KR101862985B1

KR101862985B1 - 기생 캐패시턴스의 영향을 완화하는 지문 인식 센서

Info

Publication number: KR101862985B1
Application number: KR1020170032158A
Authority: KR
Inventors: 전용원
Original assignee: 전용원
Priority date: 2017-03-15
Filing date: 2017-03-15
Publication date: 2018-05-31

Abstract

기생 캐패시턴스의 영향을 완화하는 지문 인식 센서가 게시된다. 본 발명의 지문 인식 센서는 센싱 노드의 전압 레벨을 센싱하여 센싱 데이터를 발생하는 센싱 독출 블락을 구비한다. 상기 센싱 독출 블락은 센싱 구동부의 센싱 동작시에 센싱 노드에 발생되는 기생 캐패시턴스의 영향을 보상하도록 구동되는 보상부를 구비한다. 상기 보상부는 상기 기생 캐패시터에 상응하는 캐패시턴스값을 가지는 보상 캐패시터를 포함하는 보상 축전 수단으로서, 상기 보상 캐패시터는 일측 단자가 상기 예비 노드에 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 서브 캐패시터를 포함하여 구성되는 상기 보상 축전 수단; 상기 프리차아지 제어 신호의 활성화에 응답하여, 상기 예비 노드를 상기 제2 프리차아지 기준 신호의 전압을 제어하는 제1 보상 스위치; 및 상기 센싱 제어 신호의 활성화에 응답하여, 상기 예비 노드를 상기 구동 노드에 전기적으로 연결되도록 구동되는 제2 보상 스위치를 구비한다. 상기 적어도 하나의 서브 캐패시터의 다른 일측 단자는 캐패시터 준 전압으로 제어될 수 있다. 본 발명의 지문 인식 센서에서는, 상기 보상부가 감지 캐패시터의 일측 단자를 형성하는 감지 전극에 발생되는 기생 캐패시턴스를 상쇄하도록 구동된다. 그러므로, 본 발명의 지문 인식 센서에 의하면, 감지 전극의 기생 캐패시턴스의 영향이 완화되어 양질의 지문 패턴이 확보될 수 있다.

Description

기생 캐패시턴스의 영향을 완화하는 지문 인식 센서{FINGERPRINT RECOGNITION SENSOR REDUCING THE INFLUENCE OF PARASTIC CAPACITANCE}

본 발명은 지문 인식 센서에 관한 것으로, 특히, 지문의 센싱시에 발생되는 기생 캐패시턴스의 영향을 완화하는 지문 인식 센서에 관한 것이다.

일반적으로 정보화 시대의 도래로 원하는 정보를 수집 및 가공하는 일이 쉬어진 만큼이나, 개인의 중요한 정보가 타인에 의해 쉽게 도용되거나 파괴되는 심각한 문제가 제기되었다. 또한 전자상거래 등의 발전과 모바일(mobile) 전자기기의 이용은 기밀 관련 및 개인 데이터에 대한 접속 제한의 필요성을 크게 부각시키고 있다. 이에 기존에 사용되어 온 PIN(Personal Identification Number)이나 비밀번호 입력 그리고 주민등록증과 운전면허증 등의 토큰기반 인식 방법에 대한 대안으로 지문을 인식하여 신원을 확인하는 지문 인식 방법이 널리 사용되고 있다.

지문 인식 방법을 실현하는 지문 인식 센서는 지문의 감지 방식에 따라 광학식(optical type), 정전용량식(capacitive type), 열감지식(thermal type), 저항 방식(resistive type), 초음파식 등으로 구분될 수 있다.

상기 정전용량식 지문 인식 센서는 접촉되는 손가락의 부위에 따라 감지 캐패시터에 저장되는 전하량의 상이함을 감지하여, 지문을 인식한다. 이러한 상기 정전용량식 지문 인식 센서에서는, 양질의 지문 패턴을 확보하기 위해서는, 상기 감지 캐패시터의 일측 단자를 형성하는 감지 전극에 발생되는 기생 캐패시터의 영향을 완화하는 것이 매우 중요하다.

본 발명의 목적은 감지 전극의 외부노출을 차단하면서도, 지문의 센싱시에 발생되는 감지 전극의 기생 캐패시턴스의 영향을 완화하는 지문 인식 센서를 제공하는 데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면은 지문 인식 센서에 관한 것이다. 본 발명의 지문 인식 센서는 지문 인식 센서에 있어서, 손가락의 접촉이 가능한 지문단; 센싱 노드에 연결되는 감지 전극으로서, 상기 지문단에 접촉되는 상기 손가락에 의하여 형성되는 감지 캐패시터의 일측 단자인 상기 감지 전극; 일측 단자는 상기 감지 전극에 전기적으로 연결되며, 다른 일측 단자는 보호 전극으로 이루어지는 보호 캐패시터로서, 상기 보호 전극은 보호 구동 신호를 수신하는 상기 보호 캐패시터; 프리차아지 제어 신호의 활성화에 응답하여, 상기 센싱 노드를 제1 프리차아지 기준 신호의 전압으로 프리차아지시키도록 구동되는 센싱 프리차아지 블락; 및 상기 센싱 노드의 전압 레벨을 센싱하여 센싱 데이터를 발생하는 센싱 독출 블락을 구비한다. 상기 센싱 독출 블락은 센싱 제어 신호에 응답하여, 상기 센싱 노드를 구동 노드에 연결하는 센싱 선택 스위치; 증폭 기준 전압에 대한 상기 구동 노드의 전압 레벨의 차이를 센싱하여 센싱 데이터를 발생하는 센싱 구동부; 및 상기 구동 노드에 연결되며, 상기 센싱 구동부의 센싱 동작시에 상기 센싱 노드에 발생되는 기생 캐패시턴스의 영향을 보상하도록 구동되는 보상부를 구비한다. 상기 보상부는 상기 기생 캐패시턴스에 상응하는 캐패시턴스값을 가지는 보상 캐패시터를 포함하는 보상 축전 수단으로서, 상기 보상 캐패시터는 일측 단자가 예비 노드에 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 서브 캐패시터를 포함하여 구성되는 상기 보상 축전 수단; 상기 프리차아지 제어 신호의 활성화에 응답하여, 상기 예비 노드를 제2 프리차아지 기준 신호의 전압을 제어하는 제1 보상 스위치; 및 상기 센싱 제어 신호의 활성화에 응답하여, 상기 예비 노드를 상기 구동 노드에 전기적으로 연결되도록 구동되는 제2 보상 스위치를 구비한다. 상기 적어도 하나의 서브 캐패시터의 다른 일측 단자는 캐패시터 기준 전압으로 제어될 수 있다.

본 발명의 지문 인식 센서에서는, 상기 보상부가 감지 캐패시터의 일측 단자를 형성하는 감지 전극에 발생되는 기생 캐패시턴스를 상쇄하도록 구동된다. 그러므로, 본 발명의 지문 인식 센서에 의하면, 감지 전극의 기생 캐패시턴스의 영향이 완화되어 양질의 지문 패턴이 확보될 수 있다.

