JP3643050B2

JP3643050B2 - Fine shape detection sensor device

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Publication number: JP3643050B2
Application number: JP2001149456A
Authority: JP
Inventors: 浩季森村; 智志重松; 克之町田; 億久良木; 俊重島村
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2001-05-18
Filing date: 2001-05-18
Publication date: 2005-04-27
Anticipated expiration: 2021-05-18
Also published as: JP2002340517A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微細形状検出センサ装置に関し、特に人間の指紋や動物の鼻紋などの微細な凹凸を感知する微細形状検出センサ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
検出対象の微細形状を検出する微細形状検出センサ装置の応用例として、指紋のパターンを検出する指紋センサが多数提案されている。例えば、「ISSCC DIGEST OF TECHNICAL PAPERS」 FEBRUARY 1998 pp.284〜285に記載されている。これは、ＬＳＩチップの上に２次元に配列されたセル（以下、センサセルという）の内部にセンサ電極を設け、このセンサ電極と絶縁膜を介して触れた指の皮膚との間に形成される静電容量を検出して、指紋の凹凸パターンを感知するものである。指紋の凹凸により形成される容量の値が異なるため、この容量差を検出することで指紋の凹凸を感知することができる。
【０００３】
また、複数あるセンサ回路の検出感度を個別に調整する手段を有する微細形状検出センサ装置が提案されている（例えば、特願２０００−１７１９３２号など参照）。
図８に従来の微細形状検出センサ装置のブロック図を示す。
センサセル１１は、検出素子１、センサ回路（ＶＴ変換）２、キャリブレーション回路３および選択回路９で構成されている。
【０００４】
検出素子１は、微細形状を電気量に変換するための素子である。センサ回路２は、微細形状により変化する検出素子の電気量を計測し、内部の電圧−時間変換回路でその電気量に応じたパルス幅を有する時間信号へ変換し、出力信号２Ａとして出力する回路である。
キャリブレーション回路３は、当該センサセル１１のセンサ回路２の検出感度を各センサセルごとに個別に調整（感度調整）する回路である。選択回路９は選択信号９Ａに基づき当該センサセル１１を動作状態とする回路である。
【０００５】
各センサセル１１のセンサ回路２における検出感度を調整する（以下、キャリブレーションという）ときは、被測定物として、凹凸のない基準サンプルをそのセンサで検出したり、センサ面に何も置かずに検出を行うことで、各センサセルに同一の測定値を検出させる。
センサセル１１からの出力信号２Ａはキャリブレーション回路３に入力される。キャリブレーション回路３は、負荷回路３１、カウンタ回路（ｎビット）３２および時間信号比較回路３３で構成される。
【０００６】
時間信号比較回路３３では、出力信号２Ａと所望の検出感度に応じたパルス幅を有する基準パルス信号３Ａとが比較される。そして、両者の時間差分のパルス幅を有する比較結果がカウンタ入力信号３Ｂとしてカウンタ回路（ｎビット）３２へ入力される。
カウンタ回路３２では、このカウンタ入力信号３Ｂに基づきカウンタ動作を行う。これによりカウンタ回路３２での計数データが順次更新され、この計数データにより負荷回路３１に設けられたｎ個の負荷素子Ｚ₁〜Ｚ_nに対するセンサ回路２への接続が制御されてセンサ回路２の検出感度が調整される。
この動作を各センサセル１１で１回または複数回繰り返すことにより個々のセンサ回路２の検出感度を調整し、各センサセルの性能を均一にする。
【０００７】
図９に、従来のセンサセルの具体的構成例を示す。
検出素子１は絶縁層１６に形成されパシベーション膜１５に覆われたセンサ電極１Ｂで実現され、電気量として指表面１４とセンサ電極１Ｂの間に形成される静電容量Ｃ_fを用いている。
センサ回路２は、ＰｃｈＭＯＳＦＥＴＱ₁、ＮｃｈＭＯＳＦＥＴＱ₂、定電流源Ｉおよび電圧−時間変換回路（以下、ＶＴ変換回路という）から構成されている。Ｃ_p0は寄生容量である。
【０００８】
図１０にセンサセルの検出動作を示すタイミングチャートを示す。
時刻Ｔ１以前では、センサ回路制御信号／ＰＲＥ（ＰＲＥバー）が電源電圧Ｖ_DDに制御されてＱ₁がオフし、センサ回路制御信号ＲＥが電圧０Ｖに制御されてＱ₂がオフしており、節点Ｎ₁は０Ｖである。
時刻Ｔ１に信号／ＰＲＥが０Ｖに制御されてＱ₁がオンし、節点Ｎ₁はＶ_DDまで上昇する。そして時刻Ｔ２に信号／ＰＲＥおよび信号ＲＥがＶ_DDへ制御されてＱ₁がオフするとともにＱ₂がオンする。これにより、静電容量Ｃ_fに蓄積された電荷が放電される。
【０００９】
したがって、静電容量Ｃ_fに依存した速度で節点Ｎ₁の電位は徐々に低下することになり、時刻Ｔ２から所定時間Δｔだけ経過した時刻Ｔ３に信号ＲＥを０Ｖに制御してＱ₂をオフすると、節点Ｎ₁では静電容量Ｃ_fに応じた電位Ｖ_DD−ΔＶが維持され、これがＶＴ変換回路２１へ出力される。
【００１０】
ＶＴ変換回路２１には、定電流源Ｉ_VT、容量Ｃ_Lおよび閾値回路２２が設けられている。
このＶＴ変換回路２１では、節点Ｎ₁の電位に応じて定電流源Ｉ_VTが動作し、容量Ｃ_Lを充電する。閾値回路２２では、この容量Ｃ_Lの電位が所定の閾値を上回った時点でその出力すなわち出力信号２Ａを反転させる。
これにより、電荷が空の容量Ｃ_Lに対して充電を開始してから、節点Ｎ₁の電位に応じた時間だけ経過した後、出力信号２Ａが反転することになり、検出対象の微細形状を検出するセンシング動作時にはこの時間長を測定することにより、皮膚表面の凹凸がわかる。
【００１１】
また、センス回路２の検出感度を調整するキャリブレーション動作時には、すべての負荷素子を非活性状態とするように予めカウンタ回路３２の計数データを初期設定値に設定する。またＶＴ変換回路２１からの出力信号２Ａは個々の検出動作ごとにその開始時点で初期設定値に設定する。そして、所望の検出感度に応じたパルス幅を有する基準パルス信号３Ａをセンサセル１１へ供給し、これに同期してセンサセル１１で順次検出動作を行う。
これにより、センサ回路２から出力信号２Ａが得られ、図１１に示すように、時間信号比較回路３３で出力信号２Ａと基準パルス信号３Ａとが比較され、例えば、出力信号２Ａと基準パルス信号３Ａとの論理積によりカウンタ入力信号３Ｂが生成される。
【００１２】
出力信号２Ａは、静電容量Ｃ_fが一定の際、負荷回路３１の負荷に応じて、図１１に示すように、基準パルス信号３Ａの立ち上がりエッジから出力信号２Ａの立ち上がりエッジまでの遅れ時間ｔｓが変化する。
したがって、ｔｓで決定される時間より早く出力信号２Ａが変化した場合（ｔｓ＞ｔｒ）は（時刻Ｔ１，Ｔ２）、検出動作ごとにカウンタ入力信号３Ｂがカウンタ回路３２へ入力されるため、カウンタ回路３２では計数データがインクリメントされ、負荷回路３１の負荷が順次増加する。
【００１３】
そして、ｔｓで決定される時間以降に出力信号２Ａが変化した場合（ｔｓ≦ｔｒ）は（時刻Ｔ３）、センサ回路２の検出感度がｔｒに対応する所望の感度となってカウンタ入力信号３Ｂが出力されなくなり、そのときの負荷素子の選択状態がカウンタ回路３２により保持される。
