电容式指纹传感器制造技术

本发明专利技术实施例提供一种电容式指纹传感器，其包括积分器、触发器和基底消除电路，所述积分器用于存储来自指纹电容的电荷以产生输出信号并传递至所述触发器，所述触发器用于在所述输出信号超过设定的阈值时触发所述基底消除电路产生基底消除信号并输出至所述积分器，所述基底消除信号用于将所述积分器的输出信号调整至所述设定的阈值之内，避免了积分器容易达到饱和，从而增加了所述积分器的动态范围。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电容式指纹传感器
本专利技术实施例涉及生物特征识别
，尤其涉及一种电容式指纹传感器。
技术介绍
由于指纹具有终身不变性、唯一性和方便性，因此可以提供较高级别的身份安全认证。在执行身份安全认证时，通常通过指纹传感器(FingerprintSensor)作为实现指纹自动采集的器件。指纹传感器按传感原理主要分为光学指纹传感器、半导体电容式传感器、半导体热敏传感器、半导体压感传感器、超声波传感器和射频(RF)传感器等。以半导体电容式指纹传感器为例，在一块集成有成千上万半导体器件的“平板”上，手指贴在其上形成了电容的另一面。由于手指表面凸凹不平，凸点处对应脊，凹点处对应谷，使得凸点处和凹点处接触平板的实际距离大小不同，从而导致形成的电容的数值也不相同，将采集到的不同的电容的数值进行汇总，从而完成指纹的采集。但是，对于积分式的半导体电容式指纹传感器来说，其通常包括一个积分器，指纹电容中的基底电容、与指纹最近的金属层到系统地的电容即寄生电容会在积分器输出产生一个非常大的基底信号，该基底信号的大小约为指纹电容对应的有效信号的100倍，在经过放大器放大处理后，该基底信号远大于有效信号，导致有效信号显得较小；同时基底信号放大后使得积分器容易达到饱和导致指纹传感器的输出动态范围较小。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种电容式指纹传感器，用以至少解决现有技术中的上述问题。为实现本专利技术实施例的目的，本专利技术实施例提供了一种电容式指纹传感器，其包括：积分器、触发器和基底消除电路，所述积分器用于存储来自指纹电容的电荷以产生输出信号并传递至所述触发器，所述触发器用于在所述输出信号超过设定的阈值时触发所述基底消除电路产生基底消除信号并输出至所述积分器，所述基底消除信号用于将所述积分器的输出信号调整至所述设定的阈值之内以增加所述积分器的动态范围。本专利技术实施例中，通过所述积分器存储来自指纹电容的电荷以产生输出信号并传递至所述触发器，所述触发器在所述输出信号超过设定的阈值时触发所述基底消除电路产生基底消除信号并输出至所述积分器，所述基底消除信号将所述积分器的输出信号调整至所述设定的阈值之内，避免了积分器容易达到饱和，从而增加了所述积分器的动态范围。附图说明图1为一种典型的指纹传感器的电路结构示意图；图2为本专利技术实施例一中指纹传感器的电路模块结构示意图；图3为本专利技术实施例二中指纹传感器的电路模块结构示意图；图4为本专利技术实施例三中指纹传感器的电路模块结构示意图；图5为本专利技术实施例四中指纹传感器的电路模块结构示意图；图6为本专利技术实施例五中指纹传感器的具体电路结构示意图；图7为本专利技术实施例六中指纹传感器的具体电路结构示意图；图8为本专利技术实施例七中指纹传感器的具体电路结构示意图；图9为本专利技术实施例八中指纹传感器的具体电路结构示意图。具体实施方式以下将配合图式及实施例来详细说明本申请的实施方式，藉此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。下述将进一步对本专利技术进行进一步示意性解释说明。图1为一种典型的指纹传感器的电路结构示意图；如图1所示，指纹传感器包括积分电容Ci、开关S1-S4、放大器100。其中，开关S1和S3的开关状态分受第一时钟信号ck1的控制，开关S2和S4的开关状态受第二时钟信号ck2的控制，第一时钟信号ck1与第二时钟信号ck2可以分别为两项非交叠时钟信号。在积分阶段，第一时钟信号ck1为高相位，而第二时钟信号ck2为低相位，此时开关S2和S4断开，而开关S1和S3导通；指纹电容Cf、寄生电容Cp的正极板接到电源电压Vchg，此时基底消除电容Cc两端都是一样的电源电压Vchg，因此基底消除电容Cc中的电荷被泄放干净。之后，第二时钟信号ck2转换为高相位，而第一时钟信号ck1转换为低相位，此时开关S2和S4导通，而开关S1和S3断开；指纹电容Cf、寄生电容Cp和基底消除电容Cc的正极板接入放大器101的负端，而基底消除电容Cc的负极板接到外部数模转换器(DigitaltoAnalogConverter，简称DAC)的输出信号Vdac。此时由于反馈的作用，指纹电容Cf、寄生电容Cp和基底消除电容Cc中的电荷转移到积分电容Ci中，完成一次积分过程，从而完成一次指纹的检测。为了叙述方便，将图1中电源电压Vchg、外部数模转换器DAC的输出信号Vdac、参考电压Vref和输出信号Vout的电压分别简称为电源电压Vc、外部数模转换器DAC的输出信号Vd、参考电压Vr和积分器的输出信号Vo，上述一次积分输出信号VoVo的变化量可由(1)表示。由于寄生电容Cp的电容值通常是指纹电容Cf的10～100倍，因此若不消除寄生电容Cp的影响，则会导致积分器在还未获得所需的信号量时就达到饱和，因此进一步导致指纹传感器电路的动态范围较小。因此，为了消除寄生电容Cp的影响，图1所示的指纹传感器电路中加入了基底消除电容Cc，并通过调节提供给基底消除电容Cc的外部数模转换器DAC的输出信号Vd来消除寄生电容Cp的影响，其中，用于消除寄生电容Cp的影响所需的外部数模转换器的输出信号Vd可以根据(2)给出。