DE102005051530A1 - Sensor arrays reading method e.g. for fingerprint sensors, involves having array having electrical impedances in form of sensor elements, arranged as matrix, and connected to row and column conductor track - Google Patents

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    • G06V40/1306—Sensors therefor non-optical, e.g. ultrasonic or capacitive sensing

Abstract

The method involves having an array having electrical impedances in the form of sensor elements, arranged as a matrix, and connected to a row and a column conductor track. Injection of signals into the sensor elements in a column k is by a voltage with a periodic temporal profile to the kth column conductor track. Parallel further processing of the currents flowing through n elements in the column k at the n row connections is provided by current-voltage conversion of the row currents into measurement signals. Filtering of the measurement signals are rectified in a phase-sensitive manner. An independent claim is included for a selection circuit.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Messung von verteilten physikalischen Größen mit einem Sensorfeld. Hierunter soll eine Vorrichtung verstanden werden, die eine Vielzahl von meist flächig, meist regelmäßig und meist in Zeilen und Spalten angeordneten Sensorelementen enthält, welche jeweils zumindest zwei elektrische Anschlüsse aufweisen, zwischen denen eine elektrische Impedanz gemessen wird, die sich infolge des Einwirkens der physikalischen Größe auf jedes Sensorelement verändert. Die Erfindung liefert ein Verfahren zum stör-unempfindlichen und damit hochempfindlichen Auslesen dieser Sensorelemente eines Sensorfeldes. Das Verfahren lässt sich besonders vorteilhaft dort einsetzen, wo Sensorelemente von kleinster Baugröße und mit kleinem Messeffekt zur Erfassung verteilter physikalischer Größen eingesetzt werden. Oder dort, wo aufgrund geometrischer Vorgaben, vorhandener Fertigungsmöglichkeiten oder des Preises ein Sensorfeld aus rein passiven Sensorelementen aufgebaut ist, die in der Regel über eine Anzahl aus Zeilen- und Spaltenanschlüssen mit einer Ausleseelektronik verbunden sind. Das Hauptaugenmerk soll hier auf den Bereich bildgebender biometrischer Sensoren wie Fingerabdrucksensoren und Handflächensensoren gerichtet werden, ohne damit die Einsetzbarkeit des Verfahrens auf nur diese Bereiche beschränken zu wollen. So lässt sich das Verfahren beispielsweise auch für optische bildgebende Sensoren, taktile Flächensensoren, oder Array-Sensoren zur Screening-Analyse in der Biologie oder im analytischen Bereich einsetzen, kurz, für Sensorfelder, deren Sensorelemente elektrisch auslesbare Impedanzen sind.The The invention relates to the field of distributed physical measurement Sizes with a sensor field. This is to be understood as a device a variety of mostly flat, usually regularly and usually contains arranged in rows and columns sensor elements, which each have at least two electrical connections, between which An electrical impedance is measured as a result of the action the physical size on each Sensor element changed. The The invention provides a method for noise immunity and thus highly sensitive reading of these sensor elements of a sensor field. The procedure leaves Particularly advantageous to use where sensor elements of smallest size and with small Measuring effect used to detect distributed physical quantities become. Or where, due to geometric constraints, existing manufacturing capabilities or the price of a sensor field of purely passive sensor elements is built, which usually over a number of row and column terminals with readout electronics are connected. The main focus here is on the area of imaging biometric sensors such as fingerprint sensors and palm sensors without the applicability of the method to just this Restrict areas to want. So lets For example, the method also applies to optical imaging sensors, tactile surface sensors, or array sensors for screening analysis in biology or in the use analytical field, in short, for sensor fields whose sensor elements electrically readable impedances are.

Mit Blick auf biometrische Sensoren, insbesondere Fingerabdrucksensoren, ist das Verfahren einsetzbar für nahezu alle bekannten Messverfahren, da die Mehrzahl der Fingerabdrucksensoren auf der Veränderung der elektrischen Impedanz eines Mikro-Sensorelementes beruht, hervorgerufen durch den aufliegenden Finger. Beim heute überwiegend verwendeten kapazitiven Messverfahren wird die Impedanz zwischen den isolierten Elektroden eines Sensorelementes, das in Kontakt mit der Haut gebracht wird, gemessen. Infolge der unterschiedlichen dielektrischen und konduktiven Eigenschaften von Haut und Luft in den Fingerrillen wirken unterschiedliche Materialeigenschaften auf die hier überwiegend kapazitive Impedanz eines Sensorelementes. Die Kapazitäten liegen dabei üblicherweise im Femto-Farad- Bereich, sodass der Messeffekt sehr klein ist. Fingerprintsensoren nach dem kapazitiven Verfahren benötigen daher derzeit an jedem Pixel einen Verstärker, der über die Zeilen oder Spalten abgefragt werden kann, wie z.B. im U.S. Pat. No. 6,016,355 beschrieben wird.With Look at biometric sensors, especially fingerprint sensors, is the method applicable for almost all known measuring methods, since the majority of fingerprint sensors on the change the electrical impedance of a micro-sensor element is based, caused through the resting finger. When today mostly used capacitive Measuring method is the impedance between the isolated electrodes a sensor element that is brought into contact with the skin, measured. Due to the different dielectric and conductive Properties of skin and air in the finger grooves act different Material properties on the here predominantly capacitive impedance a sensor element. The capacities are usually in the femto-farad area, so that the measuring effect is very small. Fingerprint sensors after the need capacitive methods therefore, currently on each pixel an amplifier that crosses the rows or columns can be queried, such as in U.S. Pat. Pat. 6,016,355 becomes.

Bewegliche Elektroden mit Kapazitätsänderung werden in U.S. Pat. No. 4,353,056 beschrieben. Die Erfassung des Pixelzustandes erfolgt auch durch Ansteuerung einer Spalte und Auslesen des Signals auf einer oder mehreren Spalte, jedoch auf einfache Weise, die nicht störsicher und empfindlich genug ist.portable Electrodes with capacity change are disclosed in U.S. Pat. Pat. 4,353,056. The capture of the Pixel state also occurs by driving a column and reading the signal in one or more columns, but in a simple way, not immune to interference and sensitive enough.

