一種用於指紋傳感器的信號處理電路的製作方法
2023-10-06 14:57:29 1
本發明涉及指紋傳感技術領域，特別涉及一種用於指紋傳感器的信號處理電路。
背景技術：
目前，指紋傳感器已廣泛應用於具有指紋識別功能的客戶端設備中，所述客戶端設備例如可以包括移動智慧型電話、計算機(包括筆記本電腦，桌上型電腦)、平板電子設備、個人數字助理(pda)或者智能可穿戴設備等。
圖1是現有技術中電容式指紋傳感器的應用示意圖，如圖1所示，手指與指紋傳感器的觸摸絕緣層接觸時，手指與觸摸絕緣層之間形成耦合電容cfinger，由於手指的指紋脊和指紋谷至所述觸摸絕緣層的距離不同，因此，手指各個部分與所述觸摸絕緣層之間形成的耦合電容值也不相同。為了識別手指每個部分的指紋信息，通常將所述觸摸絕緣層分成一個個單元，所述單元組成指紋感測單元陣列。指紋傳感器的重要作用即採集所述指紋感測單元陣列中每個單元的耦合電容值，並根據所述電容值識別出該單元所對應的指紋信息。
基於上述電容傳感器的應用方式，下面通過圖2介紹傳統的電容式指紋傳感器的基於電荷轉換(chargetransfer)的信號處理方式。如圖2所示，在時鐘ph1相位(即圖2中開關ph1導通、開關ph2斷開)，指紋傳感器處於復位模式。在時鐘ph2相位(即圖2中開關ph2導通、開關ph1斷開)，指紋傳感器處於取樣模式，電壓信號vcharge用於減弱或者消除圖1中觸摸絕緣層與導電層之間的寄生電容cs所產生的固定失調。為了增強差分放大器amp1輸入端的容性負載，可以在電壓信號vcharge和amp1的反向輸入端接入電容c0，但是，由於耦合電容cfinger的值不固定，導致vcharge和電容c0的取值難以設置，進而導致電壓信號vcharge並不能完全消除寄生電容cs所帶來的固定失調。另外，在時鐘ph2相位，某些頻段上電源或者地上產生的噪聲影響到基準電壓vref，在差分放大器amp1的作用下，將噪聲傳遞至amp1的輸出電壓vo1上，進而影響採樣耦合電容cfinger和基準電容cref之間的電荷轉換，導致指紋圖像質量變差。電源或地上的噪聲一般為共模噪聲，類似圖1中觸摸絕緣層和導電層之間寄生電容cs的影響，但是寄生電容cs為固定值，而電源或地上的共模噪聲具有隨機性。為了避免電源或者地上的共模噪聲對指紋識別傳感器造成的影響，提出一種改進的指紋傳感器的信號處理單元顯得尤為重要。圖3是現有技術中基於圖2改進的指紋傳感器的信號處理電路結構圖。如圖3所示，圖3相對於圖2的改進點在於將圖2中差分放大器amp2反向輸入端連接的共模電壓vcom替換成固定的參考輸入電路，所述參考輸入電路具有和圖2所示的指紋輸入電路相同的結構。具體在工作過程中，同樣地，可以通過開關ph1和ph2控制指紋傳感器的復位模式或者取樣模式。在圖3所示的電路結構中，雖然基準電壓vref或者其他連接電源或者地的電路模塊依然攜帶有共模噪聲，並且經過差分放大器amp3和amp4放大處理，但是第一輸入電路和第二輸入電路均存在相同的共模噪聲，經過差分放大器amp5的共模信號抑制之後，可以減弱甚至消除共模噪聲對輸出結果的影響。但是上述減弱或者消除共模噪聲影響只是基於與指紋輸入電路連接的指紋感測模塊有手指接觸的場景。若指紋輸入電路沒有手指接觸或者手指接觸不充分，則共模噪聲幹擾無法通過chargetransfer結構傳遞至差分放大器amp5的輸入端，即使經過amp5的差分處理之後，共模噪聲依然無法消除甚至減弱，其效果與圖2所示的傳統的信號處理方式類似。
因此，現有技術中亟需一種能夠消除共模噪聲的指紋傳感器的信號處理電路。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種電路結構簡單的用於指紋傳感器的信號處理電路，能夠有效地消除共模噪聲的影響。
本發明的上述目的可採用下列技術方案來實現：
一種用於指紋傳感器的信號處理電路，包括：第一輸入電路、第二輸入電路和差分放大器；
所述第一輸入電路用於與所述指紋傳感器的第一指紋感測模塊電性連接，以將所述第一指紋感測模塊生成的第一感測信號提供給所述差分放大器；
