JP2008502989A - 指紋センサ素子 - Google Patents
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Abstract
Description
・電荷増幅器の入力における大きな寄生容量が、フィードバックコンデンサ内に変換されること、
・各指紋センサのゲインが、センサ電極コンデンサの値およびフィードバックコンデンサの値を調整して、チューニングされ得ること、
・ノイズを比較的低いレベルに保たれ得ると同時に、比較的大きいゲインが得られ得ることで、信号対ノイズ比(SNR)を比較的高めに導くこと、
・ゲインが高く、SNRが低いことで、比較的厚い保護コーティングを使用でき、ESD保護の強化に繋がること、
・側面寄生容量の影響を低減し、解像度が向上すること、
・指紋構造の層が、より効率的に使用されること、
・寄生容量が低減されることで、干渉ノイズが低減されること
・幾つかの個別の指紋センサ素子が、アナログマルチプレクサを介して、単一の電荷増幅器に接続され得ることで、解像度がチューニング可能になること、
・総入力容量をさらに最小化し、それゆえ、増幅器ノイズをさらに最小化するために、層と層の間に比較的大きい間隔が存在し得ること
である。
Uout=(Cfinger/Cref)Uin
のように計算し得る。
・画素増幅器内の1/fノイズおよび熱ノイズ。これは、各増幅器に存在する通常のノイズである。MOSfetコンポーネントにおいては、特に、1/fノイズソースが支配的である。周波数に反比例するこのノイズは、低周波数で大きくなり、二重相関サンプリング技術を使うことが必要となる。
・オフセットノイズ。これは、使用されたコンポーネントの不整合によって、任意の増幅器に存在する。
・伝送ライン(または、寄生コンデンサ)ノイズ注入。これは、信号ライン上または容量シールド構造上の主としてデジタルスパイクを拾うことであり、同じチップ上のデジタル回路の存在によって生じる。これは、相関され得るので、危険なノイズソースであり得る。相関とは、信号をサンプリングするとき、同時にデジタルスパイクが発生し得ることを意味する。このノイズは、常に現れ、ノイズとして検出されないが、信号変化(オフセット)として検出される。これは、三重相関サンプリングによって対処される。
・リセットスイッチ電荷注入。リセットスイッチ24の内部に、実際には、増幅器13の負の入力端子12とリセット駆動信号との間に接続された小さな寄生コンデンサ(図示せず)が存在する。スイッチ24をリリースすると、リセット駆動信号が変化するので、この小さな寄生コンデンサは充電される。この注入された電荷は、こうして、信号として見なされる。
Claims (21)
- 上部導電層(M3)内に形成される指紋センサ電極(11)と、
下部導電層(M2、P1)内に形成される下部電極(17、32)と、
該上部導電層(M3)と該下部導電層(M2、P2)との間にある、少なくとも1つの絶縁層(8、9、10、22)と、
負の入力端子(12)および正の入力端子(14)ならびに出力端子(18)を有する電荷増幅器(13)と
を備える、指紋センサ素子であって、該指紋センサ素子は、
該指紋センサ電極(11)の上部サイド(11a)は、指(5)に対向するようにアレンジされ、該指紋センサ電極(11)の下部サイド(11b)は、該下部電極(17)に対向するようにアレンジされ、
該指紋センサ電極(11)および該下部電極(17)は、容量(Cref)がそれらの間に形成されるようにアレンジされ、
該センサ電極(11)は、該電荷増幅器(13)の該負の入力端子(12)に接続されるようにアレンジされ、
該下部電極(17)は、電荷増幅器(13)の出力端子(18)に接続されるようにアレンジされることを特徴とする、指紋センサ素子。 - 前記電荷増幅器(13)の前記正の入力端子(14)は、本質的に固定電位に接続されることを特徴とする、請求項1に記載の指紋センサ素子。
- 前記センサ電極(11)は、前記電荷増幅器(13)の前記負の入力端子(12)に直接接続されることと、
前記下部電極(17)は、該電荷増幅器(13)の前記出力端子(18)に直接接続されることと
を特徴とする、請求項1または請求項2に記載の指紋センサ素子。 - 前記センサ電極(11’、11”)は、前記電荷増幅器(13’)の前記負の入力端子(12’)に接続されることと、
前記対応する下部電極(17’、17”)は、それぞれのスイッチング手段(34)を介して、該電荷増幅器(13’)の前記出力端子(18’)に接続されることで、
