本發(fā)明涉及包括指紋感測(cè)系統(tǒng)和導(dǎo)電殼體的電子設(shè)備。

背景技術(shù)：

為了提高安全性和/或增強(qiáng)用戶的便利性，各種類型的生物測(cè)定系統(tǒng)被使用得越來(lái)越多。

特別地，由于指紋感測(cè)系統(tǒng)的小的形狀因子、高的性能以及用戶接受度，所以已經(jīng)在例如消費(fèi)電子設(shè)備中采用指紋感測(cè)系統(tǒng)。

在各種可用的指紋感測(cè)原理(如電容式、光學(xué)式、熱能式等)中，電容式感測(cè)最為常用，特別地在尺寸以及功耗為重要問(wèn)題的應(yīng)用中。

所有電容式指紋感測(cè)器皆提供指示若干感測(cè)結(jié)構(gòu)與放置在指紋感測(cè)器表面上的或移動(dòng)跨越指紋感測(cè)器表面的手指之間的電容的度量。

一些電容式指紋傳感器無(wú)源地讀出感測(cè)結(jié)構(gòu)與手指之間的電容。然而，這需要相對(duì)較大的電容。因此，這樣的無(wú)源電容式傳感器通常設(shè)置有覆蓋感測(cè)結(jié)構(gòu)的非常薄的保護(hù)層，這使這樣的傳感器對(duì)刮擦和/或ESD(靜電放電)相當(dāng)敏感。

US 7864992公開(kāi)了一種指紋感測(cè)系統(tǒng)，其中，通過(guò)以下方式來(lái)將手指激勵(lì)信號(hào)注入到手指中：對(duì)布置在傳感器陣列附近的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)施以脈沖；以及測(cè)量由傳感器陣列中的感測(cè)結(jié)構(gòu)所攜載的電荷的結(jié)果變化。

雖然根據(jù)US 7864992的指紋感測(cè)系統(tǒng)提供了指紋圖像品質(zhì)和傳感器保護(hù)的優(yōu)異組合，但是，在某些應(yīng)用中似有進(jìn)一步改進(jìn)的空間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上面所提及的缺點(diǎn)以及現(xiàn)有技術(shù)的其他缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供改進(jìn)的指紋感測(cè)。特別地，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)可以對(duì)用戶在使用指紋感測(cè)系統(tǒng)的同時(shí)觸摸導(dǎo)電殼體的應(yīng)用中的指紋感測(cè)性能進(jìn)行改進(jìn)。因此，可以期望的是，提供包括導(dǎo)電殼體的電子設(shè)備中的改進(jìn)的指紋感測(cè)性能。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，因此提供了一種電子設(shè)備，該電子設(shè)備包括：指紋感測(cè)系統(tǒng)，該指紋感測(cè)系統(tǒng)包括多個(gè)感測(cè)元件，其中，每個(gè)感測(cè)元件被配置成電容耦合至被布置成與感測(cè)元件相鄰的手指并且被配置成提供感測(cè)信號(hào)，該感測(cè)信號(hào)指示對(duì)被提供給手指的時(shí)變手指激勵(lì)信號(hào)的響應(yīng)；導(dǎo)電殼體，該導(dǎo)電殼體至少部分地包圍電子設(shè)備的內(nèi)部；以及殼體連接電路，該殼體連接電路連接至導(dǎo)電殼體并且被布置并被配置成至少間歇地(intermittently)使得導(dǎo)電殼體的電位跟隨手指激勵(lì)信號(hào)。

手指激勵(lì)信號(hào)可以有利地是被施加至手指的脈沖列。在與脈沖列中的每個(gè)脈沖同步時(shí)，可以獲取來(lái)自感測(cè)元件中的一個(gè)或幾個(gè)感測(cè)元件的感測(cè)信號(hào)。來(lái)自感測(cè)元件的感測(cè)信號(hào)指示特定感測(cè)元件對(duì)手指激勵(lì)信號(hào)的響應(yīng)，該手指激勵(lì)信號(hào)轉(zhuǎn)而取決于手指與該感測(cè)元件之間的電容耦合。電容耦合指示指紋傳感器表面與手指表面之間的距離并且從而指示手指的指紋圖案。

應(yīng)當(dāng)選擇手指激勵(lì)信號(hào)的特性以使得用戶手指的電位可以跟隨手指激勵(lì)信號(hào)。此外，可以期望的是，特別是對(duì)于滑擦傳感器而言，在合理的時(shí)間內(nèi)獲取完整的指紋圖案。為了實(shí)現(xiàn)這些需求，手指激勵(lì)信號(hào)的脈沖重復(fù)頻率可以有利地處于大約頻率范圍1KHz至1MHz的頻率范圍中。

