指紋檢測裝置及電子裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種指紋檢測裝置及電子裝置，在指紋檢測裝置中，檢測電極層包括第一檢測電極及第二檢測電極，第一檢測電極與手指間形成待檢測電容，第二檢測電極與第一檢測電極間形成積分電容，任意兩個傳感器單元的兩個第一檢測電極間形成互電容。運算放大器的負輸入端連接第一檢測電極，運算放大器的正輸入端選擇性地連接第一或第二參考電壓，運算放大器的輸出端連接第二檢測電極，并根據(jù)待檢測電容輸出對應的輸出信號。第一開關(guān)與積分電容并聯(lián)，并連接在運算放大器的負輸入端及運算放大器的輸出端之間。第二開關(guān)連接在運算放大器的正輸入端及運算放大器的輸出端之間。上述指紋檢測裝置可消除互電容的影響，使指紋檢測數(shù)據(jù)更準確。
【專利說明】
指紋檢測裝置及電子裝置
[0001 ]優(yōu)先權(quán)信息
[0002] 本申請請求在2015年11月05日向中國國家知識產(chǎn)權(quán)局提交的、專利申請?zhí)枮?201510750006.5的專利申請的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，并且通過參照將其全文并入此處。
技術(shù)領域
[0003] 本實用新型涉及于指紋檢測領域，更具體而言，涉及一種指紋檢測裝置及電子裝 置。
【背景技術(shù)】
[0004] 目前，指紋檢測裝置在工作時，一般是檢測手指與指紋檢測裝置的檢測電極間形 成的電容所輸出電壓來實現(xiàn)。例如，由于指紋上的脊和谷的存在，使手指與檢測電極間形成 的電容的大小不一，根據(jù)對檢測的輸出電壓大小判斷，可以獲取指紋數(shù)據(jù)。
[0005] 但是，上述指紋檢測裝置中，相鄰兩個指紋傳感器的檢測電極會形成互電容現(xiàn)像。 因互電容現(xiàn)象所產(chǎn)生的電容存在不確定性，這會影響指紋檢測數(shù)據(jù)的準確性與靈敏度。 【實用新型內(nèi)容】
[0006] 本實用新型實施例旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本實用 新型實施例需要提供一種指紋檢測裝置及電子裝置。
[0007] -種指紋檢測裝置，包括多個傳感器單元，每個該傳感器單元包括檢測電極層、運 算放大器、第一開關(guān)及第二開關(guān)。該檢測電極層包括位于不同層的第一檢測電極及第二檢 測電極，該第一檢測電極與手指間形成待檢測電容，該第二檢測電極與該第一檢測電極間 形成積分電容，任意兩個該傳感器單元的兩個該第一檢測電極間形成互電容。該運算放大 器的負輸入端連接該第一檢測電極，該運算放大器的正輸入端選擇性地接第一參考電壓或 第二參考電壓，該運算放大器的輸出端連接該第二檢測電極，并根據(jù)該待檢測電容輸出對 應的輸出信號。該第一開關(guān)與該積分電容并聯(lián)，并連接在該運算放大器的負輸入端及該運 算放大器的輸出端之間。該第二開關(guān)連接在該運算放大器的正輸入端及該運算放大器的輸 出端之間。
[0008] 上述指紋檢測裝置的兩個傳感器單元中，其中一個傳感器單元的運算放大器工作 時，工作的運算放大器可通過"虛短"使互電容的一端電壓與該工作的運算放大器的正輸入 端的電壓(地端電壓或設定電壓端的電壓）相等，另一個傳感器單元的運算放大器不工作 時，不工作的運算放大器可通過第一開關(guān)及第二開關(guān)的閉合使互電容的一端電壓與該不工 作的運算放大器的正輸入端的電壓(地端電壓或設定電壓端的電壓)相等，進而使得互電容 的兩端電壓相等，消除了互電容的影響，使指紋檢測數(shù)據(jù)更準確及提高指紋檢測的靈敏度。
[0009] 在一個實施例中，當其中一個該傳感器單元作為檢測單元，其他傳感器單元作為 待測單元時，在該指紋檢測裝置處于第一狀態(tài)時，該檢測單元的該第一開關(guān)閉合及該第二 開關(guān)斷開，及該檢測單元的該運算放大器的正輸入端連接該第一參考電壓;所有該待測單 元的該第一開關(guān)及該第二開關(guān)閉合，及所有該待測單元的該運算放大器的正輸入端連接該 第一參考電壓;在該指紋檢測裝置處于第二狀態(tài)時，該檢測單元的該第一開關(guān)及該第二開 關(guān)斷開，及該檢測單元的該運算放大器的正輸入端連接該第二參考電壓;所有該待測單元 的該第一開關(guān)及該第二開關(guān)閉合，及所有該待測單元的該運算放大器的正輸入端連接該第 二參考電壓。
[0010]在一個實施例中，該傳感器單元包括第一切換單元;該第一切換單元連接該第一 參考電壓及該第二參考電壓，該第一切換單元用于使該運算放大器的正輸入端選擇性地連 接該第一參考電壓或該第二參考電壓;該第二開關(guān)連接在該第一切換單元與該運算放大器 的輸出端之間。
[0011]在一個實施例中，在該指紋檢測裝置處于復位狀態(tài)時，該檢測單元的該第一開關(guān) 閉合以控制該檢測單元的該運算放大器處于緩沖器模式。
[0012] 在一個實施例中，該指紋檢測裝置包括時序控制單元，該時序控制單元連接該第 一開關(guān)、該第二開關(guān)及該第一切換單元;該時序控制單元用于控制該第一開關(guān)、該第二開關(guān) 及該第一切換單元的開關(guān)動作。
[0013] 在一個實施例中，該傳感器單元包括與該第一檢測電極位于不同層的第三檢測電 極，該第三檢測電極與該第一檢測電極間形成補償電容;該第三檢測電極選擇性地連接該 第一參考電壓，或第三參考電壓，或該運算放大器的正輸入端。
[0014] 在一個實施例中，當其中一個該傳感器單元作為檢測單元，其他傳感器單元作為 待測單元時，在該指紋檢測裝置處于第一狀態(tài)時，該檢測單元的該第一開關(guān)閉合及該第二 開關(guān)斷開，及該檢測單元的該運算放大器的正輸入端連接該第一參考電壓，及該檢測單元 的該第三檢測電極連接該第一參考電壓;所有該待測單元的該第一開關(guān)及該第二開關(guān)閉 合，及所有該待測單元的該運算放大器的正輸入端連接該第一參考電壓，及所有該待測單 元的該第三檢測電極連接該運算放大器的正輸入端;在該指紋檢測裝置處于第二狀態(tài)時， 該檢測單元的該第一開關(guān)及該第二開關(guān)斷開，及該檢測單元的該運算放大器的正輸入端連 接該第二參考電壓，及該檢測單元的該第三檢測電極連接該第三參考電壓;所有該待測單 元的該第一開關(guān)及該第二開關(guān)閉合，及所有該待測單元的該運算放大器的正輸入端連接該 第二參考電壓，及所有該待測單元的該第三檢測電極連接該運算放大器的正輸入端。
[0015] 在一個實施例中，該傳感器單元包括第一切換單元、第二切換單元、第三開關(guān)及第 四開關(guān);該第一切換單元連接該第一參考電壓及該第二參考電壓，該第一切換單元用于使 該運算放大器的正輸入端選擇性地連接該第一參考電壓或該第二參考電壓;該第二切換單 元連接該第一參考電壓及該第三參考電壓;該第三開關(guān)連接在該第三檢測電極與該第二切 換單元之間；該第四開關(guān)連接在該第三檢測電極與該運算放大器的正輸入端之間，該第四 開關(guān)用于使該第三檢測電極選擇性地連接該運算放大器的正輸入端;該第三開關(guān)與該第二 切換單元共同用于使該第三檢測電極選擇性地連接該第一參考電壓或該第三參考電壓。
[0016] 在一個實施例中，在該指紋檢測裝置處于復位狀態(tài)時，該檢測單元的該第一開關(guān) 閉合以控制該檢測單元的該運算放大器處于緩沖器模式。
[0017] 在一個實施例中，該指紋檢測裝置包括時序控制單元，該時序控制單元連接該第 一開關(guān)、該第二開關(guān)、該第三開關(guān)、該第四開關(guān)、該第一切換單元及該第二切換單元，該時序 控制單元用于控制該第一開關(guān)、該第二開關(guān)、該第三開關(guān)、該第四開關(guān)、該第一切換單元及 該第二切換單元的開關(guān)動作。
[0018] 在一個實施例中，該多個傳感器單元呈陣列式排布。
