KR101886034B1 - 성능이 강화되는 지문 인식 시스템 및 이에 포함되는 누적 측정 회로 - Google Patents

성능이 강화되는 지문 인식 시스템 및 이에 포함되는 누적 측정 회로 Download PDF

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Abstract

성능이 강화되는 지문 인식 시스템 및 이에 포함되는 누적 측정 회로가 게시된다. 본 발명의 지문 인식 시스템은 전극 어레이; 복수개의 누적 측정부들을 포함하는 누적 측정기를 구비한다. 상기 복수개의 누적 측정부들 각각은 제1 및 제2 기준 전극; 제1 입력단 및 제2 입력단으로 제1 입력신호 및 제2 입력신호를 수신하며, 제1 출력단 및 제2 출력단으로 제1 출력 신호 및 제2 출력 신호를 발생하는 차동 증폭 스테이지; 제1 및 제2 리셋 스위치; 제1 및 제2 피드백 스위치를 구비한다. 본 발명의 지문 인식 시스템에 의하면, 보다 선명한 고품질의 지문 패턴이 확보되어 효과적인 지문 인식 가능하다.

Description

성능이 강화되는 지문 인식 시스템 및 이에 포함되는 누적 측정 회로{FINGERPRINT RECOGNITION SYSTEM HAVING IMPROVED FUNCTIONALITY AND INTEGRATED MEASURING CIRCUIT USED THEREIN}
본 발명은 지문 인식 시스템에 관한 것으로, 더 구체적으로는 성능이 강화되는 지문 인식 시스템 및 이에 포함되는 누적 측정 회로에 관한 것이다.
일반적으로 정보화 시대의 도래로 원하는 정보를 수집 및 가공하는 일이 쉬워진 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 인식에 대한 대안으로 지문 인식을 통한 개인 인증 방법이 가장 보편적으로 이루어지고 있다.
지문 감지 방식은 크게 광학식(Optical type), 열감지식(Thermal type) 그리고 정전용량식(Capacitive type) 등으로 구분될 수 있다. 이중, 정전용량식은 손가락과 감지전극(Sensing electrode) 사이에 형성되는 감지 캐패시터의 캐패시턴스가 손가락과 감지전극 사이의 거리에 따라 달라지는 원리를 이용한다. 즉, 감지 전극(Sensing electrode)과 지문의 벨리(valley) 사이에서 발생하는 감지 캐패시터의 캐패시턴스와 감지 전극과 지문의 릿지(ridge) 사이에서 발생하는 감지 캐패시터의 캐패시턴스의 차이를 반영하는 감지 신호의 전압 레벨의 차이를 확인함으로써, 손가락 지문의 벨리 및 릿지를 인식하여 지문 패턴을 인식할 수 있다.
그런데, 정전 용량식 지문 인식 센서에서, 손가락에 의해 형성되는 감지 캐패시터의 캐패시턴스는 그 크기가 매우 작으며, 이에 따라, 노이즈에 취약하다.
이러한 정전 용량식의 지문 인식 센서에서의 양질의 지문 패턴을 확보하기 위해서는, 감지 캐패시터를 생성하는 손가락의 부위가 벨리인지 릿지인지에 따른 감지 신호의 전압 레벨의 차이를 크게 하는 것이 매우 중요하다.
본 발명의 목적은 상기의 필요성을 감안하여 창출된 것으로, 감지 캐패시터를 생성하는 손가락의 부위가 벨리인지 릿지인지에 따른 감지 신호의 전압 레벨의 차이를 크게 하여 효과적으로 지문을 인식할 수 있는, 성능이 강화되는 지문 인식 시스템 및 이에 포함되는 누적 측정 회로를 제공하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면은 손가락의 지문 패턴을 인식하기 위한 지문 인식 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 지문 인식 시스템은 어레이 형태로 배열되는 복수개의 감지 전극들을 포함하는 전극 어레이; 상기 복수개의 감지 전극들의 상부에 형성되는 보호 상단층으로서, 상기 손가락에 의하여 접촉되며, 유전체를 포함하여 구성되는 상기 보호 상단층; 각각이 상기 복수개의 감지 전극들 중에서 특정되는 제1 감지 전극과 제2 감지 전극의 쌍에 대응되는 복수개의 누적 측정부들을 포함하는 누적 측정기로서, 상기 제1 감지 전극과 상기 손가락 사이에는 제1 감지 캐패시턴스를 가지는 제1 감지 캐패시터가 생성되며, 상기 제2 감지 전극과 상기 손가락 사이에는 제2 감지 캐패시턴스를 가지는 제2 감지 캐패시터가 생성되는 상기 누적 측정기; 및 상기 손가락에 구동 신호를 제공하는 구동 신호 제공부를 구비한다. 상기 복수개의 누적 측정부들 각각은 상기 제1 감지 전극의 하부에 대면하여 형성되어, 기준 캐패시턴스를 가지는 제1 기준 캐패시터를 생성하는 제1 기준 전극; 상기 제2 감지 전극의 하부에 대면하여 형성되어, 상기 기준 캐패시턴스를 가지는 제2 기준 캐패시터를 생성하는 제2 기준 전극; 제1 입력단 및 제2 입력단으로 제1 입력신호 및 제2 입력신호를 수신하며, 제1 출력단 및 제2 출력단으로 제1 출력 신호 및 제2 출력 신호를 발생하는 차동 증폭 스테이지로서, 상기 제1 출력 신호에 대한 상기 제2 출력 신호의 전압차는 상기 기준 캐패시턴스에 대한 상기 제1 감지 캐패시턴스와 상기 제2 감지 캐패시턴스의 차의 비에 의존되며, 상기 제1 입력 신호는 상기 제1 감지 전극으로부터 제공되고, 상기 제2 입력 신호는 상기 제2 감지 전극으로부터 제공되는 상기 차동 증폭 스테이지; 상기 제1 입력단과 상기 제1 출력단을 동일한 레벨로 리셋시키기 위하여, 상기 제1 입력단과 상기 제1 출력단 사이에 형성되는 제1 리셋 스위치; 상기 제1 기준 전극과 상기 제1 출력단 사이에 형성되어, 상기 제1 입력단과 상기 제1 출력단이 동일한 레벨로 리셋되는 동안에, 상기 제1 기준 캐패시터에 저장된 전하가 유지되도록 구동되는 제1 피드백 스위치; 상기 제2 입력단과 상기 제2 출력단을 동일한 레벨로 리셋시키기 위하여, 상기 제2 입력단과 상기 제2 출력단 사이에 형성되는 제2 리셋 스위치; 및 상기 제2 기준 전극과 상기 제2 출력단 사이에 형성되어, 상기 제2 입력단과 상기 제2 출력단이 동일한 레벨로 리셋되는 동안에, 상기 제2 기준 캐패시터에 저장된 전하가 유지되도록 구동되는 제2 피드백 스위치를 구비한다. 그리고, 상기 복수개의 누적 측정부들 각각의 상기 제1 출력 신호와 상기 제2 출력 신호는 상기 손가락을 통하여 인가되는 구동 신호의 제1 전압에서 제2 전압으로의 변경에 응답하여 디벨로프된다.
