本發(fā)明實(shí)施例涉及生物特征識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電容式指紋傳感器。

背景技術(shù)：

由于指紋具有終身不變性、唯一性和方便性，因此可以提供較高級(jí)別的身份安全認(rèn)證。在執(zhí)行身份安全認(rèn)證時(shí)，通常通過(guò)指紋傳感器(Fingerprint Sensor)作為實(shí)現(xiàn)指紋自動(dòng)采集的器件。

指紋傳感器按傳感原理主要分為光學(xué)指紋傳感器、半導(dǎo)體電容式傳感器、半導(dǎo)體熱敏傳感器、半導(dǎo)體壓感傳感器、超聲波傳感器和射頻(RF)傳感器等。

以半導(dǎo)體電容式指紋傳感器為例，在一塊集成有成千上萬(wàn)半導(dǎo)體器件的“平板”上，手指貼在其上形成了電容的另一面。由于手指表面凸凹不平，凸點(diǎn)處對(duì)應(yīng)脊，凹點(diǎn)處對(duì)應(yīng)谷，使得凸點(diǎn)處和凹點(diǎn)處接觸平板的實(shí)際距離大小不同，從而導(dǎo)致形成的電容的數(shù)值也不相同，將采集到的不同的電容的數(shù)值進(jìn)行匯總，從而完成指紋的采集。

但是，對(duì)于積分式的半導(dǎo)體電容式指紋傳感器來(lái)說(shuō)，其通常包括一個(gè)積分器，指紋電容中的基底電容、與指紋最近的金屬層到系統(tǒng)地的電容即寄生電容會(huì)在積分器輸出產(chǎn)生一個(gè)非常大的基底信號(hào)，該基底信號(hào)的大小約為指紋電容對(duì)應(yīng)的有效信號(hào)的100倍，在經(jīng)過(guò)放大器放大處理后，該基底信號(hào)遠(yuǎn)大于有效信號(hào)，導(dǎo)致有效信號(hào)顯得較??；同時(shí)基底信號(hào)放大后使得積分器容易達(dá)到飽和導(dǎo)致指紋傳感器的輸出動(dòng)態(tài)范圍較小。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種電容式指紋傳感器，用以至少解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例的目的，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種電容式指紋傳感器，其包括：積分器、觸發(fā)器和基底消除電路，所述積分器用于存儲(chǔ)來(lái)自指紋電容的電荷以產(chǎn)生輸出信號(hào)并傳遞至所述觸發(fā)器，所述觸發(fā)器用于在所述輸出信號(hào)超過(guò)設(shè)定的閾值時(shí)觸發(fā)所述基底消除電路產(chǎn)生基底消除信號(hào)并輸出至所述積分器，所述基底消除信號(hào)用于將所述積分器的輸出信號(hào)調(diào)整至所述設(shè)定的閾值之內(nèi)以增加所述積分器的動(dòng)態(tài)范圍。

本發(fā)明實(shí)施例中，通過(guò)所述積分器存儲(chǔ)來(lái)自指紋電容的電荷以產(chǎn)生輸出信號(hào)并傳遞至所述觸發(fā)器，所述觸發(fā)器在所述輸出信號(hào)超過(guò)設(shè)定的閾值時(shí)觸發(fā)所述基底消除電路產(chǎn)生基底消除信號(hào)并輸出至所述積分器，所述基底消除信號(hào)將所述積分器的輸出信號(hào)調(diào)整至所述設(shè)定的閾值之內(nèi)，避免了積分器容易達(dá)到飽和，從而增加了所述積分器的動(dòng)態(tài)范圍。

附圖說(shuō)明

圖1為一種典型的指紋傳感器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例一中指紋傳感器的電路模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例二中指紋傳感器的電路模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例三中指紋傳感器的電路模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例四中指紋傳感器的電路模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例五中指紋傳感器的具體電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例六中指紋傳感器的具體電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例七中指紋傳感器的具體電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為本發(fā)明實(shí)施例八中指紋傳感器的具體電路結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下將配合圖式及實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本申請(qǐng)的實(shí)施方式，藉此對(duì)本申請(qǐng)如何應(yīng)用技術(shù)手段來(lái)解決技術(shù)問(wèn)題并達(dá)成技術(shù)功效的實(shí)現(xiàn)過(guò)程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。

下述將進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步示意性解釋說(shuō)明。

圖1為一種典型的指紋傳感器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；如圖1所示，指紋傳感器包括積分電容C_i、開(kāi)關(guān)S₁-S₄、放大器100。其中，開(kāi)關(guān)S₁和S₃的開(kāi)關(guān)狀態(tài)分受第一時(shí)鐘信號(hào)ck₁的控制，開(kāi)關(guān)S₂和S₄的開(kāi)關(guān)狀態(tài)受第二時(shí)鐘信號(hào)ck₂的控制，第一時(shí)鐘信號(hào)ck₁與第二時(shí)鐘信號(hào)ck₂可以分別為兩項(xiàng)非交疊時(shí)鐘信號(hào)。

