DESCRIPTION

DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR L'invention se rapporte à un capteur, ou un dispositif de détection, comportant des pixels à détection capacitive. L'invention s'applique avantageusement pour la réalisation d'un capteur d'empreintes digitales, ou un capteur d'empreintes palmaires, ou encore un pavé tactile.

Dans un capteur comportant des pixels à détection capacitive, chaque pixel délivre, pour une tension de polarisation donnée, un signal de sortie correspondant aux charges électriques dont la valeur Q. est fonction de la valeur C d'une capacité associée au pixel et dans laquelle ces charges sont stockées. La capacité de chaque pixel est formée entre une première électrode présente dans le pixel et une deuxième électrode formée par un élément conducteur destiné à être détecté se trouvant sur le pixel, par exemple une partie de la main, d'un doigt, etc. Dans le cas d'un capteur d'empreintes digitales, du fait que la capacité est définie entre la première électrode et la deuxième électrode formée par la partie du doigt se trouvant sur le pixel, la valeur de cette capacité varie selon que cette partie du doigt correspond à une crête ou un sillon de l'empreinte digitale.

Pour déterminer la valeur C de la capacité d'un pixel lors d'une mesure, il est d'usage de pré-charger cette capacité avec une tension de pré-charge V _pr echarge connue, puis de lire la valeur Q. des charges stockées dans la capacité avec un amplificateur de charges. La valeur C de la capacité peut alors être déterminée à partir de l'équation C = Q/V.

Le document EP 2 178 026 décrit un tel capteur d'empreinte digitale. Chaque pixel de ce capteur comporte un premier transistor dont la grille est reliée à une ligne de commande et qui est utilisé à la fois pour pré-charger deux capacités du pixel et pour lire ensuite la charge électrique résultante de l'opération de lecture. Une première des deux capacités est une capacité de valeur fixe et la deuxième capacité est formée entre une première électrode présente dans le pixel et une deuxième électrode formée par le doigt présent sur le capteur. La première capacité de valeur fixe sert de référence lorsque la valeur de la deuxième capacité est nulle (pas de doigt présent sur le pixel lors de la lecture). Chaque pixel comporte également un deuxième transistor connectant les capacités à la masse pour les décharger. Ce document décrit également la possibilité d'ajouter, dans chaque pixel, un transistor supplémentaire relié à une ligne électrique supplémentaire commune à tous les pixels d'une même colonne, permettant de dissocier les opérations de pré-charge et de lecture.

Dans une implémentation en technologie TFT (« Thin-Film Transistor », ou transistor en couches minces) d'un tel capteur, l'encombrement dû à la surface occupée par les transistors, la capacité de référence et les lignes de commande devient critique. De plus, le pilotage de la matrice de pixels est complexe et nécessite des circuits de commande dédiés pour une telle utilisation car les circuits de commande « standards » commerciaux sont conçus pour les applications LCD où une seule commande par ligne est disponible.

Le document EP 1 041 356 décrit un capteur d'empreintes digitales comprenant des pixels à détection capacitive agencés en matrice. Dans ce capteur, chaque ligne de commande sert à pré-charger les capacités des pixels d'une première ligne de la matrice et à lire les charges stockées dans les capacités des pixels d'une deuxième ligne de la matrice. La structure du capteur décrit dans ce document a pour avantage de « mutualiser » les lignes de commandes entre plusieurs lignes de pixels, ce qui permet de réduire l'encombrement et la complexité du capteur. Par contre, la réinitialisation de chaque pixel de ce capteur se fait par l'intermédiaire d'un transistor monté en diode, ce qui génère un potentiel imprécis sur le nœud auquel sont reliés ce transistor, la capacité et le transistor de lecture. La valeur de ce potentiel est étroitement liée à la valeur de la tension de commande qui doit être au moins égale à la tension de seuil qui permet de rendre passant le transistor monté en diode. Or, étant donné les variations possibles de cette tension de seuil dues aux dispersions technologiques, la valeur de ce potentiel peut présenter des variations importantes d'un pixel à l'autre. EXPOSÉ DE L'INVENTION

Un but de la présente invention est de proposer un capteur comportant des pixels à détection capacitive minimisant ou supprimant les inconvénients des capteurs de l'art antérieur, de structure compacte et simple à piloter même lors d'une réalisation du capteur en technologie TFT.

Pour cela, l'invention propose un capteur comportant des pixels à détection capacitive disposés en formant une matrice de N lignes de pixels et M colonnes de pixels, chaque pixel comprenant au moins :

- une capacité de détection ;

- un transistor de pré-charge relié à la capacité de détection et apte à appliquer sur la capacité de détection une tension de pré-charge issue d'au moins une ligne ou une colonne de pré-charge du capteur ;

- un transistor de lecture relié à la capacité de détection et apte à réaliser un transfert de charges électriques stockées dans la capacité de détection vers au moins un circuit de lecture du capteur ;

le capteur comportant en outre au moins N-l lignes de sélection distinctes de la ligne ou la colonne de pré-charge et telles que chaque ligne de sélection soit reliée aux grilles des transistors de lecture des pixels d'une des N lignes de pixels et aux grilles des transistors de pré-charge des pixels d'une autre des N lignes de pixels.

Dans ce capteur, du fait que chacune des lignes de sélection est reliée aux grilles des transistors de lecture des pixels d'une première des N lignes de pixels ainsi qu'aux grilles des transistors de pré-charge des pixels d'une deuxième des N lignes de pixels, différente de la première ligne de pixels, la tension appliquée sur chacune des lignes de sélection permet à la fois de commander la lecture des pixels de cette première ligne et de réaliser la pré-charge des pixels de la deuxième ligne et qui sont destinés à être lus après ceux de la première ligne. Cette configuration permet donc de mutualiser les lignes de commande du capteur (qui correspondent aux lignes de sélection) et donc de réduire l'encombrement de ces lignes de commande dans les pixels, quelle que soit la technologie utilisée pour la réalisation du capteur. De plus, du fait que la ligne ou la colonne de pré-charge sur laquelle la tension de pré-charge est destinée à être appliquée est distincte des lignes de sélection, la valeur de cette tension de pré-charge est donc indépendante de celle de la tension appliquée que chacune des lignes de sélection. Cette tension de pré-charge peut donc varier selon la configuration souhaitée du capteur et peut donc être ajustée, par exemple pour optimiser ou maximiser la dynamique des tensions de sortie de circuits de lecture des pixels, c'est-à-dire étendre la gamme de valeurs possibles des tensions de sortie des circuits de lecture des pixels, et/ou pour compenser des variations de mesures entre les pixels telles que des variations dues à la non-planéité d'un doigt dont l'empreinte digitale est détectée et/ou pour compenser des variations liées aux dispersions technologiques des composants du capteur d'un pixel à l'autre.

Le capteur peut comporter en outre un circuit de pré-charge apte à faire varier la valeur de la tension de pré-charge sur la ligne ou la colonne de pré-charge. Ce circuit de pré-charge correspond par exemple à un convertisseur numérique-analogique.

Le capteur peut comporter en outre :

- M colonnes de lecture telles que les transistors de lecture des pixels de chacune des M colonnes de pixels sont reliés à une des M colonnes de lecture ;

- M circuits de lecture comprenant chacun au moins un amplificateur de charges dont une entrée est reliée à une des M colonnes de lecture ;

- N lignes de pré-charge telles que les transistors de pré-charge des pixels de chacune des N lignes de pixels soient reliés à une des N lignes de pré-charge, ou M colonnes de pré-charge telles que les transistors de pré-charge des pixels de chacune des M colonnes de pixels soient reliés à une des M colonnes de pré-charge.

L'amplificateur de charges de chacun des M circuits de lecture peut correspondre à un amplificateur opérationnel.

Le capteur peut comporter en outre un circuit de commande couplé au circuit de pré-charge et apte à calculer une valeur nominale V _pr echarge_nom de la tension de pré-charge telle qu'une valeur maximale V _ou t_maxjnit parmi N x M tensions de sortie Voutjj, avec i compris entre 1 et N et j compris entre 1 et M, destinées à être délivrées par les amplificateurs de charges des circuits de lecture pour chacun des pixels soit sensiblement égale à, ou proche de, une tension de saturation des amplificateurs de charges des circuits de lecture.

