TW202223742A - 生物識別之皮膚接觸式感測器及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種生物識別之皮膚接觸式感測器，包含具有複數感測器像素之陣列。各感測器像素包含：電容式感測電極，回應導體物件之接近來蓄積電荷；參考電容，連接電容式感測電極；感測壓控阻抗，具有連接至電容式感測電極及參考電容之間的控制端，並具有由其控制端電壓所控制的阻抗，其中感測器像素設置為，回應被施加至像素之選擇電壓，感測壓控阻抗之控制端電壓指示導體物件之接近；偏壓電路，包含從偏壓電壓的連接到感測壓控阻抗之控制端的單向導通路徑，回應之控制端電壓下降至低於下限值，使電流從偏壓電壓流向感測壓控阻抗之控制端。

Description

生物識別之皮膚接觸式感測器及其操作方法
本發明關於生物識別之皮膚接觸式感測器，特別是關於觸控感測表面、以及從該表面控制及取得訊號的方法。
使用者身分之安全、可驗證之認證在所有科技中為重要性逐漸增加的部分。如以下範例，其扮演重要角色在： l  用於通訊及消費者存取媒體內容之使用者端設備(user equipment，UE)； l  儲存及提供存取敏感性資料之電腦裝置及系統； l  用於金融交易或接入對建築物之控制之裝置及系統；及 l  用於載具之存取控制。
使用者之生物識別量測在此脈絡及其他情況下，現已普遍地被使用。生物識別量測，例如虹膜掃描及臉部辨識係相依於光線及相機的視野。然而，仍可利用使用者的影片或照片於相機來規避上述安全性量測。
指紋感測器被認為較安全，但其提供的安全性仍可能被克服，且該種感測器的製造要求，使其難以被整合至其他電子裝置，例如行動電話及其他使用者端設備。尤其是，指紋感測需要高解析度，至少每英吋數百像素。
此種感測器的一例為Apple公司的Touch ID (RTM)。該感測器係基於雷射切割藍寶石晶體，其利用環繞感測器之偵測環，來偵測使用者指紋的出現。該Touch ID (RTM)感測器利用電容式觸控感測來偵測指紋，並具有500 PPI(pixel per inch，像素每英吋)的解析度。
如上述類型的電容感測器係利用與指紋之表面輪廓相關聯的電容效應。感測器陣列像素各具有作為電容器之一板的電極，真皮層(其為導電性)作為另一板，而非導電性的表皮層則作為介電質。真皮層較接近像素電極處電容較大，因此，皮膚之表面輪廓可藉由測量各像素之電容(例如，基於蓄積於像素電極的電荷量)，並從該些像素來組合影像而被感測。
被動矩陣及主動矩陣電容觸控感測器兩者皆有被提出。大部分所謂的被動電容觸控感測系統利用外部驅動電路(例如，積體電路(IC))來驅動被動電極之矩陣，並利用分離之讀出電路(例如，IC)來讀出於驅動週期中儲存在該些電極的電荷量。儲存的電荷量相關於因觸控事件而造成的些微電容改變，並產生變化。被動電極系統對於環境噪音及干擾較為敏感。
主動矩陣電容觸控感測器在各像素具有開關元件。開關元件可控制像素中之電容式感測電極、以及對於讀出電路中之類比數位轉換器(ADC)的輸入通道兩者間的導通路徑。基本上，主動陣列中之各行像素係連接至一個此種輸入通道。因此，儲存在陣列中的電荷量可藉由控制開關元件，來從主動矩陣被讀出，以逐個連接各列像素至ADC。
各像素需被連接至讀出電路，且各行之全部像素係有效地並聯連接。因此，關聯於各像素的寄生電容係加成地結合，而其會造成任一行之可結合在一起之像素數目的先天限制。此會限制電容觸控感測器之尺寸及/或解析度。
因此，對於大面積高解析度之觸控感測器仍有顯著的、未滿足的商業需求。
有鑑於此，本發明人遂針對上述現有技術，特潛心研究並配合學理的運用，盡力解決上述之問題點，即成為本發明人改良之目標。
本揭露之實施例係揭示於獨立請求項，選擇性特徵則揭示於附屬請求項。本揭露之實施例可由彼此結合來達成，且一實施例之特徵亦可應用至另一實施例。
在某些實施例中，本發明提供一種生物識別之皮膚接觸式感測器，其包含具有複數感測器像素之陣列。各感測器像素包含：電容式感測電極，其回應被感測之導體物件之接近來蓄積電荷；參考電容，其連接電容式感測電極；感測壓控阻抗，其具有連接至電容式感測電極及參考電容之間的控制端，並具有由其控制端電壓所控制的阻抗，其中感測器像素設置為，回應被施加至感測器像素之選擇電壓，感測壓控阻抗之控制端電壓指示被感測之導體物件之接近；及偏壓電路，其包含從偏壓電壓的連接到感測壓控阻抗之控制端的單向導通路徑，回應感測壓控阻抗之控制端電壓下降至低於下限值，使電流從偏壓電壓流向感測壓控阻抗之控制端。
在某些實施例中，在感測器測量值被取得之前，可使感測壓控阻抗之控制端被維持在選定的電壓。藉此，可使感測器測量值具有較佳的準確性，因而感測器測量值會對控制端電壓的變化較為敏感。因此，藉由保持控制端電壓於已知數值，可改善正確性及可靠性，亦即測量值的改變會較可能是由電容式感測電極之電容測量值的改變所造成，而非憑藉取得測量值前控制端電壓的變化。偏壓電路可使感測壓控阻抗之控制端電壓維持在定值(例如，下限值)，藉此增進較佳的正確性。又，單向導通路徑可抑制任何電流從感測壓控阻抗之控制端流出。
提供下限值給控制端電壓可包含提供偏壓電壓與控制端間的連接，以使電流可流向控制端當控制端電壓低於下限值。偏壓電壓可被連續地連接至像素，藉此每當控制端電壓下降，偏壓電壓即會被提供。像素可配置為，當控制端電壓位於或大於下限值，沒有電流流過單向導通路徑。例如，電流可僅被提供從偏壓電壓至控制端，當控制端電壓低於下限值。單向導通路徑可配置為使電流可從偏壓電壓流向感測壓控阻抗之控制端，但不會從感測壓控阻抗流回控制端。用於感測壓控阻抗之控制端之下限電壓可相關於偏壓電壓。例如，下限電壓可等於偏壓電壓減去會發生在偏壓電壓與感測壓控阻抗之控制端間之預期的壓降(例如，藉由偏壓電路等)。
感測器可包含重置電路，其可選擇性地操作以重置參考電容，例如，設定參考電容於選定的電壓及/或電荷量。重置電路可提供參考電容連接，以提供已知的電荷量(例如，重置電荷量)於電容。例如，重置電路可配置為短路參考電容(例如，連接參考電容之第一及第二板)。短路參考電容可重置參考電容至零電壓。重置電路可回應施加的重置訊號，來重置參考電容。
重置電路可包含開關可操作的來短路參考電容。例如，開關可包含重置壓控阻抗，其回應施加至重置壓控阻抗之控制端之重置訊號，來提供重置電壓於參考電壓。重置壓控阻抗之導電路徑配置為可提供參考電容之第一板與參考電容之第二板之間的連接。在施加選擇電壓至像素前，感測器可施加重置電壓至重置壓控阻抗之控制端。感測器可施加重置電壓至重置壓控阻抗之控制端後、施加選擇電壓至像素前，等待選定的時間段。選定的時間段可被選擇來使偏壓電路可對感測壓控阻抗之控制端充能至該下限值。例如，感測器可包含控制器施加第一閘極驅動訊號(重置電壓)至像素，以使重置電路提供重置電荷量於電容(例如，藉由放電至零電壓)，其後停止第一閘極驅動訊號，等待選定的時間段(例如，使感測壓控阻抗之控制端充能至下限電壓)，再施加第二閘極驅動訊號(選擇電壓)至像素以取測量值。
