本公開涉及指紋識別領(lǐng)域，具體地，涉及被動電容式指紋識別系統(tǒng)的供電信號產(chǎn)生裝置及其控制方法。

背景技術(shù)：

電容式指紋識別技術(shù)根據(jù)是否直接在手指上施加激勵信號，可以分為主動電容式指紋識別與被動電容式指紋識別。主動電容式指紋識別的原理主要是向手指施加激勵信號以增強(qiáng)手指表面的電荷，利用觸摸面板的感應(yīng)陣列接收電場信號并對信號進(jìn)行放大，由于指紋凹凸不一致導(dǎo)致感應(yīng)到的電場也不一致，可以據(jù)此提取指紋信息。被動式的工作原理是根據(jù)手指按在觸摸面板上時指紋的脊和谷對觸摸面板內(nèi)部電容上下電極電荷分配的比例影響程度來獲取指紋信息，無需額外向手指施加激勵信號。在主動電容式指紋識別中，為了避免激勵信號過強(qiáng)影響用戶體驗(yàn)，激勵幅度信號幅度一般小于4V。由于被動電容式指紋識別技術(shù)不需要在手指上外加激勵信號，避免了大幅度激勵信號導(dǎo)致的被測者不適感，所以可以通過增加激勵信號的幅度來提高指紋識別系統(tǒng)的信噪比。被動電容式指紋識別中的激勵信號幅度可以大于4V，甚至可以采用幅度在15V以上的激勵信號。

但是在實(shí)際的被動電容式指紋識別系統(tǒng)中，由于激勵信號幅度的增加以及寄生電感、寄生電容、寄生電阻等諸多因素的影響，提供給指紋傳感器的供電信號會具有較大的毛刺噪聲，這甚至可能會造成通訊錯誤。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本公開提供了一種被動電容式指紋識別系統(tǒng)的供電信號產(chǎn)生裝置，可以減小供電電壓信號中的噪聲。

根據(jù)本公開的一方面，提供了一種被動電容式指紋識別系統(tǒng)的供電信號產(chǎn)生裝置，包括：

串聯(lián)在抬升電壓節(jié)點(diǎn)與系統(tǒng)地電壓節(jié)點(diǎn)之間的第一開關(guān)模塊和第二開關(guān)模塊，其中所述第一開關(guān)模塊連接系統(tǒng)地電壓節(jié)點(diǎn)，用于在第一階段導(dǎo)通，在第二階段關(guān)斷，所述第二開關(guān)模塊連接抬升電壓節(jié)點(diǎn)，用于在第一階段關(guān)斷，在第二階段導(dǎo)通；

串聯(lián)在第一開關(guān)模塊和第二開關(guān)模塊之間的節(jié)點(diǎn)與系統(tǒng)電源電壓節(jié)點(diǎn)之間的第三開關(guān)模塊和電容器，其中所述第三開關(guān)模塊連接系統(tǒng)電源電壓節(jié)點(diǎn)，用于在第一階段導(dǎo)通，在第二階段關(guān)斷；

其中，

第一開關(guān)模塊包括并聯(lián)的N個第一開關(guān)單元，N為大于等于1的整數(shù)，每個第一開關(guān)單元包括串聯(lián)的第一晶體管和第一電阻器，所述第一晶體管連接到所述系統(tǒng)地電壓節(jié)點(diǎn)，所述第一電阻器連接到第二開關(guān)模塊；

第二開關(guān)模塊包括分別對應(yīng)于N個第一開關(guān)單元的并聯(lián)的N個第二開關(guān)單元，每個第二開關(guān)單元包括串聯(lián)的第二晶體管和第二電阻器，所述第二晶體管連接到所述抬升電壓節(jié)點(diǎn)，所述第二電阻器連接到第一開關(guān)模塊；并且

第三開關(guān)模塊包括第三晶體管。

在一些實(shí)施例中，N等于1，所述第一電阻器和第二電阻器具有非零電阻值。

在另一些實(shí)施例中，N大于1，至少一個第一開關(guān)單元的第一電阻器和對應(yīng)的第二開關(guān)單元的第二電阻器具有非零電阻值。

在一些實(shí)施例中，所述第一電阻器和第二電阻器的電阻值在50Ω至1000Ω的范圍內(nèi)。

在又一些實(shí)施例中，N大于1，所有第一電阻器和第二電阻器的電阻值均為零。

在一些實(shí)施例中，N＝2，一個第一晶體管和一個第二晶體管的導(dǎo)通電阻在100Ω至1000Ω的范圍內(nèi)，另一個第一晶體管和另一個第二晶體管的導(dǎo)通電阻在1Ω至2Ω的范圍內(nèi)。

在一些實(shí)施例中，每個第一開關(guān)單元用于在第一階段按照各自導(dǎo)通電阻從大到小的順序?qū)?，并在第二階段關(guān)斷；并且每個第二開關(guān)單元用于在第一階段關(guān)斷，并在第二階段按照各自導(dǎo)通電阻從大到小的順序?qū)ā?/p>

在一些實(shí)施例中，第一晶體管為N型晶體管，第二晶體管和第三晶體管為P型晶體管。

根據(jù)本公開實(shí)施例的另一方面，提供了一種以上描述的供電信號產(chǎn)生裝置的控制方法，包括：

在第一階段，將第一開關(guān)模塊和第三開關(guān)模塊導(dǎo)通，并將第二開關(guān)模塊關(guān)斷；

在第二階段，將第一開關(guān)模塊和第三開關(guān)模塊關(guān)斷，并將第二開關(guān)模塊導(dǎo)通；

重復(fù)以上第一階段和第二階段。

在一些實(shí)施例中，N大于1；所述將第一開關(guān)模塊導(dǎo)通包括：將第一開關(guān)模塊中的N個第一開關(guān)單元按照導(dǎo)通電阻從大到小的順序?qū)?；所述將第二開關(guān)模塊導(dǎo)通包括：將第二開關(guān)模塊中的N個第二開關(guān)單元按照導(dǎo)通電阻從大到小的順序?qū)ā?/p>

