指纹识别传感器和终端设备制造技术

一种指纹识别传感器和终端设备，指纹识别传感器应用于终端设备，包括：传感器单元(210)，包括由多个电容感应单元(211)组成的电容阵列，具有一输出端、供电端(SVDD)和传感器地端(SGND)，所述输出端输出驱动信号；转换电路(230)，连接终端设备的设备地(GND)以及传感器单元(210)的输出端和传感器地端(SGND)，将驱动信号调制为调制信号后输出至传感器地端(SGND)；储能电容(240)，连接于供电端(SVDD)和传感器地端(SGND)之间，以稳定传感器单元(210)的工作电压；高速晶体管开关(250)，连接供电端(SVDD)，根据转换电路(230)的状态进行同步开关，以使供电端(SVDD)的电压随着调制信号的变化而变化；电源(260)，连接转换电路(230)以及通过高速晶体管开关(250)连接传感器单元(210)的供电端(SVDD)。

Fingerprint identification sensor and terminal equipment

A fingerprint recognition sensor and terminal equipment, including fingerprint sensor is applied to the terminal equipment, a sensor unit (210), which is composed of a plurality of capacitive sensing unit (211) capacitance array, with an output terminal, power supply terminal (SVDD) and sensor (SGND), the output end of the output end of a drive the signal conversion circuit; (230), connected terminal equipment (GND) and the sensor unit (210) and the output end of the sensor terminal (SGND), the drive signal modulation output to the sensor for modulation signals (SGND); storage capacitor (240), connected to the power supply terminal (SVDD) and sensor terminal (SGND), in order to stabilize the sensor unit (210) of the working voltage; high speed transistor switch (250), connected to the power supply terminal (SVDD), according to the conversion circuit (230) the state of the synchronous switch, so that the power supply voltage with modulation (SVDD) The change of the signal; the power supply (260), the connection conversion circuit (230) and the power supply end (SVDD) of the sensor unit (210) connected by the high speed transistor switch (250).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】指纹识别传感器和终端设备
本专利技术涉及指纹识别
，尤其是涉及一种指纹识别传感器和终端设备。
技术介绍
指纹识别技术广泛应用于电子安防领域，是进行身份认证的一种比较可靠的方法。电容式指纹识别传感器是目前广泛使用的指纹传感器之一，它是由微型化的电容极板阵列构成的，极板的上面覆盖绝缘板，当用户将手指放在绝缘板上时，皮肤就组成了电容阵列的另一个极板。由于不同区域指纹的脊和谷与电容极板阵列之间的距离不相等，使得每个电容极板的电容量随之而变，由此可获得指纹图像。图1所示为一种常见的电容式指纹识别传感器，包括传感器单元、驱动放大器101、驱动金属环103以及为传感器单元供电的电源(图未示)。传感器单元包括由若干电容感应单元102组成的电容阵列，其中图1中示意性的表示了其中任意一个电容感应单元102。