TWI526945B - 電容式指紋感測裝置及其指紋感測方法 - Google Patents

Description

電容式指紋感測裝置及其指紋感測方法

本發明係有關於一種電容式感測裝置，且特別係有關於一種不需使用類比對數位轉換器之電容式指紋感測裝置。

近年來，隨著生物辨識技術逐漸成熟，許多不同的生物特徵皆可被用來辨識使用者的身分。其中，由於指紋辨識技術之辨識率及準確率較其它生物特徵之辨識技術更好，故目前指紋辨識之應用層面較廣。

指紋辨識之技術係先感測使用者的指紋圖樣(pattern)，再擷取指紋圖樣中獨特的指紋特徵並儲存至記憶體中。之後，當使用者再次按壓或滑刷指紋時，指紋感測器會感測指紋圖樣並且擷取指紋特徵，以便與先前所儲存之指紋特徵進行比對以進行辨識。若二者相符，則使用者之身分得以確認。

隨著可攜式電子裝置的普及化，利用可攜式電子裝置來輸入指紋特徵已逐漸成為未來發展的領域。因此，需要一種具有較小面積之指紋感測裝置。

當使用者按壓或滑刷指紋時，習知電容式指紋感 測器會感測指紋的波峰(ridge)及波谷(valley)，並且產生相對應於波峰及波谷之不同電容值。接著，利用電荷分布(charge-sharing)的方式，取得相對應於電容值的電壓值，並將電壓值輸入一類比對數位轉換器(Analog-to-Digital Converter)，以轉換成數位碼(digital code)，以提供給處理器，進行後續指紋辨識之演算與處理。

本發明提供一種電容式指紋感測裝置。上述指紋感測裝置包括：一感測陣列，包括複數感測單元，每一感測單元包括一感測電容以及一參考電容；一絕緣表面，設置於上述感測陣列之上方；以及一讀取模組，用以當一手指接觸上述絕緣表面時，於一感測週期內，得到對應於每一上述感測單元之上述感測電容之一感測時間間隔，以及對應於每一上述感測單元之上述參考電容之一參考時間間隔，並根據上述感測時間間隔以及上述參考時間間隔，提供一感測輸出，以指示上述手指之指紋波峰或波谷。

再者，本發明提供一種指紋感測方法，適用於一電容式指紋感測裝置，其中上述感測裝置包括具有複數感測單元之一感測陣列以及設置於上述感測陣列之上方之一絕緣表面。當一手指接觸上述絕緣表面時，於一感測週期內，得到對應於每一上述感測單元之一感測電容之一感測時間間隔，以及對應於每一上述感測單元之上述參考電容之一參考時間間隔。根據上述感測時間間隔以及上述參考時間間隔，提供一感測輸出，以指示上述手指之指紋波峰或波谷。

