本發(fā)明實施例涉及生物特征識別技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電容式指紋傳感器。

背景技術(shù)：

由于指紋具有終身不變性、唯一性和方便性，因此可以提供較高級別的身份安全認證。在執(zhí)行身份安全認證時，通常通過指紋傳感器(Fingerprint Sensor)作為實現(xiàn)指紋自動采集的器件。

指紋傳感器按傳感原理主要分為光學(xué)指紋傳感器、半導(dǎo)體電容式傳感器、半導(dǎo)體熱敏傳感器、半導(dǎo)體壓感傳感器、超聲波傳感器和射頻(RF)傳感器等。

以半導(dǎo)體電容式指紋傳感器為例，在一塊集成有成千上萬半導(dǎo)體器件的“平板”上，手指貼在其上形成了電容的另一面。由于手指表面凸凹不平，凸點處對應(yīng)脊，凹點處對應(yīng)谷，使得凸點處和凹點處接觸平板的實際距離大小不同，從而導(dǎo)致形成的電容的數(shù)值也不相同，將采集到的不同的電容的數(shù)值進行匯總，從而完成指紋的采集。

但是，對于積分式的半導(dǎo)體電容式指紋傳感器來說，其通常包括一個積分器，指紋電容中的基底電容、與指紋最近的金屬層到系統(tǒng)地的電容即寄生電容會在積分器輸出產(chǎn)生一個非常大的基底信號，該基底信號的大小約為指紋電容對應(yīng)的有效信號的100倍，在經(jīng)過放大器放大處理后，該基底信號遠大于有效信號，導(dǎo)致有效信號顯得較小；同時基底信號放大后使得積分器容易達到飽和導(dǎo)致指紋傳感器的輸出動態(tài)范圍較小。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例的目的在于提供一種電容式指紋傳感器，用以至少解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題。

為實現(xiàn)本發(fā)明實施例的目的，本發(fā)明實施例提供了一種電容式指紋傳感器，其包括：積分器、觸發(fā)器和基底消除電路，所述積分器用于存儲來自指紋電容的電荷以產(chǎn)生輸出信號并傳遞至所述觸發(fā)器，所述觸發(fā)器用于在所述輸出信號超過設(shè)定的閾值時觸發(fā)所述基底消除電路產(chǎn)生基底消除信號并輸出至所述積分器，所述基底消除信號用于將所述積分器的輸出信號調(diào)整至所述設(shè)定的閾值之內(nèi)以增加所述積分器的動態(tài)范圍。

本發(fā)明實施例中，通過所述積分器存儲來自指紋電容的電荷以產(chǎn)生輸出信號并傳遞至所述觸發(fā)器，所述觸發(fā)器在所述輸出信號超過設(shè)定的閾值時觸發(fā)所述基底消除電路產(chǎn)生基底消除信號并輸出至所述積分器，所述基底消除信號將所述積分器的輸出信號調(diào)整至所述設(shè)定的閾值之內(nèi)，避免了積分器容易達到飽和，從而增加了所述積分器的動態(tài)范圍。

附圖說明

圖1為一種典型的指紋傳感器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例一中指紋傳感器的電路模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例二中指紋傳感器的電路模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例三中指紋傳感器的電路模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例四中指紋傳感器的電路模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明實施例五中指紋傳感器的具體電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明實施例六中指紋傳感器的具體電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明實施例七中指紋傳感器的具體電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為本發(fā)明實施例八中指紋傳感器的具體電路結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

以下將配合圖式及實施例來詳細說明本申請的實施方式，藉此對本申請如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題并達成技術(shù)功效的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。

下述將進一步對本發(fā)明進行進一步示意性解釋說明。

圖1為一種典型的指紋傳感器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；如圖1所示，指紋傳感器包括積分電容C_i、開關(guān)S₁-S₄、放大器100。其中，開關(guān)S₁和S₃的開關(guān)狀態(tài)分受第一時鐘信號ck₁的控制，開關(guān)S₂和S₄的開關(guān)狀態(tài)受第二時鐘信號ck₂的控制，第一時鐘信號ck₁與第二時鐘信號ck₂可以分別為兩項非交疊時鐘信號。

