KR102242261B1

KR102242261B1 - 구동 신호에 동기되는 내부 전원 전압을 가지는 지문 센서

Info

Publication number: KR102242261B1
Application number: KR1020180126102A
Authority: KR
Inventors: 노일호; 이석
Original assignee: 주식회사 센소니아
Priority date: 2018-10-22
Filing date: 2018-10-22
Publication date: 2021-04-20
Also published as: KR20200045257A

Abstract

구동 신호에 동기되는 내부 전원 전압을 가지는 지문 센서가 게시된다. 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면은 지문 센서에 관한 것이다. 본 발명의 지문 센서는 터치되는 손가락에 의하여 감지 캐패시턴스를 형성하도록 배치되는 감지 전극; 내부 전원 전압을 사용하며, 제1 입력단으로 수신되는 구동 신호의 구동 저전압에서 구동 고전압으로의 여기에 따라 구동되는 연산 증폭기로서, 제2 입력단으로 수신되는 센싱 신호를 증폭하여 출력단으로 측정 신호를 발생하는 상기 연산 증폭기로서, 상기 센싱 신호는 상기 감지 캐패시턴스를 반영하는 전기적 신호값을 가지는 상기 연산 증폭기; 상기 연산 증폭기의 상기 제2 입력단을 상기 출력단에 커플링시키도록 형성되는 피드백 캐패시터; 및 내부 전원 전압을 제공하는 변조 전압 공급부를 구비한다. 이때, 상기 내부 전원 전압의 레벨은 상기 구동 신호의 여기에 동기되어 저전원 전압에서 고전원 전압으로 제어된다. 본 발명의 지문 센서에 의하면, 증폭기 센싱 노이즈가 저감된다.

Description

구동 신호에 동기되는 내부 전원 전압을 가지는 지문 센서{FINGER PRINT SENSOR HAVING INTERNAL POWER VOLTAGE SYNCHRONIZING WITH ACTIVATING SIGNAL}

본 발명은 지문 센서에 관한 것으로서, 특히 구동 신호에 동기되는 내부 전원 전압을 가짐으로써, 내장되는 연산 증폭기의 증폭기 센싱 노이즈를 감소시키는 지문 센서에 관한 것이다.

지문 센서는 지문을 감지하는 방식에 따라 다양하게 구분될 수 있는데, 그 중의 하나가 정전 용량식(capacitive type)을 채용하는 지문 센서이다. 정전 용량식은 손가락과 감지 전극(Sensing electrode) 사이에 형성되는 감지 캐패시터의 캐패시턴스가 손가락과 감지 전극 사이의 거리에 따라 달라지는 원리를 이용한다. 즉, 감지 전극(Sensing electrode)과 지문의 벨리(valley) 사이에서 발생하는 감지 캐패시턴스와 감지 전극과 지문의 릿지(ridge) 사이에서 발생하는 감지 캐패시턴스의 차이를 반영하는 센싱 신호의 전압 레벨의 차이를 확인함으로써, 손가락 지문의 벨리 및 릿지를 인식하여 지문 패턴을 인식할 수 있다. 이때, 상기 센싱 신호는 연산 증폭기에 제공되며, 상기 연산 증폭기는 상기 센싱 신호를 증폭하여 측정 신호로 발생한다.

한편, 상기 감지 캐패시턴스는 매우 작은 값이다. 그러므로, 양질의 지문 인식을 위해서는, 상기 연산 증폭기의 기생 캐패시턴스의 영향 즉, 증폭기 센싱 노이즈를 저감하는 것이 매우 중요하다.

본 발명의 목적은 증폭기 센싱 노이즈를 저감하는 지문 센서를 제공하는 데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면은 지문 센서에 관한 것이다. 본 발명의 지문 센서는 터치되는 손가락에 의하여 감지 캐패시턴스를 형성하도록 배치되는 감지 전극; 내부 전원 전압을 사용하며, 제1 입력단으로 수신되는 구동 신호의 구동 저전압과 구동 고전압 사이의 토글링(toggling)에 따라 구동되는 연산 증폭기로서, 제2 입력단으로 수신되는 센싱 신호를 증폭하여 출력단으로 측정 신호를 발생하는 상기 연산 증폭기로서, 상기 센싱 신호는 상기 감지 캐패시턴스를 반영하는 전기적 신호값을 가지는 상기 연산 증폭기; 상기 연산 증폭기의 상기 제2 입력단을 상기 출력단에 커플링시키도록 형성되는 피드백 캐패시터; 및 내부 전원 전압을 제공하는 변조 전압 공급부를 구비한다. 이때, 상기 내부 전원 전압의 레벨은 상기 구동 신호의 토글링에 동기되어 저전원 전압과 고전원 전압 사이에 토글링된다.