所述第二輸入電路用於與所述指紋傳感器的第二指紋感測模塊電性連接，以將所述第二指紋感測模塊生成的第二感測信號提供給所述差分放大器；所述第一指紋感測模塊和所述第二指紋感測模塊為所述指紋傳感器的指紋感測模塊陣列中任意兩個不同的感測模塊；
所述差分放大器包括極性相反且分別與所述第一輸入電路和所述第二輸入電路電性連接的第一輸入端和第二輸入端，以及與所述第一輸入端電性連接的第一信號處理單元，與所述第二輸入端電性連接的第二信號處理單元；所述第一信號處理單元和所述第二信號處理單元相耦合，以將所述第一感測信號和第二感測信號進行差分放大處理，所述差分放大器還包括將所述處理後的信號輸出的輸出端。
進一步地，所述第一信號處理單元、所述第二信號處理單元具有行選擇開關、列選擇開關，當所述第一信號處理單元、所述第二信號處理單元的行選擇開關、列選擇開關均被導通時，所述第一信號處理單元和所述第二信號處理單元耦合生成所述差分放大器。
進一步地，所述行選擇開關、所述列選擇開關由數字電路控制導通或者斷開。
進一步地，所述第一信號處理單元、所述第二信號處理單元中用於放大所述第一感測信號和第二感測信號的輸入電晶體的面積不小於第一預設閾值。
進一步地，在所述差分放大器中，所述第一信號處理單元和所述第二信號處理單元共用尾電流源以及輸出負載。
進一步地，所述第一信號處理單元、所述第二信號處理單元中具有共模反饋迴路，所述共模反饋迴路用於控制所述尾電流源，以穩定所述差分放大器的共模工作電壓。
進一步地，所述輸出端包括用於輸出第一輸出電壓的第一輸出端和輸出第二輸出電壓的第二輸出端，所述第一輸出信號用於確定所述第一指紋感測模塊對應的指紋信息，所述第二輸出信號用於確定所述第二感測模塊對應的指紋信息。
進一步地，所述信號處理電路還包括：
第一控制模塊，用於啟動所述指紋傳感器工作於復位功能；
第二控制模塊，用於啟動所述指紋傳感器工作於取樣功能。
進一步地，所述第一指紋感測模塊、所述第二指紋感測模塊還包括相互連接的觸摸絕緣層和導電層，所述導電層與所述第一輸入端、第二輸入端連接；當所述指紋傳感器被設置為取樣模式時，手指或者所述導電層被施加預設數值的電壓，手指觸摸所述觸摸絕緣層時，手指與所述導電層之間產生耦合電容；所述第一指紋感測模塊、所述第二指紋感測模塊分別基於所述施加的電壓生成與所述耦合電容值相匹配的所述第一感測信號和所述第二感測信號。
進一步地，當所述指紋傳感器被設置為復位模式時，在所述第一輸入端和所述第二輸入端施加固定電壓，以調整所述差分放大器的電路工作點。
進一步地，所述第一控制模塊包括：
兩個反饋電容，所述反饋電容的一端分別連接於所述第一輸入端、第二輸入端，另一端分別與所述輸出端連接；
兩個第一復位開關，所述第一復位開關分別連接於所述反饋電容的兩端；
兩個第二復位開關，所述第二復位開關的一端相互連接，另一端分別與所述第一輸入端、第二輸入端連接；
兩個第三復位開關，所述第三復位開關的一端分別與所述第一指紋感測模塊、第二指紋感測模塊連接，另一端分別接地；
所述第一復位開關、第二復位開關、第三復位開關的導通或者斷開一致。
進一步地，所述第二控制模塊包括：
兩個取樣開關，所述取樣開關的一端分別與所述第一指紋感測模塊、第二指紋感測模塊連接，另一端分別與所述第一輸出端、第二輸入端連接。
進一步地，所述第一輸入電路包括第一加法器，所述第一加法器分別與所述第一指紋感測模塊以及所述第一指紋感測模塊相鄰的指紋感測模塊電性連接，用於對所述第一感測信號以及所述第一指紋感測模塊相鄰的指紋感測模塊生成的感測信號進行求和計算，生成第一求和感測信號；
對應地，所述第二輸入電路包括第二加法器，所述第二加法器分別與所述第二指紋感測模塊以及所述第二指紋感測模塊相鄰的指紋感測模塊電性連接，用於對所述第二感測信號以及所述第二指紋感測模塊相鄰的指紋感測模塊生成的感測信號進行求和計算，生成第二求和感測信號；
相應地，所述第一信號處理單元和所述第二信號處理單元相耦合，以將所述第一求和感測信號和第二求和感測信號進行差分放大處理。一種指紋傳感器，所述指紋傳感器包括權利要求1-12中任意一項所述的信號處理電路，其中，所述指紋感測模塊的數量與所述信號處理單元的數量相匹配。
進一步地，所述指紋傳感器中包括預設數量的尾電流源、輸出負載，所述預設數量小於所述信號處理單元的數量。
