專利名稱：電容檢測(cè)電路和檢測(cè)方法、以及使用其的指紋傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測(cè)微小電容的電容檢測(cè)電路和檢測(cè)方法、以及使用其的指紋傳感器。
背景技術(shù)：
以前，作為生物統(tǒng)計(jì)學(xué)(生物認(rèn)證技術(shù))中最有前景的指紋傳感器，開(kāi)發(fā)出分別以規(guī)定間隔在兩個(gè)薄膜的表面形成列布線與行布線、并經(jīng)絕緣膜等隔開(kāi)規(guī)定間隔、相對(duì)配置該薄膜的壓敏式電容傳感器。該壓敏式電容傳感器在放置手指時(shí)，對(duì)應(yīng)于指紋的凹凸，薄膜形狀變形，列布線與行布線的間隔隨著場(chǎng)所的不同而變化，檢測(cè)指紋的形狀，作為列布線和行布線的交叉部的電容。在該壓敏式電容傳感器中，作為可應(yīng)用于檢測(cè)不足數(shù)百fF(飛拉)的電容的現(xiàn)有技術(shù)，例如通過(guò)開(kāi)關(guān)電容器(switched capacitor)電路、將電容變換為電信號(hào)的檢測(cè)電路。其將由第1傳感器驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)，對(duì)檢測(cè)對(duì)象的電容進(jìn)行檢測(cè)的傳感器電容元件、和由第2傳感器驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)、作為檢測(cè)電路基準(zhǔn)電容的參照電容元件連接于共同的開(kāi)關(guān)電容器電路上，交互動(dòng)作的第1和第2采樣保持部在采樣各自的輸出信號(hào)后，通過(guò)求出采樣結(jié)果的差，得到檢測(cè)信號(hào)。
該檢測(cè)電路在共同的開(kāi)關(guān)電容器電路中，可穩(wěn)定檢測(cè)與作為檢測(cè)對(duì)象的電容值Cs成正比、與反饋電容Cf成反比的信號(hào)，且開(kāi)關(guān)電容器電路的復(fù)位開(kāi)關(guān)(反饋控制開(kāi)關(guān))的柵極電極與其它電極間的寄生電容中存儲(chǔ)的電荷Qd泄漏到其它電極的影響(饋通)被抵消。另外，對(duì)于開(kāi)關(guān)電容器電路的基準(zhǔn)電位的偏移成分或輸入信號(hào)等中包含的低頻噪聲而言，還期待可通過(guò)求出兩個(gè)采樣結(jié)果之差來(lái)達(dá)到一定程度去除的效果(例如專利文獻(xiàn)1)。
專利文獻(xiàn)1特開(kāi)平8-145717號(hào)公報(bào)(段落0018-0052，圖1-圖4)。
但是，因?yàn)殡娙葑兓⑿。砸笾讣y傳感器等電容檢測(cè)電路靈敏度高，但是，必需對(duì)從人體傳遞的噪聲(包含高頻噪聲)或電路系統(tǒng)的噪聲具有高的耐性。
另外，為了檢測(cè)電容變化，要求沒(méi)有來(lái)自列布線間或行布線間、相鄰線等的串?dāng)_噪聲的影響。
對(duì)應(yīng)于上述要求，考慮如下電容檢測(cè)電路，即在列布線的上升時(shí)刻，檢測(cè)對(duì)應(yīng)于充電到交叉部的電容中的電荷的充電電壓，接著，在列布線的下降時(shí)刻，檢測(cè)對(duì)應(yīng)于從交叉部的電容放電的電荷的放電電壓，并使用該充電電壓和放電電壓來(lái)檢測(cè)電容變化。
即，該電容檢測(cè)電路通過(guò)求出從充電電壓中減去放電電壓的差電壓，將該差電壓設(shè)為對(duì)應(yīng)于電容變化的電壓，去除以相同極性生成的、放大電路的饋通影響引起的電壓偏移或由其它電路產(chǎn)生的偏移成分，可去除比采樣頻率低得多的頻率的噪聲。
包含上述電容檢測(cè)電路，通常的檢測(cè)電路構(gòu)成為當(dāng)檢測(cè)電容傳感器的各傳感器元件的電容變化時(shí)，僅驅(qū)動(dòng)單一的列布線，檢測(cè)與作為檢測(cè)線的多個(gè)行布線的交叉部(傳感器元件)的電容值Cs變化。
但是，如上所述，每個(gè)傳感器元件(一個(gè)交叉部)的電容變化為數(shù)百fF左右的極小值。
因此，現(xiàn)有的電容檢測(cè)電路即便去除包含放大電路的電路中的偏移成分，也仍然受到重疊于電容傳感器上的噪聲的影響。
即，上述電容檢測(cè)電路具有如下缺點(diǎn)，即通過(guò)將電源噪聲或經(jīng)人體傳遞到電容傳感器的傳導(dǎo)噪聲重疊于列布線和行布線的信號(hào)上，由于這種干擾噪聲的影響，不能正確檢測(cè)電容變化。
尤其是作為最近的熒光燈主流的反相器熒光燈通過(guò)半導(dǎo)體來(lái)產(chǎn)生高頻，使熒光燈點(diǎn)亮，所以變?yōu)閿?shù)十KHz程度的基頻的噪聲源。
但是，上述電容檢測(cè)電路中，求出充電電壓和放電電壓的差時(shí)的電容變化的采樣頻率與上述噪聲源的基頻變?yōu)榻咏闹芷凇?br> 因此，在上述電容檢測(cè)電路中，即便求出充電電壓和放電電壓的差，在使引起頻率差的成分、即頻率稍有不同的兩個(gè)波重合的情況下，剩余等于該頻率差的“拍頻(位頻率)”，不能完全去除干擾的噪聲成分。
因此，當(dāng)利用者要使用指紋傳感器等時(shí)，在該利用者的人體附近有頻率接近電容檢測(cè)電路的采樣頻率的噪聲源的設(shè)備、例如在上述反相器熒光燈的附近使用的情況下，或在具有用于液晶顯示元件的背光燈中的反相器電路的設(shè)備等上連接傳感器來(lái)利用的情況下，不能完全去除引起上述拍頻的干擾噪聲，檢測(cè)電容變化的信號(hào)的S/N比低，不能正確讀取利用者的指紋。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明考慮到上述情況，其目的在于提供一種電容檢測(cè)電路和檢測(cè)方法以及指紋傳感器，通過(guò)使干擾噪聲的影響降低，使S/N比提高，可以充分的靈敏度來(lái)檢測(cè)列布線與行布線交叉的交叉部(傳感器元件)的微小電容值Cs和該電容值Cs的電容變化值ΔCs。
本發(fā)明的電容檢測(cè)電路，檢測(cè)行布線相對(duì)于多個(gè)列布線交叉所構(gòu)成的矩陣狀電容傳感器中的、列布線與行布線的交叉部的電容變化，其特征在于具有編碼發(fā)生單元，發(fā)生在時(shí)間系列上具有正交性的編碼，輸出發(fā)生的編碼，作為列驅(qū)動(dòng)信號(hào)；列布線驅(qū)動(dòng)單元，根據(jù)該編碼，選擇所述列布線中的規(guī)定列布線來(lái)驅(qū)動(dòng)；電容檢測(cè)單元，連接于所述行布線上，將選擇到的列布線所對(duì)應(yīng)的所述交叉部各自的電容變化的總和變換成電壓信號(hào)，作為檢測(cè)電壓輸出；和解碼運(yùn)算部(解碼運(yùn)算電路)，通過(guò)從所述電容檢測(cè)單元輸出的檢測(cè)電壓與所述編碼，進(jìn)行規(guī)定運(yùn)算，求出對(duì)應(yīng)于所述各交叉部的電容變化的電壓值。
通過(guò)該結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的電容檢測(cè)電路通過(guò)PN編碼(疑似隨機(jī)編碼)等有正交性的編碼，同時(shí)驅(qū)動(dòng)與行布線交叉的多個(gè)列布線，即，以行布線單位來(lái)同時(shí)驅(qū)動(dòng)多個(gè)傳感器元件，復(fù)用檢測(cè)對(duì)象的電容值Cs及電容變化值ΔCs，作為電容值N·Cs及電容變化值N·ΔCs增加(N為同時(shí)驅(qū)動(dòng)的列布線的數(shù)量，即復(fù)用的交叉部的數(shù)量)，進(jìn)行電容/電壓變換，構(gòu)成檢測(cè)信號(hào)，由此進(jìn)行實(shí)質(zhì)上大的電容值和電容變化的測(cè)定，相對(duì)地使拍頻等干擾噪聲降低，使S/N比提高。另外，通過(guò)使用例如自相關(guān)性好的M系列PN編碼來(lái)作為編碼，可排除列布線間的串?dāng)_的影響。
另外，本發(fā)明的電容檢測(cè)電路的解碼運(yùn)算部通過(guò)使用與復(fù)用中使用的編碼相同的編碼，對(duì)時(shí)間系列上檢測(cè)的復(fù)用的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行規(guī)定的運(yùn)算，解碼被復(fù)用的檢測(cè)值，作為對(duì)應(yīng)于行布線的各個(gè)傳感器元件的電容值Cs及電容變化值ΔCs，所以可以與驅(qū)動(dòng)1個(gè)列布線的情況一樣的分辨率來(lái)得到檢測(cè)結(jié)果。
因?yàn)楸景l(fā)明的電容檢測(cè)電路中，所述編碼發(fā)生單元使所述PN編碼在時(shí)間系列上每次1比特地移位相位后，作為所述列驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出，所以通過(guò)生成一個(gè)PN編碼，可不生成不同的PN編碼，容易得到解碼中的積和運(yùn)算中必需的、PN編碼的比特?cái)?shù)量復(fù)用的檢測(cè)信號(hào)。
另外，若設(shè)本發(fā)明的電容檢測(cè)電路構(gòu)成為例如由外部的個(gè)人計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行解碼處理，則不必直接發(fā)送解碼狀態(tài)的指紋數(shù)據(jù)，因?yàn)橛蒔N編碼來(lái)復(fù)用，所以數(shù)據(jù)的秘密性提高。
本發(fā)明的電容檢測(cè)電路中，所述編碼發(fā)生單元使所述PN編碼在時(shí)間系列上以隨機(jī)比特?cái)?shù)移位相位(使相位跳躍)后，作為所述列驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出，由此可不生成不同的PN編碼，容易得到解碼中的積和運(yùn)算中必需的、PN編碼的比特?cái)?shù)量復(fù)用的檢測(cè)信號(hào)，同時(shí)，干涉噪聲造成的影響在進(jìn)行積和運(yùn)算、移位后，被擴(kuò)散到相同不同的檢測(cè)信號(hào)的組(PN編碼的比特?cái)?shù)量的檢測(cè)信號(hào))整體中，使基于濾波處理的平坦化變?nèi)菀住?br> 本發(fā)明的電容檢測(cè)電路中，所述編碼發(fā)生單元重復(fù)多次使PN編碼的相位變化該P(yáng)N編碼的比特?cái)?shù)的所述周期，所述解碼運(yùn)算部在每個(gè)該周期求出對(duì)應(yīng)于交叉部的電容變化的電壓，累計(jì)多次該電壓，輸出累計(jì)結(jié)果，作為檢測(cè)電壓，由此可平均化檢測(cè)出的電壓中包含的干擾噪聲，使干擾噪聲的影響進(jìn)一步降低，使檢測(cè)結(jié)果的精度提高。
本發(fā)明的電容檢測(cè)電路中，所述編碼發(fā)生單元生成多個(gè)PN編碼，并在所述一周期的每個(gè)間隔切換成不同的PN編碼，由此與多個(gè)周期重復(fù)相同的PN編碼的情況相比，可排除周期性的影響，使S/N比提高。
本發(fā)明的電容檢測(cè)電路中，所述PN編碼發(fā)生單元生成多個(gè)PN編碼，并在所述一周期的每個(gè)間隔切換成不同的PN編碼，由此與多個(gè)周期重復(fù)相同的PN編碼的情況相比，可排除周期性的影響，使S/N比提高。
本發(fā)明的電容檢測(cè)電路中，所述PN編碼是M系列，由此可使用自相關(guān)性好的PN編碼，在錯(cuò)開(kāi)該P(yáng)N編碼的同時(shí)，復(fù)用交叉部的電容變化，在解碼時(shí)，使相同的PN編碼的相位對(duì)應(yīng)來(lái)進(jìn)行解碼，所以可抑制列布線間的串?dāng)_的產(chǎn)生，以高精度來(lái)檢測(cè)交叉部的電容變化。
本發(fā)明的電容檢測(cè)電路中，所述編碼發(fā)生單元生成在時(shí)間系列上不同的比特排列的威爾士編碼，作為所述編碼輸出。
由此，本發(fā)明的電容檢測(cè)電路中，各列布線的驅(qū)動(dòng)次數(shù)為檢測(cè)次數(shù)的一半，抑制列布線間的串?dāng)_的影響，可更正確地檢測(cè)各交叉部的電容。
在本發(fā)明的電容檢測(cè)電路中，所述運(yùn)算部通過(guò)根據(jù)所述編碼來(lái)積和運(yùn)算按時(shí)間系列輸出的檢測(cè)電壓的數(shù)據(jù)列，進(jìn)行解碼處理，所以對(duì)于列布線與行布線交叉的交叉部(傳感器元件)的電容變化，使多個(gè)列布線同時(shí)驅(qū)動(dòng)，將對(duì)應(yīng)于被驅(qū)動(dòng)的列布線的傳感器元件的電容變換成電壓，故實(shí)質(zhì)上增大檢測(cè)信號(hào)的電平，降低干擾噪聲的影響。
本發(fā)明的電容檢測(cè)電路在構(gòu)成為對(duì)所述多個(gè)列布線，檢測(cè)將多個(gè)所述行布線排列成矩陣狀的面積型電容傳感器的所述交叉部的電容的情況下也可適用，通過(guò)用于指紋傳感器等中，通過(guò)上述效果，得到高精度的判斷結(jié)果。
本發(fā)明的電容檢測(cè)電路在構(gòu)成為對(duì)所述多個(gè)列布線，檢測(cè)對(duì)應(yīng)1條所述行布線形成的線型電容傳感器的所述交叉部的電容的情況下也可適用，通過(guò)用于檢測(cè)表面有無(wú)凹凸或粗糙度的傳感器等中，通過(guò)上述效果，可以高的精度來(lái)檢測(cè)表面的狀態(tài)。
本發(fā)明的指紋傳感器由于可使用上述電容檢測(cè)電路來(lái)檢測(cè)交叉部(傳感器元件)的電容變化，所以可以高的精度來(lái)采集指紋。
本發(fā)明的電容檢測(cè)方法，檢測(cè)由多個(gè)列布線和多個(gè)行布線構(gòu)成的電容傳感器中的、列布線與行布線的交叉部的電容變化，其特征在于具有如下步驟，由編碼發(fā)生單元生成編碼，使該編碼的相位在時(shí)間系列上變化，作為列驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出；通過(guò)列布線驅(qū)動(dòng)單元，根據(jù)所述編碼，選擇所述列布線中的多個(gè)列布線來(lái)驅(qū)動(dòng)；通過(guò)電容檢測(cè)單元，連接于所述行布線上，將選擇到的列布線所對(duì)應(yīng)的所述交叉部各自的電容變化的總和變換成電壓信號(hào)，作為檢測(cè)電壓輸出；和通過(guò)解碼運(yùn)算單元，根據(jù)所述編碼，通過(guò)規(guī)定運(yùn)算解碼從所述電容檢測(cè)單元按時(shí)間系列輸出的檢測(cè)電壓的數(shù)據(jù)列，求出對(duì)應(yīng)于所述各交叉部的電容變化的電壓值。
在本發(fā)明的電容檢測(cè)方法中，所述列布線驅(qū)動(dòng)單元向所述列布線輸出第1電壓中上升的信號(hào)，并通過(guò)所述行電壓輸出單元，在由所述第1電壓驅(qū)動(dòng)所述列布線時(shí)，輸出對(duì)應(yīng)于充電多個(gè)所述交叉部的電容的電流的第3電壓，當(dāng)由所述第2電壓驅(qū)動(dòng)所述列布線時(shí)，輸出對(duì)應(yīng)于放電多個(gè)所述交叉部的電容的電流的第4電壓，求出電容變化值。
通過(guò)該結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的電容檢測(cè)方法對(duì)于向所述交叉部的電容的充放電電流總是在一定方向上重疊的饋通造成的放電電流的影響，由于采取取得所述充電時(shí)的輸出電壓與所述放電時(shí)的輸出電壓之差的結(jié)構(gòu)，所以可抵消電荷放大電路中的放大電路的饋通造成的放電電流的影響，可通過(guò)高的精度來(lái)檢測(cè)交叉部的電容變化值。
另外，本發(fā)明的電容檢測(cè)電路，檢測(cè)行布線相對(duì)于多個(gè)列布線交叉所構(gòu)成的矩陣狀電容傳感器中的、列布線與行布線的交叉部的電容變化，檢測(cè)行布線相對(duì)于多個(gè)列布線交叉所構(gòu)成的電容傳感器中的、列布線與行布線的交叉部的電容變化，其特征在于具有編碼發(fā)生單元，發(fā)生在時(shí)間系列上具有正交性的編碼；列布線組選擇單元，將所述多個(gè)列布線分割成由規(guī)定數(shù)量的列布線構(gòu)成的列布線組，并選擇測(cè)定對(duì)象的列布線組；列布線驅(qū)動(dòng)單元，在依次選擇的每個(gè)列布線組中，根據(jù)所述編碼，驅(qū)動(dòng)多個(gè)列布線；電容檢測(cè)單元，連接于所述行布線上，將選擇到的列布線所對(duì)應(yīng)的所述交叉部各自的電容變化的總和變換成電壓信號(hào)，作為檢測(cè)電壓輸出；和解碼運(yùn)算單元，在所述每個(gè)列布線組中，通過(guò)所述檢測(cè)電壓與所述編碼，進(jìn)行規(guī)定運(yùn)算，求出對(duì)應(yīng)于各交叉部的電容的電壓值。
通過(guò)該結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的電容檢測(cè)電路通過(guò)PN編碼(疑似隨機(jī)編碼)等有正交性的編碼，同時(shí)驅(qū)動(dòng)與行布線交叉的多個(gè)列布線，即，以行布線單位來(lái)同時(shí)驅(qū)動(dòng)多個(gè)傳感器元件，復(fù)用檢測(cè)對(duì)象的電容值Cs及電容變化值ΔCs，作為電容值N·Cs及電容變化值N·ΔCs增加(N為同時(shí)驅(qū)動(dòng)的列布線的數(shù)量，即復(fù)用的交叉部的數(shù)量)，進(jìn)行電容/電壓變換，構(gòu)成檢測(cè)信號(hào)，由此進(jìn)行實(shí)質(zhì)上大的電容值和電容變化的測(cè)定，相對(duì)地使拍頻等干擾噪聲降低，使S/N比提高。另外，通過(guò)使用自相關(guān)性好的M系列的PN編碼來(lái)作為編碼，可排除列布線間的串?dāng)_的影響。
另外，本發(fā)明的電容檢測(cè)電路的解碼運(yùn)算部通過(guò)與復(fù)用中使用的PN編碼相同的PN編碼，對(duì)時(shí)間系列上檢測(cè)的復(fù)用的檢測(cè)信號(hào)使用積和運(yùn)算(規(guī)定運(yùn)算)，解碼被復(fù)用的檢測(cè)值，作為對(duì)應(yīng)于行布線的各個(gè)傳感器元件的電容值Cs及電容變化值ΔCs(若求出電容值Cs則可運(yùn)算)，所以可以與驅(qū)動(dòng)1個(gè)列布線的情況一樣的分辨率來(lái)得到檢測(cè)結(jié)果。
本發(fā)明的電容檢測(cè)電路中，所述列布線組由相鄰的規(guī)定條數(shù)的列布線形成。
因此，本發(fā)明的電容檢測(cè)電路可任意設(shè)定作為積和運(yùn)算對(duì)象的列布線的個(gè)數(shù)，調(diào)整運(yùn)算處理的負(fù)荷，所以可進(jìn)行對(duì)應(yīng)于使用系統(tǒng)的運(yùn)算能力的處理。
本發(fā)明的電容檢測(cè)電路中，所述列布線組由規(guī)定間隔的列布線形成。
因此，本發(fā)明的電容檢測(cè)電路通過(guò)在每個(gè)列布線組的檢測(cè)中平均檢測(cè)面積整體，與在每個(gè)特定區(qū)域中測(cè)定的情況相比，檢測(cè)值的變化變小，可容易進(jìn)行測(cè)定中的靈敏度的設(shè)定。
因?yàn)楸景l(fā)明的電容檢測(cè)電路中，所述編碼發(fā)生單元使所述PN編碼在時(shí)間系列上每次1比特地移位相位后，作為所述列驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出，所以通過(guò)生成一個(gè)PN編碼，可不生成不同的PN編碼，容易得到解碼中的積和運(yùn)算中必需的、PN編碼的比特?cái)?shù)量復(fù)用的檢測(cè)信號(hào)。
另外，若設(shè)本發(fā)明的電容檢測(cè)電路構(gòu)成為例如由外部的個(gè)人計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行解碼處理，則不必直接發(fā)送解碼狀態(tài)的指紋數(shù)據(jù)，因?yàn)橛蒔N編碼來(lái)復(fù)用，所以數(shù)據(jù)的秘密性提高。