Le calcul de cette valeur nominale de la tension de pré-charge permet de maximiser la dynamique des tensions de sortie des circuits de lecture via un choix judicieux de la valeur de la tension de pré-charge appliquée sur les lignes ou colonnes de pré-charge du capteur, ce choix étant réalisé tel que la valeur maximale parmi les tensions de sortie des circuits de lecture soit sensiblement égale à, ou proche de, la tension de saturation (haute ou basse selon le signe du signal d'entrée) des amplificateurs de charges des circuits de lecture (la gamme de valeurs de la tension de sortie d'un amplificateur de charges s'étend entre la valeur d'une tension de saturation basse, généralement appelée -Vsat, et la valeur d'une tension de saturation haute, généralement appelée +Vs _a t).

Ainsi, pour une gamme donnée de valeurs des capacités de détection, la gamme de valeurs des tensions de sortie des circuits de lecture pour ces valeurs des capacités de détection est étendue. Par exemple, pour deux valeurs différentes des capacités de détection, une plus grande différence entre les valeurs des tensions de sortie correspondantes est obtenue en ayant déterminé au préalable la valeur nominale de la tension de pré-charge. L'utilisation de cette valeur nominale de la tension de pré-charge permet donc de mieux distinguer les valeurs des tensions de sortie des circuits de lecture les unes des autres pour des valeurs données différentes des capacités de détection.

Dans ce cas, le circuit de commande peut être apte à réaliser le calcul de la valeur nominale V _pr echarge_nom de la tension de pré-charge en mettant en œuvre les étapes de :

- application d'une tension de pré-charge initiale V _pr echargejnit sur les lignes ou colonnes de pré-charge ;

- lecture des tensions de sortie V ₀ ut_u en présence d'un élément de référence sur les pixels du capteur ;

- calcul de la valeur maximale V _ou t_maxjnit parmi les valeurs des tensions de sortie V _ou tjj obtenues lors de la précédente lecture ; - ajustement de la valeur de la tension de pré-charge à la valeur nominale V _pr echarge_nom telle que V _ou t_maxjnit soit sensiblement égale à la tension de saturation des amplificateurs de charges des circuits de lecture.

La valeur nominale V _pr echarge_nom de la tension de pré-charge peut être

+ γ

calculée telle que V _{precharge nom} —V _{precharge init} — .

out max init

La valeur de la tension de pré-charge initiale V _pr echargejnit peut être choisie arbitrairement.

L'élément de référence peut correspondre à un modèle de doigt, une plaque métallique, ou tout élément apte à maximiser les valeurs des capacités de détection.

Pour le calcul de la valeur nominale V _pr echarge_nom de la tension de précharge, le circuit de commande peut comporter :

- des moyens d'application d'une tension de pré-charge initiale Vprechargejnit sur les lignes ou colonnes de pré-charge ;

- des moyens de calcul de la valeur maximale V _ou t_maxjnit parmi les valeurs des tensions de sortie Voutjj ;

- des moyens d'ajustement de la valeur de la tension de pré-charge à la valeur nominale V _pr echarge_nom telle que V _ou t_maxjnit soit sensiblement égale à la tension de saturation des amplificateurs de charges des circuits de lecture.

Le circuit de commande peut comporter des moyens de calcul de la valeur nominale V _pr echarge_nom de la tension de pré-charge telle que

+ Sat

prech arg e _ nom = V p_rech arg e _ init

out _ max_init

Le circuit de commande peut être apte à commander le circuit de précharge tel que N x M tensions de pré-charge V _pr echarge_u distinctes soient successivement appliquées sur les lignes ou colonnes de pré-charge lors d'une lecture des pixels. Dans cette configuration, la valeur de la tension de pré-charge peut être donc adaptée et optimisée indépendamment pour chacun des pixels. Chaque pixel peut comporter en outre une capacité de référence couplée à la capacité de détection, au transistor de pré-charge et au transistor de lecture du pixel, et le circuit de commande peut être apte à réaliser, après le calcul de la valeur nominale V _P recharge_nom de la tension de pré-charge, une calibration à vide du capteur en calculant les valeurs des N x M tensions de pré-charge Vp cnargejj via la mise en œuvre des étapes de :

- application de la tension de pré-charge de valeur nominale V _P recharge_nom sur les lignes ou colonnes de pré-charge ;

- lecture des tensions de sortie V ₀ ut_u en l'absence d'élément sur les pixels du capteur ;

- calcul d'une moyenne V _ou t_moy ou d'une valeur minimale V _ou t_ min nom des tensions de sortie V ₀ ut_u obtenues lors de la précédente lecture ;

- calcul d'un coefficient Ky associé à chaque pixel tel que

Kij = Vout moy / VoutJJ OU tel que Ky = Vout min nom / VoutJJ ;

- calcul des N x M tensions de pré-charge V _pre chargejj telles que V _pre chargejj

= Kij.Vprecharge nom-

Avec ces étapes qui correspondent à une calibration à vide du capteur, la tension de pré-charge appliquée pour chacun des pixels est adaptée afin de compenser les éventuelles différences de mesure dues aux dispersions technologiques des éléments des pixels, permettant notamment de compenser la non-uniformité des mesures due aux dispersions technologiques des capacités de référence des pixels. Lorsque la valeur minimale V _ou t_min_nom est prise en compte pour le calcul des coefficients Ky, cette calibration à vide du capteur permet en plus d'augmenter la dynamique des tensions de sortie des circuits de lecture.

Plusieurs variantes de mise en œuvre de la calibration à vide du capteur sont envisageables. Par exemple, au lieu de calculer un coefficient Ky associé à chaque pixel, il est possible de calculer N coefficients K, chacun associé à une des N lignes de pixels et calculer à partir de valeurs moyennes des tensions des sortie de chaque ligne de pixels. Dans ce cas, les tensions de pré-charge calculées à partir de ces coefficients peuvent être similaires pour tous les pixels appartenant à une même ligne. Une variante analogue peut être mise en œuvre en considérant chacune des colonnes de pixels. Pour le calcul des valeurs des N x M tensions de pré-charge Vprechargejj, le circuit de commande peut comporter :

- des moyens d'application de la tension de pré-charge de valeur nominale V _pr echarge_nom sur les lignes ou colonnes de pré-charge ;

- des moyens de calcul d'une moyenne V _ou t_moy ou d'une valeur minimale V _ou t min nom des tensions de sortie V _ou tjj ;

- des moyens de calcul d'un coefficient Ky associé à chaque pixel tel que

Kij = Vout moy / VoutJJ OU tel que Ky = Vout min nom / VoutJJ ;

- des moyens de calcul des N x M tensions de pré-charge Vprechargejj telles que VprechargeJJ— Ky .Vprecharge nom-

Il est possible que l'opération de calibration à vide du capteur soit mise en œuvre sans que la valeur nominale de la tension de pré-charge permettant de maximiser la dynamique des tensions de sortie des amplificateurs n'ai été calculée au préalable. Dans ce cas, chaque pixel peut comporter en outre une capacité de référence couplée à la capacité de détection, au transistor de pré-charge et au transistor de lecture du pixel, et le circuit de commande peut être apte à commander le circuit de pré-charge tel que N x M tensions de pré-charge V _pr echargejj distinctes soient successivement appliquées sur les lignes ou colonnes de pré-charge lors d'une lecture des pixels, et être apte à réaliser une calibration à vide du capteur en calculant les valeurs des N x M tensions de pré-charge Vprechargejj via la mise en œuvre des étapes de :

- application d'une tension de pré-charge initiale V _pr echargejnit sur les lignes ou colonnes de pré-charge ;

- lecture des tensions de sortie V _ou tjj en l'absence d'élément sur les pixels du capteur ;

- calcul d'une moyenne V _ou t_moy ou d'une valeur minimale V _ou t_minjnit des tensions de sortie V _ou tjj obtenues lors de la précédente lecture ;

- calcul d'un coefficient Ky associé à chaque pixel tel que Ky = V ₀ ut_moy / Voutjj ou tel que Ky = V _ou t_minjnit / Voutjj ;

- calcul des N x M tensions de pré-charge Vprechargejj telles que VprechargeJJ ⁼ Ky. Vprechargejnit- Le circuit de commande peut être apte à réaliser, après la calibration à vide du capteur, une opération d'égalisation en lecture du capteur en mettant en œuvre les étapes de :

- lecture des tensions de sortie V _ou t_u pour tous les pixels en appliquant successivement sur les lignes ou colonnes de pré-charge les tensions de pré-charge

VprechargeJJ , ^'

- calcul d'une moyenne V _ou t_mi des tensions de sortie V _ou tjj pour

M

chacune des N lig ones de p r~ixels telle q -lue V out , _mi . =— / V out , ι . _j . ; '

M _J= i

- calcul d'une valeur maximale V _ou t_mi_max ou d'une moyenne V _ou t_mi_moy des valeurs V _ou t_mi ;

- calcul d'un coefficient K, pour chacune des N lignes de pixels tel que K, ⁼ Vout mi max / v out mi ou tel que K, = V _ou t_ mi moy / v out mi ,

- ajustement des tensions de pré-charge V _pr echargejj en multipliant les valeurs des tensions de pré-charge Vprechargejj de chacune des N lignes de pixels par celle du coefficient K, associé à chacune des N lignes de pixels.