U.S. Pat. No. 6,160,904 beschreibt ein Verfahren für einen eindimensionalen passiven Sensor. Die Reproduzierbarkeit und die Störsicherheit ist mangelhaft.U.S. Pat. 6,160,904 describes a method for a one-dimensional passive Sensor. The reproducibility and interference immunity is poor.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein störsicheres und empfindliches Ausleseverfahren für Sensorfelder der beschriebenen Art zur Verfügung zu stellen.Of the The present invention is therefore based on the object, an interference-proof and sensitive readout method for sensor fields described Kind available to deliver.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Danach wird ein elektronisches Ausleseverfahren für ein Sensorfeld zur Messung verteilter Größen bereitgestellt, insbesondere zur Messung von Finger- oder Handabdrücken im Kontakt, wobei das Sensorfeld in einer Matrixanordnung passive Sensorelemente enthält, deren von der Messgröße abhängige Impedanz mit Hilfe eines aufgeprägten Ansteuersignals zu einem weiterverarbeitbaren Messsignal ausgelesen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das aufgeprägte Ansteuersignal zeitveränderlich ist und das Messsignal in der weiteren Verarbeitung zumindest mithilfe eines zum Ansteuersignal synchronen Triggersignals phasenempfindlich gleichgerichtet und gefiltert wird.The The object is solved by the features of claim 1. After that is an electronic readout method for a sensor array for measuring distributed Sizes provided, in particular for measuring fingerprints or handprints in the Contact, wherein the sensor array in a matrix array passive sensor elements contains their impedance dependent on the measured variable with the help of an imprinted Drive signal read out to a further processable measurement signal is characterized in that the impressed drive signal time-variable and the measuring signal in the further processing at least using a trigger signal synchronous to the drive signal phase sensitive rectified and filtered.

Durch Modulation des Ansteuersignals, phasenempfindliche Gleichrichtung und Filterung des Messsignals bietet das Verfahren eine hohe Störsicherheit. Da die überwiegend statistischen Störsignale in der Signalkette nicht mit der eigentlichen Modulationsfrequenz korrelieren, werden sie von der phasenempfindlichen Gleichrichtung effektiv unterdrückt.By Modulation of the drive signal, phase-sensitive rectification and filtering the measurement signal, the method provides a high noise immunity. Since the predominantly statistical interference signals in the signal chain not with the actual modulation frequency They are correlated by the phase-sensitive rectification effectively suppressed.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können rein passive kapazitive Fingerprintsensoren realisiert werden. Trotz Pixelkapazitäten im Femto-Farad-Bereich kann ein stabiles und gut messbares Ausgangssignal erreicht werden.With Help of the method according to the invention can be pure passive capacitive fingerprint sensors are realized. In spite of pixel capacitances in the femto-farad range can be a stable and easily measurable output signal be achieved.

Thermisch arbeitende Fingerdrucksensoren mit Thermistoren als Sensorelemente können durch Verwendung des erfindungsgemäßen Ausleseverfahrens in ihrer Empfindlichkeit verbessert werden.thermal working finger pressure sensors with thermistors as sensor elements can by using the readout method according to the invention in their Sensitivity can be improved.

Durch die Möglichkeit der Verstellung der Phase des Triggersignals bietet das erfindungsgemäße Verfahren die Möglichkeit der Bestimmung der komplexen Impedanz eines jeden Sensorelementes nach Real- und Imaginärteil. Auf diese Weise können erheblich mehr Informationen über Messobjekte, zum Beispiel einen zu untersuchenden Finger gemessen werden, als bei einer rein resistiven oder kapazitiven Messung. Insbesondere kann das Verfahren daher auch der Lebend-Erkennung (Life-Detection) des Fingers, der Abwehr von Attrappen (Fake-Finger) oder der Identifikation des bekannten wiedererscheinenden letzten Fingerabdruckes (latent fingerprint) bei kapazitiven Fingerabdrucksensoren dienlich sein. Somit bietet das erfindungsgemäße Verfahren auch Vorteile für aktiv betriebene kapazitive Fingerabdrucksensoren, wie in U.S. Pat. No. 6,016,355 beschrieben.Due to the possibility of adjusting the phase of the trigger signal, the method according to the invention offers the possibility of determining the complex impedance of each sensor element according to real and imaginary part. That way you can considerably more information about objects to be measured, for example a finger to be examined, than in a purely resistive or capacitive measurement. In particular, the method may therefore also be useful for life-detection of the finger, the defense against dummies (fake-fingers) or the identification of the known reappearing last fingerprint (latent fingerprint) in capacitive fingerprint sensors. Thus, the method according to the invention also offers advantages for actively operated capacitive fingerprint sensors as described in US Pat. 6,016,355.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich ferner verwenden, um akustisch arbeitende Fingerabdrucksensoren zu betreiben, deren Sensorelemente Piezoelemente sind und die keine aktiven elektronischen Bauelemente innerhalb des Sensorfeldes aufweisen. Gemessen wird die elektrische Impedanz der Piezoelemente, welche aufgrund ihrer Wandler-Eigenschaften von der akustischen Impedanz des sie umgebenden Stoffes beeinflusst wird. Die Möglichkeit der Messung von Realteil und Imaginärteil der elektrischen Impedanz eines jeden Piezo-Messelementes mit dem erfindungsgemäßen Verfahren liefert zusätzliche Daten für die biometrische Analyse des Fingers.The inventive method can be further use to operate acoustic fingerprint sensors, whose sensor elements are piezo elements and which have no active electronic Have components within the sensor field. It is measured the electrical impedance of the piezoelectric elements, which due to their transducer properties influenced by the acoustic impedance of the surrounding substance becomes. The possibility the measurement of real part and imaginary part of the electrical impedance of each piezo-measuring element with the inventive method provides additional Data for the biometric analysis of the finger.

Die Anwendungsmöglichkeiten reichen von Fingerprint- und Handflächenprintsensoren über druckempfindliche und thermische Sensoren bis hin zu chemischen und biochemischen Analysegeräten, die mit preiswerten und dem Verwendungszweck angepassten passiven Sensoren ausgestattet werden können.The applications range from fingerprint and palmprint sensors to pressure-sensitive ones and thermal sensors down to chemical and biochemical Analyzers that with inexpensive and purpose-adapted passive sensors can be equipped.

Liste der Abbildungen:List of pictures:

1 stellt schematisch das erfindungsgemäße Verfahren dar. 1 schematically represents the inventive method.

2 zeigt als Anwendungsbeispiel die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens für einen passiven kapazitiven Sensor. 2 shows as an application example the use of the method according to the invention for a passive capacitive sensor.

