TWI502520B - 電容式感測陣列調變 - Google Patents

Description

電容式感測陣列調變 相關申請案的交叉引用

本申請案主張以下各專利申請案之優先權：2012年4月13日申請且題為「Capacitive Sensing Array Modulation」之美國臨時專利申請案第61/623,941號、2012年5月18日申請且題為「Inductive Boost Circuit and Fingerprint Sensing Systems」之美國臨時專利申請案第61/649,203號、2012年6月29日申請且題為「Capacitive Sensing Array Modulation」之美國臨時專利申請案第61/666,579號、2012年6月29日申請且題為「Capacitive Sensing Array」之美國臨時專利申請案第61/666,610號及2013年3月15日申請且題為「Capacitive Sensing Array Modulation」之美國實用專利申請案第13/842,635號，該等申請案中之每一者以其全文引用之方式併入本文中，仿佛其在本文中完全揭示一般。

本文中所述之實施例大體上係關於可用以支援指紋感測之電路，包括升壓電路，諸如電感式升壓電路。

以下術語為例示性的，且不意欲以任何方式限制。文字「電容式感測元件」及其變體大體上指代任何種類之一或多個資料元件，包括關於個別位置所感測之資訊。舉例而言(且不限制)，電容式感測元件可包括關於指紋影像之相對較小區域的資料或其他資訊。在閱讀本 申請案之後，熟習此項技術者將認識到，該等術語之陳述將適用於技術、方法、實體元件及系統(無論當前已知的抑或其他的)，包括其已推論出之擴展或可由熟習此項技術者在閱讀本申請案之後推論之擴展。

指紋感測技術已變得廣泛使用且常常用以提供對敏感電子裝置及/或資料之安全存取。大體而言，電容式指紋感測器可用以經由量測通過電容式感測器之每一電容式感測元件的電容來判定指紋的影像。電容愈高，鄰近或疊置手指之表面愈接近電容式感測元件。因此，與指紋谷相比較而言，指紋脊在底層電容式感測元件中提供較高電容。

電容式指紋感測器流行至少兩種品種，亦即，主動式及被動式。主動式電容式感測器常常用於電子裝置中以提供使用者之生物測定安全及識別。

主動式電容式感測器最初激勵所感測之手指的表皮。在每一電容式感測元件處量測表皮之電容。作為一實例，可藉由在用於電容式感測元件陣列之調變頻率的低電壓階段及高電壓階段期間量測電容式感測元件之電壓及/或電荷來量測或判定電容。電壓差可用以判定電容。圖1中展示主動式電容式感測器之一實例。

如圖1中所展示，主動式指紋感測器可包括感測器晶片100上之電容式感測元件陣列102與驅動環104兩者。並非直接驅動或調變電容式感測元件陣列102之電壓，而是改為藉由驅動放大器106來調變驅動環104。此又激勵手指108，且在調變驅動環104時，電容式感測元件陣列102中之每一電容式感測元件處的電壓及/或電荷變化，此係由於手指108之電壓電位隨驅動環104之調變而改變。

在此感測器中，可施加至驅動環之電壓可為有限的。通常，驅動環之峰間電壓不大於4伏特。高於此值之電壓可將手指激勵至過高 之電壓；此過度激勵可由人在其手指上感到「刺痛」或不舒適時偵測到。儘管人可感測到刺痛的確切電壓因人而異，但4伏特峰間電壓大體上被視為臨限值，超過該臨限值的感覺為顯著的。

由於驅動環之電壓受限以避免使用者感知，因此亦可限制覆疊感測器之任何介電質的厚度。感測器墊與手指之間的介電質愈厚，所得電容衰減得愈多，且指紋影像變得愈模糊。對於厚度大於約100微米之介電質，指紋影像可變得不可靠。

當使用者之手指或手或身體的其他部分可經由接地電容式地耦合至系統或在觸碰系統之其他部分時直接電容式地耦合至系統時，引起另一限制。取決於使用者如何觸碰裝置，自使用者至系統之此電容式耦合可能為高度可變的。此寄生耦合使驅動環能夠驅動至使用者之手指中的電壓衰減，且因而減少信號。取決於使用者如何觸碰裝置，衰減可能為高度可變的。

本文中所描述之實施例可採取一種電子裝置之形式，該電子裝置包括：一感測器墊，其包含一個別電容式感測元件陣列；一驅動環，其連接至該感測器墊；及一調變電路，其經調適以在由該驅動環接收之一驅動信號實質上維持在超過一電子裝置接地位準之一升壓接地時，控制由該感測器墊接收之一經調變信號。

