CN111881877B - 用于指纹识别的传感器像素电路 - Google Patents

Abstract

本申请涉及用于指纹识别的传感器像素电路。一种用于指纹检测的指纹传感器装置包含传感器像素阵列，用于与手指的触摸部分电容式耦合以形成与指纹关联的电容器阵列，所述电容器阵列具有指示指纹的电容值。每一传感器像素包括：输出端，用于输出指示与所述手指的所述触摸部分的局部电容式耦合的输出信号，所述输出信号作为指纹检测的部分指纹数据；电容式感测层，其包括可电容式耦合到手指触摸部分的局部部分的导电材料，以形成与指纹关联的电容器，所述电容式感测层可耦合到输出端以形成输出信号；导电的集成电路布局层；指纹电压产生器；和布局电压产生器。

Description

用于指纹识别的传感器像素电路

本申请是申请日为2014年10月13日、中国申请号为201480074928.2、发明名称为“用于指纹识别的传感器像素电路”的发明申请的分案申请。

技术领域

本专利文件涉及传感器像素电路和指纹识别。

背景技术

各种电子装置或信息***可采用用户验证机制来保护个人数据且防止未被授权的访问。电子装置或信息***上的用户验证可通过一或多个形式的个人识别和验证方法来实现，包含一或多个生物特征。生物特征可以单独使用或者结合例如口令验证方法等常规验证方法一起使用。常用的生物特征是个人的指纹图案。指纹传感器可以设置到电子装置中以读取用户的指纹图案，从而使得装置可仅由装置的被授权用户通过被授权用户的指纹图案的验证来解锁。在一些实施方案中，例如指纹传感器可包含传感器像素电路，具有用于捕获指纹图案以用于用户识别的像素化像素传感器元件。

发明内容

本专利文献描述用于提供装置、***和技术以在包含便携式或移动计算装置的电子装置中执行指纹检测的技术，所述电子装置例如膝上型计算机、平板计算机、智能电话和游戏***。

本专利文献中描述的技术可提供传感器像素电路和用于准确指纹识别而无需使用金属环的指纹识别***。

一方面，一种用于指纹检测的指纹传感器装置包含传感器像素阵列，用于与手指的触摸部分电容式耦合以形成与指纹关联的电容器的阵列，该与指纹关联的电容器的阵列具有指示指纹的电容值。每一传感器像素包含输出端，其用于输出指示与手指触摸部分的局部电容式耦合的输出信号，作为指纹检测的部分指纹数据。每一传感器像素包含电容式感测层，其包含可电容式耦合到手指触摸部分的局部部分，从而形成与指纹关联的电容器的导电材料，电容式感测层可耦合到输出端以造成输出信号。每一传感器像素包含集成电路布局层，其为可导电的并且电容式耦合到接地端以形成与布局关联的电容器，该布局层可耦合到输出端。每一传感器像素包含指纹电压产生器，其经电耦合以对电容式感测层供电，以产生指纹电压来对与指纹关联的电容器进行充电。每一传感器像素包含布局电压产生器，其经电耦合以对该集成电路布局层供电以产生布局电压，来对该与布局关联的电容器进行充电。

该指纹装置可以通过各种方式实施以包含以下的一或多个特征。指纹装置可包含指纹开关电路，用于在将电容式感测层电连接到指纹电压产生器和输出端之间进行切换，以选择性使用指纹电压对与指纹关联的电容器进行充电。该指纹装置包含布局开关电路以在将集成电路布局层电连接到布局电压产生器和输出端之间进行切换，以选择性使用布局电压对布局关联电容器进行充电。

该指纹装置可以通过各种方式实施以包含以下的一或多个特征。指纹开关电路可包含充电开关，其电连接于指纹电压产生器与电容式感测层之间以选择性在充电周期期间对指纹关联电容器进行充电。指纹开关电路可包含感测开关，其电连接于电容式感测层与输出端之间，以选择性在不同于充电周期的感测周期期间感测与被充电的与指纹关联的电容器相关联的信号。在充电周期期间，充电开关可接通，且感测开关可断开。在感测周期期间，充电开关可断开，且感测开关可接通。布局开关电路可包含充电开关，其电连接于布局电压产生器与集成电路布局层之间，以选择性在充电周期期间对所述布局关联电容器进行充电。布局开关电路可包含感测开关，其电连接于集成电路布局层与输出端之间以选择性在不同于充电周期的感测周期期间感测与被充电的与布局关联的电容器相关联的信号。在充电周期期间，充电开关可接通，且感测开关可断开。在感测周期期间，充电开关可断开，且感测开关可接通。电容式感测层可以与手指的表面形成与手指关联的电容器的两个相对的导电电极。指纹电压产生器和布局电压产生器可改变产生的指纹电压和布局电压。指纹电压产生器和布局电压产生器可使产生的指纹和布局电压彼此独立地变化。指纹电压产生器和布局电压产生器中的每一个可包含数/模转换器以改变产生的指纹和布局电压。

该指纹装置可以通过各种方式实施以包含以下的一或多个特征。指纹装置可包含积分器，其电耦合到连接到指纹关联的电容器和布局关联的电容器的输出端，以响应于用户手指的触摸而存储与被充电的指纹关联的电容器相关联的电荷。积分器可包含参考电压产生器以产生参考电压。积分器可包含放大器，其包含：正输入端，其电耦合到参考电压产生器以接收参考电压；负输入端，其电耦合到连接到指纹关联电容器和布局关联电容器的输出端；以及放大器的输出端。积分器可包含积分电容器，其电耦合于放大器的负输入端与输出端之间。积分器可包含复位开关，其电耦合于放大器的负输入端与输出端之间。参考电压产生器可改变产生的参考电压。参考电压产生器可包含数模转换器以改变产生的参考电压。连接到指纹关联的电容器和布局关联的电容器的输出端可产生与手指的脊线或谷线相关联的输出信号。

另一方面，一种用于指纹识别的指纹传感器装置包含：传感器像素电路阵列，其形成电连接传感器像素电路的群组，以捕获手指的触摸部分的指纹图案，阵列中的每一传感器像素电路包含输出端，其用于输出输出信号，该输出信号可作为指纹检测的指纹数据。每一传感器像素电路包含电容式感测层，其电耦合到所述输出端且电容式耦合到所述手指的所述触摸部分的局部部分以形成指纹关联电容器。每一传感器像素电路包含集成电路布局层，其电耦合到输出端且电容式耦合到接地端以形成布局关联电容器。每一传感器像素电路包含指纹电压产生器，其经电耦合以对电容式感测层供电以产生指纹电压来对指纹关联电容器进行充电。每一传感器像素电路包含布局电压产生器，其经电耦合以对集成电路布局层供电以产生布局电压来对布局关联电容器进行充电。指纹传感器装置包含单独的模数转换器，其电耦合到电连接传感器像素电路的每一群组。指纹传感器装置包含单独的启用开关，其电耦合于电连接传感器像素电路的对应群组中的每一传感器像素电路与对应模数转换器之间。指纹传感器装置包含控制模块，其电耦合到阵列中的每一传感器像素电路，且控制模块可产生控制信号以控制阵列中的每一传感器像素电路。