상기와 같은 구성의 본 발명의 지문 센서에서는, 내부 전원 전압의 레벨이 구동 신호의 토글링에 동기되어 토글링된다. 이에 따라, 상기 구동 신호가 구동 저전압에서 구동 고전압으로 구동될 때, 센싱 신호가 인가되는 제2입력 트랜지스터의 게이트 단자와 드레인 단자 사이의 전압차가 일정하게 유지된다. 그러므로, 제2 입력 트랜지스터의 게이트 단자와 드레인 단자 사이의 기생 캐패시턴스의 영향이 감소된다. 그 결과, 본 발명의 지문 센서에 의하면, 증폭기 센싱 노이즈가 저감된다.

본 발명에서 사용되는 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 지문 센서를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 연산 증폭기를 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 변조 전압 공급부를 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1의 지문 센서에서 내부 전원 전압과 구동 신호의 전압차가 일정하게 유지됨을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 효과를 설명하기 위한 도면이다.

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.

그리고, 각 도면을 이해함에 있어서, 동일한 부재는 가능한 한 동일한 참조부호로 도시하고자 함에 유의해야 한다.

본 발명의 내용을 명세서 전반에 걸쳐 설명함에 있어서, 개개의 구성요소들 사이에서 '전기적으로 연결된다', '연결된다', '접속된다'의 용어의 의미는 직접적인 연결뿐만 아니라 속성을 일정 정도 이상 유지한 채로 중간 매개체를 통해 연결이 이루어지는 것도 모두 포함하는 것이다. 개개의 신호가 '전달된다', '도출된다'등의 용어 역시 직접적인 의미뿐만 아니라 신호의 속성을 어느 정도 이상 유지한 채로 중간 매개체를 통한 간접적인 의미까지도 모두 포함된다. 기타, 전압 또는 신호가 '가해진다, '인가된다', '입력된다' 등의 용어도, 명세서 전반에 걸쳐 모두 이와 같은 의미로 사용된다.

또한 각 구성요소에 대한 복수의 표현도 생략될 수도 있다. 예컨대 복수 개의 스위치나 복수개의 신호선으로 이루어진 구성일지라도 '스위치들', '신호선들'과 같이 표현할 수도 있고, '스위치', '신호선'과 같이 단수로 표현할 수도 있다. 이는 스위치들이 서로 상보적으로 동작하는 경우도 있고, 때에 따라서는 단독으로 동작하는 경우도 있기 때문이며, 신호선 또한 동일한 속성을 가지는 여러 신호선들, 예컨대 데이터 신호들과 같이 다발로 이루어진 경우에 이를 굳이 단수와 복수로 구분할 필요가 없기 때문이기도 하다. 이런 점에서 이러한 기재는 타당하다. 따라서 이와 유사한 표현들 역시 명세서 전반에 걸쳐 모두 이와 같은 의미로 해석되어야 한다.

본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는 아래의 내용 및 첨부 도면에 기재된 내용을 함께 참조하여야만 한다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 지문 센서를 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 지문 센서는 감지 전극(ELDT), 연산 증폭기(100), 피드백 캐패시터(CFB) 및 변조 전압 공급부(200)를 포함한다.

상기 감지 전극(ELDT)은 접촉단(NCT)에 터치되는 손가락(FNG)에 의하여 감지 캐패시턴스(QDT)를 형성하도록 배치된다.

