JP6871923B2 - 容量性指紋感知装置のノイズ抑制のためのアナログサンプリングシステム及び方法 - Google Patents
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Description
Claims (22)
- 指の指紋パターンを感知する容量性指紋感知装置であって、
前記容量性指紋感知装置は複数の感知素子を備え、各感知素子は
前記指による接触対象である保護誘電最上層と、
前記最上層の下に配置される導電性感知構造と、
前記指と前記感知構造との間の距離を示すアナログ感知信号を提供する感知回路構成
と、
を備え、
前記指紋感知装置はさらに、
前記指と前記感知構造との間の電位差に変化をもたらす最大電圧レベル及び最小電圧レベルを有する少なくとも一つの駆動パルスを含む駆動信号を提供するように構成される駆動信号回路構成と、
前記感知信号をサンプリングするために配置される少なくとも三つのアナログサンプルホールド回路と、前記少なくとも三つのアナログサンプルホールド回路を個別に制御して、特定の時間にサンプルを捕捉し、これにより、少なくとも三つのサンプルを形成するサンプリング制御部と、を備えるアナログサンプリング回路構成であって、前記少なくとも三つのサンプルは、前記駆動信号が第一の電圧レベルV1にあるときに捕捉される少なくとも一つのサンプルと、前記駆動信号がV1とは異なる第二の電圧レベルV2にあるときに捕捉される少なくとも一つのサンプルと、を含む、アナログサンプリング回路構成と、
前記アナログサンプリング回路構成に接続され、前記少なくとも三つのサンプルの組み合わせを前記感知構造と前記指との間の容量結合を示すデジタル感知信号に変換するように構成されるアナログ・デジタル変換器(ADC)であって、前記少なくとも三つのサンプルは、前記特定の時間に、ノイズ成分が抑制されるように、前記組み合わせが形成された場合に前記感知信号から捕捉される、アナログ・デジタル変換器と、
を備える、容量性指紋感知装置。 - 前記アナログサンプリング回路構成は、前記ノイズ成分が抑制されるように、ノイズ成分の既知の特性に基づいて、選択された時点で前記感知信号をサンプリングするように構成される、請求項1に記載の指紋感知装置。
- 各サンプルホールド回路は、キャパシタと、前記キャパシタを制御するスイッチと、を備える、請求項1又は請求項2に記載の指紋感知装置。
- 前記アナログサンプリング回路構成は偶数のサンプルホールド回路を備え、各サンプルホールド回路はキャパシタと前記キャパシタを制御するスイッチとを備え、全キャパシタが同一の容量を有する、請求項3に記載の指紋感知装置。
- 前記サンプリング制御部は、前記サンプルホールド回路を制御して、同数のサンプルが前記駆動信号の前記第一の電圧レベル及び前記第二の電圧レベルにて捕捉されるようにサンプリングを実施するように構成される、請求項4に記載の指紋感知装置。
- 前記少なくとも三つのサンプルホールド回路は、少なくとも二つの異なるサイズのキャパシタを備え、前記キャパシタの相対的サイズを重みと呼ぶ、請求項3〜5のいずれか一項に記載の指紋感知装置。
- 前記サンプリング制御部は、前記第一の電圧レベルにて捕捉されるサンプルに対する重みの合計が前記第二の電圧レベルにて捕捉されるサンプルに対する重みの合計と等しくなるように、前記サンプルホールド回路を制御するように構成される、請求項6に記載の指紋感知装置。
- 前記ADCは、正の入力と負の入力とを有する差動ADCであり、少なくとも一つのサンプルホールド回路が前記正の入力に接続され、少なくとも一つのサンプルホールド回路が前記負の入力に接続されている、請求項1〜7のいずれか一項に記載の指紋感知装置。
- 前記ADCは、単一入力を有するシングルエンドADCであり、少なくとも一つのサンプルホールド回路は、プラス記号を有するサンプルを提供するように構成され、少なくとも一つのサンプルホールド回路は、マイナス記号を有するサンプルを提供するように構成され、全サンプルの合計が前記単一入力に供給される、請求項1〜7のいずれか一項に記載の指紋感知装置。