该指纹传感器装置可以通过各种方式实施以包含以下的一或多个特征。每一传感器像素电路可包含指纹开关电路以将所述电容式感测层电连接到所述指纹电压产生器和所述输出端以选择性使用所述指纹电压对所述指纹关联电容器进行充电。每一传感器像素电路可包含布局开关电路以将所述集成电路布局层电连接到所述布局电压产生器和所述输出端以选择性使用所述布局电压对所述布局关联电容器进行充电。

该指纹传感器装置可以通过各种方式实施以包含以下的一或多个特征。该指纹传感器装置可包含充电开关，其电连接于指纹电压产生器与电容式感测层之间，以选择性在充电周期期间对指纹关联电容器进行充电。指纹传感器装置可包含感测开关，其电连接于电容式感测层与输出端之间，以选择性在不同于充电周期的感测周期期间感测与被充电的指纹关联电容器相关联的信号。在充电周期期间，充电开关可接通，且感测开关可断开。在感测周期期间，充电开关可断开，且感测开关可接通。布局开关电路可包含充电开关，其电连接于布局电压产生器与集成电路布局层之间以选择性在充电周期期间对布局关联电容器进行充电。布局开关电路可包含感测开关，其电连接于所述集成电路布局层与输出端之间以选择性在不同于充电周期的感测周期期间感测与被充电布局关联电容器相关联的信号。在充电周期期间，充电开关可接通，且感测开关可断开。在感测周期期间，充电开关可断开，且感测开关可接通。电容式感测层可以与手指的表面形成手指关联电容器的两个相对的导电电极。指纹电压产生器和布局电压产生器可改变产生的指纹和布局电压。指纹电压产生器和布局电压产生器可使产生的指纹和布局电压彼此独立地变化。指纹电压产生器和布局电压产生器中的每一个可包含数模转换器以改变产生的指纹和布局电压。

该指纹传感器装置可以通过各种方式实施以包含以下的一或多个特征。传感器像素电路可包含积分器，其电耦合到连接到指纹关联电容器和布局关联电容器的输出端，以响应于用户的手指的触摸而存储与被充电的指纹关联电容器相关联的电荷。积分器可包含参考电压产生器以产生参考电压。积分器可包含放大器，其包含：正输入端，其电耦合到参考电压产生器以接收参考电压；负输入端，其电耦合到连接到指纹关联电容器和布局关联电容器的输出端；以及放大器的输出端。积分器可包含积分电容器，其电耦合于放大器的负输入端与输出端之间。积分器可包含复位开关，其电耦合于放大器的负输入端与输出端之间。参考电压产生器可改变产生的参考电压。参考电压产生器可包含数模转换器以改变产生的参考电压。响应于用户的手指接近所述阵列中的至少一些感测像素电路的电容式感测层，指纹识别***可将输出信号识别为脊线或谷线关联信号。控制模块可产生控制信号以控制阵列中的每一传感器像素电路以并行地集成阵列中的每一传感器像素电路中的输出信号。

另一方面，一种由指纹识别***执行的方法包含：由指纹识别***中的传感器像素电路阵列检测与来自手指的触摸相关联的指示指纹扫描的电容。该方法包含由传感器像素电路阵列输出响应于所检测电容的输出信号。该方法包含由所述传感器像素电路阵列的至少一个子集并行地集成所述输出信号。

该方法可以通过各种方式实施以包含以下的一或多个特征。由所述传感器像素电路阵列的至少一个子集集成可包含由所述阵列中的全部所述传感器像素电路并行地集成所述输出信号。

另一方面，一种用于指纹检测的指纹传感器装置包含输出端，以输出指示与手指的触摸部分的电容式耦合的输出信号，作为用于指纹检测的一部分指纹数据。该指纹传感器装置包含传感器电极，其包含可电容式耦合到手指触摸部分，从而形成指纹关联电容器的导电材料，且电容式感测层可耦合到输出端以造成输出信号。指纹传感器装置包含一对大体上相同的导电的集成电路布局电极。该大体上相同的集成电路布局电极中的一个电容式耦合到传感器电极，从而形成第一布局关联电容器，且该大体上相同的集成电路布局电极中的另一个电容式耦合到传感器电极，从而形成第二布局关联电容器。该指纹传感器装置包含指纹电压产生器，其经耦合以供应指纹电压以对该指纹关联电容器进行充电。该布局电压产生器经耦合以将布局电压供应到该大体上相同的集成电路布局电极中的另一个以对第二布局关联电容器进行充电。

该指纹装置可以通过各种方式实施以包含以下的一或多个特征。该指纹装置可包含指纹开关电路，以在将传感器电极电连接到指纹电压产生器和输出端之间切换。该指纹装置可包含布局开关电路，以在将该大体上相同的集成电路布局电极中的另一者电连接到布局电压产生器和接地端之间切换。该布局电压产生器可包含可变电压产生器。

附图说明

图1A是展示一种示范性指纹传感器装置的框图。

图1B是展示一种示范性传感器芯片的图。

图2是一种示范性传感器像素电路的示意图。

图3是图1中的传感器像素电路的等效电路的示意图。

图4是一种具有像素内积分器的示范性传感器像素电路的示意图。

图5是图4中传感器像素电路的等效电路的示意图。

图6是一种示范性传感器像素电路的示意图。

图7是一种示范性指纹识别***的示意图。

图8是说明相关联信号的示范性波形的示意图。

图9是根据本发明的一种实施例的示范性传感器像素电路和外部电极的示意图。

图10是说明根据本发明的一种实施例的时钟信号的波形的示意图。

图11是说明用以补偿指纹识别***中的电容器失配的又一示范性传感器像素电路的示意图。

图12是说明用以补偿指纹识别***中的电容器失配的又一示范性传感器像素电路的示意图。

图13是说明用以补偿指纹识别***中的电容器失配的又一示范性传感器像素电路的示意图。

图14A是说明在传感器像素电路之间共享积分器的一种示范性指纹识别***的示意图。

图14B是说明在传感器像素电路之间共享积分器的另一示范性指纹识别***的示意图。

图14C是说明在两个传感器像素电路之间共享积分器的一种示范性指纹识别***的示意图。

图14D是说明在两个传感器像素电路之间共享积分器的一种示范性指纹识别***的示意图。

具体实施方式

电容式指纹识别装置和***通过感测电容变化以确定用户手指的脊线和谷线。当低信噪比(SNR)存在于电容式指纹识别***中时，会降低指纹识别的准确性。一种增加SNR的技术是使用金属环将激励信号直接发射到待识别的手指以增强识别准确性。该金属环占用装置的半导体布局上的宝贵空间，这增加了产品成本且影响产品的外观。

