生物信息传感装置、电子设备和共模干扰检测方法与流程

本发明涉及生物特征信息检测领域，尤其涉及一种生物信息传感装置、电子设备和生物信息传感装置的共模干扰检测方法。

背景技术：

请一并参阅图1与图2，图1为移动终端使用充电器进行充电的示意图。图2为图1移动终端充电时存在共模干扰的等效电路示意图。随着生物信息传感装置50(例如：指纹传感装置)在智能移动终端500的普及，生物信息传感装置50的需求量越来越大。然，生物信息传感装置50安装在智能移动终端500上会出现共模干扰的问题。例如，在智能移动终端500使用充电器60的过程中，由于充电器60是基于开关电源设计的，因此会对移动终端500的电源和地产生干扰，干扰信号的频率大约在200khz到400khz之间。充电器60的一端一般是接入到市电系统，因此这个干扰会等效到生物信息传感装置50的传感电极51和干扰源之间存在一个电容ccom。

以生物信息传感装置50为指纹传感装置为例，手指f与传感电极51之间形成检测电容cf，手指f通过人体zbody连接至大地。传感电极51与系统地之间存在寄生电容cp。由于存在电容ccom，因此，在没有手指触摸指纹传感装置50的情况下，指纹传感装置50也可能会检测到信号，这会造成指纹传感装置50的误检测，更严重的是在指纹传感装置50检测手指指纹时，干扰信号会叠加到指纹检测信号上，严重影响了指纹传感装置50的指纹检测信号的信噪比。

技术实现要素：

本发明实施方式旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明实施方式需要提供一种生物信息传感装置、电子设备和生物信息传感装置的共模干扰检测方法。

本发明提供一种生物信息传感装置，包括：

传感器阵列；

驱动电路，用于提供激励信号给所述传感器阵列执行生物信息感测；

模拟前端电路，用于接收来自所述传感器阵列输出的感测信号；

采样电路，用于对模拟前端电路输出的信号进行采样；

重置电路，用于输出重置信号对所述传感器阵列和模拟前端电路进行重置；

控制电路，与所述驱动电路、采样电路、和重置电路分别连接；和

处理电路，与所述采样电路连接；

当所述生物信息传感装置执行共模干扰检测时，所述控制电路控制所述驱动电路不输出所述激励信号给所述传感器阵列，并控制所述重置电路对所述传感器阵列和模拟前端电路进行重置，以及当对所述传感器阵列和模拟前端电路进行重置之后、进一步控制所述采样电路对所述模拟前端电路输出的信号进行间隔采样，所述处理电路根据所述采样电路采样后的信号来确认所述生物信息传感装置存在共模干扰的情况。

可选地，当所述处理电路确认所述生物信息传感装置存在共模干扰时，进一步分析共模干扰的信号频率。

可选地，当判断生物信息传感装置存在共模干扰时，所述共模干扰检测方法进一步包括：分析共模干扰的信号幅度。

可选地，当判断生物信息传感装置存在共模干扰时，所述共模干扰检测方法进一步包括：分析共模干扰的信号相位。

可选地，所述控制电路根据所述处理电路的确认结果来控制所述生物信息传感装置是否由执行共模干扰检测切换为执行生物信息感测。

可选地，当所述处理电路确认所述生物信息传感装置不存在共模干扰时，所述控制电路通过控制所述重置电路对所述传感器阵列和模拟前端电路进行重置，并在对所述传感器阵列和模拟前端电路进行重置之后、进一步控制所述驱动电路提供激励信号给传感器阵列，来驱动传感器阵列执行生物信息感测。

可选地，当所述处理电路确认所述生物信息传感装置存在共模干扰时，所述控制电路控制所述生物信息传感装置继续执行共模干扰检测，或，所述控制电路控制重置电路对传感器阵列以及模拟前端电路进行重置，以及控制驱动电路调整激励信号的频率，并在对所述传感器阵列和模拟前端电路进行重置之后、控制驱动电路输出频率调整后的激励信号给传感器阵列，来驱动传感器阵列执行生物信息感测。

可选地，调整后的激励信号的频率不同于共模干扰信号的频率。

可选地，调整后的激励信号的频率是共模干扰信号的频率的1.5倍以上，或，共模干扰的信号频率是调整后的激励信号的频率的1.5倍以上。

可选地，当所述驱动电路提供激励信号给传感器阵列执行生物信息感测时，所述模拟前端电路接收来自传感器阵列输出的感测信号，并输出相应的信号给所述处理电路，所述处理电路根据来自所述模拟前端电路输出的信号获得生物信息。

