TW201706908A - 指紋感測器、具有該指紋感測器的電子裝置、以及操作指紋感測器的方法 - Google Patents

指紋感測器、具有該指紋感測器的電子裝置、以及操作指紋感測器的方法 Download PDF

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Abstract

一種指紋感測器，所述指紋感測器包括：畫素陣列，包括排列成列及行的多個單位畫素，所述多個單位畫素中的每一者包括：感測電極，被配置成形成偵測電容器；以及訊號產生電路，被配置成基於所述偵測電容器的電容來產生類比訊號；以及控制器，被配置成控制所述畫素陣列的操作，其中所述控制器被配置成電性連接彼此相鄰的至少兩個單位畫素的感測電極並啟用所述至少兩個單位畫素中所包含的所述訊號產生電路中的僅一者來產生所述類比訊號。

Description

指紋感測器、具有該指紋感測器的電子裝置、以及操作指紋感測器的方法
本發明實施例是有關於一種指紋感測器，且更具體而言，是有關於一種具有提高的感測效能、同時維持高解析度的指紋感測器。
一般而言，指紋感測器藉由偵測感測電極與手指之間的電容而獲得手指的指紋影像。舉例而言，指紋感測器可基於手指與指紋的脊（ridge）所位於的畫素中所包含的感測電極之間的電容、以及手指與指紋的谷（valley）所位於的畫素中所包含的感測電極之間的電容，而獲得手指的指紋影像。當指紋感測器的解析度提高時，指紋感測器中所包含的畫素的大小減小。
然而，當畫素的大小減小時，畫素中所包含的感測電極的大小亦減小，使得感測電極與手指之間的電容減小。因此，當畫素的大小減小時，指紋感測器的感測效能降低。
實施例包括一種指紋感測器，所述指紋感測器包括：畫素陣列，包括排列成列及行的多個單位畫素，所述多個單位畫素中的每一者包括：感測電極，被配置成形成偵測電容器；以及訊號產生電路，被配置成基於所述偵測電容器的電容來產生類比訊號；以及控制器，被配置成控制所述畫素陣列的操作，其中所述控制器被配置成電性連接彼此相鄰的至少兩個單位畫素的感測電極並啟用所述至少兩個單位畫素中所包含的所述訊號產生電路中的僅一者來產生所述類比訊號。
實施例包括一種電子裝置，所述電子裝置包括：多個感測電極；多個訊號產生電路，每一訊號產生電路被配置成基於與所述訊號產生電路的輸入耦合的電容而產生訊號；以及控制器，被配置成選擇性地將所述感測電極的群組電性連接至所述訊號產生電路的所述輸入，其中每一感測電極群組均電性連接至所述訊號產生電路中的對應單個訊號產生電路。
實施例包括一種操作指紋感測器的方法，所述指紋感測器包括排列成列及行的多個單位畫素，所述多個單位畫素中的每一者包括感測電極及訊號產生電路，所述方法包括：電性連接彼此相鄰的至少兩個單位畫素中所包含的感測電極；接通所述至少兩個單位畫素的所述訊號產生電路中的一者；斷開所述至少兩個單位畫素的所述訊號產生電路中的其餘者；由所述被接通的訊號產生電路產生類比訊號，所述類比訊號具有與包括所述至少兩個單位畫素的所述感測電極的偵測電容器的電容之和成比例的量值；以及基於所述類比訊號而產生表示使用者的指紋圖案的數位訊號。
將參照其中示出特定實施例的附圖來更充分地闡述各種實施例。然而，實施例可採取諸多不同形式而不應被視為僅限於本文所述的特定實施例。相反，提供該些實施例是為了使此揭露內容將透徹及完整，並將向熟習此項技術者充分傳達範圍。本申請案通篇中，相同參考編號指代相同元件。
應理解，儘管在本文中可能使用用語「第一」、「第二」等來闡述各種元件，但該些元件不應受限於該些用語。該些用語是用於區分各個元件。舉例而言，在不背離所述範圍的條件下，第一元件可被稱為第二元件，且類似地，第二元件可被稱為第一元件。本文所用的用語「及/或」包括相關聯列出項中一或多個項的任意及所有組合。
應理解，當稱一元件「連接」至或「耦合」至另一元件時，所述元件可直接連接至或耦合至所述另一元件，抑或可存在中間元件。相比之下，當稱一元件「直接連接」至或「直接耦合」至另一元件時，則不存在中間元件。用於闡述元件間關係的其他用詞（例如，「位於…之間」對「直接位於…之間」、「相鄰」對「直接相鄰」等）應以相同的方式加以解釋。
本文中所用的術語是用於闡述特定實施例而非旨在進行限制。除非上下文清楚地另外指示，否則本文所用的單數形式「一（a、an）」及「所述（the）」旨在亦包括複數形式。更應理解，當在本文中使用用語「包括（comprises、comprising）」、「包含（includes及/或including）」時，是指明所陳述特徵、整數、步驟、操作、元件、及/或組件的存在，但並不排除一或多個其他特徵、整數、步驟、操作、元件、組件、及/或其群組的存在或添加。
除非另外定義，否則本文中所用的所有用語（包括技術及科學用語）皆具有與此項技術中具有通常知識者所通常理解的含意相同的含意。更應理解，用語（例如在常用辭典中定義的用語）應被解釋為具有與其在相關技術的上下文中的含意一致的含意，且除非在本文中明確如此定義，否則不應將其解釋為具有理想化或過於正式的意義。
圖1是說明根據某些實施例的指紋感測器的方塊圖。參照圖1，指紋感測器10包括畫素陣列100、控制器300、相關雙重採樣及積分電路（correlated double sampling and integration circuit，CDS_INT）400、採樣及保持電路（sample and hold circuit，SHA）500、及類比-數位轉換器（analog-to-digital converter，ADC）600。
畫素陣列100可包括排列成列及行的多個單位畫素（P） 200。
控制器300可被配置成提供共用電壓VCM及偵測電壓VD至單位畫素200中的每一者。此外，控制器300可被配置成利用多重連接控制訊號（multiple connection control signal）MCCS、選擇控制訊號SEL、第一開關訊號SWS1、及第二開關訊號SWS2以列為單位來控制畫素陣列100的操作。
當手指接觸畫素陣列100時，畫素陣列100中所包含的單位畫素200中的每一者可被配置成藉由偵測手指的指紋圖案而產生類比訊號。在某些實施例中，單位畫素200可被配置成以列為單位經由多個行線COL1、COL2、…、COLn而輸出與指紋圖案對應的類比訊號。此處，n表示正整數。
圖2是說明圖1所示指紋感測器中所包含的畫素陣列的實例的剖視圖。參照圖2，畫素陣列100中所包含的單位畫素200中的每一者可包括感測電極210及訊號產生電路（signal generation circuit，SG）220，感測電極210形成於半導體基板101之上，訊號產生電路220形成於半導體基板101上。單位畫素200中的每一者中所包含的感測電極210可電性連接至對應訊號產生電路220。
在某些實施例中，感測電極210可被實作為包含金屬材料的金屬板。然而，在其他實施例中，感測電極210可由其他導電材料形成。
畫素陣列100可更包括絕緣層230，絕緣層230形成於半導體基板101之上並覆蓋單位畫素200中的每一者的感測電極210。在某些實施例中，形成於感測電極210之上的絕緣層230的至少一部分可包含玻璃。
圖2表示當手指位於畫素陣列100中所包含的絕緣層230上時的狀態。當手指接觸畫素陣列100時，手指可作為電極而起作用。因此，單位畫素200中的每一者中所包含的感測電極210可與手指一起形成偵測電容器D_C。
一般而言，人的指紋具有由脊及谷形成的本徵圖案。因此，如圖2所說明，手指與指紋的脊所位於的單位畫素200中所包含的感測電極210之間的距離可小於手指與指紋的谷所位於的單位畫素200中所包含的感測電極210之間的距離。
由於電容器的電容與電容器的兩個電極之間的距離成反比，因此由指紋的脊所位於的單位畫素200中所包含的感測電極210形成的偵測電容器D_C的電容可大於由指紋的谷所位於的單位畫素200中所包含的感測電極210形成的偵測電容器D_C的電容。
單位畫素200中的每一者中所包含的訊號產生電路220可被配置成基於由對應感測電極210形成的偵測電容器D_C的電容而產生類比訊號。
在指紋感測器10的運作中，當手指接觸畫素陣列100時，控制器300可電性連接在行方向上彼此相鄰的至少兩個單位畫素200中所包含的感測電極210，接通所述至少兩個單位畫素200中所包含的訊號產生電路220中的一者，並斷開所述至少兩個單位畫素200中所包含的訊號產生電路220中的其餘者。