상기와 같은 구성의 본 발명의 지문 인식 시스템에서는, 센싱 타이밍의 반복적인 수행에 따라, 상기 보호 상단층의 상부면에 접촉된 손가락의 부위에 따른 상기 제1 출력 신호와 제2 출력 신호의 전압 레벨의 대소 관계는 점점 크게 된다. 즉, 접촉된 손가락의 부위에 따른 감지 신호의 전압 레벨의 차이를 반복해서 확인하여 누적함으로써, 노이즈에 따른 영향은 감소되고, 접촉된 손가락의 부위에 따른 상기 제1 출력 신호와 제2 출력 신호의 전압 레벨의 대소 관계는 점점 크게된다. 이에 따라, 본 발명의 지문 인식 시스템에 의하면, 보다 선명한 고품질의 지문 패턴이 확보되어 효과적인 지문 인식 가능하다.
본 발명에서 사용되는 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 지문 인식 시스템을 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 지문 인식 시스템에서 한 쌍의 감지 전극들 및 이와 관련되는 요소들이 함께 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 등가 회로를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 지문 인식 시스템에서 지문 인식을 위한 동작에서의 주요 신호의 타이밍도이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 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.
그리고, 도면에서 여러 층(또는 막) 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 전체적으로 도면 설명시 관찰자 관점에서 설명하였고, 층 판 등의 부분이 다른 부분 "하부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 하부에" 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
또한, 본 발명의 이해의 명확화를 돕기 위하여, 각 도면에서 구성요소의 크기, 전압 레벨의 변화의 폭은 다소 과장되어 도시될 수 있음에 유의한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다.
<지문 인식 시스템>
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 지문 인식 시스템을 개념적으로 나타내는 도면이다. 본 발명의 지문 인식 시스템은 손가락의 지문 패턴을 인식하기 위한 것이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 지문 인식 시스템은 전극 어레이(EARR) 및 누적 측정기(DVMEA)를 포함하여 형성된다.
상기 전극 어레이(EARR)는 어레이의 형태로 배열되는 복수개의 감지 전극(ELDT)들은 포함한다.
상기 누적 측정기(DVMEA)는 복수개의 누적 측정부(100)들을 포함한다. 상기 누적 측정부(100)들 각각은 상기 복수개의 감지 전극(ELDT)들 중에서 특정되며, 한 쌍을 이루는 2개의 감지 전극(ELDT)들에 대응한다.
참고로, 도 1에서는, 혼동을 피하기 위하여 한 쌍의 감지 전극(ELDT)들 및 하나의 누적 측정부(100)에 대해서만 참조부호가 도시된다.
이때, 한 쌍의 감지 전극(ELDT)들은 이웃하는 2개의 감지 전극들로서, 좌우 또는 상하로 이웃하는 2개의 감지 전극들이다.
또한, 본 발명의 지문 인식 시스템은 보호 상단층(LPT) 및 구동 신호 제공부(PDR)를 더 구비한다. 상기 보호 상단층(LPT) 및 상기 구동 신호 제공부(PDR)는 도 1에서는 미기재되었다. 하지만, 이는 본 발명을 설명에 있어서 혼동을 피하기 위함이며, 이로 인하여 본 발명의 보호 범위가 축소되는 것은 아니다.
또한, 상기 보호 상단층(LPT) 및 상기 구동 신호 제공부(PDR)는 도 2와 관련된 기재에서 자세히 설명된다.
도 2는 도 1의 지문 인식 시스템에서 한 쌍의 감지 전극들 및 이와 관련되는 요소들이 함께 나타내는 도면이다. 그리고, 도 3은 도 2의 등가 회로를 나타내는 도면이다.
전술한 바와 같이, 상기 누적 측정기(DVMEA)는 복수개의 누적 측정부(100)들을 포함하며, 상기 누적 측정부(100)들 각각은 상기 복수개의 감지 전극(ELDT)들 중에서 특정되는 한 쌍의 감지 전극들에 대응된다.
이때, 하나의 상기 누적 측정부(100)에 대응하는 한 쌍의 감지 전극들은 제1 감지 전극(ELDT<1>) 및 제2 감지 전극(ELDT<2>)으로 설정된다.
도 2에서는, 오른쪽에는 제1 감지 전극(ELDT<1>)이 도시되고, 왼쪽에는 제2 감지 전극(ELDT<2>)이 도시된다.
