用于生物计量感测的像素架构和驱动方案制造技术

本文中的实施例描述了一种输入设备，所述输入设备包括连接到传感器模块的传感器电极的矩形阵列，其测量对应于电极的电容性感测信号。当执行码分复用（CDM）时，多个传感器电极耦合到相同传感器模块。因此，传感器模块生成表示传感器电极上的电荷之和而不是单个传感器电极上的单独电荷的测量。通过并行重复地感测多个传感器电极，输入设备可以确定每个单独传感器电极的电容的改变。

Pixel Architecture and Driving Scheme for Biometric Sensing

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于生物计量感测的像素架构和驱动方案
本专利技术一般涉及电子设备和执行电容性感测。
技术介绍
许多输入设备包括指纹传感器，其使用电容性感测来检测用户的指纹。指纹传感器通常包括感测区，其中指纹传感器确定手指的脊和谷。在一个示例中，感测区包括用于测量由手指与感测区相互作用产生的电容中的改变的传感器电极。然而，由于传感器电极和相邻传感器电极之间的电容引起的共模耦合可能干扰测量传感器电极和手指之间的电容值，这对于测量具有小幅度的信号的指纹传感器的情况尤其如此。另外，输入设备可以具有对应于用于驱动传感器电极上的信号的输出线的寄生电容，其可以比传感器电极和手指之间的电容大几个数量级。共模耦合和寄生电容的效应使得测量感测电极和手指之间的较小电容更加困难。
技术实现思路
本文中描述的一个实施例包括用于操作输入设备的处理系统，所述输入设备包括部署在阵列中的多个传感器电极，其中所述多个传感器电极中的第一传感器电极和第二传感器电极部署在阵列中的相同列中。处理系统包括控制器电路，所述控制器电路被配置成将第一传感器电极充电到第一电压，将第二传感器电极充电到不同于第一电压的第二电压，其中第一电压和第二电压根据码分复用（CDM）技术被分配给第一传感器电极和第二传感器电极，并且在对第一传感器电极和第二传感器电极充电之后，将第一传感器电极和第二传感器电极同时耦合到相同模拟前端（AFE）以感测第一传感器电极和第二传感器电极上的组合的电荷。本文中描述的另一个实施例包括输入设备，所述输入设备包括部署在形成阵列的列中的多个传感器电极，其中每个列包括耦合到AFE的感测线和将列中的多个传感器电极选择性耦合到感测线和处理系统的相应晶体管。处理系统被配置成将所述列中的至少一列中的所述多个传感器电极中的至少一个充电到第一电压，并且在对所述多个传感器电极中的至少一个充电之后：通过激活相应晶体管中的一个来将所述多个传感器电极中的至少一个耦合到感测线，通过激活相应晶体管中的一个来去激活耦合到感测线的偏移晶体管以减轻注入的电荷，并且在去激活偏移晶体管之后使用AFE来测量所述多个传感器电极中的至少一个上的电荷。本文中描述的另一个实施例是用于操作输入设备的处理系统，所述输入设备包括部署在形成阵列的列中的多个传感器电极，其中每个列包括耦合到AFE的感测线和将列中的多个传感器电极选择性耦合到感测线的相应晶体管。所述处理系统包括控制器，所述控制器被配置成将所述列中的至少一列中的所述多个传感器电极中的至少一个充电到第一电压，并且在对所述多个传感器电极中的至少一个充电之后：通过激活相应晶体管中的一个来将多个传感器电极中的至少一个耦合到感测线，并且通过激活相应晶体管中的一个来去激活耦合到感测线的偏移晶体管以减轻注入的电荷。所述处理系统包括传感器模块，所述传感器模块包括AFE，所述传感器模块被配置成在去激活偏移晶体管之后使用AFE来测量所述多个传感器电极中的至少一个上的电荷。本文中描述的另一个实施例包括输入设备，所述输入设备包括部署在形成阵列的列中的多个传感器电极，其中每个列包括耦合到AFE的感测线和将列中的多个传感器电极选择性耦合到感测线的相应晶体管。AFE被配置成将所述列中的至少一列中的第一传感器电极充电到第一电压，将所述列中的第二传感器电极充电到不同于第一电压的第二电压，并且在对第一传感器电极和第二传感器电极充电之后，并行测量第一传感器电极和第二传感器电极上的组合的电荷。