TWI679571B

TWI679571B - 電容式影像感測器

Info

Publication number: TWI679571B
Application number: TW107118645A
Authority: TW
Inventors: 陳季廷; Ji-Ting Chen
Original assignee: 聯詠科技股份有限公司; Novatek Microelectronics Corp.
Priority date: 2017-05-31
Filing date: 2018-05-31
Publication date: 2019-12-11
Also published as: TW201903590A; US20180349666A1; US10706250B2; CN108985150B; CN108985150A

Abstract

一種電容式影像感測器。所述電容式影像感測器包括第一電荷放大器、第二電荷放大器以及差動放大器。第一電荷放大器耦接至感測器陣列的多個感測電極中的一個感測電極。差動放大器具有第一輸入端、第二輸入端以及差動輸出端對。差動放大器的第一輸入端耦接至第一電荷放大器。差動放大器的第二輸入端耦接至第二電荷放大器。

Description

電容式影像感測器

本發明是有關於一種影像感測器，且特別是有關於一種電容式影像感測器。

電容式影像感測器，例如指紋感測器，包括具有多個感測電極之感測器陣列、讀取電路（readout circuit）和類比數位轉換器。感測器陣列攜載手指電容之電荷，讀取電路將電荷轉換為感測訊號，類比數位轉換器將感測訊號轉換為指紋影像相關之數位訊號。讀取。然而，一般的讀取電路容易受到系統電壓的雜訊（即電源雜訊）的影響，導致產生不正確的感測訊號。

本發明提供一種電容式影像感測器，透過對稱式讀取電路架構來消除電源雜訊的干擾。

本發明的實施例提供一種電容式影像感測器。所述電容式影像感測器包括第一電荷放大器、第二電荷放大器以及差動放大器。第一電荷放大器耦接至感測器陣列的多個感測電極中的一個感測電極。差動放大器具有第一輸入端、第二輸入端以及差動輸出端對。差動放大器的第一輸入端耦接至第一電荷放大器。差動放大器的第二輸入端耦接至第二電荷放大器。

基於上述，本發明諸實施例所述電容式影像感測器使用電路架構相似的兩個電荷放大器。第一電荷放大器用以接收對應於感測器陣列的一個感測電極的感測結果，並提供感測訊號給差動放大器的第一輸入端。第二電荷放大器用以提供參考電壓訊號給差動放大器的第二輸入端。透過對稱式讀取電路架構，所述電容式影像感測器可以有效消除電源雜訊的干擾。

本發明的另一實施例提供一種電容式影像感測器。所述電容式影像感測器包括感測器陣列，所述感測器陣列包括多個感測電極和多個參考電極，其中所述多個參考電極設置在感測器陣列的中間區域。

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。

在本案說明書全文(包括申請專利範圍)中所使用的「耦接（或連接）」一詞可指任何直接或間接的連接手段。舉例而言，若文中描述第一裝置耦接（或連接）於第二裝置，則應該被解釋成該第一裝置可以直接連接於該第二裝置，或者該第一裝置可以透過其他裝置或某種連接手段而間接地連接至該第二裝置。另外，凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件/步驟代表相同或類似部分。不同實施例中使用相同標號或使用相同用語的元件/構件/步驟可以相互參照相關說明。

圖1是電容式影像感測器100的電路方塊（circuit block）示意圖。電容式影像感測器100包括感測器陣列（sensor array）110與讀取電路（readout circuit）120。感測器陣列110包括多個感測電極。讀取電路120包括多個電荷放大器（charge amplifier）121和單端轉差動放大器（single to differential amplifier，以下稱差動放大器）123，每一電荷放大器121對應至一感測電極。基於敘述方便，圖1僅繪示一個電荷放大器121。每一個感測電極電性耦接至一個對應的電荷放大器121的輸入端，舉例來說，圖1的感測電極111電性耦接至一個對應的電荷放大器121。在一些實施例中，讀取電路120可以被實現為一個積體電路，而感測器陣列110可以被實現為另一個積體電路。在另一些實施例中，讀取電路120與感測器陣列110可以被整合在同一個積體電路。