In 1 ist ein Sensorfeld 1 mit Sensorelementen 2 dargestellt. Als Sensorelemente 2 sind hier Impedanzen Z dargestellt, stellvertretend für komplexe Impedanzen mit R-, C- oder L-Anteil im allgemeinsten Fall. Um die Impedanzen elektrisch auszulesen, müssen sie im Rahmen der Erfindung mit einem zeitveränderlichen Ansteuersignal 3 beaufschlagt werden. Dieses ist beispielsweise periodisch mit konstanter oder veränderlicher Periodendauer, oder insbesondere harmonisch, wobei die Wahl der günstigsten Signalform auf die Messaufgabe, bzw. auf die Art der auszulesenden Impedanz abgestimmt werden sollte. Die Erzeugung eines weiterverarbeitbaren Messsignals ist in 1 nur schematisch durch einen Messsignal-Erzeugungs-Block 4 dargestellt. Dieser steht stellvertretend für ein physikalisches Verfahren zur Bestimmung der Impedanz der Sensorelemente. Ist das Ansteuersignal 3 ein elektrischer Strom, so fällt an der Messelement-Impedanz 2 eine Spannung ab, welche möglicherweise nur verstärkt und als Messsignal 5 für die weitere erfindungsgemäße Signalverarbeitung verwendet werden kann. Dieser Fall kann beispielsweise in aktiven Sensorarrays, also Sensorarrays, die an jeder Sensorelement-Impedanz einen integrierten Verstärker aufweisen, vorteilhaft sein, da so auf einfache Weise ein für die Messsignal-Weiterverarbeitung günstigeres Spannungssignal aus der Messgröße gebildet werden kann. In passiven Sensorfeldern, also Sensorfeldern, in denen keine aktiven elektronischen Komponenten enthalten sind, sondern die Sensorelemente einer Zeile gemeinsame Zeilenanschlüsse und die Sensorelemente einer Spalte gemeinsame Spaltenanschlüsse aufweisen, welche nach außen geführt werden, ist es vorteilhaft, dass das Ansteuersignal ein Spannungssignal ist. In Abhängigkeit der Messgröße und somit der Sensorelement-Impedanz stellt sich eine Stromänderung ein, die durch einen Strom-Spannungswandler in ein leicht weiterverarbeitbares Messsignal 5 gewandelt wird.In 1 is a sensor field 1 with sensor elements 2 shown. As sensor elements 2 Here, impedances Z are represented, representative of complex impedances with R, C or L component in the most general case. In order to read out the impedances electrically, they must in the context of the invention with a time-varying drive signal 3 be charged. This is, for example, periodically with a constant or variable period, or in particular harmonious, the choice of the most favorable waveform should be matched to the measurement task, or on the type of impedance to be read. The generation of a further processable measurement signal is in 1 only schematically by a measurement signal generation block 4 shown. This is representative of a physical method for determining the impedance of the sensor elements. Is the drive signal 3 an electric current, so falls at the measuring element impedance 2 a voltage which may only be amplified and used as a measurement signal 5 can be used for the further signal processing according to the invention. This case can be advantageous, for example, in active sensor arrays, that is to say sensor arrays which have an integrated amplifier at each sensor element impedance, since in this way a voltage signal which is more favorable for the measurement signal processing can easily be formed from the measured variable. In passive sensor fields, that is to say sensor fields in which no active electronic components are contained, but the sensor elements of a row have common row connections and the sensor elements of a column have common column terminals which are led to the outside, it is advantageous that the control signal is a voltage signal. Depending on the measured variable and thus the sensor element impedance, a current change is established, which is converted by a current-voltage converter into an easily processable measuring signal 5 is converted.

Erfindungsgemäß wird das Messsignal 5 phasenempfindlich gleichgerichtet. Dies kann für alle Sensorelemente gleichzeitig, also parallel erfolgen, was in einem aktiven Sensorfeld möglich wäre und voraussetzt, dass jedes Sensorelement einen eigenen phasenempfindlichen Gleichrichter besitzt. Es kann für die Elemente einer Spalte gleichzeitig erfolgen, was voraussetzt, dass so viele phasenempfindliche Gleichrichter vorhanden sind wie die Anzahl der Zeilen. Das gesamte Sensorfeld wird dann ausgelesen, indem seriell die Elemente einer Spalte nach der anderen ausgelesen und phasenempfindlich gleichgerichtet werden. Dieser Fall wird unten anhand des Ausführungsbeispiels nach 2 genauer beschrieben. Im äußersten Fall ist es denkbar, einen einzigen phasenempfindlichen Gleichrichter für die Verarbeitung der Messsignale des gesamten Sensorfeldes einzusetzen, was durch die Verwendung von Multiplexern möglich wäre. In diesem Fall wäre jedoch die Auslesezeit maximal, da sequenziell alle Sensorelemente des Sensorfeldes verarbeitet werden müssten.According to the invention, the measurement signal 5 phase-sensitive rectified. This can be done simultaneously for all sensor elements, ie in parallel, which would be possible in an active sensor field and requires that each sensor element has its own phase-sensitive rectifier. It can be done for the elements of a column simultaneously, which requires that there are as many phase-sensitive rectifiers as the number of rows. The entire sensor array is then read out by serially reading out the elements one column at a time and rectifying them in a phase-sensitive manner. This case will be explained below with reference to the embodiment 2 described in more detail. In the extreme case, it is conceivable to use a single phase-sensitive rectifier for the processing of the measurement signals of the entire sensor field, which would be possible by the use of multiplexers. In this case, however, the read-out time would be maximum because sequentially all sensor elements of the sensor array would have to be processed.

Die Funktionsweise des phasenempfindlichen Gleichrichters 6 ist in 1 schematisch dargestellt: Gesteuert durch ein Triggersignal, welches synchron zu dem Ansteuersignal verläuft, wird das Messsignal im Takt des Ansteuersignals, verzögert um eine optionale Phasenverschiebung oder feste Verzögerungszeit, invertiert. Ein Gleichspannungssignal wird dabei zu einem Wechselspannungssignal, welches sich im Mittel zu 0 addiert. Ein Filter 7 führt sodann die Mittelung durch und beseitigt den Einfluss von Offsets, subharmonischen Störungen, Brumm, und geradzahligen harmonischen Störungen. Es sei angemerkt, dass anstelle des phasenempfindlichen Gleichrichters der bekannte Lock-In Verstärker eingesetzt werden kann, welcher insbesondere bei harmonischer Ansteuerung eine ideale Störunterdruckung bietet. Praktisch ist jedoch die dort verwendete analoge Signal-Multiplikation nur mit hohem Aufwand realisierbar.The operation of the phase-sensitive rectifier 6 is in 1 schematically represented: Controlled by a trigger signal which is synchronous to the drive signal, the measurement signal in the timing of the drive signal, delayed by an optional phase shift or fixed delay time, inverted. A DC signal becomes an AC signal, which adds up to 0 on average. A filter 7 then performs the averaging and eliminates the influence of offsets, subharmonic noise, humming, and even harmonic disturbances. It should be noted that instead of the phase-sensitive rectifier, the known lock-in amplifier can be used, which offers ideal interference suppression, in particular in the case of harmonic activation. In practice, however, the analog signal multiplication used there can be realized only with great effort.

Durch Veränderung der Pixelimpedanz, die durch z.B. Temperatur-, Feuchte-, Druck-, Dehnungs-, Oberflächenschichtänderungen und Berührungen hervorgerufen werden können, verändern sich die Amplitude und die Phasenlage des Messsignals. Die phasenempfindliche Gleichrichtung steigert die Empfindlichkeit des Ausgangssignals bezüglich Impedanzänderungen.By change the pixel impedance caused by e.g. Temperature, humidity, pressure, Strain, surface layer changes and touches can be caused change the amplitude and the phase angle of the measuring signal. The phase sensitive Rectification increases the sensitivity of the output signal in terms of impedance changes.

