具有共模抑制的指纹感测装置的制作方法

本发明涉及一种电容式指纹感测装置以及涉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使用越来越频繁，以便用于提高安全性和/或增强用户便利性。

具体地，指纹感测系统已经因为它们的小形状因子、高性能以及高用户接受度而被采用于例如消费电子装置中。

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

所有电容式指纹传感器均提供量度，该量度表示数个感测结构中的每一个感测结构与放置在该指纹传感器的表面上或跨该指纹传感器的表面移动的手指之间的电容。

一些电容式指纹传感器被动地读出感测结构与手指之间的电容。然而，这需要在感测结构与手指之间具有相对大的电容。因此，这种被动的电容式传感器通常设置有覆盖感测结构的很薄的保护层，其使得这种传感器对刮擦和/或esd(静电放电)相当敏感。

us7864992公开了一种电容式指纹感测系统，其中，驱动信号通过以下方式被注入到手指中：使布置在传感器阵列附近的传导结构产生脉冲，并且测量由该传感器阵列中的感测结构所携带的电荷的最终变化。

与上面提及的被动式系统相比，这种类型的所谓的主动电容式指纹感测系统通常使得能够以高得多的信噪比来测量手指与感测结构之间的电容。这继而允许显著更厚的保护性涂层，并且因而允许更具鲁棒性的电容式指纹传感器，其可以被包括在受到显著磨损的物品(例如，移动电话)中。

然而，为了更进一步提高指纹传感器的鲁棒性以及容易将指纹传感器集成至电子装置中等，期望能够通过非常厚的保护性涂层(其可能为数百微米厚)来进行指纹测量。例如，可能期望通过玻璃板或类似物(例如，移动电话的前玻璃盖板或后玻璃盖板)来进行指纹测量。

然而，当通过这样的厚的保护性涂层来进行测量时，手指与不同感测结构之间的电容性耦合将几乎相同，从而使得非常难以从指纹传感器输出中提取指纹信息。换言之，相比于送往感测结构的共同输入信号，送往感测结构的输入信号中携带指纹信息的部分将会非常小。

为缓解此问题，us8888004提出将跨手指感测像素阵列所接收的信号的平均值的或激励信号的反向版本均等地施加至该手指感测像素阵列。在一种实施方式中，us8888004提出通过以下方式来产生平均信号：互连目前不会被扫描的一组手指感测像素，并且测量在该组互连像素上所产生的平均信号。

尽管us8888004所提出的方法可以潜在用于抑制共同信号，但是，所建议的解决方案被预期为相当复杂并且实际上难以实施。

技术实现要素：

鉴于现有技术的上面提及的和其它的缺点，本发明的目的是实现一种改进的电容式指纹感测装置，具体地实现一种通过非常厚的保护性涂层来提供改进的感测性能的电容式指纹感测装置。

根据本发明的第一方面，因此提供了一种用于感测手指的指纹图案的指纹感测装置，该指纹感测装置包括：多个导电的感测结构，其至少包括第一感测结构和第二感测结构；以及电荷感测电路，其连接至感测结构，该电荷感测电路至少包括第一电荷放大器和第二电荷放大器，每个电荷放大器包括：第一输入端；第二输入端；输出端；以及至少一个放大器级，该放大器级位于第一输入端和第二输入端与输出端之间，该输出端电容性耦合至第一输入端，其中，第一电荷放大器的第一输入端连接至第一感测结构，第二电荷放大器的第一输入端连接至第二感测结构，并且第一电荷放大器的输出端电容性耦合至第二电荷放大器的第一输入端。

优选地，指纹感测装置可以包括布置在阵列中的相当大量的感测结构。例如，指纹感测装置可以包括至少一百个感测结构，或者更优选地，至少一千个感测结构，其可以布置在矩形阵列中。例如，感测结构的间距可以为约50μm(相当于每英寸500个像素的分辨率)。

此外，优选地，每个感测结构可以设置成金属板的形式，以便通过感测结构(感测板)、局部手指表面以及设置在感测结构与手指表面之间的保护性涂层(以及可能局部性存在于手指表面与保护性涂层之间的任何空气)来形成一种类型的平行板电容器。

优选地，保护性涂层(其可以被包括在指纹感测装置中)可以至少厚20μm，并且具有高介电强度，以保护指纹感测装置的下方结构免受磨损与撕损以及esd的影响。更优选地，保护性涂层可以至少厚50μm。在实施例中，保护性涂层可以为数百μm厚。