電荷放大器121包括運算放大器A1、回授電容C2以及重置開關SW1。運算放大器A1具有反相輸入端、非反相輸入端與輸出端。運算放大器A1的反相輸入端作為電荷放大器121的輸入端。運算放大器A1的非反相輸入端耦接至參考電壓V1。運算放大器A1的輸出端耦接至差動放大器123的第一輸入端。回授電容C2耦接於運算放大器A1的反相輸入端與運算放大器A1的輸出端之間。重置開關SW1耦接於運算放大器A1的反相輸入端與運算放大器A1的輸出端之間，用來控制回授電容C2放電。在電荷放大器121量測感測電極111攜載的電荷時，重置開關SW1位於關閉（不導通）狀態。

電荷放大器121用來接收輸入電壓訊號Vin，輸入電壓訊號Vin是碰觸電容式影像感測器100的手指的訊號，並且電荷放大器121放大輸入電壓訊號Vin以產生輸出電壓訊號Vout。當周期性驅動訊號或定電壓通過導體，例如電容式影像感測器100上的金屬環，耦接至手指時，即產生輸入電壓訊號Vin。輸入電壓訊號Vin視為對應於感測電極111的感測結果，感測結果和手指與感測電極111之間形成的電容C1的電荷相關。精確來說，電容C1形成於手指紋峰或手指紋谷與感測電極111之間。輸出電壓訊號Vout視為電荷放大器121輸出的感測訊號。電荷放大器121的放大比例由電容C1與回授電容C2之電容值來決定，亦即所述電壓訊號Vout = Vin*(C1/C2）。

差動放大器123的第一輸入端經由多工電路（開關）124耦接至多個感測電極所對應的多個電荷放大器的輸出端。舉例來說，當多工電路124將電荷放大器121的輸出端電性耦接至差動放大器123的第一輸入端時，電荷放大器121可以將關於感測電極111的感測訊號（即輸出電壓訊號Vout）經由多工電路124傳送至差動放大器123的第一輸入端。差動放大器123的第二輸入端耦接至參考電壓V2，參考電壓V2由參考電壓產生器122產生。差動放大器123可以將電荷放大器121所輸出的感測訊號（單端信號）轉換為差模輸出訊號（differential output signal）OUTdiff1，然後將此差模輸出訊號OUTdiff1提供給下一級電路（未繪示）。下一級電路可以是另一差動放大器或類比數位轉換器（analog-to-digital converter）。

然而，任何非理想共模擾動都會造成單端電路（例如電荷放大器）的輸出訊號異常抖動。電荷放大器121與參考電壓產生器122皆被供應系統電壓AVDD，但是二者的運作特性不同。電荷放大器121用來接收輸入電壓訊號Vin，也就是來自感測電極的感測結果，而參考電壓產生器122則是用來產生穩定的參考電壓V2。一般而言，參考電壓產生器122可以是單增益緩衝器。參考電壓產生器122的電源拒斥比例（Power Supply rejection Ratio, PSRR）不同於電荷放大器121的電源拒斥比例。因此，差動放大器123的輸入訊號容易受系統電壓AVDD的雜訊所干擾，進而導致差動放大器123的差模輸出訊號OUTdiff1也受系統電壓AVDD的雜訊所干擾。

請參照圖1，系統電壓AVDD可以供電給電荷放大器121、參考電壓產生器122與其他元件。當系統電壓AVDD發生負脈衝雜訊時，參考電壓產生器122的參考電壓V2會出現負脈衝雜訊，而電荷放大器121所輸出的感測訊號（即輸出電壓訊號Vout）會出現正脈衝雜訊。參考電壓V2與電壓訊號Vout二者之間的電壓差（即，差動放大器123的差模輸入訊號）會被差動放大器123加以放大，如圖1所示，因此，電壓差中的雜訊成分也被放大。亦即，圖1所示一般的讀取電路120很容易會將系統電壓AVDD的雜訊放大而使差動放大器123所輸出的差模輸出訊號OUTdiff1中攜帶顯著雜訊。

圖2是依照本發明的一實施例所繪示的一種電容式影像感測器200的電路方塊示意圖。電容式影像感測器200包括感測器陣列210與讀取電路220。圖2所示感測器陣列210可以參照圖1所示感測器陣列110的相關說明來類推，故不再贅述。讀取電路 220包括多個第一電荷放大器221、第二電荷放大器222和差動放大器223，每一個第一電荷放大器221對應至一感測電極。基於敘述方便，圖2僅繪示一個第一電荷放大器221。每一個感測電極電性耦接至一個對應的第一電荷放大器221的輸入端，舉例來說，圖2的感測電極211電性耦接至一個對應的第一電荷放大器221。在一些實施例中，讀取電路220可以被實現為一個積體電路，而感測器陣列210可以被實現為另一個積體電路。在另一些實施例中，讀取電路220與感測器陣列210可以被整合在同一個積體電路。