附图说明为了本公开的以上所记载的特征能够在其中被详细理解的方式，可以参考实施例来对以上简述的本公开进行更加具体的描述，其中一些被图示在附图中。然而，要指明的是，附图仅图示了本公开的典型实施例，并因此不认为限制其范围，因为本公开可以容许其它同样有效的实施例。图1是根据本专利技术的实施例的包括输入设备的示例性系统的框图；图2是根据本专利技术的实施例的包括矩阵传感器布置的输入设备；图3图示了根据本专利技术的实施例的用于检测输入对象的传感器布局；图4图示了根据本专利技术的实施例的用于检测输入对象的传感器模块；图5是根据本专利技术的实施例的用于在执行电容性感测时控制相邻电极的流程图；图6A-6C图示了根据本专利技术的实施例的用于操作传感器电极的感测图案；图7是根据本专利技术的实施例的对应于图6A中所示的传感器布局的时序图；图8A和8B图示了根据本专利技术的实施例的用于检测输入对象的传感器布局；图9图示了根据本专利技术的实施例的对于在执行电容性感测时使用偏移传感器电极的时序图；图10A-10E图示了根据本专利技术的实施例的在图9中图示的各个时间段期间的传感器电极的列的操作状态；图11图示了根据本专利技术的实施例的对于在执行电容性感测时使用偏移传感器电极的时序图；图12图示了根据本专利技术的实施例的传感器模块；以及图13图示了根据本专利技术的实施例的传感器模块。为了便于理解，在可能的情况下，同一参考标号已被用来指定为附图所共有的同一元件。预期的是，在一个实施例中公开的元件可以有利地用于其他实施例上而无需特定叙述。除非特定说明，否则在此提及的附图不应理解为按比例绘制。而且，为了解释和呈现的清楚性，通常简化附图并省略细节或部件。附图和讨论用作解释下面讨论的原理，其中类似的名称指定类似的元件。具体实施方式以下详细描述本质上仅是示例性的，而并不意图限制本专利技术或本专利技术的应用和使用。此外，无意受前述
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技术介绍
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技术实现思路
或以下详细描述中提出的任何明示或暗示的理论所约束。本专利技术的各种实施例提供了促进改进的可用性的输入设备和方法。在一个实施例中，输入设备包括矩阵传感器，如本文中所定义的，所述矩阵传感器包括在共同表面或平面上的阵列中布置的多个传感器电极。输入设备可包括经由开关连接到传感器电极的多个传感器模块，其测量对应于电极的电容性感测信号。在充电阶段期间，输入设备将充电电压施加到矩阵传感器中的电极中的至少一个电极。如果使用码分复用（CDM）方案，则输入设备将充电电压施加到连接到相同感测线的多个传感器电极。累积在所选择的传感器电极（或多个电极）上的电荷的量取决于传感器电极和输入对象（例如手指）之间的电容性耦合。在读阶段期间，输入设备测量在充电阶段期间在一个或多个传感器电极上累积的电荷的量。在一个实施例中，测量的电荷可以与输入对象的具体特征相关。例如，当用作指纹传感器时，输入设备可以取决于测量的电荷来检测手指中的谷和脊。然而，所选择的传感器电极和输入对象之间的电容性耦合不是可以影响在充电阶段期间存储在传感器电极上的电荷的量的唯一电容。当用作指纹传感器时，所选择的传感器电极与矩阵传感器中的相邻传感器电极之间的电容性耦合可以与手指中的脊与所选择的电极之间的电容性耦合和手指中的谷与所选择的电极之间的电容性耦合的差处于相同的数量级。因为这种电容性耦合可以使得测量可归因于与输入对象的电容性耦合的电荷更加困难，所以本文中的实施例以与所选择的一个或多个传感器电极相同的方式驱动相邻电极。在一个实施例中，在充电阶段期间，所选择的电极（本文中也称为“感测的电极”）和相邻电极连接到充电电压。因为在这些电极之间不存在电压差，所以与相邻电极的电容性耦合不会影响在充电阶段期间存储在所选择的电极上的电荷的量。