KR102052151B1 - 지문인식 시스템 및 전자장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 지문인식 시스템을 제공하며, 복수의 제1 픽셀 회로; 접촉 정전용량을 감지하고 대신호 성분 및 상기 접촉 정전용량의 변화량과 관련되는 소신호 성분을 포함하는 제1 출력 신호를 출력하는 제1 감지 회로; 적어도 하나의 제2 픽셀 회로; 상기 대신호 성분과 같은 제2 출력 신호를 출력하는 제2 감지 회로; 상기 제1 출력 신호와 상기 제2 출력 신호의 차이 값을 증폭시켜, 상기 소신호 성분과 관련되는 증폭 출력 신호를 생성하는 차동 증폭 회로를 포함한다.

Description

지문인식 시스템 및 전자장치
본 발명은 지문인식 시스템 및 전자장치에 관한 것으로, 특히 기생 정전용량의 영향을 줄일 수 있는 지문인식 시스템 및 전자장치에 관한 것이다.
과학기술이 나날이 발전함에 따라, 이동전화, 디지털 카메라, 태블릿 PC, 노트북 등 갈수록 많은 휴대용 전자장치들은 이미 사람들의 일상생활에서 필수품이 되었다. 휴대용 전자장치는 일반적으로 개인이 사용하는 것으로, 일정 정도의 프라이버시를 갖고 있으며, 휴대용 전자장치 내부에 저장된 연락처, 사진, 개인정보 등과 같은 데이터는 개인 소유이다. 전자장치를 잃어버리는 경우, 해당 데이터들이 타인에 의해 이용됨으로써 불필요한 손실을 초래할 수 있다. 현재는 비록 패스워드를 설정하는 방식을 통해 전자장치가 타인에 의해 이용되는 것을 방지하고 있는 방법이 이미 존재하기는 하나, 패스워드가 쉽게 유출되거나 또는 풀리므로, 안정성이 비교적 낮다. 또한, 사용자가 패스워드를 기억해야만 해당 전자장치를 사용할 수 있기 때문에, 패스워드를 잊어버리게 되면, 사용자는 많은 불편을 겪게 된다. 따라서 현재, 데이터의 안정성을 향상시키고자, 개인의 지문을 인식하는 방식을 통해 신분 인증을 하는 단계까지 발전하였다.
선행 기술에서, 정전용량식 지문인식 시스템은 상당히 각광을 받는 지문인식 방법으로서, 사용자의 손가락 접촉을 수신하는 접촉층을 이용하여, 접촉층의 정전용량 변화를 감지함으로써, 사용자 지문의 융선(Finger Ridge) 또는 골(Finger Valley)을 판단한다. 접촉층이 기타 회로의 간섭을 받지 않게 하기 위하여, 선행 기술에서는 일반적으로 회로 배치 시 접촉층 하부에 차단층을 배치하여, 차단 효과를 발생시킴으로써, 차단층 아래의 회로가 접촉층에 대해 간섭을 일으키지 않도록 하였다. 그러나, 접촉층과 차단층 사이에 기생 정전용량이 발생할 수 있으며, 기생 정전용량의 정전용량 값은 종종 접촉으로 인해 발생하는 접촉 정전용량의 정전용량 값보다 크므로, 정전용량 감지회로 또는 정전용량식 지문인식 시스템의 접촉 정전용량의 정전용량 값에 대한 판단에 영향을 주어, 지문인식의 정확도를 저하시킨다.
본 발명은 기생 정전용량의 영향을 감소시키고, 온도 및 소음에 대한 민감도를 감소시킬 수 있는 지문인식 시스템 및 전자장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 기술문제를 해결하기 위해, 본 발명의 지문인식 시스템은 복수의 제1 픽셀 회로, 제1 감지 회로, 적어도 하나의 제2 픽셀 회로, 제2 감지 회로, 및 차동 증폭 회로를 포함하고, 상기 복수의 제1 픽셀 회로 중 하나의 제1 픽셀 회로는 하나의 손가락과 접촉 정전용량을 형성하고; 상기 제1 감지 회로는 상기 제1 픽셀 회로에 커플링되어, 상기 접촉 정전용량을 감지하고 제1 출력 신호를 출력하며, 상기 제1 출력 신호는 대신호 성분(big signal component) 및 소신호 성분(small signal component)을 포함하고, 상기 소신호 성분은 상기 접촉 정전용량의 변화량과 관련되고; 상기 제2 감지 회로는 상기 적어도 하나의 제2 픽셀 회로 중 하나의 제2 픽셀 회로에 커플링되어, 제2 출력 신호를 출력하고, 상기 제2 출력 신호는 상기 대신호 성분과 같고; 상기 차동 증폭 회로는 상기 제1 감지 회로 및 상기 제2 감지 회로에 커플링되어, 상기 제1 출력 신호와 상기 제2 출력 신호의 차이 값을 증폭시켜 증폭 출력 신호를 생성하고, 상기 증폭 출력 신호는 상기 소신호 성분과 관련된다.
