偏移调节指纹检测装置及其驱动方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种指纹检测装置及其驱动方法，尤其设及一种通过消除根据指纹检 测装置的操作状态或根据构成指纹检测装置的各个传感器衬垫产生的不同程度的偏移，获 得预定品质的指纹图像的指纹检测装置。
【背景技术】
[0002] 每个人的指纹纹路都不一样，所W指纹被广泛地应用于身份识别领域。尤其是在 金融、犯罪调查、安全等多个领域中，指纹作为身份认证手段被广泛地应用。
[0003] 为了识别运样的指纹来分辨身份，被开发出了指纹检测装置。指纹检测装置是通 过与人的手指接触而识别手指指纹的装置，其被广泛用于判断是否为授信用户的手段。
[0004] 实现指纹检测装置的方式有：光学方式、热检测方式及静电容量方式等多种识别 方式。其中静电容量方式的指纹检测装置通过人的手指表面与导电检测图案接触时，检测 根据指纹的谷线和脊线而引起的静电容量的变化，从而得到指纹的形状（指纹图案）。 阳〇化]最近，便携式装置不仅提供通话、发送信息服务等通信功能，还提供金融、安全等 利用个人信息的多种附加功能，所W便携式装置的锁定装置变得更加重要。为了提高运 些便携式装置的锁定效果，安装有通过指纹识别的锁定装置的终端的开发在如火如茶地进 行。
[0006] 图1为概略地示出根据现有技术的指纹检测装置的构造的方块图。
[0007] 现有的指纹检测装置中，即便是同一个手指的指纹与传感器衬垫20接触的情况 下，成为构成指纹识别传感器的基本单位的指纹识别元件中发生的偏移，或者各传感器衬 垫20中发生的偏移也会有差别，所W得到的电压值不同，据此最终会导致得到的指纹图像 质量下降。
[0008] 具体地说，采样及保持部（sample-and-hold)部50从传感器电路40得到的响应 信号中包括各个传感器衬垫20分别产生的偏移，所W该偏移在可编程增益放大器（PGA)中 放大的话，导致难W判断传感器衬垫20上接触的部分是手指的谷线还是脊线。
[0009] 所W，为了解决上述的问题，需要一种能够高效地消除传感器衬垫20各自输出的 不同的偏移，并且把所获得的电平转换成恒定的方法。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的在于解决上述的现有技术问题。
[0011] 本发明的目的在于通过调节从传感器阵列产生的电压值的偏移，从而在一个指纹 图像内也使整个指纹图像具有一定的品质。
[0012] 为了实现上述目的，根据本发明的实施例，提供一种指纹检测装置，包括：多个传 感器衬垫，接收随着驱动信号的施加而产生的来自手指的响应信号；传感电路，基于所述响 应信号输出传感信号；及传感信号调节部，采样并维持从所述传感电路输出的传感信号，并 且W基准电压为基础调节所述传感信号的平均电平。
[0013] 根据本发明的一实施例，提供一种指纹检测装置，其中所述传感信号调节部包括： 数据采样及保持部，检测来自所述传感电路的传感信号并输出为第一采样信号；偏移采样 及保持部，在所述传感电路的传感信号中检测偏移将该偏移输出为第二采样信号；及可编 程增益放大器（PGAiProgramm油Ie Gain Amplifier),从所述第一采样信号中减去第二采 样信号并放大。
[0014] 提供一种指纹检测装置，其中所述偏移采样及保持部在施加所述驱动信号之前， 把检测到的来自所述传感电路的输出信号与基准电压进行比较，从而检测所述偏移。
[0015] 提供一种指纹检测装置，其中所述数据采样及保持部，在施加所述驱动信号的期 间对检测到的来自所述传感电路的传感信号进行采样。
[0016] 提供一种指纹检测装置，其中所述PGA在所述驱动信号的施加终止后从所述偏移 采样及保持部及数据采样及保持部接收所述第一采样信号及所述第二采样信号。
[0017] 提供一种指纹检测装置，其中所述PGA在第一区间从所述偏移采样及保持部接收 所述第一采样信号，并且在第二区间从数据采样及保持部接收所述第二采样信号，并且所 述第一区间及第二区间为时间上分隔的区间。
[0018] 提供一种指纹检测装置，其中所述偏移采样及保持部在作为针对整个所述传感器 衬垫进行指纹检测的单位的一个帖内，对各传感器衬垫进行一次采样。
[0019] 提供一种指纹检测装置，其中所述传感电路包括：运算放大器、连接到所述运算放 大器的第一输入端和输出端的反馈电容器、连接所述反馈电容器的两端的反馈开关、连接 所述运算放大器的第一输入端和所述传感器衬垫的输入开关、连接所述运算放大器的输入 端和所述数据采样及保持部和偏移采样及保持部的输出开关。
[0020] 根据本发明的另一实施例，提供一种指纹检测装置，其中所述传感信号调节部包 括：采样及保持部，对所述传感信号进行采样；及偏移消除部，消除采样的所述传感信号之 间的偏移。
[0021] 提供一种指纹检测装置，其中所述偏移消除部包括：基准电压提供部，提供基准电 压；及偏移调节部，基于所述基准电压调节所述传感信号的平均电平。
[0022] 提供一种指纹检测装置，还包括：开关，把连接有所述基准电压提供部的基准电压 节点和接收来自所述多个传感器衬垫的响应信号的响应信号输入节点初始化为相同的电 压。
[0023] 提供一种指纹检测装置，其中所述基准电压提供部包括：晶体管，漏极被施加输入 电压，栅极被施加所述基准电压并与基准电压节点连接；及电阻，一端与所述晶体管的源极 连接，另一端与所述基准电压节点连接。
