TW201721391A - 用於雜訊抑制的類比取樣系統及方法 - Google Patents

用於雜訊抑制的類比取樣系統及方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種電容式指紋感測裝置，其包括：複數個感測元件；用以提供一類比感測訊號的感測電路系統；用以提供一驅動訊號的驅動訊號電路系統，該驅動訊號包括具有一最大電壓位準與一最小電壓位準的一驅動脈衝，用以提供介於該手指與該感測結構之間的電位差變化；類比取樣電路系統，其包括至少三個類比取樣與保持電路，它們被排列成用以取樣該感測訊號；以及一取樣控制單元，用以單獨控制該些取樣與保持電路，以便在一指定時間處捕捉一取樣，其中，該些取樣包括其中一個取樣係在該驅動訊號位於第一電壓位準V1處時被捕捉以及其中一個取樣係在該驅動訊號位於不同於V1的第二電壓位準V2處時被捕捉；以及一類比至數位轉換器(Analog-to-Digital Converter，ADC)，其被配置成用以將該些取樣的組合轉換成一數位訊號，其中，該三個取樣係在指定的時間處被捕捉，俾使得在形成該組合時，一雜訊成分會在該感測訊號中受到抑制。

Description

用於雜訊抑制的類比取樣系統及方法
本發明關於一種電容式指紋感測系統以及關於一種感測指紋型態的方法。
各種類型的生物量測系統的使用越來越頻繁，以便用於提高安全性及/或增加使用者便利性。明確地說，指紋感測系統便因為它們的小形狀因子、高效能、以及高使用者接受度的關係而被採用於消費性電子裝置之中。
在各種可利用的指紋感測原理中(例如，電容式、光學式、熱學式…等)，電容式感測最常被使用，尤其是在尺寸以及功率消耗為重要問題的應用中。
所有電容式指紋感測器皆會提供一量測值，用以表示數個感測結構中的每一個感測結構以及一被放置在該指紋感測器的表面上或是移動跨越該指紋感測器的表面的手指之間的電容。
當電容式指紋感測裝置需要偵測更小的電容差以便精確捕捉指紋影像時，感測器中的雜訊的影響便愈趨重要。明確地說，該指紋感測裝置尤其會受到外部射入的共模雜訊的影響。一般來說，此類型的雜訊會經由一被連接至該指紋感測器所在的裝置的充電器而被射入該指紋感測 器。又，共模雜訊會有幅員廣大的頻率及形狀。被射入的共模雜訊會使得系統接地以手指為基準來擺動，從而看似驅動訊號。這會導致變差的量測結果以及不良的影像品質。
共模雜訊的負面影響能夠藉由施行各種雜訊減低技術而減低。用於共模雜訊抑制的方法的其中一種範例為採用來自每一個像素的數個數位讀數的平均值以降低雜訊的影響。然而，ADC轉換相當耗時，而且並不希望增加捕捉指紋影像的時間。替代地，或者結合為之，可以使用後置處理方法，它們會對已捕捉的指紋影像來運行並且嘗試扣除特徵性共模雜訊。然而，此方法的缺點係，量測數值可能會因為類比取樣期間的飽和而變差，於此情況中，可能會難以，甚至無法，消除雜訊的影響。
據此，必須提供改良的手段來處理電容式指紋感測裝置之中的雜訊。
有鑑於上面提及和先前技術的其它缺點，本發明的目的便係提供一種指紋感測裝置，其包括類比取樣電路系統，用以在捕捉指紋影像期間促成雜訊抑制。本發明還提供一種用於在指紋感測裝置中達成雜訊抑制的方法。
根據本發明的第一項觀點，本發明提供一種電容式指紋感測裝置，用以感測手指的指紋型態，該電容式指紋感測器包括複數個感測元件，每一個感測元件皆包括：一要被該手指觸碰的保護性介電頂端層；一導電的感測結構，其被排列在該頂端層的下方；感測電路系統，用以提供一類比感測訊號，以便表示介於該手指與該感測結構之間的距離。該指紋 感測裝置進一步包括：驅動訊號電路系統，其被配置成用以提供一驅動訊號，該驅動訊號包括具有一最大電壓位準與一最小電壓位準的至少一驅動脈衝，用以提供介於該手指與該感測結構之間的電位差變化；類比取樣電路系統，其包括至少三個類比取樣與保持電路，它們被排列成用以取樣該感測訊號；以及一取樣控制單元，用以單獨控制該至少三個類比取樣與保持電路中的每一者以便在一指定時間處捕捉一取樣，從而形成至少三個取樣，其中，該至少三個取樣包括至少其中一個取樣係在該驅動訊號位於第一電壓位準V1處時被捕捉以及至少其中一個取樣係在該驅動訊號位於不同於V1的第二電壓位準V2處時被捕捉；以及一類比至數位轉換器(Analog-to-Digital Converter，ADC)，其被連接至該類比取樣電路系統並且被配置成用以將該至少三個取樣的組合轉換成一數位感測訊號，用以表示介於該感測結構與該手指之間的電容性耦接，其中，該至少三個取樣係在指定的時間處被捕捉，俾使得在形成該組合時，一雜訊成分會在該感測訊號中受到抑制。
在本申請案的內文中，「電位」一詞應該被理解為具有「電氣電位」的意義。
據此，電位差變化應該被理解為具有介於手指與感測結構之間之以一參考電位為基準的電氣電位中的可時變變化的意義。
該些感測元件可以有利的方式被排列在一包括多列與多行所組成的陣列之中。
優點係，每一個感測結構可以以一金屬板的形式來提供，俾使得該感測結構(該感測板)、該局部手指表面、以及該保護性介電頂端層(以 及相依於該指紋型態中的位置而可能局部性存在於該局部手指表面與該保護層之間的任何空氣)會形成一平行板電容器的等效物。因為該手指以及該感測結構之間的電位差變化所造成的該感測結構所攜載的電荷變化為此平行板電容器的電容的表示符，其因而會是該感測結構與該手指表面之間的距離的表示符。
該保護性頂端層亦可被稱為一塗層，優點係，其可能至少20μm厚並且具有高介電強度，以便保護該指紋感測裝置的下方結構，避免受到磨耗與毀損以及ESD的破壞。更有利的係，該保護性頂端層可能為約100μm厚。於某些實施例中，該保護性塗層的厚度可以落在從500μm至700μm厚的範圍之中，甚至更厚。