바람직하게는, 상기 제2 감지 회로는 제1 구동 신호를 수신하도록 제1 구동 회로에 커플링되어, 상기 손가락의 접촉을 수신하는 접촉층; 상기 접촉층의 하부에 설치된 제1 차단층; 상기 제1 차단층의 하부에 설치되어, 제2 구동 신호를 수신하도록 제2 구동회로에 커플링되는, 제1 금속층; 상기 제1 금속층의 하부에 설치되는 제2 금속층을 포함하고, 그 중 제3 구동 신호를 수신하도록 상기 제1 차단층과 상기 제2 금속층은 상기 제2 구동회로에 커플링되며; 상기 제1 금속층은 상기 제2 감지 회로에 커플링된다.
바람직하게는, 구동 단계에서, 상기 제1 구동 회로는 상기 접촉층을 정전압(正電壓)으로 구동시키고, 상기 제2 구동 회로는 상기 제1 차단층, 상기 제1 금속층 및 상기 제2 금속층을 상기 정전압으로 구동시키고, 감지 단계에서, 상기 제1 구동회로는 상기 접촉층에 제1 전압을 제공한다.
바람직하게는, 상기 제2 감지 회로는 상기 제2 금속층은 동일한 수평 위치를 가지며, 상기 제2 금속층과 서로 이격되며, 고정 전압을 공급받는 제3 금속층을 더 포함한다.
바람직하게는, 제2 감지 회로는 상기 제1 차단층과 동일한 수평 위치를 가지며, 상기 제1 차단층과 서로 이격되며, 고정 전압을 공급받는, 제2 차단층을 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 제1 감지 회로는 상기 손가락의 접촉을 수신하고, 상기 손가락과 상기 접촉 정전용량을 형성하고, 구동 회로 및 상기 제1 감지 회로에 커플링되는 접촉층; 및 상기 접촉층의 하부에 설치되는 제1 차단층을 더 포함한다.
바람직하게는, 구동 단계에서, 상기 구동 회로는 상기 접촉층을 정전압으로 구동시킨다.
바람직하게는, 상기 제1 감지 회로는 상기 제1 차단층과 동일한 수평 위치를 가지며, 상기 제1 차단층과 서로 이격되며, 고정 전압을 공급받는 제2 차단층을 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 차동 증폭 회로는 프로그래머블 게인 증폭기이다.
본 발명은 동작 회로(operating circuit) 및 동작 회로에 커플링되는 지문인식 시스템을 포함하는 전자장치를 추가로 제공하고, 상기 지문인식 시스템은 복수의 제1 픽셀 회로, 제1 감지 회로, 적어도 하나의 제2 픽셀 회로, 제2 감지 회로, 및 차동 증폭 회로를 포함하고, 상기 복수의 제1 픽셀 회로 중 하나의 제1 픽셀 회로는 하나의 손가락과 접촉 정전용량을 형성하고; 상기 제1 감지 회로는 상기 제1 픽셀 회로에 커플링되어, 상기 접촉 정전용량을 감지하고 제1 출력 신호를 출력하며, 그 중 상기 제1 출력 신호는 대신호 성분 및 소신호 성분을 포함하며, 상기 소신호 성분은 상기 접촉 정전용량의 변화량에 관련되고; 상기 제2 감지 회로는 상기 적어도 하나의 제2 픽셀 회로 중 하나의 상기 제2 픽셀 회로에 커플링되어, 제2 출력 신호를 출력하고, 그 중 상기 제2 대신호 성분과 같고; 상기 차동 증폭 회로는 상기 제1 감지 회로 및 상기 제2 감지 회로에 커플링되어, 상기 제1 출력 신호와 상기 제2 출력 신호의 차이 값을 증폭시켜 증폭 출력 신호를 생성하고, 상기 증폭 출력 신호는 상기 소신호 성분과 관련된다.
본 발명이 제공하는 지문인식 시스템 및 전자장치는, 더미 픽셀 회로를 이용하여 더미 출력 신호를 생성함으로써, 기생 정전용량의 효과를 제거하여, 정전용량 감지 또는 지문인식의 정확도 및 효능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지문인식 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 클락 신호의 파형도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 지문인식 시스템의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 지문인식 시스템의 평면 개략도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전자장치의 개략도이다.
