KR101875369B1 - Fingerprint recognition sensor capable for improving performance with accumulating measuring voltage - Google Patents

Fingerprint recognition sensor capable for improving performance with accumulating measuring voltage Download PDF

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KR101875369B1
KR101875369B1 KR1020170093265A KR20170093265A KR101875369B1 KR 101875369 B1 KR101875369 B1 KR 101875369B1 KR 1020170093265 A KR1020170093265 A KR 1020170093265A KR 20170093265 A KR20170093265 A KR 20170093265A KR 101875369 B1 KR101875369 B1 KR 101875369B1
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KR1020170093265A
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최중호
구자혁
길준호
홍세경
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주식회사 센소니아
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Abstract

Disclosed is a fingerprint recognition sensor capable of improving performance through a measurement voltage accumulation method. The fingerprint recognition sensor of the present invention accumulates a difference of a level of measurement voltage depending on a part of a finger which is in contact with an upper surface of a protective upper layer according to repetitive performance of a first sensing timing and a second sensing timing in a sensing section. Therefore, the fingerprint recognition sensor of the present invention ensures a clear and high quality fingerprint pattern and can effectively recognize a fingerprint. The fingerprint recognition sensor comprises: a pixel array; and the protective upper layer.

Description

측정 전압 누적 방식을 통해 성능을 개선한 지문 인식 센서{FINGERPRINT RECOGNITION SENSOR CAPABLE FOR IMPROVING PERFORMANCE WITH ACCUMULATING MEASURING VOLTAGE} FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a fingerprint recognition sensor,

본 발명은 지문 인식 센서에 관한 것으로, 특히, 측정 전압 누적 방식을 통해 성능을 개선한 지문 인식 센서에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a fingerprint recognition sensor, and more particularly, to a fingerprint recognition sensor that improves performance through a measurement voltage accumulation method.

손가락의 지문을 인식하는 지문 인식 시스템은 높은 식별률과 보안성 및 안정성 때문에 바이오 메트릭스(Biometrics)의 여러 분야에 널리 사용되고 있다. 그리고, 최근 지문인식 시스템에서 사용되는 지문 인식 센서는 특수 보안 장치뿐만 아니라, 키보드, 마우스 등 개인용 컴퓨터(Personal Computer) 주변장치에 적용되어 전자상거래 등으로 사용범위가 점차 확대되고 있다.Fingerprint recognition systems that recognize fingerprints of fingers are widely used in various fields of Biometrics due to their high identification rate, security and stability. In recent years, the fingerprint sensor used in the fingerprint recognition system has been applied not only to a special security device but also to peripheral devices such as a keyboard and a mouse, and is increasingly used for electronic commerce and the like.

지문 감지 방식은 크게 정전용량식(Capacitive type) , 광학식(Optical type) 그리고 열감지식(Thermal type) 등으로 구분될 수 있다. 이중, 정전용량식은 손가락과 감지전극(Sensing electrode) 사이에 형성되는 감지 정전 용량이 손가락과 감지전극 사이의 거리에 따라 달라지는 원리를 이용한다. 즉, 감지 전극(Sensing electrode)과 지문의 벨리(valley) 사이에서 발생하는 감지 정전 용량과 감지 전극과 지문의 릿지(ridge) 사이에서 발생하는 감지 정전 용량을 각각 측정 전압 레벨로 변환함으로써, 손가락 지문의 벨리 및 릿지를 인식하여 지문 패턴을 인식할 수 있다.The fingerprint detection method can be roughly divided into capacitive type, optical type, and thermal type. In the capacitive equation, the sensing capacitance formed between the finger and the sensing electrode depends on the distance between the finger and the sensing electrode. That is, by converting the sensing capacitance generated between the sensing electrode and the valley of the fingerprint and the sensing capacitance generated between the sensing electrode and the ridge of the fingerprint into a measured voltage level, The fingerprint patterns can be recognized by recognizing the valleys and the ridges of the fingerprint patterns.