偏壓電路可具有連接至偏壓電壓之輸入端、與可使電流從偏壓電路流至感測壓控阻抗之控制端的輸出端。偏壓電路可包含偏壓壓控阻抗。偏壓壓控阻抗之導通路徑可將輸入端及輸出端分離。偏壓電路之輸出端可連接在參考電容之第二板與重置電路之間。偏壓電路之輸入端與偏壓壓控阻抗之控制端皆可連接至偏壓電壓(例如，偏壓電路可為二極體配置型態的電晶體，例如二極體短路電晶體(diode-shorted transistor))。感測器可配置為控制偏壓電壓以提供感測器選定的靈敏度。對於從像素取得的測量值，感測器可從閘極驅動通道施加選擇電壓至參考電容之第一板。
感測壓控阻抗之導通路徑可連接供應電壓至讀出電路之輸入端。感測器可包含選擇壓控阻抗，其具有導通路徑串聯連接在感測壓控阻抗之導通路徑與供應電壓之間。選擇壓控阻抗之控制端可從閘極驅動通道接收選擇電壓給像素。重置壓控阻抗之控制端可連接至另一感測器像素、或感測器之閘極驅動通道，以接收從該處而來之重置電壓。例如，重置壓控阻抗之控制端可連接至陣列之相鄰的閘極驅動通道，例如以致動順序排列之前一個閘極驅動通道(例如，閘極驅動通道N-1，而像素連接至閘極驅動通道N)。偏壓電路可包含場效電晶體，場效電晶體具有連接至該偏壓電壓之短路閘極與汲極區域。
偏壓電路可操作來提供下限值給感測壓控阻抗之控制端電壓。例如，偏壓電路可提供從偏壓電壓至感測壓控阻抗之控制端之單向導通路徑，當控制端電壓小於下限值時，使電流從偏壓電壓流至感測壓控阻抗之控制端。偏壓電路可操作來使電流從偏壓電壓流至感測壓控阻抗之控制端， 只要下限值(例如，偏壓電壓減去任何偏壓電壓與感測壓控阻抗之控制端間的相關壓降)大於控制端電壓。偏壓電路可提供單向導通路徑以使電流不會從感測壓控阻抗之控制端流至偏壓電壓。亦即，偏壓電路可使電流僅從偏壓電壓流至感測壓控阻抗之控制端，並抑制任何反向(例如，從感測壓控阻抗之控制端至偏壓電壓)的電流流向。偏壓電路可配置為使電流僅從偏壓電壓流至感測壓控阻抗之控制端，當下限電壓大於感測壓控阻抗之控制端電壓。偏壓電路可配置為使電流總是從偏壓電壓流至感測壓控阻抗之控制端，當感測壓控阻抗之控制端電壓小於下限電壓。例如，偏壓電壓可持續地開啟，並連接至感測壓控阻抗之控制端。
感測器可包含複數閘極驅動通道及複數讀出通道。各閘極驅動通道可提供選擇電壓至一或複數感測器像素，各讀出通道可從一或複數感測器像素接收讀出電流。針對感測器像素回應施加至其的選擇電壓，來自感測器像素之各讀出電流對感測壓控阻抗之控制端電壓有指示性。 一或複數(例如，全部)壓控阻抗可包含場效電晶體。各壓控阻抗之控制端可包含電晶體之閘極區域。各電晶體可包含薄膜電晶體。
在某些實施例中，本發明提供一種操作生物識別之皮膚接觸式感測器之方法。感測器包含具有複數感測器像素之陣列。各感測器像素包含：(i)電容式感測電極，其回應被感測之導體物件之接近來蓄積電荷；(ii)參考電容；及(iii)感測壓控阻抗，其具有連接至電容式感測電極與參考電容之間的控制端，並具有由其控制端電壓所控制的阻抗。該方法包含：重置在參考電容之電荷量至選定值；提供偏壓電壓與像素之間的連接，以使感測壓控阻抗之控制端電壓被預設至下限值；及在感測壓控阻抗之控制端電壓被設定至下限值後，施加選擇電壓至像素，以使感測壓控阻抗之控制端電壓指示被感測之導體物件之接近。
重置參考電容之電荷量更包含提供第一板與第二板之間的連接。例如，可藉由施加重置電壓至重置壓控阻抗之控制端，重置壓控阻抗具有在第一板與第二板之間的導電路徑。施加重置電壓可包含從陣列之另一閘極驅動通道(例如，閘極驅動通道N-1)施加重置控制訊號。在參考電容之電荷量被重置至選定值後，可產生或持續產生提供偏壓電壓與像素之間的連接(例如，偏壓電壓可持續地連接至像素來關聯於控制端電壓而提供電流)。在參考電容之電荷量被重置至選定值後、及選擇電壓被施加至像素前，偏壓電壓與像素之間的連接可被提供至少一選定的時間段。選定的時間段可包含不重疊時間段。不重疊時間段可包含無閘極驅動訊號被施加至像素的時間段，例如既沒有重置電壓亦沒有選擇電壓被施加至像素(例如，既沒有閘極N亦沒有閘極N-1脈衝被施加至像素)的時間段。
施加選擇電壓至像素可更包含施加選擇電壓至參考電容。施加選擇電壓至像素可更包含控制選擇電壓至像素的運用，以提供選擇電流至感測壓控阻抗之導通路徑。施加選擇電壓至像素可更包含施加選擇電壓至選擇壓控阻抗之控制端。選擇壓控阻抗之導通路徑可串聯連接於供應電壓與感測壓控阻抗之導通路徑之間。施加選擇電壓至選擇壓控阻抗之控制端可作動來開啟選擇壓控阻抗之導通路徑，以使電流從供應電壓流至感測壓控阻抗。施加偏壓電壓至像素可包含提供偏壓電壓與電容式感測電極間的連接、感測壓控阻抗之控制端與重置壓控阻抗間的連接。施加偏壓電壓至像素可包含提供偏壓電壓至偏壓壓控阻抗之輸入端及偏壓壓控阻抗之控制端兩者，像素之偏壓壓控阻抗之輸出端連接至電容式感測電極與參考電容之間。施加選擇電壓至參考電容可包含施加選擇電壓至參考電容之第一板。在偏壓電壓被施加至像素且感測壓控阻抗之控制端電壓被設定至下限值，選擇電壓可被施加至像素(例如，施加至參考電容的第一板)。
在某些實施例中，本發明提供一種生物識別之皮膚接觸式感測器，其包含具有複數感測器像素之陣列。各感測器像素包含：電容式感測電極、及連接電容式感測電極之參考電容；感測壓控阻抗，其提供來自像素之感測輸出，並具有連接至電容式感測電極及參考電容之間的控制端；偏壓電路，其連接至感測壓控阻抗之控制端，可操作的來充能感測壓控阻抗之控制端至偏壓電壓；及重置電路，其可操作、可選擇地提供已知的重置電荷量於參考電容。感測器在操作偏壓電路來設定(例如，充能)感測壓控阻抗之控制端至偏壓電壓前，操作重置電路來提供重置電壓於參考電容。
在某些實施例中，本發明提供一種生物識別之皮膚接觸式感測器，其包含具有複數感測器像素之陣列。各感測器像素包含：電容式感測電極、及連接電容式感測電極之參考電容；感測壓控阻抗，其提供來自像素之感測輸出，並具有連接至電容式感測電極及參考電容之間的控制端；偏壓電路，其連接至感測壓控阻抗之控制端，並包含在感測壓控阻抗之控制端與偏壓電壓之間的單向導通路徑；及重置電路，其可操作、可選擇地提供已知的重置電壓於參考電容。當偏壓電路持續提供感測壓控阻抗之控制端與偏壓電壓之間的單向導通路徑時，感測器操作重置電路來提供重置電壓於參考電容。例如，感測器可控制操作來提供延遲，於用在重置像素之閘極線訊號的下降緣、與用在取得來自像素之測量值之閘極線訊號之上升緣兩者之間。延遲可被選擇來在像素之操作前使控制端之電壓穩定。
