KR101912412B1 - 지문 검출 회로 및 전자 디바이스 - Google Patents

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Abstract

지문 검출 회로 및 전자 디바이스가 제공된다. 지문 검출 회로는 핑거 커패시터들을 생성하기 위해 여기 신호를 손가락에 인가하도록 구성된 지문 검출 회로에 있어서, 핑거 커패시터들 중 하나와 연결된 음극 입력 단자, 전압 기준 단자와 연결된 양극 입력 단자, 및 핑거 커패시터들 중 하나의 커패시턴스 값에 따라 출력 전압을 출력하는 출력 단자를 구비한 신호 증폭기; 커패시터; 출력 전압이 핑거 커패시터들 중 하나의 커패시턴스 값과 비선형 관계를 가지도록, 신호 증폭기의 음극 입력 단자 및 출력 단자와 각각 연결되고, 신호 증폭기의 음극 입력 단자 및 출력 단자 간에 커패시터가 연결되게 제어하도록 구성된 스위치 유닛; 및 스위치 유닛을 통해 커패시터와 연결된 제1 전원 장치;를 포함하며, 스위치 유닛은 제1 전원 장치가 커패시터를 충전하게 제어하거나 커패시터가 제1 전원 장치로부터 연결 해제되게 제어하고, 핑거 커패시터들 중 하나의 커패시턴스 값은 수학식: Vo = (Vc - Vt×Cx/Ci)에 따라 결정되며, 여기서, Vo는 출력 전압, Vt는 여기 신호의 여기 전압, Cx는 핑거 커패시터들 중 하나의 커패시턴스 값, Ci는 커패시터의 커패시턴스 값, Vc는 커패시터의 제1 단자와 제2 단자간의 전압일 수 있다.

Description

지문 검출 회로 및 전자 디바이스
본 출원은 2015년 2월 13일 중화인민공화국 국가지식재산권국에 출원된 중국 특허 출원 제201510082139.X호의 우선권과 이익을 주장하며, 그 모든 내용은 여기에서 원용하도록 한다.
본 개시는 지문 검출 기술 분야에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지문 검출 회로 및 전자 디바이스에 관한 것이다.
관련 분야에서, 칩에 존재하는 용량성 지문 검출 회로는 소형이면서 저전력 소모의 장점을 가지며, 이러한 종류의 지문 검출 회로는 휴대 전화들 및 태블릿들 시장에서 더욱 선호된다.
상술한 용량성 지문 검출 회로는 지문 융선 정보(fingerprint ridge information) 및 지문 골 정보(fingerprint valley information)를 검출한다. 지문 융선과 지문 검출 유닛의 센싱 유닛 간의 거리가 상대적으로 가깝고, 지문 골과 지문 검출 유닛의 센싱 유닛 간의 거리가 상대적으로 멀기 때문에, 지문 융선과 센싱 유닛 사이에서 생성된 융선 커패시턴스와 지문 골과 센싱 유닛 사이에 생성된 골 커패시턴스 간에 차이가 존재한다. 일단 융선 커패시턴스와 골 커패시턴스(이하, '핑거 커패시턴스(finger capacitance)'라 함)가 검출되면, 손가락의 융선 특징과 골 특징이 분석될 수 있다.
상술한 지문 검출 회로로부터 출력되는 출력 전압은 핑거 커패시턴스(테스트될 커패시턴스)와 비례적인 선형 관계를 가진다. 최종 결과는 융선의 핑거 커패시턴스에 대응하는 출력 전압과 골의 핑거 커패시턴스에 대응하는 출력 전압 간의 작은 차이를 가지므로, 처리를 위해서는 핑거 커패시턴스에 대응되는 전압을 소정의 인자만큼 증폭시킬 필요가 있다. 하지만, 증폭된 인자는 범위에 의해 제한될 수 있고, 증폭된 인자가 너무 크면 출력 전압이 상술한 범위를 초과하여 데이터가 오버플로우될 수 있고, 증폭된 인자가 너무 작다면 융선의 핑거 커패시턴스에 대응되는 출력 전압과 골의 핑거 커패시턴스에 대응되는 출력 전압 간의 연산된 차이가 너무 작기 때문에, 식별이 너무 어렵고 지문 검출 결과가 최적화될 수 없다.
본 개시의 실시예들은 관련 분야에 존재하는 문제점들 중 적어도 하나를 적어도 어느 정도 해결하려는 것이다.
본 개시는 지문 검출 회로, 및 전자 디바이스를 제공한다.
본 개시의 제1 측면의 실시예에 따르면, 지문 검출 회로가 제공된다. 지문 검출 회로는 핑거 커패시터들(finger capacitors)을 생성하기 위해 여기 신호를 손가락에 인가하도록 구성된 지문 검출 회로에 있어서, 상기 핑거 커패시터들 중 하나와 연결된 음극 입력 단자, 전압 기준 단자와 연결된 양극 입력 단자, 및 상기 핑거 커패시터들 중 하나의 커패시턴스 값에 따라 출력 전압을 출력하는 출력 단자를 구비한 신호 증폭기; 커패시터; 상기 출력 전압이 상기 핑거 커패시터들 중 하나의 커패시턴스 값과 비선형 관계를 가지도록, 상기 신호 증폭기의 음극 입력 단자 및 출력 단자와 각각 연결되고, 상기 신호 증폭기의 음극 입력 단자 및 출력 단자 간에 상기 커패시터가 연결되게 제어하도록 구성된 스위치 유닛; 및 상기 스위치 유닛을 통해 상기 커패시터와 연결된 제1 전원 장치;를 포함하며, 상기 스위치 유닛은, 상기 제1 전원 장치가 상기 커패시터를 충전하게 제어하거나 상기 커패시터가 상기 제1 전원 장치로부터 연결 해제되게 제어하고, 상기 핑거 커패시터들 중 하나의 커패시턴스 값은, 하기의 수학식: Vo = (Vc - Vt×Cx/Ci)에 따라 결정되며,여기서, Vo는 상기 출력 전압, Vt는 상기 여기 신호의 여기 전압, Cx는 상기 핑거 커패시터들 중 하나의 커패시턴스 값, Ci는 상기 커패시터의 커패시턴스 값, Vc는 상기 커패시터의 제1 단자와 제2 단자간의 전압일 수 있다.
