指纹传感器、具有其的电子装置及操作指纹传感器的方法与流程

技术领域

实施例涉及一种指纹传感器，更具体地讲，涉及一种保持高分辨率同时具有提高的感测性能的指纹传感器。

背景技术：

通常，指纹传感器通过检测感测电极和手指之间的电容来获得手指的指纹图像。例如，指纹传感器可以基于包括在指纹的脊位于其上的像素中的感测电极和手指之间的电容及包括在指纹的谷位于其上的像素中的感测电极和手指之间的电容来获得手指的指纹图像。当指纹传感器的分辨率增加时，包括在指纹传感器中的像素的尺寸被减小。

然而，当像素的尺寸减小时，像素中包括的感测电极的尺寸也减小，以致感测电极和手指之间的电容减小。因此，当像素的尺寸减小时，指纹传感器的感测性能下降。

技术实现要素：

实施例包括一种指纹传感器，所述指纹传感器包括：包括按行和列布置的多个单元像素的像素阵列，所述多个单元像素中的每个包括：被配置为形成检测电容器的感测电极和被配置为基于检测电容器的电容来产生模拟信号的信号发生电路；以及控制器，被配置为控制像素阵列的操作，其中，所述控制器被配置为电连接彼此邻近的至少两个单元像素的感测电极并且仅激活包括在所述至少两个单元像素中的信号发生电路之一以产生模拟信号。

实施例包括一种电子装置，所述电子装置包括：多个感测电极；多个信号发生电路，每个信号发生电路被配置为基于信号发生电路的输入所连接的电容来产生信号；以及控制器，被配置为将感测电极的组选择性地电连接到信号发生电路的输入(input)，其中，感测电极的每个组被电连接到信号发生电路中的对应的单个信号发生电路。

实施例包括一种操作指纹传感器的方法，所述指纹传感器包括按行和列布置的多个单元像素，所述多个单元像素中的每个包括感测电极和信号发生电路，所述方法包括：电连接包括在彼此邻近的至少两个单元像素中的感测电极；接通所述至少两个单元像素中的信号发生电路之一；断开所述至少两个单元像素中的其余的信号发生电路；通过已接通的信号发生电路来产生具有与包括所述至少两个单元像素的感测电极的检测电容器的电容的总和成比例的幅值的模拟信号；并且基于模拟信号来产生代表用户的指纹图案的数字信号。

附图说明

通过下面结合附图进行的详细描述，将更清楚地理解说明性的非限制的实施例。

图1是示出根据一些实施例的指纹传感器的框图。

图2是示出包括在图1的指纹传感器中的像素阵列的示例的剖视图。

图3是示出包括在图1的指纹传感器中的像素阵列的示例的电路图。

图4是用于描述包括在被选行中的被选单元像素的时序图。

图5是示出在重置期期间包括在被选行中的被选单元像素和包括在辅助行中的辅助单元像素的状态的电路图。

图6是示出在检测期期间包括在被选行中的被选单元像素和包括在辅助行中的辅助单元像素的状态的电路图。

图7至图9是用于描述控制器将包括在像素阵列中的行之一确定为被选行的过程的图。

图10是示出操作根据一些实施例的指纹传感器的方法的流程图。

图11是示出根据一些实施例的像素阵列的示例的电路图。

图12A至图13D是用于描述控制器操作图11的像素阵列的过程的图。

图14是示出根据一些实施例的电子装置的框图。

图15是示出图14的电子装置被实现为智能手机的示例的图。

具体实施方式

将参照附图更充分地描述各种实施例，在附图中示出具体的实施例。然而，实施例可以采取许多不同的形式，并且不应该被理解为限于在此阐述的具体实施例。相反地，提供这些实施例使得本公开将是彻底的且完整的，并将范围充分地传达给本领域技术人员。在整个申请中，相同的附图标记表示相同的元件。

将理解的是，虽然在这里可使用术语第一、第二等来描述各种元件，但是这些元件不应该受这些术语的限制。这些术语用来将一个元件与另一个元件区分开来。例如，在不脱离范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，类似地，第二元件可被称为第一元件。当在此使用时，术语“和/或”包括一个或更多个相关列出项的任意和全部组合。

将理解的是，当元件被称作被“连接”或“结合”到另一元件时，该元件可以直接连接到或结合到所述另一元件，或者可以存在中间元件。相反，当元件被称作“直接连接”或“直接结合”到另一元件时，不存在中间元件。用于描述元件之间关系的其它词语应该以类似的方式进行解释(例如，“在……之间”与“直接在……之间”，“相邻”与“直接相邻”等)。

这里使用的术语是出于描述特定实施例的目的，并非意图限制。如这里所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式的“一个(种/者)”和“该/所述”也意图包括复数形式。还将理解的是，当在此使用术语“包括”、“包含”和/或其变型时，表示存在所述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但并不排除存在或添加一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。

除非另有定义，否则这里使用的全部术语(包括技术术语和科学术语)具有与本领域的普通技术人员所通常理解的含义相同的含义。还将理解的是，除非这里明确如此定义，否则术语(诸如在通用字典中定义的术语)应该被解释为具有与相关领域的上下文中它们的含义一致的含义，并且将不以理想化或过于形式化的含义进行解释。

图1是示出根据一些实施例的指纹传感器的框图。参照图1，指纹传感器10包括像素阵列100、控制器300、相关双采样和积分电路CDS_INT 400、采样与保持电路SHA 500和模数转换器ADC 600。

像素阵列100可以包括按行和列布置的多个单元像素P 200。

控制器300可被配置为将共电压VCM和检测电压VD提供给每个单元像素200。此外，控制器300可被配置为使用多连接控制信号MCCS、选择控制信号SEL、第一开关信号SWS1和第二开关信号SWS2以行为单位来控制像素阵列100的操作。