在某些實施例中，本發明提供一種生物識別之皮膚接觸式感測器，其包含具有複數感測器像素之陣列。各感測器像素包含：電容式感測電極，其回應被感測之導體物件之接近來蓄積電荷；參考電容，其連接電容式感測電極；感測壓控阻抗，其具有連接至電容式感測電極及參考電容之間的控制端，並具有由其控制端電壓所控制的阻抗，其中像素設置為，回應被施加至像素之選擇電壓，感測壓控阻抗之控制端電壓指示被感測之導體物件之接近；及偏壓電路，其包含從感測壓控阻抗之控制端到偏壓電壓之連接的單向導通路徑，回應感測壓控阻抗之控制端電壓增加至大於上限值，使電流從感測壓控阻抗之控制端流向偏壓電壓。
上述感測器可配置為與上述其他感測器實質上相同。其差異在於感測壓控阻抗可配置為回應於控制端電壓下降至低於選擇值，開啟其導通路徑。例如，感測壓控阻抗可具有負開啟電壓，例如可由PMOS型電晶體提供。在此實施例中，偏壓電路可配置來抑制控制端之電壓變為過高(例如，負值接近於零(less negative))。偏壓電路可配置提供上限值至控制端電壓，如施加高於上限值之電壓值，以使電流從感測壓控阻抗之控制端流至偏壓電壓，藉此確保控制端電壓維持在或低於上限值。
在某些實施例中，本發明提供一或多種電腦程式產品，其包含電腦程式指令來程式化處理器以執行任一本發明所揭示之方法。
本發明之實施例相關於一種主動像素設計，其包含參考電容、電容式感測電極及感測壓控阻抗(voltage-controlled impedance，VCI)。本發明之實施例包含在像素被用於取得測量值前，用來準備像素之狀態的電路。該電路配置為在測量值被作成前，使參考電容被設定至已知的參考電壓，以及使感測VCI之控制端被設定至已知的電壓。感測器之電路可使上述二個事件分別發生，藉此電容可被設定至已知的電荷量，其後感測VCI之控制端可被設定至已知的電壓。本發明之實施例有關於一種感測器包含感測器陣列，該感測器陣列具有複數之上述像素。
請參考圖1說明主動像素設計之一實施例。
圖1表示感測器像素100。像素100包含參考電容110、電容式感測電極120及感測VCI 160。像素100亦可包含重置VCI 130、偏壓VCI 140及選擇VCI 150。基本上，此種像素係配置於陣列(亦稱為主動矩陣)中，該陣列具有複數列之此種像素。圖1所示之像素係在陣列中之第N列。又，圖1顯示連接至第N個閘極驅動通道102，其提供閘極驅動訊號至在第N列的其他像素，且第N-1個閘極驅動通道101，其提供閘極驅動訊號至在另一列的像素(例如，第N-1列之像素)。再者，圖1顯示連接至偏壓電壓145、供應電壓155及讀出通道165。
如圖1所示，各VCI具有場效電晶體(field effect transistor, FET)，例如薄膜電晶體(thin film transistor，TFT)。各VCI具有阻抗之導通通道，受到控制端之電壓的控制。控制端可連接至電晶體之閘極區域，而導通通道可設置於VCI之第一及第二主端之間，分別連接至電晶體之汲極與源極區域。
第N個閘極驅動通道102連接至參考電容110之第一板。第N個閘極驅動通道102亦連接至選擇VCI 150之閘極區域。第N-1個閘極驅動通道101連接至重置VCI 130之閘極區域。參考電容110連接至感測VCI 160之閘極區域。參考電容110之第二板連接至電容式感測電極120及感測VCI 160之閘極區域之間。
偏壓VCI 140為二極體耦合的(diode-coupled)以提供從偏壓電壓145之連接至參考電容110之第二板的單向導通路徑。其亦提供從偏壓電壓145之連接至電容式感測電極120與感測VCI 160之控制端之間的單向導通路徑。
重置VCI 130之第一主端亦連接至參考電容110之第二板，且亦連接至電容式感測電極120與感測VCI 160之閘極區域之間。
重置VCI 130之第二主端連接至參考電容110之第一板。重置VCI 130之導通通道因此提供用以放電參考電容110之可選擇操作的導通路徑。參考電容110之第一板亦可連接至第N個閘極驅動通道102。
選擇VCI 150之導通通道將感測VCI 160之導通通道連接至供應電壓155之連接(例如，用於行像素之電壓源，可使感測VCI 160提供輸出電流至讀出通道165)。感測VCI 160之導通通道將供應電壓155連接至像素100之行輸出(讀出通道165)。
於操作中，像素100依序接收二個不同的閘極驅動訊號。像素100配置為，當接收該等閘極驅動訊號之第一個(從第N-1個閘極驅動通道101)，其作動以讓像素100準備取得測量值。像素100配置為，當接收該等閘極驅動訊號之第二個(從第N個閘極驅動通道102)，其作動以使測量值被取得。像素可配置微陣列(例如，排列為列及行)。第N個閘極驅動訊號相關於用在當列之像素之閘極驅動訊號，而第N-1個閘極驅動訊號相關於用在前一列之像素之閘極驅動訊號(例如，在第N列像素之驅動前被驅動之列像素)。
電容式感測電極120回應被感測之導體物件之表面的接近來蓄積電荷。電容式感測電極120配置為，其電容相關於被感測之物件之導體表面之接近至電容式感測電極120。例如，當選擇電壓被施加至參考電容110之第一板，電壓在電容式感測電極120及參考電容110之間的相關劃分，會提供導體物件之表面接近至電容式感測電極120的指示。選擇電壓的劃分提供在電容式感測電極120及參考電容110之間的指示電壓。像素100施加該指示電壓至感測VCI 160之控制端，以提供來自像素之指示導體物件之接近的輸出。
選擇VCI 150配置為控制電流流至感測VCI 160。選擇VCI 150可作動如開關，來控制電流輸入是否被提供至感測VCI 160(例如，控制感測VCI 160是否可提供電流輸出至讀出通道165)。選擇VCI 150連接至供應電壓155，且選擇VCI 150配置為控制電流從供應電壓155流至感測VCI 160。尤其是，選擇VCI 150之導通通道將感測VCI 160之導通通道連接至參考訊號源(提供電壓V supply)。感測VCI 160之導通通道串連連接在選擇VCI 150之導通通道、與讀出電路之對於行之輸入之間。選擇VCI 150配置為作動如開關，當開啟，將感測VCI 160連接在V supply(參考訊號源)與讀出電路之輸入之間，當關閉，將感測VCI 160從參考訊號源斷開。
