本實用新型涉及生物特征識別技術領域，特別涉及一種具有生物特征識別功能的電容式傳感器、電容式傳感裝置、以及電子設備。

背景技術：

請參閱圖1，現(xiàn)有的指紋傳感裝置10包括感測電極11、傳感電路12、參考電壓產生電路14、處理電路15、和電流源16。所述感測電極11用于以電容的方式耦合到用戶的手指F，二者之間形成電容Cf。用戶的身體Z一般為連接至大地。

工作時，所述參考電壓產生電路14用于提供參考信號Vtx(也稱：激勵信號)給感測電極11。所述傳感電路12接收電流源16的電流信號，并用于響應感測電極11上的電壓信號的變化，而對應輸出相應的交流信號給所述處理電路15。所述處理電路15根據所述交流信號獲取手指F的指紋圖像信息。

所述傳感電路13包括晶體管13。所述晶體管13包括柵極G、源極S、和漏極D。其中，所述源極S用于連接電流源16，所述漏極D用于連接處理電路15，所述柵極G用于連接感測電極11。所述晶體管13用于響應感測電極11上的電壓信號的變化，而對應相應的交流信號給所述處理電路15。

通常，所述感測電極11、柵極G與指紋傳感裝置10的芯片地之間存在寄生電容Cp。需要說明的是，芯片地例如為接地線，位于感測電極11的下方。所述指紋傳感裝置10能偵測到的晶體管13的柵極G上的電壓變化量為：

從上述關系式中可以看出，寄生電容Cp越大，指紋傳感裝置10所偵測到的柵極G上的電壓變化量也就越小，如此，影響指紋傳感裝置10的感測精度。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型旨在至少解決現(xiàn)有技術中存在的技術問題之一。為此，本實用新型提供一種電容式傳感器、電容式傳感裝置、以及電子設備。

本實用新型提供一種電容式傳感器，包括：

多個感測電極，用于以電容方式耦合到目標物體，以感測所述目標物體的生物特征信息，所述多個感測電極用于加載電壓信號；

傳感電路，位于所述多個感測電極下方，并與所述多個感測電極分別連接，所述傳感電路用于響應感測電極上的電壓信號的變化，而對應產生相應的交流信號；

多個屏蔽電極，與所述多個感測電極一一正對設置，且位于所述多個感測電極與所述傳感電路之間；

接地線，位于所述多個屏蔽電極背對所述多個感測電極的一側；和

多個補償電路，每一補償電路連接正對設置的一所述感測電極與一所述屏蔽電極，所述補償電路用于動態(tài)地提供與所述感測電極上的電壓信號相同的信號給所述屏蔽電極，以屏蔽所述多個感測電極與所述接地線之間的寄生電容。

在某些實施方式中，所述接地線位于所述屏蔽電極背對所述感測電極的一側，所述接地線用于接收來自一調制電路輸出的變化的電壓信號。

在某些實施方式中，所述接地線接收到的電壓信號包括第一信號與第二信號，其中，第一信號為接地信號，第二信號為高于接地信號的驅動信號。

在某些實施方式中，所述電容式傳感器中的電信號均隨所述接地線上的電壓信號的升高而升高、隨所述接地線上的電壓信號的降低而降低。

在某些實施方式中，所述傳感電路包括多個第一晶體管，每一第一晶體管包括柵極、源極、和漏極，其中，每一柵極連接一所述感測電極，每一源極連接一電流源，每一漏極連接一處理電路，所述多個第一晶體管用于響應感測電極上的電壓信號的變化，而對應產生相應的交流信號，并通過所述漏極輸出交流信號給所述處理電路，以獲取目標物體的生物特征信息。

在某些實施方式中，所述晶體管用作所述補償電路，其中，所述屏蔽電極與所述源極連接。

在某些實施方式中，所述傳感電路包括多個差分對管，每一差分對管包括一所述第一晶體管和一第二晶體管，所述第二晶體管包括柵極、源極、和漏極、其中，第一晶體管的源極和第二晶體管的源極連接，并用于與所述電流源可選擇性連接，所述第一晶體管的柵極和所述第二晶體管的柵極分別用于加載電壓信號，所述第一晶體管的漏極和第二晶體管的漏極用于輸出差分交流信號給所述處理電路。