当手指接触到像素阵列100上时，包括在像素阵列100中的每个单元像素200可以被配置为通过检测手指的指纹图案来产生模拟信号。在一些实施例中，单元像素200可以配置为通过多条列线COL1、COL2、……、COLn以行为单位来输出与指纹图案对应的模拟信号。这里，n表示正整数。

图2是示出包括在图1的指纹传感器中的像素阵列的示例的剖视图。参照图2，包括在像素阵列100中的每个单元像素200可以包括形成在半导体基底101上方的感测电极210和形成在半导体基底101上面的信号发生电路SG 220。包括在每个单元像素200中的感测电极210可以电连接到对应的信号发生电路220。

在一些实施例中，感测电极210可以实现为包括金属材料的金属板。然而，在其它实施例中，感测电极210可以由其它导电材料来形成。

像素阵列100还可以包括绝缘层230，该绝缘层230形成在半导体基底101上方并且覆盖每个单元像素200的感测电极210。在一些实施例中，形成在感测电极210上方的绝缘层230的至少一部分可以包括玻璃。

图2表示手指在像素阵列100中包括的绝缘层230上面时的状态。当手指接触到像素阵列100上时，手指可以作为电极来操作。因此，包括在每个单元像素200中的感测电极210可以与手指一起形成检测电容器D_C。

通常，人的指纹具有由脊和谷形成的固有图案。因此，如图2所示，指纹的脊位于其上的单元像素200中包括的感测电极210与手指之间的距离可以小于指纹的谷位于其上的单元像素200中包括的感测电极210与手指之间的距离。

由于电容器的电容与电容器的两个电极之间的距离成反比，所以由指纹的脊位于其上的单元像素200中包括的感测电极210形成的检测电容器D_C的电容可以大于由指纹的谷位于其上的单元像素200中包括的感测电极210形成的检测电容器D_C的电容。

每个单元像素200中包括的信号发生电路220可以被配置为基于由对应的感测电极210形成的检测电容器D_C的电容来产生模拟信号。即，每个单元像素200中包括的信号发生电路220可以基于信号发生电路220的输入所连接的电容来产生信号。

在指纹传感器10的操作中，当手指接触到像素阵列100上时，控制器300可以电连接包括在沿列方向彼此邻近的至少两个单元像素200中的感测电极210，接通包括在至少两个单元像素200中的信号发生电路220之一并且断开包括在至少两个单元像素200中的其余的信号发生电路220。即，控制器300可以将感测电极210的组选择性地电连接到信号发生电路220的输入，其中，感测电极210的每个组电连接到信号发生电路220中的对应的单个信号发生电路220。

因此，至少两个单元像素200中包括的信号发生电路220之中已接通的信号发生电路220可以产生具有与由至少两个单元像素200中包括的感测电极210形成的检测电容器D_C的电容的总和成比例的幅值的模拟信号。

虽然已经利用将沿列方向邻近的至少两个单元像素200的感测电极210电连接作为示例，但是感测电极210的其它组可以被电连接到信号发生电路220。例如，在一些实施例中，沿行方向邻近的至少两个单元像素200的感测电极210可以被电连接在一起。在具体的示例中，彼此邻近的两个感测电极210可以被电连接在一起并且电连接到信号发生电路220。在另一示例中，在一些实施例中，沿列方向和行方向两者均邻近的至少两个单元像素200的感测电极210可以被电连接在一起。例如，在正方形或矩形图案中的四个感测电极210可以被电连接在一起。此外，虽然已经利用感测电极210的行和列的方向作为示例，但是可以沿不同方向布置感测电极210并且可以电连接邻近的感测电极210。例如，可以在六边形网格中组织感测电极210。此外，控制器300可以改变对信号发生电路220的输入所电连接的感测电极210的分组。另外，对于感测电极210的每个组，该组的感测电极210可以沿第一方向(例如，行方向)布置，感测电极210中的至少一些可以沿与第一方向垂直的第二方向(例如，列方向)布置。

将参照图3至图9详细描述指纹传感器10的操作。

图3是示出包括在图1的指纹传感器中的像素阵列的示例的电路图。在图3中，示出沿行方向和列方向邻近彼此的四个单元像素200。包括在每个单元像素200中的感测电极210可以与接触到像素阵列100上的手指一起形成检测电容器D_C。

信号发生电路220可以包括第一开关221、第二开关222、第三开关223、放大器224、反馈电容器225、选择开关226和多连接开关227。

放大器224可以包括负输入电极、正输入电极和输出电极。放大器224的正输入电极可以接收由控制器300提供的共电压VCM。

响应于由控制器300提供的第一开关信号SWS1，第一开关221可以被接通。当第一开关221接通时，第一开关221可以将由控制器300提供的检测电压VD提供给感测电极210。

第二开关222可以连接在放大器224的负输入电极和感测电极210之间。响应于由控制器300提供的第二开关信号SWS2，第二开关222可以被接通。当第二开关222接通时，感测电极210可以连接到放大器224的负输入电极。

在一些实施例中，为了增加放大器224的放大增益，检测电压VD可以高于放大器224操作的电源电压。此外，处于激活状态的第一开关信号SWS1和第二开关信号SWS2的电压电平可以高于或等于检测电压VD。

反馈电容器225可以连接在放大器224的负输入电极和放大器224的输出电极之间。

第三开关223可以连接在放大器224的负输入电极和放大器224的输出电极之间。即，反馈电容器225和第三开关223可以并联连接在放大器224的负输入电极和放大器224的输出电极之间。响应于由控制器300提供的第一开关信号SWS1，第三开关223可以被接通。当第三开关223接通时，反馈电容器225可以被重置。

