本發(fā)明涉及指紋檢測技術領域，特別是涉及一種電容式指紋感測單元與增強電容式指紋讀取器及感測方法。

背景技術：

為了安全考慮，有許多的人體生理特征能被用來提供人員識別，這些人體生理特征諸如指紋、視網膜、虹膜、dna、或甚至是人臉特征。對所有能分辨各人某些生理特征的設備來說，指紋讀取器是價格對低廉且復雜度也是最低的，同時鑒別結果一般都還不錯。此外，存儲指紋細節(jié)所需要的數(shù)據大小不大(在120字節(jié)到2k字節(jié)之間)，這造就了指紋辨識設備廣泛地使用于任何領域。

許多感測技術可用來獲取指紋，較普及的是光學式和電容式指紋偵測技術。光學式指紋感測模塊利用來自手指表面反射光強度，來探知手指探測區(qū)中哪里是脊部，哪里是谷部。光學式技術的優(yōu)點是可靠性和低成本。然而，因為嵌入式光學透鏡的尺寸，而光學指紋模塊的感測外形無法進一步做小，光學式傳感器的困難便在無法嵌入可攜式設備中。另一方面，電容式指紋辨識模塊是由硅芯片所制成，并且可以是非常微小。在某些例子中，當指紋影像是由滑動掃描所取得時，該指紋傳感器也就更加的輕薄纖巧。電容式型指紋辨識模塊小巧的外形使得它適用于可攜式應用，如門禁徽章、銀行卡、手機、平板計算機、usb保護鎖等。

電容式指紋傳感器的基礎物理原理是兩個平行金屬板的電容器的電容值與兩個板之間的距離成反比。電容式指紋傳感器由指紋感測單元陣列組成，每一感測單元包括感測板。使用該感測板當作電容器的一個極板，以及將人體的表皮組織作為另一極板，手指的脊部與谷部可由測量得到的不同電容值定位下來。目前的技術中有許多關于電容式指紋辨識模塊的現(xiàn)有技術。舉例來說，美國專利第6,114,862號揭露一種距離傳感器，具有一電容式元件。該電容式元件交替地具有第一電容器板與第二電容器板，該第一電容器板面對第二電容器板設置， 對第二電容器板的距離進行測量。在有指紋的情況下，第二電容器板直接由手指皮膚表面定義，該傳感器包括反相放大器，介于該電容式元件連接形成的負反饋支路的輸入與輸出之間。由提供電荷到反相放大器的輸入端，電壓成正比于被測量的距離在輸出端獲得。雖然傳感器的架構簡單，但放大器遭受均勻性問題，且它們的能量效率不好。

另一個現(xiàn)有技術公開于美國專利第7,663,380號，請參閱圖1a與圖1b。一電容式指紋傳感器包含指紋電容器cf、參考電容器cs、第一晶體管33、第二晶體管34、第三晶體管35與第四晶體管36。指紋電容器cf具有一電容，其可以是谷部電容cfv，也可以是脊部電容cfr。參考電容器cs具有一電容cs，其中cfv<cs<cfr。第一晶體管33被配置以對參考電容器cs進行預充電。第二晶體管34被配置以對指紋電容器cf進行預充電。第三晶體管35被配置以對參考電容器cs及指紋電容器cf的電荷進行重分布。第四晶體管36被配置以在重分布后，輸出參考電容器cs的電壓。

圖1a顯示為在預充電階段，指紋傳感器的等效電路。在預充電階段對指紋傳感器來說，讀出選擇線cm(未繪示)有效，第一晶體管33與第二晶體管34致能，電壓va與vb各自對參考電容器cs與指紋電容器cf進行預充電。圖1b顯示在評估階段的相同的電路。在評估階段對指紋傳感器而言，讀出選擇線cm+1有效，第三晶體管35致能，儲存于參考電容器cs與指紋電容器cf的電荷重分布。在此同時，掃描線仍然有效，該第四晶體管36致能，讀出選擇線輸出的電壓是基于人體指紋的某些部分，即，偵測到的脊部或谷部。顯然地，如果在脊部偵測到，讀出選擇線的輸出電壓就較大，或于谷部偵測到則較小。因而，指紋就能通過輸出電壓讀出，且隨著手指不同部位而變化。

