TWI552016B - 具專用獨立電源指紋辨識電路之電子裝置 - Google Patents

Description

具專用獨立電源指紋辨識電路之電子裝置

本發明係關於指紋辨識之技術領域，尤指一種具專用獨立電源指紋辨識電路之電子裝置。

由於電子商務之興起，遠端支付之發展一日千里，故而生物辨識之需求急速膨脹。而生物辨識技術又可區分為指紋辨識技術、虹膜辨識技術、DNA辨識技術等。考量效率、安全、與非侵入性等要求，指紋辨識已成為生物辨識之首選技術。

紋辨識技術可分為光學式、熱感應式與電容式。其中又以電容式技術在成本、省電、可靠、防偽等綜合考量中脫穎而出。

習知之電容式指紋辨識技術又可分為滑動式、全指按壓式等形式。其中，以全指按壓式在辨識度、效率及方便性中勝出。然而由於感應訊號極其微小與周遭雜訊繁雜巨大等因素，全指按壓式之指紋辨識技術通常只能將感應電極與感應電路等一併做在一個積體電路晶片 上，且以小於100微米厚度之藍寶石膜加以保護。如此材料成本與封裝製程成本居高不下，且產品壽命與耐受性堪慮。因此業界莫不至力於提高感測靈敏度與訊號雜訊比，期盼能將指紋辨識感應裝置整合到保護玻璃底下，甚至整合到顯示面板之中，以降低成本並增進產品之壽命與耐受性。

圖1A係一習知電容式之指紋訊號感測之示意圖。如圖1A所示，其係在一基板10上設置有複數個感應電極11，以進行電容(capacitance)之感應。經由走線12以將該複數個感應電極11感應到的電氣訊號輸出，俾獲得一指紋影像。圖1A的單層電極結構可實現指紋辨識技術。於使用時，圖1A的單層電極結構可與一顯示面板整合。然而單層結構之指紋感測器整合入顯示面板內時，該單層透明電極結構會與顯示面板的一共通電壓層(Vcom)之間形成顯著電容，且容易引起雜訊，而降低了偵測到的指紋感應訊號之準確度，因此，指紋辨識電路，為一對雜訊極為敏感之電路，故在設計上需儘量避免雜訊之干擾。

圖1B說明指紋辨識電路受到雜訊干擾之示意圖，如圖所示，例如智慧型手機之電子裝置中之指紋辨識電路晶片13係以走線14連接感應電極15，據以感應手指接觸所產生之類比訊號，而電子裝置中另有微處理器16以連接線17連接至其他之電路晶片18或是該指紋辨識電路晶片13，據以傳輸數位訊號來提供電子裝置之功能。而由於電子裝置之小型化趨勢，該等走線14及連接線17極可能非常 接近，且由於電子裝置中的指紋辨識電路晶片13、微處理器16及其他之電路晶片18皆係由單一電池電源所供電，此將導致走線14中之類比訊號極易受到連接線17中之控制訊號所干擾，進而造成指紋辨識之錯誤。因此，習知的電子裝置之指紋辨識電路設計實仍有予以改善的空間。

本發明之目的主要係在提供一具專用獨立電源指紋辨識電路之電子裝置，當進行指紋感應操作時，可降低指紋辨識電路上的雜訊，而提高指紋辨識電路的準確度。

為達成上述之目的，本發明提出一種具專用獨立電源指紋辨識電路之電子裝置，包括一功能電路、複數個指紋感應電極、及一指紋感應控制電路。該功能電路係由一第一電源供電，複數個指紋感應電極用以感應一手指之接觸。該指紋感應控制電路係由一不同於該第一電源之第二電源供電，該指紋感應控制電路連接至該複數個指紋感應電極，以驅動該複數個指紋感應電極，俾感應該手指之指紋影像，其中，當進行指紋感應操作時，該第一電源及該第二電源之間無直接之電流迴路或經由一高阻抗形成直接電流迴路。

