一種用於指紋識別驅動晶片的電容耦合式電平轉換電路的製作方法

2023-08-03 23:23:16

本發明涉及利用低壓器件或者中壓器件實現高壓轉換的電路，尤其涉及一種用於指紋識別驅動晶片的電容耦合式電平轉換電路。

背景技術：

目前，被動式電容指紋識別技術是由驅動晶片和感應器這兩個晶片組成，請參照圖1，圖1中體現了驅動晶片和感應器之間的電壓域關係，通過驅動晶片把感應器晶片的地端提高，進而感應和採集指圖案，晶片的接地端電壓越高，指紋感應的所造成的電容變化量就越大。指紋識別晶片模組正常工作時，驅動晶片晶片需要把感應器晶片的地從0v抬高到7.5v～12v，同時驅動晶片晶片和感應器晶片的各種控制信號和數據信號都需要保持正常並相互傳送。因此，需要搭配兩種電平轉換電路，一種是從感應器到驅動晶片的轉換電路，請參照圖2，用於將信號整體電平從高轉換到低；另一種是從驅動晶片到感應器的轉換電路，請參照圖3，用於將信號整體電平從低轉換到高。

其中，由於驅動晶片和感應器都是採用5v中壓器件來設計，在電平轉換時，5v器件兩端的電壓差將遠超過其所設計的上限值，所以，現有技術是在兩種電平之間加入pmos_12v/nmos_12v或者pmos_16v/nmos_16v高壓開關管來進行分壓，以保障5v中壓器件兩端電壓不超過設計上限值，同時還可以進行數據和信號的轉換和傳輸。但是，由於高壓開關管在版圖設計時需要各種單獨的hv阱，所以其本身尺寸較大，寄生電容等參數也較大，其本身的導通阻抗也較大，導致現有的技術方案存在如下缺陷：首先，轉換和傳輸的速度慢，其次，所佔用的空間、器件成本和功耗也較大，此外，現有技術設計複雜，很難保證所有角下沒有靜態漏電流，難以滿足應用要求。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足，提供一種能提高轉換速度、提高信號的傳輸速度、節省製造成本、簡化電路的版圖布設以及降低設計難度的用於指紋識別驅動晶片的電容耦合式電平轉換電路。

為解決上述技術問題，本發明採用如下技術方案。

一種用於指紋識別驅動晶片的電容耦合式電平轉換電路，其包括有耦合電容、第一pmos管、第二pmos管、第一nmos管和第二nmos管，所述耦合電容的前端作為所述電平轉換電路的輸入端，所述耦合電容的後端連接於第一pmos管的柵極和第一nmos管的柵極，所述第一pmos管的源極用於接入高電平信號，所述第一pmos管的漏極連接於第一nmos管的漏極，所述第一nmos管的源極接地，所述第二pmos管的源極和第二nmos管的源極均連接於耦合電容的後端，所述第二pmos管的漏極和第二nmos管的漏極均連接於第一nmos管的漏極，所述第二pmos管的柵極和第二nmos管的柵極相互連接後作為所述電平轉換電路的輸出端。

優選地，還包括有第三pmos管，所述第三pmos管的源極連接高電位，所述第三pmos管的漏極連接於第一pmos管的源極，所述第三pmos管的柵極用於接入第一控制信號。

優選地，還包括有第三nmos管，所述第三nmos管的漏極連接於所述電平轉換電路的輸出端，所述第三nmos管的源極接地，所述第三nmos管的柵極用於接入第二控制信號。

本發明公開的用於指紋識別驅動晶片的電容耦合式電平轉換電路中，利用耦合電容感應輸入信號的變化，並起到隔離直流電壓和高通濾波的作用，由第一pmos管、第二pmos管、第一nmos管和第二nmos管組成的電路將感應信號的變化放大，並還原成輸入信號的變化，具體是指，由第二pmos管和第二nmos管將第一pmos管和第二pmos管組成的電路傳輸到放大區，同時起到放大和濾波的作用。其中，由於耦合電容具有隔直濾波的作用，所以整個電平轉換電路都可以用5v的中壓器件來設計完成，無需再用到12v/16v的高壓器件，本發明相比現有技術而言的有益效果在於，本發明大大減少了電平轉換電路所佔用的空間，同時，無需12v/16v等高壓器件的光罩，有效減少了晶片製造過程中的光罩層數，進而降低了晶片的設計難度及製造成本，此外，由於本發明採用了電容耦合技術，因而能提高數據和控制信號的傳輸速度，可有效減少系統延時。

附圖說明

圖1為驅動晶片和感應器之間的電壓域關係示意圖。

圖2為現有技術從感應器到驅動晶片的電平轉換電路原理圖。

圖3為現有技術從驅動晶片到感應器的電平轉換電路原理圖。

圖4為本發明用於指紋識別驅動晶片的電容耦合式電平轉換電路原理圖。

圖5為本發明第一實施例的電路原理圖。

圖6為本發明第二實施例的電路原理圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作更加詳細的描述。

本發明公開了一種用於指紋識別驅動晶片的電容耦合式電平轉換電路，請參照圖4，其包括有耦合電容c、第一pmos管p2、第二pmos管p3、第一nmos管n2和第二nmos管n3，所述耦合電容c的前端作為所述電平轉換電路的輸入端vin，所述耦合電容c的後端連接於第一pmos管p2的柵極和第一nmos管n2的柵極，所述第一pmos管p2的源極用於接入高電平信號，所述第一pmos管p2的漏極連接於第一nmos管n2的漏極，所述第一nmos管n2的源極接地，所述第二pmos管p3的源極和第二nmos管n3的源極均連接於耦合電容c的後端，所述第二pmos管p3的漏極和第二nmos管n3的漏極均連接於第一nmos管n2的漏極，所述第二pmos管p3的柵極和第二nmos管n3的柵極相互連接後作為所述電平轉換電路的輸出端vout。

上述電平轉換電路中，利用耦合電容c感應輸入信號的變化，並起到隔離直流電壓和高通濾波的作用，由第一pmos管p2、第二pmos管p3、第一nmos管n2和第二nmos管n3組成的電路將感應信號的變化放大，並還原成輸入信號的變化，具體是指，由第二pmos管p3和第二nmos管n3將第一pmos管p2和第二pmos管p3組成的電路傳輸到放大區，同時起到放大和濾波的作用。

其中，由於耦合電容c具有隔直濾波的作用，所以整個電平轉換電路都可以用5v的中壓器件來設計完成，無需再用到12v/16v的高壓器件，本發明相比現有技術而言的有益效果在於，本發明大大減少了電平轉換電路所佔用的空間，同時，無需12v/16v等高壓器件的光罩，有效減少了晶片製造過程中的光罩層數，進而降低了晶片的設計難度及製造成本，此外，由於本發明採用了電容耦合技術，因而能提高數據和控制信號的傳輸速度，可有效減少系統延時。

為了控制電路的工作狀態，本實施例還包括有第三pmos管p1，所述第三pmos管p1的源極連接高電位，所述第三pmos管p1的漏極連接於第一pmos管p2的源極，所述第三pmos管p1的柵極用於接入第一控制信號。

作為一種優選方式，本實施例還包括有第三nmos管n1，所述第三nmos管n1的漏極連接於所述電平轉換電路的輸出端vout，所述第三nmos管n1的源極接地，所述第三nmos管n1的柵極用於接入第二控制信號。

在上述第三pmos管p1和第三nmos管n1的作用下，能夠在停機狀態下關閉該電平轉換電路，從而起到降低靜態功耗的作用。

為了更好地描述本發明在電容指紋識別模塊中的應用，本發明還提供了如下實施例。

實施例一

請參照圖5，從驅動晶片端傳輸到感應器端的低壓到高壓的電平轉換電路中，其基於5v器件進行設計，因而大大簡化了版圖布設並提高了集成度。

實施例二

請參照圖6，從感應器端傳輸到驅動晶片端的高壓到低壓的電平轉換電路中，由於其採用了5v器件，因而大大降低了版圖所佔用的空間，同時還提高了集成度。

將上述兩個實施例與現有技術中的電路進行波形仿真後，經對比得出，基於電容耦合的技術方案可較大提高信號傳輸速度。

本發明公開的用於指紋識別驅動晶片的電容耦合式電平轉換電路，其採用了電容耦合技術，因而能提高數據和控制信號的傳輸速度，可有效減少系統延時。由此可見，本發明在低壓器件或者中壓器件實現高壓轉換方面取得了突出的進步，適合在本領域內推廣使用，並具有較好的應用前景。

以上所述只是本發明較佳的實施例，並不用於限制本發明，凡在本發明的技術範圍內所做的修改、等同替換或者改進等，均應包含在本發明所保護的範圍內。