一种自电容指纹检测电路及方法技术

本发明专利技术揭示了一种自电容指纹检测电路及方法，包括目标像素、指纹像素、相邻像素、开关网络、局部运算放大器、第一电压源和第二电压源；所述目标像素与相邻像素通过所述开关网络与所述局部运算放大器相连；所述第一电压源通过所述开关网络与所述目标像素与所述相邻像素相连，通过检测电极初始化、寄生电极复位和手指电荷的转移这三个步骤实现寄生效应的消除以及指纹的检测，无需对目标像素检测电极之外的电路进行充放电，即可将目标像素检测电极与寄生电极间寄生效应完全消除，提升指纹灵敏度的同时，简化了电路，节省了功率消耗。节省了功率消耗。节省了功率消耗。

【技术实现步骤摘要】
一种自电容指纹检测电路及方法


[0001]本专利技术涉及电容式指纹检测
，特别是涉及一种自电容指纹检测电路及方法。

技术介绍

[0002]指纹采集的方式多种多样，包括光学式指纹采集，电容式指纹采集和超声波式指纹采集等，其中电容式指纹采集依靠电容式指纹传感器获取指纹图像，电容指纹传感器由于其小体积、低功耗、高灵敏度等优点被广泛的应用在手机、电脑、门锁等各个领域。
[0003]一个典型的电容指纹传感器通常由很多指纹像素按照矩阵方式排列而成，单个指纹像素至少包含一个检测电极，用于感知该像素和手指之间电的容大小，还会包含一个隔离电极用于对检测电极进行隔离。在指纹传感器上覆盖层厚度达到100um的情形下，指纹谷脊之间的电容差值会小至0.1fF，而检测电极和隔离电极之间的寄生电容相对来说高达50fF～100fF，检测电极和相邻像素之间的寄生电容也会达到几个fF以上，这些寄生电容的存在大大的降低了指纹信号检测的灵敏度和动态范围。
[0004]为了减小这些寄生电容对信号采集的影响，一种方法是在指纹传感器的外围通过一个导电金属环发射一个电信号到手指上，再耦合回检测电极，此方法增加了指纹检测系统的成本和复杂度，同时降低了系统的可靠性；另一种方法是在检测电极工作时，增加一个额外的驱动电路，让隔离电极和周边相邻像素的电位随着被检测电极的电位同步变化，这种方法虽然可以补偿掉大部分的寄生效应，但是电路的复杂性和消耗的功率将大大增加。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种自电容指纹检测电路及方法，消除寄生电容，降低电路中功率的消耗并简化电路结构。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种自电容指纹检测电路，包括：目标像素、相邻像素、开关网络、局部运算放大器、第一电压源和第二电压源；
[0007]所述目标像素包括目标像素检测电极和目标像素隔离电极；所述相邻像素包括相邻像素检测电极和相邻像素隔离电极；
[0008]所述目标像素与所述相邻像素通过所述开关网络与所述局部运算放大器相连，所述局部运算放大器将寄生电极进行复位，并将储存在所述目标像素检测电极与手指之间电容上的电荷转移至所述相邻像素检测电极和相邻像素隔离电极上；所述第二电压源连接在所述局部运算放大器的正输入端；所述第一电压源通过所述开关网络与所述目标像素以及所述相邻像素相连，所述第一电压源对所述目标像素检测电极进行初始化。
[0009]进一步的，所述局部运算放大器通过所述开关网络与所述目标像素检测电极、所述目标像素隔离电极、所述相邻像素检测电极和所述相邻像素隔离电极相连；
[0010]所述第一电压源通过所述开关网络与所述目标像素检测电极、目标像素隔离电极、相邻像素检测电极和相邻像素隔离电极相连。
[0011]进一步的，所述局部运算放大器的负输入端和输出端通过所述开关网络相连。
[0012]进一步的，所述开关网络包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关、第七开关、第八开关和第九开关；
[0013]所述相邻像素检测电极通过第七开关与第二开关与所述局部运算放大器的负输入端相连；所述相邻像素检测电极通过第七开关与第三开关与所述第一电压源相连；
[0014]所述相邻像素隔离电极通过第九开关和第二开关与所述局部运算放大器的负输入端相连；所述相邻像素隔离电极通过所述第五开关与所述局部运算放大器的输出端相连；所述相邻像素隔离电极通过第九开关与第三开关与所述第一电压源相连；
[0015]所述目标像素检测电极通过所述第六开关与所述第二开关与所述局部运算放大器的负输入端相连；所述目标像素检测电极通过所述第六开关与所述第三开关与所述第一电压源相连；
[0016]所述目标像素隔离电极通过所述第八开关与所述第二开关与所述局部运算放大器负输入端相连；所述目标像素隔离电极通过所述第四开关与所述局部运算放大器的输出端相连；所述目标像素隔离电极通过所述第八开关与所述第三开关与所述第一电压源相连；
[0017]所述局部运算放大器的负输入端与输出端通过所述第一开关连接。
[0018]本专利技术还提供一种自电容指纹检测方法，所述自电容指纹检测方法包括以下步骤：
[0019]将目标像素检测电极的电压初始化到第一电压源中设定的目标电位；
[0020]将寄生电极复位到第二电压源中设定的基准电位；以及
[0021]将储存在所述目标像素检测电极与手指之间电容上的电荷转移至相邻像素检测电极和相邻像素隔离电极上，在局部运算放大器的输出端电压上反应所述电荷大小。
