電流模式指紋識(shí)別傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及指紋識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電流模式指紋識(shí)別傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]指紋識(shí)別傳感器每個(gè)像素都是一個(gè)單獨(dú)的感應(yīng)單元，每個(gè)感應(yīng)單元一般都會(huì)包含一個(gè)放大器，每個(gè)像素有限的面積決定了放大器只能使用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。當(dāng)指紋傳感器使用在比較低的電源電壓情況下時(shí)，如2.8V或1.8V或者更低的情況時(shí)，放大器的動(dòng)態(tài)范圍會(huì)比較小，導(dǎo)致有效信號(hào)的放大倍數(shù)受限，最終導(dǎo)致系統(tǒng)靈敏度比較低。
[0003]改進(jìn)上述指紋識(shí)別傳感器可以采用其他復(fù)雜的放大器，但這種方案受限于每個(gè)感應(yīng)單元有限的面積，缺乏可行性。
[0004]而且，當(dāng)上述指紋識(shí)別傳感器的靈敏度比較低時(shí)，傳感器表面不可以覆蓋更厚的保護(hù)層，這樣會(huì)降低對(duì)指紋識(shí)別傳感器的保護(hù)作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種電流模式指紋識(shí)別傳感器，通過(guò)采用雙發(fā)射源技術(shù)來(lái)抵消無(wú)用的大信號(hào)以提高有用信號(hào)在總信號(hào)中的比重，進(jìn)而提高前級(jí)電路的動(dòng)態(tài)范圍，最終使指紋識(shí)別傳感器具備比較高的檢測(cè)靈敏度；同時(shí)，通過(guò)電流工作模式可以提高指紋識(shí)別傳感器的檢測(cè)速度。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的實(shí)施方式提供了一種電流模式指紋識(shí)別傳感器，該電流模式指紋識(shí)別傳感器采用電流工作模式，包含:金屬邊框、感應(yīng)單元陣列、內(nèi)部發(fā)射源與外部發(fā)射源；
[0007]所述金屬邊框環(huán)繞設(shè)置于所述感應(yīng)單元陣列的周圍；
[0008]所述外部發(fā)射源向所述金屬邊框發(fā)射第一輸入信號(hào)Vinl ；
[0009]所述感應(yīng)單元陣列包含若干個(gè)感應(yīng)單元；每一個(gè)感應(yīng)單元分別包含一個(gè)內(nèi)部發(fā)射源與充電電容Cin ;所述內(nèi)部發(fā)射源向?qū)?yīng)的Cin發(fā)射第二輸入信號(hào)Vin2，對(duì)所述Cin進(jìn)行充電；
[0010]其中，所述Vin2為與所述Vinl相位相反的方波,用于抵消所述Vinl中攜帶的直流大信號(hào)。
[0011 ] 本發(fā)明實(shí)施方式相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)而言，除了利用內(nèi)部發(fā)射源向感應(yīng)單元內(nèi)的充電電容(Cin)發(fā)射第二輸入信號(hào)(Vin2)，對(duì)其進(jìn)行充電，還利用外部發(fā)射源向環(huán)繞設(shè)置于感應(yīng)單元陣列周圍的金屬邊框發(fā)射第一輸入信號(hào)(Vinl)，對(duì)其進(jìn)行充電，由于Vin2為與Vinl相位相反的方波，Vin2可以抵消Vinl中攜帶的對(duì)檢測(cè)無(wú)用的直流大信號(hào)，增大了有用信號(hào)在總信號(hào)中的比重，提高了前級(jí)電路的動(dòng)態(tài)范圍，也就是，使指紋識(shí)別傳感器的前端具備高增益能力，提高了信噪比，最終使指紋識(shí)別傳感器具備比較高的檢測(cè)靈敏度，從而使指紋識(shí)別傳感器表面可以覆蓋更厚的保護(hù)層。同時(shí)，本發(fā)明中的指紋識(shí)別傳感器采用電流工作模式，即在手指接觸感應(yīng)單元時(shí)，將手指與感應(yīng)單元之間的接觸電容的電容變化轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)的變化，并基于該電流信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，以獲取手指的指紋信息。由于后續(xù)處理電路對(duì)電流信號(hào)響應(yīng)比較快，所以，為后續(xù)電路提供攜帶指紋信息的電流信號(hào)，可以提高指紋識(shí)別傳感器的檢測(cè)速度。