본 발명에서 사용되는 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 지문 인식 센서를 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 지문 인식 센서의 동작을 설명하기 위한 타이밍도들이다.
도 4는 도 1의 피드백 캐패시터 수단의 일예를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 1의 보상부의 보상 축전 수단의 일예를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1의 감지 전극 및 보호 전극의 형성 형태를 나타내는 단면도이며, 도 7은 도 1의 감지 전극 및 보호 전극의 레이아웃도이다.
도 8은 선택되는 픽셀의 센싱시에 주변의 픽셀들로부터 '센싱 오프셋'을 유발하는 요인들이 주입될 수 있음을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 1의 지문 인식 센서에서 제1 변형된 피드백 캐패시터 수단 및 제2 변형된 피드백 캐패시터 수단이 적용된 예를 나타내는 도면이다.
도 10은 도 9의 제1 변형된 피드백 캐패시터 수단을 관련 구성요소들과 함께 자세히 나타내는 도면이다.
도 11은 도 9의 제2 변형된 피드백 캐패시터 수단을 관련 구성요소들과 함께 자세히 나타내는 도면이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 잇점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다.

그리고, 각 도면을 이해함에 있어서, 동일한 부재는 가능한 한 동일한 참조부호로 도시하고자 함에 유의해야 한다. 그리고, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

한편, 도면에서 여러 층을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 전체적으로 도면 설명시 관찰자 관점에서 설명하였고, 층 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 의미한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 지문 인식 센서를 개념적으로 나타내는 도면이다. 그리고, 도 2 및 도 3은 도 1의 지문 인식 센서의 동작을 설명하기 위한 타이밍도들이다.

본 발명의 지문 인식 센서의 센싱 구동은 서로 구분되는 신호 센싱 동작(P1, 도 2 참조) 및 기준 센싱 동작(P2, 도 3 참조)을 통하여 수행된다. 그리고, 상기 신호 센싱 동작(P1)은 신호 프리차아지 과정(도 2의 P11)과 신호 센싱 과정(도 2의 P12)으로 구분될 수 있으며, 상기 기준 센싱 동작(P2)은 기준 프리차아지 과정(도 3의 P21)과 기준 센싱 과정(도 3의 P22)으로 구분될 수 있다.

본 명세서에서, 상기 신호 프리차아지 과정(도 2의 P11) 및 상기 기준 프리차아지 과정(도 3의 P21)은 '프리차아지 과정'으로 통칭될 수 있으며, 상기 신호 센싱 과정(도 2의 P12) 및 상기 기준 센싱 과정(도 3의 P22)은 '센싱 과정'으로 통칭될 수 있다.

도 2 및 도 3과 함께 도 1 을 참조하면, 본 발명의 지문 인식 센서는 지문단(STF), 감지 전극(ELDT), 보호 캐패시터(CPDR), 센싱 프리차아지 블락(BKSNPR) 및 센싱 독출 블락(BKSNDR)을 구비한다.

상기 지문단(STF)은 손가락(FNG)의 접촉이 가능하다. 상기 감지 전극(ELDT)은 센싱 노드(NSEN)에 전기적으로 연결된다.

상기 지문단(STF)에 손가락(FNG)이 접촉되면, 상기 감지 전극(ELDT)과 손가락(FNG)은 각각 가상의 감지 캐패시터(CPDT)의 일측 단자 및 다른 일측 단자로 작용한다. 또한, 손가락(FNG)은 사용자의 몸을 통하여 접지된다.

이때, 상기 감지 캐패시터(CPDT)에 저장되는 전하량은 손가락(FNG)의 접촉 정도 즉, 접촉되는 손가락(FNG)의 부위에 의존된다. 즉, 손가락(FNG)의 릿지(ridge)가 접촉되는 경우에는, 손가락(FNG)의 벨리(valley)가 접촉되는 경우에 비하여, 상기 감지 캐패시터(CPDT)에 저장되는 전하량은 많아지게 된다. 본 발명의 지문 인식 센서에서, 상기 감지 캐패시터(CPDT)의 저장되는 전하량을 확인함으로써, 지문의 패턴을 인식하게 된다.

상기 보호 캐패시터(CPDR)의 일측 단자는 상기 감지 전극(ELDT)에 전기적으로 연결되며, 다른 일측 단자는 보호 전극(ELIN)으로 이루어진다. 상기 보호 전극(ELIN)은 보호 구동 신호(XDRDT)를 인가한다.

본 발명의 지문 인식 센서에서, 상기 보호 캐패시터(CPDR)의 다른 일측 단자인 보호 전극(ELIN)은 상기 감지 전극(ELDT)에 의도하지 않은 전하가 주입되는 차단하는 역할을 수행한다.

이러한 상기 감지 전극(ELDT)과 상기 보호 전극(ELIN)의 형성에 대해서는, 뒤에서 자세히 기술된다.

그리고, 본 발명의 지문 인식 센서의 센싱 동작에서, 상기 보호 전극(ELIN)에 인가되는 상기 보호 구동 신호(XDRDT)의 전압 레벨이 상기 감지 전극(ELDT)과 동일한 레벨로 제어된다. 그러므로, 상기 보호 캐패시터(CPDR)에 저장되는 전하량은 '0'이다.

상기 센싱 프리차아지 블락(BKSNPR)은 프리차아지 과정(P11, P21)에서 상기 센싱 노드(NSEN)를 제1 프리차아지 기준 신호(XPRE1)의 전압으로 프리차아지시키도록 구동된다.

본 실시예에서, 상기 제1 프리차아지 기준 신호(XPRE1)은, 신호 센싱 동작(P1)에서는 상위 구동 전압(VHG)을 가지며, 기준 센싱 동작(P2)에서는 하위 구동 전압(VLW)을 가진다. 이때, 상위 구동 전압(VHG)과 하위 구동 전압(VLW)은 접지 전압(VSS) 이상이며, 전원 전압(VDD) 이하이다. 그리고 상위 구동 전압(VHG)은 하위 구동 전압(VLW)보다 높은 레벨이다.

바람직하기로는, 상기 센싱 프리차아지 블락(BKSNPR)은 프리차아지 제어 신호(XPCON)에 의하여 제어되는 프리차아지 스위치(SWPR)를 구비한다.

이때, 상기 프리차아지 스위치(SWPR)는, 상기 프리차아지 과정(P11, P21)에서 턴온되며, 상기 센싱 과정(P12, P22)에서 턴오프된다.

상기 센싱 독출 블락(BKSNDR)은 상기 지문단(STF)에 상기 손가락(FNG)의 접촉 정도 즉, 접촉되는 손가락(FNG)의 부위를 확인하기 위하여, 상기 센싱 노드(NSEN)의 전압 레벨을 센싱하여 센싱 데이터(DSEN)를 발생한다.