[0019] -種電子裝置，包括如上任一項所述的指紋檢測裝置。
[0020] 上述電子裝置能夠消除互電容的影響，使指紋檢測數(shù)據(jù)更準確及提高指紋檢測的 靈敏度。
[0021] 在一個實施例中，該電子裝置包括與該指紋檢測裝置連接的柔性電路板。
[0022] 在一個實施例中，該電子裝置包括殼體，該殼體開設有殼體開口。該指紋檢測裝置 位于該殼體內(nèi)，該指紋檢測裝置還包括蓋板，該蓋板設置在該檢測電極層上并從該殼體開 口暴露。
[0023] 在一個實施例中，該電子裝置包括殼體，該殼體包括檢測面，該指紋檢測裝置位于 該殼體內(nèi)，該檢測電極層與該檢測面對應設置。
[0024] 本實用新型實施例的附加方面和優(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，或通過本實用新型實施例的實踐了解到。
【附圖說明】
[0025] 本實用新型實施例的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描 述中將變得明顯和容易理解，其中：
[0026] 圖1是根據(jù)本實用新型較佳實施例的指紋檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖2是根據(jù)本實用新型較佳實施例的指紋檢測裝置中傳感器單元的排布示意圖；
[0028] 圖3是根據(jù)本實用新型較佳實施例的指紋檢測裝置的部分模塊示意圖；
[0029] 圖4是根據(jù)本實用新型較佳實施例的指紋檢測裝置的時序信號示意圖；
[0030]圖5是根據(jù)本實用新型較佳實施例的指紋檢測裝置的第一個等效電路圖；
[0031 ]圖6是根據(jù)本實用新型較佳實施例的指紋檢測裝置的第二個等效電路圖；
[0032] 圖7是根據(jù)本實用新型較佳實施例的指紋檢測裝置的第三個等效電路圖；
[0033] 圖8是根據(jù)本實用新型較佳實施例的指紋檢測裝置的第四個等效電路圖；
[0034] 圖9是根據(jù)本實用新型較佳實施例的指紋檢測裝置的第五個等效電路圖；
[0035] 圖10是根據(jù)本實用新型較佳實施例的指紋檢測裝置的第六個等效電路圖；
[0036] 圖11是根據(jù)本實用新型較佳實施例的指紋檢測裝置的第七個等效電路圖；
[0037] 圖12是根據(jù)本實用新型較佳實施例的指紋檢測裝置的第八個等效電路圖；
[0038] 圖13是根據(jù)本實用新型另一較佳實施例的指紋檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039] 圖14是根據(jù)本實用新型另一較佳實施例的指紋檢測裝置中傳感器單元的排布示 意圖；
[0040] 圖15是根據(jù)本實用新型另一較佳實施例的指紋檢測裝置的部分模塊示意圖；
[0041] 圖16是根據(jù)本實用新型另一較佳實施例的指紋檢測裝置的時序信號示意圖；
[0042] 圖17是根據(jù)本實用新型另一較佳實施例的指紋檢測裝置的第一個等效電路圖；
[0043] 圖18是根據(jù)本實用新型另一較佳實施例的指紋檢測裝置的第二個等效電路圖；
[0044] 圖19是根據(jù)本實用新型另一較佳實施例的指紋檢測裝置的第三個等效電路圖；
[0045] 圖20是根據(jù)本實用新型另一較佳實施例的指紋檢測裝置的第四個等效電路圖；
[0046] 圖21是根據(jù)本實用新型另一較佳實施例的指紋檢測裝置的第五個等效電路圖；
[0047] 圖22是根據(jù)本實用新型另一較佳實施例的指紋檢測裝置的第六個等效電路圖；
[0048] 圖23是根據(jù)本實用新型另一較佳實施例的指紋檢測裝置的第七個等效電路圖；
[0049] 圖24是根據(jù)本實用新型另一較佳實施例的指紋檢測裝置的第八個等效電路圖；
[0050] 圖25是根據(jù)本實用新型較佳實施例的電子裝置的平面示意圖；
[0051] 圖26是根據(jù)本實用新型再一較佳實施例的電子裝置的部分結(jié)構(gòu)示意圖；
[0052]圖27是根據(jù)本實用新型又一較佳實施例的電子裝置的平面示意圖。
【具體實施方式】
[0053] 下面詳細描述本實用新型的實施例，所述實施例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 考附圖描述的實施例是示例性的，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。
[0054] 在本實用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)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(shù)特征的數(shù)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。
[0055] 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(shù)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(nèi)部的連通或兩個元件的相互作用關(guān)系。對于本領域的 普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本實用新型中的具體含義。
[0056] 下文的公開提供了許多不同的實施例或例子用來實現(xiàn)本實用新型的不同結(jié)構(gòu)。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(shù)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例和/ 或設定之間的關(guān)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(shù)人員可以意識到其他工藝的應用和/或其他材料的使用。
[0057] 請參圖1，本實用新型較佳實施例提供的指紋檢測裝置100包括多個傳感器單元 200。本實施例中，請參圖2，多個傳感器單元200呈陣列式排布。需要指出的是，在其它實施 例中，多個傳感器單元200也可根據(jù)實際情況排布成其它圖案。
[0058]本實施例中，請結(jié)合圖1及圖3,每個傳感器單元200包括檢測電極層10、運算放大 器14、第一開關(guān)15及第二開關(guān)16。
[0059] 檢測電極層10包括位于不同層的第一檢測電極11及第二檢測電極12。第一檢測電 極11與手指300間形成待檢測電容(如圖1所示的電容CS、CS1或CS3)，第二檢測電極12與第 一檢測電極11間形成積分電容(如圖1所示的電容CF、CF1或CF3)。因此，可以理解為，積分電 容的一端為第二檢測電極12，積分電容的另一端為第一檢測電極11。
[0060] 作為一種示例，如圖1所示。第一檢測電極11及第二檢測電極12可位于絕緣層13 內(nèi)。
[0061 ] 任意兩個傳感器單元200的兩個第一檢測電極11間形成互電容（如圖1所示的CM1 或CM3)。
[0062]運算放大器14的負輸入端連接第一檢測電極11，運算放大器14的正輸入端選擇性 地連接第一參考電壓VSS或第二參考電壓VTX，運算放大器14的輸出端連接第二檢測電極 12,并根據(jù)待檢測電容輸出對應的輸出信號。在一個示例中，第一參考電壓VSS為地端電壓， 第二參考電壓VTX為不同于地端電壓的設定電壓端電壓，例如VTX>VSS。
[0063]第一開關(guān)15(如圖1所示的開關(guān)Sf、Sfl或Sf3)與積分電容并聯(lián)，并連接在運算放大 器14的負輸入端及運算放大器14的輸出端之間。
[0064]第二開關(guān)16(如圖1所示的開關(guān)Sp、Spl或Sp3)連接在運算放大器14的正輸入端及 運算放大器14的輸出端之間。
[0065] 在所有傳感器單元200中，其中一個傳感器單元200 (如圖1所示的中間的傳感器單 元200)的運算放大器14工作時，工作的運算放大器14可通過"虛短"原理使互電容CM1的一 端電壓與工作的運算放大器14的正輸入端的電壓(第一參考電壓VSS或第二參考電壓VTX) 相等。
