KR20150117398A

KR20150117398A - 지문 검출 장치 및 이의 구동 신호 감쇄 보상 방법

Info

Publication number: KR20150117398A
Application number: KR1020140042792A
Authority: KR
Inventors: 김경생; 김정민
Original assignee: 크루셜텍 (주)
Priority date: 2014-04-10
Filing date: 2014-04-10
Publication date: 2015-10-20
Also published as: CN206224507U; WO2015156553A1; KR101613123B1

Abstract

일 실시예에 따르면, 구동 신호가 인가되는 외부 전극; 상기 구동 신호 인가에 따른 응답 신호를 출력하는 복수개의 센서 패드들을 포함하며, 상기 외부 전극과 인접하게 배치되는 센서 어레이; 입력되는 신호에 대응하여 기설정된 이득에 따라 상기 구동 신호를 출력하는 버퍼를 포함하는 구동 신호 공급부; 및 상기 구동 신호 공급부로부터 출력되는 구동 신호의 크기에 기초하여, 상기 구동 신호의 감쇄를 보상하기 위한 보상부를 포함하는, 지문 검출 장치가 제공된다.

Description

지문 검출 장치 및 이의 구동 신호 감쇄 보상 방법{FINGERPRINT DETECTING APPARATUSE AND DRIVING SIGNAL ATTENUATION COMPENSATION METHOD}

본 발명은 지문 검출 장치 및 이의 구동 신호 감쇄 보상 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 구동 신호의 크기를 실시간으로 측정하고 측정된 크기에 따라 전체 시스템을 제어함으로써, 구동 신호 감쇄 현상을 보상하는 지문 검출 장치 및 이의 구동 신호 감쇄 보상 방법에 관한 것이다.

지문의 무늬는 사람마다 다르기 때문에, 개인 식별 분야에 많이 이용되고 있다. 특히, 지문은 개인 인증 수단으로서 금융, 범죄수사, 보안 등의 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다.

이러한 지문을 인식하여 개인을 식별하기 위해 지문 인식 센서가 개발되었다. 지문 인식 센서는 사람의 손가락을 접촉하고 손가락 지문을 인식하는 장치로서, 정당한 사용자인지 여부를 판단할 수 있는 수단으로 활용되고 있다.

지문 인식 센서를 구현하는 방식으로는 광학방식, 열감지 방식 및 정전용량 방식 등의 다양한 인식 방식이 알려져 있다. 이 중 정전용량 방식의 지문 인식 센서는 사람의 손가락 표면이 도전성 감지 패턴에 접촉될 때 지문의 골과 마루 형상에 따른 정전용량의 변화를 검출함으로써 지문의 모양(지문 패턴)을 획득한다.

최근에는 휴대용 장치를 통해, 전화, 문자 메시지 전송 서비스와 같은 통신 기능뿐 아니라, 금융, 보안 등 개인 정보가 활용되는 다양한 부가 기능이 제공되고 있으며, 휴대용 장치의 잠금 장치에 대한 필요성이 더욱 중요하게 부각되고 있다. 이러한 휴대용 장치의 잠금 효과를 향상시키기 위하여, 지문 인식을 통한 잠금 장치가 장착된 단말기를 본격적으로 개발하고 있다.

지문 센싱시 구동 신호를 인가하고 그 응답신호로 센싱을 하게 되는데, 이때 구동 신호가 센싱 대상이 되는 손가락으로만 인가되어야 각 센싱패드가 정확한 응답신호를 센싱할 수 있다. 그러나, 실제 지문 인식 시에는 사용자가 한 손으로는 단말기를 잡고 나머지 한 손의 지문을 센싱시키게 된다. 이때 구동 신호는 센싱 대상 손가락으로부터 단말기를 쥐고 있는 손과 접촉된 단말기의 메탈 케이스 부분을 통해 흘러 분산되게 된다. 즉, 구동 신호는 센싱 대상 손가락, 메탈케이스와 연결된 다른 회로 구성 등으로 전압 분배되어 감쇄될 수 있다.

구동 신호가 감쇄됨에 따라, 구동 신호 공급에 따른 응답을 출력하는 센서 패드로부터의 출력 신호 또한 그 크기가 감쇄되어 출력될 수 있고, 이에 따라, 지문 센싱에 악영향이 발생하게 된다.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 목적은, 지문 검출 시 손가락에 인가되는 구동 신호가 손가락과 메탈 케이스 사이에서 전압 분배됨에 따라 감쇄되는 정도를 모니터링하고, 이에 타라 구동 신호의 크기 또는 센서 패드로부터의 출력 신호 크기를 보상하여 정상적인 지문 검출이 이루어지도록 하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 손가락에 구동 신호가 인가되는 외부 전극; 상기 구동 신호 인가에 따른 응답 신호를 출력하는 복수개의 센서 패드들을 포함하며, 상기 외부 전극과 인접하게 배치되는 센서 어레이; 입력되는 신호에 대응하여 기설정된 이득에 따라 상기 구동 신호를 출력하는 버퍼를 포함하는 구동 신호 공급부; 및 상기 구동 신호 공급부로부터 출력되어 상기 손가락에 인가되는 구동 신호의 크기에 기초하여, 상기 손가락과 메탈 케이스로의 전압 분배에 의한 상기 구동 신호의 감쇄를 보상하기 위한 보상부를 포함하는, 지문 검출 장치가 제공된다.

상기 버퍼는 전원 전압과 그라운드 전위 사이에서 상기 구동 신호를 출력하고, 상기 보상부는, 상기 구동 신호의 크기를 적어도 하나의 기준값과 비교하고, 비교결과에 기초하여, 상기 버퍼의 상기 전원 전압을 조절하기 위한 버퍼 전원 전압 제어값을 결정할 수 있다.