在某些實施方式中，所述補償電路包括電壓跟隨器、緩沖器、運算放大器、源極跟隨器中的任意一者或幾者。

在某些實施方式中，對于各正對設置的屏蔽電極與感測電極：屏蔽電極的形狀和面積與感測電極的形狀和面積相同。

在某些實施方式中，每一感測電極的邊緣與一屏蔽電極的邊緣對齊。

在某些實施方式中，每一屏蔽電極上設置有通孔，所述多個感測電極分別通過所述通孔連接到所述傳感電路。

在某些實施方式中，所述多個屏蔽電極位于同一層，所述多個感測電極位于同一層，所述多個屏蔽電極和所述多個感測電極位于不同層。

在某些實施方式中，所述電容式傳感器包括指紋傳感器。

在某些實施方式中，所述電容式傳感器集成在一芯片中。

本實用新型還提供一種電容式傳感裝置，包括電容式傳感器和控制電路，其中，所述電容式傳感器為上述中任意一個實施方式所述的電容式傳感器，其中，所述控制電路用于提供電壓信號給所述感測電極，并接收所述傳感電路輸出的交流信號，以及根據所述交流信號獲取所述目標物體的生物特征信息。

在某些實施方式中，所述電容式傳感器集成在一顆裸片中，所述控制電路集成在另一顆裸片中。

本實用新型還提供一種電子設備，包括上述中任意一個實施方式所述的電容式傳感器。

本實用新型還提供一種電子設備，包括上述中任意一個實施方式所述的電容式傳感裝置。

由于所述電容式傳感器在所述多個感測電極下方新增所述多個屏蔽電極以及連接所述屏蔽電極與感測電極的電壓跟隨器，因此，相對的屏蔽電極與感測電極之間的壓差為0伏，從而可屏蔽位于屏蔽電極下方的接地線與所述多個感測電極之間的寄生電容，進而提高電容式傳感器的感測精度。相應地，具有所述電容式傳感器的電容式傳感裝置以及電子設備的生物特征信息感測精度較高。

此外，本實用新型還提一種指紋傳感器，包括：

多個感測電極，用于以電容方式耦合到用戶的手指，以感測所述手指的指紋信息，所述多個感測電極用于加載電壓信號；

傳感電路，位于所述多個感測電極下方，并與所述多個感測電極分別連接，所述傳感電路用于響應感測電極上的電壓信號的變化，而對應產生相應的交流信號；

多個屏蔽電極，位于所述多個感測電極下方，并與所述多個感測電極一一正對設置；

多個電壓跟隨器，每一電壓跟隨器連接正對設置的一所述感測電極與一所述屏蔽電極，所述電壓跟隨器用于動態(tài)地提供與所述感測電極上的電壓信號相同的信號給所述屏蔽電極。

本實用新型的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本實用新型的實踐了解到。

附圖說明

本實用新型的上述和/或附加的方面和優(yōu)點可以從結合下面附圖對實施方式的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是現(xiàn)有技術的指紋傳感器的電路示意圖。

圖2是本實用新型電容式傳感裝置的一實施方式的結構示意圖。

圖3是圖2所示一組相對的感測電極與屏蔽電極的放大結構示意圖。

圖4是圖2所示的電容式傳感器的一實施方式的部分電路示意圖。

圖5是圖2所示的電容式傳感器的另一實施方式的部分電路示意圖。

圖6是圖5所示電容式傳感器的部分信號的波形圖。

圖7是圖2所示的電容式傳感器的又一實施方式的部分電路示意圖。

圖8是圖2所示的電容式傳感器的又一實施方式的部分電路示意圖。

圖9是本實用新型電子設備的一實施方式的結構框圖。

具體實施方式

下面詳細描述本實用新型的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用于解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型的限制。

在本實用新型的描述中，需要理解的是，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個所述特征。在本實用新型的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接或可以相互通信；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關系。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。

下文的公開提供了許多不同的實施方式或例子用來實現(xiàn)本實用新型的不同結構。為了簡化本實用新型的公開，下文中對特定例子的部件和設定進行描述。當然，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本實用新型。此外，本實用新型可以在不同例子中重復參考數字和/或參考字母，這種重復是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實施方式和/或設定之間的關系。此外，本實用新型提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領域普通技術人員可以意識到其他工藝的應用和/或其他材料的使用。

進一步地，所描述的特征、結構可以以任何合適的方式結合在一個或更多實施方式中。在下面的描述中，提供許多具體細節(jié)從而給出對本實用新型的實施方式的充分理解。然而，本領域技術人員應意識到，沒有所述特定細節(jié)中的一個或更多，或者采用其它的結構、組元等，也可以實踐本實用新型的技術方案。在其它情況下，不詳細示出或描述公知結構或者操作以避免模糊本實用新型。

