背景

1.發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及指紋檢測(cè)裝置以及驅(qū)動(dòng)指紋檢測(cè)裝置的方法。更具體地，本發(fā)明涉及指紋檢測(cè)裝置，其中，關(guān)于使用反饋電容來檢測(cè)指紋的方面敏感度根據(jù)需要被恰當(dāng)?shù)卣{(diào)整，并且外部噪聲、靜電放電等等的影響被抑制；并且涉及指紋檢測(cè)裝置的驅(qū)動(dòng)方法。

2.相關(guān)技術(shù)的討論

指紋圖譜對(duì)于每個(gè)人來說均不同，并且因此廣泛使用于個(gè)人識(shí)別。具體來說，指紋在各個(gè)領(lǐng)域(諸如，金融、犯罪調(diào)查、安全等等)中廣泛地使用作為用于個(gè)人認(rèn)證的手段。

指紋檢測(cè)傳感器已發(fā)展到通過檢測(cè)指紋識(shí)別個(gè)體。指紋識(shí)別傳感器是接觸個(gè)人的手指并且識(shí)別手指的指紋的設(shè)備，并且用作用于確定他/她是否是合法用戶的手段。

最近，對(duì)于個(gè)人認(rèn)證和安全增強(qiáng)的需求在移動(dòng)市場(chǎng)中快速增長(zhǎng)，并且正在積極進(jìn)行通過移動(dòng)系統(tǒng)的與安全相關(guān)的業(yè)務(wù)。

反映這個(gè)趨勢(shì)，在很多公司中積極開展對(duì)于使半導(dǎo)體類型的單片指紋傳感器商業(yè)化的研究。然而，為了在移動(dòng)終端中使用指紋檢測(cè)傳感器芯片，需要高敏感電容式傳感器電路和對(duì)噪聲不敏感的其他電路，用于獲得可靠的指紋圖像。進(jìn)一步地，由于指紋檢測(cè)芯片通常安裝在移動(dòng)裝置中，因此低功率是芯片的基本特征。

各種檢測(cè)方法(諸如，光學(xué)方法、熱感測(cè)方法、以及電容式方法)被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)指紋檢測(cè)傳感器的方法。

在它們之中，電容式指紋傳感器的原理在于通過將在最上面的金屬板和指紋的脊線之間形成的電容與在最上面的金屬板和指紋的谷線之間形成的電容的差轉(zhuǎn)換成電信號(hào)以比較電信號(hào)的大小與參考信號(hào)的大小，并且然后進(jìn)行數(shù)字化并成像來形成指紋圖像。

作為處理由最上面的金屬板感測(cè)的信號(hào)的方法，可以提供電荷共享方法、反饋電容式感測(cè)方法、采樣和保持方法、電荷轉(zhuǎn)移方法等。在它們之中，反饋電容式感測(cè)方法具有的優(yōu)點(diǎn)在于，由于電路簡(jiǎn)單，因此可以在獲得高質(zhì)量圖像的同時(shí)降低傳感器電極(即，最上面的金屬板)的大小。然而，使用反饋電容式感測(cè)方法的指紋傳感器具有的問題在于，最佳靈敏度沒有被提供在信號(hào)處理中。原因在于由于在最上面的金屬板上形成的模具結(jié)構(gòu)的厚度，因此難以準(zhǔn)確地檢測(cè)通過在最上面的金屬板和手指的脊線之間的關(guān)系形成的響應(yīng)信號(hào)與在最上面的金屬板和手指的谷線之間的關(guān)系形成的響應(yīng)信號(hào)的差。也就是說，在手指和最上面的金屬板之間設(shè)置的模具結(jié)構(gòu)的厚度變化可以限制參考電壓的操作范圍，并且作為使由指紋檢測(cè)裝置形成的指紋圖像的品質(zhì)降級(jí)的決定性因素。

因此，一種實(shí)現(xiàn)反饋電容式感測(cè)類型的指紋檢測(cè)裝置的技術(shù)，以獲得最優(yōu)靈敏度等級(jí)并且對(duì)周圍環(huán)境中的各種變化不敏感。

發(fā)明概述

本發(fā)明的一個(gè)目的是解決以上描述的現(xiàn)有技術(shù)的問題。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是基于環(huán)境可變地優(yōu)化反饋電容式感測(cè)類型的指紋檢測(cè)裝置的靈敏度等級(jí)。

本發(fā)明的又一個(gè)目的是抑制外部噪聲對(duì)指紋檢測(cè)裝置的影響。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了包括多個(gè)指紋傳感器設(shè)備的指紋檢測(cè)裝置。多個(gè)指紋傳感器設(shè)備中的每個(gè)指紋傳感器設(shè)備均包括第一導(dǎo)電層、屏蔽層、第二導(dǎo)電層、第三導(dǎo)電層、增益控制器以及放大器，在第一導(dǎo)電層中形成被配置成根據(jù)驅(qū)動(dòng)電壓的施加接收來自受試者的響應(yīng)信號(hào)的感測(cè)電極；屏蔽層形成在第一導(dǎo)電層的下面并且被施加接地電位；第二導(dǎo)電層形成在屏蔽層的下面；第三導(dǎo)電層部分地形成在第二導(dǎo)電層的下面；增益控制器形成在第二導(dǎo)電層和第三導(dǎo)電層之間并且被配置成選擇性地改變?cè)鲆?；放大器被配置成生成通過像增益一樣多地放大響應(yīng)信號(hào)而形成的輸出信號(hào)。響應(yīng)信號(hào)和輸出信號(hào)與鄰近的指紋傳感器設(shè)備無關(guān)地被接收和輸出。