每一個感測元件皆可以為可控制，用以實施一預設的量測序列，其包含在一預設序列中的不同量測狀態之間的轉變。一量測狀態可以由被提供至該感測元件之中所包括的電路系統的多個控制訊號所組成的一特定組合來定義。
該驅動訊號電路系統可以包括切換電路系統，其被配置成用以在二或更多個不同電位之間進行切換，以便形成具有一最大電壓位準與一最小電壓位準的至少一驅動脈衝。替代地，或者結合為之，該驅動訊號電路系統可以包括至少一訊號源，其被配置成用以提供該時變激昇電位。
該驅動訊號電路系統可以被併入於一指紋感測器器件之中，並且接著可以提供具有以該指紋感測器器件的參考電位(舉例來說，感測器接地電位)為基準的時變激昇電位的驅動訊號。
或者，該驅動訊號電路系統亦可以被提供在該指紋感測器器 件的外部並且被連接至該指紋感測器器件，用以提供該驅動訊號作為該指紋感測器器件的時變激昇電位。於此情況中，該驅動訊號可以以包含該指紋感測系統的電子裝置的裝置接地電位為基準來呈現其時變驅動電位。外部驅動訊號電路系統可以利用該指紋感測器器件之中所包括的時序電路系統所產生的控制訊號來控制。該驅動訊號電路系統亦可被稱為激昇訊號電路系統。
該至少三個取樣的組合應該被視為取樣的加法或減法，俾使得該些取樣的組合會有效地形成一經濾波的感測訊號。舉例來說，該組合可以為第一子群取樣與第二子群取樣之間的差異，該第一子群與該第二子群不相交，也就是，沒有任何共同的取樣。
每一個取樣皆能夠被視為具有一代表該取樣時間處之感測訊號的振幅。又，每一個取樣與保持電路被配置成用以提供一正或負(接地)參考電壓，俾使得該取樣能夠被視為具有正記號或負記號，從而在該些取樣被組合時致能該濾波功能。
因此，藉由組合在不同時間處並且針對該驅動訊號的不同電壓位準所捕捉到的「正」取樣和「負」取樣，便能夠達成一最終的感測訊號。在每一次AD轉換中，數個類比取樣會被捕捉並且依序被組合而形成一經過AD轉換的感測訊號數值。此一連串的取樣能夠被視為一AD轉換序列。
再者，本發明瞭解，藉由選擇以該驅動訊號為基準來捕捉該些取樣的時間並且藉由組合該些取樣便能夠達成一最終的經濾波且經解調變的感測訊號，用以在AD轉換之前減少該感測訊號之中的共模雜訊。
因此，在根據本發明之各種實施例的感測裝置中會在AD轉 換之前先實施類比濾波，從而致能不相依於該AD轉換器之取樣速率的即時濾波。這特別有好處，因為AD轉換相當耗時，並且又希望可以儘快捕捉指紋。即使原則上可以使用高速AD轉換器來實施該數位訊號的數位濾波以達成雷同的結果；不過，要將此些AD轉換器整合於一指紋感測裝置之中卻可能很複雜並且昂貴。
又，已經瞭解的係，三個取樣便足以達到基本濾波功能的目的，下文中將作解釋。利用較大量的取樣與保持電路來捕捉對應較大量的取樣可進一步包促成建構較高階的濾波器，從而可以根據已建立的濾波器理論來建構具有所希望頻率響應之更妥適定義的低通(Low-Pass，LP)濾波器、高通(High-Pass，HP)濾波器、或是帶通(Band-Pass，BP)濾波器。
當可能使用一個以上驅動脈衝時擁有濾波器的進一步優點係不會遺失任何訊號強度。以50Hz雜訊為例，倘若僅使用一個驅動脈衝的話將會遺失該訊號強度的一半。濾波器的靈活性的另一項優點係可輕易地被調適成用於不同類型的共模雜訊，共模雜訊經常會相依於負載、充電器類型、接地、…等在不同類型的裝置中而不相同。
該取樣電路系統能夠由決定每一個取樣要於何時以該驅動訊號為基準被捕捉之事先定義的硬體設定值來控制，或者，該些取樣事件亦能夠在每一個分離的AD轉換序列中單獨受到控制。對具有未知特性的雜訊來說，該取樣電路系統會被配置成用以測試數個事先定義的設定值並且決定該些設定值中哪些設定值會產生具有最低雜訊位準的輸出訊號，並且在接續的AD轉換序列中使用該較佳的設定值。
根據本發明的其中一實施例，優點係，該類比取樣電路系統 可以被配置成以一雜訊成分的一已知特性為基礎於選定的時間點處取樣該感測訊號，俾使得該雜訊成分會受到抑制。取樣的一般性原理為選擇該些取樣俾使得最終的取樣組合會導致有效的抑制或消除貢獻至該感測訊號的雜訊。舉例來說，已知的雜訊源可能為充電器，其可能加入一來自主電壓的低頻(50/60Hz)正弦雜訊，或者，加入一來自該充電器本身的高頻切換雜訊，其中，該切換頻率會被視為已知。另一個已知的雜訊源可能係裝置(例如，智慧型電話或是平板電腦)中的觸碰螢幕。據此，可以配置該驅動訊號電路系統和取樣電路系統用以抑制具有至少部分已知特性的特定類型雜訊。
根據本發明的其中一實施例，優點係，每一個取樣與保持電路可以包括一電容器以及一控制該電容器的切換器。一基於電容器的取樣與保持電路會提供一種直接且容易施行的電路，其中，該切換器由該取樣電路系統來控制，用以在必要的時間處進行取樣。每一個電容器皆會被連接至一正或負參考電位，以便提供一對應的正偏移量與負偏移量給該取樣電壓。該負參考電位通常為接地電位。
根據本發明的其中一實施例，該類比取樣電路系統可以包括偶數數量的取樣與保持電路，每一個取樣與保持電路皆包括一電容器以及一控制該電容器的切換器，其中，所有電容器有相同的尺寸。藉此，該取樣與保持電路會受到等效控制，而不需要考量在哪一個時間取樣事件中要使用哪一個取樣與保持電路。又，對偶數數量的取樣與保持電路來說，一半的電路會被連接至一正參考電位並且另一半的電路會被連接至一負參考電位，其在建構濾波器功能時提供很大的靈活性。
根據本發明的其中一實施例，優點係，該取樣控制單元被配置成用以控制該些取樣與保持電路進行取樣，俾使得在該驅動訊號的該第一電壓位準處和在該驅動訊號的該第二電壓位準處會捕捉相同數量的取樣。舉例來說，在該第一電壓位準處被捕捉的取樣能夠被視為負，而在第二電壓位準處被捕捉的取樣則能夠被視為正。藉此，在不同時間處被捕捉的取樣的組合(每一個取樣為正或負)會被組合，用以形成所希望之經濾波的取樣數值。舉例來說，正記號和負記號對個別取樣的貢獻能夠利用一切換器電容器電路來施行，在該電路中會選擇該電容器的哪一側或是哪一個接針(也就是，「正」或「負」)要被連接至一共同線路，以便組合該些取樣。
