利用自动基线跟踪的手指检测的制作方法

本申请要求Gordon Shen等人于2015年6月5号提交的、标题为“FINGER DETECTION WITH AUTO-BASELINE TRACKING”的美国临时专利申请序列号62/171,718的优先权，该临时专利申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及电子感测，并且更特别地涉及电容性指纹感测。

背景技术：

生物测量认证系统被用于认证并入该认证系统的设备的用户。除了其他以外，生物测量感测技术能够提供可靠的、非侵入的方式来验证个体身份以用于认证目的。

像各种其他生物测量特性一样，指纹是基于不可更改的个人特性并且因此是用于标识个体的可靠机制。存在许多潜在应用用于利用生物测量和指纹传感器。例如，电子指纹传感器可以被用于提供诸如安全性检查点之类的固定应用中的访问控制。电子指纹传感器还可以被用于提供便携式应用中的访问控制，所述便携式应用诸如是便携式计算机、个人数字助理（PDA）、蜂窝电话、游戏设备、导航设备、信息家电、数据储存设备等等。相应地，一些应用（特别是便携式应用）可能要求紧致、高度可靠且低廉的电子指纹感测系统。

在没有要被成像的对应指纹时，不断地扫描指纹传感器阵列以捕获图像可能不必要地消耗功率。为了最小化功耗，指纹存在检测系统有时被用于在进入较高功率指纹成像模式之前检测手指的存在。

鉴于以上，存在对这样的指纹传感器的手指存在检测系统的需要，该手指存在检测系统提供传感器上手指存在的准确指示。本公开的这些和其他优势以及附加的发明特征将从本文中提供的本公开的描述而明显。

技术实现要素：

一个实施例提供了一种用于自动地跟踪至生物测量传感器中的基线输入的处理系统。所述处理系统包括放大器，所述放大器具有至少一个输入端子和输出端子，所述输出端子用于基于由所述至少一个输入端子接收的至少一个输入信号来产生输出信号。所述处理系统还包括至少一个信号调节元件，其被耦合到所述放大器的所述至少一个输入端子并且被配置为调节至少一个补偿信号。并且所述处理系统还包括控制电路，其基于所述放大器的输出信号来调整所述至少一个信号调节元件的一个或多个信号调节参数。其中由输入端子接收的至少一个输入信号包括至少一个补偿信号与来自生物测量传感器的一个或多个接收器电极的第一集合的信号的组合。

另一个实施例包括一种用于电容性感测的电子系统。所述电子系统包括电容性传感器，所述电容性传感器被配置为电容性地感测接近于多个电极的输入对象。其中所述多个电极包括一个或多个发射器电极的第一集合，所述一个或多个发射器电极的第一集合电容性地耦合到一个或多个接收器电极的第一集合并形成用于第一传感器输入信号的第一信号路径。所述多个电极还包括一个或多个发射器电极的第二集合，所述一个或多个发射器电极的第二集合电容性地耦合到一个或多个接收器电极的第二集合并形成用于第二传感器输入信号的第二信号路径，所述第二传感器输入信号具有与所述第一传感器输入信号相反的相位。所述电子系统还包括处理系统，所述处理系统被配置用于自动地跟踪第一输入信号和第二输入信号的基线值。所述处理系统包括第一补偿路径，所述第一补偿路径包括第一信号调节元件，其中所述第一补偿路径传输第一补偿信号。所述处理系统还包括第二补偿路径，所述第二补偿路径包括第二信号调节元件，其中所述第二补偿路径传输第二补偿信号，所述第二补偿信号具有与所述第一补偿信号相反的相位。所述电子系统还包括放大器，所述放大器包括第一输入端子、第二输入端子和输出端子，其中第一传感器输入信号和第一补偿信号被组合成在所述第一输入端子上输入的第一放大器输入信号，并且第二传感器输入信号和第二补偿信号被组合成在所述第二输入端子上输入的第二放大器输入信号，并且所述输出端子基于所述第一放大器输入信号和所述第二放大器输入信号来产生输出信号。所述电子系统还包括控制电路，所述控制电路被配置为调整第一信号调节元件和第二信号调节元件的一个或多个信号调节参数。

又另一个实施例包括一种用于自动地跟踪至传感器中的基线输入的处理系统。所述处理系统包括放大器，所述放大器具有至少一个输入端子和输出端子，所述输出端子用于基于由所述至少一个输入端子接收的至少一个输入信号来产生输出信号。所述处理系统还包括至少一个信号调节元件，所述至少一个信号调节元件被耦合到所述放大器的所述至少一个输入端子并且被配置为调节至少一个补偿信号。所述处理系统还包括控制电路，其基于所述放大器的输出信号来调整所述至少一个信号调节元件的一个或多个信号调节参数。所述处理系统还包括至少一个比较器，其被配置为将所述输出信号与至少一个基线阈值进行比较。其中所述控制电路在所述输出信号高于所述至少一个基线阈值时在第一方向调整一个或多个信号调节参数，而在所述输出信号低于所述至少一个基线阈值时在第二方向调整一个或多个信号调节参数。其中由所述输入端子接收的至少一个输入信号包括至少一个补偿信号与来自所述传感器的一个或多个接收器电极的第一集合的信号的组合。

附图说明

被并入且形成说明书的一部分的附图图示了本公开的若干方面，并且与说明书一起用来解释本公开的原理。在附图中：

图1是根据本公开的实施例的包括输入设备和处理系统的示例性系统的框图；

图2是根据本公开的实施例的电容性传感器的示意性视图；

图3A是根据本公开的实施例的电容性传感器的示意性视图；

图3B是根据本公开的实施例的电容性传感器的示意性视图；

图4是根据本公开的实施例的被配置为提供存在检测功能性的电容性传感器的示意性视图；

图5是根据本公开的实施例的被配置为提供存在检测功能性的电容性传感器的示意性视图；

图6是根据本公开的实施例的具有自动基线跟踪的电容性传感器的示意性视图；

图7是根据本公开的实施例的来自图6的电容性传感器的基线输出电压的曲线图；

图8是根据本公开的实施例的具有自动基线跟踪的电容性传感器的示意性视图；

图9是根据本公开的实施例的来自图8的电容性传感器的基线输出电压的曲线图；

图10是根据本公开的实施例的操作具有自动基线跟踪的电容性传感器的方法的流程图；以及

图11是根据本公开的实施例的调整图10的自动基线跟踪的速度的方法的流程图。

尽管将结合某些优选实施例来描述本公开，但是不意图将其限制于那些实施例。相反，意图是涵盖如包括在如所附权利要求限定的本公开的精神和范围内的所有替换、修改和等同物。

具体实施方式

以下的具体实施方式本质上仅仅是示例性的并且不意图限制本发明或者本发明的应用和用途。此外，不意图被前面的技术领域、背景技术、发明内容或以下的具体实施方式中呈现的任何明示的或暗示的理论所约束。

