一種電容式指紋檢測電路、傳感器及設(shè)備的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種電容式指紋檢測電路、傳感器及設(shè)備。其中，該檢測電路包括：預(yù)充電壓源、電壓緩沖器、檢測元件、積分器以及檢測電路板；上述檢測元件分別與預(yù)充電壓源、電壓緩沖器以及積分器連接，接收預(yù)充電壓源及電壓緩沖器傳輸?shù)碾妷?，并傳輸指紋電荷給積分器；積分器接收檢測元件傳輸?shù)闹讣y電荷，根據(jù)該指紋電荷積分產(chǎn)生指紋信號，并輸出指紋信號；預(yù)充電壓源、電壓緩沖器、檢測元件及積分器均安裝在檢測電路板上。本實用新型，不需要通過外部電極將激勵信號連接到用戶的手指上，使得上述檢測電路在與其他設(shè)備結(jié)合時整合工藝變得簡單，并且增加了電容式指紋檢測電路的應(yīng)用場景。
【專利說明】
一種電容式指紋檢測電路、傳感器及設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及集成電路設(shè)計及指紋檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種電容式指紋檢測電路、傳感器及設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)在人們對信息安全的要求越來越高，在門禁、考勤以及移動設(shè)備等領(lǐng)域都需要通過身份識別來確定用戶的身份，而指紋識別是當前應(yīng)用最廣泛的一種身份識別方式。
[0003]目前，大都是采用電容式指紋檢測裝置來進行指紋檢測，電容式指紋檢測裝置中包括檢測芯片和外部電極，外部電極將激勵信號連接到用戶的手指上，再與檢測芯片中的電路形成指紋檢測回路，從而實現(xiàn)對用戶進行指紋檢測。
[0004]但是現(xiàn)有技術(shù)中需通過外部電極將激勵信號連接到用戶的手指上，外部電極在檢測芯片的外部，使得電容式指紋檢測裝置在與其他設(shè)備結(jié)合使用時整合工藝技術(shù)復(fù)雜，大大限制了電容式檢測裝置的應(yīng)用場景。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]有鑒于此，本實用新型提供了一種電容式指紋檢測電路、傳感器及設(shè)備，用于解決現(xiàn)有的電容式指紋檢測裝置需要通過外部電極將激勵信號連接到用戶的手指上，使得電容式指紋檢測裝置在與其他設(shè)備結(jié)合使用時整合工藝技術(shù)復(fù)雜，大大限制了電容式檢測裝置的應(yīng)用場景的問題。
[0006]第一方面，本實用新型實施例提供了一種電容式指紋檢測電路，包括:預(yù)充電壓源、電壓緩沖器、檢測元件、積分器以及檢測電路板；
[0007]所述檢測元件分別與所述預(yù)充電壓源、所述電壓緩沖器以及所述積分器連接，接收所述預(yù)充電壓源及所述電壓緩沖器傳輸?shù)碾妷?，并傳輸指紋電荷給所述積分器；
[0008]所述積分器接收所述檢測元件傳輸?shù)闹讣y電荷，根據(jù)所述指紋電荷積分產(chǎn)生指紋信號，并輸出所述指紋信號；
[0009]所述預(yù)充電壓源、所述電壓緩沖器、所述檢測元件及所述積分器均安裝在所述檢測電路板上。
[0010]結(jié)合第一方面，本實用新型實施例提供了上述第一方面的第一種可能的實現(xiàn)方式，其中，所述檢測元件包括:檢測電極及隔離電極；
[0011]所述隔離電極分別與所述預(yù)充電壓源通過第一開關(guān)連接、與所述電壓緩沖器通過第二開關(guān)連接，接收所述預(yù)充電壓源傳輸?shù)牡谝浑妷杭敖邮账鲭妷壕彌_器傳輸?shù)牡诙妷海?br>[0012]所述檢測電極分別與所述隔離電極通過第三開關(guān)連接、與所述積分器通過第四開關(guān)連接。
[0013]結(jié)合第一方面的第一種可能的實現(xiàn)方式，本實用新型實施例提供了上述第一方面的第二種可能的實現(xiàn)方式，其中，所述積分器包括運算放大器、積分電容器及第五開關(guān)；
[0014]所述運算放大器的反相輸入端分別與所述積分電容器的一端、所述第五開關(guān)的一端連接，以及通過所述第四開關(guān)與所述檢測電極連接；
[0015]所述運算放大器的輸出端分別與所述積分電容器的另一端及所述第五開關(guān)的另一端連接；
[0016]所述運算放大器的同相輸入端與基準電壓源連接，接收所述基準電壓源傳輸?shù)幕鶞孰妷骸?br>[0017]結(jié)合第一方面的第二種可能的實現(xiàn)方式，本實用新型實施例提供了上述第一方面的第三種可能的實現(xiàn)方式，其中，所述檢測電路還包括模/數(shù)轉(zhuǎn)換器；
