CN110334700B - 指纹感测模组 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种指纹感测模组，其包括具有复数个行输出节点或复数个列输出节点的指纹感测像素阵列、电流源以及控制开关。其中，电流源及控制开关的一端皆电性连接至行输出节点或列输出节点，而行输出节点或列输出节点用以输出指纹感测像素阵列中每一感测像素应感测内容而产生的一输出电压位准。电流源及控制开关的另一端分别电性连接至第一电压位准与第二电压位准，其中第一电压位准不等于第二电压位准。如此一来，当控制开关应重设信号而被导通时，本发明使行输出节点或列输出节点的输出电压位准等于或接近于该第二电压位准，以清除每一感测像素所残留的记忆效应。

Description

指纹感测模组
技术领域
本发明是关于一种指纹感测模组，尤其是关于一种可清除记忆效应的指纹感测模组。
背景技术
随着现代指纹感测的技术成熟，指纹感测模组被广泛地应用于电子装置中，像是屏下式指纹感测模组被应用于一手持式智能装置，例如：数码相机、扫描仪、智能型手机、平板电脑或笔记本电脑等。
请参阅图1A及图1B，其分别为现有指纹感测模组应用共同电流源的电路示意图，以及部分感测像素的输出电压位准的时序图。
如图1A及图1B所示，指纹感测模组10包括指纹感测像素阵列110以及电流源120，其中指纹感测像素阵列110具有多个列感测像素与多个行感测像素，为说明方便，仅以指纹感测像素阵列110中的一行感测像素P1进行说明各元件的连接关系。行感测像素P1具有相互电性连接的多个感测像素P11-P1n，且每一个感测像素P11-P1n的输出节点N11-N1n电性连接至一起而形成行输出节点N1，以输出一输出电压位准V1out，而电流源120的一端电性连接至行输出节点N1，另一端电性连接一电压位准VN1。
当行感测像素P1接收列控制信号C1而依序驱使多个感测像素P11-P1n输出感测内容时，于切换时间0-t11之间，感测像素P11应控制信号C11将感测像素P11的感测内容输出至行输出节点N1处而产生第一输出电压位准V11；于切换时间t11-t12之间，应控制信号C12将感测像素P12的感测内容输出至行输出节点N1处而产生第二输出电压位准V12；且于切换时间t12-t13之间，应控制信号C13将感测像素P13的感测内容输出至行输出节点N1处而产生第三输出电压位准V13。可以理解的，如图1B所示，输出电压位准V11、V12、V13为输出电压位准V1out的一部分。
然而，每一个感测像素P11-P1n的输出电压位准V11-V1n于不同时间被依序读出时，会因实际电路设计的走线寄生效应，使得每一个感测像素P11-P1n被驱动读取感测内容时，可能于行输出节点N1处仍残留前一个感测像素P11-P1n的输出电压位准V11-V1n，从而造成记忆效应，干扰每一个感测像素P11-P1n于行输出节点N1处实际应该输出的真实感测内容。
因此，为避免指纹感测像素阵列110于读取感测数据时会受到记忆效应的影响，现有解决方式如图2A所示。
请同时参考图2A及图2B，指纹感测模组20包括指纹感测像素阵列210、电流源220以及控制开关230，其中本例是以指纹感测像素阵列210中的一行感测像素P2来说明各元件的连接关系。行感测像素P2具有多个感测像素P21-P2n，且每一个感测像素P21-P2n的输出节点N21-N2n电性连接至一起而形成行输出节点N2，以供输出一输出电压位准V2out。而行输出节点N2电性连接至电流源220与控制开关230，且电流源220的另一端电性连接一第一电压位准VN21。控制开关230的另一端电性连接一第二电压位准VN22。其中，第一电压位准VN21等于第二电压位准VN22(例如，两者皆为0V)。
当行感测像素P2接收列控制信号C2而依序驱使多个感测像素P21-P2n输出感测内容时，于切换时间0-t21之间，感测像素P21应控制信号C21将感测像素P21的感测内容输出至行输出节点N2处而产生第一输出电压位准V21，之后控制开关230会应一重设信号Rst2而被导通，使行输出节点N2的第一输出电压位准V21等于第一电压位准VN21及第二电压位准VN22，也就是说将第一输出电压位准V21下拉至0V，以清除当次感测像素P21所造成的残存记忆效应。
接着，于切换时间t21-t22之间，因控制信号C22将感测像素P22的感测内容输出至行输出节点N2处而产生第二输出电压位准V22，控制开关230再次应重设信号Rst2而被导通，使行输出节点N2的第二输出电压位准V22被下拉至0V，以清除感测像素P22所造成的残存记忆效应。以此类推取得行感测像素P2的输出电压位准V2out；当然，前述输出电压位准V21、V22、V23为前述输出电压位准V2out的一部分。