根據本發明的其中一實施例，該至少三個取樣與保持電路可以包括至少兩種不同尺寸的電容器，其中，該電容器的相對尺寸被稱為權值。為在形成該濾波器功能時作進一步選擇，該些不同的取樣與保持電路會被賦予個別的權值，在硬體中，其能夠藉由不同相對尺寸的電容器來具現。舉例來說，最小的電容器會被賦予權值「1」，而具有該尺寸之兩倍的電容器則因而會被賦予權值「2」。
根據本發明的其中一實施例，該取樣控制單元被配置成用以控制該些取樣與保持電路進行取樣，俾使得在該第一電壓位準處所捕捉到的取樣的權值總和等於在該第二電壓位準處所捕捉到的取樣的權值總和。此作法的目的係因為參考位準為「未知」，或者可能因為雜訊而有大額變異。據此，在施加該訊號之後會量測輸出的變化。藉此作法可以消弭真實參考位準的相依性。
根據本發明的其中一實施例，優點係，該ADC可以為一差 動式ADC，其具有一正輸入以及一負輸入，其且中，至少一取樣與保持電路被連接至該正輸入並且至少一取樣與保持電路被連接至該負輸入。當使用一差動式ADC時，所有負取樣(舉例來說，利用被連接至一負參考電壓的取樣與保持電路所取得的取樣)皆會被連接至該ADC的負輸入。相應地，正取樣則會被連接至該正輸入，使得該ADC提供一對應於正取樣之總和和負取樣之總和之間的差異的輸出訊號。
根據本發明的其中一實施例，該ADC可以為一具有單一輸入的單端式ADC，其中，至少一取樣與保持電路被配置成用以提供一具有正記號的取樣並且至少一取樣與保持電路被配置成用以提供一具有負記號的取樣，且其中，所有取樣的總和會被提供至該單一輸入。換言之，當利用單端式ADC時，該組合係以類似的方式來實施並且最終的取樣數值係被提供至該ADC的輸入用以進行轉換。為達成減法功能，同樣如上面所述，切換器會被用來允許該些電容器被倒轉，也就是，允許該電容器的任一側以該電容器的切換設定值為基礎被連接至該ADC的單一輸入。藉此，該取樣的記號便能夠藉由該電容器切換設定值來選擇，俾使得能夠在送往該ADC的輸入線上進行減法。
根據本發明的其中一實施例，該驅動控制電路系統可以被配置成用以提供一包括下面的驅動訊號：至少一方形脈衝、一方波、至少一sinc脈衝或是一正弦波。舉例來說，該時變驅動訊號可以被提供成為一脈衝串，其具有一脈衝重複頻率或是多個脈衝重複頻率的組合。舉例來說，於此一脈衝串之中的脈衝可以為方波脈衝或是個別的sinc脈衝。一方波脈衝會被視為具有兩個不同的電壓位準，對應於第一電壓位準V1以及第二電壓 位準V2。對正弦波或是sinc脈衝來說，該第一電壓位準V1以及第二電壓位準V2係被選擇為該波或脈衝的分離可區分的電壓位準。又，該驅動訊號在連續的AD轉換序列中並不需要相同。
根據本發明的其中一實施例，該驅動控制電路系統可以被配置成用以提供一具有脈衝串之形式的驅動訊號，其頻率為一已知雜訊成分的頻率的倍數或分數。藉由調整該驅動訊號來提供一頻率為一雜訊成分的已知頻率之倍數的脈衝串(例如，方波)，該雜訊便能夠更有效地受到抑制。應該瞭解的係，倍數或分數的意義為該已知雜訊成分的頻率係乘以或是除以一整數。
根據本發明的其中一實施例，該驅動控制電路系統被配置成用以提供一具有和一已知頻率的雜訊成分為不同相位的脈衝串形式的驅動訊號。倘若該驅動訊號包括一頻率雷同於該雜訊之頻率的脈衝串的話，例如，正波或正弦波，其便可以形成一有效抑制該雜訊的濾波器。據此，本發明可能希望提供一包括和該雜訊為不同相位之脈衝串的驅動訊號。舉例來說，這能夠藉由在連續AD轉換中逐漸改變或移動該脈衝串的相位來達成，用以決定雜訊抑制為最有效的相位。
根據本發明的其中一實施例，該感測電路系統可以包括一電荷放大器，其包括：一負輸入；一正輸入；一輸出，用以提供該類比感測訊號；一回授電容器；一重置切換器，其並聯該回授電容器；以及一放大器。
根據本發明的其中一實施例，該驅動訊號電路系統可以包括一可控制的電壓源，其被連接至一位於該指紋感測器附近的導體結構，用 以將一驅動訊號射入一放置在該指紋感測器上和該導體結構上的手指之中，以便提供介於該手指與該感測結構之間的電位差變化。舉例來說，該感測結構能夠為一導體框架，其被排列圍繞該指紋感測器，並且此框架一可被稱為邊框(bezel)。
又，介於該手指與該感測結構之間的電位差變化亦可以藉由連接一可控制的電壓源至該電荷放大器的正輸入而達成。再者，該電位差變化亦可以藉由連接一可控制的電壓源至該指紋感測器的一共同接地平面而達成。
根據本發明的其中一實施例，介於該驅動訊號的第一電壓位準V1以及第二電壓位準V2之間的差異較佳的係至少0.1V。介於該驅動訊號的V1以及V2之間的差異的主要必要條件為該差異應該在來自該電荷放大器的輸出訊號之中提供一可量測的差異。
根據本發明的的第二項觀點，本發明提供一種用於在包括複數個感測元件的電容式指紋感測裝置之中達成雜訊降低的方法，該指紋感測裝置包括感測電路系統，用以提供一類比感測訊號以表示一手指與該感測元件的一感測結構之間的距離，該指紋感測裝置包括驅動訊號電路系統，用以提供介於該手指與該感測結構之間的電位差變化，該方法包括：提供一驅動訊號，其包括具有一最大電壓位準與一最小電壓位準的至少一驅動脈衝，用以提供該電位差變化；捕捉該感測訊號的至少三個取樣，其中，該至少三個取樣包括至少其中一個取樣係在該驅動訊號位於第一電壓位準V1處時被捕捉以及至少其中一個取樣係在該驅動訊號位於不同於V1的第二電壓位準V2處時被捕捉；形成該至少三個取樣的總和，其中，該些 取樣在時間中經過選擇，俾使得一雜訊成分會在形成該總和時於該感測訊號中受到抑制；以及從該至少三個取樣的該總和中形成一數位訊號。