因此，所述至少兩個單位畫素200中所包含的訊號產生電路220中被接通的訊號產生電路220可產生類比訊號，所述類比訊號具有與由所述至少兩個單位畫素200中所包含的感測電極210形成的偵測電容器D_C的電容之和成比例的量值。
儘管已使用電性連接在行方向上相鄰的至少兩個單位畫素200的感測電極210作為實例，但亦可將感測電極210的其他群組劃分形式電性連接至訊號產生電路220。舉例而言，在某些實施例中，可將在列方向上相鄰的至少兩個單位畫素200的感測電極210電性連接於一起。在具體實例中，可將彼此相鄰的兩個感測電極210電性連接於一起並電性連接至訊號產生電路220。在另一實例中，在某些實施例中，可將在行方向及列方向兩個方向上相鄰的至少兩個單位畫素200的感測電極210電性連接於一起。舉例而言，可將呈方形圖案或矩形圖案的四個感測電極210電性連接於一起。此外，儘管已使用感測電極210的列及行的取向作為實例，但感測電極210可被排列成不同的組織且相鄰的感測電極210可進行電性連接。舉例而言，感測電極210可被組織成六邊形柵格。
將參照圖3至圖9詳細地闡述指紋感測器10的運作。
圖3是說明圖1所示指紋感測器中所包含的畫素陣列的實例的電路圖。在圖3中，說明在列方向上且在行方向上彼此相鄰的四個單位畫素200。單位畫素200中的每一者中所包含的感測電極210可與接觸畫素陣列100的手指一起形成偵測電容器D_C。
訊號產生電路220可包括第一開關221、第二開關222、第三開關223、放大器224、回饋電容器225、選擇開關226、及多重連接開關227。
放大器224可包括負的輸入電極、正的輸入電極、及輸出電極。放大器224的正的輸入電極可接收由控制器300提供的共用電壓VCM。
第一開關221可因應於由控制器300提供的第一開關訊號SWS1而被接通。當第一開關221被接通時，第一開關221可提供由控制器300提供的偵測電壓VD至感測電極210。
第二開關222可耦合於放大器224的負的輸入電極與感測電極210之間。第二開關222可因應於由控制器300提供的第二開關訊號SWS2而被接通。當第二開關222被接通時，感測電極210可耦合至放大器224的負的輸入電極。
在某些實施例中，為增加放大器224的放大增益，偵測電壓VD可高於放大器224賴以運作的供應電壓。此外，處於被啟用狀態的第一開關訊號SWS1及第二開關訊號SWS2的電壓位準可等於或高於偵測電壓VD。
回饋電容器225可耦合於放大器224的負的輸入電極與放大器224的輸出電極之間。
第三開關223可耦合於放大器224的負的輸入電極與放大器224的輸出電極之間。亦即，回饋電容器225與第三開關223可並聯地耦合於放大器224的負的輸入電極與放大器224的輸出電極之間。第三開關223可因應於由控制器300提供的第一開關訊號SWS1而被接通。當第三開關223被接通時，回饋電容器225可被重設。
選擇開關226可耦合於放大器224的輸出電極與對應行線COLk及COL(k+1)之間。選擇開關226可因應於由控制器300提供的選擇控制訊號SEL而被接通。當選擇開關226被接通時，經由放大器224的輸出電極而輸出的類比訊號AS1及AS2可經由對應行線COLk及COL(k+1)而被提供至相關雙重採樣及積分電路400。另一方面，當選擇開關226被斷開時，訊號產生電路220可與對應行線COLk及COL(k+1)斷開連接。
多重連接開關227可耦合於對應單位畫素200中所包含的感測電極210與在行方向上與對應單位畫素200相鄰的至少一個單位畫素200中所包含的感測電極210之間。多重連接開關227可因應於多重連接控制訊號MCCS而被接通。因此，當多重連接開關227被接通時，對應單位畫素200中所包含的感測電極210與在行方向上與對應單位畫素200相鄰的所述至少一個單位畫素200中所包含的感測電極210可電性連接。
在圖3中，說明多重連接開關227耦合於對應單位畫素200中所包含的感測電極210與在行方向上與對應單位畫素200相鄰且包含於前一列中的一個單位畫素200中所包含的感測電極210之間。然而，其他實施例並非僅限於此。在某些實施例中，多重連接開關227可耦合於對應單位畫素200中所包含的感測電極210與在行方向上與對應單位畫素200相鄰且包含於下一列中的一個單位畫素200中所包含的感測電極210之間。在其他實施例中，多重連接開關227可耦合於對應單位畫素200中所包含的感測電極210與在行方向上與對應單位畫素200相鄰且包含於前一列中的一個單位畫素200中所包含的感測電極210之間以及對應單位畫素200中所包含的感測電極210與在行方向上與對應單位畫素200相鄰且包含於下一列中的一個單位畫素200中所包含的感測電極210之間。因此，在行中任何數目的感測電極210可經由相關聯的多重連接開關227而電性連接。
在某些實施例中，第一開關221、第二開關222、第三開關223、選擇開關226、及多重連接開關227可包括金屬氧化物半導體（Metal Oxide Semiconductor，MOS）電晶體。然而，在其他實施例中，第一開關221、第二開關222、第三開關223、選擇開關226、及多重連接開關227可採取不同的形式。此外，第一開關221、第二開關222、第三開關223、選擇開關226、及多重連接開關227可具有但不必具有相同的形式。
儘管說明特定訊號產生電路220作為實例，但在其他實施例中，可使用不同的配置。舉例而言，可使用包括任何放大器電路並被配置成基於偵測電容器D_C而產生變化的訊號的訊號產生電路220。
以下，將參照圖1至圖3來闡述指紋感測器10的運作。當手指接觸畫素陣列100時，控制器300可確定畫素陣列100中所包含的列中的一者作為被選擇列，並確定與被選擇列相鄰的至少一個列作為輔助列。
在某些示例性實施例中，控制器300可確定包括與被選擇列的單位畫素200中所包含的多重連接開關227耦合的單位畫素200的列作為輔助列。
舉例而言，如圖3所說明，當多重連接開關227耦合於對應單位畫素200中所包含的感測電極210與在行方向上與對應單位畫素200相鄰且包含於前一列中的一個單位畫素200中所包含的感測電極210之間時，控制器300可確定在第一方向上與被選擇列相鄰的一個列（即，被選擇列的前一列）作為輔助列。
控制器300可提供處於被禁用狀態的多重連接控制訊號MCCS、處於被禁用狀態的選擇控制訊號SEL、處於被禁用狀態的第一開關訊號SWS1、及處於被禁用狀態的第二開關訊號SWS2至除被選擇列外的其餘列中所包含的單位畫素200中的每一者。因此，包含於除被選擇列外的其餘列中的單位畫素200中的每一者中所包含的多重連接開關227、選擇開關226、第一開關221、第二開關222、及第三開關223可被斷開。因此，參照圖3，包含於除被選擇列外的其餘列中的單位畫素200中的每一者中所包含的訊號產生電路220可與對應行線COLk及COL(k+1)斷開連接。
控制器300可提供處於被啟用狀態的多重連接控制訊號MCCS及處於被啟用狀態的選擇控制訊號SEL至被選擇列中所包含的被選擇單位畫素。
由於被選擇單位畫素中所包含的多重連接開關227因應於處於被啟用狀態的多重連接控制訊號MCCS而被接通，因此被選擇單位畫素200中所包含的感測電極210與在行方向上與被選擇單位畫素200相鄰且包含於輔助列中的輔助單位畫素200中所包含的感測電極210可經由多重連接開關227而彼此電性連接。
此外，由於被選擇單位畫素中所包含的選擇開關226因應於處於被啟用狀態的選擇控制訊號SEL而被接通，因此被選擇單位畫素中所包含的放大器224的輸出電極可經由選擇開關226而耦合至對應行線COLk及COL(k+1)。
圖4是用於闡述被選擇列中所包含的被選擇單位畫素的操作的時序圖。如圖4所說明，在畫素陣列100中所包含的列中的一者被確定為被選擇列的同時，可使重設週期RST_P與偵測週期DT_P交替多次。第一開關訊號SWS1與第二開關訊號SWS2可在被啟用狀態與被禁用狀態之間交替。下文將結合圖5及圖6給出進一步的細節。
圖5是說明在重設週期期間被選擇列中所包含的被選擇單位畫素及輔助列中所包含的輔助單位畫素的狀態的電路圖，且圖6是說明在偵測週期期間被選擇列中所包含的被選擇單位畫素及輔助列中所包含的輔助單位畫素的狀態的電路圖。