したがって、各負荷素子の負荷値として例えばＺ_k＝Ｚ・２^k-1（ｋは自然数）と設定しておくことにより、計数データがカウントアップされるごとにＺずつ負荷回路３１の値が大きくなり、Ｚ単位で検出感度を調整できる。
このようなキャリブレーション動作が各センサセル１１ごとに個別に実行され、それぞれ適切な検出感度に調整される。
【００１４】
負荷回路３１の負荷素子Ｚ₁〜Ｚ_nとしては、活性状態と非活性状態に制御できる負荷素子を用いてもよい。図１２は活性状態と非活性状態に制御できる負荷素子の実現例であり、図１２（ａ）に容量性負荷素子の例、図１２（ｂ）に抵抗性負荷素子の例を示す。
このように、各センサ回路２ごとにキャリブレーション回路３を設けることにより、プロセスばらつきに起因してセンサ回路２の特性すなわち検出感度がセンサセルごとに異なっていても、各センサセルの検出性能を均一にすることができる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の微細形状検出センサ装置では、センサ回路２の検出感度についてはキャリブレーション回路３で調整できるものの、キャリブレーション回路３自体に故障があった場合には、それを検出できなかった。
特に、キャリブレーション回路３のカウンタ回路３２は、ＭＯＳトランジスタ素子の数も多く実装密度も高いため、他の回路部と比較して半導体プロセスに起因する故障が発生しやくなる。
【００１６】
そのため、センサセルが搭載されたセンサチップ以外の回路部品も含めて微細形状検出センサ装置を組み立てた後に動作試験を行って、キャリブレーション回路が機能しないものを選択排除する必要があり、キャリブレーション回路の故障に起因して製造コストが増大してしまうという問題があった。
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、キャリブレーション回路の故障に起因する製造コストの増大を抑制できる微細形状検出センサ装置を提供することを目的としている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明にかかる微細形状検出センサ装置は、検出対象の微細形状に応じて変化する電気量を検出する検出素子と、対応する検出素子の電気量に応じた信号を変換して出力するセンサセルとを複数有し、２次元に配列されたこれらセンサセルの出力に基づき微細形状の凹凸を感知する微細形状検出センサ装置であって、センサセルは、電気量をその大きさに応じた出力信号へ変換して出力するセンサ回路と、このセンサ回路の検出感度を調整するキャリブレーション回路と、当該キャリブレーション回路の動作を検査して得られた結果を当該センサセルの出力信号として出力するテスト回路とを備え、キャリブレーション回路は、当該キャリブレーション回路の動作を検査するテスト動作の際、検出感度の調整動作を行うとともにこの動作の動作状態を示す動作確認信号を出力する手段を有し、テスト回路は、当該センサセルで微細形状を検出するセンシング動作の際にはセンサ回路の出力信号を当該センサセルの出力信号として出力し、テスト動作の際には当該キャリブレーション回路から取得した動作確認信号を当該センサセルの出力信号として出力する手段を有するものである。
【００１８】
テスト回路としては、センシング動作の際に当該センサ回路からの出力信号を当該センサセルからの出力信号として選択出力し、テスト動作の際にキャリブレーション回路から取得した動作確認信号を当該センサセルからの出力信号として選択出力するセレクタを用いてもよい。
あるいは、センシング動作の際に当該センサ回路からの出力信号を所定の閾値と比較した比較結果を当該センサセルの出力信号として出力し、テスト動作の際に当該キャリブレーション回路の動作状態に応じた信号を当該センサセルの出力信号として出力する閾値回路を用い、この閾値回路で、テスト動作の際、当該キャリブレーション回路から取得した動作確認信号が第１の状態を示す場合は、当該センサ回路からの出力信号を所定の閾値と比較した比較結果を当該センサセルの出力信号として出力し、動作確認信号が第２の状態を示す場合は、所定の固定レベルの信号を当該センサセルの出力信号として出力するようにしてもよい。
【００１９】
また、キャリブレーション回路が、当該センサ回路の検出感度を調整する負荷回路と、計数データに基づきこの負荷回路を制御するカウンタ回路とからなる場合は、動作確認信号として計数データの最上位ビットの信号を用いてもよい。
各テスト回路では、共通に接続されたテスト制御線を介して供給されるテスト回路制御信号に基づき当該キャリブレーション回路の動作を検査するようにしてもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１に、本発明にかかる微細形状検出センサ装置の使用状態を示す。
微細形状検出センサ装置１０は、図１に示されるように、互いに隣接した多数のセンサセルによって構成され、代表的には、２次元（アレイ状や格子状）に配置された多数のセンサセル１１から構成されている。
この微細形状検出センサ装置１０のセンサ面１２に指１３など検出対象を接触させることにより、その検出対象表面（ここでは指紋の凹凸形状）がそれぞれのセンサセル１１で個別に検出され、検出対象の微細形状を示す２次元データが出力される。
【００２１】
図２は本発明の一実施の形態にかかる微細形状検出センサ装置を示すブロック図である。
この微細形状検出センサ装置１０では、各センサセル１１がｐ個×ｑ個（ｐ，ｑは２以上の整数）の格子状に配置されている。
デコーダＤＣは、アドレス信号ＡＤに基づきセル選択線ＷＬ１〜ＷＬｑのいずれかへ選択信号を出力する。これらセル選択線ＷＬ１〜ＷＬｑは、各センサセル１１のうち、当該行に配置されているｑ個のセンサセル１１へ共通して接続されており、デコーダＤＣから当該セル選択線ＷＬへ選択信号が出力されることにより、当該行に配置されているｑ個のセンサセル１１が同時に選択され、動作状態となる。
【００２２】
また、列方向に配置されているｐ個のセンサセル１１ごとに、それぞれＡ／Ｄ変換回路４が設けられており、各列に配置されているｐ個のセンサセル１１がそれぞれデータ線ＤＬ１〜ＤＬｑにより共通に接続されている。
Ａ／Ｄ変換回路４は、当該データ線ＤＬを介してセンサセル１１からアナログ信号により出力される出力信号をＡ／Ｄ変換し、デジタル出力信号４Ａを出力する。
【００２３】
このような構成の微細形状検出センサ装置１０では、微細形状を検出するためのセンシング動作の際、デコーダＤＣからの選択信号により、各データ線ＤＬ１〜ＤＬｑごとにそれぞれ１つのセンサセル１１が同時に選択され、これらｑ個のセンサセル１１からの出力信号が、それぞれデータ線ＤＬ１〜ＤＬｑを介して並列的にＡ／Ｄ変換回路４へ入力され、デジタル出力信号４Ａとして出力される。したがって、アドレス信号ＡＤを順に変化させることにより、行ごとにｑ個のセンサセル１１が選択されて、これらセンサセル１１の出力信号が各Ａ／Ｄ変換回路４から順次行単位でデジタル出力信号４Ａとして出力され、結果として、微細形状を示す２次元データが得られる。
【００２４】
また、センサセル１１の検出感度を調整するキャリブレーション動作の際には、上記センシング動作と同様にして行単位でｑ個のセンサセル１１が同時に選択される。そしてすべてのセンサセル１１に対して共通に接続されている制御線ＣＬを介して、基準パルス信号３Ａが供給される。
したがって、アドレス信号ＡＤを順に変化させることにより、行ごとに選択されたｑ個のセンサセル１１ごとに個別に、かつ順次行単位で並列的に調整されることになる。
【００２５】
一方、テスト制御線ＴＬについても、すべてのセンサセル１１に対して共通に接続されている。
したがって、各センサセル１１のキャリブレーション回路３を一括してテストするテスト動作の際には、そのテスト実行を指示するテスト回路制御信号５Ａが、テスト制御回路５からテスト制御線ＴＬを介してすべてのセンサセル１１へ同時に供給され、すべてのセンサセル１１で一括してキャリブレーション回路３のテストが行われる。