이때, 상기 센싱 데이터(DSEN)는 신호 데이터(SDA)와 기준 데이터(RDA)의 전압 레벨의 차이를 의미한다. 여기서, 상기 신호 데이터(SDA)는 신호 센싱 동작(P1)에서 생성되며, 상기 기준 데이터(RDA)는 기준 센싱 동작(P2)에서 생성된다.

상기 센싱 독출 블락(BKSNDR)은 구체적으로 센싱 선택 스위치(SWST), 센싱 구동부(100) 및 보상부(200)를 구비한다.

상기 센싱 선택 스위치(SWST)는 센싱 과정(P12, P22)에서 센싱 제어 신호(XSCON)에 응답하여 턴온되어, 상기 센싱 노드(NSEN)를 구동 노드(NDRV)에 연결하도록 구동된다. 상기 센싱 선택 스위치(SWST)는 프리차아지 과정(P11, P21)에서 는 턴오프된다.

상기 센싱 구동부(100)는 상기 구동 노드(NDRV)의 전압 레벨을 센싱하여 센싱 데이터(DSEN)를 발생한다. 즉, 상기 센싱 구동부(100)는, 신호 센싱 과정(P12)에서 증폭 기준 전압(VRF)에 대한 상기 구동 노드(NDRV)의 전압 레벨을 센싱하여 신호 데이터(SDA)를 발생하며, 기준 센싱 과정(P22)에서 상기 증폭 기준 전압(VRF)에 대한 상기 구동 노드(NDRV)의 전압 레벨을 센싱하여 기준 데이터(RDA)를 발생한다.

바람직하기로, 상기 증폭 기준 전압(VRF)은 접지 전압(VSS)보다 높으며, 전원 전압(VDD)보다 낮다.

상기 센싱 구동부(100)는 더욱 구체적으로 구동 증폭기(110), 리셋 스위치(120), 피드백 캐패시터 수단(MSCP) 및 샘플링 홀딩 수단(140)을 구비한다.

상기 구동 증폭기(110)는 상기 구동 노드(NDRV)의 전압을 증폭 기준 전압(VRF)과 비교하여 반전 증폭한다. 여기서, 상기 증폭 기준 전압(VRF)은 상기 하위 구동 전압(VLW) 이하의 레벨을 가지는 것이 바람직하다.

이때, 상기 구동 증폭기(110)는 상기 신호 센싱 과정(P12)에서 상기 신호 데이터(SDA)를 발생하며, 상기 샘플링 홀딩 수단(140)에 의하여 홀딩된다. 또한, 상기 구동 증폭기(110)는 상기 기준 센싱 과정(P22)에서 상기 기준 데이터(RDA)를 발생하며, 상기 샘플링 홀딩 수단(140)에 의하여 홀딩된다.

상기 리셋 스위치(120)는 리셋 신호(RST)에 응답하여, 상기 구동 증폭기(110)의 출력 노드(N111)를 상기 구동 노드(NDRV)와 전기적으로 연결한다. 여기서, 상기 리셋 스위치(120)는 프리차아지 과정(P11, P21)에서 턴온되었다가, 센싱 과정(P12, P22)이 시작되기 전에 턴오프된다.

이에 따라, 상기 프리차아지 과정(P11, P21)에서, 상기 구동 증폭기(110)의 출력 노드(N111)와 상기 구동 노드(NDRV)는 모두 상기 증폭 기준 전압(VRF)의 동일한 레벨로 제어된다.

상기 피드백 캐패시터 수단(MSCP)은 상기 구동 노드(NDRV)를 상기 구동 증폭기의 출력 노드(N111)에 커플링시킨다. 이에 따라, 상기 구동 노드(NDRV)는 센싱 과정(P12, P22)에 센싱이 수행된 후에도 상기 증폭 기준 전압(VRF)으로 복원된다.

한편, 본 실시예에서, 상기 구동 증폭기(110)의 이득율(Ga)은 (수학식 1)과 같다.

(수학식 1)

Ga= -(Ca/Cg)

여기서, Ca는 감지 캐패시터(CPDT)의 캐패시턴스이며, Cg는 센싱 과정에서 상기 구동 증폭기(110)의 입력 노드인 구동 노드(NDRV)와 출력 노드 사이에 형성되는 캐패시터의 캐패시턴스(본 명세서에서는, '구동 캐패시턴스'라 함)이다.

바람직하기로는, 상기 피드백 캐패시터 수단(MSCP)은 캐패시턴스 제어 신호(XCAP)에 의하여 가변되는 캐패시턴스를 가진다. 이 경우, 상기 구동 증폭기(110)의 이득율(gain)을 적절히 제어할 수 있다. 참고로, 본 실시예에서, 상기 감지 캐패시터(CPDT)의 캐패시턴스(Ca)의 조절은 어렵다.

도 4는 도 1의 피드백 캐패시터 수단(MSCP)의 일예를 나타내는 도면이다.

도 4를 참조하면, 상기 피드백 캐패시터 수단(MSCP)은 제1 구동 피드백 캐패시터(131), 제2 구동 피드백 캐패시터(133) 및 구동 피드백 스위치(135)를 구비한다.

상기 제1 구동 피드백 캐패시터(131)는 일측이 상기 구동 노드(NDRV)에 연결되며, 다른 일측이 상기 구동 증폭기(110)의 출력 노드(N111)에 연결된다. 상기 제2 구동 피드백 캐패시터(133)는 일측이 상기 구동 노드(NDRV)에 연결된다.

상기 구동 피드백 스위치(135)는 상기 캐패시턴스 제어 신호(XCAP)의 활성화에 응답하여 상기 제2 구동 피드백 캐패시터(133)의 다른 일측을 상기 구동 증폭기의 출력 노드(N111)에 연결시키도록 구동된다.

도 4의 구성을 가지는 상기 피드백 캐패시터 수단(MSCP)에 의하면, 상기 캐패시턴스 제어 신호(XCAP)의 활성화 여부에 따라 상기 구동 캐패시턴스(Cg)가 가변되며, 궁극적으로 상기 구동 증폭기(110)의 이득율(Ga)이 제어된다.

다시 도 1을 참조하면, 상기 샘플링 홀딩 수단(140)은 상기 구동 증폭기(110)의 출력 노드(N111)의 전압을 샘플링 홀딩하여 상기 센싱 데이터(DSEN)를 발생한다. 즉, 상기 신호 센싱 과정(P12)에서, 상기 샘플링 홀딩 수단(140)은 상기 구동 증폭기(110)의 출력 노드(N111)를 통하여 제공되는 상기 신호 데이터(SDA)를 샘플링 홀딩한다. 그리고, 상기 기준 센싱 과정(P22)에서, 상기 샘플링 홀딩 수단(140)은 상기 구동 증폭기(110)의 출력 노드(N111)를 통하여 제공되는 상기 기준 데이터(RDA)를 샘플링 홀딩한다.

이때, 상기 센싱 데이터(DSEN)는 상기 신호 데이터(SDA)와 상기 기준 데이터(RDA)의 전압 차이의 값이다.

