[发明专利]具有在感测元件内的解调电路的电容式指纹感测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种电容式指纹感测系统以及一种感测指纹图案的方法。

背景技术

各种类型的生物识别系统越来越多被使用，以便于提供增大的安全性和/或强化的用户便利性。

尤其，指纹感测系统由于其小的形状因子、高的性能、以及用户的接受度，而例如已经被采用在消费者电子装置中。

在各种可利用的指纹感测原理(例如，电容式、光学式、热感式等等) 中，电容式感测是最普遍使用的，尤其是在其中尺寸及功率消耗是重要因素的应用中。

所有的电容式指纹传感器提供指示在若干感测结构的每个与置放在该指纹传感器的表面上、或是移动横跨该指纹传感器的表面的手指之间的电容的测量。

某些电容式指纹传感器被动式读出感测结构与手指之间的电容。然而，这需要感测结构与手指之间的相对大的电容。因此，此种被动电容式传感器通常被设置有覆盖感测结构的非常薄的保护层，这使得此种传感器对于刮痕和/或ESD(静电放电)是相当敏感的。

US 7 864 992公开了一种电容式指纹感测系统，其中驱动信号通过脉动(pulsing)被布置在传感器阵列附近的导电的结构而被注入到手指中，并且测量该传感器阵列中的感测结构所承载的电荷的产生的变化。

此种主动电容式指纹感测系统一般使得能够以比上述被动系统高得多的信噪比进行手指与每个感测结构之间的电容的测量。因此，这允许有相当厚的保护涂层，并且因此允许有更强健的电容式指纹传感器，其可以被包括在遭受到相当大磨损的物品如移动电话中。

然而，仍然有改善的空间。尤其，提供透过甚至更厚的保护涂层的指纹感测和/或关于信噪比的进一步改善的性能将会是所期望的。

发明内容

考虑到现有技术的上述以及其它的缺点，本发明的一个目的是实现一种改良的电容式指纹感测系统，尤其是一种提供透过非常厚的保护涂层的改善的感测性能的电容式指纹感测系统。

根据本发明的第一方面，因此提出一种用于感测手指的指纹图案的电容式指纹感测系统，该电容式指纹感测系统系包括：激励信号提供电路，其用于提供展现关于该手指的电位的时变(time-varying)激励电位的激励信号，该时变激励电位包含从第一电位至第二电位并且回到该第一电位的循环的变化；多个感测元件，其各自包含：保护介电顶层，其要被该手指所触碰；被配置在该顶层下面的导电的感测结构，该感测结构耦接至该激励信号提供电路以展现基本跟随该激励电位的时变感测结构电位，其中该激励电位从该第一电位至该第二电位的每个变化产生在该手指与该感测结构之间的电位差上的变化；连接至该感测结构的感测电路，其用于提供指示该感测结构所承载的电荷的变化的感测信号，该变化产生自该手指与该感测结构之间的电位差上的变化；以及连接至该感测电路的解调电路，其用于组合该感测信号以及与该激励信号定时相关的解调信号以提供组合信号，该组合信号包含指示该感测结构所承载的该电荷的该变化的DC 信号成分；以及连接至感测元件的每个的读出电路，其用于根据来自感测元件的每个的该DC信号成分来提供该指纹图案的表示。

在本申请的上下文中，该术语"电位"应该被理解为表示"电势"。

相应地，时变电位应该被理解为表示具有关于基准电位随着时间而改变的大小的电位。该时变激励电位例如可以被提供为脉冲序列，其具有脉冲重复频率、或者脉冲重复频率的组合。此种脉冲序列中的脉冲例如可以是方波脉冲。或者，该时变激励电位可被提供为正弦波、或者正弦波的组合。

感测元件可以有利地以包括列与行的阵列来配置。

每个感测结构可以有利地用金属板的形式来设置，因而一种类型的平行板电容器由该感测结构(感测板)、局部手指表面、以及保护涂层(以及任何根据在指纹图案中的位置而可能局部地存在于该局部手指表面与保护涂层之间的空气)而形成。该感测结构所承载的电荷的由该手指与该感测结构之间的电位差上的变化而产生的变化是此平行板电容器的电容的指示，其因此为该感测结构与手指表面之间的距离的指示。

该保护涂层可以有利的是至少20μm厚，并且具有高介电强度以保护该指纹感测装置下面的结构免于磨损及撕裂，并且避免ESD。甚至更有利的是，该保护涂层可以是至少50μm厚。在实施例中，该保护涂层可以是数百μm厚。

每个感测元件可以是可控的以执行预定测量序列，预定测量序列涉及预定序列中的不同测量状态之间的转变。测量状态可以是由被提供至包含在该感测元件中的电路的控制信号的某组合所定义的。