TW201721388A - 電容指紋傳感器 - Google Patents
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Abstract
本創作系提供一種電容指紋傳感器。電容式指紋傳感器藉測量指紋穀綫、脊綫與平面傳感電極陣列上對應單元之間形成之耦合電容之大小差異來對指紋成像。“C-Q-T”型電容指紋傳感器使用電容到電荷量再到積分時間之兩次轉換來間接測量電容，可以藉對人體耦合驅動訊號來增強電容到電荷量之轉換效率，從而提高傳感器靈敏度。本創作改進之“C-Q-T”型電容指紋傳感器，使用對指紋傳感器地電位耦合反相驅動訊號來等效替代對人體耦合之驅動訊號，達到進一步增強傳感器靈敏度效果。
Description
本創作系涉及一種電容指紋傳感器。
中國專利《電容指紋傳感器》(申請號系201410004072.3)中提出之電容指紋傳感器技術方案系在中國專利《電容式距離傳感器》(申請號系201210403271.2)之基礎上對傳感方程和電路模型做了優化，提出之新的電路結構，成功實現了“C-Q-T”之轉換。
電容式指紋傳感器系藉測量指紋穀綫、脊綫與平面傳感電極陣列單元之間形成之耦合電容之大小差異來對指紋成像。當傳感電極陣列與手指之間之介質層越厚的時候，電容會衰減，傳感器之成像也會越模糊。由於技術之發展，商用電容式指紋傳感器在傳感電極和目標電極之間之介質層厚度從10um量級增加到100um量級。更有甚者，考慮到行動電話熒幕之工業設計之完整性，希望指紋傳感器能直接穿透熒幕玻璃，也就是厚度400um-500um之化學強化玻璃。是故，盡可能增強指紋傳感器之成像能力成為目前衡量指紋傳感器性能之重要指標。
要增強“C-Q-T”型指紋傳感器之成像，可以在手指與指紋傳感器之間耦合驅動訊號，並且提高驅動訊號之幅度來增強被測量訊號，增強指紋成像。常用之驅動方式有兩種，一種系對手指直接耦合驅動訊號，另一種系對指紋傳感器之電源端或者地端耦合驅動訊號。這兩種驅動方式在理論模型上，對指紋成像能力之增強系等同的，然，在實際應用中，由於手指之電氣特性比較複雜，很難準確建模，並且不同個體，不同溫度、濕度下，電氣特性都不一樣，從而，對手指直接耦合驅動之方法，在設計上帶來不便。一方面驅動手指之驅動訊號頻率不能過高，較高頻率之驅動訊號在手指表面傳輸的時候幅度上會產生梯度，使驅動訊號之幅度在手指表面表現出不一致，導致指紋成像會有區域不一致另一方面，施加到手指上之驅動訊號之幅度也不宜過高，當驅動訊號之峰-峰值超過4V的時候，會給人體帶來不適感。給指紋傳感器之電源端或者地端耦合驅動訊號之方法可以很好的解決這些不足。一方面，耦合驅動訊號至指紋傳感器之電源端或者地端時，驅動訊號不直接作用在手指上，也不會對人體帶來不適感，是故驅動訊號之幅度不受限制；另一方面，該驅動方式使指紋傳感器之電源端和地端電位跟隨驅動訊號之變化而變化，不會使指紋成像產生區域不一致；還有，由於該驅動方法不需要對手指耦合驅動訊號，可以不改變移動電話表面之工業設計，比如對於把指紋傳感器置於移動電話蓋板下之設計，只需要在移動電話蓋板
下安裝指紋傳感器，而不需要破壞移動電話蓋板之完整性。
本創作之目的系將對指紋傳感器之地端耦合驅動訊號之方式應用於“C-Q-T”型電容指紋傳感器中，使該類型傳感器可以受益於該種驅動方式從而增強指紋傳感器之成像。
