多相指纹传感器布局和构建制造技术

电容指纹传感器包括在感测区域中的一组电容传感器电极。该组电容传感器电极包括一组发送(Tx)传感器电极、一组接收(Rx)传感器电极和一组补偿电极。指纹传感器还包括多相电容传感器，其被配置为通过将第一Tx信号施加到Tx传感器电极的第一子集并同时将第二Tx信号施加到该组Tx传感器电极的第二子集来执行对电容传感器电极的感测扫描，并且基于在该组补偿电极处接收到的补偿信号，减少源自除了感测区域处的接触之外的源的Rx信号的分量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多相指纹传感器布局和构建相关申请本申请是2015年12月9日提交的美国申请号为14/964,562的国际申请，并要求2015年9月9日提交的美国临时申请号62/216,263和2015年9月9日提交的美国临时申请号62/216,253的利益，所有申请通过引用以其整体并入本文。
本公开涉及指纹传感器的领域，且特别是涉及电容指纹传感器阵列。背景电容感测系统通过感测在电极上产生的反应电容变化的电信号而起作用。电容的这种变化可指示触摸事件或指纹的脊和谷的存在。指纹感测可以用于各种用户界面设备(诸如移动手持设备、个人计算机和平板电脑)的安全和验证应用。用于指纹检测的电容感测的使用可以允许传感器以很大程度的可配置性被放置在用户界面设备的表面中。也就是说，传感器不局限于所有设备的单个位置。相反，指纹传感器可被设置在设备上便于特定工业设计或者优化用户的体验的位置中。基于电容的指纹传感器通过测量诸如传感器电极的电容感测元件的电容并且检测指示存在或不存在指纹脊(或谷)的电容变化来起作用。可以使用感测元件阵列上的可识别位置处的脊和谷来重建指纹的图像以用于注册、验证和安全应用。当指纹脊与感测元件接触或紧邻感测元件时，检测由指纹脊引起的电容变化。感测元件的电容变化可以通过将从电容感测元件测量的电容转换成数字值的电路来测量。附图简述本公开在附图的图中通过示例而非限制的方式说明。图1是示出处理指纹传感器数据的电子系统的实施例的框图。图2是示出处理指纹传感器数据的电子系统的实施例的框图。图3示出了电容指纹感测设备的一个实施例。图4示出了根据实施例的用于电容指纹感测设备的等效电路。图5A和图5B示出了电容指纹感测设备的实施例。图6示出了电容指纹感测设备的实施例。图7示出了用于电容指纹感测设备的测量电路的实施例。图8示出了电容指纹传感器图案的实施例。图9A和图9B示出了电容指纹传感器图案的实施例。图10和图11示出了电容指纹传感器图案的实施例。图12示出了根据实施例的用于对指纹进行成像的过程。详细描述下面的描述阐述了诸如特定系统、组件、方法等的示例的许多特定细节，以便提供对所要求保护的主题的若干实施例的良好理解。然而对本领域的技术人员将明显的是至少一些实施例可在没有这些特定细节的情况下被实施。在其他实例中，未详细描述或以简单框图形式呈现众所周知的组件或方法，以便避免不必要地模糊所要求保护的主题。因此，阐述的特定细节仅仅是示例性的。特定的实施方式可根据这些示例性细节而变化，并且仍然被设想为在要求保护的主题的精神和范围内。在一个实施例中，指纹传感器包括用于指纹的互电容扫描的电容传感器电极阵列。对于互电容扫描方法，相交的传感器电极对之间的电容通过将来自该对中的发送(Tx)电极的信号传输到该对中的接收(Rx)电极来检测。在指纹传感器中，传感器电极阵列可以覆盖有厚度可以是例如50μm或更多的保护涂层或覆盖层。通过这个厚度的覆盖层的指纹的互电容感测可以产生相对小的信号和相应小的信噪比(SNR)。小的SNR导致指纹图像匹配性能较差。通过使用多相Tx(MPTx)扫描可以增加SNR，其中多个Tx传感器电极被同时激励。然而，使用MPTx扫描可以增加输入基线(即偏移)信号，导致传感器的可用动态范围减小。例如，在使用低噪声放大器(LNA)来放大Rx信号的实施例中，增加的基线可导致LNA饱和，最终导致不希望的非线性失真。相反，在其线性范围内操作时放大高基线信号的LNA将与具有更高分辨率和/或更大动态范围的更高成本的模数转换器(ADC)配对，以便从大的基线信号中分辨出小的指纹信号。