在电荷放大器中，第一输入端(通常被称为“负”输入端)处的电位将跟随第二输入端(通常被称为“正”输入端)处的电位。换言之，第二输入端处的电位的改变引起第一输入端处的电位的基本对应的改变。取决于电荷放大器的实际配置，第一输入端处的电位可以与第二输入端处的电位基本相同，或者在第一输入端与第二输入端之间可以存在基本恒定的电位差。例如，如果电荷放大器中的放大器级是具有单个感测晶体管的单级放大器，则电位差可以为感测晶体管的栅极-源极电压。

在us7864992中所述的指纹传感器中，电荷放大器将连接至第一输入端的感测结构(板)所携带的电荷的变化转换成电荷放大器的输出端处的电压变化。

上面提及的感测结构所携带的电荷的变化可以由手指与感测结构之间的电位差(电压)的变化引起，并且电荷的变化大小可以取决于电位差变化的大小以及手指与感测结构之间的电容性耦合。

在非常厚的保护性涂层(例如数百μm的玻璃)的情况下，手指与指纹感测装置中的不同感测结构之间的电容性耦合可能非常类似，使得相比于不同感测结构的共同电容性耦合(共模分量)，不同感测结构的电容性耦合中的差异(差异分量)可能会非常小。

本发明人已经认识到的是，通过将第一电荷放大器的输出端电容性耦合至第二电荷放大器的第一输入端，第二电荷放大器的输出端处的电压变化将指示由第二感测结构携带的电荷变化与由第一感测结构携带的电荷变化之间的差异。

因此，通过本发明的实施例，可以使得第二电荷放大器的输出端处的电压变化取决于第一感测结构与手指之间的电容性耦合以及第二感测结构之间的电容性耦合的差异，并且共模(cm)分量可以受到抑制。

此外，通过本发明的实施例，可以采用简单且紧凑的电路来实现该效果，而不需要电阻器、滤波器或另外的信号产生电路。

为了使得能够实现对所有感测结构的有效使用，第二电荷放大器的输出端可以电容性耦合至第一电荷放大器的第一输入端。因此，实现了对称式的电路配置，其中，可以针对指纹感测装置中的每个像素(感测结构以及相关联的电荷放大器)抑制共模分量。

为了提供对指纹感测装置的期望的操作(其中抑制共模分量并且适当地放大差异分量)，第二电荷放大器的输出端与第二电荷放大器的第一输入端之间的电容性耦合可以强于第一电荷放大器的输出端与第二电荷放大器的第一输入端之间的电容性耦合，并且第一电荷放大器的输出端与第一电荷放大器的第一输入端之间的电容性耦合可以强于第二电荷放大器的输出端与第一电荷放大器的第一输入端之间的电容性耦合。

优选地，第二电荷放大器的输出端与第二电荷放大器的第一输入端之间的电容性耦合可以比第一电荷放大器的输出端与第二电荷放大器的第一输入端之间的电容性耦合强不足两倍；以及第一电荷放大器的输出端与第一电荷放大器的第一输入端之间的电容性耦合可以比第二电荷放大器的输出端与第一电荷放大器的第一输入端之间的电容性耦合强不足两倍。

此外，根据各个实施例，第一电荷放大器的输出端可以借助于以下结构电容性耦合至第二电荷放大器的第一输入端：传导性的第一电荷放大器输出耦合结构，其直接传导性地连接至第一电荷放大器的输出端；传导性的第二电荷放大器输入耦合结构，其直接传导性地连接至第二电荷放大器的第一输入端；以及介电层，其布置在第一电荷放大器输出耦合结构与第二电荷放大器输入耦合结构之间，而且，第二电荷放大器的输出端可以借助于以下结构电容性耦合至第一电荷放大器的第一输入端：传导性的第二电荷放大器输出耦合结构，其直接传导性地连接至第二电荷放大器的输出端；传导性的第一电荷放大器输入耦合结构，其直接传导性地连接至第一电荷放大器的第一输入端；以及介电层，其布置在第二电荷放大器输出耦合结构与第一电荷放大器输入耦合结构之间。