本發明內文中的「形成取樣的總和」應該被詮釋為具有將該至少三個取樣相加在一起的意義，且其中，該些取樣中的一或更多者可以具有負記號。
根據本發明的其中一實施例，該方法進一步包括相依於個別取樣的取樣時間處的雜訊訊號的相對振幅而賦予每一個取樣一個權值，其中，該些權值經過選擇，俾使得在該驅動訊號的該第一電壓位準所捕捉到的取樣的權值總和等於在該驅動訊號的該第二電壓位準處所捕捉到的取樣的權值總和。
本發明第二項觀點的效果與特點大部分類似於上面配合本發明的第一項觀點所述的效果與特點。
研究隨附的申請專利範圍以及下面的說明便會明白本發明的進一步特點以及優點。熟練的人士便會明白，本發明的不同特點可以被結合而創造在下面所述以外的實施例，其並不會脫離本發明的範疇。
1‧‧‧行動電話
2‧‧‧指紋感測裝置
5‧‧‧感測器陣列
6‧‧‧電源供應器介面
7‧‧‧通訊介面
8‧‧‧感測元件
8a‧‧‧感測元件
8b‧‧‧感測元件
10a‧‧‧第一接觸墊
10b‧‧‧第二接觸墊
11‧‧‧手指
13‧‧‧保護性介電頂端層
17‧‧‧感測結構
18‧‧‧電荷放大器
19‧‧‧驅動訊號提供電路系統
24‧‧‧運算放大器(op amp)
25‧‧‧第一輸入(負輸入)
26‧‧‧第二輸入(正輸入)
27‧‧‧輸出
29‧‧‧回授電容器
30‧‧‧重置電路系統
40a‧‧‧取樣與保持電路
40b‧‧‧取樣與保持電路
40c‧‧‧取樣與保持電路
40d‧‧‧取樣與保持電路
40e‧‧‧取樣與保持電路
40f‧‧‧取樣與保持電路
40g‧‧‧取樣與保持電路
40h‧‧‧取樣與保持電路
42a-42d‧‧‧電容器
42e-42h‧‧‧電容器
44a-44d‧‧‧切換器
44e-44h‧‧‧切換器
46‧‧‧切換器
48‧‧‧第一切換器
50‧‧‧第二切換器
52‧‧‧驅動脈衝
74‧‧‧類比取樣電路系統
76‧‧‧正輸出
78‧‧‧負輸出
80‧‧‧類比至數位轉換器(ADC)
82‧‧‧數位感測訊號
VREF‧‧‧參考電壓
VDRV‧‧‧驅動訊號
VS‧‧‧輸出訊號
現在將參考顯示本發明之範例實施例的隨附圖式來更詳細說明本發明的前述與其它觀點，其中：圖1概略圖解包括一指紋感測裝置的行動電話；圖2概略顯示圖1中的指紋感測裝置；圖3所示的係該指紋感測裝置的一部分的概略電路圖，其包含根據本發明的一實施例的感測電路系統以及取樣電路系統； 圖4所示的係根據本發明的一實施例的取樣電路系統的概略電路圖；圖5概略圖解一先前技術取樣方法；圖6a至d概略圖解根據本發明實施例的方法；圖7a至c概略圖解根據本發明實施例的方法；圖8a至b概略圖解根據本發明實施例的方法；以及圖9所示的係一流程圖，其描繪根據本發明的一實施例的方法的一般步驟。
在本發明的詳細說明中主要係參考一指紋感測裝置來說明根據本發明的系統和方法的各種實施例，該指紋感測裝置包括複數個類比取樣與保持電路，其形式為一電容器以及一用於控制該電容器的切換器。即使下面的說明係以被動式取樣與保持電路為基礎，舉例來說，切換式電容器；不過，其同樣可以利用主動式取樣電路系統來施行本發明的各種實施例。舉例來說，主動式取樣電路系統可以包括在回授路徑中有電容器的放大器或是緩衝器。
圖1概略圖解根據本發明一範例實施例的指紋感測裝置2的應用，其形式為具有一整合式指紋感測裝置2的行動電話1。舉例來說，該指紋感測裝置2可以用於解鎖該行動電話1及/或用於授權進行利用該行動電話所實行的交易…等。根據本發明各種實施例的指紋感測裝置亦可以用於其它裝置之中，例如，平板電腦、膝上型電腦、智慧卡、或是其它類型的消費性電子。
圖2概略顯示圖1中的行動電話1之中所包括的指紋感測裝 置2。如在圖2中所見，該指紋感測裝置2包括一感測器陣列5、一電源供應器介面6、以及一通訊介面7。該感測器陣列5包括大量的感測元件8a至b(為避免混淆圖式，圖中僅以元件符號表示該些感測元件中的其中兩者)，每一個感測元件皆可以控制，用以感測該感測元件8a至b之中所包括的一感測結構和接觸該感測器陣列5的頂端表面的手指的表面之間的距離。
電源供應器介面6包括第一接觸墊10a以及第二接觸墊10b，此處理顯示為焊墊，用以將一供應電壓Vsupply連接至該指紋感測裝置2。
通訊介面7包括數個焊墊，用於控制該指紋感測裝置2以及用於從該指紋感測裝置2處獲取指紋資料。
圖3所示的係沿著圖2中所示的直線A-A'所獲得的根據本發明的一實施例的指紋感測裝置2的一部分的概略剖視圖和電路圖，手指11被放置在感測器陣列5的頂端。該指紋感測裝置包括複數個感測元件8，每一個感測元件皆包括：一保護性介電頂端層13；一導電的感測結構17，此圖中的形式為位於該保護性介電頂端層13下方的金屬板17；一電荷放大器18；以及驅動訊號提供電路系統19，用以提供一驅動訊號VDRV給圖3中概略顯示的手指。如圖3中所示，手指11的紋脊(ridge)位於該感測結構17的正上方，其表示該手指11與該感測結構17之間的最小距離，由該介電頂端層13所定義。
該電荷放大器18包括至少一放大器級，此處概略顯示為一運算放大器(Operational Amplifier，op amp)24，其具有：一第一輸入(負輸入)25，其被連接至該感測結構17；一第二輸入(正輸入)26，其被連接至接地或是另一參考電位；以及一輸出27。此外，該電荷放大器18還包括一被 連接在該第一輸入25與該輸出27之間的回授電容器29以及重置電路系統(其在本文中功能性圖解為一切換器30)，以便允許以可控制的方式來放電該回授電容器29。該電荷放大器18可以藉由操作該重置電路系統30來放電該回授電容器29而被重置。