用于检测手指或其他输入对象的存在的一种方式是在输入设备上使用一个或多个专用存在感测元件。例如，在指纹传感器中，除了用于捕获输入设备的感测区中的指纹的图像的感测阵列的电极之外，可以使用手指存在感测电极。

用于检测手指或其他输入对象的存在的另一种方式是将传感器阵列的所选择的传感器电极重用为用于存在检测的存在感测电极。该实施例可以允许通过避免对专用存在感测电极的需要来节省空间，以及允许通过使用与传感器阵列一致的用于存在检测的电极进行的更准确的存在检测。

使用专用或非专用的存在感测电极的缺点在于：典型地，在输入设备的某些实现方式中，存在感测电极可以被设置在覆盖层下方。因为电极被设置在覆盖层下方，所以在输入设备被配置为指纹传感器时被利用来检测诸如指纹之类的输入对象的存在的电场的一部分将不被曝露于覆盖层外部。而且，电场的不被曝露于覆盖层外部的该部分将随着覆盖层厚度增加而增加。照这样，指示输入对象的存在的任何这样的信号将不具有高增益来放大该信号。相应地，输入设备的灵敏度将受覆盖层的厚度影响。

例如，在某些实施例中，智能电话的输入设备可以包括用于检测诸如指纹之类的输入对象的存在感测电极。不管存在感测电极是专用存在感测电极还是传感器阵列的所选择的传感器电极，都可以将存在感测电极设置在智能电话的覆盖透镜之下。照这样，被利用来检测指纹的存在的电场的一部分将不被曝露于覆盖透镜外部，这将降低输入设备的灵敏度。

使用用于输入对象的存在检测的存在感测电极的附加的缺点在于：传感器电极和它们的相关联电路（诸如一个或多个放大器）容易受到设备内的温度波动的影响。随着设备的温度改变，一个或多个放大器的输出可能受到影响。这可能引起一个或多个放大器的输出中的漂移并且使得对输入对象的检测更加困难。

为了解决以上讨论的缺点，与存在感测电极并联地添加信号调节元件。可以并联地添加信号调节元件，而不管存在感测电极是专用的还是非专用的。通过这样做，将提高来自存在感测电极的输出信号的灵敏度，使得能够利用高增益放大该信号。此外，一个或多个比较器设备可以在存在感测电极的输出上实现以将输出与阈值进行比较，以便监视和校正从温度或者其他负面环境因素经历的任何漂移。

现在转向附图，图1是根据本公开的实施例的包括诸如传感器102之类的输入设备和处理系统104的电子系统或设备100的框图。如本文档中所使用的那样，术语“电子系统”（或“电子设备”）宽泛地指能够电子地处理信息的任何系统。电子系统的一些非限制性示例包括所有尺寸和形状的个人计算机，诸如台式计算机、膝上型计算机、上网本计算机、平板计算机、网页浏览器、电子书阅读器以及个人数字助理（PDA）。附加的示例电子设备包括复合输入设备，诸如物理键盘和分离的操纵杆或按键开关。另外的示例电子系统包括外围设备，诸如数据输入设备（包括遥控器和鼠标）和数据输出设备（包括显示屏和打印机）。其他示例包括远程终端、信息站和视频游戏机（例如，视频游戏控制台、便携式游戏设备等等）。其他示例包括通信设备（包括蜂窝电话，诸如智能电话）和媒体设备（包括记录器、编辑器和播放器，诸如电视、机顶盒、音乐播放器、数码相框和数码相机）。另外，电子设备100可以是传感器102的主设备或从设备。

传感器102能够被实现为电子设备100的物理部分或者能够与电子设备100在物理上分离。在适当的情况下，传感器102可以使用以下各项中的任何一项或多项来与电子设备100的部分通信：总线、网络、以及其他有线或无线互连件。示例包括I²C、SPI、PS/2、通用串行总线（USB）、蓝牙、RF以及IRDA。

设备100可以利用传感器部件和感测技术的任何组合来检测感测区中的用户输入。设备100包括用于检测用户输入的一个或多个感测元件。例如，设备100可以使用电容性技术，其中电压或电流被施加以创建电场。附近的输入对象引起电场的改变，并产生可以被检测为电压、电流等的改变的电容性耦合的可检测改变。

一个示例性电容性技术基于传感器电极之间的电容性耦合的改变来利用“互电容”（或“跨电容”）感测方法。在各种实施例中，靠近传感器电极的输入对象更改传感器电极之间的电场，因此改变所测量的电容性耦合。在一个实现方式中，互电容感测方法通过检测一个或多个发射器传感器电极（也称为“发射器电极”或“TX电极”）与一个或多个接收器传感器电极（也称为“接收器电极”或“RX电极”）之间的电容性耦合来操作。发射器传感器电极可以相对于参考电压被调制以发射发射器信号。参考电压在各种实施例中可以是基本上恒定的电压，或者参考电压可以是系统接地。发射器电极相对于接收器电极被调制以发射发射器信号并促进作为结果的信号的接收。作为结果的信号可以包括对应于一个或多个发射器信号和/或对应于一个或多个环境干扰源（例如，其他电磁信号）的（一种或多种）影响。

将意识到的是，本公开的实施例在利用“自电容”技术的环境中也是可用的。“自电容”（或者“绝对电容”）感测方法是基于传感器电极与输入对象之间的电容性耦合的改变。在各种实施例中，靠近传感器电极的输入对象更改靠近传感器电极的电场，因此改变所测量的电容性耦合。在一个实现方式中，绝对电容感测方法通过关于参考电压（例如，系统接地）调制传感器电极并且通过检测传感器电极与输入对象之间的电容性耦合来操作。在另一个实现方式中，绝对电容感测方法通过调制欧姆地或电容性地耦合到输入对象的驱动环或其他导电元件并且通过检测传感器电极与输入对象之间的作为结果的电容性耦合来操作。参考电压可以是基本上恒定的电压或者改变的电压，并且在各种实施例中，参考电压可以是系统接地。

