KR101852043B1 - 타이밍회로를 포함한 감지소자를 갖는 정전용량식 지문센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 손가락의 지문패턴을 감지하기 위한 정전용량식 지문감지장치로서, 상기 정전용량식 지문센서는 손가락이 터치하는 보호 유전체 상단층; 상기 상단층 아래에 설비된 전기도전성 감지구조물; 전하측정회로로부터의 출력신호가 상기 손가락과 상기 감지구조물 간에 전위차의 변화로 인해 발생해 상기 감지구조물에 의해 전달된 전하의 변화를 나타내게 되는 측정순서를 수행하도록 적어도 하나의 제 1 측정상태와 제 2 측정상태 간에 순차적 전이를 위해 상기 감지구조물에 연결된 전하측정회로; 및 적어도 하나의 상기 측정상태들의 타이밍을 제어하기 위해 상기 전하측정회로에 연결된 타이밍회로를 각각 포함하는 복수의 감지소자들을 구비하는 정전용량식 지문감지장치에 관한 것이다.

Description

타이밍회로를 포함한 감지소자를 갖는 정전용량식 지문센서{CAPACITIVE FINGERPRINT SENSOR WITH SENSING ELEMENTS COMPRISING TIMING CIRCUITRY}

본 발명은 정전용량식 지문감지장치 및 지문패턴을 감지하는 방법에 관한 것이다.

증가된 보안 및/또는 강화된 사용자 편의성을 제공하기 위해 다양한 타입의 생체측정 시스템들이 더욱더 많이 사용된다.

특히, 지문감지시스템은 가령 작은 폼팩터, 고성능 및 사용자 수용성으로 인해 소비자 가전장치에 채택되어 왔다.

다양한 이용가능한 (정전용량식, 광학적, 열적 등과 같은) 지문감지 원리들 가운데, 특히 크기 및 전력소비가 중요한 문제인 애플리케이션에서는 정전용량 감지가 가장 통상적으로 사용된다.

모든 정전용량식 지문센서들은 여러 감지소자들 및 지문센서의 표면에 놓인 손가락 간에 정전용량을 나타내는 수치를 제공한다.

일부 정전용량식 지문센서들은 감지구조물과 손가락 간에 정전용량을 수동으로 판독한다. 그러나, 이는 감지구조물 각각과 손가락 간에 상대적으로 큰 정전용량을 필요로 한다. 따라서, 이런 수동 정전용량식 센서에는 일반적으로 감지구조물을 덮고 있는 매우 얇은 보호층이 제공되며, 이는 이런 센서들이 스크래칭 및/또는 ESD(정전기 방전)에 오히려 민감해지게 한다.

US 7 864 992는 센서 어레이 부근에 배열된 도전성 구조물에 펄스를 가하고 센서 어레이에서 감지구조물에 의해 전달된 전하의 최종 변화를 측정함으로써 구동신호가 손가락에 주입되는 지문감지 시스템을 개시하고 있다.

이런 타입의 소위 능동지문감지 시스템은 상술한 수동 시스템보다 훨씬 더 큰 신호대잡음비로 정전용량 및 감지구조물을 측정할 수 있다. 이는, 차례로, 상당히 더 두꺼운 보호코팅 및 휴대폰과 같이 상당한 마모를 받는 물품들에 포함될 수 있는 더 튼튼한 정전용량식 지문센서들을 감안한다.

그러나, 여전히 개선할 여지가 있다. 특히, 심지어 더 두꺼운 보호코팅을 통해 지문을 감지하고/하거나 신호대잡음비에 대해 더 개선된 성능을 제공하는 것이 바람직할 수 있다.

종래 기술의 상술한 및 다른 결함들을 고려해, 본 발명의 목적은 개선된 정전용량식 지문감지장치, 특히 매우 두꺼운 보호코팅을 통해 개선된 감지성능을 제공하는 정전용량식 지문감지장치를 달성하는 것이다.

따라서, 본 발명의 제 1 태양에 따르면, 손가락의 지문패턴을 감지하기 위한 정전용량식 지문감지장치로서, 상기 정전용량식 지문센서는: 손가락이 터치하는 보호 유전체 상단층; 상기 상단층 아래에 설비된 전기도전성 감지구조물; 전하측정회로로부터의 출력신호가 상기 손가락과 상기 감지구조물 간에 전위차의 변화로 인해 발생해 상기 감지구조물에 의해 전달된 전하의 변화를 나타내게 되는 측정순서를 수행하도록 적어도 하나의 제 1 측정상태와 제 2 측정상태 간에 순차적 전이를 위해 상기 감지구조물에 연결된 전하측정회로; 및 적어도 하나의 상기 측정상태들의 타이밍을 제어하기 위해 상기 전하측정회로에 연결된 타이밍회로를 각각 포함하는 복수의 감지소자들을 구비하는 정전용량식 지문감지장치가 제공된다.

감지구조물은 이점적으로 금속 플레이트 형태로 제공될 수 있어, 감지구조물(감지 플레이트), 국소적 손가락 표면, 보호코팅(및 국소적 손가락 표면과 보호코팅 간에 국소적으로 있을 수 있는 임의의 공기)에 의해 일종의 평행판 커패시터가 형성된다.

보호코팅은 이점적으로 두께가 적어도 20㎛일 수 있고, 마모 및 파열 뿐만 아니라 ESD로부터 지문감지장치의 하부 구조물을 보호하기 위해 큰 유전체 강도를 가질 수 있다. 더 이점적으로, 보호코팅은 두께가 적어도 50㎛일 수 있다. 실시예에서, 보호코팅은 두께가 수 백㎛일 수 있다.

"전하측정회로"는 감지구조물에 의해 전달된 전하의 변화를 나타내는 출력신호를 제공할 수 있는 임의의 회로이다. 출력신호는 아날로그 또는 디지털일 수 있다. 예컨대, 출력신호는 기준 전위에 대한 전기 전위 형태로 제공될 수 있다. 다양한 실시예에서, 전하측정회로는 전하증폭기를 포함할 수 있다.

전하측정회로는 기설정된 순서로 다른 측정상태들 간에 전이를 포함한 기설정된 측정순서를 수행하도록 제어될 수 있다. 측정상태는 전하측정회로에 제공되는 제어신호들의 소정의 조합에 의해 정의될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 정전용량식 지문감지장치에서 각 감지소자 또는 감지소자들의 그룹은 타이밍회로를 포함하므로, 전하측정회로의 측정상태들 중 적어도 하나의 타이밍 제어가 각 감지소자 또는 감지소자들의 그룹에 로컬로 제어되는 것에 유의해야 한다.

다시 말하면, 시간상 적어도 한 지점과 적어도 하나의 측정상태의 기간은 각 감지소자 또는 감지소자들의 그룹에서 로컬로 제어된다. 따라서, 타이밍회로는 로컬상태기계로 기능한다고 할 수 있으며, 비동기식이거나 동기식, 또는 이들의 조합일 수 있다.

본 발명은 감지소자들의 더 빠른 동작이 각 감지소자로부터 다수의 판독을 할 수 있는 구현을 기반으로 하며, 이는 차례로 가령 신호대잡음비 및 공통모드 노이즈 감소 면에서 향상된 정전용량 측정/감지 성능을 규정한다.

본 발명자는 감지소자들 또는 감지소자들의 그룹들에 로컬화 타이밍을 제공함으로써 감지소자들의 바람직한 더 빠른 동작이 가능해지거나 적어도 크게 용이해질 수 있음을 더 알았다.

측정 상태들 간에 적어도 대부분의 시간 임계 전이(들)의 로컬화 타이밍을 제공함으로써, 측정시간이 감소될 수 있고/있거나 정전용량식 지문감지장치의 설계가 용이해질 수 있다. 예컨대, 각 감지소자에 소정의 타이밍 제어신호들의 조심스런 라우팅이 필요치 않으나, 특별한 감지소자 또는 감지소자들의 그룹을 선택하는 외부신호에 의해 타이밍이 개시될 수 있다.

정전용량 지문감지장치는 적어도 100개 크기의 감지소자들과 같이 매우 많은 감지소자들을 포함할 수 있다. 몇몇 정전용량식 지문감지장치는 적어도 10000개의 감지소자들과 같이 상당히 매우 많은 감지소자들을 포함할 수 있다. 판독 주파수가 1MHz에서 20MHz로 증가되면, 다른 감지소자들에 대한 수행시간의 차이로 외부의 중앙 타이밍 제어를 이용해 측정관련된 타이밍 요건들을 이행하기 어렵거나 특히 불가능해질 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예들은 더 큰 판독 주파수를 제공하며, 이는 차례로 향상된 측정성능을 허용하고 다수의 출력신호들의 조합(때로 일종의 필터링이라고 함)을 가능하게 함으로써, 공통모드잡음이 줄어들 수 있고 신호대잡음비가 증가될 수 있다.

