KR101967889B1 - 생체인식 감지장치 - Google Patents

Abstract

생체인식 감지장치가 제공되며, 출력된 펄스에 기반하여 적어도 하나의 스위치가 턴 온 또는 턴 오프되는 다채널 스위치 회로, 지문의 골 또는 마루가 접촉되고, 생체 데이터가 입력되는 생체인식패널, 제어 회로의 제어에 따라 생체인식패널에 접촉된 지문을 감지하는 지문인식 감지회로, 다채널 스위치 회로에 의해 동작하여 생체인식패널로 입력되는 생체 데이터를 감지하는 생체신호 감지회로, 및 지문인식 감지회로 또는 생체신호 감지회로로부터 감지된 지문 데이터 또는 생체 데이터를 출력하는 중앙처리장치를 포함한다.

Description

생체인식 감지장치{APPARATUS FOR SENSING FINGERPRINT ON PANEL}

본 발명은 생체인식 감지장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 클럭으로 인한 스위치의 제어로 하나의 증폭기에서도 복수개의 픽셀의 지문을 감지할 수 있는 생체인식 감지장치에 관한 것이다.

최근 지문인식기술이 발전함에 따라 다양한 단말에서 지문인식기능을 이용하고 있으며, 지문인식 뿐만 아니라 맥박과 같은 생체 신호도 함께 측정하기 위한 기술을 위하여 많은 연구와 개발이 이루어지고 있다.

이때, 터치 패널을 이용하여 지문을 인식하는 방법으로 이루어지고 있다. 이와 관련하여, 선행기술인 한국공개특허 제2008-0000481호(2008.01.02 공개)에는, 지문 데이터가 입력되면 지문 데이터에 설정된 동작 모드를 확인하고, 동작 모드에 대응되는 입력 패턴을 터치 스크린 입력 패널에 표시하는 방법이 개시되어 있다.

다만, 터치 패널을 통하여 지문을 인식하는 방법만이 개시되어 있을 뿐, 지문을 제외한 생체 신호를 감지하는 방법은 전혀 개시되어 있지 않다. 또한, 단일 출력 증폭기를 이용하는 방식으로 복수의 픽셀을 감지할 때 복수의 증폭기가 요구되어 전력 소모가 커지고, 커패시턴스의 변화량을 아날로그 디지털 컨버터를 이용하여 디지털화하기 때문에 기생 커패시턴스의 영향을 받아 정확한 감지값이 출력되지 않음과 동시에 아날로그 디지털 컨버터의 사용으로 인한 전력 소비가 증대된다.

한국공개특허 제2008-0000481호(2008.01.02 공개)에는 "지문 인식 센서를 이용한 사용자 입력 장치 및 방법"이 개시되어 있다.

본 발명의 일 실시예는, 지문인식 뿐만 아니라 생체신호도 함께 감지할 수 있도록, 하나의 생체인식패널의 로우(Row)와 컬럼(Column)에 교차로 적어도 하나의 지문패널과 적어도 하나의 생체패널을 배열하고, 지문을 인식하는 경우에는 생체패널이 커패시터의 역할을 하여 기생 커패시턴스를 제거하도록 하고, 생체신호를 인식하는 경우에는 지문패널이 접지될 수 있도록 함으로써, 하나의 생체인식패널을 통하여 지문을 포함한 다양한 생체신호를 수집할 수 있는, 생체인식 감지장치를 제공할 수 있다. 다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 실시예는, 기 설정된 주기마다 펄스를 출력하여 스위치 또는 채널을 턴 온 시키는 제어 회로; 상기 출력된 펄스에 기반하여 적어도 하나의 스위치가 턴 온 또는 턴 오프되는 다채널 스위치 회로; 지문의 골 또는 마루가 접촉되고, 생체 데이터가 입력되는 생체인식패널; 상기 제어 회로의 제어에 따라 생체인식패널에 접촉된 지문을 감지하는 지문인식 감지회로; 상기 다채널 스위치 회로에 의해 동작하여 상기 생체인식패널로 입력되는 생체 데이터를 감지하는 생체신호 감지회로; 및 상기 지문인식 감지회로 또는 생체신호 감지회로로부터 감지된 지문 데이터 또는 생체 데이터를 출력하는 중앙처리장치를 포함한다.