在積分階段，第一時(shí)鐘信號(hào)ck₁為高相位，而第二時(shí)鐘信號(hào)ck₂為低相位，此時(shí)開(kāi)關(guān)S₂和S₄斷開(kāi)，而開(kāi)關(guān)S₁和S₃導(dǎo)通；指紋電容C_f、寄生電容C_p的正極板接到電源電壓Vchg，此時(shí)基底消除電容C_c兩端都是一樣的電源電壓Vchg，因此基底消除電容C_c中的電荷被泄放干凈。之后，第二時(shí)鐘信號(hào)ck₂轉(zhuǎn)換為高相位，而第一時(shí)鐘信號(hào)ck₁轉(zhuǎn)換為低相位，此時(shí)開(kāi)關(guān)S₂和S₄導(dǎo)通，而開(kāi)關(guān)S₁和S₃斷開(kāi)；指紋電容C_f、寄生電容C_p和基底消除電容C_c的正極板接入放大器101的負(fù)端，而基底消除電容C_c的負(fù)極板接到外部數(shù)模轉(zhuǎn)換器(Digital to Analog Converter，簡(jiǎn)稱(chēng)DAC)的輸出信號(hào)Vdac。此時(shí)由于反饋的作用，指紋電容C_f、寄生電容C_p和基底消除電容C_c中的電荷轉(zhuǎn)移到積分電容C_i中，完成一次積分過(guò)程，從而完成一次指紋的檢測(cè)。

為了敘述方便，將圖1中電源電壓Vchg、外部數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC的輸出信號(hào)Vdac、參考電壓Vref和輸出信號(hào)Vout的電壓分別簡(jiǎn)稱(chēng)為電源電壓V_c、外部數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC的輸出信號(hào)V_d、參考電壓V_r和積分器的輸出信號(hào)V_o，上述一次積分輸出信號(hào)V_oVo的變化量可由(1)表示。

由于寄生電容C_p的電容值通常是指紋電容C_f的10～100倍，因此若不消除寄生電容C_p的影響，則會(huì)導(dǎo)致積分器在還未獲得所需的信號(hào)量時(shí)就達(dá)到飽和，因此進(jìn)一步導(dǎo)致指紋傳感器電路的動(dòng)態(tài)范圍較小。

因此，為了消除寄生電容C_p的影響，圖1所示的指紋傳感器電路中加入了基底消除電容C_c，并通過(guò)調(diào)節(jié)提供給基底消除電容C_c的外部數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC的輸出信號(hào)V_d來(lái)消除寄生電容C_p的影響，其中，用于消除寄生電容C_p的影響所需的外部數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)V_d可以根據(jù)(2)給出。

根據(jù)上述公式(2)，由于寄生電容C_p的不確定性及參考電壓V_r隨工藝角(Process Voltage Temperature，簡(jiǎn)稱(chēng)PVT)的變化，需要經(jīng)過(guò)大量經(jīng)驗(yàn)和測(cè)試，才能獲得外部數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC的輸出信號(hào)V_d的準(zhǔn)確值，因此難以徹底消除基底信號(hào)，也即是指紋傳感器的基底信號(hào)消除不夠準(zhǔn)確。

另一方面，由于電路的輸出動(dòng)態(tài)范圍較小及基底信號(hào)消除不夠準(zhǔn)確，圖1所示的指紋傳感器電路中需要較大的積分電容C_i來(lái)減小電路的增益G，隨后通過(guò)增加積分次數(shù)來(lái)獲得數(shù)模轉(zhuǎn)換所需的信號(hào)量，從而導(dǎo)致指紋傳感器電路的信噪比下降。并且，除了信噪比下降外，還會(huì)導(dǎo)致單次指紋采集的總時(shí)間變長(zhǎng)，進(jìn)而增加指紋傳感器的平均功耗。

除了上述寄生電容C_p的存在會(huì)導(dǎo)致基底信號(hào)，指紋電容C_f包括的基底電容也會(huì)導(dǎo)致基底信號(hào)，具體原因?yàn)椋褐讣y電容C_f包括指紋的峰電容以及谷電容，而峰電容以及谷電容均可以等效為基底電容和有效電容，指紋檢測(cè)主要是根據(jù)峰電容和谷電容中各自包括的有效電容完成指紋檢測(cè)。但是峰電容以及谷電容中的基底電容遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于各自對(duì)應(yīng)的有效電容，從而導(dǎo)致指紋電容C_f的基底電容也會(huì)產(chǎn)生基底信號(hào)，上述圖1技術(shù)方案難以消除指紋電容中基底電容產(chǎn)生的基底信號(hào)，進(jìn)一步導(dǎo)致難以徹底消除基底信號(hào)，因此基底信號(hào)消除不夠準(zhǔn)確。

為此，本發(fā)明下述實(shí)施例提供了一種電容式指紋傳感器，其包括：積分器、觸發(fā)器和基底消除電路，所述積分器用于存儲(chǔ)來(lái)自指紋電容C_f的電荷以產(chǎn)生輸出信號(hào)V_o并傳遞至所述觸發(fā)器，所述觸發(fā)器用于在所述輸出信號(hào)V_o超過(guò)設(shè)定的閾值時(shí)觸發(fā)所述基底消除電路產(chǎn)生基底消除信號(hào)并輸出至所述積分器，所述基底消除信號(hào)用于將所述積分器的輸出信號(hào)V_o調(diào)整至所述設(shè)定的閾值之內(nèi)以增加所述積分器的動(dòng)態(tài)范圍。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例一中指紋傳感器的電路模塊結(jié)構(gòu)示意圖；如圖2所示，本實(shí)施例中，所述指紋傳感器包括積分器101、觸發(fā)器102、基底消除電路103，所述積分器101包括第一信號(hào)輸入端101a和第一信號(hào)輸出端101b，所述觸發(fā)器102包括第二信號(hào)輸入端102a和第二信號(hào)輸出端102b，所述基底消除電路103包括第三信號(hào)輸入端103a和第三信號(hào)輸出端103b。所述第一信號(hào)輸出端101b與所述第二信號(hào)輸入端102a連接，所述第二信號(hào)輸出端102b與所述第三信號(hào)輸入端103a連接，所述第三信號(hào)輸出端103b與所述第一信號(hào)輸入端101a連接。