本創作提出之指紋傳感器主要有傳感單元，電荷累積單元，比較電路和傳感器地產生器。傳感器地產生器第一輸入端接輸入電源VIN，地端接系統地GND，輸出端接指紋傳感器之地端SGND；傳感單元之輸出端接電荷累積單元之輸入端；電荷累積單元之輸入端接傳感單元之輸出端，輸出端接比較電路之輸入端；比較電路之輸入端接電荷累積單元之輸出端，輸出端系指紋傳感器之輸出。
傳感器地產生器包括電感，二極體，第一開關，第二開關和第三開關：第一開關之第一端子接傳感器地產生器之輸入端，第二端子接電感之第一端子；第二開關之第一端子接二極體之第一端子，第二端子接地電平；第三開關之第一端子接傳感器地產生器之輸出端，第二端子接地電平；電感之第一端子接第一開關之第二端子，第二端子接二極體之第一端子；二極體之第一端子接第二開關之第一端子，第二端子接
傳感器地產生器之輸出端。
當傳感器地產生器採用前述構成時，其工作時序為：步驟1-1：第一開關斷開，第二開關閉合，第三開關閉合，傳感器地產生器之輸出端輸出地電平；步驟1-2：第一開關閉合，第二開關閉合，第三開關閉合，傳感器地產生器之輸出端輸出地電平。
步驟1-3：第一開關閉合，第二開關斷開，第三開關斷開，傳感器地產生器之輸出端輸出由電感值決定之非地電平；步驟1-4：返回到步驟1-2。
作為本創作進一步改進之技術方案，傳感器地產生器也可以由電源電路，第五開關，第六開關組成：電源電路之輸入端接傳感器地產生器之輸入端，輸出端接第五開關之第一端子；第五開關之第一端子接電源電路之輸出端，第二端子接傳感器地產生器之輸出端；第六開關之第一端子接傳感器地產生器之輸出端，第二端子接地電平。
當傳感器地產生器採用前述構成時，其工作時序為，步驟2-1：第五開關斷開，第六開關閉合，傳感器地產生器之輸出端輸出地電平；步驟2-2：第五開關閉合，第六開關斷開，傳感器地產生器之輸出端輸出非地電平。
步驟2-3：返回到步驟2-1。
其中傳感單元內：傳感電極為一個或複數個電極，與初始化開關第一端子連接，與行選開關第一端子連接；所述目標電極為測量目標表面，與第一電平驅動器連接，位於傳感電極上方，與傳感電極之間有介質層，目標電極與傳感電極之間形成目標電容；驅動電極，為一個或複數個電極，與第一電平驅動器連接，位於傳感電極下方，與傳感電極之間有介質層，驅動電極與傳感電極之間形成驅動電容；第一電平驅動器，控制端與第一電平控制訊號連接，輸出端與驅動電極連接；第一電平驅動器在第一電平控制訊號為低時向驅動電極輸出電平V11，在第一電平控制訊號為高時向驅動電極輸出電平V12。
行選開關第一端子與傳感電極連接，第二端子連接到傳感單元之輸出端；初始化開關，第一端子與傳感電極連接，第二端子與第一參考電壓連接；第一參考電壓，與初始化開關第二端子連接。
其中電荷累積單元包括第二參考電壓，第一複位開關，和第一積分電容：第二參考電壓，接第一複位開關之第一端子；
第一複位開關，第一端子接第二參考電壓，第二端子接電荷累積單元之輸出端；第一積分電容，第一端子接電荷累積單元之輸出端，第二端子接指紋傳感器地端。
當電荷累積單元採用此種構成時，電荷累積單元之複位時序為：步驟3-1：閉合第一複位開關；步驟3-2：斷開第一複位開關。
作為本創作進一步改進之技術方案，電荷累積單元也可以由第三參考電壓，第二複位開關，第一放大器和第二積分電容組成：所述第一放大器之第一輸入端連接電荷累積單元之輸入端，第二輸入端連接第三參考電壓，輸出端連接電荷累積單元之輸出端；所述第二積分電容之第一端子連接第一放大器之第一輸入端，第二端子連接第一放大器之輸出端；所述第二複位開關之第一端子連接第一放大器之第一輸入端，第二端子連接第一放大器之輸出端；所述第三參考電壓連接第一放大器之第二輸入端。