그리고 상기 보호 상단층(LPT)은 상기 복수개의 감지 전극(ELDT)들의 상부에 형성된다. 이때, 상기 보호 상단층(LPT)은 상기 손가락(FGR)에 의해 터치되며, 유전체를 포함하여 구성된다.
다시 기술하자면, 상기 제1 감지 전극(ELDT<1>) 및 상기 제2 감지 전극(ELDT<2>)은 상기 보호 상단층(LPT)의 하부에 형성된다. 이 경우, 상기 제1 감지 전극(ELDT<1>)과 상기 보호 상단층(LPT)의 상단면 중 상기 제1 감지 전극(ELDT<1>)에 대응하는 영역에 접촉되는 손가락(FGR)의 표면을 양측 단자로 하는 전하 저장 요소인 '제1 감지 캐패시터(CP_F<1>)'가 생성된다. 이때, 상기 제1 감지 캐패시터(CP_F<1>)는 '제1 감지 캐패시턴스(Cf<1>)'를 가진다. 그리고 상기 제2 감지 전극(ELDT<2>)과 상기 보호 상단층(LPT)의 상단면 중 상기 제2 감지 전극(ELDT<2>)에 대응하는 영역에 접촉되는 손가락(FGR)의 표면을 양측 단자로 하는 전하 저장 요소인 '제2 감지 캐패시터(CP_F<2>)'가 생성된다. 이때, 상기 제2 감지 캐패시터(CP_F<2>)는 '제2 감지 캐패시턴스(Cf<2>)'를 가진다.
즉, 상기 제1 감지 전극(ELDT<1>) 및 상기 제2 감지 전극(ELDT<2>)은 상기 제1 감지 캐패시터(CP_F<1>) 및 상기 제2 감지 캐패시터(CP_F<2>)의 일측 전극으로 작용한다. 그리고 상기 보호 상단층(LPT)에 접촉되는 상기 손가락(FGR)는 상기 제1 감지 캐패시터(CP_F<1>) 및 상기 제2 감지 캐패시터(CP_F<2>)의 다른 일측으로 작용하며 접지된다. 이때, 상기 보호 상단층(LPT)은 상기 제1 감지 캐패시터(CP_F<1>) 및 상기 제2 감지 캐패시터(CP_F<2>)의 유전체로 작용한다.
도 2의 예에서는, 상기 보호 상단층(LPT)의 상단면에 접속되는 손가락(FGR)의 부위가 벨리(valley)인 상기 제2 감지 캐패시터(CP_F<2>)의 제2 감지 캐패시턴스(Cf<2>)는 상기 보호 상단층(LPT)의 상단면에 접속되는 손가락(FGR)의 부위가 릿지(ridge)인 상기 제1 감지 캐패시터(CP_F<1>)의 제1 감지 캐패시턴스(Cf<1>)보다 작다.
본 실시예에서, 상기 복수개의 감지 전극(ELDT)들 및 상기 보호 상단층(LPT)은 적층될 수도 있으며, 또는 열처리 및 화학 처리에 의하여 반도체 기판의 내부에 생성될 수도 있다.
바람직하기로는, 상기 보호 상단층(LPT)은 반도체 기판의 내부에 생성된 수 um의 유전층에, 가공이 완료된 웨이퍼 위에 보호를 위하여, 추가적으로 형성되는 수 100um의 유전층이 더하여 형성된다.
상기 구동 신호 제공부(PDR)는 상기 손가락(FGR)에 구동 신호(XDR)를 제공한다.
본 실시예에서, 상기 구동 신호(XDR)는 센싱 구간(P_SEN, 도 4 참조)에서 제1 전압(LV1, 도 4 참조)에서 제2 전압(LV2, 도 4 참조)로의 변경을 반복적으로 수행한다.
여기서, 상기 구동 신호 제공부(PDR)는 별개의 신호선을 통하여 제공되는 2 이상의 서로 다른 전압들 간에 전환하도록 구성된 스위칭 요소일 수 있다. 또한, 대안 또는 조합으로, 상기 구동 신호 제공부(PDR)는 정사각파 전압 신호 또는 사인파(sine wave) 전압 신호와 같이 시간 가변 전압을 제공하도록 구성된 적어도 하나의 신호 소스로 구성될 수도 있다.
계속 도 2를 참조하면, 상기 복수개의 누적 측정부(100)들 각각은 제1 감지 캐패시터(CP_F<1>)와 제2 감지 캐패시터(CP_F<2>) 사이의 캐패시턴스 차이 즉, 제1 감지 캐패시턴스(Cf<1>)와 제2 감지 캐패시턴스(Cf<2>)의 차이에 따른 전압차에 대응하여 디벨로프되는 제1 출력 신호(XUT<1>) 및 제2 출력 신호(XUT<2>)를 발생한다.
이때, 상기 제1 감지 캐패시터(CP_F<1>)는 상기 손가락(FGR)과 상기 제1 감지 전극(ELDT<1>)에 의하여 형성되며, 상기 제2 감지 캐패시터(CP_F<2>)는 상기 손가락(FGR)과 상기 제2 감지 전극(ELDT<2>)에 의하여 형성된다.
다시 기술하자면, 상기 복수개의 누적 측정부(100)들 각각은 대응하는 한 쌍의 감지 전극들 즉, 제1 감지 전극(ELDT<1>)과 제2 감지 전극(ELDT<2>) 간의 상기 손가락 부위의 근접 정도 관계를 감지하도록 구동된다.
즉, 상기 복수개의 누적 측정부(100)들 각각은 임의의 감지 전극(ELDT)의 영역의 보호 상단층(LPT)에 접근되는 손가락 부위가, 이웃하는 다른 감지 전극(ELDT)의 영역의 보호 상단층(LPT)에 접근되는 손가락 부위에 대하여, 상대적으로 릿지(ridge)에 가까운 부위인지 벨리(valley)에 가까운 부위인지에 따른 제1 출력 신호(XUT<1>) 및 제2 출력 신호(XUT<2>)의 전압 레벨의 대소 관계를 감지하도록 구동된다.
이와 같이 상기 복수개의 누적 측정부(100)들 각각이 이웃하는 2개의 감지 전극(ELDT)들 사이의 상기 손가락 부위(FGR)의 관계를 감지함으로써, 상기 복수개의 누적 측정부(100)들을 포함하는 본 발명의 지문 인식 시스템은 전체적인 손가락의 지문을 인식하게 된다.
상기 전하 누적 측정부(100)는 구체적으로 제1 기준 전극(ELRF<1>), 제2 기준 전극(ELRF<2>), 차동 증폭 스테이지(110), 제1 리셋 스위치(SWR1), 제1 피드백 스위치(SWF1), 제2 리셋 스위치(SWR2) 및 제2 피드백 스위치(SWF2)를 구비한다.
상기 제1 기준 전극(ELRF<1>)은 상기 제1 감지 전극(ELDT<1>)의 하부에 설치된다. 그리고 상기 제1 기준 전극(ELRF<1>)과 상기 제1 감지 전극(ELDT<1>) 사이에는 유전체가 형성된다. 이에 따라, 상기 제1 기준 전극(ELRF<1>)과 상기 제1 감지 전극(ELDT<1>)을 양측 단자로 하는 전하 저장 요소인 '제1 기준 캐패시터(CP_R<1>)'가 생성된다. 즉, 상기 제1 기준 전극(ELRF<1>) 및 상기 제1 감지 전극(ELDT<1>)은 상기 제1 기준 캐패시터(CP_R<1>)의 일측 및 다른 일측 단자로 작용한다.
상기 제2 기준 전극(ELRF<2>)은 상기 제2 감지 전극(ELDT<2>)의 하부에 설치된다. 그리고 상기 제2 기준 전극(ELRF<2>)과 상기 제2 감지 전극(ELDT<2>) 사이에는 유전체가 형성된다. 이에 따라, 상기 제2 기준 전극(ELRF<2>)과 상기 제2 감지 전극(ELDT<2>)을 양측 단자로 하는 전하 저장 요소인 '제2 기준 캐패시터(CP_R<2>)'가 생성된다. 즉, 상기 제2 기준 전극(ELRF<2>) 및 상기 제2 감지 전극(ELDT<2>)은 상기 제2 기준 캐패시터(CP_R<2>)의 일측 및 다른 일측 단자로 작용한다.
본 실시예에서, 상기 제1 기준 캐패시터(CP_R<1>)의 캐패시턴스와 상기 제2 기준 캐패시터(CP_R<2>)의 캐패시턴스는 '기준 캐패시턴스(Cr)'로서 동일한 값이다.
상기 차동 증폭 스테이지(110)는 제1 입력단(IN1) 및 제2 입력단(IN2)으로 제1 입력신호(XIN1) 및 제2 입력신호(XIN2)를 수신하며, 제1 출력단(UT1) 및 제2 출력단(UT2)으로 제1 출력 신호(XUT1) 및 제2 출력 신호(XUT2)를 발생한다.
본 실시예에서는, 상기 제1 입력단(IN1)은 음(-)의 입력단이며, 제2 입력단(IN2)은 양(+)의 입력단이다. 그리고 상기 제1 출력단(UT1)은 양(+)의 출력단이며, 제2 출력단(UT2)은 음(-)의 출력단이다.
이때, 상기 제1 출력 신호(XUT1)에 대한 상기 제2 출력 신호(XUT2)의 전압차는 상기 제1 입력 신호(XIN1)에 대한 상기 제2 입력 신호(XIN2)의 전압차, 궁극적으로는 상기 기준 캐패시턴스(Cr)에 대한 상기 제1 감지 캐패시턴스(Cf<1>)와 상기 제2 감지 캐패시턴스(Cf<2>)의 차의 비에 의존되어 증폭된다.
그리고 상기 제1 입력 신호(XIN1)는 상기 제1 감지 전극(ELDT<1>)으로부터 제공되고, 상기 제2 입력 신호(XIN2)는 상기 제2 감지 전극(ELDT<2>)으로부터 제공된다.
상기 제1 리셋 스위치(SWR1)는 상기 차동 증폭 스테이지(110)의 제1 입력단(IN1)과 상기 제1 출력단(UT1) 사이에 형성된다. 이에 따라, 상기 제1 리셋 스위치(SWR1)의 턴온 상태에서는, 상기 차동 증폭 스테이지(110)의 제1 입력단(IN1)과 상기 제1 출력단(UT1)은 동일한 레벨로 리셋된다.
상기 제1 피드백 스위치(SWF1)는 상기 제1 기준 전극(ELRF<1>)과 상기 차동 증폭 스테이지(110)의 상기 제1 출력단(UT1) 사이에 형성된다. 이때, 리셋 타이밍(T_RST, 도 4 참조)에서 상기 제1 리셋 스위치(SWR1)가 턴온 상태일 때, 상기 제1 피드백 스위치(SWF1)는 턴오프 상태이다. 이에 따라, 상기 차동 증폭 스테이지(110)의 제1 입력단(IN1)과 상기 제1 출력단(UT1)이 동일한 레벨로 리셋되는 동안에, 상기 제1 기준 캐패시터(CP_R<1>)는 이전의 저장된 상태의 전하를 그대로 보존하게 된다.
