确定很小电容的方法及用途技术

连接电容器面的网格到读出和控制线上。交替地连接读出线（ＬＬ）到反馈的运算放大器（ＯＰ）的输出端上和到集中电容器（Ｃｓ）上。多次地充电要测量的电容（Ｃｐ）和结集集中电容器上的电荷。在充电之间借助于运算放大器的低阻抗输出端恒定地保持读出线上的电位。在指纹传感器上采用此方法使得共同分析处理所有的读出线成为可能。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于确定电气元件很小电容的，尤其是在电容地测量的表面传感器上，尤其是在指纹传感器上可以应用的一种方法。很小的电容可以如此来确定，多次充电电容和分别在较大的电容上结集电荷。从在某个数目充电过程时所结集电荷的大小可以推断小的电容。例如在电容地测量的指纹传感器上可以应用此方法。图4中以图表表示了适合于此的导体和电气电路元件的一种装置。为了摄取例如指纹的完整图像，采用导体面的，配备了覆盖层和指鼓用支承面的网格状装置。通过导体离可假设为接地的皮肤表面的不同距离得出不同的电容。所以在施加相同的电位差时，使通过导体和相距于此地布置的皮肤表面范围形成的电容器不同强度地充电。这些电荷是对皮肤表面的电容用的一种尺度，并且因此可以用来摄取指纹。为了能够测量很小的电荷，在多次充电过程之后分别在较大的电容上结集和测量这些电荷。图4a中以剖面图表示了要采集图像的表面1，此图像与迎向图像表面的导体面2有距离。此导体面2是与导线3连接的，并且起着相对于要采集图像表面1的电容器板的作用。将导体面可以经开关S1和S2交替地与在这里在实例中提供5伏电压的直流电压源，和与起集中电容作用的电容器Cs连接。用画入的库仑计Cb测量在此电容器Cs上结集的电荷。图4b中表示了用它们操作开关S1和S2的开关信号，以及作为时间函数的，由库仑计测量的电荷。图4c中表示了来自图4a的装置用的电气等效电路图。替代测量由两个不同平面中的导体面形成的电容器的电荷，人们可以测量同一平面中的两个导体面的电容。为此人们优先分别选择互相相邻布置的两个导体面。通过例如皮肤表面的图像的安放的上侧面互相耦合这些导体。甚至在这里，皮肤表面对导体面的距离越小，电容的耦合则越强。在电荷测量装置中测量所传输的电荷。图5a和5b中表示了所属的传感器装置和电气等效电路图。所以在此方法上采用唯一的结构化的导体平面已足够，实际上此导体平面仅由具有互相交叉导线的导体面的阵列组成。由于不必将导体与在附近的有源元件连接，可以将这些导体安置在绝缘的膜上。但是人们在应用此方法时获得的电荷大大小于在借助于图4时所说明的。电荷测量装置优先由放大器组成。如果还后接模数转换器，以便能进行测量的数字式分析处理的话，此放大器和此模数转换器需要许多面积，这导致，仅能控制和读出一个像点。必须低阻抗地固定所有其余的控制线和读出线，图6中以对导体面装置的示意性俯视图展示了这一点。在这里控制线是各个正方形导体面的垂直连接。读出线水平分布。控制线和读出线在交叉点上是互相绝缘的。通过圆的箭头表示了电容的耦合。在SE 448408中说明了一种可比较的指纹传感器。在此种控制的方式上人们实现，仅控制线电容地过耦合到导线上。但是为了读出线不交互地相互过耦合，必须低阻抗地固定所有的读出线，例如可以通过开关，或通过放大器的低阻抗的输入电阻实现这一点。图7中表示了一种电路，用此电路可以实施如在电压倍增器上也利用那样的，用串联电容的电荷泵方法。本专利技术的任务在于，说明用于确定网格状电容器装置的很小电容的一种方法。此方法应尤其是适合于例如指纹的图像采集的。用具有权利要求1特征的方法解决此任务。在从属权利要求中得出发展，尤其是用于图像采集的方法的用途。在按本专利技术的方法上同时读出所有的读出线(图6中的导线LLn-1,LLn,LLn+1)。已经在测量过程期间将来自每个读出线的测量值数字化。为此采用按附图说明图1a的用串联电容的泵方法。为了抑制从读出线到读出线的过耦合，通过两个开关和运算放大器代替两个二极管。在图1a的电路图表中画入了这些开关S1、S2和运算放大器OP。在图1b中画入了生成电压Up的时间序列，和开关S1与S2以及电容器Us上电流Ip与电压的时间序列。紧挨发生器信号Up的正波沿之前转换两个开关S1、S2。现在将电容Cp直接与集中电容Cs连接。随着生成电压Up的正的，即上升的波沿将电荷从电容器Cp传输到集中电容器Cs上，在此情况下集中电容器Cs的电容显著地大于电容器Cp的电容。电压Us上升达一个小的数额。一旦电流Ip衰减了，就重新转换开关。现在电容Cp是与运算放大器OP的输出端连接的。