본 개시의 실시예에 따른 지문 검출 회로에 의하면, 신호 증폭기의 출력 전압은 핑거 커패시터들 중 하나의 커패시턴스 값과 비선형 관계를 가지며, 이후의 과정에서, 융선 커패시터에 대응되는 전압과 골 커패시터에 대응되는 전압 간의 차이가 상대적으로 크도록, 신호 증폭기의 출력 전압이 국부적으로 선형 증폭되어 신호대잡음비가 더 높아질 수 있으며, 이는 이후의 알고리즘에서 인식하기 더 수월하여, 지문 검출의 효과를 개선할 수 있다.
본 개시의 제2 측면의 실시예에 따르면, 전자 디바이스가 제공되며, 전자 디바이스는 본 개시의 제1 측면의 실시예에 따른 지문 검출 회로를 포함한다.
본 개시의 실시예에 따른 전자 디바이스에 의하면, 융선 커패시터에 대응되는 전압과 골 커패시터에 대응되는 전압 간의 차이가 상대적으로 크도록 신호 증폭기의 출력 전압이 국부적으로 선형 증폭되어 신호대잡음비가 더 높아질 수 있으며, 이는 이후의 알고리즘에서 인식하기 더 수월하여, 지문 검출의 효과를 개선할 수 있다.
본 개시의 첨부된 형태 및 장점은 후술하는 설명들에 의해 제공될 것이며, 일부는 후술하는 설명들로부터 명확하게 되거나 또는 본 개시의 실시예들의 실시로부터 학습될 것이다.
본 발명의 앞서 언급된 그리고 다른 측면들 그리고 장점들은 도면들을 참조하여 만들어진 실시예들의 다음 설명들로부터 명백해질 것이며, 더욱 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 지문 검출 회로의 개략도이다.
도 2는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 지문 검출 회로에 의해 수행되는 지문 수집 동작을 설명하는 개략도이다.
도 3은 본 개시의 다른 예시적인 실시예에 따른 지문 검출 회로의 개략도이다.
도 4는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 전자 디바이스의 개략도이다.
예시적인 실시예들이 여기서 상세하게 설명될 것이며, 이의 예시들이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 본 개시의 실시예들은 구체적으로 참조될 것이다. 도면들을 참조하여 여기서 기술되는 실시예들은 예시적이고, 기술적이며, 그리고 본 발명을 일반적으로 이해하는데 사용되어야 한다. 실시예들은 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 동일하거나 유사한 요소들 그리고 동일하거나 유사한 기능들을 가지는 요소들은 설명 전체에 걸쳐 유사한 도면 부호로 표기된다.
본 개시의 설명에서, "제1" 및 "제2"와 같은 용어들은 설명의 목적으로 여기에 사용되며, 상대적인 중요성 또는 중요도를 나타내거나 암시하거나 또는 나타난 기술적 특징의 수를 암시하려는 의도는 아니다. 따라서, "제1" 및 "제2"로 정의된 특징은 하나 이상의 이러한 특징을 포함할 수 있다. 본 발명의 설명에서, "복수의"는, 다르게 구체화되지 않는 한, 2개 이상을 의미한다.
본 발명의 설명에서, 달리 특정되거나 제한되지 않는다면, "장착된(mounted)" "연결된(connected)", "결합된(coupled)" 이라는 용어 및 이의 변형들은 넓게 이해될 수 있으며, 기계적 또는 전기적 마운팅, 연결 및 결합과 같은 것을 포함하며, 내부 마운팅, 2개의 요소들간의 연결 및 결합일 수 있으며, 또한 직접 및 간접 마운팅, 연결, 결합일 수 있고, 이는 본 개시의 구체적 실시예에 따라 당해 분야의 숙련자들에 의해 이해될 수 있다.
본 개시의 다른 구조들을 구현하기 위해 다음의 설명에서 다양한 실시예들이 제공된다. 본 개시를 단순화하기 위해, 일부 요소들 및 설정들이 설명될 것이다. 그러나, 이러한 요소들 및 설정들은 예시에 불과하며, 본 개시를 제한하려는 의도는 아니다. 부가하여, 본 개시의 다른 실시예들에서 참조 부호들이 반복될 수 있다. 이러한 반복은 단순화 및 명료화를 위한 것이고, 다른 실시예들 및/또는 설정들 간의 관계를 지칭하는 것은 아니다. 부가하여, 다른 과정들 및 재료들의 예시들이 본 개시에서 제공된다. 그러나, 당해 분야의 숙련자들이라면 다른 과정들 및/또는 재료들이 또한 적용될 수 있음을 이해할 것이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 검출 회로 및 전자 디바이스가 상세하게 설명된다.
도 1은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 지문 검출 회로의 개략도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 지문 검출 회로(100)는 신호 증폭기(102), 커패시터(104), 및 스위치 유닛(106)을 포함한다.