殼體連接電路可以是連接導(dǎo)電殼體與被包括在電子設(shè)備中的另一電路的任何電路。殼體連接電路可以被導(dǎo)電殼體包圍并且從而被布置在電子設(shè)備內(nèi)部。

殼體連接電路可以被集成在指紋傳感器部件中或被設(shè)置成與指紋傳感器部件分隔開(kāi)。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，因此提供了一種用于與電子設(shè)備集成的指紋傳感器裝置，該電子設(shè)備包括至少部分地包圍電子設(shè)備的內(nèi)部的導(dǎo)電殼體，該指紋傳感器裝置包括：多個(gè)感測(cè)元件，每個(gè)感測(cè)元件被配置成電容耦合至被布置成與感測(cè)元件相鄰的手指并且被配置成提供感測(cè)信號(hào)，該感測(cè)信號(hào)指示對(duì)被提供給手指的時(shí)變手指激勵(lì)信號(hào)的響應(yīng)；以及殼體連接電路，該殼體連接電路能夠連接至導(dǎo)電殼體，并且當(dāng)連接至殼體時(shí)，被布置并被配置成至少間歇地使得導(dǎo)電殼體的電位跟隨手指激勵(lì)信號(hào)。

導(dǎo)電殼體的電位跟隨手指激勵(lì)信號(hào)應(yīng)當(dāng)理解為意味著導(dǎo)電殼體的電位呈現(xiàn)以下信號(hào)，該信號(hào)具有與手指激勵(lì)信號(hào)相同的脈沖重復(fù)頻率并且具有與手指激勵(lì)信號(hào)的振幅處于同一數(shù)量級(jí)的振幅。有利地，與殼體有關(guān)的信號(hào)的振幅可以至少為手指激勵(lì)信號(hào)的振幅的50％。

來(lái)自指紋感測(cè)系統(tǒng)的輸出可以是認(rèn)證結(jié)果和/或指紋圖案的表示。這樣的指紋圖案的表示例如可以是原始指紋圖像數(shù)據(jù)，或者數(shù)據(jù)可以已經(jīng)被處理并且然后可以以如同指紋模板數(shù)據(jù)那樣的條件圖像數(shù)據(jù)的形式或以任何其他形式來(lái)提供。

本發(fā)明基于以下認(rèn)識(shí)：具有集成指紋感測(cè)系統(tǒng)的電子設(shè)備的導(dǎo)電殼體可以用于增強(qiáng)指紋感測(cè)系統(tǒng)的功能。本發(fā)明人還認(rèn)識(shí)到這可以通過(guò)至少間歇地使得導(dǎo)電殼體的電位跟隨用于獲取指紋圖案的手指激勵(lì)信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

通過(guò)本發(fā)明的實(shí)施方式，因此，導(dǎo)電殼體可以通過(guò)至少幫助向用戶手指提供手指激勵(lì)信號(hào)和/或通過(guò)充當(dāng)用于獲取參考信號(hào)的參考感測(cè)結(jié)構(gòu)來(lái)支承指紋感測(cè)系統(tǒng)。鑒于因子例如共模噪聲和手指的不同電氣特性(干燥/濕潤(rùn)的手指)，參考信號(hào)可以用于改進(jìn)指紋圖案的獲取。

在根據(jù)本發(fā)明的電子設(shè)備的實(shí)施方式中，導(dǎo)電殼體可以是用于向手指提供手指激勵(lì)信號(hào)的僅結(jié)構(gòu)，其提供電子設(shè)備中的改進(jìn)的指紋傳感器的集成。

根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方式，導(dǎo)電殼體可以構(gòu)成電子設(shè)備的外表面的至少10％。例如，移動(dòng)電話的大部分背面和側(cè)面可以由金屬制成(為了改進(jìn)的可靠性和獨(dú)有外觀和感覺(jué))。在這樣的實(shí)施方式和其他實(shí)施方式中，導(dǎo)電殼體可以構(gòu)成電子設(shè)備的外表面的至少30％。

在一些實(shí)施方式中，導(dǎo)電殼體可以構(gòu)成電子設(shè)備的外表面的至少50％。導(dǎo)電殼體可以具有開(kāi)口以使得訪問(wèn)其他功能部件例如顯示器、按鈕、相機(jī)、閃光燈、指紋傳感器和各種端口等。