雖未顯示於圖2，第一電荷放大器221可包括一運算放大器、一回授電容和一重置開關，與圖1的電荷放大器121相似。第一電荷放大器221用來接收輸入電壓訊號，輸入電壓訊號是碰觸電容式影像感測器的手指的訊號，並且第一電荷放大器221放大輸入電壓訊號以產生輸出電壓訊號。輸入電壓訊號視為對應於感測電極211的感測結果，感測結果和手指與感測電極211之間形成的電容的電荷相關。輸出電壓訊號視為第一電荷放大器221輸出的感測訊號。差動放大器223具有第一輸入端、第二輸入端以及差動輸出端對。在一些實施例中，讀取電路220可以包括僅一個差動放大器223，並且讀取電路220的多個第一電荷放大器221通過一多工電路（圖2未顯示）分時輸出至差動放大器223的第一輸入端。例如，在某一段時間中，差動放大器223的第一輸入端耦接至第一電荷放大器221的輸出端，以接收感測訊號221a。在另一些實施例中，讀取電路220可以包括多個差動放大器223，每一個差動放大器分時接收多個第一電荷放大器221其中一部分的第一電荷放大器221所輸出的多個感測訊號。

差動放大器223的第二輸入端耦接至第二電荷放大器222的輸出端，以接收參考電壓訊號222a。差動放大器223可以將第一電荷放大器221輸出的的感測訊號221a轉換為差模輸出訊號OUTdiff2，然後經由差動放大器223的差動輸出端對將此差模輸出訊號OUTdiff2提供給下一級電路（未繪示）。圖2所示差動放大器223可以參照圖1所示差動放大器123的相關說明來類推，故不再贅述。

第一電荷放大器221與第二電荷放大器222的運作特性是相似的。舉例來說，第二電荷放大器222的電源拒斥比例相近於第一電荷放大器221的電源拒斥比例。系統電壓AVDD可以供電給第一電荷放大器221、第二電荷放大器222與其他元件。當系統電壓AVDD發生負脈衝雜訊時，第一電荷放大器221所輸出的感測訊號221a會出現正脈衝雜訊，而第二電荷放大器222所輸出的參考電壓訊號222a亦會出現正脈衝雜訊。換言之，差動放大器223的兩個輸入端的信號同時出現共模雜訊。基於差動放大器223的差模特性，此共模雜訊可相抵消，因此所述共模雜訊並不會影響差動放大器223輸出的差模輸出訊號OUTdiff2。因此，圖2所示讀取電路220可以有效地消除電源雜訊的干擾。

圖3是依照本發明的一實施例說明圖2所示第一電荷放大器221與第二電荷放大器222的電路方塊示意圖。圖3所示感測器陣列210可以參照圖1所示感測器陣列110的相關說明來類推，故不再贅述。

於圖3所示實施例中，第一電荷放大器221包括運算放大器A3、回授電容C3以及重置開關SW3。運算放大器A3具有反相輸入端、非反相輸入端與輸出端。運算放大器A3的反相輸入端耦接至感測器陣列210的感測電極211。運算放大器A3的非反相輸入端耦接至參考電壓訊號VCOM。所述參考電壓訊號VCOM的準位可以依照設計需求來決定。運算放大器A3的輸出端耦接至差動放大器223的第一輸入端。回授電容C3耦接於運算放大器A3的反相輸入端與運算放大器A3的輸出端之間。重置開關SW3耦接於運算放大器A3的反相輸入端與運算放大器A3的輸出端之間。圖3所示第一電荷放大器221可以參照圖1所示電荷放大器121的相關說明來類推，故不再贅述。

於圖3所示實施例中，第二電荷放大器222包括運算放大器A4、回授電容C4以及重置開關SW4。運算放大器A4具有反相輸入端、非反相輸入端與輸出端。運算放大器A4的反相輸入端不耦接至感測電極。運算放大器A4的非反相輸入端耦接至參考電壓訊號VCOM。運算放大器A4的輸出端耦接至差動放大器223的第二輸入端。回授電容C4耦接於運算放大器A4的反相輸入端與運算放大器A4的輸出端之間。重置開關SW4耦接於運算放大器A4的反相輸入端與運算放大器A4的輸出端之間。