指紋檢測(cè)裝置還可以包括外部電極，其被配置成將驅(qū)動(dòng)電壓施加至受試者。

第一導(dǎo)電層可以包括被配置成將驅(qū)動(dòng)電壓施加至受試者的驅(qū)動(dòng)電壓施加電極，以及與驅(qū)動(dòng)電壓施加電極間隔開且被配置成接收來自受試者的響應(yīng)信號(hào)的感測(cè)電極。

第三導(dǎo)電層可以包括部分地形成在第二導(dǎo)電層的下面的n個(gè)子電極以連同第二導(dǎo)電層形成n個(gè)反饋電容，并且n個(gè)子電極中的每個(gè)子電極均可以選擇性地連接至放大器的輸出端以改變?cè)鲆妗?/p>

指紋檢測(cè)裝置還可以包括與放大器的輸出端連接的第四導(dǎo)電層，并且第四導(dǎo)電層選擇性地連接至n個(gè)子電極中的每個(gè)子電極。

第三導(dǎo)電層可以包括在子電極之間形成的保護(hù)電極，保護(hù)電極與所述子電極中的每一個(gè)均間隔開并且連接至接地電位。

指紋檢測(cè)裝置還可以包括：第一開關(guān)、第二開關(guān)、第三開關(guān)以及n個(gè)第四開關(guān)，第一開關(guān)被配置成切換在第一導(dǎo)電層和放大器的輸出端之間的連接；第二開關(guān)連接在放大器的輸入端和放大器的輸出端之間并且被配置成重置增益控制器；第三開關(guān)連接至放大器的輸出端并且被配置成選擇性地輸出輸出信號(hào)；n個(gè)第四開關(guān)中的每個(gè)開關(guān)均連接在每個(gè)子電極和第四導(dǎo)電層之間并且被配置成選擇性地改變?cè)鲆妗?/p>

第一開關(guān)可以僅在驅(qū)動(dòng)電壓被施加的同時(shí)保持接通狀態(tài)，并且可以獨(dú)立于鄰近的感測(cè)電極從所述感測(cè)電極輸入響應(yīng)信號(hào)；第二開關(guān)可以在驅(qū)動(dòng)電壓被施加之前保持接通狀態(tài)并且重置增益控制器；并且第三開關(guān)可以僅在驅(qū)動(dòng)電壓被施加之后保持接通狀態(tài)并且獨(dú)立于鄰近的感測(cè)電極輸出放大器的輸出信號(hào)。

第三導(dǎo)電層可以形成為金屬-絕緣體-金屬(mim)結(jié)構(gòu)的一部分。

第一導(dǎo)電層可以包括與感測(cè)電極間隔地形成的護(hù)環(huán)，以包圍感測(cè)電極并連接至接地電位。

第二導(dǎo)電層可以包括反饋電容電極和護(hù)環(huán)，反饋電容電極與第三導(dǎo)電層形成反饋電容；護(hù)環(huán)與反饋電容電極間隔地形成以包圍反饋電容電極并且被施加接地電位。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種驅(qū)動(dòng)包括多個(gè)指紋傳感器設(shè)備的指紋檢測(cè)裝置的方法，多個(gè)指紋傳感器設(shè)備具有從頂部到底部按順序布置的第一導(dǎo)電層至第三導(dǎo)電層。該方法包括：確定在第二導(dǎo)電層和部分地形成在所述第二導(dǎo)電層的下面的第三導(dǎo)電層之間形成的并且改變放大器的增益的增益控制器的增益；重置在放大器的輸入端和放大器的輸出端之間連接的增益控制器；將在第一導(dǎo)電層中形成的感測(cè)電極連接至放大器的輸入端，使得根據(jù)驅(qū)動(dòng)電壓的施加，來自受試者的響應(yīng)信號(hào)從感測(cè)電極輸入至放大器；以及將放大器的輸出端連接至外部裝置以輸出放大器的輸出信號(hào)。

被施加接地電位的屏蔽層還可以形成在第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層之間。

驅(qū)動(dòng)電壓可以通過外部電極施加至受試者。

驅(qū)動(dòng)電壓可以通過在第一導(dǎo)電層中與感測(cè)電極間隔地形成的驅(qū)動(dòng)電壓施加電極而施加至受試者。

增益控制器的增益的確定可以包括：將在形成于第三導(dǎo)電層中的n個(gè)子電極和第二導(dǎo)電層之間形成的n個(gè)反饋電容選擇性地連接至放大器的輸出端。

增益控制器的增益的確定可以包括：將在第三導(dǎo)電層下面形成的并且與放大器的輸出端連接的第四導(dǎo)電層選擇性地連接至n個(gè)反饋電容。

增益控制器的重置、響應(yīng)信號(hào)至放大器的輸入、以及放大器輸出端和外部裝置的連接可以相互排他地執(zhí)行。

響應(yīng)信號(hào)至放大器的輸入、以及放大器的輸出信號(hào)至外部裝置的輸出可以獨(dú)立于鄰近的指紋傳感器設(shè)備的操作而被執(zhí)行。

附圖簡(jiǎn)述

通過參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例實(shí)施例，本發(fā)明的以上的和其他的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將變得更加明顯，其中：

圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的指紋檢測(cè)裝置的示意配置的圖示；

圖2是用于描述根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的指紋傳感器設(shè)備的配置的圖示；

圖3和圖4分別是顯示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的指紋傳感器設(shè)備的配置的截面圖和立體圖；

圖5是用于描述根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的指紋傳感器設(shè)備的操作的時(shí)序圖；

圖6是用于描述根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的指紋傳感器設(shè)備的配置的圖示；并且

圖7和圖8分別是顯示根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的指紋傳感器設(shè)備的配置的截面圖和立體圖。

示例實(shí)施例的詳細(xì)描述

現(xiàn)在將參考其中顯示一些實(shí)施例的附圖來更充分地描述各個(gè)實(shí)施例。然而，由于本發(fā)明不限于在下文中公開的實(shí)施例，因此本發(fā)明的實(shí)施例應(yīng)當(dāng)以各種形式實(shí)現(xiàn)。在附圖中，為了清楚，可以省略一些與本發(fā)明的示例實(shí)施例的解釋無關(guān)的另外的部件，并且在整個(gè)說明書中，相同的數(shù)字指的是相同的元件。

應(yīng)理解的是，當(dāng)元件被稱為“連接到”或“耦接到”另一個(gè)元件時(shí)，其可以直接連接或耦接到其他的元件，或其可以采用其間的中間元件間接連接或耦接到另一元件。還應(yīng)理解的是，術(shù)語“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包括(includes)”和/或“包括(including)”在本文中使用時(shí)，指定元件和/或部件的存在，但除非另有聲明，否則不排除存在或添加一個(gè)或多個(gè)元件和/或部件。

在下文中，將參考附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的實(shí)施例。

圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的指紋檢測(cè)裝置的示意配置的圖示。

參考圖1，指紋檢測(cè)裝置包括傳感器陣列100，傳感器陣列100具有形成多個(gè)列和行的多個(gè)指紋傳感器設(shè)備110。水平掃描器120和豎直掃描器130使指紋傳感器設(shè)備110中的每個(gè)指紋傳感器設(shè)備均能夠輸出與指紋的檢測(cè)相關(guān)的信號(hào)。來自指紋傳感器設(shè)備110的信號(hào)通過緩沖器140輸出。在指紋傳感器設(shè)備110的每列處布置一個(gè)緩沖器140。也就是說，來自設(shè)置在一列處的指紋傳感器設(shè)備110的信號(hào)通過一個(gè)緩沖器140輸出。

圖2是用于描述根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的圖1中的指紋傳感器設(shè)備110的配置的圖示。

參考圖2，指紋檢測(cè)裝置包括傳感器陣列100和外部電極(或者邊框，200)。外部電極200與傳感器陣列100隔離且被設(shè)置在傳感器陣列100周圍。外部電極200運(yùn)行以將用于指紋的檢測(cè)的驅(qū)動(dòng)電壓vdrv傳輸至受試者(手指)。也就是說，驅(qū)動(dòng)電壓vdrv被施加于外部電極200，并且驅(qū)動(dòng)電壓vdrv通過外部電極200被供應(yīng)至個(gè)人的手指。然后，作為對(duì)其的響應(yīng)，從傳感器陣列100中的每個(gè)指紋傳感器設(shè)備110輸出預(yù)先確定的信號(hào)。

同時(shí)，如以上描述的，傳感器陣列100包括形成列和行的多個(gè)指紋傳感器設(shè)備110。根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的指紋傳感器設(shè)備110包括作為感測(cè)電極111的電極。感測(cè)電極111選擇性地連接至放大器a的第一輸入端n1。參考電壓vref被供應(yīng)至放大器a的第二輸入端。放大器a的第一輸入端n1和第二輸入端可分別是反相輸入終端以及非反向輸入終端。增益控制器112被連接在放大器a的第一輸入端n1和輸出端n2之間。增益控制器112是用于改變放大器a的增益的元件，其將在后面詳細(xì)描述。

同時(shí)，靜電放電(esd)保護(hù)電路114還可以在感測(cè)電極111和放大器a的第一輸入端n1之間形成。

esd保護(hù)電路114是用于防止靜電放電(即，在感測(cè)電極111和放大器a之間生成的esd)的電路，并且包括在電源電壓vdd和接地電位之間串聯(lián)連接的pmos晶體管pt和nmos晶體管nt。pmos晶體管pt和nmos晶體管nt中的每個(gè)柵極均共同地連接至其源極。

當(dāng)在感測(cè)電極111和放大器a的第一輸入端n1之間發(fā)生雙極靜電放電高于電源電壓vdd時(shí)，pmos晶體管pt接通并且nmos晶體管nt關(guān)斷。在此時(shí)，在pmos晶體管pt和nmos晶體管nt之間設(shè)置的節(jié)點(diǎn)n3的最大電位被限制于電源電壓vdd加上pmos晶體管pt的閾值電壓的值。

同時(shí)，當(dāng)在感測(cè)電極111和放大器a的第一輸入端n1之間發(fā)生負(fù)靜電放電低于接地電位時(shí)，nmos晶體管nt接通并且pmos晶體管pt關(guān)斷。在此時(shí)，在pmos晶體管pt和nmos晶體管nt之間的節(jié)點(diǎn)n3的最小電位被限制于接地電位減去nmos晶體管nt的閾值電壓的值。

