一种指纹采集电路制造技术

本发明专利技术实施例公开了一种指纹采集电路，包括：耦合电极、N*M个感应电极所组成的感应电极阵列、与N*M个感应电极对应连接的N*M路像素PIXEL电路、与N*M个像素PIXEL电路中的M列PIXEL电路连接的M路偏置和可编程增益放大器PGA电路、与M路偏置和PGA电路的输出端连接的ADC。本发明专利技术实施例有利于抵消电路失配和低频闪烁噪声，具有较小的输出噪声。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及指纹采集
，具体涉及一种指纹采集电路。
技术介绍
半导体指纹采集传感器由采集前端电路、信号处理电路组成。目前半导体指纹采集电路多通过测量手指与采集电极间电容大小反映指纹图形，由于该电容非常小(小于0.5fF)，故信号很容易被电路噪声所湮没。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种指纹采集电路，以期提出一种低功耗和低噪声的指纹采集电路。第一方面，本专利技术实施例公开了一种指纹采集电路，包括：耦合电极，所述耦合电极用于将脉冲信号Vdr耦合到用户手指，其中，所述耦合电极例如可以是金属驱动环，该金属驱动环连接脉冲发生器或具有脉冲信号输出功能的控制芯片的脉冲信号输出端口；由N*M个感应电极所组成的感应电极阵列，N为所述感应电极阵列的行数，M为所述感应电极阵列的列数，N、M为正整数；与所述N*M个感应电极对应连接的N*M路像素PIXEL电路，所述PIXEL电路包括与门逻辑电路、开关S、原点PH开关、零号MOS管PM0、寄生电容Cp，所述与门逻辑电路的第一输入端和第二输入端用于分别接入所述感应电极阵列的行选使能信号和列选使能信号，所述与门逻辑电路的信号输出端连接所述开关S的控制信号输入端，所述开关S的第一端用于连接电流源IS的输出端，所述开关S的第二端连接所述PM0的源极，所述PM0的栅极连接对应的感应电极的第一端、所述PH开关的第一端以及所述Cp的第一端，所述PH开关的第二端连接参考电压源的正极，所述Cp的第二端、所述PM0的漏极以及所述参考电压源的负极接地；与所述N*M个像素PIXEL电路中的M列PIXEL电路连接的M路偏置和可编程增益放大器PGA电路，所述偏置和PGA电路的输入端连接对应的一列PIXEL电路中的N个开关S的第一端，所述偏置和PGA电路包括电流源IS、K级开关电容放大电路，K为正整数，其中，所述电流源IS的输出端和所述K级开关电容放大电路中的一级开关电容放大电路的输入端组成所述偏置和PGA电路的输入端，所述一级开关电容放大电路包括一级第一电容、一级第二电容、一级开关PHD1以及放大电路，所述一级第一电容的第一端为所述一级开关电容放大电路的输入端，所述一级第一电容的第二端连接所述一级第二电容、一级开关PHD1以及放大电路的第一端，所述一级第二电容、一级开关PHD1以及放大电路的第二端用于连接二级开关电容放大电路或模拟数字转换器ADC；通过多路复用电路与所述M路偏置和PGA电路的输出端连接的所述ADC。对应的，本专利技术实施例提供的指纹采集电路的工作原理为：PM0与电流源IS形成源极跟随电路，源极跟随电路的输出端连接K级开关电容放大电路；当用户手指接触所述感应电极阵列时，脉冲信号通过手指与感应电极间的电容Cf耦合到对应的PIXEL电路；PH开关打开时，感应电极和对应的寄生电容Cp被置为参考电压源的参考电压VREF；PH开关关闭时，感应电极保持参考电压VREF，接着脉冲信号Vdr发生阶跃，感应电极的电压也随之改变，变化量为：ΔV＝Vdr*Cf/(Cp+Cf)；若源极跟随电路的交流增益为1，则其输出变化量为ΔV，该变化量ΔV与PM0的门限电压Vth无关，也与PM0的低频噪声无关；接着，M路偏置和可编程增益放大器PGA电路中的串联的第一电容被短路，运放失配和低频噪声被存储在第一电容中，而运放输出都等于参考电压VREF(不考虑开关注入效应)，当电流源IS的电压发生变化时，开关电容放大电路只响应其变化，输出为：Vout＝VREF+ΔV*(Ci1电容值/Cf1电容值)*(Ci2电容值/Cf2电容值)＝VREF+Vdr*(Cf电容值*(K个第一电容的电容值乘积))/((Cp电容值+Cf电容值)*(K个第二电容的电容值乘积))；根据上式可以看出，电路失配和低频闪烁噪声被抵消，因而该指纹采集电路具有较小的输出噪声。