图1A是展示一种示范性指纹传感器装置1的框图。指纹传感器装置1包含设置在衬底载体4上的传感器芯片2以及设置在传感器芯片2上的保护膜或覆盖层6。保护膜或覆盖层6可包含绝缘体或电介质材料，例如玻璃、二氧化硅(SiO₂)、蓝宝石、塑料、聚合物、其它大体上类似的材料。保护膜或覆盖层6可存在以保护传感器芯片2，且潜在地充当手指8的表面与传感器芯片2中的个别传感器像素的导电感测电极之间的电介质层的一部分。取决于指纹传感器装置1的应用，保护膜或覆盖层6是可选的层。指纹传感器装置1可穿过例如移动电话等电子装置的顶盖玻璃的开口进行设置或设置于电子装置的顶盖玻璃下方。当应用在玻璃下方时不需要保护膜或盖6，因为电子装置的顶盖玻璃将用以保护传感器芯片2且充当电介质层。传感器芯片2包括传感器像素阵列，所述传感器像素阵列组合地从与保护膜或覆盖层6接触的手指8感测或捕获指纹数据。传感器芯片2的每一传感器像素基于与手指8的脊线或谷线相关联的电容器的电容而产生输出信号(例如，电压)。输出信号当组合时表示手指8的指纹图像。像素传感器的数目越大，指纹图像的分辨率越高。

图1B是展示示范性传感器芯片2的图。传感器芯片2可包括像素化传感器阵列3，其可占据传感器芯片2的重要部分。像素化感测元件阵列3中的每一传感器像素可包括CMOS电容式传感器或可感测指纹特征的其它类型的传感器。传感器芯片2可包含用于处理从像素化传感器阵列3中的全部传感器像素接收的信号的信号处理单元5，以及电耦合到信号处理单元5的连接单元7。信号处理单元5可包含各种信号处理组件，包含放大器、滤波器和模/数转换器(ADC)。连接单元7可包含多个电极，所述电极可通过引线键合、凸点键合或其它连接方式连接到外部电路。连接单元7可沿着传感器芯片2的边缘设置，以便于与指纹传感器装置1的其它组件进行接合。

传感器芯片2中的传感器像素的阵列3可布置为具有各种形状和大小。举例来说，传感器像素的阵列3可布置为具有矩形形状，所述矩形形状的宽度大于所述矩形形状的高度。矩形传感器芯片的示范性尺寸可包含24×88、32×88、56×88个传感器像素。在一些实施方案中，传感器芯片2中的传感器像素的阵列3可布置为具有正方形形状。正方形传感器芯片2的示范性尺寸包含32×32、64×64、96×96和128×128个传感器像素。

图2是根据所揭示技术的实施例的一种示范性传感器像素电路10的示意图。传感器像素电路10对应于传感器像素的阵列3中的每一传感器像素的至少部分内部结构。传感器像素电路10包含电容式感测层100、布局层106、电压产生器102和104，以及例如开关网络108和110的开关电路。在一些实施方案中，开关网络108和110的电路可使用取样保持电路来实施。在每一传感器像素内，电容式感测层100可为导电层或电极层，且可实施为电容器中的相对传感器板或电极中的一个。当与手指的表面相对设置时，电容式感测层100和手指的表面(例如，手指的脊线或谷线)形成电容器的两个相对的板。电容式感测层100可包括集成电路(IC)布局内的金属层，其形成具有接地端的电容器C1。电容式感测层100上方通常设置有钝化层(图1中未说明)以覆盖电容式感测层100，用于接收用户的触摸。钝化层可为图1A中所示的保护膜或覆盖层6。在一些实施方案中，例如采用玻璃下方配置结构，钝化层是电子装置的顶盖玻璃，用以保护传感器芯片2且充当电介质层。钝化层可包含绝缘材料，例如玻璃、蓝宝石、塑料或聚合物等。

当用户的手指接近电容式感测层100时，电容器C1的电容值相应地变化。布局层106可为用于IC布局的导电(例如，金属)层的多层。布局层106形成具有信号接地端的电容器Cp2。信号接地端不限于具有0电压的***接地端。接收固定电压的端或布局层视为信号接地端。电容器Cp2可为布局层106与另一布局层之间的寄生电容器，或包含耦合于布局层106与信号接地端之间的电容器。电压产生器102和104可产生驱动电压V1和V2。开关网络108包含开关S1和S2。开关S1和S2串联连接，且电容式感测层100电耦合于开关S1与S2之间。开关网络110包含开关S3和S4。开关S3和S4串联连接，且布局层106电耦合于开关S3与S4之间。

开关S1和S2可由时钟信号或其它控制信号控制，以使得在第一周期期间，开关网络108通过接通开关S1而接通电压产生器102与电容式感测层100之间电连接，且通过断开开关S2而断开电容式感测层100与输出端N之间的电连接。在第二周期期间，开关网络108通过断开开关S1而断开电压产生器102与电容式感测层100之间的电连接，且通过接通开关S2而接通电容式感测层100与输出端N之间的电连接。因此，开关S1充当充电且开关S2充当电荷感测开关，以在相应时间周期期间同步地对与电容式感测层100相关联的电容器C1进行充电和感测。

类似地，开关S3和S4可由时钟信号或其它控制信号控制，以使得在第一周期期间，开关网络110通过接通开关S3而接通电压产生器104与布局层106之间的电连接，且通过断开开关S4而断开布局层106与输出端N之间的电连接。在第二周期期间，开关网络110通过断开开关S3而断开电压产生器104与布局层106之间的电连接，且通过接通开关S4而接通布局层106与输出端N之间的电连接。因此，开关S3充当充电开关且开关S4充当电荷感测开关，以在相应时间周期期间同步地对与集成电路布局层106相关联的电容器Cp2进行充电和感测。

开关网络108和110可使用电压产生器102和104对电容器C1和Cp2进行充分地充电，且通过输出端N输出充电结果以增强指纹识别的准确性。另外，电压产生器102和104可通过改变产生的电压V1和V2以增强指纹识别的准确性。

举例来说，形成于电容式感测层100与接地端之间的电容器C1可包括形成于电容式感测层100与接地端之间的寄生电容器Cp1，以及当用户的手指(例如，手指的脊线)正触摸电容式感测层100上的钝化层时形成的触摸感测电容器Cf。电容器C1表示电容式感测层100与接地端之间的等效电容器，其为并联连接的寄生电容器Cp1和触摸感测电容器Cf的组合(即，C1＝Cp1+Cf)。当用户的手指不接触电容式感测层100上的钝化层时，触摸感测电容器Cf的电容值大体上为0，且当用户的手指触摸电容式感测层100上的钝化层时，触摸电容器Cf具有取决于与电容式感测层100的间距的非零电容值。因此，电容器C1的电容值根据用户的手指是否触摸电容式感测层100上的钝化层以及手指的触摸部分的位置与层100之间的局部间距而变化。当用户的手指触摸电容式感测层100上的钝化层时，触摸感测电容器Cf的电容值根据手指的触摸电容式感测层100上的钝化层的部分(例如，手指的脊线)与电容式感测层100之间的距离而在手指的一个部分与另一部分之间变化。触摸感测电容器Cf的上述变化被传感器像素阵列捕获，且传感器像素阵列的输出提供表示手指的触摸部分的表面轮廓的图，且因此可用以重构指纹图案。基于触摸感测电容器Cf的空间变化的上述重构可由后续信号处理电路实现。实施实质上等效于图1B中的传感器芯片2的结构和功能的指纹识别***包括信号处理单元(例如，实质上类似于传感器芯片2的信号处理单元5)，其与传感器像素电路(例如，实质上类似于传感器像素的阵列3)通信，可感测触摸感测电容器Cf的电容变化，且确定在电容式感测层100中对应于触摸电容式感测层100上的钝化层的手指的脊线或谷线的位置。