當電荷累積單元採用此種構成時，電荷累積單元之複位時序為：步驟4-1：閉合第二複位開關；
步驟4-2：斷開第二複位開關。
進一步地，電荷累積單元還可以由第四參考電壓，第三複位開關，第四複位開關，第二放大器、跟隨開關和第三積分電容組成：所述第二放大器之第一輸入端連接第三複位開關之第二端子，第二輸入端連接第五參考電壓，輸出端連接電荷累積單元之輸出端；所述第三複位開關之第一端子連接第五參考電壓，第二端子連接第二放大器之第一輸入端；所述第四複位開關之第一端子連接第四參考電壓，第二端子連接積分電容之第二端子；所述跟隨開關之第一端子連接積分電容之第二端子，第二端子連接第二放大器之輸出端；所述第三積分電容之第一端子連接第二放大器之第一輸入端，第二端子連接第四複位開關之第二端子；所述第四參考電壓連接第四複位開關之第一端子；所述第五參考電壓連接第三複位開關之第一端子。
當電荷累積單元採用前述構成時，電荷累積單元之複位時序為：步驟5-1：閉合跟隨開關；步驟5-2：閉合第三複位開關，閉合第四複位開關；步驟5-3：斷開第三複位開關，斷開第四複位開關；
步驟5-4：斷開跟隨開關。
其中，比較電路包括比較器和第六參考電壓：比較器之第一輸入端與比較電路輸入端連接，第二輸入端與第六參考電壓連接，輸出端接比較電路之輸出端；第六參考電壓與比較器第二輸入端連接。
本創作提供一種對指紋傳感器地端耦合驅動訊號來增強指紋成像之“C-Q-T”型指紋傳感器，具體做法系：以被測指紋表面(相當於目標電極)，與電容測量極板(相當於傳感電極)之間形成耦合電容(相當於目標電容)，被測指紋表面之不同區域與相對應之傳感器陣列之不同電容測量極板單元之距離不同，導致目標電容不同。另，驅動電極與傳感電極之間形成之耦合電容為驅動電容；傳感電極和指紋傳感器電源端或者地端之耦合電容為背景電容。
先將積分電容充電到第二參考電壓(本說明書亦指第三參考電壓或第五參考電壓)，並週期性的與目標電容進行電荷轉移，轉移之電荷量與傳感單元、電荷累積單元和匯流排寄生電容相關。對於確定之指紋傳感器設計，不同之目標電容與積分電容之間之電荷轉移速率系不一樣的。該過程為“C-Q”過程。
積分電容中之電荷量在“C-Q”過程中會不斷單向變化，當電荷累積單元之輸出端電壓之變化曲綫穿過第六參考電壓的時候，比較電路之輸出會翻轉，其翻轉之時間點系指紋傳感器之輸出。該過程為“Q-T”過程。
是故，傳感器之傳感過程系“目標電容大小差異--積分電容電荷轉移速度差異--比較電路翻轉時間先後”，也就是“C-Q-T”之過程。
令目標電容之電容值為Cf，驅動電容之電容值為Cd，傳感單元內寄生電容之電容值為Cb，匯流排寄生電容之值為Cp，第一參考電壓之值為VREF1，第二參考電壓之值為VREF2，第六參考電壓之值為VREF6，傳感器地產生器之輸出端輸出之高壓電平為VH。同時，定義ΔV1=V12-V11，ΔV2=V22-V21，ΔVREF=VREF2-VREF1。需要注意的是匯流排電容在電路分析上可以認為只是在積分電容上疊加了一個額外電容值，是故，以下計算分析中不再單獨列出Cp；人體手指電容遠大於指紋傳感器和手指之間之耦合電容，可以認為手指電平系不變的，是故在計算分析的時候目標電極近似接地。
在“C-Q”過程，其控制邏輯時序為，步驟1：複位電荷累積單元；步驟2：第一電平控制訊號為高；步驟3：閉合初始化開關；步驟4：指紋傳感器地端SGND輸出地電平；步驟5：第一電平控制訊號為低；步驟6：斷開初始化開關；步驟7：指紋傳感器地端SGND輸出高壓電平；步驟8：閉合行選開關；
步驟9：斷開行選開關；步驟10：回到步驟2.
