TWI622920B

TWI622920B - 感測元件以及包含該感測元件之指紋感測器

Info

Publication number: TWI622920B
Application number: TW106110787A
Authority: TW
Inventors: 李欣倫
Original assignee: 映智科技股份有限公司
Priority date: 2016-11-23
Filing date: 2017-03-30
Publication date: 2018-05-01
Also published as: US9946920B1; CN108090407B; TW201820099A; CN108090407A

Abstract

本揭露揭示了一種指紋感測器。該指紋感測器包括一基板、一感測電極、一屏蔽板、一第一對導電板及一放大器。該感測電極係用以偵測回應於在該指紋感測器上的一觸碰事件的一電容，及用以選擇性地接收或不接收一輸入電壓。該屏蔽板係用以選擇性地接收該輸入電壓或係耦合至一參考電壓位準。該第一對導電板包括選擇性地耦合至該感測電極的一第一板。該放大器包括一反相端及一非反相端，該反相端耦合至該第一對導電板的一第二板，該非反相端接收為該輸入電壓的一分數的一電壓。該指紋感測器的靈敏度係與該輸入電壓成正比。

Description

感測元件以及包含該感測元件之指紋感測器

本揭露係一般關於一種感測元件，尤其是關於一種包含該感測元件之指紋感測器。

觸控裝置或觸控屏已廣泛使用在電子裝置，諸如智慧型手機、個人電腦、及遊戲機中。一些觸控裝置不僅提供使用者親和介面及帶給使用者方便，還為了數據安全性而與指紋感測器搭配工作。例如，指紋感測器可藉由核實以指紋方式呈現的使用者身分來判定是否該使用者被授權使用電子裝置。因此，觸碰靈敏度在開發先進觸控裝置中一直是令人感興趣的主題。

本發明的實施例提供一種指紋感測器。該指紋感測器包括一基板；一感測電極，在該基板上方；一屏蔽板，在該感測電極與該基板之間；一第一對導電板；及一放大器。該感測電極係用以偵測回應於在該指紋感測器上的一觸碰事件的一電容，及用以選擇性地接收或不接收一輸入電壓。該屏蔽板係用以選擇性地接收該輸入電壓或係耦合至一參考電壓位準。該第一對導電板包括選擇性地耦合至該感測電極的一第一板。該放大器包括一反相端及一非反相端，該反相端耦合至該第一對導電板的一第二板，該非反相端接收為該輸入電壓的一分數的一電壓。該指紋感測器的靈敏度係與該輸入電壓成正比。在一實施例中，該第一對導電板定義具有一電容的一電容器，該電容顯著大於在該感測電極與該基板之間的一第一寄生電容，以及在該感測電極與該屏蔽板之間的一第二寄生電容。在另一實施例中，該指紋感測器的該靈敏度係與該第二寄生電容無關。在再一實施例中，該指紋感測器進一步包括一第二對導電板，耦合在於該反相端與該放大器的一輸出之間。再者，該第二對導電板定義一回授電容器，且該指紋感測器的該靈敏度係與該回授電容器的一電容成反比。在又一實施例中，該回授電容器包括一第一電容器及一第二電容器，該第一電容器耦合在該反相端與該放大器的該輸出之間且該第二電容器選擇性地與該第一電容器並聯耦合。在又再一實施例中，該第二電容器的一電容係該第一電容器電容的一預定倍數。在一實施例中，該指紋感測器的該靈敏度係與(Cfb1+Cfb2)/Cfb1之一比率成反比，其中Cfb1及Cfb2分別表示該第一電容器及該第二電容器之各者的一電容。在另一實施例中，該第一對導電板的該第二板係選擇性地耦合至該放大器的該反相端。在再一實施例中，該指紋感測器的該靈敏度S係由下列方程式定義：其中V5表示該輸入電壓，Cfinger表示該感測電極偵測到的一電容，Cp1表示與該感測電極相關的一電容，及Cfb表示在該反相端與該放大器的一輸出之間的一電容。在又一實施例中，該指紋感測器進一步包括一偏壓消除電路以修掉Cp1。本發明的實施例係提供一種電路。該電路包括一感測電極，用以偵測回應於在一指紋感測器上的一觸碰事件的一電容；一節點，與該感測電極相關，該節點用以選擇性地接收一輸入電壓；一放大器，包括一反相端及一非反相端，該非反相端接收為該輸入電壓的一分數的一電壓；及一電容器，用以選擇性地耦合至該節點且選擇性地耦合至該反相端。該指紋感測器的靈敏度係與該輸入電壓成正比。前文廣泛地概述本發明的特徵及技術優點，以使後續之本發明詳細說明能更好理解。將於後文中描述本發明額外的特徵及優點。所屬技術領域中具有通常知識者應了解，可輕易地利用所揭示之概念及特定實施例為基礎，在不悖離如所附申請專利範圍中陳述之本發明的精神及範疇下，用以修改或設計其它結構或製程以實現本發明之相同目的。

