本发明涉及一种信号处理电路，尤其涉及一种可接收并处理来自于感测器的感测信号的信号处理电路。
背景技术：
：：随着科技的进步，各类型的移动装置，如智能型手机(smartphone)、平板计算机(tablet)、笔记本电脑(laptop)、卫星导航系统(gpsnavigatorsystem)及电子书(electronicbook)等，已成为人们生活中不可或缺的部分。不同于传统的手机仅具有通话功能，现今的移动装置将通信、连网、拍照、游戏、数据处理等功能整合在一起，多功能的设计使得移动装置更受到消费者的喜爱。指纹识别是一种常见的功能，用来处理各种电子装置及移动装置的安全性及隐私问题，指纹识别可通过各种技术来实现，例如电容感测、光感测(图像感测)、热能、超声波等。举例来说，移动电话可能具有指纹识别接口，其内建于主页键(homebutton)或特定区域，可用来侦测用户的指纹。在各类型的指纹识别技术中，电容式指纹识别已成为较普及的指纹识别方式。在电容式指纹识别中，指纹感测器上的感测像素可捕捉接触到的手指的电容值，此电容值通过处理之后转换为一电压信号，再被转传至后续的信号处理电路(如模拟前端(analogfront-end，afe)电路)以进行识别。模拟前端电路需具备一切换式电容积分器(switched-capacitorintegrator)，用来持续从感测像素接收感测信号并且对感测信号进行转换和放大。切换式电容积分器所接收的输入信号可包括上述感测信号及一重置信号。重置信号是在感测像素的重置期间接收的预定信号。在感测像素的感测期间内，感测像素中的发光二极管开始曝光并据此产生电子信号，感测像素中相应的开关器可被开启以将电子信号或对应于该电子信号的电压信号转传到模拟前端电路，这些信号可视为感测信号，其叠加在重置信号上共同被切换式电容积分器接收。然而，随着发光二极管感测到的亮度不同，其在每一周期中可能产生不同数值的电子信号，导致切换式电容积分器接收到大小不一的感测信号，感测信号的变化可能造成积分器进入不正常的电压范围，使得后端电路输出的电压信号饱和。除此之外，若切换式电容积分器接收的感测信号变化量较大时，可能发生较严重的电荷注入(chargeinjection)问题。鉴于此，现有技术实有改进的必要。技术实现要素：因此，本发明的主要目的即在于提供一种电容补偿机制，可用于例如切换式电容积分器等信号处理电路，其可降低或消除信号处理电路中浮动节点上的信号相关成分，从而将浮动节点的电压电平维持在小电压范围内。本发明的一实施例公开了一种信号处理电路，所述信号处理电路具有一对输入节点及一对输出节点，并包括一第一开关器对、一第二开关器对、一放大器、一第一补偿电容及一第二补偿电容。该第一开关器对耦接于该对输入节点及多个浮动节点之间。该第二开关器对耦接于该多个浮动节点及该对输出节点之间。该放大器耦接于该多个浮动节点及该对输出节点之间。该第一补偿电容耦接于该多个浮动节点中的一第一浮动节点及该对输出节点中的一第一输出节点之间。该第二补偿电容耦接于该多个浮动节点中的一第二浮动节点及该第一输出节点之间。本发明的另一实施例公开了一种信号处理电路，所述信号处理电路具有一对输入节点及一对输出节点，并包括一第一开关器对、一第二开关器对、一放大器、一第一补偿电容及一第二补偿电容。该第一开关器对耦接于该对输入节点及多个浮动节点之间。该第二开关器对耦接于该多个浮动节点及该对输出节点之间。该放大器耦接于该多个浮动节点及该对输出节点之间。该第一补偿电容耦接于该多个浮动节点中的一第一浮动节点及一参考节点之间。该第二补偿电容耦接于该多个浮动节点中的一第二浮动节点及该参考节点之间。附图说明图1为本发明实施例一切换式电容积分器的示意图。