用于噪声检测的指纹感测装置及其中的方法制造方法及图纸

公开了一种用于噪声检测的电容式指纹感测装置及其中的方法。电容式指纹感测装置包括多个感测元件，每个感测元件包括感测结构并且被配置成感测该感测结构与手指之间的电容性耦合。电容式指纹感测装置还包括感测电路，该感测电路被配置成提供指示手指与感测结构之间的电容性耦合的感测信号。电容式指纹感测装置包括定时电路，该定时电路被配置成控制驱动信号的定时。指纹感测装置是可控制的以在噪声检测模式下及在指纹模式下操作。当指纹感测装置在噪声检测模式下操作时，该指纹感测装置被配置成控制定时电路使得提供驱动信号。指纹感测装置借助于所述感测电路反复地感测该手指与至少一个感测结构之间的电容性耦合，并且提供时间相关感测信号。

A fingerprint sensing device for noise detection and the method in it

A capacitive fingerprint sensing device for noise detection and a method in it are disclosed. The capacitive fingerprint sensing device includes a plurality of sensing elements, each sensing element including a sensing structure and configured to sense the capacitive coupling between the sensing structure and fingers. The capacitive fingerprint sensing device also includes a sensing circuit, which is configured to provide a sensing signal indicating capacitive coupling between fingers and sensing structures. The capacitive fingerprint sensing device includes a timing circuit, which is configured to control the timing of the driving signal. The fingerprint sensing device is controlled to operate under the mode of noise detection and in the fingerprint mode. When the fingerprint sensing device operates in the noise detection mode, the fingerprint sensing device is configured to control the timing circuit to provide the driving signal. The fingerprint sensing device repeatedly senses the capacitive coupling between the finger and at least one sensing structure with the help of the sensing circuit, and provides time dependent sensing signals.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于噪声检测的指纹感测装置及其中的方法
本文中的实施方式涉及用于捕获指纹的图像的电容式指纹感测装置。具体而言，本文中的实施方式涉及电容式指纹感测装置中的检测噪声以及用于评估和选择电容式指纹感测装置中的传感器设置的方法。
技术介绍
各种类型的生物测定系统被越来越多地使用以提供增大的安全性和/或增强的用户便利性。具体而言，指纹感测系统例如被用于消费型电子系统及装置中，这归功于其小形状因子、高性能及用户接受度。在各种可用指纹感测原理(诸如电容式、光学式、热能式等)当中，电容式感测最常用，在大小及功耗是重要问题的应用中尤其如此。所有电容式指纹传感器提供指示若干感测结构中的每一个与置放于指纹传感器的表面上或横跨该表面移动的手指之间的电容的量度。如果要测量指纹，则在电容式指纹传感器中需要驱动信号以激发手指与感测结构之间的电位差改变。因为需要电容式指纹感测装置来检测甚至较小的电容差异以便准确地捕获指纹图像，所以传感器中的噪声的影响正变得越来越重要。具体而言，指纹感测装置对于外部注入共模噪声尤其敏感。典型地，此种类型的噪声可经由与定位有指纹传感器的装置连接的充电器注入至指纹传感器。此外，共模噪声可在频率、幅度及形状上具有大的展度。所注入共模噪声信号可使系统接地从而以手指为基准摆动，由此看起来像额外驱动信号。这会导致测量结果损坏并且图像质量较差。可以通过实施各种降噪技术来抑制或滤波共模噪声的负面影响。用于共模噪声抑制的技术的一个示例是从每个像素取得多个数字读数的平均值以减小噪声的影响。然而，模数转换是费时的，且增大捕获指纹图像所耗费的时间不合乎需要。替代地或组合地，有可能使用对所有捕获指纹图像进行处理并且尝试减除特征共模噪声的后处理方法。然而，此方法的缺点是在模拟采样期间饱和的情况下测量值可能损坏，在此情况下可能难以或不可能消除噪声的影响。因此，需要用于有效率地检测且处理噪声的改进的方法及电容式指纹感测装置。