為了使本揭露可被理解，詳細的步驟以及結構係提供在下文說明中。本揭露的實施方案顯然不限制所屬技術領域中具有通常知識者已知的專門細節。此外，未對已知結構以及步驟加以詳述，以免不必要地限制本揭露。將於下面詳細描述本揭露的較佳實施例。然而，除了該詳細說明外，本揭露也可廣泛地實施在其它實施例中。本揭露的範疇不限於該詳細說明，而是被申請專利範圍所界定。圖1係根據本發明一些實施例，指紋感測器1的俯視圖。指紋感測器1係適合於與電子裝置(未顯示)一起工作，諸如智慧型手機、個人電腦、及個人數位助理。參考圖1，指紋感測器1包括感測元件10的陣列，其可被保護層12覆蓋。感測元件10之各者對應於指紋感測器1的像素。感測元件10係用以偵測當物體11，諸如觸控尖、筆、或使用者的一或更多根手指敲擊或移動橫跨保護層12的表面時的觸碰事件。圖2A係根據本發明一實施例，圖1所顯示指紋感測器1的例示性感測元件10的示意圖。參考圖2A，例示性感測元件10包括感測電極21、屏蔽板22、包括第一板31及第二板32之第一對導電板、包括第三板33及第四板34之第二對導電板、放大器28、以及一組開關S1、S2、S3、及S4，其等都位於基板20上方或其中，如將於下面討論者。感測電極21靠近保護層12，係用以回應於在指紋感測器1上的觸碰事件而偵測與物體11相關之電容Cfinger。再者，與感測電極21相關的第一寄生電容Cp1存在於感測電極21與基板20之間，及於目前像素與相鄰像素(未顯示)之間。在說明書全文中，為了方便，用於電容器的相同參考符號或標籤也用於其電容，且反之亦然。例如，如圖2A所繪示，在如上所述之參考標籤"Cfinger"指稱電容的同時，其也可表示具有該電容的電容器。此外，感測電極21係用以經由第一開關S1接收來自電源(未顯示)之輸入電壓V5。在一實施例中，輸入電壓V5的電壓位準在2.6伏特(V)至3.6V之範圍，例如，約3.3V。再者，電源可包括電池諸如鋰電池。如果是那樣的話，則不需要金屬框架或金屬環來促進輸入電壓訊號的激發，因而較有成本效益。屏蔽板22係位於感測電極21與基板20之間，且可直接相鄰於感測電極21。屏蔽板22係用以使基板20屏蔽或遮蔽於感測電極21，或使感測電極21屏蔽或遮蔽於基板20。詳言之，在實體結構中屏蔽板22與感測電極21重疊，以致在感測電極21與基板20之間的寄生電容下降，進而增加觸碰靈敏度。此外，屏蔽板22係經由第二開關S2選擇性地耦合至電源以接收V5或耦合至諸如接地的參考位準。在感測電極21與屏蔽板22之間有第二寄生電容Cp2。第二寄生電容Cp2以及第一寄生電容Cp1可在設計階段於電路的佈局完成時藉助模擬來估算。第一對導電板31及32及32定義電容器Cb，其可具有預定電容。在第一對導電板中，第一板31係經由第三開關S3選擇性地耦合至感測電極21或耦合至接地。此外，第二板32係耦合至放大器28的反相端。雖然在本實施例中，電容器Cb係由一對導電板所形成，然而在其它實施例中，金屬氧化物半導體場效電晶體(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，MOSFET)或相似的電晶體可用來作為電容器Cb。再者，在一實施例中，電容Cb係電容Cfinger、Cp1及Cp2之加總的至少十倍。結果，電容Cfinger、Cp1及Cp2，單獨或甚至加總在一起，相對於電容Cb而言被視為可忽略不計。