一種電子設備，所述電子設備中包括指紋傳感器，所述指紋傳感器包括權利要求1-12中任意一項所述的信號處理電路。
進一步地，所述電子設備中具有快速充電的功能。
進一步地，所述電子設備包括下述中的任意一種：移動智慧型電話、筆記本電腦、桌上型電腦、平板電子設備、個人數字助理(pda)、智能可穿戴設備。
本申請提供的用於指紋傳感器的信號處理電路，可以利用指紋傳感器中的信號處理單元，將任意的兩個信號處理單元耦合成差分放大器，所述差分放大器具有一定的增益，可以對微弱的感測信號進行放大，還可以減弱或者消除電路中電源或地帶來的共模噪聲。對於電容式傳感器，還可以減弱或者消除觸摸絕緣層與導電層之間的寄生電容cs帶來的失調影響。另外，相對於現有技術中的信號處理電路結構，連接至差分放大器輸入端的兩個輸入電路均連接至指紋感測模塊，手指是否接觸或者充分接觸所述手指接觸面對差分放大器消除共模噪聲或者失調等沒有較大的影響。
附圖說明
圖1是現有技術中電容式指紋傳感器的應用示意圖；
圖2是傳統的電容式指紋傳感器的基於電荷轉換的信號處理電路結構示意圖；
圖3是現有技術中基於圖2改進的指紋傳感器的信號處理電路結構示意圖；
圖4是本申請提供的信號處理電路的模塊結構示意圖；
圖5是本申請提供的信號處理電路的一種電路結構示意圖；
圖6是圖5的所述指紋傳感器在ph2相位時的電路結構示意圖；
圖7是圖5所示指紋傳感器在ph1相位時的電路結構示意圖；
圖8是本申請提供的信號處理電路的另一種電路結構示意圖；
圖9是本申請提供的信號處理單元的電路結構示意圖；
圖10是本申請提供的差分放大器的一個實施例的結構示意圖；
圖11是本申請提供的信號處理電路的另一種電路結構示意圖。
具體實施方式
下面將結合附圖和具體實施方式，對本發明的技術方案作詳細說明，應理解這些實施方式僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍，在閱讀了本發明之後，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落入本申請所附權利要求所限定的範圍內。
下面介紹本申請技術方案的技術環境，目前，很多智慧型手機等客戶端設備可以支持高電壓和/或大電流充電模式，高電壓和/或大電流充電模式的一個優點在於能夠實現快速充電。客戶端設備利用高電壓和/或大電流充電模式進行充電時，充電器的電源或者地上的噪聲容易幹擾客戶端設備的電源和地，從而影響到指紋傳感器的正常工作狀態。在一個典型的應用環境中，用戶手機的充電器為高電壓充電模式，還具有指紋傳感器，在對手機進行充電時，當用戶使用指紋進行手機界面解鎖、支付等操作時，發現手機無法識別指紋，導致用戶無法完成手機界面解鎖、支付等操作。
基於上述的技術環境，本申請提供的用於指紋傳感器的信號處理電路可以在具有指紋傳感器的客戶端設備在進行高電壓和/或大電流充電時，去除由於高電壓和/或大電流充電而導致的噪聲幹擾，使得客戶端設備即使在進行高電壓和/或大電流充電時，也能夠進行指紋識別，保證客戶端設備指紋識別功能的正常使用。
下面請參閱圖4，具體介紹本申請的技術方案。如圖4所示，本申請實施方式中提供的用於指紋傳感器的信號處理電路可以包括：第一輸入電路402、第二輸入電路404和差分放大器405。
所述第一輸入電路402用於與所述指紋傳感器的第一指紋感測模塊401電性連接，以將所述第一指紋感測模塊401生成的第一感測信號提供給所述差分放大器405。
所述第二輸入電路404用於與所述指紋傳感器的第二指紋感測模塊403電性連接，以將所述第二指紋感測模塊403生成的第二感測信號提供給所述差分放大器405；所述第一指紋感測模塊401和所述第二指紋感測模塊403為所述指紋傳感器的指紋感測模塊陣列408中任意兩個不同的感測模塊。
所述差分放大器405包括極性相反且分別與所述第一輸入電路402和所述第二輸入電路404電性連接的第一輸入端和第二輸入端，以及與所述第一輸入端電性連接的第一信號處理單元406，與所述第二輸入端電性連接的第二信號處理單元407；所述第一信號處理單元406和所述第二信號處理單元407相耦合，以將所述第一感測信號和第二感測信號進行差分放大處理，所述差分放大器405還包括將所述處理後的信號輸出的輸出端。