進一步地，為了圖示清楚，附圖中示出的有些元件數量并非為實際的元件數量。然，本領域的一般技術員在閱圖本申請之后是可以明確確定這些技術內容。

請一并參閱圖2-4，圖2為本實用新型電容式傳感裝置的一實施方式的結構示意圖。圖3是圖2所示一組正對的感測電極與屏蔽電極的放大結構示意圖。圖4是圖2所示的電容式傳感器的一實施方式的電路示意圖。所述電容式傳感裝置100包括電容式傳感器20和控制電路30。所述電容式傳感器20與所述控制電路30相連接。所述電容式傳感器20用于感測目標物體的生物特征信息。所述控制電路30用于提供電壓信號和直流信號給所述電容式傳感器20，并接收來自所述電容式傳感器20輸出的交流信號，以及根據所述交流信號獲取所述目標物體的生物特征信息。其中，所述目標物體例如但不局限為用戶的手指、耳朵、腳趾、手掌等部位，在本申請中下述的實施方式，主要以目標物體為手指F為例進行說明。所述生物特征信息例如但不局限為指紋信息、耳紋信息、趾紋信息、掌紋信息等。相應地，所述電容式傳感器20例如為指紋傳感器，或為指紋傳感器結合紅外傳感器、血氧傳感器、心跳傳感器等中的一種或幾種。

所述電容式傳感器20包括多個感測電極21、多個屏蔽電極22、傳感電路23、接地線L、和多個補償電路24。

所述多個感測電極21用于以電容方式耦合到手指F，以感測所述手指F的指紋信息。所述多個感測電極21用于接收來自控制電路30的電壓信號。其中，感測電極21與手指F之間形成電容Cf。所述多個感測電極21例如呈陣列式排布，然，可變更地，所述多個感測電極21也可為其它規(guī)則或非規(guī)則方式排布。用戶的身體Z一般為連接至大地。

所述傳感電路23位于所述多個感測電極21下方，并與所述多個感測電極21分別連接。所述傳感電路23用于響應感測電極21上的電壓信號的變化，而對應產生相應的交流信號給所述控制電路30。

所述多個屏蔽電極22與所述多個感測電極21一一相對設置，且位于所述多個感測電極21與所述傳感電路23之間。相應地，各相對設置的屏蔽電極22與感測電極21之間形成屏蔽電容Cs。對應所述多個感測電極21的排布方式，所述屏蔽電極22例如呈陣列式排布，然，可變更地，所述多個屏蔽電極22也可為其它規(guī)則或非規(guī)則方式排布。

所述接地線L位于所述屏蔽電極22背對所述感測電極21的一側。所述接地線L與所述多個感測電極22之間例如形成有寄生電容Cp。

每一補償電路24連接相對設置的一所述感測電極21與一所述屏蔽電極22。所述補償電路24包括輸入端a和輸出端b，其中，所述輸入端a連接所述感測電極21，所述輸出端b連接所述屏蔽電極22。所述補償電路24用于根據感測電極21上的電壓信號動態(tài)地提供補償電壓信號給屏蔽電極22，以降低位于屏蔽電極22下方的元件與所述多個感測電極21之間形成的寄生電容，例如，降低接地線L與所述多個感測電極22之間形成的寄生電容Cp。

例如，各正對設置的屏蔽電極22和感測電極21之間的壓差均保持不變，即，使得屏蔽電容Cs的充放電電量為零。從而屏蔽寄生電容Cp，進而提高電容式傳感器20的感測精度。

所述補償電路24例如動態(tài)地提供與所述感測電極21上的電壓信號相同的信號給所述屏蔽電極22，即，正對設置的屏蔽電極22和感測電極21之間的壓差保持為0伏。然，正對設置的屏蔽電極22和感測電極21之間的壓差也可保持為其它恒定的壓差，如1V。

需要說明的是，“動態(tài)地”是指所述補償電路24時時刻刻根據感測電極21上的電壓信號的變化，而對應輸出相應的補償電壓給所述屏蔽電極22。

所述補償電路24例如但不局限于包括電壓跟隨器、緩沖器、運算放大器、源極跟隨器中的任意一者或幾者。

以電壓跟隨器為例，電壓跟隨器的輸入端a連接感測電極21，輸出端b連接屏蔽電極22，從而，當感測電極21上的電壓信號變化時，所述電壓跟隨器會即時提供與感測電極21上的電壓信號相同的信號給屏蔽電極22。