이는 차례로 버튼 또는 휴대폰과 같은 전자장치의 커버의 일부와 같이 두 더꺼운 코팅을 통한 측정이 가능하다. 더욱이, 가능하게는 지문센서의 에너지 소비를 줄이고/줄이거나 지문표현(이미지)를 획득하는데 걸리는 시간을 줄일 수 있다.

실시예들에 따르면, 각 감지소자의 타이밍회로는 이런 적어도 하나의 추가감지소자의 상태를 추가로 제어하기 위해 적어도 하나의 추가 감지소자에 더 연결될 수 있다. 예컨대, 타이밍회로는 이웃한 감지소자들을 제어해 이들 각각의 감지구조물들에 적절한 전압 레벨을 제공할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 타이밍회로는 상기 전하측정회로가 제 1 이벤트에 의해 정의된 제 1 전이시간 및 상기 제 1 이벤트에 대한 시간지연에서 상기 제 1 측정상태로부터 상기 제 2 측정상태로 전이하도록 구성될 수 있다.

제 1 이벤트는 타이밍회로에 의해 별개로 제어될 수 있거나 제 1 이벤트는 감지소자의 외부에 있는 회로에 의해 제공될 수 있다.

다양한 실시예들에 따르면, 타이밍회로는 제 1 이벤트를 정의하는 제 1 신호를 수신하기 위한 입력부와 제 1 이벤트와 관련해 지연된 제 2 이벤트를 정의하는 제 2 신호를 제공하기 위한 출력부를 갖는 적어도 하나의 제 1 지연소자를 이점적으로 포함할 수 있다.

제 1 신호는 시간가변 전압일 수 있고, 제 1 이벤트는, 가령, 제 1 신호의 상승 플랭크 또는 하강 플랭크로 정의될 수 있다.

제 1 신호는 감시소자에서 내부적으로 발생될 수 있거나, 다양한 실시예들에 따라, 가령 감지소자 외부에서 발생된 활성화 신호라고 하는 신호로서 제공될 수 있다.

제 2 신호는 제 1 신호의 지연된 형태로 간주될 수 있으나, 제 2 신호를 형성하기 위해 지연과는 다른 변환들이 제 1 신호에 부여될 수 있음을 알아야 한다. 예컨대, 제 1 신호는 제 2 신호를 형성하기 위해 추가로 증폭 및/또는 감쇠 및/또는 인버터 등이 될 수 있다.

제 1 지연소자는 하나 이상의 논리 게이트들과 같은 반도체 회로를 이점적으로 포함할 수 있다.

제 2 신호에 의해 정의된 제 2 이벤트는 제 1 측정상태에서 제 2 측정상태로 상술한 전이를 이점적으로 포함할 수 있다.

다양한 실시예들에 따르면, 제 2 신호가 전하측정회로의 생성을 제어하게 하도록 제 1 지연소자의 출력부가 전하측정회로에 연결될 수 있다.

제 1 지연소자의 출력부가 직접 전하측정회로에 연결될 수 있거나 제 1 지연소자와 전하측정회로 간에 추가 회로가 있을 수 있다. 예컨대, 상술한 제 2 신호 및 추가 신호는 논리 게이트에 입력될 수 있고, 논리 게이트의 출력은 전하측정회로의 동작을 제어하는데 사용될 수 있다.

더욱이, 타이밍회로는 입력부가 제 1 지연소자의 출력부에 연결되고, 출력부가 제 2 이벤트에 대해 지연된 제 3 이벤트를 정의하는 제 3 신호를 제공하게 하는 제 2 지연소자를 추가로 포함할 수 있다.

제 3 이벤트는 전하측정회로가 상술한 제 2 측정상태에서 제 3 측정상태로 전이하도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

이를 위해, 제 2 지연소자의 출력부는 제 3 신호가 전하측정회로의 동작을 제어하게 하도록 전하측정회로에 연결될 수 있다.

더욱이, 다양한 실시예에 따르면, 타이밍회로는 제 1 지연소자의 출력부와 제 2 지연소자의 입력부 간에 결합된 적어도 하나의 논리 게이트를 더 포함할 수 있다. 이로써, 제 2 지연소자에 의해 지연된 신호는 상술한 제 2 신호와 감지소자의 내부에 생성될 수 있거나 감지소자 외부의 회로로부터 제공될 수 있는 추가 제어신호의 논리함수로 될 수 있다. 따라서, 이들 실시예는 상술한 제 2 이벤트의 조건부 제어를 가능하게 한다.

전하측정회로의 구성에 따라, 상술한 측정순서는 다른 개수의 측정상태들을 포함할 수 있다. 타이밍회로는 하나의 지연소자의 출력부가 차례대로 다음 지연소자의 입력부에 연결되는 데이지 체인 구성으로 배열된 복수의 지연소자들의 제공을 통해 이점적으로 측정상태들의 개수로 맞춰질 수 있다. 지연소자들의 개수는 측정상태들의 개수에 맞춰질 수 있으나, 측정순서대로 측정상태들의 개수와 직접 일치할 필요는 없다.

하나 또는 다수의 지연소자(들)을 이용한 대체물 또는 보완물로서, 타이밍회로는 하나 또는 다수의 논리 게이트(들)과 결합해 하나 또는 다수의 피드포워드 및/또는 피드백 루프(들)을 포함할 수 있다. 이는 지문감지장치의 설계를 용이하게 하고/하거나 더 작은 감지소자를 참작할 수 있는 물리적으로 더 작은 타이밍회로를 이루게 할 수 있다

실시예에서, 일련의 지연소자들은 외부신호에 의해 제어되거나 제어될 수 없는 폐쇄루프 시퀀스일 수 있다. 실시예에서, 손가락과 감지구조물 간에 정전용량식 결합을 나타내는 신호를 출력하기 전에 또는 출력하면서 한 감지소자가 자동으로 다수의 측정 싸이클들을 "런스루(run through)"하도록 될 수 있다.

다양한 실시예에서, 제 1 감지소자 또는 감지소자 그룹이 제 2 감지소자 또는 감지소자 그룹들의 측정순서를 개시하게 하도록 정전용량식 지문감지장치를 구성하는 것이 이점적일 수 있다. 예컨대, 지문감지장치의 행 또는 열에서 각 감지소자 또는 감지소자 그룹은 순차적으로 서로를 트리거해 측정순서를 수행하게 할 수 있다. 이는 가령 전체 행 또는 열의 신속한 스캔을 가능하게 하여, 전체 행 또는 열로부터 평균신호가 빨라질 수 있다. 이런 평균신호는 가령 잡음소거 등에 유용할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 상술한 측정순서는 적어도 전하측정회로의 출력부에서의 전위가 감지구조물의 전위로 언급되는 리셋상태를 포함할 수 있다.

전하측정회로는 감지구조물에 연결된 음의 입력부; 양의 입력부, 출력부; 음의 입력부와 출력부 사이에 연결된 피드백 커패시커; 및 양의 입력부와 음의 입력부 및 출력부 사에에 적어도 하나의 증폭단을 포함한 전하증폭기를 포함할 수 있고, 전하증폭기는 음의 입력부에서의 전위가 실질적으로 양의 입력부에서의 전위를 따르는 식으로 구성된다.

이들 실시예에서, 전하증폭기회로는 피드백 커패시터를 방전시키기 위해 음의 입력부와 출력부를 도전적으로 연결하도록 제어될 수 있는 리셋회로를 더 포함할 수 있다.

리셋회로는 감지소자에 포함된 타이밍회로에 연결될 수 있고, 타이밍회로는 피드백 커패시터를 방전시키도록 리셋회로를 제어할 수 있고, 이로써 전하증폭기회로를 상술한 리셋상태로 전이시킨다.

연이어, 타이밍회로는 음의 입력부를 출력부로부터 단절시키게 리셋회로를 제어할 수 있고, 이로써 피드백 커패시터가 전하를 보유하게 한다. 이 이벤트는 전하측정회로를 리셋상태에서 측정준비상태로 전이시킬 것이며, 감지구조물에 의해 전달된 전하는 전하증폭기를 이용해 측정될 수 있다.