本發(fā)明的電容檢測(cè)電路中，所述編碼發(fā)生單元使所述PN編碼在時(shí)間系列上以隨機(jī)比特?cái)?shù)移位相位(使相位跳躍)后，作為所述列驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出，由此可不生成不同的PN編碼，容易得到解碼中的積和運(yùn)算中必需的、PN編碼的比特?cái)?shù)量復(fù)用的檢測(cè)信號(hào)，同時(shí)，干涉噪聲造成的影響在進(jìn)行積和運(yùn)算、移位后，被擴(kuò)散到相同不同的檢測(cè)信號(hào)的組(PN編碼的比特?cái)?shù)量的檢測(cè)信號(hào))整體中，使基于濾波處理的平坦化變?nèi)菀住?br> 本發(fā)明的電容檢測(cè)電路中，所述編碼發(fā)生單元重復(fù)多次使PN編碼的相位變化該P(yáng)N編碼的比特?cái)?shù)的所述周期，所述解碼運(yùn)算部在每個(gè)該周期求出對(duì)應(yīng)于交叉部的電容變化的電壓，累計(jì)多次該電壓，輸出累計(jì)結(jié)果，作為檢測(cè)電壓，由此可平均化檢測(cè)出的電壓中包含的干擾噪聲，使干擾噪聲的影響進(jìn)一步降低，使檢測(cè)結(jié)果的精度提高。
本發(fā)明的電容檢測(cè)電路中，所述編碼發(fā)生單元生成多個(gè)PN編碼，并在所述一周期的每個(gè)間隔切換成不同的PN編碼，由此與多個(gè)周期重復(fù)相同的PN編碼的情況相比，可排除周期性的影響，使S/N比提高。
本發(fā)明的電容檢測(cè)電路中，所述PN編碼發(fā)生單元生成多個(gè)PN編碼，并在所述一周期的每個(gè)間隔切換成不同的PN編碼，由此與多個(gè)周期重復(fù)相同的PN編碼的情況相比，可排除周期性的影響，使S/N比提高。
本發(fā)明的電容檢測(cè)電路中，所述PN編碼是M系列，由此可使用自相關(guān)性好的PN編碼，在錯(cuò)開(kāi)該P(yáng)N編碼的同時(shí)，復(fù)用交叉部的電容變化，在解碼時(shí)，使相同的PN編碼的相位對(duì)應(yīng)來(lái)進(jìn)行解碼，所以可抑制列布線間的串?dāng)_的產(chǎn)生，以高精度來(lái)檢測(cè)交叉部的電容變化。
本發(fā)明的電容檢測(cè)電路中，所述編碼發(fā)生單元生成在時(shí)間系列上不同的比特排列的威爾士編碼，作為所述編碼輸出。
由此，本發(fā)明的電容檢測(cè)電路中，各列布線的驅(qū)動(dòng)次數(shù)為檢測(cè)次數(shù)的一半，抑制列布線間的串?dāng)_的影響，可更正確地檢測(cè)各交叉部的電容。
本發(fā)明的指紋傳感器由于可使用上述電容檢測(cè)電路來(lái)檢測(cè)交叉部(傳感器元件)的電容變化，所以可以高的精度來(lái)采集指紋。
本發(fā)明的電容檢測(cè)方法相對(duì)多個(gè)列布線來(lái)交叉行布線，檢測(cè)列布線與行布線的交叉部的電容變化，作為電壓值，其特征在于具有如下步驟，編碼發(fā)生步驟，發(fā)生在時(shí)間系列上具有正交性的編碼；列布線組選擇步驟，將所述多個(gè)列布線分割成由規(guī)定數(shù)量的列布線構(gòu)成的列布線組，并選擇測(cè)定對(duì)象的列布線組；列布線驅(qū)動(dòng)步驟，在依次選擇的每個(gè)列布線組中，根據(jù)所述編碼，驅(qū)動(dòng)多個(gè)列布線；電容檢測(cè)步驟，輸出所述行布線與驅(qū)動(dòng)的多個(gè)列布線的交叉部電容所對(duì)應(yīng)的電流值的總和，作為檢測(cè)電壓；和解碼運(yùn)算步驟，在所述每個(gè)列布線組中，通過(guò)所述檢測(cè)電壓與所述編碼，進(jìn)行積和運(yùn)算，求出對(duì)應(yīng)于各交叉部的電容的電壓值。
發(fā)明效果如上所述，根據(jù)本發(fā)明的電容檢測(cè)電路，得到如下效果，即通過(guò)具有正交性的編碼進(jìn)行復(fù)用，通過(guò)一次驅(qū)動(dòng)多個(gè)列布線，檢測(cè)將多個(gè)交叉部的電容變化相加的電容值，使重疊于行布線等上的干擾噪聲的影響相對(duì)降低，提高檢測(cè)靈敏度，同時(shí)，使用在復(fù)用中使用的PN編碼來(lái)進(jìn)行解碼，求出每個(gè)交叉部的電容變化值，所以能夠以與實(shí)質(zhì)上驅(qū)動(dòng)單一的列布線來(lái)檢測(cè)的情況相同的分辨率，來(lái)檢測(cè)各交叉部的電容變化值。


圖1是表示使用本發(fā)明第1實(shí)施方式的電容檢測(cè)電路的指紋傳感器的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是表示圖1中的傳感器部4的結(jié)構(gòu)例的原理圖。
圖3是說(shuō)明使用圖1中的傳感器部4的指紋數(shù)據(jù)測(cè)定的原理圖。
圖4是說(shuō)明作為面積傳感器型的傳感器部4中、由列布線群2的列布線與行布線群3的行布線的各個(gè)交叉部形成的傳感器元件55的結(jié)構(gòu)例的原理圖。
圖5是說(shuō)明圖1中的傳感器部4與電荷放大電路6的結(jié)構(gòu)例的原理圖。
圖6是表示圖1的編碼發(fā)生部1中的編碼發(fā)生電路20的結(jié)構(gòu)例的原理圖。
圖7是說(shuō)明PN編碼中的比特列的比特移位引起的相位變化中、比特列排列的每個(gè)周期的自相關(guān)的原理圖。
圖8是說(shuō)明由PN編碼驅(qū)動(dòng)列布線、并進(jìn)行傳感器元件55的電容復(fù)用的本發(fā)明第1實(shí)施方式的動(dòng)作例的原理圖。
圖9是說(shuō)明由PN編碼驅(qū)動(dòng)列布線、并進(jìn)行傳感器元件55的電容復(fù)用的本發(fā)明第1實(shí)施方式的動(dòng)作例的原理圖。
圖10是說(shuō)明第1實(shí)施方式中的檢測(cè)信號(hào)和電荷放大電路6的動(dòng)作的時(shí)間圖。
圖11是說(shuō)明第1實(shí)施方式中的選擇器和列布線的控制動(dòng)作的時(shí)間圖。
圖12是表示存在255條列布線時(shí)的、發(fā)生PN編碼的PN編碼發(fā)生電路120的結(jié)構(gòu)的原理圖。
圖13是表示將第1實(shí)施方式用于線傳感器的情況下的結(jié)構(gòu)例的框圖。
圖14是說(shuō)明第2實(shí)施方式中、通過(guò)測(cè)定多個(gè)周期的測(cè)定數(shù)據(jù)、擴(kuò)頻增益提高的原理圖。
圖15是說(shuō)明重復(fù)多個(gè)周期的PN編碼的比特列移位，復(fù)用各傳感器元件55的電壓數(shù)據(jù)來(lái)求出測(cè)定數(shù)據(jù)d的測(cè)定方法的原理圖。
圖16是說(shuō)明通過(guò)解碼運(yùn)算電路10、從測(cè)定多個(gè)周期測(cè)定數(shù)據(jù)并進(jìn)行復(fù)用的測(cè)定數(shù)據(jù)d、到各傳感器元件55的電壓數(shù)據(jù)ds的解碼處理的原理圖。
圖17是表示第3實(shí)施方式的編碼發(fā)生部1B的結(jié)構(gòu)例的原理圖。
圖18是表示第3實(shí)施方式中發(fā)生PN編碼B的PN編碼發(fā)生電路120的結(jié)構(gòu)的原理圖。
圖19是說(shuō)明第3實(shí)施方式中、使PN編碼的比特列移位、同時(shí)復(fù)用各傳感器元件55的電壓數(shù)據(jù)來(lái)求出測(cè)定數(shù)據(jù)Vd的測(cè)定方法的原理圖。
圖20是說(shuō)明第3實(shí)施方式中、通過(guò)解碼運(yùn)算電路10、從測(cè)定多個(gè)周期測(cè)定數(shù)據(jù)并進(jìn)行復(fù)用的測(cè)定數(shù)據(jù)d、到各傳感器元件55的電壓數(shù)據(jù)ds的解碼處理的原理圖。
圖21是說(shuō)明第4實(shí)施方式中、使相位隨機(jī)變化的跳躍處理的原理圖。
圖22是表示第4實(shí)施方式的PN編碼發(fā)生部60的結(jié)構(gòu)框圖。
圖23是表示存儲(chǔ)用移位寄存器23在1比特的每次移位中輸出的PN編碼的比特列中各比特的數(shù)據(jù)的表格。
圖24是表示選擇鎖存寄存器6 1的比特列、和跳躍處理異或寄存器62的相位的比特列的編碼選擇器63的輸出的表格。
圖25是表示第5實(shí)施方式中的有源矩陣型傳感器的結(jié)構(gòu)例的原理圖。
圖26是表示第5實(shí)施方式中的電荷放大電路72的結(jié)構(gòu)框圖。
圖27是表示使用本發(fā)明第6實(shí)施方式的電容檢測(cè)電路的指紋傳感器的結(jié)構(gòu)框圖。
圖28是表示圖27的列布線選擇器13將列布線群2設(shè)為多個(gè)列布線組、并從這些列布線組中選擇測(cè)定對(duì)象的動(dòng)作例的原理圖。
圖29是表示圖28中的列布線選擇器13選擇規(guī)定的列布線組、復(fù)用該列布線組中包含的列布線的電容測(cè)定動(dòng)作的原理圖。
圖30是表示本發(fā)明的電容檢測(cè)電路中、將列布線群2分割成列布線組、各列布線組中的電容測(cè)定的測(cè)定順序的原理圖。
圖31是說(shuō)明第6實(shí)施方式的檢測(cè)信號(hào)和電荷放大電路6的動(dòng)作的時(shí)間圖。
圖32是說(shuō)明第1實(shí)施方式中的選擇器和列布線的控制動(dòng)作的時(shí)間圖。
圖33是表示圖28中的列布線選擇器13選擇規(guī)定的列布線組、復(fù)用該列布線組中包含的列布線的電容測(cè)定動(dòng)作的原理圖。
圖34是表示各時(shí)刻(t1~t15)中的存儲(chǔ)用移位寄存器23的各寄存器存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的表格。
圖35是表示圖28中的列布線選擇器13選擇規(guī)定的列布線組、復(fù)用該列布線組中包含的列布線的電容測(cè)定動(dòng)作的原理圖。
圖36是表示將第6-第9實(shí)施方式用于線傳感器的情況下的結(jié)構(gòu)例的框圖。
圖37是說(shuō)明本發(fā)明的第7實(shí)施方式中、將列布線群2分割成列布線組的列布線的組合的原理圖。
圖38是表示使用第8實(shí)施方式的列布線選擇器13A的、基于PN編碼(或正交編碼)的各列布線組中的列布線的驅(qū)動(dòng)原理圖。
圖39是說(shuō)明第9實(shí)施方式中、在每個(gè)列布線選擇器選擇的列布線組中、用正交編碼來(lái)進(jìn)行該列布線組中包含的列布線的復(fù)用的驅(qū)動(dòng)原理圖。
圖40是說(shuō)明第9實(shí)施方式中、生成作為正交編碼的威爾士編碼的步驟的原理圖。
圖41是表示存儲(chǔ)在圖39中的代碼存儲(chǔ)器221中的威爾士編碼的表格圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的電容檢測(cè)電路用于行布線相對(duì)于多個(gè)列布線交叉所構(gòu)成的電容傳感器中，是檢測(cè)列布線與行布線的交叉部(傳感器元件)的電容變化的電容檢測(cè)電路，PN編碼發(fā)生單元生成PN編碼，使該P(yáng)N編碼的相位在時(shí)間系列上變化，作為列驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出，列布線驅(qū)動(dòng)單元對(duì)應(yīng)于上述列驅(qū)動(dòng)信號(hào)，選擇形成矩陣的列布線中的多個(gè)列布線，同時(shí)使之驅(qū)動(dòng)，電容檢測(cè)單元連接于行布線上，將選擇到的列布線所對(duì)應(yīng)的交叉部各自的電容變化的總和變換成電壓信號(hào)，作為檢測(cè)電壓輸出，解碼運(yùn)算單元對(duì)每個(gè)行布線，在PN編碼的相位變化中的一周期的每個(gè)間隔，通過(guò)規(guī)定運(yùn)算，解碼按時(shí)間系列輸出的檢測(cè)電壓的數(shù)據(jù)列，分離對(duì)應(yīng)于列布線的各個(gè)交叉部的電容變化的電壓，作為檢測(cè)值。
(實(shí)施例1)參照?qǐng)D1來(lái)說(shuō)明本發(fā)明第1實(shí)施方式的電容檢測(cè)電路。圖1是表示第1實(shí)施方式的電容檢測(cè)電路一結(jié)構(gòu)例的框圖。
編碼發(fā)生部1生成用于生成驅(qū)動(dòng)傳感器部4的列布線群2的各列布線的列驅(qū)動(dòng)信號(hào)的PN編碼。使用該P(yáng)N編碼中自相關(guān)性高的M系列的PN編碼。傳感器部4中，列布線群2的列布線與行布線群3的行布線交叉成矩陣狀，各個(gè)交叉部形成傳感器元件(圖4的傳感器元件55)。
圖2(a)是傳感器部4的平面圖，圖2(b)是截面圖。如圖2(a)所示，例如，以50微米間距排列的列布線群2的各列布線與行布線群3的各行布線交叉。如圖2(b)所示，在基板50上配置由多個(gè)行布線構(gòu)成的行布線群3，在其表面上層疊絕緣膜51，在絕緣膜51的表面上僅隔開(kāi)空隙51來(lái)配置薄膜54，在薄膜54的下面裝配由多個(gè)列布線構(gòu)成的列布線群2。在該行布線群3的行布線與列布線群2的列布線的交叉部，夾入空隙52和絕緣膜51來(lái)形成傳感器元件，作為具有規(guī)定電容的電容元件。
若手指56抵接上述傳感器部4上，則如圖3所示，由于手指56的凹凸，薄膜54與列布線群2的列布線變形，空隙52變化，由此，形成于列布線群2與行布線群3的交叉部的傳感器元件50的電容變化。
另外，圖4是表示傳感器部4的列布線和行布線之間的電容元件(傳感器元件)的矩陣的原理圖。傳感器部4由矩陣狀的傳感器元件55、55…構(gòu)成，連接列布線驅(qū)動(dòng)部5與電容檢測(cè)電路100。列布線驅(qū)動(dòng)部5對(duì)應(yīng)于上述PN編碼的比特排列，向列布線群2輸出驅(qū)動(dòng)脈沖列，即向傳感器部4的列布線群2的列布線，分別并列輸出規(guī)定的驅(qū)動(dòng)脈沖(驅(qū)動(dòng)信號(hào))。根據(jù)上述PN編碼生成該驅(qū)動(dòng)脈沖列中的驅(qū)動(dòng)脈沖的圖案(未驅(qū)動(dòng)的圖案)，對(duì)應(yīng)于PN編碼的比特列的數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)(激活)列布線群2的多個(gè)列布線，復(fù)用被驅(qū)動(dòng)的各個(gè)列布線的由行布線形成(對(duì)應(yīng)于各行布線)的各交叉部(傳感器元件)的電容變化值。電容檢測(cè)電路100具有電荷放大電路6、采樣保持電路17、選擇器電路8、A/D轉(zhuǎn)換器9、解碼運(yùn)算電路10和定時(shí)控制電路11。
電荷放大電路6設(shè)置在傳感器部4的行布線群3中的各個(gè)行布線中，對(duì)應(yīng)于交叉部(傳感器元件)的電容來(lái)檢測(cè)出入(根據(jù)充放電電流)的微小電荷(對(duì)應(yīng)于電容變化量的電流)，放大該電流后，變換成電壓，作為檢測(cè)信號(hào)(測(cè)定電壓)輸出。采樣保持電路17設(shè)置在每個(gè)上述電荷放大電路6中，通過(guò)采樣保持信號(hào)的輸入來(lái)采樣上述檢測(cè)信號(hào)的測(cè)定電壓，作為電壓信息來(lái)暫時(shí)保持。選擇器電路8依次、例如按行排列的排列順序切換上述采樣保持電路7各自保持的電壓信息，將上述電壓信息輸出到A/D轉(zhuǎn)換器9。
A/D轉(zhuǎn)換器9通過(guò)從解碼運(yùn)算電路10輸入的A/D時(shí)鐘的定時(shí)，將按時(shí)間系列輸入的、作為模擬電壓信息的測(cè)定電壓變換成數(shù)字值的測(cè)定數(shù)據(jù)后，輸出到解碼運(yùn)算電路10。
另外，在高速處理的情況等下，也可不設(shè)置采樣保持電路7，而在各個(gè)電荷放大電路6中分別設(shè)置A/D轉(zhuǎn)換器9，將模擬的測(cè)定電壓變換成數(shù)字值的測(cè)定數(shù)據(jù)。
解碼運(yùn)算電路10進(jìn)行如下運(yùn)算處理，即通過(guò)數(shù)字化的測(cè)定數(shù)據(jù)中、對(duì)交叉部的傳感器元件充電時(shí)的測(cè)定數(shù)據(jù)、與放電時(shí)的測(cè)定數(shù)據(jù)的差分運(yùn)算，去除基于饋通的偏移成分；和使用與進(jìn)行編碼的PN編碼相同的PN編碼，通過(guò)積和運(yùn)算，解碼由PN編碼復(fù)用編碼的信號(hào)，分離成表示每個(gè)傳感器元件的電容值的電壓數(shù)據(jù)成分。
定時(shí)控制電路11一旦從解碼運(yùn)算電路10輸入表示開(kāi)始電容檢測(cè)的開(kāi)始信號(hào)，則向PN編碼發(fā)生部、列布線驅(qū)動(dòng)部5、電荷放大電路6、采樣保持電路7和選擇器電路8等輸出時(shí)鐘和控制信號(hào)，進(jìn)行電容檢測(cè)電路100整體的動(dòng)作定時(shí)的控制。
下面，參照?qǐng)D5來(lái)說(shuō)明電荷放大電路6的結(jié)構(gòu)。圖5是表示電荷放大電路6的結(jié)構(gòu)例的原理圖，如圖所示，電荷放大電路6由運(yùn)算放大器121、連接于運(yùn)算放大器121的反轉(zhuǎn)輸入端子與輸出端子之間的反饋電容Cf、和反饋電容Cf放電的電荷的模擬開(kāi)關(guān)124構(gòu)成。另外，將運(yùn)算放大器121的非反轉(zhuǎn)輸入端子連接于基準(zhǔn)電位上。另外，圖中，Cp是運(yùn)算放大器121等的寄生電容，Cs是上述交叉部中的傳感器元件的電容(復(fù)用的傳感器元件的總和)，Cy是對(duì)于檢測(cè)對(duì)象外的列布線的傳感器元件的電容總和。
下面，參照?qǐng)D1來(lái)說(shuō)明上述結(jié)構(gòu)構(gòu)成的本發(fā)明第1實(shí)施方式的電容檢測(cè)電路的動(dòng)作例。這里，為了簡(jiǎn)化說(shuō)明，以后述的由PN編碼發(fā)生電路20生成的15比特長(zhǎng)的PN編碼為例來(lái)說(shuō)明。
解碼運(yùn)算電路10從外部輸入電容檢測(cè)開(kāi)始、即指紋傳感器(傳感器部4)采集指紋的信號(hào)。
由此，解碼運(yùn)算電路10向定時(shí)控制電路11輸出指示檢測(cè)開(kāi)始的開(kāi)始信號(hào)。接著，定時(shí)控制電路11向編碼發(fā)生部1輸出時(shí)鐘信號(hào)和復(fù)位信號(hào)。
之后，編碼發(fā)生部1通過(guò)上述復(fù)位信號(hào)，將內(nèi)部的4級(jí)LFSR(線性反饋移位寄存器)初始化，與上述時(shí)鐘信號(hào)同步，生成M系列的PN編碼，并依次輸出。
這里，編碼發(fā)生部1例如具有圖6(a)所示的PN編碼發(fā)生電路20，與時(shí)鐘同步輸出M系列的PN編碼。即，上述PN編碼發(fā)生電路20(稱為L(zhǎng)FSR)發(fā)生M系列的15比特的PN編碼，由4比特的移位寄存器21與異或(下面稱為EXOR)22構(gòu)成。該EXOR22連接于移位寄存器21的分支1(移位寄存器21的第1比特的輸出)與分支(tap)4(移位寄存器21的第4比特的輸出)的輸出上，進(jìn)行輸入的數(shù)值的異或運(yùn)算，將該運(yùn)算結(jié)果輸出到移位寄存器21的輸入上。之后，PN編碼發(fā)生電路20通過(guò)與時(shí)鐘信號(hào)同步地使移位寄存器21的各比特的數(shù)據(jù)移位，與時(shí)鐘信號(hào)同步地按時(shí)間系列依次生成PN編碼的比特列的數(shù)據(jù)。之后，PN編碼發(fā)生電路20如圖6(b)所示，與時(shí)鐘信號(hào)同步，按{1(LSB)，1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0(MSB)}的順序(圖6(b)中，時(shí)刻從左向右前進(jìn))，將該比特列的數(shù)據(jù)按時(shí)間系列寫入內(nèi)部的存儲(chǔ)用移位寄存器(后示的存儲(chǔ)用移位寄存器23)中。這里，PN編碼發(fā)生電路20按從LSB的比特到MSB的比特的順序，按時(shí)間系列輸出PN編碼。
另外，如圖7(a)所示，在移位15比特的每個(gè)周期、即將PN編碼的比特列設(shè)為15比特時(shí)，每次移位1比特，在構(gòu)成相同比特排列(相位一致)的每個(gè)周期，自相關(guān)的比特?cái)?shù)變?yōu)樽畲?+15)，在周期的中途，自相關(guān)的比特?cái)?shù)變?yōu)樽畹?-1)。在圖7(a)中，縱軸是自相關(guān)(一致比特?cái)?shù))，橫軸是移位的比特?cái)?shù)(以移位15比特為1周期)。所謂相位移位表示相對(duì)PN編碼的初始比特排列，不改變比特的數(shù)據(jù)排列，僅進(jìn)行比特移位。
另外，如圖7(b)所示，作為PN編碼的性質(zhì)，當(dāng)比較PN編碼的比特列與使具有與該P(yáng)N編碼相同的比特列的PN編碼的比特列循環(huán)的結(jié)果的比特列時(shí)，在相位同步的情況下，因?yàn)榫幋a一致，所以積和運(yùn)算的結(jié)果最大(+15)，但在相位不同的情況下，編碼一致的比特?cái)?shù)比不一致的比特?cái)?shù)少1比特，在積和運(yùn)算的結(jié)果中大致平均，變?yōu)樽钚?-1)，所以可通過(guò)使用積和運(yùn)算來(lái)分離編碼時(shí)被復(fù)用的信息(近似于使用電話的CDMA(Code Division Multiple Access(0033)方式中的復(fù)用和分離的原理)。