選擇VCI 150因此可操作的來抑制從任何非作用像素(例如，來自在該時點未預期要取得測量值的像素)至讀出電路之輸入的訊號供給。此可協助確保僅接收來自作用像素(例如，在該時點要取得測量值的像素)的訊號。例如，作用像素為在列中被施加閘極驅動脈衝(選擇電壓)的像素。非作用像素為在其他列之像素，如在列中被施加重置電壓之像素(例如，在該時點，非作用像素仍可放電參考電容110及/或充能感測VCI 160之控制端，但不被操作來取得任何測量資料)。用於像素列之閘極驅動通道(第N個閘極驅動通道102)連接至參考電容110之第一板，並連接至選擇VCI 150之控制端。連接至參考電容110及電容式感測電極120表示，閘極驅動電壓在參考電容110及電容式感測電極120之間被劃分以提供控制感測VCI 160之指示電壓。另一方面，連接第N個閘極驅動通道102至選擇VCI 150之控制端表示，當像素100不作用，感測VCI 160之導通路徑從參考訊號源斷開。
感測VCI 160配置為基於其控制端電壓，來控制其輸出電流(例如，提供至讀出通道165之電流)。像素100配置為，感測VCI 160之控制端電壓提供被感測之導體物件接近至電容式感測電極120之指示。來自感測VCI 160之輸出電流因此提供該接近的指示。選擇VCI 150及感測VCI 160之配置抑制來自感測VCI 160之輸出，除非對於像素列之閘極驅動脈衝已被施加(例如，像素100已接收第N個閘極驅動脈衝)。感測VCI 160之導通路徑可因此選擇性地將第N個閘極驅動通道102連接至像素100之輸出(讀出通道165)。感測VCI 160之控制端連接至電容式感測電極120，並連接至參考電容110之第二板。因此，回應閘極驅動通道施加之控制電壓，參考電容110及電容式感測電極120作動如電容性電壓分壓器(capacitive voltage divider)。
重置VCI 130配置為，其導電路徑使參考電容110之第一板被連接至參考電容110之第二板(例如，使電容110短路)。重置VCI 130配置為，使導電路徑相關於施加至重置VCI 130之閘極區域之電壓，而可選擇性地被開啟。當足夠的電壓被施加至重置VCI 130之閘極區域(例如，第N-1個閘極驅動訊號被施加至閘極區域)，導電路徑會開啟。像素100配置為，當導電路徑開啟，參考電容110會被短路。亦即，參考電容110之二個板會連接。在參考電容110之電壓會趨近於參考值(例如，其會放電)。當不足夠的電壓被施加至重置VCI 130之閘極區域(例如，第N-1個閘極訊號被停止)，重置VCI 130之導電路徑會有效地被關閉。
偏壓VCI 140配置為提供偏壓電路，以提供從偏壓電壓145，V bias來的單向導通路徑。偏壓VCI 140之控制端及輸入(例如，閘極與汲極區域)接收偏壓電壓145。偏壓VCI 140配置為使電流從偏壓電路之輸入側，通過偏壓VCI 140流至輸出側，只要下限電壓(例如，偏壓電壓減去跨過偏壓VCI之任一壓降，如二極體壓降)維持大於感測VCI 160之控制端電壓。偏壓電路配置為電流僅可從偏壓電壓145流向感測VCI 160之控制端，而非其他路徑。因此，當輸入及輸出電位彼此相關(例如，當感測VCI 160之閘極區域已被充能至下限電壓，即相關於V bias之值)，電流不會再流過偏壓電路(往感測VCI 160之閘極區域)。在操作中，感測VCI 160之控制端會被充能至相關於V bias之值，且在測量值被取得前，參考電容110會在設定電壓(例如，被放電，因此無電壓)。偏壓VCI 140配置為抑制電流流向V bias，例如電流從偏壓VCI 140之輸出流至偏壓VCI 140之輸入。藉此可避免造成偏壓VCI 140之控制端電壓下降之任何漏電流。
感測器可配置為提供分離的電壓源來提供V bias，或可從感測器中之他處之操作電壓來提供(例如，用於啟動感測器之其他元件)。例如，感測器可包含電壓供應器，來提供偏壓電壓145至各像素100，或另一方式，偏壓電壓可由一或多個其他呈現於感測器中的電壓所產生。電壓源電路可被設置來提供V bias。像素100可配置使V bias為可控制的電壓。可控制的電壓可被感測器調整，以調整及固定感測VCI 160之控制端之初始化電壓。感測VCI 160之控制端之初始化電壓可包含該控制端電壓之值至該控制端會被偏壓電路充能之值(例如，下限電壓)。初始化電壓可被設定至選擇量值，且藉由控制偏壓電壓來控制。偏壓電壓145可被選擇以調整像素100之靈敏度。例如，感測VCI 160之輸出電流通常具有在控制端及其開啟電壓相依於指示電壓的特性。因此，偏壓電壓145可基於感測VCI 160之開啟電壓來被選定。該特性可包含線性區域，於其內可較佳地操作。
像素100可因此配置為使參考電容100被充能至參考電荷量，且感測VCI 160之控制端被預充能至選定的初始化電壓，當像素100為非作用時(例如，當陣列經由施加至其另一、不同之列的閘極脈衝，而使另一列被啟動時)。參考電荷量及/或初始化電壓可為已知的值。像素100配置為參考電荷量及/或初始化電壓可維持在定值，直到測量值被取得(例如，直到第N個閘極驅動電壓被施加至參考電容110之第一板及選擇VCI 150之閘極區域)。
以上係相關於單個像素100。本發明可提供一種電容式生物識別之皮膚接觸式感測器，其包含具有複數如上述之感測器像素之陣列。感測器陣列包含複數觸控感測像素。基本上，除了於陣列中的位置，像素100各者在陣列中係彼此相同。陣列基本上為直線格狀，並具有列及行等間隔設置。例如，像素可為正方形的。感測器陣列可具有至少200每英吋點數(dpi，或78每公分點數)之像素間隔。像素間隔亦可至少300 dpi(或 118每公分點數)，例如至少500 dpi(或 196每公分點數)。
像素可定位為彼此足夠靠近，以能夠解析皮膚之輪廓如關聯於表皮突起者，例如呈現於指紋、掌紋或其他身體之辨識表面。值得一提的是，本揭露所述之皮膚之輪廓可包含突起、及突起間的凹部。在觸控感測時，突起可能相對地比突起間的「凹部」更靠近感測電極120。因此，鄰近突起之感測電極120之電容值會高於鄰近凹部之感測電極120之電容值。本揭露之系統提供足夠高解析度之感測器來執行指紋及其他生物識別之觸控感測，且可提供較現行技術更大之面積。
除感測器陣列外，感測器可包含閘極驅動電路、讀出電路及控制器。控制器提供時脈訊號，例如，週期觸發器(periodic trigger)連接至閘極驅動電路及讀出電路。
閘極驅動電路包含複數閘極驅動通道，其等可操作地來分別，例如獨立地，進行控制。各閘極驅動通道包含電壓源，其提供選擇電壓輸出(例如，提供施加至相關於該閘極驅動通道之像素列的選擇電壓)。且，各閘極驅動通道連接至感測器陣列之相關像素列。各閘極驅動通道連接至像素陣列之其列之各像素100中之參考電容110之第一板。各閘極驅動通道亦可連接至感測器之其列中之各像素100之選擇VCI 150之閘極區域。各閘極驅動通道亦可連接至與其像素列不同之另一像素列(例如，下一列之像素)中之各像素100之重置VCI 130之閘極區域。