본 발명의 목적은 측정 전압 누적이 가능하여, 효과적으로 양질의 지문 패턴을 획득할 수 있는 지문 인식 센서를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a fingerprint recognition sensor capable of accumulating measured voltages and effectively obtaining a good fingerprint pattern.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면은 손가락의 지문 패턴을 인식하기 위한 지문 인식 센서에 관한 것이다. 본 발명의 지문 인식 센서는 어레이 형태로 배열되는 복수개의 감지 픽셀들을 포함하는 픽셀 어레이; 및 상기 복수개의 감지 픽셀들의 상부에 형성되는 보호 상단층으로서, 상기 손가락에 의하여 접촉될 수 있으며, 유전체로 작용될 수 있는 상기 보호 상단층을 구비한다. 상기 픽셀 어레이의 복수개의 감지 픽셀들 각각은 상기 보호 상단층의 하부에 도전성의 제1 메탈층으로 형성되며, 접촉되는 상기 손가락에 의하여 형성되는 감지 정전 용량의 일측으로 작용하는 감지 전극; 상기 제1 메탈층의 하부에 도전성의 제2 메탈층으로 형성되는 기준 전극으로서, 상기 감지 전극의 하부에 대면하여 형성되어, 상기 감지 전극과 사이에 형성되는 기준 정전 용량의 일측으로 작용하는 상기 기준 전극; 및 상기 보호 상단층에 접촉되는 손가락의 부위를 인식하기 위하여 구동 클락 신호가 비활성화되는 제1 센싱 타이밍과 상기 구동 클락 신호가 활성화되는 제2 센싱 타이밍이 교번적으로 수행되는 구동되는 센싱부로서, 상기 기준 정전 용량의 다른 일측으로 작용하는 상기 감지 전극과 전기적으로 연결되는 센싱 신호를 수신하여 측정 신호를 발생하는 상기 센싱부를 구비한다. 상기 센싱부는 상기 제1 센싱 타이밍에서 상기 센싱 신호를 센싱 기준 전압에 연결하도록 구동되는 제1 구동 스위치; 상기 제2 센싱 타이밍에서 상기 센싱 신호를 예비단에 연결하도록 구동되는 제2 구동 스위치; 상기 예비단의 전압을 증폭하여 상기 측정 신호로 제공하는 연산 증폭기; 상기 제2 센싱 타이밍에서 상기 측정 신호를 상기 기준 전극에 연결하도록 구동되는 피드백 스위치; 및 상기 예비단과 상기 측정 신호 사이에 형성되는 연산 캐패시터를 구비한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a fingerprint recognition sensor for recognizing a fingerprint pattern of a finger. A fingerprint recognition sensor of the present invention includes: a pixel array including a plurality of sensing pixels arranged in an array; And a protection top layer formed on top of the plurality of sensing pixels, the protection top layer being capable of being contacted by the finger and acting as a dielectric. Each of the plurality of sensing pixels of the pixel array being formed of a conductive first metal layer under the protective top layer and acting as one side of the sensing capacitance formed by the finger to be contacted; A reference electrode formed on the lower portion of the first metal layer and formed of a conductive second metal layer, the reference electrode being formed to face the lower portion of the sensing electrode, the reference electrode acting as one side of a reference capacitance formed between the sensing electrode and the reference electrode, electrode; And a sensing unit for alternately performing a first sensing timing at which a driving clock signal is inactivated and a second sensing timing at which the driving clock signal is activated in order to recognize a portion of a finger contacting the protective upper layer, And a sensing unit for receiving a sensing signal electrically connected to the sensing electrode acting as the other side of the reference capacitance and generating a measurement signal. Wherein the sensing unit comprises: a first driving switch driven to connect the sensing signal to the sensing reference voltage at the first sensing timing; A second driving switch driven to connect the sensing signal to the preliminary stage at the second sensing timing; An operational amplifier for amplifying the voltage of the preliminary stage and providing the amplified voltage as the measurement signal; A feedback switch driven to connect the measurement signal to the reference electrode at the second sensing timing; And a calculation capacitor formed between the preliminary stage and the measurement signal.

상기와 같은 구성의 본 발명의 지문 인식 센서에서는, 손가락에 별도 신호 인가 없이도, 센싱 구간에서 제1 센싱 타이밍과 제2 센싱 타이밍의 반복적인 수행에 따라, 상기 보호 상단층의 상부면에 접촉된 손가락의 부위에 따른 측정 전압의 레벨의 차이가 누적된다. 이에 따라, 본 발명의 지문 인식 센서에 의하면, 보다 선명한 고품질의 지문 패턴이 확보되어 효과적인 지문 인식 가능하다.According to the fingerprint recognition sensor of the present invention having the above-described structure, the finger is brought into contact with the upper surface of the protective upper layer in accordance with the repetitive execution of the first sensing timing and the second sensing timing in the sensing period, The difference in the level of the measured voltage depending on the region of the measurement voltage is accumulated. Thus, according to the fingerprint recognition sensor of the present invention, a clear fingerprint pattern of high quality can be ensured and effective fingerprint recognition is possible.

본 발명에서 사용되는 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 지문 인식 센서를 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 지문 인식 센서에서 하나의 감지 픽셀을 개략적으로 나타내는 도면으로서, 부분 회로와 혼합된 구조도이다.
도 3은 도 2의 등가 회로를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 지문 인식 시스템에서 지문 인식을 위한 동작에서의 주요 신호의 타이밍도이다.A brief description of each drawing used in the present invention is provided.
1 is a view conceptually showing a fingerprint recognition sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing one sensing pixel in the fingerprint recognition sensor of FIG. 1, and is a structure diagram mixed with a partial circuit. FIG.
3 is a view showing the equivalent circuit of Fig.
4 is a timing diagram of a main signal in an operation for fingerprint recognition in the fingerprint recognition system of the present invention.