在積分階段，第一時鐘信號ck₁為高相位，而第二時鐘信號ck₂為低相位，此時開關(guān)S₂和S₄斷開，而開關(guān)S₁和S₃導(dǎo)通；指紋電容C_f、寄生電容C_p的正極板接到電源電壓Vchg，此時基底消除電容C_c兩端都是一樣的電源電壓Vchg，因此基底消除電容C_c中的電荷被泄放干凈。之后，第二時鐘信號ck₂轉(zhuǎn)換為高相位，而第一時鐘信號ck₁轉(zhuǎn)換為低相位，此時開關(guān)S₂和S₄導(dǎo)通，而開關(guān)S₁和S₃斷開；指紋電容C_f、寄生電容C_p和基底消除電容C_c的正極板接入放大器101的負端，而基底消除電容C_c的負極板接到外部數(shù)模轉(zhuǎn)換器(Digital to Analog Converter，簡稱DAC)的輸出信號Vdac。此時由于反饋的作用，指紋電容C_f、寄生電容C_p和基底消除電容C_c中的電荷轉(zhuǎn)移到積分電容C_i中，完成一次積分過程，從而完成一次指紋的檢測。

為了敘述方便，將圖1中電源電壓Vchg、外部數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC的輸出信號Vdac、參考電壓Vref和輸出信號Vout的電壓分別簡稱為電源電壓V_c、外部數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC的輸出信號V_d、參考電壓V_r和積分器的輸出信號V_o，上述一次積分輸出信號V_oVo的變化量可由(1)表示。

由于寄生電容C_p的電容值通常是指紋電容C_f的10～100倍，因此若不消除寄生電容C_p的影響，則會導(dǎo)致積分器在還未獲得所需的信號量時就達到飽和，因此進一步導(dǎo)致指紋傳感器電路的動態(tài)范圍較小。

因此，為了消除寄生電容C_p的影響，圖1所示的指紋傳感器電路中加入了基底消除電容C_c，并通過調(diào)節(jié)提供給基底消除電容C_c的外部數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC的輸出信號V_d來消除寄生電容C_p的影響，其中，用于消除寄生電容C_p的影響所需的外部數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出信號V_d可以根據(jù)(2)給出。

根據(jù)上述公式(2)，由于寄生電容C_p的不確定性及參考電壓V_r隨工藝角(Process Voltage Temperature，簡稱PVT)的變化，需要經(jīng)過大量經(jīng)驗和測試，才能獲得外部數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC的輸出信號V_d的準(zhǔn)確值，因此難以徹底消除基底信號，也即是指紋傳感器的基底信號消除不夠準(zhǔn)確。

另一方面，由于電路的輸出動態(tài)范圍較小及基底信號消除不夠準(zhǔn)確，圖1所示的指紋傳感器電路中需要較大的積分電容C_i來減小電路的增益G，隨后通過增加積分次數(shù)來獲得數(shù)模轉(zhuǎn)換所需的信號量，從而導(dǎo)致指紋傳感器電路的信噪比下降。并且，除了信噪比下降外，還會導(dǎo)致單次指紋采集的總時間變長，進而增加指紋傳感器的平均功耗。

除了上述寄生電容C_p的存在會導(dǎo)致基底信號，指紋電容C_f包括的基底電容也會導(dǎo)致基底信號，具體原因為：指紋電容C_f包括指紋的峰電容以及谷電容，而峰電容以及谷電容均可以等效為基底電容和有效電容，指紋檢測主要是根據(jù)峰電容和谷電容中各自包括的有效電容完成指紋檢測。但是峰電容以及谷電容中的基底電容遠遠大于各自對應(yīng)的有效電容，從而導(dǎo)致指紋電容C_f的基底電容也會產(chǎn)生基底信號，上述圖1技術(shù)方案難以消除指紋電容中基底電容產(chǎn)生的基底信號，進一步導(dǎo)致難以徹底消除基底信號，因此基底信號消除不夠準(zhǔn)確。

為此，本發(fā)明下述實施例提供了一種電容式指紋傳感器，其包括：積分器、觸發(fā)器和基底消除電路，所述積分器用于存儲來自指紋電容C_f的電荷以產(chǎn)生輸出信號V_o并傳遞至所述觸發(fā)器，所述觸發(fā)器用于在所述輸出信號V_o超過設(shè)定的閾值時觸發(fā)所述基底消除電路產(chǎn)生基底消除信號并輸出至所述積分器，所述基底消除信號用于將所述積分器的輸出信號V_o調(diào)整至所述設(shè)定的閾值之內(nèi)以增加所述積分器的動態(tài)范圍。

圖2為本發(fā)明實施例一中指紋傳感器的電路模塊結(jié)構(gòu)示意圖；如圖2所示，本實施例中，所述指紋傳感器包括積分器101、觸發(fā)器102、基底消除電路103，所述積分器101包括第一信號輸入端101a和第一信號輸出端101b，所述觸發(fā)器102包括第二信號輸入端102a和第二信號輸出端102b，所述基底消除電路103包括第三信號輸入端103a和第三信號輸出端103b。所述第一信號輸出端101b與所述第二信號輸入端102a連接，所述第二信號輸出端102b與所述第三信號輸入端103a連接，所述第三信號輸出端103b與所述第一信號輸入端101a連接。