[0018]所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器與所述運算放大器的輸出端連接，接收所述運算放大器的輸出端輸出的指紋信號，并將所述指紋信號轉(zhuǎn)換成指紋數(shù)字信號。
[0019]結(jié)合第一方面的第一種可能的實現(xiàn)方式，本實用新型實施例提供了上述第一方面的第四種可能的實現(xiàn)方式，其中，所述檢測電極為所述檢測電路板中的頂層金屬構(gòu)成的金屬電極。
[0020]結(jié)合第一方面的第一種可能的實現(xiàn)方式，本實用新型實施例提供了上述第一方面的第五種可能的實現(xiàn)方式，其中，所述隔離電極為所述檢測電路板中次頂層金屬構(gòu)成的金屬電極，并且所述隔離電極呈U字型，將所述檢測電極包裹。
[0021]結(jié)合第一方面，本實用新型實施例提供了上述第一方面的第六種可能的實現(xiàn)方式，其中，所述預(yù)充電壓源包括外接電壓源或所述檢測電路板內(nèi)部產(chǎn)生的低噪聲電壓源。
[0022]第二方面，本實用新型實施例提供了一種電容式指紋檢測傳感器，包括:多個像素感應(yīng)元件和多個上述第一方面所述的電容式指紋檢測電路，像素感應(yīng)元件與電容式指紋檢測電路——對應(yīng)；
[0023]像素感應(yīng)元件分別與其對應(yīng)的電容式指紋檢測電路連接，傳輸指紋感應(yīng)信號給其對應(yīng)的電容式指紋檢測電路。
[0024]結(jié)合第二方面，本實用新型實施例提供了上述第二方面的第一種可能的實現(xiàn)方式，其中，所述像素感應(yīng)元件包括多個指紋感應(yīng)器、多個互補金屬氧化物CMOS開關(guān)和模擬總線，指紋感應(yīng)器與CMOS開關(guān)——對應(yīng)；
[0025]指紋感應(yīng)器通過與其對應(yīng)的CMOS開關(guān)連接到所述模擬總線上；
[0026]所述模擬總線與所述像素感應(yīng)元件對應(yīng)的電容式指紋檢測電路連接。
[0027]第三方面，本實用新型實施例提供了一種電容式指紋檢測設(shè)備，包括檢測面板、處理器、外殼以及上述第二方面所述的電容式指紋檢測傳感器；
[0028]所述電容式指紋檢測傳感器嵌在所述檢測面板上，所述檢測面板及所述處理器均安裝在所述外殼上；
[0029]所述電容式指紋檢測傳感器與所述處理器連接，傳輸指紋數(shù)字信號給所述處理器。
[0030]本實用新型提供的電容式指紋檢測電路、傳感器及設(shè)備，不需要通過外部電極將激勵信號連接到用戶的手指上，使得上述電容式指紋檢測電路在與其他設(shè)備結(jié)合時整合工藝變得簡單，并且增加了電容式指紋檢測電路的應(yīng)用場景。
[0031]為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下。
【附圖說明】
[0032]為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當理解，以下附圖僅示出了本實用新型的某些實施例，因此不應(yīng)被看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。
[0033]圖1示出了本實用新型實施例1提供的一種電容式指紋檢測電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖2示出了本實用新型實施例1提供的一種電容式指紋檢測電路中的檢測元件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖3示出了本實用新型實施例1提供的一種電容式指紋檢測傳感器的中的積分器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖4示出了本實用新型實施例1提供的一種電容式指紋檢測電路的電路圖；
[0037]圖5示出了本實用新型實施例2提供的一種電容式指紋檢測傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖6示出了本實用新型實施例3提供的一種電容式指紋檢測設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0039]圖4附圖標記說明如下:
[0040]檢測電極131，隔離電極132，第一開關(guān)401、第二開關(guān)402，第三開關(guān)403、第四開關(guān)404、第五開關(guān)143、運算放大器141、積分電容器142，基準電壓源406，電壓緩沖器120以及預(yù)充電壓源110。
【具體實施方式】
