[发明专利]电容式指纹感测装置中的用于噪声抑制的模拟采样系统及方法

说明书

本发明提供一种电容式指纹感测装置，其包括：多个感测元件；用于提供模拟感测信号的感测电路系统；用于提供驱动信号的驱动信号电路系统，该驱动信号包括具有最大电平与最小电平的驱动脉冲，提供手指与感测结构之间的电位差变化；模拟采样电路系统，其包括至少三个模拟采样与保持电路，它们被布置成对感测信号采样；以及采样控制单元，用于单独控制采样与保持电路，以在指定时间捕获样本，其中这些样本包括在驱动信号处于第一电压电平Vi时被捕获的一个样本以及在驱动信号处于不同于V‑i的第二电压电平V2时被捕获的一个样本；以及模拟‑数字转换器(ADC)，其被配置成将这些样本的组合转换成数字信号，其中三个样本在时间被捕获，使得在形成组合时，从感测信号中抑制掉噪声分量。

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

各种类型的生物测量系统的使用越来越多，以便于提高安全性和/或增强用户便利性。特别地，指纹感测系统由于它们的小外形、高性能和高用户接受度的关系而被采用于消费性电子装置中。

在各种可利用的指纹感测原理中(例如，电容式、光学式、热学式等)，电容式感测最常被使用，尤其是在尺寸以及功耗为重要问题的应用中。

所有电容式指纹传感器均提供指示若干个感测结构中的每个感测结构与被放置在指纹传感器的表面上或移动跨越指纹传感器的表面的手指之间的电容。

当需要电容式指纹感测装置检测更小的电容差以便精确捕获指纹图像时，传感器中的噪声的影响变得越来越重要。特别地，该指纹感测装置尤其对外部注入的共模噪声敏感。典型地，该类型的噪声可以通过被连接至指纹传感器所在的装置的充电器而被注入该指纹传感器。再者，共模噪声可以具有大范围的频率及形状。被注入的共模噪声能够使系统接地以手指为基准来摆动，从而看似驱动信号。这会导致变差的测量结果以及不良的图像质量。

通过实现各种噪声降低技术，能够降低共模噪声的负面影响。用于共模噪声抑制的方法中的一个示例是对来自每个像素的许多个数字读数取平均以降低噪声的影响。然而，ADC转换是耗时的，而且并不希望增加捕获指纹图像的时间。替选地或组合地，可以使用后处理方法，它们对所捕获的指纹图像来运行并且尝试扣除特征性共模噪声。然而，该方法的缺点在于，测量值会在模拟采样期间的饱和的情况下变差，在该情况下，可能难以或者不可能消除噪声的影响。

据此，需要提供改良的手段来处理电容式指纹感测装置中的噪声。

发明内容

鉴于现有技术的上面提及的缺点和其他缺点，本发明的目的是提供一种指纹感测装置，其包括模拟采样电路系统，用于在捕获指纹图像期间促成噪声抑制。本发明还提供一种用于在指纹感测装置中进行噪声抑制的方法。

根据本发明的第一方面，提供了一种电容式指纹感测装置，用于感测手指的指纹图案，该电容式指纹传感器包括多个感测元件，每个感测元件包括：要被手指触碰的保护性介电顶层；导电的感测结构，其被布置在该顶层的下方；感测电路系统，用于提供模拟感测信号，其指示手指与感测结构之间的距离，该指纹感测装置进一步包括：驱动信号电路系统，其被配置成提供驱动信号，该驱动信号包括具有最大电压电平与最小电压电平的至少一个驱动脉冲，用于提供手指与感测结构之间的电位差的变化；模拟采样电路系统，其包括至少三个模拟采样与保持电路，它们被布置成对感测信号采样；以及采样控制单元，用于单独控制至少三个模拟采样与保持电路中的每个以在指定时间捕获样本，从而形成至少三个样本，其中至少三个样本包括在驱动信号处于第一电压电平V₁时被捕获的至少一个样本以及在驱动信号处于不同于V₁的第二电压电平V₂时被捕获的至少一个样本；以及模拟-数字转换器(ADC)，其被连接至模拟采样电路系统并且被配置成将至少三个样本的组合转换成数字感测信号，其指示感测结构与手指之间的电容性耦合，其中至少三个样本在指定时间被捕获，使得在形成组合时，从感测信号中抑制掉噪声分量。