传感器单元输出驱动信号至驱动放大器101，驱动放大器101对驱动信号进行放大处理后输出至驱动金属环103，手指104按压到传感器单元的电容阵列时，手指和电容感应单元102之间耦合电容为CX，驱动信号从金属环103通过电容CT耦合到手指，不同区域指纹的脊和谷与电容感应单元102之间CX不相等，电容感应单元102测量到电压随之变化，由此获得指纹图像。这种结构的指纹识别传感器，需要外置一个金属环103，而为了尽可能增大电容CT，减小对信号衰减，指纹识别传感器所在区域需要挖空以放置金属环103，让手指能直接触摸到金属环103。然而，对于某些应用场合，如手机、平板的外观设计，为了达到镜面的屏幕效果，提高防水性能，并不希望在显示屏幕上开孔，这就限制了指纹识别传感器的应用范围。此外，指纹识别传感器搭载的终端设备对大地的电容CS与人体对大地的电容CM相串联形成的等效电容，以及人体直接对设备的电容CH，均会对驱动金属环103上面的驱动信号产生衰减。当终端设备采用金属外壳，用户手握设备时，衰减会变得更严重，从而降低了指纹图像的清晰程度，影响了指纹识别效果。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种指纹识别传感器和终端设备，旨在扩大指纹识别传感器的应用范围，提高指纹识别效果。为达以上目的，本专利技术提出一种指纹识别传感器，指纹识别传感器应用于终端设备，包括：传感器单元，包括电容阵列，所述电容阵列包括多个电容感应单元，且所述传感器单元具有输出端、供电端和传感器地端，输出端用于输出驱动信号；调制电路，所述调制电路包括：转换电路，连接终端设备的设备地以及传感器单元的输出端和传感器地端，用于将驱动信号调制为调制信号后输出至传感器地端；储能电容，连接于供电端和传感器地端之间，以稳定传感器单元的工作电压；高速晶体管开关，连接供电端，用于根据转换电路的状态进行同步开关，以使供电端的电压随着调制信号的变化而变化；电源，连接转换电路以及通过高速晶体管开关连接传感器单元的供电端，用于为转换电路和传感器单元供电。优选地，传感器单元通过通信接口连接终端设备的主控模块，传感器单元在调制空闲间隔时输出低电平的驱动信号，使得设备地和传感器地端的电平近似相等。优选地，传感器单元通过导线直接与主控模块连接，且在转换电路调制驱动信号时保持通信接口为低电平；或者，指纹识别传感器还包括一电阻阵列，传感器单元通过电阻阵列与主控模块连接；或者，指纹识别传感器还包括一中继模块，传感器单元通过中继模块连接终端设备的主控模块。优选地，当传感器单元通过中继模块与主控模块连接时，中继模块接收传感器单元发送的数据并缓存，主控模块从中继模块获取数据。优选地，传感器单元和中继模块集成于一传感芯片。优选地，电源通过一电源开关与传感器单元连接，主控模块或中继模块控制电源开关的开断。优选地，转换电路、高速晶体管开关、电源开关和中继模块集成于一芯片中。优选地，转换电路由晶体管、运算放大器、反相器、电平移位器和数字缓冲门中的任意一种或至少两种的组合以及电阻或/和电容构成。优选地，转换电路由两反相器和一电阻构成，反相器包括第一反相器和第二反相器；第一反相器的正输入电源端连接传感器单元的供电端，负输入电源端连接设备地，输入端连接传感器单元的输出端以及通过电阻连接第二反相器的负输入电源端和设备地，输出端连接第二反相器的输入端；第二反相器的正输入电源端连接电源，负输入电源端连接设备地，输出端连接传感器地端。优选地，第一反相器由第一NMOS管、第一PMOS管和第一电阻构成，第一NMOS管和第一PMOS管的栅极互相连接，构成第一反相器的输入端，第一PMOS管的源级作为第一反相器的正输入电源端，第一NMOS管的源级作为第一反相器的负输入电源端，第一NMOS管和第一PMOS管的漏极通过第一电阻连接，第一NMOS管和第一PMOS管的漏级均可以作为第一反相器的输出端；第二反相器包括第二NMOS管、第二PMOS管和第二电阻，连接关系与第一反相器相同。优选地，高速晶体管开关包括肖特基二极管、快恢复二极管、晶体三极管、场效应管和可控硅中的任意一种或至少两种的组合。优选地，还包括一低压差线性稳压器，低压差线性稳压器连接于供电端和储能电容之间。本专利技术同时提出一种终端设备，终端设备包括一指纹识别传感器，指纹识别传感器包括：传感器单元，包括由多个电容感应单元组成的电容阵列，具有一输出端、供电端和传感器地端，输出端输出驱动信号；转换电路，连接终端设备的设备地以及传感器单元的输出端和传感器地端，将驱动信号调制为调制信号后输出至传感器地端；储能电容，连接于供电端和传感器地端之间，以稳定传感器单元的工作电压；高速晶体管开关，连接供电端，根据转换电路的状态进行同步开关，以使供电端的电压随着调制信号的变化而变化；电源，连接转换电路以及通过高速晶体管开关连接传感器单元的供电端，为转换电路和传感器单元供电。优选地，还包括显示屏盖板，所述显示屏盖板包括位于中央部分的屏幕显示区域，所述指纹识别传感器设置在所述显示屏盖板的下方。