一種射頻式微電容指紋采集芯片及采集方法
【專利摘要】一種射頻式微電容指紋采集芯片以及采集方法，該芯片包括多個參考感測單元、多個感測單元形成的二維感測單元陣列、絕緣層、作為手指的接觸面的絕緣基板、射頻信號產(chǎn)生電路、射頻驅(qū)動電極、用于提供打開或關(guān)斷感測單元所需的電源偏置的開關(guān)信號、以及提供感測單元所需的充放電時序信號的感測單元陣列控制器、模數(shù)轉(zhuǎn)換陣列、控制模數(shù)轉(zhuǎn)換陣列增益的數(shù)模轉(zhuǎn)換器、感測單元偏差校正電路、指紋圖像緩存器、指紋圖像輸出控制器和圖像信號處理器。通過改進感測單元的結(jié)構(gòu)和增加感測單元偏差校正電路使得本發(fā)明所提供的射頻式微電容指紋采集芯片能夠解決指紋殘留、其他射頻輻射干擾、假手指和探測深度問題，且該芯片能夠?qū)⑵淝度氲诫娙萦|摸屏中。
【專利說明】一種射頻式微電容指紋采集芯片及采集方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及集成電路設(shè)計領(lǐng)域，尤其涉及一種射頻式微電容指紋采集芯片及其采集方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人們對信息安全的要求越來越高，活體生物特征認證和身份識別越來越多地運用到人們的日常生活中。指紋認證作為在生物特征認證中具有很高的可靠性和性價比，已經(jīng)成為了當(dāng)前生物認證的主流。與此同時，指紋采集技術(shù)也高速發(fā)展，一個更低成本、更快速度、小體積、低功耗、高動態(tài)范圍及高探測深度的指紋傳感器將會占領(lǐng)巨大的市場，因此，具有上述優(yōu)點的指紋傳感器成為當(dāng)前研究的重點，其中，電容式指紋傳感器成為當(dāng)前的主流產(chǎn)品之一。
[0003]隨著指紋傳感技術(shù)的逐漸成熟，蘋果公司推出的先進指紋傳感技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到移動手機及其它電子產(chǎn)品中，甚至中國第三代身份證需也采用指紋傳感技術(shù)進行指紋信息的登記。不難預(yù)測，指紋識別技術(shù)會很快且廣泛的應(yīng)用到我們?nèi)粘Ｉ钪衼?，特別是應(yīng)用到移動設(shè)備中。
[0004]與此同時，高需求必然對指紋傳感器的性能的要求會變得越來越高。一個好的指紋識別系統(tǒng)，不僅可以從算法上解決指紋傳感器中存在的不足，更應(yīng)該從根本上解決傳感器的采集質(zhì)量問題。也就是說，應(yīng)用到移動設(shè)備上的指紋傳感器，其必須有非常高的探測深度來滿足應(yīng)用要求，最好是能夠?qū)⒅讣y傳感器置于觸控面板之下或集成到觸控面板內(nèi)而不影響其性能和移動設(shè)備的外觀。
[0005]現(xiàn)有的國內(nèi)指紋傳感器都是純電容式的指紋傳感器，其指紋殘留和其它污潰殘留相對于射頻式指紋傳感器來說影響非常大，而且其探測深度不超過20um厚的絕緣介質(zhì)。如中國專利號ZL021059608和申請?zhí)枮?01220476953均提供了一種電容式指紋讀取方式，由于手指的直接接觸面到感測陣列的感測電極之間的絕緣層是由厚度僅有幾um的無機化合物構(gòu)成，從而導(dǎo)致其疏水性、抗殘留性、抗壓性和抗靜電特性極差。
[0006]本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚，要達到20KV以上的靜電保護則要求傳感器感測電極之上的絕緣介質(zhì)的厚度大于20um?，F(xiàn)有的國外指紋傳感器僅AUTHENTEC，F(xiàn)PC和VALIDITY三個公司實現(xiàn)了射頻式指紋采集，AUTHENTEC和FPC兩個公司的射頻式采集原理基本同源，如美國專利US6512381，實現(xiàn)射頻式指紋采集，能很好的抗指紋殘留和其他污潰殘留，其探測深度也僅幾十um，由于一個射頻脈沖對應(yīng)檢測一個或多個指紋像素，在某些射頻輻射較強的應(yīng)用場合其抗干擾能力較差。
[0007]當(dāng)這個射頻脈沖受到干擾時，該一個像素或多個像素將受到干擾。VALIDITY公司的傳感器其使用的是液晶顯示模塊的典型結(jié)構(gòu)(Chip-on-flex,簡稱C0F)原理,該傳感器的工作原理本身就限制了傳感器只能是滑動形式的，而滑動式的指紋傳感器在用戶體驗效果上表現(xiàn)得非常差，以至于該類傳感器不能廣泛的使用。
[0008]例如，請參閱圖1，圖1是現(xiàn)有技術(shù)的指紋傳感器的感測單元結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，現(xiàn)有感測單元I包含:由手指10跟感測電極形成的感測電容11、由感測電極與放大器的輸出電極形成的邊緣電容12、放大器13和復(fù)位開關(guān)電路14 ;該感測單元I通過檢測由射頻信號15發(fā)出的經(jīng)手指反射的射頻信號大小，該信號經(jīng)電容積分放大電路放大后由后續(xù)的電路進一步處理，根據(jù)感測電容11值的不同檢測到不同強度的射頻信號，從而實現(xiàn)指紋采集。該方法對于手指10與感測電極之間的介質(zhì)比較厚時(大于200u)，需要對感測單元I進行校正，且校正難度較大，而且，該方法的一個射頻脈沖信號對應(yīng)一個或多個像素，這樣的射頻信號在受到輻射干擾時局部感測單元將受到嚴(yán)重的干擾。
[0009]因此，現(xiàn)有的指紋傳感器，不管是電容式的或射頻式的指紋傳感器都是檢測手指谷線、脊線與傳感器感測電極形成的谷脊電容差，對于現(xiàn)有國內(nèi)的指紋傳感器，能夠檢測的谷脊電容差在幾個fF的數(shù)量級別，對于現(xiàn)有國外的指紋傳感器能夠檢測的谷脊電容差在
0.1fF的數(shù)量級別，現(xiàn)有的國內(nèi)外指紋傳感器還不能滿足移動設(shè)備的特殊要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種射頻式微電容指紋采集芯片及其采集方法，即不影響移動設(shè)備外觀的情況下將傳感器置于觸控玻璃面板下仍然能夠感測出清晰的指紋圖像。本發(fā)明通過改進感測單元的結(jié)構(gòu)和增加感測單元偏差校正電路實現(xiàn)能夠檢測到的谷脊電容差在0.005fF以下，通過改進后的指紋傳感器可以將其置于0.5mm厚的觸控面板下仍然能夠感測到清晰的指紋圖像。
[0011]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0012]一種射頻式微電容指紋采集芯片，包括L個參考感測單元、M*N個感測單元形成的二維感測單元陣列、用以產(chǎn)生射頻信號的射頻信號產(chǎn)生電路、射頻驅(qū)動電極、感測單元陣列控制器、模數(shù)轉(zhuǎn)換陣列、感測單元偏差校正電路、指紋圖像緩存器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、指紋圖像輸出控制器以及圖像信號處理器；射頻驅(qū)動電極將所述射頻信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生的射頻信號發(fā)射到接觸到指紋傳感器的手指；感測單元陣列控制器用于提供打開或關(guān)斷感測單元所需的電源偏置的開關(guān)信號和提供感測單元所需的充放電時序信號；模數(shù)轉(zhuǎn)換陣列由N個模數(shù)轉(zhuǎn)換器并排構(gòu)成，其將所述感測單元陣列檢測到的感測電容轉(zhuǎn)換成指紋圖像灰度值；感測單元偏差校正電路，以L個參考感測單元采集到的數(shù)據(jù)作為基準(zhǔn)來校正各感測單元之間的偏差；指紋圖像緩存器，其用于存儲當(dāng)前轉(zhuǎn)換的所述指紋圖像數(shù)據(jù)和感測單元偏差校正數(shù)據(jù)；數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其控制所述模數(shù)轉(zhuǎn)換陣列的增益；指紋圖像輸出控制器，用以傳輸指紋圖像數(shù)據(jù)；圖像信號處理器，其接收所述指紋圖像輸出控制器發(fā)送的指紋圖像數(shù)據(jù)，根據(jù)所述指紋圖像數(shù)據(jù)判斷其真?zhèn)涡院驼Ｅc否并做出相應(yīng)的處理，其中，N，M為2到300的整數(shù)，L為小于N*M的整數(shù)，直接覆蓋于采集芯片電路之上的絕緣層作為所述感測單元中感測電容的介質(zhì)層。
[0013]優(yōu)選地，所述每一個感測單元包含由集成電路工藝的頂層金屬所形成的單個感測電極、感測電容介質(zhì)層、參考電容和有源放大器等；感測電容介質(zhì)層，其由直接覆蓋于頂層金屬之上的厚度為0.1um?150um的絕緣層構(gòu)成，所述單個感測電極與手指及感測電容介質(zhì)層形成單個感測電容；有源放大器，其被連接成單位增益緩沖器，其輸入通過開關(guān)連接感測電極，其輸出通過開關(guān)連接屏蔽電極；由集成電路工藝頂層金屬之外的金屬層所形成的單個屏蔽電極，所述單個屏蔽電極與單個感測電極形成單個屏蔽電容，所述單個屏蔽電極將單個感測電極與其它電極隔離，使得與單個感測電極形成的寄生電容為零；由集成電路工藝任一金屬層所形成的單個校正電極，所述單個校正電極與單個感測電極形成單個校正電容；由集成電路工藝任一金屬層形成的單個增強電極，所述單個增強電極與單個感測電極形成單個增強電容，增強電容用于增強采集效果；以及多個開關(guān)電路，其控制參考電容、感測電容、增強電容和校正電容進行充放電和電荷均衡。
[0014]優(yōu)選地，所述感測單元偏差校正電路還包含加減法計數(shù)器陣列、乘法器陣、感測單元偏差統(tǒng)計電路和感測單元偏差校正因子計算電路，其中，所述加減法計數(shù)器陣列計算所述感測單元與參考感測單元的偏差；所述感測單元偏差統(tǒng)計電路統(tǒng)計所述偏差絕對值的平均值；所述感測單元偏差校正因子計算電路將所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入與上位機輸入的數(shù)值及所述偏差絕對值的平均值進行映射計算得到校正因子；所述乘法器陣列將所述偏差與所述校正因子相乘，其輸出結(jié)果作為所述感測單元偏差的校正數(shù)據(jù)。所述映射計算的方法為:所述校正因子由上位機直接得到，所述校正因子直接等于上位機計算得到的校正因子；上位機計算校正因子的方法如下:
[0015]K1=B*N1*E1/H1 ；
[0016]其中，Kl為上位機計算得到的校正因子；
[0017]B為一固定系數(shù)；
[0018]NI為上位機通過指令讀取的所述芯片的數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸入的數(shù)值；
[0019]El為上位機通過指令讀取所述感測單元與參考感測單元的偏差絕對值的平均值；
[0020]Hl為通過測試大量所述芯片獲得的實際感測單元偏差的統(tǒng)計平均值；
