本發(fā)明實施例涉及生物特征識別技術領域，尤其涉及一種電容式指紋傳感器。

背景技術：

由于指紋具有終身不變性、唯一性和方便性，因此可以提供較高級別的身份安全認證。在執(zhí)行身份安全認證時，通常通過指紋傳感器(又稱Fingerprint Sensor)作為實現(xiàn)指紋自動采集的器件。

指紋傳感器按傳感原理主要分為光學指紋傳感器、半導體電容傳感器、半導體熱敏傳感器、半導體壓感傳感器、超聲波傳感器和射頻(RF)傳感器等。

以半導體電容傳感器為例，在一塊集成有成千上萬半導體器件的“平板”上，手指貼在其上與其構成了電容的另一面，由于手指指紋平面凸凹不平，凸點處對應脊，凹點處對應谷，凸點處和凹點處接觸平板的實際距離大小不同，從而導致形成的電容的數(shù)值也不相同，將采集到的不同的電容的數(shù)值匯總，從而完成了指紋的采集。

但是，在進行指紋采集時，由于指紋傳感器中的寄生電容，或者指紋電容中存在的基底電容，會在積分器輸出產生一個較大的基底信號，該基底信號的大小至少為有效信號的100倍，在經過放大器放大處理后，基底信號遠遠大于有效信號，導致有效信號顯得較小，同時基底信號放大后使得積分器容易達到飽和，進而導致積分器的輸出動態(tài)范圍較小。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明實施例所解決的技術問題之一在于提供一種電容式指紋傳感器，用以克服現(xiàn)有技術中的上述技術缺陷。

本發(fā)明實施例提供一種電容式指紋傳感器，其包括：依序設置的第一極板層、第二極板層和第三極板層；其中，所述第一極板層與手指形成指紋電容，所述第一極板層和所述第二極板層之間還設置有至少一個第四極板層，所述第一極板層與所述第四極板層之間形成有第一寄生電容，所述第二極板層與所述第四極板層之間形成有第二寄生電容；并且，所述電容式指紋傳感器還包括具有積分電容的積分器，所述第二極板層與第三極板層之間形成所述積分電容，其中所述第一寄生電容和所述第二寄生電容對所述積分電容不可見，且所述積分電容用于存儲來自所述指紋電容的電荷

本發(fā)明實施例提供的電容式指紋傳感器在第一極板層和第二極板層之間設置第四極板層，通過所述第四極板層使得所述第一寄生電容和所述第二寄生電容對所述積分電容不可見，同時使所述積分電容僅存儲來自所述指紋電容的電荷，因此可以增加所述積分器的動態(tài)范圍。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明實施例中記載的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為一種典型的指紋傳感器結構示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例一指紋傳感器結構示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例二電容式傳感器的結構示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例三中電容式指紋傳感器的結構示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例四電容式指紋傳感器的結構示意圖；

圖6為本發(fā)明實施例五電容式指紋傳感器的結構示意圖；

圖7為本發(fā)明實施例六電容式指紋傳感器的結構示意圖；

圖8為本發(fā)明實施例七電容式指紋傳感器的俯視角度平面示意圖。

具體實施方式

以下將配合圖式及實施例來詳細說明本申請的實施方式，藉此對本申請如何應用技術手段來解決技術問題并達成技術功效的實現(xiàn)過程能充分理解并據以實施。

圖1為一種典型的指紋傳感器結構示意圖；如圖1所示，按照一層多晶硅六層金屬(簡稱1P6M)生產的指紋傳感器可以包括第N層金屬101、第N-1層金屬102、第N-2層金屬103、第N-3層金屬104，其中N表示指紋傳感器制作工藝中的最上層金屬，本實施例中，N等于6，第N層金屬101即第6層金屬，第N-1層金屬102即第5層金屬，第N-2層金屬103即第4層金屬，第N-3層金屬104即第3層金屬，而剩余的兩層金屬可以作為走線層或者其他電路的電極層。圖1中，指紋傳感器還包括積分器，積分器包括放大器224與積分電容C_i，用于對來自指紋電容的電荷進行積分處理。

其中，第N層金屬101為一整片狀的金屬層，第N-1層金屬102、第N-2層金屬103、第N-3層金屬104分別包括兩片金屬電極，手指與第N層金屬101之間形成指紋電容C_f，第N層金屬101與第N-1層金屬102之間分別形成寄生電容C_p1、C_p4，其中由于第N-1層金屬102中形成寄生電容C_p4的金屬電極可接系統(tǒng)地V_gd，因此，寄生電容C_p4也可稱為第N層金屬101的對地電容。第N-1層金屬102與第N-2層金屬103之間分別形成寄生電容C_p2、C_p3、C_p5，第N-2層金屬103與第N-3層金屬104之間分別形成基底消除電容C_c、積分電容C_i。