图3是展示传感器像素电路10的一种示范性等效电路的电路图。开关S1到S4由时钟信号控制以控制开关的接通-断开状态。当开关S1和S3接通时开关S2和S4断开，且当开关S1和S3断开时开关S2和S4接通。在当开关S1和S3接通且开关S2和S4断开时的第一周期期间，电压V1对电容器C1进行充电，且电压V2对电容器Cp2进行充电。在当开关S1和S3断开且开关S2和S4接通时的第二周期期间，电容器C1与电容器Cp2交换电荷以形成输出端N处的所得电压Vr。此外，所得电压Vr的电压值可使用以下方程式表示：

因此，传感器像素电路10可将所得电压Vr输出到指纹识别***的信号处理单元以根据所得电压Vr判断传感器像素电路10的位置是否对应于指纹的脊线或谷线。

图4是根据所揭示技术的实施例的一种示范性传感器像素电路30的示意图。图5是传感器像素电路30的等效电路的示意图。传感器像素电路30实质上类似于传感器像素电路10。不同于传感器像素电路10，传感器像素电路30包括电耦合到输出端N的积分器INT，用于存储由脊线和谷线触摸电容感测层100上的钝化层所导致的电荷V1*Cf。积分器INT包含在感器像素电路30中增强了信噪比(SNR)。积分器INT包括参考电压产生器300、放大器OP、积分电容器Cint和复位开关Srst。参考电压产生器300可产生参考电压Vref。放大器OP包含电耦合到参考电压产生器300以接收参考电压Vref的正输入端、电耦合到输出端N以接收所得电压Vr的负输入端，以及用于输出输出电压Vo的输出端。积分电容器Cint和复位开关Srst电耦合于放大器OP的负输入端与输出端之间。

电容器C1内的寄生电容器Cp1的电容值通常大于触摸感测电容器Cf的电容值，这使得难以识别触摸感测电容器Cf的电容的变化。传感器像素电路30中的放大器OP的负输入端接收的参考电压Vref的电压值可以进行调整，以使得触摸感测电容器Cf的电容变化通过积分器而更显著地识别。在一些实施方案中，如果不存在来自用户的手指触摸(即，Cf＝0)，那么可将参考电压Vref设定为所得电压Vr，如下表示：

如果不存在手指触摸，则在第一周期期间由电容器C1和电容器Cp2积聚的总电荷大于Vref*(Cp1+Cp2)，且存在存储于积分电容器Cint中的电荷。当存储在积分电容器Cint中的电荷大部分归于触摸感测电容器Cf时，输出电压Vo更显著地反映触摸感测电容器Cf的电容值。对参考电压Vref进行充分设计可减少或甚至消除寄生电容器Cp1对触摸感测电容器Cf的电容值的确定的影响。

在各种电路设计中，可能不容易获取电容器Cp1和Cp2的电容值。在一些实施方案中，当电容器Cp1、Cp2的电容值假定为相等时，参考电压Vref可设定为

电压V1、V2、Vref中的至少一个可由电压产生器102和104产生。可调整参考电压产生器300以提供V1*Cp1+V2*Cp2＝Vref*(Cp1+Cp2)，这可帮助消除由制造工艺造成的电容器Cp1和Cp2的电容失配。通过改变由电压产生器102产生的电压V1，可大体上消除由于制造工艺所致的电容器Cp1和Cp2的电容失配。

在各种IC布局中，可将电容器Cp1和Cp2设计为具有大体上相等电容值，参考电压Vref可设定为

且可调整电压V1和V2的电压值以实质上消除由于制造所致的电容器Cp1和Cp2的电容失配。

如上文所描述，通过对电容器C1和Cp2进行充电且通过输出端N输出充电结果，所揭示技术的传感器像素电路可增强指纹识别的准确性。可对上述传感器像素电路(例如，传感器像素阵列3)和指纹识别***(例如，包含传感器像素阵列3和信号处理***5的传感器芯片2)做出各种修改。举例来说，为了大体上消除电容器Cp1和Cp2的失配，可调整由电压产生器102、104和参考电压产生器300产生的电压V1、V2和Vref中的至少一个。为了调整所述电压中的至少一个，可使用数/模转换器(DAC)来输出可变电压。举例来说，在一些实施方案中，电压产生器102可包含DAC，其受控制以输出具有可变电压值的电压V1。在一些实施方案中，电压产生器104可包含DAC，其受制以输出具有可变电压值的电压V2。在一些实施方案中，参考电压产生器300可包含DAC，其受控制以输出具有可变电压值的参考电压Vref。

除DAC之外，可提供开关调整机构以产生可控或可变的电压V1和V2。图6是根据所揭示技术的实施例的一种示范性传感器像素电路60的示意图。在一个实施方案中，传感器像素电路60可实质上类似于传感器像素电路30。传感器像素电路60利用电荷供应模块602和604以充当图2、3、4和5中的传感器像素电路30的电压产生器102和104。电荷供应模块602电耦合于开关S2与电容式感测层100之间。电荷供应模块604电耦合于开关S4与布局层106之间。电荷供应模块602包括分别电耦合到电压V₊和电压V_-的开关S11和S12。类似地，电荷供应模块604包含分别电耦合到电压V₊和电压V_-的开关S31和S32。通过控制开关S11、S12、S31和S32的接通-断开状态，可产生可控或可变的电压V1和V2以改变存储在电容器C1和Cp2中的电荷量，且实质上消除由于制造工艺所致的电容器Cp1和Cp2的电容失配。

图7到8说明指纹识别***的示范性实施例，所述指纹识别***使用示范性传感器像素阵列布置以检测在单个传感器像素电路的特定位置处手指的脊线或谷线的存在。指纹识别***中的传感器像素电路的恰当布置可帮助识别用户的指纹。