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. For a better understanding of the present invention and its operational advantages, and the objects attained by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings, which illustrate preferred embodiments of the invention, and the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are being provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art.

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.It should be noted that, in understanding each of the drawings, the same members are denoted by the same reference numerals whenever possible. And detailed descriptions of known functions and configurations that may unnecessarily obscure the gist of the present invention are omitted.

한편, 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 전체적으로 도면 설명시 관찰자 관점에서 설명하였고, 층 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.In the drawings, the thickness of layers and regions is enlarged for clarity. In the following description of the drawings, the term "layer" is used herein to mean "underneath" another part, and the term "layer" .

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를을 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 지문 인식 센서를 개념적으로 나타내는 도면이다. 도 1의 지문 인식 센서는 손가락의 지문 패턴을 인식하기 위하여 구동된다.1 is a view conceptually showing a fingerprint recognition sensor according to an embodiment of the present invention. The fingerprint recognition sensor of Fig. 1 is driven to recognize the fingerprint pattern of the finger.

도 1을 참조하면, 본 발명의 지문 인식 센서는 픽셀 어레이(PARR) 및 보호 상단층(LPAS, 도 2 참조, 도 1에 미도시)을 구비한다.Referring to FIG. 1, the fingerprint recognition sensor of the present invention has a pixel array (PARR) and a protection upper layer (LPAS; see FIG. 2, not shown in FIG. 1).

상기 픽셀 어레이(PARR)는 어레이 형태로 배열되는 복수개의 감지 픽셀(PIX)들을 포함한다. The pixel array (PARR) includes a plurality of sensing pixels (PIX) arranged in an array form.

상기 보호 상단층(LPAS)은 상기 복수개의 감지 픽셀(PIX)들의 상부에 형성되어 상기 복수개의 감지 픽셀(PIX)들을 보호하는 기능을 한다. 또한, 상기 보호 상단층(LPAS)은 상기 손가락(FNG)에 의하여 접촉될 수 있으며, 유전체로 작용될 수 있다. The protection top layer LPAS is formed on the plurality of sensing pixels PIX to protect the plurality of sensing pixels PIX. In addition, the protective top layer (LPAS) can be contacted by the finger (FNG) and can act as a dielectric.

도 2는 도 1의 지문 인식 센서에서 하나의 픽셀을 개략적으로 나타내는 도면으로서, 부분 회로와 혼합된 구조도이다.FIG. 2 is a schematic view showing one pixel in the fingerprint recognition sensor of FIG. 1, and is a schematic diagram mixed with a partial circuit.

참고로, 도 2에서, 이해의 명확화를 위하여, 상기 보호 상단층(LPAS)을 제외한 나머지 절연층 및 유전층의 도시는 생략된다. 본 발명의 지문 인식 센서에 각 메탈층(전극)들 사이에는 절연성의 유전층이 존재하지만, 도 2에서는, 도시되지 않는다. 하지만, 이는 단지 이해의 명확화를 위한 것이며, 본 발명의 보호범위는 이에 한정되지 않는다.2, for the sake of clarity, the illustration of the remaining insulating layers and dielectric layers except for the protective top layer (LPAS) is omitted. In the fingerprint sensor of the present invention, an insulating dielectric layer exists between the metal layers (electrodes), but is not shown in Fig. However, this is for clarification of understanding only, and the scope of protection of the present invention is not limited thereto.

도 2를 참조하면, 상기 픽셀 어레이(PARR)의 복수개의 감지 픽셀(PIX)들 각각은 감지 전극(ELDT), 기준 전극(ELRF) 및 센싱부(PSEN)를 구비한다.Referring to FIG. 2, each of the plurality of sensing pixels PIX of the pixel array PARR includes a sensing electrode ELDT, a reference electrode ELRF, and a sensing unit PSEN.

상기 감지 전극(ELDT)은 상기 보호 상단층(LPAS)의 하부에 도전성의 물질인 제1 메탈층(MET1)으로 형성된다.The sensing electrode ELDT is formed of a first metal layer MET1 which is a conductive material under the protection top layer LPAS.

여기서, 상기 감지 전극(ELDT)은 상기 보호 상단층(LPAS)에 접촉되는 상기 손가락(FNG)에 의하여 감지 정전 용량(CF)을 형성한다. 구체적으로 기술하자면, 상기 감지 전극(ELDT)은 상기 감지 정전 용량(CF)의 일측 단자로 작용한다. Here, the sensing electrode ELDT forms a sensing capacitance CF by the finger FNG contacting the protection upper layer LPAS. More specifically, the sensing electrode ELDT serves as one terminal of the sensing capacitance CF.