附圖說明

為了更清楚地說明本公開實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例的附圖作簡單介紹，顯而易見地，下面的描述中的附圖僅涉及本公開的一些實(shí)施例，而非對本公開的限制。

圖1示出了被動電容式指紋識別系統(tǒng)的示例結(jié)構(gòu)圖；

圖2示出了被動電容式指紋識別系統(tǒng)中傳感器電源電壓信號VDD_SENS與傳感器地電壓信號GND_SENS的示例波形圖；

圖3示出了理想情況下GND_SENS、VDD_SENS以及跨電源域傳輸?shù)男盘柕氖纠龝r序圖；

圖4示出了VDD_SENS、SPICLK_SENS在GND_SENS在跳變處產(chǎn)生毛刺噪聲的波形圖以及被GND_SENS解調(diào)后的波形圖；

圖5是圖4的局部放大圖；

圖6示出了被動電容式指紋識別系統(tǒng)的供電信號產(chǎn)生單元中的供電信號產(chǎn)生電路的電路圖；

圖7示出了理想狀況下圖6的供電信號產(chǎn)生電路的控制信號和輸出電壓信號的時序圖；

圖8示出了考慮了寄生電感、寄生電容、寄生電阻后圖6的供電信號產(chǎn)生電路的等效電路圖。

圖9示出了圖8的供電信號產(chǎn)生電路的控制信號和輸出電壓信號的時序圖。

圖10示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的被動電容式指紋識別系統(tǒng)的供電信號產(chǎn)生裝置的結(jié)構(gòu)圖。

圖11示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的被動電容式指紋識別系統(tǒng)的供電信號產(chǎn)生裝置的結(jié)構(gòu)圖。

圖12示出了圖11的供電信號產(chǎn)生電路的控制信號和輸出電壓信號的時序圖。

圖13示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的被動電容式指紋識別系統(tǒng)的供電信號產(chǎn)生裝置的結(jié)構(gòu)圖。

圖14示出了圖13的供電信號產(chǎn)生電路的控制信號和輸出電壓信號的時序圖。

圖15是圖14的局部放大圖。

圖16示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的被動電容式指紋識別系統(tǒng)的供電信號產(chǎn)生裝置的結(jié)構(gòu)圖。

圖17示出了根據(jù)本公開實(shí)施例的供電信號產(chǎn)生裝置的控制方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

為使本公開實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本公開實(shí)施例的附圖，對本公開實(shí)施例的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述。顯然所描述的實(shí)施例是本公開的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；谒枋龅谋竟_的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在無需創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本公開保護(hù)的范圍。

圖1示出了被動電容式指紋識別系統(tǒng)100的示例結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，被動電容式指紋識別系統(tǒng)100包括指紋傳感器模塊101和供電模塊102。供電模塊102接系統(tǒng)電源電壓VDD(下文中簡稱VDD)和系統(tǒng)地電壓GND(下文中簡稱GND)，并且為指紋傳感器模塊101提供傳感器電源電壓信號VDD_SENS(下文中簡稱VDD_SENS)和傳感器地電壓信號GND_SENS(下文中簡稱GND_SENS)。本文中，以VDD為電源電壓并且以GND為參考地電壓的電源域稱為HOST電源域，以VDD_SENS為電源電壓并且以GND_SENS為參考地電壓的電源域稱為SENS電源域。供電模塊102可以實(shí)現(xiàn)信號在HOST電源域與SENS電源域之間轉(zhuǎn)換，以便所述信號在這兩個電源域之間傳輸，例如，在外部主控單元與指紋傳感器模塊101之間傳輸。具體地，在HOST電源域與SENS電源域之間傳輸?shù)男盘栆籊ND_SENS或VDD_SENS調(diào)制和解調(diào)。作為示例，在HOST電源域與SENS電源域間之間傳輸?shù)男盘柨梢允荢PI協(xié)議下的SPI時鐘信號(由SPICLK表示)，但不局限于此，其可以任何信號，例如用于控制、通訊的信號。

在一些實(shí)施例中，如圖1所示，供電模塊102可以包括供電信號產(chǎn)生單元1021、供電控制單元1022和電源域轉(zhuǎn)換單元1023，三者皆以VDD為電源電壓并且以GND為參考地電壓。供電信號產(chǎn)生單元1021與指紋傳感器模塊101相連，用于向指紋傳感器模塊101提供供電電壓信號VDD_SENS和GND_SENS。供電控制單元1022與供電信號產(chǎn)生單元1021相連，用于向供電信號產(chǎn)生單元1021提供抬升電壓VDDH(下文中簡稱VDDH)和驅(qū)動地電壓GND_DRV，并控制供電信號產(chǎn)生單元1021產(chǎn)生VDD_SENS和GND_SENS。VDDH用于抬升系統(tǒng)供電電壓，例如，對于VDD為1.8V并且GND為0V的系統(tǒng)供電電壓，VDDH可以為13V，從而產(chǎn)生如圖2所示的高電平為14.8V并且低電平為1.8V的VDD_SENSE以及高電平為13V并且低電平為0V的GND_SENSEGND_SENSE。

電源域轉(zhuǎn)換單元1023與供電信號產(chǎn)生單元1021、供電控制單元1022和指紋傳感器模塊101相連，用于接收來自供電信號產(chǎn)生單元1021的VDD_SENS和GND_SENS，并且使信號在HOST電源域與SENS電源域之間轉(zhuǎn)換，并與供電控制單元1022協(xié)同實(shí)現(xiàn)指紋傳感器模塊101與外部主控單元之間的跨電源域信號傳輸。指紋傳感器模塊101可以由指紋傳感器芯片來實(shí)現(xiàn)，供電信號產(chǎn)生單元1021可以由浮地電源來實(shí)現(xiàn)，供電控制單元1022可以由電源控制電路來實(shí)現(xiàn)，電源域轉(zhuǎn)換單元1023可以由電平移位緩沖器來實(shí)現(xiàn)，例如H2S&S2H電平移位緩沖器。然而本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)清楚，以上僅為示例實(shí)現(xiàn)方式，本公開的實(shí)施例并不局限于此。