상기 연산 증폭기(100)는 제1 입력단(IN1)으로 구동 신호(XDR)를 수신하고, 제2 입력단(IN2)으로 상기 감지 캐피시턴스(QDT)에 따른 상기 감지 전극(ELDT)의 센싱 신호(XSN)를 수신한다. 이때, 상기 센싱 신호(XSN)는 상기 감지 캐패시턴스(QDT)를 반영하는 전기적 신호값이다. 그리고, 상기 연산 증폭기(100)는 상기 구동 신호(XDR)에 대한 상기 센싱 신호(XSN)를 비교 증폭하여 출력단(UT)으로 측정 신호(XMS)를 발생한다. 이때, 상기 연산 증폭기(100)는 내부 전원 전압(IVDD)을 사용하며, 상기 구동 신호(XDR)의 구동 저전압(VDRL, 도 4 참조)과 구동 고전압(VDRH, 도 4 참조) 사이의 토글링에 따라 구동된다.

도 2는 도 1의 연산 증폭기(100)를 구체적으로 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 상기 연산 증폭기(100)는 제1 로드 트랜지스터(110), 제2 로드 트랜지스터(120), 제1 입력 트랜지스터(130), 제2 입력 트랜지스터(140) 및 증폭 전류 소스(150)를 구비한다.

상기 제1 로드 트랜지스터(110)는 상기 내부 전원 전압(IVDD)과 제1 예비단(NPR1) 사이에 형성된다. 즉, 상기 제1 로드 트랜지스터(110)의 일측 단자는 상기 내부 전원 전압(IVDD)에 전기적으로 연결되며, 다른 일측 단자는 상기 제1 예비단(NPR1)에 전기적으로 연결된다.

그리고, 제2 로드 트랜지스터(120)는 상기 내부 전원 전압(IVDD)과 제2 예비단(NPR2) 사이에 형성된다. 즉, 상기 제2 로드 트랜지스터(120)의 일측 단자는 상기 내부 전원 전압(IVDD)에 전기적으로 연결되며, 다른 일측 단자는 상기 제2 예비단(NPR2)에 전기적으로 연결된다.

그리고, 상기 제1 로드 트랜지스터(110) 및 상기 제2 로드 트랜지스터(120)의 게이트 단자에는 상기 제2 예비단(NPR2)이 접속된다.

본 실시예에서, 상기 제1 로드 트랜지스터(110) 및 상기 제2 로드 트랜지스터(120)는 p 채널 트랜지스터이다.

상기 제1 입력 트랜지스터(130)는 상기 제1 입력단(IN1)으로 수신되는 상기 구동 신호(XDR)에 의하여 게이팅되며, 상기 제2 입력 트랜지스터(140)는 상기 제2 입력단(IN2)으로 수신되는 상기 센싱 신호(XSN)에 의하여 게이팅된다.

상기 제1 입력 트랜지스터(130)의 일측 단자와 상기 제2 입력 트랜지스터(140)의 일측 단자는 소스 노드(NSC)에 전기적으로 연결된다. 그리고, 상기 제1 입력 트랜지스터(130)의 다른 일측 단자는 상기 제1 예비단(NPR1)에 전기적으로 연결되며, 상기 제2 입력 트랜지스터(140)의 다른 일측 단자는 상기 제2 예비단(NPR2)에 전기적으로 연결된다.

이때, 상기 연산 증폭기(100)의 출력단(UT)에서 제공되는 상기 측정 신호(XMS)는 상기 제1 예비단(NPR1)의 전기적 성분량을 반영하는 전기적 성분량을 가진다.

본 실시예에서, 측정 신호 드라이빙 유닛(160)에 의하여, 상기 측정 신호(XMS)는 상기 제1 예비단(NPR1)의 전압 레벨과 상반되는 방향으로 구동되는 전압 레벨을 가진다.

그리고, 본 실시예에서, 상기 제1 입력 트랜지스터(110)와 상기 제2 입력 트랜지스터(120)는 n 채널 트랜지스터이다

상기 증폭 전류 소스(150)는 접지 전압(VSS)과 상기 소스 노드(NSC) 사이에 형성된다.

다시 도 1을 참조하면, 상기 피드백 캐패시터(CFB)는 상기 연산 증폭기(100)의 상기 제2 입력단(IN2)과 상기 출력단(UT) 사이에 형성된다. 그 결과, 상기 연산 증폭기(100)의 상기 제2 입력단(IN2)은 상기 출력단(UT)에 커플링된다. 즉, 상기 센싱 신호(XSN)는 상기 측정 신호(XMS)에 커플링된다.

그 결과, 본 발명의 지문 센서의 센싱 동작에서, 상기 센싱 신호(XSN)의 전압 레벨은 상기 구동 신호(XDR)의 전압 레벨과 동일하게 추종된다.