如同在負回授配置中經常看見的op amp 24的情況，位在第一輸入25處的電壓會隨動於位在第二輸入26處的電壓。端視該特殊的放大器配置而定，位在第一輸入25處的電位可以和位在第二輸入26處的電位實質上相同；或者，位在第一輸入25處的電位以及位在第二輸入26處的電位之間亦可以有一實質上固定的偏移量。於圖3的配置之中，該電荷放大器的第一輸入25被虛擬接地。
當一時變電位藉由該驅動訊號提供電路系統19而被提供至手指11時，一對應的時變電位差便會出現在該感測結構17與該手指11之間。介於該手指11與該感測結構17之間的誘發電位差變化接著會在該電荷放大器18的輸出27上造成醫感測電壓訊號VS。
類比取樣電路系統74被連接至該電荷放大器18的輸出27，用以接收並且取樣該感測訊號VS。該取樣電路系統74可以包括或者被連接至一控制單元，該控制單元會控制該取樣電路系統74之中所包括的個別取樣與保持(Sample and Hold，S&H)電路，以便以一驅動訊號的時序為基準在所希望的時間點處取樣該感測訊號VS。該取樣電路系統將在下面作進一步詳細的討論。
類比取樣電路系統74包括兩個輸出，此處稱為正輸出76以及負輸出78，它們被連接至一差動式類比至數位轉換器(ADC)80，該差動式 類比至數位轉換器(ADC)80被配置成用以將介於正輸出76與負輸出78之間的差異轉換成一數位感測訊號82，用以表示感測結構17與手指11之間的電容性耦接，並且因而表示感測結構17與手指11之間的距離。
或者，該類比取樣電路系統亦可以包括單一輸出，其被連接至一單端式ADC(圖中並未顯示)，於此情況中，該些取樣會在該ADC之前於該取樣電路系統之中先被組合，且其中，最終的差異訊號會被AD轉換。於本範例中所示之用於一感測元件17(也就是，用於一像素)的感測電路系統包括一取樣與保持電路系統模組74以及一ADC 80。然而，藉由使用多工器將複數個像素連接至每一個取樣與保持電路系統模組74亦可以在許多不同像素之間分享該取樣與保持電路系統模組74以及該ADC 80。據此，電荷放大器18的輸出及/或取樣與保持電路系統模組74的輸出可能被連接至一多工器。舉例來說，其中一個取樣與保持電路系統模組74能夠被一行像素分享。
圖4所示的係根據本發明的一範例實施例的取樣電路74。此圖中所示的取樣電路包括八個取樣與保持電路40a至h。每一個取樣與保持電路皆包括一電容器42a至h，該電容器的其中一側透過一切換器44a至h被連接至該感測訊號VS並且另一側被連接至該取樣電路74的一輸出。於本範例中，取樣與保持電路40a至d透過第一切換器48被連接至ADC 80的一正輸入76，而取樣與保持電路40e至h透過第二切換器50被連接至ADC 80的一負輸入78。又，每一個電容器42a至h被連接至一參考電壓VREF，舉例來說，VDD。在利用差動式ADC 80的本範例中，負輸入與正輸入的記號係由ADC來定義。取樣與保持電路40a至d被連接至該ADC的正輸入 76並且由該些取樣與保持電路40a至d所取得的取樣稱為正取樣。相應地，由被連接至該ADC之負輸入的取樣與保持電路40e至h所取得的取樣則稱為負取樣。切換器44a至h會控制實際的取樣作用，俾使得當一切換器為張開時，在對應電容器上的最終電壓會被捕捉。倘若使用單端式ADC的話，電路40a至d可以直接被連接至該單一輸入線成為正取樣；而電路40e至h則可以被倒轉，俾使得一負電壓被提供至該單一輸入線，因此，一最終的差異電壓會直接被提供至該單端式ADC的輸入。
在一類比取樣序列期間，切換器46為閉合，因此，輸出訊號VS被提供至該取樣電路系統。切換器48與50為張開，俾使得ADC 80會中斷連接。切換器44a至d為閉合，因此，電容器電荷和VS成正比。當一取樣要被捕捉時，該些切換器44a至h中的一或更多者會張開，因此，一取樣會被儲存於該電容器之中。一旦該類比取樣序列完成並且所有必要取樣皆被捕捉之後，切換器46便會張開並且切換器48與50會閉合。接著，切換器44a至h會閉合，俾使得被儲存在該些電容器之中的取樣會被提供至ADC 80的輸入76、78，從而致能該正輸入與該負輸入之間的差異的AD轉換。
即使上面的取樣電路系統74被圖解為包括八個個別的取樣與保持電路40a至h；在下面將會解釋利用高於2個的任何數量取樣與保持電路仍然能夠達成雜訊抑制的目的。
取樣作用(也就是，該些切換器44a至h)係由一控制單元(圖中並未顯示)來控制，該控制單元同樣控制驅動訊號VDRV。因此，該取樣作用的時序能夠以該驅動訊號的特徵為基礎來控制。又，於一類比取樣序列 中未必需要使用所有的取樣與保持電路40a至h。取而代之的係，僅有需要用於達成所希望的濾波器功能的取樣與保持電路才會被使用，其可以在該類比取樣序列中提供很高的靈活度並且可以在沒有雜訊下進行快速取樣。該類比取樣序列能夠被定義為該類比輸出訊號VS係在連續AD轉換之間被取樣的序列。
圖5(先前技術)所示的係驅動訊號VDRV以及感測訊號VS，於此情況中，該驅動訊號VDRV包括複數個方形脈衝，且其中，類比取樣係在該驅動訊號的其中一個週期期間被實施。該驅動訊號VDRV會射入手指之中，並且當驅動脈衝52為正時，電荷放大器18的重置切換器30會閉合。當該系統穩定時，切換器30會再次張開，並且該輸出訊號會略微上升，用以代表一參考位準VREF。而後，該驅動訊號會下降，從而導致手指11與感測板17之間的電荷變化，並且輸出訊號VS會上升至和手指11與感測板17之間的距離成正比的數值，稱為訊號位準VSIG。
在圖5中所示的習知關聯性雙取樣中，第一取樣S0係在該輸出訊號為低位準時被捕捉，而第二取樣S1係在該輸出訊號為高位準時被捕捉，其中，最終的輸出訊號S1-S0會消弭重置該電荷放大器之後的任何電壓偏移的效應，以便更精確地代表手指11與感測板17之間的距離。