第二對導電板33及34定義電容器Cfb，其作為放大器28的回授電容器。在第二對導電板中，導電板33係耦合至放大器28的反相端且經由第四開關S4耦合至放大器28的輸出Vo及導電板34。此外，導電板34係耦合至放大器28的輸出Vo。放大器28係用以基於電容Cfinger及輸入電壓V5來促進指紋圖案的判定。在本實施例中，放大器28包括運算(operational，OP)放大器，如圖2A中所繪示。再者，放大器28係位基板20的主動區或主動層中，即便為了說明，所顯示之放大器28似乎是在基板20的外部。放大器28的非反相端(以加號"+"標示)接收電壓Vcm。電壓Vcm為輸入電壓V5的分數。在一實施例中，Vcm的大小為輸入電壓V5的一半，且在V5係約3.3V的例子中，Vcm可以是約1.65V。放大器28的反相端(以減號"-"標示)係連接至第二對中之導電板32。又，放大器28的輸出Vo係連接至導電板34且經由第四開關S4連接至導電板33。由於OP放大器的輸入阻抗理想上係無限大，跨輸入阻抗的壓降被認為是零，故二輸入端都在相同電位。換句話說，放大器28的兩個輸入端彼此幾乎是短路，稱作"虛短路"之特性。若放大器28的非反相端係Vcm，則由於兩個輸入端之間的"虛短路"，反相端也被連接至Vcm。開關S1至S4之各者可包括形成在基板20的主動區中之電晶體。係使用控制器或微處理器(未顯示)來控制開關S1至S4的放開或扣上狀態。開關S1至S4的操作將參考圖3A及3B詳細討論。在指紋感測器中，電容Cfinger取決於觸碰事件期間物體之接觸表面的幾何性質。例如，物體的凸脊部分較凹谷部分產生較大電容。然而，尤其在先進指紋感測器中，電容差可能不會大到足以使指紋感測器將凸脊與凹谷區分。再者，在指紋感測器中的寄生電容甚至可減低該電容差並惡化感測結果。在本揭露中，寄生電容諸如Cp2及與放大器28的輸入端相關的那些寄生電容可負面影響指紋感測器1的靈敏度。因此想要緩減或甚至消除該寄生效果。圖2B係根據本發明一些實施例，圖2A所顯示例示性感測元件10的等效電路的電路圖。參考圖2B，電容器Cfinger係耦合在標示為X之節點與物體11之間。物體11被視為等效電路中的接地。第一寄生電容器Cp1係耦合在節點X與基板20之間。基板20也被視為等效電路中的接地。當第一開關S1被扣上時，節點X接收輸入電壓V5，且當第一開關S1被放開時，節點X係與輸入電壓V5斷開。此外，第二寄生電容器Cp2係耦合在節點X與經由第二開關S2耦合之V5或接地之間。具體而言，第二寄生電容器Cp2的一端係耦合至節點X，且依第二開關S2所選擇者，第二寄生電容器Cp2的另一端係接收輸入電壓V5或係接地。同理，電容器Cb的一端係耦合至放大器28的反相端，且依第三開關S3所選擇者，電容器Cb的另一端係耦合至節點X或係接地。與第四開關S4並聯連接之電容器Cfb係耦合在放大器28的反相端與輸出Vo之間。結果，當第四開關S4被放開時，電容器Cfb提供回授電容Cfb，且當第四開關S4被扣上時，電容器Cfb被旁通掉。圖3A係根據本發明一些實施例，在觸碰事件發生時，圖2A所顯示例示性感測元件10操作於第一階段的電路圖。參考圖3A，在第一階段期間，第一開關S1被扣上，第二開關S2選擇V5，第三開關S3係耦合至接地，且第四開關S4被扣上。由於第一開關S1被扣上，節點X接收V5，並因此在節點X的電壓位準，表示成Vx，被拉升到V5。