상기 보상부는, 상기 구동 신호의 크기를 적어도 하나 이상의 기준값과 비교하고, 비교결과에 기초하여, 상기 버퍼의 이득을 조절하기 위한 버퍼 이득 제어값을 결정할 수 있다.

상기 보상부는, 상기 구동 신호의 크기를 적어도 하나의 기준값과 비교하고, 비교결과에 기초하여 상기 센서 패드로부터 출력되는 센싱 전압을 보상하기 위한 센싱 전압 제어값을 결정할 수 있다.

상기 지문 검출 장치는, 상기 센서 패드 각각과 연결된 센싱 회로 및 상기 센싱 회로로부터의 출력 신호를 프로세싱하는 신호 처리부를 더 포함하고, 상기 보상부는 상기 결정된 센싱 전압 제어값을 상기 센싱 회로 또는 신호 처리부에 적용할 수 있다.

상기 센싱 전압 제어값은, 상기 신호 처리부 내의 PGA(Programmable Gain Amplifier) 또는 ADC(Analog to Digital Converter)에 적용될 수 있다.

상기 보상부는, 상기 구동 신호의 크기를 기설정된 이상값(ideal value)과 대비하여, 상기 보상을 수행할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 구동 신호 인가에 따른 손가락으로부터의 응답 신호를 출력하는 복수개의 센서 패드들을 포함하는 지문 검출 장치의 동작 방법으로서, 버퍼에 인에이블 신호 및 소정의 입력 신호를 공급하여 상기 버퍼가 기설정된 이득에 따라 구동 신호를 출력하도록 하는 단계; 상기 버퍼로부터 출력되어 상기 손가락에 인가되는 구동 신호의 크기를 측정하는 단계; 및 상기 측정 결과에 따라, 상기 손가락 및 메탈 케이스 간의 전압 분배에 의한 상기 구동 신호의 감쇄를 보상하기 위한 제어값을 결정하는 단계를 포함하는, 지문 검출 장치의 동작 방법이 제공된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 손가락에 인가되는 구동 신호의 실제 전압이 모니터링되므로, 메탈 케이스와 손가락 간의 전압 분배에 따른 감쇄 정도를 실시간으로 모니터링 할 수 있다. 그리고 이에 따라 구동 신호의 크기 제어 또는 센서 패드로부터의 출력 신호 크기 제어가 이루어지기 때문에, 구동 신호 감쇄에 따른 영향이 효과적으로 보상될 수 있다. 그 결과, 구동 신호 감쇄에 따른 영향 없이 정상적인 지문이미지를 생성할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 기기의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 검출 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 검출 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 신호의 파형도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 검출 장치의 비교부 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 검출 장치의 비교부 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 지문 검출 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따라 구동 신호를 제어한 결과를 설명하는 파형도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 지문 검출 장치에서의 구동 신호 감쇄 보상 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 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 부재를 사이에 두고 "간접적으로 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 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 기기의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 전자 기기는 적어도 일부분에 지문 검출 장치(100)를 구비할 수 있다. 도면에서는 지문 검출 장치(100)가 전자 기기의 일측 가장자리에 형성되는 것으로 도시되었으나, 어느 위치에 형성되어도 본 발명의 범위를 벗어나는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전자 기기는 소정의 데이터 처리를 수행하여 사용자가 원하는 동작을 수행하는 디지털 기기일 수 있다. 전자 기기는 입력부와 표시부(300)를 구비할 수 있으며, 입력부를 통한 사용자의 소정 동작 명령에 의해 이루어지는 동작에 대한 상태를 표시부(300)를 통해 사용자에게 제공할 수 있다. 또한, 전자 기기는 표시부(300)를 보호하며, 전자 기기의 전면(前面)을 형성하는 커버유리(500)를 포함할 수 있다.

도 1에서는 전자 기기의 표시부(300)가 터치스크린 방식으로 구현되어 그 자체로서 입력부의 역할을 동시에 하는 것으로 도시되었으나, 입력부는 예를 들면, 키보드 또는 키패드 방식으로 구현되어 표시부(300)와 별도로 구비될 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전자 기기는 메모리 수단을 구비하고 마이크로 프로세서를 탑재하여 연산 능력을 갖춘, 태블릿 PC, 스마트폰, 개인용 컴퓨터, 워크스테이션, PDA, 웹 패드, 이동 전화기, 내비게이션 등과 같은 디지털 기기를 포괄하는 용어로서 이해되어야 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 지문 검출 장치(100)는 센서 상에 손가락을 대면 지문이 읽히는 에어리어(area) 방식 등으로 구현될 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따른 지문 검출 장치(100)는 이에 제한되지 않으며 슬라이드 형으로 구현될 수 있다. 슬라이드 형 지문 검출 장치(100)는 슬라이딩 방식으로 움직이는 손가락의 지문을 센싱하여 단편적인 지문 영상들을 읽어 들인 후, 이 단편 지문 영상을 하나의 영상으로 정합하여 온전한 지문 영상을 구현하는 방식으로 지문 인식을 수행한다.

지문 검출 장치(100)는 복수개의 지문 센서 소자로 이루어지는 센서 어레이(110), 외부 전극(130)을 포함한다. 외부 전극(130)은 센서 어레이(110)와는 별도로 구비된다. 외부 전극(130)은 지문 감지를 위한 구동 신호를 피사체(손가락)로 송출하는 기능을 한다.

도 1에서는 외부 전극(130)이 센서 어레이(110)를 둘러싸는 링(Ring) 형태로 형성되는 실시예를 도시하였으나, 외부 전극(130)은 센서 어레이(110)의 일부만을 감싸도록 형성될 수도 있다. 또한, 프레임의 형태로 센서 어레이(110)와 이격되어 형성될 수도 있고, 센서 어레이(110)의 상면과 동일한 평면 또는 평행한 평면에 배치되도록 소정의 형상(예를 들면, 반전된 "U"자 형상)으로 형성될 수도 있다. 본 발명의 실시예에 따른 외부 전극(130)은 특정 형태에 한정되지 않는다.

외부 전극(130)은 피사체로 구동 신호를 송출하여야 하기 때문에 도전성 금속으로 형성되고, 지문 검출 장치(100)는 외부전극과 함께 모듈 형태로 전자 기기에 탑재한다.

지문 센싱시에는 구동 신호를 인가에 따른 손가락으로부터의 응답 신호를 센싱하게 되는데, 구동 신호가 센싱 대상이 되는 손가락으로만 인가되어야 각 센싱패드가 정확한 센싱 신호를 출력할 수 있다. 그러나, 실제 지문 인식 시에는 사용자가 한 손으로는 단말기를 잡고 나머지 한 손으로 지문을 인식시키게 되므로, 구동 신호는 인식 대상 손가락으로부터 단말기를 쥐고 있는 손과 접촉된 단말기의 금속 포장 부분을 통해 흘러 분산되게 된다. 즉, 구동 신호는 센싱 대상 손가락, 단말기의 메탈 케이스로 전압 분배되어 감쇄되는 문제가 생긴다.

이를 보완하기 위한 한 가지 방법은 지문 검출 장치(100)의 센서 어레이 내 센서 패드 영역에 모니터링 패드를 배치하고, 모니터링 패드로부터의 출력 신호 크기를 통해, 센서 패드의 출력 전압을 보상하는 기술이 있다.

구체적으로, 센서 패드의 내부에 격리되어 배치되거나, 센서 패드와 절연되어 이격 배치되는 모니터링 패드로부터의 출력 신호의 크기를 측정하고, 측정된 값에 따라 제어값을 결정하여 센서 패드로부터의 출력 전압을 보상하는 데에 활용할 수 있다.

한편, 본 발명에서는, 외부 전극(130)에 공급되는 구동 신호를 기준값과 비교하여 일정값 이하인 경우 이를 보상하는 동작을 한다. 만약, 외부 전극(130)이 복수개로 구현되는 경우라면, 적어도 하나의 외부 전극(130)으로 공급되는 구동 신호를 기준값과 비교하게 된다. 이하, 이에 대해 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 검출 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.

도 2를 참조하면, 지문 검출 장치(100)는 칩 외부(External)에 구비되는 외부 전극(130) 및 복수의 센서 패드로 이루어지는 센서 어레이(110)를 포함한다. 각 센서 패드는 센싱 회로와 연결되며, 손가락이 지문 검출 장치(100)에 접촉될 경우 손가락 표면에 기초한 센싱 결과값을 출력해낸다. 이에 대해서는 후에 상세히 설명하기로 한다.

지문 검출 장치(100)의 칩 내부(Internal)에는 구동 신호 공급부(210), 구동 신호 공급부(210)로부터 출력되는 구동 신호(Vdrv)의 크기를 측정하고, 측정되는 값에 따라 회로에 적용하여야 할 이득의 제어값을 결정하는 보상부(220)가 구비된다. 보상부(220)는 구동 신호(Vdrv)의 크기에 기초하여 그 감쇄를 보상하는 기능을 한다. 보상부(220)는 일 실시예에 따라 칩의 컨트롤 로직(Control Logic)에 포함될 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 칩 내부에는 출력된 센서 어레이(110)로부터 출력되는 신호를 프로세싱하는 센싱 회로 등이 더 포함될 수 있으며, 이에 대해서는 후에 더욱 상세히 설명한다.

전술한 바와 같이, 외부 전극(130)을 통해 인가되는 구동 신호(Vdrv)가 피사체를 통해 센서 패드에 입력되는데, 이러한 구동 신호(Vdrv)는 구동 신호 공급부(210)를 통해 공급될 수 있다.

이러한 구동 신호 공급부(210)는 일 이상의 전원 공급용 버퍼(211)를 포함할 수 있다. 버퍼(211)는 인에이블 신호(ENB)를 입력받아 제1 단자(A)를 통해 구동 신호(Vdrv)를 출력하며, 구동 신호(Vdrv)가 회로 또는 환경 등의 영향을 받지 않도록 한다.

버퍼(211)는 모바일 장치로부터 공급되는 전원 전압(VDD)과 그라운드 전위 사이에서, 입력되는 신호(VdrvIN)에 대응하여 기설정된 이득에 따라 구동 신호(Vdrv)를 출력해낸다.

보상부(220)는 제1 단자(A)로부터 출력되는 구동 신호(Vdrv)의 크기를 일 이상의 기준값과 비교하는 비교부(221), 비교부(221)로부터의 출력값에 기초하여 회로의 적어도 일부 이득에 대한 제어값을 결정하는 제어값 결정부(222)를 포함한다. 제1 단자(A)로부터의 구동 신호(Vdrv)는 제2 단자(B)를 통해 비교부(221)로 입력되며, 제어값 결정부(222)로부터의 출력신호는 제3 단자(C)를 통해 출력되어, 회로 일부분에 대한 이득 제어값으로 활용된다.