參照圖4及圖5，由於控制器300提供處於被啟用狀態的多重連接控制訊號MCCS及處於被啟用狀態的選擇控制訊號SEL至被選擇列中所包含的被選擇單位畫素200-1，因此如圖5及圖6所說明，被選擇單位畫素200-1中所包含的多重連接開關227及選擇開關226可被接通。
另一方面，由於控制器300提供處於被禁用狀態的多重連接控制訊號MCCS及處於被禁用狀態的選擇控制訊號SEL至輔助列中所包含的輔助單位畫素200-2，因此輔助單位畫素200-2中所包含的訊號產生電路220可與對應行線COLk斷開連接。
之後，如圖4所說明，控制器300可在重設週期RST_P期間提供處於被啟用狀態的第一開關訊號SWS1及處於被禁用狀態的第二開關訊號SWS2至被選擇單位畫素200-1。因此，如圖5所說明，被選擇單位畫素200-1中所包含的第一開關221及第三開關223可在重設週期RST_P期間被接通，且被選擇單位畫素200-1中所包含的第二開關222可在重設週期RST_P期間被斷開。
由於第一開關221及多重連接開關227被接通，因此由控制器300提供的偵測電壓VD可被施加至被選擇單位畫素200-1中所包含的感測電極210及輔助單位畫素200-2中所包含的感測電極210。因此，由被選擇單位畫素200-1中所包含的感測電極210及手指形成的偵測電容器D_C1以及由輔助單位畫素200-2中所包含的感測電極210及手指形成的偵測電容器D_C2可被偵測電壓VD充電。
由於第三開關223被接通，因此回饋電容器225可被重設。此外，由於共用電壓VCM被施加至放大器224的正的輸入電極，因此放大器224的負的輸入電極的電壓VVG可實質上相同於共用電壓VCM。因此，放大器224的輸出電極的電壓VOUT可對應於共用電壓VCM。
因此，被選擇單位畫素200-1可在重設週期RST_P期間經由行線COLk而輸出共用電壓VCM作為第一類比訊號AS1。
參照圖4及圖6，然後，控制器300可在偵測週期DT_P期間提供處於被禁用狀態的第一開關訊號SWS1及處於被啟用狀態的第二開關訊號SWS2至被選擇單位畫素200-1。因此，如圖6所說明，被選擇單位畫素200-1中所包含的第一開關221及第三開關223可在偵測週期DT_P期間被斷開，且被選擇單位畫素200-1中所包含的第二開關222可在偵測週期DT_P期間被接通。
因此，儲存於由被選擇單位畫素200-1中所包含的感測電極210及手指形成的偵測電容器D_C1以及由輔助單位畫素200-2中所包含的感測電極210及手指形成的偵測電容器D_C2中的電荷可分散至回饋電容器225。
因此，在偵測週期DT_P中放大器224的輸出電極的電壓VOUT可表示為方程式1。
方程式1： VOUT = VCM - ((Cfp1 + Cfp2) / (Cfb)) * (VD - VCM)。
此處，Cfp1表示由被選擇單位畫素200-1中所包含的感測電極210及手指形成的偵測電容器D_C1的電容，Cfp2表示由輔助單位畫素200-2中所包含的感測電極210及手指形成的偵測電容器D_C2的電容，且Cfb表示回饋電容器225的電容。
因此，被選擇單位畫素200-1可在偵測週期DT_P期間經由行線COLk而輸出在方程式1中所表示的放大器224的輸出電極的電壓VOUT作為第二類比訊號AS2。
如在方程式1中所表示，在偵測週期DT_P期間自被選擇單位畫素200-1輸出的第二類比訊號AS2可具有與由被選擇單位畫素200-1中所包含的感測電極210及手指形成的偵測電容器D_C1的電容Cfp1與由輔助單位畫素200-2中所包含的感測電極210及手指形成的偵測電容器D_C2的電容Cfp2之和成比例的量值。
如圖4所說明，由於在畫素陣列100中所包含的列中的一者被確定為被選擇列的同時控制器300使重設週期RST_P與偵測週期DT_P交替多次，因此被選擇單位畫素200-1可對於同一被選擇單位畫素200-1而交替地輸出第一類比訊號AS1及第二類比訊號AS2多次。
之後，控制器300可藉由以列為單位移動而連續地選擇畫素陣列100中所包含的列中的每一者來確定被選擇列。
在某些實施例中，畫素陣列100可包括至少一個虛設列及多個正常列，且控制器300可藉由以列為單位移動而連續地選擇正常列中的每一者來確定被選擇列。
控制器300可對連續列重覆執行以上參照圖4至圖6所述的操作，使得畫素陣列100可逐列地輸出第一類比訊號AS1及第二類比訊號AS2。
圖7至圖9是用於闡述控制器確定畫素陣列中所包含的列中的一者作為被選擇列的過程的圖。在圖7至圖9中，當多重連接開關227耦合於自己的單位畫素200中所包含的感測電極210與在行方向上與自己的單位畫素200相鄰且包含於前一列中的一個單位畫素200中所包含的感測電極210之間時，說明控制器300的運作作為實例。
如圖7至圖9所說明，畫素陣列100可包括位於畫素陣列100的頂部上的一個虛設列ROWD及位於所述一個虛設列ROWD之下的多個正常列ROW1、ROW2、ROW3、…、ROWm。此處，m表示正整數。儘管說明虛設列ROWD位於畫素陣列100的特定側上，但虛設列ROWD可安置於畫素陣列100的相對側上。
如圖7所說明，控制器300可確定第一正常列ROW1作為被選擇列SEL_ROW。在此種情形中，與第一正常列ROW1的前一列對應的虛設列ROWD可被確定為輔助列ASS_ROW。
如上所述，由於控制器300提供處於被啟用狀態的多重連接控制訊號MCCS及處於被啟用狀態的選擇控制訊號SEL至被選擇列SEL_ROW中所包含的被選擇單位畫素200-1中的每一者，因此被選擇單位畫素200-1中所包含的感測電極210與在行方向上與被選擇單位畫素200-1相鄰且包含於輔助列ASS_ROW中的輔助單位畫素200-2中所包含的感測電極210可經由多重連接開關227而彼此電性連接。
因此，在行方向上彼此相鄰的被選擇單位畫素200-1及輔助單位畫素200-2可形成畫素群組240。被選擇單位畫素200-1中所包含的訊號產生電路220可交替地輸出第一類比訊號AS1及第二類比訊號AS2，第一類比訊號AS1對應於共用電壓VCM，第二類比訊號AS2具有與由畫素群組240及手指形成的偵測電容器D_C1及D_C2的電容之和成比例的量值。
然後，如圖8所說明，控制器300可確定第二正常列ROW2作為被選擇列SEL_ROW。在此種情形中，與相對於第二正常列ROW2而言的前一列對應的第一正常列ROW1可被確定為輔助列ASS_ROW。
控制器300可對被選擇列SEL_ROW中所包含的被選擇單位畫素200-1執行以上所述的相同操作。因此，被選擇單位畫素200-1中所包含的訊號產生電路220可交替地輸出第一類比訊號AS1及第二類比訊號AS2，第一類比訊號AS1對應於共用電壓VCM，第二類比訊號AS2具有與由畫素群組240及手指形成的偵測電容器D_C1及D_C2的電容之和成比例的量值。
之後，如圖9所說明，控制器300可確定第三正常列ROW3作為被選擇列SEL_ROW。在此種情形中，與相對於第三正常列ROW3而言的前一列對應的第二正常列ROW2可被確定為輔助列ASS_ROW。
控制器300可對被選擇列SEL_ROW中所包含的被選擇單位畫素200-1執行以上所述的相同操作。因此，被選擇單位畫素200-1中所包含的訊號產生電路220可交替地輸出第一類比訊號AS1及第二類比訊號AS2，第一類比訊號AS1對應於共用電壓VCM，第二類比訊號AS2具有與由畫素群組240及手指形成的偵測電容器D_C1及D_C2的電容之和成比例的量值。
如圖7至圖9所說明，當多重連接開關227耦合於對應單位畫素200中所包含的感測電極210與在行方向上與對應單位畫素200相鄰且包含於前一列中的一個單位畫素200中所包含的感測電極210之間時，所述一個虛設列ROWD可位於畫素陣列100的頂部上，且控制器300可確定當前循環的被選擇列SEL_ROW作為下一循環的輔助列ASS_ROW。
另一方面，當多重連接開關227耦合於對應單位畫素200中所包含的感測電極210與在行方向上與對應單位畫素200相鄰且包含於下一列中的一個單位畫素200中所包含的感測電極210之間時，所述一個虛設列ROWD可位於畫素陣列100的底部上，且控制器300可確定當前循環的輔助列ASS_ROW作為下一循環的被選擇列SEL_ROW。