한편, 본 발명의 지문 인식 센서에서, 상기 손가락(FNG)은 상기 제1 감지 정전 용량(CF)의 다른 일측 단자로 작용한다. Meanwhile, in the fingerprint sensor of the present invention, the finger FNG acts as the other terminal of the first sensing capacitance CF.

상기 기준 전극(ELRF)은 상기 제1 메탈층(MET1)의 하부에 도전성의 물질인 제2 메탈층(MET2)으로 형성된다. The reference electrode ELRF is formed of a second metal layer MET2, which is a conductive material, under the first metal layer MET1.

여기서, 상기 기준 전극(ELRF)은 상기 감지 전극(ELDT)의 하부에 대면하여 형성되어 기준 정전 용량(CR)을 형성한다. 즉, 상기 기준 전극(ELRF)은 상기 기준 정전 용량(CR)의 일측 단자로 작용하며, 상기 감지 전극(ELDT)은 기준 정전 용량(CR)의 다른 일측 단자로 작용한다.Here, the reference electrode ELRF is formed facing the lower portion of the sensing electrode ELDT to form a reference capacitance CR. That is, the reference electrode ELRF serves as one terminal of the reference capacitance CR, and the sensing electrode ELDT serves as another terminal of the reference capacitance CR.

상기 센싱부(PSEN)는 상기 보호 상단층(LPAS)에 접촉되는 손가락(FNG)의 부위를 인식하기 위하여, 리셋 신호(XRST)가 비활성화되는 센싱 구간(P_DRI, 도 4 참조)에서 센싱 신호(XSEN)를 수신하여 측정 신호(XMES)를 발생한다. 여기서, 상기 센싱 신호(XSEN)는 상기 감지 전극(ELDT)과 전기적으로 연결되어 발생된다. 다시 기술하자면, 상기 센싱 신호(XSEN)는 상기 감지 정전 용량(CF)의 다른 일측 단자 및 상기 기준 정전 용량(CR)의 일측 단자에 전기적으로 연결된다.The sensing unit PSEN senses a sensing signal XSEN (see FIG. 4) in a sensing period P_DRI (see FIG. 4) in which the reset signal XRST is inactivated to recognize a portion of the finger FNG contacting the protective upper layer LPAS And generates a measurement signal XMES. Here, the sensing signal XSEN is generated by being electrically connected to the sensing electrode ELDT. In other words, the sensing signal XSEN is electrically connected to the other terminal of the sensing capacitance CF and to one terminal of the reference capacitance CR.

여기서, 상기 센싱부(PSEN)는 구동 클락(XCK)의 클락 발생에 의하여 구동된다. 즉, 상기 센싱 구간(P_DRI, 도 4 참조)에서 상기 구동 클락(XCK)이 "L"로 되는 제1 타이밍(T_TM1, 도 4 참조)과 상기 구동 클락(XCK)이 "H"로 되는 제2 타이밍(T_TM2, 도 4 참조)이 교번적으로 수행된다. 이에 따라, 상기 센싱부(PSEN)은 상기 센싱 신호(XSEN)의 전압의 레벨 차이를 반영하여 상기 측정 신호(XMES)의 전압 레벨로 발생한다. 그리고 상기 측정 신호(XMES)의 전압 레벨은 상기 제1 타이밍(T_TM1)과 상기 제2 타이밍(T_TM2)이 반복적으로 수행됨에 따라, 상기 센싱 신호(XSEN)의 전압의 레벨이 누적되어 반영된다.Here, the sensing unit PSEN is driven by a clock pulse of the driving clock XCK. 4) in which the drive clock XCK becomes "L " in the sensing period P_DRI (see FIG. 4) and the second timing T_TM1 Timing (T_TM2, see Fig. 4) are alternately performed. Accordingly, the sensing unit PSEN generates the voltage level of the measurement signal XMES by reflecting the level difference of the voltage of the sensing signal XSEN. The level of the voltage of the sensing signal XMES is accumulated and reflected as the first timing T_TM1 and the second timing T_TM2 are repeatedly performed.

이때, 상기 센싱부(PSEN)는 상기 제1 타이밍(T_TM1)에서 상기 센싱 신호(XSEN)를 센싱 기준 전압(VRFS)으로 제어한다. 그리고 상기 센싱부(PSEN)는 상기 제2 센싱 타이밍(T_TM2)에서 상기 감지 정전 용량(CF)에 따른 상기 센싱 신호(XSEN)를 증폭하여 상기 측정 신호(XMES)로 제공하며, 또한, 상기 측정 신호(XMES)를 상기 기준 전극(ELRF)에 전기적으로 연결하도록 구동된다.At this time, the sensing unit PSEN controls the sensing signal XSEN to the sensing reference voltage VRFS at the first timing T_TM1. The sensing unit PSEN amplifies the sensing signal XSEN according to the sensed capacitance CF at the second sensing timing T_TM2 to provide the sensing signal XMES as the sensing signal XMES, (XMES) to the reference electrode ELRF.