选择开关226可以连接在对应的列线COLk和COL(k+1)与放大器224的输出电极之间。响应于由控制器300提供的选择控制信号SEL，选择开关226可以被接通。当选择开关226接通时，可以将通过放大器224的输出电极输出的模拟信号AS1和AS2通过对应的列线COLk和COL(k+1)提供给相关双采样和积分电路400。另一方面，当选择开关226断开时，信号发生电路220可以断开与对应的列线COLk和COL(k+1)的连接。

多连接开关227可以连接在对应的单元像素200中包括的感测电极210和沿列方向与该对应的单元像素200邻近的至少一个单元像素200中包括的感测电极210之间。响应于多连接控制信号MCCS，多连接开关227可以被接通。因此，当多连接开关227接通时，可以电连接对应的单元像素200中包括的感测电极210和沿列方向与对应的单元像素200邻近的至少一个单元像素200中包括的感测电极210。

在图3中，示出了多连接开关227连接在对应的单元像素200中包括的感测电极210和沿列方向邻近于该对应的单元像素200并且包括在前一行中的一个单元像素200中包括的感测电极210之间。然而，其它实施例不限于此。在一些实施例中，多连接开关227可以连接在对应的单元像素200中包括的感测电极210和沿列方向邻近于对应的单元像素200并且包括在后一行中的一个单元像素200中包括的感测电极210之间。在其它实施例中，多连接开关227可以连接在对应的单元像素200中包括的感测电极210和沿列方向邻近于该对应的单元像素200并包括在前一行中的一个单元像素200中包括的感测电极210之间，并且连接在对应的单元像素200中包括的感测电极210和沿列方向邻近于该对应的单元像素200并包括在后一行中的一个单元像素200中包括的感测电极210之间。因此，列中任意数量的感测电极210可以通过相关的多连接开关227电连接。

在一些实施例中，第一开关221、第二开关222、第三开关223、选择开关226和多连接开关227可以包括MOS(金属氧化物半导体)晶体管。然而在其它实施例中，第一开关221、第二开关222、第三开关223、选择开关226和多连接开关227可以采用不同的形式。此外，所述第一开关221、第二开关222、第三开关223、选择开关226和多连接开关227可以(但不必须)具有相同的形式。

虽然示出具体的信号发生电路220作为示例，但在其它实施例中，可以使用不同的配置。例如，可以使用包括被配置为产生基于检测电容器D_C而变化的信号的任何放大器电路的信号发生电路220。

在下文中，将参照图1至图3来描述指纹传感器10的操作。当手指接触到像素阵列100上时，控制器300可以将像素阵列100中包括的一个行确定为被选行，并且将邻近于被选行的至少一个行确定为辅助行。

在一些示例实施例中，控制器300可以将包括与被选行的单元像素200中包括的多连接开关227连接的单元像素200的行确定为辅助行。

例如，如图3中所示，当多连接开关227连接在对应的单元像素200所包括的感测电极210和沿列方向邻近于对应的单元像素200并且包括在前一行中的一个单元像素200所包括的感测电极210时，控制器300可以将沿第一方向邻近于被选行的一个行(即，被选行的前一行)确定为辅助行。

控制器300可以将处于失效状态的多连接控制信号MCCS、处于失效状态的选择控制信号SEL、处于失效状态的第一开关信号SWS1和处于失效状态的第二开关信号SWS2提供给包括在除了被选行以外的其余行中的每个单元像素200。因此，包括在除了被选行以外的其余行中的每个单元像素200中包括的多连接开关227、选择开关226、第一开关221、第二开关222和第三开关223可以断开。因此，参照图3，包括在除了被选行以外的其余行中的每个单元像素200所包括的信号发生电路220可以断开与对应的列线COLk和COL(k+1)的连接。

控制器300可以将处于激活状态的多连接控制信号MCCS和处于激活状态的选择控制信号SEL提供给包括在被选行中的被选单元像素。

由于包括在被选单元像素中的多连接开关227响应于处于激活状态的多连接控制信号MCCS而接通，所以包括在被选单元像素200中的感测电极210和包括在辅助单元像素200中的感测电极210可以通过多连接开关227彼此电连接，其中，所述辅助单元像素200沿列方向邻近于被选单元像素200并且包括在辅助行中。

此外，由于包括在被选单元像素中的选择开关226响应于处于激活状态的选择控制信号SEL而接通，所以包括在被选单元像素中的放大器224的输出电极可以通过选择开关226连接到对应的列线COLk和COL(k+1)。

图4是用于描述被选行中包括的被选单元像素的操作的时序图。如图4中所示，在像素阵列100中包括的行中的一个被确定为被选行的同时，重置期RST_P和检测期DT_P可以交替多次。第一开关信号SWS1和第二开关信号SWS2可以在激活状态和失效状态之间交替。下面将结合图5和图6给出进一步的细节。

图5是示出在重置期期间包括在被选行中的被选单元像素和包括在辅助行中的辅助单元像素的状态的电路图，图6是示出在检测期期间包括在被选行中的被选单元像素和包括在辅助行中的辅助单元像素的状态的电路图。

参照图4和图5，由于控制器300将处于激活状态的多连接控制信号MCCS和处于激活状态的选择控制信号SEL提供给包括在被选行中的被选单元像素200-1，所以如图5和图6中所示，可以接通包括在被选单元像素200-1中的多连接开关227和选择开关226。

另一方面，由于控制器300将处于失效状态的多连接控制信号MCCS和处于失效状态的选择控制信号SEL提供给包括在辅助行中的辅助单元像素200-2，所以包括在辅助单元像素200-2中的信号发生电路220可以断开与对应列线COLk的连接。