[0041]下面將結(jié)合本實用新型實施例中附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本實用新型實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計。因此，以下對在附圖中提供的本實用新型的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本實用新型的范圍，而是僅僅表示本實用新型的選定實施例?；诒緦嵱眯滦偷膶嵤├绢I(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0042]考慮到現(xiàn)有技術(shù)中的電容式指紋檢測裝置需通過外部電極將激勵信號連接到用戶的手指上，外部電極在檢測芯片的外部，這樣使得電容式指紋檢測裝置在與其他設(shè)備結(jié)合使用時整合工藝技術(shù)復(fù)雜，大大限制了電容式檢測裝置的應(yīng)用場景?；诖耍緦嵱眯滦蛯嵤├峁┝艘环N電容式指紋檢測電路、傳感器及設(shè)備。下面通過實施例進行描述。
[0043]實施例1
[0044]本實用新型實施例提供了一種電容式指紋檢測電路。該指紋檢測電路不需要將激勵信號通過外部電極連接到用戶的手指，指紋信號的采集都是在該檢測電路內(nèi)部完成的。
[0045]如圖1所示，本實用新型實施例提供的電容式指紋檢測電路，包括:預(yù)充電壓源110、電壓緩沖器120、檢測元件130、積分器140以及檢測電路板150;
[0046]檢測元件130分別與預(yù)充電壓源110、電壓緩沖器120以及積分器140連接，接收預(yù)充電壓源110及電壓緩沖器120傳輸?shù)碾妷?，并傳輸指紋電荷給積分器140;
[0047]積分器140接收檢測元件130傳輸?shù)闹讣y電荷，根據(jù)該指紋電荷積分產(chǎn)生指紋信號，并輸出該指紋信號；
[0048]預(yù)充電壓源110、電壓緩沖器120、檢測元件130以及積分器40均安裝在檢測電路板150 上。
[0049]其中，上述預(yù)充電壓源110可以為外接電壓源，還可以為檢測電路板150內(nèi)部產(chǎn)生的低噪聲電壓源，而低噪聲電壓源是一種噪聲系數(shù)很低的電壓源，如果上述預(yù)充電壓源110為外接電壓源，則上述預(yù)充電壓源110可以為該電容式指紋檢測電路所在設(shè)備上的電池或者電池組。
[0050]電壓沖緩器120是一個電壓源，可以向外傳輸電壓，在本實用新型實施例中，電壓緩沖器120向檢測元件130傳輸電壓。
[0051 ] 上述檢測電路板150可以為PCB(Printed Circuit Board，印制電路板)板。
[0052]在本實用新型實施例中，人的手指和檢測元件130接觸，會產(chǎn)生一個指紋電容，預(yù)充電壓源110與檢測元件130連接，傳輸電壓給檢測元件130，將預(yù)充電壓源110傳輸給檢測元件130的電壓記為第一電壓，電壓緩沖器120也與檢測元件130連接，并且傳輸電壓給檢測元件130，將電壓緩沖器120傳輸給檢測元件130的電壓記為第二電壓，其中，上述第一電壓可以大于第二電壓，檢測元件30分別接收預(yù)充電壓源110傳輸?shù)牡谝浑妷?，以及接收電壓緩沖器120傳輸?shù)牡诙妷?，檢測元件130將接收到的第一電壓、第二電壓以及指紋電容，生成指紋電荷，并將該指紋電荷傳輸給積分器140，當積分器140接收到檢測元件130傳輸?shù)闹讣y電荷后，對該指紋電荷進行積分運算，產(chǎn)生一個指紋信號，該指紋信號為一個指紋模擬信號，并輸出該指紋信號。
[0053]其中，上述預(yù)充電壓源110、電壓緩沖器120、檢測元件130以及積分器140均安裝在檢測電路板150上，上述預(yù)充電壓源110、電壓緩沖器120、檢測元件130以及積分器140均集成在檢測電路板150上，形成一個完整的指紋檢測電路，該指紋檢測電路可以完成指紋電容的采集、電壓的傳輸以及指紋信號的生成，不需要外接電極將激勵信號連接到用戶的手指上。
[0054]其中，作為一個實施例，如圖2所示，上述檢測元件130包括:
[0055]檢測電極131及隔離電極132。
[0056]隔離電極132分別與預(yù)充電壓源110通過第一開關(guān)連接、與電壓緩沖器120通過第二開關(guān)連接，接收上述預(yù)充電壓源110傳輸?shù)牡谝浑妷阂约敖邮针妷壕彌_器120傳輸?shù)牡诙妷海?br>[0057]檢測電極131分別與隔離電極132通過第三開關(guān)連接、與積分器140通過第四開關(guān)連接。
