[发明专利]电容式感测单元、电容式指纹传感器及感测电路

说明书

本发明涉及一种包括电容式感测单元的电容式指纹传感器。每一电容式感测单元包括一感测电极；一第一开关；一电压随耦器；及一参考电容器。该电压随耦器包括一可调式电流源，用以提供至少两个不同的电流准位；及一MOS晶体管。该MOS晶体管包括一源极节点，通过该可调式电流源连接至接地并作为该电压随耦器的一输出节点；一栅极节点，连接至该感测电极并作为该电压随耦器的一输入节点；一漏极节点，连接至一电源，用以提供电力于该电压随耦器；及一基极节点，连接至该源极节点。

技术领域

本发明涉及半导体领域，特别是涉及一种使用减噪技术的电容式感测单元、电容式指纹传感器及感测电路。

背景技术

指纹感测技术在识别个人及验证个人身份方面，成为越来越受到重视的可靠且方便的方法。如同其他各种生物特征，指纹是独一无二的，其可测量的特性被用来标示和描述个人。指纹传感器的应用范围很广。举例而言，指纹传感器可用来提供固定应用领域的进出管制，诸如安全检查点与门锁。指纹传感器也可被用来提供可携式应用产品的访问控制，诸如行动计算机、智能型手机、智能家电，及数据储存设备等。近来，指纹认证技术进一步发展应用至更广的领域，诸如可携式设备上，如信用卡，的支付授权。从而，某些应用，特别是可携式应用领域，可能需要的指纹感测设备是轻薄短小、可靠性高，但价格不贵。

各种指纹感测方法、技术，及设备早已公诸于世并于日常生活中使用。举例而言，光学式及电容式指纹感测设备已可见于近日市场或持续开发中。光学式指纹传感器利用光从指尖反射的原理来取得数字影像。另一方面，电容式指纹传感器利用由指尖与传感器之间的电容影响导致的电场分布来产生指纹影像。

一般说来，现今市场中有许多型态的电容式指纹感测技术：被动式及主动式。两种型态的电容式技术利用电容原理而产生指纹影像。被动式电容式技术，诸如由AlanG.Knapp揭露于美国专利第5325442号及Alexander George Dickinson揭露于美国专利第6016355号的传感器，利用一感测单元(每一感测单元包括一金属板作为感测电极)数组提供电流给形成于金属板与指尖之间的电容。该方法通过测量不同充放电电流值，取得感测单元之间的电容值差，进一步使用电容值差来区分脊部与谷部。其它，诸如由Kai LanChuang所提出的美国专利第7663380号及Bruce C.S.Chou提出的美国专利第7099497号，改善了Knapp的构想，利用对电容器进行预充电当成充电电流╱电压来源来改进感测单元的灵敏度。然而，随着保护层的厚度增加，信号强度和影像质量则显著下降。

主动式电容式技术，诸如由Dale R.Setlak揭露于美国专利第5940526号的传感器，近似于被动式技术但需要通过施加不同电压，经由一金属环或金属条于感测指尖，以提供激发讯号给所感测指尖的表皮层。主动式电容式技术可以产生更好的影像品量，且可以增加覆盖材料厚度，封装结构可满足传感器保护需求。然而，主动式电容式技术存在着一个重大的缺陷。当一个接地低阻抗路径存在于金属环与人之间时，该经由金属环施加的激发讯号电压会显著地减弱。这问题导致系统不可靠，尤其是对于具有连接至接地机壳的便携设备。这个问题的解决方法可能需要复杂的接地隔离结构，诸如由Frank Robert Riedijk揭露于美国专利第9152841号的传感器，或更高的激发讯号电压，这也增加了结构的复杂性与成本。

为了克服上述被动式与主动式电容式指纹感测技术的缺点，需要一种电容式指纹感测装置，其能达成高质量指纹表现，即便使用厚的保护层，也无须施加激发讯号电压于指尖。

发明内容