【００２６】
次に、図３を参照して、本発明にかかる第１の実施の形態について説明する。
図３はセンサセル１１の構成を示すブロック図である。各センサセル１１は、それぞれ同一構成をなしており、検出素子１、センサ回路２、キャリブレーション回路３、テスト回路８および選択回路９から構成されている。
検出素子１は、微細形状を電気量１Ａへ変換するための素子である。センサ回路２は、微細形状により変化する検出素子の電気量１Ａを計測し、その電気量（大きさ）に応じた出力信号２Ｂへ変換して出力する回路である。なお、センサ回路２の構成は前述（図９参照）と同様であり、ここでの詳細な説明は略す。
【００２７】
キャリブレーション回路３は、当該センサ回路２の検出感度を個別に調整する回路である。このキャリブレーション回路３には、複数の負荷素子からなる負荷回路３１、この負荷回路３１の各負荷素子を制御するための計数データを保持出力するカウンタ回路３２、およびテスト動作時にセンサ回路２の出力信号２Ｂと基準パルス信号３Ａとを比較する時間信号比較回路３３が設けられている。
選択回路９は選択信号９Ａに基づき当該センサセル１１を動作状態とする回路である。
【００２８】
テスト回路８は、各センサセル１１のキャリブレーション回路３の動作をテストする回路である。
このテスト回路８は、センサ回路２とデータ線ＤＬとの間に設けられており、テスト動作時にはテスト回路制御信号５Ａに基づき切替動作が行われ、センサ回路２からの出力信号２Ｂに代えて動作確認信号３Ｃが出力信号２Ａとしてデータ線ＤＬへ出力される。
この動作確認信号３Ｃとしては、カウンタ回路３２の動作を確認できる信号として、例えばカウンタ回路３２から出力される計数データの最上位ビット信号が用いられる。
【００２９】
次に、図４を参照して、本実施の形態の動作について説明する。図４にセンサセルの具体的構成例を示す。
テスト動作時には、被測定物として、凹凸のない基準サンプルをそのセンサで検出したり、センサ面に何も置かずに検出を行うことで、各センサセルに同一の測定値を検出させる。
そして、テスト制御回路５からテスト制御線ＴＬを介して各センサセル１１へテスト回路制御信号５Ａを出力する。
【００３０】
テスト回路８には、センサ回路２からの出力信号２Ｂとカウンタ回路３２からの動作確認信号３Ｃとのいずれかを選択するセレクタ８１が設けられている。このセレクタ８１では、テスト回路制御信号５Ａが出力されていない際には、出力信号２Ｂが選択されて出力信号２Ａとして出力され、テスト回路制御信号５Ａが出力されているテスト動作時には、動作確認信号３Ｃが選択されて出力信号２Ａとして出力される。
【００３１】
したがって、テスト回路制御信号５Ａの出力に応じて、セレクタ８１が切り替えられ、カウンタ回路３２からの動作確認信号３Ｃがデータ線ＤＬに出力される。この動作確認信号３Ｃが初期状態（Ｌレベル）であることを確認した後、センサ回路制御信号／ＰＲＥおよびＲＥを制御してセンサ回路２で検出動作を順次実行させる。
これにより、ＶＴ変換回路２１の出力信号２Ｂとして、検出動作ごとに１つのパルス信号が出力される。
【００３２】
このパルス信号は、時間信号比較回路３３へ入力される。
時間信号比較回路３３には、ＡＮＤゲート３４とＯＲゲート３５とが設けられている。ＯＲゲート３５には、テスト回路制御信号５Ａと基準パルス信号３Ａとが入力されており、テスト動作時にはテスト回路制御信号５Ａが出力され、キャリブレーション動作時には基準パルス信号３Ａを出力される。
ＡＮＤゲート３４には、ＯＲゲート３５の出力と出力信号２Ｂとが入力されており、これら入力の論理積がカウンタ入力信号３Ｂとしてカウンタ回路３２へ出力される。
【００３３】
したがって、テスト動作時にはテスト回路制御信号５Ａと出力信号２Ｂとの論理積がカウンタ入力信号３Ｂとして出力される。なお、キャリブレーション動作時には基準パルス信号３Ａと出力信号２Ｂとの論理積がカウンタ入力信号３Ｂとして出力される。
このようにして、テスト動作時には、センサ回路２での検出動作ごとにパルス信号からなるカウンタ入力信号３Ｂがカウンタ回路３２へ入力され、その計数データが徐々に増加する。そして、動作確認信号３Ｃとして選んだビット、ここでは最上位ビットまで計数が進み、カウンタ回路３２の正常状態（Ｈレベル）へ反転する。
【００３４】
この動作確認信号３Ｃは、テスト回路８のセレクタ８１を介してデータ線ＤＬへ出力信号２Ａとして出力される。
したがって、各センサセル１１からの出力信号２Ａが正常状態（Ｈレベル）を示すことを確認することにより、キャリブレーション回路３が正常に動作するか否かを判断することができる。
【００３５】
このように、各センサセル１１ごとにテスト回路８を設け、テスト動作時にはカウンタ回路の正常動作を示す動作確認信号３Ｃを出力信号２Ａとして出力するようにしたので、微細形状検出センサ装置として組み立てる前に、センサセルが搭載されたセンサチップ単体でキャリブレーション回路３さらにはカウンタ回路３２の動作をテストすることができる。
したがって、正常なセンサチップのみを用いて組み立て作業を行うことができ、キャリブレーション回路の故障に起因する製造コストの増大を抑制できる。
【００３６】
また、時間信号比較回路３３では、テスト動作に用いるテスト回路制御信号５Ａおよびキャリブレーション動作に用いる基準パルス信号３Ａの論理和出力と、センサ回路２からの出力信号２Ｂとの論理積をカウンタ入力信号３Ｂとしてカウンタ回路３２へ入力するようにしたので、簡素な回路構成でテスト動作時およびキャリブレーション動作時におけるカウンタ回路３２への入力信号を切替制御できる。
【００３７】
次に、図５を参照して、本発明にかかる第２の実施の形態について説明する。
図５は第２の実施の形態にかかる微細形状検出センサ装置を示すブロック図である。
第１の実施の形態（図３参照）では、センサ回路２の後段にテスト回路８を設けた場合について説明したが、本実施の形態は、センサ回路２の内部、ここではＶＴ変換回路２３内に設けたものであり、他の構成は第１の実施の形態と同様である。
【００３８】
図６にセンサセルの具体的構成例を示す。
このテスト回路２のＶＴ変換回路２３には、閾値回路２４として、前述したテスト回路８の機能を有する回路が設けられている。
すなわち、閾値回路２４には、テスト回路制御信号５Ａが入力されており、センシング動作時には、容量Ｃ_Lの電位が所定の閾値と比較され、その比較結果が出力信号２Ａとして出力される。
また、テスト回路制御信号５Ａがテスト動作中を示す場合は、カウンタ回路３２からの動作確認信号３Ｃに応じて、センシング動作時と同様のセンサ出力、または固定レベルのいずれかが選択されてデータ線ＤＬへ出力信号２Ａとして出力される。
【００３９】
一方、キャリブレーション回路３の時間信号比較回路３３には、出力信号２Ａが入力されており、テスト動作時にはテスト回路制御信号５Ａと出力信号２Ａとの論理積がカウンタ入力信号３Ｂとして出力される。なお、キャリブレーション動作時には基準パルス信号３Ａと出力信号２Ａとの論理積がカウンタ入力信号３Ｂとして出力される。
したがって、テスト動作の際には、動作確認信号３Ｃが初期状態（Ｌレベル：第１の状態）のときにセンシング動作時と同様の出力信号２Ａが出力されていることを確認した後、センサ回路２での検出動作を開始する。これにより、センサ回路２での検出動作ごとにパルス信号からなるカウンタ入力信号３Ｂがカウンタ回路３２へ入力され、その計数データが徐々に増加する。そして、動作確認信号３Ｃとして選んだビット、ここでは最上位ビットまで計数が進み、そのビットがＨレベルへ反転する。
【００４０】
これにより、この動作確認信号３Ｃが正常状態（Ｈレベル：第２の状態）を示すものとなり、閾値回路２４からの固定レベル（Ｌレベル）の出力信号２Ａがデータ線ＤＬへ出力される。