[0021]或所述校正因子由所述芯片內(nèi)部得到，校正因子的計算方法如下:
[0022]K2=B*N2*E2/H2;
[0023]其中，K2為所述芯片計算得到的校正因子；
[0024]B為一固定系數(shù)；
[0025]N2為所述芯片的數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸入的數(shù)值；
[0026]E2所述感測單元偏差校正電路計算得到的感測單元與參考感測單元的偏差絕對值的平均值；
[0027]Hl為由上位機輸入的通過測試大量所述芯片獲得的實際感測單元偏差的統(tǒng)計平均值；
[0028]本發(fā)明另一目的是提供一種采用上述射頻式微電容指紋采集芯片的指紋采集方法，所述指紋采集方法基于所述射頻信號產(chǎn)生電路、所述射頻驅(qū)動電極和具有電荷泵電路結(jié)構(gòu)的感測單元通過電荷泵原理實現(xiàn)指紋信息到電信號的轉(zhuǎn)換，具體包括如下步驟:
[0029]步驟S1:當(dāng)手指放在二維感測單元陣列之上時，所述感測單元陣列控制器選擇所述二維感測單元陣列中的一行感測單元作為當(dāng)前采集指紋的有效行感測單元；
[0030]步驟S2:所述感測單元陣列控制器對當(dāng)前有效行感測單元進行初始化；
[0031]步驟S3:所述感測單元陣列控制器對當(dāng)前有效行感測單元進行指紋采集；
[0032]步驟S4:所述感測單元陣列控制器對當(dāng)前有效行感測單元采集到的指紋信息進行校正；將當(dāng)前有效行感測單元校正后的指紋信息取走；
[0033]步驟S5:所述感測單元陣列控制器選擇下一行感測單元作為當(dāng)前采集指紋的有效行感測單元，順序完成初始化、指紋采集、指紋信息校正和讀取指紋信息四個過程，直到所述感測單元陣列控制器選擇最后一行感測單元作為當(dāng)前采集指紋的有效行感測單元，順序完成初始化、指紋采集、指紋信息校正和讀取指紋信息四個過程。
[0034]優(yōu)選地,所述步驟S2具體包括:
[0035]步驟S21:所述感測單元陣列控制器輸出第一脈沖信號到當(dāng)前有效行感測單元，所述脈沖信號在脈沖寬度期間對當(dāng)前有效行感測單元的參考電容充電，使該參考電容兩端積累值為C1*V1的電荷量，所述Cl為參考電容的電容值，所述Vl為給參考電容充電的電壓值；
[0036]步驟S22:所述感測單元陣列控制器輸出第二脈沖信號到當(dāng)前有效行感測單元，所述脈沖信號與所述射頻信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生的射頻信號使當(dāng)前有效行感測單元的校正電容放電，使其兩端的電荷量趨零；所述脈沖信號使當(dāng)前有效行感測單元的增強電容充電，使其兩端積累值為C2*V2的電荷量，所述C2為增強電容的電容值，所述V2為給增強電容充電的電壓值；所述脈沖信號使屏蔽電容兩端的電位都為V2 ；
[0037]步驟S23:所述射頻信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生的射頻信號先使所述增強電容的部分電荷轉(zhuǎn)移到所述校正電容上和使當(dāng)前有效行感測單元的單位增益緩沖器的輸出連接到當(dāng)前有效行感測單元的屏蔽電極，所述感測單元陣列控制器輸出第三脈沖信號到當(dāng)前有效行感測單元，所述第三脈沖信號再使所述參考電容、增強電容和校正電容進行電荷均衡；
[0038]步驟S24:所述感測單元陣列控制器輸出固定循環(huán)次數(shù)的第二脈沖信號和第三脈沖信號到當(dāng)前有效行感測單元，所述射頻信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生相同固定循環(huán)次數(shù)的射頻信號，所述固定循環(huán)次數(shù)的第二脈沖信號和第三脈沖信號與所述射頻信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生的相同固定循環(huán)次數(shù)的射頻信號，使所述有效行感測單元的參考電容兩端的電壓差逐次減小，循環(huán)結(jié)束后所述參考電容兩端的電壓差被鎖定，其中，初始化過程中的固定循環(huán)次數(shù)可設(shè)置為2的N次方，N為2到8的整數(shù)；同時所述模數(shù)轉(zhuǎn)換陣列將所述電壓差信號轉(zhuǎn)換成當(dāng)前有效行感測單元的初始化值；
[0039]步驟S25:將所述當(dāng)前有效行感測單元的初始化值傳入指紋圖像緩存器，完成當(dāng)前有效行感測單元的初始化過程。
[0040]優(yōu)選地,所述步驟S3具體包括:
[0041]步驟S31:初始化時序結(jié)束后，所述感測單元陣列控制器再次輸出第一脈沖信號到當(dāng)前有效行感測單元，所述脈沖信號在脈沖寬度期間對當(dāng)前有效行感測單元的參考電容充電，使所述參考電容兩端積累一定的電荷量，所述一定的電荷量可以跟初始化的電荷量相同；
[0042]步驟S32:所述感測單元陣列控制器再次輸出第二脈沖信號到當(dāng)前有效行感測單元，所述脈沖信號與所述射頻信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生的射頻信號使當(dāng)前有效行感測單元的感測電容和校正電容放電，使其兩端的電荷量趨零，所述脈沖信號使當(dāng)前有效行感測單元的增強電容充電，使其兩端積累值為C2*V2的電荷量，其中C2為增強電容的電容值，V2為給增強電容充電的電壓值；所述脈沖信號使屏蔽電容兩端的電位都為V2 ；
[0043]步驟S33:所述射頻信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生的射頻信號通過所述射頻驅(qū)動電極向外發(fā)射，手指接觸所述射頻驅(qū)動電極后所述射頻信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生的射頻信號先使所述增強電容的部分電荷轉(zhuǎn)移到所述感測電容和校正電容上和使當(dāng)前有效行感測單元的單位增益緩沖器的輸出連接到當(dāng)前有效行感測單元的屏蔽電極，所述感測單元陣列控制器再次輸出第三脈沖信號到當(dāng)前有效感測單元，所述第三脈沖信號再使所述參考電容、感測電容、增強電容和校正電容進行電荷均衡；
[0044]步驟S34:所述感測單元陣列控制器輸出另一固定循環(huán)次數(shù)的第二脈沖信號和第三脈沖信號到當(dāng)前有效行感測單元，所述射頻信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生的射頻信號通過所述射頻驅(qū)動電極向外發(fā)射相同固定循環(huán)次數(shù)的射頻信號，使所述有效行感測單元的參考電容兩端的電壓差逐次減小，循環(huán)結(jié)束后所述參考電容兩端的電壓差被鎖定，其中所述固定循環(huán)次數(shù)為2的M次方，M為4到16的整數(shù)；同時所述模數(shù)轉(zhuǎn)換陣列將所述電壓差信號轉(zhuǎn)換成當(dāng)前有效行感測單元采集到的指紋信息；
[0045]步驟S35:將所述當(dāng)前有效行感測單元采集到的指紋信息傳入指紋圖像緩存器，完成當(dāng)前有效行感測單元的指紋采集過程。
[0046]優(yōu)選地,所述步驟S4具體包括:
[0047]步驟S41:當(dāng)前有效行感測單元在完成初始化和指紋采集過程后，所述感測單元陣列控制器輸出第一校正時序，將當(dāng)前有效行感測單元的初始值、參考感測單元的初始值、數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入和上位機輸入的數(shù)值輸入到所述感測單元偏差校正電路計算感測單元偏差的校正數(shù)據(jù)，并將所述感測單元偏差的校正數(shù)據(jù)存儲于指紋圖像緩沖器中；
[0048]步驟S42:所述感測單元陣列控制器輸出第二校正時序，將所述有效行感測單元采集到的指紋信息減去所述感測單元偏差的校正數(shù)據(jù)得到校正后的指紋圖像信息；
[0049]步驟S43:將當(dāng)前有效行感測單元校正后的指紋圖像信息存儲于所述指紋圖像緩存器中，在上位機的控制下將所述校正后的指紋圖像信息取走。
[0050]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的另一技術(shù)方案如下:
[0051]一種射頻式微電容指紋采集芯片，包括L個參考感測單元、M*N個復(fù)合感測單元形成的二維感測單元陣列、用以產(chǎn)生射頻信號的射頻信號產(chǎn)生電路、射頻驅(qū)動電極、復(fù)合感測單元陣列控制器、模數(shù)轉(zhuǎn)換陣列、復(fù)合感測單元偏差校正電路、指紋圖像緩存器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、指紋圖像輸出控制器和圖像信號處理器；所述復(fù)合感測單元由多個復(fù)合的子感測單元組成；射頻驅(qū)動電極將所述射頻信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生的射頻信號發(fā)射到接觸到指紋傳感器的手指；復(fù)合感測單元陣列控制器，用于提供打開或關(guān)斷感測單元所需的電源偏置的開關(guān)信號和提供感測單元所需的充放電時序信號；模數(shù)轉(zhuǎn)換陣列由N個模數(shù)轉(zhuǎn)換器并排構(gòu)成，其將所述復(fù)合感測單元陣列檢測到的感測電容轉(zhuǎn)換成指紋圖像灰度值；復(fù)合感測單元偏差校正電路，以L個參考感測單元采集到的數(shù)據(jù)作為基準(zhǔn)來校正各感測單元之間的偏差；指紋圖像緩存器，其用于存儲當(dāng)前轉(zhuǎn)換的所述指紋圖像數(shù)據(jù)和復(fù)合感測單元偏差校正數(shù)據(jù)；數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其控制所述模數(shù)轉(zhuǎn)換陣列的增益；指紋圖像輸出控制器用以傳輸指紋圖像數(shù)據(jù)；圖像信號處理器接收所述指紋圖像輸出控制器發(fā)送的指紋圖像數(shù)據(jù)，根據(jù)所述指紋圖像數(shù)據(jù)判斷其真?zhèn)涡院驼Ｅc否并做出相應(yīng)的處理，其中，N為I到150的整數(shù)，M為2到300的整數(shù)，L為小于N*M的整數(shù)，直接覆蓋于采集芯片電路之上的絕緣層作為所述復(fù)合感測單元中感測電容的介質(zhì)層。