또한, 상기 지문인식 감지회로는 완전 차동 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 지문인식 감지회로는, 전원으로부터 인가된 전압을 전류원으로 이용하는 이중 전류원; 상기 이중 전류원과 연결된 완전 차동 증폭기; 상기 이중 전류원과 완전 차동 증폭기 간의 노드와 접지 간에 연결되는 지문인식용 커패시터; 상기 완전 차동 증폭기의 입력 단자와 출력 단자 간에 각각 연결되는 리셋 스위치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 지문인식 감지회로는, 전원으로부터 인가된 전압을 전류원으로 이용하는 이중 전류원; 상기 이중 전류원과 연결된 완전 차동 증폭기; 상기 이중 전류원과 상기 완전 차동 증폭기의 제1 입력단자 간의 노드와 접지간에 연결되는 제1 지문인식용 커패시터; 상기 이중 전류원과 상기 완전 차동 증폭기의 제2 입력단자 간의 노드와 접지간에 연결되는 제2 지문인식용 커패시터; 상기 이중 전류원과 상기 완전 차동 증폭기간 노드와 접지간에 연결되며, 상기 제2 지문인식용 커패시터와 병렬로 연결되는 기준 커패시터; 상기 완전 차동 증폭기의 입력 단자와 출력 단자 간에 각각 연결되는 리셋 스위치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 생체인식패널은 적어도 하나의 지문패널 및 적어도 하나의 생채패널을 포함하고, 상기 지문패널 및 생체패널은 로우(Row) 방향 또는 컬럼(Column) 방향으로 교차로 배열되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 지문인식 감지회로가 동작하는 경우, 상기 적어도 하나의 지문패널은 동작되고, 상기 적어도 하나의 생체패널은 기생 커패시턴스를 제거하도록 접지되고, 상기 생체신호 감지회로가 동작하는 경우, 상기 적어도 하나의 생체패널은 동작되고, 상기 적어도 하나의 지문패널은 기생 커패시턴스를 제거하도록 접지되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 생체인식패널은 적어도 하나의 채널을 포함하고, 상기 적어도 하나의 채널 중 하나의 채널은 픽셀별로 포트 번호가 부여되고, 상기 지문인식 감지회로 또는 상기 생체신호 감지회로는, 한 쌍의 포트 번호별로 순차적으로 픽셀을 이동하면서 2 포트의 해상도를 가지도록 센싱하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어 회로는, 로우 로직(Low Logic) 및 하이 로직(High Logic)을 포함하고, 상기 제어 회로에 포함된 각 로직은, SIPO(Serial Input Parallel Output)의 동작을 수행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 로우 로직 및 하이 로직은, 상기 로우 로직의 최종 출력 신호를 하이 로직의 클럭 신호로 사용함으로써 동기화되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어 회로는, 시프트 레지스터(Shift Register)로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어 회로는, 상기 다채널 스위치 회로를 이용하여 상기 생체인식패널에 포함된 복수개의 픽셀을 상기 지문인식 감지회로 또는 생체신호 감지회로에서 감지하도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 생체신호 감지회로는, 생체신호 증폭기; 상기 생체신호 증폭기의 상단 노드 및 하단 노드의 입력 단자 및 출력 단자 간 각각 연결되는 신호제어용 커패시터; 상기 신호제어용 커패시터와 각각 병렬로 연결되는 리셋 스위치; 상기 생체신호 증폭기의 상단 노드의 입력 단자와 접지 간 연결되는 생체인식패널에 포함된 적어도 하나의 생체패널을 포함하고, 상기 생체신호 증폭기의 하단 노드의 입력 단자로는 기준 전압이 인가되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 다채널 스위치 회로는, 상기 생체인식패널에서 지문을 인식하는 경우, 상기 지문인식 감지회로 및 상기 생체인식패널에 포함된 적어도 하나의 지문패널을 턴 온시키도록 스위칭되고, 상기 생체인식패널에서 생체신호를 인식하는 경우, 상기 생체신호 감지회로 및 상기 생체인식패널에 포함된 적어도 하나의 생체패널을 턴 온시키도록 스위칭되는 것을 특징으로 한다.