したがって、各センサセル１１からセンシング動作時と同様の出力信号２Ａが出力されていることと、その出力信号２Ａが固定レベルを示すことを確認することにより、キャリブレーション回路３が正常に動作するか否かを判断することができる。
【００４１】
このように、各センサセル１１ごとにテスト機能付き閾値回路２４を設け、テスト動作時には、動作確認信号が初期状態を示す場合は、所定の閾値に基づき電気量に応じた出力を当該センサセルの出力信号２Ａとして出力し、カウンタ回路３２の正常動作を示す動作確認信号３Ｃに応じて固定レベルの出力信号２Ａを出力するようにしたので、これら出力信号２Ａのレベルをそれぞれ確認することにより、微細形状検出センサ装置として組み立てる前に、センサセルが搭載されたセンサチップ単体でキャリブレーション回路３さらにはカウンタ回路３２の動作をテストすることができる。
したがって、第１の実施の形態と同様に、正常なセンサチップのみを用いて組み立て作業を行うことができ、キャリブレーション回路の故障に起因する製造コストの増大を抑制できる。
【００４２】
図７に閾値回路２４の具体的構成例を示す。
この閾値回路２４には、ＡＮＤゲート２５とＮＡＮＤゲート２６が設けられている。ＮＡＮＤゲート２６には、テスト回路制御信号５Ａと動作確認信号３Ｃとが入力されており、その論理積の反転論理が出力される。
したがって、テスト動作時にはＨレベルのテスト回路制御信号５Ａが入力されるため、動作確認信号３Ｃの反転論理が出力される。またテスト動作時以外の際には、Ｈレベルが出力される。
【００４３】
ＡＮＤゲート２５には、このＮＡＮＤゲート２６の出力と容量Ｃ_Lの電位が入力されており、その論理積が出力信号２Ａとして出力される。
したがって、テスト動作時、動作確認信号３Ｃが初期状態を示すＬレベルの期間では、容量Ｃ_Lの電位２ＣがＡＮＤゲート２５の閾値により二値化され、出力信号２Ａとしてセンサ回路２での検出動作に応じたパルス信号が出力される。また、動作確認信号３Ｃがカウンタ回路３２の正常状態を示すＨレベルとなった際には、Ｌレベルの出力信号２Ａが固定的に出力される。なお、テスト動作時以外の際には、容量Ｃ_Lの電位２ＣがＡＮＤゲート２５の閾値により二値化され、出力信号２Ａとして出力される。
【００４４】
このように、ＡＮＤゲート２５とＮＡＮＤゲート２６とを組み合わせて閾値回路２４を構成したので、セレクタ８１を用いることなくわずかな回路規模でテスト機能を有する閾値回路２４を実現できる。
【００４５】
また、時間信号比較回路３３では、テスト動作に用いるテスト回路制御信号５Ａおよびキャリブレーション動作に用いる基準パルス信号３Ａの論理和出力と、センサ回路２からの出力信号２Ａとの論理積をカウンタ入力信号３Ｂとしてカウンタ回路３２へ入力するようにしたので、簡素な回路構成でテスト動作時およびキャリブレーション動作時におけるカウンタ回路３２への入力信号を切替制御できる。
【００４６】
以上の各実施の形態では、動作確認信号３Ｃとして、カウンタ回路３２の計数データのうちその最上位ビットを用いるようにした場合を例として説明したが、カウンタ回路３２の正常動作を確認できる信号であれば、他の信号を用いてもよい。
上記各実施の形態のように、動作確認信号３Ｃとして、最上位ビットを用いることにより、カウンタ回路３２のすべてのビットについての正常動作を１ビットの信号で確認することができ、回路構成を極めて簡素化できる。
【００４７】
以上では、格子状に配置されたセンサセル１１を行単位で選択して並列的に動作させる場合を例として説明したが、これに限定されるものではない。
例えば、各センサセル１１を順次個別に選択してテスト動作を行う場合にも、上記各実施の形態を適用することができ、それぞれ同様の作用効果が得られる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、センサセルごとに、電気量をその大きさに応じた出力信号へ変換して出力するセンサ回路と、このセンサ回路の検出感度を調整するキャリブレーション回路と、当該キャリブレーション回路の動作を検査して得られた結果を当該センサセルの出力信号として出力するテスト回路とを設けて、キャリブレーション回路で、当該キャリブレーション回路の動作を検査するテスト動作の際、検出感度の調整動作を行うとともにこの動作の動作状態を示す動作確認信号を出力し、テスト回路で、当該センサセルで微細形状を検出するセンシング動作の際にはセンサ回路の出力信号を当該センサセルの出力信号として出力し、テスト動作の際には当該キャリブレーション回路から取得した動作確認信号を当該センサセルの出力信号として出力するようにしたので、微細形状検出センサ装置として組み立てる前に、センサセルが搭載されたセンサチップ単体でキャリブレーション回路の動作をテストすることができる。
したがって、正常なセンサチップのみを用いて組み立て作業を行うことができ、キャリブレーション回路の故障に起因する製造コストの増大を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態にかかる微細形状検出センサ装置を示す外観図である。
【図２】本発明の一実施の形態にかかる微細形状検出センサ装置を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態にかかる微細形状検出センサ装置を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態にかかるセンサセルの構成例である。
【図５】本発明の第２の実施の形態にかかる微細形状検出センサ装置を示すブロック図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態にかかるセンサセルの構成例である。
【図７】本発明の第２の実施の形態にかかる閾値回路の構成例である。
【図８】従来の微細形状検出センサ装置を示すブロック図である。
【図９】従来のセンサセルの構成例である。
【図１０】センサセルの検出動作を示すタイミングチャートである。
【図１１】キャリブレーション動作を示すタイミングチャートである。
【図１２】負荷素子の構成例である。
【符号の説明】
１…検出素子、１Ａ…電気量、１Ｂ…センサ電極、２…センサ回路、２３…電圧−時間変換回路（ＶＴ変換回路／テスト機能付き）、２４…閾値回路（テスト機能付き）、２５…ＡＮＤゲート、２６…ＮＡＮＤゲート、２Ａ，２Ｂ…出力信号、２Ｃ…容量Ｃ_Lの電位、３…キャリブレーション回路、３１…負荷回路、３２…カウンタ回路、３３…時間信号比較回路、３４…ＡＮＤゲート、３５…ＯＲゲート、３Ａ…基準パルス信号、３Ｂ…カウンタ入力信号、３Ｃ…動作確認信号、４…Ａ／Ｄ変換回路、４Ａ…デジタル出力信号、５…テスト制御回路、５Ａ…テスト回路制御信号、８…テスト回路、８１…セレクタ、９…選択回路、９Ａ…選択信号、１０…微細形状検出センサ装置、１１…センサセル、１２…センサ面、１３…指、１４…指表面、１５…パシベーション膜、１６…絶縁層、ＷＬ，ＷＬ１〜ＷＬｐ…セル選択線、ＤＬ，ＤＬ１〜ＤＬｑ…データ線、ＣＬ…制御線、ＴＬ…テスト制御線、ＡＤ…アドレス信号、Ｚ₁〜Ｚ_N…負荷素子、Ｖ_DD…電源電圧、Ｃ_f…検出容量、Ｃ_p0…寄生容量、Ｃ_L…容量、Ｒ_a…抵抗、Ｉ，Ｉ_VT…電流源、Ｑ₁…ＰｃｈＭＯＳＦＥＴ、Ｑ₂…ＮｃｈＭＯＳＦＥＴ、ＲＥ，／ＰＲＥ…センサ回路制御信号、Ｎ₁…節点。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fine shape detection sensor device, and more particularly to a fine shape detection sensor device that senses fine irregularities such as human fingerprints and animal nose prints.