结合第一方面，在一些可能的实现方式中，所述K级开关电容放大电路包括所述一级开关电容放大电路和二级开关电容放大电路；所述一级开关电容放大电路包括一级第一电容Ci1，一级第二电容Cf1，一级开关PHD1，以及一级运算放大器，所述二级开关电容放大电路包括二级第一电容Ci2，二级第二电容Cf2，以及二级运算放大器；所述Ci1的第一端连接所述电流源IS的输出端，所述Ci2的第二端连接所述一级运算放大器的负输入端、所述Cf1的第一端和所述开关PHD1的第一端，所述Cf1的第二端、所述开关PHD1的第二端和所述运算放大器的输出端连接所述Ci2的第一端，所述Ci2的第二端连接所述Cf2的第一端、所述开关PHD2的第一端以及所述二级运算放大器的负输入端，所述Cf2的第二端、所述PHD2的第二端以及所述二级运算放大器的输出端连接所述ADC，所述一级运算放大器和所述二级运算放大器的正输入端连接所述参考电压源的正极。对应的，本专利技术实施例提供的指纹采集电路的工作原理为：PM0与电流源IS形成源极跟随电路，源极跟随电路的输出端连接K级开关电容放大电路；当用户手指接触所述感应电极阵列时，脉冲信号通过手指与感应电极间的电容Cf耦合到对应的PIXEL电路；PH开关打开时，感应电极和对应的寄生电容Cp被置为参考电压源的参考电压VREF；PH开关关闭时，感应电极保持参考电压VREF，接着脉冲信号Vdr发生阶跃，感应电极的电压也随之改变，变化量为：ΔV＝Vdr*Cf电容值/(Cp电容值+Cf电容值)；若源极跟随电路的交流增益为1，则其输出变化量为ΔV，该变化量ΔV与PM0的门限电压Vth无关，也与PM0的低频噪声无关；接着，开关PHD2先于开关PHD1打开，开关PHD1先于开关PH打开，当开关PHD1和开关PHD2打开时，运放失配和低频噪声被存储在Ci1和Ci2上面，而运放输出都等于参考电压VREF(不考虑开关注入效应)，当电流源IS的电压发生变化时，开关电容放大电路只响应其变化，输出为(假设K为2)：Vout＝VREF+ΔV*(Ci1电容值/Cf1电容值)*(Ci2电容值/Cf2电容值)＝VREF+Vdr*(Cf电容值*Ci1电容值*Ci2电容值)/((Cp电容值+Cf电容值)*Cf1电容值*Cf2电容值)；根据上式可以看出，电路失配和低频闪烁噪声被抵消，因而该指纹采集电路具有较小的输出噪声。结合第一方面，在一些可能的实现方式中，所述电流源IS包括一号MOS管PM1和二号MOS管PM2，且所述PM1的源极连接高电平，所述PM1的漏极连接所述PM2的源极，所述PM2的漏极连接所述PM0的源极，所述PM1的栅极和所述PM2的栅极用于接入驱动电压信号。结合第一方面，在一些可能的实现方式中，所述K级开关电容放大电路包括所述一级开关电容放大电路和二级开关电容放大电路；所述一级开关电容放大电路包括一级第一电容Ci1，一级第二电容Cf1，一级开关PHD1，三号MOS管PM3、四号MOS管PM4以及零号NPN型MOS管NM0，所述二级开关电容放大电路包括二级第一电容Ci2，二级第二电容Cf2，以及二级运算放大器；所述Ci1的第一端连接所述电流源IS的输出端，所述Ci2的第二端连接所述一级运算放大器的负输入端、所述Cf1的第一端、所述开关PHD1的第一端和所述NM0的栅极；所述PM3和所述PM4的栅极用于接入驱动电压信号；所述PM本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种指纹采集电路，其特征在于，包括：耦合电极，所述耦合电极用于将脉冲信号Vdr耦合到用户手指；由N*M个感应电极所组成的感应电极阵列，N为所述感应电极阵列的行数，M为所述感应电极阵列的列数，N、M为正整数；与所述N*M个感应电极对应连接的N*M路像素PIXEL电路，所述PIXEL电路包括与门逻辑电路、开关S、原点PH开关、零号MOS管PM0、寄生电容Cp，所述与门逻辑电路的第一输入端和第二输入端用于分别接入所述感应电极阵列的行选使能信号和列选使能信号，所述与门逻辑电路的信号输出端连接所述