接著，如圖8和圖9所示，列布線驅(qū)動(dòng)部5對(duì)應(yīng)于從編碼發(fā)生部1輸出的PN編碼，同時(shí)驅(qū)動(dòng)列布線群2中的多個(gè)列布線。即，如圖8所示，若PN編碼為{1，1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0}的15比特，則作為PN編碼的比特列的生成周期的1周期，由按時(shí)間系列使這些比特移位的一定間隔構(gòu)成的時(shí)刻t1～t15形成。另外，在存儲(chǔ)用移位寄存器23中，依次移位PN編碼發(fā)生電路20生成的PN編碼的比特列{1，1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0}。存儲(chǔ)用移位寄存器23由從存儲(chǔ)1比特的數(shù)據(jù)的寄存器231至寄存器2315的15個(gè)寄存器形成，從左(寄存器231方向)向右(寄存器2315方向)移位數(shù)據(jù)。即，在時(shí)刻t1，向存儲(chǔ)用移位寄存器23的左端寄存器231輸入PN編碼的比特列的第1比特的“1”。之后，在時(shí)刻t2，在向寄存器232移位存儲(chǔ)在寄存器231中的上述第1比特的“1”的同時(shí)，向寄存器231輸入PN編碼的比特列的第2比特的“1”。
下面，通過(guò)在時(shí)刻t1，t2，t3，t4，t5，t6，t7，t8，t9，t10，t11，t12，t13，t14，t15進(jìn)行上述操作，向各個(gè)寄存器2315、2314、2313、2312、2311、2310、239、238、237、236、235、234、233、232、231輸入PN編碼的比特列{1，1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0}的各比特的數(shù)據(jù)。這里，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)用移位寄存器23的各寄存器2315、2314、2313、2312、2311、2310、239、238、237、236、235、234、233、232、231中的數(shù)據(jù)被分別提供給列布線驅(qū)動(dòng)部5中的驅(qū)動(dòng)器電路515、514、513、512、511、510、59、58、57、56、55、54、53、52、51。在時(shí)刻t1～t15結(jié)束的時(shí)刻，將PN編碼的比特列{1，1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0}分別提供給列布線驅(qū)動(dòng)部5中的驅(qū)動(dòng)器電路515、514、513、512、511、510、59、58、57、56、55、54、53、52、51。該時(shí)刻t1-時(shí)刻t15之間的操作構(gòu)成本發(fā)明的指紋采集處理的一周期。
下面，觀察實(shí)際動(dòng)作時(shí)的存儲(chǔ)用移位寄存器23的動(dòng)作。若輸入指紋的取得開(kāi)始信號(hào)，則從定時(shí)控制電路11輸入15個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，作為初始狀態(tài)，將存儲(chǔ)用移位寄存器23的各寄存器2315，2314，…，231設(shè)定為{1，1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0}。之后，在指紋采集處理中的一周期的最初時(shí)刻t1，從定時(shí)控制電路11輸入時(shí)鐘，存儲(chǔ)用移位寄存器23的各寄存器2315，2314，…，231被移位1比特，變?yōu)閧1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0，1}(圖8)。列布線驅(qū)動(dòng)部5通過(guò)驅(qū)動(dòng)器電路515、514、513、512、511、510、59、58、57、56、55、54、53、52、51，根據(jù)從定時(shí)控制電路11輸出的時(shí)鐘信號(hào)，用由規(guī)定的一定寬度的驅(qū)動(dòng)脈沖構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)脈沖列驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的列布線C15、C14、C13、C12、C11、C10、C9、C8、C7、C6、C5、C4、C3、C2、C1(參照?qǐng)D10(c)、圖11(f))。此時(shí)，列布線驅(qū)動(dòng)部5在對(duì)應(yīng)于PN編碼的比特列的驅(qū)動(dòng)脈沖列P1時(shí)，當(dāng)比特的數(shù)據(jù)為“1”的情況下，輸出上述驅(qū)動(dòng)脈沖(規(guī)定電壓)，在比特的數(shù)據(jù)為“0”的情況下，不輸出驅(qū)動(dòng)脈沖，而向輸出驅(qū)動(dòng)脈沖的列線以外的列線輸出接地電位。因此，在時(shí)刻t1的時(shí)刻，通過(guò)驅(qū)動(dòng)脈沖列P1的規(guī)定的驅(qū)動(dòng)脈沖，驅(qū)動(dòng)列布線C1、C5、C8、C9、C11、C13、C14、C15。另外，在各行布線R1、R2、R3、…每個(gè)上，連接由驅(qū)動(dòng)的多個(gè)列布線形成的電容傳感器的各電容的合計(jì)值、即由PN編碼的比特排列來(lái)復(fù)用的電容值。
此時(shí)，定時(shí)控制電路11如圖10(b)和圖11(a)所示，在驅(qū)動(dòng)列布線的驅(qū)動(dòng)脈沖列的各驅(qū)動(dòng)脈沖上升的稍前時(shí)刻、和下降的稍前時(shí)刻，向電荷放大電路6輸出復(fù)位信號(hào)，另外，如圖10(d)、圖11(b)所示，在上述復(fù)位信號(hào)的稍前時(shí)刻，向采樣保持電路7輸出采樣保持信號(hào)。
另外，該定時(shí)控制電路11在依次輸入采樣保持信號(hào)的間隔，向選擇器電路8輸出N個(gè)(N為采樣保持電路7的數(shù)量)切換信號(hào)。由此，如圖11(c)所示，通過(guò)一個(gè)采樣保持信號(hào)，在到下一個(gè)采樣保持信號(hào)之前的期間中，依次將采樣保持電路7、7…中保持的各信號(hào)經(jīng)選擇器電路8提供給A/D轉(zhuǎn)換器9。由此，A/D轉(zhuǎn)換器9通過(guò)從解碼運(yùn)算電路10輸入的A/D時(shí)鐘的定時(shí)，依次將每個(gè)行布線的檢測(cè)信號(hào)中的測(cè)定電壓變換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，作為測(cè)定數(shù)據(jù)d1，按每個(gè)行線輸出到解碼運(yùn)算電路10。之后，解碼運(yùn)算電路10依次將輸入的測(cè)定數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)列的數(shù)據(jù)按每個(gè)行布線寫入內(nèi)部的存儲(chǔ)器中。
這里，詳細(xì)說(shuō)明電荷放大電路6的動(dòng)作。首先，在圖10所示的比時(shí)刻t1稍前的時(shí)刻td1，若從定時(shí)控制電路11輸出復(fù)位信號(hào)，則模擬開(kāi)關(guān)124(MOS晶體管，圖5)變?yōu)閷?dǎo)通，反饋電容Cf放電，運(yùn)算放大器121的輸出OUT與反轉(zhuǎn)輸入端子變?yōu)槎搪窢顟B(tài)，形成基準(zhǔn)電位。另外，連接于運(yùn)算放大器121的反轉(zhuǎn)輸入端子上的行布線也變?yōu)榛鶞?zhǔn)電位。
接著，若該復(fù)位信號(hào)變?yōu)榻刂?，則通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)124的柵極寄生電容的饋通，運(yùn)算放大器121的輸出電壓稍上升(參照?qǐng)D10(a)中的時(shí)刻td1后的編碼Fd)。
之后，在時(shí)刻t1，若驅(qū)動(dòng)脈沖列(圖11中的(f)的驅(qū)動(dòng)脈沖列P1)中對(duì)應(yīng)于PN編碼的比特圖案的規(guī)定驅(qū)動(dòng)脈沖上升(輸入)，則同一驅(qū)動(dòng)脈沖經(jīng)列布線與行布線的交叉部的傳感器元件(電容Cs)施加于運(yùn)算放大器121的反轉(zhuǎn)輸入端，通過(guò)根據(jù)該驅(qū)動(dòng)脈沖的電壓值流過(guò)的電流，運(yùn)算放大器121的輸出OUT的電壓值如圖10(a)所示，緩慢下降。
之后，在時(shí)刻td2，定時(shí)控制電路11向采樣保持電路7輸出采樣保持信號(hào)(S/H信號(hào))。由此，采樣保持電路7在輸入采樣保持信號(hào)的時(shí)刻，保持從電荷放大電路6中的運(yùn)算放大器121的輸出OUT輸出的測(cè)定電壓Va。
之后，在時(shí)刻td3，定時(shí)控制電路11再次向電荷放大電路6輸出復(fù)位信號(hào)。由此，運(yùn)算放大器121的輸出OUT與反轉(zhuǎn)輸入端子變?yōu)槎搪窢顟B(tài)，反饋電容Cf放電，運(yùn)算放大器121的輸出OUT恢復(fù)成基準(zhǔn)電位。另外，若復(fù)位信號(hào)變?yōu)榻刂?，則與上述情況一樣，通過(guò)基于模擬開(kāi)關(guān)124的柵極寄生電容的饋通，運(yùn)算放大器121的輸出電壓稍上升(參照?qǐng)D10(a)中的時(shí)刻td3后的編碼Fd)。
接著，在時(shí)刻td4，通過(guò)驅(qū)動(dòng)脈沖列P1中的驅(qū)動(dòng)脈沖下降，通過(guò)基于驅(qū)動(dòng)脈沖電壓的電流，放電由該驅(qū)動(dòng)脈沖驅(qū)動(dòng)的列布線、和行布線的交叉部的傳感器元件(電容Cs)，運(yùn)算放大器121的輸出OUT隨之緩慢上升。
接著，在時(shí)刻td5，定時(shí)控制電路11向采樣保持電路7輸出采樣保持信號(hào)。由此，采樣保持電路7在輸入采樣保持信號(hào)的時(shí)刻，保持運(yùn)算放大器121的輸出OUT的測(cè)定電壓Vb。
接著，在時(shí)刻td6，定時(shí)控制電路11向電荷放大電路6輸出復(fù)位信號(hào)。由此，電荷放大電路6中的運(yùn)算放大器121的輸出OUT與反轉(zhuǎn)輸入端子變?yōu)槎搪窢顟B(tài)，反饋電容Cf放電，運(yùn)算放大器121的輸出OUT恢復(fù)成基準(zhǔn)電位。下面，重復(fù)上述動(dòng)作。
在上述的測(cè)定中，無(wú)論是輸出OUT從基準(zhǔn)電位下降的情況還是上升的情況下，都在+方向上發(fā)生模擬開(kāi)關(guān)124的饋通電流導(dǎo)致的偏移Vk。如本實(shí)施方式所示，在檢測(cè)對(duì)象的電容Cs從數(shù)十到數(shù)百飛(femto)拉的情況下，不能忽視基于該饋通的偏移。在上述測(cè)定中，-Va0＝-Va+Vk為與檢測(cè)對(duì)象電容Cs成正比的電壓，但測(cè)定的電壓為Va，該電壓Va中包含基于偏移的誤差Vk。
Va＝Va0+Vk因此，在本實(shí)施方式中，還測(cè)定檢測(cè)對(duì)象電容Cs的放電時(shí)的電壓Vb。這里，電壓Vb0＝Vb-Vk是與電容Cs成正比的電壓，測(cè)定的電壓變?yōu)閂b＝Vb0+Vk。
通過(guò)采樣保持電路7，依次保持這些測(cè)定電壓Va、Vb，接著，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器9，將保持的電壓分別A/D變換成測(cè)定電壓Va和Vb，并存儲(chǔ)在解碼運(yùn)算電路10內(nèi)的存儲(chǔ)器中。之后，在解碼運(yùn)算電路10中，進(jìn)行d＝Vb-Va＝(Vb0+Vk)-(Vk+Va0)＝Vb0-Va0的運(yùn)算，由此，得到不包含偏移誤差的測(cè)定值、即對(duì)應(yīng)于復(fù)用的電容值的測(cè)定數(shù)據(jù)d。
如上所述，解碼運(yùn)算電路10在驅(qū)動(dòng)脈沖列中的規(guī)定驅(qū)動(dòng)脈沖的上升沿和下降沿，通過(guò)取得上升與下降列布線的電位時(shí)的電荷放大電路6的輸出信號(hào)之差，可在沒(méi)有饋通影響的狀態(tài)下，測(cè)定傳感器元件的電容值。另外，通過(guò)設(shè)置選擇器，可在各列布線中并行執(zhí)行需要測(cè)定時(shí)間的電荷放大電路6的測(cè)定，提高傳感器整體的測(cè)定速度。
接著，在時(shí)刻t2(對(duì)應(yīng)于圖11的移位1比特后的驅(qū)動(dòng)脈沖P2中的測(cè)定；在(f)的驅(qū)動(dòng)脈沖P2上升前的時(shí)刻)，定時(shí)控制電路11向編碼發(fā)生部1輸出時(shí)鐘。由此，在編碼發(fā)生部1中，移位寄存器21移位1比特，發(fā)生“1”，輸出到存儲(chǔ)用移位寄存器23中。之后，存儲(chǔ)用移位寄存器23與上述時(shí)鐘同步，使存儲(chǔ)的PN編碼的比特列{1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0，1}的各比特移位1比特，同時(shí)，將從移位寄存器21輸入的數(shù)據(jù)“1”寫入寄存器231。由此，從存儲(chǔ)用移位寄存器23中找出并刪除存儲(chǔ)在寄存器2315中的數(shù)據(jù)“1”，向寄存器2315中重新寫入存儲(chǔ)在寄存器2314中的數(shù)據(jù)“1”。
因此，如圖9所示，分別存儲(chǔ)在存儲(chǔ)用移位寄存器23的各寄存器2315、2314、2313、2312、2311、2310、239、238、237、236、235、234、233、232、231中的數(shù)據(jù)變?yōu)楸忍亓衶1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0，1，1}。另外，移位寄存器22的各寄存器的各輸出分別提供給列布線驅(qū)動(dòng)部5中的驅(qū)動(dòng)器電路515、514、513、512、511、510、59、58、57、56、55、54、53、52、51。因此，在時(shí)刻t2結(jié)束的時(shí)刻，PN編碼的比特列{1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0，1，1}作為相對(duì)時(shí)刻t1的時(shí)刻、即通過(guò)上次的驅(qū)動(dòng)脈沖列P1來(lái)進(jìn)行多個(gè)傳感器元件的電容值復(fù)用的時(shí)刻、相位錯(cuò)位1比特(PN編碼的比特排列錯(cuò)開(kāi)1比特)的PN編碼，分別提供給列布線驅(qū)動(dòng)部5中的驅(qū)動(dòng)器電路515、514、513、512、511、510、59、58、57、56、55、54、53、52、51。
接著，在時(shí)刻t2，列布線驅(qū)動(dòng)部5通過(guò)驅(qū)動(dòng)器電路515、514、513、512、511、510、59、58、57、56、55、54、53、52、51，根據(jù)從定時(shí)控制電路11輸出的時(shí)鐘脈沖，用驅(qū)動(dòng)脈沖列(移位1比特后的驅(qū)動(dòng)脈沖列P2)中的規(guī)定的一定寬度的驅(qū)動(dòng)脈沖驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的列布線C15、C14、C13、C12、C11、C10、C9、C8、C7、C6、C5、C4、C3、C2、C1(參照?qǐng)D10(c)、圖11(f))。之后，在該時(shí)刻t2的時(shí)刻，驅(qū)動(dòng)列布線C1、C2、C6、C9、C10、C12、C14、C15(圖9)。該時(shí)刻t2中的狀態(tài)對(duì)應(yīng)于上述的時(shí)刻t1。
另外，在時(shí)刻t2(即時(shí)刻t2附近)，重復(fù)圖10中所示的從時(shí)刻td1至?xí)r刻td5的動(dòng)作，在使PN編碼的比特列移位1比特的狀態(tài)下，驅(qū)動(dòng)多個(gè)列布線，復(fù)用多個(gè)傳感器元件的電容值，得到將該復(fù)用的電容變換為電壓值的測(cè)定電壓。
在上述時(shí)刻t1和t2中說(shuō)明的處理對(duì)應(yīng)于時(shí)刻t3-時(shí)刻t15的各定時(shí)，重復(fù)圖10中所示的從時(shí)刻td1至?xí)r刻td5的處理(圖23中示出各時(shí)刻中存儲(chǔ)用寄存器23的PN編碼的比特排列)，在一周期中，重復(fù)PN編碼的比特移位、列布線的驅(qū)動(dòng)、測(cè)定電壓的取得，進(jìn)行指紋的取得處理。
另外，電容檢測(cè)電路100通過(guò)各個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖列P1-P15，驅(qū)動(dòng)列布線群2的多個(gè)列布線，在每次使15比特的PN編碼依次移位1比特時(shí)，進(jìn)行上述測(cè)定處理，按時(shí)間系列，在每個(gè)行布線得到每次將相位錯(cuò)位1比特的15個(gè)測(cè)定電壓Vd。該測(cè)定電壓Vd通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器9，按時(shí)間系列變換成測(cè)定數(shù)據(jù)Vd，得到由PN編碼復(fù)用的測(cè)定數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)列{d1、d2…、d15}。
在每個(gè)行布線中，作為PN編碼的相位各相差1比特的測(cè)定數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在解碼運(yùn)算電路10內(nèi)部的存儲(chǔ)器中，作為下示的數(shù)據(jù)。
d1＝Vs1+Vs5+Vs8+Vs9+Vs11+Vs13+Vs14+Vs15d2＝Vs1+Vs2+Vs6+Vs9+Vs10+Vs12+Vs14+Vs15d3＝Vs1+Vs2+Vs3+Vs7+Vs10+Vs11+Vs13+Vs15d4＝Vs1+Vs2+Vs3+Vs4+Vs8+Vs11+Vs12+Vs14···d15＝Vs4+Vs7+Vs8+Vs10+Vs12+Vs13+Vs14+Vs15這里，Vs是將被驅(qū)動(dòng)的各列布線與行布線的交叉部的傳感器元件的各電容變換成電壓的電壓數(shù)據(jù)(數(shù)字值)，各測(cè)定數(shù)據(jù)d通過(guò)根據(jù)PN編碼驅(qū)動(dòng)的列布線所對(duì)應(yīng)的傳感器元件的電容而被復(fù)用。
若考慮一般式，則變?yōu)橄率?1)。
式1 在該式中，因?yàn)榱胁季€群2中約一半(8條)根據(jù)PN編碼同時(shí)被驅(qū)動(dòng)，所以求出累計(jì)對(duì)應(yīng)于約一半交叉部的傳感器元件的電容Csj的電壓數(shù)據(jù)Vsj的值，作為測(cè)定數(shù)據(jù)di。這里，“j”是列布線C的序號(hào)，“i”是測(cè)定數(shù)據(jù)的序號(hào)(對(duì)應(yīng)于每次將相位錯(cuò)位1比特的順序)，設(shè)i＝1、2、3、…、N，j＝1、2、3、…、N。
另外，解碼運(yùn)算電路10通過(guò)上述復(fù)用的測(cè)定數(shù)據(jù)與用于復(fù)用的PN編碼，通過(guò)下式(2)求出各傳感器元件的電壓數(shù)據(jù)Vs。
式2
如上所述，依次以比特單位來(lái)移位PN編碼，求出的時(shí)間系列的測(cè)定數(shù)據(jù)d通過(guò)上述式(2)，利用PN編碼與測(cè)定數(shù)據(jù)d的積和運(yùn)算，可分離成對(duì)應(yīng)于行布線與被驅(qū)動(dòng)的列布線的交叉部的傳感器元件的電容的電壓數(shù)據(jù)ds、即電壓數(shù)據(jù)Vs。
這里，在式(2)中，當(dāng)PN編碼的比特的數(shù)據(jù)在PNi＝1時(shí)，為系數(shù)PNs(i(0053)＝+1，在PNi＝0時(shí)，為系數(shù)PNs(i(0053)＝-1。解碼運(yùn)算電路10使用該式(2)，進(jìn)行從測(cè)定數(shù)據(jù)d到電壓數(shù)據(jù)ds的分離(即解碼)運(yùn)算。
