CN109726618A - 用于传感器的阵列电路及智能手机 - Google Patents

Abstract

一种用于传感器的阵列电路及智能手机，该传感器包括阵列排布的多个传感单元，每一列的多个传感单元同时连接到一根导线上，并且至少两根导线的输入端共接并形成引脚，以及引脚与控制芯片相连接。由此采用上述的连接方式，使得传感器与控制芯片之间的引脚数量大幅度减少，从而节省了芯片的面积及封装成本；同时节省了走线空间，让生产加工难度降低，导致节省了生产焊接时间以及提升了产品良率，因此解决了现有的传感器阵列连接技术存在着与传感器对接的芯片引脚过多从而导致占用了芯片面积，并且增加了成本以及不利于加工的问题。

Description

用于传感器的阵列电路及智能手机

技术领域

本发明属于传感器技术领域，特别是涉及用于传感器的阵列电路及智能手机。

背景技术

自从2013年苹果手机IPhone5S引入指纹识别以来，指纹识别技术在智能设备中就被广泛应用，其简易快捷同时兼顾安全的特点，让数以亿计的人们接受并依赖指纹识别作为手机、平板等智能设备的解锁装置，同时随着移动支付的兴起，借助指纹识别代替密码给用户省去了输入密码带来的烦恼。时至今日，指纹识别模组已经成为了智能手机标准配置。

然后，为适应用户对手机屏占比增高需求以及全屏幕指纹识别的需求，指纹识别与显示技术的结合成为了手机开发者的难题。如屏下光学指纹技术以及屏下超声波指纹技术，都只能应用于OLED屏，对屏幕的要求高，其限制了应用，以及指纹识别的区域固定在一个较小的范围，与全屏指纹技术相去甚远。

采用全面屏的指纹识别，其传感器的面积会非常大，以5.5英寸显示屏为例，其显示面积为6.85cm*12.18cm。但受限于人体手指的纹路形状，因此传感器尺寸不能太大，比较常见的尺寸是508dpi，即相邻两个传感单元的间隔是50u，则整个传感器将是1370*2436的阵列。

目前，一般采用每列像素都出一个引脚的方式，该方法适用于小阵列的指纹传感器，一旦传感器的面积扩充到整个全屏幕，需要的引脚数目可能达到1000多根甚至更多，导致传感器与芯片间的走线资源紧张，与之对接的芯片引脚过多占用了芯片面积而增加了成本，同时也不利于加工。

图1示出了现有技术涉及到的传感器阵列连线结构，传感器200与走线线路板300相连接，走线线路板300与芯片600相连接，由于每一列的传感单元都线路连接及引脚数目多，因此生产成本高、加工时间长以及良率低。

因此，现有的传感器阵列连接技术存在着与传感器对接的芯片引脚过多从而导致占用了芯片面积，并且增加了成本以及不利于加工的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供用于传感器的阵列电路及智能手机，旨在解决现有的传感器阵列连接技术存在着与传感器对接的芯片引脚过多从而导致占用了芯片面积，并且增加了成本以及不利于加工的问题。

本发明第一方面提供了一种用于传感器的阵列电路，所述传感器包括阵列排布的多个传感单元，每一列的多个所述传感单元连接到同一根第一导线上，并且至少两根所述第一导线的输入端共接并形成第一引脚，所述第一引脚与控制芯片相连接。

本发明第二方面提供了一种智能手机，包括显示屏和传感器，所述显示屏对所述传感器获取到的信息进行显示，所述传感器包括阵列排布的多个传感单元，所述智能手机还包括上述的阵列电路。

综上所述，上述用于传感器的阵列电路及智能手机，该传感器包括阵列排布的多个传感单元，每一列的多个传感单元同时连接到一根导线上，并且至少两根导线的输入端共接并形成引脚，以及引脚与控制芯片相连接。由此采用上述的连接方式，使得传感器与控制芯片之间的引脚数量大幅度减少，从而节省了芯片的面积及封装成本；同时节省了走线空间，让生产加工难度降低，导致节省了生产焊接时间以及提升了产品良率，因此解决了现有的传感器阵列连接技术存在着与传感器对接的芯片引脚过多从而导致占用了芯片面积，并且增加了成本以及不利于加工的问题。