버퍼(211)와 연결된 제1 단자(A), 비교부(221)와 연결된 제2 단자(B)는 서로 중간 노드(TxOUT IN)를 통해 연결된다. 중간 노드(TxOUT IN)은 칩 외부에 형성되는 노드로써, 메탈 케이스와 손가락 간의 전압 분배를 고려하여, 손가락에 인가되는 실제 구동신호를 측정하기 위한 노드이다. 보상부(220)의 비교부(221)와 제어값 결정부(222)에 대한 동작 설명은 후에 상세히 하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 검출 장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 3을 참조하면, 지문 검출 장치는 복수의 행과 열을 이루는 복수 개의 지문 센서 소자(111)로 이루어지는 센서 어레이(110)를 포함한다. 각각의 지문 센서 소자(111)는 센서 패드(SP), 및 상기 센서 패드(SP)로부터의 출력 신호가 입력되는 센싱 회로(SC)를 포함한다. 도 3에서는 하나의 센싱 회로(SC)만을 도시하였으나, 센싱 회로(SC)는 각 지문 센서 소자(111)당 하나씩 구비된다. 센싱 회로(SC)는 각 센서 패드(SP)로부터의 출력 신호를 증폭하는 연산 증폭기를 포함할 수 있다.

복수개의 센싱 회로(SP)로부터의 출력 신호는 신호 처리부(140)로 입력된다.

신호 처리부(140)는 필터부(141), 샘플 앤 홀드부(142), RDC(Related Data Calibration)(143), PGA(Programmable Gain Amplifier)(144), DSG(Differential Signal Generator)(145), ADC(Analog to Digital Converter)(146)를 포함할 수 있다.

필터부(141)는 지문 센서 소자(111)로부터의 출력 데이터의 노이즈를 제거하는 기능을 한다. 복수개의 지문 센서 소자(111)로부터 출력되는 데이터를 분석하여 지문 이미지를 획득하게 되는 것인데, 지문 센서 소자(111)의 출력 데이터에는 외부 노이즈 등에 의한 데이터 성분이 포함되어 있을 수밖에 없다. 따라서, 필터부(141)는 로우 패스 필터 등을 구비하여 이러한 노이즈를 제거하는 기능을 한다.

샘플 앤 홀드부(142)는 필터부(141)에 의해 노이즈가 제거된 데이터를 샘플링하여 이를 유지하고, 그 값을 저장하는 기능을 한다. 샘플 앤 홀드부(142)의 샘플링 주기는 소정의 클록 신호에 의해 제어된다.

RDC(143)는 샘플 앤 홀드부(142)의 출력 데이터, 즉, 노이즈의 영향이 제거된 후 일정 주기로 샘플링된 지문 센서 소자(111)로부터의 출력 데이터에 대해 오프셋을 조절하는 기능을 한다.

PGA(144)는 센싱 데이터를 일정 비율로 증폭하는 기능을 한다. 사람의 손가락 지문은 융선(ridge)과 골(valley)로 이루어지기 때문에, 지문 센서 소자(111)에 융선이 닿는지, 아니면 골이 닿는지에 따라 다른 출력 데이터가 생성되게 된다. 즉, 지문 센서 소자(111)에 융선이 닿았을 경우와 골이 닿았을 때 서로 다른 크기의 출력 데이터가 생성되는데, 그 크기의 차이를 크게 하기 위해서는 PGA(144)의 이득을 높이고, 반대로 그 크기의 차이를 좁히기 위해서는 PGA(144)의 이득을 낮추어 제어할 수 있다.

ADC(146)는 아날로그 형태의 센싱 데이터를 디지털화하는 기능을 한다. 디지털 형태로 변환된 데이터는 입출력부(150)에 입력된다.

입출력부(150)에 입력된 데이터들은 센서 어레이(110)의 전체 데이터 형태로 출력되며, 입출력부(150)로부터 출력된 값은 추후 호스트 장치(예를 들면, 모바일 장치 또는 모바일 장치 내 특정 지능소자나 특정 어플리케이션 등)로 전달되며, 취합을 통해 지문 이미지 생성이 가능해진다.

센싱 회로(SC), 신호 처리부(140) 및 입출력부(150)는 도 2에서의 칩 내부(Internal) 영역에 구비된다.

일 실시예에 따른 구동 신호 공급부(210)는 전술한 바와 같이 제1 단자(A)를 통해 구동 신호(Vdrv)를 출력하는 버퍼(211)를 포함한다. 또한, 구동 신호 공급부(210)는 버퍼(211)에 전원 전압(VDD)을 공급하는 전원 공급부(212)를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 보상부(220)는 외부 전극(130)에 인가되는 구동 신호(Vdrv)의 크기를 기준값과 비교하여, 회로 일부분의 이득을 제어하는 보상부(220)가 더 포함된다.

보상부(220)는 버퍼(211)와 연결된 제1 단자(A)로부터 출력되며 외부 전극(130)에 인가되는 구동 신호(Vdrv)의 크기를 일 이상의 기준값과 비교하는 비교부(221), 상기 비교부(221)의 비교 결과에 따라 회로 일부분에 적용되어야 하는 이득의 제어값, 즉, 보상의 정도를 결정하고 이러한 보상의 정도를 적용시키기 위한 제어값을 결정하는 제어값 결정부(222)를 포함한다.

비교부(221)는 구동 신호(Vdrv)의 크기와 일 이상의 기준값을 비교할 수 있는 통상의 아날로그 회로로 구현될 수 있다. 일 예로서, 비교부(221)는 기준 전압이 전압 분배기에 의해 선택적으로 가변되고, 구동 신호(Vdrv)와 상기 기준 전압을 비교하는 비교기를 포함할 수 있으며, 이에 대해서는 후에 상세히 설명하기로 한다. 기준값은 기 설정된 이상값(ideal value), 예를 들면, 지문 검출 장치가 금속 포장되기 이전에 사람의 손가락이 센서 패드(SP)에 접촉되는 경우 측정되는 센서 패드의 출력 전압 값일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

제어값 결정부(222)는 비교부(221)의 출력값에 기초하여 센서 패드(SP)로부터의 출력 신호, 즉, 센싱 전압을 증폭시켜 보상하기 위한 센싱 전압 제어값을 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어값 결정부(222)는 비교부(221)에서 출력된 출력값 별로 그에 상응하는 센싱 전압 제어값을 미리 매칭하여 저장하였다가, 매 동작시마다 비교부(221)의 출력값에 기초하는 센싱 전압 제어값을 센서 패드(SP)로부터 출력되는 센싱 전압을 증폭시키기 위해 활용할 수 있다.