[0052]優(yōu)選地，所述每一個復(fù)合感測單元包括由集成電路工藝的頂層金屬所形成的N個感測電極、感測電容介質(zhì)層、N個感測電容和復(fù)用參考電容等；感測電容介質(zhì)層，其由直接覆蓋于所述頂層金屬之上的厚度為0.1um?150um的絕緣層構(gòu)成；所述N個感測電極與手指及感測電容介質(zhì)層形成N個感測電容；由集成電路工藝頂層金屬之外的金屬層所形成N個屏蔽電極，所述N個屏蔽電極與N個感測電極形成N個屏蔽電容；由集成電路工藝任一金屬層形成的N個校正電極,所述N個校正電極與N個感測電極形成N個校正電容；由集成電路工藝任一金屬層所形成N個增強電極，所述N個增強電極與N個感測電極形成N個增強電容，增強電容用于增強采集效果；N組開關(guān)電路；復(fù)用有源放大器，被連接成復(fù)用單位增益緩沖器，其輸入通過N個開關(guān)連接N個感測電極，其輸出通過N個開關(guān)連接N個屏蔽電極；所述N個感測電極、感測電容介質(zhì)層、復(fù)用參考電容、N個屏蔽電容、N個校正電容、N個增強電容、N組開關(guān)電路和復(fù)用有源放大器構(gòu)成N個子感測單元；其中，每一子感測單元包含:一個感測電極、感測電容介質(zhì)層、一個屏蔽電容、一個校正電容、一個增強電容、一組開關(guān)、復(fù)用參考電容和復(fù)用有源放大器，其中復(fù)用參考電容與復(fù)用有源放大器為共用單元；所述復(fù)用參考電容和復(fù)用有源放大器被放置于由所述N個感測電極所形成區(qū)域的下方或放置于由所述N個感測電極所形成區(qū)域的旁側(cè)，所述旁側(cè)邊緣位置離所述區(qū)域的邊緣位置的垂直距離小于500um。
[0053]優(yōu)選地，所述感測單元偏差校正電路還包含加減法計數(shù)器陣列、乘法器陣、感測單元偏差統(tǒng)計電路和感測單元偏差校正因子計算電路，其中，所述加減法計數(shù)器陣列計算所述感測單元與參考感測單元的偏差；所述感測單元偏差統(tǒng)計電路統(tǒng)計所述偏差絕對值的平均值；所述感測單元偏差校正因子計算電路將所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入與上位機輸入的數(shù)值及所述偏差絕對值的平均值進行映射計算得到校正因子；所述乘法器陣列將所述偏差與所述校正因子相乘，其輸出結(jié)果作為所述感測單元偏差的校正數(shù)據(jù)。
[0054]本發(fā)明又一目的是提供一種采用上述射頻式微電容指紋采集芯片的指紋采集方法，所述指紋采集方法基于所述射頻信號產(chǎn)生電路、所述射頻驅(qū)動電極和具有電荷泵電路結(jié)構(gòu)的復(fù)用感測單元通過電荷泵原理實現(xiàn)指紋信息到電信號的轉(zhuǎn)換，具體包括如下步驟:
[0055]步驟SI'感測單元陣列控制器選擇二維感測單元陣列中的一行感測單元的子感測單元作為當(dāng)前采集指紋的有效行子感測單元；
[0056]步驟S2,感測單元陣列控制器對當(dāng)前有效行子感測單元進行初始化；
[0057]步驟S3'感測單元陣列控制器當(dāng)前有效行子感測單元進行指紋采集；
[0058]步驟S4'感測單元陣列控制器對當(dāng)前有效行子感測單元采集到的指紋信息進行校正；
[0059]步驟S5'讀取當(dāng)前有效行子感測單元校正后的指紋信息；
[0060]步驟S6'感測單元陣列控制器依次選擇有效行感測單元的另一子感測單元作為當(dāng)前有效行子感測單元，重復(fù)步驟S2'?步驟S5'直至完成所有子感測單元的初始化、指紋采集、指紋信息校正及指紋信息讀取四個過程；
[0061]步驟S7,感測單元陣列控制器依次選擇二維感測單元陣列中的下一行感測單元的子感測單元作為當(dāng)前采集指紋的有效行子感測單元，重復(fù)步驟S2'?步驟S6'直至完成整個二維感測單元陣列對指紋的初始化、指紋采集、指紋信息校正及指紋信息讀取四個過程。
[0062]優(yōu)選地,所述步驟S2'具體包括:
[0063]步驟S21':所述感測單元陣列控制器輸出第一脈沖信號到當(dāng)前有效行子感測單元，所述脈沖信號在脈沖寬度期間使當(dāng)前有效行子感測單元的復(fù)用參考電容充電，使其兩端積累值為C1*V1的電荷量，所述Cl為復(fù)用參考電容的電容值，所述Vl為給復(fù)用參考電容充電的電壓值；
[0064]步驟S22':所述感測單元陣列控制器輸出第二脈沖信號到當(dāng)前有效行子感測單元，所述脈沖信號與所述射頻信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生的射頻信號使當(dāng)前有效行子感測單元的校正電容放電，使其兩端的電荷量趨于零；所述脈沖信號使當(dāng)前有效行子感測單元的增強電容充電，使其兩端積累值為C2*V2的電荷量，所述C2為增強電容的電容值，所述V2為給增強電容充電的電壓值；所述脈沖信號使屏蔽電容兩端的電位都為V2 ；
[0065]步驟S23,:所述射頻信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生的射頻信號先使所述增強電容的部分電荷轉(zhuǎn)移到所述校正電容上和使當(dāng)前有效行子感測單元的復(fù)用單位增益緩沖器的輸出連接到當(dāng)前有效行子感測單元的屏蔽電極，所述感測單元陣列控制器輸出第三脈沖信號到當(dāng)前有效行子感測單元，所述第三脈沖信號再使所述復(fù)用參考電容、增強電容和校正電容進行電荷均衡；
[0066]步驟S24':所述感測單元陣列控制器輸出固定循環(huán)次數(shù)的第二脈沖信號和第三脈沖信號到當(dāng)前有效行子感測單元，所述射頻信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生相同固定循環(huán)次數(shù)的射頻信號，所述固定循環(huán)次數(shù)的第二脈沖信號和第三脈沖信號與所述射頻信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生的相同固定循環(huán)次數(shù)的射頻信號，使所述有效行子感測單元的復(fù)用參考電容兩端的電壓差逐次減小，循環(huán)結(jié)束后所述復(fù)用參考電容兩端的電壓差被鎖定，其中，初始化過程中的固定循環(huán)次數(shù)可設(shè)置為2的N次方，N為2到8的整數(shù)；同時所述模數(shù)轉(zhuǎn)換陣列將所述電壓差信號轉(zhuǎn)換成當(dāng)前有效行子感測單元的初始化值；
[0067]步驟S25':將所述當(dāng)前有效行子感測單元的初始化值傳入指紋圖像緩存器，完成當(dāng)前有效行子感測單元的初始化過程。
[0068]優(yōu)選地,所述步驟S3'具體包括:
[0069]步驟S31':初始化時序結(jié)束后，所述感測單元陣列控制器再次輸出第一脈沖信號到當(dāng)前有效行子感測單元，所述脈沖信號在脈沖寬度期間使當(dāng)前有效行感測單元的復(fù)用參考電容充電，使所述復(fù)用參考電容兩端積累一定的電荷量，所述一定的電荷量可以跟初始化的電荷量相同；
[0070]步驟S32':所述感測單元陣列控制器再次輸出第二脈沖信號到當(dāng)前有效行子感測單元，所述脈沖信號與所述射頻信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生的射頻信號使當(dāng)前有效行子感測單元的感測電容和校正電容放電，使其兩端的電荷量趨于零，所述脈沖信號使當(dāng)前有效行子感測單元的增強電容充電，使其兩端積累值為C2*V2的電荷量，其中C2為增強電容的電容值，V2為給增強電容充電的電壓值；所述脈沖信號使屏蔽電容兩端的電位都為V2 ；
[0071]步驟S33':所述射頻信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生的射頻信號通過所述射頻驅(qū)動電極向外發(fā)射，手指接觸所述射頻驅(qū)動電極后所述射頻信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生的射頻信號先使所述增強電容的部分電荷轉(zhuǎn)移到所述感測電容和校正電容上和使當(dāng)前有效行子感測單元的復(fù)用單位增益緩沖器的輸出連接到當(dāng)前有效行子感測單元的屏蔽電極，所述感測單元陣列控制器再次輸出第三脈沖信號到當(dāng)前有效行子感測單元，所述第三脈沖信號再使所述復(fù)用參考電容、感測電容、增強電容和校正電容進行電荷均衡；
[0072]步驟S34':所述感測單元陣列控制器輸出另一固定循環(huán)次數(shù)的第二脈沖信號和第三脈沖信號到當(dāng)前有效行子感測單元，所述射頻信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生的射頻信號通過所述射頻驅(qū)動電極向外發(fā)射相同固定循環(huán)次數(shù)的射頻信號，使所述有效行子感測單元的復(fù)用參考電容兩端的電壓差逐次減小，循環(huán)結(jié)束后所述復(fù)用參考電容兩端的電壓差被鎖定，其中所述固定循環(huán)次數(shù)為2的M次方，M為4到16的整數(shù)；同時所述模數(shù)轉(zhuǎn)換陣列將所述電壓差信號轉(zhuǎn)換成當(dāng)前有效行子感測單元采集到的指紋信息；
[0073]步驟S35':將所述當(dāng)前有效行子感測單元采集到的指紋信息傳入指紋圖像緩存器，完成當(dāng)前有效行子感測單元的指紋采集過程。
[0074]優(yōu)選地，所述步驟S4'具體包括:
[0075]步驟S41':當(dāng)前有效行子感測單元在完成初始化和指紋采集過程后，所述感測單元陣列控制器輸出第一校正時序，將當(dāng)前有效行子感測單元的初始值、參考感測單元的初始值、所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入和上位機輸入的數(shù)值輸入到所述感測單元偏差校正電路計算子感測單元偏差的校正數(shù)據(jù)，并將所述子感測單元偏差的校正數(shù)據(jù)存儲于指紋圖像緩沖器中；
[0076]步驟S42':所述感測單元陣列控制器輸出第二校正時序，將所述有效行子感測單元采集到的指紋信息減去所述子感測單元偏差的校正數(shù)據(jù)得到校正后的指紋圖像信息；
[0077]步驟S43':將當(dāng)前有效行子感測單元校正后的指紋圖像信息存儲于所述指紋圖像緩存器中，在上位機的控制下所述校正后的指紋圖像信息取走。
[0078]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明為了解決上述手指殘留、抗干擾、抗靜電和探測深度問題，提供一種射頻式微電容指紋采集芯片，旨在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過改進感測單元的結(jié)構(gòu)和增加感測單元偏差校正電路實現(xiàn)手指微電容檢測，其通過特殊的射頻方式抵御指紋殘留、其它污潰殘留和其它射頻輻射干擾，并通過提高傳感器的探測深度可以避免靜電放電(Electro Static Discharge,簡稱ESD)效應(yīng)和將傳感器嵌入觸摸電容屏下。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0079]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的指紋傳感器的感測單元電路結(jié)構(gòu)示意圖