본 발명의 목적, 기술방안 및 장점을 보다 명확하게 설명하기 위하여, 이하 도면 및 실시예를 결합하여, 본 발명에 대해 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 여기에서 말하는 구체적인 실시예는 단지 본 발명을 해석하기 위한 것으로, 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
종래의 지문인식 시스템에서, 픽셀 회로의 출력 신호는 픽셀 회로 및 감지 회로 내부의 기생 정전용량의 영향을 받으므로, 픽셀 회로의 출력 신호 중 접촉 정전용량의 변화량에 관련된 신호 성분은 뚜렷하게 구별되지 않았으며, 픽셀 회로의 출력 신호는 온도 및 소음의 영향도 받으므로, 지문인식의 정확도를 저하시켰다. 따라서, 본 발명은 정상적인 픽셀 회로 외에도, 더미 픽셀 회로를 더 포함하며, 더미 픽셀 회로를 이용하여 더미 출력 신호를 생성하여, 복수의 정상 픽셀 회로의 출력 신호 중 기생 정전용량, 온도 및 소음의 영향을 받는 신호 성분을 상쇄시키고, 복수의 정상 픽셀 회로의 출력 신호 중의 지문 신호 성분에 대해 증폭 및 후속 신호 처리를 하여, 융선(FINGER Ridge) 또는 골(Finger Valley)을 판단하여, 지문인식 정확도를 향상시킨다.
정상 픽셀 회로 및 더미 픽셀 회로의 회로 구조에 관하여, 도 1 및 도 2를 참고하면, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지문인식 시스템(10)의 개략도이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 클락(Clock) 신호(clk1, clk2, clk3)의 파형도이다. 설명을 위해, 도 1은 지문인식 시스템(10) 중 복수의 정상 픽셀 회로의 하나의 정상 픽셀 회로 및 하나의 더미 픽셀 회로를 개략적으로 도시하였다. 도 1에 도시한 바와 같이, 지문인식 시스템(10)은 정상 픽셀 회로(11), 더미 픽셀 회로(12), 제1 감지 회로(115), 제2 감지 회로(125) 및 차동 증폭 회로(Amp)를 포함한다. 정상 픽셀 회로(11) 및 더미 픽셀 회로(12)는 모두 손가락(FG)의 접촉을 수신할 수 있으며, 손가락(FG)과 접촉 정전용량(Cf_1, Cf_2)을 각각 형성한다. 제1 감지 회로(115)는 정상 픽셀 회로(11)에 커플링되어, 접촉 정전용량(Cf_1)을 감지하고 제1 출력 신호(Vo1)를 출력한다. 또한, 제2 감지 회로(125)는 더미 픽셀 회로(12)에 커플링되어, 제2 출력 신호(Vo2)를 출력한다. 여기서, 제1 출력 신호(Vo1)는 대신호 성분(
Figure 112017102079887-pct00001
) 및 소신호 성분(ΔVo1)(즉, 제1 출력 신호(Vo1)는 Vo1＝
Figure 112017102079887-pct00002
+ΔVo1로 나타낼 수 있음)을 포함하며, 대신호 성분(
Figure 112017102079887-pct00003
)은 제1 출력 신호(Vo1)의 평균값이며, 소신호 성분(ΔVo1)은 접촉 정전용량(Cf_1)의 변화량(ΔCf_1)에 관한 것이며, 이는 지문인식을 위한 지문 신호이다. 주의해야 할 점은, 더미 픽셀 회로(12)를 적절하게 설계하여, 제2 출력 신호(Vo2)를 제1 출력 신호(Vo1)의 대신호 성분(
Figure 112017102079887-pct00004
)과 같게 할 수 있다(제 2출력 신호(Vo2)는 Vo2＝
Figure 112017102079887-pct00005
로 나타낼 수 있다).
차동 증폭 회로(Amp)는 제1 출력 신호(Vo1) 및 제2 출력 신호(Vo2)를 수신하여, 제1 출력 신호(Vo1)와 제2 출력 신호(Vo2)의 차이 값(Vo1－Vo2)을 증폭시켜, 증폭 출력 신호(VO)를 생성하고, 그 중 증폭 출력 신호(VO)는 차이 값(Vo1－Vo2)에 대해서만 증폭시킨 것이다. 일실시예에서, 차동 증폭 회로(Amp)는 PGA(Programmable Gain Amplifier)이다. 차동 증폭 회로(Amp)는 ADC(Analog-to-Digital Converter，ADC) 및 후단 회로(도 1에 미도시)에 커플링되어, 증폭 출력 신호(VO)에 대해 후속 신호 처리를 하고, 정상 픽셀 회로(11)가 손가락(FG)의 융선 또는 골에 대응되는지 판단한다.