因此，即使在輸入雙極靜電放電或者負(fù)靜電放電時(shí)，也可以由于傳輸了被限制在一定電平之下或一定電平之上的電壓而防止靜電放電(即，esd)。

同時(shí)，由于以上描述的僅僅是esd保護(hù)電路114的配置的示例，因此esd保護(hù)電路114可以實(shí)現(xiàn)為另一常規(guī)配置，并且設(shè)置在與以上描述的所不同的位置上。esd保護(hù)電路114同樣可以被省略。在放大器a的第一輸入端n1和感測(cè)電極111之間的連接由第一開關(guān)s1接通/關(guān)斷，并且第二開關(guān)s2被連接在增益控制器112的兩個(gè)端部之間。另外，第三開關(guān)s3被連接至放大器a的輸出端n2。第一開關(guān)s1是用于指紋傳感器設(shè)備110以根據(jù)驅(qū)動(dòng)電壓vdrv從手指接收信號(hào)的開關(guān)，第二開關(guān)s2是重置儲(chǔ)存在放大器a的增益控制器112中的數(shù)據(jù)的開關(guān)。另外，第三開關(guān)s3是選擇性地打開指紋傳感器設(shè)備110的輸出端的開關(guān)，也就是說，選擇性地控制將要傳輸至外部裝置的指紋傳感器設(shè)備110的輸出信號(hào)的開關(guān)。后面將詳細(xì)描述在指紋的檢測(cè)期間的第一開關(guān)s1至第三開關(guān)s3的操作。

在下文中，將會(huì)參考圖3和圖4詳細(xì)描述圖2中的指紋傳感器設(shè)備110的配置。

圖3和圖4分別是顯示指紋傳感器設(shè)備110的配置的截面圖和；立體圖。為了附圖的清楚，圖4僅僅顯示圖3中的導(dǎo)電層m1至m4以及屏蔽層sl的配置。

參考圖3和圖4，指紋傳感器設(shè)備110在包括多個(gè)導(dǎo)電層m1至m4和屏蔽層sl的結(jié)構(gòu)中形成。導(dǎo)電層m1至m4可以是施加特定電壓的金屬層，并且屏蔽層sl是施加接地電位的金屬層。絕緣層i2、i2、i3和i4形成在導(dǎo)電層m1至m4之間，并且在導(dǎo)電層m1和m2以及屏蔽層sl之間。絕緣層i2、i2、i3和i4可以由常規(guī)絕緣材料(諸如，sio2、sin、sinox、玻璃等等)形成。

第一導(dǎo)電層m1是設(shè)置有感測(cè)電極111的最上面的層。

感測(cè)電極111被連接至放大器a的第一輸入端n1，并且該連接由第一開關(guān)s1開/關(guān)。連接傳感電極111和放大器a的第一輸入端n1的導(dǎo)線穿過屏蔽層sl的屏蔽電極113和第二導(dǎo)電層m2的第一反饋電容電極115。為了這個(gè)目的，通孔v1和v2可以形成在屏蔽電極113和第一反饋電容電極115上。

同時(shí)，圍繞在感測(cè)電極111外圍的屏蔽電極(即，護(hù)環(huán)g1)形成在第一導(dǎo)電層m1中。護(hù)環(huán)g1可以被連接至接地電位或者另一恰當(dāng)?shù)碾娢?，以最小化由于與鄰近的指紋傳感器設(shè)備110的關(guān)系而生成的寄生電容。多個(gè)護(hù)環(huán)g1可被形成。例如，第一護(hù)環(huán)g1被形成，并且第二護(hù)環(huán)(未顯示)可被形成以圍繞感測(cè)電極111和第一護(hù)環(huán)g1的外圍。在這種情況下，第一護(hù)環(huán)g1可以被連接至接地電位。雖然在這個(gè)實(shí)施例中護(hù)環(huán)g1被描述為具有環(huán)形，然而并不限于此。護(hù)環(huán)g1可以以各種形狀(諸如，圓形、非圓形、多邊形等等)形成，并且護(hù)環(huán)g1被形成為保護(hù)電極以最小化來自鄰近的金屬的干擾。

在最上面的導(dǎo)電層m1上形成保護(hù)感測(cè)電極111的保護(hù)層m。保護(hù)層m保護(hù)感測(cè)電極111免受esd和外部磨損。

感測(cè)電極111形成與感測(cè)電極111接觸的手指f相關(guān)的電容。手指f由脊線和谷線形成，并且每個(gè)感測(cè)電極111在其接觸手指f的脊線時(shí)和在其接觸手指f的谷線時(shí)形成了不同的電容。在感測(cè)電極111接觸手指f的脊線時(shí)，在感測(cè)電極111和手指f之間形成了與成形層m的厚度對(duì)應(yīng)的電容cm。在感測(cè)電極111接觸手指f的谷線時(shí)，在感測(cè)電極111和手指f之間形成了對(duì)應(yīng)于成形層m的厚度的電容cm、以及對(duì)應(yīng)于在成形層m和手指f的谷線之間的空氣層的電容c空氣。像這樣，在感測(cè)電極111和手指f之間形成的電容根據(jù)指紋的哪一部分與感測(cè)電極111接觸而改變，并且輸出信號(hào)v輸出根據(jù)電容而改變。因此，通過輸出信號(hào)v輸出的大小，有可能找出脊線和谷線的特征。