[0066]其他傳感器單元200(如圖1所示的左邊的傳感器單元200)的運算放大器14不工作 時，不工作的運算放大器14可通過第一開關(guān)15及第二開關(guān)16的閉合使互電容CM1的一端電 壓與不工作的運算放大器14的正輸入端的電壓(第一參考電壓VSS或第二參考電壓VTX)相 等，進而使得互電容CM1的兩端電壓相等，消除了互電容CM1的影響，使指紋檢測數(shù)據(jù)更準確 及提尚指紋檢測的靈敏度。
[0067]具體地，在檢測指紋時，其中一個傳感器單元200作為檢測單元102,其他傳感器單 元200作為待測單元101 (也稱相鄰單元）。檢測單元102的第一檢測電極與任意一個待測單 元1 〇 1的第一檢測電極之間形成互電容。例如，在圖1中，位于中間的檢測單元102的第一檢 測電極11與位于左邊的待測單元101的第一檢測電極11間形成互電容CM1。位于中間的檢測 單元102的第一檢測電極11與位于右邊的待測單元101的第一檢測電極11間形成互電容 CM3。
[0068] 在該指紋檢測裝置100處于第一狀態(tài)時，檢測單元102的第一開關(guān)15閉合及第二開 關(guān)16斷開，及檢測單元102的運算放大器14的正輸入端連接第一參考電壓VSS。
[0069] 所有待測單元101的第一開關(guān)15及第二開關(guān)16閉合，及所有待測單元101的運算放 大器14的正輸入端連接第一參考電壓VSS。
[0070] 在該指紋檢測裝置100處于第二狀態(tài)時，檢測單元102的第一開關(guān)15及第二開關(guān)16 斷開，及檢測單元102的運算放大器14的正輸入端連接第二參考電壓VTX。
[0071] 所有待測單元101的第一開關(guān)15及第二開關(guān)16閉合，及所有待測單元101的運算放 大器14的正輸入端連接第二參考電壓VTX。
[0072] 更進一步的檢測指紋說明，在后詳述。
[0073]較佳地，為實現(xiàn)運算放大器14的正輸入端選擇性地連接第一參考電壓VSS或第二 參考電壓VTX，傳感器單元200包括第一切換單元17。
[0074] 第一切換單元17連接第一參考電壓VSS及第二參考電壓VTX，第一切換單元17用于 使運算放大器14的正輸入端選擇性地連接第一參考電壓VSS或第二參考電壓VTX。同時，第 二開關(guān)16連接在第一切換單元17與運算放大器14的輸出端之間。
[0075] 具體地，本實施例中，第一切換單元17包括第一切換開關(guān)(如圖1中的開關(guān)Sc、Scl 或Sc3)及第二切換開關(guān)(如圖1中的開關(guān)Sd、Sdl或Sd3)。
[0076] 第一切換開關(guān)的一端連接第一參考電壓VSS，第一切換開關(guān)的另一端連接運算放 大器14的正輸入端及第二開關(guān)16的一端。
[0077] 第二切換開關(guān)的一端連接第二參考電壓VTX，第二切換開關(guān)的另一端連接運算放 大器14的正輸入端及第二開關(guān)16的一端。
[0078] 第二開關(guān)16的另一端連接運算放大器14的輸出端。
[0079]因此，當?shù)谝磺袚Q開關(guān)閉合及第二切換開關(guān)斷開時，運算放大器14的正輸入端連 接第一參考電壓VSS;當?shù)谝磺袚Q開關(guān)斷開及第二切換開關(guān)閉合時，運算放大器14的正輸入 端連接第二參考電壓VTX。
[0080]較佳地，為了方便控制第一開關(guān)15、第二開關(guān)16及第一切換單元17的開關(guān)動作，請 參圖3，指紋檢測裝置100包括時序控制單元20，時序控制單元20連接第一開關(guān)15、第二開關(guān) 16及第一切換單元17,時序控制單元20用于控制第一開關(guān)15、第二開關(guān)16及第一切換單元 17的開關(guān)動作。
[0081 ]請參圖4,作為一個示例，圖4為時序控制單元20所生成的時序信號圖。其中，RESET 時序信號用于控制第一開關(guān)15的開關(guān)動作。
[0082] TX1時序信號用于控制第一切換開關(guān)的開關(guān)動作。TX2時序信號用于控制第二切換 開關(guān)的開關(guān)動作。具體的控制過程在后再詳述。
[0083] 指紋檢測裝置100檢測指紋時，手指300與第一檢測電極11間形成待檢測電容。為 方便說明，傳感器單元200以3個為例說明，位于中間的正在檢測指紋的傳感器單元200稱為 檢測單元102,其他傳感器單元200稱為待測單元101 (也可稱作相鄰單元101，如圖1及圖2所 示）。在待測單元101中，運算放大器14不工作。
[0084] 請參圖5~圖6,圖5為檢測單元102的等效電路圖，圖6為待測單元101的等效電路 圖。
[0085] 在一個示例中，時序控制單元20控制檢測單元102中的第二開關(guān)Sp在檢測過程中 處于常斷開狀態(tài)，及控制待測單元101中的第一開關(guān)Sfi及第二開關(guān)Spi處于常閉合的狀態(tài)。 在圖1所示的示例中，i = l及3。
[0086]檢測單元102中的第一切換開關(guān)Sc、第二切換開關(guān)Sd、第一開關(guān)Sf由如圖4所示的 時序信號控制。其中，TX1時序信號用于控制第一切換開關(guān)Sc的開關(guān)動作，TX2時序信號用于 控制第二切換開關(guān)Sd的開關(guān)動作。RESET時序信號用于控制第一開關(guān)Sf的開關(guān)動作。
[0087] 待測單元101的第一切換開關(guān)Sci及第二切換開關(guān)Sdi由如圖4所示的時序信號控 制。其中，TX1時序信號用于控制第一切換開關(guān)Sci的開關(guān)動作，TX2時序信號用于控制第二 切換開關(guān)Sdi的開關(guān)動作。
[0088] 復位狀態(tài):在該指紋檢測裝置100處于復位狀態(tài)時，檢測單元102的第一開關(guān)Sc閉 合以控制運算放大器14(下稱運算放大器0PA2)處于緩沖器模式。復位狀態(tài)可在指紋檢測裝 置100處于第一狀態(tài)前進入。
[0089] 具體地，在本示例中，上述開關(guān)動作可由時序控制單元20控制。此時RESET時序信 號為高電平，TX1時序信號由低電平變?yōu)楦唠娖?，TX2時序信號為低電平。由RESET時序信號 控制的檢測單元102的第一開關(guān)Sf?處于閉合狀態(tài)、TX1時序信號控制的檢測單元102的第一 切換開關(guān)Sc及待測單元101的第一切換開關(guān)Sci均由斷開狀態(tài)變?yōu)殚]合狀態(tài)，TX2時序信號 控制的檢測單元102的第二切換開關(guān)Sd及待測單元101的第二切換開關(guān)Sdi均處于斷開狀 態(tài)，如圖7~圖8所示。
[0090]運算放大器0PA2的負輸入端Vn與輸出端短接，也即運算放大器0PA2處于緩沖器模 式(buffer模式）。此時，檢測單元102的積分電容CF通過運算放大器0PA2進行電荷泄放，積 分電容CF上的電荷為零。
[0091 ]指紋檢測裝置100處于第一狀態(tài)：
[0092]在指紋檢測裝置100處于第一狀態(tài)時，檢測單元102的第一開關(guān)Sf閉合及第二開關(guān) Sp斷開，及檢測單元102的第一切換單元17使檢測單元102的運算放大器0PA2的正輸入端Vp 連接第一參考電壓VSS。
[0093]在指紋檢測裝置100處于第一狀態(tài)時，待測單元101的第一開關(guān)Sfi及第二開關(guān)Spi 閉合，及待測單元101的第一切換單元17使待測單元101的運算放大器14(下稱運算放大器 OPAi)的正輸入端Vpi連接第一參考電壓VSS。