100、400‧‧‧指紋感測裝置

110‧‧‧感測陣列

115、415‧‧‧感測單元

120、420‧‧‧絕緣表面

130、430‧‧‧電源模組

140、440‧‧‧讀取模組

150‧‧‧處理器

210、410‧‧‧手指

220、320‧‧‧指紋波峰

230‧‧‧電容值曲線

240‧‧‧指紋圖樣

310、490‧‧‧半導體基底

330‧‧‧指紋波谷

431、436‧‧‧電流源

432、433、437、438‧‧‧開關

435A、435B‧‧‧切換單元

450‧‧‧比較單元

452、454‧‧‧比較器

460‧‧‧判斷單元

462‧‧‧互斥或閘

464‧‧‧計數器

470‧‧‧時脈產生器

480‧‧‧電壓源

C₁、C₂、C_top‧‧‧電容

C_ref‧‧‧參考電容

CLK‧‧‧時脈信號

CMP_sen、CMP_ref‧‧‧比較結果

CNT‧‧‧感測輸出

E1-E3‧‧‧電極

GND‧‧‧接地端

I_sen‧‧‧感測電流

I_ref‧‧‧參考電流

SW、SWB‧‧‧切換信號

V_bias‧‧‧偏壓信號

V_dd‧‧‧數位電壓源

V_dda‧‧‧類比電壓源

V_sen‧‧‧感測電壓

V_ref‧‧‧參考電壓

V_XOR‧‧‧差異信號

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之指紋感測裝置；第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之使用第1圖之指紋感測裝置來讀取使用者之手指指紋之示意圖；第3圖係顯示使用者之手指接觸到第1圖之指紋感測裝置之剖面示意圖；第4圖係顯示根據第1圖實施例所述之指紋感測裝置的示意圖；以及第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之第4圖中指紋感測裝置內的信號波形圖。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之指紋感測裝置100。指紋感測裝置100包括感測陣列110、絕緣表面120、電源模組130、讀取模組140以及處理器150。在此實施例中，感測陣列110、電源模組130、讀取模組140以及處理器150係設置在半導體基底內。感測陣列110係由複數個感測單元115以二維方式排列而成。絕緣表面120係設置在半導體基底上，並覆蓋於感測陣列110的全部感測單元115之上。相應於處理器150所提供之切換信號SW，電源模組130可在感測週期P_sen內提供感測電流I_sen以及參考電流I_ref至感測陣列110的感測單元 115。此外，在重置週期P_rst內，電源模組130可對感測單元115進行重置。於是，在感測週期P_sen時，讀取模組140可得到感測陣列110中每一感測單元115之感測電壓V_sen以及參考電壓V_ref，並根據感測電壓V_sen以及參考電壓V_ref來提供對應於每一感測單元115之感測輸出CNT至處理器150。接著，處理器150可根據全部感測單元115之感測輸出CNT來判斷是否有使用者之手指接觸絕緣表面120，並可根據每一感測單元115之感測輸出CNT來判斷出感測輸出CNT係對應於手指之指紋波峰(ridge)或指紋波谷(valley)。於是，處理器150可根據全部感測單元115之感測輸出CNT而得到二階化(binary)或是灰階化(gray level)的指紋資訊，以供後續程序使用，例如可經由指紋辨識演算法來執行指紋辨識操作等。

第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之使用第1圖之指紋感測裝置100來讀取使用者之手指指紋之示意圖。在第2圖中，當手指210接觸到指紋感測裝置100時，手指210表面的不規則形狀指紋波峰220會透過絕緣表面120觸壓感測單元115。於是，指紋感測裝置100可得到對應於指紋波峰220的電容值曲線230，並根據電容值曲線230的形狀而辨認出指紋波峰220之形狀，而得到指紋圖樣240。接著，其他電路或裝置便可根據指紋圖樣240來進行後續處理。

第3圖係顯示使用者之手指接觸到第1圖之指紋感測裝置100之剖面示意圖。在第3圖中，絕緣表面120係設置在半導體基底310的上方。一般而言，絕緣表面120係由積體電路製程之最後一道保護介電層所製成。絕緣表面120的厚度為 d1，其中絕緣表面120的等效電容C₁係由厚度d1所決定。標號320係表示手指的指紋波峰，其中手指的指紋波峰320會直接接觸到絕緣表面120。此外，標號330係表示手指的指紋波谷，其中手指的指紋波谷330與絕緣表面120之間的距離為d2，且指紋波谷與絕緣表面120之間的電容C₂係由距離d2所決定。如先前所描述，感測陣列110係由複數個感測單元115所形成。每一感測單元115包括電極E1、E2與E3，其中電極E1、E2與E3分別由半導體基底310內的不同金屬層所形成。電極E1係由頂層金屬層(top metal)所形成，並設置在絕緣表面120的下方，以及絕緣表面120與電極E1之間絕緣層的厚度為d3，其中該絕緣層的等效電容C_top係由厚度d3所決定。因此，當指紋波峰320接觸到絕緣表面120時，指紋波峰320與電極E1之間的感測電容C_sen係由電容C_top與電容C₁串聯所形成。此外，相較於指紋波峰320之感測電容C_sen，指紋波谷330與電極E1之間的感測電容C_sen係由電容C_top、電容C₁以及電容C₂串聯所形成。於是，當手指接觸絕緣表面120時，指紋波峰320與指紋波谷330會對應到不同的電容值，其中對應於指紋波谷330之感測電容C_sen係小於對應於指紋波峰320之感測電容C_sen。因此，第1圖之讀取模組140便可經由電極E1得到對應於感測電容C_sen之感測電壓V_sen。再者，電極E2係設置在電極E1的下方，而電極E3係設置在電極E2的下方，其中電極E3係耦接於接地端GND。電極E2與電極E3之間絕緣層的厚度為d4，而該絕緣層的等效電容C_ref係由厚度d4所決定。因此，第1圖之讀取模組140便可經由電極E2得到對應於參考電容C_ref之參考電壓V_ref。