在某些实施例中，传感器102是生物测量传感器，其利用一种或多种不同的电子感测技术来捕获生物测量模式（诸如用户的指纹、掌纹、手纹或静脉纹）的图像。在某些实施例中，生物测量传感器是电容性指纹传感器，其在第二模式中利用传感器电极之间的互电容感测技术来检测感测区域中的手指或其他生物测量对象的存在。在指纹传感器实施例中，例如，当检测到手指时，指纹传感器可以在第一模式中利用整个传感器电极阵列以使用互电容或自电容感测技术来捕获感测区域中的指纹的图像。作为示例，用于在第二模式中检测手指的存在的传感器电极可以是分离的存在感测电极，或者它们可以是用于捕获指纹的图像的电极的所选择的子集。

现在转向来自图1的处理系统104，图示了在捕获和存储用户指纹图像期间利用的电子设备100的基本功能部件。处理系统104包括（一个或多个）处理器106、存储器108、模板储存器110、操作系统（OS）112和（一个或多个）电源114。（一个或多个）处理器106、存储器108、模板储存器110、操作系统112和电源114中的每一个在物理上、在通信上和/或在操作上互连以用于部件间的通信。

如所图示的那样，（一个或多个）处理器106被配置为实现供在电子设备100和处理系统104内执行的功能性和/或处理指令。例如，处理器106执行存储在存储器108中的指令或存储在模板储存器110上的指令。存储器108（其可以是非瞬态、计算机可读储存介质）被配置为在操作期间存储电子设备100内的信息。在一些实施例中，存储器108包括临时存储器，即在电子设备100被关闭时信息不被维持的区域。这样的临时存储器的示例包括易失性存储器，诸如随机存取存储器（RAM）、动态随机存取存储器（DRAM）和静态随机存取存储器（SRAM）。存储器108也维持程序指令以供处理器106执行。

模板储存器110包括一个或多个非瞬态计算机可读储存介质。模板储存器110总体上被配置为存储用户的指纹的指纹图像的登记视图。模板储存器110可以进一步被配置用于信息的长期储存。在一些示例中，模板储存器110包括非易失性储存元件。非易失性储存元件的非限制性示例包括磁性硬盘、光盘、软盘、闪速存储器或者电可编程存储器（EPROM）或电可擦除且可编程存储器（EEPROM）的形式。

处理系统104还主控操作系统112。操作系统112控制处理系统104的部件的操作。例如，操作系统112促进（一个或多个）处理器106、存储器108和模板储存器110的交互。

处理系统104包括用于向电子设备100提供功率的一个或多个电源114。电源114的非限制性示例包括一次性电源、可再充电电源和/或从镍镉、锂离子或其他合适材料开发出的电源。

指纹传感器取决于它们的操作原理有时被称为触击传感器或布局传感器。典型地，触击传感器通过当用户在感测区域上触击或以其他方式移动他们的手指时捕获指纹的一系列扫描来捕获比感测区域更大的图像。处理系统然后将这些扫描重建成较大的触击图像。因为图像是从一系列扫描重建的，所以这允许将感测阵列制作得小（诸如小的二维阵列或者甚至与单个线性阵列一样小），同时仍然捕获能够被重建成较大区域图像的一系列扫描。布局传感器典型地通过当指纹被放置在感测区域上或以其他方式被保持在感测区域上时捕获指纹的扫描来捕获对应于感测区域的尺寸的图像。通常，布局传感器包括二维传感器阵列，其能够在单次扫描中捕获足够面积的指纹，从而允许在用户不必在图像捕获过程期间移动手指的情况下捕获指纹图像。

图2-3B图示了根据本文中所包含的公开的传感器102的示例性实施例。图2图示了被配置为包括多个电极200的电容性传感器的传感器102的实施例，所述多个电极200包括被布置成线性的一维电容性间隙阵列的发射器电极206的集合和接收器电极204。在发射器电极206中的每一个与接收器电极204之间的电容性耦合处形成像素。在所描绘的实施例中，在第一模式中操作传感器电极200以通过将发射器信号驱动到发射器信号206中的每一个上并检测接收器电极204处对应于所述发射器信号的作为结果的信号，来捕获指纹的图像。在一个实现方式中，按每次一个地将发射器信号以一个接一个的次序驱动到发射器电极206中的每一个上。在另一个实现方式中，使用码分复用（CDM）或时分复用（TDM）感测方案，将发射器信号同时驱动到多个发射器电极上。

另外，在图2中所图示的实施例中，图示了参考接收器电极208。参考接收器电极208被定位为更远离发射器电极206并被利用作为对差分测量的参考，使得在差分输出处拒绝噪声到差分放大器210中。另外，尽管图2中所图示的实施例示出仅单个线性传感器阵列用于在第一模式中对感测区域成像，但是有可能利用具有对应的接收器电极和发射器电极的集合的附加线性阵列，所述附加线性阵列能够与图示的线性阵列相关以协助图像重建。

在图2的传感器102的某些实施例中，还可以在第二模式中操作传感器电极200。在第二模式中，将发射器信号驱动到发射器电极206中的一个或多个所选择的发射器电极上，并且在从发射器电极206的集合选择的一个或多个其他发射器电极的集合处检测对应于所述发射器信号的作为结果的信号。在该模式中，有可能通过将一个或多个所选择的发射器电极操作为接收器来检测平行延伸的电极之间的互电容，除了其他用途以外，这对于检测传感器上的手指的存在可能是有用的。这还可以允许以与第一模式中利用整个传感器阵列102来成像中所使用的功耗相比更少的功耗检测手指或另一输入对象的存在。

在所图示的实施例中，发射器电极206和接收器电极204彼此共面，并且在每一个发射器电极206与接收器电极204的末端之间的电容性间隙202的阵列处形成像素的阵列。在另一个实施例中，接收器电极204和发射器电极206被配置为重叠，并且接收器电极204和发射器电极206在相同基板或者通过在它们重叠的每一个位置处的绝缘体分离的分离基板中形成。