[0094]具體地，在本示例中，上述開關(guān)動作可由時序控制單元20控制。RESET時序信號為 高電平，TX1時序信號為高電平，TX2時序信號為低電平。此時，由RESET時序信號控制的第一 開關(guān)Sf處于閉合狀態(tài)，由TX1時序信號控制的第一切換開關(guān)Sc和Sci處于閉合狀態(tài)，由TX2時 序信號控制的第二切換開關(guān)Sd和和Sdi處于斷開狀態(tài)，如圖9及圖10所示。
[0095]檢測單元102的運算放大器0PA2的正輸入端Vp連接第一參考電壓VSS，如圖9所示。 [0096]此時，待測單元101的運算放大器OPAi的正輸入端Vpi連接第一參考電壓VSS，如圖 10所示。
[0097]由于檢測單元102的運算放大器0PA2處于工作狀態(tài)，在"虛短"原理下，運算放大器 0PA2的負輸入端Vn的電壓等于正輸入端Vp的電壓，即為第一參考電壓VSS，也就是說，互電 容CMi的一端電壓為VSS。
[0098]同時，待測單元101(相鄰單元)的運算放大器OPAi的正輸入端Vpi連接第一參考電 壓VSS，其電壓為第一參考電壓VSS，因第一開關(guān)Sfi及第二開關(guān)Spi閉合，運算放大器OPAi的 負輸入端Vni的電壓為VSS，也即在指紋檢測裝置100處于第一狀態(tài)時，互電容CMi的兩端電 壓均為VSS，進一步說，互電容CMi上的電荷為零。
[0099] 檢測單元102的運算放大器0PA2的輸出端的輸出信號的電壓V為Voutl。因此，檢測 單元102的運算放大器0PA2的負輸入端Vn的總電荷為:Q = -Vout 1 *CF。
[0100] 指紋檢測裝置100處于第二狀態(tài)：
[0101] 在指紋檢測裝置100處于第二狀態(tài)時，檢測單元102的第一開關(guān)Sf?及第二開關(guān)Sp斷 開，及檢測單元102的第一切換單元17使檢測單元102的運算放大器0PA2的正輸入端Vp連接 第二參考電壓VTX。
[0102] 在指紋檢測裝置100處于第二狀態(tài)時，待測單元101的第一開關(guān)Sfi及第二開關(guān)Spi 閉合，及待測單元101的第一切換單元17使待測單元101的運算放大器OPAi的正輸入端Vpi 連接第二參考電壓VTX。
[0103]具體地，在本示例中，上述開關(guān)動作可由時序控制單元20控制。RESET時序信號為 低電平，TX1時序信號為低電平，TX2時序信號為高電平。
[0104]由RESET時序信號控制的第一開關(guān)Sf處于斷開狀態(tài)，由TX1時序信號控制的第一切 換開關(guān)Sc和Sci處于斷開狀態(tài)，由TX2時序信號控制的第二切換開關(guān)Sd和Sdi處于閉合狀態(tài)， 如圖11~圖12所示。
[0105]此時，檢測單元102的運算放大器0PA2的正輸入端Vp連接第二參考電壓VTX，檢測 單元102的第一開關(guān)Sf斷開，如圖11所示。
[0106] 此時，待測單元101的運算放大器OPAi的正輸入端Vpi連接第二參考電壓VTX，如圖 12所示。
[0107] 由于"虛短"原理，檢測單元102的運算放大器0PA2的負輸入端Vn的電壓等于正輸 入端Vp的電壓，即第二參考電壓VTX，也就是說，互電容CMi的一端電壓為VTX。
[0108] 此時，待測單元101的第二切換開關(guān)Sdi閉合，運算放大器OPAi的正輸入端Vpi、負 輸入端Vni的電壓為VTX，即在指紋檢測裝置100處于第二狀態(tài)時，互電容CMi的兩端電壓均 為VTX，進一步說，互電容CMi上的電荷為零。
[0109]此時，運算放大器0PA2的輸出端的輸出信號的電壓V為Vout2,運算放大器0PA2的 負輸入端Vn的電荷為：
[0110] Q，=VTX*CS+(VTX-Vout2)*CF〇
[0111] 由電荷守恒，有等式:Q=Q'，即：
[0112] -V〇ut1*CF = VTX*CS+(VTX-Vout2)*CF;
[0113] 則有
，其中，Vout2為在指紋檢測裝 置100處于第二狀態(tài)時，檢測單元102的運算放大器0PA2的輸出端的輸出信號的電壓，Voutl 為在指紋檢測裝置100處于第一狀態(tài)時，檢測單元102的運算放大器0PA2的輸出端的輸出信 號的電壓，AVout為電壓差，VTX為第二參考電壓VTX，CF為積分電容CF，CS為待檢測電容CS。
[0114] 對于手指來說，指紋上的脊和谷與第一檢測電極11(金屬層)形成的待檢測電容CS 的大小不同，則A Vout的大小不同；通過對電壓A Vout的值判斷，可檢測出指紋上的脊和谷 數(shù)據(jù)。
[0115] 由復位狀態(tài)_>第一狀態(tài)_>第二狀態(tài)完成對一個傳感器單元200的測量。
[0116]重復上述過程，可完成整個傳感器單元陣列的測量。
[0117] 綜上所述，上述指紋檢測裝置100可保持互電容CMi的兩端電壓相等，進而消除了 互電容CMi的影響，使指紋檢測數(shù)據(jù)更準確及提高指紋檢測的靈敏度。
[0118] 請參圖13,本實用新型另一較佳實施例提供的指紋檢測裝置400包括多個傳感器 單元500。在本實施例中，請參圖14,多個傳感器單元500呈陣列式排布。需要指出的是，在其 它實施例中，多個傳感器單元500也可根據(jù)實際情況排布成其它圖案。
[0119] 本實施例中，請結(jié)合圖13及圖15,每個傳感器單元500包括檢測電極層20、運算放 大器24、第一開關(guān)25及第二開關(guān)26。
[0120] 檢測電極層20包括位于不同層的第一檢測電極21及第二檢測電極22。第一檢測電 極21與手指600間形成待檢測電容，第二檢測電極22與第一檢測電極21間形成積分電容(如 圖13所示的電容CF、CF1或CF3)。因此，可以理解為，積分電容的一端為第二檢測電極22,積 分電容的另一端為第一檢測電極21。
[0121] 任意兩個傳感器單元500的兩個第一檢測電極21間形成互電容（如圖13所示的電 容 CM1 或 CM3)。
[0122] 運算放大器24的負輸入端連接第一檢測電極21，運算放大器24的正輸入端選擇性 地連接第一參考電壓VSS或第二參考電壓VTX，運算放大器24的輸出端連接第二檢測電極 22，并根據(jù)待檢測電容輸出對應的輸出信號。
[0123] 第一開關(guān)25(如圖13所示的開關(guān)Sf、Sfl或Sf3)與積分電容并聯(lián)，并連接在運算放 大器24的負輸入端及運算放大器24的輸出端之間。
[0124] 第二開關(guān)26(如圖13所示的開關(guān)Sp、Spl或Sp3)連接在運算放大器24的正輸入端及 運算放大器24的輸出端之間。
[0125] 在所有傳感器單元500中，其中一個傳感器單元500(如圖13所示的中間的傳感器 單元500)的運算放大器24工作時，工作的運算放大器24可通過"虛短"原理使互電容CM1的 一端電壓與工作的運算放大器24的正輸入端的電壓(第一參考電壓或第二參考電壓)相等。
[0126] 其他傳感器單元500(如圖13所示的左邊的傳感器單元500)的運算放大器24不工 作時，不工作的運算放大器24可通過第一開關(guān)25及第二開關(guān)26的閉合使互電容CM1的一端 電壓與不工作的運算放大器24的正輸入端的電壓(第一參考電壓或第二參考電壓)相等，進 而使得互電容CM1的兩端電壓相等，消除了互電容的影響，使指紋檢測數(shù)據(jù)更準確及提高指 紋檢測的靈敏度。
[0127] 較佳地，為了使指紋檢測裝置400的應用范圍更廣，本實施例中，傳感器單元500包 括與第一檢測電極21位于不同層的第三檢測電極23,第三檢測電極23與第一檢測電極21間 形成補償電容28(如圖13所示的電容CC、CC1或CC3)。
[0128] 第三檢測電極23選擇性地連接第一參考電壓VSS，或第三參考電壓VC，或運算放大 器24的正輸入端?？梢岳斫?，補償電容28的一端為第一檢測電極21，補償電容28的另一端為 第三檢測電極23。
[0129] 因此，指紋檢測裝置400可通過控制連接第三檢測電極23的第三參考電壓VC來調(diào) 整運算放大器24的輸出信號的幅值。在一個不例中，第一參考電壓VSS為地端電壓，第二參 考電壓VTX為不同于地端電壓的設定電壓端電壓，例如VTX>VSS，第三參考電壓VC為不同于 地端電壓的補償電壓端電壓，例如VC>VSS。
