TWI641997B - 指紋感測電路與電子裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提出一種指紋感測電路，包括多個感測電極、多個開關、感測線與多個正反器。開關的第一端分別耦接至感測電極，感測線則耦接至開關的第二端。正反器的輸出端分別耦接至開關的控制端，部分的正反器的輸入端耦接至正反器中前一級正反器的輸出端。

Description

指紋感測電路與電子裝置

本發明是有關於一種指紋感測電路，且特別是有關於一種減少製程的指紋感測電路。

人類的指紋具有細節多、幾乎是獨特、不容易更改、而且在個人的生命中是耐用(durable)等特性，這使得指紋很適合長期用來作為人類身分的識別。一般來說，一個指紋感測電路上有多個排列為陣列的感測電極，這些感測電極會耦接至多條掃描線與多條感測線，這些掃描線與感測線是彼此交錯，因此屬於不同的金屬層。因此，上述的感測電極、掃描線與感測線至少需要三層金屬層，在一些應用中由於成本的考量，需要減少金屬層的數目。

本發明的實施例提出一種指紋感測電路，包括多個感測電極、多個開關、感測線與多個正反器。開關的第一端分別耦接至感測電極，感測線則耦接至開關的第二端。正反器的輸出端分別耦接至開關的控制端，部分的正反器的 輸入端耦接至正反器中前一級正反器的輸出端。

在一些實施例中，上述的感測電極屬於第一導電層，感測線屬於第二導電層。

在一些實施例中，上述的指紋感測電路更包括時脈訊號線，其屬於第二導電層，並耦接至正反器的觸發端。

在一些實施例中，上述的感測線與時脈訊號線沿著第一方向延伸並彼此平行。

在一些實施例中，上述的正反器設置於底層電路，第一導電層與第二導電層形成於底層電路之上。

在一些實施例中，上述的多個正反器包括第一正反器與第二正反器。第一正反器的輸入端耦接至脈衝訊號，第一正反器為第二正反器的前一級正反器。第二正反器其輸入端耦接至第一正反器的輸出端。

在一些實施例中，上述的指紋感測電路更包括多個及閘。這些及閘的第一輸入端耦接至選擇訊號，第二輸入端分別耦接至正反器的輸出端，輸出端分別耦接至開關的控制端。

以另外一個角度來說，本發明提出一種電子裝置，包括上述的指紋感測電路。

在本發明實施例提出的指紋感測電路與電子裝置，不需要形成沿著第二方向延伸的訊號線，可以減少製程。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

101‧‧‧紋脊

102‧‧‧紋谷

110‧‧‧保護層

111、112‧‧‧感測電極

120‧‧‧基板

C1~C5‧‧‧電容

200‧‧‧指紋感測電路

210、220、230、240‧‧‧像素

211、221、231、241‧‧‧感測電極

212、222、232、242‧‧‧正反器

SW1~SW4‧‧‧開關

250‧‧‧感測線

260‧‧‧時脈訊號線

270‧‧‧第一行

271‧‧‧第二行

272‧‧‧第三行

273‧‧‧第四行

X0~X3、Y0~Y3、Y0_0~Y0_3‧‧‧訊號

X、Y‧‧‧軸

SW31、SW32‧‧‧開關

V1‧‧‧電壓

301、302‧‧‧及閘

D‧‧‧輸入端

Q‧‧‧輸出端

CLK‧‧‧時脈

501‧‧‧底層電路

502‧‧‧訊號線

503~507‧‧‧導電結構

508、509‧‧‧接觸結構

[圖1]是根據一實施例繪示電容式指紋感測的示意圖。

[圖2]是根據一實施例繪示指紋感測電路的示意圖。

[圖3]是根據一實施例繪示指紋感測電路中部份像素的電路示意圖。

[圖4]是根據一實施例繪示指紋感測電路的訊號時序圖。

[圖5]是根據一實施例繪示底層電路的示意圖。

關於本文中所使用之『第一』、『第二』、...等，並非特別指次序或順位的意思，其僅為了區別以相同技術用語描述的元件或操作。另外，關於本文中所使用之「耦接」，可指二個元件直接地或間接地作電性連接。也就是說，當以下描述「第一物件耦接至第二物件」時，第一物件與第二物件之間還可設置其他的物件。

圖1是根據一實施例繪示電容式指紋感測的示意圖。請參照圖1，人的手指具有紋脊(ridge)101和紋谷(valley)102，當手指接觸保護層110時，紋脊101與保護層110的表面距離較短，而紋谷102與保護層110的表面距離較長。保護層110的一側面對使用者，另一側設置有感測電極111、112，感測電極111與基板120之間形成有電容C1，感測電極112與基板120之間形成有電容C2。從圖1可看 出，紋脊101與感測電極111之間形成有電容C3，而紋谷102與感測電極112之間形成有電容C4與電容C5。由於感測電極111、112上的電容彼此不相同，透過偵測感測電極111、112上的電容，可以判斷出紋脊101與紋谷102。