然而，實際上，電容式指紋傳感器制作的指紋感測設備的靈敏度并不高。當保護層存在于該距離傳感器上方，或該距離傳感器封裝于模制化合物中時，獲取的圖像質量就會惡化。

技術實現(xiàn)要素：

基于此，有必要針對目前的指紋感測設備的靈敏度不高的問題，提供一種 能夠提高指紋感測靈敏度的電容式指紋感測單元，同時還提供了含有上述電容式指紋感測單元的增強電容式指紋讀取器，以及上述增強電容式指紋讀取器感測指紋的感測方法。

上述目的通過下述技術方案實現(xiàn)：

一種用于指紋讀取器的電容式指紋感測單元，其特征在于，包括：

基底結構，具有至少一層第一金屬層及形成充電電路與工作電路，所述基底結構用以交替地接收充電電壓，及分派來自所述充電電路的電荷到所述工作電路的電容于停止接收所述充電電壓時；及

指紋感測結構，形成于所述基底結構上；所述指紋感測結構包括第一金屬間電介層、第二金屬層、第二金屬間電介層、第三金屬層及鈍化層，所述第一金屬間電介層具有第一深度，所述第一深度大于3μm；所述第二金屬層形成于所述第一金屬間電介層上并形成感測金屬板；所述第二金屬間電介層形成于所述第二金屬層上并圍繞所述第二金屬層，及覆蓋所述感測金屬板，所述第二金屬間電介層具有第二深度，所述第二深度大于3μm；所述第三金屬層形成于所述第二金屬間電介層上，形成矩形單元，所述矩形單元具有開孔位于所述感測金屬板上，且連接到靜電放電保護單元，所述矩形單元能夠維持所述第三金屬層的電位于信號接地；所述鈍化層覆蓋所述第三金屬層；

其中所述基底結構分派來自所述充電電路的電荷到所述指紋感測結構的電容于停止接收所述充電電壓時。

在其中一個實施例中，所述靜電放電保護單元連接到靜電放電路徑，以繞行釋放任何靜電放電壓力。

在其中一個實施例中，所述靜電放電保護單元包括至少一個瞬時電壓抑制器設備。

在其中一個實施例中，充電電容內置于所述充電電路中，當接收到所述充電電壓時用以儲存電荷；

及寄生電容存在于所述工作電路及所述感測結構的一部分中。

在其中一個實施例中，當手指接近所述鈍化層時，信號電容形成于所述手指與所述導電元件之間，手指電容形成于所述手指與所述感測金屬板之間。

在其中一個實施例中，分派開關形成于所述工作電路與所述充電電路之間，用以切換接收充電電壓與分派電荷的操作。

在其中一個實施例中，所述激發(fā)信號包括第一電壓與第二電壓。

在其中一個實施例中，當所述第二電壓發(fā)生及所述充電電壓停止施加且所述分派開關開啟時，在所述充電電路中獲得電壓變動。

在其中一個實施例中，所述輸出電壓為

其中，vout為所述輸出電壓的電壓值，vdd為所述充電電壓的電壓值，v1與v2分別為所述第一電壓與所述第二電壓的電壓值，cr為所述充電電容的電容值，cp為寄生電容的電容值，cf為所述手指電容的電容值，cg為所述第三金屬層與所述手指間電容的電容值，cs為所述導電元件與所述手指間電容的電容值。

