DE102016106973A1

DE102016106973A1 - Fingerabdrucksensor, elektronische Vorrichtung mit demselben und Verfahren zum Betreiben eines Fingerabdrucksensors

Info

Publication number: DE102016106973A1
Application number: DE102016106973.6A
Authority: DE
Inventors: Choong-Hoon Lee
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2015-08-12
Filing date: 2016-04-15
Publication date: 2017-02-16
Also published as: TW201706908A; CN106446763A; KR20170019581A; US20170046555A1; US9898639B2

Abstract

Ein Fingerabdrucksensor, der aufweist: ein Pixelarray (100) mit einer Mehrzahl von Einheitspixeln (200; 200-1, 200-2), die in Zeilen und Spalten angeordnet sind, wobei jedes der Mehrzahl von Einheitspixeln (200; 200-1, 200-2) enthält: eine Abtastelektrode (210), die konfiguriert ist zum Bilden eines Erfassungskondensators (D_C); und eine Signalerzeugungsschaltung (220), die konfiguriert ist zum Erzeugen eines analogen Signals (AS2) basierend auf einer Kapazität des Erfassungskondensators (D_C); und einen Controller (300), der konfiguriert ist zum Steuern eines Betriebs des Pixelarrays (100), wobei der Controller (300) konfiguriert ist zum elektrischen Verbinden von Abtastelektroden (210) von zumindest zwei zueinander benachbarten Einheitspixeln (200-1, 200-2) und zum Aktivieren von nur einer der Signalerzeugungsschaltungen (220), die in den zumindest zwei Einheitspixeln (200-1, 200-2) enthalten sind, zum Erzeugen des analogen Signals (AS2).

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG(EN)
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität unter 35 USC §119 der beim Koreanischen Amt für Geistiges Eigentum (KIPO) am 12. August 2015 eingereichten koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2015-0113570 , deren Inhalte hier durch Verweis in ihrer Gesamtheit mit aufgenommen sind.
HINTERGRUND
1. Technisches Gebiet
Ausführungsformen beziehen sich auf einen Fingerabdrucksensor und insbesondere auf einen Fingerabdrucksensor mit erhöhter Abtastleistungsfähigkeit, während eine hohe Auflösung aufrechterhalten wird.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Im Allgemeinen erhält ein Fingerabdrucksensor ein Fingerabdruckbild eines Fingers durch Erfassen einer Kapazität zwischen einer Abtastelektrode und einem Finger. Zum Beispiel kann ein Fingerabdrucksensor ein Fingerabdruckbild eines Fingers basierend auf einer Kapazität zwischen dem Finger und einer Abtastelektrode erhalten, die in einem Pixel enthalten ist, auf dem eine Erhöhung eines Fingerabdrucks angeordnet ist und eine Kapazität zwischen dem Finger und einer Abtastelektrode, die in einem Pixel enthalten ist, auf dem eine Senke des Fingerabdrucks angeordnet ist. Wenn eine Auflösung des Fingerabdrucksensors erhöht wird, wird eine Größe eines in dem Fingerabdrucksensor enthaltenen Pixels verringert.
Wenn sich jedoch eine Größe eines Pixels verringert, verringert sich auch eine Größe der in dem Pixel enthaltenen Abtastelektrode, so dass eine Kapazität zwischen der Abtastelektrode und einem Finger abnimmt. Wenn sich die Größe eines Pixels verringert, nimmt daher eine Abtastleistungsfähigkeit des Fingerabdrucksensors ab.
KURZFASSUNG
Eine Ausführungsform enthält einen Fingerabdrucksensor mit: einem Pixelarray mit einer Mehrzahl von in Zeilen und Spalten angeordneten Einheitspixeln, wobei jeder der Mehrzahl von Einheitspixeln enthält: eine Abtastelektrode, die konfiguriert ist zum Bilden eines Abtastkondensators; und eine Signalerzeugungsschaltung, die konfiguriert ist zum Erzeugen eines analogen Signals basierend auf einer Kapazität des Abtastkondensators; und einem Controller, der konfiguriert ist zum Steuern eines Betriebs des Pixelarrays, wobei der Controller konfiguriert ist zum elektrischen Verbinden von Abtastelektroden von zumindest zwei zueinander benachbarten Einheitspixeln und zum Aktivieren von nur einem der in den zumindest zwei Einheitspixeln enthaltenen Signalerzeugungsschaltungen zum Erzeugen des analogen Signals.
Eine Ausführungsform enthält eine elektronische Vorrichtung mit: einer Mehrzahl von Abtastelektroden; einer Mehrzahl von Signalerzeugungsschaltungen, wobei jede Signalerzeugungsschaltung konfiguriert ist zum Erzeugen eines Signals basierend auf einer Kapazität, die an einem Eingang der Signalerzeugungsschaltung gekoppelt ist; und einem Controller, der konfiguriert ist zum selektiven elektrischen Verbinden von Gruppen der Abtastelektroden an die Eingänge der Signalerzeugungsschaltungen, wobei jede Gruppe von Abtastelektroden elektrisch verbunden ist mit einer entsprechenden einzelnen Signalerzeugungsschaltung der Signalerzeugungsschaltungen.
Eine Ausführungsform enthält ein Verfahren zum Betreiben eines Fingerabdrucksensors mit einer Mehrzahl von in Zeilen und Spalten angeordneten Einheitspixeln, wobei jedes der Mehrzahl von Einheitspixeln eine Abtastelektrode und eine Signalerzeugungsschaltung enthält, wobei das Verfahren aufweist: ein elektrisches Verbinden von in zumindest zwei zueinander benachbarten Einheitspixeln enthaltenen Abtastelektroden; ein Einschalten einer der Signalerzeugungsschaltungen der zumindest zwei Einheitspixel; ein Ausschalten der verbleibenden Signalerzeugungsschaltungen der zumindest zwei Einheitspixel; ein Erzeugen, durch die eingeschaltete Signalerzeugungsschaltung, eines analogen Signals mit einer Größe proportional zu einer Summe der Kapazitäten der Erfassungskondensatoren mit den Abtastelektroden der zumindest zwei Einheitspixel; und ein Erzeugen eines digitalen Signals, welches ein Fingerabdruckmuster eines Benutzers basierend auf dem analogen Signal wiedergibt.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Veranschaulichende, nicht beschränkende Ausführungsformen werden klarer verstanden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Zusammenhang mit den begleitenden Figuren.
1 ist ein Blockdiagramm, das einen Fingerabdrucksensor gemäß einigen Ausführungsformen darstellt.
2 ist eine Querschnittsansicht, welche ein Beispiel eines Pixelarrays darstellt, das in dem Fingerabdrucksensor aus 1 enthalten ist.
3 ist ein Schaltplan, der ein Beispiel eines Pixelarrays darstellt, das in dem Fingerabdrucksensor aus 1 enthalten ist.
4 ist ein Zeitablaufdiagramm zum Beschreiben eines Betriebs eines ausgewählten Einheitspixels, das in der ausgewählten Zeile enthalten ist.
5 ist ein Schaltplan, der einen Zustand eines ausgewählten Einheitspixels, das in einer ausgewählten Zeile enthalten ist, und eines Hilfseinheitspixels, das in einer Hilfszeile enthalten ist, während einer Rücksetzperiode darstellt.
6 ist ein Schaltplan, der einen Zustand eines ausgewählten Einheitspixels, das in einer ausgewählten Zeile enthalten ist, und den eines Hilfseinheitspixels, das in einer Hilfszeile enthalten ist, während einer Erfassungsperiode darstellt.
7 bis 9 sind grafische Darstellungen zum Beschreiben eines Verfahrens für einen Controller zum Bestimmen einer von in dem Pixelarray enthaltenen Zeilen als eine ausgewählte Zeile.
10 ist Ablaufdiagramm, welches ein Verfahren zum Betreiben eines Fingerabdrucksensors gemäß einigen Ausführungsformen darstellt.
11 ist ein Schaltdiagramm, das ein Beispiel eines Pixelarrays gemäß einigen Ausführungsformen darstellt.
12A bis 13D sind grafische Darstellungen zum Beschreiben eines Verfahrens für einen Controller zum Betreiben des Pixelarrays aus 11.
14 ist ein Blockdiagramm, das eine elektronische Vorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen darstellt.
15 ist eine grafische Darstellung zum Darstellen eines Beispiels, bei dem die elektronische Vorrichtung aus 14 in einem Smartphone implementiert ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Verschiedene Ausführungsformen werden vollständiger mit Bezug auf die begleitenden Figuren beschrieben werden, in denen bestimmte Ausführungsformen gezeigt sind. Ausführungsformen können jedoch viele verschiedene Formen annehmen und sollten nicht als auf die hier ausgeführten, bestimmten Ausführungsformen beschränkt ausgelegt werden. Vielmehr sind diese Ausführungsformen so vorgesehen, dass diese Offenbarung durchgehend und vollständig ist, und werden den Umfang dem Fachmann vollständig vermitteln. Gleiche Bezugsziffern beziehen sich durchgehend in dieser Anmeldung auf gleiche Elemente.
Es wird verstanden werden, dass, obwohl die Begriffe erster/erste/erstes, zweiter/zweite/zweites usw. hier verwendet werden zum Beschreiben verschiedener Elemente, diese Elemente nicht durch diese Begriffe beschränkt sein sollen. Diese Begriffe werden verwendet zum Unterscheiden eines Elementes von einem anderen. Zum Beispiel könnte ein erstes Element als ein zweites Element bezeichnet werden, und könnte genauso ein zweites Element als ein erstes Element bezeichnet werden ohne von dem Umfang abzuweichen. Wie hier verwendet enthalten die Begriffe „und/oder” irgendeinen und alle Kombinationen von einem oder mehreren der miteinander verknüpft aufgelisteten Gegenstände.
Es wird verstanden werden, dass wenn ein Element als „verbunden” oder „gekoppelt” mit einem anderen Element beschrieben wird, es direkt mit dem anderen Element verbunden oder gekoppelt sein kann oder aber dazwischenliegende Elemente vorhanden sein können. Im Gegensatz dazu sind, wenn ein Element als „direkt verbunden” oder „direkt gekoppelt” mit einem anderen Element bezeichnet wird, keine dazwischenliegenden Elemente vorhanden. Andere Worte, die zum Beschreiben der Beziehung zwischen Elementen verwendet werden, sollten in einer gleichen Art und Weise interpretiert werden (z. B. „zwischen” gegenüber „direkt dazwischen”, „benachbart” gegenüber „direkt benachbart” usw.).
Die hier verwendete Terminologie ist zum Zwecke des Beschreibens bestimmter Ausführungsformen und nicht dazu bestimmt, beschränkend zu sein. Wie hier verwendet sind die Singularformen „einer/eine/eines” und „der/die/das” dazu gedacht, die Pluralformen auch mit zu umfassen, es sei denn, der Zusammenhang gibt eindeutig anderes an. Es wird verstanden werden, dass die Begriffe „umfasst”, „umfassend”, „enthält” und/oder „enthaltend”, wenn sie hier verwendet werden, das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, Ganzzahlen, Schritten, Operationen, Elementen und/oder Komponenten angeben, aber nicht das Vorhandensein oder Hinzufügen von einem oder mehreren anderen Merkmalen, Ganzzahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen.
Es sei denn es ist anders definiert besitzen alle hier verwendeten Begriffe (einschließlich technischer und wissenschaftlicher Begriffe) die gleiche Bedeutung wie sie üblicherweise von einem Durchschnittsfachmann verstanden wird. Es wird weiter verstanden werden, dass Begriffe wie z. B. solche, die für gewöhnlich in Wörterbüchern verwendet werden, so interpretiert werden sollen, dass sie eine Bedeutung besitzen, die konsistent ist mit ihrer Bedeutung in dem Zusammenhang der relevanten Technik, und nicht in einer idealisierten oder überformalen Art und Weise interpretiert werden sollen, es sei denn, es ist ausdrücklich so hier definiert.
1 ist ein Blockschaltplan, der einen Fingerabdrucksensor gemäß einigen Ausführungsformen darstellt. Bezugnehmend auf 1 enthält ein Fingerabdrucksensor 10 ein Pixelarray 100, einen Controller 300, eine Schaltung für korrelierte Doppelabtastung und Integration CDS_INT 400, eine Abtast- und Halteschaltung SH 500 sowie einen Analog-Digital-Wandler ADC 600.