[0080]圖2是本發(fā)明射頻式微電容指紋傳感器芯片實施例中的電路結(jié)構(gòu)圖
[0081]圖3是本發(fā)明射頻式微電容指紋傳感器芯片實施例中的封裝結(jié)構(gòu)剖面示意圖
[0082]圖4是本發(fā)明射頻式微電容指紋傳感器芯片實施例中的感測單元電路結(jié)構(gòu)示意圖
[0083]圖5是本發(fā)明射頻式微電容指紋傳感器芯片實施例中的復(fù)合感測單元電路結(jié)構(gòu)示意圖
[0084]【圖中符號說明】
[0085]1、現(xiàn)有技術(shù)的感測單元
[0086]10、手指
[0087]11、現(xiàn)有技術(shù)的感測電容
[0088]12、現(xiàn)有技術(shù)的邊沿電容
[0089]13、放大器
[0090]14、復(fù)位開關(guān)
[0091]15、現(xiàn)有技術(shù)所使用的RF信號
[0092] 2、射頻式微電容指紋采集芯片[0093]20、感測單元陣列
[0094]201、感測單元
[0095]202、參考感測單元
[0096]21、感測單元陣列控制器
[0097]22、column ADC 陣列
[0098]221、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)
[0099]23.、感測單元偏差校正電路
[0100]24、指紋圖像緩存器
[0101]25、指紋圖像輸出控制器
[0102]26、指紋圖像處理器
[0103]27、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)
[0104]28、RF信號產(chǎn)生電路
[0105]29、射頻驅(qū)動電極
[0106]3、指紋傳感器橫截面
[0107]30、絕緣基板
[0108]31、非導(dǎo)電粘合劑
[0109]32a、射頻驅(qū)動電極
[0110]32b、射頻驅(qū)動電極
[0111]33、感測單元
[0112]34、緩沖墊片
[0113]35、絕緣層
[0114]40、感測電容
[0115]401、手指真皮層
[0116]402、感測電極
[0117]410、411、412、413 開關(guān)電路
[0118]420、增強電容
[0119]421、感測單元偏差校正電容
[0120]422、屏蔽電容
[0121]423、參考電容
[0122]430、431 電源
[0123]44、放大器
[0124]45、感測單元控制總線
[0125]50a、50b 感測電容
[0126]501、手指真皮層
[0127]502a、502b 感測電極
[0128]510a、511a、512a、513a、510b、511b、512b、513b 開關(guān)電路
[0129]520a、520b 增強電容
[0130]521a、521b感測單元偏差校正電容
[0131]522a、522b 屏蔽電容[0132]523、復(fù)用參考電容
[0133]530a、531a、530b、531b 電源
[0134]54、復(fù)用放大器
[0135]55a、55b感測單元控制總線
【具體實施方式】
[0136]通過結(jié)合附圖詳細描述示范性實施例，本發(fā)明的上述特點和優(yōu)點將變得更加明顯，在附圖中，在各個附圖之間采用類似的附圖標(biāo)記表示類似的元件。所述附圖只是示范性的而不是按比例繪制的。
[0137]下面結(jié)合附圖2至5，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。本發(fā)明將通過實施例進行說明，但本發(fā)明的思路不限制于本發(fā)明的實施例。
[0138]請參閱圖2，圖2是本發(fā)明射頻式微電容指紋芯片的電路結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，該射頻式微電容指紋芯片2包含二維感測單元陣列20 (例如，M*N 二維感測單元陣列)、可選多個參考感測單元202 (例如，L個參考感測單元)、感測單元陣列控制器21、模數(shù)轉(zhuǎn)換(column ADC)陣列22、感測單元偏差校正電路23、指紋圖像緩存器24、指紋圖像輸出控制器25、圖像信號處理器26、數(shù)模轉(zhuǎn)換器27、射頻(RF)信號產(chǎn)生電路28和射頻驅(qū)動電極29。其中，在封裝結(jié)構(gòu)中，有一層絕緣層直接覆蓋在二維感測單元陣列20和可選多個參考感測單元202之上。其中，N，M為2到300的整數(shù)，L為小于N*M的整數(shù)。
[0139]在本實施例中，二維感測單元陣列20由多個感測單元201拼接構(gòu)成，感測單元陣列控制器21用于提供打開或關(guān)斷感測單元201所需的電源偏置的開關(guān)信號和提供感測單元201所需的充放電時序信號；射頻驅(qū)動電極29將RF信號產(chǎn)生電路28產(chǎn)生的射頻信號發(fā)射到接觸到指紋傳感器的手指；模數(shù)轉(zhuǎn)換陣列22由多個模數(shù)轉(zhuǎn)換器221并排構(gòu)成，其將感測單元陣列20檢測到的感測電容轉(zhuǎn)換成指紋圖像灰度值；感測單元偏差校正電路23，用于校正各感測單元之間的偏差；指紋圖像緩存器24用于存儲當(dāng)前有效行感測單元采集到的指紋信息和各感測單元之間的偏差；指紋圖像處理器26產(chǎn)生采集指紋所需的一系列時序并對采集到的指紋信息做優(yōu)化處理；指紋圖像輸出控制器25根據(jù)指紋圖像處理器26輸入的控制地址將采集到的指紋信息輸出到指紋圖像處理器26 ;并且，指紋圖像處理器26接收所述指紋圖像輸出控制器25發(fā)送的指紋圖像數(shù)據(jù)，根據(jù)所述指紋圖像數(shù)據(jù)判斷其真?zhèn)涡院驼Ｅc否并做出相應(yīng)的處理。
[0140]請參閱圖3，圖3是本發(fā)明射頻式微電容指紋傳感器芯片的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，本發(fā)明提供的一種射頻式微電容指紋采集芯片的橫截面3包括多個感測單元33、多個感測單元之上的絕緣層35、非導(dǎo)電粘合劑31、絕緣基板30以及射頻驅(qū)動電極32a、32b。其中，該絕緣基板30通過非導(dǎo)電粘合劑31與絕緣層35緊密地粘和在一起，該絕緣基板30通常作為手指的接觸面；在本實施例中，絕緣基板橫截面30的厚度可達1_，非導(dǎo)電粘合劑橫截面31的厚度盡可能的減薄至20um以下。除此之外，在本實施例中，還可以包括射頻驅(qū)動電極32a、32b和緩沖墊片34，該射頻驅(qū)動電極32a、32b可嵌入到絕緣基板30中。
[0141]需要說明的是，本發(fā)明射頻式微電容指紋傳感器芯片實施例中的感測單元電路結(jié)構(gòu)，可以采用如下兩種實施方式。在實施例一中，如下圖4所示，感測單元201使用一個參考電容和一個放大器；而在實施例二中，如下圖5所示，感測單元201由2個復(fù)合的子感測單元組成，圖5的兩個子感測單元共用一個參考電容和一個放大器，圖5所示的感測單元相比圖4所示的感測單元的好處是，其放大器和參考電容可以做大，匹配性更好，寄生電容的影響更小。
[0142]【實施例一】
[0143]請參閱圖4，圖4是本發(fā)明射頻式微電容指紋傳感器芯片實施例中的感測單元電路結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，每一個感測單元201可以包含:由集成電路工藝形成的頂層金屬所形成的單個感測電極402和感測電容介質(zhì)層，該感測介質(zhì)層由頂層金屬401之上的絕緣層構(gòu)成，單個感測電極401與手指及感測電容介質(zhì)層形成單個感測電容40。
[0144]除此之外，每一個感測單元201還包括參考電容423、有源放大器44、校正電容421、增強電容420、參考電容423和開關(guān)電路410、411、412、413。其中，由集成電路工藝任一金屬層形成的單個校正電極，該單個校正電極與單個感測電極形成單個校正電容421 ；由集成電路工藝頂層金屬之外的金屬層所形成的單個屏蔽電極，該單個屏蔽電極與單個感測電極形成單個屏蔽電容422 ;由集成電路工藝任一金屬層形成單個增強電極，該單個增強電極與單個感測電極形成單個增強電容420 ;4個開關(guān)電路410、411、412、413控制參考電容423、感測電容40、增強電容420和校正電容421進行充放電和電荷均衡。
[0145]在本實施例中，感測單元偏差校正電路23還包含加減法計數(shù)器陣列、乘法器陣、感測單元偏差統(tǒng)計電路和感測單元偏差校正因子計算電路，其中，所述加減法計數(shù)器陣列計算所述感測單元201與參考感測單元202的偏差；所述感測單元偏差統(tǒng)計電路統(tǒng)計所述偏差絕對值的平均值；所述感測單元偏差校正因子計算電路將所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的輸入與上位機輸入的數(shù)值及所述偏差絕對值的平均值進行映射計算得到校正因子；所述乘法器陣列將所述偏差與所述校正因子相乘，其輸出結(jié)果作為所述感測單元偏差的校正數(shù)據(jù)。所述映射計算的方法為:所述校正因子由上位機直接得到，所述校正因子直接等于上位機計算得到的校正因子；上位機計算校正因子的方法如下:
[0146]K1=B*N1*E1/H1 ；
[0147]其中，Kl為上位機計算得到的校正因子；
[0148]B為一固定系數(shù)；
[0149]NI為上位機通過指令讀取的所述芯片的數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸入的數(shù)值；
[0150]El為上位機通過指令讀取所述感測單元與參考感測單元的偏差絕對值的平均值；
[0151]Hl為通過測試大量所述芯片獲得的實際感測單元偏差的統(tǒng)計平均值；
[0152]或所述校正因子由所述芯片內(nèi)部得到，校正因子的計算方法如下:
[0153]K2=B*N2*E2/H2;
[0154]其中，K2為所述芯片計算得到的校正因子；
[0155]B為一固定系數(shù)；
[0156]N2為所述芯片的數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸入的數(shù)值；
[0157]E2所述感測單元偏差校正電路計算得到的感測單元與參考感測單元的偏差絕對值的平均值；
[0158]Hl為由上位機輸入的通過測試大量所述芯片獲得的實際感測單元偏差的統(tǒng)計平均值；[0159]根據(jù)上述采集芯片的電路，采用上述芯片電路的射頻式微電容指紋采集方法是基于頻信號產(chǎn)生電路28、射頻驅(qū)動電極29和具有電荷泵電路結(jié)構(gòu)的感測單元通過電荷泵原理實現(xiàn)指紋信息到電信號的轉(zhuǎn)換可以具體包括如下步驟:
[0160]步驟S1:當(dāng)手指放在二維感測單元陣列20之上時，所述感測單元陣列控制器21選擇所述二維感測單元陣列20中的一行感測單元作為當(dāng)前采集指紋的有效行感測單元；