根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方式，殼體連接電路還可以被布置并被配置成至少間歇地使導(dǎo)電殼體的電位保持處于電子設(shè)備的參考電位處。

電子設(shè)備的“參考電位”例如可以是電子設(shè)備的電氣接地。通過(guò)至少間歇地使導(dǎo)電殼體的電位保持處于參考電位處以及/或者可以至少在預(yù)定頻率范圍內(nèi)使得導(dǎo)電殼體實(shí)現(xiàn)任何附加的電氣功能，導(dǎo)電殼體可以在同時(shí)幫助獲取如上所述的指紋圖案的情況下作為電子設(shè)備。在無(wú)線通信設(shè)備例如移動(dòng)電話中，導(dǎo)電殼體例如可以是某一無(wú)線通信電路例如NFC(近場(chǎng)通信)的一部分。

在一些實(shí)施方式中，殼體連接電路可以包括有源電路，該有源電路能夠進(jìn)行控制以在信號(hào)跟隨狀態(tài)與參考電位狀態(tài)之間切換殼體連接電路，其中，在信號(hào)跟隨狀態(tài)中，使得導(dǎo)電殼體的電位跟隨手指激勵(lì)信號(hào)，并且在參考電位狀態(tài)中，使導(dǎo)電殼體的電位保持處于電子設(shè)備的參考電位處。

有源電路可以包括一個(gè)或幾個(gè)晶體管并且可以使用控制信號(hào)來(lái)控制，該控制信號(hào)例如可以來(lái)源于指紋感測(cè)系統(tǒng)或被包括在電子設(shè)備中的其他控制電路。

此外，有源電路可以包括多個(gè)開(kāi)關(guān)，多個(gè)開(kāi)關(guān)被布置在互不相同的位置處以使得導(dǎo)電殼體在以下應(yīng)用中的幾個(gè)位置處接地，在該應(yīng)用中，導(dǎo)電殼體接地有利于電子設(shè)備的其他功能例如無(wú)線傳輸。

這樣的接地位置/參考電位位置通常由對(duì)電子設(shè)備的無(wú)線功能負(fù)責(zé)的RF工程師來(lái)確定。ESD保護(hù)電路也可以有利地耦接至每個(gè)接地位置。

作為上述有源電路的替代或部件，殼體連接電路可以包括濾波器，該濾波器在第一頻率范圍內(nèi)使得導(dǎo)電殼體的電位跟隨手指激勵(lì)信號(hào)以及在高于第一頻率范圍并與第一頻率范圍分開(kāi)的第二頻率范圍內(nèi)使導(dǎo)電殼體的電位保持處于電子設(shè)備的參考電位處。對(duì)于具有多個(gè)并且相互分隔開(kāi)的接地位置的實(shí)施方式而言，被包括在殼體連接電路中的濾波器可以包括被布置在每個(gè)接地位置處的至少一個(gè)濾波器部件(例如合適的電容器)。

濾波器可以有利地被配置成使得：第一頻率范圍包括1MHz以下的頻率，而第二頻率范圍包括800MHz以上的頻率。

第一頻率范圍可以有利地與針對(duì)手指激勵(lì)信號(hào)的上面所提及的頻率范圍對(duì)應(yīng)，即大約1KHz至大約1MHz，而第二頻率范圍可以有利地與用于無(wú)線通信的頻率對(duì)應(yīng)，即大約800MHz至大約2.1GHz。

根據(jù)各個(gè)實(shí)施方式，濾波器可以另外被配置成在第三頻率范圍中使導(dǎo)電殼體的電位保持處于電子設(shè)備的參考電位處，第三頻率范圍包括用于近場(chǎng)通信(NFC)的頻率即大約10MHz與大約15MHz之間的頻率。根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方式，殼體連接電路還可以包括ESD保護(hù)電路。因此，可以防止靜電放電損壞指紋感測(cè)電路或電子設(shè)備的其他部分。

殼體連接電路還可以連接至用于至少間歇地使指紋感測(cè)系統(tǒng)和導(dǎo)電殼體互連的指紋感測(cè)系統(tǒng)。

在實(shí)施方式中，指紋感測(cè)系統(tǒng)可以包括用于生成手指激勵(lì)信號(hào)的激勵(lì)電路，并且指紋感測(cè)系統(tǒng)可以被配置成經(jīng)由殼體連接電路向?qū)щ姎んw提供手指激勵(lì)信號(hào)。