閘極驅動電路配置為藉由施加閘極驅動脈衝至閘極驅動通道所連接之列中的像素(以及在下一列中的像素)，在各時脈週期啟動閘極驅動通道之一。因此，在一系列週期後，通道(及列)被依序啟動，且回應控制器之時脈週期，從此序列移往下一序列。閘極驅動通道可連接至在像素中下一列之重置VCI 130之閘極區域，在一週期中(例如，施加一次閘極驅動電壓置閘極驅動通道)，測量值可從該閘極驅動通道之列被取得，且下一列之像素可被準備以取得接下來的測量值。
讀出電路包含複數讀出通道。各讀出通道連接至感測器陣列中之相關像素行。為提供上述連接，各像素100中之感測VCI 160之導通路徑連接至對於行之讀出通道165。對於列之閘極驅動通道因此用於提供參考輸入，且感測VCI 160之操作調控該參考輸入以提供像素輸出。回應相關於儲存在電容式感測電極120之電荷量的該參考輸入，來自像素100之輸出訊號表示儲存在電容式感測電極120之電荷量。
讀出電路之各讀出通道165可包含類比前端(AFE)及類比數位轉換器(ADC)用以從連接至輸入通道之行取得數位訊號。例如，對於讀出電流之處理電路可在閘極脈衝間，整合施加至讀出通道165之電流(來自一或多個像素之輸出訊號)，以提供通過該行中之作用像素100之感測VCI 160之電流的測量值。讀出電路可利用ADC轉換該訊號至數位訊號。再者，類比前端可執行阻抗匹配、訊號過濾及其他訊號處理，亦可提供虛擬參考。
各像素行可虛擬地連接至地端或參考電壓。因此，各行可能沒有電壓差異，而可降低寄生電容。再者，本揭露之參考訊號源可施加電流驅動，而非電壓驅動，以進一步減少由在讀出電路之讀出通道165上之作用像素所產生之寄生電容於訊號上的效應。
感測器亦可包含介電屏蔽或上塗層、及用於連接主機裝置的連接器。介電屏蔽或上塗層可為絕緣材料片狀形式，可為透明及可撓性，如聚合物或玻璃。介電屏蔽可為可撓性，及/或可為彎曲的。該屏蔽之「作用區域」覆蓋感測器陣列。該等VCI及其他像素元件可被承載在分離的基板，而該屏蔽可在基板上覆蓋該些元件。在另一些實施例中，屏蔽可提供基板給該等元件。用於連接主機裝置之連接器可利用具有複數導電線之多通道連接器。連接器可為可撓性，且可包含連接器如可撓性印刷電路板(PCB)、或軟硬複合(flexi-rigid)PCB、或帶狀纜線或其他類似物。連接器可承載主機介面，如插頭或插座，用以將連接器中之導電線連接至包含感測器裝置之主機裝置的訊號通道。主機介面可藉由連接器連接至讀出電路。控制器可連接至用來操作感測器陣列之閘極驅動電路，並連接至用來取得表示感測器陣列之像素之自電容之訊號的讀出電路。
以下參考圖2之時序圖，來說明如圖1之感測器之操作方式。
圖2表示操作感測器之時序圖。圖2之三條垂直線表示初始時間T 0、第一時間T 1及第二時間T 2。另表示有充能時間段T c。圖2表示四個不同之訊號值(例如，參數)如何隨時間改變。從上至下，第一值表示對於第N-1個閘極驅動通道101(即，如圖2所示，感測器像素100會提供感測器測量值之列，第N個閘極驅動通道102，的前一像素列之閘極驅動通道)之閘極驅動訊號，第二值表示對於第N個閘極驅動通道102之閘極驅動訊號，第三值表示對於感測VCI 160之閘極電壓V gate，第四值表示於讀出通道165上來自感測VCI 160之輸出電流I result。
在操作的各週期，閘極驅動電路與讀出電路從控制器接收時脈訊號。閘極驅動電路接收時脈訊號來決定何時施加閘極驅動訊號至閘極驅動通道時(例如，施加選擇電壓至像素)、及何時停止施加閘極驅動訊號至閘極驅動通道時。
回應第一時脈訊號，閘極驅動電路控制閘極驅動通道之一者來施加選擇電壓至陣列之一列(在本實施例中，即第N-1個閘極驅動通道101)。如以下有關於第N個閘極驅動通道102之詳述，選擇電壓被施加至第N-1個閘極驅動通道101中之各像素100。此外，關聯於第N-1個閘極驅動通道101之選擇電壓亦作為重置電壓，被施加至連接於第N個閘極驅動通道102之列中的各像素100。尤其是，來自第N-1個閘極驅動通道101之選擇電壓作為重置電壓，被施加至連接於第N個閘極驅動通道102之列中之各像素之重置VCI 130的閘極區域(該等像素當下為未作用，例如像素當下未被操作來從其取得測量資料)。
在第N個(未作用列)中，重置電壓被施加至重置VCI 130之閘極區域。其使得重置VCI 130之導電路徑開啟，藉此將參考電容110之第二板連接至參考電容110之第一板。其使得參考電容110放電。如圖2所示，在T 0之後沒多久，閘極N-1重置電壓被施加至重置VCI 130之閘極區域。此順序使得重置VCI 130之導電路徑開啟及參考電容110放電，藉此使得V gate下降(例如，V gate現為負值)。閘極N-1重置電壓被施加於第一時間段(如圖2所示，第一時間段發生於T 0之後至接近T 1前)。於第一時間段中，在上升至維持在定值前，V gate會先下降。又，於第一時間段中，V bias被施加至第N列之各像素。
在第一時間段後(接近T 1前)，閘極N-1訊號被停止，因此沒有重置訊號被施加至像素100(例如，沒有重置電壓被施加至重置VCI 130)。重置VCI 130之導電路徑因此關閉，且參考電容110之第二板不再與參考電容110之第一板連接。參考電容110之電荷量可因此維持在第一時間段結束前之定值。
在第一時間段結束後，充能時間段發生，感測VCI 160之控制端被預充能至初始化電壓(例如，下限電壓)。例如，第二時脈訊號可被施加至閘極驅動電路來停止施加至第N-1個閘極驅動通道101之閘極驅動脈衝。如圖2所示，充能時間段發生在T 1之前及之後。在充能時間段中，沒有閘極驅動訊號被施加至第N-1個閘極驅動通道101、或第N個閘極驅動通道102。在充能時間段中，偏壓電壓145被施加至像素100。偏壓電壓145被連接以使其可一直施加至感測VCI 160之控制端(例如，只要感測VCI 160之控制端電壓低於下限電壓，電流會從偏壓電壓145流向感測VCI 160)。偏壓電壓145沿單向導通路徑(偏壓VCI 140)被施加，以使初始化(例如，下限)電壓被提供給像素100。亦即，偏壓電壓145會被施加至像素100直到感測VCI 160之閘極電壓相關於偏壓電壓145。換言之，偏壓電壓145會被施加直到感測VCI 160之閘極電壓位於或高於下限電壓，例如沒有電壓差異存在於偏壓電壓145之來源及感測VCI 160之閘極區域(允許兩者間的任何壓降，如二極體壓降)。當V gate相關於V bias，沒有電流會流過偏壓VCI 140至像素100，即V gate會被充能以使其相關於V bias。