步驟1系複位積分電容，複位積分電容後，積分電容之電壓VOUT.rst=VREF2。
經過n次電荷轉移後，積分電容之電壓VOUT(n)與前一次積分電容電壓VOUT(n-1)之間利用電荷平衡原理有等式，VOUT(n-1)*Cr+VREF1*(Cb+Cd+Cf)-V11*Cd=-VH*Cf+VOUT(n)*(Cr+Cb+Cd+Cf)-V12*Cd
整理得：VOUT(n)=[VOUT(n-1)*Cr+VREF1*(Cb+Cd+Cf)-ΔV1*Cd+VH*Cf]/(Cr+Cb+Cd+Cf)
(1)
那麽，ΔVOUT=VOUT(n)-VOUT(n-1)=[(VREF1-VOUT(n-1))*(Cb+Cd+Cf)-ΔV1*Cd+VH*Cf]/(Cr+Cb+Cd+Cf)
ΔVOUT’(Cf)
(2)
=[(VREF1-VOUT(n-1))*Cr+VH*(Cr+Cd+Cb)+ΔV1*Cd]/(Cr+Cb+Cd+Cf)^2
(3)
在“Q-T”過程，其實系積分電容中之電荷量不斷單向變化，當積分電容之輸出電壓VOUT之變化曲綫穿過第六參考電壓的時候，比較電路之輸出會翻轉，其翻轉之時間點系指紋傳感器
之輸出。從式(3)可以看出，不同之目標電容Cf，積分電容之輸出電壓VOUT之變化曲綫單向變化的，從而比較電路之翻轉時間點也是單向變化的。式(3)中項VH*(Cr+Cd+Cb)可以增大積分電容輸出電壓VOUT相對於目標電容Cf變化率，比較電路翻轉之時間點相對於目標電容Cf之變化率也會增大，從而達到了增強指紋成像效果，並且，傳感器地產生器之輸出高壓電壓VH越高，對指紋成像之增強也會越強。
以下結合圖式及實施方式對本創作進一步說明。
1‧‧‧傳感單元
11‧‧‧目標電極
12‧‧‧傳感電極
13‧‧‧驅動電極
14‧‧‧行選開關
15‧‧‧初始化開關
16‧‧‧第一參考電壓
17‧‧‧第一電平驅動器
2‧‧‧匯流排電容
201‧‧‧目標電容
202‧‧‧驅動電容
203‧‧‧背景電容
3‧‧‧電荷累積單元
301‧‧‧第二複位開關
302‧‧‧第二積分電容
303‧‧‧第三參考電壓
304‧‧‧第一放大器
31‧‧‧第二參考電壓
310‧‧‧第二放大器
311‧‧‧第三積分電容
312‧‧‧第四參考電壓
313‧‧‧第三複位開關
314‧‧‧第四複位開關
315‧‧‧跟隨開關
316‧‧‧第五參考電壓
32‧‧‧第一複位開關
33‧‧‧第一積分電容
4‧‧‧比較電路
41‧‧‧第六參考電壓
42‧‧‧比較器
5‧‧‧傳感器地產生器
501‧‧‧電感
502‧‧‧第三開關
503‧‧‧第四開關
504‧‧‧第五開關
505‧‧‧二極體
51‧‧‧電源電路
52‧‧‧第一開關
53‧‧‧第二開關
圖1 系電容指紋傳感器之示意圖。
圖2 系傳感單元示意圖。
圖3 系電荷累積單元之第一實施例。
圖4 系電荷累積單元之第二實施例。
圖5 系電荷累積單元之第三實施例。
圖6 系比較電路示意圖。
圖7 系傳感器地產生器第一實施例。
圖8 系傳感器地產生器第二實施例。
圖9 指紋傳感器之工作時序圖。
圖10a~10b系電平轉換器之工作原理圖。
以下結合具體實施例對本創作作進一步說明。此外，在不
同之實施例中可能使用重複之標號或標示。這些重複僅為了簡單清楚地敘述本創作，不代表所討論之不同實施例及/或結構之間具有任何關聯性。
圖1系電容指紋傳感器之示意圖。如圖1所示，本創作提出之指紋傳感器主要有傳感單元1，電荷累積單元3，比較電路4，傳感器地產生器5，匯流排電容2。其中傳感單元1通常系成組出現的。