然而，上述实施例的设定为第一电压位准VN21等于第二电压位准VN22，如此一来，当控制开关230被导通以清除记忆效应时，电流源220的两端会被拉至同等电压位准而无任何电压位差，从而造成以晶体管设计的电流源220的驱动能力失效，进而也使电流源220失效。
依此，当于切换时间t21-t2n之间，感测像素P21-P2n处于其感测内容被读取的切换操作过程中时，电流源220电连接至行输出节点N2的这一端得慢慢借由行感测像素P2去提升行输出节点N2的电压位准，从而使电流源220的两端具有一电压位差，以重新启动电流源220，直至行输出节点N2的电压位准高到可让电流源220正常操作，相当于必须先提升行输出节点N2的电压位准，才可使电流源220有较佳品质的电压输出，因此切换时间t21-t2n还包括行输出节点N2的电压位准被提升至须满足电流源220的电压位准，以及输出电压位准V2out被下拉至0V的等待时间。如此一来，信号切换的速度不能过快，由于行输出节点N2的电压位准于实际运作中处于0V与输出电压位准V2out之间，须下拉至0V以清除当次感测像素P21-P2n所残存的记忆效应，又必须等待能满足电流源220正常操作的电压位准以读取感测内容，从而导致该些感测像素P21-P2n被读取感测内容时的切换时间t21-t2n过长。
因此，对于现有的指纹感测模组如何有效地缩短感测像素之间进行读取时的切换时间，并同时消除上一个感测像素的记忆效应的技术而言，实仍须设计出一种新颖的指纹感测模组，以解决前述现有技术于应用上所产生的缺失。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的上述不足，提供一种具有控制开关的指纹感测模组，借由控制开关应一重设信号而被导通，使感测像素的行输出节点(列输出节点)的输出电压位准等于或接近于第二电压位准。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种指纹感测模组，包括：一指纹感测像素阵列，具有复数列感测像素与复数行感测像素，且该复数列感测像素中的任一列感测像素皆包括一列输出节点，以形成复数个列输出节点，其中，该任一列感测像素中的感测像素的感测内容是基于对应的一行控制信号输出至该列输出节点；一电流源，一端电性连接该复数个列输出节点，另一端电性连接至一第一电压位准；以及复数控制开关，每一该控制开关的一端电性连接至该复数个列输出节点，另一端皆电性连接至一第二电压位准，且该第二电压位准不等于该第一电压位准；其中，于该复数感测像素的感测内容被输出后，该复数控制开关应一重设信号而被导通，使该任一列感测像素的列输出节点的输出电压位准等于或接近于该第二电压位准。
本发明还提供一种指纹感测模组，其包括：一指纹感测像素阵列，具有复数列感测像素与复数行感测像素，且该复数行感测像素中的任一行感测像素皆包括一行输出节点，以形成复数个行输出节点，其中，该任一行感测像素中的感测像素的感测内容是基于对应的一列控制信号输出至该行输出节点；一电流源，一端电性连接该复数个行输出节点，另一端电性连接至一第一电压位准；以及复数控制开关，每一该控制开关的一端电性连接至该复数个行输出节点，另一端皆电性连接至一第二电压位准，且该第二电压位准不等于该第一电压位准；其中，于该复数感测像素的感测内容被输出后，该复数控制开关应一重设信号而被导通，使该任一行感测像素的行输出节点的输出电压位准等于或接近于该第二电压位准。
本发明的指纹感测模组通过设置控制开关，且借由控制开关应重设信号而被导通后，使指纹感测像素阵列中的任一输出电压位准下拉至第二电压位准，进而清除每一个感测像素的记忆效应。且，本发明同时使电流源介于第一电压位准与第二电压位准之间，因上述两电压位准的电压位差而使电流源处于待机状态，无须再被重新启动，进而能够缩减指纹感测像素阵列中的任一感测像素被读取感测内容后的切换时间。
附图说明
图1A为现有指纹感测模组应用共同电流源的电路示意图。
图1B为图1A所示部分感测像素的输出电压位准的时序图。
图2A为现有指纹感测模组为解决记忆效应的电路示意图。
图2B为图2A所示部分感测像素的输出电压位准的时序图。
图3A为根据本发明一实施例指纹感测模组的电路示意图。
图3B为图3A所示部分感测像素与晶体管运作的时序图。
具体实施方式
以下提出实施例以对本发明进行详细说明，实施例仅用以作为范例说明，并不会限缩本发明欲保护的范围。此外，实施例中的图式省略不必要或以常用技术即可完成的元件，以清楚显示本发明的技术特点。