图7是示范性指纹识别***70的示意图。指纹识别***70是组合了如图1B中所示的与信号处理***5电连通的传感器像素阵列3的结构和功能的传感器芯片2的实施方案。所述指纹识别***包含传感器像素电路Pix_11到Pix_MN的阵列、对应的使能开关SW_11到SW_MN、对应的模/数转换器ADC_1到ADC_M，以及控制模块700。传感器像素电路Pix_11到Pix_MN以示范性阵列配置排列。举例来说，传感器像素电路Pix_11到Pix_MN的阵列排列成M行和N列。每一传感器像素电路对应于一个使能开关且电耦合到所述使能开关，且一行传感器像素电路对应于一个模/数转换器且电耦合到所述模/数转换器。

在一个实例配置中，传感器像素电路Pix_11到Pix_1N的群组(例如，行或列)电耦合到模拟/对应数字转换器ADC_1。类似地，传感器像素电路Pix_21到Pix_2N的群组电耦合到模/数转换器ADC_2。传感器像素电路的剩余群组可类似地电耦合到对应模/数转换器。

传感器像素电路Pix_11到Pix_MN的阵列以及使能开关SW_11到SW_MN电耦合到控制模块700，用于接收由控制模块700产生的控制信号。传感器像素电路Pix_11到Pix_MN的阵列的每一传感器像素电路可实质上类似于传感器像素电路30或60或本专利文献中描述的任何其它配置。此外，输出电压Vo_11到Vo_MN由传感器像素电路Pix_11到Pix_MN的积分器输出。如本专利文献中下文所述，多个传感器像素电路可共享一个积分器以得到各种潜在优点，包括例如节省布局空间和简化设计。传感器像素电路Pix_11到Pix_MN的阵列中的每一传感器像素电路的操作原理和详细操作可大体上类似于传感器像素电路30或60或本专利文献中描述的任何其它配置的描述。

在指纹识别***70中，控制模块700控制使能开关SW_11到SW_MN，以使得对应于传感器像素电路阵列(例如，Pix_11到Pix_MN)中的给定传感器像素电路的使能开关的导通周期和对应于同一行传感器像素电路(例如，Pix_11到Pix_MN)的另一传感器像素电路的启用开关的导通周期可在时间上不同。举例来说，控制模块700选择性接通和断开开关SW_11到SW_MN以选择性改变同一行中的不同传感器像素电路(例如，Pix_11到Pix_MN)的导通周期，以供ADC读出。控制模块700可针对其它行以类似方式控制传感器像素电路。在一些实施方案中，控制模块700可实质上并行地接通传感器像素电路阵列的使能开关。举例来说，控制模块700可在实质上相同时间启用SW11到SWMN，以使得ADC 1-M可并行地读出数据。并且，控制模块700可一次扫描一或多条线(例如，行、列或其它群组)以读出全部像素输出电压。

图8说明与指纹识别***相关联的各种信号的波形的实例。具体来说，图8中所示的实例波与图7中的传感器像素电路行的第M行相关联。积分器(例如，积分器INT)的输出由输出电压Vo_m1表示。使能开关SW_m1的控制信号在时间t1拉高持续一时间周期，且输出电压Vo_m1通过使能开关SW_m1传递到模/数转换器ADC_m。在t1之后的某个时间，复位开关Srst的控制信号在时间tr1拉高，以使得传感器像素电路Pix_m1的积分电容器Cint归零，以便准备执行下一时间周期的另一积分。并且，在传感器像素电路Pix_m1的积分器执行积分的同时，传感器像素电路Pix_m2的积分器也实质上同时执行积分。类似地，使能开关SW_m2的控制信号在时间t2拉高持续一时间周期，且输出电压Vo_m2通过使能开关SW_m2传递到模/数转换器ADC_m。时间t2是在t1之后的某个时间。并且，传感器像素电路Pix_m3到Pix_mN中的每一个可在时间t2之后的不同时间将输出电压传递到对应模/数转换器ADC_m。传感器像素电路Pix_m1到Pix_mN的不同时间实例可为不重叠的时间实例。模/数转换器ADC_m接收传感器像素电路Pix_m1到Pix_mN的所在行中的每一传感器像素电路的输出电压。

传感器像素电路Pix_11到Pix_MN的阵列内的每一传感器像素电路包括专用积分器。因此，给定行的传感器像素电路(例如，Pix_m1到Pix_mN)中的不同传感器像素电路的积分过程可由多个积分器并行地执行。通过用于每一积分器的固定积分周期，指纹识别***70可缩短传感器像素电路阵列的总积分周期。由于传感器像素电路Pix_11到Pix_MN的整个阵列中的全部传感器像素电路的传感器像素电路的并行积分，一行传感器像素电路的总积分周期可为固定的(例如，在比个别传感器像素电路积分周期长的周期)以允许传感器像素电路Pix_m1到Pix_mn所在行中的每一传感器像素电路的较长积分周期。因为可针对全部像素传感器电路并行执行个别积分过程，所以甚至当个别积分周期增加时也可减少总积分周期。增加个别积分周期同时减少总积分周期可允许噪声被充分平均化，可进一步增强传感器像素电路的SNR。因为每一像素积分器可充当像素级信号(电压)存储装置，所以后续可使用例如ADC和控制模块通过扫描读取过程读出所存储的信号。

在操作中，响应于手指触摸(例如，在指纹识别***上的钝化层上)，传感器像素电路的选定子集或整个阵列可以被启用，以集中处理传感器像素电路的所述选定子集或整个阵列。连接到每一积分器的负反馈路径的积分电容器可用作本地存储器以存储与对应传感器像素相关联的电荷。传感器像素数据的读出可按传感器像素电路阵列的选定群组或子集来执行，例如每一行、列等。读出过程相对于积分过程比较快速，且因此，在手指触摸指纹识别***(例如，传感器像素电路上的钝化层)时传感器像素电路的所述选定子集或整个阵列的并行积分可以更有利的，因其不浪费手指触摸下方的传感器像素电路。

上述实施方案是用于说明性目的，且对传感器像素电路和指纹识别***的一或多个方面的各种修改是可能的。举例来说，在一些实施方案中，指纹识别***可经由电极(例如，金属环)将激励信号直接应用于手指以增加触摸感测电容器Cf的两个端之间的电压差，以使得在第一周期期间在触摸感测电容器Cf中积聚更多电荷。替代地，指纹识别***可在第二周期期间将高电压应用于手指，以使得更多电荷存储在积分电容器Cint中。

图9是示范性传感器像素电路90和外部电极Et的示意图。传感器像素电路90可大体上类似于传感器像素电路30或60。不同于传感器像素电路30，开关S1和S3由时钟信号ck1控制，且开关S2和S4由时钟信号ck2控制。当时钟信号ck1高时，开关S1和S3接通。当时钟信号ck1为低时，开关S1和S3断开。当时钟信号ck2为高时，开关S2和S4接通。当时钟信号ck2为低时，开关S2和S4断开。另外，外部电极Et可电连接到时钟信号ck2，以便在第二周期(即，当开关S2和S4接通且开关S1和S3断开时的周期)期间将通过外部电极Et施加于用户手指的电压拉高。通过将高电压施加到用户的手指，在第二周期期间通过触摸感测电容器Cf在积分电容器Cint中存储更多电荷，使得指纹识别***可更准确地隔离且确定触摸感测电容器Cf的电容。