지문을 수집할 때(도 2 참조), 지문 검출 회로(100)는 핑거 커패시터들(finger capacitors)(114)을 생성하기 위해 여기 신호를 손가락(500)에 인가할 수 있다. 예를 들면, 지문 검출 회로(100)는 신호 생성기(116)를 통해 여기 신호를 출력할 수 있으며, 방출 전극(emission electrode)(미도시)을 통해 손가락(500)에 여기 신호를 전송할 수 있다. 여기 신호는 사인파 신호, 구형파 신호, 또는 삼각파와 같은 교류 신호일 수 있다. 교류 신호(이하, '여기 전압'이라 함)의 전압 크기는 Vt이며, 교류 신호의 주파수는 S이다.
핑거 커패시터들(114)은 손가락(500)의 지문과 지문 센서(502) 사이에서 생성된다. 예를 들면, 융선 커패시터들(ridge capacitors)은 손가락(500)의 지문 융선(fingerprint ridge)과 지문 센서(502) 사이에 생성되며, 골 커패시터들(valley capacitors)은 손가락(500)의 지문 골(fingerprint valley)과 지문 센서(502) 사이에 생성된다. 융선 커패시터들 및 골 커패시터들 각각은 핑거 커패시터(finger capacitor)(114)로 지칭될 수 있으며, 측정되어야 할 커패시터이다.
예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 지문 센서(502)는 복수의 지문 센싱 유닛(506)을 포함하는 2차원 검출 어레이(508) 및 프레임(504)을 포함한다.
프레임(504)은 2차원 검출 어레이(508)의 둘레에 배치되어 지문 검출이 수행될 때 (교류 신호와 같은) 여기 신호를 제공한다. 예를 들면, 프레임(504)은 여기 신호를 방출하기 위한 방출 전극(emission electrode)과 연결될 수 있다.
각 지문 센싱 유닛(506)은 지문 이미지의 단일 픽셀을 수집하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 각 지문 센싱 유닛(506)은 대개 50㎛×50㎛의 크기를 가진다. 지문 센싱 유닛(506)과 손가락(500) 사이에 생성된 핑거 커패시터(114)의 커패시턴스 값은 지문의 융선 특성 또는 골 특성이다. 따라서, 지문 센싱 유닛(506)과 손가락(500) 사이에서 생성되는 복수의 핑거 커패시터(114)의 커패시턴스 값을 검출함에 의해, 지문 이미지의 융선 및 골 특성들이 복수의 핑거 커패시터(114)에 따라 분석될 수 있다.
일 실시예에서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 신호 증폭기(102)가 각 지문 센싱 유닛(506)에 대응되며, 핑거 커패시터(114)에 대응하는 출력 전압을 출력한다. 신호 증폭기(102)의 음극 입력 단자는 핑거 커패시터(114)와 연결되며, 신호 증폭기(102)의 양극 입력 단자는 전압 기준 단자(118)와 연결된다. 신호 증폭기(102)는 핑거 커패시터(114)의 커패시턴스 값에 따라 신호 증폭기(102)의 출력 단자로부터 출력 전압을 출력하도록 구성된다.
일 실시예에서, 전압 기준 단자(118)는 접지 단자이며, 말하자면 신호 증폭기(102)의 양극 입력 단자는 접지 단자와 연결된다.
일 실시예에서, 커패시터(104)는 지문 센서의 내부 커패시터 또는 다른 커패시터일 수 있으며, 커패시터(104)의 커패시턴스 값은 대개 고정된다.
스위치 유닛(106)은 신호 증폭기(102)의 음극 입력 단자 및 신호 증폭기(102)의 출력 단자에 각각 연결되며, 출력 전압이 핑거 커패시터(114)의 커패시턴스 값과 비선형 관계를 가지도록 커패시터(104)가 신호 증폭기(102)의 음극 입력 단자와 신호 증폭기(102)의 출력 단자 사이에 연결되게 제어하도록 구성된다.
일 실시예에서, 제1 전원 장치(108)는 스위치 유닛(106)을 통해 커패시터(104)와 연결되며, 스위치 유닛(106)은 제1 전원 장치(108)가 커패시터(104)를 충전하게 제어하거나 또는 커패시터(104)가 제1 전원 장치(108)로부터 연결 해제되게 제어하도록 구성될 수 있다. 제1 전원 장치(108)는 지문 검출 회로(100)의 내부 전원 장치일 수 있으며, 예를 들면 제1 전원 장치(108)의 제1 전극은 음극이며, 제1 전원 장치(108)의 제2 전극은 양극이다.
더욱이, 스위치 유닛(106)은 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2)를 포함한다. 제1 스위치(S1)는 제1 선택 단자(A1), 제1 전력 단자(B1) 및 제1 연결 단자(C1)를 포함하고, 제1 선택 단자(A1)는 커패시터(104)의 제1 단자와 연결되고, 제2 전력 단자(B1)는 제1 전원 장치(108)의 제1 전극과 연결되고, 제1 연결 단자(C1)는 신호 증폭기(102)의 음극 입력 단자와 연결된다. 제2 스위치(S2)는 제2 선택 단자(A2), 제2 전력 단자(B2) 및 제2 연결 단자(C2)를 포함하고, 제2 선택 단자(A2)는 커패시터(104)의 제2 단자와 연결되고, 제2 전력 단자(B2)는 제1 전원 장치(108)의 제2 전극과 연결되고, 제2 연결 단자(C2)는 신호 증폭기(102)의 출력 단자와 연결된다. 제1 선택 단자(A1)는 제1 연결 단자(C1) 또는 제1 전력 단자(B1)와 연결될 수 있고, 제2 선택 단자(A2)는 제2 연결 단자(C2) 또는 제2 전력 단자(B2)와 연결될 수 있다. 제1 선택 단자(A1)가 제1 연결 단자(C1)와 연결되고, 제1 전력 단자(B1)로부터 연결 해제되며, 제2 선택 단자(A2)가 제2 연결 단자(C2)와 연결되고, 제2 전력 단자(B2)로부터 연결 해제될 때, 커패시터(104)는 신호 증폭기(102)의 음극 입력 단자와 신호 증폭기(102)의 출력 단자 사이에 연결되며, 제1 전원 장치(108)로부터 연결 해제된다. 제1 선택 단자(A1)가 제1 전력 단자(B1)와 연결되고 제1 연결 단자(C1)로부터 연결 해제되며, 제2 선택 단자(A2)가 제2 전력 단자(B2)와 연결되고 제2 연결 단자(C2)로부터 연결 해제될 때, 제1 전원 장치(108)는 커패시터(104)를 충전함으로써, 커패시터(104)의 2개의 단자는 소정의 전압을 가진다.