可选地，在执行生物信息感测之前，所述控制电路控制所述生物信息传感装置执行多次共模干扰检测。

可选地，当所述生物信息传感装置执行共模干扰检测时，所述采样电路对所述模拟前端电路输出的感测信号进行相关双采样。

本发明还提供一种电子设备，包括上述中任意一项所述的生物信息传感装置。

本发明还提供一种生物信息传感装置的共模干扰检测方法，其中，所述生物信息传感装置包括：

传感器阵列；

驱动电路，用于提供激励信号给所述传感器阵列执行生物信息感测；

模拟前端电路，用于接收来自所述传感器阵列输出的感测信号；和

重置电路，用于输出重置信号对所述传感器阵列和模拟前端电路进行重置；

所述共模干扰检测方法包括：

控制所述驱动电路不输出所述激励信号给所述传感器阵列；

控制所述重置电路对所述传感器阵列和模拟前端电路进行重置；

当对所述传感器阵列和模拟前端电路进行重置之后，对所述模拟前端电路输出的信号进行间隔采样；和

根据采样后的信号判断所述生物信息传感装置是否存在共模干扰。

可选地，当判断生物信息传感装置存在共模干扰时，所述共模干扰检测方法进一步包括：分析共模干扰的信号频率。

可选地，当判断生物信息传感装置存在共模干扰时，所述共模干扰检测方法进一步包括：分析共模干扰的信号幅度。

可选地，当判断生物信息传感装置存在共模干扰时，所述共模干扰检测方法进一步包括：分析共模干扰的信号相位。

在控制电路的控制下：驱动电路不发激励信号给驱动电路，重置电路对传感器阵列和模拟前端电路进行重置，采样电路对模拟前端输出的信号进行间隔采样，处理电路根据采样结果来确认生物信息传感装置存在共模干扰的情况，从而可避免共模干扰信号对本申请的生物信息传感装置后续生物信息检测的影响，进而提高了生物信息传感装置的生物信息检测信号的信噪比。相应地，具有所述生物信息传感装置的电子设备的感测精度较高，从而提高用户的使用体验。

类似地，本申请的生物信息传感装置的共模干扰检测方法能够对应提高生物信息传感装置的感测精度。

本发明实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实施方式的实践了解到。

附图说明

本发明实施方式的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是移动终端使用充电器进行充电的示意图。

图2是图1移动终端充电时存在共模干扰的等效电路示意图。

图3是本发明生物信息传感装置的一实施方式的模块示意图。

图4是图3所示生物信息传感装置的一实施方式的时序图。

图5是本发明电子设备的一实施方式的平面示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设定进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设定之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

进一步地，所描述的特征、结构可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员应意识到，没有所述特定细节中的一个或更多，或者采用其它的结构、组元等，也可以实践本发明的技术方案。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构或者操作以避免模糊本发明。

请参阅图3及图4，图3为本发明生物信息传感装置100的一实施方式的模块示意图，图4为图3所示生物信息传感装置100的一实施方式的时序图。所述生物信息传感装置100包括传感器阵列101、驱动电路102、模拟前端电路103、采样电路104、重置电路105、控制电路106和处理电路107。该传感器阵列101分别连接该驱动电路102、该模拟前端电路103和该重置电路105。该控制电路106分别连接该驱动电路102、该采样电路104、该重置电路105和该处理电路107。该重置电路105还连接该模拟前端电路103。该采样电路104还连接该模拟前端电路103和该处理电路107。

该传感器阵列101用于接收目标物体的接近或触摸。所述目标物体例如为人体的合适部位，具体如为手指。然，所述目标物体也可为其它生物体，并不局限于人体。

所述传感器阵列101通常包括多个感测电极(图未示)以及多个传感电路(图未示)。所述多个传感电路与所述多个感测电极一一对应连接。一般地，所述多个感测电极相较于所述多个传感电路更靠近目标物体。在一些实施方式中，所述传感电路例如包括控制开关，所述控制开关用于控制是否传输激励信号tx给所述感测电极。所述传感电路也可或还可包括其它合适的电路。根据生物信息传感装置的类型不同，所述传感电路可对应不同。