실시예에 따르면, 지문감지장치는 손가락의 전위에 대해 제 1 전위에서 제 2 전위로 그리고 다시 제 1 전위로 되풀이하는 변경을 포함한 여기신호를 더 포함할 수 있다; 감지소자들 각각은 전하측정회로로부터 출력신호를 결합시키기 위한 전하측정회로에 연결되고, 감지구조물에 의해 전달된 전하의 변화를 나타내는 DC 신호성분을 포함한 결합된 신호를 제공하기 위해 여기신호에 대해 복조신호가 시간관련되는 복조회로를 더 포함할 수 있으며; 손가락 감지장치는 각각의 감지소자들로부터 DC 신호성분을 기반으로 지문패턴의 표현을 제공하기 위해 감지소자들 각각에 연결된 판독회를 더 포함할 수 있다.

따라서, 시간가변 전위는 기준전위에 대해 시간에 걸쳐 변하는 크기를 갖는 전기 전위를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 시간가변 여기전위는, 가령, 펄스 반복 주파수 또는 펄스 반복 주파수들의 조합을 갖는 펄스열로서 제공될 수 있다. 이런 펄스열에서 펄스들은 가령 정사각파 펄스일 수 있다. 대안으로, 시간가변 여기전위는 사인파 또는 사인파들의 조합으로서 제공될 수 있다.

본 발명자는 감지신호의 소정의 정보 컨텐츠, 즉, 감지구조물에 의해 전달된 전하의 상술한 변화가 DC 신호 또는 흡사한 DC 신호(지문감지 시스템의 기준전위에 대한 일정한 전압)로 표시되는 식으로 감지소자 또는 감지소자들의 그룹에서 국소적으로 감지신호를 적어도 부분적으로 복조함으로써 이에 따른 전력소비의 증가 없이 감지소자들의 바람직한 더 빠른 동작이 달성될 수 있음을 알았다.

각 감지소자로부터 DC신호성분으로서 감지구조물에 의해 전달된 전하의 변화를 출력함으로써, 판독라인의 기생 정전용량에 대해 전위의 판독라인을 위아래로 이동시킬 필요가 없게 되며, 이는 판독 이벤트마다 에너지 소비가 상당히 감소되게 한다.

다양한 실시예에 따르면, 정전용량식 지문감지장치는 양의 입력부에 연결되고 제 1 전위에서 제 2 전위로 양의 입력부에서의 전위를 바꾸고, 이로써 감지구조물의 전위를 변경시켜, 손가락과 감지구조물 간에 전위차의 변화를 제공하게 구성된 여기신호 공급회로를 더 포함할 수 있다.

여기신호 공급회로는 다른 라인들에 제공된 2 이상의 다른 전위들 간에 스위치하도록 구성된 스위칭회로일 수 있다. 대안으로 또는 결합해, 여기신호 공급회로는 정사각파 전압신호 또는 사인파 전압신호와 같이 시간가변 전위를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 신호소스를 포함할 수 있다.

실시예에 따르면, 각 감지소자는 특정 감지소자에 대한 여기신호 공급회로를 포함할 수 있다.

더욱이, 각 감지소자에 대해, 타이밍회로는 제 1 여기전이시간에서 제 1 전위에서 제 2 전위로 전위 변화를 야기하기 위해 여기신호 공급회로에 제 1 여기제어신호를 제공하고, 제 2 여기전이시간에서 제 2 전위에서 다시 제 1 전위로 전위 변화를 야기하기 위해 여기신호 공급회로에 제 2 여기제어신호를 제공하도록 여기신호 공급회로에 연결될 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 전하측정회로는 손가락과 감지구조물 간에 전위차의 변화 전에 제 1 샘플링 시간에 감지구조물에 의해 전달된 전하를 나타내는 신호를 샘플링하고, 손가락과 감지구조물 간에 전위차의 변화 후에 제 2 샘플링 시간에 감지구조물에 의해 전달된 전하를 나타내는 신호를 샘플링하기 위한 샘플링회로를 포함할 수 있다.

샘플링회로는 제 1 및 제 2 샘플링 커패시터와 감지구조물에 의해 전달된 전하를 나타내는 상술한 신호를 제 1 샘플링시간에 제 1 샘플링 커패시터로 제공하고 상기 신호를 제 2 샘플링시간에 제 2 샘플링 커패시터로 제공하도록 제어할 수 있는 스위칭회로를 포함할 수 있다.

제 1 및 제 2 샘플링 시간에서 샘플링신호의 절차는 일반적으로 상관 이중 샘플링(correlated double sampling)이라 하며 오프세트들의 대부분뿐만 아니라 지문감지장치가 받을 수 있는 공통모드 잡음의 적어도 저주파 성분들을 제거한다.

타이밍회로는 제 1 샘플링 시간에서 제 1 신호의 샘플링을 수행하기 위해 제 1 샘플링 제어신호를 샘플링회로에 제공하고, 제 2 샘플링 시간에서 제 2 신호의 샘플링을 수행하기 위해 제 2 샘플링 제어신호를 샘플링회로에 제공하도록 샘플링회로에 이점적으로 연결될 수 있다.

다양한 실시예에서, 본 발명에 따른 정전용량식 지문감지장치는 각각의 감지소자들에 연결되고 상기 각각의 감지소자들로부터 출력신호를 기반으로 지문패턴의 표현을 제공하도록 구성된 판독회로를 이점적으로 더 포함할 수 있다.

지문패턴의 표현은 판독회로에 의해 정전용량식 지문감지장치의 외부의 다른 회로에 제공될 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예에 따른 정전용량식 지문감지장치는 처리회로를 포함한 전자장치에 이점적으로 포함될 수 있고, 상기 처리회로는: 지문감지장치로부터 지문패턴의 표현을 획득하고, 상기 표현을 기반으로 사용자를 인증하며, 상기 사용자가 상기 표현을 기반으로 인증되는 경우에만 적어도 하나의 사용자 요청 프로세스를 수행하도록 구성된다. 전자장치는, 가령, 휴대폰 또는 태블릿, 컴퓨터, 또는 시계 등과 같은 전자식 웨어러블 아이템과 같은 휴대용 통신장치일수 있다.

본 발명의 제 2 태양에 따르면, 손가락이 터치하는 보호 유전체 상단층; 상기 상단층 아래에 설비된 전기도전성 감지구조물; 및 전하측정회로로부터의 출력신호가 상기 손가락과 상기 감지구조물 간에 전위차의 변화로 인해 발생해 상기 감지구조물에 의해 전달된 전하의 변화를 나타내게 되는 측정순서를 수행하도록 적어도 하나의 제 1 측정상태와 제 2 측정상태 간에 순차적 전이를 위해 상기 감지구조물에 연결된 전하측정회로를 각각 포함하는 복수의 감지소자들을 구비하는 정전용량식 지문감지센서를 이용해 손가락의 지문패턴을 감지하는 방법으로서, 상기 방법은 상기 감지소자들 각각에 대해:

제 1 이벤트를 정의하는 제 1 신호를 제공하는 단계;

제 1 이벤트에 관해 시간 지연된 제 2 이벤트를 정의하는 제 2 신호를 제공하기 위해 제 1 신호를 지연시키는 단계; 및

상기 전하측정회로가 제어신호로서 상기 제 2 신호를 이용해 상기 제 1 측정상태로부터 상기 제 2 측정상태로 전위를 제어하는 단계를 포함하는 정전용량식 지문감지센서를 이용해 손가락의 지문패턴을 감지하는 방법이 제공된다.