Das Pixelarray 100 kann mehrere Einheitspixel P 200 enthalten, die in Zeilen und Spalten angeordnet sind.
Der Controller 300 kann konfiguriert sein zum Bereitstellen einer gemeinsamen Spannung VCM und einer Erfassungsspannung VD an jedes der Einheitspixel 200. Zusätzlich kann der Controller 300 dazu konfiguriert sein, einen Betrieb des Pixelarrays 100 in einer Einheit einer Zeile zu steuern unter Verwendung eines mehrfachen Verbindungssteuersignals MCCS, eines Auswahlsteuersignals SEL, eines ersten Schaltsignals SWS1 und eines zweiten Schaltsignals SWS2.
Wenn ein Finger das Pixelarray 100 berührt, kann jedes der in dem Pixelarray 100 enthaltenen Einheitspixel 200 dazu konfiguriert sein, ein analoges Signal zu erzeugen durch Erfassen eines Fingerabdrucksensors des Fingers. Bei einigen Ausführungsformen können die Einheitspixel dazu konfiguriert sein, das analoge Signal entsprechend dem Fingerabdruckmuster durch mehrere Spaltenleitungen COL1, COL2, ..., COLn in einer Einheit einer Zeile auszugeben. Hierbei steht n für eine positive Ganzzahl.
2 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel eines in dem Fingerabdrucksensor aus 1 enthaltenen Pixelarrays darstellt. Bezugnehmend auf 2 kann jedes der in dem Pixelarray 100 enthaltenen Einheitspixel 200 eine Abtastelektrode 210, die über einem Halbleitersubstrat 101 ausgebildet ist, und eine Signalerzeugungsschaltung SG 220, die auf dem Halbleitersubstrat 101 ausgebildet ist, enthalten. Die in jedem der Einheitspixel 200 enthaltene Abtastelektrode 210 kann elektrisch mit der entsprechenden Signalerzeugungsschaltung 220 verbunden sein.
Bei einigen Ausführungsformen kann die Abtastelektrode 210 implementiert sein als eine Metallplatte mit einem Metallmaterial. Jedoch kann die Abtastelektrode 210 bei anderen Ausführungsformen aus anderen leitfähigen Materialien ausgebildet sein.
Das Pixelarray 100 kann weiter eine Isolierschicht 230 enthalten, die über dem Halbleitersubstrat 101 ausgebildet ist und die Abtastelektrode 210 jedes der Einheitspixel 200 bedeckt. Bei einigen Ausführungsformen kann zumindest ein Abschnitt der Isolierschicht 230, der über der Abtastelektrode 210 ausgebildet ist, Glas enthalten.
2 gibt einen Zustand wieder, bei dem ein Finger auf der in dem Pixelarray 100 enthaltenen Isolierschicht 230 ist. Wenn der Finger das Pixelarray 100 berührt, kann der Finger als eine Elektrode arbeiten. Daher kann die Abtastelektrode 210, die in jedem der Einheitspixel 200 enthalten ist, zusammen mit dem Finger einen Abtastkondensator D_C bilden.
Allgemein besitzt ein Fingerabdruck einer Person ein intrinsisches Muster, das durch Erhöhungen und Senken gebildet wird. Daher kann wie in 2 dargestellt ein Abstand zwischen dem Finger und der in dem Einheitspixel 200 enthaltenen Abtastelektrode 210, auf der eine Erhöhung des Fingerabdrucks angeordnet ist, geringer sein als ein Abstand zwischen dem Finger und der in dem Einheitspixel 200 enthaltenen Abtastelektrode 210, auf der eine Senke des Fingerabdrucks angeordnet ist.
Da eine Kapazität eines Kondensators invers proportional zu einem Abstand zwischen zwei Elektroden des Kondensators ist, kann eine Kapazität des Erfassungskondensators D_C, der durch die in dem Einheitspixel 200 enthaltene Abtastelektrode 210, auf der eine Erhöhung des Fingerabdrucks angeordnet ist, größer sein als eine Kapazität des Erfassungskondensators D_C, der durch die in dem Einheitspixel 200 enthaltene Abtastelektrode 210, auf dem ein Teil des Fingerabdrucks angeordnet ist, gebildet wird.
Die Signalerzeugungsschaltung 220, die in jedem der Einheitspixel 200 enthalten ist, kann konfiguriert sein zum Erzeugen des analogen Signals auf der Grundlage einer Kapazität des Erfassungskondensators D_C, der durch die entsprechende Abtastelektrode 210 gebildet wird.
Bei einem Betrieb des Fingerabdrucksensors 10, wenn der Finger das Pixelarray 100 berührt, kann der Controller 300 die Abtastelektroden 210 elektrisch verbinden, die in zumindest zwei zueinander in einer Spaltenrichtung benachbarten Einheitspixeln 200 enthalten sind, kann eine der in den zumindest zwei Einheitspixeln 200 enthaltenen Signalerzeugungsschaltungen 220 einschalten und kann den Rest der in den zumindest zwei Einheitspixeln 200 enthaltenen Signalerzeugungsschaltungen 220 ausschalten.
Daher kann die eingeschaltete Signalerzeugungsschaltung 220 unter den in den zumindest zwei Einheitspixeln 200 enthaltenen Signalerzeugungsschaltungen 220 das analoge Signal mit einer Größe proportional zu einer Summe der Kapazitäten der Erfassungskondensatoren D_C erzeugen, die durch die in den zumindest zwei Einheitspixeln 200 enthaltenen Abtastelektroden 210 gebildet werden.
Obwohl ein elektrisches Verbinden der Abtastelektroden 210 der zumindest zwei Einheitspixel 200, die in einer Spaltenrichtung benachbart sind, verwendet wurde, können andere Gruppierungen von Abtastelektroden 210 elektrisch mit einer Signalerzeugungsschaltung 220 verbunden werden. Zum Beispiel können bei einigen Ausführungsformen die Abtastelektroden 210 von zumindest zwei Einheitspixeln 200 elektrisch miteinander verbunden werden, die in einer Zeilenrichtung benachbart sind.
Bei einem bestimmten Beispiel können zwei Abtastelektroden 210, die benachbart zueinander sind, miteinander und mit einer Signalerzeugungsschaltung 220 verbunden werden. Bei einem weiteren Beispiel, bei einigen Ausführungsformen, können Abtastelektroden 210 von zumindest zwei sowohl in einer Spaltenrichtung als auch in einer Zeilenrichtung benachbarten Einheitspixeln 200 elektrisch miteinander verbunden werden. Zum Beispiel können vier Abtastelektroden 210 in einem quadratischen oder rechteckigen Muster elektrisch miteinander verbunden werden. Darüber hinaus, obwohl eine Orientierung von Zeilen und Spalten der Abtastelektroden 210 als ein Beispiel verwendet wurde, können die Abtastelektroden 210 in einer anderen Ordnung angeordnet sein, und benachbarte Abtastelektroden 210 können elektrisch miteinander verbunden werden. Zum Beispiel können die Abtastelektroden 210 in einem hexagonalen Gitter angeordnet sein.
Der Betrieb des Fingerabdrucksensors 10 wird im Detail mit Bezug auf die 3 bis 9 beschrieben werden.
3 ist ein Schaltplan, der ein Beispiel eines in dem Fingerabdrucksensor aus 1 enthaltenen Pixelarrays darstellt. In 3 sind vier Einheitspixel 200, die in einer Zeilenrichtung und in einer Spaltenrichtung zueinander benachbart sind, dargestellt. Die Abtastelektroden 210, die in jedem der Einheitspixel 200 enthalten sind, können zusammen mit dem Finger, der das Pixelarray 100 berührt, den Abtastkondensator D_C bilden.
Die Signalerzeugungsschaltung 220 kann einen ersten Schalter 221, einen zweiten Schalter 222, einen dritten Schalter 223, einen Verstärker 224, einen Rückkopplungs-Kondensator 225, einen Auswahlschalter 226 und einen Mehrfachverbindungsschalter 227 enthalten.
Der Verstärker 224 kann eine negative Eingangselektrode, eine positive Eingangselektrode und eine Ausgangselektrode enthalten. Die positive Eingangselektrode des Verstärkers 224 kann die durch den Controller 300 bereitgestellte gemeinsame Spannung VCM empfangen.
Der erste Schalter 221 kann eingeschaltet werden als Antwort auf ein erstes Schaltsignal SWS1, das von dem Controller 300 bereitgestellt wird. Wenn der erste Schalter 221 eingeschaltet wird, kann der erste Schalter 221 die Erfassungsspannung VD, die von dem Controller 300 bereitgestellt wird, an die Abtastelektrode 210 bereitstellen.
Der zweite Schalter 222 kann zwischen die negative Eingangselektrode des Verstärkers 224 und die Abtastelektrode 210 geschaltet sein. Der zweite Schalter 222 kann eingeschaltet werden als Antwort auf ein zweites Schaltsignal SWS2, das von dem Controller 300 bereitgestellt wird. Wenn der zweite Schalter 222 eingeschaltet ist, kann die Abtastelektrode 210 mit der negativen Eingangselektrode des Verstärkers 224 gekoppelt sein.
Bei einigen Ausführungsformen kann die Erfassungsspannung VD zum Erhöhen eines Verstärkungsfaktors des Verstärkers 224 höher sein als eine Versorgungsspannung, mit der der Verstärker 224 arbeitet. Zusätzlich kann ein Spannungspegel des ersten Schaltsignals SWS1 und des zweiten Schaltsignals SWS2 in einem aktivierten Zustand gleich oder höher sein als die Erfassungsspannung VD.
Der Rückkopplungskondensator 225 kann geschaltet sein zwischen die negative Eingangselektrode des Verstärkers 224 und die Ausgangselektrode des Verstärkers 224.
Der dritte Schalter 223 kann geschaltet sein zwischen die negative Eingangselektrode des Verstärkers 224 und die Ausgangselektrode des Verstärkers 224. Das bedeutet, dass der Rückkopplungskondensator 225 und der dritte Schalter 223 parallel zwischen die negative Eingangselektrode des Verstärkers 224 und die Ausgangselektrode des Verstärkers 224 geschaltet sein können. Der dritte Schalter 223 kann eingeschaltet werden als Antwort auf das durch den Controller 300 bereitgestellte erste Schaltsignal SWS1. Wenn der dritte Schalter 223 eingeschaltet wird, kann der Rückkopplungskondensator 225 rückgesetzt werden.
Der Auswahlschalter 226 kann zwischen die Ausgangselektrode des Verstärkers 224 und die entsprechende Spaltenleitung COLk und COL(k + 1) geschaltet sein. Der Auswahlschalter 226 kann eingeschaltet werden als Antwort auf das Auswahlsteuersignal SEL, das von dem Controller 300 bereitgestellt wird. Wenn der Auswahlschalter 226 eingeschaltet wird, können die analogen Signale AS1 und AS2 durch die Ausgangselektrode des Verstärkers 224 an die Schaltung für korrelierte Doppelabtastung und Integration 400 bereitgestellt werden durch die entsprechende Spaltenleitung COLk und COL(k + 1). Andererseits, wenn der Auswahlschalter 226 ausgeschaltet ist, kann die Signalerzeugungsschaltung 220 von der entsprechenden Spaltenleitung COLk und COL(k + 1) getrennt sein.
Der Mehrfachverbindungsschalter 227 kann geschaltet sein zwischen die Abtastelektrode 210, die in dem entsprechenden Einheitspixel 200 enthalten ist, und die Abtastelektrode 210, die in zumindest einem Einheitspixel 200 benachbart zu dem entsprechenden Einheitspixel 200 in einer Spaltenrichtung enthalten ist. Der Mehrfachverbindungsschalter 227 kann eingeschaltet werden als Antwort auf das Mehrfachverbindungssteuersignal MCCS. Daher, wenn der Mehrfachverbindungsschalter 227 eingeschaltet wird, können die in dem entsprechenden Einheitspixel 200 enthaltene Abtastelektrode 210 und die Abtastelektrode 210, die in dem zumindest einen Einheitspixel 200 benachbart zu dem entsprechenden Einheitspixel 200 in einer Spaltenrichtung enthalten ist, elektrisch verbunden werden.