그리고, 상기 변조 전압 공급부(200)는 상기 내부 전원 전압(IVDD)을 제공한다. 이때, 상기 내부 전원 전압(IVDD)는, 상기 구동 신호(XDR)의 구동 저전압(VDRL)과 구동 고전압(VDRH) 사이의 토글링에 동기되어, 저전원 전압(VDDL)과 고전원 전압(VDDH) 사이에 토글링된다.(도 4 참조)

또한, 바람직하기로는, 상기 고전원 전압(VDDH)과 상기 저전원 전압(VDDL)의 차는 상기 구동 고전압(VDRH)과 상기 구동 저전압(VDRL)의 차와 동일하다.

도 3은 도 1의 변조 전압 공급부(200)를 구체적으로 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, 상기 변조 전압 공급부(200)는 스위칭 유닛(210) 및 전압 강하 유닛(220)을 구비한다.

상기 스위칭 유닛(210)는 선택 신호(SEL)의 논리 상태에 따라, 제1 내부 전압 신호(VDD1) 및 제2 내부 전압 신호(VDD2) 중의 어느 하나를 선택적으로 예비 전원 전압(PVDD)으로 제공한다. 그리고, 도 3에서, 참조부호 'SELB'는 상기 선택 신호(SEL)의 반전 신호를 나타낸다.

이때, 상기 제1 내부 전압 신호(VDD1)는 상기 고전원 전압(VDDH)의 레벨을 가지며, 상기 제2 내부 전압 신호(VDD2)는 상기 저전원 전압(VDDL)의 레벨을 가진다.(도 4의 (a) 참조)

그러므로, 상기 선택 신호(SEL)의 논리 상태가 'H'일 때, 상기 스위칭 유닛(210)에서 제공되는 상기 예비 전원 전압(PVDD)은 상기 고전원 전압(VDDH)의 레벨로 제어된다. 그리고, 상기 선택 신호(SEL)의 논리 상태가 'L'일 때, 상기 스위칭 유닛(210)에서 제공되는 상기 예비 전원 전압(PVDD)은 상기 저전원 전압(VDDL)의 레벨로 제어된다.(도 4의 (b) 참조)

상기 전압 강하 유닛(220)은 상기 예비 전원 전압(PVDD)을 전압 강하하여 강하 신호(XDP)를 발생한다.

상기 전압 강하 유닛(220)은 구체적으로 강하 노드(NDP), 저항 소자(221) 및 강하 전류 소스(223)를 구비한다.

상기 강하 노드(NDP)를 통하여, 상기 강하 신호(XDP)가 제공된다. 상기 저항 소자(221)는 상기 예비 전원 전압(PVDD)과 상기 강하 노드(NDP) 사이에 형성된다. 그리고, 상기 강하 전류 소스(223)는 상기 강하 노드(NDP)와 접지 전압(VSS) 사이에 형성되어, 상기 저항 소자(221)에 일정한 전류를 흐르게 하도록 구성된다.

바람직하기로는, 상기 변조 전압 공급부(200)는 드라이빙 유닛(230)을 더 구비한다. 상기 드라이빙 유닛(230)은 상기 예비 전원 전압(PVDD) 및 상기 강하 신호(XDP)를 드라이빙하여, 각각 상기 내부 전원 전압(IVDD) 및 상기 구동 신호(XDR)로 제공한다. 즉, 상기 내부 전원 전압(IVDD)의 레벨은 상기 예비 전원 전압(PVDD)의 레벨에 의존된다. 그리고, 상기 구동 신호(XDR)의 전압 레벨은 상기 강하 신호(XDP)의 전압 레벨에 의존된다.

한편, 상기 제1 내부 전압 신호(VDD1) 및 상기 제2 내부 전압 신호(VDD2)는 외부로부터 제공될 수 있다.

또한, 상기 제1 내부 전압 신호(VDD1) 및 상기 제2 내부 전압 신호(VDD2)는 외부 전원 전압(EVDD)를 이용하여 내부적으로 생성될 수도 있다.

이 경우, 상기 변조 전압 공급부(200)는 제1 전원 발생 유닛(240) 및 제2 전압 발생 유닛(250)을 더 구비한다.