讀取電路220可以讓同一個差動放大器223分時接收多個第一電荷放大器221輸出的感測訊號。舉例來說，可以在多個第一電荷放大器的輸出端與差動放大器的第一輸入端之間，設置分時控制的多工電路（開關）224。基於電路對稱性，可以在第二電荷放大器222的輸出端和差動放大器的第二輸入端之間設置開關，如圖3的開關225。讀取電路220可以有一個或多個第二電荷放大器222，每一個第二電荷放大器222可各自供應參考電壓訊號給相對應的一個差動放大器，或者每一個第二電荷放大器可供應參考電壓訊號給多個差動放大器。請注意，第二電荷放大器222的數量以及差動放大器與第二電荷放大器222的對應關係，本發明實施例未有限制。

於感測電極211的重置期間，多工電路224使第一電荷放大器221的輸出端不連接差動放大器223的第一輸入端，而且重置開關SW3為導通（turn on），因此回授電容C3與回授電容C4的電荷可以被重置。於感測電極211的重置期間，第二電荷放大器222的重置開關SW4可以關閉（不導通）並且開關225導通，此時可能是另一個感測電極的感測期間。於感測電極211的感測期間，多工電路224使第一電荷放大器221的輸出端電性連接至差動放大器223的第一輸入端，而且重置開關SW3不導通（turn off），因此第一電荷放大器221形成單增益放大器（unity gain buffer），使得第一電荷放大器221可以接收感測電極211的感測結果以及輸出感測訊號221a給差動放大器223的第一輸入端。於感測電極211的感測期間，重置開關SW4不導通並且開關225導通，因此第二電荷放大器222可以提供參考電壓訊號222a給差動放大器223的第二輸入端。如此一來，差動放大器223可以將第一電荷放大器221輸出的感測訊號221a轉換為差模輸出訊號OUTdiff2，然後經由差動放大器223的差動輸出端對將此差模輸出訊號OUTdiff2提供給下一級電路（未繪示）。

於圖3所示實施例中，用以提供參考電壓訊號的第二電荷放大器222的電路結構相似（或相同）於用以接收感測電極的感測結果並且產生感測訊號的第一電荷放大器221的電路架構。因此，第二電荷放大器222的電源拒斥比例相似（或相同）於第一電荷放大器221的電源拒斥比例。參照圖3，系統電壓AVDD可以供電給第一電荷放大器221、第二電荷放大器222與其他元件。當系統電壓AVDD發生負脈衝雜訊時，第二電荷放大器222所提供的參考電壓訊號222a會出現正脈衝雜訊，而第一電荷放大器221輸出的感測訊號221a亦會出現正脈衝雜訊。換言之，差動放大器223的兩個輸入訊號中皆出現共模雜訊。差動放大器223的差模特性可抵消此共模雜訊。因此，所述共模雜訊並不會影響差動放大器223輸出的差模輸出訊號OUTdiff2。因此，圖3所示讀取電路架構可以有效地消除電源雜訊的干擾。

圖4是依照本發明的另一實施例所繪示的一種電容式影像感測器400的電路方塊示意圖。電容式影像感測器400包括感測器陣列210與讀取電路220。圖4所示感測器陣列210可以參照圖3所示感測器陣列210的相關說明來類推，故不再贅述。

於圖4所示實施例中，電容式影像感測器400的讀取電路220包括第一電荷放大器221、第二電荷放大器222、差動放大器223以及多工電路224。圖4所示第一電荷放大器221、第二電荷放大器222、差動放大器223以及多工電路224可以參照圖3所示第一電荷放大器221、第二電荷放大器222、差動放大器223以及多工電路224的相關說明來類推，故不再贅述。

於圖4所示實施例中，第二電荷放大器222的運算放大器A4的反相輸入端耦接至一個或多個參考電極（reference electrode）413。參考電極413沒有偶接至第一電荷放大器221。圖4所示參考電極413的數量和位置可以依照設計需求來決定。舉例來說，在一些實施例中，這些參考電極413可以配置在圖4所示感測器陣列210的外面並且靠近感測器陣列210。在另一些實施例中，這些參考電極413可以配置在圖4所示感測器陣列210內，換言之，感測器陣列210包括多個感測電極和多個參考電極413，在此情形下，這些感測電極413可設置在感測器陣列210的中間區域。在更一些實施例中，參考電極413可被配置在感測器陣列210中的不同區域。舉例來說，感測器陣列210的中間區域有多個參考電極413，同時感測器陣列210的周圍區域也有多個參考電極413。