再其他實施例可採取一種電子裝置之形式，該電子裝置包括：一電容式感測器，其包含：一感測器墊，其包含一個別電容式感測元件陣列；及一驅動環，其連接至該感測器墊；一第一調變電路，其可操作地連接至該感測器墊，其中該第一調變電路經調適以在至該驅動環之一驅動信號實質上維持在超過一電子裝置接地位準之一升壓接地時，調變至該感測器墊之一輸入信號；一電感式升壓電路，其經組態以將相對於該電子裝置接地位準之一升壓電壓提供至該感測器墊，該 升壓電壓處於比該驅動環與該電子裝置接地之間的相對電壓高的一振幅；及一外殼，其環繞該第一調變電路及該電感式升壓電路。

又其他實施例可採取一種用於操作一電容式感測器之方法的形式，其中該電容式感測器包括：一感測器墊，其包含一個別電容式感測元件陣列；及一驅動環，其連接至該感測器墊，該方法包含：在一掃描狀態期間，調變至該感測器墊之一或多個輸入信號，同時將至該驅動環之一驅動信號實質上維持在一系統接地位準；及在一閒置狀態期間，將至該感測器墊之該一或多個輸入信號實質上維持在超過該系統接地位準之一升壓接地。

再其他實施例可採取一種用於操作一電容式感測器之方法的形式，其中該電容式感測器包括：一感測器墊，其包含一個別電容式感測元件陣列；及一驅動環，其可操作地連接至該感測器墊，該方法包含：起始一掃描操作且將至該驅動環之一驅動信號轉變至一系統接地位準；當至該感測器墊之一輸入信號處於一低狀態，且至該驅動環之該驅動信號實質上維持在該系統接地位準時，自一電容式感測元件讀取一第一信號；及當至該感測器墊之該輸入信號處於一高狀態，且至該驅動環之該驅動信號實質上維持在超過該系統接地位準之一升壓接地時，自該電容式感測元件讀取一第二信號。

100‧‧‧感測器晶片

102‧‧‧電容式感測元件陣列

104‧‧‧驅動環

106‧‧‧驅動放大器

108‧‧‧手指

200‧‧‧感測器

202‧‧‧感測器墊

204‧‧‧驅動環

206‧‧‧第一驅動放大器

208‧‧‧第二驅動放大器

210‧‧‧電容器

212‧‧‧手指

300‧‧‧電子裝置

302‧‧‧按鈕

304‧‧‧顯示螢幕

306‧‧‧側壁

400‧‧‧指紋感測系統

405‧‧‧指紋感測器晶片

410‧‧‧信號提供者晶片

412‧‧‧驅動環

421‧‧‧電晶體

422‧‧‧電晶體

423‧‧‧電晶體

425‧‧‧電感器

427‧‧‧時序區塊

430‧‧‧位準轉譯器

432‧‧‧電容器

442‧‧‧二極體

443‧‧‧二極體

450‧‧‧低壓差調節器(LDO)

500‧‧‧電感式升壓電路

600‧‧‧指紋感測系統

605‧‧‧指紋感測器晶片

610‧‧‧信號提供者晶片

612‧‧‧驅動環

614‧‧‧指紋接收表面

625‧‧‧電感器

642‧‧‧二極體

643‧‧‧二極體

650‧‧‧參考GND域

652‧‧‧參考NGND域

圖1描繪樣本電容式感測陣列之方塊圖。

圖2描繪如本文中所描述之電容式感測陣列之實施例的方塊圖。

圖3描繪併有電容式感測陣列之實施例的樣本電子裝置。

圖4為根據實施例之指紋感測系統的示意圖。

圖5為根據實施例之電感式升壓電路之示意圖，以及展示電感式升壓電路之實例操作的時序圖。

圖6為根據實施例之另一指紋感測系統的示意圖。

大體而言，本文中所論述之實施例可採取電容式感測器(諸如，指紋感測器)之形式。該感測器可由電容式感測元件陣列形成；陣列中之每一電容式感測元件可記錄隨電容式耦合之電容變化之電壓。手指可電容式地耦合至感測器之個別電容式感測元件，以使得感測器可感測每一電容式感測元件與指紋的肉之間的電容。可藉由在手指與感測晶片之間的相對電壓改變時，感測電容式感測元件上之電壓的改變來偵測電容信號。或者，可藉由在手指與感測晶片之間的相對電壓改變時，感測由電容式感測元件接收之電荷的改變來偵測電容信號。手指之更遠離感測器之部分可在感測器與手指之間產生較低電容，且因此在底層電容式感測元件上產生較低信號。相比之下，手指之較接近感測器的部分可在感測器與手指之間產生較高電容，且因此在底層電容式感測元件上產生較高信號。因此，在指紋脊下的電容式感測元件可記錄較高信號，而在指紋谷下的電容式感測元件可記錄較低電容及較低信號。