[0161]步驟S2:所述感測單元陣列控制器21輸出初始化時序?qū)Ξ?dāng)前有效行感測單元進行初始化；
[0162]步驟S3:所述感測單元陣列控制器21輸出指紋采集時序?qū)Ξ?dāng)前有效行感測單元進行指紋采集；
[0163]步驟S4:所述感測單元陣列控制器21輸出指紋信息校正時序?qū)Ξ?dāng)前有效行感測單元采集到的指紋信息進行校正；將當(dāng)前有效行感測單元校正后的指紋信息取走；
[0164]步驟S5:所述感測單元陣列控制器21選擇下一行感測單元作為當(dāng)前采集指紋的有效行感測單元，順序完成初始化、指紋采集、指紋信息校正和讀取指紋信息四個過程，直到所述感測單元陣列控制器選擇最后一行感測單元作為當(dāng)前采集指紋的有效行感測單元，順序完成初始化、指紋采集、指紋信息校正和讀取指紋信息四個過程。
[0165]在本實施例中，上述步驟S2即初始化采集時序可以包含:
[0166]步驟S21:所述感測單元陣列控制器21輸出第一脈沖信號到當(dāng)前有效行感測單元，所述脈沖信號在脈沖寬度期間對當(dāng)前有效行感測單元的參考電容423充電，使該參考電容423兩端積累值為C1*V1的電荷量，所述Cl為參考電容的電容值，所述Vl為給參考電容充電的電壓值；
[0167]步驟S22:所述感測單元陣列控制器21輸出第二脈沖信號到當(dāng)前有效行感測單元，所述脈沖信號與所述射頻信號產(chǎn)生電路28產(chǎn)生的射頻信號使當(dāng)前有效行感測單元的校正電容421放電，使其兩端的電荷量趨零；所述脈沖信號使當(dāng)前有效行感測單元的增強電容420充電，使其兩端積累值為C2*V2的電荷量，所述C2為增強電容的電容值，所述V2為給增強電容充電的電壓值；所述脈沖信號使屏蔽電容兩端的電位都為V2 ；
[0168]步驟S23:所述感測單元陣列控制器21輸出第三脈沖信號到當(dāng)前有效行感測單元，所述射頻信號產(chǎn)生電路28產(chǎn)生的射頻信號先使增強電容420的部分電荷轉(zhuǎn)移到所述校正電容上421和使當(dāng)前有效行感測單元的單位增益緩沖器的輸出連接到當(dāng)前有效行感測單元的屏蔽電極，所述第三脈沖信號再使所述參考電容423、增強電容420和校正電容421進行電荷均衡，使得所述參考電容423兩端的電荷量減少；
[0169]步驟S24:所述感測單元陣列控制器21輸出固定循環(huán)次數(shù)的第二脈沖信號和第三脈沖信號到當(dāng)前有效行感測單元，所述射頻信號產(chǎn)生電路28產(chǎn)生相同固定循環(huán)次數(shù)的射頻信號，所述固定循環(huán)次數(shù)的第二脈沖信號和第三脈沖信號與所述射頻信號產(chǎn)生電路28產(chǎn)生的相同固定循環(huán)次數(shù)的射頻信號共同使所述有效行感測單元的參考電容423兩端的電壓差逐次減小，循環(huán)結(jié)束后所述參考電容423兩端的電壓差被鎖定，同時所述模數(shù)轉(zhuǎn)換陣列22將所述電壓差信號轉(zhuǎn)換成當(dāng)前有效行感測單元的初始化值；其中，初始化過程中的固定循環(huán)次數(shù)可設(shè)置為2的N次方，N為2到8的整數(shù)；
[0170]步驟S25:將所述當(dāng)前有效行感測單元的初始化值傳入指紋圖像緩存器24，完成當(dāng)前有效行感測單元的初始化過程。[0171]在本實施例中，上述步驟S3即指紋采集時序可以包含:
[0172]步驟S31:初始化時序結(jié)束后，所述感測單元陣列控制器21再次輸出第一脈沖信號到當(dāng)前有效行感測單元，所述脈沖信號在脈沖寬度期間對當(dāng)前有效行感測單元的參考電容423充電，使所述參考電容423兩端積累一定的電荷量，所述一定的電荷量可以跟初始化的電荷量相同；
[0173]步驟S32:所述感測單元陣列控制器21再次輸出第二脈沖信號到當(dāng)前有效行感測單元，所述脈沖信號與所述射頻信號產(chǎn)生電路28產(chǎn)生的射頻信號使當(dāng)前有效行感測單元的感測電容40和校正電容421放電，使其兩端的電荷量趨零，所述脈沖信號使當(dāng)前有效行感測單元的增強電容420充電，使其兩端積累值為C2*V2的電荷量，其中C2為增強電容的電容值，V2為給增強電容充電的電壓值；所述脈沖信號使屏蔽電容兩端的電位都為V2 ；
[0174]步驟S33:所述感測單元陣列控制器21再次輸出第三脈沖信號到當(dāng)前有效行感測單元，所述射頻信號產(chǎn)生電路28產(chǎn)生的射頻信號通過所述射頻驅(qū)動電極29向外發(fā)射，手指接觸所述射頻驅(qū)動電極29后將會在手指真皮層產(chǎn)生與所述射頻信號同相的射頻信號，所述射頻信號產(chǎn)生電路28產(chǎn)生的射頻信號與所述真皮層產(chǎn)生的射頻信號共同先使增強電容420的部分電荷轉(zhuǎn)移到所述感測電容40和校正電容上421，所述第三脈沖信號再使所述參考電容423、感測電容40、增強電容420和校正電容421進行電荷均衡，使得所述參考電容40兩端的電荷量減少；
[0175]步驟S34:所述感測單元陣列控制器21輸出另一固定循環(huán)次數(shù)的第二脈沖信號和第三脈沖信號到當(dāng)前有效行感測單元，所述射頻信號產(chǎn)生電路28產(chǎn)生的射頻信號通過所述射頻驅(qū)動電極29向外發(fā)射相同固定循環(huán) 次數(shù)的射頻信號，所述固定循環(huán)次數(shù)的第二脈沖信號和第三脈沖信號與所述射頻信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生的相同固定循環(huán)次數(shù)的射頻信號及所述手指真皮層產(chǎn)生的相同固定循環(huán)次數(shù)的射頻信號共同使所述有效行感測單元的參考電容423兩端的電壓差逐次減小，循環(huán)結(jié)束后所述參考電容423兩端的電壓差被鎖定，同時所述模數(shù)轉(zhuǎn)換陣22列將所述電壓差信號轉(zhuǎn)換成當(dāng)前有效行感測單元采集到的指紋信息；其中所述固定循環(huán)次數(shù)為2的M次方，M為4到16的整數(shù)；
[0176]步驟S35:將所述當(dāng)前有效行感測單元采集到的指紋信息傳入指紋圖像緩存器24，完成當(dāng)前有效行感測單元的指紋采集過程。
[0177]在本實施例中，上述步驟S4指紋信息校正時序可以包含:
[0178]步驟S41:當(dāng)前有效行感測單元在完成初始化和指紋采集過程后，所述感測單元陣列控制器21輸出第一校正時序，將當(dāng)前有效行感測單元的初始值、參考感測單元的初始值、數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入和上位機輸入的數(shù)值輸入到所述感測單元偏差校正電路計算感測單元偏差的校正數(shù)據(jù)，并將所述感測單元偏差的校正數(shù)據(jù)存儲于指紋圖像緩沖器24中；
[0179]步驟S42:所述感測單元陣列控制器輸出第二校正時序，將所述有效行感測單元采集到的指紋信息減去所述感測單元偏差的校正數(shù)據(jù)得到校正后的指紋圖像信息；
[0180]步驟S43:將當(dāng)前有效行感測單元校正后的指紋圖像信息存儲于所述指紋圖像緩存器24中，在上位機的控制下將所述校正后的指紋圖像信息取走。
[0181]【實施例二】
[0182]請參閱圖5，圖5是本發(fā)明射頻式微電容指紋傳感器芯片實施例中的復(fù)合感測單元電路結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，[0183]每一復(fù)合感測單元201包含可選多個子感測單元結(jié)構(gòu)；由集成電路工藝的頂層金屬所形成的兩個感測電極502a和502b ;感測電容介質(zhì)層(未畫出)，其由集成電路工藝頂層金屬之上的絕緣層、非導(dǎo)電粘合劑和絕緣基板構(gòu)成，兩個感測電極502a和502b與手指真皮層501及感測電容介質(zhì)層形成感測電容50a和50b ；由兩個感測電極502a和502b與集成電路工藝的其他金屬電極形成的兩個增強電容520a和520b、兩個感測單元偏差校正電容521a和521b和兩個屏蔽電容522a和522b ;復(fù)用參考電容523 ;復(fù)用有緣放大器54 ;多個開關(guān)電路510a、510b、511a、511b、512a、512b、513a和513b，用于控制增強電容520a、感測電容50a、感測單元校正電容52Ia和復(fù)用參考電容523進行充放電和電荷均衡，或控制增強電容520b、感測電容50b、感測單元校正電容521b和復(fù)用參考電容523進行充放電和電荷均衡。
[0184]在本實施例中，感測單元偏差校正電路23還包含加減法計數(shù)器陣列、乘法器陣、感測單元偏差統(tǒng)計電路和感測單元偏差校正因子計算電路，其中，所述加減法計數(shù)器陣列計算所述感測單元201與參考感測單元202的偏差；所述感測單元偏差統(tǒng)計電路統(tǒng)計所述偏差絕對值的平均值；所述感測單元偏差校正因子計算電路將所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的輸入與上位機輸入的數(shù)值及所述偏差絕對值的平均值進行映射計算得到校正因子；所述乘法器陣列將所述偏差與所述校正因子相乘，其輸出結(jié)果作為所述感測單元偏差的校正數(shù)據(jù)。所述映射計算的方法為:所述校正因子由上位機直接得到，所述校正因子直接等于上位機計算得到的校正因子；上位機計算校正因子的方法如下:
[0185]K1=B*N1*E1/H1 ；
[0186]其中，Kl為上位機計算得到的校正因子；
[0187]B為一固定系數(shù)；
[0188]NI為上位機通過指令讀取的所述芯片的數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸入的數(shù)值；
[0189]El為上位機通過指令讀取所述感測單元與參考感測單元的偏差絕對值的平均值；
[0190]Hl為通過測試大量所述芯片獲得的實際感測單元偏差的統(tǒng)計平均值；
[0191]或所述校正因子由所述芯片內(nèi)部得到，校正因子的計算方法如下:
[0192]K2=B*N2*E2/H2;
[0193]其中，K2為所述芯片計算得到的校正因子；
[0194]B為一固定系數(shù)；
[0195]N2為所述芯片的數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸入的數(shù)值；
[0196]E2所述感測單元偏差校正電路計算得到的感測單元與參考感測單元的偏差絕對值的平均值；
[0197]Hl為由上位機輸入的通過測試大量所述芯片獲得的實際感測單元偏差的統(tǒng)計平均值；
[0198]根據(jù)上述采集芯片的電路，采用上述芯片電路的射頻式微電容指紋采集方法可以具體包括如下步驟:
