CN107636689B - 具有感测参考电位提供电路的指纹感测*** - Google Patents

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Abstract

一种指纹感测***，包括：包括有装置参考电位输入端的装置连接接口、感测设备、以及感测参考电位提供电路。感测设备包括多个感测结构和连接到感测结构中的每一个的读出电路。感测参考电位提供电路以在第一感测参考电位和第二感测参考电位之间交替的感测参考信号的形式向感测设备提供感测参考电位，并且感测参考电位提供电路包括第一电容器、第二电容器、充电电路和开关电路，开关电路用于使感测参考电位提供电路在第一状态和第二状态之间交替切换，在第一状态中，第一电容器和第二电容器并联连接到充电电路，并且在第二状态中，第一电容器和第二电容器在已经被充电时串联连接在装置参考电位输入端与感测设备之间。

Description

具有感测参考电位提供电路的指纹感测***
技术领域
本发明涉及指纹感测***，并且涉及感测指纹图案的方法。
背景技术
各种类型的生物识别***已被越来越多地使用以提供增加的安全性和/或增强的用户便利性。
特别地，指纹感测***由于其小形状因素、高性能和用户认可度而已经被例如消费电子装置所采用。
在各种可用的指纹感测原理(例如电容式、光学式、热学式、声学式等)中，电容式感测是最常使用的，特别是在尺寸和电力消耗是重要问题的应用中。
全部电容式指纹传感器提供指示在若干感测结构与定位在指纹传感器的表面上或跨指纹传感器的表面移动的手指之间的电容的量度。
US 7 864 992公开了一种指纹感测***，其中，通过对布置在传感器阵列附近的导电结构加脉冲并测量所导致的传感器阵列中的感测结构所携带的电荷的变化来将驱动信号注入到手指中。
虽然根据US 7 864 992的指纹感测***提供指纹图像质量和传感器保护的优良组合，但是在一些应用中期望能够在不改变手指电位的情况下获得高质量指纹图像。特别地，对于“难辨认”的手指例如干的手指似乎存在改进的空间。
US 2015/0015537公开了一种指纹感测***，其中，允许传感器阵列的参考电位相对于装置参考电位的摆动。由于传感器阵列上的手指的手指电位可以假定为是恒定的或相对于装置参考电位缓慢变化，因此传感器阵列的参考电位的摆动可以替代根据US 7 864992的指纹感测***所使用的手指电位的摆动。由于根据US 2015/0015537的方法实际上与手指的导电性无关，因此可以对于上述“难辨认”的手指获得更好的结果。
US 9 152 841公开了另一指纹感测***，其中，单个感测元件或成组感测元件的局部参考电位被控制成相对于装置参考电位摆动。根据US 9152 841，每一个感测元件包括形成在阱中的感测晶体管，并且阱被控制成与感测元件的感测结构一起摆动，以减小寄生电容的影响。
期望提供更进一步改进的指纹感测，特别是通过较厚的介电结构。
发明内容
考虑到现有技术的上述和其他的缺点，本发明的目的是提供一种提供改进的指纹感测的改进的指纹感测***，特别是通过较厚的介电结构。
因此，根据本发明的第一方面，提供了一种用于感测手指的指纹图案并且提供指示指纹图案的指纹图案信号的指纹感测***，该指纹感测***包括：装置连接接口，该装置连接接口用于将指纹感测***连接到电子装置，装置连接接口包括用于接收来自电子装置的装置参考电位的装置参考电位输入端；感测设备，该感测设备包括：多个感测结构，该感测结构中的每一个被介电结构覆盖并且被布置成在手指定位在介电结构上时电容耦合到手指；以及读出电路，该读出电路连接到感测结构中的每一个，用于感测由手指的手指电位和感测结构的感测结构电位之间的电位差的变化导致的感测结构中的每一个感测结构所携带的电荷的变化，并且基于所述电荷的变化形成手指图案信号，读出电路以感测结构电位跟随感测设备的感测参考电位的方式连接到感测结构中的每一个；以及感测参考电位提供电路，该感测参考电位提供电路连接到感测设备，用于向感测设备提供如下形式的感测参考电位：相对于装置参考电位在第一感测参考电位和第二感测参考电位之间交替的感测参考信号，相对于装置参考电位在第一感测参考电位和第二感测参考电位之间的电位差的变化导致在手指电位和感测结构电位之间的电位差的变化，其中，感测参考电位提供电路包括：第一电容器；第二电容器；充电电路，该充电电路用于对第一电容器和第二电容器进行充电；以及开关电路，该开关电路连接到第一电容器、第二电容器、充电电路和感测设备，用于在如下之间交替切换感测参考电位提供电路：第一状态，在第一状态中，第一电容器和第二电容器并联连接到充电电路以允许充电电路对第一电容器和第二电容器进行充电，并且感测参考电位提供电路向感测设备提供第一感测参考电位；以及第二状态，在第二状态中，第一电容器和第二电容器与充电电路断开并且串联连接在装置参考电位输入端与感测设备之间，从而感测参考电位提供电路向感测设备提供第二感测参考电位。
指纹图案信号可以是指示手指的指纹图案的至少一部分的任何信号——模拟的或数字的。
装置参考电位可以是用于电子装置的任何参考电位，例如装置接地(相对于装置接地为0V)或装置供应电压(例如，相对于装置接地为1.8V)。
电子装置可以例如是便携式电子装置，诸如移动电话、智能手表或芯片卡(所谓的智能卡)。此外，电子装置可以是包括在更复杂设备(例如，交通工具)中的子***。
读出电路可以包括用于将模拟信号转换成数字信号的电路。这种电路可以包括至少一个模拟数字转换器电路。因此，在这样的实施方式中，指纹感测***可以提供指纹图案信号作为数字信号。在其他实施方式中，可以提供指纹图案信号作为模拟信号。
有利的是，可以以金属板的形式来提供感测结构，使得平行板电容器由感测结构(感测板)、手指表面、以及覆盖感测结构的介电结构(以及可以局部存在于手指表面与介电结构之间的任何空气)来形成。
有利的是，介电结构可以为至少20μm厚，并且具有高的介电强度以防止指纹感测装置下面的结构受到磨损和撕裂以及ESD(静电放电)。更有利的是，介电结构可以为至少50μm厚。在实施方式中，介电结构可以为几百μm厚。例如，介电结构可以至少部分地由电子装置的结构部件(例如，玻璃盖或层压件)构成。