[0058]在本實用新型實施例中，隔離電極132與預(yù)充電壓源110通過第一開關(guān)連接，當上述第一開關(guān)斷開時，隔離電極132與預(yù)充電壓源110之間是斷開的，隔離電極132無法接收到預(yù)充電壓源110傳輸?shù)牡谝浑妷?，當上述第一開關(guān)閉合后，隔離電極132與預(yù)充電壓源110之間建立連接，這時，隔離電極132可以接收預(yù)充電壓源110傳輸?shù)牡谝浑妷?，隔離電極132還與電壓緩沖器120通過第二開關(guān)連接，當?shù)诙_關(guān)斷開時，隔離電極132與電壓緩沖器120之間是斷開的，這時隔離電極132無法接收到電壓緩沖器120傳輸?shù)牡诙妷?，當上述第二開關(guān)閉合后，隔離電極132與電壓緩沖器120之間建立連接，這時隔離電極132可以接收電壓緩沖器120傳輸?shù)牡诙妷骸?br>[0059]上述檢測電極131和隔離電極132之間通過第三開關(guān)連接，當上述第三開關(guān)斷開時，檢測電極131和隔離電極132之間是斷開的，這時隔離電極132接收的預(yù)充電壓源110傳輸?shù)牡谝浑妷?，以及接收的電壓緩沖器120傳輸?shù)牡诙妷菏菬o法傳輸給檢測電極131的，當上述第三開關(guān)閉合后，檢測電極131和隔離電極132之間建立連接，這時隔離電極132可以將接收到的電壓傳輸給檢測電極131，該電壓為第一電壓或者第二電壓。上述檢測電極131還與積分器140通過第四開關(guān)連接，當上述第四開關(guān)斷開時，上述檢測電極131和積分器140之間是斷開的，積分器140是無法接收到檢測電極131傳輸?shù)闹讣y電荷的，當上述第四開關(guān)閉合后，檢測電極131和積分器140之間建立連接，這時檢測電極131可以將產(chǎn)生的指紋電荷傳輸給積分器140。
[0060]在上述實施例中，人的手指和檢測電極131接觸，人的手指和檢測電極131之間會產(chǎn)生一個被測電容，也就是指紋電容，該指紋電容和檢測電極131上的電壓形成指紋電荷，并將該指紋電荷傳輸給積分器140。
[0061]其中，作為一個實施例，上述檢測電極131為上述檢測電路板150中的頂層金屬構(gòu)成的金屬電極;上述隔離電極132為上述檢測電路板150中次頂層金屬構(gòu)成的金屬電極，并且隔離電極132呈U字型，將所述檢測電極131包裹。
[0062]在本實用新型實施例中，檢測電極131及隔離電極132均是檢測電路板150上的金屬構(gòu)成的，其中，檢測電極131是檢測電路板150上的頂層金屬構(gòu)成的金屬電極，而隔離電極132是檢測電路板150上的次頂層，也就是第二層金屬構(gòu)成的金屬電極，并且，隔離電極132為U字型，檢測電極131為一字型，檢測電極131在隔離電極132的U字型的頂部，這樣，隔離電極132將檢測電極131包裹住，使得檢測電極131與外界隔離。
[0063]其中，作為一個實施例，如圖3所不，積分器140包括:
[0064]運算放大器141、積分電容器142以及第五開關(guān)143。
[0065]運算放大器141的反相輸入端分別與積分電容器142的一端、第五開關(guān)143的一端連接，以及通過第四開關(guān)與檢測電極131連接；
[0066]運算放大器141的輸出端分別與積分電容器142的另一端及第五開關(guān)143的另一端連接；
[0067]運算放大器141的同相輸入端與基準電壓源連接，接收基準電壓源傳輸?shù)幕鶞孰妷骸?br>[0068]其中，上述運算放大器141包括兩個輸入端，一個輸出端，兩個輸入端分別為同相輸入端和反相輸入端。
[0069]在本實用新型實施例中，運算放大器141的反相輸入端通過第四開關(guān)和檢測電極131連接，當?shù)谒拈_關(guān)斷開時，運算放大器141和檢測電極131之間是沒有連接的，這時運算放大器141是無法接收到檢測電極131傳輸?shù)闹讣y電荷的，當上述第四開關(guān)閉合后，運算放大器141和檢測電極131之間建立連接，這時，檢測電極131能夠?qū)⑸傻闹讣y電荷傳輸給運算放大器141。運算放大器141的反相輸入端還和積分電容器142的一端以及第五開關(guān)143的一端連接，而運算放大器141的輸出端分別與積分電容器142的另一端以及第五開關(guān)143的另一端連接，當運算放大器141接收到檢測電極131傳輸?shù)闹讣y電荷后，會對該指紋電荷進行積分，生成指紋信號，并由運算放大器141的輸出端將該指紋信號輸出。
[0070]運算放大器141的同相輸入端和基準電壓源連接，接收基準電壓源傳輸?shù)幕鶞孰妷骸?br>[0071 ]其中，當上述第五開關(guān)143斷開時，積分電容器142會進行電荷的積累，當上述第五開關(guān)143閉合后，積分電容器142上的電荷就會清零，并且，運算放大器141的反相輸入端以及輸出端的電壓也會初始化為上述基準電壓。