如以上參照圖7至圖9所述，控制器300可逐列地連續選擇正常列ROW1、ROW2、ROW3、…、ROWm中的每一者作為被選擇列SEL_ROW，且被選擇列SEL_ROW中所包含的訊號產生電路220可交替地輸出第一類比訊號AS1及第二類比訊號AS2，第一類比訊號AS1對應於共用電壓VCM，第二類比訊號AS2具有與由畫素群組240及手指形成的偵測電容器D_C1及D_C2的電容之和成比例的量值。
在某些實施例中，列方向上的單位畫素200中的每一者的長度及行方向上的單位畫素200中的每一者的長度可小於50微米。
大體而言，人的指紋的脊之間的距離及人的指紋的谷之間的距離可為150微米至300微米。因此，儘管根據示例性實施例的指紋感測器10基於由在行方向上彼此相鄰的兩個單位畫素200形成的偵測電容器D_C1及D_C2的電容之和而產生第二類比訊號AS2，但指紋感測器10的指紋識別效能可能不會劣化。
再次參照圖1，相關雙重採樣及積分電路400可接收由畫素陣列100逐列輸出的第一類比訊號AS1及第二類比訊號AS2，並基於由控制器300提供的第一控制訊號CON1而運作。
如上所述，由於畫素陣列100對於被選擇列SEL_ROW而交替地輸出第一類比訊號AS1及第二類比訊號AS2多次，因此相關雙重採樣及積分電路400可被配置成藉由對第一類比訊號AS1及第二類比訊號AS2執行相關雙重採樣操作而獲得第一類比訊號AS1與第二類比訊號AS2之差，並藉由對第一類比訊號AS1與第二類比訊號AS2之差執行積分運算而產生積分訊號INTS。
由於第一類比訊號AS1對應於共用電壓VCM且第二類比訊號AS2被表示為方程式1，因此第一類比訊號AS1與第二類比訊號AS2之差可表示為方程式2。
方程式2： AS1 - AS2 = ((Cfp1 + Cfp2) / (Cfb)) * (VD - VCM)。
如在方程式2中所表示，第一類比訊號AS1與第二類比訊號AS2之差可具有與由被選擇單位畫素200-1中所包含的感測電極210及手指形成的偵測電容器D_C1的電容Cfp1與由輔助單位畫素200-2中所包含的感測電極210及手指形成的偵測電容器D_C2的電容Cfp2之和成比例的量值。因此，由相關雙重採樣及積分電路400產生的積分訊號INTS可具有與由被選擇單位畫素200-1中所包含的感測電極210及手指形成的偵測電容器D_C1的電容Cfp1與由輔助單位畫素200-2中所包含的感測電極210及手指形成的偵測電容器D_C2的電容Cfp2之和成比例的量值。
採樣及保持電路500可被配置成基於由控制器300提供的保持訊號HS而對積分訊號INTS進行採樣，並輸出所採樣訊號作為採樣訊號SAMS。
類比-數位轉換器600可被配置成基於由控制器300提供的第二控制訊號CON2而對採樣訊號SAMS執行類比-數位轉換操作以產生數位訊號DS。
因此，數位訊號DS可表示接觸畫素陣列100的手指的指紋圖案。
一般指紋感測器可基於手指與指紋的脊所位於的畫素中所包含的感測電極之間的電容以及手指與指紋的谷所位於的畫素中所包含的感測電極之間的電容而獲得手指的指紋影像。因此，指紋感測器中所包含的畫素的大小可減小以提高指紋感測器的解析度。然而，當畫素的大小減小時，所述畫素中所包含的感測電極的大小亦可減小，使得感測電極與手指之間的電容減小。因此，當畫素的大小減小時，指紋感測器的感測效能可降低。
另一方面，在根據各種實施例的指紋感測器10中，當手指接觸畫素陣列100時，控制器300可電性連接在行方向上彼此相鄰的至少兩個單位畫素200中所包含的感測電極210，接通所述至少兩個單位畫素200中所包含的訊號產生電路220中的一者，並斷開所述至少兩個單位畫素200中所包含的訊號產生電路220中的其餘者。因此，所述至少兩個單位畫素200中所包含的訊號產生電路220中被接通的訊號產生電路220可被配置成產生第二類比訊號AS2，第二類比訊號AS2具有與由所述至少兩個單位畫素200中所包含的感測電極210形成的偵測電容器D_C1及D_C2的電容之和成比例的量值。
因此，由指紋感測器10中所包含的畫素陣列100產生的第二類比訊號AS2的量值可為由一般指紋感測器中所包含的畫素陣列產生的類比訊號的量值的約兩倍。如此一來，指紋感測器10的感測效能可得到有效提高。
此外，如上所述，儘管根據某些實施例的指紋感測器10利用在行方向上彼此相鄰的至少兩個單位畫素200中所包含的感測電極210來產生第二類比訊號AS2，但由於控制器300藉由以列為單位連續地選擇正常列ROW1、ROW2、ROW3、…、ROWm中的每一者來確定被選擇列SEL_ROW，指紋感測器10的解析度可不會降低。
此外，由於指紋感測器10藉由以列為單位連續地選擇正常列ROW1、ROW2、ROW3、…、ROWm中的每一者來確定被選擇列SEL_ROW並利用包含於被選擇列SEL_ROW及輔助列ASS_ROW中的至少兩個單位畫素200中所包含的感測電極210來產生第二類比訊號AS2，因此指紋感測器10可有效地減少由單位畫素200中所包含的各感測電極210的大小的失配而造成的識別錯誤。
圖10是說明根據示例性實施例的一種操作指紋感測器的方法的流程圖。
所述操作圖10所示指紋感測器的方法可由圖1所示指紋感測器10來執行。
以下，將參照圖1至圖10來闡述一種操作指紋感測器10的方法。參照圖10，當手指接觸畫素陣列100時，指紋感測器10可電性連接在行方向上彼此相鄰的至少兩個單位畫素200中所包含的感測電極210（步驟S110），接通所述至少兩個單位畫素200中所包含的訊號產生電路220中的一者，並斷開所述至少兩個單位畫素200中所包含的訊號產生電路220中的其餘者（步驟S120）。
指紋感測器10的被接通的訊號產生電路220可交替地輸出第一類比訊號AS1及第二類比訊號AS2（步驟S130），第一類比訊號AS1對應於共用電壓VCM，第二類比訊號AS2具有與由所述至少兩個單位畫素200中所包含的感測電極210形成的偵測電容器D_C1及D_C2的電容之和成比例的量值。
之後，指紋感測器10可基於第一類比訊號AS1與第二類比訊號AS2之差而產生表示接觸畫素陣列100的手指的指紋圖案的數位訊號DS（步驟S140）。
舉例而言，指紋感測器10的相關雙重採樣及積分電路400可藉由對自畫素陣列100逐列接收的第一類比訊號AS1及第二類比訊號AS2執行相關雙重採樣操作而獲得第一類比訊號AS1與第二類比訊號AS2之差，並藉由對第一類比訊號AS1與第二類比訊號AS2之差執行積分運算而產生積分訊號INTS。
之後，指紋感測器10的採樣及保持電路500可對積分訊號INTS進行採樣並輸出所採樣訊號作為採樣訊號SAMS。指紋感測器10的類比-數位轉換器600可對採樣訊號SAMS執行類比-數位轉換操作以產生數位訊號DS。
以上參照圖1至圖9闡述了指紋感測器10的結構及運作。因此，將不再對圖10所示步驟予以贅述。
圖11是說明根據某些實施例的畫素陣列的實例的電路圖。圖11所示畫素陣列類似於圖3所示畫素陣列。將不再對類似組件予以贅述。在某些實施例中，每一單位畫素200均包括第二多重連接開關228。儘管多重連接開關227被配置成電性連接相鄰列中的單位畫素200的感測電極210，但多重連接開關228被配置成電性連接相鄰行中的單位畫素200的感測電極210。因此，多重連接開關228容許相鄰行中的單位畫素200的相鄰感測電極210與如上所述相鄰列中的單位畫素200的相鄰感測電極210類似地加以組合。此外，多重連接開關227與多重連接開關228的組合容許相鄰列及相鄰行中的單位畫素200的相鄰感測電極210電性連接於一起。
多重連接開關228可因應於第二多重連接控制訊號MCCS2。為清楚起見，將類似於圖3的多重連接控制訊號MCCS稱為多重連接控制訊號MCCS1。
與圖3形成對比，在某些實施例中，兩個選擇控制訊號SEL1及SEL2耦合至單位畫素200。類似於圖3所示選擇控制訊號SEL，選擇控制訊號SEL1及SEL2用於控制單位畫素200的選擇開關226。然而，選擇控制訊號SEL1及SEL2被連接至列方向上的交替的單位畫素200。因此，選擇控制訊號SEL1及SEL2可用於選擇哪一訊號產生電路220連接至行線COL。
圖12A至圖13D是用於闡述控制器操作圖11所示畫素陣列的過程的圖。參照圖11及圖12A，在某些實施例中，對於列ROW1及ROW2的單位畫素200，啟用交替的多重連接控制訊號MCCS2。因此，交替的多重連接開關228閉合，以將在畫素群組240-1的列方向上相鄰的單位畫素200-1及200-2中的感測電極210耦合於一起。多重連接控制訊號MCCS不被啟用，且因此多重連接開關227不閉合。因此，在行方向上相鄰的單位畫素200中的感測電極210不電性連接。