此外，指紋感測(cè)系統(tǒng)可以被配置成經(jīng)由殼體連接電路從導(dǎo)電殼體接收指紋感測(cè)信號(hào)。在這種情況下，導(dǎo)電殼體可以用作參考感測(cè)結(jié)構(gòu)。還在這種情況下，使得殼體的電位跟隨手指激勵(lì)信號(hào)——?dú)んw的電位將是可以用于使指紋感測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)或更多個(gè)特性適應(yīng)指紋感測(cè)情況(共模噪聲或手指特性等)的參考信號(hào)。

根據(jù)各個(gè)實(shí)施方式，此外，電子設(shè)備可以包括無(wú)線通信電路和連接至該無(wú)線通信電路的天線，該天線被導(dǎo)電殼體包圍。

殼體連接電路可以能夠在信號(hào)跟隨狀態(tài)與參考電位狀態(tài)之間被控制，其中，在信號(hào)跟隨狀態(tài)中，使得導(dǎo)電殼體的電位跟隨手指激勵(lì)信號(hào)，并且在參考電位狀態(tài)中，使導(dǎo)電殼體的電位保持處于電子設(shè)備的參考電位處；以及電子設(shè)備可以包括處理電路，該處理電路被配置成控制無(wú)線通信電路進(jìn)行以僅在殼體連接電路處于參考電位狀態(tài)時(shí)經(jīng)由天線來(lái)傳輸信號(hào)。

總之，本發(fā)明涉及一種電子設(shè)備，該電子設(shè)備包括：指紋感測(cè)系統(tǒng)，該指紋感測(cè)系統(tǒng)包括多個(gè)感測(cè)元件，其中，每個(gè)感測(cè)元件被配置成電容耦合至被布置成與感測(cè)元件相鄰的手指并且被配置成提供感測(cè)信號(hào)，該感測(cè)信號(hào)指示對(duì)被提供給手指的時(shí)變手指激勵(lì)信號(hào)的響應(yīng)；以及導(dǎo)電殼體，該導(dǎo)電殼體至少部分地包圍電子設(shè)備的內(nèi)部。電子設(shè)備還包括殼體連接電路，該殼體連接電路連接至導(dǎo)電殼體并且被布置并被配置成至少間歇地使得導(dǎo)電殼體的電位跟隨手指激勵(lì)信號(hào)。因此，該殼體可以用于增強(qiáng)指紋感測(cè)系統(tǒng)的功能。

附圖說(shuō)明

現(xiàn)在將參照示出了本發(fā)明的示例實(shí)施方式的附圖來(lái)更詳細(xì)地描述本發(fā)明的這些及其他方面，在附圖中：

圖1a示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的具有移動(dòng)電話的形式的電子設(shè)備的示例實(shí)施方式，該移動(dòng)電話具有導(dǎo)電殼體和集成指紋傳感器；

圖1b是能夠通過(guò)圖1a的移動(dòng)電話的導(dǎo)電殼體中的開(kāi)口訪問(wèn)的指紋傳感器部件的放大圖；

圖2是圖1a中的移動(dòng)電話的示意性框圖；

圖3a是示出導(dǎo)電殼體用于向手指提供手指激勵(lì)信號(hào)的實(shí)施方式的圖1b中的指紋傳感器組件的示意性截面圖；

圖3b是示出導(dǎo)電殼體用作參考感測(cè)結(jié)構(gòu)的另一實(shí)施方式的圖1b中的指紋傳感器組件的示意性截面圖；

圖4a示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的電子設(shè)備的第一實(shí)施方式中包括的殼體連接電路；

圖4b示出了針對(duì)圖4a中的殼體連接電路的示例性控制信號(hào)配置；

圖5a示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的電子設(shè)備的第二實(shí)施方式中包括的殼體連接電路；

圖5b示出了針對(duì)圖5a中的殼體連接電路的示例性控制信號(hào)；

圖6示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的電子設(shè)備的第三實(shí)施方式中包括的殼體連接電路；以及

圖7a和圖7b示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的指紋感測(cè)系統(tǒng)的實(shí)施方式中包括的感測(cè)元件的示例配置。

具體實(shí)施方式

在本詳細(xì)的描述中，參照具有金屬后蓋的移動(dòng)電話來(lái)主要討論根據(jù)本發(fā)明的電子設(shè)備的各個(gè)實(shí)施方式，該金屬后蓋具有能夠通過(guò)金屬后蓋中的開(kāi)口訪問(wèn)的滑擦型指紋傳感器。

