指紋檢測電路及其電容式指紋傳感器、移動終端的製作方法
2023-05-20 00:19:11
指紋檢測電路及其電容式指紋傳感器、移動終端的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種指紋檢測電路，包括陣列排列的多個檢測單元，其特徵在於，還包括求和單元，所述檢測單元包括第一檢測單元和第二檢測單元，所述第一檢測單元和第二檢測單元分別與所述求和單元連接，所述求和單元將每個第二檢測單元的輸出信號與所述第一檢測單元的輸出信號進行求和運算以消除每個第二檢測單元的輸出信號中的基底信號，得到包含指紋信息的有用信號。本發明公開的指紋檢測電路，選擇至少一個檢測單元作為抵消單元，將其他檢測單元的輸出信號與該檢測單元的輸出信號進行求和運算以消除檢測單元的輸出信號中的基底信號，得到包含指紋信息的有用信號。與現有技術相比，提高了基底信號的消除能力，進一步提高了指紋識別精度。
【專利說明】指紋檢測電路及其電容式指紋傳感器、移動終端
【技術領域】
[0001]本發明涉及身份識別【技術領域】，尤其是涉及一種指紋檢測電路及其電容式指紋傳感器、移動終端。
【背景技術】
[0002]隨著社會的進步和技術的發展，近年來，移動銀行、手機錢包、網絡購物等電子商務業務在智能行動裝置上的應用日趨廣泛。相對的，公眾對於集成的電子元器件性能以及網絡信息安全的要求也越來越高。指紋由於具有唯一性和穩定性而使其成為個人身份識別的一種有效手段。指紋傳感器有很多種類型，目前主流的有三種類型:光學取像指紋傳感器、晶體電容式(或者壓感式)指紋傳感器和超聲波取像指紋傳感器。光學設備取像是利用全反射原理並使用CCD器件來獲取指紋圖像，效果較好、器件本身耐磨損但成本高、體積大，不適用於集成度要求很高的移動終端上。超聲波取像直接掃描真皮組織，積累在皮膚表面的贓物或油脂對獲得圖像影響不大，但器件成本極高，目前沒有成熟的產品市場。晶體電容式指紋傳感器生產採用標準CMOS技術，獲取圖像質量比較好(可以通過軟體調整來改善增益的圖像質量)且體積和功耗都比較小，成本相對於另兩種傳感器低廉很多。
[0003]晶體電容式指紋傳感器包括陣列排布的多個檢測單元，當手指觸摸檢測單元時，指紋單元相當於電容器的陽極，手指的皮膚變成了電容另一極，手指的紋路深淺(即手指的「峰」和「谷」)與檢測單元的實際距離不同，電容(或電感)也不同，根據該原理可檢測到手指的紋路深淺形成指紋圖像。指紋檢測系統中常用的指紋檢測電路如圖1所示，來自手指的輸入信號VIN_1和來自高精度信號源的抵消信號VCAN同時輸入到指紋檢測單元，檢測單元的輸出信號VPXL_1中，虛線部分為代表指紋信息的有用信號幅度，實線部分為基底信號幅度。這種方法的問題在於，首先，高精度信號源輸出VCAN的幅度無法跟隨可能動態變化的VIN_1 (這是因為VIN_1?VIN_n由手指和指紋檢測單元之間的耦合電容大小決定，這個電容是可能動態變化的)，所以VPXL_1的信號幅度中仍可能包含相當一部分的基底信號幅度，經過放大器之後的最終輸出信號V0UT_1中也是一樣。其次，假設在VIN_1固定的情況下，要獲得理想的基底消除效果，對於高精度信號源的指標要求很高，在晶片內部實現相應的信號源會消耗更多的成本和功耗。
【發明內容】
[0004]本發明的主要目的在於提供一種指紋檢測電路及其電容式指紋傳感器、移動終端，提聞了基底/[目號的消除能力，進一步提聞了指紋識別精度。
[0005]為達以上目的，本發明提出一種指紋檢測電路，包括陣列排列的多個檢測單元和求和單元，所述檢測單元包括第一檢測單元和第二檢測單元，所述第一檢測單元和第二檢測單元分別與所述求和單元連接，所述求和單元將每個第二檢測單元的輸出信號與所述第一檢測單元的輸出信號進行求和運算以消除每個第二檢測單元的輸出信號中的基底信號，得到包含指紋信息的有用信號。
[0006]一實施例中，所述第二檢測單元與所述求和單元的正相輸入端連接，所述第一檢測單元與所述求和單元的反相輸入端連接。
[0007]進一步地，所述的指紋檢測電路還包括第一放大器，所述第一放大器對所述求和單元輸出的信號進行放大。