10‧‧‧基板

11‧‧‧感應電極

12‧‧‧走線

13‧‧‧指紋辨識電路晶片

14‧‧‧走線

15‧‧‧感應電極

16‧‧‧微處理器

17‧‧‧連接線

18‧‧‧電路晶片

200,400,500,600,700,800,900‧‧‧電子裝置

210‧‧‧功能電路

220‧‧‧指紋感應電極

230‧‧‧指紋感應控制電路

240‧‧‧開關裝置

241‧‧‧開關元件

242‧‧‧高阻抗元件

211‧‧‧第一電源供電

231‧‧‧第二電源供電

233‧‧‧指紋偵測電路

410‧‧‧光耦合電路

510‧‧‧電源充電迴路開關

2311‧‧‧可充電電容

710‧‧‧資料傳輸開關

910‧‧‧差動放大器

920‧‧‧第一阻抗

930‧‧‧第二阻抗

940‧‧‧第一電容

950‧‧‧訊號源

圖1A係一習知電容式之指紋訊號感測之示意圖。

圖1B說明指紋辨識電路受到雜訊干擾之示意圖。

圖2係本發明一種具專用獨立電源指紋辨識電路之電子裝置之一實施例的示意圖。

圖3A係本發明具專用獨立電源指紋辨識電路之電子裝置的原理之示意圖。

圖3B係本發明具專用獨立電源指紋辨識電路之電子裝置的原理之另一示意圖。

圖3C係本發明具專用獨立電源指紋辨識電路之電子裝置的原理之又一示意圖。

圖4係本發明一種具專用獨立電源指紋辨識電路之電子裝置之另一實施例的示意圖。

圖5係本發明一種具專用獨立電源指紋辨識電路之電子裝置之另一實施例的示意圖。

圖6係本發明一種具專用獨立電源指紋辨識電路之電子裝置之另一實施例的示意圖。

圖7係本發明一種具專用獨立電源指紋辨識電路之電子裝置之另一實施例的示意圖。

圖8係本發明一種具專用獨立電源指紋辨識電路之電子裝置之另一實施例的示意圖。

圖9係本發明一種具專用獨立電源指紋辨識電路之電子裝置之另一實施例的示意圖。

圖2係本發明一種具專用獨立電源指紋辨識電路之電子裝置200之一實施例的示意圖。如圖2所示，該具專用獨立電源指紋辨識電路之電子裝置200包括有一功能電路210、複數個指紋感應電220、一指紋感應控制電路230、及一開關裝置240，其中，該開關裝置240係為一可切換兩端導通與否之開關元件241，或是包括該開關元件241及跨接於其兩端之一高阻抗元件242，於本實施例中，該開關裝置240係包括有該開關元件241及跨接於其兩端之高阻抗元件242。

該功能電路210係為提供電子裝置200之特定功能的電路，該功能電路210由一第一電源211供電。該功能電路210及第一電源211的接地端為一第一接地(Gdisp)。該功能電路210可為一顯示控制電路，其連接至一顯示單元(圖未示)以控制顯示單元進行影像之顯示。在其它實施例中，該功能電路210亦可為一個人身份辨識系統、一個人電腦、一穿戴式電子裝置電路、一門禁管制系統、一電子支付系統、一車輛控制系統、一導航系統、一交通管控電路、一遊戲機控制電路或一設備之啟動使能控制電路。

複數個指紋感應電極220係用以感應一手指之接觸。於圖2中僅繪示一個指紋感應電極220。於實際應用中，係有複數個指紋感應電極220，於一基板(圖未示)上分別依據水平方向及垂直方向設置。

該指紋感應控制電路230係由一不同於該第一 電源211之第二電源231供電，該指紋感應控制電路230及該第二電源231的接地端為一第二接地(Gtouch)。該指紋感應控制電路230連接至該複數個指紋感應電極220，以驅動該複數個指紋感應電極220，俾感應該手指之接觸。其中，當進行指紋感應操作時，該第一電源211及該第二電源231之間無直接之電流迴路，或經由一高組抗元件形成直接電流迴路。