图2a及2b分别示出了重置阶段及转换阶段中切换式电容积分器的状态。图3为本发明实施例另一切换式电容积分器的示意图。图4为本发明实施例又一切换式电容积分器的示意图。图5为本发明实施例再一切换式电容积分器的示意图。其中，附图标记说明如下：10切换式电容积分器von、vop输出信号vrst重置信号vsig感测信号sw1_1、sw1_2输入开关器对sw2_1、sw2_2重置开关器对100放大器c1_1、c1_2输入电容对c2_1、c2_2反馈电容对c3_1、c3_2补偿电容对x、y浮动节点cp寄生电容vref参考电压具体实施方式请参考图1，图1为本发明实施例一切换式电容积分器10的示意图。如图1所示，切换式电容积分器10具有差分结构，其包括一对输入节点和一对输出节点。该对输入节点用来从感测器(例如指纹感测器的感测像素)接收输入信号对，该对输出节点分别产生输出信号von及vop。如上所述，在感测尚未开始的重置期间内，感测器可输出一重置信号vrst，由切换式电容积分器10的一输入节点接收此重置信号vrst。当感测完毕之后，感测器可输出一感测信号vsig，其叠加在重置信号vrst上，切换式电容积分器10的另一输入节点则用来接收感测信号vsig。根据所接收的感测信号vsig，切换式电容积分器10即可输出一差分输出信号vop-von。详细来说，切换式电容积分器10包括一输入开关器对sw1_1及sw1_2、一重置开关器对sw2_1及sw2_2、一放大器100、一输入电容对c1_1及c1_2、一反馈电容对c2_1及c2_2、以及一补偿电容对c3_1及c3_2。输入开关器对sw1_1及sw1_2分别耦接于切换式电容积分器10的输入节点对以及浮动节点x及y之间。重置开关器对sw2_1及sw2_2分别耦接于浮动节点x及y以及切换式电容积分器10的输出节点对之间。输入电容对c1_1及c1_2分别耦接于输入节点对。反馈电容对c2_1及c2_2分别耦接于浮动节点x及y以及切换式电容积分器10的输出节点对之间。补偿电容c3_1耦接于浮动节点x及一输出节点之间，而补偿电容c3_2耦接于浮动节点y及同一输出节点之间。放大器100耦接于浮动节点x及y以及输出节点对之间。更明确来说，放大器100具有差分结构，其包括一正输入端、一负输入端、一正输出端及一负输出端。如图1所示，放大器100的正负输入端分别耦接于浮动节点x及y，放大器100的正负输出端则分别耦接于切换式电容积分器10的输出节点对，用来输出输出信号vop及von。图1还示出了耦接于浮动节点x及y的寄生电容cp，寄生电容cp影响了切换式电容积分器10的传递函数，而具有差分结构的放大器100可用来降低或消除寄生电容cp对差分输出信号(vop减去von)的影响。在此例中，输入信号对vrst+vsig及vrst分别由切换式电容积分器10的输入节点对接收之后，存储在输入电容对c1_1及c1_2中。当输入开关器对sw1_1及sw1_2开启时，输入信号vrst+vsig及vrst可分别传递至浮动节点x及y。放大器100即可接收输入信号vrst+vsig及vrst，并放大感测信号成分vsig以产生差分输出信号vop-von。详细来说，根据开关器的输入开关器对sw1_1及sw1_2及重置开关器对sw2_1及sw2_2的运作，切换式电容积分器10具有两个操作阶段，一重置阶段及一转换阶段，。图2a及2b分别示出了重置阶段及转换阶段中切换式电容积分器10的状态。如图2a所示，在重置阶段中，输入开关器对sw1_1及sw1_2关闭而重置开关器对sw2_1及sw2_2开启。