對於列ROW1的單位畫素200，啟用選擇控制訊號SEL1且禁用選擇控制訊號SEL2。對於列ROW2的單位畫素200，禁用選擇控制訊號SEL1且啟用選擇控制訊號SEL2。因此，交替的單位畫素200的訊號產生電路220耦合至對應行線COL。
參照圖11及圖12B，在讀取如上所述的第一類比訊號AS1及第二類比訊號AS2之後，對多重連接控制訊號MCCS2的啟用進行切換，以使得在列方向上偏置一個單位畫素的相鄰單位畫素200的感測電極210現在進行電性連接。此外，對選擇控制訊號SEL1的啟用及選擇控制訊號SEL2的啟用進行切換。因此，可感測不同的畫素群組240-1。
參照圖7、圖12C及圖12D，圖12C及圖12D所示操作可分別類似於圖12A及圖12B所示操作。然而，選擇控制訊號SEL1及SEL2、開關訊號SWS1及SWS2等被啟用以感測列ROW3及ROW4中的畫素群組240-1。
參照圖7及圖13A，圖13A所示操作可類似於圖12A所示操作。然而，列ROW1與列ROW2之間的多重連接控制訊號MCCS被啟用，進而電性連接在行方向上相鄰的單位畫素200的感測電極210。因此，對於包括單位畫素200-1至200-4的每一畫素群組240-2，四個感測電極210電性連接於一起。
參照圖7及圖13B，圖13B所示操作可類似於圖12B所示操作。然而，類似於圖13A，列ROW1與列ROW2之間的多重連接控制訊號MCCS被啟用。
參照圖7、圖13C、及圖13D，圖13C及圖13D所示操作可分別類似於圖13A及圖13B所示操作。然而，列ROW2與列ROW3之間的多重連接控制訊號MCCS被啟用，進而耦合在行方向上相鄰的單位畫素200的感測電極210。
儘管在圖3及圖11中已使用開關與控制訊號的特定配置作為實例，但在其他實施例中，所述配置可端視電性連接哪些感測電極210及端視在列及行上進行迭代的特定技術而不同。
某些實施例是有關於提供一種具有提高的感測效能、同時維持高解析度的指紋感測器。
某些實施例是有關於提供一種包括指紋感測器的電子裝置。
某些實施例是有關於提供一種操作指紋感測器的方法。
某些實施例包括一種指紋感測器，所述指紋感測器包括畫素陣列及控制器。所述畫素陣列包括排列成列及行的多個單位畫素。所述單位畫素中的每一者包括：感測電極，被配置成與手指一起形成偵測電容器；以及訊號產生電路，被配置成基於所述偵測電容器的電容來產生類比訊號。所述控制器控制畫素陣列的操作。所述控制器電性連接在行方向上彼此相鄰的至少兩個單位畫素中所包含的感測電極，接通所述至少兩個單位畫素中所包含的訊號產生電路中的一者，並斷開所述至少兩個單位畫素中所包含的所述訊號產生電路中的其餘者。所述被接通的訊號產生電路產生類比訊號，所述類比訊號具有與由所述至少兩個單位畫素中所包含的感測電極形成的偵測電容器的電容之和成比例的量值。
在某些實施例中，所述訊號產生電路可包括多重連接開關、第一開關、放大器、第二開關、回饋電容器、第三開關、及選擇開關。所述多重連接開關可耦合於所述感測電極與在行方向上相鄰的至少一個單位畫素中所包含的感測電極之間。所述多重連接開關可因應於多重連接控制訊號而接通。所述第一開關可因應於第一開關訊號而接通以提供偵測電壓至所述感測電極。所述放大器可包括負的輸入電極、接收共用電壓的正的輸入電極、及輸出電極。所述第二開關可耦合於所述放大器的負的輸入電極與所述感測電極之間。所述第二開關可因應於第二開關訊號而接通。所述回饋電容器可耦合於所述放大器的負的輸入電極與所述放大器的輸出電極之間。所述第三開關可耦合於所述放大器的負的輸入電極與所述放大器的輸出電極之間。所述第三開關可因應於所述第一開關訊號而接通。所述選擇開關可耦合於所述放大器的輸出電極與行線之間。所述選擇開關可因應於選擇控制訊號而接通。
所述控制器可提供所述多重連接控制訊號、所述第一開關訊號、所述第二開關訊號、及所述選擇控制訊號至所述訊號產生電路。
所述控制器可確定所述畫素陣列中所包含的所述列中的一者作為被選擇列，並確定與所述被選擇列相鄰的至少一個列作為輔助列。所述控制器可提供處於被啟用狀態的所述多重連接控制訊號及處於被啟用狀態的所述選擇控制訊號至所述被選擇列中所包含的被選擇單位畫素，並提供處於被禁用狀態的所述多重連接控制訊號及處於被禁用狀態的所述選擇控制訊號至所述輔助列中所包含的輔助單位畫素。
所述控制器可確定在第一方向上與所述被選擇列相鄰的列作為所述輔助列。
所述控制器可在重設週期期間提供處於所述被啟用狀態的所述第一開關訊號及處於所述被禁用狀態的所述第二開關訊號至所述被選擇單位畫素，並在偵測週期期間提供處於所述被禁用狀態的所述第一開關訊號及處於所述被啟用狀態的所述第二開關訊號至所述被選擇單位畫素。所述控制器可在所述重設週期及所述偵測週期期間提供處於所述被禁用狀態的所述第一開關訊號及處於所述被禁用狀態的所述第二開關訊號至所述輔助單位畫素。
所述被選擇單位畫素可在所述重設週期期間經由所述行線輸出所述共用電壓作為第一類比訊號，並在所述偵測週期期間經由所述行線輸出如下電壓作為第二類比訊號，所述電壓具有與由所述被選擇單位畫素的感測電極形成的偵測電容器的電容與由所述輔助單位畫素的感測電極形成的偵測電容器的電容之和成比例的量值。
在所述畫素陣列中所包含的所述列中的一者被確定為所述被選擇列的同時，可使所述重設週期與所述偵測週期交替多次。
所述控制器可藉由以列為單位移動連續地選擇所述畫素陣列中所包含的所述列中的每一者來確定所述被選擇列。
所述畫素陣列可包括至少一個虛設列及多個正常列。所述控制器可藉由以列為單位移動連續地選擇所述正常列中的每一者來確定所述被選擇列。
所述控制器可確定當前循環的所述輔助列作為下一循環的所述被選擇列。
所述控制器可確定當前循環的所述被選擇列作為下一循環的所述輔助列。
所述放大器可利用供應電壓來運作，且所述偵測電壓可高於所述供應電壓。
處於所述被啟用狀態的所述第一開關訊號及所述第二開關訊號的電壓位準可等於或高於所述偵測電壓。
在某些實施例中，列方向上的單位畫素中的每一者的長度及行方向上的單位畫素中的每一者的長度可小於50微米。
在某些實施例中，所述指紋感測器可更包括：相關雙重採樣及積分電路，被配置成對由所述畫素陣列提供的所述類比訊號執行相關雙重採樣操作及積分操作以產生積分訊號；採樣及保持電路，被配置成基於保持訊號而對所述積分訊號進行採樣，以產生採樣訊號；以及類比-數位轉換器，被配置成對所述採樣訊號執行類比-數位轉換操作，以產生數位訊號。
某些實施例包括一種電子裝置，所述電子裝置包括指紋感測器及應用程式處理器。所述指紋感測器包括具有感測電極的多個單位畫素。所述指紋感測器電性連接在行方向上彼此相鄰的至少兩個單位畫素中所包含的感測電極，並產生數位訊號，所述數位訊號具有與由所述至少兩個單位畫素中所包含的感測電極及使用者的手指形成的偵測電容器的電容之和成比例的量值。所述應用程式處理器基於所述數位訊號而對所述使用者進行鑑別。
在某些實施例中，所述指紋感測器可包括畫素陣列、類比-數位轉換器、及控制器。所述畫素陣列可包括排列成列及行的單位畫素。所述單位畫素中的每一者可產生與使用者的指紋對應的類比訊號。所述類比-數位轉換器可基於所述類比訊號而產生數位訊號。所述控制器可控制所述畫素陣列及所述類比-數位轉換器的操作。所述單位畫素中的每一者可更包括訊號產生電路，所述訊號產生電路基於由所述感測電極及所述使用者的手指形成的偵測電容器的電容而產生所述類比訊號。所述控制器可電性連接在行方向上彼此相鄰的所述至少兩個單位畫素中所包含的感測電極，接通所述至少兩個單位畫素中所包含的訊號產生電路中的一者，並斷開所述至少兩個單位畫素中所包含的所述訊號產生電路中的其餘者。所述被接通的訊號產生電路可產生所述類比訊號，所述類比訊號具有與由所述至少兩個單位畫素中所包含的感測電極形成的偵測電容器的電容之和成比例的量值。
所述訊號產生電路可包括多重連接開關、第一開關、放大器、第二開關、回饋電容器、第三開關、及選擇開關。所述多重連接開關可耦合於所述感測電極與在行方向上相鄰的至少一個單位畫素中所包含的感測電極之間。所述多重連接開關可因應於多重連接控制訊號而接通。所述第一開關可因應於第一開關訊號而接通以提供偵測電壓至所述感測電極。所述放大器可包括負的輸入電極、接收共用電壓的正的輸入電極、及輸出電極。所述第二開關可耦合於所述放大器的負的輸入電極與所述感測電極之間。所述第二開關可因應於第二開關訊號而接通。所述回饋電容器可耦合於所述放大器的負的輸入電極與所述放大器的輸出電極之間。所述第三開關可耦合於所述放大器的負的輸入電極與所述放大器的輸出電極之間。所述第三開關可因應於所述第一開關訊號而接通。所述選擇開關可耦合於所述放大器的輸出電極與行線之間。所述選擇開關可因應於選擇控制訊號而接通。