該指紋感應控制電路230更包含一指紋偵測電路233，用以偵測該複數個指紋感應電極220的每一個指紋感應電極220上的指紋感應訊號。

該開關裝置240係連接於該第一電源211的接地端及該第二電源231的接地端之間，用以控制該第一電源211的接地端及該第二電源231的接地端之斷開或連接。亦即當進行指紋感應操作時，該第一電源211及該第二電源231之間係呈斷開而無共同之電流迴路。當非進行指紋感應操作時，該第一電源211及該第二電源231之間係呈連接而有共同之電流迴路。

該開關裝置240至少包含一開關元件241，其為電晶體開關元件。該開關裝置或者更包含一高阻抗元件242，該高阻抗元件242係跨接於該開關元件241，以防止該功能電路210與該指紋感應控制電路230之間形成靜電位差。該高阻抗元件242可為100KΩ以上的電阻。該開關元件241之閉合或斷開係由該功能電路210控制。在其它實施 例中該開關元件241之閉合或斷開可由指紋感應控制電路230所控制。

圖3A係本發明具專用獨立電源指紋辨識電路之電子裝置200的原理之示意。其中左側電流迴路電路之A點與右側電流迴路電路之B點係電氣連接在一起，亦即兩不共地且不共電源之電路之間僅有一共點(A/B)；即A點可視同為B點；如圖3A所示，該A點相對於第二接地(Gtouch)的電壓為(9V*R2)/(R1+R2)，該B點相對於第一接地(Gdisp)的電壓為(5V*R4)/(R3+R4)。亦即右側電路之電源5V對左側電路並無影響，同時左側電路之電源9V對右側電路亦無影響。

圖3B係本發明具專用獨立電源指紋辨識電路之電子裝置200的原理之另一示意圖。如圖3B所示，左右兩側不共地之電路僅有一點相連接(C點即D點)，左側電路包含有一交流訊號源Vt，其係一三角波訊號；右側電路包含有另一交流訊號源Vd，其係一正弦波訊號；由於左右兩電路之間並無共同電流迴路，故示波器A相對於第二接地點(Gt)在C點所量測到的為一三角波訊號，其振幅為(Vt*Z2)/(Z1+Z2)，其中並無右側正弦波訊號源的成份。同樣的示波器B相對於第一接地點(Gd)在D點所量測到的為一正弦波訊號，其振幅為(Vd*Z4)/(Z3+Z4)，其中並無左側三角波訊號源的成份。亦即左右兩側電路中的交流訊號彼此不會互相影響。

圖3C係本發明具專用獨立電源指紋辨識電路 之電子裝置200的原理之又一示意圖。如圖3C所示左右兩側電路不共地，無共同電流迴路且無任何連接點。Ct為左側電路的E點與右側電路的F點之間的雜散電容，Ctdg為左側電路之地點(第二接地點)與右側電路之地點(第一接地點)之間的雜散電容。左側電路包含有一交流訊號源Vt，其係一三角波訊號；右側電路包含有一交流訊號源Vd，其係一正弦波訊號；當Ctdg極小時，其阻抗幾近無限大，故示波器A相對於第二接地(Gt)在E點所量測到的為一三角波訊號，其振幅為(Vt*Z2)/(Z1+Z2)，其中並無右側正弦波訊號源的成份；同樣的示波器B相對於第一接地點(Gd)在F點所量測到的為一正弦波訊號，其振幅為(Vd*Z4)/(Z3+Z4)，其中並無左側三角波訊號的成份。亦即左右兩側電路中的交流訊號彼此不會互相影響。

在圖3B與圖3C中，左右兩側之交流訊號源Vt與Vd可代表無共同電流迴路的兩個電路各別之作動訊號以及疊加在雙方電源上的雜訊，其可能為各種頻率與各式波形訊號之組合，圖例中的三角波與正弦波只是為方便描述說明，並非以此為限。