在一个实施例中，除了电容传感器阵列中的Tx和Rx传感器电极之外，指纹传感器还包括一组一个或更多个补偿电极。该组补偿电极可以用来补偿不想要的信号分量。在一个实施例中，补偿电极用于产生补偿信号，其可以与Rx信号组合以减少不想要的信号分量。Rx信号中的不想要的信号分量可以包括例如由MPTx测量方法产生的增加的基线信号、由手指注入的噪声或源于除感兴趣的信号(即，在感测区域的指纹接触)外的源的Rx信号的另一分量。基线补偿可以通过使用与一个或更多个Tx电极电容耦合但与指纹感测区域隔离的基线补偿电极注入补偿电荷来实现。例如，基线补偿电极可以位于远离手指将可能被放置或滑动的位置处，或者可以与感测区域电屏蔽。施加到一个或更多个Tx电极的Tx信号通过与基线补偿电极的电容耦合感应出补偿信号，该补偿信号是基线补偿电流。基线补偿电流减小了由感测区域中的传感器电极的MPTx感测产生的基线电流。在一个实施例中，补偿电极中的一个或更多个可以被用作用于高灵敏度测量和实时消除噪声的噪声监听器电极(noiselistenerelectrode)。噪声监听器电极可以位于其中可以接收由指尖注入的噪声信号的区域中，诸如在感测区域之外并且邻近感测区域，或者在感测区域内。然后，可以与主电容传感器阵列的互电容测量同时测量从指尖注入的噪声。在一个实施例中，噪声监听器电极的面积基本上等于常规的Rx电极的面积，从而与手指的电容耦合相等。因此，噪声监听器电极可用于生成可用于减少Rx信号的不想要的噪声分量的补偿信号。图1示出了电子系统100的一个实施例的框图，该电子系统包括可被配置为通过测量来自包括电容传感器阵列的触摸感测表面116的电容来产生指纹图像的处理设备110。电子系统100包括耦合到处理设备110和主机150的触摸感测表面116(例如，指纹传感器)。在一个实施例中，触摸感测表面116是使用传感器阵列121检测表面116上的触摸的二维用户界面。在一个实施例中，传感器阵列121包括被设置为二维矩阵(也被称为XY矩阵)的传感器电极121(1)-121(N)(其中，N是正整数)。传感器阵列121经由传送多个信号的一个或更多个模拟总线115被耦合到处理设备110的引脚113(1)-113(N)。在这个实施例中，每个传感器电极121(1)-121(N)被表示为电容器。在一个实施例中，电容传感器101可以包括将电容转换为测量值的张弛振荡器或其他装置。电容传感器101还可以包括测量振荡器输出的计数器或计时器。处理设备110还可以包括将计数值(例如，电容值)转换为传感器电极检测判定(也被称为切换检测判定)或相对幅值的软件组件。应注意的是，测量电容有各种已知方法，诸如电流对电压相移测量、电阻器-电容器充电计时、电容桥分频器、电荷转移、逐次逼近、sigma-delta调制器、电荷积累电路、场效应、互电容、频移或其他电容测量算法。然而，应注意的是，取代评估相对于阈值的原始计数，电容传感器101可以评估其它测量结果以确定用户交互。例如，在具有sigma-delta调制器的电容传感器101中，电容传感器101评估输出的脉冲宽度的比率，以取代在特定阈值之上或之下的原始计数。在一个实施例中，处理设备110还包括处理逻辑102。处理逻辑102的操作可以在固件中实现；可替代地，其可以在硬件或软件中实现。处理逻辑102可以接收来自电容传感器101的信号，以及确定传感器阵列121的状态，例如物体(例如，手指)是在传感器阵列121上还是在接近传感器阵列121处被检测到(例如，确定手指的存在)、跟踪物体的运动、基于所接收的信号或其他有关在触摸检测器处检测到的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电容指纹传感器，包括：在感测区域中的一组电容传感器电极，其中所述一组电容传感器电极包括一组一个或更多个发送(Tx)传感器电极和一组一个或更多个接收(Rx)传感器电极；一组一个或更多个补偿电极；多相电容传感器，其与所述一组电容传感器电极和所述一组补偿电极耦合，其中所述多相电容传感器被配置为：通过将第一Tx信号施加到所述一组一个或更多个Tx传感器电极的第一子集并同时将第二Tx信号施加到所述一组一个或更多个Tx传感器电极的第二子集来执行对所述一组电容传感器电极的感测扫描，以在所述一组一个或更多个Rx传感器电极处生成Rx信号；以及基于在所述一组一个或更多个补偿电极处接收到的补偿信号，减少所述Rx信号中的源自除所述感测区域处的接触之外的源的分量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.09 US 62/216,263;2015.09.09 US 62/216,253;1.