傳感單元1之輸出端接電荷累積單元3之輸入端；電荷累積單元3之輸入端接傳感單元1之輸出端，輸出端接比較電路4之輸入端；比較電路4之輸入端接電荷累積單元3之輸出端，輸出端系指紋傳感器之輸出；傳感器地產生器5之第一輸入端接輸入電源VIN，地端接系統地GND，輸出端接指紋傳感器之地端SGND。另，匯流排電容2位於傳感單元1之輸出端和指紋傳感器地端SGND之間。
圖2系傳感單元之示意圖。如圖2所示，傳感單元1包括：目標電極11、傳感電極12、驅動電極13、第一電平驅動器7、行選開關14、初始化開關15、第一參考電壓16。
傳感電極12，系一個或複數個電極，與初始化開關15之第一端子連接，與行選開關14之第一端子連接；
目標電極11，系測量目標表面，位於傳感電極12上方，與傳感電極12之間有介質層，目標電極11和傳感電極12之間形成目標電容201；
驅動電極13，系一個或複數個電極，與第一電平驅動器7連接，位於傳感電極12下方，與傳感電極12之間有介質層，驅動電極13和傳感電極12之間形成驅動電容202；
第一電平驅動器17，與驅動電極13連接；初始化開關15之第一端子與傳感電極12連接，第二端子與第一參考電壓16連接；行選開關14之第一端子與傳感電極12連接，第二端子與傳感單元1之輸出端連接；另還包括傳感單元1內之背景電容203。
圖3系電荷累積單元之第一實施例。如圖3所示，電荷累積單元3包括第一複位開關32，第一積分電容33和第二參考電壓31。
第二參考電壓31，接複位開關32之第一端子；第一複位開關32，其第一端子接第二參考電壓31，第二端子接電荷累積單元3之輸出端；第一積分電容33，其第一端子接電荷累積單元3之輸出端，第二端子接指紋傳感器地端SGND。
該實施例中，電荷累積單元3之複位時序為：步驟1：閉合第一複位開關32；步驟2：斷開第一複位開關32。
圖4系電荷累積單元之第二實施例。如圖4所示，電荷累積單元3包括：第二複位開關301，第二積分電容302，第三參考電壓303和第一放大器304。
第一放大器304之第一輸入端與電荷累積單元3之輸入端連接，第二輸入端連接第三參考電壓303，輸出端連接電荷累積單元3之輸出端；
第二積分電容302之第一端子連接至第一放大器304之第一輸入端，第二端子連接至第一放大器304之輸出端；第二複位開關301之第一端子連接至第一放大器304之第一輸入端，第二端子連接至第一放大器304之輸出端。
該實施例之電荷累積單元3之複位時序為：步驟1：閉合第二複位開關301；步驟2：斷開第二複位開關301。
圖5系電荷累積單元之第三實施例。如圖5所示，電荷累積單元3包括：第二放大器310，第三積分電容311，第四參考電壓312，第三複位開關313，第四複位開關314，跟隨開關315，第五參考電壓316。
第四複位開關314之第二端子連接至第四參考電壓312，第一端子連接第三積分電容311之第二端子；第三複位開關313之第一端子連接第三積分電容311之第一端子，第二端子連接第五參考電壓316；第三積分電容311之第一端子連接第二放大器310之第一輸入端，第二端子接第四複位開關314之第一端子；跟隨開關315，第一端子連接第三積分電容311之第二端子，第二端子連接電荷累積單元3之輸出端；第二放大器310之第一輸入端與電荷累積單元3之輸入端連接，第二輸入端與第五參考電壓316連接，輸出端與電荷累積單元3之輸出端連接；第四參考電壓312與第四複位開關314之第二端子連接；