技术实现思路
因此，本文中的实施方式将提供一种用于有效地检测噪声的指纹感测装置及其中的方法。根据本文中的实施方式的第一方面，通过用于感测手指的指纹图案的指纹感测装置实现该目的。电容式指纹感测装置包括多个感测元件，每个感测元件包括感测结构且被配置成感测该感测结构与置放于感测装置的感测表面上的手指之间的电容性耦合。电容式指纹感测装置还包括感测电路，该感测电路被配置成提供指示手指与感测结构之间的电容性耦合的感测信号。电容式指纹感测装置包括定时电路，该定时电路被配置成控制驱动信号的定时，该驱动信号被配置成提供该手指与该感测结构之间的电位差的改变。指纹感测装置是可控制的以在噪声检测模式下及在指纹模式下操作。当指纹感测装置在噪声检测模式下操作时，该指纹感测装置被配置成控制定时电路使得提供驱动信号。指纹感测装置被配置成借助于所述感测电路在预定时间段内反复地感测手指与至少一个感测结构之间的电容性耦合，并且提供表征该指纹感测装置中的共模噪声的时间相关感测信号。当指纹感测装置在指纹模式下操作时，该感测装置被配置成控制定时电路使得提供驱动信号，并且借助于所述感测电路感测手指与多个感测结构之间的电容性耦合以及提供感测信号，以获取指纹图像。根据本文中的实施方式的第二方面，通过用于指纹感测装置中的噪声检测的方法实现该目的。电容式指纹感测装置包括多个感测元件，每个感测元件包括感测结构并且被配置成感测感测结构与置放于感测装置的感测表面上的手指之间的电容性耦合。电容式指纹感测装置还包括感测电路，该感测电路被配置成提供指示手指与感测结构之间的电容性耦合的感测信号。电容式指纹感测装置包括定时电路，该定时电路被配置成控制驱动信号的定时，该驱动信号被配置成提供手指与感测结构之间的电位差的改变。指纹感测装置是可控制的以在噪声检测模式下及在指纹模式下操作。指纹感测装置被控制以在噪声检测模式下操作。当指纹感测装置在噪声检测模式下操作时，该指纹感测装置被配置成控制定时电路使得提供驱动信号。指纹感测装置借助于所述感测电路(18)在预定时间段内反复地感测手指与至少一个感测结构之间的电容性耦合，并且提供表征该指纹感测装置中的共模噪声的时间相关感测信号。噪声信号表示感测装置的共模噪声属性。感测电容性耦合的预定时间段较佳地长于要表征噪声的完全时间段。甚至更佳地，时间相关噪声信号包括共模噪声的若干时段。使用处于100kHz至1MHz的范围内(诸如500MHz)的采样频率，该预定时间段可例如处于10ms至100ms的范围内(诸如50ms)。因为指纹感测装置反复地感测手指与至少一个感测结构之间的电容性耦合，亦即，反复不断地同时捕获感测信号，所以将捕获或测量完全相同的外部噪声干扰。此外，在感测电容性耦合时如在正常指纹模式下启用驱动信号，感测结构将在其正常操作范围中工作且对于向上及向下方向的饱和皆是鲁棒的。此外，如果用于感测电容性耦合的时间实例已知，则可预计噪声的频率。因此可检测到噪声例如共模噪声或其他外部注入噪声的存在。所描述的系统及方法因此使得能够表征共模噪声以便调整图像捕获处理从而避免噪声。可通过在图像捕获期间控制采样的定时来控制该图像捕获处理。根据本文中的实施方式的噪声检测方法可用于评估或分析所有可能传感器设置或预定义设置的集合。通过比较所评估或分析结果，可选择引起最低噪声的传感器设置的最佳集合。以此方式，可实现一种可有效地设定传感器设置以在图像采样期间已减小或抑制噪声的鲁棒的基于硬件的技术。因此，可提高指纹感测装置的动态范围，且可避免饱和。此外，因为该指纹感测装置已设定该传感器设置而在启动处具有减小的噪声，所以在正常图像捕获处理期间，可避免图像损坏且可以使用较高增益，因此可有效地执行后处理，且可甚至更多地改善所捕获指纹图像的图像质量。附图说明在本文中将参考附图更详细地描述实施方式的示例，在附图中：图1示意性地示出了包括指纹感测装置的移动电话；图2示意性地示出了图1中的指纹感测装置；图3是根据本文中的实施方式的包括感测电路、采样电路及模数转换器的指纹感测装置的一部分的示意性电路图；图4是可在其中实施根据本文中的实施方式的方法及指纹感测装置的电子装置的框图；图5是概述根据本文中的实施方式的用于指纹感测装置的方法的流程图。具体实施方式图1以具有集成指纹感测装置2的移动电话1的形式示意性地示出了根据本文中的示例实施方式的指纹感测装置2的应用。指纹感测装置2可以例如用于解锁移动电话1和/或用于授权使用移动电话所执行的交易等。根据本专利技术的各种实施方式的指纹感测装置2亦可用于其他装置中，例如平板计算机、膝上型计算机、智能卡或其他类型的消费型电子装置或系统。图2示意性地示出了包含于图1中的移动电话1中的指纹感测装置2。如在图2中可见，指纹感测装置2包括传感器阵列5、电源供应器接口6及通信接口7。