由圖3A、圖3B與圖3C可知，當進行指紋感應操作時，由於該第一電源211及該第二電源231之間無共同之電流迴路，因此該功能電路210上的訊號或雜訊不會對該指紋感應控制電路230造成影響，因此可降低指紋辨識電路230上的雜訊，進而提高該指紋感應控制電路230指紋感 應操作時的靈敏性與準確度。

圖4係本發明一種具專用獨立電源指紋辨識電路之電子裝置400之另一實施例的示意圖。其與圖2主要差別在於移除該至少一個開關元件241及該高阻抗元件242，並新增至少一個光耦合電路410，該至少一個光耦合電路410係位於該功能電路210及該指紋感應控制電路230之間，用以於其間傳輸訊號。

圖5係本發明一種具專用獨立電源指紋辨識電路之電子裝置500之另一實施例的示意圖。其與圖2主要差別在於新增一電源充電迴路開關510，該電源充電迴路開關510係位於該第一電源211及該第二電源231之間，其中，當非進行指紋感應操作時，該電源充電迴路開關510呈接合，俾讓該第一電源211對該第二電源231的一可充電電容2311進行充電。在本實施例中該等開關元件之閉合與斷開係由該功能電路210所控制。在其它實施例中，該等開關元件之閉合與斷開可由該指紋感應控制電路230控制。

圖6係本發明一種具專用獨立電源指紋辨識電路之電子裝置600之另一實施例的示意圖。其與圖5主要差別在於新增至少一個光耦合電路410，該至少一個光耦合電路410係位於該功能電路210及該指紋感應控制電路230之間，用以於其間傳輸訊號。

圖7係本發明一種具專用獨立電源指紋辨識電 路之電子裝置700之另一實施例的示意圖。其與圖2主要差別在於新增至少一資料傳輸開關710，該至少一資料傳輸開關710係位於該指紋感應控制電路230及該功能電路210之間，其中，當非進行指紋感應操作時，該至少一資料傳輸開關710呈接合，俾讓該指紋感應控制電路230及該功能電路210進行資料傳輸。在本實施例中，該等開關元件係由該功能電路210所控制。在其它可能實施例中，該等開關元件之開合可由該指紋感應控制電路230所控制。

圖8係本發明一種具專用獨立電源指紋辨識電路之電子裝置800之另一實施例的示意圖。其與圖6主要差別在於移除該至少一個光耦合電路410，並新增至少一資料傳輸開關710，該至少一資料傳輸開關710係位於該指紋感應控制電路230及該功能電路210之間，其中，當非進行指紋感應操作時，該至少一資料傳輸開關710呈接合，俾讓該指紋感應控制電路230及該功能電路210進行資料傳輸。在本實施例中，該等開關元件之開合係由功能電路210所控制。在其它可能實施例中，該等開關元件之開合可由指紋感應控制電路230所控制。

圖9係本發明一種具專用獨立電源指紋辨識電路之電子裝置900之另一實施例的示意圖。其揭露圖8中該指紋偵測電路233的詳細電路圖。如圖9所示，該指紋偵測電路233包含一差動放大器910、一第一阻抗920、一第二阻抗930、一第一電容940、及一訊號源950。圖9中自電容 偵測電路的技術為已知，例如可參考本案發明人之專利申請案公開號201232375(對應美國專利公告號US 8,704,539 B2)。

由前述說明可知，本發明當進行指紋感應操作時，由於該第一電源211及該第二電源231之間無共同之電流迴路，因此該功能電路210上的訊號或雜訊不會對該指紋感應控制電路230造成影響，因此可降低指紋辨識電路230上的雜訊，進而可提高該指紋感應控制電路230指紋感應操作時的準確度。

上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。

200‧‧‧電子裝置

210‧‧‧功能電路

220‧‧‧指紋感應電極

230‧‧‧指紋感應控制電路

241‧‧‧開關元件

242‧‧‧高阻抗元件

211‧‧‧第一電源

231‧‧‧第二電源

240‧‧‧開關裝置

233‧‧‧指紋偵測電路

Claims (15)