한편, 도 1의 지문 인식 센서에서, 상기 구동 증폭기(110)의 이득율은 상기 감지 캐패시터(CPDT)의 캐패시턴스값과 상기 피드백 캐패시터 수단(MSCP)의 캐패시턴스값의 비에 의하여 결정되는 것이 이상적이다.

그러나, 상기 센싱 노드(NSEN)에는 비의도적인 기생 캐패시터(CPPD)가 발생될 수 있다. 상기 기생 캐패시터(CPPD)는 지문 인식 센서의 센싱시에 '센싱 오프셋'을 유발할 수 있다.

이러한 기생 캐패시터(CPPD)의 영향을 완화하기 위하여, 본 발명의 지문 인식 센서에서 상기 센싱 독출 블락(BKSNDR)은 상기 보상부(200)를 구비한다.

상기 보상부(200)는 상기 구동 노드(NDRV)에 연결되며, 상기 센싱 노드(NSEN)에 발생되는 기생 캐패시터(CPPD)의 영향을 보상하도록 구동된다.

상기 보상부(200)는 구체적으로 보상 축전 수단(210), 제1 보상 스위치(230) 및 제2 보상 스위치(250)를 구비한다.

상기 보상 축전 수단(210)은 보상 캐패시터(CPSA)를 포함하며, 상기 보상 캐패시터(CPSA)는 상기 기생 캐패시터(CPPD)의 캐패시턴스값에 상응하는 캐패시턴스 값을 가진다. 바람직하기로는, 상기 보상 캐패시터(CPSA)의 캐패시턴스 값은 상기 기생 캐패시터(CPPD)의 캐패시턴스 값과 동일하다.

상기 제1 보상 스위치(230)는 상기 프리차아지 제어 신호(XPCON)의 활성화에 응답하여, 상기 예비 노드(NPRE)를 제2 프리차아지 기준 신호(XPRE2)에 전기적으로 연결되도록 구동된다.

본 실시예에서, 상기 제2 프리차아지 기준 신호(XPRE2)은, 신호 센싱 동작(P1)에서는 하위 구동 전압(VLW)을 가지며, 기준 센싱 동작(P2)에서는 상위 구동 전압(VHG)을 가진다.

상기 제2 보상 스위치(250)는 상기 센싱 제어 신호(XSCON)의 활성화에 응답하여, 상기 예비 노드(NPRE)를 상기 구동 노드(NDRV)에 전기적으로 연결되도록 구동된다.

계속하여, 도 1의 보상부(200)의 보상 축전 수단(210)를 좀더 구체적으로 살펴본다.

도 5는 도 1의 보상부(200)의 보상 축전 수단(210)의 일예를 나타내는 도면이다. 도 5를 참조하면, 상기 보상 축전 수단(210)은 적어도 하나의 서브 캐패시터, 바람직하기로는 복수개의 서브 캐패시터들(CPSB<1>, CPSB<2>)을 포함하여 구성된다.

참고로, 도 5에서는, 설명의 간략화를 위하여, 2개의 서브 캐패시터들만이 도시되었으나, 상기 보상 축전 수단(210)은 2 이상의 서브 캐패시터들이 포함될 수 있음은 당업자에게는 자명하다.

상기 복수개의 서브 캐패시터들(CPSB<1>, CPSB<2>)의 일측 단자는 상기 예비 노드(NPRE)에 전기적으로 연결된다.

그리고 상기 복수개의 서브 캐패시터들(CPSB<1>, CPSB<2>)은 각자의 선택 신호(SEL<1>, SEL<2>)에 응답하여 비배타적으로 선택된다.

이때, 상기 복수개의 서브 캐패시터들(CPSB<1>, CPSB<2>) 중에서 비선택되는 서브 캐패시터의 다른 일측 단자는 상기 프리차아지 제어 신호(XPCON)가 "H"로 활성화되는 상기 프리차아지 과정(P11, P21)에서 상기 제2 프리차아지 기준 신호(XPRE2)의 전압으로 제어된다.

여기서, 상기 프리차아지 제어 신호(XPCON)가 "H"로 활성화되는 상기 프리차아지 과정(P11, P21)에서, 상기 예비 노드(NPRE)의 전압 레벨은 상기 제2 프리차아지 기준 신호(XPRE2)의 전압이다.

또한, 상기 복수개의 서브 캐패시터들(CPSB<1>, CPSB<2>) 중에서 비선택되는 서브 캐패시터의 다른 일측 단자는 상기 센싱 제어 신호(XSCON)가 "H"로 활성화되는 상기 센싱 과정(P12, P22)에서 상기 증폭 기준 전압(VRF)으로 제어된다.

여기서, 상기 센싱 제어 신호(XSCON)가 "H"로 활성화되는 상기 센싱 과정(P12, P22)에서, 상기 예비 노드(NPRE)의 전압 레벨은 상기 증폭 기준 전압(VRF)이다.

이에 따라, 상기 복수개의 서브 캐패시터들(CPSB<1>, CPSB<2>) 중에서 비선택되는 서브 캐패시터에 저장되는 전하량은 '0'이다.

그리고, 상기 복수개의 서브 캐패시터들(CPSB<1>, CPSB<2>) 중에서 선택되는 서브 캐패시터의 다른 일측 단자는 캐패시터 기준 전압(VRC)으로 제어된다.

바람직하기로는, 상기 캐패시터 기준 전압(VRC)은 본 발명의 지문 인식 센서를 구현하는데, 사용되는 최저 레벨의 전압 이상 최고 레벨의 전압 이하의 레벨을 가진다.

결과적으로, 상기 복수개의 서브 캐패시터들(CPSB<1>, CPSB<2>) 중에서 선택되는 서브 캐패시터들은 상기 예비 노드(NPRE)과 상기 캐패시터 기준 전압(VRC) 사이에 병렬로 연결된다.

즉, 상기 보상 캐패시터(CPSA)의 캐패시턴스값은 상기 복수개의 서브 캐패시터들(CPSB<1>, CPSB<2>) 중에서 선택되는 서브 캐패시터들의 캐패시턴스값들의 합으로 된다.

다시 기술하자면, 상기 보상 캐패시터(CPSA)의 캐패시턴스값은 상기 복수개의 서브 캐패시터들(CPSB<1>, CPSB<2>)의 선택에 의하여 조절될 수 있다.

계속하여, 본 발명의 지문 인식 센서의 센싱시에, 센싱 데이터(DSEN)에 영향을 주는 전하의 양을 살펴본다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 지문 인식 센서의 센싱은 서로 구분되는 신호 센싱 동작(P1, 도 2 참조) 및 기준 센싱 동작(P2, 도 3 참조)을 통하여 수행된다. 그리고, 상기 신호 센싱 동작(P1)은 신호 프리차아지 과정(P11)과 신호 센싱 과정(P12)으로 구분될 수 있으며, 상기 기준 센싱 동작(P2)은 기준 프리차아지 과정(P21)과 기준 센싱 과정(P22)으로 구분될 수 있다.

