電容式指紋感測裝置及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電容式感測裝置及其方法，且尤其涉及一種不需使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電容式指紋感測裝置及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著生物識(shí)別技術(shù)逐漸成熟，許多不同的生物特征均可被用來識(shí)別使用者的身份。其中，由于指紋識(shí)別技術(shù)的識(shí)別率及準(zhǔn)確率較其它生物特征的識(shí)別技術(shù)更好，故目前指紋識(shí)別的應(yīng)用層面較廣。
[0003]指紋識(shí)別的技術(shù)先感測使用者的指紋圖樣(pattern)，再采集指紋圖樣中獨(dú)特的指紋特征并存儲(chǔ)至存儲(chǔ)器中。之后，當(dāng)使用者再次按壓或滑刷指紋時(shí)，指紋感測器會(huì)感測指紋圖樣并且采集指紋特征，以便與先前所存儲(chǔ)的指紋特征進(jìn)行比對(duì)以進(jìn)行識(shí)別。若二者相符，則使用者的身份得以確認(rèn)。
[0004]隨著便攜式電子裝置的普及化，利用便攜式電子裝置來輸入指紋特征已逐漸成為未來發(fā)展的領(lǐng)域。因此，需要一種具有較小面積的指紋感測裝置。
[0005]當(dāng)使用者按壓或滑刷指紋時(shí)，已知電容式指紋感測器會(huì)感測指紋的波峰(ridge)及波谷(valley)，并且產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)于波峰及波谷的不同電容值。接著，利用電荷分布(charge-sharing)的方式，取得相對(duì)應(yīng)于電容值的電壓值,并將電壓值輸入一模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog-to-Digital Converter),以轉(zhuǎn)換成數(shù)字碼(digital code),以提供給處理器，進(jìn)行后續(xù)指紋識(shí)別的演算與處理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供一種電容式指紋感測裝置。上述指紋感測裝置包括:一感測陣列，包括多個(gè)感測單元，每一感測單元包括一感測電容以及一參考電容；一絕緣表面，設(shè)置于上述感測陣列的上方；以及一讀取模塊，用以當(dāng)一手指接觸上述絕緣表面時(shí)，于一感測周期內(nèi)，得到對(duì)應(yīng)于每一上述感測單元的上述感測電容的一感測時(shí)間間隔，以及對(duì)應(yīng)于每一上述感測單元的上述參考電容的一參考時(shí)間間隔，并根據(jù)上述感測時(shí)間間隔以及上述參考時(shí)間間隔，提供一感測輸出，以指示上述手指的指紋波峰或波谷。
[0007]再者，本發(fā)明提供一種指紋感測方法，適用于一電容式指紋感測裝置，其中上述感測裝置包括具有多個(gè)感測單元的一感測陣列以及設(shè)置于上述感測陣列的上方的一絕緣表面。當(dāng)一手指接觸上述絕緣表面時(shí)，于一感測周期內(nèi)，得到對(duì)應(yīng)于每一上述感測單元的一感測電容的一感測時(shí)間間隔，以及對(duì)應(yīng)于每一上述感測單元的上述參考電容的一參考時(shí)間間隔。根據(jù)上述感測時(shí)間間隔以及上述參考時(shí)間間隔，提供一感測輸出，以指示上述手指的指紋波峰或波谷。
[0008]相比較需要使用到模數(shù)轉(zhuǎn)換器的傳統(tǒng)指紋感測裝置及其方法，本發(fā)明實(shí)施例所述的指紋感測裝置及其方法無須使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器，并且僅使用到較少的模擬電路，因此可降低晶片的面積、耗電量以及制造成本。
【附圖說明】
[0009]圖1為顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所述的指紋感測裝置；
[0010]圖2為顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所述的使用圖1的指紋感測裝置來讀取使用者的手指指紋的不意圖；
[0011]圖3為顯示使用者的手指接觸到圖1的指紋感測裝置的剖面示意圖；
[0012]圖4為顯示根據(jù)圖1實(shí)施例所述的指紋感測裝置的示意圖；以及
[0013]圖5為顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所述的圖4中指紋感測裝置內(nèi)的信號(hào)波形圖。