此外，尽管图示的实施例描绘了多个发射器电极206耦合到公共接收器电极204以形成传感器阵列，但是在另一个实施例中，有可能使用具有反过来的接收器电极和发射器电极的类似构造，使得多个接收器电极电容性地耦合到公共发射器电极以形成传感器阵列。

图3A-3B图示了传感器102的附加实施例。如所示出的那样，传感器102被配置为电容性传感器，所述电容性传感器包括形成二维像素阵列的多个电极300。在图3A-3B的传感器102中，接收器电极302的行重叠发射器电极304的列以基于每一个重叠位置处的电容性耦合来形成像素。在一个实现方式中，接收器电极302和发射器电极304形成在相同基板上。在另一个实现方式中，它们形成在不同基板上。在任一情况中，某个电介质可以在每一个重叠位置处分离发射器电极304的集合和接收器电极302的集合，并且集合之一可以更接近于放置了手指或其他对象的感测区域。在一个实现方式中，接收器电极302被设置为更接近于电容性传感器102的感测区域，并且在低功率模式中操作所选择的接收器电极来检测手指的存在。

在图3A中所图示的实施例中，发射器电极304和接收器电极302被分别描绘为杆和条的集合。发射器电极304均与彼此平行地延伸，并且接收器电极302在与发射器电极不同的方向上也与彼此平行地延伸，以形成二维像素阵列。在所图示的实施例中，发射器电极和接收器电极与彼此垂直地延伸。发射器电极和接收器电极可以例如形成在分离的相应基板上或者形成在相同基板的相反侧上，并且在任一情况中，基板材料可以分离发射器电极304和接收器电极302以在它们之间在每一个重叠位置处形成电容性间隙。

在图3B中所图示的实施例中，发射器电极304和接收器电极302被描绘为形成菱形传感器图案。在该实施例中，接收器电极的行重叠发射器电极的列。具体地，发射器电极304中的每一个由互连的菱形集合组成，并且发射器电极中的每一个与彼此平行地延伸。类似地，接收器电极302中的每一个由互连的菱形集合组成，并且接收器电极中的每一个与彼此平行、与发射器电极垂直地延伸。在所图示的实施例中，接收器电极在沿着每一个电极的长度的较窄部分处重叠发射器电极。图3B的菱形传感器图案可以以多种方式形成。例如，接收器电极和发射器电极可以形成在相同层中、绝缘基板的相同侧上。少量的电介质可以被用在发射器电极304的较窄部分上，使得每一个接收器电极的菱形能够与发射器电极上的导电材料互连，而不用在接收器电极与发射器电极之间创建欧姆接触。该菱形图案也可以利用如上所述的在分离基板上或者在相同基板的相反侧上的接收器电极和发射器电极来形成。

将意识到的是，在不偏离本文中所描述的原理的情况下，其他传感器阵列图案是可能的。例如，在不偏离本文中所描述的某些原理的情况下，除了菱形图案、杆和条以外的其他电极形状是可能的。类似地，在不偏离本文中所描述的某些原理的情况下，除了垂直行和列以外的其他电极定向是可能的。还将意识到的是，使用多种调制方案，能够将发射器信号驱动到发射器电极304中的每一个上，并且能够在接收器电极302中的每一个处检测作为结果的信号，以便捕获感测区域的图像。在一个实现方式中，按每次一个地将发射器信号以一个接一个的次序驱动到发射器电极304中的每一个上。在另一个实现方式中，使用码分复用（CDM）或时分复用（TDM）感测方案，将发射器信号同时驱动到多个发射器电极上和/或在接收器电极中的每一个处同时检测作为结果的信号。

现在转向图4和5，图示了被利用用于诸如手指之类的输入对象的存在检测的电极和相关联的电路的布置。在各种实施例中，电极和电路可以被布置在诸如图4中所示的单端驱动配置之类的单端驱动配置中，或者被布置在诸如图5中所示的差分驱动配置之类的差分驱动配置中，在所述差分驱动配置中，相反相位的发射器信号被驱动到分离电极上。而且，在任一情况中，电极和电路可以被布置为采取单端测量（未被描画），或者可以被布置为采取差分测量，如图4和5二者中所示出的那样。

在一个实施例中，所图示的电极和电路布置可以描绘根据本文中所描述的原理的来自传感器102的重用于手指存在检测的电极200、300的所选择的子集。在另一个实施例中，图4和5的电极和电路布置可以描绘根据本文中所描述的原理的被利用用于手指存在检测的专用电极。不管电极和相关联的电路的布置被配置为重用来自传感器102的所选择的传感器电极还是专用于手指存在检测并与传感器102分离，本文中公开并且关于图4-11描述的技术和原理都是可适用的。

此外，图4和5将电极描绘为平行的杆/条。然而，将意识到的是，在不偏离本文中所描述的原理的范围的情况下，本文中所描述的技术还能够应用于例如如图3B中所示的平行菱形成形的电极或其他传感器图案。

图4图示了被配置用于手指存在检测的电容性传感器400。电容性传感器400包括被布置在单端驱动配置中并且被配置为采取差分测量的电极和电路。在这点上，利用来自单个发射器410的发射器信号来驱动发射电极Tx 402和404，并且接收电极Rx+ 406和Rx- 408被配置为检测作为结果的信号。在所图示的实施例中，单端驱动信号被驱动到两个电极Tx 402和404上用于信号增强，并且接收电极还包括两个电极Rx+ 406和Rx- 408。然而，在不同的实现方式中，有可能例如基于在传感器图案上延伸的可能受手指触摸影响的电场和传感器图案的维度来在更多或更少的电极上驱动和/或检测。

接收电极Rx+ 406和Rx- 408被配置为检测与被驱动到Tx 404和Tx 402上的发射器信号对应的作为结果的信号。利用连接到放大器412的正输入416的Rx+ 406和连接到放大器412的负输入414的Rx- 408向放大器412提供作为结果的信号。另外，在所图示的实施例中，Rx+ 406比Rx- 408更接近于利用发射器信号来驱动的电极Tx 402和404。该布置生成提供给放大器412的不平衡的差分信号。与单端测量（未描画）相比，该不平衡的信号具有从放大器412执行的差分测量中移除更多噪声的有利效果。在该配置中，耦合到Rx+ 406和Rx- 408上的共模噪声在放大器412的输出418中被移除。