类似地，在读阶段期间，相邻电极和所选择的电极可以被偏置到相同的参考电压—例如接地—因此在电极之间再次本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于操作部署在阵列中的多个传感器电极的处理系统，其中所述多个传感器电极中的第一传感器电极和第二传感器电极部署在所述阵列中的相同列中，所述处理系统包括：控制器电路，所述控制器电路配置成：将所述第一传感器电极充电到第一电压；将所述第二传感器电极充电到不同于所述第一电压的第二电压，其中根据代码将所述第一电压和所述第二电压分配给所述第一传感器电极和所述第二传感器电极；以及在对所述第一传感器电极和所述第二传感器电极充电之后，将所述第一传感器电极和所述第二传感器电极同时耦合到相同模拟前端（AFE），以感测所述第一传感器电极和所述第二传感器电极上的组合的电荷。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.01.13 US 15/406109;2017.06.02 US 15/6122501.一种用于操作部署在阵列中的多个传感器电极的处理系统，其中所述多个传感器电极中的第一传感器电极和第二传感器电极部署在所述阵列中的相同列中，所述处理系统包括：控制器电路，所述控制器电路配置成：将所述第一传感器电极充电到第一电压；将所述第二传感器电极充电到不同于所述第一电压的第二电压，其中根据代码将所述第一电压和所述第二电压分配给所述第一传感器电极和所述第二传感器电极；以及在对所述第一传感器电极和所述第二传感器电极充电之后，将所述第一传感器电极和所述第二传感器电极同时耦合到相同模拟前端（AFE），以感测所述第一传感器电极和所述第二传感器电极上的组合的电荷。2.根据权利要求1所述的处理系统，其中所述控制器电路被配置成：根据所述代码对所述第一传感器电极和所述第二传感器电极重复充电，并使用所述相同AFE来生成所述组合的电荷的多次测量，其中，所述处理系统被配置成使用所述组合的电荷的所述多次测量来确定对应于所述第一传感器电极的电容中的第一单独改变和对应于所述第二传感器电极的电容中的第二单独改变。3.根据权利要求2所述的处理系统，其中所述代码包括N个数量的驱动所述多个传感器电极的组合，以确定存储在N个数量的所述多个传感器电极上的单独电荷。4.根据权利要求1所述的处理系统，其中所述第一电压是相对于参考电压的正电压，并且所述第二电压是相对于所述参考电压的负电压。5.根据权利要求4所述的处理系统，其中在感测到所述第一传感器电极和所述第二传感器电极的所述组合的电荷之后，所述控制器电路被配置成：根据所述代码将所述第一传感器电极充电到所述第二电压；根据所述代码将所述第二传感器电极充电到所述第一电压；以及在将所述第一传感器电极和所述第二传感器电极分别充电到所述第二电压和所述第一电压之后，将所述第一传感器电极和所述第二传感器电极同时耦合到所述相同AFE，以感测所述第一传感器电极和所述第二传感器电极上的不同组合的电荷。6.根据权利要求1所述的处理系统，其中所述控制器电路被配置成操作包括所述多个传感器电极的指纹传感器。7.一种输入设备，包括：部署在形成阵列的列中的多个传感器电极，其中所述列的每个包括耦合到AFE的感测线和将所述列中的传感器电极选择性耦合到所述感测线的相应晶体管；处理系统，所述处理系统被配置成：将所述列中的至少一列中的所述多个传感器电极中的至少一个充电到第一电压；以及在对所述多个传感器电极中的所述至少一个充电之后：通过激活所述相应晶体管中的一个，将所述多个传感器电极中的所述至少一个耦合到所述列中的所述至少一列的所述感测线；去激活耦合到所述感测线的偏移晶体管，以减轻通过激活所述相应晶体管中的所述一个所注入的电荷；以及在去激活所述偏移晶体管之后，使用所述AFE来测量所述多个传感器电极中的所述至少一个上的电荷。8.根据权利要求7所述的输入设备，其中所述处理系统被配置成：将所述列中的所述至少一列中的多个传感器电极充电到不同的电压；以及在对所述多个传感器电极充电之后：通过激活多个所述相应晶体管将所述多个传感器电极耦合到所述感测线，其中在对所述多个传感器电极充电之后执行去激活所述偏移晶体管；以及在去激活所述偏移晶体管之后使用所述AFE来并行地测量所述多个传感器电极上的组合的电荷。