[0002]
[Prior art]
As an application example of a fine shape detection sensor device for detecting a fine shape of a detection target, many fingerprint sensors for detecting a fingerprint pattern have been proposed. For example, it is described in “ISSCC DIGEST OF TECHNICAL PAPERS” FEBRUARY 1998 pp.284-285. This is formed between a sensor electrode provided inside a cell (hereinafter referred to as a sensor cell) arranged in two dimensions on an LSI chip, and between the sensor electrode and the skin of a finger touched through an insulating film. It detects electrostatic capacitance and senses the uneven pattern of fingerprints. Since the capacitance value formed by the unevenness of the fingerprint is different, the unevenness of the fingerprint can be sensed by detecting this capacitance difference.
[0003]
Further, a fine shape detection sensor device having means for individually adjusting the detection sensitivity of a plurality of sensor circuits has been proposed (see, for example, Japanese Patent Application No. 2000-171932).
FIG. 8 shows a block diagram of a conventional fine shape detection sensor device.
The sensor cell 11 includes a detection element 1, a sensor circuit (VT conversion) 2, a calibration circuit 3, and a selection circuit 9.
[0004]
The detection element 1 is an element for converting a fine shape into an electric quantity. The sensor circuit 2 measures the amount of electricity of the detection element that changes depending on the fine shape, converts it into a time signal having a pulse width corresponding to the amount of electricity by an internal voltage-time conversion circuit, and outputs it as an output signal 2A It is.
The calibration circuit 3 is a circuit that individually adjusts (sensitivity adjustment) the detection sensitivity of the sensor circuit 2 of the sensor cell 11 for each sensor cell. The selection circuit 9 is a circuit that brings the sensor cell 11 into an operating state based on the selection signal 9A.
[0005]
When adjusting the detection sensitivity in the sensor circuit 2 of each sensor cell 11 (hereinafter referred to as calibration), a reference sample without unevenness is detected by the sensor as an object to be measured, or it is detected without placing anything on the sensor surface. By performing the above, each sensor cell is caused to detect the same measurement value.
An output signal 2A from the sensor cell 11 is input to the calibration circuit 3. The calibration circuit 3 includes a load circuit 31, a counter circuit (n bits) 32, and a time signal comparison circuit 33.
[0006]
In the time signal comparison circuit 33, the output signal 2A and the reference pulse signal 3A having a pulse width corresponding to the desired detection sensitivity are compared. Then, a comparison result having a pulse width corresponding to the time difference between the two is input to the counter circuit (n bits) 32 as the counter input signal 3B.
The counter circuit 32 performs a counter operation based on the counter input signal 3B. Thereby, the count data in the counter circuit 32 is sequentially updated, and n load elements Z provided in the load circuit 31 by this count data. ₁ ~ Z _n Is connected to the sensor circuit 2 to adjust the detection sensitivity of the sensor circuit 2.
By repeating this operation once or a plurality of times in each sensor cell 11, the detection sensitivity of each sensor circuit 2 is adjusted, and the performance of each sensor cell is made uniform.
[0007]
FIG. 9 shows a specific configuration example of a conventional sensor cell.
The detection element 1 is realized by the sensor electrode 1B formed on the insulating layer 16 and covered with the passivation film 15, and the capacitance C formed between the finger surface 14 and the sensor electrode 1B as an electric quantity. _f Is used.
The sensor circuit 2 is a PchMOSFETQ ₁ , NchMOSFETQ ₂ And a constant current source I and a voltage-time conversion circuit (hereinafter referred to as a VT conversion circuit). C _p0 Is the parasitic capacitance.
[0008]
FIG. 10 is a timing chart showing the detection operation of the sensor cell.
Before the time T1, the sensor circuit control signal / PRE (PRE bar) is at the power supply voltage V _DD Controlled by Q ₁ Is turned off, the sensor circuit control signal RE is controlled to a voltage of 0V, and Q ₂ Is off and node N ₁ Is 0V.
At time T1, the signal / PRE is controlled to 0V and Q ₁ Turns on and node N ₁ Is V _DD To rise. At time T2, the signal / PRE and the signal RE are V _DD Q to be controlled ₁ Q turns off and Q ₂ Turns on. Thereby, capacitance C _f The charge accumulated in is discharged.
[0009]
Therefore, the capacitance C _f Node N at a speed dependent on ₁ At time T3 when a predetermined time Δt has elapsed from time T2, the signal RE is controlled to 0V and Q ₂ Turns off node N ₁ Then, capacitance C _f Potential V according to _DD −ΔV is maintained and is output to the VT conversion circuit 21.
[0010]
The VT conversion circuit 21 includes a constant current source I _VT , Capacity C _L And a threshold circuit 22 is provided.
In this VT conversion circuit 21, the node N ₁ Constant current source I according to the potential of _VT Operates and capacity C _L To charge. In the threshold circuit 22, this capacitance C _L The output, that is, the output signal 2A is inverted when the potential exceeds the predetermined threshold.
As a result, the capacitance C is empty. _L After starting charging for node N ₁ The output signal 2A is inverted after a time corresponding to the potential of, and the unevenness of the skin surface can be found by measuring this time length during the sensing operation for detecting the fine shape of the detection target.
[0011]
In the calibration operation for adjusting the detection sensitivity of the sense circuit 2, the count data of the counter circuit 32 is set to an initial set value in advance so that all the load elements are inactivated. The output signal 2A from the VT conversion circuit 21 is set to an initial setting value at the start time for each detection operation. Then, a reference pulse signal 3A having a pulse width corresponding to a desired detection sensitivity is supplied to the sensor cell 11, and the detection operation is sequentially performed in the sensor cell 11 in synchronization with this.
As a result, an output signal 2A is obtained from the sensor circuit 2, and as shown in FIG. 11, the output signal 2A and the reference pulse signal 3A are compared by the time signal comparison circuit 33. For example, the output signal 2A and the reference pulse signal 3A are compared. The counter input signal 3B is generated by the logical product of.
[0012]
The output signal 2A is a capacitance C _f , The delay time ts from the rising edge of the reference pulse signal 3A to the rising edge of the output signal 2A changes according to the load of the load circuit 31, as shown in FIG.
Therefore, when the output signal 2A changes earlier than the time determined by ts (ts> tr) (time T1, T2), the counter input signal 3B is input to the counter circuit 32 for each detection operation. At 32, the count data is incremented, and the load of the load circuit 31 is sequentially increased.
[0013]
When the output signal 2A changes after the time determined by ts (ts ≦ tr) (time T3), the detection sensitivity of the sensor circuit 2 becomes a desired sensitivity corresponding to tr, and the counter input signal 3B is The counter circuit 32 holds the selection state of the load element at that time.
Therefore, for example, Z as the load value of each load element _k = Z.2 ^k-1 By setting (k is a natural number), the value of the load circuit 31 is increased by Z every time counting data is counted up, and the detection sensitivity can be adjusted in units of Z.
