指纹识别传感器和终端设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及指纹识别技术领域，尤其是涉及一种指纹识别传感器和终端设备。
【背景技术】
[0002]指纹识别技术广泛应用于电子安防领域，是进行身份认证的一种比较可靠的方法。电容式指纹识别传感器是目前广泛使用的指纹传感器之一，它是由微型化的电容极板阵列构成的，极板的上面覆盖绝缘板，当用户将手指放在绝缘板上时，皮肤就组成了电容阵列的另一个极板。由于不同区域指纹的脊和谷与电容极板阵列之间的距离不相等，使得每个电容极板的电容量随之而变，由此可获得指纹图像。
[0003]图1所示为一种常见的电容式指纹识别传感器，包括传感器单元、驱动放大器
101、驱动金属环103以及为传感器单元供电的电源(图未示)。传感器单元包括由若干电容感应单元102组成的电容阵列，其中图1中示意性的表示了其中任意一个电容感应单元
102。传感器单元输出驱动信号至驱动放大器101，驱动放大器101对驱动信号进行放大处理后输出至驱动金属环103，手指104按压到传感器单元的电容阵列时，手指和电容感应单元102之间耦合电容为CX，驱动信号从金属环103通过电容CT耦合到手指，不同区域指纹的脊和谷与电容感应单元102之间CX不相等，电容感应单元102测量到电压随之变化，由此获得指纹图像。
[0004]这种结构的指纹识别传感器，需要外置一个金属环103，而为了尽可能增大电容CT，减小对信号衰减，指纹识别传感器所在区域需要挖空以放置金属环103，让手指能直接触摸到金属环103。然而，对于某些应用场合，如手机、平板的外观设计，为了达到镜面的屏幕效果，提高防水性能，并不希望在显示屏幕上开孔，这就限制了指纹识别传感器的应用范围。
[0005]此外，指纹识别传感器搭载的终端设备对大地的电容CS与人体对大地的电容CM相串联形成的等效电容，以及人体直接对设备的电容CH，均会对驱动金属环103上面的驱动信号产生衰减。当终端设备采用金属外壳，用户手握设备时，衰减会变得更严重，从而降低了指纹图像的清晰程度，影响了指纹识别效果。
【发明内容】
[0006]本发明的主要目的在于提供一种指纹识别传感器和终端设备，旨在扩大指纹识别传感器的应用范围，提高指纹识别效果。
[0007]为达以上目的，本发明提出一种指纹识别传感器，所述指纹识别传感器应用于终端设备，包括:
[0008]传感器单元，包括由多个电容感应单元组成的电容阵列，具有一输出端、供电端和传感器地端，所述输出端输出驱动信号；
[0009]调制电路，连接所述终端设备的设备地、所述传感器单元的输出端、供电端和传感器地端，将所述驱动信号调制为调制信号后输出至所述传感器地端，所述供电端的电压随着所述调制信号的变化而变化。
[0010]优选地，所述调制电路包括:
[0011]转换电路，连接所述终端设备的设备地以及所述传感器单元的输出端和传感器地端，将所述驱动信号调制为调制信号后输出至所述传感器地端；
[0012]储能电容，连接于所述供电端和所述传感器地端之间，以稳定所述传感器单元的工作电压；
[0013]高速晶体管开关，连接所述供电端，根据所述转换电路的状态进行同步开关，以使所述供电端的电压随着所述调制信号的变化而变化；
[0014]电源，连接所述转换电路以及通过所述高速晶体管开关连接所述传感器单元的供电端，为所述转换电路和传感器单元供电。
[0015]优选地，所述传感器单元通过通信接口连接所述终端设备的主控模块，所述传感器单元在调制空闲间隔时输出低电平的驱动信号，使得所述设备地和所述传感器地端的电平近似相等。