在其中一個實施例中，放電開關形成于所述工作電路中，用以當所述分派開關關閉時，重設所述工作電路的電壓與所述第二金屬層的電壓為信號接地。

在其中一個實施例中，相同的所述基底結構或所述指紋感測結構彼此于同高度相鄰，所有所述指紋感測單元的所述第三金屬層相連接，形成金屬網格。

一種使用如上述技術特征所述的電容式指紋感測單元的增強電容式指紋讀取器，包括：

導電元件；

指紋傳感器，包含多個電容式指紋感測單元，多個所述電容式指紋感測單元形成指紋感測陣列；及

激發(fā)信號驅動器，用以提供激發(fā)信號給所述導電元件；

其中所述激發(fā)信號驅動器為電子元件由所述指紋傳感器控制。

在其中一個實施例中，所述導電元件為接近所述指紋感測單元陣列的一個或多個金屬條，或圍繞所述指紋感測單元陣列的金屬環(huán)板。

一種使用如上述技術特征所述的增強電容式指紋讀取器以取得指紋的方法，包含如下步驟：

關閉分派開關以斷開充電電路與工作電路；

施加第一電壓于導電元件，并開啟放電開關重設所述工作電路與第二金屬層；

施加充電電壓于所述充電電路；

關閉所述放電開關及充電開關；

開啟所述分派開關及提供第二電壓以取代所述第一電壓；

測量輸出電壓；及

轉譯來自每一增強電容式指紋感測單元的輸出電壓，為對應一部分用戶的指紋的指紋影像數(shù)據。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明的電容式指紋感測單元與增強電容式指紋讀取器及感測方法，結構設計簡單合理，通過增加第一金屬間電介層與第二金屬間電介層的厚度，使得寄生電容cp能減少。同時，依照上述vout的公式，使得增強電容式指紋感測單元的靈敏度可以改善，以獲得增強電容式指紋讀取器。

附圖說明

圖1a與圖1b顯示現(xiàn)有技術中的指紋讀取器；

圖2圖為本發(fā)明的一實施例的指紋讀取器的俯視圖；

圖3為本發(fā)明的增強電容式指紋感測單元的示意圖；

圖4為增強電容式指紋感測單元的等效電路；

圖5描述兩相鄰增強電容式指紋感測單元的實體架構，手指放置于增強電容式指紋感測單元上時會有電容形成于其中；

圖6為靜電放電保護單元的架構；

圖7為另一靜電放電保護單元的架構；

圖8顯示用于輸出電壓電荷分派項的等效電路；

圖9顯示用于輸出電壓的第二電壓項的等效電路；

圖10為操作等效電路的流程圖；

圖11為本發(fā)明的另一指紋讀取器的俯視圖。

其中：

1-指紋讀取器；2-指紋傳感器33-第一晶體管；34-第二晶體管；35-第三晶體管；36-第四晶體管；4-激發(fā)信號驅動器；

10-指紋感測陣列；100-增強電容式指紋感測單元；110-指紋感測結構；110a-信號電容器；110b-手指電容器；110c-金屬網格電容器；111-第一金屬間電介；112-第二金屬層；113-第二金屬間電介層114-第三金屬層；115-鈍化層；120-基底結構；121-第一金屬層；122-充電電路；1221-充電電容；1222-充電開關；1223-分派開關；1224-輸出緩存器；124-工作電路；1241-放電開關；124a-寄生電容器；150-輸入/輸出焊墊；150a-激發(fā)信號焊墊；150b-公共接地端電壓焊墊；150c-靜電放電保護焊墊；

300-導電元件；301-連接線；311-金屬條；

400-負電源電壓節(jié)點；401-連接線；410-激發(fā)信號緩沖放大器；

500-靜電放電保護單元；501-第一瞬時電壓抑制器；502-第二瞬時電壓抑制器；

600-靜電放電節(jié)點；601-連接線；602-連接線；603-連接線；604-連接線；

d1-第一深度；d2-第二深度。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下通過實施例，并結合附圖，對本發(fā)明的電容式指紋感測單元與增強電容式指紋讀取器及感測方法進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

參見圖2到圖10，其說明為本發(fā)明的一實施例。圖2為本發(fā)明的指紋讀取器1的俯視圖。圖3為增強電容式指紋感測單元100的示意圖。圖4為增強電容式指紋感測單元100的等效電路。圖5顯示兩相鄰增強電容式指紋感測單元100，說明指紋感測結構110及位于其間的對應等效電容器。圖6顯示靜電放電保護單元500的架構。圖6顯示該靜電放電保護單元500的另一架構。圖8顯示用于該輸出電壓電荷分派項的等效電路。圖9顯示用于該輸出電壓的第二電 壓項的等效電路。圖10為操作該等效電路的流程圖。