在本实施方式中，所述多个感测电极例如以电容方式耦合到所述目标物体。相应地，所述生物信息传感装置为电容式的传感装置。然，本发明的生物信息传感装置并不局限于此，所述生物信息传感装置也可为其它合适类型的传感装置，例如，光学式、超声波式、红外线式等各种合适类型的传感装置，或者为电容式传感装置与其它合适类型的传感装置相结合后的装置。

该驱动电路102用于提供激励信号tx给所述传感器阵列101执行生物特征信息感测。所述生物特征信息例如为指纹信息、掌纹信息、耳纹信息等中的任意一种或几种。然，所述生物特征信息并不局限于此处所列举的各种信息，也可包括或者为其它合适的生物特征信息，例如，脉搏、血氧、心跳等信息。相应地，所述生物信息传感装置100可为指纹传感装置、掌纹传感装置、耳纹传感装置等中的任意一种或几种的组合。

该模拟前端电路103用于接收来自所述传感器阵列101输出的感测信号。在一些实施方式中，所述模拟前端电路103例如对接收到的感测信号进行放大，并输出放大后的感测信号给所述采样电路104。然，可变更地，所述模拟前端电路103也可对接收到的感测信号进行其它处理，并不局限于放大处理。

该采样电路104用于对模拟前端电路103输出的信号进行间隔采样。在本实施方式中，所述采样电路104还用于对采样得到的模拟信号进行模数转换，并输出转换后的数字信号给该处理电路107。然，本发明并不局限于此，可变更地，在其它实施方式中，所述模数转换功能也可放置在该处理电路107进行。

该重置电路105用于输出重置信号reset对传感器阵列101和模拟前端电路103进行重置。在本实施方式中，当所述传感器阵列101和模拟前端电路103接收到的重置信号reset为高电平时，所述传感器阵列101和模拟前端电路103被重置到预定状态。当所述传感器阵列101和模拟前端电路103接收到的重置信号reset为低电平时，所述传感器阵列101和模拟前端电路103是不被重置的。可变更地，在其它实施方式中，所述传感器阵列101和模拟前端电路103也可在接收到的重置信号reset为低电平时被重置，而在接收到的重置信号reset为高电平时不被重置。

所述处理电路107接收来自采样电路104输出的采样信号，并根据采样信号获得相应的信息。

具体地，如，当该生物信息传感装置100执行共模干扰检测时，该处理电路107接收来自采样电路104输出的采样信号，对所述采样信号进行处理与分析(如，傅立叶变换等)，以获得存在共模干扰的情况。所述控制电路106根据所述处理电路107获得的共模干扰情况，对应控制所述生物信息传感装置100是否从执行共模干扰检测切换为执行生物信息感测。

又如，当该生物信息传感装置100执行生物信息感测时，该处理电路107根据来自采样电路104的采样信号获得生物特征信息。所述处理电路107可进一步输出相应的信息或指令给电子设备300(见图5)的系统端，以控制电子设备300执行相应的功能，如模板注册，屏幕解锁、在线支付等等。

所述控制电路106用于控制所述生物信息传感装置100执行共模干扰检测以及生物信息感测。

当所述生物信息传感装置100执行共模干扰检测时，所述控制电路106控制所述驱动电路102不输出所述激励信号tx给所述传感器阵列101，并控制所述重置电路105对所述传感器阵列101和模拟前端电路103进行重置，以及当对所述传感器阵列101和模拟前端电路103进行重置之后、进一步控制所述采样电路104对所述模拟前端电路103输出的信号进行间隔采样，所述处理电路107根据所述采样电路104采样后的信号来确认所述生物信息传感装置100存在共模干扰的情况。其中，所述采样电路104例如对所述模拟前端电路103输出的信号进行相关双采样。

所述控制电路106根据所述处理电路107的确认结果来控制所述生物信息传感装置100是否由执行共模干扰检测切换为执行生物信息感测。

定义生物信息传感装置100执行共模干扰检测的阶段为共模干扰检测阶段，定义生物信息传感装置100执行生物信息检测的阶段为生物信息检测阶段。

例如，共模干扰检测阶段包括至少一个第一设定周期t1。在第一设定周期t1内，驱动电路102不输出激励信号tx给传感器阵列101，且，当重置电路105对传感器阵列101与模拟前端电路103进行重置之后，控制电路106间隔地输出第一控制信号及第二控制信号至采样电路104，控制所述采样电路104对所述模拟前端电路103输出的信号进行间隔采样，获取第一采样信号及第二采样信号。处理电路107用于分析第一采样信号及第二采样信号以产生检测结果。控制电路106根据所述检测结果确定是否控制该生物信息传感装置100进入该生物信息检测阶段。