일 실시예에서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 지문 검출 회로(100)는 샘플링 홀드 회로(100) 및 아날로그-디지털 컨버터(112)를 더 포함한다. 샘플링 홀드(S/H) 회로(110)는 신호 증폭기(102)의 출력 단자와 아날로그-디지털 컨버터(ADC, 112)의 단자 사이에 연결된다. 샘플링 홀드 회로(110)는 신호 증폭기(102)의 출력 단자로부터 나오는 출력 전압을 소정의 인자만큼 증폭하도록 구성된다. 아날로그-디지털 컨버터(112)는 증폭된 출력 전압을 수치 값으로 변환하고 저장한다. 지문 검출 회로(100)는 디지털 신호 처리를 위해 디지털 신호 프로세서(미도시)를 더 포함할 수 있고, 디지털 신호 프로세서는 아날로그-디지털 컨버터(112)의 출력 단자와 연결될 수 있다. 신호 증폭기(102)로부터 출력되는 디지털화된 전압은 다음 계산을 위해 편리하다.
일 실시예에서, 핑거 커패시터들 중 하나의 커패시턴스 값은 수학식:
Vo = (Vc-Vt×Cx/Ci)
에 따라 결정되고, 여기서 Vo는 출력 전압, Vt는 여기 신호의 여기 전압, Cx는 핑거 커패시터(114)의 커패시턴스 값, Ci는 커패시터(104)의 커패시턴스 값, Vc는 커패시터(104)의 제1 단자와 제2 단자간의 전압이다. 위의 수학식에 따라 신호 증폭기(102)의 출력 전압(Vo)은 핑거 커패시터(114)의 커패시턴스 값(Cx)과 비선형 관계를 가진다.
예를 들면, 지문 검출 회로(100)가 초기화될 때, 제1 선택 단자(A1)는 제1 전력 단자(B1)에 연결되고, 제2 선택 단자(A2)는 제2 전력 단자(B2)에 연결되며, 제2 전력 단자(B2)는 제1 전원 장치(108)의 양극 단자에 연결되고, 제1 전력 단자(B1)는 제1 전원 장치(108)의 음극 단자에 연결되어, 제1 전원 장치(108)는 커패시터(104)를 충전한다. 충전 후에, 커패시터(104)의 전압은 Vc이다. 일 실시예에서, Vc=Vs이고, Vs는 제1 전원 장치(108)의 전압이다. 초기화 동안, 핑거 커패시터(114)의 2개의 단자는 접지에 연결되고, 신호 생성기(116)는 접지에 연결된다(즉, Vt는 접지에 연결됨). 이후에, 제1 선택 단자(A1)가 제1 연결 단자(C1)에 연결되고, 제2 연결 단자(A2)가 제2 선택 단자(C2)에 연결되고, 커패시터(104)는 신호 증폭기(102)의 음극 단자와 신호 증폭기(102)의 양극 단자 사이에 연결된다. 이때, 신호 증폭기(102)의 출력 단자의 출력 전압(Vo)는 Vc와 같으며, 초기화가 완료된다.
지문 검출 회로(100)가 지문을 수집할 때, 신호 생성기(116)는 여기 전압(Vt)을 증가시키며, 여기 전압(Vt)이 증가되는 동안, 핑거 커패시터(114)가 충전되며, 전하량은 Q=Vt×Cx이다. 연산 증폭기의 가상의 단락(virtual short) 및 가상의 오프(virtual off) 특성 때문에, 신호 증폭기(102)로부터 출력되는 전압은 감소되며, 연산 증폭기의 입력 단자를 접지 레벨에서 유지시키도록 커패시터(104)는 동일한 양의 전하로 충전될 필요가 있다. 커패시터(104)에 충전되는 전하량은 (Vc-Vo)×Ci=Vt×Cx이며, 따라서 신호 증폭기(102)의 출력 단자로부터 출력되는 전압(Vo)은 Vo=Vc-Vt×Cx/Ci이다. 다음, 전압(Vo)은 샘플링 홀드 회로(110)에 의해 n배 증폭되며, AD 컨버터(112)로 입력되는 최종 검출 전압은 Va=n×(Vc-Vt×Cx/Ci)이다.
예를 들면, 손가락(500)이 지문 센서(502) 위에 놓여질 때, 종래 검출에서는, 융선 커패시터에 대응되는 제1 전압은 Vo1=-2V이며, 골 커패시터에 대응되는 제2 전압은 제1 전압보다 15% 작다고 가정하면, 제2 전압은 Vo2=-1.7V이다. 만약 AD 컨버터(112)의 입력 범위가 0~-5V라면, 샘플링 홀드 회로(110)는 제1 전압 및 제2 전압을 기껏해야 2.5배만큼 증폭할 수 있는데, 말하자면 증폭된 제1 전압 Va1=-5V, 증폭된 제2 전압 Va2=-4.25V이고, 전압 차 Va1-Va2=-0.75V이다.