随后，如图4中所示，控制器300可以在重置期RST_P期间将处于激活状态的第一开关信号SWS1和处于失效状态的第二开关信号SWS2提供给被选单元像素200-1。因此，如图5中所示，包括在被选单元像素200-1中的第一开关221和第三开关223可以在重置期RST_P期间接通，包括在被选单元像素200-1中的第二开关222可以在重置期RST_P期间断开。

由于第一开关221和多连接开关227已被接通，所以由控制器300提供的检测电压VD可以施加到包括在被选单元像素200-1中的感测电极210和包括在辅助单元像素200-2中的感测电极210。因此，由包括在被选单元像素200-1中的感测电极210和手指形成的检测电容器D_C1以及由包括在辅助单元像素200-2中的感测电极210和手指形成的检测电容器D_C2可以被检测电压VD充电。

由于第三开关223被接通，所以反馈电容器225可以被重置。此外，由于共电压VCM被施加到放大器224的正输入电极，所以放大器224的负输入电极的电压VVG可以基本上与共电压VCM相同。因此，放大器224的输出电极的电压VOUT可以对应于共电压VCM。

结果，被选单元像素200-1可以在重置期RST_P期间将共电压VCM作为第一模拟信号AS1通过列线COLk输出。

然后，参照图4和图6，控制器300可以在检测期DT_P期间将处于失效状态的第一开关信号SWS1和处于激活状态的第二开关信号SWS2提供给被选单元像素200-1。因此，如图6所示，包括在被选单元像素200-1中的第一开关221和第三开关223可以在检测期DT_P期间断开，包括在被选单元像素200-1中的第二开关222可以在检测期DT_P期间接通。

因此，存储于由包括在被选单元像素200-1中的感测电极210和手指形成的检测电容器D_C1以及由包括在辅助单元像素200-2中的感测电极210和手指形成的检测电容器D_C2中的电荷可以被分散到反馈电容器225。

因此，放大器224的输出电极的电压VOUT在检测期DT_P中可以表示为式1。

VOUT＝VCM-((Cfp1+Cfp2)/(Cfb))×(VD-VCM)(1)

这里，Cfp1表示由包括在被选单元像素200-1中的感测电极210和手指形成的检测电容器D_C1的电容，Cfp2表示由包括在辅助单元像素200-2中的感测电极210和手指形成的检测电容器D_C2的电容，Cfb表示反馈电容器225的电容。

因此，被选单元像素200-1可以在检测期DT_P期间将如式1所示的放大器224的输出电极的电压VOUT作为第二模拟信号AS2通过列线COLk输出。

如式1所示，在检测期DT_P期间从被选单元像素200-1输出的第二模拟信号AS2可以具有与由包括在被选单元像素200-1中的感测电极210和手指形成的检测电容器D_C1的电容Cfp1以及由包括在辅助单元像素200-2中的感测电极210和手指形成的检测电容器D_C2的电容Cfp2之和成比例的幅值。

如图4中所示，由于在像素阵列100中包括的行之一被确定为被选行的同时，控制器300使重置期RST_P和检测期DT_P交替多次，所以被选单元像素200-1可以多次交替地输出第一模拟信号AS1和第二模拟信号AS2。

之后，控制器300可以通过以行为单位移动来连续地选择包括在像素阵列100中的每个行以确定被选行。

在一些实施例中，像素阵列100可以包括至少一个虚设行和多个正常行，并且控制器300可以通过以行为单位移动来连续地选择每个正常行以确定被选行。

控制器300可以对连续的行重复地执行以上参照图4至图6描述的操作，从而像素阵列100可以逐行输出第一模拟信号AS1和第二模拟信号AS2。

图7至图9是用于描述控制器将包括在像素阵列中的一个行确定为被选行的过程的图。在图7至图9中，当多连接开关227被连接在其自身的单元像素200所包括的感测电极210和一个单元像素200所包括的感测电极210之间时，示出控制器300的操作作为示例，其中，所述一个单元像素200沿列方向邻近于多连接开关227自身的单元像素200并且包括在前一行中。

如图7至图9中所示，像素阵列100可以包括在像素阵列100的顶部上的一个虚设行ROWD和在虚设行ROWD下方的多个正常行ROW1、ROW2、ROW3、……、ROWm。这里，m代表正整数。虽然虚设行ROWD示出为在像素阵列100的具体侧上，但是虚设行ROWD可以被设置在像素阵列100的相对侧上。

如图7中所示，控制器300可以将第一正常行ROW1确定为被选行SEL_ROW。在这种情况下，与第一正常行ROW1的前一行对应的虚设行ROWD可以被确定为辅助行ASS_ROW。

如上所述，由于控制器300将处于激活状态的多连接控制信号MCCS和处于激活状态的选择控制信号SEL提供给包括在被选行SEL_ROW中的每个被选单元像素200-1，所以包括在被选单元像素200-1中的感测电极210和包括在辅助单元像素200-2中的感测电极210可以通过多连接开关227彼此电连接，其中，所述辅助单元像素200-2沿列方向邻近于被选单元像素200-1并且包括在辅助行ASS_ROW中。

因此，沿列方向彼此邻近的被选单元像素200-1和辅助单元像素200-2可以形成像素组240。被选单元像素200-1中包括的信号发生电路220可以交替地输出第一模拟信号AS1和第二模拟信号AS2，其中，第一模拟信号AS1对应于共电压VCM，第二模拟信号AS2具有与由像素组240和手指形成的检测电容器D_C1和D_C2的电容的总和成比例的幅值。

之后，如图8中所示，控制器300可以将第二正常行ROW2确定为被选行SEL_ROW。在这种情况下，与相对于第二正常行ROW2的前一行对应的第一正常行ROW1可以被确定为辅助行ASS_ROW。