本實施例中，所述指紋感測模塊陣列408可以包括多個感測模塊，例如所述指紋感測模塊陣列可以包括64×64、128×128、50×50、120×60等多種數量規格的感測模塊。在本申請的一個實施例中，所述感測模塊可以具有手指接觸面，所述手指接觸面例如可以包括圖1所示的觸摸絕緣層。當手指接觸所述手指接觸面時，手指與所述手指接觸面之間產生一定的物理量變化。例如，若所述指紋傳感器為電容式傳感器時，手指觸摸所述手指接觸面時，手指與所述手指接觸面之間產生耦合電容的變化。若所述指紋傳感器為光學傳感器時，手指與所述手指接觸面之間產生光線明暗的變化。基於此，所述感測模塊可以用於採集所述物理量變化，並將所述物理量變化轉化成感測信號，所述感測信號例如可以包括易於處理的電壓信號。而本申請中的所述第一指紋感測模塊401和所述第二指紋感測模塊403為所述指紋傳感器的指紋感測模塊陣列408中任意兩個不同的感測模塊。
本實施例中的所述第一輸入電路402和所述第二輸入電路404具有信號傳遞的作用，一端分別與所述第一指紋感測模塊401、第二指紋感測模塊403電性連接，另一端分別與差分放大器405的正向輸入端和反向輸入端連接。具體用於將第一指紋感測模塊401生成的第一感測信號、第二指紋感測模塊403生成的第二感測信號提供給所述差分放大器405。
本實施例中的信號處理單元與所述指紋感測模塊陣列408中的感測模塊可以具有一一對應的關係，所述第一信號處理單元406、第二信號處理單元407可以分別對應於所述第一指紋感測模塊401和所述第二指紋感測模塊403。所述第一信號處理單元406和所述第二信號處理單元407可以耦合成所述差分放大器405。所述差分放大器405用於將所述第一感測信號和所述第二感測信號進行差分放大處理，並輸出所述處理之後的信號。具體地，所述差分放大器405具有一定的增益，可以對微弱的感測信號進行放大，另外，相對於圖3所示的差分放大器單端輸入的結構，本實施例中的所述第一輸入電路402和所述第二輸入電路404同時接入所述差分放大器405的正、負兩端，形成雙端輸入的結構，對於電容式傳感器，不僅可以減弱或者消除觸摸絕緣層與導電層之間的寄生電容cs帶來的失調影響，還可以減弱或者消除電路中電源或地帶來的共模噪聲。同時，所述第一輸入電路402和所述第二輸入電路404均為連接指紋感測模塊的輸入電路，手指是否接觸或者充分接觸所述手指接觸面對差分放大器405消除共模噪聲或者失調等沒有較大的影響。
本申請提供的用於指紋傳感器的信號處理電路，可以利用指紋傳感器中的信號處理單元，將任意的兩個信號處理單元耦合成差分放大器，所述差分放大器具有一定的增益，可以對微弱的感測信號進行放大，還可以減弱或者消除電路中電源或地帶來的共模噪聲。對於電容式傳感器，還可以減弱或者消除觸摸絕緣層與導電層之間的寄生電容cs帶來的失調影響。另外，相對於現有技術中的信號處理電路結構，連接至差分放大器輸入端的兩個輸入電路均連接至指紋感測模塊，手指是否接觸或者充分接觸所述手指接觸面對差分放大器消除共模噪聲或者失調等沒有較大的影響。
在一個具體的示例中，為了清楚的示出本方案的細節，因此非限制性地將指紋傳感器構建為電容式指紋傳感器，但是，本領域技術人員可以理解到，本方案的指紋傳感器可以任何感應方式的傳感器。下面通過電容式指紋傳感器的信號走向流程說明本申請提供的信號處理電路。
一指紋傳感器具有由64×64個指紋感測模塊組成的指紋感測模塊陣列，其中每個指紋感測模塊均有供用戶手指接觸的手指接觸面。當手指觸摸所述手指接觸面時，手指與所述手指接觸面之間產生耦合電容的變化。所述感測模塊採集所述耦合電容，並將所述耦合電容轉換成易於處理的感測信號，所述感測信號例如可以包括電壓信號、電流信號等。
對應地，所述指紋傳感器具有64×64個信號處理單元與所述64×64個指紋感測模塊進行一一對應，每個信號處理單元處理得到的輸出數據即為與之對應的指紋感測模塊所採集的指紋信息。如上所述，共模噪聲可以通過電源或者地幹擾所述指紋幹擾模塊、所述輸入電路、所述信號處理單元等等。為了能夠減弱甚至去除所述共模噪聲，由於每個信號處理單元的結構相同，因此可以將64×64個信號處理單元中的任意兩個耦合成差分放大器，所述差分放大器不僅可以對微弱的感測信號進行放大處理，還可以抑制共模噪聲，消除失調影響。