即，當(dāng)求出每個(gè)傳感器元件的電壓數(shù)據(jù)ds、即電壓數(shù)據(jù){ds1、ds2、ds3、…、ds14、ds15}時(shí)，以行布線單位，通過(guò)PN編碼來(lái)復(fù)用電壓數(shù)據(jù)ds，求出測(cè)定數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)列{d1、d2、d3、…、d14、d15}，所以首先將對(duì)應(yīng)于PN編碼的比特列{1(LSB)，1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0(MSB)}的各比特?cái)?shù)據(jù)PNi的系數(shù)乘以每個(gè)測(cè)定數(shù)據(jù)dj。這里，在測(cè)定時(shí)，當(dāng)根據(jù)規(guī)定的PN編碼向列布線施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)，比特列的順序依次對(duì)應(yīng)于各列布線的順序，例如，LSB的比特對(duì)應(yīng)于列布線C1，MSB的比特對(duì)應(yīng)于列布線C15。接著，對(duì)應(yīng)于列布線C1的交叉部的電壓數(shù)據(jù)ds1將PN編碼的比特列(未移位)作為{1(LSB)，1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0(MSB)}，通過(guò)對(duì)應(yīng)于該比特列的各比特?cái)?shù)據(jù)PNi的系數(shù)PNs(i(0054)，乘以每個(gè)測(cè)定數(shù)據(jù)dj，在一個(gè)周期中進(jìn)行累計(jì)。即，為了找出圖23的LSB在每個(gè)時(shí)刻的PN編碼的比特?cái)?shù)據(jù)，列布線C1在時(shí)刻t1，對(duì)應(yīng)于PN編碼的LSB的比特?cái)?shù)據(jù)來(lái)驅(qū)動(dòng)，在時(shí)刻t2對(duì)應(yīng)于第2比特、…、在時(shí)刻t15對(duì)應(yīng)于MSB的比特?cái)?shù)據(jù)來(lái)驅(qū)動(dòng)，所以即便在積和運(yùn)算中，也乘以對(duì)應(yīng)的PN編碼的比特?cái)?shù)據(jù)的系數(shù)來(lái)相加。
同樣，為了看到圖23的第2比特在每個(gè)時(shí)刻的PN編碼的比特?cái)?shù)據(jù)，就能得知對(duì)應(yīng)于列布線C2的交叉部的電壓數(shù)據(jù)ds2，將使上述PN編碼的比特列移位1比特(向右循環(huán))后的比特列用于列布線C2的驅(qū)動(dòng)中，所以作為比特列{0(LSB)，1，1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0(MSB)}，將該比特列的各比特?cái)?shù)據(jù)PNi作為系數(shù)，乘以每個(gè)測(cè)定數(shù)據(jù)dj，在一個(gè)周期中進(jìn)行累計(jì)。該處理相當(dāng)于對(duì)PN編碼的積和運(yùn)算，如下所示，對(duì)應(yīng)于各交叉部的電壓數(shù)據(jù)dsi通過(guò)與使PN編碼的比特列移位規(guī)定比特列的比特列的各數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的系數(shù)的積和運(yùn)算來(lái)求出。此時(shí)，在解碼時(shí)的積和運(yùn)算中，對(duì)列布線R1使用初始狀態(tài)的PN編碼，在測(cè)定的順序的每個(gè)列布線中，使用每次移位1比特的PN編碼。
ds1＝+d1+d2+d3+d4-d5+d6-d7+d8+d9-d10-d11+d12-d13-d14-d15別乘ds2＝-d1+d2+d3+d4+d5-d6+d7-d8+d9+d10-d11-d12+d13-d14-d15中使ds3=-d1-d2+d3+d4+d5+d6-d7+d8-d9+d10+d11-d12-d13計(jì)(+d14-d15比特ds4＝-d1-d2-d3+d4+d5+d6+d7-d8+d9-d10+d11+d12-d13-d14+d15{1， ···據(jù)式ds15＝+d1+d2+d3-d4+d5-d6+d7+d8-d9-d10+d11-d12-d13-d14+d15從測(cè)定數(shù)據(jù)di的數(shù)據(jù)列，分離成對(duì)應(yīng)于各傳感器元件的電容值的電壓數(shù)據(jù)dsi。
如上所述，在第1實(shí)施方式中，根據(jù)PN編碼使多個(gè)列布線同時(shí)驅(qū)動(dòng)，在下一定時(shí)，重復(fù)進(jìn)行改變PN編碼的相位的操作，另一方面，通過(guò)在檢測(cè)側(cè)對(duì)按時(shí)間系列得到的數(shù)據(jù)實(shí)施與PN編碼的積和運(yùn)算處理，將來(lái)自與其它列布線的交叉部電容的影響基本平均化，同時(shí)，可僅抽取向與作為對(duì)象的列布線的交叉部傳感器元件(電容傳感器)充放電的電荷信息。
另外，在第1實(shí)施方式中，作為PN編碼，除M系列外，還有幾種，但自相關(guān)好的M系列在檢測(cè)側(cè)解碼時(shí)，因?yàn)閷?duì)相鄰的列布線的影響一樣)-1)，所以具有使列布線間的串?dāng)_影響變小的效果。
另外，作為上述M系列的長(zhǎng)度，若對(duì)應(yīng)于列布線的數(shù)量，例如將列布線數(shù)量設(shè)為255條，則如圖12所示，生成M系列的LFSR(線性反饋移位寄存器)120變?yōu)?級(jí)，1周期的長(zhǎng)度變?yōu)?55比特(在CDMA通信中，一般表現(xiàn)為芯片(tip)，但這里稱為比特)。
并且，圖13表示將本實(shí)施方式用于線(line)傳感器的情況下的結(jié)構(gòu)例的框圖。
在該線傳感器的傳感器部4B中，通過(guò)將檢測(cè)的行布線設(shè)為1列，構(gòu)成線性傳感器。
在電容檢測(cè)電路的各結(jié)構(gòu)中，除不設(shè)置選擇檢測(cè)電容的行布線的選擇器電路8外，與已說(shuō)明的面積型傳感器一樣，所以附加相同的符號(hào)，省略說(shuō)明。
該線性傳感器與面積型傳感器相比，電路規(guī)模小，功耗低，成本降低。
當(dāng)使用該線性傳感器作為指紋傳感器時(shí)，以大致垂直于行布線的角度掃過(guò)手指，定時(shí)控制電路11以規(guī)定的周期輸出用于測(cè)定處理的各信號(hào)，解碼運(yùn)算電路10使所述每個(gè)規(guī)定周期輸入的行布線單位的測(cè)定數(shù)據(jù)結(jié)合，由此檢測(cè)2維的指紋數(shù)據(jù)。
(實(shí)施例2)下面，參照?qǐng)D1來(lái)說(shuō)明第2實(shí)施方式，但省略說(shuō)明與第1實(shí)施方式一樣的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作。在第2實(shí)施方式的電容檢測(cè)裝置中，PN編碼發(fā)生電路1在多個(gè)周期中使生成的PN編碼循環(huán)，列布線驅(qū)動(dòng)部5在該多個(gè)周期向列布線群2輸出驅(qū)動(dòng)脈沖列，取得多個(gè)周期的測(cè)定數(shù)據(jù)。另外，解碼運(yùn)算電路10通過(guò)對(duì)應(yīng)于上述PN編碼，進(jìn)行得到的測(cè)定數(shù)據(jù)的積和運(yùn)算，得到對(duì)應(yīng)于每個(gè)傳感器元件電容的電壓數(shù)據(jù)。
由此，如圖14(a)所示，可得到擴(kuò)頻增益。即，在擴(kuò)頻通信中，在發(fā)送的頻域?qū)挾菳T比信息的頻域?qū)挾菳i大的情況下，可得到表示為GP＝BT/Bi＝Ti/TC的擴(kuò)頻增益GP。
例如，若發(fā)送頻域?qū)挾菳T為信息頻域?qū)挾菳i的4倍，則擴(kuò)頻增益GP變?yōu)?倍的6dB。這里，Ti為信息比特的周期，TC表示擴(kuò)頻碼的芯片周期。
因此，第2實(shí)施方式的電容檢測(cè)電路使PN編碼的比特列移位，通過(guò)重復(fù)多個(gè)周期進(jìn)行執(zhí)行測(cè)定電容的復(fù)用的處理，使一個(gè)交叉部的傳感器元件的測(cè)定次數(shù)增加，所以如圖14(b)所示，即便在PN擴(kuò)頻時(shí)噪聲成分重疊，也可通過(guò)解碼，逆擴(kuò)頻噪聲成分，相對(duì)一實(shí)施方式來(lái)使S/N比進(jìn)一步提高。另外，向與第1實(shí)施方式一樣的結(jié)構(gòu)附加相同的符號(hào)。
解碼運(yùn)算電路10如圖15所示，與第1實(shí)施方式一樣，在第1循環(huán)(第1周期)中，按時(shí)間系列依次對(duì)測(cè)定數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)列{d1、…、d15}進(jìn)行測(cè)定。
但是，如第1實(shí)施方式所示，僅在第1循環(huán)對(duì)得到的測(cè)定數(shù)據(jù)執(zhí)行對(duì)應(yīng)于PN編碼的積和運(yùn)算，不運(yùn)算對(duì)應(yīng)于各傳感器元件電容的電壓數(shù)據(jù)，在第2實(shí)施方式的電容檢測(cè)裝置中，當(dāng)例如作為多次來(lái)執(zhí)行第4循環(huán)之前的測(cè)定時(shí)，在第2循環(huán)中，依次求出測(cè)定數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)列{d16、d17、…、d30}，在第3循環(huán)中，依次求出測(cè)定數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)列{d31、d32、…、d45}，在第4循環(huán)中，依次求出測(cè)定數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)列{d46、d47、…、d60}，對(duì)行布線群3中的每個(gè)行布線，存儲(chǔ)在內(nèi)部存儲(chǔ)器中。這里，各順序的時(shí)間系列的測(cè)定數(shù)據(jù)di可使用已說(shuō)明的式(1)來(lái)表示。
之后，解碼運(yùn)算電路10使用下式(3)，在每個(gè)順序(周期)，對(duì)時(shí)間系列的測(cè)定數(shù)據(jù)di執(zhí)行對(duì)應(yīng)于PN編碼的積和運(yùn)算，將全部順序的結(jié)果相加，從而可分離成對(duì)應(yīng)于各傳感器元件電容的電壓數(shù)據(jù)dsi 這里，“mod”為余數(shù)運(yùn)算，M為重復(fù)PN編碼的復(fù)用處理的次數(shù)，即是使用PN編碼的測(cè)定的周期數(shù)，(3)式中的MN為乘以M與N。這里，所謂周期與第1實(shí)施例一樣，但因?yàn)榈玫礁鱾鞲衅髟碾妷簲?shù)據(jù)，所以表示當(dāng)從通過(guò)PN編碼復(fù)用的測(cè)定數(shù)據(jù)di的數(shù)據(jù)列中，通過(guò)用于復(fù)用的PN編碼來(lái)進(jìn)行解碼時(shí)，取得為了解碼而進(jìn)行的積和運(yùn)算中所需的測(cè)定數(shù)據(jù)，使PN編碼的相位移位一循環(huán)，在每次移位1比特時(shí)對(duì)測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)定的期間。在該式(3)中，與式(2)一樣，當(dāng)PN編碼的比特的數(shù)據(jù)在PNi＝1時(shí)，為PNs(i(0064)＝+1，在PNi＝0時(shí)，為PNs(i(0064)＝-1。
如上所述，解碼運(yùn)算電路10根據(jù)上述式(3)，對(duì)每個(gè)行布線執(zhí)行從多個(gè)周期中的時(shí)間系列的測(cè)定數(shù)據(jù)di的數(shù)據(jù)列、到各傳感器元件的電壓數(shù)據(jù)ds的分離運(yùn)算(圖16)。
(實(shí)施例3)下面，參照?qǐng)D17來(lái)說(shuō)明第3實(shí)施方式的電容檢測(cè)電路。圖17是表示第3實(shí)施方式的PN編碼發(fā)生部的結(jié)構(gòu)例的、編碼發(fā)生部1B和列布線驅(qū)動(dòng)部5的框圖。就第3實(shí)施方式的其它結(jié)構(gòu)而言，向與第2實(shí)施方式一樣的結(jié)構(gòu)附加相同的符號(hào)。
在第3實(shí)施方式中，與第2實(shí)施方式一樣，移位PN編碼的比特列，在多個(gè)周期中進(jìn)行執(zhí)行每個(gè)行布線的傳感器元件的電容復(fù)用的測(cè)定。與第2實(shí)施方式的不同之處在于，在每個(gè)周期中，使用不同的PN編碼來(lái)進(jìn)行復(fù)用，即，準(zhǔn)備兩種以上發(fā)生的PN編碼的種類，每次PN編碼循環(huán)1周期，則將用于復(fù)用的PN編碼切換成其它PN編碼。
圖17中所示的編碼發(fā)生部1B作為實(shí)例，為使用兩個(gè)PN編碼A、B的結(jié)構(gòu)，因此，除第1和第2實(shí)施方式中的PN編碼發(fā)生電路20和存儲(chǔ)用移位寄存器23之外，還向編碼發(fā)生部1追加PN編碼發(fā)生電路40和存儲(chǔ)用移位寄存器43、編碼選擇器44。即，在第3實(shí)施方式中，示出使兩種PN編碼A、B各交互發(fā)生兩次，驅(qū)動(dòng)列布線群2的多個(gè)列布線的結(jié)構(gòu)例。
接著，用圖18來(lái)說(shuō)明上述編碼發(fā)生電路40的結(jié)構(gòu)。圖18(a)是表示PN編碼發(fā)生電路40的結(jié)構(gòu)例的框圖。具有圖18(a)所示的編碼發(fā)生電路40，與時(shí)鐘同步，輸出M系列的PN編碼。即，上述編碼發(fā)生電路40發(fā)生M系列15比特的PN編碼，由4比特的移位寄存器41和異或(下面稱為EXOR)42構(gòu)成。另外，在該移位寄存器41上連接EXOR42。
該EXOR42對(duì)該移位寄存器41的分支3(移位寄存器41的第3比特的輸出)、與分支4(移位寄存器41的第4比特的輸出)的輸出進(jìn)行異或運(yùn)算，將該運(yùn)算結(jié)果輸出到移位寄存器41的輸入上。由此，編碼發(fā)生電路40通過(guò)與時(shí)鐘信號(hào)同步地使移位寄存器41的各比特?cái)?shù)據(jù)移位，與時(shí)鐘信號(hào)同步地依次生成PN編碼B的比特列數(shù)據(jù)。另外，編碼發(fā)生電路40如圖18(b)所示，與時(shí)鐘信號(hào)同步，按{1(LSB)，1，1，1，0，0，0，1，0，0，1，1，0，1，0(MSB)}的順序(圖18(b)中，時(shí)刻從左向右前進(jìn))，按時(shí)間系列將該比特列(一周期15比特(芯片))的數(shù)據(jù)寫入內(nèi)部的存儲(chǔ)用移位寄存器(圖17的存儲(chǔ)用移位寄存器43)中。
返回圖17，分別向編碼選擇器44輸入存儲(chǔ)在存儲(chǔ)用移位寄存器23與存儲(chǔ)用移位寄存器43中的PN編碼A或B的比特列的數(shù)據(jù)，執(zhí)行輸出哪個(gè)存儲(chǔ)用移位寄存器的數(shù)據(jù)的切換。
此時(shí)，在每個(gè)周期都向編碼選擇器44輸入切換信號(hào)，在第1周期和第3周期，選擇存儲(chǔ)在存儲(chǔ)用移位寄存器23中的PN編碼A的比特列作為輸出，在第2周期和第4周期，選擇存儲(chǔ)在存儲(chǔ)用移位寄存器43中的PN編碼B的比特列作為輸出。
這里，存儲(chǔ)用移位寄存器23中的各寄存器231、232、233、234、235、236、237、238、239、2310、2311、2312、2313、2314、2315分別連接于編碼選擇器44的選擇器441、442、443、444、445、446、447、448、449、4410、4411、4412、4413、4414、4415。另外，存儲(chǔ)用移位寄存器43中的各寄存器431、432、433、434、435、436、437、438、439、4310、4311、4312、4313、4314、4315分別連接于編碼選擇器44的選擇器441、442、443、444、445、446、447、448、449、4410、4411、4412、4413、4414、4415。
另外，編碼選擇器44通過(guò)在每個(gè)周期切換輸出數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)用移位寄存器，如圖19所示，對(duì)第1周期的測(cè)定數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)列{d1、d2、…、d15}使用存儲(chǔ)在存儲(chǔ)用移位寄存器23中的PN編碼A的比特列數(shù)據(jù)，對(duì)第2周期的測(cè)定數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)列{d16、d17、…、d30}使用存儲(chǔ)在存儲(chǔ)用移位寄存器43中的PN編碼B的比特列數(shù)據(jù)，對(duì)第3周期的測(cè)定數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)列{d31、d32、…、d45}使用存儲(chǔ)在存儲(chǔ)用移位寄存器23中的PN編碼A的比特列數(shù)據(jù)，對(duì)第4周期的測(cè)定數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)列{d46、d47、…、d60}使用存儲(chǔ)在存儲(chǔ)用移位寄存器43中的PN編碼B的比特列數(shù)據(jù)。這里，測(cè)定數(shù)據(jù)的測(cè)定處理就每個(gè)周期中切換使用的PN編碼A或B之外的處理而言，與在多個(gè)周期進(jìn)行復(fù)用的測(cè)定數(shù)據(jù)的測(cè)定的第2實(shí)施方式一樣。
對(duì)每個(gè)行布線，在從第1周期至第4周期，將這些測(cè)定的測(cè)定數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在解碼運(yùn)算電路10內(nèi)部的存儲(chǔ)器中。
在從復(fù)用的測(cè)定數(shù)據(jù)中求出對(duì)應(yīng)于傳感器部4中的各傳感器元件電容的電壓數(shù)據(jù)dsi的解碼中，解碼運(yùn)算電路如圖20所示，在每個(gè)順序中，使用第1實(shí)施方式中的式(2)，求出對(duì)應(yīng)于列布線的電壓數(shù)據(jù)dsi-n(n為順序的數(shù)量)，通過(guò)對(duì)應(yīng)于各列布線來(lái)相加求出的各順序的電壓數(shù)據(jù)dsi-n，從復(fù)用的上述測(cè)定數(shù)據(jù)di的數(shù)據(jù)列，求出各傳感器元件的電壓數(shù)據(jù)dsi。
因此，通過(guò)對(duì)兩種PN編碼A、B各進(jìn)行兩次、共計(jì)4循環(huán)的積和運(yùn)算，可分離成對(duì)應(yīng)于各交叉部的傳感器元件電容的信號(hào)成分(電壓數(shù)據(jù))。另外，與第1和第2實(shí)施方式一樣，對(duì)每個(gè)行布線執(zhí)行該電壓數(shù)據(jù)dsi的算出。
(實(shí)施例4)在上述各實(shí)施方式中，當(dāng)復(fù)用時(shí)，為了替換PN編碼的相位，對(duì)每個(gè)行布線執(zhí)行每次1比特的比特移位，但在第4實(shí)施方式中，PN編碼發(fā)生單元通過(guò)跳躍，使相位變化通過(guò)大致隨機(jī)的比特?cái)?shù)量的移位變化(相位的加擾)。此時(shí)，因?yàn)槊總€(gè)傳感器元件的電壓數(shù)據(jù)必需以行布線單位進(jìn)行復(fù)用，所以即便加擾相位，15比特的PN編碼也象生成15種相位不同的比特列那樣，不生成相位相同的比特列。
由此，在PN編碼循環(huán)一次的一周期期間，根據(jù)第4實(shí)施方式，不生成不同的PN編碼，容易得到解碼的積和運(yùn)算所需的、PN編碼的比特?cái)?shù)的復(fù)用的檢測(cè)信號(hào)，同時(shí)，干擾噪聲造成的影響在進(jìn)行積和運(yùn)算、移位后，被擴(kuò)散到相位不同的檢測(cè)信號(hào)的組、即測(cè)定數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)列{d1、d2、…、d14、d15}整體，可以使濾波處理的平坦化變?nèi)菀住?br> 下面，說(shuō)明第4實(shí)施方式，但向與第1、第2、第3實(shí)施方式一樣的結(jié)構(gòu)附加相同的符號(hào)，省略說(shuō)明。