전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 하나의 생체인식패널을 이용하여 지문을 포함한 다양한 생체신호를 감지할 수 있으며, 지문인식 또는 생체신호를 인식하는 경우에 발생될 수 있는 기생 커패시턴스를 제거할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체인식 감지장치를 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 지문인식 감지회로를 도시한 회로도이다.
도 3은 도 2의 지문인식 감지회로에서의 동작 설명을 위한 생체인식패널상 지문인식용 패널 커패시터 평면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 생체인식패널을 도시한 단면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 생체신호 감지회로를 도시한 회로도이다.
도 6은 도 1에 도시된 제어 회로에서 제어 신호를 출력하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체인식 감지장치를 설명하기 위한 블록 구성도이다. 도 1을 참조하면, 생체인식 감지장치(1)는, 제어 회로(100), 다채널 스위치 회로(200), 생체인식패널(300), 지문인식 감지회로(400), 생체신호 감지회로(500), 중앙처리장치(600)를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 생체인식 감지장치(1)는, 제어 회로(100)를 이용하여 한 개의 증폭기만을 사용하여 100개 이상의 픽셀을 인식할 수 있다. 또한, 생체인식 감지장치(1)는, 완전 차동 증폭기를 이용하여 작은 입력 신호의 변화에도 출력 전압이 크게 변화하도록 하고, 이에 따라 높은 정확도로 지문을 인식할 수 있도록 한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 생체인식 감지장치(1)는, 지문의 패턴을 인식하기 위하여 지문 패턴의 경계값만 정의하면 되므로, 즉 지문의 어느 부분이 패널과 접촉되어 있는지만을 인식하기만 하면 되므로, 전력 소모가 크고 동작하는데 많은 시간이 필요한 고성능 ADC(Analog Digital Converter)를 사용하는 대신, 비교기를 이용하여 셀(Cell)의 정전 용량을 기준 정전 용량과 비교하여 출력하도록 구성할 수 있다. 이때, 비교기는 동적 비교기(Dynamic Comparator)를 사용하여 신호가 입력될 때만 동작하도록 하여 전력 소모를 줄이도록 구현될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 생체인식 감지장치(1)는, 셀프-커패시터(Self-Cap) 방식에 적합한 지문 인식 방식으로, 하나의 노이즈만 입력되어도 생체인식패널의 한 줄(Row) 전체가 영향을 받는 상호-커패시터(Mutual-Cap) 방식에 비하여 외부 잡음이 강하다. 그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 생체인식 감지장치(1)의 지문인식 감지회로(400)를 완전 차동 증폭기를 이용하여 구성하고, 제어 회로(100)에서 생체인식패널(300)의 행과 열을 이동시켜가며 다채널 스위치 회로(200)를 턴 온시킴으로써, 지문인식 감지회로(400)에 포함된 하나의 완전 차동 증폭기로 100 개의 픽셀을 인식하도록 할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 생체인식 감지장치(1)는, 완전 차동 증폭기 및 이중 전류원을 이용한 차지 트랜스퍼(Charge Transfer)를 사용한 지문 및 생체 신호를 인식할 수 있고, 지문 인식 픽셀 사이에 접지(GND)를 삽입하는 방식으로 기생 커패시터를 제거할 수 있다. 그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 생체인식 감지장치(1)는, 생체 신호를 읽을 수 있는 증폭기를 이용하여 지문인식 및 생체신호를 동시에 입력받을 수 있다.

상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 생체인식 감지장치(1)와 기존의 감지장치(Type1 ~ Type4) 간의 특성을 비교하면, 하기 표 1과 같다.

감지형태	기생성분에 대한 면역성	전하이동성에 대한 선형도	감지출력범위 (전압)	패널 형태		응용 가능성
				Self-cap	Mutual-cap
Type1	Poor	Poor	Full supply volt	O	O	X
Type2	Poor	Medium	Less than half volt	O	O	X
Type3	Good	Good	Less than half volt	X	O	X
Type4	Good	Good	Full supply volt	X	O	X
본 발명	Medium	Medium	Full supply volt	O	X	O

상술한 특성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체인식 감지장치(1)의 구성은 아래와 같다.

제어 회로(100)는 기 설정된 주기마다 펄스를 출력하여 스위치 또는 채널을 턴 온 시킬 수 있다. 여기서, 제어 회로(100)는, 로우 로직(Low Logic) 및 하이 로직(High Logic)을 포함할 수 있고, 제어 회로(100)에 포함된 각 로직은, SIPO(Serial Input Parallel Output)의 동작을 수행할 수 있다. 이때, 로우 로직 및 하이 로직은, 로우 로직의 최종 출력 신호를 하이 로직의 클럭 신호로 사용함으로써 동기화될 수 있다. 그리고, 제어 회로(100)는, 시프트 레지스터(Shift Register)로 구성될 수 있다. 또한, 제어 회로(100)는, 다채널 스위치 회로(200)를 이용하여 생체인식패널(300)에 포함된 복수개의 픽셀을 지문인식 감지회로(400) 또는 생체신호 감지회로(500)에서 감지하도록 할 수 있다.