如圖2所示，在充能時間段，V bias被施加至像素100，V gate增加至選定值，在某時點其到達穩定且不改變。選定值會相關於V bias。充能時間段被選擇為足夠長來使V gate具有足夠的時間到達穩定，在某時點其相關於V bias。如圖2所示，充能時間段持續從T 1之前到T 1之後一小段時間。於充能時間段，在第N列之像素接著於下一個閘極脈衝(例如，閘極N脈衝)被啟動之前，其等可被充能至選定電壓。選定電壓可被選擇來調整像素之靈敏度。例如，感測VCI之輸出電流通常具有相依於控制端之指示電壓及其開啟電壓的特性。因此，選定電壓可基於感測VCI 160之開啟電壓來被選擇。選定電壓對於陣列中之所有感測器像素可為相同的(例如，提供提升的一致性給感測器測量值)。特性亦可包含線性區域，於其內可較佳地操作。
像素100之重置VCI 130與前一像素100之間的連接可使像素100之參考電容110經由用來啟動緊接之前一列之閘極脈衝(例如，來自第N-1個閘極驅動通道101之重置電壓)而被放電，前一列可為陣列之相鄰列。偏壓電壓145與感測VCI 160之閘極區域間的連接，可使感測VCI 160之閘極區域在像素100啟動前被充能至選定值。
在T 1後一小段時間，閘極驅動脈衝被施加至第N個閘極驅動通道102。例如，第三時脈訊號可被提供至閘極驅動電路，來使閘極驅動脈衝被施加至第N個閘極驅動通道102。第N個閘極驅動脈衝提供選擇電壓至第N列中之各像素100。對於各像素100，選擇電壓被施加至參考電容110之第一板，並被施加至選擇VCI 150之閘極區域。閘極驅動脈衝施加至選擇VCI 150會轉變選擇VCI 150為導通態，因此開啟選擇VCI 150之導通路徑。VCI之導電路徑接著將感測VCI 160之導通通到連接至參考訊號供應源(V supply)。
選擇電壓亦被施加至參考電容110之第一板。如上述，感測電極120與參考電容110之間的相關電壓劃分，提供於參考電容110與感測電極120間之連接的指示電壓。指示電壓被施加至感測VCI 160之控制端，來控制感測VCI 160之導通通道之阻抗。因此，對於該行，感測VCI 160將參考訊號供應源連接至讀出電路之輸入通道，並呈現在該兩者間之阻抗表示電容式感測電極120之電容值。
對於該像素之行，電流因此通過感測VCI 160之導通路徑，被從參考訊號供應源提供至讀出電路之輸入通道。該電流由參考訊號供應源之電壓及感測VCI 160之導通路徑之阻抗(因此，藉由在感測VCI 160之閘極區域之電壓)來決定。如圖2所示，在T 1後沒多久，當閘極N脈衝被施加，V gate亦增加。依序會使得電流I result被暫存，I result表示被感測之導體物件靠近至電容式感測電極120。
回應於來自控制器之相同時脈訊號(例如，第三時脈訊號)，讀出電路感測在各輸入通道之像素輸出訊號(例如，藉由整合提供至各輸入通道的電流)，並數位化該訊號(例如，利用ADC)。讀出電路之整合時間可匹配於閘極脈衝之期間。因此，在各測量週期(例如從T 1至T 2，及/或各閘極脈衝)，讀出電路取得數位訊號組，各訊號相關於在閘極脈衝期間從作用列之各行感測到之訊號。來自列(在閘極脈衝期間各通道)中之各像素100之輸出，表示儲存在該像素100中之電容式感測電極120之電荷值。因此，訊號組共同表示作用列整體，且來自各像素100之輸出表示儲存在該像素100中之電容式感測電極120之電荷值及/或自電容。
在T 2、或在靠近T 2之前， 閘極驅動脈衝(閘極N)結束，且閘極驅動電路停止施加選擇電壓至第N列之像素(以及重置電壓至第N+1列之像素)。選擇電壓不再被施加至選擇VCI之控制端，其後第N列之選擇VCI關閉。因此，通過第N列像素之選擇VCI之導通路徑關閉，藉此V supply與感測VCI 160之間沒有連接。像素100因此不再施加訊號至讀出電路之輸入。藉由本揭露，在對於線N之閘極脈衝結束後，於感測電極120上之某些殘餘電荷可維持。藉由本揭露，選擇VCI 150可作用來避免此殘餘電荷操作感測VCI 160，而造成來自非作用列之寄生訊號。
依據相同程序，各閘極驅動通道被依序啟動來準備下一列，且測量該等列。此會驅動與該通道連接的各像素100之感測VCI 160於選擇時間內(通常為一個閘極脈衝區間)為導通態。藉由依序啟動陣列之列，讀出電路可列方向地(例如，一列一列地)掃描感測器陣列。其他像素設計、其他掃描順序及其他樣式之感測器陣列亦可應用於本揭露。例如，像素列不需依序被啟動、及/或連接至其他像素列，如從其接收重置電壓，不需為緊接之前一列。例如，像素可連接至間隔一或多個中間列之列來接收重置電壓。像素掃描可操作在奇數偶數基礎。例如，連接可在偶數列N-2與N、N與N+2、及N+2與N+4之間，以及相關的奇數列N-1與N+1、N+1與N+3等之間。
在像素陣列的邊界，即沒有N-1閘極線處，虛擬訊號(dummy signal)可被用來提供控制訊號至重置VCI 130。閘極驅動電路可提供虛擬訊號。其可由僅與在陣列邊界之列之重置VCI連接的閘極驅動通道提供，且不連接至任何感測或選擇VCI。
當導體表面足夠靠近至第N列之像素100之電容式感測電極120，指示電壓會被產生，其相依於感測電極120及參考電容110間之電壓的相對劃分。由電容式感測電極120及參考電容110所產生的指示電壓會被施加至感測VCI 160之控制端。導通路徑因此會在參考訊號供應端與讀出電路間開啟。其結果，如圖2中表示為I result之訊號會被施加至讀出電路的相關輸入端。訊號的量級會相依於導體表面的接近度。
藉由本揭露，皮膚的輪廓可包含突起、及突起間的凹部。在觸控感測期間，「突起」可比突起間的「凹部」更相對靠近於感測電極120。據此，鄰近於突起之感測電極120之電容值會高於鄰近於凹部之感測電極120之電容值。
圖2之實施例顯示導體物件位在與像素100之電容式感測電極120之二個不同距離之二個訊號(「凹部」及「突起」)。導體物件之二個不同位置產生二個不同感測電極120之電容值(例如，由於手指之真皮層提供電容之第二「板」，第一「板」係由感測電極120提供)。指示電壓被施加至像素100之感測VCI 160之控制端。因此，導體表面之二個位置會有不同之感測VCI 160之導通路徑之阻抗。
施加至讀出電路之輸入端之訊號相依於感測VCI 160之阻抗，因此對於位在與電容式感測電極120二個不同距離之導體表面為不相同的。此例示如控制端電壓訊號V gate(凹部及突起)及讀出訊號曲線I result(凹部及突起)。藉由取得感測器陣列之跨過較大區域之訊號，可取得如此種凹部及突起的「地圖」。該地圖可被使用於生物識別掃描(例如，比較取得之指紋資料與已知之指紋資料)。
本揭露之實施例基本上包含一或多個壓控阻抗(VCI)。各個VCI具有控制端，且阻抗之導通路徑可被施加至其控制端電壓所控制。VCI之示例包含如薄膜電晶體(TFT)之電晶體。值得一提的是，當被應用於感測器來做為達成VCI之手段，TFT會作用如跨導閘極，TFT之輸出電流I drain-source會相依於跨過TFT之閘極及源極之電壓V gate-source。
本揭露之介電屏蔽可包含絕緣材料之片或層，如玻璃或塑膠。本揭露之介電屏蔽之絕緣材料可基於一或多個以下性質來選擇：表面粗糙度、透明度、化學惰性、機械剛性及強度、介電常數、熱行為、表面之接觸角度及易於製作。適合之玻璃基板包含但不限於，鹼石灰、硼矽酸鹽及二氧化矽。適合之聚合物基板包含但不限於， 聚亞醯胺(PI)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)。
值得一提的是，在本揭露中，感測器裝置可被設計來匹配某些時脈。讀出電路所進行之像素100陣列之讀出可被執行在訊框(frame)基礎。各像素列可利用專屬的列時脈來依序讀出。藉此在列時脈內，該列所有相關的像素被讀出。例如，閘極驅動脈衝可被控制位在該訊框時間內，並提供足夠的時間給參考電容110之放電及/或感測VCI 160之閘極區域之充能。此讀出可類似於TFT顯示器技術。但本揭露系相關於感測器陣列之像素讀取而非TFT顯示器之像素寫入。
所有列之讀取及相關時脈，可定義感測器裝置之訊框時間。例如，25微秒(µsec)的列時脈及總共100列，會產生2.5毫秒(msec)的訊框時間，亦即25微秒 x 100。其他時脈及讀出序列亦可應用於本揭露。例如，在某些電路實施例中，在單一閘極線時脈內可能必須執行複數次的轉換。值得一提的是，本揭露之時脈會依據感測器測量的需求而不同。相同地，時脈可被控制來提供施加之第一訊號(例如，從閘極N-1閘極驅動通道至閘極N列之像素)之下降緣與施加之第二訊號(例如，從閘極N閘極驅動通道至閘極N列之像素)之上升緣間之選定的時間段。選定的時間段可大於0.1微秒，例如大於0.5微秒、大於1微秒、或大於2微秒。例如，選定的時間段可包含二個段，在各時脈週期內為一個，以使各時脈週期具有沒有施加訊號的開始段及結束段。訊號可被控制來提供訊號施加之開啟/關閉之選定的比例，藉此訊號被施加至像素至少一半時脈訊號間之時間。在某些實施例中，在時脈訊號間，可先有2微秒沒有施加訊號(以使參考電容放電及控制端電壓預充能)，接著6微秒施加訊號(用以取得測量值)，最後2微秒沒有訊號。此僅為例示性，非用以限制本發明。
值得一提的是，本揭露利用場效電晶體之處，亦可利用其他合適之元件。例如，一或多個開關元件可被提供，而不使用FET(如用於選擇VCI 150)。偏壓VCI 140可利用二極體(例如，而不是二極體形式FET)取代或二個串聯VCI(例如，TFT)。本揭露之實施例包含使用選擇VCI及重置VCI，但其非必要的。例如，感測器測量值在不具有選擇VCI 150時仍可取得，及/或感測VCI 160不需選擇VCI 150仍可被充能至下限電壓。相同地，感測VCI 160不需重置VCI 130仍可被充能至下限電壓。需注意的是，第N個通道及第N-1個通道可為相鄰的通道、或不相鄰的通道。例如，不相鄰的通道間可具有連接來提供訊號(例如，重置電壓)。
上述實施例中利用正值的V bias電壓，且感測VCI之控制端電壓維持在下限電壓或高於下限電壓，需注意的是，上述配置亦可提供為相反的電壓。亦即，感測VCI可利用負電壓來致動。例如，可利用低溫多晶矽及/或有機PMOS。在某些實施例中，感測VCI係配置為根據其控制端之負電壓，來調整其輸出至讀出通道之輸出電流，偏壓電路亦可配置為相反地操作。亦即，單向導通路徑可配置為將電流從感測VCI之控制端流向偏壓電壓，藉此維持感測VCI之控制端電壓於選定電壓或低於選定電壓。例如，偏壓電路配置為對控制端電壓維持上限電壓(而不是下限電壓)。值得一提的是，在某些實施例中，偏壓電路可配置為，若控制端電壓在上限電壓或高於上限電壓，單向導通路徑會使傳導離開控制端，來使控制端電壓回復至上限電壓。上述傳導僅會發生在控制端電壓大於上限電壓。另一方面，單向導通路徑會不導通，以維持控制端電壓在上限電壓或低於上限電壓。
需注意的是，如圖所示之上述實施例僅為示例性，其所包含之特徵可如本揭露所述及後附之申請專利範圍被概括、移除或取代。如本揭露所述之裝置或控制器之處理功能，可由電子裝置所支持之裝置來提供。需注意的是，功能不需以此方式被區分，且不必要應用於除本揭露所述及後附之申請專利範圍以外之特殊結構之硬體。
以上概述了數個實施例的部件、使得在本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以更理解本發明實施例的概念。在本發明所屬技術領域中具有通常知識者應該理解、可以使用本發明實施例作為基礎、來設計或修改其他製程和結構、以實現與在此所介紹的實施例相同的目的及/或達到相同的好處。例如，方法部分可與裝置部分結合，且關於裝置之某些元件之操作的特徵可被提供於方法中，該方法可不使用該些特殊形式之裝置。另外，各實施例之各特徵係可從與其結合之特徵分離，除非有具體描述其他特徵對於其操作為必要的。該等可分離特徵之各者當然可與該實施例的其他特徵結合，或者與其他實施例的其他特徵或特徵的組合作結合。再者，在本發明所屬技術領域中具有通常知識者也應該理解、這些等效的結構並不背離本發明的精神和範圍、並且在不背離本發明的精神和範圍的情況下、在此可以做出各種改變、取代和其他選擇。
本揭露之方法之某些特徵可應用於硬體，且裝置的一或多個功能可應用於方法步驟。需注意的是，本揭露之方法不需以描述的順序來執行，亦不需以圖式的順序來執行。據此，本揭露關於產品或裝置之描述部分亦可應用於方法，反之亦然。本揭露之方法可應用於電腦程式、或硬體或其組合。電腦程式包含軟體、中介軟體、韌體及其組合。該程式可如訊號或網路訊息來提供，或記錄於電腦可讀取媒體，如可儲存電腦程式於非暫時性形式之有形電腦可讀取媒體。硬體包含電腦、手持式裝置、可程式化處理器、一般目的之處理器、特定應用積體電路(ASIC)、現場可程式化邏輯閘陣列(FPGA)及邏輯閘極陣列。
在本發明所屬技術領域中具有通常知識者應該理解、可以使用本發明實施例作為基礎、來設計或修改其他製程和結構、以實現與在此所介紹的實施例相同的目的及/或達到相同的好處。因此、本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定為準。
100:感測器像素 101:閘極驅動通道 102:閘極驅動通道 110:參考電容 120:電容式感測電極 130:重置壓控阻抗 140:偏壓壓控阻抗 145:偏壓電壓 150:選擇壓控阻抗 155:供應電壓 160:感測壓控阻抗 165:讀出通道