[0012]進(jìn)一步地，每一個(gè)感應(yīng)單元還均一個(gè)跨導(dǎo)放大器、第一開(kāi)關(guān)S1與第二開(kāi)關(guān)S2 ;其中，所述跨導(dǎo)放大器包含正輸入端Vi+、負(fù)輸入端V1-、正電流輸出端1utp與負(fù)電流輸出端1utn ;所述Vi+通過(guò)所述S1連接到偏置信號(hào)輸入端Vcom,所述Vi+還通過(guò)一個(gè)節(jié)點(diǎn)分別與所述Cin、所述極板相連；所述V1-通過(guò)所述S2連接到所述Vcom。閉合開(kāi)關(guān)S1和S2，可以使跨導(dǎo)放大器的Vi+、V1-均與Vcom相連，給跨導(dǎo)放大器建立一個(gè)工作點(diǎn)；斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S1和S2，電流模式指紋識(shí)別傳感器進(jìn)入檢測(cè)狀態(tài)；在檢測(cè)狀態(tài)下，跨導(dǎo)放大器將手指與感應(yīng)單元之間的接觸電容的電容變化轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)的變化，以供后續(xù)電路進(jìn)行處理，獲取電流信號(hào)攜帶的指紋信息，為提高電流模式指紋識(shí)別傳感器的檢測(cè)速度奠定了基礎(chǔ)。
[0013]進(jìn)一步地，所述跨導(dǎo)放大器包含:第一 N溝道金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管NM0S、第二 NM0S、第三NM0S與第四NM0S ;所述第一 NM0S與所述第二 NM0S構(gòu)成跨導(dǎo)對(duì)；其中，所述第一 NM0S與所述第二 NM0S的柵極分別為所述跨導(dǎo)放大器的V1-、Vi+ ;所述第一NM0S與所述第二 NM0S的漏極分別為所述跨導(dǎo)放大器的1utp、1utn ;所述第一 NM0S與所述第二 NM0S的源極相連后與所述第三NM0S的漏極相連；所述第三NM0S的源極與所述第四NM0S的漏極相連，所述第四NM0S的源極接地；所述第三NM0S與所述第四NM0S的柵極分別輸入偏置電壓Vbnl、Vbn2。由于跨導(dǎo)放大器僅包含4個(gè)NM0S管，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所占面積小，可以置于所述指紋識(shí)別傳感器中的一個(gè)感應(yīng)單元有限的面積范圍內(nèi)，保證了本發(fā)明實(shí)施方式的可行性。
[0014]進(jìn)一步地,通過(guò)控制所述Vbnl從所述感應(yīng)單元陣列中選擇工作的若干行感應(yīng)單元；通過(guò)控制所述Vbn2從所述感應(yīng)單元陣列中選擇工作的若干列感應(yīng)單元；或者，通過(guò)控制所述Vbn2從所述感應(yīng)單元陣列中選擇工作的若干行感應(yīng)單元；通過(guò)控制所述Vbnl從所述感應(yīng)單元陣列中選擇工作的若干列感應(yīng)單元；其中，所述Vbnl與所述Vbn2中任意一個(gè)接地時(shí)，所述跨導(dǎo)放大器關(guān)閉。
[0015]第三NM0S的柵極的偏置電壓(Vbnl)兼?zhèn)涮峁┛鐚?dǎo)放大器工作點(diǎn)和關(guān)閉跨導(dǎo)放大器的功能，當(dāng)Vbnl的值為跨導(dǎo)放大器正常工作點(diǎn)時(shí)，跨導(dǎo)放大器才能夠正常工作，當(dāng)?shù)谌齆M0S的柵極接地時(shí)，即當(dāng)Vbnl電壓為電路中的最低電勢(shì)時(shí)，放大器關(guān)閉。第四NM0S的柵極的偏置電壓(Vbn2)也兼?zhèn)涮峁┛鐚?dǎo)放大器工作點(diǎn)和關(guān)閉跨導(dǎo)放大器的功能，當(dāng)Vbn2為跨導(dǎo)放大器正常工作點(diǎn)時(shí)，放大器才能夠正常工作，當(dāng)?shù)谒腘M0S的柵極接地時(shí)，即當(dāng)Vbn2為電路中的最低電勢(shì)時(shí)，放大器關(guān)閉。因此，只要第三NM0S或者第四NM0S的柵極中有一個(gè)接地時(shí)，即只要Vbnl和Vbn2中有一個(gè)為電路中的最低電勢(shì)時(shí)，放大器就處于關(guān)閉狀態(tài)。故而，可以通過(guò)控制Vbnl來(lái)實(shí)現(xiàn)行選擇功能，也可以通過(guò)控制Vbn2實(shí)現(xiàn)列選擇功能，或者，可以通過(guò)控制Vbnl來(lái)實(shí)現(xiàn)列選擇功能,通過(guò)控制Vbn2實(shí)現(xiàn)行選擇功能。這樣，通過(guò)控制Vbnl與Vbn2只選擇一行感應(yīng)單元與一列感應(yīng)單元工作時(shí)，那么只有該行與該列交叉的感應(yīng)單元工作，即整個(gè)感應(yīng)單元陣列掃描時(shí)每次只打開(kāi)一個(gè)感應(yīng)單元。
