KR101872368B1 - 감지소자에 복조회로를 갖는 정전용량식 지문감지장치 - Google Patents

감지소자에 복조회로를 갖는 정전용량식 지문감지장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 여기신호 공급회로 및 복수의 감지소자들을 포함한 정전용량식 지문감지시스템에 관한 것이다. 각 감지소자는 보호 유전체 상단층, 손가락과 감지구조물 간에 전위차의 변화로 인해 발생한 감지구조물에 의해 전달된 전하의 변화를 나타내는 감지신호를 제공하기 위해 여기신호에 결합되는 전기 도전성 감지구조물, 및 상기 감지구조물에 의해 전달된 전하의 변화를 나타내는 DC 신호성분을 포함한 결합신호를 제공하기 위해 여기신호에 대해 시간관련된 복조신호 및 상기 감지신호를 결합하기 위해 감지회로에 연결된 복조회로를 포함한다. 지문감지시스템은 상기 감지소자들 각각으로부터 DC 신호 성분을 기반으로 상기 지문패턴의 표현을 제공하기 위해 상기 감지소자들 각각에 연결된 판독회로를 더 포함한다.

Description

감지소자에 복조회로를 갖는 정전용량식 지문감지장치{CAPACITIVE FINGERPRINT SENSING DEVICE WITH DEMODULATION CIRCUITRY IN SENSING ELEMENT}
본 발명은 정전용량식 지문감지시스템 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 능동 정전용량 지문감지시스템은 일반적으로 상술한 수동 시스템보다 훨씬 더 큰 신호대잡음비로 손가락과 각각의 감지구조물들 간에 정전용량의 측정을 가능하게 한다. 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 지문감지시스템, 특히 매우 두꺼운 보호코팅을 통해 개선된 감지성능을 제공하는 정전용량식 지문감지시스템을 달성하는 것이다.
따라서, 본 발명의 제 1 태양에 따르면, 손가락의 지문패턴을 감지하기 위한 정전용량식 지문감지시스템으로서, 상기 정전용량식 지문시스템은: 상기 손가락의 전위에 대해, 제 1 전위에서 제 2 전위로 다시 제 1 전위로 회귀 변화를 포함한 시간가변 여기전위를 나타내는 여기신호를 제공하기 위한 여기신호 공급회로; 복수의 감지소자들; 및 상기 감지소자들 각각으로부터 DC 신호 성분을 기반으로 상기 지문패턴의 표현을 제공하기 위해 상기 감지소자들 각각에 연결된 판독회로를 포함하고, 상기 각각의 감지소자는: 상기 손가락이 터치하는 보호 유전체 상단층; 상기 상단층 아래에 설비되고, 실질적으로 여기전위에 이어 시간가변 감지구조물 전위를 나타내기 위해 상기 여기신호 공급회로에 연결된 전기도전성 감지구조물; 상기 손가락과 상기 감지구조물 간에 전위차의 상기 변화로 인해 발생해 상기 감지구조물에 의해 전달된 전하의 변화를 나타내는 감지신호를 제공하기 위해 상기 감지구조물에 연결된 감지회로; 및 상기 감지구조물에 의해 전달된 전하의 상기 변화를 나타내는 DC 신호성분을 포함한 결합신호를 제공하기 위해 상기 감지신호와 상기 여기신호에 대해 시간관련된 복조신호를 결합하도록 상기 감지회로에 연결된 복조회로를 포함하며, 상기 제 1 전위에서 상기 제 2 전위로 여기전위의 상기 변화들 각각으로 인해 상기 손가락과 상기 감지구조물 간에 전위차가 변하게 되는 지문감지시스템이 제공된다.
본 출원과 관련해, "전위"라는 용어는 "전기적 전위"를 의미하는 것으로 이해해야 한다.
따라서, 시간가변 전위는 기준전위에 대해 시간에 걸쳐 변하는 진폭을 가진 전기 전위를 의미하는 것으로 이해해야 한다. 시간가변 여기전위는, 가령, 펄스 반복 주파수를 갖는 펄스열 또는 펄스 반복 주파수들의 조합으로 제공될 수 있다. 이런 펄스열에서의 펄스들은, 가령, 정사각파 펄스들일 수 있다. 대안으로, 시간가변 여기전위는 사인파 또는 사인파들의 조합으로서 제공될 수 있다.
감지소자들은 이점적으로 열 및 행을 포함한 어레이로 배열될 수 있다.
각 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. 손가락과 감지구조물 간에 전위차의 변화로 인해 발생해 감지구조물에 의해 전달된 전하의 변화는 이런 평행판 커패시터의 정전용량의 표시이며, 이는 차례로 감지구조물과 손가락 표면 간의 거리의 표시이다.
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.
각 감지소자는 기설정된 순서대로 다른 측정상태들 간에 전이를 포함한 기설정된 측정순서를 수행하도록 제어될 수 있다. 측정상태는 감지소자에 포함된 회로에 제공된 제어신호의 소정의 조합으로 정의될 수 있다.
여기신호 공급회로는 다른 라인들에 제공된 2 이상의 다른 전위들 간에 스위치하도록 구성된 스위칭회로를 포함할 수 있다. 대안으로 또는 조합해, 여기신호 공급회로는 시간가변 여기전위를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 신호소스를 포함할 수 있다.
여기신호 공급회로는 지문센서부품에 포함될 수 있고, 그런 후 지문센서부품의 기준 전위, 가령 센서 접지전위에 대한 시간가변 여기전위를 갖는 여기신호를 제공할 수 있다.
대안으로, 여기신호 공급회로는 지문센서부품 외부에 제공되고 지문센서부품에 대한 시간가변 기준전위로서 여기신호를 제공하기 위해 지문감지부품에 연결될 수 있다. 이 경우, 여기신호는 지문감지시스템이 포함된 전자장치의 장치 접지전위에 대해 시간가변 여기전위를 나타낼 수 있다. 외부 여기신호 공급회로는 지문센서부품에 포함된 타이밍회로에 의해 발생된 제어신호를 이용해 제어될 수 있다.
시간가변 감지구조물 전위는 실질적으로 여기전위의 변화로 인해 감지구조물 전위에도 이에 따라 변할 경우 여기전위를 따른다. 감지구조물 전위의 변화는 여기전위의 변화와 정확히 같을 필요가 없고, 여기신호 공급회로와 감지구조물 간에 결합의 속성들에 따라 약간 지연될 수 있다. 더욱이, 여기전위와 감지구조물 전위 간에 전위 이동이 있을 수 있고, 약간의 스케일링이 있을 수 있다. 그러나, 여기전위의 전체 거동이 감지구조물 전위에 반영되어야 한다.
복조신호가 여기신호에 시간관련있다는 것은 여기신호의 제 1 전위에서 제 2 전위로 및/또는 제 2 전위에서 제 1 전위로 상술한 변화의 타이밍은 복조신호의 전위에서 변화 타이밍을 결정하는 것을 의미하는 것을 알아야 한다.
몇몇 실시예에서, 복조신호는 샘플링 이벤트를 정의하는 짧은 펄스들일 수 있고, 다른 실시예에서, 여기신호 그 자체는 복조신호를 구성할 수 있다.
본 발명은 감지소자들의 더 빠른 동작으로 측정이 감지소자와 손가락 표면 간에 로컬 거리를 나타내는 한 감지 이벤트 동안 각 감지소자로부터 여러 번 판독이 허용될 수 있는 구현을 기초로 한다. 이는 차례로 가령 신호대잡음비 및 공통모드잡음 감소 면에서 향상된 감지성능을 제공할 수 있다.
본 발명은 감지신호의 소정의 정보 컨텐츠, 즉 감지구조물에 의해 전달된 전하의 상술한 변화가 DC 신호 또는 근사한 DC 신호(지문감지시스템의 기준 전위에 대한 일정한 전압)로 표시되는 식으로 감지소자에 로컬로 감지소자를 적어도 부분적으로 복조함으로써 전력소비의 이에 따른 증가없이 감지소자의 소정의 더 빠른 동작이 달성될 수 있다는 것을 또한 인식했다.
DC 신호성분으로서 감지구조물에 의해 전달된 전하의 변화를 각 감지소자로부터 출력함으로써, 판독라인의 기생 정전용량에 대한 전위에 대해 판독라인을 위아래로 이동시킬 필요가 없으며, 이는 판독 이벤트당 상당히 감소된 에너지 소비를 제공한다.
따라서, 본 발명의 실시예들은 에너지 소비에서 이에 따른 증가없이 더 높은 판독 회수를 제공하며, 이는 차례로 향상된 감지성능을 허용하고 그 자체로 알려진 필터링 기술을 통해 다수의 출력신호들의 조합을 더 가능하게 하며, 이로써 공통모드잡음이 줄어들 수 있고 신호대잡음비가 증가될 수 있다.
