明提供的指纹传感器电路的灵敏度、线性度和准确程度，本实施方式中积分电路3具有下述特殊配置，如图5所示。

积分电路3包括运算放大器31、第一参考电压源331、第二参考电压源332、第一切换触点341和第二切换触点342，其中第一参考电压源331和第二参考电压源332分别连接运算放大器31的反相输入端311和正相输入端312，第一切换触点341的第五端子3411和第二切换触点342的第七端子3421分别连接列总线53，且第一切换触点341的第六端子3412连接运算放大器31的正相输入端312，第二切换触点342的第八端子3422连接运算放大器31的正相输入端312，第二切换触点342的第八端子3422连接运算放大器31的反相输入端311；进一步地，第一参考电压源331和运算放大器31之间还设置有与第一切换触点341同步开闭的第一联动开关351，第二参考电压源332和运算放大器31之间还设置有与第二切换触点342同步开闭的第二联动开关352，且第一切换触点341、第一联动开关351和第二切换触点342、第二联动开关352配置为在一个周期内开闭次数相等。

在保持本发明提供的指纹传感器电路中除积分电路3以外的部分不变的情况下，考虑失调电压Vos且未应用上述开关结构配置的情况下，第二电荷量Qf(2)和第三电荷量Qd(2)分别与感测电容40的容值Cf以及耦合电容21的容值Cd的关系变更为满足：

Qf(2)＝(Vref+Vos)·Cf；

Qd(2)＝(Vref+Vos)·Cd；

因而，基于电荷平衡原理得出的输出电压变化量则进一步变更为满足：

令参考电压Vref等效为0，且基于耦合电容21的容值Cd远大于感测电容40的容值Cf，因此继续推导上式得到：

ΔVout＝n·(Vos·Cd-Vd·Cf)；

由此可见，在对设备精确度要求高的情况下，失调电压Vos会影响传感器电路的输出，导致线性度下降。继续地，在运算放大器31的两个输出端之间配置有上述开关结构，且第一切换触点341、第一联动开关351和第二切换触点342、第二联动开关352配置为在一个周期内开闭次数相等的情况下：

(1)第一切换触点341和第一联动开关351闭合，第二切换触点342和第二联动开关352断开，运算放大器31的正相输入端312通过列总线53接入隔离井单元2中第二开关42的第四端子422以接收电信号，运算放大器31的反相输入端311接入第一参考电压源331，同时由于正相输入端312和反相输入端311之间还存在失调电压Vos，在此状态下，第二电荷量Qf(2)和第三电荷量Qd(2)分别与感测电容40的容值Cf以及耦合电容21的容值Cd的关系变更为满足：

Qf(2)＝(Vref1+Vos)·Cf；

Qd(2)＝(Vref1+Vos)·Cd；

(2)第二切换触点342和第二联动开关352闭合，第一切换触点341和第二联动开关352断开，运算放大器31的正相输入端312接入第二参考电压源332，运算放大器31的反相输入端311通过列总线53接入隔离井单元2中第二开关42的第四端子422以接收电信号，此时由于切换了参考电压通过正相输入端312输入，因而第二电荷量Qf(2)和第三电荷量Qd(2)分别与感测电容40的容值Cf以及耦合电容21的容值Cd的关系变更为满足：

Qf(2)＝(Vref2-Vos)·Cf；

Qd(2)＝(Vref2-Vos)·Cd；

如此，在将第一参考电压源331和第二参考电压源332分别输入的参考电压值Vref1和Vref2配置为相等时，且基于第一切换触点341、第一联动开关351和第二切换触点342、第二联动开关352配置为在一个周期内开闭次数相等，失调电压Vos在通断切换过程中会被抵消，从而使得最终的输出电压变化量仍然满足：

ΔVout＝n·Vd·Cf；

输出电压同样能够满足：

Vout＝Vout(s)+ΔVout＝Vout(s)-n·Vd·Cf；

值得注意地，此处所述开闭次数相等，可以理解为将电路配置为第一切换触点341、第一联动开关351导通一段预设时间后，触发切换至第二切换触点342、第二联动开关352导通同样的预设时间，也可以是将第一切换触点341、第一联动开关351和第二切换触点342、第二联动开关352切换的次数分别配置为积分次数的二分之一，均能够达到预期的技术效果，由此产生的不同电路配置是可根据本领域技术人员需求调整。

为进一步实现上述效果，本实施方式中积分电路3进一步包括与运算放大器31连接的第一控制线541和第二控制线542，其中第一控制线541连接第一切换触点341和第一联动开关351，第二控制线542连接第二切换触点342和第二联动开关352，如此可以通过将运算放大器31配置为斩波型运算放大器的方式为切换触点和联动开关提供控制信号，还能够进一步减小闪烁噪声和其他噪声，滤除三角波各次谐波。当然所述第一控制线541和第二控制线542也可以与其他可以输出控制信号的元器件连接，甚至不设置第一控制线541和第二控制线542，同样可以产生相似的技术效果。

综上，与现有技术相比，本发明提供的指纹传感器电路，通过设置隔离井单元2，对隔离井单元2配置具有脉冲波形的隔离电平，并将耦合电容21等元器件与隔离电平相接，如此能够保持隔离井单元2内元器件同步驱动，减小耦合电容21对传感器电路输出的影响，提升电路输出和被测电容之间的线性度以及指纹传感器的灵敏度。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种指纹传感器电路，其特征在于，包括基板(100)以及设置于所述基板(100)上的至少一个隔离井单元(2)和积分电路(3)；