所述積分器101用于在利用所述指紋傳感器進(jìn)行指紋檢測(cè)的過(guò)程中在完成對(duì)指紋電容C_f的充電之后存儲(chǔ)來(lái)自所述指紋電容C_f的電荷，從而完成一次充電-積分過(guò)程，并且在每完成一次充電-積分過(guò)程之后產(chǎn)生一輸出信號(hào)V_o并傳遞至所述觸發(fā)器102，具體地，所述輸出信號(hào)V_o通過(guò)所述積分器101的第一信號(hào)輸出端101b傳遞至所述觸發(fā)器102的第二信號(hào)輸入端102a。

所述觸發(fā)器102具體用于當(dāng)所述輸出信號(hào)V_o超過(guò)設(shè)定的閾值時(shí)產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，所述觸發(fā)信號(hào)用于觸發(fā)所述基底消除電路103產(chǎn)生基底消除信號(hào)并輸出至所述積分器101。具體地，所述觸發(fā)信號(hào)通過(guò)所述第二信號(hào)輸出端102b傳遞至所述基底消除電路103的第三信號(hào)輸入端103a。所述基底消除電路103產(chǎn)生的基底消除信號(hào)通過(guò)所述基底消除電路103的第三信號(hào)輸出端103b傳遞至所述積分器101的第一信號(hào)輸入端101a，所述基底消除信號(hào)用于對(duì)所述積分器101的輸出信號(hào)V_o進(jìn)行調(diào)整以使其不超過(guò)所述設(shè)定的閾值，即調(diào)整至所述設(shè)定的閾值之內(nèi)，從而增加所述積分器101的動(dòng)態(tài)范圍。在具體實(shí)施例中，所述設(shè)定的閾值可以設(shè)定為大于所述積分器101輸出向下飽和的最低電壓。

本實(shí)施例中，所述觸發(fā)器102可以包括一比較器，所述比較器用于將所述積分器101的輸出信號(hào)V_o與所述設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，當(dāng)比較結(jié)果表明所述積分器101的輸出信號(hào)V_o超過(guò)了所述設(shè)定的閾值時(shí)，所述比較器則向所述基底消除電路103發(fā)送一觸發(fā)信號(hào)，所述基底消除電路103在所述觸發(fā)信號(hào)的觸發(fā)下產(chǎn)生所述基底消除信號(hào)。具體地，所述基底消除信號(hào)可以是基底消除電壓，所述基底消除電壓的大小詳細(xì)參見(jiàn)下述實(shí)施例記載。該基底消除電壓通過(guò)所述第三信號(hào)輸出端103b輸出至所述第一信號(hào)輸入端101a，即傳輸給所述積分器101，從而使得所述積分器101的輸出信號(hào)V_o不超過(guò)所述設(shè)定的閾值。

本實(shí)施例中，由于每次基底消除電壓是一個(gè)已知量，只要統(tǒng)計(jì)出基底消除的次數(shù)和所述積分器101的輸出信號(hào)V_o，即可反推得到實(shí)際的積分電壓量，進(jìn)而調(diào)整所述積分器101的輸出信號(hào)V_o，從而使得所述積分器101的輸出信號(hào)V_o始終在所述設(shè)定的閾值之內(nèi)，因此，采用本實(shí)施例提供的技術(shù)方案可以保證所述積分器101不會(huì)發(fā)生飽和，也即本實(shí)施例提供的指紋傳感器輸出的動(dòng)態(tài)范圍在理論上可以是無(wú)窮大。

本實(shí)施例中，上述積分器101、基底消除電路103的實(shí)現(xiàn)可以結(jié)合具體的半導(dǎo)體器件以及指紋傳感器中的不同電極板形成的電容來(lái)實(shí)現(xiàn)，詳細(xì)可參見(jiàn)下述實(shí)施例記載。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例二中指紋傳感器的電路模塊結(jié)構(gòu)示意圖；如圖3所示，在上述實(shí)施例一的基礎(chǔ)上增加了充電電路104，所述充電電路104用于向所述指紋電容C_f進(jìn)行充放電處理。所述充電電路104包括第四信號(hào)輸入端104a和第四信號(hào)輸出端104b，所述充電電路的輸入端與電源電壓V_c連接，具體地通過(guò)所述第四信號(hào)輸入端104a與電源電壓V_c連接來(lái)實(shí)現(xiàn)，電源電壓V_c在本申請(qǐng)中，作為所述充電電路104的充電電壓。所述充電電路104的信號(hào)輸出端與所述積分器101的輸入端連接，具體地通過(guò)所述第四信號(hào)輸出端104b與所述積分器101的第一信號(hào)輸入端101a連接來(lái)實(shí)現(xiàn)。

