电容式传感器、电容式传感装置、以及电子设备的制造方法_4

文档序号:10118454阅读:来源:国知局
线G23并行传输给处理电路113。所述处理电路113根据所述第二交流信号(I/2)+1、(1/2) -1获知有目标物体接近或触摸此感测电极14。
[0177]如上所述,区域B1中的第一行传感单元131被扫描完成。接下来,可以采用逐行扫描或隔行扫描的方式对区域B1中的其它行的传感单元131进行如上类似扫描,从而完成对整个区域B1的扫描。类似地,依次完成对其它区域B2、B3、和B4的扫描,进而完成对整个电容式传感器13的扫描。关于对于区域B1中的其它行传感单元131、和其它区域B2、B3、和B4的传感单元131的具体扫描过程,此处不再赘述。
[0178]由于本实用新型电容式传感器13的传感单元131输出的差分电流信号,所述差分电流信号稳定,不易受电路中寄生电容(如控制电极C3与接地线133之间的寄生电容、第二、第三信号线G22、G23与接地线133之间的寄生电容等)的影响,故,所述电容式传感器13输出的感测信号较强且稳定。相应地,所述电容式传感装置1的控制电路11接收的是来自电容式传感器13的感测信号为差分电流信号,因此,所述电容式传感装置1的感测精度可以得到提高,从而有利于提升用户体验。
[0179]在上面实施方式的工作原理中,以所述时间T包括二充电时段tl和t3、以及二感测时段t2和t4为例进行说明,然,可变更地,在其它实施方式中,所述时间T包括二放电时段tl和t3、以及二感测时段t2和t4,相应地,所述调制信号Μ的驱动信号为负电平,所述参考信号产生电路117提供给差分对管D的第一参考信号R1与第二参考信号R2对应为负电平,即,对感测电极14、第三控制电极C3、以及第四控制电极C4进行放电,此放电时间段即被定义为放电时段。
[0180]请参阅图14,图14为本实用新型电容式传感装置的第二实施方式的电路结构示意图。电容式传感装置2与电容式传感装置1的区别在于:第一,电容式传感装置2的电容式传感器23的传感单元231的结构略不同于电容式传感装置1的电容式传感器13的传感单元131的结构;第二,电容式传感装置2的控制电路21控制电容式传感器23执行感测的工作原理略不同于电容式传感装置1的控制电路11控制电容式传感器13执行感测的工作原理。下面对电容式传感装置2与电容式传感装置1相区别的结构以及工作原理进行相关说明,然,电容式传感装置2与电容式传感装置1的较相似或相同之处,此处不再赘述,对于本领域的技术人员,其根据前面对电容式传感装置1的结构与工作原理的描述,能够无需创造性劳动自然扩展到所述电容式传感装置2上。
[0181]请一并参阅图15与图16,图15为图14所示一列方向上相邻二传感单元231的电路结构示意图。图16为图14的电容式传感装置2的部分电路结构示意图。以下描述以二相邻传感单元231、且目标物体为手指F为例进行说明,其它传感单元231的结构与工作原理类似,不再赘述。所述传感电路25包括转换电路251。所述转换电路251用于响应感测电极24因手指F的接近或触摸所引起参考信号的变化,而对应产生第二交流信号。优选地,所述转换电路251转换感测电极24因手指F的接近或触摸所引起参考信号的变化量为第一交流信号,并叠加所述第一交流信号至一第二恒定直流信号上,对应产生所述第二交流信号。优选地,所述第一交流信号与第二交流信号均为电流信号。然,在其它实施方式中,所述第二交流信号也可为电压信号。
[0182]在本实施方式中,所述转换电路251包括第三晶体管N3。所述第三晶体管N3响应感测电极24因手指F的接近或触摸所引起参考信号的变化,而对应产生第二交流信号。优选地,所述第三晶体管N3对感测电极24因目标物体的接近或触摸所引起的参考信号的变化量进行转换以及放大,对应产生所述第二交流信号。
[0183]所述第三晶体管N3用于与相邻传感单元231的第三晶体管N3组成差分对管(未标示)。例如,对于一传感单元231的第三晶体管N3:用于与行方向上相邻的传感单元231的第三晶体管N3形成差分对管;或/和,用于与列方向上相邻的传感单元231的第三晶体管N3形成差分对管。
[0184]优选地,所述各传感单元231的第三晶体管N3用于分时与行方向和列方向上不同位置的相邻传感单元231的第三晶体管N3分别组成差分对管。S卩,任意相邻的二传感单元231用于组成一传感单元组233 (见图15)。在本实施方式中,同一列的传感单元231共用一电流源211,同一行中相邻的传感单元231的第三晶体管N3在需要组成差分对管时,共用一电流源211 (见图14)。