일 실시예에서, 지문 검출 회로(100)가 지문을 수집하는데 사용될 때, 커패시터(104) 양단의 초기 전압이 Vs=1.5V라고 가정하면, 검출하는 동안, 제1 전압 Vo1=1.5-2=-0.5V이고, 제2 전압 Vo2=1.5-1.7=-0.2V이다. 이때, 샘플링 홀드 회로(110)는 제1 전압 및 제2 전압을 10배 증폭할 수 있는데, 말하자면, 증폭된 제1 전압 Va1=-5V, 증폭된 제2 전압 Va2=-2V이고, 전압 차 Va1-Va2=-3V이므로, 이는 위의 종래 검출에서의 차이보다 -3/-0.74=4배가 더 크다. 제2 전압은 제1 전압보다 60% 작고, 이는 종래 검출에서의 15%보다 4배나 더 크다. 증폭된 제1 전압과 증폭된 제2 전압의 차이가 상대적으로 크고 신호대잡음비가 더 높으므로, 이후의 알고리즘에서 인식하기가 더욱 수월하다.
따라서, 제1 전압을 예시로 하여, 제1 전압(Vo1)이 -0.5V(소정의 값) 이상인지가 결정될 수 있고, 이상이라면 제1 전압은 지문 이미지를 생성하는데 사용된다. 이하라면, 지문 검출 회로(100)는 출력 전압(Vo)을 조절하기 위해 여기 전압(Vt)과 커패시터(104) 양단 전압(Vc) 중 적어도 하나를 조절할 수 있다. 소정의 값 설정은 AD 컨버터(112)의 범위, 여기 전압(Vt)의 보안 범위(security range) 및 커패시터(104) 양단 전압(Vc)과 같은 인자들을 고려하여 결정될 수 있다.
본 개시의 실시예에 따른 지문 검출 회로(100)에 의하면, 신호 증폭기(102)의 출력 전압은, 핑거 커패시터들(114) 중 하나의 커패시턴스 값과 비선형 관계를 가지며, 이후의 과정에서, 융선 커패시터에 대응되는 전압과 골 커패시터에 대응되는 전압 간의 차이가 상대적으로 크도록 신호 증폭기(102)의 출력 전압이 국부적 선형 형태로 증폭되어 신호대잡음비가 더 높아질 수 있으며, 이는 이후의 알고리즘에서 인식하기가 더 수월하여, 지문 검출의 효과를 개선할 수 있다.
도 3은 본 개시의 다른 예시적인 실시예에 따른 지문 검출 회로의 개략도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 지문 검출 회로(200)는 신호 증폭기(202), 커패시터(204), 스위치 유닛(206), 제2 전원 장치(도 3에서는 미 도시함), 샘플링 홀드 회로(210) 및 아날로그-디지털 컨버터(212)를 포함한다.
지문을 수집할 때(도 2 참조), 지문 검출 회로(200)는 핑거 커패시터(214)를 생성하기 위해 지문 센서(502)에 의해 손가락(500)에 여기 신호를 인가할 수 있다.
신호 증폭기(202)의 음극 입력 단자는 핑거 커패시터들(214) 중 하나와 연결되고, 신호 증폭기(202)의 양극 입력 단자는 기준 전압 단자(216)와 연결되고, 신호 증폭기(202)는 핑거 커패시터들(214) 중 하나의 커패시턴스에 따라 신호 증폭기(202)의 출력 단자로부터 출력 전압을 출력할 수 있다.
일 실시예에서, 기준 전압 단자(216)는 제2 전원 장치의 출력 단자, 말하자면 신호 증폭기(202)의 양극 단자가 제2 전원 장치와 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 커패시터(204)는 지문 센서의 내부 커패시터 또는 다른 커패시터들일 수 있으며, 커패시터(204)의 커패시턴스 값은 대개 고정된다.
스위치 유닛(206)은 신호 증폭기(202)의 음극 입력 단자 및 신호 증폭기(202)의 출력 단자와 각각 연결되며, 출력 전압이 핑거 커패시터들(214) 중 하나의 커패시턴스 값과 비선형 관계를 가지도록, 커패시터(204)가 신호 증폭기(202)의 음극 입력 단자와 신호 증폭기(202)의 출력 단자 사이에 연결되게 제어하도록 구성된다.
일 실시예에서, 스위치 유닛(206)은 커패시터(204)와 병렬 연결된다. 스위치 유닛(206)이 턴 오프될 때, 커패시터(204)는 신호 증폭기(202)의 음극 입력 단자 및 신호 증폭기(202)의 출력 단자와 각각 커뮤니케이션, 말하자면 스위치 유닛(206)이 턴오프될 때 커패시터(204)는 신호 증폭기(202)의 음극 입력 단자 및 신호 증폭기(202)의 출력 단자와 각각 통전(communicate)한다. 스위치 유닛(206)이 턴온될 때, 커패시터(204)는 신호 증폭기(202)의 음극 입력 단자와 신호 증폭기(202)의 출력 단자 사이에서 연결 해제된다. 상술한 통전(communications)은 연결 및 턴온을 의미한다. 이러한 실시예에서, 비록 커패시터(204)가 신호 증폭기(202)의 음극 입력 단자와 신호 증폭기(202)의 출력 단자 사이에 연결되어 있기는 하나, 스위치 유닛(206)이 턴 온되면 커패시터(204)는 단락되어 커패시터(204)는 신호 증폭기(202)의 음극 입력 단자 및 신호 증폭기(202)의 출력 단자와 각각 통전할 수 없다.