이는 휴대폰과 같이 전자장치의 커버의 일부 또는 제어버튼과 같은 더 두꺼운 유전체 코팅을 통한 측정을 가능하게 한다. 더욱이, 지문센서의 에너지 소비를 감소 및/또는 지문표현(이미지)를 획득하는게 걸리는 시간을 감소시킬 수 있다.
실시예에서, 판독회로는 특정 감지소자 또는 감지소자들의 그룹의 시간평균 또는 다수의 판독들의 합을 제공하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 판독회로는 복수의 감지소자들로부터 상술한 결합신호를 연속으로 또는 실질적으로 동시에 수신하도록 구성될 수 있다. 이로써, 공간평균이 형성될 수 있고, 이는 가령 잡음소거 및/또는 이득제어에 유용할 수 있다.
본 발명에 따른 지문감지시스템의 다양한 실시예에서, 감지회로는 이점적으로 감지구조물에 연결된 제 1 입력부; 여기신호 공급회로에 연결된 제 2 입력부; 감지신호를 제공하는 출력부; 제 1 입력부와 상기 출력부 간에 연결된 피드백 커패시터; 및 제 1 및 제 2 입력부와 출력부 간에 적어도 하나의 증폭기 스테이지를 포함한 전하증폭기를 포함할 수 있고, 상기 전하증폭기는 제 1 입력부에서의 전위가 실질적으로 제 2 입력부에서의 전위를 따르는 식으로 구성된다.
전하증폭기는 제 1 입력부에서의 전하를 출력부에서의 전압으로 변환시킨다. 전하증폭기의 이득은 피드백 커패시터의 정전용량에 의해 결정된다.
전하증폭기는 제 1 입력부(때로 또한 음의 입력부라고 함)에서의 전위가 제 2 입력부(때로 또한 양의 입력부라고 함)에서의 전위를 따르는 식으로 구성된다는 것은 제 2 입력부에서 전위의 변화로 인해 제 1 입력부에서 전위의 변화가 실질적으로 일치하게 되는 것을 의미하는 것으로 이해해야 한다. 전하증폭기의 실제 구성에 따라, 제 1 입력부에서의 전위는 실질적으로 제 2 입력부에서의 전위와 같을 수 있거나, 제 2 입력부와 제 1 입력부 간에 실질적으로 일정한 전위차가 있을 수 있다. 가령, 전하증폭기가 하나의 스테이지 증폭기로서 구성되면, 전위차는 감지 트랜지스터의 게이트-소스 전압이 된다.
전하증폭기의 출력부가 피드백 커패시터에 직접 연결될 필요가 없고, 출력부와 피드백 커패시터 간에 추가회로가 있을 수 있음에 유의해야 한다. 이 회로는 또한 감지소자 어레이 외부에 배치될 수 있다.
실시예들에 따르면, 복조회로는 감지신호를 복조신호로 곱하기 위한 신호곱셈회로를 포함할 수 있다.
감지신호와 복조신호를 곱함으로써, 감지구조물에 의해 전달된 전하의 변화는 수학적으로 소정의 DC 신호성분으로서 구별될 수 있어 지문감지시스템에서 신호 전달 및 처리를 용이하게 한다.
신호곱셈회로는 순간마다 출력신호를 생성하기 위해 2개 신호들(감지신호 및 복조신호)의 순간 전압을 함께 곱할 수 있는 임의의 회로일 수 있다.
신호곱셈회로의 예들은 체배기 믹서 또는 스위칭 믹서와 같은 다른 타입의 믹서들을 포함한다.
상관이중샘플링을 위한 샘플러가 또한 수학적으로 신호곱셈회로로 간주될 수 있으며, 상기 회로에서 음의 펄스와 양의 펄스를 가진 복조신호가 감지신호와 함께 곱해진다.
복조회로는 더 높은 주파수 성분들을 제거하면서 DC 신호성분을 통과시키게 하는 저역필터를 더 포함할 수 있다. 대안으로 또는 조합해서, 저역필터는 감지소자에 의해 출력된 결합신호를 저역필터링하기 위해 감지소자 외부에 제공될 수 있다. 저역필터는 판독회로 내에 포함될 수 있다.
다양한 실시예에서, 감지소자들과 판독회로를 상호연결하는 판독라인들은 이웃한 판독라인들 간에 그리고 그라운드 및/또는 공급전압 레일들과 같이 지문감지부품에 있는 다른 구조물들과 판독라인 간에 기생 정전용량으로 인해 저역필터로서 동작할 수 있다.
판독라인들과 이들과 관련된 기생 정전용량이 감지소자들에 의해 제공된 결합신호에 대한 적절한 저역필터로서 작동하게 하기 위해, 각 감지소자는 10㎂ 미만의 최대 출력전류를 제공하도록 구성될 수 있다.
출력라인들의 기생 정전용량이 1-10pF 크기인 대표적인 CMOS 설계와 10-100MHz 크기인 각 감지소자로부터 판독 주파수에 대해, 10㎂ 미만의 최대 출력전류는 판독라인(들)이 저역필터(의 일부분)로서 기능하게 한다.
이로써, 더 큰 주파수 성분들이 각 감지소자와 판독회로 간에 상당히 감쇠될 수 있어, 실질적으로 소정의 DC 신호성분만 판독회로에 남아 있게 된다. 이는 간단한 지문센서 설계 뿐만 아니라 저에너지 소비를 제공한다.
다양한 실시예에 따르면, 전하증폭기에 포함된 증폭기 스테이지는 제 1 입력부를 구성하는 게이트를 갖는 감지 트랜지스터를 포함할 수 있다. 센서 트랜지스터는 반도체 기판에 있는 웰에 형성될 수 잇고, 웰과 기판 간에 인터페이스는 상기 웰과 상기 기판 간에 전류가 흐르는 것을 방해할 수 있는 식으로 구성된다. 더욱이, 여기신호 공급회로는 제 3 전위에서 제 4 전위로 상기 웰의 전위를 바꾸기 위해 상기 웰에 연결되며, 상기 제 3 전위와 상기 제 4 전위 간의 차는 실질적으로 상기 제 1 전위와 상기 제 2 전위 간의 차와 같고, 이로써 상기 감지구조물과 상기 웰 간에 기생 정전용량의 영향을 줄인다.
반도체 기판은 이점적으로 도핑된 반도체 기판일 수 있고, 웰은 반도체 기판에 대해 반대 극성으로 도핑된 기판의 일부일 수 있다(반도체 기판이 p도핑되면, 웰은 n도핑될 수 있고, 반도체 기판이 n도핑되면, 웰은 p도핑될 수 있다). 이는 전류가 웰과 기판 간에 흐르는 것을 막을 수 있는 식으로 구성되는 웰과 기판 간에 인터페이스를 달성하는 한가지 방식이다. 특히, 웰과 기판은 상기 기판과 웰 간에 인터페이에 형성된 도핑을 통해 전류가 전혀 흐르지 않는 이런 전기 전위로 유지될 수 있다.
대안으로, 가령 얇은 유리층 형태로 절연층이 기판과 웰 사이에 제공될 수 있다. 이런 절연층은 또한 웰과 기판 간에 전류가 흐르는 것을 막는다.
본 발명자는, 본 발명의 실시예에서, 전하증폭기의 감지 트랜지스터가 형성된 웰의 전위를 변경하도록 구성된 여기신호 공급회로를 제공함으로써 지문감지장치에서 감지구조물과 반도체 기판 간에 기생 정전용량의 영향이 상당히 줄어들 수 있음을 알았다. 이로써, 감지구조물과 감지 트랜지스터(전하증폭기의 입력 스테이지) 간에 연결에 인접한 반도체 구조물인 웰의 전위가 감지구조물의 전위를 따르도록 제어될 수 있어 적어도 감지구조물과 손가락 간에 정전용량의 측정과 관련된 시간상 지점들에서 웰과 감지구조물 간에 전위차가 실질적으로 일정하게 유지된다.
더욱이, 다양한 실시예들에 따르면, 지문감지장치는 감지구조물과 기판 간에 설비된 실딩구조물을 더 포함할 수있다. 여기신호 공급회로는 실딩플레이트에 더 연결될 수 있으며 제 5 전위에서 제 6 전위로 상기 실딩플레이트의 전위를 바꾸도록 구성되고, 상기 제 5 전위 및 상기 제 6 전위 간의 차는 실질적으로 상술한 제 1 전위 및 제 2 전위 간의 차와 같다.
