快速辨識的指紋辨識感測器的製作方法

2023-07-07 22:29:21

本發明涉及一種指紋辨識感測器，特別是一種快速辨識的指紋辨識感測器。

背景技術：

隨著個人資料保護及隱私權逐漸被重視，辨識個人身份的方法也隨之演進，相較於現有技術的籤名辨識與密碼辨識等容易被模仿或盜用的方法，近期強調個人獨特性與個體間差異性的生物特徵遂逐漸被應用於身分辨識的領域，例如臉部輪廓辨識、虹膜辨識及指紋辨識等以生物特徵進行辨識的方式，其中又以指紋辨識的方便性、個體間差異性及產業應用性為高，而蓬勃發展並被廣泛應用於許多產業之中。

指紋辨識已被廣泛地應用於許多產業，如中國發明專利公開第CN102954753A號，揭露一種電容式距離感測器，包括一電容測量極板、一電容耦合極板、一參考電容、一參考電容充電電路、一電容測量極板放電電路、一電荷中和電路、一可程序設計電平生成器、一可程序設計電平生成器2以及一電壓比較器，該電容測量極板與該電荷中和電路連接，當被測導電體表面與該電容測量極板上表面接近，在該電容測量極板和被測導電體表面之間形成測量電容；該電容耦合極板與該可程序設計電平生成器連接，位於該電容測量極板下方，該電容耦合極板和該電容測量極板之間形成耦合電容；該參考電容一端與該參考電容充電電路、該電荷中和電路、該電壓比較器輸入端連接；該參考電容充電電路一端與該參考電容連接，另一端與系統電源連接，閉合狀態使參考電容與系統電源導通，斷開狀態使參考電容與系統電源斷開；該電容測量極板放電電路，一端與該電容測量極板連接，閉合狀態將電容測量極板與系統地導通，斷開狀態使電容測量極板與系統地斷開；該電荷中和電路一端與該參考電容連接，另一端與該電容測量極板連接，閉合狀態使該參考電容與該電容測量極板導通，斷開狀態使該參考電容與該電容測量極板斷開；該可程序設計電 平生成器與該電容耦合極板連接；該電壓比較器的輸入端與該參考電容連接以及該可程序設計電平生成器2連接，輸出端作為感測器輸出。

上述現有技術又被稱為C-V-T型電容感測器電路，實際使用時，該參考電容充電電路需多次的導通與斷開，待所累積的信號超過該可程序設計電平生成器2時，該電壓比較器始輸出信號。然而，此種電容感測器電路是使用該可程序設計電平生成器2，即比較器(Comparator)，而該比較器所擷取的信號為該參考電容充電電路導通與斷開的次數，故辨識的時間較長；且當有多個像素(感測器)時，可採用多個像素共同連接至一個比較器或每個像素各別連接至一個比較器。基於體積和製造成本的考慮，後者並不可行，故實務上乃將多個像素共同連接至一個比較器。而如此的缺點為每個像素必須要依序經過比較器的判斷才能擷取信號，十分耗時。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種快速辨識的指紋辨識感測器，以解決現有技術中C-V-T型電容感測器電路的指紋辨識時間過長的問題。

為了實現上述目的，本發明提供了一種快速辨識的指紋辨識感測器，包含一基板；一設置於該基板上的導電板；一設置於該導電板上並和一手指接近以檢測一指紋的鈍化層；一充電電容，該充電電容包括一電性連接至一低電位電壓的放電端和一電性連接至該導電板的充電端；一開關組，包括一第一開關以及一第二開關，該第一開關的兩端分別電性連接至一輸入電壓與該充電電容的該充電端之間以控制該輸入電壓對該充電電容進行充電，該第二開關的兩端分別電性連接至該導電板以及該第一開關和該充電電容的該充電端，該輸入電壓是高於該低電位電壓；以及一類比數位轉換器，與該充電電容的該充電端電性連接；其中，該第一開關控制該充電電容進行單次充電後，該第二開關控制該充電電容進行多次電荷分享，該類比數位轉換器根據電荷分享後該充電端的一殘餘電壓輸出一指紋辨識信號。