圖4的第一電荷放大器221和第二電荷放大器222於感測電極211的重置期間和感測期間的行為模式可參考關於圖3的描述，在此不重複。在此假設感測器陣列210用來感測指紋影像。當手指接近感測器陣列210時，感測器陣列210的一些感測電極感測到手指指紋的紋峰，而感測器陣列210的另一些感測電極感測到手指指紋的紋谷。因此，圖4的感測電極211可能感測到紋峰或紋谷。第一電荷放大器221可接收相關於指紋紋峰或紋谷與感電極211之間形成的電容的感測結果，並且輸出感測訊號221a至差動放大器223的第一輸出端。第二電荷放大器222可接收相關於指紋紋峰以及紋谷與多個參考電極413之間形成的多個電容的參考感測結果，並且輸出參考感測訊號420至差動放大器223的第二輸出端。若參考電極413的數量為N，N大於1，圖4的電容C4的電容值需是圖3的電容C4的電容值的N倍。如此一來，參考感測訊號420相關於指紋紋峰以及紋谷的平均電容值。由於參考感測訊號420和感測訊號221a都是基於電極的感測結果而產生，參考感測訊號420中的雜訊和感測訊號221a中的雜訊可能接近。因此，差動放大器223可以消除此雜訊（共模雜訊）。

圖5與圖6描述了在不同實施例中的差動放大器223的運作比較。圖5是說明圖3所示差動放大器223的輸入信號的波形示意圖，圖6是說明圖4所示差動放大器223的輸入信號的波形示意圖。於圖5與圖6中，橫軸表示感測電極位置，縱軸表示差動放大器223的輸入信號的電壓準位。

請參照圖3與圖5，差動放大器223的輸入信號是感測訊號221a和參考電壓訊號222a。在圖5所示範例中，參考電壓訊號222a的準位標示為Vref（例如0伏特），其會追隨運算放大器A4的非反向輸入端的電壓準位。假設對應於紋峰位置的感測訊號221a的準位是0.5伏特，而對應於紋谷位置的感測訊號221a的準位是0.1伏特。因此，差動放大器223的差模輸入訊號包含直流偏移（DC offset）成分此直流偏移成分會被差動放大器223放大，而此經放大的直流偏移成分需要額外電路去濾除。

請參照圖4與圖6，差動放大器223的輸入信號是感測訊號221a和參考感測訊號420。在圖6所示範例中，假設對應於紋峰位置的感測訊號221a的準位是+0.2伏特，而對應於紋谷位置的感測訊號221a的準位是-0.2伏特。因為參考感測訊號420是相關於指紋紋峰和紋谷與參考電極形成的電容值，所以參考感測訊號420的電壓準位，標示為Vref，可能接近相關於指紋紋峰和紋谷的多個感測訊號221a的電壓準位的平均值，如圖6。在此情況下，差動放大器223的差模輸入訊號中的直流偏移成分可大幅減少，差模輸入訊號趨近於無直流偏移成分的交流訊號。根據圖4所示實施例，參考電壓訊號420可根據感測器陣列210的應用環境而適應性改變。如此一來，不欲放大的直流偏移成分盡可能地被預先消除。

於本發明另一實施例中，圖3所示實施例中的無輸入訊號的第二電荷放大器222和圖4所示實施例中的參考電極413可以並存於電容式影像感測器中。可以利用開關電路（未繪示）來決定第二電荷放大器222的感測端是無輸入訊號，或是接收參考電極413的感測結果。

圖7是依照本發明的又一實施例所繪示的一種電容式影像感測器700的電路方塊示意圖。電容式影像感測器700包括感測器陣列710、參考電極713與讀取電路220。圖7所示感測器陣列710可以參照圖3所示感測器陣列210的相關說明來類推，圖7所示讀取電路220可以參照圖3所示讀取電路220的相關說明來類推，故不再贅述。