有鉴于前述现有技术的缺失，本发明将提出一种新颖设计的指纹感测模组30。请参阅图3A及图3B，其分别为根据本发明一实施例的指纹感测模组电路示意图、图3A中所示出的部分感测像素与晶体管运作的时序图。
如图3A及图3B所示，指纹感测模组30包括指纹感测像素阵列310、电流源320以及控制开关330。为方便说明，仅以指纹感测像素阵列310中的一行感测像素P3来说明各元件的连接关系。行感测像素P3具有相互电性连接的多个感测像素P31-P3n，且每一个感测像素P31-P3n的输出节点N31-N3n电性连接至一起而形成行输出节点N3，以输出一输出电压位准V3out，行输出节点N3电性连接至电流源320与控制开关330的一端，而电流源320的另一端电性连接至第一电压位准VN31，控制开关330的另一端电性连接至第二电压位准VN32。
在此实施例中，第一电压位准VN31不等于第二电压位准VN32，且第二电压位准VN32可高于第一电压位准VN31。其中，第二电压位准VN32可由电压产生电路所形成，像是由另一电流源、偏压电路或缓冲器等，而此例的第二电压位准VN32为VD，例如：VD可为3V或3.3V。
于切换时间0-t31之间，当行感测像素P3接收列控制信号C3而依序驱使感测像素P31-P3n输出感测内容时，应控制信号C31将感测像素P31的感测内容输出至行输出节点N3处而产生第一输出电压位准V31，之后控制开关330应一重设信号Rst3而被导通，使行输出节点N3的第一输出电压位准V31等于第二电压位准VN32，也就是说将第一输出电压位准V31下拉至VD，以使第一输出电压位准V31与第二电压位准VN32之间无电压位差，以清除感测像素P31所造成的残存记忆效应。
接着，于切换时间t31-t32之间，应控制信号C32将感测像素P32的感测内容输出至行输出节点N3处而产生第二输出电压位准V32，控制开关330再次应重设信号Rst3而被导通，使行输出节点N3的第二输出电压位准V32被下拉至VD，以清除感测像素P32所造成的残存记忆效应。
同理，于切换时间t32-t33之间，应控制信号C33将感测像素P33的感测内容输出至行输出节点N3处而产生第三输出电压位准V33，控制开关330再次应重设信号Rst3而被导通，使行输出节点N3的第三输出电压位准V33被下拉至VD，以清除感测像素P33所造成的残存记忆效应，而以此依序取得行感测像素P3的输出电压位准V3out；当然，前述输出电压位准V31、V32、V33为前述输出电压位准V3out的一部分。
也就是说，于感测像素P3的读取过程中，感测像素P31的感测内容被读取而输出第一输出电压位准V31至行输出节点N3后，仅需使第一输出电压位准V31下拉至VD，即可快速地接续使感测像素P32的感测内容被读取而输出第二输出电压位准V32至行输出节点N3，并不需要较长时间地等待着输出电压位准V3out被下拉至第一电压位准VN31(例如：接地)，且为启动电流源320，还必须重新提升输出电压位准V3out的电压位准，以满足电流源320的两端所需要的电压位差，才能接续执行后续其他的感测像素P3进行读取感测内容的动作。如此一来，缩短了输出电压位准V3out与第二电压位准VN32之间电压位准被下拉或被提升的切换时间t31-t3n，而使行感测像素P3中的每一个感测像素P31-P3n的切换时间t31-t3n明显小于现有技术中每一个感测像素P21-P2n的切换时间t21-t2n。
再者，当控制开关330被导通时，电流源320的两端相当于处在第一电压位准VN31与第二电压位准VN32之间，而使电流源320具有介于第一电压位准VN31与第二电压位准VN32之间的电压位差，而得以使电流源320处于待机状态，电流源320随时能正常操作，而不需要再以行输出节点N3的电压位准来重新启动电流源320。
当然，上述的各元件可为本技术领域普通技术人员进行各种均等的变更或设计，并依据实际运用时的需求而调整各元件的结构设计及规格，不应以本实施例为限制。举例来说，本例中的控制开关可为一晶体管，第二电压位准可依据指纹感测像素阵列的初始电压值，而动态调整至适当的电压位准(VD)，例如，第二电压位准可设计为接收重设信号(Rst)一端点的电压位准减去第二电压位准(VD)必定大于栅极启始电压(Vth)。
此外，指纹感测像素阵列具有多个列感测像素与多个行感测像素。其中，任一列感测像素中的多个感测像素包括多个输出节点，将其共同连接至一起而形成一列输出节点；抑或为，任一行感测像素的多个感测像素包括多个输出节点，将其共同连接至一起而形成一行输出节点。