在一種操作包括排列成列及行的多個單位畫素的指紋感測器的方法中，其中所述單位畫素中的每一者包括感測電極及訊號產生電路，所述訊號產生電路基於由所述感測電極及使用者的手指形成的偵測電容器的電容而產生類比訊號；電性連接在行方向上彼此相鄰的至少兩個單位畫素中所包含的感測電極；接通所述至少兩個單位畫素中所包含的訊號產生電路中的一者；斷開所述至少兩個單位畫素中所包含的所述訊號產生電路中的其餘者；由所述被接通的訊號產生電路產生所述類比訊號，所述類比訊號具有與由所述至少兩個單位畫素中所包含的感測電極形成的偵測電容器的電容之和成比例的量值；且基於所述類比訊號而產生表示使用者的指紋圖案的數位訊號。
圖14是說明根據示例性實施例的電子裝置的方塊圖。參照圖14，電子裝置900包括指紋感測器910、應用程式處理器（application processor，AP）920、儲存裝置930、記憶體裝置940、輸入/輸出裝置950、及電源供應器960。儘管在圖14中未進行說明，但電子裝置900可更包括被配置成與視訊卡、音效卡、記憶卡、通用串列匯流排（universal serial bus，USB）裝置、或其他電子裝置進行通訊的埠。
指紋感測器910可被配置成偵測使用者的指紋並產生表示所偵測指紋的數位訊號。舉例而言，指紋感測器910可包括具有感測電極的多個單位畫素。指紋感測器910可被配置成電性連接在行方向上彼此相鄰的至少兩個單位畫素中所包含的感測電極，並產生數位訊號，所述數位訊號具有與由所述至少兩個單位畫素中所包含的感測電極及使用者的手指形成的偵測電容器的電容之和成比例的量值。
指紋感測器910可被實作為圖1所示指紋感測器10。以上參照圖1至圖10闡述了指紋感測器10的結構及運作。因此，將不再對指紋感測器910予以贅述。
應用程式處理器920可被配置成控制電子裝置900的總體運作。應用程式處理器920可被配置成執行例如網頁瀏覽器、遊戲應用程式、視訊播放機等應用程式。在某些實施例中，應用程式處理器920可包括單個核心或多個核心。舉例而言，應用程式處理器920可為多核心處理器，例如雙核心處理器、四核心處理器、六核心處理器等。應用程式處理器920可包括內部快取記憶體或外部快取記憶體。
儲存裝置930可被配置成儲存用於啟動電子裝置900的啟動影像。舉例而言，儲存裝置930可包括例如快閃記憶體裝置、固態硬碟（solid state drive，SSD）等非揮發性記憶體裝置。
記憶體裝置940可儲存電子裝置900的運作所需要的資料。舉例而言，記憶體裝置940可包括例如動態隨機存取記憶體（dynamic random access memory，DRAM）、靜態隨機存取記憶體（static random access memory，SRAM）等揮發性記憶體裝置。
輸入/輸出裝置950可包括例如觸控螢幕、小鍵盤等輸入裝置及例如揚聲器、顯示裝置等輸出裝置。電源供應器960可被配置成供應操作功率至電子裝置900。
在某些實施例中，應用程式處理器920可被配置成基於由指紋感測器910產生的數位訊號而對使用者進行鑑別。舉例而言，儲存裝置930可被配置成儲存表示電子裝置900的所容許使用者的指紋圖案的數位資料。當應用程式處理器920自指紋感測器910接收到表示當前使用者的指紋圖案的數位訊號時，應用程式處理器920可將數位訊號與儲存裝置930中所儲存的數位資料進行比較，以判斷當前使用者是否為所容許使用者。
在某些實施例中，電子裝置900可為各種行動裝置中的任一者，例如行動電話、智慧型電話、個人數位助理（personal digital assistant，PDA）、可攜式多媒體播放機（portable multimedia player，PMP）、數位照相機、攝錄影機、音樂播放機、可攜式遊戲機、導航系統、膝上型電腦等。
圖15是說明其中圖14所示電子裝置被實作為智慧型電話的實例的圖。參照圖14及圖15，智慧型電話900a中所包含的指紋感測器（fingerprint sensor，FS）910可被配置成藉由執行以上參照圖1至圖10所述的操作而產生表示當前使用者的指紋圖案的數位訊號。
應用程式處理器920可被配置成基於自指紋感測器910接收的數位訊號是否相同於儲存裝置930中所儲存的數位資料而判斷當前使用者是否為所容許使用者。
儘管在圖15中指紋感測器910位於智慧型電話900a的正面的底部，但其他實施例並非僅限於此。根據某些實施例，指紋感測器910可位於智慧型電話900a的任何部分。
前述內容是為了說明實施例，而不應被視為對所述實施例進行限制。儘管已闡述了若干特定實施例，但熟習此項技術者應易於理解，在不實質上背離新穎教示內容及優點的條件下可對特定實施例作出諸多潤飾。因此，所述此類潤飾皆旨在包含於在申請專利範圍中所界定的範圍內。因此，應理解，前述內容是為了說明實施例，而不應被視為僅限於所揭露的具體實施例，且對所揭露特定實施例的所述潤飾以及其他實施例旨在包含於隨附申請專利範圍的範圍內。
10‧‧‧指紋感測器
100‧‧‧畫素陣列
100-1‧‧‧畫素陣列
100-2‧‧‧畫素陣列
101‧‧‧半導體基板
200‧‧‧單位畫素/對應單位畫素/被選擇單位畫素/輔助單位畫素
200-1‧‧‧單位畫素/被選擇單位畫素
200-2‧‧‧單位畫素/輔助單位畫素
200-3‧‧‧單位畫素
200-4‧‧‧單位畫素
210‧‧‧感測電極/相鄰感測電極
220‧‧‧訊號產生電路
221‧‧‧第一開關
222‧‧‧第二開關
223‧‧‧第三開關
224‧‧‧放大器
225‧‧‧回饋電容器
226‧‧‧選擇開關
227‧‧‧多重連接開關
228‧‧‧多重連接開關/第二多重連接開關
230‧‧‧絕緣層
240‧‧‧畫素群組
240-1‧‧‧畫素群組
240-2‧‧‧畫素群組
300‧‧‧控制器
400‧‧‧相關雙重採樣及積分電路
500‧‧‧採樣及保持電路
600‧‧‧類比-數位轉換器
900‧‧‧電子裝置
900a‧‧‧智慧型電話
910‧‧‧指紋感測器
920‧‧‧應用程式處理器
930‧‧‧儲存裝置
940‧‧‧記憶體裝置
950‧‧‧輸入/輸出裝置
960‧‧‧電源供應器
AS1‧‧‧類比訊號/第一類比訊號
AS2‧‧‧類比訊號/第二類比訊號
ASS_ROW‧‧‧輔助列
Cfp1‧‧‧電容
Cfp2‧‧‧電容
Cfb‧‧‧電容
COL1、COL2、COLn‧‧‧行線
COLk‧‧‧行線/對應行線
COL(k+1)‧‧‧對應行線
CON1‧‧‧第一控制訊號
CON2‧‧‧第二控制訊號
D_C‧‧‧偵測電容器
D_C1‧‧‧偵測電容器
D_C2‧‧‧偵測電容器
DS‧‧‧數位訊號
DT_P‧‧‧偵測週期
FS‧‧‧指紋感測器
HS‧‧‧保持訊號
INTS‧‧‧積分訊號
MCCS‧‧‧多重連接控制訊號
MCCS1‧‧‧多重連接控制訊號
MCCS2‧‧‧多重連接控制訊號/第二多重連接控制訊號
P‧‧‧單位畫素
ROW1‧‧‧正常列/第一正常列
ROW2、ROW3、ROW4、ROWm‧‧‧正常列
ROWD‧‧‧虛設列
RST_P‧‧‧重設週期
S110、S120、S130、S140‧‧‧步驟
SAMS‧‧‧採樣訊號
SEL‧‧‧選擇控制訊號
SEL1‧‧‧選擇控制訊號
SEL2‧‧‧選擇控制訊號
SEL_ROW‧‧‧被選擇列
SWS1‧‧‧開關訊號/第一開關訊號
SWS2‧‧‧開關訊號/第二開關訊號
VCM‧‧‧共用電壓
VD‧‧‧偵測電壓
VOUT‧‧‧電壓
VVG‧‧‧電壓
結合附圖閱讀以下詳細說明，將更清楚地理解說明性、非限制性實施例。 圖1是說明根據某些實施例的指紋感測器的方塊圖。 圖2是說明圖1所示指紋感測器中所包含的畫素陣列的實例的剖視圖。 圖3是說明圖1所示指紋感測器中所包含的畫素陣列的實例的電路圖。 圖4是用於闡述被選擇列中所包含的被選擇單位畫素的操作的時序圖。 圖5是說明在重設週期期間被選擇列中所包含的被選擇單位畫素及輔助列中所包含的輔助單位畫素的狀態的電路圖。 圖6是說明在偵測週期期間被選擇列中所包含的被選擇單位畫素及輔助列中所包含的輔助單位畫素的狀態的電路圖。 圖7至圖9是用於闡述控制器確定畫素陣列中所包含的列中的一者作為被選擇列的過程的圖。 圖10是說明根據某些實施例的一種操作指紋感測器的方法的流程圖。 圖11是說明根據某些實施例的畫素陣列的實例的電路圖。 圖12A至圖13D是用於闡述控制器操作圖11所示畫素陣列的過程的圖。 圖14是說明根據某些實施例的電子裝置的方塊圖。 圖15是說明其中圖14所示電子裝置被實作為智慧型電話的實例的圖。