[0072]為了能夠?qū)⑸鲜龇e分器140輸出的指紋信號轉(zhuǎn)換成指紋數(shù)字信號，上述電容式指紋檢測電路還包括模/數(shù)轉(zhuǎn)換器；
[0073]模/數(shù)轉(zhuǎn)換器與運算放大器141的輸出端連接，接收運算放大器141的輸出端輸出的指紋信號，并將該指紋信號轉(zhuǎn)換成指紋數(shù)字信號。
[0074]在本實用新型實施例中，運算放大器141的反相輸入端和檢測電極131連接，接收檢測電極131傳輸?shù)闹讣y電荷，并對該指紋電荷進行積分，生成指紋信號，該指紋信號為指紋模擬信號，運算放大器141的輸出端和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器連接，將生成的指紋信號傳輸給模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，當模/數(shù)轉(zhuǎn)換器接收到運算放大器141傳輸?shù)闹讣y信號后，將該指紋信號轉(zhuǎn)換成指紋數(shù)字信號，并將該指紋數(shù)字信號輸出。
[0075]為了更詳細的介紹本實用新型實施例提供的電容式指紋檢測電路中各個元器件之間的連接關(guān)系，下面將結(jié)合本實用新型實施例提供的電容式指紋檢測電路的電路圖對該檢測電路以及使用該檢測電路進行指紋檢測的方法進行介紹，本實用新型實施例提供的電容式指紋檢測電路的電路圖如圖4所示。
[0076]在本實用新型實施例中，隔離電極132通過第一開關(guān)401和預(yù)充電壓源110連接，通過第二開關(guān)402和電壓緩沖器120連接，檢測電極131和隔離電極132通過第三開關(guān)403連接，手指和檢測電極131接觸，產(chǎn)生檢測電容，即指紋電容，運算放大器141的反相輸入端通過第四開關(guān)404和檢測電極131連接，運算放大器141的反相輸入端還分別與積分電容器142的一端以及第五開關(guān)143的一端連接，運算放大器141的輸出端分別與積分電容器142的另一端以及第五開關(guān)143的另一端連接，運算放大器141的同相輸入端和基準電壓源406連接，接收基準電壓源406傳輸?shù)幕鶞孰妷骸?br>[0077]采用上述電容式指紋檢測電路進行指紋檢測包括如下步驟:
[0078]閉合第五開關(guān)143，將積分電容器142上積累的電荷清零，同時由于運算放大器141的同相輸入端和基準電壓源406連接，接收基準電壓源406傳輸?shù)幕鶞孰妷篤3，此時，運算放大器141的反相輸出端以及輸出端的電壓也初始化為基準電壓V3，這就是指紋檢測中的復(fù)位階段，復(fù)位階段完成后，則進入信號采集階段。
[0079]其中，信號采集階段包括如下三個步驟:
[0080]預(yù)充、信號補償以及信號積分。
[0081 ]閉合第三開關(guān)403以及第一開關(guān)401，這樣檢測電極131和隔離電極132之間建立連接，隔離電極132和預(yù)充電壓源110之間建立連接，即隔離電極132接收預(yù)充電壓源110傳輸?shù)牡谝浑妷篤1，并將該第一電壓化傳輸給檢測電極131，這時，檢測電極131以及隔離電極132上的電壓均被預(yù)充到第一電壓Vu
[0082]為了方便描述，假設(shè)人體接地，這樣人體的電壓為0，由于檢測電極131上的電壓為V1，人的手指和檢測電極131之間存在電壓差，因此，當人的手指和上述檢測電極131接觸時，會產(chǎn)生被測電容Cf，即指紋電容Cf，而此時檢測電極131和隔離電極132上的電壓相等，因此檢測電極131和隔離電極132之間形成的寄生電容Cbot為零，這時，檢測電極131上存儲的電荷總量為:Qo=V1.Cf，該存儲電荷就是指紋電荷，這就是預(yù)充過程。
[0083]預(yù)充完成之后，則閉合第二開關(guān)402，這時，隔離電極132和電壓緩沖器120之間建立連接，隔離電極132接收電壓緩沖器120傳輸?shù)牡诙妷篤2，此時，隔離電極132上的電壓WV1下降到V2，其中，第一電壓V1大于第二電壓V2，并且，原來存儲在檢測電極131上的指紋電荷Qo在檢測電極131和隔離電極132上重新分布，但是指紋電荷的總量保持不變，該過程則為信號補償過程，在信號補償結(jié)束后，隔離電極132上的電壓為第二電壓V2。