在本实施例中，为方便说明，是以电流源与控制开关电性连接至任一行输出节点作为范例说明。本发明的精神在于借由将电流源与控制开关的一端分别电性连接至第一电压位准与第二电压位准，使控制开关应重设信号而被导通后，使指纹感测像素阵列中的任一输出电压位准下拉至第二电压位准，进而清除每一个感测像素的记忆效应，因此，本领域技术人员可知，电流源与控制开关亦可电性连接至任一列输出节点，同样亦能达到清除记忆效应的功能。
综上所述，本发明的指纹感测模组主要增设一控制开关，且借由控制开关应重设信号而被导通后，使指纹感测像素阵列中的任一输出电压位准下拉至第二电压位准，进而清除每一个感测像素的记忆效应。且，同时使电流源介于第一电压位准与第二电压位准之间，因上述两电压位准的电压位差而使电流源处于待机状态，无须再被重新启动，进而达到缩减指纹感测像素阵列中的任一感测像素被读取感测内容后的切换时间。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的权利要求范围，因此凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含于本发明的专利保护范围内。

Claims (14)

1.一种指纹感测模组，其特征在于，包括：
一指纹感测像素阵列，具有复数列感测像素与复数行感测像素，且该复数列感测像素中的任一列感测像素皆包括一列输出节点，以形成复数个列输出节点，其中，该任一列感测像素中的感测像素的感测内容是依序基于对应的行控制信号分别输出至该列输出节点；
一电流源，一端电性连接该复数个列输出节点，另一端电性连接至一第一电压位准；以及
复数控制开关，每一该控制开关的一端电性连接至该复数个列输出节点，另一端皆电性连接至一第二电压位准，且该第二电压位准不等于该第一电压位准；
其中，于该复数感测像素的感测内容被输出后，该复数控制开关应一重设信号而被导通，在对应于该重设信号的高电平电压波形的下降沿的时点，使该任一列感测像素的列输出节点的输出电压位准等于或接近于该第二电压位准，
其中每个不同行控制信号的高电平电压波形与该重设信号的每个高电平电压波形不重叠。
2.如权利要求1所述的指纹感测模组，其特征在于，该列输出节点为任一列感测像素中的至少两个感测像素的输出节点电性连接至一起。
3.如权利要求1所述的指纹感测模组，其特征在于，该第一电压位准低于该第二电压位准。
4.如权利要求1所述的指纹感测模组，其特征在于，该第二电压位准是由一电压产生电路所形成。
5.如权利要求4所述的指纹感测模组，其特征在于，该电压产生电路为另一电流源、一偏压电路或一缓冲器。
6.如权利要求1所述的指纹感测模组，其特征在于，应该控制开关被导通，该电流源的该两端具有一介于该第一电压位准与该第二电压位准之间的电压位差，以使该电流源处于一待机状态。
7.如权利要求1所述的指纹感测模组，其特征在于，当该列输出节点的输出电压位准等于或接近于该第二电压位准后，再接续感测该任一列感测像素中的另一感测像素。
8.一种指纹感测模组，其特征在于，包括：
一指纹感测像素阵列，具有复数列感测像素与复数行感测像素，且该复数行感测像素中的任一行感测像素皆包括一行输出节点，以形成复数个行输出节点，其中，该任一行感测像素中的感测像素的感测内容是依序基于对应的列控制信号分别输出至该行输出节点；
一电流源，一端电性连接该复数个行输出节点，另一端电性连接至一第一电压位准；以及
复数控制开关，每一该控制开关的一端电性连接至该复数个行输出节点，另一端皆电性连接至一第二电压位准，且该第二电压位准不等于该第一电压位准；
其中，于该复数感测像素的感测内容被输出后，该复数控制开关应一重设信号而被导通，在对应于该重设信号的高电平电压波形的下降沿的时点，使该任一行感测像素的行输出节点的输出电压位准等于或接近于该第二电压位准，
其中每个不同行控制信号的高电平电压波形与该重设信号的每个高电平电压波形不重叠。
9.如权利要求8所述的指纹感测模组，其特征在于，该行输出节点为任一行感测像素中的至少两个感测像素的输出节点电性连接至一起。
10.如权利要求8所述的指纹感测模组，其特征在于，该第一电压位准低于该第二电压位准。
11.如权利要求8所述的指纹感测模组，其特征在于，该第二电压位准是由一电压产生电路所形成。
12.如权利要求11所述的指纹感测模组，其特征在于，该电压产生电路为另一电流源、一偏压电路或一缓冲器。
13.如权利要求8所述的指纹感测模组，其特征在于，应该控制开关被导通，该电流源的该两端具有一介于该第一电压位准与该第二电压位准之间的电压位差，以使该电流源处于一待机状态。
14.如权利要求8所述的指纹感测模组，其特征在于，当该行输出节点的输出电压位准等于或接近于该第二电压位准后，再接续感测该任一行感测像素中的另一感测像素。
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