圖1所示的指紋傳感器還包括多個開關S₁～S₆，其中，開關S₁、S₃、S₅的開關狀態(tài)受第一時鐘信號ck₁的控制而進行開關動作，開關S₂、S₄、S₆的開關狀態(tài)受第二時鐘信號ck₂的控制而進行開關動作。第一時鐘信號ck₁與第二時鐘信號ck₂可以分別為兩項非交疊時鐘信號。所述指紋傳感器的一個積分處理周期包括當?shù)谝粫r鐘信號ck1為高同時第二時鐘信號ck2為低，以及當?shù)谝粫r鐘信號ck1為低同時第二時鐘信號ck2為高。

當?shù)谝粫r鐘信號ck₁為高時，開關S₁、S₃、S₅導通，同時第二時鐘信號ck₂為低，開關S₂、S₄、S₆斷開，此時第N層金屬101和第N-1層金屬102、N-2層金屬103和N-3層金屬104都接到電源電壓V_c，寄生電容C_p1、C_p2、以及基底消除電容C_c中電荷被全部泄放，即寄生電容C_p1、C_p2、以及基底消除電容C_c中的電荷為0；而指紋電容C_f、寄生電容C_p4的被充滿電荷。第N-1層金屬102中形成寄生電容C_p3的金屬電極連接到電源電壓Vc，由于放大器224虛短，所以第N-2層金屬103中形成寄生電容C_p3的金屬電極連接到共模電壓V_m，此時寄生電容C_p3兩端的電壓相等，所以寄生電容C_p3中電荷被部分泄放。第N-1層金屬102中形成寄生電容C_p5的金屬電極連接固定電平的系統(tǒng)地V_gd，由于放大器虛短所以第N-2層金屬103中形成寄生電容C_p5的金屬電極連接到共模電壓V_m，此時寄生電容C_p5的兩個極板實際都是固定電平，寄生電容C_p5的電荷沒有變化。

當?shù)诙r鐘信號ck₂為高時，開關S₂、S₄、S₆導通，同時第一時鐘信號ck₁為低，開關S₁、S₃、S₅斷開，此時，寄生電容C_p1、C_p2、C_p4、基底消除電容C_c、指紋電容C_f中的電荷轉移到積分電容C_i中，而寄生電容C_p3、C_p5中并不會有電荷轉移到積分電容C_i，從而完成一次積分過程。

寄生電容C_p3、C_p5中并不會有電荷轉移到積分電容C_i原因分別說明如下：

當?shù)谝粫r鐘信號ck₁為高同時第二時鐘信號ck₂為低時，第N-1層金屬102中形成寄生電容C_p3的金屬電極連接到電源電壓Vc，由于放大器224虛短，導致第N-2層金屬103中形成寄生電容C_p3的金屬電極連接到共模電壓V_m，所以寄生電容C_p3中電荷被部分泄放，引起積分器的輸出電壓V_o增加。當?shù)谝粫r鐘信號ck₁為低同時第二時鐘信號ck₂為高時，第N-1層金屬102中形成寄生電容C_p3的金屬電極連接到固定電平的系統(tǒng)地V_gd,而第N-2層金屬103中形成寄生電容C_p3的金屬電極連接到共模電壓V_m，此時寄生電容C_p3引起積分器的輸出電壓V_o減小，而在一個積分處理周期內寄生電容C_p3引起積分器的輸出電壓V_o的變化量相互抵消，因此，對于積分器的輸出電壓V_o來說，寄生電容C_p3不會有影響。

第N-1層金屬102中形成寄生電容C_p5的金屬電極連接固定電平的系統(tǒng)地V_gd，由于放大器虛短所以第N-2層金屬103中形成寄生電容C_p5的金屬電極連接到共模電壓V_m，共模電壓V_m為固定電平，即寄生電容C_p5相對積分電容C_i被屏蔽，從而其不會有電荷轉移到積分電容C_i。

上述積分過程后在積分器的輸出電壓增量ΔV_o可以通過公式(1)計算，為了表述簡潔設電源電壓為V_c、外部數(shù)模轉換器(Digital-to-Analog Converter，簡稱DAC)的輸出電壓為V_d、共模電壓為V_m、積分器的輸出電壓為V_o。

由上述公式(1)看出，積分器的輸出電壓增量ΔV_o與寄生電容C_p1、C_p2、C_p4有關，而由于C_p1、C_p2、C_p4的存在會產生較大的基底信號，每次指紋電容C_f產生的有效信號只有基底信號的1/1000～1/100，則會導致積分器在還未獲得所需的信號量時就達到飽和，因此進一步導致積分器的動態(tài)范圍較小。

因此在上述圖1中旨在通過調節(jié)外部數(shù)模轉換器DAC的輸出電壓V_d來抵消基底信號。但是，從公式(1)可看出，基底信號消除干凈與否與寄生電容C_p1、C_p2、C_p4、基底消除電容C_c、共模電壓V_m、外部數(shù)模轉換器DAC的輸出電壓V_d均有關聯(lián)。而在實際產品設計中，由于工藝的不同、版圖擺放方式的偏差，會導致寄生電容C_p1、C_p2、C_p4發(fā)生較大的變化，從而影響外部數(shù)模轉換器DAC的輸出電壓V_d的實際大小，甚至有可能出現(xiàn)外部數(shù)模轉換器DAC的輸出電壓V_d無法覆蓋寄生電容C_p1、C_p2、C_p4的變化，因此導致難以徹底消除基底信號，也即是指紋傳感器的基底信號消除不夠準確。