在下文中將參考利用上面所述之類比取樣電路系統74運用不同取樣技藝和驅動訊號所達成的不同濾波器的功能來討論本發明的各種實施例。
在圖6a所示的範例中，感測訊號VS含有一雜訊成分，其具有低於驅動訊號VDRV之頻率的低頻率。舉例來說，此低頻率雜訊會透過一 充電器被引進裝置1之中成為50/60Hz雜訊。此處，相較於可能落在kHz範圍之中的驅動訊號頻率，該低頻率雜訊會被視為近似恆定。於本圖式中，該雜訊成分的振幅可能被放大，以便更清楚圖解雜訊的效應。
圖6中所示的類比取樣序列會被視為從一啟動切換器30的重置訊號開始，以便崇至該電荷放大器18。接著，一第一取樣S0會被捕捉。此處的取樣S0被圖解為具有權值-1，其中，負號表示該取樣係在該輸出訊號VS位於低位準處的時間處被捕捉，此時取樣S0驅動訊號為高位準，並且該取樣係由被連接至ADC 80之負輸入的取樣與保持電路40e至h中的其中一者所捕捉。該輸出訊號VS的低位準會被視為參考位準。該驅動訊號的高電壓位準與低電壓位準則分別被視為第一電壓位準V1和第二電壓位準V2。
當VDRV變成低位準時，VS會變成高位準，並且一第二取樣S1會被捕捉，此處被賦予權值+2，其代表訊號位準VSIG。舉例來說，如果被包括尺寸為用於捕捉第一取樣S0的取樣與保持電路之中的電容器的尺寸的兩倍的電容器的取樣與保持電路捕捉的話，取樣便會被視為具有權值+2。或者，該取樣電路系統可以包括多個取樣與保持電路，其中，所有取樣電容器皆為相同的尺寸，如圖4中所示。於此情況中，一取樣可以藉由同步利用二或更多個取樣與保持電路而被賦予一特定權值，其中，該取樣的權值能夠被視為等於所使用的取樣與保持電路的數量。據此，實務上，一取樣係由該取樣被捕捉時的特定時間點來定義，而並非由用來捕捉該取樣的特定取樣與保持電路來定義，因為該些取樣與保持電路能夠被任意控制用以在該類比取樣序列期間的任何時間處捕捉一取樣。因此，在所有取樣與保持電路有相同尺寸的取樣與保持電路系統之中，一取樣的最大權值係等 於被連接至該ADC 80的一輸入的取樣與保持電路的數量。
再者，本文中所示的取樣雖然係在一特定的時間點處被瞬時捕捉；然而，每一個取樣亦可能等效對應於在一段特定的有限時間週期中的積分。
最後，一第三取樣S2會在VDRV再次為低位準時被捕捉，並且VS位在對應於該參考位準加上該誘發雜訊訊號的位準處。
該些取樣加總之後，S0+S1+S2會被分割，俾使得負取樣S0+S2會先從正取樣的總和(此處僅有S1)中被扣除，從而提供最終輸出訊號S1-(S0+S2)。該些取樣的加總亦能夠被視為2VSIG-(VREF+VREF)=VSIG-VREF，俾使得最終的輸出為沒有雜訊影響下介於該訊號位準與該參考位準之間的差異。此為產生一指紋影像時被所使用的ADC 80進行AD轉換的最終訊號。
明確地說，輸出訊號之濾波作用的關鍵在於該些正取樣的權值等於該些負取樣的權值，俾使得雜訊貢獻會被消除。這需要在該參考位準處的取樣之中的總雜訊貢獻等於在該訊號位準處的取樣之中的總雜訊貢獻。於圖6a中所示的範例中，雜訊的斜率被視為恆定並且取樣之間的時間同樣為恆定，從而導致在正取樣與負取樣兩者之中有相同的總雜訊貢獻。一般來說，對於具有恆定斜率的雜訊來說，即使亦可能有交錯取樣的情況，藉由讓取樣之間有恆定的時間便能夠輕易地達成濾波功能。
據此，藉由控制該驅動脈衝以及該類比取樣電路系統便能夠在AD轉換之前以即時的方式實施類比濾波。一類比取樣序列能夠以驅動訊號和取樣指令的形式事先定義在一被連接至一中央控制單元(例如，微處理器)的暫存器之中。又，已提出的取樣技藝藉由控制該驅動訊號以及取樣時 間與權值而提供很高的靈活度來形成不同類型的類比濾波器，用以處理不同類型的雜訊。
該類比取樣序列的後面為一類比至數位轉換序列，其中，來自該感測陣列之中的感測元件的像素數值會被已連接的讀出電路系統讀取，用以形成一指紋影像。
再者，利用上面所述的類比濾波，相鄰取樣之間的時間會短於每一個取樣皆被單獨AD轉換以便使用於後續數位濾波而可能達成的時間。
又，上面所述的取樣還說明一種第二階濾波器。很容易瞭解的係，藉由提高取樣的數量同時堅持上面所述的原理便能夠形成用以提供較鮮明頻率響應的較高階濾波器。在下面還會說明進一步的濾波器範例。
一較高階濾波器的範例圖解在圖6b中，其中，三個取樣係在參考位準處被捕捉S0、S2、以及S4，以及兩個取樣係在訊號位準處被捕捉S1以及S3。取樣S1以及S3擁有權值+2，而取樣S2擁有權值-2。同樣地，此處介於取樣之間的時間為恆定。在組合該些取樣之後的最終訊號會變成(S1+S3)-(S0+S2+S4)=(2+2)VSIG-(1+2+1)VREF=4VSIG-4VREF。此處，VSIG與VREF之間的差異會乘以四。這在最終的AD轉換中會被考量到，因為該讀出系統會整體將該取樣技藝納入考量，且因此會知道最終的數位訊號是否代表VSIG-VREF的倍數。
在圖6c所示的範例中，具有高頻方波脈衝形式的雜訊會出現在該感測訊號之中。舉例來說，高頻方波脈衝能夠從一切換式電源供應器處被引入成為切換式雜訊，或者從該裝置中操作在高頻處的其它器件(例 如，顯示器或是觸碰螢幕)處被引入。一般來說，高頻雜訊會被視為包括無法在類比取樣序列期間被視為恆定的雜訊。
在圖6c中，取樣S1與S2係在輸出訊號VS受到該雜訊訊號影響時被捕捉，而取樣S0與S3係在輸出訊號VS沒有受到該雜訊訊號影響時被捕捉。
於方形雜訊的情況中，或者，在雜訊位準會驟然改變的雷同類型的雜訊中，同樣會需要在VS受到雜訊影響時被捕捉的取樣等於VS沒有受到雜訊影響時被捕捉的取樣的權值。