在另一個具體示例中，用戶手機的充電器為高電壓充電模式，還具有指紋傳感器，如以上技術環境所述，在對手機進行充電時，當用戶使用指紋進行手機界面解鎖、支付等操作時，發現手機無法識別指紋，導致用戶無法開啟手機界面或者使用指紋進行支付等。
基於上述技術環境，安裝於用戶手機中的用於指紋傳感器的信號處理電路可以在手指觸摸手機的按鍵時，開啟手機中指紋傳感器，使得所述指紋傳感器開始採集用戶的指紋信息。手機按鍵對應於所述指紋感測模塊的手指接觸面，當手指觸摸手機按鍵時，手指與手機按鍵下方的金屬片(即圖1中的導電層)之間產生耦合電容，此時，所述信號處理電路可以採集所述耦合電容，並將所述耦合電容轉換成電壓信號或者電流信號之後傳遞給手機內部的差分放大器。該差分放大器由任意兩個信號處理單元耦合而成，所述差分放大器不僅可以對微弱的感測信號進行放大處理，還可以抑制共模噪聲，消除失調影響。
因此，即使在對手機進行快速充電時，所述信號處理單元也能夠進行指紋識別，減弱因快速充電而導致的共模噪聲的影響，提高指紋識別成像的準確性，保證手機指紋識別功能的正常使用，從而進一步提高手機處理的準確性以及用戶對手機的體驗感。
在本申請的一個實施例中，如圖4所示，所述輸出端可以包括用於輸出第一輸出電壓的第一輸出端和輸出第二輸出電壓的第二輸出端，所述第一輸出信號可以用於確定所述第一指紋感測模塊401對應的指紋信息，所述第二輸出信號可以用於確定所述第二指紋感測模塊403對應的指紋信息。
本實施例中的第一輸出信號、第二輸出信號可以直接用於確定所述第一指紋感測模塊401、第二指紋感測模塊403對應的指紋信息。例如，所述第一輸出信號、第二輸出信號均為電壓值時，當所述第一輸出信號在第一預設電壓值範圍內時，確定所述第一指紋感測模塊401的指紋信息為指紋谷；當在第二預設電壓值範圍內時，確定所述第一指紋感測模塊401的指紋信息為指紋脊，根據所述指紋信息可以對指紋進行成像。具體的第一輸出信號、第二輸出信號的處理可以在圖4所示的數據讀取電路中實現。例如，所述數據讀取電路可以包括可編程增益放大器、模數轉換器等。相對於圖3所示的現有技術中的信號處理電路生成的vo1和vo2由於存在共模噪聲幹擾而不能用來直接確定指紋信息，本實施例中的信號處理結構只需要一級差分放大器，即可以放大感測信號、減弱甚至消除共模噪聲和失調。
如圖4所示在本申請的一個實施例中，所述信號處理電路還可以包括：
第一控制模塊，用於啟動所述指紋傳感器工作於復位功能；
第二控制模塊，用於啟動所述指紋傳感器工作於取樣功能。
本實施例中，所述復位模式主要用於對所述指紋傳感器進行參數重置，所述取樣模式主要用於對指紋信息進行採集。通過所述第一控制模塊和所述第二控制模塊完成所述指紋傳感器兩種工作模式的切換。
在本申請的一個實施例中，圖5是本申請提供的信號處理電路的一種實施例的結構示意圖，如圖5所示，所述第一控制模塊可以包括：
兩個反饋電容cref，所述反饋電容cref分別連接於所述第一輸入端與所述第一輸出端、第二輸入端與所述第二輸出端之間；
兩個第一復位開關ph1-1，所述第一復位開關ph1-1分別連接於所述反饋電容cref的兩端；
兩個第二復位開關ph1-2，所述第二復位開關ph1-2的一端相互連接，另一端分別與所述第一輸入端、第二輸入端連接；
兩個第三復位開關ph1-3，所述第三復位開關ph1-3的一端分別與所述第一指紋感測模塊401、第二指紋感測模塊403連接，另一端分別接地；
所述第一復位開關ph1-1、第二復位開關ph1-2、第三復位開關ph1-3的導通或者斷開一致。
在本申請的另一個實施例中，所述第二控制模塊可以包括：
兩個取樣開關ph2，所述取樣開關ph2的一端分別與所述第一指紋感測模塊401、第二指紋感測模塊403連接，另一端分別與所述第一輸出端、第二輸入端連接。