일 실시예로, 제어값 결정부(222)는 결정된 센싱 전압 제어값을 센서 패드(SP)와 연결되는 센싱 회로(SC)에 적용할 수 있다(CON1). 구체적으로는, 센싱 회로(SC)에 포함되며 센서 패드(SP)로부터의 출력 신호를 증폭하는 연산 증폭기의 이득이 제어되도록 적용할 수 있다.

다른 실시예로, 제어값 결정부(222)는 결정된 센싱 전압 제어값을 신호 처리부(140)에 포함되는 PGA(144)에 반영할 수도 있다(CON2). PGA(144)는 프로그램 방식을 통해 증폭기 또는 증폭률을 필요에 따라 선택할 수 있도록 하는 구성요소이다. PGA(144)는 센싱 회로(SC)의 출력 신호들을 증폭하는 기능을 하기 때문에, PGA(144)에 결정된 센싱 전압 제어값이 적용되게 되면, 손가락의 융선과 닿는 센서 패드(SP)로부터의 출력 신호와 골과 닿는 센서 패드(SP)로부터의 출력 신호 간 차이를 증가시킬 수 있다.

또 다른 실시예로, 제어값 결정부(222)는 결정된 센싱 전압 제어값을 ADC(146)에서 디지털 신호로의 변환 시의 이득에 반영할 수 있다(CON3).

즉, 제어값 결정부(222)는 센싱 회로(SC), PGA(144) 및 ADC(146) 중 적어도 하나에 결정된 센싱 전압 제어값을 적용시킬 수 있다.

제어값 결정부(222)는 소정의 알고리즘을 수행하는 프로그램 모듈 또는 펌웨어 등으로 구현될 수 있다.

이하에서는, 외부 전극(130)에 인가되는 구동 신호의 감쇄 및 그 보상에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 일 실시예에 따른 구동 신호의 파형을 나타내는 그래프이다. 도 4의 상단에 도시된 그래프는 이상적인 경우의 구동 신호 파형을 나타내며, 하단에 도시된 그래프는 실제 구동 신호의 파형을 나타내는 그래프이다.

도 4를 참조하면, 이상적인 경우 외부 전극(130)에 인가되는 구동 신호(Vdrv)는 구형파 신호일 수 있다. 즉, 듀티비(duty ratio)가 일정하며, 일정한 크기의 하이 신호(Vdrv_H) 및 로우 신호(Vdrv_L)를 번갈아 출력하는 신호일 수 있다.

그러나, 실제의 경우에는 버퍼(211)의 동작 또는 주변 환경에 의해 구동 신호(Vdrv)의 최대값 크기가 일정 부분(Vloss) 감쇄될 수 있다. 구동 신호(Vdrv)의 크기가 감쇄되면, 지문 센서 소자로부터 출력되는 신호의 크기 작아져, 지문 이미지 생성에 악영향을 미칠 수 있게 된다.

따라서, 실제 버퍼(211)로부터 출력되며 외부 전극(130)으로 인가되는 구동 신호(Vdrv)의 크기와 기준값을 비교하면, 이상적인 경우와 대비하여 현재 구동 신호(Vdrv)의 감쇄된 정도를 측정할 수 있으며, 이에 기초하여 센서 패드로부터의 출력 전압을 증폭하기 위한 이득을 결정할 수 있다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비교부의 일례를 도시한 도면이다.

전술한 바와 같이, 비교부(211)는 구동 신호(Vdrv)와 일 이상의 기준값을 비교하는 비교기(com)를 포함한다.

비교기(com)의 제1 입력단에는 구동 신호(Vdrv)가 입력되며, 제2 입력단에는 일 이상의 기준 전압이 입력된다. 비교기(com)는 구동 신호(Vdrv)와 기준 전압 간 비교 결과에 대응되는 값을 출력값(Vout)으로 출력한다.

구동 신호(Vdrv)는 소정의 저항(Rx)에 의해 변환되어 입력될 수 있다. 저항(Rx)은 기설정된 저항값을 가질 수도 있고, 가변 저항일 수도 있다. 저항(Rx)이 생략될 수도 있음은 물론이며, 회로 설계상 생성되는 기생 저항 값일 수도 있다. 저항(Rx)이 생략되는 경우에는 구동 신호(Vdrv)가 비교기(com)에 직접 입력된다.

비교기(com)의 제2 입력단에는 전압 분배기(VD)의 복수 개의 출력 노드들이 번갈아 가며 연결될 수 있다. 전압 분배기(VD)는 전원 전압(VDD)과 그라운드 전위 사이에 직렬로 연결된 복수 개의 저항을 포함할 수 있다.

전원 전압(VDD)이 복수 개의 저항에 공급됨으로써 일 이상의 기준 전압으로 분배될 수 있다. 전원 전압(VDD)으로서는 지문 검출 장치 내부에 장착되는 소자들의 전원 전압을 그대로 이용할 수도 있고, 이를 레벨 쉬프팅 등으로 변환한 전압으로 이용할 수도 있다.

복수 개의 저항에 의해 분배된 일 이상의 기준 전압이 비교기(com)의 제2 입력단에 번갈아 가며 입력된다. 비교기(com)의 출력값을 몇 비트의 신호로 구분할지에 따라서 기준 전압의 개수를 달리할 수 있다. 기준 전압의 개수가 N일 때 비교기(com)의 출력값은 log2N 비트가 될 수 있다. 예를 들어, 비교기(com)의 기준 전압이 4개일 때, 비교기(210)의 출력값으로는 '00', '01', '10', '11'과 같은 2비트의 신호가 출력된다.

