[发明专利]具有从感测元件读出的电流的电容式指纹感测装置

说明书

技术领域

本发明涉及电容式指纹感测装置以及感测指纹图案的方法。

背景技术

越来越多地使用各种类型的生物测量系统以便提供增加的安全性和/或增强的用户便利性。

具体地，由于指纹感测系统的小的形状因素、高性能以及用户接受度，指纹感测系统已经在例如消费电子装置中被采用。

在各种可用的指纹感测原理(如电容性的、光学的、热的等)之中，电容性感测是最常用的，尤其是在尺寸和功率消耗是重要问题的应用中。

所有的电容式指纹传感器提供表示以下的测量：数个感测结构中的每一个与放置在指纹传感器表面上的或横跨指纹传感器表面移动的手指之间的电容。

一些电容式指纹传感器被动地读出感测结构与手指之间的电容。然而，这需要在感测结构与手指之间具有相对较大的电容。因此，这样的被动式电容式传感器通常设置有覆盖感测结构的非常薄的保护层，这使得这样的传感器对于刮擦(scratch)和/或ESD(静电放电)相当敏感。

US 7 864 992公开了一种电容式指纹感测系统，其中通过以下来将驱动信号注入到手指中：使布置在传感器阵列附近的导电结构产生脉冲；并且测量由传感器阵列中的感测结构携带的电荷的所产生的变化。

这种类型的所谓的主动式电容式指纹感测系统通常使得能够使用比上述被动式系统高得多的信噪比来测量手指与感测结构之间的电容。这继而允许显著较厚的保护涂层，并且因此允许更具鲁棒性的电容式指纹传感器，其可以被包括在遭受显著磨损的物品如移动电话中。

然而，仍有改进的空间。具体地，将希望的是，提供穿过更厚得多的保护涂层的指纹感测以及/或者提供关于信噪比进一步改进的性能。

发明内容

考虑到现有技术的上述缺点和其它缺点，本发明的目的是实现改进的电容式指纹感测装置，具体地实现提供用于穿过很厚的保护涂层的改进的感测性能的电容式指纹感测装置。

根据本发明的第一方面，因此提供了用于感测手指的指纹图案的电容式指纹感测装置，电容式指纹感测装置包括多个感测元件，其中，每个感测元件包括：保护性介电顶层，其要被手指触碰；导电感测结构，其被布置在顶层之下；电荷放大器，其连接到感测结构，用于提供表示感测结构所携带的电荷的变化的感测电压信号，电荷的变化由手指与感测结构之间的电位差的变化产生，电荷放大器包括：第一输入端，其连接到感测结构；第二输入端；输出端，用于提供感测电压信号；反馈电容器，其连接在第一输入端与输出端之间；以及至少一个放大器级，其位于第一输入端和第二输入端与输出端之间；以及电压电流转换器，用于将感测电压信号转换成表示感测结构所携带的电荷的变化的感测电流信号，其中，指纹感测装置进一步包括：读出电路，其连接到包括在感测元件中的每一个中的电压电流转换器，用于从多个感测元件中接收感测电流信号，并且基于感测电流信号来提供指纹图案的表示。

电压电流转换器可以具有连接到电荷放大器的输出端的输入端以及用于提供感测电流信号的输出端。

感测结构可以有利地被设置成导电板如金属板的形式，以便通过感测结构(感测板)、局部手指表面和保护涂层(以及可能在局部手指表面与保护涂层之间局部存在的任何空气)来形成一种平行板电容器。

保护涂层可以有利地是至少20μm厚，并且具有高的介电强度，以防止指纹感测装置的下层结构磨损和撕裂，以及防止ESD。甚至更加有利的是，保护涂层可以是至少50μm厚。在实施例中，保护涂层可以是几百μm厚。

感测元件可以是可控的，以执行预定的测量序列，该预定的测量序列包括以预定的序列在不同的测量状态之间的过渡。测量状态可以由被提供到电路(其被包括在感测元件中)的控制信号的某种组合来限定。

电荷放大器将第一输入端处的电荷转换成输出端处的电压。通过反馈电容器的电容来确定电荷放大器的增益。

电荷放大器可以有利地被配置成使得电荷放大器的第一输入端处的电位基本跟随第二输入端处的电位。

以下应该被理解为意指第二输入端处的电位的变化导致第一输入端处的电位的基本相应的变化：电荷放大器可以被配置成使得第一输入端(有时也被称为反向输入端)处的电位基本跟随第二输入端(有时也被称为正向输入端)处的电位。取决于电荷放大器的实际配置，第一输入端处的电位可以与第二输入端处的电位基本相同，或者在第二输入端与第一输入端之间可以具有基本恒定的电位差。例如，如果电荷放大器被配置为单级放大器，则电位差可以是感测晶体管的栅极-源极电压。