9.根据权利要求8所述的输入设备，其中根据代码选择所述不同电压，其中所述代码包括在多个循环期间将电压驱动到在所述列中的所述至少一列中的所述传感器电极上的多个组合。10.根据权利要求9所述的输入设备，其中所述处理系统被配置成从所述多个循环期间获得的多个组合的电荷测量中标识在所述列中的所述至少一列中的所述传感器电极中的一个的电容中的单独改变。11.根据权利要求7所述的输入设备，其中所述偏移晶体管耦合到所述列中的所述至少一列中的偏移传感器电极，其中当测量所述电荷时所述偏移传感器电极与所述感测线断开连接。12.根据权利要求7所述的输入设备，其中所述偏移晶体管是专用偏移晶体管并且不直接耦合到任何传感器电极。13.根据权利要求7所述的输入设备，其中所述偏移晶体管耦合到所述列中的所述至少一列中的偏移传感器电极，其中所述偏移晶体管被激活，同时对所述多个传感器电极中的所述至少一个充电，以使得所述偏移传感器电极耦合到所述AFE。14.根据权利要求13所述的输入设备，其中所述处理系统被配置成：在将所述多个传感器电极中的所述至少一个耦合到所述感测线之前，去激活所述AFE中的复位开关；以及在测量所述多个传感器电极中的所述至少一个上的所述电荷之前，使用所述AFE来测量所述偏移传感器电极上的电荷，以补偿由所述复位开关注入的电荷。15.一种用于操作部署在形成阵列的列中的多个传感器电极的处理系统，其中所述列的每个包括耦合到AFE的感测线和将所述列中的传感器电极选择性耦合到所述感测线的相应晶体管，所述处理系统包括：控制器，所述控制器被配置成：将所述列中的至少一列中的所述多个传感器电极中的至少一个充电到第一电压；以及在对所述多个传感器电极中的所述至少一个充电之后：通过激活所述相应晶体管中的一个，将所述多个传感器电极中的所述至少一个耦合到所述感测线；以及去激活耦合到所述感测线的偏移晶体管，以减轻通过激活所述相应晶体管中的所述一个而注入的电荷；以及包括所述AFE的传感器模块，其中所述传感器模块被配置成在所述偏移晶体管被去激活之后使用所述AFE来测量所述多个传感器电极中的所述至少一个上的电荷。16.根据权利要求15所述的处理系统，其中所述控制器被配置成：将所述列中的所述至少一列中的多个传感器电极充电到不同的电压；以及在对所述多个传感器电极充电之后：通过激活多个所述相应晶体管将所述多个传感器电极耦合到所述感测线，其中在对所述多个传感器电极充电之后执行去激活所述偏移晶体管；以及在去激活所述偏移晶体管之后使用所述AFE来并行地测量所述多个传感器电极上的组合的电荷。17.根据权利要求16所述的处理系统，其中根据代码来选择所述不同电压，其中所述代码包括在多个循环期间将电压驱动到所述列中的所述至少一列中的所述传感器电极上的多个组合。18.根据权利要求15所述的处理系统，其中所述偏移晶体管耦合到所述列中的所述至少一列中的偏移传感器电极，其中当测量所述电荷时所述偏移传感器电极与所述感测线断开连接。19.根据权利要求15所述的处理系统，其中所述偏移晶体管是专用偏移晶体管且不直接耦合到任何传感器电极。20.一种输入设备，包括：部署在形成阵列的列中的多个传感器电极，其中所述列的每个包括耦合到AFE的感测线和将所述列中的传感器电极选择性耦合到所述感测线的相应晶体管；其中所述AFE被配置成：将所述列中的至少一列中的第一传感器电极充电到第一电压；将所述列中的所述至少一列中的第二传感器电极充电到不同于所述第一电压的第二电压；以及在对所述第一传感器电极和所述第二传感器电极充电之后，并行地测量所述第一传感器电极和所述第二传感器电极上的组合的电荷。21.根据权利要求20所述的输入设备，其中所述AFE包括将运算放大器选择性耦合到所述感测线的第一开关和将驱动器选择性耦合到所述感测线的第二开关，其中当对所述第一传感器电极和所述第二传感器电极充电时所述第一开关是开路而所述第二开关...

【专利技术属性】
技术研发人员：K哈格里夫斯，A阿哈文富马尼，P史密斯，
申请(专利权)人：辛纳普蒂克斯公司，
类型：发明
国别省市：美国,US