이로써, 감지구조물은 금속층들에서 연결라인들 및/또는 반도체 기판에 형성된 연결라인들 및/또는 반도체 회로와 같이 감지소자의 가능한 다른 기저 부분들로부터 효과적으로 차폐될 수 있다. 이는 감지소자의 기생 정전용량의 영향을 더 줄인다.
제 5 전위는 이점적으로 상술한 제 3(및/또는 제 1) 전위와 같을 수 있고, 제 6 전위는 이점적으로 상술한 제 4(및/또는 제 2) 전위와 같을 수 있다. 에컨대, 실딩구조물(플레이트)는 이점적으로 웰에 직접 도전적으로 연결될 수 있다.
제 1 실시예 세트에 따르면, 감지 트랜지스터는 NMOS-트랜지스터 또는 PMOS-트랜지스터일 수 있고, 웰은 각각 p웰 또는 n웰일 수 있다.
제 2 실시예 세트에 따르면, p웰 및/또는 n웰은 여기신호 공급회로에 연결된 웰에 형성될 수 있다. 적어도 하나의 p웰 및 적어도 하나의 n웰이 웰에 형성될 때, 상기 웰을 때로 iso-웰이라 할 수 있다.
더욱이, 웰은 복수의 감지소자들에 공통일 수 있다. 예컨대, 웰은 다수의 감지소자들의 n웰 및 p웰을 둘러싼 iso-웰일 수 있다. 여기신호 공급회로는 iso-웰 및 iso-웰 내부에 형성된 웰(들)에 연결될 수 있고, iso-웰과 상기 iso-웰 내부에 형성된 웰(들)의 전압을 변경하도록 구성될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 감지소자들 각각은 제 1 여기 전이시간에서 손가락과 감지구조물 간에 전위차의 제 1 변화를 촉발하기 위해 여기신호 공급회로에 제 1 여기제어신호를 제공하고, 제 2 여기 전이시간에서 손가락과 감지구조물 간에 전위차의 제 2 변화를 촉발하기 위해 여기신호 공급회로에 제 2 여기제어신호를 제공하기 위해 상기 여기신호 공급회로에 연결된 타이밍회로를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 감지소자들 각각은: 피드백 커패시터를 방전시키도록 제어될 수 있는 리셋회로; 및 상기 피드백 커패시터가 방전되는 리셋상태와 상기 감지구조물에 의해 전달된 전하의 상기 변화를 측정하기 위해 상기 피드백 커패시터가 충전될 수 있는 측정준비상태 간에 상기 리셋회로를 제어하기 위해 상기 리셋회로에 연결된 타이밍회로를 더 포함할 수 있다.
감지소자 또는 감지소자 그룹에 국소적으로 타이밍회로의 제공을 통해, 감지소자 또는 감지소자 그룹에 포함된 회로의 타이밍제어의 적어도 일부는 감지소자 또는 감지소자 그룹에 로컬로 제어될 수 있다.
따라서, 타이밍회로는 비동기 또는 동기식이거나 이들의 조합일 수 있는 로컬상태기계로 기능한다고 말할 수 있다.
측정상태들 간에 적어도 대부분의 임계 전이(들)의 로컬화된 타이밍을 제공함으로써, 측정을 위해 이용가능한 시간은 (소정의 판독 주파수에 대해) 증가될 수 있고/있거나 정전용량식 지문감지장치의 설계가 용이해질 수 있다. 예컨대, 소정의 타이밍제어신호들의 신중한 라우팅이 불필요하나, 타이밍은 특정 감지소자를 선택한 여기신호에 의해 초기화될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이들 실시예는 더 높은 판독 주파수의 구현을 더 용이하게 하고, 차례로 향상된 측정성능을 가능하게 하며 (가령 필터링을 통해) 다수의 출력신호들의 조합을 더 가능하게 함으로써, 공통모드잡음이 줄어들 수 있고 신호대잡음비가 증가할 수 있다.
타이밍회로는 이점적으로 제 1 이벤트에 의해 정의된 전이시간 및 상기 제 1 이벤트에 대한 시간지연에서 제 1 측정상태로부터 제 2 측정상태로 전이를 위해 상기 감지소자를 제어하기 위한 적어도 하나의 제 1 지연소자를 포함하고, 상기 제 1 지연소자는 상기 제 1 이벤트를 정의하는 제 1 신호를 수신하기 위한 입력부 및 제 1 측정상태에서 제 2 측정상태로 상기 전이를 정의하는 제 2 신호를 제공하기 위한 출력부를 갖는다.
제 1 신호는 시간가변 전압일 수 있고, 제 1 이벤트는, 가령, 제 1 신호의 상승 플랭크 또는 하강 플랭크에 의해 정의될 수 있다.
제 1 신호는 감지소자에서 초기에 생성될 수 있거나, 다양한 실시예들에 따르면, 가령, 감지소자 외부에 생성된 활성화 신호 또는 선택신호라고 할 수 있는 신호로서 제공될 수 있다.
제 2 신호는 제 1 신호의 지연형태로 간주될 수 있으나, 제 2 신호를 형성하기 위해 지연과는 다른 변형들이 제 1 신호에 부여되었을 수 있음을 알아야 한다. 예컨대, 제 1 신호는 제 2 신호를 형성하기 위해 추가로 증폭 및/또는 감쇠 및/또는 역전되었을 수 있다.
제 1 지연소자는 이점적으로 하나 이상의 논리 게이트와 같은 반도체 회로를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 정전용량식 지문감지시스템은 이점적으로 지문감지시스템으로부터 지문패턴의 표현을 획득하고, 상기 표현을 기반으로 사용자를 인증하며, 상기 사용자가 상기 표현을 기반으로 인증된 경우에만 적어도 하나의 사용자 요청 프로세스를 수행하도록 구성된 처리회로를 더 구비한 전자장치에 포함될 수 있다. 전자장치는, 가령, 휴대폰 또는 태블릿과 같은 휴대용 통신장치, 컴퓨터, 또는 시계 등과 같은 전자식 웨어러블 아이템일 수 있다.
본 발명의 제 2 태양에 따르면, 여기신호 공급회로 및 복수의 감지소자들을 포함한 정전용량식 지문감지시스템을 이용해 손가락의 지문패턴을 감지하는 방법으로서, 상기 각각의 감지소자는: 상기 손가락이 터치하는 보호 유전체 상단층; 상기 상단층 아래에 설비된 전기도전성 감지구조물; 및 상기 손가락과 상기 감지구조물 간에 전위차의 상기 변화로 인해 발생해 상기 감지구조물에 의해 전달된 전하의 변화를 나타내는 감지신호를 제공하기 위해 상기 감지구조물에 연결된 감지회로를 포함하고, 상기 방법은: 상기 손가락과 상기 감지구조물 간에 시간가변 전위차를 제공하기 위해, 상기 여기신호 공급회로를 이용해 여기신호를 상기 손가락과 상기 감지구조물 중 적어도 하나에 제공하는 단계; 상기 지문감지시스템에 의해, 시간관련된 복조신호를 상기 여기신호에 제공하는 단계; 상기 지문감지시스템에 의해, 상기 감지구조물에 의해 전달된 전하의 상기 변화를 나타내는 DC 신호성분을 포함한 결합신호를 제공하도록 상기 복조신호 및 상기 감지신호를 결합하는 단계; 및 상기 감지소자들 외부에 판독회로를 이용해, 상기 감지소자들 각각으로부터 상기 DC 신호성분을 기반으로 상기 지문패턴의 표현을 제공하는 단계를 포함하는 손가락의 지문패턴을 감지하는 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 태양들 및 이런 제 2 태양을 통해 얻은 효과들은 본 발명의 제 1 태양에 대해 상술한 바와 대개 유사하다.
요약하면, 본 발명은 여기신호 공급회로 및 복수의 감지소자들을 포함한 정전용량식 지문감지시스템에 관한 것이다. 각 감지소자는 보호 유전체 상단층, 손가락과 감지구조물 간에 전위차의 변화로 인해 발생한 감지구조물에 의해 전달된 전하의 변화를 나타내는 감지신호를 제공하기 위해 여기신호에 결합되는 전기 도전성 감지구조물, 및 상기 감지구조물에 의해 전달된 전하의 변화를 나타내는 DC 신호성분을 포함한 결합신호를 제공하기 위해 여기신호에 대해 시간관련된 복조신호 및 상기 감지신호를 결합하기 위해 감지회로에 연결된 복조회로를 포함한다. 지문감지시스템은 상기 감지소자들 각각으로부터 DC 신호 성분을 기반으로 상기 지문패턴의 표현을 제공하기 위해 상기 감지소자들 각각에 연결된 판독회로를 더 포함한다.