在所述積分器101進(jìn)行積分處理時(shí)，所述指紋電容C_f的電荷轉(zhuǎn)移到所述積分器101上。但是，本實(shí)施例中，由于包括所述基底消除電路103，可以通過(guò)觸發(fā)所述基底消除電路103產(chǎn)生基底消除信號(hào)，所述基底消除信號(hào)可以抵消來(lái)自基底電容以及寄生電容C_p對(duì)應(yīng)的電荷轉(zhuǎn)移到所述積分器101上導(dǎo)致的所述積分器101的輸出信號(hào)V_o超過(guò)設(shè)定的閾值的部分，從而使得所述積分器101的輸出不超過(guò)所述設(shè)定的閾值。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例三中指紋傳感器的電路模塊結(jié)構(gòu)示意圖；如圖4所示，在上述圖3的基礎(chǔ)上增加了屏蔽電路105與充電電路104相互并聯(lián)，所述屏蔽電路105用于消除或者減緩所述寄生電容C_p轉(zhuǎn)移電荷至所述積分器101。本實(shí)施例中，所述屏蔽電路105的輸入端連接到所述電源電壓V_cVc，具體地通過(guò)所述屏蔽電路105中的第五信號(hào)輸入端105a連接到電源電壓V_c來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述屏蔽電路105的輸出端與寄生電容C_p(圖中未示出)連接，具體地通過(guò)所述屏蔽電路105中的第五信號(hào)輸出端105b連接到寄生電容C_p來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且，所述屏蔽電路105的第五信號(hào)輸出端105b還進(jìn)一步連接到所屬接分期101的第一信號(hào)輸入端101a。

本實(shí)施例中，通過(guò)在指紋傳感器電路中增加所述屏蔽電路105并利用所述屏蔽電路105對(duì)所述寄生電容C_p進(jìn)行充放電處理，從而避免所述寄生電容C_p上的電荷轉(zhuǎn)移到所述積分器101上，有效降低寄生電容C_p的存在對(duì)所述積分器101輸出信號(hào)Vo的影響，因此可以進(jìn)一步避免了所述積分器101的輸出信號(hào)Vo超過(guò)所述設(shè)定的閾值，從而有效增大了電路輸出的動(dòng)態(tài)范圍。

本實(shí)施例中，上述屏蔽電路105具體可以由半導(dǎo)體器件形成，詳細(xì)請(qǐng)參見(jiàn)下述實(shí)施例的示意性解釋。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例四中指紋傳感器的電路模塊結(jié)構(gòu)示意圖；如圖5所示，所述積分器101基于負(fù)反饋機(jī)制而連接所述參考電壓V_r，本實(shí)施例在上述圖3實(shí)施例的基礎(chǔ)上增加失配消除電路106，所述失配消除電路設(shè)置在所述積分器101和所述基底消除電路103之間，用于消除所述積分器101與所述參考電壓V_r產(chǎn)生的失配，具體通過(guò)所述失配消除電路106設(shè)置在所述積分器101的第一信號(hào)輸入端101a和所述基底消除電路103的第三信號(hào)輸出端103b之間來(lái)實(shí)現(xiàn)。

在實(shí)際工作過(guò)程中，由于所述積分器101與所述參考電壓V_r之間可能產(chǎn)生失配，通常也會(huì)導(dǎo)致所述積分器101輸出信號(hào)V_o的動(dòng)態(tài)范圍較小。因此，本實(shí)施例中，在上述圖1的基礎(chǔ)上增加了失配消除電路106，消除所述積分器101與所述參考電壓V_r可能產(chǎn)生的失配。所述失配消除電路106的具體實(shí)現(xiàn)技術(shù)可以包括自動(dòng)調(diào)零、相關(guān)雙采樣、斬波等技術(shù)，進(jìn)而提高所述指紋傳感器各通道之間的匹配。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例五中指紋傳感器的具體電路結(jié)構(gòu)示意圖；如圖6所示，本實(shí)施例中，指紋傳感器的各單元具體結(jié)構(gòu)如下：

所述積分器101包括積分電容111和放大器121，本實(shí)施例中，所述積分電容111用于存儲(chǔ)來(lái)自所述指紋電容C_f的電荷，所述放大器121可以為差分輸入-單端輸出放大器，以下稱(chēng)為第一差分輸入-單端輸出放大器121。所述第一差分輸入-單端輸出放大器121的輸出端作為所述第一信號(hào)輸出端101b，并連接到所述觸發(fā)器102以向所述觸發(fā)器102輸出所述輸出信號(hào)V_o，所述第一差分輸入-單端輸出放大器121的同相輸入端(或稱(chēng)為正輸入端)連接到所述參考電壓V_r，所述第一差分輸入-單端輸出放大器121的反相輸入端(或稱(chēng)為負(fù)輸入端)作為所述積分器101的輸入端并連接到所述指紋電容C_f。所述積分電容111連接在第一差分輸入-單端輸出放大器121的反相輸入端和和輸出端之間，具體通過(guò)連接在所述第一信號(hào)輸入端101a和所述第一信號(hào)輸出端101b之間實(shí)現(xiàn)。具體地，所述積分電容111的正極板與所述第一信號(hào)輸出端101b連接，所述積分電容111的負(fù)極板與所述第一信號(hào)輸入端101a連接。

所述觸發(fā)器102包括：相互串聯(lián)的比較器112和反相器122，本實(shí)施例中，所述比較器112可以采用差分輸入-單端輸出放大器，以下稱(chēng)為第二差分輸入-單端輸出放大器112，所述反相器122可以采用單輸入-單輸出反相器，以下稱(chēng)為單輸入-單輸出反相器122。所述第二差分輸入-單端輸出放大器112的反相輸入端作為所述第二信號(hào)輸入端102a，并通過(guò)與所述積分器101的第一信號(hào)輸出端101b連接從而連接到所述積分器101以接收所述輸出信號(hào)V_o；所述第二差分輸入-單端輸出放大器112的同相輸入端連接所述參考電壓Vr，所述參考電壓Vr作為所述觸發(fā)器102的設(shè)定的閾值。