In 3 ist der Mehrfachverbindungsschalter 227 zwischen die in dem entsprechenden Einheitspixel 200 enthaltene Abtastelektrode 210 und die Abtastelektrode 210 geschaltet dargestellt, die zu dem entsprechenden Einheitspixel in einer Spaltenrichtung benachbart ist und in einer vorhergehenden Zeile enthalten ist. Jedoch sind andere Ausführungsformen nicht darauf beschränkt. Bei einigen Ausführungsformen kann der Mehrfachverbindungsschalter 227 zwischen die in dem entsprechenden Einheitspixel 200 enthaltene Abtastelektrode 210 und die Abtastelektrode 210 geschaltet sein, die in einem Einheitspixel 200 enthalten ist, welches benachbart zu dem entsprechenden Einheitspixel 200 in einer Spaltenrichtung ist und in einer nächsten Zeile enthalten ist. Bei weiteren Ausführungsformen kann der Mehrfachverbindungsschalter 227 geschaltet sein zwischen die in dem entsprechenden Einheitspixel 200 enthaltene Abtastelektrode 210 und die Abtastelektrode 210, die in einem Einheitspixel 200 enthalten ist, das benachbart zu dem entsprechenden Einheitspixel 200 in einer Spaltenrichtung ist und in einer vorhergehenden Zeile enthalten ist, sowie zwischen die in dem entsprechenden Einheitspixel 200 enthaltene Abtastelektrode 210, und die Abtastelektrode 210, die in einem Einheitspixel 200 enthalten ist, welches benachbart zu dem entsprechenden Einheitspixel 200 in einer Spaltenrichtung ist und in einer nächsten Zeile enthalten ist. Dementsprechend kann irgendeine Anzahl von Abtastelektroden 210 in einer Spalte elektrisch verbunden sein durch zugehörige Mehrfachverbindungsschalter 227.
Bei einigen Ausführungsformen können der erste Schalter 221, der zweite Schalter 222, der dritte Schalter 223, der Auswahlschalter 226 und der Mehrfachverbindungsschalter 227 einen MOS(Metall-Oxid-Halbleiter)-Transistor enthalten. Jedoch kann bei anderen Ausführungsformen der erste Schalter 221, der zweite Schalter 222, der dritte Schalter 223, der Auswahlschalter 226 und der Mehrfachverbindungsschalter 227 verschiedene Formen annehmen. Darüber hinaus können der erste Schalter 221, der zweite Schalter 222, der dritte Schalter 223, der Auswahlschalter 226 und der Mehrfachverbindungsschalter 227 die gleiche Form besitzen, aber sie müssen es nicht.
Obwohl eine bestimmte Signalerzeugungsschaltung 220 als ein Beispiel dargestellt ist, können bei anderen Ausführungsformen verschiedene Konfigurationen verwendet werden. Zum Beispiel kann eine Signalerzeugungsschaltung 220 mit irgendeiner Verstärkerschaltung, die konfiguriert ist zum Erzeugen eines Signals, welches basierend auf dem Erfassungskondensator D_C variiert, verwendet werden.
Im Folgenden wird ein Betrieb des Fingerabdrucksensors 10 beschrieben werden mit Bezug auf die 1 bis 3. Wenn ein Finger das Pixelarray 100 berührt, kann der Controller 300 eine der in dem Pixelarray 100 enthaltenen Zeilen als eine ausgewählte Zeile bestimmen und zumindest eine zu der ausgewählten Zeile benachbarte Zeile als eine Hilfszeile bestimmen.
Bei einigen beispielhaften Ausführungsformen kann der Controller 300 als die Hilfszeile eine Zeile bestimmen, welche das Einheitspixel 200 enthält, das mit dem Mehrfachverbindungsschalter 227 gekoppelt ist, der in dem Einheitspixel 200 der ausgewählten Zeile enthalten ist.
Zum Beispiel wie in 3 dargestellt, wenn der Mehrfachverbindungsschalter 227 zwischen die in dem entsprechenden Einheitspixel 200 enthaltene Abtastelektrode 210 und die Abtastelektrode 210 geschaltet ist, welche in einem Einheitspixel 200 enthalten ist, das benachbart zu dem entsprechenden Einheitspixel 200 in einer Spaltenrichtung ist und in einer vorhergehenden Zeile enthalten ist, kann der Controller 300 als die Hilfszeile eine Zeile benachbart zu der ausgewählten Zeile in einer ersten Richtung bestimmen, welche die vorhergehende Zeile der ausgewählten Zeile ist.
Der Controller 300 kann das Mehrfachverbindungssteuersignal MCCS in einem deaktivierten Zustand, das Auswahlsteuersignal SEL in dem deaktivierten Zustand, das erste Schaltsignal SWS1 in dem deaktivierten Zustand und das zweite Schaltsignal SWS2 in dem deaktivierten Zustand an jedes der Einheitspixel 200 bereitstellen, welche in einem Rest der Zeilen außer der ausgewählten Zeile enthalten sind. Daher können der Mehrfachverbindungsschalter 227, der Auswahlschalter 226, der erste Schalter 221, der zweite Schalter 222 und der dritte Schalter 223, die in jedem der Einheitspixel 200 enthalten sind, welche in dem Rest der Zeilen außer der ausgewählten Zeile enthalten sind, ausgeschaltet werden. Daher kann mit Bezug auf 3 die Signalerzeugungsschaltung 220, die in jedem der in dem Rest der Zeilen außer der ausgewählten Zeile enthaltenen Einheitspixel 200 enthalten ist, von der entsprechenden Spaltenleitung COLk und COL(k + 1) getrennt werden.
Der Controller 300 kann das Mehrfachverbindungssteuersignal MCCS in dem aktivierten Zustand und das Auswahlsteuersignal SEL in dem aktivierten Zustand an das in der ausgewählten Zeile enthaltene ausgewählte Einheitspixel bereitstellen.
Da der in dem ausgewählten Einheitspixel enthaltene Mehrfachverbindungsschalter 227 als Antwort auf das Mehrfachverbindungssteuersignal MCCS in dem aktivierten Zustand eingeschaltet wird, können die Abtastelektrode 210, die in dem ausgewählten Einheitspixel 200 enthalten ist, und die Abtastelektrode 210, die in einem Hilfseinheitspixel 200 enthalten ist, welches in einer Spaltenrichtung benachbart zu dem ausgewählten Einheitspixel 200 ist und in der Hilfszeile enthalten ist, elektrisch miteinander verbunden werden durch den Mehrfachverbindungsschalter 227.
Zusätzlich, da der in dem ausgewählten Einheitspixel enthaltene Auswahlschalter 226 eingeschaltet wird als Antwort auf das Auswahlsteuersignal SEL in dem aktivierten Zustand, kann die Ausgangselektrode des Verstärkers 224, der in dem ausgewählten Einheitspixel enthalten ist, mit der entsprechenden Spaltenleitung COLk und COL(k + 1) gekoppelt werden durch den Auswahlschalter 226.
4 ist ein Zeitablaufdiagramm zum Beschreiben eines Betriebs des in einer ausgewählten Zeile enthaltenen ausgewählten Einheitspixels. Wie in 4 dargestellt können sich eine Rücksetzperiode (RST_P) und eine Erfassungsperiode DT_P mehrere Male abwechseln, während eine der in dem Pixelarray 100 enthaltenen Zeilen als die ausgewählte Zeile bestimmt wird. Das erste Schaltsignal SWS1 und das zweite Schaltsignal SWS2 können zwischen dem aktiven Zustand und dem deaktivierten Zustand wechseln. Weitere Details werden unten in Zusammenhang mit 5 und 6 angegeben werden.
5 ist ein Schaltplan, der einen Zustand eines in einer ausgewählten Zeile enthaltenen ausgewählten Einheitspixels und eines in einer Hilfszeile enthaltenen Hilfseinheitspixels während einer Rücksetzperiode darstellt, und 6 ist ein Schaltplan, der einen Zustand eines in einer ausgewählten Zeile enthaltenen ausgewählten Einheitspixels und eines in einer Hilfszeile enthaltenen Hilfseinheitspixels während einer Erfassungsperiode darstellt.
Bezugnehmend auf 4 und 5, da der Controller 300 das Mehrfachverbindungssteuersignal MCCS in dem aktivierten Zustand und das Auswahlsteuersignal SEL in dem aktivierten Zustand an das in der ausgewählten Zeile enthaltene Einheitspixel 200-1 bereitstellt, können wie in 5 und 6 dargestellt der Mehrfachverbindungsschalter 227 und der Auswahlschalter 226, die in dem ausgewählten Einheitspixel 200-1 enthalten sind, eingeschaltet werden.
Andererseits, da der Controller das Mehrfachverbindungssteuersignal MCCS in dem deaktivierten Zustand und das Auswahlsteuersignal SEL in dem deaktivierten Zustand an das in der Hilfszeile enthaltene Hilfseinheitspixel 200-2 bereitstellt, kann die in dem Hilfseinheitspixel 200-1 enthaltene Signalerzeugungsschaltung 220 von der entsprechenden Spaltenleitung COLk getrennt werden.
Danach kann der Controller 300 wie in 4 dargestellt während der Rücksetzperiode RST_P das erste Schaltsignal SWS1 in dem aktivierten Zustand und das zweite Schaltsignal SWS2 in dem deaktivierten Zustand an das ausgewählte Einheitspixel 200-1 bereitstellen. Daher können wie in 5 dargestellt der erste Schalter 221 und der dritte Schalter 223, die in dem ausgewählten Einheitspixel 200-1 enthalten sind, während der Rücksetzperiode RST_P eingeschaltet werden, und kann der in dem ausgewählten Einheitspixel 200-1 enthaltene zweite Schalter 222 während der Rücksetzperiode RST_P ausgeschaltet werden.
Da der erste Schalter 221 und der Mehrfachverbindungsschalter 227 eingeschaltet werden, kann die von dem Controller 300 bereitgestellte Erfassungsspannung VD an die in dem ausgewählten Einheitspixel 200-1 enthaltene Abtastelektrode 210 und an die in dem Hilfseinheitspixel 200-1 enthaltene Abtastelektrode 210 angelegt werden. Daher können der Erfassungskondensator D_C1, der durch die in dem ausgewählten Einheitspixel 200-1 enthaltene Abtastelektrode 210 und den Finger gebildet wird, und der Erfassungskondensator D_C2, der durch die in dem Hilfseinheitspixel 200-1 enthaltene Abtastelektrode 210 und den Finger gebildet wird, durch die Erfassungsspannung VD geladen werden.
Da der dritte Schalter 223 eingeschaltet wird, kann der Rückkopplungskondensator 225 zurückgesetzt werden. Zusätzlich, da die gemeinsame Spannung VCM an die positive Eingangselektrode des Verstärkers 224 angelegt wird, kann eine Spannung VVG der negativen Eingangselektrode des Verstärkers 224 im Wesentlichen gleich der gemeinsamen Spannung VCM sein. Daher kann eine Spannung VOUT der Ausgangselektrode des Verstärkers 224 der gemeinsamen Spannung VCM entsprechen.
Als ein Ergebnis kann das ausgewählte Eingangspixel 200-1 die gemeinsame Spannung VCM durch die Spaltenleitung COLk als ein erstes analoges Signal AS1 während der Rücksetzperiode RST_P ausgeben.
Bezugnehmend auf 4 und 6 kann der Controller 300 danach das erste Schaltsignal SWS1 in dem deaktivierten Zustand und das zweite Schaltsignal SWS2 in dem aktivierten Zustand während der Erfassungsperiode DT_P an das ausgewählte Eingangspixel 200-1 bereitstellen. Daher können wie in 6 dargestellt der erste Schalter 221 und der dritte Schalter 223, die in dem ausgewählten Einheitspixel 200-1 enthalten sind, während der Erfassungsperiode DT_P ausgeschaltet werden, und kann der in dem ausgewählten Einheitspixel 200-1 enthaltene zweite Schalter 222 eingeschaltet werden während der Erfassungsperiode DT_P.
Daher können Ladungen, welche in dem Erfassungskondensator D_C1, der durch die in dem ausgewählten Eingangspixel 200-1 enthaltene Abtastelektrode 210 und den Finger gebildet wird, und in dem Erfassungskondensator D_C2, der durch die in dem Hilfseinheitspixel 200-1 enthaltene Abtastelektrode 210 und dem Finger gebildet wird, gespeichert sind, an den Rückkopplungskondensator 225 verteilt werden.