상기 제1 전원 발생 유닛(240)은 상기 외부 전원 전압(EVDD)을 이용하여 상기 제1 내부 전압 신호(VDD1)를 형성하며, 상기 제2 전원 발생 유닛(250)은 상기 외부 전원 전압(EVDD)을 이용하여 상기 제2 내부 전압 신호(VDD2)를 형성한다.

이러한 상기 제1 전원 발생 유닛(240) 및 상기 제2 전원 발생 유닛(250)은 당업자라면 용이하게 구현할 수 있다. 그러므로, 본 명세서에서는, 설명의 간략화를 위하여 이에 대한 구체적 기술은 생략된다.

또한, 도 3에서, 참조 번호 260은 상기 선택 신호(SEL) 및 그의 반전 신호(SELB)를 생성하는 선택 신호 발생 유닛을 나타낸다. 이러한 상기 선택 신호 발생 유닛(260)은 당업자라면 용이하게 구현할 수 있으므로, 이에 대한 구체적 기술도 생략된다.

상기와 같은 구성의 변조 전압 공급부(200)에 의하여, 상기 구동 신호(XDP)의 전압(VDR)은 (수학식 1)과 같다.

(수학식 1)

VDR=IVDD-Rd*Is

여기서, Rd는 상기 저항 소자(221)의 저항값이며, Is는 상기 강하 전류 소스(223)에 흐르는 전류값이다.

그러므로, 상기 구동 신호(XDR)의 전압은 상기 내부 전원 전압(IVDD)에 대하여, (Rd*Is) 만큼 일정하게 강하된 전압값을 갖는다. 즉, 상기 내부 전원 전압(IVDD)은 상기 구동 신호(XDR)의 전압에 대하여, (Rd*Is) 만큼 일정하게 높은 전압값을 갖는다.

다시 기술하자면, 상기 구동 신호(XDR)가 구동 저전압(VDRL)일 때, 상기 내부 전원 전압(IVDD)과의 전압차(D11)은 (수학식 2)와 같다.

(수학식 2)

D11=VDDL-VDRL

=Rd*Is

그리고, 상기 구동 신호(XDR)가 구동 고전압(VDRH)일 때, 상기 내부 전원 전압(IVDD)과의 전압차(D12)은 (수학식 3)과 같다.

(수학식 3)

D12=VDDH-VDRH

=Rd*Is

즉, D11=D12이다. (도 4의 (b) 참조)

그러므로, 본 발명의 지문 센서에서, 상기 내부 전원 전압(IVDD)은 상기 구동 신호(XDR)의 전압에 대하여, (Rd*Is) 만큼 일정하게 높은 전압값을 가진다.

다시 기술하자면, 본 발명의 지문 센서에서, 상기 구동 신호(XDR)가 구동 저전압(VDRL)에서 구동 고전압(VDRH)으로 여기될 때, 상기 센싱 신호(XSN)의 전압 레벨과 상기 내부 전원 전압(IVDD)의 전압차는 (Rd*Is) 로 일정하게 된다.

계속하여, 상기와 같이 상기 센싱 신호(XSN)의 전압 레벨과 상기 내부 전원 전압(IVDD)의 전압차는 (Rd*Is) 로 일정함으로써, 본 발명의 지문 센서에서 소위 '증폭기 센싱 노이즈'가 감소되는 현상에 대하여 기술한다.

본 발명의 경우, 도 5의 왼쪽에 도시되는 바와 같이, 상기 구동 신호(XDR)가 구동 저전압(VDRL)에서 구동 고전압(VDRH)으로 구동될 때, 상기 제2 예비단(NPR2)의 전압은 (VDD2-Vgs)에서 (VDD1-Vgs)으로 된다. 여기서, Vgs는 상기 제1 로드 트랜지스터(110)의 게이트 단자와 소스 단자 사이의 전압이다.

이와 같은 구조에서는, 상기 구동 신호(XDR)가 구동 저전압(VDRL)에서의 상기 제2 입력 트랜지스터(140)의 게이트 단자와 드레인 사이의 전압차(D21)는 (수학식 4)와 같다.

(수학식 4)

D21=((VDDL-Vgs)-VDRL)

=(VDDL-VDRL)-Vgs

= (Rd*Is)-Vgs

그리고, 상기 구동 신호(XDR)가 구동 고전압(VDRH)에서의 상기 제2 입력 트랜지스터(140)의 게이트 단자와 드레인 단자 사이의 전압차(D22)는 (수학식 5)와 같다.