在本實(shí)施例中，所述觸發(fā)器102可以包括兩個(gè)開(kāi)關(guān)控制端子：第一開(kāi)關(guān)控制端子和第二開(kāi)關(guān)控制端子，所述兩個(gè)輸出端子共同構(gòu)成如上所述的所述觸發(fā)器102的第二信號(hào)輸出端102b。所述觸發(fā)器輸出的觸發(fā)信號(hào)包括第一開(kāi)關(guān)控制信號(hào)和第二開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，所述第一開(kāi)關(guān)控制信號(hào)和所述第二開(kāi)關(guān)控制信號(hào)相互反相，比如本實(shí)施例中，所述單輸入-單輸出反相器122的輸出端可以作為所述第一開(kāi)關(guān)控制端子，用于輸出所述第一開(kāi)關(guān)控制信號(hào)(或稱(chēng)為第一觸發(fā)信號(hào))Ca1，所述放大器112的輸出端可以作為所述第二開(kāi)關(guān)控制端子，用于輸出所述第二開(kāi)關(guān)控制信號(hào)(或稱(chēng)為第二觸發(fā)信號(hào))Ca2。

本實(shí)施例中，所述基底消除電路103具體包括：開(kāi)關(guān)電路和基底消除電容C_c，所述開(kāi)關(guān)電路與所述基底消除電容C_c連接，用于在所述觸發(fā)信號(hào)的觸發(fā)下進(jìn)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作從而使得所述基底消除電容C_c進(jìn)行充放電處理以產(chǎn)生所述基底消除信號(hào)。

比如，本實(shí)施例中，所述基底消除電路103中的開(kāi)關(guān)電路可以具體包括第一開(kāi)關(guān)1131a(又標(biāo)記為S3)、第二開(kāi)關(guān)1131b(又標(biāo)記為S4)、第三開(kāi)關(guān)1132a(又標(biāo)記為S5)和第四開(kāi)關(guān)1132b(又標(biāo)記為S6)。其中，所述第一開(kāi)關(guān)1131a的一端作為所述第三信號(hào)輸入端103a，并與所述電源電壓V_c連接，所述第一開(kāi)關(guān)1131a另一端與所述第二開(kāi)關(guān)1131b的一端連接，并與基底消除電容C_c的正極板連接；所述第二開(kāi)關(guān)1131b的另一端與所述系統(tǒng)地Vg連接。第三開(kāi)關(guān)1132a的一端與所述參考電壓V_r連接，第三開(kāi)關(guān)1132a的另一端與所述第四開(kāi)關(guān)1132b的一端連接，并與基底消除電容C_c的負(fù)極板連接；所述第四開(kāi)關(guān)1132b的另一端作為第三信號(hào)輸出端103b，用于輸出所述基底消除信號(hào)。

本實(shí)施例中，所述第一開(kāi)關(guān)1131a和第三開(kāi)關(guān)1132a接收所述第一開(kāi)關(guān)控制信號(hào)(或稱(chēng)為第一觸發(fā)信號(hào))Ca1，并在所述第一開(kāi)關(guān)控制信號(hào)Ca1的控制下進(jìn)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作；所述第二開(kāi)關(guān)1131b和第四開(kāi)關(guān)1132b接收所述第二開(kāi)關(guān)控制信號(hào)(或稱(chēng)為第二觸發(fā)信號(hào))Ca2，并在所述第二開(kāi)關(guān)控制信號(hào)Ca2的控制下進(jìn)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作。也即是說(shuō)，在本實(shí)施例中，所述觸發(fā)器102輸出給所述基底消除電路103的觸發(fā)信號(hào)具體包括所述第一開(kāi)關(guān)控制信號(hào)(或稱(chēng)為第一觸發(fā)信號(hào))Ca1和所述第二開(kāi)關(guān)控制信號(hào)(或稱(chēng)為第二觸發(fā)信號(hào))Ca2，二者相互反相。

所述充電電路104用于對(duì)所述指紋電容C_f進(jìn)行充放電處理，所述充電電路104的輸入端與電源電壓V_c連接，所述電源電壓V_c作為充電電壓；所述充電電路101的輸出端與所述積分器101的輸入端連接。

具體地，所述充電電路104包括第五開(kāi)關(guān)114(又標(biāo)記為S1)和第六開(kāi)關(guān)124(又標(biāo)記為S2)。所述第五開(kāi)關(guān)114的一端作為第四信號(hào)輸入端104a，即作為所述充電電路的輸入端，并與所述電源電壓V_c連接，所述第五開(kāi)關(guān)114的另一端分別與所述指紋電容C_f和所述寄生電容C_p的正極板連接；與此同時(shí)，所述第六開(kāi)關(guān)124的一端也分別與所述指紋電容C_f和所述寄生電容C_p的正極板連接，所述第六開(kāi)關(guān)124的另一端作為第四信號(hào)輸出端104b，與所述第一信號(hào)輸出端101a連接，即作為所述充電電路104的輸出端并連接到所述積分器101。所述寄生電容C_p的負(fù)極板和所述指紋電容C_f的負(fù)極板均與所述系統(tǒng)地Vg連接。