第五參考電壓316與第三複位開關313之第二端子連接。
該實施例中，電荷累積單元3之複位時序為：步驟1：斷開跟隨開關315；步驟2：閉合第三複位開關313，閉合第四複位開關314；步驟3：斷開第三複位開關313，斷開第四複位開關314；步驟4：閉合跟隨開關315。
圖6系本創作中比較電路之電路圖。如圖6所示，比較電路4包括比較器42和第六參考電壓41。
比較器42之第一輸入端與比較電路4輸入端連接，第二輸入端與第六參考電壓41連接，輸出端接比較電路4之輸出端；第六參考電壓41與比較器42之第二輸入端連接；圖7系傳感器地產生器之第一實施例。如圖7所示，傳感器地產生器5包括電源電路51，第一開關52，第二開關53。
電源電路51之輸入端接輸入電源VIN，輸出端接第一開關52之第一端子；第二開關53之第一端子接電源電路51之輸出端，第二端子接傳感器地產生器5之輸出端；第一開關52之第一端子接傳感器地產生器5之輸出端SGND，第二端子接地電平GND；傳感器地產生器之第一實施例之工作時序為，步驟1：第一開關52斷開，第二開關53閉合，傳感器地產生器5之輸出端輸出地電平；
步驟2：第一開關52閉合，第二開關53斷開，傳感器地產生器5之輸出端輸出非地電平；步驟3：回到步驟1。
電源電路51可以採用一些成熟之電路結構，比如採用電荷泵，開關電源等等常見之技術手段，在此不再贅述。
圖8系傳感器地產生器之第二實施例。如圖8所示，此處傳感器地產生器5系電感型電路，包括電感501，第三開關502，第四開關503，第五開關504和二極體505。
電感501之第一端子接第三開關502之第二端子，第二端子接二極體505之第一端子；第三開關502之第一端子接輸入電源VIN，第二端子接電感501之第一端子；第四開關503之第一端子接二極體505之第一端子，第二端子接地電平GND；第五開關504之第一端子接傳感器地產生器5之輸出端，第二端子接地電平GND；二極體83之第一端子接第四開關503之第一端子，第二端子接傳感器地產生器5之輸出端。
傳感器地產生器之實施例二之工作時序為，步驟1：第三開關502斷開，第四開關503閉合，第五開關504閉合，傳感器地產生器5之輸出端輸出地電平；步驟2：第三開關502閉合，第四開關503閉合，第五開
關504閉合，傳感器地產生器5之輸出端輸出地電平；步驟3：第三開關502閉合，第四開關503斷開，第五開關504斷開，傳感器地產生器5之輸出端輸出由電感值決定之非地電平；步驟4：回到步驟2。
圖9系電容指紋傳感器之工作波形。如圖9所示，電容指紋傳感器之工作過程如下：步驟1：複位電荷累積單元3；步驟2：第一電平控制訊號為高；步驟3：閉合初始化開關15；步驟4：指紋傳感器地端SGND輸出地電平；步驟5：第一電平控制訊號為低；步驟6：斷開初始化開關15；步驟7：指紋傳感器地端SGND輸出高壓電平；步驟8：閉合行選開關14；步驟9：斷開行選開關14；步驟10：回到步驟2。
圖10a~10b系電平轉換器之工作原理圖。由於本創作揭示之電容指紋傳感器存在兩個電源域，在習知技術中，一般藉電平轉換器使得訊號在兩個電源域之間實現通訊。圖10a示出了訊號從傳感器電源域傳輸到系統地電源域時，電平轉換器之一般之電路構成，圖10b示出了訊號從系統地電源域傳輸到從傳感器電源域時，電平轉換器之一般之電路構成。此處電平轉換器之具體構成屬習知技術，在此不再贅述。