[0016]优选地，所述传感器单元通过导线直接与所述主控模块连接，且在所述转换电路调制所述驱动信号时保持所述通信接口为低电平；或者，所述指纹识别传感器还包括一电阻阵列，所述传感器单元通过所述电阻阵列与所述主控模块连接；或者，所述指纹识别传感器还包括一中继模块，所述传感器单元通过所述中继模块连接所述终端设备的主控模块。
[0017]优选地，当所述传感器单元通过所述中继模块与所述主控模块连接时，所述中继模块接收所述传感器单元发送的数据并缓存，所述主控模块从所述中继模块获取所述数据。
[0018]优选地，所述传感器单元和所述中继模块集成于一传感芯片。
[0019]优选地，所述电源通过一电源开关与所述传感器单元连接，所述主控模块或中继模块控制所述电源开关的开断。
[0020]优选地，所述转换电路、所述高速晶体管开关、所述电源开关和所述中继模块集成于一芯片中。
[0021]优选地，所述转换电路由晶体管、运算放大器、反相器、电平移位器和数字缓冲门中的任意一种或至少两种的组合以及电阻或/和电容构成。
[0022]优选地，所述转换电路由两反相器和一电阻构成，所述反相器包括第一反相器和第二反相器；所述第一反相器的正输入电源端连接所述传感器单元的供电端，负输入电源端连接所述设备地，输入端连接所述传感器单元的输出端以及通过所述电阻连接所述第二反相器的负输入电源端和所述设备地，输出端连接所述第二反相器的输入端；所述第二反相器的正输入电源端连接所述电源，负输入电源端连接所述设备地，输出端连接所述传感器地端。
[0023]优选地，所述第一反相器由第一 NMOS管、第一 PMOS管和第一电阻构成，所述第一NMOS管和第一 PMOS管的栅极互相连接，构成第一反相器的输入端，所述第一 PMOS管的源级作为第一反相器的正输入电源端，所述第一 NMOS管的源级作为第一反相器的负输入电源端，所述第一 NMOS管和第一 PMOS管的漏极通过所述第一电阻连接，所述第一 NMOS管和第一PMOS管的漏级均可以作为第一反相器的输出端；所述第二反相器由第二NMOS管、第二PMOS管和第二电阻构成，连接关系与所述第一反相器相同。
[0024]优选地，所述高速晶体管开关由肖特基二极管、快恢复二极管、晶体三极管、场效应管和可控硅中的任意一种或至少两种的组合构成。
[0025]优选地，还包括一低压差线性稳压器，所述低压差线性稳压器连接于所述供电端和储能电容之间。
[0026]本发明同时提出一种终端设备，所述终端设备包括一指纹识别传感器，所述指纹识别传感器包括:
[0027]传感器单元，包括由多个电容感应单元组成的电容阵列，具有一输出端、供电端和传感器地端，所述输出端输出驱动信号；
[0028]转换电路，连接所述终端设备的设备地以及所述传感器单元的输出端和传感器地端，将所述驱动信号调制为调制信号后输出至所述传感器地端；
[0029]储能电容，连接于所述供电端和所述传感器地端之间，以稳定所述传感器单元的工作电压；
[0030]高速晶体管开关，连接所述供电端，根据所述转换电路的状态进行同步开关，以使所述供电端的电压随着所述调制信号的变化而变化；
[0031]电源，连接所述转换电路以及通过所述高速晶体管开关连接所述传感器单元的供电端，为所述转换电路和传感器单元供电。
[0032]本发明所提供的一种指纹识别传感器，通过调制电路连接终端设备的设备地，以及传感器单元的输出端、供电端和传感器地端，将驱动信号调制为调制信号后输出至传感器地端。由于传感器单元的驱动信号被调制为调制信号，当手指按压传感器单元的电容感应单元时，调制信号通过它与手指之间的电容Cx和人体与终端设备的设备地之间的电容形成回路，当Cx变化时，传感器单元的电容感应单元的测量电压也随之变化，从而可以获得指纹图像，