바람직하기로는, 상기 제1 리셋 스위치(SWR1)가 턴온되기 이전에, 상기 제1 피드백 스위치(SWF1)는 턴오프 상태로 된다. 이에 따라, 상기 제1 피드백 스위치(SWF1)의 턴오프 상태는 상기 제1 리셋 스위치(SWR1)의 턴오프 상태와 적어도 일부분에서 중첩된다.
상기 제2 리셋 스위치(SWR2)는 상기 차동 증폭 스테이지(110)의 제2 입력단(IN2)과 상기 제2 출력단(UT2) 사이에 형성된다. 이에 따라, 상기 제2 리셋 스위치(SWR2)의 턴온 상태에서는, 상기 차동 증폭 스테이지(110)의 제2 입력단(IN2)과 상기 제2 출력단(UT2)은 동일한 레벨로 리셋된다.
이때, 더욱 바람직하기로는, 상기 차동 증폭 스테이지(110)의 제2 입력단(IN2) 및 상기 제2 출력단(UT2)은 상기 차동 증폭 스테이지(110)의 제1 입력단(IN1) 및 상기 제1 출력단(UT1)과 동일한 레벨로 리셋된다.
상기 제2 피드백 스위치(SWF2)는 상기 제2 기준 전극(ELRF<2>)과 상기 차동 증폭 스테이지(110)의 상기 제2 출력단(UT2) 사이에 형성된다. 이때, 리셋 타이밍(T_RST, 도 4 참조)에서 상기 제2 리셋 스위치(SWR2)가 턴온 상태일 때, 상기 제2 피드백 스위치(SWF2)는 턴오프 상태이다. 이에 따라, 상기 차동 증폭 스테이지(110)의 제2 입력단(IN2)과 상기 제2 출력단(UT2)이 동일한 레벨로 리셋되는 동안에, 상기 제2 기준 캐패시터(CP_R<2>)는 이전의 저장된 상태의 전하를 그대로 보존하게 된다.
바람직하기로는, 상기 제2 리셋 스위치(SWR2)가 턴온되기 이전에, 상기 제2 피드백 스위치(SWF2)는 턴오프 상태로 된다. 이에 따라, 상기 제2 피드백 스위치(SWF2)의 턴오프 상태는 상기 제2 리셋 스위치(SWR2)의 턴오프 상태와 적어도 일부분에서 중첩된다.
상기와 같은 본 발명의 지문 인식 시스템에서는, 상기 구동 신호(XDR)의 전압 레벨의 제1 전압(LV1, 도 4 참조)에서 제2 전압(LV2, 도 4 참조)으로의 변경에 응답하여, 상기 제1 감지 전극(ELDT<1>)으로부터 제공되는 제1 입력 신호(XIN1)의 전압 레벨과 상기 제2 감지 전극(ELDT<2>)으로부터 제공되는 제2 입력 신호(XIN2)의 전압 레벨 사이에는 차이가 발생된다.
계속하여, 본 발명의 지문 인식 시스템의 지문 인식을 위한 동작이 기술된다.
도 4는 본 발명의 지문 인식 시스템에서 지문 인식을 위한 동작에서의 주요신호의 타이밍도이다.
먼저, 준비 구간(P_PRE)에서는, 상기 제1 및 제2 리셋 스위치(SWR1, SWR2) 와 상기 제1 및 제2 피드백 스위치(SWF1, SWF2)가 모두 "온(ON)" 상태이며, 상기 구동 신호(XDR)는 제1 전압(LV1, 본 실시예에서는, 1V)이다.
이 경우, 상기 차동 증폭 스테이지(110)의 상기 제1 입력단(IN1)에 제공되는 상기 제1 입력 신호(XIN1)와 상기 제2 입력단(IN2)에 제공되는 상기 제2 입력 신호(XIN2), 그리고 상기 제1 출력단(UT1)으로부터 제공되는 상기 제1 출력 신호(XUT1)와 상기 제2 출력단(UT2)으로부터 제공되는 상기 제2 출력 신호(XUT2)는 거의 동일한 레벨로 리셋된다.
즉, 상기 제1 출력 신호(XUT1)와 상기 제2 출력 신호(XUT2)의 전압차는 거의 '0'에 가까우며, 또한, 상기 제1 기준 캐패시터(CP_R<1>)와 상기 제2 기준 캐패시터(CP_R<2>)에 저장된 전하량의 차이도 거의 '0'에 가깝다.
이후, 센싱 구간(P_SEN)이 진행된다. 센싱 구간(P_SEN)에서는 센싱 타이밍(T_SEN)과 리셋 타이밍(T_RST)이 교번적으로 수행된다.
상기 센싱 타이밍(T_SEN)에서는, 상기 제1 및 제2 리셋 스위치(SWR1, SWR2)는 "오프(off)" 상태이며, 상기 제1 및 제2 피드백 스위치(SWF1, SWF2)는 상기 제1 및 제2 리셋 스위치(SWR1, SWR2)가 "오프" 상태에서 "온(on)" 상태로 된다. 이때, 상기 구동 신호(XDR)는 제1 전압(LV1)에서 제2 전압(LV2, 본 실시예에서는, 2V)로 변경된다.
이때, 상기 제1 감지 캐패시터(CP_F<1>)와 상기 제2 감지 캐패시터(CP_F<2>)의 캐패시턴스값의 차이 즉, 상기 제1 감지 캐패시턴스(Cf<1>)와 상기 제2 감지 캐패시턴스(Cf<2>)의 차로 인하여 상기 제1 입력 신호(XIN1)와 상기 제2 입력 신호(XIN2)의 사이에 전압차가 발생되며, 그 결과, 상기 제1 출력 신호(XUT1)와 상기 제2 출력 신호(XUT2)의 사이의 전압차가 발생된다.