[0185]在电容式传感器23执行感测时,与同一电流源211相电连接的二相邻且被激活的传感单元231中的第三晶体管N3形成差分对管,所述二相邻且被激活的传感单元231中的第三晶体管N3的第五传输电极P5电连接同一电流源211。由差分对管的元件性质,对于所述二相邻且被激活的传感单元231:不管是其中一个传感单元231还是两个传感单元231中的感测电极24被目标物体接近或触摸所引起参考信号的变化时,所述二传感单元231中的第三晶体管N3于第六传输电极P6上分别形成第二交流信号,且二第三晶体管N3分别形成的第二交流信号同幅同频反相,为差分信号,二者之和与所述电流源211提供的第一恒定直流信号相等。
[0186]优选地,所述各传感单元231的传感电路25进一步包括第一开关单元Q1。所述第一开关单元Q1连接于第五传输电极P5与所述电流源211之间,用于控制是否在所述第五传输电极P5与所述电流源211之间进行电流传输。
[0187]所述第一开关单元Q1包括第一晶体管N1。所述第一晶体管N1包括第一控制电极V1、第一传输电极P1、和第二传输电极P2。所述第一控制电极VI用于响应一扫描信号对应控制第一传输电极P1与第二传输电极P2之间是否导通。第一传输电极P1用于连接所述电流源211。第二传输电极P2用于连接所述第五传输电极P5。
[0188]优选地,所述第一开关单元Q1进一步包括第二晶体管N2。所述第二晶体管N2包括第二控制电极V2、第三传输电极P3、和第四传输电极P4。所述第二控制电极V2用于响应一扫描信号对应控制第三传输电极P3与第四传输电极P4之间是否导通。第三传输电极P3用于连接第二传输电极P2。
[0189]更优选地,所述传感电路25进一步包括第二开关单元Q2。所述第二开关单元Q2用于控制是否传输第一参考信号给第三控制电极V3。第三晶体管N3与感测电极24相关联,因此,第二开关单元Q2对应控制是否传输参考信号给所述感测电极24。
[0190]在本实施方式中,所述第三控制电极V3与所述感测电极24为二电极,所述第三控制电极V3直接连接所述感测电极24。在其它实施方式中,所述第三控制电极V3也可通过限流元件连接连接所述感测电极24,所述限流元件包括电阻,起到防ESD的作用。另外,所述第三控制电极V3与所述感测电极24也可为同一电极。
[0191]优选地,所述第二开关单元Q2包括第五晶体管N5。所述第五晶体管N5包括第五控制电极V5、第九传输电极P9、和第十传输电极P10。其中,第五控制电极V5用于响应一扫描信号而对应控制第九传输电极P9与第十传输电极P10是否导通。第九传输电极P9用于接收第一参考信号。第十传输电极P10连接第三控制电极V3。
[0192]更优选地,所述传感电路25进一步包括第一补偿单元U1。所述第一补偿单元U1设置在第十传输电极P10与第三控制电极V3之间,用于补偿第五晶体管N5关闭时第十传输电极P10与第三控制电极V3之间的电压。
[0193]优选地,所述第一补偿单元U1包括第七晶体管N7。所述第七晶体管N7包括第七控制电极V7、第十三传输电极P13、和第十四传输电极P14。其中,第七控制电极V7用于响应一扫描信号而控制第十三传输电极P13和第十四传输电极P14是否导通。第十三传输电极P13连接第十传输电极P10。第十四传输电极P14连接第三控制电极V3。第十三传输电极P13和第十四传输电极P14短接。
[0194]第七晶体管N7用于和第五晶体管N5交替导通,导通的第七晶体管N7在第五晶体管N5截止时补偿第三控制电极V3与第十传输电极P10之间的电压。
[0195]请再参阅图15与图16,所述电容式传感器23进一步包括多个扫描线群组G3、多个信号线群组G4、和多条参考信号线X。其中,所述扫描线群组G3用于传输扫描线信号给所述多个传感单元231。所述信号线群组G4用于在所述多个传感单元231与所述控制电路21之间传输电流信号。所述多条参考信号线X用于传输第一参考信号给所述多个传感单元231。
[0196]所述扫描线群组G3包括第一扫描线G31、第二扫描线G32、第三扫描线G33、和第四扫描线G34。所述信号线群组G4包括第一信号线G41、第二信号线G42、和第三信号线G43。