Cette opération d'égalisation en lecture du capteur permet d'ajuster les tensions de pré-charge appliquées pour chacun des pixels afin de compenser les éventuelles différences de mesures obtenues d'une ligne de pixels à l'autre, par exemple dues aux irrégularités de pression entre les différentes lignes de pixel du capteur lors d'une mesure.

Pour réaliser l'opération d'égalisation en lecture du capteur, le circuit de commande peut comporter :

- des moyens appliquant successivement sur les lignes ou colonnes de pré-charge les tensions de pré-charge Vprechargejj ;

- des moyens de calcul d'une moyenne V _ou t_mi des tensions de sortie

M

Voutjj pour chacune des N lignes de pixels telle que V _{out ni} =—∑V _{0Ut j} ;

M _j= i

- des moyens de calcul d'une valeur maximale V _ou t_mi_max ou d'une moyenne V ₀ ut_mi_mo _y des valeurs V _ou t_mi ; - des moyens de calcul d'un coefficient K, pour chacune des N lignes de pixels tel que K, = V _ou t_ mi max / V ₀ ut_mi ou tel que Ki = V _ou t_ mi moy / v out mi ,

- des moyens d'ajustement des tensions de pré-charge Vp chargejj multipliant les valeurs des tensions de pré-charge Vp chargejj de chacune des N lignes de pixels par celle du coefficient K, associé à chacune des N lignes de pixels.

En variante, l'égalisation en lecture du capteur peut être mise en œuvre en ajustant les tensions de pré-charge appliquées pour chacun des pixels afin de compenser les éventuelles différences de mesures obtenues d'une colonne de pixels à l'autre, par exemple dues aux irrégularités de pression entre les différentes colonnes de pixel du capteur lors d'une mesure. Dans ce cas, les étapes décrites ci-dessus sont adaptées telles que la moyenne des tensions de sortie pour chacune des M colonnes de pixels soit calculée, puis des coefficients d'ajustement sont calculés pour chacune des M colonnes de pixels, et les tensions de pré-charge sont ajustées à partir de ces coefficients d'ajustement.

D'autres variantes de l'égalisation en lecture du capteur peuvent être mises en œuvre, réalisant par exemple un ajustement des tensions de pré-charge non pas pixel par pixel, mais par ligne de pixels ou par colonne de pixels.

Chaque pixel peut comporter en outre une capacité de référence couplée à la capacité de détection, au transistor de pré-charge et au transistor de lecture du pixel.

Les transistors de pré-charge et de lecture des pixels peuvent être avantageusement de type TFT.

Les différentes opérations d'ajustement de la tension de pré-charge, permettant notamment de réaliser une maximisation des valeurs maximales des tensions de sortie des amplificateurs et/ou une calibration à vide du capteur et/ou une égalisation de lecture du capteur, peuvent être mises en œuvre par un capteur ne comportant pas N-l lignes de sélection distinctes de la ligne ou la colonne de pré-charge et telles que chaque ligne de sélection soit reliée aux grilles des transistors de lecture des pixels d'une des N lignes de pixels et aux grilles des transistors de pré-charge des pixels d'une autre des N lignes de pixels. Il est donc également décrit un capteur corn portant des pixels à détection capacitive disposés en formant une matrice de N lignes de pixels et M colonnes de pixels, chaque pixel comprenant au moins :

- une capacité de détection ;

- au moins un transistor relié à la capacité de détection, apte à appliquer sur la capacité de détection une tension de pré-charge issue d'au moins une ligne ou une colonne de pré-charge du capteur, et apte à réaliser un transfert de charges électriques stockées dans la capacité de détection vers au moins un circuit de lecture du capteur ;

- un circuit de pré-charge apte à faire varier la valeur de la tension de pré-charge sur la ligne ou la colonne de pré-charge.

Le transistor de chaque pixel peut être apte à réaliser le transfert de charges électriques stockées dans la capacité de détection vers le circuit de lecture du capteur via la ligne ou colonne de pré-charge du capteur, appelée dans ce cas ligne ou colonne de pré-charge/lecture du capteur.

Le capteur peut comporter en outre :

- M colonnes de pré-charge/lecture telles que les transistors des pixels de chacune des M colonnes de pixels soient reliés à une des M colonnes de pré-charge/lecture ;

- M circuits de lecture comprenant chacun au moins un amplificateur de charges dont une entrée est reliée à une des M colonnes de pré-charge/lecture.

Le capteur peut comporter en outre un circuit de commande couplé au circuit de pré-charge et apte à calculer une valeur nominale V _pr echarge_nom de la tension de pré-charge telle qu'une valeur maximale V _ou t_maxjnit parmi N x M tensions de sortie Voutjj, avec i compris entre 1 et N et j compris entre 1 et M, destinées à être délivrées par les amplificateurs de charges des circuits de lecture pour chacun des pixels soit sensiblement égale à une tension de saturation des amplificateurs de charges des circuits de lecture.

Dans ce cas, le circuit de commande peut être apte à réaliser le calcul de la valeur nominale V _pr echarge_nom de la tension de pré-charge en mettant en œuvre les étapes de : - application d'une tension de pré-charge initiale V _pr echargejnit sur les colonnes de pré-charge/lecture ;

- lecture des tensions de sortie Voutjj en présence d'un élément de référence sur les pixels du capteur ;

- calcul de la valeur maximale V _ou t_maxjnit parmi les valeurs des tensions de sortie Voutjj obtenues lors de la précédente lecture ;

- ajustement de la valeur de la tension de pré-charge à la valeur nominale V _pr echarge_nom telle que V _ou t_maxjnit soit sensiblement égale à la tension de saturation des amplificateurs de charges des circuits de lecture.

Le circuit de commande peut être apte à commander le circuit de précharge tel que N x M tensions de pré-charge Vp chargejj distinctes soient successivement appliquées sur les colonnes de pré-charge/lecture lors d'une lecture des pixels.

Chaque pixel peut comporter en outre une capacité de référence couplée à la capacité de détection et au transistor du pixel, et le circuit de commande peut être apte à réaliser, après le calcul de la valeur nominale V _pr echarge_nom de la tension de précharge, une calibration à vide du capteur en calculant les valeurs des N x M tensions de précharge Vp chargejj via la mise en œuvre des étapes de :

- application de la tension de pré-charge de valeur nominale V _P recharge_nom sur les colonnes de pré-charge/lecture ;

- lecture des tensions de sortie V _ou tjj en l'absence d'élément sur les pixels du capteur ;

- calcul d'une moyenne V _ou t_moy ou d'une valeur minimale V _ou t_ min nom des tensions de sortie V _ou tjj obtenues lors de la précédente lecture ;

- calcul d'un coefficient Ky associé à chaque pixel tel que

Kij = Vout moy / Voutjj OU tel que K = Vout min nom / Voutjj ;

- calcul des N x M tensions de pré-charge Vp chargejj telles que VprechargeJJ ⁼ ij.Vprecharge nom.