바꾸어 말하자면, 정상 픽셀 회로(11)에 대응하는 제1 출력 신호(Vo1)는 정상 픽셀 회로(11)에 대응되는 접촉 정전용량(Cf_1)과 관련이 있다. 즉, 제1 출력 신호(Vo1)는 지문 신호(즉, 소신호 성분(ΔVo1))를 포함한다. 한편, 더미 픽셀 회로(12)에 대응하는 제2 출력 신호(Vo2)는 제1 출력 신호(Vo1) 중 기생 정전용량, 온도 및 소음 영향의 받는 신호 성분만 상쇄시키고, 제2 출력 신호(Vo2)는 지문 신호를 포함하지 않는다(즉, 더미 픽셀 회로(12)에 대응되는 접촉 정전용량(Cf_2)은 제2 출력 신호(Vo2)에 영향이 없다). 지문인식 시스템(10)은 차동 증폭 회로(Amp)를 이용하여 제1 출력 신호(Vo1)와 제2 출력 신호(Vo2)의 차이 값(Vo1－Vo2)을 증폭시킨다. 즉, 후속 신호 처리를 위해, 지문 신호를 증폭시킨다.
자세히 말하자면, 도 1에 도시한 바와 같이, 정상 픽셀 회로(11)는 접촉층(110), 차단층(112) 및 구동 회로(113)를 포함하고, 접촉층(110) 및 차단층(112)은 모두 집적 회로 배치에서의 금속층이며, 접촉층(110)은 상부 금속층(Top Metal)로서, 손가락(FG)의 접촉을 수신하고, 접촉층(110)은 손가락(FG)과 접촉 정전용량(Cf_1)을 형성하고, 차단층(112)은 상부 금속층 아래의 금속층이며, 즉 차단층(112)은 접촉층(100)의 바로 아래에 배치되어, 차단층(112) 아래의 회로에 대해 차단 효과를 발생하여, 차단층(112) 아래의 회로가 접촉층(110)에 대해 간섭을 일으키지 않도록 하고, 차단층(112)은 접촉층(110)과 기생 정전용량(Cp_1)을 형성한다. 접촉층(110)은 제1 감지 회로(115)에 커플링되며, 또한 접촉층(110) 및 차단층(112)은 모두 구동 회로(113)에 커플링되어, 각각 구동 회로(113)가 생성하는 클락 신호(clk2, clk3)를 수신한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 구동 단계에서, 클락 신호(clk1, clk2, clk3)는 하이 레벨이며, 이때 구동회로(113)는 접촉층(110) 및 차단층(112)을 정전압(VDD)으로 구동시키고, 감지 단계에서, 클락 신호(clk2) 및 클락 신호(clk3)는 각각 전압(V2) 및 전압(V3)이며, 이때 제1 감지 회로(115)는 제1 출력 신호(Vo1)를 출력하고, 그 중 제1 출력 신호(Vo1)는 접촉 정전용량(Cf_1) 및 기생 정전용량(Cp_1)과 관련이 있으며, 제1 출력 신호(Vo1)는 Vo1＝A*(
Figure 112017102079887-pct00006
+ΔCf_1) + B* Cp_1 + D로 나타낼 수 있으며, 여기서 A, B, D는 정전압(VDD) 또는 구동회로 및 그로 인해 생성되는 전압의 파라미터와 관련이 있으며,
Figure 112017102079887-pct00007
는 복수의 픽셀 회로에 의해 형성하는 복수의 접촉 정전용량의 평균값을 나타낼 수 있다. 또한, 파라미터 A, B, D는 온도 또는 소음의 영향을 받아 변할 수 있다.
다른 한편, 도 1에 도시한 바와 같이, 더미 픽셀 회로(12)는 접촉층(120), 차단층(122), 금속층(124, 126), 구동 회로(121) 및 구동회로(123)를 포함하며, 접촉층(120), 차단층(122) 및 금속층(124, 126)은 모두 집적 회로 배치에서의 금속층이며, 그 중 접촉층(120)은 상부 금속층으로서, 손가락(FG)의 접촉을 수신하고, 접촉층(120)은 손가락(FG)과 접촉 정전용량(Cf_2)을 형성하고, 차단층(122)은 상부 금속층 아래의 금속층이며, 즉 차단층(122)은 접촉층(120)의 바로 아래에 배치되어, 차단층(122) 아래의 회로에 대해 차단 효과를 발생하여, 차단층(122) 아래의 회로가 접촉층(120)에 대해 간섭을 일으키지 않도록 하고, 차단층(122)은 접촉층(120)과 기생 정전용량(Cp_1)을 형성한다. 그밖에, 금속층(124)은 차단층(122) 아래의 금속층일 수 있으며(즉, 금속층(124)은 차단층(122) 하부에 배치/설치될 수 있음), 금속층(126)은 금속층(124) 아래의 금속층일 수 있으며(즉, 금속층(126)은 금속층(124) 하부에 배치/설치될 수 있음), 금속층(124)과 금속층(126) 사이에 기생 정전용량(Cp_3)이 형성된다. 