本申請中，可以通過四組開關控制所述指紋傳感器的取樣模式，其中三組復位開關，分別為第一復位開關ph1-1、第二復位開關ph1-2、第三復位開關ph1-3，一組取樣開關ph2。其中所述第一復位開關ph1-1、第二復位開關ph1-2、第三復位開關ph1-3可以由同一控制信號控制，以保證這三組開關的導通或者關閉的一致性。當三組復位開關導通，一組採樣開關斷開時，所述指紋傳感器處於復位模式，所述復位模式主要用於對所述指紋傳感器進行信息重置；相反地，當三組復位開關斷開，一組採樣開關導通時，所述指紋傳感器處於取樣模式，所述取樣模式主要用於對指紋信息進行採集。
當手指觸摸所述指紋感測模塊的手指接觸面時，指紋傳感器或者指紋傳感器所在設備可以感測到手機的接觸，此時，可以通過固定頻率的時鐘信號控制所述四組開關，使得所述指紋傳感器在復位模式和取樣模式進行切換。
在本申請的一個實施例中，所述第一指紋感測模塊401、所述第二指紋感測模塊403還包括相互連接的觸摸絕緣層和導電層，所述導電層與所述第一輸入端、第二輸入端連接；當所述指紋傳感器處於取樣模式時，導通所述取樣開關ph2，斷開所述第一復位開關ph1-1、第二復位開關ph1-2、第三復位開關ph1-3，手指被施加預設數值的電壓，手指觸摸所述觸摸絕緣層時，手指與所述導電層之間產生耦合電容(參考圖1)；所述第一指紋感測模塊401、所述第二指紋感測模塊403分別基於所述施加的電壓生成與所述耦合電容值相匹配的所述第一感測信號和所述第二感測信號。
本實施例中，所述第一指紋感測模塊401、所述第二指紋感測模塊403還包括相互連接的觸摸絕緣層和導電層。所述觸摸絕緣層例如可以包括圖1所示的觸摸絕緣層，所述觸摸絕緣層可以包括聚醯亞胺基質中的鈦酸鋇、氧化物、氮化物、碳化物、玻璃、陶瓷、藍寶石的薄膜等類型的介電材料。所述導電層例如可以包括金屬層等導電材料。當手指觸摸所述觸摸絕緣層時，手指與所述導電層之間形成耦合電容。
圖6是圖5的所述指紋傳感器在ph2相位時的電路結構示意圖，圖5中的驅動電壓vdriver可以為具有固定頻率的方波信號，所述方波信號的周期與開關信號ph1-1、ph1-2、ph1-3和ph2的時鐘周期相一致。當開關信號ph1-1、ph1-2、ph1-3導通、ph2斷開時，所述信號處理電路處於復位模式，對應地，驅動電壓vdriver提供低電平0；當開關信號ph1-1、ph1-2、ph1-3斷開、ph2導通時，所述信號處理電路處於取樣模式，對應地，驅動電壓vdriver提供高電平vhigh。驅動電壓vdriver可以通過金屬環等導電裝置將高電平vhigh施加於手指上，由於人體具有導電功能，所述高電平vhigh能夠通過手指與導電層形成的耦合電容在導電層的一端生成與所述耦合電容值相匹配的所述第一感測信號和所述第二感測信號。
在本申請的一個實施例中，當所述指紋傳感器處於復位模式時，當所述指紋傳感器處於復位模式時斷開所述取樣開關ph2，導通所述第一復位開關ph1-1、第二復位開關ph1-2、第三復位開關ph1-3，在所述第一輸入端和所述第二輸入端施加固定電壓，以調整所述差分放大器405的電路工作點。
圖7是圖5所示指紋傳感器在ph1相位時的電路結構示意圖，如圖7所示，當所述指紋傳感器處於復位模式時，所述差分放大器405的正向輸入端和反向輸入端短接。本實施例中，可以在所述差分放大器405的輸入端接入固定電壓vcom，所述固定電壓vcom用於調整所述查分放大器的電路工作點，以使所述指紋傳感器在從復位模式切換至取樣模式的時候，能夠快速進入穩定狀態。
在本申請的另一個實施例中，圖8是本申請提供的信號處理電路的一種實施例的結構示意圖，如圖8所示，所述第一控制模塊可以包括：
兩個反饋電容cref，所述反饋電容cref分別連接於所述第一輸入端與所述第一輸出端、第二輸入端與所述第二輸出端之間。
兩個第一復位開關ph1-1，所述第一復位開關ph1-1分別連接於所述反饋電容cref的兩端。
兩個第二復位開關ph1-2，所述第二復位開關ph1-2的一端相互連接，另一端分別與所述第一輸入端、第二輸入端連接。
兩個第三復位開關ph1-3，所述第三復位開關ph1-3的一端分別與所述第一指紋感測模塊401、第二指紋感測模塊403連接，另一端分別接基準電壓。
所述第一復位開關ph1-1、第二復位開關ph1-2、第三復位開關ph1-3的導通或者斷開一致。
在本申請的另一個實施例中，所述第二控制模塊可以包括：