另外，在上述圖1中，寄生電容C_p3是由第N-1層金屬102與第N-2層金屬之間金屬電極耦合形成的寄生電容，雖然不會改變積分器的輸出電壓V_o，但是，寄生電容C_p3會導致積分器的輸出電壓V_o發(fā)生跳變。不考慮其它電容的影響，因此寄生電容C_p3在一次積分過程內，其在積分器的輸出電壓跳變δV_o由公式(2)給出。

有上述公式(2)看出，若寄生電容C_p3較大，則會導致積分器的輸出電壓跳變δV_o也就越大，進而也會進一步減小積分器的輸出動態(tài)范圍。

圖2為本發(fā)明實施例一指紋傳感器結構示意圖；本實施例中，電容式指紋傳感器包括：從上到下設置的第一極板層201、第二極板層202、第三極板層203，以及積分器204，積分器204包括積分電容214以及放大器224，用于對指紋從上到下電容的電荷進行積分處理。第一極板層201和第二極板層202之間設置有第四極板層205，其中，第一極板層201與第四極板層205之間形成有第一寄生電容C_1/p1′。

本實施例中，第四極板層205具體為一整片狀的金屬層，對應地，第一極板層201也為一整片裝的金屬層，第一極板層201和第四極板層205按照平行且正對的方式設置。

本實施例中，第一極板層201與手指形成指紋電容C_f，第二極板層202與第三極板層203形成積分電容214(又標為C_i)。具體地，第二極板層202包括至少一個第二金屬電極212，在圖1所示的實施例中，第二極板層202具體包括四個第二金屬電極212，第三極板層203包括一個第三金屬電極213。第二極板層202的其中一個第二金屬電極212與第三金屬電極213之間形成積分電容214，而第二極板層202的其他三個第二金屬電極212作為走線層或者其他電路的金屬電極。

第二極板層202與第四極板層205之間形成有多個第二寄生電容，比如，在圖2所示的實施例中，第二極板層202中的四個第二金屬電極212分別與第四極板層205形成四個第二寄生電容C_2/p2′、C_2/p3′、C_2/p4′、C_2/p5′。

本實施例中，在積分器204積分的過程中，第一寄生電容C_1/p1′無電荷參與積分處理過程，第二寄生電容C_2/p2′、C_2/p3′、C_2/p4′和C_2/p5′的電荷不會轉移到積分電容214從而不會參與積分處理過程，而只有指紋電容C_f的電荷轉移到積分電容214并參與積分器204的積分處理過程，因此，有效防止了第一寄生電容C_1/p1′以及第二寄生電容C_2/p2′、C_2/p3′、C_2/p4′、C_2/p5′產生對應的基底信號，即減小了基底信號，避免了積分器204在還未獲得所需的信號量時就達到飽和，進而增加積分器204的動態(tài)范圍，詳細原理請參見下述對本實施例電容式指紋傳感器的原理性說明。

為具體實現(xiàn)本實施例的技術方案，本實施例中，電容式指紋傳感器還可以包括：

第一開關電路200A，通過控制第一開關電路200A進行開關動作，使得第四極板層205上的電壓為電源電壓V_c或共模電壓V_m，對應的，第一極板層201上的電壓為電源電壓V_c或共模電壓V_m，從而使得第一寄生電容C_p1′對積分電容214不可見。

具體地，第一開關電路200A可以包括：第一開關201A和第二開關202A，第一開關201A接受第一開關控制信號的控制進行開關動作，第二開關202A接受第二開關控制信號的控制進行開關動作，以使第四極板層205上的電壓為電源電壓V_c或共模電壓V_m，第一開關控制信號和第二開關控制信號相互反相。

本實施例中，第一開關控制信號具體可為第一時鐘信號ck₁，第二開關控制信號具體可為第二時鐘信號ck₂，第一時鐘信號ck₁與第二時鐘信號ck₂為兩相非交疊時鐘信號。

其中，第一開關201A的一端與電源電壓V_c連接，第一開關201A的另一端與第二開關202A的一端連接后并與第四極板層205連接；第二開關202A的另一端與共模電壓V_m連接。

為具體實現(xiàn)本實施例的技術方案，本實施例中，電容式指紋傳感器還可以包括：

第二開關電路200B，通過控制第二開關電路200B的開關動作，使得第一極板層201上的電壓為電源電壓V_c或共模電壓V_m，對應的，第一極板層201上的電壓為電源電壓V_c或共模電壓V_m。

具體地，第二開關電路200B可以包括第三開關203B和第四開關204B，第三開關203B接受第三開關控制信號的控制進行開關動作，第四開關204B接受第四開關控制信號的控制進行開關動作，以使第一極板層201上的電壓為電源電壓V_c或共模電壓V_m，第三開關控制信號和第四開關控制信號相互反相。