도 3은 도 2의 등가 회로도이다. 도 3을 참조하면, 상기 센싱부(PSEN)은 구체적으로 제1 구동 스위치(110), 제2 구동 스위치(120), 연산 증폭기(130) 및 피드백 스위치(140)를 구비한다.3 is an equivalent circuit diagram of Fig. Referring to FIG. 3, the sensing unit PSEN includes a first driving switch 110, a second driving switch 120, an operational amplifier 130, and a feedback switch 140.

상기 제1 구동 스위치(110)는 상기 구동 클락(XCK)의 "L"로의 천이에 응답하여 턴온(turn-on)되어 상기 제1 센싱 타이밍(T_TM1)에서 상기 센싱 신호(XSEN)를 상기 센싱 기준 전압(VRFS)에 연결하도록 구동된다. 이에 따라, 상기 센싱 신호(XSEN)는 상기 제1 센싱 타이밍(T_TM1)에서 상기 센싱 기준 전압(VRFS)을 제어된다. The first drive switch 110 is turned on in response to the transition of the drive clock XCK to the "L" level to turn on the sensing signal XSEN at the first sensing timing T_TM1, And is driven to be connected to the voltage VRFS. Accordingly, the sensing signal XSEN is controlled by the sensing reference voltage VRFS at the first sensing timing T_TM1.

그리고 상기 제1 구동 스위치(110)는 상기 제2 센싱 타이밍(T_TM2)에서 턴오프된다. 이에 따라, 상기 제2 센싱 타이밍(T_TM2)에서, 상기 센싱 신호(XSEN)는 상기 센싱 기준 전압(VRFS)과 연산 기준 전압(VRFP)의 차이에 상기 감지 정전 용량(CF)를 반영한 값의 전압 레벨로 된다.The first driving switch 110 is turned off at the second sensing timing T_TM2. Accordingly, at the second sensing timing T_TM2, the sensing signal XSEN is a voltage level of the sensing capacitance CF reflecting the difference between the sensing reference voltage VRFS and the calculation reference voltage VRFP .

상기 제2 구동 스위치(120)는 상기 구동 클락(XCK)의 "H"로의 천이에 응답하여 턴온(turn-on)되어 상기 제2 센싱 타이밍(T_TM2)에서 상기 센싱 신호(XSEN)를 예비단(NPRE)에 연결하도록 구동된다.The second driving switch 120 is turned on in response to the transition of the driving clock XCK to the high level to turn on the sensing signal XSEN at the second sensing timing T_TM2 NPRE).

이에 따라, 상기 예비단(NPRE)은 상기 제2 센싱 타이밍(T_TM2)에서, 상기 센싱 기준 전압(VRFS)과 연산 기준 전압(VRFP)의 차이에 상기 감지 정전 용량(CF)를 반영한 값의 전압 레벨을 가지는 상기 상기 센싱 신호(XSEN)와 동일한 전압 레벨로 된다.Accordingly, the pre-stage NPRE is set to a voltage level of the difference between the sensing reference voltage VRFS and the calculation reference voltage VRFP reflecting the sensing capacitance CF at the second sensing timing T_TM2, The sensing signal XSEN having the same voltage level as that of the sensing signal XSEN.

상기 연산 증폭기(130)는 상기 예비단(NPRE)의 전압을 증폭하여 상기 측정 신호(XMES)로 제공한다. The operational amplifier 130 amplifies the voltage of the preliminary stage NPRE and provides the amplified voltage as the measurement signal XMES.

구체적으로, 상기 연산 증폭기(130)는 제1 입력단자(본 실시예에서, '음(-)의 입력단자'임)에 상기 예비단(NPRE)이 전기적으로 연결되며, 제2 입력단자(본 실시예에서, '양(+)의 입력단자'임)에 상기 연산 기준 전압(VRFP)이 인가된다.Specifically, the operational amplifier 130 is electrically connected to the first input terminal (which is a negative input terminal in this embodiment) and the second input terminal The input reference voltage VRFP is applied to the positive input terminal in the embodiment.

이에 따라, 상기 연산 증폭기(130)는 상기 연산 기준 전압(VRFP)에 대한 상기 예비단(NPRE)의 전압차가 증폭된 전압 레벨을 가지는 상기 측정 신호(XMES)를 제공하도록 구동된다.Accordingly, the operational amplifier 130 is driven to provide the measurement signal XMES having the voltage level at which the voltage difference of the preliminary stage NPRE with respect to the calculation reference voltage VRFP is amplified.

상기 피드백 스위치(140)는 제2 센싱 타이밍(T_TM2)에서 상기 측정 신호(XMES)를 상기 기준 전극(ELRF)에 연결하도록 구동된다.The feedback switch 140 is driven to connect the measurement signal XMES to the reference electrode ELRF at a second sensing timing T_TM2.