开启的重置开关器对sw2_1及sw2_2可将浮动节点x及y连接到切换式电容积分器10的输出节点，使得浮动节点x及y的电压被重置为切换式电容积分器10的一共模电压(common-modevoltage)vcom，共模电压vcom可设定为固定的电压值。如图2b所示，在转换阶段中，重置开关器对sw2_1及sw2_2关闭而输入开关器对sw1_1及sw1_2开启，开启的输入开关器对sw1_1及sw1_2可将输入信号对vrst+vsig及vrst分别耦合到浮动节点x及y，使得放大器100可对感测信号vsig执行放大及转换。关于切换式电容积分器10的详细运作方式叙述如下。观察不同阶段之下浮动节点x及y的总电荷量。在重置阶段中，浮动节点x的总电荷量qx及浮动节点y的总电荷量qy分别为：qx＝cp×vcom；qy＝cp×vcom。在转换阶段中，浮动节点x的总电荷量qx及浮动节点y的总电荷量qy分别为：qx＝c1·vx+c2·(vx-von)+c3·(vx-von)+cp·vx；qy＝c1·vx+c2·(vx-vop)+c3·(vx-von)+cp·vx。考虑浮动节点x及y从重置阶段到转换阶段须符合电荷量守恒，可得到以下方程式：c1·(vrst+vsig)+cp·vcom＝c1·vx+c2·(vx-von)+c3·(vx-von)+cp·vx；(1)c1·vrst+cp·vcom＝c1·vx+c2·(vx-vop)+c3·(vx-von)+cp·vx；(2)其中，c1是输入电容对c1_1及c1_2的电容值、c2是反馈电容对c2_1及c2_2的电容值、c3是补偿电容对c3_1及c3_2的电容值，cp是寄生电容cp的电容值，vx是浮动节点x及y的电压。需注意的是，放大器100的输入端为虚短路(virtuallyshort-circuited)状态，使得浮动节点x及y的电压电平相等。将方程式(2)减去方程式(1)或将方程式(1)减去方程式(2)可得到差分输出信号vop-von如下：根据切换式电容积分器10的电路结构以及上述公式推导，放大器100、输入电容对c1_1及c1_2、以及反馈电容对c2_1及c2_2共同运作以根据输入开关器对sw1_1及sw1_2以及重置开关器对sw2_1及sw2_2的开启或关闭来决定差分输出信号vop-von。切换式电容积分器10还包括补偿电容对c3_1及c3_2，用以在不改变输出信号值的情况下，降低或消除浮动节点x及y与信号大小的相关度。更明确来说，补偿电容对c3_1及c3_2可降低或消除因发光二极管感测到的亮度不同而影响所接收的感测信号的变化量从而在浮动节点x及y上产生的电压摆幅。同时，切换式电容积分器10的传递函数不会受到补偿电容对c3_1及c3_2的影响而改变，换句话说，补偿电容对c3_1及c3_2不改变感测信号vsig及差分输出信号vop-von之间的相关度，如方程式(3)所示。补偿电容对c3_1及c3_2的操作可用来降低或消除浮动节点x及y的信号相关度，如以下段落说明。由于共模反馈(common-modefeedback)，输出信号vop及von以及共模电压vcom具有以下关系式：vop+von＝2·vcom；可得到：将方程式(4)和(5)代入方程式(1)或方程式(2)的其中一者可得到：上述方程式可重新写成以下关系式，以得到浮动节点x及y的电压vx为：方程式(6)显示浮动节点x及y的电压vx包括一重置相关成分(关于vrst)、一共模电压成分(关于vcom)、及一信号相关成分(关于vsig)。值得注意的是，重置信号vrst是在感测像素的重置期间内接收的预定信号，其具有固定的数值，且共模电压vcom是切换式电容积分器10的一预定电压，也具有固定的数值，因此，重置相关成分及共模电压成分都是恒定的。