此反馈的运算放大器直接以1∶1的比例传输集中电容器Cs上的电压Us到它的输出端上。在开关转换之后跟随着生成电压Up的负的，即下降的波沿。经运算放大器的低阻抗的输出端重新将电容器Cp充电，而电荷不从集中电容器Cs流出。所以在再次转换开关之后可以重复从电容器Cp到集中电容器Cs上的放电过程。这个流程在以下称为泵循环。在泵循环期间读出线上的电压仅少量变化，以致于不必担心从一个读出线到另外一个上的过耦合。所以用此方法可以经控制线(图6中的导线SLk-2,SLk-1,SLk,SLk+1)泵由像点组成的阵列的所有读出线，并且分析处理所有的读出线。优先如此地实施本方法，将集中电容器Cs充电到规定值时为止，通过比较器借助于基准电压Uref确定此规定值的超越，和用计数器计数到此值之前的泵循环的数目。图2中表示了一种这样的装置，在其中用Ct表示了计数器和用Rg表示了记录单元。开关S3用于，将计数器Ct交替地连接到比较器K的输出端上和记录单元的输入端上。当达到了集中电容器上的基准电压时，可以以此方式仃止计数器。在开关S3的转换之后由记录单元存储由计数器确定的泵循环的数目，和/或输送给进一步的分析处理。图3展示适合于本方法的运算放大器的一种可能的发展，正如在按图1a和2的装置中可以采用这种运算放大器的那样。但是不排除实现运算放大器的另外的可能性。对于按本专利技术的方法主要的在于，不直接放大要测量的小电荷，或位于电容器上的电压，而是通过直到规定界限时的累积直接转换成数字式测量结果。此外对于本方法主要的在于，每次同时测量一组要测量的电容。在此例如可以优先涉及单个电容器的矩阵状装置中的各自的列。通过如上面已说明的合适的电路可以实现，避免各个读出线之间的过耦合。尤其可以将泵方法应用在经两个相邻导体面的耦合来电容地采集图像的传感器上。在主要通过结构化的导体平面形成的指纹传感器上可以采用本方法于测量像素电容。人们称传感器的最小测量面积为像素，也就是像点。传感器每个面积单元的像素数越高，传感器的分辨率则越好。指纹传感器的像素尺寸位于50μm至100μm的数量级上。像素电容的值是与手指皮肤表面离导体面的距离成反比的。所以直到某个基准值时的泵循环数目n是与皮肤表面离传感器导体面的距离成正比的。电荷上升为Qp=CpΔUp。结集的电荷为Qs=CsUs，式中Us最高变为如基准电压Uref那样大。由于此外适用Qs=nQp，对于Us=Uref人们有关系式n=Qs/Qp。电容Cp是与手指皮肤表面和导体面之间的距离成反比的；所以泵循环数目是与此距离成比例的。运算放大器、比较器和集中电容器的电路是如此地紧凑，以致于它们在装置的每个行中可以是存在一次的。通过不断的转换来补偿运算放大器的可能的失调。权利要求1．用于确定由电导体面(2)副形成的电容器(Cp)的网格状装置的很小电容的方法，其中a)进行将导体面(2)划分为组，b)通过读出线(LLn-1,LLn,LLn+1)导电地互相连接各一个组的导体面(2)，c)互相分开地用各一个控制线(SLk-1,SLk,SLk+1)导电地互相连接各一个组的导体面本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于确定由电导体面（２）副形成的电容器（Ｃｐ）的网格状装置的很小电容的方法，其中ａ）进行将导体面（２）划分为组，ｂ）通过读出线（ＬＬ↓［ｎ－１］，ＬＬ↓［ｎ］，ＬＬ↓［ｎ＋１］）导电地互相连接各一个组的导体面（２），ｃ）互相分开 地用各一个控制线（ＳＬ↓［ｋ－１］，ＳＬ↓［ｋ］，ＳＬ↓［ｋ＋１］）导电地互相连接各一个组的导体面（２），ｄ）在规定的时间期间如此施加一个电位到各自一个控制线上，使得在控制线和多个读出线之间出现给电容器（Ｃｐ）充电的电位差，这些电容器由 与控制线连接的各至少一个导体面和与这些读出线中之一连接的各至少一个导体面形成，ｅ）经每个读出线分开地导出电荷到各一个集中电容器（Ｃ↓［ｓ］）上，ｆ）关断施加到控制线上的电位，并且借助于电路让有关的读出线低阻抗地记忆各自的电位，此电位 定义有关集中电容器相对于准基电位的电荷状态，ｇ）如此经常地重复步骤ｄ至ｆ，直到已进行规定的充电数目时，或直到大于规定值的电位差位于每个集中电容器（Ｃ↓［ｓ］）上时为止，和ｈ）然后对于每个读出线确定集中电容器的电荷或电位差，或充电数目 。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：PW冯巴瑟，J维勒尔，
申请(专利权)人：因芬尼昂技术股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]