图10是说明时钟信号ck1和ck2的示范性波形的示意图。在图10中所示的实例中，时钟信号ck1和ck2彼此反相而非同相。当ck1设定为高时，ck2设定为低。

其它修改是可能的。举例来说，在指纹识别***70中，一行传感器像素电路(例如，Pix_m1到Pix_mN)耦合到对应模/数转换器(例如，ADC_m)。在一些实施方案中，传感器像素电路单元可划分成不同群组的传感器像素电路。给定群组中的全部传感器像素电路可电耦合到同一对应的模/数转换器。可使用允许对应于一个群组中的传感器像素电路的使能开关具有与对应于不同群组中的传感器像素电路的另一使能开关不同的导通周期的行、列、传感器像素电路的预定数目、特定形状(例如，正方形)或其它分组来确定传感器像素电路的群组。

图11、12和13展示传感器像素电路的其他变形实例。

图11是展示用于补偿指纹识别***中的电容器失配的另一示范性传感器像素电路1100的图。示范性传感器像素电路可包括传感器板或电容式感测层1102，其可操作或充当指纹关联电容器的两个相对导电板中的一个。举例来说，当用户的手指1108接近传感器板或电容式感测层1102时，手指1108的表面和电容式感测层1102的传感器板可操作或充当电容器Cf的两个相对板。电容器Cf的电容可至少部分地基于手指的表面(例如，脊线)与传感器板或电容式感测层1102之间的距离而变化。传感器板或电容式感测层1102可包含导电材料，例如各种金属中的一种。电压产生器1132电连接到传感器板1102，所述传感器板通过手指108的表面电连接到***接地。所述电压产生器可产生用于对指纹关联电容器Cf进行充电的驱动电压VDD。例如开关网络1120的开关电路包含串联的开关1122和1124，用于使得传感器板1102与电压产生器1132和输出端1140之间的电连接是可切换的。在一些实施方案中，可使用取样保持电路实施开关电路1120。

开关1122和1124可由时钟信号或其它控制信号控制，以使得开关电路1120可在第一周期期间通过接通开关1122从而接通电压产生器1132与传感器板1102之间的电连接，且通过断开开关1124从而断开传感器板1102与输出端1140之间的电连接。在第二周期期间，取样保持电路1120可通过断开开关1122从而断开电压产生器1132与传感器板1102之间的电连接，且通过接通开关1124从而接通传感器板1102与输出端1140之间的电连接。因此，开关1122充当充电开关且开关1124充当电荷感测开关，以在相应时间周期期间同步地对与传感器板1102相关联的电容器Cf进行充电和感测。

两个实质上相同的导电层、电极或板1104和1106可设置于传感器板1102下方。导电板1104和传感器板1102可形成对应电容器CP1。导电板1106和传感器板1102可形成对应电容器CP2。

当两个导电板1104和1106实质上相同时，相应电容器CP1和CP2可共享实质上类似的电容。例如开关网络1126的开关电路可包含开关1128和1130以使得导电板1104与电压产生器1134和地1144之间的电连接是可切换的。另一导电板1106电连接到地且不由开关电路1126电控制。电压产生器1134可包含DAC1 1136和电压缓冲器1138以产生且提供可变电压到导电板1104。在一些实施方案中，开关电路1126可使用取样保持电路来实施。

开关1128和1130可由时钟信号或其它控制信号控制，以使得开关电路1126可在第一周期期间通过接通开关1128从而接通电压产生器1134与导电板1104之间的电连接，且通过断开开关1130从而断开导电板1104与接地1144之间的电连接。在第二周期期间，开关电路1126可通过断开开关1128从而断开电压产生器1134与导电板1104之间的电连接，且通过接通开关1130从而接通导电板1104与接地1144之间的电连接。因此，开关1128充当充电开关且开关1130充当接地开关以在相应时间周期期间同步地对与传感器板1102相关联的电容器CP1进行充电和接地。

在一些实施方案中，可选地，输出端1140可电连接到用于存储由手指的脊线和谷线在触摸传感器板1102上的钝化层时所导致的电荷的积分器1142。积分器INT包含在传感器像素电路1100中增强了信噪比(SNR)。积分器包括具有负输入端的放大器1118，所述负输入端电连接到输出端1140，所述输出端连接到开关电路1120。放大器1118具有电连接到参考电压产生器1112的正输入端以用于接收参考电压Vref。参考电压产生器1112可包括DAC21114和电压缓冲器1116以用于产生和提供可变参考电压。放大器1118包括用于输出输出电压Vpo的输出端114。积分电容器Cint 1146和复位开关rst 1148并联电耦合于放大器OP1118的负输入端与输出端1144之间。

当两个导电板1104和1106实质上类似时，DAC1 1136输出可设定成VDD。在第一周期CK1期间，开关1122和1128接通且开关1124和1130断开。CP2中的电荷将为Cp2*VDD且CP1中的电荷将为0。在第二周期CK2期间，开关1122和1128断开且开关1124和1130接通。在第二周期期间，CP1和CP2中的电荷将交换。当手指未触摸传感器板1102上的钝化层时，Cf中的电荷大体上为零，且放大器OP 1118的负输入处的电压将为VDD/2。因为两个导电板1104和1106由于相同布局而可以实质上相同，所以DAC1可能是不必要的或变为可选的。通过移除DAC1，像素输出中将不再存在DAC1噪声，这进一步增强SNR。

并且，可使用关于图12和13所说明且描述的技术来补偿寄生电容器CP1与CP2之间的失配。图12是展示用于补偿指纹识别***中的电容器失配的又一示范性传感器像素电路1200的图。传感器像素电路1200实质上类似于传感器像素电路1100，但具有一些变化。举例来说，开关电路1126电连接于导电板1104与不包括DAC的电压产生器1202之间。电压产生器1202的输出预先设置到VDD。另外，第三电压产生器1212电连接到另一开关电路1204。第三电压产生器1212可包括与电压缓冲器1216串联的DAC 1214DAC1。

开关电路1204包括串联的开关1206和1208，用于使得电容器1210Cc与电压产生器1212和连接到传感器板1102和开关电路1120(在电连接到输出端1140和电压产生器1132中可切换)的共同节点1218之间电连接是可切换的。电容器1210Cc的另一端电连接到地。参见图11的针对类似于传感器像素电路1100的传感器像素电路1200的电路组件的相关描述。

在传感器像素电路1200中，在第二周期期间在无手指触摸传感器电极1102上的钝化层的情况下，在输出端1144处的最终电压VPO是(CP1*VDD+Cc*VDAC)/(Cc+Cp1+Cp2)。当两个导电板1104和1106实质上类似时，VDAC设定成VDD/2。当两个导电板1104和1106非实质上类似时，调整VDAC。