圖2是根據一實施例繪示指紋感測電路的示意圖。請參照圖2，指紋感測電路200是設置在一電子裝置中，此電子裝置可以是手機、筆記型電腦、工業電腦、伺服器或任意形式的電子裝置，本發明並不在此限。

指紋感測電路200包括有多個像素(或稱感測區域或感測結構)，這些像素可排列為陣列。在圖2的實施例中沿著X方向繪示有第一行270、第二行271、第三行272與第四行273，而沿著Y方向共有四個列。然而，上述的陣列僅是一範例，本發明並不限制陣列的大小。每個像素包括有感測電極、開關與正反器。在此以像素210、220、230、240為例，像素210包括有感測電極211、開關SW1與正反器212；像素220包括有感測電極221、開關SW2與正反器222；像素230包括有感測電極231、開關SW3與正反器232；像素240包括有感測電極241、開關SW4與正反器242。像素210、220、230、240是沿著Y方向排列。

開關SW1、SW2、SW3、SW4的第一端是分別耦接至感測電極211、221、231、241，開關SW1、SW2、SW3、SW4的第二端則是耦接至感測線250。在此，正反器212是正反器222的前一級正反器，正反器222是正反器232的前一級正反器，正反器232是正反器242的前一級正反 器。正反器212的輸入端是接收脈衝訊號Y0，正反器222、232、242的輸入端則是耦接至前一級正反器的輸出端。具體來說，正反器222的輸入端是耦接至正反器212的輸出端並接收訊號Y0_0，正反器232的輸入端是耦接至正反器222的輸出端並接收訊號Y0_1，正反器242的輸入端是耦接至正反器232的輸出端並接收訊號Y0_3。正反器212、222、232、242的觸發端則是耦接至時脈訊號線260。在此實施例中，時脈訊號線260與感測線250是沿著Y方向延伸，而透過正反器212、222、232、242可以控制開關SW1~SW4，藉此不需要在X方向上在設置訊號線來控制開關SW1~SW4。

進一步來說，圖3是根據一實施例繪示指紋感測電路中部份像素的電路示意圖。請參照圖2與圖3，在此以像素210、220為例。在圖3的實施例中，每個像素還包括一及閘(例如及閘301、302)與開關(例如開關SW31、SW32)。及閘301的輸出端耦接至開關SW1的控制端，及閘302的輸出端耦接至開關SW2的控制端。及閘301、302的第一輸入端耦接至選擇訊號X0。及閘301的第二輸入端耦接至正反器212的輸出端Q，及閘302的第二輸入端耦接至正反器222的輸出端Q。在第一期間，開關SW31、SW32導通，開關SW1、SW2截止，藉此電壓V1會對感測電極211、221充電。在第二期間，開關SW31、SW32截止，並且開關SW1、SW2會依序導通以取得感測電極211、221上的電壓。請參照圖3與圖4，圖4是根據一實施例繪示指紋感測電 路的訊號時序圖。首先，選擇訊號X0與脈衝訊號Y0會升起，其中脈衝訊號Y0的寬度等於時脈CLK的一個週期。接下來正反器212輸出的訊號Y0_0會升起，因此及閘301會輸出邏輯“1”的訊號以導通開關SW1，藉此感測電極211上的電壓會透過感測線250傳送至一個感測電路(未繪示)。在下一個時脈，正反器222輸出的訊號Y0_1會升起，因此及閘302會輸出邏輯“1”的訊號而導通開關SW2，藉此感測電極221上的電壓會透過感測線250傳送至感測電路。

請參照圖2與圖4，第二行271、第三行273與第四行273的操作與第一行270的操作類似。第二行271像素中的及閘的輸入端是耦接至訊號X1，並且第二行271第一列的像素中的正反器的輸入端是耦接至訊號Y1；第三行272像素中的及閘的輸入端是耦接至訊號X2，並且第三行272第一列像素中的正反器的輸入端是耦接至訊號Y2；第四行273像素中的及閘的輸入端是耦接至訊號X3，並且第四行273第一列像素中的正反器的輸入端是耦接至訊號Y3。如此一來，當取得第一行270像素中感測電極上的電壓之後，會依序取得第二行271、第三行272與第四行273像素中感測電極上的電壓。然後，這些電壓的取得都類似於圖3的操作，在此並不再贅述。

在圖3的實施例中，正反器212、222為D型正反器，然而在其他實施例中也可以採用SR型正反器、JK型正反器或其他合適的正反器，本發明並不在此限。此外，開關SW1、SW2可以為金氧半場效電晶體 (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)。在一些實施例中，開關SW1、SW2也可以為薄膜電晶體(thin film transistor，TFT)。上述的控制端可以為電晶體的閘極，第一端可為源極與汲極的其中之一，第二端可為源極與汲極的其中之另一。