[0130] 作為一種示例，第二檢測電極22與第三檢測電極23位于同一層，如圖13所示。第一 檢測電極21、第二檢測電極22及第三檢測電極23可位于絕緣層29內(nèi)。
[0131]在檢測指紋時，其中一個傳感器單元500作為檢測單元502,其他傳感器單元500作 為待測單元501 (也稱相鄰單元)時，
[0132] 在指紋檢測裝置400處于第一狀態(tài)時，檢測單元502的第一開關(guān)25閉合及第二開關(guān) 26斷開，及檢測單元502的運算放大器24的正輸入端連接第一參考電壓VSS，及檢測單元502 的第三檢測電極23連接第一參考電壓VSS;所有待測單元501的第一開關(guān)25及第二開關(guān)26閉 合，及所有待測單元501的運算放大器24的正輸入端連接第一參考電壓VSS，及所有待測單 元501的第三檢測電極23連接運算放大器24的正輸入端；
[0133] 在指紋檢測裝置400處于第二狀態(tài)時，檢測單元502的第一開關(guān)25及第二開關(guān)26斷 開，及檢測單元502的運算放大器24的正輸入端連接第二參考電壓VTX，及檢測單元502的第 三檢測電極23連接第三參考電壓VC;所有待測單元501的第一開關(guān)25及第二開關(guān)26閉合，及 所有待測單元501的運算放大器24的正輸入端連接第二參考電壓VTX，及所有待測單元501 的第三檢測電極23連接運算放大器24的正輸入端。
[0134] 更進一步的檢測指紋說明，在后詳述。
[0135] 較佳地，為實現(xiàn)運算放大器24的正輸入端選擇性地連接第一參考電壓VSS或第二 參考電壓VTX，及第三檢測電極23選擇性地連接第一參考電壓VSS，或第一參考電壓VSS和運 算放大器24的正輸入端，或第三參考電壓VC，或第二參考電壓VTX和運算放大器24的正輸入 端，傳感器單元500包括第一切換單元30、第二切換單元31、第三開關(guān)32及第四開關(guān)33。
[0136] 第一切換單元30連接第一參考電壓VSS及第二參考電壓VTX，第一切換單元30用于 使運算放大器24的正輸入端選擇性地連接第一參考電壓VSS或第二參考電壓VTX。
[0137] 第二切換單元31連接第一參考電壓VSS及第三參考電壓VC。
[0138] 第三開關(guān)32(如圖13所示的開關(guān)Se、Sel或Se3)連接在第三檢測電極23與第二切換 單元31之間。
[0139] 第四開關(guān)33(如圖13所示的開關(guān)Sg、Sgl或Sg3)連接在第三檢測電極23與運算放大 器24的正輸入端之間，第四開關(guān)33用于使第三檢測電極23選擇性地連接運算放大器24的正 輸入端。
[0140]第三開關(guān)32與第二切換單元31共同用于使第三檢測電極23選擇性地連接第一參 考電壓VSS或第三參考電壓VC。
[0141 ]具體地，本實施例中，第一切換單元30包括第一切換開關(guān)(如圖13中的開關(guān)Sc、Sc 1 或Sc3)及第二切換開關(guān)(如圖13中的開關(guān)Sd、Sdl或Sd3)。
[0142] 第一切換開關(guān)的一端連接第一參考電壓VSS，第一切換開關(guān)的另一端連接運算放 大器24的正輸入端及第二開關(guān)26的一端。
[0143] 第二切換開關(guān)的一端連接第二參考電壓VTX，第二切換開關(guān)的另一端連接運算放 大器24的正輸入端及第二開關(guān)26的一端。
[0144] 第二開關(guān)26的另一端連接運算放大器24的輸出端。
[0145] 因此，當?shù)谝磺袚Q開關(guān)閉合及第二切換開關(guān)斷開時，運算放大器24的正輸入端連 接第一參考電壓VSS;當?shù)谝磺袚Q開關(guān)斷開及第二切換開關(guān)閉合時，運算放大器24的正輸入 端連接第二參考電壓VTX。
[0146] 第二切換單元31包括第三切換開關(guān)(如圖13中的開關(guān)Sa、Sal或Sa3)及第四切換開 關(guān)(如圖13中的開關(guān)Sb、Sbl或Sb3)。
[0147] 第三切換開關(guān)的一端連接第一參考電壓VSS，第三切換開關(guān)的另一端連接第三開 關(guān)32的一端。
[0148] 第四切換開關(guān)的一端連接第三參考電壓VC，第四切換開關(guān)的另一端連接第三開關(guān) 32的一端。
[0149] 第三開關(guān)32的另一端連接補償電容28的一端（即第三檢測電極23)及第四開關(guān)33 的一端。
[0150]第四開關(guān)33的一端連接補償電容28的一端（即第三檢測電極23)及第三開關(guān)32的 另一端。
[0151]第四開關(guān)33的另一端連接運算放大器24的正輸入端、第一切換單元30及第二開關(guān) 26的一端。
[0152]因此，當?shù)谌袚Q開關(guān)及第三開關(guān)32閉合，第四切換開關(guān)及第四開關(guān)33斷開時，第 三檢測電極23連接第一參考電壓VSS。
[0153]當?shù)谒那袚Q開關(guān)及第三開關(guān)32閉合，第三切換開關(guān)及第四開關(guān)33斷開時，第三檢 測電極23連接第三參考電壓VC。
[0154] 當?shù)谌_關(guān)32斷開，第四開關(guān)33及第二開關(guān)26閉合時，第三檢測電極23連接運算 放大器24的正輸入端及運算放大器24的輸出端。
[0155] 當?shù)谒拈_關(guān)33和第一切換開關(guān)閉合且第二切換開關(guān)斷開時，運算放大器24的正輸 入端連接第一參考電壓VSS，第三檢測電極23連接第一參考電壓VSS及運算放大器24的正輸 入端；當?shù)谝磺袚Q開關(guān)斷開，第四開關(guān)33和第二切換開關(guān)閉合時，運算放大器24的正輸入端 連接第二參考電壓VTX，第三檢測電極23連接第二參考電壓VTX及運算放大器24的正輸入 端。
[0156] 較佳地，為方便控制第一開關(guān)25、第二開關(guān)26、第三開關(guān)32、第四開關(guān)33、第一切換 單元30及第二切換單元31，請參圖15，指紋檢測裝置500包括時序控制單元40，時序控制單 元40連接第一開關(guān)25、第二開關(guān)26、第三開關(guān)32、第四開關(guān)33、第一切換單元30及第二切換 單元31，時序控制單元40用于控制第一開關(guān)25、第二開關(guān)26、第三開關(guān)32、第四開關(guān)33、第一 切換單元30及第二切換單元31的開關(guān)動作。
[0157] 請參圖16,作為一個示例，圖16為時序控制單元40所生成的時序信號圖。其中， RESET時序信號用于控制第一開關(guān)25的開關(guān)動作。
[0158] TX1時序信號用于控制第一切換開關(guān)及第三切換開關(guān)的開關(guān)動作。TX2時序信號用 于控制第二切換開關(guān)及第四切換開關(guān)的開關(guān)動作。具體的控制過程在后再詳述。
[0159]指紋檢測裝置400檢測指紋時，手指600與第一檢測電極21間形成待檢測電容。為 方便說明，傳感器單元500以3個為例說明，位于中間的正在檢測指紋的傳感器單元500稱為 檢測單元502，其他傳感器單元500稱為待測單元501 (也可稱作相鄰單元501，如圖13及圖14 所示）。
[0160] 請參圖17~圖18,圖17為檢測單元502的等效電路圖，圖18為待測單元501的等效 電路圖。
[0161] 在一個示例中，檢測單元502中的第三開關(guān)Se在檢測過程中處于閉合狀態(tài)，及檢測 單元502中的第四開關(guān)Sg及第二開關(guān)Sp處于常斷開的狀態(tài)。上述開關(guān)動作可由時序控制單 元40控制。