第4圖係顯示根據第1圖實施例所述之指紋感測裝置400的示意圖。指紋感測裝置400包括絕緣表面420、由複數感測單元415所組成之感測陣列、電源模組430以及讀取模組440以及處理器(未顯示)，其中感測單元415、電源模組430以及讀取模組440以及處理器係設置在半導體基底490中，而絕緣表面420係設置在半導體基底490上。感測單元415包括電極E1、E2與E3，其中電極E1與E2亦耦接於電源模組430以及讀取模組440。電源模組430包括切換單元435A與切換單元435B。切換單元435A包括電流源431以及開關432與433。電流源431耦接於類比電壓源V_dda以及開關432之間，用以提供感測電流I_sen。開關432耦接於電流源431以及感測單元415的電極E1之間，其中開關432係由來自處理器之切換信號SW所控制。開關433耦接於感測單元415的電極E1以及接地端GND之間，其中開關433係由切換信號SWB所控制，以及切換信號SW與切換信號SWB為互補。相似地，切換單元435B包括電流源436以及開關437與438。電流源436耦接於類比電壓源V_dda以及開關437之間，用以提供參考電流I_ref。開關437耦接於電流源436以及感測單元415的電極E2之間，其中開關437係由切換信號SW所控制。開關438耦接於感測單元415的電極E2以及接地端GND之間，其中開關438係由切換信號SWB所控制。在電源模組430中，當切換信號SW控制開關432與437為導通而切換信號SWB控制開關433與438為不導通時，電流源431與436會分別提供感測電流I_sen以及參考電流I_ref至感測單元415的電極E1與E2，以便對感測電容C_sen以及參考電容C_ref進行充電。反之，當切換 信號SW控制開關432與437為不導通而切換信號SWB控制開關433與438為導通時，感測單元415的電極E1與E2會被耦接於接地端GND，以重置感測電容C_sen以及參考電容C_ref。值得注意的是，感測電流I_sen以及參考電流I_ref可根據實際應用而調整。