本實施例中，第三開關控制信號可以復用第一開關控制信號，第四開關控制信號可以復用第二開關控制信號，即第三開關控制信號為第一時鐘信號ck₁，第四開關控制信號為第二時鐘信號ck₂。進一步地，第三開關203B一端連接電源電壓V_c，第三開關203B的另一端與第四開關204B的一端連接后與第一極板層201連接，第四開關204B的另一端與積分器204的輸入端連接。具體地，本實施例中，積分器204除了包括積分電容214外，還包括放大器224，放大器224具有正相輸入端和反相輸入端，正相輸入端連接共模電壓V_m，第四開關204B的另一端具體與放大器224的反相輸入端連接。因此，第二極板層202中形成積分電容214的第二金屬電極212與放大器214的輸出端連接，即與積分器的輸出端連接，使得積分器204的輸出電壓V_o加載到第二極板層202中形成積分電容214的第二金屬電極212上，第三金屬電極213與放大器214的反相輸入端連接。

本實施例中電容式傳感器的原理描述如下：

(1)當?shù)谝粫r鐘信號ck₁為高電平，第一開關201A、第三開關203B導通，與此同時第二時鐘信號ck₂為低電平，第二開關202A、第四開關204B斷開，使得第一極板層201和第四極板層205均接電源電壓V_c。此時,第一寄生電容C_1/p1′中的電荷為0，使得第一寄生電容C_1/p1′相對積分器204來說被屏蔽。與此同時，第二極板層202中各第二金屬電極212連接共模電壓V_m或者系統(tǒng)地V_gnd或者積分器的輸出電壓V_o，這些電壓實質上均為固定電平，使得第二寄生電容C_2/p2′、C_2/p3′、C_2/p4′、C_2/p5′相對積分器204來說被屏蔽，即第二寄生電容C_2/p2′、C_2/p3′、C_2/p4′、C_2/p5′對積分電容214來說不可見。

(2)當?shù)诙r鐘信號ck₂為高電平，第二開關202A、第四開關204B導通，與此同時第一時鐘信號ck₁為低電平，第一開關201A、第三開關203B斷開，使得第一極板層201和第四極板層205均接共模電壓V_m。此時，第一寄生電容C_1/p1′中的電荷仍然為0，使得第一寄生電容C_1/p1′相對積分器204來說被屏蔽，即第一寄生電容C_1/p1′中無電荷參與積分處理。而與此同時，由于第二極板層202中各第二金屬電極212連接共模電壓V_m或者系統(tǒng)地V_gnd或者積分器204的輸出電壓V_o，這些電壓實質上均為固定電平，使得第二寄生電容C_2/p2′、C_2/p3′、C_2/p4′、C_2/p5′來說被屏蔽，即第二寄生電容C_2/p2′、C_2/p3′、C_2/p4′、C_2/p5′對積分電容214來說不可見。因此，第二寄生電容C_2/p2′、C_2/p3′、C_2/p4′、C_2/p5′中的電荷不會參與積分處理。

綜上，由此可見，無論在上述情形(1)或者(2)時，第一寄生電容C_p1′的電荷均為0，從而第一寄生電容C_1/p1′中無電荷參與積分處理；而第二寄生電容C_2/p2′、C_2/p3′、C_2/p4′、C_2/p5′中的電荷不會參與積分處理過程，因此，也就防止了第一寄生電容C_1/p1′以及第二寄生電容C_2/p2′、C_2/p3′、C_2/p4′、C_2/p5′產生對應的基底信號，從而有效減小了基底信號，避免了積分器204在還未獲得所需的信號量時就達到飽和，進而增加了積分器204的動態(tài)范圍。

與此同時，由于不存在圖1中的寄生電容C_p3，從而避免了積分器輸出電壓的跳變，進而進一步增加了積分器204的動態(tài)范圍。

圖3為本發(fā)明實施例二電容式傳感器的結構示意圖；如圖3所示，本實施例中，當?shù)谝粯O板層201較厚時，第一極板層201的側面可能會與第二極板層202和第三極板層203中任一或者多個金屬電極分別形成第四寄生電容(未標示)，并且，第一極板層201的側面也會分別與第四極板層205形成第五寄生電容C_5/p6′和C_5/p7′。因此，為了避免第一極板層201的側面與第二極板層202、第三極板層203中任一或者多個分別形成第四寄生電容，以及為了使得第一極板層201側面和第四極板層205形成的第五寄生電容C_5/p6′、C_5/p7′對積分器204不可見，本實施例對第四極板層205的結構進行改進，從而同時防止第四寄生電容和第五寄生電容產生對應的基底信號而影響積分器204的動態(tài)范圍。

具體而言，與上述實施例2不同的是，本實施例中，第四極板層205包圍第一極板層201，比如在上述圖2的基礎上單獨增加一圈金屬電極。具體地，請參閱圖3，本實施例的第四極板層205的面積大于第一極板層201，并且在第四極板層205的邊緣朝向第一極板層201的方向垂直延伸從而形成一金屬電極圈，其中金屬電極圈的頂部至少延伸至與第一極板層201的上表面平齊，從而實現(xiàn)第四極板層205的側壁(即上述金屬電極圈)包圍第一極板層201。由于金屬電極圈的存在，第一極板層201與第二極板層202、第三極板層203相互屏蔽，從而避免第一極板層201與第二極板層202、第三極板層203中任一或者多個分別形成第四寄生電容，同時類似第一寄生電容C_1/p1′中電荷為0的原理，第一極板層201的側面與第四極板層205的側壁之間形成的第五寄生電容C_5/p6′和C_5/p7′中的電荷也為0，使得第五寄生電容C_5/p6′、C_5/p7′中沒有可參與積分器204積分處理的電荷，從而進一步增加積分器204的動態(tài)范圍。