Das Steuersignal für die phasensynchrone Umschaltung des Gleichrichters wird aus dem Ansteuersignal 3 entnommen. Ein Schwellwertschalter oder Trigger 8 liefert die exakte Periodendauer. Zur Einstellung der für ein maximales Ausgangssignal nötigen Phasenlage muss ein Phasenschieber 9, oder allgemein eine Zeitverzögerung für den Fall nicht-periodischer Ansteuersignale, vorhanden sein. Dadurch kann das Verfahren ohne Schaltungsänderung an verschiedene Sensortechnologien angepasst werden.The control signal for the phase-synchronous switching of the rectifier becomes the drive signal 3 taken. A threshold switch or trigger 8th delivers the exact period. To set the necessary for a maximum output phase position must be a phase shifter 9 , or in general a time delay in the case of non-periodic drive signals, be present. This allows the process to be adapted to different sensor technologies without a circuit change.

Im Ergebnis kann aus resistiven Matrizen mit Pixelwiderständen im Megaohm-Bereich und aus kapazitiven Matrixsensoren mit Pixelkapazitäten im unteren Femto-Farad-Bereich ein ungestörtes und empfindliches Mess-Signal gewonnen werden. Infolgedessen können Sensormatrizen ohne zusätzliche elektronische Komponenten auf dem Sensorfeld verwendet werden.in the Result can be made of resistive matrices with pixel resistances in the Megohm range and from capacitive matrix sensors with pixel capacities in the bottom Femto-farad range an undisturbed one and sensitive measurement signal are obtained. As a result, sensor matrices can without additional electronic Components are used on the sensor field.

2 zeigt einen Ausschnitt aus dem elektrischen Ersatzschaltbild einer passiven Impedanzmatrix, stellvertretend für ein passives Sensorfeld1. Es sind 4 Zeilen ZI i – 1 bis ZI i + 2 und 4 Spalten Sp j – 1 bis Sp j + 2 zu erkennen. Alle Zeilen sind mit einer Elektronik zur Strom-Spannungs-Wandlung 4 verbunden, die die Messsignal-Erzeugung darstellt, welche hier ersatzweise als Amperemeter dargestellt sind. 2 shows a section of the electrical equivalent circuit diagram of a passive impedance matrix, representative of a passive Sensorfeld1. There are 4 lines ZI i - 1 to ZI i + 2 and 4 columns Sp j - 1 to Sp j + 2 to recognize. All lines are equipped with an electronics for current-voltage conversion 4 connected, which represents the measurement signal generation, which are shown here as a substitute as ammeter.

Bis auf eine aktiv gespeiste Spalte liegen alle anderen Spalten auf Massepotential.To an actively fed column has all other columns Ground potential.

Wenn N die Dimension des N × N-Sensorfeldes ist, so fließt der zu messende Strom über das ausgewählte Sensorpixel 2 auf die Zeilenleitung ZI i – 1. Alle anderen N – 1 Pixel liegen gegen Masse parallel zueinander und parallel zur Strommessung 4.If N is the dimension of the N × N sensor field, the current to be measured flows over the selected sensor pixel 2 on the row line ZI i - 1. All other N - 1 pixels are grounded parallel to each other and parallel to the current measurement 4 ,

Das resultierende Ersatzschaltbild für die Speisung einer Zeile besteht demnach aus einem frequenzkompensierten Spannungsteiler mit der oberen Impedanz aus R_pix parallel zu C_pix und der unteren Impedanz R_pix/(N – 1) parallel zu (N – 1)·C_pix, der von einer Wechselquelle 3 gespeist wird und dessen Spannungsteilerabgriff mit der Eingangsimpedanz des realen Strom-Spannungs-Wandlers 4 belastet wird.The resulting equivalent circuit for the supply of a line thus consists of a frequency-compensated voltage divider with the upper impedance of R_pix parallel to C_pix and the lower impedance R_pix / (N-1) parallel to (N-1) * C_pix, that of an AC source 3 and its voltage divider tap with the input impedance of the real current-voltage converter 4 is charged.

Da die nicht aktivierten Spalten alle auf Masse liegen, kann von den dort angeschlossenen Pixeln kein Strom in die Zeilenleitung eingespeist werden. Dadurch wird die örtliche Auflösung auf die angesteuerte Spalte begrenzt und ein Übersprechen von benachbarten Spalten verhindert.There the non-activated columns are all grounded, can be determined by the there connected pixels no power is fed into the row line become. This will make the local resolution limited to the driven column and crosstalk from adjacent Prevents columns.

1 zeigt das Blockschaltbild der Auswerteelektronik. Ein Spaltentreiber 3 prägt niederohmig auf die ausgewählte Spalte ein periodisches Wechselsignal auf. 1 shows the block diagram of the transmitter. A column driver 3 impresses a periodic alternating signal on the selected column with low resistance.

Das Zeilensignal wird einem Strom-Spannungs-Wandler 4 zugeführt, der am Eingang ein virtuelles Massepotential zur Verfügung stellt. Damit können die unerwünschten Parallelimpedanzen anderer Sensorelemente in Ihrer Wirkung abgeschwächt werden. Wäre die Impedanz der virtuellen Masse beliebig niederohmig, so würde kein Fehlerstrom über die nach Masse führenden Pixelelemente abfließen.The line signal becomes a current-voltage converter 4 supplied, which provides a virtual ground potential at the input. Thus, the unwanted parallel impedances of other sensor elements can be weakened in their effect. If the impedance of the virtual ground were arbitrarily low-impedance, no residual current would flow away via the pixel elements leading to ground.

Der Strom-Spannungs-Wandler 4 muss eine genügend kleine Zeitkonstante besitzen, um den Zeitverlauf der einprägenden Spannung 3 nachvollziehen zu können.The current-voltage converter 4 must have a sufficiently small time constant to keep track of the impressing voltage over time 3 to understand.

Nach dem Strom-Spannungs-Wandler 4 kann die phasenempfindliche Gleichrichtung 6 beispielsweise dadurch realisiert werden, dass im Takt des mithilfe des Phasenschiebers 9 verschobenen Triggersignals zwischen einem negativ 6b und positiv 6a um beispielsweise jeweils k-fach verstärkten Messsignal hin- und hergeschaltet wird. Werden durch den elektronischen Umschalter 6c jeweils nur die positiven Halbschwingungen zeitlich aufeinander folgend zusammengesetzt, so entsteht eine pulsierende Gleichspannung, deren arithmetischer Mittelwert in einer nachfolgenden Stufe, dem Filter 7 gebildet werden muss. Eine geringe Anzahl von Perioden führt zur Mittelwertbildung. Besonders geeignet sind Tiefpässe 3. Ordnung und die Bildung des gleitenden Mittelwertes.After the current-voltage converter 4 can the phase sensitive rectification 6 be realized, for example, that in time with the help of the phase shifter 9 shifted trigger signal between a negative 6b and positive 6a For example, each k-fold amplified measurement signal is switched back and forth. Be through the electronic switch 6c in each case only the positive half oscillations are assembled successively in terms of time, then a pulsating DC voltage is produced, the arithmetic mean of which in a subsequent stage, the filter 7 must be formed. A small number of periods leads to averaging. Particularly suitable are low passes 3 , Order and the formation of the moving average.