使相位隨機(jī)變化的跳躍處理如圖21的原理圖所示，就M系列的PN編碼而言，作為M系列的特性，通過(guò)異或初始比特排列與使相位移位的比特排列的各自對(duì)應(yīng)的位置的比特?cái)?shù)據(jù)，可不使PN編碼的比特列的數(shù)據(jù)排列(當(dāng)為循環(huán)的連續(xù)數(shù)據(jù)列時(shí))變化，僅使相位不連續(xù)地變化(delay-add性)。
下面，說(shuō)明根據(jù)上述原理，通過(guò)跳躍使PN編碼的比特列的相位加擾，提供給列布線驅(qū)動(dòng)部5的PN編碼發(fā)生部。
圖22是表示通過(guò)上述跳躍處理使PN編碼的相位加擾，將該P(yáng)N編碼的比特列提供給列布線驅(qū)動(dòng)部5的PN編碼發(fā)生部60的結(jié)構(gòu)框圖。
圖22中，PN編碼發(fā)生電路20在通過(guò)上述第1實(shí)施方式中的處理，發(fā)生PN編碼，依次輸入到存儲(chǔ)用移位寄存器23中，使PN編碼的比特列移位之前，與上述結(jié)構(gòu)一樣。
在鎖存寄存器61中，作為使相位變化之前的PN編碼、即初始值的比特列，例如與第1實(shí)施方式一樣，設(shè)置比特列{1(MSB)，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0，1(LSB)}，該比特列在以后的處理中不變化。向異或寄存器62中輸入移位寄存器23與鎖存寄存器61的比特列數(shù)據(jù)，按每個(gè)比特列的排列順序，運(yùn)算異或，將運(yùn)算結(jié)果存儲(chǔ)在內(nèi)部的移位寄存器中。
編碼選擇器63進(jìn)行將存儲(chǔ)在鎖存寄存器61中的比特列的數(shù)據(jù)、和存儲(chǔ)在異或寄存器62中的比特列的數(shù)據(jù)哪一個(gè)輸出到列布線驅(qū)動(dòng)部5的選擇。
下面，用圖21-圖24來(lái)說(shuō)明第4實(shí)施方式的PN編碼發(fā)生部60的動(dòng)作例。圖23是表示存儲(chǔ)用移位寄存器23在1比特的每次移位中輸出的PN編碼的比特列中各比特的數(shù)據(jù)的表格，圖24是表示選擇鎖存寄存器61的比特列、和異或寄存器62對(duì)應(yīng)于上述存儲(chǔ)用移位寄存器23輸出的比特列輸出的、跳躍處理相位的比特列的編碼選擇器63的輸出的表格。
為了簡(jiǎn)化說(shuō)明，就僅說(shuō)明PN編碼發(fā)生部60的動(dòng)作部分的復(fù)用的動(dòng)作而言，因?yàn)閷?duì)應(yīng)于從編碼選擇器63輸出的PN編碼的比特列來(lái)進(jìn)行，所以與上述說(shuō)明的處理無(wú)變化。
圖23、24中都在左端的欄中示出表示各移位順序的時(shí)刻順序{t1、t2、t3、…、t13、t14、t15}。
圖23中，對(duì)應(yīng)于時(shí)刻t1的比特列如上所述，表示移位1比特后的、最初第一個(gè)施加于列布線上的PN編碼的比特列，之后，按時(shí)刻順序，時(shí)刻t2、…、t13、t14、t15依次表示每次移位1比特的狀態(tài)，對(duì)應(yīng)記載比特排列中的比特?cái)?shù)據(jù)的排列為一周期的移位14次的存儲(chǔ)用移位寄存器23的輸出。右端的移位量將時(shí)刻t1作為初始值，表示對(duì)應(yīng)于移位順序，每次移位1比特。圖24和圖23中都在表格的最上段中記載比特列的各比特的序號(hào)，“15”是MSB，“1”是LSB。
另外，圖24中，對(duì)應(yīng)于時(shí)刻t1的比特列表示選擇鎖存寄存器61的輸出后輸出的狀態(tài)，之后，時(shí)刻t2、t3、…、t13、t14、t15依次表示異或寄存器62對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)用移位寄存器23輸出的PN編碼的比特列。右端的移位量將時(shí)刻t1的比特排列的排列作為初始值，但不對(duì)應(yīng)于左端的移位順序，而是大致隨機(jī)地使PN編碼的相位變化的移位數(shù)，比特的數(shù)據(jù)排列順序不變化，并且，不存在變?yōu)橄嗤辔?比特列)的移位順序。如圖8所示，存儲(chǔ)用移位寄存器23在通過(guò)比特移位使相位變化時(shí)，從PN編碼發(fā)生電路20依次輸入的PN編碼的比特列的數(shù)據(jù)為與從寄存器2315中移位刪除一樣的數(shù)據(jù)。因此，存儲(chǔ)用移位寄存器23在比特移位時(shí)與比特列循環(huán)一樣，比特列中的比特?cái)?shù)據(jù)的排列順序不變化。
如上所述，編碼選擇器63在每個(gè)行布線的傳感器元件的電容測(cè)定的復(fù)用中，僅在對(duì)測(cè)定數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)列d1進(jìn)行測(cè)定時(shí)，才選擇時(shí)刻t1的鎖存寄存器61的輸出，作為PN編碼的比特列，并對(duì)于來(lái)自測(cè)定數(shù)據(jù)d2的測(cè)定的復(fù)用，選擇相對(duì)異或寄存器62生成的、鎖存寄存器61的比特列的相位加擾了相位的比特列，提供給列布線驅(qū)動(dòng)部5。
另外，在從復(fù)用的測(cè)定數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)列至電壓數(shù)據(jù)ds的解碼處理中，解碼運(yùn)算電路10也進(jìn)行與PN編碼發(fā)生部60一樣的處理，生成解碼所需的PN編碼的比特列。
此時(shí)，解碼運(yùn)算電路10與上述實(shí)施方式一樣，對(duì)每個(gè)復(fù)用的測(cè)定數(shù)據(jù)d，依次乘以測(cè)定時(shí)用于復(fù)用的PN編碼的比特列的比特?cái)?shù)據(jù)，累計(jì)乘以每個(gè)列布線中對(duì)應(yīng)比特列的比特序號(hào)的測(cè)定數(shù)據(jù)，以行布線單位來(lái)運(yùn)算并求出各傳感器元件的電壓數(shù)據(jù)ds。
(實(shí)施例5)在第1-第4實(shí)施方式中，說(shuō)明圖4中所示的、在列布線與行布線的交叉部形成的傳感器元件的電容復(fù)用的測(cè)定。但是，在第5實(shí)施方式中，說(shuō)明圖25所示的適用于作為有源矩陣型傳感器的傳感器部4C時(shí)的結(jié)構(gòu)。
從編碼發(fā)生部1(或60)向列布線驅(qū)動(dòng)電路5輸入規(guī)定PN編碼的比特列，驅(qū)動(dòng)列布線群2的多個(gè)列布線，以行布線單位來(lái)復(fù)用單位電容單元70(傳感器元件)的電容，這點(diǎn)上第5實(shí)施方式與第1-第4實(shí)施方式一樣。另外，在電容檢測(cè)電路200中，結(jié)構(gòu)和動(dòng)作與第1-第4實(shí)施方式一樣，但電荷放大電路6被置換成圖26所示的電荷放大電路72。電容檢測(cè)電路200除置換電荷放大電路外，結(jié)構(gòu)完全相同。
該電荷放大電路72形成圖26所示的結(jié)構(gòu)，向與電荷放大電路6一樣的結(jié)構(gòu)附加相同的符號(hào)。因?yàn)橛性淳仃囆蛡鞲衅鞯臏y(cè)定方法略有不同，所以僅說(shuō)明電荷放大電路72與電荷放大電路6的不同之處的測(cè)定動(dòng)作。
在指紋數(shù)據(jù)的測(cè)定前，開(kāi)關(guān)73變?yōu)閿嚅_(kāi)狀態(tài)，開(kāi)關(guān)74、開(kāi)關(guān)124和連接于對(duì)應(yīng)于比特1上的多個(gè)列布線的單元選擇開(kāi)關(guān)71變?yōu)榻油顟B(tài)，在單位電容單元70(電容Cs)和寄生電容CD變?yōu)殡妷篤c之前，進(jìn)行電荷積累，全部開(kāi)關(guān)暫時(shí)為斷開(kāi)狀態(tài)。
另外，在指紋數(shù)據(jù)的測(cè)定中，在開(kāi)關(guān)74、開(kāi)關(guān)124變?yōu)閿嚅_(kāi)狀態(tài)之前，開(kāi)關(guān)73和單元選擇開(kāi)關(guān)71同時(shí)變?yōu)榻油顟B(tài)，在手指搭在傳感器部4上的情況下，因?yàn)楦鲉挝浑娙輪卧?0的電容Cs變化，所以在運(yùn)算放大器121的輸出端子發(fā)生對(duì)應(yīng)于由電壓Vc與基準(zhǔn)電壓Vref的電壓差產(chǎn)生的電荷總和的電壓，將其作為測(cè)定數(shù)據(jù)d，存儲(chǔ)在解碼運(yùn)算電路10的內(nèi)部存儲(chǔ)器中。通過(guò)重復(fù)所謂電荷積累和檢測(cè)電壓的測(cè)定等步驟，得到復(fù)用的測(cè)定數(shù)據(jù)列di。之后，解碼運(yùn)算電路10通過(guò)上述解碼處理的運(yùn)算，根據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)部存儲(chǔ)器中的測(cè)定數(shù)據(jù)d的數(shù)據(jù)列，求出對(duì)應(yīng)于各單位電容單元70的電容Cs的電壓數(shù)據(jù)ds。
(實(shí)施例6)下面，參照?qǐng)D27來(lái)說(shuō)明本發(fā)明第6實(shí)施方式的電容檢測(cè)電路。圖27是表示第6實(shí)施方式的電容檢測(cè)電路的一結(jié)構(gòu)例的框圖。另外，向與第1-第5實(shí)施方式相同的結(jié)構(gòu)附加相同的符號(hào)，省略說(shuō)明。
本實(shí)施方式用于相對(duì)多個(gè)列布線交叉行布線來(lái)構(gòu)成的矩陣狀電容傳感器中，是檢測(cè)列布線與行布線的交叉部(傳感器元件)的電容變化的電容檢測(cè)電路，編碼發(fā)生電路生成在時(shí)間系列上具有正交性的編碼，將形成矩陣的所述多個(gè)列布線分割成規(guī)定數(shù)據(jù)的多個(gè)列布線組，列布線組選擇電路選擇測(cè)定對(duì)象的列布線組，列布線驅(qū)動(dòng)電路在依次選擇的每個(gè)列布線組中，根據(jù)所述編碼，驅(qū)動(dòng)多個(gè)列布線，電容檢測(cè)電路輸出所述行布線與驅(qū)動(dòng)的多個(gè)列布線的交叉部的電容所對(duì)應(yīng)的電流值部和，作為測(cè)定電壓，解碼運(yùn)算電路在所述每個(gè)列布線組中，通過(guò)所述檢測(cè)電壓與所述編碼，進(jìn)行積和運(yùn)算，分離對(duì)應(yīng)于各交叉部的電容的電壓值，作為檢測(cè)值。
如圖27所示，本實(shí)施方式與第1-第5實(shí)施方式的不同之處在于，在圖1中示出的第1-第5實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)中，在編碼發(fā)生部1與列布線驅(qū)動(dòng)部5之間還具備列布線選擇器13。
該列布線選擇器13將列布線群2的列布線分割成規(guī)定數(shù)量的多個(gè)列布線組，向該每個(gè)列布線組輸出基于來(lái)自編碼發(fā)生部1的PN編碼的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
圖28表示進(jìn)行傳感器整體的列布線中、驅(qū)動(dòng)的列布線組的選擇的列布線選擇器(組選擇器)的結(jié)構(gòu)。在第6實(shí)施方式中，將相鄰的連續(xù)列布線集合成組。例如，在使用15比特長(zhǎng)度的編碼作為PN編碼的情況下(N＝15)，將每15條列布線集合成1組，整體設(shè)為17組(M＝17)，由此可控制255條列布線。
另外，在該第6實(shí)施方式中，列布線選擇器13通過(guò)來(lái)自定時(shí)控制電路11的控制信號(hào)，在PN編碼循環(huán)一周期之前，不變更各列布線組的選擇，在每個(gè)PN編碼的周期，進(jìn)行切換列布線組的動(dòng)作。
如圖28所示，列布線驅(qū)動(dòng)部5將列布線群2分割成規(guī)定數(shù)量、例如M個(gè)列布線組41-4M，在每個(gè)規(guī)定的時(shí)間間隔，依次向選擇的列布線組輸出來(lái)自存儲(chǔ)移位寄存器23的輸出。這里，各列布線組的列布線數(shù)量是與PN編碼發(fā)生電路20發(fā)生的PN編碼的比特列的比特?cái)?shù)相同的數(shù)量。在第6實(shí)施方式中，例如當(dāng)設(shè)PN編碼的比特?cái)?shù)為15比特時(shí)，列布線組41-4M的各列布線組的列布線條數(shù)為15條。
如圖30所示，當(dāng)在各列布線組單位在一個(gè)周期中結(jié)束列布線和行布線的交叉部的電容測(cè)定時(shí)，依次選擇下一列布線組。列布線組的選擇順序可以是列布線組41-4M的順序，也可以與位置無(wú)關(guān)而選擇隨機(jī)的位置順序。
下面，說(shuō)明每個(gè)列布線組中的、上述交叉部的電容測(cè)定。
如圖29所示，對(duì)應(yīng)于從編碼發(fā)生部1輸出的PN編碼，通過(guò)經(jīng)列布線選擇器13輸入的驅(qū)動(dòng)信號(hào)列，同時(shí)驅(qū)動(dòng)列布線群2的規(guī)定列布線組、例如列布線組41中的多個(gè)列布線。若PN編碼是{1(MSB)，1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0(LSB)}的15比特，則作為PN編碼的比特列的生成周期的1周期由按時(shí)間系列使這些比特移位的一定間隔構(gòu)成的時(shí)刻t1~t15形成。另外，PN編碼發(fā)生電路20生成的PN編碼的比特列{1，1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0}依次由存儲(chǔ)用移位寄存器23移位。存儲(chǔ)用移位寄存器23由存儲(chǔ)1比特?cái)?shù)據(jù)的寄存器231至寄存器2315的15個(gè)寄存器形成，從左(寄存器231方向)向右(寄存器2315方向)移位數(shù)據(jù)。即，在時(shí)刻t1，向存儲(chǔ)用移位寄存器23左端的寄存器231輸入PN編碼的比特列的第1比特的“1”。之后，在時(shí)刻t2，使存儲(chǔ)在寄存器231中的上述第1比特的“1”移位到寄存器232，同時(shí)，向寄存器231輸入PN編碼的比特列的第2比特的“1”。
下面，通過(guò)在時(shí)刻t1，t2，t3，t4，t5，t6，t7，t8，t9，t10，t11，t12，t13，t14，t15進(jìn)行上述操作，向各個(gè)寄存器2315、2314、2313、2312、2311、2310、239、238、237、236、235、234、233、232、231輸入PN編碼的比特列{1(MSB)，1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0(LSB)}的各比特的數(shù)據(jù)。這里，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)用移位寄存器23的各寄存器2315、2314、2313、2312、2311、2310、239、238、237、236、235、234、233、232、231中的數(shù)據(jù)被分別提供給列布線驅(qū)動(dòng)部5中的驅(qū)動(dòng)器電路515、514、513、512、511、510、59、58、57、56、55、54、53、52、51。在時(shí)刻t1～t15結(jié)束的時(shí)刻，將PN編碼的比特列{1，1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0}分別提供給列布線驅(qū)動(dòng)部5中的驅(qū)動(dòng)器電路515、514、513、512、511、510、59、58、57、56、55、54、53、52、51。該時(shí)刻t1-時(shí)刻t15之間的操作構(gòu)成本發(fā)明的指紋采集處理的一周期。
下面，觀察實(shí)際動(dòng)作時(shí)的存儲(chǔ)用移位寄存器23的動(dòng)作。若輸入指紋的取得開(kāi)始信號(hào)，則從定時(shí)控制電路11輸入15個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，作為初始狀態(tài)，將存儲(chǔ)用移位寄存器23的各寄存器2315，2314，…，231設(shè)定為{1，1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0}。之后，在指紋采集處理中的一周期的最初時(shí)刻t1，從定時(shí)控制電路11輸入時(shí)鐘，存儲(chǔ)用移位寄存器23的各寄存器2315，2314，…，231被移位1比特，各存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)變?yōu)楸忍嘏帕衶1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0，1}(圖29)。列布線驅(qū)動(dòng)部5通過(guò)驅(qū)動(dòng)器電路515、514、513、512、511、510、59、58、57、56、55、54、53、52、51，根據(jù)從定時(shí)控制電路11輸出的時(shí)鐘信號(hào)，用由規(guī)定的一定寬度的驅(qū)動(dòng)脈沖構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)脈沖列驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的列布線C15、C14、C13、C12、C11、C10、C9、C8、C7、C6、C5、C4、C3、C2、C1(參照?qǐng)D31(c)、圖32(f))。
此時(shí)，列布線驅(qū)動(dòng)部5在對(duì)應(yīng)于PN編碼的比特列的驅(qū)動(dòng)脈沖列P1時(shí)，當(dāng)比特的數(shù)據(jù)為“1”的情況下，輸出上述驅(qū)動(dòng)脈沖(規(guī)定電壓)，在比特的數(shù)據(jù)為“0”的情況下，不輸出驅(qū)動(dòng)脈沖，而向輸出驅(qū)動(dòng)脈沖的列布線以外的列布線輸出接地電位。因此，在時(shí)刻t1的時(shí)刻，如圖32所示，通過(guò)驅(qū)動(dòng)脈沖列P1的規(guī)定的驅(qū)動(dòng)脈沖，驅(qū)動(dòng)列布線C1、C5、C8、C9、C11、C13、C14、C15。另外，在各行布線R1、R2、R3、…每個(gè)上，連接由驅(qū)動(dòng)的多個(gè)列布線形成的電容傳感器的各電容的合計(jì)值、即由PN編碼的比特排列來(lái)復(fù)用的電容值。
此時(shí)，定時(shí)控制電路11如圖31(b)和圖32(a)所示，在驅(qū)動(dòng)列布線的驅(qū)動(dòng)脈沖列的各驅(qū)動(dòng)脈沖上升的稍前時(shí)刻、和下降的稍前時(shí)刻，向電荷放大電路6輸出復(fù)位信號(hào)，另外，如圖31(d)、圖32(b)所示，在上述復(fù)位信號(hào)的稍前時(shí)刻，向采樣保持電路7輸出采樣保持信號(hào)。
另外，該定時(shí)控制電路11在依次輸入采樣保持信號(hào)的間隔，向選擇器電路8輸出N個(gè)(N為采樣保持電路7的數(shù)量)切換信號(hào)。由此，如圖32(c)所示，通過(guò)一個(gè)采樣保持信號(hào)，在到下一個(gè)采樣保持信號(hào)之前的期間中，依次將采樣保持電路7、7…中保持的各信號(hào)經(jīng)選擇器電路8提供給A/D轉(zhuǎn)換器9。由此，A/D轉(zhuǎn)換器9通過(guò)從解碼運(yùn)算電路10輸入的A/D時(shí)鐘(與上述切換信號(hào)同步)的定時(shí)，依次將每個(gè)行布線的檢測(cè)信號(hào)中的測(cè)定電壓變換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，作為測(cè)定數(shù)據(jù)d1，按每個(gè)行線輸出到解碼運(yùn)算電路10。之后，解碼運(yùn)算電路10依次將輸入的測(cè)定數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)列的數(shù)據(jù)按每個(gè)行布線寫入內(nèi)部的存儲(chǔ)器中。