圖4為本發(fā)明實施例三中電容式指紋傳感器的結構示意圖。如圖4所示，與上述圖1實施例不同的是，在本實施例中，電容式指紋傳感器還包括基底消除電容C_c。進一步地，第二極板層202包括至少兩個第二金屬電極212，第三極板層203包括至少兩個第三金屬電極213。第二極板層202其中一個第二金屬電極212與第三極板層203的一個第三金屬電極213形成基底消除電容C_c，以消除基底電容產生的基底信號從而進一步增加積分器204的動態(tài)范圍；并且，第二極板層202的另一個第二金屬電極212與第三極板層203的另一個第三金屬電極213形成積分電容214。

具體地，本實施例中，第二極板層202中形成基底消除電容C_c的第二金屬電極212的電壓為電源電壓V_c或外部數(shù)模轉換器DAC的輸出電壓V_d，第三極板層203中形成基底消除電容C_c的第三金屬電極213的電壓為共模電壓V_m，以消除基底電容產生的基底信號從而進一步增加積分器204的動態(tài)范圍。

進一步地，本實施例中，電容式指紋傳感器還可以包括第三開關電路200C，第三開關電路200C接受第五開關控制信號和第六開關控制信號的控制進行開關動作，以使第二極板層202中形成基底消除電容C_c的第二金屬電極212的電壓為電源電壓V_c或外部數(shù)模轉換器DAC的輸出電壓V_d，第五開關控制信號和第六開關控制信號相互反相。

本實施例中，第五開關控制信號和第六開關控制信號分別復用第一開關控制信號和第二開關控制信號，即第五開關控制信號和第六開關控制信號分別為第一時鐘信號ck₁和第二時鐘信號ck₂。

具體地，本實施例中，第三開關電路200C可以包括：

第五開關205C和第六開關206C，第五開關205C接受第五開關控制信號的控制進行開關動作，第六開關206C接受第六開關控制信號的控制進行開關動作，以使第二極板層202中形成基底消除電容C_c的第二金屬電極212的電壓為電源電壓V_c或外部數(shù)模轉換器DAC的輸出電壓V_d。進一步地，本實施例中，第五開關205C的一端連接電源電壓V_c，第五開關205C的另一端與第六開關206C的一端連接后與第二極板層202中形成基底消除電容C_c的第二金屬電極212電連接；第六開關206C的另一端與外部數(shù)模轉換器DAC的輸出電壓V_d連接，以使第二極板層202中形成基底消除電容C_c的第二金屬電極212上的電壓為電源電壓V_c或外部數(shù)模轉換器DAC的輸出電壓V_d。

具體地，本實施例中，電容式傳感器還可以包括：

第四開關電路200D，第四開關電路200D接受第七開關控制信號和第八開關控制信號的控制進行開關動作，以使得第三極板層203中形成基底消除電容C_c的第三金屬電極213上的電壓為共模電壓V_m。進一步地，本實施例中，第四開關電路200D包括第七開關207D和第八開關208D，第七開關207D的一端與共模電壓V_m連接，第七開關207D的另一端與第八開關208D的一端連接后與第三極板層203中形成基底消除電容C_c的第三金屬電極213連接；第八開關208D的另一端與積分器204的輸入端連接，具體與積分器204中放大器224的反相輸入端連接。

本實施例中電容式傳感器的原理描述如下：

(1)當?shù)谝粫r鐘信號ck₁為高電平，第一開關201A、第三開關203B、第五開關205C、第七開關207D導通，與此同時第二時鐘信號ck₂為低電平，第二開關202A、第四開關204B、第六開關206C、第八開關208D斷開，使得第一極板層201和第四極板層205均接電源電壓V_c,因此，第一寄生電容C_1/p1′中的電荷為0，使得第一寄生電容C_1/p1′相對積分器204來說被屏蔽。與此同時，第二極板層202中各第二金屬電極212連接共模電壓V_m或者系統(tǒng)地V_gnd或者積分器的輸出電壓V_o，這些電壓實質上均為固定電平，使得第二寄生電容C_2/p2′、C_2/p3′、C_2/p4′、C_2/p5′相對積分器204來說被屏蔽，即第二寄生電容C_2/p2′、C_2/p3′、C_2/p4′、C_2/p5′對積分電容214來說不可見。

而對于積分消除電容C_c來說，第二極板層202中形成基底消除電容C_c的第二金屬電極212連接電源電壓V_c，而第三極板層203中形成基底消除電容C_c的第三金屬電極213連接共模電壓V_m，從而使得基底消除電容C_c被充滿電荷。