如圖2所示，指紋讀取器1包括指紋傳感器2、導電元件300及激發(fā)信號緩沖放大器410。指紋傳感器2包括指紋感測陣列10、激發(fā)信號驅動器4與多個輸入/輸出焊墊150。指紋感測陣列10包括多個增強電容式指紋感測單元100。增強電容式指紋感測單元100的功能與架構將于后段說明中陳述。導電元件300為金屬環(huán)板，該金屬環(huán)板環(huán)繞增強電容式指紋感測單元100。在本發(fā)明中，金屬環(huán)板可以是任何形狀。舉例來說，金屬環(huán)板可以是環(huán)形形狀或甚至不規(guī)則形狀。激發(fā)信號緩沖放大器410是一個電子元件，由指紋傳感器2控制。激發(fā)信號緩沖放大器410經由激發(fā)信號焊墊150，連接至形成于指紋傳感器2中的激發(fā)信號驅動器4。當物體(手指)由指紋傳感器2接近測量，激發(fā)信號驅動器4就能提供該激發(fā)信號給導電元件300。激發(fā)信號會影響該物體，且進一步影響來自增強電容式指紋感測單元100的輸出電壓。激發(fā)信號緩沖放大器410能放大或反向該激發(fā)信號，激發(fā)信號緩沖放大器410可嵌入于激發(fā)信號驅動器4中，成為指紋傳感器2的一部分。激發(fā)信號的詳細信息位于后段文字中說明。輸入/輸出焊墊150用來連接指紋傳感器2與外部電路。每一輸入/輸出焊墊150具有其特定的功能性。

請參閱圖3。增強電容式指紋感測單元100基本包括指紋感測結構110與基底結構120。指紋感測結構110形成于基底結構120上。指紋感測結構110具有多個子架構，它們分別是第一金屬間電介層111、第二金屬層112、第二金屬間電介層113、第三金屬層114與鈍化層115。第一金屬間電介層111可以由一般用于制造任何集成電路中金屬間電介層的方法來制造。不同于用在指紋傳感器的傳統(tǒng)感測單元，第一金屬間電介層111的深度應該要厚的多。要具有較厚深度的理由將說明于后。如圖3所示，第一金屬間電介層111介于兩相鄰的金屬層的第一深度d1標示于其上。該第一深度d1應大于3μm，比如為5μm。

第二金屬層112形成于第一金屬間電介層111上，作用為感測金屬板。第二金屬層112與相鄰物體形成多個電容(或電容器，有形或無形的)。舉例來說，如圖4與圖5所示，當手指200接近該指紋感測單元100時，第二金屬層112與手指200形成手指電容110b。也就是說，第二金屬層112與手指200是電容 器的元件，其電容值隨著手指200接近部分與第二金屬層112的距離改變而變化。通常來說，該電容值反比于該距離。

第二金屬間電介層113形成于第二金屬層112上并環(huán)繞該第二金屬層112，它覆蓋了感測金屬板(第二金屬層112)。為了最小化第三金屬層114與第二金屬層112間的電容(此原因將在下面說明)，兩相鄰金屬層間的第二金屬間電介層113的第二深度d2應大于傳統(tǒng)制作的深度。該第二深度d2應大于3μm，比如為5μm。

第三金屬層114形成于第二金屬間電介層113上。第三金屬層114形成矩形單元，該矩形單元具有開孔位于第二金屬層112上。同時，它連接到用以繞行釋放任何靜電放電壓力的靜電放電保護單元500。靜電放電保護單元500的架構如圖6所示。該靜電放電保護單元500可形成于指紋讀取器1外，且位于印刷電路板上(未示出)。靜電放電保護單元500包含多個瞬時電壓抑制器，且用來維持第三金屬層114的電位為信號接地。瞬時電壓抑制器是一種電子元件，用于保護其它敏感的電子設備免受所連接的電線感應造成的電壓尖峰損害。圖6中由虛線框圍出的一部分說明如下。