控制器300可以对包括在被选行SEL_ROW中的被选单元像素200-1执行如上描述的相同操作。因此，被选单元像素200-1中包括的信号发生电路220可以交替地输出第一模拟信号AS1和第二模拟信号AS2，其中，第一模拟信号AS1对应于共电压VCM，第二模拟信号AS2具有与由像素组240和手指形成的检测电容器D_C1和D_C2的电容的总和成比例的幅值。

之后，如图9中所示，控制器300可以将第三正常行ROW3确定为被选行SEL_ROW。在这种情况下，与相对于第三正常行ROW3的前一行对应的第二正常行ROW2可以被确定为辅助行ASS_ROW。

控制器300可以对包括在被选行SEL_ROW中的被选单元像素200-1执行如上描述的相同操作。因此，被选单元像素200-1中包括的信号发生电路220可以交替地输出第一模拟信号AS1和第二模拟信号AS2，其中，第一模拟信号AS1对应于共电压VCM，第二模拟信号AS2具有与由像素组240和手指形成的检测电容器D_C1和D_C2的电容的总和成比例的幅值。

如图7至图9所示，当多连接开关227连接在对应单元像素200所包括的感测电极210和沿列方向邻近于对应单元像素200并且包括在前一行中的一个单元像素200所包括的感测电极210之间时，一个虚设行ROWD可以位于像素阵列100的顶部，控制器300可以将当前循环的被选行SEL_ROW确定为下一循环中的辅助行ASS_ROW。

另一方面，当多连接开关277连接在对应单元像素200所包括的感测电极210和沿列方向邻近于对应单元像素200并且包括在后一行中的一个单元像素200所包括的感测电极210之间时，一个虚设行ROWD可以位于像素阵列100的底部，控制器300可以将当前循环的辅助行ASS_ROW确定为下一循环中的被选行SEL_ROW。

如以上参考图7至图9所述，控制器300可以连续地将正常行ROW1、ROW2、ROW3、……、ROWm逐行选择为被选行SEL_ROW，包括在被选行SEL_ROW中的信号发生电路220可以交替地输出第一模拟信号AS1和第二模拟信号AS2，其中，第一模拟信号AS1对应于共电压VCM，第二模拟信号AS2具有与由像素组240和手指形成的检测电容器D_C1和D_C2的电容的总和成比例的幅值。

在一些实施例中，每个单元像素200沿行方向的长度和每个单元像素200沿列方向的长度可以小于50微米。

通常，人的指纹的脊和人的指纹的谷之间的距离可以是150微米～300微米。因此，虽然根据示例实施例的指纹传感器10基于由沿列方向彼此邻近的两个单元像素200形成的检测电容器D_C1和D_C2的电容的总和来产生第二模拟信号AS2，但是指纹传感器10的指纹识别性能不会降低。

再次参照图1，相关双采样和积分电路400可以接收由像素阵列100逐行输出的第一模拟信号AS1和第二模拟信号AS2，并且基于由控制器300提供的第一控制信号CON1来操作。

如上所述，由于像素阵列100针对被选行SEL_ROW多次交替输出第一模拟信号AS1和第二模拟信号AS2，所以相关双采样和积分电路400可以配置为通过对第一模拟信号AS1和第二模拟信号AS2执行相关双采样操作来获得第一模拟信号AS1和第二模拟信号AS2之间的差，并且通过对第一模拟信号AS1和第二模拟信号AS2之间的差执行积分操作来产生积分信号INTS。

由于第一模拟信号AS1对应于共电压VCM并且第二模拟信号AS2被表示为式1，所以第一模拟信号AS1和第二模拟信号AS2之间的差可以被表示为式2。

AS1-AS2＝((Cfp1+Cfp2)/(Cfb))×(VD-VCM)(2)

如式2所示，第一模拟信号AS1和第二模拟信号AS2之间的差可以具有与由包括在被选单元像素200-1中的感测电极210和手指形成的检测电容器D_C1的电容Cfp1以及由包括在辅助单元像素200-2中的感测电极210和手指形成的检测电容器D_C2的电容Cfp2之和成比例的幅值。因此，由相关双采样和积分电路400产生的积分信号INTS可以具有与由包括在被选单元像素200-1中的感测电极210和手指形成的检测电容器D_C1的电容Cfp1以及由包括在辅助单元像素200-2中的感测电极210和手指形成的检测电容器D_C2的电容Cfp2之和成比例的幅值。

采样与保持电路500可以配置为基于由控制器300提供的保持信号HS对积分信号INTS采样并且将已采样的信号输出为采样信号SAMS。

模数转换器600可以配置为基于由控制器300提供的第二控制信号CON2对采样信号SAMS执行模数转换操作以产生数字信号DS。

因此，数字信号DS可以代表接触到像素阵列100上的手指的指纹图案。

通常的指纹传感器可以基于包括在指纹的脊位于其上的像素中的感测电极和手指之间的电容以及包括在指纹的谷位于其上的像素中的感测电极和手指之间的电容来获得手指的指纹图像。因此，可以减小包括在指纹传感器中的像素的尺寸以增加指纹传感器的分辨率。然而，当像素的尺寸减小时，包括在像素中的感测电极的尺寸也会减小，以致感测电极和手指之间的电容减小。因此，当像素的尺寸减小时，指纹传感器的感测性能会下降。

另一方面，在根据各种实施例的指纹传感器10中，当手指接触到像素阵列100上时，控制器300可以电连接包括在沿列方向彼此邻近的至少两个单元像素200中的感测电极210，接通包括在至少两个单元像素200中的信号发生电路220之一，并且断开包括在至少两个单元像素200中的其余的信号发生电路220。因此，至少两个单元像素200中包括的信号发生电路220之中已接通的信号发生电路220可以配置为产生具有与由包括在至少两个单元像素200中的感测电极210形成的检测电容器D_C1和D_C2的电容的总和成比例的幅值的第二模拟信号AS2。