所述積分器101用于在利用所述指紋傳感器進行指紋檢測的過程中在完成對指紋電容C_f的充電之后存儲來自所述指紋電容C_f的電荷，從而完成一次充電-積分過程，并且在每完成一次充電-積分過程之后產(chǎn)生一輸出信號V_o并傳遞至所述觸發(fā)器102，具體地，所述輸出信號V_o通過所述積分器101的第一信號輸出端101b傳遞至所述觸發(fā)器102的第二信號輸入端102a。

所述觸發(fā)器102具體用于當(dāng)所述輸出信號V_o超過設(shè)定的閾值時產(chǎn)生觸發(fā)信號，所述觸發(fā)信號用于觸發(fā)所述基底消除電路103產(chǎn)生基底消除信號并輸出至所述積分器101。具體地，所述觸發(fā)信號通過所述第二信號輸出端102b傳遞至所述基底消除電路103的第三信號輸入端103a。所述基底消除電路103產(chǎn)生的基底消除信號通過所述基底消除電路103的第三信號輸出端103b傳遞至所述積分器101的第一信號輸入端101a，所述基底消除信號用于對所述積分器101的輸出信號V_o進行調(diào)整以使其不超過所述設(shè)定的閾值，即調(diào)整至所述設(shè)定的閾值之內(nèi)，從而增加所述積分器101的動態(tài)范圍。在具體實施例中，所述設(shè)定的閾值可以設(shè)定為大于所述積分器101輸出向下飽和的最低電壓。

本實施例中，所述觸發(fā)器102可以包括一比較器，所述比較器用于將所述積分器101的輸出信號V_o與所述設(shè)定的閾值進行比較，當(dāng)比較結(jié)果表明所述積分器101的輸出信號V_o超過了所述設(shè)定的閾值時，所述比較器則向所述基底消除電路103發(fā)送一觸發(fā)信號，所述基底消除電路103在所述觸發(fā)信號的觸發(fā)下產(chǎn)生所述基底消除信號。具體地，所述基底消除信號可以是基底消除電壓，所述基底消除電壓的大小詳細參見下述實施例記載。該基底消除電壓通過所述第三信號輸出端103b輸出至所述第一信號輸入端101a，即傳輸給所述積分器101，從而使得所述積分器101的輸出信號V_o不超過所述設(shè)定的閾值。

本實施例中，由于每次基底消除電壓是一個已知量，只要統(tǒng)計出基底消除的次數(shù)和所述積分器101的輸出信號V_o，即可反推得到實際的積分電壓量，進而調(diào)整所述積分器101的輸出信號V_o，從而使得所述積分器101的輸出信號V_o始終在所述設(shè)定的閾值之內(nèi)，因此，采用本實施例提供的技術(shù)方案可以保證所述積分器101不會發(fā)生飽和，也即本實施例提供的指紋傳感器輸出的動態(tài)范圍在理論上可以是無窮大。

本實施例中，上述積分器101、基底消除電路103的實現(xiàn)可以結(jié)合具體的半導(dǎo)體器件以及指紋傳感器中的不同電極板形成的電容來實現(xiàn)，詳細可參見下述實施例記載。

圖3為本發(fā)明實施例二中指紋傳感器的電路模塊結(jié)構(gòu)示意圖；如圖3所示，在上述實施例一的基礎(chǔ)上增加了充電電路104，所述充電電路104用于向所述指紋電容C_f進行充放電處理。所述充電電路104包括第四信號輸入端104a和第四信號輸出端104b，所述充電電路的輸入端與電源電壓V_c連接，具體地通過所述第四信號輸入端104a與電源電壓V_c連接來實現(xiàn)，電源電壓V_c在本申請中，作為所述充電電路104的充電電壓。所述充電電路104的信號輸出端與所述積分器101的輸入端連接，具體地通過所述第四信號輸出端104b與所述積分器101的第一信號輸入端101a連接來實現(xiàn)。

在所述積分器101進行積分處理時，所述指紋電容C_f的電荷轉(zhuǎn)移到所述積分器101上。但是，本實施例中，由于包括所述基底消除電路103，可以通過觸發(fā)所述基底消除電路103產(chǎn)生基底消除信號，所述基底消除信號可以抵消來自基底電容以及寄生電容C_p對應(yīng)的電荷轉(zhuǎn)移到所述積分器101上導(dǎo)致的所述積分器101的輸出信號V_o超過設(shè)定的閾值的部分，從而使得所述積分器101的輸出不超過所述設(shè)定的閾值。