[0162] 檢測單元502中的第三切換開關(guān)Sa、第四切換開關(guān)Sb、第一切換開關(guān)Sc、第二切換 開關(guān)Sd及第一開關(guān)Sf由如圖16所示的時序信號控制。其中，TX1時序信號用于控制第三切換 開關(guān)Sa及第一切換開關(guān)Sc的開關(guān)動作，TX2時序信號用于控制第四切換開關(guān)Sb及第二切換 開關(guān)Sd的開關(guān)動作。RESET時序信號用于控制第一開關(guān)Sf的開關(guān)動作。
[0163] 待測單元501中的第三開關(guān)Sei處于常斷開狀態(tài)，及第四開關(guān)Sgi、第二開關(guān)Spi及 第一開關(guān)Sfi處于常閉合狀態(tài)。第三切換開關(guān)Sai、第四切換開關(guān)Sbi、第一切換開關(guān)Sci以及 第二切換開關(guān)Sdi由如圖16所示的時序信號控制。其中，TX1時序信號用于控制第三切換開 關(guān)Sai及第一切換開關(guān)Sci的開關(guān)動作，TX2時序信號用于控制第四切換開關(guān)Sbi及第二切換 開關(guān)Sdi的開關(guān)動作。在示例中，i = l、3,如圖13所示。
[0164] 復位狀態(tài):在指紋檢測裝置400處于復位狀態(tài)時，檢測單元502的第一開關(guān)Sc閉合 以控制檢測單元502的運算放大器24(下稱運算放大器0PA2)處于緩沖器模式。復位狀態(tài)可 在指紋檢測裝置400處于第一狀態(tài)前進入。
[0165] 具體地，在本示例中，上述開關(guān)動作可由時序控制單元40控制。此時RESET時序信 號為高電平，TX1時序信號由低電平變?yōu)楦唠娖?，TX2時序信號為低電平。由RESET時序信號 控制的檢測單元502的第一開關(guān)Sf處于閉合狀態(tài)、TX1時序信號控制的檢測單元502的第三 切換開關(guān)Sa及第一切換開關(guān)Sc、待測單元501的第三切換開關(guān)Sai及第一切換開關(guān)Sci均由 斷開狀態(tài)變?yōu)殚]合狀態(tài)，TX2時序信號控制的檢測單元502的第四切換開關(guān)Sb及第二切換開 關(guān)Sd、待測單元501的第四切換開關(guān)Sbi及第二切換開關(guān)Sdi均處于斷開狀態(tài)，如圖19~圖20 所示。
[0166] 運算放大器0PA2的負輸入端Vn與輸出端短接，也即運算放大器0PA2處于緩沖器模 式(buffer模式）。此時，檢測單元502的積分電容CF通過運算放大器0PA2進行電荷泄放，檢 測單元502的補償電容CC的電荷為零。
[0167] 指紋檢測裝置400處于第一狀態(tài)：
[0168] 在指紋檢測裝置400處于第一狀態(tài)時，檢測單元502的第一開關(guān)Sf閉合、第二開關(guān) Sp及第四開關(guān)Sg斷開，及檢測單元502的第一切換單元30使檢測單元502的運算放大器0PA2 的正輸入端Vp連接第一參考電壓VSS，及第二切換單元31及第三開關(guān)Se使檢測單元502的第 三檢測電極23連接第一參考電壓VSS。
[0169] 在指紋檢測裝置400處于第一狀態(tài)時，待測單元501的第一開關(guān)Sfi、第二開關(guān)Spi 及第四開關(guān)Sgi閉合，及待測單元501的第一切換單元30使待測單元501的運算放大器24(下 稱運算放大器OPAi)的正輸入端Vpi連接第一參考電壓VSS，及第三開關(guān)Sei斷開使待測單元 501的第三檢測電極23連接第一參考電壓VSS和運算放大器OPAi的正輸入端。
[0170] 具體地，在本示例中，上述開關(guān)動作可由時序控制單元40控制。RESET時序信號為 高電平，TX1時序信號為高電平，TX2時序信號為低電平。此時，由RESET時序信號控制的第一 開關(guān)Sf處于閉合狀態(tài)，由TX1時序信號控制的第三切換開關(guān)Sa和Sai、第一切換開關(guān)Sc和Sci 處于閉合狀態(tài)，由TX2時序信號控制的第四切換開關(guān)Sb和Sbi、第二切換開關(guān)Sd和和Sdi處于 斷開狀態(tài)，如圖21及圖22所示。
[0171] 此時，檢測單元502的第三檢測電極23連接第一參考電壓VSS，即補償電容CC的一 端連接第一參考電壓VSS，檢測單元502的運算放大器0PA2的正輸入端Vp連接第一參考電壓 VSS，如圖21所示。
[0172] 此時，待測單元501的第三檢測電極23(8卩補償電容CCi的一端)連接待測單元501 的運算放大器OPAi的正輸入端Vpi及運算放大器OPAi的輸出端。待測單元501的運算放大器 OPAi的正輸入端Vpi連接第一參考電壓VSS，待測單元501的第一開關(guān)Sfi閉合，如圖22所示。
[0173] 由于"虛短"原理，運算放大器0PA2的負輸入端Vn的電壓為第一參考電壓VSS，補償 電容CC的兩端電壓均為第一參考電壓VSS，因此補償電容CC上的電荷為零。同時，互電容CMi 的一端電壓等于運算放大器0PA2的負輸入端Vn的電壓，即為第一參考電壓VSS。
[0174] 同時，待測單元501(相鄰單元)的運算放大器OPAi的正輸入端Vpi連接第一參考電 壓VSS，其電壓為第一參考電壓VSS，由于第一開關(guān)Sfi及第二開關(guān)Spi閉合，運算放大器OPAi 的負輸入端Vni的電壓等于正輸入端Vpi的電壓VSS，也即在指紋檢測裝置400處于第一狀態(tài) 時，互電容CMi的另一端電壓等于運算放大器OPAi的負輸入端Vni的電壓，也就是說互電容 CMi的兩端電壓均為VSS，進一步說，互電容CMi上的電荷為零。
[0175] 檢測單元502的運算放大器0PA2的輸出端的輸出信號的電壓V為Voutl。因此，檢測 單元502的運算放大器0PA2的負輸入端Vn的總電荷為:Q = -Voutl*CF。
[0176] 指紋檢測裝置400處于第二狀態(tài)：
[0177] 在指紋檢測裝置400處于第二狀態(tài)時，檢測單元502的第一開關(guān)Sf?、第二開關(guān)Sp及 第四開關(guān)Sg斷開，及檢測單元502的第一切換單元30使檢測單元502的運算放大器0PA2的正 輸入端Vp連接第二參考電壓VTX，及第二切換單元31及第三開關(guān)Se使檢測單元502的第三檢 測電極23連接第三參考電壓VC。
[0178]在指紋檢測裝置400處于第二狀態(tài)時，待測單元501的第一開關(guān)Sfi、第二開關(guān)Spi 及第四開關(guān)Sgi閉合，及待測單元501的第一切換單元30使待測單元501的運算放大器OPAi 的正輸入端Vpi連接第二參考電壓VTX，及控制第三開關(guān)Sei斷開使待測單元501的第三檢測 電極23連接第二參考電壓VTX和運算放大器OPAi的正輸入端。
[0179]具體地，在本示例中，上述開關(guān)動作可由時序控制單元40控制。RESET時序信號為 低電平，TX1時序信號為低電平，TX2時序信號為高電平。
[0180]由RESET時序信號控制的第一開關(guān)Sf處于斷開狀態(tài)，由TX1時序信號控制的第三切 換開關(guān)Sa和Sai、第一切換開關(guān)Sc和Sci處于斷開狀態(tài)，由TX2時序信號控制的第四切換開關(guān) Sb和Sbi、第二切換開關(guān)Sd和Sdi處于閉合狀態(tài)，如圖23~圖24所示。
[0181] 此時，檢測單元502的第三檢測電極23(8卩補償電容CC的一端)連接第三參考電壓 VC。檢測單元502的運算放大器0PA2的正輸入端Vp連接第二參考電壓VTX，檢測單元502的第 一開關(guān)Sf斷開，如圖23所示。
[0182] 此時，待測單元501的第三檢測電極23(8卩補償電容CCi的一端)連接待測單元501 的運算放大器OPAi的正輸入端Vpi及運算放大器OPAi的輸出端。待測單元501的運算放大器 OPAi的正輸入端Vpi連接第二參考電壓VTX。待測單元501的第一開關(guān)Sfi閉合，如圖24所示。