开关S的控制信号输入端，所述开关S的第一端用于连接电流源IS的输出端，所述开关S的第二端连接所述PM0的源极，所述PM0的栅极连接对应的感应电极的第一端、所述PH开关的第一端以及所述Cp的第一端，所述PH开关的第二端连接参考电压源的正极，所述Cp的第二端、所述PM0的漏极以及所述参考电压源的负极接地；与所述N*M个像素PIXEL电路中的M列PIXEL电路连接的M路偏置和可编程增益放大器PGA电路，所述偏置和PGA电路的输入端连接对应的一列PIXEL电路中的N个开关S的第一端，所述偏置和PGA电路包括电流源IS、K级开关电容放大电路，K为正整数，其中，所述电流源IS的输出端和所述K级开关电容放大电路中的一级开关电容放大电路的输入端组成所述偏置和PGA电路的输入端，所述一级开关电容放大电路包括一级第一电容、一级第二电容、一级开关PHD1以及放大电路，所述一级第一电容的第一端为所述一级开关电容放大电路的输入端，所述一级第一电容的第二端连接所述一级第二电容、一级开关PHD1以及放大电路的第一端，所述一级第二电容、一级开关PHD1以及放大电路的第二端用于连接二级开关电容放大电路或模拟数字转换器ADC；通过多路复用电路与所述M路偏置和PGA电路的输出端连接的所述ADC。...

【技术特征摘要】
2016.03.25 CN 20161017947501.一种指纹采集电路，其特征在于，包括：耦合电极，所述耦合电极用于将脉冲信号Vdr耦合到用户手指；由N*M个感应电极所组成的感应电极阵列，N为所述感应电极阵列的行数，M为所述感应电极阵列的列数，N、M为正整数；与所述N*M个感应电极对应连接的N*M路像素PIXEL电路，所述PIXEL电路包括与门逻辑电路、开关S、原点PH开关、零号MOS管PM0、寄生电容Cp，所述与门逻辑电路的第一输入端和第二输入端用于分别接入所述感应电极阵列的行选使能信号和列选使能信号，所述与门逻辑电路的信号输出端连接所述开关S的控制信号输入端，所述开关S的第一端用于连接电流源IS的输出端，所述开关S的第二端连接所述PM0的源极，所述PM0的栅极连接对应的感应电极的第一端、所述PH开关的第一端以及所述Cp的第一端，所述PH开关的第二端连接参考电压源的正极，所述Cp的第二端、所述PM0的漏极以及所述参考电压源的负极接地；与所述N*M个像素PIXEL电路中的M列PIXEL电路连接的M路偏置和可编程增益放大器PGA电路，所述偏置和PGA电路的输入端连接对应的一列PIXEL电路中的N个开关S的第一端，所述偏置和PGA电路包括电流源IS、K级开关电容放大电路，K为正整数，其中，所述电流源IS的输出端和所述K级开关电容放大电路中的一级开关电容放大电路的输入端组成所述偏置和PGA电路的输入端，所述一级开关电容放大电路包括一级第一电容、一级第二电容、一级开关PHD1以及放大电路，所述一级第一电容的第一端为所述一级开关电容放大电路的输入端，所述一级第一电容的第二端连接所述一级第二电容、一级开关PHD1以及放大电路的第一端，所述一级第二电容、一级开关PHD1以及放大电路的第二端用于连接二级开关电容放大电路或模拟数字转换器ADC；通过多路复用电路与所述M路偏置和PGA电路的输出端连接的所述ADC。2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述K级开关电容放大电路包括所述一级开关电容放大电路和二级开关电容放大电路；所述一级开关电容放大电路包括一级第一电容Ci1，一级第二电容Cf1，一级开关PHD1，以及一级运算放大器，所述二级开关电容放大电路包括二级第一电容Ci2，二级第二电容Cf2，以及二级运算放大器；所述Ci1的第一端连接所述电流源IS的输出端，所述Ci2的第二端连接所述一级运算放大器的负输入端、所述Cf1的第一端和所述开关PHD1的第一端，所述Cf1的第二端、所述开关PHD1的第二端和所述运算放大器的输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鸣宇，孙志宝，
申请(专利权)人：深圳市奔凯安全技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44