圖4為本發(fā)明實施例三中指紋傳感器的電路模塊結(jié)構(gòu)示意圖；如圖4所示，在上述圖3的基礎(chǔ)上增加了屏蔽電路105與充電電路104相互并聯(lián)，所述屏蔽電路105用于消除或者減緩所述寄生電容C_p轉(zhuǎn)移電荷至所述積分器101。本實施例中，所述屏蔽電路105的輸入端連接到所述電源電壓V_cVc，具體地通過所述屏蔽電路105中的第五信號輸入端105a連接到電源電壓V_c來實現(xiàn)，所述屏蔽電路105的輸出端與寄生電容C_p(圖中未示出)連接，具體地通過所述屏蔽電路105中的第五信號輸出端105b連接到寄生電容C_p來實現(xiàn)，并且，所述屏蔽電路105的第五信號輸出端105b還進一步連接到所屬接分期101的第一信號輸入端101a。

本實施例中，通過在指紋傳感器電路中增加所述屏蔽電路105并利用所述屏蔽電路105對所述寄生電容C_p進行充放電處理，從而避免所述寄生電容C_p上的電荷轉(zhuǎn)移到所述積分器101上，有效降低寄生電容C_p的存在對所述積分器101輸出信號Vo的影響，因此可以進一步避免了所述積分器101的輸出信號Vo超過所述設(shè)定的閾值，從而有效增大了電路輸出的動態(tài)范圍。

本實施例中，上述屏蔽電路105具體可以由半導(dǎo)體器件形成，詳細請參見下述實施例的示意性解釋。

圖5為本發(fā)明實施例四中指紋傳感器的電路模塊結(jié)構(gòu)示意圖；如圖5所示，所述積分器101基于負反饋機制而連接所述參考電壓V_r，本實施例在上述圖3實施例的基礎(chǔ)上增加失配消除電路106，所述失配消除電路設(shè)置在所述積分器101和所述基底消除電路103之間，用于消除所述積分器101與所述參考電壓V_r產(chǎn)生的失配，具體通過所述失配消除電路106設(shè)置在所述積分器101的第一信號輸入端101a和所述基底消除電路103的第三信號輸出端103b之間來實現(xiàn)。

在實際工作過程中，由于所述積分器101與所述參考電壓V_r之間可能產(chǎn)生失配，通常也會導(dǎo)致所述積分器101輸出信號V_o的動態(tài)范圍較小。因此，本實施例中，在上述圖1的基礎(chǔ)上增加了失配消除電路106，消除所述積分器101與所述參考電壓V_r可能產(chǎn)生的失配。所述失配消除電路106的具體實現(xiàn)技術(shù)可以包括自動調(diào)零、相關(guān)雙采樣、斬波等技術(shù)，進而提高所述指紋傳感器各通道之間的匹配。

圖6為本發(fā)明實施例五中指紋傳感器的具體電路結(jié)構(gòu)示意圖；如圖6所示，本實施例中，指紋傳感器的各單元具體結(jié)構(gòu)如下：

所述積分器101包括積分電容111和放大器121，本實施例中，所述積分電容111用于存儲來自所述指紋電容C_f的電荷，所述放大器121可以為差分輸入-單端輸出放大器，以下稱為第一差分輸入-單端輸出放大器121。所述第一差分輸入-單端輸出放大器121的輸出端作為所述第一信號輸出端101b，并連接到所述觸發(fā)器102以向所述觸發(fā)器102輸出所述輸出信號V_o，所述第一差分輸入-單端輸出放大器121的同相輸入端(或稱為正輸入端)連接到所述參考電壓V_r，所述第一差分輸入-單端輸出放大器121的反相輸入端(或稱為負輸入端)作為所述積分器101的輸入端并連接到所述指紋電容C_f。所述積分電容111連接在第一差分輸入-單端輸出放大器121的反相輸入端和和輸出端之間，具體通過連接在所述第一信號輸入端101a和所述第一信號輸出端101b之間實現(xiàn)。具體地，所述積分電容111的正極板與所述第一信號輸出端101b連接，所述積分電容111的負極板與所述第一信號輸入端101a連接。