指紋傳感器模塊101和供電模塊102可以集成在一起，也可以彼此獨(dú)立實(shí)現(xiàn)。

圖2示出了被動電容式指紋識別系統(tǒng)100中VDD_SENS與GND_SENS的示例波形圖。如圖2所示，VDD_SENS和GND_SENS是相對于系統(tǒng)地GND的一對時變信號，可以是方波，但不局限于此，例如也可以是正弦波或鋸齒波等等。VDD_SENS與GND_SENS間的電壓差保持恒定，即指紋傳感器模塊101的供電電壓保持恒定。例如，如圖2所示，當(dāng)VDD＝1.8V，GND＝0V時，VDD_SENS是高電平為14.8V并且低電平為1.8V的方波信號，GND_SENS是高電平為13V并且低電平為0V的方波信號，二者同步跳變，從而為指紋傳感器模塊101供電的電壓穩(wěn)定在1.8V。

圖3示出了理想情況下GND_SENS、VDD_SENS以及跨電源域傳輸?shù)男盘柕氖纠龝r序圖，其中SPICLK_HOST表示HOST電源域中未調(diào)制的SPICLK信號，SPICLK_SENS表示被GND_SENS調(diào)制后的SPICLK信號，SPICLK_SENS–GND_SENS表示被GND_SENS解調(diào)后在SENS電源域得到的SPICLK信號。圖3中在HOST電源域與SENS電源域間之間傳輸?shù)男盘栆許PI協(xié)議下的SPICLK信號為例，但不局限于此，其可以任何信號，例如用于控制、通訊的信號。HOST電源域與SENS電源域間傳輸?shù)男盘柕氖纠ǖ痪窒抻诓捎酶鞣N標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議的總線的信號，例如采用SPI通訊協(xié)議或I2C通訊協(xié)議的信號，以及其它自定義但需要在HOST電源域與SENS電源域間轉(zhuǎn)換的例如信號。

從圖3可以看出，在理想情況下，HOST電源域與SENS電源域間可以進(jìn)行準(zhǔn)確無誤的通訊。但是在實(shí)際的被動電容式指紋識別系統(tǒng)中，由于激勵信號幅度的提高以及系統(tǒng)中寄生電感、寄生電容、寄生電阻等諸多因素的影響，GND_SENS和VDD_SENS會在跳變處產(chǎn)生毛刺噪聲。這種毛刺噪聲可能會造成被動電容式指紋識別系統(tǒng)的HOST電源域與SENS電源域通訊錯誤，最終導(dǎo)致圖像采集失敗。

圖4示出了VDD_SENS、SPICLK_SENS在GND_SENS在跳變處產(chǎn)生毛刺噪聲的波形圖，以及被GND_SENS解調(diào)后的波形圖，其中SPICLK_SENS表示被GND_SENS調(diào)制后的SPICLK信號，SPICLK_SENS–GND_SENS表示被GND_SENS解調(diào)后在SENS電源域的SPICLK信號。如圖4中虛線部分所示，VDD_SENS與SPICLK_SENS會在GND_SENS的跳變處產(chǎn)生噪聲，最終導(dǎo)致解調(diào)后的SPICLK信號在相應(yīng)位置也出現(xiàn)噪聲。圖5是圖4的局部放大圖。如圖5所示，VDD_SENS與SPICLK_SENS會在GND_SENS的上升沿和下降沿處分別產(chǎn)生上沖/下沖的噪聲，這樣用GND_SENS去解調(diào)SPICLK_SENS而得到的解調(diào)信號SPICLK_SENS–GND_SENS會產(chǎn)生寬度分別為t1和t2的上沖噪聲和下沖噪聲。t1和t2通常在0.5ns至100ns的范圍內(nèi)，在一些情況下在1ns至10ns范圍內(nèi)，典型地在1ns至6ns范圍內(nèi)，這會導(dǎo)致HOST電源域與SENS電源域間的數(shù)據(jù)傳輸錯誤，從而導(dǎo)致通訊、控制等方面的錯誤。

在被動電容式指紋識別系統(tǒng)(例如，圖1所示的系統(tǒng))中，對于方波形式的GND_SENS，當(dāng)方波幅度一定時，GND_SENS在跳變處的噪聲大小隨著GND_SENS的發(fā)送和接收節(jié)點(diǎn)間的寄生電容、寄生電感和/或寄生電阻的不同而變化；當(dāng)所述寄生電容、寄生電感和/或寄生電阻一定時，GND_SENS在跳變處的噪聲大小隨著方波幅度的不同而變化。所以在具有不同寄生電容、寄生電感和/或寄生電阻的被動電容式指紋識別系統(tǒng)中，GND_SENS的方波幅度與其引入的噪聲需要折中考慮。

雖然以上以GND_SENS作為調(diào)制和解調(diào)信號為例來進(jìn)行描述，然而本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)清楚，以上描述同樣適用于以VDD_SENS作為調(diào)制信號的情況。

下面參考圖6至圖9來進(jìn)一步說明由于寄生而導(dǎo)致噪聲的原理。

圖6示出了供電信號產(chǎn)生單元1021的供電信號產(chǎn)生電路600的電路圖。如圖6所示，供電信號產(chǎn)生電路600包括第一晶體管601、第二晶體管602、第三晶體管603以及電容器604。第一晶體管601和第二晶體管602串聯(lián)在抬升電壓VDDH與系統(tǒng)地電壓GND之間，其中第一晶體管601接VDD，第二晶體602管接VDDH。第三晶體管603和電容器604串聯(lián)在第一晶體管601和第二晶體管602之間的節(jié)點(diǎn)與VDD之間。電容器604的一端與節(jié)點(diǎn)P1相連，另一端與所述第三晶體管603相連。第一晶體管601和第二晶體管602之間的節(jié)點(diǎn)P1作為第一輸出節(jié)點(diǎn)提供傳感器地電壓信號GND_SENS，第三晶體管603與電容器604之間的節(jié)點(diǎn)P2作為第二輸出節(jié)點(diǎn)提供傳感器電源電壓信號VDD_SENS。在圖6所示的示例中，第一晶體管601為N型晶體管，第二晶體管602和第三晶體管603為P型晶體管。

