电容检测电路及其检测方法以及指纹传感器技术

提供一种电容检测电路及其检测方法以及指纹传感器。区域型传感器部（１）将多条行布线和列布线配置成矩阵状，在布线的交差点的附近产生微小电容。电容检测电路（４ａ）检测区域型传感器部（１）的电容。列布线驱动部（４１）向列布线输出第一电压和接下来的第二电压。开关电容电路（４２）向列布线施加了第一电压时，输出与电容充电放电对应的第三电压，向列布线施加了第二电压时，输出与电容充电放电对应的第四电压。运算控制电路（４７）对各交差点的电容运算第三电压和第四电压之差。这样，即使不使用成为测定误差的原因的参照电容，也可以可靠捕捉微小电容。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及检测微小电容的电容检测电路和检测方法以及应用该方法的指纹传感器。
技术介绍
以往，作为生物统计技术(生物识别技术)中最有希望的指纹传感器，在2个薄膜表面上以给定间隔分别形成列布线和行布线，在通过介入绝缘膜等相隔给定间隔相向配置该薄膜而形成的压敏式电容传感器正在开发。在该压敏式电容传感器中当放置手指时对应于指纹的形状，薄膜形状发生变形，列布线和行布线的间隔根据位置而变化，指纹的形状作为列布线和行布线交点的电容被检测。在该压敏式电容传感器中，作为为检测不满数百fF(千万亿分之一法拉)的电容而可以应用的现有技术，可以举出通过开关电容电路将电容变换为电信号的检测电路。这是将通过由第一传感器驱动信号驱动而对检测对象的电容进行检测的传感器电容元件、和通过由第二传感器驱动信号驱动并成为检测电路基准电容的参照电容元件连接到共同的开关电容电路，由交互动作的第一和第二采样保持部对各个输出信号分别采样后，求取采样结果的差，由此获得检测信号的检测电路。 在共同的开关电容电路中，该检测电路，成为检测对象的电容Cs与反馈电容Cf成反比，可以稳定进行检测，并且在开关电容电路的复位开关(反馈控制开关)的栅电极与其它电极之间的寄生电容上积蓄的电荷Qd泄漏到其它电极的影响(偏移量)抵消。另外，对于在开关电容电路的基准电位的偏置成分和输入信号等中包含的低频噪声，通过求取两个采样结果的差，也可以期待具有在某种程度上除去噪声的效果(比如，专利文献1)。 专利文献1特开平8-145717公报(第0018～0052段、图1～图4/对应美国专利文献第5,633,594)不过，上述以往的检测电路，被设计用于稳定检测单一电容的变化，而要在区域型传感器那样多条列布线和行布线成矩阵状，检测列布线和行布线的交差点附近的微小电容的电路中适用时，则会产生问题。 具体讲，作为指纹传感器的分辨率要求在50μm左右，通过交差列布线和行布线形成的电容值Cs及其变化量ΔCs为不满数百fF(千万亿分之一法拉)的微小值。为此，所存在的问题要想没有误差且稳定形成要求与检测对象电容Cs几乎相同程度电容值的参照电容Cr是很困难的，由于检测信号受到参照电容Cr变动等的影响，不能得到具有足够S/N比的检测信号。 进一步，所存在的问题在于对于矩阵型传感器，在多条行布线上必须分别连接多个开关电容电路和参照电容Cr，对于某一个列布线，在交差的各行布线上连接的多个参照电容Cr之间发生无序偏差，在检测系统全体中，各参照电容很难作为基准电容。
技术实现思路
本专利技术在考虑上述情况而进行的专利技术，其目的在于提供一种不使用可能成为测定误差原因的参照电容Cr，通过差动运算，即使没有Cr时也可除去偏置，能够准确捕捉相当于微小电容的输出电压的电容检测电路及其检测方法以及指纹传感器。 本专利技术提供的第一种电容检测电路，其用于具有多条行布线和列布线相向形成的矩阵状的检测线的区域型传感器中，检测所述列布线以及行布线交差的各交差点附近的微小电容，包括列布线驱动装置，其向所述列布线输出上升到第一电压然后下降到第二电压的信号。所述电容检测电路还包括行电压输出装置，其在所述列布线被所述第一电压驱动时输出与所述交差点的电容充电的电流对应的第三电压，而在所述列布线被所述第二电压驱动时输出与所述交差点的电容放电的电流对应的第四电压；和运算装置，其运算从所述行电压输出装置输出的第三电压和第四电压之差；对所述列布线以及行布线交差的每个交差点求出所述第三电压和第四电压之差。