이 경우, 상기 제1 출력 신호(XUT1)와 상기 제2 출력 신호(XUT2)의 사이의 전압차는 이전의 상태의 전압차에서 단위 상승 전압차(ΔV) 만큼 상승된다.
여기서, 단위 상승 전압차(ΔV)은 (수학식 1)과 같다.
(수학식 1)
ΔV= ((Cf<2>-Cf<1>)/Cr) * (LV2-LV1)
여기서, Cf<1> 및 Cf<2>는 각각 상기 제1 감지 캐패시터(CP_F<1>) 및 제2 감지 캐패시터(CP_F<2>)의 캐패시턴스인 제1 감지 캐피시턴스 및 제2 감지 캐패시턴스이며, Cr은 동일한 값을 가지는 상기 제1 기준 캐패시터(CP_R<1>)와 상기 제2 기준 캐패시터(CP_R<2>)의 캐패시턴스인 기준 캐패시턴스이다.
이때, 상기 제1 기준 캐패시터(CP_R<1>)와 상기 제2 기준 캐패시터(CP_R<2>)에 저장된 전하량의 차이의 증가량인 단위 증가 전하량(ΔQ)은 (수학식 2)와 같다.
(수학식 2)
ΔQ= Cr * ΔV
상기 리셋 타이밍(T_RST)에서는, 상기 제1 및 제2 리셋 스위치(SWR1, SWR2)가 '턴온'된다. 이때, 상기 구동 신호(XDR)는 상기 제2 전압(LV2)에서 상기 제1 전압(LV1)으로 변경된 상태이다.
이에 따라, 상기 제1 입력 신호(XIN1)와 상기 제2 입력 신호(XIN2), 그리고 상기 제1 출력 신호(XUT1)와 상기 제2 출력 신호(XUT2)는 다시 거의 동일한 레벨로 리셋된다.
한편, 상기 제1 및 제2 피드백 스위치(SWF1, SWF2)는 상기 리셋 타이밍(T_RST)에서 상기 제1 및 제2 리셋 스위치(SWR1, SWR2)가 '턴온'되기 이전에 '오프'상태로 된다. 이에 따라, 상기 리셋 타이밍(T_RST)에서 상기 제1 및 제2 리셋 스위치(SWR1, SWR2)가 '온'상태로 되더라도, 상기 제1 및 제2 기준 캐패시터(CP_R<1>, CP_R<2>)에 저장된 전하량은 그대로 보존된다. 즉, 상기 제1 기준 캐패시터(CP_R<1>)와 상기 제2 기준 캐패시터(CP_R<2>)에 저장된 전하량의 차이는 그대로 유지된다.
이에 따라, 상기 센싱 타이밍(T_SEN)의 수행이 반복됨에 따라, 상기 제1 출력 신호(XUT1)와 상기 제2 출력 신호(XUT2)의 사이의 전압차(Vdt)는 (수학식 3)과 같이 점점 상승하게 된다.
(수학식 3)
Vdt= LV1 + n*ΔV
= LV1 + n*((Cf<2>-Cf<1>)/Cr) * (LV2-LV1)
여기서, n은 상기 센싱 타이밍(T_SEN)의 수행 횟수를 나타낸다.
참고로, 상기 제1 기준 캐패시터(CP_R<1>)와 상기 제2 기준 캐패시터(CP_R<2>)에 저장된 전하량의 차이도 센싱 타이밍(T_SEN)의 수행시 마다 ΔQ 만큼 점점 증가된다.
정리하면, 본 발명의 지문 인식 시스템에서는, 센싱 타이밍(T_SEN)의 수행에 따라, 상기 제1 기준 캐패시터(CP_R<1>)와 상기 제2 기준 캐패시터(CP_R<2>)에 저장된 전하량의 차이가 점점 증가하게 되며, 또한, 상기 제1 출력 신호(XUT1)와 상기 제2 출력 신호(XUT2)의 사이의 전압차(Vdt)도 점점 크게 된다.
다시 기술하자면, 본 발명의 지문 인식 시스템에서는, 센싱 타이밍(T_SEN)의 수행에 따라, 상기 보호 상단층(LPT)의 상부면에 접촉된 손가락(FGR)의 부위의 상이함에 따라 발생되는 상기 제1 출력 신호(XUT1)와 상기 제2 출력 신호(XUT2)의 사이의 전압차(Vdt)도 점점 크게 된다.
이에 따라, 본 발명의 지문 인식 시스템에 의하면, 감지 캐패시터를 생성하는 손가락의 부위가, 인접하는 감지 캐패시터를 생성하는 손가락의 부위에 대하여, 상대적으로 벨리인지 릿지인지에 따른 출력 신호의 대소관계를 용이하게 확보할 수 있게 된다.
결과적으로, 본 발명의 지문 인식 시스템에 의하면, 고품질의 지문 패턴이 확보되어 효과적인 지문 인식 가능하다.
<지문 인식 시스템에 내포되는 누적 측정 회로>
한편, 도 3의 등가회로를 참조하면, 본 발명의 지문 인식 시스템에는, 본 발명의 다른 일면인 누적 감지 회로(CTMQ)의 실시예가 내포되고 있다.
이때, 도 3에 도시되는 본 발명의 누적 측정 회로(CTMQ)는 제1 입력 신호(XIN1)와 제2 입력 신호(XIN2)의 전압 차이에 따라 디벨로프되는 제1 출력 신호(XUT1) 및 제2 출력 신호(XUT2)를 발생한다.
본 발명의 누적 측정 회로(CTMQ)는 차동 증폭 스테이지(110), 제1 리셋 스위치(SWR1), 제1 피드백 축전 수단(130), 제2 리셋 스위치(SWR2), 제2 피드백 축전 수단(150)을 구비한다.