(2)當?shù)诙r鐘信號ck₂為高電平，第二開關202A、第四開關204B、第六開關206C、第八開關208D導通，與此同時第一時鐘信號ck₁為低電平，第一開關201A、第三開關203B、第五開關205C、第七開關207D斷開，使得第一極板層201和第四極板層205均接共模電壓V_m，因此，第一寄生電容C_1/p1′中的電荷仍然為0，使得第一寄生電容C_1/p1′相對積分器204來說被屏蔽，即第一寄生電容C_1/p1′中無電荷參與積分處理。與此同時，由于第二極板層202中各第二金屬電極212連接共模電壓V_m或者系統(tǒng)地V_gnd或者積分器的輸出電壓V_o，這些電壓實質上均為固定電平，使得第二寄生電容C_2/p2′、C_2/p3′、C_2/p4′、C_2/p5′相對積分器204來說被屏蔽，即第二寄生電容C_2/p2′、C_2/p3′、C_2/p4′、C_2/p5′對積分電容214來說不可見，因此，第二寄生電容C_2/p2′、C_2/p3′、C_2/p4′、C_2/p5′中的電荷不會參與積分處理。

而對于積分消除電容C_c來說，第二極板層202中形成基底消除電容C_c的第二金屬電極212連接外部數(shù)模轉換器DAC的輸出電壓V_d，而第三極板層203中形成基底消除電容C_c的第三金屬電極213連接共模電壓V_m，從而使得基底消除電容C_c中的電荷轉移到積分電容214中，以消除基底電容產生的基底信號以進一步增加積分器204的動態(tài)范圍。

圖5為本發(fā)明實施例四電容式指紋傳感器的結構示意圖；如圖5所示，本實施例中，當?shù)谝粯O板層201較厚時，第一極板層201的側面可能會與第二極板層202和第三極板層203中任一或者多個分別形成第四寄生電容(未標示)，另外，第一極板層201的側面也會與第四極板層205形成第五寄生電容C_5/p6′和C_5/p7′。

因此，為了避免第一極板層201與第二極板層202、第三極板層203中任一或者多個分別形成第四寄生電容，以及使得第一極板層201和第四極板層205形成的第五寄生電容對積分器204不可見，本實施例中，在圖4所示的基礎上第四極板層205進一步形成有一圈金屬電極(即金屬電極圈)以包圍第一極板層201，具體結構與實施例二相類似，從而使得第一極板層201與第二極板層202、第三極板層203相互屏蔽，進而避免了第一極板層201與第二極板層202、第三極板層203中任一或者多個分別形成第四寄生電容。同時類似第一寄生電容C_1/p1′中電荷為0的原理，第五寄生電容C_5/p6′、C_5/p7′中的電荷也為0，因此第五寄生電容C_5/p6′、C_5/p7′無電荷參與積分處理。

圖6為本發(fā)明實施例五電容式指紋傳感器的結構示意圖；如圖6所示，與上述實施例的區(qū)別之一在于，本實施例中，第一極板層201和第二極板層202之間從上到下設置有兩層第四極板層205，第一極板層201與相鄰于第一極板層201的第四極板層205之間形成第一寄生電容C_1/p1′，第二極板層202的兩個第二金屬電極212分別與相鄰于第二極板層202之間的第四極板層205之間形成第二寄生電容C_2/p4′和C_2/p5′。并且上下相鄰的第四極板層205之間形成第三寄生電容C_3/p8′。第二寄生電容C_2/p4′和C_2/p5′、第三寄生電容C_3/p8′對積分電容214不可見，同時第一寄生電容C_1/p1′的電荷始終為0，即第一寄生電容C_1/p1′對積分電容214不可見。

可選地，本實施例中，電容式指紋傳感器還包括上述實施例中的第一開關電路200A，通過控制第一開關電路200A進行開關動作，使得相鄰于第一極板層201的第四極板層205的電壓為電源電壓V_c或共模電壓V_m，對應地，第一極板層201上的電壓為電源電壓V_c或共模電壓V_m，使得第一寄生電容C_p1′對積分電容214不可見。

具體地，在本實施例中，第一開關電路200A包括：第一開關201A和第二開關202A，第一開關201A接受第一開關控制信號的控制進行開關動作，第二開關202A接受第二開關控制信號的控制進行開關動作，以使相鄰于第一極板層201的第四極板層205的電壓為電源電壓V_c或共模電壓V_m。其中，第一開關控制信號和第二開關控制信號相互反相，第一開關控制信號和第二開關控制信號可以分別為上述第一時鐘信號和第二時鐘信號。第一開關201A的一端與電源電壓V_c連接，第一開關201A的另一端與第二開關202A的一端連接后并與相鄰于第一極板層201的第四極板層205連接；第二開關202A的另一端與共模電壓V_m連接。

可選地，本實施例中，電容式指紋傳感器還包括上述第二開關電路200B，通過控制第二開關電路200B的開關動作，使得第一極板層201的電壓為電源電壓V_c或共模電壓V_m，相對應地，相鄰于第一極板層201的第四極板層205上的電壓為電源電壓V_c或共模電壓V_m。

