[发明专利]一种基于指纹传感器采集阵列输出级的有源负载电路

说明书

本发明公开了一种基于指纹传感器采集阵列输出级的有源负载电路，涉及半导体芯片领域，包括电流源和辅助放电通路，辅助放电通路和电流源并联，辅助放电通路一端连接指纹传感器采集阵列的放电节点，另一端接地，辅助放电通路在指纹传感器采集阵列复位状态下对放电节点进行快速放电。本发明通过改进有源负载电路，在电流源基础上增加辅助放电通路，提高了放电节点上的电荷放电速度，缩短了每个采集点的复位时间，提高了指纹图像的采集速度，降低了图像的失真度。

技术领域

本发明涉及半导体芯片领域，尤其涉及一种半导体指纹传感器采集阵列输出级的有源负载电路。

背景技术

现有的半导体指纹传感器大多是由采集阵列和信号处理电路组成。通过逐点扫描的方式，采集阵列逐一将指纹信息转化成模拟电压信号，经过信号处理电路的滤波，放大，模数转换和数据传输，上位机在收到每一个点的数据之后，按采集顺序进行重新拼接，得到一幅代表指纹信息的灰度图像。根据不同指纹算法的处理能力、安全等级和相关行业标准，采集阵列的大小也有所不同，常见的采集阵列大小有160×160、192×192等。在采集阵列中，每个采集点都由行地址和列地址信号进行选中控制。行、列地址同时使能的点，被选中进行图像采集。每个采集点都包括一个独自的输出驱动管，所有采集点的输出驱动管最终汇聚到一起，形成一个输出公共节点。由于采集阵列中的采集点数量巨大，输出驱动管和输出导线累积在公共节点的寄生电容很大，输出驱动管的任务就是能够单独驱动这个电容，将有效的指纹小信号(采集点与手指指纹之间电容量直接转化出来的电压信号，由于信号的幅度小，在信号变化的范围内，后级电路的增益可近似为恒定值。相对于该信号的变化，后级电路可等效为线性电路)传输出来。所有输出驱动管的输出共用一个有源负载，该有源负载的主要作用是给被选中采集点中的输出驱动管提供必要的偏置(即使电路处于正常放大状态的静态工作电压值，在该电压值附近，电路的增益近似恒定)，保证每个选中的采集点在复位状态和指纹采集状态时，输出级的正常偏置。现有的有源负载电路，通常是由一个普通的电流源形成。在被选中采集点处于复位状态时，电流源对公共节点进行放电，由于普通的电流源只能提供恒定的电流偏置，公共节点上的电荷放电速度有限，大大延长了每个采集点的复位时间，降低了采集阵列的采集速度。设阵列输出公共节点上的电荷为Q，最小放电时间Tmin＝Q/I，I为电流偏置。在采集阵列中，每个采集点的物理位置不同，到有源负载的物理距离也不同，导致了每个采集点到有源负载的寄生电阻和电容都不同，有源负载对每一个选中采集点的放电速度也不同。如果没有留够足够的复位时间，会导致距离公共节点远，寄生电阻和寄生电容大的采集点复位不充分，造成采集输出的指纹小信号失真。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种基于指纹传感器采集阵列输出级的有源负载电路，达到提高指纹图像的采集速度，降低图像的失真度的目的。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题如何提高指纹图像的采集速度，降低图像的失真度。

为实现上述目的，发明人经研究发现，现有的有源负载电路，通常是由一个普通的电流源形成。在被选中采集点处于复位状态时，电流源对指纹传感器采集阵列的放电节点进行放电，由于普通的电流源只能提供恒定的电流偏置，放电节点上的电荷放电速度有限，大大延长了每个采集点的复位时间，降低了采集阵列的采集速度。要想提高指纹图像的采集速度，需要从提高放电节点上的电荷放电速度着手。发明人考虑在电流源基础上增加辅助放电通路，以提高放电节点上的电荷放电速度，缩短每个采集点的复位时间。因而，在本发明的实施例一中，提供了一种基于指纹传感器采集阵列输出级的有源负载电路，包括电流源和辅助放电通路，辅助放电通路和电流源并联，辅助放电通路一端连接指纹传感器采集阵列的放电节点，另一端接地，辅助放电通路在指纹传感器采集阵列复位状态下对放电节点进行快速放电。