读出电路以感测结构电位大体上跟随感测设备的感测参考电位的方式连接到感测结构中的每一个应当被理解为意味着感测参考电位的变化导致感测结构电位的大体上相应的变化。根据读出电路的配置，感测结构电位可以与感测参考电位大体上相同，或者可以在感测参考电位与感测结构电位之间存在大体上恒定的电位差。
应当指出，至少在读出电路执行感测操作所需的时间期间，手指的手指电位通常可以假设为相对于装置参考电位是大体上恒定的。在实施方式中，指纹感测***和/或包括指纹感测***的电子装置可以包括导电结构，该导电结构将手指或用户的手的另一部分连接到装置参考电位。这种导电结构对于指纹感测***令人满意地操作而言是不必要的，但是对于某些手指和/或使用情况可以增强指纹感测***的性能。
充电电路可以是在第一电容器和第二电容器中的每一个的第二电容器端子连接到相对于装置参考电位大体上恒定的电位(优选地为相同的电位)时能够将电荷添加到第一电容器和第二电容器中的每一个的第一电容器端子的任何电路。
在第一状态(充电状态)中，每一个电容器的上述第二电容器端子可以有利地通过开关电路连接到装置接地(连接到包括在装置连接接口中的装置接地输入端)。
在第二状态(升压状态)中，第一电容器的第一电容器端子可以有利地连接到装置电源(连接到包括在装置连接接口中的装置电源电压输入端)。第二电容器的第一电容器端子可以连接到第一电容器的第二电容器端子。结果，第二电容器的第二电容器端子上的电位将为升压电位。在第一电容器和第二电容器从装置电源电位开始直接串联连接的示例性情况下，第二端子处的电位相对于装置接地电位将是装置电源电位加上两倍的第一电容器和第二电容器的充电电压。
为了实现更高的升压电位(第二感测参考电位)，感测参考提供电路可以包括另外的电容器，并且充电电路可以被配置为在第一状态(充电状态)中并联连接电容器并且在第二状态(升压状态)中串联连接电容器，如上所述。
本发明基于实现如下：改进的指纹感测性能(特别是通过相对厚的介电结构)可以通过增加手指电位与感测结构电位之间的电位差的变化而实现。本发明人已经进一步认识到，其可以以成本有效的方式实现，同时，通过如下保持指纹感测***的低能耗：并联连接至少两个电容器，在所述电容器并联连接时对所述电容器充电，然后在所述电容器已经被充电时串联连接所述电容器，从而向一个或几个感测结构提供升压电位。
根据本发明的实施方式的方法允许感测参考电位提供电路被包括在集成电路中，并且不需要相对昂贵且体积庞大的专用电压升压部件，例如电感器等。
根据本发明的指纹感测***的各种实施方式，读出电路可以包括：多个电荷放大器，所述电荷放大器中的每一个连接到感测结构中的至少一个感测结构，用于提供指示由所述至少一个感测结构所携带的电荷的变化的感测信号，其中，电荷放大器中的每一个包括：第一输入端，该第一输入端连接到所述至少一个感测结构；第二输入端，该第二输入端连接到感测参考电位提供电路以接收感测参考电位；输出端，该输出端提供感测信号；反馈电容器，该反馈电容器连接在第一输入端与输出端之间；以及至少一个放大器级，所述至少一个放大器级在第一输入端和第二输入端与输出端之间，其中，电荷放大器以如下方式来配置：第一输入端处的电位大体上跟随第二输入端处的感测参考电位。
每一个电荷放大器将在第一输入端(有时被称为负输入端)处的电荷转换成在输出端处的电压。电荷放大器的增益由反馈电容器的电容来确定。
电荷放大器以在第一输入端处的电位大体上跟随在第二输入端处(有时被称为正输入端)的电位的方式被配置应当被理解成意味着在第二输入端处的电位的变化导致在第一输入端处的电位的大体上相应的变化。根据电荷放大器的实际配置，在第一输入端处的电位可以与在第二输入端处的电位是大体上相同的，或者可以在第二输入端与第一输入端之间存在大体上恒定的电位差。例如，如果电荷放大器被配置成单个级放大器，则电位差可以是单个级放大器的晶体管的栅极-源极电压。
应当指出，电荷放大器的输出端不需要直接连接到反馈电容器，并且在输出端与反馈电容器之间可以存在另外的电路。
有利的是，读出电路还可以包括采样电路，采样电路连接到电荷放大器中的每一个的输出端，用于在采样时间处对感测信号进行采样，采样时间与第一感测参考电位与第二感测参考电位之间的感测参考电位的变化有关。
在实施方式中，采样电路可以被控制成在感测参考电位处于第一感测参考电位或第二感测参考电位时对输出采样持续第一时间，并且在感测参考电位处于第一感测参考电位和第二感测参考电位中的另一者时对输出采样持续第二时间。
在第一采样时间和第二采样时间对感测信号进行采样的过程通常被称为相关双重采样，并且去除了大部分的偏移以及指纹感测***可能经受的共模噪声的至少低频成分。
此外，每个电荷放大器可以包括重置电路，用于在与感测参考电位从第一感测参考电位到第二感测参考电位或从第二感测参考电位到第一感测参考电位的改变有关的时刻处使反馈电容器均压。
本发明人已经发现，有利的是，指纹感测***的性能能够准确且一致地控制包括在感测参考电位提供电路中的第一电容器和第二电容器的充电。特别地，这为每一个感测结构提供了感测结构电位和手指电位之间的电位差的一致改变。
为此，根据本发明的指纹感测***的各种实施方式，充电电路可以包括至少一个电流产生器，用于在感测参考电位提供电路处于第一状态时向第一电容器和第二电容器提供电荷。
此外，有利的是，感测参考电位提供电路可以另外包括：至少一个电压检测器，用于在感测参考电位提供电路处于第一状态时检测第一电容器和第二电容器中的至少一个的两端的电压；以及连接到所述至少一个电压检测器和所述至少一个电流产生器的控制电路，用于控制所述至少一个电流产生器供应电流，直到第一电容器和第二电容器中的至少一个的两端的电压达到预定充电电压为止。
电压检测器和控制电路可以以本领域技术人员已知的各种方式来实现。例如，电压检测可以由比较器来执行，比较器可以连接到开关，该开关用于在电容器中的至少一个的两端的电压达到预定值时使第一电容器和第二电容器与电流产生器断开。
为了允许指纹感测***和外部电路之间的相互作用而不管感测参考电位与装置参考电位如何相关，有利的是，根据本发明的实施方式的指纹感测***还可以包括电平移动电路，该电平移动电路连接到读出电路、感测参考电位和装置参考电位输入端，用于从读出电路接收参考感测参考电位的手指图案信号，对手指图案信号进行电平移动，并且提供参考装置参考电位的手指图案信号。