접촉층(120)은 구동 회로(121)에 커플링되어, 클락 신호(clk1)를 수신한다. 금속층(124)은 구동 회로(123)에 커플링되어, 클락 신호(clk2)를 수신한다. 차단층(122) 및 금속층(126)은 구동 회로(123)에 커플링되어, 클락 신호(clk3)를 수신한다. 그밖에, 제2 감지 회로(125)는 금속층(124)에 커플링된다. 주의해야 할 점은, 클락 신호(clk1)와 클락 신호(clk2)는 서로 다른 회로에 의해 생성되며(즉, 클락 신호(clk1)를 생성하는 구동회로(121)와 클락 신호(clk2)를 생성하는 구동회로(123)는 상이한 회로임), 접촉 정전용량(Cf_2)(및 기생 정전용량(Cp_2))의 제2 출력 신호(Vo2)에 대한 영향을 추가적으로 감소시킬 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 구동 단계에서, 클락 신호(clk1, clk2, clk3)는 하이 레벨(정전압(VDD))이며, 이때 구동회로(121)는 접촉층(120)을 정전압(VDD)으로 구동시키고, 구동회로(123)는 차단층(122) 및 금속층(124, 126)을 정전압(VDD)으로 구동시킨다. 감지 단계에서, 클락 신호(clk1), 클락 신호(clk2) 및 클락 신호(clk3)는 각각 전압(V1), 전압(V2) 및 전압(V3)이며, 이때 제2 감지 회로(125)는 제2 출력 신호(Vo2)를 출력하고, 그밖에, 구동회로(121)는 접촉층(120)에 전압(V1)을 제공하고, 제2 감지 회로(125)는 전압(V2)을 형성하며, 차단층(122) 및 금속층(126)에 전압(V3)을 제공한다. 주의해야 할 점은, 파형의 경우, 전압(V1)은 전압(V2)과 동일할 수 있다. 즉 클락 신호(clk1)와 클락 신호(clk2)는 동일한 파형을 갖는 신호일 수 있다. 그러나, 클락 신호(clk1) 및 클락 신호(clk2)는 각각 서로 다른 회로에 의해 생성되며, 지문인식 시스템(10)을 예로 하면, 클락 신호(clk1) 및 클락 신호(clk2)는 각각 구동회로(121) 및 구동회로(123)에 의해 생성된다.
주의해야 할 점은, 접촉층(120)이 클락 신호(clk1)를 수신하는 것이다. 즉, 구동 회로(121)는 접촉층(120)에 정전압(VDD) 또는 전압(V1)을 항상 인가하고(접촉층(120)은 플로팅되지 않음), 제2 감지 회로(125)는 접촉층(120)에 연결되지 않으므로, 접촉 정전용량(Cf_2)(및 기생 정전용량(Cp_2))은 제2 출력 신호(Vo2)에 대해 영향을 주지 않는다. 제2 출력 신호(Vo2)는 Vo2＝E* Cp_3 + F로 나타낼 수 있으며, 그 중 E, F는 정전압(VDD) 또는 구동 회로의 파라미터와 관련된 것이며, 파라미터E, F도 온도 또는 소음의 영향을 받아 변할 수 있다.
그밖에, 더미 픽셀 회로(12)를 적절하게 설계하여, E* Cp_3+F＝A*
Figure 112017102079887-pct00008
+B* Cp_1+D되게 한다. 즉, 제2 출력 신호(Vo2)와 제1 출력 신호(Vo1)의 대신호 성분(
Figure 112017102079887-pct00009
)은 같다(Vo2＝
Figure 112017102079887-pct00010
). 이와 같이, 차동 증폭 회로(Amp)는 지문 신호(즉 소신호 성분(ΔVo1), ΔVo1＝Vo1－Vo2＝A*ΔCf_1임)만을 증폭시킬 수 있다. 다시 말해, 증폭된 출력 신호(VO)는 VO＝Av*(Vo1－Vo2)= Av*ΔVo1로 나타낼 수 있으며, 그 중Av는 차동 증폭 회로(Amp)의 게인(gain)을 의미한다. 이와 같이, 지문인식 시스템(10)의 후단 회로는 증폭 출력 신호(VO)에 따라, 정상 픽셀 회로(11)가 손가락(FG)의 융선 또는 골에 대응되는지 판단한다.
주의해야 할 점은, 제1 출력 신호(Vo1)에서 파라미터 A, B, D는 온도 또는 소음의 영향을 받아 변하나, 제2 출력 신호(Vo2)에서 파라미터 E, F도 온도 또는 소음의 영향을 받아 변한다는 것이다. 다시 말해, 차동 증폭 회로(Amp)를 이용하면, 제1 출력 신호(Vo1) 중 온도 또는 소음의 영향을 받는 신호 성분이 제거될 수 있고(제1 출력 신호 Vo1에서 제2 출력 신호 Vo2를 차감), 차동 증폭 회로(Amp)는 접촉 정전용량의 변화량(ΔCf_1)과 관련된 지문 신호만 증폭시켜, 지문인식 시스템(10)의 지문인식 정확도를 향상시킨다.