在第4圖中，讀取模組440包括比較單元450與判斷單元460。比較單元450包括比較器452與454。比較器452與454的非反相(正相)輸入端皆耦接於電壓源480，用以接收偏壓信號V_bias。值得注意的是，偏壓信號V_bias可根據實際應用而調整。比較器452的反相輸入端係耦接於感測單元415的電極E1,用以接收感測電壓V_sen。因此，比較器452可對感測電壓V_sen與偏壓信號V_bias進行比較，而得到比較結果CMP_sen(即為感測時間間隔)。值得注意的是，比較器452包括位準位移器(level shifter)，用以將比較結果CMP_sen之高位準從類比電源位準V_dda轉換成數位電源位準V_dd。一般而言，類比電源位準V_dda係大於數位電源位準V_dd。此外，比較器454的反相輸入端係耦接於感測單元415的電極E2，用以接收參考電壓V_ref。因此，比較器454可對參考電壓V_ref與偏壓信號V_bias進行比較，而得到比較結果CMP_ref(即為參考時間間隔)。同樣地，比較器454包括位準位移器，用以將比較結果CMP_ref之高位準從類比電源位準V_dda轉換成數位電源位準V_dd。判斷單元460包括互斥或(XOR)閘462以及計數器464。互斥或閘462的兩輸入端係分別耦接於比較器452與比較器454的輸出端，用以根據比較結果CMP_sen以及比較結果CMP_ref來提供差異信號V_XOR。舉例而言，若比較結果CMP_sen不同於比較結果CMP_ref，則互斥或閘462 會提供具有高邏輯位準之差異信號V_XOR。反之，若比較結果CMP_sen相同於比較結果CMP_ref，則互斥或閘462會提供具有低邏輯位準之差異信號V_XOR。此外，計數器464可根據時脈信號CLK來計數差異信號V_XOR維持在高邏輯位準之週期數量。舉例來說，計數器464為上數計數器(up counter)。當差異信號V_XOR為高邏輯位準時，計數器464會相應於時脈信號CLK而從初始值(initial value)開始往上計數，直到差異信號V_XOR變為低邏輯位準。當差異信號V_XOR變為低邏輯位準時，計數器464會停止計數，並根據計數的結果來提供感測輸出CNT。再者，時脈信號CLK係由時脈產生器470所提供，以及處理器可控制時脈產生器470來改變時脈信號CLK的頻率，以便調整整體的解析度。在一實施例中，時脈產生器470包括鎖相迴路(phase lock loop，PLL)。於是，根據每一感測單元415的感測輸出CNT，處理器可得到手指410的指紋圖樣。

第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之第4圖中指紋感測裝置400內的信號波形圖。同時參考第4圖與第5圖，當使用者的手指410接觸絕緣表面420時，標號510係表示感測單元415對指紋波谷(即感測電容C_sen係由電容C_top、電容C₁與電容C₂所形成)進行感測之示範波形變化，而標號520係表示感測單元415對指紋波峰(即感測電容C_sen係由電容C_top與電容C₁所形成)進行感測之示範波形變化。值得注意的是，第5圖所顯示之信號波形僅是個例子，並非用以限定本發明。首先，在重置週期P_rst1內，處理器會提供具有高邏輯位準之切換信號SW至電源模組430，以便控制開關432與437為不導通。同 時地，處理器會提供具有低邏輯位準之切換信號SWB至電源模組430，以便導通開關433與438。於是，電極E1上的感測電壓V_sen以及電極E2上的參考電壓V_ref會分別經由開關433與438耦接於接地端GND，即對感測電容C_sen與參考電容C_ref進行放電。接著，在感測週期P_sen1內，處理器會提供具有高邏輯位準之切換信號SWB至電源模組430，以便控制開關433與438為不導通。同時地，處理器會提供具有低邏輯位準之切換信號SW至電源模組430，以便導通開關432與437。於是，電源模組430會提供感測電流I_sen對感測電容C_sen進行充電。同時地，電源模組430亦會提供參考電流I_ref對參考電容C_ref進行充電。在此實施例中，對應於感測電容C_sen之感測電壓V_sen係以電阻-電容(RC)效應的方式增加，而對應於參考電容C_ref之參考電壓V_ref係以線性方式增加。在感測週期P_sen1內，比較單元450內的比較器452會將感測電壓V_sen與偏壓信號V_bias進行比較，以得到比較結果CMP_sen(即為感測時間間隔T_valley)。舉例來說，當感測電壓V_sen小於偏壓信號V_bias時，比較結果CMP_sen為低邏輯位準。接著，在時間點t1，感測電壓V_sen會大於偏壓信號V_bias，則比較結果CMP_sen會變為高邏輯位準。同時地，比較單元450內的比較器454會將參考電壓V_ref與偏壓信號V_bias進行比較，以得到比較結果CMP_ref(即為參考時間間隔T_ref)。舉例來說，當參考電壓V_ref小於偏壓信號V_bias時，比較結果CMP_ref為低邏輯位準。接著，在時間點t2，參考電壓V_ref會大於偏壓信號V_bias，則比較結果CMP_ref會變為高邏輯位準。如先前所描述，比較結果CMP_sen與比較結果CMP_ref的高邏輯位準係相同於數 位電源位準V_dd。在感測週期P_sen1內，判斷電路460的互斥或閘462會根據比較結果CMP_sen以及比較結果CMP_ref來提供差異信號V_XOR。舉例來說，在時間點t1與t2之間(即時間差T_diff1)，比較結果CMP_sen的邏輯位準係不同於比較結果CMP_ref的邏輯位準，於是差異信號V_XOR為高邏輯位準。接著，計數器464會根據時脈信號CLK來計數差異信號V_XOR為高邏輯位準之週期數量。接著，在時間點t2之後，比較結果CMP_sen的邏輯位準係相同於比較結果CMP_ref的邏輯位準，於是差異信號V_XOR為低邏輯位準，而計數器464會停止計數。在此實施例中，讀取模組440可將感測電壓V_sen轉換為感測時間間隔T_valley，以及將參考電壓V_ref轉換為參考時間間隔T_ref，並得到感測時間間隔T_valley與參考時間間隔T_ref之間的時間差T_diff1(T_diff1=T_valley-T_ref)。接著，計數器464會根據對應於時間差T_diff1之差異信號V_XOR來提供感測輸出OUT1。於是，處理器可根據感測輸出OUT1來判斷感測電容C_sen是否包括電容C₂，以進一步判別出為指紋波峰或是指紋波谷。由於計數器464的輸出係為一數值，因此可以直接將此數值提供給處理器，以進行後續的指紋辨識處理，而無須使用到類比對數位轉換器。