Daher kann die Spannung VOUT der Ausgangselektrode des Verstärkers 224 in der Erfassungsperiode DT_P als Gleichung 1 wiedergegeben werden. VOUT = VCM – ((Cfp1 + Cfp2)/(Cfb))·(VD – VCM) (1)
Hierbei ist Cfp1 eine Kapazität des Erfassungskondensators D_C1 ist, der durch die in dem ausgewählten Einheitspixel 200-1 enthaltene Abtastelektrode 201 und dem Finger gebildet wird, ist Cfp2 eine Kapazität des Erfassungskondensators D_C2, der durch die in dem Hilfseinheitspixel 200-1 enthaltene Abtastelektrode 210 und dem Finger gebildet wird, und ist Cfb eine Kapazität des Rückkopplungskondensators 225.
Daher kann das ausgewählte Einheitspixel 200-1 die Spannung VOUT der Ausgangselektrode des Verstärkers 224, welche in Gleichung 1 wiedergegeben ist, durch die Spaltenleitung COLk als ein zweites analoges Signal AS2 während der Erfassungsperiode DT_P ausgeben.
Wie in Gleichung 1 wiedergegeben kann das zweite analoge Signal AS2, das von dem ausgewählten Einheitspixel 200-1 während der Erfassungsperiode DT_P ausgegeben wird, eine Größe besitzen, die proportional zu einer Summe einer Kapazität Cfp1 des Erfassungskondensators D_C1, welcher durch die in dem ausgewählten Einheitspixel 200-1 enthaltene Abtastelektrode 210 und den Finger gebildet wird, und einer Kapazität Cfp2 des Erfassungskondensators D_C2 ist, der durch die in dem Hilfseinheitspixel 200-1 enthaltene Abtastelektrode 210 und den Finger gebildet wird.
Wie in 4 dargestellt, da der Controller 300 zwischen der Rücksetzperiode RST_P und der Erfassungsperiode DT_P mehrfach wechselt, während eine der in dem Pixelarray 100 enthaltene Zeile als die ausgewählte Zeile bestimmt wird, kann das ausgewählte Einheitspixel 200-1 abwechselnd das erste analoge Signal AS1 und das zweite analoge Signal AS2 mehrmals für das gleiche ausgewählte Einheitspixel 200-1 ausgeben.
Danach kann der Controller 300 nacheinander jede der in dem Pixelarray 100 enthaltenen Zeilen auswählen durch Bewegen in einer Einheit einer Zeile zum Bestimmen der ausgewählten Zeile.
Bei einigen Ausführungsformen kann das Pixelarray 100 zumindest eine Dummy-Zeile und mehrere normale Zeilen enthalten, und der Controller 300 kann nacheinander jede der normalen Zeilen auswählen durch Bewegen in einer Einheit einer Zeile zum Bestimmen der ausgewählten Zeile.
Der Controller 300 kann den oben mit Bezug auf die 4 bis 6 beschriebenen Betrieb wiederholt an aufeinanderfolgenden Zeilen durchführen, sodass das Pixelarray 100 das erste analoge Signal AS1 und das zweite analoge Signal AS2 zeilenweise ausgeben kann.
7 bis 9 sind Diagramme zum Beschreiben eines Verfahrens für einen Controller zum Bestimmen einer der in dem Pixelarray enthaltenen Zeilen als eine ausgewählte Zeile. In den 7 bis 9 ist eine Betrieb des Controllers 300 dargestellt als ein Beispiel, wenn der Mehrfachverbindungsschalter 227 zwischen die in dem Einheitspixel 200 desselben und die in dem einen Einheitspixel 200, das benachbart zu dem Einheitspixel 200 desselben in einer Spaltenrichtung und in einer vorhergehenden Zeile enthalten ist, enthaltene Abtastelektrode 210 geschaltet ist –
Wie in den 7 bis 9 dargestellt, kann das Pixelarray 100 eine Dummy-Zeile ROWD oben von dem Pixelarray 100 und mehrere normale Zeilen ROW1, ROW2, ROW3, ... ROWm unterhalb der einen Dummy-Zeile ROWD enthalten. Hierbei ist m eine positive Ganzzahl. Obwohl die Dummy-Zeile ROWD so dargestellt ist, dass sie auf einer bestimmten Seite des Pixelarrays 100 ist, kann die Dummy-Zeile ROWD auf einer entgegengesetzten Seite des Pixelarrays 100 angeordnet sein.
Wie in 7 dargestellt kann der Controller 300 eine erste normale Zeile ROW1 als die ausgewählte Zeile SEL_ROW bestimmen. In diesem Fall kann die Dummy-Zeile ROWD, welche einer vorhergehenden Zeile der ersten normalen Zeile ROW1 entspricht, als die Hilfszeile ASS_ROW bestimmt werden.
Wie oben beschrieben, da der Controller 300 das Mehrfachverbindungssteuersignal MCCS in dem aktivierten Zustand und das Auswahlsteuersignal SEL in dem aktivierten Zustand an jedes der in der ausgewählten Zeile SEL_ROW enthaltenen ausgewählten Einheitspixel 200-1 bereitstellt, können die Abtastelektrode 210, welche in dem ausgewählten Einheitspixel 200-1 enthalten ist, und die Abtastelektrode 210, die in dem Hilfseinheitspixel 200-1 enthalten ist, das benachbart zu dem ausgewählten Einheitspixel 200-1 in einer Spaltenrichtung ist und in der Hilfszeile ASS_ROW enthalten ist, elektrisch miteinander verbunden werden durch den Mehrfachverbindungsschalter 227.
Daher bilden das ausgewählte Einheitspixel 200-1 und das Hilfseinheitspixel 200-1, die zueinander in einer Spaltenrichtung benachbart sind, eine Pixelgruppe 240. Die in dem ausgewählten Einheitspixel 200-1 enthaltene Signalerzeugungsschaltung 220 kann abwechselnd das erste analoge Signal AS1, welches der gemeinsamen Spannung VCM entspricht, und das zweite analoge Signal AS2 ausgeben, das eine Größe besitzt, die proportional zu einer Summe der Kapazitäten der Erfassungskondensatoren D_C1 und D_C2 ist, welche durch die Pixelgruppe 240 und den Finger gebildet werden.
Danach kann wie in 8 dargestellt der Controller 300 eine zweite normale Zeile ROW2 als die ausgewählte Zeile SEL_ROW bestimmen. In diesem Fall kann die erste normale Zeile ROW1, die einer vorhergehenden Zeile relativ zu der zweiten normalen Zeile ROW2 entspricht, als die Hilfszeile ASS_ROW bestimmt werden.
Der Controller 300 kann den gleichen, oben beschriebenen Betrieb an den ausgewählten Einheitspixeln 200-1 durchführen, welche in der ausgewählten Zeile SEL_ROW enthalten sind. Daher kann die Signalerzeugungsschaltung 220, welche in dem ausgewählten Einheitspixel 200-1 enthalten ist, abwechselnd das erste analoge Signal AS1, welches der gemeinsamen Spannung VCM entspricht, und das zweite analoge Signal AS2 ausgeben, das eine Größe proportional zu einer Summe der Kapazitäten der Erfassungskondensatoren D_C1 und D_C2 besitzt, welche durch die Pixelgruppe 240 und den Finger gebildet werden.
Danach kann wie in 9 dargestellt der Controller eine dritte normale Zeile ROW3 als die ausgewählte Zeile SEL_ROW bestimmen. In diesem Fall kann die zweite normale Zeile ROW2, die relativ zu der dritten Zeile ROW3 einer vorhergehenden Zeile entspricht, als die Hilfszeile ASS_ROW bestimmt werden.
Der Controller 300 kann den gleichen, oben beschriebenen Betrieb an den ausgewählten Einheitspixeln 200-1, die in der ausgewählten Zeile SEL_ROW enthalten sind, durchführen. Daher kann die Signalerzeugungsschaltung 220, welche in dem ausgewählten Einheitspixel 200-1 enthalten ist, abwechselnd das erste analoge Signal AS1, welches der gemeinsamen Spannung VCM entspricht, und das zweite analoge Signal AS2 ausgeben, das eine Größe proportional zu einer Summe der Kapazitäten der Erfassungskondensatoren D_C1 und D_C2 besitzt, welche durch die Pixelgruppe 240 und den Finger gebildet werden.
Wie in den 7 bis 9 dargestellt, wenn der Mehrfachverbindungsschalter 227 zwischen die in dem entsprechenden Einheitspixel 200 enthaltene Abtastelektrode 210 und die Einheitselektrode 210 geschaltet ist, die in einem Einheitspixel 200 enthalten ist, das benachbart zu dem entsprechenden Einheitspixel 200 in einer Spaltenrichtung ist und in einer vorhergehenden Zeile enthalten ist, kann die eine Dummy-Zeile ROWD oben von dem Pixelarray 100 angeordnet sein, und kann der Controller 300 die ausgewählte Zeile SEL_ROW eines gegenwärtigen Zyklus als die Hilfszeile ASS_ROW in einem nächsten Zyklus bestimmen.
Andererseits, wenn der Mehrfachverbindungsschalter 227 zwischen die in dem entsprechenden Einheitspixel 200 enthaltene Abtastelektrode 210 und die Abtastelektrode 210 geschaltet ist, die in einem Einheitspixel 200 enthalten ist, welches benachbart zu dem entsprechenden Einheitspixel 200 in einer Spaltenrichtung ist und in einer nächsten Zeile enthalten ist, kann die eine Dummy-Zeile ROWD an einem unteren Ende des Pixelarrays 100 angeordnet sein, und kann der Controller 300 die Hilfszeile ASS_ROW eines gegenwärtigen Zyklus als die ausgewählte Zeile SEL_ROW in einem nächsten Zyklus bestimmen.
Wie oben mit Bezug auf die 7 bis 9 beschrieben, kann der Controller 300 nacheinander jede der normalen Zeilen ROW1, ROW2, ROW3, ..., ROWm zeilenweise als die ausgewählte Zeile SEL_ROW auswählen, und kann die in der ausgewählten Zeile SEL_ROW enthaltene Signalerzeugungsschaltung 220 abwechselnd das erste analoge Signal AS1, welches der gemeinsamen Spannung VCM entspricht, und das zweite analoge Signal AS2 ausgeben, das eine Größe proportional zu einer Summe der Kapazitäten der Erfassungskondensatoren D_C1 und D_C2 besitzt, welche durch die Pixelgruppe 240 und den Finger gebildet werden.
Bei einigen Ausführungsformen kann eine Länge jedes der Einheitspixel 200 in einer Zeilenrichtung und eine Länge jedes der Einheitspixel 200 in einer Spaltenrichtung geringer sein als 50 Mikrometer.
Im Allgemeinen kann ein Abstand zwischen Erhöhungen eines Fingerabdrucks einer Person und einem Abstand zwischen Senken eines Fingerabdrucks einer Person 150 bis 300 Mikrometer sein. Daher kann, obwohl der Fingerabdrucksensor 10 gemäß beispielhaften Ausführungsformen das zweite analoge Signal AS2 auf der Grundlage einer Summe von Kapazitäten der Erfassungskondensatoren DC1 und DC2 erzeugt, welche durch zwei in einer Spaltenrichtung zueinander benachbarte Einheitspixel 200 gebildet werden, eine Fingerabdruck-Erkennungsleistungsfähigkeit des Fingerabdrucksensors 100 nicht verschlechtert sein.
Bezugnehmend wiederum auf 1 kann die Schaltung für korrelierte Doppelabtastung und Integration 400 das erste analoge Signal AS1 und das zweite analoge Signal AS2, welche von dem Pixelarray 100 zeilenweise ausgegeben wurden, empfangen und basierend auf einem von dem Controller 300 bereitgestellten ersten Steuersignal COM1 arbeiten.
Wie oben beschrieben, da das Pixelarray 100 abwechselnd das erste analoge Signal AS1 und das zweite analoge Signal AS2 mehrfach für die ausgewählte Zeile SEL_ROW ausgibt, kann die Schaltung für korrelierte Doppelabtastung und Integration 400 konfiguriert sein zum Erhalten einer Differenz zwischen dem ersten analogen Signal AS1 und dem zweiten analogen Signal AS2 durch Durchführen einer korrelierten Doppelabtastoperation an dem ersten analogen Signal AS1 und an dem zweiten analogen Signal AS2, und zum Erzeugen eines Integrationssignals INTS durch Durchführen einer Integrationsoperation an der Differenz zwischen dem ersten analogen Signal AS1 und dem zweiten analogen Signal AS2.