圖7示出了理想狀況下圖6的供電信號產(chǎn)生電路600的控制信號和輸出電壓信號的時序圖，其中clk1表示第一晶體管601的控制信號，clk2表示第二晶體管602的控制信號，clk1n表示第三晶體管603的控制信號，t0是控制信號的死區(qū)時間，典型值在1～5ns；GND_SENS表示在第一輸出端P1提供的傳感器地電壓信號，VDD_SENS表示在第二輸出端P2提供的傳感器電源電壓信號。

如圖7所示，在第一階段，clk1為高，使N型的第一晶體管601導(dǎo)通，clk2為高，使P型的第二晶體管602關(guān)斷，clk1n為低，使P型的第三晶體管603導(dǎo)通，第一輸出端P1處電壓為GND，即GND_SENS處于低電平GND，第二輸出端P2處電壓為VDD，即VDD_SENS處于低電平VDD。在第二階段，clk1為低，使第一晶體管601關(guān)斷，clk2為低，使第二晶體管602導(dǎo)通，clk1n為高，使第三晶體管603關(guān)斷，第一輸出端P1處電壓為VDDH，即GND_SENS處于高電平VDDH，在第二輸出端P2處，由于電容器604兩端電壓差要保持VDD不變，使第二輸出端P2處電壓為VDDH+VDD，即，VDD_SENS處于高電平VDDH+VDD。第一階段和第二階段交替往復(fù)，形成了圖7所示的方波形式的VDD_SENS和GND_SENS。從圖7中可以看出，在不考慮寄生電容、寄生電感、寄生電阻的情況下，VDD_SENS和GND_SENS沒有毛刺噪聲。

然而在實(shí)際情況中存在寄生電感、寄生電容、寄生電阻。圖8示出了考慮了寄生電感、寄生電容、寄生電阻后圖6的供電信號產(chǎn)生電路600的等效電路圖。如圖8所示，P1與電容器604之間存在寄生電感Lpar，電容器604與系統(tǒng)地GND之間存在寄生電阻Rpar和寄生電容Cpar。

圖9示出了圖8的供電信號產(chǎn)生電路600的控制信號和輸出電壓信號的時序圖，其中clk1表示第一晶體管601的控制信號，clk2表示第二晶體管602的控制信號，clk1n表示第三晶體管603的控制信號，t0是控制信號的死區(qū)時間，典型值在1～5ns；VDD_SENS表示P2處提供的傳感器電源電壓信號，GND_SENS表示P1處提供的傳感器地電壓信號，GND_SENS_EXT表示P1’處提供的電壓信號。

如圖9所示，在第一階段，第一晶體管601和第三晶體管603導(dǎo)通，第二晶體管602關(guān)斷，當(dāng)進(jìn)入第二階段時，第一晶體管601和第三晶體管603關(guān)斷，第二晶體管602導(dǎo)通，產(chǎn)生從P1向P1’流動的電流，隨著電流的減小，寄生電感Lpar產(chǎn)生電動勢Vpar以阻止電流的減小，使得P1’處的電壓變成VDDH+Vpar，進(jìn)而使得P2處的電壓變成VDDH+VDD+Vpar，從而VDD_SENS的上升沿處產(chǎn)生上沖噪聲。反之，當(dāng)從第二階段進(jìn)入第一階段時，產(chǎn)生從P1’向P1的電流，寄生電感Lpar產(chǎn)生電動勢Vpar以阻止電流減小，使P1’處電壓變成GND-Vpar，進(jìn)而使得P2處電壓變成VDD-Vpar，從而VDD_SENS的下降沿處均產(chǎn)生下沖噪聲。圖9中GND_SENS、GND_SENS_EXT、VDD_SENS分別對應(yīng)圖8中P1、P1’、P2節(jié)點(diǎn)處的電壓。以上描述了寄生導(dǎo)致VDD_SENS與GND_SENS_EXT節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生噪聲的原理。

基于上面的討論，本公開實(shí)施例提出了一種被動電容式指紋識別系統(tǒng)的供電信號產(chǎn)生裝置，通過設(shè)置至少一個包括晶體管和電阻器的開關(guān)單元，可以通過電阻分壓和/或開關(guān)逐級控制來減小供電信號產(chǎn)生裝置所提供的供電電壓信號的波形變化率，從而減小供電電壓信號中的噪聲。

圖10示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的被動電容式指紋識別系統(tǒng)的供電信號產(chǎn)生裝置1000的結(jié)構(gòu)圖。

如圖10所示，供電信號產(chǎn)生裝置1000包括第一開關(guān)模塊1001、第二開關(guān)模塊1002、第三開關(guān)模塊1003和電容器1004。第一開關(guān)模塊1001和第二開關(guān)模塊1002串聯(lián)在提供抬升電壓VDDH的抬升電壓節(jié)點(diǎn)與提供系統(tǒng)地電壓GND的系統(tǒng)地電壓節(jié)點(diǎn)之間，其中第一開關(guān)模塊1001接GND，第二開關(guān)模塊1002接VDDH。第三開關(guān)模塊1003和電容器1004串聯(lián)在第一開關(guān)模塊1001和第二開關(guān)模塊1002之間的節(jié)點(diǎn)與提供系統(tǒng)電源電壓VDD的系統(tǒng)電源電壓節(jié)點(diǎn)處，其中第三開關(guān)模塊1003接VDD。第一開關(guān)模塊1001和第二開關(guān)模塊1002之間的節(jié)點(diǎn)P1作為第一輸出節(jié)點(diǎn)提供第一供電電壓信號，第三開關(guān)模塊1003與電容器1004之間的節(jié)點(diǎn)P2作為第二輸出節(jié)點(diǎn)提供第二供電電壓信號。如圖10所示，P1與P1’之間存在寄生電感Lpar，P1’與系統(tǒng)地GND之間存在寄生電阻Rpar和寄生電容Cpar。在一些實(shí)施例中，第一供電電壓信號可以是要提供給指紋傳感器模塊的傳感器地電壓信號GND_SENS，第二供電電壓信號可以是要提供給指紋傳感器模塊的傳感器電源電壓信號VDD_SENS。