相应地，输出418是与从Tx 402和404电容性地耦合到Rx+ 406的能量的量相关的低噪声增益信号。从Tx- 402和404耦合到Rx+ 406的能量的量受诸如指纹之类的生物测量对象的存在影响。在生物测量对象存在于电容性传感器400的感测区域中时，输出418将在值上小于没有生物测量对象存在时。在这点上，电容性传感器400的输出418能够被利用用于手指存在检测。

现在转向图5，图示了根据特定实施例的提供手指存在检测的电容性传感器500。在该实施例中，电容性传感器包括被布置在差分驱动配置中并且被配置为采取差分测量的电极和电路。电容性传感器500包括电极布置550，其包括被选择来发射输入信号的一个或多个发射器电极并且还包括被选择来从发射器电极接收输入信号的一个或多个接收器电极。在所图示的实施例中，发射器信号被驱动到被图示为第一Tx- 502、第二Tx- 504、第一Tx+ 506以及第二Tx+ 508的至少四个电极上。利用具有与电极对Tx+ 506和508相反相位的发射器信号来驱动电极对Tx- 502和504。另外，电极Rx- 520和Rx+ 518被设置在它们相应的利用发射器信号来驱动的电极对之间。具体地，Rx- 520被设置在第一Tx- 502和第二Tx- 504之间，并且Rx+ 518被设置在第一Tx+ 506和第二Tx+ 508之间。

图5进一步图示了被布置在差分驱动配置中的第一发射器510和第二发射器512。第一发射器510将第一发射信号514耦合到第一Tx+ 506和第二Tx+ 508上，并且第二发射器512将类似于第一发射信号但是具有相反相位的第二发射信号516耦合到第一Tx- 502和第二Tx- 504上。在所图示的实施例中，第二发射器512被配置为反相器。因为对于每一个接收电极存在两个发射电极，所以相对于如果将每一个相反相位信号驱动到仅单个电极上将实现的信号电平，提供给放大器522的正输入路径526的第一作为结果的信号电平和提供给放大器522的负输入路径524的第二作为结果的信号电平典型地更大。此外，因为使用差分驱动并且至放大器的输入对应于由相反相位发射器信号产生的接收器信号，所以与如图4中所图示的单端驱动实现方式相比，可以实现进一步的信号增强。

放大器522的输出是第一作为结果的信号和第二作为结果的信号之间的差分测量并且产生低噪声增益信号，所述低噪声增益信号与从Tx- 502和504电容性地耦合到Rx- 520以及从Tx+ 506和508电容性地耦合到Rx+ 518的能量的量相关。从Tx- 502和504耦合到Rx- 520以及从Tx+ 506和508耦合到Rx+ 518的能量的量受诸如手指之类的生物测量对象的存在影响。在生物测量对象存在于电容性传感器500处时，放大器522的输出将在值上小于没有生物测量对象存在时。在这点上，电容性传感器500的输出能够被利用来针对诸如手指之类的生物测量对象的存在进行检测。

不管是诸如图4中示出的单端驱动配置之类的单端驱动配置还是诸如图5中示出的差分驱动配置之类的差分驱动配置被利用用于手指存在检测，都将电容性传感器400、500的输出与阈值信号电平进行比较，以确定处理系统104是可以维持一般在第二模式（即，低功率）中的电容性传感器102和设备100的操作还是将操作返回到第一模式（即，较高功率）。

如以上所讨论的那样，在图4的单端驱动实施例中的发射器410和放大器418以及在图5的差分驱动实施例中的发射器510与512和放大器522容易受到设备100内的环境条件（诸如温度波动）的影响。例如，随着设备100的温度改变，放大器418或522的输出可能受到影响。在某些实施例中，用于确定生物测量对象的存在的阈值根据在生物测量对象不存在于电容性传感器400、500处时的放大器418或放大器522的基线输出来设置。照这样，设备100内的环境条件可能引起该基线输出的不希望的改变。相应地，基线输出的不希望的改变可能引起由电容性传感器400、500提供的错误读数。来自电容性传感器400、500的错误读数可能使设备100不恰当地唤醒设备100和/或将传感器102返回到第一模式（即，较高功率），即使在生物测量对象不存在于电容性传感器400、500的感测区处时。

本文中公开并且关于图6-11描述的技术和原理提供跟踪电容性传感器400、500的基线输出的任何不希望的改变，以避免不恰当的手指存在检测功能性。现在转向图6，图示了根据本公开的实施例的具有自动基线跟踪功能性的传感器电路600。传感器电路600补偿设备100的手指存在检测系统的输出中的任何漂移，并且可以被实现为各种类型的手指存在感测系统的部分。例如，传感器电路600可以被实现在使用与传感器102分离的专用电极的存在感测系统（参见图1）中，或者传感器电路600可以被实现在重用传感器102的所选择的传感器电极的存在感测系统中。此外，传感器电路600的各种部件可以被实现为处理系统104的部分。

在所图示的实施例中，传感器电路600被示出为利用电容性传感器500（参见图5）来实现，并且包括以电路图形式图示的电极布置550。如所图示的那样，电极布置550包括两个输入路径：由第二发射器512驱动的负输入路径524（参见图5）和由第一发射器510驱动的正输入路径526。关于负输入路径524，电容器Cm表示接收电极Rx- 520与两个发射电极Tx- 502、504之间的电容，并且电容器Crx2g表示Rx- 520与接地之间的电容。关于正输入路径526，电容器Cm模拟接收电极Rx+ 518与两个发射电极Tx+ 506、508之间的电容，并且电容器Crx2g表示Rx+ 518与接地之间的电容。

在所图示的实施例中，传感器电路600还包括第一补偿路径602和第二补偿路径604。尽管所图示的实施例示出两个补偿路径，但是本公开预期更多或更少的补偿路径。一般地，对于每一个输入路径（诸如以上所讨论的输入路径524和526），将存在对应的补偿路径。然而，该一对一关系不是必需的，因为在某些实施例中某个子集的输入可以不包括对应的补偿路径。