[0084]信號補償過程完成之后，則閉合第四開關(guān)404，這時，檢測電極131和運算放大器141的反相輸入端之間建立連接，檢測電極131上的指紋電荷會傳輸給運算放大器141，由運算放大器141將接收到的指紋電荷轉(zhuǎn)移到積分電容器142上，并且，在該階段，檢測電極131還接收運算放大器141反相輸入端傳輸?shù)幕鶞孰妷篤3，因此，檢測電極131上的電壓為基準電壓V3，而隔離電極132上的電壓為V2，這時，檢測電極131和隔離電極132之間存在電壓差，因此，檢測電極131和隔離電極132之間的寄生電容Cbcit不為零，這時，檢測電極131上存儲的凈電荷為:Qi = V3.Cf+(V3-V2).Cbcit,其中，Cbcit為檢測電極131與隔離電極132之間產(chǎn)生的寄生電容，因此，通過預(yù)充過程中檢測電極131上積累的電荷Qo以及該過程檢測電極131上存儲的電荷Qi可以計算出轉(zhuǎn)移到積分電容器142上的電荷量AQ = Qq-Q1，即AQ=(V1-V3).Cf-(V3-V2).Cbcit,其中，AQ為轉(zhuǎn)移到積分電容器142上的電荷量，該過程則為信號積分過程，此時，則完成了一次完整的信號采集。
[0085]其中，在上述ΔQ的計算公式中，基準電壓V3和電壓緩沖器120產(chǎn)生的第二電壓％不相等，可以是基準電壓V3大于第二電壓V2，也可以是基準電壓V3小于第二電壓V2,這樣基準電壓V3和第二電壓V2之間會有一個電壓差，因此可以對被測電荷信號產(chǎn)生一個(V3-V2).Cbclt的電荷信號補償，該電荷信號補償可以是正電荷信號補償，也可以是負電荷信號補償，這樣可以對指紋的指紋谷和指紋脊之間存在的基底信號進行補償，只選擇對指紋谷與指紋脊之間的差值信號進行積分采樣，從而可以獲得一個很寬的指紋谷/脊信號采樣動態(tài)范圍。
[0086]為了將一個小信號轉(zhuǎn)化為一個易于測量的大信號，可以重復(fù)N次上次信號采集過程，其中4是一個大于零的正整數(shù)，如果重復(fù)N次上述信號采集過程，則轉(zhuǎn)移到積分電容器142上的總的電荷量為N.AQ，該總的電荷量就是運算放大器141得到的信號量，該信號量經(jīng)過運算放大器141進行積分處理后，在運算放大器141的輸出端得到一個N.(AQztintWa電壓擺幅，其中，Cint是積分電容器142產(chǎn)生的積分電容，從上述公式中可以看出，通過調(diào)節(jié)重復(fù)信號采集的次數(shù)N值的大小以及積分電容器142產(chǎn)生的積分電容Cint的大小，可以將一個小信號轉(zhuǎn)化為一個易于測量的大信號，這樣既可以降低對模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的精度要求，還可以改善得到的指紋信號的信噪比。
[0087]信號采集階段完完成之后，則進入測量階段，運算放大器141的輸出端通過積分產(chǎn)生一個N.(AQ/Cint)的電壓擺幅，也就是指紋信號，但是該指紋信號為指紋模擬信號，因此，運算放大器141的輸出端將該指紋信號傳輸給模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，當模/數(shù)轉(zhuǎn)換器接收到運算放大器141的輸出端傳輸?shù)闹讣y信號后，則將該指紋信號轉(zhuǎn)換成指紋數(shù)字信號，并輸出該指紋數(shù)字信號。
[0088]上述實施例，是對本實用新型實施例提供的電容式指紋檢測電路的電路圖以及使用方法進行舉例說明，也可以在每完成一次信號采集及測量后，就會上述電路進行復(fù)位，這樣下次進行指紋檢測時，直接從信號采集階段開始，當然本實用新型并不限定上述電容式指紋檢測電路的具體使用方法步驟。
[0089]本使用新型實施例中的第一開關(guān)401、第二開關(guān)402、第三開關(guān)403、第四開關(guān)404以及第五開關(guān)143可以為電磁繼電器。
[0090]本實用新型提供的電容式指紋檢測電路，不需要通過外部電極將激勵信號連接到用戶的手指上，使得上述電容式指紋檢測電路在與其他設(shè)備結(jié)合時整合工藝變得簡單，并且增加了電容式指紋檢測電路的應(yīng)用場景。
[0091]實施例2
[0092]本實用新型實施例提供了一種電容式指紋檢測傳感器。
[0093]如圖5所示，本實用新型實施例提供的電容式指紋檢測傳感器包括:
[0094]多個像素感應(yīng)元件510以及上述實施例1提供的電容式指紋檢測電路520;
[0095]像素感應(yīng)元件510與電容式指紋檢測電路520—一對應(yīng)；
[0096]像素感應(yīng)元件510分別與其對應(yīng)的電容式指紋檢測電路520連接，傳輸指紋感應(yīng)信號給其對應(yīng)的電容式指紋檢測電路520。
[0097]其中，上述像素感應(yīng)元件510是一種能夠感受到人的手指的指紋信號的元件。