這里，詳細(xì)說(shuō)明電荷放大電路6的動(dòng)作。首先，在圖32所示的比時(shí)刻t1稍前的時(shí)刻td1，若從定時(shí)控制電路11輸出復(fù)位信號(hào)，則模擬開(kāi)關(guān)124(MOS晶體管，圖5)變?yōu)閷?dǎo)通，反饋電容Cf放電，運(yùn)算放大器121的輸出OUT與反轉(zhuǎn)輸入端子變?yōu)槎搪窢顟B(tài)，形成基準(zhǔn)電位。另外，連接于運(yùn)算放大器121的反轉(zhuǎn)輸入端子上的行布線也變?yōu)榛鶞?zhǔn)電位。
接著，若該復(fù)位信號(hào)變?yōu)榻刂?，則通過(guò)基于模擬開(kāi)關(guān)124的柵極寄生電容的饋通，運(yùn)算放大器121的輸出電壓稍上升(參照?qǐng)D31(a)中的時(shí)刻td1后的編碼Fd)。
之后，在時(shí)刻t1，若驅(qū)動(dòng)脈沖列(圖32中的(f)的驅(qū)動(dòng)脈沖列P1)中對(duì)應(yīng)于PN編碼的比特圖案的規(guī)定驅(qū)動(dòng)脈沖上升(輸入)，則同一驅(qū)動(dòng)脈沖經(jīng)列布線與行布線的交叉部的傳感器元件(電容Cs)施加于運(yùn)算放大器121的反轉(zhuǎn)輸入端，通過(guò)根據(jù)該驅(qū)動(dòng)脈沖的電壓值流過(guò)的電流，運(yùn)算放大器121的輸出OUT的電壓值如圖31(a)所示，緩慢下降。
之后，在時(shí)刻td2，定時(shí)控制電路11向采樣保持電路7輸出采樣保持信號(hào)(S/H信號(hào))。由此，采樣保持電路7在輸入采樣保持信號(hào)的時(shí)刻，保持從電荷放大電路6中的運(yùn)算放大器121的輸出OUT輸出的測(cè)定電壓Va。
之后，在時(shí)刻td3，定時(shí)控制電路11再次向電荷放大電路6輸出復(fù)位信號(hào)。由此，運(yùn)算放大器121的輸出OUT與反轉(zhuǎn)輸入端子變?yōu)槎搪窢顟B(tài)，反饋電容Cf放電，運(yùn)算放大器121的輸出OUT恢復(fù)成基準(zhǔn)電位。另外，若復(fù)位信號(hào)變?yōu)榻刂?，則與上述情況一樣，通過(guò)基于模擬開(kāi)關(guān)124的柵極寄生電容的饋通，運(yùn)算放大器121的輸出電壓稍上升(參照?qǐng)D31(a)中的時(shí)刻td3后的編碼Fd)。
接著，在時(shí)刻td4，通過(guò)驅(qū)動(dòng)脈沖列P1中的驅(qū)動(dòng)脈沖下降，通過(guò)基于驅(qū)動(dòng)脈沖電壓的電流，放電由該驅(qū)動(dòng)脈沖驅(qū)動(dòng)的列布線、和行布線的交叉部的傳感器元件(電容Cs)，運(yùn)算放大器121的輸出OUT隨之緩慢上升。
接著，在時(shí)刻td5，定時(shí)控制電路11向采樣保持電路7輸出采樣保持信號(hào)。由此，采樣保持電路7在輸入采樣保持信號(hào)的時(shí)刻，保持運(yùn)算放大器121的輸出OUT的測(cè)定電壓Vb。
接著，在時(shí)刻td6(變?yōu)閷?duì)應(yīng)于下一時(shí)刻t2的td1)，定時(shí)控制電路11向電荷放大電路6輸出復(fù)位信號(hào)。由此，電荷放大電路6中的運(yùn)算放大器121的輸出OUT與反轉(zhuǎn)輸入端子變?yōu)槎搪窢顟B(tài)，反饋電容Cf放電，運(yùn)算放大器121的輸出OUT恢復(fù)成基準(zhǔn)電位。下面，重復(fù)上述動(dòng)作(圖31(a)和(b))。
在上述的測(cè)定中，無(wú)論是輸出OUT從基準(zhǔn)電位下降的情況還是上升的情況下，都在+方向上發(fā)生基于模擬開(kāi)關(guān)124的饋通電流的偏移Vk。如本實(shí)施方式所示，在檢測(cè)對(duì)象的電容Cs從數(shù)十到數(shù)百飛拉的情況下，不能忽視基于該饋通的偏移。在上述測(cè)定中，-Va0＝-Va+Vk為與檢測(cè)對(duì)象電容Cs成正比的電壓，但測(cè)定的電壓為Va，該電壓Va中包含基于偏移的誤差Vk。
Va＝Va0+Vk因此，在本實(shí)施方式中，還測(cè)定檢測(cè)對(duì)象電容Cs的放電時(shí)的電壓Vb。這里，電壓Vb0如下所示，Vb0＝Vb-Vk是與電容Cs成正比的電壓，測(cè)定的電壓變?yōu)閂b＝Vb0+Vk。通過(guò)采樣保持電路7，依次保持這些測(cè)定電壓Va、Vb，接著，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器9，將保持的電壓分別A/D變換成測(cè)定電壓Va和Vb，并存儲(chǔ)在解碼運(yùn)算電路10內(nèi)的存儲(chǔ)器中。之后，在解碼運(yùn)算電路10中，進(jìn)行
d＝Vb-Va＝(Vb0+Vk)-(Vk+Va0)＝Vb0-Va0的運(yùn)算，由此，得到不包含偏移誤差的測(cè)定值、即對(duì)應(yīng)于復(fù)用的電容值的測(cè)定數(shù)據(jù)d。
如上所述，解碼運(yùn)算電路10在驅(qū)動(dòng)脈沖列中的規(guī)定驅(qū)動(dòng)脈沖的上升沿和下降沿，通過(guò)取得上升與下降列布線的電位時(shí)的電荷放大電路6的輸出信號(hào)之差，可在沒(méi)有饋通影響的狀態(tài)下，測(cè)定傳感器元件的電容值。另外，通過(guò)設(shè)置選擇器，可在各列布線中并行執(zhí)行需要測(cè)定時(shí)間的電荷放大電路6的測(cè)定，提高傳感器整體的測(cè)定速度。
接著，在時(shí)刻t2(對(duì)應(yīng)于圖32的移位1比特后的驅(qū)動(dòng)脈沖P2中的測(cè)定；在(f)的驅(qū)動(dòng)脈沖P2上升前的時(shí)刻)，定時(shí)控制電路11向編碼發(fā)生部1輸出時(shí)鐘。由此，在編碼發(fā)生部1中，移位寄存器21移位1比特，發(fā)生“1”，輸出到存儲(chǔ)用移位寄存器23中。之后，存儲(chǔ)用移位寄存器23與上述時(shí)鐘同步，使存儲(chǔ)的PN編碼的比特列{1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0，1}的各比特移位1比特，同時(shí)，將從移位寄存器21輸入的數(shù)據(jù)“1”寫入寄存器231。由此，從存儲(chǔ)用移位寄存器23中找出并刪除存儲(chǔ)在寄存器2315中的數(shù)據(jù)“1”，向寄存器2315中重新寫入存儲(chǔ)在寄存器2314中的數(shù)據(jù)“1”。
因此，如圖33所示，分別存儲(chǔ)在存儲(chǔ)用移位寄存器23的各寄存器2315、2314、2313、2312、2311、2310、239、238、237、236、235、234、233、232、231中的數(shù)據(jù)變?yōu)楸忍亓衶1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0，1，1}。另外，移位寄存器22的各寄存器的各輸出分別提供給列布線驅(qū)動(dòng)部5中的驅(qū)動(dòng)器電路515、514、513、512、511、510、59、58、57、56、55、54、53、52、51。因此，在時(shí)刻t2結(jié)束的時(shí)刻，PN編碼的比特列{1(MSB)，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0，1，1(LSB)}作為相對(duì)時(shí)刻t1的時(shí)刻、即通過(guò)上次的驅(qū)動(dòng)脈沖列P1來(lái)進(jìn)行多個(gè)傳感器元件的電容值復(fù)用的時(shí)刻、相位錯(cuò)位1比特(PN編碼的比特排列錯(cuò)開(kāi)1比特)的PN編碼，分別提供給列布線驅(qū)動(dòng)部5中的驅(qū)動(dòng)器電路515、514、513、512、511、510、59、58、57、56、55、54、53、52、51。
接著，在時(shí)刻t2，列布線驅(qū)動(dòng)部5通過(guò)驅(qū)動(dòng)器電路515、514、513、512、511、510、59、58、57、56、55、54、53、52、51，根據(jù)從定時(shí)控制電路11輸出的時(shí)鐘脈沖，用驅(qū)動(dòng)脈沖列(移位1比特后的驅(qū)動(dòng)脈沖列P2)中的規(guī)定的一定寬度的驅(qū)動(dòng)脈沖驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的列布線C15、C14、C13、C12、C11、C10、C9、C8、C7、C6、C5、C4、C3、C2、C1(參照?qǐng)D31(d)、圖32(f))。之后，在該時(shí)刻t2的時(shí)刻，驅(qū)動(dòng)列布線C1、C2、C6、C9、C10、C12、C14、C15(圖33)。該時(shí)刻t2中的狀態(tài)對(duì)應(yīng)于上述的時(shí)刻t1。
另外，在時(shí)刻t2(即時(shí)刻t2附近)，重復(fù)圖31中所示的從時(shí)刻td1至?xí)r刻td5的動(dòng)作，在使PN編碼的比特列移位1比特的狀態(tài)下，驅(qū)動(dòng)多個(gè)列布線，復(fù)用多個(gè)傳感器元件的電容值，得到將該復(fù)用的電容變換為電壓值的測(cè)定電壓。
在上述時(shí)刻t1和t2中說(shuō)明的處理對(duì)應(yīng)于時(shí)刻t3-時(shí)刻t15的各定時(shí)，重復(fù)圖31中所示的從時(shí)刻td1至?xí)r刻td5的處理(圖34中示出各時(shí)刻中存儲(chǔ)用移位寄存器23的PN編碼的比特排列)，在一周期中，重復(fù)PN編碼的比特移位、列布線的驅(qū)動(dòng)、測(cè)定電壓的取得，進(jìn)行指紋的取得處理。
另外，電容檢測(cè)電路100通過(guò)各個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖列P1-P15，驅(qū)動(dòng)列布線群2的多個(gè)列布線，在每次使15比特的PN編碼依次移位1比特時(shí)，進(jìn)行上述測(cè)定處理，按時(shí)間系列，在每個(gè)行布線得到每次將相位錯(cuò)位1比特的15個(gè)測(cè)定電壓Vd。該測(cè)定電壓Vd通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器9，按時(shí)間系列變換成測(cè)定數(shù)據(jù)Vd，得到由PN編碼復(fù)用的測(cè)定數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)列{d1、d2…、d15}。
在每個(gè)行布線中，作為PN編碼的相位各相差1比特的測(cè)定數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在解碼運(yùn)算電路10內(nèi)部的存儲(chǔ)器中，作為下示的數(shù)據(jù)。
d1＝Vs1+Vs5+Vs8+Vs9+Vs11+Vs13+Vs14+Vs15d2＝Vs1+Vs2+Vs6+Vs9+Vs10+Vs12+Vs14+Vs15d3＝Vs1+Vs2+Vs3+Vs7+Vs10+Vs11+Vs13+Vs15d4＝Vs1+Vs2+Vs3+Vs4+Vs8+Vs11+Vs12+Vs14···d15＝Vs4+Vs7+Vs8+Vs10+Vs12+Vs13+Vs14+Vs15這里，Vs是將被驅(qū)動(dòng)的各列布線與行布線的交叉部的傳感器元件的各電容變換成電壓的電壓數(shù)據(jù)(數(shù)字值)，各測(cè)定數(shù)據(jù)d通過(guò)根據(jù)PN編碼驅(qū)動(dòng)的列布線所對(duì)應(yīng)的傳感器元件的電容而被復(fù)用。
若考慮一般式，則變?yōu)橄率?1)。
式1 在該式中，因?yàn)榱胁季€群2中約一半(8條)根據(jù)PN編碼同時(shí)被驅(qū)動(dòng)，所以求出累計(jì)對(duì)應(yīng)于約一半交叉部的傳感器元件的電容Csj的電壓數(shù)據(jù)Vsj的值，作為測(cè)定數(shù)據(jù)di。這里，“j”是列布線C的序號(hào)，“i”是測(cè)定數(shù)據(jù)的序號(hào)(對(duì)應(yīng)于每次將相位錯(cuò)位1比特的順序)，設(shè)i＝1、2、3、…、N，j＝1、2、3、…、N。
另外，解碼運(yùn)算電路10通過(guò)上述復(fù)用的測(cè)定數(shù)據(jù)與用于復(fù)用的PN編碼，通過(guò)下式(2)求出各傳感器元件的電壓數(shù)據(jù)Vs。
式2 如上所述，依次以比特單位來(lái)移位PN編碼，求出的時(shí)間系列的測(cè)定數(shù)據(jù)d通過(guò)上述式(2)，利用PN編碼與測(cè)定數(shù)據(jù)d的積和運(yùn)算，可分離成對(duì)應(yīng)于行布線與被驅(qū)動(dòng)的列布線的交叉部的傳感器元件的電容的電壓數(shù)據(jù)ds、即電壓數(shù)據(jù)Vs。
這里，在式(2)中，當(dāng)PN編碼的比特的數(shù)據(jù)在PNi＝1時(shí)，為極性符號(hào)PNs(i(0054)＝+1，在PNi＝0時(shí)，為極性符號(hào)PNs(i(0054)＝-1。
解碼運(yùn)算電路10使用該式(2)，進(jìn)行從測(cè)定數(shù)據(jù)d到電壓數(shù)據(jù)ds的分離(即解碼)運(yùn)算。
即，當(dāng)求出每個(gè)傳感器元件的電壓數(shù)據(jù)ds、即電壓數(shù)據(jù){ds15、ds14、ds13、…、ds2、ds1}時(shí)，以行布線單位，通過(guò)PN編碼來(lái)復(fù)用電壓數(shù)據(jù)ds，求出測(cè)定數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)列{d15、d14、d13、…、d2、d1}，所以首先將對(duì)應(yīng)于PN編碼的比特列{1(MSB)，1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0(LSB)}的各比特?cái)?shù)據(jù)PNi的極性符號(hào)乘以每個(gè)測(cè)定數(shù)據(jù)dj。這里，在測(cè)定時(shí)，當(dāng)根據(jù)規(guī)定的PN編碼向列布線施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)，比特列的順序依次對(duì)應(yīng)于各列布線的順序，例如，LSB的比特對(duì)應(yīng)于列布線C1，MSB的比特對(duì)應(yīng)于列布線C15。接著，對(duì)應(yīng)于列布線C1的交叉部的電壓數(shù)據(jù)ds1將PN編碼的比特列(未移位)作為{1(MSB)，1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0(LSB)}，將對(duì)應(yīng)于該比特列的各比特?cái)?shù)據(jù)PNi的極性符號(hào)乘以每個(gè)測(cè)定數(shù)據(jù)dj，在一個(gè)周期中進(jìn)行累計(jì)。即，為了在圖34的表中找出LSB的列在每個(gè)時(shí)刻的PN編碼的比特?cái)?shù)據(jù)，列布線C1在時(shí)刻t1，對(duì)應(yīng)于PN編碼的LSB的比特?cái)?shù)據(jù)來(lái)驅(qū)動(dòng)，在時(shí)刻t2對(duì)應(yīng)于第2比特、…、在時(shí)刻t15對(duì)應(yīng)于MSB的比特?cái)?shù)據(jù)來(lái)驅(qū)動(dòng)，所以即便在積和運(yùn)算中，也乘以對(duì)應(yīng)的PN編碼的比特?cái)?shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的極性符號(hào)來(lái)相加。
同樣，對(duì)應(yīng)于列布線C2的交叉部的電壓數(shù)據(jù)ds2為了在圖34的表中找出第2比特在每個(gè)時(shí)刻的PN編碼的比特?cái)?shù)據(jù)，將使上述PN編碼的比特列移位1比特(向右循環(huán))后的比特列用于列布線C2的驅(qū)動(dòng)中，所以作為比特列{0(LSB)，1，1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0(MSB)}，將該比特列的各比特?cái)?shù)據(jù)PNi作為系數(shù)，乘以每個(gè)測(cè)定數(shù)據(jù)dsj，在一個(gè)周期中進(jìn)行累計(jì)。該處理相當(dāng)于對(duì)PN編碼的積和運(yùn)算，如下所示，對(duì)應(yīng)于各交叉部的電壓數(shù)據(jù)dsj通過(guò)測(cè)定數(shù)據(jù)di與使PN編碼的比特列移位規(guī)定比特列的比特列的各數(shù)據(jù)PNi所對(duì)應(yīng)的極性符號(hào)的積和運(yùn)算來(lái)求出。
此時(shí)，在解碼時(shí)的積和運(yùn)算中，對(duì)列布線R1使用初始狀態(tài)的PN編碼，在測(cè)定的順序的每個(gè)列布線中，使用每次移位1比特的PN編碼。
即，在解碼時(shí)的積和運(yùn)算中，向各時(shí)刻測(cè)定的每個(gè)測(cè)定數(shù)據(jù)，分別乘以求出的交叉部的列布線的序號(hào)、和對(duì)應(yīng)于該序號(hào)的、上述時(shí)刻中使用的PN編碼的比特排列中的序號(hào)(順序)的比特?cái)?shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的極性符號(hào)，進(jìn)行累計(jì)(即在測(cè)定時(shí)，在各時(shí)刻，將驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)列布線時(shí)使用的PN編碼的比特?cái)?shù)據(jù)、與對(duì)應(yīng)于同樣值的數(shù)據(jù)的極性符號(hào)相乘)。
對(duì)應(yīng)于本實(shí)施方式的15條列布線的、PN編碼的比特列{1，1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0}的情況下，解碼運(yùn)算電路10根據(jù)式(2)，進(jìn)行如下運(yùn)算，ds1＝+d1+d2+d3+d4-d5+d6-d7+d8+d9-d10-d11+d12-d13-d14-d15ds2＝-d1+d2+d3+d4+d5-d6+d7-d8+d9+d10-d11-d12+d13-d14-d15ds3＝-d1-d2+d3+d4+d5+d6-d7+d8-d9+d10+d11-d12-d13+d14-d15ds4＝-d1-d2-d3+d4+d5+d6+d7-d8+d9-d10+d11+d12-d13-d14+d15···ds15＝+d1+d2+d3-d4+d5-d6+d7+d8-d9-d10+d11-d12-d13-d14+d15
從測(cè)定數(shù)據(jù)di的數(shù)據(jù)列，分離成對(duì)應(yīng)于各傳感器元件的電容值的電壓數(shù)據(jù)dsi。
如上所述，在第1實(shí)施方式中，將列布線群2分割成由相鄰的列布線構(gòu)成的多個(gè)列布線組，在每個(gè)列布線組中，在各個(gè)時(shí)刻t1~時(shí)刻t15，改變PN編碼的相位，同時(shí)，復(fù)用列布線，進(jìn)行測(cè)定，對(duì)全部列布線組單位重復(fù)該處理，進(jìn)行對(duì)全部列布線的測(cè)定，另一方面，通過(guò)在檢測(cè)側(cè)對(duì)按時(shí)間系列得到的數(shù)據(jù)實(shí)施與PN編碼的積和運(yùn)算處理，基本平均化來(lái)自與其它列布線的交叉部電容的影響，同時(shí)，可僅抽取向與作為對(duì)象的列布線的交叉部傳感器元件(電容傳感器)充放電的電荷信息。
另外，在第6實(shí)施方式中，作為PN編碼，除M系列外，還有幾種，但自相關(guān)好的M系列在檢測(cè)側(cè)解碼時(shí)，因?yàn)閷?duì)相鄰的列布線的影響一樣，所以具有使列布線間的串?dāng)_影響變小的效果。另外，作為M系列以外的實(shí)例，例如11比特長(zhǎng)的バ-カ-系列{1，0，1，1，0，1，1，1，0，0，0}。
并且，第6實(shí)施方式的電容檢測(cè)電路在上述各列布線組的測(cè)定中，當(dāng)解碼運(yùn)算電路10在每個(gè)列布線組復(fù)用列布線進(jìn)行測(cè)定時(shí)，在時(shí)刻t1進(jìn)行復(fù)用的測(cè)定電壓是否超出預(yù)定的基準(zhǔn)電壓的檢測(cè)，在檢測(cè)出超出基準(zhǔn)電壓的情況下，繼續(xù)進(jìn)行該布線組的測(cè)定，另一方面，在檢測(cè)出測(cè)定電壓未超出上述基準(zhǔn)電壓的情況下，停止該布線組的測(cè)定，將測(cè)定數(shù)據(jù)d1-d15全部設(shè)為“0”，移動(dòng)到下一列布線組的測(cè)定，通過(guò)該結(jié)構(gòu)，手指不接觸，則不進(jìn)行不必進(jìn)行電容檢測(cè)的列布線組的測(cè)定，可提高測(cè)定整體的處理效率，可降低電容檢測(cè)處理的負(fù)荷。