在各种实施方式中，电平移动电路还可以被配置成从装置连接接口接收参考装置参考电位的控制信号，并且将参考感测设备参考电位的控制信号提供给感测设备。因此，电平移动电路可以是双向的。
根据各种实施方式，电平移动电路可以依次包括第一电平移动器和第二电平移动器，第一电平移动器连接在第一电容器两端，并且第二电平移动器连接在第二电容器两端。
第一电平移动器可以将信号从参考第一电容器的第一端子处的电位移动到参考第一电容器的第二端子处的电位(其可以与第二电容器的第一端子处的电位相同)。第二电平移动器可以接收来自第一电平移动器的信号并且将信号从参考第二电容器的第一端子处的电位移动到参考第二电容器的第二端子处的电位。具有串联的经充电的电容器的电压升压配置允许这种逐步式电平移动，这又提供了非常快速的电平移动。快速的电平移动能够实现指纹感测***的快速操作，特别是快速读出指纹图案信号。
在另外的电容器被用于修改(升压)参考电位的实施方式中，也可以提供另外的电平移动器。
此外，根据各种实施方式，感测参考电位提供电路还可以包括：第一ESD保护电路，在感测参考电位提供电路处于第一状态和第二状态时，第一ESD保护电路与第一电容器并联连接以保护第一电容器免受ESD电流影响；以及第二ESD保护电路，在感测参考电位提供电路处于第一状态和第二状态时，第二ESD保护电路与第二电容器并联连接。
在感测参考电位提供电路的第二状态中多个电容器串联的情况下，每一个电容器将在感测参考电位提供电路中限定电压域。本发明人已经认识到，在静电放电(ESD)事件的情况下，每一个电容器可能是最薄弱的环节，并且在ESD事件的情况下保护指纹感测***免受损坏的有利方式将是至少在感测参考电位提供电路处于其第二状态时，提供ESD保护电路链，每一个ESD保护电路耦接在第一电容器和第二电容器的第一端子和第二端子之间。
在根据本发明的指纹感测***的各种实施方式中，感测设备可以被包括在第一集成电路中；并且装置连接接口和感测参考电位提供电路可以被包括在耦接至第一集成电路的第二集成电路中。
在这些实施方式中，第一集成电路还可以包括感测设备接口；并且第二集成电路还可以包括连接到感测设备接口的传感器连接接口。
第一集成电路(指纹传感器部件)可以是SPI(串行外设接口)从设备，并且感测设备接口可以是包括串行时钟输入端(SCLK)、主输出从输入端(MOSI)、从选择输入端(CS)、以及主输入从输出端(MISO)的SPI端口。
根据各种实施方式，感测设备、装置连接接口、以及感测参考电位提供电路可以被包括在单个集成电路中。
此外，根据实施方式，感测设备、装置连接接口、以及感测参考电位提供电路可以被包括在包括有半导体基板的单个集成电路中；并且在每一个电荷放大器的至少一个放大器级可以包括：感测晶体管，其具有构成第一输入端的栅极，其中，感测晶体管形成在半导体基板的阱中；在阱和基板之间的界面，该界面以可以防止电流在阱和基板之间流动的方式被配置，并且其中，阱以阱的电位大体上跟随感测参考电位的方式被连接到感测参考电位提供电路。
有利的是，半导体基板可以为掺杂半导体基板，并且阱可以是基板的一部分，所述一部分掺杂的极性与半导体基板相反(如果半导体基板是p掺杂，则阱可以n掺杂，而如果半导体基板是n掺杂，则阱可以是p掺杂)。这是实现阱与基板之间的界面的一种方式，所述界面以可以防止电流在阱与基板之间流动的方式被配置。特别地，阱和基板可以保持在如下这样的电位：使得没有电流流过在基板与阱之间的界面处形成的二极管。
可替选地，可以在基板与阱之间例如以薄层的玻璃的形式设置绝缘层。这样的绝缘层也将防止电流在阱与基板之间流动。
可以通过以阱的电位大体上跟随感测参考电位的方式将阱连接到感测参考提供结构来大幅减小感测设备中的感测结构和半导体结构之间的寄生电容的影响。从而，阱与感测结构之间的电位差可以保持大体上恒定。
此外，有利的是，根据本发明的实施方式的指纹感测***可以被包括在电子装置中，电子装置还包括处理电路，处理电路被配置成：经由装置连接接口从指纹感测***获取指纹图案信号；基于指纹图案信号验证用户；以及仅在基于指纹图案信号验证了用户的情况下，执行至少一个动作。
根据本发明的第二方面，提供了一种使用指纹感测***感测手指的指纹图案的方法，该指纹感测***包括：装置连接接口，该装置连接接口用于将指纹感测***连接到电子装置，装置连接接口包括用于接收来自电子装置的装置参考电位的装置参考电位输入端；感测设备，该感测装置包括：多个感测结构，所述感测结构中的每一个被介电结构覆盖并且被布置成在手指定位在介电结构上时电容耦合到手指；以及读出电路，读出电路以感测结构电位跟随感测设备的感测参考电位的方式连接到感测结构中的每一个；以及感测参考电位提供电路，该感测参考电位提供电路连接到感测设备，用于向感测设备提供感测参考电位，感测参考电位提供电路包括第一电容器和第二电容器，所述方法包括以下步骤：a)并联连接第一电容器和第二电容器；b)在第一电容器和第二电容器并联连接时，对第一电容器和第二电容器进行充电；c)在对第一电容器和第二电容器充电时向感测设备提供第一感测参考电位；d)在第一感测参考电位被提供给感测设备时，通过读出电路感测由感测结构中的至少一个感测结构所携带的第一电荷；e)将经充电的第一电容器和经充电的第二电容器串联连接在装置参考电位输入端和感测设备之间，以相对于装置参考电位将感测参考电位从第一感测参考电位改变到第二感测参考电位；f)在第二感测参考电位被提供给感测设备时，通过读出电路感测由感测结构中的至少一个感测结构所携带的第二电荷；以及g)通过读出电路形成用于指示第一电荷与第二电荷之间的差异的所述至少一个感测结构的感测信号，其中，重复步骤a)至步骤g)直到对于感测结构中的每一个感测结构已经形成感测信号为止。
应该注意的是，根据本发明的各个实施方式的方法的步骤不一定需要以任何特定的顺序来执行。例如，依次的步骤a)至步骤d)可以在依次的步骤e)至f)之前或之后来进行。因此，感测信号可以指示由于从第一感测参考电位到第二感测参考电位的改变或者从第二感测参考电位到第一感测参考电位的改变而导致的电荷的变化。
本发明的所述第二方面的另外的实施方式以及通过本发明的所述第二方面获得的效果与对于本发明的第一方面的以上描述的那些大部分类似。