接著，在重置週期P_rst2內，電極E1上的感測電壓V_sen以及電極E2上的參考電壓V_ref會分別經由開關433與438而耦接於接地端GND，即對感測電容C_sen與參考電容C_ref進行放電。接著，在感測週期P_sen2內，電源模組430會提供感測電流I_sen對感測電容C_sen進行充電。同時地，電源模組430亦會提供參考電流I_ref對參考電容C_ref進行充電。在此實施例中，對應於 感測電容C_sen之感測電壓V_sen係以電阻-電容效應的方式增加，而對應於參考電容C_ref之參考電壓V_ref係以線性方式增加。在感測週期P_sen2內，比較單元450內的比較器452會將感測電壓V_sen與偏壓信號V_bias進行比較，以得到比較結果CMP_sen(即為感測時間間隔T_ridge)。在時間點t3，感測電壓V_sen會大於偏壓信號V_bias，則比較結果CMP_sen會變為高邏輯位準。同時地，比較單元450內的比較器454會將參考電壓V_ref與偏壓信號V_bias進行比較，以得到比較結果CMP_ref(即為參考時間間隔T_ref)。在時間點t4，參考電壓V_ref會大於偏壓信號V_bias，則比較結果CMP_ref會變為高邏輯位準。如先前所描述，比較結果CMP_sen與比較結果CMP_ref的高邏輯位準係相同於數位電源位準V_dd。在感測週期P_sen2內，判斷電路460的互斥或閘462會根據比較結果CMP_sen以及比較結果CMP_ref來提供差異信號V_XOR。舉例來說，在時間點t3與t4之間(即時間差T_diff2)，比較結果CMP_sen的邏輯位準係不同於比較結果CMP_ref的邏輯位準，於是差異信號V_XOR為高邏輯位準。接著，計數器464會根據時脈信號CLK來計數差異信號V_XOR。接著，在時間點t4之後，比較結果CMP_sen的邏輯位準係相同於比較結果CMP_ref的邏輯位準，於是差異信號V_XOR為低邏輯位準，而計數器464會停止計數。在此實施例中，讀取模組440可將感測電壓V_sen轉換為感測時間間隔T_ridge，以及將參考電壓V_ref轉換為參考時間間隔T_ref，並得到感測時間間隔T_ridge與參考時間間隔T_ref之間的時間差T_diff2(T_diff2=T_ridge-T_ref)。接著，計數器464會根據對應於時間差T_diff2之差異信號V_XOR來提供感測輸出OUT2。於是，處理器可 根據感測輸出OUT2來判斷感測電容C_sen是否包括電容C₂，以進一步判別出為指紋波峰或是指紋波谷。由於計數器464的輸出係為一數值，因此可以直接將此數值提供給處理器，以進行後續的指紋辨識處理，而無須使用到類比對數位轉換器。