所述觸發(fā)器102包括：相互串聯(lián)的比較器112和反相器122，本實施例中，所述比較器112可以采用差分輸入-單端輸出放大器，以下稱為第二差分輸入-單端輸出放大器112，所述反相器122可以采用單輸入-單輸出反相器，以下稱為單輸入-單輸出反相器122。所述第二差分輸入-單端輸出放大器112的反相輸入端作為所述第二信號輸入端102a，并通過與所述積分器101的第一信號輸出端101b連接從而連接到所述積分器101以接收所述輸出信號V_o；所述第二差分輸入-單端輸出放大器112的同相輸入端連接所述參考電壓Vr，所述參考電壓Vr作為所述觸發(fā)器102的設(shè)定的閾值。

在本實施例中，所述觸發(fā)器102可以包括兩個開關(guān)控制端子：第一開關(guān)控制端子和第二開關(guān)控制端子，所述兩個輸出端子共同構(gòu)成如上所述的所述觸發(fā)器102的第二信號輸出端102b。所述觸發(fā)器輸出的觸發(fā)信號包括第一開關(guān)控制信號和第二開關(guān)控制信號，所述第一開關(guān)控制信號和所述第二開關(guān)控制信號相互反相，比如本實施例中，所述單輸入-單輸出反相器122的輸出端可以作為所述第一開關(guān)控制端子，用于輸出所述第一開關(guān)控制信號(或稱為第一觸發(fā)信號)Ca1，所述放大器112的輸出端可以作為所述第二開關(guān)控制端子，用于輸出所述第二開關(guān)控制信號(或稱為第二觸發(fā)信號)Ca2。

本實施例中，所述基底消除電路103具體包括：開關(guān)電路和基底消除電容C_c，所述開關(guān)電路與所述基底消除電容C_c連接，用于在所述觸發(fā)信號的觸發(fā)下進行開關(guān)動作從而使得所述基底消除電容C_c進行充放電處理以產(chǎn)生所述基底消除信號。

比如，本實施例中，所述基底消除電路103中的開關(guān)電路可以具體包括第一開關(guān)1131a(又標(biāo)記為S3)、第二開關(guān)1131b(又標(biāo)記為S4)、第三開關(guān)1132a(又標(biāo)記為S5)和第四開關(guān)1132b(又標(biāo)記為S6)。其中，所述第一開關(guān)1131a的一端作為所述第三信號輸入端103a，并與所述電源電壓V_c連接，所述第一開關(guān)1131a另一端與所述第二開關(guān)1131b的一端連接，并與基底消除電容C_c的正極板連接；所述第二開關(guān)1131b的另一端與所述系統(tǒng)地Vg連接。第三開關(guān)1132a的一端與所述參考電壓V_r連接，第三開關(guān)1132a的另一端與所述第四開關(guān)1132b的一端連接，并與基底消除電容C_c的負極板連接；所述第四開關(guān)1132b的另一端作為第三信號輸出端103b，用于輸出所述基底消除信號。

本實施例中，所述第一開關(guān)1131a和第三開關(guān)1132a接收所述第一開關(guān)控制信號(或稱為第一觸發(fā)信號)Ca1，并在所述第一開關(guān)控制信號Ca1的控制下進行開關(guān)動作；所述第二開關(guān)1131b和第四開關(guān)1132b接收所述第二開關(guān)控制信號(或稱為第二觸發(fā)信號)Ca2，并在所述第二開關(guān)控制信號Ca2的控制下進行開關(guān)動作。也即是說，在本實施例中，所述觸發(fā)器102輸出給所述基底消除電路103的觸發(fā)信號具體包括所述第一開關(guān)控制信號(或稱為第一觸發(fā)信號)Ca1和所述第二開關(guān)控制信號(或稱為第二觸發(fā)信號)Ca2，二者相互反相。

所述充電電路104用于對所述指紋電容C_f進行充放電處理，所述充電電路104的輸入端與電源電壓V_c連接，所述電源電壓V_c作為充電電壓；所述充電電路101的輸出端與所述積分器101的輸入端連接。

具體地，所述充電電路104包括第五開關(guān)114(又標(biāo)記為S1)和第六開關(guān)124(又標(biāo)記為S2)。所述第五開關(guān)114的一端作為第四信號輸入端104a，即作為所述充電電路的輸入端，并與所述電源電壓V_c連接，所述第五開關(guān)114的另一端分別與所述指紋電容C_f和所述寄生電容C_p的正極板連接；與此同時，所述第六開關(guān)124的一端也分別與所述指紋電容C_f和所述寄生電容C_p的正極板連接，所述第六開關(guān)124的另一端作為第四信號輸出端104b，與所述第一信號輸出端101a連接，即作為所述充電電路104的輸出端并連接到所述積分器101。所述寄生電容C_p的負極板和所述指紋電容C_f的負極板均與所述系統(tǒng)地Vg連接。