第二電荷放大器222的運算放大器A4的反相輸入端耦接至參考電極713。第二電荷放大器222用以輸出參考感測訊號720給差動放大器223的第二輸入端。於圖7所示實施例中，參考電極713可以是屏蔽網格的一部分，屏蔽網格是用來屏蔽各感測電極。屏蔽網格是由導體材料製成。參考電極713可以是設置在感測器陣列710的這些感測電極711之間的一條或多條導電線。如圖7所示，感測器陣列710中的相鄰二個感測電極之間配置了導線，其中這些導線相互電性連接而形成網格狀導體（即參考電極713）。在另一實施例中，參考電極713的導線可以配置為其他圖樣。當物體（例如手指）接觸了電容式影像感測器700時，手指的紋峰（或紋谷）與感測器陣列710的感測電極711之間會形成電容，而手指的紋峰和紋谷與參考電極713（網格狀導體）之間亦會形成電容。第一電荷放大器221接收感測電極711的感測結果，並將感測訊號221a輸出給差動放大器223的第一輸入端。第二電荷放大器222接收參考電極713的參考感測結果，並將參考感測訊號7200輸出給差動放大器223的第二輸入端。類似於圖4與圖6所示實施例，圖7所示差動放大器223所接收的參考感測訊號720也有助於降低差模輸入訊號中的直流偏移成分。

於本發明另一實施例中，圖3所示實施例中的無輸入訊號的第二電荷放大器222和圖7所示實施例中的參考電極713可以並存於電容式影像感測器中。可以利用開關電路（未繪示）去決定第二電荷放大器222的反向輸入端是無輸入訊號，或是接收參考電極713所偵測到的感測結果。

綜上所述，本發明諸實施例所述電容式影像感測器使用電路架構相似的兩個電荷放大器。第一電荷放大器221用以接收感測器陣列的一個感測電極的感測結果，並將感測訊號提供給差動放大器223的第一輸入端。第二電荷放大器222用以提供參考電壓訊號或參考感測訊號給差動放大器223的第二輸入端。透過對稱式讀取電路架構，所述電容式影像感測器可以有效消除電源雜訊的干擾。

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。

100‧‧‧電容式影像感測器

110‧‧‧感測器陣列

111‧‧‧感測電極

120‧‧‧讀取電路

121‧‧‧電荷放大器

122‧‧‧參考電壓產生器

123‧‧‧差動放大器

200‧‧‧電容式影像感測器

210‧‧‧感測器陣列

211‧‧‧感測電極

220‧‧‧讀取電路

221‧‧‧第一電荷放大器

221a‧‧‧感測訊號

222‧‧‧第二電荷放大器

222a‧‧‧參考電壓訊號

223‧‧‧差動放大器

224‧‧‧多工電路

225‧‧‧開關

400‧‧‧電容式影像感測器

413‧‧‧參考電極

420‧‧‧參考感測訊號

700‧‧‧電容式影像感測器

710‧‧‧感測器陣列

711‧‧‧感測電極

713‧‧‧參考電極

720‧‧‧參考感測訊號

A1、A3、A4‧‧‧運算放大器

AVDD‧‧‧系統電壓

C1‧‧‧電容

C2、C3、C4‧‧‧回授電容

OUTdiff1、OUTdiff2‧‧‧差模輸出訊號

SW1、SW3、SW4‧‧‧重置開關

V1、V2‧‧‧參考電壓

VCOM‧‧‧參考電壓

Vin‧‧‧輸入電壓訊號

Vout‧‧‧輸出電壓訊號

圖1是電容式影像感測器的電路方塊示意圖。圖2是依照本發明的一實施例所繪示的一種電容式影像感測器的電路方塊示意圖。圖3是依照本發明的一實施例說明圖2所示第一電荷放大器與第二電荷放大器的電路方塊示意圖。圖4是依照本發明的另一實施例所繪示的一種電容式影像感測器的電路方塊示意圖。圖5是說明圖3所示差動放大器的輸入信號的波形示意圖。圖6是說明圖4所示差動放大器的輸入信號的波形示意圖。圖7是依照本發明的又一實施例所繪示的一種電容式影像感測器的電路方塊示意圖。

Claims

一種電容式影像感測器，包括：一第一電荷放大器，耦接至一感測器陣列的多個感測電極中的一個感測電極；一第二電荷放大器；以及一差動放大器，具有一第一輸入端、一第二輸入端以及一差動輸出端對，其中該差動放大器的該第一輸入端耦接至該第一電荷放大器，以及該差動放大器的該第二輸入端耦接至該第二電荷放大器，其中，該第二電荷放大器耦接至一參考電極，以及該第二電荷放大器用以輸出一參考感測信號給該差動放大器的該第二輸入端。
如申請專利範圍第1項所述的電容式影像感測器，其中該第一電荷放大器包括：一運算放大器，具有一反相輸入端、一非反相輸入端與一輸出端，其中該運算放大器的該反相輸入端耦接至該感測器陣列的該感測電極，該運算放大器的該非反相輸入端耦接至一參考電壓，以及該運算放大器的該輸出端耦接至該差動放大器的該第一輸入端；一回授電容，耦接於該運算放大器的該反相輸入端與該運算放大器的該輸出端之間；以及一重置開關，耦接於該運算放大器的該反相輸入端與該運算放大器的該輸出端之間。
如申請專利範圍第1項所述的電容式影像感測器，其中該第二電荷放大器包括：一運算放大器，具有一反相輸入端、一非反相輸入端與一輸出端，其中該運算放大器的該非反相輸入端耦接至一參考電壓，以及該運算放大器的該輸出端耦接至該差動放大器的該第二輸入端；一回授電容，耦接於該運算放大器的該反相輸入端與該運算放大器的該輸出端之間；以及一重置開關，耦接於該運算放大器的該反相輸入端與該運算放大器的該輸出端之間。
如申請專利範圍第3項所述的電容式影像感測器，其中該第二電荷放大器的該運算放大器的該反相輸入端耦接至該參考電極，以及該第二電荷放大器的該運算放大器用以輸出該參考感測信號給該差動放大器的該第二輸入端。
如申請專利範圍第1項所述的電容式影像感測器，其中該第二電荷放大器的一反相輸入端耦接至該參考電極。
如申請專利範圍第5項所述的電容式影像感測器，其中該參考電極為該感測器陣列的一電極。
如申請專利範圍第5項所述的電容式影像感測器，其中該參考電極分離於該感測器陣列並且靠近該感測器陣列。
如申請專利範圍第5項所述的電容式影像感測器，其中該參考電極是設置在該感測器陣列的該些感測電極之間的至少一導電線。
如申請專利範圍第8項所述的電容式影像感測器，其中該參考電極是設置在該感測器陣列的該些感測電極之間的一屏蔽網格，並且該屏蔽網格接地或連接到其他電壓電平。
一種電容式影像感測器，包括：一感測器陣列，包括多個感測電極和多個參考電極，其中所述多個參考電極設置在感測器陣列的中間區域；一第一電荷放大器，耦接至該些感測電極中的一感測電極；一第二電荷放大器，耦接至該些參考電極；以及一差動放大器，具有一第一輸入端、一第二輸入端以及一差動輸出端對，其中該差動放大器的該第一輸入端耦接至該第一電荷放大器，以及該差動放大器的該第二輸入端耦接至該第二電荷放大器。
如申請專利範圍第10項所述的電容式影像感測器，其中該第一電荷放大器用來輸出一感測訊號至該差動放大器的該第一輸入端，該第二電荷放大器用來輸出一參考感測訊號至該差動放大器的該第二輸入端。
如申請專利範圍第10項所述的電容式影像感測器，其中該第一電荷放大器包括：一運算放大器，具有一反相輸入端、一非反相輸入端與一輸出端，其中該運算放大器的該反相輸入端耦接至該感測器陣列的該感測電極，該運算放大器的該非反相輸入端耦接至一參考電壓訊號，以及該運算放大器的該輸出端耦接至該差動放大器的該第一輸入端；一回授電容，耦接於該運算放大器的該反相輸入端與該運算放大器的該輸出端之間；以及一重置開關，耦接於該運算放大器的該反相輸入端與該運算放大器的該輸出端之間。
如申請專利範圍第10項所述的電容式影像感測器，其中該第二電荷放大器包括：一運算放大器，具有一反相輸入端、一非反相輸入端與一輸出端，其中該運算放大器的該反相輸入端耦接至該些參考電極，該運算放大器的該非反相輸入端耦接至一參考電壓訊號，以及該運算放大器的該輸出端耦接至該差動放大器的該第二輸入端；一回授電容，耦接於該運算放大器的該反相輸入端與該運算放大器的該輸出端之間；以及一重置開關，耦接於該運算放大器的該反相輸入端與該運算放大器的該輸出端之間。