[0197]对于位于同一列的二相邻传感单元231:—传感单元231中的第三晶体管N3的第六传输电极P6用于与第二信号线G42连接,另一传感单元231中的第三晶体管N3的第六传输电极P6用于与第三信号线G43连接;所述二相邻传感单元231的第三晶体管N3的第五传输电极P5通过同一第一信号线G41相连接。
[0198]对于每一信号线群组G4:所述第一信号线G41、第二信号线G42、和第三信号线G43沿列方向延伸,且所述第一信号线G41、第二信号线G42、和第三信号线G43沿行方向依次排布。
[0199]在本实施方式中,奇数行的传感单元231均连接第二信号线G42,偶数行的传感单元231均连接第三信号线G43。可变更地,在其它实施方式中,奇数行的传感单元231均连接第三信号线G43,偶数行的传感单元231均连接第二信号线G42。
[0200]第一扫描线G31与第二扫描线G32绝缘交叉排列。
[0201]优选地,同一列的第一晶体管N3的控制电极V3连接至同一第一扫描线G31。同一行的第二晶体管N2的第二控制电极V2连接到同一第二扫描线G32。同一行的第五晶体管N5的第五控制电极V5连接到同一第三扫描线G33。同一行的第七晶体管N7的第七控制电极V7连接到同一第四扫描线G34。同一行的第五晶体管N5的第九传输电极P9连接到同一参考信号线X。
[0202]由于电容式传感器23的多个传感单元231响应感测电极24因目标物体的接近或触摸所引起参考信号的变化,而对应产生第二交流信号给控制电路21,因此,电容式传感器23输出的感测信号较强且稳定性较高。
[0203]所述电容式传感装置2的工作原理如下。
[0204]在本实施方式中,优选地,所述电容式传感装置2采用分块扫描的方式工作。然,在其它实施方式中,也可无需分块扫描,而是每一次完整扫描一行,通过多次扫描,完成对整个电容式传感器23的所有传感单元231的扫描。
[0205]请一并参阅图17,图17为电容式传感器23的方框结构示意图。与图13类似,图14所示的多个传感单元231被分成了 4个区域,分别为Jl、J2、J3、和J4。所述扫描区块J1中的多个传感单元231按行列排列的方式被分别标示为all?a55,扫描区块J2中与传感单元a55相邻的传感单元被标示为a56,扫描区块J3中与传感单元a55相邻的传感单元被标示为a65。此处,主要以对扫描区块J1内的传感单元231的扫描方式为例进行说明,其它扫描区块J2、J3、和J4内的传感单元231的扫描方式类似,此处不再赘述。另外,扫描驱动电路215驱动第一开关单元Q1与第二开关单元Q2交替导通的工作原理,传感电路25在充电时段提供第一参考信号给第三控制电极V3进行充电,在感测时段停止提供第一参考信号给第三控制电极V3,感测电极24对应在感测时段执行感测的工作原理均与电容式传感装置1的工作原理类似,此处也不再赘述。下面主要对电容式传感装置2与电容式传感装置1的工作原理不同之处进行说明。
[0206]首先,需要说明的是,例如,对于电容式传感装置2为指纹传感装置而言,一般地,相邻的指纹脊与指纹谷之间通常设置多个传感单元231。
[0207]其次,由于电容式传感装置1的传感单元131均各自包括一差分对管D,因此,所述传感单元131感测得到的第二交流信号为绝对值,控制电路11通过对各个传感单元131输出的感测信号进行比较,则可对应获得指纹图像信息。相对地,由于电容式传感装置2的相邻传感单元231的第三晶体管N3用于组成一差分对管,因此,每一传感单元231感测得到的第二交流信号并非为如上述所述的绝对值。
[0208]为了获得指纹图像信息,优选地,需要每一传感单元231的第三晶体管N3与其行方向和列方向均相邻的传感单元231的第三晶体管N3分别形成差分对管,从而,获得多组感测数值,再对获得的相邻感测数值做减法运算得到多组感测差值,所述控制电路21通过对所述多组感测差值进行比较,则可对应获得指纹图像信息。
[0209]所述控制电路21对所述扫描区块J1中的多个传感单元231的扫描过程如下:
[0210]首先,所述控制电路21先单独对第一行的传感单元231进行第一次扫描,此时,传感单元all中的第三晶体管N3与传感单元al2中的第三晶体管N3组成差分对管,传感单元al3中的第三晶体管N3与传感单元al4中的第三晶体管N3组成差分对管,所述控制电路21分别获得感测信号Yl、Y2。