먼저, 신호 센싱 동작(P1)에서 구동 증폭기(110)에 제공되는 신호 데이터(SDA)의 값에 영향을 주는 순 전하량(Qsig)을 살펴본다.

우선, 신호 프리차아지 과정(P11)에서 각 캐패시터들의 충전량을 살펴보면 (표 1)과 같다.

캐패시터(캐패시턴스)	충전량
CPDT(Ca)	VHG*Ca
CPPD(Cb)	VHG*Cb
CPDR(Cc)	0*Cc
CPSA(Cd)	(VLW-VRC)*Cd

즉, 신호 프리차아지 과정(P11)에서 총 충전량(Qsp)은 (수학식 2)와 같다.

(수학식 2)

Qsp= VHG*Ca + VHG*Cb + (VLW-VRC)*Cd

그리고, 신호 센싱 과정(P12)에서 각 캐패시터들의 충전량을 살펴보면 (표 2)과 같다.

캐패시터(캐패시턴스)	충전량
CPDT(Ca)	VRF*Ca
CPPD(Cb)	VRF*Cb
CPDR(Cc)	0*Cc
CPSA(Cd)	(VRF-VRC)*Cd

즉, 신호 센싱 과정(P12)에서 총 충전량(Qss)은 (수학식 3)과 같다.

(수학식 3)

Qss= VRF*Ca + VRF*Cb + (VRF-VRC)*Cd

따라서, 신호 센싱 동작(P1)에서 구동 증폭기(110)에 제공되는 신호 데이터(SDA)의 값에 영향을 주는 순 전하량(Qsig)은 (수학식 4)와 같다.

(수학식 4)

Qsig=Qsp-Qss

=(VHG-VRF)*Ca + (VHG-VRF)*Cb + (VLW-VRF)*Cd

이어서, 기준 센싱 동작(P2)에서 구동 증폭기(110)에 제공되는 기준 데이터(RDA)의 값에 영향을 주는 순 전하량(Qref)을 살펴본다.

우선, 기준 프리차아지 과정(P21)에서 각 캐패시터들의 충전량을 살펴보면 (표 3)과 같다.

캐패시터(캐패시턴스)	충전량
CPDT(Ca)	VLW*Ca
CPPD(Cb)	VLW*Cb
CPDR(Cc)	0*Cc
CPSA(Cd)	(VHG-VRC)*Cd

즉, 기준 프리차아지 과정(P21)에서 총 충전량(Qrp)은 (수학식 5)와 같다.

(수학식 5)

Qrp= VLW*Ca + VLW*Cb + (VHG-VRC)*Cd

그리고, 기준 센싱 과정(P22)에서 각 캐패시터들의 충전량을 살펴보면 (표 4)과 같다.

즉, 기준 센싱 과정(P12)에서 총 충전량(Qrs)은 (수학식 6)과 같다.

(수학식 6)

Qrs= VRF*Ca + VRF*Cb + (VRF-VRC)*Cd

따라서, 기준 센싱 동작(P2)에서 구동 증폭기(110)에 제공되는 기준 데이터(RDA)의 값에 영향을 주는 순 전하량(Qref)은 (수학식 7)과 같다.

(수학식 7)

Qref=Qrp-Qrs

=(VLW-VRF)*Ca + (VLW-VRF)*Cb + (VHG-VRF)*Cd

한편, 본 발명의 지문 인식 센서의 동작시에 센싱 데이터(DSEN)에 영향을 주는 전하의 양은, 신호 센싱 동작(P1)에서 구동 증폭기(110)에 제공되는 신호 데이터(SDA)의 값에 영향을 주는 순 전하량(Qsig)과 기준 센싱 동작(P2)에서 구동 증폭기(110)에 제공되는 기준 데이터(RDA)의 값에 영향을 주는 순 전하량(Qref)의 차이이다.

따라서, 본 발명의 지문 인식 센서의 동작시에 센싱 데이터(DSEN)에 영향을 주는 전하의 양(Qsen)은 (수학식 8)과 같다.

(수학식 8)

Qsen=Qsig-Qref

=(VHG-VLW)*Ca + (VHG-VLW)*Cb + (VLW-VHG)*Cd

이때, 상기 보상 캐패시터(CPSA)의 캐패시턴스 값(Cd)과 상기 기생 캐패시터(CPPD)의 캐패시턴스 값(Cb)이 동일한 경우에는, 센싱 데이터(DSEN)에 영향을 주는 전하의 양(Qsen)은 (수학식 9)와 같다.

(수학식 9)

Qsen=(VHG-VLW)*Ca

즉, 본 발명의 지문 인식 센서에서, 상기 센싱 데이터(DSEN)는 감지 캐패시터(CPDT)의 캐패시턴스값(Ca)에 의하여 결정되며, 상기 기생 캐패시터(CPPD)의 캐패시턴스값(Cb)의 영향은 배제된다.

따라서, 본 발명의 지문 인식 센서에 의하면, 지문 패턴에 대한 센싱 감도가 크게 향상되며, 보다 선명하고 정확한 지문 패턴의 확보가 가능하게 된다.

도 1의 지문 인식 센서에서, 바람직하기로는 상기 캐패시터 기준 전압(VRC)은 상기 증폭 기준 전압(VRF)와 동일한 레벨을 가진다. 이 경우, 상기 보상 캐패시터(CPSA)에 저장되는 전하량은 상기 신호 센싱 과정(P12) 및 상기 기준 센싱 과정(P22)에서 '0'으로 되므로, 본 발명의 지문 인식 센서의 센싱 효율이 향상된다.

한편, 상기 보상 캐패시터(CPSA)는 외부에서 조절가능한 캐패시턴스를 가지는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 보상 캐패시터(CPSA)는 상기 기생 캐패시터(CPPD)의 캐패시턴스값에 상응한(예를 들어, 동일한) 캐패시턴스값을 가지는 것이 용이하게 된다.

그리고, 본 실시예에서, 상기 센싱 데이터(DSEN)의 데이터값은 신호 센싱 동작(P1)과 기준 센싱 동작(P2)에서의 구동 증폭기(110)의 출력 차이(Vdiff)에 따른다.

이때, 상기 구동 증폭기(110)의 출력 차이(Vdiff)는 (수학식 10)과 같다.

(수학식 10)

Vdiff=Ga*(VHG-VLW)

=-(Ca/Cg)*(VHG-VLW)

즉, 본 발명의 지문 인식 센서에서, 상위 구동 전압(VHG)과 하위 구동 전압(VLW)의 차이 및 상기 구동 캐패시턴스(Cg)를 제어함으로써, 상기 센싱 데이터(DSEN)는 적절한 데이터값을 가질 수 있다.

계속하여, 도 1의 지문 인식 센서에서, 감지 전극(ELDT) 및 보호 전극(ELIN)의 형성 형태에 대하여, 자세히 기술된다.