本實(shí)施例中的指紋檢測(cè)電流工作過(guò)程可如下：

充電電路104中的所述第五開(kāi)關(guān)114(S1)和所述第六開(kāi)關(guān)124(S2)受所述第一時(shí)鐘信號(hào)ck₁和第二時(shí)鐘信號(hào)ck₂控制，當(dāng)?shù)谝粫r(shí)鐘信號(hào)ck₁為高、第二時(shí)鐘信號(hào)ck₂為低時(shí)，所述第五開(kāi)關(guān)114(S1)導(dǎo)通，而所述第六開(kāi)關(guān)124(S2)斷開(kāi)，此時(shí)所述指紋電容C_f和所述寄生電容C_p的正極板被充至電源電壓V_c。

在第二時(shí)鐘信號(hào)ck₂為高、第一時(shí)鐘信號(hào)ck₁為低時(shí)，所述第五開(kāi)關(guān)114(S1)斷開(kāi)，而所述第六開(kāi)關(guān)124(S2)導(dǎo)通，所述指紋電容C_f中的電荷以一定比例轉(zhuǎn)移到所述積分電容C_i，完成一次積分過(guò)程。上述充電-積分過(guò)程在所述積分器的輸出體現(xiàn)的電壓增量ΔV_o,cf由(3)給出。

所述觸發(fā)器102將所述積分器101中的輸出信號(hào)V_o與所述參考電壓Vr進(jìn)行比對(duì)，若所述輸出信號(hào)V_o未超出所述參考電壓V_r，則所述觸發(fā)器102輸出的觸發(fā)信號(hào)具體為所述第一開(kāi)關(guān)控制信號(hào)(或稱(chēng)為第一觸發(fā)信號(hào))ca₁為高，而第二開(kāi)關(guān)控制信號(hào)(或稱(chēng)為第二觸發(fā)信號(hào))ca₂為低；若所述輸出信號(hào)V_o超出所述參考電壓V_r，則所述觸發(fā)器102輸出的觸發(fā)信號(hào)具體為所述第一開(kāi)關(guān)控制信號(hào)(或稱(chēng)為第一觸發(fā)信號(hào))ca₁為低，而所述第二開(kāi)關(guān)控制信號(hào)(或稱(chēng)為第二觸發(fā)信號(hào))ca₂為高。

在所述基底消除電路103中，當(dāng)所述第一開(kāi)關(guān)控制信號(hào)(或稱(chēng)為第一觸發(fā)信號(hào))ca₁為高時(shí)，所述第一開(kāi)關(guān)1131a(S3)和所述第三開(kāi)關(guān)1132a(S5)導(dǎo)通，而所述第二開(kāi)關(guān)1131b(S4)和所述第四開(kāi)關(guān)1132b(S6)斷開(kāi)，此時(shí)所述基底消除電容C_c的正極板接到所述電源電壓V_c，且其負(fù)極板接到所述參考電壓V_r。當(dāng)?shù)诙_(kāi)關(guān)控制信號(hào)(或稱(chēng)為第二觸發(fā)信號(hào))ca₂為高時(shí)，所述第一開(kāi)關(guān)1131a(S3)和所述第三開(kāi)關(guān)1132a(S5)斷開(kāi)，而所述第二開(kāi)關(guān)1131b(S4)和所述第四開(kāi)關(guān)1132b(S6)導(dǎo)通，此時(shí)所述基底消除電容C_c的負(fù)極板接到所述積分器101的第一信號(hào)輸入端101a，且其正極板接到系統(tǒng)地Vg。從而完成一次基底消除動(dòng)作，該基底消除動(dòng)作在輸出體現(xiàn)的基底消除電容Cc的電壓增量ΔV_o,cc可由式(4)表示。

根據(jù)式(4)，所述基底消除電壓與參考電壓V_r無(wú)關(guān)，只與C_c/C_i和V_c有關(guān)，并且C_c/C_i和V_c都是已知量，因此只要知道基底消除的次數(shù)，即可反推出基底消除的電壓總量。

因此經(jīng)過(guò)n次積分后，并發(fā)生了m次的基底消除，此時(shí)實(shí)際采樣得到的積分器的輸出信號(hào)V_or可以用(5)表示。實(shí)際采樣得到的指紋峰-谷電壓之差V_or,p-v可由(6)表示，其中n與m滿(mǎn)足關(guān)系0≤nΔV_o,cf+mΔV_o,cc≤ΔV_o,cc，n大于等于m。

V_or＝nΔV_o,cf+mΔV_o,cc+V_r, (5)

V_or,p-v＝nΔV_o,Δcf+(m_p-m_v)ΔV_o,cc, (6)

由于(6)中m_p、m_v、V_s、C_c/C_i都是已知量，m_p、m_v分別為指紋電容C_f中峰電容、谷電容參與基底消除的次數(shù)。

因此只要將實(shí)際輸出的峰-谷電壓之差V_or,p-v減去總基底消除電壓之差(m_p-m_v)ΔV_o,cc，即可得到無(wú)限輸出動(dòng)態(tài)范圍情況下的峰-谷電壓之差V_oi,p-v，如式(7)所示。

由(7)式可見(jiàn)，實(shí)際輸出的峰-谷電壓之差V_or,p-v與寄生電容C_p和指紋電容C_f中的基底電容無(wú)關(guān)，只與指紋電容C_f中峰電容和谷電容之差ΔC_f和積分電容C_i有關(guān)，因此，所述積分器101的輸出動(dòng)態(tài)范圍得到了無(wú)限的擴(kuò)展。由于動(dòng)態(tài)范圍的提高，使得所述積分器101可以采用更高的增益。在增益增加之后，獲得同樣的信號(hào)量，輸出信噪比也隨之變高，與此同時(shí)，等效到所述積分器101輸入的噪聲也減小，因此可以有效降低了ADC對(duì)精度的需求。