这些实施例提供了一种简单的电路配置，其便于设计和制造指纹感测装置。这在使用半导体制造工艺将指纹感测装置形成在半导体基板上的实施例中可能尤其重要。例如，优选地，指纹感测装置可以采用所谓的cmos工艺来制造。

优选地，第一切换电路可以设置在第一电荷放大器的输出端与第一电荷放大器输出耦合结构之间，并且第二切换电路可以设置在第二电荷放大器的输出端与第二电荷放大器输出耦合结构之间。通过使用第一切换电路以及第二切换电路来使第一电荷放大器输出端与第二电荷放大器输入端断开以及使第二电荷放大器输出端与第一电荷放大器输入端断开，根据本发明实施例的指纹感测装置可以便利地被控制在“cm抑制”模式与“正常”模式之间。例如，这可以允许针对保护性涂层的不同电气厚度(其取决于保护性涂层的物理厚度以及介电常数)来最佳地调整单个传感器部件。对于薄涂层，“正常”模式可以产生最佳的指纹图像，而对于非常厚的涂层，“cm抑制”模式可以产生最佳的指纹图像。

优选地，上面提及的第一电荷放大器输入耦合结构可以由第一感测结构构成，并且优选地，上面提及的第二电荷放大器输入耦合结构可以由第二感测结构构成。

在该配置中，第一感测结构与第二感测结构可以形成在第一传导层(例如，金属层)中，并且上面提及的第一电荷放大器输出耦合结构与第二电荷放大器输出耦合结构可以形成在第二传导层(其可以位于第一传导层的下方)中。因此，相同的介电层可以分别将第一感测结构与第一电荷放大器输出耦合结构以及第二感测结构与第二电荷放大器输出耦合结构分离。

此外，根据各个实施例，第一电荷放大器的第一输入端可以借助于以下结构电容性耦合至第一电荷放大器的输出端：传导性的第一反馈结构，其直接传导性地连接至第一电荷放大器的输出端、第一感测结构以及布置在第一反馈结构与第一感测结构之间的介电层；以及传导性的第二反馈结构，其直接传导性地连接至第一电荷放大器的输出端、第一感测结构以及布置在第二反馈结构与第一感测结构之间的介电层，并且，第二电荷放大器的第一输入端可以借助于以下结构电容性耦合至第二电荷放大器的输出端：传导性的第三反馈结构，其直接传导性地连接至第二电荷放大器的输出端、第二感测结构以及布置在第三反馈结构与第二感测结构之间的介电层；以及传导性的第四反馈结构，其直接传导性地连接至第二电荷放大器的输出端、第二感测结构以及布置在第四反馈结构与第二感测结构之间的介电层。

第一反馈结构与第二反馈结构的功能以及第三反馈结构与第四反馈结构的功能可以针对每个电荷放大器/像素分别采用单个组合式结构来实现。然而，通过提供分离的反馈结构，指纹感测装置预期变得对制造工艺中的变化较不敏感。

根据各个实施例，第二反馈结构与第一电荷放大器输出耦合结构可以通过第一传导结构形成，该第一传导结构部分地在第一感测结构下方延伸并且部分地在第二感测结构下方延伸，并且第四反馈结构与第二电荷放大器输出耦合结构可以通过第二传导结构形成，该第二传导结构部分地在第一感测结构下方延伸并且部分地在第二感测结构下方延伸。

在这些配置中，可能需要形成较少的传导结构以及互连以实现期望的功能，这便于设计与制造指纹传感器。进而，在这些实施例中所使用的方法有助于与一个以上的相邻像素进行电容性交叉耦合(cross-coupling)。

根据实施例，第一电荷放大器输出耦合结构可以被设计成具有与上面提及的第三反馈结构基本相同的面积，并且第二电荷放大器输出耦合结构可以被设计成具有与上面提及的第一反馈结构基本相同的面积。具体地，不同的结构可以被设计成在尺寸与形状上基本相同。因此，工艺变化等将以相同的方式分别影响第一电荷放大器输出耦合结构与第三反馈结构，以及第二电荷放大器输出耦合结构与第一反馈结构。这降低了任何工艺变化的影响，进而提供改进的制造产量。

不同的耦合结构的术语“面积”应该被理解为在该感测装置的平面中的横向面积。通常，不同的耦合结构(以及感测结构)可以非常薄，例如约1μm或更小，并且具有约100μm²或更大的面积。