1. 一種具專用獨立電源指紋辨識電路之電子裝置，包括：一功能電路，係由一第一電源供電；複數個指紋感應電極，以感應一手指之接觸；以及一指紋感應控制電路，係由一不同於該第一電源之第二電源供電，該指紋感應控制電路連接至該複數個指紋感應電極，以驅動該複數個指紋感應電極，俾感應該手指之指紋影像，其中，當進行指紋感應操作時，該第一電源及該第二電源之間無共同之電流迴路。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具專用獨立電源指紋辨識電路之電子裝置，其中，當進行指紋感應操作時，該第一電源及該第二電源之間係呈斷開而無共同之電流迴路。
3. 如申請專利範圍第2項所述之具專用獨立電源指紋辨識電路之電子裝置，其中，當非進行指紋感應操作時，該第一電源及該第二電源之間係呈連接而有共同之電流迴路。
4. 如申請專利範圍第3項所述之具專用獨立電源指紋辨識電路之電子裝置，其更包含一個開關元件，係連接於該第一電源的接地端及該第二電源的接地端之間，用以控制該第一電源及該第二電源之斷開或連接。
5. 如申請專利範圍第4項所述之具專用獨立電源指紋辨識電路之電子裝置，其中，該開關元件為電晶體開關元件。
6. 如申請專利範圍第5項所述之具專用獨立電源指紋辨識電路之電子裝置，其中，該指紋感應控制電路、該第二電源、及該開關元件皆佈植於一積體電路晶片內。
7. 如申請專利範圍第4項所述之具專用獨立電源指紋辨識電路之電子裝置，其更包含一跨接於該開關元件之高阻抗元件。
8. 如申請專利範圍第1項所述之具專用獨立電源指紋辨識電路之電子裝置，其更包含至少一個光耦合電路，係位於該功能電路及該指紋感應控制電路之間，用以於其間傳輸訊號。
9. 如申請專利範圍第8項所述之具專用獨立電源指紋辨識電路之電子裝置，其中，該指紋感應控制電路、該第二電源、及該至少一個光耦合電路皆佈植於一積體電路晶片內。
10. 如申請專利範圍第1項所述之具專用獨立電源指紋辨識電路之電子裝置，其更包一電源充電迴路開關，該電源充電迴路開關係位於該第一電源及該第二電源之間，其中，當非進行指紋感應操作時，該電源充電迴路開關呈接合，俾讓該第一電源對該第二電源進行充電。
11. 如申請專利範圍第10項所述之具專用獨立電源指紋辨識電路之電子裝置，其中，該指紋感應控制電路、該第二電源、及該電源充電迴路開關皆佈植於一積體電路晶片內。
12. 如申請專利範圍第1項所述之具專用獨立電源指紋辨識電路之電子裝置，其更包含至少一資料傳輸開關，該至少一資料傳輸開關係位於該指紋感應控制電路及該功能電路之間，其中，當非進行指紋感應操作時，該至少一資料傳輸開關呈接合，俾讓該指紋感應控制電路及該功能電路進行資料傳輸。
13. 如申請專利範圍第12項所述之具專用獨立電源指紋辨識電路之電子裝置，其中，該指紋感應控制電路、該第二電源、及該至少一資料傳輸開關皆佈植於一積體電路晶片內。
14. 如申請專利範圍第1項所述之具專用獨立電源指紋辨識電路之電子裝置，其中，該功能電路係為一顯示控制電路，其連接至一顯示單元以控制顯示單元進行影像之顯示。
15. 如申請專利範圍第1項所述之具專用獨立電源指紋辨識電路之電子裝置，其中，該功能電路係為一影音設備控制電路、一個人電腦、一穿戴式電子裝置電路、一個人身分辨認系統、一門禁管制系統、一電子支付系統、一車輛控制電路、一導行系統、一交通管控電路、一遊戲機控制電路或一設備之啟動使能控制電路。