所述隔离井单元(2)内设置有传感单元(4)和耦合电容(21)，所述传感单元(4)包括感测电容(40)、第一开关(41)和第二开关(42)，所述感测电容(40)的第一极板(401)表征被感测的手指，所述感测电容(40)的第二极板(402)分别连接所述第一开关(41)的第一端子(411)、所述第二开关(42)的第三端子(421)以及所述耦合电容(21)的第三极板(211)，所述第二开关(42)的第四端子(422)与所述积分电路(3)连接；

所述隔离井单元(2)配置为根据预设的隔离电平进行驱动，所述隔离电平配置为具有脉冲波形，所述第一开关(41)的第二端子(412)、所述耦合电容(21)的第四极板(212)和所述积分电路(3)连接所述隔离井单元(2)，并配置为跟随所述隔离电平同步驱动。

2.根据权利要求1所述的指纹传感器电路，其特征在于，所述积分电路(3)包括运算放大器(31)、积分电容(32)和参考电压源(33)，所述运算放大器(31)的正相输入端(312)与所述第二开关(42)的第四端子(422)连接，所述积分电容(32)两端分别连接所述正相输入端(312)和所述运算放大器(31)的输出端(310)，所述运算放大器(31)的反相输入端(311)连接所述参考电压源(33)；所述运算放大器(31)连接所述隔离井单元(2)，并配置为跟随所述隔离电平同步驱动。

3.根据权利要求2所述的指纹传感器电路，其特征在于，所述隔离井单元(2)包括用以控制所述隔离电平的信号端(20)，所述信号端(20)连接所述第二端子(412)、所述第四极板(212)和所述运算放大器(31)，提供所述感测电容(40)、所述耦合电容(21)和所述积分电路(3)的最低电位在预设的第一电位和第二电位间切换；其中所述第一电位为地电平，所述第二电位为高电平。

4.根据权利要求3所述的指纹传感器电路，其特征在于，所述隔离井单元的工作时序为：

第一状态：所述第二开关(42)断开，驱动所述信号端(20)至所述第二电位，所述第一开关(41)闭合；

第二状态：所述第一开关(41)断开，所述信号端(20)切换至第一电位，所述第二开关(42)闭合。

5.根据权利要求4所述的指纹传感器电路，其特征在于，在所述第一状态下，所述感测电容(40)电荷累积产生第一电荷量，所述耦合电容(21)无电荷累积；在所述第二状态下，所述感测电容(40)电荷累积产生第二电荷量，所述耦合电容(21)电荷累积产生第三电荷量，所述积分电路(3)输出电压变化量为：

6.根据权利要求5所述的指纹传感器电路，其特征在于，所述第一电荷量为所述第二电位与所述感测电容(40)的积，所述第二电荷量为参考电压与所述感测电容(40)的积，所述第三电荷量为所述参考电压与所述耦合电容(21)的积。

7.根据权利要求1所述的指纹传感器电路，其特征在于，所述隔离井单元(2)行排布有多个，所述电路还包括对应每一行隔离井单元(2)设置的第一行总线(511)、第二行总线(512)、第一脉冲电源(521)和第二脉冲电源(522)，所述第一行总线(511)一端连接所述第一脉冲电源(521)，另一端分别连接每个所述隔离井单元(2)的所述第一开关(41)，所述第二行总线(512)一端连接所述第二脉冲电源(522)，另一端分别连接每个隔离井单元(2)的所述第二开关(42)。

8.根据权利要求1所述的指纹传感器电路，其特征在于，所述隔离井单元(2)列排布有多个，所述电路还包括列总线(53)，所述列总线(53)和所述积分电路(3)与每一列所述隔离井单元(2)对应设置，所述列总线(53)一端与所述积分电路(3)连接，另一端分别连接每个所述隔离井单元(2)的所述第二开关(42)。

9.根据权利要求8所述的指纹传感器电路，其特征在于，所述积分电路(3)包括运算放大器(31)、第一参考电压源(331)、第二参考电压源(332)、第一切换触点(341)和第二切换触点(342)，所述第一参考电压源(331)和所述第二参考电压源(332)分别连接所述运算放大器(31)的反相输入端(311)和正相输入端(312)，所述第一切换触点(341)的第五端子(3411)和所述第二切换触点(342)的第七端子(3421)分别连接所述列总线(53)，所述第一切换触点(341)的第六端子(3412)连接所述运算放大器(31)的正相输入端(312)，所述第二切换触点(342)的第八端子(3422)连接所述运算放大器(31)的反相输入端(311)；

所述第一参考电压源(331)和所述运算放大器(31)之间还设置有与所述第一切换触点(341)同步开闭的第一联动开关(351)，所述第二参考电压源(332)和所述运算放大器(31)之间还设置有与所述第二切换触点(342)同步开闭的第二联动开关(352)；所述第一切换触点(341)、所述第一联动开关(351)和所述第二切换触点(342)、所述第二联动开关(352)配置为在一个周期内开闭次数相等。

10.根据权利要求9所述的指纹传感器电路，其特征在于，所述积分电路(3)还包括与运算放大器(31)连接的第一控制线(541)和第二控制线(542)，所述第一控制线(541)连接所述第一切换触点(341)和所述第一联动开关(351)，所述第二控制线(542)连接所述第二切换触点(342)和所述第二联动开关(352)。

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