電容式傳感器的傳感單元以及傳感單元組的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電容式傳感技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電容式傳感器的傳感單元以及傳感單元組。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會(huì)的發(fā)展，越來(lái)越多的電子設(shè)備(如:手機(jī)、平板電腦、穿戴式設(shè)備、以及智能家居等各種智能產(chǎn)品)一般都會(huì)設(shè)置一種或多種傳感裝置。所述傳感裝置包括如感測(cè)用戶觸摸操作的觸摸傳感裝置、感測(cè)人體生物信息的生物信息傳感裝置等等。目前，生物信息傳感裝置等多采用電容式傳感裝置來(lái)執(zhí)行感測(cè)操作。
[0003]電容式傳感裝置一般包括電容式傳感器和控制電路。所述電容式傳感器包括多個(gè)傳感單元(sensor)。所述多個(gè)傳感單元接收控制電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并在用戶觸摸所述多個(gè)傳感單元時(shí)對(duì)應(yīng)輸出感測(cè)信號(hào)給所述控制電路，以獲得相應(yīng)的感測(cè)信息。
[0004]然，各傳感單元獨(dú)立檢測(cè)，分別輸出單一感測(cè)信號(hào)，所述單一感測(cè)信號(hào)(如:電壓和/或電量)一般強(qiáng)度較弱。另外，電壓、電量等感測(cè)信號(hào)在被傳輸?shù)倪^(guò)程中易受電容式傳感裝置中寄生電容的影響，較不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致電容式傳感裝置的感測(cè)存在不精確或者出現(xiàn)誤判的情況，影響用戶體驗(yàn)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]有鑒于此，本實(shí)用新型提供了一種輸出感測(cè)信號(hào)較穩(wěn)定的電容式傳感器的傳感單元和傳感單元組。
[0006]本實(shí)用新型提供了一種電容式傳感器的傳感單元，所述電容式傳感器包括第一信號(hào)線和第二信號(hào)線，所述傳感單元包括:
[0007]感測(cè)電極，能夠以電容方式耦合到目標(biāo)物體，用于加載參考信號(hào)；和
[0008]傳感電路，包括:
[0009]第一開(kāi)關(guān)單元；和
[0010]第三晶體管，包括第三控制電極、第五傳輸電極、和第六傳輸電極，其中，第五傳輸電極通過(guò)第一開(kāi)關(guān)單元連接第一信號(hào)線；第六傳輸電極用于與第二信號(hào)線連接；第三控制電極與感測(cè)電極為二電極，第三控制電極連接感測(cè)電極，或者，第三控制電極與感測(cè)電極為同一電極；所述第一開(kāi)關(guān)單元用于控制是否在第三晶體管與第一信號(hào)線之間傳輸電流信號(hào);
[0011]所述第三晶體管用于響應(yīng)感測(cè)電極上因目標(biāo)物體的接近或觸摸而引起參考信號(hào)的變化，而對(duì)應(yīng)于第六傳輸電極上形成第二交流信號(hào)。
[0012]優(yōu)選地，所述第二交流信號(hào)為電流信號(hào)。
[0013]優(yōu)選地，所述第三晶體管對(duì)感測(cè)電極上因目標(biāo)物體的接近或觸摸所引起的參考信號(hào)的變化量進(jìn)行轉(zhuǎn)換以及放大，對(duì)應(yīng)產(chǎn)生所述第二交流信號(hào)。
[0014]優(yōu)選地，所述第三晶體管用于與相鄰傳感單元的第三晶體管組成差分對(duì)管。
[0015]優(yōu)選地，所述第五傳輸電極用于通過(guò)第一信號(hào)線與一電流源連接。
[0016]優(yōu)選地，所述電容式傳感器進(jìn)一步包括第一掃描線，所述第一開(kāi)關(guān)單元包括:
[0017]第一晶體管，包括第一控制電極、第一傳輸電極、和第二傳輸電極，其中，第一控制電極用于與第一掃描線連接；第一傳輸電極用于與第一信號(hào)線連接；第二傳輸電極連接第五傳輸電極。
[0018]優(yōu)選地，所述電容式傳感器進(jìn)一步包括第二掃描線，所述第一開(kāi)關(guān)單元進(jìn)一步包括:
[0019]第二晶體管，包括第二控制電極、第三傳輸電極、和第四傳輸電極，其中，第二控制電極用于與第二掃描線連接；第三傳輸電極與第二傳輸電極連接；第四傳輸電極與第五傳輸電極連接。
[0020]優(yōu)選地，所述傳感單元進(jìn)一步包括第二開(kāi)關(guān)單元，與所述感測(cè)電極連接，用于控制是否傳輸參考信號(hào)給感測(cè)電極。
[0021]優(yōu)選地，所述電容式傳感器進(jìn)一步包括第三掃描線和參考信號(hào)線，所述第二開(kāi)關(guān)單元包括:
[0022]第五晶體管，包括第五控制電極、第九傳輸電極、和第十傳輸電極，其中，第五控制電極用于與一第三掃描線連接；第九傳輸電極用于連接一參考信號(hào)線；第十傳輸電極連接第三控制電極；第三控制電極用于通過(guò)第五晶體管接收來(lái)自參考信號(hào)線上的參考信號(hào)。
[0023]優(yōu)選地，所述電容式傳感器進(jìn)一步包括第四掃描線，所述傳感電路進(jìn)一步包括:
[0024]第七晶體管，包括第七控制電極、第十三傳輸電極、和第十四傳輸電極，其中，第七控制電極用于連接第四掃描線；第十三傳輸電極連接第十傳輸電極；第十四傳輸電極連接感測(cè)電極；第十三傳輸電極和第十四傳輸電極短接。
[0025]優(yōu)選地，所述電容式傳感器進(jìn)一步包括用于承載傳感單元的基板，當(dāng)所述感測(cè)電極與所述第三控制電極為二電極時(shí)，所述傳感電路設(shè)置在所述感測(cè)電極與所述基板之間，且所述傳感電路的結(jié)構(gòu)中設(shè)置接觸孔，所述感測(cè)電極通過(guò)所述接觸孔與所述第三控制電極連接；當(dāng)所述感測(cè)電極與所述第三控制電極為同一電極時(shí)，所述第三控制電極相較于第五傳輸電極與第六傳輸電極鄰近所述基板設(shè)置。
[0026]優(yōu)選地，當(dāng)?shù)谌刂齐姌O與所述感測(cè)電極為二電極時(shí)，所述第三控制電極直接連接所述感測(cè)電極，或者，所述第三控制電極通過(guò)電阻連接所述感測(cè)電極。
[0027]優(yōu)選地，所述電容式傳感器的傳感單元為指紋傳感器的傳感單元。
[0028]優(yōu)選地，所述第三晶體管對(duì)感測(cè)電極上因目標(biāo)物體的接近或觸摸所引起的參考信號(hào)的變化量進(jìn)行轉(zhuǎn)換以及放大，以產(chǎn)生放大的第二交流信號(hào)。
[0029]本實(shí)用新型還提供一種電容式傳感器的傳感單元組，包括相鄰設(shè)置的二傳感單元，所述二傳感單元為上述中任意一項(xiàng)所述的傳感單元，其中，所述第一傳感單元的第三晶體管用于與所述第二傳感單元的第三晶體管組成差分對(duì)管。
[0030]由于所述傳感單元包括所述第三晶體管，所述第三晶體管用于響應(yīng)感測(cè)電極上因目標(biāo)物體的接近或觸摸所引起參考信號(hào)的變化，而對(duì)應(yīng)于第六傳輸電極上形成第二交流信號(hào)，因此，所述傳感單元輸出的感測(cè)信號(hào)較穩(wěn)定。相應(yīng)地，所述傳感單元組所輸出二感測(cè)信號(hào)為差分信號(hào)，所述二感測(cè)信號(hào)比較穩(wěn)定。
[0031]盡管公開(kāi)了多個(gè)實(shí)施例，包括其變化，但是通過(guò)示出并描述了本實(shí)用新型公開(kāi)的說(shuō)明性實(shí)施例的下列詳細(xì)描述，本實(shí)用新型公開(kāi)的其他實(shí)施例將對(duì)所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見(jiàn)。將認(rèn)識(shí)到，本實(shí)用新型公開(kāi)能夠在各種顯而易見(jiàn)的方面修改，所有修改都不會(huì)偏離本實(shí)用新型的精神和范圍。相應(yīng)地，附圖和詳細(xì)描述本質(zhì)上應(yīng)被視為說(shuō)明性的，而不是限制性的。
【附圖說(shuō)明】
[0032]通過(guò)參照附圖詳細(xì)描述其示例實(shí)施方式，本實(shí)用新型的特征及優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯。
[0033]圖1為本實(shí)用新型電容式傳感裝置的第一實(shí)施方式的示意圖。
[0034]圖2為圖1所示電容式傳感裝置的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]圖3為圖2所示電容式傳感器的部分電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036]圖4為圖2所示電容式傳感裝置的部分電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037]圖5與圖6為圖3所示傳感電路的其它變更實(shí)施方式的示意圖。
[0038]圖7為圖1所示電容式傳感器的示意圖。
[0039]圖8至圖11中主要示出電容式傳感器的一傳感單元的第三晶體管與感測(cè)電極的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0040]圖12為圖2所示的電容式傳感裝置的工作時(shí)序圖。
[0041]圖13為圖1所示電容式傳感器的部分方框示意圖。
[0042]圖14為本實(shí)用新型電容式傳感裝置的第二實(shí)施方式的示意圖。
[0043]圖15為圖14所示一行方向上相鄰二傳感單元的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0044]圖16為圖14的電容式傳感裝置的部分電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0045]圖17為圖14所示電容式傳感器的方框結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0046]現(xiàn)在將參考附圖更全面地描述示例實(shí)施方式。然而，示例實(shí)施方式能夠以多種形式實(shí)施，且不應(yīng)被理解為限于在此闡述的實(shí)施方式；相反，提供這些實(shí)施方式使得本實(shí)用新型將全面和完整，并將示例實(shí)施方式的構(gòu)思全面地傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。為了方便或清楚，可能夸大、省略或示意地示出在附圖中所示的每層的厚度和大小、以及示意地示出相關(guān)元件的數(shù)量。另外，元件的大小不完全反映實(shí)際大小，以及相關(guān)元件的數(shù)量不完全反應(yīng)實(shí)際數(shù)量。在圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同或類(lèi)似的結(jié)構(gòu)。
[0047]此外，所描述的特征、結(jié)構(gòu)可以以任何合適的方式結(jié)合在一個(gè)或更多實(shí)施方式中。在下面的描述中，提供許多具體細(xì)節(jié)從而給出對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方式的充分理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)意識(shí)到，沒(méi)有所述特定細(xì)節(jié)中的一個(gè)或更多，或者采用其它的結(jié)構(gòu)、組元等，也可以實(shí)踐本實(shí)用新型的技術(shù)方案。在其它情況下，不詳細(xì)示出或描述公知結(jié)構(gòu)或者操作以避免模糊本實(shí)用新型。
[0048]在本實(shí)用新型的描述中，需要理解的是:“多個(gè)”包括兩個(gè)和兩個(gè)以上，除非另有明確具體的限定。“連接”可為電連接、機(jī)械連接、親接、直接連接、以及間接連接等多種實(shí)施方式，除非本實(shí)用新型下述特別說(shuō)明，否則并不做特別限制。另外，各元件名稱(chēng)以及信號(hào)名稱(chēng)中出現(xiàn)的“第一”、“第二 ”等詞語(yǔ)并不是限定元件或信號(hào)出現(xiàn)的先后順序，而是為方便元件命名，清楚區(qū)分各元件，使得描述更簡(jiǎn)潔。