根据上述公式(2)，由于寄生电容Cp的不确定性及参考电压Vr随工艺角(ProcessVoltageTemperature，简称PVT)的变化，需要经过大量经验和测试，才能获得外部数模转换器DAC的输出信号Vd的准确值，因此难以彻底消除基底信号，也即是指纹传感器的基底信号消除不够准确。另一方面，由于电路的输出动态范围较小及基底信号消除不够准确，图1所示的指纹传感器电路中需要较大的积分电容Ci来减小电路的增益G，随后通过增加积分次数来获得数模转换所需的信号量，从而导致指纹传感器电路的信噪比下降。并且，除了信噪比下降外，还会导致单次指纹采集的总时间变长，进而增加指纹传感器的平均功耗。除了上述寄生电容Cp的存在会导致基底信号，指纹电容Cf包括的基底电容也会导致基底信号，具体原因为：指纹电容Cf包括指纹的峰电容以及谷电容，而峰电容以及谷电容均可以等效为基底电容和有效电容，指纹检测主要是根据峰电容和谷电容中各自包括的有效电容完成指纹检测。但是峰电容以及谷电容中的基底电容远远大于各自对应的有效电容，从而导致指纹电容Cf的基底电容也会产生基底信号，上述图1技术方案难以消除指纹电容中基底电容产生的基底信号，进一步导致难以彻底消除基底信号，因此基底信号消除不够准确。为此，本专利技术下述实施例提供了一种电容式指纹传感器，其包括：积分器、触发器和基底消除电路，所述积分器用于存储来自指纹电容Cf的电荷以产生输出信号Vo并传递至所述触发器，所述触发器用于在所述输出信号Vo超过设定的阈值时触发所述基底消除电路产生基底消除信号并输出至所述积分器，所述基底消除信号用于将所述积分器的输出信号Vo调整至所述设定的阈值之内以增加所述积分器的动态范围。图2为本专利技术实施例一中指纹传感器的电路模块结构示意图；如图2所示，本实施例中，所述指纹传感器包括积分器101、触发器102、基底消除电路103，所述积分器101包括第一信号输入端101a和第一信号输出端101b，所述触发器102包括第二信号输入端102a和第二信号输出端102b，所述基底消除电路103包括第三本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电容式指纹传感器，其特征在于，包括：积分器、触发器和基底消除电路，所述积分器用于存储来自指纹电容的电荷以产生输出信号并传递至所述触发器，所述触发器用于在所述输出信号超过设定的阈值时触发所述基底消除电路产生基底消除信号并输出至所述积分器，所述基底消除信号用于将所述积分器的输出信号调整至所述设定的阈值之内以增加所述积分器的动态范围。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电容式指纹传感器，其特征在于，包括：积分器、触发器和基底消除电路，所述积分器用于存储来自指纹电容的电荷以产生输出信号并传递至所述触发器，所述触发器用于在所述输出信号超过设定的阈值时触发所述基底消除电路产生基底消除信号并输出至所述积分器，所述基底消除信号用于将所述积分器的输出信号调整至所述设定的阈值之内以增加所述积分器的动态范围。2.根据权利要求1所述的电容式指纹传感器，其特征在于，所述触发器具体用于在所述积分器的输出信号超过所述设定的阈值时产生触发信号，所述基底消除电路在所述触发信号的触发下产生所述基底消除信号并输出至所述积分器。3.根据权利要求2所述的电容式指纹传感器，其特征在于，所述触发器输出的触发信号包括第一开关控制信号和第二开关控制信号，其中所述第一开关控制信号和所述第二开关控制信号相互反相。4.根据权利要求3所述的电容式指纹传感器，其特征在于，所述基底消除电路包括开关电路和基底消除电容，所述开关电路与所述基底消除电容连接，用于在所述触发信号的触发下进行开关动作从而使得所述基底消除电容进行充放电处理以产生所述基底消除信号。5.根据权利要求4所述的电容式指纹传感器，其特征在于，所述开关电路包括第一开关、第二开关、第三开关和第四开关；所述第一开关的一端连接至电源电压，所述第一开关的另一端与所述第二开关的一端连接，并与所述基底消除电容的正极板连接；所述第二开关的另一端与系统地连接；所述第三开关的一端连接参考电压，所述第三开关的另一端与所述第四开关的一端连接，并与所述基底消除电容的负极板连接；所述第四开关的另一端用于输出所述基底消除信号。6.根据权利要求5所述的电容式指纹传感器，其特征在于，所述第一开关和所述第三开关接收所述第一开关控制信号并在所述第一开关控制信号的控制进行开关动作；所述第二开关和第四开关接收所述第二开关控制信号并在所述第二开关控制信号进行开关动作。7.根据权利要求3所述的电容式指纹传感器，其特征在于，所述触发器包括相互串联的比较器以及反相器，所述比较器的反相输入端连接到所述积分器以接收所述输出信号，所述比较器的同相输入端连接参考电压，所述参考电压的电压值作为所述设定的阈值；所述反相器的输出端作为第一开关控制端子，用于输出所述第一开关控制信号，所述放大器的输出端作为第二开关控制端子，用于输出所述第二开关控制信号。8.根据权利要求3所述的电容式指纹传感器，其特征在于，所述积分器包括积分电容和放大器，所述积分电容用于存储来自所述指纹电容的电荷；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张孟文，詹昶，皮涛，李周群，
申请(专利权)人：深圳市汇顶科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44