本實施例中的指紋檢測電流工作過程可如下：

充電電路104中的所述第五開關(guān)114(S1)和所述第六開關(guān)124(S2)受所述第一時鐘信號ck₁和第二時鐘信號ck₂控制，當(dāng)?shù)谝粫r鐘信號ck₁為高、第二時鐘信號ck₂為低時，所述第五開關(guān)114(S1)導(dǎo)通，而所述第六開關(guān)124(S2)斷開，此時所述指紋電容C_f和所述寄生電容C_p的正極板被充至電源電壓V_c。

在第二時鐘信號ck₂為高、第一時鐘信號ck₁為低時，所述第五開關(guān)114(S1)斷開，而所述第六開關(guān)124(S2)導(dǎo)通，所述指紋電容C_f中的電荷以一定比例轉(zhuǎn)移到所述積分電容C_i，完成一次積分過程。上述充電-積分過程在所述積分器的輸出體現(xiàn)的電壓增量ΔV_o,cf由(3)給出。

所述觸發(fā)器102將所述積分器101中的輸出信號V_o與所述參考電壓Vr進行比對，若所述輸出信號V_o未超出所述參考電壓V_r，則所述觸發(fā)器102輸出的觸發(fā)信號具體為所述第一開關(guān)控制信號(或稱為第一觸發(fā)信號)ca₁為高，而第二開關(guān)控制信號(或稱為第二觸發(fā)信號)ca₂為低；若所述輸出信號V_o超出所述參考電壓V_r，則所述觸發(fā)器102輸出的觸發(fā)信號具體為所述第一開關(guān)控制信號(或稱為第一觸發(fā)信號)ca₁為低，而所述第二開關(guān)控制信號(或稱為第二觸發(fā)信號)ca₂為高。

在所述基底消除電路103中，當(dāng)所述第一開關(guān)控制信號(或稱為第一觸發(fā)信號)ca₁為高時，所述第一開關(guān)1131a(S3)和所述第三開關(guān)1132a(S5)導(dǎo)通，而所述第二開關(guān)1131b(S4)和所述第四開關(guān)1132b(S6)斷開，此時所述基底消除電容C_c的正極板接到所述電源電壓V_c，且其負極板接到所述參考電壓V_r。當(dāng)?shù)诙_關(guān)控制信號(或稱為第二觸發(fā)信號)ca₂為高時，所述第一開關(guān)1131a(S3)和所述第三開關(guān)1132a(S5)斷開，而所述第二開關(guān)1131b(S4)和所述第四開關(guān)1132b(S6)導(dǎo)通，此時所述基底消除電容C_c的負極板接到所述積分器101的第一信號輸入端101a，且其正極板接到系統(tǒng)地Vg。從而完成一次基底消除動作，該基底消除動作在輸出體現(xiàn)的基底消除電容Cc的電壓增量ΔV_o,cc可由式(4)表示。

根據(jù)式(4)，所述基底消除電壓與參考電壓V_r無關(guān)，只與C_c/C_i和V_c有關(guān)，并且C_c/C_i和V_c都是已知量，因此只要知道基底消除的次數(shù)，即可反推出基底消除的電壓總量。

因此經(jīng)過n次積分后，并發(fā)生了m次的基底消除，此時實際采樣得到的積分器的輸出信號V_or可以用(5)表示。實際采樣得到的指紋峰-谷電壓之差V_or,p-v可由(6)表示，其中n與m滿足關(guān)系0≤nΔV_o,cf+mΔV_o,cc≤ΔV_o,cc，n大于等于m。

V_or＝nΔV_o,cf+mΔV_o,cc+V_r, (5)

V_or,p-v＝nΔV_o,Δcf+(m_p-m_v)ΔV_o,cc, (6)

由于(6)中m_p、m_v、V_s、C_c/C_i都是已知量，m_p、m_v分別為指紋電容C_f中峰電容、谷電容參與基底消除的次數(shù)。

因此只要將實際輸出的峰-谷電壓之差V_or,p-v減去總基底消除電壓之差(m_p-m_v)ΔV_o,cc，即可得到無限輸出動態(tài)范圍情況下的峰-谷電壓之差V_oi,p-v，如式(7)所示。