[0183] 由于"虛短"原理，檢測單元502的運算放大器0PA2的負輸入端Vn的電壓等于正輸 入端Vp的電壓，即第二參考電壓VTX，連接到運算放大器0PA2的負輸入端Vn的補償電容CC的 一端(第一檢測電極21)的電壓也為VTX，而補償電容CC的另一端(第三檢測電極23)經(jīng)第三 開關(guān)Se及第四切換開關(guān)Sb連接到第三參考電壓VC，即補償電容CC的另一端的電壓為第三參 考電壓VC。同時，互電容CMi的一端電壓等于運算放大器0PA2的負輸入端Vn的電壓VTX。
[0184] 此時，待測單元501的第二開關(guān)Sdi閉合，運算放大器OPAi的正輸入端Vpi、負輸入 端Vni的電壓為VTX，即在指紋檢測裝置400處于第二狀態(tài)時，互電容CMi的另一端電壓等于 負輸入端Vni的電壓VTX，也就是說，互電容CMi的兩端電壓均為VTX，進一步說，互電容CMi上 的電荷為0。
[0185] 此時，運算放大器0PA2的輸出端的輸出信號的電壓V為Vout2,運算放大器0PA2的 負輸入端Vn的電荷為：
[0186] Q，=VTX*CS+(VTX-VC)*CC+(VTX-Vout2)*CF。
[0187] 由電荷守恒，有等式:Q = Q'，即：
[0188] -V〇ut1*CF = VTX*CS+(VTX-VC)*CC+(VTX-Vout2)*CF;
[0189] 則有：
，其中， Vout2為在指紋檢測裝置400處于第二狀態(tài)時，檢測單元502的運算放大器0PA2的輸出端的 輸出信號的電壓，Voutl為在指紋檢測裝置400處于第一狀態(tài)時，檢測單元502的運算放大器 0PA2的輸出端的輸出信號的電壓，AVout為電壓差，VTX為二第參考電壓VTX，VC為第三參考 電壓VC，CC為補償電容CC，CF為積分電容CF，CS為待檢測電容CS。
[0190] 在上述的公式，通過適當?shù)卦O置VC以及CC，也即使：
[0192] 對于手指來說，指紋上的脊和谷與第一檢測電極21(金屬層)形成的待檢測電容CS 的大小不同，則A Vout的大小不同；通過對電壓A Vout的值判斷，可檢測出指紋上的脊和谷 數(shù)據(jù)。
[0193] 由復位狀態(tài)-> 第一狀態(tài)-> 第二狀態(tài)完成對一個傳感器單元500的測量。
[0194] 重復上述過程，可完成整個傳感器單元陣列的測量。
[0195] 綜上所述，本實施例的指紋檢測裝置400的有益效果與上一實施例的指紋檢測裝 置100的有益效果相類似。進一步地，上述指紋檢測裝置400可通過控制連接第三檢測電極 23的第三參考電壓VC的電壓來調(diào)整運算放大器24的輸出信號的幅值，使指紋檢測裝置100 的應用范圍更廣。
[0196] 請參圖25,本實用新型再一較佳實施例提供的電子裝置500包括指紋檢測裝置 502。指紋檢測裝置502可選用以上任一實施例的指紋檢測裝置。
[0197] 電子裝置500以手機為例進行說明?？梢岳斫?，在其它實施例中，電子裝置可還為 平板電腦、筆記本電腦、智能穿戴設備、音頻播放器或視頻播放器等對指紋檢測有需求的電 子裝置。
[0198] 具體地，在某些實施例中，請參圖26,電子裝置500包括與指紋檢測裝置502連接的 柔性電路板504。因此，采用柔性電路板504連接指紋檢測裝置502,使得線路設計更靈活，有 效利用電子裝置500的內(nèi)部空間。柔性電路板504可通過焊錫或?qū)щ娔z與指紋檢測裝置502 連接。
[0199] 在某些實施例中，電子裝置500包括殼體506,殼體506開設有殼體開口 508。指紋檢 測裝置502位于殼體506內(nèi)。請參圖26,指紋檢測裝置502包括蓋板510,蓋板510設置在檢測 電極層512上并從殼體開口 508暴露。殼體開口 508例如可位于電子裝置500的背面。
[0200] 請參圖27，在某些實施例中，電子裝置600包括殼體602，殼體602包括檢測面604， 指紋檢測裝置606位于殼體602內(nèi)，檢測電極層與檢測面604對應設置。檢測面604例如可位 于電子裝置600的正面。
[0201] 因此，在本發(fā)明實施例中，指紋檢測裝置606可直接置于電子裝置600的殼體602下 方，無需對殼體602進行開孔，避免影響電子裝置600的外觀，提高了電子裝置600的外觀完 整度。
[0202] 綜上所述，上述電子裝置能夠消除互電容的影響，使指紋檢測數(shù)據(jù)更準確及提高 指紋檢測的靈敏度。
[0203] 在本說明書的描述中，參考術(shù)語"一個實施例"、"一些實施例"、"示意性實施例"、 "示例"、"具體示例"、或"一些示例"等的描述意指結(jié)合所述實施例或示例描述的具體特征、 結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本實用新型的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述 術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料 或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
[0204] 此外，術(shù)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(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者 隱含地包括至少一個所述特征。在本實用新型的描述中，"多個"的含義是至少兩個，例如兩 個，三個等，除非另有明確具體的限定。
[0205] 流程圖中或在此以其他方式描述的任何過程或方法描述可以被理解為，表示包括 一個或更多個用于實現(xiàn)特定邏輯功能或過程的步驟的可執(zhí)行指令的代碼的模塊、片段或部 分，并且本實用新型的優(yōu)選實施例的范圍包括另外的實現(xiàn)，其中可以不按所示出或討論的 順序，包括根據(jù)所涉及的功能按基本同時的方式或按相反的順序，來執(zhí)行功能，這應被本實 用新型的實施例所屬技術(shù)領域的技術(shù)人員所理解。
[0206] 在流程圖中表示或在此以其他方式描述的邏輯和/或步驟，例如，可以被認為是用 于實現(xiàn)邏輯功能的可執(zhí)行指令的定序列表，可以具體實現(xiàn)在任何計算機可讀介質(zhì)中，以供 指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設備(如基于計算機的系統(tǒng)、包括處理器的系統(tǒng)或其他可以從指令執(zhí) 行系統(tǒng)、裝置或設備取指令并執(zhí)行指令的系統(tǒng))使用，或結(jié)合這些指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設 備而使用。就本說明書而言，"計算機可讀介質(zhì)"可以是任何可以包含、存儲、通信、傳播或傳 輸程序以供指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設備或結(jié)合這些指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設備而使用的裝 置。計算機可讀介質(zhì)的更具體的示例(非窮盡性列表)包括以下：具有一個或多個布線的電 連接部（移動終端），便攜式計算機盤盒（磁裝置），隨機存取存儲器（RAM)，只讀存儲器 (ROM)，可擦除可編輯只讀存儲器(EPROM或閃速存儲器），光纖裝置，以及便攜式光盤只讀存 儲器(CDR0M)。另外，計算機可讀介質(zhì)甚至可以是可在其上打印所述程序的紙或其他合適的 介質(zhì)，因為可以例如通過對紙或其他介質(zhì)進行光學掃描，接著進行編輯、解譯或必要時以其 他合適方式進行處理來以電子方式獲得所述程序，然后將其存儲在計算機存儲器中。