同時，由於第二寄生電容器Cp2的二端都耦合至V5，第二寄生電容器Cp2沒有跨壓，故沒有電荷可被儲存在其中。就節點X而言，由於節點X係與電容器Cb斷開，來自輸入電壓V5的電荷Qx1被儲存在電容器Cp1及Cfinger中，如下面方程式(1)所表示。方程式(1) 再者，由於第四開關S4被扣上，電容器Cfb被旁通掉。就放大器28的反相端而言，由於電容器Cb係與節點X斷開，來自被虛短路到Vcm之反相端的電荷Qamp1被儲存在電容器Cb中，如下面方程式(2)所表示。方程式(2) 圖3B係根據本發明一些實施例，在觸碰事件發生時，圖2A所顯示例示性感測元件10操作於第二階段的電路圖。參考圖3B，在第二階段期間，第一開關S1被放開，第二開關S2係耦合至接地，第三開關S3係耦合至節點X，且第四開關S4被放開。由於第一開關S1被放開，節點X係與輸入電壓V5斷開。此外，由於第二開關S2係耦合至接地，第二寄生電容器Cp2有跨電壓Vx，故先前於第一階段之電容器Cp1及Cfinger中所儲存的電荷被電容器Cp2共享。再者，由於第三開關S3係耦合至節點X，先前於電容器Cp1及Cfinger中所儲存的電荷也被電容器Cb共享。就節點X而言，具有反相端仍保持在Vcm，由於電容器Cp1、Cfinger、Cp2及Cb間的電荷共享，電荷Qx2可以方程式(3)表示如下。方程式(3) 再者，由於第四開關S4被放開，電容器Cfb不被旁通掉。此外，由於電容器Cb係耦合至節點X，先前於第一階段之電容器Cb中所儲存的電荷被電容器Cfb共享。就放大器28的反相端而言，具有反相端仍保持在Vcm，由於電容器Cb與Cfb之間的電荷共享，電荷Qamp2可以方程式(4)表示如下。方程式(4) 根據電荷守恆定律，於圖3A中繪示之第一階段所儲存電荷的大小係等於在觸碰事件發生時於圖3B中繪示之第二階段所儲存者。也就是說，就節點X而言，方程式(1)的Qx1等於方程式(3)的Qx2，如進一步於方程式(5)中表示者：方程式(5) 藉由重排方程式(5)，Vx可用下面方程式(6)判定。方程式(6) 又，就反相端而言，方程式(2)的Qamp1等於方程式(4)的Qamp2，如進一步於方程式(7)中表示者：方程式(7) 藉由重排方程式(7)，Vx可用下面方程式(8)判定。方程式(8) 基於方程式(6)及方程式(8)，在放大器28的輸出Vo之電壓位準(也表示成Vo)可用如下方程式(9)判定。 (9) 在根據本發明之一實施例中，電容Cp1及Cfinger係毫微微法拉(femtofarad，fF)數量級。例如，第一寄生電容Cp1係幾fF且電容Cfinger係約1 fF。此外，電容Cp2係數十fF數量級，且電容Cfb係數個fF數量級。又者，電容器Cb具有數個皮法拉(picofarad，pF)數量級之預定電容。如先前所討論者，電容Cb係顯著大於電容Cfinger、Cp1及Cp2。結果，在方程式(9)之分子中的Cb項係實質上等於在方程式(9)之分母中的(Cfinger+Cp1+Cp2+Cb)項，而可互消。據此，方程式(9)的Vo可改寫成如下之方程式(10)。 (10) 可採用類比至數位轉換器(analog-to-digital converter，ADC)電路(未顯示)以從上面方程式(10)採樣。例如，ADC電路可連接至放大器28的輸出Vo用並以實施Vcm-Vo(第二階段)。