附图说明

图1示出了现有技术涉及到的传感器的阵列连线结构示意图。

图2为本发明第一实施例提供的用于传感器的阵列电路的连接结构示意图。

图3为本发明第二实施例提供的用于传感器的阵列电路的连接结构示意图。

图4为本发明提供的传感器阵列减小走线的局部原理图。

图5为本发明提供的传感器减少走线的连接结构示意图。

图6为本发明提供的智能手机的传感器阵列连接结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例的用于传感器的阵列电路，采用开关控制与通道复用的方式，在满足产品应用要求的情况下，让传感器与芯片之间的引脚数量大幅度降低，从而降低了芯片的引脚数目，节省了芯片面积及封装成本；同时，连线数目大幅度降低也节省了走线空间，让生产加工难度降低，节省了生产焊接时间以及提升了产品良率。本发明可应用于传感器阵列领域，例如光学图像传感器及超声波图像传感器领域，也可用于生物识别器、扫描仪、医学成像器件等产品。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

图2示出了本发明第一实施例提供的用于传感器的阵列电路的连接结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

上述用于传感器200的阵列电路，该传感器200包括阵列排布的多个传感单元210，每一列的多个传感单元连接到同一根第一导线上，并且至少两根所述第一导线的输入端共接并形成第一引脚，所述第一引脚与控制芯片相连接。

作为本发明一实施例，每个传感单元都有单独的开关连接到第一导线(图2采用211L1、211L2……表示)上，当然，第一导线211L1、211L2以及211L3的输入端共接并形成第一引脚211J1，依次类推，第一引脚211J1、211J2、211J3以及211J4都与控制芯片相连接。

作为本发明一实施例，上述阵列电路还包括与第一引脚连接的扫描端口，以及第一驱动端口；

第一导线上各设有一与第一驱动端口连接的第一开关，第一开关用于根据第一驱动端口输出的电平信号进行导通或关断。

如图2所示具体实施方式，第一导线211L1上设有第一开关211S1，并且第一开关211S1根据对应的第一驱动端口231C1输出的电平信号进行导通或关断；例如，当第一驱动端口231C1输出高电平时，与之相连的第一开关211S1导通，当第一驱动端口231C1输出低电平时，与之相连的第一开关211S1关闭。当然，其他的第一导线以及第一开关的工作原理同上述描述一致。

作为本发明一实施例，上述第一驱动端口为S个，与同一所述第一引脚连接的S根所述第一导线视为一组第一导线组，每个所述第一导线组中的S个所述第一开关分别由S个所述第一驱动端口一一对应控制，其中，S≥2。

作为本发明一实施例，上述阵列电路还包括所述第一导线数量为S-N的第二导线组，每个所述第二导线组中的S-N个所述第一开关分别由S-N个所述第一驱动端口一一对应控制，其中，S＞N≥1。

图2具体实施方式中采用每8根第一导线以及8个第一驱动端口视为一组第一导线组，则每一组第一导线组上的第一导线都通过第一开关分别汇聚在第一引脚221J1，第一引脚221J2，第一引脚221J3……上，其中，第一开关即为TFT开关，可以为单个的NMOS或者PMOS，也可以是两个MOS管组成的CMOS开关。其中第一开关的开启受第一驱动端口231C1，……，231C4，……控制，所述的第一驱动端口与控制芯片连接并受控于控制芯片的逻辑电路；第一驱动端口231C1控制着第一开关221S1、221S9、221S17以及221S25的导通或关断，以此类推。

当然，H列的第一导线被分成J个第一导线组，每个第一导线组可设计成K(K为1以上小于H的自然数)列组成，无需要求H可以被J除尽，一旦有余数，剩余的多个第一导线作为最后一组。假如，当图2中包括34列传感单元时，前面的32列传感单元分为4组第一导线组，剩余的2列传感单元为另外一组第二导线组，当然，剩余的2列传感单元连接的第一开关被对应的第一驱动端口一一控制。H列传感单元中，每一列连接的第一导线都通过第一开关连接至第一引脚上，例如第1列传感单元连接的第一导线211L1通过第一开关211S1连接第一引脚221J1，第2列传感单元连接的第一导线211L2通过第一开关211S2连接第一引脚221J1，……，第8列传感单元连接的第一导线211L8通过第一开关211S8连接第一引脚221J1，第9列传感单元连接的第一导线211L9通过第一开关211S9连接第一引脚221J2，……，依次类推。

图3示出了本发明第二实施例提供的用于传感器的阵列电路的连接结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