應(yīng)當(dāng)注意，這并不意味著限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍同樣還包括例如其他類型的電子設(shè)備如膝上型計(jì)算機(jī)等。此外，指紋傳感器不一定是滑擦型的但還可以是觸摸型的。此外，導(dǎo)電殼體可以被用戶的手的另一部位而不是與指紋傳感器交互的手指觸摸。另外，下面所描述的各種殼體連接電路配置以及其他配置可以在適用的情況下有利地被包括在指紋傳感器模塊中。

圖1a示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的具有移動(dòng)電話1的形式的電子設(shè)備的示例實(shí)施方式，移動(dòng)電話1具有導(dǎo)電殼體2和能夠通過(guò)導(dǎo)電殼體2中的開(kāi)口訪問(wèn)的集成指紋傳感器3。指紋傳感器3例如可以用于解鎖移動(dòng)電話1和/或用于授權(quán)被執(zhí)行使用移動(dòng)電話等實(shí)行的交易。

圖1b是指紋傳感器3以及其與導(dǎo)電殼體2的集成的放大圖。

參照為圖1a的移動(dòng)電話的示意性框圖的圖2，除了上面所提及的導(dǎo)電殼體2和指紋傳感器3之外，移動(dòng)電話1還包括用于WLAN/Wi-Fi通信的第一天線10、第一無(wú)線控制單元11、用于電信通信的第二天線12、第二無(wú)線控制單元13、顯示器14、麥克風(fēng)15、揚(yáng)聲器16、電話控制單元17和殼體連接電路18。

如圖2中示意性地示出的，殼體連接電路18可以取決于特定應(yīng)用而從指紋傳感器3和/或從電話控制單元17接收控制信號(hào)S_hc。

現(xiàn)在將參照?qǐng)D3a和圖3b來(lái)描述根據(jù)本發(fā)明的電子設(shè)備的兩個(gè)不同的示例實(shí)施方式，其中，手指19正在觸摸指紋傳感器3的表面。

為了幫助讀者理解，圖3a和圖3b中的每一個(gè)是示意性截面圖和功能框圖的混合。

圖3a是示出導(dǎo)電殼體2用于向手指19提供手指激勵(lì)信號(hào)的實(shí)施方式的圖1b中的指紋傳感器組件的示意性截面圖。

參考圖3a，指紋傳感器3包括多個(gè)感測(cè)元件21(感測(cè)元件中的僅一個(gè)用附圖標(biāo)記來(lái)指示以避免使圖混亂)，每個(gè)感測(cè)元件21包括感測(cè)結(jié)構(gòu)(片)22和感測(cè)元件電路23。如圖3a中示意性地示出的，感測(cè)結(jié)構(gòu)22由用戶的手指19接觸的介電層24保護(hù)。指紋傳感器3還包括：手指激勵(lì)電路26，其經(jīng)由殼體連接電路18連接至導(dǎo)電殼體2。

當(dāng)指紋傳感器3進(jìn)行操作以檢測(cè)指紋圖案時(shí)，手指激勵(lì)電路26經(jīng)由殼體連接電路18向手指19提供手指激勵(lì)信號(hào)TX，殼體連接電路18被配置成至少間歇地使得殼體2的電位跟隨手指激勵(lì)信號(hào)TX。

如圖3a中示意性地示出的，可以以具有脈沖重復(fù)頻率的脈沖列的形式提供手指激勵(lì)信號(hào)TX。

手指激勵(lì)信號(hào)TX從手指19到指紋傳感器3的感測(cè)結(jié)構(gòu)22的耦合是手指與相應(yīng)感測(cè)結(jié)構(gòu)之間的電容的指示?；谟筛袦y(cè)元件21提供的像素信號(hào)S_pixel，可以確定指紋圖案的表示。

圖3b是示出了導(dǎo)電殼體2用作參考感測(cè)元件28的一部分的另一實(shí)施方式的圖1b中的指紋傳感器組件的示意性截面圖，該部分用于提供作為指紋傳感器3與手指19之間的平均耦合的指示的參考感測(cè)信號(hào)S_ref。如圖3b所示，參考感測(cè)元件還包括：參考感測(cè)電路29，其經(jīng)由殼體連接電路連接到殼體2，該殼體連接電路至少間歇地使得殼體2的電位跟隨手指激勵(lì)信號(hào)TX，從而可以獲取參考感測(cè)信號(hào)S_ref。

參考感測(cè)信號(hào)S_ref可以用于改進(jìn)指紋傳感器3的性能，特別地改進(jìn)指紋傳感器3處理具有手指的變化的電氣特性(濕潤(rùn)或干燥)和/或存在干擾如共模噪聲的情況的能力。

如圖3b中示意性地示出的，在該示例實(shí)施方式中，指紋傳感器3還包括連接到手指激勵(lì)電路26的第一接觸條31a和第二接觸條31b，手指激勵(lì)電路26用于將上面所提及的手指激勵(lì)信號(hào)TX提供給手指19。

取決于電子設(shè)備的類型，可以期望的是，使用導(dǎo)電殼體2用于其他功能。例如，殼體2可以是用于無(wú)線通信的天線布置的功能部分。由于該原因以及其他原因，所以在各個(gè)實(shí)施方式中，可以期望的是，至少間歇地使殼體2的電位保持處于參考電位如電氣接地處。例如，除了指紋傳感器3的操作(的一部分)的期間之外殼體2可以接地以及/或者殼體2可以在某一頻率范圍內(nèi)接地。

如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的，許多不同的電路布局和/或物理布局在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在US 7 864 992中提供了合適的像素布局的一個(gè)示例，其通過(guò)引用全部?jī)?nèi)容被并入本文中。下面將會(huì)參照?qǐng)D7a和圖7b進(jìn)一步描述一個(gè)示例感測(cè)元件配置。

現(xiàn)在將參照?qǐng)D4a和圖4b、圖5a和圖5b以及圖6來(lái)描述用于實(shí)現(xiàn)殼體2到參考電位的間歇連接和/或頻率選擇性連接的各種示例殼體連接電路配置。

圖4a是殼體連接電路18的第一配置的示意圖，殼體連接電路18用于將殼體2間歇地連接至電氣接地并且間歇地使得殼體2跟隨手指激勵(lì)信號(hào)TX。

如圖4a中可以看到的，殼體連接電路18的第一配置包括位于互不相同的位置處的多個(gè)開(kāi)關(guān)40a至40d。通過(guò)殼體控制信號(hào)S_hc在信號(hào)跟隨狀態(tài)與參考電位狀態(tài)之間控制開(kāi)關(guān)40a至40d中的每一個(gè)。

在圖4a中，殼體連接電路18被示出為處于其參考電位狀態(tài)，這意味著殼體2在若干個(gè)接地位置44a至44d處接地。

當(dāng)殼體連接電路18已經(jīng)被控制成其信號(hào)跟隨狀態(tài)時(shí)，斷開(kāi)直接連接成接地。

如上面所提及的，使用殼體控制信號(hào)S_hc在信號(hào)跟隨狀態(tài)與參考電位狀態(tài)之間控制殼體連接電路18。

圖4b示意性地示出了：當(dāng)指紋傳感器3在使用中時(shí)由用戶的手指19同時(shí)觸摸殼體2和控制條31a和31b(參照?qǐng)D3b)所引起的手指激勵(lì)信號(hào)TX、示例性殼體控制信號(hào)S_hc和結(jié)果的殼體電位。

如圖4b中能夠看見(jiàn)的，殼體控制信號(hào)S_hc在向手指19提供手指激勵(lì)信號(hào)TX之前在第一時(shí)間t_start處從低變?yōu)楦卟⑶冶３指咧钡讲辉傧蚴种?9提供手指激勵(lì)信號(hào)TX的第二時(shí)間t_end為止。

因此，殼體控制電路將在t_start與t_end之間的時(shí)間段期間處于其信號(hào)跟隨狀態(tài)，以如圖4b中示意性地示出的那樣通過(guò)經(jīng)由用戶的耦合使得殼體2的電位V_h跟隨手指激勵(lì)信號(hào)TX。

替代在如上所述并在圖4b中示意性地示出的那樣在相對(duì)很長(zhǎng)的連續(xù)時(shí)間段期間控制殼體連接電路18處于其信號(hào)跟隨狀態(tài)，殼體控制信號(hào)S_hc可以與手指激勵(lì)信號(hào)TX同步。例如，可以在殼體控制電路18的參考電位狀態(tài)與其信號(hào)跟隨狀態(tài)之間控制殼體控制電路18，該信號(hào)跟隨狀態(tài)基本上與形成手指激勵(lì)信號(hào)TX的脈沖列中的各個(gè)脈沖同步。這將在下面參照?qǐng)D5b進(jìn)一步描述。

應(yīng)當(dāng)理解，本文中所描述的殼體控制信號(hào)配置和其他配置同樣適用于圖4a和圖5a中的殼體控制電路配置及其變體。

圖5a是殼體連接電路18的第二配置的示意圖，殼體連接電路18用于將殼體2間歇地連接至電氣接地并且間歇地將殼體2與手指激勵(lì)信號(hào)TX連接。

圖5a中的殼體連接電路18的配置與上面參照?qǐng)D4a描述的配置主要不同在于：開(kāi)關(guān)中的開(kāi)關(guān)40d連接至驅(qū)動(dòng)器45，其中，驅(qū)動(dòng)器45與手指激勵(lì)信號(hào)TX連接，以使得手指激勵(lì)信號(hào)TX在殼體連接電路18處于其信號(hào)跟隨狀態(tài)時(shí)被直接提供給殼體2。

