電容指紋傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電容指紋傳感器。
【背景技術】
[0002]中國發(fā)明專利《電容指紋傳感器》(申請?zhí)枮?01410004072.3)中提出的電容指紋傳感器技術方案是在中國發(fā)明專利《電容式距離傳感器》(申請?zhí)枮?01210403271.2)的基礎上對傳感方程和電路模型做了優(yōu)化，提出的新的電路結構，成功實現(xiàn)了 “C-Q-T”的轉換。
[0003]電容式指紋傳感器是通過測量指紋谷線、脊線與平面?zhèn)鞲须姌O陣列單元之間形成的耦合電容的大小差異來對指紋成像。當傳感電極陣列與手指之間的介質層越厚的時候，電容會衰減，傳感器的成像也會越模糊。由于技術的發(fā)展，商用電容式指紋傳感器在傳感電極和目標電極之間的介質層厚度從10um量級增加到lOOum量級。更有甚者，考慮到手機屏幕的工業(yè)設計的完整性，希望指紋傳感器能直接穿透屏幕玻璃，也就是厚度400um-500um的化學強化玻璃。所以，盡可能的增強指紋傳感器的成像能力成為目前衡量指紋傳感器性能的重要指標。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]要增強“C-Q-T”型指紋傳感器的成像，可以在手指與指紋傳感器之間耦合驅動信號，并且提高驅動信號的幅度來增強被測量信號，增強指紋成像。常用的驅動方式有兩種，一種是對手指直接耦合驅動信號，另一種是對指紋傳感器的電源端或者地端耦合驅動信號。這兩種驅動方式在理論模型上，對指紋成像能力的增強是等同的，但是在實際應用中，由于手指的電氣特性比較復雜，很難準確建模，并且不同個體，不同溫度、濕度下，電氣特性都不一樣，從而，對手指直接耦合驅動的方法，在設計上帶來不便。一方面驅動手指的驅動信號頻率不能過高，較高頻率的驅動信號在手指表面?zhèn)鬏數(shù)臅r候幅度上會產(chǎn)生梯度，使驅動信號的幅度在手指表面表現(xiàn)出不一致，導致指紋成像會有區(qū)域不一致；另一方面，施加到手指上的驅動信號的幅度也不宜過高，當驅動信號的峰-峰值超過4V的時候，會給人體帶來不適感。給指紋傳感器的電源端或者地端耦合驅動信號的方法可以很好的解決這些不足。一方面，耦合驅動信號至指紋傳感器的電源端或者地端時，驅動信號不直接作用在手指上，也不會對人體帶來不適感，所以驅動信號的幅度不受限制；另一方面，該驅動方式使指紋傳感器的電源端和地端電位跟隨驅動信號的變化而變化，不會使指紋成像產(chǎn)生區(qū)域不一致；還有，由于該驅動方法不需要對手指耦合驅動信號，可以不改變手機表面的工業(yè)設計，比如對于把指紋傳感器置于手機蓋板下的設計，只需要在手機蓋板下安裝指紋傳感器，而不需要破壞手機蓋板的完整性。
[0005]本發(fā)明的目的是將對指紋傳感器的地端耦合驅動信號的方式應用于“C-Q-T”型電容指紋傳感器中，使該類型傳感器可以受益于該種驅動方式從而增強指紋傳感器的成像。
[0006]本發(fā)明提出的指紋傳感器主要有傳感單元，電荷累積單元，比較電路和傳感器地產(chǎn)生器。傳感器地產(chǎn)生器輸入端1接輸入電源VIN，地端接系統(tǒng)地GND，輸出端接指紋傳感器的地端SGND ;傳感單元的輸出端接電荷累積單元的輸入端；電荷累積單元的輸入端接傳感單元的輸出端，輸出端接比較電路的輸入端；比較電路的輸入端接電荷累積單元的輸出端，輸出端就是指紋傳感器的輸出。
[0007]傳感器地產(chǎn)生器包括電感，二極管，第一開關，第二開關和第三開關:
[0008]第一開關的端口 1接傳感器地產(chǎn)生器的輸入端，端口 2接電感的端口 1 ;
[0009]第二開關的端口 1接二極管的端口 1，端口 2接地電平；
[0010]第三開關的端口 1接傳感器地產(chǎn)生器的輸出端，端口 2接地電平；
[0011]電感的端口 1接第一開關的端口 2，端口 2接二極管的端口 1 ;