以上揭示之實施例對本創作進行闡述，但本創作並不局限於以上揭示之實施例，各種根據本創作之本質進行之修改變化，均應落在本創作之權利要求範圍內。
1‧‧‧傳感單元
2‧‧‧匯流排電容
3‧‧‧電荷累積單元
4‧‧‧比較電路
5‧‧‧傳感器地產生器
Claims (16)
- 一種電容指紋傳感器，包括傳感器地產生器，傳感單元，電荷累積單元和比較電路，其中，所述傳感器地產生器包括電感，第一開關，第二開關，第三開關和二極體；所述傳感單元包括目標電極，傳感電極，驅動電極，電平驅動器，行選開關，初始化開關和第一參考電壓；所述電荷累積單元包括第二參考電壓，第一複位開關和第一積分電容；所述比較電路包括比較器和第六參考電壓。
- 如申請專利範圍第1項所述之電容指紋傳感器，其中，所述傳感器地產生器之第一輸入端接輸入電源，地端接系統地，輸出端接指紋傳感器之地端；所述傳感單元之輸出端接電荷累積單元之輸入端；所述電荷累積單元之輸入端接傳感單元之輸出端，輸出端接比較電路之輸入端；所述比較電路之輸入端接電荷累積單元之輸出端，輸出端系指紋傳感器之輸出。
- 如申請專利範圍第1項所述之電容指紋傳感器，包括傳感器地產生器，其中，所述傳感器地產生器之第一開關之第一端子接傳感器地產生器之輸入端，第二端子接電感之第一端子；所述第二開關之第一端子接二極體之第一端子，第二端子接地電平； 所述第三開關之第一端子接傳感器地產生器之輸出端，第二端子接地電平；所述電感之第一端子接第一開關之第二端子，第二端子接二極體之第一端子；所述二極體之第一端子接第二開關之第一端子，第二端子接傳感器地產生器之輸出端。
- 如申請專利範圍第3項所述之電容指紋傳感器，其中，所述傳感器地產生器之工作時序為：步驟一：第一開關斷開，第二開關閉合，第三開關閉合，傳感器地產生器之輸出端輸出地電平；步驟二：第一開關閉合，第二開關閉合，第三開關閉合，傳感器地產生器之輸出端輸出地電平；步驟三：第一開關閉合，第二開關斷開，第三開關斷開，傳感器地產生器之輸出端輸出由電感值決定之非地電平；步驟四：返回到步驟二。
- 如申請專利範圍第1項所述之電容指紋傳感器，其中，所述傳感器地產生器由電源電路，第五開關和第六開關組成：所述電源電路之輸入端接輸入電源，輸出端接第五開關之第一端子；所述第五開關之第一端子接電源電路之輸出端，第二端子接傳感器地產生器之輸出端；所述第六開關之第一端子接傳感器地產生器之輸出端，第二端子接地電平。
- 如申請專利範圍第5項所述之電容指紋傳感器，其中，所述傳感器地產生器之工作時序為：步驟一：第五開關斷開，第六開關閉合，傳感器地產生器之輸出端輸出地電平；步驟二：第五開關閉合，第六開關斷開，傳感器地產生器之輸出端輸出非地電平；步驟三：返回到步驟一。
- 如申請專利範圍第1項所述之電容指紋傳感器，包括傳感單元，其中，所述傳感單元之傳感電極系一個或複數個電極，與初始化開關第一端子和行選開關之第一端子連接；所述目標電極系測量目標表面，位於傳感電極上方，與傳感電極之間有介質層，目標電極與傳感電極之間形成目標電容；所述驅動電極系一個或複數個電極，與電平驅動器連接，位於傳感電極下方，與傳感電極之間有介質層，驅動電極和傳感電極之間形成驅動電容；所述電平驅動器，與驅動電極連接；所述初始化開關之第一端子與傳感電極連接，第二端子與第一參考電壓連接；行選開關之第一端子與傳感電極連接，第二端子與傳感單元輸出端連接。
- 如申請專利範圍第1項所述之電容指紋傳感器，包括電荷累積單元，其中， 所述電荷累計單元之第二參考電壓接第一複位開關之第一端子；所述第一複位開關之第一端子接第二參考電壓，第二端子接電荷累積單元之輸出端；所述第一積分電容之第一端子接電荷累積單元之輸出端，第二端子接指紋傳感器地端。