[0199]步驟SI':當(dāng)手指10放在二維感測單元陣列20之上時，感測單元陣列控制器21選擇二維感測單元陣列中的一行感測單元201的子感測單元作為當(dāng)前采集指紋的有效行子感測單元；[0200]步驟S2':感測單元陣列控制器21輸出初始化時序?qū)Ξ?dāng)前有效行子感測單元進行初始化；
[0201]步驟S3':感測單元陣列控制器21輸出指紋采集時序?qū)Ξ?dāng)前有效行子感測單元進行指紋采集；
[0202]步驟S4,感測單元陣列控制器21對當(dāng)前有效行子感測單元采集到的指紋信息進行校正；
[0203]步驟S5'讀取當(dāng)前有效行子感測單元校正后的指紋信息；
[0204]步驟S6'感測單元陣列控制器21依次選擇有效行感測單元的另一子感測單元作為當(dāng)前有效行子感測單元，重復(fù)步驟S2'?步驟S5'直至完成所有子感測單元的初始化、指紋采集、指紋信息校正及指紋信息讀取四個過程；
[0205]步驟S7,感測單元陣列控制器依次選擇二維感測單元陣列中的下一行感測單元的子感測單元作為當(dāng)前采集指紋的有效行子感測單元，重復(fù)步驟S2'?步驟S6'直至完成整個二維感測單元陣列對指紋的初始化、指紋采集、指紋信息校正及指紋信息讀取四個過程。
[0206]在本實施例中，上述步驟S2'即子感測單元初始化采集時序具體包括:
[0207]步驟S21':所述感測單元陣列控制器21輸出第一脈沖信號到當(dāng)前有效行子感測單元，所述脈沖信號在脈沖寬度期間對當(dāng)前有效行子感測單元的復(fù)用參考電容523充電，使所述復(fù)用參考電容523兩端積累值為C1*V1的電荷量，所述Cl為復(fù)用參考電容的電容值，所述Vl為給復(fù)用參考電容充電的電壓值；
[0208]步驟S22':所述感測單元陣列控制器21輸出第二脈沖信號到當(dāng)前有效行子感測單元，所述脈沖信號與所述射頻信號產(chǎn)生電路28產(chǎn)生的射頻信號使當(dāng)前有效行子感測單元的校正電容放電521a或521b，使其兩端的電荷量趨于零；所述脈沖信號使當(dāng)前有效行子感測單元的增強電容520a或520b充電，使其兩端積累值為C2*V2的電荷量，所述C2為增強電容的電容值，所述V2為給增強電容充電的電壓值；所述脈沖信號使屏蔽電容兩端的電位都為V2 ；
[0209]步驟S23':所述感測單元陣列控制器21輸出第三脈沖信號到當(dāng)前有效行子感測單元，所述射頻信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生的射頻信號先使有效行子感測單元的增強電容520a或520b的部分電荷轉(zhuǎn)移到所述有效行子感測單元的校正電容521a或521b上，所述第三脈沖信號再使所述復(fù)用參考電容523、有效行子感測單元的增強電容520a或520b和校正電容521a或521b進行電荷均衡，使得所述復(fù)用參考電容523兩端的電荷量減少；
[0210]步驟S24':所述感測單元陣列控制器21輸出固定循環(huán)次數(shù)的第二脈沖信號和第三脈沖信號到當(dāng)前有效行子感測單元，所述射頻信號產(chǎn)生電路28產(chǎn)生相同固定循環(huán)次數(shù)的射頻信號，所述固定循環(huán)次數(shù)的第二脈沖信號和第三脈沖信號與所述射頻信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生的相同固定循環(huán)次數(shù)的射頻信號共同使所述有效行子感測單元的復(fù)用參考電容523兩端的電壓差逐次減小，循環(huán)結(jié)束后所述復(fù)用參考電容523兩端的電壓差被鎖定，同時所述模數(shù)轉(zhuǎn)換陣列22將所述電壓差信號轉(zhuǎn)換成當(dāng)前有效行子感測單元的初始化值；其中，初始化過程中的固定循環(huán)次數(shù)可設(shè)置為2的N次方，N為2到8的整數(shù)；
[0211]步驟S25':將所述當(dāng)前有效行子感測單元的初始化值傳入所述指紋圖像緩存器24，完成當(dāng)前有效行子感測單元的初始化過程。[0212]在本實施例中，上述步驟S3'即子感測單元指紋采集時序具體包括:
[0213]步驟S31':初始化時序結(jié)束后，所述感測單元陣列控制器21再次輸出第一脈沖信號到當(dāng)前有效行子感測單元，該脈沖信號在脈沖寬度期間對當(dāng)前有效行子感測單元的復(fù)用參考電容523充電，使所述復(fù)用參考電容523兩端積累一定的電荷量，這些電荷量可以跟初始化的電荷量相同；
[0214]步驟S32':所述感測單元陣列控制器21再次輸出第二脈沖信號到當(dāng)前有效行子感測單元，所述脈沖信號與所述射頻信號產(chǎn)生電路28產(chǎn)生的射頻信號使當(dāng)前有效行子感測單元的感測電容50a或50b和校正電容521a或521b放電，使其兩端的電荷量趨于零，所述脈沖信號使當(dāng)前有效行子感測單元的增強電容520a或520b充電，使其兩端積累值為C2*V2的電荷量，其中C2為增強電容的電容值，V2為給增強電容充電的電壓值；所述脈沖信號使屏蔽電容兩端的電位都為V2 ；
[0215]步驟S33':所述感測單元陣列控制器21再次輸出第三脈沖信號到當(dāng)前有效行子感測單元，所述射頻信號產(chǎn)生電路28產(chǎn)生的射頻信號通過所述射頻驅(qū)動電極29向外發(fā)射，手指接觸所述射頻驅(qū)動電極29后將會在手指真皮層產(chǎn)生與所述射頻信號同相的射頻信號，所述射頻信號產(chǎn)生電路28產(chǎn)生的射頻信號與所述真皮層產(chǎn)生的射頻信號共同先使有效行子感測單元的增強電容的部分電荷轉(zhuǎn)移到所述有效行子感測單元的感測電容50a或50b和校正電容521a或521b上，所述第三脈沖信號再使所述復(fù)用參考電容523、感測電容50a或50b、增強電容520a或520b和校正電容521a或521b進行電荷均衡，使得所述復(fù)用參考電容523兩端的電荷量減少；
[0216]步驟S34':所述感測單元陣列控制器21輸出另一固定循環(huán)次數(shù)的第二脈沖信號和第三脈沖信號到當(dāng)前有效行子感測單元，所述射頻信號產(chǎn)生電路28產(chǎn)生的射頻信號通過所述射頻驅(qū)動電極29向外發(fā)射相同固定循環(huán)次數(shù)的射頻信號，所述固定循環(huán)次數(shù)的第二脈沖信號和第三脈沖信號與所述射頻信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生的相同固定循環(huán)次數(shù)的射頻信號及所述手指真皮層產(chǎn)生的相同固定循環(huán)次數(shù)的射頻信號共同使所述有效行子感測單元的復(fù)用參考電容523兩端的電壓差逐次減小，循環(huán)結(jié)束后所述復(fù)用參考電容523兩端的電壓差被鎖定，同時所述模數(shù)轉(zhuǎn)換陣列22將所述電壓差信號轉(zhuǎn)換成當(dāng)前有效行子感測單元采集到的指紋信息；其中所述固定循環(huán)次數(shù)為2的M次方，M為4到16的整數(shù)；
[0217]步驟S35':將所述當(dāng)前有效行子感測單元采集到的指紋信息傳入指紋圖像緩存器24，完成當(dāng)前有效行子感測單元的指紋采集過程。
[0218]在本實施例中，上述步驟S4'即指紋信息校正時序具體包括:
[0219]步驟S41':當(dāng)前有效行子感測單元在完成初始化和指紋采集過程后，所述感測單元陣列控制器21輸出第一校正時序，將當(dāng)前有效行子感測單元201的初始值、參考感測單元202的初始值、所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器27的輸入和上位機輸入的數(shù)值輸入到所述感測單元偏差校正電路23計算子感測單元偏差的校正數(shù)據(jù)，并將所述子感測單元偏差的校正數(shù)據(jù)存儲于指紋圖像緩沖器中；
[0220]步驟S42':所述感測單元陣列控制器21輸出第二校正時序，將所述有效行子感測單元采集到的指紋信息減去所述子感測單元偏差的校正數(shù)據(jù)得到校正后的指紋圖像信息；
[0221]步驟S43':將當(dāng)前有效行子感測單元校正后的指紋圖像信息存儲于所述指紋圖像緩存器24中，在上位機的控制下所述校正后的指紋圖像信息取走。
[0222] 以上所述的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述實施例并非用以限制本發(fā)明的專利保護范圍，因此凡是運用本發(fā)明的說明書及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種射頻式微電容指紋采集芯片，其特征在于，包括: L個參考感測單元； M*N個感測單元形成的二維感測單元陣列； 射頻信號產(chǎn)生電路，用以產(chǎn)生射頻信號； 射頻驅(qū)動電極，其將所述射頻信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生的射頻信號發(fā)射到接觸到指紋傳感器的手指；還包括: 感測單元陣列控制器，用于提供打開或關(guān)斷感測單元所需的電源偏置的開關(guān)信號和提供感測單元所需的充放電時序信號； 模數(shù)轉(zhuǎn)換陣列，由N個模數(shù)轉(zhuǎn)換器并排構(gòu)成，其將所述感測單元陣列檢測到的感測電容轉(zhuǎn)換成指紋圖像灰度值； 感測單元偏差校正電路，以L個參考感測單元采集到的數(shù)據(jù)作為基準(zhǔn)來校正各感測單元之間的偏差； 指紋圖像緩存器，其用于存儲當(dāng)前轉(zhuǎn)換的所述指紋圖像數(shù)據(jù)和感測單元偏差校正數(shù)據(jù)； 數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其控制所述模數(shù)轉(zhuǎn)換陣列的增益； 指紋圖像輸出控制器，用以傳輸指紋圖像數(shù)據(jù)； 圖像信號處理器，其接收所述指紋圖像輸出控制器發(fā)送的指紋圖像數(shù)據(jù)，根據(jù)所述指紋圖像數(shù)據(jù)判斷其真?zhèn)涡院驼Ｅc否并做出相應(yīng)的處理，其中，N，M為2到300的整數(shù)，L為小于N*M的整數(shù)，直接覆蓋于采集芯片電路之上的絕緣層作為所述感測單元中感測電容的介質(zhì)層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻式微電容指紋采集芯片，其特征在于，所述每一個感測單元包含: 由集成電路工藝的頂層金屬所形成的單個感測電極； 感測電容介質(zhì)層，其由直接覆蓋于頂層金屬之上的厚度為0.1um~150um的絕緣層構(gòu)成，所述單個感測電極與手指及感測電容介質(zhì)層形成單個感測電容； 參考電容； 有源放大器，其被連接成單位增益緩沖器，其輸入通過開關(guān)連接感測電極，其輸出通過開關(guān)連接屏蔽電極； 由集成電路工藝頂層金屬之外的金屬層所形成的單個屏蔽電極，所述單個屏蔽電極與單個感測電極形成單個屏蔽電容； 由集成電路工藝任一金屬層形成的單個校正電極，所述單個校正電極與單個感測電極形成單個校正電容； 由集成電路工藝任一金屬層形成的單個增強電極，所述單個增強電極與單個感測電極形成單個增強電容，增強電容用于增強采集效果；以及 多個開關(guān)電路，其控制參考電容、感測電容、增強電容和校正電容進行充放電和電荷均衡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻式微電容指紋采集芯片，其特征在于，所述感測單元偏差校正電路還包含加減法計數(shù)器陣列、乘法器陣、感測單元偏差統(tǒng)計電路和感測單元偏差校正因子計算電路，其中，所述加減法計數(shù)器陣列計算所述感測單元與參考感測單元的偏差； 所述感測單元偏差統(tǒng)計電路統(tǒng)計所述偏差絕對值的平均值； 所述感測單元偏差校正因子計算電路將所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入與上位機輸入的數(shù)值及所述偏差絕對值的平均值進行映射計算得到校正因子； 所述乘法器陣列將所述偏差與所述校正因子相乘，其輸出結(jié)果作為所述感測單元偏差的校正數(shù)據(jù)。