图13是展示用于补偿指纹识别***中的电容器失配的又一示范性传感器像素电路1300的图。传感器像素电路1300实质上类似于传感器像素电路1200，但具有一些变化。举例来说，开关电路1204包括串联式电连接的开关1206和1208，用于将电容器Cc 1210选择性电连接到电压产生器1202和第四电压产生器1220。电压产生器1220可设定成VDD。电容器Cc1210的另一端电连接到共同节点1218，所述共同节点连接到传感器板1102和取样保持电路1120(与输出端1140和电压产生器1132的电连接可切换)。参见图12的针对类似于传感器像素电路1200的传感器像素电路1300的电路组件的对应描述的描述。

在传感器像素电路1300中，在第二周期Ck2期间在无手指触摸的情况下，在输出端1144处的最终电压VPO是(CP1*VDD+Cc*Vdac)/(Cc+Cp1+Cp2)。当两个导电板1104和1106非实质上类似时，调整VDAC。

在一些实施方案中，积分器可在若干传感器像素电路单元之间共享以减少指纹识别***中的积分器的总数，这可提供许多潜在优点，包含例如成本减少、布局尺寸减小以及设计的简单。传感器像素电路的多个单元可通过将来自选定数目的传感器像素电路单元的输出信号多路复用到共享积分器从而实现积分器共享。举例来说，当将传感器像素电路单元阵列分组为若干行，其中每一行指派给一个ADC时，一行中的每一传感器像素电路单元可与一或多行传感器像素电路中的一或多个传感器像素电路单元共享积分器。当将传感器像素电路阵列中的传感器像素电路分组为若干列时，给定列中的每一传感器像素电路可与一或多个列中的一或多个传感器像素电路共享积分器。

图14A和14B展示用于在传感器像素电路单元之间共享积分器的结构实例。

图14A是展示用于传感器像素电路单元阵列中的行之间的积分器共享的指纹识别***1400的实例的图。指纹识别***1400包含控制模块1402，其可实质上类似于图7中的控制模块700。传感器像素电路的阵列传感器像素11到传感器像素MN被分组为行1到M。所述阵列中的每一行包含N列传感器像素电路。在图14A中所示的实例中，每两行传感器像素电路共享积分器。然而，两行以上传感器像素电路也可共享积分器。控制模块1402可通过接通和断开对应使能开关SW 11到SW MN而选择性启用/停用阵列中的每一传感器像素电路。开关信号可为一个或多个数字逻辑信号。通过经由使能开关控制适当的传感器像素电路，控制模块1402可在阵列中并联地集成任何数目的传感器像素电路。在图14A中所示的实例中，控制模块启用奇数行的传感器像素电路(例如，传感器像素11到传感器像素1N)以集成所述行中的全部传感器像素。奇数行中的像素可并行地执行积分，且在积分完成之后，控制模块可扫描每一像素以使用ADC读出其数据。随后控制模块可切换接通偶数行的传感器像素电路(例如，传感器像素21到传感器像素2N)，所述偶数行的传感器像素电路可共享由奇数行的传感器像素电路(例如，传感器像素11到传感器像素1N)使用的积分器以并行地执行积分。可以相似方式处理全部的奇数和偶数行。在一些实施方案中，可实质上在相同时间并行地处理全部奇数行。随后可在大体上相同时间并行地处理全部的偶数行。在一些实施方案中，可一起并行地处理任何数目的奇数和偶数行。另外，在一些实施方案中可首先处理偶数行。因此，偶数和奇数行的次序不具限制性。

图14B是展示用于传感器像素电路阵列中的列之间的积分器共享的示范性指纹识别***1410的图。指纹识别***1410包含控制模块1402，其可实质上类似于图7中的控制模块700。传感器像素电路的阵列传感器像素11到传感器像素4N被分组为列1到4。虽然阵列中可包含4个以上的列，但为了说明性目的图14B中展示仅4列。阵列中的每一列包含N行传感器像素电路。在图14B中所示的实例中，每两列传感器像素电路共享积分器。然而，两列以上传感器像素电路也可共享积分器。控制模块1402可通过接通和断开对应使能开关SW 11到SW 4N而选择性启用/停用阵列中的每一传感器像素电路。通过经由使能开关控制适当的传感器像素电路，控制模块1402可在阵列中并联地集成任何数目的传感器像素电路。在图14B中所示的实例中，控制模块启用奇数列的传感器像素电路(例如，传感器像素11到传感器像素1N)以集成所述奇数列中的全部传感器像素。奇数列中的传感器像素可并行地执行积分，且在积分完成之后，控制模块可扫描每一传感器像素以使用ADC读出数据。随后控制模块可切换接通偶数列的传感器像素电路(例如，传感器像素21到传感器像素2N)，所述偶数列的传感器像素电路可共享由奇数列的传感器像素电路(例如，传感器像素11到传感器像素1N)使用的积分器以并行地执行积分。可以相似方式处理全部的奇数和偶数列。在一些实施方案中，可大体上在相同时间并行地处理全部奇数列。随后可在实质上相同时间并行地处理全部的偶数列。在一些实施方案中，可一起并行地处理任何数目的奇数和偶数列。另外，在一些实施方案中可首先处理偶数列。因此，偶数和奇数列的次序不具限制性。此外在图14A和14B中，传感器像素阵列可以不同于行或列的方式分组，且可取决于传感器像素阵列的分组而以各种方式实施积分器共享。

图14C是展示其中两个传感器像素电路共享一个积分器的示范性传感器像素电路和指纹识别***1420的图。指纹识别***1420展示其中两个传感器像素电路1422和1424共享一个积分器1426的简单实例。传感器像素电路1422和1424可实质上类似于图2中的传感器像素电路10或本专利文献中描述的任何其它配置。

图14D是展示其中两个传感器像素电路共享一个积分器的示范性传感器像素电路和指纹识别***1430的图。指纹识别***1430展示其中两个传感器像素电路1432和1434共享一个积分器1436的简单实例。传感器像素电路1422和1424可实质上类似于图11、12和13中的传感器像素电路或本专利文献中描述的任何其它配置。

在图14A、14B、14C和14D中所示的实例中，仅为了说明性目的而在图式中不包含包括ADC的一些组件。

已经描述所揭示技术的各种实施方案和实例。所揭示技术利用积分器来存储由触摸感测电容器积聚的电荷，利用电压产生器来输出可变电压且调整存储在寄生电容器中的电荷，且利用具有专用积分器的传感器像素电路来实现一组传感器像素电路并行地执行积分以增强SNR。本专利文献中描述的传感器像素电路和指纹识别***提供准确的指纹识别而甚至无需金属环。