[0014]附圖標(biāo)記說明如下:
[0015]100、400?指紋感測裝置；
[0016]110?感測陣列；
[0017]115、415?感測單元；
[0018]120、420?絕緣表面；
[0019]130、430?電源模塊；
[0020]140、440?讀取模塊；
[0021]150?處理器；
[0022]210、410 ?手指；
[0023]220、320?指紋波峰；
[0024]230?電容值曲線；
[0025]240?指紋圖樣；
[0026]310、490?半導(dǎo)體基底；
[0027]330?指紋波谷；
[0028]431、436 ?電流源；
[0029]432、433、437、438 ?開關(guān)；
[0030]435A.435B ?切換單元；
[0031]450?比較單元；
[0032]452、454 ?比較器；
[0033]460?判斷單元；
[0034]462?異或門；
[0035]464?計(jì)數(shù)器；
[0036]470?時(shí)脈產(chǎn)生器；
[0037]480?電壓源；
[0038](；、(:2、(；ορ ?電容；
[0039]Cref?參考電容；
[0040]CLK?時(shí)脈信號(hào)；
[0041 ]CMPsen、CMPref ?比較結(jié)果；
[0042]CNT?感測輸出；
[0043]E1-E3 ?電極；
[0044]GND?接地端；
[0045]Isen?感測電流；
[0046]Iref?參考電流；
[0047]SW、SWB?切換信號(hào)；
[0048]Vbias?偏壓信號(hào)；
[0049]Vdd?數(shù)字電壓源；
[0050]Vdda?模擬電壓源；
[0051]?感測電壓；
[0052]Vraf?參考電壓；以及
[0053]V.?差異信號(hào)。
【具體實(shí)施方式】
[0054]為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉出較佳實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下:
[0055]圖1為顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所述的指紋感測裝置100。指紋感測裝置100包括感測陣列110、絕緣表面120、電源模塊130、讀取模塊140以及處理器150。在此實(shí)施例中，感測陣列110、電源模塊130、讀取模塊140以及處理器150設(shè)置在半導(dǎo)體基底內(nèi)。感測陣列110由多個(gè)感測單元115以二維方式排列而成。絕緣表面120設(shè)置在半導(dǎo)體基底上，并覆蓋于感測陣列110的全部感測單元115之上。相應(yīng)于處理器150所提供的切換信號(hào)SW，電源模塊130可在感測周期P_內(nèi)提供感測電流以及參考電流I?f至感測陣列110的感測單元115。此外，在重置周期P?t內(nèi)，電源模塊130可對(duì)感測單元115進(jìn)行重置。于是，在感測周期Psen時(shí)，讀取模塊140可得到感測陣列110中每一感測單元115的感測電壓Vsen以及參考電壓Vraf，并根據(jù)感測電壓V_以及參考電壓Vraf來提供對(duì)應(yīng)于每一感測單元115的感測輸出CNT至處理器150。接著，處理器150可根據(jù)全部感測單元115的感測輸出CNT來判斷是否有使用者的手指接觸絕緣表面120，并可根據(jù)每一感測單元115的感測輸出CNT來判斷出感測輸出CNT為對(duì)應(yīng)于手指的指紋波峰(ridge)或指紋波谷(valley)。于是，處理器150可根據(jù)全部感測單元115的感測輸出CNT而得到二階化(binary)或是灰階化(gray level)的指紋信息，以供后續(xù)程序使用，例如可經(jīng)由指紋識(shí)別演算法來執(zhí)行指紋識(shí)別操作等。
[0056]圖2為顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所述的使用圖1的指紋感測裝置100來讀取使用者的手指指紋的示意圖。在圖2中，當(dāng)手指210接觸到指紋感測裝置100時(shí)，手指210表面的不規(guī)則形狀指紋波峰220會(huì)通過絕緣表面120觸壓感測單元115。于是，指紋感測裝置100可得到對(duì)應(yīng)于指紋波峰220的電容值曲線230，并根據(jù)電容值曲線230的形狀而辨認(rèn)出指紋波峰220的形狀，而得到指紋圖樣240。接著，其他電路或裝置便可根據(jù)指紋圖樣240來進(jìn)行后續(xù)處理。
[0057]圖3為顯示使用者的手指接觸到圖1的指紋感測裝置100的剖面示意圖。在圖3中，絕緣