兩個第一取樣開關ph2，所述取樣開關ph2的一端分別與所述第一指紋感測模塊401、第二指紋感測模塊403連接，另一端分別與所述第一輸出端、第二輸入端連接。
本實施中，在復位模式，開關信號ph1-1、ph1-2、ph1-3導通、ph2斷開，此時，基準電壓給電容cin1充電，這樣，電容cin1的一端具有一定數值的電壓值。在取樣模式，開關信號ph1-1、ph1-2、ph1-3斷開、ph2導通，此時，電容cin1上的電壓值在所述導電層上施加電壓，這樣，當手指觸摸所述觸摸絕緣層時，手指與所述導電層之間同樣可以產生耦合電容，所述耦合電容包含於所述cin1中；所述第一指紋感測模塊401、所述第二指紋感測模塊403分別基於所述施加的電壓生成與所述耦合電容值相匹配的所述第一感測信號和所述第二感測信號。
在本申請的一個實施例中，所述第一信號處理單元406、所述第二信號處理單元407可以具有行選擇開關、列選擇開關，當所述第一信號處理單元406、所述第二信號處理單元407的行選擇開關、列選擇開關均被導通時，所述第一信號處理單元406和所述第二信號處理單元407耦合生成所述差分放大器405。
本實施例中，單個的所述第一信號處理單元406、所述第二信號處理單元407的主要作用在於對微弱的第一感測信號、第二感測信號進行放大處理。在將所述第一信號處理單元406、所述第二信號處理單元407耦合成差分放大器405之後，所述差分放大器405不僅可以放大感測信號，還可以減弱或者消除共模噪聲和失調。如圖9所示，本申請提供一種結構簡單的信號處理單元的電路結構，其中mos1為輸入電晶體，主要用於接收感測信號、放大感測信號，電晶體mos2為行選擇開關、電晶體mos3為列選擇開關，mos2、mos3的輸入端(即柵極)均被施加大於預設閾值的電壓之後，mos2、mos3均被導通，此時對應的信號處理單元即被選擇。當然，行選擇開關、列選擇開關的實現方式不限於上述mos電晶體，例如也可以為三極體等，本申請在此不做限制。
基於此，在本申請的一個實施例中，所述行選擇開關、所述列選擇開關可以由數字電路控制導通或者斷開。
本實施例中，可以通過數字電路控制所述行選擇開關、所述列選擇開關的導通或者斷開，由於數字電路控制方式相對於模擬電路控制方式噪聲小、速度快，可以降低開關過程中的噪聲、提高指紋信息處理的效率。
在本申請的一個實施例中，所述第一信號處理單元406、所述第二信號處理單元407中用於放大所述第一感測信號和第二感測信號的輸入電晶體的面積可以不小於第一預設閾值。
本實施例中，通過對比圖4和圖3可以發現，本申請中的信號處理電路結構相對而言簡單許多，具體地在後續的集成電路版圖設計中，電路佔用晶片面積也會減小很多，一方面可以降低流片成本，另一方面還可以給部分電晶體的尺寸設計的優化留有餘地。本實施例中，可以增大所述第一信號處理單元406、所述第二信號處理單元407中輸入電晶體(如圖9中的電晶體mos1)的尺寸，使得輸入電晶體的面積不小於第一預設閾值。在模擬ic領域，輸入電晶體面積的增大，不僅可以降低集成電路工藝的失調，還可以大大降低噪聲的影響。因此，在基於本申請提供的信號處理電路結構簡單的基礎上，增大輸入管的尺寸，有利於降低工藝失調和噪聲的影響。
在本申請的一個實施例中，在所述差分放大器405中，所述第一信號處理單元406和所述第二信號處理單元407可以共用尾電流源以及輸出負載。
圖10是本申請提供的差分放大器405的一個實施例的結構示意圖，如圖10所示，所述第一信號處理單元406和所述第二信號處理單元407可以共用尾電流源及輸出負載。本實施例中，所述尾電流源、所述輸出負載均可以通過mos電晶體實現，也可以通過三極體等實現，本申請在此不做限制。如上所述，指紋感測模塊陣列中的模塊數量很多，對應地，信號處理單元的數量也很龐大，若每個信號處理單元均接入單獨的尾電流以及輸出負載，必將導致晶片面積成本的極大消耗。共用尾電流或者輸出負載可以大大降低晶片設計成本。
進一步地，本實施例中，還可以在信號輸出的過程中，每次只有n個差分放大器，即2n個指紋感測模塊指紋信息的輸出，如n為8、10、16等。這樣，在不影響指紋成像的情況下，還可以進一步降低晶片的面積。