상기 내용으로부터 알 수 있듯이, 지문인식 시스템(10)은 정상 픽셀 회로(정상 픽셀 회로(11)) 외에도, 더미 픽셀 회로(더미 픽셀 회로(12))를 더 포함하며, 더미 픽셀 회로(더미 픽셀 회로(12))를 이용하여 더미 출력 신호(제2 출력 신호(Vo2))를 생성하여, 복수의 정상 픽셀 회로의 출력 신호 중 기생 정전용량, 온도 및 소음의 영향을 받는 신호 성분을 상쇄시키고, 복수의 정상 픽셀 회로의 출력 신호 중의 지문 신호 성분(소신호 성분(ΔVo1)，ΔVo1＝A*ΔCf_1)에 대해 증폭 및 후속 신호 처리를 하여, 손가락(FG)의 융선 또는 골을 판단한다.
주의해야 할 점은, 상기 실시예는 본 발명의 개념을 설명하기 위한 것으로, 본 분야 통상 지식을 가진 자라면 이를 기초로 변형된 형태로 구현할 수 있으며, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 3을 참고하면, 도 3은 본 발명의 실시예의 지문인식 시스템(30)의 개략도이며, 지문인식 시스템(30)은 지문인식 시스템(10)과 유사하므로, 동일한 구성 요소는 동일한 부호를 사용한다. 지문인식 시스템(10)과 다른 점은, 제1 픽셀 회로(31, 정상 픽셀 회로)는 차단층(112_1) 및 차단층(112_2)을 포함하고, 차단층(112_1) 및 차단층(112_2)은 집적 회로 배치에서 동일한 층의 금속층이며(즉, 차단층(112_1)과 차단층(112_2)은 서로 이격되며, 동일한 수평 위치를 가짐), 차단층(112_1)은 구동 회로(113)에 커플링되어 클락 신호(clk3)를 수신하고, 차단층(112_2)은 고정 전압을 공급받거나 접지되며, 차단층(112_1) 및 차단층(112_2)은 접촉층(110)과 각각 기생 정전용량(Cp_11) 및 기생 정전용량(Cp_12)을 형성하는 것이다. 그밖에, 제2 픽셀 회로(32)는 차단층(112_1), 차단층(122_2), 금속층(126_1) 및 금속층(126_2)을 포함하고, 차단층(122_1) 및 차단층(122_2)은 집적 회로 배치에서 동일한 층의 금속층이며(즉, 차단층(122_1)과 차단층(122_2)은 서로 이격되며, 동일한 수평 위치를 가짐), 금속층(126_1) 및 금속층(126_2)은 집적 회로 배치에서 동일한 층의 금속층이며(즉, 금속층(126_1) 과 금속층(126_2)은 서로 이격되며, 또한 동일한 수평위치를 가짐), 차단층(122_1)과 금속층(126_1)은 구동 회로(133)에 커플링되어 클락 신호(clk3)를 수신하고, 차단층(122_2) 및 금속층(126_2)은 고정 전압을 공급받거나 접지되고, 차단층(122_1) 및 차단층(122_2)은 접촉층(120)과 각각 기생 정전용량(Cp_21) 및 기생 정전용량(Cp_22)을 형성하고, 금속층(126_1) 및 금속층(126_2)은 금속층(124)과 각각 기생 정전용량(Cp_31) 및 기생 정전용량(Cp_32)을 형성한다. 제1 픽셀 회로(31)에 대응되는 제1 출력 신호(Vo1')는 Vo1'＝A*(
Figure 112017102079887-pct00011
+ΔCf_1) + B1* Cp_11 + B2* Cp_12 + D로 나타낼 수 있고, 제2 픽셀회로(32)에 대응하는 제2 출력 신호(Vo2')는 Vo2'＝E1* Cp_31+ E2* Cp_32+F로 나타낼 수 있으며, 마찬가지로 파라미터 B1, B2, E1, E2는 모두 온도 또는 소음의 영향을 받아 변할 수 있다. 더미 픽셀 회로(12)를 적절하게 설계하여, 제2 출력 신호(Vo2')를 제1 출력 신호(Vo1')의 대신호 성분(
Figure 112017102079887-pct00012
)과 같게 할 수 있으며(즉, Vo2'＝
Figure 112017102079887-pct00013
), 그 중 대신호 성분(
Figure 112017102079887-pct00014
)은
Figure 112017102079887-pct00015
＝A*
Figure 112017102079887-pct00016
+ ΔCf_1 + B1* Cp_11 + B2* Cp_12 + D로 나타낼 수 있다. 지문인식 시스템(30)의 나머지 작동 원리는 지문인식 시스템(10)과 동일하므로, 여기서 반복 설명하지 않는다.