Da das erste analoge Signal AS1 der gemeinsamen Spannung VCM entspricht und das zweite analoge Signal AS2 als Gleichung 1 wiedergegeben wird, kann die Differenz zwischen dem ersten analogen Signal AS1 und dem zweiten analogen Signal AS2 durch Gleichung 2 wiedergegeben werden. AS1 – AS2 = ((Cfp1 + Cfp2)/(Cfb))·(VD – VCM) (2)
Wie in Gleichung 2 wiedergegeben kann die Differenz zwischen dem ersten analogen Signal AS1 und dem zweiten analogen Signal AS2 eine Größe besitzen, die proportional zu der Summe der Kapazität Cfp1 des Erfassungskondensators D_C1, der durch die in dem ausgewählten Einheitspixel 200-1 enthaltene Abtastelektrode 210 und den Finger gebildet wird, und der Kapazität Cfp2 des Erfassungskondensators D_C2 ist, der durch die in dem Hilfseinheitspixel 200-1 enthaltene Abtastelektrode 210 und den Finger gebildet wird. Daher kann das durch die Schaltung für korrelierte Doppelabtastung und Integration 400 erzeugte Integrationssignal INTS eine Größe besitzen, die proportional zu der Summe der Kapazität Cfp1 des Erfassungskondensators D_C1, welcher durch die in dem ausgewählten Einheitspixel 200-1 enthaltene Abtastelektrode 210 und den Finger gebildet wird, und der Kapazität Cfp2 des Erfassungskondensators D_C2 ist, der durch die in dem Hilfseinheitspixel 200-2 enthaltene Abtastelektrode 210 und den Finger gebildet wird.
Die Abtast- und Halteschaltung 500 kann konfiguriert sein zum Abtasten des Integrationssignals INTS basierend auf einem durch den Controller 300 bereitgestellten Haltesignal HS und zum Ausgeben des abgetasteten Signals als ein Abtastsignal SAMS.
Der Analog/Digital-Wandler 600 kann konfiguriert sein zum Durchführen einer Analog/Digital-Umwandlungsoperation an dem Abtastsignal SAMS basierend auf einem zweiten Steuersignal CON2, das durch den Controller 300 bereitgestellt wird, zum Erzeugen eines digitalen Signals DS.
Daher kann das digitale Signal DS ein Fingerabdruckmuster des Fingers wiedergeben, welcher auf dem Pixelarray 100 aufliegt.
Ein allgemeiner Fingerabdrucksensor kann ein Fingerabdruckbild eines Fingers gewinnen basierend auf einer Kapazität zwischen dem Finger und einer Abtastelektrode, welche in einem Pixel enthalten ist, auf dem eine Erhöhung des Fingerabdrucks angeordnet ist, und einer Kapazität zwischen dem Finger und einer Abtastelektrode, welche in einem Pixel enthalten ist, auf dem eine Senke des Fingerabdrucks angeordnet ist. Daher kann eine Größe eines in dem Fingerabdrucksensor enthaltenen Pixels verringert sein zum Erhöhen einer Auflösung des Fingerabdrucksensors. Wenn jedoch eine Größe eins Pixels verringert ist, kann auch eine Größe der in dem Pixel enthaltenen Abtastelektrode verringert sein, so dass eine Kapazität zwischen der Abtastelektrode und dem Finger abnimmt. Wenn daher die Größe eines Pixels verringert wird, kann eine Abtastleistungsfähigkeit des Fingerabdrucksensors abnehmen.
Andererseits, wenn bei dem Fingerabdrucksensor 10 gemäß verschiedenen Ausführungsformen ein Finger auf dem Pixelarray 100 aufliegt, kann der Controller 300 elektrisch die Abtastelektroden 210 verbinden, die in zumindest zwei Einheitspixeln enthalten sind, die zueinander in einer Spaltenrichtung benachbart sind, kann eine der Signalerzeugungsschaltungen 220, die in den zumindest zwei Einheitspixeln enthalten sind, einschalten, und kann den Rest der in den zumindest zwei Einheitspixeln 200 enthaltenen Signalerzeugungsschaltungen ausschalten. Daher kann die eingeschaltete Signalerzeugung 220 unter den in den zumindest zwei Einheitspixeln 200 enthaltenen Signalerzeugungsschaltungen 220 konfiguriert sein zum Erzeugen des zweiten analogen Signals AS2 mit einer Größe, die proportional zu einer Summe der Kapazitäten der Erfassungskondensatoren D_C1 und D_C2 ist, welche durch in den zumindest zwei Einheitspixeln 200 enthaltene Abtastelektroden 210 gebildet werden.
Daher kann die Größe des zweiten analogen Signals AS2, das durch das in dem Fingerabdrucksensor 10 enthaltene Pixelarray 100 erzeugt wird, etwa das Doppelte einer Größe eines analogen Signals sein, welches durch ein in dem allgemeinen Fingerabdrucksensor enthaltenes Pixelarray erzeugt wird. Von daher kann die Abtastleistungsfähigkeit des Fingerabdrucksensors 10 effektiv erhöht werden.
Zusätzlich, wie oben beschrieben, obwohl der Fingerabdrucksensor 10 gemäß einigen Ausführungsformen das zweite analoge Signal AS2 unter Verwendung der Abtastelektroden 210 erzeugt, die in zumindest zwei zueinander in einer Spaltenrichtung benachbarten Einheitspixeln 200 enthalten sind, kann eine Auflösung des Fingerabdrucksensors 10 nicht verschlechtert sein, da der Controller 300 nacheinander jede der normalen Zeilen ROW1, ROW2, ROW3, ..., ROWm auswählt durch Bewegen in einer Einheit einer Zeile zum Bestimmen der ausgewählten Zeile SEL_ROW.
Zusätzlich, da der Fingerabdrucksensor 10 nacheinander jede der normalen Zeilen ROW1, ROW2, ROW3, ..., ROWm auswählt durch Bewegen in einer Einheit einer Zeile zum Bestimmen der ausgewählten Zeile SEL_ROW und das zweite analoge Signal AS2 erzeugt unter Verwendung der Abtastelektroden 210, die in zumindest zwei in der ausgewählten Zeile SEL_ROW und der Hilfszeile AS_RW enthaltenen Einheitspixeln 200 enthalten sind, kann der Fingerabdrucksensor 10 effektiv einen Erfassungsfehler verringern, der durch eine Fehlanpassung zwischen Größen der in den Einheitspixeln 200 enthaltenen Abtastelektroden 210 bewirkt wird.
10 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Betreiben eines Fingerabdrucksensors gemäß beispielhaften Ausführungsformen darstellt.
Das Verfahren zum Betreiben eines Fingerabdrucksensors aus 10 kann durchgeführt werden durch den Fingerabdrucksensor 10 aus 1.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Betreiben des Fingerabdrucksensors 10 beschrieben werden mit Bezug auf 1 bis 10. Bezugnehmend auf 10, wenn ein Finger auf dem Pixelarray 100 aufliegt, kann der Fingerabdrucksensor 10 elektrisch die Abtastelektroden 210 verbinden, die in zumindest zwei zueinander in einer Spaltenrichtung benachbarten Einheitspixeln 200 enthalten sind (Schritt S110), kann eine der in den zumindest zwei Einheitspixeln 200 enthaltenen Signalerzeugungsschaltungen 220 einschalten und kann den Rest der in den zumindest zwei Einheitspixeln 200 enthaltenen Signalerzeugungsschaltungen 220 ausschalten (Schritt S120).
Die eingeschaltete Signalerzeugungsschaltung 220 des Fingerabdrucksensors 10 kann abwechselnd das erste analoge Signal AS1, das der gemeinsamen Spannung VCM entspricht, und das zweite analoge Signal AS2 ausgeben, das eine Größe proportional zu einer Summe der Kapazitäten der Erfassungskondensatoren D_C1 und D_C2 besitzt, welche durch die in den zumindest zwei Einheitspixeln 200 enthaltenen Abtastelektroden gebildet werden (Schritt S130).
Danach kann der Fingerabdrucksensor 10 ein digitales Signal DS, welches einen Fingerabdrucksensor des auf dem Pixelarray 100 aufliegenden Fingers wiedergibt, basierend auf der Differenz zwischen dem ersten analogen Signal AS1 und dem zweiten analogen Signal AS2 erzeugen (Schritt S140).
Zum Beispiel kann die Schaltung für korrelierte Doppelabtastung und Integration 400 des Fingerabdrucksensors 10 die Differenz zwischen dem ersten analogen Signal AS1 und dem zweiten analogen Signal AS2 erhalten durch Durchführen einer korrelierten Doppelabtastoperation an dem ersten analogen Signal AS1 und an dem zweiten analogen Signal AS2, die von dem Pixelarray 100 zeilenweise empfangen wurden, und das Integrationssignal INTS durch Durchführen einer Integrationsoperation an der Differenz zwischen dem ersten analogen Signal AS1 und dem zweiten analogen Signal AS2 erzeugen.
Danach kann die Abtast- und Halteschaltung 500 des Fingerabdrucksensors 10 das Integrationssignal INTS abtasten und das abgetastete Signal als das Abtastsignal SAMS ausgeben. Der Analog-Digital-Wandler 600 des Fingerabdrucksensors 10 kann eine Analog-Digital-Umwandlungsoperation an dem Abtastsignal SAMS durchführen zum Erzeugen des digitalen Signals DS.
Ein Aufbau und ein Betrieb des Fingerabdrucksensors 10 werden mit Bezug auf 1 bis 9 beschrieben. Daher wird eine detaillierte Beschreibung der Schritte aus 10 ausgelassen werden.
11 ist ein Schaltplan, der ein Beispiel eines Pixelarrays gemäß einigen Ausführungsformen darstellt. Das Pixelarray aus 11 ist ähnlich dem Pixelarray aus 3. Eine detaillierte Beschreibung von gleichen Komponenten wird weggelassen. Bei einigen Ausführungsformen enthält jedes Einheitspixel 200 einen zweiten Mehrfachverbindungsschalter 228. Während der Mehrfachverbindungsschalter 227 konfiguriert ist zum elektrischen Verbinden von Abtastelektroden 210 der Einheitspixel 200 in benachbarten Zeilen, ist der Mehrfachverbindungsschalter 228 konfiguriert zum elektrischen Verbinden von Abtastelektroden 210 von Einheitspixeln 200 in benachbarten Spalten. Dementsprechend erlaubt der Mehrfachverbindungsschalter 228 benachbarten Abtastelektroden 210 von Einheitspixeln 200 in benachbarten Spalten ähnlich den benachbarten Abtastelektroden 210 der Einheitspixel 200 in benachbarten Zeilen wie oben beschrieben kombiniert zu werden. Zusätzlich erlaubt die Kombination des Mehrfachverbindungsschalters 227 und des Mehrfachverbindungsschalters 228 benachbarten Abtastelektroden 210 von Einheitspixeln 200 in benachbarten Zeilen und Spalten miteinander elektrisch verbunden zu werden.
Die Mehrfachverbindungsschalter 228 sprechen an auf ein zweites Mehrfachverbindungssteuersignal MCCS2. Zum Zwecke der Klarheit wird das Mehrfachverbindungssteuersignal MCCS ähnlich wie in 3 als das Mehrfachverbindungssteuersignal MCCS1 bezeichnet.
Im Gegensatz zu 3 werden bei einigen Ausführungsformen zwei Auswahlsteuersignale SEL1 und SEL2 an die Einheitspixel 200 gekoppelt. Die Auswahlsteuersignale SEL1 und SEL2 werden verwendet zum Steuern der Auswahlschalter 226 der Einheitspixel 200 ähnlich dem Auswahlsteuersignal SEL aus 3. Jedoch sind die Steuersignale SEL1 und SEL2 verbunden mit alternierenden Einheitspixeln 200 in der Zeilenrichtung. Dementsprechend können die Auswahlsteuersignale SEL1 und SEL2 verwendet werden zum Auswählen, welche Signalerzeugungsschaltung 220 mit der Spaltenleitung COL verbunden wird.