- 如申請專利範圍第8項所述之電容指紋傳感器，其中，所述電荷累積單元之複位時序為：步驟1：閉合第一複位開關；步驟2：斷開第一複位開關。
- 如申請專利範圍第1項所述之電容指紋傳感器，其中，所述電荷累積單元由第一放大器，第三參考電壓，第二複位開關和第二積分電容組成：所述第一放大器之第一輸入端連接電荷累積單元之輸入端，第二輸入端連接第三參考電壓，輸出端連接電荷累積單元之輸出端；所述第二積分電容之第一端子連接第一放大器之第一輸入端，第二端子連接第一放大器之輸出端；所述第二複位開關之第一端子連接第一放大器之第一輸入端，第二端子連接第一放大器之輸出端；所述第三參考電壓連接第一放大器之第二輸入端。
- 如申請專利範圍第10項所述之電容指紋傳感器，其中，所述電荷累積單元之複位時序為：步驟1：閉合第二複位開關；步驟2：斷開第二複位開關。
- 如申請專利範圍第1項所述之電容指紋傳感器，其中，所述電荷累積單元由第二放大器，第四參考電壓，第五參考電壓，第三複位開關，第四複位開關，跟隨開關和第三積分電容組成：所述第二放大器之第一輸入端連接第三複位開關之第二端子，第二輸入端連接第五參考電壓，輸出端連接電荷累積單元之輸出端；所述第三複位開關之第一端子連接第五參考電壓，第二端子連接第二放大器之第一輸入端；所述第四複位開關之第一端子連接第四參考電壓，第二端子連接第三積分電容之第二端子；所述跟隨開關之第一端子連接第三積分電容之第二端子，第二端子連接第二放大器之輸出端；所述第三積分電容之第一端子連接第二放大器之第一輸入端，第二端子連接第四複位開關之第二端子；所述第四參考電壓連接第四複位開關之第一端子；所述第五參考電壓連接第三複位開關之第一端子。
- 如申請專利範圍第12項所述之電容指紋傳感器，其中，所述電荷累積單元之複位時序為：步驟1：斷開跟隨開關；步驟2：閉合第三複位開關，閉合第四複位開關；步驟3：斷開第三複位開關，斷開第四複位開關；步驟4：閉合跟隨開關。
- 如申請專利範圍第1項所述之電容指紋傳感器，包括比較電路，其 中，所述比較電路之比較器之第一輸入端接比較電路之輸入端，第二輸入端接第六參考電壓，輸出端接比較電路之輸出端；所述第六參考電壓與比較器之第二輸入端連接。
- 一種電容指紋傳感器之工作方法，其中，所述電容指紋傳感器之工作時序為：步驟一：複位電荷累積單元；步驟二：第一電平控制訊號為高；步驟三：閉合初始化開關；步驟四：指紋傳感器地端輸出地電平；步驟五：第一電平控制訊號為低；步驟六：斷開初始化開關；步驟七：指紋傳感器地端輸出高壓電平；步驟八：閉合行選開關；步驟九：斷開行選開關；步驟十：回到步驟二。
- 如申請專利範圍第1項所述之電容指紋傳感器，所述電容指紋傳感器還包括控制電路，用來產生時序控制訊號，其中，所述控制電路包括電平轉換器，使訊號在指紋傳感器電源域和系統地電源域之間實現電平轉換。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI782524B (zh) * | 2021-05-10 | 2022-11-01 | 大陸商北京集創北方科技股份有限公司 | 電容式指紋感測裝置及具有該電容式指紋感測裝置之觸控顯示裝置和資訊處理裝置 |
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