그 결과, 상기 기준 전극(ELRF)과 상기 감지 전극(ELDT)를 양측 단자로 하는 상기 기준 정전 용량(CR)에 의하여, 상기 측정 신호(XMES)는 상기 제2 센싱 타이밍(T_TM2)에서 상기 감지 정전 용량(CF)이 반영된 전압 레벨을 가지게 된다.As a result, the measurement signal XMES is sensed at the second sensing timing T_TM2 by the reference capacitance CR having the reference electrode ELRF and the sensing electrode ELDT as both terminals, And the voltage level CF is reflected.

바람직하기로는, 상기 센싱부(PSEN)는 상기 예비단(NPRE)과 상기 측정 신호(XMES) 사이에 형성되는 연산 캐패시터(CPA) 및 리셋 스위치(150)를 더 구비한다.Preferably, the sensing unit PSEN further includes a reset capacitor 150 and a calculation capacitor CPA formed between the preliminary stage NPRE and the measurement signal XMES.

상기 연산 캐패시터(CPA)에 의하여, 상기 제2 구동 스위치(120)가 턴오프(turn-off)되는 상기 제1 타이밍(T_TM1)에 상기 예비단(NPRE)가 실질적으로 상기 연산 기준 전압(VRFP)로 제어되어 플로팅(floating)되는 것이 방지된다. 이에 따라, 상기 본 발명의 지문 인식 센서는 더욱 안정적으로 동작될 수 있다.The preliminary stage NPRE is substantially equal to the arithmetic reference voltage VRFP at the first timing T_TM1 at which the second driving switch 120 is turned off by the calculation capacitor CPA, So that it is prevented from being floated. Accordingly, the fingerprint recognition sensor of the present invention can be operated more stably.

상기 리셋 스위치(150)는 상기 리셋 신호(XRST)가 활성화되는 리셋 구간(P_RST)에서, 상기 측정 신호(XMES)의 전압 레벨과 상기 센싱 신호(XSEN)의 전압 레벨을 동일한 전압으로 리셋한다. 이때, 상기 구동 클락(XCK)은 "H" 상태이다.The reset switch 150 resets the voltage level of the measurement signal XMES and the voltage level of the sensing signal XSEN to the same voltage in the reset period P_RST during which the reset signal XRST is activated. At this time, the driving clock XCK is in the "H" state.

이러한 구성을 가지는 본 실시예의 경우, 상기 구동 클락(XCK)가 "L"로 비활성화되는 제1 타이밍(T_TM1)에서, 상기 센싱 신호(XSEN)는 상기 센싱 기준 전압(VRFS)로 제어된다. 그리고, 상기 구동 클락(XCK)가 "H"로 활성화되는 제2 타이밍(T_TM2)에서, 상기 기준 정전 용량(CR)의 다른 일측에 인가되는 상기 센싱 신호(XSEN)는 상기 연산 증폭기(130)의 제1 입력단자(-)에 전기적으로 연결되는 예비단(NPRE)와 연결된다. 또한, 상기 제2 타이밍(T_TM2)에서, 상기 기준 정전 용량(CR)의 일측은 상기 측정 신호(XMES)와 연결된다.
즉, 상기 측정 신호(XMES)의 전압 레벨은, 손가락에 별도의 신호 인가없이, (수학식 1)과 같이, 상기 제1 타이밍(T_TM1)과 상기 제2 타이밍(T_TM2)이 반복적으로 수행됨에 따라, 상기 연산 기준 전압(VRFP)에 대한 상기 센싱 신호(XSEN)의 전압의 레벨 차이가 누적되어 반영된다.In the present embodiment having such a configuration, at the first timing T_TM1 at which the drive clock XCK is inactivated to "L ", the sensing signal XSEN is controlled to the sensing reference voltage VRFS. At the second timing (T_TM2) at which the drive clock (XCK) is activated to "H", the sensing signal (XSEN) applied to the other side of the reference capacitance (CR) (NPRE) electrically connected to the first input terminal (-). Further, at the second timing (T_TM2), one side of the reference capacitance (CR) is connected to the measurement signal (XMES).
In other words, the voltage level of the measurement signal XMES is determined by repeating the first timing (T_TM1) and the second timing (T_TM2) as shown in (Equation 1) , The level difference of the voltage of the sensing signal XSEN with respect to the calculation reference voltage VRFP is accumulated and reflected.