12A bis 13D sind grafische Darstellungen zum Beschreiben eines Verfahrens für einen Controller zum Betreiben des Pixelarrays aus 11. Bezugnehmend auf 11 und 12A werden bei einigen Ausführungsformen für Einheitspixel 200 der Zeilen ROW1 und ROW2 alternierende Mehrfachverbindungssteuersignale MCCS2 aktiviert. Als Ergebnis werden alternierende Mehrfachverbindungsschalter 228 geschlossen, wobei die Abtastelektroden 210 in Einheitspixeln 200-1 und 200-2 zusammen gekoppelt werden, die in der Zeilenrichtung der Pixelgruppe 240-1 benachbart sind. Das Mehrfachverbindungssteuersignal MCCS wird nicht aktiviert und somit werden die Mehrfachverbindungsschalter 227 nicht geschlossen. Als Ergebnis werden die Abtastelektroden 210 in Einheitspixeln 200, welche in der Spaltenrichtung benachbart sind, nicht elektrisch miteinander verbunden.
Für die Einheitspixel 200 der Zeile ROW1 wird das Auswahlsteuersignal SEL1 aktiviert und wird das Auswahlsteuersignal SEL2 deaktiviert. Für die Einheitspixel 200 der Zeile ROW2 wird das Auswahlsteuersignal SEL1 deaktiviert und wird das Auswahlsteuersignal SEL2 aktiviert. Dementsprechend werden die Signalerzeugungsschaltungen 220 von alternierenden Einheitspixeln 200 mit der entsprechenden Spaltenleitung COL gekoppelt.
Bezugnehmend auf 11 und 12B werden nach dem Lesen der ersten und zweiten analogen Signale AS1 und AS2 wie oben beschrieben die Aktivierung der Mehrfachverbindungssteuersignale MCCS2 geschaltet, so dass Abtastelektroden 210 von benachbarten Einheitspixeln 200, die in der Zeilenrichtung um einen Einheitspixel versetzt sind, jetzt elektrisch verbunden. Zusätzlich wird die Aktivierung des Auswahlsteuersignals SEL1 und des Auswahlsteuersignals SEL2 geschaltet. Als ein Ergebnis kann eine andere Pixelgruppe 240-1 abgetastet werden.
Bezugnehmend auf 7, 12C und 12D können die Verfahren aus 12C und 12D ähnlich dem von 12A bzw. 12B sein. Jedoch werden die Auswahlsteuersignale SEL1 und SEL2, die Schaltsignale SWS1 und SWS2 oder dergleichen aktiviert zum Abtasten von Pixelgruppen 240-1 in Zeilen ROW3 und ROW4.
Bezugnehmend auf 7 und 13A können die Verfahren aus 13A ähnlich dem der 12A sein. Jedoch wird das Mehrfachverbindungssteuersignal MCCS zwischen Zeilen ROW1 und ROW2 aktiviert, wobei Abtastelektroden 210 von in der Spaltenrichtung benachbarten Einheitspixeln 200 elektrisch verbunden werden. Dementsprechend werden vier Abtastelektroden 210 zusammen elektrisch verbunden für jede Pixelgruppe 240-2 mit Einheitspixeln 200-1 bis 200-4.
Bezugnehmend auf 7 und 13B können die Verfahren aus 13B ähnlich denen aus 12B sein, jedoch wird das Mehrfachverbindungssteuersignal MCCS zwischen Zeilen ROW1 und ROW2 ähnlich zu 13A aktiviert.
Bezugnehmend auf 7, 13C und 13D können die Verfahren aus 13C und 13D ähnlich denen aus 13A bzw. 13B sein. Jedoch wird das Mehrfachverbindungssteuersignal MCCS zwischen Zeilen ROW2 und ROW3 aktiviert, wobei die Abtastelektroden 210 der in der Spaltenrichtung benachbarten Einheitspixel 200 gekoppelt werden.
Obwohl bestimmte Konfiguration von Schaltern und Steuersignalen als Beispiele in 3 und 11 verwendet wurden, kann bei anderen Ausführungsformen die Konfiguration anders sein in Abhängigkeit davon, welche Abtastelektroden 210 elektrisch verbunden werden, und von der besonderen Technik des Iterierens über die Zeilen und Spalten.
Einige Ausführungsformen sind darauf gerichtet, einen Fingerabdrucksensor bereitzustellen, der eine verbesserte Abtastleistungsfähigkeit besitzt, während eine hohe Auflösung aufrechterhalten wird.
Einige Ausführungsformen sind darauf gerichtet, eine elektronische Vorrichtung mit dem Fingerabdrucksensor bereitzustellen.
Einige Ausführungsformen sind darauf gerichtet, ein Verfahren zum Betreiben des Fingerabdrucksensors bereitzustellen.
Einige Ausführungsformen enthalten einen Fingerabdrucksensor mit einem Pixelarray und einem Controller. Das Pixelarray enthält mehrere Einheitspixel, die in Zeilen und Spalten angeordnet sind. Jedes der Einheitspixel enthält eine Abtastelektrode, die konfiguriert ist zum Bilden eines Abtastkondensators zusammen mit einem Finger, und eine Signalerzeugungsschaltung, die konfiguriert ist zum Erzeugen eines analogen Signals basierend auf einer Kapazität des Erfassungskondensators. Der Controller steuert einen Betrieb des Pixelarrays. Der Controller verbindet elektrisch Abtastelektroden, die in zumindest zwei in einer Spaltenrichtung benachbarten Einheitspixeln enthalten sind, schaltet die Signalerzeugungsschaltung ein, die in den zumindest zwei Einheitspixeln enthalten sind, und schaltet den Rest der in den zumindest zwei Einheitspixeln enthaltenen Signalerzeugungsschaltungen aus. Die eingeschaltete Signalerzeugungsschaltung erzeugt das analoge Signal mit einer Größe, die proportional ist zu einer Summe von Kapazitäten von Erfassungskondensatoren, die gebildet werden durch Abtastelektroden, welche in den zumindest zwei Einheitspixeln enthalten sind.
Bei einigen Ausführungsformen kann die Signalerzeugungsschaltung einen Mehrfachverbindungsschalter, einen ersten Schalter, einen Verstärker, einen zweiten Schalter, einen Rückkopplungskondensator, einen dritten Schalter und einen Auswahlschalter enthalten. Der Mehrfachverbindungsschalter kann geschaltet sein zwischen die Abtastelektrode und eine Abtastelektrode, die in zumindest einem Einheitspixel enthalten ist, welches in einer Spaltenrichtung benachbart ist. Der Mehrfachverbindungsschalter kann als Antwort auf ein Mehrfachverbindungssteuersignal einschalten. Der erste Schalter kann als Antwort auf ein erstes Schaltsignal einschalten zum Bereitstellen einer Erfassungsspannung an die Abtastelektrode. Der Verstärker kann eine negative Eingangselektrode, eine positive Eingangselektrode, welche eine gemeinsame Spannung empfängt, und eine Ausgangselektrode enthalten. Der zweite Schalter kann geschaltet sein zwischen die negative Eingangselektrode des Verstärkers und die Abtastelektrode. Der zweite Schalter kann einschalten als Antwort auf ein zweites Schaltsignal. Der Rückkopplungskondensator kann geschaltet sein zwischen die negative Eingangselektrode des Verstärkers und die Ausgangselektrode des Verstärkers. Der dritte Schalter kann geschaltet sein zwischen die negative Eingangselektrode des Verstärkers und die Ausgangselektrode des Verstärkers. Der dritte Schalter kann einschalten als Antwort auf das erste Schaltsignal. Der Auswahlschalter kann geschaltet sein zwischen die Ausgangselektrode des Verstärkers und eine Spaltenleitung. Der Auswahlschalter kann einschalten als Antwort auf ein Auswahlsteuersignal.
Der Controller kann das Mehrfachverbindungssteuersignal, das erste Schaltsignal, das zweite Schaltsignal und das Auswahlsteuersignal an die Signalerzeugungsschaltung bereitstellen.
Der Controller kann eine von den in dem Pixelarray enthaltene Zeilen als eine ausgewählte Zeile bestimmen und zumindest eine zu der ausgewählten Zeile benachbarte Zeile als eine Hilfszeile bestimmen. Der Controller kann das Mehrfachverbindungssteuersignal in einem aktivierten Zustand und das Auswahlsteuersignal in dem aktivierten Zustand an ein in der ausgewählten Zeile enthaltenes ausgewähltes Einheitspixel bereitstellen, und kann das Mehrfachverbindungssteuersignal in einem deaktivierten Zustand und das Auswahlsteuersignal in dem deaktivierten Zustand an ein in der Hilfszeile enthaltenes Hilfseinheitspixel bereitstellen.
Der Controller kann eine zu der ausgewählten Zeile in einer ersten Richtung benachbarte Zeile als die Hilfszeile bestimmen.
Der Controller kann während einer Rücksetzperiode das erste Schaltsignal in dem aktivierten Zustand und das zweite Schaltsignal in dem deaktivierten Zustand an das ausgewählte Einheitspixel bereitstellen und kann während einer Erfassungsperiode das erste Schaltsignal in dem deaktivierten Zustand und das zweite Schaltsignal in dem aktivierten Zustand an das ausgewählte Einheitspixel bereitstellen. Der Controller kann während der Rücksetzperiode und der Erfassungsperiode das erste Schaltsignal in dem deaktivierten Zustand und das zweite Schaltsignal in dem deaktivierten Zustand an das Hilfseinheitspixel bereitstellen.
Das ausgewählte Einheitspixel kann während der Rücksetzperiode die gemeinsame Spannung durch die Spaltenleitung als ein erstes analoges Signal ausgeben, und kann während der Erfassungsperiode eine Spannung mit einer Größe proportional zu einer Summe einer Kapazität des Erfassungskondensators, welcher durch die Abtastelektrode des ausgewählten Einheitspixels gebildet wird, und einer Kapazität des Erfassungskondensators, welcher durch die Abtastelektrode des Hilfseinheitspixels gebildet wird, durch die Spaltenleitung als ein zweites analoges Signal ausgeben.
Die Rücksetzperiode und die Erfassungsperiode können mehrfach gewechselt werden, während eine von den in dem Pixelarray enthaltenen Zeilen als die ausgewählte Zeile bestimmt ist.
Der Controller kann nacheinander jede der in dem Pixelarray enthaltenen Zeilen auswählen durch Bewegen in einer Einheit einer Zeile zum Bestimmen der ausgewählten Zeile.
Das Pixelarray kann zumindest eine Dummy-Zeile und mehrere normale Zeilen enthalten. Der Controller kann nacheinander jede der normalen Zeilen auswählen durch Bewegen in einer Einheit einer Zeile zum Bestimmen der ausgewählten Zeile.
Der Controller kann die Hilfszeile des gegenwärtigen Zyklus als die ausgewählte Zeile in einem nächsten Zyklus bestimmen.
Der Controller kann die ausgewählte Zeile eines gegenwärtigen Zyklus als die Hilfszeile in einem nächsten Zyklus bestimmen.
Der Verstärker kann unter Verwendung einer Versorgungsspannung arbeiten, und die Erfassungsspannung kann höher als die Versorgungsspannung sein.
Ein Spannungspegel des ersten Schaltsignals und des zweiten Schaltsignals in dem aktivierten Zustand kann gleich oder höher als die Erfassungsspannung sein.
Bei einigen Ausführungsformen kann eine Länge jedes der Einheitspixel in einer Zeilenrichtung und eine Länge jedes der Einheitspixel in einer Spaltenrichtung kleiner als 50 Mikrometer sein.
Bei einigen Ausführungsformen kann der Fingerabdrucksensor weiter eine Schaltung für korrelierte Doppelabtastung und Integration, die konfiguriert ist zum Durchführen einer korrelierten Doppelabtastoperation und einer Integrationsoperation an dem durch das Pixelarray bereitgestellten analogen Signal zum Erzeugen eines Integrationssignals, eine Abtast- und Halteschaltung, die konfiguriert ist zum Abtasten des Integrationssignals basierend auf einem Haltesignal zum Erzeugen eines Abtastsignals, und einen Analog/Digital-Wandler enthalten, der konfiguriert ist zum Durchführen einer Analog/Digital-Umwandeloperation an dem Abtastsignal zum Erzeugen eines digitalen Signals.
Einige Ausführungsformen enthalten eine elektronische Vorrichtung mit einem Fingerabdrucksensor und einem Anwendungsprozessor. Der Fingerabdrucksensor enthält mehrere Einheitspixel mit einer Abtastelektrode. Der Fingerabdrucksensor verbindet elektrisch Abtastelektroden, die in zumindest zwei in einer Spaltenrichtung zueinander benachbarten Einheitspixeln enthalten sind, und erzeugt ein digitales Signal mit einer Größe proportional zu einer Summe von Kapazitäten von Erfassungskondensatoren, die durch die Abtastelektroden gebildet werden, welche durch die in den zumindest zwei Einheitspixeln enthaltenen Abtastelektroden und einen Finger eines Benutzers gebildet werden. Der Anwendungsprozessor authentifiziert den Benutzer auf der Grundlage des digitalen Signals.