지연시키는 단계는 지연소자를 통해 제 1 신호를보내는 단계를 이점적으로 포함할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 정전용량식 지문감지장치는 전하측정장치의 상기 출력신호를 샘플링하기 위한 샘플링회로; 상기 손가락과 상기 감지구조물 간에 전위차의 변화를 제공하기 위한 여기신호 제공회로; 및 상기 감지소자들 각각에 연결되고 상기 감지소자들 각각으로부터 상기 출력신호를 기반으로 상기 지문패턴의 표현을 제공하도록 구성된 판독회로를 구비할 수 있고, 상기 방법은:

감지소자를 선택하기 위해 선택신호를 제공하는 단계;

리셋신호를 제공하기 위해 상기 선택신호를 지연시키는 단계;

상기 전하측정회로를 리셋상태로 전이시키기 위해 상기 전하측정회로에 상기 리셋신호를 제공하는 단계;

측정준비신호를 제공하기 위해 상기 리셋신호를 지연시키는 단계;

상기 리셋상태를 종결하고 측정준비상태로 전이시키기 위해 상기 측정회로에 상기 측정준비신호를 제공하는 단계;

제 1 샘플링 제어신호를 제공하기 위해 상기 측정준비신호를 지연시키는 단계;

제 1 샘플링 시간에 상기 감지구조물에 의해 전달된 전하를 나타내는 제 1 신호의 샘플링을 촉발시키기 위해 상기 샘플링 회로에 상기 제 1 샘플링 제어신호를 제공하는 단계;

제 1 여기제어신호를 제공하기 위해 상기 제 1 샘플링 제어신호를 지연시키는 단계;

상기 손가락과 상기 감지구조물 간에 전위차의 상기 변화를 달성하기 위해 상기 여기신호 제공회로로 상기 제 1 여기제어신호를 제공하는 단계;

제 2 샘플링 제어신호를 제공하기 위해 상기 제 1 여기제어신호를 지연시키는 단계; 및

제 2 샘플링 시간에서 상기 감지구조물에 의해 전달된 전하를 나타내는 제 2 신호의 샘플링을 촉발하기 위해 상기 샘플링회로에 상기 제 2 샘플링 제어신호를 제공하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 태양들 및 이런 제 2 태양을 통해 얻은 효과들은 본 발명의 제 1 태양에 대해 상술한 바와 대개 유사하다.

본 발명의 내용에 포함됨.

본 발명의 예시적인 실시예를 도시한 첨부도면을 참조로 본 발명의 이들 및 다른 태양들을 더 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 지문감지 시스템을 포함한 휴대폰을 개략 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 지문감지장치를 개략 도시한 것이다.
도 3a-b는 종래 기술에 따른 지문감지장치의 개략 블록도이다.
도 3c는 도 3a-b의 지문감지장치의 동작을 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 정전용량식 지문감지장치뿐만 아니라 도 3c의 종래기술에 따른 지문감지장치에 대한 예시적인 측정 순서를 도시한 타이밍도이다.
도 5a-b는 본 발명의 실시예에 따른 지문감지장치에 포함된 감지소자를 개략 도시한 것이다.
도 6a는 전하측정회로를 포함한 도 5b의 감지소자의 일부의 개략 회로도이다.
도 6b는 도 6a의 전하측정회로에 의해 수행된 측정순서의 타이밍을 제어하기 위한 타이밍회로를 개략 도시한 것이다.
도 7은 도 6b의 타이밍회로에 포함된 지연소자의 회로도이다.

본원의 상세한 설명에서, 정전용량식 지문감지장치를 참조로 본 발명에 따른 지문감지장치 및 방법의 다양한 실시예들을 주로 기술하며, 각 감지소자는 감지구조물에 의해 전달된 전하를 측정하기 위한 전하증폭기를 포함한 전하측정회로, 감지구조물에 여기신호 또는 구동신호를 제공하기 위한 여기신호 공급회로, 및 전하증폭기 및 여기신호 공급회로의 동작을 제어하기 위해 복수의 지연소자들을 포함한 타이밍회로를 포함한다. 더욱이, 정전용량식 지문감지장치는 변동없는 손가락으로부터 지문표현을 획득하도록 치수화되고 구성된 터치센서로 도시되어 있다.

이는 본 발명의 범위를 결코 제한하지 않으며, 손가락과 감지구조물 간에 전위차의 변화로 인해 발생한 감지구조물에 의해 전달된 전하의 변화를 측정하기 위한 또 다른 회로구성을 포함한 정전용량식 지문감지장치를 동일하게 잘 포함하는 것에 유의해야 한다. 게다가, 본 발명은 감지소자의 감지구조물을 구동시킴으로써 전위차의 이런 변화가 달성되는 정전용량식 지문감지장치에 국한되지 않는다. 전위차는 대신 여기신호를 손가락에 직접적으로 제공하거나 감지를 위해 현재 선택된 하나 또는 다수의 감지소자(들)과는 다른 감지소자들을 통해 달성될 수 있다. 이런 다른 감지소자들은 구동소자로서 기능하도록 프로그램될 수 있다. 움직이는 손가락으로부터 지문표현을 획득하기 위한 소위 스와이프 센서(또는 라인 센서)와 같은 다른 센서 어레이 구성들도 또한 특허청구범위에 정의된 바와 같이 본 발며의 범위내에 있다.

도 1은 집적된 지문감지장치(2)를 갖는 휴대폰(1)의 형태로 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 지문감지장치에 대한 애플리케이션을 개략 도시한 것이다. 지문감지장치(2)는, 가령, 휴대폰(1)을 언락하고/하거나 휴대폰 등을 이용해 실행되는 거래를 인증하는데 사용될 수 있다.

도 2는 도 1의 휴대폰(1)에 포함된 지문감지장치(2)를 개략 도시한 것이다. 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 지문감지장치(2)는 센서 어레이(5), 전원 인터페이스(6), 및 통신 인터페이스(7)를 포함한다. 센서 어레이(5)는 매우 많은 감지소자들(8)을 포함하고(감지소자들 중 단 하나만 도면의 산만함을 방지하기 위해 참조보호로 나타냄), 각각은 감지소자(8)에 포함된 감지구조물(상단 플레이트) 및 센서 어레이(5)의 상단면과 접촉하는 손가락의 표면 간에 거리를 감지하도록 제어될 수 있다.

전원 인터페이스(6)는 지문센서(2)에 공급전압(V_supply)의 연결을 위해 여기서 본드패드로 도시된 제 1 및 제 2 접촉패드(10a,10b)를 포함한다.

통신 인터페이스(7)는 지문센서(2)를 제어하고 지문센서(2)로부터 지문을 획득하기 위해 많은 본드패드들을 포함한다.

본 발명의 실시예들의 이해를 돕기 위해, 도 3a-c를 참조로 공지의 정전용량식 지문센서의 일예를 제공한다.

도 3a는 종래 기술에 따른 정전용량식 지문센서(20)의 개략 블록도이다. 도 3a를 참조하면, 지문센서(20)는 정전용량식 감지소자들(22)의 어레이(21), 행선택 회로(23), 열선택 회로(24), 판독회로(26), 상태기계(27) 및 여기신호 증폭기(28)를 포함한다.

상태기계(27)는 상기 상태기계(27)를 가리키는 블록 화살표(29)로 표시된 명령어를 수신하고 상기 수신된 명령어를 기초로 상기 상태기계(27)는 행선택 회로(23), 열선택 회로(24), 및 판독회로(26)를 제어한다. 상기 상태기계(27)는 또한 여기신호 증폭기(28)를 통해 구동 펄스를 손가락에 제공하기 위한 여기신호를 제공한다.

도 3b에 개략적으로 나타낸 바와 같이 특별한 감지소자(22)를 선택하도록 행선택 회로(23) 및 열선택 회로(24)를 제어한 후, 상태기계(27)는 또한 타이밍 제어신호를 감지소자(22)에 포함된 전하측정회로에 그리고 감지소자(22)에 의해 제공된 감지신호를 판독하기 위한 판독회로에 제공한다. 특히, 상태기계(27)는 감지소자(22) 및 판독회로(26)를 제어해 복수의 일련의 측정상태들 간에 전환을 포함한 측정 순서를 수행한다. 이는 도 3c 및 도 4의 예시적인 타이밍도를 참조로 하기에 더 상세히 기술된다.

도 3c는, 부분적으로, 도 3a-b의 지문감지장치(20)에서 감지소자들(22) 중 하나의 개략 횡단면도이고, 부분적으로, 상태기계(27)에 의해 제어되는 바와 같이 지문감지장치(20)의 동작을 도시한 기능 블록도이다.

도 3c를 참조하면, 감지소자(22)는 손가락(31)이 터치하는 보호 유전체 상단층(30), 전기 도전성 감지구조물(플레이트)(32), 및 전하증폭기(33)를 포함한다(도 3c는 손가락 패턴의 한 융선의 횡단면을 도시한 것이다). 전하증폭기(33)는 음의 입력부(35), 양의 입력부(36), 출력부(37), 피드백 커패시터(38) 및 증폭기(39)를 포함한다.

음의 입력부(35)는 감지구조물(플레이트)(32)에 연결되고, 양의 입력부(36)는 지면에 연결되며, 출력부(37)는 판독회로(26)에 연결된다.

피드백 커패시터(38)는 음의 입력부(35)와 출력부(37) 사이에 연결되고 전하증폭기(33)의 증폭을 정의하며, 감지소자(22)는 피드백 커패시터(38)와 나란히 리셋 스위치(34)를 더 포함한다.