4.一種采用權(quán)利要求1、2或3中任意所述射頻式微電容指紋采集芯片的指紋采集方法，其特征在于，所述指紋采集方法基于所述射頻信號產(chǎn)生電路、所述射頻驅(qū)動電極和具有電荷泵電路結(jié)構(gòu)的感測單元通過電荷泵原理實現(xiàn)指紋信息到電信號的轉(zhuǎn)換，包括: 步驟S1:當(dāng)手指放在二維感測單元陣列之上時，所述感測單元陣列控制器選擇所述二維感測單元陣列中的一行感測單元作為當(dāng)前采集指紋的有效行感測單元； 步驟S2:所述感測單元陣列控制器對當(dāng)前有效行感測單元進行初始化； 步驟S3:所述感測單元陣列控制器對當(dāng)前有效行感測單元進行指紋采集； 步驟S4:所述感測單元陣列控制器對當(dāng)前有效行感測單元采集到的指紋信息進行校正；將當(dāng)前有效行感測單元校正后的指紋信息取走； 步驟S5:所述感測單元陣列控制器選擇下一行感測單元作為當(dāng)前采集指紋的有效行感測單元，順序完成初始化、指紋采集、指紋信息校正和讀取指紋信息四個過程，直到所述感測單元陣列控制器選擇最后一行感測單元作為當(dāng)前采集指紋的有效行感測單元，順序完成初始化、指紋采集、指紋信息校正和讀取指紋信息四個過程。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的射頻式微電容指紋采集方法，其特征在于，所述步驟S2具體包括: 步驟S21:所述感測單元陣列控制器輸出第一脈沖信號到當(dāng)前有效行感測單元，所述脈沖信號在脈沖寬度期間對當(dāng)前有效行感測單元的參考電容充電，使該參考電容兩端積累值為C1*V1的電荷量，所述Cl為參考電容的電容值，所述Vl為給參考電容充電的電壓值；步驟S22:所述感測單元陣列控制器輸出第二脈沖信號到當(dāng)前有效行感測單元，所述脈沖信號與所述射頻信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生的射頻信號使當(dāng)前有效行感測單元的校正電容放電，使其兩端的電荷量趨于零；所述脈沖信號使當(dāng)前有效行感測單元的增強電容充電，使其兩端積累值為C2*V2的電荷量，所述C2為增強電容的電容值，所述V2為給增強電容充電的電壓值；所述脈沖信號使屏蔽電容兩端的電位都為V2 ； 步驟S23:所述射頻信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生的射頻信號先使所述增強電容的部分電荷轉(zhuǎn)移到所述校正電容上和使當(dāng)前有效行感測單元的單位增益緩沖器的輸出連接到當(dāng)前有效行感測單元的屏蔽電極 ，所述感測單元陣列控制器輸出第三脈沖信號到當(dāng)前有效行感測單元，所述第三脈沖信號再使所述參考電容、增強電容和校正電容進行電荷均衡； 步驟S24:所述感測單元陣列控制器輸出固定循環(huán)次數(shù)的第二脈沖信號和第三脈沖信號到當(dāng)前有效行感測單元，所述射頻信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生相同固定循環(huán)次數(shù)的射頻信號，所述固定循環(huán)次數(shù)的第二脈沖信號和第三脈沖信號與所述射頻信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生的相同固定循環(huán)次數(shù)的射頻信號，使所述有效行感測單元的參考電容兩端的電壓差逐次減小，循環(huán)結(jié)束后所述參考電容兩端的電壓差被鎖定，其中，初始化過程中的固定循環(huán)次數(shù)可設(shè)置為2的N次方，N為2到8的整數(shù)；同時所述模數(shù)轉(zhuǎn)換陣列將所述電壓差信號轉(zhuǎn)換成當(dāng)前有效行感測單元的初始化值； 步驟S25:將所述當(dāng)前有效行感測單元的初始化值傳入指紋圖像緩存器，完成當(dāng)前有效行感測單元的初始化過程。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的射頻式微電容指紋采集方法，其特征在于，所述步驟S3具體包括: 步驟S31:初始化時序結(jié)束后，所述感測單元陣列控制器再次輸出第一脈沖信號到當(dāng)前有效行感測單元，所述脈沖信號在脈沖寬度期間對當(dāng)前有效行感測單元的參考電容充電，使所述參考電容兩端積累一定的電荷量，所述一定的電荷量可以跟初始化的電荷量相同； 步驟S32:所述感測單元陣列控制器再次輸出第二脈沖信號到當(dāng)前有效行感測單元，所述脈沖信號與所述射頻信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生的射頻信號使當(dāng)前有效行感測單元的感測電容和校正電容放電，使其兩端的電荷量趨零，所述脈沖信號使當(dāng)前有效行感測單元的增強電容充電，使其兩端積累值為C2*V2的電荷量，其中C2為增強電容的電容值，V2為給增強電容充電的電壓值；所述脈沖信號使屏蔽電容兩端的電位都為V2 ； 步驟S33:所述射頻信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生的射頻信號通過所述射頻驅(qū)動電極向外發(fā)射，手指接觸所述射頻驅(qū)動電極后所述射頻信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生的射頻信號先使所述增強電容的部分電荷轉(zhuǎn)移到所述感測電容和校正電容上和使當(dāng)前有效行感測單元的單位增益緩沖器的輸出連接到當(dāng)前有效行感測單元的屏蔽電極，所述感測單元陣列控制器再次輸出第三脈沖信號到當(dāng)前有效感測單元，所述第三脈沖信號再使所述參考電容、感測電容、增強電容和校正電容進行電荷均衡； 步驟S34:所述感測單元陣列控制器輸出另一固定循環(huán)次數(shù)的第二脈沖信號和第三脈沖信號到當(dāng)前有效行感測單元，所述射頻信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生的射頻信號通過所述射頻驅(qū)動電極向外發(fā)射相同固定循`環(huán)次數(shù)的射頻信號，使所述有效行感測單元的參考電容兩端的電壓差逐次減小，循環(huán)結(jié)束后所述參考電容兩端的電壓差被鎖定，其中所述固定循環(huán)次數(shù)為2的M次方，M為4到16的整數(shù)；同時所述模數(shù)轉(zhuǎn)換陣列將所述電壓差信號轉(zhuǎn)換成當(dāng)前有效行感測單元采集到的指紋信息； 步驟S35:將所述當(dāng)前有效行感測單元采集到的指紋信息傳入指紋圖像緩存器，完成當(dāng)前有效行感測單元的指紋采集過程。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的射頻式微電容指紋采集方法，其特征在于，所述步驟S4具體包括: 步驟S41:當(dāng)前有效行感測單元在完成初始化和指紋采集過程后，所述感測單元陣列控制器輸出第一校正時序，將當(dāng)前有效行感測單元的初始值、參考感測單元的初始值、所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入和上位機輸入的數(shù)值輸入到所述感測單元偏差校正電路計算感測單元偏差的校正數(shù)據(jù)，并將所述感測單元偏差的校正數(shù)據(jù)存儲于指紋圖像緩沖器中； 步驟S42:所述感測單元陣列控制器輸出第二校正時序，將所述有效行感測單元采集到的指紋信息減去所述感測單元偏差的校正數(shù)據(jù)得到校正后的指紋圖像信息； 步驟S43:將當(dāng)前有效行感測單元校正后的指紋圖像信息存儲于所述指紋圖像緩存器中，在上位機的控制下將所述校正后的指紋圖像信息取走。
8.一種射頻式微電容指紋采集芯片，其特征在于，包括:L個參考感測單元； M*N個復(fù)合感測單元形成的二維感測單元陣列；所述復(fù)合感測單元由兩個復(fù)合的子感測單元組成； 射頻信號產(chǎn)生電路，用以產(chǎn)生射頻信號； 射頻驅(qū)動電極，其將所述射頻信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生的射頻信號發(fā)射到接觸到指紋傳感器的手指；還包括: 復(fù)合感測單元陣列控制器，用于提供打開或關(guān)斷感測單元所需的電源偏置的開關(guān)信號和提供感測單元所需的充放電時序信號； 模數(shù)轉(zhuǎn)換陣列，由N個模數(shù)轉(zhuǎn)換器并排構(gòu)成，其將所述復(fù)合感測單元陣列檢測到的感測電容轉(zhuǎn)換成指紋圖像灰度值； 復(fù)合感測單元偏差校正電路，以L個參考感測單元采集到的數(shù)據(jù)作為基準(zhǔn)來校正各感測單元之間的偏差； 指紋圖像緩存器，其用于存儲當(dāng)前轉(zhuǎn)換的所述指紋圖像數(shù)據(jù)和復(fù)合感測單元偏差校正數(shù)據(jù)； 數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其控制所述模數(shù)轉(zhuǎn)換陣列的增益； 指紋圖像輸出控制器，用以傳輸指紋圖像數(shù)據(jù)； 圖像信號處理器，其接收所述指紋圖像輸出控制器發(fā)送的指紋圖像數(shù)據(jù)，根據(jù)所述指紋圖像數(shù)據(jù)判斷其真?zhèn)涡院驼Ｅc否并做出相應(yīng)的處理，其中，N為I到150的整數(shù)，M為2到300的整數(shù) ，L為小于N*M的整數(shù)，直接覆蓋于采集芯片電路之上的絕緣層作為所述復(fù)合感測單元中感測電容的介質(zhì)層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的射頻式微電容指紋采集芯片，其特征在于， 所述每一個復(fù)合感測單元包括: 由集成電路工藝的頂層金屬所形成的N個感測電極； 感測電容介質(zhì)層，其由直接覆蓋于所述頂層金屬之上的厚度為0.1um~150um的絕緣層構(gòu)成； 所述N個感測電極與手指及感測電容介質(zhì)層形成N個感測電容； 復(fù)用參考電容； 由集成電路工藝頂層金屬之外的金屬層所形成N個屏蔽電極，所述N個屏蔽電極與N個感測電極形成N個屏蔽電容； 由集成電路工藝任一金屬層形成的N個校正電極，所述N個校正電極與N個感測電極形成N個校正電容； 由集成電路工藝任一金屬層所形成N個增強電極，所述N個增強電極與N個感測電極形成N個增強電容，增強電容用于增強采集效果； N組開關(guān)電路； 復(fù)用有源放大器，被連接成復(fù)用單位增益緩沖器，其輸入通過N個開關(guān)連接N個感測電極，其輸出通過N個開關(guān)連接N個屏蔽電極； 所述N個感測電極、感測電容介質(zhì)層、復(fù)用參考電容、N個屏蔽電容、N個校正電容、N個增強電容、N組開關(guān)電路和復(fù)用有源放大器構(gòu)成N個子感測單元；其中，每一子感測單元包含:一個感測電極、感測電容介質(zhì)層、一個屏蔽電容、一個校正電容、一個增強電容、一組開關(guān)、復(fù)用參考電容和復(fù)用有源放大器，其中復(fù)用參考電容與復(fù)用有源放大器為共用單元；所述復(fù)用參考電容和復(fù)用有源放大器被放置于由所述N個感測電極所形成區(qū)域的下方或放置于由所述N個感測電極所形成區(qū)域的旁側(cè)，所述旁側(cè)邊緣位置離所述區(qū)域的邊緣位置的垂直距離小于500um。