다채널 스위치 회로(200)는, 출력된 펄스에 기반하여 적어도 하나의 스위치가 턴 온 또는 턴 오프될 수 있다. 그리고, 다채널 스위치 회로(200)는, 생체인식패널(300)에서 지문을 인식하는 경우, 지문인식 감지회로(400) 및 생체인식패널(300)에 포함된 적어도 하나의 지문패널을 턴 온시키도록 스위칭되고, 생체인식패널(300)에서 생체신호를 인식하는 경우, 생체신호 감지회로(500) 및 생체인식패널(300)에 포함된 적어도 하나의 생체패널을 턴 온시키도록 스위칭될 수 있다.

생체인식패널(300)은, 지문의 골 또는 마루가 접촉되고, 생체 데이터가 입력되는 패널일 수 있다. 여기서, 생체인식패널(300)은 적어도 하나의 채널을 포함할 수 있다. 그리고, 적어도 하나의 채널 중 하나의 채널은 픽셀별로 포트 번호가 부여되고, 지문인식 감지회로(400)는, 한 쌍의 포트 번호별로 순차적으로 픽셀을 이동하면서 2 포트의 해상도를 가지도록 센싱할 수 있다.

지문인식 감지회로(400)는, 제어 회로(100)의 제어에 따라 생체인식패널(300)에 접촉된 지문을 감지할 수 있다. 여기서, 지문인식 감지회로(400)는, 완전 차동 증폭기를 포함할 수 있다.

생체신호 감지회로(500)는, 다채널 스위치 회로(200)에 의해 동작하여 생체인식패널(300)로 입력되는 생체 데이터를 감지할 수 있다.

중앙처리장치(600)는 지문인식 감지회로(400) 또는 생체신호 감지회로(500)로부터 감지된 지문 데이터 또는 생체 데이터를 출력할 수 있다.

상술한 구성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체인식 감지장치(1)의 구동 원리 및 동작을 이하에서 설명하기로 한다. 다만, 이하의 일 실시예로 본 발명의 구동 원리 및 동작이 한정되는 것은 아니다.

도 2는 도 1에 도시된 지문인식 감지회로를 도시한 회로도이고, 도 3은 도 2의 지문인식 감지회로에서의 동작 설명을 위한 생체인식패널상 지문인식용 패널 커패시터 평면도이다. 도 4는 도 1에 도시된 생체인식패널을 도시한 단면도이고, 도 은 도 1에 도시된 생체신호 감지회로를 도시한 회로도이다.

도 2를 참조하면, 지문인식 감지회로(400)는, 전원으로부터 인가된 전압을 전류원으로 이용하는 이중 전류원(410), 이중 전류원(410)과 연결된 완전 차동 증폭기(420), 이중 전류원(410)과 완전 차동 증폭기(420) 간의 노드와 접지 간에 연결되는 기준 커패시터(450)와 지문인식용 커패시터(460), 완전 차동 증폭기(420)의 입력 단자와 출력 단자 간에 각각 연결되는 리셋 스위치(440)를 포함할 수 있다.

여기서, 이중 전류원(410)은, 기 설정된 미량의 전류(1μ~10μ)를 흐르게 하며, 본 발명의 지문인식 감지회로(400)에서는 입력1과 입력2의 전하량의 변화 즉 시정수의 비교를 통하여 지문을 인식하게 된다. 즉, 전하량의 변화는 지문의 인식을 의미하고 각각의 전하량 측정과 횡 혹은 종으로의 비교를 통해 상대적인 크기 비교를 통한 디지털 신호를 출력하는 지문감지회로를 설계한 것이다.

상대 비교측정법이란 예를 들어 횡으로 비교하도록 설계한 경우 위치상으로 마루가 연속적으로 이어질 수도 있으며 마루와 골이 나올 수도 있는데 이러한 경우 마루와 골의 연결이라면 1이 출력될 수 있다. 반대의 경우는 0으로 나오는데 골과 골 , 마루와 마루인 경우는 출력 값이 모호해 진다. 이때 기준 φ2"를 두어 기준값을 놓고 비교해본다면 마루와 마루의 연결인지 그 반대인지를 쉽게 알 수 있다.

구체적인 동작으로는 특정 주기로 입력1과 입력2에 각각 φ1, φ2(입력2는 φ1,φ2',φ2")를 번갈아 가며 스위치가 온/오프(on/off)되도록 한다.