因此，由包括在指纹传感器10中的像素阵列100产生的第二模拟信号AS2的幅值可以是由包括在一般指纹传感器中的像素阵列产生的模拟信号的幅值的大约两倍。这样，可以有效地提高指纹传感器10的感测性能。

此外，如上所述，虽然根据一些实施例的指纹传感器10利用包括在沿列方向彼此邻近的至少两个单元像素200中的感测电极210来产生第二模拟信号AS2，但是由于控制器300通过以行为单位移动来连续地选择每个正常行ROW1、ROW2、ROW3、……、ROWm以确定被选行SEL_ROW，所以指纹传感器10的分辨率不会降低。

此外，由于指纹传感器10通过以行为单位移动来连续地选择每个正常行ROW1、ROW2、ROW3、……、ROWm以确定被选行SEL_ROW，并且利用包括在被选行SEL_ROW和辅助行ASS_ROW中包括的至少两个单元像素200中的感测电极210来产生第二模拟信号AS2，因此指纹传感器10可以有效地减小由包括在单元像素200中的感测电极210的尺寸之中的错配导致的识别错误。

图10是示出操作根据示例实施例的指纹传感器的方法的流程图。

可以由图1的指纹传感器10来执行图10的操作指纹传感器的方法。

在下文中，将参照图1至图10来描述操作指纹传感器10的方法。参照图10，当手指接触到像素阵列100上时，指纹传感器10可以电连接包括在沿列方向彼此邻近的至少两个单元像素200中的感测电极210(步骤S110)，接通包括在至少两个单元像素200中的信号发生电路220之一并且断开包括在至少两个单元像素200中的其余的信号发生电路220(步骤S120)。

指纹传感器10的已接通的信号发生电路220可以交替地输出第一模拟信号AS1和第二模拟信号AS2，其中，所述第一模拟信号AS1对应于共电压VCM，所述第二模拟信号AS2具有与由包括在至少两个单元像素200中的感测电极210形成的检测电容器D_C1和D_C2的电容的总和成比例的幅值(步骤S130)。

之后，指纹传感器10可以基于第一模拟信号AS1和第二模拟信号AS2之间的差来产生代表接触到像素阵列100上的手指的指纹图案的数字信号DS(步骤S140)。

例如，指纹传感器10的相关双采样和积分电路400可以通过对从像素阵列100逐行接收的第一模拟信号AS1和第二模拟信号AS2执行相关双采样操作来获得第一模拟信号AS1和第二模拟信号AS2之间的差，并且通过对第一模拟信号AS1和第二模拟信号AS2之间的差执行积分操作来产生积分信号INTS。

之后，指纹传感器10的采样与保持电路500可以对积分信号INTS采样并且将已采样的信号输出为采样信号SAMS。指纹传感器10的模数转换器600可以对采样信号SMAS执行模数转换操作以产生数字信号DS。

已经参照图1至图9描述了指纹传感器10的结构和操作。因此，将省略图10的步骤的详细描述。

图11是示出根据一些实施例的像素阵列的示例的电路图。图11的像素阵列与图3的像素阵列类似。将省略类似组件的详细描述。在一些实施例中，每个单元像素200包括第二多连接开关228。多连接开关227配置为电连接在邻近行中的单元像素200的感测电极210，而多连接开关228配置为电连接在邻近列中的单元像素200的感测电极210。因此，多连接开关228允许将在邻近列中的单元像素200的邻近感测电极210类似于如上所述在邻近行中的单元像素200的邻近感测电极210来组合。此外，多连接开关227和多连接开关228的组合允许将在邻近的行和列中的单元像素200的邻近感测电极210电连接在一起。

多连接开关228响应于第二多连接控制信号MCCS2。为清楚起见，与图3的多连接控制信号MCCS类似地参考多连接控制信号MCCS 1。

相对图3而言，在一些实施例中，两个选择控制信号SEL1和SEL2连接到单元像素200。利用选择控制信号SEL1和SEL2来控制单元像素200的选择开关226，类似于图3的选择控制信号SEL。然而，选择控制信号SEL1和SEL2沿行方向连接到交替的单元像素200。因此，可以利用选择控制信号SEL1和SEL2来选择将哪一个信号发生电路220连接到列线COL。

图12A至图13D是用于描述控制器操作图11的像素阵列的过程的图。参照图11和12A，在一些实施例中，对于行ROW1和行ROW2的单元像素200，激活交替的多连接控制信号MCCS2。结果，交替的多连接开关228被关闭，使像素组240-1的沿行方向邻近的像素单元200-1和200-2中的感测电极210连接在一起。多连接控制信号MCCS1没有被激活，因此，多连接开关227不关闭。结果，沿列方向邻近的单元像素200中的感测电极210没有被电连接。

对于行ROW1的单元像素200，使选择控制信号SEL1激活，使选择控制信号SEL2失效。对于行ROW2的单元像素200，使选择控制信号SEL1失效，使选择控制信号SEL2激活。因此，交替单元像素200的信号发生电路220连接到对应的列线COL。

参照图11和图12B，如上所述，在读取第一模拟信号AS1和第二模拟信号AS2之后，切换多连接控制信号MCCS2的激活，以使沿行方向偏移一个单元像素的邻近单元像素200的感测电极210在当下电连接。此外，切换选择控制信号SEL1和选择控制信号SEL2的激活。结果，可以感测不同像素组240-1。

参照图7，图12C和图12D，图12C和图12D的操作可以分别类似于图12A和图12B的操作。然而，激活选择控制信号SEL1和SEL2、开关信号SWS 1和SWS2等以感测行ROW3和行ROW4中的像素组240-1。

