具有包括时序电路的感测元件的电容式指纹传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种用于感测手指的指纹图案的电容式指纹感测装置，所述电容式指纹传感器包括多个感测元件，所述多个感测元件各自包括：将被所述手指所触摸的保护性介电顶层；被布置在所述顶层下面的导电的感测结构；连接至所述感测结构的电荷测量电路，用于在至少第一测量状态和第二测量状态之间依次转变以执行测量序列，所述测量序列导致从所述电荷测量电路产生输出信号，该输出信号指示由所述手指与所述感测结构之间的电位差的改变所导致的、所述感测结构所承载的电荷的改变；以及连接至所述电荷测量电路的时序电路，用于控制所述测量状态中的至少一个测量状态的时序。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种电容式指纹感测装置以及一种感测指纹图案的方法。
技术介绍
各种类型的生物识别系统系越来越多被使用，以便于提供增大的安全性及/或增强的用户便利性。特别地，由于其小的形状因数、高的性能以及用户接受度，指纹感测系统例如已经被采用在消费者电子装置中。在各种可利用的指纹感测原理(例如，电容式、光学式、热感式等等)中，电容式感测是最普遍使用的，特别是在其中尺寸及功率消耗是重要因素的应用中。所有的电容式指纹传感器提供下述测量：该测量指示在数个感测结构与放置在指纹传感器的表面上或移动横跨该表面的手指之间的电容。某些电容式指纹传感器被动地读出感测结构与手指之间的电容。然而，这需要在感测结构的每一个与手指之间的相当大的电容。因此，这种被动的电容式传感器通常被设置有覆盖感测结构的非常薄的保护层，这使得这种传感器对于刮痕及/或ESD(静电放电)是相当敏感的。US 7 864 992公开了一种指纹感测系统，其中通过下述方式将驱动信号注入到手指中：使被布置在传感器阵列附近的导电结构进行脉动(pulsing)，并且测量所产生的、传感器阵列中的感测结构所承载的电荷的改变。这种类型的所谓的主动式指纹感测系统一般使得能够在远比上述被动的系统高的信噪比下进行电容与感测结构的测量。于是，这使得能够有相当厚的保护涂层，并且因此使得能够有更强健的电容式指纹传感器，其可以包括在遭受到相当大磨损的用品中，例如是行动电话。然而，仍然有改善的空间。特别地，期望的是，通过甚至更厚的保护涂层来提供指纹感测及/或提供关于信噪比的进一步改善的性能。
技术实现思路
考虑到现有技术的上述以及其它的缺点，本专利技术的目的是实现一种改进的电容式指纹感测装置，特别是一种通过非常厚的保护涂层来提供改善的感测性能的电容式指纹感测装置。根据本专利技术的第一方面，因此提出一种用于感测手指的指纹图案的电容式指纹感测装置，所述电容式指纹传感器系包括多个感测元件，所述多个感测元件各自包括：将被所述手指所触摸的保护性介电顶层；被布置在所述顶层下面的导电的感测结构；连接至所述感测结构的电荷测量电路，用于在至少第一测量状态和第二测量状态之间依次转变以执行测量序列，所述测量序列导致从所述电荷测量电路产生输出信号，该输出信号指示由所述手指与所述感测结构之间的电位差的改变所导致的、所述感测结构所承载的电荷的改变；以及连接至所述电荷测量电路的时序电路，用于控制所述测量状态中的至少一个测量状态的时序。感测结构可以有利的是用金属板的形式来进行设置，使得由感测结构(感测板)、局部的手指表面、以及保护涂层(以及任何可能局部存在于局部的手指表面与保护涂层之间的空气)来形成一种类型的平行板电容器。保护涂层可以有利的是至少20μm厚的，并且具有高的介电强度以保护指纹感测装置的下面的结构免于磨损与撕裂以及ESD。甚至更有利的是，保护涂层可以是至少50μm厚的。在实施例中，保护涂层可以是数百微米厚的。“电荷测量电路”是能够提供指示感测结构所承载的电荷的改变的输出信号的任何电路。输出信号可以是模拟或数字的。例如输出信号可以用与参考电位相关的电位的形式来提供。在各种的实施例中，电荷测量电路可以包括电荷放大器。电荷测量电路可以是可控制的以执行预定的测量序列，该预定的测量序列包括以预定的序列在不同的测量状态之间转变。测量状态可以是由被提供至电荷测量电路的控制信号的特定组合所限定的。应注意到的是，根据本专利技术的实施例的电容式指纹感测装置中的每一个感测元件或者群组的感测元件系包括时序电路，使得电荷测量电路的测量状态中的至少一个的时序控制是在每一个感测元件或者群组的感测元件中本地控制的。