指紋感測器可包括感測器墊與驅動環兩者。感測器墊與驅動環兩者可置放於介電質之下，以使得手指不會直接觸碰感測器墊或驅動環，而是改為接觸插入之介電質。在一些實例中，手指可接觸驅動環。

感測器電容式感測元件處之信號的差異可用以映射指紋。感測器之解析度可隨電容式感測元件密度、感測器墊之表面與手指之間的距離及覆蓋感測器墊之介電質的厚度而變化。大體而言，當介電質的厚度增加時，手指與感測器之間的電容變得日益衰減，且因此，信號差異亦可衰減。特定實施例可藉由在手指與感測器墊之間施加較高、變化較少之相對電壓改變從而導致感測器處之較高可偵測信號來解決此衰減，如本文中更詳細描述。

藉由驅動至感測器之較高電壓，感測器與手指之間的電容式耦合可補償介電質之厚度。藉由以此方式增加電壓，手指與感測器墊之電容式感測元件之間的電容可得以增加，藉此獲得指紋的較佳解析度及成像。在不誘發使用者之手指或手的任何生理感覺的情況下，可以較高電壓驅動感測器，諸如12伏特峰間電壓、16伏特峰間電壓或甚至更高。此可藉由將驅動環之電壓維持在系統接地電壓，同時用較高峰間電壓信號調變感測器陣列來實現。

藉由相對於系統接地來驅動至感測器之電壓，同時將驅動環之電壓維持在系統接地，使得歸因於使用者與系統接地之間的高度可變電容式耦合產生的信號衰減之問題(由於其他手指、手或身體部分接觸裝置之其他部分)最小化。

圖2描繪指紋感測器之一樣本實施例。感測器200可包括感測器墊202，其由個別電容式感測元件陣列形成。儘管展示感測器墊202，但為了清晰之目的，省略了個別電容式感測元件。如先前所提及，每一電容式感測元件可電容式地耦合至疊置彼電容式感測元件之手指212的一部分；疊置手指部分與電容式感測元件之間的距離判定兩者之間的電容，且因此判定在電容式感測元件處記錄之信號。當距離減小時，信號增加。每一電容式感測元件亦電容式地耦合至其他鄰近疊置手指部分，且當距離增加時，此導致模糊效應，該模糊效應減小在手指脊及手指谷正下方的電容式感測元件之間的總信號差異。

指紋感測器亦可包括驅動環204。驅動環204可維持在系統接地電壓，而非絕對地面或接地。

指紋感測器亦可包括第一驅動放大器206及第二驅動放大器208，如圖2中所描繪。第一驅動放大器206可用調變電壓驅動包括感測器墊202之感測器積體電路(諸如，特殊應用積體電路(ASIC))，以誘發感測器墊202與使用者手指212之間的相對電壓。第二驅動放大器 208可將電源及電流提供至感測器積體電路，以使得感測器積體電路可根據第一驅動放大器206與第二驅動放大器208之間的相對電壓差操作。第二驅動放大器208可與第一驅動放大器206同步地供應調變電壓，以使得第一放大器與第二放大器之輸出端之間的相對電壓大致恆定。第一驅動放大器及第二驅動放大器可藉由電容器210而連接，電容器210可幫助放大器206及放大器208保持第一驅動放大器輸出端與第二驅動放大器輸出端之間的相對電壓恆定。

圖3描繪電子裝置300，其可併有指紋感測器，諸如圖2中所展示之指紋感測器。電子裝置300可為行動電話、平板計算裝置、筆記型電腦、個人數位助理、桌上型電腦、攜帶型媒體播放器及其類似物。感測器墊可置放於輸入機構下方，諸如，電子裝置300之按鈕302。感測器墊或者可置放於電子裝置300之顯示螢幕304的一部分之下、裝置之罩殼的側壁306或其他部分之下，等等。本質上，電子裝置之罩殼的任何部分可容納指紋感測器。