이때, 예를 들어 입력1의 스위치 진행방식은 제1 위상(phase 1)인 경우 φ1=on, φ2=off가 될 수 있고, 제2 위상(phase2)인 경우 φ1=off, φ2=on이 될 수 있다.

또한, 입력2의 스위치 진행방식은 제1 위상(phase 1)인 경우 φ1=on, φ2=off(reset phase), 제2 위상(phase2)인 경우 φ1=off, φ2'=on, φ2"=off(지문인식 커패시턴스 비교), 제3 위상(phase3)인 경우 φ1=off, φ2'=off, φ2"=on(기준 커패시턴스와 지문인식 커패시턴스 비교) 등으로 구성될 수 있다. 이때, φ2 = φ2'+φ2"의미로 입력1과 입력2의 전체적인 주기는 동일하게 된다. 이는 골과 마루의 단순비교 뿐아니라 마루와 마루의 연결, 그리고 골과 골의 연결된 부분의 인식의 필요를 위한 동작 페이즈로써 기준 커패시턴스 동작을 위해 φ2"가 필요하였음을 말한다.

이하, 동작을 살펴보면, 손금이 패널에 터치되어 있는 상태에서 지문감지회로가 동작하게 되면 위에 설명한 각각의 페이즈(phase)가 각각 동시에 진행 되어 입력 1과 입력 2의 전하량 변화에 따른 비교가 완전 차동 증폭기(420)에 의해 비교 되어진다.

이때, 제1 위상(phase 1)일 때는 전류가 빠져버려서 전압이 0으로 떨어지지만(RESET phase), 제2 위상(phase2)일 때는 지문인식패널에 형성된 커패시턴스(capacitance)에 의해 전압이 생기는데 제안된 지문회로에서는 제2 위상(Phase2)의 상태에서 지문을 추출한다.

즉, 제2 위상(Phase2)에서 걸리는 전압의 상승 곡선은 커패시턴스의 크기에 따라 변형되게 되며 터치했을 때 수 펨토(femto)의 커패시턴스가 변화하게 되며 그로 인해 커패시터가 클 때는 느리게 곡선을 보이고, 작을 때는 빠르게 전압이 상승한다. 만약 두 개의 지문인식용 패널의 커패시턴스를 비교하게 된다면 그 차이로 신호가 나올 것이다. 이때, 지문이 들어간 부분 골이라면 커패시턴스가 작아지므로 즉, 걸려있는 패널의 커패시턴스가 지문의 굴곡에 따라 전하가 변하게 되는데 그 차이로 출력해내는 것이다. 그것은 전류의 크기에 따라 시정수에 따라 커패시터로 이동하는 전하가 다르며 그 차이로 출력을 이끌어 내는 것을 말한다.

다음은 위와 같은 패널에 대해 도 3을 참조하여 설명을 돕도록 한다. 앞선 설명에서는 상기의 입력1, 입력2의 스위치가 변화함에 따라 전하량 변화를 비교했는데, 도 2에서는 지문인식 패널의 커패시터가 2개로 한 쌍이 되어 비교하는 구조를 설명하기 용이하도록 한 쌍만 그려놓은 것이며 도 3에서 도시된 패널은 그 쌍들의 집합을 의미한다.

이해를 돕기 위해 새롭게 제시한 도 3의 패널을 보면, 파란동그라미색칠을 해둔 패널은 바이오 패널이며 그 이외에 번호가 적힌 패널이 '지문 인식용 패널 커패시터"가 될 수 있다. 이때, 바이오 패널과 지문인식용 패널은 완전히 다른 기능을 수행한다. 특히, 바이오 패널은 상기에 설명된 지문감지기능 활용 시에는 신호접지 역할을 하는 가드역할을 하여서 지문감지의 SNR증가를 돕다가 지문감지 기능을 하지 않을 시(도 2의 회로 off)

도 4의 회로(생체신호감지기)가 동작하며 바이오 패널의 전하량 변화의 합으로 인체신호를 감지하게 된다.(이때, 패널은 일종의 커패시터가 될 수 있다)

다시 지문인식 동작에 대해 설명 순서에 따라 아래 도 3에 도시된 패널을 이용하여 자세히 설명하면, 먼저, 1번 2번이 비교를 하고, 그 다음 3번, 4번이 비교하게 되는데 그 과정 가운데 기준 커패시터를 둬서 지문의 골/마디를 알 수 있는 것이다. 이때, 기준 커패시터(450)는 도 2에 도시된 φ2"가 될 수 있다. 즉, 입력1의 지문인식패널의 커패시터를 상대로 입력2는 두 번 비교하는 셈이 될 수 있다.