Such a calibration operation is executed individually for each sensor cell 11 and is adjusted to an appropriate detection sensitivity.
[0014]
Load element Z of load circuit 31 ₁ ~ Z _n Alternatively, a load element that can be controlled to an active state and an inactive state may be used. FIG. 12 shows an example of a load element that can be controlled to an active state and an inactive state. FIG. 12A shows an example of a capacitive load element, and FIG. 12B shows an example of a resistive load element.
In this way, by providing the calibration circuit 3 for each sensor circuit 2, even if the characteristics of the sensor circuit 2, that is, the detection sensitivity, vary from sensor cell to sensor cell due to process variations, the detection performance of each sensor cell is made uniform. can do.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a conventional fine shape detection sensor device, although the detection sensitivity of the sensor circuit 2 can be adjusted by the calibration circuit 3, if the calibration circuit 3 itself has a failure, it cannot be detected. It was.
In particular, since the counter circuit 32 of the calibration circuit 3 has a large number of MOS transistor elements and a high mounting density, a failure caused by a semiconductor process is more likely to occur compared to other circuit portions.
[0016]
For this reason, it is necessary to perform an operation test after assembling the fine shape detection sensor device including circuit components other than the sensor chip on which the sensor cell is mounted, and to selectively eliminate those that do not function the calibration circuit. There was a problem that the manufacturing cost increased due to the failure.
An object of the present invention is to solve such a problem, and an object thereof is to provide a fine shape detection sensor device capable of suppressing an increase in manufacturing cost due to a failure of a calibration circuit.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve such an object, a fine shape detection sensor device according to the present invention includes a detection element that detects an amount of electricity that changes in accordance with a fine shape of a detection target. , Corresponding detection element Depending on the amount of electricity Signal Sensor that converts and outputs A plurality of cells, A fine shape detection sensor device that senses unevenness of a fine shape based on the output of these sensor cells arranged in two dimensions, the sensor cell Includes a sensor circuit that converts an electrical quantity into an output signal corresponding to the magnitude of the output signal, a calibration circuit that adjusts the detection sensitivity of the sensor circuit, and Inspects the operation of the calibration circuit The result obtained as a result is output as the output signal of the sensor cell. Test circuit The calibration circuit has a means for adjusting the detection sensitivity and outputting an operation confirmation signal indicating the operation state of the operation during a test operation for inspecting the operation of the calibration circuit. The circuit outputs an output signal of the sensor circuit as an output signal of the sensor cell during a sensing operation for detecting a fine shape by the sensor cell, and an operation confirmation signal acquired from the calibration circuit during the test operation. Having means for outputting as an output signal of the sensor cell Is.
[0018]
As a test circuit, During the sensing operation, the output signal from the sensor circuit is selectively output as the output signal from the sensor cell, During test operation Obtained from the calibration circuit Operation confirmation signal The As an output signal from the sensor cell Choice An output selector may be used.
Or A comparison result obtained by comparing the output signal from the sensor circuit with a predetermined threshold during the sensing operation is output as an output signal of the sensor cell, and a signal corresponding to the operation state of the calibration circuit is output during the test operation. In this threshold circuit, a threshold circuit that outputs as an output signal of During the test operation, the calibration circuit Obtained from When the operation confirmation signal indicates the first state, The output signal from the sensor circuit Predetermined threshold Comparison result compared with Is output as the output signal of the sensor cell, and the operation confirmation signal indicates the second state, A fixed level signal Output signal of the sensor cell To output as May be.
[0019]
Further, when the calibration circuit includes a load circuit that adjusts the detection sensitivity of the sensor circuit and a counter circuit that controls the load circuit based on the count data, a signal of the most significant bit of the count data as an operation confirmation signal May be used.
In each test circuit, the operation of the calibration circuit may be inspected based on a test circuit control signal supplied via a commonly connected test control line.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a use state of a fine shape detection sensor device according to the present invention.
As shown in FIG. 1, the fine shape detection sensor device 10 includes a large number of sensor cells adjacent to each other, and typically includes a large number of sensor cells 11 arranged two-dimensionally (in an array or a lattice). Has been.
By bringing a detection target such as a finger 13 into contact with the sensor surface 12 of the fine shape detection sensor device 10, the detection target surface (here, the uneven shape of the fingerprint) is individually detected by each sensor cell 11, and the fine detection target Two-dimensional data indicating the shape is output.
[0021]
FIG. 2 is a block diagram showing a fine shape detection sensor device according to an embodiment of the present invention.
In the fine shape detection sensor device 10, each sensor cell 11 is arranged in a p × q lattice pattern (p and q are integers of 2 or more).
The decoder DC outputs a selection signal to any one of the cell selection lines WL1 to WLq based on the address signal AD. These cell selection lines WL1 to WLq are commonly connected to q sensor cells 11 arranged in the row among the sensor cells 11, and a selection signal is output from the decoder DC to the cell selection line WL. As a result, q sensor cells 11 arranged in the row are simultaneously selected to be in an operating state.
[0022]
In addition, an A / D conversion circuit 4 is provided for each of the p sensor cells 11 arranged in the column direction, and the p sensor cells 11 arranged in each column are respectively connected by data lines DL1 to DLq. Commonly connected.
The A / D conversion circuit 4 performs A / D conversion on an output signal output as an analog signal from the sensor cell 11 via the data line DL, and outputs a digital output signal 4A.
[0023]
In the fine shape detection sensor device 10 having such a configuration, one sensor cell 11 is simultaneously selected for each of the data lines DL1 to DLq by a selection signal from the decoder DC during a sensing operation for detecting a fine shape. The output signals from the q sensor cells 11 are input to the A / D conversion circuit 4 in parallel via the data lines DL1 to DLq, respectively, and output as a digital output signal 4A. Therefore, by changing the address signal AD in order, q sensor cells 11 are selected for each row, and the output signals of these sensor cells 11 are sequentially output from each A / D conversion circuit 4 as a digital output signal 4A in units of rows. As a result, two-dimensional data indicating a fine shape is obtained.
[0024]
In the calibration operation for adjusting the detection sensitivity of the sensor cell 11, q sensor cells 11 are simultaneously selected in units of rows in the same manner as the sensing operation. Then, the reference pulse signal 3A is supplied through the control line CL that is commonly connected to all the sensor cells 11.
Therefore, by sequentially changing the address signal AD, the q sensor cells 11 selected for each row are adjusted individually and sequentially in parallel in units of rows.
[0025]
On the other hand, the test control line TL is also commonly connected to all the sensor cells 11.
Therefore, in the test operation for collectively testing the calibration circuits 3 of the sensor cells 11, the test circuit control signal 5A instructing the test execution is transmitted from the test control circuit 5 through the test control line TL. The sensor cell 11 is supplied simultaneously, and the calibration circuit 3 is tested in a batch in all the sensor cells 11.
[0026]
Next, a first embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the sensor cell 11. Each sensor cell 11 has the same configuration, and includes a detection element 1, a sensor circuit 2, a calibration circuit 3, a test circuit 8, and a selection circuit 9.
The detection element 1 is an element for converting a fine shape into an electric quantity 1A. The sensor circuit 2 is a circuit that measures the amount of electricity 1A of the detection element that changes depending on the fine shape, converts it to an output signal 2B corresponding to the amount of electricity (size), and outputs the output signal 2B. The configuration of the sensor circuit 2 is the same as that described above (see FIG. 9), and detailed description thereof is omitted here.
[0027]
The calibration circuit 3 is a circuit that individually adjusts the detection sensitivity of the sensor circuit 2. The calibration circuit 3 includes a load circuit 31 composed of a plurality of load elements, a counter circuit 32 that holds and outputs count data for controlling each load element of the load circuit 31, and an output of the sensor circuit 2 during a test operation. A time signal comparison circuit 33 for comparing the signal 2B and the reference pulse signal 3A is provided.