Chaque pixel peut comporter en outre une capacité de référence couplée à la capacité de détection et au transistor du pixel, le circuit de commande peut être apte à commander le circuit de pré-charge tel que N x M tensions de pré-charge Vp chargejj distinctes soient successivement appliquées sur les colonnes de pré-charge/lecture lors d'une lecture des pixels, et le circuit de commande peut être apte à réaliser une calibration à vide du capteur en ca lcula nt les valeurs des N x M tensions de pré-charge Vprechargejj via la mise en œuvre des étapes de :

- application d'une tension de pré-charge initiale V _pr echargejnit sur les colonnes de pré-charge/lecture ;

- lecture des tensions de sortie Voutjj en l'absence d'élément sur les pixels du capteur ;

- calcul d'une moyenne V _ou t_moy ou d'une valeur minimale V _ou t_minjnit des tensions de sortie Voutjj obtenues lors de la précédente lecture ;

- calcul d'un coefficient Ky associé à chaque pixel tel que

Kij = Vout moy / VoutJJ OU tel que K = Vout min init / VoutJJ ;

- calcul des N x M tensions de pré-charge Vprechargejj telles que VprechargeJJ ⁼ Kij. Vprechargejnit-

Le circuit de commande peut être apte à réaliser, après la calibration à vide du capteur, une opération d'égalisation en lecture du capteur en mettant en œuvre les étapes de :

- lecture des tensions de sortie V _ou tjj pour tous les pixels en appliquant successivement sur les colonnes de pré-charge/lecture les tensions de pré-charge

VprechargeJJ , ^'

- calcul d'une moyenne V _ou t_mi des tensions de sortie V _ou tjj pour

M

chacune des N lig ones de p r~ixels telle q -lue V out , _mi . =— / V out , ι . _j . ; '

M _J= i

- calcul d'une valeur maximale V _ou t_mi_max ou d'une moyenne V _ou t_mi_moy des valeurs V _ou t_mi ;

- calcul d'un coefficient K, pour chacune des N lignes de pixels tel que K, ⁼ Vout mi max / v out mi ou tel que K, = V _ou t_ mi moy / v out mi ,

- ajustement des tensions de pré-charge V _pr echargejj en multipliant les valeurs des tensions de pré-charge Vprechargejj de chacune des N lignes de pixels par celle du coefficient K, associé à chacune des N lignes de pixels. En variante, chaque pixel peut comporter en outre une capacité de référence couplée à la capacité de détection et au transistor du pixel.

Les transistors des pixels peuvent être de type TFT.

Chaque pixel peut comporter en outre un deuxième transistor apte à connecter, lors d'une remise à zéro du pixel, au moins la capacité de détection (et la capacité de référence lorsque les pixels comportent des capacités de référence), à une ligne reliée à un potentiel de référence.

En variante des différentes configurations ci-dessus dans lesquelles chaque pixel comporte un transistor servant à la pré-charge et à la lecture du pixel et relié à une des M colonnes de pré-charge/lecture, il est possible que le capteur comporte N lignes de pré-charge/lecture telles que les transistors des pixels de chacune des N lignes de pixels soient reliés à une des N lignes de pré-charge/lecture, le capteur comportant da ns ce cas N circuits de lecture comprenant chacun au moins un amplificateur de charges dont une entrée est reliée à une des N lignes de pré-charge/lecture.

En variante, chaque pixel peut comporter en outre un transistor de lecture du pixel relié à la capacité de détection et apte à réaliser un transfert de charges électriques stockées dans la capacité de détection vers au moins un circuit de lecture du capteur. Dans ce cas, les autres transistors peuvent former les transistors de pré-charge des pixels. Dans cette configuration, le capteur comporte des lignes ou colonnes de lecture via lesquelles les charges électriques lues sont destinées à être transférées, ces lignes ou colonnes de lecture étant distinctes des lignes ou colonnes de pré-charge sur lesquelles les tensions de pré-charge sont destinées à être appliquées.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS

La présente invention sera mieux com prise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :

- la figure 1 représente une partie d'un capteur, objet de la présente invention, selon un mode de réalisation particulier ; - la figure 2 représente la modification apportée sur la caractéristique de sortie obtenue lors d'une lecture d'un pixel grâce au calcul de la valeur nominale de la tension de pré-charge ;

- la figure 3 représente la modification apportée sur la caractéristique de sortie obtenue lors d'une lecture d'un pixel grâce à un calibrage à vide du capteur ;

- la figure 4 représente la modification apportée sur la caractéristique de sortie obtenue lors d'une lecture d'un pixel grâce à une égalisation en lecture du capteur ;

- les figures 5 et 6 représentent des parties d'un capteur, objet de la présente invention, selon des variantes de réalisation.

Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures décrites ci-après portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre.

Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.

Les différentes possibilités (variantes et modes de réalisation) doivent être com prises comme n'étant pas exclusives les unes des autres et peuvent se combiner entre elles.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente une partie d'un capteur 100 selon un mode de réalisation particulier. Le capteur 100 correspond ici à un détecteur d'empreintes digitales.

Le capteur 100 comporte une matrice de pixels 102 comprenant N lignes et M colonnes, avec N et M nombres entiers supérieurs ou égaux à 2. Sur la figure 1, deux pixels 102.1 et 102.2 disposés sur deux lignes adjacentes et sur une même colonne de la matrice sont représentés.

Chaque pixel 102 comporte une capacité de détection 104, référencées 104.1 et 104.2 sur la figure 1 pour chacun des pixels 102.1 et 102.2. Chaque capacité de détection 104 comporte une première électrode disposée dans le pixel 102. Une deuxième électrode de la capacité de détection 104 est formée par la partie du doigt destinée à se trouver face à la première électrode lors d'une mesure d'empreinte digitale. Ainsi, la valeur de chaque capacité de détection 104, appelée Cdoigt, varie en fonction de la distance entre la première électrode de cette capacité de détection 104 et la partie du doigt se trouvant en regard de la première électrode, cette distance étant différente selon que cette partie du doigt correspond à une crête ou un sillon.

Chaque pixel 102 comporte également un transistor de pré-charge 106, référencés 106.1 et 106.2 sur la figure 1 pour chacun des pixels 102.1 et 102.2. Sur l'exemple de la figure 1, les transistors de pré-charge 106 sont des transistors NMOS comportant chacun une première électrode de source/drain reliée électriquement à une colonne de pré-charge 108 commune aux pixels 102 de la colonne et sur laquelle une tension de pré-charge V _pr echarge est appliquée. Une deuxième électrode de source/drain de chaque transistor de pré-charge 106 est reliée électriquement à la première électrode de la capacité de détection 104 du pixel 102.

Chaque pixel 102 comporte également une capacité de référence 110, référencées 110.1 et 110.2 sur la figure 1 pour chacun des pixels 102.1 et 102.2. Chaque capacité de référence 110 comporte une première électrode reliée électriquement à la première électrode de la capacité de détection 104 et à la deuxième électrode de source/drain du transistor de pré-charge 106 du pixel 102, et une deuxième électrode reliée électriquement à un potentiel électrique de référence, par exemple à la masse. Contrairement aux capacités de détection 104, les valeurs des capacités de référence 110, appelées Cno, sont fixes et ne changent pas en fonction de la partie du doigt se trouvant sur le pixel 102. Ainsi, les capacités de référence 110 assurent une stabilité de mesure au capteur 100 même lorsqu'aucun doigt n'est présent sur les pixels 102 lors d'une mesure. Les capacités de référence 110 peuvent être formées par des condensateurs et/ou des éléments parasites présents dans chaque pixel 102.

Les transistors de pré-charge 106 permettent de réaliser une pré-charge des capacités 104 et 110, c'est-à-dire d'appliquer une tension initiale aux bornes de ces capacités préalablement à une opération de lecture. Chaque pixel 102 comporte également un transistor de lecture 112, référencés 112.1 et 112.2 sur la figure 1 pour chacun des pixels 102.1 et 102.2. Sur l'exemple de la figure 1, les transistors de lecture 112 sont des transistors NMOS comportant chacun une première électrode de source/drain reliée électriquement aux premières électrodes des capacités 104 et 110 du pixel 102. Une deuxième électrode de source/drain de chaque transistor de lecture 112 des pixels d'une même colonne de la matrice est reliée à une colonne de lecture 114 sur laquelle les charges stockées dans les capacités 104 et 110 sont destinées à être transférées lorsque le transistor de lecture 112 est passant, lors d'une opération de lecture du pixel 102.

Le capteur 100 comporte également un circuit de pré-charge 115 apte à appliquer la ou les tensions de pré-charge souhaitées sur la colonne de pré-charge 108 pour chacune des colonnes de pixels 102. Le circuit de pré-charge 115 correspond par exemple à un convertisseur numérique - analogique. Le circuit de pré-charge 115 est commandé par un circuit de commande 117 dont le rôle et les fonctions sont détaillés plus loin.