为了适当地兼备对共模分量的抑制以及对差异分量的放大，优选地，上面提及的第二反馈结构的面积可以小于上面提及的第一反馈结构的面积，并且优选地，上面提及的第四反馈结构的面积可以小于上面提及的第三反馈结构的面积。

具体地，第二反馈结构的面积可以优选地小于第一反馈结构的面积的一半，并且第四反馈结构的面积可以优选地小于第三反馈结构的面积的一半。

此外，根据各个实施例，指纹感测电路可以另外包括：激励信号提供电路，其连接至电荷放大器中的每一个的第二输入端，并且被配置成将第二输入端处的电位从第一电位改变成第二电位，从而改变感测结构的电位，这继而在手指与连接至第一输入端的感测结构之间提供电位差变化。

激励信号提供电路可以是切换电路，其被配置成在设置于不同线路上的两个或更多个不同电位之间进行切换。替选地或组合地，激励信号提供电路可以包括：至少一个信号源，其被配置成提供时变电位，例如方波电压信号或正弦波电压信号。

此外，根据各个实施例，优选地，指纹感测装置中所包括的电荷感测电路可以包括多组电荷放大器，每组电荷放大器包括上面提及的第一电荷放大器以及第二电荷放大器。每个电荷放大器的第一输入端可以连接至对应的感测结构。

此外，优选地，根据本发明各个实施例的指纹感测装置可以被包括在电子装置中，该电子装置进一步包括处理电路，该处理电路被配置成：从指纹感测装置获取指纹图案的表示；基于该表示来认证用户；以及仅在用户基于该表示被认证的情况下执行至少一项用户请求的处理。例如，该电子装置可以为手持式通信装置，例如移动电话或平板电脑、计算机或电子可穿戴物品(例如，手表或类似物)。

根据本发明的第二方面，提供了一种使用指纹感测装置来感测手指的指纹图案的方法，该指纹感测装置包括：多个导电的感测结构，其至少包括第一感测结构与第二感测结构；以及电荷感测电路，其连接至感测结构，该电荷感测电路至少包括第一电荷放大器与第二电荷放大器，每个电荷放大器包括：第一输入端；第二输入端；输出端；以及至少一个放大器级，该放大器级位于第一输入端和第二输入端与输出端之间，该输出端电容性耦合至第一输入端，其中，该方法包括以下步骤：在第一电荷放大器的输出端与第二电荷放大器的第一输入端之间提供电容性耦合；在第二电荷放大器的输出端与第一电荷放大器的第一输入端之间提供电容性耦合；对第一电荷放大器与第二电荷放大器的输出进行采样，以形成指纹图案的表示。

本发明的该第二方面的进一步实施例以及通过本发明的该第二方面所获得的效果很大程度上类似于上面针对本发明的第一方面所述的实施例以及效果。

综上所述，本发明涉及一种用于感测手指的指纹图案的指纹感测装置，该指纹感测装置至少包括第一感测结构与第二感测结构，并且至少包括第一电荷放大器与第二电荷放大器。每个电荷放大器包括：第一输入端；第二输入端；输出端；以及至少一个放大器级，该放大器级位于第一输入端和第二输入端与输出端之间。输出端电容性耦合至第一输入端。第一电荷放大器的第一输入端连接至第一感测结构，第二电荷放大器的第一输入端连接至第二感测结构，并且第一电荷放大器的输出端电容性耦合至第二电荷放大器的第一输入端，以抑制共模分量。