圖6d所示的係該驅動訊號在兩個連續驅動脈衝之間相位偏移或是延遲半個週期時的情況。倘若雜訊有雷同或是等於驅動訊號的特性的話，可能很難甚至不可能以消除雜訊的方式來取樣該輸出訊號。倘若觀察到雜訊和驅動訊號有雷同頻率的話，該驅動訊號會被形成一由兩個脈衝所組成的序列，其中，第二脈衝會以該第一脈衝為基準相位偏移，也就是延遲，半個週期，從而可以和上面針對取樣S0至S4所述相同的方式來達成雜訊消除。據此，該驅動脈衝的工作週期能夠被改變用以幫助在各種類型雜訊中進行雜訊抑制。又，該驅動訊號還可能包括一連串的個別脈衝，其中，脈衝的形狀以及連續脈衝之間的時間會任意選定。於此施行方式中，驅動訊號頻率、週期、以及工作週期的概念可能並不適用。
圖7a至c概略圖解如何調適驅動訊號以便解決具有和方波形式的驅動訊號相同或雷同頻率的高頻雜訊的進一步範例。在圖7a中，雜訊具有和驅動訊號相同的頻率，並且也和該驅動訊號相同相位，其意謂著無法採用根據上面所述的濾波法。明確地說，於圖7a中所示的情況中，無 法在雜訊對VS的訊號位準的貢獻等於雜訊對VS的參考位準的貢獻中獲得取樣。
在圖7b中，驅動訊號的頻率為雜訊的頻率的兩倍，因而可以濾波該雜訊，因為取樣能夠在該驅動訊號的高位準與低位準以及該雜訊貢獻的高位準與低位準的所有組合處被獲得。據此，藉由改變驅動訊號的頻率(提高或是降低)便能夠濾波圖中所示的雜訊。舉例來說，圖7a中所示的驅動訊號的頻率能夠乘以或是除以一整數。
圖7c所示的範例係該驅動訊號以圖7a的驅動訊號為基準被相位偏移。在此圖中同樣可以取樣用以建構一濾波器。倘若已知或是疑似該雜訊頻率和驅動訊號頻率一致的話，舉例來說，該驅動訊號會被相位偏移四分之一週期；或者，其會以小步進額遞增的方式被相位偏移，直到觀察到的雜訊係最小為止。藉此，該濾波器能夠學習抑制不同類型的雜訊。據此，亦可以儲存用於不同雜訊條件的取樣輪廓，舉例來說，如果使用特定充電器的話或者如果正在使用該裝置中已知會造成特定類型雜訊的特定特徵功能的話。
再者，一驅動訊號亦可以包括一脈衝串，其中，該些個別脈衝並不相同，也就是，具有不同的個別脈衝長度，從而可以避免發生該驅動訊號的頻率和該雜訊的頻率一致的情況。
在圖8a所示的範例中，該驅動訊號包括一正弦波，且其中，該雜訊相對於該驅動訊號為近似恆定。該正弦波實務上能夠被sinc脈衝取代而達到相同的效果。
在圖8b所示的範例中，取樣電容器的係數被配置成用以對 準該驅動訊號(此圖中為一正弦波)的形狀，也就是，振幅。藉由依照該驅動訊號的振幅來調適該些取樣係數並且藉由在該驅動訊號的其中一個週期期間捕捉多個取樣便能夠達成一具有高頻篩選性的濾波器。該些不同係數能夠藉由上面所述的任何方法來達成，舉例來說，藉由組合用於每一個取樣的數個電容器從而導致所希望的係數，或者藉由利用不同尺寸的電容器。
取樣雖然並不需要在該正弦波的個別最大振幅和最小振幅處被捕捉；然而，為讓濾波作用發揮正確功能，被稱為負值的所有取樣皆必須在該驅動訊號位於相同的相對電壓位準V1處時被捕捉並且被稱為正值的所有取樣皆必須在該驅動訊號的相同相對電壓位準V2(不同於V1)處被捕捉。
圖9所示的係一流程圖，其描繪上面針對雜訊降低所討論的方法的一般步驟。該方法包含下面步驟：步驟902，提供一驅動訊號；步驟904，捕捉至少三個取樣；步驟906，形成取樣的總和，俾使得在該訊號中的雜訊會受到抑制；以及步驟908，形成一數位訊號。
該方法的特點類似上面針對在指紋感測裝置中取樣訊號所討論的方法的特點。從上面的說明中便會瞭解，利用已述的方法能夠形成無數不同的濾波器，其中，達成該濾波器功能的關鍵特點係即時類比取樣並且同時控制該驅動訊號。
從上面的範例中便能夠瞭解，有許多不同的方式來調整該驅動訊號，用以抑制不同類型的雜訊。倘若雜訊特性為完全未知的話，可以運用數個數先設定的類比取樣序列並且估算最終的經濾波訊號，以便決定該些取樣序列中哪一個取樣序列會產生具有最低雜訊內容的輸出訊號。藉 此，即使雜訊特性為未知，仍然能夠抑制雜訊。倘若雜訊特性為未知的話，亦可以運用一自動學習演算法來形成一適應性濾波器，其中，可以來自該讀出電路系統的回授為基礎來調適該取樣作用。
於許多情況中，雜訊的某些特性為已知，因此，可以事先設定一類比取樣序列用以抑制特定雜訊。舉例來說，具有已知特性的雜訊可能源自一具有已知切換頻率的裝置充電器或是源自該裝置中的其它器件，例如，顯示器或是觸碰螢幕。
亦可以決定該裝置中的雜訊特性並且配置該類比取樣序列，以便抑制經決定的雜訊。
雖然本文已經參考本發明的特定示範實施例說明過本發明；不過，熟習本技術的人士便會明白許多不同的變更、修正、以及類似例。另外，還應該注意的係，該感測裝置的一部分可以各種方式被省略、互換、或是排列，該感測裝置仍然能夠實施本發明的功能。
除此之外，熟習本技術的人士研究圖式、揭示內容、以及隨附的申請專利範圍便能夠瞭解已揭實施例的變化例並且用來實行本文主張的發明。在申請專利範圍之中，「包括」一詞並不排除其它元件或步驟，而不定冠詞「一」亦不排除複數。在彼此不同的專利依附項之中所敘述的特定措施並不表示此些措施無法以有利的方式被組合使用。
1‧‧‧行動電話
2‧‧‧指紋感測裝置

Claims (22)

  1. 一種電容式指紋感測裝置，用以感測手指的指紋型態，該電容式指紋感測器包括複數個感測元件，每一個感測元件皆包括：一要被該手指觸碰的保護性介電頂端層；一導電的感測結構，其被排列在該頂端層的下方；感測電路系統，用以提供一類比感測訊號，以便表示介於該手指與該感測結構之間的距離，該指紋感測裝置進一步包括：驅動訊號電路系統，其被配置成用以提供一驅動訊號，該驅動訊號包括具有一最大電壓位準與一最小電壓位準的至少一驅動脈衝，用以提供介於該手指與該感測結構之間的電位差變化；類比取樣電路系統，其包括至少三個類比取樣與保持電路，它們被排列成用以取樣該感測訊號；以及一取樣控制單元，用以單獨控制該至少三個類比取樣與保持電路中的每一者以便在一指定時間處捕捉一取樣，從而形成至少三個取樣，其中，該至少三個取樣包括至少其中一個取樣係在該驅動訊號位於第一電壓位準V1處時被捕捉以及至少其中一個取樣係在該驅動訊號位於不同於V1的第二電壓位準V2處時被捕捉；以及一類比至數位轉換器(ADC)，其被連接至該類比取樣電路系統並且被配置成用以將該至少三個取樣的組合轉換成一數位感測訊號，用以表示介於該感測結構與該手指之間的電容性耦接，其中，該至少三個取樣係在指定的時間處被捕捉，使得在形成該組合時，一雜訊成分會在該感測訊號中受到抑制。