Im dargestellten Beispiel wird das Triggersignal durch einen Schwellwertschalter 8 aus dem Ansteuersignal gebildet, das über die Länge der Periode von genau Auskunft gibt. Der phasenempfindliche Gleichrichter muss aber genau im Nulldurchgang der Signale A1 und A2 geschaltet werden, um die maximale Empfindlichkeit zu erreichen. Diese Justage der Phasenlage ist mit dem programmierbaren Phasenschieber 9 möglich. Das Triggersignal, mit dem die phasenempfindliche Gleichrichtung betrieben wird, ist schließlich mäanderförmig und hat im Falle eines harmonischen Ansteuersignals 3 ein Tastverhältnis von 0,5. Im Falle eines harmonischen Ansteuersignals 3 bietet sich die Möglichkeit, einen Lock-In Verstärker statt des phasenempfindlichen Gleichrichters zu verwenden. Bei harmonischem Ansteuersignal ist auch das Messsignal harmonisch und das Triggersignal kann ebenfalls harmonisch sein, sodass anstelle der beschrieben synchronen Gleichrichtung eine Analog-Multiplikation durchgeführt werden kann und so von der Eigenschaft gebrauch gemacht werden kann, dass das Signal vor der Filterung 7 nur das Messsignal selbst als Gleichsignal enthält und nicht ungerade Harmonische der Periodizität des Ansteuersignals einen Gleichanteil erzeugen können, wie beim phasenempfindlichen Gleichrichter der Fall.In the example shown, the trigger signal is triggered by a threshold value switch 8th formed from the drive signal, which gives information about the length of the period of exactly. However, the phase-sensitive rectifier must be switched exactly in the zero crossing of the signals A1 and A2 to the maxi to achieve male sensitivity. This phasing adjustment is with the programmable phase shifter 9 possible. The trigger signal, with which the phase-sensitive rectification is operated, is finally meandering and has in the case of a harmonic drive signal 3 a duty cycle of 0.5. In the case of a harmonic drive signal 3 offers the possibility to use a lock-in amplifier instead of the phase-sensitive rectifier. With a harmonic drive signal, the measurement signal is harmonious and the trigger signal can also be harmonic, so that instead of the described synchronous rectification, an analog multiplication can be performed and can be used by the property that the signal before filtering 7 contains only the measurement signal itself as a DC signal and not odd harmonics of the periodicity of the drive signal can generate a DC component, as in the case of the phase-sensitive rectifier of the case.

Werden passive Matrizen so angesteuert, dass nur eine Spalte mit einem Spaltentreiber verbunden und alle anderen Spalten auf Massepotential geklemmt werden und an allen Zeilen entweder Masse anliegt oder virtuell Masse erzeugt wird, so kann die verbleibende elektronische Ersatzschaltung für eine auszulesende Zeile auf einen ohmsch-kapazitiven Spannungsteiler reduziert werden.Become passive matrices so controlled that only one column with a Column driver connected and all other columns clamped to ground potential and either mass or virtually on all lines Mass is generated, so can the remaining electronic equivalent circuit for one line to be read out on an ohmic-capacitive voltage divider be reduced.

Da sich der Strom aus der Zeile proportional zu den Admittanzen aufteilt, muss die virtuelle Masse, d.h. die Eingangsadmittanz des Strom-Sapnnungs-Wandlers, eine gegenüber der aus den nach Masse führenden Widerständen und Kapazitäten gebildeten Paralleladmittanz einen wesentlich größeren Wert besitzen.There the current from the line divides proportionally to the admittances, the virtual ground, i. the input admittance of the current-to-voltage converter, one opposite the one from the leading to mass resistors and capacities formed parallel admittance have a much greater value.

Y inp >> jω(N – 1)Cpix + (N – 1)/Rpix. Da sich große Frequenzbandbreite und hohe Transimpedanz des Strom-Spannungs-Wandlers 3 widersprechen, ist die Ausgangsspannung Ua für eine nachfolgende Bewertung zu gering. Daher ist eine proportionale Spannungsverstärkung k notwendig, die für die phasenempfindliche Gleichrichtung 6 invertierend 6b und nichtinvertierend 6a ausgeführt wird. Y inp >> jω (N-1) C pix + (N-1) / R pix . Because of the large frequency bandwidth and high transimpedance of the current-voltage converter 3 contradict, the output voltage Ua is too low for a subsequent evaluation. Therefore, a proportional voltage gain k necessary for the phase-sensitive rectification 6 Inverting 6b and noninverting 6a is performed.

Ein elektronischer Umschalter 6c zwischen den Ausgängen 6a und 6b wird durch ein zum Spaltensignal phasensynchrones Triggersignal betätigt. Dieses Triggersignal gewinnt man durch eine vom Spaltensignal abgeleitetet Schwellwertbildung mittels Trigger 8 und nachfolgende variable Phasenverschiebung 9. Der arithmetische Mittelwert des phasenempfindlich gleichgerichteten Messsignals wird dann maximal, wenn die phasensynchrone Umschaltung im Nulldurchgang des mit k bzw. –k verstärkten Messsignals liegt.An electronic switch 6c between the outputs 6a and 6b is actuated by a phase-synchronous to the column signal trigger signal. This trigger signal is obtained by triggering a threshold signal derived from the column signal 8th and subsequent variable phase shift 9 , The arithmetic mean value of the phase-sensitive rectified measuring signal becomes maximum when the phase-synchronous switching is at the zero crossing of the measuring signal amplified by k or -k.

Abhängig von dem Aufbau des Sensorfeldes und den Eigenschaften des Strom-Spannungs-Wandlers 4 kann die Phasenlage der Messsignale variieren. Es ist daher notwendig, den Phasenschieber 9 mit einer programmierbaren Phasenschiebung in dem Bereich –180° < Δφ < +180° auszustatten.Depending on the structure of the sensor field and the properties of the current-voltage converter 4 the phase position of the measuring signals can vary. It is therefore necessary to use the phase shifter 9 with a programmable phase shift in the range -180 ° <Δφ <+ 180 °.

Hinter dem phasenempfindlichen Gleichrichter liegt ein pulsierendes Gleichspannungssignal vor, dessen arithmetischer Mittelwert 7 zu bilden ist. Dies geschieht z.B. digital durch gleitende Mittelwertbildung oder einen digitalen Buttennrorth-Tiefpass 3. Ordnung. Wichtig ist, kurze Einschwingzeiten und stabile Gleichspannungspegel zu erzeugen, damit eine nachfolgende Analog-Digital-Umsetzung mit geringst möglichem Fehler vorgenommen werden kann.Behind the phase-sensitive rectifier is a pulsating DC signal whose arithmetic mean 7 is to be formed. This happens eg digitally by moving averaging or a digital Buttennrorth low pass 3 , Order. It is important to generate short settling times and stable DC levels, so that a subsequent analog-to-digital conversion can be carried out with the least possible error.