本专利技术所提供的一种指纹识别传感器，由高速晶体管开关和储能电容构成传感器单元的供电电路，由转换电路对传感器单元输出的驱动信号进行调制后驱动传感器单元的传感器地端。由于传感器单元的驱动信号被调制为调制信号，当手指按压传感器单元的电容感应单元时，调制信号通过它与手指之间的电容CX和人体与终端设备的设备地之间的电容形成回路，当CX变化时，传感器单元的电容感应单元的测量电压也随之变化，从而可以获得指纹图像，实现了指纹识别。由于本专利技术的指纹识别传感器不需要驱动金属环，因此无需在终端设备的表面开孔来安置驱动金属环，所以不会影响终端设备的外观设计，可以应用于不希望在屏幕上开孔的手机、平板等终端设备，扩大了指纹识别传感器的应用范围。同时，终端设备对大地的电容CS与人体对大地的电容CM相串联形成的等效电容，以及人体直接对终端设备的电容CH，它们对驱动信号的衰减影响将不复存在。相反地，这些电容越大，耦合越强，CX两端电压越大，指纹图像效果就越清晰，因此提高了指纹识别效果。附图说明图1是现有技术中指纹识别传感器的结构示意图；图2是本专利技术的指纹识别传感器的电路结构示意图；图3是本专利技术实施例中转换电路的电路连接示意图；图4是本专利技术的指纹识别传感器第一实施例的电路连接示意图；图5是本专利技术实施例中转换电路工作过程时序图；图6是本专利技术的指纹识别传感器第二实施例的电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种指纹识别传感器，应用于终端设备，包括：传感器单元，包括电容阵列，所述电容阵列包括多个电容感应单元，且所述传感器单元具有输出端、供电端和传感器地端，所述输出端用于输出驱动信号；调制电路，所述调制电路包括：转换电路，连接所述终端设备的设备地以及所述传感器单元的输出端和传感器地端，用于将所述驱动信号调制为调制信号后输出至所述传感器地端；储能电容，连接于所述供电端和所述传感器地端之间，以稳定所述传感器单元的工作电压；高速晶体管开关，连接所述供电端，所述高速晶体管开关包括晶体三极管、场效应管和可控硅中的任意一种或至少两种的组合，用于根据所述转换电路的状态进行同步开关，以使所述供电端的电压随着所述调制信号的变化而变化；电源，连接所述转换电路以及通过所述高速晶体管开关连接所述传感器单元的供电端，用于为所述转换电路和传感器单元供电。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.30 CN 20141084919191.一种指纹识别传感器，应用于终端设备，包括：传感器单元，包括电容阵列，所述电容阵列包括多个电容感应单元，且所述传感器单元具有输出端、供电端和传感器地端，所述输出端用于输出驱动信号；调制电路，所述调制电路包括：转换电路，连接所述终端设备的设备地以及所述传感器单元的输出端和传感器地端，用于将所述驱动信号调制为调制信号后输出至所述传感器地端；储能电容，连接于所述供电端和所述传感器地端之间，以稳定所述传感器单元的工作电压；高速晶体管开关，连接所述供电端，所述高速晶体管开关包括晶体三极管、场效应管和可控硅中的任意一种或至少两种的组合，用于根据所述转换电路的状态进行同步开关，以使所述供电端的电压随着所述调制信号的变化而变化；电源，连接所述转换电路以及通过所述高速晶体管开关连接所述传感器单元的供电端，用于为所述转换电路和传感器单元供电。2.根据权利要求1所述的指纹识别传感器，其中，所述传感器单元通过通信接口连接所述终端设备的主控模块，所述传感器单元在调制空闲间隔时输出低电平的驱动信号，使得所述设备地和所述传感器地端的电平近似相等。3.根据权利要求2所述的指纹识别传感器，其中，所述传感器单元通过导线直接与所述主控模块连接，且在所述转换电路调制所述驱动信号时保持所述通信接口为低电平；或者，所述指纹识别传感器还包括一电阻阵列，所述传感器单元通过所述电阻阵列与所述主控模块连接；或者，所述指纹识别传感器还包括一中继模块，所述传感器单元通过所述中继模块连接所述终端设备的主控模块。4.根据权利要求3所述的指纹识别传感器，其中，当所述传感器单元通过所述中继模块与所述主控模块连接时，所述中继模块接收所述传感器单元发送的数据并缓存，所述主控模块从所述中继模块获取所述数据。5.根据权利要求4所述的指纹识别传感器，其中，所述传感器单元和所述中继模块集成于一传感芯片中。6.根据权利要求2所述的指纹识别传感器，其中，所述电源通过一电源开关与所述传感器单元连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜灿鸿，卓光明，
申请(专利权)人：深圳市汇顶科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44