在一些實施例中，指紋感測器晶片(包括感測器墊與驅動環兩者)可定位於按鈕302之下。墨水層及/或黏著劑可置放於按鈕之底表面與感測器晶片之頂表面之間。舉例而言，黏著劑可將晶片結合至按鈕。一或多個焊球可將指紋感測器晶片附接至撓曲導體。焊球可大體上置放於指紋感測器晶片之中心附近，以減少歸因於應力產生之裂化之可能性。

在再其他實施例中，如本文中所描述之大量指紋感測器可用於單一電子裝置中。舉例而言，指紋感測器可配置於電子裝置之防護玻璃罩或外表面之下。在一些實施例中，感測器可配置成陣列或其他有序圖案。在其他實施例中，感測器可隨機或半隨機地置放於表面之下。在再其他實施例中，感測器可置放於併有顯示器之電子裝置的顯示器堆疊內或顯示器堆疊之下，該電子裝置諸如行動電話、平板計算 裝置、電腦顯示螢幕及其類似物。在此等實施例中，該(等)感測器可經由顯示器及/或顯示器之防護玻璃罩來電容式地感測指紋。

另外，在此等實施例中，裝置罩殼或框架之一部分可用作如本文中所描述之接地環。多個感測器可共用呈此組態之接地環。舉例而言，若行動裝置可電容式地感測觸碰，則裝置可啟動在感測到觸碰之位置處、在感測到觸碰之位置下或在感測到觸碰之位置附近的指紋感測器。在一些實施例中，可僅啟動對應於觸碰位置之指紋感測器，而其他指紋感測器保持非作用中。接地環(例如，外殼之部分，諸如，側壁306)可耦合至主動式指紋感測器，以獲得指紋或部分指紋且如本文中大體上所描述般操作。

作為又一選項，一或多個指紋感測器可置放於顯示區304外部，但在電子裝置300之表面之下。舉例而言，一或多個感測器可位於電子裝置300之頦部(例如，在顯示器304下方之區域，諸如，按鈕302周圍的區)或前額部(例如，在顯示器304上方之區域)中。

在一些實施例中，撓曲電路可自輸入機構層疊延伸且將感測器晶片連接至信號提供者晶片，該信號提供者晶片可促進調變指紋感測器晶片之電壓及/或操作頻率。在一些實例中，信號提供者晶片及指紋感測器晶片可作為單一晶片提供或散佈於不同數目個晶片當中。亦可使用外部組件。作為一實例，ASIC可用作信號提供者晶片。ASIC亦可將資料傳達至電子裝置之處理器及自電子裝置之處理器傳達資料。

圖4為根據實施例之指紋感測系統的示意圖。指紋感測系統400包括指紋感測器晶片405及信號提供者晶片410。亦展示驅動環412。在操作期間，可使用較高電壓(例如，16V峰間電壓)來調變由指紋感測器晶片提供之感測器，而驅動環412可保持在系統接地電壓。系統接地電壓可由信號提供者晶片410來提供且在圖4中經展示為NRING。 16V峰間電壓信號可由信號提供者晶片410來提供且在圖4中經展示為NGND。

現將論述圖4中所展示之指紋感測系統的一般操作。應注意，在替代實施例中，可省略、另外添加或既省略又另外添加圖4中所展示之特定組件。在其他實施例中，如在外部組件、指紋感測器晶片與信號提供者晶片之間的組件之散佈亦可不同。在概念上，感測器墊(圖4中未展示)可整合至或耦合至指紋感測器晶片405。電容式感測元件陣列可電容式地耦合至使用者之手的手指。

電容式感測元件陣列可以多種頻率來調變。電容式感測元件陣列可量測在高電壓期間及再次在低電壓期間的所有電容式感測元件之電壓。亦即，供應至電容式感測元件陣列之電壓及/或感測器晶片接地電壓可大體上類似方波，但在替代實施例中，電壓可呈其他波形。調變器(在圖4中標記為「調變器區塊」)可根據時脈信號(圖4中之NDRV)控制電容式感測元件陣列及/或感測器晶片接地電壓之調變或振盪。如在調變循環之高部分及低部分期間量測的電容式電感元件電壓及/或電荷之間的差異准許晶片判定每一電容式感測元件與手指之疊置部分之間的電容，且因此判定電容。根據每一電容式感測元件之電容，可感測、量測及重建構指紋，如熟習此項技術者所已知且大體在上文所論述般。