在生物信息检测阶段，控制电路106用于控制重置电路105对所述传感器阵列101和所述模拟前端电路103进行重置，并当所述传感器阵列101和所述模拟前端电路103被重置之后，控制驱动电路102产生激励信号tx给传感器阵列101，所述传感器阵列101输出相应的生物信息检测信号给所述模拟前端电路103，以执行生物信息检测。

在生物信息检测阶段前的共模干扰检测阶段中，第一设定周期t1的数量及每个第一设定周期t1的长度可根据实际情况进行配置。在一些例子中，每个第一设定周期t1内，可根据生物信息传感装置100的灵敏度对第一控制信号及第二控制信号的输出时间间隔进行配置。例如，当相邻的第一控制信号及第二控制信号的输出时间间隔较长时，生物信息传感装置100的灵敏度较低；当相邻的第一控制信号及第二控制信号的输出时间间隔较短时，生物信息传感装置100的灵敏度较高。

需要指出的是，图4中所示的信号时序图，当某个信号(如，激励信号tx)是低电平时，可理解为不输出或不产生信号，某个信号是高电平时，可理解为输出或产生信号。而且，图4示意性地显示一个第一设定周期t1。

较佳地，上述生物信息传感装置100可在共模干扰检测阶段中检测是否有共模干扰，及共模干扰的信号频率。例如，处理电路107对采集到的第一采样信号及第二采样信号进行傅立叶变换等以判断共模干扰的信号频率。

进一步地，处理电路107对采集到的第一采样信号及第二采样信号进行傅立叶变换等以判断共模干扰的信号幅度。

更进一步地，处理电路107对采集到的第一采样信号及第二采样信号进行傅立叶变换等以判断共模干扰的信号相位。

在一些实施方式中，在第一设定周期t1内，控制电路106用于交替间隔地输出第一控制信号及第二控制信号至采样电路104。

因此，交替间隔地输出第一控制信号及第二控制信号可较准确地采集到共模干扰的信号频率、信号幅度、信号相位等信息。交替的次数可根据实际情况进行配置。

若控制该生物信息传感装置100进入该生物信息检测阶段，该控制电路106根据处理电路107的检测结果进一步确定是否控制驱动电路102调整激励信号tx的频率以降低共模干扰的影响。

在一些实施方式中，当所述处理电路107判断生物信息传感装置100存在共模干扰时，所述控制电路106对应选择延迟设定时间后再次控制生物信息传感装置100进入共模干扰检测阶段。

具体地，共模干扰有可能是非连续不稳定的干扰。因此，在执行一次共模干扰检测阶段时，处理电路107判断存在共模干扰，但有可能共模干扰在过了一段时间后就消失了。因此，通过延迟设定时间后再执行共模干扰检测阶段，处理电路107可能得到不同的检测结果。控制电路106可选择没有共模干扰时再控制生物信息传感装置100执行生物信息检测。相比在生物信息检测阶段消除共模干扰的手段，生物信息传感装置100所得到的生物信息检测信号的信噪比更高，而且方法也较简单。

设定时间也可根据实际情况进行配置。

在一些实施方式中，当处理电路107判断生物信息传感装置100不存在共模干扰时，控制电路106用于根据检测结果选择控制生物信息传感装置100进入生物信息检测阶段。此种情况，所述驱动电路102可无需调整激励信号tx的频率。

因此，在没有共模干扰时，控制电路106控制生物信息传感装置100进入生物信息检测阶段，使得生物信息传感装置100所得到的生物信息检测信号的信噪比较高。例如，在生物信息检测阶段，当需要生物信息检测时，控制电路106控制设定频率的激励信号产生，并输出至传感器阵列101，由传感器阵列101进行生物信息检测。

传感器阵列101所输出的信号经模拟前端电路103放大处理后输出至采样电路104。采样电路104对模拟前端电路103输出的感测信号进行采样以及模数转换，并输出转换后的感测信号给处理电路107。该处理电路107根据接收到的感测信号获取生物特征信息。

在一些实施方式中，当处理电路107判断生物信息传感装置100存在共模干扰时，控制电路106用于根据检测结果选择控制生物信息传感装置100进入生物信息检测阶段，并控制驱动电路102调整激励信号tx的频率以消除共模干扰的影响。