(수학식 5)

D22=((VDDH-Vgs)-VDRH)

=(VDDH-VDRH)-Vgs

= (Rd*Is)-Vgs

결과적으로, D21과 D22는 동일하다.

즉, 상기 구동 신호(XDR)가 구동 저전압(VDRL)에서 구동 고전압(VDRH)으로 구동될 때, 상기 제2 입력 트랜지스터(140)의 게이트 단자와 드레인 단자 사이의 전압차는 일정하게 유지된다.

반면에, 상기 내부 전원 전압(IVDD)가 일정한 비교예의 경우에는, 도 5의 오른쪽에 도시되는 바와 같이, 상기 구동 신호(XDR)가 구동 저전압(VDRL)에서 구동 고전압(VDRH)으로 구동될 때, 상기 제2 입력 트랜지스터(140)의 게이트 단자와 드레인 단자 사이의 전압차는 D31에서 D32로 감소된다.

그러므로, 본 발명의 지문 센서에서는, 비교예에 비하여, 상기 제2 입력 트랜지스터(140)의 게이트 단자와 드레인 단자 사이의 기생 캐패시턴스에 따른 영향은 현저히 감소됨을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 지문 센서에서는 상기 제2 입력 트랜지스터(140)의 게이트 단자와 드레인 단자 사이의 기생 캐패시턴스 차이에 따른 소위 '증폭기 센싱 노이즈'가 현저히 감소된다.
또한, 본 발명의 지문 센서에서는, 상기 제2 입력 트랜지스터(140)의 게이트 단자와 드레인 단자의 전압차가 일정하게 유지된다. 즉, 본 발명의 지문 센서에서는, 상기 제2 입력 트랜지스터(140)의 게이트 단자와 드레인 단자 사이의 기생 캐패시턴스가 제거되는 효과가 발생된다.
이에 따라, 본 발명의 지문 센서에 의하면, 상기 연산 증폭기(100)에서 제공되는 상기 측정 신호(XMS)의 동적 범위가 증가된다. 그 결과, 본 발명의 지문 센서에 의하면, 전체적으로 지문 센싱 성능이 크게 개선된다.

다시 도 1을 참조하면, 상기 지문 센서는 리셋 스위치(SWR)를 더 구비한다. 상기 리셋 스위치(SWR) 리셋 신호(XRS)에 응답하여 상기 연산 증폭기(100)의 상기 제2 입력단(IN2)과 상기 출력단(UT)을 전기적으로 연결한다. 이에 따라, 상기 지문 센서에서, 상기 리셋 신호(XRS)가 활성화하는 리셋 타이밍에서 상기 측정 신호(XMS)는 상기 센싱 신호(XSN)와 동일한 전압으로 리셋된다.

정리하면, 본 발명의 지문 센서에서는, 내부 전원 전압(IVDD)의 레벨이 구동 신호(XDR)의 구동 저전압(VDRL)에 구동 고전압(VDRH)로의 여기에 동기되어 저전원 전압(VDDL)에서 고전원 전압(VDDH)로 제어된다. 이에 따라, 상기 구동 신호(XDR)가 구동 저전압(VDRL)에서 구동 고전압(VDRH)으로 구동될 때, 제2 입력 트랜지스터(140)의 게이트 단자와 드레인 단자 사이의 전압차가 일정하다. 그러므로, 제2 입력 트랜지스터(140)의 게이트 단자와 드레인 사이의 기생 캐패시턴스의 영향이 감소된다. 그 결과, 본 발명의 지문 센서에 의하면, 소위 증폭기 센싱 노이즈가 현저히 저감된다. 또한, 상기 연산 증폭기(100)에서 제공되는 상기 측정 신호(XMS)의 동적 범위가 증가됨으로서, 전체적으로 지문 센싱 성능이 크게 개선된다.