Bei einigen Ausführungsformen kann der Fingerabdrucksensor ein Pixelarray, einen Analog/Digital-Wandler und einen Controller enthalten. Das Pixelarray kann die in Zeilen und Spalten angeordneten Einheitspixel enthalten. Jedes der Einheitspixel kann ein analoges Signal entsprechend einem Fingerabdruck des Benutzers erzeugen. Der Analog/Digital-Wandler kann das digitale Signal basierend auf dem analogen Signal erzeugen. Der Controller kann den Betrieb des Pixelarrays und des Analog/Digital-Wandlers steuern. Jedes von den Einheitspixeln kann weiter eine Signalerzeugungsschaltung enthalten, welche das analoge Signal basierend auf der Kapazität des Erfassungskondensators erzeugt, der durch die Abtastelektrode und den Finger des Benutzers gebildet wird. Der Controller kann elektrisch die Abtastelektroden verbinden, die in den zumindest zwei in einer Spaltenrichtung zueinander benachbarten Einheitspixeln enthalten sind, kann eine der Signalerzeugungsschaltungen, die in den zumindest zwei Einheitspixeln enthalten sind, einschalten, und kann den Rest der in den zumindest zwei Einheitspixeln enthaltenen Signalerzeugungsschaltungen ausschalten. Die eingeschaltete Signalerzeugungsschaltung kann das analoge Signal erzeugen mit einer Größe proportional zu der Summe der Kapazitäten der Erfassungskondensatoren, die durch die in den zumindest zwei Einheitspixeln enthaltenen Abtastelektroden gebildet werden.
Die Signalerzeugungsschaltung kann einen Mehrfachverbindungsschalter, einen ersten Schalter, einen Verstärker, einen zweiten Schalter, einen Rückkopplungskondensator, einen dritten Schalter und einen Auswahlschalter enthalten. Der Mehrfachverbindungsschalter kann geschaltet sein zwischen die Abtastelektrode und eine Abtastelektrode, welche in zumindest einem in einer Spaltenrichtung benachbarten Einheitspixel enthalten ist. Der Mehrfachverbindungsschalter kann einschalten als Antwort auf ein Mehrfachverbindungssteuersignal. Der erste Schalter kann einschalten als Antwort auf ein erstes Schaltsignal zum Bereitstellen einer Erfassungsspannung an die Abtastelektrode. Der Verstärker kann eine negative Eingangselektrode, eine positive Eingangselektrode, welche eine gemeinsame Spannung empfängt, und eine Ausgangselektrode enthalten. Der zweite Schalter kann geschaltet sein zwischen die negative Eingangselektrode des Verstärkers und die Abtastelektrode. Der zweite Schalter kann einschalten als Antwort auf ein zweites Schaltsignal. Der Rückkopplungskondensator kann geschaltet sein zwischen die negative Eingangselektrode des Verstärkers und die Ausgangselektrode des Verstärkers. Der dritte Schalter kann geschaltet sein zwischen die negative Eingangselektrode des Verstärkers und die Ausgangselektrode des Verstärkers. Der dritte Schalter kann einschalten als Antwort auf das erste Schaltsignal. Der Auswahlschalter kann geschaltet sein zwischen die Ausgangselektrode des Verstärkers und eine Spaltenleitung. Der Auswahlschalter kann einschalten als Antwort auf ein Auswahlsteuersignal.
Bei einem Verfahren des Betreibens eines Fingerabdrucksensors mit mehreren in Zeilen und Spalten angeordneten Einheitspixeln, wobei jedes der Einheitspixel eine Abtastelektrode und eine Signalerzeugungsschaltung enthält, die ein analoges Signal basierend auf einer Kapazität eines durch die Abtastelektrode und einen Finger eines Benutzers gebildeten Erfassungskondensators erzeugt, werden Abtastelektroden, die in zumindest zwei zueinander in einer Spaltenrichtung benachbarten Einheitspixeln enthalten sind, elektrisch verbunden, wird eine der in den zumindest zwei Einheitspixeln enthaltenen Signalerzeugungsschaltungen eingeschaltet, wird der Rest der in den zumindest zwei Einheitspixeln enthaltenen Signalerzeugungsschaltungen ausgeschaltet, wird das analoge Signal mit einer Größe proportional zu einer Summe der Kapazitäten der Erfassungskondensatoren, welche durch in den zumindest zwei Einheitspixeln enthaltenen Abtastelektroden gebildet werden, durch die eingeschaltete Signalerzeugungsschaltung erzeugt, und wird ein digitales Signal, das ein Fingerabdruckmuster des Benutzers wiedergibt, auf der Grundlage des analogen Signals erzeugt.
14 ist ein Blockdiagramm, das eine elektronische Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform darstellt. Bezugnehmend auf 14 enthält eine elektronische Vorrichtung 900 einen Fingerabdrucksensor 910, einen Anwendungsprozessor AP 920, eine Speichervorrichtung 930, eine Speichervorrichtung 940, eine Eingabe/Ausgabe-Vorrichtung 950 und eine Leistungsversorgung 960. Obwohl es nicht in 14 dargestellt ist, kann die elektronische Vorrichtung 900 weiter Anschlüsse enthalten, die konfiguriert sind zum Kommunizieren mit einer Videokarte, einer Soundkarte, einer Speicherkarte, einer Universal-Serial-Bus(USB)-Vorrichtung oder anderen elektronischen Vorrichtungen.
Der Fingerabdrucksensor 910 kann konfiguriert sein zum Erfassen eines Fingerabdrucks eines Benutzers und erzeugt ein digitales Signal, welches den erfassten Fingerabdruck wiedergibt. Zum Beispiel kann der Fingerabdrucksensor 910 mehrere Einheitspixel mit einer Abtastelektrode enthalten. Der Fingerabdrucksensor 910 kann konfiguriert sein zum elektrischen Verbinden von Abtastelektroden, die in zumindest zwei zueinander in einer Spaltenrichtung benachbarten Einheitspixeln enthalten sind, und zum Erzeugen eines digitalen Signals mit einer Größe proportional zu einer Summe von Kapazitäten von Erfassungskondensatoren, die durch die in den zumindest zwei Einheitspixeln enthaltenen Abtastelektroden und einen Finger eines Benutzers gebildet werden.
Der Fingerabdrucksensor 910 kann implementiert werden als der Fingerabdrucksensor 10 aus 1. Ein Aufbau und ein Betrieb des Fingerabdrucksensors 10 werden oben beschrieben mit Bezug auf die 1 bis 10. Daher wird eine detaillierte Beschreibung des Fingerabdrucksensors 910 weggelassen werden.
Der Anwendungsprozessor 920 kann konfiguriert sein zum Steuern des Gesamtbetriebs der elektronischen Vorrichtung 900. Der Anwendungsprozessor 920 kann konfiguriert sein zum Ausführen von Anwendungen, wie z. B. eines Web-Browsers, einer Spieleanwendung, eines Video-Abspielgerätes usw. Bei einigen Ausführungsformen kann der Anwendungsprozessor 920 einen einzelnen Kern oder mehrere Kerne enthalten. Zum Beispiel kann der Anwendungsprozessor 920 ein Mehrfachkernprozessor, wie z. B. ein Doppelkernprozessor, ein Vierfachkernprozessor, ein Achtfachkernprozessor usw. sein. Der Anwendungsprozessor 920 kann einen internen oder externen Cache-Speicher enthalten.
Die Speichervorrichtung 930 kann konfiguriert sein zum Speichern eines Bootimage zum Hochfahren der elektronischen Vorrichtung 900. Zum Beispiel kann die Speichervorrichtung 900 eine nichtflüchtige Speichervorrichtung, wie z. B. eine Flash-Speichervorrichtung, ein Festkörperlaufwerk (SSD) oder dergleichen enthalten.
Die Speichervorrichtung 940 kann für einen Betrieb der elektronischen Vorrichtung benötigte Daten speichern. Zum Beispiel kann die Speichervorrichtung 940 eine flüchtige Speichervorrichtung enthalten, wie z. B. einen dynamischen Direktzugriffsspeicher (DRAM), einen statischen Direktzugriffsspeicher (SRAM) oder dergleichen.
Die Eingabe/Ausgabe-Vorrichtung 950 kann eine Eingabevorrichtung wie z. B. einen Touchscreen, eine Tastatur usw. und eine Ausgabevorrichtung wie z. B. einen Lautsprecher, eine Anzeigevorrichtung usw. enthalten. Die Leistungsversorgung 960 kann konfiguriert sein zum Liefern von Betriebsleistung an die elektronische Vorrichtung 900.
Bei einigen Ausführungsformen kann der Anwendungsprozessor konfiguriert sein zum Authentifizieren des Benutzers basierend auf dem durch den Fingerabdrucksensor 910 erzeugten digitalen Signal. Zum Beispiel kann die Speichervorrichtung 930 konfiguriert sein zum Speichern von digitalen Daten, welche ein Fingerabdruckmuster eines erlaubten Benutzers der elektronischen Vorrichtung 900 wiedergeben. Wenn der Anwendungsprozessor 920 das digitale Signal empfängt, welches ein Fingerabdruckmuster eines gegenwärtigen Benutzers von dem Fingerabdrucksensor 910 empfängt, kann der Anwendungsprozessor 920 das digitale Signal mit den in der Speichervorrichtung 930 gespeicherten digitalen Daten vergleichen zum Bestimmen, ob der gegenwärtige Benutzer der erlaubte Benutzer ist.
Bei einigen Ausführungsformen kann die elektronische Vorrichtung 900 irgendeine von verschiedenen mobilen Vorrichtungen sein, wie z. B. einem Mobiltelefon, einem Smartphone, einem persönlichen digitalen Assistenten (PDA), einem tragbaren Multimediaplayer (PMP), einer digitalen Kamera, einem Kamerarecorder, einem Musikabspielgerät, einer tragbaren Spielekonsole, einem Navigationssystem, einem Laptopcomputer usw.
15 ist eine grafische Darstellung, welche ein Beispiel darstellt, bei dem die elektronische Vorrichtung aus 14 als ein Smartphone implementiert ist. Bezugnehmend auf 14 und 15 kann der in einem Smartphone 900a enthaltene Fingerabdrucksensor FS 910 konfiguriert sein zum Erzeugen eines digitalen Signals, das ein Fingerabdruckmuster eines gegenwärtigen Benutzers wiedergibt, durch Durchführen von oben mit Bezug auf die 1 bis 10 beschriebenen Verfahren.
Der Anwendungsprozessor 920 kann konfiguriert sein zum Bestimmen, ob der gegenwärtige Benutzer eine erlaubter Benutzer ist, basierend darauf, ob das von dem Fingerabdrucksensor 910 empfangene digitale Signal gleich den in der Speichervorrichtung 930 gespeicherten digitalen Daten ist.
Obwohl der Fingerabdrucksensor 910 in 15 an einem unteren Teil einer Vorderseite des Smartphones 900a angeordnet ist, sind andere Ausführungsformen nicht darauf beschränkt. Gemäß einigen Ausführungsformen kann der Fingerabdrucksensor 910 sich an irgendeinem Teil des Smartphones 900a befinden.