屏蔽層sl在第一導(dǎo)電層m1下面形成，并且具有屏蔽電極113。屏蔽電極113連接至接地電位。如后面描述的，放大器a的反饋電容由增益控制器112形成，增益控制器112由第二導(dǎo)電層m2至第四導(dǎo)電層m4組成，并且在第一導(dǎo)電層m1的感測(cè)電極111和第二導(dǎo)電層m2的第一反饋電容電極115之間可存在寄生電容cp1和cp2。第一寄生電容cp1由在感測(cè)電極111和屏蔽電極113之間的聯(lián)系形成的寄生電容，并且第二寄生電容cp2是由在屏蔽電極113和第一反饋電容電極115之間的聯(lián)系形成的寄生電容。

首先描述第一寄生電容cp1。由于感測(cè)電極111是最靠近手指f的電極，因此第一寄生電容cp1可受到手指f或其他外部噪聲的可達(dá)性的很大影響。然而，由于屏蔽電極113連接至接地電位，因此在第一寄生電容cp1中儲(chǔ)存的電荷逸出到接地電位。也就是說，第一寄生電容cp1在指紋的檢測(cè)期間的影響由于屏蔽電極113而被最小化。

接下來描述第二寄生電容cp2。第二寄生電容cp2在屏蔽電極113和第一反饋電容電極115之間形成。屏蔽電極113連接至接地電位，并且第一反饋電容電極115連接至放大器a的第一輸入端n1，以具有在理想情況下的參考電壓vref的電位。也就是說，由于在屏蔽電極113和第一反饋電容電極115之間的電位差(電壓)保持恒定，并且在屏蔽電極113和第一反饋電容電極115中的每個(gè)區(qū)域、在屏蔽電極113和第一反饋電容電極115之間的距離、以及在屏蔽電極113和第一反饋電容電極115之間設(shè)置的絕緣層i2的介電常數(shù)是通過設(shè)計(jì)已知的值，因此第二寄生電容cp2是可計(jì)算的值?？捎?jì)算的第二寄生電容cp2可以使用單獨(dú)的寄生電容消除電路容易地消除，或者可以被用作在指紋的檢測(cè)期間要補(bǔ)償?shù)闹?。進(jìn)一步地，通過其計(jì)算，后面要解釋的增益控制器112的電容的量可以通過補(bǔ)償計(jì)算出的第二寄生電容cp2來調(diào)整。

總之，歸因于在第一導(dǎo)電層m1和第二導(dǎo)電層m2之間的寄生電容中的第一寄生電容cp1的噪聲由屏蔽層113自然地消除，而歸因于第二寄生電容cp2的噪聲由于其是可計(jì)算的值而容易被消除或補(bǔ)償。也就是說，通過在第一導(dǎo)電層m1和第二導(dǎo)電層m2之間插入屏蔽層sl，可以使來自外部噪聲的影響最小化，并且可以改善指紋的檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

第二導(dǎo)電層m2至第四導(dǎo)電層m4配置確定放大器a的反饋電容的量的增益控制器112，這在下文中將詳細(xì)描述。

第二導(dǎo)電層m2和第三導(dǎo)電層m3包括第一反饋電容電極115和第二反饋電容電極117。第一反饋電容電極115連接至放大器a的第一輸入端n1，并且第二反饋電容電極117連接至放大器a的輸出端n2。在第一反饋電容電極115和第二反饋電容電極117之間形成多個(gè)子反饋電容cfb_1、cfb_2、cfb_3和cfb_4。第二反饋電容電極117由子電極117_1、117_2、117_3和117_4構(gòu)成，并且子反饋電容cfb_1、cfb_2、cfb_3和cfb_4中的每個(gè)的端部均連接至子電極117_1、117_2、117_3和117_4中的各自的一個(gè)子電極。子反饋電容cfb_1、cfb_2、cfb_3和cfb_4的量相同或不同。例如，當(dāng)?shù)谝蛔臃答侂娙輈fb_1的量是x時(shí)，第二至第四子反饋電容cfb_2、cfb_3和cfb_4的量分別可以是x2、x3和x4，但并不限于此。

配置第二反饋電容電極117的子電極117_1、117_2、117_3和117_4根據(jù)子反饋電容cfb_1、cfb_2、cfb_3和cfb_4的數(shù)量而形成。在附圖中，四個(gè)子反饋電容cfb_1、cfb_2、cfb_3和cfb_4是示例性地描述的，然而，子反饋電容cfb_1、cfb_2、cfb_3和cfb_4的數(shù)量可以改變，并且因此配置第二反饋電容電極117的子電極117_1、117_2、117_3和117_4的數(shù)量可以改變。子電極117_1、117_2、117_3和117_4中的每一個(gè)均選擇性地連接至放大器a的輸出端n2。也就是說，子電極117_1、117_2、117_3和117_4可以通過多個(gè)第四開關(guān)s4_1、s4_2、s4_3和s4_4選擇性地連接至放大器a的輸出端n2。因此，僅選擇子反饋電容cfb_1、cfb_2、cfb_3和cfb_4中的一些，并且選擇出的子反饋電容cfb_1、cfb_2、cfb_3和cfb_4的復(fù)合電容可以起到放大器a的反饋電容的作用。例如，假設(shè)選擇第一子反饋電容cfb_1和第二子反饋電容cfb_2，則其中兩個(gè)子反饋電容并聯(lián)地組合成的電容起到放大器a的反饋電容的作用。