在本申請的一個實施例中，所述第一信號處理單元406、所述第二信號處理單元407中具有共模反饋迴路，所述共模反饋迴路用於控制所述尾電流源，以穩定所述差分放大器405的共模工作電壓。
本實施例中，所述尾電流源決定所述差分放大器405共模工作電壓的穩定性，為了使得尾電流源保持穩定，可以在所述第一信號處理單元406、所述第二信號處理單元407中設置共模反饋迴路，以控制所述尾電流源，從而進一步穩定所述差分放大器405的共模工作電壓。
在本申請的一個實施例中，所述第一輸入電路可以包括第一加法器，所述第一加法器分別與所述第一指紋感測模塊以及所述第一指紋感測模塊相鄰的指紋感測模塊電性連接，用於對所述第一感測信號以及所述第一指紋感測模塊相鄰的指紋感測模塊生成的感測信號進行求和計算，生成第一求和感測信號；
對應地，所述第二輸入電路可以包括第二加法器，所述第二加法器分別與所述第二指紋感測模塊以及所述第二指紋感測模塊相鄰的指紋感測模塊電性連接，用於對所述第二感測信號以及所述第二指紋感測模塊相鄰的指紋感測模塊生成的感測信號進行求和計算，生成第二求和感測信號；
相應地，所述第一信號處理單元和所述第二信號處理單元相耦合，以將所述第一求和感測信號和第二求和感測信號進行差分放大處理。
本實施例中，可以在對第一感測信號、第二感測信號進行差分處理之前，分別對所述第一感測信號、第二感測信號及其相鄰感測模塊生成的感測信號進行平均處理，以提升感測信號的數據一致性。具體可以參考如圖11所示的示意圖，在指紋感測模塊陣列408中，指紋感測模塊(m，n)位於所述指紋感測模塊陣列408的第m行第n列，若假設所述指紋感測模塊(m，n)生成的第一感測信號為finger(m，n)，與指紋感測模塊(m，n)相鄰的指紋感測模塊指紋感測模塊(m，n+1)、指紋感測模塊(m+1，n)、指紋感測模塊(m+1，n+1)生成的感測信號分別為finger(m，n+1)、finger(m+1，n)、finger(m+1，n+1)，則進行求和計算之後，生成的第一求和感測信號為finger(m，n)+finger(m，n+1)+finger(m+1，n)+finger(m+1，n+1)。相對應地，所述第二輸入電路的處理方式與所述第一輸入電路的處理方式相同，在此不做贅述。此後，可以將生成的所述第一求和感測信號和所述第二求和感測信號分別輸入至所述第一信號處理單元和所述第二信號處理單元，以對所述第一求和感測信號和第二求和感測信號進行差分放大處理。
需要說明的是，在進行求和計算的過程中，可以對所述第一指紋感測模塊的全部或者部分相鄰指紋感測模塊生成的感測信號進行計算，本申請在此不做限制。
本實施例中，可以在進行差分放大之前，將指紋感測模塊生成的感測信號與其相鄰的指紋感測模塊生成的感測信號進行平均處理，可以增強感測信號的數據一致性、提高指紋成像的精度。
基於上述用於指紋傳感器的信號處理電路，本申請另一方面還提供一種指紋傳感器，所述指紋傳感器可以包括上述任一實施例所述的信號處理電路，其中，所述指紋感測模塊的數量與所述信號處理單元的數量相匹配。
進一步地，所述指紋傳感器中可以包括預設數量的尾電流源、輸出負載，所述預設數量小於所述信號處理單元的數量。
本申請另一方面還提供一種電子設備，所述電子設備中可以包括指紋傳感器，所述指紋傳感器包括上述任一實施例所述的信號處理電路。
進一步地，所述電子設備中還可以具有快速充電的功能。
進一步地，所述電子設備可以包括下述中的任意一種：移動智慧型電話、計算機(包括筆記本電腦，桌上型電腦)、平板電子設備、個人數字助理(pda)、智能可穿戴設備等，本申請在此不做限制。
本說明書中的上述各個實施方式均採用遞進的方式描述，各個實施方式之間相同相似部分相互參照即可，每個實施方式重點說明的都是與其他實施方式不同之處。
以上所述僅為本發明的幾個實施方式，雖然本發明所揭露的實施方式如上，但所述內容只是為了便於理解本發明而採用的實施方式，並非用於限定本發明。任何本發明所屬技術領域的技術人員，在不脫離本發明所揭露的精神和範圍的前提下，可以在實施方式的形式上及細節上作任何的修改與變化，但本發明的專利保護範圍，仍須以所附權利要求書所界定的範圍為準。