在第一階段，第一開關(guān)模塊1001和第三開關(guān)模塊1003導(dǎo)通，在第二開關(guān)模塊1002關(guān)斷，在第二階段，第二開關(guān)模塊1002導(dǎo)通，第一開關(guān)模塊1001和第三開關(guān)模塊1003關(guān)斷，如此往復(fù)，使得在P1和P2處分別輸出同步變化的方波電壓信號。

如圖10所示，第一開關(guān)模塊1001包括并聯(lián)的N個第一開關(guān)單元，第二開關(guān)模塊1002包括并聯(lián)的N個第二開關(guān)單元，每個第一開關(guān)單元對應(yīng)一個第二開關(guān)單元，其中N為大于等于1的整數(shù)。每個第一開關(guān)單元可以包括接GND的第一晶體管1001-Mi和與第一晶體管1001-Mi串聯(lián)的第一電阻器1001-Ri，對應(yīng)的第二開關(guān)單元可以包括接VDDH的第二晶體管1002-Mi和與第二晶體管1002-Mi串聯(lián)的第二電阻器1002-Ri，其中1≤i≤N。第三開關(guān)模塊1003可以包括第三晶體管1003-M1。在一些實(shí)施例中，第一晶體管可以為N型晶體管，第二晶體管和第三晶體管可以為P型晶體管，然而本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)清楚，本公開的實(shí)施例并不局限于此。

在一些實(shí)施例中，N可以等于1，并且第一電阻器1001-R1和第二電阻器1002-R1具有非零電阻值，例如在50Ω至1000Ω的范圍內(nèi)。

在一些實(shí)施例中，N可以大于1，并且第一電阻器1001-1,1001-2,…,1001-N和第二電阻器1002-1,1001-2,…,1001-N的電阻值全部為零。

在一些實(shí)施例中，N可以大于1，并且至少一個第一電阻器1001-R1,1001-R2,…,1001-RN和對應(yīng)的至少一個第二電阻器1002-R1,1002-R2,…,1002-RN具有非零電阻值，例如在50Ω至1000Ω的范圍內(nèi)。例如，N可以等于2，第一晶體管1001-M1和第二晶體管1002-M1的導(dǎo)通電阻可以設(shè)置成在100Ω至1000Ω的范圍內(nèi)，第一晶體管1001-M2和第二晶體管1002-M2的導(dǎo)通電阻可以設(shè)置成在1Ω至2Ω的范圍內(nèi)。

在N大于1的情況下，可以如下控制各個晶體管：在第一階段，將第一晶體管1001-M1,1001-M2,…,1001-MN按照各自導(dǎo)通電阻從大到小的順序?qū)?，將第三晶體管1003-M1導(dǎo)通，并將第二晶體管1002-M1,1002-M2,…,1002-MN關(guān)斷；在第二階段，將第一晶體管1001-M1,1001-M2,…,1001-MN和第三晶體管1003-M1關(guān)斷，并將第二晶體管1002-M1,1002-M2,…,1002-MN照各自導(dǎo)通電阻從大到小的順序?qū)ā?/p>

下面參考圖11至圖16來描述一些實(shí)施例，其中參考圖11和圖12來描述N＝1并且第一電阻器和第二電阻器具有非零電阻值的實(shí)施例，參考圖13至圖15來描述N＝2并且第一電阻器和第二電阻器的電阻值全部為0的實(shí)施例，參考圖15和圖16來描述N＝2并且有一個第一電阻器和對應(yīng)的一個第二電阻器具有非零電阻值的實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)清楚，本公開的實(shí)施例并不限于此，N的值、非零電阻器和零值電阻器的數(shù)目、以及晶體管的導(dǎo)通電阻和電阻器的電阻值是可以根據(jù)需要來任意選擇的。

圖11示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的被動電容式指紋識別系統(tǒng)的供電信號產(chǎn)生裝置1100的結(jié)構(gòu)圖。如圖11所示，供電信號產(chǎn)生裝置1100包括第一開關(guān)模塊1101、第二開關(guān)模塊1102、第三開關(guān)模塊1103和電容器1104。第一開關(guān)模塊1101和第二開關(guān)模塊1102串聯(lián)在提供抬升電壓VDDH的抬升電壓節(jié)點(diǎn)與提供系統(tǒng)地電壓GND的系統(tǒng)地電壓節(jié)點(diǎn)之間，其中第一開關(guān)模塊1101接GND，第二開關(guān)模塊1102接VDDH。第三開關(guān)模塊1103和電容器1104串聯(lián)在第一開關(guān)模塊1101和第二開關(guān)模塊1102之間的節(jié)點(diǎn)P1與提供系統(tǒng)電源電壓VDD的系統(tǒng)電源電壓節(jié)點(diǎn)處，其中第三開關(guān)模塊1103接VDD。第一開關(guān)模塊1101和第二開關(guān)模塊1102之間的節(jié)點(diǎn)P1作為第一輸出節(jié)點(diǎn)提供第一供電電壓信號，第三開關(guān)模塊1103與電容器1104之間的節(jié)點(diǎn)P2作為第二輸出節(jié)點(diǎn)提供第二供電電壓信號。如圖11所示，P1與P1’之間存在寄生電感Lpar，P1’與系統(tǒng)地GND之間存在寄生電阻Rpar和寄生電容Cpar。在一些實(shí)施例中，第一供電電壓信號可以是要提供給指紋傳感器模塊的傳感器地電壓信號GND_SENS，第二供電電壓信號可以是要提供給指紋傳感器模塊的傳感器電源電壓信號VDD_SENS。