Um dieselbe Ansteuerelektronik für unterschiedliche passive Impedanzmatrizen einsetzen zu können, müssen außer der Phasenverschiebung des Triggersignals auch die Frequenz und die Amplitude der Spannungsquelle für die Ansteuerung 3 der Spalten programmierbar ausgelegt werden. Fingerprint-Sensoren mit hoher Pixeldichte (etwa 500 dpi) haben sehr geringe Pixel-Kapazitäten von einigen Femtofarad. Um messbare Verschiebeströme zu generieren, sind Frequenzen bis zu 10 MHz notwendig. Daher sollte bei einem Amplitudenbereich von 1...10V ein Frequenzbereich von 1...10MHz programmierbar sein.In order to use the same drive electronics for different passive impedance matrices, in addition to the phase shift of the trigger signal and the frequency and the amplitude of the voltage source for the control must 3 the columns are designed to be programmable. Fingerprint sensors with high pixel density (about 500 dpi) have very low pixel capacities of some femtofarads. To generate measurable displacement currents, frequencies up to 10 MHz are necessary. Therefore, a frequency range of 1 ... 10MHz should be programmable with an amplitude range of 1 ... 10V.

Für kapazitive Sensormatrizen empfiehlt sich eine dreieckförmige Zeitfunktion an der aktiven Einspeisung 3, jedoch werden die Signale durch das Zeitverhalten der realen elektronischen Komponenten im Strom-Spannungs-Wandler und in den Spannungsverstärkern zu sinusähnlichen Zeitverläufen verschliffen, so dass eine unkompliziertere sinusförmige Einspeisung an der selektierten Spalte auch zum gewünschten Ziel führt.For capacitive sensor matrices, a triangular time function at the active feed is recommended 3 However, the signals are smoothed by the time behavior of the real electronic components in the current-voltage converter and in the voltage amplifiers to sinusoidal time courses, so that a less complicated sinusoidal feed to the selected column also leads to the desired destination.

Mit der beschriebenen Auslese-Elektronik können bei kapazitiven Finger- und Handprintsensoren Empfindlichkeiten von 80 mV/fF bei einer mittleren Pixelkapazität von 5 fF erreicht werden.With The described readout electronics can be used for capacitive finger and handprint sensors sensitivities of 80 mV / fF at a medium pixel capacitance of 5 fF can be achieved.

Es soll nun noch an beispielhaften Problemstellungen gezeigt werden, wie das erfindungsgemäße Verfahren an unterschiedliche technische Anforderungen angepasst werden kann.It will now be shown on exemplary problems as the inventive method can be adapted to different technical requirements.

Je nach zur Verfügung stehender Auslesezeit für das Sensorfeld ist eine mehr oder weniger starke Parallelisierung der Auslesung vorzunehmen. Es sei darauf hingewiesen, dass für die phasenempfindliche Gleichrichtung eine relevante Anzahl an Periodendauern ausgelesen werden muss. Steht sehr wenig Zeit zur Verfügung, so ist ein aktives Sensorfeld zu verwenden, bei dem jedes Sensorelement über eine eigene Ausleseelektronik und phasenempfindliche Gleichrichtung verfügt und parallel ausgelesen wird. Kompromisslösungen bestehen darin, dass nacheinander mitttels Multiplexer jeweils eine Anzahl von Sensorelementen parallel ausgelesen und phasenrichtig gleichgerichtet wird. Die technische Realisierung in einem passiven Sensorarray würde dann beispielsweise der oben beschriebenen entsprechen, indem z.B. alle Elemente einer Spalte parallel durch N Zeilen – Strom-Spannungs-Wandler ausgelesen werden. Durch Verwendung von Zeilen-Multiplexern könnte in diesem Fall die Zahl der Strom-Spannungs-Wandler bis auf minimal einem reduziert werden. Die Multiplexer müssten in diesem Fall die nicht-auszulesenden Zeilen auf Massepotenzial schalten.Depending on the available readout time for the sensor field, a more or less strong parallelization of the readout must be carried out. It should be noted that for the phase-sensitive rectification a relevant number of period lengths must be read out. If very little time is available, then an active sensor field is to be used in which each sensor element has its own read-out electronics and phase-sensitive rectification and is read in parallel. Compromise solutions consist of successively reading in each case a number of sensor elements in parallel by means of the multiplexer and rectifying them in the correct phase. The technical realization in a passive sensor array would then correspond, for example, to that described above, for example by reading all the elements of a column in parallel through N lines - current-voltage converters. In this case, by using line multiplexers, the number of current-to-voltage converters could be reduced to a minimum. In this case, the multiplexers would have to switch the rows that are not to be read to ground potential.

Das erfindungsgemäße Verfahren eröffnet insbesondere die Möglichkeit, die komplexe Impedanz eines jeden Sensorelements zu bestimmen. Technisch wird dies dadurch gelöst, dass das Messfeld ein erstes mal mit einer ersten Phasenverschiebung des Triggersignals φ1 ausgelesen und gespeichert wird, und ein zweites Mal mit einer zweiten Phasenverschiebung des Triggersignals φ2. Aus den gespeicherten Impedanzwerten lässt sich sodann die komplexe Impedanz eines jeden Messelements berechnen.The inventive method opens in particular the possibility, to determine the complex impedance of each sensor element. Technically if this is solved that the measuring field a first time with a first phase shift the trigger signal φ1 is read out and saved, and a second time with a second one Phase shift of the trigger signal φ2. From the stored impedance values let yourself then calculate the complex impedance of each measurement element.

Oft ist eine Anpassung der Empfindlichkeit und Phasenlage auch an eine Messaufgabe sinnvoll. Beispielsweise sind bestimmte Attrappen eines Fingerabdruckes durch bestimmte Merkmale ihrer Impedanz gekennzeichnet, beispielsweise die hohe elektrische Leitfähigkeit einer Attrappe, mit der ein kapazitiver Sensor getäuscht werden soll. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der gemessene Fingerabdruck als Fingerabdruck einer Attrappe identifiziert werden, wenn die Impedanzeigenschaften der Attrappe bekannt sind. Auch ist die Möglichkeit der Impedanzanalyse der Haut mit dem Fingerabdrucksensor mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gegeben, wodurch weitere wichtige Daten zur Charakterisierung der Echtheit des aufgelegten Fingers gewonnen werden könnten.Often is an adaptation of the sensitivity and phase to a Measuring task makes sense. For example, certain dummies are one Fingerprint characterized by certain characteristics of their impedance, For example, the high electrical conductivity of a dummy, with who deceived a capacitive sensor shall be. With the method according to the invention, the measured Fingerprint identified as a dummy's fingerprint, if the impedance characteristics of the dummy are known. Also is the possibility the impedance analysis of the skin with the fingerprint sensor with the inventive method which provides further important data for the characterization of the Authenticity of the applied finger could be obtained.