Chaque colonne de lecture 114 est reliée, en bas ou en haut de colonne, à un circuit de lecture 116. Chaque circuit de lecture 116 comporte un amplificateur de charges 118, correspondant ici à un amplificateur opérationnel, dont l'entrée inverseuse est reliée électriquement à la colonne de lecture 114. Un transistor MOS de compensation 120 est présent sur chaque colonne de lecture 114 et a ses électrodes de source/drains court-circuitées par cette colonne de lecture 114. Les transistors de compensation 120 servent à compenser l'injection de charges se produisant sur les colonnes de lecture 114 lors d'une lecture de pixel. Un potentiel de référence V _re f est appliqué sur l'entrée non inverseuse de l'amplificateur de charges 118. La sortie de l'amplificateur de charges 118 est reliée à son entrée non inverseuse par l'intermédiaire d'une capacité 122 de valeur Cf. Un interrupteur 124 est relié en parallèle à la capacité 122.

Le capteur 100 comporte également N lignes de sélection 126, référencées 126.1 à 126.3 sur la figure 1. Chacune des N lignes de sélection 126 est associée à une des N lignes de pixels 102 telle que les grilles des transistors de lecture 112 des pixels 102 de ladite une des N lignes de pixels soient reliées électriquement à cette ligne de sélection 126. Sur la figure 1, la grille du transistor 112.1 est reliée électriquement à la ligne de sélection 126.1, et la grille du transistor 112.2 est reliée électriquement à la ligne de sélection 126.2. De plus, bien que non visible sur la figure 1, les grilles des transistors de lecture 112 des pixels de la ligne agencée sous celle incluant le pixel 102.2 sont reliées électriquement à la ligne de sélection 126.3. Lors d'une lecture des pixels 102 d'une des N lignes de pixels, une tension de lecture Viectu est appliquée sur la ligne de sélection 126 correspondante telle que les transistors de lecture 112 de cette ligne de la matrice deviennent passants et que les charges stockées dans les capacités 104, 110 des pixels 102 de cette ligne de la matrice soient transférées sur les colonnes de lecture 114.

Typiquement, les transistors MOS de compensation 120 reçoivent sur leur grille un signal de commande correspondant à l'inverse de la tension de lecture Viectu , afin de compenser le couplage provoqué par la mise à l'état passant des transistors de lecture 112 sur les amplificateurs 118.

Outre le rôle de sélection de pixels lors d'une lecture de ces pixels, chaque ligne de sélection 126 sert également à réaliser une pré-charge des pixels 102 d'une ligne de la matrice autre que celle comprenant les pixels dont les transistors de lecture 112 ont leur grille reliée à cette ligne de sélection 126. Pour cela, les grilles des transistors de précharge 106 des pixels 102 de cette autre ligne de la matrice sont reliées à la ligne de sélection 126. Sur l'exemple de la figure 1, la grille du transistor de pré-charge du pixel se trouvant au-dessus du pixel 102.1 est reliée électriquement à la ligne de sélection 126.1. La grille du transistor de pré-charge 106.1 du pixel 102.1 est reliée à la ligne de sélection 126.2. La grille du transistor de pré-charge 106.2 du pixel 102.2 est reliée à la ligne de sélection 126.3.

Ainsi, lors d'une lecture des pixels d'une des N lignes de pixels 102, une pré-charge des pixels 102 d'une autre des N lignes de pixels 102 est réalisée simultanément. Sur l'exemple de la figure 1, lors d'une lecture des pixels 102 de la ligne de pixels à laquelle appartient le pixel 102.2, la tension électrique appliquée sur la ligne de sélection 126.2 rend passant les transistors de lecture 112 (dont le transistor de lecture 112.2) qui sont reliés à cette ligne de sélection 126.2. Cette tension rend également passants les transistors de précharge 106 qui sont reliés à cette ligne de sélection 126.2, c'est-à-dire les transistors de pré-charge 106 (dont le transistor de pré-charge 106.1) des pixels 102 de la ligne se trouvant au-dessus de celle dont les pixels sont lus.

Sur l'exemple de la figure 1, les grilles des transistors de pré-charge 106 des pixels d'une ligne « a » de la matrice sont reliées à la ligne de sélection 126 à laquelle sont reliées les grilles des transistors de lecture des pixels d'une ligne « b » de la matrice qui est disposée sous la ligne « a », du fait que sur l'exemple de la figure 1, les lignes de pixels sont lues dans le sens allant de bas en haut de la matrice. Si les lignes de pixels de la matrice étaient lues en sens inverse, c'est-à-dire du haut vers le bas, alors les grilles des transistors de pré-charge 106 des pixels d'une ligne « a » de la matrice seraient reliées à la ligne de sélection 126 à laquelle seraient également reliées les grilles des transistors de lecture 112 des pixels d'une ligne « b » de la matrice qui est disposée au-dessus de la ligne « a ». Il serait ainsi possible d'avoir la grille du transistor de pré-charge 106.2 reliée électriquement à la ligne de sélection 126.1 à laquelle serait également reliée la grille du transistor de lecture 112.1. Ainsi, les grilles des transistors de pré-charge 106 des pixels d'une première ligne de la matrice sont reliées électriquement à une ligne de sélection 126 à laquelle sont également reliées les grilles des transistors de lecture des pixels d'une deuxième ligne de la matrice qui est adjacente à la première ligne. Le signal circulant sur la ligne de sélection 126 des pixels de la première ligne de la matrice est dupliqué afin qu'il soit appliqué sur les grilles des transistors de pré-charge 106 de la dernière ligne de pixels de la matrice.

Lors d'une lecture des pixels 102 d'une des lignes de la matrice, une tension de lecture Viectu est appliquée sur la ligne de sélection 126 correspondante telle que les transistors de lecture 112 des pixels 102 de cette ligne de la matrice deviennent passants et que les charges stockées dans les capacités 104, 110 des pixels 102 de cette ligne de la matrice soient transférées sur les colonnes de lecture 114. Lors de la lecture de la valeur d'un pixel 102, c'est-à-dire la lecture de la somme des charges Qsignai cumulées dans les capacités 104 et 110 du pixel 102, le commutateur 124 du circuit de lecture 116 associé à la colonne à laquelle appartient ce pixel 102 est en position ouverte et les charges sont alors transférées vers la capacité 122. L'amplificateur de charges 118 et la capacité 122 forme un montage intégrateur et le potentiel de référence V _re f se retrouve appliqué sur les capacités 104 et 110 qui sont lues. La tension V _ou t obtenue sur la sortie de l'amplificateur de charges 118 est égale à :

n z signal ( ' γ préch arg e - y ref / ) ^* ' doigt + C 110 / ) _j

ouï ref ref

Lorsque l'opération de lecture est achevée, le commutateur 124 de chaque circuit de lecture 116 est commuté en position fermée.

La valeur de la tension de pré-charge V _pr echarge appliquée sur les colonnes de pré-charge 108 peut être identique pour toutes les lignes de pixels 102 lors d'une lecture des pixels 102 de la matrice.

Chaque amplificateur de charges 118 délivre une tension de sortie V _ou t dont la valeur est comprise entre celle d'une tension de saturation basse -Vsat et celle d'une tension de saturation haute +Vs _a t. La valeur du potentiel de référence V _re f peut être choisie comme étant égale à celle de la tension de saturation basse -Vsat.

De manière avantageuse, afin d'obtenir des tensions de sortie V _ou t des amplificateurs de charges 118 qui soient les plus représentatives possibles de la mesure réalisée par les pixels 102, la valeur de la tension de pré-charge est choisie telle que les valeurs maximales des tensions de sortie V _ou t obtenues pour les différents circuits de lecture 116 se rapprochent le plus possible de celle de la tension de saturation haute (ou basse si le signe du signal d'entrée est inversé en entrée des amplificateurs 118) des amplificateurs 118 qui est inférieure (ou supérieure dans le cas de la tension de saturation basse) à la tension d'alimentation électrique des amplificateurs 118, par exemple comprise entre environ -5V et +5V.