具體地，本實施例中，第二開關電路200B包括第三開關203B和第四開關204B，第三開關203B接受第三開關控制信號的控制進行開關動作，第四開關204B接受第四開關控制信號的控制進行開關動作，以使第一極板層201上的電壓為電源電壓V_c或共模電壓V_m，其中，第三開關控制信號和第四開關控制信號相互反相。第三開關控制信號和第四開關控制信號分別復用上述第一開關控制信號和第二開關控制信號，因而第三開關控制信號和第四開關控制信號分別為第一時鐘信號ck₁和第二時鐘信號ck₂。

可選地，在本實施例中，相鄰于第二極板層202的第四極板層205上的電壓為固定電平，比如為系統(tǒng)地V_gd，以使第三寄生電容C_3/p8′對積分電容214不可見。其中，相鄰于第二極板層202的第四極板層205可以為一整片狀的金屬層。相鄰于第二極板層202的電壓為固定電平，使得第二寄生電容C_2/p4′、C_2/p5′相對積分器204來被屏蔽，實現(xiàn)第二寄生電容C_2/p4′和C_2/p5′、第三寄生電容C_3/p8′對積分電容214不可見。

本實施例中，第二極板層202中形成基底消除電容C_c的第二金屬電極212的電壓為電源電壓V_c或共模電壓V_m，第三極板層203中形成基底消除電容C_c的第三金屬電極213的電壓為電源電壓V_c或外部數(shù)模轉換器DAC的輸出電壓V_d，因此可以消除基底電容產生的基底信號，以進一步增加積分器204的動態(tài)范圍。

可選地，本實施例中，電容式指紋傳感器還可以包括第三開關電路200C，與上述實施例不同的是，第三開關電路200C接受第五開關控制信號和第六開關控制信號的控制進行開關動作，以使第三極板層203中形成基底消除電容C_c的第三金屬電極213的電壓為電源電壓V_c或外部數(shù)模轉換器DAC的輸出電壓V_d。

具體地，本實施例中，第三開關電路200C包括：第五開關205C和第六開關206C，第五開關205C接受第五開關控制信號的控制進行開關動作，第六開關206C接受第六開關控制信號的控制進行開關動作，以使第三極板層203中形成基底消除電容C_c的第三金屬電極213的電壓為電源電壓V_c或外部數(shù)模轉換器DAC的輸出電壓V_d，第五開關控制信號和第六開關控制信號相互反相。

本實施例中，第五開關控制信號和第六開關控制信號分別復用上述第一開關控制信號和第二開關控制信號，因而第五開關控制信號和第六開關控制信號可分別為第一時鐘信號ck₁和第二時鐘信號ck₂。

具體地，本實施例中，第五開關205C的一端連接電源電壓V_c，第五開關205C的另一端與第六開關206C的一端連接后與第三極板層203中形成基底消除電容C_c的第三金屬電極213電連接，第六開關206C的另一端與外部數(shù)模轉換器DAC的輸出電壓V_d連接，以使第三極板層203中形成基底消除電容C_c的第三金屬電極213上的電壓為電源電壓V_c或外部數(shù)模轉換器DAC的輸出電壓V_d。

本實施例中，第二極板層202中形成積分電容214的第二金屬電極212與放大器224的反相輸入端連接，第三極板層中形成積分電容214的第三金屬電極213與放大器224的輸出端連接，即與積分器204的輸出端連接，以使積分器的輸出電壓V_o加載到形成積分電容214的第三金屬電極213上。

圖6中電容式指紋傳感器的工作原理如下：

(1)當?shù)谝粫r鐘信號ck₁為高電平時，第一開關201A、第三開關203B、第五開關205C導通，同時第二時鐘信號ck₂為低電平，第二開關202A、第四開關204B、第六開關206C斷開，第一電極板層201的電壓為電源電壓V_c,相鄰于第一電極板層201的第四極板層205的電壓同樣為電源電壓V_c，因此，第一寄生電容C_1/p1′的電荷為0。

另外，由于與第二極板層202相鄰的第四極板層205的電壓為系統(tǒng)地V_gd，即與固定電平連接，第三寄生電容C_3/p8′相對于積分電容214來說被屏蔽，即第三寄生電容C_3/p8′對積分電容214不可見。與此同時，第二極板層中形成基地消除電容C_c的第二金屬電極212的電壓為電源電壓V_c，第二極板層202中形成積分電容214的第二金屬電極212的電壓為共模電壓V_m，也即與固定電平連接，使得第二寄生電容C_2/p4′和C_2/p5′相對積分電容214來說被屏蔽，即第二寄生電容C_2/p4′和C_2/p5′對積分電容214不可見。

再者，第三極板層203中形成基底消除電容C_c的第三金屬電極213的電壓為電源電壓V_c，第二極板層202中形成基底消除電容C_c的第二金屬電極212的電壓同樣為電源電壓V_c，因此基底消除電容C_c中的電荷為0。