도 6은 도 1의 감지 전극(ELDT) 및 보호 전극(ELIN)의 형성 형태를 나타내는 단면도이며, 도 7은 도 1의 감지 전극(ELDT) 및 보호 전극(ELIN)의 레이아웃도이다. 도 6 및 도 7에서는, 본 발명과 직접적으로 관련되는 구성요소가 중심적으로 도시되며, 나머지 구성요소들은 생략되거나 약식으로 도시된다.

도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 보호 전극(ELIN)은 기판(SUB) 위에 형성되는 제1 메탈층(MET1)으로 형성된다. 이때, 제1 메탈층(MET1)으로 형성되는 상기 보호 전극(ELIN)에는, 보호 구동 신호(XDRDT)가 인가됨을 전술한 바와 같다.

도 6에서, 참조부호 'LMUS'는 상기 제1 메탈층(MET1)과 상기 기판(SUB) 사이에 형성될 수 있는 절연층을 포함한 여러 종류의 물질들을 개념적으로 나타낸다.

그리고, 상기 감지 전극(ELDT)은 상기 보호 전극(ELIN)을 형성하는 상기 제1 금속층(MET1) 위에 적층되는 제2 금속층(MET2) 혹은 제3 금속층(MET3)으로 형성된다.

이때, 제1 메탈층(MET1)으로 형성되는 상기 보호 전극(ELIN)에는, 보호 구동 신호(XDRDT)가 인가됨을 전술한 바와 같다. 이 경우, 상기 보호 전극(ELIN)에 의하여, 상기 제2 금속층(MET2)으로 형성되는 상기 감지 전극(ELDT)은 하부로 주입될 수 있는 주변의 전하 및 커플링 효과 등과 같이 '센싱 오프셋(sensing offset)'을 발생시킬 수 있는 요인들로부터 보호될 수 있다.

그리고, 상기 감지 전극(ELDT)을 형성하는 제2 금속층(MET2)과 상기 보호 전극(ELIN)을 형성하는 상기 제1 금속층(MET1) 사이에는, 유전체 물질의 보호 유전층(LPRF)이 형성된다.

이에 따라, 상기 감지 전극(ELDT)을 일측 단자로 하고, 상기 보호 전극(ELIN)을 다른 일측 단자로 하는 보호 캐패시터(CPDR)가 형성된다.

그리고, 상기 지문단(STF)은 상기 감지 전극(ELDT)을 형성하는 상기 제2 금속층(MET2) 위에 적층되는 유전체 물질의 표면 유전층(LSUR)으로 형성된다.

이때, 상기 지문단(STF)에 손가락(FNG)이 접촉되면, 상기 감지 전극(ELDT)과 손가락(FNG)은 각각 가상의 감지 캐패시터(CPDT)의 일측 단자 및 다른 일측 단자로 작용함은 전술한 바와 같다.

상기와 같은 형성되는 상기 감지 전극(ELDT)은 상기 표면 유전층(LSUR)에 덮혀져 있으므로, 외부로 노출되지 않는다.

바람직하기로는, 상기 표면 유전층(LSUR)은 제1 표면 유전층(LSUR1)과 제2 표면 유전층(LSUR2)으로 구성된다. 상기 제1 표면 유전층(LSUR1)은 상기 감지 전극(ELDT)을 형성하는 상기 제2 금속층(MET2) 위에 적층되어 형성된다.

이때, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제1 표면 유전층(LSUR1) 위에 형성되며, 상기 제1 표면 유전층(LSUR1) 및 보호 유전층(LPRF)을 관통하여 상기 제1 금속층(MET1)과 컨택 접촉되는 제3 금속층(MET3)도, 상기 보호 전극(ELIN)으로 작용한다.

그리고, 상기 제2 표면 유전층(LSUR2)은 상기 제3 금속층(MET3)이 형성된 상기 제1 표면 유전층(LSUR1) 위에 적층되어 형성된다.

이 경우, 상기 제2 금속층(MET2)으로 형성되는 상기 감지 전극(ELDT)은 하부뿐만 아니라, 측면에서 주입될 수 있는 주변의 전하 및 커플링 효과 등과 같은 오프셋(off-set) 발생 요인들로부터도 보호될 수 있다.

한편, 지문 인식 시스템은 복수개의 지문 인식 픽셀들을 포함하여 구성되는 것이 일반적이다. 그리고, 상기 지문 인식 픽셀들은, 본 발명의 지문 인식 센서의 상기 감지 전극(ELDT) 및 상기 보호 전극(ELIN)을 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 도 8에 도시되는 바와 같이, 선택되는 픽셀(SPIX)의 센싱 구동시에 주변의 픽셀(BPIX)들로부터 '센싱 오프셋'을 유발하는 요인들이 주입될 수 있다.

이 경우, 선택되는 픽셀(SPIX)의 주변에 배치되는 즉, 인접한 픽셀(BPIX)들 중의 적어도 일부의 감지 전극(ELDT)들 및 보호 전극(ELIN)들도 선택되는 픽셀(SPIX)의 감지 전극(ELDT) 및 보호 전극(ELIN)과 동일한 전압으로 제어함으로써, 선택되는 픽셀(SPIX)의 감지 전극(ELDT)은 오프셋(off-set) 발생 요인들로부터 더욱 효과적으로 보호될 수 있다.

한편, 도 1의 지문 인식 센서에서, 상기 피드백 캐패시터 수단(MSCP)은 다양한 형태로 변형될 수 있다.

도 9는 도 1의 지문 인식 센서에서 변형된 피드백 캐패시터 수단이 적용된 예를 나타내는 도면이다.

도 9의 지문 인식 센서에서, 도 1의 피드백 캐패시터 수단(MSCP)을 대신하여, 제1 변형된 피드백 캐패시터 수단(MSCP1) 및 제2 변형된 피드백 캐패시터 수단(MSCP2) 중의 적어도 어느 하나가 포함된다. 이때, 상기 제1 변형된 피드백 캐패시터 수단(MSCP1)은 구동 증폭기(110)의 출력 노드(N111)과 센싱 노드(NSEN) 사이에 형성되며, 상기 제1 변형된 피드백 캐패시터 수단(MSCP1)은 구동 증폭기(110)의 출력 노드(N111)과 예비 노드(NPRE) 사이에 형성된다.

도 10은 도 9의 제1 변형된 피드백 캐패시터 수단(MSCP1)을 관련 구성요소들과 함께 자세히 나타내는 도면이다.

도 10을 참조하면, 상기 제1 변형된 피드백 캐패시터 수단(MSCP1)은 제1 센싱 피드백 캐패시터(171) 및 제2 센싱 피드백 캐패시터(172), 제1 센싱 피드백 스위치(173), 제2 센싱 피드백 스위치(174), 제3 센싱 피드백 스위치(175) 및 제4 센싱 피드백 스위치(176)를 구비한다.

상기 제1 센싱 피드백 캐패시터(171) 및 상기 제2 센싱 피드백 캐패시터(172)는 일측이 상기 센싱 노드(NSEN)에 연결된다.