감지소자(22) 외부에, 도 3c에서 블록도는 상태기계(27), 여기신호 증폭기(28), 및 샘플홀드회로(S/H회로)(41)와 아날로그 디지털 컨버터(ADC)(42)를 포함한 판독회로(26)를 개략적으로 나타낸다.

지문감지장치(20)가 동작 중인 경우, 도 3a-c 및 추가로 도 4를 참조로 하기에 기술된 바와 같이, 상태기계(27)는 전하증폭기(33)의 타이밍과 판독회로(26)를 제어한다.

도 4는 종래 기술에 따르면 지문센서(20)뿐만 아니라 본 발명의 다양한 실시예에 따른 지문센서(2)에 대한 예시적인 측정 순서를 도시한 것이다. 하기에 제공된 설명을 통해 명백한 바와 같이, 종래 기술의 지문센서(20)와 본 발명의 실시예에 따른 지문센서 간의 주요 차이는 도 4에 도시된 측정 순서 또는 또 다른 적절한 측정 순서가 더 빠른 판독 및/또는 각 감지소자들로부터 다중 판독을 가능하게 해 측정 성능이 향상되게 하므로 상당히 더 빠르게 수행될 수 있다는 것이다.

도 4를 참조하면, 도시된 타이밍도는 위에서 아래으로 활성화신호(ACT), 구동(여기)신호(DRV), 리셋신호(RST), 제 1 샘플링 제어신호(S1), 및 제 2 샘플링 제어신호(S2)를 포함한다.

타이밍도 아래에, 상술한 측정순서를 함께 이루는 측정상태(S₀-S₉) 순서가 개략적으로 나타나 있다.

도 3a-b에서 감지소자(22)의 활성화를 위해, 감지소자(22)를 나타내는 행선택신호 및 열선택신호가 일반적으로 제공될 수 있다. 도 4의 간략하고 개략적인 타이밍도에서, 이런 선택신호들은 하나의 활성화신호(ACT)로 나타나 있다.

제 1 시간(t₁)에서, 감지소자(22)는 로우에서 하이로 활성화신호(ACT)의 전이에 의해 활성화된다. 이는, 가령, 증폭기(39)를 활성화시키는 것을 포함할 수 있다. 실질적으로 시간(t₁)의 동일한 지점에서, 여기신호 증폭기(28)를 통해 상태기계(27)에 의해 손가락(31)에 제공된 구동(여기)신호(DRV)는 로우에서 하이로 가도록 제어된다. 구동신호(DRV)는, 예를 들어, 손가락 전극과 갈바닉 연결, 가령 지문센서(20)를 적어도 부분적으로 둘러싼 베젤(미도시)을 통해 손가락에 제공될 수 있다. 대안으로, 가령 구동신호를 현재 감지상태에 있지 않고 구동상태에 있는 하나 또는 다수의 감지소자들에 인가함으로써, 구동신호(DRV)는 정전용량적으로 손가락(31)에 결합될 수 있다.

따라서, 제 1 시간(t₁)에서, "비활성" 상태(S₀)에서 측정 순서의 제 1 측정상태(S₁)까지 전이가 있다.

손가락(31)에 구동신호(DRV)을 인가함으로써 감지구조물(32)에 의해 전달된 전하가 변하게 된다. 전하증폭기로부터 출력신호를 안정화시키기 위해 얼마 후에, 리셋신호(RST)가 시간(t₂)에 제공되어 리셋 스위치(34)를 폐쇄시켜 이로써 피드백 커패시터를 방전시키며 전하증폭기(33)의 출력부(37)에서의 전위를 감지구조물(플레이트)(32)의 전위로 인용한다.

리셋신호의 제 1 플랭크의 제공을 통해, 제 1 측정상태(S₁)로부터 제 2 측정상태(S₂)(리셋 상태)까지 전이가 있다.

리셋 스위치(34)는 시간(t₃)에서 릴리즈되어(다시 개방되도록 허용되어) 이로써 제 3 측정상태(S₃)(측정준비상태)로 전이한다.

시간(t₄)에서, 제 4 측정상태(S₄)로 전이가 있고, 상기 상태에서 전하증폭기(33)의 출력부(37)에서 감지신호를 샘플화하도록 샘플홀드회로(41)를 제어하기 위해 제 1 샘플링 제어신호(S₁)가 로우에서 하이로 간다.

시간(t₅)에서, 제 5 측정상태(S₅)로 전이가 있고, 제 1 샘플링 제어신호(S₁)는 하이에서 로우로 간다.

연이어, 시간(t₆)에서, 구동신호(DRV)는 손가락(31)과 감지구조물(32) 간에 전위차를 바꾸기 위해 하이에서 로우로 간다. 이는 또한 도 4에 개략적으로 나타낸 바와 같이 제 6 측정상태(S₆)로의 전이다.

시간(t₇)에서, 제 7 측정상태(S₇)로 전이가 있고, 상기 상태에서 전하증폭기(33)의 출력부(37)에서 감지신호를 샘플화하도록 샘플홀드회로(41)를 제어하기 위해 제 2 샘플링 제어신호(S₂)는 두번째로 로우에서 하이로 간다.

시간(t₈)에서, 제 8 측정상태(S₈)로의 전이가 있고, 상기 상태에서 제 2 샘플링 제어신호(S₂)는 하이에서 로우로 간다.

마지막으로, 시간(t₉)에서, 제 9 측정상태(S₉)로 전이가 있고, 감지소자(22)는 비활성화되고 구동신호(DRV)는 다시 로우에서 하이로 간다. 제 9 측정상태(S₉)는 초기 "비활성화"상태(S₀)와 동일하다.

도 4의 타이밍도에 도시되지 않았으나, 측정순서는 추가로 S/H(41)의 출력을 손가락(31)과 감지구조물(32) 간에 정전용량 결합을 나타내는 디지털 값으로 변환하기 위해 ADC(42)를 제어하는 것을 추가로 포함할 수 있다.

도 3a-b의 종래 기술의 지문감지 시스템에서, 측정상태들 간의 전이 타이밍은 각각의 감지소자들(22)에 대한 전체상태기계에 의해 제어된다. 가령, 감지소자(22)에 신호 라인들의 라우팅으로 인해, 상태 전이의 타이밍은 감지소자마다 약간 변할 수 있다. 예컨대, 리셋신호(RST)의 타이밍은 감지소자들 간에 변할 수 있다. 제 2 시간(t₂)에서 리셋상태(S₂)로 전이 전에 충분한 시간이 있고/있거나 및/또는 제 3 시간(t₃)에 리셋상태(S₂)에서 측정준비상태(S₃)로 전이 후에 충분한 시간이 있으면, 측정은 성공적이게 된다. 그러나, 측정 회수가 늘어 측정 싸이클에 대한 전체 가용한 시간이 줄어들면, 측정 상태들 간에 전체적으로 제어된 전이들의 타이밍에서 변화가 너무 커지는게 상황이 발생할 수 있어, 측정에 영향을 준다.

하기에 더 기술된 바와 같이, 이 상황은 개선될 수 있고, 본 발명의 실시예들을 통해 더 많은 측정빈도에서도 정전용량식 지문측정들이 제공된다.

도 5a-b는 본 발명의 실시예에 따른 정전용량식 지문감지장치에 포함된 감지소자를 개략 도시한 것이다.

먼저 도 5a를 참조하면, 도 2의 센서 어레이(5)로부터 감지소자(8)가 최근접한 이웃들과 함께 도시되어 있다. 도 3a-c의 종래 기술의 정전용량식 지문감지장치(20)를 참조로 상술한 바와 같이, 감지구조물과 손가락(31) 간에 정전용량식 결합을 감지하도록 된 감지소자(들)은 행선택회로와 열선택회로로부터 활성화 신호들을 이용해 선택될 수 있다. 이런 활성화 신호들은 도 5a에서 R-ACT 및 C-ACT로 표시된다. 이와 같은 활성화 신호들은 또한 상술한 종래 기술에 따른 지문감지장치(20)에서 특정 감지소자(22)를 선택하도록 제공된다. 상기 지문감지장치(20)에, 또한 상술한 바와 같이, 상태 기계(27)에서 각 감지소자(22)로 보내지는 추가 타이밍 제어신호들이 있다. 도 3a-c의 지문센서(20)에, 리셋신호(RST)와 같은 이들 추가 타이밍 제어신호들이 상태 기계(27)로부터 각 감지소자로 제공되어 도 4를 참조로 상술한 바와 같이 측정 순서의 적어도 일부분의 중앙 타이밍 제어를 제공한다.