定義成指紋感測器1之靈敏度的係與V5成正比且與電容Cfb成反比。此外，靈敏度係與第二寄生電容Cp2無關。靈敏度也與放大器28的輸入端的寄生電容無關。再者，靈敏度係隨電容Cfinger及Cp1變動。雖然在指紋感測器設計中，第一寄生電容Cp1係實質上不可避免，電容Cp1的效果可藉由根據本發明之修整方法來緩減。在操作中，實際Vcm值(後文中“實際Vcm”)被測量。接下來，在無觸碰事件下，亦即Cfinger為零，於第二階段之Vo_trim值被可經組態在放大器28中之偏壓消除電路(未顯示)修整成實際Vcm。修整程序可以下列方程式(11)表示。 (11) 其中Voffset表示偏壓消除電路所提供之用於消去以上面方程式(11)中以表示之第一寄生電容Cp1效果之偏移量。在修整後，理想Vo_trim達到實際Vcm值。之後，ADC電路採樣[實際Vcm-Vo (具有於第二階段之Cfinger)]。實際上，在方程式(10)中的Cp1的效果已被消去下，指紋感測器1之想要的靈敏度被達成。結果，在修整後，指紋感測器1的靈敏度係與寄生電容Cp1以及Cp2無關。此外，由於靈敏度係與V5成正比，可預期有較大的訊號。圖4A係根據本發明另一實施例，圖1所顯示指紋感測器1的例示性感測元件10的示意圖。參考圖4A，感測元件的結構係相似於參考圖2A所描述與說明者，除了例如加入第三對導電板35、36及開關S5、S6之外。具體而言，第一對中之導電板32係經由第五開關S5耦合至放大器28的反相端。第三對中之導電板35係耦合至反相端且經由第五開關耦合至導電板32。再者，導電板35係耦合至第二對中之導電板33，而導電板36係經由第六開關S6耦合至第二對中之導電板34。又者，第二對導電板33及34定義電容Cfb1在其等之間，且第三對導電板35及36定義電容Cfb2在其等之間。結果，當導電板36及導電板34係經由第六開關S6耦合時，電容器Cfb1及Cfb2係彼此並聯連接。圖4B係根據本發明一些實施例，圖4A所顯示例示性感測元件10的等效電路的電路圖。參考圖4B，當第五開關S5被扣上時，電容器Cb係耦合至反相端，且當第五開關S5被放開時，電容器Cb係與反相端斷開。此外，第六開關S6係選擇性地並聯耦合電容器Cfb1與Cfb2在放大器28的反相端與輸出Vo之間、或耦合電容器Cfb2至Vcm。在一實施例中，當並聯耦合時，電容器Cfb1及Cfb2所得電容等於參考圖2B時所描述與繪示之Cfb。圖5A係根據本發明一些實施例，在觸碰事件發生時，圖4A所顯示例示性感測元件10操作於第一階段的電路圖。參考圖5A，在第一階段期間，開關S1至S4以相同於圖3A中之方式操作，第五開關S5被扣上且第六開關S6並聯耦合電容器Cfb1與Cfb2。由於第三開關S3係耦合至接地，電容器Cb係與節點X斷開。就節點X而言，來自輸入電壓V5的電荷Qx1'被儲存在電容器Cp1及Cfinger中，且可以相同於上述方程式(1)之方程式表示。再者，由於第四開關S4被扣上，並聯連接之電容器Cfb1及Cfb2被旁通掉。就放大器28的反相端而言，來自被虛短路到Vcm之反相端的電荷Qamp1'被儲存在電容器Cb中，且可以相同於上述方程式(2)之方程式表示。圖5B係根據本發明一些實施例，在觸碰事件發生時，圖4A所顯示例示性感測元件10操作於第二階段的電路圖。