예를 들어, 도 6에 도시되는 바와 같이, 구동 신호(Vdrv)의 크기를 4단계로 나누어 검출하려면, 기준 전압의 개수, 즉, N 값은 4여야 하며, 이 때, 비교기(com)의 출력값은 2비트로 출력된다. 구동 신호(Vdrv)가 기준 전압 VT[2] 보다 크다면 2비트의 출력값 중 최상위 비트값은 '1'이 되고, 반대로, 그보다 작다면 최상위 비트값은 '0'이 된다. 또한, 모니터링 패드(120)로부터의 전압(Vdetect)이 기준 전압 VT[2] 보다 크며 또한 기준 전압 VT[3](VT[3]>VT[2]) 보다도 크다면 최하위 비트값은 '1'이 되어 비교기(210)의 최종 출력값(Vout)은 '11'이 된다. 반대로, 기준 전압 VT[2] 보다 크나 기준 전압 VT[3] 보다 작다면 비교기(210)의 최종 출력값(Vout)은 '10'이 된다.

기준 전압 간 분배 간격은 구동 신호(Vdrv)의 최대값과 최소값 사이에서 일정하게 설정할 수도 있으나, 환경적 요소에 의한 그 감쇄값(Vloss)을 간접적으로 측정하고자 하는 목적이므로 기설정된 특정 범위 내, 예를 들면, 이상적인 경우 구동 신호(Vdrv)의 최대값(Vdrv_H, 도 4 참조)에 가까워질수록 기준 전압 간 분배 간격을 조밀하게 할 수도 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, 전압 분배기(VD)에 포함되는 저항의 값들을 적절하게 선택하여 원하는 기준 전압을 만들어 낼 수 있다.

도 5에서는 하나의 비교기(com)만이 포함되는 실시예를 예시하였으나, 기준 전압의 개수에 따라 복수의 비교기(com)로 구현될 수 있음은 물론이다.

제어값 결정부(222, 도 3 참조)는 비교부(221)의 출력값(Vout)에 기초하여 센서 패드(SP)의 출력 전압 보상을 위한 센싱 전압 제어값을 결정할 수 있다. 비교부(221)의 출력값(Vout)을 통해 파악되는 구동 신호(Vdrv)의 크기를 기초로, 센서 패드(SP)의 출력 전압 보상을 위한 센싱 전압 제어값을 결정할 수 있다.

일 실시예로서, 제어값 결정부(222)는 일 실시예로 비교부(221)의 출력값에 따른 이진신호 별 매칭되는 전압 값 또는 적용하여야 하는 센싱 전압 제어값을 미리 저장해놓을 수 있다. 또한, 이와 다르게 제어값 결정부(222)는 비교부(221)의 출력값에 따른 이진신호 별 매칭되는 전압 값 또는 적용하여야 하는 센싱 전압 제어값을 미리 저장해놓을 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 지문 검출 장치의 구성 및 그 동작을 설명하는 도면이다.

도 7을 참조하면, 도 3의 지문 검출 장치에서 구동 신호 공급부(710) 및 보상부(720)의 구성 또는 그 동작이 달라졌다는 것을 알 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 구동 신호 공급부(710)에 있어서는 구동 신호(Vdrv)를 출력하는 버퍼(711)의 이득이 가변될 수 있다. 또한 본 발명의 또다른 실시예에 따른 구동 신호 공급부(710)에 있어서는 이에 공급되는 전원 전압(VDD)의 크기가 가변된다.

이를 위해 본 발명의 다른 실시예에 따른 보상부(720)는 외부 전극(130)에 인가되는 구동 신호(Vdrv)를 일 이상의 기준값과 비교하는 비교부(721), 비교부(721)의 비교 결과에 따라 버퍼(711)에 공급될 전원 전압(VDD)의 크기를 조절하기 위한 버퍼 전원 전압 제어값 또는 버퍼(711)의 이득을 조절하기 위한 버퍼 이득 제어값을 결정하는 제어값 결정부(722)를 포함한다. 일 실시예에 따라 도 2에서 별도로 도시하지 않았으나, 제어값 결정부(722)의 출력은 칩 내부에서 별도로 연결된 신호라인에 의해 버퍼 전원 전압 제어값 또는 버퍼(711)로 연결될 수 있다. 다른 실시예에 따라 도 7에 도시된 바와 같이 제어값 결정부(722)의 출력은 호스트 장치의 AP(Application Processor)로 연결되고, AP는 제어값 결정부(722)의 출력에 기초하여 버퍼 전원 전압 제어값 또는 버퍼(711)로 제어 신호를 각각 출력할 수 있다.

구체적으로 설명하면, 비교부(721)는 외부 전극(130)에 인가되는 구동 신호(Vdrv)의 크기, 즉, 버퍼(711)의 출력 신호의 크기와 일 이상의 기준값을 비교한다. 비교부(721)의 상세 구성은 도 5를 참조하여 설명한 바와 동일하다.

비교부(721)에 의한 비교 결과는 제어값 결정부(722)로 입력된다. 제어값 결정부(722)는 비교부(721)의 출력값에 기초하여, 버퍼(711)의 이득을 조절하는 버퍼 이득 제어값을 생성하여 버퍼(711)에 적용하거나(CON 4), 버퍼(711)의 전원 전압(VDD)의 크기를 조절하기 위한 버퍼 전원 전압 제어값을 생성하여 전원 공급부(712)에 전달한다(CON 5). 도 7에서는 이러한 제어에 의해 버퍼(711)의 이득이 M배로 조절되는 예와 전원 공급부(712)에서 버퍼(711)에 공급하는 전원 전압이 N배로 조절되는 예가 도시되었다. 전원 공급부(712)에서의 전원 전압 조절 회로는 통상의 전압 변환 회로를 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 소정의 정전용량에 전하를 충전하였다가 상기 충전된 전하에 의한 전압 및 입력 전압이 더해져 승압된 전압을 출력하는 챠지 펌프(charge pump) 회로 또는 인덕터 간 상호 인덕턴스를 이용하여 입력 전압을 승압시키는 변압기 등으로 구현될 수 있다.