放大器a的輸出電壓v輸出可以根據(jù)反饋電容的量而變化，并且更具體地，可以如下表示。在此，vdrv是施加于外部電極(圖2中的參考數(shù)字200)的驅(qū)動(dòng)電壓量。另外，c驅(qū)動(dòng)是放大器a的輸入電容，即，其中在感測(cè)電極111和手指f之間形成的電容、通過成形層m形成的電容等等被串聯(lián)組合。

【數(shù)學(xué)等式1】

也就是說，由于放大器a的輸出電壓v輸出與由增益控制器112確定的反饋電容cfb的量成反比，并且反饋電容的量通過四個(gè)開關(guān)s4_1、s4_2、s4_3和s4_4變化，因此放大器a的輸出電壓v輸出的范圍可以改變。

例如，當(dāng)必須提高指紋檢測(cè)靈敏度時(shí)(當(dāng)必須擴(kuò)寬放大器的輸出電壓范圍時(shí))，使用四個(gè)開關(guān)s4_1、s4_2、s4_3和s4_4使當(dāng)前連接的子反饋電容cfb_1、cfb_2、cfb_3和cfb_4中的一些子反饋電容斷開，以便減少反饋電容量。相反，當(dāng)必須降低指紋檢測(cè)靈敏度時(shí)(當(dāng)必須收窄放大器的輸出電壓范圍時(shí))，使用四個(gè)開關(guān)s4_1、s4_2、s4_3和s4_4使當(dāng)前斷開的子反饋電容cfb_1、cfb_2、cfb_3和cfb_4中的一些子反饋電容進(jìn)一步連接，以便增加反饋電容量。也就是說，由于通過增益控制器112使放大器a的反饋電容變化，因此可以優(yōu)化指紋檢測(cè)靈敏度。

指紋檢測(cè)裝置可以安裝在不同種類的設(shè)備中。電源電壓、涂層厚度等等可以根據(jù)設(shè)備的種類而變化。另外，它們受環(huán)境因素(諸如，電源噪聲、包裝噪聲、外部噪聲等等)不同程度的影響。根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例，根據(jù)由各種因素生成的區(qū)別，通過調(diào)整放大器a的反饋電容的量可以優(yōu)化靈敏度。

例如，指紋檢測(cè)靈敏度受到在第一導(dǎo)電層m1上形成的成形層m的厚度的影響。當(dāng)必須通過設(shè)計(jì)形成厚的成形層m時(shí)，通過減小放大器a的反饋電容來提高靈敏度。相反，當(dāng)形成薄的成形層很好時(shí)，通過相對(duì)地增加放大器a的反饋電容來優(yōu)化靈敏度。

同時(shí)，第二開關(guān)s2連接在放大器a的第一輸入端n1和輸出端n2之間。第二開關(guān)s2是用于重置放大器a的反饋電容的開關(guān)。第二開關(guān)s2在由于指紋的檢測(cè)的準(zhǔn)備步驟中接通，并且在指紋的檢測(cè)期間關(guān)斷。后面將詳細(xì)描述開關(guān)的操作。

第二導(dǎo)電層m2包括圍繞第一反饋電容電極115的護(hù)環(huán)g2。護(hù)環(huán)g2連接至接地電位或另一恰當(dāng)?shù)碾娢?，以阻止鄰近感測(cè)像素的干擾。雖然在這個(gè)實(shí)施例中護(hù)環(huán)g2被描述為具有環(huán)形，然而并不限于此。護(hù)環(huán)g2可以以各種形狀(諸如，圓形、非圓形、多邊形等等)形成，并且被形成為保護(hù)電極以最小化來自鄰近的金屬的干擾。

護(hù)環(huán)g3形成在鄰近在第二反饋電容電極117的子電極117_1、117_2、117_3和117_4之間，并且鄰近整個(gè)第二反饋電容電極117。護(hù)環(huán)g3連接至接地電位或者另一恰當(dāng)?shù)碾娢?，以最小化由于在鄰近的子電極117_1、117_2、117_3和117_4之間的關(guān)系而生成的寄生電容。另外，可以最小化由于與鄰近的指紋傳感器設(shè)備110的關(guān)系而生成的寄生電容?？梢孕纬啥鄠€(gè)護(hù)環(huán)g3。雖然在這個(gè)實(shí)施例中護(hù)環(huán)g3被描述為具有環(huán)形，然而并不限于此。護(hù)環(huán)g1可以以各種形狀(諸如，圓形、非圓形、多邊形、未連接的壁形狀等等)形成，并且被形成為保護(hù)電極以最小化來自鄰近的金屬的干擾。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，護(hù)環(huán)g3可以形成在第三導(dǎo)電層m3中，類似于第二反饋電容電極117的子電極117_1、117_2、117_3和117_4。然而，根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，護(hù)環(huán)g3在方法中可以不形成在與子電極117_1、117_2、117_3和117_4相同的水平處。在這種情況下，如圖3中所示，護(hù)環(huán)g3可以形成在與子電極117_1、117_2、117_3和117_4相比稍稍低一點(diǎn)的水平或者稍稍高一點(diǎn)的水平處。當(dāng)護(hù)環(huán)g3形成在不同的水平高度處時(shí)，可以獲得對(duì)于防止在鄰近的子電極117_1、117_2、117_3和117_4之間的寄生電容的生成的更加突出的效果。根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，可以省略護(hù)環(huán)g3。