후술된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 정전용량식 지문감지장치는, 대조적으로, 각 감지소자(8) 또는 감지소자들의 그룹에 국소적으로 측정 순서에 있어 상태 전이를 위해 타이밍 제어신호를 제공한다. 이는 가령 상술한 리셋제어신호(RST)와 같은 제어신호들의 더 균일하고 정확한 타이밍으로 향상된 타이밍 제어를 가능하게 한다.

도 5b를 참조하면, 정전용량식 지문감지장치(2)에 있는 각 감지소자(8)는 전하측정회로(50)와 타이밍회로(51)를 포함한다.

전하측정회로(50)는 손가락(31)와 감지구조물(32) 간에 전위차의 변화로 인해 발생한 감지구조물(32)에 의해 전달된 전하의 변화를 측정하는 감지구조물(플레이트)(32)에 연결된다. 이 측정은, 도 4를 참조로 상술한 바와 같이, 일련의 측정 상태들을 통한 전이를 포함한 측정순서를 수행함으로써 행해진다. 전하측정회로(50)는 감지구조물(32)의 전위와 손가락(31)의 전위 간에 전위차의 변화로 인해 발생한 감지구조물(32)에 의해 전달된 전하 변화를 나타내는 신호를 제공하는 출력부(53)를 갖는다.

타이밍회로(51)는 측정상태들 중 적어도 하나의 타이밍을 제어하기 위해 전하측정회로(50)에 연결된다.

도 5b에 개략적으로 도시된 바와 같이, 타이밍회로는 감지소자(8)의 측정동작을 촉발하기 위한 하나 이상의 제어신호들을 수신할 수 있다. 예컨대, 상술한 행 및 열 활성화 신호(R-ACT 및 C-ACT)가 타이밍회로(51)에 의해 수신될 수 있고, 그런 후 상기 타이밍회로(51)는 도 5b에서 화살표로 개략적으로 나타낸 바와 같이 다양한 타이밍 제어신호들을 전하측정회로(50)에 개별적으로 제공할 수 있다.

본 명세서에 제공된 예에서, 그리고 도 4로부터 측정상태표현(S₀-S₉)을 이용해, 감지소자(8)에 포함된 타이밍회로(51)는 따라서 도 5에 나타낸 측정상태들 중 적어도 하나의 타이밍을 제어한다.

측정 순서에 포함된 측정상태들 중 적어도 하나의 타이밍의 이런 로컬 제어를 통해, 측정상태들 간에 전이 타이밍은 더 정확하게 및/또는 균일하게 제어될 수 있고, 이는 전이들 간에 시간을 더 짧게 하고, 차례로 측정 빈도를 더 많게 한다.

도 6a를 참조로 도 5b의 전하측정회로(50)의 예시적인 실시예를 설명한다.

도 6a의 전하측정회로(50)는 전하증폭기(33), 여기서 제어가능한 전압소스(73)로 표현된 여기신호 제공회로, 및 샘플홀드회로(74)를 포함한다.

도 3b의 감지소자(22)에 대해 상술한 바와 같이, 도 6a의 전하측정회로(50)에 있는 전하증폭기는 음의 입력부(35), 양의 입력부(36), 출력부(37), 피드백 커패시터(38), 및 증폭기(39)를 포함한다.

음의 입력부(35)는 감지구조물(플레이트)(32)에 연결되고 출력부(37)는 감지소자(8)에 포함된 샘플홀드회로(74)에 연결된다.

피드백 커패시터(38)는 음의 입력부(35)와 출력부(37) 사이에 연결되고, 전하증폭기(33)의 증폭을 정의하며, 감지소자(22)는 피드백 커패시터(38)와 나란한 리셋 스위치(34)를 더 포함한다.

지면에 직접 연결되거나 또 다른 기준전위에 연결되기 보다, 양의 입력부(36)는 제어가능한 전압소스(73)에 연결된다.

샘플홀드회로(74)는 제 1 샘플링 커패시터(75), 제 1 샘플링 스위치(76)와 제 1 출력부(77), 및 제 2 샘플링 커패시터(79), 제 2 샘플링 스위치(80) 및 제 2 출력부(81)를 포함한다.

도 6a에서 화살표로 개략 나타낸 바와 같이, 전하측정회로(50)는 상술한 제어신호들(활성화 신호(ACT). 리셋 신호(RST), 구동제어신호(DRV), 제 1 샘플링 제어신호(S1), 및 제 2 샘플링 제어신호(S2))을 이용해 도 4를 참조로 상술한 측정 순서를 수행하도록 제어될 수 있다. 도 4를 참조로 기술된 측정순서가 수행되었을 경우, 샘플홀드회로(74)의 제 1 출력부(77) 및 제 2 출력부(81) 간의 전위차는 감지구조물(32)과 손가락(31) 간에 정전용량적 결합을 나타낸다.

도 6a의 회로도는 본 발명의 실시예의 설명을 쉽게 하기 위해 간략하게 되었음에 유의해야 한다. 예컨대, 감지소자(8)의 출력부에서 레벨 변위는 생략되었다. 그러나, 레벨 변위의 구현은 당업자에게 직접적이다.

음의 입력부(35)에서 전위는 실질적으로 양의 입력부(36)(소위 가상 접지)에서 전위를 따르는 식으로 전하증폭기가 구성되기 때문에, 감지구조물(플레이트)(32)에서 전위는 실질적으로 제어가능한 전압소스(73)의 제어를 통해 양의 입력부(36)에 제공된 정전용량식 지문감지장치(2)를 포함한 전자장치의 기준전위에 대해 시간가변 전위를 따른다.

손가락(31)의 전위는 (가령, 전자장치와 사용자의 손 사이에 전기연결을 통해) 전자장치의 기준전위에 대해 실질적으로 일정하므로, 전하증폭기(33)의 양의 입력부(36)에서 전위의 시간에 걸친 변화로 인해 손가락(31)과 감지구조물(22) 간에 전위차가 변하게 되며, 차례로 손가락(31)과 감지구조물(플레이트)(32) 간에 정전용량식 결합을 나타내는 감지구조물(32)에 의해 전달된 전하가 변하게 된다.

손가락(31)의 지문패턴을 나타내는 지문패턴신호의 지문센서(2)로부터 출력을 용이하게 하기 위해, 샘플홀드회로(74)의 출력부들 간에 전압(VSH)은 아날로그-디지털 컨버터를 이용해 디지털 형태로 변환될 수 있고, 상기 컨버터는 도 3a-c에 개략적으로 나타낸 바와 같이 센서 어레이 밖에 제공될 수 있다.

도 6b를 참조하면, 도 5b의 타이밍회로(51)의 예시적인 구성을 설명한다. 도 6b에서 알 수 있는 바와 같이, 타이밍회로(51)는 제 1 AND 게이트(83), 제 1 지연소자(84), 제 2 지연소자(85), 제 2 AND 게이트(86), 제 1 인버터(87), 제 3 지연소자(88), 제 4 지연소자(89), 제 3 AND 게이트(90), 제 2 인버터(91), 제 5 지연소자(92), 제 6 지연소자(93), 제 4 AND 게이트(94), 제 3 인버터(95), 제 7 지연소자(96), 제 8 지연소자(97), 제 5 AND 게이트(98), 및 제 4 인버터(99)를 포함한다.

도 5에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 행 활성화 신호(R-ACT) 및 열 활성화 신호(C-ACT)가 제 1 AND 게이트(83)에 입력된다. 도 6a를 또한 참조하면, 제 1 AND 게이트(83)의 출력이 상술한 활성화 신호(ACT)로서 전하측정회로(50)의 증폭기(39), 제 1 지연소자(84)의 입력부, 및 제 4 AND 게이트(94)에 제공된다. 제 1 지연소자(84)의 출력은 제 2 AND 게이트(86) 및 제 2 지연소자(85)의 입력부에 제공된다. 제 2 지연소자(85)의 출력은 제 1 인버터(87)를 통해 제 2 AND 게이트(86) 및 제 3 지연소자(88)의 입력부에 제공된다. 제 3 지연소자(88)의 출력은 제 3 AND 게이트(90) 및 제 4 지연소자(89)의 입력부에 제공된다. 제 4 지연소자(89)의 출력은 제 2 인버터(91)를 통해 제 3 AND 게이트(90) 및 제 5 지연소자(92)의 입력부에 제공된다. 제 5 지연소자(92)의 출력은 제 6 지연소자(93)의 입력부에 제공된다. 제 6 지연소자(93)의 출력은 제 3 인버터(95)를 통해 제 4 AND 게이트(94) 및 제 6 지연소자(96)의 입력부에 제공된다. 제 7 지연소자(96)의 출력은 제 8 지연소자(97)의 입력부 및 제 5 AND 게이트(98)의 입력부에 제공된다. 마지막으로, 제 8 지연소자(97)의 출력은 제 4 인버터(99)를 통해 제 5 AND 게이트(98)의 입력부에 제공된다.