[0098]在本實用新型實施例中，當進行指紋檢測時，人的手指與上述像素感應(yīng)元件510接觸，在每次進行指紋檢測時，人的手指可能會與上述多個像素感應(yīng)元件510中的一個或者幾個像素感應(yīng)元件510接觸，而像素感應(yīng)元件510會感應(yīng)到人的手指上的指紋，并生成一個指紋感應(yīng)信號，并將該指紋感應(yīng)信號傳輸給與其對應(yīng)的電容式指紋檢測電路520，當電容式在指紋檢測電路520接收到上述像素感應(yīng)元件510傳輸?shù)闹讣y感應(yīng)信號后，會在電容式指紋檢測電路520中的檢測電極131上生成指紋電容，在該指紋電容會進行電荷的積累，生成指紋電荷，通過積分器140對該指紋電荷進行積分處理，得到指紋信號，并由模/數(shù)轉(zhuǎn)換器將該指紋信號轉(zhuǎn)換成指紋數(shù)字信號后輸出。
[0099]其中，作為一個實施例，上述多個像素感應(yīng)元件中的每個像素感應(yīng)元件510包括:
[0100]多個指紋感應(yīng)器、多個CMOS(ComplementaryMetal Oxide Semiconductor，互補金屬氧化物半導(dǎo)體)開關(guān)和模擬總線，指紋感應(yīng)器與CMOS開關(guān)一一對應(yīng)；
[0101 ] 指紋感應(yīng)器通過與其對應(yīng)的CMOS開關(guān)連接到上述模擬總線上；
[0102]上述模擬總線與上述像素感應(yīng)元件510對應(yīng)的電容式指紋檢測電路520連接。
[0103]其中，上述多個指紋感應(yīng)器中的每個指紋感應(yīng)器上均設(shè)置有一個CMOS開關(guān)，上述每個像素感應(yīng)元件510中可以包含一列指紋感應(yīng)器，這樣，當上述電容式在指紋檢測傳感器中的多個像素感應(yīng)元件510排列成行時，該電容式指紋檢測傳感器中的指紋感應(yīng)器則為二維陣列排布，本實用新型實施例中，每個像素感應(yīng)元件510中的一列指紋感應(yīng)器中的每個指紋感應(yīng)器都通過CMOS開關(guān)連接到同一根模擬總線上，該CMOS開關(guān)用于控制上述指紋感應(yīng)器與CMOS開關(guān)之間的連接與斷開。
[0104]在本實用新型實施例中，指紋感應(yīng)器感應(yīng)人的手指的指紋信號，產(chǎn)生一個指紋感應(yīng)信號，并通過上述模擬總線將該指紋感應(yīng)信號傳輸給電容式指紋檢測電路520，當電容式在指紋檢測電路520接收到上述模擬總線傳輸?shù)闹讣y感應(yīng)信號后，會在電容式指紋檢測電路520中的檢測電極131上生成指紋電容，在該指紋電容會進行電荷的積累，會生成一個指紋電荷，通過積分器140對該指紋電荷進行積分處理，得到指紋信號，并由模/數(shù)轉(zhuǎn)換器將該指紋信號轉(zhuǎn)換成指紋數(shù)字信號后輸出。
[0105]本實用新型提供的電容式指紋檢測傳感器，不需要通過外部電極將激勵信號連接到用戶的手指上，使得上述電容式指紋檢測電路在與其他設(shè)備結(jié)合時整合工藝變得簡單，并且增加了電容式指紋檢測電路的應(yīng)用場景。
[0106]實施例3
[0107]本實用新型實施例提供了一種電容式指紋檢測設(shè)備。
[0108]如圖6所示，本實用新型實施例提供的電容式指紋檢測設(shè)備包括:
[0109]檢測面板610、處理器620、外殼630以及上述實施例2提供的電容式指紋檢測傳感器640;
[0110]電容式指紋檢測傳感器640嵌在上述檢測面板610上，該檢測面板610及處理器620均安裝在上述外殼630上；
[0111]電容式指紋檢測傳感器640與上述處理器620連接，傳輸指紋數(shù)字信號給上述處理器620。
[0112]在本實用新型實施例中，當進行指紋檢測時，人的手指和上述電容式指紋檢測傳感器640接觸，該電容式指紋檢測傳感器640會采集人的手指的指紋信號，產(chǎn)生指紋感應(yīng)信號，對該指紋感應(yīng)信號進行處理，最終得到一個指紋數(shù)字信號，并將該指紋數(shù)字信號傳輸給處理器620，當處理器620接收到電容式指紋檢測傳感器640傳輸?shù)闹讣y數(shù)字信號后，會與該處理器620中存儲的標識人的身份的指紋數(shù)字信號進行比對，進行身份驗證，如果處理器620接收到的指紋數(shù)字信號與其存儲的指紋信號一致，則說明身份驗證成功，如果處理器620接收到的指紋數(shù)字信號與處理器620中存儲的指紋信號不一致，則說明身份驗證不成功。
[0113]本實用新型提供的電容式指紋檢測設(shè)備，不需要通過外部電極將激勵信號連接到用戶的手指上，使得電容式指紋檢測電路在與其他設(shè)備結(jié)合時整合工藝變得簡單，并且增加了電容式指紋檢測電路的應(yīng)用場景。
[0114]以上所述，僅為本實用新型的【具體實施方式】，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護范圍為準。