圖7為本發(fā)明實(shí)施例六中指紋傳感器的具體電路結(jié)構(gòu)示意圖；如圖7所示，本實(shí)施例六提供的指紋傳感器在上述圖6的基礎(chǔ)上增加了增加失配消除電路106，所述失配消除電路106設(shè)置在所述放大器121和所述基底消除電路103之間，用于消除所述積分器101與所述參考電壓V_r產(chǎn)生的失配。

對(duì)于圖6的電路，假設(shè)所述放大器121與參考電壓V_r之間的失配量為σV_r，a2r，所述積分器101積分n次后，理想情況下峰-谷電壓之差V_{oi，p-v}(n)的關(guān)系由(8)給出，而有效信號(hào)與失配信號(hào)之比γ_a2r由(9)給出。

從(9)可知，在實(shí)際實(shí)施過(guò)程中，由于(V_r-V_s)/σV_a2r>100，ΔC_f/(C_f+C_p)≈1/100，可見(jiàn)失配信號(hào)基本上與有效信號(hào)處于同一量級(jí)，甚至大于想要獲得的有效信號(hào)。因此若不做任何處理，所述積分器101的輸出信號(hào)可能會(huì)發(fā)生一定的偏移。

因此，本實(shí)施例中，所述積分器101內(nèi)部增加了所述失配消除電路106，如果所述放大器121采用差分輸入-單端輸出放大器，則所述基底消除電路103的第三信號(hào)輸出端103b通過(guò)所述失配消除電路106與所述放大器121的反相輸入端連接。

具體地，在一種實(shí)施例中，所述失配消除電路106可以包括兩個(gè)輸入端，其中一輸入端與所述第三信號(hào)輸出端103b相連，另一輸入端與所述參考電壓V_r連接；另外，所述失配消除電路106的輸出端可以連接到所述放大器121的反相輸入端。如上所述，所述失配消除電路106的具體實(shí)現(xiàn)可有多重方式，比如常見(jiàn)的技術(shù)有由自動(dòng)調(diào)零、相關(guān)雙采樣、斬波等技術(shù)。

圖8為本發(fā)明實(shí)施例七中指紋傳感器的具體電路結(jié)構(gòu)示意圖；如圖8所示，本實(shí)施例七提供的指紋傳感器與上述實(shí)施例的主要不同點(diǎn)在于，本實(shí)施例中，所述積分器101包括積分電容111和第一反相器131。所述第一反相器131為單輸入-單輸出反相器，所述第一反相器131的輸出端作為所述積分器101的輸出端并連接到所述觸發(fā)器102以向所述觸發(fā)器輸出所述輸出信號(hào)V_o，所述第一反相器131的輸入端作為所述積分器101的輸入端并連接到所述指紋電容C_f，所述積分電容111連接在所述第一信號(hào)輸出端101b和所述第一信號(hào)輸入端101a之間，即連接在所述第一反相器131的輸出端和輸入端之間。

本實(shí)施例中，所述觸發(fā)器102包括：相互串聯(lián)的第二反相器132和第三反相器142，所述第二反相器132的輸入端連接到所述積分器101的輸出端。這兩個(gè)反相器132和142均可以為單輸入-單輸出反相器。所述第三反相器142的輸出端作為所述觸發(fā)器102的第一開(kāi)關(guān)控制端子，用于輸出所述第一開(kāi)關(guān)控制信號(hào)(或稱(chēng)為第一觸發(fā)信號(hào))Ca1，所述第二反相器132的輸出端作為第二開(kāi)關(guān)控制端子，用于輸出第二開(kāi)關(guān)控制信號(hào)(或稱(chēng)為第二觸發(fā)信號(hào))Ca2。也即是說(shuō)，在本實(shí)施例中，所述第三反相器132的輸入端作為所述觸發(fā)器102的第二信號(hào)輸入端102a，而所述觸發(fā)器102的第二信號(hào)輸出端102b具體包括所述第一開(kāi)關(guān)控制端子和所述第二開(kāi)關(guān)控制端子。

與上述實(shí)施例相比，本實(shí)施例中，由于所述積分器101使用所述單輸入-單輸出的反相器131來(lái)代替其他實(shí)施例的放大器121，因而可以減少貢獻(xiàn)噪聲的管腳數(shù)量的同時(shí)去除了參考電壓V_r引入的噪聲，從而提高了所述積分器101輸出的SNR；另外，所述單輸入-單輸出的反相器131可以在獲得與差分輸入結(jié)構(gòu)相同帶寬的條件下，只消耗一半的功耗，因此有效地降低了所述指紋傳感器的整體功耗，進(jìn)而縮短了單次指紋采集的總時(shí)間。最后，由于使用的單輸入-單輸出的反相器131結(jié)構(gòu)相對(duì)于放大器121而言較為簡(jiǎn)單，因此也減小了所述指紋傳感器的電路面積。