另外，作為列布線組的切換定時(shí)，在上述測(cè)定動(dòng)作中，若在每個(gè)列布線組中，時(shí)刻t1~t15的1周期結(jié)束，則將測(cè)定對(duì)象移動(dòng)到下一列布線組。
但是，如圖35所示，通過(guò)時(shí)刻t1的PN編碼的比特排列，依次切換列布線組41-列布線組4M的列布線組，在組切換循環(huán)一次后，使PN編碼的比特排列的相位變化，另外，進(jìn)行依次切換列布線組41-列布線組4M的列布線組的測(cè)定處理，依次進(jìn)行每個(gè)列布線組的測(cè)定數(shù)據(jù)的測(cè)定。
這里，解碼運(yùn)算電路10在各列布線組單位下，通過(guò)各個(gè)列布線組的測(cè)定數(shù)據(jù)，求出各電容的電壓數(shù)據(jù)dsj的處理與上述解碼處理一樣。
下面，圖36表示將本實(shí)施方式用于線傳感器的情況下的結(jié)構(gòu)例的框圖。
在該線傳感器的傳感器部4B中，通過(guò)將檢測(cè)的行布線設(shè)為1列，構(gòu)成線性傳感器。
在電容檢測(cè)電路的各結(jié)構(gòu)中，除不設(shè)置選擇檢測(cè)電容的行布線的選擇器電路8外，與已說(shuō)明的面積型傳感器一樣，所以附加相同的符號(hào)，省略說(shuō)明。
該線性傳感器與面積型傳感器相比，電路規(guī)模小，功耗低，成本降低。
當(dāng)使用該線性傳感器作為指紋傳感器時(shí)，以大致垂直于行布線的角度掃過(guò)手指，定時(shí)控制電路11以規(guī)定的周期輸出用于測(cè)定處理的各信號(hào)，解碼運(yùn)算電路10使所述每個(gè)規(guī)定周期輸入的行布線單位的測(cè)定數(shù)據(jù)結(jié)合，由此檢測(cè)2維的指紋數(shù)據(jù)。
(實(shí)施例7)下面，參照?qǐng)D27來(lái)說(shuō)明本發(fā)明第7實(shí)施方式的電容檢測(cè)電路。
該第7實(shí)施方式的電容檢測(cè)電路的結(jié)構(gòu)與第6實(shí)施方式的電容檢測(cè)電路一樣。第7實(shí)施方式與第6實(shí)施方式的不同之處在于，當(dāng)將列布線群2分割(分配)成多個(gè)、例如M個(gè)列布線組41-4M時(shí)，不由相鄰的列布線來(lái)構(gòu)成列布線組，而如圖37所示，由規(guī)定間隔(離開(kāi)規(guī)定條數(shù))的列布線來(lái)構(gòu)成。
例如，當(dāng)列布線群2由255條列布線構(gòu)成時(shí)，假設(shè)分成每17條為1組的15組，若設(shè)將各組的第1個(gè)列布線匯集成列布線組，則將每15條列布線分組成17個(gè)列布線組。
另外，第7實(shí)施方式中對(duì)各列布線組進(jìn)行的測(cè)定數(shù)據(jù)的測(cè)定處理和效果與第6實(shí)施方式一樣。
(實(shí)施例8)下面，參照?qǐng)D27來(lái)說(shuō)明本發(fā)明第8實(shí)施方式的電容檢測(cè)電路。
該第8實(shí)施方式的電容檢測(cè)電路的結(jié)構(gòu)與第7實(shí)施方式的電容檢測(cè)電路一樣。第8實(shí)施方式與第7實(shí)施方式的不同之處在于，如圖38所示，設(shè)置脈沖生成電路30來(lái)代替編碼發(fā)生部1A位于編碼發(fā)生部1中的存儲(chǔ)用移位寄存器23，設(shè)置列布線選擇器13A來(lái)代替列布線選擇器13。
脈沖生成電路30中，例如列布線群2由255條列布線構(gòu)成，在PN編碼為15比特的情況下，因?yàn)槊總€(gè)列布線組的列布線為15條，所以輸入編碼發(fā)生電路20發(fā)生的PN編碼的比特排列{1(MSB)，1，1，1，0，1，0，1，1，0，0，1，0，0，0(LSB)}，輸出驅(qū)動(dòng)各列布線組的列布線的驅(qū)動(dòng)比特排列{1，<16比特的0>，1，<16比特的0>，1，<16比特的0>，1，<16比特的0>，0，<16比特的0>，1，<16比特的0>，0，<16比特的0>，1，<16比特的0>，1，<16比特的0>，0，<16比特的0>，0，<16比特的0>，1，<16比特的0>，0，<16比特的0>，0，<16比特的0>，0，<16比特的0>}。這里，<16比特的0>表示數(shù)據(jù)“0”連續(xù)16比特的比特排列{0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0}。
即，脈沖生成電路30為了對(duì)每個(gè)17比特的列布線驅(qū)動(dòng)1條列布線，在PN編碼的比特排列中的各比特間，插入<16比特的0>，同時(shí)，在每次復(fù)用測(cè)定時(shí)，每次向列布線選擇器13A輸出1比特。
另外，列布線選擇器13A是由對(duì)應(yīng)于列布線群2的各個(gè)列布線C1-C255的寄存器構(gòu)成的移位寄存器，每當(dāng)輸入1比特插入數(shù)據(jù)“0”的驅(qū)動(dòng)比特排列時(shí)，沿箭頭方向(圖38中右方向)每次移動(dòng)數(shù)據(jù)1比特。
由此，列布線選擇器13A通過(guò)上述移位寄存器的各寄存器中的數(shù)據(jù)，分別經(jīng)列布線驅(qū)動(dòng)部的緩沖器51-5255，以每規(guī)定條數(shù)、例如每17條1條列布線、即由間隔規(guī)定條數(shù)的列布線構(gòu)成的列布線組單位，進(jìn)行列布線的驅(qū)動(dòng)。
(實(shí)施例9)下面，參照?qǐng)D27來(lái)說(shuō)明上述結(jié)構(gòu)構(gòu)成的、本發(fā)明第9實(shí)施方式的電容檢測(cè)電路100的動(dòng)作例。該第9實(shí)施方式除對(duì)測(cè)定數(shù)據(jù)的復(fù)用使用正交編碼來(lái)代替第6-第7實(shí)施方式的PN編碼外，與第6-第7實(shí)施方式的動(dòng)作無(wú)差異。這里，為了簡(jiǎn)化說(shuō)明，以從后述的正交編碼讀出電路220生成的15比特長(zhǎng)度的正交編碼為例，僅說(shuō)明與第6實(shí)施方式不同的動(dòng)作。
解碼運(yùn)算電路10從外部輸入電容檢測(cè)的開(kāi)始、即指紋傳感器(傳感器部4)中進(jìn)行指紋采集的信號(hào)。
由此，解碼運(yùn)算電路10向定時(shí)控制電路11輸出指示檢測(cè)開(kāi)始的開(kāi)始信號(hào)。接著，定時(shí)控制電路11向編碼發(fā)生部1B輸出時(shí)鐘信號(hào)和復(fù)位信號(hào)。
之后，編碼發(fā)生部1B通過(guò)上述復(fù)位信號(hào)，經(jīng)正交編碼讀出電路220，初始化內(nèi)部的地址計(jì)數(shù)器222和正交編碼讀出電路220(圖39)的各寄存器，與上述時(shí)鐘同步，依次從代碼存儲(chǔ)器221中讀出并輸出正交編碼。
這里，編碼發(fā)生部1B將事先形成的正交編碼存儲(chǔ)在內(nèi)部的代碼存儲(chǔ)器221中，每當(dāng)輸入時(shí)鐘時(shí)，依次向列布線驅(qū)動(dòng)部5輸出具有正交性的數(shù)據(jù)列。
通過(guò)圖40所示的順序，生成代表的作為上述正交編碼的威爾士編碼。作為基本結(jié)構(gòu)，形成2(行)×2(列)的基本單位，右上、左上和左下的比特相同，右下為這些比特的反轉(zhuǎn)。
接著，在右上、左上、右下和左下合成4個(gè)上述2×2的基本單位，作為塊，形成4(行)×4(列)的比特排列的編碼。這里，與形成2×2的基本單位一樣，右下的塊為比特反轉(zhuǎn)。以同樣的步驟，可如8(行)×8(列)、16(行)×16(列)那樣，構(gòu)成編碼的比特排列的比特?cái)?shù)(對(duì)應(yīng)于列數(shù))和編碼的數(shù)量(對(duì)應(yīng)于行數(shù))。
在本實(shí)施方式中，為了不進(jìn)行測(cè)定數(shù)據(jù)的復(fù)用，不驅(qū)動(dòng)列地從編碼中去除全部為邏輯“0”、即全部比特的數(shù)據(jù)為“0”的第1行與第1列。圖40中，例如將15×15比特的矩陣作為正交編碼。
如上所述，即便是編碼長(zhǎng)度長(zhǎng)的編碼，也可同樣生成威爾士編碼，如此生成的威爾士編碼可被用于下述的電容的檢測(cè)中的復(fù)用中。
在本實(shí)施例中，例如列布線群2由布線C1-C15的15條構(gòu)成，將用15×15的比特矩陣表示的正交編碼用于電容測(cè)定時(shí)的復(fù)用中。
在編碼發(fā)生部1B內(nèi)的代碼存儲(chǔ)器(圖39的代碼存儲(chǔ)器221)中，以圖41的表格中所示的數(shù)據(jù)形式存儲(chǔ)用上述15×15的矩陣表示的正交編碼的數(shù)據(jù)。對(duì)應(yīng)于地址t1~t15來(lái)順序存儲(chǔ)各行。
這里，例如地址t1的行的威爾士編碼變?yōu)閧1(LSB(0071)，0，1，0，1，0，1，0，1，0，1，0，1，0，1(MSB)}，地址t15的行的威爾士編碼變?yōu)閧1(LSB(0071)，1，0，1，0，0，1，1，0，0，1，0，1，1，0(MSB)}。
定時(shí)控制電路11在輸入開(kāi)始信號(hào)時(shí)，向編碼發(fā)生部1B輸出測(cè)定開(kāi)始信號(hào)。
在圖39中，正交編碼讀出電路220在輸入上述測(cè)定開(kāi)始信號(hào)時(shí)，進(jìn)行地址計(jì)數(shù)器222和存儲(chǔ)用寄存器23的復(fù)位，將地址計(jì)數(shù)器222的計(jì)數(shù)值設(shè)為“0”。
接著，在設(shè)為上述初始狀態(tài)后，在交叉部的電容測(cè)定時(shí)，正交編碼讀出電路220每當(dāng)輸入從定時(shí)控制電路11按時(shí)間系列輸出的時(shí)鐘，則向地址計(jì)數(shù)器222輸出計(jì)數(shù)信號(hào)。
之后，地址計(jì)數(shù)器222計(jì)數(shù)輸入的計(jì)數(shù)信號(hào)，對(duì)應(yīng)于計(jì)數(shù)值，向代碼存儲(chǔ)器221輸出地址t1、t2、…、t15。
由此，代碼存儲(chǔ)器221將對(duì)應(yīng)于輸入的地址t1、t2、…、t15的正交編碼的數(shù)據(jù)(行的比特排列)輸出到正交編碼讀出電路220。
該正交編碼讀出電路220通過(guò)定時(shí)控制電路11的時(shí)鐘，將正交編碼的比特列的從LSB至MSB的比特排列寫入存儲(chǔ)用寄存器223的各個(gè)寄存器2231-22315中。
當(dāng)向存儲(chǔ)用寄存器223輸入正交編碼時(shí)，向存儲(chǔ)用寄存器223的寄存器2231、2232、2233、2234、2235、…、22314、22315分別輸入數(shù)據(jù)排列{1(LSB(0074)，0，1，0，1，0，1，0，1，0，1，0，1，0，1(MSB)}的各比特的數(shù)據(jù)。
由此，列布線驅(qū)動(dòng)部5與第1實(shí)施方式一樣，對(duì)于列布線選擇器13選擇的列布線組，通過(guò)輸入的正交編碼的比特排列的各比特的數(shù)據(jù)，進(jìn)行對(duì)應(yīng)的規(guī)定列布線的驅(qū)動(dòng)控制。
與通過(guò)第6實(shí)施方式說(shuō)明的電容檢測(cè)的處理一樣，在對(duì)應(yīng)于時(shí)刻t1~時(shí)刻t15的各定時(shí)，重復(fù)圖31中所示的從時(shí)刻td1至?xí)r刻td15的處理(圖41中，示出各時(shí)刻的存儲(chǔ)用寄存器223的正交編碼的比特排列)，在存儲(chǔ)器地址t1~t15之前的一周期中，重復(fù)從代碼存儲(chǔ)器221中讀出正交編碼、列布線的驅(qū)動(dòng)、測(cè)定電壓的取得，進(jìn)行指紋的取得處理。
另外，電容檢測(cè)電路100在各時(shí)刻的驅(qū)動(dòng)脈沖P的驅(qū)動(dòng)時(shí)，依次從代碼存儲(chǔ)器221中讀出對(duì)應(yīng)于時(shí)刻的上述測(cè)定處理中的15比特的正交編碼，并通過(guò)列布線驅(qū)動(dòng)部5，在各個(gè)時(shí)刻，驅(qū)動(dòng)列布線組中的正交編碼所對(duì)應(yīng)的規(guī)定列布線。
由此，電容檢測(cè)電路100按時(shí)間系列在每個(gè)行布線得到在對(duì)應(yīng)于各時(shí)刻的每個(gè)地址t1~t15都不同的15個(gè)測(cè)定電壓Vd。該測(cè)定電壓Vd通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器9，按時(shí)間系列變換成測(cè)定數(shù)據(jù)Vd，得到由正交編碼復(fù)用的測(cè)定數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)列{d1、d2…、d15}。
在每個(gè)行布線中，作為15個(gè)相對(duì)每個(gè)正交編碼都不同的測(cè)定數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在解碼運(yùn)算電路10內(nèi)部的存儲(chǔ)器中，作為下示的數(shù)據(jù)(用圖41的表格的正交編碼來(lái)測(cè)定)。
d1＝Vs1+Vs3+Vs5+Vs7+Vs9+Vs11+Vs13+Vs15d2＝Vs2+Vs3+Vs6+Vs7+Vs10+Vs11+Vs14+Vs15d3＝Vs1+Vs2+Vs5+Vs6+Vs9+Vs10+Vs13+Vs14d4＝Vs4+Vs5+Vs6+Vs7+Vs12+Vs13+Vs14+Vs15··d15＝Vs1+Vs2+Vs4+Vs7+Vs8+Vs11+Vs13+Vs14這里，Vs是將被驅(qū)動(dòng)的各列布線與行布線的交叉部的傳感器元件的各電容變換成電壓的電壓數(shù)據(jù)(數(shù)字值)，各測(cè)定數(shù)據(jù)d通過(guò)根據(jù)正交編碼驅(qū)動(dòng)的列布線所對(duì)應(yīng)的傳感器元件的電容而被復(fù)用。
若考慮一般式，則變?yōu)橄率?3)。
式3 在式(3)中，因?yàn)榱胁季€群2中約一半(8條)根據(jù)正交編碼同時(shí)被驅(qū)動(dòng)，所以求出累計(jì)對(duì)應(yīng)于約一半交叉部的傳感器元件的電容Csj的電壓數(shù)據(jù)Vsj的值，作為測(cè)定數(shù)據(jù)di。這里，“j”是列布線C的序號(hào)，“i”是測(cè)定數(shù)據(jù)的序號(hào)(對(duì)應(yīng)于各個(gè)地址ti的順序)，設(shè)i＝1、2、3、…、N，j＝1、2、3、…、N。即，式(1)的符號(hào)CD(i，j)表示就時(shí)刻ti中使用的第i個(gè)編碼而言，為第j個(gè)要素的編碼。
另外，解碼運(yùn)算電路10通過(guò)上述復(fù)用的測(cè)定數(shù)據(jù)與用于復(fù)用的正交編碼，通過(guò)下式(4)求出各傳感器元件的電壓數(shù)據(jù)Vs。
式4
如上所述，依次從代碼存儲(chǔ)器221中讀出正交編碼，求出的時(shí)間系列的測(cè)定數(shù)據(jù)d通過(guò)上述式(4)，利用正交編碼與測(cè)定數(shù)據(jù)d的積和運(yùn)算，可分離成對(duì)應(yīng)于行布線與被驅(qū)動(dòng)的列布線的交叉部的傳感器元件的電容的電壓數(shù)據(jù)ds、即電壓數(shù)據(jù)Vs。
這里，在式(4)中，當(dāng)正交編碼的比特?cái)?shù)據(jù)在CD(i，j(0081)＝1時(shí)，為極性符號(hào)CDs(i，j(0081)＝+1，在CD(i，j(0081)＝0時(shí)，為極性符號(hào)CDs(i，j(0081)＝-1。
解碼運(yùn)算電路10使用該式(4)，進(jìn)行從測(cè)定數(shù)據(jù)d到電壓數(shù)據(jù)ds的分離運(yùn)算。
即，當(dāng)求出每個(gè)傳感器元件的電壓數(shù)據(jù)ds、即電壓數(shù)據(jù){ds1、ds2、ds3、…、ds14、ds15}時(shí)，以行布線單位，通過(guò)正交編碼來(lái)復(fù)用電壓數(shù)據(jù)ds，求出測(cè)定數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)列{d1、d2、d3、…、d14、d15}，所以首先將對(duì)應(yīng)于正交編碼的比特列{1(LSB)，0，1，0，1，0，1，0，1，0，1，0，1，0，1(MSB)}的各比特?cái)?shù)據(jù)CD(i，j(0082)的極性符號(hào)乘以每個(gè)測(cè)定數(shù)據(jù)di。
這里，比特列的順序依次對(duì)應(yīng)于各列布線組的各列布線的順序，例如LSB的比特對(duì)應(yīng)于列布線C1，MSB的比特對(duì)應(yīng)于列布線C15。接著，作為地址t1~t15的各正交編碼的比特排列的LSB比特列{1(t1)、0(t2)、1(t3)、0(t4)、1(t5)、0(t6)、1(t7)、0(t8)、1(t9)、0(t10)、1(t11)、0(t12)、1(t13)、0(t14)、1(t15)}，對(duì)應(yīng)于列布線C1的交叉部的電壓數(shù)據(jù)ds1，將該比特列的各比特的數(shù)據(jù)CD(i，j(0083)所對(duì)應(yīng)的極性符號(hào)乘以每個(gè)測(cè)定數(shù)據(jù)di，并在一周期中累計(jì)。
即，列布線C1在時(shí)刻t1，通過(guò)地址t1中的正交編碼的LSB(第1比特)比特?cái)?shù)據(jù)來(lái)驅(qū)動(dòng)，在時(shí)刻t2，通過(guò)地址t2中的正交編碼的LSB數(shù)據(jù)來(lái)驅(qū)動(dòng)，…，在時(shí)刻t15，通過(guò)地址t15中的正交編碼的LSB比特?cái)?shù)據(jù)來(lái)驅(qū)動(dòng)，所以即便在積和運(yùn)算中，也乘以對(duì)應(yīng)于使用的正交編碼的比特?cái)?shù)據(jù)的極性符號(hào)后相加。
同樣，對(duì)應(yīng)于列布線C2的交叉部的電壓數(shù)據(jù)ds2，在時(shí)刻t1，對(duì)應(yīng)于地址t1中的正交編碼的第2比特的數(shù)據(jù)來(lái)驅(qū)動(dòng)，在時(shí)刻t2，對(duì)應(yīng)于地址t2中的正交編碼的第2比特的數(shù)據(jù)來(lái)驅(qū)動(dòng)，…，在時(shí)刻t15，對(duì)應(yīng)于地址t15中的正交編碼的第2比特的數(shù)據(jù)來(lái)驅(qū)動(dòng)，所以即便在積和運(yùn)算中，也乘以對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的正交編碼的比特?cái)?shù)據(jù)的極性符號(hào)后相加。即，作為地址t1~t15的各正交編碼的比特排列的第2比特構(gòu)成的比特列{0(t1)、1(t2)、1(t3)、0(t4)、0(t5)、1(t6)、1(t7)、0(t8)、0(t9)、1(t10)、1(t11)、0(t12)、0(t13)、1(t14)、1(t15)}，電壓數(shù)據(jù)ds2將該比特列的各比特的數(shù)據(jù)CD(i，j(0085)所對(duì)應(yīng)的極性符號(hào)乘以每個(gè)測(cè)定數(shù)據(jù)di，并在一周期中累計(jì)。
如上所述，各個(gè)交叉部的電容所對(duì)應(yīng)的電壓在對(duì)應(yīng)的列布線，將在時(shí)刻t1~t15施加的數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的比特列的各比特?cái)?shù)據(jù)CD(i，j(0086)所對(duì)應(yīng)的極性符號(hào)乘以每個(gè)測(cè)定數(shù)據(jù)di，并在一周期中累計(jì)。該處理相當(dāng)于對(duì)正交編碼的積和運(yùn)算，如下所示，對(duì)應(yīng)于各交叉部的電壓數(shù)據(jù)dsj通過(guò)測(cè)定數(shù)據(jù)di、與存儲(chǔ)在代碼存儲(chǔ)器21中的正交編碼的各比特排列的數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的極性符號(hào)的積和運(yùn)算來(lái)求出。