일 실시예에서, 스위치 유닛(206)은 제1 연결 단자(D1) 및 제2 연결 단자(D2)를 포함한다. 제1 연결 단자(D1)는 커패시터(204)의 제1 단자와 신호 증폭기의 음극 입력 단자 사이에 연결된다. 제2 연결 단자(D2)는 커패시터(204)의 제2 단자와 신호 증폭기(20)의 출력 단자 사이에 연결된다. 스위치 유닛(206)이 턴 오프될 때, 커패시터(204)는 신호 증폭기(202)의 음극 입력 단자 및 신호 증폭기(202)의 출력 단자와 각각 통전하며, 말하자면 제1 연결 단자(D1)가 제2 연결 단자(D2)로부터 연결 해제된다. 스위치 유닛(206)이 턴 온될 때, 커패시터(204)는 신호 증폭기(202)의 음극 입력 단자 및 신호 증폭기(202)의 출력 단자 사이에서 연결 해제되며, 말하자면 신호 증폭기(202)의 출력 단자의 출력 전압과 제2 전원 장치의 전압이 같아지도록 제1 연결 단자(D1)는 제2 연결 단자(D2)와 연결된다. 커패시터(204)는 단락되고, 신호 증폭기(202)의 음극 입력 단자와 출력 단자 사이에서 연결이 해제되며, 이로써 신호 증폭기(202)의 출력 단자로부터의 출력 전압에 영향을 미치지 않는다.
일 실시예에서는, 도 3에 도시된 바와 같이, 지문 검출 회로(200)는 샘플링 홀드 회로(210) 및 아날로그-디지털 컨버터(212)를 더 포함한다. 샘플링 홀드 회로(210)는 신호 증폭기(202)의 출력 단자와 아날로그-디지털 컨버터(212)의 단자 사이에 연결된다. 샘플링 홀드 회로(210)는 신호 증폭기(202)의 출력 단자로부터 나오는 출력 전압을 소정의 인자만큼 증폭하도록 구성된다. 아날로그-디지털 컨버터(212)는 증폭된 출력 전압을 수치 값으로 변환하고 저장한다. 지문 검출 회로(200)는 디지털 신호 처리를 위해 디지털 신호 프로세서(미도시)를 더 포함할 수 있고, 디지털 신호 프로세서는 아날로그-디지털 컨버터(212)의 출력 단자와 연결될 수 있다. 신호 증폭기(202)로부터 출력되는 디지털화된 전압은 다음의 계산을 위해 편리하다.
일 실시예에서, 핑거 커패시터들 중 하나의 커패시턴스 값은 수학식:
Vo = (Vs-Vt×Cx/Ci)
에 따라 결정되고, 여기서 Vo는 출력 전압, Vt는 여기 신호의 여기 전압, Cx는 핑거 커패시터들(214) 중 하나의 커패시턴스 값, Ci는 커패시터(204)의 커패시턴스 값, Vs는 제2 전원 장치의 전압이다. 위의 수학식에 따라 신호 증폭기(202)의 출력 전압(Vo)은 핑거 커패시터들(214) 중 하나의 커패시턴스 값(Cx)과 비선형 관계를 가진다.
예를 들면, 지문 검출 회로(200)가 초기화될 때, 스위치 유닛(206)은 턴 온되고, 핑거 커패시터(214)의 2개의 단자는 초기화 동안 접지로 연결된다. 이때, 신호 증폭기(202)의 출력 단자 전압(Vo)는 Vs와 같으며, 초기화가 완료된다.
지문 검출 회로(200)가 지문을 수집할 때, 스위치 유닛(206)은 턴 오프되며, 신호 생성기(218)는 여기 신호(Vt)를 증가시키고, 여기 신호(Vt)를 증가시키는 동안, 핑거 커패시터(214)가 충전되며, 여기서 전하량은 Q=Vt×Cx이다. 연산 증폭기의 가상의 단락(virtual short) 및 가상의 오프(virtual off) 특성 때문에, 신호 증폭기(202)로부터 출력되는 전압은 감소되며, 연산 증폭기의 입력 단자를 접지 레벨에서 유지시키도록 커패시터(204)는 동일한 양의 전하로 충전될 필요가 있다. 커패시터(204)로 충전되는 전하량 (Vs-Vo)×Ci=Vt×Cx이며, 신호 증폭기(202)의 출력 단자로부터 출력되는 전압(Vo)은 Vo=Vs-Vt×Cx/Ci이다. 다음, 전압(Vo)는 샘플링 홀드 회로(210)에 의해 n배 증폭되며, AD 컨버터(212)로 입력되는 최종 검출 전압은 Va=n×(Vc-Vt×Cx/Ci)이다. 따라서, 신호 증폭기(202)의 출력 전압(Vo)은 여기 전압(Vt) 및 커패시터(204)의 전압 중 적어도 하나에 따라 조절된다.
본 개시의 실시예에 따른 지문 검출 회로(200)에 의하면, 신호 증폭기(202)의 출력 전압은, 핑거 커패시터들(214) 중 하나의 커패시턴스 값과 비선형 관계를 가지며, 이후의 과정에서, 융선 커패시터에 대응되는 전압과 골 커패시터에 대응되는 전압 간의 차이가 상대적으로 크도록 신호 증폭기(202)의 출력 전압이 국부적 선형 형태로 증폭되어 신호대잡음비가 더 높아질 수 있으며, 이는 이후의 알고리즘에서 인식하기가 더 수월하여, 지문 검출의 효과를 개선할 수 있다.
도 4는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 전자 디바이스의 개략도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 전자 디바이스(300)는 지문 검출 회로를 포함한다. 지문 검출 회로는 위의 실시예들의 상술한 지문 검출 회로들 중 어느 하나일 수 있다.