Es wird im Falle eines nicht hinreichend genau bekannten Messobjektes als ökonomische Messmethode vorgeschlagen, zumindest einzelne Sensorelemente wiederholt auszulesen und dabei die Phasenlage des Triggersignals und/oder die Verstärkung des Messsignals k sukzessive zu verstellen, um eine Anpassung an die Messaufgabe zu erhalten.It is in the case of a not sufficiently well known measurement object as an economic measurement method proposed to read at least individual sensor elements repeatedly and the phase of the trigger signal and / or the gain of the Gradual adjustment of the measuring signal k in order to adapt to the Receive measurement task.

Claims (19)

Elektronisches Ausleseverfahren für ein Sensorfeld zur Messung örtlicher verteilter physikalischer Größen, insbesondere zur Messung von Finger- oder Handabdrücken, wobei das Sensorfeld in einer Matrixanordnung Sensorelemente enthält, deren von der Messgröße abhängige Impedanz mit Hilfe eines aufgeprägten Ansteuersignals zu einem weiterverarbeitbaren Messsignal ausgelesen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das aufgeprägte Ansteuersignal zeitveränderlich ist und das Messsignal in der weiteren Verarbeitung zumindest mithilfe eines zum Ansteuersignal synchronen Triggersignals phasenempfindlich gleichgerichtet wird und gefiltert wird.Electronic readout method for a sensor field for measuring local distributed physical quantities, in particular for measuring fingerprints or handprints, wherein the sensor field contains sensor elements in a matrix arrangement whose impedance dependent on the measured variable is read out to a further processable measuring signal with the aid of an impressed drive signal, characterized in that the impressed drive signal is time-variable and in the further processing, the measurement signal is rectified and filtered in a phase-sensitive manner, at least using a trigger signal that is synchronous to the drive signal, and is filtered. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansteuersignal ein periodisches Signal ist.Method according to claim 1, characterized in that that the drive signal is a periodic signal. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansteuersignal ein sinusförmiges Signal ist.Method according to claim 1, characterized in that that the drive signal is a sinusoidal signal. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem passiven Sensorfeld, welches für die Sensorelemente einer Zeile gemeinsame Zeilenanschlüsse und für die Sensorelemente einer Spalte gemeinsame Spaltenanschlüsse aufweist, zur Auslesung eines Sensorelements ein entsprechender Spaltenanschluss (oder Zeilenanschluss) mit einer zeitveränderlichen Ansteuerspannung gespeist und der Strom aus dem betreffenden Zeilenanschluss (oder Spaltenanschluss) durch einen Strom-Spannungs-Wandler in ein Messsignal umgewandelt wird, sodann phasenempfindlich gleichgerichtet und gefiltert wird.Method according to claim 1, characterized in that that in a passive sensor field, which for the sensor elements of a Line common line connections and for the sensor elements of a column has common column terminals, for Readout of a sensor element a corresponding column connection (or row connection) with a time-varying drive voltage fed and the current from the relevant line terminal (or Column connection) through a current-voltage converter into a measuring signal is then phase-sensitively rectified and filtered becomes. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom-Spannungs-Wandler an dem betreffenden Zeilenanschluss (oder Spaltenanschluss) das Potenzial virtuell auf den Wert der nicht angesteuerten Spalten legt.Method according to claim 4, characterized in that that the current-voltage converter at the relevant row port (or column port) the Potential virtually to the value of the non-driven columns sets. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strom-Spannungs-Wandler über einen Multiplexer mit mehreren Zeilenanschlüssen (oder Spaltenanschlüssen) verbunden ist.Method according to claims 4 and 5, characterized that a current-voltage converter over a Multiplexer connected to multiple row terminals (or column terminals) is. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zeilenanschluss (oder Spaltenanschluss) mit einem Strom-Spannungs-Wandler verbunden ist.Method according to claims 4 and 5, characterized that each row connection (or column connection) with a current-voltage converter connected is. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Triggersignal eine einstellbare Phasenlage oder Zeitverzögerung zum Ansteuersignal aufweist.Method according to claim 1, characterized in that that the trigger signal has an adjustable phase position or time delay for Has drive signal. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenlage des Triggersignals zum Ansteuersignal zwischen –180 und +180 eingestellt werden kann.Method according to claim 1, characterized in that that the phase position of the trigger signal to the drive signal between -180 and +180 can be set. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der komplexen Impedanz der Sensorelemente diese mehrfach ausgelesen werden, wobei die Phasenlage oder Verzögerung des Triggersignals variiert wird.A method according to claim 1, characterized in that for determining the complex Impe danz the sensor elements are read out multiple times, the phase position or delay of the trigger signal is varied. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einzelne Sensorelemente wiederholt ausgelesen werden und dabei die Phasenlage des Tsiggersignals verstellt wird, zur Anpassung an die Messaufgabe.Method according to claim 1, characterized in that that at least individual sensor elements are read out repeatedly and thereby the phase position of the Tsiggersignals is adjusted, for Adaptation to the measuring task. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterung des phasenempfindlich gleichgerichteten Messsignals durch analoge Tiefpassfilterung, oder digital durch Tiefpassfilterung, gleitende Mittelwertbildung oder abtastende Verfahren realisiert wird.Method according to claim 1, characterized in that that the filtering of the phase-sensitive rectified measuring signal by analog low-pass filtering, or digitally by low-pass filtering, sliding Averaging or scanning method is realized. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkung des Messsignals einstellbar ist.Method according to claim 1, characterized in that that reinforcement the measuring signal is adjustable. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorfeld mindestens zwei mal ausgelesen wird, wobei zwei unterschiedliche Phasenlagen zwischen Triggersignals und Ansteuersignal eingestellt werden, um den Realteil und Imaginärteil der komplexen Impedanz der Sensorelemente zu bestimmen.Method according to claim 1, characterized in that that the sensor field is read out at least twice, with two different phase positions between trigger signal and drive signal can be adjusted to the real part and imaginary part of the complex impedance to determine the sensor elements. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem aktiven Sensorfeld, welches an jedem Sensorelement durch aktive elektronische Bauelemente das Messsignal erzeugt, an jedem Sensorelement die phasenempfindliche Gleichrichtung vorgenommen wird.Method according to claim 1, characterized in that that in an active sensor field, which on each sensor element generated by active electronic components, the measurement signal to each sensor element made the phase-sensitive rectification becomes. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in einem aktiven Sensorfeld, welches an jedem Sensorelement durch aktive elektronische Bauelemente das Messsignal erzeugt, die erzeugten Messsignale mehrerer Sensorelemente nacheinander von einem gemeinsamen phasenempfindlichen Gleichrichter verarbeitet werden.Method according to claim 15, characterized in that that in an active sensor field, which on each sensor element generated by active electronic components, the measurement signal, the generated measuring signals of several sensor elements in succession from one common phase-sensitive rectifier processed. Ausleseschaltkreis für passive Sensorfelder nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Bildung eines Triggersignals aus einem Ansteuersignal, Mittel zur Veränderung der Phasenlage des Triggersignals zum Ansteuersignal, Mittel zur phasenempfindlichen Gleichrichtung von Messsignalen eines Sensorfeldes mitttels des Triggersignals und Mittel zur Filterung des phasenempfindlich gleichgerichteten Messsignals vorhanden sind.Readout circuit for passive sensor fields according to one of the claims 1 to 14, characterized in that Means of forming a Trigger signal from a drive signal, Means of change the phase position of the trigger signal to the drive signal, medium for the phase-sensitive rectification of measurement signals of a sensor field by means of the trigger signal and Means for filtering the phase sensitive rectified measuring signal are present. Ausleseschaltkreis für Sensorfelder nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltkreis jeweils eine Vielzahl von Signalausgängen aufweist, die mit den Spaltenanschlüssen (Zeilenanschlüssen) des Sensorfeldes außerhalb vom Schaltkreises verbunden werden, welche innerhalb des Schaltkreises mit ein oder mehreren Spannungsquellen verbunden sind, sodass in serieller Abfolge ein periodisches Ansteuersignal an die Signalausgänge abgegeben wird.Readout circuit for sensor fields according to claim 17, characterized in that the circuit each have a plurality of signal outputs having the column terminals (row terminals) of the Sensor field outside be connected by the circuit which within the circuit connected to one or more voltage sources, so that in serial sequence a periodic drive signal delivered to the signal outputs becomes. Ausleseschaltkreis für Sensorfelder nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltkreis jeweils eine Vielzahl von Eingängen aufweist, die mit den Zeilenanschlüssen (Spaltenanschlüssen) des Sensorfeldes außerhalb vom Schaltkreises verbunden werden und welche das Eingangssignal durch einen Strom-Spannungswandler, einen nachgeschalteten phasenempfindlichen Gleichrichter weiterverarbeiten.Readout circuit for sensor fields according to claim 17, characterized in that the circuit each have a plurality of entrances having the row terminals (column terminals) of the Sensor field outside connected by the circuit and which the input signal through a current-voltage converter, process a downstream phase-sensitive rectifier.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010097508A1 (en) * 2009-02-26 2010-09-02 Valtion Teknillinen Tutkimuskeskus Methods and apparatus for detecting ethanol
WO2011063183A3 (en) * 2009-11-20 2012-01-05 Authentec, Inc. Finger sensing apparatus with selectively operable transmitting/receiving pixels and associated methods
US8421890B2 (en) 2010-01-15 2013-04-16 Picofield Technologies, Inc. Electronic imager using an impedance sensor grid array and method of making
US8791792B2 (en) 2010-01-15 2014-07-29 Idex Asa Electronic imager using an impedance sensor grid array mounted on or about a switch and method of making
US8866347B2 (en) 2010-01-15 2014-10-21 Idex Asa Biometric image sensing
US9798917B2 (en) 2012-04-10 2017-10-24 Idex Asa Biometric sensing