幾つかのセンサ電極(11’、11”)および幾つかの対応する下部電極(17’、17”)が、該それぞれのスイッチング手段(34)を介して、一つの同じ該電荷増幅器(13’)に接続されることが可能になることを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の指紋センサ素子。 - 前記スイッチング手段は、スイッチ網を備えることを特徴とする、請求項4に記載の指紋センサ素子。
- 前記スイッチング手段は、マルチプレクサを備えることを特徴とする、請求項4に記載の指紋センサ素子。
- 隔離保護層(16)が、前記指紋センサ電極(11)の上部サイド(11a)上で、前記指(5)と該センサ電極(11)との間に提供されることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の指紋センサ素子。
- 前記センサ素子(2)は、3つの導電層(M1、M2、M3)と、2つの下部導電層(P1、P2)と、半導電基板層(T1)とを備え、
これら層(M1、M2、M3、P1、P2)間に、中間絶縁誘電体層(8、9、10、22、23)が提供されることを特徴とする、請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の指紋センサ素子。 - 請求項1〜8のいずれか1項に従う指紋センサ素子(2)に少なくとも1つの行(3a、3b、3c)または1つの列(4a、4b、4c)を備えることを特徴とする、指紋センサ。
- シールド構造(15)が、前記指紋センサ(1)内に備えられた前記センサ電極(11)の各センサ電極の間の上部導電層(M3)内に、提供されることを特徴とする、請求項9に記載の指紋センサ。
- 外部導電構造、外部半導電構造または外部弱絶縁構造(6)が、指紋センサ素子(2)の少なくとも行(3a、3b、3c)または列(4a、4b、4c)に沿って提供されることと、
該構造(6)は、前記指(5)の指紋を感知する間に、該指(5)と電気的に接触されるようにアレンジされることを特徴とする、請求項9または請求項10に記載の指紋センサ。 - 前記外部構造(6)は、前記指(5)からESD放電をする手段と接続されることを特徴とする、請求項11に記載の指紋センサ。
- 電気信号が、前記外部構造(6)を介して、前記指(5)に提供され、前記センサ素子(2)から離れることを特徴とする、請求項11または請求項12に記載の指紋センサ。
- 前記外部構造(6)は、弱絶縁性であり、指紋センサ素子(2)の少なくとも行(3a、3b、3c)または列(4a、4b、4c)上の前記保護層(16)より低い破壊電圧の値を有することを特徴とする、請求項11に記載の指紋センサ。
- 各センサ電極(11)は、電気信号の検出または前記指(5)への電気信号の提供を交互に行うようにアレンジされることを特徴とする、請求項9〜請求項12に記載のいずれか1項に従う、指紋センサ。
- 各センサ電極(11)は、電気信号(Usignal)の提供と該電気信号(Usignal)の検出との双方を、問題の該センサ電極(11)と関連する前記電荷増幅器(13)を介して行うようにアレンジされることを特徴とする、請求項9〜請求項15のいずれか1項に記載の指紋センサ。
- 各センサ素子(2)の前記電荷増幅器(13)の出力端末(14)からの出力信号(Uout)は、サンプリング回路(25)に供給され、該サンプリング回路(25)は、順に、A/Dコンバータ(26)に接続されることを特徴とする、請求項9〜請求項16のいずれか1項に記載の指紋センサ。
- 前記サンプリング回路(25)は、二重相関サンプリングを実行するようにアレンジされることを特徴とする、請求項17に記載の指紋センサ。
- 前記サンプリング回路(25)は、三重相関サンプリングを実行するようにアレンジされることを特徴とする、請求項17に記載の指紋センサ。
- 前記サンプリング回路(25)は、デジタル方式で前記サンプリングおよび減算の手順を実行するようにアレンジされることを特徴とする、請求項17〜請求項19のいずれか1項に記載の指紋センサ。
- 前記サンプリング回路(25)は、アナログ方式で前記サンプリングおよび減算の手順を実行するようにアレンジされることを特徴とする、請求項17〜請求項19のいずれか1項に記載の指紋センサ。
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