如圖11所示，第一開關(guān)模塊1101包括串聯(lián)的第一晶體管1101-M1和第一電阻器1101-R1。第二開關(guān)模塊1102包括串聯(lián)的第二晶體管1102-M1和第二電阻器1102-R1。第三開關(guān)模塊1103包括第三晶體管1103-M1。第一晶體管1101-M1連接VDDH和第一電阻器1101-R1，第二晶體管1102-M1連接GND和第二電阻器1102-R1。第三晶體管1103-M1和電容器1104串聯(lián)在第一電阻器1101-R1和第二電阻器1102-R1之間的節(jié)點(diǎn)P1與VDD之間。第一電阻器1101-R1和第二電阻器1102-R1之間的節(jié)點(diǎn)P1作為第一輸出節(jié)點(diǎn)提供傳感器地電壓信號GND_SENS，第三晶體管1103-M1與電容器1104之間的節(jié)點(diǎn)P2作為第二輸出節(jié)點(diǎn)提供傳感器電源電壓信號VDD_SENS。在圖11所示的示例中，第一晶體管1101為N型晶體管，第二晶體管1102和第三晶體管1103-M1為P型晶體管。然而本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)清楚，本公開的實(shí)施例并不局限于此，晶體管的類型可以根據(jù)需要任意選擇。第一電阻器1101-R1和第二電阻器1102-R1的電阻值可以根據(jù)需要來選擇，以便減小甚至消除跳變過程中產(chǎn)生的毛刺噪聲，例如可以在50Ω至1000Ω的范圍內(nèi)。

圖12示出了圖11的供電信號產(chǎn)生電路1100的控制信號和輸出電壓信號的時序圖，其中clk1表示第一晶體管1101的控制信號，clk2表示第二晶體管1102的控制信號，clk1n表示第三晶體管1103-M1的控制信號，t0是控制信號的死區(qū)時間，典型值在1～5ns；GND_SENS表示節(jié)點(diǎn)P1處提供的傳感器地電壓信號，VDD_SENS表示在第二輸出端P2提供的傳感器電源電壓信號，GND_SENS_EXT表示P1’處的電壓信號。從圖12可以看出，clk1與clk1n互為反相，這可以通過反相器來實(shí)現(xiàn)，例如，如圖11所示在第三晶體管1103-M1的柵極上設(shè)置反相器。另外，clk2也可以是經(jīng)由反相器到達(dá)第二晶體管1102的柵極的控制信號，如圖11所示。

如圖12所示，在第一階段，第一晶體管1101-M1和第三晶體管1103-M1導(dǎo)通，第二晶體管1102-M1關(guān)斷，當(dāng)進(jìn)入第二階段時，第一晶體管1101-M1和第三晶體管1103-M1關(guān)斷，第二晶體管1102-M1導(dǎo)通，產(chǎn)生從P1向P1’流動的電流，由于第二電阻器1102-R1的存在，減小了流經(jīng)Lpar對Cpar的充電電流，從而減小了P1’處的噪聲電壓，進(jìn)而導(dǎo)致P2處的噪聲電壓減小，所以抑制了VDD_SENS的上升沿處的上沖噪聲。反之，當(dāng)從第二階段進(jìn)入第一階段時，產(chǎn)生從P1’向P1的電流，由于第一電阻器1101-R1的存在，減小了流經(jīng)Lpar對Cpar的放電電流，從而減小了P1’處的噪聲電壓，進(jìn)而導(dǎo)致P2處的噪聲電壓減小，所以抑制了VDD_SENS的下降沿處的下沖噪聲。

可以看出，第一電阻器1101-R1和第二電阻器1102-R1的存在有效地抑制了VDD_SENS跳變處的噪聲，進(jìn)而可以減少甚至避免由于VDD_SENS的跳變處噪聲所引起的跨電源域信號傳輸錯誤。需要指出的是，雖然圖12中為了說明降噪效果而將供電信號的波形圖示為完全無噪聲的形式，然而在實(shí)際應(yīng)用中，有少量噪聲存在也是可能的。

圖13示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的被動電容式指紋識別系統(tǒng)的供電信號產(chǎn)生裝置1300的結(jié)構(gòu)圖。

如圖13所示，供電信號產(chǎn)生裝置1300包括第一開關(guān)模塊1301、第二開關(guān)模塊1302、第三開關(guān)模塊1303和電容器1304。第一開關(guān)模塊1301和第二開關(guān)模塊1302串聯(lián)在提供抬升電壓VDDH的抬升電壓節(jié)點(diǎn)與提供系統(tǒng)地電壓GND的系統(tǒng)地電壓節(jié)點(diǎn)之間，其中第一開關(guān)模塊1301接GND，第二開關(guān)模塊1302接VDDH。第三開關(guān)模塊1303和電容器1304串聯(lián)在第一開關(guān)模塊1301和第二開關(guān)模塊1302之間的節(jié)點(diǎn)與提供系統(tǒng)電源電壓VDD的系統(tǒng)電源電壓節(jié)點(diǎn)處，其中第三開關(guān)模塊1303接VDD。第一開關(guān)模塊1301和第二開關(guān)模塊1302之間的節(jié)點(diǎn)P1作為第一輸出節(jié)點(diǎn)提供第一供電電壓信號，第三開關(guān)模塊1303與電容器1304之間的節(jié)點(diǎn)P2作為第二輸出節(jié)點(diǎn)提供第二供電電壓信號。如圖13所示，P1與P1’之間存在寄生電感Lpar，P1’與系統(tǒng)地GND之間存在寄生電阻Rpar和寄生電容Cpar。在一些實(shí)施例中，第一供電電壓信號可以是要提供給指紋傳感器模塊的傳感器地電壓信號GND_SENS，第二供電電壓信號可以是要提供給指紋傳感器模塊的傳感器電源電壓信號VDD_SENS。