综上所述，本发明涉及指纹感测***，该指纹感测***包括：包括有装置参考电位输入端的装置连接接口、感测设备、以及感测参考电位提供电路。感测设备包括多个感测结构和连接到感测结构中的每一个的读出电路。感测参考电位提供电路以在第一感测参考电位和第二感测参考电位之间交替的感测参考信号的形式向感测设备提供感测参考电位，并且感测参考电位提供电路包括第一电容器、第二电容器、充电电路和开关电路，开关电路用于使感测参考电位提供电路在第一状态和第二状态之间交替切换，在第一状态中，第一电容器和第二电容器并联连接到充电电路，并且在第二状态中，第一电容器和第二电容器在已经被充电时串联连接在装置参考电位输入端与感测设备之间。
附图说明
现在将参照附图更详细地描述本发明的这些和其他方面，附图示出了本发明的示例性实施方式，其中：
图1示意性示出了根据本发明的示例性实施方式的包括指纹感测***的移动电话；
图2a示意性示出了包括在图1的电子装置中的指纹感测***的第一实施方式；
图2b是图2a中的指纹感测***的示意性框图；
图3是图2a中的指纹感测***的一部分的示意性截面图，其示出了感测设备的示例性配置以及从感测设备提供的指纹感测信号；
图4a至图4b示意性示出了感测参考电位和图3中的电荷放大器所输出的感测信号以及示例性采样时间之间的关系的图；
图5a示意性示出了包括在图1的电子装置中的指纹感测***的第二实施方式；
图5b是图5a中的指纹感测***的示意性框图；
图6a是包括在图5a至图5b的指纹感测装置中的感测设备的部分结构和部分电路示意图的混合图；
图6b是图6a的其中使用更高层级符号来示出电荷放大器并且示出了从感测设备提供指纹感测信号的版本；
图7a至图7b示意性示出了包括在根据本发明的各种实施方式的指纹感测***中的感测参考电位提供电路的示例性配置；
图8示意性示出了用于图7a至图7b中的感测参考电位提供电路的ESD保护配置；以及
图9示意性示出了组合的感测参考电位提供电路和电平移动电路的示例性配置。
具体实施方式
在本详细描述中，根据本发明的指纹感测***和方法的各种实施方式主要参照被封装成能够通过柔性印刷电路连接到电子装置的指纹感测***来描述。虽然这对于许多应用来说是方便的，但是应当指出，许多其他类型的电子封装件可以根据应用而适合于本指纹感测***的实施方式。在实施方式中，指纹感测***还可以是未封装的，或者电子装置可以是封装件的一部分，例如可以是在电子装置例如是智能卡时的情况。
图1示意性示出了根据本发明的示例性实施方式的指纹感测装置的应用，该应用为具有集成的指纹感测***2的移动电话1的形式。例如，指纹感测***2可以用于解锁移动电话1和/或用于授权使用移动电话来进行事务等。
图2a示意性示出了包括在图1的移动电话1中的指纹感测***2的第一实施方式。如图2a中可以看出，指纹感测***2包括指纹传感器3和接口电路4。在本示例性实施方式中，指纹传感器3被示出为涂覆有保护涂层6形式的介电结构。根据应用，保护涂层6可以具有不同的特性。如果指纹传感器3被布置在移动电话1的玻璃盖下，则由于玻璃盖将提供对指纹传感器3的保护，因此保护涂层6可以是相当薄的。在其他应用中，在保护涂层6由用户的手指直接接触时，保护涂层可以是相当厚的。例如，指纹传感器3可以通过在电子封装工业中所使用的合适聚合物来被包覆模制(overmolded)。
在本示例性实施方式中，指纹传感器3被连接到接口电路4，并且接口电路4能够经由具有连接器9的柔性电路7连接到电子装置(例如，图1中的移动电话1)。
如在图2a中示意性指示，指纹传感器3包括大量的感测元件8(已经用附图标记指示感测元件中的仅一个感测元件以避免混乱附图)，每一个感测元件8被控制成感测在感测元件8所包括的感测结构(顶板)与接触指纹传感器3的顶表面的手指的表面之间的距离。
有利的是，图2中的指纹传感器3可以使用CMOS技术来制造，但是其他技术和过程也可以是可行的。例如，对于制造指纹传感器3所需的一些或所有过程步骤，可以使用绝缘基板和/或可以利用薄膜技术。
参照图2b，图2b是图2a中的指纹感测***2的第一实施方式的简化示意性框图，指纹传感器3包括感测设备10、感测设备控制器12、以及感测设备接口13。如图2b所指示，接口电路4包括感测参考电位提供电路15、电平移动电路16、传感器连接接口18、以及装置连接接口19。传感器连接接口18在接口电路4的具有与指纹传感器3相同的参考电位的第一电压域中，并且装置连接接口19在接口电路4的参考电子装置1的装置参考电位的第二电压域中。第一电压域与第二电压域之间的边界在图2b中由穿过感测参考电位提供电路15和电平移动电路16的竖直虚线20示意性指示。
再次转向图2b中的指纹传感器3，感测设备10包括上述感测元件8、用于对由感测元件8输出的感测信号进行采样的采样电路22、以及模拟数字转换器(ADC)23，模拟数字转换器(ADC)23用于将由采样电路22采样的模拟信号值转换成可以构成指纹图案信号例如指纹图像的数字值。感测设备接口13包括传感器通信接口25、传感器电压供应接口26、以及定时输出端27。
在图2a至图2b的实施方式中，可以例如是SPI从接口的传感器通信接口25将来自ADC 23的指纹图案信号经由接口电路4传递到电子装置，并且将源自电子装置的传感器控制信号传递到感测设备控制器12。
传感器通信接口25被示出为简化的SPI(串行外设接口)端口，其包括串行时钟输入端(SCK)29、主输出从输入端(MOSI)30、从选择输入端(CS)31、以及主输入从输出端(MISO)32。
传感器电压供应接口26从接口电路4接收供应电压作为在传感器接地电位SGND与传感器供应电位SVDD之间的大体上恒定差。传感器接地电位SGND和传感器供应电位SVDD相对于装置接地DGND一起变化。
通过定时输出端27，指纹传感器3提供定时信号TXOUT到接口电路4，以允许接口电路的操作由感测设备10的操作进行定时。
在图2b的简化示例中，接口电路4的装置连接接口19包括：输入端，用于接收装置接地电位DGND和装置供应电位DVDD；以及SPI接口，用于允许经由接口电路4而在电子装置与指纹传感器3之间以及在电子装置与接口电路4之间的通信。