Or, la structure du capteur 100 fait appel à des colonnes de pré-charge 108 distinctes des lignes de sélection 126, ce qui a pour avantage de permettre un ajustement de la valeur de la tension de pré-charge indépendamment des tensions de lecture iecture appliquées sur les lignes de sélection 126. En choisissant la valeur adéquate de la tension de pré-charge telle que les valeurs maximales des tensions de sortie V _ou t obtenues soient le plus proches possible de la tension de saturation des amplificateurs de charges 118, il est possible de maximiser la dynamique des tensions de sortie des amplificateurs 118. Ainsi, pour une gamme donnée de valeurs des capacités de détection 104, la gamme de valeurs des tensions de sortie des amplificateurs 118 pour ces valeurs des capacités de détection 104 est étendue.

Il est également possible de compenser les éventuelles variations de capacité à mesurer qui dépendent fortement des épaisseurs de couche diélectrique et/ou protectrice de la surface de la matrice de pixels 102, et maintenir ainsi la valeur de Qsignai à des valeurs optimales.

Cet ajustement de la valeur de la tension de pré-charge peut être réalisé soit manuellement, soit automatiquement par exemple par une boucle de contrôle externe.

Cette possibilité d'ajuster la valeur de la tension de pré-charge V _pr echarge permet notamment d'intégrer au capteur 100 des circuits de lecture 116 préexistants qui ne sont pas optimisés spécifiquement pour le capteur 100.

Pour pouvoir modifier la valeur de la tension de pré-charge, il est par exemple possible de relier la sortie d'un convertisseur numérique-analogique (correspondant au circuit de pré-charge 115) aux colonnes de pré-charge 108, la valeur de la tension de pré-charge étant réglée par le convertisseur. Il est également possible de faire appel à d'autres solutions, comme par exemple un multiplexeur ou bien une source de tension variable.

Pour que la valeur de la tension de pré-charge soit choisie telle que les valeurs maximales des tensions de sortie V _ou t se rapprochent le plus possible de celle de la tension de saturation des amplificateurs de charges 118, il est possible de calculer une valeur nominale V _pr echarge_nom de la tension de pré-charge.

Pour cela, une tension de pré-charge initiale V _pr echargejnit est appliquée sur les colonnes de pré-charge 108. La valeur de la tension de pré-charge initiale Vprechargejnit est choisie arbitrairement.

Les valeurs minimales des tensions de sortie sont obtenues lorsqu'aucun élément n'est présent sur le capteur, ce qui correspond à Cdoigt = 0. En reprenant la définition précédente de V _ou t, cette valeur minimale appelée V _ou t_minjnit est alors telle que :

r

v ouï _ min_ init = v ref + ( ' V prech arg e _ init - V ref / ) ' ^ ¹¹⁰ Pour le calcul de la valeur nominale V _pr echarge_nom, un élément de référence, correspondant par exemple à un modèle de doigt ou encore une plaque métallique, est disposé sur les pixels 102 du capteur 100 afin que la valeur de la capacité Cdoigt soit à son maximum Cdoi _g t_max.

Les tensions de sortie V ₀ ut_u sont alors lues pour tous les pixels 102, avec i compris entre 1 et N et correspondant à la ligne du pixel considéré, et j compris entre 1 et M et correspondant à la colonne du pixel considéré, en présence de l'élément de référence sur les pixels 102.

Une valeur maximale V _ou t_maxjnit parmi l'ensemble des valeurs des tensions de sortie V ₀ ut_u obtenues lors de la précédente lecture est ensuite calculée.

En reprenant la définition précédente de V _ou t, cette valeur maximale V ₀ ut_max_init peut être ex rimée selon l'équation :

La valeur de la tension de pré-charge est alors ajustée à la valeur nominale V _pr echarge_nom telle que V _ou t_maxjnit soit sensiblement égale à la tension de saturation haute +Vs _a t des amplificateurs 118.

Dans le cas où V _re f = 0, cette valeur nominale peut être exprimée par l'équation suivante :

+ V

prech arg e _ nom prech arg e _ init '

ouï _ max_iniî

La tension de sortie minimale V _ou t_min_nom obtenue en utilisant la tension de pré-charge nominale est alors supérieure à la valeur V _ou t_minjnit et telle que :

r

V ouï _ min_ nom = v ref + ( ' V prech arg e _ nom - V ref / )' ^ ¹¹⁰

La figure 2 représente la valeur de la tension de sortie d'un des amplificateurs 118 en fonction de la valeur Cdoigt d'une des capacités de détection 104. Lorsque la tension de pré-charge initiale V _pr echargejnit est appliquée sur la colonne de précharge 108, l'excursion de la tension de sortie V _ou t de l'amplificateur 118 est comprise entre V _ou t_min_init et V _ou t_maxjnit pour Cdoigt compris entre 0 et C _d0 igt_max (caractéristique référencée 10 sur la figure 2). Lorsque la tension de pré-charge est ajustée à sa valeur nominale Vprecharge nom, l'excursion de la tension de sortie V _ou t de l'amplificateur 118 est alors comprise entre V _ou t_min_nom et +V _Sa t pour Cdoigt compris entre 0 et Cdoi _g t_max (ca ractéristique référencée 12 sur la figure 2), ce qui est plus important que lorsque la tension de pré-charge initiale Vp _reC hargejnit est appliquée.

De manière avantageuse, la valeur de la tension de pré-charge peut être différente pour différents groupes de pixels 102, et notamment pour chacune des lignes de pixels 102 ou chacune des colonnes des pixels, ou encore pour chacun des pixels 102. Ainsi, la valeur de la tension de pré-charge est variable au cours de la lecture séquentielle des différentes lignes ou colonnes de pixels 102 de la matrice ou pour chaque pixel 102.

L'ajustement de la tension de pré-charge peut également servir à réaliser, après le calcul de la valeur nominale de la tension de pré-charge V _pr echarge_nom, une calibration à vide du capteur 100. Cette calibration à vide a pour but de définir une tension de pré-charge adaptée de préférence pour chaque pixel 102 (mais qui peut également être adaptée pour chaque ligne ou chaque colonne de pixels) et permetta nt de compenser les distorsions de mesure dues aux dispersions technologiques notamment des capacités de référence 110. Pour cela, le circuit de commande 117 et le circuit de pré-charge 115 sont adaptés pour pouvoir appliquer successivement une des N x M tensions de pré-charge Vp chargejj pour chacun des N x M pixels. Cette calibration à vide est réalisée en l'absence d'élément sur les pixels 102 du capteur 100.

La tension de pré-charge de valeur nominale V _pr echarge_nom est appliquée sur les colonnes de pré-charge 108, puis les tensions de sortie V ₀ ut_u sont lues. En considérant V _re f = 0, ces tensions de sortie peuvent s'exprimer telles que :

Où CHOJJ sont les valeurs de chaque capacité de référence 110 qui sont différentes les unes des autres en raison des dispersions technologiques. La valeur moyenne V _ou t_moy des tensions de sortie V ₀ ut_u obtenues lors de la précédente lecture est ensuite calculée. Cette valeur moyenne est égale à

N M

v out moy =— ~\—Y Yv out ι . . .

NM f -

Cette valeur moyenne peut également être exprimée selon l'équation

V préch arg e nom C 110 moy

V _{out moy} =— — , ou Cno_moy est la valeur moyenne de toutes les capacités

C _f

de référence 110.

Un coefficient Ky est ensuite calculé pour chaque pixel 102 tel que

N x M tensions de pré-charge V _pr echargejj sont ensuite calculées telles que Vprechargejj = Kij.V _P recharge_nom. Comme le montre l'équation ci-dessous, les tensions de sorties V _ou tjj deviennent donc, en l'absence d'élément sur les pixels 102 du capteur, égales à la moyenne de ces tensions de sortie :

V préch arg e _ i _ j ^* C 110 _ _ j V préch arg e _ nom c \ \§ _ moy

out _ î _ j ^ou ^ - ^m °y

Ainsi, lors d'une lecture des pixels 102 avec un élément à détecter présent sur les pixels, les différences entre les valeurs V _ou tjj dues aux non-uniformités technologiques entre les capacités de référence 110 des pixels sont supprimées.

La figure 3 représente la valeur de la tension de sortie d'un des amplificateurs 118 en fonction de la valeur Cdoigt de la capacité de détection 104 lorsque la tension de pré-charge de valeur nominale V _pr echarge_nom est appliquée sur la colonne de pré- charge 108. Les différents points désignés par la référence 14 correspondent à différentes tensions de sortie obtenues en l'absence d'élément sur les pixels 102, ces différences étant dues aux variations sur la valeur des capacités de référence 110. Afin que ces tensions de sortie aient toutes une même valeur pour une même valeur de capacité Cdoigt, le procédé ci-dessus corrige ces valeurs afin qu'elles prennent une valeur égale à la valeur moyenne Vout moy. En variante du procédé de calibration à vide décrit ci-dessus, il est possible de faire appel à une valeur minimale V _ou t_min_nom, correspondant à la valeur minimale parmi les tensions de sorties V _ou t_u obtenue en utilisant la valeur nominale V _P recharge_nom de la tension de pré-charge, à la place de la valeur moyenne V _ou t_moy. Cela permet en outre d'améliorer la dynamique de sortie des amplificateurs 118.

En variante, il est possible que cette calibration à vide soit réalisée non pas en calculant un coefficient K pour chaque pixel, mais en calculant un coefficient K pour chaque ligne ou chaque colonne de pixels. Dans ce cas, les coefficients K peuvent correspondre au rapport de la valeur moyenne V _ou t_moy, ou de la valeur minimale Vout_min_nom des tensions de sortie, sur la valeur moyenne des tensions de sortie des pixels de la ligne ou de la colonne correspondante.

En alternative au procédé de calibration à vide du capteur décrit ci- dessus, il est possible de retrancher, à chaque tension de sortie, la différence entre sa valeur nominale et la moyenne V _ou t_moy afin de l'égaliser à cette dernière, c'est-à-dire telle que VoutJJ ⁼ VoutJJ + (Vout moy ^— Vout ij) ⁼ Vout moy.

L'ajustement de la tension de pré-charge peut également servir à réaliser, après la calibration à vide du capteur 100, une opération d'égalisation en lecture du capteur. Cette opération permet par exemple d'optimiser les valeurs des tensions de sortie Vout pour des valeurs de capacités non-uniformes selon la ligne ou la colonne de pixels 102 considérée.

Par exemple, pour une capture d'empreinte digitale, la pression du doigt sur le capteur 100 n'est généralement pas la même sur toute la surface de la matrice de pixels 102. Sur la zone centrale de la matrice de pixels 102, la valeur moyenne des capacités mesurées est souvent plus importante que dans les régions extrêmes supérieure et inférieure de la matrice de pixels 102 car la distance doigt-électrode (la première électrode de la capacité de détection 104) est plus faible au niveau de cette zone centrale que dans les autres régions du fait d'une plus grande pression d'appui du doigt au niveau de cette zone centrale. Afin de compenser cela, il est possible de mettre en œuvre un procédé d'égalisation en lecture du capteur 100 comprenant les étapes ci-dessous. Les tensions de sortie V _ou t_u pour tous les pixels 102 sont lues en appliquant successivement sur les colonnes de pré-charge 108 les tensions de pré-charge Vp chargejj précédemment déterminées lors de la calibration à vide du capteur 100. Pour chaque pixel 102, la tension de sortie obtenue est donc (en considérant V _re f = 0) :

(r + C )

V.

Un calcul d'une moyenne V _ou t_mi des tensions de sortie V ₀ ut_u pour chacune des N lignes de pixels 102 est ensuite réalisé tel que V , . =— / V , . . .

M

Une valeur maximale V _ou t_mi_max correspondant à la valeur maximale parmi l'ensemble des valeurs moyennes V _ou t_mi précédemment calculées, est ensuite déterminée. Le calcul de cette valeur maximale V _ou t_mi_max permet d'identifier la ligne de pixels 102 où la pression du doigt est la plus forte. En variante, il est possible de calculer une moyenne V _ou t_mi_moy des valeurs V _ou t_mi.

Un coefficient K, est ensuite calculé pour chacune des N lignes de pixels tel que K, = V _ou t_ mi max / v out mi ou tel que K, = V _ou t_ mi moy / v out mi.

Enfin, les tensions de pré-charge Vp chargejj destinées à être successivement appliquées sur les colonnes de pré-charge 108 lors d'une lecture de chacune des N lignes des pixels 102 sont alors ajustées en multipliant les valeurs des tensions de pré-charge Vpœchargejj de chacune des N lignes de pixels par celle du coefficient K, associé à chacune des N lignes de pixels, c'est-à-dire telles que

Vprecharge JJ ajustées ⁼ i.Vprecharge JJ.

Les différentes valeurs ajustées des tensions de pré-charge Vpœchargejj sont alors appliquées successivement sur les colonnes de pré-charge 108 lors de la lecture successive des différents pixels 102. De cette manière, la moyenne des tensions de sortie des pixels de chaque ligne devient proche de V ₀ ut_mi_max ou de V ₀ ut_mi_moy indépendamment de la pression exercée par le doigt. La mise en œuvre de ces étapes a donc pour effet de compenser les différences de pression sur différentes régions de la matrice de pixels 102, ce qui simule l'appui d'un doigt « plat » qui appliquerait une pression uniforme sur l'ensemble des lignes de pixels 102 de la matrice. La figure 4 illustre l'égalisation de lecture réalisée en mettant en œuvre les étapes décrites ci-dessus. Les points désignés par la référence 16 correspondent aux tensions de sortie obtenues pour une première ligne de pixels, et ceux désignés par la référence 18 correspondent aux tensions de sortie obtenues pour une deuxième ligne de pixels. Ceux désignés par la référence 20 correspondent à ceux obtenues pour la ligne de pixels dont la moyenne correspond à V _ou t_mi_max. En appliquant les tensions de pré-charge ajustées par l'égalisation de lecture précédemment décrite, les tensions de sorties désignées par les références 16 et 18 sont ramenées au même niveau que celles dont la moyenne est maximale.

Plusieurs variantes de l'égalisation de lecture du capteur précédemment décrite peuvent être envisagées. Lors de l'égalisation, il est par exemple possible de calculer non pas les moyennes par ligne des tensions de sortie, mais les moyennes par colonne de pixels. Les coefficients K peuvent également être calculés tels que chaque coefficient K soit associé à une colonne de pixels et non à une ligne de pixels. Ainsi, ce sont les différences de pression entre les colonnes de pixels qui sont compensées par l'égalisation de lecture.

Il est également possible d'envisager le calcul d'un coefficient K pour chaque pixel.

Il est également possible de combiner l'égalisation de lecture des colonnes de pixels et de l'égalisation de lecture des lignes de pixels pour compenser les différences de pression horizontales et verticales sur le capteur 100.

En outre, il est également possible que les tensions de pré-charge ne soient pas calculées pour chaque pixel, mais qu'elles soient calculées telle qu'une seule tension de pré-charge soit associée à chaque ligne ou colonne de pixels.

Dans la description ci-dessus, une première opération est réalisée en calculant la valeur nominale V _pr echarge_nom permettant de maximiser les valeurs maximales des tensions de sortie des amplificateurs de charges 118, puis une calibration à vide du capteur est mise en œuvre en se servant de la valeur V _pr echarge_nom pour déterminer des valeurs de pré-charge Vp chargejj, et enfin une égalisation de lecture du capteur est réalisée en se servant des valeurs de pré-charge Vp chargejj et de la valeur V _pr echarge_nom pour ajuster les valeurs des tensions de pré-charge Vp chargejj.

En variante, il est possible de mettre en œuvre l'opération de calcul de la valeur nominale V _pr echarge_nom et l'égalisation de lecture du capteur, sans réaliser le calibrage à vide du capteur. Il est également envisageable de réalisation la calibration à vide du capteur et/ou l'égalisation de lecture du capteur sans avoir calculé au préalable la valeur nominale V _pr echarge_nom de la tension de pré-charge. Dans ce cas, dans les étapes précédemment décrites faisant appel à cette valeur nominale, la valeur initiale V _pr echargejnit de la tension de pré-charge déterminée arbitrairement est utilisée.

Les étapes de ces opérations peuvent être effectuées par le circuit de commande 117, ou calculateur, externe à la matrice de pixels 102, qui commande le circuit de pré-charge 115 appliquant les différentes tensions de pré-charge sur les colonnes de pré-charge 108 (par exemple un convertisseur numérique-analogique).