然而，感测信号vsig的变化造成信号相关成分是可变的，使得浮动节点x及y的电压vx为可变的，且当感测信号vsig出现较大的变化时，可能造成电压vx超出切换式电容积分器10的正常工作电压范围。因此，可采用补偿电容对c3_1及c3_2来降低信号相关成分。如方程式(6)所示，信号相关成分包括一减项–c3，代表信号相关成分可由补偿电容对c3_1及c3_2来消除或补偿。在一实施例中，可将电容值c3设定为与电容值c2相等，以完整消除信号相关成分。将方程式c2＝c3代入方程式(6)可得到以下结果：如方程式(7)所示，浮动节点x及y的电压vx不存在任何信号相关成分。换句话说，电压vx的数值独立于感测信号vsig且不受到感测信号vsig变化量的影响。另一方面，在不存在补偿电容对c3_1及c3_2的切换式电容积分器中，浮动节点的电压值受到感测信号vsig的影响。举例来说，考虑切换式电容积分器10中移除补偿电容对c3_1及c3_2之后的电路结构，可得浮动节点x及y的电压vx如下：需注意，方程式(8)是由c3＝0代入方程式(6)而得。由此可知，在未包括补偿电容对的情况下，电压vx存在一信号相关成分0.5·c1·vsig。如上所述，由于切换式电容积分器10接收的感测信号vsig的变化量，造成电荷注入(chargeinjection)问题更加严重。举例来说，浮动节点x及y的电压变化可能导致电荷注入问题的恶化。一般来说，切换式电容积分器10的运作是根据包括输入开关器对sw1_1及sw1_2以及重置开关器对sw2_1及sw2_2的开关器电路的切换来进行，这些开关器本身在开启时即存在电荷注入的情况。在理想的差分结构之下，电荷注入的效应可在差分输出信号vop-von内被消除。然而，由于差分结构存在不匹配，使得电荷注入效应在正负端的差异被放大，因而在输出信号vop-von上产生无法预期的误差。除此之外，电荷注入量的多寡高度相关于电荷的变化量。举例来说，若浮动节点x及y上存在较大的电压变化量时，寄生电容cp需持续进行充放电，造成电荷注入效应产生较多的变化。因此，为了良好控制电荷注入对输出信号vop-von的影响，优选地，应降低或消除浮动节点x及y的电压变化量，而补偿电容对c3_1及c3_2可达到此目的。如此一来，切换式电容运作伴随的电荷注入问题可通过补偿电容对c3_1及c3_2的设置而改善。值得注意的是，本发明的目的在于提供一种可设置于切换式电容积分器的补偿电容对，用来降低或消除浮动节点上电压的信号相关成分，使得浮动节点的电压独立于信号变化量并维持在较小电压范围内。本领域技术人员可据此进行修饰或变化，而不限于此。举例来说，在上述实施例中，补偿电容对c3_1及c3_2的电容值c3被设定为相等于反馈电容对c2_1及c2_2的电容值c2，以完整消除信号相关成分。然而，电容值c3无需设定为相等于c2，只要切换式电容积分器中存在耦接于浮动节点上的补偿电容对，浮动节点的电压的信号相关成分即可下降到某种程度。如方程式(6)所示，即使在数值c3小于c2的情况，减项–c3仍可降低信号相关度的大小。除此之外，在上述实施例中，补偿电容对可用于切换式电容积分器；但在另一实施例中，补偿电容对也可用于其它类型的信号处理电路。只要信号处理电路具有差分结构，即可设置补偿电容对来降低或消除特定节点上的电压变化量及信号相关度。在另一实施例中，补偿电容对也可通过其它方式实现。举例来说，请参考图3，图3为本发明实施例另一切换式电容积分器30的示意图。切换式电容积分器30的结构类似于切换式电容积分器10的结构，故功能相似的信号或组件都以相同符号表示。如图3所示，切换式电容积分器30与切换式电容积分器10的不同之处在于，在切换式电容积分器30中，感测信号加上重置信号vrst+vsig是由切换式电容积分器30的下方的输入节点接收并传送至浮动节点y及放大器100的负输入端，切换式电容积分器30的上方的输入节点及放大器100的正输入端则接收重置信号vrst(未接收感测信号vsig)。