좀더 자세히 설명하면, 제1 위상(phase 1)인 경우, φ1: RESET 신호로 지문감지 캡의 전하 초기화, 제2 위상(phase 2)인 경우, φ2': 지문인식 패널 CAP vs 지문인식 패널CAP 비교(도 3을 참조하면, 1번 2번 패널비교 이후의 제3 위상(phase 3) 이후에는 동일한 제3 위상(phase 3)를 3번, 4번 패널로 진행 그리고 5,6번 순으로 진행, 제3 위상(phase 3)인 경우, φ2": 지문인식 패널 커패시터와 기준 커패시터(수femto)의 비교 동작이 이루어진다. 이러한 과정이 1에서 10까지 끝이 나면 그 다음 채널에서 동일하게 반복하여 비교를 하게 된다.

또한, 지문감지 시 도 4의 패널(320)은 신호접지역할을 하며, 지문패널인 패널(310)에 의해 지문이 센싱될 수 있다, 패널(320)은 지문감지 시 기생 커패시턴스(capacitance) 값을 없애는 역할을 하여 신호대잡음비(SNR)를 높이는 것을 돕는다. 생체신호를 감지할 시에는 지문감지에 사용되는 증폭기를 끄고, 도 5에서와 같은 생체신호에 사용되는 증폭기만 사용하여 생체신호를 체크할 수 있게 하였다. 즉, 생체신호는 손이나 신체의 다른 부위가 생체신호패널인 패널(320)에 접촉될 때 그 때 몸의 정보를 추출할 수 있다.

도 4를 참조하면, 생체인식패널(300)은 적어도 하나의 지문패널(310) 및 적어도 하나의 생채패널(320)을 포함하고, 지문패널(310) 및 생체패널(320)은 로우(Row) 방향 또는 컬럼(Column) 방향으로 교차로 배열되도록 형성될 수 있다. 여기서, 지문인식 감지회로(400)가 동작하는 경우, 적어도 하나의 지문패널(310)은 동작되고, 적어도 하나의 생체패널(320)은 기생 커패시턴스를 제거하도록 접지되고, 생체신호 감지회로(500)가 동작하는 경우, 적어도 하나의 생체패널(320)은 동작되고, 적어도 하나의 지문패널(310)은 기생 커패시턴스를 제거하도록 접지될 수 있다.

여기서, 적어도 하나의 생체패널(320)은 신호접지역할을 수행할 수 있고, 지문이 감지될 때 기생 커패시턴스를 없애는 역할을 하여 노이즈대잡음비(SNR)을 높일 수 있도록 한다. 그리고, 적어도 하나의 생체패널(320)은 지문감지에 이용되는 증폭기는 턴 오프시키고, 생체신호에 사용되는 증폭기만을 턴 온시켜 생체신호를 체크할 수 있도록 한다. 이때, 생체신호는 손이나 신체의 다른 부위가 적어도 하나의 생체패널(320)에 접촉된 경우에 추출될 수 있다.

또한, 생체인식패널(300)은, 적어도 하나의 채널을 포함하는데, 적어도 하나의 채널 중 하나의 채널은 픽셀별로 포트 번호가 부여되고, 지문인식 감지회로(400) 또는 생체인식 감지회로(500)는, 한 쌍의 포트 번호별로 순차적으로 픽셀을 이동하면서 2 포트의 해상도를 가지도록 센싱할 수 있다.

도 5를 참조하면, 생체신호 감지회로(500)는, 생체신호 증폭기(510), 생체신호 증폭기(510)의 상단 노드 및 하단 노드의 입력 단자 및 출력 단자 간 각각 연결되는 신호제어용 커패시터(520), 신호제어용 커패시터(520)와 각각 병렬로 연결되는 리셋 스위치(530). 생체신호 증폭기(510)의 상단 노드의 입력 단자와 접지 간 연결되는 생체인식패널(300)에 포함된 적어도 하나의 생체패널(320)을 포함할 수 있다. 여기서, 생체신호 증폭기(510)의 하단 노드의 입력 단자로는 기준 전압(Vref)이 인가될 수 있다. 그리고, 생체신호 감지회로(500)는, 스위치드 커패시터를 이용한 증폭기(Switched Capacitor Amplifier)일 수 있다.