根據本發明之實施例，利用已知之感測電流I_sen、參考電流I_ref，以及偏壓信號V_bias，指紋感測裝置可僅使用比較器來將感測電容C_sen轉換成感測時間間隔T_sen(例如第5圖之T_ridge與T_valley)以及將參考電容C_ref轉換成參考時間間隔T_ref。接著，指紋感測裝置可僅使用數位電路來進行運算，以得到感測時間間隔T_sen與參考時間間隔T_ref之間的時間差T_diff(例如第5圖之T_diff1與T_diff2)。接著，指紋感測裝置會根據對應於時間差T_diff之感測輸出CNT來得到指紋圖樣，以便進行後續的指紋辨識運算。因此，相較於需要使用到類比對數位轉換器之傳統指紋感測裝置，本發明實施例所述之指紋感測裝置無須使用類比對數位轉換器，並且僅使用到較少的類比電路，因此可降低晶片的面積、耗電量以及製造成本。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中包括通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧指紋感測裝置

110‧‧‧感測陣列

115‧‧‧感測單元

120‧‧‧絕緣表面

130‧‧‧電源模組

140‧‧‧讀取模組

150‧‧‧處理器

CNT‧‧‧感測輸出

I_sen‧‧‧感測電流

I_ref‧‧‧參考電流

SW‧‧‧切換信號

V_sen‧‧‧感測電壓

V_ref‧‧‧參考電壓

Claims (26)