在以下附圖以及說明中闡述了本說明書中所描述之主題之一或多個實施例的細節。從說明、附圖和申請專利範圍，本說明書之主題的其他特徵、態樣與優點將顯得明瞭，其中：
圖1為本發明之一實施例之像素設計的示意圖。
圖2為本發明之一實施例之感測器之操作的時序圖。
圖式中類似之元件以類似之元件符號表示。
100:感測器像素
101:閘極驅動通道
102:閘極驅動通道
110:參考電容
120:電容式感測電極
130:重置壓控阻抗
140:偏壓壓控阻抗
145:偏壓電壓
150:選擇壓控阻抗
155:供應電壓
160:感測壓控阻抗
165:讀出通道

Claims (25)

  1. 一種生物識別之皮膚接觸式感測器，其包含具有複數感測器像素之陣列，其中各該感測器像素包含： 電容式感測電極，其回應被感測之導體物件之接近來蓄積電荷； 參考電容，其連接該電容式感測電極； 感測壓控阻抗，其具有連接至該電容式感測電極及該參考電容之間的控制端，並具有由其控制端電壓所控制的阻抗，其中該感測器像素設置為，回應被施加至該感測器像素之選擇電壓，該感測壓控阻抗之該控制端電壓指示被感測之該導體物件之該接近；及 偏壓電路，其包含從偏壓電壓的連接到該感測壓控阻抗之該控制端的單向導通路徑，回應該感測壓控阻抗之該控制端電壓下降至低於下限值，使電流從該偏壓電壓流向該感測壓控阻抗之該控制端。
  2. 如請求項1所述的感測器，其更包含： 重置電路，其可選擇性地操作以提供參考電壓於該參考電容。
  3. 如請求項2所述的感測器，其中該重置電路包含： 重置壓控阻抗，其係回應施加至該重置壓控阻抗之控制端之重置訊號，來提供參考電壓於參考電容。
  4. 如請求項3所述的感測器，其中該重置壓控阻抗之導電路徑係提供該參考電容之第一板與該參考電容之第二板之間的連接。
  5. 如請求項3或4所述的感測器，其在施加該選擇電壓至該感測器像素前，施加該重置訊號至該重置壓控阻抗之該控制端。
  6. 如請求項5所述的感測器，其在施加該重置訊號至該重置壓控阻抗之該控制端後、施加該選擇電壓至該感測器像素前，等待選定的時間段。
  7. 如請求項6所述的感測器，其中該選定的時間段係被選擇來使該偏壓電路可對該感測壓控阻抗充能至該下限值。
  8. 如請求項1~7任一項所述的感測器，其中該偏壓電路具有連接至該偏壓電壓之輸入端、與可使電流從該偏壓電路流至該感測壓控阻抗之該控制端的輸出端；及 其中，該偏壓電路包含偏壓壓控阻抗，該偏壓壓控阻抗之導通路徑將該輸入端及該輸出端分離。
  9. 如請求項8所述的感測器，其中該偏壓電路之該輸出端連接在該參考電容之該第二板與該重置電路之間。
  10. 如請求項8或9所述的感測器，其中該偏壓電路之該輸入端與該偏壓壓控阻抗之控制端皆連接至該偏壓電壓。
  11. 如請求項1~10任一項所述的感測器，該感測器係控制該偏壓電壓來提供該感測器選定的靈敏度。
  12. 如請求項1~11任一項所述的感測器，該感測器係施加該選擇電壓至該參考電容之該第一板。
  13. 如請求項1~12任一項所述的感測器，其中該感測壓控阻抗之導通路徑可操作地連接供應電壓至讀出電路之輸入端。
  14. 如請求項13所述的感測器，其更包含： 選擇壓控阻抗，其具有導通路徑串聯連接在該感測壓控阻抗之該導通路徑與該供應電壓之間，以選擇性地連接該感測壓控阻抗至該供應電壓。
  15. 如請求項14所述的感測器，其中該選擇壓控阻抗之控制端接收該選擇電壓。
  16. 如請求項3~15任一項所述的感測器，其中該重置壓控阻抗之該控制端連接至另一感測器像素、或該感測器之閘極驅動通道，以接收從該處而來之該重置電壓。
  17. 如請求項1~16任一項所述的感測器，其中該偏壓電路包含場效電晶體，該場效電晶體具有連接至該偏壓電壓之短路閘極與汲極區域。
  18. 一種操作生物識別之皮膚接觸式感測器之方法，該感測器包含具有複數感測器像素之陣列，其中各感測器像素包含：(i)電容式感測電極，其回應被感測之導體物件之接近來蓄積電荷；(ii)參考電容；及(iii)感測壓控阻抗，其具有連接至該電容式感測電極與該參考電容之間的控制端，並具有由其控制端電壓所控制的阻抗，該方法包含： 重置在該參考電容之電荷量至選定值； 提供偏壓電壓與該感測器像素之間的連接，以使該感測壓控阻抗之控制端電壓位於下限值；及 在該感測壓控阻抗之該控制端電壓被設定至該下限值後，施加選擇電壓至該感測器像素，以使該感測壓控阻抗之該控制端電壓指示被感測之該導體物件之該接近。
  19. 如請求項18所述的方法，其中重置該參考電容之該電荷量更包含： 施加重置電壓至重置壓控阻抗之控制端，以提供該參考電容之第一板與第二板之間的連接，其中該重置壓控阻抗具有在該第一板與該第二板之間的導電路徑。
  20. 如請求項18或19所述的方法，其中在該參考電容之電荷量被重置至該選定值後，產生或持續產生提供該偏壓電壓與該感測器像素之間的該連接。
  21. 如請求項20所述的方法，其中在該參考電容之電荷量被重置至該選定值後、及該選擇電壓被施加至該感測器像素前，該偏壓電壓與該感測器像素之間的該連接係被提供至少一選定的時間段。
  22. 如請求項18~21任一項所述的方法，其中施加該選擇電壓至該感測器像素更包含： 施加該選擇電壓至該參考電容。
  23. 如請求項18~22任一項所述的方法，其中施加該選擇電壓至該感測器像素更包含： 控制該選擇電壓至該感測器像素之施加，以提供選擇電流至該感測壓控阻抗之導通路徑， 其中施加該選擇電壓至該感測器像素更包含： 施加該選擇電壓至選擇壓控阻抗之控制端，其中該選擇壓控阻抗之導通路徑串聯連接於供應電壓與該感測壓控阻抗之該導通路徑之間。
  24. 一種生物識別之皮膚接觸式感測器，其包含具有複數感測器像素之陣列，其中各該感測器像素包含： 電容式感測電極，其回應被感測之導體物件之接近來蓄積電荷； 參考電容，其連接該電容式感測電極； 感測壓控阻抗，其具有連接至該電容式感測電極及該參考電容之間的控制端，並具有由其控制端電壓所控制的阻抗，其中該感測器像素設置為，回應被施加至該感測器像素之選擇電壓，該感測壓控阻抗之該控制端電壓指示被感測之該導體物件之該接近；及 偏壓電路，其包含從該感測壓控阻抗之該控制端到偏壓電壓之連接的單向導通路徑，回應該感測壓控阻抗之該控制端電壓增加至大於上限值，使電流從該感測壓控阻抗之該控制端流向該偏壓電壓。
  25. 一種電腦程式產品，其包含電腦程式指令程式化處理器以執行如請求項18~23任一項之方法。
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