  2. 根據申請專利範圍第1項的指紋感測裝置，其中，該類比取樣電路系統可以被配置成以一雜訊成分的一已知特性為基礎於選定的時間點處取樣該感測訊號，俾使得該雜訊成分會受到抑制。
  3. 根據申請專利範圍第1項的指紋感測裝置，其中，每一個取樣與保持電路皆包括一電容器以及一控制該電容器的切換器。
  4. 根據申請專利範圍第3項的指紋感測裝置，其中，該類比取樣電路系統包括偶數數量的取樣與保持電路，每一個取樣與保持電路皆包括一電容器以及一控制該電容器的切換器，其中，所有電容器有相同的尺寸。
  5. 根據申請專利範圍第4項的指紋感測裝置，其中，該取樣控制單元被配置成用以控制該些取樣與保持電路進行取樣，俾使得在該驅動訊號的該第一電壓位準處和在該驅動訊號的該第二電壓位準處會捕捉相同數量的取樣。
  6. 根據申請專利範圍第3項的指紋感測裝置，其中，該至少三個取樣與保持電路包括至少兩種不同尺寸的電容器，其中，該電容器的相對尺寸被稱為權值。
  7. 根據申請專利範圍第6項的指紋感測裝置，其中，該取樣控制單元被配置成用以控制該些取樣與保持電路進行取樣，俾使得在該第一電壓位準處所捕捉到的取樣的權值總和等於在該第二電壓位準處所捕捉到的取樣的權值總和。
  8. 根據申請專利範圍第1項的指紋感測裝置，其中，該ADC為一差動式ADC，其具有一正輸入以及一負輸入，其且中，至少一取樣與保持電路被連接至該正輸入並且至少一取樣與保持電路被連接至該負輸入。
  9. 根據申請專利範圍第1項的指紋感測裝置，其中，該ADC為一具有單一輸入的單端式ADC，其中，至少一取樣與保持電路被配置成用以提供一具有正記號的取樣並且至少一取樣與保持電路被配置成用以提供一具有負記號的取樣，且其中，所有取樣的總和會被提供至該單一輸入。
  10. 根據申請專利範圍第1項的指紋感測裝置，其中，該驅動控制電路系統被配置成用以提供一包括下面的驅動訊號：至少一方形脈衝、一方波、至少一sinc脈衝或是一正弦波。
  11. 根據申請專利範圍第1項的指紋感測裝置，其中，該驅動控制電路系統被配置成用以提供一具有脈衝串之形式的驅動訊號，其頻率為一已知雜訊成分的頻率的倍數或分數。
  12. 根據申請專利範圍第1項的指紋感測裝置，其中，該驅動控制電路系統被配置成用以提供一具有和一已知頻率的雜訊成分為不同相位的脈衝串形式的驅動訊號。
  13. 根據申請專利範圍第1項的指紋感測裝置，其中，該感測電路系統包括一電荷放大器，其包括：一負輸入；一正輸入；一輸出，用以提供該類比感測訊號；一回授電容器；一重置切換器，其並聯該回授電容器；以及一放大器。
  14. 根據申請專利範圍第1項的指紋感測裝置，其中，該驅動訊號電路系統包括一可控制的電壓源，其被連接至一位於該指紋感測器附近的導體結構，用以將一驅動訊號射入一放置在該指紋感測器上和該導體結構上的手指之中，以便提供介於該手指與該感測結構之間的電位差變化。
  15. 根據申請專利範圍第1項的指紋感測裝置，其中，介於該驅動訊號 的第一電壓位準V1以及第二電壓位準V2之間的差異至少0.1V。
  16. 一種用於在包括複數個感測元件的電容式指紋感測裝置之中達成雜訊降低的方法，該指紋感測裝置包括感測電路系統，用以提供一類比感測訊號以表示一手指與該感測元件的一感測結構之間的距離，該指紋感測裝置包括驅動訊號電路系統，用以提供介於該手指與該感測結構之間的電位差變化，該方法包括：提供一驅動訊號，其包括具有一最大電壓位準與一最小電壓位準的至少一驅動脈衝，用以提供該電位差變化；捕捉該感測訊號的至少三個取樣，其中，該至少三個取樣包括至少其中一個取樣係在該驅動訊號位於第一電壓位準V1處時被捕捉以及至少其中一個取樣係在該驅動訊號位於不同於V1的第二電壓位準V2處時被捕捉；形成該至少三個取樣的總和，其中，該些取樣在時間中經過選擇，俾使得一雜訊成分會在形成該總和時於該感測訊號中受到抑制；以及從該至少三個取樣的該總和中形成一數位訊號。
  17. 根據申請專利範圍第16項的方法，其中，該些取樣係以一雜訊成分的一已知特性為基礎在時間中經過選擇，俾使得該雜訊成分會受到抑制。
  18. 根據申請專利範圍第16項的方法，其進一步包括控制該驅動訊號，用以形成一脈衝串，其頻率等於一已知雜訊成分的頻率的倍數。
  19. 根據申請專利範圍第16項的方法，其進一步包括針對一包括一具有已知頻率之方波的雜訊成分來控制該驅動訊號，使其成為一和該雜訊成分為不同相位的脈衝串。
  20. 根據申請專利範圍第16項的方法，其進一步包括相依於個別取樣的 取樣時間處的雜訊訊號的相對振幅而賦予每一個取樣一個權值，其中，該些權值經過選擇，俾使得在該驅動訊號的該第一電壓位準所捕捉到的取樣的權值總和等於在該驅動訊號的該第二電壓位準處所捕捉到的取樣的權值總和。
  21. 根據申請專利範圍第16項的方法，其中，該驅動訊號包括至少一方形脈衝、一方波、至少一sinc脈衝或是一正弦波。
  22. 根據申請專利範圍第21項的方法，其中，該第一電壓位準為該方形脈衝的高位準以及該第二電壓位準為該方形脈衝的低位準。
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