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115628761B (en) * 2022-09-30 2023-10-13 华南理工大学 Low-power-consumption anti-disturbance resistance type sensor and wearable equipment

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003077189A1 (en) * 2002-03-09 2003-09-18 Melfas Co., Ltd. Semiconductor fingerprint sensing apparatus with shielding unit
US20050259850A1 (en) * 2003-08-26 2005-11-24 Toshishige Shimamura Surface shape recognition sensor

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5953441A (en) * 1997-05-16 1999-09-14 Harris Corporation Fingerprint sensor having spoof reduction features and related methods
NO314647B1 (en) * 2000-06-09 2003-04-22 Idex Asa Fingerprint sensor measurement system
WO2002061668A1 (en) * 2000-12-05 2002-08-08 Arete Associates, A California Corporation Linear contact sensor apparatus and method for use in imaging features of an object
AU2002228809A1 (en) * 2000-12-05 2002-06-18 Validity, Inc. Swiped aperture capacitive fingerprint sensing systems and methods
DE60222739D1 (en) * 2002-04-23 2007-11-15 St Microelectronics Sa Apparatus and method for generating digital signals each encoding an analog signal value
FI20030102A0 (en) * 2003-01-22 2003-01-22 Nokia Corp Device for verification of a person
EP1678655B1 (en) * 2003-09-24 2008-11-12 Authentec, Inc. Finger biometric sensor with sensor electronics distributed over thin film and monocrystalline substrates and related methods

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003077189A1 (en) * 2002-03-09 2003-09-18 Melfas Co., Ltd. Semiconductor fingerprint sensing apparatus with shielding unit
US20050259850A1 (en) * 2003-08-26 2005-11-24 Toshishige Shimamura Surface shape recognition sensor

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010097508A1 (en) * 2009-02-26 2010-09-02 Valtion Teknillinen Tutkimuskeskus Methods and apparatus for detecting ethanol
US8598555B2 (en) 2009-11-20 2013-12-03 Authentec, Inc. Finger sensing apparatus with selectively operable transmitting/receiving pixels and associated methods
WO2011063183A3 (en) * 2009-11-20 2012-01-05 Authentec, Inc. Finger sensing apparatus with selectively operable transmitting/receiving pixels and associated methods
US9659208B2 (en) 2010-01-15 2017-05-23 Idex Asa Biometric image sensing
US8791792B2 (en) 2010-01-15 2014-07-29 Idex Asa Electronic imager using an impedance sensor grid array mounted on or about a switch and method of making
US8866347B2 (en) 2010-01-15 2014-10-21 Idex Asa Biometric image sensing
US9268988B2 (en) 2010-01-15 2016-02-23 Idex Asa Biometric image sensing
US9600704B2 (en) 2010-01-15 2017-03-21 Idex Asa Electronic imager using an impedance sensor grid array and method of making
US8421890B2 (en) 2010-01-15 2013-04-16 Picofield Technologies, Inc. Electronic imager using an impedance sensor grid array and method of making
US10115001B2 (en) 2010-01-15 2018-10-30 Idex Asa Biometric image sensing
US10592719B2 (en) 2010-01-15 2020-03-17 Idex Biometrics Asa Biometric image sensing
US11080504B2 (en) 2010-01-15 2021-08-03 Idex Biometrics Asa Biometric image sensing
US9798917B2 (en) 2012-04-10 2017-10-24 Idex Asa Biometric sensing
US10088939B2 (en) 2012-04-10 2018-10-02 Idex Asa Biometric sensing
US10101851B2 (en) 2012-04-10 2018-10-16 Idex Asa Display with integrated touch screen and fingerprint sensor
US10114497B2 (en) 2012-04-10 2018-10-30 Idex Asa Biometric sensing

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DE112006003523A5 (en) 2008-09-25

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