具体地，当生物信息传感装置100存在共模干扰时，处理电路107通过分析第一采样信号及第二采样信号来判断共模干扰的信号频率，以作为控制电路106在生物信息检测阶段控制驱动电路102调整激励信号tx的频率的依据。当共模干扰的信号频率较小时，可增大激励信号tx的频率，例如，调整激励信号tx的频率是共模干扰的信号频率的两倍；当共模干扰的信号频率较大时，可减少激励信号tx的频率，例如，调整激励信号tx的频率是共模干扰的信号频率的一半。

在一些例子中，当处理电路107判断共模干扰的信号频率为100khz时，控制电路106可控制驱动电路102调整激励信号tx的频率为200khz；当处理电路107判断共模干扰的信号频率为200khz时，控制电路106可控制驱动电路102调整激励信号tx的频率为100khz。

需要指出的是，调整后的激励信号tx的频率不能大于生物信息传感装置100的带宽，以避免激励信号tx无法输出的问题。

在一些实施方式中，请结合图4，生物信息检测阶段包括至少一个第二设定周期t2，在第二设定周期t2内，当传感器阵列101及模拟前端电路103被所述重置电路105重置之后，且所述驱动电路102输出激励信号tx给传感器阵列102之前，控制电路106输出第一控制信号至该采样电路104，该采样电路104对该模拟前端电路103输出的信号进行采样获取第三采样信号。当该驱动电路102输出激励信号tx给该传感器阵列101时，控制电路106输出该第二控制信号给该采样电路104，该采样电路104对该模拟前端电路103输出的信号进行采样获取第四采样信号。

该处理电路106根据该第三采样信号和该第四采样信号来消除在该生物信息检测信号上的干扰。其中，第四采样信号包括生物信息检测信号以及干扰信号。因此，第四采样信号减去第三采样信号，可为生物信息检测信号，从而减少干扰信号，进而提高了指纹检测信号的信噪比。

第二设定周期t2的数量及每个第二设定周期t2的长度可根据实际情况进行配置。需要指出的是，图4示意性地显示一个第二设定周期t2。

请参见图5，图5为本发明电子设备的一实施方式的结构示意图。所述电子设备300包括以上任一实施方式的生物信息传感装置100。

因此，上述电子设备300中，在共模干扰检测阶段，生物信息传感装置100的控制电路106通过两个不同时间的控制信号完成相关双采样以产生检测结果，并根据检测结果控制生物信息传感装置100工作，避免共模干扰信号对生物信息检测信号的影响，进而提高了生物信息传感装置100的生物信息检测信号的信噪比。

具体地，电子设备300如为可携式电子产品或家居式电子产品或车载式电子产品。其中，可携式电子产品如为各种移动终端，例如，手机、平板电脑、笔记本电脑、以及穿戴式产品等各类合适的电子产品；家居式电子产品如为智能门锁、电视、冰箱、台式电脑等各类合适的电子产品；车载式电子产品例如为导航仪、车载dvd等。

在一些实施方式中，电子设备300包括壳体304，生物信息传感装置100位于壳体304内，壳体304开设有通孔306，通孔306暴露生物信息传感装置100。

因此，通孔306可有助于用户录入指纹时手指与生物信息传感装置100的定位，方便用户操作。在本发明示例中，通孔306为圆形通孔，可以理解，通孔306也可为方形、椭圆形等其它形状的通孔。通孔306可以开设在壳体304的背面位置。

生物信息传感装置100也可设置在电子设备300的正面或侧面等合适的位置。进一步地，生物信息传感装置100也可设置在电子设备300的内部，而并非一定通过通孔暴露生物信息传感装置100。

另外，当电子设备300是移动终端时，可由不同的方式激活控制电路106执行干扰检测阶段及生物信息检测阶段。其中一种方式是，当用户按压某种开关触发生物信息传感装置100进行生物信息检测时，控制电路106接收到因用户按压开关而产生的控制信号后，先执行共模干扰检测，然后再执行生物信息感测。

另一种方式是，当用户无需额外按压某种开关触发生物信息传感装置100进行生物信息检测时，控制电路106可每隔一段时间控制生物信息传感装置100执行共模干扰检测，待控制电路106接收到需进行生物信息检测的相关信息时，再执行生物信息检感测。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施方式进行变化、修改、替换和变型。