具有同步信号输入的指纹传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种指纹传感器、一种指纹感测系统、以及一种感测指纹图案的方法。
【背景技术】
[0002]各种类型的生物特征(b1metric)系统日趋广泛地使用，用以提供增加的安全性及/或增强的使用者便利性。
[0003]更具体来说，指纹感测系统已被采用于例如消费性电子装置中，这要感谢上述系统的小尺寸、高度性能及使用者接受度。
[0004]在各种可用的指纹感测原理(诸如电容性、光学、热度等)中，电容性感测是最通常使用的，特别是在其中尺寸和功率消耗为重要问题的应用中。
[0005]所有的电容性指纹传感器提供用以指示出在数个感测结构和手指之间的电容的测量，手指被置放在指纹传感器的表面上或移动跨越表面。
[0006]—些电容性指纹传感器被动地读取出在感测结构和手指之间的电容。然而，这在感测结构和手指之间需要相当大的电容。因此，这样的被动式电容性传感器典型地被设置有用以覆盖感测结构的非常薄的保护层，其使传感器对于刮痕及/或ESD(静电放电)相当敏感。
[0007]美国第7，864，992号公开一种指纹感测系统，其中通过对布置于传感器阵列附近的电容性结构加脉冲，并且测量在传感器阵列中的感测结构所携带电荷产生的改变，驱动信号被注入手指。
[0008]根据美国第2013/0271422号所公开的另一方法，指纹传感器芯片的接地电位根据指纹传感器芯片所产生的频率信号加以调制，并且经由位准转换器与传感器芯片进行通
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[0009]期望提供一种具有经调制的指纹传感器接地电位的替代性指纹感测系统，其能用标准的互补金属氧化物半导体(CMOS)技术来制作，从而使得具有更有成本效率的解决方案。
【发明内容】
[0010]鉴于现有技术的上文所述及其它的缺陷，本发明的目的提供一种改进的指纹传感器，其提供具有经调制的指纹传感器参考电位的更有成本效率的指纹感测系统。
[0011]根据本发明的第一方面，因此提供一种用于感测手指的指纹图案并且将指示指纹图案的指纹图案信号提供到外部电路系统的指纹传感器，指纹传感器包括:电压供应接口，其用于接收供应电压，其参照随时间变化的传感器接地电位，传感器接地电位相关于装置接地电位在相对低的第一电位和相对高的第二电位之间变化，装置接地电位是用于外部电路系统及用于手指的参考电位;传感器通信接口，其用于接收来自外部电路系统的信号，并且用于将指纹图案信号提供至外部电路系统；同步输入端，其用于接收来自外部电路系统的同步信号，同步信号展现相对于装置接地电位的基本恒定的同步信号电位，同步信号电位充分接近第二电位，以在传感器接地电位处于第一电位时被指纹传感器解译成对应于第一逻辑状态，并且在传感器接地电位处于第二电位时被解译成对应于与第一逻辑状态不同的第二逻辑状态;多个感测元件，每一个感测元件包括:保护性介电顶层，其将由手指触摸；导电性感测结构，其被布置于顶层下方;及电荷放大器，其被连接至感测结构以用于提供指示由感测结构所携带的电荷的改变的感测信号，电荷的改变由于手指和感测结构之间的电位差的改变，电荷放大器包括:负输入端，其连接至感测结构;正输入端，其连接至感测元件参考电位，感测元件参考电位相对于随时间变化的传感器接地电位来说基本恒定;输出端，其提供感测信号；反馈电容器，其连接在负输入端和输出端之间；及至少一个放大器级，其在正输入端和负输入端与输出端之间，其中电荷放大器以在负输入端处的电位基本遵循在正输入端处的电位的方式进行经配置，使得感测元件参考电位提供在手指和感测结构之间的电位差的改变；以及读出电路系统，其连接至同步输入端，以及感测元件每一个的电荷放大器的输出端，用于在采样时间对感测元件中的每一个所提供的感测信号进行采样，并且用于基于经采样的感测信号来形成指纹图案信号，采样时间与由指纹传感器所感知到的同步信号从第一逻辑状态到第二逻辑状态或从第二逻辑状态到第一逻辑状态的多个变换有关。
[0012]读出电路系统可包含用于将模拟信号转换成数字信号的电路系统。这样的电路系统可包含至少一个模拟至数字转换器电路。在这样的实施例中，指纹传感器因此可提供指纹图案信号作为数字信号。