换言之，至少一个测量状态的时点以及持续期间中的至少一者是在每一个感测元件或者群组的感测元件中本地控制的。因此可以说时序电路是作用为本地的状态机，其可以是非同步或同步的、或者其组合。本专利技术是基于下述领悟：感测元件的越快的操作将会使得有来自每一个感测元件的多个读出，这于是将会提供改善的电容测量/感测性能，例如是在信噪比以及共模噪声的降低的方面。本专利技术人已经进一步领悟到：可以通过在感测元件或者群组的感测元件中提供本地的时序而使得能够进行感测元件的期望的较快的操作、或者至少便利于该较快的操作。通过至少提供测量状态之间的在时间上最关键的转变的本地的时序，测量时间可被缩短，且/或可以使得电容式指纹感测装置的设计变得容易。例如，将不需要小心地将某些时序控制信号路由至每一个感测元件，而是可以通过用于选择特定的感测元件或者群组的感测元件的外部信号来开始时序。应注意到的是，电容式指纹感测装置可包括大量的感测元件，例如是至少100个感测元件的级数。某些电容式指纹感测装置可包括相当大数量的感测元件，例如是至少10000个感测元件。若读出频率从例如1MHz被增高到例如20MHz，则在不同的感测元件的导通时间上的差异可能会使得利用外部的中央时序控制来实现与测量相关的时序要求变成是困难的、或甚至实际上是不可能的。于是，本专利技术的实施例提供较高的读出频率，其于是使得能够实现改善的测量性能，并且进一步使得能够进行多个输出信号的组合(其有时被称为某种滤波)，由此共模噪声可被降低，并且信噪比可被增大。这于是使得通过例如电子装置(例如移动电话)的按钮或盖子的一部分的、较厚的涂层的测量。再者，可以降低指纹传感器的能量消耗及/或缩短获取指纹表示(图像)所需的时间。根据实施例，每一个感测元件的时序电路可以进一步连接到至少一个另外的感测元件，以用于另外控制该至少一个另外的感测元件的状态。例如，时序电路可以控制相邻的感测元件，以提供适当的电压水平至其相应的感测结构。根据本专利技术的各种实施例，时序电路可被配置为控制电荷测量电路来在由第一事件以及与第一事件相关的时间延迟所限定的转变时间从第一测量状态转变至第二测量状态。第一事件可以是独立地由时序电路所提供的、或者第一事件可以是由在感测元件外部的电路所提供的。根据各种实施例，时序电路可以有利地包括至少第一延迟元件，该第一延迟元件具有用于接收限定第一事件的第一信号的输入、以及用于提供第二信号的输出，其中第二信号限定与第一事件相关地被延迟的第二事件。第一信号可以是时变的电压，并且第一事件例如可以是由第一信号的上升侧(rising flank)或者下降侧(falling flank)所限定的。第一信号可以是在感测元件内部产生的，或者可以根据各种实施例而被提供为在感测元件之外产生的信号，其例如可以被称为激活信号。第二信号可以被视为第一信号的延迟的版本，但应了解的是，除了延迟以外的其它转换也可能已经施加在第一信号上以形成第二信号。例如，第一信号可能已经另外被放大、及/或衰减、及/或反相、等等，以形成第二信号。第一延迟元件可以有利地包括半导体电路，例如一或多个逻辑门。由第二信号所限定的第二事件可以有利地包括上述从第一测量状态至第二测量状态的转变。根据各种实施例，第一延迟元件的输出可以耦接至电荷测量电路，以用于使得第二信号能够控制所述电荷测量电路的操作。第一延迟元件的输出可以直接连接至电荷测量电路，或者在第一延迟元件与电荷测量电路之间可以有另外的电路。例如，上述的第二信号以及另外的信号可以被输入到逻辑门，并且逻辑门的输出可被用来控制电荷测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于感测手指的指纹图案的电容式指纹感测装置，所述电容式指纹传感器包括多个感测元件，所述多个感测元件各自包括：要被所述手指触摸的保护性介电顶层；被布置在所述顶层下面的导电的感测结构；连接至所述感测结构的电荷测量电路，用于在至少第一测量状态和第二测量状态之间依次转变以执行测量序列，所述测量序列导致从所述电荷测量电路产生输出信号，该输出信号指示由所述手指与所述感测结构之间的电位差的改变所导致的、所述感测结构所承载的电荷的改变；以及连接至所述电荷测量电路的时序电路，用于控制所述测量状态中的至少一个测量状态的时序。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.22 SE 1451633-01.