도 6a의 전하측정회로(50)와 도 6b의 타이밍회로(51)를 포함한 감지소자(8)가 행 활성화 신호(R-ACT) 및 열 활성화 신호(C-ACT) 모두를 설정함으로써 선택될 경우, 감지소자(8)에 대한 활성화 신호(ACT)는 (도 4를 참조로 시간(t₁)에서) 하이로 간다. 제 1 AND 게이트(83)로부터의 출력은 제 1 지연소자(84)를 지나고 활성화 신호(ACT)의 제 1 지연 형태를 제 2 AND 게이트(86)에 제공하기 위해 제 1 시간지연(ΔT₁)만큼 지연된다.

제 1 시간지연(ΔT₁)은 도 4에서 t₂-t₁에 해당하고 제 1 측정상태(S₁)의 기간을 결정한다.

제 1 지연소자(84)로부터 출력도 또한 제 2 지연소자(85)의 입력부에 제공되고, 활성화 신호(ACT)의 제 2 지연 형태를 제공하도록 지연된다.

활성화 신호(ACT)의 제 2 지연 형태는 제 2 AND 게이트(86)의 출력부에 리셋제어신호(RST)를 달성하도록 제 1 인버터(87)를 통해 제 2 AND 게이트(86)의 입력부에 제공된다.

제 2 시간지연(ΔT₂)은 도 4에서 t₃-t₂에 해당하고 (리셋제어신호(RST)가 하이인) 제 2 측정상태(S₂)의 기간을 결정한다.

타이밍회로(51)의 나머지도 동일하게 작동하며, 지연소자들은 도 4의 타이밍도에 도시된 제어신호들을 달성하도록 구성된다.

따라서, 제 3 시간지연(ΔT₃)은 도 4에서 t₄-t₃에 해당하고, 제 3 측정상태(S₃)의 기간을 결정하며, 제 4 시간지연(ΔT₄)은 도 4에서 t₅-t₄에 해당하며, 제 4 측정상태(S₄)의 기간을 결정한다.

타이밍회로(51)는 감지소자에 포함된 전자측정회로의 측정상태의 타이밍을 로컬로 제어하기 위해 지연소자들과 논리 게이트들의 조합을 이용한 원리를 예시하기 위한 간단한 예임에 유의해야 한다. 실제 구현에 따라, 타이밍회로는 가령, 신호 형성 및/또는 타이밍을 위한 추가 또는 다른 회로를 포함할 수있다. 본 명세서에 제공된 설명을 바탕으로, 당업자는 과도한 부담없이 타이밍회로의 적절한 구현을 설계할 수 있다.

특정 실시예에 따라 타이밍회로(51)로부터 전하측정회로(50)로 소수의 또는 추가적인 타이밍 제어신호들이 별개로 제공될 수 있음을 알아야 한다.

도 7은 도 6a의 타이밍회로(51)에 포함될 수 있는 지연소자(100)의 예시적인 실시예를 도시한 것이다.

지연소자(100)는 직렬 연결된 제 1 CMOS 인버터(101) 및 제 2 CMOS 인버터(102)를 포함한다. 이 지연소자의 시간지연은 지연소자(100)에 포함된 부품들의 치수에 따를 수 있고, 따라서 시간지연은 지연소자 설계시 설정될 수 있다. 상당히 더 긴 지연시간들이 요망되는 경우, 다른 CMOS-인버터들이 직렬로 연결될 수 있다.

당업자는 본 발명이 결코 상술한 바람직한 실시예들에 국한되지 않음을 안다. 반대로, 특허청구범위 내에서 많은 변경 및 변형들이 가능하다.

청구항에서, "포함하는"이라는 용어는 다른 요소들 또는 단계들을 배제하지 않고, 부정관사 "a" 또는 "an"은 복수를 배제하지 않는다. 하나의 프로세서 또는 다른 유닛이 특허청구범위에 언급된 여러 항들의 기능을 이행할 수 있다. 소정의 수치가 상호 다른 종속항들에 언급된 사실로 이들 측정치의 조합이 유리하게 사용될 수 없음을 나타내지 않는다. 컴퓨터 프로그램이 다른 하드웨어의 일부와 함께 또는 하드웨어의 일부로서 제공된 광학저장매체 또는 고체상태 매체와 같이 적절한 매체에 저장/배포될 수 있으나, 가령 인터넷 또는 기타 유무선 통신 시스템을 통해 다른 형태로 또한 배포될 수 있다. 특허청구범위에서 임의의 참조부호는 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.

Claims (25)