如圖6所示，每一輸入/輸出焊墊150可具有個別的功能性。在此實施例中，激發(fā)信號焊墊150a經由連接線301連接到電路板上的導電元件300以發(fā)送激發(fā)信號給該導電元件300。公共接地端電壓焊墊150b經由電路板上的連接線401連接到負電源電壓節(jié)點400，其中該負電源電壓節(jié)點400也是電路板上的信號接地節(jié)點。靜電放電保護焊墊150c經由靜電放電節(jié)點與電路板上的連接線601，連接該第三金屬層114到靜電放電路徑(可以是機殼)，以繞行釋放任何靜電放電壓力。包含瞬時電壓抑制器的靜電放電保護單元500能夠用于本實施例中作為以上連接的連接線。第一瞬時電壓抑制器501跨越該連接線301與連接線601裝設。第二瞬時電壓抑制器502跨越該連接線401與連接線601裝設。正常來說，如果激發(fā)信號高于第一瞬時電壓抑制器501的門坎電壓，激發(fā)信號將由激發(fā)信號焊墊150a導通到導電元件300。相反地，如果連接線301上電壓高于該門坎電壓，第一瞬時電壓抑制器501將形成路徑來釋放累積在連接線301上的超額電荷到靜電放電節(jié)點600，以分流任何靜電放電壓力。相似地，如果連接線 401上電壓高于第二瞬時電壓抑制器502的門坎電壓，第二瞬時電壓抑制器502將形成路徑來釋放電荷到靜電放電節(jié)點600。當然，靜電放電保護單元500能用來保護越多的指紋讀取器1上的元件越好。瞬時電壓抑制器的數(shù)量不限于圖6上所示的2個。

另一種靜電放電保護單元500排列的例子如圖7所示。所有元件與連接和前一個例子相同，除了連接線601被切斷。靜電放電節(jié)點600與第二瞬時電壓抑制器502由連接線602連接。靜電放電保護焊墊150c與第一瞬時電壓抑制器501由連接線603連接。此外，另一條連接線604跨越連接線401與連接線603形成。靜電放電保護單元500的排列具有如圖6般排列的相同功能。

導電元件300的功能是用來經由激發(fā)信號緩沖放大器410，接收來自該激發(fā)信號驅動器4的第一電壓與第二電壓(圖4中所示的vin)。第一電壓與第二電壓是所謂的激發(fā)信號，唯一的限制在于用來激發(fā)每一瞬時電壓抑制器的門坎電壓應高于第一電壓和/或第二電壓。(在本實施例中，第二電壓出現(xiàn)在第一電壓之后，形成了電壓降)。除此之外，任何電壓高于門坎電壓將會被釋放，以避免損害增強電容式指紋感測單元100中的電路。最上層是鈍化層115，它覆蓋第三金屬層114并保護其下各層免于沖擊與刮傷。

基底結構120具有至少一層第一金屬層121，至少一層第一金屬層121提供基底結構中電路元件，如電容器與開關的連接。通過該至少一層第一金屬層121，基底結構120形成充電電路122與工作電路124。充電電路122與工作電路124由圖4虛線框中的等效電路描述。基底結構120的主要目的是交替地接收穩(wěn)定充電電壓(vdd)，并于停止接收該充電電壓時，分派來自充電電路122的電荷到工作電路124與指紋感測結構110中的電容。

充電電路122中內具有充電電容1221，當充電電壓施加時，該充電電容1221被用來儲存電荷。充電電容1221的一側連接到信號接地。因此，在充電階段中(s03，說明于下)，充電電容1221充電至穩(wěn)定電壓vdd。充電電容1221可由電路元件，如mos或poly-to-poly電容器實現(xiàn)。充電電容1221的電容由mos閘或多晶硅的幾何形狀決定。同時，當增強電容式指紋感測單元100形成或當手指200接近增強電容式指紋感測單元100時，其它隨后介紹的等效電容cp與cf 自然地存在。

充電電路122也有二個開關，分別為充電開關1222與分派開關1223。當充電開關1222打開且分派開關1223關上時，充電電壓將施加到充電電路122，充電電容1221(cr)充電到充電電壓vdd。當充電開關1222關閉而分派開關1223也維持關閉狀態(tài)時，充電電壓供給中斷，充電電容1221(cr)維持在充電電壓vdd。分派開關1223形成以隔開工作電路124與充電電路122，它開關接收充電電壓(如上所述，當充電開關1222開啟時)與分派電荷的操作。也就是說，當分派開關1223關閉時，充電電路122與工作電路124彼此隔離。另一方面，當分派開關1223打開時，充電電路122與工作電路124彼此連接，電荷能于其間移動，以致達成電荷的新平衡分布。