如所图示的那样，补偿路径602和604包括用于将基线输入信号驱动到补偿路径602和604上的相应发射器608和614。基线输入信号可以类似于第一和第二发射信号514和516（参见图5）。发射器608将基线输入信号或者只是输入信号驱动到第一补偿路径602上。输入信号类似于由发射器512提供的输入信号但是具有相反相位。发射器614将输入信号驱动到第二补偿路径604上。由发射器614提供的输入信号类似于由发射器610提供的输入信号但是具有相反相位。

补偿路径602包括一个或多个信号调节元件644，并且补偿路径604包括一个或多个信号调节元件646。一般地，信号调节元件644和646能够包括将起作用来调节由发射器608或发射器614驱动的基线输入信号的任何元件或设备。例如，作为设备的非穷尽列表，一个或多个信号调节元件644和646可以均包括电容器、可变电容器、诸如数控衰减器之类的衰减器、以及数模转换器（DAC）中的一个或多个的任何组合。在本公开的其中信号调节元件644和646包括DAC的实施例中，发射器608和614可以可选地被从传感器电路600中移除。

此外，每一个信号调节元件包括一个或多个信号调节参数。信号调节参数是用于信号调节元件的可变设置或者是信号调节元件的固有性质。例如，用于电容器的信号调节参数可以包括电容器的电容和相位。类似地，用于可变电容器的信号调节参数将包括可变电容和相位。用于衰减器的信号调节参数可以包括用于数控衰减器的电阻或可变电阻。而且，用于DAC的信号调节参数可以包括控制DAC的输出幅度的任何DAC设置。

在所图示的实施例中，信号调节元件644包括数控衰减器610和补偿电容器612，并且信号调节元件646包括数控衰减器616和补偿电容器618。相应地，在所图示的实施例中，用于信号调节元件644和646二者的信号调节参数包括用于数控衰减器610和616的衰减因子以及补偿电容器612和618的电容和相位。

补偿路径602的输出产生补偿信号620，并且补偿路径604的输出产生补偿信号624。补偿信号620是来自发射器608但是由补偿路径602中的一个或多个信号调节元件调节的输入信号的版本。补偿信号624是来自发射器614但是由补偿路径604中的一个或多个信号调节元件调节的输入信号的版本。

在所图示的实施例中，传感器电路600包括放大器522，所述放大器522采取差分测量并且产生经放大的输出信号。放大器522包括负输入622，所述负输入622接收补偿信号620和在负输入路径524（参见图5）上存在的信号的组合。放大器522还包括正输入626，所述正输入626接收补偿信号624和在正输入路径526（参见图5）上存在的信号的组合。基于负输入路径524上存在的信号和补偿信号620的组合以及正输入路径526上存在的信号和补偿信号624的组合，放大器522生成输出信号628。

另外，在所图示的实施例中，如所布置的那样，补偿电容器612将起作用来减去负输入路径524的输入信号的电压的一部分，并且补偿电容器618将起作用来减去正输入路径526的输入信号的电压的一部分。在其中传感器电路600被实现在诸如显示器的覆盖玻璃层之类的覆盖层下方的实施例中，负输入路径524和正输入路径526二者的输入信号在电极布置550中生成电场。归因于电极布置被实现在覆盖层下方，电场的仅一部分被曝露于覆盖层以外。相应地，通过补偿电容器612和618结合它们的相应衰减器610和616减掉未曝露于覆盖层以外的电场的那部分，由此允许放大器522施加高增益。

对进入放大器522的输入信号的电压的以上讨论能够利用电压等式来表示。作为示例，对于图6的所图示的实施例，以下的等式（1）能够被用于确定进入放大器522的电压。

在以上的等式（1）中，假设用于负输入路径524和正输入路径526二者的Cm和Crx2g的幅度相等。A是由发射器608、512、510和614中的每一个发射的输入信号的幅度，其中来自每一个发射器的输入信号的幅度被假设为相等以简化以上的等式（1）。Cm是接收电极Rx+ 518与两个发射电极Tx+ 506、508（参见图5）之间的电容或者接收电极Rx- 520与两个发射电极Tx- 502、504之间的电容的值，其中两个Cm被假设为相等以简化以上的等式（1）。Acomp是至在衰减器610之后的补偿电容器612中的信号的幅度，或者是至在衰减器616之后的补偿电容器618中的信号的幅度，其中两个Acomp被假设为相等值以简化以上的等式（1）。Ccomp是补偿电容器612或补偿电容器618的电容，其中两个Ccomp被假设为相等以简化以上的等式（1）。Crx2g是Rx+ 518与接地或Rx- 520与接地之间的电容，其中两个Crx2g被假设为相等以简化以上的等式（1）。如能够在以上的等式中看到的那样，从A*Cm部分中减去Acomp*Ccomp部分。相应地，在其中传感器电路600被实现在覆盖层下方的实施例中，Acomp*Ccomp从A*Cm中的该减去通过将高增益仅施加于电极布置550的曝露于覆盖层以外的电场的部分而提高输出信号628的灵敏度。

此外，关于等式（1）的以上讨论能够被修改以用于其他类型的信号调节元件644和646。例如，在某些实施例中，补偿电容器612和618可以被可变电容器替换，并且数控衰减器610和616可以被另一类型的衰减器或DAC替换。此外，第一DAC可以替换用于补偿路径602的补偿电容器612和数控衰减器610二者，并且第二DAC可以替换用于补偿路径604的补偿电容器318和数控衰减器616二者。在这样做时，等式（1）将需要被修改以表示所利用的实际信号调节元件。

传感器电路600包括比较器网络606，所述比较器网络606包括接收输出628并将输出628与阈值进行比较的一个或多个比较器。图6中所图示的传感器的实施例包括四个运算放大器，每一个被布置为单独的比较器630、632、634和636。每一个比较器630、632、634和636的每一个正输入接收输出信号628并将输出信号628与阈值进行比较。比较器630在其正端子处接收输出信号628并在其负端子处接收误差阈值648以用于指示误差何时在传感器电路600中发生。比较器632在其正端子处接收输出信号628并在其负端子处接收高基线阈值650以用于指示输出信号628何时越过高基线阈值。比较器634在其正端子处接收输出信号628并在其负输入处接收低基线阈值652以用于指示输出信号628何时越过低基线阈值652。比较器636在其正端子处接收输出信号628并在其负端子处接收存在阈值654以用于指示诸如生物测量对象（指纹）之类的对象何时存在于传感器电路600的感测区域上。