Das Vorhergehende ist veranschaulichend für die Ausführungsformen und sollte nicht als diese beschränkend ausgelegt werden. Obwohl einige bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurden, wird es für Fachleute einleuchtend sein, dass viele Abwandlungen von den bestimmten Ausführungsformen möglich sind ohne materiell von den neuen Lehren und Vorteilen abzuweichen. Dementsprechend sollen alle solche Abwandlungen innerhalb des durch die Ansprüche definierten Umfangs enthalten sein. Daher wird es verstanden werden, dass das Vorhergehende veranschaulichend für Ausführungsformen und nicht als auf die speziellen offenbarten Ausführungsformen beschränkt ausgelegt werden soll, und dass Abwandlungen der offenbarten speziellen Ausführungsformen sowie weitere Ausführungsformen innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche enthalten sein sollen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

KR 10-2015-0113570 [0001]

Claims

Fingerabdrucksensor mit: einem Pixelarray (100) mit einer Mehrzahl von Einheitspixeln (200; 200-1, 200-2), die in Zeilen und Spalten angeordnet sind, wobei jedes der Mehrzahl von Einheitspixeln (200; 200-1, 200-2) enthält: eine Abtastelektrode (210), die konfiguriert ist zum Bilden eines Erfassungskondensators (D_C; D_C1, D_C2); und eine Signalerzeugungsschaltung (220), die konfiguriert ist zum Erzeugen eines analogen Signals (AS2) basierend auf einer Kapazität des Erfassungskondensators (D_C; D_C1, D_C2); und einen Controller (300), der konfiguriert ist zum Steuern eines Betriebs des Pixelarrays (100), wobei der Controller (300) konfiguriert ist zum elektrischen Verbinden von Abtastelektroden (210) von zumindest zwei zueinander benachbarten Einheitspixeln (200-1, 200-2) und zum Aktivieren von nur einer der in den zumindest zwei Einheitspixeln (200-1, 200-2) enthaltenen Signalerzeugungsschaltungen (220) zum Erzeugen des analogen Signals (AS2).
Fingerabdrucksensor nach Anspruch 1, wobei die aktivierte Signalerzeugungsschaltung (220) konfiguriert ist zum Erzeugen des analogen Signals (AS2) mit einer Größe proportional zu einer Summe der Kapazitäten (Cfp1, Cfp2) der Erfassungskondensatoren (D_C1, D_C2), welche die in den zumindest zwei Einheitspixeln (200-1, 200-2) enthaltenen Abtastelektroden (210) enthalten.
Fingerabdrucksensor nach Anspruch 1, wobei die zumindest zwei zueinander benachbarten Einheitspixel (200-1, 200-2) in einer Spaltenrichtung benachbart sind.
Fingerabdrucksensor nach Anspruch 3, wobei die zumindest zwei zueinander benachbarten Einheitspixel (200-1, 200-2) in einer Zeilenrichtung benachbart sind.
Fingerabdrucksensor nach Anspruch 1, wobei die Signalerzeugungsschaltung (220) enthält: einen Mehrfachverbindungsschalter (227), der zwischen die Abtastelektroden (210) und die Abtastelektrode (210) eines in einer Spaltenrichtung benachbarten Einheitspixels (200-2) geschaltet ist, wobei der Mehrfachverbindungsschalter (227) konfiguriert ist zum Einschalten als Antwort auf ein Mehrfachverbindungssteuersignal (MCCS); einen ersten Schalter (221), der konfiguriert ist zum Einschalten als Antwort auf ein erstes Schaltsignal (SWS1) zum Bereitstellen einer Erfassungsspannung (VD) an die Abtastelektrode (210); einen Verstärker (224) mit einer negativen Eingangselektrode, einer positiven Eingangselektrode, welche konfiguriert ist zum Empfangen einer gemeinsamen Spannung (VCM), und einer Ausgangselektrode; einen zweiten Schalter (222), der zwischen die negative Eingangselektrode des Verstärkers (224) und die Abtastelektrode geschaltet ist, wobei der zweite Schalter (222) konfiguriert ist zum Einschalten als Antwort auf ein zweites Schaltsignal (SWS2); einen Rückkopplungskondensator (225), der zwischen die negative Eingangselektrode des Verstärkers (224) und die Ausgangselektrode des Verstärkers (224) geschaltet ist; einen dritten Schalter (223), der zwischen die negative Eingangselektrode des Verstärkers (224) und die Ausgangselektrode des Verstärkers (224) geschaltet ist, wobei der dritte Schalter (223) konfiguriert ist zum Einschalten als Antwort auf das erste Schaltsignal (SWS1); und einen Auswahlschalter (226), der zwischen die Ausgangselektrode des Verstärkers (224) und eine Spaltenleitung (COLk) geschaltet ist, wobei der Auswahlschalter (226) konfiguriert ist zum Einschalten als Antwort auf ein Auswahlsteuersignal (SEL).
Fingerabdrucksensor nach Anspruch 5, wobei der Controller (300) weiter konfiguriert ist zum Bereitstellen des Mehrfachverbindungssteuersignals (MCCS), des ersten Schaltsignals (SWS1), des zweiten Schaltsignals (SWS2) und des Auswahlsteuersignals (SEL) an die Signalerzeugungsschaltung (220).
Fingerabdrucksensor nach Anspruch 5, wobei der Controller (300) weiter konfiguriert ist zum: Bestimmen einer der in dem Pixelarray (100) enthaltenen Zeilen als eine ausgewählte Zeile (SEL_ROW), und zum Bestimmen von zumindest einer zu der ausgewählten Zeile (SEL_ROW) benachbarten Zeile als eine Hilfszeile (ASS_ROW); Bereitstellen des Mehrfachverbindungssteuersignals (MCCS) in einem aktivierten Zustand und des Auswahlsteuersignals (SEL) in dem aktivierten Zustand an ein ausgewähltes Einheitspixel (200-1), das in der ausgewählten Zeile (SEL_ROW) enthalten ist; und Bereitstellen des Mehrfachverbindungssteuersignals (MCCS) in einem deaktivierten Zustand und des Auswahlsteuersignals (SEL) in dem deaktivierten Zustand an ein Hilfseinheitspixel (200-2), das in der Hilfszeile (ASS_ROW) enthalten ist.
Fingerabdrucksensor nach Anspruch 7, wobei der Controller (300) weiter konfiguriert ist zum Bestimmen einer Zeile, die in einer ersten Richtung zu der ausgewählten Zeile (SEL_ROW) benachbart ist, als die Hilfszeile (ASS_ROW).
Fingerabdrucksensor nach Anspruch 7, wobei der Controller (300) weiter konfiguriert ist zum: Bereitstellen des ersten Schaltsignals (SWS1) in dem aktivierten Zustand und des zweiten Schaltsignals (SWS2) in dem deaktivierten Zustand an das ausgewählte Einheitspixel (200-1) während einer Rücksetzperiode (RST_P); Bereitstellen des ersten Schaltsignals (SWS1) in dem deaktivierten Zustand und des zweiten Schaltsignals (SWS2) in dem aktivierten Zustand an das ausgewählte Einheitspixel (200-1) während einer Erfassungsperiode (DT_P); und Bereitstellen des ersten Schaltsignals (SWS1) in dem deaktivierten Zustand und des zweiten Schaltsignals (SWS2) in dem deaktivierten Zustand an das Hilfseinheitspixel (200-2) während der Rücksetzperiode (RST_P) und der Erfassungsperiode (DT_P).
Fingerabdrucksensor nach Anspruch 9, wobei das ausgewählte Einheitspixel (200-1) konfiguriert ist zum: Ausgeben der gemeinsamen Spannung (VCM) über die Spaltenleitung (COLk) als ein erstes analoges Signal (AS1) während der Rücksetzperiode (RST_P); und Ausgeben einer Spannung mit einer Größe proportional zu einer Summe einer Kapazität (Cfp1) des Erfassungskondensators (D_C1) mit der Abtastelektrode (210) des ausgewählten Einheitspixels (200-1) und einer Kapazität (Cfp2) des Erfassungskondensators (D_C2) mit der Abtastelektrode (210) des Hilfseinheitspixels (200-2) über die Spaltenleitung (COLk) als ein zweites analoges Signal (AS2) während der Erfassungsperiode (DT_P).
Fingerabdrucksensor nach Anspruch 9, wobei der Controller (300) weiter konfiguriert ist zum Abwechseln zwischen der Rücksetzperiode (RST_P) und der Erfassungsperiode (DT_P), während eine von den in dem Pixelarray (100) enthaltenen Zeilen die ausgewählte Zeile (SEL_ROW) ist.
Fingerabdrucksensor nach Anspruch 7, wobei der Controller (300) weiter konfiguriert ist zum nacheinander Auswählen jeder der in dem Pixelarray (100) enthaltenen Zeilen durch Bewegen in einer Einheit einer Zeile zum Bestimmen der ausgewählten Zeile (SEL_ROW).
Fingerabdrucksensor nach Anspruch 7, wobei: das Pixelarray (100) zumindest eine Dummy-Zeile (ROWD) und eine Mehrzahl von normalen Zeilen (ROW1–ROWm) enthält; und der Controller (300) weiter konfiguriert ist zum nacheinander Auswählen jeder der Mehrzahl von normalen Zeilen (ROW1–ROWm) durch Bewegen in einer Einheit einer Zeile zum Bestimmen der ausgewählten Zeile (SEL_ROW).
Fingerabdrucksensor nach Anspruch 7, wobei der Controller (300) weiter konfiguriert ist zum Bestimmen der Hilfszeile (ASS_ROW) eines gegenwärtigen Zyklus als die ausgewählte Zeile (SEL_ROW) in einem nächsten Zyklus.
Fingerabdrucksensor nach Anspruch 7, wobei der Controller (300) weiter konfiguriert ist zum Bestimmen der ausgewählten Zeile (SEL_ROW) eines gegenwärtigen Zyklus als die Hilfszeile (ASS_ROW) in einem nächsten Zyklus.
Fingerabdrucksensor nach Anspruch 1, weiter mit: einer Schaltung für korrelierte Doppelabtastung und Integration (400), die konfiguriert ist zum Durchführen einer korrelierten Doppelabtastoperation und einer Integrationsoperation an dem analogen Signal (AS2), das durch das Pixelarray (100) bereitgestellt wird, zum Erzeugen eines Integrationssignals (INTS); eine Abtast- und Halteschaltung (500), die konfiguriert ist zum Abtasten des Integrationssignals (INTS) basierend auf einem Haltesignal (HS) zum Erzeugen eines Abtastsignals (SAMS); und einem Analog-Digital-Wandler (600), der konfiguriert ist zum Durchführen einer Analog-Digital-Umwandlungsoperation an dem Abtastsignal (SAMS) zum Erzeugen eines digitalen Signals (DS).
Elektronische Vorrichtung mit: einer Mehrzahl von Abtastelektroden (210); einer Mehrzahl von Signalerzeugungsschaltungen (220), wobei jede Signalerzeugungsschaltung (220) dazu konfiguriert ist, ein Signal basierend auf einer Kapazität zu erzeugen, die an einen Eingang der Signalerzeugungsschaltung (220) gekoppelt ist; und einem Controller (300), der konfiguriert ist zum selektiven elektrischen Verbinden von Gruppen der Abtastelektroden (210) mit den Eingängen der Signalerzeugungsschaltungen (220), wobei jede Gruppe von Abtastelektroden (210) elektrisch verbunden ist mit einer entsprechenden einzelnen Signalerzeugungsschaltung (220) der Signalerzeugungsschaltungen (220).
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei der Controller (300) konfiguriert ist zum Ändern der Gruppierung der Abtastelektroden (210), die elektrisch mit den Eingängen der Signalerzeugungsschaltungen (220) verbunden sind.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei: für jede Gruppe von Abtastelektroden (210) die Abtastelektroden (210) der Gruppe in einer ersten Richtung angeordnet sind; und zumindest einige der Abtastelektroden (210) in einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung angeordnet sind.
Verfahren zum Betreiben eines Fingerabdrucksensors mit einer Mehrzahl von in Zeilen und Spalten angeordneten Einheitspixeln (200; 200-1, 200-2), wobei jedes der Mehrzahl von Einheitspixeln (200; 200-1, 200-2) eine Abtastelektrode (210) und eine Signalerzeugungsschaltung (220) enthält, wobei das Verfahren aufweist: ein elektrisches Verbinden von Abtastelektroden (210), die in zumindest zwei zueinander benachbarten Einheitspixeln (200-1, 200-2) enthalten sind; ein Einschalten einer der Signalerzeugungsschaltungen (220) der zumindest zwei Einheitspixel (200-1, 200-2); ein Ausschalten eines Rests der Signalerzeugungsschaltungen (220) der zumindest zwei Einheitspixel (200-1, 200-2); ein Erzeugen durch die eingeschaltete Signalerzeugungsschaltung (220) eines analogen Signals (AS2) mit einer Größe proportional zu einer Summe von Kapazitäten (Cfp1, Cfp2) von Erfassungskondensatoren (D_C1, D_C2), welche die Abtastelektroden (210) der zumindest zwei Einheitspixel (200-1, 200-2) enthalten; und ein Erzeugen eines digitalen Signals (DS), das ein Fingerabdruckmuster eines Benutzers wiedergibt, auf der Grundlage des analogen Signals (AS2).