值得一提的是，指紋感測電路是實作在一晶片上，此晶片的面積通常很大，例如大到讓使用者只要在晶片上按壓幾次便可以取得足夠的指紋特徵。因此，晶片上感測電極的面積也會非常大。另一方面，上述的正反器212、222、232、242、及閘301、302與感測電路是實作在感測電極之下的底層電路，底層電路的面積通常小於晶片的面積。因此，在此實施例中即使增加了正反器212、222、232、242，也不會增加晶片的面積。例如，圖5是根據一實施例繪示底層電路的示意圖，圖5所繪示的是像素210、220的結構，正反器212、222，及閘301、302，開關SW1、SW2形成在底層電路501中。其中時脈訊號線260、訊號線502與訊號線250是形成在底層電路501之上的第二導電層中。訊號線502是用來傳輸選擇訊號X0。導電結構503~507也是形成在第二導電層中，其中導電結構503是連接至正反器212且用來傳出脈衝訊號Y0。導電結構504是連接至正反器212、222與及閘301。在正反器212、222之間的導體結構504是用來傳輸訊號Y0_0。導體結構505是用來傳輸訊號Y0_1。導體結構506是連接至及閘301與開關SW1。導體結構507是連接至及閘302與開關SW2。接觸結構508、509 是分別連接至開關SW1、SW2。值得注意的是，接觸結構508也連接至感測電極211(未繪示於圖5)，感測電極211是形成在第二導電層之上的第一導電層中。接觸結構509則是連接至感測電極221(未繪示於圖5)，感測電極221也是形成在第一導電層中。換言之，第一導電層與第二導電層都形成在底層電路501之上。在一些實施例中，第一導電層與第二導電層可以是金屬或是其他合適的導電材料，本發明並不在此限。訊號線260、502、250是沿著Y方向(亦稱第一方向)延伸，且彼此平行。在此實施例中，並不需要設置沿著X方向延伸的訊號線，因此可以減少晶片的製程(不需要第三導電層)。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

Claims (12)

1. 一種指紋感測電路，包括：多個感測電極；多個開關，該些開關的第一端分別耦接至該些感測電極；一感測線，耦接至該些開關的第二端；以及多個正反器，該些正反器的輸出端分別耦接至該些開關的控制端，部分的該些正反器的輸入端耦接至該些正反器中前一級正反器的該輸出端，其中該些感測電極屬於一第一導電層，該感測線屬於一第二導電層。
2. 如申請專利範圍第1項所述之指紋感測電路，更包括：一時脈訊號線，屬於該第二導電層，耦接至該些正反器的觸發端。
3. 如申請專利範圍第2項所述之指紋感測電路，其中該感測線與該時脈訊號線沿著第一方向延伸並彼此平行。
4. 如申請專利範圍第3項所述之指紋感測電路，其中該些正反器設置於一底層電路，該第一導電層與 該第二導電層形成於該底層電路之上。
5. 如申請專利範圍第1項所述之指紋感測電路，其中該些正反器包括：一第一正反器，其輸入端耦接至一脈衝訊號，該第一正反器為第二正反器的前一級正反器；以及該第二正反器，其輸入端耦接至該第一正反器的輸出端。
6. 如申請專利範圍第1項所述之指紋感測電路，更包括：多個及閘，該些及閘的第一輸入端耦接至一選擇訊號，該些及閘的第二輸入端分別耦接至該些正反器的輸出端，該些及閘的輸出端分別耦接至該些開關的該控制端。
7. 一種電子裝置，包括一指紋感測電路，該指紋感測電路包括：多個感測電極；多個開關，該些開關的第一端分別耦接至該些感測電極；一感測線，耦接至該些開關的第二端；以及多個正反器，該些正反器的輸出端分別耦接至該些開關的控制端，部分的該些正反器的輸入端耦接至該些正反器中前一級正反器的該輸出端， 其中該些感測電極屬於一第一導電層，該感測線屬於一第二導電層。
8. 如申請專利範圍第7項所述之電子裝置，其中該指紋感測電路更包括：一時脈訊號線，屬於該第二導電層，耦接至該些正反器的觸發端。
9. 如申請專利範圍第8項所述之電子裝置，其中該感測線與該時脈訊號線沿著第一方向延伸並彼此平行。
10. 如申請專利範圍第9項所述之電子裝置，其中該些正反器設置於一底層電路，該第一導電層與該第二導電層形成於該底層電路之上。
11. 如申請專利範圍第7項所述之電子裝置，其中該些正反器包括：一第一正反器，其輸入端耦接至一脈衝訊號，該第一正反器為第二正反器的前一級正反器；以及該第二正反器，其輸入端耦接至該第一正反器的輸出端。
12. 如申請專利範圍第7項所述之電子裝置， 其中該指紋感測電路更包括：多個及閘，該些及閘的第一輸入端耦接至一選擇訊號，該些及閘的第二輸入端分別耦接至該些正反器的輸出端，該些及閘的輸出端分別耦接至該些開關的該控制端。