高基线阈值650是指示输出信号628何时可能正漂移得比所期望的高的高侧上的边界值，并且低基线阈值652是指示输出信号628何时可能正漂移得比所期望的低的低侧上的边界值。存在阈值654是指示传感器电路600的感测区域上的对象的存在的阈值。照这样，如果输出信号628降低到存在阈值654以下，则传感器电路600将指示生物测量对象存在。误差阈值648被设置在这样的电平处，输出信号628在正常操作期间将典型地达到该电平以上。相应地，如果输出信号628超出误差阈值648，则传感器电路600将指示误差的发生。

将意识到的是，输出信号628不必被提供给比较器630、632、634和636的正输入。在另一个实施例中，输出信号628可以被提供给比较器630、632、634和636的负输入，并且正输入可以接收相关联的阈值。

另外，比较器网络606的每一个比较器被配置为利用某个采样周期或窗口对输出信号628采样。该采样窗口能够足够宽以便确保捕获输出信号628的峰值或谷值。

传感器电路600还包括控制电路638。控制电路可以被实现为数字逻辑，如图6中所图示的那样。数字逻辑638从比较器网络606接收每一个输出。基于比较器网络606的输出，经由连接640和642，数字逻辑638将调整来自每一个补偿路径602和604的某些信号调节元件的可变信号调节参数。在这点上，数字逻辑638能够调谐输出信号628，使得输出信号628保持在分别被输入到比较器632和634中的高基线阈值650和低基线阈值652所设置的边界内。在其中诸如像指纹的生物测量对象之类的对象存在于传感器电路600的感测区处的情形中，输出信号628将超过比较器636处的存在阈值654，并且数字逻辑638将指示对象存在。此外，如果输出信号628超过误差阈值648，则数字逻辑638将指示误差的发生。

在替换实施例中，数字逻辑638可以根据改变的输出信号628来设置误差和存在阈值648、654，而不是调整信号调节参数。在该实施例中，在对象不存在于传感器电路600处时确定的输出信号628的基线值与误差和存在阈值648、654之间的差将通过改变误差和存在阈值648、654来维持。相应地，在对象存在于传感器电路600处时，传感器电路600将仍然指示对象的存在。

一般地，数字逻辑638比指示输出信号628已经越过了误差或存在阈值648、654之一的比较器630或比较器636更慢地调整补偿信号。以该方式，数字逻辑将能够校正对象不存在时的基线输入信号的移动，但是不会影响传感器电路600能够检测传感器电路600处的对象的存在。

此外，在某些实施例中，数字逻辑638能够在补偿路径602与补偿路径604之间独立地调整各种信号调节参数。相应地，在这些实施例中，数字逻辑638能够以多种方式调节输出信号628，以便使输出信号628紧密地跟踪所期望的基线电平。

在所图示的实施例中，数字逻辑638能够通过使用连接640来调整数控衰减器610的衰减因子，并且能够通过使用连接642来调整数控衰减器616的衰减因子。在其他实施例中，数字逻辑638可以以类似方式调整用于可变电容器和/或DAC的信号补偿参数。无论如何，数字逻辑638能够通过调整信号调节元件644和646的信号补偿参数来调整输出信号628的电平，使得传感器电路600能够执行自动基线跟踪和校正。例如，在所图示的实施例中，数字逻辑638将根据等式（1）来调整衰减器610和616的衰减因子，以便将输出信号628维持在如高基线阈值和低基线阈值所指示的期望范围内。

图7图示了关于高基线阈值和低基线阈值650、652以及误差阈值和存在阈值648、654的输出信号628的曲线图700。如所图示的那样，输出信号628图示了其中没有对象存在于传感器电路600（参见图6）处的条件。相应地，输出信号628是基于在发射器608、512、510和614中的每一个处发射的基线输入信号。然而，归因于温度和其他环境影响，输出信号628波动。比较器网络606（特别是比较器632和634）将指示输出信号628何时分别越过高基线阈值或低基线阈值650、652之一。如果输出信号628越过高基线阈值或低基线阈值650、652之一，则数字逻辑638将调整一个或多个信号调节元件644和646的一个或多个信号调节参数，以便将输出信号628带回到高基线阈值或低基线阈值650、652内。在这样做时，数字逻辑638可以改变诸如数控衰减器610和616之类的衰减器的衰减值；数字逻辑638可以改变可变电容器的电容；或者数字逻辑638可以改变DAC设置以便改变DAC的输出电平。例如，如果输出信号628漂移得高于高基线阈值650，则数字逻辑638可以增大用于信号调节元件644和646中的一个或多个的信号调节参数的衰减。或者，如果输出信号628漂移得低于低基线阈值652，则数字逻辑638可以减小用于信号调节元件644和646中的一个或多个的信号调节参数的衰减。

回到图6，以下是传感器电路600的操作的示例性描述。基线输入信号被输入到发射器608、发射器512、发射器510以及发射器614上。所图示的实施例基于来自发射器510、512的差分驱动信号在放大器522处执行差分测量。相应地，四个发射器中的两个（具体地发射器512和614）被布置为反相器以便将基线输入信号的相位反相，而另两个发射器514和608被布置为放大器或缓冲器以便维持与来自发射器512和614的信号相同的定时。发射器608将基线输入信号发射到补偿路径602上；发射器512将基线输入信号的相位反相并将其发射到电极布置550（参见图5）的负输入路径524上；发射器510将基线输入信号发射到电极布置550的正输入路径526上；以及发射器614将基线输入信号的相位反相并将其发射到补偿路径604上。

将受电极布置550的负输入路径524（参见图5）影响的基线输入信号与受补偿路径602的信号调节元件644影响或由其调节的基线输入信号组合，并且将作为结果的信号输入到放大器522的负输入622中。将受电极布置550的正输入路径526（参见图5）影响的基线输入信号与受补偿路径604的信号调节元件646影响或由其调节的基线输入信号组合，并且将作为结果的信号输入到放大器522的正输入626中。然后，放大器522执行在负输入622和正输入626上输入的信号之间的差分测量，以便获得输出信号628。