(수학식 1) (1)

VMES=VRFP-(VRFS-VRFP) * CF/(CR+CS) * NVMES = VRFP- (VRFS-VRFP) * CF / (CR + CS) * N

= VREP-△V*N    = VREP- DELTA V * N

여기서, CS는 상기 연산 캐패시터(CPA)의 정전 용량이며, △V는 (VRFS-VRFP) * CF/(CR+CS)이며, N은 상기 제1 타이밍(T_TM1)과 상기 제2 타이밍(T_TM2)의 반복 횟수이다. (VRFS-VRFP) * CF / (CR + CS), N is the first timing (T_TM1) and the second timing (T_TM2), and CS is the capacitance of the calculation capacitor (CPA) .

한편, 본 발명의 지문 인식 센서에서는, 상기 감지 전극(ELDT)에 의도하지 않은 기생 캐패시턴스에 주의할 필요가 있다.Meanwhile, in the fingerprint sensor of the present invention, it is necessary to pay attention to the unintended parasitic capacitance of the sensing electrode ELDT.

일반적인 설계 및 공정에 의하면, 상기 감지 정전 용량(CF)는 0.1fF 정도로 매우 작은 값이다. 이에 따라, 본 발명의 지문 인식 센서에서, 상기 감지 전극(ELDT)에 발생될 수 있는 상기 기생 정전 용량의 영향을 없애거나 적어도 감소시키는 것은 매우 중요하다.According to the general design and the process, the sensing capacitance CF is a very small value of about 0.1 fF. Accordingly, in the fingerprint sensor of the present invention, it is very important to eliminate or at least reduce the influence of the parasitic capacitance that may be generated in the sensing electrode ELDT.

다시 도 2를 참조하면, 본 발명의 지문 인식 센서에서의 상기 복수개의 감지 픽셀(PIX)들 각각은 실딩 전극(ELSD)을 더 구비한다. Referring again to FIG. 2, each of the plurality of sensing pixels PIX in the fingerprint recognition sensor of the present invention further includes a shielding electrode ELSD.

상기 실딩 전극(ELSD)은 상기 제2 메탈층(MET2)의 하부에 도전성의 제3 메탈층(MET3)으로 형성된다.The shielding electrode ELSD is formed of a conductive third metal layer MET3 under the second metal layer MET2.

이때, 상기 실딩 전극(ELSD)은 연결 라인들 및/또는 반도체 기판에 형성된 연결 라인들 및/또는 반도체 회로와 같이 있을 수 있는 아래 부분의 노이즈 전하의 주입을 효과적으로 실딩할 수 있다. At this time, the shielding electrode ELSD can effectively shield the injection of noise charges in connection lines and / or a lower portion such as connection lines and / or semiconductor circuits formed on the semiconductor substrate.

그 결과, 상기 감지 전극(ELDT)에 대한 노이즈 즉, 전기적 간섭 현상이 완화된다. 물론, 상기 기준 전극(ELRF)에 대한 전기적 간섭 현상도 완화된다.As a result, the noise, that is, the electrical interference phenomenon with respect to the sensing electrode ELDT is alleviated. Of course, the electrical interference phenomenon with respect to the reference electrode ELRF is alleviated.

정리하면, 상기와 같은 구성의 본 발명의 지문 인식 센서에서는, 센싱 구간에서 제1 센싱 타이밍과 제2 센싱 타이밍의 반복적인 수행에 따라, 상기 보호 상단층의 상부면에 접촉된 손가락의 부위에 따른 측정 전압의 레벨의 차이가 누적되어 점점 크게 된다. 이에 따라, 본 발명의 지문 인식 센서에 의하면, 보다 선명한 고품질의 지문 패턴이 확보되어 효과적인 지문 인식 가능하다.In summary, according to the fingerprint recognition sensor of the present invention having the above-described structure, according to the repetitive execution of the first sensing timing and the second sensing timing in the sensing period, The difference in the level of the measured voltage is accumulated and gradually increases. Thus, according to the fingerprint recognition sensor of the present invention, a clear fingerprint pattern of high quality can be ensured and effective fingerprint recognition is possible.

또한, 본 발명의 지문 인식 센서가 모바일폰 등의 전자장치에 적용되는 경우, 손가락에 별도의 신호를 인가할 필요가 없다. 그러므로 본 발명의 지문 인식 센서를 적용하는 전자 장치는 손가락이 접촉되는 부분의 마감을 원활히 수행할 수 있다.Further, when the fingerprint recognition sensor of the present invention is applied to an electronic device such as a mobile phone, it is not necessary to apply a separate signal to the finger. Therefore, the electronic device to which the fingerprint recognition sensor of the present invention is applied can smoothly finish the portion where the finger is contacted.