[0016]進(jìn)一步地，還包含一個(gè)控制器與處理器；所述處理器的輸入端與所有跨導(dǎo)放大器的1utp、1utn均相連，所述處理器的輸出端與所述控制器的輸入端相連；所述處理器，用于處理所有跨導(dǎo)放大器的輸出電流獲取指紋信息，并向所述控制器輸出一個(gè)反饋信號(hào)；該反饋信號(hào)包含手指是否接觸金屬邊框的信息；所述控制器的輸出端與所有感應(yīng)單元的內(nèi)部發(fā)射源均相連，該控制器用于根據(jù)接收到的反饋信號(hào)，在該電流式指紋識(shí)別傳感器未檢測(cè)到手指接觸金屬邊框時(shí)，控制所有的內(nèi)部發(fā)射源減小Vin2的幅度或者停止發(fā)射Vin2。
[0017]一方面，處理器對(duì)前級(jí)的所有跨導(dǎo)放大器輸出的有效電流進(jìn)行放大、去噪、量化等處理以獲取指紋信息。另一方面，處理器根據(jù)對(duì)前級(jí)有效電流信號(hào)的處理結(jié)果，向控制器輸出一個(gè)反饋信號(hào)，對(duì)前級(jí)的內(nèi)部發(fā)射源進(jìn)行反饋控制。當(dāng)控制器接收到的反饋信號(hào)包含手指未接觸金屬邊框的信息時(shí)，控制所有的內(nèi)部發(fā)射源減小Vin2的幅度或者停止發(fā)射Vin2，從而減小共模抵消程度。
[0018]另外，每一個(gè)感應(yīng)單元均包含一個(gè)極板與地線VSS ;所述VSS環(huán)繞設(shè)置于所述極板的周圍；在觸摸時(shí)，手指與所述極板形成接觸電容C1;手指與所述金屬邊框之間形成電容C2。另外，所述極板可以為矩形、菱形、圓形或者橢圓形。極板的形狀可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，保證了本發(fā)明實(shí)施方式的多樣性。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的電流模式指紋識(shí)別傳感器的感應(yīng)區(qū)域示意圖；
[0020]圖2A是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式中的感應(yīng)單元中矩形極板的圖案示意圖；
[0021]圖2B是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式中的感應(yīng)單元中菱形極板的圖案示意圖；
[0022]圖2C是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式中的感應(yīng)單元中圓形極板的圖案示意圖；
[0023]圖2D是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式中的感應(yīng)單元中橢圓形極板的圖案示意圖；
[0024]圖3是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式中的感應(yīng)單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式中的感應(yīng)單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖5是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式中的升壓芯片與電流模式指紋識(shí)別傳感器的相對(duì)位置示意圖；
[0027]圖6是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方式中的電荷泵與電流模式指紋識(shí)別傳感器的相對(duì)位置示意圖；
[0028]圖7是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施方式中的感應(yīng)單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的各實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的闡述。然而，本領(lǐng)域的普