参照图7和图13A，图13A的操作可以类似于图12A的操作。然而，激活行ROW1和行ROW2之间的多连接控制信号MCCS，电连接沿列方向邻近的单元像素200的感测电极210。因此，对于包括单元像素200-1至单元像素200-4的每个像素组240-2，四个感测电极210电连接在一起。

参照图7和图13B，图13B的操作可以类似于图12B的操作。然而，类似于图13A，激活行ROW1和行ROW2之间的多连接控制信号MCCS。

参照图7，图13C和图13D，图13C和图13D的操作可以分别类似于图13A和图13B的操作。然而，激活行ROW2和行ROW3之间的多连接控制信号MCCS，连接沿列方向邻近的单元像素200的感测电极210。

虽然已经在图3和图11中将开关和控制信号的具体配置用作示例，但是在其它实施例中，配置可以根据电连接哪个感测电极210以及迭代行和列的具体技术而不同。

一些实施例涉及提供在保持高分辨率的同时具有提高的感测性能的指纹传感器。

一些实施例涉及提供包括指纹传感器的电子装置。

一些实施例涉及提供操作指纹传感器的方法。

一些实施例包括包含像素阵列和控制器的指纹传感器。像素阵列包括按行和列布置的多个单元像素。每个单元像素包括被配置为与手指一起形成检测电容器的感测电极和被配置为基于检测电容器的电容来产生模拟信号的信号发生电路。控制器控制像素阵列的操作。控制器电连接包括在沿列方向彼此邻近的至少两个单元像素中的感测电极，接通包括在至少两个单元像素中的信号发生电路之一，并且断开包括在至少两个单元像素中的其余的信号发生电路。已接通的信号发生电路产生具有与由包括在至少两个单元像素中的感测电极形成的检测电容器的电容的总和成比例的幅值的模拟信号。

在一些实施例中，信号发生电路可以包括多连接开关、第一开关、放大器、第二开关、反馈电容器、第三开关和选择开关。多连接开关可以连接在感测电极和包括在沿列方向邻近的至少一个单元像素中的感测电极之间。多连接开关可以响应于多连接控制信号而接通。第一开关可以响应于第一开关信号而接通以将检测电压提供给感测电极。放大器可以包括负输入电极、接收共电压的正输入电极和输出电极。第二开关可以连接在放大器的负输入电极和感测电极之间。第二开关可以响应于第二开关信号而接通。反馈电容器可以连接在放大器的负输入电极和放大器的输出电极之间。第三开关可以连接在放大器的负输入电极和放大器的输出电极之间。第三开关可以响应于第一开关信号而接通。选择开关可以连接在放大器的输出电极和列线之间。选择开关可以响应于选择控制信号而接通。

控制器可以将多连接控制信号、第一开关信号、第二开关信号和选择控制信号提供给信号发生电路。

控制器可以将包括在像素阵列中的行之一确定为被选行，并且将邻近于被选行的至少一个行确定为辅助行。控制器可以将处于激活状态的多连接控制信号和处于激活状态的选择控制信号提供给包括在被选行中的被选单元像素，并将处于失效状态的多连接控制信号和处于失效状态的选择控制信号提供给包括在辅助行中的辅助单元像素。

控制器可以将沿第一方向邻近于被选行的行确定为辅助行。

控制器可以在重置期期间将处于激活状态的第一开关信号和处于失效状态的第二开关信号提供给被选单元像素，并在检测期期间将处于失效状态的第一开关信号和处于激活状态的第二开关信号提供给被选单元像素。控制器可以在重置期和检测期期间将处于失效状态的第一开关信号和处于失效状态的第二开关信号提供给辅助单元像素。

被选单元像素可以在重置期期间将共电压作为第一模拟信号通过列线输出，并且在检测期期间将具有与由被选单元像素的感测电极形成的检测电容器的电容和由辅助单元像素的感测电极形成的检测电容器的电容之和成比例的幅值的电压作为第二模拟信号通过列线输出。

在包括在像素阵列中的行之一被确定为被选行的同时，重置期和检测期可以交替多次。

控制器可以通过以行为单位移动来连续地选择包括在像素阵列中的每个行以确定被选行。

像素阵列可以包括至少一个虚设行和多个正常行。控制器可以通过以行为单位移动来连续地选择每个正常行以确定被选行。

控制器可以将当前循环的辅助行确定为下一循环中的被选行。

控制器可以将当前循环的被选行确定为下一循环中的辅助行。

放大器可以利用电源电压来操作，检测电压可以高于电源电压。

处于激活状态的第一开关信号和第二开关信号的电压电平可以高于或等于检测电压。

在一些实施例中，每个单元像素沿行方向的长度和每个单元像素沿列方向的长度可以小于50微米。

在一些实施例中，指纹传感器还可以包括：相关双采样和积分电路，被配置为对由像素阵列提供的模拟信号执行相关双采样操作和积分操作以产生积分信号；采样与保持电路，被配置为基于保持信号来采样积分信号以产生采样信号；以及模数转换器，被配置为对采样信号执行模数转换操作以产生数字信号。

一些实施例包括包含指纹传感器和应用处理器的电子装置。指纹传感器包括具有感测电极的多个单元像素。指纹传感器电连接包括在沿列方向彼此邻近的至少两个单元像素中的感测电极，并且产生具有与由包括在至少两个单元像素中的感测电极和用户的手指形成的检测电容器的电容的总和成比例的幅值的数字信号。应用处理器基于数字信号对用户进行身份验证。