The selection circuit 9 is a circuit that brings the sensor cell 11 into an operating state based on the selection signal 9A.
[0028]
The test circuit 8 is a circuit that tests the operation of the calibration circuit 3 of each sensor cell 11.
The test circuit 8 is provided between the sensor circuit 2 and the data line DL. During the test operation, the test circuit 8 is switched based on the test circuit control signal 5A and operates in place of the output signal 2B from the sensor circuit 2. The confirmation signal 3C is output as the output signal 2A to the data line DL.
As the operation confirmation signal 3C, for example, the most significant bit signal of count data output from the counter circuit 32 is used as a signal for confirming the operation of the counter circuit 32.
[0029]
Next, the operation of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows a specific configuration example of the sensor cell.
At the time of the test operation, a reference sample without unevenness is detected by the sensor as an object to be measured, or detection is performed without placing anything on the sensor surface, thereby causing each sensor cell to detect the same measurement value.
Then, a test circuit control signal 5A is output from the test control circuit 5 to each sensor cell 11 via the test control line TL.
[0030]
The test circuit 8 is provided with a selector 81 that selects either the output signal 2B from the sensor circuit 2 or the operation confirmation signal 3C from the counter circuit 32. In the selector 81, when the test circuit control signal 5A is not output, the output signal 2B is selected and output as the output signal 2A. During the test operation in which the test circuit control signal 5A is output, the operation confirmation signal 3C is selected and output as an output signal 2A.
[0031]
Therefore, the selector 81 is switched according to the output of the test circuit control signal 5A, and the operation confirmation signal 3C from the counter circuit 32 is output to the data line DL. After confirming that the operation confirmation signal 3C is in the initial state (L level), the sensor circuit control signals / PRE and RE are controlled to cause the sensor circuit 2 to sequentially execute the detection operation.
As a result, one pulse signal is output for each detection operation as the output signal 2B of the VT conversion circuit 21.
[0032]
This pulse signal is input to the time signal comparison circuit 33.
The time signal comparison circuit 33 is provided with an AND gate 34 and an OR gate 35. A test circuit control signal 5A and a reference pulse signal 3A are input to the OR gate 35. The test circuit control signal 5A is output during a test operation, and the reference pulse signal 3A is output during a calibration operation.
The output of the OR gate 35 and the output signal 2B are input to the AND gate 34, and the logical product of these inputs is output to the counter circuit 32 as the counter input signal 3B.
[0033]
Therefore, the logical product of the test circuit control signal 5A and the output signal 2B is output as the counter input signal 3B during the test operation. During the calibration operation, the logical product of the reference pulse signal 3A and the output signal 2B is output as the counter input signal 3B.
In this way, at the time of the test operation, the counter input signal 3B consisting of a pulse signal is input to the counter circuit 32 for each detection operation in the sensor circuit 2, and the count data gradually increases. Then, counting proceeds to the bit selected as the operation confirmation signal 3C, here, the most significant bit, and the counter circuit 32 is inverted to a normal state (H level).
[0034]
The operation confirmation signal 3C is output as an output signal 2A to the data line DL via the selector 81 of the test circuit 8.
Therefore, whether or not the calibration circuit 3 operates normally can be determined by confirming that the output signal 2A from each sensor cell 11 indicates a normal state (H level).
[0035]
Thus, since the test circuit 8 is provided for each sensor cell 11 and the operation confirmation signal 3C indicating the normal operation of the counter circuit is output as the output signal 2A during the test operation, before the assembly as the fine shape detection sensor device, The operation of the calibration circuit 3 and the counter circuit 32 can be tested with a single sensor chip on which the sensor cell is mounted.
Therefore, assembly work can be performed using only normal sensor chips, and an increase in manufacturing cost due to a failure of the calibration circuit can be suppressed.
[0036]
In the time signal comparison circuit 33, the logical product of the test circuit control signal 5A used for the test operation and the reference pulse signal 3A used for the calibration operation and the output signal 2B from the sensor circuit 2 is output as a counter input signal. Since 3B is input to the counter circuit 32, the input signal to the counter circuit 32 during the test operation and the calibration operation can be switched and controlled with a simple circuit configuration.
[0037]
Next, a second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is a block diagram showing a fine shape detection sensor device according to the second embodiment.
In the first embodiment (see FIG. 3), the case where the test circuit 8 is provided in the subsequent stage of the sensor circuit 2 has been described. However, in the present embodiment, the inside of the sensor circuit 2, here, the VT conversion circuit 23 is provided. The other configurations are the same as those of the first embodiment.
[0038]
FIG. 6 shows a specific configuration example of the sensor cell.
In the VT conversion circuit 23 of the test circuit 2, a circuit having the function of the test circuit 8 described above is provided as the threshold circuit 24.
That is, the test circuit control signal 5A is input to the threshold circuit 24, and during the sensing operation, the capacitance C _L Are compared with a predetermined threshold value, and the comparison result is output as an output signal 2A.
When the test circuit control signal 5A indicates that the test operation is being performed, either the sensor output similar to the sensing operation or a fixed level is selected according to the operation confirmation signal 3C from the counter circuit 32, and the data line The output signal 2A is output to the DL.
[0039]
On the other hand, the output signal 2A is input to the time signal comparison circuit 33 of the calibration circuit 3, and the logical product of the test circuit control signal 5A and the output signal 2A is output as the counter input signal 3B during the test operation. During the calibration operation, the logical product of the reference pulse signal 3A and the output signal 2A is output as the counter input signal 3B.
Therefore, in the test operation, after confirming that the output signal 2A similar to that during the sensing operation is output when the operation confirmation signal 3C is in the initial state (L level: first state), the sensor circuit 2 starts the detection operation. As a result, the counter input signal 3B composed of a pulse signal is input to the counter circuit 32 for each detection operation in the sensor circuit 2, and the count data gradually increases. The counting proceeds to the bit selected as the operation confirmation signal 3C, here, the most significant bit, and the bit is inverted to the H level.
[0040]
As a result, the operation confirmation signal 3C indicates a normal state (H level: second state), and a fixed level (L level) output signal 2A from the threshold circuit 24 is output to the data line DL.
Therefore, whether or not the calibration circuit 3 operates normally by confirming that the output signal 2A similar to that during the sensing operation is output from each sensor cell 11 and that the output signal 2A indicates a fixed level. Can be determined.
[0041]
In this way, the threshold circuit 24 with a test function is provided for each sensor cell 11, and when the operation confirmation signal indicates an initial state during the test operation, an output corresponding to the amount of electricity based on a predetermined threshold is output from the sensor cell. Since the output signal 2A at a fixed level is output in response to the operation confirmation signal 3C indicating the normal operation of the counter circuit 32, the fine shape detection is performed by confirming the level of each of the output signals 2A. Before the sensor device is assembled, the operation of the calibration circuit 3 and further the counter circuit 32 can be tested with a single sensor chip on which a sensor cell is mounted.
Therefore, as in the first embodiment, assembly work can be performed using only normal sensor chips, and an increase in manufacturing cost due to a failure of the calibration circuit can be suppressed.
[0042]
FIG. 7 shows a specific configuration example of the threshold circuit 24.
The threshold circuit 24 is provided with an AND gate 25 and a NAND gate 26. The NAND gate 26 receives the test circuit control signal 5A and the operation confirmation signal 3C, and outputs the inverted logic of the logical product.
Therefore, since the test circuit control signal 5A at H level is input during the test operation, the inverted logic of the operation confirmation signal 3C is output. Further, when the test operation is not performed, the H level is output.