일례로, 제어값 결정부(722)는 비교부(721)로부터의 출력 신호에 기초하여 버퍼(711)의 이득을 결정하기 위한 버퍼 이득 제어값을 생성하여, 버퍼(711)에 직접 또는 간접적으로 적용되도록 한다(CON4). 버퍼(711)의 이득은 피드백 임피던스의 크기를 조절하는 등 통상의 방식으로 조절될 수 있다.

다른 예로, 제어값 결정부(722)는 버퍼(711)의 전원 전압(VDD)의 크기를 조절하기 위한 버퍼 전원 전압 제어값을 생성하여 전원 공급부(712)에 공급할 수 있다(CON5). 이러한 버퍼 전원 전압 제어값를 받은 전원 공급부(712)는 버퍼(711)에 공급되는 전원 전압(VDD)의 크기를 예를 들면, N배 증가시킬 수 있다. 이를 위해 전원 공급부(712)에는 전압 전압(VDD)을 N배 증가시키기 위한 증폭 회로가 구비될 수 있다. 여기서, N과 M은 0보다 큰 정수일 수 있다.

제어값 결정부(722)는 상기의 동작을 위해 비교부(712)로부터의 출력 신호에 따라 생성 또는 전달하여야 할 제어값의 종류 또는 그 크기를 저장해 놓을 수 있다.

도 8은 도 7을 참조하여 설명한 실시예에서 구동 신호가 증폭된 결과를 나타내는 파형도이다.

도 8을 참조하면, 구동 신호(Vdrv)는 이상적인 경우 일정한 크기의 하이 신호(Vdrv_H) 및 로우 신호(Vdrv_L)를 번갈아 출력하는 구형파 신호일 수 있다.

만약, 회로에 존재하는 기생 성분에 의해 구동 신호(Vdrv)의 크기가 Vloss만큼 감쇄된 경우, 비교부(721)를 통해 이러한 현상이 감지될 수 있다. 즉, 비교부(721)는 구동 신호(Vdrv)의 크기가 Vloss만큼 감쇄된 크기라는 것을 감지하고, 이러한 감지에 따라서 제어값 결정부(722)는 버퍼(711)의 이득을 조절하기 위한 버퍼 이득 제어값을 생성하여 버퍼(711)에 적용하거나(CON4), 버퍼(711)의 전원 전압(VDD) 크기를 조절하기 위한 버퍼 전원 전압 제어값을 생성하여 전원 공급부(712)에 전달할 수 있다(CON 5).

이러한 제어에 따라서 구동 신호 공급부(710)를 통해 출력되는 구동 신호(Vdrv)는 일정 부분 상승하게 된다.

예를 들면, 도 8에 도시되는 바와 같이, 구동 신호(Vdrv)의 하이 신호의 최소값(Vdrv-Vloss)이 이상적인 경우의 하이 신호(Vdrv_H)의 값과 동일해지도록 제어될 수 있다.

상기에서는 도 3의 실시예와 도 7의 실시예를 별도로 설명하였으나, 두 실시예는 서로 조합될 수도 있다.

예를 들면, 비교부로부터의 출력 신호에 따라 버퍼의 이득이 조절됨과 동시에, 센서 패드의 출력 신호를 처리하는 센싱 회로, PGA, 또는 ADC의 이득이 조절될 수도 있다. 또한, 상기의 예에서 버퍼의 이득이 조절되는 것 대신에 버퍼의 전원 전압이 제어될 수도 있으며, 위에서 설명한 모든 이득 제어가 동시에 이루어질 수도 있다.

한편, 상기 실시예들에서 설명한 제어 방법(CON1~CON5) 중 적어도 2개가 동시에 수행될 수도 있음은 물론이다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 지문 검출 장치에서의 구동 신호 감쇄 보상 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

이하, 도 3, 도 7 및 도 9를 참조하여 구동 신호 감쇄 보상 방법에 대해 설명하기로 한다.

먼저, 복수의 센서 패드(SP)를 포함하는 센서 어레이(110)와 인접하게 배치된 외부 전극(130)에 공급되는 구동 신호(Vdrv)를 추출해낸다(S910).

추출된 구동 신호(Vdrv)를 일 이상의 기준값과 비교함으로써, 현재 외부 전극(130)에 공급되고 있는 구동 신호(Vdrv)의 크기를 파악한다(S920). 이러한 비교는 비교부(221, 721)에 의해 상기 구동 신호(Vdrv)와 전압 분배기(VD, 도 5 참조)로부터 출력되는 적어도 하나의 기준값과의 비교로 수행될 수 있다.

구동 신호(Vdrv)의 크기를 파악하면, 이를 기초로 하여 제어 대상을 결정하고, 적용할 제어값을 결정한다(S930). 이러한 결정은 제어값 결정부(222 또는 722)에 의해 이루어지며, 측정된 구동 신호(Vdrv)의 크기별 보상 방법에 대한 정보가 기 저장되어 있을 수 있다.

이러한 방법으로 제어값이 결정되면, 제어값 결정부(222 또는 722)는 구동 신호 공급부(710)를 제어하여 구동 신호(Vdrv)의 크기가 상승되도록 하거나, 센서 어레이를 구성하는 센서 패드(SP)로부터의 출력 신호가 보상되도록 한다(S940).