상기 차동 증폭 스테이지(110)는 제1 입력단(IN1) 및 제2 입력단(IN2)으로 상기 제1 입력신호(XIN1) 및 상기 제2 입력신호(XIN2)를 수신하며, 제1 출력단(UT1) 및 제2 출력단(UT2)으로 상기 제1 출력 신호(XUT1) 및 상기 제2 출력 신호(XUT2)를 발생한다.
이때, 상기 제1 출력 신호(XUT1)에 대한 상기 제2 출력 신호(XUT2)의 전압차는 상기 제1 입력 신호(XIN1)에 대한 상기 제2 입력 신호(XIN2)의 전압차에 의존된다.
본 실시예에서는, 상기 제1 입력단(IN1)은 음(-)의 입력단이며, 제2 입력단(IN2)은 양(+)의 입력단이다. 그리고 상기 제1 출력단(UT1)은 양(+)의 출력단이며, 제2 출력단(UT2)은 음(-)의 출력단이다.
상기 제1 리셋 스위치(SWR1)는 상기 차동 증폭 스테이지(110)의 상기 제1 입력단(IN1)과 상기 제1 출력단(UT1) 사이에 형성된다. 이에 따라, 상기 제1 리셋 스위치(SWR1)의 턴온 상태에서는, 상기 차동 증폭 스테이지(110)의 상기 제1 입력단(IN1)과 상기 제1 출력단(UT1)은 실질적으로 동일한 레벨로 리셋된다.
상기 제1 피드백 축전 수단(130)은 상기 차동 증폭 스테이지(110)의 상기 제1 입력단(IN1)과 상기 제1 출력단(UT1) 사이에 상기 제1 리셋 스위치(SWR1)와 병렬로 형성된다.
상기 제1 피드백 축전 수단(130)은 구체적으로 제1 기준 캐패시터(CP_R<1>) 및 제1 피드백 스위치(SWF1)를 포함한다. 이때, 제1 기준 캐패시터(CP_R<1>) 및 제1 피드백 스위치(SWF1)는 상기 차동 증폭 스테이지(110)의 상기 제1 입력단(IN1)과 상기 제1 출력단(UT1) 사이에 서로 직렬로 연결된다.
상기 제2 리셋 스위치(SWR2)는 상기 차동 증폭 스테이지(110)의 상기 제2 입력단(IN2)과 상기 제2 출력단(UT2) 사이에 형성된다. 이에 따라, 상기 제2 리셋 스위치(SWR2)의 턴온 상태에서는, 상기 차동 증폭 스테이지(110)의 상기 제2 입력단(IN2)과 상기 제2 출력단(UT2)은 실질적으로 동일한 레벨로 리셋된다.
상기 제2 피드백 축전 수단(150)은 상기 차동 증폭 스테이지(110)의 상기 제2 입력단(IN2)과 상기 제2 출력단(UT2) 사이에 상기 제2 리셋 스위치(SWR2)와 병렬로 형성된다.
상기 제2 피드백 축전 수단(150)은 구체적으로 제2 기준 캐패시터(CP_R<2>) 및 제2 피드백 스위치(SWF2)를 포함한다. 이때, 제2 기준 캐패시터(CP_R<2>) 및 제2 피드백 스위치(SWF2)는 상기 차동 증폭 스테이지(110)의 상기 제2 입력단(IN2)과 상기 제2 출력단(UT2) 사이에 서로 직렬로 연결된다.
여기서, 상기 제1 피드백 축전 수단(130)은 상기 차동 증폭 스테이지(110)의 상기 제1 입력단(IN1)과 상기 제1 출력단(UT1)이 동일한 레벨로 리셋되는 동안에, 상기 제1 기준 캐패시터(CP_R<1>)에 저장된 전하를 유지하도록 구동된다.
그리고, 상기 제2 피드백 축전 수단(150)은 상기 차동 증폭 스테이지(110)의 상기 제2 입력단(IN1)과 상기 제2 출력단(UT1)이 동일한 레벨로 리셋되는 동안에, 상기 제2 기준 캐패시터(CP_R<2>)에 저장된 전하를 유지하도록 구동된다.
구체적으로 살펴보면, 센싱 타이밍(T_SEN, 도 4 참조)에서 상기 제1 및 제2 리셋 스위치(SWR1, SWR2)가 턴온 상태로 되기 이전에, 상기 제1 및 제2 피드백 스위치(SWF1, SWF2)는 턴오프 상태이다. 이에 따라, 상기 차동 증폭 스테이지(110)의 상기 제1 입력단(IN1)과 상기 제1 출력단(UT1), 그리고, 상기 제2 입력단(IN1)과 상기 제2 출력단(UT2)이 동일한 레벨로 리셋되는 동안에, 상기 제1 및 제2 기준 캐패시터(CP_R<1>, CP_R<2>)는 이전의 저장된 상태의 전하를 그대로 보존하게 된다.
즉, 상기 제1 출력 신호(XUT1)와 상기 제2 출력 신호(XUT2)의 전압 레벨의 차이는 상기 제1 입력 신호(XIN1)와 상기 제2 입력 신호(XIN2)의 전압차에 따른 값을 누적하여 발생된다.
이러한 본 발명의 누적 측정 회로(CTMQ)의 작용 및 효과는 전술한 바와 같은 본 발명의 지문 인식 시스템과 관련된 기술과 도 4를 통하여 당업자라면 용이하게 이해할 수 있다. 그러므로, 본 명세서에서는, 설명의 간략화를 위하여, 이에 대한 구체적인 기술은 생략된다.