[0008]優選地，所述第一檢測單元的數量為一個。
[0009]—實施例中，所述檢測單兀包括第二放大器、第一電容、第二電容和第三電容，所述第一電容一端接手指的輸入信號，另一端與所述第二放大器的反相輸入端連接；所述第二電容連接在所述第二放大器的反相輸入端和正相輸入端之間；所述第三電容一端連接所述第二放大器的反相輸入端，另一端連接所述第二放大器的輸出端；所述第二放大器的正相輸入端接地。
[0010]—實施例中，所述檢測單兀包括第二放大器、第一電容、第二電容和第三電容，所述第一電容和第二電容均一端接地，另一端與所述第二放大器的反相輸入端連接；所述第三電容一端連接所述第二放大器的反相輸入端，另一端與所述第二放大器的輸出端連接；所述第二放大器的正相輸入端接手指的輸入信號。
[0011]一實施例中，所述求和單元包括第三放大器，所述第三放大器的正相輸入端與所述第二檢測單元的輸出端連接，反相輸入端與所述第一檢測單元的輸出端連接。
[0012]進一步地，所述求和單元還包括第一電阻、第二電阻、第三電阻和第四電阻，所述第一電阻連接在所述第一檢測單元的輸出端和所述第三放大器的反相輸入端之間；所述第二電阻連接在所述第二檢測單元的輸出端和所述第三放大器的正相輸入端之間；所述第三電阻一端與所述第三放大器的正相輸入端連接，另一端接地；所述第四電阻一端連接所述第三放大器的反相輸入端，另一端與所述第三放大器的輸出端連接。
[0013]同時，本發明還公開了一種電容式指紋傳感器，包括指紋檢測面板；位於指紋檢測面板上的指紋檢測區域，指紋檢測區域內設有上述的指紋檢測電路。
[0014]再者，本發明還公開了一種移動終端，包括上述的電容式指紋傳感器。
[0015]本發明公開的指紋檢測電路，選擇至少一個檢測單元作為抵消單元，將其他檢測單元的輸出信號與該檢測單元的輸出信號進行求和運算以消除檢測單元的輸出信號中的基底信號，得到包含指紋信息的有用信號。與現有技術相比，提高了基底信號的消除能力，進一步提聞了指紋識別精度。
[0016]進一步地，與採用高精度信號源的指紋檢測電路相比，求和電路結構簡單，佔用晶片面積小，且容易實現低功耗設計。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是現有技術中電容式指紋傳感器的指紋檢測電路示意圖；
[0018]圖2為本發明實施例提供的一種電容式指紋傳感器的指紋檢測電路示意圖；
[0019]圖3為本發明實施例提供的電容式指紋傳感器的檢測單元分布示意圖；
[0020]圖4是本發明實施例提供的電容式指紋傳感器的檢測單元電路示意圖；
[0021]圖5是本發明實施例提供的電容式指紋傳感器的另一種檢測單元電路示意圖；
[0022]圖6是本發明實施例提供的電容式指紋傳感器的指紋信號基底幅度示意圖；
[0023]圖7是本發明實施例提供的電容式指紋傳感器的一種求和單元電路示意圖。
[0024]本發明目的的實現、功能特點及優點將結合實施例，參照附圖做進一步說明。
【具體實施方式】
[0025]應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
[0026]本發明實施例中電容式指紋傳感器包括指紋檢測面板，位於指紋檢測面板上的指紋檢測區域，指紋檢測區域內設有指紋檢測電路，如圖2所示，圖2為本發明提出的一種指紋檢測電路示意圖，該指紋檢測電路包括陣列排列的多個檢測單元以及求和單元、第一放大器Al。如圖3所示，本實施例中，從多個檢測單元中任意選擇其中一個(當然也可以選擇多個)作為第一檢測單元，剩餘的檢測單元作為第二檢測單元，第一檢測單元和第二檢測單元的輸出端均與求和單元連接，求和單元將每個第二檢測單元的輸出信號與第一檢測單元的輸出信號進行求和運算以消除每個第二檢測單元的輸出信號中的基底信號，得到包含指紋信息的有用信號，然後由第一放大器Al對求和單元輸出的信號進行放大。