구동 신호 공급부(710)에 대한 제어는 구동 신호(Vdrv)를 출력하는 버퍼(711)의 이득이 조절되도록 하는 버퍼 이득 제어값을 생성하거나(S941), 버퍼(711)의 전원 전압(VDD)이 상승되도록 버퍼 전원 전압 제어값을 생성하여 전원 공급부(712)를 제어할 수 있다(S942).

한편, 센서 패드(SP)로부터의 출력 신호를 보상하는 방법은, 센서 패드(SP)로부터의 출력 신호를 받는 센싱 회로(SC)의 연산 증폭기에 비교의 결과로 결정된 센싱 전압 제어값을 적용하거나(S943), 센서 어레이(110) 전체의 출력 신호를 증폭시키는 PGA(144)에 결정된 센싱 전압 제어값을 적용할 수 있다(S944). 또한, 센서 어레이(110) 전체의 출력 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC(146)의 디지털 변환에 해당 센싱 전압 제어값을 적용할 수도 있다(S945).

본 발명에 의하면, 외부 전극에 인가되는 구동 신호의 크기를 측정하여, 감쇄된 정도에 따라 구동 신호의 크기를 증폭시키거나, 센서 패드로부터 출력되는 신호를 처리하는 회로 중 일부에 대한 이득을 제어함으로써, 지문 이미지 생성에 필요한 신호의 크기를 적절히 유지할 수 있다.

또한, 본 발명의 따르면, 지문 검출 장치에 최초 공급되는 구동 신호 자체로부터 감쇄되는 크기에 기초하여 보상 동작을 하므로, 구동 신호 감쇄의 정도에 따른 직접적인 제어가 가능하다. 이에 따라, 구동 신호가 손가락 외에 메탈 케이스로 분산되어 감쇄된 구동신호에 응답하여 센싱되는 지문 이미지가 열화되는 문제를 근본적으로 해결할 수 있다.

한편, 본 발명에 따르면, 구동 신호의 감쇄를 회로 설계의 편의에 맞추어 다양한 방식으로 보상할 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 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: 지문 검출 장치
300: 표시부
500: 커버 유리
110: 센서 어레이
111: 지문 센서 소자
130: 외부 전극
140: 신호 처리부
141: 필터부
142: 샘플 앤 홀드부
143: RDC
144: PGA
145: DSG
146: ADC
150: 입출력부
210, 710: 구동 신호 공급부
211, 711: 버퍼
212, 712: 전원 공급부
220: 보상부
221, 721: 비교부
222: 제어값 결정부
722: 제어값 결정부

Claims

손가락에 구동 신호가 인가되는 외부 전극;
상기 구동 신호 인가에 따른 응답 신호를 출력하는 복수개의 센서 패드들을 포함하며, 상기 외부 전극과 인접하게 배치되는 센서 어레이;
입력되는 신호에 대응하여 기설정된 이득에 따라 상기 구동 신호를 출력하는 버퍼를 포함하는 구동 신호 공급부; 및
상기 구동 신호 공급부로부터 출력되어 상기 손가락에 인가되는 구동 신호의 크기에 기초하여, 상기 손가락과 메탈 케이스로의 전압 분배에 의한 상기 구동 신호의 감쇄를 보상하기 위한 보상부를 포함하는, 지문 검출 장치.
제1항에 있어서,
상기 버퍼는 전원 전압과 그라운드 전위 사이에서 상기 구동 신호를 출력하고,
상기 보상부는, 상기 구동 신호의 크기를 적어도 하나의 기준값과 비교하고, 비교결과에 기초하여, 상기 버퍼의 상기 전원 전압을 조절하기 위한 버퍼 전원 전압 제어값을 결정하는, 지문 검출 장치.
제1항에 있어서,
상기 보상부는,
상기 구동 신호의 크기를 적어도 하나 이상의 기준값과 비교하고, 비교결과에 기초하여, 상기 버퍼의 이득을 조절하기 위한 버퍼 이득 제어값을 결정하는, 지문 검출 장치.
제1항에 있어서,
상기 보상부는,
상기 구동 신호의 크기를 적어도 하나의 기준값과 비교하고, 비교결과에 기초하여 상기 센서 패드로부터 출력되는 센싱 전압을 보상하기 위한 센싱 전압 제어값을 결정하는, 지문 검출 장치.
제4항에 있어서,
상기 센서 패드 각각과 연결된 센싱 회로 및 상기 센싱 회로로부터의 출력 신호를 프로세싱하는 신호 처리부를 더 포함하고,
상기 보상부는 상기 결정된 센싱 전압 제어값을 상기 센싱 회로 또는 신호 처리부에 적용하는, 지문 검출 장치.
제5항에 있어서,
상기 센싱 전압 제어값은,
상기 신호 처리부 내의 PGA(Programmable Gain Amplifier) 또는 ADC(Analog to Digital Converter)에 적용되는, 지문 검출 장치.
제1항에 있어서,
상기 보상부는,
상기 구동 신호의 크기를 기설정된 이상값(ideal value)과 대비하여, 상기 보상을 수행하는, 지문 검출 장치.
구동 신호 인가에 따른 손가락으로부터의 응답 신호를 출력하는 복수개의 센서 패드들을 포함하는 지문 검출 장치의 동작 방법으로서,
버퍼에 인에이블 신호 및 소정의 입력 신호를 공급하여 상기 버퍼가 기설정된 이득에 따라 구동 신호를 출력하도록 하는 단계;
상기 버퍼로부터 출력되어 상기 손가락에 인가되는 구동 신호의 크기를 측정하는 단계; 및
상기 측정 결과에 따라, 상기 손가락 및 메탈 케이스 간의 전압 분배에 의한 상기 구동 신호의 감쇄를 보상하기 위한 제어값을 결정하는 단계를 포함하는, 지문 검출 장치의 동작 방법.