一种用于感测手指的指纹图案的电容式指纹感测装置，所述电容式指纹传感器包括多个感测元件，所述多个感测元件各自包括：要被所述手指触摸的保护性介电顶层；被布置在所述顶层下面的导电的感测结构；连接至所述感测结构的电荷测量电路，用于在至少第一测量状态和第二测量状态之间依次转变以执行测量序列，所述测量序列导致从所述电荷测量电路产生输出信号，该输出信号指示由所述手指与所述感测结构之间的电位差的改变所导致的、所述感测结构所承载的电荷的改变；以及连接至所述电荷测量电路的时序电路，用于控制所述测量状态中的至少一个测量状态的时序。2.根据权利要求1所述的电容式指纹感测装置，其中，所述时序电路被配置为：控制所述电荷测量电路在由第一事件以及与所述第一事件相关的时间延迟所限定的转变时间从所述第一测量状态转变至所述第二测量状态。3.根据权利要求2所述的电容式指纹感测装置，其中，所述时序电路包括至少第一延迟元件，所述第一延迟元件具有：用于接收第一信号的输入，所述第一信号限定所述第一事件；以及用于提供第二信号的输出，所述第二信号限定与所述第一事件相关地被延迟的第二事件。4.根据权利要求3所述的电容式指纹感测装置，其中，所述第二事件包括从所述第一测量状态至所述第二测量状态的所述转变。5.根据权利要求3或4所述的电容式指纹感测装置，其中，所述第一延迟元件的输出耦接至所述电荷测量电路，以用于使得所述第二信号能够控制所述电荷测量电路的操作。6.根据权利要求3至5中任一项所述的电容式指纹感测装置，其中，所述时序电路进一步包括第二延迟元件，所述第二延迟元件具有耦接至所述第一延迟元件的输出的输入、以及用于提供第三信号的输出，所述第三信号限定与所述第二事件相关地被延迟的第三事件。7.根据权利要求6所述的电容式指纹感测装置，其中，所述第二延迟元件的输出耦接至所述电荷测量电路，以用于使得所述第三信号能够控制所述电荷测量电路的操作。8.根据权利要求3至7中任一项所述的电容式指纹感测装置，其中，所述时序电路进一步包括：耦接在所述第一延迟元件的输出与所述第二延迟元件的输入之间的至少一个逻辑门。9.根据权利要求3至8中任一项所述的电容式指纹感测装置，其中，所述时序电路包括多个延迟元件，所述多个延迟元件各自具有输入以及输出，所述延迟元件被布置成延迟元件的序列，以使得所述延迟元件中的每一个延迟元件的输出耦接至所述延迟元件的序列中的下一个延迟元件的输入。10.根据权利要求9所述的电容式指纹感测装置，其中，所述序列是闭环序列。11.根据权利要求2至10中任一项所述的电容式指纹感测装置，其中，所述第一事件是由在所述感测元件外部产生的激活信号来提供的。12.根据前述权利要求中任一项所述的电容式指纹感测装置，其中，所述测量序列至少包括：重置状态，其中，所述电荷测量电路的输出处的电位以所述感测结构的电位为基准而被设置。13.根据前述权利要求中任一项所述的电容式指纹感测装置，其中，所述电荷测量电路包括电荷放大器，所述电荷放大器包括：连接至所述感测结构的负输入；正输入；输出；连接在所述负输入与所述输出之间的反馈电容器；以及所述正输入和所述负输入与所述输出之间的至少一个放大器级，其中，所述电荷放大器被配置为使得所述负输入处的电位基本跟随所述正输入处的电位。14.根据权利要求13所述的电容式指纹感测装置，其中，所述电容式指纹感测装置进一步包括：激励信号提供电路，其连接至所述正输入，并被配置为将所述正输入处的电位从第一电位改变至第二电位，以由此改变所述感测结构的电位，由此提供所述手指与所述感测结构之间的电位差的所述改变。15.根据权利要求13或14所述的电容式指纹感测装置，其中，所述时序电路连接至所述激励信号提供电路以用于：将第一激励控制信号提供至所述激励信号提供电路，以用于在第一激励转变时间触发从所述第一电位至所述第二电位的、电位的所述改变；以及将第二激励控制信号提供至所述激励信号提供电路，以用于在第二激励转变时间触发从所述第二电位回到所述第一电位的、电位的改变。16.根据权利要求1至12中任一项所述的电容式指纹感测装置，其中：所述指纹感测装置进一步包括：激励信号提供电路，用于提供与所述手指的电位相关的激励信号，所述激励信号呈现时变的激励电位，所述时变的激励电位包括从第一电位至第二电位以及回到所述第一电位的往复改变；所述感测元件中的每一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗兰克·里戴克，
申请(专利权)人：指纹卡有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE