技术领域

本发明为涉及一种指纹辨识感测器， 尤其涉及一种快速辨识的指纹 辨识感测器。 背景技术

随着个人资料保护及隐私权逐渐被重视， 辨识个人身份的方法也随 之演进， 相较于先前的签名辨识与密码辨识等容易被模 仿或盗用的方 法， 近期强调个人独特性与个体间差异性的生物特 征遂逐渐被应用于身 分辨识的领域， 例如脸部轮廓辨识、 虹膜辨识及指纹辨识等以生物特征 进行辨识的方式， 其中又以指紋辨识的方便性、 个体间差异性及产业应 用性为高， 而蓬勃发展并被广泛应用于许多产业 之中。

指纹辨识已被广泛地应用于许多产业， 如中国发明专利公开第 CN

102954753 A号， 揭示一种电容式距离感测器， 包括一电容测量极板、一 电容耦合极板、 一参考电容、 一参考电容充电电路、 一电容测量极板放 电电路、 一电荷中和电路、 一可程式设计电平生成器、 一可程式设计电 平生成器 2以及一电压比较器， 该电容测量极板与该电荷中和电路连接， 当被测导电体表面与该电容测量极板上表面接 近， 在该电容测量极板和 被测导电体表面之间形成测量电容； 该电容耦合极板与该可程式设计电 平生成器连接， 位于该电容测量极板下方， 该电容耦合极板和该电容测 量极板之间形成耦合电容； 该参考电容一端与该参考电容充电电路、 该 电荷中和电路、 该电压比较器输入端连接； 该参考电容充电电路一端与 该参考电容连接， 另一端与系统电源连接， 闭合状态使参考电容与系统 电源导通， 断开状态使参考电容与系统电源断开； 该电容测量极板放电 电路， 一端与该电容测量极板连接， 闭合状态将电容测量极板与系统地 导通， 断开状态使电容测量极板与系统地断开； 该电荷中和电路一端与 该参考电容连接， 另一端与该电容测量极板连接， 闭合状态使该参考电 容与该电容测量极板导通， 断开状态使该参考电容与该电容测量极板断 开； 该可程式设计电平生成器与该电容耦合极板连 接； 该电压比较器的 输入端与该参考电容连接以及该可程式设计电 平生成器 2连接， 输出端 作为感测器输出。

上述现有技术又被称为 C-V-T型电容感测器电路， 实际使用时， 该 参考电容充电电路需多次的导通与断开， 待所累积的信号超过该可程式 设计电平生成器 2时， 该电压比较器始输出信号。 然而， 此种电容感测 器电路使用该可程式设计电平生成器 2， 即比较器 (Comparator) , 而该比 较器所获取的信号为该参考电容充电电路导通 与断开的次数， 故辨识的 时间较长； 且当有多个像素 (感测器)时， 可采用多个像素共同连接至一 个比较器或每个像素各别连接至一个比较器。 基于体积和制造成本的考 量， 后者并不可行， 故实务上乃将多个像素共同连接至一个比较器 。 而 如此的缺点为每个像素必须要依序经过比较器 的判断才能获取信号， 十 分耗时。 发明内容

本发明的主要目的， 在于解决现有 C-V-T型电容感测器电路的指紋 辨识时间过长的问题。

为达上述目的， 本发明提供一种快速辨识的指纹辨识感测器， 包 含一基板； 一设置于该基板上的导电板； 一设置于该导电板上并和一 手指接近以侦测一指纹的钝化层； 一充电电容， 该充电电容包括一电 性连接至一低电位电压的放电端和一电性连接 至该导电板的充电端； 一开关组， 包括一第一开关以及一第二开关， 该第一开关的两端分别 电性连接至一输入电压与该充电电容的该充电 端之间以控制该输入电 压对该充电电容进行充电， 该第二开关的两端分别电性连接至该导电 板以及该第一开关和该充电电容的该充电端， 该输入电压高于该低电 位电压； 以及一模拟数字转换器， 与该充电电容的该充电端电性连 接； 其中， 该第一开关控制该充电电容进行单次充电后， 该第二开关 控制该充电电容进行多次电荷分享， 该模拟数字转换器根据电荷分享 后该充电端的一残余电压输出一指纹辨识信号 。

为达上述目的， 本发明还提供一种快速辨识的指纹辨识感测器 ， 包含： 一基板； 多个设置于该基板上的指紋辨识感测单元， 各包含 有： 一设置于该基板上的导电板； 一设置于该导电板上并和一手指接 近以侦测一指纹的钝化层； 一充电电容， 该充电电容包括一电性连接 至一低电位电压的放电端和一电性连接至该导 电板的充电端； 以及一 开关组， 包括一第一开关以及一第二开关， 该第一开关的两端分别电 性连接至一输入电压与该充电电容的该充电端 之间以控制该输入电压 对该充电电容进行充电， 该第二开关的两端分别电性连接至该导电板 以及该第一开关和该充电电容的该充电端， 该输入电压高于该低电位 电压； 以及一模拟数字转换器， 与各该指纹辨识感测单元中的该充电 电容的该充电端电性连接； 其中， 该指紋辨识感测单元中的该第一开 关控制该充电电容进行单次充电后， 该第二开关控制该充电电容进行 多次电荷分享， 该模拟数字转换器根据电荷分享后该充电端的 一残余 电压输出一指纹辨识信号。

本发明利用设置该模拟数字转换器， 并根据电荷分享后该充电端的 该残余电压输出该指纹辨识信号， 由于输入和输出该模拟数字转换器的 均是实质电压值， 速度快； 当设置多个像素 (即该指紋辨识感测单元)时， 本发明的各个该指紋辨识感测单元可同时进行 电荷分享， 将该残余电压 累积在该充电端， 再依序通过该模拟数字转换器， 速度亦非常快速； 反 观， 传统的 c-v-τ 型电容感测器电路， 每个像素 (即该指纹辨识感测单 元)须搭配共用的一个比较器，下一个像素必� �等待上一个像素完成后才 可进行开关， 各个像素无法同时开关， 故获取的时间缓慢。 再者， 由于 该模拟数字转换器输出的是实质电压值， 故便于之后的信号处理； 然， 传统的 C-V-T型电容感测器电路， 该比较器所输出的是开关次数所对应 的值。 此外， 针对静态的指纹影像获取， 由于多次电荷分享的过程中， 该残余电压是多次电荷分享后的信号的累积， 该残余电压会逐次累积， 但噪声（Noise)并不会随着累积， 故将有助于提升信号噪声比 (Signal-to-noise ratio， 简称 SNR)。

附图说明

图 1为本发明第一实施例的电路结构示意图。

图 2为图 1的等效电路图。 图 3为本发明第一实施例的控制时序图。

图 4为本发明第二实施例的电路结构示意图。 具体实施方式

有关本发明的详细说明及技术内容， 现就配合图式说明如下， 请 参阅图 1与图 2所示， 分别为本发明第一实施例的电路结构示意图以 及 图 1的等效电路图， 包含一基板 10、 一导电板 20、 一钝化层 30、 一充电 电容 C。、 一开关组以及一模拟数字转换器 40， 该导电板 20设置于该基板 10上， 该钝化层 30设置于该导电板 20上并和一手指 50接近以侦测一指 紋。 于本发明中， "接近 " 是指该手指 50靠近该钝化层 30并和其保持 一距离 (例如该钝化层 30上另外设置一保护层的情况)， 或指该手指 50部 分或完全接触该钝化层 30。 此时， 将于该钝化层 30与该导电板 20之间 形成一侦测电容 C _s ， 该侦测电容 (^是有功能性地被设计用来侦测及辨识 该指紋上的一纹路态样， 当该侦测电容 (^形成后， 便于该导电板 20与该 基板 10之间形成一寄生电容 C _p (或称杂散电容)， 该寄生电容 C _p 发生于电 路元件因彼此过于靠近所形成的一种非预期的 电容形式。

该充电电容 Co包括一放电端 以及一充电端 X ₂ ， 该放电端 电性 连接至一低电位电压， 于本实施例中， 该放电端 电性连接至该基板 10， 即为接地， 而该充电端 X ₂ 电性连接至该导电板 20， 该开关组包括 一第一开关 SW1以及一第二开关 SW2， 该第一开关 SW1的一端电性连接 至一输入电压 VDD, 该输入电压 VDD的电位必须高于该低电位电压， 另一端电性连接至该充电电容 C _Q 的该充电端 X ₂ ， 以控制该输入电压 VDD对该充电电容 C _Q 进行充电， ΒΡ， 当该第一开关 SW1闭合时， 该输 入电压 VDD对该充电电容 C。进行充电。 该第二开关 SW2的一端电性连 接至该导电板 20， 另一端电性连接至该第一开关 SW1和该充电电容 Q)的 该充电端 X ₂ 。 该模拟数字转换器 40则与该充电电容 C _Q 的该充电端 ₂ 电 性连接。 如此一来， 该第二开关 SW2将控制该充电电容 C _Q 进行多次电荷 分享， 而该模拟数字转换器 40根据电荷分享后该充电端 X ₂ 的一残余电 压输出一指纹辨识信号。 此外， 于本实施例中， 该快速辨识的指纹辨 识感测器进一步包括一放大器 60， 该放大器 60电性连接于该模拟数字 转换器 40之前； 该开关组还包括一电性连接于该导电板 20和接地之间 的第三开关 SW3， 其中， 该放大器 60可为一可编程设计增益放大器。

请续参图 3， 为本发明第一实施例的控制时序图， 本发明第一实施 例的操作步骤如下：

步骤 1 : 该第二开关 SW2、 该第三开关 SW3断开， 该第一开关 SW1 闭合， 该输入电压 VDD对该充电电容 C _Q 进行充电；

歩骤 2: 该第一开关 SW1、 该第二开关 SW2断开， 该第三开关 SW3 闭合， 以让该侦测电容 C _s 和该寄生电容 C _p 得以重置 (Reset)；

步骤 3 : 该第一开关 SW1断开， 该第三开关 SW3和该第二开关 SW2 依照一时序交替断开与闭合， 以进行电荷分享， 如此重复操作， 达到 一设定的操作次数后， 就停止所有开关动作；

歩骤 4: 该模拟数字转换器 40根据电荷分享后该充电端 ₂ 的该残余 电压输出该指纹辨识信号。

请参阅图 4， 为本发明第二实施例的电路结构示意图， 该快速辨识 的指紋辨识感测器， 包含一基板 10、 多个设置于该基板 10上的指紋辨 识感测单元 70、 一放大器 60以及一模拟数字转换器 40， 该指紋辨识感 测单元 70设置于该基板 10上， 各包含有一设置于该基板 10上的导电板 20、 一设置于该导电板 20上并和一手指接近以侦测一指纹的钝化层 30、 一充电电容 C。以及一开关组， 该充电电容 C _Q 包括一电性连接至一低 电位电压的放电端 和一电性连接至该导电板 20的充电端 X ₂ ， 于本实 施例中， 该低电位电压为该基板 10。

该开关组包括一第一开关 SW1、 一第二开关 SW2以及一第三开关 SW3 , 该第一开关 SW1的两端分别电性连接至一输入电压 VDD与该充 电电容 C _Q 的该充电端 ₂ 之间以控制该输入电压 VDD对该充电电容 C。进 行充电， 该输入电压 VDD的电位高于该低电位电压， 该第二开关 SW2 的两端分别电性连接至该导电板 20以及该第一开关 SW1和该充电电容 C _Q 的该充电端 X ₂ ， 该第三开关 SW3电性连接于该导电板 20和接地之间。 该模拟数字转换器 40与各该指纹辨识感测单元 70中的该充电电容 C _Q 的该 充电端 X ₂ 电性连接。 其中， 该指纹辨识感测单元 70中的该第二开关 SW2控制该充电电容 C _Q 进行多次电荷分享， 该模拟数字转换器 40根据电 荷分享后该充电端 ₂ 的一残余电压输出一指纹辨识信号。 本发明的第 二实施例的操作类似第一实施例， 惟在本发明的第二实施例中， 各个 该指纹辨识感测单元 70可同时进行电荷分享， 先将该残余电压累积在 该充电端 X ₂ ， 再依序通过该模拟数字转换器 40， 以完成指紋辨识。

综上所述， 本发明利用设置该模拟数字转换器， 并根据电荷分享 后该充电端的该残余电压输出该指纹辨识信号 ， 由于输入和输出该模 拟数字转换器的均是实质电压值， 速度快； 反之， 传统的 c-v-τ型电容 感测器电路， 该比较器所获取的是该参考电容充电电路的导 通与断开 次数， 并非实质电压值， 故速度缓慢。 其次， 当设置多个像素 (即该指 紋辨识感测单元）时， 本发明的各个该指紋辨识感测单元可同时进行 电 荷分享， 将该残余电压累积在该充电端， 再依序通过该模拟数字转换 器， 速度亦非常快速； 反观， 传统的 c-ν-τ型电容感测器电路， 下一个 像素必须等待上一个像素完成后才可进行开关 ， 各个像素无法同时开 关， 故获取的时间缓慢。 再者， 由于该模拟数字转换器输出的是实质 电压值， 故便于之后的信号处理； 然， 传统的 C-V-T型电容感测器电 路， 该比较器所输出的是开关次数所对应的值。 此外， 由于多次电荷 分享的过程中， 该残余电压是多次电荷分享后的信号累积， 但噪声并 不会随着累积， 故将有助于提升信号噪声比。

以上已将本发明做一详细说明， 凡依本发明申请范围所作的均等 变化与修饰等， 皆应仍属本发明的专利涵盖范围内。

【符号说明】

10： 基板

20： 导电板

30： 钝化层

40： 模拟数字转换器

50： 手指

60： 放大器

70： 指纹辨识感测单元

Co: 充电电容 C _s : 侦测电容 C _p : 寄生电容 SWl: 第一开关 SW2: 第二开关 SW3: 第三开关

Xi: 放电端

X2： 充电端

VDD: 输入电压