充電電路122進一步包括緩存器1224。該緩存器1224用來隔離電容式指紋感測單元100與其它的處理電路(未示出)，并傳送輸出電壓vout到后續(xù)的處理電路(未示出)。通常，緩存器1224由電壓隨耦器制成。

工作電路124是一種對基底結構120中所有但不屬于充電電路122的元件的通稱。換句話說，基底結構120中任何元件由分派開關1223自充電電路122分離者，皆為工作電路124的一部分。工作電路124的功能將于之后，由增強電容式指紋感測單元100的操作說明。工作電路124具有放電開關1241。當分派開關1223關閉時，該放電開關1241被用來重設(放電)工作電路124與第二金屬層的電壓112為信號接地。如上所述，多個電容自然地存在。為了對強電容式指紋感測單元100的操作有較佳的理解，所有這些電容由等效電容器來實施。寄生電容存在于第二金屬層112與所有其它工作電路124中的金屬層間，寄生電容器124a用以說明。

當手指200接近鈍化層115時，信號電容形成于手指200與導電元件300間。同時，手指電容形成于手指200與該感測金屬板(第二金屬層112)之間，金屬網格電容形成于手指200與該第三金屬層114之間。相似地，信號電容器110a、手指電容器110b與金屬網格電容器110c各用以說明。圖5顯示兩相鄰的增強電容式指紋感測單元100(用虛線隔開)，說明指紋感測結構110及位于其間的每一等效電容器。

要強調的是圖1中的指紋感測陣列10(或指紋傳感器)由多個的增強電容式指紋感測單元100以相鄰彼此的相同的架構排列于相同的高度形成，所有增強電容式指紋感測單元100的第三金屬層114都連接成一體。因此形成金屬網格11?？紤]連接的第三金屬層114的整體面積小于個別的感測板(第二金屬層112)，金屬網格電容器110c的電容遠大于手指電容器110b與寄生電容器124a的電容。用戶的手指與導電元件300間的接觸面積要越大越好，以便信號電容器110a的電容遠大于手指電容器110b與寄生電容器124a的電容。上面提到設計的其理由將描述于后面的段落中。

增強電容式指紋感測單元100以下述的程序運作，而該程序包括不同的和反復的階段。請參閱圖10。有三個主要階段：設定階段、充電階段與分派階段。在設定階段中，分派開關1223關閉(s01)以斷開充電電路122與工作電路124連接。

在充電階段中，首先，開啟放電開關1241，第一電壓v1施加到導電元件300，工作電路124與第二金屬層112放電至信號接地(重設)(s02)。接著，開啟充電開關1222，充電電壓施加到充電電路122(s03)。在充電階段的最后步驟中，放電開關1241與充電開關1222都關掉(s04)。要注意的是步驟s02與s03的順序可以交換，或者該二步驟可以同時發(fā)生。在充電階段最后，充電電容1221充電至充電電壓vdd，而等效電容器充電到第一電壓v1。

在充電階段之后為分派階段。在分派階段中，以下操作實質發(fā)生于相同的時間上：開啟分派開關1223并提供第二電壓以取代第一電壓(s05)。事實上，其中一個可以略快于另一者，其順序并不影響結果。當緩存器1224的電壓穩(wěn)定時，測量輸出電壓vout。要注意的是當?shù)诙妷喊l(fā)生時，電壓變動產生于充電電路122中。很明顯，增強電容式指紋感測單元100中電荷的分布將改變，進一步影響輸出電壓vout。事實上，輸出電壓的影響來自兩個來源：電荷分派與激發(fā)信號緩沖放大器410的電壓改變(第二電壓與第一電壓間的差異)。vout是該兩個來源分布電壓值之和。以下進行說明。

為了更清楚地說明分派階段，等效電路描述于圖4。vdd是充電電壓的電壓值，v1與v2(顯示為vin)分別為該第一電壓與第二電壓的電壓值，cr為充電 電容的電容值，cp為寄生電容的電容值，cf為手指電容的電容值，cg為第三金屬層與手指間電容的電容值，cs為導電元件300與手指間電容的電容值，輸出電壓vout為cr跨越的電壓值，由輸出緩存器1224所測量。