주의할 점은, 지문인식 시스템(30)은 지문인식 시스템(10) 중의 차단층(112), 차단층(122) 및 금속층(126)을 2개로 분할(즉 차단층(112)은 차단층(112_1, 112_2)으로 분할하고, 차단층(122)은 차단층(122_1, 122_2)으로 분할하고, 금속층(126)은 금속층(126_1, 126_2)으로 분할)한 것으로 볼 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 지문인식 시스템(10) 중의 차단층(112, 122) 및 금속층(126)은 3개, 4개 이상으로 분할하여, 제2 출력 신호가 정확히 제1 출력 신호의 대신호 성분과 같게 할 수 있다.
그밖에, 본 발명의 지문인식 시스템에서 정상 픽셀 회로 및 더미 픽셀 회로에 대해 한정하지 않으며, 도 4를 참고하면, 도 4는 본 발명의 실시예의 지문인식 시스템(40)의 평면 개략도이며, 지문인식 시스템(40)은 어레이 형태로 배열된 복수의 정상 픽셀 회로(41) 및 복수의 더미 픽셀 회로(42)를 포함하며, 도 4에 도시한 바와 같이, 복수의 더미 픽셀 회로(42)는 랜덤 방식으로 상기 어레이에 배열된다. 주의할 점은, 도 4가 도시한 복수의 정상 픽셀회로(41) 및 복수의 더미 픽셀 회로(42)의 배열 방식은 하나의 실시 방식일 뿐이며, 복수의 더미 픽셀 회로는 상기 어레이의 주변에 배열되거나 또는 상기 어레이의 1행 또는 1열에 배열될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
그밖에, 본 발명의 지문인식 시스템은 전자장치에 응용된다. 도 5를 참고하면, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전자장치(50)의 개략도이며, 전자장치(50)는 태블릿 pc 또는 스마트폰일 수 있으며, 도 5에 도시한 바와 같이, 전자장치(50)는 동작 회로(52) 및 지문인식 시스템(54)을 포함하며, 지문인식 시스템(54)은 동작 회로(52)에 커플링되며, 이는 지문인식 시스템(10), 지문인식 시스템(30), 또는 지문인식 시스템(40)에 의해 실현되며, 또한 동작 회로(52)는 프로세서(Processor) 및 저장장치를 포함할 수 있으며, 저장장치는 ROM(Read-Only Memory), RAM(Random-Access Memory), 비휘발성 메모리((Non-Volatile Memory, 예를 들면 EEPRO(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), 또는 플래쉬 메모리(Flash Memory))일 수 있다.
상술한 바를 종합하면, 본 발명은 더미 픽셀 회로를 이용하여 더미 출력 신호를 생성하여, 정상 픽셀 회로의 출력 신호 중 기생 정전용량, 온도 및 소음의 영향을 받는 성분을 상쇄시키고, 정상 픽셀 회로의 출력 신호 중의 지문 신호에 대해 증폭 및 후속 신호 처리를 하여 지문인식 정확도를 향상시킨다.
상술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시예일 뿐, 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니다. 본 발명의 사상과 원칙 내에서의 모든 변경, 동등한 대체 및 개량 등은 모두 본 발명의 보호범위에 포함된다.
10: 지문인식 시스템
11: 정상 픽셀 회로
12: 더미 픽셀 회로
50: 전자장치
52: 동작 회로
54: 지문인식 시스템
113, 121, 123: 구동 회로
115: 제1 감지회로
125: 제2 감지회로

Claims (10)

  1. 복수의 제1 픽셀 회로, 제1 감지 회로, 적어도 하나의 제2 픽셀 회로, 제2 감지 회로, 및 차동 증폭 회로를 포함하고;
    상기 복수의 제1 픽셀 회로 중 하나의 제1 픽셀 회로는 하나의 손가락과 접촉 정전용량을 형성하고;
    상기 제1 감지 회로는 상기 제1 픽셀 회로에 커플링되어, 상기 접촉 정전용량을 감지하여 제1 출력 신호를 출력하며, 상기 제1 출력 신호는 대신호 성분(big signal component) 및 소신호 성분(small signal component)을 포함하며, 상기 소신호 성분은 상기 접촉 정전용량의 변화량과 관련되고, 상기 대신호 성분은 기생 정전용량, 온도 및/또는 소음의 영향을 받는 신호성분이고;
    상기 제2 감지 회로는 상기 적어도 하나의 제2 픽셀 회로 중 하나의 제2 픽셀 회로에 커플링되어, 제2 출력 신호를 출력하고, 상기 제2 출력 신호는 상기 대신호 성분과 같고;
    상기 차동 증폭 회로는 상기 제1 감지 회로 및 상기 제2 감지 회로에 커플링되어, 상기 제1 출력 신호와 상기 제2 출력 신호의 차이 값을 증폭시켜 증폭 출력 신호를 생성하고, 상기 증폭 출력 신호는 상기 소신호 성분과 관련되고,