10‧‧‧指紋感測器
100‧‧‧畫素陣列
200‧‧‧單位畫素/對應單位畫素/被選擇單位畫素/輔助單位畫素
300‧‧‧控制器
400‧‧‧相關雙重採樣及積分電路
500‧‧‧採樣及保持電路
600‧‧‧類比-數位轉換器
AS1‧‧‧類比訊號/第一類比訊號
AS2‧‧‧類比訊號/第二類比訊號
COL1、COL2、COLn‧‧‧行線
CON1‧‧‧第一控制訊號
CON2‧‧‧第二控制訊號
DS‧‧‧數位訊號
HS‧‧‧保持訊號
INTS‧‧‧積分訊號
MCCS‧‧‧多重連接控制訊號
P‧‧‧單位畫素
SAMS‧‧‧採樣訊號
SEL‧‧‧選擇控制訊號
SWS1‧‧‧開關訊號/第一開關訊號
SWS2‧‧‧開關訊號/第二開關訊號
VCM‧‧‧共用電壓
VD‧‧‧偵測電壓

Claims (20)

  1. 一種指紋感測器，包括： 畫素陣列，包括排列成列及行的多個單位畫素，所述多個單位畫素中的每一者包括： 　　感測電極，被配置成形成偵測電容器；以及 　　訊號產生電路，被配置成基於所述偵測電容器的電容來產生類比訊號；以及 控制器，被配置成控制所述畫素陣列的操作， 其中所述控制器被配置成電性連接彼此相鄰的至少兩個單位畫素的感測電極並啟用所述至少兩個單位畫素中所包含的所述訊號產生電路中的僅一者來產生所述類比訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的指紋感測器，其中所述被啟用訊號產生電路被配置成產生所述類比訊號，所述類比訊號具有與包括所述至少兩個單位畫素中所包含的所述感測電極的偵測電容器的電容之和成比例的量值。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的指紋感測器，其中所述彼此相鄰的至少兩個單位畫素在行方向上相鄰。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的指紋感測器，其中所述彼此相鄰的至少兩個單位畫素在列方向上相鄰。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的指紋感測器，其中所述訊號產生電路包括： 多重連接開關，耦合於所述感測電極與在行方向上相鄰的單位畫素的所述感測電極之間，所述多重連接開關被配置成因應於多重連接控制訊號而接通； 第一開關，被配置成因應於第一開關訊號而接通，以提供偵測電壓至所述感測電極； 放大器，包括負的輸入電極、正的輸入電極、及輸出電極，所述正的輸入電極被配置成接收共用電壓； 第二開關，耦合於所述放大器的所述負的輸入電極與所述感測電極之間，所述第二開關被配置成因應於第二開關訊號而接通； 回饋電容器，耦合於所述放大器的所述負的輸入電極與所述放大器的所述輸出電極之間； 第三開關，耦合於所述放大器的所述負的輸入電極與所述放大器的所述輸出電極之間，所述第三開關因應於所述第一開關訊號而接通；以及 選擇開關，耦合於所述放大器的所述輸出電極與行線之間，所述選擇開關被配置成因應於選擇控制訊號而接通。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的指紋感測器，其中所述控制器更被配置成提供所述多重連接控制訊號、所述第一開關訊號、所述第二開關訊號、及所述選擇控制訊號至所述訊號產生電路。
  7. 如申請專利範圍第5項所述的指紋感測器，其中所述控制器更被配置成： 確定所述畫素陣列中所包含的所述列中的一者作為被選擇列，並確定與所述被選擇列相鄰的至少一個列作為輔助列； 提供處於被啟用狀態的所述多重連接控制訊號及處於所述被啟用狀態的所述選擇控制訊號至所述被選擇列中所包含的被選擇單位畫素；以及 提供處於被禁用狀態的所述多重連接控制訊號及處於所述被禁用狀態的所述選擇控制訊號至所述輔助列中所包含的輔助單位畫素。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的指紋感測器，其中所述控制器更被配置成確定在第一方向上與所述被選擇列相鄰的列作為所述輔助列。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的指紋感測器，其中所述控制器更被配置成： 在重設週期期間，提供處於所述被啟用狀態的所述第一開關訊號及處於所述被禁用狀態的所述第二開關訊號至所述被選擇單位畫素； 在偵測週期期間，提供處於所述被禁用狀態的所述第一開關訊號及處於所述被啟用狀態的所述第二開關訊號至所述被選擇單位畫素；以及 在所述重設週期及所述偵測週期期間，提供處於所述被禁用狀態的所述第一開關訊號及處於所述被禁用狀態的所述第二開關訊號至所述輔助單位畫素。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的指紋感測器，其中所述被選擇單位畫素被配置成： 在所述重設週期期間，經由所述行線輸出所述共用電壓作為第一類比訊號；以及 在所述偵測週期期間，經由所述行線輸出如下電壓作為第二類比訊號：所述電壓具有與包括所述被選擇單位畫素的所述感測電極的所述偵測電容器的電容和包括所述輔助單位畫素的所述感測電極的所述偵測電容器的電容之和成比例的量值。
  11. 如申請專利範圍第9項所述的指紋感測器，其中所述控制器更被配置成在所述畫素陣列中所包含的所述列中的一者是所述被選擇列的同時，使所述重設週期與所述偵測週期交替多次。
  12. 如申請專利範圍第7項所述的指紋感測器，其中所述控制器更被配置成藉由以列為單位移動而連續地選擇所述畫素陣列中所包含的所述列中的每一者來確定所述被選擇列。
  13. 如申請專利範圍第7項所述的指紋感測器，其中： 所述畫素陣列包括至少一個虛設列及多個正常列；且 所述控制器更被配置成藉由以列為單位移動而連續地選擇所述多個正常列中的每一者來確定所述被選擇列。
  14. 如申請專利範圍第7項所述的指紋感測器，其中所述控制器更被配置成確定當前循環的所述輔助列作為下一循環的所述被選擇列。
  15. 如申請專利範圍第7項所述的指紋感測器，其中所述控制器更被配置成確定當前循環的所述被選擇列作為下一循環的所述輔助列。
  16. 如申請專利範圍第1項所述的指紋感測器，更包括： 相關雙重採樣及積分電路，被配置成對由所述畫素陣列提供的所述類比訊號執行相關雙重採樣運算及積分運算，以產生積分訊號； 採樣及保持電路，被配置成基於保持訊號對所述積分訊號進行採樣，以產生採樣訊號；以及 類比-數位轉換器，被配置成對所述採樣訊號執行類比-數位轉換操作，以產生數位訊號。
  17. 一種電子裝置，包括： 多個感測電極； 多個訊號產生電路，每一訊號產生電路被配置成基於與所述訊號產生電路的輸入耦合的電容而產生訊號；以及 控制器，被配置成選擇性地將所述感測電極的群組電性連接至所述訊號產生電路的所述輸入，其中每一感測電極群組均電性連接至所述訊號產生電路中的對應單個訊號產生電路。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的電子裝置，其中所述控制器被配置成改變電性連接至所述訊號產生電路的所述輸入的所述感測電極的群組劃分。
  19. 如申請專利範圍第17項所述的電子裝置，其中： 對於每一感測電極群組，所述群組的所述感測電極均沿第一方向排列，且 所述感測電極中的至少某些沿垂直於所述第二方向的第二方向排列。
  20. 一種操作指紋感測器的方法，所述指紋感測器包括排列成列及行的多個單位畫素，所述多個單位畫素中的每一者包括感測電極及訊號產生電路，所述方法包括： 電性連接彼此相鄰的至少兩個單位畫素中所包含的感測電極； 接通所述至少兩個單位畫素的所述訊號產生電路中的一者； 斷開所述至少兩個單位畫素的所述訊號產生電路中的其餘者； 由所述被接通的訊號產生電路產生類比訊號，所述類比訊號具有與包括所述至少兩個單位畫素的所述感測電極的偵測電容器的電容之和成比例的量值；以及 基於所述類比訊號而產生表示使用者的指紋圖案的數位訊號。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI659349B (zh) * 2017-07-06 2019-05-11 英屬開曼群島商敦泰電子有限公司 指紋感測電路及指紋感測裝置