[0027]圖4和圖5給出了檢測單元的兩種具體電路。圖4中檢測單元包括第二放大器A2、第一電容Cs、第二電容Cp和第三電容Cf，其中Cs代表手指和指紋檢測單元之間的耦合電容，Cf為檢測單元內部的反饋電容，Cp為檢測單元內部的寄生電容。檢測單元檢測到指紋的谷時，Cs為最小值Csmin ;檢測單元檢測到指紋的峰時,Cs為最大值Csmax。第一電容Cs—端接手指的輸入信號，另一端與第二放大器A2的反相輸入端連接。第二電容Cp連接在第二放大器A2的反相輸入端和正相輸入端之間。第三電容Cf 一端連接第二放大器A2的反相輸入端，另一端連接所述第二放大器A2的輸出端。第二放大器A2的正相輸入端接地。
[0028]圖5中檢測單元包括第二放大器A2、第一電容Cs、第二電容Cp和第三電容Cf，其中Cs代表手指和指紋檢測單元之間的耦合電容，Cf為檢測單元內部的反饋電容，Cp為檢測單元內部的寄生電容。檢測單元檢測到指紋的谷時，Cs為最小值Csmin ;檢測單元檢測到指紋的峰時，Cs為最大值Csmax。第一電容Cs和第二電容Cp均一端接地,另一端與第二放大器A2的反相輸入端連接。第三電容Cf 一端連接所述第二放大器A2的反相輸入端，另一端與所述第二放大器A2的輸出端連接。第二放大器A2的正相輸入端接手指的輸入信號。
[0029]請參閱圖6所示，由於指紋的峰對應的信號幅度最大，而指紋的谷對應的信號幅度最小，可以認為指紋的谷對應的信號幅度即為基底幅度。為了簡化描述，假設VIN_c正好為指紋的谷對應的信號幅度。VPXL_1連接到求和單元的正相輸入端，VCAN連接到求和單元的負相輸入端，求和單元的輸出信號VSUM_1 = VPXL_1-VCAN,因此VSUM_1信號將只包含指紋信息的有用信號幅度，基底幅度被完全抵消掉。VSUM_1經過第一放大器Al放大之後的信號V0UT_1即可使代表指紋信息的有用信號幅度得到儘可能的放大。
[0030]請參閱圖7所示，本實施例中求和單元包括第三放大器A3，第三放大器A3的正相輸入端與所述第二檢測單元的輸出端連接，反相輸入端與所述第一檢測單元的輸出端連接。
[0031]進一步地，求和單元還包括第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3和第四電阻R4，第一電阻Rl連接在第一檢測單元的輸出端和第三放大器A3的反相輸入端之間。第二電阻R2連接在第二檢測單元的輸出端和第三放大器A3的正相輸入端之間。第三電阻R3—端與第三放大器A3的正相輸入端連接，另一端接地。第四電阻R4—端連接第三放大器A3的反相輸入端，另一端與第三放大器A3的輸出端連接。
[0032]下面按照常規的電路參數給出本發明電容式指紋傳感器的指紋檢測系統的基底消除電路中的計算說明:
[0033]對於圖1中的常用電路而言，VCAN幅度為固定值，電路的傳遞函數為:
[0034]V0UT_1 = G2*VPXL_1 = G2*G1* (k*VIN_l_VCAN)
[0035]假設各個參數的數值為:放大器增益G2 = 10，檢測單元增益Gl = 5，耦合電容變化係數k = 1.01，手指信號幅度￥爪_1 = IV(有用指紋幅度佔比1%，即VSIG=0.0IV，VBS = 0.99V, VIN_1 = VSIG+VBS),高精度信號源輸出幅度 VCAN = 0.99V,可算得 V0UT_1 = G2*Gl*(k*(VSIG+VBS)-VCAN) = G2*G1*(1.01*VSIG+0.01VBS)=50*1.01*VSIG+50*0.01*VBS = 0.505V+0.495V = IV。其中指紋幅度為 0.505V，基底幅度為0.495V。(經消除後基底幅度由99%降低至49.5%。)
[0036]對於圖2本發明電容式指紋傳感器的指紋檢測系統的基底消除電路而言，電路的傳遞函數為:
[0037]V0UT_1 = G2*VSUM_1 = G2* (VPXL_1_VCAN) = G2*Gl*k* (VIN_l_VIN_c)
[0038]假設各個參數的數值為:第一放大器Al增益G2 = 10，檢測單元增益Gl = 5，耦合電容變化係數k = 1.01，手指信號幅度￥爪_1 = IV(有用指紋幅度佔比1%，即VSIG =
0.01V, VBS = 0.99V, VIN_1 = VSIG+VBS)。可算得