同時(shí)，子電極117_1、117_2、117_3和117_4可以形成在相互不同的水平處。也就是說，雖然在圖3和圖4中子電極117_1、117_2、117_3和117_4被描述為形成在相同平面處，然而根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，子電極117_1、117_2、117_3和117_4可以形成在相互不同的水平處。

同時(shí)，第三導(dǎo)電層m3(即，子電極和護(hù)環(huán)g3)可以形成為金屬-絕緣體-金屬(mim)結(jié)構(gòu)的一部分。

通過制造作為mim結(jié)構(gòu)的一部分的、包括多個(gè)子電極117_1、117_2、117_3和117_4的第三導(dǎo)電層m3，可以提高準(zhǔn)確性，并且即使在子電極117_1、117_2、117_3和117_4的數(shù)量增加時(shí)，也可以防止它們之間的影響(諸如，短路或干擾)。

第四導(dǎo)電層m4形成在第三導(dǎo)電層m3下面。如以上描述的，多個(gè)子反饋電容cfb_1、cfb_2、cfb_3和cfb_4通過多個(gè)第四開關(guān)s4_1、s4_2、s4_3和s4_4選擇性地連接至放大器的輸出端n2。第四開關(guān)s4_1、s4_2、s4_3和s4_4中的每個(gè)的一端連接至第二反饋電容電極117的子電極117_1、117_2、117_3和117_4中的相應(yīng)的一個(gè)，并且第四開關(guān)s4_1、s4_2、s4_3和s4_4的另一端通過在第四導(dǎo)電層m4中包括的最下面的電極119連接至放大器a的輸出端n2。另外，第四導(dǎo)電層m4還可以包括用于路由放大器a的操作電源或其他信號(hào)的電極、連接至接地電位的電極等等。在第三導(dǎo)電層m3中包括的另一電極(未顯示)可以起到在第四導(dǎo)電層m4中包括的電極的作用。在這種情況下，可以省略第四導(dǎo)電層m4。當(dāng)省略第四導(dǎo)電層m4時(shí)，第四開關(guān)s4_1、s4_2、s4_3和s4_4的其他端直接連接至放大器a的輸出端n2。

在下文中，將會(huì)描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的在指紋檢測(cè)裝置中包括的第一開關(guān)s1至第三開關(guān)s3的操作。

圖5是用于描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的指紋檢測(cè)裝置中的每個(gè)開關(guān)的操作的時(shí)序圖。

在圖5中，開關(guān)s1至s3中的每個(gè)開關(guān)均具有表示為高的接通狀態(tài)、以及表示為低的關(guān)斷狀態(tài)。另外，關(guān)于外部電極，高狀態(tài)指的是其中驅(qū)動(dòng)電壓vdrv施加于外部電極200的狀態(tài)，并且低狀態(tài)指的是其中沒有施加驅(qū)動(dòng)電壓vdrv的狀態(tài)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，驅(qū)動(dòng)電壓vdrv可以是由時(shí)鐘信號(hào)控制的脈沖信號(hào)，并且以各種形式來實(shí)現(xiàn)，諸如具有預(yù)定頻率的ac電壓或dc電壓等等。

參考圖2至圖5，首先，第二開關(guān)s2在周期t1期間處于接通狀態(tài)，并且第一開關(guān)s1和第三開關(guān)s3處于關(guān)斷狀態(tài)。在第二開關(guān)s2是接通狀態(tài)的同時(shí)，放大器a的反饋電容被重置。在此時(shí)，由于第一開關(guān)s1處于關(guān)斷狀態(tài)，因此電流并沒有從感測(cè)電極111流到放大器a的第一輸入端n1。由于多個(gè)指紋傳感器設(shè)備110以非常小的間隔布置在傳感器陣列100中，因此指紋傳感器設(shè)備110中的每個(gè)指紋傳感器設(shè)備均受到流經(jīng)鄰近的指紋傳感器設(shè)備110的電流的影響。也就是說，當(dāng)電流流經(jīng)鄰近的指紋傳感器設(shè)備110時(shí)，由于與鄰近的指紋傳感器設(shè)備110的關(guān)系而生成寄生電容，造成對(duì)指紋的檢測(cè)的準(zhǔn)確性的不利影響。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，當(dāng)不必對(duì)放大器a的第一輸入端n1施加信號(hào)時(shí)(例如，在用于指紋的檢測(cè)的準(zhǔn)備步驟中等等)，第一開關(guān)s1被關(guān)斷以阻止電流流動(dòng)，并且最小化對(duì)鄰近的指紋傳感器設(shè)備110的影響。例如，在鄰近的指紋傳感器設(shè)備110執(zhí)行指紋的檢測(cè)的操作的同時(shí)，對(duì)應(yīng)的指紋傳感器設(shè)備110的第一開關(guān)s1被控制成處于關(guān)斷狀態(tài)。