본 발명의 예시적인 실시예를 도시한 첨부도면을 참조로 본 발명의 이들 및 다른 태양들을 더 상세히 설명한다.
도 1은 지문감지 시스템을 포함한 휴대폰을 개략 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 지문감지장치를 개략 도시한 것이다.
도 3은 감지소자들의 구성 및 감지소자들에서 판독회로로 감지신호들의 전송을 예시하기 위해 종래 기술에 따른 지문감지장치의 일예를 도시한 도 2의 지문감지시스템의 일부분에 대한 개략 횡단면도이다.
도 4a는 본 발명에 따른 지문감지시스템의 제 1 실시예를 도시한 도 2의 지문감지시스템의 일부분의 개략 횡단면도이다.
도 4b는 도 4a의 지문감지장치에 사용하기 위한 예시적인 복조회로의 회로도이다.
도 5a-b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 감지시스템에 포함된 감지소자를 개략 도시한 것이다.
도 6은 감지회로 및 복조회로를 포함한 도 5b의 감지소자의 일부의 개략 회로도이다.
도 7은 도 6의 정전용량식 지문감지시스템에 대한 예시적인 측정순서를 도시한 타이밍도이다.
도 8은 도 6의 감지소자에 의해 수행된 측정순서의 타이밍을 제어하기 위한 예시적인 타이밍회로를 개략 도시한 것이다.
도 9는 도 8의 타이밍회로에 포함된 지연소자의 회로도이다.
도 10a-b는 본 발명에 따른 지문감지시스템의 제 3 실시예를 개략 도시한 것이다.
도 11은 여기신호 공급회로가 지문센서부품의 기준전위를 스윙하도록 설비되고 구성된 실시예들을 개략 도시한 것이다.
본원의 상세한 설명에서, 정전용량식 지문감지장치를 참조로 본 발명에 따른 지문감지장치 및 방법의 다양한 실시예들을 주로 기술하며, 각 감지소자는 여기신호 또는 구동신호를 감지구조물에 제공하기 위한 여기신호 공급회로를 포함한다. 더욱이, 정전용량식 지문감지장치는 변동없는 손가락으로부터 지문표현을 획득하도록 치수화되고 구성된 터치센서로 도시되어 있다.
이는 본 발명의 범위를 결코 제한하지 않으며, 손가락 전위와 감지구조물 전위 간에 전위차의 변화는 지문감지시스템이 포함된 전자시스템의 기준전위에 대해 지문센서부품의 로컬 접지레벨과 같은 기준전위를 제어함으로써 대신 달성되는 정전용량식 지문감지시스템을 동일하게 잘 포함하는 것에 유의해야 한다. 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. 터치센서는 또한 첨부도면에 예시된 치수들과는 다른 치수들을 가질 수 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(Vsupply)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.
도 3은 손가락(11)이 센서 어레이(5)의 상단에 놓이는 도 2에서 표시된 바와 같이 선 A-A'를 따라 취한 종래 기술에 따른 지문감지시스템의 개략 횡단면이다. 지문감지시스템은 복수의 감지소자들(8)을 포함하고, 각각은 보호 유전체 상단층(13), 여기서 상기 보호 유전체 상단층(13) 아래에 금속 플레이트 형태로 있는 도전성 감지구조물(17), 전하증폭기(18), 여기서 감지소자(8)의 선택/활성을 허용하기 위한 간단한 선택스위치(21)로서 기능적으로 도시된 선택회로, 및 도 3에 개략적으로 나타낸 바와 같이 여기신호를 손가락에 제공하기 위한 여기신호 공급회로(19)를 포함한다.
전하증폭기(18)는 본 명세서에서 감지구조물(17)에 연결된 제 1 입력부(음의 입력부)(25)와 여기신호 공급회로(19)에 연결된 제 2 입력부(양의 입력부)(26) 및 출력부(27)를 갖는 연산증폭기(op amp)(24)로서 개략적으로 도시된 적어도 하나의 증폭기 스테이지를 포함한다. 또한, 전하증폭기(18)는 제 1 입력부(25) 및 출력부(27) 간에 연결된 피드백 커패시터(29), 및 피드백 커패시터(29)의 제어가능한 방전을 가능하게 하기 위해 본 명세서에서 스위치(30)로서 기능적으로 도시된 리셋회로를 포함한다. 전하증폭기(18)는 피드백 커패시터(29)를 방전시키게 리셋회로(30)를 동작시킴으로써 리셋될 수 있다.
종종 연산증폭기(op amp)(24)의 경우에서와 같이, 제 1 입력부(25)에서의 전압은 제 2 입력부(26)에 인가된 전압을 따른다. 특정한 증폭기 구성에 따라, 제 1 입력부(25)에서의 전위는 실질적으로 제 2 입력부(26)에서의 전위와 같을 수 있거나, 제 1 입력부(25)에서의 전위와 제 2 입력부(26)에서의 전위 간에 실질적으로 오프세트가 고정될 수 있다.
손가락(11)에 시간가변 전위를 제공함으로써 감지구조물(17)과 손가락(11) 간에 전위차는 시간에 따라 변하게 된다.
하기에 더 상세히 기술된 바와 같이, 손가락(11)과 기준구조물(17) 간에 전위차에 있어 상술한 변화로 인해 전하증폭기(18)의 출력부(27) 상에 감지신호(Vs)가 있게 된다.
표시된 감지소자(8)가 감지를 위해 선택된 경우, 선택스위치(21)는 닫혀져 전하증폭기의 출력을 판독라인(33)에 연결시킨다. 도 2의 센서 어레이(5)의 행 또는 열에 대한 공통판독라인일 수 있는 판독라인(33)이 멀티플렉서(36)에 연결되게 도 3에 도시되어 있다. 도 3에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 센서 어레이(5)의 다른 행/열로부터 감지신호를 제공하는 추가 판독라인들도 또한 멀티플렉서(36)에 연결된다.
감지소자 어레이 외부에 설비된 샘플홀드회로(37)에 의해 감지소자들(8)로부터 감지신호들(Vs)이 복조된다. 샘플홀드회로(37)의 출력은 상기 샘플홀드회로(37)에 의해 출력된 아날로그 DC 전압신호를 손가락(11) 지문패턴의 디지털 표현으로 변환시키기 위해 아날로그-디지털 컨버터(38)에 연결된다.
도 3에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 판독라인(33)과 접지 간에 기생 정전용량(Cp)이 있다. 판독라인(33)을 따라 감지신호(Vs)를 전송할 경우, 판독라인(33)을 기생 정전용량(Cp)의 전위 위 및 아래로 구동시키는데 소정의 전류가 필요하다. 이 전류는 주파수 의존적이다. 1MHz 크기와 같이 공지의 정전용량식 지문감지장치들에 사용되는 판독 주파수로, 판독라인의 기생 정전용량으로 인한 전력소비는 감지장치가 기생 정전용량이 1pF 크기 내에 있게 잘 설계된 경우 허용될 수 있는 것으로 여겨질 수 있다. 그러나, 판독 주파수가 20MHz 이상으로 상당히 증가될 경우, 기생 정전용량(Cp)으로 인한 전력소비는 상당할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들은 판독라인(33)의 기생 정전용량으로 인해 전류소비에 있어 상술한 증가 없이 판독 주파수의 증가를 감안한다.
도 4a-b를 참조로 본 발명에 따른 지문감지시스템의 제 1 실시예를 설명한다.
도 4a의 지문감지시스템은 여기신호 공급회로(19)가 감지구조물(17)에 연결되는 점과 각 감지소자가 여기서 복조기(31) 형태의 복조회로 및 복조신호 공급회로(32)를 더 포함하는 점에서 도 3을 참조로 기술된 시스템과 크게 다르다.
손가락(11)은 도 4a에서 "접지"된 것으로 개략 나타나 있다. "접지" 손가락은 센서 그라운드와 다를 수 있음을 알아야 한다. 예컨대, 손가락은 정전용량 지문감지시스템이 포함되는 전자장치의 접지 전위로 있을 수 있다. 대안으로, 바디는 기준구조물(17)의 전위가 변할 때도 손가락의 전위가 실질적으로 일정하게 유지되는 큰 전기적 "덩어리"를 갖는 것으로 간주될 수 있다.
복조신호 공급회로(32)는 여기신호 공급회로에 의해 출력된 여기신호를 기초로 복조신호를 제공하기 위해 여기신호 공급회로(19)에 연결된다. 복조신호는 여기신호와 시간관계가 있고, 따라서 전하증폭기(18)에 의해 출력된 감지신호(Vs)에도 시간관계가 있다.