传感器阵列5包括大量感测元件8a至8b，其中使用附图标记指示了感测元件中的仅两个感测元件以避免使绘图杂乱，每个感测元件是可控制的以感测包含于感测元件8a至8b中的感测结构与接触传感器阵列5的顶表面的手指的表面之间的距离。感测元件可以有利地布置成包括列及行的阵列。电源供应器接口6包括用于将供应电压Vsupply连接至指纹感测装置2的第一接触垫10a及第二接触垫10b(在此处示出为接合垫)。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(2)，所述电容式指纹感测装置包括：多个感测元件(8)，每个感测元件包括感测结构(17)并且被配置成感测所述感测结构与置放于所述感测装置的感测表面上的手指之间的电容性耦合；感测电路(18)，其被配置成提供指示所述手指与所述感测结构之间的电容性耦合的感测信号；定时电路(19)，其被配置成控制驱动信号的定时，所述驱动信号被配置成提供所述手指与所述感测结构之间的电位差的改变；其中，所述指纹感测装置能够控制成在噪声检测模式下及在指纹模式下操作，使得：当所述指纹感测装置在所述噪声检测模式下操作时，所述指纹感测装置被配置成控制所述定时电路使得提供驱动信号，并且借助于所述感测电路在预定时间段内反复地感测所述手指与至少一个感测结构之间的电容性耦合，并且提供表征所述指纹感测装置中的共模噪声的时间相关感测信号；以及当所述指纹感测装置在所述指纹模式下操作时，所述感测装置被配置成控制所述定时电路使得提供驱动信号，并且借助于所述感测电路感测所述手指与多个感测结构之间的电容性耦合以及提供感测信号，以获取指纹图像。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.13 SE 1650645-31.一种用于感测手指的指纹图案的电容式指纹感测装置(2)，所述电容式指纹感测装置包括：多个感测元件(8)，每个感测元件包括感测结构(17)并且被配置成感测所述感测结构与置放于所述感测装置的感测表面上的手指之间的电容性耦合；感测电路(18)，其被配置成提供指示所述手指与所述感测结构之间的电容性耦合的感测信号；定时电路(19)，其被配置成控制驱动信号的定时，所述驱动信号被配置成提供所述手指与所述感测结构之间的电位差的改变；其中，所述指纹感测装置能够控制成在噪声检测模式下及在指纹模式下操作，使得：当所述指纹感测装置在所述噪声检测模式下操作时，所述指纹感测装置被配置成控制所述定时电路使得提供驱动信号，并且借助于所述感测电路在预定时间段内反复地感测所述手指与至少一个感测结构之间的电容性耦合，并且提供表征所述指纹感测装置中的共模噪声的时间相关感测信号；以及当所述指纹感测装置在所述指纹模式下操作时，所述感测装置被配置成控制所述定时电路使得提供驱动信号，并且借助于所述感测电路感测所述手指与多个感测结构之间的电容性耦合以及提供感测信号，以获取指纹图像。2.根据权利要求1所述的指纹感测装置，其中，所述至少一个感测结构是位于在所述指纹模式下使用的指纹感测阵列外部的结构。3.根据权利要求1或2所述的指纹感测装置，其中，所述至少一个感测结构是位于在所述指纹模式下使用的指纹感测阵列外部并且与该指纹感测阵列分离的专用噪声检测结构。4.根据权利要求1所述的指纹感测装置，所述指纹感测装置还被配置成在所述噪声检测模式下同时反复地感测手指与多个感测结构之间的电容性耦合，以形成多个时间相关感测信号。5.根据权利要求4所述的指纹感测装置，其中，所述多个感测结构被包括在被配置成捕获指纹图像的感测元件的阵列中所包括的感测元件的子集中。6.根据权利要求4至5中任一项所述的指纹感测装置，所述感测装置还被配置成根据来自多个感测元件的同时捕获的多个感测信号形成平均信号。7.根据权利要求1至6中任一项所述的指纹感测装置(2)，其中，所述指纹感测装置(2)被配置成接收包括以下各者中的任何一者或更多者的命令：开始测量命令、停止测量命令、关于测量次数的命令、关于要测量的群组中的感测结构的数目的命令、关于要测量的感测结构的群组的开始位置的命令、或关于要测量的感测结构的群组的数目的命令。8.根据权利要求1至7中任一项所述的指纹感测装置(2)，其中，所述指纹感测装置(2)还包括偏移电容器，所述偏移电容器被配置成向所述感测信号添加偏移。9.根据权利要求1至8中任一项所述的指纹感测装置(2)，还包括：模拟采样电路(74)，其包括被设置成对所述感测信号进行采样的一个或多个采样和保持电路；模数转换器(80)，其连接至所述模拟采样电路(74)并且被配置成将采样的感测信号转换成表示指纹的捕获图像的数字感测信号；并且其中，所述指纹感测装置(2)还被配置成通过分析所述感测信号、采样的感测信号或所述数字感测信号中的至少一者来检测噪声。10.根据权利要求1至9中任一项所述的指纹感测装置(2)，其中，所述指纹感测装置(2)还被配置成通过分析所述感测信号、采样的感测信号、所述数字感测信号或所述捕获图像中的至少一者来确定噪声的频率、幅度或类型。11.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗雷德里克·兰贝格，汉斯·特恩布卢姆，
申请(专利权)人：指纹卡有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE