電容式感測系統(tǒng)以及電子設(shè)備的制造方法
【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感測系統(tǒng)以及電子設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會的發(fā)展，越來越多的電子設(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)一般都會設(shè)置一種或多種感測系統(tǒng)。所述感測系統(tǒng)包括如感測用戶觸摸操作的觸摸感測系統(tǒng)、感測人體生物信息的生物信息感測系統(tǒng)等等。目前，所述感測系統(tǒng)多采用電容式感測系統(tǒng)來執(zhí)行感測操作。
[0003]電容式感測系統(tǒng)通常包括電容式傳感裝置和電源管理電路，電源管理電路用于為電容式傳感裝置供電。所述電容式傳感裝置一般包括傳感器(sensors)和控制電路。然，所述控制電路與傳感器通常采用相同工藝制作，形成一顆芯片，由此導(dǎo)致電容式感測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)靈活性不高。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]有鑒于此，本實(shí)用新型提供了一種設(shè)計(jì)靈活性較高的電容式感測系統(tǒng)，以及具有所述電容式感測系統(tǒng)的電子設(shè)備。
[0005]本實(shí)用新型提供了一種電容式感測系統(tǒng)，包括:
[0006]電容式傳感裝置，包括電容式傳感器和控制芯片，所述控制芯片用于控制所述電容式傳感器執(zhí)行感測操作；和
[0007]電源管理芯片，用于為所述電容式傳感器提供第一電源電壓，為所述控制芯片提供第二電源電壓，其中，第一電源電壓不同于第二電源電壓。
[0008]優(yōu)選地，所述電容式傳感器與所述控制芯片為兩顆芯片，其中，所述第一電源電壓高于第二電源電壓。
[0009]優(yōu)選地，所述電容式傳感器與所述控制芯片均采用半導(dǎo)體基板上形成包括互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的集成電路工藝制成，其中，所述電容式傳感器中的晶體管的最小特征特征線寬大于所述控制芯片中的晶體管的最小特征線寬；或者，所述電容式傳感器采用絕緣基板上形成包括薄膜晶體管的集成電路工藝制成，所述控制芯片采用半導(dǎo)體基板上形成包括互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的集成電路工藝制成。
[0010]優(yōu)選地，所述電容式傳感器包括第一電源輸入端，所述控制芯片包括第二電源輸入端，所述電源管理芯片包括第一電源輸出端和第二電源輸出端，其中，所述第一電源輸出端與第一電源輸入端連接，所述第二電源輸出端與所述第一電源輸入端連接，所述電源管理芯片通過第一電源輸出端輸出第一電源電壓給所述第一電源輸入端，以及通過第二電源輸出端輸出第二電源電壓給所述第二電源輸入端。
[0011]優(yōu)選地，所述電容式傳感器包括接地端，所述控制芯片包括接地端，所述電源管理芯片包括調(diào)制端，所述調(diào)制端與所述電容式傳感器的接地端和所述控制芯片的接地端分別連接，所述電源管理芯片通過所述調(diào)制端輸出調(diào)制信號給所述二接地端，其中，所述第一電源輸入端接收到的第一電源電壓隨所述調(diào)制信號的變化而變化，所述第二電源輸入端接收到的第二電源電壓隨所述調(diào)制信號的變化而變化。
[0012]優(yōu)選地，所述第一電源電壓和第二電源電壓均隨所述調(diào)制信號的升高而升高、隨所述調(diào)制信號的降低而降低。
[0013]優(yōu)選地，所述第一電源電壓經(jīng)所述調(diào)制信號調(diào)制后成為一第三電源電壓，所述第二電源電壓經(jīng)所述調(diào)制信號調(diào)制后成為一第四電源電壓。
[0014]優(yōu)選地，所述電源管理芯片包括接地端，用于連接電子設(shè)備的設(shè)備地，所述電容式感測系統(tǒng)進(jìn)一步包括第一保護(hù)電路和第二保護(hù)電路，其中，所述第一保護(hù)電路設(shè)置在所述第一電源輸出端和第一電源輸入端之間，所述第一保護(hù)電路用于在第三電源電壓高于第一電源輸出端處的第一電源電壓時，斷開第一電源輸出端與第一電源輸入端之間的連接；所述第二保護(hù)電路設(shè)置在所述第二電源輸出端和第二電源輸入端之間，所述第二保護(hù)電路用于在第四電源電壓高于第二電源輸出端處的第二電源電壓時，斷開第二電源輸出端與第二電源輸入端之間的連接。
[0015]優(yōu)選地，所述第一保護(hù)電路包括第一二極管，所述第一二極管串聯(lián)于所述第一電源輸出端與第一電源輸入端之間；所述第二保護(hù)電路包括第二二極管，所述第二二極管串聯(lián)于所述第二電源輸出端與所述第二電源輸入端之間。
[0016]優(yōu)選地，所述第一二極管的陽極通過一第一電容連接電源管理芯片的接地端，第一二極管的陰極通過一第二電容連接調(diào)制端；所述第二二極管的陽極通過一第三電容連接電源管理芯片的接地端，第二二極管的陰極通過一第四電容連接調(diào)制端。
[0017]優(yōu)選地，所述第一保護(hù)電路包括第九晶體管和第一控制單元，所述第九晶體管包括第九控制電極、第十七傳輸電極、和第十八傳輸電極；所述第九控制電極連接所述第一控制單元，第十七傳輸電極連接第一電源輸出端，第十八傳輸電極連接第一電源輸入端；在第三電源電壓高于第一電源輸出端處的第一電源電壓時，所述第一控制單元控制第九晶體管截止；所述第二保護(hù)電路包括第十晶體管和第二控制單元，所述第十晶體管包第十控制電極、第十九傳輸電極、和第二十傳輸電極；所述第十控制電極連接所述第二控制單元，第十九傳輸電極連接第二電源輸出端，第二十傳輸電極連接第二電源輸入端；在第四電源電壓高于第二電源輸出端處的第二電源電壓時，所述第二控制單元控制第十晶體管截止。
[0018]優(yōu)選地，所述第一控制單元與所述第二控制單元為同一控制單元。
[0019]優(yōu)選地，所述電容式感測系統(tǒng)進(jìn)一步包括閃存單元，所述閃存單元內(nèi)置在所述控制芯片中，或者，所述閃存單元為一獨(dú)立的芯片，與所述控制芯片連接，或與所述電源管理芯片連接。
[0020]優(yōu)選地，所述電容式傳感器包括感測電極和差分對管；所述控制芯片用于為所述感測電極提供參考信號，為所述差分對管提供共模信號，所述共模信號與所述參考信號相關(guān)聯(lián)，所述差分對管響應(yīng)感測電極因目標(biāo)物體的接近或觸摸所引起參考信號的變化，而對應(yīng)產(chǎn)生二不同的第二交流信號；所述控制芯片進(jìn)一步根據(jù)所述第二交流信號對應(yīng)計(jì)算獲得目標(biāo)物體的預(yù)定生物信息。
[0021]優(yōu)選地，所述控制芯片提供電流源給所述差分對管，所述二不同的第二交流信號之和與所述電流源輸出的第一恒定直流信號相同。
[0022]優(yōu)選地，所述電容式傳感器包括多個傳感單元，每一傳感單元包括一所述感測電極和一所述差分對管，或者，每一傳感單元包括一所述感測電極，相鄰的傳感單元各包括一所述差分對管中的一晶體管。
[0023]優(yōu)選地，當(dāng)每一傳感單元包括一所述感測電極和一所述差分對管時，所述差分對管包括:
[0024]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，第三控制電極或與所述感測電極為二電極，所述第三控制電極連接所述感測電極，或者，第三控制電極與所述感測電極為同一電極；和
[0025]第四晶體管，包括第四控制電極、第七傳輸電極、和第八傳輸電極，其中，第四控制電極與第三控制電極用于接收共模信號，第七傳輸電極、第五傳輸電極與所述電流源連接，第六傳輸電極與第八傳輸電極用于輸出第二交流信號；
[0026]當(dāng)每一傳感單元包括一所述感測電極，相鄰的傳感單元各包括一所述差分對管中的一晶體管時，所述差分對管包括二第三晶體管，每一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，第三控制電極或與所述感測電極為二電極，所述第三控制電極連接所述感測電極，或者，第三控制電極與所述感測電極為同一電極；第五傳輸電極均用于與電流源連接，第六傳輸電極均用于輸出第二交流信號。
[0027]優(yōu)選地，所述傳感單元進(jìn)一步包括第一開關(guān)單元，連接于所述差分對管與所述電流源之間，用于控制是否在所述差分對管與所述電流源之間進(jìn)行電流傳輸。
[0028]優(yōu)選地，所述傳感單元進(jìn)一步包括第二開關(guān)單元，用于控制是否傳輸參考信號給所述感測電極、以及是否傳輸共模信號給差分對管。
[0029]優(yōu)選地，所述差分對管與所述感測電極連接，或者，所述差分對管包括所述感測電極。
[0030]優(yōu)選地，所述多個傳感單元呈陣列式排布。
[0031]優(yōu)選地，所述電容式傳感裝置進(jìn)一步包括絕緣基板，所述多個傳感單元形成在所述絕緣基板上。
[0032]優(yōu)選地，所述控制芯片壓合在所述絕緣基板上。
[0033]優(yōu)選地，所述電容式傳感裝置為指紋傳感裝置。
[0034]優(yōu)選地，所述參考信號、所述共模信號隨所述調(diào)制信號的升高而升高、隨所述調(diào)制信號的降低而降低。
[0035]優(yōu)選地，所述調(diào)制信號包括接地信號和驅(qū)動信號；當(dāng)?shù)诙_關(guān)單元斷開時，所述調(diào)制端的調(diào)制信號包括驅(qū)動信號；當(dāng)?shù)诙_關(guān)單元閉合時，所述調(diào)制端的調(diào)制信號為接地信號
[0036]優(yōu)選地，隨著感測電極因目標(biāo)物體的接近或觸摸所引起參考信號的變化，所述差分對管的共模信號輸入中出現(xiàn)差模信號。
[0037]本實(shí)用新型還提供一種電子設(shè)備，包括電容式感測系統(tǒng)，其中，所述電容式感測系統(tǒng)為上述中任意所述的電容式感測系統(tǒng)。
[0038]優(yōu)選地，所述電子設(shè)備為移動電話、平板電腦、智能家居、穿戴式設(shè)備。
[0039]由于本實(shí)用新型的電容式感測系統(tǒng)的電容式傳感裝置包括電容式傳感器與控制芯片兩顆芯片，因此，電容式感測系統(tǒng)的電源管理芯片可根據(jù)信號需要對應(yīng)提供不同的電源電壓分別給所述電容式傳感器與控制芯片，從而提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)靈活性。相應(yīng)地，具有所述電容式感測系統(tǒng)的電子設(shè)備的設(shè)計(jì)靈活性也較高。
[0040]盡管公開了多個實(shí)施例，包括其變化，但是通過示出并描述了本實(shí)用新型公開的說明性實(shí)施例的下列詳細(xì)描述，本實(shí)用新型公開的其他實(shí)施例將對所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見。將認(rèn)識到，本實(shí)用新型公開能夠在各種顯而易見的方面修改，所有修改都不會偏離本實(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)被視為說明性的，而不是限制性的。
【附圖說明】
[0041]通過參照附圖詳細(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。
[0042]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。
[0043]圖2為圖1所示電容式傳感裝置的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0044]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。
[0045]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。
[0046]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。
[0047]圖7為圖1所示電容式傳感器的示意圖。
[0048]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電極的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0049]圖12為圖2所示的電容式傳感裝置的工作時序圖。
[0050]圖13為圖1所示電容式傳感器的部分方框示意圖。
[0051]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。
[0052]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。
[0053]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。
[0054]圖17為圖14所示電容式傳感器的方框結(jié)構(gòu)示意圖。
[0055]圖18為本實(shí)用新型電容式傳感裝置的其它變更實(shí)施方式的示意圖。
[0056]圖19為在一片玻璃基板上形成多個電容式傳感裝置的示意圖。
[0057]圖20為圖19所示的一電容式傳感裝置的側(cè)視示意圖。
[0058]圖21和圖22為電容式傳感裝置的其它變更實(shí)施方式的側(cè)視圖。
[0059]圖23為本實(shí)用新型芯片組的一較佳實(shí)施方式的示意圖。
[0060]圖24為本實(shí)用新型電容式感測系統(tǒng)的第一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0061]圖25為本實(shí)用新型電容式感測系統(tǒng)的第二實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0062]圖26為本實(shí)用新型電容式傳感裝置的封裝結(jié)構(gòu)第一實(shí)施方式的示意圖。
[0063]圖27與圖28為本實(shí)用新型電容式傳感裝置的封裝結(jié)構(gòu)其它實(shí)施方式的示意圖。
[0064]圖29為本實(shí)用新型電容式感測模組的一較佳實(shí)施方式的示意圖。
[0065]圖30為本實(shí)用新型在電子設(shè)備的保護(hù)蓋板下方設(shè)置電容式感測模組的示意圖。
[0066]圖31是圖30沿r-r’方向的部分剖面示意圖。
[0067]圖32為電子設(shè)備的顯示裝置的TFT陣列基板的示意圖。
[0068]圖33為本實(shí)用新型電子設(shè)備的一較佳實(shí)施方式的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0069]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)記表示相同或類似的結(jié)構(gòu)。
[0070]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)意識到，沒有所述特定細(xì)節(jié)中的一個或更多，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。
[0071]在本實(shí)用新型的描述中，需要理解的是:“多個”包括兩個和兩個以上，除非另有明確具體的限定?！斑B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)用新型下述特別說明，否則并不做特別限制。另外，各元件名稱以及信號名稱中出現(xiàn)的“第一”、“第二 ”等詞語并不是限定元件或信號出現(xiàn)的先后順序，而是為方便元件命名，清楚區(qū)分各元件，使得描述更簡潔。
[0072]進(jìn)一步需要說明的是: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。
[0073]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)行感測操作。
[0074]優(yōu)選地，所述電容式傳感器包括感測電極和差分對管。所述感測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。所述差分對管與所述感測電極相關(guān)聯(lián)，用于響應(yīng)感測電極上因目標(biāo)物體的接近或觸摸所引起參考信號的變化，而對應(yīng)產(chǎn)生差分信號。
[0075]所述控制電路接收所述差分信號，并根據(jù)所述差分信號對應(yīng)獲得相應(yīng)的感測信息。所述感測信息如為目標(biāo)物體的預(yù)定生物信息。類似地，所述控制電路也可根據(jù)差分信號獲知目標(biāo)物體接近或觸摸了電容式傳感裝置這一感測信息。
[0076]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信號為差分信號，所述差分信號較強(qiáng)，且差分信號在傳輸給控制電路的過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)差分信號獲得的感測信息相對較準(zhǔn)而能減少誤判，從而能夠提升用戶體驗(yàn)。
[0077]優(yōu)選地，所述差分信號為差分電流信號。
[0078]優(yōu)選地，所述電容式傳感器包括多個感測電極和多個差分對管。同一差分對管所產(chǎn)生的差分信號為同幅同頻反相的第二交流信號。另外，所述差分對管用于與一電流源連接，所述電流源用于提供一第一恒定電流信號。所述二不同的第二交流電流信號之和與所述電流源提供的第一恒定電流信號相等。
[0079]所述差分對管與所述感測電極相關(guān)聯(lián)，其中，所述差分對管或者與所述感測電極為二元件，所述差分對管與所述感測電極連接；又或者，所述差分對管包括所述感測電極，即，所述感測電極為差分對管的一部分。
[0080]所述差分對管包括二晶體管，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)所述差分對管與所述感測電極為二元件時，所述第三控制電極與所述感測電極連接；當(dāng)所述差分對管包括所述感測電極時，所述第三控制電極與所述感測電極為同一電極。
[0081]當(dāng)所述差分對管與所述感測電極為二元件時，所述第三控制電極與所述感測電極直接連接；或者，所述第三控制電極通過一限流元件與所述感測電極連接。優(yōu)選地，所述限流元件包括電阻。相應(yīng)地，所述限流元件可以起到防ESD、保護(hù)電容式傳感器的作用。
[0082]所述電容式傳感器包括多個傳感單元(sensor)。每一傳感單元包括一所述感測電極。另外，優(yōu)選地，每一傳感單元還包括一所述差分對管，或者，相鄰的傳感單元各自包括一所述差分對管中的一晶體管。
[0083]通過選擇具有合適跨導(dǎo)的晶體管，當(dāng)目標(biāo)物體接近或觸摸感測電極時，所述差分對管的晶體管對參考信號的變化量進(jìn)行轉(zhuǎn)換以及放大，產(chǎn)生二不同的第一交流信號，并將二不同的第一交流信號分別疊加至相同的第二恒定電流信號上，對應(yīng)產(chǎn)生所述二不同的第二交流信號給控制電路。其中，所述第二恒定電流信號為第一恒定電流信號的一半。相應(yīng)地，所述感測信號較強(qiáng)，所述控制電路根據(jù)所述感測信號獲得的感測結(jié)果較準(zhǔn)。
[0084]對于本實(shí)用新型的電容式傳感器:或者每個傳感單元輸出單一電流信號作為感測信號；或者每個傳感單元輸出差分信號作為感測信號；或者相鄰的傳感單元輸出差分信號作為感測信號；其中，所述差分信號如為差分電流信號；更優(yōu)選地，組成差分對管的晶體管輸出的感測信號為放大的信號；相應(yīng)地，具有所述電容式傳感器的電容式傳感裝置的感測精度較高。
[0085]下面結(jié)合附圖對電容式傳感裝置的電路結(jié)構(gòu)、芯片組、電容式感測系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)、電容式傳感裝置的封裝結(jié)構(gòu)、電容式感測模組的組裝結(jié)構(gòu)、以及電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)等的各種實(shí)施方式進(jìn)行描述。
[0086]電容式傳感裝置的電路結(jié)構(gòu)
[0087]請參閱圖1，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。所述電容式傳感裝置1用于應(yīng)用在一電子設(shè)備(圖未示)中，執(zhí)行感測操作。所述電子設(shè)備如為移動電話、平板電腦、電視、遙控裝置、智能門鎖、穿戴式設(shè)備等各種智能設(shè)備。所述電容式傳感裝置1包括控制電路11和電容式傳感器13。所述控制電路11與所述電容式傳感器13連接。所述控制電路11用于控制電容式傳感器13執(zhí)行感測操作，所述電容式傳感器13輸出相應(yīng)的感測信號