在此情况下，补偿电容c3_1及c3_2耦接于放大器100用来输出输出信号vop的正输出端。另一方面，如图1所示，在切换式电容积分器10中，感测信号加上重置信号vrst+vsig是由切换式电容积分器10的上方的输入节点接收并转传至浮动节点x及放大器100的正输入端，而切换式电容积分器10的下方的输入节点及放大器100的负输入端接收重置信号vrst但未接收感测信号vsig。在此情况下，补偿电容c3_1及c3_2耦接于放大器100用来输出输出信号von的负输出端。切换式电容积分器30中的补偿电容c3_1及c3_2可通过降低或消除浮动节点x及y的电压的信号相关成分来稳定浮动节点电压。也就是说，切换式电容积分器30中的补偿电容c3_1及c3_2可实现类似于切换式电容积分器10中的补偿电容c3_1及c3_2的功效。其相关运作方式可参考前述段落的说明，在此不赘述。请参考图4，图4为本发明实施例又一切换式电容积分器40的示意图。切换式电容积分器40的结构类似于切换式电容积分器10的结构，故功能相似的信号或组件都以相同符号表示。如图4所示，切换式电容积分器40与切换式电容积分器10的不同之处在于，在切换式电容积分器40中，原先位于切换式电容积分器10中的反馈电容c2_1和补偿电容c3_1合并为单一电容c2_1+c3_1。如图1所示，反馈电容c2_1及补偿电容c3_1都耦接于浮动节点x与切换式电容积分器10的上方输出节点之间。在不影响电容及切换式电容积分器运作的情况下，这两个电容可结合为单一电容，其电容值等于原先两电容的电容值总和。请参考图5，图5为本发明实施例再一切换式电容积分器50的示意图。切换式电容积分器50的结构类似于切换式电容积分器10的结构，故功能相似的信号或组件都以相同符号表示。如图5所示，切换式电容积分器50与切换式电容积分器10的不同之处在于，在切换式电容积分器50中，补偿电容c3_1及c3_2耦接于一参考节点而不是切换式电容积分器50的输出节点。更明确来说，补偿电容c3_1耦接于浮动节点x及参考节点之间，补偿电容c3_2耦接于浮动节点y及参考节点之间。补偿电容c3_1及c3_2可从参考节点接收一参考电压vref。参考电压vref可具有任何适合的电压值，用来降低或消除浮动节点x及y的电压变化量和信号相关度。在一实施例中，可设定参考电压vref等于零电位。当设定vref＝0的情况下，浮动节点x及y的电压vx可通过类似的计算取得如下：比较切换式电容积分器50的结构所对应的方程式(9)与未设置补偿电容的结构所对应的方程式(8)可知，两者的分子同样包括信号相关成分0.5·c1·vsig，但方程式(9)的分母包括电容值c3而具有较大的数值。分母的增加使得电压vx的信号相关度下降(在相同信号相关成分0.5·c1·vsig之下)，在此情形下，因感测信号变化所造成的浮动节点x及y的电压变化量可因此下降。综上所述，本发明提供了一种信号处理电路，其包括一对补偿电容，其耦接于浮动节点及信号处理电路的一输出节点之间或耦接于浮动节点及一参考节点之间。补偿电容可降低或消除信号处理电路的浮动节点上的电压变化量及信号相关度，可避免浮动节点的电压出现因感测信号而产生的大幅度电压变化，以控制浮动节点维持在较小电压范围，从而使信号处理电路操作在正常电压范围内。随着浮动节点的电压变化量的下降，切换式电容运作伴随的电荷注入问题也可获得改善。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12当前第1页12