[0043]
The AND gate 25 includes an output of the NAND gate 26 and a capacitance C _L And the logical product is output as the output signal 2A.
Therefore, during the test operation, during the L level period when the operation confirmation signal 3C indicates the initial state, the capacitance _L 2C is binarized by the threshold value of the AND gate 25, and a pulse signal corresponding to the detection operation in the sensor circuit 2 is output as the output signal 2A. Further, when the operation confirmation signal 3C becomes H level indicating the normal state of the counter circuit 32, the L level output signal 2A is fixedly output. Note that when the test operation is not performed, the capacitance C _L 2C is binarized by the threshold value of the AND gate 25 and output as an output signal 2A.
[0044]
Thus, since the threshold circuit 24 is configured by combining the AND gate 25 and the NAND gate 26, the threshold circuit 24 having a test function can be realized with a small circuit scale without using the selector 81.
[0045]
Further, in the time signal comparison circuit 33, the logical product of the logical sum output of the test circuit control signal 5A used for the test operation and the reference pulse signal 3A used for the calibration operation and the output signal 2A from the sensor circuit 2 is the counter input signal. Since 3B is input to the counter circuit 32, the input signal to the counter circuit 32 during the test operation and the calibration operation can be switched with a simple circuit configuration.
[0046]
In each of the above embodiments, the case where the most significant bit of the count data of the counter circuit 32 is used as the operation confirmation signal 3C has been described as an example. However, the operation confirmation signal 3C is a signal that can confirm the normal operation of the counter circuit 32. Other signals may be used if they exist.
As in the above embodiments, the most significant bit is used as the operation confirmation signal 3C, so that the normal operation of all the bits of the counter circuit 32 can be confirmed with a 1-bit signal, and the circuit configuration is extremely high. It can be simplified.
[0047]
In the above, the case where the sensor cells 11 arranged in a grid pattern are selected in units of rows and operated in parallel has been described as an example, but the present invention is not limited to this.
For example, even when each sensor cell 11 is sequentially selected individually and a test operation is performed, the above-described embodiments can be applied, and similar effects can be obtained.
[0048]
【The invention's effect】
As described above, the present invention provides a sensor cell. For each sensor circuit, a sensor circuit that converts an electrical quantity into an output signal corresponding to the magnitude of the output, a calibration circuit that adjusts the detection sensitivity of the sensor circuit, and an operation of the calibration circuit are obtained. A test circuit that outputs the result of the measurement as an output signal of the sensor cell, and the calibration circuit adjusts the detection sensitivity during the test operation for inspecting the operation of the calibration circuit. The sensor circuit outputs an output signal of the sensor circuit as an output signal of the sensor cell during the sensing operation in which the sensor cell detects a fine shape by the test circuit, and the calibration signal during the test operation. The operation confirmation signal acquired from the calibration circuit is output as the output signal of the sensor cell. Therefore, before assembling as a fine shape detection sensor device, the operation of the calibration circuit can be tested with a single sensor chip on which a sensor cell is mounted.
Therefore, assembly work can be performed using only normal sensor chips, and an increase in manufacturing cost due to a failure of the calibration circuit can be suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an external view showing a fine shape detection sensor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a fine shape detection sensor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing the fine shape detection sensor device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a configuration example of a sensor cell according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram showing a fine shape detection sensor device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a configuration example of a sensor cell according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a configuration example of a threshold circuit according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a block diagram showing a conventional fine shape detection sensor device.
FIG. 9 is a configuration example of a conventional sensor cell.
FIG. 10 is a timing chart showing the detection operation of the sensor cell.
FIG. 11 is a timing chart showing a calibration operation.
FIG. 12 is a configuration example of a load element.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Detection element, 1A ... Electric quantity, 1B ... Sensor electrode, 2 ... Sensor circuit, 23 ... Voltage-time conversion circuit (with VT conversion circuit / test function), 24 ... Threshold circuit (with test function), 25 ... AND Gate, 26 ... NAND gate, 2A, 2B ... Output signal, 2C ... Capacitance C _L 3 ... calibration circuit 31 ... load circuit 32 ... counter circuit 33 ... time signal comparison circuit 34 ... AND gate 35 ... OR gate 3A ... reference pulse signal 3B ... counter input signal 3C ... Operation confirmation signal, 4 ... A / D conversion circuit, 4A ... digital output signal, 5 ... test control circuit, 5A ... test circuit control signal, 8 ... test circuit, 81 ... selector, 9 ... selection circuit, 9A ... selection signal, DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fine shape detection sensor apparatus, 11 ... Sensor cell, 12 ... Sensor surface, 13 ... Finger, 14 ... Finger surface, 15 ... Passivation film, 16 ... Insulating layer, WL, WL1-WLp ... Cell selection line, DL, DL1- DLq ... data line, CL ... control line, TL ... test control line, AD ... address signal, Z ₁ ~ Z _N ... Load element, V _DD ... Power supply voltage, C _f ... Detection capacity, C _p0 ... parasitic capacitance, C _L ... capacity, R _a ... Resistance, I, I _VT ... Current source, Q ₁ ... PchMOSFET, Q ₂ ... NchMOSFET, RE, / PRE ... Sensor circuit control signal, N ₁ …node.

Claims

A detecting element for detecting the electric quantity varying according to the detected fine shape, it has a plurality of the corresponding sensor cell signal conversion to the outputs in accordance with the quantity of electricity of the detection element, arranged in a two-dimensional A fine shape detection sensor device for sensing the fine shape irregularities based on the output of these sensor cells,
The sensor cell, a sensor circuit for converting the electric quantity into an output signal corresponding to the magnitude, and the calibration circuit for adjusting the detection sensitivity of the sensor circuit, checks the operation of the calibration circuit A test circuit that outputs the obtained result as an output signal of the sensor cell ,
The calibration circuit has means for adjusting the detection sensitivity and outputting an operation confirmation signal indicating an operation state of the operation during a test operation for inspecting the operation of the calibration circuit.
The test circuit outputs an output signal of the sensor circuit as an output signal of the sensor cell during a sensing operation for detecting a fine shape in the sensor cell, and is acquired from the calibration circuit during the test operation. A fine shape detection sensor device comprising means for outputting an operation confirmation signal as an output signal of the sensor cell .

The fine shape detection sensor device according to claim 1,
It said test circuit comprises an output signal from the sensor circuit selects as an output signal from the sensor cell during the sensing operation, said operation confirmation signal to our said acquired from the calibration circuit when said test operation A fine shape detection sensor device comprising a selector that selectively outputs an output signal from a sensor cell.

The fine shape detection sensor device according to claim 1,
The test circuit outputs a comparison result obtained by comparing an output signal from the sensor circuit with a predetermined threshold during the sensing operation as an output signal of the sensor cell, and an operation state of the calibration circuit during the test operation Consisting of a threshold circuit that outputs a signal corresponding to the output signal of the sensor cell,
When the operation check signal acquired from the calibration circuit indicates the first state during the test operation , the threshold circuit compares a comparison result obtained by comparing the output signal from the sensor circuit with a predetermined threshold. A fine shape detection sensor device that outputs a sensor cell output signal and outputs a signal of a predetermined fixed level as an output signal of the sensor cell when the operation confirmation signal indicates a second state.

In the fine shape detection sensor device according to claim 2 or 3,
The calibration circuit includes a load circuit that adjusts the detection sensitivity of the sensor circuit, and a counter circuit that controls the load circuit based on count data,
A fine shape detection sensor device using a signal of the most significant bit of the count data as the operation confirmation signal.

The fine shape detection sensor device according to claim 1,
Each of the test circuits inspects the operation of the calibration circuit based on a test circuit control signal supplied through a commonly connected test control line.