[0022]进一步的，在所述检测电极初始化的过程中，开关网络中的第一开关、第三开关和第六开关闭合，第二开关、第四开关、第五开关、第七开关、第八开关和第九开关断开；
[0023]当检测电极初始化完成后，所述第三开关和所述第六开关断开。
[0024]进一步的，在所述检测电极初始化过程中，所述局部运算放大器的负输入端和输出端短接；所述第一电压源通过开关网络与所述目标像素检测电极相连接；所述第一电压源将目标像素检测电极初始化到所述目标电位。
[0025]进一步的，在所述寄生电极复位的过程中，开关网络中的第一开关、第二开关、第五开关、第七开关和第八开关闭合，第四开关、第三开关、第六开关和第九开关断开。
[0026]进一步的，在所述寄生电极复位的过程中，目标像素隔离电极通过开关网络与所述局部运算放大的负输入端相连接，所述相邻像素检测电极和所述相邻像素隔离电极通过所述开关网络跨接在所述局部运算放大器的负输入端和输出端；所述局部运算放大器的负输入端和输出端短接；所述局部运算放大器对连接到负输入端和输出端的寄生电极进行复位。
[0027]进一步的，在所述手指电荷的转移的过程中，开关网络中的第二开关、第五开关、第六开关、第七开关和所述第八开关闭合，第一开关、第三开关、第四开关和第九开关断开。
[0028]进一步的，在手指电荷的转移的过程中，所述相邻像素检测电极通过开关网络连接到所述局部运算放大器的负输入端；所述相邻像素隔离电极通过开关网络连接到所述局
部运算放大器的输出端；所述目标像素检测电极和目标像素隔离电极通过开关网络连接在所述局部运算放大器的负输入端；所述局部运算放大器的负输入端和输出端之间断开连接；储存在所述目标像素检测电极与手指之间电容上的电荷转移至所述相邻像素检测电极和相邻像素隔离电极上，所述电荷值反映在所述局部运算放大器的输出端电压上。
[0029]进一步的，储存在所述目标像素检测电极与手指之间电容上的电荷大小为(Vprg
‑
Vref)*Cf，在所述局部运算放大器输出端产生一大小为(Vprg
‑
Vref)*Cf/Cs2的电压变化。
[0030]相比于现有技术，本专利技术至少具有以下有益效果：
[0031]本专利技术通过采用寄生电极和目标像素检测电极短接的方法来消除寄生效应，不需要增加额外的驱动电路，简化了电路复杂度，大大本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自电容指纹检测电路，其特征在于，包括：目标像素、相邻像素、开关网络、局部运算放大器、第一电压源和第二电压源；所述目标像素包括目标像素检测电极和目标像素隔离电极；所述相邻像素包括相邻像素检测电极和相邻像素隔离电极；所述目标像素与所述相邻像素通过所述开关网络与所述局部运算放大器相连，所述局部运算放大器将寄生电极进行复位，并将储存在所述目标像素检测电极与手指之间电容上的电荷转移至所述相邻像素检测电极和相邻像素隔离电极上；所述第二电压源连接在所述局部运算放大器的正输入端；所述第一电压源通过所述开关网络与所述目标像素以及所述相邻像素相连，所述第一电压源对所述目标像素检测电极进行初始化。2.如权利要求1所述的自电容指纹检测电路，其特征在于，所述局部运算放大器通过所述开关网络与所述目标像素检测电极、所述目标像素隔离电极、所述相邻像素检测电极和所述相邻像素隔离电极相连；所述第一电压源通过所述开关网络与所述目标像素检测电极、目标像素隔离电极、相邻像素检测电极和相邻像素隔离电极相连。3.如权利要求1所述的自电容指纹检测电路，其特征在于；所述局部运算放大器的负输入端和输出端通过所述开关网络相连。4.如权利要求1所述的自电容指纹检测电路，其特征在于，所述开关网络包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关、第七开关、第八开关和第九开关；所述相邻像素检测电极通过第七开关与第二开关与所述局部运算放大器的负输入端相连；所述相邻像素检测电极通过第七开关与第三开关与所述第一电压源相连；所述相邻像素隔离电极通过第九开关和第二开关与所述局部运算放大器的负输入端相连；所述相邻像素隔离电极通过所述第五开关与所述局部运算放大器的输出端相连；所述相邻像素隔离电极通过第九开关与第三开关与所述第一电压源相连；所述目标像素检测电极通过所述第六开关与所述第二开关与所述局部运算放大器的负输入端相连；所述目标像素检测电极通过所述第六开关与所述第三开关与所述第一电压源相连；所述目标像素隔离电极通过所述第八开关与所述第二开关与所述局部运算放大器负输入端相连；所述目标像素隔离电极通过所述第四开关与所述局部运算放大器的输出端相连；所述目标像素隔离电极通过所述第八开关与所述第三开关与所述第一电压源相连；所述局部运算放大器的负输入端与输出端通过所述第一开关连接。5.一种自电容指纹检测方法，其特征在于，所述自电容指纹检测方法包括以下步骤：将目标像素检测电极的电压初始化到第一电压源中设定的目标电位；将寄生电极复位到第二电压源中设定的基准电位；以及将储存在所述目标像素...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱定飞，王建军，刘华，
申请(专利权)人：上海海栎创科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：