1. 一種電容式指紋感測裝置，包括：一感測陣列，包括複數感測單元，每一感測單元包括一感測電容以及一參考電容；一絕緣表面，設置於上述感測陣列之上方；以及一讀取模組，用以當一手指接觸上述絕緣表面時，於一感測週期內，得到對應於每一上述感測單元之上述感測電容之一感測時間間隔，以及對應於每一上述感測單元之上述參考電容之一參考時間間隔，並根據上述感測時間間隔以及上述參考時間間隔，提供一感測輸出，以指示上述手指之指紋波峰或波谷。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電容式指紋感測裝置，其中每一上述感測單元包括：一第一電極，設置在上述絕緣表面之下方；一第二電極，設置在上述第一電極之下方；以及一第三電極，設置在上述第二電極之下方，耦接於一接地端，其中當上述手指接觸上述絕緣表面時，上述感測電容係由上述第一電極與上述手指所形成，以及上述參考電容係由上述第二電極與上述第三電極所形成。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電容式指紋感測裝置，更包括：一電源模組，用來提供一感測電流至上述感測電容，以產生一感測電壓，以及用來提供一參考電流至上述參考電 容，以產生一參考電壓。
4. 如申請專利範圍第3項所述之電容式指紋感測裝置，其中上述讀取模組更係用來接收上述感測電壓，以產生上述感測時間間隔，用來接收上述參考電壓，以產生上述參考時間間隔，以及用來根據上述感測時間間隔以及上述參考時間間隔，產生上述感測輸出。
5. 如申請專利範圍第2項所述之電容式指紋感測裝置，更包括：一電源模組，包括：一第一切換單元，用以於上述感測週期內，提供一感測電流至上述感測單元之上述第一電極，以對上述感測電容充電，進而產生一感測電壓；以及一第二切換單元，用以於上述感測週期內，提供一參考電流至上述感測單元之上述第二電極，以對上述參考電容充電，進而產生一參考電壓。
6. 如申請專利範圍第5項所述之電容式指紋感測裝置，其中在一重置週期內，上述感測單元之上述第一電極與上述第二電極分別經由上述第一切換單元以及上述第二切換單元耦接於上述接地端，以對上述感測電容以及上述參考電容進行放電。
7. 如申請專利範圍第6項所述之電容式指紋感測裝置，其中上述第一切換單元包括：一第一電流源，耦接於一電壓源，用以產生上述感測電流；一第一開關，耦接於上述第一電流源以及上述感測單元之 上述第一電極之間，用以對上述感測電容進行充電；以及一第二開關，耦接於上述感測單元之上述第一電極以及上述接地端之間，用以對上述感測電容進行放電，以及上述第二切換單元包括：一第二電流源，耦接於上述電壓源，用以產生上述參考電流；一第三開關，耦接於上述第二電流源以及上述感測單元之上述第二電極之間，用以對上述參考電容進行充電；以及一第四開關，耦接於上述感測單元之上述第二電極以及上述接地端之間，用以對上述參考電容進行放電。
8. 如申請專利範圍第3或5項所述之電容式指紋感測裝置，其中上述讀取模組包括：一比較單元，用以對上述感測電壓以及一偏壓信號進行比較，而得到一第一比較結果，以及對上述參考電壓以及上述偏壓信號進行比較，而得到一第二比較結果；以及一判斷單元，用以根據上述第一比較結果與上述第二比較結果，而得到上述感測輸出。
9. 如申請專利範圍第8項所述之電容式指紋感測裝置，其中上述第一比較結果係表示對應於上述感測電壓之上述感測時間間隔，以及上述第二比較結果係表示對應於上述參考電壓之上述參考時間間隔，其中上述感測輸出係表示上述感測時間間隔與上述參考時間間隔之一時間差。
10. 如申請專利範圍第8項所述之電容式指紋感測裝置，其中上述比較單元包括： 一第一比較器，具有用以接收上述偏壓信號之一非反相輸入端、接收上述感測電壓之一反相輸入端，以及提供上述第一比較結果之一輸出端；以及一第二比較器，具有用以接收上述偏壓信號之一非反相輸入端、接收上述參考電壓之一反相輸入端，以及提供上述第二比較結果之一輸出端。
11. 如申請專利範圍第10項所述之電容式指紋感測裝置，其中上述第一比較器以及上述第二比較器各包括一位準位移器，分別用以將上述第一比較結果以及上述第二比較結果之一高位準從一類比電源位準轉換成一數位電源位準，其中上述類比電源位準係大於上述數位電源位準。
12. 如申請專利範圍第8項所述之電容式指紋感測裝置，其中上述判斷單元包括：一互斥或閘，用以根據上述第一比較結果以及上述第二比較結果而產生一差異信號；以及一計數器，用以根據一時脈信號來計數上述差異信號，以提供上述感測輸出。
13. 如申請專利範圍第1項所述之電容式指紋感測裝置，更包括：一處理器，用以根據對應於每一上述感測單元之上述感測輸出，而得到上述手指之指紋圖樣。