所述电容检测电路进一步包括最大值检测装置，其用于求出在所述交差点所检测出的所述第三电压和第四电压之间的差电压中的最大值以及最小值；偏置设定装置，其在由所述最大值检测装置所检测的最大值减去最小值所算出的最大振幅值比预先设定的偏置设定用基准值小时，将所述各交差点中的第三电压和第四电压之差电压与所述各差电压的平均值相减之后的值作为偏置电压设定在存储部中；和校正装置，其从所述各交差点中的第三电压和第四电压之差电压中减去所述存储部内的偏置电压，将减算结果作为偏置校正后的数据输出。 依据该构成，由于采用获取上述充电时的输出电压和上述放电时的输出电压之差的构成，在对上述交差点的电容进行充放电的电流上始终在一定方向上重叠的馈通对放电电流的影响可以抵消。并且由上述最大值检测手段检测的最大值比给定值小时，认为是没有放置手指的状态、将此作为偏置值保存，而比给定值大时、作为放置有手指的状态、根据所得到的值校正偏置值，所以能够让放置了手指时的值的变化明显化。 在上述电容检测电路中，进一步设置放大装置，其将上述各交差点的第三电压和第四电压放大后输出；和放大率调整装置，其在由所述最大值检测装置所检测出的最大值比预先设定的增益设定用最大值判定基准值大时，减小用于对所述各交差点的第三电压以及第四电压进行放大的放大率，并且，在由所述最大值检测装置所检测出的最小值比预先设定的增益设定用最小值判定基准值小时，增大用于对所述各交差点的第三电压以及第四电压进行放大的放大率。 依据该构成，作为指纹传感器的特点、手指强力按压与手指弱力按压时、检测信号整体的强度出现差异，作为指纹传感器的特点、由于峰与谷数据的对比度重要、即使整体强度弱、通过提高整个检测系统的增益、可以调整测定数据的对比度、即使整体强度低、也可以确保测试数据的对比度。 在上述电容检测电路中，进一步包括保存所述偏置电压的非易失性存储器，在当电源刚接入之后由所述最大值检测装置所检测的最大值比预先设定的偏置设定用基准值大时，采用所述非易失性存储器中保存的所述偏置电压进行偏置校正。 本专利技术提供第二种电容检测电路，其用于具有多条行布线和列布线相向形成的矩阵状的检测线的区域型传感器中，检测所述列布线以及行布线交差的各交差点附近的微小电容，包括列布线驱动装置，其向所述列布线输出上升到第一电压然后下降到第二电压的信号。所述电容检测电路还包括行电压输出装置，其分别设置在所述各行布线上，在所述列布线被所述第一电压驱动时输出与所述交差点的电容充电的电流对应的第三电压，而在所述列布线被所述第二电压驱动时输出与所述交差点的电容放电的电流对应的第四电压；保持装置，其对应所述各行电压输出装置设置、保持从所述行电压输出装置输出的电压；选择装置，其依次选择所述保持装置的输出后输出；模拟/数字转换装置，其将所述选择装置的输出变换为数字数据；运算装置，其保存所述模拟/数字转换装置的输出，基于所保存的各数据对所述各列布线以及行布线的交差点运算所述第三电压与第四电压之差电压；最大值检测装置，其用于求出在所述交差点所检测出的所述第三电压和第四电压之间的差电压中的最大值以及最小值；偏置设定装置，其在由所述最大值检测装置所检测的最大值减去最小值所算出的最大振幅值比预先设定的偏置设定用基准值小时，将所述各交差点中的第三电压和第四电压之差电压与所述各差电压的平均值相减之后的值作为偏置电压设定在存储部中；和校正装置，其从所述各交差点中的第三电压和第四电压之差电压中减去所述存储部内的偏置电压，将减算结果作为偏置校正后的数据输出。 依据该构成，对多条上述列布线依次施加测定用的信号，与此对应，保持并依次选择成为对象的行布线的测定数据，进行模拟/数字转换，与电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电容检测电路，其用于具有多条行布线和列布线相向形成的矩阵状的检测线的区域型传感器中，检测所述列布线以及行布线交差的各交差点附近的微小电容，其特征在于，包括：列布线驱动装置，其向所述列布线输出上升到第一电压然后下降到第二电压的信号；行电压输出装置，其在所述列布线被所述第一电压驱动时输出与所述交差点的电容充电的电流对应的第三电压，而在所述列布线被所述第二电压驱动时输出与所述交差点的电容放电的电流对应的第四电压；和运算装置，其运算从所述行电压输出装置输出的第三电压和第四电压之差；对所述列布线以及行布线交差的每个交差点求出所述第三电压和第四电压之差。