虽然本专利文献含有许多具体细节，但这些不应当解释如对任何发明的范围或可要求的内容的限制，而是作为对于具体发明的具体实施例可为特定的特征的描述。本专利文献中在单独实施例的上下文中描述的某些特征也可在单个实施例中组合地实施。相反地，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可单独地在多个实施例中实施或以任何适合子组合来实施。此外，尽管上文可将特征描述为以某些组合起作用且甚至最初按此主张，但在一些情况下，可将来自所主张的组合的一或多个特征从组合中删除，且所主张的组合可针对子组合或子组合的变化。

类似地，虽然在图式中按特定次序描绘操作，但此情形不应被理解为要求按所示的特定次序或按顺序次序执行此类操作，或执行所有所说明的操作，以实现所要结果。此外，本专利文献中描述的实施例中的各种***组件的分离不应理解为在所有实施例中都要求此分离。

仅描述几个实施方案和实例，且可基于本专利文献中描述和说明的内容而做出其它实施方案、增强和变化。

Claims (19)

1.一种用于指纹检测的指纹传感器装置，其特征在于，包括：

传感器像素的阵列，用于与手指的触摸部分进行电容式耦合以形成指纹关联电容器的阵列，所述指纹关联电容器的阵列具有指示指纹的电容值；

每一传感器像素包括：

输出端，用于输出指示与所述手指的所述触摸部分的电容式耦合的输出信号，所述输出信号作为指纹检测的部分指纹数据；

传感器板，电容式耦合到所述手指的所述触摸部分的一部分，以形成指纹关联电容器；

第一开关电路，用于可切换地电连接所述传感器板至指纹驱动电压和所述输出端；

一对布局电极，包括：第一布局电极，电容式耦合到所述传感器板以形成第一布局关联电容器，以及，第二布局电极，电容式耦合到所述传感器板以形成第二布局关联电容器；

第二开关电路，用于可切换地电连接所述第一布局电极至布局驱动电压和接地端；

其中，所述传感器像素还包括电耦合到所述传感器板的补偿电路，用于补偿所述第一布局关联电容器和所述第二布局关联电容器之间的电容器失配。

2.根据权利要求1所述的指纹传感器装置，其特征在于，所述第一开关电路包括指纹充电开关和电荷感测开关；所述指纹充电开关电耦合于所述指纹驱动电压与所述传感器板之间；所述电荷感测开关电耦合于所述传感器板与所述输出端之间。

3.根据权利要求2所述的指纹传感器装置，其特征在于，所述第一开关电路用于在第一周期接通所述指纹充电开关且断开所述电荷感测开关，以使能所述指纹驱动电压对所述指纹关联电容器进行充电，以及在第二周期接通所述电荷感测开关且断开所述指纹充电开关，以将所述传感器板的电荷输出到所述输出端。

4.根据权利要求1所述的指纹传感器装置，其特征在于，所述第一布局电极和所述第二布局电极为实质上相同的导电板，所述第一布局关联电容器的电容与所述第二布局关联电容器的电容实质上相似。

5.根据权利要求1所述的指纹传感器装置，其特征在于，所述第二布局关联电容器电耦合到所述接地端。

6.根据权利要求5所述的指纹传感器装置，其特征在于，所述第二开关电路包括布局充电开关和接地开关；所述布局充电开关电耦合于所述布局驱动电压与所述第一布局电极之间；所述接地开关电耦合于所述第一布局电极与所述接地端之间。

7.根据权利要求6所述的指纹传感器装置，其特征在于，所述第二开关电路用于在第一周期接通所述布局充电开关且断开所述接地开关，以使得所述布局驱动电压对所述第一布局关联电容器进行充电，以及在第二周期接通所述接地开关且断开所述布局充电开关，以在所述第一布局关联电容器和所述第二布局关联电容器之间交换电荷。

8.根据权利要求1所述的指纹传感器装置，其特征在于，所述第一开关电路包括以串联方式电耦合于所述指纹驱动电压和所述输出端之间的第一开关和第二开关，所述传感器板电耦合于所述第一开关和所述第二开关之间的共同节点；所述第二开关电路包括第三开关和第四开关，所述第一布局电极通过所述第三开关电耦合到所述布局驱动电压，并通过所述第四开关电耦合到所述接地端。

9.根据权利要求8所述的指纹传感器装置，其特征在于，所述第一开关和所述第三开关在第一周期被接通，且所述第二开关和所述第四开关在所述第一周期被断开；所述第一开关和所述第三开关在第二周期被断开，且所述第二开关和所述第四开关在所述第二周期被接通。

10.根据权利要求9所述的指纹传感器装置，其特征在于，所述传感器像素还包括积分器，所述积分器包括：

放大器，具有电耦合到所述输出端的负输入端、电耦合到可变参考电压的正输入端、用于输出输出电压的输出端；

积分电容器，电耦合于所述放大器的负输入端与输出端之间；

复位开关，以并联方式电耦合于所述积分电容器。

11.根据权利要求1所述的指纹传感器装置，其特征在于，所述补偿电路包括第三开关电路和补偿电容器，所述第三开关电路可切换地电连接所述补偿电容器至补偿电压和所述传感器板。

12.根据权利要求11所述的指纹传感器装置，其特征在于，所述第三开关电路包括第一失配补偿开关和第二失配补偿开关；所述补偿电容器的一端通过所述第一失配补偿开关电耦合到所述补偿电压，并通过所述第二失配补偿开关电耦合到所述传感器板；所述补偿电容器的另一端电耦合到所述接地端。

13.根据权利要求12所述的指纹传感器装置，其特征在于，所述第三开关电路用于在第一周期接通所述第一失配补偿开关且断开所述第二失配补偿开关，并且在第二周期接通所述第二失配补偿开关且断开所述第一失配补偿开关。

14.根据权利要求1所述的指纹传感器装置，其特征在于，所述补偿电路包括第三开关电路和补偿电容器，所述补偿电容器电耦合于所述传感器板和所述第三开关电路之间。

15.根据权利要求14所述的指纹传感器装置，其特征在于，所述第三开关电路可切换地电连接所述补偿电容器至第一补偿电压和第二补偿电压。

16.根据权利要求15所述的指纹传感器装置，其特征在于，所述第三开关电路包括第一失配补偿开关和第二失配补偿开关；所述补偿电容器的一端通过所述第一失配补偿开关电耦合到所述第一补偿电压，并且通过所述第二失配补偿开关电耦合到所述第二补偿电压；所述补偿电容器的另一端电耦合到所述传感器板。

17.根据权利要求16所述的指纹传感器装置，其特征在于，所述第一补偿电压设置为与所述指纹驱动电压和所述布局驱动电压实质上相同；所述第二补偿电压由电压产生器提供，所述电压产生器包括以串联方式连接的数模转换器和电压缓冲器。

18.根据权利要求17所述的指纹传感器装置，其特征在于，所述第二补偿电压为可变电压，其根据所述第一布局电极和所述第二布局电极之间的失配进行调整。

19.根据权利要求16所述的指纹传感器装置，其特征在于，所述补偿电容器为所述传感器像素中的金属-绝缘层-金属MIM电容器或者多晶硅-绝缘层-多晶硅PIP电容器。

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