作为本发明一实施例，至少两个第一引脚通过第二导线共接并形成第二引脚，第二引脚与控制芯片相连接。当然，至少两个第二引脚可通过第三导线共接并形成第三引脚，至少两个第三引脚可通过第四导线共接并形成第四引脚……以此类推，可根据实际需要采用多重叠加及通道并用的方式使得传感器与控制芯片的引脚尽可能的少。在本实施中，以至少两个第一引脚通过第二导线共接并形成第二引脚为例进行描述。

作为本发明一实施例，上述阵列电路还包括第二驱动端口，所述第二导线上设有与所述第二驱动端口连接的第二开关，所述第二开关用于根据所述第二驱动端口输出的电平信号进行导通或关断。

在图2的基础上，图3采用第一引脚221J1与第一引脚221J2共接并形成第二引脚221K1，以及第一引脚221J3与第一引脚221J4共接并形成第二引脚221K2。当然，在第二导线上设有与第二驱动端口连接的第二开关(图3采用211P1、211P2、211P3以及211P4表示)，第二开关的工作原理与上述第一开关一致。

作为本发明一实施例，上述第二驱动端口为P个，与同一所述第二引脚连接的P根所述第二导线视为一组第三导线组，每个所述第三导线组中的P个所述第二开关分别由P个所述第二驱动端口一一对应控制，其中，P≥2。

作为本发明一实施例，上述阵列电路还包括所述第二导线数量为P-M的第四导线组，每个所述第四导线组中的P-M个所述第二开关分别由P-M个所述第二驱动端口一一对应控制，其中，P＞M≥1。第二驱动端口与上述第一驱动端口的工作原理一致。

因此，为了让引脚数目进一步降低，将第一引脚221J1和第一引脚221J2再次通过控制开关切换的方式，汇聚成第二引脚221K1，并与控制芯片对接。所述方式不局限于仅两个第一引脚汇聚，也适用于两个以上的第一引脚进行汇聚。

上述第一开关和第二开关都为薄膜晶体管，该薄膜晶体管包括a-si(无定形硅)、LTPS(低温多晶硅)以及IGZO(铟镓锌氧化物)等薄膜晶体管。

图4示出了本发明提供的传感器阵列减小走线的局部原理，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

作为本发明一实施例，上述阵列电路还包括与所述扫描端口相连接的运算放大器1012，

所述传感单元用于将接收到的光信号、磁信号、声信号、超声信号、波信号、力信号、热信号或者湿信号转换为电信号，并通过所述运算放大器1012对所述电信号进行放大。

在做单个像素扫描模式时，控制每个像素的开关及每列的开关，每个导线组只有一个像素连接至第一引脚221J1，如第一导线组内，通过逻辑电路1011控制让第一驱动端口231C1为高电平，则第一开关211S1闭合，其余第一开关断开，此时第一个像素(传感单元)通过第一开关连接到运算放大器，传感单元(图4采用2011、2012、2013、2014、2015、2016、2017以及2018表示)将接收到的光、磁、声、超声、波、力、热、湿等信号转换成电流或者电压信号，由控制芯片101(图4采用IC表示)的运算放大器1012对信号进行放大处理，在运算放大器的输出端得到对应的电压或者电流信号以方便后续的模块进行处理。扫描结束后，切换到下一列像素时，第一开关211S2闭合，其余第一开关断开，第二个像素连接到运算放大器1012的输入端，运算放大器1012的输出端得到对应的第二列像素相关的信号。依次经过8列扫描，可将此组内的8个像素全部扫描完成。

当然，J个小组可以同时工作，依次在第一引脚221J1，第一引脚221J2……第一引脚221JJ上得到数据，经过8次扫描，可以得到M行中当前扫描行的数据。类似的切换行地址，也可逐步完成对各行的传感单元进行扫描。

本发明还提供了智能手机，包括显示屏和传感器，所述显示屏对所述传感器获取到的信息进行显示，所述传感器包括阵列排布的多个传感单元，所述智能手机还包括上述的阵列电路。

图5和图6分别示出了本发明提供的传感器减少走线的连接结构以及智能手机的传感器阵列连接结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

作为本发明一实施例，一种智能手机，其工作原理如下：屏幕上的传感器(图6采用200表示)由阵列传感单元组成，每个传感单元含有开关管及光电二极管，当信号光照射至手指上进而反射至传感单元上，由于手指存在谷和脊纹路，反射至手指下方的光信号量有差异，经过传感单元后的电信号也有差异。