當(dāng)完成放大器a的反饋電容的重置時(shí)，周期t2開始。周期t2是這樣的周期：其中，放大器a根據(jù)驅(qū)動(dòng)電壓vdrv的施加通過感測(cè)電極111接收響應(yīng)信號(hào)以形成輸出電壓。當(dāng)周期t2開始時(shí)，第一開關(guān)s1切換至接通狀態(tài)，并且根據(jù)驅(qū)動(dòng)電壓vdrv的施加而準(zhǔn)備接收響應(yīng)信號(hào)。可以在第一開關(guān)s1切換至接通狀態(tài)的同時(shí)或者之后，執(zhí)行通過外部電極200的驅(qū)動(dòng)電壓vdrv的施加。在周期t2期間，第二開關(guān)s2處于關(guān)斷狀態(tài)，并且在放大器a中形成反饋電容。反饋電容的量可以如以上描述地由在增益控制器112中包括的多個(gè)第四開關(guān)s4_1、s4_2、s4_3和s4_4改變。同時(shí)，在周期t2期間，第三開關(guān)s3同樣處于關(guān)斷狀態(tài)。

周期t3是這樣的周期：其中，由放大器a在周期t2中形成的輸出電壓v輸出被輸出用于計(jì)算。在周期t3期間，與放大器a的輸出端n2連接的第三開關(guān)s3切換至接通狀態(tài)，并且第一開關(guān)s1和第二開關(guān)s2處于關(guān)斷狀態(tài)。

第三開關(guān)s3保持接通狀態(tài)適合的時(shí)間，以便根據(jù)通過外部電極200施加的驅(qū)動(dòng)電壓vdrv充分傳輸響應(yīng)信息。例如，第三開關(guān)s3保持接通狀態(tài)直至外部電極200的電位降至0v(或者接地電壓)。如在附圖中顯示的，其中通過外部電極200施加的驅(qū)動(dòng)電壓vdrv的周期和第三開關(guān)s3保持接通狀態(tài)的周期可以重疊或不重疊。

圖6是用于描述根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的圖1中的指紋傳感器設(shè)備110的配置的圖示。

參考圖6，在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，多個(gè)指紋傳感器設(shè)備110同樣布置成形成列和行并且配置傳感器陣列。與參考圖2描述的第一實(shí)施例相比，省略了外部電極(200，見圖2)，并且單個(gè)指紋傳感器設(shè)備110包括驅(qū)動(dòng)電壓施加電極111_1和感測(cè)電極111_2。

根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，驅(qū)動(dòng)電壓vdrv通過每個(gè)指紋傳感器設(shè)備110的驅(qū)動(dòng)電壓施加電極111_1來施加，來自手指f的響應(yīng)信號(hào)通過感測(cè)電極111_2輸入至放大器a的第一輸入端n1。也就是說，應(yīng)理解的是，在第二實(shí)施例中的指紋傳感器設(shè)備110的驅(qū)動(dòng)電壓施加電極111_1起到第一實(shí)施例中的外部電極200的作用。

另外，除了在感測(cè)電極111_2和放大器a之間以外，在驅(qū)動(dòng)電壓vdrv施加于驅(qū)動(dòng)電壓施加電極111_1所通過的路徑處可以形成esd保護(hù)電路114_1和114_2。其他配置與在圖2中描述的相同，在此省略其描述。

圖7和圖8是顯示圖6中的指紋傳感器設(shè)備110的配置的截面圖和立體圖。

參考圖7和圖8，除了第一導(dǎo)電層m1的配置以外，根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的指紋傳感器設(shè)備110的配置與根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的指紋傳感器設(shè)備110的配置相同。

第一導(dǎo)電層m1包括驅(qū)動(dòng)電壓施加電極111_1和感測(cè)電極111_2。如以上描述的，驅(qū)動(dòng)電壓vdrv應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)電壓施加電極111_1，并且感測(cè)電極111_2根據(jù)驅(qū)動(dòng)電壓vdrv的施加將響應(yīng)信號(hào)從手指f傳輸至放大器a的第一輸入端n1。也就是說，感測(cè)電極111_2連接至放大器a的第一輸入端n1，并且由第一開關(guān)s1接通/關(guān)斷該連接。第一開關(guān)s1至第三開關(guān)s3的操作與參考圖5描述的相同。護(hù)環(huán)g1形成在驅(qū)動(dòng)電壓施加電極111_1的外圍和感測(cè)電極111_2的外圍。由于護(hù)環(huán)g1同樣形成在驅(qū)動(dòng)電壓施加電極111_1和感測(cè)電極111_2之間，因此可以抑制由于在驅(qū)動(dòng)電壓施加電極111_1和感測(cè)電極111_2之間的關(guān)系而生成的寄生電容。

第二導(dǎo)電層m2至第五導(dǎo)電層m5的描述與在本發(fā)明的第一實(shí)施例中描述的相同，因此在此省略。

在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中的反饋電容式感測(cè)類型的指紋檢測(cè)裝置中，由于放大器的反饋電容可變，因此指紋檢測(cè)靈敏度可以根據(jù)環(huán)境而可變地優(yōu)化。

另外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以獲得在其中最小化外部噪聲的影響、設(shè)計(jì)中的寄生電容的影響、靜電放電的影響等等的指紋檢測(cè)裝置。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將明顯的是，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對(duì)以上描述的本發(fā)明的示例實(shí)施例做出各種修改。各種實(shí)施例僅僅是示例性的而不意味著限制發(fā)明的范圍。例如，描述為單一元件的每個(gè)部件可以以分布的方式實(shí)現(xiàn)，并且描述為分布式元件的部件可以通過相互組合來實(shí)現(xiàn)。

因此，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求指示。所有落入權(quán)利要求的含義、范圍以及等同物之內(nèi)的改變都被包括在其范圍之內(nèi)。