[0012]二極管的端口 1接第二開關的端口 1，端口 2接傳感器地產(chǎn)生器的輸出端。
[0013]當傳感器地產(chǎn)生器采用上述構成時，其工作時序為:
[0014]步驟1-1:第一開關斷開，第二開關閉合，第三開關閉合，傳感器地產(chǎn)生器的輸出端輸出地電平；
[0015]步驟1-2:第一開關閉合，第二開關閉合，第三開關閉合，傳感器地產(chǎn)生器的輸出端輸出地電平。
[0016]步驟1-3:第一開關閉合，第二開關斷開，第三開關斷開，傳感器地產(chǎn)生器的輸出端輸出由電感值決定的非地電平；
[0017]步驟1-4:返回到步驟1-2。
[0018]作為本發(fā)明進一步改進的技術方案，傳感器地產(chǎn)生器也可以由電源電路，第五開關，第六開關組成:
[0019]電源電路的輸入端接傳感器地產(chǎn)生器的輸入端，輸出端接第五開關的端口 1 ;
[0020]第五開關的端口 1接電源電路的輸出端，端口 2接傳感器地產(chǎn)生器的輸出端；
[0021]第六開關的端口 1接傳感器地產(chǎn)生器的輸出端，端口 2接地電平。
[0022]當傳感器地產(chǎn)生器采用上述構成時，其工作時序為，
[0023]步驟2-1:第五開關斷開，第六開關閉合，傳感器地產(chǎn)生器的輸出端輸出地電平；
[0024]步驟2-2:第五開關閉合，第六開關斷開，傳感器地產(chǎn)生器的輸出端輸出非地電平。
[0025]步驟2-3:返回到步驟2-1。
[0026]其中傳感單元內(nèi):
[0027]傳感電極為一個或多個電極，與初始化開關端口 1連接，與行選開關端口 1連接；所述目標電極為測量目標表面，與電平驅動器1連接，位于傳感電極上方，與傳感電極之間有介質層，目標電極與傳感電極之間形成目標電容；
[0028]驅動電極，為一個或多個電極，與電平驅動器1連接，位于傳感電極下方，與傳感電極之間有介質層，驅動電極與傳感電極之間形成驅動電容；
[0029]電平驅動器1，控制端與電平控制信號1連接，輸出端與驅動電極連接；
[0030]電平驅動器1在電平控制信號1為低時向驅動電極輸出電平VII，在電平控制信號1為高時向驅動電極輸出電平V12。
[0031]行選開關端口 1與傳感電極連接，端口 2連接到傳感單元的輸出端；
[0032]初始化開關，端口 1與傳感電極連接，端口 2與參考電壓1連接；
[0033]參考電壓1，與初始化開關端口 2連接。
[0034]其中電荷累積單元包括參考電壓2，復位開關1，和積分電容1:
[0035]參考電壓2，接復位開關1的端口 1 ;
[0036]復位開關1，端口 1接參考電壓2，端口 2接電荷累積單元的輸出端；
[0037]積分電容1，端口 1接電荷累積單元的輸出端，端口 2接指紋傳感器地端。
[0038]當電荷累積單元采用此種構成時，電荷累積單元的復位時序為:
[0039]步驟3-1:閉合復位開關1 ;
[0040]步驟3-2:斷開復位開關1。
[0041]作為本發(fā)明進一步改進的技術方案，電荷累積單元也可以由參考電壓3，復位開關2，放大器1和積分電容2組成:
[0042]所述放大器1的輸入端1連接電荷累積單元的輸入端，輸入端2連接參考電壓3，輸出端連接電荷累積單元的輸出端；
[0043]所述積分電容2的端口 1連接放大器1的輸入端1，端口 2連接放大器1的輸出端;
[0044]所述復位開關2的端口 1連接放大器1的輸入端1，端口 2連接放大器1的輸出端;
[0045]所述參考電壓3連接放大器1的輸入端2。
[0046]當電荷累積單元采用此種構成時，電荷累積單元的復位時序為:
[0047]步驟4-1:閉合復位開關2 ;
[0048]步驟4-2:斷開復位開關2。
[0049]進一步地，電荷累積單元還可以由參考電壓4，復位開關3，復位開關4，放大器2、跟隨開關和積分電容3組成:
[0050]所述放大器2的輸入端1連接復位開關3的端口 2，輸入端2連接參考電壓5，輸出端連接電荷累積單元的輸出端；
[0051 ]所述復位開關3的端口 1連