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9721140B2 (en) * 2015-02-16 2017-08-01 Elan Microelectronics Corporation Sensing method of fingerprint sensor and related sensing circuit
KR20170111805A (ko) * 2016-03-29 2017-10-12 삼성전자주식회사 지문 센서의 단위 픽셀, 및 이를 포함하는 지문 센서
CN107358140B (zh) * 2016-05-10 2020-04-14 上海思立微电子科技有限公司 指纹感测设备
JP2018037921A (ja) * 2016-09-01 2018-03-08 ルネサスエレクトロニクス株式会社 撮像素子
WO2018169107A1 (ko) * 2017-03-17 2018-09-20 전용원 센싱 오프셋을 개선하는 지문 인식 센서 및 시스템
CN108664856A (zh) * 2017-03-31 2018-10-16 奇景光电股份有限公司 指纹感测电路、指纹图像的处理方法与电子装置
CN107273878A (zh) * 2017-07-26 2017-10-20 深圳市魔力信息技术有限公司 指纹传感器、芯片及通过指纹进行安全验证的设备
KR102637105B1 (ko) * 2018-07-13 2024-02-15 삼성전자주식회사 영상 데이터를 처리하는 방법 및 장치
KR20200073696A (ko) * 2018-12-14 2020-06-24 삼성전자주식회사 지문 센싱 시스템을 구동하는 방법 및 지문 센싱 시스템
KR20200102608A (ko) 2019-02-21 2020-09-01 삼성전자주식회사 Mim 커패시터 및 반도체 소자
CN110210421B (zh) 2019-06-05 2021-08-06 京东方科技集团股份有限公司 一种成像背板及其驱动方法、指纹识别面板
TW202201210A (zh) * 2020-06-26 2022-01-01 瑞典商指紋卡公司 具有共模補償的光學指紋感測系統
CN114120379A (zh) * 2020-08-27 2022-03-01 北京小米移动软件有限公司 显示模组、触控方法、装置、电子设备和存储介质
CN112711150B (zh) * 2020-12-22 2022-11-22 业泓科技(成都)有限公司 显示装置
TW202236069A (zh) * 2021-02-12 2022-09-16 瑞典商指紋卡阿娜卡敦Ｉｐ有限公司 具有電流控制的指紋感測系統
WO2023244154A1 (en) * 2022-06-17 2023-12-21 Fingerprint Cards Anacatum Ip Ab Fingerprint sensing system with row circuitry including control signal providing circuitry

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69933339T8 (de) * 1998-07-02 2007-09-13 Nippon Telegraph And Telephone Corp. Nachweisvorrichtung für kleine Kapazitätsänderungen
NO315017B1 (no) 2000-06-09 2003-06-23 Idex Asa Sensorbrikke, s¶rlig for måling av strukturer i en fingeroverflate
US6927581B2 (en) * 2001-11-27 2005-08-09 Upek, Inc. Sensing element arrangement for a fingerprint sensor
US6693441B2 (en) * 2001-11-30 2004-02-17 Stmicroelectronics, Inc. Capacitive fingerprint sensor with protective coating containing a conductive suspension
KR100473383B1 (ko) 2002-07-19 2005-03-10 매그나칩 반도체 유한회사 정전용량식 지문감지센서의 단위화소 및 그를 이용한지문감지장치
KR20040081886A (ko) 2003-03-17 2004-09-23 삼성전자주식회사 지문 인식장치
KR20040095920A (ko) 2003-04-29 2004-11-16 매그나칩 반도체 유한회사 지역적응 영상강화기법을 이용한 정전용량식지문감지센서의 단위화소 및 그를 이용한 지문감지장치
KR100564915B1 (ko) 2004-02-10 2006-03-30 한국과학기술원 정전용량방식 지문센서 및 이를 이용한 지문 센싱방법
US20090067684A1 (en) * 2007-09-06 2009-03-12 Atmel Switzerland Variable Resolution Biometric Sensor
JP4466707B2 (ja) 2007-09-27 2010-05-26 ミツミ電機株式会社 指離れ検出装置、指離れ検出方法及びこれを用いた指紋読取装置、指紋読取方法
KR101021134B1 (ko) 2009-08-18 2011-03-14 성균관대학교산학협력단 지문의 방향 특징을 추출하는 장치 및 방법
WO2012158950A1 (en) 2011-05-17 2012-11-22 Cross Match Technologies, Inc. Fingerprint sensors
KR20120138886A (ko) 2011-06-16 2012-12-27 솔렌시스 주식회사 터치 센서
JP2015070426A (ja) * 2013-09-27 2015-04-13 ソニー株式会社 画像処理装置および方法、並びにプログラム
JP6075646B2 (ja) * 2014-03-17 2017-02-08 ソニー株式会社 固体撮像装置およびその駆動方法、並びに電子機器
KR20150113570A (ko) 2014-03-31 2015-10-08 주식회사 케이엠더블유 가로등 관리 시스템

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI659349B (zh) * 2017-07-06 2019-05-11 英屬開曼群島商敦泰電子有限公司 指紋感測電路及指紋感測裝置
US10803277B2 (en) 2017-07-06 2020-10-13 Focaltech Electronics, Ltd. Fingerprint sensing circuit and fingerprint sensing apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170019581A (ko) 2017-02-22
DE102016106973A1 (de) 2017-02-16
US9898639B2 (en) 2018-02-20
CN106446763A (zh) 2017-02-22
US20170046555A1 (en) 2017-02-16

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