电容式感测阵列调制制造技术

本发明专利技术涉及电容式感测阵列调制。一种电容式指纹传感器可由感测元件的阵列形成。该阵列的每个电容式感测元件记录随着电容耦合的电容而变化的电压。手指可电容地耦接至传感器的各个电容式感测元件，从而使得传感器可感测每个电容式感测元件与指纹的肌肉之间的电容。可通过感测随着手指与感测芯片之间的相对电压改变的、电容式感测元件上的电压变化来检测电容信号。替代地，可通过感测随着手指和感测芯片之间的相对电压改变的、由电容式感测元件接收到的电荷变化来检测电容信号。

【技术实现步骤摘要】
电容式感测阵列调制本申请是申请日为2013年4月12日、申请号为201310224334.2、名称为“电容式感测阵列调制”的专利技术专利申请的分案申请。对相关申请的交叉引用本申请要求在2012年4月13日提交、专利技术名称为“CapacitiveSensingArrayModulation”的第61/623,941号美国临时专利申请、在2012年5月18日提交、专利技术名称为“InductiveBoostCircuitandFingerprintSensingSystems”的第61/649,203号美国临时专利申请、在2012年6月29日提交、专利技术名称为“CapacitiveSensingArrayModulation”的第61/666，579号美国临时专利申请、在2012年6月29日提交、专利技术名称为“CapacitiveSensingArray”的第61/666，610号美国临时专利申请、在2013年3月15日提交、专利技术名称为“CapacitiveSensingArrayModulation”的第13/842，635号美国专利技术专利申请的优先权，上述专利申请均通过引用的方式并入本文，就像在这里全部充分公开一样。
这里所描述的实施方式一般涉及可用来支持指纹感测的电路，包括升压电路，例如电感式升压电路。
技术介绍
下列术语是示例性的，并非旨在以任何方式进行限制。文本“电容式感测元件”及其变体，一般指代任意种类的一个或多个数据元素，包括关于单个位置感测到的信息。例如且非限制性的，电容式感测元件可包括关于指纹图像的相对小的区域的数据或其它信息。在阅读本申请之后，本领域技术人员将认识到，这些术语表述适用于技术、方法、物理元件以及系统(无论目前是否知晓)，包括阅读本申请之后本领域技术人员推断出或者可推断的其扩展。指纹感测技术已变得广泛使用，并且常常用来提供对敏感电子设备和/或数据的安全访问。一般来说，电容式指纹传感器可用来通过测量经过电容式传感器的每个电容式感测元件的电容来确定指纹图像。电容越高，相邻或者上面的手指的表面距离电容式感测元件越近。因而，相比指纹谷，指纹脊在下面的电容式感测元件中中提供更高的电容。电容式指纹传感器至少存在两种形式，即主动式和被动式。主动电容式传感器常用于电子设备，以提供用户的生物特征安全性和识别。主动式电容式传感器初始激励被感测的手指的表皮。表皮的电容在每个电容式感测元件处测量。例如，通过在电容式感测元件阵列的调制频率的低电压阶段和高电压阶段期间测量电容式感测元件的电压和/或电荷，可测量出或确定出电容。电压差可用来确定电容。图1中示出了主动式电容式传感器的一种实施例。如图1所示，主动式指纹传感器包括传感器芯片100上的电容式感测元件阵列102和驱动环104。电容式感测元件阵列102的电压没有直接被驱动或者调制，而是由驱动放大器106调制驱动环104。这又激励手指108，并且由于手指108的电压电势随着驱动环104的调制而改变，因此随着驱动环被调制，在电容式感测元件阵列102的每个电容式感测元件处的电压和/或电荷改变。在这种传感器中，施加至驱动环的电压可能是有限的。通常，驱动环电压不超过4伏的峰-峰电压。超过此的电压可能将手指激励到过高的电压；此过度的激励可通过人检测为他们手指中的“刺痛”或者不舒服的感觉。虽然人可感测到刺痛的精确电压随着人的不同而变化，但是4伏的峰-峰电压通常被视为阈值，超过该阈值可注意到这种感觉。由于限制驱动环的电压以避免用户感知，因此覆盖传感器的任意电介质的厚度也可以是有限的。传感器板和手指之间的电介质越厚，产生的电容变得越衰减且指纹图像变得越模糊。对于具有大约100微米的厚度或者大于大约100微米的电介质来说，指纹图像可能变得不可靠。当用户的手指或手或者身体的其它部分通过接地而电容耦接至该系统时，或者当接触系统的其它部分时直接耦接至系统接地时，出现另一个局限性。用户至系统的这种电容耦接可能根据用户如何触摸装置而是高度可变的。这种寄生耦接衰减驱动环能驱入用户手指的电压，并因而减弱该信号。这种衰减根据用户如何触摸装置是高度可变化的。
技术实现思路
这里描述的实施方式可采取电子设备的形式，包括：传感器板，该传感器板包括各个电容式感测元件的阵列；驱动环，其连接至传感器板；以及调制电路，其被适配为控制传感器板接收到的调制信号，而驱动环接收到的驱动信号基本保持在超过电子设备接地电平的升压接地处。其它实施方式可采用电子设备的形式，包括：电容式传感器，该电容式传感器包括：传感器板，其包括各个电容式感测元件的阵列；和驱动环，其连接至传感器板；第一调制电路，其可操作地连接至传感器板，其中第一调制电路被适配为调制传感器板的输入信号，而驱动环的驱动信号基本保持在超过电子设备接地电平的升压接地处；电感式升压电路，其配置成将升压电压提供至传感器板，所述升压电压相对于电子设备接地电平处于比驱动环和电子设备接地之间的相对电压更高的振幅；以及壳体，其围绕第一调制电路和电感式升压电路。其它实施方式可采用一种用于操作电容式传感器的方法的形式，其中电容式传感器包括传感器板和驱动环，传感器板包括各个电容式感测元件的阵列，驱动环连接至传感器板，该方法包括：在扫描状态期间，调制传感器板的一个或多个输入信号，而将驱动环的驱动信号基本保持在系统接地电平处；以及在空闲状态期间，将传感器板的一个或多个输入信号基本保持在超过系统接地电平的升压接地处。其它实施方式可采取一种用于操作电容式传感器的方法的形式，其中电容式传感器包括传感器板和驱动环，该传感器板包括各个电容式感测元件阵列，驱动环可操作地连接至传感器板，该方法包括：启动扫描操作并将驱动环的驱动信号转变至系统接地电平；当传感器板的输入信号处于低状态并且驱动环的驱动信号基本保持在系统接地电平时，从电容式感测元件读取第一信号；以及当传感器板的输入信号处于高状态并且驱动环的驱动信号基本保持在超过系统接地电平的升压接地处时，从电容式感测元件读取第二信号。附图说明图1描绘样本电容式感测阵列的框图。图2描绘如本文所描述的电容式感测阵列实施方式的框图。图3描绘合并该电容式感测阵列的实施方式的样本电子设备。图4是根据实施方式的指纹感测系统的示意性图示。图5是根据实施方式的电感式升压电路的示意性图示以及示出了电感式升压电路的示例操作的时序图。图6是根据实施方式的另一个指纹感测系统的示意性图示。具体实施方式一般来说，这里讨论的实施方式可采用诸如指纹传感器之类的电容式传感器的形式。传感器可以由电容式感测元件阵列形成；该阵列的每个电容式感测元件可记录随着电容耦合的电容而变化的电压。手指可电容地耦接至传感器的各个电容式感测元件，从而使得传感器可感测每个电容式感测元件和指纹的肌肉之间的电容。可通过感测随着手指和感测芯片之间的相对电压改变的电容式感测元件上的电压变化来检测电容信号。替代地，可通过感测随着手指和感测芯片之间的相对电压改变的由电容式感测元件接收到的电荷变化来检测电容信号。进一步远离传感器的手指部分可在传感器与手指之间产生较低电容，并且因而在下面的电容式感测元件上产生较低的信号。相反，离传感器较近的手指部分可在传感器与手指之间产生较高的电容，并从而在下面的电容式感测元件上产生较高信号。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电子设备，所述电子设备包括：指纹传感器，所述指纹传感器包括：传感器板；位于所述传感器板之上的电介质；以及围绕所述传感器板和所述电介质的导电环，所述导电环相对于所述传感器板和所述电介质至少部分地升高；调制电路，所述调制电路电连接到所述指纹传感器，并且被配置为将导电环保持在恒定电压处，所述恒定电压具有相对于系统接地电平小于4伏的绝对值，所述调制电路被配置为：向所述传感器板提供第一调制电压；以及向所述传感器板提供第二调制电压，所述第二调制电压低于所述第一调制电压并且大于所述系统接地电平；其中：所述第一调制电压和所述第二调制电压之间的相对电压差被所述传感器板接收作为传感器板电源电压。