如圖5b中可以看到的，殼體控制信號(hào)S_hc與手指激勵(lì)信號(hào)TX同步，從而引起殼體電位V_h跟隨手指激勵(lì)信號(hào)TX。

上述殼體控制電路配置中的開(kāi)關(guān)可以使用任何合適的電路如一個(gè)或若干個(gè)晶體管來(lái)實(shí)現(xiàn)。

作為對(duì)在參考電位狀態(tài)與信號(hào)跟隨狀態(tài)之間進(jìn)行的有源切換(actively switching)的替代，可以使用無(wú)源電路來(lái)實(shí)現(xiàn)殼體2與參考電位的選擇性連接?，F(xiàn)在將參照?qǐng)D6來(lái)描述此替代，圖6示意性地示出了第三殼體電路配置。

在圖6的電路配置中，圖4a和圖5a所示的開(kāi)關(guān)已被濾波器50a至50d如帶阻濾波器或高通濾波器替代，濾波器50a至50d用于在高頻率(如800MHz以上的頻率)中使導(dǎo)電殼體2在接地位置44a至44d處接地以及在低頻率(如1MHz以下的頻率)中使導(dǎo)電殼體2(在接地位置44a至44d處)與手指激勵(lì)信號(hào)TX連接。

在簡(jiǎn)單的實(shí)施方式中，(高通)濾波器50a中的每一個(gè)可以以具有小電容如56pF的電容器的形式來(lái)提供。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到：這僅是一個(gè)示例，并且可以使用本身已知的許多其他過(guò)濾器配置來(lái)實(shí)現(xiàn)所期望的功能。

現(xiàn)在將參照?qǐng)D7a和圖7b來(lái)描述在圖3a和圖3b的指紋傳感器3中包括的感測(cè)元件21的示例配置。

如圖7a中可以看到的，感測(cè)元件形成為包括三層導(dǎo)電層的層結(jié)構(gòu)；三層導(dǎo)電層為頂部處的導(dǎo)電層M3、中間的導(dǎo)電層M2和下部導(dǎo)電層M1，其中，在相應(yīng)的導(dǎo)電層M3、M2、M1之下具有第一絕緣介電材料層51、第二絕緣介電材料層52和第三絕緣介電材料層53。導(dǎo)電層的材料的示例通常是銅、鋁和摻雜的多晶硅。絕緣層的材料的示例通常是SiO₂、SiN、SiNO_x和旋涂玻璃。

此外，用于形成感測(cè)元件3的分層結(jié)構(gòu)可以包括第四層P2(第二多晶硅)，第四層P2由保持處于某一模擬電壓電位AV_dd處的導(dǎo)電層構(gòu)成。此外，存在用作電屏蔽的第五層P1(第一多晶硅)，其也由保持處于接地電位處的導(dǎo)電層構(gòu)成。在這些層P2、P1中的每一層之下，存在第四絕緣介電材料層63和第五絕緣介電材料層64。在底部處，存在包括有源部件如電荷放大器54的半導(dǎo)電襯底層D1。上述的導(dǎo)電層P2、P1以及下部導(dǎo)電層M1可以例如用于電氣連接、電阻器和電屏蔽的布線。導(dǎo)電層P2、P1中的一個(gè)導(dǎo)電層還可以用于形成每個(gè)感測(cè)元件21而不是第二金屬層M2的下電極55。

圖7a中所示的感測(cè)元件21包括形成在頂部導(dǎo)電層M3中的感測(cè)結(jié)構(gòu)22。感測(cè)結(jié)構(gòu)22連接至感測(cè)元件電路23，感測(cè)元件電路23包括電荷放大器54、下電極55、復(fù)位開(kāi)關(guān)56和采樣保持電路65。

如圖7a中可以看到的，感測(cè)結(jié)構(gòu)22連接至電荷放大器54的負(fù)輸入端子58。電荷放大器54的正輸入端子59接地。因此，借助于電荷放大器54，對(duì)應(yīng)的感測(cè)結(jié)構(gòu)22虛擬接地，原因在于電荷放大器54的輸入端子58、59上的電壓幾乎為零。取決于電荷放大器的電路實(shí)現(xiàn)，可以在運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端子58與正輸入端子59之間存在小的基本上恒定的電壓，如CMOS晶體管的柵電壓。