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 명세서에서, 상기 구동 고전압의 레벨이 상기 구동 저전압의 레벨보다 높은 실시예가 도시되고 기술되었다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상은 상기 구동 고전압의 레벨이 상기 구동 저전압의 레벨보다 낮은 실시예에 의해서도 구현될 수 있음은 자명하다. 이 경우, 상기 고전원 전압의 레벨도 상기 저전원 전압의 레벨보다 낮게 될 것이다.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims

지문 센서에 있어서,
터치되는 손가락에 의하여 감지 캐패시턴스를 형성하도록 배치되는 감지 전극;
내부 전원 전압을 사용하며, 제1 입력단으로 수신되는 구동 신호의 구동 저전압과 구동 고전압 사이의 토글링(toggling)에 따라 구동되는 연산 증폭기로서, 제2 입력단으로 수신되는 센싱 신호를 증폭하여 출력단으로 측정 신호를 발생하는 상기 연산 증폭기로서, 상기 센싱 신호는 상기 감지 캐패시턴스를 반영하는 전기적 신호값을 가지는 상기 연산 증폭기;
상기 연산 증폭기의 상기 제2 입력단을 상기 출력단에 커플링시키도록 형성되는 피드백 캐패시터; 및
내부 전원 전압을 제공하는 변조 전압 공급부를 구비하며,
상기 내부 전원 전압의 레벨은
상기 구동 신호의 토글링에 동기되어 저전원 전압과 고전원 전압 사이에 토글링되며,
상기 변조 전압 공급부는
선택 신호의 논리 상태에 따라, 상기 고전원 전압의 레벨을 가지는 제1 내부 전압 신호 및 상기 저전원 전압의 레벨을 가지는 제2 내부 전압 신호 중의 어느 하나를 선택적으로 예비 전원 전압으로 제공하는 스위칭 유닛으로서, 상기 구동 신호의 여기는 상기 선택 신호에 동기되는 상기 스위칭 유닛; 및
상기 예비 전원 전압을 전압 강하하여 강하 신호로 발생하는 전압 강하 유닛을 구비하며,
상기 내부 전원 전압의 레벨은
상기 예비 전원 전압의 레벨에 의존되며,
상기 구동 신호의 전압 레벨은
상기 강하 신호의 전압 레벨에 의존되는 것을 특징으로 하는 지문 센서.
제1 항에 있어서, 상기 고전원 전압과 상기 저전원 전압의 차는
상기 구동 고전압과 상기 구동 저전압의 차와 동일한 것을 특징으로 하는 지문 센서.
제1 항에 있어서, 상기 연산 증폭기는
상기 내부 전원 전압과 제1 예비단 사이에 형성되는 제1 로드 트랜지스터;
상기 내부 전원 전압과 제2 예비단 사이에 형성되는 제2 로드 트랜지스터;
상기 제1 입력단으로 수신되는 상기 구동 신호에 의하여 게이팅되며, 일측 접합이 소스 노드에 전기적으로 연결되고, 다른 일측이 상기 제1 예비단에 전기적으로 연결되는 제1 입력 트랜지스터;
상기 제2 입력단으로 수신되는 상기 센싱 신호에 의하여 게이팅되며, 일측 접합이 상기 소스 노드에 전기적으로 연결되고, 다른 일측이 상기 제2 예비단에 전기적으로 연결되는 제2 입력 트랜지스터; 및
접지 전압과 상기 소스 노드 사이에 형성되는 증폭 전류 소스를 구비하며,
상기 측정 신호는
상기 제1 예비단의 전기적 성분을 반영하는 것을 특징으로 하는 지문 센서.
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제1 항에 있어서, 상기 전압 강하 유닛은
상기 강하 신호를 제공하는 강하 노드;
상기 예비 전원 전압과 상기 강하 노드 사이에 형성되는 저항 소자; 및
상기 강하 노드와 접지 전압 사이에 형성되어, 상기 저항 소자에 일정한 전류를 흐르게 하도록 구성되는 강하 전류 소스를 구비하는 것을 특징으로 하는 지문 센서.
제1 항에 있어서, 상기 변조 전압 공급부는
외부 전원 전압을 이용하여 상기 제1 내부 전압 신호를 형성하는 제1 전원 발생 유닛; 및
상기 외부 전원 전압을 이용하여 상기 제2 내부 전압 신호를 형성하는 제2 전압 발생 유닛을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 지문 센서.
제1항에 있어서, 상기 지문 센서는
리셋 신호에 응답하여 상기 연산 증폭기의 상기 제2 입력단과 상기 출력단을 전기적으로 연결하는 리셋 스위치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 지문 센서.