【主權(quán)項】
1.一種電容式指紋檢測電路，其特征在于，包括:預(yù)充電壓源、電壓緩沖器、檢測元件、積分器以及檢測電路板； 所述檢測元件分別與所述預(yù)充電壓源、所述電壓緩沖器以及所述積分器連接，接收所述預(yù)充電壓源及所述電壓緩沖器傳輸?shù)碾妷?，并傳輸指紋電荷給所述積分器； 所述積分器接收所述檢測元件傳輸?shù)闹讣y電荷，根據(jù)所述指紋電荷積分產(chǎn)生指紋信號，并輸出所述指紋信號； 所述預(yù)充電壓源、所述電壓緩沖器、所述檢測元件及所述積分器均安裝在所述檢測電路板上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容式指紋檢測電路，其特征在于，所述檢測元件包括:檢測電極及隔離電極；所述隔離電極分別與所述預(yù)充電壓源通過第一開關(guān)連接、與所述電壓緩沖器通過第二開關(guān)連接，接收所述預(yù)充電壓源傳輸?shù)牡谝浑妷杭敖邮账鲭妷壕彌_器傳輸?shù)牡诙妷?；所述檢測電極分別與所述隔離電極通過第三開關(guān)連接、與所述積分器通過第四開關(guān)連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電容式指紋檢測電路，其特征在于，所述積分器包括運算放大器、積分電容器及第五開關(guān)； 所述運算放大器的反相輸入端分別與所述積分電容器的一端、所述第五開關(guān)的一端連接，以及通過所述第四開關(guān)與所述檢測電極連接； 所述運算放大器的輸出端分別與所述積分電容器的另一端及所述第五開關(guān)的另一端連接； 所述運算放大器的同相輸入端與基準電壓源連接，接收所述基準電壓源傳輸?shù)幕鶞孰妷骸?.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電容式指紋檢測電路，其特征在于，所述檢測電路還包括模/數(shù)轉(zhuǎn)換器； 所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器與所述運算放大器的輸出端連接，接收所述運算放大器的輸出端輸出的指紋信號，并將所述指紋信號轉(zhuǎn)換成指紋數(shù)字信號。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電容式指紋檢測電路，其特征在于，所述檢測電極為所述檢測電路板中的頂層金屬構(gòu)成的金屬電極。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電容式指紋檢測電路，其特征在于，所述隔離電極為所述檢測電路板中次頂層金屬構(gòu)成的金屬電極，并且所述隔離電極呈U字型，將所述檢測電極包裹。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容式指紋檢測電路，其特征在于，所述預(yù)充電壓源包括外接電壓源或所述檢測電路板內(nèi)部產(chǎn)生的低噪聲電壓源。8.—種電容式指紋檢測傳感器，其特征在于，包括多個像素感應(yīng)元件和多個如權(quán)利要求I?7任一項所述的電容式指紋檢測電路，像素感應(yīng)元件與電容式指紋檢測電路--對應(yīng)； 像素感應(yīng)元件分別與其對應(yīng)的電容式指紋檢測電路連接，傳輸指紋感應(yīng)信號給其對應(yīng)的電容式指紋檢測電路。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電容式指紋檢測傳感器，其特征在于，所述像素感應(yīng)元件包括多個指紋感應(yīng)器、多個互補金屬氧化物CMOS開關(guān)和模擬總線，指紋感應(yīng)器與CMOS開關(guān)一一對應(yīng)； 指紋感應(yīng)器通過與其對應(yīng)的CMOS開關(guān)連接到所述模擬總線上； 所述模擬總線與所述像素感應(yīng)元件對應(yīng)的電容式指紋檢測電路連接。10.—種電容式指紋檢測設(shè)備，其特征在于，包括檢測面板、處理器、外殼以及權(quán)利要求8或9所述的電容式指紋檢測傳感器； 所述電容式指紋檢測傳感器嵌在所述檢測面板上，所述檢測面板及所述處理器均安裝在所述外殼上； 所述電容式指紋檢測傳感器與所述處理器連接，傳輸指紋數(shù)字信號給所述處理器。
【文檔編號】G06K9/00GK205540784SQ201620075519
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月26日
【發(fā)明人】楊國慶, 劉華
【申請人】湖南融創(chuàng)微電子有限公司