도 6은 도 1에 도시된 제어 회로에서 제어 신호를 출력하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 6을 참조하면, 생체인식패널(300)은 10 픽셀씩 10 채널로, 총 100 픽셀로 구성될 수 있다. 이는, 생체인식패널(300)의 크기에 따라 변경될 수 있으므로, 본 사항으로 한정되는 것은 아니다.

생체인식패널(300)의 하나의 채널에서, 왼쪽 끝부터 픽셀별로 각각 p<0>~p<9>까지의 번호를 부여할 수 있다. 이때, 다채널 스위치 회로(200)를 통하여 p<0>-p<1>/p<1>-p<2>/p<2>-p<3>/... 순서로 픽셀을 그룹화하여 센싱할 수 있도록 할 수 있다. 이는 감지방식 자체의 패턴 때문이며 지문상의 횡/종축으로의 위치비교로서 각각의 절대적 지문형식이 아닌 상대적인 방식으로서 각각의 위치에서 먼저 전하량을 채취하여 횡혹은 종으로 짝을지어 비교하는 것을 이야기 한다. 그리고, 지문인식 감지회로(400) 및 생체인식 감지회로(500)에서 완전 차동 증폭기를 이용하여 비교 방식의 지문 인식을 수행하기 때문에, 빠른 속도와 낮은 전력을 동작할 수 있으며, 경계값을 정확히 출력할 수 있다.

여기서, 제어 회로(100)는, 로우 로직과 하이 로직의 두 가지 타입의 로직을 사용할 수 있다. (a) 각각의 로직은 하나의 클럭 신호에 의해 제어되고, 클럭이 상승할 때마다 수신한 신호를 다음 단으로 차례로 이동되도록 출력하는 SIPO(Serial Input Parallel Output)의 형태로 구현될 수 있다. 이때, (b)는 시프트 레지스터의 출력 신호를 그래프로 도시한다. (c) 로우 로직은 1μ씩 총 11 개의 펄스를 출력하는 시프트 레지스터로 구성될 수 있다. 그리고, 로우 로직의 각 신호는 다채널 스위치 회로(200)의 스위치를 두 개씩 턴 온시키고, 턴 온된 스위치를 한 노드씩 이동시키는 역할을 수행할 수 있다. (d) 그리고, 하이 로직은, 11μ씩 총 10개의 펄스를 출력하는 시프트 레지스터로 구성될 수 있다. 여기서, 하이 로직은, 생체인식패널(300)의 각 채널을 순차적으로 켜는 역할을 한다.

두 로직은, 로우 로직의 마지막 출력 신호를 하이 로직의 클럭으로 사용함으로써 동기화될 수 있으므로, 하나의 클럭으로 두 개의 로직을 동시에 제어할 수 있다. 이와 같이, 제어 회로(100)를 이용하여 100개의 픽셀을 감지할 수 있으며, 많은 전력을 소모하는 증폭기의 구성을 줄임으로써 전체 시스템의 전력 소모를 낮출 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 제어회로 200 : 다채널 스위치 회로
300 : 생체인식패널 400 : 지문인식 감지회로
500 : 생체신호 감지회로 600 : 중앙처리장치

Claims (13)

1. 기 설정된 주기마다 펄스를 출력하여 스위치 또는 채널을 턴 온 시키는 제어 회로;
   상기 출력된 펄스에 기반하여 적어도 하나의 스위치가 턴 온 또는 턴 오프되는 다채널 스위치 회로;
   지문의 골 또는 마루가 접촉되어 지문을 인식하고, 신체 일부가 접촉되어 생체 데이터가 입력되는 생체인식패널 - 상기 생체인식패널은 적어도 하나의 지문패널 및 적어도 하나의 생체패널을 포함하며, 상기 지문패널 및 생체패널은 로우(Row) 방향 또는 컬럼(Column) 방향으로 교차로 배열되도록 형성됨 - ;
   상기 제어 회로의 제어에 따라 상기 생체인식패널에 접촉된 지문을 감지하는 지문인식 감지회로;
   상기 다채널 스위치 회로에 의해 동작하여 상기 생체인식패널로 입력되는 생체 데이터를 감지하는 생체신호 감지회로; 및
   상기 지문인식 감지회로 또는 생체신호 감지회로로부터 감지된 지문 데이터 또는 생체 데이터를 출력하는 중앙처리장치를 포함하고,
   상기 지문인식 감지회로가 동작하는 경우, 상기 적어도 하나의 지문패널은 동작되고, 상기 적어도 하나의 생체패널은 기생 커패시턴스를 제거하도록 접지되고,
   상기 생체신호 감지회로가 동작하는 경우, 상기 적어도 하나의 생체패널은 동작되고, 상기 적어도 하나의 지문패널은 기생 커패시턴스를 제거하도록 접지되는
   생체인식 감지장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 지문인식 감지회로는, 완전 차동 증폭기를 포함하는 것인, 생체인식 감지장치.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 지문인식 감지회로는,
   전원으로부터 인가된 전압을 전류원으로 이용하는 이중 전류원;
   상기 이중 전류원과 연결된 완전 차동 증폭기;
   상기 이중 전류원과 완전 차동 증폭기 간의 노드와 접지 간에 연결되는 지문인식용 커패시터;
   상기 완전 차동 증폭기의 입력 단자와 출력 단자 간에 각각 연결되는 리셋 스위치;
   를 포함하는 것인, 생체인식 감지장치.
   