상기와 같은 본 발명의 누적 측정 회로(CTMQ)에서는, 상기 리셋 타이밍(T_RST)이 수행되더라도, 상기 제1 및 제2 기준 캐패시터(CP_R<1>, CP_R<2>)에 저장된 전하는 그대로 유지된다. 즉, 본 발명의 누적 측정 회로(CTMQ)에서는, 센싱 타이밍(T_SEN)의 수행에 따라, 상기 제1 및 제2 기준 캐패시터(CP_R<1>, CP_R<2>)에 저장되는 전하량은 점점 증가하게 된다. 그 결과, 상기 제1 출력 신호(XUT1)와 상기 제2 출력 신호(XUT2)의 사이의 전압차(Vdt)는 점점 크게 된다.
이에 따라, 본 발명의 누적 측정 회로(CTMQ)에 의하면, 상기 제1 출력 신호(XUT1)와 상기 제2 출력 신호(XUT2)의 사이의 전압차(Vdt)를 통하여, 상기 제1 입력 신호(XIN1)와 상기 제2 입력 신호(XIN2)의 전압차를 용이하게 감지할 수 있다.
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 명세서에서는 구동 신호의 제2 레벨이 제1 레벨보다 높은 실시예가 도시되고 기술되었다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상은 구동 신호의 제2 레벨이 제1 레벨보다 낮은 경우에도 구현될 수 있음은 당업자에게는 자명하다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 손가락의 지문 패턴을 인식하기 위한 지문 인식 시스템에 있어서,
    어레이 형태로 배열되는 복수개의 감지 전극들을 포함하는 전극 어레이;
    상기 복수개의 감지 전극들의 상부에 형성되는 보호 상단층으로서, 상기 손가락에 의하여 접촉되며, 유전체를 포함하여 구성되는 상기 보호 상단층;
    각각이 상기 복수개의 감지 전극들 중에서 특정되는 제1 감지 전극과 제2 감지 전극의 쌍에 대응되는 복수개의 누적 측정부들을 포함하는 누적 측정기로서, 상기 제1 감지 전극과 상기 손가락 사이에는 제1 감지 캐패시턴스를 가지는 제1 감지 캐패시터가 생성되며, 상기 제2 감지 전극과 상기 손가락 사이에는 제2 감지 캐패시턴스를 가지는 제2 감지 캐패시터가 생성되는 상기 누적 측정기; 및
    상기 손가락에 구동 신호를 제공하는 구동 신호 제공부를 구비하며,
    상기 복수개의 누적 측정부들 각각은
    상기 제1 감지 전극의 하부에 대면하여 형성되어, 기준 캐패시턴스를 가지는 제1 기준 캐패시터를 생성하는 제1 기준 전극;
    상기 제2 감지 전극의 하부에 대면하여 형성되어, 상기 기준 캐패시턴스를 가지는 제2 기준 캐패시터를 생성하는 제2 기준 전극;
    제1 입력단 및 제2 입력단으로 제1 입력신호 및 제2 입력신호를 수신하며, 제1 출력단 및 제2 출력단으로 제1 출력 신호 및 제2 출력 신호를 발생하는 차동 증폭 스테이지로서, 상기 제1 출력 신호에 대한 상기 제2 출력 신호의 전압차는 상기 기준 캐패시턴스에 대한 상기 제1 감지 캐패시턴스와 상기 제2 감지 캐패시턴스의 차의 비에 의존되며, 상기 제1 입력 신호는 상기 제1 감지 전극으로부터 제공되고, 상기 제2 입력 신호는 상기 제2 감지 전극으로부터 제공되는 상기 차동 증폭 스테이지;
    상기 제1 입력단과 상기 제1 출력단을 동일한 레벨로 리셋시키기 위하여, 상기 제1 입력단과 상기 제1 출력단 사이에 형성되는 제1 리셋 스위치;
    상기 제1 기준 전극과 상기 제1 출력단 사이에 형성되어, 상기 제1 입력단과 상기 제1 출력단이 동일한 레벨로 리셋되는 동안에, 상기 제1 기준 캐패시터에 저장된 전하가 유지되도록 구동되는 제1 피드백 스위치;
    상기 제2 입력단과 상기 제2 출력단을 동일한 레벨로 리셋시키기 위하여, 상기 제2 입력단과 상기 제2 출력단 사이에 형성되는 제2 리셋 스위치; 및
    상기 제2 기준 전극과 상기 제2 출력단 사이에 형성되어, 상기 제2 입력단과 상기 제2 출력단이 동일한 레벨로 리셋되는 동안에, 상기 제2 기준 캐패시터에 저장된 전하가 유지되도록 구동되는 제2 피드백 스위치를 구비하며,
    상기 복수개의 누적 측정부들 각각의 상기 제1 출력 신호와 상기 제2 출력 신호는
    상기 손가락을 통하여 인가되는 구동 신호의 제1 전압에서 제2 전압으로의 변경에 응답하여 디벨로프되는 것을 특징으로 하는 지문 인식 시스템.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 제1 입력단, 상기 제1 출력단, 상기 제2 입력단, 상기 제2 출력단은
    동일한 레벨로 리셋되는 것을 특징으로 하는 지문 인식 시스템.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 제1 피드백 스위치의 턴오프 상태는
    상기 제1 리셋 스위치의 턴오프 상태와 적어도 일부분에서 중첩되고,
    상기 제2 피드백 스위치의 턴오프 상태는
    상기 제2 리셋 스위치의 턴오프 상태와 적어도 일부분에서 중첩되는 것을 특징으로 하는 지문 인식 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008306325A (ja) * 2007-06-06 2008-12-18 Sony Corp Ａ／ｄ変換回路、ａ／ｄ変換回路の制御方法、固体撮像装置および撮像装置
JP2011034176A (ja) * 2009-07-30 2011-02-17 Sanyo Electric Co Ltd 電荷増幅器及び静電容量型タッチセンサ用の信号処理回路

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