附图说明

现在将参考示出了本发明的示例实施例的附图来更详细说明本发明的这些与其它方面，附图中：

图1示意性图示了根据本发明的示例实施例的用于指纹感测装置的应用；

图2示意性示出了图1中的指纹感测装置；

图3是根据现有技术的具有非常厚的保护性涂层的指纹感测装置的一部分的示意性截面图；

图4a至图4b是示意性图示了图3中的指纹感测装置的输出的示图；

图5是根据本发明第一实施例的具有非常厚的保护性涂层的指纹感测装置的一部分的示意性截面图；

图6a至图6b是示意性图示了图5中的指纹感测装置的输出的示图；

图7是根据本发明第二实施例的指纹感测装置的一部分的部分结构的以及部分电路的示意图示的混合；

图8示意性示出了图7中的反馈结构以及耦合结构的替代性配置；

图9是根据本发明第三实施例的指纹感测装置的一部分的部分结构的以及部分电路的示意图示的混合；以及

图10是示意性图示了根据本发明的方法的示例实施例的流程图。

具体实施方式

在本详细说明中，主要参考指纹感测装置来说明根据本发明的指纹感测装置和方法的各个实施例，其中，与不同感测结构相关联的两个电荷放大器彼此电容性交叉耦合，以抑制手指与感测结构之间的电容性耦合的共模分量。此外，电荷放大器中的反馈已经被示出为使用分离的反馈结构(其两者均通过介电层与感测结构间隔开)来实现。此外，指纹感测装置被图示为触控传感器，其被形成尺寸并且被配置成从静止的手指获取指纹表示。

应该注意的是，这绝不限制本发明的范围，其同样包括例如以下指纹感测装置：在该指纹感测装置中，具有不同感测结构的两个以上电荷放大器彼此电容性交叉耦合。另外，交叉耦合的电荷放大器中的反馈也可以利用与感测结构间隔开介电层的单个反馈结构来实现。其它传感器阵列配置(例如，用于从移动的手指获取指纹表示的所谓的触击传感器(或线传感器))同样落入如所附权利要求所限定的本发明的范围之内。

图1示意性图示了根据本发明的示例实施例的用于指纹感测装置的应用，其呈具有集成的指纹感测装置2的移动电话1的形式。例如，指纹感测装置2可以用于解锁移动电话1以及/或者用于对使用移动电话来执行的交易进行授权等。

图2示意性地示出了图1中的移动电话1中所包括的指纹感测装置2。如图2中可以看到的，指纹感测装置2包括传感器阵列5、电源接口6以及通信接口7。传感器阵列5包括大量的感测元件8a至8b(为避免混淆附图，已经使用附图标记来表示感测元件中的仅二个)，每个感测元件均为可控的，以感测包括在感测元件8a至8b中的感测结构与接触传感器阵列5的顶表面的手指表面之间的距离。

电源接口6包括第一接触垫10a以及第二接触垫10b，此处示出为接合垫，用于将供应电压vsupply连接至指纹传感器2。

通信接口7包括多个接合垫，用于允许控制指纹传感器2并且用于从指纹传感器2获取指纹数据。

图3是根据现有技术的指纹感测装置20的沿着图2中所指示的线a-a′截取的部分的示意性截面图，其中手指11放置在传感器阵列5的顶部。参考图3，指纹感测装置20包括：激励信号提供电路19，其经由传导性的手指驱动结构(图3中未示出)电连接至手指；以及多个感测元件8a至8b，每个感测元件均包括：保护性介电顶层13；传导性感测结构，此处其位于保护性介电顶层13之下呈金属板17的形式；电荷放大器18；以及选择电路，此处将其功能性地图示为用于允许感测元件8a至8b的选择/激活的简单的选择开关21。

应该注意的是，一个感测元件8a被图示为位于指纹脊部(ridge)的下方，而另一个感测元件8b被图示为位于指纹谷部(valley)的下方。

电荷放大器18包括至少一个放大器级，此处将其示意性地图示为运算放大器(opamp)24，其具有：第一输入端(负输入端)25，其连接至感测结构17；第二输入端(正输入端)26，其连接至传感器接地或另一参考电位；以及输出端27。此外，电荷放大器18还包括连接在第一输入端25与输出端27之间的反馈电容器29以及重置电路(此处将其功能性地图示为开关30，用于允许反馈电容器29的可控放电)。可以通过操作重置电路30来使反馈电容器29放电而重置电荷放大器18。

对于负反馈配置中的opamp24而言通常的情况是，第一输入端25处的电压跟随第二输入端26处的电压。取决于特定的放大器配置，第一输入端25处的电位可以与第二输入端26处的电位基本上相同，或者第一输入端25处的电位与第二输入端26处的电位之间可以具有基本固定的偏移量。在图3的配置中，电荷放大器的第一输入端25虚拟接地。

当通过激励信号提供电路19将时变电位提供至手指11时，相应的时变电位差出现在感测结构17与手指11之间。

手指11与参考结构17之间的电位差的上述变化在电荷放大器18的输出端27上引起感测电压信号vs。

当感测元件8a被选择用于感测时，选择开关21被闭合，以向读出线路33提供感测信号。读出线路33在图3中被示出为连接至复用器36，该读出线路33可以为图2中的传感器阵列5的行或列的共用读出线路。如图3中示意性指示的，来自传感器阵列5的其它行/列的另外的读出线路也连接至复用器36。