接口电路4的传感器连接接口18被连接到指纹传感器3的感测设备接口13，用于向指纹传感器3提供传感器接地电位SGND和传感器供应电位SVDD，用于允许与指纹传感器3通信以及用于接收由传感器所提供的定时信号TXOUT。如图2b中示意性指示，定时信号TXOUT用于控制感测参考电位提供电路15和电平移动电路16的操作。
现在将参照图3来描述感测设备10的示例性配置以及从感测设备提供用于图2a中的指纹感测***的指纹感测信号。
图3是图2a中的指纹感测***2的一部分的沿图2a中指示的线A-A'所截取的其中手指35定位在指纹传感器3的顶部上的示意性截面图。手指35具有手指电位FGND。如图3中示意性示出，指纹传感器3包括在此为在介电结构6下方的金属板的形式的多个感测结构36、以及连接到感测结构36中的每一个的读出电路37。在图3的示例性实施方式中，读出电路包括：多个电荷放大器38、多路器39、上述的采样电路22、上述的ADC 23、以及选择电路，选择电路在此在功能上被示出为用于允许对不同的感测元件80的选择/启用的简单选择开关40。
电荷放大器38包括至少一个放大器级，在此至少一个放大器级示意性示出为具有如下的运算放大器(op amp)41：连接到感测结构36的第一输入端(负输入端)42、连接到传感器接地SGND的第二输入端(正输入端)43、以及输出端44。另外，电荷放大器38包括连接在第一输入端42和输出端44之间的反馈电容器45以及重置电路，重置电路在此在功能上被示出为开关46，用于允许对反馈电容器45的可控制放电。电荷放大器38可以通过操作重置电路46对反馈电容器45进行放电来进行重置。
在通常对于运算放大器41的情况下，在第一输入端42处的电位跟随施加到第二输入端43的电位。根据特定的放大器配置，在第一输入端42处的电位可以与在第二输入端43处的电位大体上相同，或者可以在第一输入端42处的电位与在第二输入端43处的电位之间存在大体上固定的偏移。
除了包括感测结构36和读出电路37的感测设备之外，如上所述，指纹传感器3还包括如上所述的感测设备控制器12。在图3中，感测设备控制器12被示出为控制选择电路40、多路器39、采样电路22、和ADC23。
图3还示意性示出了连接到指纹传感器3和连接到电子装置的其余部分的接口电路4，如上参照图2a至图2b所述。如在图3中示意性指示，接口电路4向指纹传感器3提供上述感测参考电位(SGND和SVDD)。在图3的简化示例中，传感器接地电位被提供到被包括在读出电路37中的每一个电荷放大器38的第二输入端43。
至少当指纹感测***2处于指纹感测模式下时，接口电路4向指纹传感器3提供感测参考电位(SGND)，感测参考电位(SGND)为相对于装置参考电位DGND在第一感测参考电位VL和第二感测参考电位VH之间交替的感测参考信号的形式。由于手指电位FGND相对于装置参考电位DGND(例如，通过电子装置与用户的手之间的电连接)大体上恒定，并且感测结构36的电位大体上跟随在电荷放大器38的第二输入端43处的电位，因此在第二输入端43处的相对于装置参考电位DGND的随时间变化的电位SGND导致感测结构36与手指35之间随时间变化的电位差。
在感测结构36与手指35之间的电位差的变化将进而导致指示手指35与感测结构(板)36之间的电容耦合的由感测结构36所携带的电荷的变化。在电荷放大器38的输出端44处提供的感测信号VS将指示感测结构36所携带的电荷的该变化，并且因此指示在手指35与感测结构36之间的局部电容耦合。
在感测操作期间，反馈电容器45需要进行重置(使反馈电容器45两端的电荷相等)。这使用重置开关46来实现。
当所指示的感测元件8被选择用于感测时，选择开关40闭合以将电荷放大器的输出端连接到读出线路48。读出线路48被连接到多路器39。如在图3中示意性指示，提供来自其他组的感测元件的感测信号的附加读出线路也被连接到多路器39。
至少重置开关46的操作以及对感测信号VS的采样需要与相对于装置接地电位DGND的传感器接地电位SGND的改变同步。在图3的示例性实施方式中，这种同步是由感测设备控制器12来处理，感测设备控制器12控制重置开关46的定时，并且向接口电路提供上述定时信号TXOUT，从而相对于重置开关46的定时，控制感测参考电位SGND从第一感测参考电位VL切换到第二感测参考电位VH或从第二感测参考电位VH切换到第一感测参考电位VL的定时。
如在图3中示意性指示，感测设备控制器还通过采样电路22控制对感测信号VS的采样的定时，并且通过ADC 23控制所采样的感测信号的A/D转换。
感测参考信号SGND、重置开关46的操作以及使用采样电路22对感测信号VS进行采样之间的示例性定时关系将在下面参照图4a至图4b进行描述。
图4a示出了相对于装置接地电位DGND的感测参考电位(传感器接地电位SGND)。如上所述，相对于装置接地电位DGND的感测结构36的电位将呈现大体上相同的行为，并且图4b示意地示出了感测信号VS。
首先参照图4a，传感器接地电位SGND在T1时相对于装置接地电位DGND从第二感测参考电位VH变为第一感测参考电位VL，然后在T2时从VL变回到VH。这些切换由从指纹传感器3提供到接口电路4的定时信号TXOUT来控制。
在T1时，在第一切换之后的第一延迟Δt1，重置开关46***作成使电荷放大器38成为如下这样的状态(使能状态)：如果感测板36上的电荷改变，则输出端提供信号。在第一切换之后的第二延迟Δt2，采样电路22被控制成对感测信号采样持续第一时间，从而产生第一采样值S1。
当在T2时传感器接地电位SGND从低变为高时，将存在由与手指35之间的电容耦合导致在感测板36上的电荷的变化。这种电荷的变化被转换成由电荷放大器38所提供的电压的变化，也就是，感测信号VS的变化。
在T2时，在第二切换之后的第三延迟Δt3，采样电路22被控制成对感测信号采样持续第二时间，从而产生第二采样值S2。S2和S1之间的差指示感测板36与手指35之间的电容耦合的量度。
图5a至图5b示意性示出被包括在图1的移动电话1中的指纹感测***2的第二实施方式。根据本第二实施方式的指纹感测***2与上面参照图2a至图2b、图3、和图4a至图4b所述的不同之处在于：感测设备10、装置连接接口19、和感测参考提供电路15全部都被包括在单个集成电路50中。因此，从电子装置进出的信号经由柔性电路7和连接器9从指纹感测***部件50直接提供到电子装置。