其中，cg，cs》cp，cr這使得所有小項可以忽略不計。通過線性電路的理論，通過分派開關1223的電荷分派以及驅動電壓由v1到v2的改變的凈效應，是通過分派開關1223的電荷分派與驅動電壓由v1到v2的改變分別施加的電壓之和。經由分派開關(無電壓由v1至v2的改變)電荷分派的等效電路描繪于圖8中。輸入緩存器由v1至v2電壓降的等效電路(cr沒被充電至vdd)描繪于圖9中。當分派開關在分派階段打開時，令v01表示vout的電壓改變，但輸入驅動器維持在相同的電壓v1；當輸入緩存器由v1至v2改變而充電電容沒被充電到vdd時，令v02表示vout的電壓改變。vout的凈結果將為：

vout＝v01+v02，其中

及

對自然地形成于的電容cp，它的值由物理架構及增強電容式指紋感測單元100的材料決定。變量手指電容cf由第二金屬層112到接觸傳感器的手指的谷部或脊部的距離決定。充電電容由至少一層第一金屬層121中的電路元件形成，可由實現(xiàn)該充電電容cr的電路元件(如mos晶體管或poly-to-poly電容器)的幾何形狀決定。為了解說本增強電容式指紋感測單元100的架構設計，計算vout對于cf的第一階導數(shù)，因此可得：

其中

且

因為cs與cg皆遠大于cf及cp+cr，故可得

為了提高靈敏度，該靈敏度可表示為第一項與第二項必須具有相同的標記；換句話說，如果vdd是正值，那么v2-v1必須是負的，意味著v1>v2。很明顯地，cp的值最好減少，cs的值最好增加，以便靈敏度能增加。為了達成這個目的，第一金屬間電介層111與第二金屬間電介層113的深度需要增加，因為電容是反比于兩導電板之間的距離。經由實驗，第一深度d1與第二深度d2都應大于3μm。因為金屬間電介層的厚度在標準cmos制程是小于1μm，這一要求可能需要在制造中有特殊沉積過程。也為了達成以上目的，另一個要求是導電元件300的上表面面積必須足夠大，因為用戶的手指與導電元件300間的電容主要受它們之間的接觸面積影響。經由實驗，導電元件300的上頂表面面積應大于20mm²。

在分派階段的末端，當電荷分布達到均衡時，輸出電壓可以測量(s06)。因為手指在增強電容式指紋感測單元100上的脊部與谷部面積部分是由給定輸出電壓反射出的，最后，依序轉譯來自每一增強電容式指紋感測單元100的輸出電壓，為對應一部分用戶的指紋的指紋影像數(shù)據(s07)。

要注意的是以上描述的電壓是不同電路節(jié)點上的相對電壓。如果充電電壓vdd的值是正的，第二金屬層112的重設步驟就是放電到0v或是信號接地。在這例子中，第二電壓在第一電壓之后形成一個負向階差，而v1至v2的電壓改變是一個電壓降。該充電電壓的值可能是0v。在這種情況下，第二金屬層112的重設步驟就是充電至正的電壓值。在這例子中，第二電壓在第一電壓之后形成 一個正向階差，而v1至v2的電壓改變是一個電壓上升。以上所述具有正輸出電壓改變的0v充電電壓是操作增強電容式指紋感測單元100的另一個選項。

在其它實施例中，導電元件不限定于圍繞增強電容式指紋感測單元100的金屬環(huán)板。請見圖11，在該圖中的元件與前一實施例提及的元件具有相同的功能，用以進行說明。導電元件300為一對金屬條311取代。金屬條311能接收來自激發(fā)信號緩沖放大器410的激發(fā)信號，而該激發(fā)信號緩沖放大器410內建于激發(fā)信號驅動器4中，金屬條311影響增強電容式指紋感測單元100的輸出電壓。當然，金屬條311能為任何想要的形狀金屬板取代而不必彼此物理性地連接(但所有金屬條311必須電連接到激發(fā)信號緩沖放大器410)。想要的形狀的金屬板的數(shù)量也沒限定。

以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。