[0049]進(jìn)一步需要說(shuō)明的是:本實(shí)用新型提供的電容式傳感裝置適用于生物信息傳感裝置，尤其指紋傳感裝置。然，本實(shí)用新型并不限于此，所述電容式傳感裝置也可適用其它合適類(lèi)型的傳感裝置，如觸摸傳感裝置。所述生物信息傳感裝置用于感測(cè)目標(biāo)物體的預(yù)定生物信息。所述目標(biāo)物體如為用戶的手指，也可為用戶身體的其它部分、如手掌、腳趾、耳朵等，甚至也可為其它合適類(lèi)型的物體，而并不局限為人體。所述預(yù)定生物信息如為指紋、掌紋、耳紋等。
[0050]所述電容式傳感裝置包括電容式傳感器(sensors)和控制電路。所述控制電路連接電容式傳感器，用于控制所述電容式傳感器執(zhí)行感測(cè)操作。
[0051]優(yōu)選地，所述電容式傳感器包括感測(cè)電極和差分對(duì)管。所述感測(cè)電極能夠以電容方式耦合到目標(biāo)物體，用于加載參考信號(hào)。所述差分對(duì)管與所述感測(cè)電極相關(guān)聯(lián)，用于響應(yīng)感測(cè)電極上因目標(biāo)物體的接近或觸摸所引起參考信號(hào)的變化，而對(duì)應(yīng)產(chǎn)生差分信號(hào)。
[0052]所述控制電路接收所述差分信號(hào)，并根據(jù)所述差分信號(hào)對(duì)應(yīng)獲得相應(yīng)的感測(cè)信息。所述感測(cè)信息如為目標(biāo)物體的預(yù)定生物信息。類(lèi)似地，所述控制電路也可根據(jù)差分信號(hào)獲知目標(biāo)物體接近或觸摸了電容式傳感裝置這一感測(cè)信息。
[0053]由于本實(shí)用新型的電容式傳感器傳輸給控制電路的感測(cè)信號(hào)為差分信號(hào)，所述差分信號(hào)較強(qiáng)，且差分信號(hào)在傳輸給控制電路的過(guò)程中受電容式傳感裝置中的寄生電容的影響較小，因此，所述控制電路根據(jù)差分信號(hào)獲得的感測(cè)信息相對(duì)較準(zhǔn)而能減少誤判，從而能夠提升用戶體驗(yàn)。
[0054]優(yōu)選地，所述差分信號(hào)為差分電流信號(hào)。
[0055]優(yōu)選地，所述電容式傳感器包括多個(gè)感測(cè)電極和多個(gè)差分對(duì)管。同一差分對(duì)管所產(chǎn)生的差分信號(hào)為同幅同頻反相的第二交流信號(hào)。另外，所述差分對(duì)管用于與一電流源連接，所述電流源用于提供一第一恒定直流信號(hào)。所述二不同的第二交流電流信號(hào)之和與所述電流源提供的第一恒定直流信號(hào)相等。
[0056]所述差分對(duì)管與所述感測(cè)電極相關(guān)聯(lián)，其中，所述差分對(duì)管或者與所述感測(cè)電極為二元件，所述差分對(duì)管與所述感測(cè)電極連接；又或者，所述差分對(duì)管包括所述感測(cè)電極，即，所述感測(cè)電極為差分對(duì)管的一部分。
[0057]所述差分對(duì)管包括二晶體管，所述二晶體管包括一第三晶體管，所述第三晶體管包括第三控制電極、第五傳輸電極、和第六傳輸電極。當(dāng)所述差分對(duì)管與所述感測(cè)電極為二元件時(shí)，所述第三控制電極與所述感測(cè)電極連接；當(dāng)所述差分對(duì)管包括所述感測(cè)電極時(shí)，所述第三控制電極與所述感測(cè)電極為同一電極。
[0058]所述電容式傳感器包括多個(gè)傳感單元(sensor)。每一傳感單元包括一所述感測(cè)電極。另外，優(yōu)選地，每一傳感單元還包括一所述差分對(duì)管，或者，相鄰的傳感單元各自包括一所述差分對(duì)管中的一晶體管。
[0059]通過(guò)選擇具有合適跨導(dǎo)的晶體管，當(dāng)目標(biāo)物體接近或觸摸感測(cè)電極時(shí)，所述差分對(duì)管的晶體管對(duì)參考信號(hào)的變化量進(jìn)行轉(zhuǎn)換以及放大，產(chǎn)生二不同的第一交流信號(hào)，并對(duì)應(yīng)將二不同的第一交流信號(hào)分別疊加至相同的第二