[0013]在实施例中，相对低的第一电位可以基本等于装置接地电位，并且相对高的第二电位可以基本等于外部电路系统的输入/输出(I/0:S)所额定的供应电压，诸如3.3伏特或1.8伏特。在其它实施例中，相对高的第二电位可以基本等于装置接地电位，并且相对低的第一电位可以是(相关于装置接地电位的)负电位，例如-3.3伏特或-1.8伏特等。“第一逻辑状态”可以为逻辑低(或‘ O ’)或逻辑高(或‘ I’)，并且“第二逻辑状态”可以是相反状态，也就是逻辑高(或‘I’)或逻辑低(或‘O’)。
[0014]电荷放大器将负输入端处的电荷转换成输出端处的电压。电荷放大器的增益通过反馈电容器的电容来决定。
[0015]应该理解电荷放大器以在负输入端处的电位基本遵循在正输入端处的电位的方式进行配置意味着:在正输入端处的电位的改变基本造成在负输入端处的电位的相应的改变。取决于电荷放大器的实际配置，在负输入端处的电位可基本等于在正输入端处的电位，或者在负输入端和正输入端之间可存在基本恒定的电位差。举例来说:假如电荷放大器被配置为单级放大器，则电位差可作为单级放大器的晶体管的栅极-源极电压。
[0016]应该要注意到:电荷放大器的输出端不需要直接连接至反馈电容器，并且在输出端和反馈电容器之间可存在额外的电路系统。该电路系统也可被放置在感测元件的矩阵的外侧。
[0017]感测结构可有利地以金属平板的形式来设置，使得通过感测结构(感测平板)，局部手指表面，和保护性涂层(以及可局部存在于局部手指表面和保护性涂层之间的任何空气)来形成一种平行平板电容器。
[0018]保护性涂层可有利地至少有20μπι厚并且具有高介电强度，以保护指纹传感器的基础结构免于磨损和撕裂以及静电放电。更有利地是:保护性涂层可至少有50μπι厚。在实施例中，保护性涂层可以为数百μπι厚。
[0019]本发明基于下述的实现:在指纹传感器和其中包含有指纹传感器的电子装置的其它部件之间不存在位准偏移器或其它模拟电路系统的条件下，期望提供具有经调制的指纹传感器接地电位(相关于外部装置接地电位)的指纹传感器。
[0020]本发明人已进一步通过下述步骤的达成来实现上述目的:在指纹传感器的外侧决定指纹感测的时序，并且使用同步信号来同步指纹传感器的操作，同步信号根据经调制(相对于装置接地电位)的指纹传感器接地电位而被指纹传感器解译成处于不同的逻辑状态。
[0021]这意味着不需要能够与指纹传感器接口的位准偏移器。这进而意味着:用于处理与指纹传感器进行的通信的外部电路系统能使用具有“正常”输入/输出(I/0:S)的标准数字处理来实现。这至少提供降低成本(和时间)的发展，因为或许具有新增或改进功能的新版本的外部电路能以相对低的成本并且具有相对短的前置时间来生产。
[0022]根据本发明的各种实施例，传感器通信接口可有利地包括连接至同步输入端的通信控制电路系统，以用于在同步信号被指纹传感器解译成处于第一逻辑状态和第二逻辑状态中对应于传感器接地电位基本等于装置接地电位的一者时，启用通过传感器通信接口在指纹传感器和外部电路系统之间的通信;并且在同步信号被指纹传感器解译成处于第一逻辑状态和第二逻辑状态中的另一者时，阻止通过传感器通信接口在指纹传感器和外部电路系统之间的通信。
[0023]依此方式，同步信号能被用来确保在指纹传感器和外部电路系统之间的通信仅仅发生于指纹传感器接地基本等于装置接地电位的时候。这确保信号由于经调制的指纹传感器接地电位而不会被不正确地解译。
[0024]此外，通信电路系统可有利地包括至少一个通信输入端，用于接收来自外部电路系统的信号；以及通信控制电路系统可包括输入门电路系统，其连接至通信输入端以及连接至同步输入端，用于在同步信号被指纹传感器解译成处于第一逻辑状态和第二逻辑状态中对应于传感器接地电位偏离装置接地电位的一者时，阻止被提供到通信输入端的来自外部电路系统的信号通过输入门电路系统。至少一个通信输入端可以是至少一个专用通信输入端。
[0025]通过提供由同步信号所控制的输入门电路系统，能够确保的是:来自外部电路系统的信号在指纹传感器接地电位偏离装置接地电位的时间不被允许前进通过输入门电路系统。而在指纹传感器接地电位基本等于装置接地电位的时间，来自外部电路系统的信号被允许前进通过输入门电路系统。
[0026]输入门电路系统可以是可控制以基于同步信号在被指纹传感器解译时的逻辑状态(诸如高或低)来允许或阻止信号通过输入门电路系统的任何电路系统。此外，输入门电路系统可直接连接至同步输入端，或者在同步输入端和输入门电路系