复用器36的输出端串联连接至采样与保持电路37以及模拟数字转换器38，用于对源自感测元件8a至8b的模拟信号进行采样并且将所述模拟信号转换成传感器2上的手指11的指纹图案的数字表示。

由于图3中覆盖感测结构17的非常厚的保护性涂层13，感测结构17下方和手指表面的不同部分之间的电容性耦合将由相对大的共模分量以及相对小的差异分量组成。下面将参考图4a至4b中的示图来进一步说明。

图4a是包括以下附图的示图：第一曲线图100，其表示由图3中的激励信号提供电路19提供的激励信号，该激励信号用于在手指11与感测结构17之间实现期望的电位差；以及第二曲线图101，其表示用于控制图3中的重置开关30的重置信号。

图4b是包括以下附图的示图：第一曲线图103，其表示从图3中的第一感测元件8a中的电荷放大器输出的感测信号；以及第二曲线图104，其表示从图3中的第二感测元件8b中的电荷放大器输出的感测信号。

从时间t1处开始，反馈电容器29通过操作开关30而被重置。开关30在时间t2处再次打开，从而引起小的电荷注入。由于电荷注入，在时间t2处存在感测电压水平的变化。

在时间t3处，感测元件8a至8b的感测信号通过采样与保持电路37第一次采样，从而产生每个感测元件8a至8b的第一采样值。

随后，在时间t4处，驱动信号(图4a中的曲线图100)从相对低的电位变成相对高的电位。这引起手指11与感测结构17之间的电位差变化，该电位差变化继而导致由与手指11的电容性耦合而引起的感测结构17上的电荷的变化。该电荷的变化转变成由感测元件8a至8b的电荷放大器提供的电压的变化。

当感测电压信号vs已经稳定，在时间t5处，感测信号通过采样与保持电路37第二次采样，从而产生每个感测元件8a至8b的第二采样值。

对于感测元件8a至8b中的每一个，第一采样值与第二采样值之间的差值是表示相应的感测板与手指之间的电容性耦合的量度。对于每个感测元件8a至8b，该差值被提供至adc38，以被数字化并且被输出为例如指纹图案表示中的像素值。

如在图4b中可以看到的，对于指纹脊部下方的感测元件8a以及指纹谷部下方的感测元件8b，第一采样值与第二采样值之间的差值以及因此的像素值将几乎相同。换言之，共模分量vcm显著大于携带关于指纹图案的所有可用信息的差异分量vd。

尤其对于呈现不良对比度的手指，例如干燥的手指，相对于共模分量vcm而非常小的差异分量vd可能会产生不佳的指纹图像，该不佳的指纹图像不足以提供令人满意的生物测量性能。

为改善此情况，本发明的实施例用于抑制共模分量，并且允许增加放大差异分量。

图5是根据本发明第一实施例的指纹感测装置40的沿着图2中所指示的线a-a′截取的部分的示意性截面图，其中手指11放置在传感器阵列5的顶部。参考图5，图5中的指纹感测装置40和图3中的指纹感测装置20的主要差异在于：第一电荷放大器18的输出端27电容性耦合至第二电荷放大器42的第一输入端41，并且第二电荷放大器42的输出端43电容性耦合至第一电荷放大器18的第一输入端25。由于第一电荷放大器18以及第二电荷放大器42的此对称式电容性交叉耦合，分别位于手指11与第一感测结构17和第二感测结构44之间的电容性耦合的共模分量受到抑制。这意味着差异分量能够被更加放大，而不会使第一电荷放大器18以及第二电荷放大器42饱和。图5中的指纹感测装置40和图3中的现有技术的指纹感测装置20之间的进一步差异在于：由第一感测元件8a的电荷放大器18输出的感测信号以及由第二感测元件8b的电荷放大器42输出感测信号并行地被提供至不同的采样与保持电路37a至37b以及模拟数字转换器38a至38b。指纹感测装置40进一步包括：差分电路110，用于提供数字差模输出dm；以及加法电路111，用于提供数字共模输出cm。应该理解的是，合适的差分电路与加法电路可以同样适当地被布置在采样与保持电路37a至37b之前或者被布置在采样与保持电路37a至37b与模拟数字转换器38a至38b之间。