[0211]所述控制电路21再单独对第一行的传感单元231进行第二次扫描,此时,传感单元al2中的第三晶体管N3与传感单元al3中的第三晶体管N3组成差分对管,传感单元al4中的第三晶体管N3与传感单元al5中的第三晶体管N3组成差分对管,所述控制电路21分别获得感测信号Y3、Y4。
[0212]控制电路21对获得的感测信号Υ1、Υ3、Υ2、Υ4依次做减法运算,分别获得感测差值 ΛΥ1、Λ Υ2、ΛΥ3。
[0213]接下来,控制电路21同时对第一行和第二行的传感单元231进行扫描,同一列相邻的二传感单元231,如all与a21,的第三晶体管N3组成差分对管,所述控制电路21分别获得感测信号Y5、Y6、Y7、Y8、Y9 (未标示)。
[0214]控制电路21对获得的感测信号Y5、Y6、Y7、Y8、Y9依次做减法运算,分别获得感测差值Λ Υ4、Λ Υ5、Λ Υ6、Λ Y7(未标示)。
[0215]再接下来,控制电路21单独对第二行的传感单元231进行第一次扫描,其中,传感单元a21中的第三晶体管N3与传感单元a22中的第三晶体管N3组成差分对管,传感单元a23中的第三晶体管N3与传感单元a24中的第三晶体管N3组成差分对管,所述控制电路21分别获得感测信号Y10、Y11 (未标示)。
[0216]所述控制电路21再单独对第二行的传感单元231进行第二次扫描,其中,传感单元a22中的第三晶体管N3与传感单元a23中的第三晶体管N3组成差分对管,传感单元a24中的第三晶体管N3与传感单元a25中的第三晶体管N3组成差分对管,所述控制电路21分别获得感测信号Y12、Y13 (未标示)。
[0217]控制电路21对获得的感测信号Y10、Y12、Yll、Y13依次做减法运算,分别获得感测差值Λ Υ8、Λ Υ9、Λ Υ10 (未标示)。
[0218]接下来,控制电路21同时对第二行和第三行的传感单元231进行扫描。
[0219]按照如上扫描方式,对扫描区块内J1的其它行的传感单元231进行扫描,类似地,对其它扫描区块J2、J3、J4的传感单元231进行扫描,从而完成对所有传感单元231的扫描,获得多组感测差值Λ Υ1、Λ Υ2,…,所述控制电路21比较获得的多组感测差值来获知指纹图像信息。
[0220]需要说明的是,为了感测更精准,对于扫描区块J1边缘的传感单元231的:还需要与其它相邻扫描区域J2、J3的传感单元231的第三晶体管Ν3组成差分对管,获得感测信号。例如,以传感单元a55为例:传感单元a55中的第三晶体管N3与传感单元a56与a65中的传感单元a55再分别组成差分对管。
[0221]上面对控制电路21控制传感单元231执行扫描操作做了一般性的说明,然,本实用新型电容式传感装置2的扫描方式并不限于以上所述,对于本领域的技术人员而言,其在不付出创造性劳动的基础上,根据本实用新型上述说明内容所做出的其它变更实施方式均应落入本实用新型的保护范围。
[0222]由于本实用新型电容式传感器23的传感单元231输出的电流信号,所述电流信号稳定,不易受电路中寄生电容(如控制电极C3与接地线133之间的寄生电容、第二、第三信号线G22、G23与接地线133之间的寄生电容等)的影响,故,所述电容式传感器23输出的感测信号较强且稳定。相应地,所述电容式传感装置2的控制电路21接收的是来自电容式传感器23的感测信号为电流信号,因此,所述电容式传感装置2的感测精度可以得到提高,从而有利于提升用户体验。
[0223]请参阅图18,图18为本实用新型电容式传感装置的其它变更实施方式的示意图。在图18中,仅示出一传感单元的电路图。其中,传感单元331包括感测电极34和与感测电极连接的传感电路35。所述传感电路35用于转换感测电极34因目标物体的接近或触摸所引起参考信号的变化量为相应的电流信号,并通过输出端A1输出给信号线(图未示),所述信号线传输电流信号给控制电路(图未示),所述控制电路根据所述电流信号获知相应的感测信息。可见,传感单元331输出的感测信号为电流信号,此感测信号为一绝对值。
[0224]具体地,所述传感电路包括转换电路351和开关单元353。所述转换电路351包括运算放大器36、晶体管37、和电阻R。感测电极34连接运算放大器36的同相端,所述运算放大器36的反相端用于通过电阻R连接至地。开关单元353包括晶体管38和晶体管39,二者形成二级开关,其各自的控制端El、E2用于响应扫描信号而对应控制晶体管38、39是否导通。其
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