1. 손가락의 지문패턴을 감지하기 위한 정전용량식 지문감지장치로서,
   상기 정전용량식 지문감지장치는:
   손가락이 터치하는 보호 유전체 상단층;
   상기 상단층 아래에 설비된 전기도전성 감지구조물;
   상기 손가락과 상기 감지구조물 간에 전위차의 변화로 인해 발생해 상기 감지구조물에 의해 전달된 전하의 변화를 나타내는 전하측정회로로부터의 출력신호를 발생시키는 측정시퀀스를 수행하기 위해 적어도 하나의 제 1 측정상태 및 제 2 측정상태 사이에서 순차적으로 전환하기 위해 상기 감지구조물에 연결된 전하측정회로; 및
   적어도 하나의 상기 측정상태들의 타이밍을 제어하기 위해 상기 전하측정회로에 연결된 타이밍회로를 각각 포함하는 복수의 감지소자들을 구비하는 정전용량식 지문감지장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 타이밍회로는 상기 전하측정회로가 제 1 이벤트에 의해 정의된 전환시간 및 상기 제 1 이벤트에 대한 시간지연에서 상기 제 1 측정상태로부터 상기 제 2 측정상태로 전환하도록 구성되는 정전용량식 지문감지장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 타이밍회로는 상기 제 1 이벤트를 정의하는 제 1 신호를 수신하기 위한 입력부와 상기 제 1 이벤트와 관련해 지연된 제 2 이벤트를 정의하는 제 2 신호를 제공하기 위한 출력부를 갖는 적어도 하나의 제 1 지연소자를 포함하는 정전용량식 지문감지장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제 2 이벤트는 상기 제 1 측정상태에서 제 2 측정상태로 상기 전환을 포함하는 정전용량식 지문감지장치.
5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
   상기 제 1 지연소자의 출력은 상기 제 2 신호가 상기 전하측정회로의 동작을 제어하게 하도록 상기 전하측정회로에 연결되는 정전용량식 지문감지장치.
6. 제 3 항에 있어서,
   상기 타이밍회로는 상기 제 1 지연소자의 출력부에 연결된 입력부와 상기 제 2 이벤트와 관련해 지연된 제 3 이벤트를 정의하는 제 3 신호를 제공하기 위한 출력부를 갖는 제 2 지연소자를 더 포함하는 정전용량식 지문감지장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 제 2 지연소자의 출력은 상기 제 3 신호가 상기 전하측정회로의 동작을 제어하게 하도록 상기 전하측정회로에 연결되는 정전용량식 지문감지장치.
8. 제 3 항에 있어서,
   상기 타이밍회로는 상기 제 1 지연소자의 출력부와 상기 제 2 지연소자의 입력부 사이에 결합된 적어도 하나의 논리 게이트를 더 포함하는 정전용량식 지문감지장치.
9. 제 3 항에 있어서,
   상기 타이밍회로는 입력부 및 출력부를 각각 갖는 복수의 지연소자들을 포함하고,
   상기 지연소자들은 상기 지연소자들 각각의 출력부가 상기 지연소자들의 시퀀스에서 다음 소자의 입력부에 연결되도록 일련의 지연소자들에 배치되는 정전용량식 지문감지장치.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 시퀀스는 피드백 루프시퀀스인 정전용량식 지문감지장치.
11. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 이벤트는 상기 감지소자 밖에서 생성된 활성화 신호에 의해 제공되는 정전용량식 지문감지장치.
12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 측정시퀀스는 적어도:
    상기 전하측정회로의 출력부에서의 전위가 상기 감지구조물의 전위로 제어되는 리셋상태를 포함하는 정전용량식 지문감지장치.
13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전하측정회로는:
    상기 감지구조물에 연결된 음의 입력부;
    양의 입력부;
    출력부;
    상기 음의 입력부와 상기 출력부 간에 연결된 피드백 커패시터; 및
    상기 양의 입력부와 음의 입력부 및 상기 출력부 간에 적어도 하나의 증폭기 스테이지를 포함한 전하증폭기를 포함하고,
    상기 전하증폭기는 상기 음의 입력부에서 전위가 상기 양의 입력부에서의 전위를 따르도록 구성되는 정전용량식 지문감지장치.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 정전용량식 지문감지장치는:
    상기 양의 입력부에 연결되고 제 1 전위에서 제 2 전위로 상기 양의 입력부에서의 전위를 변경하고 이로써 상기 감지구조물의 전위를 변경하고, 이로써 상기 손가락과 상기 감지구조물 간에 전위차에 있어 상기 변화를 제공하도록 구성된 여기신호제공회로를 더 포함하는 정전용량식 지문감지장치.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 타이밍회로는:
    제 1 여기전환시간에 제 1 전위로부터 제 2 전위로 전위의 상기 변화를 촉발하기 위해 제 1 여기제어신호를 상기 여기신호제공회로에 제공하고,
    제 2 여기전환시간에 다시 제 2 전위에서 제 1 전위로 전위의 변화를 촉발하기 위해 제 2 여기제어신호를 상기 여기신호제공회로에 제공하도록 상기 여기신호제공회로에 연결되는 정전용량식 지문감지장치.
16. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 지문감지장치는 상기 손가락의 전위와 관련해, 제 1 여기전환시간에 제 1 전위로부터 제 2 전위로 그리고 다시 제 1 전위로 회귀변화를 포함해 시간가변 여기전위를 나타내는 여기신호를 제공하기 위한 여기신호 제공회로를 더 포함하고,
    상기 감지소자들 각각은 상기 감지구조물에 의해 전달된 전하의 상기 변화를 나타내는 DC 신호성분을 포함한 결합신호를 제공하기 위해 상기 전하측정회로로부터 상기 출력신호와 상기 여기신호에 대해 시간관련된 복조신호를 조합하기 위해 상기 전하측정회로에 연결된 복조회로를 더 포함하고,
    상기 지문감지장치는 상기 감지소자들 각각으로부터 상기 DC 신호성분을 기반으로 상기 지문패턴의 표현을 제공하기 위해 상기 감지소자들 각각에 연결된 판독회로를 더 포함하는 정전용량식 지문감지장치.
17. 삭제
18. 삭제
19. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전하측정회로는:
    상기 손가락과 상기 감지구조물 간에 전위차에 있어 상기 변화 전에 제 1 샘플링 시간에서 상기 감지구조물에 의해 전달된 전하를 나타내는 신호를 샘플링하고,
    상기 손가락과 상기 감지구조물 간에 전위차에 있어 상기 변화 후에 제 2 샘플링 시간에서 상기 감지구조물에 의해 전달된 전하를 나타내는 상기 신호를 샘플링하기 위한 샘플링회로를 포함하는 정전용량식 지문감지장치.
20. 제 19 항에 있어서,
    상기 타이밍회로는:
    상기 제 1 샘플링 시간에서 제 1 신호의 상기 샘플링을 수행하기 위해 제 1 샘플링 제어신호를 상기 샘플링 회로에 제공하고,
    상기 제 2 샘플링 시간에서 제 2 신호의 상기 샘플링을 수행하기 위해 제 2 샘플링 제어신호를 상기 샘플링 회로에 제공하기 위해 상기 샘플링회로에 연결되는 정전용량식 지문감지장치.
21. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 감지소자들 각각에 연결되고 상기 감지소자들 각각으로부터 상기 출력신호를 기초로 상기 지문패턴의 표현을 제공하도록 구성된 판독회로를 더 포함하는 정전용량식 지문감지장치.
22. 제 1 항 또는 제 2 항 중 어느 한 항에 따른 지문감지장치; 및
    처리회로를 포함한 전자장치로서,
    상기 처리회로는:
    지문감지장치로부터 지문패턴의 표현을 획득하고,
    상기 표현을 기반으로 사용자를 인증하며,
    상기 사용자가 상기 표현을 기반으로 인증되는 경우에만 적어도 하나의 사용자 요청 프로세스를 수행하도록 구성되는 전자장치.
23. 손가락이 터치하는 보호 유전체 상단층;
    상기 상단층 아래에 설비된 전기도전성 감지구조물; 및
    상기 손가락과 상기 감지구조물 간에 전위차의 변화로 인해 발생해 상기 감지구조물에 의해 전달된 전하의 변화를 나타내는 전하측정회로로부터의 출력신호를 발생시키는 측정시퀀스를 수행하기 위해 적어도 하나의 제 1 측정상태 및 제 2 측정상태 사이에서 순차적으로 전환하기 위해 상기 감지구조물에 연결된 전하측정회로를 각각 포함하는 복수의 감지소자들을 구비하는 정전용량식 지문감지장치를 이용해 손가락의 지문패턴을 감지하는 방법으로서, 상기 방법은 상기 감지소자들 각각에 대해:
    제 1 이벤트를 정의하는 제 1 신호를 제공하는 단계;
    제 1 이벤트에 관해 시간 지연된 제 2 이벤트를 정의하는 제 2 신호를 제공하기 위해 제 1 신호를 지연시키는 단계; 및
    상기 전하측정회로가 제어신호로서 상기 제 2 신호를 이용해 상기 제 1 측정상태로부터 상기 제 2 측정상태로 전위를 제어하는 단계를 포함하는 정전용량식 지문감지장치를 이용해 손가락의 지문패턴을 감지하는 방법.
24. 제 23 항에 있어서,
    상기 지연시키는 단계는 지연소자를 통해 제 1 신호를 통과시키는 단계를 포함하는 정전용량식 지문감지장치를 이용해 손가락의 지문패턴을 감지하는 방법.
25. 제 23 항 또는 제 24 항에 있어서,
    상기 정전용량식 지문감지장치는:
    전하측정장치의 상기 출력신호를 샘플링하기 위한 샘플링회로;
    상기 손가락과 상기 감지구조물 간에 전위차의 변화를 제공하기 위한 여기신호 제공회로; 및
    상기 감지소자들 각각에 연결되고 상기 감지소자들 각각으로부터 상기 출력신호를 기반으로 상기 지문패턴의 표현을 제공하도록 구성된 판독회로를 구비하고,
    상기 방법은:
    감지소자를 선택하기 위해 선택신호를 제공하는 단계;
    리셋신호를 제공하기 위해 상기 선택신호를 지연시키는 단계;
    상기 전하측정회로를 리셋상태로 전환시키기 위해 상기 전하측정회로에 상기 리셋신호를 제공하는 단계;
    측정준비신호를 제공하기 위해 상기 리셋신호를 지연시키는 단계;
    상기 리셋상태를 종결하고 측정준비상태로 전환시키기 위해 상기 전하측정회로에 상기 측정준비신호를 제공하는 단계;
    제 1 샘플링 제어신호를 제공하기 위해 상기 측정준비신호를 지연시키는 단계;
    제 1 샘플링 시간에 상기 감지구조물에 의해 전달된 전하를 나타내는 제 1 신호의 샘플링을 촉발시키기 위해 상기 샘플링 회로에 상기 제 1 샘플링 제어신호를 제공하는 단계;
    제 1 여기제어신호를 제공하기 위해 상기 제 1 샘플링 제어신호를 지연시키는 단계;
    상기 손가락과 상기 감지구조물 간에 전위차의 상기 변화를 달성하기 위해 상기 여기신호 제공회로로 상기 제 1 여기제어신호를 제공하는 단계;
    제 2 샘플링 제어신호를 제공하기 위해 상기 제 1 여기제어신호를 지연시키는 단계; 및
    제 2 샘플링 시간에서 상기 감지구조물에 의해 전달된 전하를 나타내는 제 2 신호의 샘플링을 촉발하기 위해 상기 샘플링회로에 상기 제 2 샘플링 제어신호를 제공하는 단계를 포함하는 정전용량식 지문감지장치를 이용해 손가락의 지문패턴을 감지하는 방법.

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