복조기(31)는 감지구조물(17)의 전위와 손가락(11)의 전위 간에 전위차에서 반복된 변경들로 인해 발생한 감지구조물(17)에 의해 전달된 전하의 상술한 전하 변화를 나타내는 DC 신호성분을 포함한 결합신호를 제공하도록 감지신호와 복조신호를 조합하기 위해 전하증폭기(18)의 출력부(27)와 복조신호 공급회로(32)에 연결된다.
몇몇 실시예에서, 임의의 복조신호 공급회로(32)가 전혀 필요치 않을 수 있고, 여기신호가 감지신호(Vs)와 조합을 위해 복조기(31)에 직접 제공될 수 있다. 다른 실시예에서, 복조신호 공급회로는 여기신호에 대한 타이밍을 갖는 하나 또는 다수의 복조신호(들)을 생성할 수 있다. 하기의 도 5a-b, 6, 7 및 8을 더 참조로 더블 샘플러(double sampler) 형태의 복조기용 샘플링 제어신호를 생성하는 타이밍회로 형태의 복조신호 공급회로(32)의 일예를 설명한다.
감지소자(8)의 구성 및 여기신호의 파형에 따라, 복조기(31)는 당업자에 공지된 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 원칙적으로, AM 변조용으로 개발된 임의의 적절한 믹서 또는 복조기가 본 발명에 따른 지문감지시스템의 감지소자에 사용을 위해 적용될 수 있다.
도 4b는 감지신호(Vs)를 수신하기 위한 제 1 입력부(35), 여기신호 공급회로(19)로부터 여기신호를 수신하기 위한 제 2 입력부(37), 및 감지구조물(17)에 의해 전달된 전하의 변화를 나타내고, 차례로 감지구조물(17)과 손가락(11) 간에 (전기적) 거리를 나타내는 DC 신호성분을 포함한 조합신호를 제공하기 위한 출력부(38)를 갖는 간단한 복조회로(믹서)(31)의 회로도이다.
도 5a-b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 정전용량식 지문감지시스템(2)에 포함된 감지소자(8)를 개략 도시한 것이다.
먼저 도 5a를 참조하면, 도 2의 센서 어레이(5)로부터 감지소자(8)가 최근접한 이웃들과 함께 도시되어 있다. 행선택회로 및 열선택회로부터 활성화 신호를 이용해 감지구조물(17)과 손가락(11) 간에 정전용량식 결합을 감지하는 감지소자(들)(8)이 선택될 수 있다. 이런 활성화신호는 도 5a에서 R-ACT 및 C-ACT로 표시된다.
도 5b를 참조하면, 정전용량식 지문감지장치(2)에 있는 각 감지소자(8)는 (도 4에서 전하증폭기(18), 여기신호 공급회로(19), 및 복조기(31)와 같이) 감지회로(50) 및 타이밍회로(51)를 포함한다.
감지회로(50)는 손가락(11)와 감지구조물(17) 간에 전위차의 변화로 인해 발생해 감지구조물(17)에 의해 전달된 전하의 변화를 측정하는 감지구조물(플레이트)(17)에 연결된다. 이 측정은 일련의 측정 상태들을 통한 전이를 포함한 측정순서를 수행함으로써 행해진다. 도 6 및 도 7을 참조로 하기에 예시적인 측정순서를 더 상세히 설명한다. 감지회로(50)는 복조기에 의해 제공된 상술한 결합신호 판독라인(33)에 공급하기 위한 출력부를 갖는다.
타이밍회로(51)는 측정상태들 중 적어도 하나의 타이밍을 제어하기 위해 감지회로(50)에 연결된다.
도 5b에 개략적으로 도시된 바와 같이, 타이밍회로(51)는 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 타이밍회로는 도 5b에서 화살표로 개략적으로 나타낸 바와 같이 다양한 타이밍 제어신호들을 감지회로(50)에 개별적으로 제공할 수 있다.
측정순서에 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 6을 참조로 도 5b의 감지회로(50)의 예시적인 실시예를 더 상세히 설명한다. 타이밍회로(51)에 의해 제공된 제어신호들(활성화신호(ACT), 리셋신호(RST), 구동제어신호(DRV), 및 제 1(S1) 및 제 2(S2) 샘플링제어신호들)이 도 6에 화살표로 나타나 있다.
도 6의 감지회로(50)는 전하증폭기(18), 여기서 제어가능한 전압소스(19)로 표현된 여기신호 공급회로, 및 샘플홀드회로(74) 형태의 복조기를 포함한다.
도 3의 감지소자(8)에 대해 상술한 바와 같이, 도 6의 감지회로(50)에 있는 전하증폭기는 음의 입력부(25), 양의 입력부(26), 출력부(27), 피드백 커패시터(29), 및 증폭기(24)를 포함한다.
음의 입력부(25)는 감지구조물(플레이트)(17)에 연결되고 출력부(27)는 감지소자(8)에 포함된 샘플홀드회로(74)에 연결된다.
피드백 커패시터(29)는 음의 입력부(25)와 출력부(27) 사이에 연결되고, 전하증폭기(18)의 증폭을 정의하며, 감지소자(8)는 피드백 커패시터(29)와 나란한 리셋 스위치(30)를 더 포함한다.
지면에 직접 연결되거나 또 다른 기준전위에 연결되기 보다, 양의 입력부(26)는 제어가능한 전압소스(19)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.
차동증폭기(82)는 양의 입력부가 제 1 출력부(77)에 연결되고 음의 입력부가 샘플홀드회로(74)의 제 2 출력부(81)에 연결된다. 차동증폭기(82)의 출력부는 판독라인(33)에 연결된다.
도 7은 도 6에서 감지소자(8)에 대한 예시적인 측정순서를 도시한 것이다. 감지소자(8)에서 측정순서에 있어 측정상태들 간에 전이를 국소적으로 제어함으로써, 도 7에 도시된 측정순서 또는 또 다른 적절한 측정순서가 상당히 더 빠르게 수행될 수 있어, 각 감지소자들로부터 더 빠른 판독 및/또는 다수의 판독을 가능하게 해 측정성능이 향상된다.
도 7을 참조하면, 본 명세서에 도시된 타이밍도는, 위에서 아래로, 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 6에서 감지소자(8)의 활성화를 위해, 감지소자(8)를 나타내는 행선택신호 및 열선택신호가 일반적으로 제공될 수 있다. 도 7 및 도 6의 간략하고 개략적인 타이밍도에서, 이런 선택신호들은 하나의 활성화신호(ACT)로 나타나 있다.
제 1 시간(t1)에서, 감지소자(8)는 로우에서 하이로 활성화신호(ACT)의 전이에 의해 활성화된다. 이는, 가령, 증폭기(24)를 활성화시키는 것을 포함할 수 있다. 실질적으로 시간(t1)의 동일한 지점에서, 타이밍회로(51)에 의해 여기신호 공급회로(19)로 제공된 구동(여기)신호(DRV)는 로우에서 하이로 가도록 제어된다.
따라서, 제 1 시간(t1)에서, "비활성" 상태(S0)에서 측정 순서의 제 1 측정상태(S1)까지 전이가 있다.
감지구조물(17)에 여기신호를 인가함으로써 감지구조물(17)에 의해 전달된 전하가 변하게 된다. 전하증폭기의 출력을 안정화시키기 위해 다소 시간이 지난 후, 시간(t2)에 리셋신호(RST)가 제공되어 리셋 스위치(30)를 닫아 이로써 피드백 커패시터를 방전시키고 전하증폭기(18)의 출력부(27)에서의 전위를 감지구조물(플레이트)(17)의 전위로 인용한다.
리셋신호의 제 1 플랭크의 제공을 통해, 제 1 측정상태(S1)에서 제 2 측정상태(S2)(리셋상태)로 전이가 있다.
리셋 스위치(30)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(18)의 출력부(27)에서 감지신호를 샘플화하도록 샘플홀드회로(74)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(11)과 감지구조물(17) 간에 전위차를 바꾸기 위해 하이에서 로우로 간다. 이는 또한 도 7에 개략적으로 나타낸 바와 같이 제 6 측정상태(S6)로의 전이다.
시간(t7)에서, 제 7 측정상태(S7)로 전이가 있고, 상기 상태에서 전하증폭기(18)의 출력부(27)에서 감지신호를 샘플화하도록 샘플홀드회로(74)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(8)는 비활성화되고 구동신호(DRV)는 다시 로우에서 하이로 간다. 제 9 측정상태(S9)는 초기 "비활성화"상태(S0)와 동일하다.
도 6에서 화살표로 개략 나타낸 바와 같이, 감지회로(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 7를 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(17)과 손가락(11) 간에 정전용량적 결합을 나타낸다. 이 전위차는 차동증폭기(82)를 통해 출력라인(33)에 제공된다.