[0039]V0UT_1 = G2*Gl*k*(VIN_l_VIN_c) = 0.505V
[0040]V0UT_1信號幅度全部為有用指紋幅度。(經消除後基底幅度由99%降低至O %。)
[0041]在第一放大器Al的輸出電壓幅度一定的情況下，在本發明的指紋檢測系統的基底消除電路中，可以將第一放大器Al增益G2設置得更大，以獲取更大的有用指紋信號幅度，從而提高指紋識別精度。
[0042]本發明公開的指紋檢測電路，選擇至少一個檢測單元作為抵消單元，將其他檢測單元的輸出信號與該檢測單元的輸出信號進行求和運算以消除檢測單元的輸出信號中的基底信號，得到包含指紋信息的有用信號，提高了基底信號的消除能力，進一步提高了指紋識別精度。相比現有採用高精度信號源的抵消電路，求和電路結構簡單，佔用晶片面積小，且容易實現低功耗設計。
[0043]同時，本發明還公開了一種移動終端，包括上述的電容式指紋傳感器。
[0044]應當理解的是，以上僅為本發明的優選實施例，不能因此限制本發明的專利範圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的【技術領域】，均同理包括在本發明的專利保護範圍內。
【權利要求】
1.一種指紋檢測電路，包括陣列排列的多個檢測單元，其特徵在於，還包括求和單元，所述檢測單元包括第一檢測單元和第二檢測單元，所述第一檢測單元和第二檢測單元分別與所述求和單元連接，所述求和單元將每個第二檢測單元的輸出信號與所述第一檢測單元的輸出信號進行求和運算以消除每個第二檢測單元的輸出信號中的基底信號，得到包含指紋信息的有用信號。
2.根據權利要求1所述的指紋檢測電路，其特徵在於，所述第二檢測單元與所述求和單元的正相輸入端連接，所述第一檢測單元與所述求和單元的反相輸入端連接。
3.根據權利要求1所述的指紋檢測電路，其特徵在於，還包括第一放大器，所述第一放大器對所述求和單元輸出的信號進行放大。
4.根據權利要求1所述的指紋檢測電路，其特徵在於，所述第一檢測單元的數量為一個。
5.根據權利要求1所述的指紋檢測電路，其特徵在於，所述檢測單元包括第二放大器、第一電容、第二電容和第三電容，所述第一電容一端接手指的輸入信號，另一端與所述第二放大器的反相輸入端連接；所述第二電容連接在所述第二放大器的反相輸入端和正相輸入端之間；所述第三電容一端連接所述第二放大器的反相輸入端，另一端連接所述第二放大器的輸出端；所述第二放大器的正相輸入端接地。
6.根據權利要求1所述的指紋檢測電路，其特徵在於，所述檢測單元包括第二放大器、第一電容、第二電容和第三電容，所述第一電容和第二電容均一端接地，另一端與所述第二放大器的反相輸入端連接；所述第三電容一端連接所述第二放大器的反相輸入端，另一端與所述第二放大器的輸出端連接；所述第二放大器的正相輸入端接手指的輸入信號。
7.根據權利要求2所述的指紋檢測電路，其特徵在於，所述求和單元包括第三放大器，所述第三放大器的正相輸入端與所述第二檢測單元的輸出端連接，反相輸入端與所述第一檢測單元的輸出端連接。
8.根據權利要求7所述的指紋檢測電路，其特徵在於，所述求和單元還包括第一電阻、第二電阻、第三電阻和第四電阻，所述第一電阻連接在所述第一檢測單元的輸出端和所述第三放大器的反相輸入端之間；所述第二電阻連接在所述第二檢測單元的輸出端和所述第三放大器的正相輸入端之間；所述第三電阻一端與所述第三放大器的正相輸入端連接，另一端接地；所述第四電阻一端連接所述第三放大器的反相輸入端，另一端與所述第三放大器的輸出端連接。
9.一種電容式指紋傳感器，其特徵在於，包括指紋檢測面板；位於指紋檢測面板上的指紋檢測區域，指紋檢測區域內設有權利要求1-8任一項所述的指紋檢測電路。
10.一種移動終端，其特徵在於，包括權利要求9所述的電容式指紋傳感器。
【文檔編號】G06F3/044GK104268530SQ201410515210
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月29日 優先權日:2014年9月29日
【發明者】詹昶 申請人:深圳市匯頂科技股份有限公司