参照图5b，其是图5a中的指纹感测***2的第二实施方式的简化示意性框图，指纹感测***部件50包括感测设备10、感测设备控制器12、感测参考电位提供电路15、电平移动电路16、以及装置连接接口19。感测设备10和感测设备控制器12处于第一电压域，并且装置连接接口19和ADC 23处于参考电子装置1的装置参考电位的第二电压域。第一电压域和第二电压域之间的边界由穿过感测参考电位提供电路15和电平移动电路16的竖直虚线20在图5b中示意性指示。
感测设备10包括上述的感测元件8和用于对由感测元件8输出的感测信号进行采样的采样电路22。在图5b的实施方式中，采样电路22所采样的值在被提供到模拟数字转换器(ADC)23之前通过电平移动电路16进行电平移动。
在图5a至图5b的实施方式中，装置连接接口19被示出为包括用于接收装置接地电位DGND和装置供应电位DVDD的输入端、以及用于允许电子装置和指纹感测***部件50之间的通信的SPI接口。
现在将参照图6a至图6b来描述感测设备10的示例性配置以及从感测设备提供用于图5a至图5b的指纹感测***的指纹感测信号。
图6a是包括在图5a至图5b的指纹感测***部件50中的感测元件8的部分结构和部分电路示意图的混合图。保护介电结构6、感测板36、屏蔽板52、和参考板53示意性示出在分解透视图中，而电荷放大器38以晶体管级电路示意图的形式被示出。
如图6a所示，简单电荷放大器38的该第一示例包括感测晶体管54、级联晶体管55、重置晶体管56、和偏置电流源57。感测晶体管54、级联晶体管55、和重置晶体管56都形成在相同的阱59中。
为了帮助理解图6a中的部件和连接方式，还在图6b中以更抽象级示出了相同的示意性配置，其中，图6a的晶体管电路由一般的符号取代以用于表示如下的电荷放大器：其第一(负)输入端42连接到感测板36，其正输入端43连接到感测参考提供电路15，并且其输出端44提供感测信号VS，感测信号VS指示由在手指35与感测板36之间的电位差的变化而导致的感测板36所携带的电荷的变化。图6b还示意性指示阱59被连接到感测参考电位提供电路15。
回到图6a，可以看出，感测晶体管54的栅极构成电荷放大器38的负输入端42，并且感测晶体管54的源极构成电荷放大器54的正输入端43。正输入端43连接到屏蔽板52，其又连接到其中形成感测晶体管54的阱59以及连接到感测参考电位提供电路15。
感测元件8还包括驱动晶体管60、驱动控制开关61、和重置控制开关46。驱动控制开关61能够被控制在第一状态和第二状态之间切换，在第一状态中，驱动晶体管60的栅极连接到感测参考电位提供电路15，并且在第二状态中，驱动晶体管60的栅极连接到接地。当驱动控制开关61处于其第一状态时，驱动晶体管60将导电，从而将感测结构36直接连接到感测参考电位提供电路15。当驱动控制开关处于其第二状态时，驱动晶体管60将不导电。在后者情况下，因此在感测结构36和感测参考电位提供电路15之间将不会有通过驱动晶体管60的直接连接。如在图6a中可以看出，驱动晶体管60形成在阱59中。偏置电流源57可以是在感测元件中或是在传感器阵列外部。
以同样的方式，重置控制开关46能够被控制在第一状态和第二状态之间切换，在第一状态中，重置晶体管56不导电，以允许在感测板36与反馈板53之间的电位差，并且在第二状态中，重置晶体管56导电，以使感测板36和反馈板53的电位相等。
通过图6a中的感测元件8的配置，内部寄生电容CP1和CP3的影响被去除或至少显著减小。
现在已经在***级上描述了根据本发明的指纹感测***2的两个示例性实施方式，现在将参照图7a至图7b、图8以及图9更详细地描述感测参考电位提供电路15和电平移动电路16的示例性配置。
现在将参照图7a至图7b中的简化电路图来描述被包括在根据本发明的指纹感测***2的实施方式中的感测参考电位提供电路15的示例性基本配置。在图7a中，感测参考电位提供电路15被示出处于第一(充电)状态中，并且在图7b中，感测参考电位提供电路15被示出处于第二(升压)状态中。
首先转到图7a，感测参考电位提供电路15包括四个升压电容器65a至65d、充电电路66、以及在图7a中由多个简单开关符号指示的开关电路。
升压电容器65a至65d中的每一个均具有第一电容器端子68a和第二电容器端子68b。这些已经仅由第一升压电容器65a的附图标记来指示以避免混乱附图。
充电电路66具有连接导每一个升压电容器65a至65d的第一电容器端子68a的充电输出端67和连接在第一升压电容器65a两端的电压检测输入端71a至71b。
如在图7a中示意性指示，对于每一个升压电容器65a至65d，开关电路包括两个充电使能开关69a至69b和两个升压使能开关70a至70b。充电使能开关69a至69b能够被控制成允许第一电容器端子68a连接到装置接地DGND以及第二电容器端子68b连接到充电电路66。升压使能开关70a至70b能够被控制成允许第一电容器端子68a连接到升压电容器65a至65d的升压地板电位(floor potential)以及第二电容器端子68b连接到感测参考电位提供电路15的下一级(或连接到感测参考电位输出端)。再次说明，这些开关已经仅由第一升压电容器65a的附图标记来指示以避免混乱附图。
如在图7a中也指示，感测参考电位提供电路15还包括二极管72、诸如低压差调节器(LDO)的电压调节器73、第一电容器74(平稳电容器)、以及第二电容器78。
至少在主动操作模式下，感测参考电位提供电路15被控制成在如图7a所示意性指示的第一状态和如图7b所示意性指示的第二状态之间交替。
在第一状态中，充电使能开关69a至69b被控制成将每一个升压电容器65a至65d的第一电容器端子68a导电地连接到装置接地DGND，并且将每一个升压电容器65a至65d的第二电容器端子68b导电地连接到充电电路66的充电输出端67。升压使能开关70a至70b被控制成将各个升压电容器65a至65d与感测参考电位提供电路15的先前级和随后级断开。此外，感测设备接地SGND被连接到装置接地DGND，以提供相对于装置接地DGND的第一感测参考电位VL作为感测设备接地SGND。在感测参考电位提供电路15的第一状态中，感测设备供应电位SVDD大体上等于装置供应电位DVDD。