參考圖5B，在第二階段期間，開關S1至S4以相同於圖3B中之方式操作，且開關S5及S6待在相同於圖5A中之連接狀態。結果，就節點X而言，具有反相端仍保持在Vcm，由於電容器Cp1、Cfinger、Cp2及Cb間的電荷共享，電荷Qx2'可以相同於上述方程式(3)之方程式表示。再者，就放大器28的反相端而言，具有反相端仍保持在Vcm，由於電容器Cb與並聯連接之電容器Cfb1及Cfb2之間的電荷共享，電荷Qamp2'可以方程式(12)表示如下。方程式(12) 方程式(12)的Qamp2'係相似於方程式(4)的Qamp2，除了以(Cfb1+Cfb2)置換Cfb之外。根據電荷守恆定律，於圖5A中繪示之第一階段所儲存電荷的大小係等於在觸碰事件發生時於圖5B中繪示之第二階段所儲存者。也就是說，就節點X而言，第一階段之Qx1'等於第二階段之Qx2'。Vx與V5之間的關係可以相同於上述方程式(5)及(6)之方程式表示。又，就反相端而言，第一階段之Qamp1'等於第二階段之方程式(12)的Qamp2'。藉由以(Cfb1+Cfb2)置換方程式(7)及(8)之Cfb，方程式(9)中在放大器28的輸出Vo之電壓位準(也表示成Vo2)可改寫成如下之方程式(13)。 (13) 如先前所討論者，在方程式(13)之分子中的Cb項係實質上等於在方程式(13)之分母中的(Cfinger+Cp1+Cp2+Cb)項，而可互消。再者，藉由如先前所討論之修整方法，寄生電容Cp1的效果被緩減。圖5C係根據本發明一些實施例，在觸碰事件發生時，圖4A所顯示例示性感測元件10操作於第三階段的電路圖。參考圖5C，在第三階段期間，開關S1至S3以相同於圖5A中之方式操作，開關S4及S5被放開且第六開關S6耦合電容器Cfb2至Vcm。在操作中，在第六開關S6被切換到Vcm之前，第五開關S5被放開以便促進從Cfb2共享電荷給Cfb1。由於第五開關S5被放開，電容器Cb係與反相端斷開。再者，由於第六開關S6係耦合至Vcm，電容器Cfb2的二端都耦合至Vcm。據此，電容器Cfb2沒有跨壓，故沒有電荷可被儲存在其中。結果，就反相端而言，具有反相端仍保持在Vcm，在放大器28的輸出Vo之電壓位準(表示成Vo3)係以方程式(14)表示如下。方程式(14) 電容Cfb2係電容Cfb1的預定倍數。在一實施例中，電容Cfb2係電容Cfb1的三倍。例如，電容Cfb2係約22.5 fF且電容Cfb1係約7.5 fF。結果，在方程式(14)中，分子(Cfb1+Cfb2)係分母Cfb1的四倍，此實質上增加訊號放大約四倍。靈敏度，，如先前參考圖3A及3B所討論般，係與電容Cfb成反比。較小的Cfb顯然可導致較高靈敏度。然而，意外地小的Cfb係可能造成相鄰像素中的不均一電容。例如，相對於某像素而言，其之相鄰像素可具有不同Cfb值。於是，負面影響了靈敏度。有了電容Cfb1及Cfb2，當Cfb1及Cfb2係並聯連接以形成具有可等於Cfb之較大電容之電容器時，電荷係於第一階段及第二階段被儲存。實際上，較大電容器防止否則會在顯著小的電容器中發生之不均一議題的風險，以試圖獲得較高的靈敏度。後續，於第三階段中，藉由電荷共享功能，僅電容器Cfb1工作，達成放大比。雖然係關於一個或多個實施方案顯示並描述本揭露，所屬技術領域中具有通常知識者基於閱讀及理解本說明書與附圖將能想到等效替代以及修改。本揭露包括所有此等修改及替代且僅受下面申請專利範圍所限制。