圖9為本發(fā)明實(shí)施例八中指紋傳感器的具體電路結(jié)構(gòu)示意圖；如圖9所示，本實(shí)施例八提供的指紋傳感器在上述圖6的基礎(chǔ)上增加了屏蔽電路105的具體電路，所述屏蔽電路105具有第五信號(hào)輸入端105a和第五信號(hào)輸出端105b，具體地，所述屏蔽電路105包括第七開(kāi)關(guān)115(又標(biāo)記為S7)和第八開(kāi)關(guān)125(又標(biāo)記為S8)。其中，所述第七開(kāi)關(guān)115的一端作為第五信號(hào)輸入端105a，即所述屏蔽電路105的輸入端，并連接到電源電壓V_c，而所述第七開(kāi)關(guān)115的另一端通過(guò)所述第五信號(hào)輸出端105b連接到所述寄生電容C_p，并同時(shí)連接到所述第八開(kāi)關(guān)125的其中一端；另一方面，所述第八開(kāi)關(guān)125的另一端與所述參考電壓V_rVr連接。并且，在本實(shí)施例中，所述第七開(kāi)關(guān)115和所述第八開(kāi)關(guān)125的開(kāi)關(guān)狀態(tài)同樣地分別受所述第一時(shí)鐘信號(hào)ck₁和第二時(shí)鐘信號(hào)ck₂的控制。

本實(shí)施例中的所述觸發(fā)器102上述圖7實(shí)施例中記載的相互串聯(lián)的比較器112和反相器122，詳細(xì)不再贅述。本實(shí)施例的指紋傳感器的工作過(guò)程詳細(xì)如下：

當(dāng)所述第一時(shí)鐘信號(hào)ck₁為高時(shí)，所述第五開(kāi)關(guān)114(S1)和所述第七開(kāi)關(guān)115(S7)導(dǎo)通，而所述第六開(kāi)關(guān)124(S2)和所述第八開(kāi)關(guān)125(S8)斷開(kāi)，此時(shí)所述指紋電容C_f的正極板和所述寄生電容C_p的兩端都接到所述電源電壓V_c，此時(shí)由于所述寄生電容C_p由于兩端電壓一致，所以所述寄生電容C_p中無(wú)電荷。

當(dāng)所述第二時(shí)鐘信號(hào)ck₂為高時(shí)，所述第五開(kāi)關(guān)114(S1)和所述第七開(kāi)關(guān)115(S7)斷開(kāi)，而所述第六開(kāi)關(guān)124(S2)和所述第八開(kāi)關(guān)125(S8)導(dǎo)通，此時(shí)所述指紋電容C_f中的部分電荷轉(zhuǎn)移到所述積分器101中。由于所述放大器121正負(fù)兩端虛短，因此所述放大器121的反相輸入端的電壓Vin、加載到指紋電容C_f正極板，使得指紋電容C_f正極板的電壓等于參考電壓V_r，進(jìn)而使得寄生電容C_p負(fù)極板的電壓為參考電壓V_r，同時(shí)由于第八開(kāi)關(guān)125的導(dǎo)通，使得寄生電容C_p正極板的電壓也為參考電壓V_r，因此此時(shí)寄生電容C_p中依然無(wú)電荷。因此所述積分器101單次積分輸出信號(hào)的變化量ΔV_o,cf由式(10)給出，從該式(10)可以看出，由于所述屏蔽電路105的存在，所述寄生電容C_p的影響被完全消除。

本申請(qǐng)的實(shí)施例所提供的裝置可通過(guò)計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該能夠理解，上述的單元以及模塊劃分方式僅是眾多劃分方式中的一種，如果劃分為其他單元或模塊或不劃分塊，只要信息對(duì)象的具有上述功能，都應(yīng)該在本申請(qǐng)的保護(hù)范圍之內(nèi)。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)明白，本申請(qǐng)的實(shí)施例可提供為方法、裝置(設(shè)備)、或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。因此，本申請(qǐng)可采用完全硬件實(shí)施例、完全軟件實(shí)施例、或結(jié)合軟件和硬件方面的實(shí)施例的形式。而且，本申請(qǐng)可采用在一個(gè)或多個(gè)其中包含有計(jì)算機(jī)可用程序代碼的計(jì)算機(jī)可用存儲(chǔ)介質(zhì)(包括但不限于磁盤(pán)存儲(chǔ)器、CD-ROM、光學(xué)存儲(chǔ)器等)上實(shí)施的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式。

本申請(qǐng)是參照根據(jù)本申請(qǐng)實(shí)施例的方法、裝置(設(shè)備)和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的流程圖和/或方框圖來(lái)描述的。應(yīng)理解可由計(jì)算機(jī)程序指令實(shí)現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結(jié)合。可提供這些計(jì)算機(jī)程序指令到通用計(jì)算機(jī)、專(zhuān)用計(jì)算機(jī)、嵌入式處理機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器以產(chǎn)生一個(gè)機(jī)器，使得通過(guò)計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能的裝置。

這些計(jì)算機(jī)程序指令也可存儲(chǔ)在能引導(dǎo)計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備以特定方式工作的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器中，使得存儲(chǔ)在該計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器中的指令產(chǎn)生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能。

這些計(jì)算機(jī)程序指令也可裝載到計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備上，使得在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行一系列操作步驟以產(chǎn)生計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的處理，從而在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行的指令提供用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能的步驟。

盡管已描述了本申請(qǐng)的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對(duì)這些實(shí)施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本申請(qǐng)范圍的所有變更和修改。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本申請(qǐng)進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本申請(qǐng)的精神和范圍。這樣，倘若本申請(qǐng)的這些修改和變型屬于本申請(qǐng)權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本申請(qǐng)也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。