为了确保升压电容器65a至65d被充电以提供相同的电压升压步骤，充电电路66包括用于检测升压电容器65a至65b两端的电压的电压检测器76、以及可控电流源77，可控电流源77可以被控制成向每一个升压电容器65a至65b的第二电容器端子68b提供恒定充电电流直到电压检测器76检测到预定充电电压V充电为止。为了进一步改善性能，可以对升压电容器65a至65b中每一个上的电荷进行分别监测。在这种情况下，感测参考提供电路15可以对于每一个升压电容器包括一个充电电路。
当升压电容器65a至65d已经被充电到充电电压时，感测参考电位提供电路15已准备好被切换到其第二状态——升压状态。从第一状态切换到第二状态的定时可以通过感测设备来控制，特别是通过可以从感测设备提供到感测参考电位提供电路15的定时信号(在图2b和图3中的TXOUT)来控制。
现在参照图7b，其示意性示出了感测参考电位提供电路15处于其第二状态，充电使能开关69a至69b被控制成将每一个升压电容器65a至65d的第一电容器端子68a与装置接地DGND断开，并且将每一个升压电容器65a至65d的第二电容器端子68b与充电电路66的充电输出端67断开。升压使能开关70a至70b被控制成将各个升压电容器65a至65d连接到感测参考电位提供电路15的先前级和随后级，如在图7b示意性指示。因此，感测设备接地SGND被连接到第四升压电容器65d的第二电容器端子，以提供相对于装置接地DGND的第二感测参考电位VH作为感测设备接地SGND。在感测参考电位提供电路15的第二状态中，感测设备供应电位SVDD大体上等于装置供应电位DVDD加上第二感测参考电位VH。在图7a至图7b的简化示例中，第二感测参考电位VH相对于装置接地DGND约为DVDD加上四倍的充电电压V充电。
在第二状态中，二极管72防止电流从SVDD朝向DVDD流动，并且SVDD借助于保持SGND与SVDD之间的电位差大体上恒定的电容器78而升高。
图8示意性示出了图7a至图7b中的感测参考电位提供电路15的ESD保护配置。图8中的感测参考电位提供电路15被示出为处于第二状态(与图7b中相同)，并且ESD保护部件已经在简化电路图中指示。在感测设备接地SGND和装置接地DGND之间在感测参考电位提供电路15的输出端处设置了第一ESD保护部件79。为了在ESD事件(例如由图8中的闪光81示意性指示的)下提供改进的保护，感测参考电位提供电路15包括另外的ESD保护部件80a至80d，其耦接在每一个升压电容器65a至65d的第一电容器端子68a和第二电容器端子68b之间，从而保护升压器电容器65a至65d不被ESD事件81损坏，ESD事件81可能不触发第一ESD保护部件，但是仍然可能对感测参考电位提供电路15的不同内部电压域中的低电压成分有害。
合适的ESD保护部件本身是本领域技术人员公知的。
图9示意性示出了组合的感测参考电位提供电路15和电平移动电路16的简化示例性配置。如图9中示意性示出的，电平移动电路16包括从装置电压域(由装置接地DGND表示)到感测设备电压域(由感测设备接地SGND表示)的依次的第一组电平移动器83a至83d以及从感测设备电压域到装置电压域的依次的第二组电平移动器84a至84d。
参照第一组电平移动器83a至83d，每一个电平移动器通过升压电容器两端的电压(V充电)对输入信号的参考电位进行移动，并且一个电平移动器83a的输出端依次连接到下一个电平移动器83b的输入端。由此，可以实现非常快速的电平移动，这对于快速读出来自感测设备的指纹图案信号是重要的。第二组电平移动器84a至84d以与第一组电平移动器相同的方式工作。
如本领域技术人员将理解的，每一个电平移动器可以以各种本身已知的方式来实现。
在权利要求书中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词(“a”或“an”)不排除多个。某些措施被记载在相互不同的从属权利要求中的事实并不指示这些措施的组合不能被有利地使用。

Claims (15)

1.一种用于感测手指的指纹图案的指纹感测***，所述指纹感测***包括：
装置连接接口，所述装置连接接口用于将所述指纹感测***连接到电子装置，所述装置连接接口包括用于接收来自所述电子装置的装置参考电位的装置参考电位输入端；
感测设备，所述感测设备包括：
多个感测结构，所述感测结构中的每一个被介电结构覆盖；以及
读出电路，所述读出电路连接到所述感测结构中的每一个，用于响应于所述手指的手指电位和所述感测结构的感测结构电位之间的电位差的变化来提供指示每一个感测结构与所述手指之间的电容耦合的感测信号，所述读出电路以所述感测结构电位跟随所述感测设备的感测参考电位的方式连接到所述感测结构中的每一个；以及
感测参考电位提供电路，所述感测参考电位提供电路连接到所述感测设备，用于向所述感测设备提供如下形式的所述感测参考电位：相对于所述装置参考电位在第一感测参考电位和第二感测参考电位之间交替的感测参考信号，相对于所述装置参考电位在所述第一感测参考电位和所述第二感测参考电位之间的电位差的变化导致在所述手指电位和所述感测结构电位之间的所述电位差的变化，其中，所述感测参考电位提供电路包括：
第一电容器；
第二电容器；
充电电路，所述充电电路用于对所述第一电容器和所述第二电容器进行充电；以及
开关电路，所述开关电路连接到所述第一电容器、所述第二电容器、所述充电电路和所述感测设备，用于在如下之间交替切换所述感测参考电位提供电路：
第一状态，在所述第一状态中，所述第一电容器和所述第二电容器并联连接到所述充电电路以允许所述充电电路对所述第一电容器和所述第二电容器进行充电，并且所述感测参考电位提供电路向所述感测设备提供所述第一感测参考电位；以及
第二状态，在所述第二状态中，所述第一电容器和所述第二电容器与所述充电电路断开并且串联连接在所述装置参考电位输入端与所述感测设备之间，从而所述感测参考电位提供电路向所述感测设备提供所述第二感测参考电位。
2.根据权利要求1所述的指纹感测***，其中，所述读出电路包括：
多个电荷放大器，所述电荷放大器中的每一个连接到所述感测结构中的至少一个感测结构，用于提供指示由所述至少一个感测结构所携带的电荷的变化的感测信号，其中，所述电荷放大器中的每一个包括：