如圖7b中也可以看到的，每個(gè)感測(cè)結(jié)構(gòu)22可以被形成在頂部導(dǎo)電層M3中的屏蔽框60圍繞，其中，屏蔽框60連接至接地電位作為導(dǎo)電屏蔽，以防止相鄰的感測(cè)結(jié)構(gòu)22之間的橫向寄生電容，從而防止或至少減少感測(cè)元件21之間的所謂的串?dāng)_。屏蔽框60還可以連接至另一合適的電位。

此外，再次參照?qǐng)D7a，存在覆蓋感測(cè)結(jié)構(gòu)22中的每一個(gè)的保護(hù)介電層24，以保護(hù)感測(cè)元件21免受ESD(靜電放電)和外部磨損。進(jìn)入到保護(hù)層24的上表面附近的手指19在手指19與感測(cè)結(jié)構(gòu)22之間產(chǎn)生電容C_finger。

如圖7a中可以看到的，被包括在感測(cè)元件電路23中的下電極55形成在中間導(dǎo)電層M2中。下電極55連接至電荷放大器54的輸出端子61。在感測(cè)結(jié)構(gòu)22與每個(gè)下電極55之間形成有反饋電容C_ref，反饋電容C_ref連接在電荷放大器54的負(fù)輸入端子58與輸出端子61之間。

輔助下電極55a也形成在中間導(dǎo)電層M2中，其與下電極55相鄰。因?yàn)橄码姌O55通常可以具有比感測(cè)結(jié)構(gòu)22更小的面積，所以輔助下電極55a接地并且用作額外屏蔽。

下電極55可以被配置成實(shí)現(xiàn)傳感器元件電路23的期望增益。特別地，因?yàn)樵撛鲆嫒Q于反饋電容C_ref，所以可以適當(dāng)?shù)剡x擇下電極55的大小，反饋電容C_ref轉(zhuǎn)而取決于感測(cè)結(jié)構(gòu)22、下電極55和第一絕緣層51的物理尺寸?？梢詫?duì)輔助下電極55a的大小進(jìn)行調(diào)整，以適合在下電極55的旁邊。

如上所述，可以向手指19提供激勵(lì)信號(hào)TX。向手指19提供激勵(lì)信號(hào)TX引起由感測(cè)結(jié)構(gòu)22(以及提供單獨(dú)的參考感測(cè)結(jié)構(gòu)25的實(shí)施方式中的參考感測(cè)結(jié)構(gòu)25)所攜載的電荷的變化。

由感測(cè)結(jié)構(gòu)22所攜載的電荷的變化相對(duì)于皮膚與感測(cè)結(jié)構(gòu)22之間的電容C_finger成比例。當(dāng)感測(cè)結(jié)構(gòu)22虛擬接地時(shí)，感測(cè)結(jié)構(gòu)22的電荷通過(guò)電荷放大器54傳遞至下電極55。然后，可以將從電荷放大器54輸出的電壓計(jì)算為：

U_out＝(C_finger/C_ref)U_in

輸出電壓U_out通過(guò)優(yōu)選地使用相關(guān)雙采樣而被采樣保持電路65采樣，以去除共模噪聲的低頻分量。

采樣保持電路65由控制信號(hào)來(lái)控制，并且將指示感測(cè)結(jié)構(gòu)22與手指19之間的電容耦合的像素信號(hào)S_pixel輸出至模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(未示出)。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，本發(fā)明決不限于上述優(yōu)選實(shí)施方式。相比而言，在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)，可以有許多修改和變體。

在權(quán)利要求書中，詞語(yǔ)“包括”不排除其他元件或步驟，并且不定冠詞“一”或“一個(gè)”不排除復(fù)數(shù)。單個(gè)處理器或其他單元可以實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求書中記載的若干個(gè)項(xiàng)的功能。在互不相同的從屬權(quán)利要求中記載特定手段的單純事實(shí)不表示這些手段的組合不能有利地被使用。計(jì)算機(jī)程序可以被儲(chǔ)存在/分布在適合的介質(zhì)中，如與其他硬件一起或作為其他硬件的一部分的光存儲(chǔ)介質(zhì)或固態(tài)介質(zhì)；而且還可以以其他形式來(lái)分布，如經(jīng)由因特網(wǎng)或其他有線或無(wú)線的電信系統(tǒng)。權(quán)利要求書中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)當(dāng)被解釋成限制本發(fā)明的范圍。