鉴于手机屏的特点，其采用5.8寸屏，显示区域面积分别是16.26cm*8.24cm，采用508dpi的分辨率，像素点阵是3256*1648，即含有1648阵列，采用每16阵列分成一组，共1648/16＝103组，加上增加的16根控制开关走线，因此可以总共减少1648-103-16＝1529根输出走线。

因此，上述用于传感器的阵列电路及智能手机的优势具体体现在：

(1)减少输出走线，有利于与之连接的FPC的面积设计，让其空间要求低；

(2)减少输出走线，有利于与之连接的FPC的面积减小，让其成本更低；

(3)减少输出走线，有利于与之连接的FPC的焊接，焊点更少、工时更少以及良率更高；

(4)减少输出走线，有利于降低与之对应的芯片引脚数量，让封装形式不受限，有助于降低封装成本；

(5)减少输出走线，有利于降低与之对应的芯片引脚数量，让芯片面积更小，有助于降低芯片成本；

(6)减少输出走线，有利于降低与之对应的芯片引脚数量，让焊点数目更少，有利于节省成本，提高焊接良率。

综上所述，本发明实施例提供了用于传感器的阵列电路及智能手机，该传感器包括阵列排布的多个传感单元，每一列的多个传感单元同时连接到一根导线上，并且至少两根导线的输入端共接并形成引脚，以及引脚与控制芯片相连接。由此采用上述的连接方式，使得传感器与控制芯片之间的引脚数量大幅度减少，从而节省了芯片的面积及封装成本；同时节省了走线空间，让生产加工难度降低，导致节省了生产焊接时间以及提升了产品良率，因此解决了现有的传感器阵列连接技术存在着与传感器对接的芯片引脚过多从而导致占用了芯片面积，并且增加了成本以及不利于加工的问题。本发明实施例实现简单，不需要增加额外的硬件，可有效降低成本，具有较强的易用性和实用性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于传感器的阵列电路，所述传感器包括阵列排布的多个传感单元，其特征在于，每一列的多个所述传感单元连接到同一根第一导线上，并且至少两根所述第一导线的输入端共接并形成第一引脚，所述第一引脚与控制芯片相连接。

2.如权利要求1所述的阵列电路，其特征在于，还包括与所述第一引脚连接的扫描端口，以及第一驱动端口；

所述第一导线上各设有一与所述第一驱动端口连接的第一开关，所述第一开关用于根据所述第一驱动端口输出的电平信号进行导通或关断。

3.如权利要求2所述的阵列电路，其特征在于，所述第一驱动端口为S个，与同一所述第一引脚连接的S根所述第一导线视为一组第一导线组，每个所述第一导线组中的S个所述第一开关分别由S个所述第一驱动端口一一对应控制，其中，S≥2。

4.如权利要求3所述的阵列电路，其特征在于，所述阵列电路还包括所述第一导线数量为S-N的第二导线组，每个所述第二导线组中的S-N个所述第一开关分别由S-N个所述第一驱动端口一一对应控制，其中，S＞N≥1。

5.如权利要求1所述的阵列电路，其特征在于，至少两个第一引脚通过第二导线共接并形成第二引脚，所述第二引脚与控制芯片相连接。

6.如权利要求5所述的阵列电路，其特征在于，还包括第二驱动端口，所述第二导线上设有与所述第二驱动端口连接的第二开关，所述第二开关用于根据所述第二驱动端口输出的电平信号进行导通或关断。

7.如权利要求6所述的阵列电路，其特征在于，所述第二驱动端口为P个，与同一所述第二引脚连接的P根所述第二导线视为一组第三导线组，每个所述第三导线组中的P个所述第二开关分别由P个所述第二驱动端口一一对应控制，其中，P≥2。

8.如权利要求7所述的阵列电路，其特征在于，所述阵列电路还包括所述第二导线数量为P-M的第四导线组，每个所述第四导线组中的P-M个所述第二开关分别由P-M个所述第二驱动端口一一对应控制，其中，P＞M≥1。

9.如权利要求2所述的阵列电路，其特征在于，所述阵列电路还包括与所述扫描端口相连接的运算放大器，

所述传感单元用于将接收到的光信号、磁信号、声信号、超声信号、波信号、力信号、热信号或者湿信号转换为电信号，并通过所述运算放大器对所述电信号进行放大。

10.一种智能手机，包括显示屏和传感器，所述显示屏对所述传感器获取到的信息进行显示，所述传感器包括阵列排布的多个传感单元，其特征在于，所述智能手机还包括如权利要求1-9任一项所述的阵列电路。