1‧‧‧指紋感測器
10‧‧‧感測元件
11‧‧‧物體
12‧‧‧保護層
20‧‧‧基板
21‧‧‧感測電極
22‧‧‧屏蔽板
28‧‧‧放大器
31‧‧‧板
32‧‧‧板
33‧‧‧板
34‧‧‧板
35‧‧‧板
36‧‧‧板
S1‧‧‧開關
S2‧‧‧開關
S3‧‧‧開關
S4‧‧‧開關
S5‧‧‧開關
S6‧‧‧開關
Cfinger‧‧‧電容
Cp1‧‧‧寄生電容
Cp2‧‧‧寄生電容
Cb‧‧‧電容
Cfb‧‧‧電容
Cfb1‧‧‧電容
Cfb2‧‧‧電容
V5‧‧‧輸入電壓
Vcm‧‧‧電壓
Vo‧‧‧輸出/電壓位準
+‧‧‧非反相端
-‧‧‧反相端
X‧‧‧節點

本揭露的一或多個實施例的詳情係陳述於隨附圖式及下文說明中。本揭露的其他特徵與優點可由說明書、圖式及申請專利範圍更形彰顯。不同的視圖及說明性實施例中，類似的參考編號係用於表示類似的元件。現在將詳細參考隨附圖式中所繪示的例示性實施例。圖1係根據本發明一些實施例，指紋感測器的俯視圖。圖2A係根據本發明一實施例，圖1所顯示指紋感測器的例示性感測元件的示意圖。圖2B係根據本發明一些實施例，圖2A所顯示例示性感測元件的等效電路的電路圖。圖3A係根據本發明一些實施例，在觸碰事件發生時，圖2A所顯示例示性感測元件操作於第一階段的電路圖。圖3B係根據本發明一些實施例，在觸碰事件發生時，圖2A所顯示例示性感測元件操作於第二階段的電路圖。圖4A係根據本發明另一實施例，圖1所顯示指紋感測器的例示性感測元件的示意圖。圖4B係根據本發明一些實施例，圖4A所顯示例示性感測元件的等效電路的電路圖。圖5A係根據本發明一些實施例，在觸碰事件發生時，圖4A所顯示例示性感測元件操作於第一階段的電路圖。圖5B係根據本發明一些實施例，在觸碰事件發生時，圖4A所顯示例示性感測元件操作於第二階段的電路圖。圖5C係根據本發明一些實施例，在觸碰事件發生時，圖4A所顯示例示性感測元件操作於第三階段的電路圖。