상기 제1 센싱 피드백 스위치(173)는 상기 센싱 제어 신호(XSCON)에 응답하여, 상기 제1 센싱 피드백 캐패시터(171)의 다른 일측과 상기 구동 증폭기(110)의 출력 노드(N111)를 전기적으로 연결시킨다.

상기 제2 센싱 피드백 스위치(174)는 상기 제1 캐패시턴스 제어 신호(XCAP1)의 활성화에 응답하여, 상기 제1 센싱 피드백 캐패시터(171)의 다른 일측과 상기 제2 센싱 피드백 캐패시터(172)의 다른 일측을 전기적으로 연결한다.

상기 제3 센싱 피드백 스위치(175)는 상기 제1 프리차아지 제어 신호(XPCON)에 응답하여, 상기 제1 센싱 피드백 캐패시터(171)의 다른 일측을 제1 프리차아지 기준 신호(XPRE1)에 전기적으로 연결되도록 구동된다.

그리고, 상기 제4 센싱 피드백 스위치(176)는 상기 제1 캐패시턴스 제어 신호(XCAP1)의 비활성화에 응답하여, 상기 제2 센싱 피드백 캐패시터(172)의 다른 일측을 상기 보호 구동 신호(XDRDT)에 전기적으로 연결시키도록 구동된다.

도 10의 구성을 가지는 상기 제1 변형된 피드백 캐패시터 수단(MSCP1)에서는, 상기 제1 캐패시턴스 제어 신호(XCAP1)가 활성화되는 경우, 센싱 제어 신호(XSCON)가 활성화되는 센싱 과정에서, 상기 제1 센싱 피드백 캐패시터(171) 및 상기 제2 센싱 피드백 캐패시터(172)가 상기 구동 증폭기(110)의 출력 노드(N111)와 센싱 노드(NSEN)에 병렬로 형성된다.

즉, 상기 제1 캐패시턴스 제어 신호(XCAP1)가 활성화되는 경우, 상기 구동 캐패시턴스(Cg)는 크게 된다.

그리고, 상기 제1 캐패시턴스 제어 신호(XCAP1)가 비활성화되는 경우, 상기 제2 센싱 피드백 캐패시터(172)와 상기 보호 캐패시터(CPDR)는 센싱 노드(NSEN)과 보호 구동 신호(XDRT) 사이에 병렬로 형성된다.

즉, 상기 제1 캐패시턴스 제어 신호(XCAP1)가 비활성화되는 경우, 상기 구동 캐패시턴스(Cg)는 작게 되며, 상기 제2 센싱 피드백 캐패시터(172)는 상기 보호 캐패시터(CPDR)의 작용을 강화하게 된다.

도 11은 도 9의 제2 변형된 피드백 캐패시터 수단(MSCP2)을 관련 구성요소들과 함께 자세히 나타내는 도면이다.

도 11을 참조하면, 상기 제2 변형된 피드백 캐패시터 수단(MSCP2)은 제1 센싱 피드백 캐패시터(191) 및 제2 센싱 피드백 캐패시터(192), 제1 센싱 피드백 스위치(193), 제2 센싱 피드백 스위치(194), 제3 센싱 피드백 스위치(195) 및 제4 센싱 피드백 스위치(196)를 구비한다.

상기 제1 센싱 피드백 캐패시터(191) 및 상기 제2 센싱 피드백 캐패시터(194)는 일측이 상기 예비 노드(NPRE)에 연결된다.

상기 제1 센싱 피드백 스위치(193)는 상기 센싱 제어 신호(XSCON)에 응답하여, 상기 제1 센싱 피드백 캐패시터(191)의 다른 일측과 상기 구동 증폭기(110)의 출력 노드(N111)를 전기적으로 연결시킨다.

상기 제2 센싱 피드백 스위치(194)는 상기 제2 캐패시턴스 제어 신호(XCAP2)의 활성화에 응답하여, 상기 제1 센싱 피드백 캐패시터(191)의 다른 일측과 상기 제2 센싱 피드백 캐패시터(192)의 다른 일측을 전기적으로 연결한다.

상기 제3 센싱 피드백 스위치(195)는 상기 제1 프리차아지 제어 신호(XPCON)에 응답하여, 상기 제1 센싱 피드백 캐패시터(191)의 다른 일측을 제1 프리차아지 기준 신호(XPRE1)에 전기적으로 연결되도록 구동된다.

그리고, 상기 제4 센싱 피드백 스위치(196)는 상기 제2 캐패시턴스 제어 신호(XCAP2)의 비활성화에 응답하여, 상기 제2 센싱 피드백 캐패시터(192)의 다른 일측을 상기 보호 구동 신호(XDRDT)에 전기적으로 연결시키도록 구동된다.

도 11의 구성을 가지는 상기 제2 변형된 피드백 캐패시터 수단(MSCP2)에서는, 상기 제2 캐패시턴스 제어 신호(XCAP2)가 활성화되는 경우, 센싱 제어 신호(XSCON)가 활성화되는 센싱 과정에서, 상기 제1 센싱 피드백 캐패시터(191) 및 상기 제2 센싱 피드백 캐패시터(192)가 상기 구동 증폭기(110)의 출력 노드(N111)와 예비 노드(NPRE)에 병렬로 형성된다.

즉, 상기 제2 캐패시턴스 제어 신호(XCAP2)가 활성화되는 경우, 상기 구동 캐패시턴스(Cg)는 크게 된다.

그리고, 상기 제2 캐패시턴스 제어 신호(XCAP1)가 비활성화되는 경우, 상기 제2 센싱 피드백 캐패시터(192)와 상기 보호 캐패시터(CPDR)는 예비 노드(NPRE)와 보호 구동 신호(XDRT) 사이에 병렬로 형성된다.

즉, 상기 제2 캐패시턴스 제어 신호(XCAP2)가 비활성화되는 경우, 상기 구동 캐패시턴스(Cg)는 작게 되며, 상기 제2 센싱 피드백 캐패시터(192)는 상기 보호 캐패시터(CPDR)의 작용을 강화하게 된다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

예를 들면, 본 명세서에서의 각종의 스위치들은 피모스 트랜지스터, 앤모스 트랜지스터, 전송 게이트 등의 다양한 형태로 구현될 수 있음은 당업자에게는 자명하다.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims

지문 인식 센서에 있어서,
손가락의 접촉이 가능한 지문단;
센싱 노드에 연결되는 감지 전극으로서, 상기 지문단에 접촉되는 상기 손가락에 의하여 형성되는 감지 캐패시터의 일측 단자인 상기 감지 전극;
일측 단자는 상기 감지 전극에 전기적으로 연결되며, 다른 일측 단자는 보호 전극으로 이루어지는 보호 캐패시터로서, 상기 보호 전극은 보호 구동 신호를 수신하는 상기 보호 캐패시터;
프리차아지 제어 신호의 활성화에 응답하여, 상기 센싱 노드를 제1 프리차아지 기준 신호의 전압으로 프리차아지시키도록 구동되는 센싱 프리차아지 블락; 및
상기 센싱 노드의 전압 레벨을 센싱하여 센싱 데이터를 발생하는 센싱 독출 블락을 구비하며,
상기 센싱 독출 블락은
센싱 제어 신호에 응답하여, 상기 센싱 노드를 구동 노드에 연결하는 센싱 선택 스위치;
증폭 기준 전압에 대한 상기 구동 노드의 전압 레벨의 차이를 센싱하여 센싱 데이터를 발생하는 센싱 구동부; 및
상기 구동 노드에 연결되며, 상기 센싱 구동부의 센싱 동작시에 상기 센싱 노드에 발생되는 기생 캐패시턴스의 영향을 보상하도록 구동되는 보상부를 구비하며,
상기 보상부는
상기 기생 캐패시턴스에 상응하는 캐패시턴스값을 가지는 보상 캐패시터를 포함하는 보상 축전 수단으로서, 상기 보상 캐패시터는 일측 단자가 예비 노드에 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 서브 캐패시터를 포함하여 구성되는 상기 보상 축전 수단;
상기 프리차아지 제어 신호의 활성화에 응답하여, 상기 예비 노드를 제2 프리차아지 기준 신호의 전압을 제어하는 제1 보상 스위치;
상기 센싱 제어 신호의 활성화에 응답하여, 상기 예비 노드를 상기 구동 노드에 전기적으로 연결되도록 구동되는 제2 보상 스위치를 구비하며,
상기 적어도 하나의 서브 캐패시터의 다른 일측 단자는
캐패시터 기준 전압으로 제어될 수 있으며,
상기 보상 캐패시터는
상기 적어도 하나의 서브 캐패시터를 포함하는 복수개의 서브 캐패시터들로서, 각자의 선택 신호에 응답하여 비배타적으로 선택되는 상기 복수개의 서브 캐패시터들을 포함하여 구성되며,
상기 복수개의 서브 캐패시터들 각각의 일측 단자는
상기 예비 노드에 전기적으로 연결되며,
상기 복수개의 서브 캐패시터들 중 선택되는 상기 서브 캐패시터의 다른 일측 단자는
상기 캐패시터 기준 전압으로 제어되는 것을 특징으로 하는 지문 인식 센서.
삭제
제1 항에 있어서, 상기 캐패시터 기준 전압은
상기 증폭 기준 전압과 동일한 레벨인 것을 특징으로 하는 지문 인식 센서.
제1 항에 있어서, 상기 복수개의 서브 캐패시터들 중 비선택되는 상기 서브 캐패시터의 다른 일측 단자는
상기 프리차아지 제어 신호의 활성화에 응답하여, 상기 제2 프리차아지 기준 신호의 전압으로 제어하며,;
상기 센싱 제어 신호의 활성화에 응답하여, 상기 증폭 기준 전압으로 제어되는 것을 특징으로 하는 지문 인식 센서.
제1 항에 있어서, 상기 센싱 구동부는
상기 구동 노드의 전압을 상기 증폭 기준 전압과 비교하여 반전 증폭하는 구동 증폭기;
리셋 신호에 응답하여, 상기 구동 증폭기의 출력 노드를 상기 구동 노드와 전기적으로 연결하도록 구동되는 리셋 스위치;
상기 구동 노드를 상기 구동 증폭기의 출력 노드에 커플링시키는 피드백 캐패시터 수단; 및
상기 구동 증폭기의 출력 노드의 전압을 샘플링 홀딩하여 상기 센싱 데이터를 발생하는 샘플링 홀딩 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 지문 인식 센서.
제5 항에 있어서, 상기 피드백 캐패시터 수단은
캐패시턴스 제어 신호에 응답하여, 가변되는 캐패시턴스를 가지는 것을 특징으로 하는 지문 인식 센서.
지문 인식 센서에 있어서,
손가락의 접촉이 가능한 지문단;
센싱 노드에 연결되는 감지 전극으로서, 상기 지문단에 접촉되는 상기 손가락에 의하여 형성되는 감지 캐패시터의 일측 단자인 상기 감지 전극;
일측 단자는 상기 감지 전극에 전기적으로 연결되며, 다른 일측 단자는 보호 전극으로 이루어지는 보호 캐패시터로서, 상기 보호 전극은 보호 구동 신호를 수신하는 상기 보호 캐패시터;
프리차아지 제어 신호의 활성화에 응답하여, 상기 센싱 노드를 제1 프리차아지 기준 신호의 전압으로 프리차아지시키도록 구동되는 센싱 프리차아지 블락; 및
상기 센싱 노드의 전압 레벨을 센싱하여 센싱 데이터를 발생하는 센싱 독출 블락을 구비하며,
상기 센싱 독출 블락은
센싱 제어 신호에 응답하여, 상기 센싱 노드를 구동 노드에 연결하는 센싱 선택 스위치;
증폭 기준 전압에 대한 상기 구동 노드의 전압 레벨의 차이를 센싱하여 센싱 데이터를 발생하는 센싱 구동부; 및
상기 구동 노드에 연결되며, 상기 센싱 구동부의 센싱 동작시에 상기 센싱 노드에 발생되는 기생 캐패시턴스의 영향을 보상하도록 구동되는 보상부를 구비하며,
상기 보상부는
상기 기생 캐패시턴스에 상응하는 캐패시턴스값을 가지는 보상 캐패시터를 포함하는 보상 축전 수단으로서, 상기 보상 캐패시터는 일측 단자가 예비 노드에 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 서브 캐패시터를 포함하여 구성되는 상기 보상 축전 수단;
상기 프리차아지 제어 신호의 활성화에 응답하여, 상기 예비 노드를 제2 프리차아지 기준 신호의 전압을 제어하는 제1 보상 스위치;
상기 센싱 제어 신호의 활성화에 응답하여, 상기 예비 노드를 상기 구동 노드에 전기적으로 연결되도록 구동되는 제2 보상 스위치를 구비하며,
상기 적어도 하나의 서브 캐패시터의 다른 일측 단자는
캐패시터 기준 전압으로 제어될 수 있으며,
상기 보호 전극은
기판 위에 적층되는 제1 금속층으로 형성되며,
상기 감지 전극은
상기 보호 전극을 형성하는 상기 제1 금속층 위에 적층되는 제2 금속층으로 형성되며,
상기 지문단은
상기 감지 전극을 형성하는 상기 제2 금속층 위에 적층되는 표면 유전층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 지문 인식 센서.
제7 항에 있어서, 상기 표면 유전층은
상기 감지 전극을 형성하는 상기 제2 금속층 위에 적층되는 제1 표면 유전층; 및
상기 제1 표면 유전층 위에 적층되는 제2 표면 유전층을 구비하며,
상기 보호 전극은
상기 제1 표면 유전층 위에 형성되며, 상기 제1 표면 유전층 및 보호 유전층을 관통하여 상기 제1 금속층과 컨택 접촉되는 제3 금속층으로서, 상기 보호 유전층은 상기 제1 금속층과 상기 제2 금속층 사이에 형성되는 상기 제3 금속층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 지문 인식 센서.