14. 一種指紋感測方法，適用於一電容式指紋感測裝置，其中上述感測裝置包括具有複數感測單元之一感測陣列以及設置於上述感測陣列之上方之一絕緣表面，包括： 當一手指接觸上述絕緣表面時，於一感測週期內，得到對應於每一上述感測單元之一感測電容之一感測時間間隔，以及對應於每一上述感測單元之上述參考電容之一參考時間間隔；以及根據上述感測時間間隔以及上述參考時間間隔，提供一感測輸出，以指示上述手指之指紋波峰或波谷。
15. 如申請專利範圍第14項所述之指紋感測方法，其中每一上述感測單元包括：一第一電極，設置在上述絕緣表面之下方；一第二電極，設置在上述第一電極之下方；以及一第三電極，設置在上述第二電極之下方，耦接於一接地端，其中當上述手指接觸上述絕緣表面時，上述感測電容係由上述第一電極與上述手指所形成，以及上述參考電容係由上述第二電極與上述第三電極所形成。
16. 如申請專利範圍第14項所述之指紋感測方法，更包括：經由上述電容式指紋感測裝置之一電源模組，提供一感測電流至上述感測電容，以產生一感測電壓；以及經由上述電源模組，提供一參考電流至上述參考電容，以產生一參考電壓。
17. 如申請專利範圍第16項所述之指紋感測方法，其中上述根據上述感測時間間隔以及上述參考時間間隔，提供上述感測輸出之步驟更包括：根據上述感測電壓，產生上述感測時間間隔；以及 根據上述參考電壓，產生上述參考時間間隔。
18. 如申請專利範圍第15項所述之指紋感測方法，更包括：經由一第一切換單元，於上述感測週期內，提供一感測電流至上述感測單元之上述第一電極，以對上述感測電容充電，進而產生一感測電壓；以及經由一第二切換單元，於上述感測週期內，提供一參考電流至上述感測單元之上述第二電極，以對上述參考電容充電，進而產生一參考電壓。
19. 如申請專利範圍第18項所述之指紋感測方法，其中在一重置週期內，上述感測單元之上述第一電極與上述第二電極分別經由上述第一切換單元以及上述第二切換單元耦接於上述接地端，以對上述感測電容以及上述參考電容進行放電。
20. 如申請專利範圍第19項所述之指紋感測方法，其中上述第一切換單元包括：一第一電流源，耦接於一電壓源，用以產生上述感測電流；一第一開關，耦接於上述第一電流源以及上述感測單元之上述第一電極之間，用以對上述感測電容進行充電；以及一第二開關，耦接於上述感測單元之上述第一電極以及上述接地端之間，用以對上述感測電容進行放電，以及上述第二切換單元包括：一第二電流源，耦接於上述電壓源，用以產生上述參考電流；一第三開關，耦接於上述第二電流源以及上述感測單元之 上述第二電極之間，用以對上述參考電容進行充電；以及一第四開關，耦接於上述感測單元之上述第二電極以及上述接地端之間，用以對上述參考電容進行放電。
21. 如申請專利範圍第16或18項所述之指紋感測方法，其中上述根據上述感測時間間隔以及上述參考時間間隔，提供上述感測輸出之步驟更包括：經由上述電容式指紋感測裝置之一比較單元，對上述感測電壓以及一偏壓信號進行比較，而得到一第一比較結果；經由上述比較單元，對上述參考電壓以及上述偏壓信號進行比較，而得到一第二比較結果；以及根據上述第一比較結果與上述第二比較結果，而得到上述感測輸出。
22. 如申請專利範圍第21項所述之指紋感測方法，其中上述第一比較結果係表示對應於上述感測電壓之上述感測時間間隔，以及上述第二比較結果係表示對應於上述參考電壓之上述參考時間間隔，其中上述感測輸出係表示上述感測時間間隔與上述參考時間間隔之一時間差。
23. 如申請專利範圍第21項所述之指紋感測方法，其中上述比較單元包括：一第一比較器，具有用以接收上述偏壓信號之一非反相輸入端、接收上述感測電壓之一反相輸入端，以及提供上述第一比較結果之一輸出端；以及一第二比較器，具有用以接收上述偏壓信號之一非反相輸入端、接收上述參考電壓之一反相輸入端，以及提供上述 第二比較結果之一輸出端。
24. 如申請專利範圍第23項所述之指紋感測方法，其中上述第一比較器以及上述第二比較器各包括一位準位移器，分別用以將上述第一比較結果以及上述第二比較結果之一高位準從一類比電源位準轉換成一數位電源位準，其中上述類比電源位準係大於上述數位電源位準。
25. 如申請專利範圍第21項所述之指紋感測方法，其中上述根據上述第一比較結果與上述第二比較結果，而得到上述感測輸出之步驟更包括：根據上述第一比較結果以及上述第二比較結果而產生一差異信號；以及根據一時脈信號來計數上述差異信號，以提供上述感測輸出。
26. 如申請專利範圍第14項所述之指紋感測方法，更包括：根據對應於每一上述感測單元之上述感測輸出，而得到上述手指之指紋圖樣。