尽管前面描述了用于差分驱动和差分测量实施例的电路，但是在其他实施例中，电路可以适合于单端驱动和/或单端测量。例如，如果使用单端驱动，则可以省略提供相反相位发射信号的发射器512。此外，如果使用单端测量，则可以省略用于将负输入路径622提供给放大器522的电路。

输出信号628然后被提供给比较器网络606，在所图示的实施例中，所述比较器网络606包括四个比较器630、632、634和636。比较器630和636分别将输出信号628与误差阈值和存在阈值648、654进行比较。比较器636确定诸如指纹之类的对象是否存在于传感器电路600处，并且比较器630确定在传感器电路600中是否已经发生了误差。比较器632和634分别将输出信号628与高基线阈值和低基线阈值650、652进行比较，以便确定输出信号628是否已经越过了高基线阈值或低基线阈值650、652中的任一个。

比较器网络606的输出被提供给数字逻辑638。在某些实施例中，数字逻辑638将在存在阈值654被超过时指示对象的存在，并且在误差阈值648被超过时指示误差的发生。此外，在输出信号628超过分别被输入到比较器632和634中的高基线阈值或低基线阈值650、652之一时，数字逻辑638将调整补偿路径602或604中的一个或多个的一个或多个信号调节元件644和646的一个或多个信号调节参数。以该方式，传感器电路600能够提供利用自动基线跟踪的手指存在检测功能性，以补偿使电极布置550对输入基线信号的测量降级的温度和其他环境影响。

图8图示了与传感器电路600（参见图6）类似地操作的传感器电路800。然而，传感器电路800包括比较器网络806，所述比较器网络806与比较器网络606的不同之处在于，对于传感器电路800而言不需要比较器634。在该实施例中，数字逻辑838被配置为控制信号调节元件644和646的信号调节参数，使得输出信号628跟踪被输入到比较器832中的单个基线阈值850。相应地，无论何时比较器832指示输出信号628越过被输入到比较器832的负输入上的基线阈值850，数字逻辑838都将跟踪与基线阈值850相差的输出信号的幅度和方向。然后，数字逻辑838将对信号调节元件644和646的信号调节参数进行适当的调整，以便补偿输出信号628的该幅度和方向来将其带到更接近于基线阈值850。例如，如果输出信号628漂移得高于基线阈值850，则数字逻辑838可以增大用于信号调节元件644和646中的一个或多个的信号调节参数的衰减。或者，如果输出信号628漂移得低于基线阈值850，则数字逻辑838可以减小用于信号调节元件644和646中的一个或多个的信号调节参数的衰减。

图9图示了示出根据单个基线阈值850以及误差和存在阈值648、654的输出信号628的曲线图900。误差和存在阈值648、654以与根据图6和7所讨论的相同的方式起作用。如所图示的那样，输出信号628示出其中没有输入对象存在于传感器电路800（参见图8）的感测区域处的条件。相应地，输出信号628是基于在发射器608、512、510和614中的每一个处发射的基线输入信号。然而，归因于温度和其他环境影响，输出信号628波动。比较器网络806（特别是比较器832）将指示根据基线阈值850的输出信号628的幅度和方向。数字逻辑838将调整一个或多个信号调节元件644和646的一个或多个信号调节参数，以便将输出信号628带回到基线阈值850。例如，数字逻辑838可以改变诸如数控衰减器之类的衰减器的衰减值；数字逻辑838可以改变可变电容器的电容；或者数字逻辑838可以改变DAC设置以便改变DAC的输出电平。

图10图示了提供以下内容的流程图1000：提供利用自动基线跟踪的手指存在检测功能性的方法。在步骤1002处，将基线输入信号输入到诸如传感器电路600或传感器电路800（参见图6和8）之类的手指存在检测传感器中。在步骤1004处，比较器网络606、806将对照某些阈值跟踪输出信号628。以及，在步骤1006处，传感器电路600、800的诸如数字逻辑638、838之类的控制电路将调整补偿路径602、604内的一个或多个信号调节元件644、646的一个或多个信号调节参数，以便使输出信号紧密地跟踪基线阈值。

图11图示了用于使数字逻辑638、838（参见图6和8）或其他控制电路进入快速调整模式的流程图1100。快速调整模式允许数字逻辑638、838对信号调节参数进行较大改变，以便对输出信号628的电平具有较大影响。相应地，如果信号调节参数的较细致调整未足够快将受温度或其他环境影响严重影响的输出信号带回到更接近于期望阈值，则数字逻辑638、838能够对信号调节参数进行更大调整。

在步骤1102处，数字逻辑638、838（参见图6和8）对数字逻辑638、838所进行的调整的数目和调整的方向进行计数。在步骤1104处，数字逻辑638、838确定在相同方向上的连续调整的数目是否超过阈值计数。如果在相同方向上的连续调整的数目未超过阈值计数，则在步骤1106处，数字逻辑638、838维持正常操作。然而，如果调整的数目和方向超过阈值，则在步骤1108处，数字逻辑638、838将进入快速调整模式，使得其能够适当地调整快速降级的输出信号628。例如，数字逻辑638、838可以被配置为当在快速调整模式中时例如通过将信号调节参数值增加较大量来对信号调节参数进行较大调整。

本文中所阐述的实施例和示例被呈现以便最佳地解释本公开及其特定应用并且由此使本领域的技术人员能够做出和使用本发明。然而，本领域的技术人员将认识到前面的描述和示例已经被呈现仅仅用于说明和示例的目的。如所阐述的描述不意图是穷尽的或者将本发明限制为所公开的确切形式。

本文中所引用的包括出版物、专利申请和专利的所有参考文献特此以与如果每一个参考文献被单独且具体地指示为通过引用并入本文且在本文中整体地被阐述相同的程度通过引用被并入。

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本文中描述了本发明的优选实施例，包括用于实行本发明的发明人已知的最佳模式。当阅读前面的描述时，那些优选实施例的变型对于本领域普通技术人员可以变得明显。发明人预期技术人员适当地采用这样的变型，并且发明人意图以本文中具体描述的以外的方式来实践本发明。相应地，如可适用的法律所允许的那样，本发明包括在此所附权利要求中所记载的主题的所有修改和等同物。此外，除非本文中另外指示或者另外被上下文清楚地否定，否则在其所有可能的变型中的以上所描述的元件的任何组合都被本发明涵盖。