(2)當?shù)谝粫r鐘信號ck₁為低電平時，第一開關201A、第三開關203B、第五開關205C斷開，同時第二時鐘信號ck₂為高電平，第二開關202A、第四開關204B、第六開關206C導通，此時，第一電極板層201上的電壓為共模電壓V_m,相鄰于第一電極板層201的第四極板層205的電壓同樣為共模電壓V_m，因此，第一寄生電容C_1/p1′的電荷為0，即第一寄生電容C_1/p1′中無電荷參與積分器204的積分處理過程。

另外，由于與第二極板層202相鄰的第四極板層205的電壓為系統(tǒng)地V_gd，即與固定電平連接，因此第三寄生電容C_3/p8′相對于積分電容214來說被屏蔽，即第三寄生電容C_3/p8′對積分電容214不可見。

再者，第二極板層202中形成基地消除電容C_c的第二金屬電極212的電壓為共模電壓V_m，也即與固定電平連接，第二極板層202中形成積分電容C_i的第二金屬電極212的電壓同樣為共模電壓V_m，也即與固定電平連接，使得第二寄生電容C_2/p4′和C_2/p5′相對積分電容214來說被屏蔽，第二寄生電容C_2/p4′和C_2/p5′中的電荷不會轉移到積分電容214上，即第二寄生電容C_2/p4′和C_2/p5′對積分電容214不可見。

再者，第三極板層203中形成基底消除電容C_c的第三金屬電極213的電壓為外部數(shù)模轉換器DAC的輸出電壓V_d，第二極板層202中形成基底消除電容C_c的第二金屬電極212同樣共模電壓V_m，因此基底消除電容C_c中的電荷轉移到積分電容214中參與積分處理，以消除基底電容產生的基底信號。

圖7為本發(fā)明實施例六電容式指紋傳感器的結構示意圖；如圖7所示，參照上述相關實施例，具體地，在圖6所示的實施例中，如果第一極板層201較厚，第一極板層201的側面可能會與第二極板層202、第三極板層203、相隔于第一極板層201的第四極板層205中任一或者多個分別形成第四寄生電容(未標示)，并且第一極板層201的側面也會與相鄰的第四極板層205形成第五寄生電容C_5/p6′和C_5/p7′。針對上述問題，如圖7所示，本實施例提供的電容式指紋傳感器在圖6所示結構的基礎上，相鄰于第一極板層201的第四極板層205進一步形成有一圈金屬電極(即金屬電極圈)以包圍第一極板層201，從而進一步增加積分器204的動態(tài)范圍。其中，金屬電極圈的具體結構與實施例二相類似，詳細原理可參考上述相關實施例，在此不再贅述。

需要說明的是，在圖6和圖7實施例中，由于中間可以有2層第四電極層205，因此，積分器214的反相輸入端和輸出端連接的極板層可以相互互換。

圖8為本發(fā)明實施例七電容式指紋傳感器的俯視角度平面示意圖；本實施例中，電容式指紋傳感器可以為圖3或者圖5或者圖7中的結構，與第一極板層201相鄰的第四極板層205的金屬電極圈環(huán)繞第一極板層201。

需要說明的是，上述實施例中引用的附圖，僅僅是示意性質的，具體電路中各元器件的擺放可以與上述附圖一致，也可以在保持實施例中的電路功能的基礎上任意變換。

本申請的實施例所提供的裝置可通過計算機程序實現(xiàn)。本領域技術人員應該能夠理解，上述的單元以及模塊劃分方式僅是眾多劃分方式中的一種，如果劃分為其他單元或模塊或不劃分塊，只要信息對象的具有上述功能，都應該在本申請的保護范圍之內。

本領域的技術人員應明白，本申請的實施例可提供為方法、裝置(設備)、或計算機程序產品。因此，本申請可采用完全硬件實施例、完全軟件實施例、或結合軟件和硬件方面的實施例的形式。而且，本申請可采用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機可用存儲介質(包括但不限于磁盤存儲器、CD-ROM、光學存儲器等)上實施的計算機程序產品的形式。

本申請是參照根據本申請實施例的方法、裝置(設備)和計算機程序產品的流程圖和/或方框圖來描述的。應理解可由計算機程序指令實現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結合?？商峁┻@些計算機程序指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數(shù)據處理設備的處理器以產生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數(shù)據處理設備的處理器執(zhí)行的指令產生用于實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。

這些計算機程序指令也可存儲在能引導計算機或其他可編程數(shù)據處理設備以特定方式工作的計算機可讀存儲器中，使得存儲在該計算機可讀存儲器中的指令產生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。

這些計算機程序指令也可裝載到計算機或其他可編程數(shù)據處理設備上，使得在計算機或其他可編程設備上執(zhí)行一系列操作步驟以產生計算機實現(xiàn)的處理，從而在計算機或其他可編程設備上執(zhí)行的指令提供用于實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。

盡管已描述了本申請的優(yōu)選實施例，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實施例以及落入本申請范圍的所有變更和修改。顯然，本領域的技術人員可以對本申請進行各種改動和變型而不脫離本申請的精神和范圍。這樣，倘若本申請的這些修改和變型屬于本申請權利要求及其等同技術的范圍之內，則本申請也意圖包含這些改動和變型在內。