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. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

Claims (5)

손가락의 지문 패턴을 인식하기 위한 지문 인식 센서에 있어서,
어레이 형태로 배열되는 복수개의 감지 픽셀들을 포함하는 픽셀 어레이; 및
상기 복수개의 감지 픽셀들의 상부에 형성되는 보호 상단층으로서, 상기 손가락에 의하여 접촉될 수 있으며, 유전체로 작용될 수 있는 상기 보호 상단층을 구비하며,
상기 픽셀 어레이의 복수개의 감지 픽셀들 각각은
상기 보호 상단층의 하부에 도전성의 제1 메탈층으로 형성되며, 접촉되는 상기 손가락에 의하여 형성되는 감지 정전 용량의 일측으로 작용하는 감지 전극;
상기 제1 메탈층의 하부에 도전성의 제2 메탈층으로 형성되는 기준 전극으로서, 상기 감지 전극의 하부에 대면하여 형성되어, 상기 감지 전극과 사이에 형성되는 기준 정전 용량의 일측으로 작용하는 상기 기준 전극; 및
상기 보호 상단층에 접촉되는 손가락의 부위를 인식하기 위하여 구동 클락 신호가 비활성화되는 제1 센싱 타이밍과 상기 구동 클락 신호가 활성화되는 제2 센싱 타이밍이 교번적으로 수행되는 구동되는 센싱부로서, 상기 기준 정전 용량의 다른 일측으로 작용하는 상기 감지 전극과 전기적으로 연결되는 센싱 신호를 수신하여 측정 신호를 발생하는 상기 센싱부를 구비하며,
상기 센싱부는
상기 제1 센싱 타이밍에서 상기 센싱 신호를 센싱 기준 전압에 연결하도록 구동되는 제1 구동 스위치;
상기 제2 센싱 타이밍에서 상기 센싱 신호를 예비단에 연결하도록 구동되는 제2 구동 스위치;
상기 예비단의 전압을 증폭하여 상기 측정 신호로 제공하는 연산 증폭기;
상기 제2 센싱 타이밍에서 상기 측정 신호를 상기 기준 전극에 연결하도록 구동되는 피드백 스위치; 및
상기 예비단과 상기 측정 신호 사이에 형성되는 연산 캐패시터를 구비하는 것을 특징으로 하는 지문 인식 센서.
A fingerprint recognition sensor for recognizing a fingerprint pattern of a finger,
A pixel array including a plurality of sensing pixels arranged in an array; And
A protective top layer formed on top of the plurality of sensing pixels, the protective top layer being capable of being contacted by the finger and acting as a dielectric,
Each of the plurality of sensing pixels of the pixel array
A sensing electrode formed as a conductive first metal layer below the protective upper layer and serving as one side of the sensing capacitance formed by the finger to be contacted;
A reference electrode formed on the lower portion of the first metal layer and formed of a conductive second metal layer, the reference electrode being formed to face the lower portion of the sensing electrode, the reference electrode acting as one side of a reference capacitance formed between the sensing electrode and the reference electrode, electrode; And
A sensing unit driven in such a manner that a first sensing timing at which a driving clock signal is inactivated and a second sensing timing at which the driving clock signal is activated are alternately performed in order to recognize a portion of a finger contacting the protective upper layer, And a sensing unit for receiving a sensing signal electrically connected to the sensing electrode acting as one side of the capacitance and generating a measurement signal,
The sensing unit
A first driving switch driven to connect the sensing signal to the sensing reference voltage at the first sensing timing;
A second driving switch driven to connect the sensing signal to the preliminary stage at the second sensing timing;
An operational amplifier for amplifying the voltage of the preliminary stage and providing the amplified voltage as the measurement signal;
A feedback switch driven to connect the measurement signal to the reference electrode at the second sensing timing; And
And a calculation capacitor formed between the preliminary stage and the measurement signal.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 연산 증폭기는
제1 입력단자에 상기 예비단이 전기적으로 연결되며, 제2 입력단자에 연산 기준 전압이 인가되며, 상기 연산 기준 전압에 대한 상기 예비단의 전압차가 증폭된 전압 레벨을 가지는 상기 측정 신호로 제공하도록 구동되는 것을 특징으로 하는 지문 인식 센서.
2. The apparatus of claim 1, wherein the operational amplifier
The preliminary stage is electrically connected to the first input terminal, the arithmetic reference voltage is applied to the second input terminal, and the voltage difference of the preliminary stage with respect to the calculation reference voltage is provided to the measurement signal having the amplified voltage level And the fingerprint sensor is driven.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 픽셀 어레이의 복수개의 감지 픽셀들 각각은
상기 감지 전극에 대한 전기적 간섭 현상을 완화하기 위하여, 상기 제2 메탈층의 하부에 도전성의 제3 메탈층으로 형성되는 실딩 전극을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 지문 인식 센서.
2. The method of claim 1, wherein each of the plurality of sensing pixels of the pixel array
Further comprising a shielding electrode formed of a conductive third metal layer below the second metal layer to mitigate electrical interference with the sensing electrode.
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KR20110085861A (en) * 2010-01-20 2011-07-27 주식회사 애트랩 Circuit for measuring capacitance by signal coupling, input device comprising this circuit, and method for measuring capacitance
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