對于各正對設置的屏蔽電極22與感測電極21：屏蔽電極22的形狀和面積例如與感測電極21的形狀和面積相同。然，可變更地，所述屏蔽電極22的形狀和面積和所述感測電極21的形狀和面積也可以有所不同，例如，所述屏蔽電極22的面積也可大于或小于所述感測電極21的面積；所述屏蔽電極22的形狀也可與所述感測電極21的形狀不同。

當屏蔽電極22的形狀和面積例如與感測電極21的形狀和面積相同時，正對設置的感測電極21與屏蔽電極22的邊緣對齊。

每一屏蔽電極22上設置有通孔H，所述多個感測電極21分別通過所述通孔H連接到所述傳感電路23。然，可變更地，在其它實施方式中，所述多個感測電極21也可通過其它方式連接到所述傳感電路23。

所述多個感測電極21例如位于同一層，定義所述感測電極21所在的層為感測電極層210。所述多個屏蔽電極22例如位于同一層，定義所述感測電極22所在的層為屏蔽電極層220。所述感測電極層210與所述屏蔽電極層220位于不同層。

所述電容式傳感器20例如為自電容式傳感器或互電容式傳感器。

所述控制電路30包括開關單元33、參考電壓產生電路34、處理電路35、和電流源36。其中，所述參考電壓產生電路34與所述多個感測電極21連接，用于提供電壓信號給所述多個感測電極21。

所述傳感電路23包括多個第一晶體管T1。每一第一晶體管T1包括柵極G、源極S、和漏極D，其中，每一柵極G連接一所述感測電極21，每一源極S例如通過所述開關單元33連接所述電流源36，每一漏極D連接所述處理電路35。所述多個第一晶體管T1用于響應感測電極21上的電壓信號的變化，而對應產生相應的交流信號，并通過所述漏極D輸出所述交流信號給所述處理電路35。

所述處理電路35根據所述交流信號獲取手指F的指紋圖像信息。

所述控制電路30可進一步包括調制電路31。所述調制電路31連接設備地，接收接地信號GND。所述接地信號GND一般例如為0V(伏)的恒定電壓信號，然，所述接地信號GND也可為電壓接近0V的信號。所述調制電路31用于輸出一調制信號NGND給所述接地線L。

所述調制信號NGND作為所述電容式傳感器20的電壓信號參照基準。所述電容式傳感器20中的電信號均隨所述接地線L上的電壓信號的升高而升高、隨所述接地線L上的電壓信號的降低而降低。即，所述電容式傳感器20中的地信號并非為恒定電壓信號，而是變化的電壓信號，從而提高所述電容式傳感器20的感測精度。

所述調制信號NGND例如包括不同的第一信號與第二信號，其中，第一信號為接地信號GND，第二信號為高于或低于接地信號GND的驅動信號。

所述調制電路30例如根據一電壓產生電路(圖未示)所產生的第二信號與所述接地信號GND對應產生所述調制信號NGND。

所述調制信號NGND例如為方波脈沖信號、三角波脈沖信號、正弦波信號、梯形波脈沖信號等。

請一并參閱圖5與圖6，圖5為本實用新型的電容式傳感裝置的另一實施方式的部分電路示意圖。圖6為圖5所示的電容式傳感裝置的部分波形圖。為了能更清楚明白本申請中各實施方式、尤其圖6所示實施方式以及下面圖7所示實施方式、的電容式傳感裝置的工作原理，也可參考本申請人于2015年9月23日向國家知識產權局提出的實用新型名稱為“電容式傳感器、傳感裝置、感測系統(tǒng)、以及電子設備”、申請?zhí)枮椤?01510612208.3”的專利申請文件，此篇專利申請文件所記載的內容可全部或部分援引在此。本實施方式的電容式傳感裝置100a的電容式傳感器20的傳感電路23包括差分對管25。所述差分對管25包括一所述第一晶體管T1和一第二晶體管T2。所述第二晶體管T2包括柵極G、源極S、和漏極D。其中，第一晶體管T1的源極S和第二晶體管T2的源極S連接，并用于通過開關單元33與電流源36可選擇性連接。