【技术特征摘要】
JP 2003-7-29 2003-2030121.一种电容检测电路，其用于具有多条行布线和列布线相向形成的矩阵状的检测线的区域型传感器中，检测所述列布线以及行布线交差的各交差点附近的微小电容，包括列布线驱动装置，其向所述列布线输出上升到第一电压然后下降到第二电压的信号，其特征在于，所述电容检测电路还包括行电压输出装置，其在所述列布线被所述第一电压驱动时输出与所述交差点的电容充电的电流对应的第三电压，而在所述列布线被所述第二电压驱动时输出与所述交差点的电容放电的电流对应的第四电压；和运算装置，其运算从所述行电压输出装置输出的第三电压和第四电压之差；对所述列布线以及行布线交差的每个交差点求出所述第三电压和第四电压之差；所述电容检测电路进一步包括最大值检测装置，其用于求出在所述交差点所检测出的所述第三电压和第四电压之间的差电压中的最大值以及最小值；偏置设定装置，其在由所述最大值检测装置所检测的最大值减去最小值所算出的最大振幅值比预先设定的偏置设定用基准值小时，将所述各交差点中的第三电压和第四电压之差电压与所述各差电压的平均值相减之后的值作为偏置电压设定在存储部中；和校正装置，其从所述各交差点中的第三电压和第四电压之差电压中减去所述存储部内的偏置电压，将减算结果作为偏置校正后的数据输出。2.根据权利要求1所述的电容检测电路，其特征在于，进一步设置放大装置，其将所述各交差点的第三电压和第四电压放大后输出；和放大率调整装置，其在由所述最大值检测装置所检测出的最大值比预先设定的增益设定用最大值判定基准值大时，减小用于对所述各交差点的第三电压以及第四电压进行放大的放大率，并且，在由所述最大值检测装置所检测出的最小值比预先设定的增益设定用最小值判定基准值小时，增大用于对所述各交差点的第三电压以及第四电压进行放大的放大率。3.根据权利要求1所述的电容检测电路，其特征在于，进一步包括保存所述偏置电压的非易失性存储器，在当电源刚接入之后由所述最大值检测装置所检测的最大值比预先设定的偏置设定用基准值大时，采用所述非易失性存储器中保存的所述偏置电压进行偏置校正。4.一种电容检测电路，其用于具有多条行布线和列布线相向形成的矩阵状的检测线的区域型传感器中，检测所述列布线以及行布线交差的各交差点附近的微小电容，包括列布线驱动装置，其向所述列布线输出上升到第一电压然后下降到第二电压的信号，其特征在于，所述电容检测电路还包括行电压输出装置，其分别设置在所述各行布线上，在所述列布线被所述第一电压驱动时输出与所述交差点的电容充电的电流对应的第三电压，而在所述列布线被所述第二电压驱动时输出与所述交差点的电容放电的电流对应的第四电压；保持装置，其对应所述各行电压输出装置设置、保持从所述行电压输出装置输出的电压；选择装置，其依次选择所述保持装置的输出后输出；模拟/数字转换装置，其将所述选择装置的输出变换为数字数据；运算装置，其保存所述模拟/数字转换装置的输出，基于所保存的各数据对所述各列布线以及行布线的交差点运算所述第三电压与第四电压之差电压；最大值检测装置，其用于求出在所述交差点所检测出的所述第三电压和第四电压之间的差电压中的最大值以及最小值；偏置设定装置，其在由所述最大值检测装置所检测的最大值减去最小值所算出的最大振幅值比预先设定的偏置设定用基准值小时，将所述各交差点中的第三电压和第四电压之差电压与所述各差电压的平均值相减之后的值作为偏置电压设定在存储部中；和校正装置，其从所述各交差点中的第三电压和第四电压之差电压中减去所述存储部内的偏置电压，将减算结果作为偏置校正后的数据输出。5.一种指纹传感器，具有电容检测电路；所述电容检测电路用于具有多条行布线和列布线相向形成的...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅田裕一，斋藤润一，
申请(专利权)人：阿尔卑斯电气株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]