在一些实施例中，指纹传感器可以包括像素阵列、模数转换器和控制器。像素阵列可以包括按行和列布置的单元像素。每个单元像素可以产生对应于用户指纹的模拟信号。模数转换器可以基于模拟信号产生数字信号。控制器可以控制像素阵列的操作和模数转换器的操作。每个单元像素还可以包括基于由感测电极和用户的手指形成的检测电容器的电容来产生模拟信号的信号发生电路。控制器可以电连接包括在沿列方向彼此邻近的至少两个单元像素中的感测电极，接通包括在至少两个单元像素中的信号发生电路之一并且断开包括在至少两个单元像素中的其余的信号发生电路。已接通的信号发生电路可以产生具有与由包括在至少两个单元像素中的感测电极形成的检测电容器的电容的总和成比例的幅值的模拟信号。

信号发生电路可以包括多连接开关、第一开关、放大器、第二开关、反馈电容器、第三开关和选择开关。多连接开关可以被连接在感测电极和包括在沿列方向邻近的至少一个单元像素中的感测电极之间。多连接开关可以响应于多连接控制信号而接通。第一开关可以响应于第一开关信号而接通以将检测电压提供给感测电极。放大器可以包括负输入电极、接收共电压的正输入电极和输出电极。第二开关可以被连接在放大器的负输入电极和感测电极之间。第二开关可以响应于第二开关信号而接通。反馈电容器可以被连接在放大器的负输入电极和放大器的输出电极之间。第三开关可以连接在放大器的负输入电极和放大器的输出电极之间。第三开关可以响应于第一开关信号而接通。选择开关可以被连接在放大器的输出电极和列线之间。选择开关可以响应于选择控制信号而接通。

在操作指纹传感器的方法中，所述指纹传感器包括按行和列布置的多个单元像素，每个单元像素包括感测电极和信号发生电路，所述信号发生电路基于由感测电极和用户的手指形成的检测电容器的电容来产生模拟信号，所述方法包括：电连接包括在沿列方向彼此邻近的至少两个单元像素中的感测电极，接通包括在至少两个单元像素中的信号发生电路之一，断开包括在至少两个单元像素中的其余的信号发生电路，通过已接通的信号发生电路来产生具有与由包括在至少两个单元像素中的感测电极形成的检测电容器的电容的总和成比例的幅值的模拟信号，并且基于模拟信号来产生代表用户的指纹图案的数字信号。

图14是示出根据示例实施例的电子装置的框图。参照图14，电子装置900包括指纹传感器910、应用处理器AP 920、存储装置930、内存装置940、输入/输出装置950和电源960。虽然未在图14中示出，但是电子装置900还可以包括被配置为与视频卡、声卡、存储卡、通用串行总线(USB)装置或其它电子装置通信的端口。

指纹传感器910可以被配置为检测用户的指纹并产生代表所检测到的指纹的数字信号。例如，指纹传感器910可以包括具有感测电极的多个单元像素。指纹传感器910可以被配置为电连接包括在沿列方向彼此邻近的至少两个单元像素中的感测电极，并且产生具有与由包括在至少两个单元像素中的感测电极和用户的手指形成的检测电容器的电容的总和成比例的幅值的数字信号。

指纹传感器910可以实现为图1中的指纹传感器10。已经参照图1至图10描述了指纹传感器10的结构和操作。因此，将省略指纹传感器910的详细描述。

应用处理器920可以配置为控制电子装置900的整体操作。应用处理器920可以配置为执行诸如网络浏览器、游戏应用、视频播放器等应用。在一些实施例中，应用处理器920可以包括单核或多核。例如，应用处理器920可以是诸如双核处理器、四核处理器、六核处理器等的多核处理器。应用处理器920可以包括内部高速缓冲存储器或者外部高速缓冲存储器。

存储装置930可以被配置为存储用于启动电子装置900的启动镜像。例如，存储装置930可以包括，诸如闪存装置、固态驱动器(SSD)等的非易失性存储装置。

内存装置940可以存储电子装置900的操作所需要的数据。例如，内存装置940可以包括，诸如动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)等的易失性存储装置。

输入/输出装置950可以包括，诸如触摸屏、键区等的输入装置和诸如扬声器、显示装置等的输出装置。电源960可以配置为向电子装置900提供操作电能。

在一些实施例中，应用处理器920可以配置为基于由指纹传感器910产生的数字信号对用户进行身份验证。例如，存储装置930可以配置为存储代表电子装置900的许可用户的指纹图案的数字数据。当应用处理器920从指纹传感器910接收代表当前用户的指纹图案的数字信号时，应用处理器920可以将该数字信号与存储在存储装置930中的数字数据进行比较以确定当前用户是否为许可用户。

在一些实施例中，电子装置900可以是任何的各种移动装置，诸如移动电话、智能电话、个人数字助理(PDA)、便携式多媒体播放器(PMP)、数码相机、音乐播放器、便携式摄像机、音乐播放器、便携式游戏终端、导航系统、膝上型电脑等。

图15是示出图14的电子装置被实现为智能电话的示例的图。参照图14和图15，包括在智能电话900a中的指纹传感器FS 910可以配置为通过参照图1至图10执行如上所述的操作来产生代表当前用户的指纹图案的数字信号。

应用处理器920可以配置为基于从指纹传感器910接收的数字信号是否与存储在存储装置930中的数字数据相同来确定当前用户是否为许可用户。

虽然指纹传感器910位于图15中的智能电话900a的前面的底部，但是其它实施例不限于此。根据一些实施例，指纹传感器910可以位于智能电话900a的任何部分。

前面的叙述是实施例的举例说明，不应被解释为其限制。尽管已经描述了些许具体的实施例，但是本领域的技术人员将容易理解的是，在不脱离新颖性教导和优点的情况下，可以对具体的实施例作出许多修改。因此，所有这样的修改都意图被包含在如权利要求所限定的范围之内。因此，要理解前面的叙述是实施例的举例说明而不被解释为限于公开的特定实施例，对公开的实施例的修改以及其它实施例意图包括在所附权利要求的范围内。