【技术特征摘要】
2012.04.13 US 61/623,941;2012.05.18 US 61/649,203;1.一种电子设备，所述电子设备包括：指纹传感器，所述指纹传感器包括：传感器板；位于所述传感器板之上的电介质；以及围绕所述传感器板和所述电介质的导电环，所述导电环相对于所述传感器板和所述电介质至少部分地升高；调制电路，所述调制电路电连接到所述指纹传感器，并且被配置为将导电环保持在恒定电压处，所述恒定电压具有相对于系统接地电平小于4伏的绝对值，所述调制电路被配置为：向所述传感器板提供第一调制电压；以及向所述传感器板提供第二调制电压，所述第二调制电压低于所述第一调制电压并且大于所述系统接地电平；其中：所述第一调制电压和所述第二调制电压之间的相对电压差被所述传感器板接收作为传感器板电源电压。2.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述第一调制电压的一个信号电平包括低电压信号电平。3.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述第一调制电压的一个信号电平包括高电压信号电平。4.根据权利要求3所述的电子设备，还包括升压电路，所述升压电路可操作地连接到所述传感器板和所述调制电路，并且被适配为将电源电压电平升压到所述高电压信号电平。5.根据权利要求3所述的电子设备，其中所述高电压信号电平高于电源电压电平。6.根据权利要求1所述的电子设备，还包括围绕所述导电环的壳体，其中所述传感器板耦接到可操作地连接到壳体的按钮。7.根据权利要求1所述的电子设备，还包括围绕显示表面、所述传感器板和所述导电环的壳体，其中所述传感器板位于所述显示表面之下。8.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述调制电路被包括在所述指纹传感器中。9.根据权利要求8所述的电子设备，其中所述传感器板包括电容式感测元件的阵列。10.一种指纹感测系统，包括：传感器板；位于所述传感器板之上的电介质；围绕所述传感器板和所述电介质...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·P·豪泰灵，JM·布萨特，B·B·莱昂，
申请(专利权)人：苹果公司，
类型：发明
国别省市：美国,US