信號提供者晶片410可將經調變高電壓信號(例如，16V峰間電壓信號)提供至指紋感測器晶片405，以用於調變感測器。雖然此處將16V用作實例，但在其他實例中，可使用不同電壓，包括在一些實例中大於4V之電壓、在一些實例中大於6V之電壓、在一些實例中大於8V之電壓、在一些實例中大於10V之電壓、在一些實例中大於12V之電壓、在一些實例中大於14V之電壓，及在一些實例中大於16V之電壓。信號提供者晶片410可進一步將接地電壓(在圖4中經展示為 NRING)提供至驅動環412。在其他實例中，可使用用於NRING之其他電壓，包括4V、小於4V、小於2V或負電壓。在一些實例中，驅動環412可保持在一電壓，該電壓不會被觸碰驅動環412之使用者感覺到但與提供至感測器之電壓(例如，NGND)具有足夠量值差異，以提供用於指紋感測之合適信雜比。在一實例中，量值差異為16V，其中提供之感測器電壓為16V，且驅動環保持在接地電壓。

現將描述用以形成電感式升壓電路以提供NGND信號(其可為(例如)16V)之指紋感測系統400之實例組件。將參考電晶體421、電晶體422及電晶體423、電感器425、時序區塊427、二極體442、二極體443及位準轉譯器430。時脈信號(例如，圖4之NDRV)可由時序區塊427接收。在一些實例中，可在由時序區塊427接收之前將時脈信號提供至位準轉譯器430。在一些實例中，位準轉譯器430可起作用以改變時脈信號之量值，其中(例如)時序區塊可在不同於指紋感測器晶片405之供應電力域中操作。時序區塊427可將時脈信號(例如，NDRV)之各別版本輸出至電晶體421、電晶體422及電晶體423之閘極。當由時序區塊427施加時脈信號時，可將時脈信號之各別版本延遲達變化之量。舉例而言，時序區塊可包括一或多個延遲電路，其經組態以延遲時脈信號(例如，NDRV)，此後將經延遲之信號提供至電晶體421、電晶體422及/或電晶體423。

電晶體423可用作通過電晶體。舉例而言，當將時脈信號(例如，NDRV)提供至時序區塊427時，可接通電晶體423。因此，由時序區塊提供至電晶體423之閘極的信號可指示時脈信號(例如，NDRV)之存在或不存在。以此方式，電晶體423可在指紋感測器晶片405在作用中時接通，且可在指紋感測器晶片405在非作用中時斷開。由時序區塊427提供至電晶體423之閘極的信號可經由可選閘極驅動電路來提供，如所展示。當電晶體423接通時，可將供應電壓(例如，在一些實例中為 1.8V)提供至電感器425，以允許電感器425儲存能量。電感器可將電容器432充電至升壓電壓，例如，大於電源供應電壓之電壓。在一些實例中，電感器提供16V之升壓電壓。在一些實施例中，電容器432可實施為系統之實體組件，在一些實施例中，電容器432可實施為指紋感測器405對環境及系統接地之寄生電容，且在一些實施例中，可使用此等情形之組合。

電晶體421可起作用以在指紋感測器晶片405期望之頻率(諸如，在一些實例中為2MHz)下切斷由電感器425提供之電壓。在一些實例中，電晶體421可在與時脈信號(例如，NDRV)相同之頻率下切斷電壓。當電晶體421斷開時，電壓NGND可為由電感器425產生之升壓電源供應電壓，例如16V。當電晶體421接通時，在電感器425中流動之電流可找到至接地的路徑，且電壓NGND可轉變至接地。因此，電晶體421可在特定頻率下切換，以達成成形16V峰間電壓波形。亦可使用其他峰值電壓。在一些實例中，切換頻率與時脈信號(例如，NDRV)之頻率相同。因此，時序區塊427可將時脈信號(例如，NDRV)延遲達特定量，且將經延遲之時脈信號(例如，經延遲之NDRV)提供至電晶體421之閘極。延遲量可能與所要NGND電壓有關。在一實例中，當使用2MHz時脈時，延遲為25ns。以此方式，在標記為NGND之節點處提供之NGND信號可為2MHz之頻率的升壓(例如，16V)方波信號。可使用其他頻率及電壓。

在一些實例中，將電感器425直接耦合至提供NGND之節點可能為不利的。舉例而言，可接著將電感器425耦合至寄生電容(在圖4中經展示為C_para 432)。寄生電容可表示(例如)指紋感測器晶片405與接地之間的電容，且可包括通過觸碰指紋感測器之使用者身體的電容。當電感器425耦合至寄生電容432時，可能發生升壓電壓(例如，NGND)信號之振盪。為了最小化或移除振盪，可提供電晶體422。當 接通電晶體422時，電晶體422可有利地使來自電感器425之電流分流以抑制另外可能發生之振盪。因此，時序區塊427可將時脈信號(例如，NDRV)之版本(該版本可為經延遲之版本)提供至電晶體422之閘極。可由時序區塊427將時脈信號(例如，NDRV)延遲達足夠量，以使得當電晶體422接通時，電壓NGND已達到目標電壓(例如，16V)。

以此方式，電感式升壓電路可用以在圖4中標記為NGND之節點處(在二極體443之後)提供升壓電壓(例如，16V)。可將升壓電壓提供至指紋感測器晶片405以用於調變感測器。升壓電壓自身可作為具有一頻率之經調變信號提供，該頻率可與系統時脈信號(例如，NDRV)之頻率相同。

低壓差調節器(LDO)450可將恆定供應電壓提供至指紋感測器晶片(例如，1.8V)。將此電壓分別提供至可處於系統接地電壓或升壓電壓之節點NGND。

標記為SCLK、MOSI、MISO及INT之四個通信線路大體上准許將資料傳送至指紋感測器晶片及自指紋感測器晶片傳送資料。可經由位準轉譯器430提供信號。在指紋感測器晶片405中，通信線路參考不同於系統接地之感測器接地NGND。位準轉譯器可允許在參考NGND指紋感測器晶片與參考系統接地(GND)裝置處理器之間發生通信。通信可與調變信號NDRV同步或非同步發生。在通信期間，節點NGND可處於系統接地電壓或升壓電壓。

SCLK為串列通信時脈，且可用於時序操作。

MISO線路可用於資料自從屬裝置至主控裝置的主控/從屬傳輸。在本發明實施例中，指紋感測器晶片可為從屬裝置，而與併有感測器之電子裝置相關聯之處理器可為主控裝置。同樣地，MOSI線路可用於將資料自主控裝置(例如，裝置處理器)發送至從屬裝置(例如，指紋感測器晶片)。

INT線路可用於中斷。指紋感測器晶片可使用INT線路向裝置處理器提供一信號，該信號指示指紋感測器晶片已完成任務或指紋感測器晶片具有準備傳送之一些指紋資料。

在閒置狀態期間，指紋感測器晶片405可在相對較低功率狀態下操作。當晶片偵測到定位於電容式感測元件陣列上方之手指時，其可起始掃描操作。作為一實例，晶片可藉由量測陣列中之一或多個電容式感測元件相對於其接地之電容改變來偵測附近手指。此可使得晶片開始掃描操作。掃描操作大體上可包括：在陣列或感測器晶片接地之低電壓狀態期間，讀取電容式感測元件中之一或多者之電壓或電荷；將陣列或感測器晶片接地驅動至高電壓；及再次讀取電容式感測元件中之一或多者之電壓或電荷。掃描操作或者可包括：在陣列或感測器晶片接地之高電壓狀態期間，讀取電容式感測元件中之一或多者之電壓或電荷；將電容式感測元件陣列或感測器晶片接地驅動至低電壓；及再次讀取電容式感測元件中之一或多者之電壓或電荷。可由調變器在低電壓狀態與高電壓狀態之間的相對較高頻率下調變電容式感測元件。在一些實施例中，晶片可在2兆赫頻率下操作，但其他實施例可使用更高或更低頻率。

應瞭解，可能不用電容式感測元件陣列來調變驅動環。實情為，驅動環之電位可保持恆定處於系統接地或非常接近系統接地。此可幫助防止或減少對手指之激勵及/或調變，此又准許使用較高電壓驅動電容式感測元件陣列。

另外，在指紋感測器併入至手持式裝置(諸如，圖3之行動裝置)中之實施例中，使用者之手之其他手指可接觸罩殼之金屬部分或其他導電部分。罩殼大體上亦處於系統接地，因此，罩殼上之導電元件與使用者之手之間的接觸促進將所感測之手指的電壓驅動或維持至系統接地。「所感測之手指」為覆疊感測器墊之手指，或藉由指紋感測器 成像之手指。將所感測之手指維持在系統接地或接近系統接地可提高指紋影像之解析度，且輔助防止手指之調變。

圖5為根據實施例之電感式升壓電路之示意圖，以及展示電感式升壓電路之實例操作的時序圖。電感式升壓電路500同樣用於圖4之指紋感測系統400中，且相似組件用相似參考數字來標記，為了簡潔起見，在此不重複其細節。為了更清晰起見，將參考圖5中所展示之時序圖描述電感式升壓電路500之操作。如上文所論述，電晶體423可充當通過電晶體，無論何時存在作用中時脈信號(例如，NDRV)，其均可接通。因此，為了圖5之論述的目的，在參考圖5描述之操作期間，假定電晶體423接通。類似地，僅在指紋掃描之後，在電晶體423斷開時，可使用二極體442。因此，在參考圖5描述之操作期間，假定二極體442斷開。

在時間t₀ ，電晶體421可斷開(例如，與圖5之電晶體421有關之跡線中所展示的閘極電壓可轉變為低，從而斷開電晶體421)。當電晶體421斷開時，電感器電流I_L 隨著節點NGND處之電壓開始上升至升壓電壓(例如，16V)而降低，如標記為I_L 及NGND之時序圖跡線中所展示。如所展示，NGND之電壓可在時間t₁ 達到峰值，其中t₁ 可表示t₀ 之後的電感器電壓累積形成時間。在時間t₁ ，接著，二極體443可斷開，從而不允許電流流經二極體443至電容器432，且因此維持NGND上之電壓。

在時間t₂ ，電晶體422可接通(例如，與圖5之電晶體422有關之跡線中所展示的閘極電壓可轉變為高，從而接通電晶體422)。此可允許經由電晶體422進行抑制以防止或減少NGND中之振盪。在時間t₃ ，電晶體421可接通(例如，與圖5之電晶體421有關之跡線中所展示的閘極電壓可轉變為高，從而接通電晶體421)。當電晶體421接通時，電壓NGND可在電容器432經由電晶體421放電時返回至接地。因此， NGND信號自時間t₃ 開始後降至接地。

在時間t₄ ，電晶體422斷開(例如，與圖5之電晶體422有關之跡線中所展示的閘極電壓可轉變為低，從而斷開電晶體422)。因此可接通二極體443，從而允許電流流動，但由於電晶體421保持接通，因此電流無法對節點NGND充電，直至電晶體421再次斷開為止。

圖6為根據實施例之另一指紋感測系統的示意圖。指紋感測系統600包括指紋感測器晶片605及信號提供者晶片610，其分別可使用圖4之指紋感測器晶片405及信號提供者晶片410來實施。亦展示驅動環612及指紋接收表面614。展示外部組件電感器625及二極體642與二極體643，其可由信號提供者晶片610用於在指紋掃描期間提供升壓電壓(例如，NGND)。電感器625及二極體642與二極體643可使用圖4之電感器425及二極體442與二極體443來實施，且例如，信號提供者晶片可包括圖5之電感式升壓電路500之剩餘組件。在圖6中，注意可用於各別晶片中之每一者且由信號提供者晶片610中之升壓電路的操作產生的電力域。

舉例而言，展示參考GND域650及參考NGND域652兩個域。在參考GND域中，操作可使用系統接地(GND)發生。在參考NGND域中，操作可使用升壓接地(NGND)發生。可僅在特定時間使升壓接地信號(例如，NGND)升壓，諸如，在掃描期間。此外，如上文所描述，可調變升壓接地信號(例如，NGND)，以使得其具有一頻率，該頻率可等於由系統使用之時脈信號(例如，NDRV)的頻率。藉由升高由指紋感測器晶片605使用之接地電位，可在不影響或最小地影響使用者體驗(例如，不會誘發手指之刺痛，此係由於未將升壓電壓提供至驅動環612，且因此未提供至使用者之手指)的情況下，改良指紋掃描之信雜比。此外，指紋接收表面614可由絕緣材料製成，從而防止手指接觸感測器晶片605且受到升壓電壓影響。因此，指紋感測器晶片605之 輸入可再次參考NGND，而非參考系統接地。

儘管本文中已關於操作之特定組態及序列描述實施例，但應理解，替代實施例可添加、省略或改變元件、操作及其類似物。因此，本文中所揭示之實施例意欲為實例，且並非限制。

200‧‧‧感測器

202‧‧‧感測器墊

204‧‧‧驅動環

206‧‧‧第一驅動放大器

208‧‧‧第二驅動放大器

210‧‧‧電容器

Claims (20)