再次参考图5，第一电荷放大器18的输出端27与第一输入端25之间的电容性耦合通过第一反馈电容cf1来表示，第二电荷放大器42的输出端43与第一输入端41之间的电容性耦合通过第二反馈电容cf2来表示，第一电荷放大器18的输出端27与第二电荷放大器42的第一输入端41之间的电容性耦合通过第一交叉耦合电容cc1来表示，并且第二电荷放大器42的输出端43与第一电荷放大器18的第一输入端25之间的电容性耦合通过第二交叉耦合电容cc2来表示。

为了在指纹感测装置40的电荷感测电路中实现对共模分量的期望的抑制并且实现不同电荷放大器的一致行为，优选地，第一反馈电容cf1以及第二反馈电容cf2可以基本上相同，并且优选地，第一交叉耦合电容cc1以及第二交叉耦合电容cc2可以基本上相同。此外，第一反馈电容cf1(第二反馈电容cf2)应该大于第二交叉耦合电容cc2(第一交叉耦合电容cc1)。作为说明性示例，第一反馈电容cf1(第二反馈电容cf2)可以为约3ff，并且第二交叉耦合电容cc2(第一交叉耦合电容cc1)可以为约2.5ff。

通过比较图6a至6b中的示图以及图4a至4b中的示图，图3的现有技术解决方案与本发明的实施例之间的结果差异变得清楚。

如在图6b中可以看到的，共模分量vcm已经受到抑制，而且差异分量vd已经被放大。

容易理解的是，与类似图4b中的输出信号的输出信号相比，类似图6b中的输出信号的输出信号将提供显著更多的指纹图案信息。

现在将参考图7来说明根据本发明的指纹感测装置50的第二实施例，其为指纹感测装置50的一部分的部分结构的以及部分电路的示意图示的混合。在图7中，手指11、保护性介电材料13、感测板以及耦合板采用爆炸透视图来示意性地示出，而电荷放大器使用高阶电路原理图来图示。

除了使用不同程度的细节来图示之外，图7中的指纹感测装置50与图5中的指纹感测装置40的差别在于：手指11与第一感测结构17和第二感测结构44之间的期望的电位差通过将激励信号源(其通过附图标记19来共同表示)耦合至第一电荷放大器18的第二输入端26以及第二电荷放大器42的第二输入端45来实现。此外，开关被包括用于允许指纹感测装置50被控制在“cm抑制”模式与“正常”模式之间，如上面在发明内容部分中进一步说明的。

手指11在图7中被示意性地指示为“接地”。应该理解的是，手指“接地”可以不同于传感器接地。例如，手指可以处于包括电容式指纹感测装置的电子装置的接地电位。替代地，可以认为人体具有这样的大的电气“质量”，使得当第一感测结构17和/或第二感测结构44的电位改变时，手指的电位保持基本恒定。

如图7中示意性示出的，第一电荷放大器18的输出端27连接至第一反馈结构(板)51、第二反馈结构(板)52以及第一电荷放大器输出耦合结构(板)53。同样地，第二电荷放大器42的输出端43连接至第三反馈结构(板)55、第四反馈结构(板)56以及第二电荷放大器输出耦合结构(板)57。第一感测板17下方的剩余空间被第一屏蔽板58占用，而第二感测板44下方的剩余空间被第二屏蔽板59占用。

简单参考上面参考图5所述的指纹感测装置40的第一实施例，对至少第一反馈电容cf1和第二反馈电容cf2以及第一交叉耦合电容器cc1和第二交叉耦合电容器cc2之间的关系的精确控制对于指纹感测装置中的共模分量抑制的均匀性非常重要。

再次参考图7中的指纹感测装置50的第二实施例，第一反馈电容cf1通过第一反馈板51与第二反馈板52来实现，第二反馈电容cf2通过第三反馈板55与第四反馈板56来实现，第一交叉耦合电容cc1通过第一电荷放大器输出板53来实现，并且第二交叉耦合电容cc2通过第二电荷放大器输出板57来实现。