Les différentes opérations décrites ci-dessus peuvent être mises en œuvre en considérant non pas chaque ligne ou chaque colonne de pixels individuellement, mais en considérant des groupes de lignes ou de colonnes de pixels 102. Il est également possible que ces opérations ne soient pas mises en œuvre pour la totalité des pixels. Enfin, il est également possible que ce procédé soit répété et appliqué séparément pour différentes régions de la matrice de pixels, en mettant en œuvre plusieurs fois les étapes du procédé pour des lignes ou colonnes de pixels 102 différentes.

Dans le capteur 100 précédemment décrit, les tensions de pré-charge sont appliquées sur des colonnes de pré-charge 108 chacune reliée à une colonne de pixels. En variante, ces tensions de pré-charge peuvent être appliquées sur des lignes de précharge qui sont chacune reliée à une ligne de pixels 102.

Le capteur 100 est avantageusement réalisé en technologie TFT à partir de silicium amorphe ou de polysilicium, qui permet de réaliser des surfaces de détection importantes à des coûts relativement faibles. Cette technologie ne permet par contre pas l'intégration d'un nombre élevé de transistors dans la surface d'un pixel (typiquement de dimensions égales à environ 50 x 50 μιη ² pour un capteur d'empreinte digital) aussi important qu'en technologie CMOS. Le capteur 100 peut notamment être réalisé en technologie OTFT (« Organic Thin-Film Transistor », ou transistor organique en couches minces) ou PTFT (« Polymer Thin-Film Transistor », ou transistor polymère en couches minces), également connue sous l'appellation d'électronique organique ou imprimée, mettant en œuvre des techniques d'impression qui ont l'avantage d'avoir des coûts de fabrication très faibles, y compris pour des surfaces très importantes. La conséquence est la limitation de la taille des pixels (dimensions généralement supérieures à environ 500 μιη) lorsque l'on souhaite inclure au moins deux transistors dans un pixel. Par contre, son faible coût par unité de surface est une alternative économique intéressante pour la réalisation d'un capteur à détection capacitive ayant une grande zone de capture nécessitant seulement une résolutions moyenne, comme par exemple pour réaliser une détection complète de la main (détection palmaire). Un tel dispositif est par exemple utilisé pour réaliser des contrôles d'accès de sécurité moyenne en tant que dispositif d'identification redondant et/ou supplémentaire à un code d'accès numérique.

Le procédé de compensation précédemment décrit s'applique avantageusement pour corriger la non-uniformité inhérente aux techniques d'impression.

Le capteur 100 peut toutefois être réalisé en technologie CMOS. La forte capacité d'intégration de la technologie CMOS autorise d'autres techniques de lecture très performantes (par exemple RF, etc.) mais à des coûts beaucoup plus élevés qu'en technologie TFT.

Les différentes opérations d'ajustement de la tension de pré-charge

(maximisation des valeurs maximales des tensions de sortie des amplificateurs, calibration à vide du capteur, égalisation de lecture du capteur) s'appliquent avantageusement au capteur 100 décrit en liaison avec la figure 1 dans lequel chaque ligne de sélection 126 est reliée aux grilles des transistors de lecture 112 des pixels 102 d'une des N lignes de pixels 102 et aux grilles des transistors de pré-charge 106 des pixels 102 d'une autre des N lignes de pixels 102. Toutefois, ces opérations d'ajustement de la tension de pré-charge peuvent également s'appliquer à un capteur autre que le capteur 100 précédemment décrit, c'est- à-dire ne comportant pas au moins N-l lignes de sélection distinctes de la ligne ou la colonne de pré-charge et telles que chaque ligne de sélection soit reliée aux grilles des transistors de lecture des pixels d'une des N lignes de pixels et aux grilles des transistors de pré-charge des pixels d'une autre des N lignes de pixels.

La figure 5 représente schématiquement une partie d'un capteur 200, correspondant ici à un détecteur d'empreintes digitales. Sur cette figure, un seul pixel 202 est représenté.

Chaque pixel 202 de ce capteur 200 comporte un premier transistor 204 dont la grille est reliée à une ligne de sélection 206. Chaque pixel 202 comporte une capacité de détection 208. La capacité de détection 208 comporte une première électrode disposée dans le pixel 202. Une deuxième électrode 210, représentée symboliquement sur la figure 5, est formée par la partie du doigt destinée à se trouver face à la première électrode de la capacité de détection 208 lors d'une mesure d'empreinte digitale. Chaque pixel 202 comporte également une capacité de référence 212. Les capacités 208 et 212 fonctionnement de manière similaire aux capacités 104 et 110 précédemment décrites pour le capteur 100. Chaque pixel 202 comporte également un deuxième transistor 214 permettant de connecter, lors d'une remise à zéro du pixel 202, les capacités 208 et 212 à la ligne 216 qui est reliée à la masse. Le deuxième transistor 214 comporte sa grille reliée à une colonne de remise à zéro 218 sur laquelle circule un signal de commande du transistor 214.

Dans ce capteur 200, la ligne de sélection 206 est utilisée à la fois pour pré-charger les deux capacités 208, 212 du pixel 202 et pour lire ensuite la charge électrique résultante. L'une des électrodes de source/drain du premier transistor 204 est reliée à une colonne de pré-charge/lecture 220 sur laquelle une tension de pré-charge est destinée à être appliquée lors d'une pré-charge des capacités 208, 212, et sur laquelle les charges stockées dans les capacités 208, 212 sont destinées à être transférées lors d'une lecture du pixel 202.

Les colonnes de pré-charge/lecture 220 associées aux colonnes de pixels 202 du capteur 200 sont reliées à un circuit de commutation 222 auquel sont reliés le circuit de pré-charge 115 et le circuit de commande 117, similaires à ceux du capteur 100, ainsi que les circuits de lecture 116 également similaires à ceux précédemment décrits pour le capteur 100. Contrairement au capteur 100 précédemment décrit dans lequel la lecture d'une des lignes de pixels est réalisée simultanément à la pré-charge des capacités des pixels d'une autre ligne, le capteur 200 fonctionne en réalisant tout d'abord la précharge du pixel 202 en envoyant la tension de pré-charge sur la colonne de pré-charge/lecture 220, puis en réalisant ensuite la lecture de ce pixel 202 via cette même colonne de pré-charge/lecture 220.

La tension de pré-charge appliquée peut être ajustée comme précédemment décrit pour le capteur 100 en réalisant un premier ajustement via le calcul d'une valeur nominale de la tension de pré-charge permettant de maximiser les valeurs maximales des tensions de sortie des amplificateurs de charges des circuits de lecture 116, et/ou une calibration à vide du capteur 200 permettant de supprimer les variations dues aux dispersions technologiques entre les capacités de référence 212 des pixels 202, et/ou une égalisation de lecture du capteur 200 permettant la compensation des différences de mesure entre les lignes et/ou colonnes de pixels. Pour cela, les différentes étapes précédemment décrites pour le capteur 100 s'appliquent au capteur 200 de manière analogue.

Selon une variante représentée sur la figure 6, chaque pixel 202 du capteur 200 comporte en outre un troisième transistor 224 formant un transistor de lecture du pixel 202. La grille du troisième transistor 224 est reliée à une ligne de commande de lecture 226 sur laquelle est appliqué le signal de commande de lecture. Ainsi, seul un signal de commande de pré-charge est envoyé sur la ligne de sélection 206, et les colonnes 220 sont dédiées uniquement à la pré-charge des pixels 202. L'une des électrodes de source/drain du troisième transistor 224 est reliée aux capacités 208, 212 et l'autre électrode de source/drain du troisième transistor 224 est reliée à une colonne de lecture 228 commune à tous les pixels disposés sur une même colonne, sur laquelle sont transférées les charges stockées dans les capacités 208, 212 lors d'une lecture. Cette variante permet de dissocier les opérations de pré-charge et de lecture. Le circuit de commutation 222 n'est donc pas présent dans cette configuration. Les différentes opérations d'ajustement des tensions de pré-charge appliquées sur les colonnes de pré- charge 220 précédemment décrites peuvent également être réalisées pour le capteur 200 selon cette variante.

Selon une variante de la configuration représentée sur la figure 6, les pixels 202 du capteur 200 peuvent ne pas comporter les deuxièmes transistors 214 ni les colonnes de remise à zéro 218.