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的射頻式微電容指紋采集芯片，其特征在于，所述感測單元偏差校正電路還包含加減法計數(shù)器陣列、乘法器陣、感測單元偏差統(tǒng)計電路和感測單元偏差校正因子計算電路，其中， 所述加減法計數(shù)器陣列計算所述感測單元與參考感測單元的偏差； 所述感測單元偏差統(tǒng)計電路統(tǒng)計所述偏差絕對值的平均值； 所述感測單元偏差校正因子計算電路將所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入與上位機輸入的數(shù)值及所述偏差絕對值的平均值進行映射計算得到校正因子； 所述乘法器陣列將所述偏差與所述校正因子相乘，其輸出結(jié)果作為所述感測單元偏差的校正數(shù)據(jù)。
11.一種采用權(quán)利要求8、9或10中任意所述射頻式微電容指紋采集芯片的指紋采集方法，其特征在于，所述指紋采集方法基于所述射頻信號產(chǎn)生電路、所述射頻驅(qū)動電極和具有電荷泵電路結(jié)構(gòu)的復(fù)用感測單元通過電荷泵原理實現(xiàn)指紋信息到電信號的轉(zhuǎn)換，包括: 步驟SI'感測單元陣列控制器選擇二維感測單元陣列中的一行感測單元的子感測單元作為當(dāng)前采集指紋的有效行子感測單元； 步驟S2'感測單元陣列控制器對當(dāng)前有效行子感測單元進行初始化； 步驟S3'感測單元陣列控制器當(dāng)前有效行子感測單元進行指紋采集； 步驟S4,感測單元陣列控制器對當(dāng)前有效行子感測單元采集到的指紋信息進行校正； 步驟S5'讀取當(dāng)前有效行子感測單元校正后的指紋信息； 步驟S6'感測單元陣列控制器依次選擇有效行感測單元的另一子感測單元作為當(dāng)前有效行子感測單元，重復(fù)步驟S2'~步驟S5'直至完成所有子感測單元的初始化、指紋采集、指紋信息校正及指紋信息讀取四個過程； 步驟S7'感測單元陣列控制器依次選擇二維感測單元陣列中的下一行感測單元的子感測單元作為當(dāng)前采集指紋的有效行子感測單元，重復(fù)步驟S2'~步驟S6'直至完成整個二維感測單元陣列對指紋的初始化、指紋采集、指紋信息校正及指紋信息讀取四個過程。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的射頻式微電容指紋采集方法，其特征在于，所述步驟S2'具體包括: 步驟S21':所述感測單元陣列控制器輸出第一脈沖信號到當(dāng)前有效行子感測單元，所述脈沖信號在脈沖寬度期間使當(dāng)前有效行子感測單元的復(fù)用參考電容充電，使其兩端積累值為C1*V1的電荷量，所述Cl為復(fù)用參考電容的電容值，所述Vl為給復(fù)用參考電容充電的電壓值； 步驟S22':所述感測單元陣列控制器輸出第二脈沖信號到當(dāng)前有效行子感測單元，所述脈沖信號與所述射頻信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生的射頻信號使當(dāng)前有效行子感測單元的校正電容放電，使其兩端的電荷量趨于零；所述脈沖信號使當(dāng)前有效行子感測單元的增強電容充電，使其兩端積累值為C2*V2的電荷量，所述C2為增強電容的電容值，所述V2為給增強電容充電的電壓值；所述脈沖信號使屏蔽電容兩端的電位都為V2 ； 步驟S23,:所述射頻信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生的射頻信號先使所述增強電容的部分電荷轉(zhuǎn)移到所述校正電容上和使當(dāng)前有效行子感測單元的復(fù)用單位增益緩沖器的輸出連接到當(dāng)前有效行子感測單元的屏蔽電極，所述感測單元陣列控制器輸出第三脈沖信號到當(dāng)前有效行子感測單元，所述第三脈沖信號再使所述復(fù)用參考電容、增強電容和校正電容進行電荷均衡； 步驟S24':所述感測單元陣列控制器輸出固定循環(huán)次數(shù)的第二脈沖信號和第三脈沖信號到當(dāng)前有效行子感測單元，所述射頻信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生相同固定循環(huán)次數(shù)的射頻信號，所述固定循環(huán)次數(shù)的第二脈沖信號和第三脈沖信號與所述射頻信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生的相同固定循環(huán)次數(shù)的射頻信號，使所述有效行子感測單元的復(fù)用參考電容兩端的電壓差逐次減小，循環(huán)結(jié)束后所述復(fù)用參考電容兩端的電壓差被鎖定，其中，初始化過程中的固定循環(huán)次數(shù)可設(shè)置為2的N次方，N為2到8的整數(shù)；同時所述模數(shù)轉(zhuǎn)換陣列將所述電壓差信號轉(zhuǎn)換成當(dāng)前有效行子感測單元的初始化值； 步驟S25,:將所述當(dāng)前有效行子感測單元的初始化值傳入指紋圖像緩存器，完成當(dāng)前有效行子感測單元的初始化過程。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的射頻式微電容指紋采集方法，其特征在于，所述步驟S3'具體包括: 步驟S31':初始化時序結(jié)束后，所述感測單元陣列控制器再次輸出第一脈沖信號到當(dāng)前有效行子感測單元，所述脈沖信號在脈沖寬度期間使當(dāng)前有效行感測單元的復(fù)用參考電容充電，使所述復(fù)用參考電容兩端積累一定的電荷量，所述一定的電荷量可以跟初始化的電荷量相同； 步驟S32':所述感測單元陣列控制器再次輸出第二脈沖信號到當(dāng)前有效行子感測單元，所述脈沖信號與所述`射頻信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生的射頻信號使當(dāng)前有效行子感測單元的感測電容和校正電容放電，使其兩端的電荷量趨于零，所述脈沖信號使當(dāng)前有效行子感測單元的增強電容充電，使其兩端積累值為C2*V2的電荷量，其中C2為增強電容的電容值，V2為給增強電容充電的電壓值；所述脈沖信號使屏蔽電容兩端的電位都為V2 ； 步驟S33,:所述射頻信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生的射頻信號通過所述射頻驅(qū)動電極向外發(fā)射，手指接觸所述射頻驅(qū)動電極后所述射頻信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生的射頻信號先使所述增強電容的部分電荷轉(zhuǎn)移到所述感測電容和校正電容上和使當(dāng)前有效行子感測單元的復(fù)用單位增益緩沖器的輸出連接到當(dāng)前有效行子感測單元的屏蔽電極，所述感測單元陣列控制器再次輸出第三脈沖信號到當(dāng)前有效行子感測單元，所述第三脈沖信號再使所述復(fù)用參考電容、感測電容、增強電容和校正電容進行電荷均衡； 步驟S34':所述感測單元陣列控制器輸出另一固定循環(huán)次數(shù)的第二脈沖信號和第三脈沖信號到當(dāng)前有效行子感測單元，所述射頻信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生的射頻信號通過所述射頻驅(qū)動電極向外發(fā)射相同固定循環(huán)次數(shù)的射頻信號，使所述有效行子感測單元的復(fù)用參考電容兩端的電壓差逐次減小，循環(huán)結(jié)束后所述復(fù)用參考電容兩端的電壓差被鎖定，其中所述固定循環(huán)次數(shù)為2的M次方，M為4到16的整數(shù)；同時所述模數(shù)轉(zhuǎn)換陣列將所述電壓差信號轉(zhuǎn)換成當(dāng)前有效行子感測單元采集到的指紋信息； 步驟S35,:將所述當(dāng)前有效行子感測單元采集到的指紋信息傳入指紋圖像緩存器，完成當(dāng)前有效行子感測單元的指紋采集過程。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的射頻式微電容指紋采集方法，其特征在于，所述步驟S4'具體包括: 步驟S41':當(dāng)前有效行子感測單元在完成初始化和指紋采集過程后，所述感測單元陣列控制器輸出第一校正時序，將當(dāng)前有效行子感測單元的初始值、參考感測單元的初始值、所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入和上位機輸入的數(shù)值輸入到所述感測單元偏差校正電路計算子感測單元偏差的校正數(shù)據(jù)，并將所述子感測單元偏差的校正數(shù)據(jù)存儲于指紋圖像緩沖器中；步驟S42':所述感測單元陣列控制器輸出第二校正時序，將所述有效行子感測單元采集到的指紋信息減去所述子感測單元偏差的校正數(shù)據(jù)得到校正后的指紋圖像信息； 步驟S43':將當(dāng)前有效行子感測單元校正后的指紋圖像信息存儲于所述指紋圖像緩存器中，在上位機的控制下所述校正后的指紋圖像信息取走。
【文檔編號】G06F3/044GK103870817SQ201410118147
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月27日
【發(fā)明者】徐啟波, 黃昊 申請人:成都費恩格爾微電子技術(shù)有限公司