상술한 예시적인 실시예에서, 복조회로는 샘플홀드회로(74)에 의해 형성되고, 전하증폭기(18)의 출력부(27)에서의 감지신호를 샘플링 제어신호들(S1 및 S2)과 조합함으로써 전하의 변화를 나타내는 DC 신호성분이 제공된다. 샘플링 제어신호들은 여기신호에 대해 시간관련있고, 타이밍회로(51)의 형태로 복조신호 공급회로에 의해 발생된다.
도 6의 회로도는 본 발명의 실시예들의 설명을 쉽게 하기 위해 간략히 되었음에 유의해야 한다. 예컨대, 감지소자(8)의 출력부에서의 레벨 시프팅은 생략되었다. 그러나, 레벨 시프팅의 구현은 당업자에게 쉽다. 더욱이, 도 10a를 참조로 레벨 시프터의 간단한 예를 설명한다.
도 8을 참조로, 도 5b에서 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 8에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 행 활성화 신호(R-ACT) 및 열 활성화 신호(C-ACT)가 제 1 AND 게이트(83)에 입력된다. 도 6을 또한 참조하면, 제 1 AND 게이트(83)의 출력이 상술한 활성화 신호(ACT)로서 감지회로(50)의 증폭기(24), 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 6의 감지회로(50)와 도 8의 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 7를 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 7에서 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 7에서 t3-t2에 해당하고 (리셋제어신호(RST)가 하이인) 제 2 측정상태(S2)의 기간을 결정한다.
타이밍회로(51)의 나머지도 동일하게 작동하며, 지연소자들은 도 7의 타이밍도에 도시된 제어신호들을 달성하도록 구성된다.
따라서, 제 3 시간지연(ΔT3)은 도 7에서 t4-t3에 해당하고, 제 3 측정상태(S3)의 기간을 결정하며, 제 4 시간지연(ΔT4)은 도 7에서 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 감지회로(50)로 소수의 또는 추가적인 타이밍 제어신호들이 별개로 제공될 수 있음을 알아야 한다.
도 9는 도 8의 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.
도 10a-b를 참조로 도 2의 지문감지 시스템(2)의 제 3 실시예를 설명한다. 도 10a-b의 실시예는 감지소자(8)의 기생 정전용량의 영향에 대한 적어도 상당한 감쇠 또는 제거를 위해, 차례로 감지소자(8)의 고주파수 동작을 더 용이하게 하도록 제공된다.
도 10a는 도핑된 반도체 기판 상에 형성된 도 2의 감지소자(8)의 실시예의 부분 구조 및 부분 회로 개략도의 하이브리드이다. 보호유전체층(13), 감지플레이트(17), 실딩플레이트(65), 및 기준플레이트(66)가 분해 사시도로 개략 도시되어 있으나, 전하증폭기(18)는 트랜지스터 레벨회로도의 형태로 예시되어 있다.
도 10a에 도시된 바와 같이, 간단한 전하증폭기(18)의 이런 예는 감지 트랜지스터(68), 캐스코드 트랜지스터(69), 리셋 트랜지스터(30) 형태의 리셋회로 및 바이어스 전류소스(71)를 포함한다. 감지 트랜지스터(68), 캐스코드 트랜지스터(69), 및 리셋 트랜지스터(30)는 모두 동일한 웰(73)(n웰, p웰 또는 iso-웰)에 형성된다.
도 10a의 부품들 및 연결부들의 이해를 돕기 위해, 동일한 구성도가 감지플레이트(17)에 연결된 음의 입력부(25)와 여기서는 펄스 생성기 형태의 여기신호 공급회로(19)에 연결된 양의 입력부(26), 및 손가락(11)과 감지플레이트(17) 간에 전위차의 변화로 인해 발생한 감지플레이트(17)에 의해 전달된 전하의 변화를 나타내는 감지신호(Vs)를 제공하는 출력부(27)를 갖는 전하증폭기에 대한 전체 심볼로 대체된 도 10a의 트랜지스터 회로와 함께 더 추상적인 수준으로 도 10b에 또한 도시되어 있다. 상술한 바와 같이, 손가락(11)과 감지플레이트(17) 간에 전위차의 변화로 인해 전하증폭기를 통해 펄스 생성기(19)에 의해 감지플레이트(17)에 인가된 전기 전위가 바뀌게 된다. 감지플레이트(17)와 기준플레이트(66)에 의해 형성된 피드백 커패시터는 전하증폭기의 음의 입력부(25)와 출력부(27) 사이에 연결된다. 전하증폭기의 전반적인 기능은 당업자에 잘 알려져 있음에 유의해야 한다. 도 10b는 웰(73)이 여기신호 공급회로(19)에 연결된 것을 또한 개략적으로 나타낸다.
도 10a로 돌아가, 감지 트랜지스터(68)의 게이트는 전하증폭기의 음의 입력부(25)를 구성하고, 감지 트랜지스터(68)의 소스는 전하증폭기의 양의 입력부(26)를 구성하는 것을 알 수 있다. 전하증폭기의 양의 입력부(26)는 실딩플레이트(65)에 연결되고, 상기 실딩플레이트는 차례로 감지 트랜지스터(68)가 형성된 웰(73) 및 펄스 생성기(19)에 연결된다.
감지소자(8)는 구동 트랜지스터(75), 구동제어스위치(76) 및 리셋 스위치(77)를 더 포함한다. 구동제어스위치(76)는 구동 트랜지스터(75)의 게이트가 펄스 생성기(19)에 연결된 제 1 상태와 구동 트랜지스터(75)의 게이트가 센서 그라운드에 연결된 제 2 상태 사이에서 제어될 수 있다. 구동제어스위치(76)가 제 1 상태에 있을 경우, 구동 트랜지스터(75)는 도전되고 따라서 감지구조물(17)을 펄스 생성기(19)에 직접 연결한다. 구동제어스위치가 제 2 상태에 있을 경우, 구동 트랜지스터(75)는 비도전적이게 된다. 제 2 상태의 경우, 따라서 감지구조물(17)과 펄스 생성기(19) 간에 구동 트랜지스터(75)를 통한 직접 연결이 없게 된다. 도 10a에서 알 수 있는 바와 같이, 구동 트랜지스터(75)는 웰(73)에 형성된다. 바이어스 전류소스(71)는 감지소자에 또는 센서 어레이(5) 외부에 있을 수 있다.
동일한 방식으로, 리셋제어 스위치(77)는 감지 플레이트(17)와 피드백 플레이트(66) 간의 전위차를 허용하기 위해 리셋 트랜지스터(30)가 비도전적인 제 1 상태와 감지 플레이트(17)와 피드백 플레이트(66)의 전위를 등화하기 위해 리셋 트랜지스터(30)가 도전적인 제 2 상태 간에 제어될 수 있다.
도 10a를 참조하면, 감지소자(8)는 도 6을 참조로 상술한 바와 같은 샘플러 형태의 간단한 레벨 시프터 및 복조회로(31)를 더 포함한다.
레벨 시프터는 트랜지스터(105), 제 1 저항기(106) 및 제 2 저항기(107)를 포함하고, 전하증폭기의 출력부(27)에서 감지신호를 전류로 먼저 변환시키게 작동한 다음 전류를 센서 그라운드로 인용되는 전압으로 다시 변환시킨다.
도 10a의 감지소자(8)의 구성을 통해, 내부 기생 정전용량(Cp1 및 Cp3)의 영향이 제거되거나 적어도 상당히 감소된다. 더욱이, 구동하는 이웃의 감지구조물들도 이웃한 감지플레이트들 간에 기생 정전용량의 영향을 제거하나거나 적어도 상당히 감소시킬 것이다.
상술한 본 발명의 예시적인 실시예에서, 여기신호 공급회로(19)는 지문감지부품에 포함된 것으로 도시하였다. 이들 및 다른 실시예들에서, 지문감지시스템에 포함된 여기신호 공급회로(19)는 대안으로 지문센서부품 외부에 제공될 수 있고 도 11의 전위에 대해 상술한 제 1 전위 및 제 2 전위 간에 지문센서부품(센서 그라운드)의 기준전위를 스윙하도록 설비 및 구성될 수 있다.
지문센서부품 외부의 여기신호 공급회로(19)를 갖는 이 대안을 도 11을 참조로 간략히 설명한다. 도 11은 지문센서(4), 본 명세서에서 마이크로프로세서 형태의 처리회로(125), 및 전원회로(126)를 포함하는 지문감지 시스템(2)을 개략적으로 도시한 것이다.