1. 一種電子裝置，其包含：一感測器墊，其包含一個別電容式感測元件陣列；一驅動環，其鄰近且至少部分地環繞該感測器墊，其中該驅動環相對於該感測器墊係處於一升高之位置，使得該驅動環而非該感測器墊經組態以用於被一外部物件直接接觸；及一調變電路，其經調適以在由該驅動環接收之一驅動信號實質上維持在超過電子裝置接地位準之一升壓接地時，控制由該感測器墊接收之一經調變信號。
2. 如請求項1之電子裝置，其中由該感測器墊接收之該經調變信號包含一或多個接地信號。
3. 如請求項1之電子裝置，其中由該感測器墊接收之該經調變信號包含一或多個驅動信號。
4. 一種電子裝置，其包含：一電容式感測器，其包含：一感測器墊，其包含一個別電容式感測元件陣列；及一驅動環，其鄰近且環繞該感測器墊，其中該驅動環相對於該感測器墊係處於一升高的位置，使得該驅動環而非該感測器墊經組態以用於被一外部物件直接接觸；一第一調變電路，其可操作地連接至該感測器墊，其中該第一調變電路經調適以在至該驅動環之一驅動信號實質上維持在超過電子裝置接地位準之一升壓接地時，調變至該感測器墊之一輸入信號；一電感式升壓電路，其經組態以將相對於該電子裝置接地位 準之一升壓電壓提供至該感測器墊，該升壓電壓處於比該驅動環與該電子裝置接地之間的一相對電壓高的一振幅；及一外殼，其環繞該第一調變電路及該電感式升壓電路。
5. 如請求項4之電子裝置，其中該電容式感測器進一步包括一第二調變電路，其可操作地連接至該第一調變電路，其中該第二調變電路控制至該感測器墊之該輸入信號的該調變或一振盪。
6. 如請求項4之電子裝置，其中至該感測器墊之該輸入信號包含一或多個接地信號。
7. 如請求項4之電子裝置，其中至該感測器墊之該輸入信號包含一或多個驅動信號。
8. 如請求項4之電子裝置，其進一步包含一按鈕，該按鈕可操作地連接至該外殼；其中該感測器墊位於該電子裝置之該按鈕之下。
9. 如請求項8之電子裝置，其中該驅動環位於該按鈕之下。
10. 如請求項4之電子裝置，其進一步包含界定於該外殼中的一顯示表面；其中該感測器墊位於該顯示表面之下。
11. 如請求項4之電子裝置，其中：該感測器墊為複數個感測器墊中之一者；且該複數個感測器墊中之每一者位於一顯示表面之下。
12. 如請求項4之電子裝置，其進一步包含：一顯示器，其附接至該外殼；一非顯示區，其鄰近一顯示表面且鄰近該外殼之一側壁；其中該感測器墊位於該非顯示區之下。
13. 一種用於操作一電容式感測器之方法，其中該電容式感測器包括一感測器墊，其包含一個別電容式感測元件陣列；及一驅動環，其鄰近且環繞該感測器墊且相對於該感測器墊係處於一升 高的位置，該方法包含：在一掃描狀態期間且當該驅動環而非該感測器墊被一外部物件直接接觸時，調變至該感測器墊之一或多個輸入信號，同時將至該驅動環之一驅動信號維持在一系統接地位準；及在一閒置狀態期間，將至該感測器墊之該一或多個輸入信號維持在超過該系統接地位準之一升壓接地。
14. 如請求項13之方法，其進一步包含在該閒置狀態期間，調變至該驅動環之該驅動信號。
15. 一種用於操作一電容式感測器之方法，其中該電容式感測器包括一感測器墊，其包含一個別電容式感測元件陣列；及一驅動環，其環繞該感測器墊且相對於該感測器墊而升高，該方法包含：當一外部物件直接接觸該驅動環而非該感測器墊時，起始一掃描操作且將至該驅動環之一驅動信號轉變至一系統接地位準；當至該感測器墊之一輸入信號處於一低狀態且至該驅動環之該驅動信號實質上維持在該系統接地位準時，自一電容式感測元件讀取一第一信號；及當至該感測器墊之該輸入信號處於一高狀態且至該驅動環之該驅動信號實質上維持在超過該系統接地位準之一升壓接地時，自該電容式感測元件讀取一第二信號。
16. 如請求項15之方法，其進一步包含：結束該掃描操作；及將至該感測器墊之該輸入信號轉變至該低狀態。
17. 如請求項16之方法，其進一步包含當未執行一掃描操作時，調變至該驅動環之該驅動信號。
18. 如請求項16之方法，其中該輸入信號包含一接地信號，且該低狀態包含該系統接地位準。
19. 如請求項16之方法，其中該感測器墊與該驅動環兩者位於一表面之下，從而防止一使用者觸碰該感測器墊或該驅動環。
20. 如請求項19之方法，其中該表面為一行動裝置之一按鈕。