如圖13所示，第一開關(guān)模塊1301包括并聯(lián)在VDDH與P1之間的兩個晶體管1301-1和1301-2，第二開關(guān)模塊1302包括并聯(lián)在P1與GND之間的兩個開關(guān)晶體管1302-1和1302-2，第三開關(guān)模塊1303包括一個開關(guān)晶體管1303-1。在圖12所示的實(shí)施例中，晶體管1301-1和1301-2為N型晶體管，晶體管1302-1和1302-2以及晶體管1203-1為P型晶體管，然而本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)清楚，本公開的實(shí)施例不限于此，晶體管的類型可以根據(jù)需要任意選擇。在一些實(shí)施例中，晶體管1301-1和1302-1的導(dǎo)通電阻可以設(shè)置成遠(yuǎn)大于晶體管1301-2和1302-2的導(dǎo)通電阻，例如晶體管1301-1和1302-1的導(dǎo)通電阻可以在100Ω至1000Ω的范圍內(nèi)，晶體管1301-2和1302-2的導(dǎo)通電阻可以設(shè)置成在1Ω至2Ω的范圍內(nèi)。雖然本實(shí)施例中第一開關(guān)模塊1301和第二開關(guān)模塊1302各自包括兩個晶體管，然而本公開的實(shí)施例不限于此，每個開關(guān)模塊中包括的晶體管的數(shù)目可以是根據(jù)需要而任意設(shè)置。

圖14示出了圖13的供電信號產(chǎn)生電路1300的控制信號和輸出電壓信號的時序圖，其中clk1_1表示晶體管1301-1的控制信號，clk1_2表示晶體管1301-2的控制信號，clk2_1表示晶體管1302-1的控制信號，clk2_2表示晶體管1302-2的控制信號，clk1n表示晶體管1303-1的控制信號，t0是控制信號的死區(qū)時間，典型值在1～5ns；GND_SENS表示節(jié)點(diǎn)P1處提供的傳感器地電壓信號，VDD_SENS表示在第二輸出端P2提供的傳感器電源電壓信號，GND_SENS_EXT表示P1’處的電壓信號。從圖14可以看出，clk1_1與clk1n互為反相，這可以通過反相器來實(shí)現(xiàn)，例如，如圖14所示在晶體管1303-1的柵極上設(shè)置反相器。另外，clk2_1和clk2_2也可以是分別經(jīng)由反相器到達(dá)晶體管1302-1和1302-2的柵極的控制信號，如圖13所示。

如圖14所示，在第一階段，先將導(dǎo)通電阻較大的晶體管1301-1導(dǎo)通，并在延遲時間t3之后將導(dǎo)通電阻較小的晶體管1301-2導(dǎo)通，在導(dǎo)通晶體管1301-1的同時，將晶體管1303-1導(dǎo)通，并將晶體管1302-1和1302-2關(guān)斷(例如，同時關(guān)斷，如圖14所示，但不局限于此)，如以上描述的，t0為死區(qū)時間；在第二階段，將晶體管1301-1和1301-2關(guān)斷(例如，同時關(guān)斷，如圖14所示，但不局限于此)，將晶體管1303-1關(guān)斷，將導(dǎo)通電阻較大的晶體管1302-1導(dǎo)通，并在延遲時間t4之后將導(dǎo)通電阻較小的晶體管1302-2導(dǎo)通。延遲時間t3和t4可以根據(jù)需要來設(shè)置，二者可以相同也可以不同。從圖14可以看出，通過晶體管的逐個導(dǎo)通，可以減緩供電電壓信號的波形變化，從而起到降低供電電壓信號中的噪聲的作用。下面將參考圖15來進(jìn)一步說明。需要指出的是，雖然圖14中為了說明降噪效果而將供電信號的波形圖示為完全無噪聲的形式，然而在實(shí)際應(yīng)用中，有少量噪聲存在也是可能的。

圖15是圖14的VDD_SENS的局部放大圖。

從圖15可以看出，當(dāng)進(jìn)入第一階段時，通過先將導(dǎo)通電阻較大的晶體管1301-1導(dǎo)通，并在延遲時間t3之后將導(dǎo)通電阻較小的晶體管1301-2導(dǎo)通，可以使VDD_SENS先有較大幅度的下降，再有較小幅度的下降，從而使下沖噪聲分兩級產(chǎn)生，進(jìn)而起到降低噪聲的作用。同樣，當(dāng)進(jìn)入第二階段時，通過先將導(dǎo)通電阻較大的晶體管1302-1導(dǎo)通，并在延遲時間t4之后將導(dǎo)通電阻較小的晶體管1302-2導(dǎo)通，可以使VDD_SENS先有較大幅度的上升，再有較小幅度的上升，從而使上沖噪聲分兩級產(chǎn)生，進(jìn)而起到降低甚至消除噪聲的作用。雖然圖15中為了便于描述將上沖和下沖噪聲示為毛刺形式，實(shí)際情況中上沖和下沖噪聲占據(jù)一定的時域?qū)挾取?/p>