지문센서(4)는, 또한 도 2를 참조로 상술한 바와 같이, 센서 어레이(5), 전원 인터페이스(6) 및 통신 인터페이스(7)를 포함한다. 통신 인터페이스(7)는 가령 SPI-인터페이스(Serial Peripheral Interface) 형태로 제공될 수 있다.
마이크로프로세서(125)는 지문센서(4)로부터 지문 데이터를 획득하고 애플리케이션에 의해 요구되는 바와 같은 지문 데이터를 처리할 수 있다. 예컨대, 마이크로프로세서(125)는 지문 매칭(검증 및/또는 식별) 알고리즘을 실행할 수 있다.
전원회로(126)는 공급전압(Vsupply)을 출력하도록 구성된 센서 전압소스(127)와 지문감지시스템(2)이 포함된 전자장치(1)의 기준 전위(DGND)에 대해 센서 전압소스(127)의 저전위 측을 변조하기 위해 외부신호 공급회로, 여기서 정사각파 펄스 생성기(19)를 포함한다.
정사각파 신호에 대한 대안으로서, 펄스 생성기는 사인파 또는 톱니 신호 등과 같이 임의의 다른 적절한 펄스 형태를 생성할 수 있다.
센서전압소스(127)는 지문센서(4)에 전력을 전용으로 공급하는 배터리와 같이 일정한 전압소스 형태로 제공될 수 있다. 대안으로, 센서전압소스(127)는 전압소스를 지문센서(4)로부터 적어도 부분적으로 절연시키기 위한 절연회로를 포함할 수 있다.
대시선 경계들을 가진 박스를 이용해 개략적으로 표시된 바와 같이, 지문감지시스템(2)은 선택적으로 센서 어레이(5)와 마이크로프로세서(125) 간에 갈바닉 절연 또는 레벨 시프팅을 제공하기 위해 절연회로(129)를 추가로 포함할 수 있다. 절연회로(129)의 사용을 통해, 마이크로프로세서(125)는 장치 그라운드(DGND)에 대해 센서 어레이(5)의 가변 기준전위(VL)에 무관하게 작동하게 허용된다.
절연회로(129)는 당업자에 알려진 다른 많은 방식들로 구현될 수 있다. 예컨대, 절연회로(129)는 옵토커플러, 코일 및/또는 커패시터와 같은 부품들을 이용해 구현될 수 있다. 본 명세서에서 별개의 회로로 도시되어 있으나, 상기 절연회로(129)는 지문센서(4) 또는 마이크로프로세서(125)와 통합될 수 있음을 인식해야 한다.
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 (15)

  1. 손가락의 지문패턴을 감지하기 위한 정전용량식 지문감지시스템으로서,
    상기 정전용량식 지문시스템은:
    상기 손가락의 전위에 대해, 제 1 전위에서 제 2 전위로 다시 제 1 전위로 회귀 변화를 포함한 시간가변 여기전위를 나타내는 여기신호를 제공하기 위한 여기신호 공급회로;
    복수의 감지소자들; 및
    상기 감지소자들 각각으로부터 DC 신호 성분을 기반으로 상기 지문패턴의 표현을 제공하기 위해 상기 감지소자들 각각에 연결된 판독회로를 포함하고,
    상기 각각의 감지소자는:
    상기 손가락이 터치하는 보호 유전체 상단층;
    상기 상단층 아래에 설비되고, 여기전위에 이어 시간가변 감지구조물 전위를 나타내기 위해 상기 여기신호 공급회로에 연결된 전기도전성 감지구조물;
    상기 손가락과 상기 감지구조물 간에 전위차의 상기 변화로 인해 발생해 상기 감지구조물에 의해 전달된 전하의 변화를 나타내는 감지신호를 제공하기 위해 상기 감지구조물에 연결된 감지회로; 및
    상기 감지구조물에 의해 전달된 전하의 상기 변화를 나타내는 DC 신호성분을 포함한 결합신호를 제공하기 위해 상기 감지신호와 상기 여기신호에 대해 시간관련된 복조신호를 결합하도록 상기 감지회로에 연결된 복조회로를 포함하며,
    상기 제 1 전위에서 상기 제 2 전위로 여기전위의 상기 변화들 각각으로 인해 상기 손가락과 상기 감지구조물 간에 전위차가 변하게 되는 정전용량식 지문감지시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 감지회로는:
    상기 감지구조물에 연결된 제 1 입력부;
    상기 여기신호 공급회로에 연결된 제 2 입력부;
    상기 감지신호를 제공하는 출력부;
    상기 제 1 입력부와 상기 출력부 간에 연결된 피드백 커패시터; 및
    상기 제 1 및 제 2 입력부와 상기 출력부 간에 적어도 하나의 증폭기 스테이지를 포함한 전하증폭기를 구비하고,
    상기 전하증폭기는 상기 입력부에서의 전위가 상기 제 2 입력부에서의 전위를 따르는 식으로 구성되는 정전용량식 지문감지시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복조회로는 상기 감지신호를 상기 복조신호와 곱하기 위한 신호곱셈회로를 포함하는 정전용량식 지문감지시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복조회로는 고주파수 성분들을 제거하는 한편 상기 DC 신호성분을 통과하게 하는 저역필터를 더 포함하는 정전용량식 지문감지시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 감지소자들 각각은 10㎂ 미만의 최대 출력전류를 제공하도록 구성된 정전용량식 지문감지시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 정전용량식 지문감지시스템은 상기 복수의 감지소자들과 상기 판독회로를 포함한 지문센서부품을 구비하는 정전용량식 지문감지시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 지문센서부품은 상기 여기신호 공급회로를 더 포함하는 정전용량식 지문감지시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 여기신호 공급회로는 상기 지문센서부품에 대한 기준전위가 상기 손가락의 전위에 대해 변하게 하도록 상기 지문센서부품으로부터 별개로 설비되고 상기 여기신호를 상기 지문센서부품의 기준전위 입력부에 제공하기 위해 상기 지문센서부품에 연결되는 정전용량식 지문감지시스템.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 전하증폭기에 포함된 상기 증폭기 스테이지는 상기 제 1 입력부를 구성하는 게이트를 갖는 감지 트랜지스터를 구비하고,
    상기 감지 트랜지스터는 반도체 기판에 있는 웰에 형성되고, 상기 웰과 상기 기판 간에 인터페이스는 상기 웰과 상기 기판 간에 전류가 흐르지 못하게 하는 식으로 구성되며,
    상기 여기신호 공급회로는 제 3 전위에서 제 4 전위로 상기 웰의 전위를 바꾸기 위해 상기 웰에 연결되며, 상기 제 3 전위와 상기 제 4 전위 간의 차는 상기 제 1 전위와 상기 제 2 전위 간의 차와 같고, 이로써 상기 감지구조물과 상기 웰 간에 기생 정전용량의 영향을 줄이는 정전용량식 지문감지시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 감지구조물과 상기 기판 간에 설비된 실딩구조물을 더 포함하고,
    상기 여기신호 공급회로는 상기 실딩구조물에 더 연결되며 제 5 전위에서 제 6 전위로 상기 실딩구조물의 전위를 바꾸도록 구성되고, 상기 제 5 전위와 상기 제 6 전위 간의 차는 상기 제 1 전위와 상기 제 2 전위 간의 차와 같은 정전용량식 지문감지시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 감지소자들 각각은:
    제 1 여기 전이시간에서 상기 전위차의 제 1 변화를 촉발하기 위해 상기 여기신호 공급회로에 제 1 여기제어신호를 제공하고,
    제 2 여기 전이시간에서 상기 전위차의 제 2 변화를 촉발하기 위해 상기 여기신호 공급회로에 제 2 여기제어신호를 제공하기 위해 상기 여기신호 공급회로에 연결된 타이밍회로를 포함하는 정전용량식 지문감지시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 감지소자들 각각은:
    피드백 커패시터를 방전시키도록 제어될 수 있는 리셋회로; 및
    상기 피드백 커패시터가 방전되는 리셋상태와 상기 감지구조물에 의해 전달된 전하의 상기 변화를 측정하기 위해 상기 피드백 커패시터가 충전될 수 있는 측정준비상태 간에 상기 리셋회로를 제어하기 위해 상기 리셋회로에 연결된 타이밍회로를 더 포함하는 정전용량식 지문감지시스템.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 타이밍회로는:
    제 1 이벤트에 의해 정의된 전이시간 및 상기 제 1 이벤트에 대한 시간지연에서 제 1 측정상태로부터 제 2 측정상태로 전이를 위해 상기 감지소자를 제어하기 위한 적어도 하나의 제 1 지연소자를 포함하고,
    상기 제 1 지연소자는 상기 제 1 이벤트를 정의하는 제 1 신호를 수신하기 위한 입력부 및 제 1 측정상태에서 제 2 측정상태로 상기 전이를 정의하는 제 2 신호를 제공하기 위한 출력부를 갖는 정전용량식 지문감지시스템.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 지문감지시스템; 및
    처리회로를 포함하고,
    상기 처리회로는:
    지문감지시스템으로부터 상기 지문패턴의 상기 표현을 획득하고,
    상기 표현을 기반으로 사용자를 인증하며,
    상기 사용자가 상기 표현을 기반으로 인증된 경우에만 적어도 하나의 사용자 요청 프로세스를 수행하도록 구성되는 전자장치.