一种电容指纹传感器，包括：在感测区域中的一组电容传感器电极，其中所述一组电容传感器电极包括一组一个或更多个发送(Tx)传感器电极和一组一个或更多个接收(Rx)传感器电极；一组一个或更多个补偿电极；多相电容传感器，其与所述一组电容传感器电极和所述一组补偿电极耦合，其中所述多相电容传感器被配置为：通过将第一Tx信号施加到所述一组一个或更多个Tx传感器电极的第一子集并同时将第二Tx信号施加到所述一组一个或更多个Tx传感器电极的第二子集来执行对所述一组电容传感器电极的感测扫描，以在所述一组一个或更多个Rx传感器电极处生成Rx信号；以及基于在所述一组一个或更多个补偿电极处接收到的补偿信号，减少所述Rx信号中的源自除所述感测区域处的接触之外的源的分量。2.根据权利要求1所述的电容指纹传感器，其中，所述第二Tx信号是所述第一Tx信号的相位改变形式，其中所述一组一个或更多个补偿电极包括Tx基线电极和一个或更多个Rx基线电极，其中所述补偿信号包括通过将所述第一Tx信号施加到与所述一个或更多个Rx基线电极电容耦合的所述Tx基线电极而生成的基线补偿电流，其中所述Tx基线电极和所述一个或更多个Rx基线电极与所述感测区域电容隔离，并且其中所述基线补偿电流减小由所述感测扫描生成的基线电流。3.根据权利要求2所述的电容指纹传感器，其中，所述一组Tx传感器电极由覆盖所述一组Rx传感器电极的第一导电材料层形成，并且其中所述一组Rx传感器电极由覆盖所述Tx基线电极和所述一个或更多个Rx基线电极的第二导电材料层形成。4.根据权利要求2所述的电容指纹传感器，还包括被插入在所述一组电容传感器电极与Tx基线电极和Rx基线电极之间的接地屏蔽。5.根据权利要求1所述的电容指纹传感器，其中，所述一组补偿电极包括多个Tx基线电极以及与所述多个Tx基线电极中的每一个电容耦合的单个Rx基线电极。6.根据权利要求1所述的电容指纹传感器，其中，所述一组补偿电极包括单个Tx基线电极和多个Rx基线电极，每个Rx基线电极与所述单个Tx基线电极电容耦合。7.根据权利要求6所述的电容指纹传感器，还包括：对于所述多个Rx基线电极中的每个Rx基线电极，被配置为基于用于执行所述感测扫描的多相感测模式选择性地将所述Rx基线电极连接到所述多相电容传感器的模拟输入端的开关。8.根据权利要求1所述的电容指纹传感器，其中，所述一组补偿电极包括：Tx基线电极；一个或更多个Rx基线电极；以及噪声监听器电极，其与所述多相电容传感器耦合，其中所述Tx基线电极和所述Rx基线电极与所述感测区域电容隔离，并且其中所述噪声监听器电极位于所述感测区域中且具有基本上等于所述Rx传感器电极中的一个Rx传感器电极的表面积的表面积。9.根据权利要求8所述的电容指纹传感器，其中，所述多相电容传感器还被配置为在所述感测扫描的同时通过在所述噪声监听器电极处生成所述补偿信号来测量噪声。10.一种对接触进行成像的方法，所述方法包括：在感测区域中提供一组电容传感器电极，其中所述一组电容传感器电极包括一组发送(Tx)传感器电极和一组接收(Rx)传感器电极；提供与所述感测区域电容隔离的一组一个或更多个补偿电极；通过将第一Tx信号施加到一组Tx传感器电极的第一子集并同时将第二Tx信号施加到所述一组Tx传感器电极的第二子集来执行对所述一组电容传感器电极的感测扫描，以在所述一组Rx传感器电极处生成Rx信号；以及基于在所述一组一个或更多个补偿电极处接收到的补偿信号，减少所述Rx信号中的源自除所述感测区域处的接触之外的源的分量。11.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊戈尔·克拉维茨，欧勒山德·霍斯塔纳，汉斯·克莱恩，欧勒山德·卡尔宾，
申请(专利权)人：赛普拉斯半导体公司，
类型：发明
国别省市：美国,US