為了更好地實現上述目的，本發明還提供了一種快速辨識的指紋辨識感測器，包含：一基板；多個設置於該基板上的指紋辨識感測單元，各包含有：一設置於該基板上的導電板；一設置於該導電板上並和一手指接近以檢測一指紋的鈍化層；一充電電容，該充電電容包括一電性連接至一低電位電壓的放電端 和一電性連接至該導電板的充電端；以及一開關組，包括一第一開關以及一第二開關，該第一開關的兩端分別電性連接至一輸入電壓與該充電電容的該充電端之間以控制該輸入電壓對該充電電容進行充電，該第二開關的兩端分別電性連接至該導電板以及該第一開關和該充電電容的該充電端，該輸入電壓是高於該低電位電壓；以及一類比數位轉換器，是與各該指紋辨識感測單元中的該充電電容的該充電端電性連接；其中，該指紋辨識感測單元中的該第一開關控制該充電電容進行單次充電後，該第二開關控制該充電電容進行多次電荷分享，該類比數位轉換器根據電荷分享後該充電端的一殘餘電壓輸出一指紋辨識信號。

本發明的技術效果在於：

本發明利用設置該類比數位轉換器，並根據電荷分享後該充電端的該殘餘電壓輸出該指紋辨識信號，由於輸入和輸出該類比數位轉換器的均是實質電壓值，速度快；當設置多個像素(即該指紋辨識感測單元)時，本發明的各個該指紋辨識感測單元可同時進行電荷分享，將該殘餘電壓累積在該充電端，再依序通過該類比數位轉換器，速度也非常快速；反觀，傳統的C-V-T型電容感測器電路，每個像素(即該指紋辨識感測單元)須搭配共用的一個比較器，下一個像素必須等待上一個像素完成後才可進行開關，各個像素無法同時開關，故擷取的時間緩慢。另外，由於該類比數位轉換器輸出的是實質電壓值，故便於之後的信號處理；然，傳統的C-V-T型電容感測器電路，該比較器所輸出的是開關次數所對應的值。此外，針對靜態的指紋影像擷取，由於多次電荷分享的過程中，該殘餘電壓是多次電荷分享後的信號的累積，該殘餘電壓會逐次累積，但噪音(Noise)並不會隨著累積，故將有助於提升信號噪音比(Signal-to-noise ratio，簡稱SNR)。

以下結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細描述，但不作為對本發明的限定。

附圖說明

圖1為本發明第一實施例的電路結構示意圖；

圖2為圖1的等效電路圖；

圖3為本發明第一實施例的控制時序圖；

圖4為本發明第二實施例的電路結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的結構原理和工作原理作具體的描述：

涉及本發明的詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下，請參閱圖1與圖2所示，分別為本發明第一實施例的電路結構示意圖以及圖1的等效電路圖，包含一基板10、一導電板20、一鈍化層30、一充電電容C0、一開關組以及一類比數位轉換器40，該導電板20設置於該基板10上，該鈍化層30設置於該導電板20上並和一手指50接近以檢測一指紋。在本發明中，接近是指該手指50靠近該鈍化層30並和其保持一距離(例如該鈍化層30上另外設置一保護層的情況)，或指該手指50部分或完全接觸該鈍化層30。此時，將於該鈍化層30與該導電板20之間形成一檢測電容CS，該檢測電容CS是有功能性地被設計用來檢測及辨識該指紋上的一紋路態樣，當該檢測電容CS形成後，便於該導電板20與該基板10之間形成一寄生電容CP(或稱雜散電容)，該寄生電容CP是發生於電路元件因彼此過於靠近所形成的一種非預期的電容形式。

該充電電容C0包括一放電端X1以及一充電端X2，該放電端X1電性連接至一低電位電壓，在本實施例中，該放電端X1電性連接至該基板10，即為接地，而該充電端X2電性連接至該導電板20，該開關組包括一第一開關SW1以及一第二開關SW2，該第一開關SW1的一端電性連接至一輸入電壓VDD，該輸入電壓VDD的電位必須高於該低電位電壓，另一端電性連接至該充電電容C0的該充電端X2，以控制該輸入電壓VDD對該充電電容C0進行充電，即，當該第一開關SW1閉合時，該輸入電壓VDD對該充電電容C0進行充電。該第二開關SW2的一端電性連接至該導電板20，另一端電性連接至該第一開關SW1和該充電電容C0的該充電端X2。該類比數位轉換器40則與該充電電容C0的該充電端X2電性連接。如此一來，該第二開關SW2將控制該充電電容C0進行多次電荷分享，而該類比數位轉換器40根據電荷分享後該充電端X2的一殘餘電壓輸出一指紋辨識信號。此外，在本實施例中，該快速辨識的指紋辨識感測器進一步包括一放大器60，該放大器60電性連接於該類比數位轉換器40之前；該開關組還包括一電性連接於該導電板20和接地之間的第 三開關SW3，其中，該放大器60可為一可編程設計增益放大器。

請續參圖3，為本發明第一實施例的控制時序圖，本發明第一實施例的操作步驟如下：

步驟1：該第二開關SW2、該第三開關SW3斷開，該第一開關SW1閉合，該輸入電壓VDD對該充電電容C0進行充電；

步驟2：該第一開關SW1、該第二開關SW2斷開，該第三開關SW3閉合，以讓該檢測電容CS和該寄生電容CP得以重置(Reset)；

步驟3：該第一開關SW1斷開，該第三開關SW3和該第二開關SW2依照一時序交替斷開與閉合，以進行電荷分享，如此重複操作，達到一設定的操作次數後，就停止所有開關動作；

步驟4：該類比數位轉換器40根據電荷分享後該充電端X2的該殘餘電壓輸出該指紋辨識信號。

請參閱圖4，為本發明第二實施例的電路結構示意圖，該快速辨識的指紋辨識感測器，包含一基板10、多個設置於該基板10上的指紋辨識感測單元70、一放大器60以及一類比數位轉換器40，該指紋辨識感測單元70設置於該基板10上，各包含有一設置於該基板10上的導電板20、一設置於該導電板20上並和一手指接近以檢測一指紋的鈍化層30、一充電電容C0以及一開關組，該充電電容C0包括一電性連接至一低電位電壓的放電端X1和一電性連接至該導電板20的充電端X2，在本實施例中，該低電位電壓為該基板10。

該開關組包括一第一開關SW1、一第二開關SW2以及一第三開關SW3，該第一開關SW1的兩端分別電性連接至一輸入電壓VDD與該充電電容C0的該充電端X2之間以控制該輸入電壓VDD對該充電電容C0進行充電，該輸入電壓VDD的電位高於該低電位電壓，該第二開關SW2的兩端分別電性連接至該導電板20以及該第一開關SW1和該充電電容C0的該充電端X2，該第三開關SW3電性連接於該導電板20和接地之間。該類比數位轉換器40是與各該指紋辨識感測單元70中的該充電電容C0的該充電端X2電性連接。其中，該指紋辨識感測單元70中的該第二開關SW2控制該充電電容C0進行多次電荷分享，該類比數位轉換器40根據電荷分享後該充電端X2的一殘餘電壓輸出一指紋辨識信號。本發明的第二實施例的操作類似第一實施例，但在本發明的第二實施例中，各個該指紋辨識感測單元70可同時進行電荷分享，先將該 殘餘電壓累積在該充電端X2，再依序通過該類比數位轉換器40，以完成指紋辨識。

綜上所述，本發明利用設置該類比數位轉換器，並根據電荷分享後該充電端的該殘餘電壓輸出該指紋辨識信號，由於輸入和輸出該類比數位轉換器的均是實質電壓值，速度快；反之，傳統的C-V-T型電容感測器電路，該比較器所擷取的是該參考電容充電電路的導通與斷開次數，並非實質電壓值，故速度緩慢。其次，當設置多個像素(即該指紋辨識感測單元)時，本發明的各個該指紋辨識感測單元可同時進行電荷分享，將該殘餘電壓累積在該充電端，再依序通過該類比數位轉換器，速度也非常快速；反觀，傳統的C-V-T型電容感測器電路，下一個像素必須等待上一個像素完成後才可進行開關，各個像素無法同時開關，故擷取的時間緩慢。另外，由於該類比數位轉換器輸出的是實質電壓值，故便於之後的信號處理；然，傳統的C-V-T型電容感測器電路，該比較器所輸出的是開關次數所對應的值。此外，由於多次電荷分享的過程中，該殘餘電壓是多次電荷分享後的信號累積，但噪音並不會隨著累積，故將有助於提升信號噪音比。

當然，本發明還可有其它多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬於本發明所附的權利要求的保護範圍。