  15. 여기신호 공급회로 및 복수의 감지소자들을 포함한 정전용량식 지문감지시스템을 이용해 손가락의 지문패턴을 감지하는 방법으로서,
    상기 각각의 감지소자는:
    상기 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 감지신호를 제공하기 위해 상기 감지구조물에 연결된 감지회로를 포함하고,
    상기 방법은:
    상기 손가락과 상기 감지구조물 간에 시간가변 전위차를 제공하기 위해, 상기 여기신호 공급회로를 이용해 여기신호를 상기 손가락과 상기 감지구조물 중 적어도 하나에 제공하는 단계;
    상기 지문감지시스템에 의해, 시간관련된 복조신호를 상기 여기신호에 제공하는 단계;
    상기 지문감지시스템에 의해, 상기 감지구조물에 의해 전달된 전하의 상기 변화를 나타내는 DC 신호성분을 포함한 결합신호를 제공하도록 상기 복조신호 및 상기 감지신호를 조합하는 단계; 및
    상기 감지소자들 외부에 판독회로를 이용해, 상기 감지소자들 각각으로부터 상기 DC 신호성분을 기반으로 상기 지문패턴의 표현을 제공하는 단계를 포함하는 손가락의 지문패턴을 감지하는 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11892327B2 (en) 2021-06-03 2024-02-06 Seoul National University R&Db Foundation Read-out circuit for a capacitive sensor

Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8485442B2 (en) 2009-07-02 2013-07-16 Biometric Payment Solutions Electronic transaction verification system with biometric authentication
US9600705B2 (en) * 2015-02-11 2017-03-21 Fingerprint Cards Ab Capacitive fingerprint sensing device with current readout from sensing elements
TWM520166U (zh) * 2015-04-27 2016-04-11 瑞鼎科技股份有限公司 電容式指紋感測裝置
SE1650548A1 (en) * 2016-04-22 2017-10-23 Fingerprint Cards Ab Fingerprint sensing system with sensing reference potential providing circuitry
SE539638C2 (en) * 2016-04-22 2017-10-24 Fingerprint Cards Ab Fingerprint sensing system with adaptive power control
US9864895B1 (en) * 2016-07-07 2018-01-09 Fingerprint Cards Ab Fingerprint sensing system with finger detect
JP6651420B2 (ja) 2016-07-11 2020-02-19 株式会社ジャパンディスプレイ カバー部材及び表示装置
JP6975808B2 (ja) * 2016-07-11 2021-12-01 株式会社ジャパンディスプレイ 検出装置及び表示装置
KR20180015025A (ko) * 2016-08-02 2018-02-12 삼성전자주식회사 화면 내장형 지문 센서의 출력 신호들을 리드아웃하는 아날로그 프론트 엔드와 이를 포함하는 장치
CN106446780B (zh) * 2016-08-29 2018-09-11 比亚迪股份有限公司 指纹传感器和终端设备
WO2018041077A1 (zh) * 2016-08-29 2018-03-08 比亚迪股份有限公司 指纹传感器和终端设备
US10578575B2 (en) * 2016-09-14 2020-03-03 Sunasic Technologies, Inc. Noise-reduced capacitive sensing unit
CN107918749A (zh) * 2016-10-08 2018-04-17 深圳指瑞威科技有限公司 基于bcd工艺的高穿透能力的指纹传感器
CN108021843A (zh) * 2016-10-31 2018-05-11 深圳指瑞威科技有限公司 基于bcd工艺的高灵敏度指纹传感器
US9922231B1 (en) * 2016-11-17 2018-03-20 Fingerprint Cards Ab Fingerprint sensing with voltage pattern configurations
US10078776B2 (en) * 2016-12-16 2018-09-18 Sunasic Technologies Inc. Noise reduced capacitive fingerprint sensor and capacitive sensing unit included therein
CN106709446B (zh) * 2016-12-20 2024-03-19 深圳芯启航科技有限公司 一种指纹识别电路及装置
US10002280B1 (en) * 2016-12-21 2018-06-19 Fingerprint Cards Ab System and method for controlling a signal in a fingerprint sensing device
KR20180077394A (ko) 2016-12-28 2018-07-09 삼성디스플레이 주식회사 터치 센서, 이를 포함하는 표시 장치, 및 터치 센서의 구동 방법
US10346665B2 (en) * 2017-05-30 2019-07-09 Sunasic Technologies Limited Noise reduced capacitive image sensor and method operating the same
KR101875369B1 (ko) * 2017-07-24 2018-07-06 주식회사 센소니아 측정 전압 누적 방식을 통해 성능을 개선한 지문 인식 센서
US10146986B1 (en) * 2017-07-28 2018-12-04 Sunasic Technologies, Inc. Capacitive image sensor and method for operating the same
EP3724814A4 (en) * 2017-12-11 2021-02-24 Fingerprint Cards AB FINGERPRINT DETECTION ARRANGEMENT
EP3734542A4 (en) * 2017-12-28 2021-10-06 Connectec Japan Corporation IMAGE ACQUISITION DEVICE, AND DISPLAY DEVICE EQUIPPED THEREOF
CN108229388B (zh) * 2017-12-30 2021-10-26 柳州梓博科技有限公司 感光驱动电路、感光装置及电子设备
CN108073911B (zh) * 2017-12-30 2021-10-15 柳州梓博科技有限公司 感光装置、感光模组、显示模组及电子设备
CN108133194B (zh) * 2017-12-30 2022-03-15 柳州梓博科技有限公司 感光电路、感光装置及电子设备
EP4163817A1 (en) * 2020-06-09 2023-04-12 Wuhan China Star Optoelectronics Technology Co., Ltd. Fingerprint driving circuit and display panel

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5565658A (en) * 1992-07-13 1996-10-15 Cirque Corporation Capacitance-based proximity with interference rejection apparatus and methods
US5963679A (en) * 1996-01-26 1999-10-05 Harris Corporation Electric field fingerprint sensor apparatus and related methods
DE10151021A1 (de) * 2001-10-16 2003-04-30 Infineon Technologies Ag Sensor-Anordnung
JP4499447B2 (ja) * 2004-03-01 2010-07-07 日本電信電話株式会社 電子部品装置
WO2005124659A1 (en) 2004-06-18 2005-12-29 Fingerprint Cards Ab Fingerprint sensor element
JP2006071579A (ja) * 2004-09-06 2006-03-16 Alps Electric Co Ltd 容量検出回路及び容量検出方法
TW200732544A (en) * 2006-02-21 2007-09-01 Nanogate Optoelectronic Robot Inc Wireless fingerprint recognition system for electronic lock and method thereof
JP2007330420A (ja) * 2006-06-14 2007-12-27 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 形状検出装置
US7663380B2 (en) * 2007-12-06 2010-02-16 Himax Technologies Limited Capacitive fingerprint sensor and the panel thereof
CN101727571B (zh) * 2008-10-24 2012-09-19 宏碁股份有限公司 指纹感测装置以及具指纹感测的触控装置
US8421890B2 (en) * 2010-01-15 2013-04-16 Picofield Technologies, Inc. Electronic imager using an impedance sensor grid array and method of making
US9805692B2 (en) * 2010-02-26 2017-10-31 Synaptics Incorporated Varying demodulation to avoid interference
US8681122B2 (en) * 2011-04-19 2014-03-25 Cypress Semiconductor Corporation Capacitive sensing with programmable logic for touch sense arrays
US9195877B2 (en) * 2011-12-23 2015-11-24 Synaptics Incorporated Methods and devices for capacitive image sensing
EP2836960B1 (en) * 2012-04-10 2018-09-26 Idex Asa Biometric sensing
CN103714330B (zh) * 2014-01-06 2017-12-19 苏州迈瑞微电子有限公司 电容指纹传感器
US9152841B1 (en) * 2014-03-24 2015-10-06 Fingerprint Cards Ab Capacitive fingerprint sensor with improved sensing element

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11892327B2 (en) 2021-06-03 2024-02-06 Seoul National University R&Db Foundation Read-out circuit for a capacitive sensor

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Publication number Publication date
WO2016105263A1 (en) 2016-06-30
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