即，在解碼時(shí)的積和運(yùn)算中，向各時(shí)刻測(cè)定的每個(gè)測(cè)定數(shù)據(jù)，分別乘以求出的交叉部的列布線序號(hào)的測(cè)定數(shù)據(jù)、和對(duì)應(yīng)于該序號(hào)的、上述時(shí)刻中使用的正交編碼的比特排列中的序號(hào)(順序)的比特?cái)?shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的極性符號(hào)，進(jìn)行累計(jì)(即在測(cè)定時(shí)，在各時(shí)刻，將驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)列布線時(shí)使用的正交編碼的比特?cái)?shù)據(jù)、與對(duì)應(yīng)于同樣值的數(shù)據(jù)的極性符號(hào)相乘)。
就對(duì)應(yīng)于本實(shí)施方式的15條列布線的、存儲(chǔ)在代碼存儲(chǔ)器21中的圖41所示的正交編碼而言，通過(guò)各地址t1~t15的正交編碼的比特排列，解碼運(yùn)算電路10根據(jù)式(4)，進(jìn)行如下運(yùn)算，
ds15＝+d1+d2-d3+d4-d5-d6+d7+d8-d9-d10+d11-d12+d13+d14-d15，從測(cè)定數(shù)據(jù)di的數(shù)據(jù)列，分離成對(duì)應(yīng)于各傳感器元件的電容值的電壓數(shù)據(jù)dsj。
如上所述，在第9實(shí)施方式中，使用正交編碼、例如威爾士編碼來(lái)代替第6實(shí)施方式的PN編碼，對(duì)分割列布線群2的每個(gè)列布線組，驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)于正交編碼的各比特?cái)?shù)據(jù)的列布線，復(fù)用各列布線組的測(cè)定值，得到測(cè)定數(shù)據(jù)，在下一定時(shí)，重復(fù)從代碼存儲(chǔ)器221中讀出對(duì)應(yīng)于時(shí)刻的地址的正交編碼后進(jìn)行上述測(cè)定的操作，另一方面，通過(guò)在檢測(cè)側(cè)實(shí)施按時(shí)間系列得到的測(cè)定數(shù)據(jù)與正交編碼的積和運(yùn)算處理，將來(lái)自與其它列布線的交叉部電容的影響基本平均化，同時(shí)，可僅抽取向與作為對(duì)象的列布線的交叉部傳感器元件(電容傳感器)充放電的電荷信息。另外，在本實(shí)施方式中，使用威爾士編碼來(lái)代替PN編碼，但也可使用該威爾士編碼來(lái)代替第1-第5實(shí)施方式的PN編碼。
在第6-第9實(shí)施方式中，解碼運(yùn)算電路10中的解碼運(yùn)算既可以在傳感器側(cè)進(jìn)行，也可在將測(cè)定數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)后，由主機(jī)進(jìn)行。
另外，檢測(cè)對(duì)象不限于電容，也可用于電阻值等其它物理量的測(cè)定。
并且，在第6-第9實(shí)施方式中，使列布線與行布線交叉，設(shè)一方為驅(qū)動(dòng)線(列布線)，另一方為檢測(cè)線(行布線)，但即便顛倒這些關(guān)系等其它驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)方法也可得到同樣的效果。
(實(shí)施例10)在第6-第9實(shí)施方式中，說(shuō)明圖4中所示的、形成于列布線與行布線的交叉部上的傳感器元件的電容的復(fù)用的測(cè)定。但是，在第10實(shí)施方式中，說(shuō)明適用于圖25所示的作為有源矩陣型傳感器的傳感器部4C中時(shí)的結(jié)構(gòu)。
從編碼發(fā)生部1向列布線驅(qū)動(dòng)電路5輸入規(guī)定的PN編碼的比特列，將列布線群2分成多個(gè)列布線組(41-4M)，對(duì)每個(gè)該列布線組驅(qū)動(dòng)多個(gè)列布線，以行布線單位復(fù)用單位電容單元70(傳感器元件)的電容，在這點(diǎn)上，第10實(shí)施方式與第6-第9實(shí)施方式一樣。另外，電容檢測(cè)電路200的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作也與第1-第4實(shí)施方式一樣，但將電荷放大電路6置換成圖26所示的電荷放大電路72。電容檢測(cè)電路200除置換電荷放大電路外，結(jié)構(gòu)完全相同。
該電荷放大電路72形成圖26所示結(jié)構(gòu)，向與電荷放大電路6一樣的結(jié)構(gòu)附加相同的符號(hào)。因?yàn)橛性淳仃囆蛡鞲衅鞯臏y(cè)定方法略有不同，所以僅說(shuō)明電荷放大電路72與電荷放大電路6的不同之處的測(cè)定動(dòng)作。
在指紋數(shù)據(jù)的測(cè)定前，開(kāi)關(guān)73為斷開(kāi)狀態(tài)，開(kāi)關(guān)74、開(kāi)關(guān)124和對(duì)應(yīng)于比特1的多個(gè)列布線上連接的單元選擇開(kāi)關(guān)71為導(dǎo)通狀態(tài)，進(jìn)行電荷的積累，直到單位電容單元70(檢測(cè)電容Cs)和寄生電容Cp變?yōu)殡妷篤c為止，暫時(shí)全部開(kāi)關(guān)變?yōu)閿嚅_(kāi)狀態(tài)。
之后，在指紋數(shù)據(jù)的測(cè)定中，在開(kāi)關(guān)74、開(kāi)關(guān)124變?yōu)閿嚅_(kāi)狀態(tài)之前，開(kāi)關(guān)73和單元選擇開(kāi)關(guān)71同時(shí)變?yōu)榻油顟B(tài)，在手指搭在傳感器部4上的情況下，因?yàn)楦鲉挝浑娙輪卧?0的檢測(cè)電容Cs變化，所以在運(yùn)算放大器121的輸出端子發(fā)生對(duì)應(yīng)于由電壓Vc與基準(zhǔn)電壓Vref的電壓差產(chǎn)生的電荷總和(基于列布線組的復(fù)用的合計(jì)值)的電壓，將其作為測(cè)定數(shù)據(jù)d，存儲(chǔ)在解碼運(yùn)算電路10的內(nèi)部存儲(chǔ)器中。通過(guò)重復(fù)所謂電荷積累和檢測(cè)電壓的測(cè)定等步驟，得到復(fù)用的測(cè)定數(shù)據(jù)列di。之后，解碼運(yùn)算電路10通過(guò)上述解碼處理的運(yùn)算，根據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)部存儲(chǔ)器中的測(cè)定數(shù)據(jù)d的數(shù)據(jù)列，求出對(duì)應(yīng)于各單位電容單元70的電容Cs的電壓數(shù)據(jù)ds。
另外，在各第1-第10實(shí)施方式中，也可將用于實(shí)現(xiàn)圖1和圖27中的解碼運(yùn)算電路10的功能的程序記錄在計(jì)算機(jī)可讀取的記錄媒體中，將記錄在該記錄媒體中的程序讀入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，根據(jù)通過(guò)執(zhí)行來(lái)復(fù)用的測(cè)定數(shù)據(jù)di的數(shù)據(jù)列，進(jìn)行對(duì)應(yīng)于各傳感器元件電容的電壓數(shù)據(jù)dsi的解碼用的運(yùn)算處理。另外，這里所稱的“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”包含OS或外圍設(shè)備等硬件。另外，設(shè)“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”還包含配備主頁(yè)提供環(huán)境(或顯示環(huán)境)的WWW系統(tǒng)。另外，所謂“計(jì)算機(jī)可讀取的記錄媒體”是指軟盤、磁光盤、ROM、CD-ROM等可攜帶媒體、內(nèi)置于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的硬盤等的存儲(chǔ)裝置。并且，所謂“計(jì)算機(jī)可讀取的記錄媒體”還可如構(gòu)成經(jīng)因特網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)或電話線路等通信線路發(fā)送程序時(shí)的服務(wù)器或客戶機(jī)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部的易失性存儲(chǔ)器(RAM)等、在一定時(shí)間內(nèi)保持程序的媒體。
另外，上述程序也可經(jīng)傳輸媒體，或通過(guò)傳輸媒體中的載波，從將該程序存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置等中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)傳遞到其它計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這里，傳輸程序的“傳輸媒體”是指如因特網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)(通信網(wǎng)絡(luò))或電話線路等通信線路(通信線)那樣、具有傳輸信息的功能的媒體。另外，上述程序也可用于實(shí)現(xiàn)上述部分功能。并且，也可以是通過(guò)與已記錄在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的程序的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)上述功能的所謂差分文件(差分程序)。
權(quán)利要求
1.一種電容檢測(cè)電路，檢測(cè)行布線相對(duì)于多個(gè)列布線交叉所構(gòu)成的電容傳感器中、列布線與行布線的交叉部的電容變化，其特征在于具有編碼發(fā)生單元，發(fā)生在時(shí)間系列上具有正交性的編碼，將發(fā)生的編碼作為列驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出；列布線驅(qū)動(dòng)單元，根據(jù)該編碼，選擇所述列布線中的規(guī)定的列布線來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；電容檢測(cè)單元，連接于所述行布線上，將被選擇到的列布線所對(duì)應(yīng)的所述交叉部各自的電容變化的總和變換成電壓信號(hào)，作為檢測(cè)電壓輸出；和解碼運(yùn)算單元，通過(guò)從所述電容檢測(cè)單元輸出的檢測(cè)電壓與所述編碼，進(jìn)行規(guī)定的運(yùn)算，求出對(duì)應(yīng)于所述各交叉部的電容變化的電壓值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容檢測(cè)電路，其特征在于所述編碼發(fā)生單元生成PN編碼，使該P(yáng)N編碼的相位在時(shí)間系列上變化后輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電容檢測(cè)電路，其特征在于所述編碼發(fā)生單元使PN編碼在時(shí)間系列上每次1比特地移位相位后輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電容檢測(cè)電路，其特征在于所述編碼發(fā)生單元使所述PN編碼在時(shí)間系列上以隨機(jī)比特?cái)?shù)移位相位后輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電容檢測(cè)電路，其特征在于所述編碼發(fā)生單元重復(fù)多次使PN編碼的相位變化該P(yáng)N編碼的比特?cái)?shù)的所述周期，所述解碼運(yùn)算部在每個(gè)該周期求出對(duì)應(yīng)于交叉部的電容變化的電壓，累計(jì)多次該電壓，將累計(jì)結(jié)果作為所述檢測(cè)電壓輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電容檢測(cè)電路，其特征在于所述編碼發(fā)生單元生成多個(gè)PN編碼，并在所述一周期的每個(gè)間隔切換成不同的PN編碼。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電容檢測(cè)電路，其特征在于所述PN編碼是M系列。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容檢測(cè)電路，其特征在于所述編碼發(fā)生單元生成在時(shí)間系列上不同的比特排列的威爾士編碼，作為所述編碼輸出。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容檢測(cè)電路，其特征在于所述解碼運(yùn)算部根據(jù)所述編碼來(lái)積和運(yùn)算按時(shí)間系列輸出的檢測(cè)電壓的數(shù)據(jù)列，由此進(jìn)行解碼處理。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容檢測(cè)電路，其特征在于對(duì)所述多個(gè)列布線，檢測(cè)將多個(gè)所述行布線排列成矩陣狀的面積型電容傳感器的所述交叉部的電容。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容檢測(cè)電路，其特征在于對(duì)所述多個(gè)列布線，檢測(cè)對(duì)應(yīng)1條所述行布線形成的線型電容傳感器的所述交叉部的電容。
12.一種指紋傳感器，其特征在于具有權(quán)利要求1所述的電容檢測(cè)電路。
13.一種電容檢測(cè)方法，檢測(cè)由多個(gè)列布線和多個(gè)行布線構(gòu)成的電容傳感器中的、列布線與行布線的交叉部的電容變化，其特征在于具有如下步驟由編碼發(fā)生單元生成編碼，使該編碼的相位在時(shí)間系列上變化，作為列驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出；通過(guò)列布線驅(qū)動(dòng)單元，根據(jù)所述編碼，選擇所述列布線中的多個(gè)列布線來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；通過(guò)電容檢測(cè)單元，連接于所述行布線上，將被選擇到的列布線所對(duì)應(yīng)的所述交叉部各自的電容變化的總和變換成電壓信號(hào)，作為檢測(cè)電壓輸出；和通過(guò)解碼運(yùn)算單元，根據(jù)所述編碼，通過(guò)規(guī)定的運(yùn)算將從所述電容檢測(cè)單元按時(shí)間系列輸出的檢測(cè)電壓的數(shù)據(jù)列解碼，求出對(duì)應(yīng)于所述各交叉部的電容變化的電壓值。
14.一種電容檢測(cè)電路，檢測(cè)行布線相對(duì)于多個(gè)列布線交叉所構(gòu)成的電容傳感器中的、列布線與行布線的交叉部的電容變化，其特征在于具有編碼發(fā)生單元，發(fā)生在時(shí)間系列上具有正交性的編碼；列布線組選擇單元，將所述多個(gè)列布線分割成由規(guī)定數(shù)量的列布線構(gòu)成的列布線組，并選擇測(cè)定對(duì)象的列布線組；列布線驅(qū)動(dòng)單元，在依次選擇的每個(gè)列布線組中，根據(jù)所述編碼，驅(qū)動(dòng)多個(gè)列布線；電容檢測(cè)單元，連接于所述行布線上，將被選擇到的列布線所對(duì)應(yīng)的所述交叉部各自的電容變化的總和變換成電壓信號(hào)，作為檢測(cè)電壓輸出；和解碼運(yùn)算單元，在所述每個(gè)列布線組中，通過(guò)所述檢測(cè)電壓與所述編碼，進(jìn)行規(guī)定運(yùn)算，求出對(duì)應(yīng)于各交叉部的電容的電壓值。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電容檢測(cè)電路，其特征在于所述列布線組由相鄰的規(guī)定條數(shù)的列布線形成。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電容檢測(cè)電路，其特征在于所述列布線組由規(guī)定間隔的列布線形成。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電容檢測(cè)電路，其特征在于所述編碼發(fā)生單元生成PN編碼，使該P(yáng)N編碼的相位在時(shí)間系列上變化后輸出。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電容檢測(cè)電路，其特征在于所述編碼發(fā)生單元使PN編碼在時(shí)間系列上每次1比特地移位相位后輸出。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電容檢測(cè)電路，其特征在于所述編碼發(fā)生單元使所述PN編碼在時(shí)間系列上以隨機(jī)比特?cái)?shù)移位相位后輸出。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電容檢測(cè)電路，其特征在于所述編碼發(fā)生單元重復(fù)多次使PN編碼的相位變化該P(yáng)N編碼的比特?cái)?shù)的所述周期，所述解碼運(yùn)算部在每個(gè)該周期求出對(duì)應(yīng)于交叉部的電容變化的電壓，累計(jì)多次該電壓，將累計(jì)結(jié)果作為所述檢測(cè)電壓輸出。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的電容檢測(cè)電路，其特征在于所述編碼發(fā)生單元生成多個(gè)PN編碼，并在所述每一周期的間隔切換成不同的PN編碼。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電容檢測(cè)電路，其特征在于所述PN編碼是M系列。
23.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電容檢測(cè)電路，其特征在于所述編碼發(fā)生單元生成在時(shí)間系列上不同的比特排列的威爾士編碼，作為所述編碼輸出。
24.一種指紋傳感器，其特征在于具有權(quán)利要求14所述的電容檢測(cè)電路。
25.一種電容檢測(cè)方法，相對(duì)多個(gè)列布線來(lái)交叉行布線，檢測(cè)列布線與行布線的交叉部的電容變化，作為電壓值，其特征在于具有如下步驟編碼發(fā)生步驟，發(fā)生在時(shí)間系列上具有正交性的編碼；列布線組選擇步驟，將所述多個(gè)列布線分割成由規(guī)定數(shù)量的列布線構(gòu)成的列布線組，并選擇測(cè)定對(duì)象的列布線組；列布線驅(qū)動(dòng)步驟，在依次選擇的每個(gè)列布線組中，根據(jù)所述編碼，驅(qū)動(dòng)多個(gè)列布線；電容檢測(cè)步驟，將與所述行布線和被驅(qū)動(dòng)的多個(gè)列布線的交叉部電容所對(duì)應(yīng)的電流值的總和，作為檢測(cè)電壓輸出；和解碼運(yùn)算步驟，在所述每個(gè)列布線組中，通過(guò)所述檢測(cè)電壓與所述編碼，進(jìn)行積和運(yùn)算，求出對(duì)應(yīng)于各交叉部的電容的電壓值。
全文摘要
提供一種電容檢測(cè)電路和檢測(cè)方法以及指紋傳感器，通過(guò)使干擾噪聲的影響降低，使S/N比提高，可以充分的靈敏度來(lái)檢測(cè)由列布線與行布線構(gòu)成的傳感器元件的微小電容值Cs和電容變化值ΔCs。具有PN編碼發(fā)生單元，使生成的PN編碼的相位在時(shí)間系列上變化，輸出列驅(qū)動(dòng)信號(hào)；列布線驅(qū)動(dòng)單元，對(duì)應(yīng)于列驅(qū)動(dòng)信號(hào)，選擇多個(gè)列布線來(lái)驅(qū)動(dòng)；電容檢測(cè)單元，連接于行布線上，輸出將選擇到的列布線所對(duì)應(yīng)的交叉部的電容變化總和變換成電壓的檢測(cè)電壓；解碼運(yùn)算電路，對(duì)從電容檢測(cè)單元按時(shí)間系列輸出的檢測(cè)電壓的數(shù)據(jù)列，根據(jù)PN編碼，通過(guò)規(guī)定運(yùn)算進(jìn)行解碼，分離對(duì)應(yīng)于各個(gè)交叉部的電容變化的電壓。
文檔編號(hào)G06K9/00GK1603846SQ200410083499
公開(kāi)日2005年4月6日 申請(qǐng)日期2004年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月2日
發(fā)明者梅田裕一, 齊藤潤(rùn)一 申請(qǐng)人:阿爾卑斯電氣株式會(huì)社