[0207] 應當理解，本實用新型的各部分可以用硬件、軟件、固件或它們的組合來實現(xiàn)。在 上述實施例中，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)，和在另一實施例中一樣，可用本領域公知的下 列技術(shù)中的任一項或他們的組合來實現(xiàn):具有用于對數(shù)據(jù)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。
[0208] 本技術(shù)領域的普通技術(shù)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(guān)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(zhì)中，所述程序在執(zhí)行時，包括方法實施例的步驟之一或其組合。
[0209] 此外，在本實用新型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(chǎn)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(zhì)中。上述提到的存儲介質(zhì)可以是只讀存儲器，磁盤或光盤等。
[0210] 盡管上面已經(jīng)示出和描述了本實用新型的實施例，可以理解的是，上述實施例是 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(shù)人員在本實用新型的范圍 內(nèi)可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。
【主權(quán)項】
1. 一種指紋檢測裝置，其特征在于，包括多個傳感器單元，每個該傳感器單元包括： 檢測電極層，該檢測電極層包括位于不同層的第一檢測電極及第二檢測電極，該第一 檢測電極與手指間形成待檢測電容，該第二檢測電極與該第一檢測電極間形成積分電容， 任意兩個該傳感器單元的兩個該第一檢測電極間形成互電容； 運算放大器，該運算放大器的負輸入端連接該第一檢測電極，該運算放大器的正輸入 端選擇性地接第一參考電壓或第二參考電壓，該運算放大器的輸出端連接該第二檢測電 極，并根據(jù)該待檢測電容輸出對應的輸出信號； 第一開關(guān)，該第一開關(guān)與該積分電容并聯(lián)，并連接在該運算放大器的負輸入端及該運 算放大器的輸出端之間； 第二開關(guān)，該第二開關(guān)連接在該運算放大器的正輸入端及該運算放大器的輸出端之 間。2. 如權(quán)利要求1所述的指紋檢測裝置，其特征在于，當其中一個該傳感器單元作為檢測 單元，其他傳感器單元作為待測單元時， 在該指紋檢測裝置處于第一狀態(tài)時，該檢測單元的該第一開關(guān)閉合及該第二開關(guān)斷 開，及該檢測單元的該運算放大器的正輸入端連接該第一參考電壓;所有該待測單元的該 第一開關(guān)及該第二開關(guān)閉合，及所有該待測單元的該運算放大器的正輸入端連接該第一參 考電壓； 在該指紋檢測裝置處于第二狀態(tài)時，該檢測單元的該第一開關(guān)及該第二開關(guān)斷開，及 該檢測單元的該運算放大器的正輸入端連接該第二參考電壓;所有該待測單元的該第一開 關(guān)及該第二開關(guān)閉合，及所有該待測單元的該運算放大器的正輸入端連接該第二參考電 壓。3. 如權(quán)利要求2所述的指紋檢測裝置，其特征在于，該傳感器單元包括第一切換單元； 該第一切換單元連接該第一參考電壓及該第二參考電壓，該第一切換單元用于使該運 算放大器的正輸入端選擇性地連接該第一參考電壓或該第二參考電壓； 該第二開關(guān)連接在該第一切換單元與該運算放大器的輸出端之間。4. 如權(quán)利要求2所述的指紋檢測裝置，其特征在于，在該指紋檢測裝置處于復位狀態(tài) 時，該檢測單元的該第一開關(guān)閉合以控制該檢測單元的該運算放大器處于緩沖器模式。5. 如權(quán)利要求3所述的指紋檢測裝置，其特征在于，該指紋檢測裝置包括時序控制單 元，該時序控制單元連接該第一開關(guān)、該第二開關(guān)及該第一切換單元； 該時序控制單元用于控制該第一開關(guān)、該第二開關(guān)及該第一切換單元的開關(guān)動作。6. 如權(quán)利要求1所述的指紋檢測裝置，其特征在于，該傳感器單元包括與該第一檢測電 極位于不同層的第三檢測電極，該第三檢測電極與該第一檢測電極間形成補償電容； 該第三檢測電極選擇性地連接該第一參考電壓，或第三參考電壓，或該運算放大器的 正輸入端。7. 如權(quán)利要求6所述的指紋檢測裝置，其特征在于，當其中一個該傳感器單元作為檢測 單元，其他傳感器單元作為待測單元時， 在該指紋檢測裝置處于第一狀態(tài)時，該檢測單元的該第一開關(guān)閉合及該第二開關(guān)斷 開，及該檢測單元的該運算放大器的正輸入端連接該第一參考電壓，及該檢測單元的該第 三檢測電極連接該第一參考電壓;所有該待測單元的該第一開關(guān)及該第二開關(guān)閉合，及所 有該待測單元的該運算放大器的正輸入端連接該第一參考電壓，及所有該待測單元的該第 三檢測電極連接該運算放大器的正輸入端； 在該指紋檢測裝置處于第二狀態(tài)時，該檢測單元的該第一開關(guān)及該第二開關(guān)斷開，及 該檢測單元的該運算放大器的正輸入端連接該第二參考電壓，及該檢測單元的該第三檢測 電極連接該第三參考電壓;所有該待測單元的該第一開關(guān)及該第二開關(guān)閉合，及所有該待 測單元的該運算放大器的正輸入端連接該第二參考電壓，及所有該待測單元的該第三檢測 電極連接該運算放大器的正輸入端。8. 如權(quán)利要求7所述的指紋檢測裝置，其特征在于，該傳感器單元包括第一切換單元、 第二切換單元、第三開關(guān)及第四開關(guān)； 該第一切換單元連接該第一參考電壓及該第二參考電壓，該第一切換單元用于使該 運算放大器的正輸入端選擇性地連接該第一參考電壓或該第二參考電壓； 該第二切換單元連接該第一參考電壓及該第三參考電壓； 該第三開關(guān)連接在該第三檢測電極與該第二切換單元之間； 該第四開關(guān)連接在該第三檢測電極與該運算放大器的正輸入端之間，該第四開關(guān)用于 使該第三檢測電極選擇性地連接該運算放大器的正輸入端； 該第三開關(guān)與該第二切換單元共同用于使該第三檢測電極選擇性地連接該第一參考 電壓或該第三參考電壓。9. 如權(quán)利要求8所述的指紋檢測裝置，其特征在于，在該指紋檢測裝置處于復位狀態(tài) 時，該檢測單元的該第一開關(guān)閉合以控制該檢測單元的該運算放大器處于緩沖器模式。10. 如權(quán)利要求9所述的指紋檢測裝置，其特征在于，該指紋檢測裝置包括時序控制單 元，該時序控制單元連接該第一開關(guān)、該第二開關(guān)、該第三開關(guān)、該第四開關(guān)、該第一切換單 元及該第二切換單元，該時序控制單元用于控制該第一開關(guān)、該第二開關(guān)、該第三開關(guān)、該 第四開關(guān)、該第一切換單元及該第二切換單元的開關(guān)動作。11. 如權(quán)利要求1所述的指紋檢測裝置，其特征在于，該多個傳感器單元呈陣列式排布。12. -種電子裝置，其特征在于，包括如權(quán)利要求1~11任一項所述的指紋檢測裝置。13. 如權(quán)利要求12所述的電子裝置，其特征在于，該電子裝置包括與該指紋檢測裝置連 接的柔性電路板。14. 如權(quán)利要求12所述的電子裝置，其特征在于，該電子裝置包括殼體，該殼體開設有 殼體開口； 該指紋檢測裝置位于該殼體內(nèi)，該指紋檢測裝置還包括蓋板，該蓋板設置在該檢測電 極層上并從該殼體開口暴露。15. 如權(quán)利要求12所述的電子裝置，其特征在于，該電子裝置包括殼體，該殼體包括檢 測面，該指紋檢測裝置位于該殼體內(nèi)，該檢測電極層與該檢測面對應設置。
【文檔編號】G06K9/00GK205563607SQ201620123757
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年2月17日
【發(fā)明人】張自寶, 李梅, 張 杰, 陳桂蘭
【申請人】比亞迪股份有限公司