    상기 제2 픽셀 회로는,
    제1 구동 신호를 수신하도록 제1 구동 회로에 커플링되고, 상기 손가락의 접촉을 수신하는 접촉층;
    상기 접촉층의 하부에 설치된 제1 차단층;
    상기 제1 차단층의 하부에 설치되어, 제2 구동 신호를 수신하도록 제2 구동회로에 커플링되는 제1 금속층; 및
    상기 제1 금속층의 하부에 설치된 제2 금속층을 포함하고,
    제3 구동 신호를 수신하도록 상기 제1 차단층과 상기 제2 금속층은 상기 제2 구동 회로에 커플링되고;
    상기 제1 금속층은 상기 제2 감지 회로에 커플링되는,
    지문인식 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    구동 단계에서, 상기 제1 구동 회로는 상기 접촉층을 정전압으로 구동시키고, 상기 제2 구동 회로는 상기 제1 차단층, 상기 제1 금속층 및 상기 제2 금속층을 상기 정전압으로 구동시키고; 감지 단계에서, 상기 제1 구동 회로는 상기 접촉층에 제1 전압을 제공하는, 지문인식 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 픽셀 회로는 제3 금속층을 더 포함하고;
    상기 제3 금속층은, 상기 제2 금속층과 동일한 수평 위치를 가지고, 상기 제2 금속층과 서로 이격되며, 고정 전압을 공급받는, 지문인식 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 픽셀 회로는 제2 차단층을 더 포함하고;
    상기 제2 차단층은, 상기 제1 차단층과 동일한 수평 위치를 가지며, 상기 제1 차단층과 서로 이격되며, 고정 전압을 공급받는, 지문인식 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 픽셀 회로는,
    상기 손가락의 접촉을 수신하고, 상기 손가락과 상기 접촉 정전용량을 형성하며, 구동 회로 및 상기 제1 감지 회로에 커플링되는 접촉층; 및
    상기 접촉층의 하부에 설치되는 제1 차단층을 포함하는, 지문인식 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    구동 단계에서, 상기 구동 회로는 상기 접촉층을 정전압으로 구동시키는, 지문인식 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1 픽셀 회로는 제2 차단층을 더 포함하고;
    상기 제2 차단층은, 상기 제1 차단층과 동일한 수평 위치를 가지며, 상기 제1 차단층과 서로 이격되며, 고정 전압을 공급받는, 지문인식 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 차동 증폭 회로는 프로그래머블 게인 증폭기인, 지문인식 시스템.
  9. 동작 회로; 및 상기 동작 회로에 커플링되는 지문인식 시스템을 포함하는 전자장치에 있어서,
    상기 지문인식 시스템은,
    복수의 제1 픽셀 회로, 제1 감지 회로, 적어도 하나의 제2 픽셀 회로, 제2 감지 회로, 및 차동 증폭 회로를 포함하고;
    상기 복수의 제1 픽셀 회로 중 하나의 제1 픽셀 회로는 하나의 손가락과 접촉 정전용량을 형성하고;
    상기 제1 감지 회로는 상기 제1 픽셀 회로에 커플링되어, 상기 접촉 정전용량을 감지하고 제1 출력신호를 출력하며, 상기 제1 출력 신호는 대신호 성분 및 소신호 성분을 포함하며, 상기 소신호 성분은 상기 접촉 정전용량의 변화량에 관련되고, 상기 대신호 성분은 기생 정전용량, 온도 및/또는 소음의 영향을 받는 신호성분이고;
    상기 제2 감지 회로는, 상기 적어도 하나의 제2 픽셀 회로 중 하나의 제2 픽셀 회로에 커플링되어, 제2 출력 신호를 출력하고, 상기 제2 출력 신호는 상기 대신호 성분과 같고;
    상기 차동 증폭 회로는 상기 제1 감지 회로 및 상기 제2 감지 회로에 커플링되어, 상기 제1 출력 신호와 상기 제2 출력 신호의 차이 값을 증폭시켜 증폭 출력 신호를 생성하고, 상기 증폭 출력 신호는 상기 소신호 성분에 관련되고,
    상기 제2 픽셀 회로는,
    제1 구동 신호를 수신하도록 제1 구동 회로에 커플링되고, 상기 손가락의 접촉을 수신하는 접촉층;
    상기 접촉층의 하부에 설치된 제1 차단층;
    상기 제1 차단층의 하부에 설치되어, 제2 구동 신호를 수신하도록 제2 구동회로에 커플링되는 제1 금속층; 및
    상기 제1 금속층의 하부에 설치된 제2 금속층을 포함하고,
    제3 구동 신호를 수신하도록 상기 제1 차단층과 상기 제2 금속층은 상기 제2 구동 회로에 커플링되고;
    상기 제1 금속층은 상기 제2 감지 회로에 커플링되는,
    전자장치.
  10. 삭제
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