为确保不论半导体工艺如何变化都可以大体上实际实现反馈电容和交叉耦合电容之间的期望的关系，第一反馈板51被设计成具有与第二电荷放大器输出板57相同的面积(理想地，具有相同的形状)，并且第三反馈板55被设计成具有与第一电荷放大器输出板53相同的面积(理想地，具有相同的形状)。第一反馈电容cf1与第二交叉耦合电容cc2之间的期望的差值通过分离的第二反馈结构52来实现，而第二反馈电容cf2与第一交叉耦合电容cc1之间的期望的差值通过分离的第四反馈结构56来实现。

此外，图7中的指纹感测装置50还包括：第一切换电路，在此将其示意性地图示为第一电荷放大器18的输出端27与第一电荷放大器输出耦合结构(板)53之间的第一开关61；以及第二切换电路，在此将其示意性地图示为第二电荷放大器42的输出端43与第二电荷放大器输出耦合结构(板)57之间的第二开关62。在图7中，第一开关61与第二开关62为闭合，以便指纹感测装置50处于其“cm抑制”模式中。

应该注意的是，图7中的不同的平板具有简化的矩形形状以说明上述原理，而实际上使用其它形状也可以是有益的。

现在将参考图8来说明替代平板配置的一个示例，图8是指纹感测装置80的示意性透视俯视图，仅示出了指纹感测装置80的一部分的两个顶部金属层的部分。

参考图8，另外的感测结构81a至81c已经被示出为围绕第二感测结构44。在该示例中，每个电荷放大器均与其四个最接近的相邻电荷放大器交叉耦合。例如，第二电荷放大器42与以下电荷放大器交叉耦合：与第一感测结构17相关联的电荷放大器(图8中未示出)以及与围绕第二感测结构44的其它感测结构81a至81c相关联的电荷放大器(图8中未示出)。

在图8中所示的配置中，布置在感测结构下方的传导性结构在相邻的感测结构下方延伸，以实现两种功能(反馈以及交叉耦合)。该配置提供较少的图案结构，并且因此可以便于制造指纹感测装置80并且提高其产量。

作为说明性的示例(并且使用图7中的附图标记)，第一电荷放大器输出耦合结构53与第一反馈结构51可以设置成第一组合板83的形式，并且第二电荷放大器输出耦合结构57与第三反馈结构55可以设置成第二组合板84的形式。

至此，已经说明了根据本发明的具有对称式电容性交叉耦合配置的指纹感测装置的实施例。在下文中将参考图9来说明具有非对称式交叉耦合配置的指纹感测装置的第三实施例。

参考图9，第一电荷放大器18的输出端27通过由第一电荷放大器输出板53、第二感测板44以及布置在两者之间的电介质形成的电容器电容性耦合至第二电荷放大器的第一输入端41。在指纹感测装置60中，第二电荷放大器42的输出端43并未电容性耦合至第一电荷放大器18的第一输入端25。此外，第一反馈板51已经被设计成与第一电荷放大器输出板53相同，而将第二电荷放大器42的输出端43电容性耦合至第二电荷放大器42的第一输入端41的反馈板64显著小于第一电荷放大器18的第一反馈板51。

在图9的指纹感测装置60中，由第一电荷放大器18输出的感测电压将指示共模分量，而由第二电荷放大器42输出的感测电压将指示差异分量。

最后，将参考图10中的流程图来说明根据本发明的方法的实施例。

在第一步骤s1中，在第一电荷放大器的输出端与第二电荷放大器的第一输入端之间提供电容性耦合。在随后的步骤s2中，在第二电荷放大器的输出端与第一电荷放大器的第一输入端之间提供电容性耦合。随后，在步骤s3中，对第一电荷放大器和第二电荷放大器的输出进行采样，以形成指纹图案的表示。

本领域的技术人员认识到的是，本发明绝不受限于上述优选实施例。相反地，可以在所附权利要求的范围内进行许多修改与变化。

在权利要求中，词“包括”并不排除其它元素或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”亦不排除多个。单个处理器或其它单元可以实现权利要求中所述的数个项目的功能。单纯的事实(在相互不同的附属权利要求中记载了某些量度)并非指示这些量度的组合无法用来带来好处。虽然计算机程序可以被储存/分发在适当的介质如连同其它硬件所供应的或者作为其它硬件的一部分的光存储介质或固态介质上，但是计算机程序也可以采用其它形式(例如，经由因特网或其它有线或无线通信系统)来进行分发。权利要求中的任何附图标记不应该被理解为限制范围。