본 개시의 실시예들에 따른 전자 디바이스에 의하면, 신호 증폭기의 출력 전압은, 핑거 커패시터들 중 하나의 커패시턴스 값과 비선형 관계를 가지며, 이후의 과정에서, 융선 커패시터에 대응되는 전압과 골 커패시터에 대응되는 전압 간의 차이가 상대적으로 크도록 신호 증폭기(202)의 출력 전압이 국부적 선형 형태로 증폭되어 신호대잡음비가 더 높아질 수 있으며, 이는 이후의 알고리즘에서 인식하기가 더 수월하여, 지문 검출의 효과를 개선할 수 있다.
일 실시예에서, 전자 디바이스(300)는 휴대폰일 수 있다. 다른 실시예에서, 전자 디바이스(300)는 테블릿 PC, 노트북 컴퓨터, 지능적 웨어러블 디바이스, 오디오 플레이어, 비디오 플레이어, 또는 지문 검출이 필요한 어떠한 다른 전자 디바이스일 수도 있다.
지문 센서(502)의 수집 윈도우(302)는 전자 디바이스(300)의 전면 패널(304) 상에 배치될 수 있어 사용자의 지문을 수집하기 편하다. 수집 윈도우(302)는 전자 디바이스(300)의 측면 또는 후면과 같은 전자 디바이스(300)의 다른 지점에 존재할 수 있다.
따라서, 전자 디바이스(300)는 개선된 지문 검출 효과를 가질 수 있다.
본 명세서의 설명에서, "일 실시예", "일부 실시예", "하나의 실시예", "다른 실시예", "예시", "구체적 예시", 또는 "일부 예시"와 같은 참조 용어는 본 개시의 적어도 하나의 실시예 또는 예시에 포함된 실시예 또는 예시와 관련하여 설명된 구체적 특징, 구조, 재료 또는 특징을 의미한다. 따라서, 본 명세서를 통해 다양한 장소에서의 "일부 실시예에서", "하나의 실시예에서", "일 실시예에서", "다른 예시에서", "하나의 예시에서", "구체적 예시에서", "일부 예시에서"와 같은 표현들의 출현은 반드시 본 개시의 동일한 실시예 또는 예시를 언급하는 것은 아니다. 더욱이, 구체적인 특징들, 구조들, 재료들 또는 특성들은 하나 이상의 실시예들 또는 예시들에서 적절한 방식으로 조합될 수 있다.
본 개시의 각 부분들은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 또는 이들의 조합을 사용해서 구현될 수 있다. 위에서 언급된 실시예들, 복수의 단계들 또는 방법들은 메모리에 저장되고 적절한 명령 실행 시스템에서 실행되는 소프트웨어 또는 펌 웨어를 사용해서 구현될 수 있다. 예를 들면, 다른 실시예에서와 유사하게, 하드웨어에 의해 구현된다면, 단계들 또는 방법들은 당해 분야에서 알려진 다음의 기술들, 예컨대 데이터 신호에 대한 로직 기능을 구현하도록 구성된 로직 게이트 회로를 가지는 이산 로직 회로, 적절한 조합 로직 게이트 회로를 가지는 주문형 집적 회로, 프로그램 가능한 게이트 어레이(PGA), 필드-프로그램 가능한 게이트 어레이(FPGA) 등 중 하나 또는 조합에 의해 구현될 수 있다.
당해 분야의 숙련자라면 본 개시의 위에서 언급된 예시적인 방법의 전부 또는 일부 단계는 프로그램을 가지고 관련된 하드웨어를 명령함에 의해 얻어질 수 있다는 점을 이해할 것이다. 프로그램은 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 저장될 수 있고, 프로그램은 컴퓨터 상에 동작할 때 본 개시의 방법 실시예에서의 단계들 중 하나 또는 조합을 포함한다.
부가하여, 본 개시의 실시예들의 각 기능 셀은 프로세싱 모듈 내에 통합되거나 또는 이러한 셀들은 별개의 물리적 존재이거나 또는 2개 이상의 셀들이 하나의 프로세싱 모듈 내에 통합될 수 있다. 통합 모듈은 하드웨어의 형태이거나 또는 소프트웨어 모듈의 형태로 구현될 수 있다. 통합 모듈이 소프트웨어 기능 모듈의 형태로 구현될 수 있다. 통합 모듈이 소프트웨어 기능 모듈들의 형태로 구현되고 독립적 제품으로 팔리거나 사용된다면, 통합 모듈들은 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체에도 저장될 수 있다.
위에서 언급된 저장 매체는 롬(ROM), 마그네틱 디스크 또는 광 디스크일 수 있다. 비록 본 개시는 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 당해 분야의 숙련자들에게는 본 개시가 본 개시를 실행하는 분야의 숙련자들에게 발생하는 다른 실시예를 포함한다는 점에 유의하여야 한다. 따라서, 본 개시는 실시예들에 제한되는 것은 아니다.