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 지문인식 감지회로는,
   전원으로부터 인가된 전압을 전류원으로 이용하는 이중 전류원;
   상기 이중 전류원과 연결된 완전 차동 증폭기;
   상기 이중 전류원과 상기 완전 차동 증폭기의 제1 입력단자 간의 노드와 접지간에 연결되는 제1 지문인식용 커패시터;
   상기 이중 전류원과 상기 완전 차동 증폭기의 제2 입력단자 간의 노드와 접지간에 연결되는 제2 지문인식용 커패시터;
   상기 이중 전류원과 상기 완전 차동 증폭기간 노드와 접지간에 연결되며, 상기 제2 지문인식용 커패시터와 병렬로 연결되는 기준 커패시터;
   상기 완전 차동 증폭기의 입력 단자와 출력 단자 간에 각각 연결되는 리셋 스위치;
   를 포함하는 것인, 생체인식 감지장치.
   
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 생체인식패널은 적어도 하나의 채널을 포함하고,
   상기 적어도 하나의 채널 중 하나의 채널은 픽셀별로 포트 번호가 부여되고,
   상기 지문인식 감지회로 또는 상기 생체신호 감지회로는, 한 쌍의 포트 번호별로 순차적으로 픽셀을 이동하면서 2 포트의 해상도를 가지도록 센싱하는 것인, 생체인식 감지장치.
   
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어 회로는, 로우 로직(Low Logic) 및 하이 로직(High Logic)을 포함하고,
   상기 제어 회로에 포함된 각 로직은, SIPO(Serial Input Parallel Output)의 동작을 수행하는 것인, 생체인식 감지장치.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 로우 로직 및 하이 로직은, 상기 로우 로직의 최종 출력 신호를 하이 로직의 클럭 신호로 사용함으로써 동기화되는 것인, 생체인식 감지장치.
   
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 회로는, 시프트 레지스터(Shift Register)로 구성되는 것인, 생체인식 감지장치.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 회로는, 상기 다채널 스위치 회로를 이용하여 상기 생체인식패널에 포함된 복수개의 픽셀을 상기 지문인식 감지회로 또는 생체신호 감지회로에서 감지하도록 하는 것인, 생체인식 감지장치.
    
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 생체신호 감지회로는,
    생체신호 증폭기;
    상기 생체신호 증폭기의 상단 노드 및 하단 노드의 입력 단자 및 출력 단자 간 각각 연결되는 신호제어용 커패시터;
    상기 신호제어용 커패시터와 각각 병렬로 연결되는 리셋 스위치;
    상기 생체신호 증폭기의 상단 노드의 입력 단자와 접지 간 연결되는 생체인식패널에 포함된 적어도 하나의 생체패널
    을 포함하고,
    상기 생체신호 증폭기의 하단 노드의 입력 단자로는 기준 전압이 인가되는 것인, 생체인식 감지장치.
    
13. 제 1 항에 있어서,
    상기 다채널 스위치 회로는,
    상기 생체인식패널에서 지문을 인식하는 경우, 상기 지문인식 감지회로 및 상기 생체인식패널에 포함된 적어도 하나의 지문패널을 턴 온시키도록 스위칭되고,
    상기 생체인식패널에서 생체신호를 인식하는 경우, 상기 생체신호 감지회로 및 상기 생체인식패널에 포함된 적어도 하나의 생체패널을 턴 온시키도록 스위칭되는 것인, 생체인식 감지장치.

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