無

Claims

一種指紋感測器，其包含：一感測電極，用以偵測回應於在該指紋感測器上的一觸碰事件的一電容，及用以選擇性地接收或不接收一輸入電壓；一屏蔽板，在一基板與該感測電極之間，用以選擇性地接收該輸入電壓或係耦合至一參考電壓位準；一第一對導電板，包括選擇性地耦合至該感測電極的一第一板；及一放大器，包括一反相端及一非反相端，該反相端耦合至該第一對導電板的一第二板，該非反相端接收為該輸入電壓的一分數的一電壓，其中該指紋感測器的靈敏度係與該輸入電壓成正比。
如申請專利範圍第1項之指紋感測器，其中該第一對導電板定義具有一電容的一電容器，該電容顯著大於與該感測電極相關的一第一寄生電容，以及在該感測電極與該屏蔽板之間的一第二寄生電容。
如申請專利範圍第2項之指紋感測器，其中該指紋感測器的該靈敏度與該第二寄生電容無關。
如申請專利範圍第1項之指紋感測器，進一步包含一第二對導電板，耦合在於該反相端與該放大器的一輸出之間，其中該第二對導電板定義一回授電容器，且該指紋感測器的該靈敏度係與該回授電容器的一電容成反比。
如申請專利範圍第4項之指紋感測器，其中該回授電容器包括一第一電容器及一第二電容器，該第一電容器耦合在該反相端與該放大器的該輸出之間且該第二電容器選擇性地與該第一電容器並聯耦合。
如申請專利範圍第5項之指紋感測器，其中該第二電容器的一電容係該第一電容器電容的一預定倍數。
如申請專利範圍第5項之指紋感測器，其中該指紋感測器的該靈敏度係與(Cfb1+Cfb2)/Cfb1之一比率成反比，其中Cfb1及Cfb2分別表示該第一電容器及該第二電容器之各者的一電容。
如申請專利範圍第4項之指紋感測器，其中該第一對導電板的該第二板係選擇性地耦合至該放大器的該反相端。
如申請專利範圍第1項之指紋感測器，其中該指紋感測器的該靈敏度S係由下列方程式定義：
其中V5表示該輸入電壓，Cfinger表示該感測電極偵測到的一電容，Cp1表示與該感測電極相關的一電容，及Cfb表示在該反相端與該放大器的一輸出之間的一電容。
如申請專利範圍第9項之指紋感測器，進一步包含一偏壓消除電路以修掉Cp1。
如申請專利範圍第1項之指紋感測器，其中該輸入電壓係在沒有一金屬環或金屬框架下提供。
一種指紋感測器電路，其包含：一感測電極，用以偵測回應於在一指紋感測器上的一觸碰事件的一電容；一節點，與該感測電極相關，該節點用以選擇性地接收一輸入電壓；一放大器，包括一反相端及一非反相端，該非反相端接收為該輸入電壓的一分數的一電壓；及一電容器，用以選擇性地耦合至該節點且選擇性地耦合至該反相端，其中該指紋感測器的靈敏度係與該輸入電壓成正比。
如申請專利範圍第12項之指紋感測器電路，進一步包含一屏蔽板，與該感測電極相關，其中與該感測電極相關的一第一寄生電容、在該感測電極與該屏蔽板之間的一第二寄生電容、及該感測電極偵測到的一電容的一加總相對於該電容器的一電容而言係可忽略不計。
如申請專利範圍第13項之指紋感測器電路，其中該指紋感測器的該靈敏度與該第二寄生電容無關。
如申請專利範圍第12項之指紋感測器電路，進一步包含一回授電容器，耦合在該反相端與該放大器的一輸出之間，其中該指紋感測器的該靈敏度係與該回授電容器的一電容成反比。
如申請專利範圍第15項之指紋感測器電路，其中該回授電容器包括一第一電容器及一第二電容器，該第一電容器耦合在該反相端與該放大器的該輸出之間且該第二電容器選擇性地與該第一電容器並聯耦合。
如申請專利範圍第16項之指紋感測器電路，其中該第二電容器的一電容係該第一電容器電容的一預定倍數。
如申請專利範圍第16項之指紋感測器電路，其中該指紋感測器的該靈敏度係與(Cfb1+Cfb2)/Cfb1之一比率成反比，其中Cfb1及Cfb2分別表示該第一電容器及該第二電容器之各者的一電容。
如申請專利範圍第12項之指紋感測器電路，其中該指紋感測器的該靈敏度S係由下列方程式定義：
其中V5表示該輸入電壓，Cfinger表示該感測電極偵測到的一電容，Cp1表示與該感測電極相關的一電容，及Cfb表示在該反相端與該放大器的一輸出之間的一電容。
如申請專利範圍第12項之指紋感測器電路，其中該輸入電壓係在沒有一金屬環或金屬框架下提供。