由(7)式可見，實際輸出的峰-谷電壓之差V_or,p-v與寄生電容C_p和指紋電容C_f中的基底電容無關(guān)，只與指紋電容C_f中峰電容和谷電容之差ΔC_f和積分電容C_i有關(guān)，因此，所述積分器101的輸出動態(tài)范圍得到了無限的擴展。由于動態(tài)范圍的提高，使得所述積分器101可以采用更高的增益。在增益增加之后，獲得同樣的信號量，輸出信噪比也隨之變高，與此同時，等效到所述積分器101輸入的噪聲也減小，因此可以有效降低了ADC對精度的需求。

圖7為本發(fā)明實施例六中指紋傳感器的具體電路結(jié)構(gòu)示意圖；如圖7所示，本實施例六提供的指紋傳感器在上述圖6的基礎(chǔ)上增加了增加失配消除電路106，所述失配消除電路106設(shè)置在所述放大器121和所述基底消除電路103之間，用于消除所述積分器101與所述參考電壓V_r產(chǎn)生的失配。

對于圖6的電路，假設(shè)所述放大器121與參考電壓V_r之間的失配量為σV_r，a2r，所述積分器101積分n次后，理想情況下峰-谷電壓之差V_oi，p-v(n)的關(guān)系由(8)給出，而有效信號與失配信號之比γ_a2r由(9)給出。

從(9)可知，在實際實施過程中，由于(V_r-V_s)/σV_a2r>100，ΔC_f/(C_f+C_p)≈1/100，可見失配信號基本上與有效信號處于同一量級，甚至大于想要獲得的有效信號。因此若不做任何處理，所述積分器101的輸出信號可能會發(fā)生一定的偏移。

因此，本實施例中，所述積分器101內(nèi)部增加了所述失配消除電路106，如果所述放大器121采用差分輸入-單端輸出放大器，則所述基底消除電路103的第三信號輸出端103b通過所述失配消除電路106與所述放大器121的反相輸入端連接。

具體地，在一種實施例中，所述失配消除電路106可以包括兩個輸入端，其中一輸入端與所述第三信號輸出端103b相連，另一輸入端與所述參考電壓V_r連接；另外，所述失配消除電路106的輸出端可以連接到所述放大器121的反相輸入端。如上所述，所述失配消除電路106的具體實現(xiàn)可有多重方式，比如常見的技術(shù)有由自動調(diào)零、相關(guān)雙采樣、斬波等技術(shù)。

圖8為本發(fā)明實施例七中指紋傳感器的具體電路結(jié)構(gòu)示意圖；如圖8所示，本實施例七提供的指紋傳感器與上述實施例的主要不同點在于，本實施例中，所述積分器101包括積分電容111和第一反相器131。所述第一反相器131為單輸入-單輸出反相器，所述第一反相器131的輸出端作為所述積分器101的輸出端并連接到所述觸發(fā)器102以向所述觸發(fā)器輸出所述輸出信號V_o，所述第一反相器131的輸入端作為所述積分器101的輸入端并連接到所述指紋電容C_f，所述積分電容111連接在所述第一信號輸出端101b和所述第一信號輸入端101a之間，即連接在所述第一反相器131的輸出端和輸入端之間。

本實施例中，所述觸發(fā)器102包括：相互串聯(lián)的第二反相器132和第三反相器142，所述第二反相器132的輸入端連接到所述積分器101的輸出端。這兩個反相器132和142均可以為單輸入-單輸出反相器。所述第三反相器142的輸出端作為所述觸發(fā)器102的第一開關(guān)控制端子，用于輸出所述第一開關(guān)控制信號(或稱為第一觸發(fā)信號)Ca1，所述第二反相器132的輸出端作為第二開關(guān)控制端子，用于輸出第二開關(guān)控制信號(或稱為第二觸發(fā)信號)Ca2。也即是說，在本實施例中，所述第三反相器132的輸入端作為所述觸發(fā)器102的第二信號輸入端102a，而所述觸發(fā)器102的第二信號輸出端102b具體包括所述第一開關(guān)控制端子和所述第二開關(guān)控制端子。

與上述實施例相比，本實施例中，由于所述積分器101使用所述單輸入-單輸出的反相器131來代替其他實施例的放大器121，因而可以減少貢獻噪聲的管腳數(shù)量的同時去除了參考電壓V_r引入的噪聲，從而提高了所述積分器101輸出的SNR；另外，所述單輸入-單輸出的反相器131可以在獲得與差分輸入結(jié)構(gòu)相同帶寬的條件下，只消耗一半的功耗，因此有效地降低了所述指紋傳感器的整體功耗，進而縮短了單次指紋采集的總時間。最后，由于使用的單輸入-單輸出的反相器131結(jié)構(gòu)相對于放大器121而言較為簡單，因此也減小了所述指紋傳感器的電路面積。