圖16示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的被動電容式指紋識別系統(tǒng)的供電信號產(chǎn)生裝置1600的結(jié)構(gòu)圖。圖16的供電信號產(chǎn)生裝置1600與圖13的供電信號產(chǎn)生裝置1300類似，區(qū)別在于晶體管1301-1和晶體管1302-1上分別串聯(lián)了電阻器1601和1602。晶體管1301-1、1301-2、1302-1和1302-2可以具有相同的設(shè)計規(guī)格，例如具有相同的導(dǎo)通電阻，當(dāng)然也可以具有不同的設(shè)計規(guī)格。通過在晶體管上串聯(lián)電阻器并且相應(yīng)地設(shè)計晶體管的規(guī)格，使不同開關(guān)單元具有不同的導(dǎo)通電阻。在本實(shí)施例中，晶體管1301-1、1301-2、1302-1和1302-2具有相同的設(shè)計規(guī)格，電阻器1601和1602的電阻值可以根據(jù)需要來選擇，例如可以在50Ω至1000Ω的范圍內(nèi)，這樣包括晶體管1301-1和電阻器1601的第一開關(guān)單元和包括晶體管1302-1和電阻器1602的第二開關(guān)單元具有較大導(dǎo)通電阻，而包括晶體管1301-2的第一開關(guān)單元和包括晶體管1302-2的第二開關(guān)單元具有較小的導(dǎo)通電阻。

供電信號產(chǎn)生電路1600的控制信號和輸出電壓信號的時序也可以如圖14所示。參考圖14，在第一階段，將第一開關(guān)單元按照各自導(dǎo)通電阻從大到小的順序?qū)?例如先導(dǎo)通串聯(lián)有電阻器1601的晶體管1301-1，再導(dǎo)通晶體管1301-2)，將晶體管1303-1導(dǎo)通，并將晶體管1302-1和1302-2關(guān)斷(例如，同時關(guān)斷，如圖14所示，但不局限于此)；在第二階段，將晶體管1301-1和1301-2關(guān)斷(例如，同時關(guān)斷，如圖14所示，但不局限于此)，將晶體管1303-1關(guān)斷，將第二開關(guān)單元按照各自導(dǎo)通電阻從大到小的順序?qū)?例如，先導(dǎo)通串聯(lián)有電阻器1602的晶體管1302-1，再導(dǎo)通晶體管1302-2)。

通過使開關(guān)單元按照導(dǎo)通電阻從大到小的順序來導(dǎo)通，可以使節(jié)點(diǎn)P1’處的電壓信號分級跳變，進(jìn)而使P2處的電壓信號分級跳變，跳變幅度依次從大到小，這樣減小了VDD_SENS的波形變化率，從而起到降低噪聲的作用。通過在相同規(guī)格的晶體管上串聯(lián)不同規(guī)格的電阻器，使不同開關(guān)單元具有不同的導(dǎo)通電阻，在降噪的同時還對與之串聯(lián)的晶體管起到了靜電放電(Electronic Static Discharge，ESD)保護(hù)作用。

圖17示出了根據(jù)本公開實(shí)施例的供電信號產(chǎn)生裝置的控制方法1700。供電信號產(chǎn)生裝置可以是以上參考圖10至圖16描述的任何一個供電信號產(chǎn)生裝置。

在步驟S1701，在第一階段，使第一開關(guān)模塊和第三開關(guān)模塊導(dǎo)通而第二開關(guān)模塊關(guān)斷，進(jìn)行到步驟S1702。第一階段也可以稱作低電平產(chǎn)生階段，在該階段產(chǎn)生供電電壓信號的低電平部分。

在步驟S1702，在第二階段，使第一開關(guān)模塊和第三開關(guān)模塊關(guān)斷而第二開關(guān)模塊導(dǎo)通，返回步驟S1701。第二階段也可以稱作高電平產(chǎn)生階段，在該階段產(chǎn)生供電電壓信號的高電平部分。

在步驟S1703，重復(fù)第一階段和第二階段。通過交替執(zhí)行低電平產(chǎn)生階段和高電平產(chǎn)生階段，使供電信號產(chǎn)生裝置產(chǎn)生了一對同步時變的供電電壓信號，以用于給指紋傳感器模塊供電。

作為示例，當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)模塊和第二開關(guān)模塊各自包括的開關(guān)單元的數(shù)目N＝1時(參考圖10、11和12描述的實(shí)施例)，可以在第一階段將第一開關(guān)模塊中的單個第一開關(guān)單元和第三開關(guān)模塊中的單個晶體管導(dǎo)通，并將第二開關(guān)模塊中的單個第二開關(guān)單元關(guān)斷；在第二階段將第一開關(guān)模塊中的單個第一開關(guān)單元和第三開關(guān)模塊中的單個晶體管關(guān)斷，并將第二開關(guān)模塊中的單個第二開關(guān)單元導(dǎo)通。

作為另一示例，當(dāng)N大于1時(參考圖10以及圖13至圖15描述的實(shí)施例)，可以如下控制各個開關(guān)模塊：在第一階段，將第三開關(guān)模塊中的單個晶體管導(dǎo)通，將第一開關(guān)模塊中的N個第一開關(guān)單元按照導(dǎo)通電阻從大到小的順序?qū)?，并將第二開關(guān)模塊中的N個第二開關(guān)單元關(guān)斷(例如如圖14所示的同時關(guān)斷，當(dāng)然也可以非同時關(guān)斷)；在第二階段，將第三開關(guān)模塊中的單個晶體管和第一開關(guān)模塊中的N個第一開關(guān)單元關(guān)斷(例如，如圖14所示的同時關(guān)斷，當(dāng)然也可以非同時關(guān)斷)，并將第二開關(guān)模塊中的N個第二開關(guān)單元按照導(dǎo)通電阻從大到小的順序?qū)ā＿@里，每個開關(guān)單元的導(dǎo)通電阻為每個開關(guān)單元中的晶體管和電阻器的電阻和。當(dāng)開關(guān)單元僅包括晶體管時，開關(guān)單元的導(dǎo)通電阻即為晶體管的導(dǎo)通電阻。

本公開的實(shí)施例通過設(shè)置至少一個包括晶體管和電阻器的開關(guān)單元，可以通過電阻分壓和/或開關(guān)逐級控制來減小供電信號產(chǎn)生裝置所提供的供電電壓信號的波形變化率，從而減小供電電壓信號中的噪聲。

以上所述僅為本公開的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本公開，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本公開可以有各種改動和變化。凡在本公開的精神和原理之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本公開的保護(hù)范圍之內(nèi)。