[发明专利]电容式指纹传感器

说明书

【技术领域】

本发明是有关一种指纹传感器，特别是一种电容式指纹传感器。

【背景技术】

电容式指纹传感器的原理是检测人体手指的脊部以及谷部间的电容变化。谷部的正常深度约为20-35μm，其中填充空气时的介电常数为1。人体组织的介电常数约为4-8，因此，微小的电容变化可被电容式指纹传感器所检测。

请参照图1以说明基于电荷分享方法的电容式指纹传感器的感测方法。电容式指纹传感器包含多个阵列排列的感测单元SU。当指纹FP与电容式指纹传感器接触时，指纹FP的脊部以及谷部具有电容C3。而封装电容式指纹传感器会形成介电层DL，其具有电容C2。因此，电容C2以及电容C3彼此串接则具有电容值Cs，其能够以下列公式计算得到：

1/Cs＝1/C2+1/C3

其中C2以及C3分别代表电容C2以及电容C3的电容值。

量测电容值Cs的变化可由以下步骤实现。首先，导通开关Sa并断开开关Sb，以偏压Va对电容C0预先充电。接着断开开关Sa以及导通断关Sb，使电容C0中的电荷重新分布，如此即产生偏压V1，其能够以下列公式计算得到：

V1＝Va*C0/(C0+C1+Cs)，其中C0以及C1分别代表电容C0以及电容C1的电容值。电容C1为电路的寄生杂散电容。感测单元SU11的感测节点的偏压V1通过缓冲放大器BA输出偏压V2，其能够以下列公式计算得到：

V2＝g*V1

其中g为缓冲放大器BA的增益。每一感测单元SU具有一缓冲放大器BA，其是由列开关Sr1以及行开关Sc1-Sc3控制输出至取样电容Csh。举例而言，感测单元SU11是由列开关Sr1以及行开关Sc1控制输出；感测单元SU12是由列开关Sr1以及行开关Sc2控制输出；感测单元SU13是由列开关Sr1以及行开关Sc3控制输出。最后，模拟至数字转换器ADC将取样电容Csh的偏压V3转换为数字格式。由于制程或其它因素的影响，感测单元间的缓冲放大器会有增益的变动，加上寄生杂散电容C1与电容C2影响，导致每一感测单元所输出偏压的均匀性较差，因而影响后续的信号处理，例如直流移位(DC subtraction)。

请参照图2以说明感测信号的直流移位处理。假设一感测单元对应指纹谷部的初始感测信号为Vs1，对应指纹脊部的初始感测信号为Vs2，因此，此一感测单元对应指纹的谷部或脊部具有一电压差ΔV1，如图2的左侧所示。感测单元所输出的初始感测信号经直流移位处理，亦即扣除偏压DCsub后，即可在参考电压Vref的范围内放大，使感测单元对应指纹的谷部或脊部的电压差ΔV1放大为电压差ΔV2，如图2的右侧所示，如此即可增加感测的灵敏度。然而，请参照图3，由于制程或其它因素的影响，不同感测单元SUa、SUb对应指纹的谷部或脊部的初始感测信号以及电压差ΔV1a、ΔV1b具有差异，其不利后续的信号处理。举例而言，请一并参照图3以及图4，若以相同的偏压DCsub对感测单元SUa、SUb的初始感测信号作直流移位处理后放大，感测单元SUa、SUb对应指纹的谷部或脊部的电压差分别为ΔV2a以及ΔV2b。很明显的，感测单元SUb对于指纹的谷部或脊部的辨识度较低。

有鉴于此，如何使每一感测单元所输出的偏压具有较佳的均匀性便是目前极需努力的目标。

【发明内容】

本发明提供一种电容式指纹传感器，其是于每一感测单元中设置与感测电容相对应的一参考电容，使每一感测单元的感测电容所输出的偏 压能够扣除参考电容所输出的偏压以获得感测电容对应于指纹谷部或脊部的电压差，进而使得每一感测单元所输出的感测信号较为均匀。

本发明一实施例的电容式指纹传感器包含一电容式感测阵列以及一差动放大器。电容式感测阵列包含多个阵列排列的感测单元，且每一感测单元包含一感测电容、一参考电容、多个第一开关以及多个第二开关。感测电容靠近电容式感测阵列的一感测表面设置。参考电容远离电容式感测阵列的感测表面设置。多个第一开关与感测电容以及参考电容电性连接，其中多个第一开关选择性导通以充电感测电容以及参考电容。多个第二开关与感测电容以及参考电容电性连接，其中多个第二开关选择性导通以输出感测电容的一第一偏压以及参考电容的一第二偏压。差动放大器与感测电容以及参考电容电性连接，以接收第一偏压以及第二偏压，并放大第一偏压以及第二偏压的差值。

以下借由具体实施例配合所附的图式详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。

【附图说明】