[0024] 提供一种指纹检测装置，其中所述偏移调节部包括：晶体管，漏极与施加所述基准 电压的基准电压节点连接，栅极与输入节点连接；第一电容器，连接接收来自所述传感器衬 垫的响应信号的输入端和信号输入节点；第二电容器，连接所述基准电压节点和所述响应 信号输入节点。
[00巧]提供一种指纹检测装置，还包括：放大器，放大来自所述偏移调节部的输出信号。 [00%] 为了实现上述目的，根据本发明的一实施例，提供一种指纹检测装置的操作方法， 指纹检测装置包括分别检测随着驱动信号的施加而产生的来自手指的响应信号的多个传 感器衬垫，包括如下步骤：从由各个传感器衬垫输出的被检测到的响应信号检测偏移；及 输出反映所述偏移的传感信号。
[0027] 提供一种指纹检测装置的操作方法，其中，所述检测偏移的步骤中，在施加所述驱 动信号之前，比较基准电压和从所述各个传感器衬垫检测的输出信号，从而检测所述输出 信号的偏移；在输出所述传感信号的步骤中，在施加所述驱动信号后，从所述各传感器衬垫 输出的传感信号中减去所述偏移并放大。
[0028] 提供一种指纹检测装置的操作方法，其中，在所述检测偏移的步骤中，比较来自所 述多个传感器衬垫的所述传感信号的大小与基准电压而确定偏移调节值；在输出所述传感 信号的步骤中，基于所述偏移调节值把来自所述多个传感器衬垫的传感信号的平均电平调 节为所述基准电压。
[0029] 根据本发明的一实施例，在施加驱动信号之前，提前检测偏移，从而可W检测不受 驱动信号及其响应信号的影响的各个传感器衬垫的偏移。
[0030] 根据本发明的另一实施例，通过把来自多个传感器衬垫的响应信号调节到一定的 电压范围，可W得到一定品质的指纹图像。
[0031] 根据本发明的又一实施例，通过对偏移得到调节的的输出值进行放大，可W把从 指纹的谷线和脊线得到的信号差无噪声地放大。
[0032] 根据本发明的指纹检测装置，可W得到一定品质的图像从而进一步提高对同一指 纹的指纹识别率。
[0033] 本发明的效果不限于上述效果，并且包括可W从本发明的详细说明或权利要求书 中记载的本发明的构成可W推出的所有效果。
【附图说明】
[0034] 图1为概略地示出根据现有技术的指纹检测装置的构造的图。
[0035] 图2为概略地示出根据本发明的一实施例的指纹检测装置的整体构成的方块图。
[0036] 图3为示出根据本发明的一实施例的指纹检测装置的构造中的一部分的图。
[0037] 图4为示出根据本发明的一实施例的，由于各个传感器衬垫根据指纹检测装置的 操作环境而产生的偏移的影响而变得不同的响应信号的形态的图。
[003引图5为示出图3中的指纹检测装置的驱动信号、和根据传感电路内开关的操作而 由传感电路检测的信号的时序图。
[0039] 图6为概略地示出根据本发明的一实施例的通过数据采样及保持部及偏移采样 及保持部进行偏移补偿的指纹检测装置的构造的方块图。
[0040] 图7为示出根据本发明的一实施例的通过数据采样及保持部及偏移采样及保持 部进行偏移补偿的指纹检测装置的操作的时序图。
[0041] 图8为概略地示出根据本发明的实施例的通过偏移消除部进行偏移补偿的指纹 检测装置的构造的方块图，
[0042] 图9为示出根据本发明的一实施例的偏移消除部的形态的图。
[0043] 图10为示出根据本发明的一实施例的偏移消除部中增设有放大器（Amplifer)的 形态的图。
[0044] 图11为概略性示出根据本发明的实施例的消除多种状态的偏移的形态的图。 W45] 符号说明
[0046] 110 :外圈 120 :传感器衬垫
[0047] 130 :传感器阵列 140 :传感电路
[0048] 200:传感信号调节部 210、220 :采样及保持部
[0049] 211 :数据采样及保持部 212 :偏移采样及保持部
[0050] 250:偏移消除部 215:基准电压提供部
[0051] 252:偏移调节部 230、253 :可编程增益放大器（PGA)
[0052] 240 :差动信号发生器值SG) 300 :模拟数字转换器（ADC)
【具体实施方式】
[0053] W下，参考附图对本发明进行说明。但是，本发明可W通过多种不同的形态实现， 所W不限于本说明书中说明的实施例。并且附图中为了对本发明进行更明确的说明，省略 了与说明不相关的部分，并且在整个说明书中对类似的部分附加了类似的附图符号。
[0054] 说明书全文中，提到某个部分与其他部分"连接"时，不仅包括"直接连接"的情况， 还包括中间介有其他部件而"间接连接"的情况。并且提到某个部分"包括"某个构成要素 的时候，在没有相反的说明的情况下，不排除其他构成并且意味着可W包括其他构成要素。
[0055] W下，参考附图对本发明的实施例进行详细的说明。
[0056] 图2为概略地示出根据本发明的一实施例的指纹检测装置的整体构造的方块图。
[0057] 参考图2,根据一实施例的指纹检测装置可W包括：传感器衬垫120、传感器阵列 130、传感电路140、传感信号调节部200、模拟数字转换器（ADC) 300。
[005引外圈化ezel) 110指的是围绕指纹检测装置边缘的部分，并且根据一实施例，驱动 信号通过外圈110而施加到手指上，并且多个传感器衬垫120可从手指接收对驱动信号的 响应信号。根据另一实施例，外圈110与接地端子连接，从而使周围的噪声不会影响各传感