所述第一晶體管T1的柵極G用于接收來自參考電壓產生電路34的電壓信號R1。所述第二晶體管T2的柵極G用于接收來自參考電壓產生電路34的電壓信號R2。所述電壓信號R1、R2均隨接地線L(見圖2)上的調制信號NGND的變化而變化。所述電流源36提供恒定直流信號I給所述差分對管25的源極S。當電容式傳感器20未感測到手指F的接近或接觸時，所述第一晶體管T1的漏極D和第二晶體管T2的漏極D分別輸出恒定直流信號(I/2)給處理電路35。當電容式傳感器20感測到手指F的接近或接觸時，所述感測電極21上的電壓信號R1發(fā)生變化，從而，所述第一晶體管T1的漏極D和第二晶體管T2的漏極D分別輸出差分交流信號(I/2+i)、(I/2-i)給處理電路35。所述處理電路35根據所述差分交流信號(I/2+i)、(I/2-i)獲取用戶手指F的指紋圖像信息。

由于差分交流信號(I/2+i)、(I/2-i)更加穩(wěn)定，因此，所述電容式傳感器20的感測精度可進一步得到提高。

需要說明的是，在圖6中未示出屏蔽電極22和補償電路24。另外，控制電路30還可包括時序控制電路、掃描驅動電路等元件。相關說明可參見援引在此的專利參考文獻，此處不再贅述。

請參閱圖7，圖7為本申請的電容式傳感裝置的另一實施方式的部分電路示意圖。所述電容式傳感裝置100b的電容式傳感器20包括多個傳感單元26，每一傳感單元26包括感測電極21、屏蔽電極22(見圖2)、補償電路24、以及傳感電路23。其中，相鄰的傳感單元26的第一晶體管T1用于在指紋感測時組成差分對管。具體工作原理參見援引在此的專利參考文獻，此處不再贅述。

請參閱圖8，圖8為本申請的電容式傳感裝置的另一實施方式的部分電路示意圖。所述電容式傳感裝置100c的屏蔽電極22與第一晶體管T1的源極S連接。所述第一晶體管T1用作所述補償電路24。從而，節(jié)省產品的制造成本。

上述各實施方式的電容式傳感器20可集成在一芯片(Chip)中，然，本申請并不局限于此，所述電容式傳感器20也可設置在電子設備的顯示屏幕中等。

進一步地，上述各實施方式的電容式傳感器20例如集成在一顆裸片(Die)中，所述控制電路30集成在另一顆裸片中。這兩顆裸片封裝在一起，成為一芯片或芯片組。

請參閱圖9，圖9為本實用新型電子設備的一實施方式的結構框圖。所述電子設備200包括上述任一實施方式的電容式傳感裝置100。所述電容式傳感裝置100可設置在電子設備200的正面、側面或背面等合適的位置。

所述電子設備200例如為可攜式電子產品、家居式電子產品、或車載電子產品。然而，所述電子設備不局限此處所列的電子產品，還可以是其它合適的電子產品。所述可攜式電子產品例如為移動終端，所述移動終端例如為所述手機、平板電腦、筆記本電腦、穿戴式產品等合適的移動終端。所述家居式電子產品例如為智能門鎖、電視、冰箱、臺式電腦等合適的家居式電子產品。所述車載電子產品例如為車載顯示器、行車記錄儀、導航儀、車載冰箱等合適的車載電子產品。

應當理解，本實用新型的實施方式的各部分可以用硬件、軟件、固件或它們的組合來實現(xiàn)。在上述實施方式中，多個步驟或方法可以用存儲在存儲器中且由合適的指令執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行的軟件或固件來實現(xiàn)。例如，如果用硬件來實現(xiàn)，和在另一實施方式中一樣，可用本領域公知的下列技術中的任一項或他們的組合來實現(xiàn)：具有用于對數據信號實現(xiàn)邏輯功能的邏輯門電路的離散邏輯電路，具有合適的組合邏輯門電路的專用集成電路，可編程門陣列(PGA)，現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)等。

本技術領域的普通技術人員可以理解實現(xiàn)上述實施例方法攜帶的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關的硬件完成，所述的程序可以存儲于一種計算機可讀存儲介質中，該程序在執(zhí)行時，包括方法實施例的步驟之一或其組合。

此外，在本實用新型的各個實施例中的各功能單元可以集成在一個處理模塊中，也可以是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個模塊中。上述集成的模塊既可以采用硬件的形式實現(xiàn)，也可以采用軟件功能模塊的形式實現(xiàn)。所述集成的模塊如果以軟件功能模塊的形式實現(xiàn)并作為獨立的產品銷售或使用時，也可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質中。

盡管上面已經示出和描述了本實用新型的實施方式，可以理解的是，上述實施方式是示例性的，不能理解為對本實用新型的限制，本領域的普通技術人員在本實用新型的范圍內可以對上述實施實施進行變化、修改、替換和變型。