第一输入端，所述第一输入端连接到所述至少一个感测结构；
第二输入端，所述第二输入端连接到所述感测参考电位提供电路以接收所述感测参考电位；
输出端，所述输出端提供所述感测信号；
反馈电容器，所述反馈电容器连接在所述第一输入端与所述输出端之间；以及
至少一个放大器级，所述至少一个放大器级在所述第一输入端和所述第二输入端与所述输出端之间，
其中，所述电荷放大器以如下方式来配置：所述第一输入端处的电位大体上跟随所述第二输入端处的所述感测参考电位。
3.根据权利要求2所述的指纹感测***，其中，所述读出电路还包括：
采样电路，所述采样电路连接到所述电荷放大器中的每一个的输出端，用于在采样时间处对所述感测信号进行采样，所述采样时间与所述第一感测参考电位和所述第二感测参考电位之间的所述感测参考电位的变化有关。
4.根据前述权利要求中任一项所述的指纹感测***，其中，所述充电电路包括至少一个电流产生器，用于在所述感测参考电位提供电路处于所述第一状态时向所述第一电容器和所述第二电容器提供电荷。
5.根据权利要求4所述的指纹感测***，其中，所述感测参考电位提供电路还包括：
至少一个电压检测器，所述至少一个电压检测器用于在所述感测参考电位提供电路处于所述第一状态时检测所述第一电容器和所述第二电容器中的至少一个的两端的电压；以及
控制电路，所述控制电路连接到所述至少一个电压检测器和所述至少一个电流产生器，用于控制所述至少一个电流产生器供应电流直到所述第一电容器和所述第二电容器中的至少一个的两端的电压达到预定充电电压为止。
6.根据权利要求1或2所述的指纹感测***，其中，所述指纹感测***还包括电平移动电路，所述电平移动电路连接到所述读出电路、所述感测参考电位和所述装置参考电位输入端，用于接收来自所述读出电路的参考所述感测参考电位的手指图案信号，使所述手指图案信号进行电平移动，并且提供参考所述装置参考电位的手指图案信号。
7.根据权利要求6所述的指纹感测***，其中，所述电平移动电路依次包括第一电平移动器和第二电平移动器，所述第一电平移动器连接在所述第一电容器两端并且所述第二电平移动器连接在所述第二电容器两端。
8.根据权利要求1或2所述的指纹感测***，其中，所述感测参考电位提供电路还包括：
第一ESD保护电路，在所述感测参考电位提供电路处于所述第一状态和所述第二状态时，所述第一ESD保护电路与所述第一电容器并联连接；以及
第二ESD保护电路，在所述感测参考电位提供电路处于所述第一状态和所述第二状态时，所述第二ESD保护电路与所述第二电容器并联连接。
9.根据权利要求1或2所述的指纹感测***，其中：
所述感测设备被包括在第一集成电路中；并且
所述装置连接接口和所述感测参考电位提供电路被包括在耦接至所述第一集成电路的第二集成电路中。
10.根据权利要求9所述的指纹感测***，其中：
所述第一集成电路还包括感测设备接口；并且
所述第二集成电路还包括连接到所述感测设备接口的传感器连接接口。
11.根据权利要求1或2所述的指纹感测***，其中：
所述感测设备、所述装置连接接口、以及所述感测参考电位提供电路被包括在单个集成电路中。
12.根据权利要求2所述的指纹感测***，其中：
所述感测设备、所述装置连接接口、以及所述感测参考电位提供电路被包括在包括有半导体基板的单个集成电路中；并且
所述至少一个放大器级包括：
具有构成所述第一输入端的栅极的感测晶体管，
其中，所述感测晶体管形成在所述半导体基板中的阱中，所述阱与所述基板之间的界面以能够防止电流在所述阱与所述基板之间流动的方式被配置，并且
其中，所述阱以所述阱的电位大体上跟随所述感测参考电位的方式连接到所述感测参考电位提供电路。
13.一种电子装置，包括：
根据前述权利要求中任一项所述的指纹感测***；以及
处理电路，所述处理电路被配置成：
经由所述装置连接接口从所述指纹感测***获取指纹图案信号；
基于所述指纹图案信号验证用户；以及
仅在基于所述指纹图案信号验证了所述用户的情况下，执行至少一个动作。
14.一种使用指纹感测***感测手指的指纹图案的方法，所述指纹感测***包括：
装置连接接口，所述装置连接接口用于将所述指纹感测***连接到电子装置，所述装置连接接口包括用于接收来自所述电子装置的装置参考电位的装置参考电位输入端；
感测设备，所述感测设备包括：
多个感测结构，所述感测结构中的每一个被介电结构覆盖并且被布置成在手指定位在所述介电结构上时电容耦合到所述手指；以及
读出电路，所述读出电路以感测结构电位跟随所述感测设备的感测参考电位的方式连接到所述感测结构中的每一个；以及
感测参考电位提供电路，所述感测参考电位提供电路连接到所述感测设备，用于向所述感测设备提供所述感测参考电位，所述感测参考电位提供电路包括第一电容器和第二电容器，
所述方法包括以下步骤：
a)并联连接所述第一电容器和所述第二电容器；
b)在所述第一电容器和所述第二电容器并联连接时，对所述第一电容器和所述第二电容器进行充电；
c)在对所述第一电容器和所述第二电容器充电时向所述感测设备提供第一感测参考电位；
d)在所述第一感测参考电位被提供给所述感测设备时，通过所述读出电路感测由所述感测结构中的至少一个感测结构所携带的第一电荷；
e)将经充电的第一电容器和经充电的第二电容器串联连接在所述装置参考电位输入端和所述感测设备之间，以相对于所述装置参考电位将所述感测参考电位从所述第一感测参考电位改变到第二感测参考电位；
f)在所述第二感测参考电位被提供给所述感测设备时，通过所述读出电路感测由所述感测结构中的至少一个感测结构所携带的第二电荷；以及
g)通过所述读出电路形成用于指示所述第一电荷与所述第二电荷之间的差异的所述至少一个感测结构的感测信号，
其中，重复步骤a)至步骤g)直到对于所述感测结构中的每一个感测结构已经形成所述感测信号为止。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述第一电容器和所述第二电容器被充电直到并联的所述第一电容器和所述第二电容器两端的电位差达到预定充电电压为止。
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