Claims (11)

  1. 핑거 커패시터들(finger capacitors)을 생성하기 위해 여기 신호를 손가락에 인가하도록 구성된 지문 검출 회로에 있어서,
    상기 핑거 커패시터들 중 하나와 연결된 음극 입력 단자, 전압 기준 단자와 연결된 양극 입력 단자, 및 상기 핑거 커패시터들 중 하나의 커패시턴스 값에 따라 출력 전압을 출력하는 출력 단자를 구비한 신호 증폭기;
    커패시터;
    상기 출력 전압이 상기 핑거 커패시터들 중 하나의 커패시턴스 값과 비선형 관계를 가지도록, 상기 신호 증폭기의 음극 입력 단자 및 출력 단자와 각각 연결되고, 상기 신호 증폭기의 음극 입력 단자 및 출력 단자 간에 상기 커패시터가 연결되게 제어하도록 구성된 스위치 유닛; 및
    상기 스위치 유닛을 통해 상기 커패시터와 연결된 제1 전원 장치;를 포함하며,
    상기 스위치 유닛은, 상기 제1 전원 장치가 상기 커패시터를 충전하게 제어하거나 상기 커패시터가 상기 제1 전원 장치로부터 연결 해제되게 제어하고,
    상기 핑거 커패시터들 중 하나의 커패시턴스 값은, 하기의 수학식:
    Vo = (Vc - Vt×Cx/Ci)에 따라 결정되며,
    여기서, Vo는 상기 출력 전압, Vt는 상기 여기 신호의 여기 전압, Cx는 상기 핑거 커패시터들 중 하나의 커패시턴스 값, Ci는 상기 커패시터의 커패시턴스 값, Vc는 상기 커패시터의 제1 단자와 제2 단자간의 전압인 지문 검출 회로.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전압 기준 단자는, 접지 단자인 지문 검출 회로.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스위치 유닛은, 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함하며,
    상기 제1 스위치는, 제1 선택 단자, 제1 전력 단자 및 제1 연결 단자를 포함하고, 상기 제1 선택 단자는 상기 커패시터의 제1 단자와 연결되고, 상기 제1 전력 단자는 상기 제1 전원 장치의 제1 전극과 연결되며, 상기 제1 연결 단자는 상기 신호 증폭기의 음극 입력 단자와 연결되며;
    상기 제2 스위치는, 제2 선택 단자, 제2 전력 단자 및 제2 연결 단자를 포함하고, 상기 제2 선택 단자는 상기 커패시터의 제2 단자와 연결되고, 상기 제2 전력 단자는 상기 제1 전원 장치의 제2 전극과 연결되며, 상기 제2 연결 단자는 상기 신호 증폭기의 출력 입력 단자와 연결되며;
    상기 제1 선택 단자는, 상기 제1 연결 단자 또는 상기 제1 전력 단자와 연결되도록 구성되고, 상기 제2 선택 단자는 상기 제2 연결 단자 또는 상기 제2 전력 단자와 연결되도록 구성된 지문 검출 회로.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 선택 단자가 상기 제1 연결 단자와 연결되고 상기 제1 전력 단자로부터 연결 해제되고, 상기 제2 선택 단자가 상기 제2 연결 단자와 연결되고 상기 제2 전력 단자로부터 연결 해제되면, 상기 커패시터는,
    상기 신호 증폭기의 음극 입력 단자 및 양극 입력 단자 사이에 연결되고, 상기 제1 전원 장치로부터 연결이 해제되는 지문 검출 회로.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 선택 단자가 상기 제1 전력 단자와 연결되고 상기 제1 연결 단자로부터 연결이 해제되고 상기 제2 선택 단자가 상기 제2 전력 단자와 연결되고 상기 제2 연결 단자로부터 연결이 해제되면, 상기 제1 전원 장치는,
    상기 커패시터를 충전시키도록 구성된 지문 검출 회로.
  7. 삭제
  8. 핑거 커패시터들(finger capacitors)을 생성하기 위해 여기 신호를 손가락에 인가하도록 구성된 지문 검출 회로에 있어서,
    상기 핑거 커패시터들 중 하나와 연결된 음극 입력 단자, 전압 기준 단자와 연결된 양극 입력 단자, 및 상기 핑거 커패시터들 중 하나의 커패시턴스 값에 따라 출력 전압을 출력하는 출력 단자를 구비한 신호 증폭기;
    커패시터;
    상기 출력 전압이 상기 핑거 커패시터들 중 하나의 커패시턴스 값과 비선형 관계를 가지도록, 상기 신호 증폭기의 음극 입력 단자 및 출력 단자와 각각 연결되고, 상기 신호 증폭기의 음극 입력 단자 및 출력 단자 간에 상기 커패시터가 연결되게 제어하도록 구성된 스위치 유닛; 및
    제2 전원 장치를 포함하며,
    상기 전압 기준 단자는, 상기 제2 전원 장치의 출력 단자이며, 상기 스위치 유닛은 상기 커패시터와 병렬 연결되고,
    상기 스위치 유닛이 턴 오프되면, 상기 커패시터는 상기 신호 증폭기의 출력 단자 및 음극 입력 단자와 각각 통전(communicate)되며,
    상기 스위치 유닛이 턴 온되면, 상기 커패시터는 상기 신호 증폭기의 출력 단자 및 음극 입력 단자 사이에서 연결이 해제되며,
    상기 핑거 커패시터들 중 하나의 커패시턴스 값은, 하기의 수학식:
    Vo=(Vs-Vt×Cx/Ci)
    에 따라 결정되며, 여기서 Vo는 상기 출력 전압, Vt는 상기 여기 신호의 여기 전압, Cx는 상기 핑거 커패시터들 중 하나의 커패시턴스 값, Ci는 상기 커패시터의 커패시턴스 값, Vs는 상기 제2 전원 장치의 전압인 지문 검출 회로.
  9. 삭제
  10. 제1항 또는 제8항에 있어서,
    샘플링 홀드 회로 및 아날로그-디지털 컨버터를 더 포함하며,
    상기 샘플링 홀드 회로는, 상기 신호 증폭기의 출력 단자와 상기 아날로그-디지털 컨버터의 단자 사이에 연결되는 지문 검출 회로.
  11. 제1항 또는 제8항에 따른 상기 지문 검출 회로를 포함하는 전자 디바이스.
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