圖9為本發(fā)明實施例八中指紋傳感器的具體電路結(jié)構(gòu)示意圖；如圖9所示，本實施例八提供的指紋傳感器在上述圖6的基礎(chǔ)上增加了屏蔽電路105的具體電路，所述屏蔽電路105具有第五信號輸入端105a和第五信號輸出端105b，具體地，所述屏蔽電路105包括第七開關(guān)115(又標(biāo)記為S7)和第八開關(guān)125(又標(biāo)記為S8)。其中，所述第七開關(guān)115的一端作為第五信號輸入端105a，即所述屏蔽電路105的輸入端，并連接到電源電壓V_c，而所述第七開關(guān)115的另一端通過所述第五信號輸出端105b連接到所述寄生電容C_p，并同時連接到所述第八開關(guān)125的其中一端；另一方面，所述第八開關(guān)125的另一端與所述參考電壓V_rVr連接。并且，在本實施例中，所述第七開關(guān)115和所述第八開關(guān)125的開關(guān)狀態(tài)同樣地分別受所述第一時鐘信號ck₁和第二時鐘信號ck₂的控制。

本實施例中的所述觸發(fā)器102上述圖7實施例中記載的相互串聯(lián)的比較器112和反相器122，詳細不再贅述。本實施例的指紋傳感器的工作過程詳細如下：

當(dāng)所述第一時鐘信號ck₁為高時，所述第五開關(guān)114(S1)和所述第七開關(guān)115(S7)導(dǎo)通，而所述第六開關(guān)124(S2)和所述第八開關(guān)125(S8)斷開，此時所述指紋電容C_f的正極板和所述寄生電容C_p的兩端都接到所述電源電壓V_c，此時由于所述寄生電容C_p由于兩端電壓一致，所以所述寄生電容C_p中無電荷。

當(dāng)所述第二時鐘信號ck₂為高時，所述第五開關(guān)114(S1)和所述第七開關(guān)115(S7)斷開，而所述第六開關(guān)124(S2)和所述第八開關(guān)125(S8)導(dǎo)通，此時所述指紋電容C_f中的部分電荷轉(zhuǎn)移到所述積分器101中。由于所述放大器121正負兩端虛短，因此所述放大器121的反相輸入端的電壓Vin、加載到指紋電容C_f正極板，使得指紋電容C_f正極板的電壓等于參考電壓V_r，進而使得寄生電容C_p負極板的電壓為參考電壓V_r，同時由于第八開關(guān)125的導(dǎo)通，使得寄生電容C_p正極板的電壓也為參考電壓V_r，因此此時寄生電容C_p中依然無電荷。因此所述積分器101單次積分輸出信號的變化量ΔV_o,cf由式(10)給出，從該式(10)可以看出，由于所述屏蔽電路105的存在，所述寄生電容C_p的影響被完全消除。

本申請的實施例所提供的裝置可通過計算機程序?qū)崿F(xiàn)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該能夠理解，上述的單元以及模塊劃分方式僅是眾多劃分方式中的一種，如果劃分為其他單元或模塊或不劃分塊，只要信息對象的具有上述功能，都應(yīng)該在本申請的保護范圍之內(nèi)。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)明白，本申請的實施例可提供為方法、裝置(設(shè)備)、或計算機程序產(chǎn)品。因此，本申請可采用完全硬件實施例、完全軟件實施例、或結(jié)合軟件和硬件方面的實施例的形式。而且，本申請可采用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機可用存儲介質(zhì)(包括但不限于磁盤存儲器、CD-ROM、光學(xué)存儲器等)上實施的計算機程序產(chǎn)品的形式。

本申請是參照根據(jù)本申請實施例的方法、裝置(設(shè)備)和計算機程序產(chǎn)品的流程圖和/或方框圖來描述的。應(yīng)理解可由計算機程序指令實現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結(jié)合。可提供這些計算機程序指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器以產(chǎn)生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。

這些計算機程序指令也可存儲在能引導(dǎo)計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備以特定方式工作的計算機可讀存儲器中，使得存儲在該計算機可讀存儲器中的指令產(chǎn)生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。

這些計算機程序指令也可裝載到計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備上，使得在計算機或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行一系列操作步驟以產(chǎn)生計算機實現(xiàn)的處理，從而在計算機或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行的指令提供用于實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。

盡管已描述了本申請的優(yōu)選實施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實施例以及落入本申請范圍的所有變更和修改。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本申請進行各種改動和變型而不脫離本申請的精神和范圍。這樣，倘若本申請的這些修改和變型屬于本申請權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本申請也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。