- 前記駆動信号回路構成は、少なくとも一つの方形パルス、方形波、少なくとも一つのsincパルス又は正弦波を含む駆動信号を提供するように構成される、請求項1〜9のいずれか一項に記載の指紋感知装置。
- 前記駆動信号回路構成は、既知のノイズ成分の周波数の倍数又は約数である周波数を有するパルス列の形態の駆動信号を提供するように構成される、請求項1〜10のいずれか一項に記載の指紋感知装置。
- 前記駆動信号回路構成は、既知の周波数を有するノイズ成分の位相がずれたパルス列の形態の駆動信号を提供するように構成される、請求項1〜11のいずれか一項に記載の指紋感知装置。
- 前記感知回路構成は、負の入力と、正の入力と、前記アナログ感知信号を提供する出力と、帰還キャパシタと、前記帰還キャパシタと並列のリセットスイッチと、増幅器と、を含む電荷増幅器を備える、請求項1〜12のいずれか一項に記載の指紋感知装置。
- 前記駆動信号回路構成は、前記指紋感知装置の近傍に配置された導電構造に接続された制御可能電源を備え、前記指紋感知装置と、前記指と前記感知構造との間の電位差の前記変化を提供する前記導電構造と、に載置された指に駆動信号を注入する、請求項1〜13のいずれか一項に記載の指紋感知装置。
- 前記駆動信号の前記第一の電圧レベルV1と前記第二の電圧レベルV2との間の前記差は、少なくとも0.1Vである、請求項1〜14のいずれか一項に記載の指紋感知装置。
- 複数の感知素子を備える容量性指紋感知装置にてノイズ低減する方法であって、前記指紋感知装置は、指と前記感知素子の感知構造との間の距離を示すアナログ感知信号を提供する感知回路構成と、前記指と前記感知構造との間の電位差の変化を提供する駆動信号回路構成と、を備える、方法において、前記方法は、
電位差の前記変化を提供する最大電圧レベル及び最小電圧レベルを有する少なくとも一つの駆動パルスを含む駆動信号を提供するステップと、
前記感知信号の少なくとも三つのサンプルを捕捉するステップであって、前記少なくとも三つのサンプルは、前記駆動信号が第一の電圧レベルV1にあるときに捕捉された少なくとも一つのサンプルと、前記駆動信号がV1とは異なる第二の電圧レベルV2にあるときに捕捉された少なくとも一つのサンプルと、を含む、ステップと、
前記少なくとも三つのサンプルの合計を形成するステップであって、前記サンプルは、前記合計が形成されたときに、ノイズ成分が抑制されるように適切な時間に前記感知信号から選択される、ステップと、
前記少なくとも三つのサンプルの前記合計からデジタル信号を形成するステップと、
を備える方法。 - 前記サンプルは、前記ノイズ成分が抑制されるようにノイズ成分の既知の特性に基づいて適切な時間に選択される、請求項16に記載の方法。
- 前記駆動信号を制御して、既知のノイズ成分の周波数の倍数に等しい周波数を有するパルス列を形成するステップ、をさらに含む、請求項16又は請求項17に記載の方法。
- 既知の周波数を有する方形波を含むノイズ成分に対して、前記駆動信号を制御して前記ノイズ成分と位相がずれたパルス列となるようにするステップ、をさらに含む、請求項16〜18のいずれか一項に記載の方法。
- サンプルそれぞれのサンプリング時間でのノイズ信号の相対振幅に応じて各サンプルに重みを付与するステップであって、前記重みは、前記駆動信号の前記第一の電圧レベルにて捕捉されたサンプルの重みの合計が前記駆動信号の前記第二の電圧レベルにて捕捉されたサンプルの重みの合計に等しくなるように選択される、ステップ、をさらに含む、請求項16〜19のいずれか一項に記載の方法。
- 前記駆動信号は、少なくとも一つの方形パルス、方形波、少なくとも一つのsincパルス又は正弦波を含む、請求項16〜20のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第一の電圧レベルが前記方形パルスの高レベルであり、前記第二の電圧レベルが前記方形パルスの低レベルである、請求項21に記載の方法。
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